JP2016008805A - ヒートポンプ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高温異常により加熱装置が停止に至ることを抑制でき、正常に運転できる期間を延命することのできるヒートポンプ装置を提供する。
【解決手段】ヒートポンプ装置（ヒートポンプ式給湯装置１）は、ヒートポンプサイクルにより液体を加熱する加熱装置（ヒートポンプユニット２）と、液体を流すポンプ（加熱循環ポンプ１４）と、加熱装置で加熱された液体の温度を検知する加熱温度検知手段（出湯温度センサ１７）と、ポンプの動作速度を検知する速度検知手段と、目標加熱温度と加熱温度検知手段で検知される実加熱温度との偏差に基づいてポンプの動作速度を調整する手段と、ポンプの動作速度の時間当たりの上昇幅が第一閾値より大きいことが検知された場合に、当該検知前に比べて加熱装置の加熱能力を低下させるように制御する手段と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、液体を加熱するヒートポンプ装置に関する。

貯湯式給湯機の給湯用水を加熱したり、暖房用の循環液を加熱したりするヒートポンプ装置が広く用いられている。下記特許文献１には、ヒートポンプ装置の水冷媒熱交換器に水を循環させる給水ポンプの回転数（Ｎｍｔ）が上限値（ＮＨ）を上回る場合に、給水ポンプと関連する異常と判断し、給湯装置の試運転を停止する技術が開示されている。

下記特許文献２には、ヒートポンプ装置の給湯用熱交換器に水を循環させる循環ポンプから入力した実回転数が理想回転数より毎分１０００回転を超えて高いと判断した場合には、循環回路の圧力損失が初期より増加しているとし、循環回路の配管洗浄が必要である旨をユーザーに報知する技術が開示されている。

下記特許文献３に開示されたヒートポンプ給湯機は、ヒートポンプユニットの放熱器に水を循環させるポンプが最大回転数で運転し、かつ、出湯温度が最高出湯温度を所定量超えた場合に、異常を検知し、システムを停止する。その後、システムを再起動する際、加熱能力を所定量減じて運転を再開する。再起動後に異常検知した場合には、さらに加熱能力低下を繰り返す。

特開２０１４−０１６０４２号公報 特開２００５−０５５１２４号公報 特開２００９−１４５００７号公報

特許文献１の技術では、給水ポンプの回転数が急上昇したような場合には、給水ポンプの回転数が一気に上限値を超え、給湯装置の運転が停止される可能性が高い。このため、循環回路にスケールが堆積することで給水ポンプの回転数が上昇しやすい状態になっていると、給湯装置の運転が頻繁に停止され、運転効率が低下する。

特許文献２の技術では、循環回路の配管洗浄が必要である旨をユーザーに報知するだけであるので、実際に配管洗浄がなされるまでは、高温異常による装置の停止を回避できない。

特許文献３の技術では、高温異常が検知された場合、システムの停止と、加熱能力を減じてのシステムの再起動とを繰り返すことになるので、運転効率が低下する。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、高温異常により加熱装置が停止に至ることを抑制でき、正常に運転できる期間を延命することのできるヒートポンプ装置を提供することを目的とする。

本発明に係るヒートポンプ装置は、ヒートポンプサイクルにより液体を加熱する加熱装置と、液体を流すポンプと、加熱装置で加熱された液体の温度を検知する加熱温度検知手段と、ポンプの動作速度を検知する速度検知手段と、目標加熱温度と加熱温度検知手段で検知される実加熱温度との偏差に基づいてポンプの動作速度を調整する手段と、ポンプの動作速度の時間当たりの上昇幅が第一閾値より大きいことが検知された場合に、当該検知前に比べて加熱装置の加熱能力を低下させるように制御する手段と、を備えたものである。

本発明のヒートポンプ装置によれば、高温異常により加熱装置が停止に至ることを抑制でき、正常に運転できる期間を延命することが可能となる。

本発明のヒートポンプ装置を適用した実施の形態１のヒートポンプ式給湯装置（バイパス運転状態）を示す構成図である。 図１に示すヒートポンプ式給湯装置の蓄熱運転状態を示す構成図である。 図１に示すヒートポンプ式給湯装置の浴槽湯張り動作状態を示す構成図である。 図１に示すヒートポンプ式給湯装置の貯湯タンクを用いた追焚き運転状態を示す構成図である。 図１に示すヒートポンプ式給湯装置のヒートポンプユニットを用いた追焚き運転状態を示す構成図である。 図１に示すヒートポンプ式給湯装置のヒートポンプユニット制御部及びタンクユニット制御部が実行する制御動作を示すフローチャートである。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において共通する要素には、同一の符号を付して、重複する説明を省略する。

実施の形態１．
図１は、本発明のヒートポンプ装置を適用した実施の形態１のヒートポンプ式給湯装置を示す構成図である。図１に示すように、本実施の形態１のヒートポンプ式給湯装置１は、ヒートポンプユニット２と、タンクユニット３０とを備える。ヒートポンプユニット２は、ヒートポンプサイクルにより液体（本実施の形態１では水）を加熱する加熱装置を構成する。

ヒートポンプユニット２は、圧縮機３、高圧側冷媒配管４、水冷媒熱交換器５、膨張弁６、低圧側冷媒配管７、及び空気熱交換器８を有する。高圧側冷媒配管４は、圧縮機３の吐出側と、膨張弁６の入口との間を接続する。水冷媒熱交換器５は、冷媒が通る一次側流路と、液体（本実施の形態１では水）が通る二次側流路とを有する。高圧側冷媒配管４の途中に、水冷媒熱交換器５の一次側流路が接続される。圧縮機３で圧縮されることで高温高圧になった冷媒が高圧側冷媒配管４を通って水冷媒熱交換器５に流入する。この高温高圧冷媒と水とが水冷媒熱交換器５にて熱を交換することで、水が加熱される。膨張弁６は、水冷媒熱交換器５を通過した高圧冷媒を減圧する減圧器として機能する。低圧側冷媒配管７は、膨張弁６の出口と、圧縮機３の吸入側との間を接続する。低圧側冷媒配管７の途中に空気熱交換器８が接続される。膨張弁６で減圧されることで低圧になった冷媒は、空気熱交換器８に流入する。空気熱交換器８は、大気の熱を吸収することで冷媒を蒸発させる蒸発器として機能する。ヒートポンプユニット２は、空気熱交換器８に送風する送風機４０をさらに備える。

タンクユニット３０は、貯湯タンク９、給水流路１０、減圧弁１１、加熱循環ポンプ１４、三方弁１５、三方弁１８、風呂側混合弁２０、給湯側混合弁２１、風呂熱交換器２４、風呂循環ポンプ２５、タンク循環ポンプ２７、三方弁２８、及びこれらを接続する配管等を備える。貯湯タンク９内には、上側が高温で下側が低温になる温度成層を形成して湯水を貯留できる。給水流路１０には、外部の水道等の水源から水が供給される。給水流路１０の途中に設けられた減圧弁１１は、水源の給水圧力を所定の圧力に減圧する。給水流路１０は、減圧弁１１の下流側で複数に分岐し、貯湯タンク９の下部と、風呂側混合弁２０と、給湯側混合弁２１とにそれぞれ接続される。ヒートポンプ式給湯装置１の使用時は、給水流路１０からの水が貯湯タンク９に流入することで、貯湯タンク９内が満水状態に維持される。

三方弁１５は、湯水が流出入するａポートと、湯水が流入するｂポートと、湯水が流出するｃポートとを有する流路切替手段である。三方弁１５のａポートは、下部流路３１を介して貯湯タンク９の下部に接続される。三方弁１５のｃポートと、水冷媒熱交換器５の二次側流路の入口との間は、入水流路１２を介して接続される。入水流路１２の途中に加熱循環ポンプ１４が配置される。加熱循環ポンプ１４が水を流すことで水冷媒熱交換器５の二次側流路に水が流れる。入水流路１２には、水冷媒熱交換器５に流入する水の温度を検知する入水温度センサ１３が設置される。本実施の形態１では、入水温度センサ１３をヒートポンプユニット２側に配置しているが、入水温度センサ１３をタンクユニット３０側に配置しても良い。

三方弁１８は、湯水が流入するａポートと、湯水が流出するｂポート及びｃポートとを有する流路切替手段である。水冷媒熱交換器５の二次側流路の出口と、三方弁１８のａポートとの間は、出湯流路１６を介して接続される。出湯流路１６には、水冷媒熱交換器５から流出する湯の温度を検知する出湯温度センサ１７が設置される。本実施の形態１では、出湯温度センサ１７をヒートポンプユニット２側に配置しているが、出湯温度センサ１７をタンクユニット３０側に配置しても良い。本実施の形態１では、出湯温度センサ１７が、ヒートポンプユニット２で加熱された水（湯）の温度を検知する加熱温度検知手段に相当する。

三方弁１８のｂポートは、バイパス流路３２を介して貯湯タンク９の下部に接続される。バイパス流路３２と貯湯タンク９との接続位置は、下部流路３１と貯湯タンク９との接続位置より高い位置である。三方弁１８のｃポートは、上部流路３３を介して貯湯タンク９の上部に接続される。貯湯タンク９の上部には給湯流路１９の一端側がさらに接続されている。図示の構成では、上部流路３３と給湯流路１９とが一つになって貯湯タンク９の上部に接続されているが、上部流路３３と給湯流路１９とが別々に貯湯タンク９の上部に接続されても良い。給湯流路１９の他端側は、二つに分岐し、風呂側混合弁２０と、給湯側混合弁２１とにそれぞれ接続される。

風呂側混合弁２０は、給湯流路１９から供給される高温水（湯）と、給水流路１０から供給される低温水とを混合し、風呂給湯流路２３へ流入させる。風呂側混合弁２０による混合比を調整することで、風呂給湯流路２３への給湯温度を調整できる。風呂給湯流路２３は、風呂往き流路３６の途中に接続される。風呂給湯流路２３の途中には、風呂給湯流路２３を開閉する電磁弁２２が設置される。給湯側混合弁２１は、給湯流路１９から供給される高温水（湯）と、給水流路１０から供給される低温水とを混合し、混合給湯流路３４へ流入させる。給湯側混合弁２１による混合比を調整することで、混合給湯流路３４への給湯温度を調整できる。混合給湯流路３４を流れた湯は、さらに外部配管（図示省略）を流れて、シャワー、蛇口などの給湯端末（図示省略）へ供給される。

風呂熱交換器２４の二次側流路の入口は、風呂戻り流路３５を介して浴槽９０に接続される。風呂熱交換器２４の二次側流路の出口は、風呂往き流路３６を介して浴槽９０に接続される。風呂戻り流路３５の途中に風呂循環ポンプ２５が接続される。風呂循環ポンプ２５は、浴槽９０から導出される浴槽水を、風呂戻り流路３５を通して風呂熱交換器２４へ送り、風呂往き流路３６を通して浴槽９０内へ戻すように循環させる。風呂熱交換器２４の一次側流路の入口と、貯湯タンク９の上部との間は、熱源水流路３７を介して接続される。三方弁２８は、湯水が流入するａポートと、湯水が流出するｂポート及びｃポートとを有する流路切替手段である。風呂熱交換器２４の一次側流路の出口と、三方弁２８のａポートとの間は、熱源水流路３８を介して接続される。三方弁２８のｂポートは、タンク循環ポンプ２７の吸入側に接続される。三方弁２８のｃポートは、第二下部流路３９を介して貯湯タンク９の下部に接続される。三方弁１５のｂポートは、タンク循環ポンプ２７の吐出側に接続される。

ヒートポンプユニット２には、ヒートポンプユニット制御部５０が設けられている。ヒートポンプユニット制御部５０は、例えばマイクロコンピュータ等により構成され、ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性メモリ等を含む記憶部と、記憶部に記憶されたプログラムに基いて演算処理を実行する演算処理装置（ＣＰＵ）と、演算処理装置に対して外部の信号を入出力する入出力ポートとを備える制御手段である。ヒートポンプユニット２の圧縮機３、膨張弁６、送風機４０等の動作は、これらと電気的に接続されたヒートポンプユニット制御部５０により制御される。

タンクユニット３０には、タンクユニット制御部５１が設けられている。タンクユニット制御部５１は、例えばマイクロコンピュータ等により構成され、ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性メモリ等を含む記憶部と、記憶部に記憶されたプログラムに基いて演算処理を実行する演算処理装置（ＣＰＵ）と、演算処理装置に対して外部の信号を入出力する入出力ポートとを備える制御手段である。タンクユニット３０が備える弁類及びポンプ類等の動作は、これらと電気的に接続されたタンクユニット制御部５１により制御される。

ヒートポンプユニット制御部５０とタンクユニット制御部５１とは、相互に通信可能に接続される。ヒートポンプユニット制御部５０及びタンクユニット制御部５１が連携して制御を行うことで、ヒートポンプ式給湯装置１全体の運転が制御される。例えば浴室、台所などに設置される操作部６０は、タンクユニット制御部５１と相互に通信可能に接続される。使用者は、操作部６０を操作することで、後述する各種の運転動作の指示のほか、給湯温度等の設定、運転モード等の設定などを行うことができる。

ヒートポンプ式給湯装置１の設置後、給水流路１０から給水されることで、貯湯タンク９に水が満たされる。この給水時に、貯湯タンク９に連通する湯水の循環回路にも水が満たされる。

（バイパス運転）
次に、ヒートポンプ式給湯装置１におけるバイパス運転について説明する。図１は、バイパス運転における通水経路を示す。パイパス運転のとき、ヒートポンプユニット制御部５０及びタンクユニット制御部５１は、三方弁１５のａポート及びｃポートを連通させてｂポートを遮断し、三方弁１８のａポート及びｂポートが連通させてｃポートを遮断し、ヒートポンプユニット２及び加熱循環ポンプ１４を駆動する。パイパス運転では、貯湯タンク９の下部から導出された水が、下部流路３１、三方弁１５、入水流路１２、加熱循環ポンプ１４、水冷媒熱交換器５、出湯流路１６、三方弁１８、及びバイパス流路３２を通り、貯湯タンク９の下部に戻るように循環する。ヒートポンプユニット２の起動直後など、水冷媒熱交換器５での加熱が不十分のときに、バイパス運転を行うことで、加熱の不十分な水が貯湯タンク９の上部に流入することを防止できる。

（蓄熱運転）
次に、ヒートポンプ式給湯装置１における蓄熱運転について説明する。図２は、蓄熱運転における通水経路を示す。蓄熱運転のとき、ヒートポンプユニット制御部５０及びタンクユニット制御部５１は、三方弁１５のａポート及びｃポートを連通させてｂポートを遮断し、三方弁１８のａポート及びｃポートを連通させてｂポートを遮断し、ヒートポンプユニット２及び加熱循環ポンプ１４を駆動する。蓄熱運転では、貯湯タンク９の下部から導出された水が、下部流路３１、三方弁１５、入水流路１２、加熱循環ポンプ１４、水冷媒熱交換器５、出湯流路１６、三方弁１８、及び上部流路３３を通り、貯湯タンク９の上部に戻るように循環する。このような蓄熱運転によれば、水冷媒熱交換器５で加熱された高温水が貯湯タンク９内に蓄積されることで、貯湯タンク９内に熱が蓄積される。

（浴槽湯張り動作）
次に、ヒートポンプ式給湯装置１における浴槽湯張り動作について説明する。図３は、浴槽湯張り動作における通水経路を示す。浴槽湯張り動作のとき、タンクユニット制御部５１は、電磁弁２２を開き、風呂給湯流路２３を流れる湯の温度が設定温度（例えば４２℃）になるように風呂側混合弁２０を制御する。湯は、風呂給湯流路２３から風呂戻り流路３５及び風呂往き流路３６を通り、浴槽９０内へ供給される。貯湯タンク９の上部から給湯流路１９へ高温水が流出することに伴い、同量の低温水が給水流路１０から貯湯タンク９の下部に流入することで、貯湯タンク９が満水状態に維持される。

（貯湯タンク９を用いた追焚き運転）
次に、ヒートポンプ式給湯装置１における貯湯タンク９を用いた追焚き運転について説明する。図４は、貯湯タンク９を用いた追焚き運転における通水経路を示す。貯湯タンク９を用いた追焚き運転のとき、タンクユニット制御部５１は、三方弁１５のａポート及びｂポートを連通させてｃポートを遮断し、三方弁２８のａポート及びｂポートを連通させてｃポートを遮断し、風呂循環ポンプ２５及びタンク循環ポンプ２７を駆動する。風呂循環ポンプ２５が駆動されることで、浴槽９０から導出される浴槽水が、風呂戻り流路３５、風呂熱交換器２４、及び風呂往き流路３６を通り、浴槽９０内へ戻るように循環する。タンク循環ポンプ２７が駆動されることで、貯湯タンク９の上部から導出される高温水（熱源水）が熱源水流路３７を通って風呂熱交換器２４へ送られる。風呂熱交換器２４にて、熱源水の熱で浴槽水が加熱される。風呂熱交換器２４にて加熱された浴槽水が浴槽９０内に戻ることで、浴槽９０の温度を保温または昇温できる。風呂熱交換器２４での熱交換により温度低下した熱源水は、熱源水流路３８、三方弁２８、タンク循環ポンプ２７、三方弁１５、及び下部流路３１を通って、貯湯タンク９の下部に流入する。

（ヒートポンプユニット２を用いた追焚き運転）
次に、ヒートポンプ式給湯装置１におけるヒートポンプユニット２を用いた追焚き運転について説明する。図５は、ヒートポンプユニット２を用いた追焚き運転における通水経路を示す。ヒートポンプユニット２を用いた追焚き運転のとき、ヒートポンプユニット制御部５０及びタンクユニット制御部５１は、三方弁１５のｂポート及びｃポートを連通させてａポートを遮断し、三方弁１８のａポート及びｃポートを連通させてｂポートを遮断し、三方弁２８のａポート及びｂポートを連通させてｃポートを遮断し、ヒートポンプユニット２、風呂循環ポンプ２５、及び加熱循環ポンプ１４を駆動する。浴槽水の循環経路は、貯湯タンク９を用いた追焚き運転の場合と同じである。熱源水の循環経路は、次のようになる。ヒートポンプユニット２の水冷媒熱交換器５で加熱された高温水（熱源水）が、出湯流路１６、三方弁１８、上部流路３３、貯湯タンク９の上部、及び熱源水流路３７を経由して風呂熱交換器２４へ送られる。風呂熱交換器２４での熱交換により温度低下した熱源水は、熱源水流路３８、三方弁２８、タンク循環ポンプ２７、三方弁１５、入水流路１２、及び加熱循環ポンプ１４を通ってヒートポンプユニット２の水冷媒熱交換器５に戻り、再加熱されて再循環する。蓄熱運転の実行中に浴槽９０を保温または昇温する要求が発生した場合には、蓄熱運転から、ヒートポンプユニット２を用いた追焚き運転に切り替えることで、浴槽９０の保温または昇温を行うことができる。

蓄熱運転、またはヒートポンプユニット２を用いた追焚き運転のとき、ヒートポンプユニット制御部５０及びタンクユニット制御部５１は、出湯温度センサ１７で検知される実加熱温度と、目標加熱温度との偏差に基づいて、加熱循環ポンプ１４の動作速度（例えば回転数）を調整する。目標加熱温度は、例えば６５℃〜９０℃程度である。実加熱温度が目標加熱温度に比べて低い場合には、ヒートポンプユニット制御部５０及びタンクユニット制御部５１は、加熱循環ポンプ１４の回転数を低下させる。加熱循環ポンプ１４の回転数を低下させることで、水の循環流量が低下し、水が水冷媒熱交換器５で加熱される時間が長くなる。その結果、実加熱温度が上昇し、目標加熱温度に近づく。この際、ヒートポンプユニット制御部５０及びタンクユニット制御部５１は、目標加熱温度と実加熱温度との偏差が大きいほど、加熱循環ポンプ１４の回転数を大きく低下させる。逆に、実加熱温度が目標加熱温度に比べて高い場合には、ヒートポンプユニット制御部５０及びタンクユニット制御部５１は、加熱循環ポンプ１４の回転数を上昇させる。加熱循環ポンプ１４の回転数を上昇させることで、水の循環流量が上昇し、水が水冷媒熱交換器５で加熱される時間が短くなる。その結果、実加熱温度が低下し、目標加熱温度に近づく。この際、ヒートポンプユニット制御部５０及びタンクユニット制御部５１は、目標加熱温度と実加熱温度との偏差が大きいほど、加熱循環ポンプ１４の回転数を大きく上昇させる。

水加熱回路内、特に水冷媒熱交換器５の内部には、水の中に含まれるカルシウムなどの硬度成分が析出したスケールなどの固形物質が徐々に堆積する。水加熱回路内の固形物質の堆積量が多くなると、流路が狭小化することで、水の循環流量が低くなり易い。水の循環流量が低いと、出湯温度センサ１７で検知される実加熱温度が高くなり易い。また、出湯温度センサ１７で検知される実加熱温度が高いと、加熱循環ポンプ１４の回転数が上昇するように制御されることで、加熱循環ポンプ１４の回転数が高くなり易い。このように、水加熱回路内の固形物質の堆積によって流路抵抗が増加するにつれて、出湯温度センサ１７で検知される実加熱温度、及び加熱循環ポンプ１４の回転数が高くなり易い傾向を生じる。

入水流路１２及び出湯流路１６は、ヒートポンプユニット２とタンクユニット３０との間を接続する外部配管で構成される部分を有する。外部配管で構成される部分の入水流路１２及び出湯流路１６は、ヒートポンプ式給湯装置１を設置する施工時に取り付けられる。その施工に不具合があったことが原因で、水加熱回路の流路抵抗が高くなり、循環流量が低下することで、出湯温度センサ１７で検知される実加熱温度、及び加熱循環ポンプ１４の回転数が高くなることも考えられる。

ヒートポンプ式給湯装置１は、加熱循環ポンプ１４の動作速度を検知する速度検知手段を備える。本実施の形態１では、加熱循環ポンプ１４が備えるモータに内蔵された回転速度センサにより速度検知手段が構成されるものとする。タンクユニット制御部５１は、加熱循環ポンプ１４が備えるモータに内蔵された回転速度センサにより、加熱循環ポンプ１４の回転数を検知できる。蓄熱運転、またはヒートポンプユニット２を用いた追焚き運転において、ヒートポンプユニット制御部５０及びタンクユニット制御部５１は、出湯温度センサ１７で検知される実加熱温度が許容温度範囲の上限を超えた場合、あるいは加熱循環ポンプ１４の回転数が許容範囲の上限を超えた場合には、高温出湯異常であると判定し、ヒートポンプユニット２の運転を停止する。加熱循環ポンプ１４の回転数の許容範囲は、例えば、５００ｒｐｍ〜５０００ｒｐｍ程度である。

ヒートポンプユニット２のように、ヒートポンプサイクルを行う装置は、一般に、起動してから定常運転状態になるまでに、ある程度の時間を要する。そのため、高温出湯異常による運転停止が発生し、ヒートポンプユニット２の再起動が必要になると、運転時間及び電力消費が増加し、ヒートポンプ式給湯装置１の運転効率が低下する。ヒートポンプ式給湯装置１の運転効率の低下を抑制するためには、高温出湯異常による運転停止をなるべく回避することが望ましい。そこで、本実施の形態１では、加熱循環ポンプ１４の回転数の時間当たりの上昇幅を第一閾値と比較し、当該上昇幅が第一閾値より大きい場合には、ヒートポンプユニット２の加熱能力を低下させるように制御することで、高温出湯異常による運転停止に至ることを抑制することとした。

また、本実施の形態１では、第一閾値より大きい第二閾値を設定し、加熱循環ポンプ１４の回転数の時間当たりの上昇幅を第二閾値とも比較する。加熱循環ポンプ１４の回転数の時間当たりの上昇幅が第二閾値より大きい場合には、加熱循環ポンプ１４の回転数の上昇が急激であるため、ヒートポンプユニット２の加熱能力を低下させても、高温出湯異常による運転停止に至ることを抑制できないと予想できる。そこで、加熱循環ポンプ１４の回転数の時間当たりの上昇幅が第二閾値より大きいことが検知された場合には、ヒートポンプユニット２を停止させる。これにより、許容温度範囲を超える高温の湯が水冷媒熱交換器５から流出することをより確実に抑制でき、金属製の内部配管に比べて耐熱性の低い外部配管（出湯流路１６）をより確実に保護できる。また、ヒートポンプユニット２及び水加熱回路を構成する機器をより確実に保全できる。

また、本実施の形態１では、加熱循環ポンプ１４の回転数の時間当たりの減少幅を第三閾値と比較し、当該減少幅が第三閾値より大きい場合には、ヒートポンプユニット２の加熱能力を上昇させるように制御する。出湯温度センサ１７で検知される実加熱温度が低い場合、加熱循環ポンプ１４の回転数が低下するように制御されることで、加熱循環ポンプ１４の回転数が急速に減少する場合がある。加熱循環ポンプ１４の回転数が許容範囲の下限まで低下してしまうと、加熱循環ポンプ１４の回転数をそれ以上低下させることができないため、加熱の不十分な湯が水冷媒熱交換器５から流出する可能性がある。この課題に対し、加熱循環ポンプ１４の回転数の時間当たりの減少幅が第三閾値より大きいことが検知された場合に、ヒートポンプユニット２の加熱能力を上昇させるように制御することで、加熱循環ポンプ１４の回転数が許容範囲の下限まで低下することを抑制でき、加熱の不十分な湯が水冷媒熱交換器５から流出することを抑制できる。

また、本実施の形態１では、第三閾値より大きい第四閾値を設定し、加熱循環ポンプ１４の回転数の時間当たりの減少幅を第四閾値とも比較する。加熱循環ポンプ１４の回転数の時間当たりの減少幅が第四閾値より大きい場合には、加熱循環ポンプ１４の回転数の減少が急激であるため、ヒートポンプユニット２の加熱能力を増加させても、加熱循環ポンプ１４の回転数が許容範囲の下限まで低下することを抑制できないと予想できる。加熱循環ポンプ１４の回転数がこれほど急激に減少した場合には、ヒートポンプユニット２及び水加熱回路に何らかの異常が発生したと考えられる。そこで、この場合には、ヒートポンプユニット２を停止させることで、ヒートポンプユニット２及び水加熱回路を構成する機器を確実に保全できる。

また、本実施の形態１では、加熱循環ポンプ１４の回転数の時間当たりの変動幅が大きいことが検知された場合には、ヒートポンプ式給湯装置１の設置後の初回動作であるかどうかを判断する。ヒートポンプ式給湯装置１の設置後の初回動作において、加熱循環ポンプ１４の回転数の時間当たりの変動幅が大きいことが検知された場合には、入水流路１２及び出湯流路１６を構成する外部配管等の施工の不具合などによる初期不具合に起因すると考えられる。そこで、ヒートポンプ式給湯装置１の設置後の初回動作であった場合には、初期不具合が検知された旨を操作部６０の表示部に表示する等の方法で報知（通知）する。

なお、本明細書では、加熱循環ポンプ１４の回転数の時間当たりの減少幅を、絶対値すなわち正の値として説明する。比較対象となる第三閾値及び第四閾値についても、正の値として説明する。

図６は、本実施の形態１のヒートポンプ式給湯装置１におけるヒートポンプユニット制御部５０及びタンクユニット制御部５１が実行する制御動作を示すフローチャートである。蓄熱運転、またはヒートポンプユニット２を用いた追焚き運転のときに、ヒートポンプユニット制御部５０及びタンクユニット制御部５１は、図６のフローチャートの処理を定期的に繰り返し実行する。図６のステップＳ１で、タンクユニット制御部５１は、加熱循環ポンプ１４の回転数を検知し、今回検知した加熱循環ポンプ１４の回転数と前回検知した加熱循環ポンプ１４の回転数との差を検知間隔時間で割ることで、加熱循環ポンプ１４の回転数の時間当たりの変動幅を算出する。ステップＳ１で、タンクユニット制御部５１は、さらに、次の４つの条件のいずれかに該当するかどうかを判断する。

条件１：加熱循環ポンプ１４の回転数の時間当たりの上昇幅が、第一閾値より大きく、第二閾値以下である。
条件２：加熱循環ポンプ１４の回転数の時間当たりの上昇幅が第二閾値より大きい。
条件３：加熱循環ポンプ１４の回転数の時間当たりの減少幅が、第三閾値より大きく、第四閾値以下である。
条件４：加熱循環ポンプ１４の回転数の時間当たりの減少幅が第四閾値より大きい。

ステップＳ１で、タンクユニット制御部５１は、以下のように判定する。加熱循環ポンプ１４の回転数の時間当たりの変動幅の算出値が正であり、その値が第一閾値より大きく第二閾値以下である場合には、条件１に該当すると判定する。加熱循環ポンプ１４の回転数の時間当たりの変動幅の算出値が正であり、その値が第二閾値より大きい場合には、条件２に該当すると判定する。加熱循環ポンプ１４の回転数の時間当たりの変動幅の算出値が負であり、その絶対値が第三閾値より大きく第四閾値以下である場合には、条件３に該当すると判定する。加熱循環ポンプ１４の回転数の時間当たりの変動幅の算出値が負であり、その絶対値が第四閾値より大きい場合には、条件４に該当すると判定する。

タンクユニット制御部５１は、ステップＳ１からステップＳ２へ進む。ステップＳ２で、タンクユニット制御部５１は、条件１に該当しているかどうかを判断する。条件１に該当している場合、すなわち、加熱循環ポンプ１４の回転数の時間当たりの上昇幅が、第一閾値より大きく、第二閾値以下である場合には、タンクユニット制御部５１は、ステップＳ３へ進む。ステップＳ３で、タンクユニット制御部５１は、ヒートポンプ式給湯装置１の設置後の初回動作であるかどうかを判断する。ヒートポンプ式給湯装置１の設置後の初回動作でない場合には、タンクユニット制御部５１は、ステップＳ４へ進む。ステップＳ４で、タンクユニット制御部５１はヒートポンプユニット制御部５０に対しヒートポンプユニット２の加熱能力を低下させるように指令を出し、その指令を受けてヒートポンプユニット制御部５０がヒートポンプユニット２の加熱能力を低下させる制御を行う。ステップＳ４で、ヒートポンプユニット制御部５０は、ヒートポンプユニット２の運転を一旦停止することなく、ヒートポンプユニット２の運転を継続したまま、加熱能力を低下させる制御を行う。

ステップＳ４で、ヒートポンプユニット制御部５０は、例えば、次の（１）から（３）の少なくとも一つの制御を行うことで、ヒートポンプユニット２の加熱能力を確実に低下させることができる。
（１）圧縮機３から吐出される冷媒の目標温度を低下させる。
（２）圧縮機３の容量を低下させる。例えば、圧縮機３の回転数（周波数）を低下させることで、圧縮機３の容量が低下する。
（３）膨張弁６（減圧器）を制御する。例えば、膨張弁６の開度を大きくすることで、冷媒の循環流量が増加し、圧縮機３から吐出される冷媒の温度が低下し、加熱能力が低下する。

加熱循環ポンプ１４の回転数の許容範囲を５００ｒｐｍ〜５０００ｒｐｍとした場合、第一閾値として、例えば、５００ｒｐｍ／秒程度の値を用いることができる。加熱循環ポンプ１４の回転数の時間当たりの上昇幅が第一閾値より大きい場合には、加熱循環ポンプ１４の回転数が数秒後に許容範囲の上限（上述した例では５０００ｒｐｍ）に到達し、高温出湯異常による運転停止に至る可能性が大きいと予測できる。本実施の形態１では、加熱循環ポンプ１４の回転数の時間当たりの上昇幅が第一閾値より大きいことが検知された場合に、上記ステップＳ４でヒートポンプユニット２の加熱能力を低下させることで、出湯温度センサ１７で検知される実加熱温度を低下させることができる。出湯温度センサ１７で検知される実加熱温度が低下することで、目標加熱温度との偏差が縮小するので、加熱循環ポンプ１４の回転数が上昇方向に制御されることを抑制できる。その結果、加熱循環ポンプ１４の回転数が許容範囲の上限に到達することを未然に抑制でき、ヒートポンプユニット２の運転停止に至ることを未然に抑制できる。また、出湯温度センサ１７で検知される実加熱温度が低下することで、許容温度範囲の上限を超える高温出湯異常の発生を未然に抑制できるので、ヒートポンプユニット２の運転停止に至ることを未然に抑制できる。このようにして、本実施の形態１によれば、高温出湯異常の発生によってヒートポンプユニット２が運転停止に至ることを未然に抑制できる。よって、ヒートポンプユニット２が停止と再起動を繰り返すことを確実に抑制でき、ヒートポンプ式給湯装置１の運転効率の低下を確実に抑制できる。本実施の形態１によれば、水加熱回路内にスケールなどの固形物質が堆積してきた場合であっても、ヒートポンプユニット２が停止と再起動を頻繁に繰り返すことを抑制でき、正常に運転できる期間を延命することができる。

タンクユニット制御部５１は、ステップＳ４からステップＳ５へ進む。ステップＳ５で、タンクユニット制御部５１は、加熱循環ポンプ１４の回転数の許容範囲の上限を一時的に拡大する処理を行う。例えば、加熱循環ポンプ１４の回転数の許容範囲を５００ｒｐｍ〜５０００ｒｐｍとした場合、許容範囲の上限値を５０００ｒｐｍよりやや大きい値に一定期間変更する。このように、本実施の形態１では、加熱循環ポンプ１４の回転数の時間当たりの上昇幅が第一閾値より大きいことが検知された場合には、上記ステップＳ５で、加熱循環ポンプ１４の回転数の許容範囲の上限を一時的に拡大する。これにより、加熱循環ポンプ１４の回転数が許容範囲の上限に到達することをより確実に抑制でき、ヒートポンプユニット２の運転停止に至ることをより確実に抑制できる。なお、タンクユニット制御部５１は、ステップＳ５で加熱循環ポンプ１４の回転数の許容範囲の上限を拡大した後、一定期間が経過した場合には、加熱循環ポンプ１４の回転数の許容範囲の上限を元の値に戻す。これにより、加熱循環ポンプ１４の耐久性を低下させることを防止できる。タンクユニット制御部５１は、ステップＳ５の後、本フローチャートの処理を終了する。

また、ステップＳ３で、ヒートポンプ式給湯装置１の設置後の初回動作であった場合には、入水流路１２及び出湯流路１６を構成する外部配管等の施工の不具合などによる初期不具合であると考えられる。このため、この場合には、タンクユニット制御部５１は、ステップＳ１５に移行し、初期不具合が検知された旨を操作部６０の表示部に表示する等の方法で報知（通知）する。なお、ステップＳ１５で、タンクユニット制御部５１は、ヒートポンプユニット制御部５０に対しヒートポンプユニット２を停止するように指令を出し、その指令を受けてヒートポンプユニット制御部５０がヒートポンプユニット２を停止させることが望ましい。タンクユニット制御部５１は、ステップＳ１５の後、本フローチャートの処理を終了する。

ステップＳ２で、条件１に該当していない場合には、タンクユニット制御部５１は、ステップＳ６へ進む。ステップＳ６で、タンクユニット制御部５１は、条件２に該当しているかどうかを判断する。条件２に該当している場合、すなわち、加熱循環ポンプ１４の回転数の時間当たりの上昇幅が第二閾値より大きい場合には、タンクユニット制御部５１は、ステップＳ７へ進む。ステップＳ７で、タンクユニット制御部５１は、ヒートポンプ式給湯装置１の設置後の初回動作であるかどうかを判断する。ヒートポンプ式給湯装置１の設置後の初回動作でない場合には、タンクユニット制御部５１は、ステップＳ８へ進む。ステップＳ８で、タンクユニット制御部５１は、高温出湯異常と判定し、ヒートポンプユニット制御部５０に対しヒートポンプユニット２を停止するように指令を出し、その指令を受けてヒートポンプユニット制御部５０がヒートポンプユニット２を停止させる。タンクユニット制御部５１は、ステップＳ８の後、本フローチャートの処理を終了する。

加熱循環ポンプ１４の回転数の時間当たりの上昇幅が第二閾値より大きい場合には、加熱循環ポンプ１４の回転数の上昇が急激であるため、ヒートポンプユニット２の加熱能力を低下させても、高温出湯異常による運転停止に至ることを抑制できないと予想できる。そこで、本実施の形態１では、加熱循環ポンプ１４の回転数の時間当たりの上昇幅が第二閾値より大きいことが検知された場合には、上記ステップＳ８でヒートポンプユニット２を停止させる。これにより、許容温度範囲を超える高温の湯が水冷媒熱交換器５から流出することをより確実に抑制でき、金属製の内部配管に比べて耐熱性の低い外部配管（出湯流路１６）をより確実に保護できる。また、高温出湯異常の発生を予測して未然にヒートポンプユニット２を停止することができるので、ヒートポンプユニット２及び水加熱回路を構成する機器をより確実に保全できる。

また、ステップＳ７で、ヒートポンプ式給湯装置１の設置後の初回動作であった場合には、入水流路１２及び出湯流路１６を構成する外部配管等の施工の不具合などによる初期不具合であると考えられる。このため、この場合には、タンクユニット制御部５１は、ステップＳ１５に移行し、初期不具合が検知された旨を操作部６０の表示部に表示する等の方法で報知（通知）する。なお、ステップＳ１５で、タンクユニット制御部５１は、ヒートポンプユニット制御部５０に対しヒートポンプユニット２を停止するように指令を出し、その指令を受けてヒートポンプユニット制御部５０がヒートポンプユニット２を停止させることが望ましい。タンクユニット制御部５１は、ステップＳ１５の後、本フローチャートの処理を終了する。

ステップＳ６で、条件２に該当していない場合には、タンクユニット制御部５１は、ステップＳ９へ進む。ステップＳ９で、タンクユニット制御部５１は、条件３に該当しているかどうかを判断する。条件３に該当している場合、すなわち、加熱循環ポンプ１４の回転数の時間当たりの減少幅が、第三閾値より大きく、第四閾値以下である場合には、タンクユニット制御部５１は、ステップＳ１０へ進む。ステップＳ１０で、タンクユニット制御部５１は、ヒートポンプ式給湯装置１の設置後の初回動作であるかどうかを判断する。ヒートポンプ式給湯装置１の設置後の初回動作でない場合には、タンクユニット制御部５１は、ステップＳ１１へ進む。ステップＳ１１で、タンクユニット制御部５１はヒートポンプユニット制御部５０に対しヒートポンプユニット２の加熱能力を増加させるように指令を出し、その指令を受けてヒートポンプユニット制御部５０がヒートポンプユニット２の加熱能力を増加させる制御を行う。ステップＳ１１で、ヒートポンプユニット制御部５０は、ヒートポンプユニット２の運転を一旦停止することなく、ヒートポンプユニット２の運転を継続したまま、加熱能力を増加させる制御を行うことが望ましい。

ステップＳ１１で、ヒートポンプユニット制御部５０は、例えば、次の（１）から（３）の少なくとも一つの制御を行うことで、ヒートポンプユニット２の加熱能力を確実に増加させることができる。
（１）圧縮機３から吐出される冷媒の目標温度を上昇させる。
（２）圧縮機３の容量を増加させる。例えば、圧縮機３の回転数（周波数）を上昇させることで、圧縮機３の容量が増加する。
（３）膨張弁６（減圧器）を制御する。例えば、膨張弁６の開度を小さくすることで、冷媒の循環流量が減少し、圧縮機３から吐出される冷媒の温度が上昇し、加熱能力が増加する。
タンクユニット制御部５１は、ステップＳ１１の後、本フローチャートの処理を終了する。

加熱循環ポンプ１４の回転数の許容範囲を５００ｒｐｍ〜５０００ｒｐｍとした場合、第三閾値として、例えば、５００ｒｐｍ／秒程度の値を用いることができる。加熱循環ポンプ１４の回転数の時間当たりの減少幅が第三閾値より大きい場合には、加熱循環ポンプ１４の回転数が数秒後に許容範囲の下限（上述した例では５００ｒｐｍ）に到達することで、加熱循環ポンプ１４の回転数をそれ以上低くできなくなり、出湯温度センサ１７で検知される実加熱温度をそれ以上上昇できなくなると予測できる。これに対し、本実施の形態１では、加熱循環ポンプ１４の回転数の時間当たりの減少幅が第三閾値より大きいことが検知された場合に、上記ステップＳ１１でヒートポンプユニット２の加熱能力を増加させることで、出湯温度センサ１７で検知される実加熱温度を上昇させることができる。これにより、目標加熱温度に比べて大きく低い温度の湯が水冷媒熱交換器５から流出することを確実に抑制できる。すなわち、空気熱交換器８での熱交換不足などの原因で水冷媒熱交換器５での加熱能力が不足したような場合であっても、目標加熱温度に比べて大きく低い温度の湯が貯湯タンク９の上部または風呂熱交換器２４に流入することを確実に抑制できる。さらに、加熱循環ポンプ１４の回転数が許容範囲の下限に到達することを未然に抑制でき、加熱循環ポンプ１４の回転数制御による出湯温度制御が不能になることを回避できる。

また、ステップＳ１０で、ヒートポンプ式給湯装置１の設置後の初回動作であった場合には、入水流路１２及び出湯流路１６を構成する外部配管等の施工の不具合などによる初期不具合であると考えられる。このため、この場合には、タンクユニット制御部５１は、ステップＳ１５に移行し、初期不具合が検知された旨を操作部６０の表示部に表示する等の方法で報知（通知）する。なお、ステップＳ１５で、タンクユニット制御部５１は、ヒートポンプユニット制御部５０に対しヒートポンプユニット２を停止するように指令を出し、その指令を受けてヒートポンプユニット制御部５０がヒートポンプユニット２を停止させることが望ましい。タンクユニット制御部５１は、ステップＳ１５の後、本フローチャートの処理を終了する。

ステップＳ９で、条件３に該当していない場合には、タンクユニット制御部５１は、ステップＳ１２へ進む。ステップＳ１２で、タンクユニット制御部５１は、条件４に該当しているかどうかを判断する。条件４に該当している場合、すなわち、加熱循環ポンプ１４の回転数の時間当たりの減少幅が第四閾値より大きい場合には、タンクユニット制御部５１は、ステップＳ１３へ進む。ステップＳ１３で、タンクユニット制御部５１は、ヒートポンプ式給湯装置１の設置後の初回動作であるかどうかを判断する。ヒートポンプ式給湯装置１の設置後の初回動作でない場合には、タンクユニット制御部５１は、ステップＳ１４へ進む。ステップＳ１４で、タンクユニット制御部５１は、低温出湯異常と判定し、ヒートポンプユニット制御部５０に対しヒートポンプユニット２を停止するように指令を出し、その指令を受けてヒートポンプユニット制御部５０がヒートポンプユニット２を停止させる。タンクユニット制御部５１は、ステップＳ１４の後、本フローチャートの処理を終了する。

加熱循環ポンプ１４の回転数の時間当たりの減少幅が第四閾値より大きい場合には、加熱循環ポンプ１４の回転数の減少が急激であるため、ヒートポンプユニット２の加熱能力を増加させても、加熱循環ポンプ１４の回転数が許容範囲の下限まで低下することを抑制できないと予想できる。加熱循環ポンプ１４の回転数がこれほど急激に減少した場合には、ヒートポンプユニット２及び水加熱回路に何らかの異常が発生したと考えられる。そこで、本実施の形態１では、加熱循環ポンプ１４の回転数の時間当たりの減少幅が第四閾値より大きいことが検知された場合には、上記ステップＳ１４でヒートポンプユニット２を停止させることで、ヒートポンプユニット２及び水加熱回路を構成する機器を確実に保全できる。

また、ステップＳ１３で、ヒートポンプ式給湯装置１の設置後の初回動作であった場合には、入水流路１２及び出湯流路１６を構成する外部配管等の施工の不具合などによる初期不具合であると考えられる。このため、この場合には、タンクユニット制御部５１は、ステップＳ１５に移行し、初期不具合が検知された旨を操作部６０の表示部に表示する等の方法で報知（通知）する。なお、ステップＳ１５で、タンクユニット制御部５１は、ヒートポンプユニット制御部５０に対しヒートポンプユニット２を停止するように指令を出し、その指令を受けてヒートポンプユニット制御部５０がヒートポンプユニット２を停止させることが望ましい。タンクユニット制御部５１は、ステップＳ１５の後、本フローチャートの処理を終了する。

ステップＳ１２で条件４に該当していない場合、すなわち条件１から条件４のいずれにも該当していない場合には、タンクユニット制御部５１は、そのまま本フローチャートの処理を終了する。

上述した実施の形態では、本発明のヒートポンプ装置をヒートポンプ式給湯装置（貯湯式給湯機）に適用した場合について説明したが、本発明は、ヒートポンプ式給湯装置（貯湯式給湯機）以外にも、例えば、暖房用の循環液体を加熱するヒートポンプ装置などにも適用できる。また、本発明のヒートポンプ装置が加熱する液体は、水に限らず、例えば、不凍液、ブラインなどの液体でも良い。

１ ヒートポンプ式給湯装置、２ ヒートポンプユニット、３ 圧縮機、４ 高圧側冷媒配管、５ 水冷媒熱交換器、６ 膨張弁、７ 低圧側冷媒配管、８ 空気熱交換器、９ 貯湯タンク、１０ 給水流路、１１ 減圧弁、１２ 入水流路、１３ 入水温度センサ、１４ 加熱循環ポンプ、１５ 三方弁、１６ 出湯流路、１７ 出湯温度センサ、１８ 三方弁、１９ 給湯流路、２０ 風呂側混合弁、２１ 給湯側混合弁、２２ 電磁弁、２３ 風呂給湯流路、２４ 風呂熱交換器、２５ 風呂循環ポンプ、２７ タンク循環ポンプ、２８ 三方弁、３０ タンクユニット、３１ 下部流路、３２ バイパス流路、３３ 上部流路、３４ 混合給湯流路、３５ 風呂戻り流路、３６ 風呂往き流路、３７，３８ 熱源水流路、３９ 第二下部流路、４０ 送風機、５０ ヒートポンプユニット制御部、５１ タンクユニット制御部、６０ 操作部、９０ 浴槽

Claims (6)

1. ヒートポンプサイクルにより液体を加熱する加熱装置と、
   前記液体を流すポンプと、
   前記加熱装置で加熱された前記液体の温度を検知する加熱温度検知手段と、
   前記ポンプの動作速度を検知する速度検知手段と、
   目標加熱温度と前記加熱温度検知手段で検知される実加熱温度との偏差に基づいて前記ポンプの動作速度を調整する手段と、
   前記ポンプの動作速度の時間当たりの上昇幅が第一閾値より大きいことが検知された場合に、当該検知前に比べて前記加熱装置の加熱能力を低下させるように制御する手段と、
   を備えるヒートポンプ装置。
2. 前記加熱装置は、冷媒を圧縮する圧縮機と、冷媒を減圧させる減圧器とを有し、
   前記圧縮機から吐出される冷媒の目標温度、前記圧縮機の容量、及び前記減圧器のうちの少なくとも一つを制御することで前記加熱装置の加熱能力を低下させる請求項１に記載のヒートポンプ装置。
3. 前記ポンプの動作速度の時間当たりの上昇幅が、前記第一閾値より大きい第二閾値より大きいことが検知された場合に、前記加熱装置を停止させる手段をさらに備える請求項１または請求項２に記載のヒートポンプ装置。
4. 前記ポンプの動作速度の時間当たりの減少幅が第三閾値より大きいことが検知された場合に、当該検知前に比べて前記加熱装置の加熱能力を増加させるように制御する手段をさらに備える請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のヒートポンプ装置。
5. 前記ポンプの動作速度の時間当たりの減少幅が、前記第三閾値より大きい第四閾値より大きいことが検知された場合に、前記加熱装置を停止させる手段をさらに備える請求項４に記載のヒートポンプ装置。
6. 前記ポンプの動作速度の時間当たりの上昇幅が第一閾値より大きいことが検知された場合に、前記ポンプの動作速度の許容範囲の上限を拡大する手段をさらに備える請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のヒートポンプ装置。

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