(57)【要約】【課題】ヒートポンプ式給湯機に適用されるヒートポンプサイクルの制御ハンチングを防止する。【解決手段】沸き上げ温度Ｔｗｏ、外気温Ｔａｍおよび入水温度Ｔｗｉのうち少なくとも１つが、予め定めた第１〜３基準変化量ΔＴ１〜ΔＴ３以上変化したときに、ヒートポンプサイクルの目標高圧Ｐｔを変更し、ヒートポンプサイクルの高圧側冷媒圧力Ｐｄが目標高圧Ｐｔに近づくように、電気式膨張弁の絞り開度を変化させる。これにより、予め定めた所定時間毎に目標高圧Ｐｔを決定する場合に対して、目標高圧Ｐｔの変化回数を低減させて、ヒートポンプサイクルの制御ハンチングを防止できる。【選択図】図２
2010025517.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒を圧縮して吐出する圧縮機（１４）、前記圧縮機（１４）吐出冷媒と給湯水とを熱交換させる水−冷媒熱交換器（１５）、前記水−冷媒熱交換器（１５）から流出した冷媒を減圧させる減圧手段（１６）、および、前記減圧手段（１６）にて減圧された冷媒を室外空気と熱交換させて蒸発させる蒸発器（１７）を有するヒートポンプサイクル（１３）と、
前記ヒートポンプサイクル（１３）の高圧側冷媒の目標高圧（Ｐｔ）を決定する目標高圧決定手段（Ｓ６１）と、
前記ヒートポンプサイクル（１３）の高圧側冷媒圧力（Ｐｄ）を検出する高圧側冷媒圧力検出手段（２４）と、
前記高圧側冷媒圧力検出手段（２４）により検出された高圧側冷媒圧力（Ｐｄ）が、前記目標高圧（Ｐｔ）となるように、前記ヒートポンプサイクル（１３）の作動を制御するサイクル制御手段（２１）とを備え、
前記目標高圧決定手段（Ｓ６１）は、前記室外空気の外気温（Ｔａｍ）、前記水−冷媒熱交換器（１５）から流出する給湯水の沸き上げ温度（Ｔｗｏ）に相関を有する物理量、および、前記水−冷媒熱交換器（１５）へ流入する給湯水の入水温度（Ｔｗｉ）に相関を有する物理量のうち少なくとも１つが、予め定めた基準変化量（ΔＴ１、ΔＴ２、ΔＴ３）以上変化した際に、前記目標高圧（Ｐｔ）を決定することを特徴とするヒートポンプ式給湯機。
【請求項２】
冷媒を圧縮して吐出する圧縮機（１４）、前記圧縮機（１４）吐出冷媒と給湯水とを熱交換させる水−冷媒熱交換器（１５）、前記水−冷媒熱交換器（１５）から流出した冷媒を減圧させる減圧手段（１６）、および、前記減圧手段（１６）にて減圧された冷媒を室外空気と熱交換させて蒸発させる蒸発器（１７）を有するヒートポンプサイクル（１３）と、
前記圧縮機（１４）吐出冷媒の目標吐出温度（Ｔｔ）を決定する目標吐出温度決定手段（Ｓ６１’）と、
前記圧縮機（１４）吐出冷媒の吐出温度（Ｔｄ）を検出する吐出温度検出手段（２８）と、
前記吐出温度検出手段（２８）により検出された前記吐出温度（Ｔｄ）が、前記目標吐出温度（Ｔｔ）に近づくように、前記ヒートポンプサイクル（１３）の作動を制御するサイクル制御手段（２１）とを備え、
前記目標吐出温度決定手段（Ｓ６１’）は、前記室外空気の外気温（Ｔａｍ）、前記水−冷媒熱交換器（１５）から流出する給湯水の沸き上げ温度（Ｔｗｏ）に相関を有する物理量、および、前記水−冷媒熱交換器（１５）へ流入する給湯水の入水温度（Ｔｗｉ）に相関を有する物理量のうち少なくとも１つが、予め定めた基準変化量（ΔＴ１、ΔＴ２、ΔＴ３）以上変化した際に、前記目標吐出温度（Ｔｔ）を決定することを特徴とするヒートポンプ式給湯機。
【請求項３】
前記水−冷媒熱交換器（１５）から流出する給湯水の沸き上げ温度（Ｔｗｏ）に相関を有する物理量は、前記水−冷媒熱交換器（１５）から流出する冷媒の温度であることを特徴とする請求項１または２に記載のヒートポンプ式給湯機。
【請求項４】
前記減圧手段は、前記サイクル制御手段（２１）から出力される制御信号によって絞り開度を変更可能な可変絞り機構（１６）で構成され、
前記サイクル制御手段（２１）は、前記可変絞り機構（１６）の絞り開度を変化させることによって、前記ヒートポンプサイクル（１３）の作動を制御することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載のヒートポンプ式給湯機。
【請求項５】
前記圧縮機（１４）は、前記サイクル制御手段（２１）から出力される制御信号によって冷媒吐出能力を変更可能に構成され、
前記サイクル制御手段（２１）は、前記圧縮機（１４）の冷媒吐出能力を変化させることによって、前記ヒートポンプサイクル（１３）の作動を制御することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載のヒートポンプ式給湯機。
【請求項６】
前記圧縮機（１４）は、前記冷媒を冷媒の臨界圧力以上となるまで昇圧して吐出することを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載のヒートポンプ式給湯機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒートポンプサイクルによって給湯水を加熱するヒートポンプ式給湯機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、特許文献１に、ヒートポンプサイクルの水−冷媒熱交換器にて、給湯水と冷媒とを熱交換させて、給湯水を加熱するヒートポンプ式給湯機が開示されている。
【０００３】
この特許文献１のヒートポンプ式給湯機では、予め定めた所定周期毎に、水−冷媒熱交換器から流出する給湯水の温度（以下、沸き上げ温度という。）および外気温度に基づいて、ヒートポンプサイクルの成績係数（ＣＯＰ）が略最大となる目標高圧を決定している。さらに、ヒートポンプサイクルの高圧側冷媒圧力が、この目標高圧に近づくように膨張弁の絞り開度を制御している。
【０００４】
これにより、ヒートポンプサイクルに、継続的に高いＣＯＰを発揮させて、給湯水を加熱するために必要な動力を低減している。
【特許文献１】特開２００７−１３９３９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、特許文献１のヒートポンプ式給湯機では、所定周期毎に目標高圧を決定して、膨張弁の絞り開度を制御しているので、例えば、沸き上げ温度がほぼ安定した状態になっていても、僅かな沸き上げ温度の変化に伴って、目標高圧が変化してしまい、膨張弁の絞り開度を変化させてしまう。
【０００６】
さらに、膨張弁の絞り開度の変化は、ヒートポンプサイクルのサイクルバランスの変動を生じさせるので、沸き上げ温度をさらに変化させてしまう要因となる。その結果、沸き上げ温度がほぼ安定しているにもかかわらず、所定周期毎に目標高圧が変化して、所定周期毎に不必要に膨張弁の絞り開度が変化してしまうという、いわゆる制御ハンチングの問題が生じる。
【０００７】
そして、このような制御ハンチングは、膨張弁の作動回数を増加させるので、膨張弁の耐久寿命に悪影響を及ぼす。
【０００８】
上記点に鑑み、本発明は、ヒートポンプ式給湯機に適用されるヒートポンプサイクルの制御ハンチングを防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、冷媒を圧縮して吐出する圧縮機（１４）、圧縮機（１４）吐出冷媒と給湯水とを熱交換させる水−冷媒熱交換器（１５）、水−冷媒熱交換器（１５）から流出した冷媒を減圧させる減圧手段（１６）、および、減圧手段（１６）にて減圧された冷媒を室外空気と熱交換させて蒸発させる蒸発器（１７）を有するヒートポンプサイクル（１３）と、ヒートポンプサイクル（１３）の高圧側冷媒の目標高圧（Ｐｔ）を決定する目標高圧決定手段（Ｓ６１）と、ヒートポンプサイクル（１３）の高圧側冷媒圧力（Ｐｄ）を検出する高圧側冷媒圧力検出手段（２４）と、高圧側冷媒圧力検出手段（２４）により検出された高圧側冷媒圧力（Ｐｄ）が、目標高圧（Ｐｔ）となるように、ヒートポンプサイクル（１３）の作動を制御するサイクル制御手段（２１）とを備え、
目標高圧決定手段（Ｓ６１）は、室外空気の外気温（Ｔａｍ）、水−冷媒熱交換器（１５）から流出する給湯水の沸き上げ温度（Ｔｗｏ）に相関を有する物理量、および、水−冷媒熱交換器（１５）へ流入する給湯水の入水温度（Ｔｗｉ）に相関を有する物理量のうち少なくとも１つが、予め定めた基準変化量（ΔＴ１、ΔＴ２、ΔＴ３）以上変化した際に、目標高圧（Ｐｔ）を決定するヒートポンプ式給湯機を特徴とする。
【００１０】
これによれば、外気温（Ｔａｍ）、沸き上げ温度（Ｔｗｏ）に相関を有する物理量、および、入水温度（Ｔｗｉ）に相関を有する物理量のうち少なくとも１つが、予め定めた基準変化量（ΔＴ１、ΔＴ２、ΔＴ３）以上変化した際に、目標高圧決定手段（Ｓ６１）が目標高圧（Ｐｔ）を決定するので、ヒートポンプサイクル（１３）の作動を制御する必要があるときのみに目標高圧（Ｐｔ）を変化させることができる。
【００１１】
つまり、沸き上げ温度がほぼ安定した状態のように、入水温度（Ｔｗｉ）に相関を有する物理量、および、沸き上げ温度（Ｔｗｏ）に相関を有する物理量の変化量が少ない場合は、目標高圧（Ｐｔ）を変化させないようにして、ヒートポンプサイクル（１３）の作動を制御する必要がないときに目標高圧（Ｐｔ）が変化してしまうことを防止できる。
【００１２】
その結果、予め定めた所定時間毎に目標高圧（Ｐｔ）を決定する場合に対して、目標高圧（Ｐｔ）の変化回数を低減させて、ヒートポンプ式給湯機に適用されるヒートポンプサイクル（１３）の制御ハンチングを防止することができる。
【００１３】
一方、ヒートポンプ式給湯機の起動時のように、入水温度（Ｔｗｉ）に相関を有する物理量、および、沸き上げ温度（Ｔｗｏ）に相関を有する物理量の変化量が多い場合は、予め定めた所定時間毎に目標高圧（Ｐｔ）を決定する場合に対して、目標高圧（Ｐｔ）を素早く変化させて、沸き上げ温度（Ｔｗｏ）を素早く安定化させることができる。
【００１４】
なお、本請求項における「ヒートポンプサイクル（１３）の作動を制御する」とは、単なるヒートポンプサイクル（１３）の始動、停止を行うことのみを意味するものではなく、ヒートポンプサイクル（１３）の高圧側冷媒圧力（Ｐｄ）、圧縮機（１４）吐出冷媒の温度、圧縮機（１４）の冷媒吐出能力等のサイクルの運転状態を制御することを含む意味である。
【００１５】
また、請求項２に記載の発明では、冷媒を圧縮して吐出する圧縮機（１４）、圧縮機（１４）吐出冷媒と給湯水とを熱交換させる水−冷媒熱交換器（１５）、水−冷媒熱交換器（１５）から流出した冷媒を減圧させる減圧手段（１６）、および、減圧手段（１６）にて減圧された冷媒を室外空気と熱交換させて蒸発させる蒸発器（１７）を有するヒートポンプサイクル（１３）と、圧縮機（１４）吐出冷媒の目標吐出温度（Ｔｔ）を決定する目標吐出温度決定手段（Ｓ６１’）と、圧縮機（１４）吐出冷媒の吐出温度（Ｔｄ）を検出する吐出温度検出手段（２８）と、吐出温度検出手段（２８）により検出された吐出温度（Ｔｄ）が、目標吐出温度（Ｔｔ）に近づくように、ヒートポンプサイクル（１３）の作動を制御するサイクル制御手段（２１）とを備え、
目標吐出温度決定手段（Ｓ６１’）は、室外空気の外気温（Ｔａｍ）、水−冷媒熱交換器（１５）から流出する給湯水の沸き上げ温度（Ｔｗｏ）に相関を有する物理量、および、水−冷媒熱交換器（１５）へ流入する給湯水の入水温度（Ｔｗｉ）に相関を有する物理量のうち少なくとも１つが、予め定めた基準変化量（ΔＴ１、ΔＴ２、ΔＴ３）以上変化した際に、目標吐出温度（Ｔｔ）を決定するヒートポンプ式給湯機を特徴とする。
【００１６】
これによれば、外気温（Ｔａｍ）、沸き上げ温度（Ｔｗｏ）に相関を有する物理量、および、入水温度（Ｔｗｉ）に相関を有する物理量のうち少なくとも１つが、予め定めた基準変化量（ΔＴ１、ΔＴ２、ΔＴ３）以上変化した際に、目標吐出温度決定手段（Ｓ６１’）が目標吐出温度（Ｔｔ）を決定するので、圧縮機（１４）吐出冷媒の温度が目標吐出温度（Ｔｔ）に近づくように、ヒートポンプサイクル（１３）の作動が制御されるヒートポンプ式給湯機であっても、請求項１に記載の発明と同様に、ヒートポンプサイクル（１３）の制御ハンチングを防止することができる。
【００１７】
また、請求項３に記載の発明のように、請求項１または２に記載のヒートポンプ式給湯機において、水−冷媒熱交換器（１５）から流出する給湯水の沸き上げ温度（Ｔｗｏ）に相関を有する物理量は、水−冷媒熱交換器（１５）から流出する冷媒の温度であってもよい。
【００１８】
請求項４に記載の発明では、請求項１ないし３のいずれか１つに記載のヒートポンプ式給湯機において、減圧手段は、サイクル制御手段（２１）から出力される制御信号によって絞り開度を変更可能な可変絞り機構（１６）で構成され、サイクル制御手段（２１）は、可変絞り機構（１６）の絞り開度を変化させることによって、ヒートポンプサイクル（１３）の作動を制御することを特徴とする。
【００１９】
これにより、容易に、ヒートポンプサイクル（１３）の高圧側冷媒圧力（Ｐｄ）を目標高圧（Ｐｔ）に近づけること、あるいは、圧縮機（１４）吐出冷媒の温度を目標吐出温度（Ｔｔ）に近づけることができる。
【００２０】
請求項５に記載の発明では、請求項１ないし４のいずれか１つに記載のヒートポンプ式給湯機において、圧縮機（１４）は、サイクル制御手段（２１）から出力される制御信号によって冷媒吐出能力を変更可能に構成され、サイクル制御手段（２１）は、圧縮機（１４）の冷媒吐出能力を変化させることによって、ヒートポンプサイクル（１３）の作動を制御することを特徴とする。
【００２１】
これにより、容易に、ヒートポンプサイクル（１３）の高圧側冷媒圧力（Ｐｄ）を目標高圧（Ｐｔ）に近づけること、あるいは、圧縮機（１４）吐出冷媒の温度を目標吐出温度（Ｔｔ）に近づけることができる。
【００２２】
請求項６に記載の発明では、請求項１ないし５のいずれか１つに記載のヒートポンプ式給湯機、圧縮機（１４）は、冷媒を冷媒の臨界圧力以上となるまで昇圧して吐出することを特徴とする。ここで、高圧側冷媒圧力（Ｐｄ）が冷媒の臨界圧力以上となるヒートポンプサイクル（１３）では、圧縮機（１４）および減圧手段（１６）は、冷媒の臨界圧力以上の高圧に晒された状態で作動する。
【００２３】
従って、ヒートポンプサイクル（１３）の制御ハンチングを防止して、圧縮機（１４）あるいは減圧手段（１６）の不必要な作動を抑制できることは、圧縮機（１４）および減圧手段（１６）の耐久性および信頼性を向上できる点で極めて有効である。
【００２４】
なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
（第１実施形態）
図１〜５により、本発明の第１実施形態を説明する。図１は、本実施形態のヒートポンプ式給湯機１０の全体構成図である。このヒートポンプ式給湯機１０は、貯湯タンク１１内の給湯水を循環する水循環回路１２、および、給湯水を加熱するためのヒートポンプサイクル１３を備えている。
【００２６】
まず、水循環回路１２において、給湯水を貯留する貯湯タンク１１は、耐食性に優れた金属（例えば、ステンレス）で形成され、断熱構造を有し、高温の給湯水を長時間保温することができる温水タンクである。
【００２７】
貯湯タンク１１に貯留された給湯水は、貯湯タンク１１の上部に設けられた出湯口から出湯され、図示しない温調弁において水道からの冷水と混合されて温度調節された後、台所や風呂等に給湯される。また、貯湯タンク１１内の下部に設けられた給水口からは水道水が給水されるようになっている。なお、温調弁は、後述する給湯水制御装置２０から出力される制御信号によって、その作動が制御される。
【００２８】
また、水循環回路１２には、給湯水を循環させる電動ポンプ１２ａが配置されている。この電動ポンプ１２ａは、給湯水制御装置２０から出力される制御信号によって、その作動が制御される。そして、給湯水制御装置２０が電動ポンプ１２ａを作動させると、給湯水は、貯湯タンク１１の下方側→電動ポンプ１２ａ→後述する水−冷媒熱交換器１５の水通路１５ａ→貯湯タンク１１の上方側の順に循環する。
【００２９】
ヒートポンプサイクル１３は、圧縮機１４、水−冷媒熱交換器１５、電気式膨張弁１６、蒸発器１７等を順次配管で接続した蒸気圧縮式の冷凍サイクルである。このヒートポンプサイクル１３では、冷媒として二酸化炭素を採用しており、圧縮機１４から吐出された高圧冷媒の圧力が冷媒の臨界圧力以上となる超臨界冷凍サイクルを構成している。
【００３０】
圧縮機１４は、ヒートポンプサイクル１３において冷媒を吸入し、臨界圧力以上となるまで圧縮して吐出するもので、吐出容量が固定された固定容量型圧縮機１４ａを電動モータ１４ｂにて駆動する電動圧縮機である。固定容量型圧縮機１４ａとしては、具体的に、スクロール型圧縮機構、ベーン型圧縮機構等の各種圧縮機構を採用できる。
【００３１】
電動モータ１４ｂは、後述するサイクル制御装置２１から出力される制御信号によって、その作動（回転数）が制御されるもので、交流モータ、直流モータのいずれの形式を採用してもよい。そして、この回転数制御によって、圧縮機１４の冷媒吐出能力が変更される。従って、本実施形態では、電動モータ１４ｂが吐出能力変更手段を構成している。
【００３２】
圧縮機１４の冷媒吐出口には、水−冷媒熱交換器１５の冷媒通路１５ｂ入口側が接続されている。水−冷媒熱交換器１５は、給湯水が通過する水通路１５ａと圧縮機１４から吐出された高温高圧冷媒が通過する冷媒通路１５ｂとを有して構成される熱交換器であって、圧縮機１４吐出冷媒の有する熱量を給湯水に放熱させる放熱器として機能する。
【００３３】
なお、本実施形態のヒートポンプサイクル１３では、前述の如く、超臨界サイクルを構成しているので、水−冷媒熱交換器１５の冷媒通路１５ｂを通過する冷媒は、凝縮することなく超臨界状態のまま放熱する。
【００３４】
水−冷媒熱交換器１５の冷媒通路１５ｂ出口側は、電気式膨張弁１６の入口側に接続されている。電気式膨張弁１６は冷媒通路１５ｂから流出した冷媒を減圧膨張させる減圧手段であるとともに、圧縮機１４の吐出口から電気式膨張弁１６の入口へ至るサイクルの高圧側冷媒圧力Ｐｄを制御する圧力制御手段でもある。
【００３５】
より具体的には、この電気式膨張弁１６は、絞り開度を変更可能に構成された弁体１６ａと、この弁体１６ａの絞り開度を可変制御するサーボモータからなる電動アクチュエータ１６ｂとを有して構成される可変絞り機構である。さらに、電動アクチュエータ１６ｂは、サイクル制御装置２１から出力される制御信号によって、その作動が制御される。
【００３６】
電気式膨張弁１６の出口側には、蒸発器１７が接続されている。蒸発器１７は、電気式膨張弁１６にて減圧された低圧冷媒と送風ファン１７ａにより送風された外気（室外空気）とを熱交換させることによって、低圧冷媒を蒸発させて吸熱作用を発揮させる吸熱用の熱交換器である。送風ファン１７ａは、サイクル制御装置２１から出力される制御電圧によって回転数（送風空気量）が制御される電動式送風機である。
【００３７】
なお、本実施形態では蒸発器１７として、周知のフィンアンドチューブ構造の熱交換器を採用している。また、蒸発器１７の出口側には、圧縮機１４の冷媒吸入口が接続されている。
【００３８】
次に、本実施形態の電気制御部の概要を説明する。給湯水制御装置２０およびサイクル制御装置２１は、それぞれ、ＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭ等を含む周知のマイクロコンピュータとその周辺回路から構成されている。
【００３９】
給湯水制御装置２０の出力側には、温調弁、電動ポンプ１２ａ等が接続され、サイクル制御装置２１の出力側には、圧縮機１４の電動モータ１４ｂ、電気式膨張弁１６の電動アクチュエータ１６ｂ、送風ファン１７ａ等が接続されている。そして、給湯水制御装置２０およびサイクル制御装置２１は、それぞれ接続された機器の作動を制御する。
【００４０】
なお、サイクル制御装置２１は、圧縮機１４の電動モータ１４ｂ、電気式膨張弁１６の電動アクチュエータ１６ｂ等を制御する制御手段が一体に構成されたものであるが、本実施形態では、特に、サイクル制御装置２１のうち圧縮機１４の電動モータ１４ｂの作動（冷媒吐出能力）を制御する構成（ハードウェアおよびソフトウェア）を吐出能力制御手段２１ａとする。
【００４１】
また、電気式膨張弁１６の電動アクチュエータ１６ｂの作動（絞り開度）を制御する構成（ハードウェアおよびソフトウェア）を絞り開度制御手段２１ｂとする。もちろん、吐出能力制御手段２１ａおよび絞り開度制御手段２１ｂをサイクル制御装置２１に対して別体で構成してもよい。
【００４２】
一方、給湯水制御装置２０の入力側には、貯湯タンク１１内に上下方向に並んで配置された図示しない複数個のタンク内水温センサ等が接続されている。給湯水制御装置２０では、これらのタンク内水温センサの出力信号によって、貯湯タンク１１内の水位レベルに応じた給湯水の温度を検出できるようになっている。
【００４３】
サイクル制御装置２１の入力側には、水−冷媒熱交換器１５の水通路１５ａ入口側の給湯水温度である入水温度Ｔｗｉを検出する入水温度センサ２２（入水温度検出手段）、水−冷媒熱交換器１５の水通路１５ａ出口側の給湯水温度である沸き上げ温度Ｔｗｏを検出する沸き上げ温度センサ２３（沸き上げ温度検出手段）、水−冷媒熱交換器１５の冷媒通路１５ｂ出口側の高圧側冷媒圧力を検出する高圧圧力センサ２４（高圧側冷媒圧力検出手段）、蒸発器１７において電気式膨張弁１６下流側の低圧冷媒と熱交換する外気温（室外空気温度）Ｔａｍを検出する外気温センサ２５（外気温検出手段）、蒸発器１７にて蒸発する冷媒の冷媒蒸発温度Ｔｅを検出する蒸発温度センサ２６等が接続され、これらのセンサ群の検出信号がサイクル制御装置２１へ入力される。
【００４４】
さらに、サイクル制御装置２１の入力側には、操作パネル３０が接続され、ヒートポンプ式給湯機１０の作動・停止の操作信号、給湯機の給湯温度設定信号等がサイクル制御装置２１へ入力される。なお、図１では、上述の各センサと給湯水制御装置２０およびサイクル制御装置２１との結線については、図示の明確化のため省略している。
【００４５】
また、給湯水制御装置２０およびサイクル制御装置２１は、互いに電気的に接続されており、通信可能に構成されている。従って、一方の制御装置に入力された検出信号および操作信号に基づいて、他方の制御装置が上述の各種アクチュエータ１２ａ、１４ｂ、１６ｂ、１７ａ等の作動を制御することもできる。従って、給湯水制御装置２０およびサイクル制御装置２１を１つの制御装置として一体的に構成してもよい。
【００４６】
次に、上記の構成における本実施形態のヒートポンプ式給湯機１０の作動を、図２、３に基づいて説明する。図２、３は、サイクル制御装置２１が実行する制御処理を示すフローチャートである。この制御処理は、ヒートポンプ式給湯機１０に外部から電源が供給された状態で、操作パネル３０の給湯機作動信号がサイクル制御装置２１に入力されるとスタートする。
【００４７】
まず、ステップＳ１ではメモリ、フラグ、タイマ等の初期化がなされる。例えば、メモリの初期化として、沸き上げ温度センサ２３によって検出された沸き上げ温度Ｔｗｏを記憶する沸き上げ温度メモリＭＴｗｏ、外気温センサ２５によって検出された外気温Ｔａｍを記憶する外気温メモリＭＴａｍ、そして、入水温度センサ２２によって検出された入水温度Ｔｗｉを記憶する入水温度メモリＭＴｗｉ等が予め定めた値に初期化される。
【００４８】
次に、ステップＳ２にて、操作パネル３０の操作信号およびセンサ群２３〜２６等により検出された検出信号を読み込む。そして、ステップＳ３では、沸き上げ温度メモリＭＴｗｏとステップＳ２で読み込んだ沸き上げ温度Ｔｗｏとの差の絶対値（すなわち、沸き上げ温度Ｔｗｏの変化量）が予め定めた第１基準変化量ΔＴ１（例えば、１℃）以上であるか否かが判定される。
【００４９】
そして、沸き上げ温度Ｔｗｏの変化量が予め定めた第１基準変化量ΔＴ１以上である場合は、ステップＳ６へ進み、沸き上げ温度Ｔｗｏの変化量が予め定めた第１基準変化量ΔＴ１以上でない場合は、ステップＳ４へ進む。
【００５０】
ステップＳ４では、外気温メモリＭＴａｍとステップＳ２で読み込んだ外気温Ｔａｍとの差の絶対値（すなわち、外気温Ｔａｍの変化量）が予め定めた第２基準変化量ΔＴ２以上であるか否かが判定される。そして、外気温Ｔａｍの変化量が予め定めた第２基準変化量ΔＴ２以上である場合は、ステップＳ６へ進み、外気温Ｔａｍの変化量が予め定めた第２基準変化量ΔＴ２以上でない場合は、ステップＳ５へ進む。
【００５１】
ステップＳ５では、入水温度メモリＭＴｗｉとステップＳ２で読み込んだ入水温度Ｔｗｉとの差の絶対値（すなわち、入水温度Ｔｗｉの変化量）が予め定めた第３基準変化量ΔＴ３以上であるか否かが判定される。そして、入水温度Ｔｗｉの変化量が予め定めた第３基準変化量ΔＴ３以上である場合は、ステップＳ６へ進み、入水温度Ｔｗｉの変化量が予め定めた第３基準変化量ΔＴ３以上でない場合は、ステップＳ７へ進む。
【００５２】
ステップＳ６では、沸き上げ温度Ｔｗｏ、外気温Ｔａｍおよび入水温度Ｔｗｉのうち少なくとも１つが、予め定めた第１〜３基準変化量ΔＴ１〜ΔＴ３以上変化したものとして、上述の各種アクチュエータの作動状態が制御される。このステップＳ６の制御処理については、図３を用いて説明する。
【００５３】
まず、ステップＳ６１では、沸き上げ温度Ｔｗｏ、外気温Ｔａｍおよび入水温度Ｔｗｉに基づいて、予めサイクル制御装置２１に記憶された制御マップを参照して、ヒートポンプサイクル１３の高圧側冷媒の目標高圧Ｐｔを決定する。この目標高圧Ｐｔは、ヒートポンプサイクル１３の成績係数（ＣＯＰ）が略最大となるように決定される。従って、本実施形態では、この制御ステップＳ６１が目標高圧決定手段を構成している。
【００５４】
次に、ステップＳ６２へ進み、高圧圧力センサ２４によって検出された高圧側冷媒圧力Ｐｄが目標高圧Ｐｔに近づくように、電気式膨張弁１６の電動アクチュエータ１６ｂへ出力される制御信号が比例積分制御等のフィードバック手法によって決定されて、ステップＳ６３へ進む。
【００５５】
ステップＳ６３では、その他のアクチュエータへ出力される制御信号が決定される。例えば、圧縮機１４の電動モータ１４ｂへ出力される制御信号については、蒸発冷媒温度センサ２６によって検出された冷媒蒸発温度Ｔｅが目標蒸発温度に近づくように決定される。この目標蒸発温度としては、沸き上げ温度Ｔｗｏ、外気温Ｔａｍ、操作パネル３０により設定された設定給湯温度等を用いて算出した値を用いることができる。
【００５６】
また、電動ポンプ２２に出力される制御信号については、沸き上げ温度Ｔｗｏが目標沸き上げ温度に近づくように決定される。この目標沸き上げ温度としては、操作パネル３０により設定された設定給湯温度に基づいて、予め給湯水制御装置２０に記憶された制御マップを参照して決定した値を用いることができる。
【００５７】
次に、ステップＳ６４では、ステップＳ６２、Ｓ６３にて決定された制御状態が得られるように、給湯水制御装置２０およびサイクル制御装置２１より各種アクチュエータ１２ａ、１４ｂ、１６ｂ、１７ａに対して制御信号が出力されて、ステップＳ６５へ進む。ステップＳ６５では、高圧側冷媒圧力Ｐｄを読み込み、ステップＳ６６にて、高圧側冷媒圧力Ｐｄが目標高圧Ｐｔと等しくなっているか否かが判定される。
【００５８】
ステップＳ６６にて、Ｐｄ＝Ｐｔとなっている場合は、ステップＳ６７へ進み、沸き上げ温度メモリＭＴｗｏ、外気温メモリＭＴａｍ、入水温度Ｔｗｉに、それぞれステップＳ２にて読み込まれた沸き上げ温度Ｔｗｏ、外気温Ｔａｍ、入水温度メモリＭＴｗｉを記憶してステップＳ７へ進む。ステップＳ６６にて、Ｐｄ＝Ｐｔとなっていない場合は、ステップＳ６２へ戻る。
【００５９】
図２に示すステップＳ７では、操作パネル３０からの給湯機停止信号がサイクル制御装置２１へ入力されている場合は、各種アクチュエータの作動を停止させて、システムを停止させる。一方、給湯機停止信号が入力されていない場合は、予め定めた制御周期の間待機した後、ステップＳ２に戻るようになっている。
【００６０】
従って、本実施形態のヒートポンプ式給湯機１０を作動させると、圧縮機１４から吐出された高温高圧の冷媒は、水−冷媒熱交換器１５の冷媒通路１５ｂに流入して、電動ポンプ１２ａによって貯湯タンク１１の下方側から水通路１５ａに流入した給湯水と熱交換する。これにより、給湯水が加熱され、加熱された給湯水は、貯湯タンク１１の上方側に貯留される。
【００６１】
この際、ヒートポンプサイクル１３では、冷媒として二酸化炭素を採用し、超臨界冷凍サイクルを構成しているので、冷媒として代替フロン等を採用する場合に対して、高圧冷媒の温度を上昇させることができる。その結果、水−冷媒熱交換器１５において給湯水に放熱する熱量を増加させて給湯水の温度を高温化することができる。
【００６２】
一方、水−冷媒熱交換器１５から流出した高圧冷媒は、電気式膨張弁１６にて減圧される。電気式膨張弁１６にて減圧された冷媒は、蒸発器１７へ流入し、送風ファン１７ａから送風された外気から吸熱して蒸発する。そして、蒸発器１７から流出した冷媒は、圧縮機１４へ吸入されて、再び圧縮される。
【００６３】
この際、高圧側冷媒圧力Ｐｄがヒートポンプサイクル１３のＣＯＰが略最大となる目標高圧Ｐｔに近づくように、電気式膨張弁１６の絞り開度が制御されるので、ヒートポンプサイクル１３に継続的に高いＣＯＰを発揮させて、給湯水を加熱するために必要な動力を低減することができる。
【００６４】
さらに、本実施形態では、制御ステップＳ６１によって構成される目標高圧決定手段が、沸き上げ温度Ｔｗｏ、外気温Ｔａｍ、入水温度Ｔｗｉのうち少なくとも１つが、予め定めた第１〜第３基準変化量ΔＴ１〜ΔＴ３以上変化した際に、目標高圧Ｐｔを決定（変更）するので、ヒートポンプサイクル１３の制御ハンチングを防止することができる。
【００６５】
このことを図４、５を用いて詳細に説明する。なお、図４は、本実施形態のヒートポンプ式給湯機１０の起動時からの経過時間と、沸き上げ温度Ｔｗｏの変化および目標高圧Ｐｔの変化を示したグラフである。また、図４の黒丸は、制御ステップＳ６１による目標高圧Ｐｔの決定タイミングを示している。図５は、予め定めた所定時間毎に目標高圧Ｐｔを決定する従来技術のヒートポンプ式給湯機における図４に対応するグラフである。
【００６６】
図５に示すように、従来技術のヒートポンプ式給湯機では、沸き上げ温度Ｔｗｏがほぼ安定した状態であっても予め定めた所定時間毎に目標高圧Ｐｔを決定（変更）させているので、目標高圧Ｐｔが変更される度に、不必要に電気式膨張弁１６の作動状態が変化して、ヒートポンプサイクル１３の制御ハンチングを引き起こしている。
【００６７】
これに対して、本実施形態のヒートポンプ式給湯機１０では、図４から明らかなように、目標高圧決定手段が、沸き上げ温度Ｔｗｏの変化量が予め定めた基準変化量ΔＴ１以上のときに目標高圧Ｐｔを変化させるので、沸き上げ温度Ｔｗｏがほぼ安定した状態では、目標高圧Ｐｔを不必要に変化させることがなく、ヒートポンプサイクル１３の制御ハンチングを防止することができる。
【００６８】
さらに、本実施形態のヒートポンプ式給湯機１０では、予め定めた所定時間毎に目標高圧Ｐｔを決定する場合に対して、目標高圧Ｐｔの変化回数を低減させることができるので、電気式膨張弁１６の作動回数を低減させて、電気式膨張弁１６の耐久性および信頼性を向上させることができる。
【００６９】
一方、ヒートポンプ式給湯機１０の起動時のように、沸き上げ温度Ｔｗｏの変化量が多い場合は、予め定めた所定時間毎に目標高圧Ｐｔを決定する場合に対して、目標高圧Ｐｔを素早く変化させることができるので、沸き上げ温度Ｔｗｏを素早く安定化させることができる。
【００７０】
なお、上述の図４、５では、沸き上げ温度Ｔｗｏの変化を例として、制御ハンチングの防止効果を説明しているが、外気温Ｔａｍ、入水温度Ｔｗｉについても全く同様の理由で、制御ハンチングを防止できる。
【００７１】
また、本実施形態のヒートポンプサイクル１３では、二酸化炭素を冷媒とする超臨界冷凍サイクルを構成しているので、電気式膨張弁１６は、７ＭＰａを超える二酸化炭素の臨界圧力以上の高圧に晒された状態で作動する。このため、電気式膨張弁１６の弁体１６ａは、冷媒圧力による高い荷重が作用した状態で作動することがある。従って、ヒートポンプサイクル１３の制御ハンチングを防止して、電気式膨張弁１６の耐久性および信頼性を向上できることは、極めて有効である。
【００７２】
（第２実施形態）
第１実施形態では、沸き上げ温度Ｔｗｏを沸き上げ温度センサ２３によって検出した例を説明したが、本実施形態では、図６の全体構成図に示すように、沸き上げ温度センサ２３を廃止して、水−冷媒熱交換器１５の冷媒通路１５ｂから流出する冷媒の温度を検出する高圧冷媒温度センサ２７を設けている。その他の構成は第１実施形態と同様である。
【００７３】
ここで、本実施形態の水−冷媒熱交換器１５のように、水通路１５ａを流れる給湯水の流れ方向と冷媒通路１５ｂを流れる冷媒の流れ方向が同一となる水−冷媒熱交換器１５の構成では、水通路１５ａ出口側の給湯水の沸き上げ温度Ｔｗｏと水−冷媒熱交換器１５の冷媒通路１５ｂから流出する冷媒の温度がほぼ同一となる。換言すると、冷媒通路１５ｂから流出する冷媒の温度は、沸き上げ温度Ｔｗｏに相関を有する物理量となる。
【００７４】
そこで、本実施形態では、高圧冷媒温度センサ２７の検出値を沸き上げ温度Ｔｗｏとして、第１実施形態と同様の制御を行っている。従って、本実施形態のヒートポンプ式給湯機１０においても、第１実施形態と同様に制御ハンチングを防止することができる。
【００７５】
（第３実施形態）
本実施形態では、第１実施形態に対して、図７の全体構成図に示すように、高圧圧力センサ２４を廃止して、圧縮機１４吐出冷媒の吐出温度Ｔｄを検出する吐出冷媒温度センサ２８（吐出温度検出手段）を設けている。さらに、図８のフローチャートに示すように、制御ステップＳ６における各種アクチュエータの作動状態の制御態様を変更している。
【００７６】
具体的には、まず、ステップＳ６１’では、沸き上げ温度Ｔｗｏ、外気温Ｔａｍおよび入水温度Ｔｗｉに基づいて、予めサイク制御装置２１に記憶された制御マップを参照して、圧縮機１４吐出冷媒の目標吐出温度Ｔｔを決定する。従って、本実施形態では、この制御ステップＳ６１’が目標吐出温度決定手段を構成している。
【００７７】
次に、ステップＳ６２’へ進み、高圧圧力センサ２４によって検出された吐出温度Ｔｄが目標吐出温度Ｔｔに近づくように、電気式膨張弁１６の電動アクチュエータ１６ｂへ出力される制御信号が比例積分制御等のフィードバック手法によって決定されて、ステップＳ６３へ進む。
【００７８】
ステップＳ６３、Ｓ６４では、第１実施形態と同様の制御処理が実行されて、ステップＳ６５’へ進む。ステップＳ６５’では、吐出温度Ｔｄを読み込み、ステップＳ６６’にて、吐出温度Ｔｄが目標吐出温度Ｔｔと等しくなっているか否かが判定される。
【００７９】
ステップＳ６６’にて、Ｔｄ＝Ｔｔとなっている場合は、ステップＳ６７へ進み、沸き上げ温度メモリＭＴｗｏ、外気温メモリＭＴａｍ、入水温度Ｔｗｉに、それぞれステップＳ２にて読み込まれた沸き上げ温度Ｔｗｏ、外気温Ｔａｍ、入水温度メモリＭＴｗｉを記憶してステップＳ７へ進む。ステップＳ６６にて、Ｐｄ＝Ｐｔとなっていない場合は、ステップＳ６２’へ戻る。その他の構成および制御態様は第１実施形態と同様である。
【００８０】
従って、本実施形態のように、高圧圧力センサ２４によって検出された吐出温度Ｔｄが目標吐出温度Ｔｔに近づくように電気式膨張弁１６の絞り開度が制御されるヒートポンプ式給湯機１０であっても、ヒートポンプサイクル１３の制御ハンチングを防止することができる。
【００８１】
さらに、本実施形態では、例えば、サーミスタ、熱電対等を採用できる温度センサに対して高価な圧力センサを廃止できるので、ヒートポンプ式給湯機１０全体としての製造コストを低減することができる。
【００８２】
（他の実施形態）
本発明は上述の実施形態に限定されることなく、以下のように種々変形可能である。
【００８３】
（１）上述の各実施形態では、サイクル制御手段２１が、可変絞り機構である電気式膨張弁１６の絞り開度を変化させることによって、ヒートポンプサイクル１３の作動を制御して、高圧側冷媒圧力Ｐｄを目標高圧Ｐｔに近づける、あるいは、吐出温度Ｔｄを目標吐出温度Ｔｔに近づける例を説明したが、ヒートポンプサイクル１３の作動の制御はこれに限定されない。
【００８４】
例えば、サイクル制御手段２１が、圧縮機１４の冷媒吐出能力を変化させることによって、ヒートポンプサイクル１３の作動を制御してもよい。この場合は、圧縮機１４の回転数変動回数を低減させて、圧縮機１４の耐久性および信頼性を向上させることができる。さらに、減圧手段として、蒸発器１７流出冷媒の過熱度が予め定めた値に近づくように機械的機構により弁開度を調整できる温度式膨張弁を採用できる。
【００８５】
もちろん、サイクル制御手段２１が、電気式膨張弁１６および圧縮機１４の双方の作動を制御して、ヒートポンプサイクル１３の作動を制御してもよい。
【００８６】
（２）上述の各実施形態では、圧縮機１１として、電動圧縮機を採用した例を説明したが、圧縮機１１の形式はこれに限定されない。例えば、エンジン等を駆動源とするエンジン駆動式圧縮機を採用してもよい。また、圧縮機構として、固定容量型圧縮機構のみならず、可変容量型圧縮機構を採用してもよい。
【００８７】
（３）上述の各実施形態では、入水温度センサ２２によって入水温度Ｔｗｉを検出した例を説明したが、入水温度Ｔｗｉに相関を有する物理量である貯湯タンク１１内の給湯水温度のうち、水−冷媒熱交換器１５の水通路１５ａへ供給される給湯水の温度を入水温度Ｔｗｉとしてもよい。
【００８８】
例えば、上述の各実施形態では、貯等タンク１１の下方側から給湯水が水−冷媒熱交換器１５へ供給されるので、貯等タンク１１内の下方側の給湯水温度を検出する温度センサの検出値を入水温度Ｔｗｉとして採用できる。
【００８９】
（４）上述の第１、２実施形態では、目標高圧決定手段を構成する制御ステップＳ６１にて、沸き上げ温度Ｔｗｏ、外気温Ｔａｍおよび入水温度Ｔｗｉに基づいて、目標高圧Ｐｔを決定しているが、目標高圧Ｐｔの決定はこれに限定されない。
【００９０】
例えば、沸き上げ温度Ｔｗｏおよび外気温Ｔａｍに基づいて、予めサイク制御装置２１に記憶された制御マップを参照して、目標高圧Ｐｔを決定してもよい。このことは、第３実施形態にて標吐出温度決定手段を構成する制御ステップＳ６１’についても同様である。
【００９１】
（５）上述の第２実施形態では、水通路１５ａを流れる給湯水の流れ方向と冷媒通路１５ｂを流れる冷媒の流れ方向が同一となる水−冷媒熱交換器１５を採用して、沸き上げ温度Ｔｗｏに相関を有する物理量として水−冷媒熱交換器１５の冷媒通路１５ｂから流出する冷媒の温度を用いた例を説明したが、例えば、第１、第３実施形態のように、沸き上げ温度Ｔｗｏを直接検出できる場合は、水通路１５ａを流れる給湯水の流れ方向と冷媒通路１５ｂを流れる冷媒の流れ方向が対向流となる水−冷媒熱交換器１５採用してもよい。
【００９２】
（６）上述の各実施形態のヒートポンプサイクルでは、減圧手段として電気式膨張弁１６を採用した例を説明したが、減圧手段として、冷媒を減圧膨張させるノズル部から噴射する高速度の冷媒流により冷媒を内部に吸引して、吸引された冷媒と高速度の冷媒流を混合して昇圧させるエジェクタを採用してもよい。
【００９３】
さらに、エジェクタとして、ノズル部の通路面積を調整可能な可変エジェクタを採用し、上述の各実施形態と同様に、可変エジェクタのノズル部の通路面積を、高圧側冷媒圧力Ｐｄが目標高圧Ｐｔに近づくように、あるいは、吐出温度Ｔｄが目標吐出温度Ｔｔに近づくように制御してもよい。
【００９４】
（７）上述の各実施形態では、冷媒として二酸化炭素を採用した例を説明したが、冷媒の種類はこれに限定されない。通常のフロン系冷媒、炭化水素系冷媒等を採用してもよい。さらに、ヒートポンプサイクル１３が、高圧側冷媒圧力が冷媒の臨界圧力以上とならない亜臨界冷凍サイクルを構成していてもよい。
【００９５】
（８）上述の実施形態では、ヒートポンプ式給湯機１０の給湯水を台所や風呂等に供給した例を説明したが、給湯水を用いて室内を暖房する暖房装置、床面を加熱する床暖房装置に給湯水を供給してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００９６】
【図１】第１実施形態のヒートポンプ式給湯機の全体構成図である。
【図２】第１実施形態のヒートポンプ式給湯機の制御処理を示すフローチャートである。
【図３】第１実施形態のヒートポンプ式給湯機の制御処理の要部を示すフローチャートである。
【図４】第１実施形態のヒートポンプ式給湯機の経過時間に対する沸き上げ温度および目標高圧の変化を示すグラフである。
【図５】従来技術のヒートポンプ式給湯機の経過時間に対する沸き上げ温度および目標高圧の変化を示すグラフである。
【図６】第２実施形態のヒートポンプ式給湯機の全体構成図である。
【図７】第３実施形態のヒートポンプ式給湯機の全体構成図である。
【図８】第３実施形態のヒートポンプ式給湯機の制御処理の要部を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００９７】
１３      ヒートポンプサイクル
１４      圧縮機
１５      水−冷媒熱交換器
１６      電気式膨張弁
１７      蒸発器
２１      サイクル制御装置
２４      高圧圧力センサ
２８      吐出冷媒温度センサ
Ｓ６１    目標高圧決定手段
Ｓ６１’  目標吐出温度決定手段
【図１】
2010025517.tif 000003
【図２】
2010025517.tif 000004
【図３】
2010025517.tif 000005
【図４】
2010025517.tif 000006
【図５】
2010025517.tif 000007
【図６】
2010025517.tif 000008
【図７】
2010025517.tif 000009
【図８】
2010025517.tif 000010