JP2002286288A5 - - Google Patents

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【書類名】 明細書
【発明の名称】 ヒートポンプ給湯機
【特許請求の範囲】
【請求項１】 圧縮機、冷媒対水熱交換器、冷媒の流量を制御する減圧装置、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、前記冷媒対水熱交換器の水側出口水温である沸き上げ温度を一定にするために前記循環ポンプの流量を制御する流量制御手段と、前記貯湯槽中の湯水混合層を検出する沸き上げ完了直前検出手段と、前記沸き上げ完了直前検出手段からの信号が所定の信号になった時に前記減圧装置の弁開度を開くように制御する制御手段とを備えたヒートポンプ給湯機。
【請求項２】 圧縮機、冷媒対水熱交換器、冷媒の流量を制御する減圧装置、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、前記冷媒対水熱交換器の水側出口水温である沸き上げ温度を一定にするために前記循環ポンプの流量を制御する流量制御手段と、前記給湯回路に設けられ前記冷媒対水熱交換器に流入する前の給水の温度を検知する給水温度検出手段とを有し、前記給水温度検出手段が前記貯湯槽中の湯水混合層を検出すると前記減圧装置の弁開度を開くように制御するヒートポンプ給湯機。
【請求項３】 制御手段は、外気温度検出手段が検出した外気温度に応じて減圧装置の弁開度の変更量を制御することを特徴とする請求項１または２に記載のヒートポンプ給湯機。
【請求項４】 制御手段は、給水温度が高いほど減圧装置の弁開度の変更量を大きく制御することを特徴とする請求項２に記載のヒートポンプ給湯機。
【請求項５】 制御手段は、予め設定された時間間隔ごとに減圧装置の弁開度を変更することを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ給湯機。
【請求項６】 制御手段は、減圧装置における弁開度の変更の時間間隔を、沸き上げ完了に近づくほど小さくすることを特徴とする請求項５に記載のヒートポンプ給湯機。
【請求項７】 沸き上げ完了直前検出手段は、循環ポンプの流量が最大流量になった時に、最大流量になっている時間を計算する時間計測手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ給湯機。
【請求項８】 沸き上げ完了直前検出手段は、吐出圧力検出手段を備えたことを特徴とする請求項１に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２０は従来のヒートポンプ給湯機の構成図である。図２０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成り、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し凝縮する。
【０００３】
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、これを給水温度検出手段８が検知して前記圧縮機１によるヒートポンプ運転を停止し、前記補助加熱器７の単独運転に切り換えるものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような従来例の構成では、沸き上げ運転時間の経過とともに貯湯槽５内の湯と水の接する部分で湯水混合層が生じ、その層は次第に拡大していく。図２１は貯湯槽５内の湯の温度分布を示す。同図中において、T1は沸き上げ温度（高温湯）であり、T2は市水温度（低温湯）である。前述の湯水混合層は、高温湯と低温湯の熱伝導および対流により発生するものであり、高温湯から低温湯へ伝熱されその境界部分で高温湯は温度低下し、逆に低温湯は温度上昇する。
【０００５】
従って、貯湯槽５の沸き上げ完了近くになると、前記冷媒対水熱交換器２に流入する給水温度は高くなるため、前記圧縮機１の吐出圧力は上昇して、モータの巻線温度の上昇など圧縮機１の耐久性が課題となってくる。
【０００６】
図２２は横軸に前記冷媒対水熱交換器２に流入する給水温度を示し、縦軸にその時の圧縮機１の吐出圧力を示して、給水温度に対する圧縮機１の吐出圧力の関係を示したものである。同図中の圧力Ｐは常用上限圧力であり、圧縮機１の耐久性を保証するためには、通常運転ではこの圧力以下で運転する必要がある。圧力Ｐの時の給水温度は同図中よりT3となる。
【０００７】
また、有効な湯温の下限をTu（例えば４５＃Ｃ）とし、前述のT3とTuを図２１に示す。同図の左側に示す貯湯槽５の断面図において、湯温T3以下の領域は沸き上げ可能な領域であり、Tu以上の領域は有効な湯として使用できる領域である。しかし、湯温T3とTuの間の領域（斜線の部分）は有効な湯として利用できない領域である。
【０００８】
このように従来例の構成では、前記冷媒対水熱交換器２に流れる水温が低い状態で運転を停止せざるをえないので、前記貯湯槽５の下部が低温の水の状態で停止することになり、前記貯湯槽５の湯容量を有効に利用できない。そのため、貯湯熱量は減少し、給湯負荷を満足することができない。これを解決する方法の一つとして、貯湯槽５の容量を大きくすることが考えられる。
【０００９】
しかし、この場合には、貯湯槽５の設置面積が大きくなり、設置の自由度が制限され、かつ、コストが高くなるという課題がある。また、他の方法として、ヒートポンプ運転を停止した後、補助加熱器７の単独運転で貯湯熱量を増加する方法がある。しかし、この場合には、ヒータなどで加熱するため、消費電力が大きくなり、効率が悪くなるという課題がある。
【００１０】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、圧縮機の異常温度上昇ならびに異常圧力上昇もなく、低消費電力量で貯湯槽の下部まで高温湯を貯湯し、湯容量を有効に利用可能としたヒートポンプ給湯機を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記従来の課題を解決するために、本発明のヒートポンプ給湯機は、貯湯槽全体が沸き上がる直前を検出する沸き上げ完了直前検出手段と、沸き上げ完了に近づいたことを検出したときに、減圧装置の開度を開くように制御する制御手段とを設けたものである。従って、沸き上げ完了に近づき、圧縮機の吐出圧力が上昇する場合に、減圧装置の開度を開くように制御し、吐出圧力を低く押さえるので、高温の給水温度まで給湯加熱運転が可能となるものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
請求項１に記載の発明は、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、貯湯槽全体が沸き上がる直前を検出する沸き上げ完了直前検出手段と、前記沸き上げ完了直前検出手段からの信号が所定の信号になった時に、前記減圧装置の開度を開くように制御する制御手段とを備えたことにより、沸き上げ完了に近づき、圧縮機の吐出圧力が上昇する場合に、減圧装置の弁開度を開くように制御し、吐出圧力を低く押さえ、高温の給水温度まで給湯加熱運転が可能となり、貯湯槽の湯容量を有効に利用できるものである。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、減圧装置の弁開度の変更幅は外気温度を検出する外気温度検出手段から得た外気温度に応じて決定する制御手段を備えたことにより、外気温度に応じた最適な減圧装置の弁開度の変更を行うので、貯湯槽の湯容量を有効に利用でき、かつ、効率の良い給湯加熱運転ができるものである。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、予め決められた複数の給水温度毎に前記減圧装置の弁開度の変更を行う制御手段を備えたことにより、給水温度に応じた最適な減圧装置の弁開度の変更を行うので、有効な湯として利用できない無駄な領域がより少なくなるため、貯湯槽の湯容量を有効に利用でき、かつ効率の良い給湯加熱運転ができるものである。
【００１５】
請求項４に記載の発明は、給水温度が高いほど減圧装置の弁開度の変更幅を大きくした制御手段を備えたことにより、吐出圧力の上昇が大きい高給水温度時に減圧装置の弁開度の変更量を大きくして吐出圧力を大きく低下させ、給水温度に応じた最適な減圧装置の弁開度の変更を行うので、貯湯槽の湯容量を有効に利用でき、かつ効率の良い給湯加熱運転ができるものである。
【００１６】
請求項５に記載の発明は、予め設定された時間間隔ごとに減圧装置の弁開度の変更を行う制御手段を備えたことにより、沸き上げ完了直前時に最適な減圧装置の弁開度の変更を行うので、貯湯槽の湯容量を有効に利用でき、かつ効率の良い給湯加熱運転ができるものである。
【００１７】
請求項６に記載の発明は、減圧装置の弁開度の変更を行う時間間隔を沸き上げ完了に近づくほど小さくした制御手段を備えたことにより、沸き上げ完了に近づくほど吐出圧力の上昇が大きい時に減圧装置の弁開度の変更を多くして吐出圧力を大きく低下させ、最適な減圧装置の弁開度の変更を行うので、貯湯槽の湯容量を有効に利用でき、かつ効率の良い給湯加熱運転ができるものである。
【００１８】
請求項７に記載の発明は、沸き上げ完了直前検出手段として、循環ポンプの流量が最大流量になった時に、最大流量になっている時間を計測する時間計測手段を備えたことにより、循環ポンプの能力が、所定の時間の間、最大になったことを検出して減圧装置の弁開度の変更を行い、吐出圧力を低く押さえ、加熱運転を続けるので、高温の給水温度まで給湯加熱運転が可能となり、貯湯槽の湯容量を有効に利用できるものである。
【００１９】
請求項８に記載の発明は、沸き上げ完了直前検出手段として吐出圧力検出手段を用い、検出した吐出圧力が設定された基準圧力になれば、減圧装置の弁開度を開くように制御する制御手段を備えたことにより、貯湯槽の湯容量を有効に利用でき、かつ直接吐出圧力により制御するので、圧縮機のより確実な耐久性の向上を図ることが可能になる。
【００２０】
【実施例】
以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の各実施例において、図２０に示す従来の技術で説明したと同じ構成部材には同一符号を付して詳細な説明を省略し、異なる処を中心に説明する。
【００２１】
（実施例１）
図１は本発明の実施例１におけるヒートポンプ給湯機の構成図で、図２は同ヒートポンプ給湯機の運転時間に対する圧縮機の運転状態と減圧装置の弁開度と吐出圧力と給水温度とを示す説明図で、図３は同ヒートポンプ給湯機の貯湯槽の温度分布を示す説明図である。
【００２２】
図１において、冷媒対水熱交換器２の水側出口に設けた沸き上げ温度検出手段９からの信号で流量制御手段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、沸き上げ完了の直前を検出する沸き上げ完了直前検出手段１２からの信号で、減圧装置３の弁開度を制御するものである。
【００２３】
なお、沸き上げ完了直前検出手段１２として、ここでは一例として、冷媒対水熱交換器２の水側入口水温である給水温度を検出する給水温度検出手段８を用いる。また、減圧装置３として電動膨張弁（図示せず）等がある。
【００２４】
次に上記実施例の動作と作用について説明する。図２は横軸に運転時間を示し、縦軸に圧縮機の運転状態と減圧装置の弁開度と吐出圧力と給水温度とを示して、運転時間に対する圧縮機の運転状態と減圧装置の弁開度と吐出圧力と給水温度との関係を示したものである。従来例で説明したように、貯湯槽５の沸き上げ完了近くになると、冷媒対水熱交換器２に流入する給水温度は高くなる。
【００２５】
つまり、冷媒対水熱交換器２に流入する水が従来例で前述した湯水混合層の部分になると、同図に示すように、運転時間とともに給水温度が上昇する。そして、沸き上げ完了直前検出手段１２である給水温度検出手段８が（沸き上げ温度T1よりも低い温度である）沸き上げ完了直前検出温度Thを検出すると、この検出信号により制御手段１１は、減圧装置３の弁開度を大きくする（開く）。
【００２６】
この時、圧縮機の吐出圧力はP1からP2に減少する。その後、運転時間の経過とともに給水温度が更に上昇し、それに従って吐出圧力が上昇する。そして、給水温度検出手段８が、常用上限圧力Ｐになる給水温度T3aを検出すると、圧縮機を停止し加熱運転を終了する。なお、同図中の太い点線は、減圧装置３の弁開度の制御を行わない従来例の場合である。運転限界の給水温度がT3からT3aへと高くなり、運転範囲が大きくなることが明らかにできるとともに、有効になった湯層ができ、使えない湯層が図３に示すように従来例よりも少なくなり、貯湯槽の湯容量を有効に利用できる。
【００２７】
以上のように本実施例の発明においては、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、貯湯槽全体が沸き上がる直前を検出する沸き上げ完了直前検出手段と、前記沸き上げ完了直前検出手段からの信号が所定の信号になった時に、前記減圧装置の弁開度を開くように制御する制御手段とを備えたことにより、沸き上げ完了に近づき、圧縮機の吐出圧力が上昇する場合に、減圧装置の開度を開くように制御して吐出圧力を低く押さえ、高温の給水温度まで給湯加熱運転が可能となり、貯湯槽の湯容量を有効に利用できるものである。
【００２８】
（実施例２）
図４は本発明の実施例２におけるヒートポンプ給湯機の構成図で、図５は同ヒートポンプ給湯機の減圧装置の弁開度に対する吐出圧力を示す説明図で、図６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弁開度の変更量と沸き上げ完了直前検出温度とを示す説明図である。
【００２９】
本実施例において、図１に示す実施例１と異なる点は、外気温度を検出するため蒸発器４の近傍に設けた外気温度検出手段１３と、外気温度に対する減圧装置３の弁開度の変更量を記憶している第一の記憶手段１４とを設け、かつ制御手段１１ａは沸き上げ完了直前検出手段１２の信号以外に、前記外気温度検出手段１３と第一の記憶手段１４の信号をとり込んで減圧装置３を制御する構成としていることである。
【００３０】
前記第一の記憶手段１４は、記憶している外気温度に対する減圧装置３の弁開度の変更量を、次のような関係の基で設定している。すなわち、図５は横軸に減圧装置３の弁開度を示し、外気温度をパラメータ（冬は例えば５＃Ｃ、中間期は例えば１８＃Ｃ、夏は例えば１８＃Ｃ）にして、縦軸に吐出圧力を示して、ある給水温度の場合における減圧装置３の弁開度に対する吐出圧力の関係を示したものである。同図に示すように、減圧装置３の弁開度が大きくなれば、吐出圧力が減少する。そこで、吐出圧力をＰ１からＰ２に減少させるため減圧装置３の弁開度の変更量を求めれば、冬（例えば５＃Ｃ）では△Ｓ１、中間期（例えば１８＃Ｃ）では△Ｓ２、夏（例えば１８＃Ｃ）では△Ｓ３となる。
【００３１】
図６は横軸に外気温度を示し、縦軸に減圧装置３の弁開度の変更量を示して、外気温度に対する減圧装置３の弁開度の変更量と沸き上げ完了直前検出温度との関係を示したものである。外気温度に対する減圧装置３における弁開度の変更量の関係は、図５で求めた外気温度（冬は５＃Ｃ、中間期は１８＃Ｃ、夏は１８＃Ｃ）に対する変更量（冬は△Ｓ１、中間期は△Ｓ２、夏は△Ｓ３）の関係である。また、外気温度に対する沸き上げ完了直前検出温度の関係は、各外気温度（冬は例えば５＃Ｃ、中間期は例えば１８＃Ｃ、夏は例えば１８＃Ｃ）において吐出圧力がP1になる給水温度（沸き上げ完了直前検出温度Th）を求めることによって決定できる。そして、これらの関係を表したものが図６であり、この図６の関係（テーブル）を第一の記憶手段１４に予め記憶させる。なお、図中で、実施例１の図１と同符号の部分は同一構成を示し、詳細な説明は省略する。
【００３２】
次に上記実施例の動作と作用について説明する。制御手段１１ａは、定期的に沸き上げ完了直前検出手段１２である給水温度検出手段８から給水温度を検出し、更に外気温度検出手段１３から外気温度を検出する。そして、第一の記憶手段１４に記憶させているテーブルから、外気温度に対する減圧装置３の弁開度の変更量と沸き上げ完了直前検出温度Thとを求める。そして、給水温度検出手段８から得た給水温度が沸き上げ完了直前検出温度Thより低ければ、減圧装置３の弁開度は変更せず、逆に、給水温度が沸き上げ完了直前検出温度Thより高ければ第一の記憶手段１４のテーブルから求めた減圧装置３の弁開度の変更量だけ減圧装置３の弁開度を変更する（開く）。減圧装置３の弁開度を変更すると吐出圧力はP1からP2に減少する。その後、実施例１で説明したように、運転時間の経過とともに給水温度が更に上昇し、それに従って吐出圧力が上昇する。そして、給水温度検出手段８が、図２に示す常用上限圧力Ｐになる給水温度T3aを検出すると、圧縮機を停止し、加熱運転を終了する。
【００３３】
以上のように本実施例の発明においては、減圧装置の弁開度の変更量は外気温度を検出する外気温度検出手段から得た外気温度に応じて決定する制御手段を備えたことにより、外気温度に応じた最適な減圧装置の弁開度の変更を行うので、貯湯槽の湯容量を有効に利用でき、かつ、効率の良い給湯加熱運転ができるものである。
【００３４】
（実施例３）
図７は本発明の実施例３におけるヒートポンプ給湯機の構成図で、図８は同ヒートポンプ給湯機の運転時間に対する給水温度と吐出圧力と減圧装置の弁開度と圧縮機の運転状態とを示す説明図である。本実施例において、図１に示す実施例１と異なる点は、給水温度記憶手段１５を設け、かつ制御手段１１ｂは沸き上げ完了直前検出手段１２の信号以外に、前記給水温度記憶手段１５の信号をとり込んで減圧装置３を制御する構成としていることである。
【００３５】
前記給水温度記憶手段１５は、記憶している給水温度を次のような関係の基で設定している。すなわち、図８は横軸に運転時間を示し、縦軸に給水温度と吐出圧力と減圧装置の弁開度と圧縮機の運転状態とを示し、運転時間に対する給水温度と吐出圧力と減圧装置の弁開度と圧縮機の運転状態との関係を示したものである。同図中に示すＴｈ１、Ｔｈ２（Ｔｈ１＜Ｔｈ２） は、沸き上げ完了直前検出温度Thで、それぞれ第一の沸き上げ完了直前検出温度、第二の沸き上げ完了直前検出温度である。この第一の沸き上げ完了直前検出温度Ｔｈ１と第二の沸き上げ完了直前検出温度Ｔｈ２とを給水温度記憶手段１５に記憶させている。なお、図中において図１に示す実施例１と同符号の部分は同一構成を示し、詳細な説明は省略する。
【００３６】
次に上記実施例の動作と作用について説明する。前述したように、貯湯槽５の沸き上げ完了近くになると、冷媒対水熱交換器２に流入する給水温度は高くなる。制御手段１１ｂは、定期的に沸き上げ完了直前検出手段１２である給水温度検出手段８から給水温度を検出し、更に給水温度記憶手段１５に記憶させている第一の沸き上げ完了直前検出温度Ｔｈ１を求める。そして、給水温度検出手段８から得た給水温度が第一の沸き上げ完了直前検出温度Ｔｈ１より低ければ、減圧装置３の弁開度は変更せず、逆に、給水温度が第一の沸き上げ完了直前検出温度Ｔｈ１より高ければ減圧装置３の弁開度を変更する（開く）。このように減圧装置３の弁開度を変更すると吐出圧力は減少する。その後も、制御手段１１ｂは、定期的に沸き上げ完了直前検出手段１２である給水温度検出手段８から給水温度を検出し、更に給水温度記憶手段１５に記憶させている第二の沸き上げ完了直前検出温度Ｔｈ２を求める。そして、給水温度検出手段８から得た給水温度が第二の沸き上げ完了直前検出温度Ｔｈ２より低ければ、減圧装置３の弁開度は変更せず、逆に、給水温度が第二の沸き上げ完了直前検出温度Ｔｈ２より高ければ減圧装置３の弁開度を変更する（開く）。更にこのように減圧装置３の弁開度を変更した時は同様に、圧縮機の吐出圧力は減少する。その後、実施例１で説明したように運転時間の経過とともに給水温度が更に上昇し、それに従って吐出圧力が上昇する。そして、給水温度検出手段８が、常用上限圧力Ｐになる給水温度T3aを検出すると、圧縮機を停止し、加熱運転を終了する。
【００３７】
以上のように本実施例の発明においては、予め決められた複数の給水温度毎に前記減圧装置の弁開度の変更を行う制御手段を備えたことにより、給水温度に応じた最適な減圧装置の弁開度の変更を行うので、有効な湯として利用できない無駄な領域がより少なくなるため、貯湯槽の湯容量を有効に利用でき、かつ効率の良い給湯加熱運転ができるものである。
【００３８】
また、本実施例では、沸き上げ完了直前検出温度Thとして２つの給水温度を設定したが、３つ以上の給水温度を設定しても、本実施例と同様の作用効果が得られる。
【００３９】
（実施例４）
図９は本発明の実施例４におけるヒートポンプ給湯機の構成図で、図１０は同ヒートポンプ給湯機の給水温度に対する吐出圧力と減圧装置の弁開度を示す説明図で、図１１は同ヒートポンプ給湯機の給水温度に対する減圧装置の弁開度の変更量を示す説明図である。
【００４０】
本実施例において、図７に示す実施例３と異なる点は、給水温度に対する減圧装置の弁開度の変更量を記憶する第二の記憶手段１６を設け、かつ制御手段１１ｃは沸き上げ完了直前検出手段１２と、第一の沸き上げ完了直前検出温度Ｔｈ１と第二の沸き上げ完了直前検出温度Ｔｈ２とを記憶している給水温度記憶手段１５の信号以外に、前記第二の記憶手段１６の信号をとり込んで減圧装置３を制御する構成としていることである。
【００４１】
前記第二の記憶手段１６は、記憶している給水温度に対する減圧装置の弁開度の変更量を次のような関係の基で設定している。すなわち、図１０は横軸に給水温度を示し、縦軸に吐出圧力と減圧装置の弁開度とを示して、給水温度に対する吐出圧力と減圧装置の弁開度との関係を示したものである。同図において、点線は減圧装置３の弁開度を一定とした場合である。同図から明らかなように、給水温度が高くなればなるほど急激に吐出圧力が高くなる。また、同図中に示すＴｈ１、Ｔｈ２、Ｔｈ３、Ｔｈ４ 、Ｔｈ５ （Ｔｈ１＜Ｔｈ２＜Ｔｈ３＜Ｔｈ４＜Ｔｈ５） は、沸き上げ完了直前検出温度Thを示す給水温度で、それぞれ第一、第二、第三、第四、第五の沸き上げ完了直前検出温度である。この第一から第五の沸き上げ完了直前検出温度を給水温度記憶手段１５に記憶させている。そして、沸き上げ完了直前検出手段１２である給水温度検出手段８の検出した給水温度が、給水温度記憶手段１５に記憶させている沸き上げ完了直前検出温度Th（Ｔｈ１、Ｔｈ２、Ｔｈ３、Ｔｈ４、Ｔｈ５）以上になれば、減圧装置３の弁開度を変更（それぞれ△Ｓ１、△Ｓ２、△Ｓ３、△Ｓ４、△Ｓ５）する（開く）。この時の減圧装置３における弁開度の変更量を、同図に示すように、沸き上げ完了直前検出温度の高い方ほどより大きくする。つまり、沸き上げ完了直前検出温度Ｔｈ１＜Ｔｈ２＜Ｔｈ３＜Ｔｈ４＜Ｔｈ５の時、減圧装置３の弁開度の変更量を△Ｓ１＜△Ｓ２＜△Ｓ３＜△Ｓ４＜△Ｓ５とする。このようにすれば、同図の実線で示すように、吐出圧力の急激な上昇はなくなる。
【００４２】
また、図１１は横軸に給水温度を示し、縦軸に減圧装置３の弁開度の変更量を示して、給水温度に対する減圧装置３における弁開度の変更量の関係を示したものであり、この関係を第二の記憶手段１６に記憶させている。なお、図中において実施例３と同符号の部分は同一構成を示し、詳細な説明は省略する。
【００４３】
次に上記実施例の動作と作用について説明する。制御手段１１ｃは、定期的に沸き上げ完了直前検出手段１２である給水温度検出手段８の検出した給水温度を検出する。そして、給水温度記憶手段１５に記憶させている沸き上げ完了直前検出温度Th（Ｔｈ１、Ｔｈ２、Ｔｈ３、Ｔｈ４、Ｔｈ５）を求める。そして、給水温度検出手段８から求めた給水温度が沸き上げ完了直前検出温度Thより低ければ、減圧装置３の弁開度は変更せず、逆に、給水温度が沸き上げ完了直前検出温度Thより高ければ、第二の記憶手段１６に記憶している給水温度に対する減圧装置の弁開度の変更量（それぞれ△Ｓ１、△Ｓ２、△Ｓ３、△Ｓ４、△Ｓ５）だけ減圧装置３の弁開度を変更する（開く）。
【００４４】
以上のように本実施例の発明においては、給水温度が高いほど減圧装置の弁開度の変更量を大きくした制御手段を備えたことにより、吐出圧力の上昇が大きい高給水温度時に減圧装置の弁開度の変更量を大きくして吐出圧力を大きく低下させ、給水温度に応じた最適な減圧装置の弁開度の変更を行うので、貯湯槽の湯容量を有効に利用でき、かつ効率の良い給湯加熱運転ができるものである。
【００４５】
また、本実施例の発明では、沸き上げ完了直前検出温度Thとして５つの給水温度を設定したが、６つ以上の給水温度を設定しても、本実施例と同様の作用効果が得られる。
【００４６】
（実施例５）
図１２は本発明の実施例５におけるヒートポンプ給湯機の構成図で、図１３は同ヒートポンプ給湯機の運転時間に対する給水温度と減圧装置の弁開度と吐出圧力とを示す説明図である。本実施例において、図１に示す実施例１と異なる点はタイマー１７を設け、かつ制御御手段１１ｄは、沸き上げ完了直前検出手段１２の信号以外に、前記タイマー１７の信号をとり込んで減圧装置３を制御する構成としていることである。すなわち、制御手段１１ｄは、給水温度が沸き上げ完了直前検出温度Thになれば、タイマー１７により予め設定された所定の時間間隔△Ｔ毎に、減圧装置３の弁開度を大きくする制御を行うものである。
【００４７】
つまり、図１３は横軸に運転時間度を示し、縦軸に給水温度と減圧装置の弁開度と吐出圧力とを示して、運転時間に対する給水温度と減圧装置の弁開度と吐出圧力との関係を示したものである。前述したように、貯湯槽５の湯水混合層の部分になると運転時間とともに給水温度が上昇する。同図において、点線は減圧装置３の弁開度を一定とした場合であり、運転時間が経過して給水温度が高くなればなるほど急激に吐出圧力が高くなる。そこで、給水温度が、沸き上げ完了直前検出温度Thになれば、タイマー１７により予め設定された所定の時間間隔△Ｔ毎に、減圧装置３の弁開度を大きくする。このようにすれば、同図のように、減圧装置３の弁開度が一定の場合に比べて、吐出圧力（実線の部分）を低くすることができる。なお、図中において図１に示す実施例１と同符号の部分は同一構成を示し、詳細な説明は省略する。
【００４８】
次に上記実施例の動作と作用について説明する。すなわち、制御手段１１ｄは、定期的に沸き上げ完了直前検出手段１２である給水温度検出手段８から給水温度を検出する。そして、給水温度検出手段８から求めた給水温度が沸き上げ完了直前検出温度Thより高ければ、タイマー１７からの信号によって所定の時間間隔△Ｔ毎に段階的に減圧装置３の弁開度を開くものである。
【００４９】
以上のように本実施例の発明においては、予め設定された時間間隔ごとに減圧装置３の弁開度の変更を行う制御手段１１ｄを備えたことにより、沸き上げ完了直前時に最適な減圧装置の弁開度の変更を行うので、貯湯槽の湯容量を有効に利用でき、かつ効率の良い給湯加熱運転ができるものである。
【００５０】
（実施例６）
図１４は本発明の実施例６におけるヒートポンプ給湯機の構成図で、図１５は同ヒートポンプ給湯機の運転時間に対する給水温度と減圧装置の弁開度と吐出圧力とを示す説明図である。本実施例において、図１２に示す実施例５と異なる点は、減圧装置３の弁開度の変更を行う時間間隔を沸き上げ完了に近づくほど小さく設定した時間間隔記憶手段１８を設け、かつ制御御手段１１ｅは、沸き上げ完了直前検出手段１２の信号以外に、前記時間間隔記憶手段１８の信号に基くタイマー１７の信号をとり込んで、減圧装置３の弁開度の変更を行う時間間隔を、沸き上げ完了に近づくほど小さく制御する構成としていることである。
【００５１】
すなわち、図１５は横軸に運転時間度を示し、縦軸に給水温度と減圧装置の弁開度と吐出圧力とを示して、運転時間に対する給水温度と減圧装置の弁開度と吐出圧力との関係を示したものである。前述したように、貯湯槽５の湯水混合層の部分になると運転時間の経過とともに給水温度が上昇する。同図において、点線は減圧装置３の弁開度を一定とした場合であり、運転時間が経過して給水温度が高くなればなるほど急激に吐出圧力（点線の部分）が高くなる。そこで、給水温度が、第一の沸き上げ完了直前検出温度Ｔｈ１になれば、予め設定された所定の第一の時間間隔△T1毎に、減圧装置３の弁開度を段階的に大きくする。そして、給水温度が更に上昇し、給水温度が第二の沸き上げ完了直前検出温度Ｔｈ２になれば、前記第一の時間間隔△T1より小さい所定の第二の時間間隔△T2（△T2＜△T1）毎に、減圧装置３の弁開度を段階的に大きくする。
【００５２】
このように、吐出圧力が急激に上昇する高給水温度時に、減圧装置３の弁開度を修正する時間間隔を短くすれば、同図のように、減圧装置３の弁開度が一定の場合に比べて、吐出圧力（実線の部分）を低くすることができ、特に、急激な吐出圧力の上昇をなくすことができるため、給湯加熱運転の範囲を広げることができる。従って、前述した第一の時間間隔△T1と第二の時間間隔△T2とを時間間隔記憶手段１８に記憶させているのである。なお、図中において図１２に示す実施例５と同符号の部分は同一構成を示し、詳細な説明は省略する。
【００５３】
次に上記実施例の動作と作用について説明する。すなわち、制御手段１１ｅは、定期的に沸き上げ完了直前検出手段１２である給水温度検出手段８から給水温度を検出する。そして、給水温度検出手段８から求めた給水温度が第一の沸き上げ完了直前検出温度Ｔｈ１より高ければ、時間間隔記憶手段１８からの信号によって、第一の時間間隔△T1を検出する。そして、タイマー１７からの信号によって、第一の時間間隔△T1毎に減圧装置３の弁開度を段階的に開く。更に、給水温度が上昇し、給水温度検出手段８から求めた給水温度が第二の沸き上げ完了直前検出温度Ｔｈ２より高ければ、時間間隔記憶手段１８からの信号によって、第二の時間間隔△T2を検出する。そして、タイマー１７からの信号によって、第二の時間間隔△T2毎に減圧装置３の弁開度を段階的に開くものである。
【００５４】
以上のように本実施例の発明においては、減圧装置の弁開度の変更を行う時間間隔を沸き上げ完了に近づくほど小さくした制御手段を備えたことにより、沸き上げ完了に近づくほど吐出圧力の上昇が大きい時に減圧装置の弁開度の変更を多くして吐出圧力を大きく低下させ、最適な減圧装置の弁開度の変更を行うので、貯湯槽の湯容量を有効に利用でき、かつ効率の良い給湯加熱運転ができるものである。
【００５５】
また、本実施例では、減圧装置の弁開度の変更を行う時間間隔として２つの時間間隔（△T1、△T2）を設定したが、３つ以上の時間間隔を設定しても、本実施例と同様の作用効果が得られる。
【００５６】
（実施例７）
図１６は本発明の実施例７におけるヒートポンプ給湯機の構成図で、図１７は同ヒートポンプ給湯機の運転時間に対する給水温度と循環ポンプの回転数と流量と吐出圧力と減圧装置の弁開度とを示す説明図である。本実施例において、図１に示す実施例１と異なる点は、沸き上げ完了直前検出手段１２として、循環ポンプ６の流量が最大流量になっている時間を、流量検出手段１０を通じて計測する時間計測手段１９を設け、かつ制御手段１１ｆは前記時間計測手段１９の出力信号を受けて減圧装置３を制御する構成としていることである。なお、図中で実施例１と同符号の部分は同一構成を示し、詳細な説明は省略する。
【００５７】
次に上記実施例の動作と作用について説明する。図１７は横軸に運転時間度を示し、縦軸に給水温度と循環ポンプ６の回転数および流量と吐出圧力と減圧装置３の弁開度とを示して、運転時間に対する給水温度と循環ポンプ６の回転数および流量と吐出圧力と減圧装置３の弁開度との関係を示したものである。前述したように、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からの信号で流量制御手段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。今、貯湯槽５における湯水混合層の部分になると運転時間とともに給水温度が上昇するので、冷媒対水熱交換器２の水側流量が大きくなるように循環ポンプ６の回転数を増加させていく。ところが、循環ポンプ６の回転数が最大回転数に達してもなお給水温度が上昇する場合がある。この場合には、冷媒対水熱交換器２の出口水温である沸き上げ温度が上昇し、かつ、吐出圧力も急激に上昇する。そこで、循環ポンプ６の回転数が所定の運転時間続けて最大回転数になれば、減圧装置３の弁開度を開くように制御すれば、図１７に示すように吐出圧力が低下し、給湯加熱運転を続けることが可能になる。
【００５８】
すなわち、制御手段１１ｆは、定期的に沸き上げ完了直前検出手段１２である時間計測手段１９から循環ポンプ６の流量が最大流量になっている時間を検出する。そして、この検出した時間が制御手段１１ｆに予め設定した所定の運転時間より長ければ、時間計測手段１９からの信号によって減圧装置３の弁開度を開くのである。
【００５９】
以上のように、本実施例の発明においては、沸き上げ完了直前検出手段として、循環ポンプの流量が最大流量になった時に、最大流量になっている時間を計算する時間計測手段を備えたことにより、循環ポンプの能力が、所定の時間の間、最大になったことを検出して減圧装置の弁開度の変更を行い吐出圧力を低く押さえ加熱運転を続けるので、高温の給水温度まで給湯加熱運転が可能となり、貯湯槽の湯容量を有効に利用できるものである。
【００６０】
（実施例８）
図１８は本発明の実施例８におけるヒートポンプ給湯機の構成図で、図１９は同ヒートポンプ給湯機の運転時間に対する給水温度と吐出圧力と減圧装置の弁開度とを示す説明図である。本実施例において、図１に示す実施例１と異なる点は、沸上げ完了直前検出手段１２として、ヒートポンプの冷媒循環回路における圧縮機１の吐出側に接続し、吐出圧力を検出する吐出圧力検出手段２０を設け、かつ制御手段１１ｇは前記吐出圧力検出手段２０の出力信号を受けて減圧装置３を制御する構成としていることである。なお、図中で実施例１と同符号の部分は同一構成を示し、詳細な説明は省略する。
【００６１】
次に上記実施例の動作と作用について説明する。図１９は横軸に運転時間度を示し、縦軸に給水温度と吐出圧力と減圧装置の弁開度とを示して、運転時間に対する給水温度と吐出圧力と減圧装置の弁開度との関係を示したものである。前述したように、貯湯槽における湯水混合層の部分になると運転時間とともに給水温度が上昇し、これに伴って吐出圧力も高くなる。そこで、吐出圧力が基準圧力Ｐになれば、減圧装置３の弁開度を大きくする。その結果、吐出圧力を低下させることができる。
【００６２】
すなわち、制御手段１１ｇは、定期的に沸き上げ完了直前検出手段１２である吐出圧力検出手段２０から吐出圧力を検出する。そして、吐出圧力検出手段２０から求めた吐出圧力が、制御手段１１ｇに予め設定した基準圧力Ｐより高ければ、吐出圧力検出手段２０からの信号によって、減圧装置３の弁開度を開くのである。このような制御を制御手段１１ｇにより繰り返し行い、吐出圧力が基準圧力Ｐを越えないようにしている。
【００６３】
以上のように本実施例の発明においては、沸き上げ完了直前検出手段として吐出圧力検出手段を用い、検出した吐出圧力が設定された基準圧力になれば、減圧装置の弁開度を開くように制御する制御手段を備えたことにより、貯湯槽の湯容量を有効に利用でき、かつ直接吐出圧力で制御するので、圧縮機のより確実な耐久性の向上になるものである。
【００６４】
【発明の効果】
以上のように請求項１から請求項８に記載の発明によれば、沸き上げ完了に近づき、圧縮機の吐出圧力が上昇する場合に、減圧装置の弁開度を開くように制御し、吐出圧力を低く押さえ、高温の給水温度まで給湯加熱運転が可能になるので、有効な湯として利用できない無駄な領域がより少なくなるため、貯湯槽の湯容量を有効に利用できる。従って、従来と同じ大きさの貯湯槽でより大きな給湯負荷を満足し、逆に、従来と同じ大きさの給湯負荷を満足するためには、従来に比し小形の貯湯槽にできるので、設置の自由度が大きく、コスト低減もできる。更に、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を示す構成図
【図２】
同ヒートポンプ給湯機の運転時間に対する圧縮機の運転状態と減圧装置の弁開度と吐出圧力と給水温度とを示す説明図
【図３】
同ヒートポンプ給湯機の貯湯槽の温度分布を示す説明図
【図４】
本発明の実施例２のヒートポンプ給湯機を示す構成図
【図５】
同ヒートポンプ給湯機の減圧装置の弁開度に対する吐出圧力を示す説明図
【図６】
同ヒートポンプ給湯機の外気温度に対する減圧装置の弁開度の変更量と沸き上げ完了直前検出温度とを示す説明図
【図７】
本発明の実施例３のヒートポンプ給湯機を示す構成図
【図８】
同ヒートポンプ給湯機の運転時間に対する給水温度と吐出圧力と減圧装置の弁開度と圧縮機の運転状態とを示す説明図
【図９】
本発明の実施例４のヒートポンプ給湯機を示す構成図
【図１０】
同ヒートポンプ給湯機の給水温度に対する吐出圧力と減圧装置の弁開度を示す説明図
【図１１】
同ヒートポンプ給湯機の給水温度に対する減圧装置の弁開度の変更量を示す説明図
【図１２】
本発明の実施例５のヒートポンプ給湯機を示す構成図
【図１３】
同ヒートポンプ給湯機の運転時間に対する給水温度と減圧装置の弁開度と吐出圧力とを示す説明図
【図１４】
本発明の実施例６のヒートポンプ給湯機を示す構成図
【図１５】
同ヒートポンプ給湯機の運転時間に対する給水温度と減圧装置の弁開度と吐出圧力とを示す説明図
【図１６】
本発明の実施例７のヒートポンプ給湯機を示す構成図
【図１７】
同ヒートポンプ給湯機の運転時間に対する給水温度と循環ポンプの回転数および流量と吐出圧力と減圧装置の弁開度とを示す説明図
【図１８】
本発明の実施例８のヒートポンプ給湯機を示す構成図
【図１９】
同ヒートポンプ給湯機の運転時間に対する給水温度と吐出圧力と減圧装置の弁開度とを示す説明図
【図２０】
従来例におけるヒートポンプ給湯機を示す構成図
【図２１】
同ヒートポンプ給湯機の貯湯槽の温度分布を示す説明図
【図２２】
同ヒートポンプ給湯機の給水温度に対する吐出圧力を示す説明図
【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
８ 給水温度検出手段
１０ 流量制御手段
１１、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ 制御手段
１１ｄ、１１ｅ、１１ｆ、１１ｇ 制御手段
１２ 沸き上げ完了直前検出手段
１３ 外気温度検出手段
１４ 第一の記憶手段
１５ 給水温度記憶手段
１６ 第二の記憶手段
１７ タイマー
１８ 時間間隔記憶手段
１９ 時間計測手段
２０ 吐出圧力検出手段