JP5071155B2 - ヒートポンプ式給湯装置およびその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、ヒートポンプサイクルに冷媒を循環して給湯水を加熱し湯とするヒートポンプ式給湯装置およびその制御方法に関するものである。

従来のヒートポンプ式給湯装置として、例えば特許文献１に示されるものが知られている。この給湯装置は、圧縮機、水冷媒熱交換器（放熱器）、減圧器および空気熱交換器（蒸発器）を順次冷媒配管で接続した冷媒回路（ヒートポンプサイクル）と、貯湯槽、循環ポンプおよび上記水冷媒熱交換器を順次温水配管で接続した給湯回路とを備えている。そして、水冷媒熱交換器において高温の冷媒によって、貯湯槽下部に補充された給湯水を加熱する（湯にする）ようにしている。

尚、上記ヒートポンプサイクルは、冷媒として例えば二酸化炭素を用いた超臨界のヒートポンプサイクルとなっており（圧縮機の吐出側冷媒温度が１１０℃前後）、給湯水は９０℃前後の高温に沸き上げされるようになっている。
特許第３２２７６５１号公報

上記のような超臨界ヒートポンプサイクルを使用する給湯装置においては、一般的に、市水管において加圧された給湯水が貯湯槽内に補充され、貯湯槽内はその加圧された圧力にほぼ維持され、貯湯槽から給湯回路を流れる給湯水は、大気圧以上の圧力がかかった状態で沸き上げがなされるようになっている。つまり、沸き上げ温度（約９０℃）に対して、給湯水を加圧することで給湯水の沸点を１００℃以上（例えば１３０℃）に設定して、沸き上げ温度から沸点までの温度差（安全率）を確保するようにしている。

しかしながら、断水、あるいは凍結防止のための市水の常時少量流通等により貯湯槽内における給湯水の圧力が低下すると、水冷媒熱交換器において、以下のようなガス化現象が発生する場合がある。即ち、給湯水の圧力低下により（圧縮機の吐出側冷媒温度によらず）、給湯水中に溶存している酸素等がガスとなって発生する現象、あるいは給湯水の圧力低下、および圧縮機の吐出側冷媒温度上昇により、給湯水が沸騰してしまう現象が発生する場合がある。水冷媒熱交換器内において上記のようなガス化現象が発生すると、水冷媒熱交換器内における給湯水流れの連続性がガスによって分断される。そして、このガスがいわゆるエアクッションとなって、循環ポンプによる給湯水の圧送が不能となり、一層のガス化現象が加速されることになる。これにより、給湯装置の停止が必要となり、圧力復帰するまではユーザは湯の使用ができなくなる。

本発明の目的は、上記問題に鑑み、給湯水の圧力低下が発生した場合でも、継続的な湯の使用を可能とするヒートポンプ式給湯装置およびその制御方法を提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために、以下の技術的手段を採用する。

請求項１に記載の発明では、圧縮機（２１）、水冷媒熱交換器（２２）、減圧器（２３）および空気熱交換器（２４）が環状に接続されて、内部を冷媒が循環するヒートポンプサイクル（２）と、
大気圧を超える給水圧力がかけられた水が、水冷媒熱交換器（２２）を通過するように流通する循環回路（１７）と、
循環回路（１７）に設けられて、回転作動することで水を圧送するポンプ（１８）と、
冷媒によって水冷媒熱交換器（２２）から流出される水の流出温度が、予め定めた目標沸き上げ温度となるように、圧縮機（２１）、ポンプ（１８）、および減圧器（２３）の少なくとも１つの作動を制御する制御手段（３）とを備えるヒートポンプ式給湯装置において、
制御手段（３）は、水の流出温度、水冷媒熱交換器（２２）に流入される冷媒の流入温度、あるいは圧縮機（２１）の吐出口から減圧器（２３）の流入口までの高圧側における冷媒の高圧側圧力の少なくとも１つが、予め定めた給水圧力の低下に基づく水からのガス化に関連する所定値を超えた時に、圧縮機（２１）およびポンプ（１８）を停止した後に、
目標沸き上げ温度を予め定めた低温側となる安全沸き上げ温度に変更する設定温度変更運転、あるいはポンプ（１８）の回転数を予め定めた所定時間の間、予め定めた高回転側回転数に変更する回転数変更運転の少なくとも１つを実行することを特徴としている。

これにより、水の流出温度、冷媒の流入温度、あるいは冷媒の高圧側圧力の少なくとも１つが、予め定めた水からのガス化に関連する所定値を超えた時に、設定温度変更運転を実行することにより、目標沸き上げ温度が下げられ（安全沸き上げ温度に変更され）るため、ポンプ（１８）の回転数が増速されて水冷媒熱交換器（２２）を流通する水の流量が増加される。よって、水の圧力低下に伴うガス化現象による水冷媒熱交換器（２２）内のガスを積極的に流出させることができ、ポンプ（１８）による水の圧送が可能となり、継続的な湯の沸き上げが可能となる。そして、この設定温度変更運転においては、水の圧力低下に伴う沸点低下に対して、安全沸き上げ温度との温度差（安全率）を確保した状態で湯の沸き上げが可能となる。

また、水の流出温度、冷媒の流入温度、あるいは冷媒の高圧側圧力の少なくとも１つが、予め定めた水からのガス化に関連する所定値を超えた時に、回転数変更運転を実行することにより、上記と同様に、水冷媒熱交換器（２２）を流通する水の流量が増加され、水の圧力低下に伴うガス化現象による水冷媒熱交換器（２２）内のガスを積極的に流出させることができ、ポンプ（１８）による水の圧送が可能となり、継続的な湯の沸き上げが可能となる。

また、請求項１に記載の発明では、制御手段（３）は、流出温度、流入温度、高圧側圧力の少なくとも１つが所定値を超えた時に、圧縮機（２１）およびポンプ（１８）を停止した後に、設定温度変更運転、あるいは回転数変更運転の少なくとも１つを実行することを特徴としている。

これにより、ヒートポンプサイクル（２）内の冷媒圧力を速やかに低下させることができるので、ヒートポンプサイクル（２）内の各種機器を保護することが可能となり、次に続く設定温度変更運転、あるいは回転数変更運転を無理なく実行することができる。

請求項２に記載の発明では、制御手段（３）は、圧縮機（２１）およびポンプ（１８）を予め定めた停止用所定時間の間、停止した後に、設定温度変更運転、あるいは回転数変更運転の少なくとも１つを実行することを特徴としている。

これにより、停止用所定時間の間、ヒートポンプサイクル（２）内の冷媒圧力、更には冷媒温度を低下させ、水の圧力低下に伴うガス化現象を抑えることができるので、次に続く設定温度変更運転、あるいは回転数変更運転を無理なく実行することができる。

請求項３に記載の発明では、制御手段（３）は、設定温度変更運転、および回転数変更運転の両者を実行する際には、設定温度変更運転よりも回転数変更運転を先に実行することを特徴としている。

これにより、ポンプ（１８）に対する直接的な回転数変更の制御を先に実行することになるので、タイムラグのない制御が可能となる。

請求項４に記載の発明では、圧縮機（２１）、水冷媒熱交換器（２２）、減圧器（２３）および空気熱交換器（２４）が環状に接続されて、内部を冷媒が循環するヒートポンプサイクル（２）と、
大気圧を超える給水圧力がかけられた水が、水冷媒熱交換器（２２）を通過するように流通する循環回路（１７）と、
循環回路（１７）に設けられて、回転作動することで水を圧送するポンプ（１８）と、
冷媒によって水冷媒熱交換器（２２）から流出される水の流出温度が、予め定めた目標沸き上げ温度となるように、圧縮機（２１）、ポンプ（１８）、および減圧器（２３）の少なくとも１つの作動を制御する制御手段（３）とを備えるヒートポンプ式給湯装置において、
制御手段（３）は、水の流出温度、水冷媒熱交換器（２２）に流入される冷媒の流入温度、あるいは圧縮機（２１）の吐出口から減圧器（２３）の流入口までの高圧側における冷媒の高圧側圧力の少なくとも１つが、予め定めた給水圧力の低下に基づく水からのガス化に関連する所定値を超えた時に、
目標沸き上げ温度を予め定めた低温側となる安全沸き上げ温度に変更する設定温度変更運転、あるいはポンプ（１８）の回転数を予め定めた所定時間の間、予め定めた高回転側回転数に変更する回転数変更運転の少なくとも１つを実行した後に、圧縮機（２１）およびポンプ（１８）を停止することを特徴としている。

これにより、圧縮機（２１）およびポンプ（１８）を停止させている間は、ヒートポンプサイクル（２）内の冷媒圧力を速やかに一旦低下させることができるので、更に各種機器の保護が可能となる。

請求項５〜請求項８に記載の発明は、ヒートポンプ式給湯装置の制御方法に関するものであり、その技術的意義は上記請求項１〜請求項４に記載のヒートポンプ式給湯装置と本質的に同じである。

尚、上記各手段に付した括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係の一例を示す。

（第１実施形態）
以下、本発明を適用した第１実施形態について図１〜図３を用いて説明する。尚、図１はヒートポンプ式給湯装置１００の概略構成を示す模式図、図２は制御装置３が行う設定温度変更運転に用いられるフローチャート、図３は設定温度変更運転における沸き上げ温度を示すタイムチャートである。

本実施形態のヒートポンプ式給湯装置（以下、給湯装置）１００は、一般家庭用として使用されるものであり、ヒートポンプ装置（ヒートポンプサイクル）２によって生成される高温湯を貯湯タンク１内に貯えると共に（沸き上げ運転）、貯えられた高温湯を給湯用の湯として、台所、洗面所、風呂、暖房機器等へ供給する（給湯運転）。図１に示すように、給湯装置１００は、貯湯タンク１、ヒートポンプ装置２、制御装置（制御手段）３等を備えている。

貯湯タンク１は、給湯用の湯（高温湯）を貯える縦長の耐圧容器であって、耐食性に優れた金属から成り（例えば、ステンレス製）、外周部に図示しない断熱材が配置されており、高温湯を長時間に渡って保温することができるようになっている。貯湯タンク１の下部には導入口１１が設けられ、この導入口１１には貯湯タンク１内に水道水（本発明における水に対応）を導入する導入管１２が接続されている。

導入管１２は、水道水を供給する市水管に接続された管であり、図示しない減圧装置を備えている。市水管では水道水は、高圧（例えば４００ｋＰａ程度）に保持されており、更に導入管１２の減圧装置によって所定圧まで減圧され（例えば２００ｋＰａ程度）、この水道水が貯湯タンク１内に給湯水として導入されることになる。よって、貯湯タンク１内および後述する循環回路１７内では、給湯水（あるいは沸き上げた湯）は、減圧装置にて減圧された圧力（大気圧を超える給湯水圧力）に保持されるようになっている。

一方、貯湯タンク１の上部には導出口１３が設けられ、導出口１３には貯湯タンク１内の高温の湯を導出するための導出管１４が接続されている。導出管１４には、図示しない水道水の給水配管との合流点に、図示しない混合弁が配置され、この混合弁は開口面積比（導出管１４に連通する湯側の開度と給水配管に連通する水側の開度の比率）を調節することにより、下流側にあるカラン、シャワー、風呂、暖房機器等に高温の湯と給湯水とを適宜混合して給湯するようになっている。

貯湯タンク１の下部には、貯湯タンク１内の給湯水を吐出するための吐出口１５が設けられ、貯湯タンク１の上部には、貯湯タンク１内に湯を吸入する吸入口１６が設けられている。吐出口１５と吸入口１６とは循環回路１７で接続されており、循環回路１７の一部は後述するヒートポンプ装置２の水冷媒熱交換器２２内に配設されている。

循環回路１７の水冷媒熱交換器２２より吐出口１５側（上流側）には、循環回路１７に貯湯タンク１内の下部の水を上部に向かって圧送する（循環させる）ための循環ポンプ（ポンプ）１８が配設されている。循環ポンプ１８は、内蔵される電動モータ（図示せず）によって回転駆動され、電動モータの回転数に応じて水の圧送量を調整可能としている。循環ポンプ１８（電動モータ）の作動は、後述する制御装置３によって制御されるようになっている。尚、循環ポンプ１８の配設位置は循環回路１７の水冷媒熱交換器２２より吐出口１５側（上流側）に限定されず、吸入口１６側（下流側）であっても良い。

循環回路１７の循環ポンプ１８と水冷媒熱交換器２２との間（水冷媒熱交換器２２より上流側）には、循環回路１７を流れる給湯水（貯湯タンク１から吐出される給湯水）の温度を検出する温度センサ１９ａが配設されている。温度センサ１９ａは、貯湯タンク１から吐出される給湯水の温度情報を後述する制御装置３に出力するようになっている。

また、循環回路１７の水冷媒熱交換２２より吸入口１６側（下流側）には、循環回路１７を流れる湯（水冷媒熱交換器２２により加熱された湯）の温度を検出する温度センサ１９ｂが配設されている。温度センサ１９ｂは、貯湯タンク１内へ戻る湯の温度情報を後述する制御装置３に出力するようになっている。

温度センサ１９ａ、１９ｂは、循環回路１７を流通する給湯水（湯）の温度を直接的に検出するように循環回路１７内に配設されたもの、あるいは給湯水（湯）の温度を間接的に検出するように循環回路１７の表面に配設されたもの、のいずれとしても良い。

ヒートポンプ装置２は、圧縮機２１、水冷媒熱交換器２２、膨張弁（本発明における減圧器に対応）２３、空気熱交換器２４、アキュムレータ２５が順次配管接続されることで構成されている。ヒートポンプ装置２の内部を流れる冷媒としては、二酸化炭素（ＣＯ２）が使用されるようになっている。

圧縮機２１は、内蔵される電動モータ（図示せず）によって駆動され、アキュムレータ２５より吸引した気相冷媒を臨界圧力以上に圧縮して吐出する流体機械である。尚、圧縮機２１の駆動源は電動モータに限定されず、エンジン等の動力源であっても良い。圧縮機２１（電動モータ）の作動は、後述する制御装置３によって制御されるようになっている。

水冷媒熱交換器２２は、圧縮機２１より吐出された高温高圧の冷媒（ホットガス）と循環ポンプ１８により貯湯タンク１内から圧送された給湯水との間で熱交換し、給湯水を加熱して湯とする熱交換器である。水冷媒熱交換器２２は、内部に冷媒が流れる冷媒通路（図示しない）と、給湯水が流れる水通路（図示しない）とを有しており、冷媒通路を流れる冷媒の流れ方向と水通路を流れる給湯水の流れ方向とが対向するように構成されている。尚、水冷媒熱交換器２２を流れる冷媒（ＣＯ２）は、圧縮機２１で臨界圧力以上に加圧されているので、水冷媒熱交換器２２を流通する給湯水に放熱して温度低下しても凝縮することは無い。

膨張弁２３は、水冷媒熱交換器２２から流出される冷媒を弁開度に応じて等エンタルピ的に減圧する減圧器であり、具体的には絞り量を加えていき弁開度を小さくすることで、より大きな減圧を行う。逆に言えば、弁開度を小さくすることで冷媒の高圧側に対しては圧力を上昇させる。膨張弁２３は、後述する制御装置３によって弁開度が電気的に（図示しないステッピングモータによって）制御される。

空気熱交換器２４は、膨張弁２３で減圧された冷媒をファン２４ａによって送風される外気との熱交換によって蒸発させる熱交換器である。アキュムレータ２５は、空気熱交換器２４より流出される冷媒を気液分離して、気相冷媒のみを圧縮機２１に吸引させると共に、サイクル中の余剰冷媒を蓄えるタンクである。

圧縮機２１と水冷媒熱交換器２２との間（冷媒流入側）には、水冷媒熱交換器２２に流入する冷媒の温度を検出する温度センサ２６ａが配設されている。また、水冷媒熱交換器２２と膨張弁２３との間（冷媒流出側）には、水冷媒熱交換器２２から流出する冷媒の温度を検出する温度センサ２６ｂが配設されている。各温度センサ２６ａ、２６ｂは、上記冷媒の温度情報を後述する制御装置３に出力するようになっている。

また、圧縮機２１と水冷媒熱交換器２２との間（圧縮機吐出側）には、圧縮機２１から吐出される冷媒の高圧側圧力（ヒートポンプ装置２における圧縮機２１の吐出口から膨張弁２３の流入口までの高圧側となる冷媒の圧力）を検出する圧力センサ２７が配設されている。圧力センサ２７は、上記冷媒の圧力情報を後述する制御装置３に出力するようになっている。圧力センサ２７は、圧縮機２１と水冷媒熱交換器２２との間に配設されることで、圧縮機２１の吐出側近傍配置となり、より精度の高い圧力情報を取得できる。

尚、圧力センサ２７は、圧縮機２１と水冷媒熱交換器２２との間に限らず、水冷媒熱交換器２２と膨張弁２３との間に配設されるようにしても良い。圧力センサ２７を水冷媒熱交換器２２と膨張弁２３との間に配設することで、圧力センサ２７は水冷媒熱交換器２２で温度低下された冷媒領域に配設されることなり、耐熱面で有利な配置となる。

制御手段である制御装置３は、循環ポンプ１８（実質的には駆動源である電動モータ）、圧縮機２１（実質的には駆動源である電動モータ）、膨張弁２３、およびファン２４ａを通電制御すると共に、循環ポンプ１８の作動回転数、圧縮機２１の作動状態、膨張弁２３の弁開度、およびファン２４ａの作動状態等を監視している。制御装置３は、各温度センサ１９ａ、１９ｂ、２６ａ、２６ｂからの温度情報、および圧力センサ２７からの圧力情報に基づいて、上記循環ポンプ１８、圧縮機２１、膨張弁２３、およびファン２４ａ等を制御し、空気熱交換器２４で外気から吸熱し、水冷媒熱交換器２２で循環回路１７を流通する給湯水を加熱するようになっている。

次に、上記構成による給湯装置１００の作動（給湯運転、沸き上げ運転）について図２、図３を加えて説明する。

１．給湯運転
昼間の台所や洗面所での湯の使用時、風呂への湯張り時、あるいは暖房使用時には、制御装置３は、図示しない操作盤の給湯設定温度スイッチ、あるいは湯張り設定温度スイッチからユーザによって入力設定される設定温度と一致するように、導出管１４における混合弁の弁開度を調節して、貯湯タンク１の導出口１３から取出される高温の湯と給水配管から供給される水道水とを混合して温度調節した湯として供給する。

２．沸き上げ運転
制御装置３は、給湯装置１００に電力供給されている時には、図示しない操作盤の設定スイッチからユーザによって入力設定される設定条件（例えば目標沸き上げ温度、沸き上げ時刻等）、および外気温度等に基づいて、主に電力料金が安価となる深夜の時間帯（例えば２３時から翌朝７時）に、沸き上げ運転を実行する。

即ち、制御装置３は、図２に示すステップＳ１００で、循環ポンプ１８を作動させて循環回路１７内に給湯水を流通させると共に、ヒートポンプ装置２（圧縮機２１、膨張弁２３、ファン２４ａ）も作動させて、水冷媒熱交換器２２において、高温高圧の冷媒によって循環回路１７内を流通する給湯水を加熱する。この時、温度センサ１９ｂが検出した実際の沸き上げ温度と、設定された目標沸き上げ温度（例えば９０℃）とを比較し、両者が一致するように循環ポンプ１８に作動指示（作動回転数調整、即ち給湯水の流量調整）を行う。

尚、沸き上げ運転においては、制御装置３は、ヒートポンプ装置２の作動効率を高めるために、例えば温度センサ２６ｂと温度センサ１９ａとから得られる温度差が所定値（例えば４〜５℃）となるように、圧縮機２１の作動回転数、膨張弁２３の弁開度、ファン２４ａの回転数等を調節してヒートポンプ装置２を運転する。または、制御装置３は、ヒートポンプ装置２の作動効率を高めるために、ヒートポンプ装置２の高圧側圧力値、あるいは圧縮機２１からの吐出冷媒温度値等に基づいて、圧縮機２１の作動回転数、膨張弁２３の弁開度、ファン２４ａの回転数等を調節してヒートポンプ装置２を運転する。（以上が、通常の沸き上げ運転）。

ここで、通常の沸き上げ運転において、例えば市水管の圧力が低下して、貯湯タンク１内、および循環回路１７内の給湯水にかかる圧力（給水圧力）が低下すると、「発明が解決しようとする課題」の項で説明したように、給湯水中の溶存酸素等がガスとなって発生する、あるいは給湯水圧力の低下により初期の給湯水圧力下における給湯水の沸点が下がり、水冷媒熱交換器２２での冷媒温度条件も加わると、給湯水が沸騰してしまう場合がある。

よって、ここでは制御装置３は、ステップＳ１１０において、水冷媒熱交換器２２の流出側で温度センサ１９ｂによって検出される給湯水（湯）の実際の沸き上げ温度（水の流出温度）が、予め定めた所定値（予め定めた給水圧力の低下に基づく水からのガス化に関連する所定値であり、例えば大気圧下における水の沸点、つまり１００℃前後の値）を超えたか否かを監視する。そして、実際の沸き上げ温度が上記所定値を超えた場合は、ステップＳ１２０で、一旦、各種機器（循環ポンプ１８、圧縮機２１、膨張弁２３、ファン２４ａ）を停止させる。

そして、ステップＳ１３０で、予め定めた停止用所定時間（例えば１分）の経過を待って、ステップＳ１４０で、設定温度変更運転を実行する。設定温度変更運転においては、制御装置３は、図３に示すように、初期の目標沸き上げ温度（例えば９０℃）を低い側となる安全沸き上げ温度（例えば６０〜７５℃）に変更し、再度各種機器（循環ポンプ１８、圧縮機２１、膨張弁２３、ファン２４ａ）を作動させて、沸き上げ運転を継続させる。この時、制御装置３は、循環ポンプ１８の作動回転数を停止前の回転数よりも高回転側に上げて、水冷媒熱交換器２２を流通する給湯水の流量を増加させることで沸き上げ温度を低下させる。

このように、本実施形態においては、給湯水の実際の沸き上げ温度（流出温度）が、所定値（予め定めた給湯水からのガス化に関連する所定値）を超えた時に、設定温度変更運転を実行するようにしている。これにより、目標沸き上げ温度が安全沸き上げ温度に変更され、循環ポンプ１８の回転数が増速されて水冷媒熱交換器２２を流通する給湯水の流量が増加される。よって、給水圧力低下に伴うガス化現象による水冷媒熱交換器２２内のガスを積極的に流出させることができ、循環ポンプ１８による給湯水の圧送が可能となり、継続的な湯の沸き上げが可能となる。そして、この設定温度変更運転においては、給水圧力低下に伴う沸点低下に対して、安全沸き上げ温度との温度差（安全率）を確保した状態で湯の沸き上げが可能となる。

また、給湯水の実際の沸き上げ温度（流出温度）が、所定値（予め定めた給湯水からのガス化に関連する所定値）を超えた時に、ステップＳ１２０、Ｓ１３０で各種機器（循環ポンプ１８、圧縮機２１、膨張弁２３、ファン２４ａ）を停止用所定時間だけ停止させるようにしているので、停止用所定時間の間、ヒートポンプ装置２内の冷媒圧力、更には冷媒温度を低下させ、給湯水圧力低下に伴うガス化現象を抑えることができ、次に続く設定温度変更運転（ステップＳ１４０）を無理なく実行することができる。

尚、上記実施形態では、制御装置３は、初期の目標沸き上げ温度の安全沸き上げ温度への変更をステップＳ１４０（設定温度変更運転時）にて行うようにしたが、これに限らず、予めステップＳ１２０〜ステップＳ１３０の間にて行うようにしても良い。

（第２実施形態）
本発明を適用した第２実施形態を図４、図５に示す。第２実施形態の給湯装置１００の構成は、上記第１実施形態と同一であり、第２実施形態は、沸き上げ運転時において上記第１実施形態の設定温度変更運転（ステップＳ１４０）に対して、回転数変更運転（ステップＳ１５０）を実行するようにしたものとしている。図４のフローチャートは、図２のフローチャートに対してステップＳ１４０をステップＳ１５０、Ｓ１６０に変更したものである。

本第２実施形態においては、図４に示すように、制御装置３は、通常沸き上げ運転（ステップＳ１００）を実行する中で、実際の沸き上げ温度が、所定値を超えた時に（ステップＳ１１０）、各種機器を停止用所定時間（例えば１分）だけ停止した後に（ステップＳ１２０、Ｓ１３０）、ステップＳ１５０にて回転数変更運転を実行する。つまり、図５に示すように、制御装置３はステップＳ１３０の後に循環ポンプ１８の回転数を予め定めた高回転側回転数に変更し、所定時間（例えば２分）だけその高回転側回転数で循環ポンプ１８を作動させる。そして、ステップＳ１６０にて、通常の沸き上げ運転を再開する。

これにより、水冷媒熱交換器２２を流通する給湯水の流量が増加され、給湯水圧力低下に伴うガス化現象による水冷媒熱交換器２２内のガスを積極的に流出させることができ、循環ポンプ１８による給湯水の圧送が可能となり、継続的な湯の沸き上げが可能となる。

また、給湯水の実際の沸き上げ温度（流出温度）が、所定値（予め定めた給湯水からのガス化に関連する所定値）を超えた時に、ステップＳ１２０、Ｓ１３０で各種機器（循環ポンプ１８、圧縮機２１、膨張弁２３、ファン２４ａ）を停止用所定時間のだけ停止させるようにしているので、停止用所定時間の間、ヒートポンプ装置２内の冷媒圧力、更には冷媒温度を低下させ、給湯水圧力低下に伴うガス化現象を抑えることができ、次に続く回転数変更運転（ステップＳ１５０）を無理なく実行することができる。

尚、上記実施形態では、制御装置３は、循環ポンプ１８の高回転側回転数への変更をステップＳ１５０（回転数変更運転時）にて行うようにしたが、これに限らず、予めステップＳ１２０〜ステップＳ１３０の間にて行うようにしても良い。

（第３実施形態）
本発明を適用した第３実施形態を図６、図７に示す。第３実施形態の給湯装置１００の構成は、上記第１実施形態と同一であり、第３実施形態は、沸き上げ運転時において上記第１実施形態の設定温度変更運転（ステップＳ１４０）に対して、回転数変更運転（ステップＳ１５０）と設定温度変更運転（ステップＳ１４０）との両者を実行するようにしたものとしている。図６のフローチャートは、図２のフローチャートに対してステップＳ１４０をステップＳ１５０、およびＳ１４０に変更したものである。

本第３実施形態においては、図６に示すように、制御装置３は、通常沸き上げ運転（ステップＳ１００）を実行する中で、実際の沸き上げ温度が、所定値を超えた時に（ステップＳ１１０）、各種機器を停止用所定時間（例えば１分）だけ停止した後に（ステップＳ１２０、Ｓ１３０）、図７に示すように、まず、ステップＳ１５０にて回転数変更運転を実行し（例えば２分）、その次に、ステップＳ１４０にて、設定温度変更運転を実行する。

これにより、回転数変更運転と設定温度変更運転との両者により、水冷媒熱交換器２２内のガスを確実に流出させることができ、循環ポンプ１８による給湯水の圧送が可能となり、継続的な湯の沸き上げが可能となる。

そして、回転数変更運転と設定温度変更運転のうち、回転数変更運転を先に実行することにより、循環ポンプ１８に対する直接的な回転数変更の制御を先に実行することになるので、タイムラグのない制御が可能となる。

尚、上記実施形態では、制御装置３は、循環ポンプ１８の高回転側回転数への変更をステップＳ１５０（回転数変更運転時）にて行い、初期の目標沸き上げ温度の安全沸き上げ温度への変更をステップＳ１４０（設定温度変更運転時）にて行うようにしたが、これに限らず、両者の変更を予めステップＳ１２０〜ステップＳ１３０の間にて行うようにしても良い。

（第４実施形態）
本発明を適用した第４実施形態を図８（タイムチャート）に示す。第４実施形態の給湯装置１００の構成は、上記第１実施形態と同一であり、第４実施形態は、沸き上げ運転時において、上記第１実施形態の設定温度変更運転と、上記第２実施形態の設定温度変更運転との両者を実行した後に、圧縮機２１および循環ポンプ１８を停止するようにしたものとしている。ここでは、圧縮機２１および循環ポンプ１８の停止を瞬時の停止として、更に、その後に通常の循環ポンプ１８の回転数にて設定温度変更運転を継続するものとしている。

これにより、圧縮機２１および循環ポンプ１８を停止させることで、ヒートポンプ装置２内の冷媒圧力を速やかに一旦低下させることができるので、更に各種機器の保護が可能となる。

（その他の実施形態）
上記第１〜第４実施形態では、給水圧力の低下に基づく給湯水からのガス化に関連する所定値を大気圧下における給湯水の沸点前後の値として設定し、温度センサ１９ｂによって検出される温度情報（実際の沸き上げ温度）と比較するようにしたが、これに限らず、温度センサ２６ａ、２６ｂによって検出される温度情報（冷媒の流入温度、冷媒の流出温度）、あるいは、圧力センサ２７によって検出される冷媒の圧力情報（冷媒の高圧側圧力）を用いて、これら冷媒の温度、圧力を用いた場合のガス化に相関する判定値（所定値）をそれぞれ設けて、比較判定するようにしても良い。

また、上記第１〜第４実施形態では、停止用所定時間（例えば１分）だけ各種機器を停止するようにしたが（ステップＳ１２０、Ｓ１３０）、瞬時の停止としたり、更には、この各種機器の停止を廃止して、ステップＳ１１０の判定後、すぐに回転数変更運転、あるいは（および）設定温度変更運転を実行するようにしても良い。

また、上記第１〜第４実施形態では、貯湯タンク１内の下部の給湯水をヒートポンプ装置２で加熱して、貯湯タンク１内の上部に高温の湯として貯えるものとしたが、外部から供給される給湯水を貯湯タンク１内に導入される前にヒートポンプ装置２で加熱し、その後貯湯タンク１内に貯えるものであっても良い。また、貯湯タンク１を備えず、外部から供給される給湯水をヒートポンプ装置２で加熱して湯とし、この湯を貯えることなく供給する給湯装置であっても本発明を適用できる。

また、上記第１〜第４実施形態では、水冷媒熱交換器２２において冷媒と給湯水とが対向流となるように構成したが、冷媒と給湯水とが同一方向流れとなるようにしても良い。

また、上記第１〜第４実施形態では、ヒートポンプ装置２の減圧器として等エンタルピ的に減圧する膨張弁２３としたが、等エントロピ的に減圧するエジェクタとしても良い。

また、上記第１〜第４実施形態では、ヒートポンプ装置２内にアキュムレータ２５を設けるものとしたが、アキュムレータ２５は必要に応じて設定すれば良く、廃止しても良い。

また、上記第１〜第４実施形態では、ヒートポンプ装置２は、圧縮機２１で冷媒を臨界圧力以上に加圧するいわゆる超臨界ヒートポンプサイクルを構成したが、超臨界ヒートポンプサイクルに限定されるものではない。また、冷媒は二酸化炭素であったが、これに限定されるものではない。いわゆるフロン等の他の冷媒であっても良い。

第１実施形態におけるヒートポンプ式給湯装置の概略構成を示す模式図である。 第１実施形態における制御装置が行う設定温度変更運転に用いられるフローチャートである。 第１実施形態における設定温度変更運転時の沸き上げ温度を示すタイムチャートである。 第２実施形態における制御装置が行う回転数変更運転に用いられるフローチャートである。 第２実施形態における回転数変更運転時のポンプ回転数を示すタイムチャートである。 第３実施形態における制御装置が行う回転数変更運転、および設定温度変更運転に用いられるフローチャートである。 第３実施形態における回転数変更運転、および設定温度変更運転時のポンプ回転数、および沸き上げ温度を示すタイムチャートである。 第４実施形態における回転数変更運転、および設定温度変更運転時のポンプ回転数、および沸き上げ温度を示すタイムチャートである。

符号の説明

２ ヒートポンプ装置（ヒートポンプサイクル）
３ 制御装置（制御手段）
１７ 循環回路
１８ 循環ポンプ（ポンプ）
２１ 圧縮機
２２ 水冷媒熱交換器
２３ 膨張弁（減圧器）
２４ 空気熱交換器
１００ ヒートポンプ式給湯装置

Claims (8)

1. 圧縮機（２１）、水冷媒熱交換器（２２）、減圧器（２３）および空気熱交換器（２４）が環状に接続されて、内部を冷媒が循環するヒートポンプサイクル（２）と、
   大気圧を超える給水圧力がかけられた水が、前記水冷媒熱交換器（２２）を通過するように流通する循環回路（１７）と、
   前記循環回路（１７）に設けられて、回転作動することで前記水を圧送するポンプ（１８）と、
   前記冷媒によって前記水冷媒熱交換器（２２）から流出される前記水の流出温度が、予め定めた目標沸き上げ温度となるように、前記圧縮機（２１）、前記ポンプ（１８）、および前記減圧器（２３）の少なくとも１つの作動を制御する制御手段（３）とを備えるヒートポンプ式給湯装置において、
   前記制御手段（３）は、前記水の前記流出温度、前記水冷媒熱交換器（２２）に流入される前記冷媒の流入温度、あるいは前記圧縮機（２１）の吐出口から前記減圧器（２３）の流入口までの高圧側における前記冷媒の高圧側圧力の少なくとも１つが、予め定めた前記給水圧力の低下に基づく前記水からのガス化に関連する所定値を超えた時に、前記圧縮機（２１）および前記ポンプ（１８）を停止した後に、
   前記目標沸き上げ温度を予め定めた低温側となる安全沸き上げ温度に変更する設定温度変更運転、あるいは前記ポンプ（１８）の回転数を予め定めた所定時間の間、予め定めた高回転側回転数に変更する回転数変更運転の少なくとも１つを実行することを特徴とするヒートポンプ式給湯装置。
2. 前記制御手段（３）は、前記圧縮機（２１）および前記ポンプ（１８）を予め定めた停止用所定時間の間、停止した後に、前記設定温度変更運転、あるいは前記回転数変更運転の少なくとも１つを実行することを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ式給湯装置。
3. 前記制御手段（３）は、前記設定温度変更運転、および前記回転数変更運転の両者を実行する際には、前記設定温度変更運転よりも前記回転数変更運転を先に実行することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のヒートポンプ式給湯装置。
4. 圧縮機（２１）、水冷媒熱交換器（２２）、減圧器（２３）および空気熱交換器（２４）が環状に接続されて、内部を冷媒が循環するヒートポンプサイクル（２）と、
   大気圧を超える給水圧力がかけられた水が、前記水冷媒熱交換器（２２）を通過するように流通する循環回路（１７）と、
   前記循環回路（１７）に設けられて、回転作動することで前記水を圧送するポンプ（１８）と、
   前記冷媒によって前記水冷媒熱交換器（２２）から流出される前記水の流出温度が、予め定めた目標沸き上げ温度となるように、前記圧縮機（２１）、前記ポンプ（１８）、および前記減圧器（２３）の少なくとも１つの作動を制御する制御手段（３）とを備えるヒートポンプ式給湯装置において、
   前記制御手段（３）は、前記水の前記流出温度、前記水冷媒熱交換器（２２）に流入される前記冷媒の流入温度、あるいは前記圧縮機（２１）の吐出口から前記減圧器（２３）の流入口までの高圧側における前記冷媒の高圧側圧力の少なくとも１つが、予め定めた前記給水圧力の低下に基づく前記水からのガス化に関連する所定値を超えた時に、
   前記目標沸き上げ温度を予め定めた低温側となる安全沸き上げ温度に変更する設定温度変更運転、あるいは前記ポンプ（１８）の回転数を予め定めた所定時間の間、予め定めた高回転側回転数に変更する回転数変更運転の少なくとも１つを実行した後に、前記圧縮機（２１）および前記ポンプ（１８）を停止することを特徴とするヒートポンプ式給湯装置。
5. 圧縮機（２１）、水冷媒熱交換器（２２）、減圧器（２３）および空気熱交換器（２４）が環状に接続されて、内部を冷媒が循環するヒートポンプサイクル（２）と、
   大気圧を超える給水圧力がかけられた水が、前記水冷媒熱交換器（２２）を通過するように流通する循環回路（１７）と、
   前記循環回路（１７）に設けられて、回転作動することで前記水を圧送するポンプ（１８）とを備えるヒートポンプ式給湯装置の制御方法であって、
   前記水の前記流出温度、前記水冷媒熱交換器（２２）に流入される前記冷媒の流入温度、あるいは前記圧縮機（２１）の吐出口から前記減圧器（２３）の流入口までの高圧側における前記冷媒の高圧側圧力の少なくとも１つが、予め定めた前記給水圧力の低下に基づく前記水からのガス化に関連する所定値を超えた時に、前記圧縮機（２１）および前記ポンプ（１８）を停止した後に、
   前記目標沸き上げ温度を予め定めた低温側となる安全沸き上げ温度に変更する設定温度変更運転、あるいは前記ポンプ（１８）の回転数を予め定めた所定時間の間、予め定めた高回転側回転数に変更する回転数変更運転の少なくとも１つを実行することを特徴とするヒートポンプ式給湯装置の制御方法。
6. 前記圧縮機（２１）および前記ポンプ（１８）を予め定めた停止用所定時間の間、停止した後に、前記設定温度変更運転、あるいは前記回転数変更運転の少なくとも１つを実行することを特徴とする請求項５に記載のヒートポンプ式給湯装置の制御方法。
7. 前記設定温度変更運転、および前記回転数変更運転の両者を実行する際には、前記設定温度変更運転よりも前記回転数変更運転を先に実行することを特徴とする請求項５または請求項６に記載のヒートポンプ式給湯装置の制御方法。
8. 圧縮機（２１）、水冷媒熱交換器（２２）、減圧器（２３）および空気熱交換器（２４）が環状に接続されて、内部を冷媒が循環するヒートポンプサイクル（２）と、
   大気圧を超える給水圧力がかけられた水が、前記水冷媒熱交換器（２２）を通過するように流通する循環回路（１７）と、
   前記循環回路（１７）に設けられて、回転作動することで前記水を圧送するポンプ（１８）とを備えるヒートポンプ式給湯装置の制御方法であって、
   前記水の前記流出温度、前記水冷媒熱交換器（２２）に流入される前記冷媒の流入温度、あるいは前記圧縮機（２１）の吐出口から前記減圧器（２３）の流入口までの高圧側における前記冷媒の高圧側圧力の少なくとも１つが、予め定めた前記給水圧力の低下に基づく前記水からのガス化に関連する所定値を超えた時に、
   前記目標沸き上げ温度を予め定めた低温側となる安全沸き上げ温度に変更する設定温度変更運転、あるいは前記ポンプ（１８）の回転数を予め定めた所定時間の間、予め定めた高回転側回転数に変更する回転数変更運転の少なくとも１つを実行した後に、前記圧縮機（２１）および前記ポンプ（１８）を停止することを特徴とするヒートポンプ式給湯装置の制御方法。

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