JP3632645B2 - ヒートポンプ給湯機 - Google Patents
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Description
【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２８は従来のヒートポンプ給湯機の構成図である。図２８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ならなり前記圧縮機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、この水と熱交換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給水温度検出手段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２８に示す従来例のヒートポンプ給湯機では、減圧装置３としてキャピラリーチューブや温度式膨張弁を用いていた。減圧装置３としてキャピラリーチューブを用いる場合、一般的に、冷媒循環量の多い夏季の温度条件を基準にキャピラリーチューブの仕様を設計する。そのため、夏季以外の特に冬季の運転開始時には、必要以上に冷媒が流れるので、圧縮機１の温度上昇が遅く、冷媒対水熱交換器２出口の湯は低温のまま貯湯槽５の上部に流入し貯湯される。それ故、貯湯槽５の中の高温の湯と混合し、貯湯槽５の湯温を低下させてしまい、時としては、湯切れを起こすという課題があった。また、圧縮機１の温度が上昇した後の定常運転時にも、同様に、冷媒循環回路に必要以上の冷媒が循環するため、運転の効率が悪くなるという課題を有していた。さらに場合によっては、圧縮機１に液冷媒が吸い込まれ、その結果、液圧縮となり圧縮機１の耐久性が悪くなるという課題も有していた。
【０００４】
他方、減圧装置３として温度式膨張弁を用いる場合、一般的に、蒸発器４の出口の冷媒は一定の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。しかし、運転開始時には冷媒回路中の冷媒の分布が安定しないため、圧縮機１の吐出圧力や吐出温度がハンチング（上下変動）し、上限吐出圧力や上限吐出温度を超える場合があり、圧縮機１の耐久性が悪くなるという課題を有していた。また、定常運転時においても、設計した外気温度よりも高い時には吐出圧力が上昇したり、外気温度の低い冬季には吐出温度が上昇したりして圧縮機の耐久性が悪くなるという課題を有していた。
【０００５】
本発明の目的は、湯切れが少なく、効率の良い給湯加熱運転を実現することにある。
【０００６】
【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、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、蒸発器を設けた冷媒循環回路と、貯湯槽、循環ポンプ、前記冷媒対水熱交換器を設けた給湯回路と、前記圧縮機の吐出温度を検出する吐出温度検出手段と、前記圧縮機が起動する時に前記圧縮機が温まっている熱時起動と前記圧縮機が冷えている冷時起動とを判断する熱時冷時検出手段とを有し、前記圧縮機の吐出温度が設定された目標吐出温度になるように前記減圧装置の弁開度を制御するとともに冷時起動と熱時起動とに応じて初期弁開度を設定するヒートポンプ給湯機であって、前記熱時冷時検出手段は、前記圧縮機の吐出温度を検出する吐出温度検出手段と外気温度を検出する外気温度検出手段であるヒートポンプ給湯機とするものである。
【０００７】
また、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、蒸発器を設けた冷媒循環回路と、貯湯槽、循環ポンプ、前記冷媒対水熱交換器を設けた給湯回路と、前記圧縮機の吐出温度を検出する吐出温度検出手段と、前記圧縮機が起動する時に前記圧縮機が温まっている熱時起動と前記圧縮機が冷えている冷時起動とを判断する熱時冷時検出手段とを有し、前記圧縮機の吐出温度が設定された目標吐出温度になるように前記減圧装置の弁開度を制御するとともに冷時起動と熱時起動とに応じて初期弁開度を設定するヒートポンプ給湯機であって、熱時冷時検出手段は、前回の運転停止からの経過時間を計測する時間計測手段と外気温度を検出する外気温度検出手段であるヒートポンプ給湯機とするものである。
【０００８】
これによって、目標吐出温度になるように前記減圧装置の弁開度を制御するため、常に冷媒回路に適正な冷媒が循環し、圧力と温度とも安定することになる。
【０００９】
【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記載の発明は、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、蒸発器を設けた冷媒循環回路と、貯湯槽、循環ポンプ、前記冷媒対水熱交換器を設けた給湯回路と、前記圧縮機の吐出温度を検出する吐出温度検出手段と、前記圧縮機が起動する時に前記圧縮機が温まっている熱時起動と前記圧縮機が冷えている冷時起動とを判断する熱時冷時検出手段とを有し、前記圧縮機の吐出温度が設定された目標吐出温度になるように前記減圧装置の弁開度を制御するとともに冷時起動と熱時起動とに応じて初期弁開度を設定するヒートポンプ給湯機であって、前記熱時冷時検出手段は、前記圧縮機の吐出温度を検出する吐出温度検出手段と外気温度を検出する外気温度検出手段であるヒートポンプ給湯機とするものである。これにより、外気温度が変化してもその外気温度に対して、前記圧縮機の初期温度に応じた前記減圧装置の弁開度を設定するため、運転起動時にも冷媒回路に適正な冷媒が循環するので、特に冷時においても圧縮機の温度上昇が速く、すぐに冷媒対水熱交換器出口の湯は高温となるので、湯切れの可能性も少なくすることができる。
【００１０】
請求項２記載の発明は、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、蒸発器を設けた冷媒循環回路と、貯湯槽、循環ポンプ、前記冷媒対水熱交換器を設けた給湯回路と、前記圧縮機の吐出温度を検出する吐出温度検出手段と、前記圧縮機が起動する時に前記圧縮機が温まっている熱時起動と前記圧縮機が冷えている冷時起動とを判断する熱時冷時検出手段とを有し、前記圧縮機の吐出温度が設定された目標吐出温度になるように前記減圧装置の弁開度を制御するとともに冷時起動と熱時起動とに応じて初期弁開度を設定するヒートポンプ給湯機であって、熱時冷時検出手段は、前回の運転停止からの経過時間を計測する時間計測手段と外気温度を検出する外気温度検出手段であるヒートポンプ給湯機とするものである。
【００１１】
これにより、前回の運転停止からの経過時間と外気温度とから熱時と冷時の判断を行うので、運転起動と同時に判断ができ、外気温度が変化しても常に運転効率を良くすることができる。
【００１２】
また、請求項３の発明は、冷媒は二酸化炭素であることを特徴とするものである。
【００１３】
【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。
【００１４】
（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吐出温度と吐出圧力と効率を示す説明図である。なお、従来例で説明した図２８と同じ構成部材には同一符号を用い説明を省略する。
【００１５】
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、目標吐出温度を記憶している目標吐出温度記憶手段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を制御する。なお、減圧装置３として電動膨張弁（図示せず）等がある。
【００１６】
次に動作、作用について説明する。図２は横軸に減圧装置３の弁開度をとり、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の弁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の弁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上限吐出温度（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上限吐出圧力（常用最大吐出圧力）である。
【００１７】
ここで、効率が極大になる減圧装置３の弁開度Ｘに対する吐出温度を目標吐出温度Ｙとする。この目標吐出温度Ｙを目標吐出温度記憶手段１２に予め記憶させる。
【００１８】
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は吐出温度検出手段１３からの信号で吐出温度を検出する。そして、目標吐出温度を記憶している目標吐出温度記憶手段１２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の弁開度を大きくする（開く）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の弁開度を小さくする（閉じる）ように制御する。
【００１９】
上記のように、制御手段１１による吐出温度制御をある時間毎に行えば、常に効率の良い給湯運転が可能となる。また、目標吐出温度になるように減圧装置３の弁開度を制御するため、常に冷媒回路に適正な冷媒が循環するので、異常温度上昇や異常圧力上昇がなく、耐久性も良くすることができる。
【００２０】
（実施例２）
図３は本発明の実施例２のヒートポンプ給湯機の構成図、図４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である。
【００２１】
本実施例において、実施例１と異なる点は、運転起動時における減圧装置３の弁開度を記憶している初期弁開度記憶手段１４を設けた構成としていることである。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。
【００２２】
次に動作、作用について説明する。図３において、運転起動時には、制御手段１１は、起動時における減圧装置３の弁開度（初期弁開度）を記憶している初期弁開度記憶手段１４からの信号で減圧装置３の弁開度を前記初期弁開度に設定した後、給湯加熱運転を開始する。
【００２３】
図４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変化を示したものである。同図において、Ｔｇは目標吐出温度である。また、Ｔｄ０は制御開始吐出温度で、吐出温度がこの温度になるまでは減圧装置３の弁開度は初期弁開度で一定とし、吐出温度がこの制御開始吐出温度Ｔｄ０以上になれば、実施例１で説明したように、吐出温度制御運転を行う。すなわち、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。そして、目標吐出温度を記憶している目標吐出温度記憶手段１２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の弁開度を大きくする（開く）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の弁開度を小さくする（閉じる）ように制御する。
【００２４】
今、図４において、吐出温度が目標吐出温度に達して、定常状態になった時の減圧装置３の弁開度を到達弁開度とする。同図において、実線Ａは運転起動から減圧装置３の弁開度を到達弁開度で運転した場合の吐出温度の変化を示したものである。もし、この到達弁開度よりも小さい（閉じた）弁開度で運転した場合は、一点鎖線Ｂのようになり、吐出温度がハンチング（上下変動）し、場合によっては上限吐出温度を超えることもある。逆に、この到達弁開度よりも大きい（開いた）弁開度で運転した場合は、点線Ｃのようになり、吐出温度の上昇が遅く、目標吐出温度に達するのに時間がかかる。
【００２５】
そこで、この到達弁開度である弁開度Ｚを予め求めておいて、初期弁開度記憶手段１４に記憶させておく。給湯運転の起動時に、制御手段１１は初期弁開度記憶手段１４からの信号で減圧装置３の初期弁開度（弁開度Ｚ）を求める。そして、制御手段１１は減圧装置３の弁開度を弁開度Ｚに設定した後、給湯加熱運転を開始する。
【００２６】
上記のように、運転の起動時に減圧装置３の弁開度を予め設定された初期弁開度に設定することにより、冷媒回路に適正な冷媒が循環するので、圧縮機１の吐出温度や吐出圧力のハンチングによる異常温度上昇や異常圧力上昇がなく耐久性が高く、また、圧縮機１の吐出温度上昇が速く、すぐに冷媒対水熱交換器２出口の湯は高温となるので、湯切れの可能性も少くすることができる。
【００２７】
（実施例３）
図５は本発明の実施例３のヒートポンプ給湯機の構成図、図６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である。
【００２８】
本実施例において、実施例２と異なる点は、圧縮機１が温まっている熱時起動と圧縮機１が冷えている冷時起動とを検出する熱時冷時検出手段１５を備えた構成としていることである。ここでは、熱時冷時検出手段１５として吐出温度検出手段１３を用いる。なお、実施例２と同符号の部分は同一構成を有し、説明は省略する。
【００２９】
次に動作、作用について説明する。図６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、Ｔｇは目標吐出温度である。また、Ｔｄ０は制御開始吐出温度で、吐出温度がこの温度になるまでは減圧装置３の弁開度は初期弁開度で一定とし、吐出温度がこの制御開始吐出温度Ｔｄ０以上になれば、実施例１で説明したように、吐出温度制御運転を行う。同図の実線で示す吐出温度の変化は、運転起動時に圧縮機１が温まっている熱時起動の場合であり、一点鎖線で示す吐出温度の変化は、運転起動時に圧縮機１が冷えている冷時起動の場合である。同図からわかるように、熱時起動の場合は立ち上がりが速く、すぐに定常状態になる。一方、冷時起動の場合は立ち上がりが遅く、定常状態に達するまでに時間がかかる。熱時起動の場合も冷時起動の場合も、定常状態に達したときの減圧装置３の弁開度（実施例２で説明した弁開度Ｚ）は同じである。冷時起動の立ち上がりを速くするために、冷時起動の場合は、熱時起動の場合よりも、減圧装置３の初期弁開度を小さく設定する。そうすれば、同図中の点線（冷時の改良）で示すように、吐出温度の立ち上がりが比較的速くなる。
【００３０】
図６において、Ｔｊｄを熱時起動と冷時起動との区別を判定する熱時冷時判定吐出温度とし、運転起動して所定の待機時間ｔ後にこの熱時起動と冷時起動との区別を判定するものとする。すなわち、給湯運転の起動時に、制御手段１１は初期弁開度記憶手段１４からの信号で減圧装置３の初期弁開度（弁開度Ｚ）を求める。そして、制御手段１１は減圧装置３の弁開度を弁開度Ｚに設定した後、給湯加熱運転を開始する。そして、起動して所定の待機時間ｔ後、吐出温度検出手段１３からの信号から得た吐出温度が、熱時冷時判定吐出温度Ｔｊｄ以上の温度（点Ａ）であれば熱時起動と判定し、熱時冷時判定吐出温度Ｔｊｄより低い温度（点Ｂ）であれば冷時起動と判定する。判定の結果、熱時起動の場合にはそのままの弁開度（弁開度Ｚ）で運転を続ける。一方、冷時起動の場合には、制御手段１１は減圧装置３の弁開度を弁開度Ｚより小さい弁開度（弁開度Ｚｍ）に設定し運転を続ける。なお、この弁開度Ｚｍは、吐出温度の大きなオーバーシュートが無い範囲で予め求めておく。そして、熱時起動の場合も冷時起動の場合も、吐出温度が制御開始吐出温度Ｔｄ０以上になれば、実施例１で説明したように、吐出温度制御運転を行う。すなわち、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。そして、目標吐出温度を記憶している目標吐出温度記憶手段１２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の弁開度を大きくする（開く）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の弁開度を小さくする（閉じる）ように制御する。
【００３１】
上記のように、圧縮機１の起動時の温度に応じて減圧装置３の弁開度を設定するため、運転起動時にも冷媒回路に適正な冷媒が循環するので、特に冷時においても圧縮機１の温度上昇が速く、すぐに冷媒対水熱交換器２出口の湯は高温となるので、湯切れの可能性も少くすることができる。
【００３２】
（実施例４）
図７は本発明の実施例４のヒートポンプ給湯機の構成図、図８は同ヒートポンプ給湯機の運転停止後の圧縮機の温度に対する吐出温度検出手段を付けている配管の温度を示す説明図である。
【００３３】
本実施例において、実施例３と異なる点は、熱時冷時検出手段１５として吐出温度検出手段１３と外気温度検出手段１６とを用いた構成としていることである。なお、実施例３と同符号の部分は同一構成を有し、説明は省略する。
【００３４】
次に動作、作用について説明する。図８は横軸に運転停止後の圧縮機１の温度をとり、縦軸に吐出温度検出手段１３を付けている配管の温度をとって、運転停止後の圧縮機１の温度に対する吐出温度検出手段１３を付けている配管の温度変化の関係を示したものである。いま、吐出温度を検出する吐出温度検出手段１３は圧縮機１の吐出口に接続された配管に設けられている。運転中は冷媒が循環しているため、圧縮機１の温度と吐出温度検出手段１３の取り付けている配管部の温度とはほぼ等しいが、運転を停止すると、圧縮機１の温度と吐出温度検出手段１３の取り付けている配管部の温度とは差ができてくる。すなわち、圧縮機１は熱容量が吐出温度検出手段１３の取り付けている配管よりも大きく、さらに、圧縮機１は通常、防音のため断熱材で覆われている。このため、圧縮機１の温度低下の速さは吐出温度検出手段１３の取り付けている配管の温度低下の速さよりも小さい。また、温度の低下の速さは外気温度によっても異なる。当然、外気温度が低いほど温度の低下の速さは大きい。
【００３５】
同図において、Ｔｇは目標吐出温度であり、Ｔｊは熱時起動と冷時起動との区別を判定する熱時冷時判定圧縮機温度である。つまり、運転起動時に、圧縮機１の温度が、Ｔｊ以上であれば熱時起動であり、Ｔｊより小さければ冷時起動である。また、実線は夏（例えば外気温度３５゜Ｃ）における運転停止後の圧縮機１の温度と吐出温度検出手段１３を取り付けている配管の温度との関係を示したものである。同様に、一点鎖線および点線はそれぞれ中間期（例えば外気温度２０゜Ｃ）及び冬（例えば外気温度５゜Ｃ）における関係を示している。夏、中間期、冬における前述した関係において、運転停止後の圧縮機１の温度が熱時冷時判定圧縮機温度Ｔｊになる時の吐出温度検出手段１３を取り付けている配管の温度はそれぞれＴ１、Ｔ２、Ｔ３となる。そして、この外気温度（例えば３５゜Ｃ、２０゜Ｃ、５゜Ｃ）に対して、Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３を予め求めておけば、吐出温度検出手段１３からの信号によって、熱時起動か冷時起動かの判断ができる。
【００３６】
上記のように、外気温度が変化してもその外気温度に対して、圧縮機１の初期温度に応じた減圧装置３の弁開度を設定するため、運転起動時にも冷媒回路に適正な冷媒が循環するので、特に冷時においても圧縮機の温度上昇が速く、すぐに冷媒対水熱交換器出口の湯は高温となるので、湯切れの可能性も少くすることができる。
【００３７】
（実施例５）
図９は本発明の実施例５のヒートポンプ給湯機の構成図である。本実施例において、実施例３と異なる点は、熱時冷時検出手段１５として圧縮機温度検出手段１７を用いた構成としていることである。なお、実施例３と同符号の部分は同一構成を有し、説明は省略する。
【００３８】
次に動作、作用について説明する。実施例４で説明したように、熱時起動と冷時起動との区別を判定する圧縮機１の温度を熱時冷時判定圧縮機温度Ｔｊとすると、運転起動時に、圧縮機１の温度が、Ｔｊ以上であれば熱時起動であり、Ｔｊより小さければ冷時起動である。
【００３９】
すなわち、給湯運転の起動時に、制御手段１１は圧縮機温度検出手段１７からの信号で圧縮機１の温度を求める。そして、この求めた温度が前述した熱時冷時判定圧縮機温度Ｔｊよりも大きいか等しければ、制御手段１１は熱時起動と判断し、減圧装置３の弁開度を弁開度Ｚに設定した後、給湯加熱運転を開始する。逆に求めた温度が前述した熱時冷時判定圧縮機温度Ｔｊよりも小さければ、制御手段１１は冷時起動と判断し、減圧装置３の弁開度を弁開度Ｚより小さい弁開度（弁開度Ｚｍ）に設定した後、給湯加熱運転を開始する。
【００４０】
上記のように、直接圧縮機１の温度を検出するため、熱時冷時判定のための待機時間が無く、運転起動と同時に減圧装置３の弁開度を最適値に設定できるので、運転効率を良くすることができる。
【００４１】
（実施例６）
図１０は本発明の実施例６のヒートポンプ給湯機の構成図、図１１は同ヒートポンプ給湯機の運転停止後の時間に対する吐出温度検出手段１３を付けている配管の温度を示す説明図、図１２は同ヒートポンプ給湯機の外気温度に対する熱時冷時判定時間を示す説明図である。
【００４２】
本実施例において、実施例３と異なる点は、熱時冷時検出手段１５として前回の運転停止からの経過時間を計測する時間計測手段１８と外気温度を検出する外気温度検出手段１６とを用いた構成としていることである。なお、実施例３と同符号の部分は同一構成を有し、説明は省略する。
【００４３】
次に動作、作用について説明する。図１１は横軸に運転停止後の時間をとり、縦軸に吐出温度検出手段１３を付けている配管の温度をとって、運転停止後の時間に対する吐出温度検出手段１３を付けている配管の温度の変化の関係を示したものである。同図において、Ｔｇは目標吐出温度であり、Ｔｊｈは熱時起動と冷時起動との区別を判定する熱時冷時判定吐出配管温度である。いま、吐出温度を検出する吐出温度検出手段１３は圧縮機１の吐出口に接続された配管に設けられている。そして、運転を停止すると圧縮機１の温度が低下するとともに、吐出温度検出手段１３を付けている配管の温度も低下する。また、温度の低下の速さは外気温度によっても異なる。当然、外気温度が低いほど温度の低下の速さは大きい。同図において、実線は、夏（例えば外気温度３５゜Ｃ）の場合における、運転停止後の時間に対する吐出温度検出手段１３を付けている配管の温度の変化を示す。同様に、一点鎖線および点線はそれぞれ中間期（例えば外気温度２０゜Ｃ）及び冬（例えば外気温度５゜Ｃ）における吐出温度検出手段１３を付けている配管の温度の変化を示す。また、吐出温度検出手段１３を付けている配管の温度が、熱時起動と冷時起動との区別を判定する熱時冷時判定吐出配管温度Ｔｊｈ以上であれば熱時起動であり、熱時冷時判定吐出配管温度Ｔｊｈ未満であれば冷時起動である。夏、中間期、冬における吐出温度検出手段１３を付けている配管の温度が熱時冷時判定吐出配管温度Ｔｊｈに等しくなる運転停止後の時間はそれぞれｔ１、ｔ２、ｔ３となる。この時間を熱時冷時判定時間とする。つまり、運転を起動する場合に、前回の運転停止後からの時間が、この熱時冷時判定時間以下であれば熱時起動であり、この熱時冷時判定時間より大きければ冷時起動となる。
【００４４】
図１２は横軸に外気温度をとり、縦軸に熱時冷時判定時間をとって、外気温度に対する熱時冷時判定時間の関係を示したものである。同図において、実線よりしたの部分が熱時起動で、上の部分が冷時起動である。この図１２の関係を予め求めておくことによって、時間計測手段１８からの信号と外気温度検出手段１６とによって、熱時起動か冷時起動かの判断ができる。
【００４５】
すなわち、給湯運転の起動時に、制御手段１１は、時間計測手段１８からの信号で前回の運転停止からの経過時間を求め、さらに、外気温度検出手段１６からの信号で外気温度を求める。そして、この求めた外気温度おいて、前回の運転停止からの経過時間が前述の熱時冷時判定時間以下であれば、制御手段１１は熱時起動と判断し、減圧装置３の弁開度を弁開度Ｚに設定した後、給湯加熱運転を開始する。逆に前回の運転停止からの経過時間が前述の熱時冷時判定時間より大きければ、制御手段１１は冷時起動と判断し、減圧装置３の弁開度を弁開度Ｚより小さい弁開度（弁開度Ｚｍ）に設定した後、給湯加熱運転を開始する。
【００４６】
上記のように、前回の運転停止からの経過時間と外気温度とから熱時と冷時の判断を行うので、運転起動と同時に判断ができ、外気温度が変化しても常に運転効率を良くすることができる。
【００４７】
（実施例７）
図１３は本発明の実施例７のヒートポンプ給湯機の構成図、図１４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と冷媒循環量とを示す説明図である。
【００４８】
本実施例において、実施例２と異なる点は、外気温度検出手段１６からの信号に応じて減圧装置３の初期弁開度を決定する制御手段１１を設けた構成としていることである。なお、実施例２と同符号の部分は同一構成を有し、説明は省略する。
【００４９】
次に動作、作用について説明する。図１４は横軸に外気温度をとり、縦軸に冷媒循環量と減圧装置３の弁開度とをとって、外気温度に対する冷媒循環量と減圧装置３の弁開度の変化を示したものである。一般に、外気温度が高くなると、蒸発器４が大気熱から得るエネルギーは大きくなる。それに従って、同図に示すように、冷媒循環量が増加するので、圧縮機１の吐出温度と吐出圧力とを上限吐出温度および上限吐出圧力以下にするためには、減圧装置３の弁開度を大きく（開く）する必要がある。
【００５０】
そこで、実施例２で説明した到達弁開度である弁開度Ｚを、外気温度に対して予め求めておいて、初期弁開度記憶手段１４に記憶させておく。給湯運転の起動時に、制御手段１１は外気温度検出手段１６からの信号と初期弁開度記憶手段１４からの信号とで減圧装置３の初期弁開度（弁開度Ｚ）を求める。そして、制御手段１１は減圧装置３の弁開度を弁開度Ｚに設定した後、給湯加熱運転を開始する。
【００５１】
上記のように、外気温度に対して減圧装置３の初期弁開度を設定するため、外気温度が変化しても運転の起動時に適正な冷媒が循環するので、圧縮機１の吐出度や吐出圧力のハンチングによる異常温度上昇や異常圧力上昇がなく耐久性が高く、また、圧縮機１の温度上昇が速く、すぐに冷媒対水熱交換器２出口の湯は高温となるので、湯切れの可能性も少くすることができる。
【００５２】
（実施例８）
図１５は本発明の実施例８のヒートポンプ給湯機の構成図、図１６は同ヒートポンプ給湯機の貯湯槽の高さ方向に対する貯湯槽内の湯の温度を示す説明図、図１７は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、図１８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を示す説明図である。
【００５３】
本実施例において、実施例２と異なる点は、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からの信号に応じて、初期弁開度を決定する制御手段１１を設けた構成としていることである。なお、実施例２と同符号の部分は同一構成を有し、説明は省略する。
【００５４】
次に動作、作用について説明する。図１６は横軸に貯湯槽５内の湯の温度をとり、縦軸に貯湯槽５の高さをとって、貯湯槽内の湯の温度分布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。しかしながら、沸き上げ運転時間の経過とともに貯湯槽５内の高温湯と低温水の接する部分で高温湯と低温水が混合した混合層が生じ、その層は次第に拡大していく。同図中において、前述の混合層は、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。従って、沸き上げ運転完了近くになると、前記冷媒対水熱交換器２に流入する水温は、時間とともに急激に高くなる。図１７は横軸に冷媒対水熱交換器２の水側入口水温である給水温度をとり、縦軸に吐出圧力をとって、減圧装置３の弁開度をパラメータとして、給水温度に対する吐出圧力の関係を示したものである。同図からわかるように、給水温度が高くなるほど吐出圧力も高くなるが、同一の給水温度に対しては、減圧装置３の弁開度が大きい方が、吐出圧力が低くなる。いま、設計吐出圧力をＰｓとすると、減圧装置３の弁開度大、中、小に対して、設計吐出圧力Ｐｓになる給水温度は、それぞれ、Ｔｗ１、Ｔｗ２、Ｔｗ３となる。さらに、図１８はこの関係を給水温度と減圧装置３の弁開度について表したものである。すなわち、横軸に冷媒対水熱交換器２の水側入口水温である給水温度をとり、縦軸に減圧装置３の弁開度をとって、給水温度に対する減圧装置３の弁開度の関係を示したものである。
【００５５】
そこで、実施例２で説明した到達弁開度である弁開度Ｚを、給水温度に対して予め求めておいて、初期弁開度記憶手段１４に記憶させておく。給湯運転の起動時に、制御手段１１は給水温度検出手段８からの信号と初期弁開度記憶手段１４からの信号とで減圧装置３の初期弁開度（弁開度Ｚ）を求める。そして、制御手段１１は減圧装置３の弁開度を弁開度Ｚに設定した後、給湯加熱運転を開始する。
【００５６】
上記のように、給水温度に応じて初期弁開度を設定するため、貯湯槽５の湯水混合層領域の湯も沸き上げることができ、そのため、貯湯槽５の湯容積を有効に利用できるので、湯切れの可能性も少くすることができる。
【００５７】
（実施例９）
図１９は本発明の実施例９のヒートポンプ給湯機の構成図、図２０は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、図２１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を示す説明図である。
【００５８】
本実施例において、実施例２と異なる点は、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からの信号と外気温度を検出する外気温度検出手段１６からの信号とに応じて、初期弁開度を決定する制御手段１１を設けた構成としていることである。なお、実施例２と同符号の部分は同一構成を有し、説明は省略する。
【００５９】
次に動作、作用について説明する。図２０は横軸に冷媒対水熱交換器２の水側入口水温である給水温度をとり、縦軸に吐出圧力をとって、外気温度（例えば夏３５゜Ｃ、中間期２０゜Ｃ、冬５゜Ｃ）をパラメータとして、減圧装置３の弁開度を一定とした場合の給水温度に対する吐出圧力の関係を示したものである。同図からわかるように、蒸発器４が大気熱から得るエネルギー（夏＞中間期＞冬）が大きい方が、吐出圧力が高くなる。いま、図２０において、各外気温度（夏、中間期、冬）に対して、図１７で説明したことが成り立つ。さらに、図１８で説明した給水温度と減圧装置３の弁開度との関係を、各外気温度（夏、中間期、冬）に対して、求めれば図２１のようになる。すなわち、図２１は、横軸に冷媒対水熱交換器２の水側入口水温である給水温度をとり、縦軸に減圧装置３の弁開度をとって、外気温度（例えば夏３５゜Ｃ、中間期２０゜Ｃ、冬５゜Ｃ）をパラメータとして、給水温度に対する減圧装置３の弁開度の関係を示したものである。
【００６０】
そこで、実施例２で説明した到達弁開度である弁開度Ｚを、外気温度をパラメータとして、給水温度に対して予め求めておいて、初期弁開度記憶手段１４に記憶させておく。給湯運転の起動時に、制御手段１１は給水温度検出手段８からの信号と外気温度検出手段１６からの信号と初期弁開度記憶手段１４からの信号とで減圧装置３の初期弁開度（弁開度Ｚ）を求める。そして、制御手段１１は減圧装置３の弁開度を弁開度Ｚに設定した後、給湯加熱運転を開始する。
【００６１】
上記のように、給水温度と外気温度とに応じて、初期弁開度を設定するため、貯湯槽５の湯水混合層領域の湯も沸き上げることができ、そのため、外気温度が変化しても常に貯湯槽５の湯容積を有効に利用できるので、湯切れの可能性も少くすることができる。
【００６２】
（実施例１０）
図２２は本発明の実施例１０のヒートポンプ給湯機の構成図、図２３は同ヒートポンプ給湯機の外気温度に対する目標吐出温度を示す説明図である。
【００６３】
本実施例において、実施例１と異なる点は、外気温度を検出する外気温度検出手段１６からの信号に応じて、目標吐出温度を決定する制御手段１１を設けた構成としていることである。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。
【００６４】
次に動作、作用について説明する。一般に、外気温度が高くなると、蒸発器４が大気熱から得るエネルギーは大きくなる。それに従って、冷媒循環量が増加するので、圧縮機１の吐出温度と吐出圧力とを上限吐出温度および上限吐出圧力以下にするためには、減圧装置３の弁開度を大きく（開く）する必要がある。そこで、予め、実施例１で示した図２の関係を外気温度を変えて求める。そして、その外気温度に対して目標吐出温度Ｙを求めると図２３のようになる。すなわち、図２３は横軸に外気温度をとり、縦軸に目標吐出温度をとって、外気温度に対する目標吐出温度の変化を示したものである。
【００６５】
そこで、この外気温度に対する目標吐出温度の変化を予め求めておいて、目標吐出温度記憶手段１２に記憶させておく。給湯運転の起動時に、制御手段１１は外気温度検出手段１６からの信号と目標吐出温度記憶手段１２からの信号とによって、目標吐出温度を求める。さらに、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。そして、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）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）ように制御する。
【００６６】
上記のように、目標吐出温度になるように減圧装置３の弁開度を制御するため、外気温度が変化しても常に冷媒回路に適正な冷媒が循環するので、異常温度上昇や異常圧力上昇がなく、耐久性が高く、運転効率も良くすることができる。
【００６７】
（実施例１１）
図２４は本発明の実施例１１のヒートポンプ給湯機の構成図、図２５は同ヒートポンプ給湯機の給水温度に対する目標吐出温度と吐出圧力とを示す説明図である。
【００６８】
本実施例において、実施例１と異なる点は、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からの信号に応じて、目標吐出温度を決定する制御手段１１を設けた構成としていることである。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。
【００６９】
次に動作、作用について説明する。実施例８の図１６で説明したように、貯湯槽５内の高温湯と低温水の接する部分で高温湯と低温水が混合した混合層が生じる。そして、この混合槽内の水が冷媒対水熱交換器２に送られるが、この冷媒対水熱交換器２に送られる水の温度（給水温度）は時間とともに高くなる。図２５は横軸に給水温度をとり、縦軸に目標吐出温度と吐出圧力とをとって、給水温度に対する目標吐出温度と吐出圧力の変化を示したものである。同図中、一点鎖線は、目標吐出温度を一定（目標吐出温度Ｔｇ１）とした場合である。そしてこの場合は、給水温度の上昇とともに、吐出圧力も上昇し、時には、上限吐出圧力を越える場合もある。
【００７０】
そこで、冷媒対水熱交換器２の水側入口水温である給水温度がＴｗｘの時に、目標吐出温度Ｔｇ１を、この目標吐出温度Ｔｇ１より低い目標吐出温度Ｔｇ２（Ｔｇ１＞Ｔｇ２）に変更する。さらに、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。この場合、今の吐出温度は目標吐出温度よりも高いので、制御手段１１は減圧装置３の開度を大きくする（開く）ように制御する。その結果、図２５の実線に示すように、吐出圧力はＰ１からＰ２（Ｐ１＞Ｐ２）に減少しする。
【００７１】
上記のように、貯湯槽５における混合層から冷媒対水熱交換器２に送られた給水温度が高くなった時に目標吐出温度を低く設定し、さらに、この低く設定した目標吐出温度になるように減圧装置３の弁開度を制御するため、給水温度が変化しても常に冷媒回路に適正な冷媒が循環するので、異常温度上昇や異常圧力上昇がなく、耐久性が高く、運転効率を良くするこことができる。
【００７２】
（実施例１２）
図２６は本発明の実施例１２のヒートポンプ給湯機の構成図、図２７は同ヒートポンプ給湯機の沸き上げ温度に対する目標吐出温度を示す説明図である。
【００７３】
本実施例において、実施例１と異なる点は、冷媒対水熱交換器２の水側出口水温である沸き上げ温度の到達目標温度である目標沸き上げ温度を記憶している目標沸き上げ温度記憶手段１９に応じて、目標吐出温度を決定する制御手段１１を設けた構成としていることである。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。
【００７４】
次に動作、作用について説明する。一般に、沸き上げ温度を高くするには、冷媒対水熱交換器２を循環する冷媒の温度を高くする必要がある。そこで、予め、実施例１で示した図２の関係を沸き上げ温度を変えて求める。そして、その沸き上げ温度に対して目標吐出温度Ｙを求めると図２７のようになる。すなわち、図２７は横軸に沸き上げ温度をとり、縦軸に目標吐出温度をとって、沸き上げ温度に対する目標吐出温度の関係を示したものである。
【００７５】
そこで、この沸き上げ温度に対する目標吐出温度の関係を予め求めておいて、目標吐出温度記憶手段１２に記憶させておく。給湯運転の起動時に、制御手段１１は目標沸き上げ温度記憶手段１９からの信号と目標吐出温度記憶手段１２からの信号とによって、目標吐出温度を求める。さらに、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。そして、吐出温度が目標吐出温度になるように減圧装置３の弁開度を制御する。
【００７６】
図２７に示す沸き上げ温度に対する目標吐出温度の関係の代わりに、次のように簡略化した関係で目標吐出温度を求めてもほぼ同様の効果が得られる。すなわち、目標吐出温度を目標沸き上げ温度よりも所定の温度ΔＴだけ高く設定する。動作、作用は上述と同様なので説明は省略する。
【００７７】
なお、上記各実施例においては冷媒を特に記載していないが、このような装置に使用する冷媒であればどのようなものであっても良く、例えばＨＣＦＣ（Ｒ２２）冷媒、ＨＦＣ冷媒（Ｒ４１０Ａ）冷媒、ＣＯ2冷媒、プロパン冷媒等が考えられる。
【００７８】
上記のように、目標吐出温度になるように減圧装置３の弁開度を制御するため、沸き上げ温度を変更しても常に冷媒回路に適正な冷媒が循環するので、異常温度上昇や異常圧力上昇がなく、耐久性が高く、運転効率も良くすることができる。
【００７９】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、目標吐出温度になるように減圧装置の弁開度を制御するため、常に冷媒回路に適正な冷媒が循環するので、運転効率を良くすることができる。
【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減圧装置の開度に対する吐出温度と吐出圧力と効率を示す説明図
【図３】本発明の実施例２のヒートポンプ給湯機の構成図
【図４】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５】本発明の実施例３のヒートポンプ給湯機の構成図
【図６】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７】本発明の実施例４のヒートポンプ給湯機の構成図
【図８】同ヒートポンプ給湯機の運転停止後の圧縮機の温度に対する吐出温度検出手段を付けている配管の温度を示す説明図
【図９】本発明の実施例５のヒートポンプ給湯機の構成図
【図１０】本発明の実施例６のヒートポンプ給湯機の構成図
【図１１】同ヒートポンプ給湯機の運転停止後の時間に対する吐出温度検出手段を付けている配管の温度を示す説明図
【図１２】同ヒートポンプ給湯機の外気温度に対する熱時冷時判定時間を示す説明図
【図１３】本発明の実施例７のヒートポンプ給湯機の構成図
【図１４】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と冷媒循環量とを示す説明図
【図１５】本発明の実施例８のヒートポンプ給湯機の構成図
【図１６】同ヒートポンプ給湯機の貯湯槽の高さ方向に対する貯湯槽内の湯の温度を示す説明図
【図１７】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
【図１８】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を示す説明図
【図１９】本発明の実施例９のヒートポンプ給湯機の構成図
【図２０】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
【図２１】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を示す説明図
【図２２】本発明の実施例１０のヒートポンプ給湯機の構成図
【図２３】同ヒートポンプ給湯機の外気温度に対する目標吐出温度を示す説明図
【図２４】本発明の実施例１１のヒートポンプ給湯機の構成図
【図２５】同ヒートポンプ給湯機の給水温度に対する目標吐出温度と吐出圧力とを示す説明図
【図２６】本発明の実施例１２のヒートポンプ給湯機の構成図
【図２７】同ヒートポンプ給湯機の沸き上げ温度に対する目標吐出温度を示す説明図
【図２８】従来例におけるヒートポンプ給湯機の構成図
【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
１１ 制御手段
１３ 吐出温度検出手段
１６ 外気温度検出手段
１７ 圧縮機温度検出手段
１８ 時間計測手段
【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２８は従来のヒートポンプ給湯機の構成図である。図２８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ならなり前記圧縮機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、この水と熱交換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給水温度検出手段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２８に示す従来例のヒートポンプ給湯機では、減圧装置３としてキャピラリーチューブや温度式膨張弁を用いていた。減圧装置３としてキャピラリーチューブを用いる場合、一般的に、冷媒循環量の多い夏季の温度条件を基準にキャピラリーチューブの仕様を設計する。そのため、夏季以外の特に冬季の運転開始時には、必要以上に冷媒が流れるので、圧縮機１の温度上昇が遅く、冷媒対水熱交換器２出口の湯は低温のまま貯湯槽５の上部に流入し貯湯される。それ故、貯湯槽５の中の高温の湯と混合し、貯湯槽５の湯温を低下させてしまい、時としては、湯切れを起こすという課題があった。また、圧縮機１の温度が上昇した後の定常運転時にも、同様に、冷媒循環回路に必要以上の冷媒が循環するため、運転の効率が悪くなるという課題を有していた。さらに場合によっては、圧縮機１に液冷媒が吸い込まれ、その結果、液圧縮となり圧縮機１の耐久性が悪くなるという課題も有していた。
【０００４】
他方、減圧装置３として温度式膨張弁を用いる場合、一般的に、蒸発器４の出口の冷媒は一定の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。しかし、運転開始時には冷媒回路中の冷媒の分布が安定しないため、圧縮機１の吐出圧力や吐出温度がハンチング（上下変動）し、上限吐出圧力や上限吐出温度を超える場合があり、圧縮機１の耐久性が悪くなるという課題を有していた。また、定常運転時においても、設計した外気温度よりも高い時には吐出圧力が上昇したり、外気温度の低い冬季には吐出温度が上昇したりして圧縮機の耐久性が悪くなるという課題を有していた。
【０００５】
本発明の目的は、湯切れが少なく、効率の良い給湯加熱運転を実現することにある。
【０００６】
【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、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、蒸発器を設けた冷媒循環回路と、貯湯槽、循環ポンプ、前記冷媒対水熱交換器を設けた給湯回路と、前記圧縮機の吐出温度を検出する吐出温度検出手段と、前記圧縮機が起動する時に前記圧縮機が温まっている熱時起動と前記圧縮機が冷えている冷時起動とを判断する熱時冷時検出手段とを有し、前記圧縮機の吐出温度が設定された目標吐出温度になるように前記減圧装置の弁開度を制御するとともに冷時起動と熱時起動とに応じて初期弁開度を設定するヒートポンプ給湯機であって、前記熱時冷時検出手段は、前記圧縮機の吐出温度を検出する吐出温度検出手段と外気温度を検出する外気温度検出手段であるヒートポンプ給湯機とするものである。
【０００７】
また、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、蒸発器を設けた冷媒循環回路と、貯湯槽、循環ポンプ、前記冷媒対水熱交換器を設けた給湯回路と、前記圧縮機の吐出温度を検出する吐出温度検出手段と、前記圧縮機が起動する時に前記圧縮機が温まっている熱時起動と前記圧縮機が冷えている冷時起動とを判断する熱時冷時検出手段とを有し、前記圧縮機の吐出温度が設定された目標吐出温度になるように前記減圧装置の弁開度を制御するとともに冷時起動と熱時起動とに応じて初期弁開度を設定するヒートポンプ給湯機であって、熱時冷時検出手段は、前回の運転停止からの経過時間を計測する時間計測手段と外気温度を検出する外気温度検出手段であるヒートポンプ給湯機とするものである。
【０００８】
これによって、目標吐出温度になるように前記減圧装置の弁開度を制御するため、常に冷媒回路に適正な冷媒が循環し、圧力と温度とも安定することになる。
【０００９】
【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記載の発明は、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、蒸発器を設けた冷媒循環回路と、貯湯槽、循環ポンプ、前記冷媒対水熱交換器を設けた給湯回路と、前記圧縮機の吐出温度を検出する吐出温度検出手段と、前記圧縮機が起動する時に前記圧縮機が温まっている熱時起動と前記圧縮機が冷えている冷時起動とを判断する熱時冷時検出手段とを有し、前記圧縮機の吐出温度が設定された目標吐出温度になるように前記減圧装置の弁開度を制御するとともに冷時起動と熱時起動とに応じて初期弁開度を設定するヒートポンプ給湯機であって、前記熱時冷時検出手段は、前記圧縮機の吐出温度を検出する吐出温度検出手段と外気温度を検出する外気温度検出手段であるヒートポンプ給湯機とするものである。これにより、外気温度が変化してもその外気温度に対して、前記圧縮機の初期温度に応じた前記減圧装置の弁開度を設定するため、運転起動時にも冷媒回路に適正な冷媒が循環するので、特に冷時においても圧縮機の温度上昇が速く、すぐに冷媒対水熱交換器出口の湯は高温となるので、湯切れの可能性も少なくすることができる。
【００１０】
請求項２記載の発明は、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、蒸発器を設けた冷媒循環回路と、貯湯槽、循環ポンプ、前記冷媒対水熱交換器を設けた給湯回路と、前記圧縮機の吐出温度を検出する吐出温度検出手段と、前記圧縮機が起動する時に前記圧縮機が温まっている熱時起動と前記圧縮機が冷えている冷時起動とを判断する熱時冷時検出手段とを有し、前記圧縮機の吐出温度が設定された目標吐出温度になるように前記減圧装置の弁開度を制御するとともに冷時起動と熱時起動とに応じて初期弁開度を設定するヒートポンプ給湯機であって、熱時冷時検出手段は、前回の運転停止からの経過時間を計測する時間計測手段と外気温度を検出する外気温度検出手段であるヒートポンプ給湯機とするものである。
【００１１】
これにより、前回の運転停止からの経過時間と外気温度とから熱時と冷時の判断を行うので、運転起動と同時に判断ができ、外気温度が変化しても常に運転効率を良くすることができる。
【００１２】
また、請求項３の発明は、冷媒は二酸化炭素であることを特徴とするものである。
【００１３】
【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。
【００１４】
（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吐出温度と吐出圧力と効率を示す説明図である。なお、従来例で説明した図２８と同じ構成部材には同一符号を用い説明を省略する。
【００１５】
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、目標吐出温度を記憶している目標吐出温度記憶手段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を制御する。なお、減圧装置３として電動膨張弁（図示せず）等がある。
【００１６】
次に動作、作用について説明する。図２は横軸に減圧装置３の弁開度をとり、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の弁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の弁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上限吐出温度（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上限吐出圧力（常用最大吐出圧力）である。
【００１７】
ここで、効率が極大になる減圧装置３の弁開度Ｘに対する吐出温度を目標吐出温度Ｙとする。この目標吐出温度Ｙを目標吐出温度記憶手段１２に予め記憶させる。
【００１８】
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は吐出温度検出手段１３からの信号で吐出温度を検出する。そして、目標吐出温度を記憶している目標吐出温度記憶手段１２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の弁開度を大きくする（開く）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の弁開度を小さくする（閉じる）ように制御する。
【００１９】
上記のように、制御手段１１による吐出温度制御をある時間毎に行えば、常に効率の良い給湯運転が可能となる。また、目標吐出温度になるように減圧装置３の弁開度を制御するため、常に冷媒回路に適正な冷媒が循環するので、異常温度上昇や異常圧力上昇がなく、耐久性も良くすることができる。
【００２０】
（実施例２）
図３は本発明の実施例２のヒートポンプ給湯機の構成図、図４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である。
【００２１】
本実施例において、実施例１と異なる点は、運転起動時における減圧装置３の弁開度を記憶している初期弁開度記憶手段１４を設けた構成としていることである。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。
【００２２】
次に動作、作用について説明する。図３において、運転起動時には、制御手段１１は、起動時における減圧装置３の弁開度（初期弁開度）を記憶している初期弁開度記憶手段１４からの信号で減圧装置３の弁開度を前記初期弁開度に設定した後、給湯加熱運転を開始する。
【００２３】
図４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変化を示したものである。同図において、Ｔｇは目標吐出温度である。また、Ｔｄ０は制御開始吐出温度で、吐出温度がこの温度になるまでは減圧装置３の弁開度は初期弁開度で一定とし、吐出温度がこの制御開始吐出温度Ｔｄ０以上になれば、実施例１で説明したように、吐出温度制御運転を行う。すなわち、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。そして、目標吐出温度を記憶している目標吐出温度記憶手段１２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の弁開度を大きくする（開く）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の弁開度を小さくする（閉じる）ように制御する。
【００２４】
今、図４において、吐出温度が目標吐出温度に達して、定常状態になった時の減圧装置３の弁開度を到達弁開度とする。同図において、実線Ａは運転起動から減圧装置３の弁開度を到達弁開度で運転した場合の吐出温度の変化を示したものである。もし、この到達弁開度よりも小さい（閉じた）弁開度で運転した場合は、一点鎖線Ｂのようになり、吐出温度がハンチング（上下変動）し、場合によっては上限吐出温度を超えることもある。逆に、この到達弁開度よりも大きい（開いた）弁開度で運転した場合は、点線Ｃのようになり、吐出温度の上昇が遅く、目標吐出温度に達するのに時間がかかる。
【００２５】
そこで、この到達弁開度である弁開度Ｚを予め求めておいて、初期弁開度記憶手段１４に記憶させておく。給湯運転の起動時に、制御手段１１は初期弁開度記憶手段１４からの信号で減圧装置３の初期弁開度（弁開度Ｚ）を求める。そして、制御手段１１は減圧装置３の弁開度を弁開度Ｚに設定した後、給湯加熱運転を開始する。
【００２６】
上記のように、運転の起動時に減圧装置３の弁開度を予め設定された初期弁開度に設定することにより、冷媒回路に適正な冷媒が循環するので、圧縮機１の吐出温度や吐出圧力のハンチングによる異常温度上昇や異常圧力上昇がなく耐久性が高く、また、圧縮機１の吐出温度上昇が速く、すぐに冷媒対水熱交換器２出口の湯は高温となるので、湯切れの可能性も少くすることができる。
【００２７】
（実施例３）
図５は本発明の実施例３のヒートポンプ給湯機の構成図、図６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である。
【００２８】
本実施例において、実施例２と異なる点は、圧縮機１が温まっている熱時起動と圧縮機１が冷えている冷時起動とを検出する熱時冷時検出手段１５を備えた構成としていることである。ここでは、熱時冷時検出手段１５として吐出温度検出手段１３を用いる。なお、実施例２と同符号の部分は同一構成を有し、説明は省略する。
【００２９】
次に動作、作用について説明する。図６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、Ｔｇは目標吐出温度である。また、Ｔｄ０は制御開始吐出温度で、吐出温度がこの温度になるまでは減圧装置３の弁開度は初期弁開度で一定とし、吐出温度がこの制御開始吐出温度Ｔｄ０以上になれば、実施例１で説明したように、吐出温度制御運転を行う。同図の実線で示す吐出温度の変化は、運転起動時に圧縮機１が温まっている熱時起動の場合であり、一点鎖線で示す吐出温度の変化は、運転起動時に圧縮機１が冷えている冷時起動の場合である。同図からわかるように、熱時起動の場合は立ち上がりが速く、すぐに定常状態になる。一方、冷時起動の場合は立ち上がりが遅く、定常状態に達するまでに時間がかかる。熱時起動の場合も冷時起動の場合も、定常状態に達したときの減圧装置３の弁開度（実施例２で説明した弁開度Ｚ）は同じである。冷時起動の立ち上がりを速くするために、冷時起動の場合は、熱時起動の場合よりも、減圧装置３の初期弁開度を小さく設定する。そうすれば、同図中の点線（冷時の改良）で示すように、吐出温度の立ち上がりが比較的速くなる。
【００３０】
図６において、Ｔｊｄを熱時起動と冷時起動との区別を判定する熱時冷時判定吐出温度とし、運転起動して所定の待機時間ｔ後にこの熱時起動と冷時起動との区別を判定するものとする。すなわち、給湯運転の起動時に、制御手段１１は初期弁開度記憶手段１４からの信号で減圧装置３の初期弁開度（弁開度Ｚ）を求める。そして、制御手段１１は減圧装置３の弁開度を弁開度Ｚに設定した後、給湯加熱運転を開始する。そして、起動して所定の待機時間ｔ後、吐出温度検出手段１３からの信号から得た吐出温度が、熱時冷時判定吐出温度Ｔｊｄ以上の温度（点Ａ）であれば熱時起動と判定し、熱時冷時判定吐出温度Ｔｊｄより低い温度（点Ｂ）であれば冷時起動と判定する。判定の結果、熱時起動の場合にはそのままの弁開度（弁開度Ｚ）で運転を続ける。一方、冷時起動の場合には、制御手段１１は減圧装置３の弁開度を弁開度Ｚより小さい弁開度（弁開度Ｚｍ）に設定し運転を続ける。なお、この弁開度Ｚｍは、吐出温度の大きなオーバーシュートが無い範囲で予め求めておく。そして、熱時起動の場合も冷時起動の場合も、吐出温度が制御開始吐出温度Ｔｄ０以上になれば、実施例１で説明したように、吐出温度制御運転を行う。すなわち、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。そして、目標吐出温度を記憶している目標吐出温度記憶手段１２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の弁開度を大きくする（開く）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の弁開度を小さくする（閉じる）ように制御する。
【００３１】
上記のように、圧縮機１の起動時の温度に応じて減圧装置３の弁開度を設定するため、運転起動時にも冷媒回路に適正な冷媒が循環するので、特に冷時においても圧縮機１の温度上昇が速く、すぐに冷媒対水熱交換器２出口の湯は高温となるので、湯切れの可能性も少くすることができる。
【００３２】
（実施例４）
図７は本発明の実施例４のヒートポンプ給湯機の構成図、図８は同ヒートポンプ給湯機の運転停止後の圧縮機の温度に対する吐出温度検出手段を付けている配管の温度を示す説明図である。
【００３３】
本実施例において、実施例３と異なる点は、熱時冷時検出手段１５として吐出温度検出手段１３と外気温度検出手段１６とを用いた構成としていることである。なお、実施例３と同符号の部分は同一構成を有し、説明は省略する。
【００３４】
次に動作、作用について説明する。図８は横軸に運転停止後の圧縮機１の温度をとり、縦軸に吐出温度検出手段１３を付けている配管の温度をとって、運転停止後の圧縮機１の温度に対する吐出温度検出手段１３を付けている配管の温度変化の関係を示したものである。いま、吐出温度を検出する吐出温度検出手段１３は圧縮機１の吐出口に接続された配管に設けられている。運転中は冷媒が循環しているため、圧縮機１の温度と吐出温度検出手段１３の取り付けている配管部の温度とはほぼ等しいが、運転を停止すると、圧縮機１の温度と吐出温度検出手段１３の取り付けている配管部の温度とは差ができてくる。すなわち、圧縮機１は熱容量が吐出温度検出手段１３の取り付けている配管よりも大きく、さらに、圧縮機１は通常、防音のため断熱材で覆われている。このため、圧縮機１の温度低下の速さは吐出温度検出手段１３の取り付けている配管の温度低下の速さよりも小さい。また、温度の低下の速さは外気温度によっても異なる。当然、外気温度が低いほど温度の低下の速さは大きい。
【００３５】
同図において、Ｔｇは目標吐出温度であり、Ｔｊは熱時起動と冷時起動との区別を判定する熱時冷時判定圧縮機温度である。つまり、運転起動時に、圧縮機１の温度が、Ｔｊ以上であれば熱時起動であり、Ｔｊより小さければ冷時起動である。また、実線は夏（例えば外気温度３５゜Ｃ）における運転停止後の圧縮機１の温度と吐出温度検出手段１３を取り付けている配管の温度との関係を示したものである。同様に、一点鎖線および点線はそれぞれ中間期（例えば外気温度２０゜Ｃ）及び冬（例えば外気温度５゜Ｃ）における関係を示している。夏、中間期、冬における前述した関係において、運転停止後の圧縮機１の温度が熱時冷時判定圧縮機温度Ｔｊになる時の吐出温度検出手段１３を取り付けている配管の温度はそれぞれＴ１、Ｔ２、Ｔ３となる。そして、この外気温度（例えば３５゜Ｃ、２０゜Ｃ、５゜Ｃ）に対して、Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３を予め求めておけば、吐出温度検出手段１３からの信号によって、熱時起動か冷時起動かの判断ができる。
【００３６】
上記のように、外気温度が変化してもその外気温度に対して、圧縮機１の初期温度に応じた減圧装置３の弁開度を設定するため、運転起動時にも冷媒回路に適正な冷媒が循環するので、特に冷時においても圧縮機の温度上昇が速く、すぐに冷媒対水熱交換器出口の湯は高温となるので、湯切れの可能性も少くすることができる。
【００３７】
（実施例５）
図９は本発明の実施例５のヒートポンプ給湯機の構成図である。本実施例において、実施例３と異なる点は、熱時冷時検出手段１５として圧縮機温度検出手段１７を用いた構成としていることである。なお、実施例３と同符号の部分は同一構成を有し、説明は省略する。
【００３８】
次に動作、作用について説明する。実施例４で説明したように、熱時起動と冷時起動との区別を判定する圧縮機１の温度を熱時冷時判定圧縮機温度Ｔｊとすると、運転起動時に、圧縮機１の温度が、Ｔｊ以上であれば熱時起動であり、Ｔｊより小さければ冷時起動である。
【００３９】
すなわち、給湯運転の起動時に、制御手段１１は圧縮機温度検出手段１７からの信号で圧縮機１の温度を求める。そして、この求めた温度が前述した熱時冷時判定圧縮機温度Ｔｊよりも大きいか等しければ、制御手段１１は熱時起動と判断し、減圧装置３の弁開度を弁開度Ｚに設定した後、給湯加熱運転を開始する。逆に求めた温度が前述した熱時冷時判定圧縮機温度Ｔｊよりも小さければ、制御手段１１は冷時起動と判断し、減圧装置３の弁開度を弁開度Ｚより小さい弁開度（弁開度Ｚｍ）に設定した後、給湯加熱運転を開始する。
【００４０】
上記のように、直接圧縮機１の温度を検出するため、熱時冷時判定のための待機時間が無く、運転起動と同時に減圧装置３の弁開度を最適値に設定できるので、運転効率を良くすることができる。
【００４１】
（実施例６）
図１０は本発明の実施例６のヒートポンプ給湯機の構成図、図１１は同ヒートポンプ給湯機の運転停止後の時間に対する吐出温度検出手段１３を付けている配管の温度を示す説明図、図１２は同ヒートポンプ給湯機の外気温度に対する熱時冷時判定時間を示す説明図である。
【００４２】
本実施例において、実施例３と異なる点は、熱時冷時検出手段１５として前回の運転停止からの経過時間を計測する時間計測手段１８と外気温度を検出する外気温度検出手段１６とを用いた構成としていることである。なお、実施例３と同符号の部分は同一構成を有し、説明は省略する。
【００４３】
次に動作、作用について説明する。図１１は横軸に運転停止後の時間をとり、縦軸に吐出温度検出手段１３を付けている配管の温度をとって、運転停止後の時間に対する吐出温度検出手段１３を付けている配管の温度の変化の関係を示したものである。同図において、Ｔｇは目標吐出温度であり、Ｔｊｈは熱時起動と冷時起動との区別を判定する熱時冷時判定吐出配管温度である。いま、吐出温度を検出する吐出温度検出手段１３は圧縮機１の吐出口に接続された配管に設けられている。そして、運転を停止すると圧縮機１の温度が低下するとともに、吐出温度検出手段１３を付けている配管の温度も低下する。また、温度の低下の速さは外気温度によっても異なる。当然、外気温度が低いほど温度の低下の速さは大きい。同図において、実線は、夏（例えば外気温度３５゜Ｃ）の場合における、運転停止後の時間に対する吐出温度検出手段１３を付けている配管の温度の変化を示す。同様に、一点鎖線および点線はそれぞれ中間期（例えば外気温度２０゜Ｃ）及び冬（例えば外気温度５゜Ｃ）における吐出温度検出手段１３を付けている配管の温度の変化を示す。また、吐出温度検出手段１３を付けている配管の温度が、熱時起動と冷時起動との区別を判定する熱時冷時判定吐出配管温度Ｔｊｈ以上であれば熱時起動であり、熱時冷時判定吐出配管温度Ｔｊｈ未満であれば冷時起動である。夏、中間期、冬における吐出温度検出手段１３を付けている配管の温度が熱時冷時判定吐出配管温度Ｔｊｈに等しくなる運転停止後の時間はそれぞれｔ１、ｔ２、ｔ３となる。この時間を熱時冷時判定時間とする。つまり、運転を起動する場合に、前回の運転停止後からの時間が、この熱時冷時判定時間以下であれば熱時起動であり、この熱時冷時判定時間より大きければ冷時起動となる。
【００４４】
図１２は横軸に外気温度をとり、縦軸に熱時冷時判定時間をとって、外気温度に対する熱時冷時判定時間の関係を示したものである。同図において、実線よりしたの部分が熱時起動で、上の部分が冷時起動である。この図１２の関係を予め求めておくことによって、時間計測手段１８からの信号と外気温度検出手段１６とによって、熱時起動か冷時起動かの判断ができる。
【００４５】
すなわち、給湯運転の起動時に、制御手段１１は、時間計測手段１８からの信号で前回の運転停止からの経過時間を求め、さらに、外気温度検出手段１６からの信号で外気温度を求める。そして、この求めた外気温度おいて、前回の運転停止からの経過時間が前述の熱時冷時判定時間以下であれば、制御手段１１は熱時起動と判断し、減圧装置３の弁開度を弁開度Ｚに設定した後、給湯加熱運転を開始する。逆に前回の運転停止からの経過時間が前述の熱時冷時判定時間より大きければ、制御手段１１は冷時起動と判断し、減圧装置３の弁開度を弁開度Ｚより小さい弁開度（弁開度Ｚｍ）に設定した後、給湯加熱運転を開始する。
【００４６】
上記のように、前回の運転停止からの経過時間と外気温度とから熱時と冷時の判断を行うので、運転起動と同時に判断ができ、外気温度が変化しても常に運転効率を良くすることができる。
【００４７】
（実施例７）
図１３は本発明の実施例７のヒートポンプ給湯機の構成図、図１４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と冷媒循環量とを示す説明図である。
【００４８】
本実施例において、実施例２と異なる点は、外気温度検出手段１６からの信号に応じて減圧装置３の初期弁開度を決定する制御手段１１を設けた構成としていることである。なお、実施例２と同符号の部分は同一構成を有し、説明は省略する。
【００４９】
次に動作、作用について説明する。図１４は横軸に外気温度をとり、縦軸に冷媒循環量と減圧装置３の弁開度とをとって、外気温度に対する冷媒循環量と減圧装置３の弁開度の変化を示したものである。一般に、外気温度が高くなると、蒸発器４が大気熱から得るエネルギーは大きくなる。それに従って、同図に示すように、冷媒循環量が増加するので、圧縮機１の吐出温度と吐出圧力とを上限吐出温度および上限吐出圧力以下にするためには、減圧装置３の弁開度を大きく（開く）する必要がある。
【００５０】
そこで、実施例２で説明した到達弁開度である弁開度Ｚを、外気温度に対して予め求めておいて、初期弁開度記憶手段１４に記憶させておく。給湯運転の起動時に、制御手段１１は外気温度検出手段１６からの信号と初期弁開度記憶手段１４からの信号とで減圧装置３の初期弁開度（弁開度Ｚ）を求める。そして、制御手段１１は減圧装置３の弁開度を弁開度Ｚに設定した後、給湯加熱運転を開始する。
【００５１】
上記のように、外気温度に対して減圧装置３の初期弁開度を設定するため、外気温度が変化しても運転の起動時に適正な冷媒が循環するので、圧縮機１の吐出度や吐出圧力のハンチングによる異常温度上昇や異常圧力上昇がなく耐久性が高く、また、圧縮機１の温度上昇が速く、すぐに冷媒対水熱交換器２出口の湯は高温となるので、湯切れの可能性も少くすることができる。
【００５２】
（実施例８）
図１５は本発明の実施例８のヒートポンプ給湯機の構成図、図１６は同ヒートポンプ給湯機の貯湯槽の高さ方向に対する貯湯槽内の湯の温度を示す説明図、図１７は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、図１８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を示す説明図である。
【００５３】
本実施例において、実施例２と異なる点は、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からの信号に応じて、初期弁開度を決定する制御手段１１を設けた構成としていることである。なお、実施例２と同符号の部分は同一構成を有し、説明は省略する。
【００５４】
次に動作、作用について説明する。図１６は横軸に貯湯槽５内の湯の温度をとり、縦軸に貯湯槽５の高さをとって、貯湯槽内の湯の温度分布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。しかしながら、沸き上げ運転時間の経過とともに貯湯槽５内の高温湯と低温水の接する部分で高温湯と低温水が混合した混合層が生じ、その層は次第に拡大していく。同図中において、前述の混合層は、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。従って、沸き上げ運転完了近くになると、前記冷媒対水熱交換器２に流入する水温は、時間とともに急激に高くなる。図１７は横軸に冷媒対水熱交換器２の水側入口水温である給水温度をとり、縦軸に吐出圧力をとって、減圧装置３の弁開度をパラメータとして、給水温度に対する吐出圧力の関係を示したものである。同図からわかるように、給水温度が高くなるほど吐出圧力も高くなるが、同一の給水温度に対しては、減圧装置３の弁開度が大きい方が、吐出圧力が低くなる。いま、設計吐出圧力をＰｓとすると、減圧装置３の弁開度大、中、小に対して、設計吐出圧力Ｐｓになる給水温度は、それぞれ、Ｔｗ１、Ｔｗ２、Ｔｗ３となる。さらに、図１８はこの関係を給水温度と減圧装置３の弁開度について表したものである。すなわち、横軸に冷媒対水熱交換器２の水側入口水温である給水温度をとり、縦軸に減圧装置３の弁開度をとって、給水温度に対する減圧装置３の弁開度の関係を示したものである。
【００５５】
そこで、実施例２で説明した到達弁開度である弁開度Ｚを、給水温度に対して予め求めておいて、初期弁開度記憶手段１４に記憶させておく。給湯運転の起動時に、制御手段１１は給水温度検出手段８からの信号と初期弁開度記憶手段１４からの信号とで減圧装置３の初期弁開度（弁開度Ｚ）を求める。そして、制御手段１１は減圧装置３の弁開度を弁開度Ｚに設定した後、給湯加熱運転を開始する。
【００５６】
上記のように、給水温度に応じて初期弁開度を設定するため、貯湯槽５の湯水混合層領域の湯も沸き上げることができ、そのため、貯湯槽５の湯容積を有効に利用できるので、湯切れの可能性も少くすることができる。
【００５７】
（実施例９）
図１９は本発明の実施例９のヒートポンプ給湯機の構成図、図２０は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、図２１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を示す説明図である。
【００５８】
本実施例において、実施例２と異なる点は、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からの信号と外気温度を検出する外気温度検出手段１６からの信号とに応じて、初期弁開度を決定する制御手段１１を設けた構成としていることである。なお、実施例２と同符号の部分は同一構成を有し、説明は省略する。
【００５９】
次に動作、作用について説明する。図２０は横軸に冷媒対水熱交換器２の水側入口水温である給水温度をとり、縦軸に吐出圧力をとって、外気温度（例えば夏３５゜Ｃ、中間期２０゜Ｃ、冬５゜Ｃ）をパラメータとして、減圧装置３の弁開度を一定とした場合の給水温度に対する吐出圧力の関係を示したものである。同図からわかるように、蒸発器４が大気熱から得るエネルギー（夏＞中間期＞冬）が大きい方が、吐出圧力が高くなる。いま、図２０において、各外気温度（夏、中間期、冬）に対して、図１７で説明したことが成り立つ。さらに、図１８で説明した給水温度と減圧装置３の弁開度との関係を、各外気温度（夏、中間期、冬）に対して、求めれば図２１のようになる。すなわち、図２１は、横軸に冷媒対水熱交換器２の水側入口水温である給水温度をとり、縦軸に減圧装置３の弁開度をとって、外気温度（例えば夏３５゜Ｃ、中間期２０゜Ｃ、冬５゜Ｃ）をパラメータとして、給水温度に対する減圧装置３の弁開度の関係を示したものである。
【００６０】
そこで、実施例２で説明した到達弁開度である弁開度Ｚを、外気温度をパラメータとして、給水温度に対して予め求めておいて、初期弁開度記憶手段１４に記憶させておく。給湯運転の起動時に、制御手段１１は給水温度検出手段８からの信号と外気温度検出手段１６からの信号と初期弁開度記憶手段１４からの信号とで減圧装置３の初期弁開度（弁開度Ｚ）を求める。そして、制御手段１１は減圧装置３の弁開度を弁開度Ｚに設定した後、給湯加熱運転を開始する。
【００６１】
上記のように、給水温度と外気温度とに応じて、初期弁開度を設定するため、貯湯槽５の湯水混合層領域の湯も沸き上げることができ、そのため、外気温度が変化しても常に貯湯槽５の湯容積を有効に利用できるので、湯切れの可能性も少くすることができる。
【００６２】
（実施例１０）
図２２は本発明の実施例１０のヒートポンプ給湯機の構成図、図２３は同ヒートポンプ給湯機の外気温度に対する目標吐出温度を示す説明図である。
【００６３】
本実施例において、実施例１と異なる点は、外気温度を検出する外気温度検出手段１６からの信号に応じて、目標吐出温度を決定する制御手段１１を設けた構成としていることである。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。
【００６４】
次に動作、作用について説明する。一般に、外気温度が高くなると、蒸発器４が大気熱から得るエネルギーは大きくなる。それに従って、冷媒循環量が増加するので、圧縮機１の吐出温度と吐出圧力とを上限吐出温度および上限吐出圧力以下にするためには、減圧装置３の弁開度を大きく（開く）する必要がある。そこで、予め、実施例１で示した図２の関係を外気温度を変えて求める。そして、その外気温度に対して目標吐出温度Ｙを求めると図２３のようになる。すなわち、図２３は横軸に外気温度をとり、縦軸に目標吐出温度をとって、外気温度に対する目標吐出温度の変化を示したものである。
【００６５】
そこで、この外気温度に対する目標吐出温度の変化を予め求めておいて、目標吐出温度記憶手段１２に記憶させておく。給湯運転の起動時に、制御手段１１は外気温度検出手段１６からの信号と目標吐出温度記憶手段１２からの信号とによって、目標吐出温度を求める。さらに、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。そして、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）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）ように制御する。
【００６６】
上記のように、目標吐出温度になるように減圧装置３の弁開度を制御するため、外気温度が変化しても常に冷媒回路に適正な冷媒が循環するので、異常温度上昇や異常圧力上昇がなく、耐久性が高く、運転効率も良くすることができる。
【００６７】
（実施例１１）
図２４は本発明の実施例１１のヒートポンプ給湯機の構成図、図２５は同ヒートポンプ給湯機の給水温度に対する目標吐出温度と吐出圧力とを示す説明図である。
【００６８】
本実施例において、実施例１と異なる点は、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からの信号に応じて、目標吐出温度を決定する制御手段１１を設けた構成としていることである。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。
【００６９】
次に動作、作用について説明する。実施例８の図１６で説明したように、貯湯槽５内の高温湯と低温水の接する部分で高温湯と低温水が混合した混合層が生じる。そして、この混合槽内の水が冷媒対水熱交換器２に送られるが、この冷媒対水熱交換器２に送られる水の温度（給水温度）は時間とともに高くなる。図２５は横軸に給水温度をとり、縦軸に目標吐出温度と吐出圧力とをとって、給水温度に対する目標吐出温度と吐出圧力の変化を示したものである。同図中、一点鎖線は、目標吐出温度を一定（目標吐出温度Ｔｇ１）とした場合である。そしてこの場合は、給水温度の上昇とともに、吐出圧力も上昇し、時には、上限吐出圧力を越える場合もある。
【００７０】
そこで、冷媒対水熱交換器２の水側入口水温である給水温度がＴｗｘの時に、目標吐出温度Ｔｇ１を、この目標吐出温度Ｔｇ１より低い目標吐出温度Ｔｇ２（Ｔｇ１＞Ｔｇ２）に変更する。さらに、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。この場合、今の吐出温度は目標吐出温度よりも高いので、制御手段１１は減圧装置３の開度を大きくする（開く）ように制御する。その結果、図２５の実線に示すように、吐出圧力はＰ１からＰ２（Ｐ１＞Ｐ２）に減少しする。
【００７１】
上記のように、貯湯槽５における混合層から冷媒対水熱交換器２に送られた給水温度が高くなった時に目標吐出温度を低く設定し、さらに、この低く設定した目標吐出温度になるように減圧装置３の弁開度を制御するため、給水温度が変化しても常に冷媒回路に適正な冷媒が循環するので、異常温度上昇や異常圧力上昇がなく、耐久性が高く、運転効率を良くするこことができる。
【００７２】
（実施例１２）
図２６は本発明の実施例１２のヒートポンプ給湯機の構成図、図２７は同ヒートポンプ給湯機の沸き上げ温度に対する目標吐出温度を示す説明図である。
【００７３】
本実施例において、実施例１と異なる点は、冷媒対水熱交換器２の水側出口水温である沸き上げ温度の到達目標温度である目標沸き上げ温度を記憶している目標沸き上げ温度記憶手段１９に応じて、目標吐出温度を決定する制御手段１１を設けた構成としていることである。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。
【００７４】
次に動作、作用について説明する。一般に、沸き上げ温度を高くするには、冷媒対水熱交換器２を循環する冷媒の温度を高くする必要がある。そこで、予め、実施例１で示した図２の関係を沸き上げ温度を変えて求める。そして、その沸き上げ温度に対して目標吐出温度Ｙを求めると図２７のようになる。すなわち、図２７は横軸に沸き上げ温度をとり、縦軸に目標吐出温度をとって、沸き上げ温度に対する目標吐出温度の関係を示したものである。
【００７５】
そこで、この沸き上げ温度に対する目標吐出温度の関係を予め求めておいて、目標吐出温度記憶手段１２に記憶させておく。給湯運転の起動時に、制御手段１１は目標沸き上げ温度記憶手段１９からの信号と目標吐出温度記憶手段１２からの信号とによって、目標吐出温度を求める。さらに、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。そして、吐出温度が目標吐出温度になるように減圧装置３の弁開度を制御する。
【００７６】
図２７に示す沸き上げ温度に対する目標吐出温度の関係の代わりに、次のように簡略化した関係で目標吐出温度を求めてもほぼ同様の効果が得られる。すなわち、目標吐出温度を目標沸き上げ温度よりも所定の温度ΔＴだけ高く設定する。動作、作用は上述と同様なので説明は省略する。
【００７７】
なお、上記各実施例においては冷媒を特に記載していないが、このような装置に使用する冷媒であればどのようなものであっても良く、例えばＨＣＦＣ（Ｒ２２）冷媒、ＨＦＣ冷媒（Ｒ４１０Ａ）冷媒、ＣＯ2冷媒、プロパン冷媒等が考えられる。
【００７８】
上記のように、目標吐出温度になるように減圧装置３の弁開度を制御するため、沸き上げ温度を変更しても常に冷媒回路に適正な冷媒が循環するので、異常温度上昇や異常圧力上昇がなく、耐久性が高く、運転効率も良くすることができる。
【００７９】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、目標吐出温度になるように減圧装置の弁開度を制御するため、常に冷媒回路に適正な冷媒が循環するので、運転効率を良くすることができる。
【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減圧装置の開度に対する吐出温度と吐出圧力と効率を示す説明図
【図３】本発明の実施例２のヒートポンプ給湯機の構成図
【図４】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５】本発明の実施例３のヒートポンプ給湯機の構成図
【図６】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７】本発明の実施例４のヒートポンプ給湯機の構成図
【図８】同ヒートポンプ給湯機の運転停止後の圧縮機の温度に対する吐出温度検出手段を付けている配管の温度を示す説明図
【図９】本発明の実施例５のヒートポンプ給湯機の構成図
【図１０】本発明の実施例６のヒートポンプ給湯機の構成図
【図１１】同ヒートポンプ給湯機の運転停止後の時間に対する吐出温度検出手段を付けている配管の温度を示す説明図
【図１２】同ヒートポンプ給湯機の外気温度に対する熱時冷時判定時間を示す説明図
【図１３】本発明の実施例７のヒートポンプ給湯機の構成図
【図１４】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と冷媒循環量とを示す説明図
【図１５】本発明の実施例８のヒートポンプ給湯機の構成図
【図１６】同ヒートポンプ給湯機の貯湯槽の高さ方向に対する貯湯槽内の湯の温度を示す説明図
【図１７】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
【図１８】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を示す説明図
【図１９】本発明の実施例９のヒートポンプ給湯機の構成図
【図２０】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
【図２１】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を示す説明図
【図２２】本発明の実施例１０のヒートポンプ給湯機の構成図
【図２３】同ヒートポンプ給湯機の外気温度に対する目標吐出温度を示す説明図
【図２４】本発明の実施例１１のヒートポンプ給湯機の構成図
【図２５】同ヒートポンプ給湯機の給水温度に対する目標吐出温度と吐出圧力とを示す説明図
【図２６】本発明の実施例１２のヒートポンプ給湯機の構成図
【図２７】同ヒートポンプ給湯機の沸き上げ温度に対する目標吐出温度を示す説明図
【図２８】従来例におけるヒートポンプ給湯機の構成図
【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
１１ 制御手段
１３ 吐出温度検出手段
１６ 外気温度検出手段
１７ 圧縮機温度検出手段
１８ 時間計測手段
Claims (3)
- 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、蒸発器を設けた冷媒循環回路と、貯湯槽、循環ポンプ、前記冷媒対水熱交換器を設けた給湯回路と、前記圧縮機の吐出温度を検出する吐出温度検出手段と、前記圧縮機が起動する時に前記圧縮機が温まっている熱時起動と前記圧縮機が冷えている冷時起動とを判断する熱時冷時検出手段とを有し、前記圧縮機の吐出温度が設定された目標吐出温度になるように前記減圧装置の弁開度を制御するとともに冷時起動と熱時起動とに応じて初期弁開度を設定するヒートポンプ給湯機であって、前記熱時冷時検出手段は、前記圧縮機の吐出温度を検出する吐出温度検出手段と外気温度を検出する外気温度検出手段であるヒートポンプ給湯機。
- 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、蒸発器を設けた冷媒循環回路と、貯湯槽、循環ポンプ、前記冷媒対水熱交換器を設けた給湯回路と、前記圧縮機の吐出温度を検出する吐出温度検出手段と、前記圧縮機が起動する時に前記圧縮機が温まっている熱時起動と前記圧縮機が冷えている冷時起動とを判断する熱時冷時検出手段とを有し、前記圧縮機の吐出温度が設定された目標吐出温度になるように前記減圧装置の弁開度を制御するとともに冷時起動と熱時起動とに応じて初期弁開度を設定するヒートポンプ給湯機であって、熱時冷時検出手段は、前回の運転停止からの経過時間を計測する時間計測手段と外気温度を検出する外気温度検出手段であるヒートポンプ給湯機。
- 冷媒は二酸化炭素であ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。
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