JP6488160B2

JP6488160B2 - ヒートポンプ加熱装置

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Publication number: JP6488160B2
Application number: JP2015047083A
Authority: JP
Inventors: 智久近藤; 今井　誠士; 誠士今井; 伸行赤木
Original assignee: Rinnai Corp
Current assignee: Rinnai Corp
Priority date: 2015-03-10
Filing date: 2015-03-10
Publication date: 2019-03-20
Anticipated expiration: 2035-03-10
Also published as: JP2016166715A

Description

本発明は、ヒートポンプ加熱装置に関する。

特許文献１に、冷媒を加圧して送り出す圧縮機と、圧縮機からの冷媒と被加熱流体との間で熱交換して冷媒を凝縮させる凝縮器と、凝縮器からの冷媒を減圧する減圧器と、減圧器からの冷媒と環境との間で熱交換して冷媒を蒸発させる蒸発器と、冷媒を圧縮機、凝縮器、減圧器、蒸発器の順に循環させる冷媒循環路と、制御装置を備えるヒートポンプ加熱装置が開示されている。このヒートポンプ加熱装置では、圧縮機の目標凝縮温度が、被加熱流体の目標加熱温度に基づいて設定されている。このヒートポンプ加熱装置では、制御装置が、圧縮機の回転数を制御する圧縮機回転数制御を実行するように構成されている。このヒートポンプ加熱装置では、制御装置が、圧縮機回転数制御において、（１）冷媒の凝縮温度が目標凝縮温度より低い場合に、圧縮機の回転数を増加させ、（２）冷媒の凝縮温度が目標凝縮温度より高い場合に、圧縮機の回転数を減少させる。

特開２０１２−２３３６２６号公報

特許文献１の技術では、凝縮器を流れる被加熱流体の流量を一定としたまま、冷媒の凝縮温度が目標凝縮温度となるように圧縮機の回転数を調整している。この場合、圧縮機の回転数を増減させることで、冷媒の凝縮温度を目標凝縮温度に近づけ、それによって凝縮器から流出する被加熱流体の温度（以下では流出温度ともいう）を目標加熱温度に近づけることができる。しかしながら、このようにして調整された圧縮機の回転数は、必ずしもヒートポンプ加熱装置を高いＣＯＰで動作させる回転数ではない。被加熱流体の流出温度は、圧縮機の回転数を増減させた場合だけでなく、凝縮器を流れる被加熱流体の流量を増減させた場合にも変動する。凝縮器を流れる被加熱流体の流量が変動すると、それによって被加熱流体の流出温度や冷媒の凝縮温度も変動する。従って、圧縮機の回転数を調整するだけでなく、凝縮器を流れる被加熱流体の流量についても調整する構成とすることによって、被加熱流体の流出温度を目標加熱温度に近づけつつ、ヒートポンプ加熱装置を高いＣＯＰで動作させることが可能となる。

しかしながら、圧縮機の回転数と、凝縮器を流れる被加熱流体の流量をそれぞれ調整する構成とすると、次のような問題が生じる。図５は、一例として、凝縮器に被加熱流体を循環させる循環ポンプの回転数を増減させることで被加熱流体の流量を増減させる構成において、冷媒の凝縮温度が目標凝縮温度に近づくように圧縮機の回転数を制御し、かつ被加熱流体の流出温度が目標加熱温度に近づくように循環ポンプの回転数を制御する場合の、圧縮機の回転数、循環ポンプの回転数、圧縮機の凝縮温度および被加熱流体の流出温度の時間的な変化を示している。なお、ここでいう目標凝縮温度は、特許文献１でいう目標凝縮温度とは異なり、ヒートポンプ加熱装置を高いＣＯＰで動作させる凝縮温度をいう。図５に示す例では、循環ポンプの回転数は、被加熱流体の流出温度が目標加熱温度に近づくように増減される。また、圧縮機の回転数は、冷媒の凝縮温度が目標凝縮温度に近づくように増減される。この際に、循環ポンプの回転数を増減させると、被加熱流体の流出温度が変動するとともに、冷媒の凝縮温度も変動する。また、圧縮機の回転数を増減させると、冷媒の凝縮温度が変動するとともに、被加熱流体の流出温度も変動する。このため、冷媒の凝縮温度が目標凝縮温度に近づくように圧縮機の回転数を制御し、かつ被加熱流体の流出温度が目標加熱温度に近づくように循環ポンプの回転数を制御すると、冷媒の凝縮温度および被加熱流体の流出温度が安定するまで圧縮機の回転数の増減と循環ポンプの回転数の増減を頻繁に行うこととなり、ヒートポンプ加熱装置の動作が安定するまでに長時間を必要とすることになる。

本明細書は、上記の課題を解決する技術を提供する。本明細書では、圧縮機の回転数と凝縮器を流れる被加熱流体の流量をそれぞれ調整するヒートポンプ加熱装置において、ヒートポンプ加熱装置の動作を速やかに安定させることが可能な技術を提供する。

本明細書が開示するヒートポンプ加熱装置は、冷媒を加圧して送り出す圧縮機と、圧縮機からの冷媒と被加熱流体との間で熱交換して冷媒を凝縮させる凝縮器と、凝縮器からの冷媒を減圧する減圧器と、減圧器からの冷媒と環境との間で熱交換して冷媒を蒸発させる蒸発器と、冷媒を圧縮機、凝縮器、減圧器、蒸発器の順に循環させる冷媒循環路と、凝縮器を流れる被加熱流体の流量を調整する流量調整手段と、凝縮器から流出する被加熱流体の温度を検出する流出温度センサと、制御装置を備えている。そのヒートポンプ加熱装置では、制御装置が、圧縮機の回転数を制御する圧縮機回転数制御と、流量調整手段の動作を制御する被加熱流体流量制御をそれぞれ並行して繰り返し実行するように構成されている。そのヒートポンプ加熱装置では、制御装置が、圧縮機回転数制御において、（１）流出温度センサで検出される温度が被加熱流体の目標加熱温度に基づく下限加熱温度より低い場合に、圧縮機の回転数を増加させ、（２）流出温度センサで検出される温度が被加熱流体の目標加熱温度に基づく上限加熱温度より高い場合に、圧縮機の回転数を減少させる。そのヒートポンプ加熱装置では、制御装置が、被加熱流体流量制御において、（１）圧縮機の回転数が目標回転数より低い場合に、凝縮器を流れる被加熱流体の流量を増加させ、（２）圧縮機の回転数が目標回転数より高い場合に、凝縮器を流れる被加熱流体の流量を減少させる。なお、流量調整手段は、例えば凝縮器に被加熱流体を循環させる循環ポンプの回転数を増減させることで凝縮器を流れる被加熱流体の流量を調整してもよいし、他の方法によって凝縮器を流れる被加熱流体の流量を調整してもよい。

上記のヒートポンプ加熱装置では、圧縮機の回転数が目標回転数に近づくように、凝縮器を流れる被加熱流体の流量を調整する。圧縮機の回転数の制御が、被加熱流体の流出温度に応じて行われる場合には、凝縮器を流れる被加熱流体の流量を増加させると、被加熱流体の流出温度が低下し、それに応じて圧縮機の回転数が増加する。逆に、凝縮器を流れる被加熱流体の流量を減少させると、被加熱流体の流出温度が上昇し、それに応じて圧縮機の回転数が減少する。

図６は、上記のヒートポンプ加熱装置において、凝縮器に被加熱流体を循環させる循環ポンプの回転数を増減させることで被加熱流体の流量を調整する構成とした場合の、圧縮機の回転数、循環ポンプの回転数および被加熱流体の流出温度の時間的な変化の一例を示している。図６に示すように、圧縮機の回転数が目標回転数に近づくように循環ポンプの回転数を増減させることで、圧縮機の回転数の増減と循環ポンプの回転数の増減を頻繁に行うことを防ぐことができ、ヒートポンプ加熱装置の動作を速やかに安定させることができる。

上記のヒートポンプ加熱装置によれば、起動直後で冷媒の凝縮温度が低い期間においては、目標回転数よりも高い回転数で圧縮機を動作させることになり、冷媒の凝縮温度を速やかに上昇させて、被加熱流体の流出温度を速やかに目標加熱温度まで上昇させることができる。また、上記のヒートポンプ加熱装置によれば、冷媒の凝縮温度が安定してくると、圧縮機の回転数を目標回転数に速やかに収束させて、ヒートポンプ加熱装置を長期間にわたって高いＣＯＰで動作させることができる。

上記のヒートポンプ加熱装置は、圧縮機の回転数が目標回転数に実質的に等しい場合に、制御装置が、被加熱流体流量制御において、（１）流出温度センサで検出される温度が下限加熱温度より高い第２下限加熱温度より低い場合に、凝縮器を流れる被加熱流体の流量を減少させ、（２）流出温度センサで検出される温度が上限加熱温度より低い第２上限加熱温度より高い場合に、凝縮器を流れる被加熱流体の流量を増加させる。

被加熱流体の流出温度が目標加熱温度で安定し、かつ圧縮機の回転数が目標回転数に収束した後に、被加熱流体の流出温度が目標加熱温度から外れていく場合がある。このような場合に、凝縮器を流れる被加熱流体の流量を圧縮機の回転数のみに応じて調整する構成では、被加熱流体の流出温度を目標加熱温度に近づけるために、いったん圧縮機の回転数を目標回転数から外れた回転数として、それに応じて凝縮器を流れる被加熱流体の流量を増減させることになる。このような制御では、圧縮機の回転数を目標回転数から一時的に外してしまうことになり、ヒートポンプ加熱装置のＣＯＰが低下してしまう。これに対して、上記のヒートポンプ加熱装置のように、圧縮機の回転数が目標回転数に実質的に等しい場合には、凝縮器を流れる被加熱流体の流量を被加熱流体の流出温度に応じて調整する構成とすることで、圧縮機の回転数を目標回転数に維持しつつ、被加熱流体の流出温度を目標加熱温度に近づけることができる。

図７に、上記のヒートポンプ加熱装置における被加熱流体の流出温度の時間的な変化の例を示す。上記のヒートポンプ加熱装置では、圧縮機の回転数が目標回転数に実質的に等しい場合に、被加熱流体の流出温度が目標加熱温度を超えて上昇していくと、被加熱流体の流出温度が上限加熱温度（圧縮機の回転数を低減させる温度）に達する前に、被加熱流体の流出温度が第２上限加熱温度（被加熱流体の流量を増加させる温度）に達する。この際に、流量調整手段が被加熱流体の流量を増加させることで、圧縮機の回転数を目標回転数から変化させることなく、被加熱流体の流出温度が低下していく。このように、上記のヒートポンプ加熱装置によれば、圧縮機の回転数を目標回転数に維持しつつ、被加熱流体の流出温度を目標加熱温度に近づけることができる。

および／または、上記のヒートポンプ加熱装置は、被加熱流体流量制御の制御更新時間が、圧縮機回転数制御の制御更新時間よりも長いように構成される。

通常、凝縮器を流れる被加熱流体の流量を増減させた場合には、被加熱流体の流出温度は速やかに変化し、圧縮機の回転数を増減させた場合には、被加熱流体の流出温度は緩やかに変化する。このため、圧縮機の回転数を増減させてから、被加熱流体の流出温度が変化するまでの間に、凝縮器を流れる被加熱流体の流量まで増減させてしまうと、圧縮機の回転数の増減による被加熱流体の流出温度の変化と、被加熱流体の流量の増減による被加熱流体の流出温度の変化が重畳して、被加熱流体の流出温度が安定し難くなり、ヒートポンプ加熱装置の動作が安定するまでに長時間を必要とすることになる。上記のヒートポンプ加熱装置のように、被加熱流体流量制御の制御更新時間を、圧縮機回転数制御の制御更新時間よりも長くすることによって、圧縮機の回転数を増減させてから、被加熱流体の流出温度が変化するまでの間に、被加熱流体の流量まで増減させてしまうことを抑制することができる。ヒートポンプ加熱装置の動作を速やかに安定させることができる。

上記のヒートポンプ加熱装置は、環境温度を検出する環境温度センサと、凝縮器に流入する被加熱流体の温度を検出する流入温度センサをさらに備えており、圧縮機の目標回転数が、被加熱流体の目標加熱温度と、環境温度センサで検出される温度と、流入温度センサで検出される温度に基づいて設定されているように構成することができる。

上記のヒートポンプ加熱装置によれば、圧縮機の目標回転数を、ヒートポンプ加熱装置が高いＣＯＰで動作する回転数に設定することができる。上記のヒートポンプ加熱装置では、圧縮機の回転数は目標回転数に速やかに収束するため、ヒートポンプ加熱装置を長期間にわたって高いＣＯＰで動作させることができる。

ヒートポンプ加熱装置４が組み込まれた給湯システム２の構成を模式的に示す図である。制御装置１８に記憶されている圧縮機２６の目標回転数設定のための表５０の例を示す。制御装置１８が行う圧縮機回転数制御を説明するフローチャートである。制御装置１８が行うポンプ回転数制御を説明するフローチャートである。従来技術のヒートポンプ加熱装置における圧縮機の回転数、ポンプの回転数、圧縮機の凝縮温度、被加熱流体の流出温度の時間的変化の一例を示す。ヒートポンプ加熱装置における圧縮機の回転数、ポンプの回転数、圧縮機の凝縮温度、被加熱流体の流出温度の時間的変化の一例を示す。ヒートポンプ加熱装置における被加熱流体の流出温度の時間的変化の例を示す。

（実施例）
図１に示すように、給湯システム２は主に、ヒートポンプ加熱装置４と、貯湯槽８と、循環ポンプ１０と、混合弁１２と、バーナ加熱装置１４と、バイパス弁１６と、制御装置１８を備えている。給湯システム２は、上水道等の給水源から供給される水を、ヒートポンプ加熱装置４および／またはバーナ加熱装置１４を加熱源として加熱し、給湯設定温度に調温された水を供給する。

ヒートポンプ加熱装置４は、冷媒（例えばＲ３２やＲ４１０ＡといったＨＦＣ冷媒や、Ｒ７４４といったＣＯ_２冷媒）を循環させるための冷媒循環路２０と、蒸発器２２と、ファン２４と、圧縮機２６と、凝縮器２８と、減圧器３０を備えている。

蒸発器２２は、ファン２４によって送風された外気と冷媒循環路２０内の冷媒との間で熱交換を行う、気液熱交換器である。蒸発器２２には、減圧器３０を通過後の低圧低温の液体状態にある冷媒が供給される。蒸発器２２は、冷媒と外気とを熱交換させることによって、冷媒を加熱する。冷媒は、加熱されることにより気化し、比較的高温で低圧の気体状態となる。なお、ファン２４の近傍には、外気温度を検出する外気温度センサ２５が設けられている。

圧縮機２６には、蒸発器２２を通過後の冷媒が供給される。即ち、圧縮機２６には、比較的高温で低圧の気体状態の冷媒が供給される。圧縮機２６によって冷媒が圧縮されることにより、冷媒は高温高圧の気体状態となる。圧縮機２６は、圧縮後の高温高圧の気体状態の冷媒を、凝縮器２８に送り出す。

凝縮器２８には、圧縮機２６から送り出された高温高圧の気体状態の冷媒が供給される。凝縮器２８は、冷媒循環路２０内の冷媒と水循環路６内の水との間で熱交換を行う、液液熱交換器である。冷媒は、凝縮器２８での熱交換の結果、熱を奪われて凝縮する。これにより、冷媒は、比較的低温で高圧の液体状態となる。

減圧器３０には、凝縮器２８を通過後の比較的低温で高圧の液体状態の冷媒が供給される。本実施例の減圧器３０は、冷媒循環路２０に設けられた絞り弁である。冷媒は、減圧器３０を通過することによって減圧され、低温低圧の液体状態となる。減圧器３０を通過した冷媒は、上記の通り、蒸発器２２に送られる。

ヒートポンプ加熱装置４において、圧縮機２６を作動させると、冷媒循環路２０内の冷媒は、蒸発器２２、圧縮機２６、凝縮器２８、減圧器３０の順に循環する。ヒートポンプ加熱装置４が動作すると、凝縮器２８において、水循環路６内の水が加熱される。

貯湯槽８は、ヒートポンプ加熱装置４によって加熱された水を貯える。貯湯槽８は密閉型であり、断熱材によって外側が覆われている。

水循環路６は、上流端が貯湯槽８の下部に接続されており、ヒートポンプ加熱装置４の凝縮器２８を通過して、下流端が貯湯槽８の上部に接続されている。水循環路６には、循環ポンプ１０が取り付けられている。ヒートポンプ加熱装置４を動作させて、かつ循環ポンプ１０を駆動すると、貯湯槽８の下部の水が凝縮器２８に送られて、凝縮器２８で加熱された水が貯湯槽８の上部に戻される。貯湯槽８の内部には、低温の水の層の上に高温の水の層が積み重なった温度成層が形成される。なお、水循環路６には、貯湯槽８の下部から凝縮器２８に送られる水の温度（以下では入水温度ともいう）を検出する入水温度センサ３１と、凝縮器２８から貯湯槽８の上部に戻される水の温度（以下では出湯温度ともいう）を検出する出湯温度センサ３２が設けられている。

給水路３４は、上流端が外部の上水道に接続されており、水道水を受け入れる。給水路３４の下流側は、貯湯槽導入路３６と貯湯槽バイパス路３８に分岐している。貯湯槽導入路３６の下流端は、貯湯槽８の下部に接続されている。貯湯槽バイパス路３８の下流端は、混合弁１２に接続されている。貯湯槽導出路４０は、上流端が貯湯槽８の上部に接続されている。貯湯槽導出路４０の下流側は、混合弁１２に接続されている。

混合弁１２は、貯湯槽導出路４０を流れる貯湯槽８の上部からの高温の水と、貯湯槽バイパス路３８を流れる給水路３４からの低温の水を混合して、第１給湯路４２へ送り出す。混合弁１２では、貯湯槽導出路４０から第１給湯路４２へ流れる水の流量と、貯湯槽バイパス路３８から第１給湯路４２へ流れる水の流量の割合を調整する。第１給湯路４２の下流側は、バーナ加熱路４４とバーナバイパス路４６に分岐している。バーナ加熱路４４には、バーナ加熱装置１４が取り付けられている。バーナ加熱装置１４は、ガス等の燃料を燃焼させてバーナ加熱路４４を流れる水を加熱する。バーナバイパス路４６にはバイパス弁１６が取り付けられている。バーナ加熱路４４とバーナバイパス路４６は、それぞれの下流端で合流して、第２給湯路４８の上流端に接続している。第２給湯路４８から給湯箇所（例えば台所の給湯栓や浴室のシャワー等）へ、給湯設定温度に調温された水が供給される。

制御装置１８は、ファン２４、圧縮機２６、減圧器３０、循環ポンプ１０、混合弁１２、バーナ加熱装置１４、バイパス弁１６等の動作を制御する。

以下では給湯システム２が行う給湯運転および蓄熱運転について説明する。

給湯運転は、給湯設定温度に調温された水を第２給湯路４８に供給する運転である。給湯運転は、後述する蓄熱運転と並行して行うこともできる。給湯箇所への水の供給が開始されると、給水路３４からの水圧によって、給水路３４から貯湯槽８の下部に水道水が流入する。同時に、貯湯槽８の上部の水が、貯湯槽導出路４０、第１給湯路４２、バーナ加熱路４４、バーナバイパス路４６を介して、第２給湯路４８に供給される。制御装置１８は、貯湯槽８から貯湯槽導出路４０に供給される水の温度が、給湯設定温度より高い場合には、混合弁１２を駆動して貯湯槽バイパス路３８から第１給湯路４２に低温の水を導入する。制御装置１８は、第２給湯路４８に供給される水の温度が、目標とする給湯設定温度となるように、混合弁１２の開度を調整する。一方、制御装置１８は、貯湯槽８から貯湯槽導出路４０に供給される水の温度が、給湯設定温度より低い場合には、バーナ加熱装置１４によって水の加熱を行う。制御装置１８は、第２給湯路４８に供給される水の温度が、目標とする給湯設定温度となるように、バーナ加熱装置１４の出力を制御する。

蓄熱運転では、貯湯槽８内の水をヒートポンプ加熱装置４で目標加熱温度まで加熱し、加熱された水を貯湯槽８に戻す。目標加熱温度は、制御装置１８に予め設定されている。目標加熱温度は、給湯設定温度より高い温度であれば、どのような温度であってもよい。蓄熱運転を開始する際には、制御装置１８はファン２４および圧縮機２６を駆動してヒートポンプ加熱装置４を動作させるとともに、循環ポンプ１０を駆動する。圧縮機２６の駆動により、冷媒循環路２０内の冷媒は、蒸発器２２、圧縮機２６、凝縮器２８、減圧器３０の順に循環する。また、循環ポンプ１０の駆動により、水循環路６内を貯湯槽８内の水が循環する。即ち、貯湯槽８の下部に存在する水が水循環路６内に導入され、導入された水が凝縮器２８で加熱され、加熱された水が貯湯槽８の上部に戻される。これにより、貯湯槽８に目標加熱温度の水が貯められる。貯湯槽８の内部が目標加熱温度の水で満たされた満蓄状態となると、蓄熱運転を終了する。

蓄熱運転の開始時には、制御装置１８は、目標加熱温度と、外気温度センサ２５で検出される外気温度と、入水温度センサ３１で検出される入水温度に基づいて、圧縮機２６の目標回転数を設定する。本明細書において、圧縮機２６の目標回転数は、所与の外気温度と、所与の入水温度のもとで、目標加熱温度まで水を加熱するようにヒートポンプ加熱装置４を動作させる場合に、最もＣＯＰが高くなる圧縮機２６の回転数である。図２に示すように、本実施例では、目標加熱温度と、外気温度と、入水温度と、圧縮機２６の目標回転数との関係を、事前に試験等で取得しておき、制御装置１８に接続されたメモリ等の記憶媒体に記憶している。図２では一例として、目標加熱温度が４５℃の場合について、外気温度と、入水温度から、圧縮機２６の目標回転数を設定する表５０を示している。なお、制御装置１８は、目標加熱温度が他の温度の場合、例えば４６℃の場合、４７℃の場合・・・についても、同様の表を記憶している。制御装置１８は、目標加熱温度と、外気温度と、入水温度から、圧縮機２６の目標回転数を設定することができる。

蓄熱運転中、制御装置１８は、圧縮機２６の回転数を調整する圧縮機回転数制御と、循環ポンプ１０の回転数を調整するポンプ回転数制御を行う。

図３は、制御装置１８が行う圧縮機回転数制御を示している。本実施例では、制御装置１８は、第１の制御更新時間（例えば６０秒）ごとに、図３の処理を実行する。

ステップＳ２では、制御装置１８は、出湯温度センサ３２で検出される温度が、下限加熱温度を下回るか否かを判断する。下限加熱温度は、目標加熱温度から所定温度（例えば２℃）を減算した温度である。出湯温度センサ３２で検出される温度が下限加熱温度を下回る場合（ステップＳ２でＹＥＳの場合）、処理はステップＳ４へ進む。出湯温度センサ３２で検出される温度が下限加熱温度以上の場合（ステップＳ２でＮＯの場合）、処理はステップＳ６へ進む。

ステップＳ４では、制御装置１８は、圧縮機２６の回転数を増加させる。これによって、凝縮器２８における冷媒の凝縮温度が上昇し、凝縮器２８から送り出される水の温度が上昇する。ステップＳ４の後、処理はステップＳ６へ進む。

ステップＳ６では、制御装置１８は、出湯温度センサ３２で検出される温度が、上限加熱温度を上回るか否かを判断する。上限加熱温度は、目標加熱温度に所定温度（例えば２℃）を加算した温度である。出湯温度センサ３２で検出される温度が目標上限温度を上回る場合（ステップＳ６でＹＥＳの場合）、処理はステップＳ８へ進む。出湯温度センサ３２で検出される温度が目標上限温度以下の場合（ステップＳ６でＮＯの場合）、制御装置１８は、図３の処理を終了する。

ステップＳ８では、制御装置１８は、圧縮機２６の回転数を低減させる。これによって、凝縮器２８における冷媒の凝縮温度が低下し、凝縮器２８から送り出される水の温度が低下する。ステップＳ８の後、制御装置１８は、図３の処理を終了する。

図４は、制御装置１８が行うポンプ回転数制御を示している。本実施例では、制御装置１８は、第２の制御更新時間（例えば１３５秒）ごとに、図４の処理を実行する。

ステップＳ１２では、制御装置１８は、圧縮機２６の回転数が目標回転数に等しいか否かを判断する。圧縮機２６の回転数が目標回転数とは異なる場合（ステップＳ１２でＮＯの場合）、処理はステップＳ１４へ進む。

ステップＳ１４では、制御装置１８は、圧縮機２６の回転数が目標回転数を下回るか否かを判断する。圧縮機２６の回転数が目標回転数を下回る場合（ステップＳ１４でＹＥＳの場合）、処理はステップＳ１６へ進む。圧縮機２６の回転数が目標回転数以上の場合（ステップＳ１４でＮＯの場合）、処理はステップＳ１８へ進む。

ステップＳ１６では、制御装置１８は、循環ポンプ１０の回転数を増加させる。これによって、凝縮器２８を流れる水の流量が増加し、凝縮器２８から送り出される水の温度が低下する。従って、図３に示す圧縮機回転数制御において、出湯温度センサ３２で検出される温度が低下し、圧縮機２６の回転数が増加する。結果として、圧縮機２６の回転数を目標回転数に近づけることができる。ステップＳ１６の後、処理はステップＳ１８へ進む。

ステップＳ１８では、制御装置１８は、圧縮機２６の回転数が目標回転数を上回るか否かを判断する。圧縮機２６の回転数が目標回転数を上回る場合（ステップＳ１８でＹＥＳの場合）、処理はステップＳ２０へ進む。圧縮機２６の回転数が目標回転数以下の場合（ステップＳ１８でＮＯの場合）、制御装置１８は、図４の処理を終了する。

ステップＳ２０では、制御装置１８は、循環ポンプ１０の回転数を低減させる。これによって、凝縮器２８を流れる水の流量が低減し、凝縮器２８から送り出される水の温度が上昇する。従って、図３に示す圧縮機回転数制御において、出湯温度センサ３２で検出される温度が上昇し、圧縮機２６の回転数が低減する。結果として、圧縮機２６の回転数を目標回転数に近づけることができる。ステップＳ２０の後、制御装置１８は、図４の処理を終了する。

ステップＳ２２では、制御装置１８は、出湯温度センサ３２で検出される温度が第２目標下限温度を下回るか否かを判断する。第２目標下限温度は、目標加熱温度から所定温度（例えば１℃）を減算した温度である。第２目標下限温度は、第１目標下限温度より高い温度に設定される。出湯温度センサ３２で検出される温度が第２目標下限温度を下回る場合（ステップＳ２２でＹＥＳの場合）、処理はステップＳ２４へ進む。出湯温度センサ３２で検出される温度が第２目標下限温度以上の場合（ステップＳ２２でＮＯの場合）、処理はステップＳ２６へ進む。

ステップＳ２４では、制御装置１８は、循環ポンプ１０の回転数を低減させる。これによって、凝縮器２８を流れる水の流量が低減し、凝縮器２８から送り出される水の温度が上昇する。従って、圧縮機２６の回転数を目標回転数から変化させることなく、凝縮器２８から送り出される水の温度を目標加熱温度に近づけることができる。ステップＳ２４の後、処理はステップＳ２６へ進む。

ステップＳ２６では、制御装置１８は、出湯温度センサ３２で検出される温度が第２目標上限温度を上回るか否かを判断する。第２目標上限温度は、目標加熱温度に所定温度（例えば１℃）を加算した温度である。第２目標上限温度は、第１目標上限温度より低い温度に設定される。出湯温度センサ３２で検出される温度が第２目標上限温度を上回る場合（ステップＳ２６でＹＥＳの場合）、処理はステップＳ２８へ進む。出湯温度センサ３２で検出される温度が第２目標上限温度以下の場合（ステップＳ２６でＮＯの場合）、制御装置１８は、図４の処理を終了する。

ステップＳ２８では、制御装置１８は、循環ポンプ１０の回転数を増加させる。これによって、凝縮器２８を流れる水の流量が増加し、凝縮器２８から送り出される水の温度が低下する。従って、圧縮機２６の回転数を目標回転数から変化させることなく、凝縮器２８から送り出される水の温度を目標加熱温度に近づけることができる。ステップＳ２８の後、制御装置１８は、図４の処理を終了する。

本実施例の給湯システム２では、蓄熱運転において、図３の圧縮機回転数制御とともに、図４のポンプ回転数制御を並行して行うことによって、出湯温度を速やかに目標加熱温度に安定させ、かつ圧縮機２６の回転数を速やかに目標回転数に安定させることができる。ヒートポンプ加熱装置４において、高いＣＯＰが実現されるように圧縮機２６を動作させつつ、貯湯槽８の水を目標加熱温度まで加熱することができる。

本実施例では、図４のポンプ回転数制御の制御更新サイクルである第２の制御更新時間は、図３の圧縮機回転数制御の制御更新サイクルである第１の制御更新時間よりも長く設定されている。圧縮機２６の回転数を増減させてから出湯温度が変化するまでの時間は、循環ポンプ１０の回転数を増減させてから出湯温度が変化するまでの時間に比べて長い。このため、図３の圧縮機回転数制御で圧縮機２６の回転数を増減させてから、出湯温度センサ３２で検出される温度が変化するまでの間に、図４のポンプ回転数制御で循環ポンプ１０の回転数まで増減させてしまうと、圧縮機２６の回転数の増減による出湯温度の変化と、循環ポンプ１０の回転数の増減による出湯温度の変化が重畳して、出湯温度が安定し難くなり、ヒートポンプ加熱装置４の動作が安定するまでに長時間を必要とすることになる。上記のように、ポンプ回転数制御の制御更新サイクルである第２の制御更新時間を、圧縮機回転数制御の制御更新サイクルである第１の制御更新時間よりも長くすることで、図３の圧縮機回転数制御で圧縮機２６の回転数を増減させてから、出湯温度センサ３２で検出される温度が変化するまでの間に、図４のポンプ回転数制御で循環ポンプ１０の回転数を増減させてしまうことを抑制することができる。その結果、出湯温度が安定し易くなり、ヒートポンプ加熱装置４の動作を速やかに安定させることができる。

上記の実施例では、ヒートポンプ加熱装置４において、冷媒と水の間で熱交換を行う場合について説明したが、冷媒と水以外の被加熱流体との間で熱交換を行う構成としてもよい。例えば、床暖房機や浴室乾燥暖房機などの暖房に用いられる不凍液を被加熱流体として、ヒートポンプ加熱装置４において冷媒と不凍液との間で熱交換を行う構成とすることもできる。

以上のように、本実施例のヒートポンプ加熱装置４は、冷媒を加圧して送り出す圧縮機２６と、圧縮機２６からの冷媒と水（被加熱流体に相当する）との間で熱交換して冷媒を凝縮させる凝縮器２８と、凝縮器２８からの冷媒を減圧する減圧器３０と、減圧器３０からの冷媒と外気（環境に相当する）との間で熱交換して冷媒を蒸発させる蒸発器２２と、冷媒を圧縮機２６、凝縮器２８、減圧器３０、蒸発器２２の順に循環させる冷媒循環路２０と、回転数を増減することによって凝縮器２８を流れる水の流量を調整する循環ポンプ１０（流量調整手段に相当する）と、制御装置１８を備えている。制御装置１８は、図３に示す圧縮機２６の回転数を制御する圧縮機回転数制御と、図４に示す循環ポンプ１０の回転数を制御するポンプ回転数制御（被加熱流体流量制御に相当する）をそれぞれ実行するように構成されている。制御装置１８は、図４のポンプ回転数制御において、（１）ステップＳ１４、Ｓ１６に示すように、圧縮機２６の回転数が目標回転数より低い場合に、循環ポンプ１０の回転数を増加させることで、凝縮器２８を流れる水の流量を増加させ、（２）ステップＳ１８、Ｓ２０に示すように、圧縮機２６の回転数が目標回転数より高い場合に、循環ポンプ１０の回転数を低減させて、凝縮器２８を流れる水の流量を減少させる。

本実施例のヒートポンプ加熱装置４は、外気温度（環境温度に相当する）を検出する外気温度センサ２５（環境温度センサに相当する）と、凝縮器２８に流入する水の温度を検出する入水温度センサ３１（流入温度センサに相当する）をさらに備えており、図２に示すように、圧縮機２６の目標回転数が、水の目標加熱温度と、外気温度センサ２５で検出される温度と、入水温度センサ３１で検出される温度に基づいて設定されている。

本実施例のヒートポンプ加熱装置４は、凝縮器２８から流出する水の温度を検出する出湯温度センサ３２（流出温度センサに相当する）をさらに備えており、制御装置１８が、図３の圧縮機回転数制御において、（１）ステップＳ２に示すように、出湯温度センサ３２で検出される温度が水の目標加熱温度に基づく下限加熱温度より低い場合に、圧縮機２６の回転数を増加させ、（２）ステップＳ６に示すように、出湯温度センサ３２で検出される温度が水の目標加熱温度に基づく上限加熱温度より高い場合に、圧縮機２６の回転数を減少させる。

本実施例のヒートポンプ加熱装置４は、圧縮機２６の回転数が目標回転数に実質的に等しい場合に、制御装置１８が、図４のポンプ回転数制御において、（１）ステップＳ２２，Ｓ２４に示すように、出湯温度センサ３２で検出される温度が下限加熱温度より高い第２下限加熱温度より低い場合に、循環ポンプ１０の回転数を低減させることで、凝縮器２８を流れる水の流量を減少させ、（２）ステップＳ２６、Ｓ２８に示すように、出湯温度センサ３２で検出される温度が上限加熱温度より低い第２上限加熱温度より高い場合に、循環ポンプ１０の回転数を増加させることで、凝縮器２８を流れる水の流量を増加させる。

以上、本発明の実施例について詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。

本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

２：給湯システム
４：ヒートポンプ加熱装置
６：水循環路
８：貯湯槽
１０：循環ポンプ
１２：混合弁
１４：バーナ加熱装置
１６：バイパス弁
１８：制御装置
２０：冷媒循環路
２２：蒸発器
２４：ファン
２５：外気温度センサ
２６：圧縮機
２８：凝縮器
３０：減圧器
３１：入水温度センサ
３２：出湯温度センサ
３４：給水路
３６：貯湯槽導入路
３８：貯湯槽バイパス路
４０：貯湯槽導出路
４２：第１給湯路
４４：バーナ加熱路
４６：バーナバイパス路
４８：第２給湯路
５０：表

Claims

冷媒を加圧して送り出す圧縮機と、
圧縮機からの冷媒と被加熱流体との間で熱交換して冷媒を凝縮させる凝縮器と、
凝縮器からの冷媒を減圧する減圧器と、
減圧器からの冷媒と環境との間で熱交換して冷媒を蒸発させる蒸発器と、
冷媒を圧縮機、凝縮器、減圧器、蒸発器の順に循環させる冷媒循環路と、
凝縮器を流れる被加熱流体の流量を調整する流量調整手段と、
凝縮器から流出する被加熱流体の温度を検出する流出温度センサと、
制御装置を備えており、
制御装置が、圧縮機の回転数を制御する圧縮機回転数制御と、流量調整手段の動作を制御する被加熱流体流量制御を、それぞれ並行して繰り返し実行するように構成されており、
制御装置が、圧縮機回転数制御において、
（１）流出温度センサで検出される温度が被加熱流体の目標加熱温度に基づく下限加熱温度より低い場合に、圧縮機の回転数を増加させ、
（２）流出温度センサで検出される温度が被加熱流体の目標加熱温度に基づく上限加熱温度より高い場合に、圧縮機の回転数を減少させ、
制御装置が、被加熱流体流量制御において、
（１）圧縮機の回転数が目標回転数より低い場合に、凝縮器を流れる被加熱流体の流量を増加させ、
（２）圧縮機の回転数が目標回転数より高い場合に、凝縮器を流れる被加熱流体の流量を減少させ、
圧縮機の回転数が目標回転数に実質的に等しい場合に、制御装置が、被加熱流体流量制御において、
（１）流出温度センサで検出される温度が下限加熱温度より高い第２下限加熱温度より低い場合に、凝縮器を流れる被加熱流体の流量を減少させ、
（２）流出温度センサで検出される温度が上限加熱温度より低い第２上限加熱温度より高い場合に、凝縮器を流れる被加熱流体の流量を増加させる、ヒートポンプ加熱装置。
被加熱流体流量制御の制御更新時間が、圧縮機回転数制御の制御更新時間よりも長い、請求項１のヒートポンプ加熱装置。
冷媒を加圧して送り出す圧縮機と、
圧縮機からの冷媒と被加熱流体との間で熱交換して冷媒を凝縮させる凝縮器と、
凝縮器からの冷媒を減圧する減圧器と、
減圧器からの冷媒と環境との間で熱交換して冷媒を蒸発させる蒸発器と、
冷媒を圧縮機、凝縮器、減圧器、蒸発器の順に循環させる冷媒循環路と、
凝縮器を流れる被加熱流体の流量を調整する流量調整手段と、
凝縮器から流出する被加熱流体の温度を検出する流出温度センサと、
制御装置を備えており、
制御装置が、圧縮機の回転数を制御する圧縮機回転数制御と、流量調整手段の動作を制御する被加熱流体流量制御を、それぞれ並行して繰り返し実行するように構成されており、
制御装置が、圧縮機回転数制御において、
（１）流出温度センサで検出される温度が被加熱流体の目標加熱温度に基づく下限加熱温度より低い場合に、圧縮機の回転数を増加させ、
（２）流出温度センサで検出される温度が被加熱流体の目標加熱温度に基づく上限加熱温度より高い場合に、圧縮機の回転数を減少させ、
制御装置が、被加熱流体流量制御において、
（１）圧縮機の回転数が目標回転数より低い場合に、凝縮器を流れる被加熱流体の流量を増加させ、
（２）圧縮機の回転数が目標回転数より高い場合に、凝縮器を流れる被加熱流体の流量を減少させ、
被加熱流体流量制御の制御更新時間が、圧縮機回転数制御の制御更新時間よりも長い、ヒートポンプ加熱装置。
環境温度を検出する環境温度センサと、
凝縮器に流入する被加熱流体の温度を検出する流入温度センサをさらに備えており、
圧縮機の目標回転数が、被加熱流体の目標加熱温度と、環境温度センサで検出される温度と、流入温度センサで検出される温度に基づいて設定されている、請求項１から３の何れか一項のヒートポンプ加熱装置。