JP2006342980A - ヒートポンプ給湯機 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、ヒートポンプを熱源とする給湯機に関するもので、湯切れの可能性を少なくし、利便性と効率の向上を図ったヒートポンプ給湯機を提供する。
【解決手段】圧縮機１１と放熱器１２と減圧手段１３と送風手段１５を備えた蒸発器１４とを含む冷媒回路１０と、放熱器１２と熱交換を行う水流路１７を備えた熱交換器１６と、貯湯槽２１と、給水管１８と、熱交換器１６からの水と貯湯槽２１からの水と給水管１８からの水を混合して給湯するヒートポンプ給湯機であって、冷媒回路１０で加熱された熱交換器１６からの湯を給湯利用する場合に、圧縮機１１の圧縮比が所定の圧縮比以下にならないように圧縮機１１の圧縮比を制御する制御手段４２を備えた構成としているため、圧縮機１１の圧縮比を所定の圧縮比以下にならないようにするので、湯切れの防止と運転効率の向上を図ることができる。
【選択図】図１

Description

本発明はヒートポンプ給湯機に関するものである。

ヒートポンプ給湯機用の密閉型圧縮機としては、ロータリ式やスクロール式のものがあり、いずれの方式も家庭用、業務用の給湯機分野で使用されている。その中でも、スクロール圧縮機は、低騒音、低振動にすぐれ、また、運転効率もよい。このスクロール圧縮機は、一般に、固定スクロール部品の渦巻きラップと旋回スクロール部品の渦巻きラップとを噛み合わせて圧縮室を形成し、旋回スクロール部品を自転拘束機構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が容積を変えながら移動することで吸入、圧縮、吐出を行う。このとき、旋回スクロール部品は、吸入から吐出までの圧縮による圧力上昇の過程で、固定スクロールから引き離される力が働く。従来、この種のスクロール圧縮機として、旋回スクロール部品の背面に、所定圧を印加して、旋回スクロール部品が固定スクロール部品から離れて転覆しないようにしているものがある（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−３２８９６６号公報

しかしながら、前記構成のスクロール圧縮機を用いたヒートポンプ給湯機では、次のような課題を有していた。旋回スクロール部品が固定スクロール部品から離れて転覆しないように旋回スクロール部品の背面に、所定圧を印加しているが、この印加している圧力は圧縮機の吐出圧力（高圧圧力）と吸入圧力（低圧圧力）とに関係する。吐出圧力に対する吸入圧力の比である圧縮比が大きい方が、固定スクロールから引き離される力にうち勝って、旋回スクロール部品を固定スクロール側に押さえる力が大きくなる。逆に言えば、圧縮比が小さければ、この押さえる力は小さくなり、ある限界の圧縮比よりも小さくなると、ついには旋回スクロール部品が固定スクロール部品から離れて転覆することになる。

ヒートポンプ給湯機の場合、転覆しやすい条件としては、高圧圧力である吐出圧力が低くなるか、低圧圧力である吸入圧力が高くなるか、この両方の条件が重なる場合である。具体的には、吐出圧力が低くなる場合としては、加熱される水温が低い場合や圧縮機の能力が小さい場合や加熱された後の湯温が低い場合などである。また、吸入圧力が高くなる場合としては、外気温度が高い場合や圧縮機の能力が小さい場合などである。

ところで、このようなスクロール圧縮機を用いたヒートポンプ給湯機では、通常の運転では、転覆が起こらないように仕様を決定するが、圧縮機に要求される条件は、空調用で使用する場合よりも運転範囲の条件が広いため、時としては圧縮比が限界の圧縮比よりも小さくなり、転覆して急激な性能低下をきたし、湯切れするという課題や運転効率が悪くなるという課題があった。

本発明は上記課題を解決するもので、圧縮機の圧縮比が所定の圧縮比以下にならないように圧縮機の圧縮比を制御する制御手段を備えた構成とすることによって、湯切れの可能性を少なくして快適性と利便性の向上を図り、かつ、運転効率向上を図ったヒートポンプ給湯機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機は、圧縮機と放熱器と減圧手段と送風手段を備えた蒸発器とを含む冷媒回路と、前記放熱器と熱交換を行う水流路を備えた熱交換器と、貯湯槽と、給水管と、前記熱交換器からの水と前記貯湯槽からの水と前記給水管からの水を混合して給湯するヒートポンプ給湯機であって、前記冷媒回路で加熱された前記熱交換器からの湯を給湯利用する場合に、前記圧縮機の圧縮比が所定の圧縮比以下にならないように圧縮機の圧縮比を制御する制御手段を備えたものである。

これによって、圧縮機の圧縮比を制御することによって、圧縮機の圧縮比を所定の圧縮比以下にならないようにするので、湯切れを防止することができ、かつ運転効率を向上させることができる。

本発明のヒートポンプ給湯機は、圧縮機の圧縮比が所定の圧縮比以下にならないように圧縮機の圧縮比を制御することによって、湯切れの可能性を少なくして快適性と利便性の向上を図り、かつ、運転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、圧縮機と放熱器と減圧手段と送風手段を備えた蒸発器とを含む冷媒回路と、前記放熱器と熱交換を行う水流路を備えた熱交換器と、貯湯槽と、給水管と、前記熱交換器からの水と前記貯湯槽からの水と前記給水管からの水を混合して給湯するヒートポンプ給湯機であって、前記冷媒回路で加熱された前記熱交換器からの湯を給湯利用する場合に、前記圧縮機の圧縮比が所定の圧縮比以下にならないように圧縮機の圧縮比を制御する制御手段を備えた構成としているため、圧縮機の圧縮比を所定の圧縮比以下にならないようにするので、湯切れの防止と運転効率の向上を図ることができる。

第２の発明は、外気温度を検出する外気温度検出手段を設け、前記外気温度検出手段から得られた外気温度が高いほど、熱交換器出口の温水の設定温度を高くするように制御する制御手段を備えた構成としているため、外気温度が高い場合にも熱交換器で加熱された水の温度を調節して圧縮機の圧縮比を所定の圧縮比以下にならないようにするので、湯切れの防止と運転効率の向上を図ることができる。

第３の発明は、熱交換器入口の水温を検出する入水温度検出手段を設け、前記入水温度検出手段から得られた入水温度が低いほど、熱交換器出口の温水の設定温度を高くするように制御する制御手段を備えた構成としているため、入水温度が低い場合にも熱交換器で加熱された水の温度を調節して圧縮機の圧縮比を所定の圧縮比以下にならないようにするので、湯切れの防止と運転効率の向上を図ることができる。

第４の発明は、外気温度を検出する外気温度検出手段を設け、前記外気温度検出手段から得られた外気温度が高いほど、圧縮機の回転数を大きくして能力を増加させることによって圧縮比が大きくなるように制御する制御手段を備えた構成としているため、外気温度が高い場合にも圧縮機の能力を調節して圧縮機の圧縮比を所定の圧縮比以下にならないようにするので、運転効率が向上し、さらに、湯切れの防止にもなる。

第５の発明は、熱交換器入口の水温を検出する入水温度検出手段を設け、前記入水温度検出手段から得られた入水温度が低いほど、圧縮機の回転数を大きくして能力を増加させることによって圧縮比が大きくなるように制御する制御手段を備えた構成としているため、入水温度が低い場合にも圧縮機の能力を調節して圧縮機の圧縮比を所定の圧縮比以下にならないようにするので、湯切れの防止と運転効率の向上になる。

第６の発明は、外気温度を検出する外気温度検出手段を設け、前記外気温度検出手段から得られた外気温度が高くなれば、蒸発器に備えられた送風手段の風量を小さくすることによって圧縮比が大きくなるように制御する制御手段を備えた構成としているため、外気温度が高い場合にも蒸発器の風量を調節して圧縮機の圧縮比を所定の圧縮比以下にならないようにするので、運転効率が向上し、さらに、湯切れの防止にもなる。

第７の発明は、熱交換器入口の水温を検出する入水温度検出手段を設け、前記入水温度検出手段から得られた入水温度が低いほど、蒸発器に備えられた送風手段の風量を小さくすることによって圧縮比が大きくなるように制御する制御手段を備えた構成としているため、入水温度が低い場合にも蒸発器の風量を調節して圧縮機の圧縮比を所定の圧縮比以下にならないようにするので、湯切れの防止と運転効率の向上になる。

第８の発明は、外気温度を検出する外気温度検出手段を設け、前記外気温度検出手段から得られた外気温度が高いほど、減圧手段の開度が小さくなるように前記減圧手段を制御する制御手段を備えた構成としているため、外気温度が高い場合にも減圧手段の開度を調節して圧縮機の圧縮比を所定の圧縮比以下にならないようにするので、湯切れの防止と運転効率の向上になる。

第９の発明は、熱交換器入口の水温を検出する入水温度検出手段を設け、前記入水温度検出手段から得られた入水温度が低いほど減圧手段の開度が小さくなるように前記減圧手段を制御する制御手段を備えた構成としているため、入水温度が低い場合にも減圧手段の開度を調節して圧縮機の圧縮比を所定の圧縮比以下にならないようにするので、湯切れの防止と効率の向上になる。

第１０の発明は、圧縮機と放熱器と減圧手段と送風手段を備えた蒸発器とを含む冷媒回路と、前記放熱器と熱交換を行う水流路を備えた熱交換器と、貯湯槽と、給水管と、前記熱交換器からの水と前記貯湯槽からの水と前記給水管からの水を混合して給湯するヒートポンプ給湯機であって、外気温度を検出する外気温度検出手段と前記熱交換器の水側入口水温を検出する入水温度検出手段とを設け、前記外気温度検出手段から得られた外気温度と前記入水温度検出手段から得られた入水温度とに応じて、前記熱交換器からの湯を直接給湯管に通して給湯を行う運転から貯湯槽に貯湯する運転に切り換える制御手段を備えた構成としているため、外気温度と入水温度とに応じて運転モードを切り換えるので、湯切れの防止と運転効率の向上を図ることができる。

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を示すものである。

図１において、冷媒回路１０は、圧縮機１１、放熱器１２、減圧手段１３、蒸発器１４を順次接続して閉回路をなしている。この冷媒回路１０は、例えば炭酸ガスを冷媒として使用し、高圧側の冷媒圧力が冷媒の臨界圧以上となる超臨界冷媒循環回路を使用している。また、前記蒸発器１４は送風手段１５を備えている。そして圧縮機１１は、内蔵する電動モータ（図示しない）によって駆動され、吸引した冷媒を臨界圧力まで圧縮して吐出する。また、熱交換器１６には放熱器１２と熱交換を行う水流路１７により構成される。この水流路１７に水道水を直接供給する給水管１８と、給湯水流路１７から出湯される湯を第１混合手段１９に通水する出湯管２０が接続されている。

なお、熱交換器１６は、放熱器１２の流れ方向と水流路１７の流れ方向を対向流とし、各流路間を熱移動が容易になるように密着して構成している。この構成により放熱器１２と水流路１７の伝熱が均一化し、熱交換効率がよくなる。また、高温の出湯も可能になる。

貯湯槽２１は、底部に給水管１８から分岐した入口管２２が接続され、給湯時に水道水が貯湯槽２１底部に流入するように構成されている。また、貯湯槽２１上部には貯湯槽２１から出湯される湯を第１混合手段１９に通水する出口管２３が接続されている。さらに、貯湯槽２１底部には貯湯槽２１の水を熱交換器１６に通水するための入水管２４が接続されており、この入水管２４には、貯湯槽２１の水を給湯熱交換器１６に送るための循環ポンプ２５が備えられている。また、貯湯槽２１上部に給湯熱交換器１６で加熱された温水を供給する上部出湯管２６が接続されている。また、給湯放熱器１２と熱交換を行う給湯水流路１７の出口側には給湯水流路１７の出口水温を検出する出湯温度検出手段２７が備えられている。

なお、貯湯槽２１の水を給湯熱交換器１６に循環して加熱する際は、圧縮機１１とポンプ２５を駆動することにより、入水管２４より給湯熱交換器１６に流れた水は、給湯水流路１７内で加熱されて出湯管２０、出湯分岐管２８上部出湯管２６を経て貯湯槽２１上部に戻る循環回路が構成される。また、出湯分岐管２８には貯湯槽２１の湯が出湯管２０に流れないように逆止弁２９を設けてある。

第１混合手段１９は給湯熱交換器１６からの水と貯湯槽２１からの水を混合して混合出湯管３０に出湯するもので、モーター（図示せず）駆動により混合割合を任意に設定できる。また、第２混合手段３１は混合出湯管３０からの湯と、給水管１８から分岐した給水バイパス管３２からの水道水を混合して給湯管３３に出湯するもので、モーター（図示せず）駆動により混合割合を任意に設定できる。給湯管３３は、シャワー（図示せず）や蛇口３４等より成る給湯端末３５に接続され、その途中に給湯管を流れる流量を検出する給湯流量検知手段３６を設けている。

また、外気温度を検出する外気温度検出手段３７と給水管１８に給湯流量を制御する流量制御装置３８を設ける。さらに、圧縮機１１の吐出圧力検出する吐出圧力検出手段３９と吸入圧力を検出する吸入圧力検出手段４０からの信号によって、圧縮機１１の圧縮比を演算する演算手段４１の演算結果を基に、制御手段４２は圧縮機１１の圧縮比を制御する。また、第１混合温度検出手段４３と第２混合温度検出手段４４とは、それぞれ、第１混合手段１９、第２混合手段３１での混合後の水温を検出するものである。

以上のように構成されたヒートポンプ給湯機について、以下にその動作、作用を説明する。図１において、先ず、貯湯槽２１に所定の温度の湯を貯める運転モードである貯湯運転について説明する。この場合、圧縮機１１から吐出された臨界圧力以上の高温高圧の冷媒が放熱器１２に流入し、ここで貯湯槽２１の下部から循環ポンプ２５によって送られてきた水と熱交換し放熱した後、減圧手段１３で減圧し、さらに、蒸発器１４で大気から熱を吸熱し、ガス化して圧縮機１１に戻る。この時、放熱器１２に流入する高温冷媒で熱交換器１６の出口水温（出湯温度）が所定温度となるように循環ポンプ２５の回転数を制御し、所定の温度の湯が上部出湯管２６を通って、貯湯槽２１の上部から流入し貯湯される。

次に、同時出湯運転について説明する。この運転モードはヒートポンプで加熱した給水管１８から送られてきた湯と貯湯槽２１の上部から送られてきた湯を混合して給湯に使用する運転である。すなわち、蛇口３４等の給湯端末３５が開かれ給湯負荷が生じると、圧縮機１１から吐出された高温高圧の冷媒が放熱器１２に流入し、ここで給水管１８から送られてきた水と熱交換し放熱した後、減圧手段１３で減圧し、さらに、蒸発器１４で大気から熱を吸熱し、ガス化して圧縮機１１に戻る。この時、放熱器１２と熱交換して水流路１７から出た湯は第１混合手段１９の出湯管２０側の流入口に流入し、また、貯湯槽２１の上部の湯が第１混合手段１９の出口管２３側の流入口に流入する。このとき第１混合温度検出手段４３の温度が第１の所定の混合温度になるように第１混合手段１９の混合比率を調整する。そして、この２つの湯が混合して、第２混合手段３１の混合出湯管３０側の流入口に流入し、また、給水管１８から送られてきた水は第２混合手段３１のバイパス管３２側の流入口に流入する。このとき第２混合温度検出手段４４の温度が第２の所定の混合温度になるように第２混合手段３１の混合比率を調整する。なお、この第２の所定の混合温度が給湯温度となる。

次に、ヒートポンプ単独直接出湯運転について説明する。この運転モードはヒートポンプで加熱した給水管１８から送られてきた湯を給湯に使用する運転である。すなわち、蛇口３４等の給湯端末３５が開かれ給湯負荷が生じと、第１混合手段１９の出口管２３側を全閉、出湯管２０側を全開状態にする。そして、圧縮機１１から吐出された高温高圧の冷媒が放熱器１２に流入し、ここで給水管１８から送られてきた水と熱交換し放熱した後、減圧手段１３で減圧し、さらに、蒸発器１４で大気から熱を吸熱し、ガス化して圧縮機１１に戻る。この時、放熱器１２と熱交換して水流路１７から出た湯は第１混合手段１９の出湯管２０側の流入口に流入する。このとき第１混合手段１９は出湯管２０側に全開となっているので貯湯槽２１とは混合せずに、第２混合手段３１の混合出湯管３０側の流入口に流入し、また、給水管１８から送られてきた水は第２混合手段３１のバイパス管３２側の流入口に流入する。このとき第２混合温度検出手段４４の温度が第２の所定の混合温度になるように第２混合手段３１の混合比率を調整する。なお、この第２の所定の混合温度が給湯温度となる。

次に、転覆防止運転について説明する。上述貯湯運転モードの場合は、貯湯槽２１の下部から循環ポンプ２５によって送られてきた水が加熱された後の温度（出湯温度検出手段２７が検出する温度で出湯温度）は、通常、６５〜９０℃程度である。また、同時出湯運転やヒートポンプ単独直接出湯運転の場合は、給水管１８から送られてきた水が加熱された後の温度（熱交換器１６の水側出口温度で出湯温度）は、通常、３８〜４５℃程度である。ところで、従来例のところで説明したように、吐出圧力を決定する一つの要因として、熱交換器１６の水側出口温度（出湯温度）があり、水側出口温度（出湯温度）が低い方が低くなる。また、吸入圧力を決定する一つの要因として、外気温度があり、高い方が高くなる。従って、圧縮機１１の圧縮比（吐出圧力に対する吸入圧力の比）は、貯湯運転の場合よりも同時出湯運転やヒートポンプ単独直接出湯運転の場合の方が小さくなる傾向にある。そこで、同時出湯運転やヒートポンプ単独直接出湯運転の場合に定期的に、演算手段４１は、吐出圧力検出手段３９と吸入圧力検出手段４０から得た吐出圧力と吸入圧力とから圧縮機１１の圧縮比を演算する。

その結果、圧縮機１１が転覆する可能性がある限界の圧縮比よりも小さければ、制御手段４２は、熱交換器１６の水側出口温度（出湯温度）を大きくするために、流量制御装置３８を制御する。すなわち、流量制御装置３８の絞りを大きくして熱交換器１６の水流路１７を流れる流量を少なくすれば、熱交換器１６の水側出口温度（出湯温度）は上昇し、それにつれて、圧縮機１１の吐出圧力も上昇するので、圧縮比は大きくなる。そして、圧縮機１１の圧縮比が限界の圧縮比よりも大きくなるまで、このような制御を繰り返す。また演算の結果、限界の圧縮比よりも大きければ、制御手段４２はそのままの運転状態を続ける。

このように、圧縮機の圧縮比を制御する制御手段を備えた構成としているため、圧縮機の圧縮比を所定の圧縮比（転覆の可能性がある限界の圧縮比）以下にならないようにするので、圧縮機が転覆することがなく、湯切れの防止と運転効率の向上を図ることができる。

（実施の形態２）
図２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を示すものであり、図３は同実施の形態におけるヒートポンプ給湯機の外気温度に対する圧縮比特性を示す説明図である。本実施の形態において、実施の形態１と異なる点は、吐出圧力検出手段３９と吸入圧力検出手段４０からの信号によって圧縮機１１の圧縮比を演算する演算手段４１を設ける代わりに、圧縮機１１の外気温度に対する圧縮比を記憶した記憶手段４５を設けた構成としていることである。なお、実施の形態１と同符号の部分は同一構成を有し、説明は省略する。

次に動作、作用について説明する。同時出湯運転やヒートポンプ単独直接出湯運転を行った場合について、熱交換器１６の水側出口温度（出湯温度）をパラメータとして、外気温度に対する圧縮機１１の圧縮比の特性を予め求めておく。図３がこの特性であり、横軸に外気温度をとり、縦軸に圧縮機１１の圧縮比をとって、出湯温度をパラメータとして、外気温度の変化に対する圧縮比の変化特性を示したものである。なお、同図の一点鎖線は圧縮機１１が転覆する可能性がある限界の圧縮比である。そして、この外気温度に対する圧縮比特性を記憶手段４５に記憶させておく。

同時出湯運転やヒートポンプ単独直接出湯運転を行う場合、制御手段４２は外気温度検出手段３７からの信号で外気温度を検出（例えば、図３のＴａ）する。外気温度Ｔａの場合、出湯温度が４１℃以下では転覆の可能性があり、４２℃以上では転覆しない。そこで、制御手段４２は出湯温度の設定温度を４２℃以上の出湯温度に設定し、同時出湯運転やヒートポンプ単独直接出湯運転を行う。この場合、図３からわかるように、外気温度が高いほど出湯温度を高くなるように設定すればよい。

このように、外気温度に対して出湯温度の設定値を決定することによって圧縮機の圧縮比を制御する制御手段を備えた構成としているため、圧縮機の圧縮比を所定の圧縮比（転覆の可能性がある限界の圧縮比）以下にならないようにするので、圧縮機が転覆することがなく、湯切れの防止と運転効率の向上を図ることができる。

（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り、図５は同実施の形態におけるヒートポンプ給湯機の入水温度に対する圧縮比特性を示す説明図である。本実施の形態において、実施の形態１と異なる点は、熱交換器１６の水側入口温度である入水温度を検出する入水温度検出手段４６を設け、吐出圧力検出手段３９と吸入圧力検出手段４０からの信号によって圧縮機１１の圧縮比を演算する演算手段４１を設ける代わりに、入水温度に対する圧縮機１１の圧縮比を記憶した記憶手段４５を設けた構成としていることである。なお、実施の形態１と同符号の部分は同一構成を有し、説明は省略する。

次に動作、作用について説明する。同時出湯運転やヒートポンプ単独直接出湯運転を行った場合について、出湯温度をパラメータとして、入水温度に対する圧縮機１１の圧縮比の特性を予め求めておく。図５がこの特性であり、横軸に入水温度をとり、縦軸に圧縮機１１の圧縮比をとって、出湯温度をパラメータとして、入水温度の変化に対する圧縮比の変化特性を示したものである。なお、同図の一点鎖線は圧縮機１１が転覆する可能性がある限界の圧縮比である。そして、この入水温度に対する圧縮比特性を記憶手段４５に記憶させておく。同時出湯運転やヒートポンプ単独直接出湯運転を行う場合、制御手段４２は入水温度検出手段４６からの信号で入水温度を検出（例えば、図５のＴｗ）する。

入水温度Ｔwの場合、出湯温度が４１℃以下では転覆の可能性があり、４２℃以上では転覆しない。そこで、制御手段４２は出湯温度の設定温度を４２℃以上の出湯温度に設定し、同時出湯運転やヒートポンプ単独直接出湯運転を行う。この場合、図5からわかるように、入水温度が低いほど出湯温度を高くなるように設定すればよい。

このように、入水温度に対して出湯温度の設定値を決定することによって、圧縮機の圧縮比を制御する制御手段を備えた構成としているため、圧縮機の圧縮比を所定の圧縮比（転覆の可能性がある限界の圧縮比）以下にならないようにするので、圧縮機が転覆することがなく、湯切れの防止と運転効率の向上を図ることができる。

（実施の形態４）
図６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を示すものであり、図７は同実施の形態におけるヒートポンプ給湯機の外気温度に対する圧縮比特性を示す説明図である。本実施の形態において、実施の形態１と異なる点は、吐出圧力検出手段３９と吸入圧力検出手段４０からの信号によって圧縮機１１の圧縮比を演算する演算手段４１を設ける代わりに、外気温度と圧縮機１１の回転数とに対する圧縮比を記憶した記憶手段４５を設けた構成としていることである。なお、実施の形態１と同符号の部分は同一構成を有し、説明は省略する。

次に動作、作用について説明する。同時出湯運転やヒートポンプ単独直接出湯運転を行う場合について、圧縮機１１の回転数をパラメータとして、外気温度に対する圧縮機１１の圧縮比の特性を予め求めておく。図７がこの特性であり、横軸に外気温度をとり、縦軸に圧縮機１１の圧縮比をとって、圧縮機１１の回転数をパラメータとして、外気温度の変化に対する圧縮比の変化特性を示したものである。なお、同図の一点鎖線は圧縮機１１が転覆する可能性がある限界の圧縮比である。そして、この外気温度に対する圧縮比特性を記憶手段４５に記憶させておく。

同時出湯運転やヒートポンプ単独直接出湯運転を行う場合、制御手段４２は外気温度検出手段３７からの信号で外気温度を検出（例えば、図７のＴａ）する。外気温度Ｔａの場合、圧縮機１１の回転数が６０Ｈｚ以下では転覆の可能性があり、７０Ｈｚ以上では転覆しない。そこで、制御手段４２は圧縮機１１の回転数の設定回転数を７０Ｈｚ以上の回転数に設定し、同時出湯運転やヒートポンプ単独直接出湯運転を行う。この場合、図７からわかるように、外気温度が高いほど回転数が高くなるように設定すればよい。

このように、外気温度に対して圧縮機１１の回転数の設定値を決定することによって圧縮機の圧縮比を制御する制御手段を備えた構成としているため、圧縮機の圧縮比を所定の圧縮比（転覆の可能性がある限界の圧縮比）以下にならないようにするので、圧縮機が転覆することがなく、湯切れの防止と運転効率の向上を図ることができる。

（実施の形態５）
図８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を示すものであり、図９は同実施の形態におけるヒートポンプ給湯機の入水温度に対する圧縮比特性を示す説明図である。本実施の形態において、実施の形態１と異なる点は、吐出圧力検出手段３９と吸入圧力検出手段４０からの信号によって圧縮機１１の圧縮比を演算する演算手段４１を設ける代わりに、入水温度と圧縮機１１の回転数とに対する圧縮比を記憶した記憶手段４５を設けた構成としていることである。なお、実施の形態１と同符号の部分は同一構成を有し、説明は省略する。

次に動作、作用について説明する。同時出湯運転やヒートポンプ単独直接出湯運転を行う場合について、圧縮機１１の回転数をパラメータとして、入水温度に対する圧縮機１１の圧縮比の特性を予め求めておく。図９がこの特性であり、横軸に入水温度をとり、縦軸に圧縮機１１の圧縮比をとって、圧縮機１１の回転数をパラメータとして、入水温度の変化に対する圧縮比の変化特性を示したものである。なお、同図の一点鎖線は圧縮機１１が転覆する可能性がある限界の圧縮比である。そして、この入水温度に対する圧縮比特性を記憶手段４５に記憶させておく。

同時出湯運転やヒートポンプ単独直接出湯運転を行う場合、制御手段４２は入水温度検出手段４６からの信号で入水温度を検出（例えば、図９のＴｗ）する。入水温度Ｔｗの場合、圧縮機１１の回転数が６０Ｈｚ以下では転覆の可能性があり、７０Ｈｚ以上では転覆しない。そこで、制御手段４２は圧縮機１１の回転数の設定回転数を７０Ｈｚ以上の回転数に設定し、同時出湯運転やヒートポンプ単独直接出湯運転を行う。この場合、図９からわかるように、入水温度が低いほど回転数が高くなるように設定すればよい。

このように、入水温度に対して圧縮機１１の回転数の設定値を決定することによって圧縮機の圧縮比を制御する制御手段を備えた構成としているため、圧縮機の圧縮比を所定の圧縮比（転覆の可能性がある限界の圧縮比）以下にならないようにするので、圧縮機が転覆することがなく、湯切れの防止と運転効率の向上を図ることができる。

（実施の形態６）
図１０は、本発明の第６の実施の形態におけるヒートポンプ給湯機の構成図を示すものであり、図１１は同実施の形態におけるヒートポンプ給湯機の外気温度に対する圧縮比特性を示す説明図である。本実施の形態において、実施の形態１と異なる点は、吐出圧力検出手段３９と吸入圧力検出手段４０からの信号によって圧縮機１１の圧縮比を演算する演算手段４１を設ける代わりに、外気温度と蒸発器１４の風量に対する圧縮比を記憶した記憶手段４５を設けた構成としていることである。なお、実施の形態１と同符号の部分は同一構成を有し、説明は省略する。

次に動作、作用について説明する。同時出湯運転やヒートポンプ単独直接出湯運転を行う場合について、蒸発器１４の風量をパラメータとして、外気温度に対する圧縮機１１の圧縮比の特性を予め求めておく。図１１がこの特性であり、横軸に外気温度をとり、縦軸に圧縮機１１の圧縮比をとって、蒸発器１４の風量をパラメータとして、外気温度の変化に対する圧縮比の変化特性を示したものである。なお、同図の一点鎖線は圧縮機１１が転覆する可能性がある限界の圧縮比である。そして、この外気温度に対する圧縮比特性を記憶手段４５に記憶させておく。

同時出湯運転やヒートポンプ単独直接出湯運転を行う場合、制御手段４２は外気温度検出手段３７からの信号で外気温度を検出（例えば、図１１のＴａ）する。外気温度Ｔａの場合、蒸発器１４の風量が２２ｍ３／分以上では転覆の可能性があり、２０ｍ３／分以下では転覆しない。そこで、制御手段４２は蒸発器１４の風量の設定風量を２０ｍ３／分以下に設定し、同時出湯運転やヒートポンプ単独直接出湯運転を行う。この場合、図１１からわかるように、外気温度が高いほど蒸発器１４の風量が少なくなるように設定すればよい。

このように、外気温度に対して蒸発器１４の風量の設定値を決定することによって圧縮機の圧縮比を制御する制御手段を備えた構成としているため、圧縮機の圧縮比を所定の圧縮比（転覆の可能性がある限界の圧縮比）以下にならないようにするので、圧縮機が転覆することがなく、湯切れの防止と運転効率の向上を図ることができる。

（実施の形態７）
図１２は、本発明の第７の実施の形態におけるヒートポンプ給湯機の構成図を示すものであり、図１３は同実施の形態におけるヒートポンプ給湯機の入水温度に対する圧縮比特性を示す説明図である。本実施の形態において、実施の形態１と異なる点は、吐出圧力検出手段３９と吸入圧力検出手段４０からの信号によって圧縮機１１の圧縮比を演算する演算手段４１を設ける代わりに、入水温度と蒸発器１４の風量に対する圧縮比を記憶した記憶手段４５を設けた構成としていることである。なお、実施の形態１と同符号の部分は同一構成を有し、説明は省略する。

次に動作、作用について説明する。同時出湯運転やヒートポンプ単独直接出湯運転を行う場合について、蒸発器１４の風量をパラメータとして、入水温度に対する圧縮機１１の圧縮比の特性を予め求めておく。図１３がこの特性であり、横軸に入水温度をとり、縦軸に圧縮機１１の圧縮比をとって、蒸発器１４の風量をパラメータとして、入水温度の変化に対する圧縮比の変化特性を示したものである。なお、同図の一点鎖線は圧縮機１１が転覆する可能性がある限界の圧縮比である。そして、この入水温度に対する圧縮比特性を記憶手段４５に記憶させておく。

同時出湯運転やヒートポンプ単独直接出湯運転を行う場合、制御手段４２は入水温度検出手段４６からの信号で入水温度を検出（例えば、図１３のＴｗ）する。入水温度Ｔｗの場合、蒸発器１４の風量が２２ｍ３／分以上では転覆の可能性があり、２０ｍ３／分以下では転覆しない。そこで、制御手段４２は蒸発器１４の風量の設定風量を２０ｍ３／分以下に設定し、同時出湯運転やヒートポンプ単独直接出湯運転を行う。この場合、図１３からわかるように、入水温度が低いほど蒸発器１４の風量が少なくなるように設定すればよい。

このように、入水温度に対して蒸発器１４の風量の設定値を決定することによって圧縮機の圧縮比を制御する制御手段を備えた構成としているため、圧縮機の圧縮比を所定の圧縮比（転覆の可能性がある限界の圧縮比）以下にならないようにするので、圧縮機が転覆することがなく、湯切れの防止と運転効率の向上を図ることができる。

（実施の形態８）
図１４は、本発明の第８の実施の形態におけるヒートポンプ給湯機の構成図を示すものであり、図１５は同実施の形態におけるヒートポンプ給湯機の外気温度に対する圧縮比特性を示す説明図である。本実施の形態において、実施の形態１と異なる点は、吐出圧力検出手段３９と吸入圧力検出手段４０からの信号によって圧縮機１１の圧縮比を演算する演算手段４１を設ける代わりに、外気温度と減圧手段１３の開度に対する圧縮比を記憶した記憶手段４５を設けた構成としていることである。なお、実施の形態１と同符号の部分は同一構成を有し、説明は省略する。

次に動作、作用について説明する。同時出湯運転やヒートポンプ単独直接出湯運転を行う場合について、減圧手段１３の開度をパラメータとして、外気温度に対する圧縮機１１の圧縮比の特性を予め求めておく。図１５がこの特性であり、横軸に外気温度をとり、縦軸に圧縮機１１の圧縮比をとって、減圧手段１３の開度をパラメータとして、外気温度の変化に対する圧縮比の変化特性を示したものである。なお、同図の一点鎖線は圧縮機１１が転覆する可能性がある限界の圧縮比である。そして、この外気温度に対する圧縮比特性を記憶手段４５に記憶させておく。

同時出湯運転やヒートポンプ単独直接出湯運転を行う場合、制御手段４２は外気温度検出手段３７からの信号で外気温度を検出（例えば、図１５のＴａ）する。外気温度Ｔａの場合、減圧手段１３の開度（減圧手段１３の全開時の流路断面積に対する比率）が０．５以上では転覆の可能性があり、０．４以下では転覆しない。そこで、制御手段４２は減圧手段１３の開度の設定値を０．４以下に設定し、同時出湯運転やヒートポンプ単独直接出湯運転を行う。この場合、図１５からわかるように、外気温度が高いほど減圧手段１３の開度が小さくなるように設定すればよい。

このように、外気温度に対して減圧手段１３の開度の設定値を決定することによって圧縮機の圧縮比を制御する制御手段を備えた構成としているため、圧縮機の圧縮比を所定の圧縮比（転覆の可能性がある限界の圧縮比）以下にならないようにするので、圧縮機が転覆することがなく、湯切れの防止と運転効率の向上を図ることができる。

（実施の形態９）
図１６は、本発明の第９の実施の形態におけるヒートポンプ給湯機の構成図を示すものであり、図１７は同実施の形態におけるヒートポンプ給湯機の入水温度に対する圧縮比特性を示す説明図である。本実施の形態において、実施の形態１と異なる点は、吐出圧力検出手段３９と吸入圧力検出手段４０からの信号によって圧縮機１１の圧縮比を演算する演算手段４１を設ける代わりに、入水温度と減圧手段１３の開度に対する圧縮比を記憶した記憶手段４５を設けた構成としていることである。なお、実施の形態１と同符号の部分は同一構成を有し、説明は省略する。

次に動作、作用について説明する。同時出湯運転やヒートポンプ単独直接出湯運転を行った場合について、減圧手段１３の開度をパラメータとして、入水温度に対する圧縮機１１の圧縮比の特性を予め求めておく。図１７がこの特性であり、横軸に入水温度をとり、縦軸に圧縮機１１の圧縮比をとって、減圧手段１３の開度をパラメータとして、入水温度の変化に対する圧縮比の変化特性を示したものである。なお、同図の一点鎖線は圧縮機１１が転覆する可能性がある限界の圧縮比である。そして、この入水温度に対する圧縮比特性を記憶手段４５に記憶させておく。

同時出湯運転やヒートポンプ単独直接出湯運転を行う場合、制御手段４２は入水温度検出手段４６からの信号で入水温度を検出（例えば、図１７のＴｗ）する。入水温度Ｔｗの場合、減圧手段１３の開度（減圧手段１３の全開時の流路断面積に対する比率）が０．５以上では転覆の可能性があり、０．４以下では転覆しない。そこで、制御手段４２は減圧手段１３の開度の設定値を０．４以下に設定し、同時出湯運転やヒートポンプ単独直接出湯運転を行う。この場合、図１７からわかるように、入水温度が低いほど減圧手段１３の開度が小さくなるように設定すればよい。

このように、入水温度に対して減圧手段１３の開度の設定値を決定することによって圧縮機の圧縮比を制御する制御手段を備えた構成としているため、圧縮機の圧縮比を所定の圧縮比（転覆の可能性がある限界の圧縮比）以下にならないようにするので、圧縮機が転覆することがなく、湯切れの防止と運転効率の向上を図ることができる。

（実施の形態１０）
図１８は、本発明の第１０の実施の形態におけるヒートポンプ給湯機の構成図を示すものであり、図１９は同実施の形態におけるヒートポンプ給湯機の外気温度と入水温度に対する圧縮比特性を示す説明図である。本実施の形態において、外気温度と入水温度とに対する圧縮比を記憶した記憶手段４５を設けた構成としていることである。なお、前述の実施の形態と同符号の部分は同一構成を有し、説明は省略する。

次に動作、作用について説明する。上述したように、圧縮機１１の圧縮比は、出湯温度に大きく影響されるので、運転モードについて影響をうける。すなわち、貯湯運転の場合の出湯温度は、通常、６５〜９０℃程度であり、また、同時出湯運転やヒートポンプ単独直接出湯運転の場合の出湯温度は、通常、３８〜４５℃程度である。従って、貯湯運転の場合よりも同時出湯運転やヒートポンプ単独直接出湯運転の場合の方が、圧縮機１１の圧縮比は小さくなる傾向にある。

さらに、圧縮比に影響を及ぼす要因として、外気温度と入水温度とがあり、外気温度がより高く入水温度がより低い場合に圧縮比がより小さくなる傾向にある。そこで、外気温度と入水温度とからそのときの圧縮比を推定し、圧縮機１１が転覆する可能性がある限界の圧縮比よりも小さい圧縮比になる場合には、同時出湯運転やヒートポンプ単独直接出湯運転から貯湯運転に運転モードを変更すればよい。図１９にこの外気温度と入水温度と圧縮比の関係を示す。そして、この関係を予め求めておいて記憶手段４５に記憶させておく。

同時出湯運転の場合には、蛇口３４等の給湯端末３５が開かれ給湯負荷が生じると、圧縮機１１から吐出された高温高圧の冷媒が放熱器１２に流入し、ここで給水管１８から送られてきた水と熱交換し放熱した後、減圧手段１３で減圧し、さらに、蒸発器１４で大気から熱を吸熱し、ガス化して圧縮機１１に戻る。この時、出湯温度検出手段２７の温度が、例えば、４２℃になるように流量制御装置３８は給水管１８から入ってくる流量を調整する。第１混合弁１９において、この４２℃の湯は貯湯槽２１上部の湯と混合し、さらに、第２混合弁３１で給水管１８からの水と混合し、所定の給湯温度になって蛇口３４から給湯される。

いま、外気温度と入水温度と圧縮比との関係を記憶している記憶手段４５を用いて、制御手段４２は、外気温度検出手段３７と入水温度検出手段４６から得られた外気温度と入水温度とから圧縮機１１の圧縮比を推定する。この推定した圧縮比が図１９の点ａ（限界の圧縮比よりも小さい場合）の場合には、圧縮機１１が転覆する可能性があるので、運転値モードを同時出湯運転から貯湯運転に変更する。すなわち、制御手段４２は、出湯温度検出手段２７の温度が所定の出湯温度になるように、循環ポンプ２５を駆動する。そして、循環ポンプ２５によって貯湯槽２１下部から送られてきて、所定の出湯温度に加熱された湯は貯湯槽２１の上部から貯湯されていく。これと同時に、貯湯槽２１の上部の湯は、出口管２３、第１混合弁１９を通り、第２混合弁３１で給水管１８からの水と混合し、所定の給湯温度になって蛇口３４から給湯される。逆に、上述の推定した圧縮比が図１９の点ｂ（限界の圧縮比よりも大きい場合）の場合には、圧縮機１１が転覆する可能性がないので、そのまま同時出湯運転を続ける。

ヒートポンプ単独直接出湯運転の場合には、蛇口３４等の給湯端末３５が開かれ給湯負荷が生じると、圧縮機１１から吐出された高温高圧の冷媒が放熱器１２に流入し、ここで給水管１８から送られてきた水と熱交換し放熱した後、減圧手段１３で減圧し、さらに、蒸発器１４で大気から熱を吸熱し、ガス化して圧縮機１１に戻る。この時、出湯温度検出手段２７の温度が、例えば、４２℃になるように流量制御装置３８は給水管１８から入ってくる流量を調整する。この４２℃の湯は（第１混合弁１９において貯湯槽２１上部の湯と混合せずに）第２混合弁３１で給水管１８からの水と混合し、所定の給湯温度になって蛇口３４から給湯される。いま、外気温度と入水温度と圧縮比との関係を記憶している記憶手段４５を用いて、制御手段４２は、外気温度検出手段３７と入水温度検出手段４６から得られた外気温度と入水温度とから圧縮機１１の圧縮比を推定する。この推定した圧縮比が図１９の点ａ（限界の圧縮比よりも小さい場合）の場合には、圧縮機１１が転覆する可能性があるので、運転値モードをヒートポンプ単独直接出湯運転から貯湯運転に変更する。すなわち、制御手段４２は、出湯温度検出手段２７の温度が所定の出湯温度になるように、循環ポンプ２５を駆動する。そして、循環ポンプ２５によって貯湯槽２１下部から送られてきて、所定の出湯温度に加熱された湯は貯湯槽２１の上部から貯湯されていく。これと同時に、貯湯槽２１の上部の湯は、出口管２３、第１混合弁１９を通り、第２混合弁３１で給水管１８からの水と混合し、所定の給湯温度になって蛇口３４から給湯される。逆に、上述の推定した圧縮比が図１９の点ｂ（限界の圧縮比よりも大きい場合）の場合には、圧縮機１１が転覆する可能性がないので、そのままヒートポンプ単独直接出湯運転を続ける。

このように、外気温度と入水温度とに応じて、熱交換器からの湯を直接給湯管に通して給湯を行う運転から貯湯槽に貯湯する運転に切り換える制御手段を備えた構成としているため、外気温度と入水温度とに応じて運転モードを切り換えるので、湯切れの防止と運転効率の向上を図ることができる。

なお、本実施の形態では外気温度と入水温度とに応じて運転モードを切り換える形態を取り上げたが、実施の形態１から実施の形態９で述べたように外気温度、出湯温度、入水温度、圧縮機の回転数、送風手段の風量、減圧手段の開度等の値に応じて圧縮機の転覆する可能性を図り、運転モードを切り換えるようにしてもよい。

以上のように、本発明にかかるヒートポンプ給湯機は、圧縮機の圧縮比が所定の圧縮比以下にならないように圧縮機の圧縮比を制御する構成としているため、湯切れの可能性を少なくして快適性と利便性の向上を図り、かつ、運転効率の向上を図ることができるので、高効率で信頼性の高いヒートポンプ給湯機の用途に適用できる。

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 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 同実施の形態におけるヒートポンプ給湯機の外気温度に対する圧縮比特性を示す説明図 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 同実施の形態におけるヒートポンプ給湯機の入水温度に対する圧縮比特性を示す説明図 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 同実施の形態におけるヒートポンプ給湯機の外気温度に対する圧縮比特性を示す説明図 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 同実施の形態におけるヒートポンプ給湯機の入水温度に対する圧縮比特性を示す説明図 本発明の第６の実施の形態におけるヒートポンプ給湯機の構成図 同実施の形態におけるヒートポンプ給湯機の外気温度に対する圧縮比特性を示す説明図 本発明の第７の実施の形態におけるヒートポンプ給湯機の構成図 同実施の形態におけるヒートポンプ給湯機の入水温度に対する圧縮比特性を示す説明図 本発明の第８の実施の形態におけるヒートポンプ給湯機の構成図 同実施の形態におけるヒートポンプ給湯機の外気温度に対する圧縮比特性を示す説明図 本発明の第９の実施の形態におけるヒートポンプ給湯機の構成図 同実施の形態におけるヒートポンプ給湯機の入水温度に対する圧縮比特性を示す説明図 本発明の第１０の実施の形態におけるヒートポンプ給湯機の構成図 同実施の形態におけるヒートポンプ給湯機の外気温度と入水温度に対する圧縮比特性を示す説明図

符号の説明

１０ 冷媒回路
１１ 圧縮機
１２ 放熱器
１３ 減圧手段
１４ 蒸発器
１５ 送風手段
１６ 熱交換器
１７ 水流路
１８ 給水管
２１ 貯湯槽
４２ 制御手段

Claims (10)

1. 圧縮機と放熱器と減圧手段と送風手段を備えた蒸発器とを含む冷媒回路と、前記放熱器と熱交換を行う水流路を備えた熱交換器と、貯湯槽と、給水管と、前記熱交換器からの湯と前記貯湯槽からの湯と前記給水管からの水を混合して給湯するヒートポンプ給湯機であって、前記冷媒回路で加熱された前記熱交換器からの湯を給湯利用する場合に、前記圧縮機の圧縮比が所定の圧縮比以下にならないように圧縮機の圧縮比を制御する制御手段を備えたことを特徴とするヒートポンプ給湯機。
2. 外気温度を検出する外気温度検出手段を設け、前記外気温度検出手段から得られた外気温度が高いほど、熱交換器出口の温水の設定温度を高くするように制御する制御手段を備えた請求項１記載のヒートポンプ給湯機。
3. 熱交換器入口の水温を検出する入水温度検出手段を設け、前記入水温度検出手段から得られた入水温度が低いほど、熱交換器出口の温水の設定温度を高くするように制御する制御手段を備えた請求項１記載のヒートポンプ給湯機。
4. 外気温度を検出する外気温度検出手段を設け、前記外気温度検出手段から得られた外気温度が高いほど、圧縮機の回転数を大きくして能力を増加させることによって圧縮比を大きくするように制御する制御手段を備えた請求項１記載のヒートポンプ給湯機。
5. 熱交換器入口の水温を検出する入水温度検出手段を設け、前記入水温度検出手段から得られた入水温度が低いほど、圧縮機の回転数を大きくして能力を増加させることによって圧縮比を大きくするように制御する制御手段を備えた請求項１記載のヒートポンプ給湯機。
6. 外気温度を検出する外気温度検出手段を設け、前記外気温度検出手段から得られた外気温度が高くなれば、蒸発器に備えられた送風手段の風量を小さくすることによって圧縮比を大きくするように制御する制御手段を備えた請求項１記載のヒートポンプ給湯機。
7. 熱交換器入口の水温を検出する入水温度検出手段を設け、前記入水温度検出手段から得られた入水温度が低いほど、蒸発器に備えられた送風手段の風量を小さくすることによって圧縮比を大きくするように制御する制御手段を備えた請求項１記載のヒートポンプ給湯機。
8. 外気温度を検出する外気温度検出手段を設け、前記外気温度検出手段から得られた外気温度が高いほど、減圧手段の開度を小さくなるように前記減圧手段を制御する制御手段を備えた請求項１記載のヒートポンプ給湯機。
9. 熱交換器入口の水温を検出する入水温度検出手段を設け、前記入水温度検出手段から得られた入水温度が低いほど減圧手段の開度を小さくするように前記減圧手段を制御する制御手段を備えた請求項１記載のヒートポンプ給湯機。
10. 圧縮機と放熱器と減圧手段と送風手段を備えた蒸発器とを含む冷媒回路と、前記放熱器と熱交換を行う水流路を備えた熱交換器と、貯湯槽と、給水管と、前記熱交換器からの水と前記貯湯槽からの水と前記給水管からの水を混合して給湯するヒートポンプ給湯機であって、外気温度を検出する外気温度検出手段と前記熱交換器の水側入口水温を検出する入水温度検出手段とを設け、前記外気温度検出手段から得られた外気温度と前記入水温度検出手段から得られた入水温度に応じて、前記熱交換器からの湯を直接給湯管に通して給湯を行う運転から貯湯槽に貯湯する運転に切り換える制御手段を備えたことを特徴とするヒートポンプ給湯機。

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