JP5029124B2

JP5029124B2 - ヒートポンプ給湯装置

Info

Publication number: JP5029124B2
Application number: JP2007118687A
Authority: JP
Inventors: 博荒島; 健二白井; 猛川添
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2007-04-27
Filing date: 2007-04-27
Publication date: 2012-09-19
Anticipated expiration: 2027-04-27
Also published as: JP2008275239A

Description

本発明は、ヒートポンプ式給湯装置に関するものであり、特に圧縮機の転覆を防止する制御に関するものである。

従来より、能力可変の圧縮機を有するヒートポンプサイクルを用いたヒートポンプ式給湯装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。図３は、従来のヒートポンプ式給湯装置の圧縮機として用いられているスクロール圧縮機の断面図である。図３において、固定スクロール１０１と、旋回スクロール１０２を噛み合わせて双方間に圧縮室１０３を形成し、旋回スクロール１０２を自転拘束機構１０４による自転の拘束のもとに円軌道に沿って旋回させたとき、圧縮室１０３が容積を変えながら移動することで冷媒の吸入、圧縮、吐出を行う。

旋回スクロール１０２とこれの背面側をバックアップする固定部材１０５との間に、旋回スクロール１０２の背面の中央部に潤滑用のオイルにより高圧を与える高圧部１０６が設けられ、高圧部１０６との間をシールリング１０７によって仕切られ、背面の外周部に高圧部１０６よりも低い所定の圧力（背圧）を印加する背圧室１０８を設け、これらの高圧と背圧により、旋回スクロール１０２を固定スクロール部品１０１に押し付けることで、旋回スクロール１０２が固定スクロール１０１から離れる転覆現象が発生しないようにしている（例えば、特許文献２参照）。

図４（ａ）（ｂ）は、図３の固定スクロール１０１および旋回スクロール１０２で形成される圧縮室１０３の要部拡大図であり、図４（ａ）は使用可能な圧縮比の下限値以上で運転した時の要部拡大図、図４（ｂ）は使用可能な圧縮比の下限値未満で運転した時の要部拡大図である。図４（ａ）（ｂ）において、スクロール圧縮機の圧縮室内圧と背圧のバランスによって圧縮室１０３が形成されており、通常の運転時には、吐出圧力（絶対圧）／吸入圧力（絶対圧）＝圧縮比が使用可能な圧縮比の範囲内で運転されているが、圧縮比が使用可能な圧縮比の下限値より小さい状態で運転し、背圧が小さくなってしまうと旋回スクロール１０２が固定スクロール１０１から離れてしまう転覆現象が発生してしまう。

図５は、さらに図４（ａ）（ｂ）の背圧弁１０９の要部拡大図であり、背圧弁１０９のバネ圧が調節されているために、通常は、矢印で示す経路を通って冷媒が背圧室１０８から圧縮室１０３に流入して圧縮室内圧と背圧とのバランスが保たれている。この時、背圧弁１０９が上下することによって、開口部１１０からの冷媒の流入量を変更しており、背圧室１０８と、圧縮室１０３との圧力差が所定の圧力差となるように背圧弁１０９が上下に移動する。
特開２００３−２４７７５９号公報特開２００２−２６６７７６号公報

しかしながら、前記従来のような背圧弁の入り口部に異物が噛み込んでしまった場合、背圧弁が正常に動作しなくなってしまい、転覆現象が発生しやすくなってしまう。つまり
、通常使用可能な圧縮比の下限値以上であっても転覆現象が発生してしまう。転覆現象が発生すると、スクロール圧縮機から吐出される冷媒の温度が、目標吐出温度よりも大きく低下するため、膨張弁開度を制御して目標吐出温度に合わせようとするが、転覆現象が発生した膨張弁開度よりも小さくしないと転覆から復帰しないため、転覆復帰後に吐出温度は大きくオーバーシュートしてしまう。そのため、再度、吐出温度を目標吐出温度に合わせようと膨張弁開度を広げていくと、背圧弁に異物が噛み込んでしまっているので、背圧弁が正常に動作せず、圧縮室と背圧室との圧力バランスが正常に保つことができないために、前回転覆現象が発生した付近で、再度転覆現象が発生してしまい、転覆現象による給湯能力の低下や、騒音・振動が発生してしまうという課題を有していた。また、異物等が噛みこまなくても、背圧弁部にバリがある場合も同様の課題が発生する。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、スクロール圧縮機の背圧弁に冷凍サイクル内の異物が挟まったままの状態であっても、転覆現象を防止することができるヒートポンプ給湯装置を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明のヒートポンプ給湯装置は、スクロール圧縮機、給湯用熱交換器、膨張弁、蒸発器を冷媒配管によって順次環状に接続したヒートポンプ回路を備えるヒートポンプ給湯装置であって、前記スクロール圧縮機から吐出される冷媒の温度を検出する吐出温度検出手段と、前記スクロール圧縮機から吐出される冷媒の温度の目標吐出温度設定手段と、前記給湯用熱交換器で熱交換された後の湯の温度を検出する出湯温度検出手段と、外気温度を検出する外気温度検出手段と、前記ヒートポンプ給湯装置に流れる電流値を検出する電流値検出手段と、沸き上げ回数を記憶する沸き上げ回数記憶手段とを備え、前記スクロール圧縮機が起動してから一定時間経過後に、前記出湯温度検出手段により検出された出湯温度が第１の所定温度以下、かつ、前記吐出温度検出手段により検出された吐出温度が第２の所定温度以下、かつ、前記外気温度検出手段により検出された外気温度が第３の所定温度以上、かつ、前記電流値検出手段により検出された電流値が所定値α以下の状態が一定時間継続すると、前記目標吐出温度設定手段により設定された目標吐出温度を第４の所定温度上げるとともに、前記沸き上げ回数記憶手段により記憶された沸き上げ回数が所定回数以上になった場合、前記目標吐出温度設定手段により設定された目標吐出温度を第４の所定温度だけ上げることを解除することを特徴とするものである。

これによって、転覆現象を検知したときには、目標吐出温度をさらに第４の所定温度だけ上げるので、高圧側が上がるために圧縮比を確保することができるとともに、背圧弁１０９に異物が噛み込んでいたとしても、吐出圧力が上がる（すなわち背圧が上がる）ので、背圧と圧縮室内圧のバランスを取ろうとして、異物が影響しない程度に背圧弁１０９が上がり、適正な背圧を確保することができ、異物の噛み込みによる転覆現象を防止することができる。また、沸き上げ回数を何回か重ねることで、何かの拍子に異物が取れる場合があるので、沸き上げ回数を所定回数行うことで、一度制限を解除して通常の沸き上げ運転を行い、効率の良い運転を行うことができる。

また、本発明のヒートポンプ給湯装置は、スクロール圧縮機、給湯用熱交換器、膨張弁、蒸発器を冷媒配管によって順次環状に接続したヒートポンプ回路を備えるヒートポンプ給湯装置であって、前記スクロール圧縮機から吐出される冷媒の温度を検出する吐出温度検出手段と、前記スクロール圧縮機から吐出される冷媒の温度の目標吐出温度設定手段と、前記給湯用熱交換器で熱交換された後の湯の温度を検出する出湯温度検出手段と、外気温度を検出する外気温度検出手段と、前記ヒートポンプ給湯装置に流れる電流値を検出する電流値検出手段と、前記蒸発器に空気を送る送風機と、前記送風機の風量を変化させる送風機風量可変手段と、沸き上げ回数を記憶する沸き上げ回数記憶手段とを備え、前記ス
クロール圧縮機が起動してから一定時間経過後に、前記出湯温度検出手段により検出された出湯温度が第１の所定温度以下、かつ、前記吐出温度検出手段により検出された吐出温度が第２の所定温度以下、かつ、前記外気温度検出手段により検出された外気温度が第３の所定温度以上、かつ、前記電流値検出手段により検出された電流値が所定値α以下の状態が一定時間継続すると、前記送風機風量可変手段により前記送風機の風量を所定風量下げるとともに、前記沸き上げ回数記憶手段により記憶された沸き上げ回数が所定回数以上になった場合、前記送風機風量可変手段により前記送風機の風量を所定風量下げることを解除することを特徴とするものである。

これによって、転覆現象を検知したときには、送風機風量をさらに所定風量だけ下げるために、低圧側が下がる。すなわち圧縮室内圧が下がることで、背圧弁１０９に異物が噛み込んでいる状態（すなわち背圧が上がりにくい状態）でも、背圧室と圧縮室との圧力バランスが取れ、異物の噛み込みによる転覆現象を防止することができる。また、沸き上げ回数を何回か重ねることで、何かの拍子に異物が取れる場合があるので、沸き上げ回数を所定回数行うことで、一度制限を解除して通常の沸き上げ運転を行い、効率の良い運転を行うことができる。

また、本発明のヒートポンプ給湯装置は、スクロール圧縮機、給湯用熱交換器、膨張弁、蒸発器を冷媒配管によって順次環状に接続したヒートポンプ回路を備えるヒートポンプ給湯装置であって、前記スクロール圧縮機から吐出される冷媒の温度を検出する吐出温度検出手段と、前記スクロール圧縮機から吐出される冷媒の温度の目標吐出温度設定手段と、前記給湯用熱交換器で熱交換された後の湯の温度を検出する出湯温度検出手段と、外気温度を検出する外気温度検出手段と、前記ヒートポンプ給湯装置に流れる電流値を検出する電流値検出手段と、前記蒸発器に空気を送る送風機と、前記送風機の風量を変化させる送風機風量可変手段と、沸き上げ回数を記憶する沸き上げ回数記憶手段とを備え、前記スクロール圧縮機が起動してから一定時間経過後に、前記出湯温度検出手段により検出された出湯温度が第１の所定温度以下、かつ、前記吐出温度検出手段により検出された吐出温度が第２の所定温度以下、かつ、前記外気温度検出手段により検出された外気温度が第３の所定温度以上、かつ、前記電流値検出手段により検出された電流値が所定値α以下の状態が一定時間継続すると、前記目標吐出温度設定手段により設定された目標吐出温度を第４の所定温度上げ、かつ、前記送風機風量可変手段により前記送風機の風量を所定風量下げるとともに、前記沸き上げ回数記憶手段により記憶された沸き上げ回数が所定回数以上になった場合、前記目標吐出温度設定手段により設定された目標吐出温度を第４の所定温度だけ上げることを解除すること、および、前記送風機風量可変手段により前記送風機の風量を所定風量下げることを解除することを特徴とするものである。

これによって、転覆現象を検知したときには、目標吐出温度をさらに第４の所定温度だけ上げるので、高圧側が上がるとともに、送風機風量をさらに所定風量だけ下げるために、低圧側が下がり、圧縮比を確保することができる。すなわち高圧が上がることで、背圧が上がり、背圧室と圧縮室との圧力バランスを取ろうとして、異物が影響しない程度に背圧弁１０９が上がり、適正な背圧が確保でき、また低圧が下がることで、圧縮室内圧が下がり、背圧弁１０９に異物が噛み込んでいる状態でも、よりいっそう背圧室と圧縮室との圧力バランスを取ることができ、異物の噛み込みによる転覆現象を防止することができる。送風機の風量を下げない場合よりも圧縮比を取りやすい分、第４の所定温度を低めに設定でき、高圧の異常上昇を防止しやすくなる。また、沸き上げ回数を何回か重ねることで、何かの拍子に異物が取れる場合があるので、沸き上げ回数を所定回数行うことで、一度制限を解除して通常の沸き上げ運転を行い、効率の良い運転を行うことができる。

本発明のヒートポンプ給湯装置は、スクロール圧縮機の背圧弁に冷凍サイクル内の異物
が挟まったままの状態であっても、転覆現象を防止することができるヒートポンプ給湯装置を提供することができる。

第１の発明のヒートポンプ給湯装置は、スクロール圧縮機、給湯用熱交換器、膨張弁、蒸発器を冷媒配管によって順次環状に接続したヒートポンプ回路を備えるヒートポンプ給湯装置であって、前記スクロール圧縮機から吐出される冷媒の温度を検出する吐出温度検出手段と、前記スクロール圧縮機から吐出される冷媒の温度の目標吐出温度設定手段と、前記給湯用熱交換器で熱交換された後の湯の温度を検出する出湯温度検出手段と、外気温度を検出する外気温度検出手段と、前記ヒートポンプ給湯装置に流れる電流値を検出する電流値検出手段と、沸き上げ回数を記憶する沸き上げ回数記憶手段とを備え、前記スクロール圧縮機が起動してから一定時間経過後に、前記出湯温度検出手段により検出された出湯温度が第１の所定温度以下、かつ、前記吐出温度検出手段により検出された吐出温度が第２の所定温度以下、かつ、前記外気温度検出手段により検出された外気温度が第３の所定温度以上、かつ、前記電流値検出手段により検出された電流値が所定値α以下の状態が一定時間継続すると、前記目標吐出温度設定手段により設定された目標吐出温度を第４の所定温度上げるとともに、前記沸き上げ回数記憶手段により記憶された沸き上げ回数が所定回数以上になった場合、前記目標吐出温度設定手段により設定された目標吐出温度を第４の所定温度だけ上げることを解除することにより、転覆現象を検知したときには、目標吐出温度をさらに第４の所定温度だけ上げるので、高圧側が上がるために圧縮比を確保することができるとともに、背圧弁１０９に異物が噛み込んでいたとしても、吐出圧力が上がる（すなわち背圧が上がる）ので、背圧と圧縮室内圧のバランスを取ろうとして、異物が影響しない程度に背圧弁１０９が上がり、異物の噛み込みによる転覆現象を防止することができる。また、沸き上げ回数を何回か重ねることで、何かの拍子に異物が取れる場合があるので、沸き上げ回数を所定回数行うことで、一度制限を解除して通常の沸き上げ運転を行い、効率の良い運転を行うことができる。

第２の発明のヒートポンプ給湯装置は、スクロール圧縮機、給湯用熱交換器、膨張弁、蒸発器を冷媒配管によって順次環状に接続したヒートポンプ回路を備えるヒートポンプ給湯装置であって、前記スクロール圧縮機から吐出される冷媒の温度を検出する吐出温度検出手段と、前記スクロール圧縮機から吐出される冷媒の温度の目標吐出温度設定手段と、前記給湯用熱交換器で熱交換された後の湯の温度を検出する出湯温度検出手段と、外気温度を検出する外気温度検出手段と、前記ヒートポンプ給湯装置に流れる電流値を検出する電流値検出手段と、前記蒸発器に空気を送る送風機と、前記送風機の風量を変化させる送風機風量可変手段と、沸き上げ回数を記憶する沸き上げ回数記憶手段とを備え、前記スクロール圧縮機が起動してから一定時間経過後に、前記出湯温度検出手段により検出された出湯温度が第１の所定温度以下、かつ、前記吐出温度検出手段により検出された吐出温度が第２の所定温度以下、かつ、前記外気温度検出手段により検出された外気温度が第３の所定温度以上、かつ、前記電流値検出手段により検出された電流値が所定値α以下の状態が一定時間継続すると、前記送風機風量可変手段により前記送風機の風量を所定風量下げるとともに、前記沸き上げ回数記憶手段により記憶された沸き上げ回数が所定回数以上になった場合、前記送風機風量可変手段により前記送風機の風量を所定風量下げることを解除することにより、転覆現象を検知したときには、送風機風量をさらに所定風量だけ下げるために、低圧側が下がる。すなわち圧縮室内圧が下がることで、背圧弁１０９に異物が噛み込んでいる状態（すなわち背圧が上がりにくい状態）でも、背圧室と圧縮室との圧力バランスが取れ、異物の噛み込みによる転覆現象を防止することができる。また、沸き上げ回数を何回か重ねることで、何かの拍子に異物が取れる場合があるので、沸き上げ回数を所定回数行うことで、一度制限を解除して通常の沸き上げ運転を行い、効率の良い運転を行うことができる。

第３の発明のヒートポンプ給湯装置は、スクロール圧縮機、給湯用熱交換器、膨張弁、蒸発器を冷媒配管によって順次環状に接続したヒートポンプ回路を備えるヒートポンプ給湯装置であって、前記スクロール圧縮機から吐出される冷媒の温度を検出する吐出温度検出手段と、前記スクロール圧縮機から吐出される冷媒の温度の目標吐出温度設定手段と、前記給湯用熱交換器で熱交換された後の湯の温度を検出する出湯温度検出手段と、外気温度を検出する外気温度検出手段と、前記ヒートポンプ給湯装置に流れる電流値を検出する電流値検出手段と、前記蒸発器に空気を送る送風機と、前記送風機の風量を変化させる送風機風量可変手段と、沸き上げ回数を記憶する沸き上げ回数記憶手段とを備え、前記スクロール圧縮機が起動してから一定時間経過後に、前記出湯温度検出手段により検出された出湯温度が第１の所定温度以下、かつ、前記吐出温度検出手段により検出された吐出温度が第２の所定温度以下、かつ、前記外気温度検出手段により検出された外気温度が第３の所定温度以上、かつ、前記電流値検出手段により検出された電流値が所定値α以下の状態が一定時間継続すると、前記目標吐出温度設定手段により設定された目標吐出温度を第４の所定温度上げ、かつ、前記送風機風量可変手段により前記送風機の風量を所定風量下げるとともに、前記沸き上げ回数記憶手段により記憶された沸き上げ回数が所定回数以上になった場合、前記目標吐出温度設定手段により設定された目標吐出温度を第４の所定温度だけ上げることを解除すること、および、前記送風機風量可変手段により前記送風機の風量を所定風量下げることを解除することにより、転覆現象を検知したときには、目標吐出温度をさらに第４の所定温度だけ上げるので、高圧側が上がるとともに、送風機風量をさらに所定風量だけ下げるために、低圧側が下がり、圧縮比を確保することができる。すなわち高圧が上がることで、背圧が上がり、背圧室と圧縮室との圧力バランスを取ろうとして、異物が影響しない程度に背圧弁１０９が上がり、適正な背圧が確保でき、また低圧が下がることで、圧縮室内圧が下がり、背圧弁１０９に異物が噛み込んでいる状態でも、よりいっそう背圧室と圧縮室との圧力バランスを取ることができ、異物の噛み込みによる転覆現象を防止することができる。送風機の風量を下げない場合よりも圧縮比を取りやすい分、第４の所定温度を低めに設定でき、高圧の異常上昇を防止しやすくなる。

また、沸き上げ回数を何回か重ねることで、何かの拍子に異物が取れる場合があるので、沸き上げ回数を所定回数行うことで、一度制限を解除して通常の沸き上げ運転を行い、効率の良い運転を行うことができる。

第４の発明のヒートポンプ給湯装置は、特に第１〜第３の発明において、前記給湯用熱交換器で熱交換された後の湯の目標出湯温度を設定する目標出湯温度設定手段を備え、第１の所定温度を、前記目標出湯温度設定手段で設定された目標出湯温度から第５の所定温度を減算したものであることにより、目標出湯温度と、実際の出湯温度とを関連付けることによって、目標出湯温度に応じた第１の所定温度を設定することができ、圧縮機の転覆現象の誤判断を防止することができる。

第５の発明のヒートポンプ給湯装置は、特に第１〜第４の発明において、前記外気温度検出手段により検出された外気温度が第８の所定温度以下であった場合、前記目標吐出温度設定手段により設定された目標吐出温度を第４の所定温度だけ上げることを解除すること、および／または、前記送風機風量可変手段により前記送風機の風量を所定風量下げることを解除することにより、外気温度が低外気温度の場合には、低圧側が低いために圧縮比が確保できるので、目標吐出温度設定手段で設定された目標吐出温度になるように運転し、なおかつ、送風機の風量を所定風量下げるのをやめることによって、効率の良い運転を行うことができる。

第６の発明のヒートポンプ給湯装置は、特に第１〜第５の発明において、運転時間を記憶する運転時間記憶手段を備え、前記運転時間記憶手段により記憶された運転時間が所定時間以上になった場合、前記目標吐出温度設定手段により設定された目標吐出温度を第４
の所定温度だけ上げることを解除すること、および／または、前記送風機風量可変手段により前記送風機の風量を所定風量下げることを解除することにより、沸上運転を長時間行った場合には、何かの拍子に異物が取れる場合があるので、沸上運転を長時間行うことで、一度制限を解除して通常の沸き上げ運転を行い、効率の良い運転を行うことができる。

第７の発明のヒートポンプ給湯装置は、特に第１〜第６の発明において、スクロール圧縮機から吐出される冷媒温度の目標値を設定する目標吐出温度設定手段を備え、第２の所定温度を、前記目標吐出温度設定手段で設定された目標吐出温度から第６の所定温度を減算したものであることにより、吐出温度と、目標吐出温度とを関連付けることができるため、転覆現象を判断する閾値を目標吐出温度に応じて設けることができ、誤検知をすることなく、確実に転覆現象を防止することができる。

第８の発明のヒートポンプ給湯装置は、特に第１〜第７の発明において、前記給湯用熱交換器で熱交換された後の湯の目標出湯温度を設定する目標出湯温度設定手段を備え、第２の所定温度を、前記目標出湯温度設定手段で設定された目標出湯温度から第７の所定温度を加算したものであることにより、吐出温度と、目標出湯温度とを関連付けることができるため、転覆現象を判断する閾値を目標出湯温度に応じて設けることができ、誤検知をすることなく、確実に転覆現象を防止することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１におけるヒートポンプ給湯装置の回路構成図である。まず図１に基づいて、本実施例によるヒートポンプ給湯装置の構成を説明する。図１において本実施の形態におけるヒートポンプ回路１０は、冷媒として二酸化炭素を用い、高圧側（圧縮機の吐出圧力側）では臨界圧力を越える状態で運転する。もちろん、本実施例では二酸化炭素を冷媒として採用しているが、高圧側が臨界圧力を超える冷媒であれば、その他の冷媒でヒートポンプ回路を構成しても問題はない。また、本実施の形態１では、ヒートポンプ給湯装置が、タンクユニット６０とヒートポンプユニット６１で構成される分離型のヒートポンプ給湯装置で説明するが、もちろん、タンクユニットとヒートポンプユニットが一体的に構成された一体型のヒートポンプ給湯装置でも構わない。

ヒートポンプ回路１０は、スクロール圧縮機１１、給湯用熱交換器１２、メイン膨張弁１３Ａ、キャピラリーチューブ１３Ｂ、及び蒸発器１４を順に配管で接続して構成されている。また、蒸発器１４に空気を送る送風機１５が蒸発器１４の風下側に設置されている。またスクロール圧縮機１１の構造は、従来の構造と同じなので、従来例と同じ記号を付して、詳細な説明を省略する。

ヒートポンプ回路１０には、スクロール圧縮機１１の温度を検出する温度センサ１０Ａ、スクロール圧縮機１１からの吐出温度を検出する温度センサ（吐出温度検出手段）１０Ｂ、スクロール圧縮機１１からの吐出冷媒圧力を検出する圧力センサ１０Ｃ、蒸発器１４の吸入空気を検出する温度センサ（外気温度検出手段）１０Ｄ、蒸発器１４の蒸発器温度を検出する温度センサ１０Ｅを備えている。ここで、温度センサ１０Ａはコールドスタートの検出を、圧力センサ１０Ｃはスクロール圧縮機１１又はヒートポンプ回路１０の異常検出を行う。

次に、本実施例によるヒートポンプ給湯装置の貯湯回路について説明する。貯湯タンク２０の底部配管２１は、減圧弁３１を介して水道管等の水供給配管３２に接続されている。また貯湯タンク２０の底部配管２２は、循環ポンプ２３を介して給湯用熱交換器１２の
水用配管１２Ａの流入側と接続されている。また、貯湯タンク２０の上部循環用配管２４は、水用配管１２Ａの流出側と接続されている。なお、本実施例による貯湯タンク２０は、積層式の貯湯タンクであり、タンク内での撹拌が防止され、上部に高温水が底部に低温水が蓄積されるように構成されている。

一方、貯湯タンク２０の上部出湯用配管３３は、混合弁３４に接続されている。また、貯湯タンク２０の底部配管２１から分岐させた出水用配管３５は、混合弁３４に接続されている。混合弁３４の流出側の出湯回路は、キッチン、又は洗面所等の給湯用の蛇口３６に接続されている。この出湯回路には、出湯量を検出する流量センサ３０Ａ、出湯温度を検出する温度センサ３０Ｂを備えている。

なお、貯湯タンク２０には、貯湯タンク２０内の湯量を検出するための複数の温度センサ２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃが設けられている。また、水用配管１２Ａの流入側配管には、貯湯タンク２０の底部配管２２から導出される入水温度を検出する温度センサ２０Ｄが設けられている。また、上部循環用配管２４には、水用配管１２Ａから導出される出湯温度を検出する温度センサ（出湯温度検出手段）２０Ｅが設けられている。

以下、本実施例によるヒートポンプ給湯装置の貯湯運転動作について説明する。時刻が所定時刻になるか、または、貯湯タンク２０内の温度センサ２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃによって、貯湯タンク２０内の湯量が所定量以下となったことを検出すると、ヒートポンプ回路１０を動作させて貯湯運転を開始する。

ヒートポンプ回路１０では、スクロール圧縮機１１で圧縮された冷媒が、給湯用熱交換器１２で放熱し、メイン膨張弁１３Ａ及びキャピラリーチューブ１３Ｂで減圧された後、蒸発器１４で送風機１５により送られてくる空気から熱を吸収し、ガス状態でスクロール圧縮機１１に吸入される。

一方、循環ポンプ２３の運転により、貯湯タンク２０内の水は、底部配管２２を通って水用配管１２Ａに導かれ、水用配管１２Ａで加熱された温水は、上部循環用配管２４を通って貯湯タンク２０に戻される。

スクロール圧縮機１１での能力制御及び膨張弁１３での開度制御は、温度センサ１０Ｂで検出される吐出温度が、あらかじめ設定された温度を維持するように制御される。

また、本実施の形態には、ヒートポンプユニットを構成する各機器を制御する制御手段であるマイクロコンピュータ５０が備えられており、圧縮機の目標吐出温度を設定する目標吐出温度設定手段、送風機風量可変手段、目標出湯温度設定手段を有している。また、ヒートポンプ給湯装置のヒートポンプユニットの電流値を検出する電流値検出手段（図示せず）を設けている。

次に、本実施例によるヒートポンプ給湯装置における圧縮機の転覆検知方法および圧縮機転覆検知後の動作について図２を用いて説明する。図２は、本実施の形態における転覆現象の検知方法および、冷凍サイクルの制御方法を示したフローチャートである。

まず、ＳＴＥＰ１では、電源投入と同時にマイクロコンピュータ５０は転覆しているかどうかを示す「転覆検知フラグ」を「０」に設定し、ＳＴＥＰ２に進む。「転覆検知フラグ」が「０」であれば転覆しておらず、「転覆検知フラグ」が「１」であれば転覆していると判断するための変数である。

ＳＴＥＰ２では、沸き上げ運転が開始されたかどうかを判別し、沸き上げ運転が開始さ
れていなければ、運転が開始されるまでＳＴＥＰ２を繰り返し、沸き上げ運転が開始されれば、沸き上げ回数のカウント数を１回増やし、ＳＴＥＰ３に進む。

ＳＴＥＰ３では、出湯温度Ｔｓ、外気温度Ｔｇ、電流値Ｉを検出し、ＳＴＥＰ４に進む。

ＳＴＥＰ４では、圧縮機が起動してから所定時間経過したかどうかを判断し、所定時間経過していればＳＴＥＰ５に進み、所定時間経過していなければＳＴＥＰ６に進む。

ＳＴＥＰ５では、圧縮機が起動してから所定時間経過しているにも関わらず、圧縮比が取れていない状況を判断し、転覆しているかどうかを判断する。この判断基準として本実施の形態では、給湯用熱交換器から出湯する出湯温度、圧縮機から吐出される冷媒の吐出温度、外気温度、ヒートポンプユニット内の電流値によって判断している。具体的には、出湯温度Ｔｓが第１の所定温度Ｔ１よりも小さく、吐出温度Ｔｔが第２の所定温度Ｔ２よりも小さく、かつ、外気温度Ｔｇが第３の所定温度Ｔ３よりも大きく、かつ、電流値Ｉが所定の電流値αよりも小さい時に、スクロール圧縮機１１が所望の能力を発揮していないと判断し、転覆状態であると判断する。そして転覆状態であると判断した場合には、「転覆検知フラグ」に「１」を設定し、転覆状態であることを示し、ＳＴＥＰ６に進む。

なお、本実施の形態では、出湯温度Ｔｓと第１の所定温度Ｔ１とを比較しているが、第１の所定温度Ｔ１の代わりに、目標出湯温度設定手段にて設定された目標温度から固定値である第５の所定温度Ｔ５を減じた値を用いてもよい。その場合、出湯温度Ｔｓと、目標出湯温度とを関連付けることができるため、転覆現象を判断する閾値を目標出湯温度に応じて設けることができ、誤検知をすることなく、確実に転覆現象を防止することができる。

また、吐出温度Ｔｔと第２の所定温度Ｔ２とを比較しているが、第２の所定温度Ｔ２の代わりに、目標吐出温度設定手段にて設定された目標吐出温度から固定値である第６の所定温度Ｔ６を減じた値を用いてもよい。その場合、吐出温度Ｔｔと、目標吐出温度とを関連付けることができるため、転覆現象を判断する閾値を目標吐出温度に応じて設けることができ、誤検知をすることなく、確実に転覆現象を防止することができる。

また、第２の所定温度Ｔ２の代わりに、目標出湯温度設定手段で設定された目標出湯温度に固定値である第７の所定温度Ｔ７を加算した値を用いてもよい。その場合、吐出温度Ｔｔと、目標出湯温度とを関連付けることができるため、転覆現象を判断する閾値を目標出湯温度に応じて設けることができ、誤検知をすることなく、確実に転覆現象を防止することができる。

また、第１の所定温度Ｔ１は、目標出湯温度設定手段にて設定された給湯用熱交換器から出湯する湯の目標出湯温度毎に設定してもよい。

ＳＴＥＰ６では、外気温度Ｔｇが第８の所定温度Ｔ８よりも小さいか、沸き上げ回数のカウントが、所定の沸き上げ回数以上であるかどうかを判断する。ここでは、外気温度Ｔｇが第８の所定温度Ｔ８よりも小さいかどうかを判断することで、低外気温の状況下であれば、低圧側が下がるため圧縮比が確保できるので再度転覆する恐れが少なく、また、沸き上げ回数のカウントが所定の沸き上げ回数以上であるかどうかを判断することで、沸き上げ運転を繰り返しているうちに、スクロール圧縮機１１の背圧弁１０９に噛み込んでいる異物が何らかの拍子で取れる場合があるので、その場合には再度転覆する恐れが少ない。そのため、外気温度Ｔｇが第８の所定温度Ｔ８よりも小さいか、もしくは、沸き上げ回数のカウントが所定の沸き上げ回数以上であるかどうかを判断し、該当すれば「転覆検知
フラグ」を「０」に設定し、ＳＴＥＰ７に進むと同時に、沸き上げ回数のカウントを一度クリアする。一方、該当しなければ、そのままＳＴＥＰ７に進む。なお、本実施の形態では、沸き上げ回数が、所定回数以上であるかどうか判断しているが、運転時間が、所定の運転時間以上であるかどうかで判断しても同様の効果を有する。

ＳＴＥＰ７では、現在の「転覆検知フラグ」が「１」であるかどうかを判断し、「転覆検知フラグ」が「１」であれば、ＳＴＥＰ８に進み、「転覆検知フラグ」が「０」であれば、ＳＴＥＰ９に進む。

ＳＴＥＰ８では、「転覆検知フラグ」が「１」に設定してあるので、目標吐出温度を通常の目標吐出温度から第４の所定温度Ｔ４を上げ、送風機風量も通常の送風機風量から所定風量だけ下げてＳＴＥＰ１０に進む。

つまり、転覆現象から復帰後、そのままメイン膨張弁１３Ａを制御すると、再度転覆現象が発生する可能性が高いため、目標吐出温度を、通常の目標吐出温度よりも高く設定すると、それに合わせてスクロール圧縮機１１から吐出される冷媒も高圧側に移動するため、背圧が上がり、背圧室と圧縮室との圧力バランスを取ろうとして、背圧弁１０９に異物が噛み込んでいたとしても、それに影響が無い程度まで、背圧弁１０９が上に上がり、適正な背圧が確保できるために、圧縮室と背圧室との圧力バランスを保つことができ、転覆現象を防止することができる。

また、送風機風量も、通常の送風機風量よりも低く設定することで、低圧側を下げることができ、圧縮室内圧が下がるので、背圧弁１０９に異物が噛み込んでいたとしても、圧縮室と背圧室との圧力バランスを保つことができ、転覆現象を防止することができる。

なお、本実施の形態では、ＳＴＥＰ８にて、目標吐出温度および送風機風量の２つを変更しているが、これに限定されることはなく、どちらか一方だけ変更しても、転覆現象を防止する効果を有するものである。

一方、ＳＴＥＰ９では、再度転覆現象が発生する恐れが少ないことから、目標吐出温度および送風機風量は、通常設定された値で運転し、ＳＴＥＰ１０に進む。

ＳＴＥＰ１０では、運転が停止しているかどうかを判断し、運転が停止していなければＳＴＥＰ３に戻り、運転が停止していれば、ＳＴＥＰ２に戻る。

以上のように、転覆現象が発生すると、高圧側を上げるために圧縮機から吐出される冷媒の目標吐出温度を上げる、もしくは、低圧側を下げるために送風機風量を下げることによって、背圧弁に異物が噛み込んでいたとしても、背圧を上げ、異物の影響を受けない程度にまで背圧弁を上げ、適正な背圧を確保するか、または圧縮室内圧を下げる制御を行うので、転覆現象が再度起こることの無い安定したヒートポンプ給湯装置を提供することができる。

以上のように、本発明は、タンクから給湯口に出湯するヒートポンプ給湯装置はもちろん、給湯用熱交換器から直接給湯口に出湯するヒートポンプ給湯装置にも適用することができる。

本発明の実施の形態１におけるヒートポンプ給湯装置の構成図同実施の形態１における制御フローチャート従来のスクロール圧縮機の断面図（ａ）従来のスクロール圧縮機の要部断面図（使用可能な圧縮比の下限値以上で運転時）（ｂ）従来のスクロール圧縮機の要部断面図（使用可能な圧縮比の下限値未満で運転時）従来のスクロール圧縮機の要部拡大図

１０ヒートポンプ回路
１０Ｂ温度センサ（吐出温度検出手段）
１０Ｄ温度センサ（外気温度検出手段）
１１スクロール圧縮機
１２給湯用熱交換器
１３Ａメイン膨張弁
１４蒸発器
１５送風機
２０Ｅ温度センサ（出湯温度検出手段）

Claims

スクロール圧縮機、給湯用熱交換器、膨張弁、蒸発器を冷媒配管によって順次環状に接続したヒートポンプ回路を備えるヒートポンプ給湯装置であって、前記スクロール圧縮機から吐出される冷媒の温度を検出する吐出温度検出手段と、前記スクロール圧縮機から吐出される冷媒の温度の目標吐出温度設定手段と、前記給湯用熱交換器で熱交換された後の湯の温度を検出する出湯温度検出手段と、外気温度を検出する外気温度検出手段と、前記ヒートポンプ給湯装置に流れる電流値を検出する電流値検出手段と、沸き上げ回数を記憶する沸き上げ回数記憶手段とを備え、前記スクロール圧縮機が起動してから一定時間経過後に、前記出湯温度検出手段により検出された出湯温度が第１の所定温度以下、かつ、前記吐出温度検出手段により検出された吐出温度が第２の所定温度以下、かつ、前記外気温度検出手段により検出された外気温度が第３の所定温度以上、かつ、前記電流値検出手段により検出された電流値が所定値α以下の状態が一定時間継続すると、前記目標吐出温度設定手段により設定された目標吐出温度を第４の所定温度上げるとともに、前記沸き上げ回数記憶手段により記憶された沸き上げ回数が所定回数以上になった場合、前記目標吐出温度設定手段により設定された目標吐出温度を第４の所定温度だけ上げることを解除することを特徴とするヒートポンプ給湯装置。
スクロール圧縮機、給湯用熱交換器、膨張弁、蒸発器を冷媒配管によって順次環状に接続したヒートポンプ回路を備えるヒートポンプ給湯装置であって、前記スクロール圧縮機から吐出される冷媒の温度を検出する吐出温度検出手段と、前記スクロール圧縮機から吐出される冷媒の温度の目標吐出温度設定手段と、前記給湯用熱交換器で熱交換された後の湯の温度を検出する出湯温度検出手段と、外気温度を検出する外気温度検出手段と、前記ヒートポンプ給湯装置に流れる電流値を検出する電流値検出手段と、前記蒸発器に空気を送る送風機と、前記送風機の風量を変化させる送風機風量可変手段と、沸き上げ回数を記憶する沸き上げ回数記憶手段とを備え、前記スクロール圧縮機が起動してから一定時間経過後に、前記出湯温度検出手段により検出された出湯温度が第１の所定温度以下、かつ、前記吐出温度検出手段により検出された吐出温度が第２の所定温度以下、かつ、前記外気温度検出手段により検出された外気温度が第３の所定温度以上、かつ、前記電流値検出手段により検出された電流値が所定値α以下の状態が一定時間継続すると、前記送風機風量可変手段により前記送風機の風量を所定風量下げるとともに、前記沸き上げ回数記憶手段に
より記憶された沸き上げ回数が所定回数以上になった場合、前記送風機風量可変手段により前記送風機の風量を所定風量下げることを解除することを特徴とするヒートポンプ給湯装置。
スクロール圧縮機、給湯用熱交換器、膨張弁、蒸発器を冷媒配管によって順次環状に接続したヒートポンプ回路を備えるヒートポンプ給湯装置であって、前記スクロール圧縮機から吐出される冷媒の温度を検出する吐出温度検出手段と、前記スクロール圧縮機から吐出される冷媒の温度の目標吐出温度設定手段と、前記給湯用熱交換器で熱交換された後の湯の温度を検出する出湯温度検出手段と、外気温度を検出する外気温度検出手段と、前記ヒートポンプ給湯装置に流れる電流値を検出する電流値検出手段と、前記蒸発器に空気を送る送風機と、前記送風機の風量を変化させる送風機風量可変手段と、沸き上げ回数を記憶する沸き上げ回数記憶手段とを備え、前記スクロール圧縮機が起動してから一定時間経過後に、前記出湯温度検出手段により検出された出湯温度が第１の所定温度以下、かつ、前記吐出温度検出手段により検出された吐出温度が第２の所定温度以下、かつ、前記外気温度検出手段により検出された外気温度が第３の所定温度以上、かつ、前記電流値検出手段により検出された電流値が所定値α以下の状態が一定時間継続すると、前記目標吐出温度設定手段により設定された目標吐出温度を第４の所定温度上げ、かつ、前記送風機風量可変手段により前記送風機の風量を所定風量下げるとともに、前記沸き上げ回数記憶手段により記憶された沸き上げ回数が所定回数以上になった場合、前記目標吐出温度設定手段により設定された目標吐出温度を第４の所定温度だけ上げることを解除すること、および、前記送風機風量可変手段により前記送風機の風量を所定風量下げることを解除することを特徴とするヒートポンプ給湯装置。
前記給湯用熱交換器で熱交換された後の湯の目標出湯温度を設定する目標出湯温度設定手段を備え、第１の所定温度を、前記目標出湯温度設定手段で設定された目標出湯温度から第５の所定温度を減算したものであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のヒートポンプ給湯装置。
前記外気温度検出手段により検出された外気温度が第８の所定温度以下であった場合、前記目標吐出温度設定手段により設定された目標吐出温度を第４の所定温度だけ上げることを解除すること、および／または、前記送風機風量可変手段により前記送風機の風量を所定風量下げることを解除することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のヒートポンプ給湯装置。
運転時間を記憶する運転時間記憶手段を備え、前記運転時間記憶手段により記憶された運転時間が所定時間以上になった場合、前記目標吐出温度設定手段により設定された目標吐出温度を第４の所定温度だけ上げることを解除すること、および／または、前記送風機風量可変手段により前記送風機の風量を所定風量下げることを解除することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のヒートポンプ給湯装置。
スクロール圧縮機から吐出される冷媒温度の目標値を設定する目標吐出温度設定手段を備え、第２の所定温度を、前記目標吐出温度設定手段で設定された目標吐出温度から第６の所定温度を減算したものであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のヒートポンプ給湯装置。
前記給湯用熱交換器で熱交換された後の湯の目標出湯温度を設定する目標出湯温度設定手段を備え、第２の所定温度を、前記目標出湯温度設定手段で設定された目標出湯温度から第７の所定温度を加算したものであることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のヒートポンプ給湯装置。