JP2011007457A - ヒートポンプ式給湯機 - Google Patents

Abstract

【課題】ヒートポンプ式給湯機のヒートポンプサイクルの冷媒漏れを適切に診断する。
【解決手段】圧縮機１４、水−冷媒熱交換器１５、電気式膨張弁１６、及び蒸発器１７を有するヒートポンプサイクル１３と、水−冷媒熱交換器（１５）にて加熱する給湯水が循環する水循環回路１２と、蒸発器温度Ｔｅを検出する蒸発器温度センサ２８と、水−冷媒熱交換器１５に流入する給湯水の入水温度Ｔｗｉを検出する入水温度センサ２３と、外気温Ｔａｍを検出する外気温度センサ２５と、ヒートポンプサイクル１３にて冷媒漏れが発生しているか否かを診断する診断手段Ｓ３０〜Ｓ６０と、を備え、診断手段Ｓ３０〜Ｓ６０は、外気温度センサ２５の検出値および入水温度センサ２３の検出値のうち少なくとも一方の検出値に基づいて蒸発器１７の正常温度範囲を算出し、蒸発器温度センサ２８の検出値が正常温度範囲外である場合に冷媒漏れが発生したと診断する。
【選択図】図２

Description

本発明は、ヒートポンプサイクルによって給湯水を加熱するヒートポンプ式給湯機に関する。

従来、貯湯タンク内の給湯水をヒートポンプサイクルの水−冷媒熱交換器へ導いて加熱し、加熱された給湯水を再び貯湯タンク内へ戻して貯えるヒートポンプ式給湯機が知られている。

ここで、ヒートポンプ式給湯機等のヒートポンプサイクルでは、配管の破損等によって冷媒回路で冷媒漏れが発生した状態で運転を継続すると、圧縮機等が損傷してしまう虞がある。そのため、例えば、特許文献１では、冷媒漏れが発生する際、圧縮機の吐出温度が上昇するとともに、圧縮機の通電電流が減少することに着目し、圧縮機の吐出温度と圧縮機の通電電流に基づいて冷媒漏れを診断（判定）する診断手段（判定手段）を設けている。

特開平４−５５６７１号公報

ところで、ヒートポンプ式給湯機では、水−冷媒熱交換器に流入する給湯水の入水温度が５℃から６０℃程度まで大きく変化する。そして、給湯水の入水温度が低温から高温へと変化する場合には、圧縮機の吐出温度が上昇するとともに、圧縮機の通電電流が減少する場合がある。そのため、特許文献１に記載の判定手段によってヒートポンプ式給湯機の冷媒漏れを判定する場合には、給湯水の温度変化に伴う正常な運転状態の変化を、冷媒漏れと誤判定してしまうといった問題があった。

また、ヒートポンプ式給湯機のヒートポンプサイクルの制御方式が、圧縮機の吐出冷媒の温度が所定温度となるように制御する場合、冷媒漏れが発生しても、圧縮機の吐出冷媒の温度が上昇せず、特許文献１に記載の判定手段では冷媒漏れを適切に診断できない。

本発明は上記点に鑑みて、ヒートポンプ式給湯機のヒートポンプサイクルの冷媒漏れを適切に診断することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明者らは鋭意検討を行なった。その結果、規定量の冷媒が封入されている場合のヒートポンプサイクル（１３）の蒸発器（１７）の蒸発器温度（Ｔｅ）を推定（算出）し、推定した推定蒸発器温度（Ｔｅ´）と、実際の蒸発器温度（Ｔｅ）との関係から冷媒漏れが発生しているか否かを判定可能であるとの知見を得た。これは、ヒートポンプサイクル（１３）にて冷媒漏れが発生した場合には、規定量の冷媒が封入されている場合に比較して、サイクルバランスが変化し、蒸発器（１７）の蒸発器温度（Ｔｅ）がバランスしたときの温度が変化することを利用している。

そして、規定量の冷媒が封入されている場合の蒸発器（１７）の蒸発器温度（Ｔｅ）を、冷媒漏れの影響を受けない水−冷媒熱交換器（１５）に流入する給湯水の入水温度（Ｔｗｉ）、及び室外空気の温度（Ｔａｍ）の少なくとも一方から推定（算出）することを案出した。これは、蒸発器（１７）の蒸発器温度（Ｔｅ）は、水−冷媒熱交換器（１５）に流入する入水温度（Ｔｗｉ）、及び蒸発器（１７）内の冷媒と熱交換する室外空気の温度（Ｔａｍ）に大きく影響するといった関係を逆に考えたものである。

上記知見等を鑑みて、請求項１に記載の発明では、冷媒を圧縮して吐出する圧縮機（１４）、圧縮機（１４）から吐出された吐出冷媒と給湯水とを熱交換させる水−冷媒熱交換器（１５）、水−冷媒熱交換器（１５）から流出した冷媒を減圧させる可変式の減圧手段（１６）、及び減圧手段（１６）で減圧した低圧冷媒と室外空気とを熱交換させて冷媒を蒸発させる蒸発器（１７）を有するヒートポンプサイクル（１３）と、水−冷媒熱交換器（１５）にて加熱する給湯水が循環する水循環回路（１２）と、蒸発器（１７）の温度（Ｔｅ）を検出する蒸発器温度検出手段（２８）と、水−冷媒熱交換器（１５）に流入する給湯水の入水温度（Ｔｗｉ）を検出する入水温度検出手段（２３）と、室外空気の温度（Ｔａｍ）を検出する外気温度検出手段（２５）と、ヒートポンプサイクル（１３）にて冷媒漏れが発生しているか否かを診断する診断手段（Ｓ３０〜Ｓ６０）と、を備え、診断手段（Ｓ３０〜Ｓ６０）は、外気温度検出手段（２５）の検出値および入水温度検出手段（２３）の検出値のうち少なくとも一方の検出値に基づいて蒸発器（１７）の正常温度範囲を算出し、蒸発器温度検出手段（２８）の検出値が正常温度範囲外である場合に冷媒漏れが発生したと診断することを特徴とする。

これによれば、給湯水の入水温度（Ｔｗｉ）や室外空気の温度（Ｔａｍ）に対応した蒸発器（１７）の正常温度範囲を基準として冷媒漏れを診断する構成であるため、給湯水の入水温度（Ｔｗｉ）が変化したとしても、冷媒漏れを適切に診断することができる。さらに、蒸発器（１７）の蒸発器温度（Ｔｅ）の変化によって冷媒漏れを判定する構成であるため、ヒートポンプサイクル（１３）の制御方式が、圧縮機（１４）の吐出冷媒の温度（Ｔｄ）が所定の目標温度（Ｔｄｏ）となるように制御するものであっても、適切に冷媒漏れを判定することができる。

従って、従来の冷媒漏れ診断に比べて、ヒートポンプ式給湯機（１０）のヒートポンプサイクル（１３）の冷媒漏れの診断精度を向上させることができる。

ここで、圧縮機（１４）の吐出冷媒の温度（Ｔｄ）が所定の目標温度（Ｔｄｏ）となるように制御する制御方式のヒートポンプサイクル（１３）にて冷媒漏れが発生した場合、冷媒漏れが発生していない正常時に比べて、減圧手段（１６）にて減圧される前の高圧冷媒と減圧された後の低圧冷媒の圧力差が小さいサイクルバランスとなる。そのため、冷媒漏れが発生した場合の蒸発器温度（Ｔｅ）は、冷媒漏れが発生していない正常時の蒸発器温度（Ｔｅ）に比べて高い温度となる。

そこで、請求項２に記載の発明では、請求項１に記載のヒートポンプ式給湯機において、吐出冷媒の温度（Ｔｄ）を検出する吐出冷媒温度検出手段（２６）と、吐出冷媒温度検出手段（２６）にて検出された検出値が所定の目標温度（Ｔｄｏ）となるように吐出冷媒の温度（Ｔｄ）を制御する吐出冷媒温度制御手段（２１）と、を備え、診断手段（Ｓ３０〜Ｓ６０）は、蒸発器温度検出手段（２８）の検出値が正常温度範囲の上限値よりも高くなった場合に冷媒漏れが発生したと診断することを特徴とする。

これによれば、圧縮機（１４）の吐出冷媒の温度（Ｔｄ）が所定の目標温度（Ｔｄｏ）となるように制御する制御方式のヒートポンプサイクル（１３）にて冷媒漏れが発生したことを適切に診断することができる。

また、圧縮機（１４）の吐出冷媒の圧力（Ｐｄ）が所定の目標圧力（Ｐｄｏ）となるように制御する制御方式のヒートポンプサイクル（１３）にて冷媒漏れが発生した場合、冷媒漏れが発生していない正常時に比べて、減圧手段（１６）にて減圧される前の高圧冷媒と減圧された後の低圧冷媒の圧力差が大きいサイクルバランスとなる。そのため、冷媒漏れが発生した場合の蒸発器温度（Ｔｅ）は、冷媒漏れが発生していない正常時の蒸発器温度（Ｔｅ）に比べて低い温度となる。

そこで、請求項３に記載の発明では、請求項１に記載のヒートポンプ式給湯機において、吐出冷媒の圧力（Ｐｄ）を検出する吐出冷媒圧力検出手段（２７）と、吐出冷媒圧力検出手段（２７）にて検出された検出値が所定の目標圧力となるように吐出冷媒の圧力（Ｐｄ）を制御する吐出冷媒圧力制御手段（２１）と、を備え、診断手段（Ｓ３０〜Ｓ６０）は、蒸発器温度検出手段（２８）の検出値が正常温度範囲の下限値よりも低くなった場合に冷媒漏れが発生したと診断することを特徴とする。

これによれば、圧縮機（１４）の吐出冷媒の圧力（Ｐｄ）が所定の目標圧力（Ｐｄｏ）となるように制御する制御方式のヒートポンプサイクル（１３）にて冷媒漏れが発生したことを適切に診断することができる。

ここで、ヒートポンプサイクル（１３）のサイクルが安定していない過渡状態では、実際の蒸発器温度（Ｔｅ）が変動する場合があるため、実際の蒸発器温度（Ｔｅ）が蒸発器（１７）の正常温度範囲から外れてしまう場合がある。

そのため、請求項４に記載の発明のように、請求項１ないし３のいずれか１つに記載のヒートポンプ式給湯機において、診断手段（Ｓ３０〜Ｓ６０）は、ヒートポンプサイクル（１３）が安定している場合における正常温度範囲に基づいて冷媒漏れの診断を行なうこと、冷媒漏れが発生したことをより適切に診断することができる。

なお、「ヒートポンプサイクル（１３）が安定している場合」とは、ヒートポンプサイクル（１３）内の予め定められた時間当たりの冷媒の温度、圧力等の変化量が予め定められた基準変化量以下になっている場合をいう。例えば、蒸発器温度検出手段（２８）、吐出冷媒温度検出手段（２６）、吐出冷媒圧力検出手段（２７）の各検出値のうち１つの予め定められた時間当たりの変化量が基準変化量以下となっている場合に「ヒートポンプサイクル（１３）が安定している」と判断することができる。

また、請求項５に記載の発明のように、請求項１ないし４のいずれか１つに記載のヒートポンプ式給湯機において、冷媒を二酸化炭素とすることができる。

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した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実施形態に係るヒートポンプ式給湯機の全体構成図である。 第１実施形態に係るヒートポンプ式給湯機の冷媒漏れ診断処理を示すフローチャートである。 第１実施形態に係るヒートポンプサイクルの冷媒の状態を示すモリエル線図である。 第２実施形態に係るヒートポンプサイクルの冷媒の状態を示すモリエル線図である。

（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３に基づいて説明する。図１は、本実施形態のヒートポンプ式給湯機１０の全体構成図である。このヒートポンプ式給湯機１０は、貯湯タンク１１内の給湯水を循環させる水循環回路１２、および、給湯水を加熱するためのヒートポンプサイクル１３を備えている。

まず、水循環回路１２において、給湯水を貯留する貯湯タンク１１は、耐食性に優れた金属（例えば、ステンレス）で形成され、断熱構造を有し、高温の給湯水を長時間保温することができる温水タンクである。

貯湯タンク１１に貯留された給湯水は、貯湯タンク１１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１１内の下部に設けられた給水口からは水道水が給水されるようになっている。なお、温調弁は、後述する貯湯タンク側制御装置２０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。

また、水循環回路１２には、給湯水を循環させる水圧送手段としての電動水ポンプ１２ａが配置されている。電動水ポンプ１２ａは、貯湯タンク側制御装置２０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。さらに、水循環回路１２の構成機器のうち、貯湯タンク１１、電動水ポンプ１２ａ等については、図１の細破線に示すように、１つの筐体内に収容されてタンクユニット２００として一体的に構成され、室外に配置されている。

そして、貯湯タンク側制御装置２０が電動水ポンプ１２ａを作動させると、給湯水は、貯湯タンク１１の下方側に設けられた給湯水出口１１ａ→電動水ポンプ１２ａ→後述する水−冷媒熱交換器１５の水通路１５ａ→貯湯タンク１１の上方側の給湯水入口１１ｂの順に循環する。

ヒートポンプサイクル１３は、圧縮機１４、水−冷媒熱交換器１５、電気式膨張弁１６、蒸発器１７等を順次配管で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１３では、冷媒として二酸化炭素を採用しており、圧縮機１４から吐出された高圧冷媒（圧縮機１４の吐出冷媒）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１４は、ヒートポンプサイクル１３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１４ａを電動モータ１４ｂにて駆動する電動圧縮機である。固定容量型圧縮機１４ａ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１４ｂは、後述するヒートポンプ側制御装置２１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１４の冷媒吐出能力が変更される。従って、本実施形態では、電動モータ１４ｂが圧縮機１４の吐出能力変更手段を構成している。

圧縮機１４の冷媒吐出口には、水−冷媒熱交換器１５の冷媒通路１５ｂ入口側が接続されている。水−冷媒熱交換器１５は、給湯水が通過する水通路１５ａと圧縮機１４から吐出された高温高圧冷媒が通過する冷媒通路１５ｂとを有して構成される熱交換器であって、圧縮機１４吐出冷媒の有する熱量を給湯水に放熱させる放熱器として機能する。

ここで、本実施形態の水−冷媒熱交換器１５の水通路１５ａにおける給湯水の流れ方向と、冷媒通路１５ｂにおける冷媒の流れ方向とが互いに対向する方向としている。これによれば、水通路１５ａを流れる給湯水と冷媒通路１５ｂを流れる冷媒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。

なお、本実施形態のヒートポンプサイクル１３では、前述の如く、超臨界冷凍サイクルを構成しているので、水−冷媒熱交換器１５の冷媒通路１５ｂ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。

水−冷媒熱交換器１５の冷媒通路１５ｂ出口側には、電気式膨張弁１６の入口側が接続されている。電気式膨張弁１６は冷媒通路１５ｂから流出した冷媒を減圧膨張させる減圧手段である。

より具体的には、この電気式膨張弁１６は、絞り開度を変更可能に構成された弁体１６ａと、この弁体１６ａの絞り開度を変化させるステッピングモータからなる電動アクチュエータ１６ｂとを有して構成される可変絞り機構（可変式の減圧手段）である。さらに、電動アクチュエータ１６ｂは、ヒートポンプ側制御装置２１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。

電気式膨張弁１６の出口側には、蒸発器１７が接続されている。蒸発器１７は、電気式膨張弁１６にて減圧された低圧冷媒と送風ファン１７ａにより送風された外気（室外空気）とを熱交換させることによって、低圧冷媒を蒸発させて吸熱作用を発揮させる吸熱用の熱交換器である。送風ファン１７ａは、ヒートポンプ側制御装置２１から出力される制御電圧によって回転数（送風空気量）が制御される電動式送風機である。

なお、本実施形態では蒸発器１７として、周知のフィンアンドチューブ構造の熱交換器を採用している。また、蒸発器１７の出口側には、圧縮機１４の冷媒吸入口が接続されている。さらに、上述のヒートポンプサイクル１３の各構成機器１４〜１７は、図１の一点鎖線に示すように、１つの筐体内に収容されてヒートポンプユニット３００として一体的に構成され、タンクユニット２００と隣接するように室外に配置されている。

次に、本実施形態の電気制御部の概要を説明する。貯湯タンク側制御装置２０およびヒートポンプ側制御装置２１は、それぞれ、ＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭ等を含む周知のマイクロコンピュータとその周辺回路から構成されている。

貯湯タンク側制御装置２０の出力側には、温調弁、電動水ポンプ１２ａ等が接続され、ヒートポンプ側制御装置２１の出力側には、圧縮機１４の電動モータ１４ｂ、電気式膨張弁１６の電動アクチュエータ１６ｂ、送風ファン１７ａ等が接続されている。そして、貯湯タンク側制御装置２０およびヒートポンプ側制御装置２１は、それぞれ接続された機器の作動を制御する。

なお、貯湯タンク側制御装置２０は、温調弁、電動水ポンプ１２ａ等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、特に、貯湯タンク側制御装置２０のうち、電動水ポンプ１２ａの作動（水圧送能力）を制御する構成（ハードウェアおよびソフトウェア）を圧送能力制御手段２０ａとする。

また、ヒートポンプ側制御装置２１は、圧縮機１４の電動モータ１４ｂ、電気式膨張弁１６の電動アクチュエータ１６ｂ等を制御する制御手段が一体に構成され、これらのアクチュエータの作動状態を決定する作動状態決定手段であるが、本実施形態では、特に、ヒートポンプ側制御装置２１のうち、電動モータ１４ｂの作動（冷媒吐出能力）を制御する構成を吐出能力制御手段２１ａとし、電動アクチュエータ１６ｂの作動（絞り開度）を制御する構成を絞り開度制御手段２１ｂとする。

もちろん、圧送能力制御手段２０ａを貯湯タンク側制御装置２０に対して別体の制御装置として構成してもよいし、吐出能力制御手段２１ａおよび絞り開度制御手段２１ｂをヒートポンプ側制御装置２１に対して別体の制御装置として構成してもよい。

一方、貯湯タンク側制御装置２０の入力側には、貯湯タンク１１内に上下方向に並んで配置された複数個のタンク内水温センサ等が接続され、これらのセンサの検出信号が貯湯タンク側制御装置２０へ入力される。貯湯タンク側制御装置２０では、タンク内水温センサの出力信号によって、貯湯タンク１１内の水位レベルに応じた給湯水の温度を検出できるようになっている。

さらに、本実施形態では、これらのタンク内水温センサのうち、最下方側のタンク底部に配置される水温センサを底部側水温センサ２２とする。この底部側水温センサ２２は、貯湯タンク１１から水−冷媒熱交換器１５へ向けて給湯水を流出させる給湯水出口１１ａ付近に配置されている。従って、本実施形態の底部側水温センサ２２は、給湯水出口１１ａ付近のタンク内水温度Ｔｗｂを検出するタンク内水温検出手段を構成している。

ヒートポンプ側制御装置２１の入力側には、水−冷媒熱交換器１５の水通路１５ａ入口側の給湯水温度である入水温度Ｔｗｉを検出する入水温度検出手段としての入水温度センサ２３、水−冷媒熱交換器１５の水通路１５ａ出口側の給湯水温度である沸き上げ温度Ｔｗｏを検出する沸き上げ温度検出手段としての沸き上げ温度センサ２４、蒸発器１７において電気式膨張弁１６下流側の低圧冷媒と熱交換する外気温（室外空気の温度）Ｔａｍを検出する外気温度検出手段としての外気温度センサ２５が接続されている。

さらに、本実施形態のヒートポンプ側制御装置２１の入力側には、圧縮機１４の吐出冷媒温度Ｔｄを検出する吐出冷媒温度検出手段としての吐出冷媒温度センサ２６、圧縮機１４の吐出冷媒圧力Ｐｄを検出する吐出冷媒圧力検出手段としての吐出冷媒圧力センサ２７、蒸発器１７の蒸発器温度Ｔｅを検出する蒸発器温度検出手段としての蒸発器温度センサ２８等が接続されている。これらのセンサ群の検出信号はヒートポンプ側制御装置２１へ入力される。

なお、入水温度センサ２３は、水−冷媒熱交換器１５の水通路１５ａの入口側配管の表面若しくは内部のいずれかに配置することができる。吐出冷媒温度センサ２６は、圧縮機１４の出口側配管の表面若しくは内部、または圧縮機１４の表面若しくは内部のいずれかに配置することができる。吐出冷媒圧力センサ２７は、圧縮機１４の出口側（冷媒吐出側）と電気式膨張弁１６の入口側との間の冷媒通路に配置することができる。また、蒸発器温度センサ２８は、蒸発器１７の表面、または蒸発器１７の入口側配管の表面若しくは内部のいずれかに配置することができる。

また、ヒートポンプ側制御装置２１の入力側には、操作パネル３０が接続され、ヒートポンプ式給湯機１０の作動・停止の操作信号、給湯機の給湯温度設定信号等がヒートポンプ側制御装置２１へ入力される。

また、貯湯タンク側制御装置２０およびヒートポンプ側制御装置２１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１２ａ、１４ｂ、１６ｂ、１７ａ等の作動を制御することもできる。従って、貯湯タンク側制御装置２０およびヒートポンプ側制御装置２１を１つの制御装置として一体的に構成してもよい。

ここで、本実施形態のヒートポンプ式給湯機１０は、ヒートポンプ側制御装置２１によってヒートポンプサイクル１３における圧縮機１４の吐出冷媒温度Ｔｄが所定の目標温度Ｔｄｏとなるように制御される温度制御方式を採用している。つまり、本実施形態のヒートポンプ側制御装置２１は、吐出冷媒温度センサ２６で検出された吐出冷媒温度Ｔｄが所定の目標温度Ｔｄｏとなるように圧縮機１４の電動モータ１４ｂの回転数、および電気式膨張弁１６の電動アクチュエータ１６ｂの絞り開度等を制御する。なお、ヒートポンプ側制御装置２１が本発明の吐出冷媒温度制御手段を構成している。

ここで、所定の目標温度Ｔｄｏは、沸き上げ温度Ｔｗｏ、入水温度Ｔｗｉ、外気温度Ｔａｍ、給湯温度設定信号等に基づいて、予めヒートポンプ側制御装置２１に記憶された制御マップを参照して決定される。

次に、本実施形態のヒートポンプ式給湯機１０の作動について簡単に説明する。ヒートポンプ式給湯機１０は、外部から電源が供給された状態で、操作パネル３０の給湯機作動信号がヒートポンプ側制御装置２１に入力されると作動を開始する。

まず、圧縮機１４から吐出された高温高圧の冷媒は、水−冷媒熱交換器１５の冷媒通路１５ｂに流入して、電動水ポンプ１２ａによって貯湯タンク１１の下方側から水通路１５ａに流入した給湯水と熱交換する。これにより、給湯水が加熱され、加熱された給湯水は、貯湯タンク１１の上方側に貯留される。

この際、ヒートポンプサイクル１３では、冷媒として二酸化炭素を採用し、超臨界冷凍サイクルを構成しているので、冷媒として代替フロン等を採用する場合に対して、圧縮機１４の高圧冷媒（吐出冷媒）の温度を上昇させることができる。その結果、水−冷媒熱交換器１５において給湯水に放熱する熱量を増加させて給湯水の温度を高温化することができる。

一方、水−冷媒熱交換器１５から流出した高圧冷媒は、電気式膨張弁１６にて減圧される。電気式膨張弁１６にて減圧された冷媒は、蒸発器１７へ流入し、送風ファン１７ａから送風された外気から吸熱して蒸発する。そして、蒸発器１７から流出した冷媒は、圧縮機１４へ吸入されて、再び圧縮される。

ところで、本実施形態のヒートポンプ式給湯機１０では、ヒートポンプサイクル１３にて冷媒漏れが発生した状態で運転を継続すると、圧縮機１４等が損傷してしまう虞があるため、ヒートポンプ側制御装置２１にて冷媒漏れを診断する診断処理を行っている。

以下、ヒートポンプ式給湯機１０の冷媒漏れの診断処理を図２、図３に基づいて説明する。図２は、ヒートポンプ式給湯機１０の冷媒漏れの診断処理を示すフローチャートであり、図３は、本実施形態に係るヒートポンプサイクル１３の冷媒の状態を示すモリエル線図（ｐ−ｈ線図）である。なお、図３中の実線は冷媒漏れが発生していない正常時の状態を示し、一点鎖線は冷媒漏れ発生時の状態を示している。

この冷媒漏れの診断処理は、ヒートポンプ式給湯機１０に外部から電源が供給された状態で、操作パネル３０の給湯機作動信号がヒートポンプ側制御装置２１に入力されるとスタートする。

まず、ステップＳ１０では、メモリ、フラグ、タイマ等の初期化がなされる。例えば、メモリの初期化として、ヒートポンプ側制御装置２１の不揮発性記憶回路に記憶されている記憶値（制御マップ等を含む）を各種メモリに読み込む。

次に、ステップＳ２０にて入水温度センサ２３で検出された入水温度Ｔｗｉ、外気温度センサ２５で検出された外気温Ｔａｍ、蒸発器温度センサ２８で検出された蒸発器温度Ｔｅ、吐出冷媒温度センサ２６で検出された吐出冷媒温度Ｔｄ、吐出冷媒圧力センサ２７で検出された吐出冷媒圧力Ｐｄ等を読み込む。

ここで、ヒートポンプサイクル１３では、サイクルが安定している場合、蒸発器１７の蒸発器温度Ｔｅが外気温Ｔａｍや入水温度Ｔｗｉに大きな影響を受ける。換言すれば、ヒートポンプサイクル１３のサイクルが安定している場合、外気温Ｔａｍおよび入水温度Ｔｗｉのいずれか一方に基づいて蒸発器温度Ｔｅを推定（算出）することが可能となる。なお、外気温Ｔａｍおよび入水温度Ｔｗｉは、ヒートポンプサイクル１３の冷媒漏れの影響を受けることはない。

そのため、本実施形態では、ステップＳ３０にて、先ず入水温度Ｔｗｉに基づいて推定蒸発器温度Ｔｅ´を算出（推定）する。ここで、推定蒸発器温度Ｔｅ´は、予めヒートポンプ側制御装置２１に記憶された制御マップ（入水温度Ｔｗｉと蒸発器温度Ｔｅとの相関関係を定めた制御特性）を参照して算出する。もちろん、外気温Ｔａｍに基づいて推定蒸発器温度Ｔｅ´を算出（推定）してもよい。この場合には、予めヒートポンプ側制御装置２１に記憶された制御マップ（外気温Ｔａｍと蒸発器温度Ｔｅとの相関関係を定めた制御特性）を参照して算出する。

そして、算出した推定蒸発器温度Ｔｅ´に基づいて、蒸発器１７の正常温度範囲を算出する。この正常温度範囲は、推定蒸発器温度Ｔｅ´に対して所定値（例えば２℃）を加算した値を上限値（＝Ｔｅ´＋２℃）とし、所定値を減算した値を下限値（＝Ｔｅ´−２℃）とする範囲である。この所定値は、推定蒸発器温度Ｔｅ´の誤差を見込んで補正するものである。

また、ヒートポンプ式給湯機１０の作動開始直後等においては、ヒートポンプサイクル１３のサイクルが安定していない過渡状態となる。このようなサイクルの過渡状態では、実際の蒸発器温度Ｔｅが変動して、ステップＳ３０にて算出した推定蒸発器温度Ｔｅ´に対して乖離してしまう虞がある。

そのため、ステップＳ４０にてヒートポンプサイクル１３のサイクルが安定状態か否かを判定する。このサイクルの安定した状態（安定状態）は、例えば、蒸発器温度センサ２８、吐出冷媒温度センサ２６、吐出冷媒圧力センサ２７にて検出される検出値の予め定められた時間当たりの変化量が基準変化量以下となったか否かによって判断することができる。例えば、蒸発器温度Ｔｅの予め定められた時間当たりの変化量が基準変化量以下となった場合にサイクルが安定状態と判定することができる。

ヒートポンプサイクル１３のサイクルが安定状態と判定されなかった場合（ステップＳ４０：Ｎｏ）、ステップＳ２０に戻り、各種検出信号を読み込むとともに、ステップＳ３０にて再び蒸発器１７の正常温度範囲を算出する。つまり、ヒートポンプサイクル１３のサイクルが安定状態と判定されるまで、蒸発器１７の正常温度範囲を更新し続ける。

一方、サイクルが安定状態と判定された場合（ステップＳ４０：Ｙｅｓ）、ステップＳ３０にて算出した推定蒸発器温度Ｔｅ´と実際の蒸発器温度Ｔｅとが同程度と判断してステップＳ５０に進む。

ここで、ヒートポンプサイクル１３に冷媒漏れが発生すると、ヒートポンプサイクル１３内を循環する冷媒量が減少して、圧縮機１４の吐出冷媒圧力Ｐｄ（高圧側の圧力）が低下する。本実施形態のように、ヒートポンプ側制御装置２１で圧縮機１４の吐出冷媒温度Ｔｄが所定の目標温度Ｔｄｏとなるように圧縮機１４、電気式膨張弁１６等の各機器を制御すると、例えば、サイクル内を循環する冷媒量が増加するように電気式膨張弁１６の弁開度を増大させる制御（弁を開く方向に制御）が行われる。なお、ヒートポンプ側制御装置２１では、冷媒漏れが生じた場合の吐出冷媒温度Ｔｄと正常時の吐出冷媒温度Ｔｄとが同一の等温線上に位置するように制御する（図３参照）。

そして、図３に示すように、冷媒漏れが発生している場合のサイクルバランスは、冷媒漏れが発生していない正常時のサイクルバランスに比較して、電気式膨張弁１６で減圧する前の高圧冷媒の圧力と電気式膨張弁１６で減圧した低圧冷媒の圧力との圧力差が小さいサイクルバランスとなる。そのため、冷媒漏れが発生した場合の蒸発器温度Ｔｅは、冷媒漏れが発生していない正常時の蒸発器温度Ｔｅよりも上昇することになる。

そこで、ステップＳ５０では、蒸発器温度センサ２８で検出された蒸発器温度Ｔｅが、ステップＳ３０で算出した正常温度範囲内（Ｔｅ´−２℃≦Ｔｅ≦Ｔｅ´＋２℃）か否かを判定する。本実施形態では、冷媒漏れが発生した場合の蒸発器温度Ｔｅは、冷媒漏れが発生していない正常時の蒸発器温度Ｔｅよりも上昇する。そのため、蒸発器温度センサ２８で検出された蒸発器温度Ｔｅが正常温度範囲の上限値（＝Ｔｅ＋２℃）より大きい場合には、冷媒漏れが発生していると判断することができる。

ステップＳ５０の判定の結果、蒸発器温度センサ２８で検出された蒸発器温度Ｔｅが、正常温度範囲外、すなわち正常温度範囲の上限値（＝Ｔｅ＋２℃）よりも高くなる場合、ステップＳ６０に進み冷媒漏れが発生していると診断する。そして、ステップＳ７０に進みヒートポンプ式給湯機１０の運転を停止する。

また、ステップＳ５０の判定の結果、蒸発器温度センサ２８で検出された蒸発器温度Ｔｅが、正常温度範囲内、すなわち正常温度範囲の上限値以下となる場合、ステップＳ８０にて、ヒートポンプ式給湯機１０の運転を停止するか否かを判定する。そして、ステップＳ８０にて運転を停止すると判定された場合、ステップＳ７０にてヒートポンプ式給湯機１０の運転を停止する。また、ステップＳ８０にて運転を停止しないと判定された場合、ステップＳ４０に戻る。

なお、本実施形態では、冷媒漏れ診断処理におけるステップＳ３０〜ステップＳ６０にて冷媒漏れを診断しており、ステップＳ３０〜ステップＳ６０の処理がヒートポンプサイクル１３の冷媒漏れを診断する診断手段を構成している。

以上説明した本実施形態によれば、給湯水の入水温度Ｔｗｉや外気温Ｔａｍに対応した蒸発器１７の正常温度範囲を基準として冷媒漏れを診断する構成であるため、給湯水の入水温度Ｔｗｉが変化したとしても、冷媒漏れを適切に診断することができる。

さらに、蒸発器１７の蒸発器温度Ｔｅの変化によって冷媒漏れを判定する構成であるため、ヒートポンプサイクル１３の制御方式が、圧縮機１４の吐出冷媒の温度Ｔｄが所定の目標温度Ｔｄｏとなるように制御するものであっても、適切に冷媒漏れを判定することができる。

従って、従来の冷媒漏れ診断に比べて、ヒートポンプ式給湯機１０のヒートポンプサイクル１３の冷媒漏れの診断精度を向上させることができる。

さらに、本実施形態の冷媒漏れ診断処理では、サイクルが安定している場合における正常温度範囲に基づいて冷媒漏れの診断を行なっているので、サイクルが過渡状態の場合に比べて、冷媒漏れが発生したことをより適切に診断することができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図４に基づいて説明する。上記第１実施形態と同様または均等な部分について同一の符号を付し、その説明を省略する。ここで、図４は、本実施形態に係るヒートポンプサイクル１３の冷媒の状態を示すモリエル線図（ｐ−ｈ線図）である。なお、図中の実線は冷媒漏れが発生していない正常時の状態を示し、二点鎖線は冷媒漏れが発生している場合の状態を示している。

本実施形態のヒートポンプ式給湯機１０は、ヒートポンプ側制御装置２１によってヒートポンプサイクル１３における圧縮機１４の吐出冷媒の圧力Ｐｄが所定の目標温度Ｐｄｏとなるように制御される圧力制御方式を採用している。なお、ヒートポンプ側制御装置２１が本発明の吐出冷媒圧力制御手段を構成している。

つまり、本実施形態のヒートポンプ側制御装置２１は、吐出冷媒圧力センサ２７で検出された吐出冷媒圧力Ｐｄが所定の目標圧力Ｐｄｏとなるように圧縮機１４の電動モータ１４ｂの回転数、および電気式膨張弁１６の電動アクチュエータ１６ｂの絞り開度等を制御する。なお、所定の目標圧力Ｐｄｏは、沸き上げ温度Ｔｗｏ、入水温度Ｔｗｉ、給湯温度設定信号等に基づいて、予めヒートポンプ側制御装置２１に記憶された制御マップを参照して決定される。

ここで、ヒートポンプサイクル１３に冷媒漏れが発生すると、ヒートポンプサイクル１３内を循環する冷媒量が減少して、圧縮機１４の吐出冷媒圧力Ｐｄ（高圧側の圧力）が低下する。

そのため、ヒートポンプ側制御装置２１で圧縮機１４の吐出冷媒圧力Ｐｄが所定の目標温度Ｐｄｏとなるように圧縮機１４、電気式膨張弁１６等の各機器を制御すると、例えば、圧縮機１４の吐出冷媒の圧力を上昇させるために電気式膨張弁１６の弁開度を減少させる制御（弁を閉じる方向に制御）が行われる。

そして、図４に示すように、冷媒漏れが発生している場合のサイクルバランスは、冷媒漏れが発生していない正常時のサイクルバランスに比較して、電気式膨張弁１６で減圧する前の高圧冷媒の圧力と電気式膨張弁１６で減圧した低圧冷媒の圧力との圧力差が大きいサイクルバランスとなる。そのため、冷媒漏れが発生した場合の蒸発器温度Ｔｅは、冷媒漏れが発生していない正常時の蒸発器温度Ｔｅよりも低下することになる。

そこで、本実施形態では、図２のステップＳ５０にて、蒸発器温度センサ２８で検出された蒸発器温度Ｔｅが、蒸発器温度センサ２８で検出された蒸発器温度Ｔｅが正常温度範囲の下限値（＝Ｔｅ−２℃）以下であるか否かを判定する。上述のように本実施形態では、冷媒漏れが発生した場合の蒸発器温度Ｔｅは、冷媒漏れが発生していない正常時の蒸発器温度Ｔｅよりも低下するため、蒸発器温度センサ２８で検出された蒸発器温度Ｔｅが正常温度範囲の下限値（＝Ｔｅ−２℃）より小さい場合には、冷媒漏れが発生していると判断することができる。

ステップＳ５０の判定の結果、蒸発器温度センサ２８で検出された蒸発器温度Ｔｅが、正常温度範囲外、すなわち正常温度範囲の下限値（＝Ｔｅ−２℃）よりも低くなる場合、ステップＳ６０に進み冷媒漏れが発生していると診断する。そして、ステップＳ７０に進みヒートポンプ式給湯機１０の運転を停止する。

以上説明した本実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果を奏することができる。さらに、これによれば、圧縮機１４の吐出冷媒圧力Ｐｄが所定の目標圧力Ｐｄｏとなるように制御する制御方式のヒートポンプサイクル１３にて冷媒漏れが発生したことを適切に診断することができる。

（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）上述の実施形態では、推定蒸発器温度Ｔｅ´を算出（推定）する際に、入水温度Ｔｗｉおよび外気温Ｔａｍの一方に基づいて、予めヒートポンプ側制御装置２１に記憶された制御マップを参照して算出する例を説明したが、これに限定されない。例えば、入水温度Ｔｗｉおよび外気温Ｔａｍの両方に基づいて算出してもよい。この場合、推定蒸発器温度Ｔｅ´は、予めヒートポンプ側制御装置２１に記憶された制御マップ（入水温度Ｔｗｉ、外気温Ｔａｍ、および蒸発器温度Ｔｅとの相関関係を定めた制御特性）を参照して算出すればよい。

（２）上述の実施形態では、圧縮機１４として、電動圧縮機を採用した例を説明したが、圧縮機１４の形式はこれに限定されない。例えば、エンジン等を駆動源とするエンジン駆動式圧縮機を採用してもよい。また、圧縮機構として、固定容量型圧縮機構に限らず、可変容量型圧縮機構を採用してもよい。

（３）上述の実施形態では、上述の実施形態では、水通路１５ａを流れる給湯水の流れ方向と冷媒通路１５ｂを流れる冷媒の流れ方向が対向流となる水−冷媒熱交換器１５採用しているが、水通路１５ａを流れる給湯水の流れ方向と冷媒通路１５ｂを流れる冷媒の流れ方向が同一となる水−冷媒熱交換器１５を採用してもよい。

（４）上述の実施形態では、上述の各実施形態のヒートポンプサイクルでは、減圧手段として電気式膨張弁１６を採用した例を説明したが、減圧手段として、冷媒を減圧膨張させるノズル部から噴射する高速度の冷媒流により冷媒を内部に吸引して、吸引された冷媒と高速度の冷媒流を混合して昇圧させるエジェクタを採用してもよい。

（５）上述の実施形態では、冷媒として二酸化炭素を採用した例を説明したが、冷媒の種類はこれに限定されない。通常のフロン系冷媒、炭化水素系冷媒等を採用してもよい。さらに、ヒートポンプサイクル１３が、圧縮機１４の吐出冷媒圧力が冷媒の臨界圧力以上とならない亜臨界冷凍サイクルを構成していてもよい。

（６）上述の実施形態では、ヒートポンプ式給湯機１０の給湯水を台所や風呂等に供給した例を説明したが、給湯水を用いて室内を暖房する暖房装置、床面を加熱する床暖房装置に給湯水を供給してもよい。

１０ ヒートポンプ式給湯機
１３ ヒートポンプサイクル
１４ 圧縮機
１５ 水−冷媒熱交換器
１６ 電気式膨張弁（減圧手段）
１７ 蒸発器
２１ ヒートポンプ側制御装置（吐出冷媒温度制御手段、吐出冷媒圧力制御手段）
２３ 入水温度センサ（入水温度検出手段）
２５ 外気温度センサ（外気温度検出手段）
２６ 吐出冷媒温度センサ（吐出冷媒温度検出手段）
２７ 吐出冷媒圧力センサ（吐出冷媒圧力検出手段）
２８ 蒸発器温度センサ（蒸発器温度検出手段）
Ｓ３０〜Ｓ６０ 冷媒漏れ診断処理（診断手段）

Claims (5)

1. 冷媒を圧縮して吐出する圧縮機（１４）、前記圧縮機（１４）から吐出された吐出冷媒と給湯水とを熱交換させる水−冷媒熱交換器（１５）、前記水−冷媒熱交換器（１５）から流出した冷媒を減圧させる可変式の減圧手段（１６）、及び前記減圧手段（１６）で減圧した低圧冷媒と室外空気とを熱交換させて冷媒を蒸発させる蒸発器（１７）を有するヒートポンプサイクル（１３）と、
   前記水−冷媒熱交換器（１５）にて加熱する給湯水が循環する水循環回路（１２）と、
   前記蒸発器（１７）の温度（Ｔｅ）を検出する蒸発器温度検出手段（２８）と、
   前記水−冷媒熱交換器（１５）に流入する給湯水の入水温度（Ｔｗｉ）を検出する入水温度検出手段（２３）と、
   前記室外空気の温度（Ｔａｍ）を検出する外気温度検出手段（２５）と、
   前記ヒートポンプサイクル（１３）にて冷媒漏れが発生しているか否かを診断する診断手段（Ｓ３０〜Ｓ６０）と、を備え、
   前記診断手段（Ｓ３０〜Ｓ６０）は、前記外気温度検出手段（２５）の検出値および前記入水温度検出手段（２３）の検出値のうち少なくとも一方の検出値に基づいて前記蒸発器（１７）の正常温度範囲を算出し、前記蒸発器温度検出手段（２８）の検出値が前記正常温度範囲外である場合に冷媒漏れが発生したと診断することを特徴とするヒートポンプ式給湯機。
2. 前記吐出冷媒の温度（Ｔｄ）を検出する吐出冷媒温度検出手段（２６）と、
   前記吐出冷媒温度検出手段（２６）にて検出された検出値が所定の目標温度となるように前記吐出冷媒の温度（Ｔｄ）を制御する吐出冷媒温度制御手段（２１）と、を備え、
   前記診断手段（Ｓ３０〜Ｓ６０）は、前記蒸発器温度検出手段（２８）の検出値が前記正常温度範囲の上限値よりも高くなった場合に冷媒漏れが発生したと診断することを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ式給湯機。
3. 前記吐出冷媒の圧力（Ｐｄ）を検出する吐出冷媒圧力検出手段（２７）と、
   前記吐出冷媒圧力検出手段（２７）にて検出された検出値が所定の目標圧力となるように前記吐出冷媒の圧力（Ｐｄ）を制御する吐出冷媒圧力制御手段（２１）と、を備え、
   前記診断手段（Ｓ３０〜Ｓ６０）は、前記蒸発器温度検出手段（２８）の検出値が前記正常温度範囲の下限値よりも低くなった場合に冷媒漏れが発生したと診断することを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ式給湯機。
4. 前記診断手段（Ｓ３０〜Ｓ６０）は、前記ヒートポンプサイクル（１３）が安定している場合における前記正常温度範囲に基づいて冷媒漏れの診断を行なうことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載のヒートポンプ式給湯機。
5. 前記冷媒は、二酸化炭素であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載のヒートポンプ式給湯機。

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