JP2004156849A - ヒートポンプ給湯装置 - Google Patents

Abstract

【課題】広い能力幅を有し、制御性と効率のよい給湯ができる瞬間湯沸し型のヒートポンプ給湯装置を提供する。
【解決手段】冷媒循環回路２０と、放熱器２２と熱交換を行う水流路２６を備えた熱交換器２５と、水流路に水道水を供給する給水管２７と、給湯端末２８ａへと通水するように接続する給湯回路２８とを備え、容量の異なる第一圧縮機２１ａと第二圧縮機２１ｂとが設けられたヒートポンプ給湯装置とすることにより、広い能力幅を有し、給湯制御の応答性と安定性が両立し、効率のよい給湯ができるヒートポンプ給湯装置を提供することができる。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ヒートポンプ給湯装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のヒートポンプ給湯装置としては、特許文献１に記載されているような給湯装置が提案されていた。このヒートポンプ給湯装置は図４に示すように、閉回路に構成される冷媒流路１で圧縮機２、放熱器３、減圧手段４、吸熱器５が接続された冷媒循環回路７と、放熱器３の冷媒流路ａ８と熱交換を行う水流路９を備えた熱交換器１０と、この水流路９に水道水を供給する給水管１１と、前記水流路９とシャワーや蛇口等の給湯端末１２とを接続する給湯回路１３と、給湯回路１３に設け給湯温度を検出する温度センサ１４と、圧縮機２の回転数を制御するインバータ１５を備え、圧縮機２を温度センサ１４の検出温度と設定温度との差に応じてインバータ１５の出力周波数を変換するようにしていた。すなわち従来の給湯装置では設定温度に対して給湯温度が低い場合は圧縮機２の回転数を上げ、給湯温度が高い場合は回転数を下げるように制御するようにしていた。
【０００３】
しかし、上記従来例の給湯装置の構成では、給湯時における給湯負荷が一定ではない。特に流量は使用者が給湯目的によってさまざまに変化させるために給湯負荷は大きく変ってしまう。例えば家庭用の給湯の場合、シャワーや風呂への湯張りに給湯する場合は１０〜２０Ｌ／ｍｉｎの大流量となるが、台所で食器を洗う場合や洗面への給湯では３〜５Ｌ／ｍｉｎと少流量である。また、季節による給水温度の変化によっても給湯負荷は大きく変る。
【０００４】
こうした流量や水温の変化により大きくかわる給湯負荷を、従来のヒートポンプ給湯装置のように単一の圧縮機の回転数を変えるだけで給湯熱量を制御しようとした場合に、まずシャワー等の大流量の給湯負荷に対応するために大型の圧縮機に大型の熱交換器や吸熱器が必用になる。しかし、こうした大型圧縮機では、回転数を下げて小さな給湯負荷に対して能力を低くしようとするには限界があり、低負荷に対応し切れない課題があった。
【０００５】
このように、従来のヒートポンプ給湯装置では、大型の装置で単一の圧縮機の回転数を変えるだけの制御では能力変更幅に限界があり、例えば冬場のシャワーと風呂の湯張りの同時使用といった大能力から、夏場の食器洗いなどの微小能力までの幅広い給湯能力をカバーできなかった。そのためシャワー温度が低下したり、食器洗いで熱い湯がでたりするなどの不都合がでる可能性があった。
【０００６】
また、気温や水温や給湯負荷によりヒートポンプサイクルの運転条件が変ると、運転効率も変化するが、従来のヒートポンプ給湯装置では給湯温度に応じて大型の圧縮機の回転数を変えるだけなので、温度立ち上がりが遅くなるだけでなく、給湯負荷が小さい場合でも大型圧縮機を運転するために機械損失が大きく運転効率の悪い条件で運転されていた。したがって条件によっては極端に効率が悪化し、能力が発揮できなくなるばかりでなく、ランニングコストも高いものなる可能性もあった。
【０００７】
以上のように従来のヒートポンプ給湯装置では給湯負荷や外気条件の大小に関わりなく単一の熱交換器や吸熱器に対して単一の圧縮機により運転を行うために幅広い給湯負荷への対応が困難であったり、応答性が悪化したり、効率が悪化するなどの問題があった。
【０００８】
【特許文献１】
特開平２−２２３７６７号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、広い能力幅を有し、制御性と効率のよい給湯ができるヒートポンプ給湯装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するために、本発明のヒートポンプ給湯装置は、容量の異なる第一圧縮機と第二圧縮機と放熱器と減圧手段と吸熱器とを含む冷媒循環回路と、放熱器と熱交換を行う水流路を備えた熱交換器と、水流路に水道水を供給する給水管と、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からなるヒートポンプ給湯装置とする。
【００１１】
この発明によれば、幅広い給湯負荷や外気条件に応じて構成要素の運転台数や運転条件あるいは冷媒循環経路の運転条件を変更することで対応できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
請求項１に記載の発明のヒートポンプ給湯装置は、容量の異なる第一圧縮機と第二圧縮機と放熱器と減圧手段と吸熱器とを含む冷媒循環回路と、放熱器と熱交換を行う水流路を備えた熱交換器と、水流路に水道水を供給する給水管と、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からなるヒートポンプ給湯装置とする。
【００１３】
この発明によれば、冷媒循環回路において、容量の異なる第一圧縮機と第二圧縮機とが設けられているので、運転台数を変えることにより冷媒循環回路の冷媒循環量や吐出圧力を幅広く可変できる。小さな給湯負荷が要求されている時に、容量の小さな圧縮機を作動させて対応し、大きいな給湯負荷が要求されるときに、容量の大きな圧縮機もしくわ容量の小さな圧縮機と容量の大きな圧縮機とを同時に動かして対応する。このように、大容量の圧縮機の回転数を落としても対応しきれない小さな給湯負荷が、小容量の圧縮機をもって対応させることによって、給湯負荷の変化に幅広く対応できる。したがって、例えば冬場のシャワーと風呂の湯張りの同時使用といった大能力から、夏場の食器洗いなどの微小能力までの幅広い給湯負荷に対応した給湯制御ができる。
【００１４】
請求項２に記載の発明のヒートポンプ給湯装置は、請求項１に記載の第一圧縮機と第二圧縮機とが並設されたものである。
【００１５】
この発明によれば、並設された第一圧縮機と第二圧縮機の運転を変えることにより冷媒循環回路の冷媒循環量や吐出圧力を幅広く可変でき、その結果熱交換器での水路の加熱量が幅広く制御できる。したがって、例えば冬場のシャワーと風呂の湯張りの同時使用といった大能力から、夏場の食器洗いなどの微小能力までの幅広い給湯負荷に対応した給湯制御ができる。
【００１６】
請求項３に記載の発明のヒートポンプ給湯装置は、請求項１または２に記載の第一圧縮機の冷媒吸入状態と第二圧縮機の冷媒吸入状態とを、第一圧縮機の冷媒吐出状態と第二圧縮機の冷媒吐出状態とをそれぞれ略同様にする平衡制御手段を備えたものである。
【００１７】
この発明によれば、平衡制御手段が第一圧縮機の冷媒吸入状態と第二圧縮機の冷媒吸入状態とを、第一圧縮機の冷媒吐出状態と第二圧縮機の冷媒吐出状態とをそれぞれ略同様にすることによって、第一圧縮機と第二圧縮機とが同様な吸入と吐出状態となり、安定した同時並列運転ができる。
【００１８】
請求項４に記載の発明のヒートポンプ給湯装置は、要求される負荷を判断する負荷判断手段と、この負荷判断手段に基づき請求項１〜３いずれか１項記載の第一圧縮機または第二圧縮機を選択起動させる起動制御手段を備えたものである。
【００１９】
この発明によれば、要求される負荷を判断する負荷判断手段に基づき第一圧縮機または第二圧縮機を選択起動させる起動制御手段を備えているので、給湯端末から要求される給湯負荷に応じて最適な起動制御ができる。よって、運転効率の向上が図れるとともに、立ち上がりが速くて要求される給湯負荷への応答時間短縮が可能となる。
【００２０】
請求項５に記載の発明のヒートポンプ給湯装置は、瞬時負荷を判断する負荷判断手段と、この負荷判断手段に基づき請求項１〜４いずれか１項記載の第一圧縮機または第二圧縮機の起動停止を制御する切替制御手段とを備えたものである。
【００２１】
この発明によれば、瞬時負荷を判断する負荷判断手段に基づき一圧縮機または第二圧縮機の起動停止を制御する切替制御手段とを備えているので、例えば使用中、給湯端末の給湯負荷が急激に変動した場合において、瞬時負荷を判断する負荷判断手段に基づき第一圧縮機または第二圧縮機の運転を制御し最適な起動停止切替制御ができるため、変動された給湯負荷へ速く応答でき適切な湯温で適切な湯量を提供することができる。
【００２２】
請求項６に記載の発明のヒートポンプ給湯装置は、請求項４または５に記載の負荷判断手段が、給水管を流れる給水温度を検出する給湯温度検出手段と給湯端末へ供給する温水の温度を設定する温度設定手段と水流路を流れる水の流量を計測流量検知手段の少なくともとどちらか一つを用いたものである。
【００２３】
この発明によれば、負荷判断手段が、給水管を流れる給水温度を検出する給湯温度検出手段と給湯端末へ供給する温水の温度を設定する温度設定手段と水流路を流れる水の流量を計測流量検知手段の少なくともとどちらか一つを用いたため、正確に給湯負荷を判断することができる。
【００２４】
請求項７に記載の発明のヒートポンプ給湯装置は、請求項１〜６のいずれか１項に記載の第一圧縮機を常時運転するようにしたものである。
【００２５】
この発明によれば、例えば容量の小さな第一圧縮機を常時運転するようにしているので、常時小さな給湯負荷に対応できるとともに、大きな給湯負荷の時、容量の大きな第二圧縮機と同時に運転して対応するため、第一圧縮機と第二圧縮機の最大出力をもって最大給湯負荷に対応し、第二圧縮機の容量及び最大出力を押さえることもできる。
【００２６】
請求項８に記載の発明のヒートポンプ給湯装置は、請求項１〜７のいずれか１項に記載の第一圧縮機の回転数を制御する第一圧縮機制御手段を備えたもので、第一圧縮機の能力を可変範囲内で調整できるので、第二圧縮機と合わせて幅広い給湯負荷に対応しながら、微細な湯温設定にも対応することができる。
【００２７】
請求項９に記載の発明のヒートポンプ給湯装置は、請求項１〜８のいずれか１項に記載の第二圧縮機の回転数を制御する第二圧縮機制御手段を備えたもので、第二圧縮機の能力を可変範囲内で調整できるので、例えば第一圧縮機制御手段を有する第一圧縮機と合わせて幅広い給湯負荷に対応しながら、より微細な湯温設定にも対応することができる。
【００２８】
請求項１０に記載の発明のヒートポンプ給湯装置は、請求項１〜９のいずれか１項に記載の大容量の第二圧縮機の最小出力は、小容量の第一圧縮機の最大出力に等しくもしくわ小さくしたものである。
【００２９】
この発明によれば、第二圧縮機の最小出力は第一圧縮機の最大出力に等しくもしくわ小さくしたことによって、給湯負荷が変動し第一圧縮機と第二圧縮機を切替えして運転する時、第一圧縮機と第二圧縮機が重複してカバーできる給湯負荷ゾンが存在するので、給湯負荷への対応を順調に行うことができる。
【００３０】
請求項１１に記載の発明のヒートポンプ給湯装置は、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の第一圧縮機または第二圧縮機の冷媒の逆流防止手段を備えたもので、各圧縮機の吐出圧に差が生じても圧縮機の冷媒や潤滑油が逆流することを防止できる。
【００３１】
請求項１２に記載の発明のヒートポンプ給湯装置は、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の第一圧縮機と第二圧縮機内の潤滑油の量を平準化する平準化手段を備えたもので、第一圧縮機と第二圧縮機の吐出圧に差が生じても圧縮機の冷媒や潤滑油が逆流することを防止できる。
【００３２】
請求項１３に記載の発明のヒートポンプ給湯装置は、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の第一圧縮機と第二圧縮機とを同一断熱空間内に収納したもので、運転している第一圧縮機或いは第二圧縮機が発生した熱をもって、停止している第二圧縮機或いは第一圧縮機を暖機することになるので、停止中の圧縮機もすばやく起動でき所定の運転状態まで短時間で到達でき負荷変動への応答性を高めることができる。
【００３３】
請求項１４に記載の発明のヒートポンプ給湯装置は、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の冷媒循環回路は、冷媒の圧力が臨界圧力以上となる超臨界ヒートポンプサイクルであり、前記臨界圧力以上に昇圧された冷媒により熱交換器の水流路の流水を加熱する構成である。
【００３４】
そして、熱交換器の放熱器を流れる冷媒は、圧縮機で臨界圧力以上に加圧されているので、熱交換器の水流路の流水により熱を奪われて温度低下しても凝縮することがない。したがって熱交換器全域で冷媒と水とに温度差を形成しやすくなり、高温の湯が得られ、かつ熱交換効率を高めることができる。
【００３５】
【実施例】
以下本発明の実施例について、図面を参照しながら説明する。なお、従来例および各実施例において、同じ構成、同じ動作をする部分については同一符号を付与し、詳細な説明を省略する。
【００３６】
（実施例１）
図１は本発明の実施例１におけるヒートポンプ式給湯装置の構成図である。図１において、２０は冷媒循環回路で、圧縮機群２１、放熱器２２、減圧手段２３、吸熱器２４が冷媒流路２０により閉回路に接続されている。この圧縮機群２１は容量が異なる第一圧縮機２１ａ、第二圧縮機２１ｂを並列に配置して構成しており、第一圧縮機２１ａの容量は第二圧縮機の容量と比べ小さくなっている。冷媒循環回路２０は、例えば炭酸ガス（ＣＯ_２）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ヒートポンプサイクルを使用している。そして第一圧縮機２１ａと第二圧縮機２１ｂは、それぞれに内蔵する電動モータ（図示せず）によって駆動され、吸引した冷媒を臨界圧力以上圧縮して吐出する。減圧手段２３はステッピングモータ（図示せず）により駆動する絞り弁で、冷媒流路抵抗を制御している。
【００３７】
また、２５は放熱器２２の冷媒流路と熱交換を行う水流路２６を備えた熱交換器である。この水流路２６に水道水を直接供給する給水管２７と、水流路２６から出湯される湯をシャワー２８ａや蛇口２８ｂ等より成る給湯端末へ通水させるための給湯回路２８が接続されている。
【００３８】
２９ａ、２９ｂは、第一圧縮機２１ａと第二圧縮機２１ｂの冷媒の逆流を防止するための逆流防止手段で、それぞれの圧縮機２１ａ、２１ｂ吐出側に設けた逆止弁より成っている。これは圧縮機２１ａ、２１ｂの運転を変更する際に、停止している圧縮機に冷媒が逆流して吐出圧が低下するのを防止し、各圧縮機２１ａ、２１ｂ内の潤滑油が不均一になるのを防止することができる。なお、ここでは逆止弁を用いたが、電磁弁や、モータ駆動の電動弁でもよい。
【００３９】
また、３０は第一圧縮機２１ａ、第二圧縮機２１ｂ内の潤滑油の量を平準化する平準化手段で、それぞれの圧縮機２１ａ、２１ｂの潤滑油を連通するパイプより構成している。
【００４０】
以上の構成において、その動作、作用について説明する。図１に示す実施例において、水道水が給水管２７から熱交換器２５内の水流路２６へ流れ、そこで放熱器２２の冷媒流路２２ａを流れる冷媒と熱交換し、温度上昇して所定の温度となり給湯端末２８ａや２８ｂへ給湯する。一方、放熱器２２で熱を奪われ温度低下した冷媒が放熱器を出た後、減圧手段である絞り弁２３を経て、低温低圧となり吸熱器２４へ流れる。そして、吸熱器２４で例えば大気熱などを吸収し、圧縮機群２１へ流れる。圧縮機群２１において、給湯端末２８ａや２８ｂへ供給される給湯負荷に応じて、第一圧縮機２１ａ単独または第二圧縮機２１ｂ単独あるいは第一圧縮機２１ａ、第二圧縮機２１ｂ同時に運転している。そこで、作動している圧縮機が圧縮機群２１へ流れる冷媒を吸引し臨界圧力以上となるように圧縮して吐出する。この吐出される高温高圧の冷媒が放熱器２２で給水管２７からの水道水と熱交換をし、温度低下して放熱器２２を流出する。このように、ＣＯ_２を冷媒とする超臨界ヒートポンプサイクルが形成され、水道水を加熱し給湯するヒートポンプ給湯装置が構成される。
【００４１】
そして、小容量の第一圧縮機２１ａと大容量の圧縮機２１ｂを並列に備えたことによって、第一圧縮機２１ａまたは第二圧縮機２１ｂを運転させることにより冷媒循環回路２０の冷媒循環量や吐出圧力を幅広く可変できる。例えば小さな給湯負荷が要求されている時に、容量の小さな第一圧縮機２１ａを作動させて対応し、大きいな給湯負荷が要求されるときに、容量の大きな第二圧縮機２１ｂもしくわ第一圧縮機２１ａと第二圧縮機２１ｂとを同時に動かして対応する。このように、大容量の圧縮機の回転数を落としても対応しきれない小さな給湯負荷が、小容量の第一圧縮機２１ａをもって対応させることによって、給湯負荷の変化に幅広く対応できる。したがって、例えば冬場のシャワーと風呂の湯張りの同時使用といった大能力から、夏場の食器洗いなどの微小能力までの幅広い給湯負荷に対応した給湯制御ができる。
【００４２】
また、このヒートポンプ給湯装置は、全給湯負荷範囲において、第一圧縮機２１ａを常時運転することによって、常時小さな給湯負荷に対応できるとともに、大きな給湯負荷が要求される時、容量の大きな第二圧縮機２１ｂと同時に運転して対応するため、第一圧縮機２１ａと第二圧縮機２１ｂの最大出力をもって最大給湯負荷に対応し、第二圧縮機２１ｂの容量及び最大出力を押さえることもできる。
【００４３】
また、第一圧縮機２１ａと第二圧縮機２１ｂ間の潤滑油の油面に差が生じても平準化手段３０によって、油面の高い圧縮機から油面の低い圧縮機へ潤滑油が流れて常に平準化される。したがって、潤滑油不足によって加圧機構が焼け付いたりするトラブルが解消される。
【００４４】
また、第一圧縮機２１ａと第二圧縮機２１ｂの吐出口に、それぞれ冷媒の逆流防止手段２９ａ、２９ｂを備えたことによって、運転していない圧縮機に冷媒や潤滑油が逆流することを防止し、また、各圧縮機の吐出圧に差が生じても圧縮機の冷媒や潤滑油が逆流することを防止できる。
【００４５】
（実施例２）
図２は本発明の実施例２におけるヒートポンプ給湯装置の構成図である。なお、実施例１の給湯装置と同一構造のものは同一符号を付与し、説明を省略する。
【００４６】
図２において、実施例１の構成と異なるところは、第一圧縮機２１ａの冷媒吸入状態と第二圧縮機２１ｂの冷媒吸入状態とを、第一圧縮機２１ａの冷媒吐出状態と第二圧縮機２１ｂの冷媒吐出状態とをそれぞれ略同様にする平衡制御手段３１と、第一圧縮機２１ａの回転数を制御する第一圧縮機制御手段３２ａと、第二圧縮機２１ｂの回転数を制御する第二圧縮機制御手段３２ｂとを備えたことである。また、図２において、３３は吸熱器２４における大気温度を検知する大気温検知手段、３４は給湯端末２８ａや２８ｂへ供給する温水温度を検知する湯温検知手段、３５ａ、３５ｂはそれぞれ第一圧縮機２１ａと第二圧縮機２１ｂの冷媒吐出状態例えば吐出圧力を検知する吐出状態検出手段、３６ａ、３６ｂはそれぞれ第一圧縮機２１ａと第二圧縮機２１ｂの冷媒吸入状態例えば吸入圧力を検知する吸入状態検出手段である。
【００４７】
以上の構成において、その動作、作用について説明する。第一圧縮機２１ａと第二圧縮機２１ｂが同時に並列運転する時、吐出状態検出手段３５ａ、３５ｂと吸入状態検出手段３６ａ、３６ｂがそれぞれ第一圧縮機２１ａと第二圧縮機２１ｂの吐出圧力と吸入圧力を検知し、検知信号を平衡制御手段３１へ送り、平衡制御手段３１でこれらの吐出圧力と吸入圧力を比較する。そして、例えば第一圧縮機２１ａと第二圧縮機２１ｂとの吐出圧力が同様とならない場合は、平衡制御手段３１から第一圧縮機制御手段３２ａあるいは第二圧縮機制御手段３２ｂへ修正指令を出し、第一圧縮機２１ａまたは第二圧縮機２１ｂの回転数を制御しそれぞれ圧縮機の吐出圧力を略同様にする。
【００４８】
また、大気温検知手段３３が大気温度を、湯温検知手段３４が湯温を検知し、これらの検知信号を平衡制御手段３１へ送り、平衡制御手段３１で第一圧縮機制御手段３２ａと第二圧縮機制御手段３２ｂから送ってきた第一圧縮機２１ａの回転数信号と第二圧縮機２１ｂの回転数信号とこれらの信号を合わせて、さらに経験値などに基づきそれぞれ圧縮機の冷媒吐出状態と吸入狂態を推定する。そして、この推定値に基づいて平衡制御手段３１から第一圧縮機制御手段３２ａあるいは第二圧縮機制御手段３２ｂへ修正指令を出し、第一圧縮機２１ａまたは第二圧縮機２１ｂの回転数を制御しそれぞれ圧縮機の吐出圧力を略同様にすることもできる。
【００４９】
このように、平衡制御手段３１が第一圧縮機２１ａの冷媒吸入状態と第二圧縮機２１ｂの冷媒吸入状態とを、第一圧縮機２１ａの冷媒吐出状態と第二圧縮機２１ｂの冷媒吐出状態とをそれぞれ略同様にすることによって、第一圧縮機２１ａと第二圧縮機２１ｂとが同様な吸入と吐出状態となり、安定した同時並列運転ができる。
【００５０】
また、第一圧縮機２１ａの回転数を制御する第一圧縮機制御手段３９と第二圧縮機２１ｂの回転数を制御する第二圧縮機制御手段４０とが設けられているため、第一圧縮機２１ａと第二圧縮機２１ｂがそれぞれ可変範囲内で調整できるので、幅広い給湯負荷に対応しながら、より微細な湯温設定に対応することができる。
【００５１】
（実施例３）
図３は本発明の実施例３におけるヒートポンプ給湯装置の構成図である。なお、実施例１の給湯装置と同一構造のものは同一符号を付与し、説明を省略する。
【００５２】
図３において、実施例１の構成と異なるところは、起動時または運転中において、給湯端末２８ａや２８ｂから要求される給湯負荷を判断する負荷判断手段３３と、この負荷判断手段３３に基づき第一圧縮機２１ａまたは第二圧縮機２１ｂを選択起動させる起動制御手段３４と、この負荷判断手段３３に基づき第一圧縮機２１ａまたは第二圧縮機２１ｂの切替を制御する切替制御手段３５とを備えたことと、第一圧縮機２１ａの最大出力は第二圧縮機２１ｂの最小出力に等しくもしくわ大きくしたことである。また、３６は給水管２７を流れる給水温度を検知する給水温度検知手段、３７は水流路を流れる水の流量を計測する流量検知手段、３８は給湯回路へ供給される温水の温度を検知する給湯温度検知手段、３９は給湯端末へ供給する温水の温度を設定する温度設定手段である。負荷判断手段３３はこの給水温度検知手段３６と流量検知手段３７と給湯温度検知手段３８と給湯温度設定手段３９とを用いて算出されるものである。
【００５３】
以上の構成において、その動作、作用について説明する。給湯端末２８ａまたは２８ｂが開くと、水道水が給水管２７から熱交換器２５へ流れ、吸熱し温度設定手段３９によって予め設定された温度となろうとする。この水道水の流量を流量検知手段３７が検知し負荷判断手段３３へ信号を送り、負荷判断手段３３で給水温度検知手段３６によって検知された給水温度と合わせて給湯負荷が算定される。この給湯負荷の算定値に基づいて起動制御手段３４が第一圧縮機２１ａ単独または第二圧縮機２１ｂ単独あるいは第一圧縮機２１ａと第二圧縮機２１ｂ順次起動させる。すなわち、給水管２７から水道水が流れ込むのに連動して給湯負荷に応じて、例えば小さな給湯負荷に対して第一圧縮機２１ａ単独を起動させ、大きな給湯負荷に対して第一圧縮機と第二圧縮機を順次起動させることによって、適切に圧縮機が動作し、ヒートポンプサイクルが運転されるものである。
【００５４】
このように、給湯端末２８ａまたは２８ｂから要求される給湯負荷に応じて最適な起動制御ができる。よって、運転効率の向上が図れるとともに、立ち上がりが速くて要求される給湯負荷への応答時間短縮が可能となる。
【００５５】
また、使用中において、給湯端末２８ａや２８ｂからの給湯負荷が急激に変動した場合、流量検知手段３７、給湯温度検知手段３８、温度設定手段３９などからの検知信号は負荷判断手段３３へ送り、変動前と変動後の瞬時負荷をそれぞれ算出比較する。そして、負荷判断手段３３で算出された結果に基づき第一圧縮機２１ａまたは第二圧縮機２１ｂの運転を制御し最適な起動停止切替制御ができるため、変動された給湯負荷へ速く応答でき適切な湯温で適切な湯量を提供することができる。
【００５６】
また、第一圧縮機２１ａの最大出力は第二圧縮機２１ｂの最小出力に等しくもしくわ大きくしたため、給湯負荷が変動し第一圧縮機２１ａと第二圧縮機２１ｂを切替えして運転する時、第一圧縮機２１ａと第二圧縮機２１ｂが重複してカバーできる給湯負荷ゾンが存在するので、給湯負荷への対応を順調に行うことができる。
【００５７】
上記各実施例では、ヒートポンプサイクルを、冷媒の圧力が臨界圧力以上となる超臨界ヒートポンプサイクルとしたが、もちろん一般の臨界圧力以下のヒートポンプサイクルでもよい。またこの場合、冷媒としてはフロンガス、アンモニアなどを用いても良い。
【００５８】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、広い能力幅を有し、給湯制御の応答性と安定性が両立し、効率のよい給湯ができるヒートポンプ給湯装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１におけるヒートポンプ給湯装置の構成図
【図２】本発明の実施例２におけるヒートポンプ給湯装置の構成図
【図３】本発明の実施例３におけるヒートポンプ給湯装置の構成図
【図４】従来のヒートポンプ給湯装置の構成図
【符号の説明】
２０ 冷媒循環回路
２１ａ 第一圧縮機
２１ｂ 第二圧縮機
２２、２２ａ、２２ｂ 放熱器
２３、２３ａ、２３ｂ 減圧手段
２４、２４ａ、２４ｂ 吸熱器
２５ 熱交換器
２６ 水流路
２７ 給水管
２８ 給湯回路
２８ａ、２８ｂ 給湯端末
２９ａ、２９ｂ 逆流防止手段
３０ 平準化手段
３１ 平衡制御手段
３２ａ 第一圧縮機制御手段
３２ｂ 第二圧縮機制御手段
３３ 負荷判断手段
３４ 起動制御手段
３５ 切替制御手段
３６ 給水温度検知手段
３７ 流量検知手段
３９ 温度設定手段

Claims (14)

1. 第一圧縮機と前記第一圧縮機と容量の異なる第二圧縮機と放熱器と減圧手段と吸熱器とを含む冷媒循環回路と、前記放熱器と熱交換を行う水流路を備えた熱交換器と、前記水流路に水道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を有するヒートポンプ給湯装置。
2. 第一圧縮機と第二圧縮機とが並設された請求項１記載のヒートポンプ給湯装置。
3. 第一圧縮機の冷媒吸入状態と第二圧縮機の冷媒吸入状態とを、第一圧縮機の冷媒吐出状態と第二圧縮機の冷媒吐出状態とをそれぞれ略同様にする平衡制御手段を設けた請求項１または２記載のヒートポンプ給湯装置。
4. 要求される負荷を判断する負荷判断手段と、この負荷判断手段に基づき第一圧縮機と第二圧縮機を選択起動させる起動制御手段を備えた請求項１〜３いずれか１項に記載のヒートポンプ給湯装置。
5. 瞬時負荷を判断する負荷判断手段と、この負荷判断手段に基づき第一圧縮機と第二圧縮機の起動停止を制御する切替制御手段とを備えた請求項１〜４いずれか１項記載のヒートポンプ給湯装置。
6. 給水管を流れる給水温度を検出する給水温度検知手段と、給湯端末へ供給する温水の温度を設定する温度設定手段と、水流路を流れる水の流量を計測流量検知手段とを備え、負荷判断手段はこの温度検知手段と温度設定手段と流量検知手段の少なくともどちらか一つを用いた請求項４または５記載のヒートポンプ給湯装置。
7. 全負荷範囲において、第一圧縮機と第二圧縮機のうち、容量小さい方を常時運転するようにした請求項１〜６いずれか１項に記載のヒートポンプ給湯装置。
8. 第一圧縮機の回転数を制御する第一圧縮機制御手段を備えた請求項１〜７いずれか１項に記載のヒートポンプ給湯装置。
9. 第二圧縮機の回転数を制御する第二圧縮機制御手段を備えた請求項１〜８いずれか１項に記載のヒートポンプ給湯装置。
10. 第一圧縮機の最大出力は、第二圧縮機の最小出力に等しくもしくわ大きくした請求項１〜９いずれか１項に記載のヒートポンプ給湯装置。
11. 圧縮機の冷媒逆流防止手段を備えた請求項１〜１０いずれか１項に記載のヒートポンプ給湯装置。
12. 圧縮機内の潤滑油の量を平準化する平準化手段を備えた請求項１〜１１のいずれか１項に記載のヒートポンプ給湯装置。
13. 第一圧縮機と第二圧縮機とが同一断熱空間内に収納され、運転している圧縮機が停止の圧縮機を暖機するようにした請求項１〜１２のいずれか１項に記載のヒートポンプ給湯装置。
14. 冷媒循環回路は、冷媒の圧力が臨界圧力以上となる超臨界ヒートポンプサイクルであり、前記臨界圧力以上に昇圧された冷媒により熱交換器の水流路の流水を加熱する請求項１〜１３のいずれか１項に記載のヒートポンプ給湯装置。

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