JP2005134070A - ヒートポンプ給湯機 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、貯湯式のヒートポンプ給湯機に関するもので、加熱運転時の効率の向上をはかったヒートポンプ給湯機を提供することを目的とする。
【解決手段】圧縮機１、冷媒水熱交換器２、減圧装置３、空気熱交換器４を有する冷媒回路と、冷媒水熱交換器２に設けられた水流路１３に市水を供給する給水管１０と、水流路１３から給湯端末へと通水するように接続する給湯回路と、冷媒回路で加熱した温水を貯湯する貯湯槽５と、冷媒回路の冷媒循環量を制御する冷媒循環量制御手段２０とを備えているので、高効率の加熱運転が可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明はヒートポンプによる給湯機に関するものである。

従来から、ヒートポンプサイクルを利用した給湯機が提案されており、例えば図７に示すように、貯湯槽を備え、この貯湯槽にあらかじめ溜めたお湯を利用する貯湯型の給湯機が提案されている（例えば特許文献１参照）。すなわち、同図において、圧縮機１、放熱器としての冷媒水熱交換器２、減圧装置３、蒸発器としての空気熱交換器４を接続した冷媒回路と、貯湯槽５、循環ポンプ６、前記冷媒水熱交換器２を接続した水回路などからなり、圧縮機１より吐出された高温高圧の過熱ガス冷媒は冷媒水熱交換器２に流入し、ここで循環ポンプ６から送られてきた水を加熱する。そして、放熱した冷媒は減圧装置３で減圧され、空気熱交換器４に流入にし、ここで大気熱を吸熱して蒸発ガス化し、圧縮機１に戻る。一方、冷媒水熱交換器２で加熱された湯は貯湯槽５の上部に流入し、上から次第に貯湯されていく。この時、冷媒水熱交換器２の水側出口に設けられた沸き上げ温度検出手段７からの信号で回転数制御手段８は循環ポンプ６の回転数を制御して、冷媒水熱交換器２の出口水温(沸き上げ温度)をほぼ一定になるように沸き上げる。そして、前記冷媒水熱交換器２の入口水温が設定値に達すると入水温度検出手段９が検知し、給湯加熱運転を停止するしかし、このような貯湯型の給湯機では、貯湯槽が小さいと湯切れを生じる場合がある。湯切れを生じないためには貯湯槽が大きくなり、それに伴って、必要な設置スペースも大きくなるので、設置の自由度が小さくなるため、設置できない場合が多くなる。

そこで、図８に示すように、貯湯槽を利用することなく、熱交換器で加熱したお湯をそのまま出湯する、瞬間湯沸かし型の給湯機が提案されている（例えば特許文献２参照）。同図において、冷媒回路は圧縮機１より冷媒水熱交換器２の冷媒流路２ａと減圧装置３と空気熱交換器４とを経て、圧縮機１に戻る循環経路により形成されている。また、給水回路は給水管１０より冷媒水熱交換器２の水流路２ｂを経て、給湯端末１１に至る経路により形成されている。しかし、この瞬間湯沸かし型の給湯機は、浴槽の湯張り等の大きな給湯負荷を賄う性能を保証するためには機器を構成するすべての要素部品に対して大きな性能が要求されることになるので、各要素部品および機器全体の大きさや重さが大きくなり、イニィシャルコストが大きくなるという課題がある。さらに、ヒートポンプの特性として、立ち上がりが遅く、所定の給湯温度に達するまでの時間がかかり、快適性に問題がある。

そこで、図９に示すように、貯湯型の給湯機と瞬間湯沸かし型の給湯機のそれぞれの特性を生かした小型の貯湯槽を備えた瞬間型の給湯機が考えられる。同図において、圧縮機１、放熱器としての冷媒水熱交換器２、減圧手段３、蒸発器としての空気熱交換器４により冷媒回路が構成されている。また、冷媒水熱交換器２は冷媒流路１２とこの冷媒流路１２と熱交換を行う水流路１３とからなる。冷媒回路で加熱することによって貯湯槽に湯を貯湯する沸き上げ運転は、循環ポンプによって貯留槽下部の水を水流路に通水させることによって、加熱し、そして、開閉弁を通って、貯湯槽の上部から高温の湯が貯湯されることによって行われる。また、給湯加熱運転は、給湯端末が開かれて、給水管から供給された市水を冷媒回路で加熱し給湯端末へと通水することによって行われる。しかし、冷媒回路で加熱しそのまま給湯する場合、加熱能力は徐々にしか上昇しないので、給湯端末において、すぐには所定の給湯温度が得られない。そこで、前述の給湯加熱運転の立ち上げ時には、市水を冷媒回路で加熱した比較的低温の湯と貯湯槽上部の高温の湯とを混合手段で混合して所定の湯温にして給湯端末から給湯する。そして、冷媒回路で加熱する水の温度が上昇するに従い、貯湯槽上部の高温の湯の混合比率を少なくする。最終的には、貯湯槽上部の湯は使用せず、すべて冷媒回路で加熱した湯で給湯することになる。

ところで、ヒートポンプサイクルを利用した給湯機の場合、効率の良い加熱運転を行うために冷媒回路を流れる冷媒の循環量の制御が必要である。貯湯型の給湯機では、前述した図７の特許文献１に冷媒循環量の制御について記載されている。以下、その構成、作用について図７を参照しながら説明する。制御手段１６は、外気温度を検出する外気温度検出手段１７と圧縮機１の吐出温度を検出する吐出温度検出手段１８からの信号で、前記吐出温度を所定の吐出温度（目標吐出温度）になるように、減圧装置３の弁開度を制御することによって最適な冷媒循環量になるようにしている。このとき、この目標吐出温度を記憶しているのが目標記憶手段１９である。
特開２０００−３４６４４７号公報 特開平２−２２３７６７号公報

一日の給湯負荷を考えた時、ほとんどの場合の給湯時間は数分間程度の短時間で終了してしまう。通常、もっとも時間のかかる場合でも、浴槽への湯の落とし込み負荷で約２０分前後である。一方、ヒートポンプサイクルを利用した給湯機の場合、加熱運転を開始して、圧縮機１が起動してから、圧縮機１の吐出温度などが定常状態に達するまで比較的長時間必要とする。だから、給湯端末１１が開かれて、給水管から供給された市水を冷媒回路で加熱し、直接、給湯端末１１へと通水する給湯加熱運転の場合、給湯負荷を検出した後、圧縮機１が起動してから圧縮機１の吐出温度が所定の吐出温度に上昇する前に、給湯時間が終了してしまう。例えば、前述した吐出温度による冷媒循環量の制御をした場合について、図１０を用いて説明をする。同図において、横軸に運転を起動してからの運転時間をとり、縦軸に圧縮機１の周波数、吐出圧力、吐出温度および減圧装置の弁開度をとり、起動後の運転時間に対する圧縮機の周波数、吐出圧力、吐出温度および減圧装置の弁開度の変化を説明したものである。給湯加熱運転が始まると圧縮機１が起動する。一般に、圧縮機１としてはインバータ制御で能力可変のものが使用されることが多い。そこで、起動後、徐々に運転周波数を上昇していき、目標の運転周波数に達する。この時、吐出温度は比較的ゆっくりと上昇するため、目標吐出温度になかなか到達しないので、減圧装置３の弁開度を徐々に絞っていく。それに伴い、吐出圧力も上昇し、圧縮機１の圧縮比が大きくなり、運転効率が低下する。場合によっては、急激に圧力が上昇し、圧力の保護装置（図示せず）が動作して、運転を停止してしまうこともある。結局、適正な冷媒循環量ができないので、運転効率が悪くなるという課題を有している。

また、一般に圧縮機１の吐出温度を測定するために、圧縮機１の出口と冷媒水熱交換器２の冷媒流路１２入口とを接続する配管の表面をサーミスタなどで温度検出する場合が多い。この場合、一旦加熱運転を終了後、すぐに再度、加熱運転を起動するとき、前記サーミスタが設置部の(前回の運転で加熱されて高温になったままの)配管の温度を検出してしまい、正しい吐出温度に基づく適正な冷媒循環量ができないので、効率が悪くなるという課題も有している。

本発明は上記課題を解決するもので、比較的運転時間が長く、冷媒水熱交換器の水流路の出口の水温度が高い沸き上げ運転と、比較的運転時間が短く、冷媒水熱交換器の水流路の出口の水温度が低い給湯加熱運転に対して、それぞれ最適な冷媒循環量に制御をすることによって、運転の高効率化をはかることを主目的とするものである。

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機は、圧縮機、放熱器としての冷媒水熱交換器、減圧装置、蒸発器としての空気熱交換器を有する冷媒回路と、前記放熱器と熱交換する前記冷媒水熱交換器の設けられた水流路に市水を供給する給水管と、前記水流路から給湯端末へと通水するように接続する給湯回路と、前記冷媒回路で加熱した温水を貯湯する貯湯槽と、前記冷媒回路の冷媒循環量を制御する冷媒循環量制御手段とを備えたものである。

これによって、比較的運転時間が長く、冷媒水熱交換器の水流路の出口の水温度が高い沸き上げ運転と、比較的運転時間が短く、冷媒水熱交換器の水流路の出口の水温度が低い給湯加熱運転に対して、それぞれ最適な冷媒循環量に制御をすることによって、運転の高効率化をはかることができる。

本発明のヒートポンプ給湯機は、比較的運転時間の長い沸き上げ運転時には所定の吐出温度になるように冷媒循環量を制御するので加熱運転の効率の向上を図ることができる。

本発明は各請求項に記載の形態で実施できるものであり、第１の発明は、圧縮機、放熱器としての冷媒水熱交換器、減圧装置、蒸発器としての空気熱交換器を有する冷媒回路と、前記放熱器と熱交換する前記冷媒水熱交換器の設けられた水流路に市水を供給する給水管と、前記水流路から給湯端末へと通水するように接続する水回路と、前記冷媒回路で加熱した温水を貯湯する貯湯槽と、前記冷媒回路の冷媒循環量を制御する冷媒循環量制御手段とを有しているため、ことになるため、加熱運転の効率の向上になる。

第２の発明は、冷媒循環量制御手段の制御対象を冷凍サイクルの状態を決める物理量または前記物理量から算出できる特性値としているため、常に適正な冷凍サイクルとすることができることになり、効率の良い加熱運転ができる。

第３の発明は、冷媒循環量制御手段として、圧縮機の吐出温度を検出する吐出温度検出手段と減圧装置とを有しているため、熱交換器出口温度に応じた吐出温度で制御するので、運転効率の向上になる。

第４の発明は、冷媒循環量制御手段として、圧縮機の吐出圧力を検出する吐出圧力検出手段と減圧装置とを有しているため、吐出圧力の応答が速いので、給湯加熱運転のような短時間運転でも制御が可能で効率の良い給湯加熱運転ができる。

第５の発明は、冷媒循環量制御手段として、圧縮機の吸入冷媒の過熱度を検出する過熱度検出手段と減圧装置とを有しているため、吸入過熱度は比較的応答が速いので、給湯加熱運転のような短時間でも制御が可能で効率の良い給湯加熱運転ができる。

第６の発明は、冷媒回路で加熱することによって貯湯槽に湯を貯湯する沸き上げ運転時と、給水管から供給された市水を熱交換器で加熱し給湯端末へと通水する給湯加熱運転時とでは、冷媒循環量の制御が異なるため、沸き上げ運転と給湯加熱運転ともに効率の良い加熱運転ができる。

第７の発明は、冷媒循環量制御手段として、圧縮機の吐出温度を検出する吐出温度検出手段と減圧装置とを備え、沸き上げ運転時には圧縮機の吐出温度が所定の吐出温度になるように前記減圧装置の弁開度を制御し、給湯加熱運転時には、起動時の循環量制御後は、前記減圧装置の弁開度を所定の弁開度に設定するので、効率の良い加熱運転ができる。

第８の発明は、給湯加熱運転が起動して所定の時間経過後に、圧縮機の吐出温度が所定の吐出温度になるように前記減圧装置の弁開度を制御するため、給湯加熱運転が長時間続いた場合は、吐出温度制御を行うので効率の良い運転が可能になる。

第９の発明は、所定の弁開度を、圧縮機の周波数、外気温度、熱交換器の入口温度、熱交換器の出口温度のうち、複数の情報に基づいて決定するので、給湯加熱運転の性能を決定する諸条件が変化しても効率の良い運転が可能となる。

第１０の発明は、冷媒循環量制御手段として、圧縮機の吐出温度を検出する吐出温度検出手段と圧縮機の吐出圧力を検出する吐出圧力検出手段と減圧装置とを備え、沸き上げ運転時には圧縮機の吐出温度が所定の吐出温度になるように前記減圧装置の弁開度を制御し、給湯加熱運転時には圧縮機の吐出圧力が所定の吐出圧力になるように前記減圧装置の弁開度を制御するため、効率の良い運転が可能となる。

第１１の発明は、冷媒循環量制御手段として、圧縮機の吐出温度を検出する吐出温度検出手段と圧縮機の吸入冷媒の過熱度を検出する過熱度検出手段と減圧装置とを備え、沸き上げ運転時には圧縮機の吐出温度が所定の吐出温度になるように前記減圧装置の弁開度を制御し、給湯加熱運転時には前記過熱度が所定の過熱度になるように前記減圧装置の弁開度を制御するので、効率の良い加熱運転ができる。

第１２の発明は、冷媒循環量制御手段が圧縮機の吐出温度を所定の吐出温度になるように減圧装置の弁開度を制御する場合に、熱交換器を通過する水の流量が多いほど前記所定の吐出温度を低くするため、効率の良い加熱運転ができる。

第１３の発明は、冷媒回路に用いる冷媒を二酸化炭素とし、高圧側では臨界圧を超える状態で運転するので、高温高効率化と地球環境保全をはかることができる。

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は本発明の第１の実施の形態におけるヒートポンプ給湯機の構成図、図２は同ヒートポンプ給湯機の運転時間に対する圧縮機の周波数と吐出圧力と吐出温度と減圧装置の弁開度との変化を示す説明図である。なお、従来例で説明した図７〜図９と同じ構成部材には同一符号を用い説明を省略する。

冷媒の循環量を制御する場合、その制御対象となる、冷凍サイクルの状態を決める物理量として、圧縮機１の吐出温度や吐出圧力がある。さらに、冷凍サイクルの状態を決める物理量から計算される圧縮機１の吸入冷媒の過熱度などがある。そこで、図１においては、一例として、制御対象を圧縮機１の吐出温度を用いた場合を示す。すなわち、冷媒循環量制御手段２０は、減圧装置３と吐出温度検出手段１８と制御装置１６とから成り立っている。また、圧縮機１として、インバータ制御などで能力可変のものであれば、冷媒循環量制御手段２０のなかに、圧縮機１を含んでも良い。さらに、冷媒としては、高圧側の冷媒圧力が臨界圧力以上となる二酸化炭素を用いている。

動作、作用について説明する。まず、冷媒回路で加熱することによって貯湯槽に湯を貯湯する沸き上げ運転について説明する。この場合、制御手段１６は、減圧装置３の弁開度を所定の起動弁開度に設定し、さらに、必要な加熱能力を得るために圧縮機１の所定の運転周波数を設定して、圧縮機１を起動する。そして、圧縮機１が前記所定の運転周波数に達した後、所定の条件が成り立てば、圧縮機１の吐出温度を検出する吐出温度検出手段１８からの信号で、前記吐出温度を所定の吐出温度（目標吐出温度）になるように、減圧装置３の弁開度を制御することによって最適な冷媒循環量になるようにしている。なお、前記所定の条件としては、圧縮機１の起動後の運転時間が所定の時間に達するか、吐出温度が安定するか、吐出温度が所定の吐出温度に達するかなどである。

次に、給湯端末が開かれて、給水管から供給された市水を冷媒回路で加熱し給湯端末へと通水する給湯加熱運転について説明する。制御手段１６は、減圧装置３の弁開度を所定の起動弁開度に設定し、さらに、必要な加熱能力を得るために圧縮機１の所定の運転周波数を設定し、圧縮機１を起動する。そして、圧縮機１が前記所定の運転周波数に達した後、減圧装置３の弁開度を所定の弁開度に設定する。なお、ヒートポンプによる加熱運転の場合、その効率などの性能は、蒸発器や放熱器において熱交換する媒体の条件で決定される。すなわち、圧縮機の周波数、外気温度、冷媒水熱交換器２の水流路１３の入口温度、冷媒水熱交換器２の水流路１３の出口温度、減圧装置３の弁開度などである。そこで、これらの相互の関係を予め求めておいて、その情報を制御手段１６に記憶させておき、減圧装置３の弁開度を決定すればよい。このとき、すべての情報に基づいて、減圧装置３の弁開度を決定しなくても、特に影響の大きい情報を基に決定しても良い。たとえば、圧縮機の周波数、外気温度、冷媒水熱交換器２の水流路１３の出口温度などである。

上記のように、比較的運転時間が長く、冷媒水熱交換器２の出口の水温度が高い沸き上げ運転時には圧縮機１の吐出温度を所定の吐出温度（目標吐出温度）になるように減圧装置３の弁開度を制御し、比較的運転時間が短く、冷媒水熱交換器２の出口の水温度が低い給湯加熱運転時には減圧装置３の弁開度を所定の弁開度に設定するため、沸き上げ運転、給湯加熱運転それぞれに対して、最適な冷媒循環量になるように制御するので効率の良い運転ができる。

給湯端末が開かれて、給水管から供給された市水を冷媒回路で加熱し給湯端末へと通水する給湯加熱運転は前述したように、ほとんどの場合、短時間で終了してしまう。しかし、浴槽への湯の落とし込みなどは比較的長時間になる。このような場合には、給湯加熱運転が起動して所定の時間経過後、圧縮機１の吐出温度が所定の吐出温度になるように減圧装置３の弁開度を制御すればよい。図２は横軸に圧縮機１が起動してからの運転時間をとり、縦軸に圧縮機１の周波数と吐出圧力と吐出温度と減圧装置３の弁開度をとって、運転時間に対する圧縮機１の周波数と吐出圧力と吐出温度と減圧装置３の弁開度の変化を示したものである。この場合、制御手段１６は、減圧装置３の弁開度を所定の起動弁開度に設定し、さらに、必要な加熱能力を得るために圧縮機１の所定の運転周波数を設定して、圧縮機１を起動する。そして、圧縮機１が前記所定の運転周波数に達した後、減圧装置３の弁開度を所定の弁開度に設定する。給湯時間が続き、給湯加熱運転時間が所定の時間以上経過すれば、圧縮機１の吐出温度を検出する吐出温度検出手段１８からの信号で、前記吐出温度を所定の吐出温度（目標吐出温度）になるように、減圧装置３の弁開度を制御する。このようにすれば、給湯加熱運転が長時間続いた場合でも、最適な冷媒循環量が得られ、効率の良い運転ができる。

沸き上げ運転は貯湯槽５に高温の湯（一般に６５〜９０℃）を貯める運転であり、給湯加熱運転は直接給湯端末１１で湯を使うために、中温の湯（一般に４２℃前後）を作る運転である。また、沸き上げ運転と給湯加熱運転とでは、冷媒回路での加熱能力がほぼ一定であるとするならば、冷媒水熱交換器２の水流路１３を流れる水の流量は、給湯加熱運転の方が当然多くなる。さらに、冷媒水熱交換器２では、通常、冷媒と水とは対向流となるように冷媒流路１２と水流路１３とを構成する。このとき、冷媒流路１２の入口温度（冷媒入口温度）と水流路１３の出口温度（水出口温度）との差には、運転効率を考慮した場合、最適値がある。だから、高温の湯を作る沸き上げ運転と中温の湯を作る給湯加熱運転とでは、最適な冷媒循環量が得られる所定の吐出温度（目標吐出温度）が異なることになる。そこで、沸き上げ運転時よりも給湯加熱運転時の方が、所定の吐出温度（目標吐出温度）を低く設定すると、効率の良い運転が可能となる。言い換えれば、冷媒水熱交換器２の水流路１３を流れる水の流量が多いほど、所定の吐出温度（目標吐出温度）を低く設定する方が、効率の良い運転ができることになる。

（実施の形態２）
図３は本発明の第２の実施の形態におけるヒートポンプ給湯機の構成図である。なお、本発明の第１の実施の形態で説明した図１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と異なる点は、冷媒の循環量の制御対象として、冷凍サイクルの状態を決める物理量である圧縮機１の吐出圧力としたことである。つまり、冷媒循環量制御手段２０として，圧縮機１の吐出圧力を検出する吐出圧力検出手段２１と減圧装置３と制御装置１６とを用いたことである。第１の実施の形態と同様、冷媒循環量制御手段２０のなかに、圧縮機１を含んでも良い。

そして、この吐出圧力検出手段２４から検出される圧縮機の吐出圧力を適正な所定の吐出圧力に制御すれば、効率の良い給湯加熱運転が可能となる。図３において、この適正な所定の吐出圧力である目標吐出圧力を記憶しているのが目標記憶手段１９である。

動作、作用について説明する。まず、冷媒回路で加熱することによって貯湯槽に湯を貯湯する沸き上げ運転について説明する。この場合、制御手段１６は、減圧装置３の弁開度を所定の起動弁開度に設定し、さらに、必要な加熱能力を得るために圧縮機１の所定の運転周波数を設定して、圧縮機１を起動する。そして、圧縮機１が前記所定の運転周波数に達した後、所定の条件が成り立てば、圧縮機１の吐出圧力を検出する吐出圧力検出手段２１からの信号で、前記吐出圧力を所定の吐出圧力（目標吐出圧力）になるように、減圧装置３の弁開度を制御することによって最適な冷媒循環量になるようにしている。なお、前記所定の条件としては、圧縮機１の起動後の運転時間が所定の時間に達するか、吐出圧力が安定するか、吐出圧力が所定の吐出圧力に達するかなどである。

次に、給湯端末が開かれて、給水管から供給された市水を冷媒回路で加熱し給湯端末へと通水する給湯加熱運転について説明する。この場合についても、沸き上げ運転と同様の吐出圧力の制御を行うことによって、最適な冷媒循環量になるようにする。

上記のように、応答が速い吐出圧力を制御対象にしているため、比較的運転時間が長い沸き上げ運転でも、比較的運転時間が短い給湯加熱運転でも、圧縮機１の吐出圧力を所定の吐出圧力（目標吐出圧力）になるように、減圧装置３の弁開度を制御する。このようにすれば、加熱運転の時間の長さに関係なく、最適な冷媒循環量が得られ、効率の良い運転ができる。

（実施の形態３）
図４は本発明の第３の実施の形態におけるヒートポンプ給湯機の構成図である。なお、本発明の第１の実施の形態で説明した図１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と異なる点は、冷媒の循環量の制御対象として、冷凍サイクルの状態を決める物理量から計算される圧縮機１の吸入冷媒の過熱度としたことである。つまり、冷媒循環量制御手段２０として，圧縮機１の吸入冷媒の過熱度を検出する過熱度検出手段２２と減圧装置３と制御装置１６とを用いたことである。第１の実施の形態と同様、冷媒循環量制御手段２０のなかに、圧縮機１を含んでも良い。さらに、過熱度検出手段２２の一例として、空気熱交換器４と圧縮機１の間の冷媒の温度を検出する吸入温度検出手段２３と空気熱交換器４で蒸発する冷媒の温度を検出する蒸発温度検出手段２４とを用いている。そして、過熱度は、吸入温度検出手段２３の検出温度と蒸発温度検出手段２４の検出温度との差で求まる。この過熱度を適正な所定の過熱度に制御すれば、効率の良い給湯加熱運転が可能となる。図４において、この適正な所定の過熱度である目標過熱度を記憶しているのが目標記憶手段１６である。

動作、作用について説明する。まず、冷媒回路で加熱することによって貯湯槽に湯を貯湯する沸き上げ運転について説明する。この場合、制御手段１６は、減圧装置３の弁開度を所定の起動弁開度に設定し、さらに、必要な加熱能力を得るために圧縮機１の所定の運転周波数を設定して、圧縮機１を起動する。そして、圧縮機１が前記所定の運転周波数に達した後、所定の条件が成り立てば、圧縮機１の吸入冷媒の過熱度を検出する過熱度検出手段２２からの信号で、前記吸入冷媒の過熱度を所定の過熱度（目標過熱度）になるように、減圧装置３の弁開度を制御することによって最適な冷媒循環量になるようにしている。なお、前記所定の条件としては、圧縮機１の起動後の運転時間が所定の時間に達するか、過熱度が安定するか、過熱度が所定の過熱度に達するかなどである。

次に、給湯端末が開かれて、給水管から供給された市水を冷媒回路で加熱し給湯端末へと通水する給湯加熱運転について説明する。この場合についても、沸き上げ運転と同様の圧縮機１の吸入冷媒の過熱度の制御を行うことによって、最適な冷媒循環量になるようにする。

上記のように、比較的応答が速い圧縮機１の吸入冷媒の過熱度を制御対象にしているため、比較的運転時間が長い沸き上げ運転でも、比較的運転時間が短い給湯加熱運転でも、圧縮機１の吸入冷媒の過熱度を所定の過熱度（目標過熱度）になるように、減圧装置３の弁開度を制御する。このようにすれば、加熱運転の時間の長さに関係なく、最適な冷媒循環量が得られ、効率の良い運転ができる。

上記説明では、圧縮機１の吸入冷媒の過熱度を、吸入の冷媒温度と蒸発器での冷媒の蒸発温度とから求めたが、圧縮機１の吸入圧力を検出する吸入圧力検出手段（図示せず）を設け、圧縮機１の吸入圧力から求めた吸入の飽和温度と吸入温度とから求めても良い。

（実施の形態４）
図５は本発明の第４の実施の形態におけるヒートポンプ給湯機の構成図である。なお、本発明の第１の実施の形態で説明した図１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と異なる点は、冷媒の循環量の制御対象として、冷凍サイクルの状態を決める物理量である圧縮機１の吐出温度と吐出圧力としたことである。つまり、冷媒循環量制御手段２０として，圧縮機１の吐出温度を検出する吐出温度検出手段１８と圧縮機１の吐出圧力を検出する吐出圧力検出手段２１と減圧装置３と制御装置１６とを用いたことである。第１の実施の形態と同様、冷媒循環量制御手段２０のなかに、圧縮機１を含んでも良い。

そして、この吐出温度検出手段１８から検出される圧縮機１の吐出温度を適正な所定の吐出温度に制御するか、または、吐出圧力検出手段２１から検出される圧縮機の吐出圧力を適正な所定の吐出圧力に制御すれば、効率の良い加熱運転が可能となる。図５において、この適正な所定の吐出温度である目標吐出温度および適正な所定の吐出圧力である目標吐出圧力を記憶しているのが目標記憶手段１９である。

動作、作用について説明する。まず、冷媒回路で加熱することによって貯湯槽に湯を貯湯する沸き上げ運転について説明する。この場合、制御手段１６は、減圧装置３の弁開度を所定の起動弁開度に設定し、さらに、必要な加熱能力を得るために圧縮機１の所定の運転周波数を設定して、圧縮機１を起動する。そして、圧縮機１が前記所定の運転周波数に達した後、所定の条件が成り立てば、圧縮機１の吐出温度を検出する吐出温度検出手段１８からの信号で、前記吐出温度を所定の吐出温度（目標吐出温度）になるように、減圧装置３の弁開度を制御することによって最適な冷媒循環量になるようにしている。なお、前記所定の条件としては、圧縮機１の起動後の運転時間が所定の時間に達するか、吐出温度が安定するか、吐出温度が所定の吐出温度に達するかなどである。

次に、給湯端末が開かれて、給水管から供給された市水を冷媒回路で加熱し給湯端末へと通水する給湯加熱運転について説明する。この場合、制御手段１６は、減圧装置３の弁開度を所定の起動弁開度に設定し、さらに、必要な加熱能力を得るために圧縮機１の所定の運転周波数を設定して、圧縮機１を起動する。そして、圧縮機１が前記所定の運転周波数に達した後、所定の条件が成り立てば、圧縮機１の吐出圧力を検出する吐出圧力検出手段２１からの信号で、前記吐出圧力を所定の吐出圧力（目標吐出圧力）になるように、減圧装置３の弁開度を制御することによって最適な冷媒循環量になるようにしている。

上記のように、比較的運転時間が長く、冷媒水熱交換器２の出口の水温度が高い沸き上げ運転時には圧縮機１の吐出温度を制御し、比較的運転時間が短く、冷媒水熱交換器２の出口の水温度が低い給湯加熱運転時には変化の応答の速い吐出圧力を制御するので、沸き上げ運転、給湯加熱運転それぞれに対して、最適な冷媒循環量になるため、効率の良い運転ができる。

（実施の形態５）
図６は本発明の第５の実施の形態におけるヒートポンプ給湯機の構成図である。なお、本発明の第１の実施の形態で説明した図１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と異なる点は、冷媒の循環量の制御対象として、冷凍サイクルの状態を決める物理量である圧縮機１の吐出温度と吸入冷媒の過熱度としたことである。つまり、冷媒循環量制御手段２０として，圧縮機１の吐出温度を検出する吐出温度検出手段１８と圧縮機１の吸入冷媒の過熱度を検出する過熱度検出手段２２と減圧装置３と制御装置１６とを用いたことである。第１の実施の形態と同様、冷媒循環量制御手段２０のなかに、圧縮機１を含んでも良い。さらに、第３の実施の形態で説明した図４と同様、過熱度検出手段２２の一例として、空気熱交換器４と圧縮機１の間の冷媒の温度を検出する吸入温度検出手段２３と空気熱交換器４で蒸発する冷媒の温度を検出する蒸発温度検出手段２４とを用いている。そして、この吐出温度検出手段１８から検出される圧縮機１の吐出温度を適正な所定の吐出温度に制御するか、または、過熱度検出手段２２から検出される圧縮機の吸入冷媒の過熱度を適正な所定の過熱度に制御すれば、効率の良い加熱運転が可能となる。図６において、この適正な所定の吐出温度である目標吐出温度および適正な所定の過熱度である目標過熱度を記憶しているのが目標記憶手段１９である。

動作、作用について説明する。まず、冷媒回路で加熱することによって貯湯槽に湯を貯湯する沸き上げ運転についは、図１で説明した本発明の第１の実施の形態と同様である。

次に、給湯端末が開かれて、給水管から供給された市水を冷媒回路で加熱し給湯端末へと通水する給湯加熱運転について説明する。この場合、制御手段１６は、減圧装置３の弁開度を所定の起動弁開度に設定し、さらに、必要な加熱能力を得るために圧縮機１の所定の運転周波数を設定して、圧縮機１を起動する。そして、圧縮機１が前記所定の運転周波数に達した後、所定の条件が成り立てば、圧縮機１の吸入冷媒の過熱度を検出する過熱度検出手段２２からの信号で、前記吸入冷媒の過熱度を所定の過熱度（目標過熱度）になるように、減圧装置３の弁開度を制御することによって最適な冷媒循環量になるようにしている。なお、前記所定の条件としては、圧縮機１の起動後の運転時間が所定の時間に達するか、過熱度が安定するか、過熱度が所定の過熱度に達するかなどである。

上記のように、比較的運転時間が長く、冷媒水熱交換器２の出口の水温度が高い沸き上げ運転時には圧縮機１の吐出温度を制御し、比較的運転時間が短く、冷媒水熱交換器２の出口の水温度が低い給湯加熱運転時には変化の応答が比較的速い吸入冷媒の過熱度を制御するので、沸き上げ運転、給湯加熱運転それぞれに対して、最適な冷媒循環量になるため、効率の良い運転ができる。

本発明の第１の実施の形態におけるヒートポンプ給湯機の構成図 同、ヒートポンプ給湯機の運転時間に対する圧縮機の周波数と吐出圧力と吐出温度と減圧装置の弁開度との変化を示す図 本発明の第２の実施の形態におけるヒートポンプ給湯機の構成図 本発明の第３の実施の形態におけるヒートポンプ給湯機の構成図 本発明の第４の実施の形態におけるヒートポンプ給湯機の構成図 本発明の第５の実施の形態におけるヒートポンプ給湯機の構成図 従来例におけるの貯湯型ヒートポンプ給湯機の構成図 従来例におけるの瞬間湯沸かし型ヒートポンプ給湯機の構成図 従来例におけるの貯湯槽を備えた瞬間湯沸かし型ヒートポンプ給湯機の構成図 同、ヒートポンプ給湯機の運転時間に対する圧縮機の周波数と吐出圧力と吐出温度と減圧装置の弁開度との変化を示す図

符号の説明

１ 圧縮機
２ 冷媒水熱交換器
３ 減圧装置
４ 空気熱交換器
５ 貯湯槽
１０ 給水管
１１ 給湯端末
１３ 水流路
１８ 吐出温度検出手段
２０ 冷媒循環量制御手段
２１ 吐出圧力検出手段
２２ 過熱度検出手段

Claims (13)

1. 圧縮機、放熱器としての冷媒水熱交換器、減圧装置、蒸発器としての空気熱交換器を有する冷媒回路と、前記放熱器と熱交換する前記冷媒水熱交換器に設けられた水流路に市水を供給する給水管と、前記水流路から給湯端末へと通水するように接続する給湯回路と、前記冷媒回路で加熱した温水を貯湯する貯湯槽と、前記冷媒回路の冷媒循環量を制御する冷媒循環量制御手段とを備えたヒートポンプ給湯機。
2. 冷媒循環量制御手段の制御対象を冷凍サイクルの状態を決める物理量または前記物理量から算出できる特性値とした請求項１記載のヒートポンプ給湯機。
3. 冷媒循環量制御手段は、圧縮機の吐出温度を検出する吐出温度検出手段と減圧装置とを備えた請求項１または２記載のヒートポンプ給湯機。
4. 冷媒循環量制御手段は、圧縮機の吐出圧力を検出する吐出圧力検出手段と減圧装置とを備えた請求項１または２記載のヒートポンプ給湯機。
5. 冷媒循環量制御手段は、圧縮機の吸入冷媒の過熱度を検出する過熱度検出手段と減圧装置とを備えた請求項１または２記載のヒートポンプ給湯機。
6. 冷媒回路で加熱することによって貯湯槽に湯を貯湯する沸き上げ運転時と、給水管から供給された市水を冷媒水熱交換器で加熱し給湯端末へと通水する給湯加熱運転時とでは、冷媒循環量の制御が異なる請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載のヒートポンプ給湯機。
7. 冷媒循環量制御手段は、圧縮機の吐出温度を検出する吐出温度検出手段と減圧装置とを備え、沸き上げ運転時には圧縮機の吐出温度が所定の吐出温度になるように前記減圧装置の弁開度を制御し、給湯加熱運転時には、起動時の循環量制御後は、前記減圧装置の弁開度を所定の弁開度に設定する請求項６記載のヒートポンプ給湯機。
8. 給湯加熱運転が起動して所定の時間経過後、圧縮機の吐出温度が所定の吐出温度になるように前記減圧装置の弁開度を制御する請求項７記載のヒートポンプ給湯機。
9. 所定の弁開度は、圧縮機の周波数、外気温度、冷媒水熱交換器の入口温度、冷媒水熱交換器の出口温度のうち、複数の情報に基づいて決定される請求項７記載のヒートポンプ給湯機。
10. 冷媒循環量制御手段は、圧縮機の吐出温度を検出する吐出温度検出手段と圧縮機の吐出圧力を検出する吐出圧力検出手段と減圧装置とを備え、沸き上げ運転時には圧縮機の吐出温度が所定の吐出温度になるように前記減圧装置の弁開度を制御し、給湯加熱運転時には圧縮機の吐出圧力が所定の吐出圧力になるように前記減圧装置の弁開度を制御する請求項６記載のヒートポンプ給湯機。
11. 冷媒循環量制御手段は、圧縮機の吐出温度を検出する吐出温度検出手段と圧縮機の吸入冷媒の過熱度を検出する過熱度検出手段と減圧装置とを備え、沸き上げ運転時には圧縮機の吐出温度が所定の吐出温度になるように前記減圧装置の弁開度を制御し、給湯加熱運転時には前記過熱度が所定の過熱度になるように前記減圧装置の弁開度を制御する請求項６記載のヒートポンプ給湯機。
12. 冷媒循環量制御手段が圧縮機の吐出温度を所定の吐出温度になるように減圧装置の弁開度を制御する場合に、冷媒水熱交換器を通過する水の流量が多いほど前記所定の吐出温度を低くする請求項３記載のヒートポンプ給湯機。
13. 冷媒回路に用いる冷媒を二酸化炭素とし、高圧側では臨界圧を超える状態で運転することを特徴とする請求項１〜請求項１２のいずれか１項に記載のヒートポンプ給湯機。

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