JPH0554022B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明はヒートポンプ式給湯機に関するもの
であつて、特に圧縮能力可変な圧縮機を有すると
共に、その過負荷運転防止機能を有するヒートポ
ンプ式給湯機に関する。

（従来の技術） ヒートポンプ式給湯機で湯を加熱する場合、湯
温の上昇と共に給湯用熱交換器での凝縮温度も上
昇し、また凝縮圧力、すなわち圧縮機からの吐出
圧力も上昇してくる。そして湯温が、例えば60℃
を越えるような加熱目標設定温度に近づいた場合
には、特に大気との熱交換を行う熱源側熱交換器
側において大気温度も高い場合に、上記圧縮機の
吐出圧力が、その使用限界に達した過負荷状態と
なり、故障の危険性が高くなる場合がある。

そこで上記のような過負荷運転を防止するため
に、特開昭60−16245号公報に記載された装置で
は、吐出圧力検出センサを設け、検出圧力が所定
値に達したときには圧縮機の作動を自動的に停止
することとしている。しかしながら、上記従来装
置においては、圧縮機の過負荷運転の防止は可能
であるが、当然に貯湯槽の湯を設定温度まで加熱
できないという問題がある。

一方、近年は、例えばインバータ制御を採用し
た圧縮能力可変な圧縮機を有するヒートポンプ式
給湯機も実用化されつつある。このようなヒート
ポンプ式給湯機においては、圧縮機の過負荷運転
を防止するために、圧縮能力を可変するためのイ
ンバータ周波数と吐出圧力HPとを監視しなが
ら、例えば第５図に示すような運転規制ライン
l1，l2を設定して、これらの各規制ラインl1，l2
の範囲内において運転を行うようになされてい
る。すなわち第５図において、一方のラインl1は
高圧圧力規制ラインであり、これはインバータ周
波数の大小に関係なく所定の圧力（例えば28Kg／
cm²）に設定され、運転中に吐出圧力がこれを超え
るような場合には圧縮機を停止する。また他方の
ラインl2は圧縮機への入力電流規制ラインであつ
て、予め設定される最大許容電流からインバータ
周波数と吐出圧力HPの関連においては、同図
のように吐出圧力HPが高くなる程インバータ周
波数を低く抑えるようにした傾斜直線として設
定される。

上記のような各規制ラインl1，l2の設定された
能力可変圧縮機を運転して貯湯槽の湯を加熱する
場合、湯温が低い場合には、同図中実線矢印で示
すように、まず運転開始時に対応して適当に設定
される初期設定周波数で起動され（同図中Ａ点）、
その後は湯温を設定温度まで迅速に加熱するため
に、次第にインバータ周波数を増加する制御、す
なわち圧縮能力を増加させる制御がなされる。そ
して上記入力電流規制ラインl2上に達したとき
（同図中Ｂ点）に、圧縮機には最大許容電流が入
力されてこの時点における最大の圧縮能力、すな
わち給湯用熱交換器においては最大の加熱能力が
与えられる。このような加熱運転によつて、湯温
は次第に上昇し、したがつて吐出圧力HPも増加
してくるために、上記Ｂ点に達して以降は、上記
入力電流規制ラインl2に沿つて最大通電電流を維
持しながら、吐出圧力HPの増加と共にインバー
タ周波数を低下させていくような制御がなされ
る。そして湯温が設定温度に達したときに圧縮機
の運転が停止される。

（発明が解決しようとする問題点） 上記のようなインバータ周波数制御を行うこと
により、各時点で最大の圧縮能力が維持されなが
ら加熱が継続されるために、設定温度まで速やか
に加熱することが可能である。しかしながら、そ
の設定温度が60〜65℃と高く、かつ大気との熱交
換による熱源側熱交換器での大気温度も高い場合
には、上記のような入力電流規制ラインl2に沿つ
てインバータ周波数制御を行つていく際に、上記
設定温度に達する前に、前記高圧圧力規制ライン
l1に達し、このため圧縮機の運転が自動的に停止
して、上記設定温度まで加熱ができないという問
題がある。

この発明は上記従来の問題点を解決するために
なされたものであつて、その目的は、湯温が低温
状態においては急速な加熱をなし得ると共に、沸
上り温度（設定温度）まで加熱するための高温到
達能力を向上し得るヒートポンプ式給湯機を提供
することにある。

（問題点を解決するための手段） そこでこの発明のヒートポンプ式給湯機は、イ
ンバータによつて周波数制御されると共に、その
吐出圧力が基準圧力を超えたときに運転を停止す
る制御がなされる圧縮機１に熱源側熱交換器１０
と、貯湯槽２８の湯を加熱するための給湯用熱交
換器２３とを接続して成るヒートポンプ式給湯機
であつて、上記貯湯槽２８の湯温を検出する湯温
検出手段３８と、上記検出湯温が、加熱目標設定
温度よりも低く設定された基準温度に達するまで
の間は、上記圧縮機１への入力電流値が基準電流
値imax1以下となる範囲内においてできるだけ大
きな圧縮能力となるように上記圧縮機１の作動周
波数を制御する第１運転制御手段４１と、上記検
出湯温が上記基準温度を超えてから上記加熱目標
設定温度に達するまでの間は、上記第１運転制御
手段４１によつて制御される圧縮能力よりも小さ
い圧縮能力に変更して上記圧縮機１の作動を制御
する第２運転制御手段４２とを有している。

（作用） 上記構成のヒートポンプ式給湯機においては、
２つの運転制御手段４１，４２を有しており、貯
湯槽２８での湯温が基準温度以下、すなわち低温
状態にある場合には、上記第１の運転制御手段４
１によつて、例えば前記入力電流規制ラインl2に
沿つて圧縮能力を制御するような最大加熱能力で
の運転が行われ、このため湯温を迅速に上昇させ
ることが可能であり、さらに貯湯槽２８での湯温
が加熱目標設定温度に近づいて上記基準温度を超
えたときには、圧縮機１の運転が上記第２運転制
御手段４２による制御に自動的に切換えられる。
このときには上記第１運転制御手段４１による圧
縮能力よりも小さな圧縮能力に変更されて圧縮機
１の作動が行われるので、これによりそれまでの
吐出圧力の上昇が抑制され、このため例えば前記
した高圧圧力規制ラインl1に達することによる作
動停止の頻度が低減されて加熱運転が従来よりも
継続されることとなる。この結果、高温到達温度
の上昇が図られ、加熱能力が向上する。

（実施例） 次にこの発明のヒートポンプ式給湯機の具体的
な実施例について、図面を参照しつつ詳細に説明
する。

第２図には、この発明の一実施例におけるヒー
トポンプ式給湯機能を有すると共に、多室空調機
能も有するヒートポンプシステムとして構成した
装置の冷媒回路図を示しており、図のようにこの
装置は、室外ユニツトＸと、室内ユニツトＡ〜Ｄ
と、給湯ユニツトＹとを有するものである。室外
ユニツトＸは圧縮機１を有しており、この圧縮機
１の吐出配管２と吸込配管３とはそれぞれ四路切
換弁４に接続されている。なお上記圧縮機１は、
その回転速度つまり圧縮能力を制御するためのイ
ンバータ５を有するものであり、また上記吐出配
管２には第１電磁弁６が、上記吸込配管３にはア
キユームレータ７がそれぞれ介設されている。上
記四路切換弁４には第１ガス管８と第２ガス管９
とが接続されているが、上記第１ガス管８は熱源
側熱交換器となる室外熱交換器１０に接続され、
また上記第２ガス管９はヘツダー１１に接続され
ると共に、その途中にガス閉鎖弁１２が介設され
ている。また上記室外熱交換器１０には、第１液
管１３が接続されており、この第１液管１３は受
液器１４に接続されると共に、その途中には第１
膨張弁１５が介設されている。上記受液器１４に
は、第２液管１６が接続されているが、この第２
液管１６は途中に液閉鎖弁１７の介設されたもの
であつて、上記第２ガス管９と第２液管１６との
間には、複数（図の場合には４本）の分岐冷媒配
管１８……１８が互いに並列に接続されており、
各分岐冷媒配管１８……１８にはそれぞれ室内熱
交換器１９……１９（１台のみ図示する）と、第
２膨張弁２０……２０とが介設されている。なお
各室内ユニツトＡ〜Ｄは、１台の室内ユニツトＡ
についてのみ図示するが、上記室内熱交換器１９
……１９と室内フアン２１……２１とによつて構
成されている。

一方上記圧縮機１の吐出配管２には、さらに第
３ガス管２２が接続されると共に、この第３ガス
管２２には給湯用熱交換器２３が接続されてお
り、給湯用熱交換器２３は、さらに第３液管２４
にて受液器１４に接続されている。上記第３ガス
管２２には、第２電磁弁２５が介設されており、
また上記第３液管２４には、キヤピラリーチユー
ブ２６と逆止弁２７とが介設されている、なお２
８は貯湯槽である。また上記吐出配管２には、吐
出圧力が設定圧力（例えば28Kg／m²）を越えたと
きに作動する高圧圧力スイツチ２９が接続されて
いる。

上記装置の冷房運転時には、第１電磁弁６を
開、第２電磁弁２５を閉として圧縮機１の運転を
行う。そうすると冷媒は、四路切換弁４、第１ガ
ス管８を経由して室外熱交換器１０内で凝縮し、
次いで第１液管１３、受液器１４、第２液管１６
を経由して各室内熱交換器１９……１９内にて蒸
発し、その後、第２ガス管９、四路切換弁４を経
て圧縮機１に返流される流れとなる。この場合、
第１膨張弁１後は全開にして、各第２膨張弁２０
……２０にて蒸発冷媒の過熱度を制御する。また
暖房運転は、冷房運転状態から四路切換弁４を切
換え、圧縮機１からの吐出冷媒を、各室内熱交換
器１９……１９側から室外熱交換器１０へと回流
させることによつて行う。この場合、各第２膨張
弁２０……２０で、各室内熱交換器１９……１９
内を流れる冷媒量の制御を行い、第１膨張弁１５
で蒸発冷媒の過熱度制御を行う。

また給湯運転時には、第１電磁弁６を閉、第２
電磁弁２５を開にして圧縮機１の運転を行う。そ
うすると冷媒は、第３ガス管２２を経由して給湯
用熱交換器２３内にて凝縮し、次いで第３液管２
４、受液器１４、第１液管１３を経由して室外熱
交換器１０内にて蒸発し、その後第１ガス管８、
四路切換弁４を経て圧縮機１に返流される流れと
なる。この場合、各第２膨張弁２０……２０は全
閉にし、第１膨張弁１５にて蒸発冷媒の過熱度の
制御を行うようにする。

次に上記装置の給湯運転時の運転制御系につい
て、第３図に基づいて説明する。まず室外ユニツ
トＸは、室外制御装置３１と、インバータ制御装
置３２と、弁切換手段３３とを有しているが、上
記インバータ制御手段３２は、前記インバータ５
での周波数を制御し、圧縮機１の回転数、つまり
圧縮能力を制御するためのものである。また上記
弁切換手段３３は、上記室外制御装置３１からの
指令にて、上記第１電磁弁６、第２電磁弁２５、
四路切換弁４の作動を制御して、給湯運転、暖房
運転、冷房運転等の運転モードを制御するための
ものである。

また上記室外制御装置３１には、台所等の室内
に配置されたリモートコントロールボツクス３６
が接続されており、このボツクス３６に設けられ
た貯湯槽加熱スイツチ３７を操作することによつ
て、上記室外制御装置３１に加熱要求信号を出力
し得るようなされている。この場合、貯湯槽２８
には湯温を検出するために、サーミスタで構成さ
れた湯温検出手段となる湯温検出センサ３８を有
する湯温サーモ３９が配置されており、上記貯湯
槽加熱スイツチ３７がONのときに、上記湯温サ
ーモ３９に設定された設定温度よりも上記サーミ
スタ３８での検出温度の方が低い場合には、上記
湯温サーモ３９から上記室外制御装置３１に、加
熱運転要求信号と上記検出温度信号とが出力され
るようになされている。

一方、上記室外制御装置３１には、前記高圧圧
力スイツチ２９の作動信号と、圧縮機１への入力
電流値を検出するために設けられているカレント
トランス４０からの検出電流信号がさらに入力さ
れるようになされると共に、上記加熱運転要求信
号と検出温度信号とを受けて、上記圧縮機１の回
転数、すなわちインバータ周波数制御を行いなが
ら湯の加熱運転をするために、第１及び第２の運
転制御手段となる第１及び第２周波数制御部４
１，４２が設けられており、次にこのような給湯
加熱運転時のインバータ周波数制御について、第
４図のフローチヤートに基づいて説明する。

前記貯湯槽加熱スイツチ３７がON操作され、
給湯加熱運転がスタートされると、まず第４図の
ステツプS1において湯温サーモ３９のON−OFF
状態が判別される。いま貯湯槽２８内の湯が低温
状態にあるときに上記ON操作がなされたとして
説明すると、このとき検出湯温Ｔは、加熱目標設
定温度Tm（例えば65℃）より低く、湯温サーモ
３９からは加熱運転要求信号が出力され、すなわ
ち室外制御装置３１においては湯温サーモ３９の
ON状態として判別されて、ステツプS1からS2に
移行する。そしてステツプS2においてそれまで
停止していた圧縮機１に対して、初期設定周波数
0が設定されると共に、これが起動される。次い
でステツプS3において、吐出配管２に接続され
ている高圧圧力スイツチ２９によつて吐出圧力
HPが異常高圧圧力設定値Pmax以下であること
を確認すると共に、ステツプS4において起動後
の圧縮機の運転周波数が上記初期設定周波数0に
達したか否かが判別される。達してない場合に
は、ステツプS4からステツプS1に戻り、このス
テツプS1〜S4を繰返して、圧縮機１の立上りを
待つこととなる。圧縮機１が初期設定周波数に達
するとステツプS4からステツプS5に移行する。
このステツプS5においては、貯湯槽２８での検
出湯温が、基準温度Tc（例えば55℃）に達したか
否かが判別される。低温状態から加熱されている
湯温Ｔが上記Tc以下の場合には、上記ステツプ
S5からS6へ移行することとなる。このステツプ
S6においては、前記カレントトランス４０で検
出される圧縮機１への入力電流値ｉと、第１の最
大許容電流値imax1とを比較する。上記ｉが
imax1より小さい場合にはステツプS7においてイ
ンバータ制御周波数の増加がなされ、一方ｉが
imax1より大きい場合にはの減少がステツプS8
においてなされて、ステツプS1に戻る。そして
以上のステツプS1〜S8が繰返されながら、給湯
加熱が継続されることとなる。

上記のような加熱運転時におけるインバータ周
波数と吐出圧力HP、及び加熱湯温Ｔの変化を
第５図を参照して説明する。第５図にはインバー
タ周波数と吐出圧力HPとの関連において、上
記異常高圧圧力設定値Pmaxによる高圧圧力規制
ラインl1と、上記第１の最大許容電流値imax1に
よつて得られる入力電流規制ラインl2とによつて
区画される運転域を示しており、併せて例えば室
外熱交換器１０が熱交換を行う大気の温度を例え
ば30℃とした場合に得られる湯温と上記運転条件
との関係を付記している。同図のように、初期設
定周波数0を例えば50Hzとして加熱運転が開始さ
れる（図中Ａ点）．この時の湯温を約25℃とし、
加熱目標設定温度Tmを65℃とすると、上記Ａ点
においては、入力電流規制ラインl2との間に充分
な余裕があるので、上記周波数制御を行うことに
より、Ａ点よりＢ点に向かう変更、すなわち周波
数の増加が逐次なされるような運転が継続され
る。そしてこの間に湯温の上昇と共に吐出圧力の
上昇が生じる。そしてＢ点、すなわち圧縮機１へ
の入力電流が最大許容電流値imax1に達した場合
には、以降はこの電流値を維持するように周波数
制御がなされる。つまり湯温の上昇と共に吐出圧
力の上昇が生じるために、上記imax1の入力電流
状態を維持するためには周波数の低減が必要とな
り、結果として、同図中入力電流規制ラインl2に
沿つた周波数制御がなされるのである。この間
は、imax1が略維持され、したがつてこの装置で
可能な最大圧縮能力、すなわち加熱能力で湯の加
熱が行われることとなる。そして図中、Ｂ点から
Ｃ点に至り、さらにこの制御を継続していく場合
には、図中Ｄ点、すなわち湯温60℃に達した時点
で、高圧圧力規制ラインl1に達することとなり、
高圧圧力スイツチ２９が作動して、異常高圧圧力
状態と判別され、運転が停止する。この結果加熱
目標設定温度65℃までの加熱は行えないこととな
る。

そこで、上記装置においては、湯温が例えば55
℃に達した時点において周波数制御が自動的に切
換わることとしている。すなわち、第４図におい
て、ステツプS5において検出湯温Ｔが基準温度
Tc（例えば55℃）を超えたときにステツプS5から
ステツプS9へと移行するのである。ステツプS9
においては、入力電流値ｉを第２の許容電流値
imax2と比較し、その結果に応じて周波数の増
（ステツプS7）、減（ステツプS8）を行うことと
している。そして上記第２の許容電流値imax2は
前記第１の許容電流値imax1より小さな値として
ある。したがつて第５図において湯温が上記Tc
に達したＣ点以降は、上記ステツプS9を経由す
る周波数制御に変更され、この結果、図中Ｃ点か
らＦ点へ至るように周波数の低減が行われて入力
電流がimax1状態からそれよりも小さなimax2へ
と変更される。すなわち圧縮能力の低減がなされ
る。そしてimax2に至つた後、このimax2によつ
て規定される第２の入力電流規制ラインl3に沿う
制御がなされ、図中Ｆ点からＧ点へ至ることとな
る。そしてＧ点において目標加熱湯温、例えば65
℃に達し、湯温サーモ３９がOFF状態に変化し
て、第４図においてステツプS1からステツプS10
に移行し、圧縮機１を停止して、ステツプS1，
S10を繰返しながら、次の湯温サーモ３９からの
加熱運転要求信号の入力待ち状態となる。

上記のような周波数制御を行うことによつて、
第４図におけるステツプS3で吐出圧力HPが
Pmaxに達してステツプS11において運転が停止
され、加熱が中断されるようなことがなくなり、
設定される沸上り温度への到達が確保される。

以上の説明のように、上記実施例においては、
基準温度Tcに達するまでは各吐出圧力状態に応
じた変更を行いながら最大圧縮能力を維持して、
迅速な湯温の上昇が得られると共に、上記Tcを
越えて以降は圧縮能力を自動的に低減させること
によつて、沸上り温度が確保されるものとなる。

なお上記実施例においては、第１運転制御手段
４１を第４図のステツプS6，S7，S8で、また第
２運転制御手段４２をステツプS9，S7，S8で構
成した例を示したが、例えば第２運転制御手段
を、湯温が所定温度Tcに達した時に、運転可能
な最低周波数程度、例えば40Hzに低下させ、それ
を維持するような、他の構成とすることもでき
る。また上記においては、湯温検出手段を湯温サ
ーモ３９を構成する湯温検出センサ３８とした
が、給湯用熱交換器２３の出口側配管に付設され
て、凝縮温度を検出するサーミスタや、凝縮圧力
変化を検出する圧力センサ等の、湯温と相関性の
ある信号を出力し得るその他のセンサで構成する
こともできる。

（発明の効果） 上記のようにこの発明のヒートポンプ式給湯機
においては、湯温が基準温度に達するまでは圧縮
機の最大圧縮能力を維持しながら運転を行い、こ
のため迅速な湯温の上昇が得られると共に、上記
基準温度を越えると自動的に圧縮能力を低減する
ことにより吐出圧力の上昇を抑えた加熱が継続さ
れるので、従来よりも高温到達温度の上昇が図ら
れ、加熱能力が向上する。

【図面の簡単な説明】

図はこの発明のヒートポンプ式給湯機の実施例
を示すもので、第１図は機能系統図、第２図はこ
の発明を適用すると共に、多室空調機能をも有す
るマルチシステムとして構成した装置の冷媒回路
図、第３図は運転制御系のブロツク図、第４図は
給湯加熱運転制御方法のフローチヤート図、第５
図は圧縮機のインバータ制御周波数と吐出圧力と
の関連における運転域を説明する図である。 １……圧縮機、１０……室外熱交換器（熱源側
熱交換器）、２３……給湯用熱交換器、２８……
貯湯槽、３８……湯温検出センサ（湯温検出手
段）、４１……第１周波数制御部（第１運転制御
手段）、４２……第２周波数制御部（第２運転制
御手段）。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ インバータによつて周波数制御されると共
   に、その吐出圧力が基準圧力を超えたときに運転
   を停止する制御がなされる圧縮機１に熱源側熱交
   換器１０と、貯湯槽２８の湯を加熱するための給
   油用熱交換器２３とを接続して成るヒートポンプ
   式給湯機であつて、上記貯湯槽２８の湯温を検出
   する湯温検出手段３８と、上記検出湯温が、加熱
   目標設定温度よりも低く設定された基準温度に達
   するまでの間は、上記圧縮機１への入力電流値が
   基準電流値（imax1）以下となる範囲内において
   できるだけ大きな圧縮能力となるように上記圧縮
   機１の作動周波数を制御する第１運転制御手段４
   １と、上記検出湯温が上記基準温度を超えてから
   上記加熱目標設定温度に達するまでの間は、上記
   第１運転制御手段４１によつて制御される圧縮能
   力よりも小さい圧縮能力に変更して上記圧縮機１
   の作動周波数を制御する第２運転制御手段４２と
   を有していることを特徴とするヒートポンプ式給
   湯機。