(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機から吐出されたガス冷媒を第１の熱交換器で凝縮させ、凝縮された液冷媒を第２の熱交換器で蒸発させ、蒸発されたガス冷媒を前記圧縮機に吸入させると共に、切換弁によって前記第１及び第２の熱交換器の機能を逆転させることが可能な冷凍サイクルと、貯湯槽に貯えられた水を、ポンプで圧送することにより、前記第１の熱交換器と熱交換を行う水熱交換器を介して、前記貯湯槽に湯を還流させる水回路とを備えるヒートポンプ式給湯器において、
前記圧縮機の能力を変更することが可能な能力制御部と、
前記ポンプの流量を変更することが可能な流量制御部と、
前記水熱交換器の入口の水温を検出する給水温度センサと、
水熱交換器の出口の湯温を検出する出湯温度センサと、
前記給水温度センサの検出値が所定値以下であるとき、前記ポンプの流量を固定して前記圧縮機の能力を前記出湯温度センサの検出値が一定となるように可変し、前記給水温度センサの検出値が所定値を超えているとき、前記圧縮機の能力を固定して前記ポンプの流量を前記出湯温度センサの検出値が一定となるように可変する主制御部と、
を備えたことを特徴とするヒートポンプ式給湯器。
【請求項２】
前記主制御部は、前記ポンプの流量が最大になった時点で前記圧縮機及びポンプの運転を停止することを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ式給湯器。
【請求項３】
さらに、前記水熱交換器の出口の湯温を検出する出湯温度センサを備え、
前記主制御部は、冷凍サイクルの起動時又は除霜運転の解除時に、前記出湯温度センサの検出値が所定値以下であるとき、前記圧縮機の能力を最大に固定し、前記ポンプの流量を可変して湯温を制御することを特徴とする請求項１又は２に記載のヒートポンプ式給湯器。
【請求項４】
前記能力制御部は前記圧縮機の回転数を変更することが可能な回転制御部であり、前記流量制御部は前記ポンプの回転数を変更することが可能な回転制御部であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のヒートポンプ式給湯器。
【請求項５】
前記流量制御部は前記水回路の配管系統に設けられた開度調整弁であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のヒートポンプ式給湯器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、凝縮器の役割をする熱交換器と熱交換を行う水熱交換器を備え、貯湯槽に貯えられた水を、ポンプによって水熱交換器を通して湯として貯湯槽に還流させるヒートポンプ式給湯器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の従来のヒートポンプ式給湯器は能力可変型の圧縮機を有する冷凍サイクルと、貯湯槽に貯えられた水を、ポンプで圧送することにより、凝縮器として機能する熱交換器と熱交換を行う水熱交換器を介して、貯湯槽に湯を還流させる水回路とを備えている。これによって、水熱交換器から流出する湯温、すなわち、出湯温度の制御を行う際には、ポンプにより圧送される水又は湯の流量を固定し、出湯温度が所定値になるように、圧縮機の能力を制御していた。そして、水熱交換器に流入する水温、すなわち、給水温度が所定値に到達した段階で圧縮機及びポンプを停止させていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のヒートポンプ式給湯器にあっては、冷凍サイクルの起動時又は除霜運転の解除時に、圧縮機の能力を増大させるのに時間がかかるため、出湯温度を所定値まで上昇させるには比較的長い時間を必要とした。このため貯湯槽に所定の温度以下の水又は湯が流入し、貯湯槽内の湯温が所定の温度まで上がりきらないことがあった。
【０００４】
また、ポンプによる圧送水量が一定であるため、貯湯完了時の設定温度を、例えば、３０℃程度までしか高くすることができず、貯湯槽の底部に低温の湯が残ることがあった。この残湯を貯湯槽内のヒータで加熱する場合には、機器としての総合効率が低下してしまうという問題があった。
【０００５】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、その目的は高温で、かつ、高効率の貯湯を可能にするヒートポンプ式給湯器を提供するにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、
圧縮機から吐出されたガス冷媒を第１の熱交換器で凝縮させ、凝縮された液冷媒を第２の熱交換器で蒸発させ、蒸発されたガス冷媒を圧縮機に吸入させると共に、切換弁によって第１及び第２の熱交換器の機能を逆転させることが可能な冷凍サイクルと、貯湯槽に貯えられた水を、ポンプで圧送することにより、第１の熱交換器と熱交換を行う水熱交換器を介して、貯湯槽に湯を還流させる水回路とを備えるヒートポンプ式給湯器において、
圧縮機の能力を変更することが可能な能力制御部と、
ポンプの流量を変更することが可能な流量制御部と、
水熱交換器の入口の水温を検出する給水温度センサと、
水熱交換器の出口の湯温を検出する出湯温度センサと、
前記給水温度センサの検出値が所定値以下であるとき、前記ポンプの流量を固定して前記圧縮機の能力を前記出湯温度センサの検出値が一定となるように可変し、前記給水温度センサの検出値が所定値を超えているとき、前記圧縮機の能力を固定して前記ポンプの流量を前記出湯温度センサの検出値が一定となるように可変する主制御部と、
を備えたことを特徴とするものである。
【０００７】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載のヒートポンプ式給湯器において、主制御部は、ポンプの流量が最大になった時点で圧縮機及びポンプの運転を停止することを特徴とする。
【０００８】
請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載のヒートポンプ式給湯器において、
さらに、水熱交換器の出口の湯温を検出する出湯温度センサを備え、
主制御部は、冷凍サイクルの起動時又は除霜運転の解除時に、出湯温度センサの検出値が所定値以下であるとき、圧縮機の能力を最大に固定し、ポンプの流量を可変して湯温を制御することを特徴とする。
【０００９】
請求項４に係る発明は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のヒートポンプ式給湯器において、能力制御部は圧縮機の回転数を変更することが可能な回転制御部であり、流量制御部はポンプの回転数を変更することが可能な回転制御部であることを特徴とする。
【００１０】
請求項５に係る発明は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のヒートポンプ式給湯器において、流量制御部は水回路の配管系統に設けられた開度調整弁であることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。図１は本発明に係るヒートポンプ式給湯器の全体の系統図であり、圧縮機１、四方弁２、第１の熱交換器３、膨張弁４及び第２の熱交換器５でなる冷凍サイクルと、貯湯槽１１、ポンプ１２、水熱交換器１３及び開度調整弁１４でなる水回路とで構成されている。
【００１２】
このうち、冷凍サイクルにおいては、圧縮機１から吐出されたガス冷媒は、四方弁２を通過し、矢印Ａで示す経路で第１の熱交換器に取り込まれ、ここで凝縮される。凝縮された液冷媒は矢印Ｂで示す経路で膨張弁４にて減圧された後、一般に室外に設けられる第２の熱交換器５で蒸発せしめられてガス冷媒となり、四方弁２を通過して圧縮機１に吸入される。この過程で、気温及び湿度の関係で、第２の熱交換器５に着霜すると、ある限られた期間、第１の熱交換器３及び第２の熱交換器５の機能を逆転させるように四方弁２によって冷媒の循環経路が切り換えられ、周知の除霜運転が行われる。
【００１３】
一方、水回路においては、貯湯槽１１に貯えられた水が矢印Ｃに示す経路で導出されると共に、ポンプ１２によって水熱交換器１３に送り込まれる。水熱交換器１３は第１の熱交換器３との間で熱交換を行うもので、ここに送り込まれた水は冷媒が凝縮された時に発生する熱を吸収し、湯として取り出される。この湯は開度調整弁１４を通過し矢印Ｄに示す経路で貯湯槽１１に還流される。このうち、開度調整弁１４はポンプ１２の運転によって圧送される水の流量を変えるものである。なお、貯湯槽１１に還流される湯温を調節するために、開度調整弁１４の出側の経路に出湯温度センサ２１が設けられ、ポンプ１２の入側の経路に給水温度センサ２２が設けられている。
【００１４】
図２は貯湯槽１１に還流される湯温を制御する制御装置の構成を示すブロック図である。同図において、出湯温度センサ２１と給水温度センサ２２とが、マイクロプロセッサ等でなる主制御部１００に接続されており、さらに、この主制御部１００には圧縮機１の回転数を制御する回転数制御部３１と、開度調整弁１４の開度を制御する開度制御部３２とが接続されている。
【００１５】
ここで、主制御部１００は、冷凍サイクルの起動時又は除霜運転の解除時に、出湯温度センサ２１の検出値が所定値以下であるとき、圧縮機１の能力を最大に固定し、ポンプ１２の流量を可変して湯温を制御するような指令を回転数制御部３１及び開度制御部３２に与える。一方、通常運転時には、給水温度センサ２２の検出値が所定値以下であるとき、ポンプ１２の流量を固定して圧縮機１の能力を可変し、給水温度センサ２２の検出値が所定値を超えているとき、圧縮機１の能力を固定してポンプ１２の流量を可変する指令を回転数制御部３１及び開度制御部３２に与える。
【００１６】
以下、主制御部１００の詳しい動作を説明する。周知の如く、冷凍サイクルの起動時又は除霜運転の解除時には、圧縮機１から吐出されるガス冷媒の温度上昇は極めて緩慢である。従って、ガス冷媒が上昇するまでは水熱交換器１３での熱交換が十分ではないため、出湯温度は低くなってしまう。これを防止するために、圧縮機の回転数を、例えば、最大値又は最大値に近い値に固定し、出湯温度が目標値になるようにポンプ１２で圧送される水の流量を開度調整弁１４によって制御する。そして、水の流量が所定値に到達した時点でそのときの流量に固定し、その後は圧縮機１の回転数を制御する。
【００１７】
図３はこれらの制御に対応する主制御部１００の具体的な処理手順を示すフローチャートである。ここでは、先ず、ステップ１０１にて起動すると、ステップ１０２にて圧縮機１の回転数を最大値又は最大値に近い値に固定し、続いて、ステップ１０３にて出湯温度が所定値になるようにポンプ１２によって圧送される水の流量制御が行われる。次に、ステップ１０４にてポンプ１２による水の流量が所定値に到達したか否かを判定し、到達するまではステップ１０３の流量制御及びステップ１０４の判定が繰り返される。そして、ポンプ１２による水の流量が所定値に到達したと判定されると、ステップ１０５にてその流量を固定し、続いて、ステップ１０６で出湯温度が予め定めた一定値になるように圧縮機１の回転数制御を実行する。以上の処理により、起動時又は除霜運転解除時における貯湯温度の低下を防止することができる。
【００１８】
一方、上記の制御により水熱交換器１３の温度は上昇し、従って、水熱交換器１３の入口の水温も上昇するため、圧縮機１の回転数は低下し、最終的に最小回転数となる。この時点でポンプ１２による水の流量による出湯温度制御に移り、ポンプ流量が最大になった時点で、圧縮機１及びポンプ１２の運転を停止する。この間に湯を使用し、貯湯槽１１に水が供給された場合には、水熱交換器１３の入側の温度は低下する。このとき、給水温度センサ２２の検出値が所定値以下になっておれば、ポンプ１２による水の流量を固定し、圧縮機１の回転数による出湯温度制御に戻る。
【００１９】
図４はこれらの制御に対応する主制御部１００の具体的な処理手順を示すフローチャートである。ここでは、先ず、ステップ１１１にてポンプ１２による流量を所定値に固定し、ステップ１１２で圧縮機１の回転数制御により出湯温度を一定値に制御する。次に、ステップ１１３で給水温度センサ２２の検出値に基づいて、水熱交換器１３の入口の温度が所定値を超えたか否かを判定し、超えるまでステップ１１１〜１１３の処理を繰り返す。そして、入口の水温が所定値を超えたと判定した段階で、ステップ１１４にて圧縮機１の回転数が最小になったか否かを判定し、最小になっていないと判定すれば、ステップ１１１〜１１４の処理を繰り返し、最小になったと判定した段階でステップ１１５の処理に移る。ステップ１１５では圧縮機１の回転数を最小に固定し、続いてステップ１１６でポンプ１２によって圧送される水の流量制御により水熱交換器１３の出湯温度を一定に制御する。さらに、ステップ１１７にてポンプ１２によって圧送される水の流量が最大になったか否かを判定し、最大になっていない時にはステップ１１３以下の処理を実行し、最大になったと判断した段階で、圧縮機１及びポンプ１２の運転を停止する。
【００２０】
以上の処理を実行することにより、貯湯槽内の湯温が所定の温度まで上がりきらなかったり、貯湯槽の底部に低温の湯が残ったりする従来装置の問題点を解決することができる。
【００２１】
また、従来のヒートポンプ式給湯器にあっては、水熱交換器１３に対する入口の温度が所定値に到達すると、貯湯槽内のヒータ通電により残りの水を沸かすのが普通であったが、本実施形態によれば、ヒートポンプのみで沸かし上げることが可能となり、機器としての総合効率が高められ、結果的に電気代を節約することができる。
【００２２】
なお、上記実施形態ではポンプ１２として定速運転するものを用い、これによって圧送される水量を開度調整弁１４の開度で調節したが、この代わりに、開度調整弁１４を除去し、ポンプ１２の回転数を変更することが可能な回転数制御部を設け、主制御部１００がその回転数指令を出力するように構成することもできる。
【００２３】
【発明の効果】
以上の説明によって明らかなように、本発明によれば、高温で、かつ、高効率の貯湯を可能にするヒートポンプ式給湯器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るヒートポンプ式給湯器の一実施形態の全体の系統図。
【図２】図１に示す実施形態の貯湯槽に還流される湯温を制御する制御装置の構成を示すブロック図。
【図３】図２に示す制御装置を構成する主制御部の起動時又は除霜運転解除時の具体的な処理手順を示すフローチャート。
【図４】図２に示す制御装置を構成する主制御部の通常運転時の具体的な処理手順を示すフローチャート。
【符号の説明】
１  圧縮機
２  四方弁
３  第１の熱交換器
４  膨張弁
５  第２の熱交換器
１１  貯湯槽
１２  ポンプ
１３  水熱交換器
１４  開度調整弁
２１  出湯温度センサ
２２  給水温度センサ
３１  回転数制御部
３２  開度制御部
１００  主制御部
【図１】
0004334153.tif 000002
【図２】
0004334153.tif 000003
【図３】
0004334153.tif 000004
【図４】
0004334153.tif 000005