JP5358999B2 - 室外ユニットおよびこれを備えたヒートポンプ式給湯機 - Google Patents

Description

本発明は、ヒートポンプ式冷凍サイクルを含む室外ユニットおよびこれを備えたヒートポンプ式給湯機に関する。

従来、この種の室外ユニットおよびヒートポンプ式給湯機として、例えば特許文献１に記載の装置が知られている。この従来の装置は、圧縮機、水・冷媒熱交換器（加熱用熱交換器）、絞り部、および吸熱熱交換器等を含むヒートポンプサイクルを有するヒートポンプユニット（室外ユニット）と、貯湯タンクに貯めた湯を給湯対象機器へ供給するタンクユニットと、から構成されている。

ヒートポンプユニット（室外ユニット）は、圧縮機から吐出した冷媒の熱を水・冷媒熱交換器で貯湯タンクから取り出した水側に移動させて湯を沸き上げる。沸き上げられた湯は循環ポンプにより水側回路を流れ貯湯タンクに送り出されて貯められる。このようなサイクルを繰り返すことにより、貯湯タンク内の給湯用水の温度を所定温度以上に保っている。このため、室外ユニットとタンクユニットを接続する水・冷媒熱交換器の水側通路、水側回路に含まれる循環ポンプおよび配管は、通常水で満たされている。
特開２００５‐３１５４６０号公報

そして、施工時やメンテナンス時に大量の排水を防止するために、室外ユニットとタンクユニットを接続する配管の途中に止水バルブを設置することがある。作業者は、この止水バルブを閉めることにより、主に室外ユニットの交換時に貯湯タンク内の水を抜くことを避け、室外ユニット側の排水のみで作業を行うことができる。

ところが、作業者がこの止水バルブを開け忘れた状態で試運転を行ってしまうと、ヒートポンプサイクルによって加熱された水が貯湯タンクに送られないため、水側回路の水が停滞したまま温度上昇して内圧が上昇し、例えば水・冷媒熱交換器、循環ポンプといった水側回路の機器が破損してしまうという問題がある。

そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、施工ミスによる機器の破損を防止する室外ユニットおよびこれを備えたヒートポンプ式給湯機を提供することにある。

請求項１の発明は、高圧側に設けられる加熱用熱交換器（４）によって流体を加熱するヒートポンプ式冷凍サイクル（２）を備える室外ユニットに係る発明であって、
加熱用熱交換器は加熱される当該流体が循環する被加熱流体回路（１０）に接続され、被加熱流体回路を開閉する弁手段（１７）が設けられており、
ヒートポンプ式冷凍サイクルを流れる冷媒の圧力が入力されるとともに、ヒートポンプ式冷凍サイクルの作動を制御する制御装置（５０）をさらに備えている。

制御装置は、正常運転時の冷媒の圧力を予め記憶しており、ヒートポンプ式冷凍サイクルの試運転が開始された後、被加熱流体回路中の最も弱いと想定される部分が破損するまでには至らない時間に設定される所定時間が経過したときの冷媒の圧力（Ｐ）が正常運転時の圧力に対して所定（ΔＰ）以上の差となったときには、異常状態であることを認識し、試運転を停止することを特徴とする。

この発明によれば、異常運転時におけるサイクルの冷媒圧力の挙動が正常運転時の挙動に対して特徴的であることに着目し、この挙動を活用することにより、試運転時における異常状態を確実に検出することができ、機器を保護すべく迅速な対処が行われる。したがって、施工ミスによる機器の破損を防止する室外ユニットを提供できる。

請求項２の発明は、請求項１において、さらに前記制御装置は、流体の加熱前温度または流体の加熱後温度について正常運転時の温度を予め記憶しており、ヒートポンプ式冷凍サイクルの試運転が開始された後、上記所定時間が経過したときの流体の加熱前温度（Ｔ１）または流体の加熱後温度（Ｔ２）が、正常運転時の温度に対して所定（ΔＴ１またはΔＴ２）以上の差となったときでも、異常状態であることを認識し、試運転を停止することが好ましい。

この発明によれば、加熱前温度か加熱後温度のいずれかの温度パラメータによって判定して異常状態を検出するため、試運転時の施工ミスを確実かつ迅速に検出することができ、機器の保全性の高い室外ユニットを提供できる。

請求項３の発明は、高圧側に設けられる加熱用熱交換器（４）によって流体を加熱するヒートポンプ式冷凍サイクル（２）を備える室外ユニットに係る発明であって、
加熱用熱交換器は加熱される当該流体が循環する被加熱流体回路（１０）に接続され、被加熱流体回路を開閉する弁手段（１７）が設けられており、
被加熱流体回路は、弁手段によって当該流体の流れが遮断された状態でヒートポンプ式冷凍サイクルの運転が行われるときに他の各部よりも先に破損する破損機構部（２０）を備えていることを特徴とする。

この発明によれば、異常運転時の運転が継続されてしまった場合でも、異常状態を最も迅速に感知して破損する破損機構部を被加熱流体回路に設けることにより、装置の損害を最小限に抑えることができる。したがって、施工ミスによる機器の破損を防止する室外ユニットを提供できる。また、当該異常運転が装置のどの部分に起因しているのかを容易に確認することができ、例えば、他の部品への影響、部品の交換、再発防止策等の対処が行いやすいという効果も期待できる。

また、破損機構部（２０）は、被加熱流体回路に用いられる配管よりも強度の低い薄肉部（２２）を有する配管部材（２１）で構成されていることが好ましい。この発明によれば、適切な肉厚の配管部材を設けることにより、破損機構部を簡単な構成で実現でき、安価な破損機構部を提供することができる。

また、被加熱流体回路には、加熱用熱交換器に接続される配管（１２）と、被加熱流体回路に設けられたタンク部（４３）に接続される配管（１６）とをつなぐジョイント部材（１８）が設けられており、破損機構部（２０）はジョイント部材に設けられていることが好ましい。

この発明によれば、作業者が施工時やメンテナンス時に操作しやすい場所にあるジョイント部材に破損機構部を設けることにより、異常時の運転で破壊された破損機構部の交換作業を負担なく容易に行うことができる。

また、破損機構部（２０）はヒートポンプ式冷凍サイクルが収納されている筐体（１ａ）の外部に露出していることが好ましい。この発明によれば、異常時の運転によって破壊された部分の目視が容易であり、破損機構部の交換作業も迅速、かつ作業者の負担なく行うことができる。

また、上記発明のいずれか一つに記載の室外ユニットと、被加熱流体回路に設けられた貯湯タンク（４３）と、を備え、貯湯タンクに貯められた流体を利用して給湯対象端末側へ給湯用水を出湯するヒートポンプ式給湯機を構成する。この発明によれば、貯湯タンクに大量の流体が貯められるため、弁手段を閉める状況が多くなるので、上記各発明によってもたらされる作用効果がより大きなものとなる。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態の具体的手段との対応関係を示す一例である。

以下に、図面を参照しながら本発明を実施するための複数の形態を説明する。各形態において先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した形態と同様とする。実施の各形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、実施の形態同士を部分的に組み合せることも可能である。

（第１実施形態）
本発明の一実施形態である第１実施形態における室外ユニット１について説明する。室外ユニット１は、ヒートポンプ式冷凍サイクル２を含むユニットであり、サイクルの高圧側に設けられた加熱用熱交換器の冷媒の熱を移動させて流体を加熱することができる。この加熱される流体（以下、被加熱流体ともいう）は、環状に接続された配管で構成された被加熱流体回路１０を循環する。被加熱流体回路１０の途中には、流体を貯めておくタンク部があり、このタンク部の内部と加熱用熱交換器の被加熱流体側通路とは両者を接続する配管によって連通している。

この被加熱流体に蓄えられた熱は給湯用熱量、暖房用熱量等に用いられる。給湯用熱量として使用する場合は、キッチン、手洗い栓、風呂、シャワー等の給湯対象端末側に出湯する湯の熱量として活用され、室外ユニット１は給湯装置のヒートポンプユニットとして適用される。暖房用熱量として使用する場合は、室内の暖房機器から供給する温風の熱量として活用され、室外ユニット１は、例えば室内空調装置、床暖房装置等のヒートポンプユニットとして適用される。

以下、本実施形態では、室外ユニット１を、被加熱流体回路１０の途中に設けられた貯湯タンク４３に貯められた温水（被加熱流体）を利用して給湯対象端末側へ給湯用水を出湯するヒートポンプ式給湯機に適用した例を説明する。図１は室外ユニット１が適用されたヒートポンプ式給湯機の概略構成を示した模式図である。図２はヒートポンプ式給湯機の制御に係る構成を示した模式図である。

室外ユニット１は内部にヒートポンプ式冷凍サイクル２を含んだ筐体（外装パネル１ａ）を外郭としたユニットであり、屋外に設置されている。以下、図１および図２にしたがって説明する。ヒートポンプ式冷凍サイクル２は、圧縮機３、高圧側で熱交換を行う加熱用熱交換器としての水・冷媒熱交換器４、減圧装置である膨張弁５、低圧側熱交換器に相当する蒸発器６、およびアキュムレータ７が、順次環状に配管によって接続されて構成されている。内部を流れる冷媒は、本実施形態においては、例えば、二酸化炭素を使用するものとする。

圧縮機３は、内蔵される電動モータによって駆動され、アキュムレータ７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。圧縮機３には後述する制御装置５０によってインバータでＤＣ変換したＤＣ電圧が供給されて、その回転数が制御される。

水・冷媒熱交換器４は、圧縮機３より吐出された高圧冷媒と、貯湯タンク４３内から供給される水との間で熱交換し、放熱作用によって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。この水・冷媒熱交換器４は、冷媒が流れる冷媒通路と、水が流れる水通路とを有し、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。

膨張弁５は、水・冷媒熱交換器４から流出される冷媒を弁開度に応じて等エンタルピ的に減圧する減圧手段であり、具体的には弁開度を大きくすることで、より大きな減圧を行う。換言すれば、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５は制御装置５０によって弁開度が電気的に制御されるので、冷媒流量は適切に制御される。

蒸発器６は、空気と冷媒とを熱交換させる熱交換器であり、送風機８から送風される外気から吸熱して、膨張弁５で減圧された冷媒を蒸発させる。ここで、送風機８は、例えば、遠心式ファン、またはプロペラファンを用いており、制御装置５０によって制御される。アキュムレータ７は、蒸発器６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３に吸入させるとともに、サイクル中の余剰冷媒を蓄えるレシーバの働きを行う。

そして、圧縮機３と水・冷媒熱交換器４との間には、高圧側の冷媒圧力を検出する圧力センサ９が設けられている。圧力センサ９によって検出される圧力信号は、制御装置５０に出力されるようになっている。

水・冷媒熱交換器４の水通路と貯湯タンク４３は、環状の配管で構成された被加熱流体回路１０に配置されている。貯湯タンク４３の底部と水・冷媒熱交換器４の水通路は、タンク側配管１６および熱交換器側配管１２によって接続されている。水・冷媒熱交換器４の水通路と貯湯タンク４３の天部は、熱交換器側配管１３およびタンク側配管１５によって接続されている。タンク側配管１６と熱交換器側配管１２は両配管を接続するためにジョイント部材１８によって接続されており、熱交換器側配管１３とタンク側配管１５は両配管を接続するためにジョイント部材１４によって接続されている。つまり、被加熱流体回路１０は、順に、貯湯タンク４３、タンク側配管１６、ジョイント部材１８、熱交換器側配管１２、水・冷媒熱交換器４の水通路、熱交換器側配管１３、ジョイント部材１４、タンク側配管１５および貯湯タンク４３が接続されることで水が循環する回路を構成している。

本実施形態ではジョイント部材１４およびジョイント部材１８を境界として被加熱流体回路１０の水・冷媒熱交換器４側の部分を室外ユニット１に含むようにしている。これにより、当該部分とヒートポンプ式冷凍サイクル２は筐体内に配置され、ジョイント部材１４およびジョイント部材１８の全部または一部は、外装パネル１ａの外部に露出して配置されている。ジョイント部材１８には、流入する流体中の異物を捕集するストレーナが組み込まれている。

タンク側配管１６には、貯湯タンク４３内の水を水・冷媒熱交換器４に流入させないように遮断することが可能な弁手段としての止水バルブ１７が設けられている。止水バルブ１７を開閉操作することにより、被加熱流体回路１０の流通を開閉することができる。熱交換器側配管１２には、貯湯タンク４３内の水を被加熱流体回路１０で強制的に循環させるための循環用ポンプ１１が設けられている。また、循環用ポンプ１１は止水バルブ１７と同様にタンク側配管１６に配設するようにしてもよい。

被加熱流体回路１０における水・冷媒熱交換器４の入口側には加熱される前の水の温度を検出する給水温度センサ３０が設けられ、さらに水・冷媒熱交換器４の出口側には加熱された後の湯の温度を検出する沸き上げ温度センサ３１が設けられている。給水温度センサ３０および沸き上げ温度センサ３１で検出された温度信号は、制御装置５０に出力されるようになっている。循環用ポンプ１１の運転は制御装置５０によって制御される。

貯湯タンク４３は、耐食性に優れた金属製の容器であり、例えば、ステンレス製の内容量２００Ｌのタンクであり、外周部に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４３の外壁面には複数の水位センサ（図示せず）が縦方向にほぼ等間隔に配置され、貯湯タンク４３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制御装置５０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４３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４３内上部の沸き上げられた高温の湯と、貯湯タンク４３内下部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。

貯湯タンク４３の底部には、減圧逆止弁（図示せず）を設けた市水配管４１が接続されており、貯湯タンク４３内に水道水が供給可能になっている。貯湯タンク４３の天部には、出湯用の電磁弁（図示せず）を備えた出湯用配管４２が接続されている。貯湯タンク４３、市水配管４１の一部、出湯用配管４２の一部、および図示しない混合弁、切替弁等は、タンクユニット４０に含まれ、タンクユニット４０の外郭である筐体内部に収納されている。

制御装置５０は、図２に示すように、ユーザーが設定する設定温度信号、例えば、リモコンから入力される設定温度や、圧力センサ９からの圧力信号や、給水温度センサ３０、沸き上げ温度センサ３１、水位センサ等のその他の各種センサからの温度信号に基づき、圧縮機３、膨張弁５、送風機８および循環用ポンプ１１等を通電制御する。

風呂リモコン５１および台所リモコン５２は、ユーザーが給湯装置を使用するときに操作する操作パネルであり、各操作スイッチと、給湯装置の動作状態や設定状態を表示する表示部とを備えている。風呂リモコン５１は入浴者が浴室内で使用するために浴室の壁面に設置されており、台所リモコン５２は浴室から離れたキッチン等の湯を使用する場所の壁面に設置される遠隔操作パネルである。また、各操作スイッチには、給湯機の施工後または交換等のメンテナンス後に作動を確認するための試運転を行うときに操作する試運転モードスイッチを含んでいてもよい。

上記構成におけるヒートポンプ式給湯機は、まず、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４３内への高温の湯の沸き上げが行われる。すなわち、沸き上げ運転では、制御装置５０によって、水位センサの温度信号から、貯湯タンク４３内の残湯量（高温の湯の残り量）が把握され、タンク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４３内が高温の湯で満タンとなるように、ヒートポンプ式冷凍サイクル２および被加熱流体回路１０の各機器が作動される。

上記構成の室外ユニット１が適用されるヒートポンプ式給湯機においては、施工時やメンテナンス時に作業者が止水バルブ１７を閉めてから、機器の交換や各機器の確認を行うことがある。これは、被加熱流体回路１０の各部に満たされている被加熱流体、つまり水を可能な限り排水しないようにするためである。特に本実施形態のように被加熱流体回路１０に貯湯タンク４３を有している場合には、タンク内に１００Ｌ以上の水があり、この大量の水が流出しないように確実に止水した状態で作業が行われることになる。

そこで、作業者は、止水バルブ１７を閉めた状態で必要な作業を行い、作業が完了した後、作動確認のため試運転を行う。このとき、止水バルブ１７を開け忘れて閉めた状態で試運転を開始してしまうと、循環用ポンプ１１が貯湯タンク４３内の水を吸引できないため、被加熱流体回路１０に水が循環せず、異常運転となってしまい、ついには機器の破損が起こってしまう。本実施形態の装置では、この異常運転が継続されて機器の破損が起こることを事前に防ぐことができる。

次に、上記機器の破損を防止する手段であるエラー停止制御について説明する。図３は、試運転時に一定の条件が満たされたときに実行されるエラー停止制御を示したタイムチャートである。止水バルブ１７が開状態であり、被加熱流体回路１０の水が循環可能であるときの試運転は、正常時運転となる。この正常時運転では、圧縮機３により圧縮された高圧冷媒が水・冷媒熱交換器４に流入して水と熱交換するため、加熱後である沸き上げ温度Ｔ２は時間経過とともに上昇する（図３で示す正常時の破線）。また、加熱前である給水温度Ｔ１は貯湯タンク４３内から吸引された水の温度であるので、ほぼ一定の温度で推移する（図３で示す正常時の一点鎖線）。

制御装置５０は、給水（加熱前）温度Ｔ１について正常時運転時のデータを予め記憶しており、沸き上げ（加熱後）温度Ｔ２について正常運転時のデータを予め記憶している。この記憶されている正常時の温度データは、例えば、本ヒートポンプ式給湯装置と同じ製品仕様のマスター機を用いた評価実験から得られたデータである。

一方、止水バルブ１７を閉めた状態のままで行った試運転は異常時運転である。この異常時運転では、被加熱流体回路１０で水が循環しないので、水・冷媒熱交換器４で加熱された水が滞留することになり、沸き上げ温度Ｔ２はあまり上昇しない（図３で示す異常時の破線）。また、給水温度Ｔ１は正常時にほぼ一定の温度で推移するものが、水の循環がなく滞留するため、熱伝導によって上昇するようになる（図３で示す異常時の一点鎖線）。

制御装置５０は、上記異常時運転が行われた場合、所定時間経過後に給水温度または沸き上げ温度を検出し、検出された温度と予め記憶している正常時の温度データとを比較し、所定の温度差ΔＴ１以上またはΔＴ２以上が確認できると、異常時運転であることを認識してエラー表示をする（例えば、「バルブチェック」の表示）とともに、試運転を停止する。このようにエラー表示によって試運転実施者に異常状態であることを認識させることで、異常状態を解消する作業、ここでは止水バルブ１７を開くことも促す。さらに試運転を停止することで、そのまま運転を継続していれば起こり得る機器の破損、ここでは循環用ポンプ１１の破壊（図３で×で示す）を事前に防止することができる。

以上の試運転時の制御流れについて図４にしたがって説明する。図４は試運転時の制御流れの一例（給水温度を用いる場合）を示すフローチャートである。制御装置５０が試運転の命令を認識すると、本制御がスタートし、まず、ステップ１０で、各機器を起動させ試運転を開始する。ここで、試運転の命令は、作業者が試運転モードスイッチを操作することによりリモコンから試運転命令が制御装置５０に送信された場合等に認識されるものである。

そして、制御装置５０は、試運転の開始とともに時間の計測を行い、試運転開始から所定時間（例えば３分間）が経過しているか否かを判定する（ステップ２０）。この所定時間は、被加熱流体回路１０中の最も弱いと想定される部分（例えば循環用ポンプ１１のケーシング）が破損するまでには至らない時間であって、記憶されている正常時の温度データとの差が明確に現れる時間に設定されている。この所定時間経過の判定は、当該所定時間が経過するまで繰り返し行われる。ステップ２０で、所定時間が経過したと判定された場合には、制御装置５０は、水・冷媒熱交換器４で加熱される前の流体の温度、例えば、給水温度センサ３０によって検出された給水温度Ｔ１を読み込む（ステップ３０）。次に、制御装置５０は、読み込んだ給水温度の検出値Ｔ１と予め記憶している正常時（通常時ともいう）の給水温度データとの差を算出し、この差が所定の温度差ΔＴ１以上であるか否かを判定する（ステップ４０）。

そして、ステップ４０で、算出された差が所定の温度差ΔＴ１未満であると判定された場合には、止水バルブ１７が閉められている等の異常状態ではないと判定し、このまま試運転を継続し、所定の試運転が完了すると本フローも終了する。一方、ステップ４０で、算出された差が所定の温度差ΔＴ１以上であると判定された場合には、止水バルブ１７が閉められている等の異常状態であると判定し、エラー認識の処理を実行し（ステップ５０）、エラー表示をリモコンの表示部に表示（例えば、「バルブチェック」の表示）したり、あるいは警報を鳴らしたりして作業者に通知する。作業者は、当該通知により、異常状態を認識でき、異常状態を引き起こした要因を取り除く作業、例えば止水バルブ１７を開く等を行うことができる。さらに、制御装置５０は、このまま試運転を継続すると被加熱流体回路１０の最も弱い部分で破損が生じることを防止するため、直ちに試運転を停止する処理を実行し（ステップ６０）、本フローを終了する。

次に、試運転時の制御流れについて他の形態を図５のフローチャートにしたがって説明する。図５は試運転時の制御流れの他の例を示すフローチャートである。図５に示すフローチャートは、前述の図４のフローチャートに対して、沸き上げ温度を用いて異常状態を検出する点が異なっている。図５に示すフローチャートにおいて図４に示すフローチャートと同符号を付したステップは、同様の処理を行うもので、同様の作用効果を奏し、その説明は省略する。

図５のフローチャートでは、制御装置５０はステップ２０で、所定時間が経過したと判定された場合には、水・冷媒熱交換器４で加熱された後の流体の温度、例えば、沸き上げ温度センサ３１によって検出された沸き上げ温度Ｔ２を読み込む（ステップ３０ａ）。次に、制御装置５０は、読み込んだ沸き上げ温度の検出値Ｔ２と予め記憶している正常時（通常時ともいう）の沸き上げ温度データとの差を算出し、この差が所定のΔＴ２以上の差であるか否かを判定する（ステップ４０ａ）。

そして、ステップ４０ａで、算出された差が所定の温度差ΔＴ２未満であると判定された場合には、異常状態ではないと判定し、このまま試運転を継続し、所定の試運転が完了すると本フローも終了する。一方、ステップ４０ａで、算出された差が所定の温度差ΔＴ２以上であると判定された場合には、異常状態であると判定し、前述のエラー認識の処理を実行し（ステップ５０）、作業者に通知する。さらに、制御装置５０は、直ちに試運転を停止する処理を実行し（ステップ６０）、本フローを終了する。

本実施形態に係る室外ユニット１がもたらす作用効果を以下に述べる。室外ユニット１において、制御装置５０は、被加熱流体回路１０の流体の加熱前温度（給水温度）について正常運転時の温度を予め記憶している。そして、制御装置５０は、ヒートポンプ式冷凍サイクル２の試運転が開始された後、所定時間（例えば３分）が経過したときの流体の加熱前温度（給水温度）が、正常運転時の温度データに対して所定のΔＴ１以上の差となったときには、エラー認識をし、試運転を停止する処理を実行する。

この制御によれば、異常運転時の給水温度の挙動が正常運転時の挙動に対して特徴的であることに着目し、この挙動を活用することにより、試運転時における異常状態を確実に検出し、機器の破損を事前に防止することができる。

また、制御装置５０は、被加熱流体回路１０の流体の加熱後温度（沸き上げ温度）について正常運転時の温度を予め記憶している。そして、制御装置５０は、ヒートポンプ式冷凍サイクル２の試運転が開始された後、所定時間（例えば３分）が経過したときの流体の加熱後温度（沸き上げ温度）が、正常運転時の温度データに対して所定のΔＴ２以上の差となったときには、エラー認識をし、試運転を停止する処理を実行する。

この制御によれば、異常運転時の沸き上げ温度の挙動が正常運転時の挙動に対して特徴的であることに着目し、この挙動を活用することにより、試運転時における異常状態を確実に検出し、機器の破損を事前に防止することができる。

また、制御装置５０は、上記所定のΔＴ２以上の差か、上記所定のΔＴ１以上の差のいずれかが確認された場合には、エラー認識処理をし、試運転を停止する処理を実行することが好ましい。この制御によれば、給水温度か沸き上げ温度のいずれかの判定パラメータによって、異常状態を検出するため、試運転時の施工ミスをより確実かつ迅速に検出することができ、機器の保全が図れる。

（第２実施形態）
本実施形態では、第１実施形態で説明した試運転時の制御流れとは異なる他の形態について図６および図７にしたがって説明する。図６は本実施形態の試運転時に一定の条件が満たされたときに実行されるエラー停止制御を示したタイムチャートである。図７は本実施形態における試運転時の制御流れを示すフローチャートである。図７に示すフローチャートは、前述の図４のフローチャートに対して、高圧側の冷媒圧力を用いて異常状態を検出する点が異なっている。図７に示すフローチャートにおいて図４に示すフローチャートと同符号を付したステップは、同様の処理を行うもので同様の作用効果を奏し、その説明は省略する。

本実施形態のエラー停止制御について説明する。図６に示すように、止水バルブ１７を閉めた状態のままで試運転を行う異常時運転では、被加熱流体回路１０で水が循環しないので、水・冷媒熱交換器４での冷媒と水の熱交換が低下するため、高圧側の冷媒圧力が正常運転時（図６で示す正常時の破線）と比較して早く上昇するようになる。（図６で示す異常時の破線）。

制御装置５０は、高圧側の冷媒圧力Ｐについて正常時運転時のデータを予め記憶している。この記憶されている正常時の圧力データは、例えば、本ヒートポンプ式給湯装置と同じ製品仕様のマスター機を用いた評価実験から得られたデータである。

制御装置５０は、上記の異常時運転が行われた場合、所定時間経過後に高圧側の冷媒圧力を検出し、検出された圧力と予め記憶している正常時（通常時ともいう）の圧力データとを比較し、所定の圧力差ΔＰ以上が確認できると、異常時運転であることを認識してエラー表示をするとともに、試運転を停止する。このようにエラー表示によって試運転実施者に異常状態であることを認識させることで、異常状態を解消する作業、ここでは止水バルブ１７を開くことも促す。さらに試運転を停止することで、そのまま運転を継続していれば起こり得る機器の破損、ここでは循環用ポンプ１１の破壊（図６で×で示す）を事前に防止することができる。

次に、試運転時の制御流れについて他の形態を図７のフローチャートにしたがって説明する。図７は試運転時の制御流れを示すフローチャートである。図７に示すフローチャートは、前述の図４のフローチャートに対して、高圧側の冷媒圧力を用いて異常状態を検出する点が異なっている。図７に示すフローチャートにおいて図４に示すフローチャートと同符号を付したステップは、同様の処理を行うもので、同様の作用効果を奏し、その説明は省略する。

図７のフローチャートでは、制御装置５０はステップ２０で、所定時間が経過したと判定された場合には、冷凍サイクルの高圧側の冷媒圧力、例えば、圧力センサ９によって検出された冷媒圧力Ｐを読み込む（ステップ３０ｂ）。次に、制御装置５０は、読み込んだ高圧側の冷媒圧力の検出値Ｐと予め記憶している正常時（通常時ともいう）の高圧側圧力データとの差を算出し、この差が所定のΔＰ以上の圧力差であるか否かを判定する（ステップ４０ｂ）。

そして、ステップ４０ｂで、算出された差が所定の圧力差ΔＰ未満であると判定された場合には、異常状態ではないと判定し、このまま試運転を継続し、所定の試運転が完了すると本フローも終了する。一方、ステップ４０ｂで、算出された差が所定の圧力差ΔＰ以上であると判定された場合には、異常状態であると判定し、前述のエラー認識の処理を実行し（ステップ５０）、作業者に通知する。さらに、制御装置５０は、直ちに試運転を停止する処理を実行し（ステップ６０）、本フローを終了する。

本実施形態の制御装置５０は、冷凍サイクルの高圧側の冷媒圧力について正常運転時の温度を予め記憶している。そして、制御装置５０は、ヒートポンプ式冷凍サイクル２の試運転が開始された後、所定時間（例えば３分）が経過したときの高圧側の冷媒圧力が、正常運転時の圧力データに対して所定のΔＰ以上の圧力差となったときには、エラー認識をし、試運転を停止する処理を実行する。

この制御によれば、異常運転時の高圧側冷媒圧力の挙動が正常運転時の挙動に対して特徴的であることに着目し、この挙動を活用することにより、試運転時における異常状態を確実に検出し、機器の破損を事前に防止することができる。

また、制御装置５０は、上記所定のΔＴ２以上の差、上記所定のΔＴ１以上の差、所定のΔＰ以上の差のいずれかが確認された場合には、エラー認識処理をし、試運転を停止する処理を実行することが好ましい。この制御によれば、給水温度、沸き上げ温度、高圧側の冷媒圧力のいずれかの判定パラメータによって、異常状態を検出するため、試運転時の施工ミスをより確実かつ迅速に検出することができ、一層の機器の保全が図れる。

（第３実施形態）
本実施形態では、第１実施形態で説明したジョイント部材１８に設けた破損機構部２０の構成について図８を用いて説明する。図８は本実施形態の被加熱流体回路１０における破損機構部２０の構成を示した部分的断面図である。図８において図１の模式図と同符号を付した構成部品は、同様の部品であり、その説明は省略する。また、本実施形態と上記各実施形態とは組み合わせ可能である。

破損機構部２０は図１に示すジョイント部材１８に設けられており、ジョイント部材１８の一部である筒部１８ａの端部に取り付けられる蓋部材２１によって実現される。筒部１８ａの内部は、熱交換器側配管１２およびタンク側配管１６の内部に連通している。筒部１８ａの端部と、蓋部材２１との間にはシール部材であるＯリング１９が介在している。この状態で蓋部材２１は筒部１８ａの端部に螺子、ボルトナット等（図示せず）により密接に締結されて固定されるため、変形したＯリング１９によって筒部１８ａ内部の被加熱流体（水）の漏れを防止することができる。

蓋部材２１はヒートポンプ式冷凍サイクル２が収納される室外ユニット１の外装パネル１ａの外部に露出するように配置されている。蓋部材２１は、筒部１８ａの端部と接触するフランジ部と、フランジ部に囲まれている中央の薄肉部２２とを備えた平板状部材である。

薄肉部２２は、上記各実施形態に記載の異常時の運転がなされた場合に熱交換器側配管１２およびタンク側配管１６の内圧によって破損し、正常時の運転の内圧では破損しない強度を有する肉厚となっている。換言すれば、蓋部材２１は、被加熱冷媒回路１０に含まれる各部の中で最も耐圧性が低い部材である。例えば、蓋部材２１の耐圧は循環用ポンプ１１の耐圧よりも低く設定される。

この肉厚寸法は、蓋部材２１の材質に変化し得るものである。この肉厚は、例えば、本ヒートポンプ式給湯装置と同じ製品仕様のマスター機を用いた評価実験から、異常運転時に確実に破損し、正常運転時には破損しない耐圧力を求め、材質等を考慮した上で求められた耐圧力を有する寸法に設計され得る。また、蓋部材２１の薄肉部２２は被加熱流体回路１０を構成する配管類の肉厚よりも薄く形成してもよい。また、蓋部材２１が樹脂材である場合には、生産性およびコスト面に優れた有用な破損機構部２０が得られる。

蓋部材２１は、ジョイント部材１８内部に組み込まれた前述のストレーナを密封するための蓋として用いてもよい。この場合、蓋部材２１の締結構造を解除して蓋部材２１を外すことでストレーナを取り出すことができる。

本実施形態に係る室外ユニットおよびヒートポンプ式給湯機がもたらす作用効果を以下に述べる。本実施形態の室外ユニットおよびヒートポンプ式給湯機において、被加熱流体回路１０には水を水・冷媒熱交換器４に流入させないように遮断する止水バルブ１７が設けられている。被加熱流体回路１０は、止水バルブ１７によって水の流れが遮断された状態でヒートポンプ式冷凍サイクル２の運転が行われるときに他の各部よりも先に破損する破損機構部２０を備えている。

この構成によれば、試運転時等に止水バルブ１７が閉められた状態で運転が継続されてしまった場合でも、この異常運転状態を最も迅速に感知して破損する破損機構部２０が被加熱流体回路１０に設けられていることにより、損害を破損機構部２０の破損にとどめ、最小限に抑えることができる。したがって、施工ミスによる機器の破損を防止する室外ユニットおよびヒートポンプ式給湯機が得られる。また、破損機構部２０が破損することにより、施工不良があったことを迅速に知ることができる。また、当該異常運転が装置のどの部分が原因で起こっているのかを確認しやすい。このため、他の各部品への影響の程度も確認しやすく、部品交換、再発防止策等の対処が行いやすいという効果も奏する。

また、破損機構部２０は、被加熱流体回路１０に用いられる配管よりも強度の低い肉厚の薄肉部２２を有する蓋部材２１で構成されている。この構成によれば、適切な肉厚の蓋部材２１を設けることにより、破損機構部２０を簡単な構成で実現でき、交換の必要な破損機構部２０を小型で、安価にすることができる。

また、被加熱流体回路１０には、水・冷媒熱交換器４に接続される熱交換器側配管１２と、被加熱流体回路１０に設けられた貯湯タンク４３に接続されるタンク側配管１６とをつなぐジョイント部材１８が設けられており、破損機構部２０はジョイント部材１８に設けられている。

この構成によれば、作業者が施工時やメンテナンス時に操作しやすい場所にあるジョイント部材１８に破損機構部２０を設けることにより、異常時の運転で破壊された破損機構部２０の交換作業を容易に行うことができる。

また、破損機構部２０はヒートポンプ式冷凍サイクル２が収納される室外ユニット１の筐体（外装パネル１ａ）の外部に露出している。この構成によれば、異常時の運転によって破壊された部分が目視しやすい。これにより、施工不良があったことをすぐに確認することができる。また、上記構成により、破損機構部２０の交換作業も迅速かつ正確に行え、作業者に負担を与えず行うことができる。

（その他の実施形態）
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に何ら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々変形して実施することが可能である。

例えば、上記実施形態では、貯湯タンク４３の底部と水・冷媒熱交換器４の入口側との間の被加熱流体回路１０の通路において、止水バルブ１７を上流側に循環用ポンプ１１を下流側に配しているが、この配置の順番に限定するものではない。例えば、当該被加熱流体回路１０の通路において、止水バルブ１７を下流側に循環用ポンプ１１を上流側に配してもよい。この場合には、上記各実施形態記載の手段を実施することにより水・冷媒熱交換器４の破損を防ぎ、保護することができる。

また、循環用ポンプ１１は、図１のように室外ユニット１の筐体内に収納されることに限定するものではない。循環用ポンプ１１は室外ユニット１の外部や、タンクユニット４０の外郭である筐体内部に収納される構成でもよい。

また、上記各実施形態では、室外ユニット１内の減圧手段として、膨張弁５を用いたが、これに代えて、エジェクタとしても用いてもよい。エジェクタは、水・冷媒熱交換器４から流出した高圧側冷媒を減圧膨張させるノズル部と、このノズル部から噴射される冷媒と蒸発器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とを有するものであり、これにより、圧縮機３の動力を低減でき、ヒートポンプ式給湯装置の成績係数を向上することができる。

また、室外ユニット１は、圧縮機３で冷媒を臨界圧力以上に加圧するいわゆる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、冷媒は二酸化炭素に限定されるものではなく、フロン等の他の冷媒であってもよい。

第１実施形態の室外ユニット１が適用されたヒートポンプ式給湯機の概略構成を示した模式図である。 第１実施形態のヒートポンプ式給湯機の制御に係る構成を示した模式図である。 第１実施形態のヒートポンプ式給湯機の試運転を行ったときに作動し得るエラー停止制御を示したタイムチャートである。 第１実施形態のヒートポンプ式給湯機における試運転時の制御流れの一例を示すフローチャートである。 第１実施形態のヒートポンプ式給湯機における試運転時の制御流れの他の例を示すフローチャートである。 第２実施形態に係るヒートポンプ式給湯機の試運転を行ったときに作動し得るエラー停止制御を示したタイムチャートである。 第２実施形態に係るヒートポンプ式給湯機における試運転時の制御流れを示すフローチャートである。 第３実施形態の被加熱流体回路１０における破損機構部２０の構成を示した部分的断面図である。

符号の説明

１…室外ユニット
１ａ…外装パネル（筐体）
２…ヒートポンプ式冷凍サイクル
４…水・冷媒熱交換器（加熱用熱交換器）
１０…被加熱流体回路
１２…熱交換器側配管
１６…タンク側配管
１７…止水バルブ（弁手段）
１８…ジョイント部材
２０…破損機構部
２１…蓋部材（配管部材）
２２…薄肉部
４３…貯湯タンク（タンク部）
５０…制御装置

Claims (7)

1. 高圧側に設けられる加熱用熱交換器（４）によって流体を加熱するヒートポンプ式冷凍サイクル（２）を備える室外ユニットであって、
   前記加熱用熱交換器は加熱される前記流体が循環する被加熱流体回路（１０）に接続され、前記被加熱流体回路を開閉する弁手段（１７）が設けられており、
   前記ヒートポンプ式冷凍サイクルを流れる冷媒の圧力が入力されるとともに、前記ヒートポンプ式冷凍サイクルの作動を制御する制御装置（５０）をさらに備え、
   前記制御装置は、
   前記冷媒の圧力について正常運転時の圧力を予め記憶しており、
   前記ヒートポンプ式冷凍サイクルの試運転が開始された後、前記被加熱流体回路中の最も弱いと想定される部分が破損するまでには至らない時間に設定される所定時間が経過したときの前記冷媒の圧力（Ｐ）が前記正常運転時の圧力に対して所定（ΔＰ）以上の差となったときには、異常状態であることを認識し、前記試運転を停止することを特徴とする室外ユニット。
2. さらに前記制御装置は、
   前記流体の加熱前温度または前記流体の加熱後温度について正常運転時の温度を予め記憶しており、
   前記ヒートポンプ式冷凍サイクルの試運転が開始された後、前記所定時間が経過したときの前記流体の加熱前温度（Ｔ１）または前記流体の加熱後温度（Ｔ２）が、前記正常運転時の温度に対して所定（ΔＴ１またはΔＴ２）以上の差となったときでも、異常状態であることを認識し、前記試運転を停止することを特徴とする請求項１に記載の室外ユニット。
3. 高圧側に設けられる加熱用熱交換器（４）によって流体を加熱するヒートポンプ式冷凍サイクル（２）を備える室外ユニットであって、
   前記加熱用熱交換器は加熱される前記流体が循環する被加熱流体回路（１０）に接続され、前記被加熱流体回路を開閉する弁手段（１７）が設けられており、
   前記被加熱流体回路は、前記弁手段によって前記流体の流れが遮断された状態で前記ヒートポンプ式冷凍サイクルの運転が行われるときに他の各部よりも先に破損する破損機構部（２０）を備えることを特徴とする室外ユニット。
4. 前記破損機構部（２０）は、前記被加熱流体回路に用いられる配管よりも強度の低い薄肉部（２２）を有する配管部材（２１）で構成されていることを特徴とする請求項３に記載の室外ユニット。
5. 前記被加熱流体回路には、前記加熱用熱交換器に接続される配管（１２）と、前記被加熱流体回路に設けられたタンク部（４３）に接続される配管（１６）とをつなぐジョイント部材（１８）が設けられており、
   前記破損機構部（２０）は前記ジョイント部材に設けられていることを特徴とする請求項３または４に記載の室外ユニット。
6. 前記破損機構部（２０）は前記ヒートポンプ式冷凍サイクルが収納される筐体（１ａ）の外部に露出していることを特徴とする請求項３から５のいずれか一項に記載の室外ユニット。
7. 請求項１から６のいずれか一項に記載の室外ユニットと、前記被加熱流体回路に設けられた貯湯タンク（４３）と、を備え、前記貯湯タンクに貯められた流体を利用して給湯対象端末側へ給湯用水を出湯するヒートポンプ式給湯機。

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