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公開番号2025087186
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-06-10
出願番号2023201666
出願日2023-11-29
発明の名称ヒートポンプ温水装置
出願人株式会社コロナ,リンナイ株式会社
代理人弁理士法人第一テクニカル国際特許事務所
主分類F24H 4/02 20220101AFI20250603BHJP(加熱;レンジ;換気)
要約【課題】圧縮機が最低回転数となっても、運転可能圧力範囲を逸脱しない状態に復帰する可能性がある間は、温水生成運転を停止しないようにする。
【解決手段】圧縮機制御部410B及び膨張弁制御部410Cは、冷媒の冷凍サイクルが所定のサイクル温度安定条件を満たし、かつ、圧縮機回転数N=Nminに制御された状態が第1所定時間継続した第1状態において、若しくは、冷凍サイクルが所定のサイクル温度安定条件を満たさずに、かつ、圧縮機回転数N=Nminに制御された状態が短い第2所定時間継続した第2状態において、互いに連携して、沸上運転を停止する。圧縮機14が最低回転数Nminとなっても、第1状態又は第2状態が成立していない間は、沸上運転が継続されるので、圧縮機14の運転可能圧力範囲内に復帰する可能性がある間は、沸上運転を停止しないようにすることができる。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項１】
圧縮機、膨張弁、空気熱交換器を冷媒配管で環状に接続し冷媒循環回路を形成したヒートポンプ装置と、
前記ヒートポンプ装置から前記冷媒配管を介し冷媒の供給を受けて水との熱交換により湯水循環回路側への温水を生成する水－冷媒熱交換器と、
前記水－冷媒熱交換器で生成された温水を循環させる循環ポンプと、
前記湯水循環回路において前記水－冷媒熱交換器で生成される温水温度が所定の目標温水温度となるように、前記循環ポンプを制御するポンプ制御手段と、
前記ヒートポンプ装置における消費電力の抑制を指示する電力抑制信号が入力されたか否かを判定する電力抑制判定手段と、
外気温度及び前記目標温水温度に応じた目標回転数であって、かつ、前記電力抑制判定手段により前記電力抑制信号が入力されていると判定された場合には、当該電力抑制信号により許容される消費電力上限値に応じた前記目標回転数となるように、前記圧縮機の回転数を所定範囲内で増減制御する圧縮機制御手段と、
前記冷媒循環回路における状態検出値が所望の目標値となるように、前記膨張弁の開度を増減制御する膨張弁制御手段と、
を有し、
前記圧縮機制御手段、前記膨張弁制御手段、及び、前記ポンプ制御手段が、互いに連携して、前記湯水循環回路への温水を生成する温水生成運転を行う、ヒートポンプ温水装置において、
前記冷媒循環回路を流れる冷媒の冷凍サイクルが所定のサイクル温度安定条件を満たし、かつ、前記圧縮機の回転数が前記所定範囲における最低回転数に制御された状態が第１所定時間継続した第１状態において、
若しくは、
前記冷媒循環回路を流れる冷媒の冷凍サイクルが所定のサイクル温度安定条件を満たさずに、かつ、前記圧縮機の回転数が前記最低回転数に制御された状態が前記第１所定時間よりも短い第２所定時間継続した第２状態において、
前記温水生成運転を停止する
ことを特徴とするヒートポンプ温水装置。
続きを表示（約 1,100 文字）【請求項２】
前記第２状態において、前記冷凍サイクルが前記サイクル温度安定条件を満たさないことに応じて前記膨張弁制御手段により前記膨張弁の開度が所定量大きくされた状態で、前記圧縮機の回転数が前記最低回転数に制御された状態が前記第２所定時間継続した場合に、前記圧縮機制御手段、前記膨張弁制御手段、及び、前記ポンプ制御手段の互いの連携により、前記温水生成運転が停止される
ことを特徴とする請求項１記載のヒートポンプ温水装置。
【請求項３】
前記サイクル温度安定条件は、
前記目標温水温度をＴｂｏ、前記温水温度をＴｂ、としたとき
Ｔｂｏ≦Ｔｂ＋Ａ（Ａ：定数）
を満足することを含む
ことを特徴とする請求項１又は請求項２記載のヒートポンプ温水装置。
【請求項４】
前記膨張弁制御手段は、
前記圧縮機からの冷媒の吐出温度と前記水－冷媒熱交換器から流出する冷媒の流出温度との温度差が、前記目標温水温度と前記水－冷媒熱交換器に流入する湯水の入水温度とに基づいて算出される所定の目標温度差となるように、前記膨張弁の開度を制御することを特徴とする請求項１又は請求項２記載のヒートポンプ温水装置。
【請求項５】
前記サイクル温度安定条件は、
前記目標温度差を△Ｈ、前記吐出温度をＴｏｕｔ、前記流出温度をＴ２、としたとき
△Ｈ≦Ｔｏｕｔ－Ｔ２＋Ｂ（Ｂ：定数）
を満足することを含む
ことを特徴とする請求項４記載のヒートポンプ温水装置。
【請求項６】
前記膨張弁制御手段は、
前記水－冷媒熱交換器から流出する冷媒の流出温度と前記水－冷媒熱交換器に流入する湯水の入水温度との温度差が一定となるように、
若しくは、
前記圧縮機からの冷媒の吐出温度が目標吐出温度となるように、
前記膨張弁の開度を制御することを特徴とする請求項１又は請求項２記載のヒートポンプ温水装置。
【請求項７】
湯水を貯湯する貯湯タンクと、
前記貯湯タンクから出湯される湯水を加熱可能な補助加熱器と、
をさらに有し、
前記湯水循環回路は、
前記貯湯タンクの下部に接続され、当該貯湯タンク内の湯水を導出する往き管と、
前記貯湯タンクの上部に接続され、前記水－冷媒熱交換器で生成された前記温水を当該貯湯タンク内へ戻す戻り管と、
を含む
ことを特徴とする請求項１記載のヒートポンプ温水装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
この発明は、水－冷媒熱交換器におけるヒートポンプ装置側の冷媒との熱交換により湯水循環回路側に温水を生成する、ヒートポンプ温水装置に関するものである。
続きを表示（約 2,400 文字）【背景技術】
【０００２】
従来よりこの種のヒートポンプ温水装置においては、特許文献１に記載のように、ヒートポンプ装置における消費電力の抑制指示が入力された場合に、その指示に応じた上限値以下となるように、ヒートポンプ装置を制御するものがあった。
また特許文献２記載のように、圧縮機から吐出される冷媒の吐出温度と水－冷媒熱交換器から流出する冷媒の流出温度との温度差が、目標沸上温度と外気温度と前記水冷媒熱交換器に流入する湯水の入水温度とに基づいて算出される所定の目標温度差となるように、膨張弁の目標開度をフィードバック制御するものがあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０１７－９６５１０号公報
特許第５５５８９３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１記載のもののようにヒートポンプ装置の消費電力が上限値以内となるように電力抑制制御が行われる場合とは、具体的には、例えばヒートポンプ装置が、ＡＣ１００Ｖの家庭用電源から電力供給を受けて作動する場合、等が考えられる。このような場合、限られた電源容量を、ヒートポンプ装置と通常の家庭電化製品とで共有するために、ヒートポンプ装置の消費電力が消費電力上限値以内となるよう、圧縮機の回転数が制限される。
【０００５】
ここで、例えば、特許文献２記載のもののように、吐出温度、流出温度等の冷媒循環回路における状態検出値に応じて膨張弁開度がフィードバック制御される構成において、特許文献１記載のような電力抑制制御が行われる場合が考えられる。この場合、電力抑制制御により許容される消費電力上限値が低くなると、圧縮機の回転数が低く制限されるため吐出温度が低下し、沸上温度が目標沸上温度よりも低くなる。これにより、目標沸上温度に対応した前記の目標温度差を実現できずに効率の低い冷凍サイクル状態となり、消費電力が増加する結果、電力抑制制御によって圧縮機の回転数がさらに最小値まで低下する場合がある。
【０００６】
一般に、圧縮機においては、所定の耐久性が保証できる動作範囲として、予め運転可能圧力範囲が定められている。前記のように圧縮機の回転数が最小値まで低下するよう制御されると、前記運転可能圧力範囲を逸脱して圧縮機が運転される可能性があるため、通常は、圧縮機回転数が最小値まで低下した場合は運転が強制停止されるという難点があった。
【０００７】
しかしながら、本願発明者等の検討によれば、前記のように圧縮機の回転数が最小値まで低減制御された場合であっても、その後の膨張弁の制御や、湯水循環回路内で温水を循環させる循環ポンプの制御により、前記運転可能圧力範囲を逸脱しない状態に復帰させ、かつその状態で安定させることができる場合もあり得る、ということが知見された。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明の請求項１では、圧縮機、膨張弁、空気熱交換器を冷媒配管で環状に接続し冷媒循環回路を形成したヒートポンプ装置と、前記ヒートポンプ装置から前記冷媒配管を介し冷媒の供給を受けて水との熱交換により湯水循環回路側への温水を生成する水－冷媒熱交換器と、前記水－冷媒熱交換器で生成された温水を循環させる循環ポンプと、前記湯水循環回路において前記水－冷媒熱交換器で生成される温水温度が所定の目標温水温度となるように、前記循環ポンプを制御するポンプ制御手段と、前記ヒートポンプ装置における消費電力の抑制を指示する電力抑制信号が入力されたか否かを判定する電力抑制判定手段と、外気温度及び前記目標温水温度に応じた目標回転数であって、かつ、前記電力抑制判定手段により前記電力抑制信号が入力されていると判定された場合には、当該電力抑制信号により許容される消費電力上限値に応じた前記目標回転数となるように、前記圧縮機の回転数を所定範囲内で増減制御する圧縮機制御手段と、前記冷媒循環回路における状態検出値が所望の目標値となるように、前記膨張弁の開度を増減制御する膨張弁制御手段と、を有し、前記圧縮機制御手段、前記膨張弁制御手段、及び、前記ポンプ制御手段が、互いに連携して、前記湯水循環回路への温水を生成する温水生成運転を行う、ヒートポンプ温水装置において、前記冷媒循環回路を流れる冷媒の冷凍サイクルが所定のサイクル温度安定条件を満たし、かつ、前記圧縮機の回転数が前記所定範囲における最低回転数に制御された状態が第１所定時間継続した第１状態において、若しくは、前記冷媒循環回路を流れる冷媒の冷凍サイクルが所定のサイクル温度安定条件を満たさずに、かつ、前記圧縮機の回転数が前記最低回転数に制御された状態が前記第１所定時間よりも短い第２所定時間継続した第２状態において、互いに連携して、前記温水生成運転を停止するものである。
【０００９】
また、請求項２では、前記第２状態において、前記冷凍サイクルが前記サイクル温度安定条件を満たさないことに応じて前記膨張弁制御手段により前記膨張弁の開度が所定量大きくされた状態で、前記圧縮機の回転数が前記最低回転数に制御された状態が前記第２所定時間継続した場合に、前記圧縮機制御手段、前記膨張弁制御手段、及び、前記ポンプ制御手段の互いの連携により、前記温水生成運転が停止されるものである。
【００１０】
また、請求項３では、前記サイクル温度安定条件は、前記目標温水温度をＴｂｏ、前記温水温度をＴｂ、としたときＴｂｏ≦Ｔｂ＋Ａ（Ａ：定数）を満足することを含むものである。
（【００１１】以降は省略されています）

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