(57)【要約】【課題】ヒートポンプサイクルＲの運転中に沸き上げ温度の設定値が変更された時にも、サイクルの性能および安定性を確保する。【解決手段】瞬間給湯運転から貯湯運転への運転切り替えを行う際、所定の設定値に応じた加熱能力に変更した後、所定の設定値に応じた沸き上げ温度を達成させるようにしている。  これによれば、ヒートポンプユニット部１０Ａの運転中に瞬間給湯運転から貯湯運転へ運転モードが切り替って沸き上げ温度の設定値が変更された場合、先ず貯湯運転での設定値に応じた加熱能力に変更し、その加熱能力で貯湯するための高い沸き上げ温度を確保する制御となるため、湯温のハンチングやサイクルのハンチングが発生するのを防ぐことができる。このように、沸き上げ温度の設定値が変更された場合、加熱能力の変更をした後に湯温の変更を順に行うことで、サイクルの性能と安定性とを確保することができる。【選択図】図２
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【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、３０）、低圧側熱交換器（４）によって形成されるヒートポンプサイクル（Ｒ）を有し、前記低圧側熱交換器（４）にて外気から吸熱し前記高圧側熱交換器（２）からの放熱によって給湯用水を加熱して湯とするヒートポンプユニット部（１０Ａ）と、
前記ヒートポンプユニット部（１０Ａ）で加熱された湯をタンク（７）内に貯めると共に、給湯用として直接的あるいは間接的にユーザーの使用する給湯側へ出湯するタンクユニット部（１０Ｂ）とを有し、
前記ヒートポンプユニット部（１０Ａ）によって沸き上げた湯を前記タンク（７）内に貯める貯湯運転と、
前記ヒートポンプユニット部（１０Ａ）によって沸き上げた湯を直接給湯側へ出湯する瞬間給湯運転とを行うヒートポンプ式給湯装置において、
前記瞬間給湯運転から前記貯湯運転への運転切り替えを行う際、所定の設定値に応じた加熱能力に変更した後、所定の設定値に応じた沸き上げ温度を達成させることを特徴としたヒートポンプ式給湯装置。
【請求項２】
圧縮機（１）、高圧側熱交換器（２）、減圧手段（３、３０）、低圧側熱交換器（４）によって形成されるヒートポンプサイクル（Ｒ）を有し、前記低圧側熱交換器（４）にて外気から吸熱し前記高圧側熱交換器（２）からの放熱によって給湯用水を加熱して湯とするヒートポンプユニット部（１０Ａ）と、
前記ヒートポンプユニット部（１０Ａ）で加熱された湯をタンク（７）内に貯めると共に、給湯用として直接的あるいは間接的にユーザーの使用する給湯側へ出湯するタンクユニット部（１０Ｂ）とを有し、
前記ヒートポンプユニット部（１０Ａ）によって沸き上げた湯を前記タンク（７）内に貯める貯湯運転と、
前記ヒートポンプユニット部（１０Ａ）によって沸き上げた湯を直接給湯側へ出湯する瞬間給湯運転とを行うヒートポンプ式給湯装置において、
前記貯湯運転を開始する際、所定の設定値に応じた加熱能力を達成させた後、所定の設定値に応じた沸き上げ温度を達成させることを特徴としたヒートポンプ式給湯装置。
【請求項３】
前記加熱能力の変更は、前記圧縮機（１）での冷媒吐出量を可変することによって行うことを特徴とした請求項１または請求項２に記載のヒートポンプ式給湯装置。
【請求項４】
前記加熱能力の変更は、前記減圧手段（３、３０）での冷媒流量を可変することによって行うことを特徴とした請求項１または請求項２に記載のヒートポンプ式給湯装置。
【請求項５】
前記沸き上げ温度の変更は、前記高圧側熱交換器（２）へ給湯用水を流通させる水循環量可変手段（６）での流量を可変することによって行うことを特徴とした請求項１ないし請求項４のうちいずれか１項に記載のヒートポンプ式給湯装置。
【請求項６】
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ないし請求項５のうちいずれか１項に記載のヒートポンプ式給湯装置。
【請求項７】
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６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、給湯用水を加熱するヒートポンプユニット部を有し、そのヒートポンプユニット部で沸き上げた湯を、タンクに貯める貯湯運転と、直接給湯側へ出湯する瞬間給湯運転とを行う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】
従来技術として、下記特許文献１に示されるヒートポンプ給湯装置がある。このヒートポンプ給湯装置においては、水道からの水をヒートポンプユニットへ流入させ、直接水道水の加熱を行い、給湯端末へ加熱水を供給するものである。また、小型のタンクを有し、加熱水を貯湯しておき、ヒートポンプユニットの起動立ち上がり時の出湯時には貯湯温水を利用し、サイクル安定時にヒートポンプからの直接出湯に切り替えるシステムとなっている。
【特許文献１】特開２００３−２４０３３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記特許文献１に記載の給湯装置においては、直接出湯の要求が終了してタンクに貯湯する貯湯運転を開始して設定沸き上げ温度を変化させる場合など、湯温のハンチングやサイクルのハンチングが発生してしまうおそれがあり、システムの信頼性が低いという問題点がある。
【０００４】
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、高温水を低能力で貯湯する貯湯運転と、低温水を大能力で給湯する給湯運転とが可能であるヒートポンプ式給湯装置において、ヒートポンプサイクルの運転中に沸き上げ温度の設定値が変更された時にも、サイクルの性能および安定性を確保す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】
【０００５】
本発明は上記目的を達成するために、請求項１ないし請求項７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、３０）、低圧側熱交換器（４）によって形成されるヒートポンプサイクル（Ｒ）を有し、低圧側熱交換器（４）にて外気から吸熱し高圧側熱交換器（２）からの放熱によって給湯用水を加熱して湯とするヒートポンプユニット部（１０Ａ）と、
ヒートポンプユニット部（１０Ａ）で加熱された湯をタンク（７）内に貯めると共に、給湯用として直接的あるいは間接的にユーザーの使用する給湯側へ出湯するタンクユニット部（１０Ｂ）とを有し、
ヒートポンプユニット部（１０Ａ）によって沸き上げた湯をタンク（７）内に貯める貯湯運転と、
ヒートポンプユニット部（１０Ａ）によって沸き上げた湯を直接給湯側へ出湯する瞬間給湯運転とを行うヒートポンプ式給湯装置において、
瞬間給湯運転から貯湯運転への運転切り替えを行う際、所定の設定値に応じた加熱能力に変更した後、所定の設定値に応じた沸き上げ温度を達成させることを特徴としている。
【０００６】
この請求項１に記載の発明によれば、ヒートポンプユニット部（１０Ａ）の運転中に瞬間給湯運転から貯湯運転へ運転モードが切り替って沸き上げ温度の設定値が変更された場合、先ず貯湯運転での設定値に応じた加熱能力に変更し、その加熱能力で貯湯するための高い沸き上げ温度を確保する制御となるため、湯温のハンチングやサイクルのハンチングが発生するのを防ぐことができる。このように、沸き上げ温度の設定値が変更された場合、加熱能力の変更をした後に湯温の変更を順に行うことで、サイクルの性能と安定性とを確保するヒートポンプ式給湯装置とすることができる。
【０００７】
また、請求項２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、３０）、低圧側熱交換器（４）によって形成されるヒートポンプサイクル（Ｒ）を有し、低圧側熱交換器（４）にて外気から吸熱し高圧側熱交換器（２）からの放熱によって給湯用水を加熱して湯とするヒートポンプユニット部（１０Ａ）と、
ヒートポンプユニット部（１０Ａ）で加熱された湯をタンク（７）内に貯めると共に、給湯用として直接的あるいは間接的にユーザーの使用する給湯側へ出湯するタンクユニット部（１０Ｂ）とを有し、
ヒートポンプユニット部（１０Ａ）によって沸き上げた湯をタンク（７）内に貯める貯湯運転と、
ヒートポンプユニット部（１０Ａ）によって沸き上げた湯を直接給湯側へ出湯する瞬間給湯運転とを行うヒートポンプ式給湯装置において、
貯湯運転を開始する際、所定の設定値に応じた加熱能力を達成させた後、所定の設定値に応じた沸き上げ温度を達成させることを特徴としている。
【０００８】
この請求項２に記載の発明によれば、ヒートポンプユニット部（１０Ａ）の停止状態から貯湯運転指令が入った場合、貯湯運転時に設定された沸き上げ能力が即座に得られ、タンク（７）への必要熱量に対する貯湯時間を短縮することができる。つまり、貯湯運転は瞬間給湯運転と異なり、決められた時間でタンク（７）への必要熱量を確保するためには貯湯熱量の確保が最優先となるため、このように起動からの加熱能力の立ち上がり時間を短縮して熱量確保を行うことで、貯湯時間の短縮が可能となる。なお、起動時の沸き上げ温度の低下分については、貯湯タンク内で平均化されるため、特に問題とはならない。
【０００９】
また、請求項３に記載の発明では、請求項１または請求項２に記載のヒートポンプ式給湯装置において、加熱能力の変更は、圧縮機（１）での冷媒吐出量を可変することによって行うことを特徴としている。
【００１０】
また、請求項４に記載の発明では、請求項１または請求項２に記載のヒートポンプ式給湯装置において、加熱能力の変更は、減圧手段（３、３０）での冷媒流量を可変することによって行うことを特徴としている。
【００１１】
また、請求項５に記載の発明では、請求項１ないし請求項４のうちいずれか１項に記載のヒートポンプ式給湯装置において、沸き上げ温度の変更は、高圧側熱交換器（２）へ給湯用水を流通させる水循環量可変手段（６）での流量を可変することによって行うことを特徴としている。
【００１２】
これら請求項３〜５に記載の発明によれば、加熱能力は圧縮機（１）の回転数のコントロール、もしくは減圧手段（３、３０）の絞り開度のコントロール、沸き上げ温度は水循環量可変手段（６）の出力のコントロールでそれぞれ個別に制御することにより、制御手段が容易となる。
【００１３】
また、請求項６に記載の発明では、請求項１ないし請求項５のうちいずれか１項に記載のヒートポンプ式給湯装置において、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。この請求項６に記載の発明によれば、超臨界サイクルは、貯湯時に利用される高温沸き上げ温度（例えば９０℃）と、瞬間給湯時に利用される低温沸き上げ温度（例えば４５℃）と、幅広い利用温度帯に対応することが可能となる。
【００１４】
また、請求項７に記載の発明では、請求項６に記載のヒートポンプ式給湯装置において、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。この請求項７に記載の発明によれば、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。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】
【００１５】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態（請求項１、３、５〜７に対応）について添付した図１〜４を用いて詳細に説明する。まず図１は、本発明の第１実施形態におけるヒートポンプ式給湯装置の全体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。
【００１６】
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部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、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。
【００１７】
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、後述する制御部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（本発明におけるタンクに対応）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。
【００１８】
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。
【００１９】
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、後述する制御部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。
【００２０】
蒸発器４は、外気ファン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、後述する制御部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レシーバである。
【００２１】
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部２０（上記ヒートポンプユニット部１０Ａの制御部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（容量２３０Ｌ以下であり、ここでは容量２００Ｌの設定）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。
【００２２】
貯湯タンク７の外壁面には複数の（本例では５つの）水位サーミスタ１８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部２０に出力するようになっている。例えば、容量２００Ｌの貯湯タンク７においては、容量５０Ｌ刻みの水位レベルの温度情報を出力し、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５０Ｌ刻みで検出できるようになっている。
【００２３】
まず、沸き上げ回路Ｗは、水循環量可変手段としてのウォーターポンプ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、ウォーターポンプ６は、後述する制御部２０によって稼働およびその循環量（回転数）が制御されるようになっている。
【００２４】
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。
【００２５】
また、給湯回路Ｋには、沸き上げ回路Ｗで加熱された湯を直接給湯部へ供給するためのバイパス流路Ｂが設けられている。図１中の９Ａは、沸き上げ回路Ｗで加熱された湯を貯湯タンク７に貯湯するか、バイパス流路Ｂに流すかを切り換える第１水路切り替え弁である。また９Ｂは、温度調節弁８に供給する湯を、温水出口７ｄからの高温水にするか、バイパス流路Ｂからの湯にするかを切り換える第２水路切り替え弁である。尚、温度調節弁８での調節温度、および第１・第２水路切り替え弁９Ａ・９Ｂによる流路切換方向は、後述する制御部２０によって制御されるようになっている。
【００２６】
次に、上記したヒートポンプ式給湯装置の各部に配置されたセンサー類ついて説明する。１１は、放熱器２から流出する冷媒温度を検出する出口冷媒温度センサーであり、１２は、放熱器２の入口側、もしくは出口側に設定され、高圧側の冷媒圧力を検出する圧力センサーである。
【００２７】
１３は蒸発器４入口の冷媒温度センサーであり、１４は蒸発器４出口の冷媒温度センサーである。また１５は、雰囲気空気温度を検出する外気温度センサーである。また、１６は放熱器２に流入する入口水温を検出する水温センサーであり、１７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である。これらのセンサー群で検出された信号は全て後述する制御部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。
【００２８】
制御手段としての制御部２０は、ユーザーが設定して図示しないリモコンから入力される設定温度（例えば４２℃）信号や上記各センサー１１〜１８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、ウォーターポンプ６、温度調節弁８および第１・第２水路切り替え弁９Ａ・９Ｂなどを通電制御する。
【００２９】
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。
【００３０】
即ち、制御部２０によって、貯湯タンク７に配置された水位サーミスタ１８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。
【００３１】
具体的には、制御部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、沸き上げ温度センサー１７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のウォーターポンプ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。
【００３２】
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（例えば水温センサー１６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圧力センサー１２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。
【００３３】
また、第１水路切り替え弁９Ａは、沸き上げ回路Ｗで加熱された湯を貯湯タンク７に貯湯するよう、放熱器２の給湯用水流路２ｂの下流側が貯湯タンク７の温水入口７ｃ側に連通するよう切り換えている。また、第２水路切り替え弁９Ｂは、温水出口７ｄからの高温水を温度調節弁８へ供給するように切り換えられており、バイパス流路Ｂは使われない。
【００３４】
沸き上げ温度については、沸き上げ温度センサー１７にて湯温を検出し、ウォーターポンプ６にて給湯用水の循環流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水温センサー１６で検出したら、冷媒および給湯用水の循環を停止させる。
【００３５】
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、制御部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。しかしながら、ユーザーの給湯部の使用に伴い、水位サーミスタ１８によって得られる貯湯タンク７内での高温の湯の量（水位）が例えば１５０Ｌといった所定量（所定水位）以下となった場合などで熱量不足が生じた場合、沸き上げ回路Ｗで沸き上げた湯を直接給湯回路Ｋに供給して給湯する瞬間給湯運転が行われる。
【００３６】
瞬間給湯運転時、第１水路切り替え弁９Ａは、沸き上げ回路Ｗで加熱された湯を給湯回路Ｋに供給できるよう、放熱器２の給湯用水流路２ｂの下流側をバイパス流路Ｂ側に連通するよう切り換えられる。また、第２水路切り替え弁９Ｂも、バイパス流路Ｂからの湯を温度調節弁８へ供給するように切り換えられ、貯湯タンク７をバイパスさせる。
【００３７】
沸き上げ回路Ｗでは、ユーザーが要求する湯温と同じ低温沸き上げ温度（例えば沸き上げ温度４０℃）の圧縮機高回転での高加熱能力運転（例えば、給湯端末出湯流量を満足する加熱能力１０ｋＷ運転）を行わせ、大能力・大流量出湯とする。そして、沸上温度センサー１７にて放熱器２で加熱された湯温を検知し、ウォーターポンプ６の流量コントロールを行い、上記沸き上げ温度に制御するものである。
【００３８】
上述したように、運転モードとしては、高温沸き上げ低能力運転と低温沸き上げ大能力運転とがある。しかしながら、従来はこの２つの運転モードが連続的に変更される場合、沸き上げ温度と加熱能力との設定値変更により、ウォーターポンプ６と圧縮機１とが同時に変更されるため、サイクル状態が不安定となり、ハンチング現象やオーバーシュートによる機器異常停止が生じるおそれがあった。
【００３９】
例えば、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し、エアー噛みによる水流量の極端な低下（≒０Ｌ／ｍｉｎ）となった場合、高圧圧力が急上昇し、機器の設計圧力（例えば１４MＰａ）を超過すると、圧縮機１などサイクル部品の耐久性の低下、もしくは機器の故障が発生してしまう。また、圧力センサー１２により事前に異常高圧を検知することで機器を停止させる保護制御があるが、運転を停止してしまうこととなり、湯切れによって湯が得られないという市場クレームが発生するおそれがある。
【００４０】
そこで次に、本発明における瞬間給湯運転から貯湯運転への変更時の本給湯装置の作動について説明する。図２は、図１のヒートポンプ式給湯装置における運転切り替え時の制御の流れを示すフローチャートであり、図３は、図２の運転切り替え制御における本給湯装置の作動状態を示すタイムチャートである。
【００４１】
まず、ステップＳ１では瞬間給湯運転を行っており、ステップＳ２で貯湯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、貯湯運転開始の指令がない間はステップＳ１での貯湯運転を続行し、ステップＳ２での判定結果がＹＥＳで貯湯運転開始の指令が入った場合にステップＳ３へと進む。
【００４２】
ステップＳ３では、予め設定された貯湯運転時の加熱能力（図３の例では５ｋｗ）となるよう、圧縮機１の回転数を変更（より具体的には減速であり、図３の例では３０００ｒｐｍ）させる（図３中の圧縮機制御）。そしてステップＳ４で貯湯用加熱能力に到達したか否かの判定を行う。
【００４３】
その判定結果がＮＯで、貯湯用加熱能力に到達していない間は到達するまでステップＳ３での圧縮機１の回転数の変更を続行し、ステップＳ４での判定結果がＹＥＳで貯湯用加熱能力に到達した場合にステップＳ５へと進む。ステップＳ５では、設定値に応じた沸き上げ温度（図３の例では９０℃）となるようウォーターポンプ６の回転数を変更（より具体的には減速であり、図３の例では１Ｌ／ｍｉｎ相当）させることで水循環量を変更する（図３中の水循環量制御）。
【００４４】
そしてステップＳ６で貯湯用沸き上げ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、貯湯用沸き上げ温度に到達していない間は到達するまでステップＳ５でのウォーターポンプ６の回転数の変更を続行し、ステップＳ６での判定結果がＹＥＳで貯湯用沸き上げ温度に到達した場合にステップＳ７へと進む。
【００４５】
ステップＳ７では、貯湯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、貯湯運転終了の指令がない間はステップＳ６までの貯湯運転状態を続行し、ステップＳ７での判定結果がＹＥＳで貯湯運転終了の指令が入った場合に終了し出湯待機状態となる。
【００４６】
このような運転切り替え制御における本給湯装置の作動状態を、図３のタイムチャートで説明する。図３の例では、通常制御として、ユーザーが設定した給湯温度４５℃と同じ沸き上げ温度４５℃を達成するためウォーターポンプ６での水流量を５Ｌ／ｍｉｎとし、圧縮機回転数６０００ｒｐｍで加熱能力を１０ｋｗとして瞬間給湯運転を行っている。
【００４７】
その状態から瞬間給湯運転が終了して貯湯運転に切り換えた場合、まず圧縮機１を減速させて冷媒吐出量を落とし、加熱能力を貯湯用の所定値５ｋｗまで落としている。その後、ウォーターポンプ６の回転数を増速させ、沸き上げ温度を貯湯用の所定値９０℃まで上げて貯湯運転を行っている。これにより、瞬間給湯運転が終了して貯湯運転へ運転モードが切り替ったような場合にも、ヒートポンプサイクルＲの変動を抑制してハンチングやオーバーシュートなく安定的にモード切替が行われるため、システムの信頼性を向上できる。
【００４８】
次に、本実施形態での特徴と、その効果についてまとめる。まず、圧縮機１、放熱器２、膨張弁３、蒸発器４によって形成されるヒートポンプサイクルＲを有し、蒸発器４にて外気から吸熱し放熱器２からの放熱によって給湯用水を加熱して湯とするヒートポンプユニット部１０Ａと、ヒートポンプユニット部１０Ａで加熱された湯を貯湯タンク７内に貯めると共に、給湯用として直接的あるいは間接的にユーザーの使用する給湯側へ出湯するタンクユニット部１０Ｂとを有し、ヒートポンプユニット部１０Ａによって沸き上げた湯を貯湯タンク７内に貯める貯湯運転と、ヒートポンプユニット部１０Ａによって沸き上げた湯を直接給湯側へ出湯する瞬間給湯運転とを行うヒートポンプ式給湯装置において、
瞬間給湯運転から貯湯運転への運転切り替えを行う際、所定の設定値に応じた加熱能力に変更した後、所定の設定値に応じた沸き上げ温度を達成させることを特徴としている。
【００４９】
これによれば、ヒートポンプユニット部１０Ａの運転中に瞬間給湯運転から貯湯運転へ運転モードが切り替って沸き上げ温度の設定値が変更された場合、先ず貯湯運転での設定値に応じた加熱能力に変更し、その加熱能力で貯湯するための高い沸き上げ温度を確保する制御となるため、湯温のハンチングやサイクルのハンチングが発生するのを防ぐことができる。このように、沸き上げ温度の設定値が変更された場合、加熱能力の変更をした後に湯温の変更を順に行うことで、サイクルの性能と安定性とを確保するヒートポンプ式給湯装置とすることができる。
【００５０】
また、加熱能力の変更は、圧縮機１での冷媒吐出量を可変することによって行うようにしている。また、沸き上げ温度の変更は、放熱器２へ給湯用水を流通させるウォーターポンプ６での流量を可変することによって行うようにしている。これらによれば、加熱能力は圧縮機１の回転数のコントロール、沸き上げ温度はウォーターポンプ６の回転数のコントロールでそれぞれ個別に制御することにより、制御手段が容易となる。
【００５１】
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としている。これによれば、超臨界サイクルは、貯湯時に利用される高温沸き上げ温度（例えば９０℃）と、瞬間給湯時に利用される低温沸き上げ温度（例えば４５℃）と、幅広い利用温度帯に対応することが可能となる。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）冷媒としている。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。
【００５２】
（第２実施形態）
上述した本発明の制御は、運転モードの連続的な切り替え時のみならず、停止状態からの起動運転に用いても、制御変動が少なく有効であるため、次に起動運転の例である本発明の第２実施形態（請求項２に対応）について添付した図４を用いて説明する。図４は、図１のヒートポンプ式給湯装置における貯湯運転開始時の制御の流れを示すフローチャートである。
【００５３】
まず、ステップＳ１１では貯湯運転開始の指令が有るか否かの判定を行っている。その判定結果がＮＯで、貯湯運転開始の指令がない間は通常の出湯待機状態を続行し、ステップＳ１１での判定結果がＹＥＳで貯湯運転開始の指令が入った場合にステップＳ１２へと進む。
【００５４】
ステップＳ１２では、予め設定された貯湯用加熱能力（例えば５ｋｗ）となるよう、圧縮量および水循環量を所定の出力とする。より具体的には、圧縮機１を所定の回転数で駆動させ、ウォーターポンプ６も予め設定された貯湯用沸き上げ温度（例えば９０℃）となるように所定の回転数で駆動させる。そしてまず、ステップＳ１３で貯湯用加熱能力に到達したか否かの判定を行う。
【００５５】
その判定結果がＮＯで、貯湯用加熱能力に到達していない間は到達するまでステップＳ１４で圧縮機１の回転数の変更を行い、ステップＳ１３での判定結果がＹＥＳで貯湯用加熱能力に到達した場合にステップＳ１５へと進む。ステップＳ１５では、貯湯用沸き上げ温度に到達したか否かの判定を行う。
【００５６】
その判定結果がＮＯで、貯湯用沸き上げ温度に到達していない間は到達するまでステップＳ１６でウォーターポンプ６の回転数の変更を行うことで水循環量を変更し、ステップＳ１５での判定結果がＹＥＳで貯湯用沸き上げ温度に到達した場合にステップＳ１７へと進む。ステップＳ１７では、貯湯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、貯湯運転終了の指令がない間はステップＳ１６までの貯湯運転状態を続行し、ステップＳ１７での判定結果がＹＥＳで貯湯運転終了の指令が入った場合に終了し、通常の出湯待機状態となる。
【００５７】
次に、前述した第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、圧縮機１、放熱器２、膨張弁３、蒸発器４によって形成されるヒートポンプサイクルＲを有し、蒸発器４にて外気から吸熱し放熱器２からの放熱によって給湯用水を加熱して湯とするヒートポンプユニット部１０Ａと、ヒートポンプユニット部１０Ａで加熱された湯を貯湯タンク７内に貯めると共に、給湯用として直接的あるいは間接的にユーザーの使用する給湯側へ出湯するタンクユニット部１０Ｂとを有し、ヒートポンプユニット部１０Ａによって沸き上げた湯を貯湯タンク７内に貯める貯湯運転と、ヒートポンプユニット部１０Ａによって沸き上げた湯を直接給湯側へ出湯する瞬間給湯運転とを行うヒートポンプ式給湯装置において、
貯湯運転を開始する際、所定の設定値に応じた加熱能力を達成させた後、所定の設定値に応じた沸き上げ温度を達成させるようにしている。
【００５８】
これによれば、ヒートポンプユニット部１０Ａの停止状態から貯湯運転指令が入った場合、貯湯運転時に設定された沸き上げ能力が即座に得られ、貯湯タンク７への必要熱量に対する貯湯時間を短縮することができる。つまり、貯湯運転は瞬間給湯運転と異なり、決められた時間で貯湯タンク７への必要熱量を確保するためには貯湯熱量の確保が最優先となるため、このように起動からの加熱能力の立ち上がり時間を短縮して熱量確保を行うことで、貯湯時間の短縮が可能となる。なお、起動時の沸き上げ温度の低下分については、貯湯タンク内で平均化されるため、特に問題とはならない。
【００５９】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態（請求項４に対応）について添付した図５〜７を用いて説明する。図５は、本発明の第３実施形態におけるヒートポンプ式給湯装置の全体構成を示す模式図であり、図６は、図５中の可変式エジェクタ３０の断面模式図である。そして図７は、図５のヒートポンプ式給湯装置における運転切り替え時の制御の流れを示すフローチャートである。
【００６０】
まず、図１で示した前述の第１実施形態と、図５に示す本実施形態との異なる構成部分を説明する。本実施形態では、減圧手段として可変式エジェクタ（以下、エジェクタと略す）３０を用いている。
【００６１】
このエジェクタ３０は、図６に示すように、放熱器２から流入する液相冷媒の通路面積を小さく絞って冷媒を等エントロピ的に減圧膨張させるノズル部３０ａ、ノズル部３０ａの冷媒噴出口と連通するように配置されて蒸発器４から冷媒を吸引する冷媒吸引口３０ｂ、ノズル部３０ａおよび冷媒吸引口３０ｂの下流側に配置されてノズル部３０ａからの高速度の冷媒流と冷媒吸引口３０ｂからの吸引冷媒とを混合する混合部３０ｃ、および混合部３０ｃの下流側に配置されて冷媒流れを減速して冷媒圧力を上昇させる昇圧部を成すディフューザ部３０ｄを有している。
【００６２】
さらに、エジェクタ３０にはノズル部３０ａの冷媒通路面積を可変制御する通路面積調整機構３０ｅが設けられている。具体的に通路面積調整機構３０ｅは、ノズル部３０ａ内の通路長手方向に移動可能に配置されたニードル３０ｆと、ニードル３０ｆを移動させる駆動部３０ｇとから成っている。このニードル３０ｆの先端形状は細長く尖った形状になっており、ニードル３０ｆの根本部は駆動部３０ｇに連結され、この駆動部３０ｇの操作力にてニードル３０ｆがノズル部３０ａの通路に沿って移動する。
【００６３】
そして、ニードル３０ｆの外周面とノズル部３０ａの最小通路部との間に形成される冷媒通路面積を変更するようになっている。なお、駆動部３０ｇとしては、ステッピングモータのようなモータアクチュエータ、あるいは電磁ソレノイド機構などであり、電気的に制御可能な駆動手段であれば他の駆動機構であっても良い。そして、通路面積調整機構３０ｅの駆動部３０ｇは、前述した制御部２０の制御信号によって制御される。なお、ディフューザ部３０ｄの下流側はアキュームレータ５に接続されている。減圧手段としては、このようなエジェクタ３０を用いても良い。
【００６４】
次に、図２で示した前述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Ｓ３「圧縮機回転数変更」の部分を、ステップＳ３０として「減圧手段の絞り開度変更」に変えたことのみが異なる。このように、本実施形態では加熱能力の変更を、減圧手段としてのエジェクタ３０での絞り開度を変更して冷媒流量を可変することによって行っている。
【００６５】
これによれば、沸き上げ温度はウォーターポンプ６の回転数のコントロール、加熱能力はエジェクタ３０の絞り開度のコントロールでそれぞれ個別に制御することにより、制御手段が容易となる。また、減圧手段にて加熱能力を変更するため、圧縮機回転数を変更させることによる騒音の増減を抑制することができる。また、給湯装置全体としても第１実施形態と同様の効果を得ることができる。もちろん、減圧手段としては第１実施形態で示した可変式膨張弁３を用いて、その絞り開度をコントロールする方法であっても良い。
【００６６】
（その他の実施形態）
上述の各実施形態では、水循環量可変手段としてウォーターポンプを用いてその回転数を可変することによって水循環量を可変しているが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、水循環量可変手段として流量調節弁を用いてその弁開度を可変することによって水循環量を可変するものであっても良いし、それ以外の水循環量可変手段であっても良い。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の第１実施形態におけるヒートポンプ式給湯装置の全体構成を示す模式図である。
【図２】図１のヒートポンプ式給湯装置における運転切り替え時の制御の流れを示すフローチャートである。
【図３】図２の運転切り替え制御における給湯装置の作動状態を示すタイムチャートである。
【図４】本発明の第２実施形態における貯湯運転開始時の制御の流れを示すフローチャートである。
【図５】本発明の第３実施形態におけるヒートポンプ式給湯装置の全体構成を示す模式図である。
【図６】図５中の可変式エジェクタ３０の断面模式図である。
【図７】図５のヒートポンプ式給湯装置における運転切り替え時の制御の流れを示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００６８】
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）
６…ウォーターポンプ（水循環量可変手段）
７…貯湯タンク（タンク）
１０Ａ…ヒートポンプユニット部
１０Ｂ…タンクユニット部
３０…可変式エジェクタ（減圧手段）
Ｒ…ヒートポンプサイクル
【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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