JP2012127559A - ヒートポンプ式温水供給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】加熱能力を下げることなく運転音を所定レベル以下で維持することが可能なヒートポンプ式温水供給装置を得る。
【解決手段】運転制御手段５０から、設定周波数を指示する周波数指令Ｃ２５及び設定開度を指示する開度指令Ｃ２７を圧縮機２５及び電動膨張弁２７に出力することにより第１の制御動作を実行する。第１の制御は以下の特徴(a)〜(c)を有する。すなわち、(a)運転性能を所定の性能レベル以上に維持させる通常モードと、運転音低下を優先する低運転音モードとの切り替えが可能である。(b)通常モード時よりも低運転音モード時の方が圧縮機２５の設定周波数は高くなるように決定する。(c)通常モード時よりも低運転音モード時の方が設定吐出温度が低く（設定開度が大きく）なるように設定する。さらに、(d)低運転音モードは、加熱能力を所定の能力レベル以上に維持させている、という特徴を有する。
【選択図】図２

Description

この発明は、冷媒通路を流れる冷媒によって低温水を加熱する熱交換処理を行うヒートポンプ式温水供給装置に関する。

従来、ヒートポンプ式給湯装置に代表されるヒートポンプ式温水供給装置において、ヒートポンプユニット内の圧縮機を中心とした運転音低減のため、圧縮機の周波数を下げる制御を行うことが一般的であった。

例えば、特許文献１に開示されたヒートポンプ式給湯機は、通常行う沸き上げモードよりも低い能力の低沸き上げモードによる動作が可能であり、低沸き上げモード時は圧縮機の運転周波数を通常沸き上げモード時によりも低下させることにより、ヒートポンプユニットＨＵの運転音の低減を図っていた。

特開２００４−１１６８９１号公報

しかしながら、圧縮機の運転周波数を通常より低下させることは、必然的に通常より加熱能力を低下させることになり、通常よりも長い沸き上げ時間をもたらしてしまうという問題点があった。

この発明は上記問題点を解決するためになされたもので、加熱能力を下げることなく運転音を所定レベル以下で維持することが可能なヒートポンプ式温水供給装置を得ることを目的とする。

この発明に係る請求項１記載のヒートポンプ式温水供給装置は、冷媒通路を流れる冷媒によって低温水を加熱する熱交換処理を行うヒートポンプ式温水供給装置であって、前記ヒートポンプ式温水供給装置は、前記冷媒を吐出する圧縮機（２５）を含むヒートポンプ部（ＨＵ）と、熱交換処理後の温水の温度である出湯温度が目標出湯温度に達するための前記圧縮機の周波数及び吐出温度である設定周波数及び設定吐出温度を決定し、前記設定周波数及び前記設定吐出温度に基づき前記ヒートポンプ部を制御する制御手段（５０）とを備え、前記制御手段は、運転性能がそれぞれの運転条件において所定の性能レベル以上で維持されるように前記設定周波数及び前記設定吐出温度を決定する第１の運転モードと、前記ヒートポンプ部の運転音が所定レベル以下になるように前記設定周波数及び前記設定吐出温度を決定する第２の運転モードとを切り替え可能であり、前記設定周波数は、前記第１の運転モード時よりも前記第２の運転モード時の方が高くなるように決定され、前記設定吐出温度は、前記第１の運転モード時よりも前記第２の運転モード時の方が低くなるように決定されることを特徴としている。

請求項２の発明は、請求項１記載のヒートポンプ式温水供給装置であって、前記制御手段（５０）は、前記第２の運転モード時において、前記熱交換処理における加熱能力が所定の能力レベル以上で維持されるように前記設定周波数及び前記設定吐出温度を決定する。

請求項３の発明は、請求項１あるいは請求項２記載のヒートポンプ式温水供給装置であって、前記制御手段（５０）は、前記目標出湯温度が所定の温度未満の場合、前記第１の運転モードを選択し、前記目標出湯温度が所定の温度以上の場合、前記第２の運転モードを選択する。

請求項４の発明は、請求項１あるいは請求項２記載のヒートポンプ式温水供給装置であって、前記制御手段（５０）は、通常は前記第１の運転モードを選択し、前記熱交換処理前の水の温度である入水温度が運転中に上昇した際に、前記第２の運転モードを選択する。

請求項５の発明は、請求項１あるいは請求項２記載のヒートポンプ式温水供給装置であって、前記制御手段（５０）は、通常は前記第１の運転モードを選択し、運転中に外気温度が上昇した際に、前記第２の運転モードを選択する。

請求項６の発明は、請求項３ないし請求項５のうち、いずれか１項に記載のヒートポンプ式温水供給装置であって、前記制御手段（５０）は、前記第２の運転モード時における前記所定の前記熱交換処理における加熱能力が、前記第１の運転モード時における前記熱交換処理における加熱能力以上で維持されるように制御する。

この発明に係る請求項７記載のヒートポンプ式温水供給装置は、冷媒通路を流れる冷媒によって低温水を加熱する熱交換処理を行うヒートポンプ式温水供給装置であって、前記ヒートポンプ式温水供給装置は、前記冷媒を吐出する圧縮機（２５）を含むヒートポンプ部（ＨＵ）と、熱交換処理後の温水の温度である出湯温度が目標出湯温度に達するための前記圧縮機の周波数及び吐出温度である設定周波数及び設定吐出温度を決定し、前記設定周波数及び前記設定吐出温度に基づき前記ヒートポンプ部を制御する制御手段（５０）とを備え、前記制御手段は、運転中に前記目標出湯温度を上昇させる際、運転音が所定レベル以下になるように前記設定周波数の増加を優先して決定した後、前記設定吐出温度を決定することを特徴としている。

請求項８の発明は、請求項７記載のヒートポンプ式温水供給装置であって、前記制御手段（５０）は、運転中に前記目標出湯温度を上昇させる際、前記熱交換処理における加熱能力が所定の能力レベル以上で維持されるように制御する。

請求項９の発明は、請求項１ないし請求項８のうち、いずれか１項に記載のヒートポンプ式温水供給装置であって、前記圧縮機は１シリンダのロータリー圧縮機である。

請求項１記載の本願発明のヒートポンプ式温水供給装置における制御手段は、互いに切り替え可能な、運転性能がそれぞれの運転条件において所定の性能レベル以上で維持されるように設定周波数及び設定吐出温度を決定する第１の運転モードと、ヒートポンプ部の運転音が所定レベル以下になるように設定周波数及び設定吐出温度を決定する第２の運転モードとを有している。このため、運転性能を重視した第１の運転モードと、運転音の低下を重視した第２の運転モードを必要に応じて適宜選択した運転制御を行えるという効果を奏する。また、第２の運転モードでは設定周波数を第１の運転モードより増加させているため、加熱能力を下げることなくヒートポンプユニット部を制御することが可能となる。

さらに、請求項２記載の本願発明において、第２の運転モードは加熱能力を重視することにより、目標出湯温度を的確に実現することが可能となる効果を奏する。

また、請求項３記載の本願発明は、目標出湯温度に基づき第１及び第２の運転モードを選択することにより、目標出湯温度の変化に適合して第１及び第２の運転モードによる運転制御が行える。

また、請求項４記載の本願発明は、運転中における入水温度の上昇の有無に基づき第１及び第２の運転モードを選択することにより、運転中における入水温度変化に適合して第１及び第２の運転モードによる運転制御が行える。

また、請求項５記載の本願発明は、外気温度の上昇の有無に基づき第１及び第２の運転モードを選択することにより、運転中における入水温度変化に適合して第１及び第２の運転モードによる運転制御が行える。

さらに、請求項６記載の本願発明において、第２の運転モード時の加熱能力を第１の運転モード時の加熱能力以上に維持させることにより、第２の運転モード時においても的確に目標出湯温度に達成させることができる。

請求項７記載の本願発明におけるヒートポンプ式温水供給装置は、運転中に目標出湯温度を上昇させる際、設定周波数の増加を優先して決定した後、設定吐出温度を決定する制御を行うことにより、ヒートポンプユニットの運転音の低下を重視した制御を行える効果を奏する。また、設定周波数の増加を優先して決定しているため、加熱能力を下げることなくヒートポンプユニット部を制御することが可能となる。

さらに、請求項８記載の本願発明において、加熱能力を重視する制御を併せて行うことにより、目標出湯温度を的確に実現することが可能となる効果を奏する。

さらに、請求項９記載の本願発明は、圧縮機を１シリンダのロータリー圧縮機で構成することにより、制御時における運転音低減効果をより高めることができる。

この発明の実施の形態であるヒートポンプ式給湯装置の構成を示す回路構成図である。 実施の形態における運転制御手段の内部構成の詳細を示すブロック図である。 ヒートポンプユニットに対する第１の制御内容を示すグラフである。 ヒートポンプユニットに対する第１の制御内容を示すグラフである。 ヒートポンプユニットに対する第２の制御内容を示すグラフである。 ヒートポンプユニットに対する第２の制御内容を示すグラフである。 ヒートポンプユニットに対する第２の制御内容を示すグラフである。 実施の形態における圧縮機の周波数、目標出湯温度及び運転音との関係を三次元で示すグラフである。 ヒートポンプ運転音試験内容を模試的に示す説明図である。

＜実施の形態＞
（装置構成）
図１はこの発明の実施の形態であるヒートポンプ式給湯装置１の構成を示す回路構成図である。

同図に示すように、実施の形態のヒートポンプ式給湯装置１は、ヒートポンプユニットＨＵと、ヒートポンプユニットＨＵによって加熱された温湯を貯湯するタンクユニットＴＵとを有している。タンクユニットＴＵは、貯湯タンク３と、この貯湯タンク３に連結される循環路１２と、この循環路１２に介設される熱交換路１４とを備え、この熱交換路１４をヒートポンプ加熱源にて加熱して、上記貯湯タンク３から循環路１２に流出した低温水を沸き上げてこの貯湯タンク３に返流する運転が可能である。そして、この貯湯タンク３に貯湯された温湯が図示省略の浴槽等に供給される。

この場合、貯湯タンク３には、その底壁に給水口５が設けられると共に、その上壁に給湯口６が設けられている。そして、給水口５から貯湯タンク３に水道水が供給され、給湯口６から給湯用流路７を介して高温湯が出湯される。また、貯湯タンク３には、その底壁に取水口１０が開設されると共に、側壁（周壁）の上部に湯入口１１が開設され、取水口１０と湯入口１１とが循環路１２にて連結されている。そして、この循環路１２に沸き上げポンプ（水循環用ポンプ）１３と熱交換路１４とが介設されている。なお、給水口５には給水用流路８が接続されている。

貯湯タンク３には、上下方向に所定ピッチで配列された４個の残湯量検出サーミスタ１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄから成る残湯量検出手段１８と、給水温度検出手段（給水サーミスタ）１９とが設けられている。また、上記循環路１２には、熱交換路１４の上流側に入水温度検出手段（入水サーミスタ）２０が設けられると共に、熱交換路１４の下流側に出湯温度検出手段（出湯サーミスタ）２１が設けられている。これら入水温度サーミスタ２０及び出湯サーミスタ２１によって得られる入水温度及び出湯温度を検出入水温度Ｔ２０及び検出出湯温度Ｔ２１として検出することができる。さらに、給湯用流路７には、給湯温度検出手段（給湯サーミスタ）２２と給湯量測定手段（流量センサ）２３とが設けられている。

一方、ヒートポンプユニット（加熱源）ＨＵは冷媒回路を備え、この冷媒回路は、圧縮機３５と、熱交換路１４を構成する水熱交換器２６と、電動膨張弁（減圧機構）２７と、空気熱交換器（蒸発器）２８とを順に接続して構成される。すなわち、圧縮機２５の吐出管２９（冷媒通路）を水熱交換器２６に接続し、水熱交換器２６と電動膨張弁２７とを冷媒通路３０にて接続し、電動膨張弁２７と蒸発器２８とを冷媒通路３１にて接続し、蒸発器２８と圧縮機２５とをアキュームレータ３２が介設された冷媒通路３３にて接続している。これにより、圧縮機２５を駆動すると、水熱交換器２６において熱交換路１４を流れる水が加熱されることになる。また、蒸発器２８にはこの蒸発器２８の能力を調整するファン３４が付設されている。さらに、圧縮機２５の吐出管２９に吐出温度検出手段（吐出サーミスタ）４０が設けられ、この吐出サーミスタ４０によって吐出管２９の吐出温度を検出吐出温度Ｔ４０として検出することができる。

上記のように構成された給湯装置によれば、圧縮機２５を駆動すると共に、沸き上げポンプ１３を駆動（作動）させると、貯湯タンク３の底部に設けた取水口１０から貯溜水（低温水）が流出し、これが循環路１２の熱交換路１４を流通する。そのときこの温湯は水熱交換器２６によって加熱され（沸き上げられ）、湯入口１１から貯湯タンク３の上部に返流される。このような動作を継続して行うことによって、貯湯タンク３に高温の温湯を貯湯することができる。この場合、現状の電力料金制度は夜間の電力料金単価が昼間に比べて安価に設定されているので、この運転は主として、低額である夜間時間帯（例えば、２３時から翌７時までの時間帯）に行うものである。

そして、ヒートポンプ式給湯装置の運転を制御する運転制御手段５０が設けられ、運転制御手段５０には出湯サーミスタ２１により検出された検出出湯温度Ｔ２１、吐出サーミスタ４０により検出された検出吐出温度Ｔ４０がそれぞれ入力される。加えて、運転制御手段５０には入水温度サーミスタ２０より検出された検出入水温度Ｔ２０及び図示しない外気温度を検出する外気温度サーミスタより検出された検出外気温度Ｔ７０が入力される。

さらに、運転制御手段５０は、回転数指令Ｃ１３を沸き上げポンプ１３に出力することにより沸き上げポンプ１３の動作を制御し、開度指令Ｃ２７を電動膨張弁２７出力することにより電動膨張弁２７の動作を制御し、周波数指令Ｃ２５を圧縮機２５に出力することにより圧縮機２５の動作を制御し、回転指令Ｃ３４をファン３４に出力することによりファン３４の動作を制御する。

なお、運転制御手段５０は実際には他の構成部に指令を与え、他の検出手段（例えば、給湯サーミスタ２２等）から検出値が入力されるが、説明の都合上、本発明に関連する運転制御手段５０とタンクユニットＴＵ及びヒートポンプユニットＨＵ間の信号入出力関係のみ示している。

（運転制御手段５０）
図２は実施の形態における運転制御手段５０の内部構成の詳細を示すブロック図である。また、図２では説明の都合上、本実施の形態の運転制御に関連する部分のみ示している。

同図に示すように、ユーザが操作可能に所定箇所に設けられた目標出湯温度指示手段５２はユーザの操作により設定された目標出湯温度ＴＧを運転制御手段５０に付与する。運転制御手段５０は、さらに、出湯温度検出手段である出湯サーミスタ２１より検出出湯温度Ｔ２１を取り込み、吐出温度検出手段である吐出温度サーミスタ４０より検出吐出温度Ｔ４０を取り込む。

運転制御手段５０内の沸き上げポンプ回転数設定部５４、圧縮機周波数設定部５５、電動弁開度設定部５６及びファン回転数設定部５７は、検出出湯温度Ｔ２１及び検出吐出温度Ｔ４０に基づき、目標出湯温度ＴＧを実現すべく、回転数指令Ｃ１３、周波数指令Ｃ２５、開度指令Ｃ２７及び回転指令Ｃ３４を沸き上げポンプ１３、圧縮機２５、電動膨張弁２７及びファン３４に出力する。なお、周波数指令Ｃ２５は圧縮機周波数設定部５５で決定された設定周波数による圧縮機２５の動作を指示し、回転指令Ｃ３４は電動弁開度設定部５６で決定された設定開度による電動膨張弁２７の動作を指示する。なお、設定開度は目標出湯温度ＴＧが実現するための設定吐出温度によって一意に決定する。また、回転指令Ｃ３４はファン回転数設定部５７により決定された回転数によるファン３４の動作を指示し、回転数指令Ｃ１３は沸き上げポンプ回転数設定部５４により決定された回転数による沸き上げポンプ１３の動作を制御する。

なお、本実施の形態では圧縮機２５として１シリンダのロータリー圧縮機を用いている。

（第１の制御）
図３及び図４は本実施の形態の圧縮機２５の設定周波数及び設定吐出温度（電動膨張弁２７の設定開度）の決定し、決定した設定周波数及び設定吐出温度に基づくヒートポンプユニットＨＵに対する第１の制御内容を示すグラフである。上記した設定周波数及び設定吐出温度（により一意に決定される設定開度）は、前述したように運転制御手段５０内の圧縮機周波数設定部５５及び電動弁開度設定部５６によって決定される。設定周波数及び設定開度を指示する周波数指令Ｃ２５及び開度指令Ｃ２７を圧縮機２５及び電動膨張弁２７に出力することにより第１の制御が実行される。

図３において、横軸は圧縮機２５の運転周波数（Ｈｚ）、縦軸は圧縮機２５を中心としたヒートポンプユニットＨＵの運転音（ｄｂ）（以下、単に「運転音」と略記する場合あり）を示している。なお、目標出湯温度ＴＧは９０℃であったとする。なお、図３あるいは図４に示す吐出温度は「Ｔｄ１＜Ｔｄ２＜Ｔｄ３」を満足し、周波数は「ＦＳＲ１＜ＦＳＲ２＜ＦＳＲ３」を満足し、運転音は「ＳＤ１＜ＳＤ２＜ＳＤ３」を満足する。

図３において、通常モード（第１の運転モード）時において、圧縮機２５の設定周波数をＦＳＲ２（Ｈｚ）とし、設定吐出温度がＴｄ２（℃）になるように電動膨張弁２７の設定開度を設定した動作ポイントＯＰ１でヒートポンプユニットＨＵを動作させていた場合を示している。なお、図３において、吐出温度Ｔｄ１変化線ＬＴｄ１、吐出温度Ｔｄ２変化線ＬＴｄ２及び吐出温度Ｔｄ３変化線ＬＴｄ３は、吐出温度をＴｄ１（℃）Ｔｄ２（℃）及びＴｄ３（℃）になるようにヒートポンプユニットＨＵの電動膨張弁２７の開度を設定した場合の周波数及び運転音との関係を示している。

従来は、通常モード時に動作ポイントＯＰ１で動作しているヒートポンプユニットＨＵの運転音を運転音ＳＤ３から低下させる場合、低沸き上げモードに設定して、設定吐出温度をＴｄ２（℃）で維持させながら圧縮機２５の設定周波数をＦＳＲ２（Ｈｚ）からＦＳＲ１（Ｈｚ）に低下させ、動作ポイントＯＰ１から動作ポイントＯＰ２に移行させていた。

その結果、動作ポイントＯＰ２で動作する低沸き上げモード時は、吐出温度Ｔｄ２変化線ＬＴｄ２は維持しているため、運転音ＳＤ３から運転音ＳＤ２に低下させながら、動作ポイントＯＰ１と同様の目標出湯温度に到達させていた。

一方、本実施の形態では、通常モードから低運転音モード（第２の運転モード）に切り替え可能とし、低運転音モードにおいて、動作ポイントＯＰ１で動作しているヒートポンプユニットＨＵの運転音を運転音ＳＤ３から低下させる場合、ＦＳＲ３（Ｈｚ）に増加させた設定周波数を決定し、動作ポイントＯＰ１と同様の目標出湯温度に到達可能な範囲のＴｄ１（℃）に逆に低下させた設定吐出温度を決定する。その結果、動作ポイントＯＰ１から動作ポイントＯＰ３に移行させることにより、運転音ＳＤ３より低い運転音ＳＤ１を得るように制御する。

すなわち、本実施の形態では、通常モードから低運転音モードに切り替える際、まず、圧縮機２５の設定周波数の増加を優先的に決定した後、目標出湯温度に到達可能な範囲で設定吐出温度を下げるように決定し、そして、決定した設定周波数及び設定吐出温度に基づき、運転音を低下させるように、ヒートポンプユニットＨＵを制御することを特徴としている。

図４において、横軸は圧縮機２５の運転周波数（Ｈｚ）、縦軸は吐出温度（℃）であり、加熱能力４．０ｋｗ線Ｌ４０及び加熱能力４．５ｋｗ線Ｌ４５は、周波数及び吐出温度の関係で加熱能力が４．０ｋｗ及び４．５ｋｗとなる線を示している。

図４に示すように、従来の低沸き上げモードでは、動作ポイントＯＰ２は動作ポイントＯＰ１に比べ加熱能力が４．５ｋｗから４．０ｋｗに低下させている。したがって、通常モード時よりも長い沸き上げに時間をもたらしてしまうという問題点を有している。

一方、本実施の形態の低運転音モードでは、動作ポイントＯＰ３は動作ポイントＯＰ１と同様に、加熱能力を４．５ｋｗで維持させている。但し、設定周波数を通常モードから増加させる分、運転性能は劣化する。

このように、本実施の形態は運転制御手段５０によって以下の特徴(a)〜(c)を有する第１の制御動作を実行している。

(a)運転性能を所定の性能レベル以上に維持させる通常モード（第１の運転モード）と、運転音低下を優先する低運転音モード（第２の運転モード）との切り替えが可能である、
(b)通常モード時（例えば、図３，図４の動作ポイントＯＰ１で動作させる時）よりも低運転音モード時（例えば、図３，図４の動作ポイントＯＰ３で動作させる時）の方が圧縮機２５の設定周波数は高くなるように決定する、
(c)通常モード時よりも低運転音モード時の方が設定吐出温度が低くなるように設定する。

なお、(a)における通常モードと低運転音モードとの切り替えは、例えば、図示しない目標出湯温度指示手段５２相当の外部指示手段からの指示に従う、あるいは後述する第１〜第３の選択方法に基づき行うことができる。さらに、第１の制御は、以下の特徴(d) を有している。

(d)低運転音モードは、加熱能力を所定の能力レベル以上に維持させている。

なお、所定の性能レベルとは、ＣＯＰ（Coefficient of Performance）等で示される維持すべきヒートポンプユニットＨＵの運転性能レベルを意味する。

例えば、周波数を出湯温度によらず、常に周波数をＦＳＲ１（Ｈｚ）で固定する通常動作モードの場合、所定の運転性能レベルとは、目標出湯温度６５℃で４．２、目標出湯温度７５℃で３．６、目標出湯温度９０℃で３．４となる。

一方、例えば、目標出湯温度６５℃の場合に通常動作モード、目標出湯温度７５℃及び９０℃の場合に低運転音モードを採用した場合、運転性能レベルは、目標出湯温度６５℃で４．２、目標出湯温度７５℃で３．４、目標出湯温度９０℃で３．０となる。

また、所定の能力レベルとは維持すべきヒートポンプユニットＨＵの加熱能力レベルを意味する。図４で示した例では加熱能力が４．５ｋｗを所定の能力レベルとしている。

なお、低運転音モードにおいて、圧縮機２５の周波数を通常モードから上昇させても、ヒートポンプユニットＨＵの運転音の低減化が図られている理由として以下の(1)〜(4)が考えられる。

(1)吐出温度を通常モードより低下させることにより、圧縮機２５の入出力間にかかる圧力の高低差が低下するため、圧縮機２５のトルク変動が低下し、結果として圧縮機２５の加振力が低下する分、圧縮機２５の振動に起因する音が低下する。

(2)吐出温度を通常モードより低下させる分、電動膨張弁２７の開度が上がり、その結果、冷媒通路の通過音が低下する。

(3)圧縮機２５の周波数の上昇により動作音は上昇する。

(4)上記(1)の振動音及び上記(2)の通過音の低下度合が、上記(3)の動作音の上昇度合を上回る結果、ヒートポンプユニットＨＵの運転音として低減化を図ることができる。

なお、上記(1)〜(4)で述べた効果は、圧縮機２５が１シリンダのロータリー圧縮機で構成される場合に特に顕著であることが確認されている。

また、圧縮機２５の周波数を増加させる際、動作音が急激に高くなることを回避すべく、共振点の周波数を採らないように周波数を設定することが望ましい。

本実施の形態のヒートポンプ式給湯装置１における第１の制御は、通常モード及び低運転音モード（第１及び第２の運転モード）を有しているため、運転性能を重視した第１の運転モードと、運転音の低下を重視した第２の運転モードを必要に応じて適宜選択した運転制御を行えるという効果を奏する。また、低運転音モードでは設定周波数を通常モードより増加させているため、加熱能力を下げることなくヒートポンプユニットＨＵを制御することが可能となる。

さらに、本実施の形態の第１の制御では、低運転音モードは加熱能力をも重視することにより、目標出湯温度を的確に実現することが可能となる効果を奏する。

加えて、圧縮機２５を１シリンダのロータリー圧縮機で構成することにより、周波数を高くすることによる運転音上昇度合は、吐出温度を低くすることによる運転音低減度合より十分低いという特質がより顕著になるため、低運転音モード時における運転音低減効果を高めることができる。

（通常動作モード及び低運転音モードの選択方法）
（第１の選択方法：目標出湯温度ＴＧに基づく選択）
運転制御手段５０は、目標出湯温度ＴＧが所定の目標温度未満の場合に通常動作モードを選択し、所定の目標温度以上の場合に低運転音モードを選択する。この際、低運転音モード時における熱交換処理における加熱能力が、通常動作モード時における熱交換処理における加熱能力以上で維持されるように制御する。

このように、第１の選択方法は、目標出湯温度ＴＧ温度に基づき通常動作モード及び低運転音モードを選択することにより、目標出湯温度ＴＧの変化に適合した運転制御が行える。

さらに、第１の選択方法では、低運転音モード時の加熱能力を通常動作モード時の加熱能力以上に維持させることにより、低運転音モード時においても適切に目標出湯温度に達成させることができる。

（第２の選択方法：入水温度に基づく選択）
運転制御手段５０は、入水温度サーミスタ２０で検出される検出入水温度Ｔ２０を入力している。そこで、運転制御手段５０は通常は通常動作モードを選択し、運転中において検出入水温度Ｔ２０が所定レベル以上上昇した場合に低運転音モードに切り替える選択を行う。この際、低運転音モード時における熱交換処理における加熱能力が、通常動作モード時における熱交換処理における加熱能力以上で維持されるように制御する。運転中に入水温度が所定ベル以上上昇する状態は、通常動作モードではヒートポンプユニットＨＵの運転音を所定レベル以下に維持させることが困難になる状態が想定される。

このように、第２の選択方法は、運転中における検出入水温度Ｔ２０の上昇の有無に基づき通常動作モード及び低運転音モードを選択することにより、運転中における入水温度変化に適合した運転制御が行える。

また、第２の選択方法においても、低運転音モード時の加熱能力を通常動作モード時の加熱能力以上に維持させることにより、低運転音モード時においても適切に目標出湯温度に達成させることができる。

なお、第２の選択方法のバリエーションとして、通常時に低運転音モードを選択し、運転中において検出入水温度Ｔ２０が所定レベルを超えて下降した場合に通常動作モードに切り替える選択を行う対応も考えられる。

（第３の選択方法：外気温度に基づく選択）
運転制御手段５０は、図１では図示しない外気温度サーミスタで検出される検出外気温度Ｔ７０を入力している。そして、運転制御手段５０は通常は通常動作モードを選択し、運転中において検出外気温度Ｔ７０が所定レベル以上上昇した場合に低運転音モードに切り替える選択を行う。この際、低運転音モード時における熱交換処理における加熱能力が、通常動作モード時における熱交換処理における加熱能力以上で維持されるように制御する。運転中に外気温度が所定ベル上昇する状態は、通常動作モードではヒートポンプユニットＨＵの運転音を所定レベル以下に維持させることが困難になる状態が想定される。

このように、第３の選択方法は、運転中における検出外気温度Ｔ７０の上昇の有無に基づき通常動作モード及び低運転音モードを選択することにより、運転中における外気温度変化に適合した運転制御が行える。

また、第３の選択方法においても、低運転音モード時の加熱能力を通常動作モード時の加熱能力以上に維持させることにより、低運転音モード時においても適切に目標出湯温度に達成させることができる。

なお、第３の選択方法のバリエーションとして、通常時に低運転音モードを選択し、運転中において検出外気温度Ｔ７０が所定レベルを超えて下降した場合に通常動作モードに切り替える選択を行う対応も考えられる。

（第２の制御）
図５〜図７は本実施の形態の圧縮機２５の設定周波数及び設定吐出温度（電動膨張弁２７の設定開度）を決定し、決定した設定周波数及び設定吐出温度に基づくヒートポンプユニットＨＵに対する第２の制御内容を示すグラフである。上記した設定周波数及び設定吐出温度（により一意に決定される設定開度）は、前述したように運転制御手段５０内の圧縮機周波数設定部５５及び電動弁開度設定部５６によって決定され、設定周波数及び設定開度を指示する周波数指令Ｃ２５及び開度指令Ｃ２７を圧縮機２５及び電動膨張弁２７に出力することにより第２の制御が実行される。

図５〜図７において、横軸は圧縮機２５の運転周波数（Ｈｚ）、縦軸左側は吐出温度（℃）、縦軸右側はヒートポンプユニットＨＵの運転音（ｄｂ）、及びヒートポンプユニットＨＵの性能（ＣＯＰ）を示している。図５、図６及び図７は加熱能力を一定（例えば、４．５ｋｗ）にして、６５℃、７５℃及び９０℃沸き上げを行う場合を示している。なお、図５〜図７のいずれかに示す吐出温度は「Ｔｄ１１＜Ｔｄ１２＜Ｔｄ１３」、「Ｔｄ１４＜Ｔｄ１５＜Ｔｄ１６」及び「Ｔｄ１７＜Ｔｄ１８＜Ｔｄ１９」を満足し、周波数は「ＦＳＲ１１＜ＦＳＲ１２＜ＦＳＲ１３」を満足し、運転音は「ＳＤ１１＜ＳＤ１２＜ＳＤ１３＜ＳＤ１４＜ＳＤ１５」を満足する。

また、図５〜図７において、吐出温度変化Ｔ１〜Ｔ３は加熱能力を一定にした場合の圧縮機２５の周波数と吐出温度との関係を示しており、運転音変化Ｓ１〜Ｓ３は吐出温度変化Ｔ１〜Ｔ３でヒートポンプユニットＨＵを運転させた場合の運転音変化を示しており、性能変化Ｃ１〜Ｃ３は加熱能力を一定にして吐出温度変化Ｔ１〜Ｔ３でヒートポンプユニットＨＵを運転させた場合の性能（ＣＯＰ）変化を示している。

第２の制御では常にヒートポンプユニットＨＵの運転音が所定レベル以下になるように圧縮機２５の設定周波数及び設定吐出温度を決定している。図５〜図７で示す点線で囲まれた例では、所定レベルをＳＤ１３（ｄｂ）に設定している。

図５に示すように、目標出湯温度ＴＧが６５℃の場合、圧縮機２５をＦＳＲ１１（Ｈｚ）〜ＦＳＲ１３（Ｈｚ）で動作させた時、加熱能力を一定とするための吐出温度との関係は吐出温度変化Ｔ１で示すようになる。この場合、設定周波数を最も低いＦＳＲ１１（Ｈｚ）に設定しても、運転音変化Ｓ１に示すように運転音をＳＤ１３（ｄｂ）に抑えることができるため、設定周波数ＦＳＲ１１（Ｈｚ）を優先して決定する。その後、ＦＳＲ１１（Ｈｚ）の設定周波数に合致する設定吐出温度としてＴｄ１３（℃）を決定する。この際、性能変化Ｃ１による性能は４．２と比較的高い値を得ることができる。

次に、目標出湯温度ＴＧを図５で示す６５℃から７５℃に上昇させる場合の第２の制御について図６を用いて説明する。

図６に示すように、目標出湯温度ＴＧが７５℃の場合、圧縮機２５をＦＳＲ１１（Ｈｚ）〜ＦＳＲ１３（Ｈｚ）で動作させた時、加熱能力を一定とするための吐出温度との関係は吐出温度変化Ｔ２に示すようになる。この場合、設定周波数をＦＳＲ１１（Ｈｚ）からＦＳＲ１２（Ｈｚ）に増加させることにより、運転音変化Ｓ２に示すように運転音をＳＤ１３（ｄｂ）に抑えることができるため、まず設定周波数ＦＳＲ１２（Ｈｚ）を優先的して決定する。そして、設定周波数ＦＳＲ１２（Ｈｚ）に合致する設定吐出温度としてＴｄ１５（℃）を決定する。この際、性能変化Ｃ２による性能は３．６と、設定周波数ＦＳＲ１１（Ｈｚ）、吐出温度Ｔｄ１６（℃）での７５℃沸き上げ運転よりも低下する。

そして、目標出湯温度ＴＧを図６で示す７５℃から９０（℃）に上昇させる場合の第２の制御について図７を用いて説明する。

図７に示すように、目標出湯温度ＴＧが９０（℃）の場合、圧縮機２５をＦＳＲ１１（Ｈｚ）〜ＦＳＲ１３（Ｈｚ）で動作させた時、加熱能力を一定とするための吐出温度との関係は吐出温度変化Ｔ３に示すようになる。この場合、設定周波数をＦＳＲ１２（Ｈｚ）からＦＳＲ１３（Ｈｚ）に増加させることにより、運転音変化Ｓ３に示すように運転音をＳＤ１３（ｄｂ）に抑えることができるため、設定周波数ＦＳＲ１３（Ｈｚ）を優先して決定する。そして、設定周波数ＦＳＲ１３（Ｈｚ）に合致する設定吐出温度としてＴｄ１７（℃）を決定する。この際、性能変化Ｃ３による性能は３．０と、設定周波数ＦＳＲ１１（Ｈｚ）、吐出温度Ｔｄ１９（℃）での９０（℃）沸き上げ運転よりも低下する。

図８は圧縮機２５の周波数、目標出湯温度及び運転音との関係を三次元で示すグラフである。同図に示すように、対応する目標出湯温度が実現可能な同一加熱能力領域ＨＣ内において、ＳＤ１３（ｄｂ）以下の運転音を実現するためには、運転音遵守線ＬＴｄ３以下の同一加熱能力領域ＨＣ（斜線部）で圧縮機２５の設定周波数を決定する必要がある。したがって、最大許容運転音のＳＤ１３（ｄｂ）で目標出湯温度ＴＧである６５℃、７５℃、及び９０（℃）を実現させる場合、設定周波数はＦＳＲ１１（Ｈｚ）、ＦＳＲ１２（Ｈｚ）及びＦＳＲ１３（Ｈｚ）に設定する必要があることが図８からも認識できる。

上述した本実施の形態のヒートポンプ式給湯装置１による第２の制御は以下の特徴(e)を有している。

(e)目標出湯温度を上昇させる際、運転音が所定レベル（図５〜図８の例ではＳＤ１３（ｄｂ））以下になるように圧縮機２５の設定周波数の増加を優先して決定した後、決定した設定周波数に合致する設定吐出温度を決定する。

さらに、第２の制御方法は、以下の特徴(f)を有している。

(f)目標出湯温度を上昇させる際、加熱能力を所定の能力レベル（図５〜図８の例では４．５ｋｗ）で維持させている。

このように、本実施の形態の第２の制御は上記特徴(e)を有することにより、ヒートポンプユニットＨＵの運転音の低下を重視してヒートポンプユニットＨＵを制御することができる効果を奏する。また、特徴(e)では設定周波数の増加を優先して決定しているため、加熱能力を下げることなくヒートポンプユニットＨＵを制御することが可能となる。

さらに、第２の制御は、上記特徴(f)を有することにより加熱能力も重視して、目標出湯温度を的確に実現することが可能となる効果を奏する。

加えて、圧縮機２５を１シリンダのロータリー圧縮機で構成することにより、周波数を高くすることによる運転音上昇度合は、吐出温度を低くすることによる運転音低減度合より十分低いという特質がより顕著になるため、制御時における運転音低減効果を高めることができる。

＜その他＞
図９はヒートポンプ運転音試験内容の一例を模試的に示す説明図である。図３〜図８で示したヒートポンプユニットＨＵの運転音については、図９に示すように、運転音測定室６０内にヒートポンプユニットＨＵから１ｍ離れた所にマイクロフォン９を設置することにより運転音を測定するヒートポンプ運転音試験を実施することにより得られている。以下、この点について詳述する。

このヒートポンプ運転音試験の例では、ヒートポンプユニットＨＵを以下に規定する運転音測定室６０の中に設置し、中間期加熱能力試験と同じ運転状態になるようにリモコンなどで設定し、定格電圧・定格周波数のもとに中間期標準加熱条件（外気１６℃/１２℃）で運転し、次の方法によって運転音を測定する。なお、試験条件の許容差は、空気温度の許容差は±３℃、水温の許容差は±６℃とする。ここで、運転音測定室６０は、次に規定する程度の無響室とする。

(1)暗騒音と測定値との差が、８ｄＢ以上であり、(2)壁からマイクロフォンまでの距離は、壁からの反射音の影響を無視できる程度のものとする。

「運転音測定器」は、JIS C 1502-1 及びJIS C 1502-2 に規定するもの又はこれと同等以上のものとする。

「運転音の測定」は、図９に示すように、ヒートポンプユニットＨＵ表面から１ｍ離れた距離で、運転音の最も大きい位置にマイクロフォン９を設置し、ヒートポンプユニットＨＵの運転音をＡ特性で測定する。

また、圧縮機２５の設定周波数を決定する際、設定周波数と正の相関をもってファン３４の設定回転数を決定するような制御を上述した第１及び第２の制御に加えても良い。

１ ヒートポンプ式給湯装置
２０ 入水温度サーミスタ
２１ 出湯温度サーミスタ
２５ 圧縮機
２７ 電動膨張弁
３４ ファン
４０ 吐出温度サーミスタ
５０ 運転制御手段
５２ 目標出湯温度指示手段
５４ 沸き上げポンプ回転数設定部
５５ 圧縮機周波数設定部
５６ 電動弁開度設定部
５７ ファン回転数設定部
ＨＵ ヒートポンプユニット
ＴＵ タンクユニット

Claims (9)

1. 冷媒通路を流れる冷媒によって低温水を加熱する熱交換処理を行うヒートポンプ式温水供給装置であって、
   前記ヒートポンプ式温水供給装置は、
   前記冷媒を吐出する圧縮機（２５）を含むヒートポンプ部（ＨＵ）と、
   熱交換処理後の温水の温度である出湯温度が目標出湯温度に達するための前記圧縮機の周波数及び吐出温度である設定周波数及び設定吐出温度を決定し、前記設定周波数及び前記設定吐出温度に基づき前記ヒートポンプ部を制御する制御手段（５０）とを備え、
   前記制御手段は、
   運転性能がそれぞれの運転条件において所定の性能レベル以上で維持されるように前記設定周波数及び前記設定吐出温度を決定する第１の運転モードと、
   前記ヒートポンプ部の運転音が所定レベル以下になるように前記設定周波数及び前記設定吐出温度を決定する第２の運転モードとを切り替え可能であり、
   前記設定周波数は、前記第１の運転モード時よりも前記第２の運転モード時の方が高くなるように決定され、
   前記設定吐出温度は、前記第１の運転モード時よりも前記第２の運転モード時の方が低くなるように決定されることを特徴とする
   ヒートポンプ式温水供給装置。
2. 請求項１記載のヒートポンプ式温水供給装置であって、
   前記制御手段（５０）は、
   前記第２の運転モード時において、前記熱交換処理における加熱能力が所定の能力レベル以上で維持されるように前記設定周波数及び前記設定吐出温度を決定する、
   ヒートポンプ式温水供給装置。
3. 請求項１あるいは請求項２記載のヒートポンプ式温水供給装置であって、
   前記制御手段（５０）は、
   前記目標出湯温度が所定の温度未満の場合、前記第１の運転モードを選択し、
   前記目標出湯温度が所定の温度以上の場合、前記第２の運転モードを選択する、
   ヒートポンプ式温水供給装置。
4. 請求項１あるいは請求項２記載のヒートポンプ式温水供給装置であって、
   前記制御手段（５０）は、
   通常は前記第１の運転モードを選択し、前記熱交換処理前の水の温度である入水温度が運転中に上昇した際に、前記第２の運転モードを選択する、
   ヒートポンプ式温水供給装置。
5. 請求項１あるいは請求項２記載のヒートポンプ式温水供給装置であって、
   前記制御手段（５０）は、
   通常は前記第１の運転モードを選択し、運転中に外気温度が上昇した際に、前記第２の運転モードを選択する、
   ヒートポンプ式温水供給装置。
6. 請求項３ないし請求項５のうち、いずれか１項に記載のヒートポンプ式温水供給装置であって、
   前記制御手段（５０）は、
   前記第２の運転モード時における前記所定の前記熱交換処理における加熱能力が、前記第１の運転モード時における前記熱交換処理における加熱能力以上で維持されるように制御する、
   ヒートポンプ式温水供給装置。
7. 冷媒通路を流れる冷媒によって低温水を加熱する熱交換処理を行うヒートポンプ式温水供給装置であって、
   前記ヒートポンプ式温水供給装置は、
   前記冷媒を吐出する圧縮機（２５）を含むヒートポンプ部（ＨＵ）と、
   熱交換処理後の温水の温度である出湯温度が目標出湯温度に達するための前記圧縮機の周波数及び吐出温度である設定周波数及び設定吐出温度を決定し、前記設定周波数及び前記設定吐出温度に基づき前記ヒートポンプ部を制御する制御手段（５０）とを備え、
   前記制御手段は、
   運転中に前記目標出湯温度を上昇させる際、運転音が所定レベル以下になるように前記設定周波数の増加を優先して決定した後、前記設定吐出温度を決定することを特徴とする、
   ヒートポンプ式温水供給装置。
8. 請求項７記載のヒートポンプ式温水供給装置であって、
   前記制御手段（５０）は、
   運転中に前記目標出湯温度を上昇させる際、前記熱交換処理における加熱能力が所定の能力レベル以上で維持されるように制御する
   ヒートポンプ式温水供給装置。
9. 請求項１ないし請求項８のうち、いずれか１項に記載のヒートポンプ式温水供給装置であって、
   前記圧縮機は１シリンダのロータリー圧縮機である、
   ヒートポンプ式温水供給装置。

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