JP3708447B2 - 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。
【０００２】
【従来の技術】
以下、従来のヒートポンプ給湯機について図面を参照しながら説明する。従来のこの種のヒートポンプ給湯機としては特開昭６０−１６４１５７号公報に開示されたようなものがある。図１１は、上記従来のヒートポンプ給湯機の構成を示すブロック図である。図１１において、圧縮機１、冷媒対水熱交換器２、減圧装置３、および蒸発器４を順次に接続した冷媒循環回路と、貯湯槽５、循環ポンプ６、前記冷媒対水熱交換器２、および補助加熱器７を順次に接続した給湯回路とからなり、圧縮機１から吐出された高温高圧力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減圧装置３で減圧されて蒸発器４に流入し、ここで大気熱を吸熱して蒸発ガス化し、圧縮機１に戻る。
【０００３】
一方、冷媒対水熱交換器２で加熱された湯は貯湯槽５の上部に流入し、上から次第に貯湯されていく。そして、冷媒対水熱交換器２の入口水温が所定の設定値に達すると給水温度検出手段８がそれを検知し、圧縮機１によるヒートポンプ運転を停止し、補助加熱器７の単独運転に切り換える。
【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内の湯と水が接する部分に湯水混合層が生じ、その層は次第に拡大していく。図１２は、貯湯槽５内の湯の温度分布を示す特性図である。図１２において、（ａ）は貯湯槽５の断面を模式的に示し、（ｂ）は湯の温度分布を示す。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。したがって、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ため、圧縮機１の吐出圧力が上昇し、モータの巻線温度の上昇など圧縮機１の耐久性が問題となってくる。
【０００５】
図１３は、給水温度に対する圧縮機１の吐出圧力を示す特性図である。図１３において、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、通常運転ではこの常用上限圧力Ｐ以下で運転する必要がある。常用上限圧力Ｐのときの給水温度はＴ３となる。また、有効な湯温の下限をＴｕ（たとえば４５゜Ｃ）とし、このＴ３とＴｕを図１２に示す。図１２（ａ）に示した貯湯槽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（斜線で示した部分）は有効な湯として利用できない領域である。
【０００６】
このように従来例の構成では、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、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、貯湯槽５の湯容量を有効に利用できない。そのため、貯湯熱量が減少し、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。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言う問題がある。また、他の方法として、ヒートポンプ運転を停止したのち、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、効率が悪くなると言う課題がある。
【０００７】
本発明は上記の課題を解決するもので、圧縮機の異常温度上昇および異常圧力上昇がなく、低消費電力量で貯湯槽の下部まで高温湯を貯湯でき、湯容量を有効に利用できるヒートポンプ給湯機を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明は、冷媒対水熱交換器の水側入口水温を検出することにより前記貯湯槽全体の沸き上がり直前を検出する沸き上げ完了直前検出手段と、貯湯槽の沸き上げを行う給湯加熱運転中において、沸き上げ完了直前検出手段が沸き上がり直前温度を検出して圧縮機の回転数を小さくした後に沸き上がり直前温度よりも低温である所定温度を検出すれば、前記前記圧縮機の回転数を大きくする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である。
【０００９】
本発明により、沸き上げ完了に近づき、圧縮機の吐出圧力が上昇した場合に圧縮機の回転数を小さくするように制御して吐出圧力を低く抑えるので、高温の給水温度まで給湯加熱運転が可能となり、さらに、その後に出湯などで給水温度が低くなった場合には、圧縮機の回転数を大きくするように制御するので、効率のよい給湯加熱運転が可能となる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明は、圧縮機、冷媒対水熱交換器、減圧装置を接続した冷媒循環回路と、貯湯槽および前記冷媒対水熱交換器を接続した給湯回路と、前記冷媒対水熱交換器の水側入口水温を検出することにより前記貯湯槽全体の沸き上がり直前を検出する沸き上げ完了直前検出手段と、貯湯槽の沸き上げを行う給湯加熱運転中において、沸き上げ完了直前検出手段が 沸き上がり直前温度を検出して圧縮機の回転数を小さくした後に沸き上がり直前温度よりも低温である所定温度を検出すれば、前記圧縮機の回転数を大きくする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である。
【００１１】
本発明において、沸き上げ完了直前検出手段は、貯湯槽全体が沸き上がる直前を検出する手段であり、実施例では貯湯槽から冷媒対水熱交換器への給水温度を検出する給水温度検出手段が所定の沸き上げ完了直前検出温度を検出したときに沸き上がる直前になったとし、第１の信号を出力するようにしている。また、給水温度検出手段が所定の沸き上げ完了直前解除温度を検出したときに沸き上がり直前でなくなったとし、第２の信号を出力する。なお、前記沸き上げ完了直前解除温度は、その主旨から言って、前記沸き上げ完了直前検出温度よりも低い温度である。
【００１２】
制御手段は、沸き上げ完了に近づき、給水温度の上昇に対応して圧縮機の吐出圧力が上昇する場合に加熱能力を落として吐出圧力を低く抑えるので、高温の給水温度まで給湯加熱運転が可能となり、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。さらに、その後、出湯などで給水温度が低くなった場合には、加熱能力を大きくするように制御するので、効率のよい給湯加熱運転が可能となる。
【００１３】
また、本発明は、圧縮機、冷媒対水熱交換器、減圧装置を接続した冷媒循環回路と、貯湯槽および前記冷媒対水熱交換器を接続した給湯回路と、前記冷媒対水熱交換器の水側入口水温を検出することにより前記貯湯槽全体の沸き上がり直前を検出する沸き上げ完了直前検出手段と、前記貯湯槽から出湯したことを検出する出湯検出手段と、前記出湯検出手段が出湯したことを検出している時間を計測するタイマと、前記貯湯槽の沸き上げを行う給湯加熱運転中において、前記沸き上げ完了直前検出手段が沸き上がり直前を検出して前記圧縮機の回転数を小さくした後に前記タイマが所定時間を計測すれば、前記圧縮機の回転数を大きくする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である。
【００１４】
本発明において、出湯検出手段とタイマとが沸き上げ完了直前解除手段として機能する。すなわち、タイマは出湯開始からの経過時間を計測して出湯時の給水温度低下を時間に置き換え、沸き上げ完了直前解除温度になったことを検出して第２の信号を出力する。制御手段は、沸き上げ完了直前検出時には加熱能力を落とすように制御するので、貯湯槽の湯容量を有効に利用でき、かつ、効率のよい給湯加熱運転ができるものであり、その後、出湯したことを検出して沸き上げ完了直前の検知を解除したときには給水温度が下がるため加熱能力を大きくするように制御するので、効率のよい給湯加熱運転が可能となる。
【００１５】
また、本発明は、出湯検出手段として、貯湯槽から出湯される湯温を検出する出湯温度検出手段を備えたヒートポンプ給湯機である。
【００１６】
本発明において、制御手段は、出湯温度検出手段が出湯温度を検出して出湯を検知したときには、給水温度が下がるため圧縮機の回転数を大きくするように制御するので、効率のよい給湯加熱運転が可能となる。
【００１７】
また、本発明は、圧縮機、冷媒対水熱交換器、減圧装置を接続した冷媒循環回路と、貯湯槽および前記冷媒対水熱交換器を接続した給湯回路と、前記圧縮機の吐出圧力を検出することにより前記貯湯槽全体の沸き上がり直前を検出する吐出圧力検出手段と、前記貯湯槽の沸き上げを行う給湯加熱運転中において、前記吐出圧力検出手段が沸き上がり直前を検出して前記圧縮機の回転数を小さくした後に前記吐出圧力検出手段が所定圧力を検出すれば、前記圧縮機の回転数を大きくする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である。
【００１８】
本発明において、吐出圧力検出手段は、圧縮機の吐出圧力が前記給水温度と相関があるので、吐出圧力を検出することにより沸き上げ完了直前検出手段および沸き上げ完了直前解除手段として機能する。実施例では、前記沸き上げ完了直前検出温度に対応する所定の沸き上げ完了直前検出圧力を検出したとき沸き上がる直前を検出したとして第１の信号を出力し、前記沸き上げ完了直前解除温度に対応する所定の沸き上げ完了解除圧力を検出したとき沸き上がる直前でなくなったとして第２の信号を出力する。
【００１９】
制御手段は、直接に吐出圧力を制御して吐出圧力に対応して圧縮機の回転数を最適に変更するので、圧縮機のより確実な耐久性の向上となり、また、効率のよい給湯加熱運転ができる。
【００２０】
以下、本発明の実施例について説明する。
【００２１】
【実施例】
（実施例１）
以下、本発明のヒートポンプ給湯機の実施例１について図面を参照しながら説明する。
【００２２】
図１は、本実施例の構成を示すブロック図である。なお、従来例と同じ構成要素には同一符号を付与して詳細な説明を省略する。図１において、流量制御手段１０は、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からの信号により循環ポンプ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）が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からの第１の信号、または、沸き上げ完了の直前を検出したことを解除する沸き上げ完了直前解除手段１３からの第２の信号で、圧縮機１を駆動制御する圧縮機駆動手段１４を制御する。また、圧縮機駆動手段１４はインバータを備え、圧縮機１の能力を可変する。状態記憶手段１５は、沸き上げ完了直前検出手段１２が沸き上げ完了の直前を検出したか否かを記憶する。１６は給水管である。
【００２３】
なお、本実施例では、沸き上げ完了直前検出手段１２および沸き上げ完了直前解除手段１３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。
【００２４】
上記構成における動作と作用について説明する。まず、沸き上げ完了直前解除がない場合について説明する。図２は沸き上げ完了直線解除がない場合の動作を示す特性図である。図２において、（ａ）は沸き上げ完了直前検出手段１２の検出状態、（ｂ）は給湯運転の状態、（ｃ）は圧縮機１の回転数、（ｄ）は吐出圧力、（ｅ）は給水温度を、それぞれ運転時間に対応して示す。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が高くなる。すなわち、冷媒対水熱交換器２に流入する水が前述の湯水混合層の部分になると、（ｅ）に示したように、運転時間とともに給水温度が上昇する。
【００２５】
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Ｔ２よりも低い温度である）沸き上げ完了直前検出温度Ｔｈを検出すると第１の信号を出力し、制御手段１１は、前記第１の信号に対応して圧縮機１を駆動する圧縮機駆動手段１４を制御することにより圧縮機１の回転数を小さくするとともに、状態記憶手段１５に、沸き上げ完了直前検出手段１２が沸き上げ完了の直前を検出したことを記憶させる。このとき、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さらに上昇し、それに従って吐出圧力が上昇する。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１を停止し、給湯加熱運転を終了する。なお、同図中の太い点線は、圧縮機１の回転数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わかる。
【００２６】
図３は、貯湯槽５内の湯の温度分布を示す特性図である。図３において、（ａ）は貯湯槽５の断面を模式的に示し、（ｂ）は内部の湯温を示す。湯温Ｔ３ａ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。有効な湯として利用できない領域は図１２で示した従来例の場合には湯温Ｔ３とＴｕの間の領域であったが、本実施例の場合は湯温Ｔ３ａとＴｕの間の領域（斜線の部分）である。すなわち、湯温Ｔ３とＴ３ａの間の領域（点斜線で示した部分）が、本実施例によって、有効になった湯の領域である。
【００２７】
つぎに、沸き上げ完了直前解除がある場合について説明する。図４は、沸き上げ完了直前解除がある場合の動作を示す特性図である。図２と同様に、（ａ）は沸き上げ完了直前検出手段１２の検出状態、（ｂ）は給湯運転の状態、（ｃ）は圧縮機１の回転数、（ｄ）は吐出圧力、（ｅ）は給水温度を、それぞれ運転時間に対応して示す。前述の場合と同様、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が沸き上げ完了直前検出温度Ｔｈを検出すると第１の信号を出力し、制御手段１１は、前記第１の信号に対応して圧縮機１を駆動する圧縮機駆動手段１４を制御することにより圧縮機１の回転数を小さくするとともに、状態記憶手段１５に、沸き上げ完了直前検出手段１２が沸き上げ完了の直前を検出したことを記憶させる。このとき、吐出圧力はＰ１からＰ２に減少する。そして、運転時間の経過とともに給水温度がさらに上昇し、それに従って吐出圧力が上昇する。
【００２８】
その後、運転時間ｔにおいて、貯湯槽５から出湯されて冷たい水が給水管１６から貯湯槽５に流入すると、給水温度検出手段８が検出する給水温度も低下する。そして、ついに給水温度が沸き上げ完了直前解除温度Ｔｒになると給水温度検出手段８は第２の信号を出力し、制御手段１１は、前記第２の信号に対応して状態記憶手段１５の記憶内容を検出する。
【００２９】
このとき、状態記憶手段１５が沸き上げ完了の直前を検出したことを記憶しておれば、制御手段１１は、圧縮機１を駆動する圧縮機駆動手段１４を制御することにより圧縮機１の回転数を大きくするとともに、状態記憶手段１５の記憶を解除する（もし、状態記憶手段１５の内容が、沸き上げ完了の直前を検出したことを記憶していなければ、圧縮機１の回転数の制御は行わない）。
【００３０】
その後、運転時間の経過とともに給水温度がさらに上昇し、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、再度、沸き上げ完了直前検出温度Ｔｈ を検出すると、制御手段１１は、再び、圧縮機１を駆動する圧縮機駆動手段１４を制御することによって圧縮機１の回転数を小さくするとともに、状態記憶手段１５に、沸き上げ完了直前検出手段１２が沸き上げ完了の直前を検出したことを記憶させる。その後、運転時間の経過とともに給水温度がさらに上昇し、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、給水温度Ｔ３ａを検出すると、圧縮機１を停止し、給湯加熱運転を終了する。
【００３１】
以上のように、本実施例によれば、貯湯槽５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１２と、貯湯槽５全体が沸き上がる直前を検出したことを解除する沸き上げ完了直前解除手段１３と、沸き上げ完了直前検出手段１２からの信号が所定の第１の信号になったときに能力可変な圧縮機１の回転数を小さくし、その後、沸き上げ完了直前解除手段１３からの信号が所定の第２の信号になったときに圧縮機１の回転数を大きくするように制御する制御手段１１とを備えたことにより、沸き上げ完了に近づき、圧縮機１の吐出圧力が上昇する場合に、加熱能力が落ちるように制御し、吐出圧力を低く抑え、高温の給水温度まで給湯加熱運転が可能となり、貯湯槽５の湯容量を有効に利用することができる。その後、出湯などで給水温度が低くなった場合には、加熱能力が大きくなるように制御するので、効率のよい給湯加熱運転が可能となる。
【００３２】
（実施例２）
以下、本発明のヒートポンプ給湯機の実施例２について説明する。図５は、本実施例の構成を示すブロック図である。なお、実施例１と同じ構成要素には同一符号を付与して詳細な説明を省略する。本実施例が実施例１と異なる点は、沸き上げ完了直前検出手段１２および沸き上げ完了直前解除手段１３として、圧縮機１の吐出圧力を検出する吐出圧力検出手段１７を備えたことである。
【００３３】
上記構成における動作と作用について説明する。図６は、本実施例の動作を示す特性図である。図６において、（ａ）は沸き上げ完了直前検出手段１２の検出状態、（ｂ）は給湯運転の状態、（ｃ）は圧縮機１の回転数、（ｄ）は吐出圧力、（ｅ）は給水温度を、それぞれ運転時間に対応して示す。
【００３４】
貯湯槽５の沸き上げ完了近くでは、実施例１で説明したように、冷媒対水熱交換器２に流入する水が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、それに従って、（ｄ）に示したように、吐出圧力も上昇する。そして、沸き上げ完了直前検出手段１２である吐出圧力検出手段１７が沸き上げ完了直前検出圧力Ｐｈを検出して第１の信号を出力すると、制御手段１１は、前記第１の信号に対応して圧縮機１を駆動する圧縮機駆動手段１４を制御することにより圧縮機１の回転数を小さくするとともに、状態記憶手段１５に、沸き上げ完了直前検出手段１２が沸き上げ完了の直前を検出したことを記憶させる。このとき、吐出圧力は減少する。
【００３５】
そして、運転時間の経過とともに給水温度がさらに上昇し、それに従って吐出圧力が上昇する。その後、運転時間ｔにおいて、貯湯槽５から出湯されるとともに冷たい水が給水管１６から貯湯槽５に流入すると、吐出圧力検出手段１７が検出する吐出圧力も低下する。そして、ついに吐出圧力が沸き上げ完了直前解除圧力Ｐｒになると吐出圧力検出手段１７は第２の信号を出力し、制御手段１１は、前記第２の信号に対応して状態記憶手段１５の記憶内容を検出する。
【００３６】
このとき、状態記憶手段１５が沸き上げ完了の直前を検出したことを記憶しておれば、圧縮機１を駆動する圧縮機駆動手段１４を制御することにより圧縮機１の回転数を大きくするとともに、状態記憶手段１５の記憶を解除する（もし、状態記憶手段１５の内容が、沸き上げ完了の直前を検出したことを記憶していなければ、圧縮機１の回転数の制御は行わない）。
【００３７】
その後、運転時間の経過とともに給水温度がさらに上昇することによって吐出圧力も上昇する。そして、沸き上げ完了直前検出手段１２である吐出圧力検出手段１７が、再度、沸き上げ完了直前検出圧力Ｐｈを検出して第１の信号を出力すると、制御手段１１は、前記第１の信号に対応して再度、圧縮機１を駆動する圧縮機駆動手段１４を制御することにより圧縮機１の回転数を小さくするとともに、状態記憶手段１５に沸き上げ完了直前であることを記憶させる。その後、運転時間の経過とともに給水温度がさらに上昇し、それに従って吐出圧力も上昇する。そして、吐出圧力検出手段１７が、常用上限圧力Ｐを検出すると、圧縮機１を停止し、給湯加熱運転を終了する。
【００３８】
以上のように、本実施例によれば、沸き上げ完了直前検出手段１２および沸き上げ完了直前解除手段１３として吐出圧力検出手段１７を備えたことにより、沸き上げ完了に近づき、圧縮機１の吐出圧力が上昇する場合に、圧縮機１の回転数を小さくするように制御して吐出圧力を低く抑え、高温の給水温度まで給湯加熱運転が可能となり、貯湯槽５の湯容量を有効に利用することができる。その後、出湯などで給水温度が低くなった場合には、圧縮機１の回転数を大きくするように制御するので、効率のよい給湯加熱運転が可能となる。また、直接に吐出圧力で制御するので、圧縮機１のより確実な耐久性の向上を図ることができる。
【００３９】
（実施例３）
以下、本発明のヒートポンプ給湯機の実施例３について図面を参照しながら説明する。
【００４０】
図７は、本実施例の構成を示すブロック図である。なお、実施例１と同じ構成要素には同一符号を付与して詳細な説明を省略する。本実施例が実施例１と異なる点は、沸き上げ完了直前解除手段１３として、貯湯槽５から出湯したことを検出する出湯検出手段１８と前記出湯検出手段１８が出湯したことを検出している時間を計測するタイマ１９とを備えたことである。また、本実施例では、出湯検出手段１８として、出湯した湯の流れの有無を検出する流れ検出手段２０を用いる。
【００４１】
上記構成における動作と作用について説明する。図８は、本実施例の動作を示す特性図である。図８において、（ａ）は沸き上げ完了直前検出手段１２の検出状態、（ｂ）は出湯の有無、（ｃ）は圧縮機１の回転数、（ｄ）は吐出圧力、（ｅ）は給水温度を、それぞれ運転時間に対応して示す。
【００４２】
貯湯槽５の沸き上げ完了近くになると、実施例１で説明したように、冷媒対水熱交換器２に流入する水が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、それに従って、（ｄ）に示したように、吐出圧力も上昇する。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が沸き上げ完了直前検出温度Ｔｈを検出すると第１の信号を出力し、制御手段１１は、前記第１の信号に対応して圧縮機１を駆動する圧縮機駆動手段１４を制御することにより圧縮機１の回転数を小さくするとともに、状態記憶手段１５に、沸き上げ完了直前検出手段１２が沸き上げ完了の直前を検出したことを記憶させる。このとき、吐出圧力は減少する。そして、運転時間の経過とともに給水温度がさらに上昇し、それに従って吐出圧力が上昇する。
【００４３】
その後、運転時間ｔにおいて、貯湯槽５から出湯されると、出湯検出手段１８である流れ検出手段２０が出湯した湯の流れを検出し、タイマ１９は出湯している時間を計測する。このタイマ１９の計測した時間が所定の出湯時間ｔｏになると第２の信号を出力し、制御手段１１は、前記第２の信号に対応して状態記憶手段１５の記憶内容を検出する。
【００４４】
このとき、状態記憶手段１５が沸き上げ完了の直前を検出したことを記憶しておれば、圧縮機１を駆動する圧縮機駆動手段１４を制御することにより圧縮機１の回転数を大きくするとともに、状態記憶手段１５の記憶を解除する（もし、状態記憶手段１５が、沸き上げ完了の直前を検出したことを記憶していなければ、圧縮機１の回転数の制御は行わない）。
【００４５】
以上のように、本実施例によれば、沸き上げ完了直前検出手段として給水温度検出手段８を備え、沸き上げ完了直前解除手段として流れ検出手段２０とタイマ１９とを備えたことにより、沸き上げ完了に近づき、圧縮機１の吐出圧力が上昇する場合に、圧縮機１の回転数を小さくするように制御し、吐出圧力を低く抑え、高温の給水温度まで給湯加熱運転が可能となり、貯湯槽５の湯容量を有効に利用することができる。その後、所定時間の出湯を検出した場合には、圧縮機１の回転数を大きくするように制御するので、効率のよい給湯加熱運転が可能となる。また、直接出湯の流れの有無を検出して制御するので、より確実性のある運転が可能である。
【００４６】
（実施例４）
以下、本発明のヒートポンプ給湯機の実施例４について図面を参照しながら説明する。図９は、本実施例の構成を示すブロック図である。なお、実施例３と同じ構成要素には同一符号を付与して詳細な説明を省略する。本実施例が実施例３と異なる点は、出湯検出手段１８として貯湯槽５から出湯した湯の温度を検出する出湯温度検出手段２１を備えたことである。
【００４７】
上記構成における動作と作用について説明する。図１０は、本実施例の動作を示す特性図である。図１０において、（ａ）は沸き上げ完了直前検出手段１２の検出状態、（ｂ）は出湯温度、（ｃ）は圧縮機１の回転数、（ｄ）は吐出圧力、（ｅ）は給水温度を、それぞれ運転時間に対応して示す。貯湯槽５の沸き上げ完了近くになると、実施例３で説明したように、冷媒対水熱交換器２に流入する水が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、それに従って、（ｄ）に示したように、吐出圧力も上昇する。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が沸き上げ完了直前検出温度Ｔｈを検出すると第１の信号を出力し、制御手段１１は、前記第１の信号に対応して圧縮機１を駆動する圧縮機駆動手段１４を制御することにより圧縮機１の回転数を小さくするとともに、状態記憶手段１５に、沸き上げ完了直前検出手段１２が沸き上げ完了の直前を検出したことを記憶させる。そして、運転時間の経過とともに給水温度がさらに上昇し、それに従って吐出圧力が上昇する。
【００４８】
いま、運転時間ｔにおいて、貯湯槽５から出湯されると、出湯検出手段１８である出湯温度検出手段２１が出湯基準温度Ｔｏ以上の温度を検出することにより出湯を検知する。
また、タイマ１９は出湯している時間を計測する。タイマ１９は、計測した時間が所定の出湯時間ｔｏになると第２の信号を出力し、制御手段１１は、前記第２の信号に対応して状態記憶手段１５の記憶内容を検出する。
【００４９】
このとき、状態記憶手段１５が沸き上げ完了の直前を検出したことを記憶しておれば、圧縮機１を駆動する圧縮機駆動手段１４を制御することにより圧縮機１の回転数を大きくするとともに、状態記憶手段１５の記憶を解除する（もし、状態記憶手段１５が沸き上げ完了の直前を検出したことを記憶していなければ、圧縮機１の回転数の制御は行わない）。
【００５０】
以上のように、本実施例によれば、沸き上げ完了直前検出手段１２として給水温度検出手段８を備え、沸き上げ完了直前解除手段１３として出湯温度検出手段２１とタイマ１９とを備えたことにより、沸き上げ完了に近づき、圧縮機１の吐出圧力が上昇する場合に、圧縮機１の回転数を小さくするように制御して吐出圧力を低く抑え、高温の給水温度まで給湯加熱運転が可能となり、貯湯槽５の湯容量を有効に利用することができる。その後、所定の時間の出湯を検出した場合には、圧縮機１の回転数を大きくするように制御するので、効率のよい給湯加熱運転が可能となる。また、直接に出湯温度を検出して制御するので、より確実性のある運転が可能である。
【００５１】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、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、能力可変な圧縮機の回転数を小さくするように制御し、吐出圧力を低く抑え、高温の給水温度まで給湯加熱運転が可能となるので、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。その結果、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より小形の貯湯槽でよいので、設置の自由度が大きく、コスト低減にもなり、さらに、効率のよい給湯加熱運転ができる。
【００５２】
その後、出湯などで給水温度が低くなった場合には、圧縮機の回転数を大きくするように制御するので、効率のよい給湯加熱運転が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のヒートポンプ給湯機の実施例１の構成を示すブロック図
【図２】 同実施例において沸き上げ完了直前解除がない場合の動作を示す特性図
【図３】 同実施例における貯湯槽の温度分布を示す特性図
【図４】 同実施例において沸き上げ完了直前解除がある場合の動作を示す特性図
【図５】 本発明のヒートポンプ給湯機の実施例２の構成を示すブロック図
【図６】 同実施例の動作を示す特性図
【図７】 本発明のヒートポンプ給湯機の実施例３の構成を示すブロック図
【図８】 同実施例の動作を示す特性図
【図９】 本発明のヒートポンプ給湯機の実施例４の構成を示すブロック図
【図１０】 同実施例の動作を示す特性図
【図１１】 従来例のヒートポンプ給湯機の構成を示すブロック図
【図１２】 同従来例における貯湯槽の温度分布を示す特性図
【図１３】 同従来例における給水温度に対する吐出圧力を示す特性図
【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
７ 補助加熱器
８ 給水温度検出手段
９ 沸き上げ温度検出手段
１０ 流量制御手段
１１ 制御手段
１２ 沸き上げ完了直前検出手段
１３ 沸き上げ完了直前解除手段
１４ 圧縮機駆動手段
１５ 状態記憶手段
１６ 給水管
１７ 吐出圧力検出手段
１８ 出湯検出手段
１９ タイマ
２０ 流れ検出手段
２１ 出湯温度検出手段
Ｔｈ 沸き上げ完了直前検出温度
Ｔｒ 沸き上げ完了直前解除温度
Ｐ 常用上限圧力
Ｐｈ 沸き上げ完了直前検出圧力（第１の吐出圧力）
Ｐｒ 沸き上げ完了直前解除圧力（第２の吐出圧力）
【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。
【０００２】
【従来の技術】
以下、従来のヒートポンプ給湯機について図面を参照しながら説明する。従来のこの種のヒートポンプ給湯機としては特開昭６０−１６４１５７号公報に開示されたようなものがある。図１１は、上記従来のヒートポンプ給湯機の構成を示すブロック図である。図１１において、圧縮機１、冷媒対水熱交換器２、減圧装置３、および蒸発器４を順次に接続した冷媒循環回路と、貯湯槽５、循環ポンプ６、前記冷媒対水熱交換器２、および補助加熱器７を順次に接続した給湯回路とからなり、圧縮機１から吐出された高温高圧力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減圧装置３で減圧されて蒸発器４に流入し、ここで大気熱を吸熱して蒸発ガス化し、圧縮機１に戻る。
【０００３】
一方、冷媒対水熱交換器２で加熱された湯は貯湯槽５の上部に流入し、上から次第に貯湯されていく。そして、冷媒対水熱交換器２の入口水温が所定の設定値に達すると給水温度検出手段８がそれを検知し、圧縮機１によるヒートポンプ運転を停止し、補助加熱器７の単独運転に切り換える。
【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内の湯と水が接する部分に湯水混合層が生じ、その層は次第に拡大していく。図１２は、貯湯槽５内の湯の温度分布を示す特性図である。図１２において、（ａ）は貯湯槽５の断面を模式的に示し、（ｂ）は湯の温度分布を示す。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。したがって、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ため、圧縮機１の吐出圧力が上昇し、モータの巻線温度の上昇など圧縮機１の耐久性が問題となってくる。
【０００５】
図１３は、給水温度に対する圧縮機１の吐出圧力を示す特性図である。図１３において、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、通常運転ではこの常用上限圧力Ｐ以下で運転する必要がある。常用上限圧力Ｐのときの給水温度はＴ３となる。また、有効な湯温の下限をＴｕ（たとえば４５゜Ｃ）とし、このＴ３とＴｕを図１２に示す。図１２（ａ）に示した貯湯槽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（斜線で示した部分）は有効な湯として利用できない領域である。
【０００６】
このように従来例の構成では、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、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、貯湯槽５の湯容量を有効に利用できない。そのため、貯湯熱量が減少し、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。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言う問題がある。また、他の方法として、ヒートポンプ運転を停止したのち、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、効率が悪くなると言う課題がある。
【０００７】
本発明は上記の課題を解決するもので、圧縮機の異常温度上昇および異常圧力上昇がなく、低消費電力量で貯湯槽の下部まで高温湯を貯湯でき、湯容量を有効に利用できるヒートポンプ給湯機を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明は、冷媒対水熱交換器の水側入口水温を検出することにより前記貯湯槽全体の沸き上がり直前を検出する沸き上げ完了直前検出手段と、貯湯槽の沸き上げを行う給湯加熱運転中において、沸き上げ完了直前検出手段が沸き上がり直前温度を検出して圧縮機の回転数を小さくした後に沸き上がり直前温度よりも低温である所定温度を検出すれば、前記前記圧縮機の回転数を大きくする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である。
【０００９】
本発明により、沸き上げ完了に近づき、圧縮機の吐出圧力が上昇した場合に圧縮機の回転数を小さくするように制御して吐出圧力を低く抑えるので、高温の給水温度まで給湯加熱運転が可能となり、さらに、その後に出湯などで給水温度が低くなった場合には、圧縮機の回転数を大きくするように制御するので、効率のよい給湯加熱運転が可能となる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明は、圧縮機、冷媒対水熱交換器、減圧装置を接続した冷媒循環回路と、貯湯槽および前記冷媒対水熱交換器を接続した給湯回路と、前記冷媒対水熱交換器の水側入口水温を検出することにより前記貯湯槽全体の沸き上がり直前を検出する沸き上げ完了直前検出手段と、貯湯槽の沸き上げを行う給湯加熱運転中において、沸き上げ完了直前検出手段が 沸き上がり直前温度を検出して圧縮機の回転数を小さくした後に沸き上がり直前温度よりも低温である所定温度を検出すれば、前記圧縮機の回転数を大きくする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である。
【００１１】
本発明において、沸き上げ完了直前検出手段は、貯湯槽全体が沸き上がる直前を検出する手段であり、実施例では貯湯槽から冷媒対水熱交換器への給水温度を検出する給水温度検出手段が所定の沸き上げ完了直前検出温度を検出したときに沸き上がる直前になったとし、第１の信号を出力するようにしている。また、給水温度検出手段が所定の沸き上げ完了直前解除温度を検出したときに沸き上がり直前でなくなったとし、第２の信号を出力する。なお、前記沸き上げ完了直前解除温度は、その主旨から言って、前記沸き上げ完了直前検出温度よりも低い温度である。
【００１２】
制御手段は、沸き上げ完了に近づき、給水温度の上昇に対応して圧縮機の吐出圧力が上昇する場合に加熱能力を落として吐出圧力を低く抑えるので、高温の給水温度まで給湯加熱運転が可能となり、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。さらに、その後、出湯などで給水温度が低くなった場合には、加熱能力を大きくするように制御するので、効率のよい給湯加熱運転が可能となる。
【００１３】
また、本発明は、圧縮機、冷媒対水熱交換器、減圧装置を接続した冷媒循環回路と、貯湯槽および前記冷媒対水熱交換器を接続した給湯回路と、前記冷媒対水熱交換器の水側入口水温を検出することにより前記貯湯槽全体の沸き上がり直前を検出する沸き上げ完了直前検出手段と、前記貯湯槽から出湯したことを検出する出湯検出手段と、前記出湯検出手段が出湯したことを検出している時間を計測するタイマと、前記貯湯槽の沸き上げを行う給湯加熱運転中において、前記沸き上げ完了直前検出手段が沸き上がり直前を検出して前記圧縮機の回転数を小さくした後に前記タイマが所定時間を計測すれば、前記圧縮機の回転数を大きくする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である。
【００１４】
本発明において、出湯検出手段とタイマとが沸き上げ完了直前解除手段として機能する。すなわち、タイマは出湯開始からの経過時間を計測して出湯時の給水温度低下を時間に置き換え、沸き上げ完了直前解除温度になったことを検出して第２の信号を出力する。制御手段は、沸き上げ完了直前検出時には加熱能力を落とすように制御するので、貯湯槽の湯容量を有効に利用でき、かつ、効率のよい給湯加熱運転ができるものであり、その後、出湯したことを検出して沸き上げ完了直前の検知を解除したときには給水温度が下がるため加熱能力を大きくするように制御するので、効率のよい給湯加熱運転が可能となる。
【００１５】
また、本発明は、出湯検出手段として、貯湯槽から出湯される湯温を検出する出湯温度検出手段を備えたヒートポンプ給湯機である。
【００１６】
本発明において、制御手段は、出湯温度検出手段が出湯温度を検出して出湯を検知したときには、給水温度が下がるため圧縮機の回転数を大きくするように制御するので、効率のよい給湯加熱運転が可能となる。
【００１７】
また、本発明は、圧縮機、冷媒対水熱交換器、減圧装置を接続した冷媒循環回路と、貯湯槽および前記冷媒対水熱交換器を接続した給湯回路と、前記圧縮機の吐出圧力を検出することにより前記貯湯槽全体の沸き上がり直前を検出する吐出圧力検出手段と、前記貯湯槽の沸き上げを行う給湯加熱運転中において、前記吐出圧力検出手段が沸き上がり直前を検出して前記圧縮機の回転数を小さくした後に前記吐出圧力検出手段が所定圧力を検出すれば、前記圧縮機の回転数を大きくする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である。
【００１８】
本発明において、吐出圧力検出手段は、圧縮機の吐出圧力が前記給水温度と相関があるので、吐出圧力を検出することにより沸き上げ完了直前検出手段および沸き上げ完了直前解除手段として機能する。実施例では、前記沸き上げ完了直前検出温度に対応する所定の沸き上げ完了直前検出圧力を検出したとき沸き上がる直前を検出したとして第１の信号を出力し、前記沸き上げ完了直前解除温度に対応する所定の沸き上げ完了解除圧力を検出したとき沸き上がる直前でなくなったとして第２の信号を出力する。
【００１９】
制御手段は、直接に吐出圧力を制御して吐出圧力に対応して圧縮機の回転数を最適に変更するので、圧縮機のより確実な耐久性の向上となり、また、効率のよい給湯加熱運転ができる。
【００２０】
以下、本発明の実施例について説明する。
【００２１】
【実施例】
（実施例１）
以下、本発明のヒートポンプ給湯機の実施例１について図面を参照しながら説明する。
【００２２】
図１は、本実施例の構成を示すブロック図である。なお、従来例と同じ構成要素には同一符号を付与して詳細な説明を省略する。図１において、流量制御手段１０は、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からの信号により循環ポンプ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）が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からの第１の信号、または、沸き上げ完了の直前を検出したことを解除する沸き上げ完了直前解除手段１３からの第２の信号で、圧縮機１を駆動制御する圧縮機駆動手段１４を制御する。また、圧縮機駆動手段１４はインバータを備え、圧縮機１の能力を可変する。状態記憶手段１５は、沸き上げ完了直前検出手段１２が沸き上げ完了の直前を検出したか否かを記憶する。１６は給水管である。
【００２３】
なお、本実施例では、沸き上げ完了直前検出手段１２および沸き上げ完了直前解除手段１３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。
【００２４】
上記構成における動作と作用について説明する。まず、沸き上げ完了直前解除がない場合について説明する。図２は沸き上げ完了直線解除がない場合の動作を示す特性図である。図２において、（ａ）は沸き上げ完了直前検出手段１２の検出状態、（ｂ）は給湯運転の状態、（ｃ）は圧縮機１の回転数、（ｄ）は吐出圧力、（ｅ）は給水温度を、それぞれ運転時間に対応して示す。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が高くなる。すなわち、冷媒対水熱交換器２に流入する水が前述の湯水混合層の部分になると、（ｅ）に示したように、運転時間とともに給水温度が上昇する。
【００２５】
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Ｔ２よりも低い温度である）沸き上げ完了直前検出温度Ｔｈを検出すると第１の信号を出力し、制御手段１１は、前記第１の信号に対応して圧縮機１を駆動する圧縮機駆動手段１４を制御することにより圧縮機１の回転数を小さくするとともに、状態記憶手段１５に、沸き上げ完了直前検出手段１２が沸き上げ完了の直前を検出したことを記憶させる。このとき、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さらに上昇し、それに従って吐出圧力が上昇する。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１を停止し、給湯加熱運転を終了する。なお、同図中の太い点線は、圧縮機１の回転数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わかる。
【００２６】
図３は、貯湯槽５内の湯の温度分布を示す特性図である。図３において、（ａ）は貯湯槽５の断面を模式的に示し、（ｂ）は内部の湯温を示す。湯温Ｔ３ａ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。有効な湯として利用できない領域は図１２で示した従来例の場合には湯温Ｔ３とＴｕの間の領域であったが、本実施例の場合は湯温Ｔ３ａとＴｕの間の領域（斜線の部分）である。すなわち、湯温Ｔ３とＴ３ａの間の領域（点斜線で示した部分）が、本実施例によって、有効になった湯の領域である。
【００２７】
つぎに、沸き上げ完了直前解除がある場合について説明する。図４は、沸き上げ完了直前解除がある場合の動作を示す特性図である。図２と同様に、（ａ）は沸き上げ完了直前検出手段１２の検出状態、（ｂ）は給湯運転の状態、（ｃ）は圧縮機１の回転数、（ｄ）は吐出圧力、（ｅ）は給水温度を、それぞれ運転時間に対応して示す。前述の場合と同様、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が沸き上げ完了直前検出温度Ｔｈを検出すると第１の信号を出力し、制御手段１１は、前記第１の信号に対応して圧縮機１を駆動する圧縮機駆動手段１４を制御することにより圧縮機１の回転数を小さくするとともに、状態記憶手段１５に、沸き上げ完了直前検出手段１２が沸き上げ完了の直前を検出したことを記憶させる。このとき、吐出圧力はＰ１からＰ２に減少する。そして、運転時間の経過とともに給水温度がさらに上昇し、それに従って吐出圧力が上昇する。
【００２８】
その後、運転時間ｔにおいて、貯湯槽５から出湯されて冷たい水が給水管１６から貯湯槽５に流入すると、給水温度検出手段８が検出する給水温度も低下する。そして、ついに給水温度が沸き上げ完了直前解除温度Ｔｒになると給水温度検出手段８は第２の信号を出力し、制御手段１１は、前記第２の信号に対応して状態記憶手段１５の記憶内容を検出する。
【００２９】
このとき、状態記憶手段１５が沸き上げ完了の直前を検出したことを記憶しておれば、制御手段１１は、圧縮機１を駆動する圧縮機駆動手段１４を制御することにより圧縮機１の回転数を大きくするとともに、状態記憶手段１５の記憶を解除する（もし、状態記憶手段１５の内容が、沸き上げ完了の直前を検出したことを記憶していなければ、圧縮機１の回転数の制御は行わない）。
【００３０】
その後、運転時間の経過とともに給水温度がさらに上昇し、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、再度、沸き上げ完了直前検出温度Ｔｈ を検出すると、制御手段１１は、再び、圧縮機１を駆動する圧縮機駆動手段１４を制御することによって圧縮機１の回転数を小さくするとともに、状態記憶手段１５に、沸き上げ完了直前検出手段１２が沸き上げ完了の直前を検出したことを記憶させる。その後、運転時間の経過とともに給水温度がさらに上昇し、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、給水温度Ｔ３ａを検出すると、圧縮機１を停止し、給湯加熱運転を終了する。
【００３１】
以上のように、本実施例によれば、貯湯槽５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１２と、貯湯槽５全体が沸き上がる直前を検出したことを解除する沸き上げ完了直前解除手段１３と、沸き上げ完了直前検出手段１２からの信号が所定の第１の信号になったときに能力可変な圧縮機１の回転数を小さくし、その後、沸き上げ完了直前解除手段１３からの信号が所定の第２の信号になったときに圧縮機１の回転数を大きくするように制御する制御手段１１とを備えたことにより、沸き上げ完了に近づき、圧縮機１の吐出圧力が上昇する場合に、加熱能力が落ちるように制御し、吐出圧力を低く抑え、高温の給水温度まで給湯加熱運転が可能となり、貯湯槽５の湯容量を有効に利用することができる。その後、出湯などで給水温度が低くなった場合には、加熱能力が大きくなるように制御するので、効率のよい給湯加熱運転が可能となる。
【００３２】
（実施例２）
以下、本発明のヒートポンプ給湯機の実施例２について説明する。図５は、本実施例の構成を示すブロック図である。なお、実施例１と同じ構成要素には同一符号を付与して詳細な説明を省略する。本実施例が実施例１と異なる点は、沸き上げ完了直前検出手段１２および沸き上げ完了直前解除手段１３として、圧縮機１の吐出圧力を検出する吐出圧力検出手段１７を備えたことである。
【００３３】
上記構成における動作と作用について説明する。図６は、本実施例の動作を示す特性図である。図６において、（ａ）は沸き上げ完了直前検出手段１２の検出状態、（ｂ）は給湯運転の状態、（ｃ）は圧縮機１の回転数、（ｄ）は吐出圧力、（ｅ）は給水温度を、それぞれ運転時間に対応して示す。
【００３４】
貯湯槽５の沸き上げ完了近くでは、実施例１で説明したように、冷媒対水熱交換器２に流入する水が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、それに従って、（ｄ）に示したように、吐出圧力も上昇する。そして、沸き上げ完了直前検出手段１２である吐出圧力検出手段１７が沸き上げ完了直前検出圧力Ｐｈを検出して第１の信号を出力すると、制御手段１１は、前記第１の信号に対応して圧縮機１を駆動する圧縮機駆動手段１４を制御することにより圧縮機１の回転数を小さくするとともに、状態記憶手段１５に、沸き上げ完了直前検出手段１２が沸き上げ完了の直前を検出したことを記憶させる。このとき、吐出圧力は減少する。
【００３５】
そして、運転時間の経過とともに給水温度がさらに上昇し、それに従って吐出圧力が上昇する。その後、運転時間ｔにおいて、貯湯槽５から出湯されるとともに冷たい水が給水管１６から貯湯槽５に流入すると、吐出圧力検出手段１７が検出する吐出圧力も低下する。そして、ついに吐出圧力が沸き上げ完了直前解除圧力Ｐｒになると吐出圧力検出手段１７は第２の信号を出力し、制御手段１１は、前記第２の信号に対応して状態記憶手段１５の記憶内容を検出する。
【００３６】
このとき、状態記憶手段１５が沸き上げ完了の直前を検出したことを記憶しておれば、圧縮機１を駆動する圧縮機駆動手段１４を制御することにより圧縮機１の回転数を大きくするとともに、状態記憶手段１５の記憶を解除する（もし、状態記憶手段１５の内容が、沸き上げ完了の直前を検出したことを記憶していなければ、圧縮機１の回転数の制御は行わない）。
【００３７】
その後、運転時間の経過とともに給水温度がさらに上昇することによって吐出圧力も上昇する。そして、沸き上げ完了直前検出手段１２である吐出圧力検出手段１７が、再度、沸き上げ完了直前検出圧力Ｐｈを検出して第１の信号を出力すると、制御手段１１は、前記第１の信号に対応して再度、圧縮機１を駆動する圧縮機駆動手段１４を制御することにより圧縮機１の回転数を小さくするとともに、状態記憶手段１５に沸き上げ完了直前であることを記憶させる。その後、運転時間の経過とともに給水温度がさらに上昇し、それに従って吐出圧力も上昇する。そして、吐出圧力検出手段１７が、常用上限圧力Ｐを検出すると、圧縮機１を停止し、給湯加熱運転を終了する。
【００３８】
以上のように、本実施例によれば、沸き上げ完了直前検出手段１２および沸き上げ完了直前解除手段１３として吐出圧力検出手段１７を備えたことにより、沸き上げ完了に近づき、圧縮機１の吐出圧力が上昇する場合に、圧縮機１の回転数を小さくするように制御して吐出圧力を低く抑え、高温の給水温度まで給湯加熱運転が可能となり、貯湯槽５の湯容量を有効に利用することができる。その後、出湯などで給水温度が低くなった場合には、圧縮機１の回転数を大きくするように制御するので、効率のよい給湯加熱運転が可能となる。また、直接に吐出圧力で制御するので、圧縮機１のより確実な耐久性の向上を図ることができる。
【００３９】
（実施例３）
以下、本発明のヒートポンプ給湯機の実施例３について図面を参照しながら説明する。
【００４０】
図７は、本実施例の構成を示すブロック図である。なお、実施例１と同じ構成要素には同一符号を付与して詳細な説明を省略する。本実施例が実施例１と異なる点は、沸き上げ完了直前解除手段１３として、貯湯槽５から出湯したことを検出する出湯検出手段１８と前記出湯検出手段１８が出湯したことを検出している時間を計測するタイマ１９とを備えたことである。また、本実施例では、出湯検出手段１８として、出湯した湯の流れの有無を検出する流れ検出手段２０を用いる。
【００４１】
上記構成における動作と作用について説明する。図８は、本実施例の動作を示す特性図である。図８において、（ａ）は沸き上げ完了直前検出手段１２の検出状態、（ｂ）は出湯の有無、（ｃ）は圧縮機１の回転数、（ｄ）は吐出圧力、（ｅ）は給水温度を、それぞれ運転時間に対応して示す。
【００４２】
貯湯槽５の沸き上げ完了近くになると、実施例１で説明したように、冷媒対水熱交換器２に流入する水が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、それに従って、（ｄ）に示したように、吐出圧力も上昇する。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が沸き上げ完了直前検出温度Ｔｈを検出すると第１の信号を出力し、制御手段１１は、前記第１の信号に対応して圧縮機１を駆動する圧縮機駆動手段１４を制御することにより圧縮機１の回転数を小さくするとともに、状態記憶手段１５に、沸き上げ完了直前検出手段１２が沸き上げ完了の直前を検出したことを記憶させる。このとき、吐出圧力は減少する。そして、運転時間の経過とともに給水温度がさらに上昇し、それに従って吐出圧力が上昇する。
【００４３】
その後、運転時間ｔにおいて、貯湯槽５から出湯されると、出湯検出手段１８である流れ検出手段２０が出湯した湯の流れを検出し、タイマ１９は出湯している時間を計測する。このタイマ１９の計測した時間が所定の出湯時間ｔｏになると第２の信号を出力し、制御手段１１は、前記第２の信号に対応して状態記憶手段１５の記憶内容を検出する。
【００４４】
このとき、状態記憶手段１５が沸き上げ完了の直前を検出したことを記憶しておれば、圧縮機１を駆動する圧縮機駆動手段１４を制御することにより圧縮機１の回転数を大きくするとともに、状態記憶手段１５の記憶を解除する（もし、状態記憶手段１５が、沸き上げ完了の直前を検出したことを記憶していなければ、圧縮機１の回転数の制御は行わない）。
【００４５】
以上のように、本実施例によれば、沸き上げ完了直前検出手段として給水温度検出手段８を備え、沸き上げ完了直前解除手段として流れ検出手段２０とタイマ１９とを備えたことにより、沸き上げ完了に近づき、圧縮機１の吐出圧力が上昇する場合に、圧縮機１の回転数を小さくするように制御し、吐出圧力を低く抑え、高温の給水温度まで給湯加熱運転が可能となり、貯湯槽５の湯容量を有効に利用することができる。その後、所定時間の出湯を検出した場合には、圧縮機１の回転数を大きくするように制御するので、効率のよい給湯加熱運転が可能となる。また、直接出湯の流れの有無を検出して制御するので、より確実性のある運転が可能である。
【００４６】
（実施例４）
以下、本発明のヒートポンプ給湯機の実施例４について図面を参照しながら説明する。図９は、本実施例の構成を示すブロック図である。なお、実施例３と同じ構成要素には同一符号を付与して詳細な説明を省略する。本実施例が実施例３と異なる点は、出湯検出手段１８として貯湯槽５から出湯した湯の温度を検出する出湯温度検出手段２１を備えたことである。
【００４７】
上記構成における動作と作用について説明する。図１０は、本実施例の動作を示す特性図である。図１０において、（ａ）は沸き上げ完了直前検出手段１２の検出状態、（ｂ）は出湯温度、（ｃ）は圧縮機１の回転数、（ｄ）は吐出圧力、（ｅ）は給水温度を、それぞれ運転時間に対応して示す。貯湯槽５の沸き上げ完了近くになると、実施例３で説明したように、冷媒対水熱交換器２に流入する水が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、それに従って、（ｄ）に示したように、吐出圧力も上昇する。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が沸き上げ完了直前検出温度Ｔｈを検出すると第１の信号を出力し、制御手段１１は、前記第１の信号に対応して圧縮機１を駆動する圧縮機駆動手段１４を制御することにより圧縮機１の回転数を小さくするとともに、状態記憶手段１５に、沸き上げ完了直前検出手段１２が沸き上げ完了の直前を検出したことを記憶させる。そして、運転時間の経過とともに給水温度がさらに上昇し、それに従って吐出圧力が上昇する。
【００４８】
いま、運転時間ｔにおいて、貯湯槽５から出湯されると、出湯検出手段１８である出湯温度検出手段２１が出湯基準温度Ｔｏ以上の温度を検出することにより出湯を検知する。
また、タイマ１９は出湯している時間を計測する。タイマ１９は、計測した時間が所定の出湯時間ｔｏになると第２の信号を出力し、制御手段１１は、前記第２の信号に対応して状態記憶手段１５の記憶内容を検出する。
【００４９】
このとき、状態記憶手段１５が沸き上げ完了の直前を検出したことを記憶しておれば、圧縮機１を駆動する圧縮機駆動手段１４を制御することにより圧縮機１の回転数を大きくするとともに、状態記憶手段１５の記憶を解除する（もし、状態記憶手段１５が沸き上げ完了の直前を検出したことを記憶していなければ、圧縮機１の回転数の制御は行わない）。
【００５０】
以上のように、本実施例によれば、沸き上げ完了直前検出手段１２として給水温度検出手段８を備え、沸き上げ完了直前解除手段１３として出湯温度検出手段２１とタイマ１９とを備えたことにより、沸き上げ完了に近づき、圧縮機１の吐出圧力が上昇する場合に、圧縮機１の回転数を小さくするように制御して吐出圧力を低く抑え、高温の給水温度まで給湯加熱運転が可能となり、貯湯槽５の湯容量を有効に利用することができる。その後、所定の時間の出湯を検出した場合には、圧縮機１の回転数を大きくするように制御するので、効率のよい給湯加熱運転が可能となる。また、直接に出湯温度を検出して制御するので、より確実性のある運転が可能である。
【００５１】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、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、能力可変な圧縮機の回転数を小さくするように制御し、吐出圧力を低く抑え、高温の給水温度まで給湯加熱運転が可能となるので、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。その結果、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より小形の貯湯槽でよいので、設置の自由度が大きく、コスト低減にもなり、さらに、効率のよい給湯加熱運転ができる。
【００５２】
その後、出湯などで給水温度が低くなった場合には、圧縮機の回転数を大きくするように制御するので、効率のよい給湯加熱運転が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のヒートポンプ給湯機の実施例１の構成を示すブロック図
【図２】 同実施例において沸き上げ完了直前解除がない場合の動作を示す特性図
【図３】 同実施例における貯湯槽の温度分布を示す特性図
【図４】 同実施例において沸き上げ完了直前解除がある場合の動作を示す特性図
【図５】 本発明のヒートポンプ給湯機の実施例２の構成を示すブロック図
【図６】 同実施例の動作を示す特性図
【図７】 本発明のヒートポンプ給湯機の実施例３の構成を示すブロック図
【図８】 同実施例の動作を示す特性図
【図９】 本発明のヒートポンプ給湯機の実施例４の構成を示すブロック図
【図１０】 同実施例の動作を示す特性図
【図１１】 従来例のヒートポンプ給湯機の構成を示すブロック図
【図１２】 同従来例における貯湯槽の温度分布を示す特性図
【図１３】 同従来例における給水温度に対する吐出圧力を示す特性図
【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
７ 補助加熱器
８ 給水温度検出手段
９ 沸き上げ温度検出手段
１０ 流量制御手段
１１ 制御手段
１２ 沸き上げ完了直前検出手段
１３ 沸き上げ完了直前解除手段
１４ 圧縮機駆動手段
１５ 状態記憶手段
１６ 給水管
１７ 吐出圧力検出手段
１８ 出湯検出手段
１９ タイマ
２０ 流れ検出手段
２１ 出湯温度検出手段
Ｔｈ 沸き上げ完了直前検出温度
Ｔｒ 沸き上げ完了直前解除温度
Ｐ 常用上限圧力
Ｐｈ 沸き上げ完了直前検出圧力（第１の吐出圧力）
Ｐｒ 沸き上げ完了直前解除圧力（第２の吐出圧力）
Claims (4)
- 圧縮機、冷媒対水熱交換器、減圧装置を接続した冷媒循環回路と、貯湯槽および前記冷媒対水熱交換器を接続した給湯回路と、前記冷媒対水熱交換器の水側入口水温を検出することにより前記貯湯槽全体の沸き上がり直前を検出する沸き上げ完了直前検出手段と、前記貯湯槽の沸き上げを行う給湯加熱運転中において、前記沸き上げ完了直前検出手段が沸き上がり直前温度を検出して前記圧縮機の回転数を小さくした後に前記沸き上がり直前温度よりも低温である所定温度を検出すれば、前記圧縮機の回転数を大きくする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。
- 圧縮機、冷媒対水熱交換器、減圧装置を接続した冷媒循環回路と、貯湯槽および前記冷媒対水熱交換器を接続した給湯回路と、前記冷媒対水熱交換器の水側入口水温を検出することにより前記貯湯槽全体の沸き上がり直前を検出する沸き上げ完了直前検出手段と、前記貯湯槽から出湯したことを検出する出湯検出手段と、前記出湯検出手段が出湯したことを検出している時間を計測するタイマと、前記貯湯槽の沸き上げを行う給湯加熱運転中において、前記沸き上げ完了直前検出手段が沸き上がり直前を検出して前記圧縮機の回転数を小さくした後に前記タイマが所定時間を計測すれば、前記圧縮機の回転数を大きくする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。
- 出湯検出手段として、貯湯槽から出湯される湯温を検出する出湯温度検出手段を備えた請求項２記載のヒートポンプ給湯機。
- 圧縮機、冷媒対水熱交換器、減圧装置を接続した冷媒循環回路と、貯湯槽および前記冷媒対水熱交換器を接続した給湯回路と、前記圧縮機の吐出圧力を検出することにより前記貯湯槽全体の沸き上がり直前を検出する吐出圧力検出手段と、前記貯湯槽の沸き上げを行う給湯加熱運転中において、前記吐出圧力検出手段が沸き上がり直前を検出して前記圧縮機の回転数を小さくした後に前記吐出圧力検出手段が所定圧力を検出すれば、前記圧縮機の回転数を大きくする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。
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