JPH08296895A - ヒートポンプ給湯機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 圧縮機の異常温度上昇もなく、低消費電力量
で貯湯槽の下部まで高温湯を貯湯し、湯容量を有効に利
用可能とする。 【構成】 圧縮機１、冷媒対水熱交換器２を有する冷媒
回路と、貯湯槽５、循環ポンプ６からなる給湯回路と、
第１信号と第１信号より高温の第２信号を発生する温度
検知器７と、温度検知器７の第１信号で循環ポンプ６の
回転数を制御する回転数制御手段８と、温度検知器７の
第２信号で圧縮機１の回転数制御を行う運転制御器９と
を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は貯湯式のヒートポンプ給
湯機に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ヒートポンプ給湯機は特開昭６０
−１６４１５７号公報に示すようなものがある。図５は
従来のヒートポンプ給湯機のブロック図である。図５に
おいて、圧縮機１、冷媒対水熱交換器２、減圧装置３、
蒸発器４からなる冷媒循環回路と、貯湯槽５、循環ポン
プ６、前記冷媒対水熱交換器２、補助加熱器１９を接続
した給湯回路からなり、前記圧縮機１より吐出された高
温高圧の過熱ガス冷媒は前記冷媒対水熱交換器２に流入
し、ここで前記循環ポンプ６から送られてきた水を加熱
する。そして、凝縮液化した冷媒は前記減圧装置３で減
圧され、前記蒸発器４に流入し、ここで大気熱を吸熱し
て蒸発ガス化し、前記圧縮機１にもどる。一方、前記冷
媒対水熱交換器２で加熱された湯は前記貯湯槽５の上部
に流入し、上から次第に貯湯されていく。そして、前記
冷媒対水熱交換器２の入口水温が設定値に達すると水温
検知器２０が検知し、前記圧縮機１によるヒートポンプ
運転を停止して、前記補助加熱器１９の単独運転に切り
換えるものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来の構成では、沸き上げ運転時間の経過ととも
に貯湯槽５内の湯と水の接する部分で湯水混合層が生
じ、その層は次第に拡大していく。図６は貯湯槽内の湯
と水の混合層の温度分布を示す。これは、高温湯と低温
水の熱伝導および対流により発生するものであり、高温
湯から低温水へ伝熱されその境界部分で高温湯は温度低
下し、逆に低温水は温度上昇する。従って、沸き上げ運
転完了近くになると、前記冷媒対水熱交換器２に流入す
る水温は高くなるため、前記圧縮機１の吐出圧力は上昇
して、モータの巻線温度の上昇など圧縮機１の耐久性が
課題となってくる。そのため、前記冷媒対水熱交換器２
に流れる水温が低い状態で運転を停止せざるをえない。
従って、前記貯湯槽５の下部が低温の水の状態で運転を
停止することになり、前記貯湯槽５の湯容量を有効に利
用できない。そのため、貯湯熱量は減少し、給湯負荷を
満足することができない。また、給湯負荷を満足するた
め、ヒートポンプ運転を停止した後、補助加熱器１９の
単独運転で貯湯熱量を増加するものがある。しかし、こ
の場合には、ヒータなどで加熱するため、消費電力が大
きくなり、効率が悪い。

【０００４】本発明の目的は圧縮機の異常温度上昇もな
く、低消費電力量で貯湯槽の下部まで高温湯を貯湯し、
湯容量を有効に利用可能とすることである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するため第１の課題解決の手段として、圧縮機、冷媒対
水熱交換器、減圧装置、蒸発器を順次接続した冷媒循環
回路と、貯湯槽、循環ポンプ、前記冷媒対水熱交換器を
順次接続した給湯回路と、前記冷媒対水熱交換器の下流
に設けられ、第１信号と第１信号より高温の第２信号の
複数の信号を発生する温度検知器と、前記温度検知器の
第１信号で前記循環ポンプの回転数を制御する回転数制
御手段と、前記温度検知器の第２信号で前記圧縮機の回
転数を制御する運転制御器とを備えた構造とする。

【０００６】また第２の課題解決の手段として、運転開
始時の立ち上げ湯温のスピード化と安定化をはかるた
め、圧縮機、冷媒対水熱交換器、減圧装置、蒸発器を順
次接続した冷媒循環回路と、貯湯槽、循環ポンプ、前記
冷媒対水熱交換器を順次接続した給湯回路と、前記冷媒
対水熱交換器の下流に設けた温度検知器と、前記温度検
知器の信号で前記循環ポンプの回転数を制御する回転数
制御手段と、運転開始後に前記温度検知器の信号が所定
値に達するまで前記圧縮機の駆動周波数を一定に制御す
る運転制御器とを備えた構成とする。

【０００７】また第３の課題解決の手段として、出湯時
の湯温安定化と湯切れを防止するため、圧縮機、冷媒対
水熱交換器、減圧装置、蒸発器を順次接続した冷媒循環
回路と、貯湯槽、循環ポンプ、前記冷媒対水熱交換器を
順次接続した給湯回路と、前記冷媒対水熱交換器の下流
に設けた温度検知器と、前記温度検知器の信号で前記循
環ポンプの回転数を制御する回転数制御手段と、前記貯
湯槽に設けた湯量検知器と、前記湯量検知器の信号から
前記圧縮機の回転数を最大に制御する運転制御器とを備
えた構成とする。

【０００８】また第４の課題解決の手段として、沸き上
げ運転時の省エネルギー化をはかるため、圧縮機、冷媒
対水熱交換器、減圧装置、蒸発器を順次接続した冷媒循
環回路と、貯湯槽、循環ポンプ、前記冷媒対水熱交換器
を順次接続した給湯回路と、前記冷媒対水熱交換器の上
流に設けた温度検知器と、前記貯湯槽に設けた湯量検知
器と、前記蒸発器の上流に設けた蒸発温度検知器と、前
記温度検知器と前記湯量検知器の各信号から熱量を演算
する熱量演算手段と、前記熱量演算手段と前記蒸発温度
検知器の信号から前記圧縮機の回転数を制御する運転制
御器とを備えた構成とする。

【０００９】

【作用】本発明は第１の課題解決の手段において、冷媒
対水熱交換器の出口温度が一定となるように回転数制御
手段が温度検知器の第１信号で循環ポンプの回転数を制
御し、貯湯槽の上部からたくわえていく。そして、前記
冷媒対水熱交換器の入口に湯水混合層の少し高温の水が
流入し、出口温度が上昇すると、前記温度検知器の第２
信号を検知して、運転制御器に信号を送り、圧縮機の回
転数を低減する制御を行う。よって、加熱能力が低下
し、前記冷媒対水熱交換器の出口温度を一定にする循環
流量は少なくなり、前記循環ポンプの回転数制御が再度
可能となる。従って、前記圧縮機の高圧および吐出温度
の異常上昇もなく、前記冷媒対水熱交換器の入口温度が
高温になるまでヒートポンプ運転は可能となる。よっ
て、低消費電力量で前記貯湯槽の容量全体に高温湯がた
くわえられる。

【００１０】第２の課題解決の手段において、冷媒対水
熱交換器の出口温度を温度検知器が検知して、回転数制
御手段に信号を送り、循環ポンプの回転数を制御しなが
ら所定湯温に立ち上げていく。その場合、圧縮機の駆動
周波数を立ち上げ時に変更すると加熱能力が大きく変わ
るため、前記冷媒対水熱交換器の出口温度は変化し、そ
れにともない前記循環ポンプの回転数も大きく変化し、
出口温度のハンチングが生じる。また、前記圧縮機の吐
出圧力、吐出温度もハンチングおよびオーバーシュート
が発生して信頼性に欠ける。しかし、本発明では、前記
冷媒対水熱交換器の出口温度が所定温度に達するまで運
転制御器が前記圧縮機の駆動周波数を一定に制御するた
め、前記循環ポンプの回転数制御も容易となり、所定湯
温に立ち上げる時間は短く、かつ安定した湯温が得られ
る。

【００１１】第３の課題解決の手段において、貯湯槽に
設けた湯量検知器が残湯を検知して、運転制御器に信号
を送り、圧縮機の回転数を最大にして追焚き運転を開始
する。そして、冷媒対水熱交換器を流れる流体の出口温
度が一定となるように、温度検知器が検知して、回転数
制御手段に信号を送り、循環ポンプの回転数を制御す
る。よって、残湯温度と同じ湯温かつ最大の加熱能力で
追焚きを行うことができるため、出湯時の湯温変化もな
く湯の利便性が向上するとともに湯切れを解消すること
ができる。

【００１２】第４の課題解決の手段において、貯湯槽の
残湯を検知する湯量検知器と給水温度を検知する温度検
知器の各信号を受け、熱量演算手段は沸き上げる熱量を
演算する。そして、運転制御器は蒸発温度検知器の信号
と前記熱量演算手段の信号から高効率で沸き上げる圧縮
機の回転数で運転制御を行う。すなわち、沸き上げる熱
量と沸き上げに必要な時間から単位時間当たりの最低加
熱能力が分かる。そして、蒸発温度検知器の信号から最
低加熱能力になるように前記圧縮機の回転数を制御す
る。これによって、ヒートポンプの前記圧縮機の蒸発温
度は高い状態で運転することができるため、効率が向上
し、省エネルギーとなる。

【００１３】

【実施例】

（実施例１）以下本発明の第１の実施例について図１を
参照して説明する。なお、従来例で説明したものと同じ
構成部材には同一符号を用い説明を省略する。図１は本
発明の第１の実施例のヒートポンプ給湯機のブロック図
である。

【００１４】図１において、７は温度検知器であり、冷
媒対水熱交換器２の下流に設けられ、ここを流れる流体
の温度に基づき第１信号と第１信号より高温の第２信号
の複数の信号を発生する。８は回転数制御手段であり、
前記温度検知器７の第１信号で循環ポンプ６の回転数を
制御する。９は運転制御器であり、前記温度検知器７の
第２信号に基づき圧縮機１の回転数を制御する。

【００１５】上記構成において、冷媒対水熱交換器２の
出口湯温を前記温度検知器７が検知して第１信号を発生
し、前記回転数制御手段８に信号を送り、出口湯温が所
定温度になるように前記循環ポンプ６の回転数を制御す
る。そして、この運転を続けながら、貯湯槽５の上部か
ら湯をたくわえ湯面はしだいに前記貯湯槽５の下部に下
がってくる。この運転中に前記貯湯槽５内では、上部の
湯と給水された水が熱伝導で熱交換し、湯水が混合した
中間温度の層を形成し、時間経過とともに湯水混合層は
拡大する。そして、沸き上げ完了近くになると前記貯湯
槽５内の湯水混合層の水が前記冷媒対水熱交換器２に流
入しはじめるため、前記冷媒対水熱交換器２の出口温度
が上昇傾向になるが前記温度検知器７が検知して第１信
号を発生し、前記回転数制御手段８に信号を送り、出口
湯温が所定温度になるように前記循環ポンプ６の回転数
を増加する制御を行う。そして、前記循環ポンプ６の回
転数が最大になるまで、これをくり返し、前記冷媒対水
熱交換器２に流入する温度がさらに高温になると、出口
温度は上昇しはじめるが、それを前記温度検知器７が検
知して第２信号を発生し、前記運転制御器９に信号を送
り、前記圧縮機１の回転数を低減する制御を行う。従っ
て、加熱能力が低下し、前記冷媒対水熱交換器の出口温
度を一定にする循環流量は少なくなり、前記循環ポンプ
の回転数制御が再度可能となる。従って、前記圧縮機の
高圧および吐出温度の異常上昇もなく、前記冷媒対水熱
交換器の入口温度が高温になるまでヒートポンプ運転は
可能となるため、低消費電力量で前記貯湯槽の下部に高
温湯がたくわえられるようになり、前記貯湯槽の湯が有
効に利用できる。

【００１６】（実施例２）次に、第２の実施例について
図２を参照して説明する。図２において、第１の実施例
と同じ構成部材には同一符号を用い説明を省略する。１
０は温度検知器であり、冷媒対水熱交換器２の下流に設
けられ、ここを流れる流体の温度に基づき信号を発生す
る。１１は回転数制御手段であり、前記温度検知器１０
の信号に基づき循環ポンプ６の回転数を制御する。１２
は運転制御器であり、運転開始後に前記温度検知器１０
の信号が所定値に達するまで圧縮機１の駆動周波数を一
定に制御する。

【００１７】上記構成において、前記運転制御器１２は
前記圧縮機１の駆動周波数を一定にした状態で運転を立
ち上げる。そして、前記冷媒対水熱交換器２を流れる流
体の出口温度を前記温度検知器１０が検知して、前記回
転数制御手段１１に信号を送り、所定温度になるように
前記循環ポンプ６の回転数を制御する。この場合、運転
開始後、前記冷媒対水熱交換器２を流れる流体の出口温
度はしだいに上昇するが、所定温度に達するまでは前記
運転制御器１２は前記圧縮機１の駆動周波数を一定で運
転を行う。そして、所定温度に達すると前記温度検知器
１０の信号が前記運転制御器１２に信号を送り、前記圧
縮機１の駆動周波数を最適周波数に変更して沸き上げ運
転を行う。従って、運転開始時に前記圧縮機１の駆動周
波数を一定にして立ち上げるため、前記循環ポンプ６の
回転数制御は容易であり、所定湯温に立ち上げる時間は
短く、かつ安定した湯温が得られる。

【００１８】（実施例３）次に、第３の実施例について
図３を参照して説明する。図３において、第１、第２の
実施例と同じ構成部材には同一符号を用い説明を省略す
る。１３は湯量検知器であり、貯湯槽５に設けられ、貯
湯されている流体温度に基づき信号を発生する。１４は
運転制御器であり、前記湯量検知器１３の信号から圧縮
機１を最大回転数で運転制御する。

【００１９】上記構成において、前記貯湯槽５から出湯
され、残湯量が前記湯量検知器１３に達すると前記運転
制御器１４に信号を送り、前記圧縮機１の回転数を最大
にして追焚き運転を開始する。そして、冷媒対水熱交換
器２を流れる流体の出口温度が一定となるように、温度
検知器１０が検知して、回転数制御手段１１に信号を送
り、循環ポンプ６の回転数を制御する。よって、残湯温
度と同じ湯温かつ最大の加熱能力で追焚きを行うことが
できるため、出湯時の湯温変化もなく湯の利便性が向上
するとともに湯切れを解消することができる。

【００２０】（実施例４）次に、第４の実施例について
図４を参照して説明する。図４において、第１、第２、
第３の実施例と同じ構成部材には同一符号を用い説明を
省略する。１５は温度検知器であり、冷媒対水熱交換器
２の上流に設けられ、ここを流れる流体の温度に基づき
信号を発生する。１６は蒸発温度検知器であり、蒸発器
４の上流に設けられ、ここを流れる冷媒の温度に基づき
信号を発生する。１７は熱量演算手段であり、前記温度
検知器１５と湯量検知器１３の各信号から熱量を演算す
る。１８は運転制御器であり、前記熱量演算手段１７と
前記蒸発温度検知器１６の信号から圧縮機１の回転数を
制御する。

【００２１】上記構成において、前記湯量検知器１３は
貯湯槽５の残湯を検知し、前記温度検知器１５は給水温
度を検知する。そして、前記熱量演算手段１７に信号を
送り、沸き上げる熱量を演算する。そして、前記運転制
御器１８は前記蒸発温度検知器１６の信号と前記熱量演
算手段１７の信号から高効率で沸き上げる前記圧縮機１
の回転数で運転制御を行う。すなわち、沸き上げる熱量
と沸き上げに必要な時間から単位時間当たりの最低加熱
能力が分かる。そして、前記蒸発温度検知器１６の信号
から最低加熱能力になるように前記圧縮機１の回転数を
制御する。これによって、ヒートポンプの前記圧縮機１
の蒸発温度は高い状態で運転することができるため、効
率が向上し、省エネルギーとなる。

【００２２】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように本発明の
ヒートポンプ給湯機は、圧縮機、冷媒対水熱交換器、減
圧装置、蒸発器を順次接続した冷媒循環回路と、貯湯
槽、循環ポンプ、前記冷媒対水熱交換器を順次接続した
給湯回路と、前記冷媒対水熱交換器の下流に設けられ、
第１信号と第１信号より高温の第２信号を発生する温度
検知器と、前記温度検知器の第１信号で前記循環ポンプ
の回転数を制御する回転数制御手段と、前記温度検知器
の第２信号で前記圧縮機の回転数を制御する運転制御器
とを備え、前記冷媒対水熱交換器の出口温度が一定とな
るように前記回転数制御手段が前記温度検知器の第１信
号で前記循環ポンプの回転数を制御し、前記貯湯槽の上
部からたくわえていく。そして、前記冷媒対水熱交換器
の入口に湯水混合層の少し高温の水が流入し、出口温度
が上昇すると、前記温度検知器の第２信号が検知して、
前記運転制御器に信号を送り、前記圧縮機の回転数を低
減する制御を行う。よって、加熱能力が低下し、前記冷
媒対水熱交換器の出口温度を一定にする循環流量は少な
くなり、前記循環ポンプの回転数制御が再度可能とな
る。従って、前記圧縮機の高圧および吐出温度は異常上
昇することもなく、前記冷媒対水熱交換器に流入する流
体が高温になるまでヒートポンプ運転が可能となる。よ
って、低消費電力で前記貯湯槽の下部には高温湯がたく
わえられることになり、前記貯湯槽の湯容量を有効に利
用することができる。

【００２３】また、圧縮機、冷媒対水熱交換器、減圧装
置、蒸発器を順次接続した冷媒循環回路と、貯湯槽、循
環ポンプ、前記冷媒対水熱交換器を順次接続した給湯回
路と、前記冷媒対水熱交換器の下流に設けた温度検知器
と、前記温度検知器の信号で前記循環ポンプの回転数を
制御する回転数制御手段と、運転開始後に前記温度検知
器の信号が所定値に達するまで前記圧縮機の駆動周波数
を一定に制御する運転制御器とを備え、前記冷媒対水熱
交換器の出口温度を前記温度検知器が検知して、前記回
転数制御手段に信号を送り、前記循環ポンプの回転数を
制御しながら所定湯温に立ち上げていく。その場合、所
定湯温に達するまで前記運転制御器は前記圧縮機の駆動
周波数を一定に制御しているため、前記循環ポンプの回
転数制御も容易となり、立ち上げ湯温が安定するととも
に短時間で所定湯温に達する。

【００２４】また、圧縮機、冷媒対水熱交換器、減圧装
置、蒸発器を順次接続した冷媒循環回路と、貯湯槽、循
環ポンプ、前記冷媒対水熱交換器を順次接続した給湯回
路と、前記冷媒対水熱交換器の下流に設けた温度検知器
と、前記温度検知器の信号で前記循環ポンプの回転数を
制御する回転数制御手段と、前記貯湯槽に設けた湯量検
知器と、前記湯量検知器の信号から前記圧縮機の回転数
を最大に制御する運転制御器とを備え、前記貯湯槽に設
けた湯量検知器が残湯を検知して、前記運転制御器に信
号を送り、前記圧縮機の回転数を最大にして追焚き運転
を開始する。そして、前記冷媒対水熱交換器を流れる流
体の出口温度が一定となるように、前記温度検知器が検
知して、前記回転数制御手段に信号を送り、前記循環ポ
ンプの回転数を制御する。よって、残湯温度と同じ湯温
かつ最大の加熱能力で追焚きを行うことができるため、
出湯時の湯度変化もなく場の利便性が向上するとともに
湯切れを解消することができる。

【００２５】また、圧縮機、冷媒対水熱交換器、減圧装
置、蒸発器を順次接続した冷媒循環回路と、貯湯槽、循
環ポンプ、前記冷媒対水熱交換器を順次接続した給湯回
路と、前記冷媒対水熱交換器の上流に設けた温度検知器
と、前記貯湯槽に設けた湯量検知器と、前記蒸発器の上
流に設けた蒸発温度検知器と、前記温度検知器と前記湯
量検知器から熱量を演算する熱量演算手段と、前記熱量
演算手段と前記蒸発温度検知器の信号から前記圧縮機の
回転数を制御する運転制御器とを備え、前記湯量検知器
で前記貯湯槽の残湯を検知し、前記温度検知器で給水温
度を検知して前記熱量演算手段に各信号を送り、沸き上
げる熱量を演算する。そして、前記運転制御器は前記蒸
発温度検知器の信号と前記熱量演算手段の信号から高効
率で沸き上げる前記圧縮機の回転数で運転制御を行う。
すなわち、沸き上げる熱量と沸き上げに必要な時間から
単位時間当たりの最低加熱能力が分かる。そして、前記
蒸発温度検知器の信号から最低加熱能力になるように前
記圧縮機の回転数を制御する。これによって、ヒートポ
ンプの前記圧縮機の蒸発温度は高い状態で運転すること
ができるため、効率が向上し、省エネルギーとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例のヒートポンプ給湯機の
ブロック図

【図２】本発明の第２の実施例のヒートポンプ給湯機の
ブロック図

【図３】本発明の第３の実施例のヒートポンプ給湯機の
ブロック図

【図４】本発明の第４の実施例のヒートポンプ給湯機の
ブロック図

【図５】従来のヒートポンプ給湯機のブロック図

【図６】貯湯槽内の温度分布を示す図

【符号の説明】

１ 圧縮機 ２ 冷媒対水熱交換器 ３ 減圧装置 ４ 蒸発器 ５ 貯湯槽 ６ 循環ポンプ ７，１０，１５ 温度検知器 ８，１１ 回転数制御手段 ９，１２，１４，１８ 運転制御器 １３ 湯量検知器 １６ 蒸発温度検知器 １７ 熱量演算手段

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧縮機、冷媒対水熱交換器、減圧装置、
   蒸発器を順次接続した冷媒循環回路と、貯湯槽、循環ポ
   ンプ、前記冷媒対水熱交換器を順次接続した給湯回路
   と、前記冷媒対水熱交換器の下流に設けられ、第１信号
   と第１信号より高温の第２信号の複数の信号を発生する
   温度検知器と、前記温度検知器の第１信号で前記循環ポ
   ンプの回転数を制御する回転数制御手段と、前記温度検
   知器の第２信号で前記圧縮機の回転数を制御する運転制
   御器とを備えたヒートポンプ給湯機。
2. 【請求項２】 圧縮機、冷媒対水熱交換器、減圧装置、
   蒸発器を順次接続した冷媒循環回路と、貯湯槽、循環ポ
   ンプ、前記冷媒対水熱交換器を順次接続した給湯回路
   と、前記冷媒対水熱交換器の下流に設けた温度検知器
   と、前記温度検知器の信号で前記循環ポンプの回転数を
   制御する回転数制御手段と、運転開始後に前記温度検知
   器の信号が所定値に達するまで前記圧縮機の駆動周波数
   を一定に制御する運転制御器とを備えたヒートポンプ給
   湯機。
3. 【請求項３】 圧縮機、冷媒対水熱交換器、減圧装置、
   蒸発器を順次接続した冷媒循環回路と、貯湯槽、循環ポ
   ンプ、前記冷媒対水熱交換器を順次接続した給湯回路
   と、前記冷媒対水熱交換器の下流に設けた温度検知器
   と、前記温度検知器の信号で前記循環ポンプの回転数を
   制御する回転数制御手段と、前記貯湯槽に設けた湯量検
   知器と、前記湯量検知器の信号から前記圧縮機の回転数
   を最大に制御する運転制御器とを備えたヒートポンプ給
   湯機。
4. 【請求項４】 圧縮機、冷媒対水熱交換器、減圧装置、
   蒸発器を順次接続した冷媒循環回路と、貯湯槽、循環ポ
   ンプ、前記冷媒対水熱交換器を順次接続した給湯回路
   と、前記冷媒対水熱交換器の上流に設けた温度検知器
   と、前記貯湯槽に設けた湯量検知器と、前記蒸発器の上
   流に設けた蒸発温度検知器と、前記温度検知器と前記湯
   量検知器の各信号から熱量を演算する熱量演算手段と、
   前記熱量演算手段と前記蒸発温度検知器の信号から前記
   圧縮機の回転数を制御する運転制御器とを備えたヒート
   ポンプ給湯機。