JP2003222392A

JP2003222392A - ヒートポンプ式給湯機

Info

Publication number: JP2003222392A
Application number: JP2002019507A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Sakamoto; 真一坂本; Hiroshi Nakayama; 浩中山
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 2002-01-29
Filing date: 2002-01-29
Publication date: 2003-08-08

Abstract

(57)【要約】【課題】着霜を確実に検出できて、無駄なデフロスト
運転を防止し、給湯機として能率及び効率の向上を図る
ことが可能なヒートポンプ式給湯機を提供する。【解決手段】圧縮機２５と、水熱交換器２６と、減圧
機構２７と、空気熱交換器２８とを順次接続して構成し
たヒートポンプ式給湯機である。沸き上げ能力が所定低
能力まで低下し、かつ所定時間毎に求められる沸き上げ
能力の積算平均値が所定回数連続して低下したときに、
空気熱交換器２８に着霜ありと判断する。この判断は、
外気温度よりも所定温度だけ低い基準温度を設定し、空
気熱交換器２８の温度が基準温度以下となったときに行
う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、ヒートポンプ式
給湯機に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ヒートポンプ式給湯機としては、図６に
示すように、冷媒サイクル７２と、給湯サイクル７１と
を備える。冷媒サイクル７２は、圧縮機７４と、給湯用
（利用側）熱交換器７５と、電動膨張弁７７と、熱源側
熱交換器（空気熱交換器）７８とが順次接続して構成さ
れる。また、給湯サイクル７１は、貯湯タンク（給湯タ
ンク）７０と循環路７９とを備え、この循環路７９に
は、水循環用ポンプ８０と熱交換路８１とが介設されて
いる。この場合、熱交換路８１は利用側熱交換器（水熱
交換器）７５にて構成される。

【０００３】上記ヒートポンプ式給湯機においては、圧
縮機７４を駆動させると共に、ポンプ８０を駆動（作
動）させると、貯湯タンク７０の底部に設けた取水口か
ら貯溜水（温湯）が循環路７９に流出し、これが熱交換
路８１を流通する。そのときこの温湯は水熱交換器７５
によって加熱され（沸き上げられ）、湯入口から貯湯タ
ンク７０の上部に返流される。これによって、貯湯タン
ク７０に高温の温湯を貯めるものである。

【０００４】また、空気熱交換器７８は蒸発器として機
能するので、外気温度が低い場合等において、この空気
熱交換器７８に着霜が生じて、能力が低下することがあ
る。このため、この種のヒートポンプ式給湯機では、着
霜を除去する除霜（デフロスト）運転を可能としてい
る。すなわち、圧縮機７４からのホットガスを上記空気
熱交換器７８に直接供給するデフロスト運転を可能とし
ている。この場合、例えば、圧縮機７４の吐出管８２
と、電動膨張弁７７と空気熱交換器７８とを連結する冷
媒流路８３とを、デフロスト弁８４を有するデフロスト
回路８５にて接続する。

【０００５】このため、デフロスト弁８４を開状態とす
ることよって、圧縮機７４からのホットガスをこのデフ
ロスト回路８５に流し、このデフロスト回路８５を介し
て、空気熱交換器７８にこのホットガスを直接供給し
て、これによって、空気熱交換器７８の着霜を融霜除去
するものである。また、デフロスト運転は、空気熱交換
器７８に所定量以上の着霜を生じたことを着霜検知手段
が検知し、この検知に基づいて行うものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】そして、着霜検知手段
としては、例えば、外気温度と、空気熱交換器の温度と
比較することによって検知していた。しかしながら、外
気温度と、空気熱交換器の温度と比較するだけでは、こ
の空気熱交換器が汚れているときや、この空気熱交換器
への直射日光が当っているときには、着霜を確実に検知
できない場合があった。このような場合、実際には、霜
が付いていない状態であるにもかかわらず、上記除霜
（デフロスト）運転を行うことがあり、ヒートポンプ式
給湯機として、効率（稼動率）が悪かった。

【０００７】この発明は、上記従来の欠点を解決するた
めになされたものであって、その目的は、着霜を確実に
検出できて、無駄なデフロスト運転を防止し、給湯機と
して能率及び効率の向上を図ることが可能なヒートポン
プ式給湯機を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】そこで請求項１のヒート
ポンプ式給湯機は、圧縮機２５と、水熱交換器２６と、
減圧機構２７と、空気熱交換器２８とを順次接続して構
成したヒートポンプ式給湯機であって、沸き上げ能力が
所定低能力まで低下したときに、上記空気熱交換器２８
に着霜ありと判断する特徴としている。

【０００９】請求項１のヒートポンプ式給湯機では、空
気熱交換器２８に霜が付着すれば、沸き上げ能力が低下
することを利用して、着霜を判断するので、安定して着
霜を検出することができる。

【００１０】請求項２のヒートポンプ式給湯機は、圧縮
機２５と、水熱交換器２６と、減圧機構２７と、空気熱
交換器２８とを順次接続して構成したヒートポンプ式給
湯機であって、所定時間毎に沸き上げ能力の積算平均値
を求め、この積算平均値が所定回数連続して低下したと
きに、上記空気熱交換器２８に着霜ありと判断すること
を特徴としている。

【００１１】上記請求項２のヒートポンプ式給湯機で
は、所定時間毎に沸き上げ能力の積算平均値を求め、こ
の積算平均値が所定回数連続して低下したときに、上記
空気熱交換器に着霜ありと判断するものであり、より安
定して着霜を検出することができる。

【００１２】請求項３のヒートポンプ式給湯機は、圧縮
機２５と、水熱交換器２６と、減圧機構２７と、空気熱
交換器２８とを順次接続して構成したヒートポンプ式給
湯機であって、沸き上げ能力が所定低能力まで低下し、
かつ所定時間毎に求められる沸き上げ能力の積算平均値
が所定回数連続して低下したときに、上記空気熱交換器
２８に着霜ありと判断することを特徴としている。

【００１３】上記請求項３のヒートポンプ式給湯機で
は、高精度に着霜を検出することができる。

【００１４】請求項４のヒートポンプ式給湯機は、外気
温度よりも所定温度だけ低い基準温度を設定し、上記空
気熱交換器２８の温度がこの基準温度以下となったとき
に、上記空気熱交換器に着霜ありと判断することを特徴
としている。

【００１５】上記請求項４のヒートポンプ式給湯機で
は、空気熱交換器２８の温度と、沸き上げ能力とによっ
て着霜を判断でき、より確実な着霜の検出を行うことが
できる。

【００１６】請求項５のヒートポンプ式給湯機は、貯湯
タンク３と、この貯湯タンク３に連結される循環路１２
とを備え、上記貯湯タンク３から循環路１２に流出した
低温水を上記空気熱交換器２８にて沸き上げてこの貯湯
タンク３に出湯する運転が可能であり、沸き上げ能力
を、沸き上げられた温湯の温度である出湯温度と、上記
低温水の温度である入水温度との差に、上記循環路１２
の水循環用ポンプ３の能力指数を乗じて算出することを
特徴としている。

【００１７】上記請求項５のヒートポンプ式給湯機で
は、沸き上げ能力の算出が安定して、着霜の検出が安定
する。

【００１８】請求項６のヒートポンプ式給湯機は、貯湯
タンク３と、この貯湯タンク３に連結される循環路１２
とを備え、上記貯湯タンク３から循環路１２に流出した
低温水を上記空気熱交換器２８にて沸き上げてこの貯湯
タンク３に出湯する運転が可能であり、沸き上げ能力
を、沸き上げられた温湯の温度である出湯温度と、上記
低温水の温度である入水温度との差に、上記循環路１２
の循環水量を乗じて算出することを特徴としている。

【００１９】上記請求項６のヒートポンプ式給湯機で
は、沸き上げ能力の算出が安定して、着霜の検出が安定
する。

【００２０】請求項７のヒートポンプ式給湯機は、冷媒
に超臨界で使用する超臨界冷媒を用いたことを特徴とし
ている。

【００２１】上記請求項７のヒートポンプ式給湯機で
は、オゾン層の破壊、環境汚染等の問題がなく、地球環
境にやさしいヒートポンプ式給湯機となる。

【００２２】

【発明の実施の形態】次に、この発明のヒートポンプ式
給湯機の具体的な実施の形態について、図面を参照しつ
つ詳細に説明する。図１はこのヒートポンプ式給湯機の
簡略図を示す。このヒートポンプ式給湯機は、給湯サイ
クル１と冷媒サイクル２とを備える。給湯サイクル１
は、貯湯タンク３を備え、この貯湯タンク３に貯湯され
た温湯が図示省略の浴槽等に供給される。すなわち、貯
湯タンク３には、その底壁に給水口５が設けられると共
に、その上壁に給湯口６が設けられている。そして、給
水口５から貯湯タンク３に水道水が供給され、給湯口６
から高温の温湯が出湯される。また、貯湯タンク３に
は、その底壁に取水口１０が開設されると共に、側壁
（周壁）の上部に湯入口１１が開設され、取水口１０と
湯入口１１とが循環路１２にて連結されている。そし
て、この循環路１２に水循環用ポンプ１３と熱交換路１
４とが介設されている。なお、給水口５には給水用流路
８が接続されている。

【００２３】また、上記循環路１２にはバイパス流路１
５が設けられている。すなわち、バイパス流路１５は、
湯入口１１側から分岐して、貯湯タンク３の下部（この
場合、底壁）に接続されている。そして、分岐部１６と
湯入口１１との間に第１開閉弁１７が介設されると共
に、バイパス流路１５の分岐部１６側に第２開閉弁１８
が介設されている。この各開閉弁１７、１８でバイパス
切換手段１９が構成される。なお、このバイパス切換手
段１９の各開閉弁１７、１８は、後述する制御手段２０
にて制御される。

【００２４】従って、バイパス切換手段１９の第１開閉
弁１７を開状態とすると共に、第２開閉弁１８を閉状態
として、水循環用ポンプ１３を駆動させれば、取水口１
０から循環路１２に流出した温水は、熱交換路１４を流
れ、この熱交換路１４から湯入口１１を介して貯湯タン
ク３の上部に流入する。以下、このように湯入口１１を
介して貯湯タンク３の上部に流入する状態を通常循環状
態と呼ぶこととする。これに対して、バイパス切換手段
１９の第１開閉弁１７を閉状態とすると共に、第２開閉
弁１８を開状態として、水循環用ポンプ１３を駆動させ
れば、取水口１０から循環路１２に流出した温水は、水
熱交換路１４を流れ、この熱交換路１４から分岐部１６
を介してバイパス流路１５に入って、このバイパス流路
１５から貯湯タンク３の下部に流入する。以下、このよ
うにバイパス流路１５から貯湯タンク３の下部に流入す
る状態をバイパス循環状態と呼ぶこととする。このた
め、バイパス循環状態では、貯湯タンク３の上部に温水
（低温水）が流入しない。

【００２５】また、上記循環路１２は、給湯サイクル１
側の配管２１と、冷媒サイクル２の配管２２とを備え、
この配管２１、２２が連絡配管２３、２４にて連結され
ている。なお、この連絡配管２３、２４は室外側に配設
されているので、後述するように、外気温度が低い場合
にその内部が凍結するおそれがある。

【００２６】次に、冷媒サイクル（ヒートポンプ式加
熱）２は冷媒循環回路を備え、この冷媒循環回路は、圧
縮機２５と、熱交換路１４を構成する水熱交換器２６
と、減圧機構（電動膨張弁）２７と、空気熱交換器２８
とを順に接続して構成される。すなわち、圧縮機２５の
吐出管２９を水熱交換器２６に接続し、水熱交換器２６
と電動膨張弁２７とを冷媒通路３０にて接続し、電動膨
張弁２７と空気熱交換器２８とを冷媒通路３１にて接続
し、空気熱交換器２８と圧縮機２５とをアキュームレー
タ３２が介設された冷媒通路３３にて接続している。ま
た、冷媒としては、冷媒に超臨界で使用する超臨界冷媒
（例えば、炭酸ガス）を用いる。なお、空気熱交換器２
８にはこの空気熱交換器２８の能力を調整するファン３
４が付設されている。

【００２７】そして、循環路１２には、取水口１０から
流出して熱交換路１４に入る温水（低温水）の温度（入
水温度）を検出する入水サーミスタ３５ａと、熱交換路
１４にて加熱された温水の温度（出湯温度）を検出する
出湯サーミスタ３６ａとが設けられている。さらに、空
気熱交換器２８には、この空気熱交換器２８の温度と検
出する空気熱交サーミスタ４８ａが付設されている。ま
た、この図１において、３７ａは、外気温度を検出する
外気温度検出用サーミスタである。

【００２８】また、吐出管２９と冷媒通路３１（電動膨
張弁２７と空気熱交換器２８とを接続する通路における
空気熱交換器２８の直前の位置）とは、デフロスト弁３
９を有するデフロスト回路３８にて接続されている。す
なわち、圧縮機２５からのホットガスを蒸発器として機
能する空気熱交換器２８に直接供給することができ、こ
れによって、蒸発器２８の霜を除去するデフロスト運転
が可能となる。そのため、この冷媒サイクル２は、通常
の湯沸き上げ運転と、デフロスト運転とを行うことがで
きる。

【００２９】さらに、この冷媒循環回路は、高圧側にお
いて分岐して、この分岐部よりも下流側の位置において
合流するバイパス回路４２を設けると共に、このバイパ
ス回路４２に冷媒調整器４３を介設し、さらに、この冷
媒調整器４３の出口側に流量調整用の調整弁４４を設け
ている。すなわち、バイパス回路４２は、水熱交換器２
６の上流側から分岐して冷媒調整器４３に接続される第
1通路４５と、この冷媒調整器４３から導出されて第1通
路４５の分岐部よりも下流側において水熱交換器２６に
合流する第２通路４６とを備えている。そして、第２通
路４６に上記流量調整弁４４を介設している。

【００３０】そして、この冷媒調整器４３内には、上記
冷媒通路３１の一部を構成する通路４７が配設され、バ
イパス回路４２を介してこの冷媒調整器４３内に入った
高圧冷媒と、この通路４７を流れる低圧冷媒との熱交換
を行う。この場合、調整弁４４の開度を調整することに
よって、冷媒調整器４３内を通過する冷媒流量を調整し
て、冷媒調整器４３内の冷媒温度を調整している。これ
は、流量調整弁４４の開度制御によって、要求された冷
媒温度に保持し、冷媒調整器４３内を適切な冷媒収容量
とすることができ、この回路内の冷媒循環量を最適な量
とするためである。

【００３１】ところで、このヒートポンプ式給湯機の制
御部は、図２に示すように、入水温度検出手段３５と、
出湯温度検出手段３６と、外気温度検出手段３７と、空
気熱交換器温度検出手段４８と、タイマ手段５０と、制
御手段２０等を備える。そして、これらの検出手段３
５、３６、３７、４８やタイマ手段５０等からのデータ
が制御手段２０に入力され、この制御手段２０では、こ
れらのデータ等に基づいて、圧縮機２５やデフロスト弁
３９等に制御信号が送信され、この制御信号に基づいて
これらの圧縮機２５等が作動する。また、入水温度検出
手段３５は上記入水サーミスタ３５ａにて構成でき、出
湯温度検出手段３６は上記出湯サーミスタ３６ａにて構
成でき、外気温度検出手段３７は上記外気温度検出サー
ミスタ３７ａにて構成でき、空気熱交換器温度検出手段
４８は上記空気熱交サーミスタ４８ａにて構成すること
ができる。さらに、タイマ手段５０は、時間を計測する
既存のタイマ等にて構成することができ、後述するよう
に、タイマＴＤ０、タイマＴＤ１、タイマＴＤ２等を備
える。なお、制御手段２０は例えばマイクロコンピュー
タにて構成することができる。

【００３２】上記のように構成されたヒートポンプ式給
湯機によれば、バイパス切換手段１９を通常循環状態と
すると共に、デフロスト弁３９を閉状態として、圧縮機
２５を駆動させると共に、水循環用ポンプ１３を駆動
（作動）させると、貯湯タンク３の底部に設けた取水口
１０から貯溜水（低温水）が流出し、これが循環路１２
の熱交換路１４を流通する。そのときこの温湯は水熱交
換器２６によって加熱され（沸き上げられ）、湯入口１
１から貯湯タンク３の上部に返流（流入）される。この
ような動作を継続して行うことによって、貯湯タンク３
に高温の温湯を貯湯することができる。

【００３３】そして、このヒートポンプ式給湯機では、
上記制御手段２０により、沸き上げ能力が所定低能力ま
で低下したときに、上記空気熱交換器２８に着霜ありと
判断したり、所定時間毎に沸き上げ能力の積算平均値を
求め、この積算平均値が所定回数連続して低下したとき
に、上記空気熱交換器２８に着霜ありと判断したりする
ことができる。すなわち、空気熱交換器２８に霜を有さ
ない場合と、霜を有する場合とを比較すれば、霜を有す
る場合、沸き上げ能力が低下するので、この能力が所定
低能力まで低下すれば着霜ありとすることできる。この
能力（ＣＡＰ）は次の数１の式から求めることができ
る。

【００３４】

【数１】

【００３５】このように、沸き上げ能力ＣＡＰ＝係数×
ポンプ出力×（出湯温度−入水温度）で求めることにな
る。この場合、入水温度は入水サーミスタ３５ａにて検
出することができ、出湯温度は出湯サーミスタ３６ａに
て検出することができる。そして、この沸き上げ能力と
しては、図４に示すような波形を描くことになり、この
能力が所定値にまで低下した時に、デフロスト運転を開
始することになる。なお、水循環用ポンプ１３の能力指
数としては、ポンプ出力以外に、ポンプ指令値、回転数
等があり、この水循環用ポンプ１３の循環水量に比例し
た指数である。

【００３６】また、所定時間毎に沸き上げ能力の積算平
均値を求める場合、上記能力を所定時間（ＴＳＡＭＰ：
例えば、１０秒）毎に算出して、この合計から積算平均
値を次の数２の式のように求める。ここで、ＣＡＰＡＶ
は平均能力であり、ΣＣＡＰはＣＡＰ（沸き上げ能力）
の積算値であり、ＮＳＡＭＰは積算回数である。そし
て、この積算平均値が連続して所定回（例えば、５回）
継続して低下した場合に空気熱交換器２８に着霜ありと
することができる。なお、運転開始してから、タイマＴ
ＭＡＳＫのカウント時間（例えば、２分）が経過するま
では、ＣＡＰ（沸き上げ能力）を０とする。また、除霜
（デフロスト）運転開始でＣＡＰＡＶを０とし、このデ
フロスト運転中とタイマＴＭＡＳＫのカウント中はＣＡ
Ｐ（沸き上げ能力）を０とする。なお、デフロスト運転
中もＣＡＰＡＶを算出する。

【００３７】

【数２】

【００３８】そして、上記のように、着霜ありと判断さ
れた場合は、デフロスト運転を行うことになり、このデ
フロスト運転は、水循環用ポンプ１３を停止させた状態
でホットガスを空気熱交換器２８に供給することによっ
て開始される。この場合、このデフロスト運転が長時間
継続した場合等においては、循環路１２、特に室外に配
設されて連絡配管２３、２４内が凍結するおそれがある
ので、水循環用ポンプ１３を駆動させる配管凍結防止運
転を行う。この配管凍結防止運転は、上記制御手段２０
にて構成されるデフロスト制御手段２０ａでもって制御
される。

【００３９】このヒートポンプ式給湯機において、デフ
ロスト運転に入るための制御を図５のフローチャート図
に従って説明する。沸き上げ運転を開始する状態、つま
りバイパス切換手段１９を通常循環状態とすると共に、
デフロスト弁３９を閉状態として、ステップＳ１のよう
に圧縮機２５の運転を開始する。この場合、貯湯タンク
３に温水が入っていない等の異常状態が発生している場
合があり、このような場合には、ステップＳ１２のよう
に異常発生処理を行って、ステップＳ１３のように圧縮
機２５を停止し、その後、除霜突入防止タイマＴＤ２を
リセットする必要がある。

【００４０】そして、ステップＳ１で圧縮機２５の運転
を開始した後、ステップＳ２において、沸き上げ運転が
完了したか否かの判定を行う。このステップＳ２で沸き
上がっていると判断されれば、ステップＳ３において、
圧縮機２５を停止して、各ＴＤ０、ＴＤ１、及びＴＤ２
タイマをリセットして、沸き上げ運転を終了（完了）す
る。また、ステップＳ２で沸き上がっていないと判断さ
れれば、ステップＳ４へと移行する。そしてステップＳ
４で、ＴＤ１のカウント時間（例えば、４５分）及びＴ
Ｄ２のカウント時間（例えば、１２分）が経過したか否
かを判定する。これらの時間が経過していなければ、ス
テップＳ１０に示すように、ＴＤ０、ＴＤ１及びＴＤ２
が経過するまで待ち、これらの時間が経過していれば、
ステップＳ５へ移行する。ここで、ＴＤ０は除霜突入判
定切換用沸き上げ運転積算タイマであり、そのカウント
時間は、例えば、９０分とされ、ＴＤ１は沸き上げ運転
積算タイマであり、そのカウント時間は、例えば、４５
分とされる。

【００４１】ステップＳ５では、ＤＥ＜ＤＤＥＦ１（−
２０℃）が成立するか否かを判断する。ここで、ＤＥと
は、空気熱交サーミスタ４８にて検出した空気熱交換器
２８の温度であり、ＤＤＥＦ１とは除霜突入判定空気熱
交温度であり、このＤＤＥＦ１は例えば、−２０℃に設
定される。すなわち、ステップＳ５で空気熱交換器２８
の温度が−２０℃よりも低ければ、ステップＳ６へ移行
して除霜処理（デフロスト運転）を行う。また、ステッ
プＳ５で、空気熱交換器２８の温度が−２０℃以上であ
れば、ステップＳ７へ移行する。ステップＳ７では、Ｔ
Ｄ０（例えば、９０分）が経過したか否かを判断する。
経過していれば、ステップＳ８へ移行し、経過していな
ければ、ステップＳ９へ移行する。

【００４２】ステップＳ８では、ＤＥ＜ＤＤＥ１がＴＤ
３のカウント時間だけ連続して成立したか否かを判断す
る。ここで、ＤＤＥ１とは、除霜突入判定温度（基準温
度）であり、例えば、（外気温度−９）℃で決定するこ
とができる。すなわち、外気温度よりも所定温度（この
場合、９℃）だけ低い基準温度を設定し、空気熱交換器
２８の温度とこの基準温度とを比較する。ただし、−２
０℃≦ＤＤＥ１≦−４℃とする。また、ＴＤ３とは、除
霜突入確定継続タイマであり、例えば、６０秒に設定す
る。そして、このステップＳ８でこの条件が成立すれ
ば、すなわち、空気熱交換器２８の温度がこの基準温度
よりも低下しているときに、ステップＳ６へ移行し、成
立しなければ、ステップＳ１０からステップＳ２へ移行
する。また、ステップＳ９では、ＤＥ＜ＤＤＥ１でかつ
所定時間（例えば、１０秒）毎に沸き上げ能力の積算平
均値を求め、この積算平均値が所定回数（例えば、５
回）連続して低下したか否かを判断する。この条件が成
立すれば、ステップＳ６へ移行し、成立しなければ、ス
テップＳ１０からステップＳ２へ移行する。

【００４３】また、このステップＳ６の除霜処理は、デ
フロスト運転解除まで行われる。そして、このステップ
Ｓ６の終了後は、各ＴＤ０、ＴＤ１、及びＴＤ２タイマ
をリセットした後、ステップＳ１０からステップＳ２へ
と移行して沸き上げ運転が再開され、ステップＳ２でこ
の沸き上げ運転が終了であるかの判断を行う。そしてこ
れ以降は、上記処理手順を繰返す。

【００４４】上記ヒートポンプ式給湯機においては、空
気熱交換器２８の温度（ＤＥ）が除霜突入判定空気熱交
温度（ＤＤＥＦ１）よりも低ければ、除霜運転を行い、
またそうでなくても、運転継続時間（ＴＤＯ）が短いと
きには、空気熱交換器２８の温度（ＤＥ）と積算平均値
（ＣＡＰＡＶ）に基づいて着霜の判断を行い、運転継続
時間（ＴＤＯ）が長く着霜が生じ易いときには、空気熱
交換器２８の温度（ＤＥ）に基づいて着霜の判断を行う
ので、この空気熱交換器２８に着霜があれば、その着霜
を確実に検出することができ、霜がついていない状態で
のデフロスト運転を回避することができる。すなわち、
デフロスト運転を行えば、沸き上げ運転を行うことがで
きず、給湯機としての効率を損なうことになるので、こ
のヒートポンプ式給湯機では、この無駄なデフロスト運
転を回避して、給湯機としての能力および効率を向上さ
せることが可能となる。ところで、沸き上げ能力を算出
する際に使用する入水温度が上昇した場合、沸き上げ能
力の計算値が減少するので、着霜の判断を、上記のよう
に、沸き上げ能力と、空気熱交換器２８の温度とに基づ
いて行うようにすれば、その判断を正確に行うことがで
きる。すなわち、入水温度上昇時には空気熱交換器２７
の温度も上昇しており、誤検知を生じにくいものとする
ことができる。

【００４５】次に、デフロスト運転の制御を図３のタイ
ムチャート図に従って説明する。上記のように、デフロ
スト運転を開始するとの判断があれば、図３のｂ点でデ
フロスト運転開始信号が発信される。これによって、圧
縮機２５の周波数を所定値（例えば、４０Ｈｚ）まで低
下させていくと共に、電動膨張弁（主減圧電動膨張弁）
２７の開度を所定開度（例えば、１５０パルス）まで絞
り、さらに、調整弁（バイパス流量調整弁）４４を全閉
状態とすると共に、水循環用ポンプ１３をデフロスト弁
切換時ポンプ能力指令値（例えば、１０ｒｐｍ）まで低
下させる。また、バイパス切換手段１９をバイパス循環
状態（バイパス側）に切換える。この状態から所定時間
（例えば、３０秒）経過したｂ´点で、デフロスト弁３
９を開状態とすると共に、ファン３４を停止する。これ
によって、ホットガスが空気熱交換器２８へ供給される
ことになる。なお、このｂ点〜ｂ´点において、圧縮機
２５の運転周波数を低下させるのは、この冷媒循環回路
内の差圧を小さくしてデフロスト弁３９の切換えを確実
に行わせると共に、デフロスト弁３９の切換時の衝撃音
を小さくし、さらには、圧縮機２５の脱調防止のためで
ある。

【００４６】デフロスト弁３９を開状態とした後、所定
時間（例えば、１０秒）経過したｃ点で、電動膨張弁２
７を全閉状態とすると共に、水循環用ポンプ１３を停止
し、さらには、圧縮機２５の周波数を５８Ｈｚまで上昇
させる。その後、さらに所定時間（例えば、３０秒）経
過したｅ点で、電動膨張弁２７を所定量だけ開く、例え
ば、小開度（例えば、１００パルス）となるまで開くと
共に、圧縮機２５の周波数を７６Ｈｚとなるまで上昇さ
せる。次に、電動膨張弁２７を小開度とした後、所定時
間（例えば、３０秒）経過したｆ点で、電動膨張弁２７
の開度を所定開度（例えば、１５０パルス）まで開くと
共に、圧縮機２５の周波数を９０Ｈｚまで上昇させる。
このｂ点〜ｃ点において、水循環用ポンプ１３を停止し
ないのは、水熱交換器２６の温度過昇を防止するためで
ある。

【００４７】そして、外気温度が所定低温度（例えば、
０℃）以下で、ｆ点から所定時間（例えば、６００秒）
この状態が継続した時（ｆ´点）に、電動膨張弁２７を
全閉状態として、水循環用ポンプ１３を除霜中ポンプ能
力指令値（例えば、１０ｒｐｍ）で駆動させ、配管凍結
防止運転を行う。この状態で、循環路１２内の水を循環
させなければ、この循環路１２内の水を長時間循環させ
ていないので、この循環路１２内において、凍結するお
それがあるからである。ここで、電動膨張弁２７を全閉
状態とするのは、電動膨張弁２７は開状態であれば、冷
媒は循環水に熱を奪われ、空気熱交換器２８の霜を十分
融かせなくなるためである。なお、デフロスト運転中の
外気が上記所定低温度を越えたり、デフロスト運転時間
が所定時間継続したりしない場合には、このデフロスト
運転中の水循環用ポンプ１３の駆動を行わないことにな
る。これは、このような条件では、循環路１２内が凍結
するおそれがないからである。

【００４８】次に、ｂ点から所定時間（例えば、７２０
秒）経過したｇ点（このｇ点では、電動膨張弁２７の開
度を上記１５０パルスに戻す）から、圧縮機２５の周波
数を低下させていき、このｇ点から所定時間（例えば、
３０秒）経過したｇ´点でデフロスト弁３９を閉状態と
し、その後、所定時間（例えば、１０秒）経過したｈ点
で、通常の沸き上げ運転時の制御に戻る。このｇ点〜ｈ
点において、通常制御前に水循環用ポンプ１３を循環さ
せておくのは、入水温度を正確に検出するためである。
また、ｂ点〜ｈ点までのデフロスト運転中に、調整弁４
４を全閉状態とするのは、デフロスト弁３９の開状態に
おける液バック防止、及びデフロスト運転中の冷凍サイ
クルの安定化のためである。さらに、ｇ点〜ｇ´点にお
いて圧縮機２５の周波数を低下させるのは、ｂ点〜ｂ´
点において圧縮機２５の周波数を低下させると同様であ
る。

【００４９】また、上記タイムチャートでは、デフロス
ト運転の停止（解除）は、ｂ点から所定時間経過したｇ
´点であったが、空気熱交換器２８の温度に基づいて、
除霜解除を行ってもよい。すなわち、除霜解除判定温度
（ＤＤＥ２）を設定し、ＤＥ＞ＤＤＥ２が成立するとき
に、このデフロスト運転を解除するようにしてもよい。
ＤＤＥ２は、例えば、ＤＤＥ２＝ＤＯＡＴ＋１０（℃）
で求めることができる。ここで、ＤＯＡＴとは外気温度
である。この場合、４℃≦ＤＤＥ２≦１２℃とされる。

【００５０】このように、上記ヒートポンプ式給湯機で
は、デフロスト運転中に（図３のｃ点〜ｆ点におい
て）、電動膨張弁２７の開度を制御することによって、
デフロスト弁３９を開状態とした後の液バックを防止す
ることができる。また、その後、電動膨張弁２７を開く
ことにより、デフロスト中の水熱交換器２６への冷媒溜
まり込みを防止することができる。これによって、ヒー
トポンプ式給湯機としての信頼性が向上して、安定した
沸き上げ運転を行うことができる。

【００５１】また、空気熱交換器２８に霜が付着した際
には、圧縮機２５のホットガスを空気熱交換器２８に供
給して、この空気熱交換器２８の霜を融かすことができ
る。しかも、外気温度が例えば、０℃以下の低温である
場合に、このデフロスト運転が長時間に渡って継続すれ
ば、水循環用ポンプ１３が駆動することになって、この
循環路１２内が凍結することを防止することができる。
さらに、このデフロスト運転中に水循環用ポンプ１３が
駆動しても、循環路１２内の温水は、バイパス回路１５
を流れて、貯湯タンク３の上部に流入することがない。
すなわち、貯湯タンク３の上部の高温の温湯に、低温水
が混入することがなく、この貯湯タンク３から浴槽等に
供給される湯の温度を低下させることがない。このた
め、デフロスト運転による貯湯タンク３内の湯の低温化
を防止でき、その後の沸き上げ運転の延長を回避するこ
とができて、ランニングコストの低減を図ることができ
る。

【００５２】ところで、デフロスト運転を行うべき時
に、ユーザ等の操作や、貯湯タンク３の湯量制御等によ
り、運転停止要求信号が発信され、これにより運転が停
止される場合がある。このようなときには、デフロスト
運転が行われないか、又は行われても、そのデフロスト
運転では不十分であり、除霜されない場合があった。こ
のため、次回の運転時に霜が空気熱交換器２８に残った
ままとなり、この運転中にデフロスト運転に入ることに
なる。そして、このデフロスト運転が、貯湯タンク３内
の湯が無くなる直前（湯切れ直前）等であれば、沸き上
げ運転ができず、貯湯タンク３に必要とする湯を確保で
きなくなって、湯切れが発生することになる。

【００５３】このため、このヒートポンプ式給湯機で
は、デフロスト運転開始後に、ユーザ等の操作や貯湯タ
ンク内に所定量の湯が確保されたこと等によって、運転
停止要求信号が発信された場合においても、この運転停
止要求信号を無視してデフロスト運転を行うように設定
するのが好ましい。これによって、次回の運転時には、
空気熱交換器２８に霜が付着されておらず、この沸き上
げ運転で確保すべき湯量の湯を沸き上げることができ、
湯切れを防止でき、ユーザは貯湯タンク３の湯を安心し
て使用することができる。

【００５４】以上にこの発明の具体的な実施の形態につ
いて説明したが、この発明は上記形態に限定されるもの
ではなく、この発明の範囲内で種々変更して実施するこ
とができる。例えば、このヒートポンプ式給湯機では、
着霜する基準能力を予め検出しておき、沸き上げ運転中
の能力がこの基準能力よりも低下したときを着霜ありと
判断すればよいので、着霜ありと判断する際の能力とし
ては、そのヒートポンプ式給湯機自体の性能や各種の外
的要因等に基づいて決定することができる。また、積算
平均値を求める際の所定時間として、積算平均値を確保
することができる範囲で設定することができるが、例え
ば、１０秒程度が好適である。また、積算平均値が連続
して低下する所定回数としても、任意に設定することが
できるが、少なすぎれば、低下していることが判断しに
くく、逆に多ければ、低下しているのが明白であるにも
かかわらず積算平均値の算出を行うことになって無駄で
ある。このため、この所定回数としては例えば、５回程
度が好ましい。さらに、着霜ありと判断する際の基準温
度（請求項４の基準温度）としても、着霜ありと判断す
ることが可能な範囲で変更可能である。ところで、上記
実施の形態では、空気熱交換器２８の温度（ＤＥ）が除
霜突入判定空気熱交温度（ＤＤＥＦ１）よりも低けれ
ば、除霜運転を行い、またそうでなくても、運転継続時
間（ＴＤＯ）が短いときには、空気熱交換器２８の温度
（ＤＥ）と積算平均値（ＣＡＰＡＶ）に基づいて着霜の
判断を行い、運転継続時間（ＴＤＯ）が長く着霜が生じ
易いときには、空気熱交換器２８の温度（ＤＥ）に基づ
いて着霜の判断を行うので、より確実に着霜を検知でき
るが、沸き上げ能力（ＣＡＰ）のみをもって判断した
り、沸き上げ能力の積算平均値（ＣＡＰＡＶ）のみをも
って判断したり、これらを加えたもので判断したり、さ
らには、これらにそれぞれ空気熱交換器２８の温度（Ｄ
Ｅ）の判断基準に加えて判断したりすることができる。
なお、冷媒循環回路の冷媒として炭酸ガスを用いるのが
好ましいが、その他、ジクロロジフルオロメタン（Ｒ−
１２）やクロロジフルオロメタン（Ｒ−２２）のような
冷媒であっても、オゾン層の破壊、環境汚染等の問題か
ら、１，１，１，２−テトラフルオロエタン（Ｒ−１３
４ａ）のような代替冷媒であってもよい。

【００５５】

【発明の効果】請求項１のヒートポンプ式給湯機によれ
ば、空気熱交換器が汚れていたり、空気熱交換器に直射
日光が当っていたりしても、安定して着霜を検出するこ
とができる。これにより、霜がついていない状態での無
駄なデフロスト運転を回避することができ、給湯機とし
て効率のよい装置となる。

【００５６】請求項２のヒートポンプ式給湯機によれ
ば、より安定して着霜を検出することができるので、霜
がついていない状態での無駄なデフロスト運転を確実に
回避することができ、給湯機として効率のよい装置とな
る。

【００５７】請求項３のヒートポンプ式給湯機によれ
ば、高精度に着霜を検出することができ、着霜判定の信
頼性が向上して、給湯機としての沸き上げ運転の効率向
上を図ることができる。

【００５８】請求項４のヒートポンプ式給湯機によれ
ば、より確実に着霜を検出することができるので、給湯
機としての沸き上げ運転の効率向上を一層図ることがで
きる。

【００５９】請求項５又は請求項６のヒートポンプ式給
湯機によれば、沸き上げ能力の算出が安定して、着霜の
検出が安定するので、給湯機として、能率向上および効
率向上を達成できる。

【００６０】請求項７のヒートポンプ式給湯機によれ
ば、オゾン層の破壊、環境汚染等の問題がなく、地球環
境にやさしいヒートポンプ式給湯機となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明のヒートポンプ式給湯機の実施の形態
を示す簡略図である。

【図２】上記ヒートポンプ式給湯機の制御部の簡略ブロ
ック図である。

【図３】上記ヒートポンプ式給湯機のデフロスト運転時
のタイムチャート図である。

【図４】上記ヒートポンプ式給湯機の沸き上げ能力を示
すグラフ図である。

【図５】上記ヒートポンプ式給湯機のデフロスト運転突
入を示すフローチャート図である。

【図６】従来のヒートポンプ式給湯機の簡略図である。

【符号の説明】

３貯湯タンク１２循環路１３水循環用ポンプ２５圧縮機２６水熱交換器２７減圧機構２８空気熱交換器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】圧縮機（２５）と、水熱交換器（２６）
と、減圧機構（２７）と、空気熱交換器（２８）とを順
次接続して構成したヒートポンプ式給湯機であって、沸
き上げ能力が所定低能力まで低下したときに、上記空気
熱交換器（２８）に着霜ありと判断することを特徴とす
るヒートポンプ式給湯機。
【請求項２】圧縮機（２５）と、水熱交換器（２６）
と、減圧機構（２７）と、空気熱交換器（２８）とを順
次接続して構成したヒートポンプ式給湯機であって、所
定時間毎に沸き上げ能力の積算平均値を求め、この積算
平均値が所定回数連続して低下したときに、上記空気熱
交換器（２８）に着霜ありと判断することを特徴とする
ヒートポンプ式給湯機。
【請求項３】圧縮機（２５）と、水熱交換器（２６）
と、減圧機構（２７）と、空気熱交換器（２８）とを順
次接続して構成したヒートポンプ式給湯機であって、沸
き上げ能力が所定低能力まで低下し、かつ所定時間毎に
求められる沸き上げ能力の積算平均値が所定回数連続し
て低下したときに、上記空気熱交換器（２８）に着霜あ
りと判断することを特徴とするヒートポンプ式給湯機。
【請求項４】外気温度よりも所定温度だけ低い基準温
度を設定し、上記空気熱交換器（２８）の温度がこの基
準温度よりも低いときに、上記空気熱交換器（２８）に
着霜ありと判断することを特徴とする請求項１〜請求項
３のいずれかのヒートポンプ式給湯機。
【請求項５】貯湯タンク（３）と、この貯湯タンクに
連結される循環路（１２）とを備え、上記貯湯タンク
（３）から循環路（１２）に流出した低温水を上記空気
熱交換器（２８）にて沸き上げてこの貯湯タンクに出湯
する運転が可能であり、沸き上げ能力を、沸き上げられ
た温湯の温度である出湯温度と、上記低温水の温度であ
る入水温度との差に、上記循環路（１２）の水循環用ポ
ンプ（１３）の能力指数を乗じて算出することを特徴と
する請求項１〜請求項４のいずれかのヒートポンプ式給
湯機。
【請求項６】貯湯タンク（３）と、この貯湯タンクに
連結される循環路（１２）とを備え、上記貯湯タンク
（３）から循環路（１２）に流出した低温水を上記空気
熱交換器（２８）にて沸き上げてこの貯湯タンク（３）
に出湯する運転が可能であり、沸き上げ能力を、沸き上
げられた温湯の温度である出湯温度と、上記低温水の温
度である入水温度との差に、上記循環路（１２）の循環
水量を乗じて算出することを特徴とする請求項１〜請求
項４のいずれかのヒートポンプ式給湯機。
【請求項７】冷媒に超臨界で使用する超臨界冷媒を用
いたことを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれかの
ヒートポンプ式給湯機。