JP3800497B2 - 給湯器 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷媒水熱交換器の冷媒通路を通過する高温の冷媒と、冷媒水熱交換器の湯水通路を通過する湯水とを熱交換して湯水を加熱するヒートポンプ運転を行う給湯器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、冷媒水熱交換器の冷媒通路を通過する高温の冷媒と、冷媒水熱交換器の湯水通路を通過する湯水とを熱交換して給湯用の温水を製造する給湯器が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
この給湯器において、ヒートポンプ運転を停止（圧縮機および循環ポンプの作動を停止）すると湯水の流れが止まり、高温の冷媒により湯水通路内の湯水が加熱されるので湯水が沸騰する虞がある。
湯水が沸騰すると、下記の不具合が発生する。
エア溜まりが発生し、次回運転時の送水不良やスケールの発生を招く。
また、異音が発生したり、エアの圧力により湯水通路や循環ポンプが傷む。
【０００４】
本発明の目的は、圧縮機の作動を停止した際に湯水通路を通過する湯水が沸騰を起こさない給湯器の提供にある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
〔請求項１、３、４、５について〕
冷媒回路は、二酸化炭素である冷媒を圧縮する圧縮機、冷媒水熱交換器の冷媒通路、減圧手段、および冷媒蒸発器を環状に接続してなる。
給湯回路は、冷媒水熱交換器の湯水通路、開度を可変することにより流路抵抗が増減可能な水圧調整弁、貯湯槽、および循環ポンプを環状に接続してなる。
【０００６】
給湯器は、圧縮機および循環ポンプを作動して、冷媒通路を通過する高温の冷媒と湯水通路を通過する湯水とを熱交換して湯水を加熱するヒートポンプ運転を行う。
水圧調整弁は、前記冷媒水熱交換器と前記貯湯槽との間に設けられている。
ヒートポンプ運転を停止（圧縮機の作動を停止）する際に、湯水通路を通過する湯水が沸騰を起こす虞が有る場合には、水圧調整弁の開度を小さくして一時的に給湯回路内の流路抵抗を増加させて湯水通路内の湯水の水圧を高め、且つ、沸騰を起こす虞がなくなるまで循環ポンプの作動を継続して放熱する。これにより、湯水通路を通過する湯水の沸騰を防止することができる。
【０００７】
具体的には、圧縮機から吐出する冷媒の温度が所定温度を越える場合には、湯水通路を通過する湯水が沸騰を起こす虞が有るとして、循環ポンプの作動を継続する。
そして、湯水通路を通過する湯水の温度が設定温度以下になると、湯水通路を通過する湯水が沸騰を起こす虞がなくなったとして、循環ポンプの作動を停止する。
または、圧縮機が作動を停止してから所定時間が経過したとき、湯水通路を通過する湯水が沸騰を起こす虞がなくなったとして循環ポンプの作動を停止する。
【００１１】
〔請求項２について〕
冷媒回路は、二酸化炭素である冷媒を圧縮する圧縮機、冷媒水熱交換器の冷媒通路、減圧手段、および冷媒蒸発器を環状に接続してなる。
給湯回路は、冷媒水熱交換器の湯水通路、貯湯槽、および循環ポンプを環状に接続してなる。
【００１２】
給湯器は、圧縮機および循環ポンプを作動して、冷媒通路を通過する高温の冷媒と湯水通路を通過する湯水とを熱交換して湯水を加熱するヒートポンプ運転を行う。なお、ヒートポンプ運転中はバイパス手段を動作させない。
【００１３】
貯湯槽内に充分な量の湯水が貯湯された状態になってヒートポンプ運転の停止（圧縮機の作動停止）が指示された際に、湯水通路を通過する湯水が沸騰を起こす虞が有る場合には、沸騰を起こす虞がなくなるまで、バイパス手段を動作させ、且つ、循環ポンプの作動を継続する。
これにより、湯水通路を通過する湯水の沸騰を防止することができる。また、温度が下がった湯水が貯湯槽に入りこまない。
〔請求項６について〕
圧縮機が停止するのは、貯湯槽内に充分な量の湯水が貯湯された状態になった場合である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の第１実施例（請求項１、３、４、６に対応）を、図１および図２に基づいて説明する。
給湯器Ａは、冷媒を圧縮する圧縮機１、冷媒水熱交換器２の冷媒通路２１、減圧装置３、および冷媒蒸発器４を環状に接続してなる冷媒回路５と、冷媒水熱交換器２の湯水通路２２、水圧調整弁２３、循環ポンプ６、および貯湯槽７を環状に接続してなる給湯回路８と、圧縮機１や循環ポンプ６等を制御する制御器９等を備える。
【００１５】
そして、ヒートポンプ運転を行う際には、制御器９が圧縮機１および循環ポンプ６を作動状態にして、冷媒通路２１を通過する高温の冷媒と湯水通路２２を通過する湯水とを熱交換して湯水を加熱する。
ヒートポンプ運転中、制御器９は、吐出冷媒温度−給水温度が所定値（例えば１０℃）となる様に、圧縮機１および減圧装置３を制御してサイクルの高圧を維持している。
【００１６】
圧縮機１は、電気モータやエンジン等の駆動装置（図示せず）によって駆動され、吸引したガス冷媒（本実施例では臨界圧力が低いＣＯ₂ ）を圧縮して吐出する。この圧縮機１の冷媒吐出量は、圧縮機（駆動装置）の回転数に応じて可変可能である。
また、圧縮機１から吐出する冷媒の温度を検出するため、圧縮機１の出口側には吐出冷媒温度センサ１１が配されている。
【００１７】
冷媒水熱交換器２は、圧縮機１で圧縮された高温高圧のガス冷媒と湯水とを熱交換するものであり、冷媒が通過する冷媒通路２１と、湯水が通過する湯水通路２２とが隣接して設けられ、冷媒の流れ方向と湯水の流れ方向とが対向する様に構成されている。
【００１８】
減圧装置３は、膨張弁であり、冷媒水熱交換器２の冷媒通路２１と冷媒蒸発器４との間に設けられている。冷媒通路２１を通過して冷却した冷媒が減圧装置３を通過する際に減圧されて冷媒蒸発器４に送られる。なお、制御器９により膨張弁の弁開度が操作される。
冷媒蒸発器４は、室外ファン（図示せず）による送風を受けて、減圧装置３で減圧した冷媒と外気とを熱交換して冷媒を蒸発させる。
【００１９】
循環ポンプ６は、貯湯槽７内の湯水が、底部出口から冷媒水熱交換器２の湯水通路２２の入口→湯水通路２２→湯水通路２２の出口→水圧調整弁２３を経て上部入口から貯湯槽７内へ戻る水流を発生させる。この循環ポンプ６の流水量は、制御器９が司るポンプモータへの通電量に応じて増減する。
なお、７１は絞り弁であり、貯湯槽７内の湯水が所定温度を維持し、且つ所定レベル範囲を維持する様に水道水の導水量を調整する。
冷媒水熱交換器２の湯水通路２２の入口、中間部、出口には、それぞれ、給水温度センサ２２１、湯水中間温度センサ２２２、給湯温度センサ２２３が配されている。
【００２０】
貯湯槽７は、耐蝕性に優れた金属（例えばステンレス）で形成され、給湯用の温水を長時間に亘って保温可能な断熱構造を備える。そして、貯湯槽７内の温水は、キッチン、風呂、床暖房、室内暖房、浴室乾燥などに用いられる。
【００２１】
つぎに、給湯器Ａがヒートポンプ運転を停止する際の作動を、図２に示すフローチャートに基づいて述べる。なお、以下の場合に、給湯器Ａの制御器９がヒートポンプ運転を停止する。
使用者が操作パネル９１の操作スイッチをオフにしてヒートポンプ運転の停止を指示した時。
安い深夜電力が利用できる時間が終了する時。
貯湯槽７内に充分な量の温水が貯湯された状態で、貯湯槽７内の温水が使用されなくなった時。
ヒートポンプ運転の停止が指示されると制御器９は、圧縮機１および冷媒蒸発器４の室外ファンへの通電を停止する（ステップｓ０）。
【００２２】
ステップｓ１で、吐出冷媒温度センサ１１により検出される吐出冷媒温度（圧縮機１から吐出する冷媒の温度）が９５℃以下であるか否かを判別し、吐出冷媒温度が９５℃以下である場合（ＹＥＳ）にはステップｓ２に進み、吐出冷媒温度が９５℃を越える場合（ＮＯ）にはステップｓ３に進む。
【００２３】
吐出冷媒温度が低い場合（９５℃以下）には、循環ポンプ６を止めても湯水通路２２内の湯水が沸騰する虞がないので制御器９は、ステップｓ２で循環ポンプ６への通電を停止する。
【００２４】
吐出冷媒温度が高い場合（９５℃を越える）には、循環ポンプ６を止めると湯水通路２２内の湯水が沸騰する虞が有るので、制御器９は、ステップｓ３で循環ポンプ６への通電を継続する。また、水圧調整弁２３の開度を小さくして一時的に給湯回路８内の流路抵抗を増加させる。
【００２５】
ステップｓ４で、給湯温度センサ２２３により検出される給湯温度が８５℃以下であるか否かを判別し、給湯温度が８５℃以下である場合（ＹＥＳ）には水圧調整弁２３の開度を元に戻して（開放）ステップｓ５に進む。また、給湯温度が８５℃を越える場合（ＮＯ）にはステップｓ３に戻って循環ポンプ６への通電を継続する。
【００２６】
ステップｓ５で、湯水中間温度センサ２２２により検出される湯水中間温度が８５℃以下であるか否かを判別し、湯水中間温度が８５℃以下である場合（ＹＥＳ）にはステップｓ２に進んで循環ポンプ６への通電を停止する。また、湯水中間温度が８５℃を越える場合（ＮＯ）にはステップｓ６進む。
ステップｓ６で循環ポンプ６への通電を継続し、ステップｓ５に戻る。
【００２７】
本実施例の給湯器Ａは、以下の利点を有する。
［ア］ヒートポンプ運転を停止（圧縮機１の作動を停止）する際、圧縮機１から吐出する冷媒の温度（吐出冷媒温度）が９５℃を越えて高い場合には、湯水通路２２を通過する湯水が沸騰を起こす虞が有る。
しかし、この時、給湯器Ａは、水圧調整弁２３の開度を小さくして一時的に給湯回路８内の流路抵抗を増加させ、且つ沸騰を起こす虞がなくなるまで循環ポンプ６の作動を継続して放熱を行っている。
【００２８】
このため、湯水通路２２を通過する湯水の沸騰を防止することができる。
湯水の沸騰を防止できるので、湯水通路２２を含む給湯回路８内に気泡溜まりが生じず、次回運転時の送水不良や、湯水通路２２内におけるスケールの発生を防止することができる。
また、湯水の沸騰に起因する異音が発生せず、湯水通路２２や循環ポンプ６が傷まない。
【００２９】
［イ］ヒートポンプ運転を停止（圧縮機１の作動を停止）する際、圧縮機１から吐出する冷媒の温度（吐出冷媒温度）が９５℃以下と低い場合には、湯水通路２２を通過する湯水が沸騰を起こす虞がない。
この場合には、給湯器Ａは、循環ポンプ６への通電を停止するので無駄なエネルギーの消費を防ぐことができる。
【００３０】
つぎに、本発明の第２実施例（請求項１、３、５、６に対応）を、図１および図３に基づいて説明する。
給湯器Ｂは、機械的な構成は給湯器Ａと同じであるが、ヒートポンプ運転を停止する際の作動が給湯器Ａと異なる。
【００３１】
給湯器Ｂがヒートポンプ運転を停止する際の作動を、図３に示すフローチャートに基づいて述べる。なお、ヒートポンプ運転を停止する条件は、給湯器Ａと同じである。
ヒートポンプ運転の停止が指示されると制御器９は、圧縮機１および冷媒蒸発器４の室外ファンへの通電を停止する（ステップＳ０）。
【００３２】
ステップＳ１で、吐出冷媒温度センサ１１により検出される吐出冷媒温度（圧縮機１から吐出する冷媒の温度）が９５℃以下であるか否かを判別し、吐出冷媒温度が９５℃以下である場合（ＹＥＳ）にはステップＳ２に進み、吐出冷媒温度が９５℃を越える場合（ＮＯ）にはステップＳ３に進む。
【００３３】
吐出冷媒温度が低い場合（９５℃以下）には、循環ポンプ６を止めても湯水通路２２内の湯水が沸騰する虞がないので制御器９は、ステップＳ２で循環ポンプ６への通電を停止する。
【００３４】
吐出冷媒温度が高い場合（９５℃を越える）には、循環ポンプ６を止めると湯水通路２２内の湯水が沸騰する虞が有る。
この場合には、制御器９は、ステップＳ３で現状の給湯温度に基づいて、その給湯温度が８５℃程度に低下する規定時間を決定し、ステップＳ４に進む。
【００３５】
ステップＳ４で、制御器９は、循環ポンプ６への通電を継続する。また、水圧調整弁２３の開度を小さくして一時的に給湯回路８内の流路抵抗を増加させる。
【００３６】
ステップＳ５で、規定時間が経過したか否かを判別し、規定時間が経過している場合（ＹＥＳ）には、水圧調整弁２３の開度を戻して（開放）ステップＳ２に進み、循環ポンプ６への通電を停止する。また、規定時間が経過していない場合（ＮＯ）にはステップＳ４に戻って循環ポンプ６への通電を継続する。
規定時間は、ステップＳ３から計時しているが、略ヒートポンプ運転の停止と同じ時点である。
本実施例の給湯器Ｂは、上記［ア］、［イ］に準じた利点を奏する。
【００３７】
つぎに、本発明の第３実施例（請求項２、３、４に対応）を、図４および図５に基づいて説明する。
給湯器Ｃは、下記の構成が給湯器Ａと異なる。
図４に示す様に、貯湯槽７を迂回して、湯水を湯水通路２２と循環ポンプ６との間で循環させることができる三方弁２４（流路がβ側）とバイパス管２５とを給湯回路８に設けている。
なお、三方弁２４は、ヒートポンプ運転を行う際には、流路がα側に固定される。
【００３８】
つぎに、給湯器Ｃがヒートポンプ運転を停止する際の作動を、図５に示すフローチャートに基づいて述べる。なお、ヒートポンプ運転を停止する条件は、給湯器Ａと同じである。
ヒートポンプ運転の停止が指示されると制御器９は、圧縮機１および冷媒蒸発器４の室外ファンへの通電を停止する（ステップｓ１００）。
【００３９】
ステップｓ１０１で、吐出冷媒温度センサ１１により検出される吐出冷媒温度（圧縮機１から吐出する冷媒の温度）が９５℃以下であるか否かを判別し、吐出冷媒温度が９５℃以下である場合（ＹＥＳ）にはステップｓ１０２に進み、吐出冷媒温度が９５℃を越える場合（ＮＯ）にはステップｓ１０３に進む。
【００４０】
吐出冷媒温度が低い場合（９５℃以下）には、循環ポンプ６を止めても湯水通路２２内の湯水が沸騰する虞がないので制御器９は、ステップｓ１０２で循環ポンプ６への通電を停止する。
【００４１】
吐出冷媒温度が高い場合（９５℃を越える）には、循環ポンプ６を止めると湯水通路２２内の湯水が沸騰する虞が有るので、制御器９は、ステップｓ１０３で、三方弁２４の流路をα側からβ側に切り替え、且つ循環ポンプ６への通電を継続する。
【００４２】
ステップｓ１０４で、給湯温度センサ２２３により検出される給湯温度が８５℃以下であるか否かを判別し、給湯温度が８５℃以下である場合（ＹＥＳ）にはステップｓ１０５に進む。また、給湯温度が８５℃を越える場合（ＮＯ）にはステップｓ１０３に戻って循環ポンプ６への通電を継続する。
【００４３】
ステップｓ１０５で、湯水中間温度センサ２２２により検出される湯水中間温度が８５℃以下であるか否かを判別し、湯水中間温度が８５℃以下である場合（ＹＥＳ）にはステップｓ１０６に進む。また、湯水中間温度が８５℃を越える場合（ＮＯ）にはステップｓ１０７に進む。
ステップｓ１０６で、三方弁２４の流路をβ側からα側に切り替え、ステップｓ１０２に進む。
ステップｓ１０７で、循環ポンプ６への通電を継続し、ステップｓ１０５に戻る。
【００４４】
本実施例の給湯器Ｃは、以下の利点を有する。
［ウ］ヒートポンプ運転を停止（圧縮機１の作動を停止）する際、圧縮機１から吐出する冷媒の温度（吐出冷媒温度）が９５℃を越えて高い場合には、湯水通路２２を通過する湯水が沸騰を起こす虞が有る。
しかし、この時、給湯器Ｃは、三方弁２４の流路をα側からβ側に切り替え、沸騰を起こす虞がなくなるまで循環ポンプ６への通電を継続して放熱を行っている。
【００４５】
このため、湯水通路２２を通過する湯水の沸騰を防止することができる。
湯水の沸騰を防止できるので、湯水通路２２を含む給湯回路８内に気泡溜まりが生じず、次回運転時の送水不良や、湯水通路２２内におけるスケールの発生を防止することができる。
また、湯水の沸騰に起因する異音が発生せず、湯水通路２２や循環ポンプ６が傷まない。
更に、給湯器Ｃは、温度が下がった湯水が貯湯槽７に流入しないという利点もある。
【００４６】
［エ］ヒートポンプ運転を停止（圧縮機１の作動を停止）する際、圧縮機１から吐出する冷媒の温度（吐出冷媒温度）が９５℃以下と低い場合には、湯水通路２２を通過する湯水が沸騰を起こす虞がない。
この場合には、給湯器Ｃは、三方弁２４の流路をβ側に切り替えずに循環ポンプ６への通電を停止するので無駄なエネルギーの消費を防ぐことができる。
【００４７】
つぎに、本発明の第４実施例（請求項２、３、５に対応）を、図４および図６に基づいて説明する。
給湯器Ｄは、機械的な構成は給湯器Ｃと同じであるが、ヒートポンプ運転を停止する際の作動が給湯器Ｃと異なる。
【００４８】
給湯器Ｄがヒートポンプ運転を停止する際の作動を、図６に示すフローチャートに基づいて述べる。なお、ヒートポンプ運転を停止する条件は、給湯器Ａ、Ｂ、Ｃと同じである。
ヒートポンプ運転の停止が指示されると制御器９は、圧縮機１および冷媒蒸発器４の室外ファンへの通電を停止する（ステップＳ１００）。
【００４９】
ステップＳ１０１で、吐出冷媒温度センサ１１により検出される吐出冷媒温度（圧縮機１から吐出する冷媒の温度）が９５℃以下であるか否かを判別し、吐出冷媒温度が９５℃以下である場合（ＹＥＳ）にはステップＳ１０２に進み、吐出冷媒温度が９５℃を越える場合（ＮＯ）にはステップＳ１０３に進む。
【００５０】
吐出冷媒温度が低い場合（９５℃以下）には、循環ポンプ６を止めても湯水通路２２内の湯水が沸騰する虞がないので制御器９は、ステップＳ１０２で循環ポンプ６への通電を停止する。
【００５１】
吐出冷媒温度が高い場合（９５℃を越える）には、循環ポンプ６を止めると湯水通路２２内の湯水が沸騰する虞が有る。
この場合には、制御器９は、ステップＳ１０３で、現状の給湯温度に基づいて規定時間を決定し、ステップＳ１０４に進む。
【００５２】
ステップＳ１０４で、制御器９は、湯水通路２２内の湯水が沸騰する虞が有るので、制御器９は、三方弁２４の流路をα側からβ側に切り替え、且つ循環ポンプ６への通電を継続する。
【００５３】
ステップＳ１０５で、規定時間が経過したか否かを判別し、規定時間が経過している場合（ＹＥＳ）には、ステップＳ１０６に進む。
また、規定時間が経過していない場合（ＮＯ）にはステップＳ１０４に戻って循環ポンプ６への通電を継続する。
【００５４】
規定時間は、ステップＳ１０３から計時しているが、略ヒートポンプ運転の停止と同じ時点である。
ステップＳ１０６で、制御器９は、三方弁２４の流路をβ側からα側に切り替える。
本実施例の給湯器Ｄは、上記［ウ］、［エ］に準じた利点を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１、第２実施例に係る給湯器の構成図である。
【図２】本発明の第１実施例に係る給湯器の作動を示すフローチャートである。
【図３】本発明の第２実施例に係る給湯器の作動を示すフローチャートである。
【図４】本発明の第３、第４実施例に係る給湯器の構成図である。
【図５】本発明の第３実施例に係る給湯器の作動を示すフローチャートである。
【図６】本発明の第４実施例に係る給湯器の作動を示すフローチャートである。
【符号の説明】
Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ 給湯器
１ 圧縮機
２ 冷媒水熱交換器
３ 減圧装置（減圧手段）
４ 冷媒蒸発器
５ 冷媒回路
６ 循環ポンプ
７ 貯湯槽
８ 給湯回路
９ 制御器
２１ 冷媒通路
２２ 湯水通路
２３ 水圧調整弁（流路抵抗調整手段）
２４ 三方弁（バイパス手段）
２５ バイパス管（バイパス手段）

Claims (6)

1. 二酸化炭素である冷媒を圧縮する圧縮機、冷媒水熱交換器の冷媒通路、減圧手段、および冷媒蒸発器を環状に接続してなる冷媒回路と、
   前記冷媒水熱交換器の湯水通路、開度を可変することにより流路抵抗が増減可能な水圧調整弁、貯湯槽、および循環ポンプを環状に接続してなる給湯回路とを備え、
   前記圧縮機および前記循環ポンプを作動して、前記冷媒通路を通過する高温の冷媒と前記湯水通路を通過する湯水とを熱交換して前記湯水を加熱するヒートポンプ運転を行う給湯器において、
   前記水圧調整弁は、前記冷媒水熱交換器と前記貯湯槽との間に設けられ、
   前記圧縮機の作動を停止した際に前記湯水通路を通過する湯水が沸騰を起こす虞が有る場合には、前記水圧調整弁の開度を小さくして一時的に給湯回路内の流路抵抗を増加させ、且つ、沸騰を起こす虞がなくなるまで前記循環ポンプの作動を継続することを特徴とする給湯器。
2. 二酸化炭素である冷媒を圧縮する圧縮機、冷媒水熱交換器の冷媒通路、減圧手段、および冷媒蒸発器を環状に接続してなる冷媒回路と、
   前記冷媒水熱交換器の湯水通路、貯湯槽、および循環ポンプを環状に接続してなる給湯回路とを備え、
   前記圧縮機および前記循環ポンプを作動して、前記冷媒通路を通過する高温の冷媒と前記湯水通路を通過する湯水とを熱交換して前記湯水を加熱するヒートポンプ運転を行う給湯器において、
   前記貯湯槽を迂回して、前記湯水が前記湯水通路と前記循環ポンプとの間で循環するバイパス手段を設け、
   貯湯槽内に充分な量の湯水が貯湯された状態になって前記圧縮機の作動停止が指示された際に、前記湯水通路を通過する湯水が沸騰を起こす虞が有る場合には、前記沸騰を起こす虞がなくなるまで、前記バイパス手段を動作させるとともに、前記循環ポンプの作動を継続することを特徴とする給湯器。
3. 前記圧縮機から吐出する冷媒の温度が所定温度を越える場合、前記湯水通路を通過する湯水が沸騰を起こす虞が有るとして、前記循環ポンプの作動を継続することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の給湯器。
4. 前記湯水通路を通過する湯水の温度が設定温度以下になると、前記湯水通路を通過する湯水が沸騰を起こす虞がなくなったとして、前記循環ポンプの作動を停止することを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れかに記載の給湯器。
5. 前記圧縮機が作動を停止してから所定時間が経過したとき、前記湯水通路を通過する湯水が沸騰を起こす虞がなくなったとして前記循環ポンプの作動を停止することを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れかに記載の給湯器。
6. 前記圧縮機が停止するのは、貯湯槽内に充分な量の温水が貯湯された状態になった場合であることを特徴とする請求項１に記載の給湯器。

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