JP2000346449A - ヒートポンプ給湯機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 運転効率の向上と耐久性の向上をはかったヒ
ートポンプ給湯機を提供する。 【解決手段】 圧縮機１、冷媒対水熱交換器２、減圧装
置３、蒸発器４を順次接続した冷媒循環回路と、貯湯槽
５、循環ポンプ６、冷媒対水熱交換器２を順次接続した
給湯回路と、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１
３と、圧縮機の吐出温度が外気温度に対して圧縮機の吐
出温度が予め設定された目標吐出温度になるように減圧
装置３の開度を制御する制御手段１１とを設けた構成と
し、さらに、制御手段１１は圧縮機１の起動時には、減
圧装置３の開度を一定とする不感帯時間を有する構成と
することにより、圧縮機１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して、起動時の運転の
効率を向上し、耐久性の高いヒートポンプ給湯機が実現
できる。

Description

【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
器を順次接続した冷媒循環回路と、貯湯槽、循環ポン
プ、前記冷媒対水熱交換器を順次接続した給湯回路と、
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、さらに、前記制御手段は前記圧縮機の起動時には減
圧装置の開度を一定とする不感帯時間を有するものであ
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、蒸発器を順次接続し
た冷媒循環回路と、貯湯槽、循環ポンプ、前記冷媒対水
熱交換器を順次接続した給湯回路と、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設けた構成とし、さら
に、前記制御手段は前記圧縮機の起動時には、減圧装置
の開度を一定とする不感帯時間を有する構成とすること
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１
５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１
４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の請求項１に
係るヒートポンプ給湯機は、圧縮機、冷媒対水熱交換
器、減圧装置、蒸発器を順次接続した冷媒循環回路と、
貯湯槽、循環ポンプ、前記冷媒対水熱交換器を順次接続
した給湯回路と、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
制御手段とを設けた構成とし、さらに、前記制御手段は
前記圧縮機の起動時には、減圧装置の開度を一定とする
不感帯時間を有する構成とすることにより、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、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。

【００４１】また、請求項２に係るヒートポンプ給湯機
は、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、起動時の運転効率が向上するという効
果を有する。

【００４２】また、請求項３に係るヒートポンプ給湯機
は、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、起動
時の運転効率が向上するという効果を有する。

【００４３】また、請求項４に係るヒートポンプ給湯機
は、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。

【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

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】圧縮機、冷媒対水熱交換器、減圧装置、蒸
   発器を順次接続した冷媒循環回路と、貯湯槽、循環ポン
   プ、前記冷媒対水熱交換器を順次接続した給湯回路と、
   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構成としたヒート
   ポンプ給湯機において、前記圧縮機の起動時には、減圧
   装置の開度を一定とする不感帯時間を有する制御手段を
   備えていることを特徴とするヒートポンプ給湯機。
2. 【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。
3. 【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。
4. 【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。