JP3719154B2 - 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説明する。従来のこの種のヒートポンプ給湯機として特開昭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、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の過熱ガス冷媒は冷媒対水熱交換器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内の湯と水と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）、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の吐出圧力の関係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とを図１２（ｂ）に示している。図１２（ａ）に示した貯湯槽５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、効率が悪くなると言う問題がある。
【０００７】
本発明は上記従来の課題を解決するもので、圧縮機１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５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、貯湯槽の沸き上げを行う給湯加熱運転中において、給水温度検出手段が沸き上げ完了直前解除温度を検出した時点より以前に沸き上げ完了直前解除温度よりも高温である沸き上げ完了直前検出温度を検出して減圧装置の弁開度を大きくしていれば、給水温度検出手段が沸き上げ完了直前解除温度を検出した時に減圧装置の弁開度を小さくするように制御する制御手段を備えたヒートポンプ給湯機である。
【０００９】
これにより、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した場合に減圧装置の弁開度を開く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、その弁開の状態で出湯などで給水温度が低くなった場合には、減圧装置の弁開度を閉じ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、貯湯槽下部に蓄えられる水を冷媒対水熱交換器へ供給した後に貯湯槽上部へ流入させる給湯回路と、冷媒対水熱交換器の水側出口水温を所定値とするように給湯回路の流量を制御する循環ポンプと、冷媒対水熱交換器の水側入口において貯湯槽下部から給水される水の給水温度を検出する給水温度検出手段と、貯湯槽の沸き上げを行う給湯加熱運転中において、給水温度検出手段が沸き上げ完了直前解除温度を検出した時点より以前に沸き上げ完了直前解除温度よりも高温である沸き上げ完了直前検出温度を検出して減圧装置の弁開度を大きくしていれば、給水温度検出手段が沸き上げ完了直前解除温度を検出した時に減圧装置の弁開度を小さ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の信号を出力するようにしている。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、減圧装置の弁開度を開く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、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り、貯湯槽の湯容量を有効に利用できる。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減圧装置の弁開度を閉じ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、貯湯槽下部に蓄えられる水を冷媒対水熱交換器へ供給した後に貯湯槽上部へ流入させる給湯回路と、冷媒対水熱交換器の水側出口水温を所定値とするように給湯回路の流量を制御する循環ポンプと、冷媒対水熱交換器の水側入口において貯湯槽下部から給水される水の給水温度を検出する給水温度検出手段と、貯湯槽から出湯したことを検出する出湯検出手段と、貯湯槽の沸き上げを行う給湯加熱運転中において、出湯検出手段による出湯検出時間が所定時間を計測した時点より以前に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減圧装置の弁開度を大きくしていれば、出湯検出手段による出湯検出時間が所定時間を計測した時に減圧装置の弁開度を小さ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減圧装置の弁開度を開くように制御するので、貯湯槽の湯容量を有効に利用でき、その後に出湯したことを出湯検出手段で検知し、タイマにより沸き上げ完了直前を検出したことを解除して減圧装置の弁開度を閉じるように制御するので、給水温度の低下に対して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減圧装置の弁開度を閉じるように制御するので、給水温度の低下に対して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、貯湯槽下部に蓄えられる水を冷媒対水熱交換器へ供給した後に貯湯槽上部へ流入させる給湯回路と、冷媒対水熱交換器の水側出口水温を所定値とするように給湯回路の流量を制御する循環ポンプと、圧縮機の吐出圧力を検出する吐出圧力検出手段と、貯湯槽の沸き上げを行う給湯加熱運転中において、吐出圧力検出手段が沸き上げ完了直前解除圧力を検出した時点より以前に沸き上げ完了直前解除圧力よりも高圧である沸き上げ完了直前検出圧力を検出して減圧装置の弁開度を大きくしていれば、吐出圧力検出手段が沸き上げ完了直前解除圧力を検出した時に、減圧装置の弁開度を小さ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直前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、吐出圧力に対応して減圧装置の弁開度を最適に変更するので、圧縮機の耐久性をより確実に向上させ、また、効率のよい給湯加熱運転が可能となる。
【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、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、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）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、減圧装置３の弁開度を制御する。さらに、状態記憶手段１４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。また、１５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。また、減圧装置３として電動膨張弁などがある。
【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、沸き上げ完了直前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）は圧縮機１の運転状態、（ｃ）は減圧装置３の弁開度、（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。
【００２５】
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した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。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（沸き上げ温度Ｔ１よりも低い温度である）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の信号に対応して減圧装置３の弁開度を大きくする（開く）とともに、状態記憶手段１４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。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１を停止し、給湯加熱運転を終了する。なお、図２における太い点線は、減圧装置３の弁開度の制御を行わない従来例の場合の動作を示す。これにより、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）は湯の温度分布を示す。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に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（斜線で示した部分）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、本実施例により有効になった領域である。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）は圧縮機１の運転状態、（ｃ）は減圧装置３の弁開度、（ｄ）は吐出圧力、（ｅ）は給水温度を、それぞれ運転時間に対して示す。
【００２７】
前述の場合と同様に、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の信号に対応して減圧装置３の弁開度を大きくする（開く）とともに、状態記憶手段１４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。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１５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、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１４の記憶内容を検出する。
【００２８】
このとき、状態記憶手段１４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、減圧装置３の弁開度を小さくする（閉める）とともに、状態記憶手段１４の記憶を解除する。（もし、状態記憶手段１４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、減圧装置３の弁開度の制御は行わない）。
【００２９】
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、減圧装置３の弁開度を大きくするとともに、状態記憶手段１４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、常用上限圧力に対応する給水温度Ｔ３ａを検出すると、圧縮機を停止し、給湯加熱運転を終了する。
【００３０】
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が所定の沸き上げ完了直前検出温度Ｔｈを検出したとき減圧装置３の弁開度を開き、その後に沸き上げ完了直前解除手段１３が所定の沸き上げ完了直前解除温度Ｔｒを検出した場合には減圧装置３の弁開度を閉じ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、減圧装置３の弁開度を開く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。また、その後に出湯などで給水温度が低くなった場合には、減圧装置３の弁開度を閉じ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。
【００３１】
（実施例２）
以下、本発明のヒートポンプ給湯機の実施例２について図面を参照しながら説明する。
【００３２】
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。
【００３３】
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１６を備えたことである。
【００３４】
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）は圧縮機１の運転状態、（ｃ）は減圧装置３の弁開度、（ｄ）は吐出圧力を、それぞれ運転時間に対応して示す。
【００３５】
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である吐出圧力検出手段１６が沸き上げ完了直前検出圧力Ｐｈ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の信号に対応して減圧装置３の弁開度を大きくする（開く）とともに、状態記憶手段１４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。
【００３６】
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１５から貯湯槽５に流入すると、吐出圧力検出手段１６が検出する吐出圧力も低下する。そして、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１６は、第２の信号を出力する。制御手段１１は、前記第２の信号に対応して状態記憶手段１４の記憶内容を検出する。
【００３７】
このとき、状態記憶手段１４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、減圧装置３の弁開度を小さくする（閉める）とともに、状態記憶手段１４の、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記憶を解除する。（もし、状態記憶手段１４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、減圧装置３の弁開度の制御は行わない）。
【００３８】
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１６が、再度、沸き上げ完了直前検出圧力Ｐｈを検出すると第１の信号を出力し、制御手段１１は、再度、減圧装置３の弁開度を大きくするとともに、状態記憶手段１４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も上昇する。そして、吐出圧力検出手段１６が、常用上限圧力Ｐを検出すると、圧縮機を停止し、給湯加熱運転を終了する。
【００３９】
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１６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、減圧装置３の弁開度を開く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。その後に出湯などで給水温度が低くなった場合には、減圧装置３の弁開度を閉じ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。
【００４０】
（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。
【００４１】
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。
【００４２】
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１７と前記出湯検出手段１７が出湯したことを検出している時間を計測するタイマ１８とを備えたことである。また、出湯検出手段１７として、本実施例では、出湯した湯の流れの有無を検出する流れ検出手段１９を用いる。
【００４３】
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）は減圧装置３の弁開度、（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。
【００４４】
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、減圧装置３の弁開度を大きくする（開く）とともに、状態記憶手段１４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。
【００４５】
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１７である流れ検出手段１９が出湯した湯の流れを検出し、タイマ１８は出湯している時間を計測する。このタイマ１８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１４の記憶内容を検出する。
【００４６】
このとき、状態記憶手段１４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、減圧装置３の弁開度を小さくする（閉める）とともに、状態記憶手段１４の記憶を解除する（もし、状態記憶手段１４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、減圧装置３の弁開度の制御は行わない）。
【００４７】
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１９とタイマ１８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、減圧装置３の弁開度を開く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、貯湯槽５の湯容量を有効に利用することができる。その後にタイマ１８が所定時間の出湯を計測した場合には減圧装置３の弁開度を閉じ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、より確実な運転が可能である。
【００４８】
（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。
【００４９】
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。
【００５０】
本実施例が実施例３と異なる点は、出湯検出手段１７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２０を備えたことである。
【００５１】
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）は減圧装置３の弁開度、（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。
【００５２】
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の信号に対応して減圧装置３の弁開度を大きくする（開く）とともに、状態記憶手段１４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。
【００５３】
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１７である出湯温度検出手段２０が出湯基準温度Ｔｏ以上の温度を検出することによって出湯を検知する。そして、タイマ１８は出湯している時間を計測する。タイマ１８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１４の記憶内容を検出する。
【００５４】
このとき、状態記憶手段１４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、減圧装置３の弁開度を小さくする（閉める）とともに、状態記憶手段１４の記憶を解除する。（もし、状態記憶手段１４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、減圧装置３の弁開度の制御は行わない）。
【００５５】
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２０とタイマ１８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、減圧装置３の弁開度を開くように制御し、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。その後に所定の時間の出湯を検出した場合には、減圧装置３の弁開度を閉じ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。
【００５６】
【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減圧装置の弁開度を開く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り、貯湯槽の湯容量を有効に利用できる。したがって、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、コスト低減にもなる。さらに、効率のよい給湯加熱運転ができる。その後に出湯などで給水温度が低下した場合には、減圧装置の弁開度を閉じ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】 同実施例の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湯の温度分布を示す特性図
【図４】 同実施例の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湯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と吐出圧力の関係を示す特性図
【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 状態記憶手段
１５ 給水管
１６ 吐出圧力検出手段
１７ 出湯検出手段
１８ タイマ
１９ 流れ検出手段
２０ 出湯温度検出手段
Ｐ 常用上限圧力
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
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説明する。従来のこの種のヒートポンプ給湯機として特開昭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、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の過熱ガス冷媒は冷媒対水熱交換器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内の湯と水と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）、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の吐出圧力の関係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とを図１２（ｂ）に示している。図１２（ａ）に示した貯湯槽５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、効率が悪くなると言う問題がある。
【０００７】
本発明は上記従来の課題を解決するもので、圧縮機１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５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、貯湯槽の沸き上げを行う給湯加熱運転中において、給水温度検出手段が沸き上げ完了直前解除温度を検出した時点より以前に沸き上げ完了直前解除温度よりも高温である沸き上げ完了直前検出温度を検出して減圧装置の弁開度を大きくしていれば、給水温度検出手段が沸き上げ完了直前解除温度を検出した時に減圧装置の弁開度を小さくするように制御する制御手段を備えたヒートポンプ給湯機である。
【０００９】
これにより、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した場合に減圧装置の弁開度を開く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、その弁開の状態で出湯などで給水温度が低くなった場合には、減圧装置の弁開度を閉じ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、貯湯槽下部に蓄えられる水を冷媒対水熱交換器へ供給した後に貯湯槽上部へ流入させる給湯回路と、冷媒対水熱交換器の水側出口水温を所定値とするように給湯回路の流量を制御する循環ポンプと、冷媒対水熱交換器の水側入口において貯湯槽下部から給水される水の給水温度を検出する給水温度検出手段と、貯湯槽の沸き上げを行う給湯加熱運転中において、給水温度検出手段が沸き上げ完了直前解除温度を検出した時点より以前に沸き上げ完了直前解除温度よりも高温である沸き上げ完了直前検出温度を検出して減圧装置の弁開度を大きくしていれば、給水温度検出手段が沸き上げ完了直前解除温度を検出した時に減圧装置の弁開度を小さ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の信号を出力するようにしている。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、減圧装置の弁開度を開く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、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り、貯湯槽の湯容量を有効に利用できる。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減圧装置の弁開度を閉じ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、貯湯槽下部に蓄えられる水を冷媒対水熱交換器へ供給した後に貯湯槽上部へ流入させる給湯回路と、冷媒対水熱交換器の水側出口水温を所定値とするように給湯回路の流量を制御する循環ポンプと、冷媒対水熱交換器の水側入口において貯湯槽下部から給水される水の給水温度を検出する給水温度検出手段と、貯湯槽から出湯したことを検出する出湯検出手段と、貯湯槽の沸き上げを行う給湯加熱運転中において、出湯検出手段による出湯検出時間が所定時間を計測した時点より以前に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減圧装置の弁開度を大きくしていれば、出湯検出手段による出湯検出時間が所定時間を計測した時に減圧装置の弁開度を小さ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減圧装置の弁開度を開くように制御するので、貯湯槽の湯容量を有効に利用でき、その後に出湯したことを出湯検出手段で検知し、タイマにより沸き上げ完了直前を検出したことを解除して減圧装置の弁開度を閉じるように制御するので、給水温度の低下に対して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減圧装置の弁開度を閉じるように制御するので、給水温度の低下に対して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、貯湯槽下部に蓄えられる水を冷媒対水熱交換器へ供給した後に貯湯槽上部へ流入させる給湯回路と、冷媒対水熱交換器の水側出口水温を所定値とするように給湯回路の流量を制御する循環ポンプと、圧縮機の吐出圧力を検出する吐出圧力検出手段と、貯湯槽の沸き上げを行う給湯加熱運転中において、吐出圧力検出手段が沸き上げ完了直前解除圧力を検出した時点より以前に沸き上げ完了直前解除圧力よりも高圧である沸き上げ完了直前検出圧力を検出して減圧装置の弁開度を大きくしていれば、吐出圧力検出手段が沸き上げ完了直前解除圧力を検出した時に、減圧装置の弁開度を小さ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直前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、吐出圧力に対応して減圧装置の弁開度を最適に変更するので、圧縮機の耐久性をより確実に向上させ、また、効率のよい給湯加熱運転が可能となる。
【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、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、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）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、減圧装置３の弁開度を制御する。さらに、状態記憶手段１４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。また、１５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。また、減圧装置３として電動膨張弁などがある。
【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、沸き上げ完了直前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）は圧縮機１の運転状態、（ｃ）は減圧装置３の弁開度、（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。
【００２５】
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した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。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（沸き上げ温度Ｔ１よりも低い温度である）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の信号に対応して減圧装置３の弁開度を大きくする（開く）とともに、状態記憶手段１４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。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１を停止し、給湯加熱運転を終了する。なお、図２における太い点線は、減圧装置３の弁開度の制御を行わない従来例の場合の動作を示す。これにより、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）は湯の温度分布を示す。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に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（斜線で示した部分）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、本実施例により有効になった領域である。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）は圧縮機１の運転状態、（ｃ）は減圧装置３の弁開度、（ｄ）は吐出圧力、（ｅ）は給水温度を、それぞれ運転時間に対して示す。
【００２７】
前述の場合と同様に、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の信号に対応して減圧装置３の弁開度を大きくする（開く）とともに、状態記憶手段１４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。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１５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、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１４の記憶内容を検出する。
【００２８】
このとき、状態記憶手段１４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、減圧装置３の弁開度を小さくする（閉める）とともに、状態記憶手段１４の記憶を解除する。（もし、状態記憶手段１４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、減圧装置３の弁開度の制御は行わない）。
【００２９】
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、減圧装置３の弁開度を大きくするとともに、状態記憶手段１４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、常用上限圧力に対応する給水温度Ｔ３ａを検出すると、圧縮機を停止し、給湯加熱運転を終了する。
【００３０】
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が所定の沸き上げ完了直前検出温度Ｔｈを検出したとき減圧装置３の弁開度を開き、その後に沸き上げ完了直前解除手段１３が所定の沸き上げ完了直前解除温度Ｔｒを検出した場合には減圧装置３の弁開度を閉じ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、減圧装置３の弁開度を開く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。また、その後に出湯などで給水温度が低くなった場合には、減圧装置３の弁開度を閉じ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。
【００３１】
（実施例２）
以下、本発明のヒートポンプ給湯機の実施例２について図面を参照しながら説明する。
【００３２】
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。
【００３３】
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１６を備えたことである。
【００３４】
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）は圧縮機１の運転状態、（ｃ）は減圧装置３の弁開度、（ｄ）は吐出圧力を、それぞれ運転時間に対応して示す。
【００３５】
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である吐出圧力検出手段１６が沸き上げ完了直前検出圧力Ｐｈ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の信号に対応して減圧装置３の弁開度を大きくする（開く）とともに、状態記憶手段１４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。
【００３６】
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１５から貯湯槽５に流入すると、吐出圧力検出手段１６が検出する吐出圧力も低下する。そして、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１６は、第２の信号を出力する。制御手段１１は、前記第２の信号に対応して状態記憶手段１４の記憶内容を検出する。
【００３７】
このとき、状態記憶手段１４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、減圧装置３の弁開度を小さくする（閉める）とともに、状態記憶手段１４の、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記憶を解除する。（もし、状態記憶手段１４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、減圧装置３の弁開度の制御は行わない）。
【００３８】
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１６が、再度、沸き上げ完了直前検出圧力Ｐｈを検出すると第１の信号を出力し、制御手段１１は、再度、減圧装置３の弁開度を大きくするとともに、状態記憶手段１４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も上昇する。そして、吐出圧力検出手段１６が、常用上限圧力Ｐを検出すると、圧縮機を停止し、給湯加熱運転を終了する。
【００３９】
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１６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、減圧装置３の弁開度を開く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。その後に出湯などで給水温度が低くなった場合には、減圧装置３の弁開度を閉じ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。
【００４０】
（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。
【００４１】
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。
【００４２】
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１７と前記出湯検出手段１７が出湯したことを検出している時間を計測するタイマ１８とを備えたことである。また、出湯検出手段１７として、本実施例では、出湯した湯の流れの有無を検出する流れ検出手段１９を用いる。
【００４３】
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）は減圧装置３の弁開度、（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。
【００４４】
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、減圧装置３の弁開度を大きくする（開く）とともに、状態記憶手段１４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。
【００４５】
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１７である流れ検出手段１９が出湯した湯の流れを検出し、タイマ１８は出湯している時間を計測する。このタイマ１８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１４の記憶内容を検出する。
【００４６】
このとき、状態記憶手段１４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、減圧装置３の弁開度を小さくする（閉める）とともに、状態記憶手段１４の記憶を解除する（もし、状態記憶手段１４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、減圧装置３の弁開度の制御は行わない）。
【００４７】
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１９とタイマ１８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、減圧装置３の弁開度を開く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、貯湯槽５の湯容量を有効に利用することができる。その後にタイマ１８が所定時間の出湯を計測した場合には減圧装置３の弁開度を閉じ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、より確実な運転が可能である。
【００４８】
（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。
【００４９】
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。
【００５０】
本実施例が実施例３と異なる点は、出湯検出手段１７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２０を備えたことである。
【００５１】
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）は減圧装置３の弁開度、（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。
【００５２】
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の信号に対応して減圧装置３の弁開度を大きくする（開く）とともに、状態記憶手段１４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。
【００５３】
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１７である出湯温度検出手段２０が出湯基準温度Ｔｏ以上の温度を検出することによって出湯を検知する。そして、タイマ１８は出湯している時間を計測する。タイマ１８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１４の記憶内容を検出する。
【００５４】
このとき、状態記憶手段１４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、減圧装置３の弁開度を小さくする（閉める）とともに、状態記憶手段１４の記憶を解除する。（もし、状態記憶手段１４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、減圧装置３の弁開度の制御は行わない）。
【００５５】
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２０とタイマ１８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、減圧装置３の弁開度を開くように制御し、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。その後に所定の時間の出湯を検出した場合には、減圧装置３の弁開度を閉じ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。
【００５６】
【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減圧装置の弁開度を開く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り、貯湯槽の湯容量を有効に利用できる。したがって、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、コスト低減にもなる。さらに、効率のよい給湯加熱運転ができる。その後に出湯などで給水温度が低下した場合には、減圧装置の弁開度を閉じ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】 同実施例の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湯の温度分布を示す特性図
【図４】 同実施例の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湯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と吐出圧力の関係を示す特性図
【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 状態記憶手段
１５ 給水管
１６ 吐出圧力検出手段
１７ 出湯検出手段
１８ タイマ
１９ 流れ検出手段
２０ 出湯温度検出手段
Ｐ 常用上限圧力
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
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、貯湯槽下部に蓄えられる水を前記冷媒対水熱交換器へ供給した後に前記貯湯槽上部へ流入させる給湯回路と、前記冷媒対水熱交換器の水側出口水温を所定値とするように前記給湯回路の流量を制御する循環ポンプと、前記冷媒対水熱交換器の水側入口において前記貯湯槽下部から給水される水の給水温度を検出する給水温度検出手段と、前記貯湯槽の沸き上げを行う給湯加熱運転中において、前記給水温度検出手段が沸き上げ完了直前解除温度を検出した時点より以前に前記沸き上げ完了直前解除温度よりも高温である沸き上げ完了直前検出温度を検出して前記減圧装置の弁開度を大きくしていれば、前記給水温度検出手段が沸き上げ完了直前解除温度を検出した時に前記減圧装置の弁開度を小さ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、貯湯槽下部に蓄えられる水を前記冷媒対水熱交換器へ供給した後に前記貯湯槽上部へ流入させる給湯回路と、前記冷媒対水熱交換器の水側出口水温を所定値とするように前記給湯回路の流量を制御する循環ポンプと、前記冷媒対水熱交換器の水側入口において前記貯湯槽下部から給水される水の給水温度を検出する給水温度検出手段と、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、前記貯湯槽の沸き上げを行う給湯加熱運転中において、前記出湯検出手段による出湯検出時間が所定時間を計測した時点より以前に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減圧装置の弁開度を大きくしていれば、前記出湯検出手段による出湯検出時間が所定時間を計測した時に前記減圧装置の弁開度を小さ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、貯湯槽下部に蓄えられる水を前記冷媒対水熱交換器へ供給した後に前記貯湯槽上部へ流入させる給湯回路と、前記冷媒対水熱交換器の水側出口水温を所定値とするように前記給湯回路の流量を制御する循環ポンプと、前記圧縮機の吐出圧力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げ完了直前解除圧力を検出した時点より以前に前記沸き上げ完了直前解除圧力よりも高圧である沸き上げ完了直前検出圧力を検出して前記減圧装置の弁開度を大きくしていれば、前記吐出圧力検出手段が沸き上げ完了直前解除圧力を検出した時に、前記減圧装置の弁開度を小さ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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