JP4507109B2 - ヒートポンプ式給湯機 - Google Patents

Description

この発明は、ヒートポンプ式給湯機に関するものである。

ヒートポンプ式給湯機としては、図８に示すように、冷媒サイクル７２と、給湯サイクル７１とを備える。冷媒サイクル７２は、圧縮機７４と、給湯用（利用側）熱交換器７５と、電動膨張弁７７と、熱源側熱交換器（空気熱交換器）７８とが順次接続して構成される。また、給湯サイクル７１は、貯湯タンク（給湯タンク）７０と循環路７９とを備え、この循環路７９には、水循環用ポンプ８０と熱交換路８１とが介設されている。この場合、熱交換路８１は利用側熱交換器（水熱交換器）７５にて構成される。

上記ヒートポンプ式給湯機においては、圧縮機７４を駆動させると共に、ポンプ８０を駆動（作動）させると、貯湯タンク７０の底部に設けた取水口から貯溜水（温湯）が循環路７９に流出し、これが熱交換路８１を流通する。そのときこの温湯は水熱交換器７５によって加熱され（沸き上げられ）、湯入口から貯湯タンク７０の上部に返流される。これによって、貯湯タンク７０に高温の温湯を貯めるものである。

また、空気熱交換器７８は蒸発器として機能するので、外気温度が低い場合等において、この空気熱交換器７８に着霜が生じて、能力が低下することがある。このため、この種のヒートポンプ式給湯機では、着霜を除去する除霜（デフロスト）運転を可能としている。すなわち、圧縮機７４からのホットガスを上記空気熱交換器７８に直接供給するデフロスト運転を可能としている。この場合、例えば、圧縮機７４の吐出管８２と、電動膨張弁７７と空気熱交換器７８とを連結する冷媒流路８３とを、デフロスト弁８４を有するデフロスト回路８５にて接続する。

このため、デフロスト弁８４を開状態とすることよって、圧縮機７４からのホットガスをこのデフロスト回路８５に流し、このデフロスト回路８５を介して、空気熱交換器７８にこのホットガスを直接供給して、これによって、空気熱交換器７８の着霜を融霜除去するものである。

しかしながら、デフロスト運転中に水循環用ポンプ７８を駆動させれば、低温の温水を貯湯タンク７６の上部に流入させることになる。すなわち、デフロスト運転中の沸き上げ能力は著しく低下しているので、デフロスト運転中には湯を初期の温度（希望する高温）に沸き上げることができなかった。このため、貯湯タンク７６から浴槽等に供給される湯の温度が低下することになり、その後の沸き上げ運転を延長する必要が生じ、ランニングコストが増加していた。また、デフロスト運転中に水循環用ポンプ７８を駆動させれば、冷媒はその循環水に熱を奪われデフロスト時間が大となり、ヒートポンプ式給湯機として、平均能力（沸き上げ能力）及び信頼性が低下していた。

この発明は、上記従来の欠点を解決するためになされたものであって、その目的は、デフロスト運転によって貯湯タンク内の湯の温度が低下するのを抑制することが可能なヒートポンプ式給湯機を提供することにある。

そこで請求項１のヒートポンプ式給湯機は、貯湯タンク３と、この貯湯タンク３の底側に設けた取水口１０と貯湯タンクの上部に設けた湯入口１１とを連結する循環路１２と、この循環路１２に介設される熱交換路１４とを備え、この熱交換路１４をヒートポンプ加熱源にて加熱して、上記貯湯タンク３の下部から循環路１２に流出した低温水を沸き上げてこの貯湯タンク３の上部に出湯する運転が可能であると共に、上記ヒートポンプ加熱源の冷媒循環回路が、圧縮機２５と、上記低温水を加熱する水熱交換器２６と、減圧機構２７と、空気熱交換器２８とを順次接続して構成されたヒートポンプ式給湯機であって、上記循環路１２の湯入口１１側の分岐部１６で分岐して貯湯タンク３の下部に接続するバイパス流路１５を設け、さらに、熱交換路１４を流れた温水を湯入口１１を介して貯湯タンクの上部に流入させる通常循環状態と、熱交換路１４を流れた温水を分岐部１６を介してバイパス流路１５から貯湯タンク３の下部に流入させるバイパス循環状態とを切り換えるバイパス切換手段１９を設けてなり、上記バイパス切換手段１９によってバイパス循環状態に切り換え、上記循環路１２の水循環用ポンプ１３のポンプ能力を低下させると共に、循環路１２内に配管凍結防止用の温水を循環させた状態で、上記圧縮機２５からのホットガスを上記空気熱交換器２８に直接供給するデフロスト運転を開始することを特徴としている。

請求項１のヒートポンプ式給湯機では、外気温度の低下等により、空気熱交換器２８に着霜が生じた場合、圧縮機２５からのホットガスを空気熱交換器２８に供給するデフロスト運転を行うことができ、これにより、空気熱交換器２８の霜を融霜除去することができる。

請求項２のヒートポンプ式給湯機は、上記デフロスト運転は、デフロスト運転開始信号の出力によって、圧縮機２５の運転周波数制御と減圧機構２７の開度制御とを開始し、これと略同時に、バイパス切換手段１９によるバイパス循環状態への切り換えを行うことを特徴としている。

請求項３のヒートポンプ式給湯機は、上記デフロスト運転を開始して、水循環用ポンプ（１３）のポンプ能力を変化させることを特徴としている。

請求項４のヒートポンプ式給湯機は、冷媒に超臨界で使用する超臨界冷媒を用いたことを特徴としている。

請求項１〜請求項３のヒートポンプ式給湯機によれば、外気の低下等により、空気熱交換器に着霜が生じた場合、圧縮機からのホットガスを空気熱交換器に供給するデフロスト運転を行うことができ、これにより、空気熱交換器の霜を融霜除去することができ、能力を低下させることなく、安定した沸き上げ運転を行うことができる。また、デフロスト運転によって貯湯タンク内の湯の温度が低下するのを抑制することが可能となる。

請求項４のヒートポンプ式給湯機によれば、オゾン層の破壊、環境汚染等の問題がなく、地球環境にやさしいヒートポンプ式給湯機となる。

次に、この発明のヒートポンプ式給湯機の具体的な実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。図１はこのヒートポンプ式給湯機の簡略図を示す。このヒートポンプ式給湯機は、給湯サイクル１と冷媒サイクル２とを備える。給湯サイクル１は、貯湯タンク３を備え、この貯湯タンク３に貯湯された温湯が図示省略の浴槽等に供給される。すなわち、貯湯タンク３には、その底壁に給水口５が設けられると共に、その上壁に給湯口６が設けられている。そして、給水口５から貯湯タンク３に水道水が供給され、給湯口６から高温の温湯が出湯される。また、貯湯タンク３には、その底壁に取水口１０が開設されると共に、側壁（周壁）の上部に湯入口１１が開設され、取水口１０と湯入口１１とが循環路１２にて連結されている。そして、この循環路１２に水循環用ポンプ１３と熱交換路１４とが介設されている。なお、給水口５には給水用流路８が接続されている。

また、上記循環路１２にはバイパス流路１５が設けられている。すなわち、バイパス流路１５は、湯入口１１側から分岐して、貯湯タンク３の下部（この場合、底壁）に接続されている。そして、分岐部１６と湯入口１１との間に第１開閉弁１７が介設されると共に、バイパス流路１５の分岐部１６側に第２開閉弁１８が介設されている。各開閉弁１７、１８でバイパス切換手段１９が構成される。なお、このバイパス切換手段１９の各開閉弁１７、１８は、後述する制御手段２０にて制御される。

従って、バイパス切換手段１９の第１開閉弁１７を開状態とすると共に、第２開閉弁１８を閉状態として、水循環用ポンプ１３を駆動させれば、取水口１０から循環路１２に流出した温水は、熱交換路１４を流れ、この熱交換路１４から湯入口１１を介して貯湯タンク３の上部に流入する。以下、このように湯入口１１を介して貯湯タンク３の上部に流入する状態を通常循環状態と呼ぶこととする。これに対して、バイパス切換手段１９の第１開閉弁１７を閉状態とすると共に、第２開閉弁１８を開状態として、水循環用ポンプ１３を駆動させれば、取水口１０から循環路１２に流出した温水は、熱交換路１４を流れ、この熱交換路１４から分岐部１６を介してバイパス流路１５に入って、このバイパス流路１５から貯湯タンク３の下部に流入する。以下、このようにバイパス流路１５から貯湯タンク３の下部に流入する状態をバイパス循環状態と呼ぶこととする。このため、バイパス循環状態では、貯湯タンク３の上部に温水（低温水）が流入しない。

また、上記循環路１２は、給湯サイクル１側の配管２１と、冷媒サイクル２の配管２２とを備え、この配管２１、２２が連絡配管２３、２４にて連結されている。なお、この連絡配管２３、２４は室外側に配設されているので、後述するように、外気温度が低い場合にその内部が凍結するおそれがある。

次に、冷媒サイクル（ヒートポンプ式加熱）２は冷媒循環回路を備え、この冷媒循環回路は、圧縮機２５と、熱交換路１４を構成する水熱交換器２６と、減圧機構（電動膨張弁）２７と、空気熱交換器２８とを順に接続して構成される。すなわち、圧縮機２５の吐出管２９を水熱交換器２６に接続し、水熱交換器２６と電動膨張弁２７とを冷媒通路３０にて接続し、電動膨張弁２７と空気熱交換器２８とを冷媒通路３１にて接続し、空気熱交換器２８と圧縮機２５とをアキュームレータ３２が介設された冷媒通路３３にて接続している。また、冷媒としては、冷媒に超臨界で使用する超臨界冷媒（例えば、炭酸ガス）を用いる。なお、空気熱交換器２８にはこの空気熱交換器２８の能力を調整するファン３４が付設されている。

そして、循環路１２には、取水口１０から流出して熱交換路１４に入る温水（低温水）の温度（入水温度）を検出する入水サーミスタ３５ａと、熱交換路１４にて加熱された温水の温度（出湯温度）を検出する出湯サーミスタ３６ａとが設けられている。さらに、空気熱交換器２８には、この空気熱交換器２８の温度と検出する空気熱交サーミスタ４８ａが付設されている。また、この図１において、３７ａは、外気温度を検出する外気温度検出用サーミスタである。

また、吐出管２９と冷媒通路３１（電動膨張弁２７と空気熱交換器２８とを接続する通路における空気熱交換器２８の直前の位置）とは、デフロスト弁３９を有するデフロスト回路３８にて接続されている。すなわち、圧縮機２５からのホットガスを蒸発器として機能する空気熱交換器２８に直接供給することができ、これによって、蒸発器２８の霜を除去するデフロスト運転が可能となる。そのため、この冷媒サイクル２は、通常の湯沸き上げ運転と、デフロスト運転とを行うことができる。

さらに、この冷媒循環回路は、高圧側において分岐して、この分岐部よりも下流側の位置において合流するバイパス回路４２を設けると共に、このバイパス回路４２に冷媒調整器４３を介設し、さらに、この冷媒調整器４３の出口側に流量調整用の調整弁４４を設けている。すなわち、バイパス回路４２は、水熱交換器２６の上流側から分岐して冷媒調整器４３に接続される第1通路４５と、この冷媒調整器４３から導出されて第1通路４５の分岐部よりも下流側において水熱交換器２６に合流する第２通路４６とを備えている。そして、第２通路４６に上記流量調整弁４４を介設している。

そして、この冷媒調整器４３内には、上記冷媒通路３１の一部を構成する通路４７が配設され、バイパス回路４２を介してこの冷媒調整器４３内に入った高圧冷媒と、この通路４７を流れる低圧冷媒との熱交換を行う。この場合、調整弁４４の開度を調整することによって、冷媒調整器４３内を通過する冷媒流量を調整して、冷媒調整器４３内の冷媒温度を調整している。これは、流量調整弁４４の開度制御によって、要求された冷媒温度に保持し、冷媒調整器４３内を適切な冷媒収容量とすることができ、この回路内の冷媒循環量を最適な量とするためである。

ところで、このヒートポンプ式給湯機の制御部は、図２に示すように、入水温度検出手段３５と、出湯温度検出手段３６と、外気温度検出手段３７と、空気熱交換器温度検出手段４８と、タイマ手段５０と、制御手段２０等を備える。そして、これらの検出手段３５、３６、３７、４８やタイマ手段５０等からのデータが制御手段２０に入力され、この制御手段２０では、これらのデータ等に基づいて、圧縮機２５やデフロスト弁３９等に制御信号が送信され、この制御信号に基づいてこれらの圧縮機２５等が作動する。また、入水温度検出手段３５は上記入水サーミスタ３５ａにて構成でき、出湯温度検出手段３６は上記出湯サーミスタ３６ａにて構成でき、外気温度検出手段３７は上記外気温度検出サーミスタ３７ａにて構成でき、空気熱交換器温度検出手段４８は上記空気熱交サーミスタ４８ａにて構成することができる。さらに、タイマ手段５０は、時間を計測する既存のタイマ等にて構成することができ、後述するように、タイマＴＤ０、タイマＴＤ１、タイマＴＤ２等を備える。なお、制御手段２０は例えばマイクロコンピュータにて構成することができる。

上記のように構成されたヒートポンプ式給湯機によれば、バイパス切換手段１９を通常循環状態とすると共に、デフロスト弁３９を閉状態として、圧縮機２５を駆動させると共に、水循環用ポンプ１３を駆動（作動）させると、貯湯タンク３の底部に設けた取水口１０から貯溜水（低温水）が流出し、これが循環路１２の熱交換路１４を流通する。そのときこの温湯は水熱交換器２６によって加熱され（沸き上げられ）、湯入口１１から貯湯タンク３の上部に返流（流入）される。このような動作を継続して行うことによって、貯湯タンク３に高温の温湯を貯湯することができる。

そして、このヒートポンプ式給湯機では、上記制御手段２０により、沸き上げ能力が所定低能力まで低下したときに、上記空気熱交換器２８に着霜ありと判断したり、所定時間毎に沸き上げ能力の積算平均値を求め、この積算平均値が所定回数連続して低下したときに、上記空気熱交換器２８に着霜ありと判断したりすることができる。すなわち、空気熱交換器２８に霜を有さない場合と、霜を有する場合とを比較すれば、霜を有する場合、沸き上げ能力が低下するので、この能力が所定低能力まで低下すれば着霜ありとすることできる。この能力（ＣＡＰ）は次の式１から求めることができる。

ＣＡＰ＝ＫＣＡＰ＊ＰＳＲ＊（ＤＢ−ＤＴＯ）・・・１
ただし、ＣＡＰは瞬時能力、ＫＣＡＰは瞬時能力算出係数、ＰＳＲはポンプ出力、ＤＢは出湯温度、ＤＴＯは入水温度である。

このように、沸き上げ能力ＣＡＰ＝係数×ポンプ出力×（出湯温度−入水温度）で求めることになる。この場合、入水温度は入水サーミスタ３５ａにて検出することができ、出湯温度は出湯サーミスタ３６ａにて検出することができる。そして、この沸き上げ能力としては、図４に示すような波形を描くことになり、この能力が所定値にまで低下した時に、デフロスト運転を開始することになる。なお、水循環用ポンプ１３の能力指数としては、ポンプ出力以外に、ポンプ指令値、回転数等があり、この水循環用ポンプ１３の循環水量に比例した指数である。

また、所定時間毎に沸き上げ能力の積算平均値を求める場合、上記能力を所定時間（ＴＳＡＭＰ：例えば、１０秒）毎に算出して、この合計から積算平均値を次の式２のように求める。ここで、ＣＡＰＡＶは平均能力であり、ΣＣＡＰはＣＡＰ（沸き上げ能力）の積算値であり、ＮＳＡＭＰは積算回数である。そして、この積算平均値が連続して所定回（例えば、５回）継続して低下した場合に空気熱交換器２８に着霜ありとすることができる。なお、運転開始してから、タイマＴＭＡＳＫのカウント時間（例えば、２分）が経過するまでは、ＣＡＰ（沸き上げ能力）を０とする。また、除霜（デフロスト）運転開始でＣＡＰＡＶを０とし、このデフロスト運転中とタイマＴＭＡＳＫのカウント中はＣＡＰ（沸き上げ能力）を０とする。なお、デフロスト運転中もＣＡＰＡＶを算出する。

ＣＡＰＡＶ＝ΣＣＡＰ／ＮＳＡＭＰ・・・２
ただし、ＣＡＰＡＶは平均能力、ΣＣＡＰはＣＡＰ積算値、ＮＳＡＭＰは積算回数である。

そして、上記のように、着霜ありと判断された場合は、デフロスト運転を行うことになり、このデフロスト運転は、水循環用ポンプ１３を停止させた状態でホットガスを空気熱交換器２８に供給することによって開始される。この場合、このデフロスト運転が長時間継続した場合等においては、循環路１２、特に室外に配設されて連絡配管２３、２４内が凍結するおそれがあるので、水循環用ポンプ１３を駆動させる配管凍結防止運転を行う。この配管凍結防止運転は、上記制御手段２０にて構成されるデフロスト制御手段２０ａでもって制御される。

このヒートポンプ式給湯機において、デフロスト運転に入るための制御を図５のフローチャート図に従って説明する。沸き上げ運転を開始する状態、つまりバイパス切換手段１９を通常循環状態とすると共に、デフロスト弁３９を閉状態として、ステップＳ１のように圧縮機２５の運転を開始する。この場合、貯湯タンク３に温水が入っていない等の異常状態が発生している場合があり、このような場合には、ステップＳ１２のように異常発生処理を行って、ステップＳ１３のように圧縮機２５を停止し、その後、除霜突入防止タイマＴＤ２をリセットする必要がある。

そして、ステップＳ１で圧縮機２５の運転を開始した後、ステップＳ２において、沸き上げ運転が完了したか否かの判定を行う。このステップＳ２で沸き上がっていると判断されれば、ステップＳ３において、圧縮機２５を停止して、各ＴＤ０、ＴＤ１、及びＴＤ２タイマをリセットして、沸き上げ運転を終了（完了）する。また、ステップＳ２で沸き上がっていないと判断されれば、ステップＳ４へと移行する。そしてステップＳ４で、ＴＤ１のカウント時間（例えば、４５分）及びＴＤ２のカウント時間（例えば、１２分）が経過したか否かを判定する。これらの時間が経過していなければ、ステップＳ１０に示すように、ＴＤ０、ＴＤ１及びＴＤ２が経過するまで待ち、これらの時間が経過していれば、ステップＳ５へ移行する。ここで、ＴＤ０は除霜突入判定切換用沸き上げ運転積算タイマであり、そのカウント時間は、例えば、９０分とされ、ＴＤ１は沸き上げ運転積算タイマであり、そのカウント時間は、例えば、４５分とされる。

ステップＳ５では、ＤＥ＜ＤＤＥＦ１（−２０℃）が成立するか否かを判断する。ここで、ＤＥとは、空気熱交サーミスタ４８にて検出した空気熱交換器２８の温度であり、ＤＤＥＦ１とは除霜突入判定空気熱交温度であり、このＤＤＥＦ１は例えば、−２０℃に設定される。すなわち、ステップＳ５で空気熱交換器２８の温度が−２０℃よりも低ければ、ステップＳ６へ移行して除霜処理（デフロスト運転）を行う。また、ステップＳ５で、空気熱交換器２８の温度が−２０℃以上であれば、ステップＳ７へ移行する。ステップＳ７では、ＴＤ０（例えば、９０分）が経過したか否かを判断する。経過していれば、ステップＳ８へ移行し、経過していなければ、ステップＳ９へ移行する。

ステップＳ８では、ＤＥ＜ＤＤＥ１がＴＤ３のカウント時間だけ連続して成立したか否かを判断する。ここで、ＤＤＥ１とは、除霜突入判定温度（基準温度）であり、例えば、（外気温度−９）℃で決定することができる。すなわち、外気温度よりも所定温度（この場合、９℃）だけ低い基準温度を設定し、空気熱交換器２８の温度とこの基準温度とを比較する。ただし、−２０℃≦ＤＤＥ１≦−４℃とする。また、ＴＤ３とは、除霜突入確定継続タイマであり、例えば、６０秒に設定する。そして、このステップＳ８でこの条件が成立すれば、すなわち、空気熱交換器２８の温度がこの基準温度よりも低下しているときに、ステップＳ６へ移行し、成立しなければ、ステップＳ１０からステップＳ２へ移行する。また、ステップＳ９では、ＤＥ＜ＤＤＥ１でかつ所定時間（例えば、１０秒）毎に沸き上げ能力の積算平均値を求め、この積算平均値が所定回数（例えば、５回）連続して低下したか否かを判断する。この条件が成立すれば、ステップＳ６へ移行し、成立しなければ、ステップＳ１０からステップＳ２へ移行する。

また、このステップＳ６の除霜処理は、デフロスト運転解除まで行われる。そして、このステップＳ６の終了後は、各ＴＤ０、ＴＤ１、及びＴＤ２タイマをリセットした後、ステップＳ１０からステップＳ２へと移行して沸き上げ運転が再開され、ステップＳ２でこの沸き上げ運転が終了であるかの判断を行う。そしてこれ以降は、上記処理手順を繰返す。

上記ヒートポンプ式給湯機においては、空気熱交換器２８の温度（ＤＥ）が除霜突入判定空気熱交温度（ＤＤＥＦ１）よりも低ければ、除霜運転を行い、またそうでなくても、運転継続時間（ＴＤＯ）が短いときには、空気熱交換器２８の温度（ＤＥ）と積算平均値（ＣＡＰＡＶ）に基づいて着霜の判断を行い、運転継続時間（ＴＤＯ）が長く着霜が生じ易いときには、空気熱交換器２８の温度（ＤＥ）に基づいて着霜の判断を行うので、この空気熱交換器２８に着霜があれば、その着霜を確実に検出することができ、霜がついていない状態でのデフロスト運転を回避することができる。すなわち、デフロスト運転を行えば、沸き上げ運転を行うことができず、給湯機としての効率を損なうことになるので、このヒートポンプ式給湯機では、この無駄なデフロスト運転を回避して、給湯機としての能力および効率を向上させることが可能となる。ところで、沸き上げ能力を算出する際に使用する入水温度が上昇した場合、沸き上げ能力の計算値が減少するので、着霜の判断を、上記のように、沸き上げ能力と、空気熱交換器２８の温度とに基づいて行うようにすれば、その判断を正確に行うことができる。すなわち、入水温度上昇時には空気熱交換器２７の温度も上昇しており、誤検知を生じにくいものとすることができる。

次に、デフロスト運転の制御を図３のタイムチャート図に従って説明する。上記のように、デフロスト運転を開始するとの判断があれば、図３のｂ点でデフロスト運転開始信号が発信される。これによって、圧縮機２５の周波数を所定値（例えば、４０Ｈｚ）まで低下させていくと共に、電動膨張弁（主減圧電動膨張弁）２７の開度を所定開度（例えば、１５０パルス）まで絞り、さらに、調整弁（バイパス流量調整弁）４４を全閉状態とすると共に、水循環用ポンプ１３をデフロスト弁切換時ポンプ能力指令値（例えば、１０ｒｐｍ）まで低下させる。また、バイパス切換手段１９をバイパス循環状態（バイパス側）に切換える。この状態から所定時間（例えば、３０秒）経過したｂ´点で、デフロスト弁３９を開状態とすると共に、ファン３４を停止する。これによって、ホットガスが空気熱交換器２８へ供給されることになる。なお、このｂ点〜ｂ´点において、圧縮機２５の運転周波数を低下させるのは、この冷媒循環回路内の差圧を小さくしてデフロスト弁３９の切換えを確実に行わせると共に、デフロスト弁３９の切換時の衝撃音を小さくし、さらには、圧縮機２５の脱調防止のためである。

デフロスト弁３９を開状態とした後、所定時間（例えば、１０秒）経過したｃ点で、電動膨張弁２７を全閉状態とすると共に、水循環用ポンプ１３を停止し、さらには、圧縮機２５の周波数を５８Ｈｚまで上昇させる。その後、さらに所定時間（例えば、３０秒）経過したｅ点で、電動膨張弁２７を所定量だけ開く、例えば、小開度（例えば、１００パルス）となるまで開くと共に、圧縮機２５の周波数を７６Ｈｚとなるまで上昇させる。次に、電動膨張弁２７を小開度とした後、所定時間（例えば、３０秒）経過したｆ点で、電動膨張弁２７の開度を所定開度（例えば、１５０パルス）まで開くと共に、圧縮機２５の周波数を９０Ｈｚまで上昇させる。このｂ点〜ｃ点において、水循環用ポンプ１３を停止しないのは、水熱交換器２６の温度過昇を防止するためである。

そして、外気温度が所定低温度（例えば、０℃）以下で、ｆ点から所定時間（例えば、６００秒）この状態が継続した時（ｆ´点）に、電動膨張弁２７を全閉状態として、水循環用ポンプ１３を除霜中ポンプ能力指令値（例えば、１０ｒｐｍ）で駆動させ、配管凍結防止運転を行う。この状態で、循環路１２内の水を循環させなければ、この循環路１２内の水を長時間循環させていないので、この循環路１２内において、凍結するおそれがあるからである。ここで、電動膨張弁２７を全閉状態とするのは、電動膨張弁２７は開状態であれば、冷媒は循環水に熱を奪われ、空気熱交換器２８の霜を十分融かせなくなるためである。なお、デフロスト運転中の外気が上記所定低温度を越えたり、デフロスト運転時間が所定時間継続したりしない場合には、このデフロスト運転中の水循環用ポンプ１３の駆動を行わないことになる。これは、このような条件では、循環路１２内が凍結するおそれがないからである。

次に、ｂ点から所定時間（例えば、７２０秒）経過したｇ点（このｇ点では、電動膨張弁２７の開度を上記１５０パルスに戻す）から、圧縮機２５の周波数を低下させていき、このｇ点から所定時間（例えば、３０秒）経過したｇ´点でデフロスト弁３９を閉状態とし、その後、所定時間（例えば、１０秒）経過したｈ点で、通常の沸き上げ運転時の制御に戻る。このｇ点〜ｈ点において、通常制御前に水循環用ポンプ１３を循環させておくのは、入水温度を正確に検出するためである。また、ｂ点〜ｈ点までのデフロスト運転中に、調整弁４４を全閉状態とするのは、デフロスト弁３９の開状態における液バック防止、及びデフロスト運転中の冷凍サイクルの安定化のためである。さらに、ｇ点〜ｇ´点において圧縮機２５の周波数を低下させるのは、ｂ点〜ｂ´点において圧縮機２５の周波数を低下させると同様である。

また、上記タイムチャートでは、デフロスト運転の停止（解除）は、ｂ点から所定時間経過したｇ´点であったが、空気熱交換器２８の温度に基づいて、除霜解除を行ってもよい。すなわち、除霜解除判定温度（ＤＤＥ２）を設定し、ＤＥ＞ＤＤＥ２が成立するときに、このデフロスト運転を解除するようにしてもよい。ＤＤＥ２は、例えば、ＤＤＥ２＝ＤＯＡＴ＋１０（℃）で求めることができる。ここで、ＤＯＡＴとは外気温度である。この場合、４℃≦ＤＤＥ２≦１２℃とされる。

次に、上記デフロスト運転が所定の長時間継続する場合の電動膨張弁２７の開度の操作（制御）を次の図６と図７に示すフローチャート図に従ってさらに説明する。デフロスト信号が発信されれば、ステップＳ１５に移行して、電動膨張弁２７を所定開度（例えば、１５０パルス）に絞る。その後、所定時間（例えば、３０秒）経過後に、ステップＳ１６へ移行して、デフロスト弁３９を開状態として、ホットガスを空気熱交換器２８へ供給し始める。次に、ステップＳ１７へ移行して、上記電動膨張弁２７を上記所定開度としてから所定時間（例えば、４０秒）経過したか否かを判断する。そして、この所定時間経過するまで待ち、経過すれば、ステップＳ１８へ移行して、電動膨張弁２７を全閉状態とする。その後、ステップＳ１９へ移行して、電動膨張弁２７を全閉状態としてから所定時間（例えば、３０秒）経過したか否かを判断する。そして、この所定時間経過するまで待ち、経過すれば、ステップＳ２０へ移行して、電動膨張弁２７を所定小開度（例えば、１００パルス）とする。その後、ステップＳ２１へ移行して、電動膨張弁２７を所定小開度としてから所定時間（例えば、３０秒）経過したか否かを判断する。

そして、この所定時間経過するまで待ち、経過すれば、ステップＳ２２へ移行して、電動膨張弁２７を所定開度（例えば、１５０パルス）に戻す。電動膨張弁２７を所定開度としてから所定時間（例えば、６００秒）経過したか否かを判断する。そして、この所定時間経過するまで待ち、経過すれば、ステップＳ２４へ移行して、外気温度が０℃以下であるかを判断する。外気温度が０℃以下であれば、ステップＳ２５へ移行し、外気温度が０℃を越えていれば、ステップＳ２６へ移行する。

ステップＳ２５では配管凍結防止運転を行う。すなわち、水循環用ポンプ１３を所定のポンプ指令値（例えば、１０ｒｐｍ）にて駆動させ、循環路１２内の温水を循環させる。この際、電動膨張弁２７を全閉状態とする。また、配管凍結防止運転を行った後は、ステップＳ２７へ移行して、配管凍結防止運転終了か否かを判断する。このステップＳ２７では、デフロスト運転信号が発信された後、所定時間（例えば、７２０秒）経過したか否かが判断され、経過していれば、ステップＳ２６へ移行し、経過していなければ、ステップＳ２４へ戻る。なお、配管凍結防止運転は、外気温度が０℃を越えれば終了する。そして、配管凍結防止運転終了であると判断した場合には、電動膨張弁２７の開度を上記所定開度（１５０パルス）に戻すと共に、水循環用ポンプ１３をそのまま駆動させる。そして、ステップＳ２６では、デフロスト運転が終了か否かを判断して、終了であれば終了する。このデフロスト運転終了の判断は、上記のように、デフロスト運転信号が発信されてからの時間や、空気熱交換器２８の温度の基づいて行うことができる。

このように、上記ヒートポンプ式給湯機では、デフロスト運転中に（図３のｃ点〜ｆ点において）、電動膨張弁２７の開度を制御することによって、デフロスト弁３９を開状態とした後の液バックを防止することができる。また、その後、電動膨張弁２７を開くことにより、デフロスト中の水熱交換器２６への冷媒溜まり込みを防止することができる。これによって、ヒートポンプ式給湯機としての信頼性が向上して、安定した沸き上げ運転を行うことができる。

また、空気熱交換器２８に霜が付着した際には、圧縮機２５のホットガスを空気熱交換器２８に供給して、この空気熱交換器２８の霜を融かすことができる。しかも、外気温度が例えば、０℃以下の低温である場合に、このデフロスト運転が長時間に渡って継続すれば、水循環用ポンプ１３が駆動することになって、この循環路１２内が凍結することを防止することができる。さらに、このデフロスト運転中に水循環用ポンプ１３が駆動しても、循環路１２内の温水は、バイパス回路１５を流れて、貯湯タンク３の上部に流入することがない。すなわち、貯湯タンク３の上部の高温の温湯に、低温水が混入することがなく、この貯湯タンク３から浴槽等に供給される湯の温度を低下させることがない。このため、デフロスト運転による貯湯タンク３内の湯の低温化を防止でき、この後の沸き上げ運転の延長を回避することができて、ランニングコストの低減を図ることができる。

以上にこの発明の具体的な実施の形態について説明したが、この発明は上記形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々変更して実施することができる。例えば、デフロスト運転中に、水循環用ポンプ１３を駆動させる基準となる所定時間としては、外気温度や循環路１２の配管の材質、肉厚、長さ寸法等に応じて、凍結しない範囲で変更することができる。また、所定低温度（請求項２の所定低温度）としても、上記所定時間や循環路１２の配管の材質等に応じて、変更することができる。なお、冷媒循環回路の冷媒として炭酸ガスを用いるのが好ましいが、その他、ジクロロジフルオロメタン（Ｒ−１２）やクロロジフルオロメタン（Ｒ−２２）のような冷媒であっても、オゾン層の破壊、環境汚染等の問題から、１，１，１，２−テトラフルオロエタン（Ｒ−１３４ａ）のような代替冷媒であってもよい。

この発明のヒートポンプ式給湯機の実施の形態を示す簡略図である。 上記ヒートポンプ式給湯機の制御部の簡略ブロック図である。 上記ヒートポンプ式給湯機のデフロスト運転時のタイムチャート図である。 上記ヒートポンプ式給湯機の沸き上げ能力を示すグラフ図である。 上記ヒートポンプ式給湯機のデフロスト運転突入を示すフローチャート図である。 上記ヒートポンプ式給湯機のデフロスト運転中の電動膨張弁制御を示すフローチャート図である。 上記ヒートポンプ式給湯機のデフロスト運転中の電動膨張弁制御を示すフローチャート図である。 従来のヒートポンプ式給湯機の簡略図である。

符号の説明

３・・・ 貯湯タンク、１１・・・湯入口、１２・・・循環路、１３・・・水循環用ポンプ、１４・・・熱交換路、２０ａ・・・デフロスト制御手段、２５・・・圧縮機、２６・・・水熱交換器、２７・・・減圧機構、２８・・・空気熱交換器、３８・・・デフロスト回路

Claims (4)

1. 貯湯タンク（３）と、この貯湯タンク（３）の底側に設けた取水口（１０）と貯湯タンクの上部に設けた湯入口（１１）とを連結する循環路（１２）と、この循環路（１２）に介設される熱交換路（１４）とを備え、この熱交換路（１４）をヒートポンプ加熱源にて加熱して、上記貯湯タンク（３）の下部から循環路（１２）に流出した低温水を沸き上げてこの貯湯タンク（３）の上部に出湯する運転が可能であると共に、上記ヒートポンプ加熱源の冷媒循環回路が、圧縮機（２５）と、上記低温水を加熱する水熱交換器（２６）と、減圧機構（２７）と、空気熱交換器（２８）とを順次接続して構成されたヒートポンプ式給湯機であって、上記循環路（１２）の湯入口（１１）側の分岐部（１６）で分岐して貯湯タンク（３）の下部に接続するバイパス流路（１５）を設け、さらに、熱交換路（１４）を流れた温水を湯入口（１１）を介して貯湯タンクの上部に流入させる通常循環状態と、熱交換路（１４）を流れた温水を分岐部（１６）を介してバイパス流路（１５）から貯湯タンク（３）の下部に流入させるバイパス循環状態とを切り換えるバイパス切換手段（１９）を設けてなり、上記バイパス切換手段（１９）によってバイパス循環状態に切り換え、上記循環路（１２）の水循環用ポンプ（１３）のポンプ能力を低下させると共に、循環路（１２）内に配管凍結防止用の温水を循環させた状態で、上記圧縮機（２５）からのホットガスを上記空気熱交換器（２８）に直接供給するデフロスト運転を開始することを特徴とするヒートポンプ式給湯機。
2. 上記デフロスト運転は、デフロスト運転開始信号の出力によって、圧縮機（２５）の運転周波数制御と減圧機構（２７）の開度制御とを開始し、これと略同時に、バイパス切換手段（１９）によるバイパス循環状態への切り換えを行うことを特徴とする請求項１のヒートポンプ式給湯機。
3. 上記デフロスト運転を開始して、水循環用ポンプ（１３）のポンプ能力を変化させることを特徴とする請求項２のヒートポンプ式給湯機。
4. 冷媒に超臨界で使用する超臨界冷媒を用いたことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかのヒートポンプ式給湯機。