JP2006266593A - ヒートポンプ給湯装置 - Google Patents

Abstract

【課題】蒸発器が着霜する低外気温時の給湯運転時間の延長を図る瞬間式ヒートポンプ給湯装置を提供すること。
【解決手段】ヒートポンプと貯湯タンクとを用いた給湯において、着霜抑制のために、ヒートポンプの加熱能力を抑制する制御回路を備える。
【選択図】 図４

Description

本発明は、ヒートポンプ式の給湯装置に関する。

ヒートポンプ給湯装置には、安価な夜間電力を使い、深夜に湯を貯湯タンクに満杯に蓄え、日中に使う分を賄う貯湯式があり、この方式が一般的であった。貯湯式においては、大容量の貯湯タンクや広い設置面積、充分な床面強度を必要とし、また、湯を使い切ってしまうと次に使う湯を沸き上げるまでに時間がかかる等の問題があった。

これに対し、近年、貯湯した湯水を使用せずにガス湯沸し器の如く瞬間出湯が可能なヒートポンプ給湯装置（以後、瞬間式という）が提案されてきている。瞬間式においては、大容量の貯湯タンクを必要とせず、湯を使いたい時に必要な分だけ沸かすことが可能な瞬間加熱能力と直接出湯回路を備えるため、貯湯式が持つ諸問題を解決することができる（特許文献１参照）。

特開２００３−２４０３３９号公報

しかしながら、特許文献１の瞬間式ヒートポンプ給湯装置は、低外気温時に、例えば、風呂自動湯張り、または風呂自動湯張りに引き続きシャワーで出湯されるような長時間給湯運転が必要な場合、蒸発器が次第に着霜する場合がある。そして時間の経過と共に蒸発器の霜が成長し、蒸発器での吸熱量が低下することにより加熱能力が低下し、必要な出湯量を確保することが困難になり、出湯流量が少なくなるか出湯が停止する心配がある。

ヒートポンプは、蒸発器で吸熱するため、低外気温時の着霜は避けて通れない課題である。特に、瞬間式ヒートポンプ給湯装置は、湯を使いたい時に必要な分だけ沸かすというコンセプトから、使用者の給湯要求に対して、低外気温においても、その給湯運転時間の延長を図ることは本質的な課題である。

特許文献１の瞬間式ヒートポンプ給湯装置は、ヒートポンプで加熱した湯と、予め内部に蓄えた貯湯タンク内の湯とを混合して用いる給湯時において、蒸発器の着霜に対して、給湯運転時間の延長を図る方策に考慮されていない。

上記課題を解決するために、本発明のヒートポンプ給湯装置は、圧縮機により圧縮された冷媒と水との熱交換を行う水冷媒熱交換器を有するヒートポンプ冷媒回路と、前記水冷媒熱交換器で加熱した湯を予め内部に蓄える貯湯タンクとを備え、外気温が所定温度よりも低いときに、前記ヒートポンプ冷媒回路で加熱した湯と、前記貯湯タンク内の湯とを混合して用いる給湯時に、前記ヒートポンプ冷媒回路の加熱能力を制限する制御回路を備えるものである。

本発明によれば、ヒートポンプ給湯装置において、蒸発器が着霜する低外気温時の給湯運転時間の延長を図ることができる。特に、ヒートポンプと貯湯タンクとを用いた給湯において、給湯運転時間の延長を図るものである。

〔本実施形態における機器の構成〕
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明を適用してなるヒートポンプ給湯装置の一実施形態を説明する系統図である。ここでは大きくヒートポンプ冷媒回路、および給水回路、給湯回路、風呂湯張り回路、風呂追焚き加熱回路、風呂追焚き吸熱回路を示している。

本実施形態におけるヒートポンプ冷媒回路は、瞬間給湯能力をより高めるために二つの冷媒回路を備えている。給湯装置として適切な出湯量を維持できる熱量が得られるならば一つの冷媒回路でも構わない。

本実施形態では、ヒートポンプ冷媒回路に冷媒として二酸化炭素を用いることで、高温の湯を供給することがより可能となる。第一の閉回路(ヒートポンプ冷媒回路)は、圧縮機１ａ、水冷媒熱交換器２、膨張弁３ａ、蒸発器４ａが順次冷媒管路で接続されている。圧縮機１ａで圧縮され高温となった冷媒は、水冷媒熱交換器２の冷媒側伝熱管２ａで水側伝熱管２ｃ、２ｄ内の水と熱交換する。熱交換された冷媒は、減圧装置としての膨張弁３ａにより減圧した後、蒸発器４ａで吸熱して圧縮機１ａに吸込まれる。

同様に、第二の閉回路(ヒートポンプ冷媒回路)も、圧縮機１ｂ、水冷媒熱交換器２（冷媒側伝熱管２ｂ）、減圧装置としての膨張弁３ｂ、蒸発器４ｂを冷媒管路で順次接続した構成を備えていて、同じく冷媒として二酸化炭素が封入されている。

圧縮機１ａ、１ｂは、容量制御が可能で、多量の給湯を行なう場合には大きな容量で運転される。圧縮機１ａ、１ｂは、ＰＷＭ制御、電圧制御（例えばＰＡＭ制御）及びこれらの組合せ制御により、低速（例えば８００回転／分）から高速（例えば６０００回転／分）まで回転速度が制御自在な圧縮機を用いる。

水冷媒熱交換器２は、冷媒側伝熱管２ａ、２ｂと水側伝熱管２ｃ、２ｄとからなる。この冷媒側伝熱管２ａ、２ｂの冷媒の流れと水側伝熱管２ｃ、２ｄの水の流れは対向流で、高温高圧の冷媒と低温の水との間で熱交換が行なわれる。即ち、水冷媒熱交換器２の入口で低温であった水が水側伝熱管２ｃ、２ｄを通過する際に徐々に加熱され、水冷媒熱交換器２の出口において、後述する運転制御手段８０により設定された所定の温度に昇温される。

膨張弁３ａ、３ｂは、水冷媒熱交換器２で放熱し温度の下がった高圧冷媒を減圧する。空気冷媒熱交換器である蒸発器４ａ、４ｂは、室外ファン５ａ、５ｂにより室外の大量の空気と減圧された冷媒との熱交換をさせて、低温低圧の冷媒を蒸発させる。

給水回路は、先ず給水金具１１を通じて外部の上水を取り込み、水冷媒熱交換器２の水側伝熱管２ｃ、２ｄまで水管路で接続されている。取り込まれた水は減圧弁１２で適正な水圧に調整された後、給水流量センサ１３や逆止弁１４、さらに水冷媒熱交換器流量センサ１５が設けられた水管路を通って、水冷媒熱交換器２に送られる。なお、水冷媒熱交換器２の入口で、水側伝熱管２ｃ、２ｄに分かれるのは、給水回路における圧力損失を低減するためである。

給湯回路は、水冷媒熱交換器２の水側伝熱管２ｃ、２ｄから、装置外部の給湯配管と接続される給湯金具１９まで水管路で接続されている。本実施形態では、水冷媒熱交換器２から給湯金具１９の間に、水側伝熱管２ｃ、２ｄで加熱された湯水と貯湯タンク２１に溜められた湯水とを適宜混合させるための第一湯水混合弁１６と、その第一湯水混合弁１６を通過した湯水に適宜給水された水を混合させるための第二湯水混合弁１７と、その第二湯水混合弁１７を通過した湯水の流量を加減する流量調整弁１８とが水管路で順次接続されている。

第一湯水混合弁１６の他方の流入口と接続する貯湯タンク２１は、予め水冷媒熱交換器２で加熱した湯を内部に蓄える。第一湯水混合弁１６は、後述する運転制御手段８０によって、貯湯タンク２１に蓄えた約６０〜９０℃の高温の湯と水冷媒熱交換器２からの湯水とを混合する。すなわち第一湯水混合弁１６は、水冷媒熱交換器２で加熱した湯水が所望の温度に昇温される間、運転制御手段８０で設定する所定の温度の湯水を流出する。

第二湯水混合弁１７の他方の流入口と接続する水管路は、給水回路から分岐した水管路である。第二湯水混合弁１７は、後述する運転制御手段８０によって、第一湯水混合弁１６で混合された湯水と給水回路から分岐して供給される水を混合する。運転制御手段８０では、後述するように、設定された所定の給湯温度（約３５〜６０℃程度）で給湯金具１９を通じて出湯端末から出湯するため、第一湯水混合弁１６と第二湯水混合弁１７を制御する。

風呂湯張り回路は、給湯回路の流量調整弁１８から給湯金具１９にいたる水管路から分岐し、入出湯金具３５までが給湯装置内に設けられている。具体的には、注湯電磁弁３１は、流量調整弁１８と給湯金具１９との間から分岐した湯水を風呂湯張り回路と連通させる。フロースイッチ３２は、回路中を湯が流れていることを検知する。

風呂循環ポンプ３３は、後述する追い焚きのために浴槽の湯水を装置内に取り込むために用いる。水位センサ３４は、浴槽３６に注湯された湯水の水位を検知する。入出湯金具３５は、浴槽３６の風呂循環アダプタ３６ａと水管路で接続するための装置側端部である。

風呂追焚き加熱回路は、本実施形態では浴槽の湯水を再加熱するために水水熱交換器２９を用いる。タンク循環ポンプ２３で加圧された水管路内の湯水が水冷媒熱交換器２の水側伝熱管２ｃ、２ｄで加熱される。加熱された水管路内の水は、給湯回路から分岐して開いた追焚き電磁弁２７と逆止弁２８を通過して、風呂追焚き熱交換器２９の二次冷媒側伝熱管２９ａに入る。対向流をなす浴槽水側伝熱管２９ｂ内の水と熱交換を終えた湯水は、タンク循環ポンプ２３によって、給水回路の逆止弁１４の下流側で接続された水管路を通じて風呂追い焚き運転の間循環する。

風呂追焚き吸熱回路は、浴槽３６に設けられた風呂循環アダプタ３６ａから導出された浴槽水を、入出湯金具３５を通じて装置内に引き入れる。装置内に導入された浴槽水は水位センサ３４を通り、風呂循環ポンプ３３で送出されて、フロースイッチ３２を通過した後、注湯電磁弁３１が閉じているため風呂追焚き熱交換器２９に引き回される。風呂追焚き熱交換器２９の浴槽水側伝熱管２９ｂを通って加熱された浴槽水は、入出湯金具３７を介して風呂循環アダプタ３６ａに供給される。

〔本実施形態における制御手段〕
以上の構成を運転する具体的な制御手段について次に説明する。運転制御手段８０は、制御回路７０に、表示手段（図示せず）を有する入力機器であるリモコン７１、圧縮機１ａ、１ｂとファン５ａ、５ｂを駆動するインバータ７２ａ、７２ｂおよび後述の各センサが接続されている。

制御回路７０は、ヒートポンプ冷媒回路の運転開始及び停止、並びに圧縮機１ａ、１ｂの回転速度制御、膨張弁３ａ、３ｂの開度制御を行うと共に、給湯回路の湯水混合弁１６、１７、流量調整弁１８等の水関係機器の制御も行う。

各センサは、前述の流量センサ１３、１５の他に、各部の温度を検出する温度センサや圧力を検出する圧力センサ、そして電流センサを備える。

温度センサは、ヒートポンプ冷媒回路においては、圧縮機吐出温度センサ５０ａ、５０ｂ、蒸発器冷媒入口温度センサ５２ａ、５２ｂ、蒸発器冷媒出口温度センサ５３ａ、５３ｂ、外気温度センサ５４ａ、５４ｂが設けられていて、給水回路においては、給水温度センサ６０、水冷媒熱交換器水入口温度センサ６１が設けられ、給湯回路においては、水冷媒熱交換器水出口温度センサ６２、混合温度センサ６３、給湯温度センサ６４、タンク温度センサ６５ａ、６５ｂ、６５ｃが設けられている。

圧力センサは、ヒートポンプ冷媒回路に圧縮機吐出圧力センサ５１ａ、５１ｂがあり、また、インバータ７２ａ、７２ｂに1次電流を検知する電流センサ７３ａ、７３bがある。

〔本実施形態における目標温度の設定〕
宅内に配置されたリモコン７１により、使用者が所望の給湯温度Twsを設定すると、制御回路７０は、第二湯水混合弁１７の下流に設けられた給湯温度センサ６４の目標温度をTwb(=Tws+α0)に設定する。また、第一湯水混合弁１６と第二湯水混合弁1７との間に設けられた混合温度センサ６３の目標温度をTwk(=Twb+α1)に設定し、さらに、水冷媒熱交換器水出口温度センサ６２の目標温度をTwh(=Twk+α2)に設定する。

給湯回路の上流ほど、水冷媒熱交換器２に近い場所ほど、目標温度を高く設定するのは、水管路での放熱を考慮しているためである。また、外乱等により、水冷媒熱交換器２の水側伝熱管２ｃ、２ｄの出口温度や、第一湯水混合弁１６若しくは第二湯水混合弁１７から流出した湯水の混合温度が多少変動しても、所望の給湯温度より若干高めに温度設定することによって、第二湯水混合弁１７で水を適量混合することで所望の温度に調整することができて、結果的に温度変動の少ない給湯を実現できる。

〔本実施形態における圧縮機の回転速度制御〕
圧縮機１ａ、１ｂの回転速度制御は次のように行われる。圧縮機の回転速度制御の最終的な制御目標は、水冷媒熱交換器２の水出口温度である。しかし圧縮機回転速度の変化に対して、熱交換器等の熱容量の影響で水冷媒熱交換器２の水出口温度は応答速度が遅い。

そのため本実施形態では、水冷媒熱交換器２の水出口温度と関係する特性であって、応答速度の速い吐出圧力を制御目標とする。貯湯式と比較して応答性が要求される瞬間式のヒートポンプ給湯装置では、制御目標を吐出圧力にすることにより、応答性が改善される。

吐出圧力は、水冷媒熱交換器２の水出口温度が高いほど、高くなる。したがって、目標吐出圧力Pd0を、水冷媒熱交換器２の水出口温度目標値Twhの関数として表す。例えば、
Pd0=f(Twh)（fは関数を表す） ………（１）
目標吐出圧力Pd0と実際の吐出圧力Pdとの偏差ΔEpd（= Pd0−Pd）とが０となるように圧縮機回転速度が制御される。例えば、偏差ΔEpdおよび（偏差ΔEpd−前回偏差ΔEpd）の関数として、圧縮機回転速度が増減される。

また、水流量の大小の影響等により、実際の吐出圧力Pdが目標吐出圧力Pd0に到達した場合でも、水冷媒熱交換器２の水出口温度が目標値とずれる場合があるため、水冷媒熱交換器２の水出口温度が目標値に近づくように、目標吐出圧力Pd0の補正が随時行われる。

すなわち、圧縮機１ａ、１ｂの回転速度制御は、使用者の蛇口等の開度で決定される所望の流量で、リモコン７１で設定される所望の給湯温度Twsに基づいて設定される水冷媒熱交換器２の水出口温度目標値Twhとなるように制御されるので、能力制御しているのと等価である。

吐出圧力は圧力センサ５１ａ、５１ｂ、外気温度は温度センサ５４ａ、５４ｂ、水冷媒熱交換器２の水入口温度は温度センサ６１、水出口温度は温度センサ６２により検知される。

〔本実施形態における水冷媒熱交換器の水出口温度目標値の修正〕
例えば、外気温2℃でシャワー（給湯温度42℃、流量10L/min）を行った場合について説明する。

圧縮機１ａ、１ｂの起動直後は、時間の経過とともに、ヒートポンプ冷媒回路の加熱能力が徐々に増加するため、第一湯水混合弁１６で水冷媒熱交換器２側の流量が徐々に増加し、貯湯タンク２１側の流量が徐々に減少する。

この時、ヒートポンプ冷媒回路の圧縮機１ａ、１ｂは、前述したように、目標吐出圧力となるように回転速度制御される。

図２に60℃貯湯、90℃貯湯時の水冷媒熱交換器２の水出口温度と水冷媒熱交換器２側の流量との関係を示す。60℃貯湯、90℃貯湯ともに水冷媒熱交換器２の水出口温度が高いほど、水冷媒熱交換器側の流量も高くなることがわかる。

この時、給水温度を5℃とした時の水冷媒熱交換器２の水出口温度と加熱能力との関係を図３に示す。

例えば、外気温2℃でのヒートポンプ単独での最大加熱能力を15.5kW（給水温度5℃、給湯温度42℃、流量6L/min）とする。ヒートポンプ単独での最大加熱能力は、例えば、インバータの一次側電流の所定の電流制限値によって決まる。すなわち、電流制限値となる最大電流の時に、加熱能力も最大となる。電流制限値は、家庭のブレーカが落ちない電流値に設定される。

水冷媒熱交換器２からの湯水と貯湯タンク２１に蓄えた高温湯とを混合する場合、上記の最大加熱能力15.5kWと同じ能力となる水冷媒熱交換器２の水出口温度は、60℃貯湯で35.4℃、流量7.3L/min、90℃貯湯で31.9℃、8.3L/minである。すなわち、ヒートポンプのみの給湯と、ヒートポンプと貯湯タンクとを用いた給湯とでは、同一のヒートポンプ能力であっても、ヒートポンプと貯湯タンクとを用いた給湯のほうが、水冷媒熱交換器２の出口温度が低く、流量が多くなる。この時、ヒートポンプと貯湯タンクとを用いた給湯のほうが、水冷媒熱交換器２の出口温度が低くてすむため、ＣＯＰ（加熱能力/入力）も高い。

したがって、電流制限値が同一の場合、ヒートポンプと貯湯タンクとを用いた給湯では、ヒートポンプ能力が15.5kWでも、電流値が電流制限値に達せず（入力に余裕があり）、さらに能力の増加が可能である。すなわち、電流値が電流制限値に達するまで、図３で、60℃貯湯では、水冷媒熱交換器の水出口温度35.4℃、水冷媒熱交換器側の流量7.3L/minが、90℃貯湯では、水冷媒熱交換器の水出口温度31.9℃、水冷媒熱交換器側の流量8.3L/minが、それぞれ42℃、10L/minに近づく。
蒸発器において着霜が生ずる低外気温条件では、加熱能力が増加するほど、蒸発器での吸熱量が増加し、それに伴い蒸発温度が低下し、蒸発器が着霜しやすくなるため、加熱能力量（ヒートポンプの立ち上がりからデフロスト開始までの加熱能力の時間積分）が低下する。したがって、ヒートポンプと貯湯タンクとを用いた給湯では、ヒートポンプのみの給湯と比較して、同一の電流制限値において、加熱能力は増加するが、加熱能力量は減少する。

また、同一能力の場合でも、ヒートポンプと貯湯タンクとを用いた給湯では、ヒートポンプのみの給湯と比較して、ＣＯＰが高いため、入力が低く、その分、蒸発器の吸熱量が大きくなり、着霜しやすく、加熱能力量は低くなる。

よって、ヒートポンプと貯湯タンクとを用いた給湯において、ヒートポンプのみの給湯における加熱能力量と同等の加熱能力量を確保するためには、加熱能力を制限する必要がある。

次に、ヒートポンプと貯湯タンクを用いた給湯において、着霜抑制のために、加熱能力を抑制する制御の一実施形態について説明する。この実施形態では、着霜条件で、ヒートポンプと貯湯タンクを用いた給湯において、所定のヒートポンプ能力制限値に基づいて、水冷媒熱交換器２の水出口温度目標値を下方修正し、過大な加熱能力を出さないようにする。図４のフローチャートを用いて説明する。

ここでは、前述の給湯温度の設定値Tws、給湯温度の目標値Twb、混合温度の目標値Twk、水冷媒熱交換器２の水出口温度目標値Twhとの関係を示す式において、説明の簡略化のため、水管路での放熱なしと仮定し、α0=α1=α2=0とする。したがって、以下、Tws=Twb=Twk=Twhとして説明する。

制御回路７０は、給湯温度の設定値Twsをもとに、水冷媒熱交換器２の水出口温度の目標値Twhを設定する（ステップ１００）。ここで、給湯温度の設定は、リモコン７１において、使用者によって行われる。

次に、−8℃≦外気温度Ta≦10℃、かつ、タンク上温度Twu≧45℃かどうか判定する（ステップ１０１）。ここで、外気温度Taは温度センサ５４ａ、５４ｂにより、タンク上温度Twuは温度センサ65ａにより検知される。また、ここで、−8℃≦外気温度Ta≦10℃は、概略、蒸発器４ａ、４ｂに着霜が生ずる外気温度条件である。タンク上温度Twu≧45℃は、タンク２１の湯があり、ヒートポンプと貯湯タンクとを用いた給湯が可能である条件である。

−8℃≦外気温度Ta≦10℃、かつ、タンク上温度Twu≧45℃以外の場合は（ステップ１０１Ｎｏ）、そのまま、水冷媒熱交換器２の水出口温度目標値Twhの値を保持する。一方、ステップ１０１Ｙｅｓの場合、すなわち、蒸発器に着霜が生じる外気温度条件で、タンクに湯がある場合は、次に、水冷媒熱交換器２の水出口温度の修正目標値Twh-mdfの演算を行う（ステップ１０２）。

ここで、ステップ１０２の演算式の説明を行う。ヒートポンプ能力Qh(kW)は、下式で表せる。

Qh=(Two-Twi)*Rw*Ft/100*(100-Fb)/100*4.186/60 ………（２）
ここで、Two(℃) 、Twi(℃)はそれぞれ、水冷媒熱交換器２の水出口温度センサ、水入口温度センサの温度、Rw(L/min)は給水流量センサ１５の流量、Ft(%)は第１湯水混合弁１６での混合流量比率（比率100%は水冷媒熱交換器側100%）、Fb(%)は第２湯水混合弁１７での混合流量比率（比率100%は水側100%）である。

また、第１湯水混合弁１６の混合流量比率Ftは、混合温度センサ６３が目標温度Twkとなるように下式で設定される。

Ft=(Twu-Twk)/(Twu-Two)*100 ………（３）
ここで、Twu(℃)はタンク上温度センサ６５ａの温度である。

また、α1=0としたため、混合温度目標値Twkと給湯温度目標値Twbが等しくなり、第２湯水混合弁１７において、水を混合しないため、混合流量比率Fbは、下式となる。

Fb=0 ………（４）
式（２）〜（４）より、水冷媒熱交換器２の出口温度Twoは、ヒートポンプ能力Qh、タンク上温度Ｔwu、混合温度目標値Twk、給水流量Rwを用いて下式で表せる。

Two=(Qh*Twu+Twi*(Twu-Twk)*Rw*4.186/60)
/(Qh+(Twu-Twk)*Rw*4.186/60) ………（５）
この式において、ヒートポンプ能力Qhに所定の外気温度における能力制限値Qhxを代入すると、所定のタンク上温度Twu、給水温度Twi、混合温度目標値Twk、給水流量Rwで与えられる使用条件下において、水冷媒熱交換器２の出口温度Twoが混合温度目標値Twkより高い場合（Two＞Twk）と、出口温度Twoが混合温度目標値Twk以下の場合（Two≦Twk）とがある。

すなわち、Two＞Twkの場合は、必要な給湯負荷より、ヒートポンプ能力制限値Qhxが大きいため、ヒートポンプのみの給湯が行われる。このとき、水冷媒熱交換器２の水出口温度目標値Twhは、給湯温度の設定値Twsをもとに設定（ステップ１００）された値をそのまま用いる。

一方、Two≦Twkの場合は、必要な給湯負荷より、ヒートポンプ能力制限値Qhxが小さいため、ヒートポンプと貯湯タンクとを用いた給湯が行われる。このとき、水冷媒熱交換器２の水出口温度目標値Twhを、ヒートポンプ能力制限値Qhxによって算出されるTwoに下方修正することにより、過大な能力が出ること防止することができる。

以上の説明より、式（５）において、Twoを水冷媒熱交換器２の水出口温度の修正目標値Twh-mdfに、Qhをヒートポンプ能力制限値Qhxに変更するとステップ１０２の演算式となる。

Twh-mdf=(Qxh*Twu+Twi*(Twu-Twk)*Rw*4.186/60)
/(Qhx+(Twu-Twk)*Rw*4.186/60) ………（６）
ここで、ヒートポンプ能力制限値Qhxは、例えば、図５に示すように、外気温の関数で与えられる。

次に、Twh≧Twh-mdfかどうか判定する（ステップ１０３）。以下は、前述の説明を、記号を代えて同様の説明を再度行う。

水冷媒熱交換器２の水出口温度の目標値Twh≧修正目標値Twh-mdfでない場合（前述のTwo＞Twkと同等）（ステップ１０３Ｎｏ）、そのまま、水冷媒熱交換器２の水出口温度目標値Twhの値を保持する。これは、必要な給湯負荷より、ヒートポンプ能力制限値Qhxが大きいためである。

一方、水冷媒熱交換器２の水出口温度の目標値Twh≧修正目標値Twh-mdfの場合（前述のTwo≦Twkと同等）（ステップ１０３Ｙｅｓ）、水冷媒熱交換器２の水出口温度目標値Twhを修正目標値Twh-mdfに下方修正する（ステップ１０４）。これは、必要な給湯負荷より、ヒートポンプ能力制限値Qhxが小さいためで、ステップ１００で設定された出口温度目標値のままだと、前述の圧縮機回転速度制御により、圧縮機回転速度が増速され、過大な能力が出るこを防止することができる。これにより、ヒートポンプと貯湯タンクを用いた給湯において、着霜抑制のために、加熱能力を抑制することができる。

本発明を適用した場合の、ヒートポンプのみの給湯でのインバータの１次側電流の最大値と、ヒートポンプと貯湯タンクとを用いた給湯でのインバータの１次側電流の最大値と、外気温度との関係の一例を図６に示す。通常は、インバータの１次側電流の所定の電流制限値によって決まる。着霜条件となる、−8℃≦外気温度Ta≦10℃において、ヒートポンプと貯湯タンクとを用いた給湯の場合、加熱能力を抑制するため、ヒートポンプのみの給湯での最大電流より小さい値に抑えられている。

図６から明らかなように、−8℃≦外気温度Ta≦10℃において、ヒートポンプと貯湯タンクとを用いた給湯の場合、通常の１次側電流の制限値より、下げるように設定しても同様な効果が得られる。

また、本発明を適用することにより、ヒートポンプと貯湯タンクとを用いた給湯において、給湯運転時間の延長を図ることができる。

また、加熱能力の抑制を適正に行うことにより、給湯運転時間が最大となる制御が可能である。

本発明の一実施形態におけるヒートポンプ給湯装置の回路図である。 本発明の一実施形態に係る、水冷媒熱交換器の水出口温度と水冷媒熱交換器側の流量との関係を示す図である。 本発明の一実施形態に係る、水冷媒熱交換器の水出口温度と加熱能力との関係を示す図である。 本発明の一実施形態に係る、水冷媒熱交換器の水出口温度目標値の下方修正を行うフローチャート図である。 本発明の一実施形態における外気温度とヒートポンプ能力制限値との関係を示す図である。 本発明の一実施形態に係る、外気温度と最大電流値との関係を示す図である。

符号の説明

１ａ、１ｂ 圧縮機
２ａ、２ｂ 水冷媒熱交換器
３ａ、３ｂ 膨張弁
４ａ、４ｂ 蒸発器
１３ 給水流量センサ
１５ 水冷媒熱交換器流量センサ
１６ 第一湯水混合弁
１７ 第二湯水混合弁
１８ 流量調整弁
２１ 貯湯タンク
３１ 注湯電磁弁
３６ 浴槽
５０ａ、５０ｂ 吐出温度センサ
５１ａ、５１ｂ 吐出圧力センサ
５２ａ、５２ｂ 蒸発器冷媒入口温度センサ
５３ａ、５３ｂ 蒸発器冷媒出口温度センサ
６２ 給水温度センサ
６１ 水冷媒熱交換器水入口温度センサ
６２ 水冷媒熱交換器水出口温度センサ
６３ 混合温度センサ
６４ 給湯温度センサ
７０ 制御回路
７１ リモコン
７２ａ、７２ｂ インバータ
７３ａ、７３ｂ 電流センサ
８０ 運転制御手段。

Claims (4)

1. 圧縮機により圧縮された冷媒と水との熱交換を行う水冷媒熱交換器を有するヒートポンプ冷媒回路と、前記水冷媒熱交換器で加熱した湯を予め内部に蓄える貯湯タンクとを備えるヒートポンプ給湯装置において、外気温が所定温度よりも低いときに、前記ヒートポンプ冷媒回路で加熱した湯と、前記貯湯タンク内の湯とを混合して用いる給湯時に、前記ヒートポンプ冷媒回路の加熱能力を制限する制御回路を備えるヒートポンプ給湯装置。
2. 圧縮機により圧縮された冷媒と水との熱交換を行う水冷媒熱交換器を有するヒートポンプ冷媒回路と、前記水冷媒熱交換器で加熱した湯を予め内部に蓄える貯湯タンクとを備えるヒートポンプ給湯装置において、外気温が所定温度よりも低いときに、前記ヒートポンプ冷媒回路で加熱した湯と、前記貯湯タンク内の湯とを混合して用いる給湯時の、ヒートポンプ給湯装置の最大電流が、前記ヒートポンプ冷媒回路で加熱した湯のみを用いる給湯時のヒートポンプ給湯装置の最大電流より、小さくする制御回路を備えるヒートポンプ給湯装置。
3. 請求項１乃至２において、前記制御回路は、前記水冷媒熱交換器の水出口温度目標値を低くすることを特徴とするヒートポンプ給湯装置。
4. 請求項１乃至２において、前記制御回路は、前記ヒートポンプ冷媒回路で加熱した湯と、前記貯湯タンク内の湯とを混合して用いる給湯時の、ヒートポンプ給湯装置の電流制限値を、前記ヒートポンプ冷媒回路で加熱した湯のみを用いる給湯時の、ヒートポンプ給湯装置の電流制限値より、小さく設定する制御回路を備えるヒートポンプ給湯装置。
   

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