(57)【要約】【課題】  ヒートポンプ式給湯機において、凍結防止運転開始時における圧縮機の負荷を低減させる。【解決手段】  凍結防止運転開始初期を除く凍結防止運転中は、ヒートポンプユニットが所定の加熱能力になるように減圧弁１２の開度が加熱制御時目標開度に制御され、凍結防止運転開始初期の減圧弁１２の開度は、加熱制御時目標開度よりも開度が大きい負荷低減時目標開度に制御される。これによると、凍結防止運転開始初期は減圧弁１２の開度を大きくして圧縮機１０の吐出圧が低くなるようにしているため、凍結防止運転開始初期における圧縮機１０の負荷を低減することができる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒を高圧状態にする圧縮機（１０）、前記圧縮機（１０）からの冷媒と水とを熱交換させる水冷媒熱交換器（１１）、および前記水冷媒熱交換器（１１）を通過した冷媒を減圧膨張させるとともに冷媒通路の開度を調整可能な減圧手段（１２、１６０、１６２、１６３）を有するヒートポンプユニットと、
前記水冷媒熱交換器（１１）にて加熱された水を蓄える貯湯タンク（２０）、前記水冷媒熱交換器（１１）と前記貯湯タンク（２０）とを接続する水配管（２１）、および前記水配管（２１）中に設置されて水を循環させる循環ポンプ（２２）を有する給湯回路とを備え、
前記貯湯タンク（２０）内の水を沸き上げる沸き上げ運転の終了後において所定条件が成立した際に前記水配管（２１）内での凍結を防止するための凍結防止運転を行うようにしたヒートポンプ式給湯機において、
凍結防止運転開始初期を除く凍結防止運転中は、前記ヒートポンプユニットが所定の加熱能力になるように前記減圧手段（１２、１６０、１６２、１６３）の開度が加熱制御時目標開度に制御され、
凍結防止運転開始初期の前記減圧手段（１２、１６０、１６２、１６３）の開度は、前記加熱制御時目標開度よりも開度が大きい負荷低減時目標開度に制御されることを特徴とするヒートポンプ式給湯機。
【請求項２】
凍結防止運転開始初期の前記減圧手段（１２、１６０、１６２、１６３）の開度が、全開に制御され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機。
【請求項３】
凍結防止運転開始前の時点では前記減圧手段（１２、１６０、１６２、１６３）の開度は前記負荷低減時目標開度よりも小さい開度になっており、凍結防止運転開始後に前記減圧手段（１２、１６０、１６２、１６３）の開度が前記負荷低減時目標開度まで増加され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】
凍結防止運転開始前の時点で前記減圧手段（１２、１６０、１６２、１６３）の開度は前記負荷低減時目標開度に制御されてい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５】
沸き上げ運転を終了した時点および凍結防止運転を終了した時点で前記減圧手段（１２、１６０、１６２、１６３）の開度が前記負荷低減時目標開度に制御され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機。
【請求項６】
冷媒を高圧状態にする圧縮機（１０）、前記圧縮機（１０）からの冷媒と水とを熱交換させる水冷媒熱交換器（１１）、および前記水冷媒熱交換器（１１）を通過した冷媒を減圧膨張させるとともに冷媒通路の開度を調整可能な減圧手段（１２、１６０、１６２、１６３）を有するヒートポンプユニットと、
前記水冷媒熱交換器（１１）にて加熱された水を蓄える貯湯タンク（２０）、前記水冷媒熱交換器（１１）と前記貯湯タンク（２０）とを接続する水配管（２１）、および前記水配管（２１）中に設置されて水を循環させる循環ポンプ（２２）を有する給湯回路とを備え、
前記貯湯タンク（２０）内の水を沸き上げる沸き上げ運転の終了後において所定条件が成立した際に前記水配管（２１）内での凍結を防止するための凍結防止運転を行うようにしたヒートポンプ式給湯機において、
凍結防止運転開始初期の前記減圧手段（１２、１６０、１６２、１６３）の開度は、前記ヒートポンプユニット内の高圧側圧力が所定圧力以下になるように制御されることを特徴とするヒートポンプ式給湯機。
【請求項７】
電動モータにて駆動されて冷媒を高圧状態にする圧縮機（１０）、前記圧縮機（１０）からの冷媒と水とを熱交換させる水冷媒熱交換器（１１）、および前記水冷媒熱交換器（１１）を通過した冷媒を減圧膨張させるとともに冷媒通路の開度を調整可能な減圧手段（１２、１６０、１６２、１６３）を有するヒートポンプユニットと、
前記水冷媒熱交換器（１１）にて加熱された水を蓄える貯湯タンク（２０）、前記水冷媒熱交換器（１１）と前記貯湯タンク（２０）とを接続する水配管（２１）、および前記水配管（２１）中に設置されて水を循環させる循環ポンプ（２２）を有する給湯回路とを備え、
前記貯湯タンク（２０）内の水を沸き上げる沸き上げ運転の終了後において所定条件が成立した際に前記水配管（２１）内での凍結を防止するための凍結防止運転を行うようにしたヒートポンプ式給湯機において、
凍結防止運転開始初期の前記減圧手段（１２、１６０、１６２、１６３）の開度は、前記電動モータに流れる電流の値が所定電流値以下になるように制御されることを特徴とするヒートポンプ式給湯機。
【請求項８】
凍結防止運転開始から所定時間経過後に、前記減圧手段（１２、１６０、１６２、１６３）の開度が前記加熱制御時目標開度に制御されることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１つに記載のヒートポンプ式給湯機。
【請求項９】
凍結防止運転を開始して前記圧縮機（１０）の回転数が目標回転数に到達した後に、前記減圧手段（１２、１６０、１６２、１６３）の開度が前記加熱制御時目標開度に制御されることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１つに記載のヒートポンプ式給湯機。
【請求項１０】
冷媒を高圧状態にする圧縮機（１０）、前記圧縮機（１０）からの冷媒と水とを熱交換させる水冷媒熱交換器（１１）、および前記水冷媒熱交換器（１１）を通過した冷媒を減圧膨張させる減圧手段（１２、１６０、１６２、１６３）を有するヒートポンプユニットと、
前記水冷媒熱交換器（１１）にて加熱された水を蓄える貯湯タンク（２０）、前記水冷媒熱交換器（１１）と前記貯湯タンク（２０）とを接続する水配管（２１）、および前記水配管（２１）中に設置されて水を循環させる循環ポンプ（２２）を有する給湯回路とを備え、
前記貯湯タンク（２０）内の水を沸き上げる沸き上げ運転の終了後において所定条件が成立した際に前記水配管（２１）内での凍結を防止するための凍結防止運転を行うようにしたヒートポンプ式給湯機において、
凍結防止運転開始時における前記圧縮機（１０）の回転数の増速速度が、沸き上げ運転開始時における前記圧縮機（１０）の回転数の増速速度よりも低く制御されることを特徴とするヒートポンプ式給湯機。
【請求項１１】
凍結防止運転開始時における前記圧縮機（１０）の回転数が、段階的に増速され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機。
【請求項１２】
冷媒を高圧状態にする圧縮機（１０）、前記圧縮機（１０）からの冷媒と水とを熱交換させる水冷媒熱交換器（１１）、前記水冷媒熱交換器（１１）を通過した冷媒を減圧膨張させるとともに冷媒通路の開度を調整可能な減圧手段（１２、１６０、１６２、１６３）、空気から吸熱して冷媒を蒸発させる蒸発器（１３）、および前記蒸発器（１３）に空気を送る送風ファン（１３０）を有するヒートポンプユニットと、
前記水冷媒熱交換器（１１）にて加熱された水を蓄える貯湯タンク（２０）、前記水冷媒熱交換器（１１）と前記貯湯タンク（２０）とを接続する水配管（２１）、および前記水配管（２１）中に設置されて水を循環させる循環ポンプ（２２）を有する給湯回路とを備え、
前記貯湯タンク（２０）内の水を沸き上げる沸き上げ運転の終了後において所定条件が成立した際に前記水配管（２１）内での凍結を防止するための凍結防止運転を行うようにしたヒートポンプ式給湯機において、
凍結防止運転時に前記送風ファン（１３０）を作動させることを特徴とするヒートポンプ式給湯機。
【請求項１３】
凍結防止運転時の前記送風ファン（１３０）の回転数が、沸き上げ運転時の前記送風ファン（１３０）の回転数よりも低く設定されていることを特徴とする請求項１２に記載のヒートポンプ式給湯機。
【請求項１４】
前記ヒートポンプユニットは、前記ヒートポンプユニット内の高圧側圧力が冷媒の臨界圧力以上となる蒸気圧縮式冷凍サイクルにて構成されていることを特徴とする請求項１ないし１３のいずれか１つに記載のヒートポンプ式給湯機。
【請求項１５】
前記冷媒が二酸化炭素であることを特徴とする請求項１４に記載のヒートポンプ式給湯機。
【請求項１６】
前記ヒートポンプユニットは、前記減圧手段（１６０、１６２、１６３）から噴射される高速冷媒流の巻き込み作用により気相冷媒を吸引するエジェクタ（１６）を有することを特徴とする請求項１ないし１５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、ヒートポンプユニットにて水を加熱し、この加熱後の温水を貯湯タンク内に保温貯蔵するヒートポンプ式給湯機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機は、熱源機であるヒートポンプユニットと貯湯タンクとが水配管で接続されており、基本的に水配管は屋外に施工されている。このため、沸き上げ運転停止かつ低外気温度時において、屋外施工された水配管を凍結させないよう所定の条件が成立した場合に凍結防止運転を行っている。この凍結防止運転時には、所定の加熱力を得るために減圧弁を所定の開度に制御するとともに、圧縮機と循環ポンプを所定の回転数で運転する。
【０００３】
なお、給湯運転の起動時に外気温度に応じて減圧装置の開度を制御するようにしたヒートポンプ式給湯機も提案されている（例えば、特許文献１〜３参照）。
【特許文献１】特開２０００−３４６４４９号公報
【特許文献２】特開２００２−１２２３６２号公報
【特許文献３】特開２００２−１８８８６０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、沸き上げ運転または凍結防止運転を終了後、次の凍結防止運転に対する条件が成立するまでの間に、外気温度および冷凍サイクル内の冷媒温度が低いため、各機能部品内に存在する冷媒は乾き度が低く液割合が高い状態となっている。この状態で凍結防止運転を開始すると圧縮機に過大な負荷がかかる場合がある。
【０００５】
本発明は上記点に鑑みて、ヒートポンプ式給湯機において、凍結防止運転開始時における圧縮機の負荷を低減させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、冷媒を高圧状態にする圧縮機（１０）、圧縮機（１０）からの冷媒と水とを熱交換させる水冷媒熱交換器（１１）、および水冷媒熱交換器（１１）を通過した冷媒を減圧膨張させるとともに冷媒通路の開度を調整可能な減圧手段（１２、１６０、１６２、１６３）を有するヒートポンプユニットと、
水冷媒熱交換器（１１）にて加熱された水を蓄える貯湯タンク（２０）、水冷媒熱交換器（１１）と貯湯タンク（２０）とを接続する水配管（２１）、および水配管（２１）中に設置されて水を循環させる循環ポンプ（２２）を有する給湯回路とを備え、貯湯タンク（２０）内の水を沸き上げる沸き上げ運転の終了後において所定条件が成立した際に水配管（２１）内での凍結を防止するための凍結防止運転を行うようにしたヒートポンプ式給湯機において、凍結防止運転開始初期を除く凍結防止運転中は、ヒートポンプユニットが所定の加熱能力になるように減圧手段（１２、１６０、１６２、１６３）の開度が加熱制御時目標開度に制御され、凍結防止運転開始初期の減圧手段（１２、１６０、１６２、１６３）の開度は、加熱制御時目標開度よりも開度が大きい負荷低減時目標開度に制御されることを特徴とする。
【０００７】
これによると、凍結防止運転開始初期は減圧手段の開度を大きくして圧縮機の吐出圧が低くなるようにしているため、凍結防止運転開始初期における圧縮機の負荷を低減することができる。また、低負荷で運転している間に冷媒の乾き度が次第に高くなるため、圧縮機の負荷はさらに低減される。
【０００８】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載のヒートポンプ式給湯機において、凍結防止運転開始初期の減圧手段（１２、１６０、１６２、１６３）の開度が、全開に制御されることを特徴とする。
【０００９】
これによると、圧縮機の吐出圧が充分に低くなるため、凍結防止運転開始初期における圧縮機の負荷を大幅に低減することができる。
【００１０】
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、凍結防止運転開始前の時点では減圧手段（１２、１６０、１６２、１６３）の開度を負荷低減時目標開度よりも小さい開度にし、凍結防止運転開始後に減圧手段（１２、１６０、１６２、１６３）の開度を負荷低減時目標開度まで増加させるようにしてもよい。
【００１１】
請求項４に記載の発明では、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、凍結防止運転開始前の時点で減圧手段（１２、１６０、１６２、１６３）の開度は負荷低減時目標開度に制御されていることを特徴とする。これによると、凍結防止運転を開始する時点から圧縮機の負荷を低減することができる。
【００１２】
請求項５に記載の発明では、請求項４に記載のヒートポンプ式給湯機において、沸き上げ運転を終了した時点および凍結防止運転を終了した時点で減圧手段（１２、１６０、１６２、１６３）の開度が負荷低減時目標開度に制御されることを特徴とする。これによると、請求項４の効果を確実に得ることができる。
【００１３】
請求項６に記載の発明では、冷媒を高圧状態にする圧縮機（１０）、圧縮機（１０）からの冷媒と水とを熱交換させる水冷媒熱交換器（１１）、および水冷媒熱交換器（１１）を通過した冷媒を減圧膨張させるとともに冷媒通路の開度を調整可能な減圧手段（１２、１６０、１６２、１６３）を有するヒートポンプユニットと、水冷媒熱交換器（１１）にて加熱された水を蓄える貯湯タンク（２０）、水冷媒熱交換器（１１）と貯湯タンク（２０）とを接続する水配管（２１）、および水配管（２１）中に設置されて水を循環させる循環ポンプ（２２）を有する給湯回路とを備え、貯湯タンク（２０）内の水を沸き上げる沸き上げ運転の終了後において所定条件が成立した際に水配管（２１）内での凍結を防止するための凍結防止運転を行うようにしたヒートポンプ式給湯機において、凍結防止運転開始初期の減圧手段（１２、１６０、１６２、１６３）の開度は、ヒートポンプユニット内の高圧側圧力が所定圧力以下になるように制御されることを特徴とする。
【００１４】
これによると、凍結防止運転開始初期は圧縮機の吐出圧が低くなるため圧縮機の負荷を低減することができる。
【００１５】
請求項７に記載の発明では、電動モータにて駆動されて冷媒を高圧状態にする圧縮機（１０）、圧縮機（１０）からの冷媒と水とを熱交換させる水冷媒熱交換器（１１）、および水冷媒熱交換器（１１）を通過した冷媒を減圧膨張させるとともに冷媒通路の開度を調整可能な減圧手段（１２、１６０、１６２、１６３）を有するヒートポンプユニットと、水冷媒熱交換器（１１）にて加熱された水を蓄える貯湯タンク（２０）、水冷媒熱交換器（１１）と貯湯タンク（２０）とを接続する水配管（２１）、および水配管（２１）中に設置されて水を循環させる循環ポンプ（２２）を有する給湯回路とを備え、貯湯タンク（２０）内の水を沸き上げる沸き上げ運転の終了後において所定条件が成立した際に水配管（２１）内での凍結を防止するための凍結防止運転を行うようにしたヒートポンプ式給湯機において、凍結防止運転開始初期の減圧手段（１２、１６０、１６２、１６３）の開度は、電動モータに流れる電流の値が所定電流値以下になるように制御されることを特徴とする。
【００１６】
これによると、凍結防止運転開始初期は、圧縮機の負荷が小さい領域で圧縮機を運転させることができる。
【００１７】
請求項８に記載の発明のように、請求項１ないし７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、凍結防止運転開始から所定時間経過後に、減圧手段（１２、１６０、１６２、１６３）の開度を加熱制御時目標開度に制御するようにしてもよい。
【００１８】
請求項９に記載の発明のように、請求項１ないし７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、凍結防止運転を開始して圧縮機（１０）の回転数が目標回転数に到達した後に、減圧手段（１２、１６０、１６２、１６３）の開度を加熱制御時目標開度に制御するようにしてもよい。
【００１９】
請求項１０に記載の発明では、冷媒を高圧状態にする圧縮機（１０）、圧縮機（１０）からの冷媒と水とを熱交換させる水冷媒熱交換器（１１）、および水冷媒熱交換器（１１）を通過した冷媒を減圧膨張させる減圧手段（１２、１６０、１６２、１６３）を有するヒートポンプユニットと、水冷媒熱交換器（１１）にて加熱された水を蓄える貯湯タンク（２０）、水冷媒熱交換器（１１）と貯湯タンク（２０）とを接続する水配管（２１）、および水配管（２１）中に設置されて水を循環させる循環ポンプ（２２）を有する給湯回路とを備え、貯湯タンク（２０）内の水を沸き上げる沸き上げ運転の終了後において所定条件が成立した際に水配管（２１）内での凍結を防止するための凍結防止運転を行うようにしたヒートポンプ式給湯機において、凍結防止運転開始時における圧縮機（１０）の回転数の増速速度が、沸き上げ運転開始時における圧縮機（１０）の回転数の増速速度よりも低く制御されることを特徴とする。
【００２０】
これによると、凍結防止運転開始時には圧縮機が緩やかに増速されて、圧縮機の吐出圧の上昇が緩やかになるため、凍結防止運転開始初期における圧縮機の負荷を低減することができる。また、圧縮機が低回転で運転している間に冷媒の乾き度が次第に高くなるため、圧縮機の回転数が上昇しても圧縮機に過大な負荷がかかることを防止できる。
【００２１】
請求項１１に記載の発明のように、請求項１０に記載のヒートポンプ式給湯機において、凍結防止運転開始時における圧縮機（１０）の回転数を段階的に増速させてもよい。
【００２２】
請求項１２に記載の発明では、冷媒を高圧状態にする圧縮機（１０）、圧縮機（１０）からの冷媒と水とを熱交換させる水冷媒熱交換器（１１）、水冷媒熱交換器（１１）を通過した冷媒を減圧膨張させるとともに冷媒通路の開度を調整可能な減圧手段（１２、１６０、１６２、１６３）、空気から吸熱して冷媒を蒸発させる蒸発器（１３）、および蒸発器（１３）に空気を送る送風ファン（１３０）を有するヒートポンプユニットと、水冷媒熱交換器（１１）にて加熱された水を蓄える貯湯タンク（２０）、水冷媒熱交換器（１１）と貯湯タンク（２０）とを接続する水配管（２１）、および水配管（２１）中に設置されて水を循環させる循環ポンプ（２２）を有する給湯回路とを備え、貯湯タンク（２０）内の水を沸き上げる沸き上げ運転の終了後において所定条件が成立した際に水配管（２１）内での凍結を防止するための凍結防止運転を行うようにしたヒートポンプ式給湯機において、凍結防止運転時に送風ファン（１３０）を作動させることを特徴とする。
【００２３】
これによると、凍結防止運転時には蒸発器で空気と冷媒との熱交換が行われ、圧縮機吸入側の冷媒温度低下が抑制されるため、冷媒の乾き度が高くなって圧縮機の負荷が低減される。
【００２４】
請求項１３に記載の発明では、請求項１２に記載のヒートポンプ式給湯機において、凍結防止運転時の送風ファン（１３０）の回転数が、沸き上げ運転時の送風ファン（１３０）の回転数よりも低く設定されていることを特徴とする。
【００２５】
これによると、凍結防止運転時の蒸発器での熱交換と送風ファンの騒音低減を両立させることができる。
【００２６】
請求項１４に記載の発明のように、請求項１ないし１３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、ヒートポンプユニットを、ヒートポンプユニット内の高圧側圧力が冷媒の臨界圧力以上となる蒸気圧縮式冷凍サイクルにて構成してもよい。
【００２７】
請求項１５に記載の発明のように、請求項１４に記載のヒートポンプ式給湯機において、冷媒を二酸化炭素とすることができる。
【００２８】
請求項１６に記載の発明のように、請求項１ないし１５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、ヒートポンプユニットは、減圧手段（１６０、１６２、１６３）から噴射される高速冷媒流の巻き込み作用により気相冷媒を吸引するエジェクタ（１６）を有するものであってもよい。
【００２９】
なお、上記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】
【００３０】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について説明する。図１は第１実施形態に係るヒートポンプ式給湯機の全体構成図である。
【００３１】
ヒートポンプ式給湯機は、ヒートポンプユニットと給湯回路とに大別される。ヒートポンプユニットは、冷媒としてＣＯ２を用い、高圧側圧力が冷媒の臨界圧力以上となる超臨界蒸気圧縮式冷凍サイクルにて構成されている。より詳細には、蒸気圧縮式冷凍サイクルのうち、膨張弁サイクルにて構成されている。
【００３２】
図１に示すように、ヒートポンプユニットは、冷媒を吸入圧縮して高圧状態にする圧縮機１０、圧縮機１０からの冷媒と給湯回路の水とを熱交換させる水冷媒熱交換器１１、水冷媒熱交換器１１を通過した冷媒を減圧膨張させる減圧弁１２、外気から吸熱して冷媒を蒸発させる蒸発器１３、及び蒸発器１３から流出した冷媒を液相冷媒と気相冷媒とに分離して余剰冷媒を液相冷媒として蓄えるとともに、気相冷媒を圧縮機１０に供給する気液分離器１４等から構成されている。また、ヒートポンプユニットを構成するこれらの機能部品１０〜１４は、冷媒配管１５にて接続されている。
【００３３】
圧縮機１０は、電動モータにて駆動されて回転数を制御可能になっている。減圧弁１２は、電動アクチュエータにて駆動されて冷媒通路の開度を調整可能になっている。なお、減圧弁１２は本発明の減圧手段に相当する。
【００３４】
水冷媒熱交換器１１は、水側チューブと冷媒側チューブとを備え、水側チューブと冷媒側チューブとは熱交換可能な構成になっている。蒸発器１３は、電動モータにて駆動される送風ファン１３０を備えている。
【００３５】
給湯回路は、水冷媒熱交換器１１にて加熱された高温の温水を蓄える貯湯タンク２０、水冷媒熱交換器１１と貯湯タンク２０とを接続する水配管２１、および水配管２１中に設置されるとともに電動モータにて駆動されて、水冷媒熱交換器１１と貯湯タンク２０との間で水を循環させる循環ポンプ２２等から構成されている。また、貯湯タンク２０には、水道水等を給水するための給水配管２３が接続され、また、台所、洗面所、風呂等の給湯対象機器に給湯するための給湯配管２４が接続されている。
【００３６】
圧縮機１０と水冷媒熱交換器１１とを接続する冷媒配管１５中には、圧縮機１０出口側の冷媒圧力および冷媒温度を検出する圧縮機出口センサ３０が配置され、水冷媒熱交換器１１と減圧弁１２とを接続する冷媒配管１５中には、水冷媒熱交換器１１出口側の冷媒圧力および冷媒温度を検出する水冷媒熱交換器出口センサ３１が配置され、減圧弁１２と蒸発器１３とを接続する冷媒配管１５中には、蒸発器１３入口側の冷媒圧力および冷媒温度を検出する蒸発器入口センサ３２が配置されている。
【００３７】
水冷媒熱交換器１１と貯湯タンク２０とを接続する水配管２１中には、沸き上げ側の水温を検出する沸き上げ温度センサ３３が配置され、貯湯タンク２０と循環ポンプ２２とを接続する水配管２１中には、給水側の水温を検出する給水温度センサ３４が配置されている。
【００３８】
さらに、ヒートポンプ式給湯機は、外気温度を検出する外気温センサ３５を備え、各センサ３０〜３５の信号が電子制御装置４０に入力される。この電子制御装置４０はマイクロコンピュータとその周辺回路とにより構成されるものであって、予め設定されたプログラムに基づく所定の演算処理を行って、圧縮機１０、減圧弁１２、循環ポンプ２１、送風ファン１３０等の機器の作動を制御するようになっている。
【００３９】
次に、上記構成になるヒートポンプ式給湯機の作動を説明する。
【００４０】
電子制御装置４０は、電力会社の安価な深夜電力料金が適用される時刻になると、給湯機を作動させて、貯湯タンク２０内の水を沸き上げる沸き上げ運転を開始させる。具体的には、循環ポンプ２２を作動させて水冷媒熱交換器１１と貯湯タンク２０との間で水を循環させる。同時に、圧縮機１０を作動させてヒートポンプユニット内で冷媒を循環させる。これにより、水冷媒熱交換器１１にて冷媒と水の熱交換が行われ、換言すると、外気から吸熱した熱及び圧縮機１０の圧縮仕事量に相当する熱量が給湯水に与えられ、給湯水が加熱される。
【００４１】
そして、電子制御装置４０は、沸き上げ温度センサ３３の信号に基づいて、給湯水が所定の温度まで沸き上げられたと判断されると、沸き上げ運転を終了させる。
【００４２】
一方、電子制御装置４０は、沸き上げ運転の終了後において所定条件が成立した際に、水配管２１内での凍結を防止するための凍結防止運転を開始させる。因みに、外気温度、給水側の水温、沸き上げ側の水温、および冷媒温度のうち少なくとも１つが所定温度以下になったときに、凍結防止運転を開始させるための所定条件が成立する。
【００４３】
この凍結防止運転について、図２に基づいて説明する。
【００４４】
まず、時刻ｔ０では、沸き上げ運転および凍結防止運転のいずれもが終了しており、このときには、圧縮機１０は停止し、減圧弁１２は中間開度になっている。
【００４５】
次に、時刻ｔ１にて凍結防止運転を開始させるための所定条件が成立すると、凍結防止運転を開始するとともに、電子制御装置４０内のタイマーがスタートする。具体的には、圧縮機１０の運転を開始するとともに、圧縮機１０の回転数を目標回転数に制御する。また、減圧弁１２の開度を、凍結防止運転開始初期の目標開度（以下、負荷低減時目標開度という）に制御する。
【００４６】
因みに、この負荷低減時目標開度は、後述する加熱制御時目標開度よりも開度が大であり、本実施形態では全開に設定されている。
【００４７】
このように、凍結防止運転開始初期は減圧弁１２の開度を大きくして圧縮機１０の吐出圧を低くし、圧縮機１０の負荷を低減する。
【００４８】
次に、時刻ｔ１から所定時間Δｔが経過して時刻ｔ２になると、減圧弁１２の開度を、凍結防止のための目標開度（以下、加熱制御時目標開度という）まで減少させ、圧縮機１０の圧縮仕事量を増加させる。因みに、圧縮機１０の目標回転数、および減圧弁１２の加熱制御時目標開度は、ヒートポンプユニットの加熱能力が凍結防止に必要な加熱能力になるように、実験にて予め決定されている。
【００４９】
次に、時刻ｔ３にて凍結防止運転を終了させる条件が成立すると、圧縮機１０の運転を停止して凍結防止運転を終了する。そして、凍結防止運転を開始させる条件が再び成立するまで待機する。因みに、給水側の水温、沸き上げ側の水温、および冷媒温度のうち少なくとも１つが所定温度以上になったときに、凍結防止運転を終了させる。
【００５０】
上記した本実施形態では、負荷低減時目標開度を加熱制御時目標開度よりも大きくして、圧縮機１０の吐出圧が低くなるようにしているため、凍結防止運転開始初期における圧縮機１０の負荷を低減することができる。
【００５１】
また、負荷低減時目標開度を全開に設定しているため、圧縮機１０の吐出圧が充分に低くなり、凍結防止運転開始初期における圧縮機１０の負荷を大幅に低減することができる。
【００５２】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。図３は第２実施形態に係るヒートポンプ式給湯機の制御特性図である。なお、本実施形態は、第１実施形態における凍結防止運転時の減圧弁１２の制御方法を一部変更したものである。
【００５３】
図３に示すように、時刻ｔ３にて凍結防止運転を終了した時点、および沸き上げ運転を終了した時点で、減圧弁１２の開度を負荷低減時目標開度である全開位置に制御し、次の運転までこの開度を維持して待機する。
【００５４】
そして、時刻ｔ１にて凍結防止運転を開始させるための所定条件が成立すると、凍結防止運転を開始するとともに、電子制御装置４０内のタイマーがスタートする。このとき、減圧弁１２は全開しているため、凍結防止運転を開始する時点から圧縮機１０の負荷を低減することができる。
【００５５】
次に、時刻ｔ１から所定時間Δｔが経過して時刻ｔ２になると、減圧弁１２の開度を加熱制御時目標開度まで減少させ、圧縮機１０の圧縮仕事量を増加させる。
【００５６】
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態について説明する。図４は第３実施形態に係るヒートポンプ式給湯機の制御特性図である。なお、本実施形態は、第１実施形態における凍結防止運転時の圧縮機１０および減圧弁１２の制御方法を一部変更したものである。
【００５７】
図４に示すように、時刻ｔ１にて凍結防止運転を開始させるための所定条件が成立すると、凍結防止運転を開始するとともに、電子制御装置４０内のタイマーがスタートする。具体的には、圧縮機１０の運転を開始するとともに、圧縮機１０の回転数を目標回転数に制御する。
【００５８】
この際、目標回転数に到達するまでの圧縮機１０の回転数の増速速度は、沸き上げ運転開始時における圧縮機１０の回転数の増速速度よりも低く制御する。このように、圧縮機１０を緩やかに増速させることにより、圧縮機１０の吐出圧の上昇が緩やかになるため、凍結防止運転開始初期における圧縮機１０の負荷を低減することができる。
【００５９】
なお、目標回転数に到達するまでの圧縮機１０の回転数の増速は、一点鎖線で示すようにタイマーで段階的に増速させてもよいし、或いは実線で示すように連続的に増速させてもよい。
【００６０】
次に、時刻ｔ３にて凍結防止運転を終了させる条件が成立すると、圧縮機１０の運転を停止して凍結防止運転を終了する。そして、凍結防止運転を開始させる条件が再び成立するまで待機する。
【００６１】
一方、凍結防止運転中および待機中のいずれのときも、減圧弁１２の開度は、ヒートポンプユニットの加熱能力が凍結防止に必要な加熱能力になるような開度に制御されている。
【００６２】
（第４実施形態）
本発明の第４実施形態について説明する。図５は第４実施形態に係るヒートポンプ式給湯機の全体構成図である。なお、上記各実施形態では、ヒートポンプユニットを膨張弁サイクルにて構成したが、本実施形態は、上記各実施形態におけるヒートポンプユニットをエジェクタサイクルに変更したものである。
【００６３】
図５に示すように、本実施形態は、上記各実施形態における減圧弁１２が廃止され、代わりにエジェクタ１６を備えている。また、蒸発器１３の配置位置が変更されている。
【００６４】
エジェクタ１６のノズル部１６０には水冷媒熱交換器１１から冷媒が流入し、ノズル部１６０で冷媒の圧力エネルギが速度エネルギに変換される。この時、ノズル部１６０から高速で噴出する作動流体の巻き込み作用によって、蒸発器１３にて蒸発した気相冷媒を吸引する。さらに、冷媒の通路面積が拡大していくディフューザ部１６１で冷媒の膨張エネルギを圧力エネルギに変換し、エジェクタ１６の冷媒流れ下流の圧縮機１０の吸入圧を上昇させる。
【００６５】
ノズル部１６０の開度、つまり実質的な最小冷媒通路断面積は、電動式のアクチュエータ１６２に駆動されるニードル弁１６３によって調整される。なお、ノズル部１６０、アクチュエータ１６２、およびニードル弁１６３によって、本発明の減圧手段を構成している。
【００６６】
エジェクタ１６から流出した気液二相状態の冷媒は気液分離器１４に流入し、分離された気相冷媒は圧縮機１に吸引されて圧縮され、分離された液相冷媒は蒸発器１３に流入して蒸発する。
【００６７】
そして、本実施形態においては、凍結防止運転の際に、エジェクタ１６におけるノズル部１６０の開度を上記各実施形態での減圧弁１２と同様に制御する。これにより、凍結防止運転開始初期における圧縮機１０の負荷を低減することができる。
【００６８】
（第５実施形態）
本発明の第５実施形態について説明する。図６は第５実施形態に係るヒートポンプ式給湯機の制御特性図である。なお、本実施形態は、凍結防止運転時に送風ファン１３０を作動させて、圧縮機１０の負荷低減を図るようにしたものである。
【００６９】
図６に示すように、時刻ｔ１にて凍結防止運転を開始させるための所定条件が成立すると、圧縮機１０の運転を開始するとともに、送風ファン１３０の運転を開始する。そして、この送風ファン１３０の運転により蒸発器１３に空気が送られ、蒸発器１３で空気と冷媒との熱交換が行われ、圧縮機１０の吸入側の冷媒温度低下が抑制され、冷媒の乾き度が高くなって圧縮機１０の負荷が低減される。
【００７０】
また、凍結防止運転時の送風ファン１３０の回転数は、沸き上げ運転時の送風ファン１３０の回転数よりも低く設定されている。因みに、凍結防止運転時の蒸発器１３での熱交換と送風ファン１３０の騒音低減を両立させる観点からは、凍結防止運転時の送風ファン１３０の回転数は、沸き上げ運転時の送風ファン１３０の回転数の１／２以下、より望ましくは１／３程度が望ましい。
【００７１】
次に、時刻ｔ３にて凍結防止運転を終了させる条件が成立すると、圧縮機１０および送風ファン１３０の運転を停止して凍結防止運転を終了する。そして、凍結防止運転を開始させる条件が再び成立するまで待機する。
【００７２】
（他の実施形態）
上記第１、第２実施形態では、時刻ｔ１から所定時間Δｔが経過した時点で減圧弁１２の開度を加熱制御時目標開度まで減少させるようにしたが、圧縮機１０の回転数が目標回転数に到達した時点で、減圧弁１２の開度を加熱制御時目標開度まで減少させるようにしてもよい。
【００７３】
また、上記第１、第２実施形態では、減圧弁１２の負荷低減時目標開度を全開に設定したが、負荷低減時目標開度は、加熱制御時目標開度よりも開度が大きく、且つ凍結防止運転開始初期における圧縮機１０の負荷を実用上充分なレベルまで低減可能であれば、全開でなくてもよい
また、上記第１、第２実施形態では、減圧弁１２の負荷低減時目標開度は一定であったが、負荷低減時目標開度は、ヒートポンプユニット内の高圧側圧力を検出し、その圧力が所定圧力以下になるように制御してもよいし、或いは、圧縮機１０の電動モータに流れる電流の値を検出し、その電流値が所定電流値以下になるように制御してもよい。そして、いずれの場合においても、凍結防止運転開始初期における圧縮機１０の負荷を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明の第１実施形態に係るヒートポンプ式給湯機の全体構成図である。
【図２】図１の給湯機の制御特性図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係るヒートポンプ式給湯機の制御特性図である。
【図４】本発明の第３実施形態に係るヒートポンプ式給湯機の制御特性図である。
【図５】本発明の第４実施形態に係るヒートポンプ式給湯機の全体構成図である。
【図６】本発明の第５実施形態に係るヒートポンプ式給湯機の制御特性図である。
【符号の説明】
【００７５】
１０…圧縮機、１１…水冷媒熱交換器、１２…減圧手段をなす減圧弁、２０…貯湯タンク、２１…水配管、２２…循環ポンプ、１６０、１６２、１６３…減圧手段を構成するノズル部、アクチュエータ、およびニードル弁。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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