JP2010112683A - ヒートポンプサイクル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高いＣＯＰ（ヒートポンプサイクルの成績係数）を発揮させながら運転することが望ましい運転モードにおいて、適切にヒートポンプサイクルのＣＯＰを向上させる。
【解決手段】冷媒を吸入して圧縮する圧縮機１１と、圧縮機１１から吐出された高圧冷媒によって加熱対象流体を加熱する加熱用熱交換器１２と、加熱用熱交換器１２を通過した高圧冷媒を減圧させる減圧手段１３と、減圧手段１３で減圧された低圧冷媒を蒸発させる蒸発器１４とを備え、加熱対象流体を加熱する加熱能力を調整可能なヒートポンプサイクル装置であって、外気温度の低下に伴って加熱能力を増加させる第１運転モードでの運転と、外気温度の変化によらず加熱能力を一定に維持する第２運転モードでの運転とを切替可能に構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、加熱対象流体を加熱する加熱能力を調整するヒートポンプサイクル装置に関する。

従来、給湯水を加熱する給湯運転モードや家屋内等を暖房する暖房運転モード等の運転モードを切替え可能に構成されたヒートポンプサイクル装置が知られている（例えば、特許文献１）。この特許文献１では、加熱対象流体の温度が上記各運転モードに設定された目標加熱温度となるように、ヒートポンプサイクル装置におけるヒートポンプサイクルの所定能力を適正な効率で発揮、維持できるように、圧縮機の回転数や膨張弁の開度を制御するようにしている。
特開２００８−１１１６５７号公報

ところで、運転モードを切替え可能に構成されたヒートポンプサイクル装置では、例えば給湯運転モードのように、加熱対象流体を高温まで上昇させる必要がある場合は、加熱対象流体を目標加熱温度まで上昇させるために、ヒートポンプサイクルの成績係数（ＣＯＰ）が低くなったとしても、ヒートポンプサイクル装置の加熱能力を一定に維持しなければならない。

一方、例えば暖房運転モードのように、加熱対象流体を給湯運転モード時の高温に対して低い中間温度まで上昇させる必要がある場合、高いＣＯＰを発揮させながら加熱能力を適切に制御して、ヒートポンプサイクル装置の運転を行なうことが望ましい。

しかし、特許文献１には、このような各運転モードにおいて必要とされる加熱能力の相違を考慮せずに、単にヒートポンプサイクルの「所定能力を適正な効率で発揮、維持できるように、圧縮機の周波数や膨張弁の開度を制御する」と記載されているだけで、ヒートポンプサイクルのＣＯＰを向上させるための具体的な手段について何ら開示されていない。

本発明は、上記点に鑑み、高いＣＯＰを発揮させながら運転することが望ましい運転モードにおいて、具体的にヒートポンプサイクルのＣＯＰを向上させることを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、冷媒を吸入して圧縮する圧縮機（１１）と、圧縮機（１１）から吐出された高圧冷媒によって加熱対象流体を加熱する加熱用熱交換器（１２）と、加熱用熱交換器（１２）を通過した高圧冷媒を減圧させる減圧手段（１３）と、減圧手段（１３）で減圧された低圧冷媒を蒸発させる蒸発器（１４）とを備え、加熱対象流体を加熱する加熱能力を調整可能なヒートポンプサイクル装置であって、外気温度の低下に伴って加熱能力を増加させる第１運転モードでの運転と、外気温度の変化によらず加熱能力を一定に維持する第２運転モードでの運転とを切替可能に構成されていることを特徴とする。

これによれば、第１運転モードにおいて、外気温度の低下に伴って加熱能力を増加させるので、外気温度が高温となる高外気温度時のように蒸発器（１４）の吸熱量が増加する際に、不必要な加熱能力を発揮させることがない。従って、高いＣＯＰを発揮させながら運転することが望ましい運転モードにおいて、運転モードを第１運転モードに切替えることで、具体的にＣＯＰを向上させることができる。なお、本発明における「一定」とは、加熱能力が完全に一定となることのみを意味するものではなく、制御誤差等によって微小に異なるものも「一定」という用語の範囲内に含むものとする。

また、請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の発明において、第１運転モードにおいて、外気温度の低下に伴って加熱能力を増加させる際の加熱能力増加度合を変更可能に構成されていることを特徴とする。

これによれば、第１運転モードにおいて、加熱能力を増加させる際の加熱能力度合を変更できるので、ヒートポンプサイクル装置に必要とされる加熱能力が変動した場合であっても、加熱能力を適切に確保することができる。

また、請求項３に記載の発明のように、請求項１または２に記載の発明において、第１運転モードにおいて、外気温度の低下に伴って加熱能力を増加させる際の加熱能力増加度合を予め定めた一定の増加度合としてもよい。

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。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図１〜図５に基づいて説明する。本実施形態では、本発明のヒートポンプサイクル装置を、家屋内等を暖房する暖房機能を備えた貯湯式ヒートポンプ給湯機１に適用している。図１は、本実施形態の貯湯式ヒートポンプ給湯機１の全体構成図である。

貯湯式ヒートポンプ給湯機１は、図１に示すように、冷媒を循環させるヒートポンプサイクル１０と、加熱対象流体であるブラインを循環させるブライン循環回路２０と、後述する貯湯タンク３１内の給湯水を循環させる給湯水循環回路３０とに大別される。なお、本実施形態では、ブラインとして、凍結温度を低下させる防錆成分、不凍液成分等を添加した水（不凍液）を採用している。

まず、ヒートポンプサイクル１０は、圧縮機１１、ブライン−冷媒熱交換器１２、電気式膨張弁１３、蒸発器１４等を順次接続した蒸気圧縮式の冷凍サイクルである。このヒートポンプサイクル１０では、冷媒として二酸化炭素を採用しており、圧縮機１１から吐出された高圧冷媒の圧力が冷媒の臨界圧力以上となる超臨界冷凍サイクルを構成している。

圧縮機１１は、ヒートポンプサイクル１０において冷媒を吸入し、臨界圧力以上となるまで圧縮して吐出するもので、吐出容量が固定された固定容量型圧縮機１１ａを電動モータ１１ｂにて駆動する電動圧縮機である。固定容量型圧縮機１１ａとしては、具体的に、スクロール型圧縮機構、ベーン型圧縮機構等の各種圧縮機構を採用できる。

電動モータ１１ｂは、後述するヒートポンプ側制御装置４０から出力される制御信号によって、その作動（回転数）が制御されるもので、交流モータ、直流モータのいずれの形式を採用してもよい。そして、この回転数制御によって、圧縮機１１の冷媒吐出能力が変更される。

圧縮機１１の冷媒吐出口には、ブライン−冷媒熱交換器１２の冷媒通路１２ａ入口側が接続されている。ブライン−冷媒熱交換器１２は、ブラインが通過するブライン通路１２ｂと圧縮機１１から吐出された高温高圧冷媒が通過する冷媒通路１２ａとを有し、ブラインと圧縮機１１吐出冷媒とを熱交換させる熱交換器である。従って、ブライン−冷媒熱交換器１２は、圧縮機１１吐出冷媒の熱量によってブラインを加熱させる加熱用熱交換器として機能する。

なお、本実施形態のブライン−冷媒熱交換器１２の冷媒通路１２ａにおける冷媒の流れ方向およびブライン通路１２ｂにおけるブラインの流れ方向は、互いに同じ方向としているが、互いに対向する方向とすることが望ましい。ブライン−冷媒熱交換器１２における冷媒の流れ方向およびブラインの流れ方向を互いに対向する方向とすれば、冷媒通路１２ａを流通する冷媒とブライン通路１２ｂを流通するブラインとの温度差を確保して熱交換効率を向上させることができる。

また、本実施形態のヒートポンプサイクル１０では、圧縮機１１吐出冷媒の圧力が臨界圧力以上となる超臨界冷凍サイクルを構成しているので、ブライン−冷媒熱交換器１２の冷媒通路１２ａを通過する冷媒は、凝縮することなく超臨界状態のまま放熱する。

ブライン−冷媒熱交換器１２の冷媒通路１２ａ出口側には、電気式膨張弁１３の入口側が接続されている。電気式膨張弁１３は冷媒通路１２ａから流出した高圧冷媒を減圧膨張させる減圧手段であるとともに、圧縮機１１の冷媒吐出口から電気式膨張弁１３の入口側へ至る高圧側冷媒圧力を制御する圧力制御手段でもある。

より具体的には、この電気式膨張弁１３は、絞り開度を調整可能な弁体部１３ａと、この弁体部１３ａの絞り開度を可変制御するサーボモータからなる電動アクチュエータ１３ｂとを有して構成される。

電気式膨張弁１３の出口側には、蒸発器１４が接続されている。蒸発器１４は、電気式膨張弁１３にて減圧された低圧冷媒と電動室外ファン１４ａによって送風された外気（室外空気）とを熱交換させることで、低圧冷媒を蒸発させて吸熱作用を発揮させる吸熱用熱交換器として機能する。

そして、蒸発器１４の冷媒出口側には、圧縮機１１の冷媒吸入口が接続されている。従って、ヒートポンプ側制御装置４０が圧縮機１１を作動させると、冷媒は、圧縮機１１→ブライン−冷媒熱交換器１２の冷媒通路１２ａ→電気式膨張弁１３→蒸発器１４→圧縮機１１の順に循環する。

次に、ブライン循環回路（閉回路）２０について説明する。ブライン循環回路２０は、ブライン−冷媒熱交換器１２のブライン通路１２ｂの出口側に循環ポンプ２１の吸入口が接続されている。

循環ポンプ２１は、ブライン−冷媒熱交換器１２で加熱されたブラインを吸入して圧送することで、ブライン循環回路２０内のブラインを循環させる。なお、循環ポンプ２１は、後述する暖房給湯側制御装置５０から出力される制御信号によって回転数（ブライン流量）が制御される電動式のポンプである。

循環ポンプ２１の出口側には、循環ポンプ２１から圧送されたブラインの流れを分岐する分岐部２２が設けられている。分岐部２２には、ブラインの循環経路を切替える流路切替弁２２ａが配置されている。この流路切替弁２２ａは、後述する暖房給湯側制御装置５０から出力される制御信号によってブラインの循環経路を切替える電気式三方弁で構成されており、循環ポンプ２１の下流側の循環経路を暖房側経路２０ａと給湯側経路２０ｂとに切替える流路切替手段として機能する。

暖房側経路２０ａには、暖房側経路２０ａ内のブラインの熱を放熱することで、家屋内を暖房するための暖房装置２３が配置されている。本実施形態の暖房装置２３は、家屋内の床部を加熱して室内を暖房する床暖房装置である。

暖房装置２３の出口側には、暖房側経路２０ａから流出したブラインの流れと給湯側経路２０ｂから流出したブラインの流れを合流する合流部２５が設けられている。そして、合流部２５のブライン流れ下流側は、ブライン−冷媒熱交換器１２のブライン通路１２ｂに接続されている。

従って、ブラインの循環経路が暖房側経路２０ａに切替えられた場合、ブライン−冷媒熱交換器１２で加熱されたブラインは、循環ポンプ２１→分岐部２２（流路切替弁２２ａ）→暖房装置２３→合流部２５→ブライン−冷媒熱交換器１２のブライン通路１２ｂ→循環ポンプ２１といった順序で循環する。

一方、分岐部２２で分岐された給湯側経路２０ｂには、ブライン−水熱交換器２４のブライン通路２４ａ入口側が接続されている。ブライン−水熱交換器２４は、ブラインが通過するブライン通路２４ａと給湯水循環回路３０内の給湯水が通過する水通路２４ｂとを有し、ブラインと給湯水とを熱交換させる熱交換器である。従って、ブライン−水熱交換器２４は、ブライン−冷媒熱交換器１２で加熱されたブラインの熱によって給湯水を加熱する熱交換器として機能する。

なお、本実施形態のブライン−水熱交換器２４のブライン通路２４ａにおけるブラインの流れ方向および水通路２４ｂにおける給湯水の流れ方向は、互いに対向する方向としている。このように、ブライン−水熱交換器２４におけるブラインの流れ方向および給湯水の流れ方向を互いに対向する方向とすることで、ブライン通路２４ａを流通するブラインと水通路２４ｂを流通する給湯水との温度差を確保して熱交換効率を向上させることができる。

さらに、ブライン−水熱交換器２４のブライン通路２４ａの出口側は、前述の合流部２５に接続されている。

従って、ブラインの循環経路が給湯側経路２０ｂに切替えられた場合、ブライン−冷媒熱交換器１２で加熱されたブラインは、循環ポンプ２１→分岐部２２（流路切替弁２２ａ）→ブライン−水熱交換器２４のブライン通路２４ａ→合流部２５→ブライン−冷媒熱交換器１２のブライン通路１２ｂ→循環ポンプ２１といった順序で循環する。

次に、給湯水循環回路３０について説明する。給湯水循環回路３０には、貯湯タンク３１が配置されている。貯湯タンク３１は、断熱構造を有して高温の給湯水を長時間保温するための温水タンクであり、耐食性に優れた金属（例えば、ステンレス）で形成されている。

貯湯タンク３１に貯留された給湯水は、貯湯タンク３１の上部に設けられた出湯口から出湯され、図示しない温調弁において水道からの冷水と混合されて温度調節された後、台所や風呂等に給湯される。また、貯湯タンク３１内の下部に設けられた給水口から水道水が給水されるようになっている。

さらに、給湯水循環回路２０には、貯湯タンク３１内の給湯水を吸入して圧送することで、給湯水循環回路２０内を循環させる水ポンプ３２が配置されている。この水ポンプ３２は、後述する暖房給湯側制御装置５０から出力される制御信号によって、その作動が制御される電動式のポンプである。

水ポンプ３２の出口側は、ブライン−水熱交換器２４の水通路２４ｂに接続されている。そして、ブライン−水熱交換器２４の水通路２４ｂの出口側は、貯湯タンク３１に接続され、ブライン−水熱交換器２４で加熱された水が貯湯タンク３１に還流して貯湯される。

従って、暖房給湯側制御装置５０が水ポンプ３２を作動させると、給湯水は、水ポンプ３２→ブライン−水熱交換器２４の水通路２４ｂ→貯湯タンク３１→水ポンプ３２の順に循環する。

次に、本実施形態の電気制御部の概要を説明する。ヒートポンプ側制御装置（ヒートポンプＥＣＵ）４０および暖房給湯側制御装置（暖房給湯ＥＣＵ）５０は、それぞれ、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を含む周知のマイクロコンピュータおよびその周辺回路等により構成されている。

ヒートポンプ側制御装置４０の出力側には、圧縮機１１の電動モータ１１ｂ、電動室外ファン１４ａ、電気式膨張弁１３の電動アクチュエータ１３ｂ等が接続され、これらの機器の作動を制御する。また、暖房給湯側制御装置５０の出力側には、ブライン循環回路２０の循環ポンプ２１、流路切替弁２２ａ、給湯水循環回路３０の水ポンプ３２等が接続され、これらの機器の作動を制御する。

なお、ヒートポンプ側制御装置４０は、上述した各アクチュエータを制御する制御手段が一体に構成されたものであるが、本実施形態では、主に圧縮機１１の電動モータ１１ｂの作動（冷媒吐出能力）を制御する構成（ハードウェアおよびソフトウェア）および電動式膨張弁１３の作動（絞り開度）を制御する構成（ハードウェアおよびソフトウェア）を加熱能力調整手段とする。ここで、加熱能力は、ブライン−冷媒熱交換器１２の冷媒通路１２ａを通過する冷媒の温度（圧力）と冷媒の流量によって決定されるものである。

また、ヒートポンプ側制御装置４０の入力側には、家屋外の外気温度を検出する外気温度センサ４１、ブライン−冷媒熱交換器１２のブライン通路１２ｂ入口側のブライン温度を検出する第１ブライン温度センサ４２、ブライン−冷媒熱交換器１２のブライン通路１２ｂ出口側のブライン温度を検出する第２ブライン温度センサ４３、ブライン−水熱交換器２４の水通路２４ｂから流出した給湯水温度を検出する給湯水温度センサ４４等が接続され、これらのセンサ群の検出信号が制御装置４０へ入力される。

本実施形態では、外気温度センサ４１として、具体的に、蒸発器１４の空気流れ上流側の外気温度を検出するサーミスタを採用している。もちろん、他の形式の外気温度検出手段（例えば、熱電対等）を採用してもよい。

さらに、ヒートポンプ側制御装置４０の入力側には、操作パネル４５が接続され、貯湯式ヒートポンプ給湯機１の作動・停止の操作信号、運転モードの切替信号、暖房装置２３の目標暖房温度設定信号、給湯水の目標給湯温度設定信号等がヒートポンプ側制御装置４０へ入力される。従って、この操作パネル４５は、貯湯式ヒートポンプ給湯機１の運転を暖房運転モードと給湯運転モードに切替えるモード切替手段を構成している。

ここで、ヒートポンプ側制御装置４０および暖房給湯側制御装置５０は、互いに電気的に接続されており、通信可能に構成されている。これにより、一方の制御装置に入力された検出信号および操作信号に基づいて、他方の制御装置が上述の各種アクチュエータ等の作動を制御することもできる。従って、ヒートポンプ側制御装置４０および暖房給湯側制御装置５０を１つの制御装置として一体的に構成してもよい。

次に、上記の構成における本実施形態の貯湯式ヒートポンプ給湯機１の作動を図２に基づいて説明する。図２は、ヒートポンプ側制御装置４０が実行する制御処理を示すフローチャートである。この制御処理は、貯湯式ヒートポンプ給湯機１に外部から電源が供給された状態で、操作パネル４５からの作動信号がヒートポンプ側制御装置４０に入力されるとスタートする。

まず、ステップＳ１ではフラグ、タイマ等の初期化がなされる。そして、次のステップＳ２にて、操作パネル４５の操作信号、センサ群４１〜４４等により検出された検出信号を読み込む。

本実施形態の貯湯式ヒートポンプ給湯機１は、操作パネル４５の運転モードの切替信号に基づいて、給湯運転モードと暖房運転モードとが切替えられる。具体的には、操作パネル４５で暖房運転モードが選択されている場合は、暖房給湯側制御装置５０が、ブラインの循環経路を暖房側経路２０ａに切替えるように流路切替弁２２ａを作動させ、給湯運転が選択されている場合は、ブラインの循環経路を給湯側経路２０ｂに切替えるように流路切替弁２２ａを作動させる。

次に、ステップＳ３に進み、ステップＳ２で読み込んだ操作信号および検出信号に基づいて各種アクチュエータの制御状態、つまり、各種アクチュエータへ出力される制御信号が決定される。

具体的には、圧縮機１１の電動モータ１１ｂ、電気式膨張弁１３の電動アクチュエータ１３ｂ、ブライン循環回路２０の循環ポンプ２１、給湯水循環回路３０の水ポンプ３２等へ出力される制御信号が決定される。

例えば、ブライン循環回路２０の循環ポンプ２１に出力される信号は、貯湯式ヒートポンプ給湯機１の運転が暖房運転である場合に、第２ブライン温度センサ４３で検出されたブライン温度が暖房装置２３の目標暖房温度に近づくように決定される。

一方、給湯水循環回路３０の水ポンプ３２に出力される信号は、貯湯式ヒートポンプ給湯機１の運転が給湯運転である場合に、給湯水温度センサ４４で検出された給湯水温度が目標給湯温度に近づくように決定される。なお、この目標給湯温度は、前述の目標暖房温度よりも高い温度となる。

ここで、本実施形態のように、暖房運転モードと給湯運転モードといった目的が異なる運転を行なう場合、暖房運転モードと給湯運転モードにおいてヒートポンプサイクル１０に必要とされる加熱能力が相違する場合がある。

例えば、給湯運転モードでは、給湯水を高温の目標給湯温度まで上昇させる必要があるため、ヒートポンプサイクルの成績係数（ＣＯＰ）が低くなったとしても、ヒートポンプサイクル１０の加熱能力を略一定に維持しなければならない。

一方、例えば暖房運転モードのように、暖房装置２３に供給するブラインを給湯水に対して低い中間温度の目標暖房温度まで上昇させるために、高いＣＯＰを発揮させながら加熱能力を適切に制御して、貯湯式ヒートポンプ給湯機１の運転を行なうことが望ましい。

そこで、本実施形態の暖房運転モードでは、高いＣＯＰを発揮させながら加熱能力を適切に制御するために、外気温度の低下に伴って加熱能力を増加させるようにヒートポンプサイクル１０の各アクチュエータ１１ｂ、１３ｂの制御信号が決定される。

一方、給湯運転モードでは、給湯水を高温に設定された目標給湯温度まで上昇させるために、外気温度の変化によらず、加熱能力が略一定となるように各アクチュエータ１１ｂ、１３ｂの制御信号が決定される。

つまり、本実施形態では、外気温度の低下に伴って加熱能力を増加させる暖房運転モード（第１運転モード）での運転と、外気温度の変化によらず加熱能力を一定に維持する給湯運転モード（第２運転モード）での運転とを切替可能に構成されている。

ここで、具体的にヒートポンプサイクル１０の各アクチュエータ１１ｂ、１３ｂの制御信号の決定処理について、図３に基づいて説明する。図３は、ヒートポンプ側制御装置が実行する各アクチュエータの制御信号の決定処理を示すフローチャートである。

図３に示すように、まず、ステップＳ３１にて貯湯式ヒートポンプ給湯機１の運転モードが暖房運転モードか否かを判定する。この判定処理は、操作パネル４５から出力される切替信号に基づいて行われる。

ステップＳ３１で暖房運転モードと判定された場合、ステップＳ３２にて暖房運転モード時において必要とされる加熱能力を決定する。具体的には、暖房運転モード時における加熱能力の決定は、外気温度センサ４１で検出した外気温度の低下に伴って加熱能力を増加させるように決定する。

より具体的には、図４（ａ）に示すように、外気温度の低下に比例して加熱能力を増加させるように決定する。すなわち、外気温度の低下に伴って加熱能力を増加させる際の加熱能力の増加度合を一定の増加度合（図４（ａ）の傾きが一定）としている。なお、図４（ａ）は、暖房運転モード時における外気温度と加熱能力との関係を示す制御特性図である。

そして、ステップＳ３３にて、ステップＳ３２で決定された加熱能力となるように、ヒートポンプサイクル１０の各アクチュエータ１１ｂ、１３ｂの制御信号を決定する。例えば、圧縮機１１の電動モータ１１ｂおよび膨張弁１３の電動アクチュエータ１３ｂへの制御信号は、ステップＳ３２で決定された加熱能力等に基づいて、ヒートポンプ側制御装置４０に予め記憶された制御マップを参照して決定すればよい。

一方、ステップＳ３１で給湯運転モードと判定された場合、ステップＳ３４にて給湯運転モード時において必要とされる加熱能力を決定する。具体的には、給湯運転モード時における加熱能力の決定は、図４（ｂ）に示すように、外気温度の変化によらず加熱能力を略一定に維持させるように決定する。なお、図４（ｂ）は、給湯運転モード時における外気温度と加熱能力との関係を示す制御特性図である。

そして、ステップＳ３３にて、ステップＳ３４で決定された加熱能力となるように、ヒートポンプサイクル１０の各アクチュエータ１１ｂ、１３ｂの制御信号を決定する。例えば、圧縮機１１の電動モータ１１ｂおよび膨張弁１３の電動アクチュエータ１３ｂへの制御信号は、ステップＳ３４で決定された加熱能力等に基づいて、ヒートポンプ側制御装置４０に予め記憶された制御マップを参照して決定すればよい。

図２に戻り、ステップＳ３で決定された各アクチュエータの制御状態が得られえるように、ステップＳ４にて、ヒートポンプ側制御装置４０および暖房給湯側制御装置５０から各種アクチュエータ１１ｂ、１３ｂ、２１、２２、３２に対して制御信号が出力される。

これにより、圧縮機１１から吐出された高温高圧の冷媒が、ブライン−冷媒熱交換器１２の冷媒通路１２ａに流入して、ブライン−冷媒熱交換器１２のブライン通路１２ｂを流通するブラインを加熱する。

ブライン−冷媒熱交換器１２にて加熱されたブラインは、暖房運転モードの場合に、暖房側経路２０ａを介して暖房装置２３に流入して、家屋内の加熱対象等を昇温させる。一方、給湯運転モードの場合に、給湯側経路２０ｂを介してブライン−水熱交換器２４のブライン通路２４ａに流入して、ブライン−水熱交換器２４の水通路２４ｂの給湯水を加熱させる。そして、ブラインの熱によって加熱された給湯水は、貯湯タンク３１の上方側に貯湯される。

次のステップＳ５では、操作パネル４５からの貯湯式ヒートポンプ給湯機１の停止信号が制御装置４０に入力されている場合は、各種アクチュエータの作動を停止させて、貯湯式ヒートポンプ給湯機１の運転を停止する。一方、操作パネル４５からの貯湯式ヒートポンプ給湯機１の停止信号が制御装置４０に入力されていない場合は、予め定めた制御周期の間待機した後、ステップＳ２に戻る。

上述した貯湯式ヒートポンプ給湯機１の作動によれば、暖房運転モードでは、外気温度の低下に伴って加熱能力を増加させるので、外気温度が高温となる高外気温度時のように蒸発器１４の吸熱量が増加する際に、不必要な加熱能力を発揮させることがない。従って、高いＣＯＰを発揮させながら運転することが望ましい暖房運転モードにおいて、ＣＯＰを向上させることができる。また、暖房運転モードでは、外気温度が低温となる低外気温度時において、ヒートポンプサイクル１０に必要とされる加熱能力を適切に確保することができる。

一方、給湯運転モードでは、運転モードを、外気温度の変化によらず加熱能力を一定に維持させている。従って、ＣＯＰの向上よりも、給湯水の加熱を優先させることができ、必要とされる加熱能力を充分に確保することができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図５に基づいて説明する。本実施形態では、上記第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。図５は、本実施形態における暖房運転モード時の外気温度とヒートポンプサイクル１０の加熱能力との関係を示す制御特性図である。

本実施形態では、暖房運転モードにおいて、暖房装置２３の目標暖房温度が変更され、ヒートポンプサイクル１０の熱負荷が変動した場合に、ヒートポンプサイクル１０の必要とされる加熱能力を適切な確保を図っている。

すなわち、本実施形態では、暖房運転モードにおいて、暖房装置２３の目標暖房温度が高温に設定された場合と低温に設定された場合とで、外気温度の変化に伴う加熱能力の増加度合（加熱能力増加度合）を変更可能に構成している。

換言すれば、ヒートポンプサイクル１０の熱負荷が高熱負荷となる場合と、低熱負荷となる場合とで、外気温度の変化に伴う加熱能力の増加度合（加熱能力増加度合）を変更可能に構成している。

例えば、図５に示すように、ヒートポンプサイクル１０の熱負荷が高熱負荷となる場合には、必要とされる加熱能力が増加するため、外気温度の低下に伴う加熱能力の増加度合を増加させ、熱負荷が低熱負荷となる場合には、必要とされる加熱能力が低下するため、外気温度の低下に伴う加熱能力の増加度合を減少させる。

このように、暖房運転モードにおいて、加熱能力を増加させる際の加熱能力度合を変更できるので、貯湯式ヒートポンプ給湯機１に必要とされる加熱能力が変動した場合であっても、加熱能力を適切に確保することができる。

（他の実施形態）
本発明は上述の実施形態に限定されることなく、以下のように種々変形可能である。

（１）上述の各実施形態の貯湯式ヒートポンプ給湯機１では、暖房運転モードにおいて、外気温度の低下に伴って加熱能力を増加させ、給湯運転モードにおいて外気温度の変化によらず加熱能力を一定に維持させる例について説明したが、これに限定されず種々変更可能である。例えば、給湯運転モードにおいて、給湯水を高温まで上昇させる第１給湯運転モード、中間温度まで上昇させる第２給湯運転モード等といった異なる運転を行なう場合、第２給湯運転モードにおいて、外気温度の低下に伴って加熱能力を増加させる運転を行なうようにしてもよい。

（２）上述の各実施形態では、上述の各実施形態では、本発明を暖房運転と給湯運転とを切替える貯湯式ヒートポンプ給湯機１に適用しているが、本発明の適用はこれに限定されない。本発明では、目的が異なる運転モードを備え、各運転モードにおけるヒートポンプサイクル１０に必要とされる加熱能力が相違するヒートポンプサイクル装置であれば様々な装置に適用することができる。

また、上述の各実施形態では、暖房装置２３を床暖房装置に適用した例を説明したが、暖房装置２３を他の装置（例えば空調装置）に適用してもよい。

（３）上述の各実施形態のヒートポンプサイクル１０では、冷媒として二酸化炭素を用いて超臨界冷凍サイクルを構成しているが、これに限らず、フロン系、ＨＣ系等の冷媒のように高圧圧力が臨界圧力を超えない冷媒を用いて亜臨界冷凍サイクルを構成してもよい。

（４）上述の各実施形態では、圧縮機１１として電動圧縮機を採用した例を説明したが、圧縮機１１はこれに限定されない。例えば、エンジン駆動式の可変容量型圧縮機を採用してもよい。

（５）上述の各実施形態のヒートポンプサイクル１０に、蒸発器１４の流出冷媒の気液を分離して、余剰冷媒を蓄える気液分離手段としてのアキュムレータを設けてもよい。

（６）上述の各実施形態では、ブラインとして不凍液成分等を添加した水を用いた場合の例を説明したが、これに限定されず、例えばブラインを真水としてもよい。

（７）上述の各実施形態では、流路切替弁２２ａを分岐部２２に配置しているが、これに限らず、合流部２５に配置してもよい。

第１実施形態に係る貯湯式ヒートポンプ給湯機の全体構成図である。 第１実施形態に係る制御装置の制御処理を示すフローチャートである。 第１実施形態に係る制御装置の制御処理を示すフローチャートである。 各運転モードにおける外気温と加熱能力との関係を示す制御特性図である。 第２実施形態に係る制御装置の要部を示す制御特性図である。

符号の説明

１１ 圧縮機
１２ ブライン−冷媒熱交換器（加熱用熱交換器）
１３ 電気式膨張弁（減圧手段）
１４ 蒸発器

Claims (3)

1. 冷媒を吸入して圧縮する圧縮機（１１）と、
   前記圧縮機（１１）から吐出された高圧冷媒によって前記加熱対象流体を加熱する加熱用熱交換器（１２）と、
   加熱用熱交換器（１２）を通過した高圧冷媒を減圧させる減圧手段（１３）と、
   前記減圧手段（１３）で減圧された低圧冷媒を蒸発させる蒸発器（１４）とを備え、
   前記加熱対象流体を加熱する加熱能力を調整可能なヒートポンプサイクル装置であって、
   外気温度の低下に伴って前記加熱能力を増加させる第１運転モードでの運転と、外気温度の変化によらず前記加熱能力を一定に維持する第２運転モードでの運転とを切替可能に構成されていることを特徴とするヒートポンプサイクル装置。
2. 前記第１運転モードにおいて、前記外気温度の低下に伴って前記加熱能力を増加させる際の加熱能力増加度合を変更可能に構成されていることを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプサイクル装置。
3. 前記第１運転モードにおいて、前記外気温度の低下に伴って前記加熱能力を増加させる際の加熱能力増加度合を予め定めた一定の増加度合とし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サイクル装置。

Images