(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機（１）、高圧側熱交換器（２）、減圧手段（３）、低圧側熱交換器（４）を環状に接続して成るヒートポンプサイクル（Ｒ）と、
供給された水を前記高圧側熱交換器（２）に流通させる沸き上げ回路（Ｗ）と、
前記沸き上げ回路（Ｗ）に流通させる前記水の流量を可変させる水流量可変手段（６）と、
前記沸き上げ回路（Ｗ）の前記高圧側熱交換器（２）より下流側に設けられ、前記水が前記高圧側熱交換器（２）によって加熱された湯の温度を検出する沸上温度検出手段（１１）と、
前記沸上温度検出手段（１１）が検出する湯温が前記高圧側熱交換器（２）による加熱目標値と一致するように前記水流量可変手段（６）を作動制御する制御手段（２０）とを備えるヒートポンプ式給湯装置において、
前記制御手段（２０）は、前記加熱目標値への加熱時に、前記水流量可変手段（６）による水流量が所定の安定調整下限値を下回る場合、前記高圧側熱交換器（２）による加熱能力を上昇方向に可変制御して前記水流量が前記安定調整下限値以上となるように制御し、かつ
前記制御手段（２０）は、前記加熱能力の上昇方向への可変制御として、前記圧縮機（１）での冷媒吐出能力を上昇方向に可変制御すると共に、前記低圧側熱交換器（４）への外気通風手段（４ａ）での通風能力を上昇方向に可変制御し、
前記制御手段（２０）には、流量調整下限値に対応する、前記水流量可変手段（６）への出力下限値（Ｘ）と、該出力下限値（Ｘ）よりも水流量の多い前記安定調整下限値に対応する、前記水流量可変手段（６）への所定の安定出力下限値（Ｙ）が設定されており、
前記制御手段（２０）は、前記加熱目標値への加熱時に、前記水流量可変手段（６）に対する出力値が、前記安定出力下限値（Ｙ）を下回る場合、前記高圧側熱交換器（２）による加熱能力を上昇方向に可変制御して前記水流量が前記安定調整下限値以上となるように制御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】
前記ヒートポンプサイクル（Ｒ）は、冷媒の圧力が臨界圧力以上となる超臨界サイクルであ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】
前記ヒートポンプサイクル（Ｒ）に使用する冷媒は、二酸化炭素（ＣＯ２）冷媒であることを特徴とする請求項２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させ、水を加熱して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、圧縮機、水加熱用の高圧側熱交換器、減圧装置および熱源用の低圧側熱交換器を環状に接続して構成されたヒートポンプサイクルに冷媒を循環させ、高圧側の水冷媒熱交換器内でヒートポンプサイクル中の冷媒と水流通路を流れる水とを熱交換するヒートポンプ式給湯装置が知られている。これにより、水流通路内を流れる水は水冷媒熱交換器内において加熱され、給湯用の湯となる。
【０００３】
このようなヒートポンプ式給湯装置では、ヒートポンプサイクルによる加熱能力を一定とするとともに、水流通路に設けたポンプの能力を変更して水流量を調節し、水冷媒熱交換器で加熱された湯が目標温度（所望温度）となるようにしている。また、下記特許文献１に示されるヒートポンプ式給湯装置は、水流通ポンプの能力が許容値を超える水流量となった場合、沸き上げ温度の異常上昇を抑制するため、圧縮機の回転数の低減や可変式減圧弁の弁開度を大きくすることで、加熱能力を低下させるものである。
【特許文献１】特開２００４−３５４０２８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、逆に給湯装置が長期間使用された場合、冷凍サイクルの経年劣化による加熱能力低下が発生することがある。更に、最短施工配管による水系低圧損の場合、ポンプの設計上の下限流水量を維持してしまい、それ以下の必要流水量に低下させることができず、目標沸き上げ温度まで達しないという問題が発生することがある。
【０００５】
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みて成されたものであり、その目的は、水冷媒熱交換器での沸き上げ温度が目標温度未満となる場合は、一時的に加熱能力を上昇させて沸き上げ温度を上昇させ、目標温度を達成させることのでき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】
【００１５】
本発明は上記目的を達成するために、以下の請求項に記載の技術的手段を採用する。すなわち、請求項１に記載の発明では、圧縮機（１）、高圧側熱交換器（２）、減圧手段（３）、低圧側熱交換器（４）を環状に接続して成るヒートポンプサイクル（Ｒ）と、
供給された水を高圧側熱交換器（２）に流通させる沸き上げ回路（Ｗ）と、
沸き上げ回路（Ｗ）に流通させる水の流量を可変させる水流量可変手段（６）と、
沸き上げ回路（Ｗ）の高圧側熱交換器（２）より下流側に設けられ、水が高圧側熱交換器（２）によって加熱された湯の温度を検出する沸上温度検出手段（１１）と、
沸上温度検出手段（１１）が検出する湯温が高圧側熱交換器（２）による加熱目標値と一致するように水流量可変手段（６）を作動制御する制御手段（２０）とを備えるヒートポンプ式給湯装置において、
制御手段（２０）は、加熱目標値への加熱時に、水流量可変手段（６）による水流量が所定の安定調整下限値を下回る場合、高圧側熱交換器（２）による加熱能力を上昇方向に可変制御して水流量が安定調整下限値以上となるように制御し、かつ
制御手段（２０）は、加熱能力の上昇方向への可変制御として、圧縮機（１）での冷媒吐出能力を上昇方向に可変制御すると共に、低圧側熱交換器（４）への外気通風手段（４ａ）での通風能力を上昇方向に可変制御し、
制御手段（２０）には、流量調整下限値に対応する、水流量可変手段（６）への出力下限値（Ｘ）と、該出力下限値（Ｘ）よりも水流量の多い安定調整下限値に対応する、水流量可変手段（６）への所定の安定出力下限値（Ｙ）が設定されており、
制御手段（２０）は、加熱目標値への加熱時に、水流量可変手段（６）に対する出力値が、安定出力下限値（Ｙ）を下回る場合、高圧側熱交換器（２）による加熱能力を上昇方向に可変制御して水流量が安定調整下限値以上となるように制御することを特徴としている。
この発明によれば、沸き上げ温度が目標温度に到達しない場合で水流量が所定の安定調整下限値を下回る場合は、一時的に加熱能力を上昇させ沸き上げ温度を上昇させて目標温度を達成させることができる。そのうえ、水流量も安定調整下限値以上となるようにするため、水流量が不安定な安定調整下限値以下に低下して沸き上げ温度が不安定になるなどの不具合を防ぐことができる。
またこの場合、加熱能力の上昇方向可変制御として、圧縮機（１）での冷媒吐出能力を上昇方向に可変制御することと、低圧側熱交換器（４）への外気通風手段（４ａ）での通風能力を上昇方向に可変制御することとを複合させて制御している。
このように、圧縮機（１）での冷媒吐出能力を上昇させると共に、外気通風手段（４ａ）の通風能力を上昇させることにより、圧縮機（１）のみ、外気通風手段（４ａ）のみの能力を上昇させる場合に比べて冷凍サイクルのバランスを考慮することが出来る。
また、制御手段（２０）は、流量調整下限値に対応する、水流量可変手段（６）への出力下限値（Ｘ）が設定されているため、万一水流量が極端に少なくなっても沸騰等の弊害を伴う制御を防止することができる。
かつ、通常の制御においては、出力下限値（Ｘ）よりも水流量の多い安定流量調整下限値に対応する、水流量可変手段（６）への安定出力下限値（Ｙ）を活用している。そして、加熱目標値への加熱時に、水流量可変手段（６）に対する出力値が安定出力下限値（Ｙ）を下回る場合、高圧側熱交換器（２）による加熱能力を上昇方向に可変制御して水流量が安定調整下限値以上となるように制御するため、安定な加熱温度の制御がなされ、万一の場合でも、沸騰等に至る出力下限値（Ｘ）を下回る出力での制御が防止できる。
【００１７】
また、請求項２に記載の発明では、ヒートポンプサイクル（Ｒ）は、冷媒の圧力が臨界圧力以上となる超臨界サイクルであることを特徴としている。
この発明によれば、超臨界サイクルからなるヒートポンプサイクル（Ｒ）では高温の湯を得ることが可能であり、高温の湯が容易に得られる給湯装置において、高温から低温まで所望の湯温を得ることができる。
【００１９】
また、請求項３に記載の発明では、ヒートポンプサイクル（Ｒ）に使用する冷媒は、二酸化炭素（ＣＯ２）冷媒であることを特徴としている。
この発明によれば、実施容易な二酸化炭素（ＣＯ２）冷媒を使用することができる。
【００２０】
ちなみに、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一例である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態（請求項１、２、５、８、９に対応）について添付した図１〜３を用いて詳細に説明する。まず図１は、本発明の実施形態に係わ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。本給湯装置は、図１に示すように、給湯用水を加熱するヒートポンプユニット部１０Ａと、加熱された高温の湯を貯めると共に給湯部（シャワー、カラン、風呂など）に出湯するタンクユニット部１０Ｂとを有している。
【００２２】
また、ヒートポンプユニット部１０Ａは、ヒートポンプサイクルＲと、このヒートポンプサイクルＲの作動を制御する制御装置（本発明における制御手段に対応）２０とを有している。ヒートポンプサイクルＲは、圧縮機１、放熱器（本発明における高圧側熱交換器に対応）２、可変式膨張弁（本発明における減圧手段に対応。以下、膨張弁と略す）３、蒸発器（本発明における低圧側熱交換器に対応）４、アキュームレータ５が順次環状に配管接続されて形成されたものであり、内部を流れる冷媒として二酸化炭素（ＣＯ２）冷媒を使用している。
【００２３】
圧縮機１は、内蔵される図示しない電動モータによって駆動され、アキュームレータ５より吸入した気相冷媒を臨界圧力以上に圧縮して吐出する。なお、圧縮機１は、後述する制御装置２０によって稼働およびその冷媒圧縮量（回転数）が制御されるようになっている。放熱器２は、圧縮機１より吐出された高温冷媒（ホットガス）と、後述する貯湯タンク７内から供給される給湯用水との間で熱交換し、放熱作用によって給湯用水を加熱して高温の湯（例えば、目標温度９０℃）とするものである。
【００２４】
この放熱器２は、冷媒が流れる冷媒流路２ａと、給湯用水が流れる給湯用水流路２ｂとを有し、冷媒流路２ａを流れる冷媒の流れ方向と給湯用水流路２ｂを流れる給湯用水の流れ方向とが対向するように構成されている。なお、放熱器２を流れる二酸化炭素（ＣＯ２）冷媒は、圧縮機１で臨界圧力以上に加圧されているので、放熱器２を流通する給湯用水に放熱して温度低下しても凝縮することは無い。
【００２５】
膨張弁３は、放熱器２から流出する冷媒を弁開度（絞り開度）に応じて等エンタルピ的に減圧する減圧装置であり、具体的には弁開度を小さくすることで、より大きな減圧を行う。換言すると、弁開度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３は、後述する制御装置２０によって弁開度が電気的に制御されるようになっている。
【００２６】
蒸発器４は、外気ファン（本発明における外気通風手段に対応）４ａによって送風される外気から吸熱して、膨張弁３で減圧された冷媒を蒸発させる熱交換器である。なお、外気ファン４ａは、後述する制御装置２０によって稼働およびその送風量（回転数）が制御されるようになっている。アキュームレータ５は、蒸発器４より流出する冷媒を気液分離して、気相冷媒のみを圧縮機１に吸入させると共に、サイクル中の余剰冷媒を液冷媒として蓄える気液分離器である。
【００２７】
一方、タンクユニット部１０Ｂは、貯湯タンク７、沸き上げ回路Ｗ、給湯回路Ｋおよび沸き上げ回路Ｗ・給湯回路Ｋの作動を制御する制御装置２０（上記ヒートポンプユニット部１０Ａの制御装置２０と一体）を有している。貯湯タンク７は、耐食性に優れた例えばステンレスなどの金属製の容器であり、外周部には図示しない断熱材が配置され、高温の湯を内部に貯めて長時間にわたって保温することができるようになっている。
【００２８】
貯湯タンク７の外壁面には複数の図示しない水位サーミスタが縦方向にほぼ等間隔に配置され、貯湯タンク７内に満たされた水あるいは高温の湯の各水位レベルでの温度情報を後述する制御装置２０に出力するようになっている。これにより、貯湯タンク７内上方の沸き上げられた高温の湯と、貯湯タンク７内下方の沸き上げられる前の水との境界面を検出できるようになっている。
【００２９】
沸き上げ回路Ｗは、水流量可変手段としての水流通ポンプ６によって貯湯タンク７内の水が下側の冷水出口７ｂから取り出され、上記放熱器２の給湯用水流路２ｂで加熱された後、貯湯タンク７上側の温水入口７ｃに戻す回路となっている。なお、水流通ポンプ６は、後述する制御装置２０によって稼働およびその流通量（回転数）が制御されるようになっている。
【００３０】
また、沸き上げ回路Ｗの放熱器２（給湯用水流路２ｂ）の下流側には、加熱された給湯用水の湯温を検出する沸上温度センサー（本発明における沸上温度検出手段に対応）１１が設けられており、検出された信号は制御装置２０に入力され、要求される加熱能力に対応した圧縮機１の回転数の算出などに使用される。
【００３１】
次に、給湯回路Ｋは、水道からの水が貯湯タンク７下側の冷水入口７ａから貯湯タンク７内に給水されるとともに、貯湯タンク７上側の温水出口７ｄからユーザーが使う給湯部へ湯を給湯する回路である。なお、給湯回路Ｋには、水道からの水と温水出口７ｄから高温水とを混合させて給湯する湯温をユーザーが所望する温度に調節するための温度調節弁８が設けられている。尚、温度調節弁８での調節温度は、制御装置２０によって制御されるようになっている。
【００３２】
制御装置２０は、図示しないリモコンから入力されるユーザーが設定した設定温度（例えば４２℃）信号や、上記温度センサー１１などからの信号に基づき、圧縮機１（実質的には駆動源である電動モータ）、膨張弁３、外気ファン４ａ、水流通ポンプ６および温度調節弁８などを通電制御する。
【００３３】
次に、上記構成における本給湯装置の作動について説明する。本給湯装置においては、電力料金の安価な深夜時間帯（当日の２３時から翌日の７時の間）に、貯湯タンク７内へ高温の湯を沸き上げる圧縮機低回転での低加熱能力運転（例えば、深夜電力時間８時間内に加熱能力５ｋＷ運転）の貯湯運転（深夜電力運転）が行われる。
【００３４】
即ち、制御装置２０によって、貯湯タンク７に配置された図示しない水位サーミスタの温度信号から、貯湯タンク７内の残湯量（高温の湯の残り量）が把握され、貯湯タンク７の全容量から残湯量を差し引いた分の沸き上げ量が算出され、貯湯タンク７内が高温の湯で満たされるように、ヒートポンプサイクルＲおよび沸き上げ回路Ｗが作動される。
【００３５】
具体的には、制御装置２０によって圧縮機１が駆動され、ヒートポンプサイクルＲ内の冷媒が循環される。また、外気ファン４ａが駆動されることで蒸発器４に外気が供給され、外気からの吸熱が行われる。そして、放熱器２での放熱によって、沸上温度センサー１１で得られる湯の温度が目標温度（例えば９０℃）となるように、沸き上げ回路Ｗの水流通ポンプ６の作動回転数が制御される。これによって、貯湯タンク７内の水は下側から流出し、放熱器２で加熱され、貯湯タンク７の上側に戻され、貯湯タンク７内が高温の湯で満たされてゆく。
【００３６】
このとき、放熱器２での湯の沸き上げが最適効率となるように、水側の温度（例えば図示しない水温センサーで得られる給水温度）に応じて、放熱器２の冷媒側の温度が所定温度となるように、即ち、冷媒温度は圧力と相関するため図示しない圧力センサーで得られる高圧側冷媒圧力が所定圧力となるように膨張弁３の弁開度が調節される。
【００３７】
沸き上げ温度については、沸上温度センサー１１にて湯温を検出し、水流通ポンプ６にて給湯用水の循環量を調整して温度コントロールを行うようになっている。そして、貯湯タンク７内が全て温水となって、貯湯タンク７下側の冷水出口７ｂから取り出される給水温度が高くなったことを図示しない水温センサーで検出したら、冷媒および給湯用水の循環を停止させる。
【００３８】
そして、ユーザーが給湯部を使用すると、貯湯タンク７内の高温水と水道からの水とを温度調節弁８で混合し、制御装置２０によってユーザーが設定した温度（例えば４２℃）となるよう温度調節弁８での混合割合が調節されながら給湯される。また、ユーザーの給湯部の使用に伴い、貯湯タンク７内での熱量不足が生じた場合は、深夜時間帯以外であっても沸き上げ回路Ｗで沸き上げ運転が行われる。
【００３９】
次に、本発明における沸き上げ運転時の本給湯装置の作動について説明する。図２は、本発明の第１実施形態における制御装置２０の沸き上げ運転制御の概略制御動作を示すフローチャートであり、図３は、水流通ポンプ６への出力値に対する水流量の特性を示すグラフである。
【００４０】
まず、ステップＳ１１では、沸き上げ運転開始の指令が有るか否かの判定を行う。その判定結果がＮＯで、沸き上げ運転開始の指令がない間はステップＳ１１での判定を続行し、ステップＳ１１での判定結果がＹＥＳで沸き上げ運転開始の指令が入った場合にステップＳ１２へと進む。
【００４１】
ステップＳ１２では、通常の沸き上げ運転を行う。つまりここでは、正規の沸き上げ運転状態であれば、所定の加熱能力となるよう、所定の圧縮機１の回転数、所定の減圧弁３開度に調整し、また、沸き上げ温度についても要求値を達成する水流通ポンプ６の出力値を調整して沸き上げ運転を行う。
【００４２】
そして、次のステップＳ１３で沸き上げの目標温度に到達したか否かの判定を行う。その判定結果がＮＯで、沸き上げの目標温度に到達していない場合はステップＳ１４へ進み、水流通ポンプ６への出力値が水流量の流量調整下限値と対応する出力下限値Ｘ（図３参照）以上であるか否かの判定を行う。
【００４３】
水流通ポンプ６については、図３に示す通り、使用流量域が設計上決められており、それに対応する設定出力域、つまり流量調整下限値に対応する出力下限値Ｘが、水流量が低くなりすぎることによる沸き上げ温度異常上昇による沸騰や、放熱器２の冷媒側高圧値が異常上昇することで、システムが異常停止しないように決められている。
【００４４】
ステップＳ１４での判定結果がＮＯで、水流通ポンプ６への出力値が出力下限値Ｘを下回る場合にはステップＳ１５へ進み、圧縮機１の回転数の１レベル増速して冷媒吐出能力を上昇、つまり加熱能力が上昇する方向に可変するものである。そして、次のステップＳ１６では、沸き上げ運転終了の指令が有るか否かの判定を行う。その判定結果がＮＯで、沸き上げ運転終了の指令がない間はステップＳ１２に戻って通常の沸き上げ運転から繰り返すものである。
【００４５】
なお、ステップＳ１３での判定結果がＹＥＳで、沸き上げの目標温度に到達している場合は、ステップＳ１４での水流通ポンプ６への出力値が出力下限値Ｘ以上であるか否かの判定やステップＳ１５での圧縮機１の回転数の１レベル増速は飛ばしてステップＳ１６へ進むものである。
【００４６】
また、ステップＳ１３での判定結果がＮＯで、沸き上げの目標温度に到達していない場合でステップＳ１４へ進んで水流通ポンプ６への出力値が出力下限値Ｘ以上であるか否かの判定を行うが、その結果がＹＥＳで、水流通ポンプ６への出力値が出力下限値Ｘ以上で流量調節域にある場合は、ステップＳ１５での圧縮機１の回転数の１レベル増速は飛ばしてステップＳ１６へ進むものである。
【００４７】
このように、上述したステップを繰り返している中でステップＳ１６での判定結果がＹＥＳとなり、沸き上げ運転終了の指令が入った場合にはプログラムを終了し、出湯および沸き上げの待機状態となるものである。
【００４８】
これは、正規状態ではない、冷凍サイクルの経年劣化や、蒸発器４のゴミつまりなどによる風流れ不良、低外気温、低湿度時の蒸発器４からの吸熱量低下などにより加熱能力が所定値未満となる場合、通常は沸き上げ温度が低下してしまうことで、水流通ポンプ６の出力を低下させ、水流量を低くし、沸き上げ温度を再度上昇させる動作を行う。
【００４９】
しかし、図３の流量調整下限値となった場合、それ以上水流量は低下できないことから、所定の沸き上げ温度に対し、未達のまま維持してしまい、貯湯タンク７側の必要熱量が確保できず、湯切れの問題が発生してしまう。そこで、図２のフローチャートに示すとおり、所定の沸き上げ温度に到達しないうえ、水流通ポンプ６の出力が流量調整下限値に対応する出力下限値Ｘを下回る値となる場合、加熱能力を上昇させるべく圧縮機１の回転数を増速させる。
【００５０】
これにより、沸き上げ温度が目標値に到達するとともに、水流通ポンプ６の出力が出力下限値Ｘ以上となった場合、圧縮機１の増速を終了し、その時点での圧縮機１の回転数を維持して沸き上げ運転を行うものである。よって、加熱能力の低下による沸き上げ温度未達の状態を検知し、圧縮機１の回転数増速により加熱能力を上昇させることで、所定の沸き上げ温度とし、沸き上げ熱量不足を防止することが可能となる。
【００５１】
次に、本実施形態での特徴と、その効果について述べる。まず、制御装置２０は、加熱目標値への加熱時に、水流通ポンプ６による水流量が所定の流量調整下限値を下回る場合、放熱器２による加熱能力を上昇方向に可変制御して水流量が流量調整下限値以上となるように制御している。
【００５２】
これは、沸き上げ温度が目標温度に到達しない場合、従来の沸き上げ運転では加熱能力を一定として、水流通ポンプ６による水流量を調節し、放熱器２で加熱された湯が目標温度となるようにしているが、その調節すべき水流量が所定の流量調整下限値を下回ってしまう場合は加熱能力を上昇させ、水流量が流量調整下限値以上の状態で目標温度の沸き上げ温度が得られるようにするものである。
【００５３】
これによれば、沸き上げ温度が目標温度に到達しない場合で水流量が所定の流量調整下限値を下回る場合は、一時的に加熱能力を上昇させて沸き上げ温度を上昇させて目標温度を達成させることができる。そのうえ、水流量も流量調整下限値以上となるようにするため、水流量が不安定な流量調整下限値以下に低下して沸き上げ温度が異常高温となり、放熱器２を含む水配管内部に局部沸騰が発生するなどの不具合を防ぐことができる。
【００５４】
また、制御装置２０は、流量調整下限値として、水流通ポンプ６への出力下限値Ｘを設定している。これによれば、より具体的には制御装置２０にて、算出した水流通ポンプ６へ出力する出力値が設定した出力下限値Ｘを下回るような値となる場合に、加熱能力を上昇方向に可変する制御に切り換えるようにしたものである。
【００５５】
また、制御装置２０は、加熱能力の上昇方向への可変制御として、圧縮機１での冷媒吐出能力を上昇方向に可変制御するようにしている。これによれば、より具体的に加熱能力は圧縮機１の冷媒吐出能力で制御することにより、制御手段が容易となる。
【００５６】
また、ヒートポンプサイクルＲは、冷媒の圧力が臨界圧力以上となる超臨界サイクルである。これによれば、超臨界サイクルからなるヒートポンプサイクルＲでは高温の湯を得ることが可能であり、高温の湯が容易に得られる給湯装置において、本発明によって高温から低温まで所望の湯温を得ることができる効果は大きい。またヒートポンプサイクルＲに使用する冷媒は、二酸化炭素（ＣＯ２）冷媒である。これによれば、具体的に使用する冷媒として、二酸化炭素（ＣＯ２）冷媒が実施容易である。
【００５７】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態（請求項３、４に対応）について添付した図４〜６を用いて詳細に説明する。図４は、本発明の第２実施形態における制御装置２０の沸き上げ運転制御の概略制御動作を示すフローチャートである。図２で示した第１実施形態のフローチャートと図４に示す本実施形態でのフローチャートとは、ステップＳ１４の「水流通出力Ｘ以上？」の部分を、ステップＳ１４１として「水流通出力Ｙ以上？」に変えたことのみが異なる。
【００５８】
図５は、本実施形態の水流量Ｑに対する圧損Ｐの特性を示すグラフであり、図６は、本発明の第２実施形態に係わる水流通ポンプ６への出力値に対する水流量の特性を示すグラフである。上述した第１実施形態と異なる特徴部分を説明する。本実施形態では、制御装置２０は、加熱目標値への加熱時に、水流通ポンプ６による水流量が所定の安定調整下限値を下回る場合、放熱器２による加熱能力を上昇方向に可変制御して水流量が安定調整下限値以上となるように制御するようにしている。
【００５９】
これは、第１実施形態における正規運転状態においても、冬季などで所定の加熱能力に対して給水温度が低く、沸き上げ温度が高い場合など、必要水流量が低くなることから水流通ポンプ６への出力は低めにコントロールされる。ここで、水流通ポンプ６の制御性について図４のＰ−Ｑ特性（水流量に対する水系圧損）でみてみると、低流量域は中・大流量域に対して出力分解能（最低出力変化に対する水流量変化）が大きく、沸き上げ温度の制御性が粗くなることから、沸き上げ温度のハンチングなどで冷凍サイクルが不安定となってシステムの信頼性が低下する。
【００６０】
そこで、図５のグラフに示すように、低流量域の不安定域に入る直前の安定調整下限値を設定し、第１実施形態と同様に、水流量が低下しても安定調整下限値以上となるように加熱能力を上昇させて調整するものである。これによれば、沸き上げ温度の制御性を向上させて、システムの信頼性を向上させることができる。
【００６１】
また、制御装置２０は、安定調整下限値として、水流通ポンプ６への所定出力値Ｙを設定している。これによれば、より具体的には制御装置２０にて、算出した水流通ポンプ６へ出力する出力値が設定した所定出力値Ｙを下回るような値となる場合に、加熱能力を上昇方向に可変する制御に切り換えるようにしたものである。
【００６２】
（第３実施形態）
図７は、本発明の第３実施形態（請求項６に対応）における制御装置２０の沸き上げ運転制御の概略制御動作を示すフローチャートである。図２で示した第１実施形態のフローチャートと図７に示す本実施形態でのフローチャートとは、ステップＳ１５の「圧縮機を１レベル増速」の部分を、ステップＳ１５１として「膨張弁を１レベル絞り」に変えたことのみが異なる。
【００６３】
上述した各実施形態と異なる特徴部分を説明する。本実施形態で制御装置２０は、加熱能力の上昇方向への可変制御として、膨張弁３での絞り開度を絞り方向に可変制御するようにしている。これによれば、より具体的に加熱能力は膨張弁３の絞り開度で制御することにより、制御手段が容易となる。
【００６４】
（第４実施形態）
図８は、本発明の第４実施形態（請求項７に対応）における制御装置２０の沸き上げ運転制御の概略制御動作を示すフローチャートである。図２で示した第１実施形態のフローチャートと図８に示す本実施形態でのフローチャートとは、ステップＳ１５の「圧縮機を１レベル増速」の部分を、ステップＳ１５２として「外気ファンを１レベル増速」に変えたことのみが異なる。
【００６５】
上述した各実施形態と異なる特徴部分を説明する。本実施形態で制御装置２０は、加熱能力の上昇方向への可変制御として、蒸発器４への外気ファン４ａでの通風能力を上昇方向に可変制御するようにしている。これによれば、より具体的に加熱能力は外気ファン４ａの通風能力で制御することにより、制御手段が容易となる。
【００６６】
（その他の実施形態）
上述の実施形態では、加熱能力は圧縮機１の冷媒吐出能力、もしくは膨張弁３の絞り開度、もしくは蒸発器４での吸熱能力で制御するようにしているが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、上述の各方法を複合させて加熱能力を可変制御する制御装置２０であっても良い。
【００６７】
また、上述の実施形態では、貯湯タンク７内の水を沸き上げ回路Ｗで沸き上げ、その湯を一旦貯湯タンク７に貯湯し、貯湯タンク７から給湯側へ出湯する構成となっているが、外部から供給される水を貯湯タンク７内に導入される前に沸き上げ回路Ｗで加熱し、その後貯湯タンク７内に貯えるものであっても良いし、沸き上げ回路Ｗから貯湯タンク７をバイパスして直接給湯側へ出湯するものであっても良いし、貯湯タンク７を備えず、外部から供給される水を沸き上げ回路Ｗで加熱して湯とし、その湯を貯えることなく直接給湯する給湯装置であっても良い。
【００６８】
また、上述した実施形態では、ヒートポンプサイクルＲは、可変式膨張弁３によって等エンタルピ的に冷媒を減圧し、膨張弁３を流出した冷媒がほぼ全て蒸発器４に流入する一般的な冷凍サイクルを構成するものであったが、減圧手段として可変式エジェクタを用いたいわゆるエジェクタ式サイクルであっても良い。
【００６９】
つまり、ヒートポンプサイクル中に、放熱器２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を変更可能なノズル部と、ノズル部から噴射する高速の冷媒流により蒸発器４にて蒸発した気相冷媒を吸引し、ノズル部から噴射する冷媒と蒸発器４から吸引した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とを有するエジェクタを備え、エジェクタを流出した冷媒のうち液槽冷媒を蒸発器４に供給し、気相冷媒を圧縮機１に供給するエジェクタ式サイクルにおいて、エジェクタのノズル部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。
【００７０】
また、上述の実施形態では、ヒートポンプサイクルＲは、圧縮機１で冷媒を臨界圧力以上に加圧するいわゆる超臨界冷凍サイクルを構成していたが、超臨界冷凍サイクルに限定するものではない。また、冷媒は二酸化炭素冷媒であったが、これに限定するものではない。つまり、フロンなど他の冷媒を用いた蒸気圧縮式冷凍サイクルであっても良い。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の実施形態に係わ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】本発明の第１実施形態における制御装置２０の沸き上げ運転制御の概略制御動作を示すフローチャートである。
【図３】水流通ポンプ６への出力値に対する水流量の特性を示すグラフである。
【図４】本発明の第２実施形態における制御装置２０の沸き上げ運転制御の概略制御動作を示すフローチャートである。
【図５】本実施形態の水流量Ｑに対する圧損Ｐの特性を示すグラフである。
【図６】本発明の第２実施形態に係わる水流通ポンプ６への出力値に対する水流量の特性を示すグラフである。
【図７】本発明の第３実施形態における制御装置２０の沸き上げ運転制御の概略制御動作を示すフローチャートである。
【図８】本発明の第４実施形態における制御装置２０の沸き上げ運転制御の概略制御動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００７２】
１…圧縮機
２…放熱器（高圧側熱交換器）
３…可変式膨張弁（減圧手段）
４…蒸発器（低圧側熱交換器）
４ａ…外気ファン（外気通風手段）
６…水流通ポンプ（水流量可変手段）
１１…沸上温度センサー（沸上温度検出手段）
２０…制御装置（制御手段）
Ｒ…ヒートポンプサイクル
Ｗ…沸き上げ回路
Ｘ…出力下限値
Ｙ…出力所定値
【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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【図７】
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【図８】
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