JP2010281552A - 給湯装置及びその運転方法 - Google Patents

Abstract

【課題】水熱源蒸発器を備えた給湯装置において、高ＣＯＰ運転を維持しながら、水熱源蒸発器の出口側で給水の凍結を防止する。
【解決手段】冷媒流路１００に超臨界タンク２６を介設し、超臨界タンク２６の上流側及び下流側に流量調整弁１０８，１１０を介設した分岐流路１０２を設け、冷媒の一部を分岐流路１０２に流すことでヒートポンプサイクルの冷媒循環量を調節する。プレート型熱交換器３２ａ、３２ｂに供給される熱源水の入口温度及び出口温度とガスクーラユニット２４に供給される給湯用給水の入口温度とを検出し、それらの温度を変数として高ＣＯＰが得られかつプレート型熱交換器３２ａ、３２ｂの出口側熱源水温度を凍結温度とならない条件で圧縮機吐出圧力値Ｐ_ｄを算出し、該圧力値Ｐｄとなるようにヒートポンプサイクルの冷媒循環量を制御する。
【選択図】図１０

Description

本発明は、例えばＣＯ_２を冷媒としヒートポンプサイクルを構成する給湯装置において、省スペース化を可能とし、ハウジング内に設けられた機器類のメンテナンスを容易にした給湯装置に関する。

本出願人等は、先に、圧縮機、ガスクーラ、キャピラリチューブ等の膨張器、及び蒸発器（例えば、空気を熱源とする熱交換器）を備え、ＣＯ_２を冷媒としてヒートポンプサイクルを構成し、ＣＯ_２を圧縮機の吐出側で超臨界状態とすることにより、９０℃程度の高温水を供給可能な給湯装置を提案している（特許文献１）。

このような給湯装置は、通常ハウジング内の基礎面に前記機器類が配設されたユニット構造の給湯器となっている。特許文献１では、圧縮機の吐出側冷媒流路と膨張器の吐出側冷媒流路とを接続する冷媒バイパス経路を設け、この冷媒バイパス経路に超臨界タンクを介設し、冬期、夏期等の外気温度の変化に対して、冷媒流路の冷媒量の一部を該冷媒バイパス経路に逃がして冷媒流路の冷媒量を調整することにより、安定した加熱能力を発揮できるようにしている。

給湯装置では、高ＣＯＰ運転をすることが望ましい。また、水熱源蒸発器を備えた給湯装置では、水熱源蒸発器に供給される熱源水の温度が低い場合に、水熱源蒸発器の出口側で０℃近くになり、凍結して正常運転ができなくなる虞がある。このため、常に給水温度が凍結温度にならないように制御する必要がある。

特開２００７−３０３８０７号公報

前述のように、水熱源蒸発器を備えた給湯装置では、水熱源蒸発器に供給される熱源水の温度が、水熱源蒸発器の出口側で凍結しないように、常に熱源水温度を凍結温度より高く制御する必要がある。

そこで、本発明は、かかる従来技術の課題に鑑み、水熱源蒸発器を備えた給湯装置において、高ＣＯＰ運転を維持しながら、水熱源蒸発器の出口側で熱源水が凍結しないように、水熱源蒸発器出口側水温を制御可能にした運転手段を実現することを目的とする。

かかる目的を達成するため、本発明の給湯装置の運転方法は、
圧縮機、ガスクーラ、膨張弁、及び水熱源蒸発器を収納し、これら機器に冷媒を循環させてヒートポンプサイクルを構成する給湯装置の運転方法において、
前記ガスクーラに供給される給水の入口温度、及び前記水熱源蒸発器に供給される冷水の入口温度及び出口温度を検出し、
該水熱源蒸発器の出口冷水温度が凍結温度より高い条件の元で、許容値以上のＣＯＰが得られる圧縮機吐出圧力値を算出すると共に、該圧縮機吐出圧力値となるように圧縮機吐出側冷媒流路の冷媒循環量を調整するものである。

本発明方法では、前記構成により、水熱源蒸発器の出口熱源水温度が凍結温度より高い状態に維持されるので、正常運転を継続できると共に、給湯装置に必要とされる許容値以上のＣＯＰを確保できる。

本発明方法において、給水のガスクーラ入口温度と、水熱源蒸発器に供給される冷水入口温度と冷水出口温度との平均値とを元に圧縮機吐出圧力値を算出するようにするとよい。
これによって、圧縮機吐出圧力値を算出するための変数が３個から２個に減るので、圧縮機吐出圧力値の算出が容易になる。

前記本発明方法の実施に直接使用可能な本発明の給湯装置は、
圧縮機、ガスクーラ、膨張弁、及び水を熱源とした蒸発器を収納し、これら機器に冷媒を循環させてヒートポンプサイクルを構成する給湯装置において、
前記ガスクーラの上流側であって前記圧縮機の吐出側冷媒流路と前記膨張弁の出口側冷媒流路とを接続する冷媒バイパス経路、及び該冷媒バイパス経路に介設された冷媒タンクと、
該冷媒タンクの入口側冷媒流路に介設された第１の流量調整弁及び出口側冷媒流路に介設された第２の流量調整弁と、
前記ガスクーラに供給される給水温度、前記水熱源蒸発器に供給される冷水の入口温度及び出口温度を夫々検出する検出器と、
該水熱源蒸発器の出口冷水温度が凍結温度より高い条件の元で、許容値以上のＣＯＰが得られる圧縮機吐出圧力値を算出すると共に、該圧縮機吐出圧力値となるように前記第１の流量調整弁又は第２の流量調整弁を制御するコントローラと、を備えたものである。

本発明装置において、ガスクーラに供給される給湯用給水温度、水熱源蒸発器に供給される熱源水の入口温度及び出口温度を連続的に検出しながら、該入口温度が凍結温度より高く、かつ許容値以上の高ＣＯＰが得られる圧縮機吐出圧力値を算出する。そして、該圧縮機吐出圧力値となるように、前記第１の流量調整弁又は第２の流量調整弁を制御してヒートポンプサイクルの冷媒循環量を調整する。これによって、水熱源蒸発器の出口熱源水の凍結を防止しながら、許容値以上の高いＣＯＰ運転を続行できる。

本発明装置において、冷媒がＣＯ_２冷媒であり、ＣＯ_２冷媒を冷媒タンク内で超臨界状態で貯留し、該冷媒タンクから超臨界状態のＣＯ_２冷媒を膨張弁出口側の冷媒流路に供給するとよい。このように、超臨界状態で高温高圧のＣＯ_２冷媒を低圧の膨張器出口側冷媒流路に放出するので、圧力差によって確実に冷媒を放出できる。
また、液体状態又は湿り度の大きい飽和気液相状態で放出する場合と比べて、圧縮機の入口側での過熱度に与える影響が少ないため、圧縮機吐出側の温度及び圧力の変動を早く適正値に収束でき、ガスクーラによる加熱能力が安定する。

また、超臨界状態のＣＯ_２冷媒を放出するので、気液分離用アキュムレータや加熱用熱交換器等を設ける必要がなく、装置を簡素化できる。
超臨界状態で膨張器の出口側に放出されたＣＯ_２冷媒は、その後蒸発器、圧縮機、そしてガスクーラへと高圧側冷媒経路への移動が早く行なわれるため応答性が良く、給湯装置の不安定状態を早く解消できる。

また、本発明において、水熱源蒸発器として並列配置された複数のプレート型熱交換器を用い、ガスクーラ及び圧縮機をハウジング内の基礎面上に並列配置し、該複数のプレート型熱交換器を該ガスクーラの上方に配置するとよい。
水熱源蒸発器としてプレート型熱交換器を用い、複数のプレート型熱交換器を用いれば、十分な蒸発潜熱の吸収が可能である。また、並列に配置した複数のプレート型熱交換器を圧縮機の背丈より低いガスクーラの上方に配置することによって、ハウジングの容積をコンパクトにできる。従って、狭いスペースのハウジングでも水熱源蒸発器の配置が容易になる。

本発明の給湯装置の運転方法によれば、圧縮機、ガスクーラ、膨張器、及び水熱源蒸発器を収納し、これら機器に冷媒を循環させてヒートポンプサイクルを構成する給湯装置の運転方法において、ガスクーラに供給される給湯用給水の入口温度、及び前記水熱源蒸発器に供給される熱源水の入口温度及び出口温度を検出し、該水熱源蒸発器の出口熱源水温度が凍結温度より高い条件の元で、許容値以上のＣＯＰが得られる圧縮機吐出圧力値を算出すると共に、該圧縮機吐出圧力値となるように圧縮機吐出側冷媒流路の冷媒循環量を調整するようにしたことにより、高ＣＯＰ運転が可能になると共に、冷水の水熱源蒸発器出口側温度を凍結温度より高い温度に維持できるので、水熱源蒸発器の出口側で熱源水の凍結の虞をなくし、正常運転を継続できる。

また、本発明の給湯装置によれば、圧縮機、ガスクーラ、膨張弁、及び水熱源蒸発器を収納し、これら機器に冷媒を循環させてヒートポンプサイクルを構成する給湯装置において、ガスクーラの上流側であって前記圧縮機の吐出側冷媒流路と前記膨張弁の出口側冷媒流路とを接続する冷媒バイパス経路、及び該冷媒バイパス経路に介設された冷媒タンクと、該冷媒タンクの入口側冷媒流路に介設された第１の流量調整弁及び出口側冷媒流路に介設された第２の流量調整弁と、ガスクーラに供給される給湯用給水温度、前記水熱源蒸発器に供給される熱源水の入口温度及び出口温度を夫々検出する検出器と、該水熱源蒸発器の出口熱源水温度が凍結温度より高い条件の元で、許容地以上のＣＯＰが得られる圧縮機吐出圧力値を算出すると共に、該圧縮機吐出圧力値となるように前記第１の流量調整弁又は第２の流量調整弁を制御するコントローラと、を備えたことにより、該圧縮機吐出圧力値となるように圧縮機吐出側冷媒流路の冷媒循環量を調整するので、熱源水の凍結が生じない高ＣＯＰ運転を可能とする。

本発明の一実施形態に係る給湯器の全体斜視図である。 ハウジングを省略した前記給湯器の平面図である。 前記給湯器のガスクーラユニット２４の正面図である。 前記給湯器のガスクーラユニット２４の右側面図である。 図３中のＡ部詳細図である。 図５中のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。 前記給湯器の圧縮機２２のスライド機構の斜視図である。 図７中のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。 前記給湯器の圧縮機２２の低摩擦台９４の斜視図である。 前記給湯器のヒートポンプサイクルのブロック線図である。 前記給湯器の運転手順を示すフローチャートである。

以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではない。

本発明をＣＯ_２を冷媒としてヒートポンプサイクルを構成する給湯器に適用した一実施形態を図１〜図１１に基づいて説明する。
まず、図１及び図２で本実施形態に係る給湯器１０の全体構成を説明する。図１及び図２において、給湯器１０のハウジング１２内には、ハウジング１２の底面を構成し平坦面を有する基板１４が設けられている。ハウジング１２の上面１２ａは正方形をなし、四方側面は上下方向に長辺を有する長方形をなしている。該上面１２ａは閉鎖壁面をなし、四隅にフック等の吊り具を引っ掛けるためのアイボルト１６が固着されている。

ハウジング１２の四方側面は、背面の一部に設けられた配管板２０を除き、化粧板等の開閉可能に構成されたパネル板１８で遮蔽されている。基板１４上には圧縮機２２とガスクーラユニット２４とが正面１２ｂ又は背面１２ｄに略平行に並列に配置されている。即ち、正面１２ｂ寄りに圧縮機２２が配置され、背面１２ｄ寄りにガスクーラユニット２４が配置されている。圧縮機２２とガスクーラユニット２４との中間で右側面１２ｃ近傍に円筒状の超臨界タンク２６が上下方向に立設されている。

ガスクーラユニット２４の四隅外側には４本の脚２７が立設され、脚２７の上端は横フレーム２８で接続され、横フレーム２８には支持フレーム３０が架設されている。支持フレーム３０の上面に一対のプレート型熱交換器３２ａ及び３２ｂが固定されている。
パネル板１８は取り外し可能になっており、後述するように、パネル板１８を取り外した後の開放空間から、圧縮機２２、ガスクーラユニット２４及びプレート型熱交換器３２ａ、３２ｂ等をハウジング外に引き出し可能に構成されている。

背面１２ｄに設けられた配管板２０は、狭幅Ｌ_１を有して、上下方向に延在している。取り外し可能なパネル板１８の配置領域は幅広の保守点検領域Ｌ_２を形成している。保守点検領域Ｌ_２は配管板２０の幅Ｌ_１よりずっと大きく、かつ脚２６間の間隔Ｌ_３又はガスクーラユニット２４の長辺Ｌ_４より若干大きい。即ち、Ｌ_２＞Ｌ_３＞Ｌ_４の関係になっている。

ガスクーラユニット２４の配管板２０には上下方向に一列に４個の通管孔３４ａ〜ｄが穿設されている。最上部にある通管孔３４ａにはハウジング外から熱源給水管３６が挿通され、熱源給水管３６はハウジング１２内で２本に分岐し、各分岐管は夫々一対のプレート型熱交換器３２ａ及び３２ｂの給水口に接続されている。通管孔３４ｂにはハウジング外から熱源排水管３８が挿通され、熱源排水管３８はハウジング内で２本に分岐し、各分岐管は夫々一対のプレート型熱交換器３２ａ及び３２ｂの排水口に接続されている。

通管孔３４ｃにはハウジング外から給湯用水供給管４０が挿通され、給湯用水供給管４０はハウジング内でガスクーラユニット２４の上面隅部に接続されている。通管孔３４ｄにはハウジング外から出湯管４２が挿通され、出湯管４２はハウジング上面の給湯用水供給管４０の傍に接続されている。なお、熱源給水管３６、熱源排水管３８、給湯用水供給管４０及び出湯管４２はフレキシブルな可撓管で構成されている。

図３及び図４において、ガスクーラユニット２４は、６個のコイル状に形成された熱交換管群４６と、熱交換管群４６の上部に配置された冷媒入口ヘッダ４８及び冷媒出口ヘッダ５０と、各熱交換管群４６を冷媒入口ヘッダ４８及び冷媒出口ヘッダ５０に並列に接続する枝管５２と、これらの機器を収納した直方体状のケーシング４４とからなる。冷媒入口ヘッダ４８は、冷媒入口配管４９に接続され、冷媒出口ヘッダ５０は冷媒出口配管５１に接続されている。
給湯用水供給管４０からガスクーラユニット２４に供給された給湯用水は、熱交換管群４６でＣＯ_２冷媒と熱交換し、９０℃程度の高温水に加熱され、出湯管４２からハウジング外へ運ばれる。

次に、ガスクーラユニット２４のスライド機構を図３〜図６により説明する。ガスクーラユニット２４のケーシング４４の下部には、四隅に４個のスティ５４が配置されている。図５及び図６において、スティ５４には長孔５６がもうけられ、スティ５４は該長孔５６に挿入されたボルト５８によってケーシング４４に取り付けられている。長孔５６によってスティ５４の取付け高さを調節できる。スティ５４の底辺がボルト６０によって基板１４に固定される。ケーシング４４の底面の両端に、背面１２ｄと直角方向に箱形断面の脚桁６２が固設されている。

脚桁６２の底面には直方体状の低摩擦台６６がボルト６４で結合されている。低摩擦台６６は、例えば高分子量ポリエチレン等のような低摩擦係数を有する合成樹脂からなる。ボルト６０を外すことによって、ガスクーラユニット２４は基板１４に対して非固定状態となり、背面１２ｄ側に向かってスライド可能な状態となる。
図５に示すように、スティ５４はガスクーラユニット２４の長辺の端より内側に配置されているので、スティ５４の存在によってガスクーラユニット２４の長辺が長くなることはない。

プレート型熱交換器３２ａ及び３２ｂが固定された脚２７は、その下端で図示省略のボルト等の固定手段により基板１４に固定されている。プレート型熱交換器３２ａ及び３２ｂは軽量であるので、該固定手段を解除することにより、スライド可能な状態となる。従って、脚２７をスライドさせるのに特別なスライド機構を必要としない。

次に、圧縮機２２の基板１４への据付構造を図７〜図９により説明する。図７及び図８において、圧縮機２２のケーシング７０の下部には、ケーシング７０を支えるスティ７２が一体に形成されている。スティ７２と基板１４との間にコの字形状の断面を有する脚桁７４を正面１２ｂと直角方向に配置すると共に、スティ７２と脚桁７４の上面との間にワッシャ７６と防振板７８とを介在させている。防振板７８は、ゴム板８０の中央に鉄板８２を介在させ、ゴム板８０と鉄板９２とを加硫接着してなる。

そして、スティ７２、ワッシャ７６、防振板７８及び脚桁７４の上辺７４ａをボルト８４と２重ナット８６とで締め付け固定している。２重ナット８６とスティ７２間にワッシャ８８及びゴム板９０を介在させ、スティ７２の振動が２重ナット８６を介して脚桁７４に伝達するのを防止している。
脚桁７４の先端には、四隅に突壁を有する凹部を形成したケース９２が固着され、該ケース９２には、図９に示す直方体をなす低摩擦台９４が嵌着されている。低摩擦台９４は、例えば高分子量ポリエチレン等の低摩擦係数を有する合成樹脂からなる。

ケース９２及び低摩擦台９４には、夫々ボルト挿入用凹部９２ａ及び９４ａが設けられ、脚桁７４は、ボルト９６及びナット９８により、低摩擦台９４を介して基板１４に固定されている。
圧縮機２２は、ボルト９６を取り外すことにより非固定状態となり、ハウジング１２の正面１２ｂに向けてスライド可能な状態となる。

次に、給湯器１０のヒートポンプサイクル及び作動方法を図１０及び図１１により説明する。図１０において、圧縮機２２には圧縮機２２の回転数を制御するインバータ装置１０４が設けられている。圧縮機２２から吐出されたＣＯ_２冷媒は、ＣＯ_２の臨界圧力及び臨界温度を超えた高温高圧の超臨界状態となるように運転される。超臨界状態のＣＯ_２冷媒は、圧縮機吐出側冷媒流路１００からガスクーラユニット２４に達し、ここで給湯用水供給管４０から送られた給湯用水によって超臨界状態で冷却される。

ガスクーラユニット２４で加熱された給湯用水は、超臨界状態のＣＯ_２冷媒と熱交換することによって、９０℃程度の温度にまで達する。高温になった該給湯用水は出湯管４２から排出されて、使用先に送られる。ガスクーラユニット２４の出口側で冷媒流路１００は、２つの分岐流路１００ａ及び１００ｂに分岐し、分岐流路１００ａ及び１００ｂには夫々膨張弁１０６ａ及び１０６ｂが介設されている。分岐流路１００ａ又は１００ｂは、該膨張弁１０６ａ、１０６ｂの下流側で、プレート型熱交換器３２ａ又は３２ｂに接続されている。

プレート型熱交換器３２ａ、３２ｂにはＣＯ_２冷媒に蒸発熱源を与える熱源水が熱源給水管３６から分岐管３６ａ又は３６ｂを介して供給される。該熱源水は、例えば地下水であり、あるいは工場で使用された排水等が使用される。分岐流路１００ａ又は１００ｂを流れるＣＯ_２冷媒は、膨張弁１０６ａ又は１０６ｂで減圧され、プレート型熱交換器３２ａ、３２ｂで熱源水と熱交換し蒸発潜熱を得て蒸発する。蒸発したＣＯ_２冷媒は、プレート型熱交換器３２ａ又は３２ｂの出口側で冷媒流路１００ｃ又は１００ｄに流れ、さらに圧縮機２２に戻される。一方、プレート型熱交換器３２ａ、３２ｂを出た熱源水は、枝管３８ａ又は３８ｂを通って熱源排水管３８に排出される。

圧縮機２２から吐出されたＣＯ_２冷媒の一部は、分岐流路１０２を通って超臨界タンク２６に分流する。これによって、ガスクーラユニット２４に流入する冷媒量を調整できる。このように、冷媒循環路を流れる冷媒量を調節することによって、熱源水温度等の運転条件の変動があっても、圧縮機入口の過熱度や、圧縮機出口の吐出ガス温度や圧力の変動を抑え、安定した給湯運転を可能にする。

超臨界タンク２６は、断熱材で覆われ、さらに図示省略の加熱ヒータによってＣＯ_２冷媒の臨界温度以上の３２℃以上に常時加熱され、超臨界タンク２６内のＣＯ_２冷媒は常時超臨界状態に保持される。超臨界タンク２６の出口側分岐流路１０２は、分岐流路１０２ａと分岐流路１０２ｂとに分岐し、分岐流路１０２ａ又は１０２ｂは、膨張弁１０６ａ又は１０６ｂの出口側分岐流路１００ａ又は１００ｂに接続されている。
超臨界タンク２６の上流側及び下流側には流量調整弁１０８及び１１０が介設され、上流側流量調整弁１０８によって超臨界タンク２６に流入する冷媒量が調整されると共に、下流側流量調整弁１１０によって超臨界タンク２６から流出する冷媒量が調節される。

このように、超臨界タンク２６から超臨界状態で高温高圧のＣＯ_２冷媒を低圧の膨張弁出口側分岐流路１００ａ、１００ｂに放出するので、圧力差によって確実にＣＯ_２冷媒を該分岐流路に放出できる。また、液体状態又は湿り度の大きい飽和気液相状態で放出する場合と比べて、圧縮機入口側での過熱度に与える影響が少ないため、圧縮機吐出側の温度及び圧力の変動を早く適正値に収束でき、ガスクーラユニット２４よる加熱能力が安定する。

また、超臨界状態のＣＯ_２冷媒を放出するので、気液分離用アキュムレータや加熱用熱交換器等を設ける必要がなく、装置を簡素化できる。超臨界状態で膨張弁１０６ａ又は１０６ｂの出口側分岐流路１００ａ又は１００ｂに放出されたＣＯ_２冷媒は、プレート型熱交換器３２ａ又は３２ｂ、圧縮機２２、そしてガスクーラユニット２４へと高圧側冷媒流路への移動が早く行なわれるため応答性が良く、給湯器の不安定状態を早く解消できる。

図１０において、熱源給水管３６、熱源排水管３８、給湯用水供給管４０、出湯管４２、プレート型熱交換器３２ａ又は３２ｂの入口側及び出口側冷媒流路に、温度センサ１１２〜１２６が設けられている。また、圧縮機２２の吐出側冷媒流路１００に圧力センサ１２８が設けられている。
温度センサ１２０及び１２２の温度検出値Ｔ_５及びＴ_６をコントローラ１３０に入力し、コントローラ１３０で、これら２つの温度検出値の差を演算し、この演算値に基づいて、膨張弁１０６ａの開度を調節し、プレート型熱交換器３２ａへのＣＯ_２冷媒供給量を調整する。同様に、温度センサ１２４及び１２６の温度検出値Ｔ_７及びＴ_８をコントローラ１３０に入力し、コントローラ１３０で、これら２つの温度検出値の差を演算し、この演算値に基づいて、膨張弁１０６ｂの開度を調節し、プレート型熱交換器３２ｂへのＣＯ_２冷媒供給量を調整する。

次に、給湯器１０の運転手順を図１１に示すフローチャートに基づいて説明する。図１１において、まず給湯器１０の運転を開始し、圧縮機２２の吐出圧力の設定値Ｐ_setを次の算出式（１）から算出する（ステップ１）。算出式（１）は、給湯用給水入口温度Ｔ_３（給湯用水供給管４０中を流れる水温）、熱源水入口温度Ｔ_１（熱源給水管３６中を流れる水温）及び熱源水出口温度Ｔ_２（熱源排水管３８中を流れる水温）を独立変数として、高ＣＯＰを得られる圧縮機吐出圧力値を算出するものである。

Ｐ_set ＝ ａ×Ｔ_３＋ｂ （１）
但し、Ｔ_３；給湯用給水入口温度（温度センサ１１６の検出値）
ａ ；ａ_１×Ｔ_ave ^２＋ａ_２×Ｔ_ave＋ａ_３
ｂ ；ｂ_１×Ｔ_ave ^２＋ｂ_２×Ｔ_ave＋ｂ_３
Ｔ_ave；（熱源水入口温度Ｔ_１＋熱源水出口温度Ｔ_２）／２
ここで、係数ａ_１〜３及びｂ_１〜３は、出湯温度Ｔ_４（温度センサ１１８の検出値）に基づいて決定される数値である。また、熱源水入口温度Ｔ_１は温度センサ１１２の検出値であり、熱源水出口温度Ｔ_２は温度センサ１１４の検出値である。

次に、圧縮機２２が運転中であることを確認した後（ステップ２）、圧力センサ１２８で圧縮機吐出圧力Ｐ_ｄを検出する（ステップ３）。吐出圧力Ｐ_ｄが上限値Ｐ_maxを超えている場合には、流量調整弁１０８を開いて冷媒の一部を超臨界タンク２６に流入させる（ステップ４）。これによって、ガスクーラユニット２４に流入する冷媒量が減少し、給湯器１０の冷媒循環量が減少することによって、圧縮機吐出圧力Ｐ_ｄも減少する。そして、Ｐ_ｄ≦Ｐ_set−ΔＰ_１（ある設定値）となれば（ステップ５）、流量調整弁１０８を閉じる（ステップ６）。

一方、吐出圧力Ｐ_ｄが下限値Ｐ_minを下回っている場合には、図示省略の圧縮機運転タイマにより、圧縮機２２の運転時間が３分を超えているかどうかを判定する（ステップ７）。３分を超えていない場合には、ステップ１１を経てステップ２に戻る。３分を超えている場合には、流量調整弁１１０を開く（ステップ８）。流量調整弁１１０を開くことにより、分岐流路１０２ａ又は１０２ｂに流入する冷媒量が増加するため、圧縮機吐出圧力Ｐ_ｄが増大する。そこでＰ_ｄ≧Ｐ_mix＋ΔＰ_２（ある設定値）となると、流量調整弁１１０を閉じて，給湯器１０の冷媒循環路中の冷媒量の増加を止める。

前記手順を繰り返し、圧力センサ１２８で圧縮機吐出圧力Ｐ_ｄを連続的に計測しながら、算出式（１）に基づいて高ＣＯＰが得られる吐出圧力Ｐ_ｄとなるように、冷媒循環路を流れる冷媒量を制御する。

本実施形態において、ガスクーラユニット２４を保守点検する場合には、まず、ハウジング１２の背面１２ｄに設けられたパネル板１８を取り外して背面１２ｄを開放する。次に、スティ５４を基板１４に固定しているボルト６０を外してガスクーラユニット２４を非固定状態とする。そして、ガスクーラユニット２４を背面１２ｄ側に引き出して保守点検作業を行なう。このように、ガスクーラユニット２４の保守点検作業をハウジング外で行なうことができるため、ガスクーラユニット２４の保守点検作業が容易になる。

本実施形態では、冷媒入口ヘッダ４８及び冷媒出口ヘッダ５０をケーシング４４の内部で熱交換管群４４の上部に配置しているので、ガスクーラユニット２４の長辺Ｌ_４を開放された保守点検領域Ｌ_２より小とすることができる。また、スティ５４もガスクーラユニット２４の長辺の長さを増加させない。そのため、ガスクーラユニット２４のハウジング１２外への引き出しが可能となる。

次に、プレート型熱交換器３２ａ、３２ｂを保守点検する場合には、脚２６の固定手段を解除し、脚２７を非固定状態とする。次に、脚２７を背面１２ｄ側にスライドさせて、ハウジング１２外に引き出す。こうしてプレート型熱交換器３２ａ、３２ｂをハウジング１２外に引き出して保守点検作業を行なうので、保守点検作業が容易になる。
脚２７間の間隔Ｌ_３は保守点検領域Ｌ_２より小さいので、脚２７のハウジング外への引き出しが可能になる。また、プレート型熱交換器３２ａ、３２ｂは軽量であるので、圧縮機２２やガスクーラユニット２４のように特別のスライド機構を必要とせず引き出しが可能になる。

次に、圧縮機２２の保守点検を行なう場合には、まず、ハウジング１２の正面１２ｂのパネル板１８を取り外して正面１２ｂを開放する。次に、圧縮機２２を基板１４に固定しているボルト９６を取り外して、圧縮機２２を非固定状態とする。
次に、圧縮機２２を正面１２ｂ側へスライドさせて、ハウジング１２外に引き出す。そして、ハウジング１２外で圧縮機２２の保守点検作業を行なう。そのため、圧縮機２２の保守点検作業が容易になる。なお、正面１２ｂはパネル板１８を取り外すことにより全面開放されるので、圧縮機２２の長辺より開放空間のほうが大きくなり、大型の圧縮機２２でもその引き出しは可能である。

このように、各機器をそれらの配置位置に近いハウジング１２の側面からハウジング１２外へ引き出すようにしているので、各機器のハウジング１２外への引き出しが容易になる。

本実施形態では、各熱源及び給湯用給排水管３６〜４２を配管板２０を通してハウジング１２内に導設しているので、ハウジング１２内での各給排水管の配置領域とガスクーラユニット２４及びプレート型熱交換器３２ａ、３２ｂのスライド方向とが干渉しない。また、ガスクーラユニット２４の入口ヘッダ４８及び出口ヘッダ５０の接続口と、プレート型熱交換器３２ａ、３２ｂの接続口とを各熱源及び給湯用給排水管３６〜４２側に向けて配置しているので、ガスクーラユニット２４やプレート型熱交換器３２ａ、３２ｂの引き出し時に、各熱源及び給湯用給排水管３６〜４２が邪魔にならない。

また、各熱源及び給湯用給排水管３６〜４２を可撓管で構成しているので、各熱源及び給湯用給排水管３６〜４２をガスクーラユニット２４又はプレート型熱交換器３２ａ、３２ｂに接続したままで、ガスクーラユニット２４やプレート型熱交換器３２ａ、３２ｂの引き出しが可能になる。そのため、保守点検作業時に各給排水管３６〜４２の着脱作業を要しない。

また、水熱源蒸発器として２台のプレート型熱交換器３２ａ及び３２ｂを用い、これらを右側面１２ｃの内側に並列配置しているので、必要能力を低下させることなく、省スペース化が可能になる。
また、最重量で大型の圧縮機２２は、配管板２０を配置していない正面１２ｂからハウジング外へ引き出すようにしているので、開放幅を十分取ることができる。
さらに、ガスクーラユニット２４の上方にプレート型熱交換器３２ａ、３２ｂを配置したことにより、ハウジング１２内の床面積を低減できると共に、圧縮機２２より背が低いガスクーラユニット２４の上方にプレート型熱交換器３２ａ、３２ｂを配置したことにより、ハウジング１２の高さを抑えることができる。

なお、プレート型熱交換器３２ａ、３２ｂをガスクーラユニット２４の上面に直接固定するようにしてもよい。これによって、ガスクーラユニット２４とプレート型熱交換器３２ａ、３２ｂの引き出しを同時に行なうことができる。

また、圧縮機２２のケーシング７０を防振板８８を介して脚桁８４に固定しているので、圧縮機２２の振動が基板１４に伝達するのを低減できる。また、ガスクーラユニット２４や圧縮機２２のスライド機構を、低摩擦台６６又は低摩擦台１０４を介して基板１４上をスライドさせるようにしているので、低コストな構造で円滑な引き出しが可能になる。

また、本実施形態は、冷媒がＣＯ_２であり、圧縮機２２の出口側でＣＯ_２が超臨界状態となるヒートポンプサイクルを構成しているので、ガスクーラユニット２４で９０℃を越える用途の広い高温水を製造可能になる。

また、本実施形態によれば、図１１のフローチャートに示す運転制御を行ない、プレート型熱交換器３２ａ、３２ｂに供給される熱源水の入口温度Ｔ_１及び出口温度Ｔ_２と、ガスクーラユニット２４に供給される給湯用給水の入口温度Ｔ_３を連続的に検出しながら、これらの温度検出値から高ＣＯＰ運転が可能になる圧縮機吐出圧力値Ｐ_ｄを算出するようにしているので、プレート型熱交換器３２ａ、３２ｂ出口側の熱源水温度Ｔ_２を凍結温度より高い温度に維持できる。これによって、プレート型熱交換器３２ａ、３２ｂの出口熱源水の凍結を防止できると共に、許容値以上の高いＣＯＰ運転を続行できる。

また、算出式（１）に示すように、給湯用給水入口温度Ｔ_３（温度センサ１１６の検出値）と、プレート型熱交換器３２ａ、３２ｂに供給される冷水入口温度Ｔ_１（温度センサ１１２の検出値）とプレート型熱交換器３２ａ、３２ｂの熱源水出口温度Ｔ_２（温度センサ１１４の検出値）との平均値とを元に圧縮機吐出圧力値Ｐ_ｄを算出するようにしているので、圧縮機吐出圧力値Ｐ_ｄを算出するための変数が３個から２個に減り、圧縮機吐出圧力値Ｐ_ｄの算出が容易になる。

また、ＣＯ_２冷媒を超臨界タンク２６内で超臨界状態で貯留し、超臨界タンク２６から超臨界状態のＣＯ_２冷媒を膨張弁出口側の冷媒流路に供給しているので、前述のとおりの作用効果を得ることができる。

本発明によれば、高ＣＯＰ運転を維持しながら、水熱源蒸発器の出口側で熱源水が凍結しないように、水熱源蒸発器出口側水温を制御可能にした給湯装置の運転手段を実現できる。

１０ 給湯器
１２ ハウジング
１２ｂ 正面
１２ｄ 背面
１４ 基板
１８ 動力制御盤
２０ 配管板
２２ 圧縮機
２４ ガスクーラユニット
２６ 超臨界タンク
２７ 足場
３２ａ、３２ｂ プレート型熱交換器（水熱源蒸発器）
３４ａ〜ｄ 通管孔
３６ 熱源給水管
３８ 熱源排水管
４０ 給湯用水供給管
４２ 出湯管
４４ ケーシング
４６ 熱交換管群
４８ 冷媒入口ヘッダ
５０ 冷媒出口ヘッダ
５４，７２ スティ
６２、７４ 脚桁
６６、９４ 低摩擦台
７８ 防振板
９０ ゴム板
９２ ケース
１０８、１１０ 流量調整弁
１１２〜１２６ 温度センサ
１２８ 圧力センサ
１３０ コントローラ

Claims (5)

1. 圧縮機、ガスクーラ、膨張器、及び水熱源蒸発器を収納し、これら機器に冷媒を循環させてヒートポンプサイクルを構成する給湯装置の運転方法において、
   前記ガスクーラに供給される給水の入口温度、及び前記水熱源蒸発器に供給される冷水の入口温度及び出口温度を検出し、
   該水熱源蒸発器の出口冷水温度が凍結温度より高い条件の元で、許容値以上のＣＯＰが得られる圧縮機吐出圧力値を算出すると共に、該圧縮機吐出圧力値となるように圧縮機吐出側冷媒流路の冷媒循環量を調整することを特徴とする給湯装置の運転方法。
2. 給水のガスクーラ入口温度と、水熱源蒸発器に供給される冷水入口温度と冷水出口温度との平均値とを元に前記圧縮機吐出圧力値を算出することを特徴とする請求項１に記載の給湯装置の運転方法。
3. 圧縮機、ガスクーラ、膨張弁、及び水熱源蒸発器を収納し、これら機器に冷媒を循環させてヒートポンプサイクルを構成する給湯装置において、
   前記ガスクーラの上流側であって前記圧縮機の吐出側冷媒流路と前記膨張弁の出口側冷媒流路とを接続する冷媒バイパス経路、及び該冷媒バイパス経路に介設された冷媒タンクと、
   該冷媒タンクの入口側冷媒流路に介設された第１の流量調整弁及び出口側冷媒流路に介設された第２の流量調整弁と、
   前記ガスクーラに供給される給水温度、前記水熱源蒸発器に供給される冷水の入口温度及び出口温度を夫々検出する検出器と、
   該水熱源蒸発器の出口冷水温度が凍結温度より高い条件の元で、許容値以上のＣＯＰが得られる圧縮機吐出圧力値を算出すると共に、該圧縮機吐出圧力値となるように前記第１の流量調整弁又は第２の流量調整弁を制御するコントローラと、を備えたことを特徴とする給湯装置。
4. 冷媒がＣＯ_２冷媒であり、ＣＯ_２冷媒を前記冷媒タンク内で超臨界状態で貯留し、該冷媒タンクから超臨界状態のＣＯ_２冷媒を前記膨張器出口側の冷媒流路に供給するようにしたことを特徴とする請求項３に記載の給湯装置。
5. 前記水熱源蒸発器が並列配置された複数のプレート型熱交換器であり、ガスクーラ及び圧縮機をハウジング内の基礎面上に並列配置し、該複数のプレート型熱交換器を該ガスクーラの上方に配置したことを特徴とする請求項３に記載の給湯装置。

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