(57)【要約】【課題】  起動後、短時間で目標加熱能力に到達可能とするヒートポンプ式給湯装置を提供する。【解決手段】  ヒートポンプ式給湯装置において、制御手段３は、圧縮機２１を起動させた後に、給湯用水に対する冷媒の加熱能力にかかわる特性値ＰＨを目標値ＰＨｍに制御する際に、減圧器２３の絞り量ΔＺを、目標値ＰＨｍと現時点での特性値ＰＨｎとの差ＰＨｍ−ＰＨｎが大きいほど、またこの差ＰＨｍ−ＰＨｎの変化率ΔＰＨｎ−ΔＰＨｂが小さいほど、大きくなるように決定し、この絞り量ΔＺを、現時点弁開度Ｚｎと目標弁開度Ｚｍとの差Ｚｎ／Ｚｍが大きいほど、大きくなるように補正絞り量ΔＺｈとして補正し、この補正絞り量ΔＺｈを用いて、現時点弁開度Ｚｎを可変する。【選択図】    図２
2006177565.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項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）が順次接続されて、内部を冷媒が流通するヒートポンプサイクル（２）と、
前記圧縮機（２１）の作動、前記減圧器（２３）の弁開度（Ｚ）を制御する制御手段（３）と、
前記水冷媒熱交換器（２２）を給湯用水が流通する給湯回路（１７）とが備えられ、
前記水冷媒熱交換器（２２）で前記給湯用水が前記冷媒によって加熱されるヒートポンプ式給湯装置において、
前記制御手段（３）は、前記圧縮機（２１）を起動させた後に、前記給湯用水に対する前記冷媒の加熱能力にかかわる特性値（ＰＨ）を目標値（ＰＨｍ）に制御する際に、
現時点から所定時間後までに絞るべき前記減圧器（２３）の絞り量（ΔＺ）を、前記目標値（ＰＨｍ）と現時点での前記特性値（ＰＨｎ）との差（ＰＨｍ−ＰＨｎ）の絶対値が大きいほど、また前記差（ＰＨｍ−ＰＨｎ）の所定時間前から現時点までの変化率（ΔＰＨｎ−ΔＰＨｂ）の絶対値が小さいほど、大きくなるように決定し、
決定した前記絞り量（ΔＺ）を、現時点での現時点弁開度（Ｚｎ）と前記目標値（ＰＨｍ）に対応する前記減圧器（２３）の目標弁開度（Ｚｍ）との差（Ｚｎ／Ｚｍ）が大きいほど、大きくなるように補正絞り量（ΔＺｈ）として補正し、
前記補正絞り量（ΔＺｈ）を用いて、前記現時点弁開度（Ｚｎ）を可変することを特徴とするヒートポンプ式給湯装置。
【請求項２】
前記制御手段（３）は、前記特性値（ＰＨ）として高圧側圧力（ＰＨ）を用い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。
【請求項３】
前記制御手段（３）は、前記特性値として高圧側温度を用い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。
【請求項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）が順次接続されて、内部を冷媒が流通するヒートポンプサイクル（２）と、
前記圧縮機（２１）の作動、前記減圧器（２３）の弁開度（Ｚ）を制御する制御手段（３）と、
前記水冷媒熱交換器（２２）を給湯用水が流通する給湯回路（１７）とが備えられ、
前記水冷媒熱交換器（２２）で前記給湯用水が前記冷媒によって加熱されるヒートポンプ式給湯装置において、
前記制御手段（３）は、前記圧縮機（２１）を起動させた後に、前記給湯用水に対する前記冷媒の加熱能力にかかわる圧力（Ｐ）あるいは温度を目標値（ＰＨｍ）に制御する際に、
現時点から所定時間後までに絞るべき前記減圧器（２３）の絞り量（ΔＺ）を、前記冷媒の高圧側特性値（ＰＨｎ）と低圧側特性値（ＰＬｎ）との高低間差（ＰＨｎ−ＰＬｎ）が小さいほど、また前記高低間差（ＰＨｎ−ＰＬｎ）の所定時間前から現時点までの変化率（ΔＰｎ−ΔＰｂ）が小さいほど、大きくなるように決定し、
決定した前記絞り量（ΔＺ）を、現時点での現時点弁開度（Ｚｎ）と前記目標値（ＰＨｍ）に対応する前記減圧器（２３）の目標弁開度（Ｚｍ）との差（Ｚｎ／Ｚｍ）が大きいほど、大きくなるように補正絞り量（ΔＺｈ）として補正し、
前記補正絞り量（ΔＺｈ）を用いて、前記現時点弁開度（Ｚｎ）を可変することを特徴とするヒートポンプ式給湯装置。
【請求項５】
前記制御手段（３）は、前記高圧側特性値（ＰＨｎ）として高圧側圧力（ＰＨｎ）、前記低圧側特性値（ＰＬｎ）として低圧側圧力（ＰＬｎ）を用いることを特徴とする請求項４に記載のヒートポンプ式給湯装置。
【請求項６】
前記制御手段（３）は、前記高圧側特性値として高圧側温度、前記低圧側特性値として低圧側温度を用いることを特徴とする請求項４に記載のヒートポンプ式給湯装置。
【請求項７】
前記制御手段（３）は、前記低圧側圧力（ＰＬｎ）の検出にあたり、前記冷媒の前記空気熱交換器（２４）の入口側温度、前記圧縮機（２１）の吸入側温度、前記減圧器（２３）としてエジェクタ（２７）のノズル部（２７ａ）を用いた時のエジェクタ出口温度の少なくとも１つを用い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。
【請求項８】
前記制御手段（３）は、前記絞り量（ΔＺ）の補正にあたり、所定補正絞り量（ΔＺｈｍａｘ）を上限値として規制することを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１つに記載のヒートポンプ式給湯装置。
【請求項９】
前記水冷媒熱交換器（２２）から流出した高圧冷媒を減圧膨張させるノズル部（２７ａ）と、前記ノズル部（２７ａ）から噴射される冷媒と前記空気熱交換器（２４）から吸引される気相冷媒とを混合させて前記冷媒の圧力を昇圧させる昇圧部（２７ｂ）とを有するエジェクタ（２７）を備え、
前記減圧器（２３）は、前記ノズル部（２７ａ）から成ることを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか１つに記載のヒートポンプ式給湯装置。
【請求項１０】
前記圧縮機（２１）は、前記ヒートポンプサイクル（２）内の前記冷媒を臨界圧力以上に圧縮して吐出することを特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれか１つに記載のヒートポンプ式給湯装置。
【請求項１１】
前記冷媒は、二酸化炭素であることを特徴とする請求項１０に記載のヒートポンプ式給湯装置。
【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冷媒を循環して給湯用水を加熱し湯とするヒートポンプ式給湯装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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の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、水冷媒熱交換器において高温の冷媒によって給湯用水を加熱する（湯にする）ようにしている。ここでは、ヒートポンプサイクル作動時の高圧側の冷媒圧力は、臨界圧力以上となるように設定され（超臨界域ヒートポンプサイクル）、水冷媒熱交換器から流出する冷媒と、水冷媒熱交換器に流入する給湯用水との温度差ΔＴが所定温度差ΔＴ０となるように、例えば高圧側の冷媒圧力が制御されるようになっている。
【０００３】
これにより、高圧側冷媒は超臨界域において相変化することがなく、給湯用水との熱交換において略線形的に温度変化させることができ、温度差ΔＴを小さくして水冷媒熱交換器での熱交換効率（給湯用水への移動熱量Ｑ／ΔＴ）を向上させるようにしている。
【特許文献１】特許第３２２７６５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１に記載の給湯装置では、ヒートポンプサイクルの定常作動時における効率的な運転制御を示したものであって、ヒートポンプサイクル起動時の運転制御については何ら考慮されていない。
【０００５】
即ち、ヒートポンプサイクルの運転が開始された後、安定的な運転に到達するまでの時間が長くなると、目標温度に到達していない高圧側冷媒と給湯用水との熱交換が行なわれることになり、目標湯温にならない生湯量が増加してしまう。これは給湯として使えない湯量となる。
【０００６】
また、高圧側冷媒の温度が低い分、給湯用水の循環量を下げて熱交換することで、目標湯温に近づけることができるが、これでは湯量の確保ができない。逆に、高圧側冷媒の温度および圧力を短時間で一気に上げようとするとハンチングが生ずる、あるいは最悪、圧縮機等の損傷に繋がる可能性がある。
【０００７】
本発明の目的は、上記問題に鑑み、起動後、短時間で目標加熱能力に到達可能とするヒートポンプ式給湯装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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。
【０００９】
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）が順次接続されて、内部を冷媒が流通するヒートポンプサイクル（２）と、圧縮機（２１）の作動、減圧器（２３）の弁開度（Ｚ）を制御する制御手段（３）と、水冷媒熱交換器（２２）を給湯用水が流通する給湯回路（１７）とが備えられ、水冷媒熱交換器（２２）で給湯用水が冷媒によって加熱されるヒートポンプ式給湯装置において、制御手段（３）は、圧縮機（２１）を起動させた後に、給湯用水に対する冷媒の加熱能力にかかわる特性値（ＰＨ）を目標値（ＰＨｍ）に制御する際に、現時点から所定時間後までに絞るべき減圧器（２３）の絞り量（ΔＺ）を、目標値（ＰＨｍ）と現時点での特性値（ＰＨｎ）との差（ＰＨｍ−ＰＨｎ）の絶対値が大きいほど、またこの差（ＰＨｍ−ＰＨｎ）の所定時間前から現時点までの変化率（ΔＰＨｎ−ΔＰＨｂ）の絶対値が小さいほど、大きくなるように決定し、決定した絞り量（ΔＺ）を、現時点での現時点弁開度（Ｚｎ）と目標値（ＰＨｍ）に対応する減圧器（２３）の目標弁開度（Ｚｍ）との差（Ｚｎ／Ｚｍ）が大きいほど、大きくなるように補正絞り量（ΔＺｈ）として補正し、この補正絞り量（ΔＺｈ）を用いて、現時点弁開度（Ｚｎ）を可変することを特徴としている。
【００１０】
これにより、圧縮機（２１）の起動直後は絞り量（ΔＺ）が大きく設定され、また、特性値（ＰＨ）が目標値（ＰＨｍ）に近づくにつれて絞り量ΔＺが小さく設定されるので、ハンチングを起す事無く、冷媒の特性値（ＰＨ）を短時間で目標値（ＰＨｍ）に到達させることができる。即ち、短時間で冷媒の加熱能力を確保することができる。
【００１１】
そして、目標弁開度（Ｚｍ）に対する現時点弁開度（Ｚｎ）との差（Ｚｎ／Ｚｍ）が大きいほど、絞り量（ΔＺ）を大きくした補正絞り量（ΔＺｈ）として設定するので、冷媒の特性値（ＰＨ）が目標値（ＰＨｍ）に到達するまでの時間を更に短縮することができる。
【００１２】
上記請求項１に記載の発明における特性値（ＰＨ）としては、請求項２に記載の発明のように、高圧側圧力（ＰＨ）を用いることができる。また、請求項３に記載の発明のように、特性値として高圧側温度を用いても良い。
【００１３】
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）が順次接続されて、内部を冷媒が流通するヒートポンプサイクル（２）と、圧縮機（２１）の作動、減圧器（２３）の弁開度（Ｚ）を制御する制御手段（３）と、水冷媒熱交換器（２２）を給湯用水が流通する給湯回路（１７）とが備えられ、水冷媒熱交換器（２２）で給湯用水が冷媒によって加熱されるヒートポンプ式給湯装置において、制御手段（３）は、圧縮機（２１）を起動させた後に、給湯用水に対する冷媒の加熱能力にかかわる圧力（Ｐ）あるいは温度を目標値（ＰＨｍ）に制御する際に、現時点から所定時間後までに絞るべき減圧器（２３）の絞り量（ΔＺ）を、冷媒の高圧側特性値（ＰＨｎ）と低圧側特性値（ＰＬｎ）との高低間差（ＰＨｎ−ＰＬｎ）が小さいほど、またこの高低間差（ＰＨｎ−ＰＬｎ）の所定時間前から現時点までの変化率（ΔＰｎ−ΔＰｂ）が小さいほど、大きくなるように決定し、決定した絞り量（ΔＺ）を、現時点での現時点弁開度（Ｚｎ）と目標値（ＰＨｍ）に対応する減圧器（２３）の目標弁開度（Ｚｍ）との差（Ｚｎ／Ｚｍ）が大きいほど、大きくなるように補正絞り量（ΔＺｈ）として補正し、この補正絞り量（ΔＺｈ）を用いて、現時点弁開度（Ｚｎ）を可変することを特徴としている。
【００１４】
これにより、請求項１に記載の発明と同様に、圧縮機（２１）の起動直後は絞り量（ΔＺ）が大きく設定され、また、特性値（ＰＨ）が目標値（ＰＨｍ）に近づくにつれて絞り量ΔＺが小さく設定されるので、ハンチングを起す事無く、冷媒の特性値（ＰＨ）を短時間で目標値（ＰＨｍ）に到達させることができる。そして、補正絞り量（ΔＺｈ）により冷媒の特性値（ＰＨ）が目標値（ＰＨｍ）に到達するまでの時間を更に短縮することができる。
【００１５】
上記請求項４に記載の発明においては、請求項５に記載の発明のように、高圧側特性値（ＰＨｎ）として高圧側圧力（ＰＨｎ）、低圧側特性値（ＰＬｎ）として低圧側圧力（ＰＬｎ）を用いることができる。また、請求項６に記載の発明のように、高圧側特性値として高圧側温度、低圧側特性値として低圧側温度を用いても良い。
【００１６】
上記請求項５に記載の発明においては、請求項７に記載の発明のように、低圧側圧力（ＰＬｎ）の検出にあたり、冷媒の空気熱交換器（２４）の入口側温度、圧縮機（２１）の吸入側温度、減圧器（２３）としてエジェクタ（２７）のノズル部（２７ａ）を用いた時のエジェクタ出口温度の少なくとも１つを用いることができる。
【００１７】
請求項８に記載の発明では、制御手段（３）は、絞り量（ΔＺ）の補正にあたり、所定補正絞り量（ΔＺｈｍａｘ）を上限値として規制することを特徴としている。
【００１８】
これにより、冷媒の高圧側の特性値（ＰＨ）の急激な上昇を抑えて、圧縮機（２１）自身、およびヒートポンプサイクル（２）における高圧側の各種機器（２２、２３）の損傷を防止することができる。
【００１９】
請求項９に記載の発明では、水冷媒熱交換器（２２）から流出した高圧冷媒を減圧膨張させるノズル部（２７ａ）と、ノズル部（２７ａ）から噴射される冷媒と空気熱交換器（２４）から吸引される気相冷媒とを混合させて冷媒の圧力を昇圧させる昇圧部（２７ｂ）とを有するエジェクタ（２７）を備え、減圧器（２３）は、ノズル部（２７ａ）から成ることを特徴としている。
【００２０】
通常、ヒートポンプサイクル（２）にエジェクタ（２７）が用いられたエジェクタサイクルにおいては、圧縮機（２１）、水冷媒熱交換器（２２）、エジェクタ（２７）を繋ぐメイン回路を冷媒が流れることで、空気熱交換器（２４）へも冷媒が流れるサイクルとなっている。よって、冷媒の特性値（ＰＨ）が短時間で目標値（ＰＨｍ）に到達されることで、メイン回路と空気熱交換器（２４）の両者への冷媒流量が速く確保でき、加熱能力を速く確保できるエジェクタサイクルとすることができる。
【００２１】
請求項１０に記載の発明では、圧縮機（２１）は、ヒートポンプサイクル（２）内の冷媒を臨界圧力以上に圧縮して吐出することを特徴としている。
【００２２】
これにより、ヒートポンプサイクル（２）内の冷媒温度をより高くすることができ、給湯用水との温度差を大きくして、高温の湯を効率良く沸き上げることが可能となる。
【００２３】
更に、請求項１１に記載の発明のように、ヒートポンプサイクル（２）中の冷媒は、具体的には、二酸化炭素とすることができる。
【００２４】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図１〜図４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が行う起動制御に用いられるフローチャート、図３は高圧側圧力ＰＨおよび弁開度Ｚを示すタイムチャート、図４は起動制御時における絞り量ΔＺ算出のためのマップである。
【００２６】
１は耐食性に優れた金属製（例えばステンレス製）の貯湯タンクであり、外周部に図示しない断熱材が配置されており、給湯用の高温の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（本発明における給湯用水に対応し、以下、水と表現する）を導入する導入管１２が接続されている。
【００２７】
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、風呂等に高温の湯と水とを適宜混合して給湯するようになっている。
【００２８】
貯湯タンク１の下部には、貯湯タンク１内の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（本発明における給湯回路に対応）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（ヒートポンプサイクル）２の水冷媒熱交換器２２内に配設されている。
【００２９】
循環回路１７の水冷媒熱交換器２２より上流側には、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流通する（循環する）ための循環ポンプ１８が配設されている。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より上流側に限定されず、下流側であっても良い。
【００３０】
一方、循環回路１７の水冷媒熱交換器２２より下流側には、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１９が配設されている。温度センサ１９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。
【００３１】
２はヒートポンプ装置であり、このヒートポンプ装置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を順次配管接続して構成され、内部を流れる冷媒として二酸化炭素（ＣＯ２）を使用している。
【００３２】
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。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。
【００３３】
水冷媒熱交換器２２は、圧縮機２１より吐出された高温冷媒（ホットガス）と循環ポンプ１８により貯湯タンク１内から供給された水とを熱交換するもので、冷媒が流れる冷媒通路（図示しない）と、水が流れる水通路（図示しない）とを有し、冷媒通路を流れる冷媒の流れ方向と水通路を流れる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を流通する水に放熱して温度低下しても凝縮することは無い。
【００３４】
膨張弁２３は、給湯用熱交換器２２から流出される冷媒を弁開度Ｚに応じて等エンタルピ的に減圧する減圧装置であり、具体的には絞り量ΔＺを加えていき弁開度Ｚ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Ｚ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Ｚ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。
【００３５】
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。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ている。
【００３６】
そして、圧縮機２１と水冷媒熱交換器２２との間には、圧力検出手段としての圧力センサ２６が設けられており、ヒートポンプ装置２内の冷媒の高圧側圧力（本発明における加熱能力にかかわる特性値に対応）ＰＨを検出するようにしている。この圧力センサ２６によって検出される圧力信号は、後述する制御装置３に出力されるようになっている。
【００３７】
制御手段である制御装置３は、圧縮機２１（実質的には駆動源である電動モータ）、膨張弁２３、ファン２４ａおよび循環ポンプ１８を通電制御すると共に、圧縮機２１の作動状態や膨張弁２３の弁開度Ｚ等を監視している。制御装置３は、上記圧縮機２１、膨張弁２３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を流通する水を加熱するようになっている。また、制御装置３は、水冷媒熱交換器２２により加熱され、貯湯タンク１内に戻る湯の温度が目標沸き上げ温度となるように、温度センサ１９からの温度情報に基づいて制御信号を出力し、循環ポンプ１８を作動制御するようになっている。
【００３８】
次に、上記構成に基づき、本実施形態のヒートポンプ式給湯装置１００が貯湯タンク１内の湯を沸き上げる作動について説明する。
【００３９】
制御装置３は、ヒートポンプ式給湯装置１００に電力供給されている時には、図示しない操作盤のスイッチ等からの信号や設定条件（例えば目標沸き上げ温度、時刻条件）、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に、通常の沸き上げ運転制御を実行する。即ち、制御装置３は、循環ポンプ１８を作動させて循環回路１７内に水を流通させると共に、ヒートポンプ装置２も作動させて、水冷媒熱交換器２２において循環回路１７内を流通する水を加熱する。この時、温度センサ１９が検出した温度と、設定された目標沸き上げ温度とを比較し、これらが一致するように循環ポンプ１８に作動指示を行う。
【００４０】
本発明においては、上記通常の沸き上げ運転に至る前の段階、即ち、循環ポンプ１８およびヒートポンプ装置２を作動（膨張弁２３の弁開度Ｚを外気温度に応じて全開側の所定開度にして、圧縮機２１を起動）させてから、圧力センサ２６で得られる高圧側圧力ＰＨを目標高圧側圧力（本発明における目標値に対応）ＰＨｍに到達させるまでの起動制御（特に膨張弁２３の制御）に特徴を持たせており、以下その制御内容について、図２〜図４を用いて説明する。
【００４１】
まず、制御装置３は、ステップＳ１００で目標高圧側圧力ＰＨｍを算出する。即ち、その時の外気温度と温度センサ１９から得られる水の温度から、水冷媒熱交換器２２で加熱される水の温度を目標沸き上げ温度とするためには、冷媒の高圧側温度（水冷媒熱交換器２２への流入温度）を何度にすれば良いかを算出し、この高圧側温度に対応する冷媒の圧力を目標高圧側圧力ＰＨｍとして設定する。
【００４２】
次に、ステップＳ１１０で圧力センサ２６から得られる現時点での高圧側圧力ＰＨｎを読込み、ステップＳ１２０で現時点での高圧側圧力ＰＨｎは目標高圧側圧力ＰＨｍに到達したか否かを判定する。
【００４３】
ステップＳ１２０で否と判定すれば、ステップＳ１３０で膨張弁２３の絞り量ΔＺを算出する。ここで、絞り量ΔＺは、現時点から所定時間後（単位時間後）までに弁開度Ｚをどれだけ絞るかを示す量としたものであり、目標高圧側圧力ＰＨｍと現時点での高圧側圧力ＰＨｎとの差ＰＨｍ−ＰＨｎ（絶対値として取り扱う）、および所定時間前（単位時間前）から現時点までの差ＰＨｍ−ＰＨｎの変化率ΔＰＨｎ−ΔＰＨｂ（絶対値として取り扱う）に応じて決定されるようにしている。尚、所定時間は、ここでは冷媒がヒートポンプ装置２を１サイクル循環するのに要する時間（例えば、２０秒）としている。
【００４４】
上記変化率ΔＰＨｎ−ΔＰＨｂについて、図３（ａ）を用いて更に詳述する。仮に現時点での高圧側圧力をＰＨｎ、所定時間前の高圧側圧力をＰＨｂとすると、目標高圧側圧力ＰＨｍと現時点および所定時間前の高圧側圧力（ＰＨｎ、ＰＨｂ）との差は、それぞれ、ＰＨｍ−ＰＨｎ（＝ΔＰＨｎとする）と、ＰＨｍ−ＰＨｂ（＝ΔＰＨｂとする）として得られる。そして、所定時間あたり（所定時間前から現時点まで）の上記差の変化率は（ＰＨｍ−ＰＨｎ）−（ＰＨｍ−ＰＨｂ）＝ΔＰＨｎ−ΔＰＨｂとして得られる。尚、この場合、高圧側圧力ＰＨは上昇側に変化していくので、ΔＰＨｎ＜ΔＰＨｂとなり、変化率ΔＰＨｎ−ΔＰＨｂはマイナスの値となるが、以下、変化率ΔＰＨｎ−ΔＰＨｂは、その絶対値として取り扱う。
【００４５】
そして、図４に示す絞り量算出マップに基づき絞り量ΔＺを算出（選択）する。ここでは絞り量算出マップは、絞り量ΔＺが上記の差ＰＨｍ−ＰＨｎと変化率ΔＰＨｎ−ΔＰＨｂとによって関係付けられるようにしており、絞り量ΔＺは、差ＰＨｍ−ＰＨが大きいほど、また、変化率ΔＰＨｎ−ΔＰＨｂが小さいほど大きくなるようにしている。
【００４６】
次に、ステップＳ１４０で膨張弁２３における現時点での弁開度（現時点弁開度）Ｚｎを読込み、ステップＳ１５０で目標弁開度Ｚｍを算出する。目標弁開度Ｚｍは、高圧側圧力ＰＨを目標高圧側圧力ＰＨｍとするための開度を示すものであり、外気温度、水の温度、目標沸き上げ温度から算出する。
【００４７】
次に、ステップＳ１６０で、絞り量ΔＺを補正して、補正絞り量ΔＺｈを算出する。即ち、補正絞り量ΔＺｈは、現時点弁開度Ｚｎと目標弁開度Ｚｍとの差が大きいほど絞り量ΔＺが大きくなる側に補正されるものとしており、更に具体的には、図３（ｂ）に示すように、現時点弁開度Ｚｎと目標弁開度Ｚｍとの差をＺｎ／Ｚｍと定義して、補正絞り量ΔＺｈは下記の数式１によって算出されるようにしている。
【００４８】
（数１）
補正絞り量ΔＺｈ＝絞り量ΔＺ×（Ｚｎ／Ｚｍ）×Ｋ
但し、Ｋは予め定めた定数である。
【００４９】
そして、ステップＳ１７０で補正絞り量ΔＺｈ分だけ膨張弁２３の弁開度Ｚを可変し（絞って）、ステップＳ１００に戻り上記の制御を繰返す。尚、上記ステップＳ１２０で高圧側圧力ＰＨが目標高圧側圧力ＰＨｍに到達したと判定すれば、この起動制御を停止する。
【００５０】
これにより、圧縮機２１の起動直後は絞り量ΔＺが大きく設定され、また、高圧側圧力ＰＨが目標高圧側圧力ＰＨｍに近づくにつれて絞り量ΔＺが小さく設定されるので、ハンチングを起す事無く、冷媒の高圧側圧力ＰＨを短時間で目標高圧側圧力ＰＨｍに到達させることができる。即ち、短時間で冷媒の加熱能力を確保することができる。
【００５１】
そして、目標弁開度Ｚｍに対する現時点弁開度Ｚｎとの差Ｚｎ／Ｚｍが大きいほど、絞り量ΔＺを大きくした補正絞り量ΔＺｈとして設定するので、冷媒の高圧側圧力ＰＨが目標高圧側圧力ＰＨｍに到達するまでの時間を更に短縮することができる。
【００５２】
また、本実施形態では二酸化炭素を冷媒として高圧側圧力ＰＨが臨界圧力以上となるようにしているので、ヒートポンプ装置２内の冷媒温度をより高くすることができ、水との温度差を大きくして、高温の湯を効率良く沸き上げることが可能となる。
【００５３】
尚、本実施形態において、高圧側圧力ＰＨを圧縮機２１と水冷媒熱交換器２２との間に設けた圧力センサ２６によって検出するようにしたが、これに限らず水冷媒熱交換器２２と膨張弁２３との間で検出するようにしても良い。
【００５４】
また、水に対する冷媒の加熱能力にかかわる特性値として高圧側圧力ＰＨを用いたが、これに代えて、冷媒の高圧側温度（圧縮機２１と水冷媒熱交換器２２との間の温度、あるいは水冷媒熱交換器２２と膨張弁２３との間の温度）としても良い。
【００５５】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態を図５〜図８に示す。第２実施形態は、上記第１実施形態に対して、冷媒の高圧側圧力ＰＨに加えて、図５に示すように、アキュムレータ２５と圧縮機２１との間に設けた圧力センサ２６ａによって検出される冷媒の低圧側圧力ＰＬを用い、高圧側圧力ＰＨと低圧側圧力ＰＬとの差、即ち、高低圧差（本発明における高低間差に対応）ＰＨ−ＰＬ＝ΔＰを１つの特性値として起動制御を行うようにしたものである。
【００５６】
ここでは、制御装置３は、図６に示すフローチャートに基づき起動制御を行うようにしている。尚、図６に示すフローチャートは、上記第１実施形態における図２で説明したフローチャートに対して、ステップＳ１３０をステップＳ１３１に変更したものである。
【００５７】
以下、変更となるステップＳ１３１を中心に制御装置３が行う制御内容について説明する。まず、制御装置３は、ステップＳ１００で目標高圧側圧力ＰＨｍを算出し、ステップＳ１１１で高圧側圧力ＰＨｎを読込む。
【００５８】
次に、ステップＳ１２０で現時点での高圧側圧力ＰＨｎは目標高圧側圧力ＰＨｍに到達したか否かを判定し、否と判定するとステップＳ１３１に進む。
【００５９】
そして、ステップＳ１３１で膨張弁２３の絞り量ΔＺを算出する。ここでは、絞り量ΔＺは、現時点での高低圧差ＰＨｎ−ＰＬｎ＝ΔＰｎ、および単位時間前から現時点までの高低圧差の変化率ΔＰｎ−ΔＰｂに応じて決定されるようにしている。
【００６０】
高低圧差の変化率ΔＰｎ−ΔＰｂについて、図７を用いて更に詳述する。仮に現時点での高圧側圧力をＰＨｎ、低圧側圧力をＰＬｎ、所定時間前の高圧側圧力をＰＨｂ、低圧側圧力をＰＬｂとすると、現時点および所定時間前の高低圧差は、それぞれ、ＰＨｎ−ＰＬｎ（＝ΔＰｎとする）と、ＰＨｂ−ＰＬｂ（＝ΔＰｂとする）として得られる。そして、所定時間あたり（所定時間前から現時点まで）の上記高低圧差の変化率はΔＰｎ−ΔＰｂとして得られる。
【００６１】
そして、図８に示す絞り量算出マップに基づき絞り量ΔＺを算出（選択）する。ここでは絞り量算出マップは、絞り量ΔＺが上記の高低圧差ΔＰｎと高低圧差の変化率ΔＰｎ−ΔＰｂとによって関係付けられるようにしており、絞り量ΔＺは、高低圧差ΔＰｎが小さいほど、また、高低圧差の変化率ΔＰｎ−ΔＰｂが小さいほど大きくなるようにしている。
【００６２】
以下、上記第１実施形態と同様に、現時点弁開度Ｚｎを読み込み（ステップＳ１４０）、目標弁開度Ｚｍ、補正絞り量ΔＺｈをそれぞれ算出し、（ステップＳ１５０、ステップＳ１６０）、ステップＳ１７０で補正絞り量ΔＺｈ分だけ膨張弁２３の弁開度Ｚを可変し（絞って）、ステップＳ１００に戻り上記の制御を繰返す。尚、上記ステップＳ１２０で高圧側圧力ＰＨが目標高圧側圧力ＰＨｍに到達したと判定すれば、この起動制御を停止する。
【００６３】
これにより、上記第１実施形態と同様に、絞り量ΔＺ、補正絞り量ΔＺｈを算出でき、冷媒の高圧側圧力ＰＨが目標高圧側圧力ＰＨｍに到達するまでの時間を更に短縮することができる。
【００６４】
尚、本実施形態において、低圧側圧力ＰＬをアキュムレータ２５と圧縮機２１との間に設けた圧力センサ２６ａによって検出するようにしたが、これに限らず膨張弁２３と空気熱交換器２４との間で検出するようにしても良い。
【００６５】
また、アキュムレータ２５と圧縮機２１との間（圧縮機２１の吸入側）、あるいは膨張弁２３と空気熱交換器２４との間（空気熱交換器２４の入口側）における冷媒の低圧側温度を検出して、この低圧側温度に対応する上記低圧側圧力ＰＬを算出して使用するようにしても良い。
【００６６】
また、水に対する冷媒の加熱能力にかかわる特性値として高低圧差ΔＰｎを用いたが、これに代えて、冷媒の高圧側温度（圧縮機２１と水冷媒熱交換器２２との間の温度、あるいは水冷媒熱交換器２２と膨張弁２３との間の温度）と、冷媒の低圧側温度（アキュムレータ２５と圧縮機２１との間の温度、あるいは膨張弁２３と空気熱交換器２４との間の温度）との差となる高低温度差としても良い。
【００６７】
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態を図９に示す。第３実施形態は、上記第１、第２実施形態に対して、膨張弁２３を変更したものである。即ち、上記第１、第２実施形態では、ヒートポンプ装置２は、膨張弁２３により等エンタルピ的に冷媒を減圧し、膨張弁２３を流出した冷媒がほぼ全て空気熱交換器２４に流入する一般的なヒートポンプサイクルを構成するものとしたが、所謂エジェクタサイクルにも本発明を適用することができる。
【００６８】
即ち、図９に示すように、ヒートポンプ装置２中に、水冷媒熱交換器２２から流出した高圧冷媒の圧力エネルギーを速度エネルギーに変換して冷媒を減圧膨張させる開度変更可能なノズル部２７ａと、ノズル部２７ａから噴射する高速の冷媒流により空気熱交換器２４にて蒸発した気相冷媒を吸引し、ノズル部２７ａから噴射する冷媒と空気熱交換器２４から吸引した気相冷媒とを混合させながら速度エネルギーを圧力エネルギーに変換して冷媒の圧力を昇圧させる昇圧部２７ｂとを有するエジェクタ２７を備え、このエジェクタ２７を流出した冷媒のうち液相冷媒を空気熱交換器２４に供給し、気相冷媒を圧縮機２１に供給するエジェクタサイクルにおいても、エジェクタ２７のノズル部２７ａを減圧装置と見なして本発明を適用することが可能である。
【００６９】
上記エジェクタサイクルにおいては、圧縮機２１、水冷媒熱交換器２２、エジェクタ２７を繋ぐメイン回路を冷媒が流れることで、空気熱交換器２４へも冷媒が流れるサイクルとなっている。よって、冷媒の特性値（例えば高圧側圧力ＰＨ）が短時間で目標値（例えば目標高圧側圧力ＰＨｍ）に到達されることで、メイン回路と空気熱交換器２４の両者への冷媒流量が速く確保でき、加熱能力を速く確保できる。
【００７０】
尚、上記エジェクタサイクルにおいて、冷媒の特性値として低圧側温度を用いる場合、温度センサ２８（図９中の破線指示）をアキュムレータ２５と圧縮機２１との間、アキュムレータ２５と空気放熱器２４との間、エジェクタ２７とアキュムレータ２５との間（エジェクタ出口）の少なくとも一箇所に設けて、低温側温度を検出するようにすれば良い。
【００７１】
（その他の実施形態）
上記各実施形態において、補正絞り量ΔＺｈを算出する際に（ステップＳ１６０）、所定補正絞り量ΔＺｈｍａｘを予め定めておき、この所定補正絞り量ΔＺｈｍａｘを補正絞り量ΔＺｈの上限値として規制すると良い。これにより、冷媒の高圧側圧力ＰＨの急激な上昇を抑えて、圧縮機２１自身、およびヒートポンプ装置２における高圧側の各種機器（２２、２３、２６、２７）の損傷を防止することができる。
【００７２】
また、上記各実施形態では、貯湯タンク１内の下部の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。
【００７３】
また、上記各実施形態では、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所謂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。所謂フロン等の他の冷媒であっても良い。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】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。
【図２】第１実施形態における制御装置が行う起動制御に用いられるフローチャートである。
【図３】第１実施形態における高圧側圧力ＰＨおよび弁開度Ｚを示すタイムチャートである。
【図４】第１実施形態における起動制御時での絞り量ΔＺ算出のためのマップである。
【図５】第２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。
【図６】第２実施形態における制御装置が行う起動制御に用いられるフローチャートである。
【図７】第２実施形態における圧力Ｐを示すタイムチャートである。
【図８】第２実施形態における起動制御時での絞り量ΔＺ算出のためのマップである。
【図９】第３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。
【符号の説明】
【００７５】
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（給湯回路）
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
２７  エジェクタ
２７ａ  ノズル部
２７ｂ  昇圧部
１００  ヒートポンプ式給湯装置
【図１】
2006177565.tif 000003
【図２】
2006177565.tif 000004
【図３】
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【図４】
2006177565.tif 000006
【図５】
2006177565.tif 000007
【図６】
2006177565.tif 000008
【図７】
2006177565.tif 000009
【図８】
2006177565.tif 000010
【図９】
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