JP3740380B2 - ヒートポンプ式給湯器 - Google Patents
ヒートポンプ式給湯器 Download PDFInfo
- Publication number
- JP3740380B2 JP3740380B2 JP2001117040A JP2001117040A JP3740380B2 JP 3740380 B2 JP3740380 B2 JP 3740380B2 JP 2001117040 A JP2001117040 A JP 2001117040A JP 2001117040 A JP2001117040 A JP 2001117040A JP 3740380 B2 JP3740380 B2 JP 3740380B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- compressor
- refrigerant
- heat pump
- water heater
- heated
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 116
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 claims description 81
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 25
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 claims description 16
- 238000009835 boiling Methods 0.000 claims description 7
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 claims description 7
- 230000002596 correlated effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 26
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 13
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 11
- 239000008400 supply water Substances 0.000 description 10
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 4
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000005856 abnormality Effects 0.000 description 2
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 235000006506 Brasenia schreberi Nutrition 0.000 description 1
- 238000004378 air conditioning Methods 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 238000005057 refrigeration Methods 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B9/00—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point
- F25B9/002—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the refrigerant
- F25B9/008—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the refrigerant the refrigerant being carbon dioxide
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
- F24D19/00—Details
- F24D19/10—Arrangement or mounting of control or safety devices
- F24D19/1006—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems
- F24D19/1051—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems for domestic hot water
- F24D19/1054—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems for domestic hot water the system uses a heat pump
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
- F24H15/00—Control of fluid heaters
- F24H15/20—Control of fluid heaters characterised by control inputs
- F24H15/212—Temperature of the water
- F24H15/215—Temperature of the water before heating
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
- F24H15/00—Control of fluid heaters
- F24H15/20—Control of fluid heaters characterised by control inputs
- F24H15/227—Temperature of the refrigerant in heat pump cycles
- F24H15/232—Temperature of the refrigerant in heat pump cycles at the condenser
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
- F24H15/00—Control of fluid heaters
- F24H15/30—Control of fluid heaters characterised by control outputs; characterised by the components to be controlled
- F24H15/375—Control of heat pumps
- F24H15/38—Control of compressors of heat pumps
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
- F24H15/00—Control of fluid heaters
- F24H15/30—Control of fluid heaters characterised by control outputs; characterised by the components to be controlled
- F24H15/375—Control of heat pumps
- F24H15/385—Control of expansion valves of heat pumps
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
- F24H15/00—Control of fluid heaters
- F24H15/40—Control of fluid heaters characterised by the type of controllers
- F24H15/414—Control of fluid heaters characterised by the type of controllers using electronic processing, e.g. computer-based
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
- F24H15/00—Control of fluid heaters
- F24H15/20—Control of fluid heaters characterised by control inputs
- F24H15/242—Pressure
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B2309/00—Gas cycle refrigeration machines
- F25B2309/06—Compression machines, plants or systems characterised by the refrigerant being carbon dioxide
- F25B2309/061—Compression machines, plants or systems characterised by the refrigerant being carbon dioxide with cycle highest pressure above the supercritical pressure
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B2600/00—Control issues
- F25B2600/02—Compressor control
- F25B2600/021—Inverters therefor
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B2600/00—Control issues
- F25B2600/17—Control issues by controlling the pressure of the condenser
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
- Y02B30/00—Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]
- Y02B30/70—Efficient control or regulation technologies, e.g. for control of refrigerant flow, motor or heating
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超臨界ヒートポンプサイクルを被加熱流体の加熱手段として使用するヒートポンプ式給湯器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、高圧側の冷媒圧力を臨界圧以上まで加圧して使用する超臨界ヒートポンプサイクルを用いて温水加熱を行うヒートポンプ式給湯器が公知である。
この給湯器は、図１に示すように、低温水と高温冷媒とを熱交換させる水熱交換器７を備え、その水熱交換器７で加熱された高温水をタンク２内に貯留しておき、使用時にタンク２内から高温水を取り出して温度調節した後、使用者に供給するシステムである。
このヒートポンプ式給湯器は、サイクル効率の高い領域でヒートポンプサイクルを運転するために、水熱交換器７に流入する低温水と水熱交換器７から流出する冷媒との目標温度差ΔＴ（例えば１０℃）を設定し、この目標温度差ΔＴに基づいてサイクルの高圧制御が行われている。基本的には、膨張弁の開度を調節して高圧制御を行っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記の目標温度差ΔＴに基づいてサイクルの高圧制御を行うと、ヒートポンプ式給湯器を低温度条件下で使用した場合に、サイクル内の低圧圧力（蒸発圧力）が低下して冷媒の吐出温度が圧縮機の動作温度域を超えてしまう可能性があった。
一方、外気温の上昇、被加熱流体の温度上昇、圧縮機の回転数上昇、水熱交換器の性能低下等により、サイクル内の高圧圧力が上昇すると、圧縮機の負荷が増大するため、システムに異常を来す（例えば、圧縮機を駆動するインバータ回路の寿命低下、圧縮機内部の摺動不良等）恐れがある。
【０００４】
また、圧縮機の過負荷を回避するために、圧縮機を駆動するインバータ回路の電流制限によって圧縮機の回転数が低下すると、膨張弁の開度を絞るだけでは目標温度差ΔＴを達成できなくなる。この場合、膨張弁の開度調節によってサイクルの高圧制御を行う従来の制御方法では、膨張弁の弁開度を下限値まで減少させてしまうため、必要な給湯能力を確保できなくなるという問題が生じる。
本発明は、上記事情に基づいて成されたもので、第１の目的は、ヒートポンプサイクルを低温度条件下で使用した時でも、圧縮機の吐出冷媒温度を動作温度域に制御できること、第２の目的は、圧縮機の負荷増大によるシステム異常を防止でき、且つ所望の給湯能力を確保できる給湯器を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
（請求項１の手段）
対向式熱交換器に流入する被加熱流体と対向式熱交換器から流出する冷媒との温度差が目標温度差ΔＴとなるように、膨張弁の開度、圧縮機の回転数、ポンプの吐出量のうち何れか一つを制御してヒートポンプサイクルの高圧制御を行い、且つ圧縮機から吐出される冷媒の吐出温度または吐出温度に相関する物理量を検出し、その検出された冷媒の吐出温度または物理量が規定値以上の時は、規定値未満となるまで目標温度差ΔＴを大きい値に変更する。
この場合、目標温度差ΔＴを大きくすると、対向式熱交換器での熱交換効率が低下して熱交換量が減少する。つまり、圧縮機の吐出圧力が低くなる様に制御するため、それに伴って冷媒の吐出温度も低下する。
【０００６】
（請求項２の手段）
請求項１に記載したヒートポンプ式給湯器において、
ヒートポンプサイクルの低圧側圧力が所定値以下の時に、低圧側圧力が低い程、目標温度差ΔＴを大きく設定することを特徴とする。
外気温度の低下によってサイクル内の低圧側圧力（冷媒の蒸発圧力）が低下すると、圧縮機の負荷が増大して冷媒の吐出温度が上昇するため、サイクル内の蒸発圧力が低い程、目標温度差ΔＴを大きく設定することが、冷媒の吐出温度を抑制する上で効果的である。
【０００７】
（請求項３の手段）
請求項１または２に記載したヒートポンプ式給湯器において、
圧縮機に吸入されるガス冷媒の状態を圧力または温度、あるいは双方によって検出し、その検出値を冷媒の吐出温度に相関する物理量とすることができる。
【０００８】
（請求項４の手段）
請求項１または２に記載したヒートポンプ式給湯器において、
圧縮機で加圧された冷媒の吐出圧力を検出し、その検出値を冷媒の吐出温度に相関する物理量とすることができる。
【０００９】
（請求項５の手段）
対向式熱交換器に流入する被加熱流体と対向式熱交換器から流出する冷媒との温度差が目標温度差ΔＴとなるように、膨張弁の開度、圧縮機の回転数、ポンプの吐出量のうち何れか一つを制御してヒートポンプサイクルの高圧制御を行い、且つ圧縮機の負荷が過大であるか否かを判断し、過大である場合は、目標温度差ΔＴを大きい値に変更する。
この場合、目標温度差ΔＴを大きくすると、対向式熱交換器での熱交換効率が低下して熱交換量が減少する。つまり、目標温度差ΔＴを大きくする前より低い高圧圧力にて圧縮機の運転が継続される。
【００１０】
（請求項６の手段）
請求項５に記載したヒートポンプ式給湯器において、
圧縮機の駆動電流を検出し、その駆動電流が判定値以上の時に圧縮機の負荷が過大であると判断することができる。この場合、駆動電流が大きくなると、圧縮機の回転数が上昇して負荷が増大するため、その負荷の増大を駆動電流によって判断することができる。
【００１１】
（請求項７の手段）
請求項５または６に記載したヒートポンプ式給湯器において、
圧縮機を駆動するインバータ回路を有し、このインバータ回路は、回路保護のために出力電流を制限する保護回路を具備し、この保護回路による出力制限の有無を検出し、出力制限を有する時に圧縮機の負荷が過大であると判断することができる。この場合、保護回路によるインバータ回路の出力制限は、請求項６に記載した判定値に基づいて実施しても良いし、判定値とは異なる基準値を設定して行っても良い。
【００１２】
（請求項８の手段）
請求項５に記載したヒートポンプ式給湯器において、
被加熱流体の沸き上げ目標温度、外気温度、圧縮機の回転数のいずれか１つまたは２つ以上の組み合わせによって圧縮機の負荷が過大であるか否かを判断することができる。つまり、沸き上げ目標温度、外気温度、圧縮機の回転数のいずれも、圧縮機の負荷に相関するため、これらの物理量に基づいて圧縮機の負荷を判定することが可能である。
【００１３】
（請求項９の手段）
請求項５に記載したヒートポンプ式給湯器において、
圧縮機の負荷が過大であると判断された場合に、被加熱流体の沸き上げ目標温度または目標温度差ΔＴを圧縮機の負荷の大きさによって段階的または連続的に変更することを特徴とする。
【００１４】
（請求項１０の手段）
請求項１〜９に記載した何れかのヒートポンプ式給湯器において、
ヒートポンプサイクルは、弁開度を電気的に調節可能な膨張弁を具備し、目標温度差ΔＴに基づき膨張弁の開度を変化させることで高圧制御を行う。例えば、膨張弁の開度を小さくすると、冷媒の流路抵抗が大きくなるので、圧縮機から吐出される高圧側の冷媒圧力が上昇する。逆に、膨張弁の開度を大きくすると、冷媒の流路抵抗が小さくなるので、圧縮機から吐出される高圧側の冷媒圧力が低下する。
また、目標温度差ΔＴを大きい値に変更した時は、目標の給湯能力が得られるように 圧縮機の回転数を増加させる。膨張弁の開度を大きくすると、対向式熱交換器での熱交換量が低下して、給湯能力（例えばタンク内の熱量）が低下する。従って、目標温度差ΔＴを大きい値に変更した時は、圧縮機の回転数を増加させることで、目標の給湯能力を確保することができる。
【００１６】
（請求項１１の手段）
本発明のヒートポンプ式給湯器は、圧縮機から吐出される冷媒の吐出温度が規定値以下の時は、対向式熱交換器に流入する被加熱流体と対向式熱交換器から流出する冷媒との温度差が目標温度差ΔＴとなるように、膨張弁の開度、圧縮機の回転数、ポンプの吐出量のうち何れか一つを制御してヒートポンプサイクルの高圧制御を行い、温度検出手段で検出される吐出温度が規定値以上の時は、吐出温度をフィードバックして規定値以下となる様にヒートポンプサイクルの高圧制御（例えば膨張弁の制御）を行う。つまり、吐出温度が規定値以上の時は、目標温度差ΔＴの変更ではなく、吐出温度を直接フィードバックしてヒートポンプサイクルの高圧制御に切り換える。
【００１７】
【発明の実施の形態】
次に、本発明のヒートポンプ式給湯器を図面に基づいて説明する。
（第１実施例）
図１はヒートポンプ式給湯器の構成を示す模式図、図２はＣＯ2 サイクルのＴ−Ｈ線図である。
本実施例のヒートポンプ式給湯器１は、加熱された給湯用水（被加熱流体）をタンク２内に貯留しておき、使用時にタンク２内から給湯用水を取り出し、温度調節して使用者に供給するシステムであり、給湯用水を循環させる電動ポンプ３、給湯用水の加熱手段である超臨界ヒートポンプサイクル４等を具備している（図１参照）。
【００１８】
タンク２は、耐蝕性に優れた金属製（例えばステンレス製）で断熱構造を有し、高温の給湯用水を長時間に渡って保温することができる。なお、タンク２内に貯留される給湯用水は、キッチンや風呂等で直接使用しても良いが、給湯用以外に、例えば床暖房用、室内空調用等の熱源として利用することもできる。
電動ポンプ３は、タンク２とヒートポンプサイクル４の水熱交換器７とを環状に接続する温水配管５に設けられて、タンク２と水熱交換器７との間で給湯用水を循環させるとともに、内蔵するモータの回転数に応じて循環水量を調節することができる。
【００１９】
超臨界ヒートポンプサイクル４は、高圧側の冷媒圧力が臨界圧力以上となるサイクルで、図１に示すように、圧縮機６、上記の水熱交換器７（本発明の対向式熱交換器）、膨張弁８、空気熱交換器９、アキュムレータ１０等によって構成され、冷媒として臨界圧力の低い二酸化炭素（ＣＯ2 ）を使用している。
圧縮機６は、インバータ回路１６によって駆動されるモータ６ａを具備し、このモータ６ａの回転により、吸引したガス冷媒を臨界圧力以上まで圧縮して吐出する。
水熱交換器７は、圧縮機６より吐出された高圧のガス冷媒と給湯用水とを熱交換するもので、図１に矢印で示すように、冷媒の流れ方向と給湯用水の流れ方向とが対向するように構成されている。
【００２０】
膨張弁８は、弁開度を電気的に調節可能な構成を有し、水熱交換器７で冷却された冷媒を弁開度に応じて減圧する。
本発明の蒸発器である空気熱交換器９は、ファン１１による送風を受けて、膨張弁８で減圧された冷媒を大気との熱交換によって蒸発させる。
アキュムレータ１０は、空気熱交換器９で蒸発した冷媒を気液分離してサイクル中の余剰冷媒を蓄えるとともに、気相冷媒のみ圧縮機６に吸引させる。
【００２１】
このヒートポンプサイクル４は、圧縮機６から吐出される冷媒の吐出温度Tdを検出する第１冷媒温度センサ１２、水熱交換器７に流入する給湯用水の温度Twを検出する水温センサ１３、水熱交換器７より流出する冷媒の温度Trを検出する第２冷媒温度センサ１４等を具備し、各センサ１２〜１４の検出信号が電子制御装置（以下、ＥＣＵ１５と呼ぶ）に入力される。
【００２２】
ＥＣＵ１５は、ヒートポンプサイクル４を効率良く運転できるように、水熱交換器７に流入する給湯用水と水熱交換器７より流出する冷媒との温度差を求め、この温度差に基づいてサイクル内の高圧側圧力を制御している。具体的には、サイクル効率の指標として前記温度差の目標値（目標温度差ΔＴと呼ぶ）を設定し、この目標温度差ΔＴが得られるように、膨張弁８の弁開度を電気的に制御している。
次に、本発明に係わるＥＣＵ１５の処理手順を図３に示すフローチャートに基づいて説明する。
【００２３】
Step10…設定された目標温度差ΔＴ（例えば１０℃）が得られるように膨張弁８の弁開度を制御する（高圧制御）。
Step20…第１冷媒温度センサ１２によって吐出温度Tdを検出する。
Step30…吐出温度Tdを判定する。この判定で、吐出温度Tdが規定値以上の時はStep40へ進み、吐出温度Tdが規定値未満の時はStep50へ進む。なお、この判定で使用される規定値は、圧縮機６の許容上限温度（動作温度域の上限温度）によって設定される。
【００２４】
Step40…目標温度差ΔＴを大きくした後、Step10へ戻る。ここでは、Step30の判定で吐出温度Tdが規定値未満となるまで目標温度差ΔＴが順次大きい値に更新される。
Step50…給湯能力を判定する。この判定で、目標の給湯能力を達成している場合は処理を終了し、目標の給湯能力を達成していない時は、Step60へ進む。なお、給湯能力は、例えば水熱交換器７において冷媒によって加熱され、タンク２に蓄えられる温水の熱量（温水温度と流量とから求める）によって判定することができる。具体的には、所定時間内に温水が授受した熱量が所定値以上であれば、目標の給湯能力を達成していると判定する。
Step60…目標の給湯能力を確保するために圧縮機６（モータ６ａ）の回転数を上げる。その後、Step10へ戻って上記の処理を繰り返す。
【００２５】
以上の制御によれば、検出された冷媒の吐出温度Tdが規定値を超えている時は、目標温度差ΔＴを大きい値に変更するため、膨張弁８の開度が大きくなる。
図２は、膨張弁８の開度が大きくなる前後のヒートポンプサイクル４の状態を示すグラフである。
膨張弁８の開度が大きくなる前は、温度差ΔＴ′は目標温度差ΔＴを満足しているが、圧縮機６の吐出温度Ｔｄ′は、規定値を超えてしまっている。この様な状態は、特に外気温度が低下し、低圧側の冷媒圧力が低下したときに発生しやすい。
【００２６】
膨張弁８の開度が大きくなった後には、ヒートポンプサイクル４の高圧側冷媒の圧力が低下するため、圧縮機６の仕事量Ｌ、水熱交換器７の放熱能力Ｑが減少する（Ｌ′→Ｌ、Ｑ′→Ｑ）。この結果、圧縮機６の吐出温度Tdが低下する。この吐出温度Tdが圧縮機６の動作温度域に低下するまで、目標温度差ΔＴは順次大きい値に更新される。
このようにして、圧縮機６の冷媒の吐出温度Tdを動作温度域まで下げることができるので、圧縮機６への悪影響を防止できる。
【００２７】
なお、本実施例の場合、吐出温度Tdを検出する代わりに、吐出温度Tdに相関する物理量、例えば冷媒の蒸発圧力、蒸発温度、あるいは冷媒の吐出圧力を検出しても良い。また、吐出温度Tdが規定値を超えている時は、目標温度差ΔＴの変更ではなく、吐出温度Tdを直接フィードバックして、規定値以下となる様に膨張弁８を制御しても良い。
【００２８】
（第２実施例）
本実施例は、目標温度差ΔＴを大きくする時に、その目標温度差ΔＴをサイクル内の低圧側圧力（冷媒の蒸発温度Ts）から決定してフィードバック制御を行う一例である。
この制御を実行するＥＣＵ１５の処理手順を図４のフローチャートに示す。
Step10…設定された目標温度差ΔＴが得られるように膨張弁８の弁開度を制御する（高圧制御）。
Step20…冷媒の蒸発温度Tsを検出する。
【００２９】
Step30…蒸発温度Tsが保護制御開始温度Ts1 （本発明の所定値）より低いか否かを判定する。この判定で、蒸発温度Tsが保護制御開始温度Ts1 より低い時はStep40へ進み、蒸発温度Tsが保護制御開始温度Ts1 以上の時はStep70へ進む。
Step40…蒸発温度Tsから目標温度差ΔＴを決定する（図５参照）。
Step50…実際の温度差ΔＴ0 を検出する。
Step60…Step40で決定された目標温度差ΔＴとStep50で検出された実際の温度差ΔＴ0 とを比較する。この判定で両者が不一致の時は、Step10へ戻って上記の処理を繰り返す。この判定で両者が一致した時は、Step70へ進む。
【００３０】
Step70…給湯能力を判定する。この判定で、目標の給湯能力を達成している場合は処理を終了し、目標の給湯能力を達成していない時はStep80へ進む。
Step80…目標の給湯能力を確保するために圧縮機６の回転数を上げる。その後、Step10へ戻って上記の処理を繰り返す。
以上の制御によれば、蒸発温度Tsが保護制御開始温度Ts1 より低い時に、その蒸発温度Tsに基づいて通常時より高い目標温度差ΔＴが決定される。その結果、膨張弁８の開度が大きくなって、冷媒の吐出圧力が低下するため、冷媒の吐出温度Tdを圧縮機６の動作温度域まで下げることができ、圧縮機６への悪影響を防止できる。なお、本実施例の場合、給湯温度の低下に伴って吐出温度Tdが低下するので、図５に示す保護制御開始温度Ts1 を低く設定しても良い。
【００３１】
なお、上記の第１実施例及び第２実施例では、目標温度差ΔＴ（水熱交換器７に流入する給湯用水と水熱交換器７より流出する冷媒との温度差）が得られるように、膨張弁８の弁開度を制御しているが、電動ポンプ３の吐出量を制御して、水熱交換器７を流れる給湯用水の流量を変化させても良い。
【００３２】
（第３実施例）
本実施例は、圧縮機６の負荷が過大であるか否かを判断し、過大であると判断された時に目標温度差ΔＴを大きくする一例である。
圧縮機６の負荷が過大であるか否かを判断する方法として、例えばインバータ回路１６を保護するために出力電流を制限する保護回路（図示しない）の作動状態を検出し、この保護回路により出力制限（電流制限）される時は、圧縮機６の負荷が過大であると判断する。
【００３３】
以下に、本実施例の制御を実行するＥＣＵ１５の処理手順を図６のフローチャートに示す。
Step10…設定された目標温度差ΔＴが得られるように膨張弁８の弁開度を制御する（高圧制御）。
Step20…インバータ回路１６による電流制限の有無を判断する。電流制限が行われている場合（判定結果ＹＥＳ）はStep30へ進み、電流制限が行われていない場合（判定結果ＮＯ）はStep40へ進む。
【００３４】
Step30…目標温度差ΔＴを大きい値（例えば１５℃）に変更した後、Step10へ戻る。
Step40…給湯能力を判定する。この判定で、目標の給湯能力を達成している場合は処理を終了し、目標の給湯能力を達成していない時は、Step50へ進む。なお、給湯能力は、例えば水熱交換器７において冷媒によって加熱され、タンク２に蓄えられる温水の熱量（温水温度と流量とから求める）によって判定することができる。具体的には、所定時間内に温水が授受した熱量が所定値以上であれば、目標の給湯能力を達成していると判定する。
Step50…目標の給湯能力を確保するために圧縮機６（モータ６ａ）の回転数を上げる。その後、Step10へ戻って上記の処理を繰り返す。
【００３５】
以上の制御によれば、ヒートポンプサイクル４の通常運転時には、図７（ａ）に示す様に、目標温度差ΔＴ＝１０℃となる様に高圧圧力を制御することで、水熱交換器７での最適な熱交換状態を得ることができる。また、何らかの要因で圧縮機６の負荷が過大となる場合は、図７（ｂ）に示す様に、目標温度差ΔＴを規定値（本実施例では１０℃）より５℃程度大きい値に変更することで、上記の通常運転時より低い高圧圧力で運転を継続することができる。これにより、圧縮機６の負荷が増大する高負荷状態においても、システムの異常を防止できる。
【００３６】
また、圧縮機６の過負荷によってインバータ回路１６による電流制限が行われても、その後、目標温度差ΔＴを大きくすることで、インバータ回路１６による電流制限が解消されるため、圧縮機６の回転数の落ち込みによる冷媒流量の低下を防止できる。その結果、膨張弁８の開度が必要以上に絞られることはなく、必要な給湯能力を確保できる。
【００３７】
（変形例）
上記の実施例では、圧縮機６の負荷が過大であるか否かをインバータ回路１６による電流制御の有無に基づいて判定しているが、インバータ回路１６から圧縮機６のモータ６ａに印加される駆動電流を検出し、この駆動電流に基づいて圧縮機６の負荷を判定することもできる。例えば、図８に示す様に、駆動電流が判定値以上の時は、圧縮機６の負荷が予め設定された上限値以上と判断して、目標温度差ΔＴを規定値より大きい値に変更する。
また、圧縮機６の負荷に相関する物理量（例えば、給湯用水の沸き上げ目標温度、外気温度、圧縮機６の回転数の何れか１つまたは２つ以上の組み合わせ）によって圧縮機６の負荷が過大であるか否かを判断しても良い。
【００３８】
目標温度差ΔＴを規定値より大きい値に変更する時は、一律＋５℃である必要はなく、負荷の大きさに応じて段階的または連続的に変更しても良い。例えば、図９に示す様に、給湯用水の沸き上げ目標温度と外気温度との組み合わせによって目標温度差ΔＴを段階的に変更することができる。この場合、圧縮機６の回転数に応じて目標温度差ΔＴの判定領域を変動させても良い。つまり、圧縮機６の回転数が高い程、目標温度差ΔＴを大きくする様に補正する。
【図面の簡単な説明】
【図１】ヒートポンプ式給湯器の構成を示す模式図である。
【図２】ＣＯ2 サイクルのＴ−Ｈ線図である（第１実施例）。
【図３】ＥＣＵの処理手順を示すフローチャートである（第１実施例）。
【図４】ＥＣＵの処理手順を示すフローチャートである（第２実施例）。
【図５】冷媒の蒸発温度Tsと目標温度差ΔＴとの関係を示す特性図である。
【図６】ＥＣＵの処理手順を示すフローチャートである（第３実施例）。
【図７】ＣＯ2 サイクルのＴ−Ｈ線図である（第３実施例）。
【図８】圧縮機の駆動電流と負荷との相関を示すグラフである。
【図９】目標温度差を段階的に変更する場合の一例を示すグラフである。
【符号の説明】
１ ヒートポンプ式給湯器
４ 超臨界ヒートポンプサイクル
６ 圧縮機
７ 水熱交換器（対向式熱交換器）
８ 膨張弁
１６ インバータ回路
【発明の属する技術分野】
本発明は、超臨界ヒートポンプサイクルを被加熱流体の加熱手段として使用するヒートポンプ式給湯器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、高圧側の冷媒圧力を臨界圧以上まで加圧して使用する超臨界ヒートポンプサイクルを用いて温水加熱を行うヒートポンプ式給湯器が公知である。
この給湯器は、図１に示すように、低温水と高温冷媒とを熱交換させる水熱交換器７を備え、その水熱交換器７で加熱された高温水をタンク２内に貯留しておき、使用時にタンク２内から高温水を取り出して温度調節した後、使用者に供給するシステムである。
このヒートポンプ式給湯器は、サイクル効率の高い領域でヒートポンプサイクルを運転するために、水熱交換器７に流入する低温水と水熱交換器７から流出する冷媒との目標温度差ΔＴ（例えば１０℃）を設定し、この目標温度差ΔＴに基づいてサイクルの高圧制御が行われている。基本的には、膨張弁の開度を調節して高圧制御を行っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記の目標温度差ΔＴに基づいてサイクルの高圧制御を行うと、ヒートポンプ式給湯器を低温度条件下で使用した場合に、サイクル内の低圧圧力（蒸発圧力）が低下して冷媒の吐出温度が圧縮機の動作温度域を超えてしまう可能性があった。
一方、外気温の上昇、被加熱流体の温度上昇、圧縮機の回転数上昇、水熱交換器の性能低下等により、サイクル内の高圧圧力が上昇すると、圧縮機の負荷が増大するため、システムに異常を来す（例えば、圧縮機を駆動するインバータ回路の寿命低下、圧縮機内部の摺動不良等）恐れがある。
【０００４】
また、圧縮機の過負荷を回避するために、圧縮機を駆動するインバータ回路の電流制限によって圧縮機の回転数が低下すると、膨張弁の開度を絞るだけでは目標温度差ΔＴを達成できなくなる。この場合、膨張弁の開度調節によってサイクルの高圧制御を行う従来の制御方法では、膨張弁の弁開度を下限値まで減少させてしまうため、必要な給湯能力を確保できなくなるという問題が生じる。
本発明は、上記事情に基づいて成されたもので、第１の目的は、ヒートポンプサイクルを低温度条件下で使用した時でも、圧縮機の吐出冷媒温度を動作温度域に制御できること、第２の目的は、圧縮機の負荷増大によるシステム異常を防止でき、且つ所望の給湯能力を確保できる給湯器を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
（請求項１の手段）
対向式熱交換器に流入する被加熱流体と対向式熱交換器から流出する冷媒との温度差が目標温度差ΔＴとなるように、膨張弁の開度、圧縮機の回転数、ポンプの吐出量のうち何れか一つを制御してヒートポンプサイクルの高圧制御を行い、且つ圧縮機から吐出される冷媒の吐出温度または吐出温度に相関する物理量を検出し、その検出された冷媒の吐出温度または物理量が規定値以上の時は、規定値未満となるまで目標温度差ΔＴを大きい値に変更する。
この場合、目標温度差ΔＴを大きくすると、対向式熱交換器での熱交換効率が低下して熱交換量が減少する。つまり、圧縮機の吐出圧力が低くなる様に制御するため、それに伴って冷媒の吐出温度も低下する。
【０００６】
（請求項２の手段）
請求項１に記載したヒートポンプ式給湯器において、
ヒートポンプサイクルの低圧側圧力が所定値以下の時に、低圧側圧力が低い程、目標温度差ΔＴを大きく設定することを特徴とする。
外気温度の低下によってサイクル内の低圧側圧力（冷媒の蒸発圧力）が低下すると、圧縮機の負荷が増大して冷媒の吐出温度が上昇するため、サイクル内の蒸発圧力が低い程、目標温度差ΔＴを大きく設定することが、冷媒の吐出温度を抑制する上で効果的である。
【０００７】
（請求項３の手段）
請求項１または２に記載したヒートポンプ式給湯器において、
圧縮機に吸入されるガス冷媒の状態を圧力または温度、あるいは双方によって検出し、その検出値を冷媒の吐出温度に相関する物理量とすることができる。
【０００８】
（請求項４の手段）
請求項１または２に記載したヒートポンプ式給湯器において、
圧縮機で加圧された冷媒の吐出圧力を検出し、その検出値を冷媒の吐出温度に相関する物理量とすることができる。
【０００９】
（請求項５の手段）
対向式熱交換器に流入する被加熱流体と対向式熱交換器から流出する冷媒との温度差が目標温度差ΔＴとなるように、膨張弁の開度、圧縮機の回転数、ポンプの吐出量のうち何れか一つを制御してヒートポンプサイクルの高圧制御を行い、且つ圧縮機の負荷が過大であるか否かを判断し、過大である場合は、目標温度差ΔＴを大きい値に変更する。
この場合、目標温度差ΔＴを大きくすると、対向式熱交換器での熱交換効率が低下して熱交換量が減少する。つまり、目標温度差ΔＴを大きくする前より低い高圧圧力にて圧縮機の運転が継続される。
【００１０】
（請求項６の手段）
請求項５に記載したヒートポンプ式給湯器において、
圧縮機の駆動電流を検出し、その駆動電流が判定値以上の時に圧縮機の負荷が過大であると判断することができる。この場合、駆動電流が大きくなると、圧縮機の回転数が上昇して負荷が増大するため、その負荷の増大を駆動電流によって判断することができる。
【００１１】
（請求項７の手段）
請求項５または６に記載したヒートポンプ式給湯器において、
圧縮機を駆動するインバータ回路を有し、このインバータ回路は、回路保護のために出力電流を制限する保護回路を具備し、この保護回路による出力制限の有無を検出し、出力制限を有する時に圧縮機の負荷が過大であると判断することができる。この場合、保護回路によるインバータ回路の出力制限は、請求項６に記載した判定値に基づいて実施しても良いし、判定値とは異なる基準値を設定して行っても良い。
【００１２】
（請求項８の手段）
請求項５に記載したヒートポンプ式給湯器において、
被加熱流体の沸き上げ目標温度、外気温度、圧縮機の回転数のいずれか１つまたは２つ以上の組み合わせによって圧縮機の負荷が過大であるか否かを判断することができる。つまり、沸き上げ目標温度、外気温度、圧縮機の回転数のいずれも、圧縮機の負荷に相関するため、これらの物理量に基づいて圧縮機の負荷を判定することが可能である。
【００１３】
（請求項９の手段）
請求項５に記載したヒートポンプ式給湯器において、
圧縮機の負荷が過大であると判断された場合に、被加熱流体の沸き上げ目標温度または目標温度差ΔＴを圧縮機の負荷の大きさによって段階的または連続的に変更することを特徴とする。
【００１４】
（請求項１０の手段）
請求項１〜９に記載した何れかのヒートポンプ式給湯器において、
ヒートポンプサイクルは、弁開度を電気的に調節可能な膨張弁を具備し、目標温度差ΔＴに基づき膨張弁の開度を変化させることで高圧制御を行う。例えば、膨張弁の開度を小さくすると、冷媒の流路抵抗が大きくなるので、圧縮機から吐出される高圧側の冷媒圧力が上昇する。逆に、膨張弁の開度を大きくすると、冷媒の流路抵抗が小さくなるので、圧縮機から吐出される高圧側の冷媒圧力が低下する。
また、目標温度差ΔＴを大きい値に変更した時は、目標の給湯能力が得られるように 圧縮機の回転数を増加させる。膨張弁の開度を大きくすると、対向式熱交換器での熱交換量が低下して、給湯能力（例えばタンク内の熱量）が低下する。従って、目標温度差ΔＴを大きい値に変更した時は、圧縮機の回転数を増加させることで、目標の給湯能力を確保することができる。
【００１６】
（請求項１１の手段）
本発明のヒートポンプ式給湯器は、圧縮機から吐出される冷媒の吐出温度が規定値以下の時は、対向式熱交換器に流入する被加熱流体と対向式熱交換器から流出する冷媒との温度差が目標温度差ΔＴとなるように、膨張弁の開度、圧縮機の回転数、ポンプの吐出量のうち何れか一つを制御してヒートポンプサイクルの高圧制御を行い、温度検出手段で検出される吐出温度が規定値以上の時は、吐出温度をフィードバックして規定値以下となる様にヒートポンプサイクルの高圧制御（例えば膨張弁の制御）を行う。つまり、吐出温度が規定値以上の時は、目標温度差ΔＴの変更ではなく、吐出温度を直接フィードバックしてヒートポンプサイクルの高圧制御に切り換える。
【００１７】
【発明の実施の形態】
次に、本発明のヒートポンプ式給湯器を図面に基づいて説明する。
（第１実施例）
図１はヒートポンプ式給湯器の構成を示す模式図、図２はＣＯ2 サイクルのＴ−Ｈ線図である。
本実施例のヒートポンプ式給湯器１は、加熱された給湯用水（被加熱流体）をタンク２内に貯留しておき、使用時にタンク２内から給湯用水を取り出し、温度調節して使用者に供給するシステムであり、給湯用水を循環させる電動ポンプ３、給湯用水の加熱手段である超臨界ヒートポンプサイクル４等を具備している（図１参照）。
【００１８】
タンク２は、耐蝕性に優れた金属製（例えばステンレス製）で断熱構造を有し、高温の給湯用水を長時間に渡って保温することができる。なお、タンク２内に貯留される給湯用水は、キッチンや風呂等で直接使用しても良いが、給湯用以外に、例えば床暖房用、室内空調用等の熱源として利用することもできる。
電動ポンプ３は、タンク２とヒートポンプサイクル４の水熱交換器７とを環状に接続する温水配管５に設けられて、タンク２と水熱交換器７との間で給湯用水を循環させるとともに、内蔵するモータの回転数に応じて循環水量を調節することができる。
【００１９】
超臨界ヒートポンプサイクル４は、高圧側の冷媒圧力が臨界圧力以上となるサイクルで、図１に示すように、圧縮機６、上記の水熱交換器７（本発明の対向式熱交換器）、膨張弁８、空気熱交換器９、アキュムレータ１０等によって構成され、冷媒として臨界圧力の低い二酸化炭素（ＣＯ2 ）を使用している。
圧縮機６は、インバータ回路１６によって駆動されるモータ６ａを具備し、このモータ６ａの回転により、吸引したガス冷媒を臨界圧力以上まで圧縮して吐出する。
水熱交換器７は、圧縮機６より吐出された高圧のガス冷媒と給湯用水とを熱交換するもので、図１に矢印で示すように、冷媒の流れ方向と給湯用水の流れ方向とが対向するように構成されている。
【００２０】
膨張弁８は、弁開度を電気的に調節可能な構成を有し、水熱交換器７で冷却された冷媒を弁開度に応じて減圧する。
本発明の蒸発器である空気熱交換器９は、ファン１１による送風を受けて、膨張弁８で減圧された冷媒を大気との熱交換によって蒸発させる。
アキュムレータ１０は、空気熱交換器９で蒸発した冷媒を気液分離してサイクル中の余剰冷媒を蓄えるとともに、気相冷媒のみ圧縮機６に吸引させる。
【００２１】
このヒートポンプサイクル４は、圧縮機６から吐出される冷媒の吐出温度Tdを検出する第１冷媒温度センサ１２、水熱交換器７に流入する給湯用水の温度Twを検出する水温センサ１３、水熱交換器７より流出する冷媒の温度Trを検出する第２冷媒温度センサ１４等を具備し、各センサ１２〜１４の検出信号が電子制御装置（以下、ＥＣＵ１５と呼ぶ）に入力される。
【００２２】
ＥＣＵ１５は、ヒートポンプサイクル４を効率良く運転できるように、水熱交換器７に流入する給湯用水と水熱交換器７より流出する冷媒との温度差を求め、この温度差に基づいてサイクル内の高圧側圧力を制御している。具体的には、サイクル効率の指標として前記温度差の目標値（目標温度差ΔＴと呼ぶ）を設定し、この目標温度差ΔＴが得られるように、膨張弁８の弁開度を電気的に制御している。
次に、本発明に係わるＥＣＵ１５の処理手順を図３に示すフローチャートに基づいて説明する。
【００２３】
Step10…設定された目標温度差ΔＴ（例えば１０℃）が得られるように膨張弁８の弁開度を制御する（高圧制御）。
Step20…第１冷媒温度センサ１２によって吐出温度Tdを検出する。
Step30…吐出温度Tdを判定する。この判定で、吐出温度Tdが規定値以上の時はStep40へ進み、吐出温度Tdが規定値未満の時はStep50へ進む。なお、この判定で使用される規定値は、圧縮機６の許容上限温度（動作温度域の上限温度）によって設定される。
【００２４】
Step40…目標温度差ΔＴを大きくした後、Step10へ戻る。ここでは、Step30の判定で吐出温度Tdが規定値未満となるまで目標温度差ΔＴが順次大きい値に更新される。
Step50…給湯能力を判定する。この判定で、目標の給湯能力を達成している場合は処理を終了し、目標の給湯能力を達成していない時は、Step60へ進む。なお、給湯能力は、例えば水熱交換器７において冷媒によって加熱され、タンク２に蓄えられる温水の熱量（温水温度と流量とから求める）によって判定することができる。具体的には、所定時間内に温水が授受した熱量が所定値以上であれば、目標の給湯能力を達成していると判定する。
Step60…目標の給湯能力を確保するために圧縮機６（モータ６ａ）の回転数を上げる。その後、Step10へ戻って上記の処理を繰り返す。
【００２５】
以上の制御によれば、検出された冷媒の吐出温度Tdが規定値を超えている時は、目標温度差ΔＴを大きい値に変更するため、膨張弁８の開度が大きくなる。
図２は、膨張弁８の開度が大きくなる前後のヒートポンプサイクル４の状態を示すグラフである。
膨張弁８の開度が大きくなる前は、温度差ΔＴ′は目標温度差ΔＴを満足しているが、圧縮機６の吐出温度Ｔｄ′は、規定値を超えてしまっている。この様な状態は、特に外気温度が低下し、低圧側の冷媒圧力が低下したときに発生しやすい。
【００２６】
膨張弁８の開度が大きくなった後には、ヒートポンプサイクル４の高圧側冷媒の圧力が低下するため、圧縮機６の仕事量Ｌ、水熱交換器７の放熱能力Ｑが減少する（Ｌ′→Ｌ、Ｑ′→Ｑ）。この結果、圧縮機６の吐出温度Tdが低下する。この吐出温度Tdが圧縮機６の動作温度域に低下するまで、目標温度差ΔＴは順次大きい値に更新される。
このようにして、圧縮機６の冷媒の吐出温度Tdを動作温度域まで下げることができるので、圧縮機６への悪影響を防止できる。
【００２７】
なお、本実施例の場合、吐出温度Tdを検出する代わりに、吐出温度Tdに相関する物理量、例えば冷媒の蒸発圧力、蒸発温度、あるいは冷媒の吐出圧力を検出しても良い。また、吐出温度Tdが規定値を超えている時は、目標温度差ΔＴの変更ではなく、吐出温度Tdを直接フィードバックして、規定値以下となる様に膨張弁８を制御しても良い。
【００２８】
（第２実施例）
本実施例は、目標温度差ΔＴを大きくする時に、その目標温度差ΔＴをサイクル内の低圧側圧力（冷媒の蒸発温度Ts）から決定してフィードバック制御を行う一例である。
この制御を実行するＥＣＵ１５の処理手順を図４のフローチャートに示す。
Step10…設定された目標温度差ΔＴが得られるように膨張弁８の弁開度を制御する（高圧制御）。
Step20…冷媒の蒸発温度Tsを検出する。
【００２９】
Step30…蒸発温度Tsが保護制御開始温度Ts1 （本発明の所定値）より低いか否かを判定する。この判定で、蒸発温度Tsが保護制御開始温度Ts1 より低い時はStep40へ進み、蒸発温度Tsが保護制御開始温度Ts1 以上の時はStep70へ進む。
Step40…蒸発温度Tsから目標温度差ΔＴを決定する（図５参照）。
Step50…実際の温度差ΔＴ0 を検出する。
Step60…Step40で決定された目標温度差ΔＴとStep50で検出された実際の温度差ΔＴ0 とを比較する。この判定で両者が不一致の時は、Step10へ戻って上記の処理を繰り返す。この判定で両者が一致した時は、Step70へ進む。
【００３０】
Step70…給湯能力を判定する。この判定で、目標の給湯能力を達成している場合は処理を終了し、目標の給湯能力を達成していない時はStep80へ進む。
Step80…目標の給湯能力を確保するために圧縮機６の回転数を上げる。その後、Step10へ戻って上記の処理を繰り返す。
以上の制御によれば、蒸発温度Tsが保護制御開始温度Ts1 より低い時に、その蒸発温度Tsに基づいて通常時より高い目標温度差ΔＴが決定される。その結果、膨張弁８の開度が大きくなって、冷媒の吐出圧力が低下するため、冷媒の吐出温度Tdを圧縮機６の動作温度域まで下げることができ、圧縮機６への悪影響を防止できる。なお、本実施例の場合、給湯温度の低下に伴って吐出温度Tdが低下するので、図５に示す保護制御開始温度Ts1 を低く設定しても良い。
【００３１】
なお、上記の第１実施例及び第２実施例では、目標温度差ΔＴ（水熱交換器７に流入する給湯用水と水熱交換器７より流出する冷媒との温度差）が得られるように、膨張弁８の弁開度を制御しているが、電動ポンプ３の吐出量を制御して、水熱交換器７を流れる給湯用水の流量を変化させても良い。
【００３２】
（第３実施例）
本実施例は、圧縮機６の負荷が過大であるか否かを判断し、過大であると判断された時に目標温度差ΔＴを大きくする一例である。
圧縮機６の負荷が過大であるか否かを判断する方法として、例えばインバータ回路１６を保護するために出力電流を制限する保護回路（図示しない）の作動状態を検出し、この保護回路により出力制限（電流制限）される時は、圧縮機６の負荷が過大であると判断する。
【００３３】
以下に、本実施例の制御を実行するＥＣＵ１５の処理手順を図６のフローチャートに示す。
Step10…設定された目標温度差ΔＴが得られるように膨張弁８の弁開度を制御する（高圧制御）。
Step20…インバータ回路１６による電流制限の有無を判断する。電流制限が行われている場合（判定結果ＹＥＳ）はStep30へ進み、電流制限が行われていない場合（判定結果ＮＯ）はStep40へ進む。
【００３４】
Step30…目標温度差ΔＴを大きい値（例えば１５℃）に変更した後、Step10へ戻る。
Step40…給湯能力を判定する。この判定で、目標の給湯能力を達成している場合は処理を終了し、目標の給湯能力を達成していない時は、Step50へ進む。なお、給湯能力は、例えば水熱交換器７において冷媒によって加熱され、タンク２に蓄えられる温水の熱量（温水温度と流量とから求める）によって判定することができる。具体的には、所定時間内に温水が授受した熱量が所定値以上であれば、目標の給湯能力を達成していると判定する。
Step50…目標の給湯能力を確保するために圧縮機６（モータ６ａ）の回転数を上げる。その後、Step10へ戻って上記の処理を繰り返す。
【００３５】
以上の制御によれば、ヒートポンプサイクル４の通常運転時には、図７（ａ）に示す様に、目標温度差ΔＴ＝１０℃となる様に高圧圧力を制御することで、水熱交換器７での最適な熱交換状態を得ることができる。また、何らかの要因で圧縮機６の負荷が過大となる場合は、図７（ｂ）に示す様に、目標温度差ΔＴを規定値（本実施例では１０℃）より５℃程度大きい値に変更することで、上記の通常運転時より低い高圧圧力で運転を継続することができる。これにより、圧縮機６の負荷が増大する高負荷状態においても、システムの異常を防止できる。
【００３６】
また、圧縮機６の過負荷によってインバータ回路１６による電流制限が行われても、その後、目標温度差ΔＴを大きくすることで、インバータ回路１６による電流制限が解消されるため、圧縮機６の回転数の落ち込みによる冷媒流量の低下を防止できる。その結果、膨張弁８の開度が必要以上に絞られることはなく、必要な給湯能力を確保できる。
【００３７】
（変形例）
上記の実施例では、圧縮機６の負荷が過大であるか否かをインバータ回路１６による電流制御の有無に基づいて判定しているが、インバータ回路１６から圧縮機６のモータ６ａに印加される駆動電流を検出し、この駆動電流に基づいて圧縮機６の負荷を判定することもできる。例えば、図８に示す様に、駆動電流が判定値以上の時は、圧縮機６の負荷が予め設定された上限値以上と判断して、目標温度差ΔＴを規定値より大きい値に変更する。
また、圧縮機６の負荷に相関する物理量（例えば、給湯用水の沸き上げ目標温度、外気温度、圧縮機６の回転数の何れか１つまたは２つ以上の組み合わせ）によって圧縮機６の負荷が過大であるか否かを判断しても良い。
【００３８】
目標温度差ΔＴを規定値より大きい値に変更する時は、一律＋５℃である必要はなく、負荷の大きさに応じて段階的または連続的に変更しても良い。例えば、図９に示す様に、給湯用水の沸き上げ目標温度と外気温度との組み合わせによって目標温度差ΔＴを段階的に変更することができる。この場合、圧縮機６の回転数に応じて目標温度差ΔＴの判定領域を変動させても良い。つまり、圧縮機６の回転数が高い程、目標温度差ΔＴを大きくする様に補正する。
【図面の簡単な説明】
【図１】ヒートポンプ式給湯器の構成を示す模式図である。
【図２】ＣＯ2 サイクルのＴ−Ｈ線図である（第１実施例）。
【図３】ＥＣＵの処理手順を示すフローチャートである（第１実施例）。
【図４】ＥＣＵの処理手順を示すフローチャートである（第２実施例）。
【図５】冷媒の蒸発温度Tsと目標温度差ΔＴとの関係を示す特性図である。
【図６】ＥＣＵの処理手順を示すフローチャートである（第３実施例）。
【図７】ＣＯ2 サイクルのＴ−Ｈ線図である（第３実施例）。
【図８】圧縮機の駆動電流と負荷との相関を示すグラフである。
【図９】目標温度差を段階的に変更する場合の一例を示すグラフである。
【符号の説明】
１ ヒートポンプ式給湯器
４ 超臨界ヒートポンプサイクル
６ 圧縮機
７ 水熱交換器（対向式熱交換器）
８ 膨張弁
１６ インバータ回路
Claims (11)
- 冷媒の臨界点を超えて作動する超臨界ヒートポンプサイクルにより被加熱流体を加熱するヒートポンプ式給湯器であって、
吸入した冷媒を臨界圧力以上に加圧して吐出する圧縮機と、
この圧縮機で加圧された冷媒と被加熱流体とを熱交換し、冷媒の流れ方向と被加熱流体の流れ方向とが対向するように構成された対向式熱交換器と、
この対向式熱交換器により熱交換された冷媒を減圧させる膨張弁と、
この膨張弁で減圧された冷媒を蒸発させる蒸発器と、
被加熱流体を循環させるポンプとを備え、
前記対向式熱交換器に流入する被加熱流体と前記対向式熱交換器から流出する冷媒との温度差が目標温度差ΔＴとなるように、前記膨張弁の開度、前記圧縮機の回転数、前記ポンプの吐出量のうち何れか一つを制御して前記ヒートポンプサイクルの高圧制御を行い、且つ前記圧縮機から吐出される冷媒の吐出温度または吐出温度に相関する物理量を検出し、その検出された前記冷媒の吐出温度または前記物理量が規定値以上の時は、規定値未満となるまで前記目標温度差ΔＴを大きい値に変更することを特徴とするヒートポンプ式給湯器。 - 請求項１に記載したヒートポンプ式給湯器において、
前記ヒートポンプサイクルの低圧側圧力が所定値以下の時に、前記低圧側圧力が低い程、前記目標温度差ΔＴを大きく設定することを特徴とするヒートポンプ式給湯器。 - 請求項１または２に記載したヒートポンプ式給湯器において、
前記圧縮機に吸入されるガス冷媒の状態を圧力または温度、あるいは双方によって検出し、その検出値を前記物理量とすることを特徴とするヒートポンプ式給湯器。 - 請求項１または２に記載したヒートポンプ式給湯器において、
前記圧縮機で加圧された冷媒の吐出圧力を検出し、その検出値を前記物理量とすることを特徴とするヒートポンプ式給湯器。 - 冷媒の臨界点を超えて作動する超臨界ヒートポンプサイクルにより被加熱流体を加熱するヒートポンプ式給湯器であって、
吸入した冷媒を臨界圧力以上に加圧して吐出する圧縮機と、
この圧縮機で加圧された冷媒と被加熱流体とを熱交換し、冷媒の流れ方向と被加熱流体の流れ方向とが対向するように構成された対向式熱交換器と、
この対向式熱交換器により熱交換された冷媒を減圧させる膨張弁と、
この膨張弁で減圧された冷媒を蒸発させる蒸発器と、
被加熱流体を循環させるポンプとを備え、
前記対向式熱交換器に流入する被加熱流体と前記対向式熱交換器から流出する冷媒との温度差が目標温度差ΔＴとなるように、前記膨張弁の開度、前記圧縮機の回転数、前記ポンプの吐出量のうち何れか一つを制御して前記ヒートポンプサイクルの高圧制御を行い、且つ前記圧縮機の負荷が過大であるか否かを判断し、過大である場合は、前記目標温度差ΔＴを大きい値に変更することを特徴とするヒートポンプ式給湯器。 - 請求項５に記載したヒートポンプ式給湯器において、
前記圧縮機の駆動電流を検出し、その駆動電流が判定値以上の時に前記圧縮機の負荷が過大であると判断することを特徴とするヒートポンプ式給湯器。 - 請求項５または６に記載したヒートポンプ式給湯器において、
前記圧縮機を駆動するインバータ回路を有し、このインバータ回路は、回路保護のために出力電流を制限する保護回路を具備し、この保護回路による出力制限の有無を検出し、出力制限を有する時に前記圧縮機の負荷が過大であると判断することを特徴とするヒートポンプ式給湯器。 - 請求項５に記載したヒートポンプ式給湯器において、
前記被加熱流体の沸き上げ目標温度、外気温度、前記圧縮機の回転数のいずれか１つまたは２つ以上の組み合わせによって前記圧縮機の負荷が過大であるか否かを判断することを特徴とするヒートポンプ式給湯器。 - 請求項５に記載したヒートポンプ式給湯器において、
前記圧縮機の負荷が過大であると判断された場合に、前記被加熱流体の沸き上げ目標温度または前記目標温度差ΔＴを前記圧縮機の負荷の大きさによって段階的または連続的に変更することを特徴とするヒートポンプ式給湯器。 - 請求項１〜９に記載した何れかのヒートポンプ式給湯器において、
前記ヒートポンプサイクルは、弁開度を電気的に調節可能な膨張弁を具備し、前記目標温度差ΔＴに基づき前記膨張弁の開度を変化させることで高圧制御を行い、且つ前記目標温度差ΔＴを大きい値に変更した時は、目標の給湯能力が得られるように前記圧縮機の回転数を増加させることを特徴とするヒートポンプ式給湯器。 - 冷媒の臨界点を超えて作動する超臨界ヒートポンプサイクルにより被加熱流体を加熱するヒートポンプ式給湯器であって、
吸入した冷媒を臨界圧力以上に加圧して吐出する圧縮機と、
この圧縮機で加圧された冷媒と被加熱流体とを熱交換し、冷媒の流れ方向と被加熱流体の流れ方向とが対向するように構成された対向式熱交換器と、
この対向式熱交換器により熱交換された冷媒を減圧させる膨張弁と、
この膨張弁で減圧された冷媒を蒸発させる蒸発器と、
被加熱流体を循環させるポンプと、
前記圧縮機から吐出される冷媒の吐出温度を検出する温度検出手段とを備え、
前記温度検出手段で検出される吐出温度が規定値以下の時は、前記対向式熱交換器に流入する被加熱流体と前記対向式熱交換器から流出する冷媒との温度差が目標温度差ΔＴとなるように、前記膨張弁の開度、前記圧縮機の回転数、前記ポンプの吐出量のうち何れか一つを制御して前記ヒートポンプサイクルの高圧制御を行い、
前記温度検出手段で検出される吐出温度が規定値以上の時は、前記吐出温度をフィードバックして規定値以下となる様に前記ヒートポンプサイクルの高圧制御を行うことを特徴とするヒートポンプ式給湯器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001117040A JP3740380B2 (ja) | 2000-04-19 | 2001-04-16 | ヒートポンプ式給湯器 |
Applications Claiming Priority (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000118394 | 2000-04-19 | ||
| JP2000311142 | 2000-10-11 | ||
| JP2000-118394 | 2000-10-11 | ||
| JP2000-311142 | 2000-10-11 | ||
| JP2001117040A JP3740380B2 (ja) | 2000-04-19 | 2001-04-16 | ヒートポンプ式給湯器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002188859A JP2002188859A (ja) | 2002-07-05 |
| JP3740380B2 true JP3740380B2 (ja) | 2006-02-01 |
Family
ID=27343143
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001117040A Expired - Fee Related JP3740380B2 (ja) | 2000-04-19 | 2001-04-16 | ヒートポンプ式給湯器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3740380B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016099072A (ja) * | 2014-11-25 | 2016-05-30 | 株式会社ノーリツ | ヒートポンプ給湯システム |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006006578A1 (ja) * | 2004-07-12 | 2006-01-19 | Denso Corporation | ヒートポンプ式給湯器 |
| JP2007155229A (ja) * | 2005-12-06 | 2007-06-21 | Sanden Corp | 蒸気圧縮式冷凍サイクル |
| JP4950004B2 (ja) * | 2007-11-12 | 2012-06-13 | 株式会社コロナ | ヒートポンプ式給湯装置 |
| JP4530056B2 (ja) * | 2008-02-11 | 2010-08-25 | 株式会社デンソー | ヒートポンプ式加熱装置 |
| JP5279528B2 (ja) * | 2009-01-28 | 2013-09-04 | 三菱電機株式会社 | ヒートポンプ式給湯装置 |
| ATE519018T1 (de) * | 2009-06-11 | 2011-08-15 | Thermonetics Ltd | System zur effizienten flüssigkeitsdruckablassung |
| JP5812726B2 (ja) * | 2011-07-12 | 2015-11-17 | 三菱重工業株式会社 | ヒートポンプ給湯機 |
| JP6111156B2 (ja) | 2013-06-28 | 2017-04-05 | リンナイ株式会社 | 暖房システム |
| CN103884095B (zh) * | 2014-03-04 | 2016-12-07 | 江门菲普森电器制造有限公司 | 一种自调控的安全型空气能热水器 |
| KR20210034739A (ko) * | 2019-09-20 | 2021-03-31 | 두원중공업(주) | 차량용 전동압축기 이상 진단 방법 |
-
2001
- 2001-04-16 JP JP2001117040A patent/JP3740380B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016099072A (ja) * | 2014-11-25 | 2016-05-30 | 株式会社ノーリツ | ヒートポンプ給湯システム |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2002188859A (ja) | 2002-07-05 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4337880B2 (ja) | ヒートポンプ式給湯器 | |
| US6430949B2 (en) | Heat-pump water heater | |
| JP4059616B2 (ja) | ヒートポンプ式温水器 | |
| KR102189464B1 (ko) | 난방 시스템 | |
| JP2011069570A (ja) | ヒートポンプサイクル装置 | |
| JP6004670B2 (ja) | 空気調和装置の制御装置及び空気調和装置の制御方法並びに空気調和装置のプログラム、それを備えた空気調和装置 | |
| JP3740380B2 (ja) | ヒートポンプ式給湯器 | |
| JP3659197B2 (ja) | ヒートポンプ給湯機 | |
| JP2007198630A (ja) | 貯湯式給湯装置 | |
| JP2002081768A5 (ja) | ||
| JP2010025517A (ja) | ヒートポンプ式給湯機 | |
| JP4548298B2 (ja) | ヒートポンプ式給湯装置 | |
| JP3700474B2 (ja) | ヒートポンプ給湯機 | |
| JP3703995B2 (ja) | ヒートポンプ給湯機 | |
| JP3900186B2 (ja) | ヒートポンプ給湯機 | |
| JP5381749B2 (ja) | 冷凍サイクル装置 | |
| JP4867925B2 (ja) | ヒートポンプ式給湯装置 | |
| JP4251785B2 (ja) | ヒートポンプ式温水器 | |
| JP3856025B2 (ja) | ヒートポンプ給湯機 | |
| JP2013160485A (ja) | ヒートポンプ式液体加熱装置 | |
| JP2000346447A5 (ja) | ||
| JP2005201538A (ja) | ヒートポンプ式温水器 | |
| JP4430406B2 (ja) | 冷凍サイクル装置 | |
| JP4910559B2 (ja) | ヒートポンプ式給湯機 | |
| JP6208633B2 (ja) | ヒートポンプ式給湯機 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20050706 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20050726 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20050926 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20051101 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20051107 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091111 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101111 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111111 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121111 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131111 Year of fee payment: 8 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| S533 | Written request for registration of change of name |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |