(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機、冷媒対水熱交換器、減圧装置、蒸発器を有する冷媒循環回路と、貯湯槽、循環ポンプ、前記冷媒対水熱交換器を有する給湯回路と、外気温度を検出する外気温度検出手段と、前記圧縮機の吐出温度を検出する吐出温度検出手段と、圧縮機の吐出温度が外気温度に対して予め設定された目標吐出温度になるように減圧装置の開度を制御する制御手段とを有し、前記圧縮機の起動時において圧縮機の吐出温度が外気温度に対して予め設定された目標吐出温度になるように減圧装置の開度を設定した初期開度とし、前記初期開度は圧縮機の起動後の所定時間は圧縮機の吐出温度に関係なく変化させない不感帯時間を有するとともに、前記冷媒対水熱交換器の出口水温をほぼ一定になるように沸き上げることを特徴とするヒートポンプ給湯機。
【請求項２】
不感帯時間内に圧縮機の吐出温度の変化が少ないときには、減圧装置の開度一定制御を終了する制御手段を備えていることを特徴とする請求項１記載のヒートポンプ給湯機。
【請求項３】
運転起動後の圧縮機の吐出温度に応じて、不感帯時間を決定する制御手段を備えていることを特徴とする請求項１記載のヒートポンプ給湯機。
【請求項４】
起動時に圧縮機に設けられた圧縮機温度検出手段からの信号に応じて、不感帯時間を決定する制御手段を備えていることを特徴とする請求項１記載のヒートポンプ給湯機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は貯湯式のヒートポンプ給湯機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種のヒートポンプ給湯機は特開昭６０−１６４１５７号公報に示すようなものがある。図１４は従来のヒートポンプ給湯機の構成説明図である。図１４において、圧縮機１、冷媒対水熱交換器２、減圧装置３、蒸発器４からなる冷媒循環回路と、貯湯槽５、循環ポンプ６、前記冷媒対水熱交換器２、補助加熱器７を接続した給湯回路からなり前記圧縮機１より吐出された高温高圧の過熱ガス冷媒は前記冷媒対水熱交換器２に流入し、
ここで前記循環ポンプ６から送られてきた水を加熱する。そして、凝縮液化した冷媒は前記減圧装置３で減圧され、前記蒸発器４に流入し、ここで大気熱を吸熱して蒸発ガス化し、前記圧縮機１に戻る。一方、前記冷媒対水熱交換器２で加熱された湯は前記貯湯槽５の上部に流入し、上から次第に貯湯されていく。そして、前記冷媒対水熱交換器２の入口水温が設定値に達すると水温度検出手段８が検知し、前記圧縮機１によるヒートポンプ運転を停止して、前記補助加熱器７の単独運転に切り換えるものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記図１４に示す従来例のヒートポンプ給湯機では、減圧装置３として温度式膨張弁を用いることが多かった。この場合、一般的に、蒸発器４の出口の冷媒は過熱度がとれた過熱ガス状態となるように、減圧装置３としての温度式膨張弁の仕様を設計する。圧縮機の起動時には機器等の熱容量のために、温度が定常状態になるのに時間がかかるが、温度式膨張弁は蒸発器４の出口の冷媒状態を過熱度がとれるように制御するので、吐出圧力のオーバーシュートがあり圧縮機の耐久性が悪くなるという課題を有していた。また、同様に起動時の能力を減少させてしまい、運転効率が悪くなるいう課題も有していた。
【０００４】
本発明の目的は起動時の圧縮機吐出圧力のオーバーシュートがない、効率の良い給湯加熱運転を実現することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するため、圧縮機、冷媒対水熱交換器、減圧装置、蒸発器を有する冷媒循環回路と、貯湯槽、循環ポンプ、前記冷媒対水熱交換器を有する給湯回路と、外気温度を検出する外気温度検出手段と、前記圧縮機の吐出温度を検出する吐出温度検出手段と、圧縮機の吐出温度が外気温度に対して予め設定された目標吐出温度になるように減圧装置の開度を制御する制御手段とを有し、前記圧縮機の起動時において圧縮機の吐出温度が外気温度に対して予め設定された目標吐出温度になるように減圧装置の開度を設定した初期開度とし、前記初期開度は圧縮機の起動後の所定時間は圧縮機の吐出温度に関係なく変化させない不感帯時間を有するとともに、前記冷媒対水熱交換器の出口水温をほぼ一定になるように沸き上げることを特徴とするヒートポンプ給湯機とするものである。
【０００６】
上記発明において、圧縮機の起動時には、吐出温度が低く、定常状態になるまでは時間がかかる。そこでこの間は吐出温度制御を行わず、適当な減圧装置の開度を設定すれば、冷媒の循環量も維持でき、大気からの吸熱も多くなるので、立ち上げ時間も早くなる。そのため、立ち上げ時の効率が向上する。また、減圧装置の開度を一定にしているので、吐出圧力のオーバーシュートもなく、圧縮機の耐久性についても向上する。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明は各請求項に記載の形態で実施できるものであり、請求項１記載のように、圧縮機、冷媒対水熱交換器、減圧装置、蒸発器を有する冷媒循環回路と、貯湯槽、循環ポンプ、前記冷媒対水熱交換器を有する給湯回路と、外気温度を検出する外気温度検出手段と、前記圧縮機の吐出温度を検出する吐出温度検出手段と、圧縮機の吐出温度が外気温度に対して予め設定された目標吐出温度になるように減圧装置の開度を制御する制御手段とを有し、前記圧縮機の起動時において圧縮機の吐出温度が外気温度に対して予め設定された目標吐出温度になるように減圧装置の開度を設定した初期開度とし、前記初期開度は圧縮機の起動後の所定時間は圧縮機の吐出温度に関係なく変化させない不感帯時間を有するとともに、前記冷媒対水熱交換器の出口水温をほぼ一定になるように沸き上げることを特徴とするヒートポンプ給湯機とすることにより、圧縮機の起動時の過渡状態での圧力に対する温度の上昇の遅れを待機するので、圧力のオーバーシュートがなく、耐久性の高いヒートポンプ給湯機が実現できる。
【０００８】
また、請求項２記載のように、不感帯時間内に圧縮機の吐出温度の変化が少ないときには、減圧装置の開度一定制御を終了する制御手段を設けた構成とすることにより、圧縮機の起動時の過渡状態から定常状態への変化を検出して通常の吐出温度制御に移行するので、効率の良い給湯加熱運転ができる。
【０００９】
また、請求項３記載のように、運転起動後の圧縮機の吐出温度に応じて、不感帯時間を決定する制御手段を設けた構成とすることにより、圧縮機の起動時の過渡状態から定常状態への変化する時間を予測して通常の吐出温度制御に移行するので、効率の良い給湯加熱運転ができる。
【００１０】
また、請求項４記載のように、起動時に圧縮機に設けられた圧縮機温度検出手段からの信号に応じて、不感帯時間を決定する制御手段を設けた構成とすることによっても、圧縮機の起動時の過渡状態から定常状態への変化する時間を予測して通常の吐出温度制御に移行するので、効率の良い給湯加熱運転ができる。
【００１１】
【実施例】
以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。
【００１２】
（実施例１）
図１は本発明の実施例１のヒートポンプ給湯機の構成説明図、図２は同ヒートポンプ給湯機の減圧装置の開度に対する定常時の吐出温度と吐出圧力と効率を示す説明図、図３は同ヒートポンプ給湯機の外気温度に対する定常時の目標吐出温度を示す説明図、図４は同ヒートポンプ給湯機の外気温度に対する減圧装置の初期開度を示す説明図である。なお、従来例で説明した図１４と同じ構成部材には同一符号を用い説明を省略する。
【００１３】
図１において、冷媒対水熱交換器２の水側出口に設けられた沸き上げ温度検出手段９からの信号で回転数制御手段１０は循環ポンプ６の回転数を制御して、冷媒対水熱交換器２の出口水温（沸き上げ温度）をほぼ一定になるように沸き上げる。また、制御手段１１は、外気温度を検出する外気温度検出手段１２と圧縮機１の吐出温度を検出する吐出温度検出手段１３からの信号で減圧装置３の開度を制御する。１４は外気温度に対する目標吐出温度を記憶している記憶手段である。また、１５は不感帯時間（例えば５０分）をセットしたタイマーである。なお、減圧装置３として電動膨張弁（図示せず）等がある。
【００１４】
次に動作、作用について説明する。
【００１５】
まず、定常状態での給湯運転制御を説明する。
【００１６】
図２は横軸に減圧装置３の開度をとり、縦軸に吐出温度と吐出圧力と効率をとって、ある外気温度の時の減圧装置３の開度に対する吐出温度と吐出圧力と効率の関係を示したものである。同図からわかるように、効率は減圧装置３の開度に対して極大値がある。また、同図において、一点鎖線は圧縮機の通常使用時の最大温度である常用最大吐出温度であり、二点鎖線は圧縮機の通常使用時の最大圧力である常用最大吐出圧力である。ここで、効率が極大になる減圧装置３の開度Ｘに対する吐出温度を目標吐出温度Ｙとする。そして、各外気温度に対して、この目標吐出温度Ｙを求めると、図３のようになる。この外気温度に対する目標吐出温度の関係を記憶手段１４に予め記憶させる。
【００１７】
給湯運転の定常状態では、制御手段１１は外気温度検出手段１２と吐出温度検出手段１３からの信号で外気温度と吐出温度とを検出する。そして、外気温度と目標吐出温度との関係を記憶している記憶手段１４からの情報で、今の吐出温度が目標吐出温度よりも高ければ、制御手段１１は減圧装置３の開度を大きくする（開く方向）ように制御する。逆に
、今の吐出温度が目標吐出温度よりも低ければ、制御手段１１は減圧装置３の開度を小さくする（閉じる方向）ように制御する。
【００１８】
次に、起動時の給湯運転制御を説明する。
【００１９】
給湯運転の起動時は、圧縮機１の吐出圧力に比べて、圧縮機１等の熱容量のために吐出温度の上昇が遅い。だから、この起動時に、上述した定常状態の給湯運転制御（吐出温度を目標吐出温度になるように減圧装置３の開度を制御）を行うと、圧縮機１の吐出圧力が急激に上昇する。
【００２０】
そこで、図２で求めた効率が極大になる減圧装置３の開度Ｘを各外気温度において求め、これをもとに、横軸に外気温度をとり縦軸にこの減圧装置３の開度Ｘをとったものが図４である。そして、起動時にはこの減圧装置３の開度Ｘを初期開度として給湯運転を行う。この図４の外気温度に対する減圧装置３の初期開度の関係を記憶手段１４に予め記憶させる。
【００２１】
つまり、給湯運転の起動時には、制御手段１１は外気温度検出手段１２からの信号で外気温度を検出し、さらに、外気温度と減圧装置３の初期開度との関係を記憶している記憶手段１４からの情報で、減圧装置３の開度を制御する。そして、起動と同時にタイマー１５は時間の減算を始める。このタイマー１５が予めセットされた不感帯時間（例えば５０分）に達すると、この起動時の給湯運転制御を終了し、定常状態での給湯運転制御に移行する。
【００２２】
上記のように、給湯運転の起動時には、その時の吐出温度に関係なく、予め求めた効率の良い減圧装置３の開度に設定するので、吐出圧力のオーバーシュートがなく、さらに、運転効率の良い給湯運転が可能となる。
【００２３】
（実施例２）
図５は本発明の実施例２のヒートポンプ給湯機の運転時間に対する吐出温度を示す説明図、図６は同ヒートポンプ給湯機の給湯運転制御を示す流れ図である。
【００２４】
次に動作、作用について説明する。
【００２５】
図５は横軸に起動時からの運転時間をとり、縦軸に吐出温度をとって、運転時間に対する吐出温度の変化を示したものである。同図において、吐出温度は運転開始とともに上昇し、最終的には、ほぼ一定の温度に到達する。ここで、吐出温度が上昇している状態を過渡状態とし、ほぼ一定になっている状態を定常状態とすると、実施例１で説明した不感帯時間はこの過渡状態の時間でよい。しかし、起動時の過渡状態の時間は、外気温度によって異なり（一般に外気温度の低い冬は長く、外気温度の高い夏は短い）、さらに、前回の給湯運転からの時間によっても大きく変わる（前回の給湯運転からすぐに運転する場合は短いし、前回から時間が十分経っておれば長い）。だから、不感帯時間を一定時間として設定する場合は、最も長い過渡状態の時間を基準に決める必要がある。その場合には、過渡状態の時間が短い時には定常状態の吐出温度制御に移行するのが遅れてしまい、運転効率が悪くなる。そこで、同図に示すように、吐出温度の変化が少ない場合には定常状態に達したものと判断して、実施例１で説明した定常状態での給湯運転の制御に移行する。一定の時間間隔ｔ（例えば５分）毎に吐出温度を検出し、その吐出温度が前回検出した吐出温度と比較して、変化量△Ｔが所定の温度差（例えば１．５゜Ｃ）以下であれば定常状態とし、それ以上であれば過渡状態とする。
【００２６】
つまり、給湯運転が始まり圧縮機１が起動すると、制御手段１１は外気温度検出手段１
２からの信号で外気温度を検出し、また、外気温度と減圧装置３の初期開度との関係を記憶している記憶手段１４からの情報で、減圧装置３の開度を制御することによって、起動時の給湯運転制御を開始する。そして、起動と同時にタイマー１５は時間の減算を始める。さらに、一定の時間間隔（例えば５分）毎に、制御手段１１は吐出温度検出手段１３からの信号で吐出温度を検出する。この吐出温度を検出するたびに、制御手段１１は前回の吐出温度と比較して、変化量を計算する。前回と今回の吐出温度の変化量が予め設定された温度差（例えば１．５゜Ｃ）以上であればそのまま起動時の給湯運転制御を続ける。もし、前回と今回の吐出温度の変化量が予め設定された温度差（例えば１．５゜Ｃ）以下であれば定常状態での給湯運転制御に移行する。なお、起動時の給湯運転中にタイマー１５が予めセットされた不感帯時間（例えば５０分）に達した時も、この起動時の給湯運転制御を終了し、定常状態での給湯運転制御に移行する。
【００２７】
このように、給湯運転を起動した後、過渡状態と定常状態を一定の時間間隔毎に判断して、起動時の給湯運転制御から定常状態での給湯運転制御に切り換えるので、起動時の運転効率が向上する。
【００２８】
（実施例３）
図７は本発明の実施例３のヒートポンプ給湯機の運転時間に対する吐出温度を示す説明図、図８は同ヒートポンプ給湯機の判定時間における吐出温度に対する不感帯時間を示す説明図、図９は同ヒートポンプ給湯機の給湯運転制御を示す流れ図である。
【００２９】
次に動作、作用について説明する。
【００３０】
図５で説明したように、不感帯時間を一定時間として設定する場合は、最も長い過渡状態の時間を基準に決める必要がある。その場合には、過渡状態の時間が短い時には定常状態の吐出温度制御に移行するのが遅れてしまい、運転効率が悪くなる。図７は横軸に運転時間をとり縦軸に吐出温度をとって、運転時間に対する吐出温度の変化を示したものである。同図において、点線は圧縮機の初期温度が高い場合であり、実線は圧縮機の初期温度が低い場合である。同図からわかるように、圧縮機の初期温度が高いと過渡状態が短く、逆に、圧縮機の初期温度が低いと過渡状態が長い。いま、圧縮機の初期温度を検出するために、起動から一定の時間が経過（判定待機時間とし、例えば５分）した判定時間において、吐出温度を検出し、その温度をもとに過渡状態の時間を示したものが図８である。すなわち、横軸に判定時間における吐出温度をとり縦軸に過渡状態の時間をとって、判定時間における吐出温度と過渡状態の時間との関係を示したものである。そして、実線で示す過渡状態の時間から判定時間を差し引いた時間を判定時間からの不感帯時間として、記憶手段１４に予め記憶させる。
【００３１】
つまり、給湯運転が始まり圧縮機１が起動すると、制御手段１１は外気温度検出手段１２からの信号で外気温度を検出し、また、外気温度と減圧装置３の初期開度との関係を記憶している記憶手段１４からの情報で、減圧装置３の開度を制御することによって、起動時の給湯運転制御を開始する。そして、起動から判定待機時間（例えば５分）が経過すると、制御手段１１は、吐出温度検出手段１３からの信号で吐出温度を検出し、図８の判定時間からの不感帯時間を記憶している記憶手段１４からの情報で判定時間からの不感帯時間を決定する。さらに、この不感帯時間が経過すると、起動時の給湯運転制御を終了し、定常状態での給湯運転制御に移行する。
【００３２】
このように、給湯運転を起動した後、吐出温度に応じて不感帯時間を決定し、起動時の給湯運転制御から定常状態での給湯運転制御に切り換えるので、起動時の運転効率が向上する。
【００３３】
（実施例４）
図１０は本発明の実施例４のヒートポンプ給湯機の構成説明図、図１１は同ヒートポンプ給湯機の運転時間に対する吐出温度を示す説明図、図１２は同ヒートポンプ給湯機の起動時の圧縮機温度に対する不感帯時間を示す説明図、図１３は同ヒートポンプ給湯機の給湯運転制御を示す流れ図である。
【００３４】
本実施例において、実施例１と異なる点は、圧縮機の温度を検出するために圧縮機温度検出手段を設けた構成としている点である。
【００３５】
なお、実施例１と同符号の部分は同一構成を有し、説明は省略する。
【００３６】
次に動作、作用について説明する。
【００３７】
図５で説明したように、不感帯時間を一定時間として設定する場合は、最も長い過渡状態の時間を基準に決める必要がある。その場合には、過渡状態の時間が短い時には定常状態の吐出温度制御に移行するのが遅れてしまい、運転効率が悪くなる。図１１は横軸に運転時間をとり縦軸に吐出温度をとって、運転時間に対する吐出温度の変化を示したものである。同図において、点線は圧縮機の初期温度が高い場合であり、実線は圧縮機の初期温度が低い場合である。同図からわかるように、圧縮機の初期温度が高いと過渡状態が短く、逆に、圧縮機の初期温度が低いと過渡状態が長い。図１２は、横軸に起動時の圧縮機温度をとり縦軸に過渡状態の時間をとって、起動時の圧縮機温度と過渡状態の時間との関係を示したものである。そして、この過渡状態の時間を不感帯時間として、記憶手段１４に予め記憶させる。
【００３８】
つまり、給湯運転が始まり圧縮機１が起動すると、制御手段１１は外気温度検出手段１２からの信号で外気温度を検出し、また、外気温度と減圧装置３の初期開度との関係を記憶している記憶手段１４からの情報で、減圧装置３の開度を制御することによって、起動時の給湯運転制御を開始する。さらに、制御手段１１は圧縮機温度検出手段１６からの信号で圧縮機温度を検出し、図１２で示す不感帯時間を記憶している記憶手段１４からの情報で不感帯時間を決定する。そして、この不感帯時間が経過すると、起動時の給湯運転制御を終了し、定常状態での給湯運転制御に移行する。
【００３９】
このように、給湯運転を起動した後、圧縮機温度に応じて不感帯時間を決定し、起動時の給湯運転制御から定常状態での給湯運転制御に切り換えるので、起動時の運転効率が向上する。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、圧縮機の起動時の過渡状態での圧力に対する温度の上昇の遅れを待機するので、起動時の運転の効率が向上するという効果を有し、さらに、起動時の圧力のオーバーシュートがなく、耐久性の高いヒートポンプ給湯機が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施例１のヒートポンプ給湯機の構成説明図
【図２】  同ヒートポンプ給湯機の減圧装置の開度に対する定常時の吐出温度と吐出圧力と効率を示す説明図
【図３】  同ヒートポンプ給湯機の外気温度に対する定常時の目標吐出温度を示す説明図
【図４】  同ヒートポンプ給湯機の外気温度に対する減圧装置の初期開度を示す説明図
【図５】  本発明の実施例２のヒートポンプ給湯機の運転時間に対する吐出温度を示す説明図
【図６】  同ヒートポンプ給湯機の給湯運転制御を示す流れ図
【図７】  本発明の実施例３のヒートポンプ給湯機の運転時間に対する吐出温度を示す説明図
【図８】  同ヒートポンプ給湯機の判定時間における吐出温度に対する不感帯時間を示す説明図
【図９】  同ヒートポンプ給湯機の給湯運転制御を示す流れ図
【図１０】  本発明の実施例４のヒートポンプ給湯機の構成説明図
【図１１】  同ヒートポンプ給湯機の運転時間に対する吐出温度を示す説明図
【図１２】  同ヒートポンプ給湯機の起動時の圧縮機温度に対する不感帯時間を示す説明図
【図１３】  同ヒートポンプ給湯機の給湯運転制御を示す流れ図
【図１４】  従来例におけるヒートポンプ給湯機の構成説明図
【符号の説明】
１  圧縮機
２  冷媒対水熱交換器
３  減圧装置
４  蒸発器
５  貯湯槽
６  循環ポンプ
１１  制御手段
１２  外気温度検出手段
１３  吐出温度検出手段
１４  記憶手段
１５  タイマー
１６  圧縮機温度検出手段
【図１】
0003800862.tif 000002
【図２】
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【図３】
0003800862.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0003800862.tif 000008
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
0003800862.tif 000012
【図１２】
0003800862.tif 000013
【図１３】
0003800862.tif 000014
【図１４】
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