(57)【要約】  この発明に係るヒートポンプ給湯装置は、圧縮機、給湯用熱交換器、採熱用絞り装置、蓄熱用熱交換器、主絞り装置および空気熱交換器を冷媒配管で環状に接続し、また、蓄熱用熱交換器から流出する冷媒を、空気熱交換器をバイパスさせて、圧縮機の吸入側に流す吸入バイパス配管を接続して構成する冷媒回路と、蓄熱用熱交換器、蓄熱材をためる蓄熱槽および蓄熱用熱交換器と蓄熱槽との間で蓄熱材を循環させる蓄熱ポンプを有する蓄熱側二次回路と、給湯用熱交換器における冷媒との熱交換により、給湯に係る水に加熱させるとともに、蓄熱材への蓄熱または蓄熱材からの採熱を行わせる運転制御を行う制御装置とを備えるものである。
2017085812.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機、給湯用熱交換器、採熱用絞り装置、蓄熱用熱交換器、主絞り装置および空気熱交換器を冷媒配管で環状に接続し、また、前記蓄熱用熱交換器から流出する冷媒を、前記空気熱交換器をバイパスさせて、前記圧縮機の吸入側に流す吸入バイパス配管を接続して構成する冷媒回路と、
前記蓄熱用熱交換器、蓄熱材をためる蓄熱槽および前記蓄熱用熱交換器と前記蓄熱槽との間で前記蓄熱材を循環させる蓄熱ポンプを有する蓄熱側二次回路と、
前記給湯用熱交換器における前記冷媒との熱交換により、給湯に係る水に加熱させるとともに、前記蓄熱材への蓄熱または前記蓄熱材からの採熱を行わせる運転制御を行う制御装置と
を備えるヒートポンプ給湯装置。
【請求項２】
前記吸入バイパス配管と前記圧縮機の吸入側配管との合流部と、前記空気熱交換器の間に設置され、前記圧縮機の吸入側から前記空気熱交換器側に前記冷媒が流れないようにする逆止弁をさらに備える請求項１に記載のヒートポンプ給湯装置。
【請求項３】
前記給湯用熱交換器に流入する前記水の温度を検出する給湯用熱交換器入口水温センサをさらに備え、
前記制御装置は、前記給湯用熱交換器に流入する前記水の温度が、第１設定温度よりも高いと判定すると、前記採熱用絞り装置を全開とし、前記蓄熱側二次回路が有する前記蓄熱ポンプを駆動させて、前記給湯用熱交換器を通過する前記水に加熱させるとともに、前記蓄熱材に蓄熱させる給湯蓄熱併用運転を行わせる請求項１または請求項２に記載のヒートポンプ給湯装置。
【請求項４】
前記給湯用熱交換器から流出する前記冷媒の温度を検出する給湯用熱交換器出口冷媒温度センサをさらに備え、
前記制御装置は、前記給湯用熱交換器から流出する前記冷媒の温度が、第２設定温度よりも高いと判定すると、前記採熱用絞り装置を全開とし、前記蓄熱側二次回路が有する前記蓄熱ポンプを駆動させて、前記給湯用熱交換器を通過する前記水に加熱させるとともに、前記蓄熱材に蓄熱させる給湯蓄熱併用運転を行わせる請求項１または請求項２に記載のヒートポンプ給湯装置。
【請求項５】
前記蓄熱槽内の前記蓄熱材の温度を検出する蓄熱材温度センサをさらに備え、
前記制御装置は、前記蓄熱槽内の前記蓄熱材の温度が第３設定値よりも高いと判定すると、前記主絞り装置を前記冷媒が通過しないようにし、前記吸入バイパス配管を前記冷媒が流れるようにして、前記採熱用絞り装置の開度を制御し、また、前記蓄熱側二次回路が有する前記蓄熱ポンプを駆動させて、前記蓄熱材から採熱させる蓄熱利用運転を行わせる請求項１または請求項２に記載のヒートポンプ給湯装置。
【請求項６】
圧縮機、給湯用熱交換器、蓄熱用熱交換器、主絞り装置および空気熱交換器を冷媒配管で環状に接続し、また、採熱用絞り装置および採熱用熱交換器が設置され、前記蓄熱用熱交換器から流出する冷媒を、前記圧縮機の吸入側に流す採熱用バイパス配管を接続して構成する冷媒回路と、
前記蓄熱用熱交換器、蓄熱材をためる蓄熱槽、前記蓄熱材を循環させる蓄熱ポンプおよび前記蓄熱槽と前記採熱用熱交換器または前記蓄熱槽と前記蓄熱用熱交換器との接続を切り換える切換装置を有する蓄熱側二次回路と、
前記給湯用熱交換器における前記冷媒との熱交換により、給湯に係る水に加熱させるとともに、前記蓄熱用熱交換器での熱交換による前記蓄熱材への蓄熱または前記採熱用熱交換器による前記蓄熱材からの採熱を行わせる運転制御を行う制御装置と
を備えるヒートポンプ給湯装置。
【請求項７】
前記採熱用バイパス配管と前記圧縮機の吸入側配管との合流部と、前記空気熱交換器の間に設置され、前記圧縮機の吸入側から前記空気熱交換器側に前記冷媒が流れないようにする逆止弁をさらに備える請求項６に記載のヒートポンプ給湯装置。
【請求項８】
前記給湯用熱交換器に流入する前記水の温度を検出する給湯用熱交換器入口水温センサをさらに備え、
前記制御装置は、前記給湯用熱交換器に流入する前記水の温度が、第１設定温度よりも高いと判定すると、前記採熱用絞り装置を全閉し、前記主絞り装置の開度を制御し、前記蓄熱槽と前記蓄熱用熱交換器とを接続させるように前記切換装置を切り換え、前記蓄熱ポンプを駆動させて、前記給湯用熱交換器を通過する前記水に加熱させるとともに、前記蓄熱材に蓄熱させる給湯蓄熱併用運転を行わせる請求項６または請求項７に記載のヒートポンプ給湯装置。
【請求項９】
前記給湯用熱交換器から流出する前記冷媒の温度を検出する給湯用熱交換器出口冷媒温度センサをさらに備え、
前記制御装置は、前記給湯用熱交換器から流出する前記冷媒の温度が、第２設定温度よりも高いと判定すると、前記採熱用絞り装置を全閉し、前記主絞り装置の開度を制御し、前記蓄熱槽と前記蓄熱用熱交換器とを接続させるように前記切換装置を切り換え、前記蓄熱ポンプを駆動させて、前記給湯用熱交換器を通過する前記水に加熱させるとともに、前記蓄熱材に蓄熱させる給湯蓄熱併用運転を行わせる請求項６または請求項７に記載のヒートポンプ給湯装置。
【請求項１０】
前記蓄熱槽内の前記蓄熱材の温度を検出する蓄熱材温度センサをさらに備え、
前記制御装置は、前記蓄熱槽内の前記蓄熱材の温度が第３設定値よりも高いと判定すると、前記主絞り装置を前記冷媒が通過しないようにし、前記採熱用絞り装置の開度を制御して、前記採熱用バイパス配管を前記冷媒が流れるようにし、また、前記蓄熱槽と前記採熱用熱交換器とを接続させるように前記切換装置を切り換え、前記蓄熱ポンプを駆動させて、前記給湯用熱交換器を通過する前記水に加熱させるとともに、前記蓄熱材に採熱させる蓄熱利用運転を行わせる請求項６または請求項７に記載のヒートポンプ給湯装置。
【請求項１１】
圧縮機、給湯用熱交換器、採熱用絞り装置、蓄熱用熱交換器、主絞り装置および空気熱交換器を冷媒配管で接続して構成する冷媒回路と、
前記蓄熱用熱交換器、蓄熱材をためる蓄熱槽および前記蓄熱用熱交換器と前記蓄熱槽との間で前記蓄熱材を循環させる蓄熱ポンプを有する蓄熱側二次回路と、
前記給湯用熱交換器における冷媒との熱交換により、給湯に係る水に加熱させるとともに、前記蓄熱材への蓄熱または前記蓄熱材からの採熱を行わせる運転制御を行う制御装置とを備え、
前記蓄熱用熱交換器は、２系統の冷媒用流路を有し、
前記冷媒回路は、前記圧縮機、前記給湯用熱交換器、前記採熱用絞り装置、前記蓄熱用熱交換器における一方の系統の冷媒用流路を環状に配管接続して構成する回路と、前記圧縮機、前記給湯用熱交換器、前記蓄熱用熱交換器における他方の系統の冷媒用流路、前記主絞り装置および前記空気熱交換器を環状に配管接続して構成する回路とを有するヒートポンプ給湯装置。
【請求項１２】
前記蓄熱用熱交換器は、複数枚の伝熱プレートを重ね合わせ、高圧の冷媒が流れる前記冷媒用流路、低圧の冷媒とが流れる前記冷媒用流路および前記蓄熱材が流れる蓄熱材用流路を構成したプレート式熱交換器である請求項１１に記載のヒートポンプ給湯装置。
【請求項１３】
前記蓄熱用熱交換器は、外管、該外管に内挿される中管および該中管に内挿される内管を有する三重管式熱交換器であり、前記内管の内側は、低圧の冷媒が流れる前記冷媒用流路となり、前記内管と前記中管との間は、前記蓄熱材が流れる流路となり、前記中管と前記外管との間は高圧の冷媒が流れる前記冷媒用流路となる請求項１１に記載のヒートポンプ給湯装置。
【請求項１４】
前記蓄熱用熱交換器は、外管および該外管に内挿される２本の内管を有する二重管式熱交換器であり、一方の前記内管の内側は、高圧の冷媒が流れる前記冷媒用流路となり、他方の前記内管の内側は、低圧の冷媒が流れる前記冷媒用流路となり、前記外管と２本の前記内管との間は、前記蓄熱材が流れる流路となる請求項１１に記載のヒートポンプ給湯装置。
【請求項１５】
前記蓄熱用熱交換器は、表面に凹状の溝を有した蓄熱材用円管と、前記凹状の溝に密着して配置される２系統の冷媒用円管とを有し、前記蓄熱材用円管の内側は、前記蓄熱材が流れる流路となり、一方の前記冷媒用円管の内側は、高圧の冷媒が流れる前記冷媒用流路となり、他方の前記冷媒用円管の内側は、低圧の冷媒が流れる前記冷媒用流路となる請求項１１に記載のヒートポンプ給湯装置。
【請求項１６】
前記給湯用熱交換器に流入する前記水の温度を検出する給湯用熱交換器入口水温センサをさらに備え、
前記制御装置は、前記給湯用熱交換器に流入する前記水の温度が、第１設定温度よりも高いと判定すると、前記採熱用絞り装置を全閉とし、前記蓄熱側二次回路が有する前記蓄熱ポンプを駆動させて、前記給湯用熱交換器を通過する前記水に加熱させるとともに、前記蓄熱材に蓄熱させる給湯蓄熱併用運転を行わせる請求項１１〜請求項１５のいずれか一項に記載のヒートポンプ給湯装置。
【請求項１７】
前記給湯用熱交換器から流出する前記冷媒の温度を検出する給湯用熱交換器出口冷媒温度センサをさらに備え、
前記制御装置は、前記給湯用熱交換器から流出する前記冷媒の温度が、第２設定温度よりも高いと判定すると、前記採熱用絞り装置を全閉とし、前記蓄熱側二次回路が有する前記蓄熱ポンプを駆動させて、前記給湯用熱交換器を通過する前記水に加熱させるとともに、前記蓄熱材に蓄熱させる給湯蓄熱併用運転を行わせる請求項１１〜請求項１５のいずれか一項に記載のヒートポンプ給湯装置。
【請求項１８】
前記蓄熱槽内の前記蓄熱材の温度を検出する蓄熱材温度センサをさらに備え、
前記制御装置は、前記蓄熱槽内の前記蓄熱材の温度が第３設定値よりも高いと判定すると、前記主絞り装置を冷媒が通過しないようにし、前記採熱用絞り装置の開度を制御し、また、前記蓄熱側二次回路が有する前記蓄熱ポンプを駆動させて、前記蓄熱材から採熱させる蓄熱利用運転を行わせる請求項１１〜請求項１５のいずれか一項に記載のヒートポンプ給湯装置。
【請求項１９】
蓄熱材を有する蓄熱槽と、
圧縮機、給湯用熱交換器、前記蓄熱槽内に配置された蓄熱用熱交換器、主絞り装置および空気熱交換器を冷媒配管で接続し、また、前記蓄熱用熱交換器から流出する冷媒を、前記空気熱交換器をバイパスさせて、前記圧縮機の吸入側に流す吸入バイパス配管および前記給湯用熱交換器から流出する前記冷媒を、前記蓄熱用熱交換器をバイパスさせて、前記主絞り装置に流す蓄熱槽バイパス配管を接続して構成する冷媒回路と、
前記給湯用熱交換器における前記冷媒との熱交換により、給湯に係る水に加熱させるとともに、前記蓄熱材への蓄熱または前記蓄熱材からの採熱を行わせる運転制御を行う制御装置とを備え、
前記冷媒回路は、
採熱用絞り装置、該採熱用絞り装置における前記冷媒の通過を制御する第１二方弁および前記蓄熱槽バイパス配管における前記冷媒の通過を制御する第２二方弁を有し、前記採熱用絞り装置、前記第１二方弁および前記第２二方弁を前記給湯用熱交換器の冷媒流出側に並列に接続するヒートポンプ給湯装置。
【請求項２０】
前記吸入バイパス配管と前記圧縮機の吸入側配管との合流部と、前記空気熱交換器の間に設置され、前記圧縮機の吸入側から前記空気熱交換器側に前記冷媒が流れないようにする逆止弁をさらに備える請求項１９に記載のヒートポンプ給湯装置。
【請求項２１】
前記給湯用熱交換器に流入する前記水の温度を検出する給湯用熱交換器入口水温センサをさらに備え、
前記制御装置は、前記給湯用熱交換器に流入する前記水の温度が、第１設定温度よりも高いと判定すると、前記第１二方弁を開とし、前記第２二方弁を閉とし、前記吸入バイパス配管を前記冷媒が流れないようにして、前記給湯用熱交換器を通過する前記水を加熱するとともに、前記蓄熱材に蓄熱させる給湯蓄熱併用運転を行わせる請求項１９または請求項２０に記載のヒートポンプ給湯装置。
【請求項２２】
前記給湯用熱交換器から流出する前記冷媒の温度を検出する給湯用熱交換器出口冷媒温度センサをさらに備え、
前記制御装置は、前記給湯用熱交換器から流出する前記冷媒の温度が、第２設定温度よりも高いと判定すると、前記第１二方弁を開とし、前記第２二方弁を閉とし、前記吸入バイパス配管を前記冷媒が流れないようにして、前記給湯用熱交換器を通過する前記水を加熱するとともに、前記蓄熱材に蓄熱させる給湯蓄熱併用運転を行わせる請求項１９または請求項２０に記載のヒートポンプ給湯装置。
【請求項２３】
前記蓄熱槽内の前記蓄熱材の温度を検出する蓄熱材温度センサをさらに備え、
前記制御装置は、前記蓄熱槽内の前記蓄熱材の温度が第３設定値よりも高いと判定すると、前記第１二方弁および前記第２二方弁を閉とし、前記吸入バイパス配管を前記冷媒が流れるようにして、前記主絞り装置を前記冷媒が通過しないようにし、前記採熱用絞り装置の開度を制御して、前記蓄熱材から採熱させる蓄熱利用運転を行わせる請求項１９または請求項２０に記載のヒートポンプ給湯装置。
【請求項２４】
前記蓄熱用熱交換器は、前記蓄熱槽内において、一定間隔に配置された配管で構成される請求項１９〜請求項２３のいずれか一項に記載のヒートポンプ給湯装置。
【請求項２５】
前記給湯用熱交換器、前記水をためる給湯タンクおよび前記給湯用熱交換器と前記給湯タンクとの間で前記水を循環させる給湯ポンプを有する給湯側二次回路をさらに備える請求項１〜請求項２４のいずれか一項に記載のヒートポンプ給湯装置。
【請求項２６】
前記蓄熱材は、水または相変化を伴う芯物質が封入された微小なカプセルと液体とで構成されたスラリーである請求項１〜請求項２５のいずれか一項に記載のヒートポンプ給湯装置。
【請求項２７】
前記冷媒は二酸化炭素である請求項１〜請求項２６のいずれか一項に記載のヒートポンプ給湯装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ヒートポンプ給湯装置に関するものである。特に蓄熱材に蓄熱した熱を給湯運転に利用するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のヒートポンプ給湯装置として、たとえば、液体をためる２つのタンクを有し、２つのタンク内の液体と冷媒との熱交換を行う２つの熱交換器を有するヒートポンプ装置を備えたヒートポンプ給湯装置が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１８０８３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した特許文献１の給湯装置においては、たとえば、排熱を利用して水を加熱する運転を行う際、採熱に係る熱交換器から流出した低圧の冷媒は、室外熱交換器を通過して圧縮機に吸引される。このため、屋外の空気の温度である外気よりも採熱側のタンクの液体が高温であったとしても、蒸発温度は外気温度よりも低く、低圧上昇による加熱能力の増強ができないといった課題があった。【０００５】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、外気温度に関係なく、蒸発温度を外気温度よりも高く維持した給湯運転を行うことができるヒートポンプ給湯装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係るヒートポンプ給湯装置は、圧縮機、給湯用熱交換器、採熱用絞り装置、蓄熱用熱交換器、主絞り装置および空気熱交換器を冷媒配管で環状に接続し、また、蓄熱用熱交換器から流出する冷媒を、空気熱交換器をバイパスさせて、圧縮機の吸入側に流す吸入バイパス配管を接続して構成する冷媒回路と、蓄熱用熱交換器、蓄熱材をためる蓄熱槽および蓄熱用熱交換器と蓄熱槽との間で蓄熱材を循環させる蓄熱ポンプを有する蓄熱側二次回路と、給湯用熱交換器における冷媒との熱交換により、給湯に係る水に加熱させるとともに、蓄熱材への蓄熱または蓄熱材からの採熱を行わせる運転制御を行う制御装置とを備えるものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明のヒートポンプ給湯装置によれば、給湯に係る水に加熱する際、蓄熱材に蓄熱した熱を採熱して給湯に利用することができるので、冷媒回路において、外気温度に関係なく、蒸発温度を外気温度よりも高くして給湯運転を行うことができ、加熱能力を増強した給湯運転を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】この発明の実施の形態１におけるヒートポンプ給湯装置の構成を示す図である。
【図２】この発明の実施の形態１のヒートポンプ給湯装置における給湯蓄熱併用運転における冷媒状態を示すＰ−ｈ線図を示す図である。
【図３】この発明の実施の形態１のヒートポンプ給湯装置における蓄熱利用給湯運転時の冷媒状態を示すＰ−ｈ線図を示す図である。
【図４】この発明の実施の形態１のヒートポンプ給湯装置における給湯蓄熱併用運転を行う際の制御系のシステムを中心とする構成を示す図である。
【図５】この発明の実施の形態１のヒートポンプ給湯装置における給湯蓄熱併用運転に係る制御手順のフローチャートを示す図である。
【図６】この発明の実施の形態１のヒートポンプ給湯装置における給湯蓄熱併用運転を行う際の制御系の別例のシステムを中心とする構成を示す図である。
【図７】この発明の実施の形態１のヒートポンプ給湯装置における給湯蓄熱併用運転に係る制御手順の別例のフローチャートを示す図である。
【図８】この発明の実施の形態１のヒートポンプ給湯装置における蓄熱利用給湯運転を行う際の制御系のシステムを中心とする構成を示す図である。
【図９】この発明の実施の形態１のヒートポンプ給湯装置における蓄熱利用給湯運転に係る制御手順のフローチャートを示す図である。
【図１０】この発明の実施の形態２におけるヒートポンプ給湯装置の構成を示す図である。
【図１１】この発明の実施の形態２のヒートポンプ給湯装置における給湯蓄熱併用運転を行う際の制御系のシステムを中心とする構成を示す図である。
【図１２】この発明の実施の形態２のヒートポンプ給湯装置における給湯蓄熱併用運転に係る制御手順のフローチャートを示す図である。
【図１３】この発明の実施の形態２のヒートポンプ給湯装置における給湯蓄熱併用運転を行う際の制御系の別例のシステムを中心とする構成を示す図である。
【図１４】この発明の実施の形態２のヒートポンプ給湯装置における給湯蓄熱併用運転に係る制御手順の別例のフローチャートを示す図である。
【図１５】この発明の実施の形態２のヒートポンプ給湯装置における蓄熱利用給湯運転を行う際の制御系のシステムを中心とする構成を示す図である。
【図１６】この発明の実施の形態２のヒートポンプ給湯装置における蓄熱利用給湯運転に係る制御手順のフローチャートを示す図である。
【図１７】この発明の実施の形態３におけるヒートポンプ給湯装置の構成を示す図である。
【図１８】この発明の実施の形態３における蓄熱用熱交換器４Ａの一例を示す図である。
【図１９】この発明の実施の形態３における蓄熱用熱交換器４Ａの別の一例を示す図（その１）である。
【図２０】この発明の実施の形態３における蓄熱用熱交換器４Ａの別の一例を示す図（その２）である。
【図２１】この発明の実施の形態３における蓄熱用熱交換器４Ａの別の一例を示す図（その３）である。
【図２２】この発明の実施の形態３における蓄熱用熱交換器４Ａのさらに別の一例を示す図（その１）である。
【図２３】この発明の実施の形態３における蓄熱用熱交換器４Ａのさらに別の一例を示す図（その２）である。
【図２４】この発明の実施の形態３における蓄熱用熱交換器４Ａのさらに別の一例を示す図（その３）である。
【図２５】この発明の実施の形態３における蓄熱用熱交換器４Ａの他の一例を示す図（その１）である。
【図２６】この発明の実施の形態３における蓄熱用熱交換器４Ａの他の一例を示す図（その２）である。
【図２７】この発明の実施の形態３における蓄熱用熱交換器４Ａの他の一例を示す図（その３）である。
【図２８】この発明の実施の形態３における蓄熱用熱交換器４Ａの他の一例を示す図（その４）である。
【図２９】この発明の実施の形態３のヒートポンプ給湯装置における給湯蓄熱併用運転を行う際の制御系のシステムを中心とする構成を示す図である。
【図３０】この発明の実施の形態３のヒートポンプ給湯装置における給湯蓄熱併用運転に係る制御手順のフローチャートを示す図である。
【図３１】この発明の実施の形態３のヒートポンプ給湯装置における給湯蓄熱併用運転を行う際の制御系の別例のシステムを中心とする構成を示す図である。
【図３２】この発明の実施の形態３のヒートポンプ給湯装置における給湯蓄熱併用運転に係る制御手順の別例のフローチャートを示す図である。
【図３３】この発明の実施の形態３のヒートポンプ給湯装置における蓄熱利用給湯運転を行う際の制御系のシステムを中心とする構成を示す図である。
【図３４】この発明の実施の形態３のヒートポンプ給湯装置における蓄熱利用給湯運転に係る制御手順のフローチャートを示す図である。
【図３５】この発明の実施の形態４におけるヒートポンプ給湯装置の構成を示す図である。
【図３６】この発明の実施の形態４のヒートポンプ給湯装置における給湯蓄熱併用運転を行う際の制御系のシステムを中心とする構成を示す図である。
【図３７】この発明の実施の形態４のヒートポンプ給湯装置における給湯蓄熱併用運転に係る制御手順のフローチャートを示す図である。
【図３８】この発明の実施の形態４のヒートポンプ給湯装置における給湯蓄熱併用運転を行う際の制御系の別例のシステムを中心とする構成を示す図である。
【図３９】この発明の実施の形態４のヒートポンプ給湯装置における給湯蓄熱併用運転に係る制御手順の別例のフローチャートを示す図である。
【図４０】この発明の実施の形態４のヒートポンプ給湯装置における蓄熱利用給湯運転を行う際の制御系のシステムを中心とする構成を示す図である。
【図４１】この発明の実施の形態４のヒートポンプ給湯装置における蓄熱利用給湯運転に係る制御手順のフローチャートを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、この発明の実施の形態について説明する。ここで、以下に説明する実施の形態によってこの発明が限定されるものではない。また、各図において同一の符号を付したものは、同一のまたはこれに相当するものである。これは明細書の全文において共通している。さらに、明細書全文に表れている構成要素の形態は、あくまで例示であってこれらの記載に限定されるものではない。また、図１を含め、以下に説明する図面においては、各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。さらに、符号に添字を付した装置、機器などについて、たとえば共通事項を説明するなど、特に区別したり、特定したりする必要がない場合には、添字を省略して記載する場合がある。ここで、温度、圧力などの高低については、特に絶対的な値との関係で高低などが定まっているものではなく、システム、装置などにおける状態、動作などにおいて相対的に定まるものとする。
【００１０】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１におけるヒートポンプ給湯装置の構成を示す図である。本実施の形態のヒートポンプ給湯装置は、圧縮機１、給湯用熱交換器２、第１膨張弁３、蓄熱用熱交換器４、第２膨張弁５および空気熱交換器６を、冷媒配管を介して環状に接続する。また、圧縮機１の吸入側の配管と蓄熱用熱交換器４の冷媒流出側の配管とを吸入バイパス配管９で接続する。吸入バイパス配管９には、吸入バイパス弁７が設置されている。また、圧縮機１の吸入側の配管において、吸入バイパス配管９の接続部分と空気熱交換器６との間に逆止弁８が設置されている。このように、配管および機器を接続して、本実施の形態のヒートポンプ給湯装置は、冷媒を循環させる冷媒回路を構成している。冷媒回路を循環する冷媒は、たとえば二酸化炭素である。
【００１１】
圧縮機１は、低温低圧のガス冷媒を吸引して圧縮し、高温高圧のガス冷媒の状態にして吐出する。ここで、本実施の形態では、圧縮機１は、たとえば、容量制御可能なインバーター圧縮機などで構成する。また、給湯用熱交換器２は、放熱器として機能する熱交換器である。給湯側二次回路３０を循環する水と冷媒とを熱交換させて、冷媒に放熱させる。蓄熱用熱交換器４は、放熱器または蒸発器として機能する熱交換器である。蓄熱用熱交換器４は、蓄熱側二次回路４０を循環する蓄熱材と冷媒とを熱交換させて、冷媒に放熱または採熱させる。採熱用絞り装置となる第１膨張弁３は、運転に応じて、開度を全閉もしくは全開または開度調整をし、蓄熱用熱交換器４を放熱器または蒸発器に切り換える。また、第１膨張弁３は、蓄熱用熱交換器４において、冷媒が蓄熱材から採熱する際に開度調整を行う。主絞り装置となる第２膨張弁５は、高圧の冷媒を減圧させ、低圧の気液二相冷媒にする。第２膨張弁５は、空気熱交換器６を用いた運転を行う際に開度調整を行う。空気熱交換器６を用いないときには、開度を全閉または冷媒が流れないような開度にする。空気熱交換器６は、蒸発器として機能する熱交換器である。空気熱交換器６は、冷媒と空気とを熱交換させて蒸発させる。ここで、空気熱交換器６は、たとえば、プレートフィン式熱交換器などで構成する。また、本実施の形態の空気熱交換器６は、屋外の空気である外気と冷媒とを熱交換させるものとする。
【００１２】
吸入バイパス配管９は、蓄熱用熱交換器４から流出した冷媒を圧縮機１の吸入側にバイパスする配管である。開閉弁である吸入バイパス弁７は、吸入バイパス配管９に冷媒を通過させるまたは通過させない制御をする。逆止弁８は、吸入バイパス配管９を通過した冷媒が、空気熱交換器６に流入することを防止する。
【００１３】
給湯側二次回路３０は、給湯用熱交換器２、給湯タンク３１および給湯ポンプ３２を配管で環状に接続して構成する。給湯側二次回路３０には、給湯用の水が循環する。給湯タンク３１は給湯用の水をためる。また、給湯ポンプ３２は、給湯用の水を加圧して給湯側二次回路３０を循環させる。
【００１４】
蓄熱側二次回路４０は、蓄熱用熱交換器４、蓄熱槽４１および蓄熱ポンプ４２を配管で環状に接続して構成する。蓄熱側二次回路４０には、水または相変化を伴う芯物質が封入された微小なカプセルと液体とで構成されたスラリーを有する蓄熱材が充填され、循環する。蓄熱槽４１は、蓄熱材をためる。また、蓄熱ポンプ４２は蓄熱材を加圧して蓄熱側二次回路４０を循環させる。
【００１５】
次に図１を参照しながら、本実施の形態に係るヒートポンプ給湯装置における運転動作について説明する。
【００１６】
まず、通常の給湯運転について説明する。通常の給湯運転とは、水道水と同程度の温度の水を、たとえば８０℃などの高温の水に沸き上げる運転である。ここで、蓄熱ポンプ４２は停止しており、蓄熱用熱交換器４では、冷媒と蓄熱材の熱交換はなされない。
【００１７】
通常の給湯運転において、給湯側二次回路３０側では、給湯ポンプ３２が駆動すると、給湯タンク３１内の低温水が給湯用熱交換器２に送られる。給湯用熱交換器２を通過した水は冷媒によって加熱されて高温水となり給湯タンク３１に戻る。以上のようにして加熱された水が給湯タンク３１内にたまる。
【００１８】
次に冷媒回路側の動作について説明する。ここで、通常の給湯運転においては、吸入バイパス弁７は全閉とする。このため、吸入バイパス配管９には冷媒が流れない。圧縮機１が駆動すると、低温低圧のガス状態の冷媒が圧縮機１に吸入され、圧縮されて高温高圧の超臨界状態の冷媒となって吐出する。圧縮機１から吐出した、高温高圧の超臨界状態の冷媒は、給湯用熱交換器２に流入する。給湯用熱交換器２に流入した高温高圧の超臨界状態冷媒は、被熱交換媒体である、給湯側二次回路３０を循環する水に放熱し、低温高圧の超臨界状態の冷媒となる。
【００１９】
給湯用熱交換器２を流出した、低温高圧の超臨界状態の冷媒は、第１膨張弁３および蓄熱用熱交換器４を通過して第２膨張弁５に流入する。このとき、第１膨張弁３の開度は全開である。また、蓄熱用熱交換器４では蓄熱材と冷媒との熱交換は行われない。第２膨張弁５に流入した冷媒は、第２膨張弁５に減圧膨張され、低温低圧の気液二相冷媒となって流出する。
【００２０】
第２膨張弁５から流出した気液二相冷媒は、空気熱交換器６に流入する。空気熱交換器６を通過した気液二相冷媒は、被熱交換媒体である外気を冷却し、蒸発して低温低圧のガス冷媒となる。空気熱交換器６から流出した低温低圧のガス冷媒は、圧縮機１に再び吸入される。
【００２１】
次に、給湯蓄熱併用運転について説明する。ここで、給湯蓄熱併用運転とは、保温運転と蓄熱運転とを同時に行う運転である。保温運転は、たとえば放熱などにより給湯タンク３１内の水の温度が６０℃に低下した場合に、６５℃へ５℃程度沸き上げる運転である。また、蓄熱運転は、蓄熱槽４１内の蓄熱材に蓄熱する運転である。
【００２２】
給湯蓄熱併用運転において、給湯側二次回路３０側では、給湯ポンプ３２が駆動すると、給湯タンク３１内の中温水が給湯用熱交換器２に送られる。給湯用熱交換器２を通過した水は、冷媒によって加熱されて高温水となって給湯タンク３１に戻る。以上のようにして加熱された水が給湯タンク３１内にたまる。
【００２３】
また、蓄熱側二次回路４０側では、蓄熱ポンプ４２が駆動すると、蓄熱槽４１内の蓄熱材が蓄熱用熱交換器４に送られる。蓄熱用熱交換器４を通過した蓄熱材は、冷媒によって加熱されて蓄熱槽４１に戻る。以上のようにして加熱された蓄熱材が蓄熱槽４１にたまって蓄熱する。
【００２４】
次に冷媒回路側の動作について説明する。ここで、給湯蓄熱併用運転においては、吸入バイパス弁７は全閉とする。このため、吸入バイパス配管９には冷媒が流れない。圧縮機１が駆動すると、低温低圧のガス状態の冷媒が圧縮機１に吸入され、圧縮されて高温高圧の超臨界状態の冷媒となって吐出する。圧縮機１から吐出した、高温高圧の超臨界状態の冷媒は、給湯用熱交換器２に流入する。給湯用熱交換器２に流入した、高温高圧の超臨界状態冷媒は、被熱交換媒体である、給湯側二次回路３０を循環する水に放熱し、中温高圧の超臨界状態の冷媒となる。
【００２５】
給湯用熱交換器２を流出した、中温高圧の超臨界状態の冷媒は、第１膨張弁３を通過して蓄熱用熱交換器４に流入する。このとき、第１膨張弁３の開度は全開である。蓄熱用熱交換器４に流入した、中温高圧の超臨界状態冷媒は、被熱交換媒体である、蓄熱側二次回路４０を循環する蓄熱材に放熱し、低温高圧の超臨界状態の冷媒となる。蓄熱用熱交換器４を流出した、低温高圧の超臨界状態の冷媒は、第２膨張弁５に流入する。第２膨張弁５に流入した冷媒は、第２膨張弁５に減圧膨張され、低温低圧の気液二相冷媒となって流出する。
【００２６】
第２膨張弁５から流出した気液二相冷媒は、空気熱交換器６に流入する。空気熱交換器６を通過した気液二相冷媒は、被熱交換媒体である外気を冷却し、蒸発して低温低圧のガス冷媒となる。空気熱交換器６から流出した低温低圧のガス冷媒は、圧縮機１に再び吸入される。
【００２７】
図２は、この発明の実施の形態１のヒートポンプ給湯装置における給湯蓄熱併用運転における冷媒状態を示すＰ−ｈ線図を示す図である。保温運転を単独に行ったときには、給湯用熱交換器２に流入する水の温度は、たとえば５５℃程度と高い。このため、給湯用熱交換器２から流出する冷媒の温度は、６０℃程度と高い状態となる。超臨界状態の二酸化炭素冷媒は、冷媒の温度が６０℃のときには、高エンタルピーの状態にある。このため、給湯用熱交換器２における流入側と流出側とのエンタルピー差が小さく、非効率な運転となる。
【００２８】
一方、給湯蓄熱併用運転では、給湯用熱交換器２から流出した高エンタルピー状態の冷媒を、蓄熱用熱交換器４において、たとえば４０℃程度まで放熱させて、蓄熱材に蓄熱する蓄熱運転をすることができる。このため、給湯蓄熱併用運転では、利用できる冷媒エンタルピー差が大きくなり、有効に熱エネルギーを利用することができる。
【００２９】
次に、蓄熱利用給湯運転について説明する。ここで、蓄熱利用給湯運転とは、蓄熱槽４１において蓄熱された蓄熱材を熱源として、給湯運転を行う運転である。たとえば、低外気時における給湯能力低下の防止、給湯負荷が一時的に大きくなるときなどにおける給湯能力の増強などを目的として行う運転である。
【００３０】
蓄熱利用給湯運転において、給湯側二次回路３０側では、給湯ポンプ３２が駆動すると、給湯タンク３１内の低温水が給湯用熱交換器２に送られる。給湯用熱交換器２を通過した水は、冷媒によって加熱されて高温水となって給湯タンク３１に戻る。以上のようにして加熱された水が給湯タンク３１内にたまる。
【００３１】
また、蓄熱側二次回路４０側では、蓄熱ポンプ４２が駆動すると、蓄熱槽４１内の蓄熱材が蓄熱用熱交換器４に送られる。蓄熱用熱交換器４を通過した蓄熱材は、冷媒に放熱して蓄熱槽４１に戻る。以上のようにして放熱した蓄熱材が蓄熱槽４１にたまる。
【００３２】
次に冷媒回路側の動作について説明する。ここで、蓄熱利用給湯運転においては、吸入バイパス弁７は全開とする。このため、吸入バイパス配管９に冷媒が流れる。また、第２膨張弁５の開度は全閉または冷媒が流れないような極めて小さな開度とする（以下、全閉として説明する）。このため、空気熱交換器６には冷媒が流れず、冷媒と外気との熱交換は行われない。
【００３３】
圧縮機１が駆動すると、低温低圧のガス状態の冷媒が圧縮機１に吸入され、圧縮されて高温高圧の超臨界状態の冷媒となって吐出する。圧縮機１から吐出した、高温高圧の超臨界状態の冷媒は、給湯用熱交換器２に流入する。給湯用熱交換器２に流入した、高温高圧の超臨界状態冷媒は、被熱交換媒体である、給湯側二次回路３０を循環する水に放熱し、低温高圧の超臨界状態の冷媒となる。
【００３４】
給湯用熱交換器２を流出した、低温高圧の超臨界状態の冷媒は、第１膨張弁３に流入する。第１膨張弁３に流入した冷媒は、第１膨張弁３に減圧膨張され、低温低圧の気液二相冷媒となって流出する。第１膨張弁３から流出した気液二相冷媒は、蓄熱用熱交換器４に流入する。
【００３５】
蓄熱用熱交換器４に流入した低温低圧の気液二相冷媒は、被熱交換媒体である、蓄熱側二次回路４０を循環する蓄熱材から採熱し、中温低圧のガス冷媒となる。蓄熱用熱交換器４を流出した中温低圧のガス冷媒は、吸入バイパス弁７を介して吸入バイパス配管９を通過し、圧縮機１に再び吸入される。ここで、前述したように、吸入バイパス配管９の接続部分と空気熱交換器６との間には逆止弁８が設置されている。このため、外気の温度が低く、空気熱交換器６が冷えている状態でも、蓄熱用熱交換器４で熱交換した後の低圧中温のガス冷媒が、空気熱交換器６側に流れない。このため、空気熱交換器６において冷媒が凝縮し、寝込むことを防止することができる。
【００３６】
図３は、この発明の実施の形態１のヒートポンプ給湯装置における蓄熱利用給湯運転時の冷媒状態を示すＰ−ｈ線図を示す図である。たとえば、通常の給湯運転では、冷媒は空気熱交換器６において外気から採熱するため、冷凍サイクルにおける蒸発温度は外気の温度よりも低い温度となる。一方、蓄熱利用給湯運転では、冷媒は、たとえば４０℃程度の高い温度の蓄熱材から採熱するため、冷凍サイクルにおける蒸発温度は通常の給湯運転よりも高くなる。したがって、蓄熱利用給湯運転の方が効率が向上する。さらに、圧縮機１の吸入圧力が上昇するので、圧縮機１の吸入側における冷媒ガスの密度が大きくなり、冷媒循環量が増加する。このため、給湯能力を増強することができる。
【００３７】
図４は、この発明の実施の形態１のヒートポンプ給湯装置における給湯蓄熱併用運転を行う際の制御系のシステムを中心とする構成を示す図である。図４に示すように、本実施の形態に係るヒートポンプ給湯装置は、少なくとも制御装置１００、圧縮機吸入圧力センサ１０、給湯用熱交換器入口水温センサ１１および圧縮機吸入温度センサ１２を制御に係る機器として有している。ここで、図４では、本実施の形態のヒートポンプ給湯装置が給湯蓄熱併用運転を行う際の制御に係る構成を示している。
【００３８】
圧縮機吸入圧力センサ１０は、圧縮機１の吸入側における冷媒の圧力となる圧縮機吸入圧力Ｐｓを検出する装置である。給湯用熱交換器入口水温センサ１１は、給湯用熱交換器２に流入する水の温度となる入口水温Ｔｗｉを検出する装置である。圧縮機吸入温度センサ１２は、圧縮機１の吸入側における冷媒の温度となる圧縮機吸入温度Ｔｓを検出する装置である。
【００３９】
制御装置１００は、ヒートポンプ給湯装置が有する機器に指令を送り、各種運転制御を行う。制御装置１００は、特に本実施の形態では、通常の給湯運転、給湯蓄熱併用運転または蓄熱利用給湯運転のいずれの運転を行うかを判定し、判定に基づいてヒートポンプ給湯装置を運転させる。
【００４０】
図５は、この発明の実施の形態１のヒートポンプ給湯装置における給湯蓄熱併用運転に係る制御手順のフローチャートを示す図である。図４および図５に基づいて、制御装置１００が行う給湯蓄熱併用運転に係る制御について説明する。制御装置１００は、給湯運転指令を受けると、圧縮機１および給湯ポンプ３２の駆動を開始させる（Ｓ０１）。また、第１膨張弁３の開度を全開させ、吸入バイパス弁７を閉止させる（Ｓ０２）。
【００４１】
制御装置１００は、給湯用熱交換器入口水温センサ１１が検出した入口水温Ｔｗｉを入力する（Ｓ０３）。そして、制御装置１００は、入口水温Ｔｗｉの温度値が第１設定値より大きいかどうかを判定する（Ｓ０４）。たとえば、入口水温Ｔｗｉが高いと、水と冷媒との熱交換量が少なく、給湯用熱交換器２から流出する冷媒のエンタルピーが十分大きくなるため、蓄熱運転が可能となる。そこで、制御装置１００は、入口水温Ｔｗｉの温度値が第１設定値より大きいと判定すると、給湯蓄熱併用運転を開始させる（Ｓ０５）。そして、蓄熱ポンプ４２を駆動させて、蓄熱材を循環させて、蓄熱材に蓄熱させる（Ｓ０６）。
【００４２】
一方、入口水温Ｔｗｉが低いと、熱交換量が多く、給湯用熱交換器２から流出する冷媒のエンタルピーが小さくなる。そこで、入口水温Ｔｗｉの温度値が第１設定値より大きくないと判定すると、蓄熱ポンプ４２は駆動させず、給湯運転を行わせる（Ｓ０７）。
【００４３】
制御装置１００は、圧縮機吸入圧力センサ１０が検出した圧縮機吸入圧力Ｐｓと圧縮機吸入温度センサ１２が検出した圧縮機吸入温度Ｔｓとを入力する（Ｓ０８）。そして、制御装置１００は、圧縮機吸入圧力Ｐｓの飽和温度ｆ（Ｐｓ）を算出する。さらに、圧縮機吸入温度Ｔｓから圧縮機吸入圧力Ｐｓの飽和温度ｆ（Ｐｓ）を差し引いて圧縮機吸入過熱度ＳＨｓを算出する（Ｓ０９）。
【００４４】
制御装置１００は、算出した圧縮機吸入過熱度ＳＨｓの値が、圧縮機吸入過熱度目標値としてあらかじめ設定された第２設定値よりも小さいかどうかを判定する（Ｓ１０）。制御装置１００は、圧縮機吸入過熱度ＳＨｓの値が第２設定値よりも小さいと判定すると、第２膨張弁５の開度を小さくさせる制御を行う（Ｓ１１）。そして、Ｓ０８に戻って制御を続ける。また、制御装置１００は、圧縮機吸入過熱度ＳＨｓの値が第２設定値よりも小さくないと判定すると、第２膨張弁５の開度を大きくさせる制御を行う（Ｓ１２）。そして、Ｓ０８に戻って制御を続ける。
【００４５】
図６は、この発明の実施の形態１のヒートポンプ給湯装置における給湯蓄熱併用運転を行う際の制御系の別例のシステムを中心とする構成を示す図である。図６において、図４などと同じ符号を付している機器については、図４などにおいて説明したことと基本的に同様の動作を行う。図６に示すように、本実施の形態に係るヒートポンプ給湯装置は、少なくとも制御装置１００、圧縮機吸入圧力センサ１０、給湯用熱交換器出口冷媒温度センサ１３および圧縮機吸入温度センサ１２を制御に係る機器として有している。給湯用熱交換器出口冷媒温度センサ１３は、給湯用熱交換器２から流出する冷媒の温度となる出口冷媒温度Ｔｒｏを検出する装置である。
【００４６】
図７は、この発明の実施の形態１のヒートポンプ給湯装置における給湯蓄熱併用運転に係る制御手順の別例のフローチャートを示す図である。図６および図７に基づいて、制御装置１００が行う給湯蓄熱併用運転に係る制御について説明する。制御装置１００は、給湯運転指令を受けると、圧縮機１および給湯ポンプ３２の駆動を開始させる（Ｓ２１）。また、第１膨張弁３の開度を全開させ、吸入バイパス弁７を閉止させる（Ｓ２２）。
【００４７】
制御装置１００は、給湯用熱交換器出口冷媒温度センサ１３が検出した出口冷媒温度Ｔｒｏを入力する（Ｓ２３）。そして、制御装置１００は、出口冷媒温度Ｔｒｏの温度値が第３設定値より大きいかどうかを判定する（Ｓ２４）。たとえば、出口冷媒温度Ｔｒｏが高いと、給湯用熱交換器２から流出する冷媒のエンタルピーが十分大きいため、蓄熱運転が可能となる。そこで、制御装置１００は、出口冷媒温度Ｔｒｏの温度値が第３設定値より大きいと判定すると、給湯蓄熱併用運転を開始させる（Ｓ２５）。そして、蓄熱ポンプ４２を駆動させて、蓄熱材を循環させて、蓄熱材に蓄熱させる（Ｓ２６）。
【００４８】
一方、出口冷媒温度Ｔｒｏが低いと、給湯用熱交換器２から流出する冷媒のエンタルピーが小さい。そこで、出口冷媒温度Ｔｒｏの温度値が第３設定値より大きくないと判定すると、蓄熱ポンプ４２は駆動させず、給湯運転を行わせる（Ｓ２７）。
【００４９】
制御装置１００は、圧縮機吸入圧力センサ１０が検出した圧縮機吸入圧力Ｐｓと圧縮機吸入温度センサ１２が検出した圧縮機吸入温度Ｔｓとを入力する（Ｓ２８）。そして、制御装置１００は、圧縮機吸入圧力Ｐｓの飽和温度ｆ（Ｐｓ）を算出する。さらに、圧縮機吸入温度Ｔｓから圧縮機吸入圧力Ｐｓの飽和温度ｆ（Ｐｓ）を差し引いて圧縮機吸入過熱度ＳＨｓを算出する（Ｓ２９）。
【００５０】
制御装置１００は、算出した圧縮機吸入過熱度ＳＨｓの値が、圧縮機吸入過熱度目標値としてあらかじめ設定された第２設定値よりも小さいかどうかを判定する（Ｓ３０）。制御装置１００は、圧縮機吸入過熱度ＳＨｓの値が第２設定値よりも小さいと判定すると、第２膨張弁５の開度を小さくさせる制御を行う（Ｓ３１）。そして、Ｓ２８に戻って制御を続ける。また、制御装置１００は、圧縮機吸入過熱度ＳＨｓの値が第２設定値よりも小さくないと判定すると、第２膨張弁５の開度を大きくさせる制御を行う（Ｓ３２）。そして、Ｓ２８に戻って制御を続ける。
【００５１】
図８は、この発明の実施の形態１のヒートポンプ給湯装置における蓄熱利用給湯運転を行う際の制御系のシステムを中心とする構成を示す図である。図８では、本実施の形態のヒートポンプ給湯装置が蓄熱利用給湯運転を行う際の制御に係る構成を示している。図８において、図４などと同じ符号を付している機器については、図４などにおいて説明したことと基本的に同様の動作を行う。本実施の形態に係るヒートポンプ給湯装置は、少なくとも制御装置１００、圧縮機吸入圧力センサ１０、圧縮機吸入温度センサ１２および蓄熱材温度センサ１４を制御に係る機器として有している。蓄熱材温度センサ１４は、蓄熱槽４１内の蓄熱材の温度となる蓄熱材温度Ｔｓｔを検出する装置である。
【００５２】
図９は、この発明の実施の形態１のヒートポンプ給湯装置における蓄熱利用給湯運転に係る制御手順のフローチャートを示す図である。図８および図９に基づいて、制御装置１００が行う蓄熱利用給湯運転に係る制御について説明する。制御装置１００は、給湯運転指令を受けると、圧縮機１および給湯ポンプ３２の駆動を開始させる（Ｓ４１）。
【００５３】
制御装置１００は、蓄熱材温度センサ１４が検出した蓄熱材温度Ｔｓｔを入力する（Ｓ４２）。そして、制御装置１００は、蓄熱材温度Ｔｓｔの温度値が第４設定値より大きいかどうかを判定する（Ｓ４３）。
【００５４】
制御装置１００は、蓄熱材温度Ｔｓｔの温度値が第４設定値より大きいと判定すると、蓄熱利用給湯運転を開始させる（Ｓ４４）。制御装置１００は、第２膨張弁５の開度を全閉させ、吸入バイパス弁７を開放させる。そして、蓄熱ポンプ４２を駆動させて、蓄熱材を循環させて、蓄熱材に放熱させる（Ｓ４５）。
【００５５】
制御装置１００は、圧縮機吸入圧力センサ１０が検出した圧縮機吸入圧力Ｐｓと圧縮機吸入温度センサ１２が検出した圧縮機吸入温度Ｔｓとを入力する（Ｓ４６）。そして、制御装置１００は、圧縮機吸入圧力Ｐｓの飽和温度ｆ（Ｐｓ）を算出する。さらに、圧縮機吸入温度Ｔｓから圧縮機吸入圧力Ｐｓの飽和温度ｆ（Ｐｓ）を差し引いて圧縮機吸入過熱度ＳＨｓを算出する（Ｓ４７）。
【００５６】
制御装置１００は、算出した圧縮機吸入過熱度ＳＨｓの値が、圧縮機吸入過熱度目標値としてあらかじめ設定された第２設定値よりも小さいかどうかを判定する（Ｓ４８）。制御装置１００は、圧縮機吸入過熱度ＳＨｓの値が第２設定値よりも小さいと判定すると、第１膨張弁３の開度を小さくさせる制御を行う（Ｓ４９）。そして、Ｓ４２に戻って制御を続ける。また、制御装置１００は、圧縮機吸入過熱度ＳＨｓの値が第２設定値よりも小さくないと判定すると、第１膨張弁３の開度を大きくさせる制御を行う（Ｓ５０）。そして、Ｓ４２に戻って制御を続ける。
【００５７】
一方、制御装置１００は、蓄熱材温度Ｔｓｔの温度値が第４設定値より大きくないと判定すると、通常の給湯運転を行わせる（Ｓ５１）。制御装置１００は、第１膨張弁３の開度を全開させ、吸入バイパス弁７を閉止させる。また、蓄熱ポンプ４２を駆動させないようにする（Ｓ５２）。
【００５８】
制御装置１００は、圧縮機吸入圧力センサ１０が検出した圧縮機吸入圧力Ｐｓと圧縮機吸入温度センサ１２が検出した圧縮機吸入温度Ｔｓとを入力する（Ｓ５３）。そして、制御装置１００は、圧縮機吸入圧力Ｐｓの飽和温度ｆ（Ｐｓ）を算出する。さらに、圧縮機吸入温度Ｔｓから圧縮機吸入圧力Ｐｓの飽和温度ｆ（Ｐｓ）を差し引いて圧縮機吸入過熱度ＳＨｓを算出する（Ｓ５４）。
【００５９】
制御装置１００は、算出した圧縮機吸入過熱度ＳＨｓの値が、圧縮機吸入過熱度目標値としてあらかじめ設定された第２設定値よりも小さいかどうかを判定する（Ｓ５５）。制御装置１００は、圧縮機吸入過熱度ＳＨｓの値が第２設定値よりも小さいと判定すると、第２膨張弁５の開度を小さくさせる制御を行う（Ｓ５６）。そして、Ｓ４２に戻って制御を続ける。また、制御装置１００は、圧縮機吸入過熱度ＳＨｓの値が第２設定値よりも小さくないと判定すると、第２膨張弁５の開度を大きくさせる制御を行う（Ｓ５７）。そして、Ｓ４２に戻って制御を続ける。
【００６０】
以上のように、本実施の形態に係るヒートポンプ給湯装置は、冷媒が循環する冷媒回路、給湯側二次回路３０および蓄熱側二次回路４０を有し、制御装置１００が、保温運転などのように、比較的高温の水を加熱する運転を行う場合など、給湯用熱交換器２から流出する冷媒が比エンタルピーの大きい状態になるかどうかを判定し、比エンタルピーが大きい状態になると判定すると、給湯蓄熱併用運転を行って蓄熱運転も行うことにより、ヒートポンプ給湯装置を運転することによって得られる熱エネルギーを有効利用することができる。また、蓄熱槽４１に蓄熱した熱エネルギーを利用した蓄熱利用給湯運転を行うことができるので、外気温度によらず、空気熱交換器６における冷媒の蒸発温度を高く維持することができるので、冷媒から水への加熱能力を増強することができる。
【００６１】
また、本実施の形態に係るヒートポンプ給湯装置は、たとえば、中温で潜熱変化するスラリーまたは水を有する蓄熱材を、蓄熱側二次回路４０内に循環させるようにしたので、蓄熱運転における効率を高くすることができる。また、蓄熱材が蓄熱用熱交換器４を直接通過するので、効率よく採熱などを行うことができる。また、蓄熱利用給湯運転において、外気温度が低く、空気熱交換器６が冷えている状態でも、蓄熱用熱交換器４で熱交換した後の低圧中温のガス冷媒が、空気熱交換器６側に流れない。このため、空気熱交換器６において冷媒が凝縮し、寝込むことを防止することができる。
【００６２】
実施の形態２．
図１０は、この発明の実施の形態２におけるヒートポンプ給湯装置の構成を示す図である。図１０において、図１などと同じ符号を付している機器は、実施の形態１において説明したことと同様の動作を行う。本実施の形態のヒートポンプ給湯装置は、圧縮機１、給湯用熱交換器２、蓄熱用熱交換器４、第２膨張弁５および空気熱交換器６を、冷媒配管を介して環状に接続する。また、圧縮機１の吸入側の配管と蓄熱用熱交換器４の冷媒流出側の配管とを採熱バイパス配管２０で接続する。採熱バイパス配管２０には、採熱用熱交換器１５および第３膨張弁１６が設置されている。
【００６３】
採熱バイパス配管２０は、蓄熱利用給湯運転において、蓄熱用熱交換器４から流出した冷媒を圧縮機１の吸入側にバイパスする配管である。採熱用熱交換器１５は、蒸発器として機能する熱交換器である。蓄熱利用給湯運転において、冷媒と蓄熱材とを熱交換させて、冷媒に採熱させる。採熱用絞り装置となる第３膨張弁１６は、運転に応じて、開度を全閉または開度調整される。第３膨張弁１６は、蓄熱用熱交換器４において、冷媒が蓄熱材から採熱する際に開度調整が行われる。
【００６４】
また、本実施の形態の蓄熱側二次回路４０は、蓄熱用熱交換器４、蓄熱槽４１、蓄熱ポンプ４２および切換装置となる三方弁４３を配管で環状に接続し、蓄熱材を循環させることができる。また、三方弁４３を切り換えることによって、採熱用熱交換器１５、蓄熱槽４１、蓄熱ポンプ４２および三方弁４３を配管で環状に接続し、蓄熱材を循環させることができる。三方弁４３は、蓄熱材が蓄熱用熱交換器４を通過して蓄熱槽４１に戻るか、採熱用熱交換器１５を通過して蓄熱槽４１に戻るかを切り換える弁である。
【００６５】
次に図１０を参照しながら、本実施の形態に係るヒートポンプ給湯装置における運転動作について説明する。
【００６６】
まず、通常の給湯運転について説明する。ここで、通常の給湯運転とは、水道水と同程度の温度の水を、たとえば８０℃などの高温の水に沸き上げる運転である。ここで、蓄熱ポンプ４２は停止しており、蓄熱用熱交換器４では、冷媒と蓄熱材の熱交換はなされない。また、第３膨張弁１６の開度は全閉または冷媒が流れない開度であり、採熱バイパス配管２０および採熱用熱交換器１５には冷媒が流れない。
【００６７】
通常の給湯運転において、給湯側二次回路３０側では、給湯ポンプ３２が駆動すると、給湯タンク３１内の低温水が給湯用熱交換器２に送られる。給湯用熱交換器２を通過した水は冷媒によって加熱されて高温水となり給湯タンク３１に戻る。以上のようにして加熱された水が給湯タンク３１内にたまる。
【００６８】
次に冷媒回路側の動作について説明する。ここで、通常の給湯運転においては、吸入バイパス弁７は閉止とする。このため、吸入バイパス配管９には冷媒が流れない。圧縮機１が駆動すると、低温低圧のガス状態の冷媒が圧縮機１に吸入され、圧縮されて高温高圧の超臨界状態の冷媒となって吐出する。圧縮機１から吐出した、高温高圧の超臨界状態の冷媒は、給湯用熱交換器２に流入する。給湯用熱交換器２に流入した、高温高圧の超臨界状態冷媒は、被熱交換媒体である、給湯側二次回路３０を循環する水に放熱し、低温高圧の超臨界状態の冷媒となる。
【００６９】
給湯用熱交換器２を流出した、低温高圧の超臨界状態の冷媒は、第１膨張弁３および蓄熱用熱交換器４を通過して第２膨張弁５に流入する。このとき、蓄熱用熱交換器４では蓄熱材と冷媒との熱交換は行われない。第２膨張弁５に流入した冷媒は、第２膨張弁５に減圧膨張され、低温低圧の気液二相冷媒となって流出する。
【００７０】
第２膨張弁５から流出した気液二相冷媒は、空気熱交換器６に流入する。空気熱交換器６を通過した気液二相冷媒は、被熱交換媒体である外気を冷却し、蒸発して低温低圧のガス冷媒となる。空気熱交換器６から流出した低温低圧のガス冷媒は、圧縮機１に再び吸入される。
【００７１】
次に、給湯蓄熱併用運転について説明する。ここで、給湯蓄熱併用運転とは、保温運転と蓄熱運転とを同時に行う運転である。保温運転は、たとえば放熱などにより給湯タンク３１内の水の温度が６０℃に低下した場合に、６５℃へ５℃程度沸き上げる運転である。また、蓄熱運転は、蓄熱槽４１内の蓄熱材に蓄熱する運転である。
【００７２】
給湯蓄熱併用運転において、給湯側二次回路３０側では、給湯ポンプ３２が駆動すると、給湯タンク３１内の中温水が給湯用熱交換器２に送られる。給湯用熱交換器２を通過した水は、冷媒によって加熱されて高温水となって給湯タンク３１に戻る。以上のようにして加熱された水が給湯タンク３１内にたまる。
【００７３】
また、蓄熱側二次回路４０側では、蓄熱材が蓄熱用熱交換器４を通過して蓄熱槽４１に流入するように、三方弁４３を切り換える。蓄熱ポンプ４２が駆動すると、蓄熱槽４１内の蓄熱材が蓄熱用熱交換器４に送られる。蓄熱用熱交換器４を通過した蓄熱材は、冷媒によって加熱されて蓄熱槽４１に戻る。以上のようにして加熱された蓄熱材が蓄熱槽４１にたまって蓄熱する。
【００７４】
次に冷媒回路側の動作について説明する。ここで、給湯蓄熱併用運転においては、吸入バイパス弁７は閉止とする。このため、吸入バイパス配管９には冷媒が流れない。圧縮機１が駆動すると、低温低圧のガス状態の冷媒が圧縮機１に吸入され、圧縮されて高温高圧の超臨界状態の冷媒となって吐出する。圧縮機１から吐出した、高温高圧の超臨界状態の冷媒は、給湯用熱交換器２に流入する。給湯用熱交換器２に流入した、高温高圧の超臨界状態冷媒は、被熱交換媒体である、給湯側二次回路３０を循環する水に放熱し、中温高圧の超臨界状態の冷媒となる。
【００７５】
給湯用熱交換器２を流出した、中温高圧の超臨界状態の冷媒は、蓄熱用熱交換器４に流入する。蓄熱用熱交換器４に流入した、中温高圧の超臨界状態冷媒は、被熱交換媒体である、蓄熱側二次回路４０を循環する蓄熱材に放熱し、低温高圧の超臨界状態の冷媒となる。蓄熱用熱交換器４を流出した、低温高圧の超臨界状態の冷媒は、第２膨張弁５に流入する。第２膨張弁５に流入した冷媒は、第２膨張弁５に減圧膨張され、低温低圧の気液二相冷媒となって流出する。
【００７６】
第２膨張弁５から流出した気液二相冷媒は、空気熱交換器６に流入する。空気熱交換器６を通過した気液二相冷媒は、被熱交換媒体である外気を冷却し、蒸発して低温低圧のガス冷媒となる。空気熱交換器６から流出した低温低圧のガス冷媒は、圧縮機１に再び吸入される。
【００７７】
次に、蓄熱利用給湯運転について説明する。ここで、蓄熱利用給湯運転とは、蓄熱槽４１において蓄熱された蓄熱材を熱源として、給湯運転を行う運転である。たとえば、低外気時における給湯能力低下の防止、給湯負荷が一時的に大きくなるときなどにおける給湯能力の増強などを目的として行う運転である。
【００７８】
蓄熱利用給湯運転において、給湯側二次回路３０側では、給湯ポンプ３２が駆動すると、給湯タンク３１内の低温水が給湯用熱交換器２に送られる。給湯用熱交換器２を通過した水は、冷媒によって加熱されて高温水となって給湯タンク３１に戻る。以上のようにして加熱された水が給湯タンク３１内にたまる。
【００７９】
また、蓄熱側二次回路４０側では、蓄熱材が採熱用熱交換器１５を通過して蓄熱槽４１に流入するように、三方弁４３を切り換える。蓄熱ポンプ４２が駆動すると、蓄熱槽４１内の蓄熱材が採熱用熱交換器１５に送られる。採熱用熱交換器１５を通過した蓄熱材は、冷媒に放熱して蓄熱槽４１に戻る。以上のようにして放熱した蓄熱材が蓄熱槽４１にたまる。
【００８０】
次に冷媒回路側の動作について説明する。ここで、蓄熱利用給湯運転においては、第３膨張弁１６は、冷媒を減圧させる開度に調整されている。このため、採熱バイパス配管２０に冷媒が流れる。また、第２膨張弁５の開度は全閉とする。このため、空気熱交換器６には冷媒が流れず、冷媒と外気との熱交換は行われない。
【００８１】
圧縮機１が駆動すると、低温低圧のガス状態の冷媒が圧縮機１に吸入され、圧縮されて高温高圧の超臨界状態の冷媒となって吐出する。圧縮機１から吐出した、高温高圧の超臨界状態の冷媒は、給湯用熱交換器２に流入する。給湯用熱交換器２に流入した、高温高圧の超臨界状態冷媒は、被熱交換媒体である、給湯側二次回路３０を循環する水に放熱し、低温高圧の超臨界状態の冷媒となる。
【００８２】
給湯用熱交換器２を流出した、低温高圧の超臨界状態の冷媒は、蓄熱用熱交換器４を通過して、第３膨張弁１６に流入する。第３膨張弁１６に流入した冷媒は、第３膨張弁１６に減圧膨張され、低温低圧の気液二相冷媒となって流出する。第３膨張弁１６から流出した気液二相冷媒は、採熱用熱交換器１５に流入する。
【００８３】
採熱用熱交換器１５に流入した低温低圧の気液二相冷媒は、被熱交換媒体である、蓄熱側二次回路４０を循環する蓄熱材から採熱し、低温低圧のガス冷媒となる。採熱用熱交換器１５を流出した低温低圧のガス冷媒は、採熱バイパス配管２０を通過し、圧縮機１に再び吸入される。ここで、前述したように、採熱バイパス配管２０の接続部分と空気熱交換器６との間には逆止弁８が設置されている。このため、外気の温度が低く、空気熱交換器６が冷えている状態でも、蓄熱用熱交換器４で熱交換した後の低圧中温のガス冷媒が、空気熱交換器６側に流れない。このため、空気熱交換器６において冷媒が凝縮し、寝込むことを防止することができる。
【００８４】
図１１は、この発明の実施の形態２のヒートポンプ給湯装置における給湯蓄熱併用運転を行う際の制御系のシステムを中心とする構成を示す図である。図１１では、本実施の形態のヒートポンプ給湯装置が給湯蓄熱併用運転を行う際の制御に係る構成を示している。図１１において、図４などと同じ符号を付している機器は、実施の形態１において説明したことと同様の動作を行う。図１１に示すように、本実施の形態に係るヒートポンプ給湯装置は、少なくとも制御装置１００、圧縮機吸入圧力センサ１０、給湯用熱交換器入口水温センサ１１および圧縮機吸入温度センサ１２を制御に係る機器として有している。
【００８５】
図１２は、この発明の実施の形態２のヒートポンプ給湯装置における給湯蓄熱併用運転に係る制御手順のフローチャートを示す図である。図１１および図１２に基づいて、制御装置１００が行う給湯蓄熱併用運転に係る制御について説明する。制御装置１００は、給湯運転指令を受けると、圧縮機１および給湯ポンプ３２の駆動を開始させる（Ｓ６１）。また、第３膨張弁１６の開度を全閉させ、蓄熱材が蓄熱用熱交換器４を通過するように三方弁４３を切り換える（Ｓ６２）。
【００８６】
制御装置１００は、給湯用熱交換器入口水温センサ１１が検出した入口水温Ｔｗｉを入力する（Ｓ６３）。そして、制御装置１００は、入口水温Ｔｗｉの温度値が第１設定値より大きいかどうかを判定する（Ｓ６４）。たとえば、入口水温Ｔｗｉが高いと、水と冷媒との熱交換量が少なく、給湯用熱交換器２から流出する冷媒のエンタルピーが十分大きくなるため、蓄熱運転が可能となる。そこで、制御装置１００は、入口水温Ｔｗｉの温度値が第１設定値より大きいと判定すると、給湯蓄熱併用運転を開始させる（Ｓ６５）。そして、蓄熱ポンプ４２を駆動させて、蓄熱材を循環させて、蓄熱材に蓄熱させる（Ｓ６６）。
【００８７】
一方、入口水温Ｔｗｉが低いと、熱交換量が多く、給湯用熱交換器２から流出する冷媒のエンタルピーが小さくなる。そこで、入口水温Ｔｗｉの温度値が第１設定値より大きくないと判定すると、蓄熱ポンプ４２は駆動させず、給湯運転を行わせる（Ｓ６７）。
【００８８】
制御装置１００は、圧縮機吸入圧力センサ１０が検出した圧縮機吸入圧力Ｐｓと圧縮機吸入温度センサ１２が検出した圧縮機吸入温度Ｔｓとを入力する（Ｓ６８）。そして、制御装置１００は、圧縮機吸入圧力Ｐｓの飽和温度ｆ（Ｐｓ）を算出する。さらに、圧縮機吸入温度Ｔｓから圧縮機吸入圧力Ｐｓの飽和温度ｆ（Ｐｓ）を差し引いて圧縮機吸入過熱度ＳＨｓを算出する（Ｓ６９）。
【００８９】
制御装置１００は、算出した圧縮機吸入過熱度ＳＨｓの値が、圧縮機吸入過熱度目標値としてあらかじめ設定された第２設定値よりも小さいかどうかを判定する（Ｓ７０）。制御装置１００は、圧縮機吸入過熱度ＳＨｓの値が第２設定値よりも小さいと判定すると、第２膨張弁５の開度を小さくさせる制御を行う（Ｓ７１）。そして、Ｓ６８に戻って制御を続ける。また、制御装置１００は、圧縮機吸入過熱度ＳＨｓの値が第２設定値よりも小さくないと判定すると、第２膨張弁５の開度を大きくさせる制御を行う（Ｓ７２）。そして、Ｓ６８に戻って制御を続ける。
【００９０】
図１３は、この発明の実施の形態２のヒートポンプ給湯装置における給湯蓄熱併用運転を行う際の制御系の別例のシステムを中心とする構成を示す図である。図１３において、図６などと同じ符号を付している機器については、実施の形態１などにおいて説明したことと基本的に同様の動作を行う。図１３に示すように、本実施の形態に係るヒートポンプ給湯装置は、少なくとも制御装置１００、圧縮機吸入圧力センサ１０、給湯用熱交換器出口冷媒温度センサ１３および圧縮機吸入温度センサ１２を制御に係る機器として有している。
【００９１】
図１４は、この発明の実施の形態２のヒートポンプ給湯装置における給湯蓄熱併用運転に係る制御手順の別例のフローチャートを示す図である。図１３および図１４に基づいて、制御装置１００が行う給湯蓄熱併用運転に係る制御について説明する。制御装置１００は、給湯運転指令を受けると、圧縮機１および給湯ポンプ３２の駆動を開始させる（Ｓ８１）。また、第３膨張弁１６の開度を全閉にさせ、蓄熱材が蓄熱用熱交換器４を通過するように三方弁４３を切り換える（Ｓ８２）。
【００９２】
制御装置１００は、給湯用熱交換器出口冷媒温度センサ１３が検出した出口冷媒温度Ｔｒｏを入力する（Ｓ８３）。そして、制御装置１００は、出口冷媒温度Ｔｒｏの温度値が第３設定値より大きいかどうかを判定する（Ｓ８４）。たとえば、出口冷媒温度Ｔｒｏが高いと、給湯用熱交換器２から流出する冷媒のエンタルピーが十分大きいため、蓄熱運転が可能となる。そこで、制御装置１００は、出口冷媒温度Ｔｒｏの温度値が第３設定値より大きいと判定すると、給湯蓄熱併用運転を開始させる（Ｓ８５）。そして、蓄熱ポンプ４２を駆動させて、蓄熱材を循環させて、蓄熱材に蓄熱させる（Ｓ８６）。
【００９３】
一方、出口冷媒温度Ｔｒｏが低いと、給湯用熱交換器２から流出する冷媒のエンタルピーが小さい。そこで、出口冷媒温度Ｔｒｏの温度値が第３設定値より大きくないと判定すると、蓄熱ポンプ４２は駆動させず、給湯運転を行わせる（Ｓ８７）。
【００９４】
制御装置１００は、圧縮機吸入圧力センサ１０が検出した圧縮機吸入圧力Ｐｓと圧縮機吸入温度センサ１２が検出した圧縮機吸入温度Ｔｓとを入力する（Ｓ８８）。そして、制御装置１００は、圧縮機吸入圧力Ｐｓの飽和温度ｆ（Ｐｓ）を算出する。さらに、圧縮機吸入温度Ｔｓから圧縮機吸入圧力Ｐｓの飽和温度ｆ（Ｐｓ）を差し引いて圧縮機吸入過熱度ＳＨｓを算出する（Ｓ８９）。
【００９５】
制御装置１００は、算出した圧縮機吸入過熱度ＳＨｓの値が、圧縮機吸入過熱度目標値としてあらかじめ設定された第２設定値よりも小さいかどうかを判定する（Ｓ９０）。制御装置１００は、圧縮機吸入過熱度ＳＨｓの値が第２設定値よりも小さいと判定すると、第２膨張弁５の開度を小さくさせる制御を行う（Ｓ９１）。そして、Ｓ８８に戻って制御を続ける。また、制御装置１００は、圧縮機吸入過熱度ＳＨｓの値が第２設定値よりも小さくないと判定すると、第２膨張弁５の開度を大きくさせる制御を行う（Ｓ９２）。そして、Ｓ８８に戻って制御を続ける。
【００９６】
図１５は、この発明の実施の形態２のヒートポンプ給湯装置における蓄熱利用給湯運転を行う際の制御系のシステムを中心とする構成を示す図である。図１５では、本実施の形態のヒートポンプ給湯装置が蓄熱利用給湯運転を行う際の制御に係る構成を示している。図１５において、図８などと同じ符号を付している機器については、実施の形態１などにおいて説明したことと基本的に同様の動作を行う。本実施の形態に係るヒートポンプ給湯装置は、少なくとも制御装置１００、圧縮機吸入圧力センサ１０、圧縮機吸入温度センサ１２および蓄熱材温度センサ１４を制御に係る機器として有している。蓄熱材温度センサ１４は、蓄熱槽４１内の蓄熱材の温度となる蓄熱材温度Ｔｓｔを検出する装置である。
【００９７】
図１６は、この発明の実施の形態２のヒートポンプ給湯装置における蓄熱利用給湯運転に係る制御手順のフローチャートを示す図である。図１５および図１６に基づいて、制御装置１００が行う蓄熱利用給湯運転に係る制御について説明する。制御装置１００は、給湯運転指令を受けると、圧縮機１および給湯ポンプ３２の駆動を開始させる（Ｓ１０１）。
【００９８】
制御装置１００は、蓄熱材温度センサ１４が検出した蓄熱材温度Ｔｓｔを入力する（Ｓ１０２）。そして、制御装置１００は、蓄熱材温度Ｔｓｔの温度値が第４設定値より大きいかどうかを判定する（Ｓ１０３）。
【００９９】
制御装置１００は、蓄熱材温度Ｔｓｔの温度値が第４設定値より大きいと判定すると、蓄熱利用給湯運転を開始させる（Ｓ１０４）。制御装置１００は、第２膨張弁５の開度を全閉にさせる。また、第３膨張弁１６を初期開度にさせる。そして、蓄熱材が採熱用熱交換器１５を通過するように三方弁４３を切り換える。そして、蓄熱ポンプ４２を駆動させ、採熱用熱交換器１５を通過させて、蓄熱材に放熱させる（Ｓ１０５）。
【０１００】
制御装置１００は、圧縮機吸入圧力センサ１０が検出した圧縮機吸入圧力Ｐｓと圧縮機吸入温度センサ１２が検出した圧縮機吸入温度Ｔｓとを入力する（Ｓ１０６）。そして、制御装置１００は、圧縮機吸入圧力Ｐｓの飽和温度ｆ（Ｐｓ）を算出する。さらに、圧縮機吸入温度Ｔｓから圧縮機吸入圧力Ｐｓの飽和温度ｆ（Ｐｓ）を差し引いて圧縮機吸入過熱度ＳＨｓを算出する（Ｓ１０７）。
【０１０１】
制御装置１００は、算出した圧縮機吸入過熱度ＳＨｓの値が、圧縮機吸入過熱度目標値としてあらかじめ設定された第２設定値よりも小さいかどうかを判定する（Ｓ１０８）。制御装置１００は、圧縮機吸入過熱度ＳＨｓの値が第２設定値よりも小さいと判定すると、第３膨張弁１６の開度を小さくさせる制御を行う（Ｓ１０９）。そして、Ｓ１０２に戻って制御を続ける。また、制御装置１００は、圧縮機吸入過熱度ＳＨｓの値が第２設定値よりも小さくないと判定すると、第３膨張弁１６の開度を大きくさせる制御を行う（Ｓ１１０）。そして、Ｓ１０２に戻って制御を続ける。
【０１０２】
一方、制御装置１００は、蓄熱材温度Ｔｓｔの温度値が第４設定値より大きくないと判定すると、通常の給湯運転を行わせる（Ｓ１１１）。制御装置１００は、第３膨張弁１６の開度を全閉にさせる。また、蓄熱ポンプ４２を駆動させないようにする（Ｓ１１２）。
【０１０３】
制御装置１００は、圧縮機吸入圧力センサ１０が検出した圧縮機吸入圧力Ｐｓと圧縮機吸入温度センサ１２が検出した圧縮機吸入温度Ｔｓとを入力する（Ｓ１１３）。そして、制御装置１００は、圧縮機吸入圧力Ｐｓの飽和温度ｆ（Ｐｓ）を算出する。さらに、圧縮機吸入温度Ｔｓから圧縮機吸入圧力Ｐｓの飽和温度ｆ（Ｐｓ）を差し引いて圧縮機吸入過熱度ＳＨｓを算出する（Ｓ１１４）。
【０１０４】
制御装置１００は、算出した圧縮機吸入過熱度ＳＨｓの値が、圧縮機吸入過熱度目標値としてあらかじめ設定された第２設定値よりも小さいかどうかを判定する（Ｓ１１５）。制御装置１００は、圧縮機吸入過熱度ＳＨｓの値が第２設定値よりも小さいと判定すると、第２膨張弁５の開度を小さくさせる制御を行う（Ｓ１１６）。そして、Ｓ１０２に戻って制御を続ける。また、制御装置１００は、圧縮機吸入過熱度ＳＨｓの値が第２設定値よりも小さくないと判定すると、第２膨張弁５の開度を大きくさせる制御を行う（Ｓ１１７）。そして、Ｓ１０２に戻って制御を続ける。
【０１０５】
以上のように、本実施の形態に係るヒートポンプ給湯装置は、冷媒が循環する冷媒回路、給湯側二次回路３０および蓄熱側二次回路４０を有し、制御装置１００が、保温運転などのように、比較的高温の水を加熱する運転を行う場合など、給湯用熱交換器２から流出する冷媒が比エンタルピーの大きい状態になるかどうかを判定し、比エンタルピーが大きい状態になると判定すると、給湯蓄熱併用運転を行って蓄熱運転も行うことにより、ヒートポンプ給湯装置を運転することによって得られる熱エネルギーを有効利用することができる。また、蓄熱槽４１に蓄熱した熱エネルギーを利用した蓄熱利用給湯運転を行うことができるので、外気温度によらず、空気熱交換器６における冷媒の蒸発温度を高く維持することができるので、冷媒から水への加熱能力を増強することができる。
【０１０６】
また、本実施の形態に係るヒートポンプ給湯装置は、中温で潜熱変化するスラリーなどの蓄熱材を、蓄熱側二次回路４０内に循環させるようにしたので、蓄熱運転における効率を高くすることができる。また、蓄熱材が蓄熱用熱交換器４を直接通過するので、効率よく採熱などを行うことができる。また、蓄熱利用給湯運転において、外気温度が低く、空気熱交換器６が冷えている状態でも、蓄熱用熱交換器４で熱交換した後の低圧中温のガス冷媒が、空気熱交換器６側に流れない。このため、空気熱交換器６において冷媒が凝縮し、寝込むことを防止することができる。
【０１０７】
さらに、本実施の形態に係るヒートポンプ給湯装置は、給湯用熱交換器２と蓄熱用熱交換器４との間に膨張弁を有しない構成である。このため、給湯蓄熱併用運転において、給湯用熱交換器２から流出した、中温高圧の超臨界状態の冷媒について、圧力損失を生じることなく蓄熱用熱交換器４に流入させることができる。したがって、蓄熱用熱交換器４に流入する冷媒が、圧力損失によって温度が低下せず、蓄熱材に効率よく蓄熱させることができる。また、採熱用熱交換器１５と圧縮機１の吸入側配管との間に弁を有しない構成である。このため、蓄熱利用給湯運転において、採熱用熱交換器１５を流出した低温低圧のガス冷媒を、圧力損失を生じることなく圧縮機１に吸入させることができる。したがって、冷媒の圧力損失による効率低下を抑制することができる。
【０１０８】
実施の形態３．
図１７は、この発明の実施の形態３におけるヒートポンプ給湯装置の構成を示す図である。図１７において、図１などと同じ符号を付している機器は、実施の形態１などにおいて説明したことと同様の動作を行う。本実施の形態のヒートポンプ給湯装置は、圧縮機１、給湯用熱交換器２、第１膨張弁３、蓄熱用熱交換器４Ａ、第２膨張弁５および空気熱交換器６を、冷媒配管を介して環状に接続する。また、圧縮機１の吸入側と空気熱交換器６との間に逆止弁８が設置されている。このように、配管および機器を接続して、本実施の形態のヒートポンプ給湯装置は、冷媒を循環させる冷媒回路を構成している。
【０１０９】
本実施の形態において、蓄熱用熱交換器４Ａは、高圧の冷媒が流れる第１流路５１、低圧の冷媒が流れる第２流路５２および蓄熱材が流れる蓄熱材用流路５３による３種類の流路を独立して有する。第１流路５１は、給湯用熱交換器２から流出した冷媒が第２膨張弁５に流れる流路となる。第２流路５２は、給湯用熱交換器２から流出した冷媒が第１膨張弁３を介して圧縮機１の吸入側の配管に流れる流路となる。
【０１１０】
図１８は、この発明の実施の形態３における蓄熱用熱交換器４Ａの一例を示す図である。本実施の形態の蓄熱用熱交換器４Ａは、たとえば、複数枚の伝熱プレートを重ね合わせて多数積層した熱交換器である。積層した伝熱プレートの間には流路ができる。そして、流路の並びは、第１流路５１、蓄熱材用流路５３、第２流路５２、蓄熱材用流路５３の順となって、冷媒が通過する第１流路５１と第２流路５２とを蓄熱材用流路５３で挟むようにする。
【０１１１】
図１９、図２０および図２１は、この発明の実施の形態３における蓄熱用熱交換器４Ａの別の一例を示す図である。図１９、図２０および図２１の蓄熱用熱交換器４Ａは、外管５４ａ、中管５４ｂおよび内管５４ｃを有する構成である。外管５４ａの内部に中管５４ｂが内挿され、また、中管５４ｂの内部に内管５４ｃが内挿された三重管式熱交換器である。内管５４ｃの内側が低圧の冷媒が流れる第２流路５２となる。また、内管５４ｃと中管５４ｂとの間が蓄熱材が流れる蓄熱材用流路５３となる。そして、中管５４ｂと外管５４ａとの間が高圧の冷媒が流れる第１流路５１となる。
【０１１２】
図２２、図２３および図２４は、この発明の実施の形態３における蓄熱用熱交換器４Ａのさらに別の一例を示す図である。図２２、図２３および図２４の蓄熱用熱交換器４Ａは、外管５４ａと２本の内管５４ｄおよび内管５４ｅとを有する構成である。外管５４ａの内部に、内管５４ｄおよび内管５４ｅが内挿された二重管式熱交換器である。一方の内管５４ｅの内側が高圧の冷媒が流れる第１流路５１となる。また、もう一方の内管５４ｄの内側が低圧の冷媒が流れる第２流路５２となる。そして、外管５４ａと２本の内管５４ｄおよび内管５４ｅとの間が蓄熱材が流れる蓄熱材用流路５３となる。
【０１１３】
図２５、図２６、図２７および図２８は、この発明の実施の形態３における蓄熱用熱交換器４Ａの他の一例を示す図である。図２５、図２６、図２７および図２８の蓄熱用熱交換器４Ａは、表面に凹状の溝を有した蓄熱材用円管５４ｆと、凹状の溝に密着して配置される２系統の冷媒用円管５４ｇおよび冷媒用円管５４ｈとを有する構成である。蓄熱材用円管５４ｆの内側が蓄熱材が流れる蓄熱材用流路５３となる。また、一方の冷媒用円管５４ｇの内側が高圧の冷媒が流れる第１流路５１となる。そして、もう一方の冷媒用円管５４ｈの内側が低圧の冷媒が流れる第２流路５２となる。
【０１１４】
次に図１７〜図２８を参照しながら、本実施の形態に係るヒートポンプ給湯装置における運転動作について説明する。
【０１１５】
まず、通常の給湯運転について説明する。通常の給湯運転とは、水道水と同程度の温度の水を、たとえば８０℃などの高温の水に沸き上げる運転である。ここで、蓄熱ポンプ４２は停止しており、蓄熱用熱交換器４では、冷媒と蓄熱材の熱交換はなされない。
【０１１６】
通常の給湯運転において、給湯側二次回路３０側では、給湯ポンプ３２が駆動すると、給湯タンク３１内の低温水が給湯用熱交換器２に送られる。給湯用熱交換器２を通過した水は冷媒によって加熱されて高温水となり給湯タンク３１に戻る。以上のようにして加熱された水が給湯タンク３１内にたまる。
【０１１７】
次に冷媒回路側の動作について説明する。ここで、通常の給湯運転においては、第１膨張弁３の開度は全閉とする。このため、蓄熱用熱交換器４Ａの第２流路５２には冷媒が流れない。圧縮機１が駆動すると、低温低圧のガス状態の冷媒が圧縮機１に吸入され、圧縮されて高温高圧の超臨界状態の冷媒となって吐出する。圧縮機１から吐出した、高温高圧の超臨界状態の冷媒は、給湯用熱交換器２に流入する。給湯用熱交換器２に流入した、高温高圧の超臨界状態冷媒は、被熱交換媒体である、給湯側二次回路３０を循環する水に放熱し、低温高圧の超臨界状態の冷媒となる。
【０１１８】
給湯用熱交換器２を流出した、低温高圧の超臨界状態の冷媒は、蓄熱用熱交換器４Ａの第１流路５１を通過して第２膨張弁５に流入する。蓄熱用熱交換器４Ａでは蓄熱材と冷媒との熱交換は行われない。第２膨張弁５に流入した冷媒は、第２膨張弁５に減圧膨張され、低温低圧の気液二相冷媒となって流出する。
【０１１９】
第２膨張弁５から流出した気液二相冷媒は、空気熱交換器６に流入する。空気熱交換器６を通過した気液二相冷媒は、被熱交換媒体である外気を冷却し、蒸発して低温低圧のガス冷媒となる。空気熱交換器６から流出した低温低圧のガス冷媒は、圧縮機１に再び吸入される。
【０１２０】
次に、給湯蓄熱併用運転について説明する。ここで、給湯蓄熱併用運転とは、保温運転と蓄熱運転とを同時に行う運転である。保温運転は、たとえば放熱などにより給湯タンク３１内の水の温度が６０℃に低下した場合に、６５℃へ５℃程度沸き上げる運転である。また、蓄熱運転は、蓄熱槽４１内の蓄熱材に蓄熱する運転である。
【０１２１】
給湯蓄熱併用運転において、給湯側二次回路３０側では、給湯ポンプ３２が駆動すると、給湯タンク３１内の中温水が給湯用熱交換器２に送られる。給湯用熱交換器２を通過した水は、冷媒によって加熱されて高温水となって給湯タンク３１に戻る。以上のようにして加熱された水が給湯タンク３１内にたまる。
【０１２２】
また、蓄熱側二次回路４０側では、蓄熱ポンプ４２が駆動すると、蓄熱槽４１内の蓄熱材が蓄熱用熱交換器４Ａに送られる。蓄熱用熱交換器４Ａの蓄熱材用流路５３を通過した蓄熱材は、冷媒によって加熱されて蓄熱槽４１に戻る。以上のようにして加熱された蓄熱材が蓄熱槽４１にたまって蓄熱する。
【０１２３】
次に冷媒回路側の動作について説明する。ここで、給湯蓄熱併用運転においては、第１膨張弁３の開度は全閉とする。このため、蓄熱用熱交換器４Ａの第２流路５２には冷媒が流れない。圧縮機１が駆動すると、低温低圧のガス状態の冷媒が圧縮機１に吸入され、圧縮されて高温高圧の超臨界状態の冷媒となって吐出する。圧縮機１から吐出した、高温高圧の超臨界状態の冷媒は、給湯用熱交換器２に流入する。給湯用熱交換器２に流入した、高温高圧の超臨界状態冷媒は、被熱交換媒体である、給湯側二次回路３０を循環する水に放熱し、中温高圧の超臨界状態の冷媒となる。
【０１２４】
給湯用熱交換器２を流出した、中温高圧の超臨界状態の冷媒は、蓄熱用熱交換器４Ａに流入する。蓄熱用熱交換器４Ａの第１流路５１に流入した、中温高圧の超臨界状態冷媒は、蓄熱材用流路５３を通過する、被熱交換媒体である蓄熱材に放熱し、低温高圧の超臨界状態の冷媒となる。蓄熱用熱交換器４Ａの第１流路５１を流出した、低温高圧の超臨界状態の冷媒は、第２膨張弁５に流入する。第２膨張弁５に流入した冷媒は、第２膨張弁５に減圧膨張され、低温低圧の気液二相冷媒となって流出する。
【０１２５】
第２膨張弁５から流出した気液二相冷媒は、空気熱交換器６に流入する。空気熱交換器６を通過した気液二相冷媒は、被熱交換媒体である外気を冷却し、蒸発して低温低圧のガス冷媒となる。空気熱交換器６から流出した低温低圧のガス冷媒は、圧縮機１に再び吸入される。
【０１２６】
次に、蓄熱利用給湯運転について説明する。ここで、蓄熱利用給湯運転とは、蓄熱槽４１において蓄熱された蓄熱材を熱源として、給湯運転を行う運転である。たとえば、低外気時における給湯能力低下の防止、給湯負荷が一時的に大きくなるときなどにおける給湯能力の増強などを目的として行う運転である。
【０１２７】
蓄熱利用給湯運転において、給湯側二次回路３０側では、給湯ポンプ３２が駆動すると、給湯タンク３１内の低温水が給湯用熱交換器２に送られる。給湯用熱交換器２を通過した水は、冷媒によって加熱されて高温水となって給湯タンク３１に戻る。以上のようにして加熱された水が給湯タンク３１内にたまる。
【０１２８】
また、蓄熱側二次回路４０側では、蓄熱ポンプ４２が駆動すると、蓄熱槽４１内の蓄熱材が蓄熱用熱交換器４Ａに送られる。蓄熱用熱交換器４Ａの蓄熱材用流路５３を通過した蓄熱材は、冷媒に放熱して蓄熱槽４１に戻る。以上のようにして放熱した蓄熱材が蓄熱槽４１にたまる。
【０１２９】
次に冷媒回路側の動作について説明する。ここで、第２膨張弁５の開度は全閉とする。このため、空気熱交換器６には冷媒が流れず、冷媒と外気との熱交換は行われない。
【０１３０】
圧縮機１が駆動すると、低温低圧のガス状態の冷媒が圧縮機１に吸入され、圧縮されて高温高圧の超臨界状態の冷媒となって吐出する。圧縮機１から吐出した、高温高圧の超臨界状態の冷媒は、給湯用熱交換器２に流入する。給湯用熱交換器２に流入した、高温高圧の超臨界状態冷媒は、被熱交換媒体である、給湯側二次回路３０を循環する水に放熱し、低温高圧の超臨界状態の冷媒となる。
【０１３１】
給湯用熱交換器２を流出した、低温高圧の超臨界状態の冷媒は、第１膨張弁３に流入する。第１膨張弁３に流入した冷媒は、第１膨張弁３に減圧膨張され、低温低圧の気液二相冷媒となって流出する。第１膨張弁３から流出した気液二相冷媒は、蓄熱用熱交換器４Ａに流入する。
【０１３２】
蓄熱用熱交換器４Ａの第２流路５２に流入した低温低圧の気液二相冷媒は、蓄熱材用流路５３を通過する、被熱交換媒体である蓄熱材から採熱し、低温低圧のガス冷媒となる。蓄熱用熱交換器４Ａを流出した低温低圧のガス冷媒は、圧縮機１に再び吸入される。ここで、前述したように、圧縮機１の吸入側と空気熱交換器６との間には逆止弁８が設置されている。このため、外気の温度が低く、空気熱交換器６が冷えている状態でも、蓄熱用熱交換器４Ａで熱交換した後の低圧低温のガス冷媒が、空気熱交換器６側に流れない。このため、空気熱交換器６において冷媒が凝縮し、寝込むことを防止することができる。
【０１３３】
図２９は、この発明の実施の形態３のヒートポンプ給湯装置における給湯蓄熱併用運転を行う際の制御系のシステムを中心とする構成を示す図である。図２９では、本実施の形態のヒートポンプ給湯装置が給湯蓄熱併用運転を行う際の制御に係る構成を示している。図２９において、図４などと同じ符号を付している機器は、実施の形態１などにおいて説明したことと同様の動作を行う。図２９に示すように、本実施の形態に係るヒートポンプ給湯装置は、少なくとも制御装置１００、圧縮機吸入圧力センサ１０、給湯用熱交換器入口水温センサ１１および圧縮機吸入温度センサ１２を制御に係る機器として有している。
【０１３４】
図３０は、この発明の実施の形態３のヒートポンプ給湯装置における給湯蓄熱併用運転に係る制御手順のフローチャートを示す図である。図２９および図３０に基づいて、制御装置１００が行う給湯蓄熱併用運転に係る制御について説明する。制御装置１００は、給湯運転指令を受けると、圧縮機１および給湯ポンプ３２の駆動を開始させる（Ｓ１２１）。また、第１膨張弁３の開度を全閉にさせる（Ｓ１２２）。
【０１３５】
制御装置１００は、給湯用熱交換器入口水温センサ１１が検出した入口水温Ｔｗｉを入力する（Ｓ１２３）。そして、制御装置１００は、入口水温Ｔｗｉの温度値が第１設定値より大きいかどうかを判定する（Ｓ１２４）。たとえば、入口水温Ｔｗｉが高いと、水と冷媒との熱交換量が少なく、給湯用熱交換器２から流出する冷媒のエンタルピーが十分大きくなるため、蓄熱運転が可能となる。そこで、制御装置１００は、入口水温Ｔｗｉの温度値が第１設定値より大きいと判定すると、給湯蓄熱併用運転を開始させる（Ｓ１２５）。そして、蓄熱ポンプ４２を駆動させて、蓄熱材を循環させて、蓄熱材に蓄熱させる（Ｓ１２６）。
【０１３６】
一方、入口水温Ｔｗｉが低いと、熱交換量が多く、給湯用熱交換器２から流出する冷媒のエンタルピーが小さくなる。そこで、入口水温Ｔｗｉの温度値が第１設定値より大きくないと判定すると、蓄熱ポンプ４２は駆動させず、給湯運転を行わせる（Ｓ１２７）。
【０１３７】
制御装置１００は、圧縮機吸入圧力センサ１０が検出した圧縮機吸入圧力Ｐｓと圧縮機吸入温度センサ１２が検出した圧縮機吸入温度Ｔｓとを入力する（Ｓ１２８）。そして、制御装置１００は、圧縮機吸入圧力Ｐｓの飽和温度ｆ（Ｐｓ）を算出する。さらに、圧縮機吸入温度Ｔｓから圧縮機吸入圧力Ｐｓの飽和温度ｆ（Ｐｓ）を差し引いて圧縮機吸入過熱度ＳＨｓを算出する（Ｓ１２９）。
【０１３８】
制御装置１００は、算出した圧縮機吸入過熱度ＳＨｓの値が、圧縮機吸入過熱度目標値としてあらかじめ設定された第２設定値よりも小さいかどうかを判定する（Ｓ１３０）。制御装置１００は、圧縮機吸入過熱度ＳＨｓの値が第２設定値よりも小さいと判定すると、第２膨張弁５の開度を小さくさせる制御を行う（Ｓ１３１）。そして、Ｓ１２８に戻って制御を続ける。また、制御装置１００は、圧縮機吸入過熱度ＳＨｓの値が第２設定値よりも小さくないと判定すると、第２膨張弁５の開度を大きくさせる制御を行う（Ｓ１３２）。そして、Ｓ１２８に戻って制御を続ける。
【０１３９】
図３１は、この発明の実施の形態３のヒートポンプ給湯装置における給湯蓄熱併用運転を行う際の制御系の別例のシステムを中心とする構成を示す図である。図３１において、図６などと同じ符号を付している機器については、実施の形態１などにおいて説明したことと基本的に同様の動作を行う。図２７に示すように、本実施の形態に係るヒートポンプ給湯装置は、少なくとも制御装置１００、圧縮機吸入圧力センサ１０、給湯用熱交換器出口冷媒温度センサ１３および圧縮機吸入温度センサ１２を制御に係る機器として有している。給湯用熱交換器出口冷媒温度センサ１３は、給湯用熱交換器２から流出する冷媒の温度となる出口冷媒温度Ｔｒｏを検出する装置である。
【０１４０】
図３２は、この発明の実施の形態３のヒートポンプ給湯装置における給湯蓄熱併用運転に係る制御手順の別例のフローチャートを示す図である。図３１および図３２に基づいて、制御装置１００が行う給湯蓄熱併用運転に係る制御について説明する。制御装置１００は、給湯運転指令を受けると、圧縮機１および給湯ポンプ３２の駆動を開始させる（Ｓ１４１）。また、第１膨張弁３の開度を全閉にさせる（Ｓ１４２）。
【０１４１】
制御装置１００は、給湯用熱交換器出口冷媒温度センサ１３が検出した出口冷媒温度Ｔｒｏを入力する（Ｓ１４３）。そして、制御装置１００は、出口冷媒温度Ｔｒｏの温度値が第３設定値より大きいかどうかを判定する（Ｓ１４４）。たとえば、出口冷媒温度Ｔｒｏが高いと、給湯用熱交換器２から流出する冷媒のエンタルピーが十分大きいため、蓄熱運転が可能となる。そこで、制御装置１００は、出口冷媒温度Ｔｒｏの温度値が第３設定値より大きいと判定すると、給湯蓄熱併用運転を開始させる（Ｓ１４５）。そして、蓄熱ポンプ４２を駆動させて、蓄熱材を循環させて、蓄熱材に蓄熱させる（Ｓ１４６）。
【０１４２】
一方、出口冷媒温度Ｔｒｏが低いと、給湯用熱交換器２から流出する冷媒のエンタルピーが小さい。そこで、出口冷媒温度Ｔｒｏの温度値が第３設定値より大きくないと判定すると、蓄熱ポンプ４２は駆動させず、給湯運転を行わせる（Ｓ１４７）。
【０１４３】
制御装置１００は、圧縮機吸入圧力センサ１０が検出した圧縮機吸入圧力Ｐｓと圧縮機吸入温度センサ１２が検出した圧縮機吸入温度Ｔｓとを入力する（Ｓ１４８）。そして、制御装置１００は、圧縮機吸入圧力Ｐｓの飽和温度ｆ（Ｐｓ）を算出する。さらに、圧縮機吸入温度Ｔｓから圧縮機吸入圧力Ｐｓの飽和温度ｆ（Ｐｓ）を差し引いて圧縮機吸入過熱度ＳＨｓを算出する（Ｓ１４９）。
【０１４４】
制御装置１００は、算出した圧縮機吸入過熱度ＳＨｓの値が、圧縮機吸入過熱度目標値としてあらかじめ設定された第２設定値よりも小さいかどうかを判定する（Ｓ１５０）。制御装置１００は、圧縮機吸入過熱度ＳＨｓの値が第２設定値よりも小さいと判定すると、第２膨張弁５の開度を小さくさせる制御を行う（Ｓ１５１）。そして、Ｓ１４８に戻って制御を続ける。また、制御装置１００は、圧縮機吸入過熱度ＳＨｓの値が第２設定値よりも小さくないと判定すると、第２膨張弁５の開度を大きくさせる制御を行う（Ｓ１５２）。そして、Ｓ１４８に戻って制御を続ける。
【０１４５】
図３３は、この発明の実施の形態３のヒートポンプ給湯装置における蓄熱利用給湯運転を行う際の制御系のシステムを中心とする構成を示す図である。図３３では、本実施の形態のヒートポンプ給湯装置が蓄熱利用給湯運転を行う際の制御に係る構成を示している。図３３において、図８などと同じ符号を付している機器については、実施の形態１などにおいて説明したことと基本的に同様の動作を行う。本実施の形態に係るヒートポンプ給湯装置は、少なくとも制御装置１００、圧縮機吸入圧力センサ１０、圧縮機吸入温度センサ１２および蓄熱材温度センサ１４を制御に係る機器として有している。
【０１４６】
図３４は、この発明の実施の形態３のヒートポンプ給湯装置における蓄熱利用給湯運転に係る制御手順のフローチャートを示す図である。図３３および図３４に基づいて、制御装置１００が行う蓄熱利用給湯運転に係る制御について説明する。制御装置１００は、給湯運転指令を受けると、圧縮機１および給湯ポンプ３２の駆動を開始させる（Ｓ１６１）。
【０１４７】
制御装置１００は、蓄熱材温度センサ１４が検出した蓄熱材温度Ｔｓｔを入力する（Ｓ１６２）。そして、制御装置１００は、蓄熱材温度Ｔｓｔの温度値が第４設定値より大きいかどうかを判定する（Ｓ１６３）。
【０１４８】
制御装置１００は、蓄熱材温度Ｔｓｔの温度値が第４設定値より大きいと判定すると、蓄熱利用給湯運転を開始させる（Ｓ１６４）。制御装置１００は、第２膨張弁５の開度を全閉にさせる。そして、蓄熱ポンプ４２を駆動させて、蓄熱材を循環させて、蓄熱材に放熱させる（Ｓ１６５）。
【０１４９】
制御装置１００は、圧縮機吸入圧力センサ１０が検出した圧縮機吸入圧力Ｐｓと圧縮機吸入温度センサ１２が検出した圧縮機吸入温度Ｔｓとを入力する（Ｓ１６６）。そして、制御装置１００は、圧縮機吸入圧力Ｐｓの飽和温度ｆ（Ｐｓ）を算出する。さらに、圧縮機吸入温度Ｔｓから圧縮機吸入圧力Ｐｓの飽和温度ｆ（Ｐｓ）を差し引いて圧縮機吸入過熱度ＳＨｓを算出する（Ｓ１６７）。
【０１５０】
制御装置１００は、算出した圧縮機吸入過熱度ＳＨｓの値が、圧縮機吸入過熱度目標値としてあらかじめ設定された第２設定値よりも小さいかどうかを判定する（Ｓ１６８）。制御装置１００は、圧縮機吸入過熱度ＳＨｓの値が第２設定値よりも小さいと判定すると、第１膨張弁３の開度を小さくさせる制御を行う（Ｓ１６９）。そして、Ｓ１６２に戻って制御を続ける。また、制御装置１００は、圧縮機吸入過熱度ＳＨｓの値が第２設定値よりも小さくないと判定すると、第１膨張弁３の開度を大きくさせる制御を行う（Ｓ１７０）。そして、Ｓ１６２に戻って制御を続ける。
【０１５１】
一方、制御装置１００は、蓄熱材温度Ｔｓｔの温度値が第４設定値より大きくないと判定すると、通常の給湯運転を行わせる（Ｓ１７１）。制御装置１００は、第１膨張弁３の開度を全開にさせる。また、蓄熱ポンプ４２を駆動させないようにする（Ｓ１７２）。
【０１５２】
制御装置１００は、圧縮機吸入圧力センサ１０が検出した圧縮機吸入圧力Ｐｓと圧縮機吸入温度センサ１２が検出した圧縮機吸入温度Ｔｓとを入力する（Ｓ１７３）。そして、制御装置１００は、圧縮機吸入圧力Ｐｓの飽和温度ｆ（Ｐｓ）を算出する。さらに、圧縮機吸入温度Ｔｓから圧縮機吸入圧力Ｐｓの飽和温度ｆ（Ｐｓ）を差し引いて圧縮機吸入過熱度ＳＨｓを算出する（Ｓ１７４）。
【０１５３】
制御装置１００は、算出した圧縮機吸入過熱度ＳＨｓの値が、圧縮機吸入過熱度目標値としてあらかじめ設定された第２設定値よりも小さいかどうかを判定する（Ｓ１７５）。制御装置１００は、圧縮機吸入過熱度ＳＨｓの値が第２設定値よりも小さいと判定すると、第２膨張弁５の開度を小さくさせる制御を行う（Ｓ１７６）。そして、Ｓ１６２に戻って制御を続ける。また、制御装置１００は、圧縮機吸入過熱度ＳＨｓの値が第２設定値よりも小さくないと判定すると、第２膨張弁５の開度を大きくさせる制御を行う（Ｓ１７７）。そして、Ｓ１６２に戻って制御を続ける。
【０１５４】
以上のように、本実施の形態に係るヒートポンプ給湯装置は、冷媒が循環する冷媒回路、給湯側二次回路３０および蓄熱側二次回路４０を有し、制御装置１００が、保温運転などのように、比較的高温の水を加熱する運転を行う場合など、給湯用熱交換器２から流出する冷媒が比エンタルピーの大きい状態になるかどうかを判定し、比エンタルピーが大きい状態になると判定すると、給湯蓄熱併用運転を行って蓄熱運転も行うことにより、ヒートポンプ給湯装置を運転することによって得られる熱エネルギーを有効利用することができる。また、蓄熱槽４１に蓄熱した熱エネルギーを利用した蓄熱利用給湯運転を行うことができるので、外気温度によらず、空気熱交換器６における冷媒の蒸発温度を高く維持することができるので、冷媒から水への加熱能力を増強することができる。
【０１５５】
また、本実施の形態に係るヒートポンプ給湯装置は、中温で潜熱変化するスラリーなどの蓄熱材を、蓄熱側二次回路４０内に循環させるようにしたので、蓄熱運転における効率を高くすることができる。また、蓄熱材が蓄熱用熱交換器４Ａを直接通過するので、効率よく採熱などを行うことができる。また、蓄熱利用給湯運転において、外気温度が低く、空気熱交換器６が冷えている状態でも、蓄熱用熱交換器４Ａで熱交換した後の低圧中温のガス冷媒が、空気熱交換器６側に流れない。このため、空気熱交換器６において冷媒が凝縮し、寝込むことを防止することができる。
【０１５６】
また、本実施の形態に係るヒートポンプ給湯装置は、給湯用熱交換器２を流出した高圧の冷媒が膨張弁を通過することなく、直接、蓄熱用熱交換器４Ａに流入することができる。このため、給湯蓄熱併用運転において、給湯用熱交換器２から流出した、中温高圧の超臨界状態の冷媒について、圧力損失を生じることなく蓄熱用熱交換器４Ａに流入させることができる。さらに、実施の形態３に係るヒートポンプ給湯装置は、蓄熱用熱交換器４Ａと圧縮機１の吸入側配管との間に弁を有しない構成である。このため、蓄熱利用給湯運転において、蓄熱用熱交換器４Ａを流出した低温低圧のガス冷媒を、圧力損失を生じることなく圧縮機１に吸入させることができる。したがって、冷媒の圧力損失による効率低下を抑制することができる。
【０１５７】
そして、本実施の形態に係るヒートポンプ給湯装置の蓄熱用熱交換器４Ａは、高圧の冷媒が流れる第１流路５１と低圧の冷媒が流れる第２流路５２とを、１台の中に独立して有する熱交換器である。このため、たとえば蓄熱用の熱交換器と採熱用の熱交換器とを別々に有する必要がない。したがって、ユニットを小型化、軽量化などすることが可能となる。
【０１５８】
実施の形態４．
図３５は、この発明の実施の形態４におけるヒートポンプ給湯装置の構成を示す図である。図３５において、図１などと同じ符号を付している機器は、実施の形態１などにおいて説明したことと同様の動作を行う。本実施の形態のヒートポンプ給湯装置は、圧縮機１、給湯用熱交換器２、第１膨張弁３、蓄熱用熱交換器４Ｂ、第２膨張弁５および空気熱交換器６を、冷媒配管を介して環状に接続する。また、給湯用熱交換器２と蓄熱用熱交換器４Ｂとの間を、第１膨張弁３と並列に、第１二方弁１７が設置された冷媒配管で接続する。第１二方弁１７は、弁を開放することで、冷媒が第１膨張弁３を通過せず、バイパスさせることができる。さらに、給湯用熱交換器２と第２膨張弁５との間を、第１膨張弁３および蓄熱用熱交換器４Ｂと並列に、第２二方弁１８が設置された蓄熱槽バイパス配管２２で接続する。第２二方弁１８は、弁を開放することで、蓄熱槽バイパス配管２２に冷媒を通過させ、蓄熱槽４１内の蓄熱用熱交換器４Ｂを通過させずにバイパスさせることができる。そして、本実施の形態のヒートポンプ給湯装置において、蓄熱用熱交換器４Ｂは、蓄熱材がためられた蓄熱槽４１内に配置されている。蓄熱用熱交換器４Ｂは、たとえば一定間隔に配置された冷媒配管を有している。
【０１５９】
次に図３５を参照しながら、本実施の形態に係るヒートポンプ給湯装置における運転動作について説明する。
【０１６０】
まず、通常の給湯運転について説明する。通常の給湯運転とは、水道水と同程度の温度の水を、たとえば８０℃などの高温の水に沸き上げる運転である。ここで、蓄熱ポンプ４２は停止しており、蓄熱用熱交換器４Ｂでは、冷媒と蓄熱材の熱交換はなされない。
【０１６１】
通常の給湯運転において、給湯側二次回路３０側では、給湯ポンプ３２が駆動すると、給湯タンク３１内の低温水が給湯用熱交換器２に送られる。給湯用熱交換器２を通過した水は冷媒によって加熱されて高温水となり給湯タンク３１に戻る。以上のようにして加熱された水が給湯タンク３１内にたまる。
【０１６２】
次に冷媒回路側の動作について説明する。ここで、通常の給湯運転においては、第２二方弁１８は開放する。また、吸入バイパス弁７は閉止とする。このため、吸入バイパス配管９には冷媒が流れない。そして、第１膨張弁３の開度は全閉とし、第１二方弁１７は閉止する。このため、蓄熱用熱交換器４Ｂには冷媒が流れず、冷媒と蓄熱材との熱交換は行われない。
【０１６３】
圧縮機１が駆動すると、低温低圧のガス状態の冷媒が圧縮機１に吸入され、圧縮されて高温高圧の超臨界状態の冷媒となって吐出する。圧縮機１から吐出した、高温高圧の超臨界状態の冷媒は、給湯用熱交換器２に流入する。給湯用熱交換器２に流入した、高温高圧の超臨界状態冷媒は、被熱交換媒体である、給湯側二次回路３０を循環する水に放熱し、低温高圧の超臨界状態の冷媒となる。
【０１６４】
給湯用熱交換器２を流出した、低温高圧の超臨界状態の冷媒は、第２二方弁１８を通過して第２膨張弁５に流入する。第２膨張弁５に流入した冷媒は、第２膨張弁５に減圧膨張され、低温低圧の気液二相冷媒となって流出する。
【０１６５】
第２膨張弁５から流出した気液二相冷媒は、空気熱交換器６に流入する。空気熱交換器６を通過した気液二相冷媒は、被熱交換媒体である外気を冷却し、蒸発して低温低圧のガス冷媒となる。空気熱交換器６から流出した低温低圧のガス冷媒は、圧縮機１に再び吸入される。
【０１６６】
次に、給湯蓄熱併用運転について説明する。ここで、給湯蓄熱併用運転とは、保温運転と蓄熱運転とを同時に行う運転である。保温運転は、たとえば放熱などにより給湯タンク３１内の水の温度が６０℃に低下した場合に、６５℃へ５℃程度沸き上げる運転である。また、蓄熱運転は、蓄熱槽４１内の蓄熱材に蓄熱する運転である。
【０１６７】
給湯蓄熱併用運転において、給湯側二次回路３０側では、給湯ポンプ３２が駆動すると、給湯タンク３１内の中温水が給湯用熱交換器２に送られる。給湯用熱交換器２を通過した水は、冷媒によって加熱されて高温水となって給湯タンク３１に戻る。以上のようにして加熱された水が給湯タンク３１内にたまる。
【０１６８】
次に冷媒回路側の動作について説明する。ここで、給湯蓄熱併用運転においては、第１二方弁１７は開放する。また、第２二方弁１８は閉止し、第１膨張弁３の開度は全閉とする。また、吸入バイパス弁７は閉止とする。このため、吸入バイパス配管９には冷媒が流れない。給湯蓄熱併用運転においては、圧縮機１が駆動すると、低温低圧のガス状態の冷媒が圧縮機１に吸入され、圧縮されて高温高圧の超臨界状態の冷媒となって吐出する。圧縮機１から吐出した、高温高圧の超臨界状態の冷媒は、給湯用熱交換器２に流入する。給湯用熱交換器２に流入した高温高圧の超臨界状態冷媒は、被熱交換媒体である、給湯側二次回路３０を循環する水に放熱し、中温高圧の超臨界状態の冷媒となる。
【０１６９】
給湯用熱交換器２を流出した、中温高圧の超臨界状態の冷媒は、第１二方弁１７を通過して蓄熱用熱交換器４Ｂに流入する。このとき、第１二方弁１７は開放している。蓄熱用熱交換器４Ｂに流入した、中温高圧の超臨界状態冷媒は、被熱交換媒体である、蓄熱槽４１内の蓄熱材に放熱し、低温高圧の超臨界状態の冷媒となる。蓄熱用熱交換器４Ｂを流出した、低温高圧の超臨界状態の冷媒は、第２膨張弁５に流入する。第２膨張弁５に流入した冷媒は、第２膨張弁５に減圧膨張され、低温低圧の気液二相冷媒となって流出する。
【０１７０】
第２膨張弁５から流出した気液二相冷媒は、空気熱交換器６に流入する。空気熱交換器６を通過した気液二相冷媒は、被熱交換媒体である外気を冷却し、蒸発して低温低圧のガス冷媒となる。空気熱交換器６から流出した低温低圧のガス冷媒は、圧縮機１に再び吸入される。
【０１７１】
次に、蓄熱利用給湯運転について説明する。ここで、蓄熱利用給湯運転とは、蓄熱槽４１において蓄熱された蓄熱材を熱源として、給湯運転を行う運転である。たとえば、低外気時における給湯能力低下の防止、給湯負荷が一時的に大きくなるときなどにおける給湯能力の増強などを目的として行う運転である。
【０１７２】
蓄熱利用給湯運転において、給湯側二次回路３０側では、給湯ポンプ３２が駆動すると、給湯タンク３１内の低温水が給湯用熱交換器２に送られる。給湯用熱交換器２を通過した水は、冷媒によって加熱されて高温水となって給湯タンク３１に戻る。以上のようにして加熱された水が給湯タンク３１内にたまる。
【０１７３】
次に冷媒回路側の動作について説明する。ここで、蓄熱利用給湯運転においては、第１二方弁１７および第２二方弁１８は閉止とする。また、吸入バイパス弁７は開放とする。このため、吸入バイパス配管９に冷媒が流れる。さらに、第２膨張弁５の開度は全閉とする。このため、空気熱交換器６には冷媒が流れず、冷媒と外気との熱交換は行われない。
【０１７４】
圧縮機１が駆動すると、低温低圧のガス状態の冷媒が圧縮機１に吸入され、圧縮されて高温高圧の超臨界状態の冷媒となって吐出する。圧縮機１から吐出した、高温高圧の超臨界状態の冷媒は、給湯用熱交換器２に流入する。給湯用熱交換器２に流入した、高温高圧の超臨界状態冷媒は、被熱交換媒体である、給湯側二次回路３０を循環する水に放熱し、低温高圧の超臨界状態の冷媒となる。
【０１７５】
給湯用熱交換器２を流出した、低温高圧の超臨界状態の冷媒は、第１膨張弁３に流入する。第１膨張弁３に流入した冷媒は、第１膨張弁３に減圧膨張され、低温低圧の気液二相冷媒となって流出する。第１膨張弁３から流出した気液二相冷媒は、蓄熱用熱交換器４Ｂに流入する。
【０１７６】
蓄熱用熱交換器４Ｂに流入した低温低圧の気液二相冷媒は、蓄熱槽４１内の蓄熱材から採熱し、中温低圧のガス冷媒となる。蓄熱用熱交換器４Ｂを流出した中温低圧のガス冷媒は、吸入バイパス弁７を介して吸入バイパス配管９を通過し、圧縮機１に再び吸入される。ここで、前述したように、吸入バイパス配管９の接続部分と空気熱交換器６との間には逆止弁８が設置されている。このため、外気の温度が低く、空気熱交換器６が冷えている状態でも、蓄熱用熱交換器４Ｂで熱交換した後の低圧中温のガス冷媒が、空気熱交換器６側に流れない。このため、空気熱交換器６において冷媒が凝縮し、寝込むことを防止することができる。
【０１７７】
図３６は、この発明の実施の形態４のヒートポンプ給湯装置における給湯蓄熱併用運転を行う際の制御系のシステムを中心とする構成を示す図である。図３６では、本実施の形態のヒートポンプ給湯装置が給湯蓄熱併用運転を行う際の制御に係る構成を示している。図３６において、図４などと同じ符号を付している機器は、実施の形態１などにおいて説明したことと同様の動作を行う。図３６に示すように、本実施の形態に係るヒートポンプ給湯装置は、少なくとも制御装置１００、圧縮機吸入圧力センサ１０、給湯用熱交換器入口水温センサ１１および圧縮機吸入温度センサ１２を制御に係る機器として有している。
【０１７８】
図３７は、この発明の実施の形態４のヒートポンプ給湯装置における給湯蓄熱併用運転に係る制御手順のフローチャートを示す図である。図３６および図３７に基づいて、制御装置１００が行う給湯蓄熱併用運転に係る制御について説明する。制御装置１００は、給湯運転指令を受けると、圧縮機１および給湯ポンプ３２の駆動を開始させる（Ｓ１８１）。また、第１膨張弁３の開度を全閉させ、吸入バイパス弁７を閉止させる（Ｓ１８２）。
【０１７９】
制御装置１００は、給湯用熱交換器入口水温センサ１１が検出した入口水温Ｔｗｉを入力する（Ｓ１８３）。そして、制御装置１００は、入口水温Ｔｗｉの温度値が第１設定値より大きいかどうかを判定する（Ｓ１８４）。たとえば、入口水温Ｔｗｉが高いと、水と冷媒との熱交換量が少なく、給湯用熱交換器２から流出する冷媒のエンタルピーが十分大きくなるため、蓄熱運転が可能となる。そこで、制御装置１００は、入口水温Ｔｗｉの温度値が第１設定値より大きいと判定すると、給湯蓄熱併用運転を開始させる（Ｓ１８５）。そして、第１二方弁１７を開放させる。また、第２二方弁１８を閉止させて、蓄熱用熱交換器４Ｂに冷媒を通過させて蓄熱材に蓄熱させる（Ｓ１８６）。
【０１８０】
一方、入口水温Ｔｗｉが低いと、熱交換量が多く、給湯用熱交換器２から流出する冷媒のエンタルピーが小さくなる。そこで、入口水温Ｔｗｉの温度値が第１設定値より大きくないと判定すると、給湯運転だけを行う（Ｓ１８７）。
【０１８１】
制御装置１００は、圧縮機吸入圧力センサ１０が検出した圧縮機吸入圧力Ｐｓと圧縮機吸入温度センサ１２が検出した圧縮機吸入温度Ｔｓとを入力する（Ｓ１８８）。そして、制御装置１００は、圧縮機吸入圧力Ｐｓの飽和温度ｆ（Ｐｓ）を算出する。さらに、圧縮機吸入温度Ｔｓから圧縮機吸入圧力Ｐｓの飽和温度ｆ（Ｐｓ）を差し引いて圧縮機吸入過熱度ＳＨｓを算出する（Ｓ１８９）。
【０１８２】
制御装置１００は、算出した圧縮機吸入過熱度ＳＨｓの値が、圧縮機吸入過熱度目標値としてあらかじめ設定された第２設定値よりも小さいかどうかを判定する（Ｓ１９０）。制御装置１００は、圧縮機吸入過熱度ＳＨｓの値が第２設定値よりも小さいと判定すると、第２膨張弁５の開度を小さくさせる制御を行う（Ｓ１９１）。そして、Ｓ１８８に戻って制御を続ける。また、制御装置１００は、圧縮機吸入過熱度ＳＨｓの値が第２設定値よりも小さくないと判定すると、第２膨張弁５の開度を大きくさせる制御を行う（Ｓ１９２）。そして、Ｓ１８８に戻って制御を続ける。
【０１８３】
図３８は、この発明の実施の形態４のヒートポンプ給湯装置における給湯蓄熱併用運転を行う際の制御系の別例のシステムを中心とする構成を示す図である。図３８において、図６などと同じ符号を付している機器については、実施の形態１などにおいて説明したことと基本的に同様の動作を行う。図３８に示すように、本実施の形態に係るヒートポンプ給湯装置は、少なくとも制御装置１００、圧縮機吸入圧力センサ１０、給湯用熱交換器出口冷媒温度センサ１３および圧縮機吸入温度センサ１２を制御に係る機器として有している。
【０１８４】
図３９は、この発明の実施の形態４のヒートポンプ給湯装置における給湯蓄熱併用運転に係る制御手順の別例のフローチャートを示す図である。図３８および図３９に基づいて、制御装置１００が行う給湯蓄熱併用運転に係る制御について説明する。制御装置１００は、給湯運転指令を受けると、圧縮機１および給湯ポンプ３２の駆動を開始させる（Ｓ２０１）。また、第１膨張弁３の開度を全開にさせ、吸入バイパス弁７を閉止させる（Ｓ２０２）。
【０１８５】
制御装置１００は、給湯用熱交換器出口冷媒温度センサ１３が検出した出口冷媒温度Ｔｒｏを入力する（Ｓ２０３）。そして、制御装置１００は、出口冷媒温度Ｔｒｏの温度値が第３設定値より大きいかどうかを判定する（Ｓ２０４）。たとえば、出口冷媒温度Ｔｒｏが高いと、給湯用熱交換器２から流出する冷媒のエンタルピーが十分大きいため、蓄熱運転が可能となる。そこで、制御装置１００は、出口冷媒温度Ｔｒｏの温度値が第３設定値より大きいと判定すると、給湯蓄熱併用運転を開始させる（Ｓ２０５）。そして、第１二方弁１７を開放させる。また、第２二方弁１８を閉止させて、蓄熱用熱交換器４Ｂに冷媒を通過させて蓄熱材に蓄熱させる（Ｓ２０６）。
【０１８６】
一方、出口冷媒温度Ｔｒｏが低いと、給湯用熱交換器２から流出する冷媒のエンタルピーが小さい。そこで、出口冷媒温度Ｔｒｏの温度値が第３設定値より大きくないと判定すると、給湯運転だけを行う（Ｓ２０７）。
【０１８７】
制御装置１００は、圧縮機吸入圧力センサ１０が検出した圧縮機吸入圧力Ｐｓと圧縮機吸入温度センサ１２が検出した圧縮機吸入温度Ｔｓとを入力する（Ｓ２０８）。そして、制御装置１００は、圧縮機吸入圧力Ｐｓの飽和温度ｆ（Ｐｓ）を算出する。さらに、圧縮機吸入温度Ｔｓから圧縮機吸入圧力Ｐｓの飽和温度ｆ（Ｐｓ）を差し引いて圧縮機吸入過熱度ＳＨｓを算出する（Ｓ２０９）。
【０１８８】
制御装置１００は、算出した圧縮機吸入過熱度ＳＨｓの値が、圧縮機吸入過熱度目標値としてあらかじめ設定された第２設定値よりも小さいかどうかを判定する（Ｓ２１０）。制御装置１００は、圧縮機吸入過熱度ＳＨｓの値が第２設定値よりも小さいと判定すると、第２膨張弁５の開度を小さくさせる制御を行う（Ｓ２１１）。そして、Ｓ２０８に戻って制御を続ける。また、制御装置１００は、圧縮機吸入過熱度ＳＨｓの値が第２設定値よりも小さくないと判定すると、第２膨張弁５の開度を大きくさせる制御を行う（Ｓ２１２）。そして、Ｓ２０８に戻って制御を続ける。
【０１８９】
図４０は、この発明の実施の形態４のヒートポンプ給湯装置における蓄熱利用給湯運転を行う際の制御系のシステムを中心とする構成を示す図である。図４０では、本実施の形態のヒートポンプ給湯装置が蓄熱利用給湯運転を行う際の制御に係る構成を示している。図４０において、図８などと同じ符号を付している機器については、実施の形態１などにおいて説明したことと基本的に同様の動作を行う。本実施の形態に係るヒートポンプ給湯装置は、少なくとも制御装置１００、圧縮機吸入圧力センサ１０、圧縮機吸入温度センサ１２および蓄熱材温度センサ１４を制御に係る機器として有している。
【０１９０】
図４１は、この発明の実施の形態４のヒートポンプ給湯装置における蓄熱利用給湯運転に係る制御手順のフローチャートを示す図である。図４０および図４１に基づいて、制御装置１００が行う蓄熱利用給湯運転に係る制御について説明する。制御装置１００は、給湯運転指令を受けると、圧縮機１および給湯ポンプ３２の駆動を開始させる（Ｓ２２１）。
【０１９１】
制御装置１００は、蓄熱材温度センサ１４が検出した蓄熱材温度Ｔｓｔを入力する（Ｓ２２２）。そして、制御装置１００は、蓄熱材温度Ｔｓｔの温度値が第４設定値より大きいかどうかを判定する（Ｓ２２３）。
【０１９２】
制御装置１００は、蓄熱材温度Ｔｓｔの温度値が第４設定値より大きいと判定すると、蓄熱利用給湯運転を開始させる（Ｓ２２４）。制御装置１００は、第２膨張弁５の開度を全閉にさせ、吸入バイパス弁７を開放させる。また、第１二方弁１７および第２二方弁１８を閉止させる。そして、第１膨張弁３の開度を制御して、蓄熱用熱交換器４Ｂに冷媒を通過させて蓄熱材に放熱させる（Ｓ２２５）。
【０１９３】
制御装置１００は、圧縮機吸入圧力センサ１０が検出した圧縮機吸入圧力Ｐｓと圧縮機吸入温度センサ１２が検出した圧縮機吸入温度Ｔｓとを入力する（Ｓ２２６）。そして、制御装置１００は、圧縮機吸入圧力Ｐｓの飽和温度ｆ（Ｐｓ）を算出する。さらに、圧縮機吸入温度Ｔｓから圧縮機吸入圧力Ｐｓの飽和温度ｆ（Ｐｓ）を差し引いて圧縮機吸入過熱度ＳＨｓを算出する（Ｓ２２７）。
【０１９４】
制御装置１００は、算出した圧縮機吸入過熱度ＳＨｓの値が、圧縮機吸入過熱度目標値としてあらかじめ設定された第２設定値よりも小さいかどうかを判定する（Ｓ２２８）。制御装置１００は、圧縮機吸入過熱度ＳＨｓの値が第２設定値よりも小さいと判定すると、第１膨張弁３の開度を小さくさせる制御を行う（Ｓ２２９）。そして、Ｓ２２２に戻って制御を続ける。また、制御装置１００は、圧縮機吸入過熱度ＳＨｓの値が第２設定値よりも小さくないと判定すると、第１膨張弁３の開度を大きくさせる制御を行う（Ｓ２３０）。そして、Ｓ２２２に戻って制御を続ける。
【０１９５】
一方、制御装置１００は、蓄熱材温度Ｔｓｔの温度値が第４設定値より大きくないと判定すると、通常の給湯運転を行わせる（Ｓ２３１）。制御装置１００は、第１膨張弁３の開度を全閉にさせ、吸入バイパス弁７を閉止させる。また、第１二方弁１７も閉止させて蓄熱用熱交換器４Ｂに冷媒が流れないようにする。第２二方弁１８は開放させる（Ｓ２３２）。
【０１９６】
制御装置１００は、圧縮機吸入圧力センサ１０が検出した圧縮機吸入圧力Ｐｓと圧縮機吸入温度センサ１２が検出した圧縮機吸入温度Ｔｓとを入力する（Ｓ２３３）。そして、制御装置１００は、圧縮機吸入圧力Ｐｓの飽和温度ｆ（Ｐｓ）を算出する。さらに、圧縮機吸入温度Ｔｓから圧縮機吸入圧力Ｐｓの飽和温度ｆ（Ｐｓ）を差し引いて圧縮機吸入過熱度ＳＨｓを算出する（Ｓ２３４）。
【０１９７】
制御装置１００は、算出した圧縮機吸入過熱度ＳＨｓの値が、圧縮機吸入過熱度目標値としてあらかじめ設定された第２設定値よりも小さいかどうかを判定する（Ｓ２３５）。制御装置１００は、圧縮機吸入過熱度ＳＨｓの値が第２設定値よりも小さいと判定すると、第２膨張弁５の開度を小さくさせる制御を行う（Ｓ２３６）。そして、Ｓ２２２に戻って制御を続ける。また、制御装置１００は、圧縮機吸入過熱度ＳＨｓの値が第２設定値よりも小さくないと判定すると、第２膨張弁５の開度を大きくさせる制御を行う（Ｓ２３７）。そして、Ｓ２２２に戻って制御を続ける。
【０１９８】
以上のように、本実施の形態に係るヒートポンプ給湯装置は、冷媒が循環する冷媒回路、給湯側二次回路３０および蓄熱側二次回路４０を有し、制御装置１００が、保温運転などのように、比較的高温の水を加熱する運転を行う場合など、給湯用熱交換器２から流出する冷媒が比エンタルピーの大きい状態になるかどうかを判定し、比エンタルピーが大きい状態になると判定すると、給湯蓄熱併用運転を行って蓄熱運転も行うことにより、ヒートポンプ給湯装置を運転することによって得られる熱エネルギーを有効利用することができる。また、蓄熱槽４１に蓄熱した熱エネルギーを利用した蓄熱利用給湯運転を行うことができるので、外気温度によらず、空気熱交換器６における冷媒の蒸発温度を高く維持することができるので、冷媒から水への加熱能力を増強することができる。
【０１９９】
また、本実施の形態に係るヒートポンプ給湯装置は、中温で潜熱変化するスラリーなどの蓄熱材を、蓄熱側二次回路４０内に循環させるようにしたので、蓄熱運転における効率を高くすることができる。また、蓄熱用熱交換器４Ｂが蓄熱槽４１内にあるので、効率よく採熱などを行うことができる。また、蓄熱利用給湯運転において、外気温度が低く、空気熱交換器６が冷えている状態でも、蓄熱用熱交換器４Ｂで熱交換した後の低圧中温のガス冷媒が、空気熱交換器６側に流れない。このため、空気熱交換器６において冷媒が凝縮し、寝込むことを防止することができる。
【０２００】
また、本実施の形態に係るヒートポンプ給湯装置は、給湯用熱交換器２を流出した高圧の冷媒が膨張弁を通過することなく、第１二方弁１７を介して蓄熱用熱交換器４Ｂに流入させる構成である。このため、給湯蓄熱併用運転において、給湯用熱交換器２から流出した、中温高圧の超臨界状態の冷媒について、圧力損失を生じることなく、蓄熱用熱交換器４Ｂに流入させることができる。そして、実施の形態４に係るヒートポンプ給湯装置は、蓄熱用熱交換器４Ｂが蓄熱槽４１内に収納されているので、装置を小型化することができる。
【符号の説明】
【０２０１】
１  圧縮機、２  給湯用熱交換器、３  第１膨張弁、４，４Ａ，４Ｂ  蓄熱用熱交換器、５  第２膨張弁、６  空気熱交換器、７  吸入バイパス弁、８  逆止弁、９，２１  吸入バイパス配管、１０  圧縮機吸入圧力センサ、１１  給湯用熱交換器入口水温センサ、１２  圧縮機吸入温度センサ、１３  給湯用熱交換器出口冷媒温度センサ、１４  蓄熱材温度センサ、１５  採熱用熱交換器、１６  第３膨張弁、１７  第１二方弁、１８  第２二方弁、２０  採熱バイパス配管、２２  蓄熱槽バイパス配管、３０  給湯側二次回路、３１  給湯タンク、３２  給湯ポンプ、４０  蓄熱側二次回路、４１  蓄熱槽、４２  蓄熱ポンプ、４３  三方弁、５１  第１流路、５２  第２流路、５３  蓄熱材用流路、５４ａ  外管、５４ｂ  中管、５４ｃ，５４ｄ，５４ｅ  内管、５４ｆ  蓄熱材用円管、５４ｇ，５４ｈ  冷媒用円管、１００  制御装置。
【図１】
2017085812.tif 000003
【図２】
2017085812.tif 000004
【図３】
2017085812.tif 000005
【図４】
2017085812.tif 000006
【図５】
2017085812.tif 000007
【図６】
2017085812.tif 000008
【図７】
2017085812.tif 000009
【図８】
2017085812.tif 000010
【図９】
2017085812.tif 000011
【図１０】
2017085812.tif 000012
【図１１】
2017085812.tif 000013
【図１２】
2017085812.tif 000014
【図１３】
2017085812.tif 000015
【図１４】
2017085812.tif 000016
【図１５】
2017085812.tif 000017
【図１６】
2017085812.tif 000018
【図１７】
2017085812.tif 000019
【図１８】
2017085812.tif 000020
【図１９】
2017085812.tif 000021
【図２０】
2017085812.tif 000022
【図２１】
2017085812.tif 000023
【図２２】
2017085812.tif 000024
【図２３】
2017085812.tif 000025
【図２４】
2017085812.tif 000026
【図２５】
2017085812.tif 000027
【図２６】
2017085812.tif 000028
【図２７】
2017085812.tif 000029
【図２８】
2017085812.tif 000030
【図２９】
2017085812.tif 000031
【図３０】
2017085812.tif 000032
【図３１】
2017085812.tif 000033
【図３２】
2017085812.tif 000034
【図３３】
2017085812.tif 000035
【図３４】
2017085812.tif 000036
【図３５】
2017085812.tif 000037
【図３６】
2017085812.tif 000038
【図３７】
2017085812.tif 000039
【図３８】
2017085812.tif 000040
【図３９】
2017085812.tif 000041
【図４０】
2017085812.tif 000042
【図４１】
2017085812.tif 000043
【手続補正書】
【提出日】平成30年2月20日(2018.2.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
この発明に係るヒートポンプ給湯装置は、圧縮機、給湯用熱交換器、蓄熱用熱交換器、主絞り装置および空気熱交換器を冷媒配管で環状に接続し、また、採熱用絞り装置および採熱用熱交換器が設置され、蓄熱用熱交換器から流出する冷媒を、圧縮機の吸入側に流す採熱用バイパス配管を接続して構成する冷媒回路と、蓄熱用熱交換器、蓄熱材をためる蓄熱槽、蓄熱材を循環させる蓄熱ポンプおよび蓄熱槽と採熱用熱交換器または蓄熱槽と蓄熱用熱交換器との接続を切り換える切換装置を有する蓄熱側二次回路と、給湯用熱交換器における冷媒との熱交換により、給湯に係る水に加熱させるとともに、蓄熱用熱交換器での熱交換による蓄熱材への蓄熱または採熱用熱交換器による蓄熱材からの採熱を行わせる運転制御を行う制御装置とを備えるものである。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機、給湯用熱交換器、蓄熱用熱交換器、主絞り装置および空気熱交換器を冷媒配管で環状に接続し、また、採熱用絞り装置および採熱用熱交換器が設置され、前記蓄熱用熱交換器から流出する冷媒を、前記圧縮機の吸入側に流す採熱用バイパス配管を接続して構成する冷媒回路と、
前記蓄熱用熱交換器、蓄熱材をためる蓄熱槽、前記蓄熱材を循環させる蓄熱ポンプおよび前記蓄熱槽と前記採熱用熱交換器または前記蓄熱槽と前記蓄熱用熱交換器との接続を切り換える切換装置を有する蓄熱側二次回路と、
前記給湯用熱交換器における前記冷媒との熱交換により、給湯に係る水に加熱させるとともに、前記蓄熱用熱交換器での熱交換による前記蓄熱材への蓄熱または前記採熱用熱交換器による前記蓄熱材からの採熱を行わせる運転制御を行う制御装置と
を備えるヒートポンプ給湯装置。
【請求項２】
前記採熱用バイパス配管と前記圧縮機の吸入側配管との合流部と、前記空気熱交換器の間に設置され、前記圧縮機の吸入側から前記空気熱交換器側に前記冷媒が流れないようにする逆止弁をさらに備える請求項１に記載のヒートポンプ給湯装置。
【請求項３】
前記給湯用熱交換器に流入する前記水の温度を検出する給湯用熱交換器入口水温センサをさらに備え、
前記制御装置は、前記給湯用熱交換器に流入する前記水の温度が、第１設定温度よりも高いと判定すると、前記採熱用絞り装置を全閉し、前記主絞り装置の開度を制御し、前記蓄熱槽と前記蓄熱用熱交換器とを接続させるように前記切換装置を切り換え、前記蓄熱ポンプを駆動させて、前記給湯用熱交換器を通過する前記水に加熱させるとともに、前記蓄熱材に蓄熱させる給湯蓄熱併用運転を行わせる請求項１または請求項２に記載のヒートポンプ給湯装置。
【請求項４】
前記給湯用熱交換器から流出する前記冷媒の温度を検出する給湯用熱交換器出口冷媒温度センサをさらに備え、
前記制御装置は、前記給湯用熱交換器から流出する前記冷媒の温度が、第２設定温度よりも高いと判定すると、前記採熱用絞り装置を全閉し、前記主絞り装置の開度を制御し、前記蓄熱槽と前記蓄熱用熱交換器とを接続させるように前記切換装置を切り換え、前記蓄熱ポンプを駆動させて、前記給湯用熱交換器を通過する前記水に加熱させるとともに、前記蓄熱材に蓄熱させる給湯蓄熱併用運転を行わせる請求項１または請求項２に記載のヒートポンプ給湯装置。
【請求項５】
前記蓄熱槽内の前記蓄熱材の温度を検出する蓄熱材温度センサをさらに備え、
前記制御装置は、前記蓄熱槽内の前記蓄熱材の温度が第３設定値よりも高いと判定すると、前記主絞り装置を前記冷媒が通過しないようにし、前記採熱用絞り装置の開度を制御して、前記採熱用バイパス配管を前記冷媒が流れるようにし、また、前記蓄熱槽と前記採熱用熱交換器とを接続させるように前記切換装置を切り換え、前記蓄熱ポンプを駆動させて、前記給湯用熱交換器を通過する前記水に加熱させるとともに、前記蓄熱材に採熱させる蓄熱利用運転を行わせる請求項１または請求項２に記載のヒートポンプ給湯装置。
【請求項６】
前記給湯用熱交換器、前記水をためる給湯タンクおよび前記給湯用熱交換器と前記給湯タンクとの間で前記水を循環させる給湯ポンプを有する給湯側二次回路をさらに備える請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載のヒートポンプ給湯装置。
【請求項７】
前記蓄熱材は、水または相変化を伴う芯物質が封入された微小なカプセルと液体とで構成されたスラリーである請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載のヒートポンプ給湯装置。
【請求項８】
前記冷媒は二酸化炭素である請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載のヒートポンプ給湯装置。
【国際調査報告】
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