JP2010127494A - ヒートポンプ式給湯機 - Google Patents

Abstract

【課題】沸き上げ温度に応じて圧縮機の回転数を制御するヒートポンプ式給湯機において、流量センサなしで目標加熱能力を維持する。
【解決手段】高圧側の冷媒圧力Ｔｃｉと吐出冷媒温度Ｔｃｉおよび出口冷媒温度Ｔｃｏと比エンタルピーのデータテーブルから水熱交換器１５の冷媒入口出口の比エンタルピーの変化量を求め、吸入冷媒温度Ｔｅｏと入口冷媒温度Ｔｅｏと冷媒密度のデータテーブルから吸入冷媒密度ρを求め、圧縮機１４の押しのけ量Ｖと圧縮機１５の回転数と吸入冷媒密度ρから冷媒の質量流量Ｍを求め、比エンタルピーの変化量と冷媒の質量流量Ｍと水熱交換器１５の熱交換効率ηの値とを乗算して加熱能力Ｗを算出し、この算出加熱能力Ｗと所定の目標加熱能力Ｗｓとが近づく方向へ循環ポンプ１９の目標回転数Ｎｐｓを補正するようにした。
【選択図】図６

Description

本発明は、ヒートポンプ式給湯機に関するものである。

従来より、この種のヒートポンプ式給湯機では、湯水を貯湯する貯湯タンクと給湯機能部品等が収められた貯湯タンクユニットと、圧縮機と水熱交換器と膨張弁と空気熱交換器とを環状に接続したヒートポンプユニットと、水熱交換器の水側と貯湯タンクとを循環ポンプと流量センサを介して水が循環可能に接続した循環回路を備えたものであった。

そして、沸き上げる水の入水温度と目標沸き上げ温度と定格加熱能力から水の目標循環流量を演算し、流量センサで検出する流量が目標循環流量となるように循環ポンプの回転数を制御し、圧縮機からの吐出冷媒温度が目標吐出冷媒温度となるように膨張弁の開度を制御し、水熱交換器の出口湯温が目標沸き上げ温度となるように圧縮機の回転数を増減制御するようにして沸き上げ運転を行うようにしていたものであった。（特許文献１）
特開２００７−３２７７２５

ところで、この従来のものでは、コストダウンのために流量センサを廃止した場合には循環ポンプの回転数を固定することで沸き上げ運転を実行可能となるが、ヒートポンプユニットと貯湯タンクユニットの間の配管長や高低差の違いによって流通抵抗が設置現場個々に相違して流量が変わるため、設置条件が変わると循環ポンプの回転数を固定しただけでは目標の定格加熱能力を維持することができないという問題があった。

本発明は、上記課題を解決するために、請求項１では、湯水を貯湯する貯湯タンクが収められた貯湯タンクユニットと、圧縮機と水熱交換器と膨張弁と空気熱交換器とを環状に接続し高圧側で超臨界状態となるヒートポンプサイクルを有したヒートポンプユニットと、前記貯湯タンクと前記水熱交換器を循環ポンプを有した循環回路で水が循環可能に接続したヒートポンプ式給湯機において、前記圧縮機の吐出冷媒温度を検出する吐出冷媒温度センサと、前記水熱交換器の出口冷媒温度を検出する水熱交出口冷媒温度センサと、高圧側の冷媒圧力を検出する圧力センサと、前記空気熱交換器の入口冷媒温度を検出する空気熱交入口冷媒温度センサと、前記圧縮機の吸入冷媒温度を検出する吸入冷媒温度センサと、前記水熱交換器の出口湯温を検出する沸き上げ温度センサと、前記吐出冷媒温度センサで検出する吐出冷媒温度が所定の目標吐出温度となるように前記膨張弁の開度を制御し、前記沸き上げ温度センサで検出する沸き上げ温度が所定の目標沸き上げ温度となるように前記圧縮機の回転数を制御し、前記循環ポンプが所定の目標回転数となるように制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、高圧側の冷媒圧力と冷媒温度に応じた比エンタルピーのデータテーブルと、前記空気熱交換器の入口冷媒温度と前記圧縮機の吸入冷媒温度に応じた冷媒密度のデータテーブルと、前記圧縮機の一回転当たりの冷媒の押しのけ量と、前記水熱交換器の熱交換効率とが予め記憶され、前記圧力センサで検出する冷媒圧力と前記吐出冷媒温度センサで検出する吐出冷媒温度および前記水熱交出口冷媒温度センサで検出する出口冷媒温度と前記比エンタルピーのデータテーブルから前記水熱交換器の冷媒入口出口の比エンタルピーの変化量を求め、前記吸入冷媒温度センサで検出する吸入冷媒温度と前記空気熱交入口冷媒温度センサで検出する入口冷媒温度と前記冷媒密度のデータテーブルから吸入冷媒密度を求め、前記圧縮機の押しのけ量と前記圧縮機の回転数と前記吸入冷媒密度から冷媒の質量流量を求め、前記比エンタルピーの変化量と前記冷媒の質量流量と前記水熱交換器の熱交換効率の値とを乗算して加熱能力を算出し、この算出加熱能力と所定の目標加熱能力とが近づく方向へ前記循環ポンプの目標回転数を補正するようにした。

また、請求項２では、湯水を貯湯する貯湯タンクが収められた貯湯タンクユニットと、圧縮機と水熱交換器と膨張弁と空気熱交換器とを環状に接続し高圧側で超臨界状態となるヒートポンプサイクルを有したヒートポンプユニットと、前記貯湯タンクと前記水熱交換器を循環ポンプを有した循環回路で水が循環可能に接続したヒートポンプ式給湯機において、前記圧縮機の吐出冷媒温度を検出する吐出冷媒温度センサと、前記水熱交換器の出口冷媒温度を検出する水熱交出口冷媒温度センサと、高圧側の冷媒圧力を検出する圧力センサと、前記空気熱交換器の入口冷媒温度を検出する空気熱交入口冷媒温度センサと、前記水熱交換器の出口湯温を検出する沸き上げ温度センサと、前記吐出冷媒温度センサで検出する吐出冷媒温度が所定の目標吐出温度となるように前記膨張弁の開度を制御し、前記沸き上げ温度センサで検出する沸き上げ温度が所定の目標沸き上げ温度となるように前記圧縮機の回転数を制御し、前記循環ポンプが所定の目標回転数となるように制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、高圧側の冷媒圧力と冷媒温度に応じた比エンタルピーのデータテーブルと、前記空気熱交換器の入口冷媒温度と前記圧縮機の吸入冷媒温度に応じた冷媒密度のデータテーブルと、前記圧縮機の一回転当たりの冷媒の押しのけ量と、前記水熱交換器の熱交換効率と、前記空気熱交換器の入口冷媒温度と前記圧縮機の吐出冷媒温度に応じた前記圧縮機の吸入冷媒温度のデータテーブルとが予め記憶され、前記圧力センサで検出する冷媒圧力と前記吐出冷媒温度センサで検出する吐出冷媒温度および前記水熱交出口冷媒温度センサで検出する出口冷媒温度と前記比エンタルピーのデータテーブルから前記水熱交換器の冷媒入口出口の比エンタルピーの変化量を求め、前記空気熱交入口冷媒温度センサで検出する入口冷媒温度と前記吐出冷媒温度センサで検出する吐出冷媒温度と前記吸入冷媒温度のデータテーブルから吸入冷媒温度を求め、この吸入冷媒温度と前記空気熱交入口冷媒温度センサで検出する入口冷媒温度と前記冷媒密度のデータテーブルから吸入冷媒密度を求め、前記圧縮機の押しのけ量と前記圧縮機の回転数と前記吸入冷媒密度から冷媒の質量流量を求め、前記比エンタルピーの変化量と前記冷媒の質量流量と前記水熱交換器の熱交換効率の値とを乗算して加熱能力を算出し、この算出加熱能力と所定の目標加熱能力とが近づく方向へ前記循環ポンプの目標回転数を補正するようにした。

また、請求項３では、湯水を貯湯する貯湯タンクが収められた貯湯タンクユニットと、圧縮機と水熱交換器と膨張弁と空気熱交換器とを環状に接続し高圧側で超臨界状態となるヒートポンプサイクルを有したヒートポンプユニットと、前記貯湯タンクと前記水熱交換器を循環ポンプを有した循環回路で水が循環可能に接続したヒートポンプ式給湯機において、前記圧縮機の吐出冷媒温度を検出する吐出冷媒温度センサと、前記水熱交換器の出口冷媒温度を検出する水熱交出口冷媒温度センサと、高圧側の冷媒圧力を検出する圧力センサと、前記空気熱交換器の入口冷媒温度を検出する空気熱交入口冷媒温度センサと、前記圧縮機の吸入冷媒温度を検出する吸入冷媒温度センサと、前記水熱交換器の出口湯温を検出する沸き上げ温度センサと、前記吐出冷媒温度センサで検出する吐出冷媒温度が所定の目標吐出温度となるように前記膨張弁の開度を制御するか前記圧力センサで検出する冷媒圧力が所定の目標圧力となるように前記膨張弁の開度を制御し、前記沸き上げ温度センサで検出する沸き上げ温度が所定の目標沸き上げ温度となるように前記圧縮機の回転数を制御し、前記循環ポンプが所定の目標回転数となるように制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、複数の圧力毎の高圧側の冷媒の定圧比熱と温度の関係式と、前記空気熱交換器の入口冷媒温度と前記圧縮機の吸入冷媒温度に応じた冷媒密度のデータテーブルと、前記圧縮機の一回転当たりの冷媒の押しのけ量と、前記水熱交換器の熱交換効率とが予め記憶され、前記圧力センサで検出した冷媒圧力で前記定圧比熱と温度の関係式を選択し、選択した前記定圧比熱と温度の関係式を前記水熱交出口冷媒温度センサで検出する出口冷媒温度から前記吐出温度センサで検出する吐出冷媒温度まで積分して比エンタルピーの変化量を求め、前記吸入冷媒温度センサで検出する吸入冷媒温度と前記空気熱交入口冷媒温度センサで検出する入口冷媒温度と前記冷媒密度のデータテーブルから吸入冷媒密度を求め、前記圧縮機の押しのけ量と前記圧縮機の回転数と前記吸入冷媒密度から冷媒の質量流量を求め、前記比エンタルピーの変化量と前記冷媒の質量流量と前記水熱交換器の熱交換効率の値とを乗算して加熱能力を算出し、この算出加熱能力と所定の目標加熱能力とが近づく方向へ前記循環ポンプの目標回転数を補正するようにした。

また、請求項４では、湯水を貯湯する貯湯タンクが収められた貯湯タンクユニットと、圧縮機と水熱交換器と膨張弁と空気熱交換器とを環状に接続し高圧側で超臨界状態となるヒートポンプサイクルを有したヒートポンプユニットと、前記貯湯タンクと前記水熱交換器を循環ポンプを有した循環回路で水が循環可能に接続したヒートポンプ式給湯機において、前記圧縮機の吐出冷媒温度を検出する吐出冷媒温度センサと、前記水熱交換器の出口冷媒温度を検出する水熱交出口冷媒温度センサと、高圧側の冷媒圧力を検出する圧力センサと、前記空気熱交換器の入口冷媒温度を検出する空気熱交入口冷媒温度センサと、前記水熱交換器の出口湯温を検出する沸き上げ温度センサと、前記吐出冷媒温度センサで検出する吐出冷媒温度が所定の目標吐出温度となるように前記膨張弁の開度を制御するか前記圧力センサで検出する冷媒圧力が所定の目標圧力となるように前記膨張弁の開度を制御し、前記沸き上げ温度センサで検出する沸き上げ温度が所定の目標沸き上げ温度となるように前記圧縮機の回転数を制御し、前記循環ポンプが所定の目標回転数となるように制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、複数の圧力毎の高圧側の冷媒の定圧比熱と温度の関係式と、前記空気熱交換器の入口冷媒温度と前記圧縮機の吸入冷媒温度に応じた冷媒密度のデータテーブルと、前記圧縮機の一回転当たりの冷媒の押しのけ量と、前記水熱交換器の熱交換効率と、前記空気熱交換器の入口冷媒温度と前記圧縮機の吐出冷媒温度に応じた前記圧縮機の吸入冷媒温度のデータテーブルとが予め記憶され、前記圧力センサで検出した冷媒圧力で前記定圧比熱と温度の関係式を選択し、選択した前記定圧比熱と温度の関係式を前記水熱交出口冷媒温度センサで検出する出口冷媒温度から前記吐出温度センサで検出する吐出冷媒温度まで積分して比エンタルピーの変化量を求め、前記空気熱交入口冷媒温度センサで検出する入口冷媒温度と前記吐出冷媒温度センサで検出する吐出冷媒温度と前記吸入冷媒温度のデータテーブルから吸入冷媒温度を求め、この吸入冷媒温度と前記空気熱交入口冷媒温度センサで検出する入口冷媒温度と前記冷媒密度のデータテーブルから吸入冷媒密度を求め、前記圧縮機の押しのけ量と前記圧縮機の回転数と前記吸入冷媒密度から冷媒の質量流量を求め、前記比エンタルピーの変化量と前記冷媒の質量流量と前記水熱交換器の熱交換効率の値とを乗算して加熱能力を算出し、この算出加熱能力と所定の目標加熱能力とが近づく方向へ前記循環ポンプの目標回転数を補正するようにした。

また、請求項５では、請求項１〜４のいずれか一項に記載のヒートポンプ式給湯機において、前記循環ポンプの所定の目標回転数は、前記所定の目標加熱能力を前記所定の目標沸き上げ温度と前記水熱交換器に流入する入水温度の温度差で除して求めた目標流量に基づいて決定するようにした。

また、請求項６では、請求項１〜５のいずれか一項に記載のヒートポンプ式給湯機において、前記算出加熱能力が所定の目標加熱能力よりも低いときは、前記循環ポンプの目標回転数を増加する方向へ補正するようにした。

また、請求項７では、請求項１〜６のいずれか一項に記載のヒートポンプ式給湯機において、前記算出加熱能力が所定の目標加熱能力よりも高いときは、前記循環ポンプの目標回転数を減少する方向へ補正するようにした。

このように本発明によれば、流量センサを用いずとも加熱能力を算出でき、循環回路の流通抵抗が変わっても目標の加熱能力で沸き上げることができる。

（第１の実施形態）
次に、本発明の第１実施形態のヒートポンプ式給湯機を図面に基づいて説明する。
図１に示すように、１は湯水を貯湯する貯湯タンク２を有した貯湯タンクユニット、３は貯湯タンク２内の湯水を加熱するヒートポンプ式加熱手段、４は前記貯湯タンク２の下部に接続された熱交入水管５および前記貯湯タンク２の上部に接続された熱交出湯管６よりなる循環回路、７は前記貯湯タンク２の下部に接続され貯湯タンク２に水を給水する給水管、８は前記貯湯タンク２の上部に接続され貯湯されている高温水を給湯する給湯管である。

９は給水管７から分岐された給水バイパス管、１０は給湯管８からの湯と給水バイパス管９からの水を混合して給湯設定温度の湯とする混合弁、１１は混合弁１０で混合後の給湯温度を検出する給湯温度センサ、１２は貯湯タンク２の側面上下にわたり複数設けられ、貯湯タンク２内の湯の温度を検出する貯湯温度センサ、１３は前記貯湯タンクユニット１内の各センサの出力を受けて各機器の作動を制御する貯湯制御手段である。

前記ヒートポンプ式加熱手段３は、冷媒を圧縮する圧縮機１４と、高温高圧の冷媒と貯湯タンク２内の湯水とを熱交換する水熱交換器１５と、水熱交換器１５通過後の冷媒を減圧させる減圧器としての膨張弁１６と、膨張弁１６からの低温低圧の冷媒を蒸発させる蒸発器としての空気熱交換器１７とを冷媒配管で環状に接続したヒートポンプサイクル１８と、水熱交換器１５の水側の循環回路４途中に設けられて貯湯タンク２の湯水を循環させる循環ポンプ１９とから構成されている。このヒートポンプサイクル１８には、二酸化炭素冷媒が充填され、高圧側で超臨界状態となるようにされている。

２０は圧縮機１４と水熱交換器１５との間に設けられ、吐出冷媒温度Ｔｃｉ［℃］を検出する吐出冷媒温度センサ、２１は水熱交換器１５と膨張弁１６との間に設けられ、冷媒の水熱交換器１５から流出する出口冷媒温度Ｔｃｏ［℃］を検出する水熱交出口冷媒温度センサ、２２は空気熱交換器１７の空気入口側に設けられ、外気温度Ｔａ［℃］を検出する外気温度センサ、２３は膨張弁１６と空気熱交換器１７との間に設けられ、空気熱交換器１７へ流入する入口冷媒温度Ｔｅｉ［℃］を検出する空気熱交入口冷媒温度センサ、２４は空気熱交換器１７の冷媒出口側に設けられ、空気熱交換器１７から流出して圧縮機１４に吸入される吸入冷媒温度Ｔｅｏ［℃］を検出する吸入冷媒温度センサ、２５は水熱交換器１５の水側の入水温度Ｔｗｉ［℃］を検出する入水温度センサ、２６は水熱交換器１５の水側の沸き上げ温度Ｔｗｏ［℃］を検出する沸き上げ温度センサ、２７はヒートポンプサイクル１８の高圧側の冷媒圧力Ｐｈ［ＭＰａ］を検出する圧力センサである。

２８は前記ヒートポンプユニット３内の各センサの出力を受けて各機器の作動を制御する加熱制御手段で、貯湯制御手段１３と通信可能に接続され、貯湯制御手段１３と連携してヒートポンプ式給湯機を制御する制御装置を構成しているものである。

そして、この加熱制御手段２８には、図２、３に示す冷媒水熱交１５の入口側と出口側の冷媒圧力と冷媒温度に応じた比エンタルピー［ｋＪ／ｋｇ］のデータテーブル、図４に示す圧縮機１４の吸入圧力Ｐｌ［ＭＰａ］と圧縮機１４の吸入冷媒温度による冷媒密度ρ［ｇ／ｃｍ３］のデータテーブル、圧縮機１４の一回転当たりの冷媒押しのけ量［ｃｍ３］の値、水熱交換器１５の熱交換効率の値（冷媒の配管等でのロスを含む）、予め定められた所定範囲の循環流量Ｆ［ｌ／ｍｉｎ］を標準施工状態で流すのに必要な循環ポンプ１９の回転数Ｎｐ［ｒｐｍ］の関係（式またはデータテーブル）が記憶されていると共に、制御に必要な演算式が記憶されている。

次に、この第１実施形態の作動について説明する。
給湯を行う際は、ユーザーが蛇口（図示せず）を開くと、貯湯タンク２の下部の給水管７から市水が流入し、貯湯タンク２上部から深夜時間帯に沸き上げられて貯湯されている高温の湯が給湯管８へ出湯される。そして、給湯管８からの高温の湯と給水バイパス管９からの市水とが混合弁１０で混合される。このとき、給湯温度センサ１１で検出する混合後の給湯温度がリモートコントローラ（図示せず）等で設定された給湯設定温度になるように混合弁１０の混合比率が調整され、給湯設定温度の湯が蛇口から給湯される。

深夜時間帯となると、貯湯制御手段１３は貯湯タンク２内の湯水が所定の目標沸き上げ温度Ｔｗｓ［℃］になるように沸き上げ運転を開始するよう加熱制御手段２８へ沸き上げ開始命令を指示する。ここで、前記所定の目標沸き上げ温度Ｔｗｓは、過去の給湯量の最大値や平均値等の給湯実績から翌日の給湯量の予測量を確保できるように貯湯制御手段１３によって算出されるもので、６５℃から９０℃の範囲で決定されるものである。

目標沸き上げ温度Ｔｗｓが決定されると、加熱制御手段２８は、貯湯温度センサ１２のうち最下方にある貯湯温度センサ１２で検出する被加熱水温度Ｔｔｉ［℃］を所定の目標加熱能力Ｗｓ［ｋＷ］で目標沸き上げ温度Ｔｗｓに沸き上げるのに必要な目標循環流量Ｆｓ［ｌ／ｍｉｎ］を予め記憶された次式（１）により求める（図６のステップＳ１）。

Ｆｓ＝Ｗｓ／（Ｔｗｓ−Ｔｔｉ） ・・・式（１）
Ｆｓ：目標循環流量
Ｗｓ：目標加熱能力
Ｔｗｓ：目標沸き上げ温度
Ｔｔｉ：被加熱水温度
（式中には単位換算の定数を省略）

そして、予め記憶されたある範囲の循環流量Ｆを標準施工状態で流すのに必要な循環ポンプ１９の回転数Ｎｐの関係（式またはデータテーブル）から、求められた目標循環流量Ｆｓに対応する循環ポンプ１９の目標回転数Ｎｐｓ［ｒｐｍ］を求める（ステップＳ２）。ここで、標準施工状態とは、貯湯タンクユニット１とヒートポンプユニット３とを同一高さに配置し、規定の長さの規定の種類の配管で貯湯タンクユニット１とヒートポンプユニット３を接続した状態を指す。

そして、加熱制御手段２８は、圧縮機１４と循環ポンプ１９を駆動開始すると共に、目標沸き上げ温度Ｔｗｓ＋一定値を目標吐出温度Ｔｃｓ［℃］として設定し、吐出冷媒温度センサ２０で検出する吐出冷媒温度Ｔｃｉが目標吐出温度Ｔｃｓになるように膨張弁１６の開度を制御する。そして、循環ポンプ１９の回転数Ｎｐが目標回転数Ｎｐｓになるように制御すると同時に、沸き上げ温度センサ２４で検出する水熱交換器１５で加熱された沸き上げ温度Ｔｗｏが目標沸き上げ温度Ｔｗｓとなるように圧縮機１４の回転数Ｎｃ［ｒｐｍ］をフィードバックして増減制御する。

そして、加熱制御手段２８は、圧縮機１４の回転数Ｎｃと膨張弁１６の開度が所定の幅以内で変動することを確認してヒートポンプサイクル１８の状態が安定したと判断した後に、実際に出力されている加熱能力Ｗ［ｋＷ］を算出するようにしており、この算出方法を以下に説明する。

まず、圧力センサ２７で検出する高圧側の冷媒圧力Ｐｈと吐出冷媒温度センサ２０で検出する吐出冷媒温度Ｔｃｉに基づき前記比エンタルピーのデータテーブル（図２）から水熱交入口比エンタルピーｈｉ［ｋＪ／ｋｇ］を決定する（ステップＳ３）。

また、圧力センサ２７で検出する高圧側の冷媒圧力Ｐｈと水熱交出口冷媒温度センサ２１で検出する出口冷媒温度Ｔｃｏに基づき前記比エンタルピーのデータテーブル（図３）から水熱交出口比エンタルピーｈｏ［ｋＪ／ｋｇ］を決定する（ステップＳ４）。

次に、吸入冷媒温度センサ２４で検出する吸入冷媒温度Ｔｅｏと空気熱交入口冷媒温度センサ２３で検出する入口冷媒温度Ｔｅｉに基づいて前記冷媒密度のデータテーブル（図４）から圧縮機１４の吸入側の冷媒密度ρを決定する（ステップＳ５）。本来、冷媒密度ρは冷媒圧力と冷媒温度に基づいて決定されるものであるが、図５のｐ−ｈ線図に示すように、吸入側の圧力は二相領域において冷媒温度に比例し、このヒートポンプサイクル１８では膨張弁１６での減圧後はこの二相状態となるため、吸入側の圧力の代わりに空気熱交換器１７の入口冷媒温度Ｔｅｉを用いることもでき、吸入圧力Ｐｌを検出する圧力センサを用いずとも吸入圧力を推定することが可能である。なお、図４の圧力値の下に代替できる入口冷媒温度を示す。

そして、加熱制御手段２８は、圧縮機１４の回転数Ｎｃの検出値または指示回転数と、冷媒押しのけ量と、前のステップＳ５で求めた冷媒密度ρを用い、予め記憶された次式（２）によって冷媒の質量流量Ｍ［ｇ／ｍｉｎ］を算出する（ステップＳ６）。

Ｍ＝Ｖ・Ｎｃ・ρ ・・・式（２）
Ｍ：質量流量
Ｖ：圧縮機一回転当たりの冷媒押しのけ量
Ｎｃ：圧縮機の回転数
ρ：冷媒密度
（式中には単位換算の定数を省略）

そして、水熱交入口比エンタルピーｈｉと、水熱交出口比エンタルピーｈｏと、質量流量Ｍと、水熱交換器１５の熱交換効率ηとを用い、予め記憶された次式（３）によって実際に出力されている加熱能力Ｗを算出する（ステップＳ７）。

Ｗ＝（ｈｉ−ｈｏ）・Ｍ・η ・・・式（３）
Ｗ：加熱能力
ｈｉ：水熱交入口比エンタルピー
ｈｏ：水熱交出口比エンタルピー
Ｍ：質量流量
η：水熱交換器の熱交換効率
（式中には単位換算の定数を省略）

次に、式（３）で算出した加熱能力Ｗが目標加熱能力Ｗｓよりも一定値α以上低いかどうかを判断する（ステップＳ８）。加熱能力Ｗが一定値α以上低い場合は、水熱交換器１５の水側の流量が目標循環流量Ｆｓよりも低い状態であるため、循環ポンプ１９の目標回転数Ｎｐｓを増加するように補正する（ステップＳ９）。ここでは、目標回転数Ｎｐｓを１０％増加させる補正を行う。

また、式（３）で算出した加熱能力Ｗが目標加熱能力Ｗｓよりも一定値α以上高い場合は（ステップＳ１０でＹｅｓ）、水熱交換器１５の水側の流量が目標循環流量Ｆｓよりも高い状態であるため、循環ポンプ１９の目標回転数Ｎｐｓを減少するように補正する（ステップＳ１１）。ここでは、目標回転数Ｎｐｓを１０％減少させる補正を行う。

ここで、前記一定値αは、加熱能力Ｗを算出する際の各センサの検出する値の測定誤差やデータテーブルで決定される値の精度を考慮し、さらに目標加熱能力Ｗｓと加熱能力Ｗが多少ずれることを許容するための一定値である。

このように、貯湯タンクユニット１とヒートポンプユニット３との間の流通抵抗が標準の状態と較べて大きい場合（配管長が長い、あるいは高低差が大きい場合）は、固定の回転数では流量が減少して目標加熱能力Ｗｓよりも低い加熱能力Ｗが算出されるが、これを検出して循環ポンプ１９の目標回転数Ｎｐｓを増加させる補正を行い、貯湯タンクユニット１とヒートポンプユニット３との間の流通抵抗が標準の状態と較べて小さい場合（配管長が短い場合）は、固定の回転数では流量が増加して目標加熱能力Ｗｓよりも高い加熱能力Ｗが算出されるが、これを検出して循環ポンプ１９の目標回転数Ｎｐｓを減少させる補正を行うため、目標加熱能力Ｗｓを出力することが可能となる。

そして、沸き上げ運転が進行していくと、貯湯タンク２の下部の水がヒートポンプユニット３へ循環され、貯湯タンク２の上部から目標沸き上げ温度Ｔｓｅｔに加熱された湯が積層状態に貯湯されていく。貯湯タンク２内に必要な湯量が沸き上げられたことを貯湯温度センサ１２で検出するか、ヒートポンプユニット３の入水温度センサ２５で検出する入水温度Ｔｗｉが沸き上げし難い所定の高温度以上を検出するか、あるいは電力料金単価の安い深夜時間帯が終了した時点で、貯湯制御手段１３は沸き上げ運転を停止するべく加熱制御手段２８に停止指示を出し、加熱制御手段２８は圧縮機１４と循環ポンプ１９の運転を停止して、沸き上げ運転を終了する。

次回沸き上げ運転を行う際は、算出された目標循環流量Ｆｓに応じた目標回転数Ｎｐｓに前記ステップＳ９または前記ステップＳ１１での補正値を加えて目標回転数Ｎｐｓとして設定し直して沸き上げ運転を行う。

このようにして、次回の沸き上げ運転においては、補正された目標回転数Ｎｐｓで循環ポンプ１９を駆動するため、最初から目標加熱能力Ｗｓでの沸き上げ運転が可能となり、予定の時刻に沸き上げるためのピークシフト演算がより正確になり、予定の時刻に沸き上がっていない、または予定の時刻よりも大幅に早く沸き上がってしまう不具合を解消できる。

このように、流量センサを用いずとも加熱能力Ｗを算出することができるため、流量センサを用いずに目標加熱能力Ｗｓでの沸き上げ運転を行うことが可能となり、また、貯湯タンクユニット１とヒートポンプユニット３との間の流通抵抗が設置現場個々に相違するが、算出された加熱能力Ｗと目標加熱能力Ｗｓとを比較し、その結果によって循環ポンプ１９の目標回転数Ｎｐｓを補正することによって、流通抵抗が異なる場合でも、目標加熱能力Ｗｓを維持することが可能となる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図面に基づいて説明する。この第２実施形態では、実際に出力されている加熱能力Ｗ［ｋＷ］の算出方法が異なる。なお、前記第１実施形態と同一の構成には同一の符号を付し、その説明を省略する。

加熱制御手段２８は、図７に示す冷媒の高圧側の定圧比熱Ｃｐ［ｋＪ／ｋｇＫ］と冷媒温度の関係が、複数の圧力毎に少なくとも極大値を境とした２本以上の式（近似式あるいは補間式）として記憶され、ここでは、ある冷媒圧力Ｐｈでの極大値よりも低温側を関数ｆ（Ｐｈ１）、高温側を関数ｆ（Ｐｈ２）として表す。なお、低温側の関数ｆ（Ｐｈ１）と高温側の関数ｆ（Ｐｈ２）をそれぞれ複数に分割した式としてもよいもので、分割することでそれぞれの関数の次数が減らすことが可能となるため、加熱制御手段２８のマイコン演算の負荷を減らすことができる。

また、加熱制御手段２８は、図４に示す圧縮機１４の吸入圧力Ｐｌ［ＭＰａ］と圧縮機１４の吸入冷媒温度による冷媒密度ρ［ｇ／ｃｍ３］のデータテーブル、圧縮機１４の一回転当たりの冷媒押しのけ量［ｃｍ３］の値、水熱交換器１５の熱交換効率の値（冷媒の配管等でのロスを含む）、予め定められた所定範囲の循環流量Ｆ［ｌ／ｍｉｎ］を標準施工状態で流すのに必要な循環ポンプ１９の回転数Ｎｐ［ｒｐｍ］の関係（式またはデータテーブル）が記憶されていると共に、制御に必要な演算式が記憶されている。

次に、この第２実施形態の作動を説明する。深夜時間帯となると、貯湯制御手段１３は貯湯タンク２内の湯水が所定の目標沸き上げ温度Ｔｗｓ［℃］になるように沸き上げ運転を開始するよう加熱制御手段２８へ沸き上げ開始命令を指示する。ここで、前記所定の目標沸き上げ温度Ｔｗｓは、過去の給湯量の最大値や平均値等の給湯実績から翌日の給湯量の予測量を確保できるように貯湯制御手段１３によって算出されるもので、６５℃から９０℃の範囲で決定されるものである。

目標沸き上げ温度Ｔｗｓが決定されると、加熱制御手段２８は、貯湯温度センサ１２のうち最下方にある貯湯温度センサ１２で検出する被加熱水温度Ｔｔｉ［℃］を所定の目標加熱能力Ｗｓ［ｋＷ］で目標沸き上げ温度Ｔｗｓに沸き上げるのに必要な目標循環流量Ｆｓ［ｌ／ｍｉｎ］を予め記憶された次式（１）により求める（図８のステップＳ２１）。

Ｆｓ＝Ｗｓ／（Ｔｗｓ−Ｔｔｉ） ・・・式（１）
Ｆｓ：目標循環流量
Ｗｓ：目標加熱能力
Ｔｗｓ：目標沸き上げ温度
Ｔｔｉ：被加熱水温度
（式中には単位換算の定数を省略）

そして、予め記憶されたある範囲の循環流量Ｆを標準施工状態で流すのに必要な循環ポンプ１９の回転数Ｎｐの関係（式またはデータテーブル）から、求められた目標循環流量Ｆｓに対応する循環ポンプ１９の目標回転数Ｎｐｓ［ｒｐｍ］を求める（ステップＳ２２）。ここで、標準施工状態とは、貯湯タンクユニット１とヒートポンプユニット３とを同一高さに配置し、規定の長さの規定の種類の配管で貯湯タンクユニット１とヒートポンプユニット３を接続した状態を指す。

そして、加熱制御手段２８は、圧縮機１４と循環ポンプ１９を駆動開始すると共に、目標沸き上げ温度Ｔｗｓ＋一定値を目標吐出温度Ｔｃｓ［℃］として設定し、吐出冷媒温度センサ２０で検出する吐出冷媒温度Ｔｃｉが目標吐出温度Ｔｃｓになるように膨張弁１６の開度を制御する。そして、循環ポンプ１９の回転数Ｎｐが目標回転数Ｎｐｓになるように制御すると同時に、沸き上げ温度センサ２４で検出する水熱交換器１５で加熱された沸き上げ温度Ｔｗｏが目標沸き上げ温度Ｔｗｓとなるように圧縮機１４の回転数Ｎｃ［ｒｐｍ］をフィードバックして増減制御する。

そして、加熱制御手段２８は、圧縮機１４の回転数Ｎｃと膨張弁１６の開度が所定の幅以内で変動することを確認してヒートポンプサイクル１８の状態が安定したと判断した後に、実際に出力されている加熱能力Ｗ［ｋＷ］を算出するようにしており、この算出方法を以下に説明する。

まず、圧力センサ２７で検出する高圧側の冷媒圧力Ｐｈに応じた定圧比熱Ｃｐと冷媒温度の関係式ｆ（Ｐｈ１）、ｆ（Ｐｈ２）を選択し（ステップＳ２３）、この選択された関係式ｆ（Ｐｈ１）、ｆ（Ｐｈ２）を水熱交出口冷媒温度センサ２１で検出する出口冷媒温度Ｔｃｏから吐出冷媒温度センサ２０で検出する吐出冷媒温度Ｔｃｉまで次の［数１］によって積分し、熱交換前後の冷媒の比エンタルピーの変化量Δｈ［ｋＪ／ｋｇ］を算出する（ステップＳ２４）。ここで、［数１］中のＴｐは各圧力における定圧比熱Ｃｐと冷媒温度の関係式の定圧比熱Ｃｐの極大値に対応する冷媒温度である。

Δｈ：比エンタルピーの変化量
Ｔｃｉ：吐出冷媒温度
Ｔｃｏ：出口冷媒温度

次に、吸入冷媒温度センサ２４で検出する吸入冷媒温度Ｔｅｏと空気熱交入口冷媒温度センサ２３で検出する入口冷媒温度Ｔｅｉに基づいて前記冷媒密度のデータテーブル（図４）から圧縮機１４の吸入側の冷媒密度ρを決定する（ステップＳ２５）。本来、冷媒密度ρは冷媒圧力と冷媒温度に基づいて決定されるものであるが、図５のｐ−ｈ線図に示すように、吸入側の圧力は二相領域において冷媒温度に比例し、このヒートポンプサイクル１８では膨張弁１６での減圧後はこの二相状態となるため、吸入側の圧力の代わりに空気熱交換器１７の入口冷媒温度Ｔｅｉを用いることもでき、吸入圧力Ｐｌを検出する圧力センサを用いずとも吸入圧力を推定することが可能である。なお、図４の圧力値の下に代替できる入口冷媒温度を示す。

そして、加熱制御手段２８は、圧縮機１４の回転数Ｎｃの検出値または指示回転数と、冷媒押しのけ量と、前のステップＳ５で求めた冷媒密度ρを用い、予め記憶された次式（２）によって冷媒の質量流量Ｍ［ｇ／ｍｉｎ］を算出する（ステップＳ２６）。

Ｍ＝Ｖ・Ｎｃ・ρ ・・・式（２）
Ｍ：質量流量
Ｖ：圧縮機一回転当たりの冷媒押しのけ量
Ｎｃ：圧縮機の回転数
ρ：冷媒密度
（式中には単位換算の定数を省略）

そして、比エンタルピーの変化量Δｈと、質量流量Ｍと、水熱交換器１５の熱交換効率ηとを用い、予め記憶された次式（５）によって実際に出力されている加熱能力Ｗを算出する（ステップＳ２７）。

Ｗ＝Δｈ・Ｍ・η ・・・式（５）
Ｗ：加熱能力
ｈ：比エンタルピー変化量
Ｍ：質量流量
η：水熱交換器の熱交換効率
（式中には単位換算の定数を省略）

次に、式（５）で算出した加熱能力Ｗが目標加熱能力Ｗｓよりも一定値α以上低いかどうかを判断する（ステップＳ２８）。加熱能力Ｗが一定値α以上低い場合は、水熱交換器１５の水側の流量が目標循環流量Ｆｓよりも低い状態であるため、循環ポンプ１９の目標回転数Ｎｐｓを増加するように補正する（ステップＳ２９）。ここでは、目標回転数Ｎｐｓを１０％増加させる補正を行う。

また、式（５）で算出した加熱能力Ｗが目標加熱能力Ｗｓよりも一定値α以上高い場合は（ステップＳ３０でＹｅｓ）、水熱交換器１５の水側の流量が目標循環流量Ｆｓよりも高い状態であるため、循環ポンプ１９の目標回転数Ｎｐｓを減少するように補正する（ステップＳ３１）。ここでは、目標回転数Ｎｐｓを１０％減少させる補正を行う。

ここで、前記一定値αは、加熱能力Ｗを算出する際の各センサの検出する値の測定誤差やデータテーブルで決定される値の精度を考慮し、さらに目標加熱能力Ｗｓと加熱能力Ｗが多少ずれることを許容するための一定値である。

このように、貯湯タンクユニット１とヒートポンプユニット３との間の流通抵抗が標準の状態と較べて大きい場合（配管長が長い、あるいは高低差が大きい場合）は、固定の回転数では流量が減少して目標加熱能力Ｗｓよりも低い加熱能力Ｗが算出されるが、これを検出して循環ポンプ１９の目標回転数Ｎｐｓを増加させる補正を行い、貯湯タンクユニット１とヒートポンプユニット３との間の流通抵抗が標準の状態と較べて小さい場合（配管長が短い場合）は、固定の回転数では流量が増加して目標加熱能力Ｗｓよりも高い加熱能力Ｗが算出されるが、これを検出して循環ポンプ１９の目標回転数Ｎｐｓを減少させる補正を行うため、目標加熱能力Ｗｓを出力することが可能となる。

そして、沸き上げ運転が進行していくと、貯湯タンク２の下部の水がヒートポンプユニット３へ循環され、貯湯タンク２の上部から目標沸き上げ温度Ｔｓｅｔに加熱された湯が積層状態に貯湯されていく。貯湯タンク２内に必要な湯量が沸き上げられたことを貯湯温度センサ１２で検出するか、ヒートポンプユニット３の入水温度センサ２５で検出する入水温度Ｔｗｉが沸き上げし難い所定の高温度以上を検出するか、あるいは電力料金単価の安い深夜時間帯が終了した時点で、貯湯制御手段１３は沸き上げ運転を停止するべく加熱制御手段２８に停止指示を出し、加熱制御手段２８は圧縮機１４と循環ポンプ１９の運転を停止して、沸き上げ運転を終了する。

次回沸き上げ運転を行う際は、算出された目標循環流量Ｆｓに応じた目標回転数Ｎｐｓに前記ステップＳ２９または前記ステップＳ３１での補正値を加えて目標回転数Ｎｐｓとして設定し直して沸き上げ運転を行う。

このようにして、次回の沸き上げ運転においては、補正された目標回転数Ｎｐｓで循環ポンプ１９を駆動するため、最初から目標加熱能力Ｗｓでの沸き上げ運転が可能となり、予定の時刻に沸き上げるためのピークシフト演算がより正確になり、予定の時刻に沸き上がっていない、または予定の時刻よりも大幅に早く沸き上がってしまう不具合を解消できる。

このように、流量センサを用いずとも加熱能力Ｗを算出することができるため、流量センサを用いずに目標加熱能力Ｗｓでの沸き上げ運転を行うことが可能となり、また、貯湯タンクユニット１とヒートポンプユニット３との間の流通抵抗が設置現場個々に相違するが、算出された加熱能力Ｗと目標加熱能力Ｗｓとを比較し、その結果によって循環ポンプ１９の目標回転数Ｎｐｓを補正することによって、流通抵抗が異なる場合でも、目標加熱能力Ｗｓを維持することが可能となる。

なお、前記第１実施形態、第２実施形態において、吸入冷媒温度センサ２４によって圧縮機１４へ吸入される吸入冷媒温度Ｔｅｏを検出するようにしているが、吸入冷媒温度センサ２４を用いずに推定することも可能である。図５のｐ−ｈ線図に示すように、圧縮機１４の吸入圧力は空気熱交換器１７の圧力と等しく、また、圧縮機１４による仕事は断熱圧縮であるためほぼ等エントロピー変化で、これらの実施形態の沸き上げ可能条件においてほぼ一定の傾きを示す。したがって、予め加熱制御手段２８に吸入圧力相当の入口冷媒温度Ｔｅｉと吐出冷媒温度Ｔｃｉとに応じた吸入冷媒温度Ｔｅｏのデータテーブルを記憶しておけば、空気熱交入口冷媒温度センサ２３で検出する入口冷媒温度Ｔｅｉと吐出冷媒温度センサ２０で検出する吐出冷媒温度Ｔｃｉとに基づいて吸入冷媒温度Ｔｅｏを推定することが可能で、例えば、高圧側の放熱後の冷媒と低圧側の冷媒とを熱交換する内部熱交換器を付加したヒートポンプサイクルにおいても吸入冷媒温度センサ２４を用いずに吸入冷媒温度Ｔｅｏを推定することが可能となる。

また、前記圧縮機１４の冷媒押しのけ量Ｖは固定値を用いたが、高圧側の冷媒圧力Ｐｈと推定低圧圧力Ｐｌを用いた圧縮機１４の前後の圧縮比、あるいは圧縮機１４の回転数Ｎｃに応じて補正するようにして、冷媒リーク量を考慮したより正確な値を用いるようにしてもよい。

本発明の実施形態のヒートポンプ式給湯装置の概略構成図。 吐出冷媒温度と高圧圧力に応じた比エンタルピーのデータテーブル。 出口冷媒温度と高圧圧力に応じた比エンタルピーのデータテーブル。 吸入温度と低圧圧力または入口冷媒温度に応じた冷媒密度のデータテーブル。 本発明の実施形態のヒートポンプサイクルのｐ−ｈ線図。 第１実施形態の作動を説明するためのフローチャート。 高圧側の冷媒の定圧比熱の温度変化を示す図。 第２実施形態の作動を説明するためのフローチャート。

符号の説明

１ 貯湯タンクユニット
２ 貯湯タンク
３ ヒートポンプユニット
４ 循環回路
１４ 圧縮機
１５ 水熱交換器
１６ 膨張弁
１７ 空気熱交換器
１８ ヒートポンプサイクル
１９ 循環ポンプ
２０ 吐出冷媒温度センサ
２１ 水熱交出口冷媒温度センサ
２３ 空気熱交入口冷媒温度センサ
２４ 吸入冷媒温度センサ
２６ 沸き上げ温度センサ
２７ 圧力センサ
２８ 加熱制御手段

Claims (7)

1. 湯水を貯湯する貯湯タンクが収められた貯湯タンクユニットと、圧縮機と水熱交換器と膨張弁と空気熱交換器とを環状に接続し高圧側で超臨界状態となるヒートポンプサイクルを有したヒートポンプユニットと、前記貯湯タンクと前記水熱交換器を循環ポンプを有した循環回路で水が循環可能に接続したヒートポンプ式給湯機において、前記圧縮機の吐出冷媒温度を検出する吐出冷媒温度センサと、前記水熱交換器の出口冷媒温度を検出する水熱交出口冷媒温度センサと、高圧側の冷媒圧力を検出する圧力センサと、前記空気熱交換器の入口冷媒温度を検出する空気熱交入口冷媒温度センサと、前記圧縮機の吸入冷媒温度を検出する吸入冷媒温度センサと、前記水熱交換器の出口湯温を検出する沸き上げ温度センサと、前記吐出冷媒温度センサで検出する吐出冷媒温度が所定の目標吐出温度となるように前記膨張弁の開度を制御し、前記沸き上げ温度センサで検出する沸き上げ温度が所定の目標沸き上げ温度となるように前記圧縮機の回転数を制御し、前記循環ポンプが所定の目標回転数となるように制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、高圧側の冷媒圧力と冷媒温度に応じた比エンタルピーのデータテーブルと、前記空気熱交換器の入口冷媒温度と前記圧縮機の吸入冷媒温度に応じた冷媒密度のデータテーブルと、前記圧縮機の一回転当たりの冷媒の押しのけ量と、前記水熱交換器の熱交換効率とが予め記憶され、前記圧力センサで検出する冷媒圧力と前記吐出冷媒温度センサで検出する吐出冷媒温度および前記水熱交出口冷媒温度センサで検出する出口冷媒温度と前記比エンタルピーのデータテーブルから前記水熱交換器の冷媒入口出口の比エンタルピーの変化量を求め、前記吸入冷媒温度センサで検出する吸入冷媒温度と前記空気熱交入口冷媒温度センサで検出する入口冷媒温度と前記冷媒密度のデータテーブルから吸入冷媒密度を求め、前記圧縮機の押しのけ量と前記圧縮機の回転数と前記吸入冷媒密度から冷媒の質量流量を求め、前記比エンタルピーの変化量と前記冷媒の質量流量と前記水熱交換器の熱交換効率の値とを乗算して加熱能力を算出し、この算出加熱能力と所定の目標加熱能力とが近づく方向へ前記循環ポンプの目標回転数を補正するようにしたことを特徴とするヒートポンプ式給湯機。
2. 湯水を貯湯する貯湯タンクが収められた貯湯タンクユニットと、圧縮機と水熱交換器と膨張弁と空気熱交換器とを環状に接続し高圧側で超臨界状態となるヒートポンプサイクルを有したヒートポンプユニットと、前記貯湯タンクと前記水熱交換器を循環ポンプを有した循環回路で水が循環可能に接続したヒートポンプ式給湯機において、前記圧縮機の吐出冷媒温度を検出する吐出冷媒温度センサと、前記水熱交換器の出口冷媒温度を検出する水熱交出口冷媒温度センサと、高圧側の冷媒圧力を検出する圧力センサと、前記空気熱交換器の入口冷媒温度を検出する空気熱交入口冷媒温度センサと、前記水熱交換器の出口湯温を検出する沸き上げ温度センサと、前記吐出冷媒温度センサで検出する吐出冷媒温度が所定の目標吐出温度となるように前記膨張弁の開度を制御し、前記沸き上げ温度センサで検出する沸き上げ温度が所定の目標沸き上げ温度となるように前記圧縮機の回転数を制御し、前記循環ポンプが所定の目標回転数となるように制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、高圧側の冷媒圧力と冷媒温度に応じた比エンタルピーのデータテーブルと、前記空気熱交換器の入口冷媒温度と前記圧縮機の吸入冷媒温度に応じた冷媒密度のデータテーブルと、前記圧縮機の一回転当たりの冷媒の押しのけ量と、前記水熱交換器の熱交換効率と、前記空気熱交換器の入口冷媒温度と前記圧縮機の吐出冷媒温度に応じた前記圧縮機の吸入冷媒温度のデータテーブルとが予め記憶され、前記圧力センサで検出する冷媒圧力と前記吐出冷媒温度センサで検出する吐出冷媒温度および前記水熱交出口冷媒温度センサで検出する出口冷媒温度と前記比エンタルピーのデータテーブルから前記水熱交換器の冷媒入口出口の比エンタルピーの変化量を求め、前記空気熱交入口冷媒温度センサで検出する入口冷媒温度と前記吐出冷媒温度センサで検出する吐出冷媒温度と前記吸入冷媒温度のデータテーブルから吸入冷媒温度を求め、この吸入冷媒温度と前記空気熱交入口冷媒温度センサで検出する入口冷媒温度と前記冷媒密度のデータテーブルから吸入冷媒密度を求め、前記圧縮機の押しのけ量と前記圧縮機の回転数と前記吸入冷媒密度から冷媒の質量流量を求め、前記比エンタルピーの変化量と前記冷媒の質量流量と前記水熱交換器の熱交換効率の値とを乗算して加熱能力を算出し、この算出加熱能力と所定の目標加熱能力とが近づく方向へ前記循環ポンプの目標回転数を補正するようにしたことを特徴とするヒートポンプ式給湯機。
3. 湯水を貯湯する貯湯タンクが収められた貯湯タンクユニットと、圧縮機と水熱交換器と膨張弁と空気熱交換器とを環状に接続し高圧側で超臨界状態となるヒートポンプサイクルを有したヒートポンプユニットと、前記貯湯タンクと前記水熱交換器を循環ポンプを有した循環回路で水が循環可能に接続したヒートポンプ式給湯機において、前記圧縮機の吐出冷媒温度を検出する吐出冷媒温度センサと、前記水熱交換器の出口冷媒温度を検出する水熱交出口冷媒温度センサと、高圧側の冷媒圧力を検出する圧力センサと、前記空気熱交換器の入口冷媒温度を検出する空気熱交入口冷媒温度センサと、前記圧縮機の吸入冷媒温度を検出する吸入冷媒温度センサと、前記水熱交換器の出口湯温を検出する沸き上げ温度センサと、前記吐出冷媒温度センサで検出する吐出冷媒温度が所定の目標吐出温度となるように前記膨張弁の開度を制御するか前記圧力センサで検出する冷媒圧力が所定の目標圧力となるように前記膨張弁の開度を制御し、前記沸き上げ温度センサで検出する沸き上げ温度が所定の目標沸き上げ温度となるように前記圧縮機の回転数を制御し、前記循環ポンプが所定の目標回転数となるように制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、複数の圧力毎の高圧側の冷媒の定圧比熱と温度の関係式と、前記空気熱交換器の入口冷媒温度と前記圧縮機の吸入冷媒温度に応じた冷媒密度のデータテーブルと、前記圧縮機の一回転当たりの冷媒の押しのけ量と、前記水熱交換器の熱交換効率とが予め記憶され、前記圧力センサで検出した冷媒圧力で前記定圧比熱と温度の関係式を選択し、選択した前記定圧比熱と温度の関係式を前記水熱交出口冷媒温度センサで検出する出口冷媒温度から前記吐出温度センサで検出する吐出冷媒温度まで積分して比エンタルピーの変化量を求め、前記吸入冷媒温度センサで検出する吸入冷媒温度と前記空気熱交入口冷媒温度センサで検出する入口冷媒温度と前記冷媒密度のデータテーブルから吸入冷媒密度を求め、前記圧縮機の押しのけ量と前記圧縮機の回転数と前記吸入冷媒密度から冷媒の質量流量を求め、前記比エンタルピーの変化量と前記冷媒の質量流量と前記水熱交換器の熱交換効率の値とを乗算して加熱能力を算出し、この算出加熱能力と所定の目標加熱能力とが近づく方向へ前記循環ポンプの目標回転数を補正するようにしたことを特徴とするヒートポンプ式給湯機。
4. 湯水を貯湯する貯湯タンクが収められた貯湯タンクユニットと、圧縮機と水熱交換器と膨張弁と空気熱交換器とを環状に接続し高圧側で超臨界状態となるヒートポンプサイクルを有したヒートポンプユニットと、前記貯湯タンクと前記水熱交換器を循環ポンプを有した循環回路で水が循環可能に接続したヒートポンプ式給湯機において、前記圧縮機の吐出冷媒温度を検出する吐出冷媒温度センサと、前記水熱交換器の出口冷媒温度を検出する水熱交出口冷媒温度センサと、高圧側の冷媒圧力を検出する圧力センサと、前記空気熱交換器の入口冷媒温度を検出する空気熱交入口冷媒温度センサと、前記水熱交換器の出口湯温を検出する沸き上げ温度センサと、前記吐出冷媒温度センサで検出する吐出冷媒温度が所定の目標吐出温度となるように前記膨張弁の開度を制御するか前記圧力センサで検出する冷媒圧力が所定の目標圧力となるように前記膨張弁の開度を制御し、前記沸き上げ温度センサで検出する沸き上げ温度が所定の目標沸き上げ温度となるように前記圧縮機の回転数を制御し、前記循環ポンプが所定の目標回転数となるように制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、複数の圧力毎の高圧側の冷媒の定圧比熱と温度の関係式と、前記空気熱交換器の入口冷媒温度と前記圧縮機の吸入冷媒温度に応じた冷媒密度のデータテーブルと、前記圧縮機の一回転当たりの冷媒の押しのけ量と、前記水熱交換器の熱交換効率と、前記空気熱交換器の入口冷媒温度と前記圧縮機の吐出冷媒温度に応じた前記圧縮機の吸入冷媒温度のデータテーブルとが予め記憶され、前記圧力センサで検出した冷媒圧力で前記定圧比熱と温度の関係式を選択し、選択した前記定圧比熱と温度の関係式を前記水熱交出口冷媒温度センサで検出する出口冷媒温度から前記吐出温度センサで検出する吐出冷媒温度まで積分して比エンタルピーの変化量を求め、前記空気熱交入口冷媒温度センサで検出する入口冷媒温度と前記吐出冷媒温度センサで検出する吐出冷媒温度と前記吸入冷媒温度のデータテーブルから吸入冷媒温度を求め、この吸入冷媒温度と前記空気熱交入口冷媒温度センサで検出する入口冷媒温度と前記冷媒密度のデータテーブルから吸入冷媒密度を求め、前記圧縮機の押しのけ量と前記圧縮機の回転数と前記吸入冷媒密度から冷媒の質量流量を求め、前記比エンタルピーの変化量と前記冷媒の質量流量と前記水熱交換器の熱交換効率の値とを乗算して加熱能力を算出し、この算出加熱能力と所定の目標加熱能力とが近づく方向へ前記循環ポンプの目標回転数を補正するようにしたことを特徴とするヒートポンプ式給湯機。
5. 前記循環ポンプの所定の目標回転数は、前記所定の目標加熱能力を前記所定の目標沸き上げ温度と前記水熱交換器に流入する入水温度の温度差で除して求めた目標流量に基づいて決定するようにしたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のヒートポンプ式給湯機。
6. 前記算出加熱能力が所定の目標加熱能力よりも低いときは、前記循環ポンプの目標回転数を増加する方向へ補正するようにしたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のヒートポンプ式給湯機。
7. 前記算出加熱能力が所定の目標加熱能力よりも高いときは、前記循環ポンプの目標回転数を減少する方向へ補正するようにしたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のヒートポンプ式給湯機。

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