专利名称：热泵供热水机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种热泵供热水机。
背景技术：
现在的热泵供热水机和电热水器一样，一般为设置300L～500L的大容量贮热水箱，使用夜间便宜的折扣电力半夜在热泵回路中把水烧开贮存在贮热水箱中，在白天使用上述已贮存的热水的贮热水方式。
近年来，提出了一种每次在供给热水时使热泵运转，进行直接加热供给热水的瞬间烧开型热泵供热水机。
作为这样的瞬间型热泵供热水机，在特开2003-240344号公报(专利文献1)中进行了公开，它不使用贮热水箱，把供热水机主体和热泵本体进行一体化，实现减轻重量，节省设置面积。
专利文献1特开2003-240344号公报发明内容在专利文献1所公开的瞬间型热泵供热水机中，没有解决瞬间型热泵供热水机在刚刚开始运转后，加热上升时间长的运转上升特性的问题。
为实现瞬间型热泵供热水机，因为每当使用供给热水时要每次进行断续运转，所以启动特性的稳定性十分重要。特别是在冬季停机时，制冷剂作为液体制冷剂在蒸发器内大量滞留。而且，需要应对在运转刚开始后，液体制冷剂一起流入压缩机内阻碍启动运转的所谓低温睡眠状态的对策。在专利文献1中表示的瞬间型热泵供热水机中，没有表示这些问题的解决对策。
即，在专利文献1的瞬间型热泵供热水机中，在压缩机停机期间，制冷剂在蒸发器中释放出热量成为液体，但为了使该制冷剂再次在热泵回路中成为可以对水进行加热的状态，从打开自来水龙头到放出适当温度的热水(约42℃)在冬季需要5～6分钟，同时也没有对低温睡眠的改善措施，所以非常难以实用化。
本发明为解决上述现有问题而提出的，其目的是在不需要大容量贮热水箱的瞬间型热泵供热水机中，作为重要课题提供一种实现缩短上升时间以及改善低温睡眠特性，使用方便的瞬间型热泵供热水机。
作为解决现有的热泵供热水机的上升时间的加热延迟的方法，本发明分析了低温睡眠后的运转特性，除了热泵循环自身的必要加热时间之外，还查明了在蒸发器中滞留的制冷剂剂量也具有很大的影响。
即，通过减少蒸发器中滞留的制冷剂的剂量，可以改善压缩机的启动特性，同时还可以加速启动后的加热温度上升，缩短上升时的加热延迟时间，特别在加热延迟时间长的低温时十分有效。
本发明根据所述研究结果，提供一种通过减少向蒸发器的制冷剂的滞留量，实现缩短上升时间以及改善低温睡眠特性，使用方便的瞬间型热泵供热水机。
为实现上述目的，本发明的热泵供热水机具有热泵回路，其使用制冷剂管路按顺序分别连接了压缩机、进行由该压缩机压缩后的制冷剂和水的热交换的水制冷剂热交换器、开闭与水热交换后的制冷剂的流路来进行制冷剂的减压，在所述压缩机停止运转时关闭流路的制冷剂调整装置、和使用减压后的制冷剂和空气进行热交换的蒸发器；和供热水回路，其具有对所述水制冷剂热交换器供给水的供水管路和供给由所述水制冷剂热交换器加热后的水的供热水管路。
通过具有这些结构，在供给热水运转的热泵运转停止时，因为在停止压缩机的同时关闭制冷剂调整阀，所以可以防止在停止状态下制冷剂从水制冷剂热交换器流入蒸发器，减少在蒸发器内滞留的液体制冷剂的剂量。
另外，在上述结构之外，本发明的热泵供热水机在运转开始时，通过打开制冷剂调整装置的制冷剂流路，可以在压缩机启动前降低排出压力，能够平稳地进行压缩机的启动。
例如，通过在制冷剂调整装置打开制冷剂流路后运转压缩机，可以在压缩机启动前降低排出压力，能够平稳地进行压缩机的启动。
然后，在前面说明的本发明的热泵供热水机之上，在压缩机开始运转时，根据压缩机的排出侧压力和吸入侧压力的压力差，改变压缩机开始运转和由制冷剂调整装置打开制冷剂流路的顺序，由此可以根据由于周围温度或运转停止时间等而不同的再运转时的压缩机前后的制冷剂压力差进行适当的控制。例如，提高压缩机的导引特性，提高加热能力的上升特性。
在制冷剂压力差大时，即在压缩机负载重的情况下，在打开制冷剂调整阀后运转压缩机；在制冷剂压力差小时，即在压缩机负载轻的情况下，在运转压缩机后打开制冷剂调整阀。由此可以同时实现压缩机的再启动特性的改善和加热运转上升特性的改善。
另外，也可以具有压缩机开始运转时和由制冷剂调整装置打开制冷剂流路时的时间差。通过具有该时间差，能够更可靠地启动压缩机。另外，也可以根据开始供给热水时的大气温度、压缩机温度以及压缩机压力差决定该时间差。由此，能够同时考虑季节因素和运转停止时间因素等来进行控制改善再启动特性。
再有，在上述结构之上，本发明的热泵供热水机在热泵回路的蒸发器和压缩机之间的制冷剂管路内设置阻止从压缩机向蒸发器流过制冷剂的回流防止阀，由此能够进一步防止制冷剂流入蒸发器，减少在蒸发器内滞留的液体制冷剂的剂量。
由此，通过在蒸发器的前后设置开闭阀，可以在运转期间一起打开制冷剂调整阀和回流防止阀，使制冷剂循环；在停止时，在把蒸发器内的制冷剂回收到压缩机一侧之后，一同关闭制冷剂调整装置和回流防止阀，防止制冷剂流入蒸发器，可以改善运转上升特性。
该回流防止阀可以是止回阀。可以不使用电磁线圈，通过压缩机的吸入侧压力和蒸发器一侧压力的压力差，在运转过程中打开止回阀使制冷剂循环，在停止时，在蒸发器内的制冷剂回收到压缩机侧之后，在压缩机停止的同时关闭止回阀，使蒸发器成为密闭状态。
另外，回流防止阀也可以是电磁两通阀。与止回阀相比，电磁两通阀需要电磁线圈，但因为可以与压力无关进行电气控制，因此可以自由地选定关闭的定时，可以通过使用球阀等阀门的简单的结构使关闭时的制冷剂泄漏量为极小。
再有，在上述本发明的热泵供热水机之上，由于供水管路和装置外部的供水管连接，供热水管路和装置外部的出热水终端连接，形成将已供给的水进行加热直接供给热水的直接供热水回路，由此与以往具有大容量的贮热水箱的贮热水式热泵供热水机相比，可以避免贮存已加热至高温的热水的贮热水箱的散热引起的损失。
另外，通过本发明减少制冷剂向蒸发器内的滞留量，可以改善作为瞬间型热泵供热水机的重要课题的运转开始时的加热上升特性以及再启动、低温睡眠特性，使无箱瞬间型热泵供热水机的成品化成为可能。
再有，在供给通过水制冷剂热交换器瞬间直接加热的热水时，为了成为输出热水温度而进行热泵回路的能力控制，由此可以以最低限度的输入供给所需要的热水，所以可以以非常高的效率实现使用方便的热泵供热水机。
另外，即使在该直接输出热水式的热泵供热水机中，也认为热泵回路的上升对于通过燃烧得到高热量的煤气瞬间式烧水器迟缓。因此，为了确保热泵回路上升时所需要的热水温度，具备辅助的与现有相比容量小的贮热水箱，由此可以进一步解决上升时的问题。
因此，在运转上升时，使用已贮存在贮热水箱中的高温热水即时供给适当温度的热水，在热泵运转达到能够供给规定温度的热水的稳定运转之后，停止从贮热水箱供给热水由直接供热水回路供给热水，由此可以减少在蒸发器中残留的制冷剂的剂量，通过这样的与本发明结构的组合，可以防止运转刚开始后由于液体返回引起的加热能力的降低，可以更加缩短加热上升时间。
另外，通过本发明可以将贮热水箱的大小设定为所需要的最小限度，所以在消除以往的贮存热水型热泵供热水机的问题的同时，可以不需要大容量的压缩机地实现体积小，重量轻带有贮热水箱的瞬间型热泵供热水机。根据本发明，可以把压缩机开始运转时使用的该贮热水箱的容量设为小于等于100L，所以与以往的贮热水箱式热泵供热水机的贮热水箱的容量为300～500L相比，能够缩小到1/3～1/5，所以可以容易地把贮热水箱与热泵制冷剂回路等收容在同一箱体内，可以解决设置面积、设置强度、供热水机和热泵之间的水管连接等进行设置时的各种问题。
另外，上述本发明的热泵供热水装置中的制冷剂调整装置可以采用电动膨胀阀。与像温度式膨胀阀那样对加热器通电，由于加热器温度上升使制冷剂膨胀，通过该膨胀力开闭阀的阀门不同，能够根据运转控制单元的发送脉冲数的指示，即时地驱动步进电动机，将阀门机构部调整到规定的开启程度，可以在接收到运转停止信号的同时关闭电动膨胀阀，压缩机停止的定时或时间控制变得容易。而且，能更进一步缩短运转上升时间和改善低温睡眠时的再启动特性。
另外，也可以用电磁两通阀和毛细管构成上述本发明的热泵供热水装置中的制冷剂调整装置。电磁两通阀因为仅具有运转时全开，停止时全闭的功能，所以通过使用了球阀等阀门的简单结构可以使关闭时的制冷剂泄漏量变为极小，能够更可靠地进行蒸发器内的制冷剂的回收。
根据本发明，在热泵供热水机中，可以改善运转开始时的上升特性，提高使用的方便性。特别在检测到输出热水后启动压缩机，把由水制冷剂热交换器加热到输出热水设定温度的热水从热水输出端输出的瞬间加热型的热泵供热水机中能够起到显著的效果。
图1是表示本发明的热泵供热水机的第一实施例，为没有贮热水箱时的概念图。
图2是表示本发明的热泵供热水机安装以及连接管路时的确认动作的一个例子的流程图。
图3是表示本发明的热泵供热水机的使用热水时的动作的一个例子的流程图。
图4是表示本发明的热泵供热水机转速控制以及容量控制时的压缩机转速和加热能力的关系的一个例子的特性图。
图5是表示本发明的热泵供热水机开始供给热水时的压力变化、压缩机以及制冷剂调整阀的动作的一个例子的特性图。
图6表示本发明的热泵供热水机的压缩机转速表的一个例子。
图7是表示本发明的热泵供热水机浴池自动运转中浴池加注热水时的动作的一个例子的流程图。
图8是表示本发明的热泵供热水机浴池自动运转中浴池保温时的动作的一个例子的流程图。
图9表示本发明的热泵供热水机中的一个实施例，相对于图1为附加了贮热水箱的概念图。
具体实施例方式
图1中，本发明一实施例的热泵供热水机具有热泵制冷剂回路30、供热水回路40、以及运转控制单元50。
热泵制冷剂回路30以及供热水回路40可一体地收容在同一箱体内。另外，运转控制单元50与单独设置的厨房遥控器51和浴池遥控器52连接。
热泵制冷剂回路30是各种部件各有两个的双循环方式，分别通过制冷剂管路按顺序依次连接压缩机1a、1b；设置在水制冷剂热交换器3上的制冷剂侧导热管3a、3b；制冷剂调整阀6a、6b；蒸发器7a、7b以及回流防止阀8a、8b。
作为在各自的循环中封入的制冷剂，作为不含氯的氟化碳化氢或天然的制冷剂，例如最好使用二氧化碳。
在热泵制冷剂回路30的两个循环中，在拥有压缩机1a的循环中具备与对浴池23的热水进行追加加热的浴池用热交换器5相通的回路。
该浴池追加加热用制冷剂回路从压缩机1a和水制冷剂热交换器3之间的制冷剂管路开始分路，高温的制冷剂经过与设置在浴池用热交换器5中的浴池用制冷剂管5a连接的制冷剂管路，由此可以通过浴池用热交换器5对浴池23的热水进行追加加热。此外，浴池用制冷剂管5a还与从水制冷剂热交换器3的制冷剂侧导热管3a、3b和制冷剂调整阀6a之间的制冷剂管路开始分路的制冷剂管路相连接。
在该一系列的与浴池用热交换器5相通的制冷剂管路的中途设置有第二制冷剂开闭阀4。希望把该第二制冷剂开闭阀4设置在从压缩机1a和第一制冷剂开闭阀2之间的制冷剂管路开始分路的，和浴池用制冷剂管5a连接的制冷剂管路上。
在本实施例中，在与具有压缩机1a的循环回路中的水制冷剂热交换器3连接的制冷剂管上也设置有第一制冷剂开闭阀2。通过使用第一制冷剂开闭阀2和第二制冷剂开闭阀4切换制冷剂流路，防止因供给热水时高温制冷剂流入浴池用热交换器5而使能力下降。
压缩机1a、1b是能够适合瞬间式热泵供热水机那样的大容量的，而且能根据供给热水量改变转速的容量控制型压缩机。压缩机1a、1b通过PWM控制、电压控制(例如PAM控制)以及它们的组合控制，由压缩机控制单元(未图示)从低速(例如700转/分)到高速(例如7000转/分)进行转速控制。
水制冷剂热交换器3具有通过压缩机1a、1b和制冷剂管路连接的制冷剂侧导热管3a、3b以及供热水回路40的供水侧导热管3c、3d。而且在这些制冷剂侧导热管3a、3b和供水侧导热管3c、3d之间进行热交换。作为压缩机1a、1b，例如使用两个循环，在大气温度16℃、入水温度17℃的中间期条件下，在实际使用上最好能具有23kw或以上的加热能力。
和制冷剂侧导热管3a、3b连接的制冷剂调整阀6a、6b一般使用毛细管、温度式膨胀阀、电动膨胀阀等。制冷剂调整阀6a、6b通过运转控制单元50对经由水制冷剂热交换器3输送来的中温高压制冷剂进行减压，使向通过制冷剂管路连接的蒸发器7a、7b输送容易蒸发的低压制冷剂的减压装置进行动作。
另外，制冷剂调整阀6a、6b具有改变制冷剂通路的节流量来调节热泵回路30内的制冷剂循环量的作用，或者使节流量全开向蒸发器7a、7b送入大量中温制冷剂来融化霜的除霜装置的作用，是调整制冷剂流动的装置。
再有，本实施例的制冷剂调整阀6a、6b除现有的减压装置的功能之外，具有全闭功能。根据来自运转控制单元50的指令，对应压缩机1a、1b的停止关闭其制冷剂通路，详情后述。由此，有助于把蒸发器7a、7b内的制冷剂回收到压缩机1a、1b一侧。
另外，在热泵回路30再运转时，在压缩机1a、1b运转开始前由运转控制单元50给予制冷剂通路开放指令，降低压缩机1a、1b的输出侧压力来谋求压力平衡，使压缩机1a、1b的再启动变得容易。为了对应来自运转控制单元50的开闭指示信号，响应速度快的电动膨胀阀或电磁两通阀最适宜。
此外，在作为制冷剂调整阀6a、6b使用电磁两通阀时，和进行制冷剂的开闭动作的电磁两通阀一起，需要对制冷剂进行减压的毛细管。
蒸发器7a、7b是进行空气和制冷剂的热交换的空气制冷剂热交换器。也可以通过由未图示的风扇进行的空气供给量的调整来改变蒸发器7a、7b的热交换量。
供热水回路40具有用于进行龙头供给热水、浴池供给热水、浴池追加加热的水循环回路。
厨房龙头供热水回路具有供水管路和厨房供热水管路。供水管路与供水金属件9和水制冷剂热交换器3的给水侧导热管3c、3d相连接，该水金属件9与自来水管道等作为装置外部的供水源的供水管连接。厨房供热水管路与水制冷剂热交换器3的供水侧导热管3c、3d和通过管路与作为装置外部的热水输出端之一的厨房龙头16连接的厨房热水输出金属件15连接。
在该供水管路的中途按顺序设置有减压阀10、测量供给的水量的传感器11以及水止回阀12。
另外，在供热水管路中途，按顺序设置有与从供水管路分路的水管连接的热水冷水混合阀13、调整输出的热水的流量的流量调整阀14。
例如，减压阀10把从自来水的供水源供给的具有200～500kPa波动的高水压控制到约170kPa左右的适于使用的水压。水止回阀12仅在单方向地让水流过，防止回流。
浴池供热水回路通用地具有厨房龙头供热水回路的供水管路，具有该供水管路以及在水制冷剂热交换器3的供水侧导热管3c、3d和输出输入热水金属件21之间连接的浴池供热水管路。输出输入热水金属件21通过水管路与已安装在浴盆上的循环适配器22连接。
浴池供热水管路按顺序设置有热水冷水混合阀13、流量调整阀14、在向浴盆23注水时打开的浴池注水阀17、检测水的流动方向的流开关18、在追加加热浴池的热水时运转的浴池循环泵19、以及检测在浴池内滞留的热水高度的水位传感器20。
浴池追加加热回路的一部分与浴池供热水回路的浴池供热水管路重复。是从输出输入热水金属件21开始到流开关18，进而从直到浴池注水阀17的浴池供热水管路开始分路，与浴池用热交换器5的浴池用水管路5b相连接，从该浴池用热交换器5通过水管路与浴池出热水金属件24连接的管路。
此外，输出输入热水金属件21在通过浴池循环适配器22与浴盆23连接的同时，还与浴池龙头25或淋浴器(未图示)连接。通过该输出输入热水金属件21，在对浴池供给热水时从水位传感器20一侧向浴盆23以及浴池龙头25一侧供给热水，在浴池追加加热时从浴盆23一侧向水位传感器20一侧通过浴池循环泵19抽出浴盆内的热水进行水循环。
在浴池追加加热时，在运转水循环泵19进行经由浴池追加加热回路的浴池水的循环的同时，进行热泵运转，通过浴池用热交换器5对浴盆23的剩余的热水进行加热并返回到浴盆23，来进行浴池追加加热。
运转控制单元50通过厨房遥控器51以及浴池遥控器52的操作设定，在进行热泵制冷剂回路30的运转·停止以及压缩机1a、1b的转速控制的同时，对第一制冷剂开闭阀2、第二制冷剂开闭阀4的开闭、制冷剂调整阀6a、6b的制冷剂节流量调整、浴池循环泵19的运转·停止以及热水冷水混合阀13、流量调整阀14、浴池注水阀17、流开关18进行控制，由此进行直接供给热水运转、浴池热水加注运转、追加加热运转等。
另外，运转控制单元50具有未图示的压缩机运转控制单元，控制压缩机1a、1b的转速。运转控制单元50和压缩机运转控制单元进行控制，以便为了在运转刚开始后加快加热上升的时间，使压缩机1a、1b以规定的高转速进行运转；在热负荷较轻的浴池追加加热时以适合加热温度的低转速运转压缩机1a。
对运转控制单元50停止供热水运转时的控制进行说明。运转控制单元50在检测到龙头关闭或浴池注热水结束时，首先关闭制冷剂调整阀6a、6b，停止从水制冷剂热交换器3一侧向蒸发器7a、7b流入制冷剂。然后，为向压缩机1a、1b一侧回收蒸发器7a、7b内的制冷剂，在经过由蒸发器7a、7b的内容积和压缩机1a、1b的转速决定的规定时间后，停止压缩机1a、1b。
此外，从关闭制冷剂调整阀6a、6b开始到停止压缩机1a、1b的规定时间取决于蒸发器7a、7b、水制冷剂热交换器3的内容积以及压缩机1a、1b的特性，即使几乎同时停止，也能充分发挥减少制冷剂向蒸发器7a、7b的滞留量的效果。
即，通过把历来在运转停止期间也为打开状态的制冷剂调整阀6a、6b在运转停止期间完全关闭，可以防止停止后从水制冷剂热交换器3一侧向蒸发器7a、7b流入制冷剂，可以得到与以前相比减少在蒸发器7a、7b内滞留的制冷剂的效果。
然后，运转控制单元50在压缩机1a、1b再启动时，对应压缩机1a、1b前后的压力差，改变压缩机1a、1b以及制冷剂调整阀6a、6b的动作顺序。因此，希望在压缩机1a、1b的吸入侧以及排出侧设置压力传感器。在本实施例中，在压缩机1a、1b的排出侧管路上设置压力传感器1c、1d，检测排出侧压力。
压缩机1a、1b的吸入侧压力根据由在蒸发器压缩机7a、7b上设置的蒸发器出口温度传感器检测到的制冷剂温度来进行计算，由此得到压缩机1a、1b的吸入侧压力。
在压缩机1a、1b前后的压力差大于等于规定值(例如2MPa)的情况下，打开制冷剂调整阀6a、6b，在使水制冷剂热交换器3的某高压侧压力与蒸发器7a、7b的某低压侧压力平衡后，启动压缩机1a、1b。在这种情况下，也可以不完全使高压侧和低压侧的压力平衡。通过这些动作，使压缩机1a、1b的再启动变得容易。
在该压力差小于等于规定值时，在打开制冷剂调整阀6a、6b之前启动压缩机1a、1b。在这种情况下，快速地开始加热运转，哪怕只是加快一点。所谓压力差小于等于规定值很多是制冷剂流入蒸发器7内的状态，通过先启动压缩机1，蒸发器一侧压力降低，有助于液体制冷剂的汽化。即，在已打开了制冷剂调整阀6时，可以减少返回到压缩机1的液体制冷剂的剂量。
压缩机1a、1b的启动和制冷剂调整阀6a、6b打开的时间差希望根据供给热水时的大气温度和压缩机1a、1b的气缸温度的差，计算压缩机负荷的轻重来决定。进而希望根据与供给热水负荷相对应地设定的压缩机转速表来控制运转开始后的压缩机1a、1b的转速，并且根据与大气温度和水制冷剂热交换器3的出口目标温度相对应地设定的制冷剂调整阀开启程度表来控制制冷剂调整阀6a、6b的开启程度。
回流防止阀8a、8b使用通过前后制冷剂压力差进行开闭的止回阀或电磁两通阀。在作为回流防止阀8a、8b使用止回阀的情况下，在运转期间在前后无压差为全开的状态下平滑地进行制冷剂循环。通过运转控制单元50，当关闭了制冷剂调整阀6a、6b时，蒸发器7a、7b在由压缩机1a、1b吸引制冷剂的同时成为低压状态，而且，当压缩机1a、1b停止时，压缩机1a、1b内全体成为高压，止回阀的前后压力成为压缩机1a、1b侧压力＞蒸发器7a、7b侧压力而关闭。
即，运转停止后，蒸发器7a、7b前后的制冷剂调整阀6a、6b以及止回阀8a、8b关闭，在蒸发器7a、7b中几乎不残留制冷剂，而且进入的也几乎没有，保持几乎没有残留制冷剂的状态。
另外，在作为回流防止阀8a、8b使用电磁两通阀的情况下，因为通过运转控制单元50的电气信号可以自由地进行动作控制，所以可以最佳地选择运转停止和电磁两通阀的关闭的时间定时。
作为回流防止阀8a、8b选择止回阀或电磁两通阀何者，可以从热泵回路的特性、费用、防止回流性能等的观点比较选择。
在热泵供热水机中，设置检测供水温度的供水温度计11a、检测水制冷剂热交换器3的输出热水温度的热交换温度计3e、检测供热水温度的供热水温度计13a、检测浴盆水温的浴池温度计18a、检测压缩机1a、1b的排出压力的压力传感器1c、1d、检测蒸发器7a、7b的制冷剂出口温度的蒸发器出口温度传感器7c、7d、以及检测浴盆23内的水位的水位传感器20等，各检测信号输入到运转控制单元50。运转控制单元50根据这些信号控制各单元。
下面对本发明的热泵供热水机的运转动作进行说明。
根据图2的流程图，对安装时的必要操作的一个实施例进行说明。
热泵供热水机在从制造场地运来之后安装在使用者所希望的设置场所。通过水管将供水金属件9与自来水等供水源连接，将厨房出热水金属件15与厨房龙头16连接，将输出输入热水金属件21与浴池循环适配器22以及浴池龙头25连接，将浴池出热水金属件24与浴池循环适配器22连接(步骤60)。其后，为抽出空气打开厨房龙头16或者浴池龙头25(步骤61)，打开供水源的总阀门(步骤62)。
开始从供水源向热泵供热水机供水，在通过减压阀10将水调整到一定压力后，水流入水制冷剂热交换器3以及各水管路内(步骤63)。在根据水从厨房龙头16或者浴池龙头25溢出，确认热泵供热水机内水回路为灌满了水的状态(步骤64)后，关闭厨房龙头16以及浴池龙头25，结束对热泵供热水机供水(步骤65)。
此外，热泵供热水机安装时的各单元已被设定为下面的初始状态。热水冷水混合阀13为3方向开状态，流量调整阀14为全开状态，浴池注水阀17为全闭状态。
然后接通电源(步骤66)，进行浴池注水运转(步骤67)。
浴池注水运转为打开浴池注水阀17对浴池23注水直到水溢出，判断为水满(步骤68)。通过水位传感器20或者供水水量传感器11检测浴盆23内的水位和水量，运转控制单元50自动计算浴盆23的全容量以及水量和水位高度的关系(步骤69)，进行浴盆的适当水量、以及由于追加水量引起的水位变化量的设定(步骤70)。在进行了这些设定之后，在浴池自动运转中的浴池加注热水或浴池放出热水时的热水量的控制中，灵活地使用设定值。因此，上述浴盆注水运转只需要进行一次热泵供热水机的设定。
图3是表示打开厨房龙头16使用热水时的动作的流程图的一个实施例子。
当打开厨房龙头开始使用热水(步骤71)时，供水水量传感器11检测流量，运转控制单元50进行开始供给热水的判定(步骤72)。流量若在一定值以上，则判定开始供给热水。运转控制单元50启动压缩机1a、1b，开始热泵运转(步骤73)，通过上述的厨房龙头供热水回路开始供给热水(步骤74)。
在步骤73运转控制单元50进行以下的控制。首先，打开热泵制冷剂回路30的第一制冷剂开闭阀2以及制冷剂调整阀6a、6b，启动压缩机1a、1b，使压缩后的高温高压制冷剂循环。通过压缩机1a、1b开始运转，回流防止阀8a、8b前后的压力变为压缩机1a、1b侧压力＜蒸发器7a、7b侧压力的关系，回流防止阀8a、8b从关闭状态变为开放状态。这样，制冷剂可在热泵回路中进行循环，继续进行热泵运转。
把由压缩机1a、1b压缩后的高温高压制冷剂送入水制冷剂热交换器3的制冷剂侧导热管3a、3b中，对流过供水侧导热管3c、3d的供水进行加热，之后向热水冷水混合阀13一侧流出，但是刚运转开始后送入水制冷剂热交换器3的制冷剂未能充分地成为高温高压，温度尚低，而且整个水制冷剂热交换器3的温度也较低，所以对水进行加热的加热能力不充分。
随着时间的经过，制冷剂成为高温高压，因此，由制冷剂产生的放热量增加，对水的加热能力逐渐增加，把从该运转开始到供热水温度达到适当的温度(约42℃)的运转上升时间的长短称为运转上升特性或者加热上升特性。
在没有贮热水箱，直接供给通过热泵运转加热的热水的瞬间式供热水中，所述运转上升特性是最基本而且重要的课题，在图4中补充说明其细节。
在供热水运转开始(步骤74)后，根据供水水量传感器11、供水温度计11a、供热水温度计13a的检测数据，运转控制单元50进行供热水温度以及流量的调整(步骤75)，继续适当温度，适当流量的供热水运转。
此外，经常进行供热水温度以及流量的判定(步骤76)，如在规定值以内，则在关闭龙头前继续供给热水(步骤77)。
当关闭厨房龙头16停止使用热水时(步骤78)，运转控制单元50首先关闭制冷剂调整阀6a、6b(步骤79)，在经过规定时间之后停止压缩机1a、1b(步骤80)。通过这些步骤，回流防止阀8a、8b前后的压差成为压缩机1a、1b一侧压力＞蒸发器7a、7b一侧(步骤81)，回流防止阀8a、8b被关闭(步骤82)，运转结束(步骤83)。此外，在回流防止阀8a、8b是电磁两通阀的情况下，上述关闭动作通过压缩机运转控制单元发送电信号执行。
关于运转上升特性，下面参照图1在图4中比较说明使用了本实施例的压缩机运转控制单元的情形和以往什么都没有的情况。
在图4中，横轴是从热泵运转开始的运转时间，纵轴是由图1的压缩机1a、1b进行压缩，成为高温高压而被排出的制冷剂气体的压缩机排出温度。该高温制冷剂在水制冷剂热交换器3中流过制冷剂一侧导热管3a、3b，对流过供水侧导热管3c、3d的水进行加热来供给热水，所以供热水温度表示和纵轴的温度几乎相同的变化。
首先，使用线图B对不执行本实施例的运转控制的现有控制中的加热上升特性进行说明。当压缩机1开始运转后，滞留在压缩机1内的制冷剂被压缩，成为高温高压的制冷剂而被排出，在水制冷剂热交换器3中对供水进行加入来供给热水。在以往的运转控制中压缩机1停机时，制冷剂作为液体滞留在蒸发器内，压缩机1内的制冷剂变得不足，加热上升时间略微延迟。
另外，如用箭头B1所示，在暂时达到目标温度后，蒸发器7内的液体制冷剂一下子返回，在压缩机1内蒸发，所以排出温度变得低于目标温度，从热泵回路开始运转到达到目标温度的稳定运转的上升时间到B点花费较长时间，成为实际应用上的问题。另外，大量液体制冷剂的返回对于压缩机形成过大的负荷，成为引起启动不良的重要原因。
此外，蒸发器7是用于执行制冷剂和外部空气的热交换的单元，设置在供热水机本体的外面，特别在冬季低温时，在热泵制冷剂回路30中成为最低温度，所以制冷剂容易聚集滞留。图4的加热上升特性线图表示在冬季停止运转6小时后再次运转时的低温睡眠运转，但即使在睡眠时间更短以及周围温度高的情况下，虽然具有一定程度的差别但仍可以看到同样的倾向。
下面使用线图A对本实施例的运转控制中的温度变化进行说明。在本实施例的压缩机运转控制中，在停止运转时首先关闭在蒸发器7a、7b前设置的制冷剂调整阀6a、6b，在把蒸发器7a、7b内的制冷剂回收到压缩机1a、1b一侧之后停止压缩机1a、1b。
因为在压缩机1a、1b停止的同时产生压力差来关闭回流防止阀8a、8b，所以在停止运转中在蒸发器7a、7b中几乎不会滞留制冷剂，制冷剂在压缩机1a、1b内充分滞留，在开始再次运转时，因为能够继续由压缩机1a、1b对制冷剂进行压缩成为高温高压，所以可以得到平滑的加热上升特性。
即，当压缩机1a、1b开始运转时，滞留在压缩机1a、1b内的制冷剂被压缩，成为高温高压的制冷剂被排出，在水制冷剂热交换器3内对供水进行加热来供给热水。
同时，因为第一制冷剂开闭阀2以及回流防止阀8a、8b被打开，所以，制冷剂在通过制冷剂管路按顺序连接了压缩机1a、1b、第一制冷剂开闭阀2、制冷剂侧导热管3a、3b、制冷剂调整阀6a、6b、蒸发器7a、7b、回流防止阀8a、8b形成的热泵回路内连续循环，由水制冷剂热交换器3进行制冷剂和供水的热交换，继续由图3的供热水流程图所说明的供热水运转。
另外，为了缩短加热上升时间，在运转开始后立即提高压缩机1a、1b的转速来进行运转，所以稍微超出目标温度，其后通过供热水温度计13a的供给热水温度检测来进行修正，可以进行维持目标温度的供热水运转。
如上所述，通过本实施例的运转控制以及特有的结构，几乎没有线图B1所示的液体返回的现象，通过如线图A所示的平滑的加热温度上升，达到目标温度的时间从B点提前到A点。另外，在实现加热上升时间大幅度缩短的同时，能够排除作为启动不良主要原因的液体制冷剂返回的现象。
下面使用图5、图6进一步说明供热水运转开始时的压缩机1a、1b以及制冷剂调整阀6a、6b的动作。图5表示供给热水停止后，通过下一次的供给热水开始，压缩机1a、1b以及制冷剂调整阀6a、6b进行动作时的图表。横轴表示时间经过，纵轴表示压缩机1a、1b前后的制冷剂压力Pd、Ps的变化，压缩机1a、1b的运转、停止以及制冷剂调整阀的开闭。
在开始供给热水时，在压缩机1a、1b前后的制冷剂压力Pd、Ps的压力差A-B大于等于规定值(例如2MPa)的情况下，判断为压缩机1a、1b的启动负载重，如实线那样打开制冷剂调整阀6a、6b((1)τ1＝约10秒)，在实现压缩机1a、1b前后的压力平衡减轻启动负载后启动压缩机1a、1b。
另一方面，在压力差A-B未满规定值的情况下，判断为压缩机1a、1b的启动负载轻，首先启动压缩机1a、1b，之后如虚线那样打开制冷剂调整阀6a、6b。(D2)此外，压缩机1a、1b启动时和制冷剂调整阀6a、6b打开时的时间差τ1、τ2最好根据开始供给热水时的大气温度和压缩机温度的差判断负载轻重来决定。
另外，在刚启动后，使压缩机1a、1b的转速以及制冷剂调整阀6a、6b的开启程度如τ2→τ3→CC以及(1)→(2)→DD那样地慢慢变化，但在压缩机1a、1b的启动运转稳定后，压缩机1a、1b的转速根据与图6中作为一个例子表示的加热负载相对应设定的压缩机转速表来进行控制，制冷剂调整阀6a、6b的开启程度根据与大气温度和水制冷剂热交换器3的出口目标温度相对应设定的制冷剂调整阀开启程度表(未图示)来进行控制。
图6表示压缩机转速表的一例。把提供给供热水机的供给水温度、和对其进行加热从热泵回路供给的供给热水温度作为加热负载条件来设定压缩机的转速。
例如，在冬季厨房使用的情况下，为把9℃的水加热到42℃供给热水，设定压缩机的转速为4000转/分，但是即使同样在冬季在贮存热水运转的情况下，为把9℃的水加热到60℃来供给热水，设定压缩机的转速为5000转/分。
此外，压缩机转速的设定还考虑以压缩机作为主体的热泵回路的加热能力或供给热水时的流量等来进行设定。
运转控制单元根据对应供给热水负载所设定的压缩机转速表来控制压缩机的转速，根据对应大气温度和水制冷剂热交换器的出口目标温度所设定的制冷剂调整阀开启程度表来控制制冷剂调整阀的开启程度，所以能够对应供给热水负载即直接供给热水运转或箱贮存热水运转等用途所决定的供给热水温度的不同，而且外加考虑大气温度来调整压缩机的转速以及制冷剂调整阀的开启程度，可以更快地达到目标供给热水温度。
如此，本实施例中说明的运转控制是在热泵回路运转期间尽可能保存作为制冷剂的压力差所积蓄的功不变地，在后面的运转中产生的控制，这也有助于提高热泵供热水机的效率。
图7是表示浴池自动运转的注热水动作的流程图的一个实施例。
在按动浴池自动按钮置打开时(步骤91)，当到达设定时刻后，浴池注热水运转开始(步骤92)，浴池注热水阀17打开，对浴池供给热水(步骤93)。
对浴池供给热水(步骤93)和图3说明的使用供给的热水相同地进行热泵运转，代替厨房龙头16在所述浴池供热水回路中对浴盆23供给热水。
另外，在浴池供热水运转中，使用浴池温度计18a检测浴池供热水温度，判定供热水温度(步骤94)，如在规定之外则进行温度调整(步骤94a)，如在规定之内则继续浴池供热水(步骤95)。
而且，使用水位传感器20检测浴盆内水位，判定浴池注热水量(步骤96)。
在浴池注热水量判定(步骤96)中，在规定之外时继续对浴池供给热水(步骤95)，当达到规定之内时，停止对浴池供给热水以及热泵运转(步骤97)，压缩机运转控制单元98a首先关闭制冷剂调整阀6a、6b(步骤98)，在经过规定时间后停止压缩机1a、1b，由此制冷剂调整阀前后的压差成为压缩机1a、1b侧＞蒸发器7a、7b侧(步骤100)，关闭回流防止阀8a、8b(步骤101)，运转结束(步骤102)。
图8是表示浴池自动运转中的浴池追加加热的流程图的一个实施例。按动浴池自动按钮置打开时(步骤105)，当到达设定时刻后，开始在图7中说明的浴池注热水运转(步骤106)，之后当浴池注热水运转结束(步骤107)后，开始浴池保温运转(步骤108)。
浴池保温运转开始(步骤108)后，使用浴池温度计18a检测热水温度，在浴池内热水温度判定(步骤109)中，如果在规定值之内则继续进行浴池保温，在小于等于规定值的情况下执行浴池追加加热运转(步骤110)。
使用水位传感器20每隔规定时间(例如10分)检测浴盆内的热水量，在浴池注热水量的判定(步骤111)中，如在规定值之内则继续进行浴池保温，在小于等于规定值的情况下执行浴池热水补充(步骤112)。
再有，在经过了浴池自动运转的设定时间后，结束浴池保温运转(步骤113)，浴池自动运转结束(步骤114)。
此外，在浴池保温运转结束时(步骤113)，压缩机运转控制单元131a以和图7中说明的情况完全相同的步骤进行运转停止控制。
为实现在图1说明的无贮热水箱的瞬间式热泵供热水机，需要大容量的压缩机，但是通过设置小型的贮热水箱，在现有技术的应用范围内实现压缩机的容量提升，提高瞬间式热泵供热水机的实现性。
在图9中，在与图1的热泵供热水机进行比较的情况下，热泵制冷剂回路30相同，在供热水回路40中，附加了下述部件在水止回阀12的前后通过供水管路和水管路连接的贮热水箱27、在贮热水箱27上设置的箱温度计27a～27d、在贮热水箱27和供水管路的连接管路的一方的水管路中设置的箱循环泵28、以及位于厨房供热水机管路中间在供水侧导热管3c、3d和热水冷水混合阀之间设置的箱混合阀29。
因此，图9所示的热泵供热水机的安装步骤与图1所示的热泵供热水机有若干不同。不同点在于贮热水箱27的设置。
首先，在设置图9的热泵供热水机之后立即通过供水金属件9、减压阀10、供水水量传感器11、贮热水箱27的供水回路使贮热水箱27成为装满水的状态。其后，在进行热泵运转的同时运转箱循环泵28，把从贮热水箱27引出的箱27下部的水通过箱循环泵28送给供水侧导热管3c、3d进行加热。然后使加热过的水从打开了箱27一侧的箱混合阀29返回到贮热水箱27。在该一系列的箱循环周期中把贮热水箱内的水加热到规定温度。
希望进行控制以使在每次使用贮热水箱27的热水时进行该贮热水运转，使贮热水箱27中始终积存规定温度的热水。
这样，通过在贮热水箱27中始终贮存高温水，在刚运转开始后，与来自水制冷剂热交换器3的加热水一起供给来自贮热水箱27的高温热水，由此能起到辅助热泵运转的加热上升时间的作用。
即，在运转开始时，即使来自供水侧导热管3c、3d的供水未达到适当的温度，但通过箱混合阀29与贮热水箱27的高温热水进行混合，可以从厨房龙头16或者浴池龙头25流出适当温度的水。
在具有贮热水箱27的贮热水式瞬间热泵供热水机中，在使用上述本实施例的运转控制的情况下，通过改善热泵运转开始时的加热上升特性，可以减少贮热水箱27的高温水的使用量。因此，在实现贮热水箱27的小型化的同时，由于供给贮热水箱27的热水所以在压缩机启动后可以确实进行符合设定温度的转速控制，因此具有进一步防止低温睡眠时压缩机启动不良的这种叠加的效果。
此外，通过使用本实施例中所说明的运转控制，能够减少贮热水箱27的使用量，能使贮热水箱的容量从以往贮热水方式中使用的300～500L大幅缩小到小于等于100L，与以往的贮热水式相比能够大幅减少贮存热水的散热损失，具有提高热泵供热水机的运转效率的效果。
如在以上本发明的实施例中说明的那样，无论在无贮热水箱的瞬间式热泵供热水机中，还是在有贮热水箱的瞬间式热泵供热水机中，都可与供热水方式无关地进行使用，具有充分的效果。特别是在不把通过热泵运转加热的热水积存在贮热水箱中的直接供给热水的瞬间方式中，起到提高运转上升特性的效果。
再有，在将本发明用于现有的贮热水式热泵供热水机的情况下，因为在贮热水式热泵供热水机中每日仅在夜间运转一次，所以减少断续次数和缩短加热上升时间的效果不显著，但对于在防止断热水时紧急实施的白天水箱追加加热或者特别是在低温睡眠时的再启动特性具有改善的效果。
权利要求
1.一种热泵供热水机，其特征在于，具有热泵回路，其是使用制冷剂管路分别依次连接压缩机、进行由该压缩机压缩的制冷剂和水的热交换的水制冷剂热交换器、开闭与水进行热交换后的制冷剂的流路进行制冷剂的减压，在所述压缩机停止运转时关闭流路的制冷剂调整装置、由减压后的制冷剂和空气进行热交换的蒸发器形成的；对所述水制冷剂热交换器供给水的供水管路；和具有供给由所述水制冷剂热交换器加热后的水的供热水管路的供热水回路。
2.如权利要求1所述的热泵供热水机，其特征在于，所述制冷剂调整装置在所述压缩机开始运转时打开制冷机的流路。
3.如权利要求2所述的热泵供热水机，其特征在于，在所述压缩机开始运转时，对应所述压缩机的排出侧压力和吸入侧压力的压力差，改变所述压缩机运转开始和所述制冷剂调整装置的制冷剂流路打开的顺序。
4.如权利要求3所述的热泵供热水机，其特征在于，在所述压缩机的排出侧压力和吸入侧压力的压力差大于等于规定值时，在打开所述制冷剂调整装置的制冷剂流路之后开始所述压缩机的运转。
5.如权利要求3所述的热泵供热水机，其特征在于，在所述压缩机的排出侧压力和吸入侧压力的压力差小于规定值时，在开始所述压缩机的运转之后打开所述制冷剂调整装置的制冷剂流路。
6.如权利要求2所述的热泵供热水机，其特征在于，在所述压缩机开始运转时，在所述压缩机开始运转和所述制冷剂调整装置的制冷剂流路打开之间存在时间差。
7.如权利要求6所述的热泵供热水机，其特征在于，根据开始供给热水时的大气温度、所述压缩机的机体温度以及所述压缩机的排出侧压力和吸入侧压力的压力差中任何一项改变所述压缩机开始运转和所述制冷剂调整装置的制冷剂流路打开之间的时间差。
8.如权利要求1所述的热泵供热水机，其特征在于，在所述热泵回路的所述蒸发器和所述压缩机之间的制冷剂管路内具备阻止从所述压缩机向所述蒸发器流过制冷剂的回流防止阀。
9.如权利要求8所述的热泵供热水机，其特征在于，所述回流防止阀是止回阀。
10.如权利要求8所述的热泵供热水机，其特征在于，所述回流防止阀是电磁两通阀。
11.如权利要求1所述的热泵供热水机，其特征在于，所述供水管路和装置外部的给水管连接，所述供热水管路和装置外部的出热水终端连接。
12.如权利要求11所述的热泵供热水机，其特征在于，在所述供水管路和所述供热水管路之间具备通过水管路连接的贮热水箱和机内循环泵，所述供热水管路和所述贮热水箱通过混合由所述水制冷剂热交换器加热后的热水和所述贮热水箱内的热水的供热水混合阀相连接。
13.如权利要求12所述的热泵供热水机，其特征在于，使所述贮热水箱的容量小于等于100L，至少将所述贮热水箱和所述热泵回路收容在同一箱体内。
14.如权利要求1所述的热泵供热水机，其特征在于，所述制冷剂调整装置是电动膨胀阀。
15.如权利要求1所述的热泵供热水机，其特征在于，所述制冷剂调整装置由电磁两通阀和毛细管组成。
全文摘要
本发明提供一种热泵供热水机，其具备通过制冷剂管路依次连接压缩机、水制冷剂热交换器、制冷剂调整阀、蒸发器形成的热泵制冷剂回路；使从外部供给的水通过水管路，由所述水制冷剂热交换器加热，通过水管路供给该加热后的热水的直接供热水回路；和进行控制，在所述压缩机停止运转时在停止所述压缩机的同时关闭制冷剂调整阀，在压缩机再运转时在打开制冷剂调整阀之后再启动压缩机的压缩机运转控制单元，能够在停止运转时，向压缩机一侧回收蒸发器内的制冷剂，在停止后使用制冷剂调整阀和回流防止阀使蒸发器前后成为关闭状态，防止液体制冷剂向蒸发器内的滞留。
文档编号F24H4/02GK1837705SQ200610002709
公开日2006年9月27日 申请日期2006年1月25日 优先权日2005年3月24日
发明者店网太一, 权守仁彦, 远藤和广, 高木纯一, 福岛功一 申请人:日立家用电器公司