ヒートポンプ給湯機
【課題】ヒートポンプ給湯機において、空気熱交換器の通過風量が過大になった場合に、蒸発能力が過大となってＣＯＰ（加熱効率）が低下してしまう。
【解決手段】冷媒を圧縮する圧縮機８と、圧縮機８からの冷媒と給湯用の水とを熱交換する水熱交換器９と、水熱交換器９からの冷媒を減圧膨張させる膨張弁１０と、膨張弁１０からの冷媒と空気とを熱交換する空気熱交換器１１と、空気熱交換器１１に空気を送風し、所定の指示回転数で駆動する送風機１２と、送風機１２の回転数を検出する回転数センサ１３と、圧縮機８から吐出された冷媒の温度を検出する吐出冷媒温度センサ１５とを備え、吐出冷媒温度センサ１５が検出する吐出冷媒温度が所定の目標温度となるように膨張弁１０の開度を制御し、回転数センサ１３で検出する回転数が所定の指示回転数よりも上回ると、所定の目標温度を回転数センサ１３で検出する回転数に応じて補正するようにした。
【解決手段】冷媒を圧縮する圧縮機８と、圧縮機８からの冷媒と給湯用の水とを熱交換する水熱交換器９と、水熱交換器９からの冷媒を減圧膨張させる膨張弁１０と、膨張弁１０からの冷媒と空気とを熱交換する空気熱交換器１１と、空気熱交換器１１に空気を送風し、所定の指示回転数で駆動する送風機１２と、送風機１２の回転数を検出する回転数センサ１３と、圧縮機８から吐出された冷媒の温度を検出する吐出冷媒温度センサ１５とを備え、吐出冷媒温度センサ１５が検出する吐出冷媒温度が所定の目標温度となるように膨張弁１０の開度を制御し、回転数センサ１３で検出する回転数が所定の指示回転数よりも上回ると、所定の目標温度を回転数センサ１３で検出する回転数に応じて補正するようにした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気熱源のヒートポンプで給湯用の水を沸き上げるヒートポンプ給湯機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来よりこの種のヒートポンプ給湯機では、特許文献１に示されるように、給湯用の湯水を貯湯する貯湯タンクと、貯湯タンク内の湯水を加熱するヒートポンプユニットとを備え、ヒートポンプユニットには、冷媒を高温高圧に圧縮する圧縮機と、給湯用の湯水を加熱する水熱交換器と、膨張弁と、空気熱交換器と、空気熱交換器に送風する送風機とが備えられているものであった。
【０００３】
そして、空気熱交換器に送風する送風機に逆風が吹いて送風機の回転数が目標回転数に満たない場合は、送風機の駆動を停止して、送風ファンをフリーランさせて逆風によって空気熱交換器へ熱源となる外気を通風させるようにしていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１４４３２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところがこの従来のものでは、逆風が強くて空気熱交換器の通過風量が通常時の送風機による通過風量よりも過大になった場合に、空気熱交換器での蒸発能力が過大となって圧縮機に吸入される冷媒の過熱度が上昇してＣＯＰ（加熱効率）が低下してしまうとと共に、過熱度が過大になってしまうがために圧縮機が異常停止してしまう可能性もあった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
そこで本発明では上記課題を解決するため、冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機からの冷媒と給湯用の水とを熱交換する水熱交換器と、前記水熱交換器からの冷媒を減圧膨張させる開度変更可能な膨張弁と、前記膨張弁からの冷媒と空気とを熱交換する空気熱交換器と、前記空気熱交換器に空気を送風し、所定の指示回転数で駆動する送風機と、前記送風機の回転数を検出する回転数センサと、前記圧縮機から吐出された冷媒の温度を検出する吐出冷媒温度センサと、を備え、前記吐出冷媒温度センサが検出する吐出冷媒温度が所定の目標温度となるように前記膨張弁の開度を制御し、前記回転数センサで検出する回転数が前記所定の指示回転数よりも上回ると、前記所定の目標温度を前記回転数センサで検出する回転数に応じて補正するようにした。
【０００７】
また、前記回転数センサで検出する回転数が前記所定の指示回転数より高くなるほど前記所定の目標温度が低くなるように補正するようにした。
【発明の効果】
【０００８】
以上のように本発明によれば、空気熱交換器の通過風量が送風機の指示回転数による見込みの通過風量よりも過大である場合に、過大な通過風量に見合った吐出冷媒温度を目標温度となるよう補正しているので、圧縮機に吸入される冷媒の過熱度を適切に制御でき、ＣＯＰ（加熱効率）を向上させることができると共に、圧縮機の異常停止も防止できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態の概略構成図
【図２】同一実施形態の送風機の回転数と冷媒の目標温度の関係を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
次に、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
１は給湯用の湯水を貯える貯湯タンク２を備えたタンクユニット、３は貯湯タンク２下部に接続された給水管、４は貯湯タンク２上部に接続された出湯管、５は貯湯タンク２の側面上下に複数設けられ貯湯温度を検出する貯湯温度センサである。
【００１１】
６は給湯用の湯水を沸き上げるヒートポンプ回路７を備えたヒートポンプユニットで、ヒートポンプ回路７は、冷媒を高温高圧に圧縮して吐出する圧縮機８と、圧縮機８からの高温高圧の冷媒と給湯用の水とを熱交換する水熱交換器９と、水熱交換器９から流出した温度低下した冷媒を減圧膨張させる膨張弁１０と、膨張弁１０で低温低圧とされた冷媒と熱源となる空気とを熱交換する空気熱交換器１１とを冷媒配管で環状に接続して構成されている。ここで圧縮機８はインバータ制御によってその運転周波数を可変可能に構成され、膨張弁１０はその開度を可変可能に構成されているものである。
【００１２】
１２は空気熱交換器１１に外気を送風するモータ駆動の送風機、１３は送風機の回転数を送風方向と共に検出する回転数センサ、１４は空気熱交換器１１を通過する外気の温度を検出する外気温度センサ、１５は圧縮機８から吐出された冷媒温度を検出する吐出冷媒温度センサである。
【００１３】
１６は貯湯タンク２下部と水熱交換器９の入口を接続する入水管、１７は水熱交換器９の出口と貯湯タンク２上部を接続する沸き上げ管、１８は入水管１６途中に設けられた循環ポンプ、１９は入水管１６に設けられて入水温度を検出する入水温度センサ、２０は沸き上げ管１７に設けられて水熱交換器９を通過後の沸き上げ温度を検出する沸き上げ温度センサである。
【００１４】
２１は予め制御プログラムを記憶され、記憶処理、演算処理等を行うマイクロコンピュータを備えてタンクユニットの制御を行う貯湯制御手段で、貯湯温度センサ５で検出する各貯湯温度から沸き上げ運転の要不要を判断して、ヒートポンプユニット６に沸き上げ運転の開始と停止を指示するものである。
【００１５】
２２は予め制御プログラムを記憶され、記憶処理、演算処理等を行うマイクロコンピュータを備えてヒートポンプユニット６の制御を行う加熱制御手段で、貯湯制御手段２１からの指示によって沸き上げ運転を開始または停止を行うものである。
【００１６】
次に、沸き上げ運転時の作動について説明すると、加熱制御手段２２は貯湯制御手段２１からの沸き上げ運転の開始指示を受けると、所定の加熱能力で運転すべく圧縮機８を所定の運転周波数で駆動し、送風機１２を所定の指示回転数で駆動し、さらに膨張弁１０を所定開度にすると共に、循環ポンプ１８を駆動して沸き上げ温度センサ２０で検出する沸き上げ温度が所望の沸き上げ温度となるように沸き上げ運転を開始する。
【００１７】
この実施形態では、圧縮機８の所定の運転周波数は、所定の加熱能力、所望の沸き上げ温度、外気温度センサ１４で検出する外気温度、および貯湯温度センサ５あるいは入水温度センサ１９で検出した入水温度に応じて加熱制御手段２２が導出し、膨張弁１０の開度は吐出冷媒温度センサ１５が検出する温度が所定の目標温度となるようにフィードバック制御される。また、送風機１２の所定の指示回転数は、所定の加熱能力および外気温度に応じて定められ、循環ポンプ１８の回転数は沸き上げ温度センサ２０で検出する沸き上げ温度が所望の沸き上げ温度と一致するようにフィードバック制御される。
【００１８】
ここで、強風が吹き付けて送風機１２が所定の指示回転数よりも一定回転数以上上回ったことを回転数センサ１３で検出すると、加熱制御手段２２は圧縮機８から吐出する冷媒の目標温度を送風機１２の指示回転数と検出回転数の差に応じて補正する。
【００１９】
図２は送風機１２の指示回転数と検出回転数との差と冷媒の目標温度との関係を示す図であり、指示回転数と検出回転数との差が大きくなる程、冷媒の目標温度を低くなるように補正している。
【００２０】
このように空気熱交換器１１を通過する風量が予め想定している風量を大きく上回った場合、過大な通過風量に見合った吐出冷媒温度を冷媒の目標温度としているので、圧縮機８に吸入される冷媒の過熱度を適切に制御でき、ＣＯＰ（加熱効率）を向上させることができると共に、圧縮機８の異常停止も防止できる。
【００２１】
ここで、強風の方向が逆風だった場合について説明すると、モータ負荷が増加するため送風機１２の回転数が指示回転数に対して低下し始める。そして、回転数センサ１３で検出する回転数が指示回転数よりも一定値以上下回ったことを検出すると、加熱制御手段２２は送風機１２の駆動を停止し、送風機１２をフリーランさせる。
【００２２】
この逆風時のフリーラン中に送風機１２の回転数が逆方向に指示回転数よりも一定回転数以上上回ったことを回転数センサ１３で検出すると、順風の時と同じく、加熱制御手段２２は圧縮機８から吐出する冷媒の目標温度を送風機１２の指示回転数と検出回転数の差に応じて補正するようにしている。
【００２３】
そして、貯湯タンク２内が満タンまで沸き上げられたことを貯湯温度センサ５で検出すると、貯湯制御手段２１は沸き上げ運転の停止を加熱制御手段２２に向けて指示し、加熱制御手段２２は圧縮機８、膨張弁１０、送風機１２、循環ポンプ１８の作動を停止して沸き上げ運転を停止するようにしている。
【００２４】
なお、本発明は上記の実施形態のみに限定されるものではなく、その趣旨を変更しない範囲で改変されても良いもので、ヒートポンプ給湯機として貯湯タンク２を有した貯湯式のヒートポンプ給湯機を例に説明したが、これに限られず、例えば、貯湯タンク２のない瞬間式のヒートポンプ給湯機でも良いものである。
【符号の説明】
【００２５】
８ 圧縮機
９ 水熱交換器
１０ 膨張弁
１１ 空気熱交換器
１２ 送風機
１３ 回転数センサ
１５ 吐出冷媒温度センサ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気熱源のヒートポンプで給湯用の水を沸き上げるヒートポンプ給湯機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来よりこの種のヒートポンプ給湯機では、特許文献１に示されるように、給湯用の湯水を貯湯する貯湯タンクと、貯湯タンク内の湯水を加熱するヒートポンプユニットとを備え、ヒートポンプユニットには、冷媒を高温高圧に圧縮する圧縮機と、給湯用の湯水を加熱する水熱交換器と、膨張弁と、空気熱交換器と、空気熱交換器に送風する送風機とが備えられているものであった。
【０００３】
そして、空気熱交換器に送風する送風機に逆風が吹いて送風機の回転数が目標回転数に満たない場合は、送風機の駆動を停止して、送風ファンをフリーランさせて逆風によって空気熱交換器へ熱源となる外気を通風させるようにしていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１４４３２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところがこの従来のものでは、逆風が強くて空気熱交換器の通過風量が通常時の送風機による通過風量よりも過大になった場合に、空気熱交換器での蒸発能力が過大となって圧縮機に吸入される冷媒の過熱度が上昇してＣＯＰ（加熱効率）が低下してしまうとと共に、過熱度が過大になってしまうがために圧縮機が異常停止してしまう可能性もあった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
そこで本発明では上記課題を解決するため、冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機からの冷媒と給湯用の水とを熱交換する水熱交換器と、前記水熱交換器からの冷媒を減圧膨張させる開度変更可能な膨張弁と、前記膨張弁からの冷媒と空気とを熱交換する空気熱交換器と、前記空気熱交換器に空気を送風し、所定の指示回転数で駆動する送風機と、前記送風機の回転数を検出する回転数センサと、前記圧縮機から吐出された冷媒の温度を検出する吐出冷媒温度センサと、を備え、前記吐出冷媒温度センサが検出する吐出冷媒温度が所定の目標温度となるように前記膨張弁の開度を制御し、前記回転数センサで検出する回転数が前記所定の指示回転数よりも上回ると、前記所定の目標温度を前記回転数センサで検出する回転数に応じて補正するようにした。
【０００７】
また、前記回転数センサで検出する回転数が前記所定の指示回転数より高くなるほど前記所定の目標温度が低くなるように補正するようにした。
【発明の効果】
【０００８】
以上のように本発明によれば、空気熱交換器の通過風量が送風機の指示回転数による見込みの通過風量よりも過大である場合に、過大な通過風量に見合った吐出冷媒温度を目標温度となるよう補正しているので、圧縮機に吸入される冷媒の過熱度を適切に制御でき、ＣＯＰ（加熱効率）を向上させることができると共に、圧縮機の異常停止も防止できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態の概略構成図
【図２】同一実施形態の送風機の回転数と冷媒の目標温度の関係を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
次に、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
１は給湯用の湯水を貯える貯湯タンク２を備えたタンクユニット、３は貯湯タンク２下部に接続された給水管、４は貯湯タンク２上部に接続された出湯管、５は貯湯タンク２の側面上下に複数設けられ貯湯温度を検出する貯湯温度センサである。
【００１１】
６は給湯用の湯水を沸き上げるヒートポンプ回路７を備えたヒートポンプユニットで、ヒートポンプ回路７は、冷媒を高温高圧に圧縮して吐出する圧縮機８と、圧縮機８からの高温高圧の冷媒と給湯用の水とを熱交換する水熱交換器９と、水熱交換器９から流出した温度低下した冷媒を減圧膨張させる膨張弁１０と、膨張弁１０で低温低圧とされた冷媒と熱源となる空気とを熱交換する空気熱交換器１１とを冷媒配管で環状に接続して構成されている。ここで圧縮機８はインバータ制御によってその運転周波数を可変可能に構成され、膨張弁１０はその開度を可変可能に構成されているものである。
【００１２】
１２は空気熱交換器１１に外気を送風するモータ駆動の送風機、１３は送風機の回転数を送風方向と共に検出する回転数センサ、１４は空気熱交換器１１を通過する外気の温度を検出する外気温度センサ、１５は圧縮機８から吐出された冷媒温度を検出する吐出冷媒温度センサである。
【００１３】
１６は貯湯タンク２下部と水熱交換器９の入口を接続する入水管、１７は水熱交換器９の出口と貯湯タンク２上部を接続する沸き上げ管、１８は入水管１６途中に設けられた循環ポンプ、１９は入水管１６に設けられて入水温度を検出する入水温度センサ、２０は沸き上げ管１７に設けられて水熱交換器９を通過後の沸き上げ温度を検出する沸き上げ温度センサである。
【００１４】
２１は予め制御プログラムを記憶され、記憶処理、演算処理等を行うマイクロコンピュータを備えてタンクユニットの制御を行う貯湯制御手段で、貯湯温度センサ５で検出する各貯湯温度から沸き上げ運転の要不要を判断して、ヒートポンプユニット６に沸き上げ運転の開始と停止を指示するものである。
【００１５】
２２は予め制御プログラムを記憶され、記憶処理、演算処理等を行うマイクロコンピュータを備えてヒートポンプユニット６の制御を行う加熱制御手段で、貯湯制御手段２１からの指示によって沸き上げ運転を開始または停止を行うものである。
【００１６】
次に、沸き上げ運転時の作動について説明すると、加熱制御手段２２は貯湯制御手段２１からの沸き上げ運転の開始指示を受けると、所定の加熱能力で運転すべく圧縮機８を所定の運転周波数で駆動し、送風機１２を所定の指示回転数で駆動し、さらに膨張弁１０を所定開度にすると共に、循環ポンプ１８を駆動して沸き上げ温度センサ２０で検出する沸き上げ温度が所望の沸き上げ温度となるように沸き上げ運転を開始する。
【００１７】
この実施形態では、圧縮機８の所定の運転周波数は、所定の加熱能力、所望の沸き上げ温度、外気温度センサ１４で検出する外気温度、および貯湯温度センサ５あるいは入水温度センサ１９で検出した入水温度に応じて加熱制御手段２２が導出し、膨張弁１０の開度は吐出冷媒温度センサ１５が検出する温度が所定の目標温度となるようにフィードバック制御される。また、送風機１２の所定の指示回転数は、所定の加熱能力および外気温度に応じて定められ、循環ポンプ１８の回転数は沸き上げ温度センサ２０で検出する沸き上げ温度が所望の沸き上げ温度と一致するようにフィードバック制御される。
【００１８】
ここで、強風が吹き付けて送風機１２が所定の指示回転数よりも一定回転数以上上回ったことを回転数センサ１３で検出すると、加熱制御手段２２は圧縮機８から吐出する冷媒の目標温度を送風機１２の指示回転数と検出回転数の差に応じて補正する。
【００１９】
図２は送風機１２の指示回転数と検出回転数との差と冷媒の目標温度との関係を示す図であり、指示回転数と検出回転数との差が大きくなる程、冷媒の目標温度を低くなるように補正している。
【００２０】
このように空気熱交換器１１を通過する風量が予め想定している風量を大きく上回った場合、過大な通過風量に見合った吐出冷媒温度を冷媒の目標温度としているので、圧縮機８に吸入される冷媒の過熱度を適切に制御でき、ＣＯＰ（加熱効率）を向上させることができると共に、圧縮機８の異常停止も防止できる。
【００２１】
ここで、強風の方向が逆風だった場合について説明すると、モータ負荷が増加するため送風機１２の回転数が指示回転数に対して低下し始める。そして、回転数センサ１３で検出する回転数が指示回転数よりも一定値以上下回ったことを検出すると、加熱制御手段２２は送風機１２の駆動を停止し、送風機１２をフリーランさせる。
【００２２】
この逆風時のフリーラン中に送風機１２の回転数が逆方向に指示回転数よりも一定回転数以上上回ったことを回転数センサ１３で検出すると、順風の時と同じく、加熱制御手段２２は圧縮機８から吐出する冷媒の目標温度を送風機１２の指示回転数と検出回転数の差に応じて補正するようにしている。
【００２３】
そして、貯湯タンク２内が満タンまで沸き上げられたことを貯湯温度センサ５で検出すると、貯湯制御手段２１は沸き上げ運転の停止を加熱制御手段２２に向けて指示し、加熱制御手段２２は圧縮機８、膨張弁１０、送風機１２、循環ポンプ１８の作動を停止して沸き上げ運転を停止するようにしている。
【００２４】
なお、本発明は上記の実施形態のみに限定されるものではなく、その趣旨を変更しない範囲で改変されても良いもので、ヒートポンプ給湯機として貯湯タンク２を有した貯湯式のヒートポンプ給湯機を例に説明したが、これに限られず、例えば、貯湯タンク２のない瞬間式のヒートポンプ給湯機でも良いものである。
【符号の説明】
【００２５】
８ 圧縮機
９ 水熱交換器
１０ 膨張弁
１１ 空気熱交換器
１２ 送風機
１３ 回転数センサ
１５ 吐出冷媒温度センサ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機からの冷媒と給湯用の水とを熱交換する水熱交換器と、前記水熱交換器からの冷媒を減圧膨張させる開度変更可能な膨張弁と、前記膨張弁からの冷媒と空気とを熱交換する空気熱交換器と、前記空気熱交換器に空気を送風し、所定の指示回転数で駆動する送風機と、前記送風機の回転数を検出する回転数センサと、前記圧縮機から吐出された冷媒の温度を検出する吐出冷媒温度センサと、を備え、前記吐出冷媒温度センサが検出する吐出冷媒温度が所定の目標温度となるように前記膨張弁の開度を制御し、前記回転数センサで検出する回転数が前記所定の指示回転数よりも上回ると、前記所定の目標温度を前記回転数センサで検出する回転数に応じて補正するようにしたことを特徴とするヒートポンプ給湯機。
【請求項２】
前記回転数センサで検出する回転数が前記所定の指示回転数より高くなるほど前記所定の目標温度が低くなるように補正するようにしたことを特徴とする請求項１記載のヒートポンプ給湯機。
【請求項１】
冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機からの冷媒と給湯用の水とを熱交換する水熱交換器と、前記水熱交換器からの冷媒を減圧膨張させる開度変更可能な膨張弁と、前記膨張弁からの冷媒と空気とを熱交換する空気熱交換器と、前記空気熱交換器に空気を送風し、所定の指示回転数で駆動する送風機と、前記送風機の回転数を検出する回転数センサと、前記圧縮機から吐出された冷媒の温度を検出する吐出冷媒温度センサと、を備え、前記吐出冷媒温度センサが検出する吐出冷媒温度が所定の目標温度となるように前記膨張弁の開度を制御し、前記回転数センサで検出する回転数が前記所定の指示回転数よりも上回ると、前記所定の目標温度を前記回転数センサで検出する回転数に応じて補正するようにしたことを特徴とするヒートポンプ給湯機。
【請求項２】
前記回転数センサで検出する回転数が前記所定の指示回転数より高くなるほど前記所定の目標温度が低くなるように補正するようにしたことを特徴とする請求項１記載のヒートポンプ給湯機。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１１−１９６６４８（Ｐ２０１１−１９６６４８Ａ）
【公開日】平成２３年１０月６日（２０１１．１０．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−６６０８２（Ｐ２０１０−６６０８２）
【出願日】平成２２年３月２３日（２０１０．３．２３）
【出願人】（００００００５３８）株式会社コロナ (753)
【公開日】平成２３年１０月６日（２０１１．１０．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月２３日（２０１０．３．２３）
【出願人】（００００００５３８）株式会社コロナ (753)
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