JP2013079770A - ヒートポンプ式給湯機 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の課題は、冷凍サイクルの上限圧力値を超えないように、沸上げ運転を行うことができ、信頼性の向上を図ったヒートポンプ式給湯機を提供することにある。
【解決手段】本発明は、冷媒を圧縮する圧縮機４と、前記圧縮機４から吐出される高温高圧の冷媒により水を加熱する水−冷媒熱交換器５と、前記水−冷媒熱交換器５から減圧弁６を介して流入する低温低圧の冷媒を空気と熱交換させて前記圧縮機４に戻す蒸発器７と、を備えるヒートポンプ式給湯機Ｓにおいて、前記圧縮機４の回転速度の大きさに応じて設定されるヒートポンプ式給湯機Ｓの使用上限圧力を超えないように、前記圧縮機４から吐出される冷媒の圧力を設定する保護手段を備えることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、ヒートポンプ式給湯機に関する。

従来より、深夜電力等を利用してヒートポンプサイクルを駆動し、低温水を加熱して所望の温度の湯を貯湯タンクに貯える沸上げ機能を備えたヒートポンプ式給湯機が知られている。このようなヒートポンプ式給湯機は、ヒートポンプサイクル内に設けられた水−冷媒熱交換器と貯湯タンクとを配管にて接続し、接続した配管内に貯湯タンク内の水を循環させている。そして、ヒートポンプ式給湯機は、水−冷媒熱交換器における貯湯タンクの水と冷凍サイクルの冷媒との熱交換によって沸上げを行なっている。このようなヒートポンプ式給湯機では、圧縮機や冷凍サイクルの構造に応じて、運転時の許容上限圧力を有している。

一方、ヒートポンプ式給湯機は、水−冷媒熱交換器を流れる水の質量流量や温度、外気温度、外気湿度といった外環境の影響により、沸上げ運転時の圧力が変化する。そのため、沸上げ運転時の圧力が、外環境によってヒートポンプ式給湯機自体に定められている上限圧力に達する問題がある。
このような問題に対応するために、沸上げ運転時の圧力が上限圧力に達すると作動する圧力スイッチを冷凍サイクル内に設け、この圧力スイッチが作動することで、圧縮機の運転を停止するヒートポンプ制御システムが開示されている（特許文献１参照）。
また、外環境条件に基づいて決定した目標圧力となるように沸上げ運転時の冷凍サイクルを制御するヒートポンプ式給湯機が開示されている(特許文献２参照)。

特開２０１０−０７１６００号公報 特開２００９−０５２８８０号公報

ところで、特許文献１のヒートポンプ制御システムにおいては、前記した上限圧力が、圧縮機の運転時の負荷との間に相関を有している。そのため、圧縮機の信頼性を考えた場合には、圧縮機の回転速度に応じて前記した上限圧力を変化させる必要がある。しかしながら、このヒートポンプ制御システムでの圧力スイッチは、検出できる圧力が一点しか無いために、上限圧力の変化に対応できずに圧縮機の信頼性の面で問題があった。
また、特許文献２のヒートポンプ式給湯機では、外環境条件に基づいて決定した目標圧力自体が上限圧力よりも高い値となる場合がある。
したがって、冷凍サイクルの上限圧力を超えないように、沸上げ運転を行うことができ、信頼性の向上を図ったヒートポンプ式給湯機が望まれている。

そこで、本発明の課題は、冷凍サイクルの上限圧力を超えないように、沸上げ運転を行うことができ、信頼性の向上を図ったヒートポンプ式給湯機を提供することにある。

前記課題を解決する本発明は、冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機から吐出される高温高圧の冷媒により水を加熱する水−冷媒熱交換器と、前記水−冷媒熱交換器から減圧弁を介して流入する低温低圧の冷媒を空気と熱交換させて前記圧縮機に戻す蒸発器と、を備えるヒートポンプ式給湯機において、前記圧縮機の回転速度の大きさに応じて設定されるヒートポンプ式給湯機の使用上限圧力を超えないように、前記圧縮機から吐出される冷媒の圧力を設定する保護手段を備えることを特徴とする。

また、前記課題を解決する本発明は、冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機から吐出される高温高圧の冷媒により水を加熱する水−冷媒熱交換器と、前記水−冷媒熱交換器から減圧弁を介して流入される低温低圧の冷媒を空気と熱交換させて前記圧縮機に戻す蒸発器と、給水源に連通された貯湯タンクと、前記貯湯タンクの水を抜き出して前記水−冷媒熱交換器に送り出す送出配管、及び前記水−冷媒熱交換器から前記貯湯タンクに水を戻す戻し配管を有する循環路と、前記循環路内の水を循環させる水循環装置と、前記圧縮機から吐出される冷媒の圧力を検出する圧力検出手段と、外気温度、沸上げ目標温度、及び水−冷媒熱交換器の入口水温度の少なくともいずれか一つにより算出される前記圧縮機の目標吐出冷媒圧力に、前記圧力検出手段で検出される圧力が近づくように、前記圧縮機の回転速度、前記減圧弁の開度、及び前記水循環装置の少なくともいずれか一つを制御する制御部と、を備えるヒートポンプ式給湯機であって、前記制御部は、前記圧縮機の回転速度の大きさに応じて設定されるヒートポンプ式給湯機の使用上限圧力よりも、前記目標吐出冷媒圧力が高くなると判定した場合に、前記使用上限圧力よりも低い修正目標吐出冷媒圧力を新たに設定すると共に、前記圧力検出手段で検出される圧力がこの修正目標吐出冷媒圧力に近づくように制御することを特徴とする。

本発明によれば、冷凍サイクルの上限圧力値を超えないように、沸上げ運転を行うことができ、信頼性の向上を図ったヒートポンプ式給湯機を提供することができる。

本発明の実施形態に係るヒートポンプ式給湯機の構成説明図である。 本発明の実施形態での圧縮機の回転速度と使用上限圧力との関係を示すグラフである。 本発明の実施形態に係るヒートポンプ式給湯機の沸上げ運転時に、制御部が減圧弁及び圧縮機を制御する手順を説明するためのフローチャートである。 本発明の実施形態に係るヒートポンプ式給湯機の他の動作例を示すグラフであり、水−冷媒熱交換器に流入する水温度（入口水温度）と、圧縮機の目標吐出冷媒圧力との関係を示すグラフである。

次に、本発明の実施形態について適宜図面を参照しながら詳細に説明する。本発明のヒートポンプ式給湯機は、圧縮機の回転速度の大きさに応じて設定されるヒートポンプ式給湯機の使用上限圧力を超えないように、圧縮機から吐出される冷媒の圧力を設定する保護手段を備えることを主な特徴とする。
以下では、本発明の実施形態に係るヒートポンプ式給湯機の全体構成について説明した後に、前記した保護手段を構成する制御部について更に具体的に説明する。

図１に示すように、ヒートポンプ式給湯機Ｓは、ヒートポンプユニット１とタンクユニット２とを備えている。ちなみに、ヒートポンプユニット１とタンクユニット２とは、ヒートポンプ式給湯機Ｓが現場に配置される際に、接続配管３ａ，３ｂによって連結される構造となっている。

前記ヒートポンプユニット１の冷凍サイクルは、圧縮機４と、水−冷媒熱交換器５と、減圧弁６と、蒸発器７と、制御部２０と、で主に構成されている。そして、圧縮機４、水−冷媒熱交換器５、減圧弁６、及び蒸発器７は、この順番で冷媒が循環するように配管で環状に連結されている。なお、本実施形態での冷媒としては、二酸化炭素が使用されている。そして、ヒートポンプユニット１では、圧縮機４より吐出される冷媒（二酸化炭素）の吐出圧力が臨界圧力以上となる超臨界蒸気圧縮式のヒートポンプサイクルを使用している。

圧縮機４は、環状の回路から戻ってきた冷媒を圧縮すると共に、圧縮した高温高圧のガス冷媒（以下、ホットガスということがある）を再び環状の回路に送り出している。更に具体的には、蒸発器７から戻ってきた冷媒を圧縮して水−冷媒熱交換器５に向かって送り出している。

圧縮機４は、容量制御が可能で、高温貯湯（例えば、９０℃）を行う場合は、通常よりも速い回転速度（例えば３０００〜４０００回転／分）で運転する。また、通常の貯湯温度（例えば、６５℃）で運転する場合は、比較的遅い回転速度（例えば１０００〜２０００回転／分）で運転する。また、圧縮機４は、ＰＷＭ制御、電圧制御（例えばＰＡＭ制御）及びこれらの組み合わせ制御により、低速（例えば７００回転／分）から高速（例えば６０００回転／分）まで回転速度の制御が行えるようになっている。

また、圧縮機４には、圧縮機４の高圧側冷媒温度（圧縮機吐出冷媒温度）を検出する圧縮機温度センサ１３が設けられている。そして、圧縮機４と次に説明する水−冷媒熱交換器５とを接続する配管には、圧縮機４寄りに、圧縮機４の高圧側冷媒圧力（圧縮機吐出冷媒圧力）を検出する圧力センサ１４が設けられている。ちなみに、この配管は、水−冷媒熱交換器５の塔頂側で、次に説明する冷媒伝熱管２ａの入口と接続されている。

水−冷媒熱交換器５は、凝縮器として機能するものであり、圧縮機４から吐出されたホットガスを流通させる冷媒伝熱管２ａと、水を流通させる水伝熱管２ｂとを備えている。これらの冷媒伝熱管２ａ及び水伝熱管２ｂは、冷媒と水とが相互に熱交換するよう密着して設けられている。

減圧弁６は、水−冷媒熱交換器５と蒸発器７との間に配置される配管の途中に設けられており、電動膨張弁が使用されている。この減圧弁６は、水−冷媒熱交換器５からの中温高圧冷媒を減圧し、蒸発し易い低温低圧の冷媒として蒸発器７に送り出している。そして、減圧弁６は、絞り開度（開閉度合い）が調節可能となっており、制御部２０がこの絞り開度を変えてヒートポンプユニット１での冷媒循環量を調節している。そして、制御部２０は、後記するように、減圧弁６の絞り開度を変えることで、圧縮機４の吐出冷媒圧力を調節することとなる。
ちなみに、減圧弁６は、蒸発器７に着霜した場合に、絞り開度を全開にしてデフロストを行うようにも働く。

蒸発器７は、ファン８の回転によって外気を取り入れた空気（送風）と、蒸発器７内を流通する低温低圧の冷媒との熱交換を行って、外気から熱を汲み上げるものである。そして、冷媒は、この蒸発器７から圧縮機４に戻されることとなる。

符号１７は、外気温度を検出する温度センサであり、本実施形態での外気温度センサ１７は、蒸発器７に流入する空気の温度を検出するように、ファン８が形成する空気流の下流側に配置されている。なお、制御部２０は、後記するように、この外気温度センサ１７の検出する温度を参照要素の一つとして、圧縮機４の目標吐出冷媒圧力値を算出することとなる。

符号３６は、特許請求の範囲にいう「戻し配管」であり、戻し配管３６の一端は、水−冷媒熱交換器５の水伝熱管２ｂの出口に接続されている。この戻し配管３６は、冷媒で加熱された水（湯）を水−冷媒熱交換器５から後記する貯湯タンク９に戻すものである。戻し配管３６の水−冷媒熱交換器５寄りには、水−冷媒熱交換器５の出口水温度を検出する熱交換器出口水温度センサ１６が設けられている。この戻し配管３６は、前記した接続配管３ａ及び後記の配管１２ｂを介して貯湯タンク９の塔頂部側と接続されることとなる。

符号３５は、特許請求の範囲にいう「送出配管」であり、送出配管３５は、前記冷媒で加熱される水を水−冷媒熱交換器５に送り出すものである。送出配管３５の一端は、水−冷媒熱交換器５の水伝熱管２ｂの入口に接続されている。この送出配管３５は、前記した接続配管３ｂ及び後記の配管１１ｂを介して貯湯タンク９の底部側と接続されることとなる。

この送出配管３５には、循環ポンプ１０が、水−冷媒熱交換器５の下流側に配置されている。なお、本実施形態での循環ポンプ１０は、貯湯タンク９の水を水伝熱管２ｂの入口側に送り込むように駆動する。この循環ポンプ１０は、後記する循環路Ｃで水を循環させるように機能し、特許請求の範囲にいう「水循環装置」に相当する。ちなみに、循環ポンプ１０は、後記する制御部２０によって、循環路Ｃ内での水の流量（質量流量）、流速及び圧力が自由に選択できるように構成されている。

また、送出配管３５の水−冷媒熱交換器５寄りには、熱交換器入口水温度センサ１５が設けられている。この熱交換器入口水温度センサ１５は、水−冷媒熱交換器５の入口で水の温度を検出するものである。

次に、このようなヒートポンプユニット１と共にヒートポンプ式給湯機Ｓを構成するタンクユニット２について説明する。
タンクユニット２は、水（湯）を貯蔵する貯湯タンク９を備えている。
この貯湯タンク９の塔頂部には、前記したように、水−冷媒熱交換器５の塔頂部における水伝熱管２ｂの出口から送り出される水（湯）が、配管１２ｂを介して流れ込むようになっている。そして、この貯湯タンク９の底部からは、前記したように、配管１１ｂを介して、水−冷媒熱交換器５の水伝熱管２ｂの入口に水が流れ込むようになっている。

つまり、水−冷媒熱交換器５から貯湯タンク９に湯を送り出すと共に、貯湯タンク９の水を水−冷媒熱交換器５に送り出すように、配管３６，３ａ，１２ｂ，１１ｂ，３ｂ，３５が、水−冷媒熱交換器５と貯湯タンク９とを接続することで、水（湯）の循環路Ｃを形成している。
また、貯湯タンク９の底部には給水配管１１ａを介して水道等の給水源（図示省略）が接続され、貯湯タンク９の塔頂部には、貯湯タンク９内の湯を導出して所定の給湯栓（図示省略）に給湯する給湯配管１２ａが接続されている。なお、図示しないが、給水配管１１ａから分岐すると共に、所定の湯水混合弁を介して給湯配管１２ａに合流するように分岐配管を設ける構成とすることもできる。このような分岐配管によれば、湯水混合弁の開口度合いに応じて、給水配管１１ａから給湯配管１２ａに流れ込む水の量を調節することで、前記した給湯栓から出る湯の温度を調節することができる。

制御部２０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、各種インタフェイス、電子回路等を含んで構成されており、その内部に記憶されたプログラムに従って、本実施形態に係るヒートポンプ式給湯機Ｓを総合的に制御するようになっている。

また、制御部２０は、圧縮機４の回転速度を熱交換器出口水温度センサ１６で検出される水−冷媒熱交換器５の出口水温度に基づいて制御する。具体的には、制御部２０は、熱交換器出口水温度センサ１６で検出される温度が、予め設定された出口水温度の目標値（目標温水温度）となるように、圧縮機４の回転速度を制御する。つまり、目標値に対して熱交換器出口水温度センサ１６の検出温度（計測値）が低い場合には圧縮機４の回転速度を速め、これとは逆に検出温度（計測値）が高い場合には圧縮機４の回転速度を遅くする。

また、制御部２０は、循環ポンプ１０が水−冷媒熱交換器５の水伝熱管２ｂに送り込む水の量を、予め求めた圧縮機４の目標回転速度に基づいて制御する。具体的には、圧縮機４の目標回転速度に対して実回転速度が遅い場合には、水伝熱管２ｂに送り込まれる水の量が増えるように循環ポンプ１０を制御し、これとは逆に圧縮機４の実回転速度が速い場合には、水伝熱管２ｂに送り込まれる水の量が減るように循環ポンプ１０を制御する。

そして、制御部２０は、後に詳しく説明するように、圧縮機４の吐出冷媒圧力が、圧縮機４の回転速度の大きさに応じて設定されるヒートポンプ式給湯機Ｓの「使用上限圧力」を超えないように制御するように構成されている。

一般に、「使用上限圧力」の用語は、これ以上の圧力を掛けた場合に、正常に作動しなくなる虞がある上限の圧力を意味するが、本実施形態での「使用上限圧力」は、前記したように、圧縮機４の回転速度の大きさに応じて設定される変動値である。
本実施形態に係るヒートポンプユニット１の冷凍サイクルで規定する「使用上限圧力」は、水−冷媒熱交換器５、圧縮機４、その他接続配管等が破壊されない圧力とすることも考えられるが、圧縮機４は、回転速度に応じてその要素である軸受、ポンプ機構等への圧力による負荷を考慮する必要がある。そのため、本実施形態での「使用上限圧力」は、圧縮機４の回転速度に合わせて変動する値として規定されている。

図２は、本発明の実施形態での圧縮機の回転速度と使用上限圧力との関係を示すグラフである。
図２に示すように、ヒートポンプ式給湯機Ｓ（ヒートポンプユニット１）の使用上限圧力は、圧縮機４の回転速度（図２の横軸参照）の変化に応じて変化するように構成されている。本実施形態での使用上限圧力は、圧縮機４の回転速度が低速領域に属する場合には、その回転速度が増加するに従って増加し、圧縮機４の回転速度が高速領域に属する場合には、その回転速度が増加するに従って減少する。そして、圧縮機４の回転速度が、低速領域と高速領域との間の中間領域に属する場合には、略一定値となっている。
なお、本発明での「使用上限圧力」は、図２に示すものに限定されずに、例えば、圧縮機４の回転速度に応じて変化するヒートポンプ式給湯機Ｓの各構成部材（部品）における安全率等を考慮しながら適宜に設定することもできる。

また、制御部２０は、前記した「使用上限圧力」を超えないよう制御する際に、減圧弁６の開度を、圧力センサ１４で検出される圧縮機４の吐出冷媒圧力に基づいて制御する。具体的には、制御部２０は、圧力センサ１４で検出される吐出冷媒圧力が、後記する目標吐出冷媒圧力、又は修正目標吐出冷媒圧力（上限圧力（Ｉ）、上限圧力（II）、上限圧力目標値等）に近づくように減圧弁６の開度を制御する。
なお、特許請求の範囲にいう「保護手段」は、この制御部２０、圧力センサ１４、各温度センサ１３，１５，１６，１７、圧縮機４、減圧弁６、循環ポンプ１０を少なくとも含んで構成されている。

次に、本実施形態に係るヒートポンプ式給湯機Ｓの動作について説明する。
このヒートポンプ式給湯機Ｓでは、貯湯タンク９内に所定の温度で所定の湯量を確保するのに先立って、貯湯タンク９を満たすように水が供給される。この際、貯湯タンク９には、残存する湯に加えられるように、図示しない給水源から給水配管１１ａを介して水が加えられる。もちろん、貯湯タンク９が空の場合には、その全てが水で満たされる。
以下では、貯湯タンク９に残存する湯と新たに加えられた水とを一緒にして単に「水」ということがある。

そして、ヒートポンプ式給湯機Ｓは、貯湯タンク９が水で満たされてから、貯湯運転工程を実施する。
ヒートポンプ式給湯機Ｓは、起動した圧縮機４が吐出するホットガス（高温高圧の冷媒）を水−冷媒熱交換器５（凝縮器）の冷媒伝熱管２ａに送り込む。冷媒伝熱管２ａに送り込まれたホットガスは、水伝熱管２ｂ内の水に熱を放出することで凝縮する。そして、水伝熱管２ｂ内の水はホットガスで加熱される。

次いで、水−冷媒熱交換器５（凝縮器）の冷媒伝熱管２ａから送り出された中温高圧の冷媒は、減圧弁６（膨張弁）で減圧された後に、蒸発器７に流れ込む。そして、流れ込んだ低温低圧の冷媒は、ファン８から送り込まれた風によって蒸発する際に、水−冷媒熱交換器５を介して外気から熱を汲み上げる。その後、冷媒は、圧縮機４に戻って再び圧縮される。

その一方で、貯湯タンク９に満たされた水は、循環ポンプ１０が起動することで、送出配管３５を介して水−冷媒熱交換器５の水伝熱管２ｂ内に送り込まれる。そして、送り込まれた水は、前記したように、冷媒に加熱されて湯となって、戻し配管３６に流れ込む。
戻し配管３６に流れ込んだ湯は、貯湯タンク９に戻って貯蔵される。このように貯湯タンク９と水−冷媒熱交換器５との間で水が循環する間に、ヒートポンプ式給湯機Ｓは、貯湯タンク９内に所定の温度で所定の湯量を確保する。

そして、ヒートポンプ式給湯機Ｓがこのように水の沸上げ運転を行う際に、制御部２０は、圧縮機４及び減圧弁６を次のよう制御する。次に参照する図３は、本発明の実施形態に係るヒートポンプ式給湯機の沸上げ運転時に、制御部が減圧弁及び圧縮機を制御する手順を説明するためのフローチャートである。

圧縮機４（図１参照）が起動してヒートポンプ式給湯機Ｓ（図１参照）が沸上げ運転を開始すると、制御部２０（図１参照）は、図３に示すように、目標温水温度と目標吐出冷媒圧力を設定する（ステップＳ１）。

この際、目標温水温度は、熱交換器入口水温度センサ１５の検出温度（水−冷媒熱交換器５の水伝熱管２ｂに送り込まれる水の温度（入口水温度））、水−冷媒熱交換器５の出口水温度の目標値（沸上げ温度、例えば、前記した９０℃又は６５℃）、水−冷媒熱交換器５に送り込まれる水の質量流量、及び外気温度センサ１７の検出温度（外気温度）から選ばれる少なくとも１つに基づいて設定することができる。

そして、目標吐出冷媒圧力もまた、熱交換器入口水温度センサ１５の検出温度（水−冷媒熱交換器５の水伝熱管２ｂに送り込まれる水の温度（入口水温度））、水−冷媒熱交換器５の出口水温度の目標値（沸上げ温度、例えば、前記した９０℃又は６５℃）、水−冷媒熱交換器５に送り込まれる水の質量流量、及び外気温度センサ１７の検出温度（外気温度）から選ばれる少なくとも１つに基づいて設定することができる。

次に、制御部２０は、圧力センサ１４にて圧縮機４の吐出冷媒圧力を検出すると共に（ステップＳ２）、この吐出冷媒圧力が目標吐出冷媒圧力と等しいか否か（冷媒圧力＝目標圧力か）を判断する（ステップＳ３）。そして、吐出冷媒圧力が目標吐出冷媒圧力と等しいと判断した場合には（ステップＳ３のＹｅｓ）次のステップＳ５に進み、吐出冷媒圧力が目標吐出冷媒圧力に等しくないと判断した場合には（ステップＳ３のＮｏ）、吐出冷媒圧力が目標吐出冷媒圧力と等しくなるように減圧弁６（図１参照）の開度を修正した後に（ステップＳ４）、次のステップＳ５に進む。

制御部２０は、ステップＳ５において、熱交換器出口水温度センサ１６にて水−冷媒熱交換器５の出口水温度を検出すると共に（ステップＳ６）、この出口水温度が前記した目標温水温度と等しいか否か（出口水温度＝目標温水温度か）を判断する（ステップＳ６）。そして、出口水温度が目標温水温度と等しいと判断した場合には（ステップＳ６のＹｅｓ）次のステップＳ８に進み、出口水温度が目標温水温度と等しくないと判断した場合には（ステップＳ６のＮｏ）、出口水温度が目標温水温度と等しくなるように圧縮機４の回転速度の修正した後に（ステップＳ７）、次のステップＳ８に進む。

制御部２０は、ステップＳ８において、「使用上限圧力」を設定する。この「使用上限圧力」は、前記したように、圧縮機４の回転速度に応じて設定される。つまり、制御部２０は、図２の横軸の「圧縮機の回転速度」に対応する縦軸の「使用上限圧力」を求めて設定することとなる。ちなみに、ステップＳ７を経た場合には、圧縮機４の回転速度は、修正された回転速度により「使用上限圧力」が設定される。

次に、ステップＳ９において、制御部２０は、圧力センサ１４にて検出した圧縮機４の吐出冷媒圧力が、上限圧力（Ｉ）以上か（冷媒圧力値≧上限圧力（Ｉ）か）を判断する。
なお、上限圧力（Ｉ）は、「使用上限圧力」と次のステップＳ１１における上限圧力（II）に対して、使用上限圧力＞上限圧力（II）＞上限圧力（Ｉ）で示される大小関係を有すると共に、上限圧力（Ｉ）は、制御部２０の求めた前記の目標吐出冷媒圧力が「使用上限圧力」よりも大きくなると判断した場合に設定される。
ちなみに、「使用上限圧力」と上限圧力（Ｉ）との差は、予め安全率等によって適宜に設定される規定値（例えば、０．３ＭＰａ）である。また、「使用上限圧力」と上限圧力（II）との差も、予め安全率等によって適宜に設定される規定値（例えば、０．２ＭＰａ）である。

そして、制御部２０は、圧力センサ１４にて検出した圧縮機４の吐出冷媒圧力が、上限圧力（Ｉ）未満である場合には（ステップＳ９のＮｏ）次のステップＳ１１に進み、上限圧力（Ｉ）以上である場合には（ステップＳ９のＹｅｓ）、減圧弁６の開度を予め定めた規定開度だけ開いて保護動作を行った後に（ステップＳ１０）、次のステップＳ１１に進む。

制御部２０は、ステップＳ１１において、圧力センサ１４にて検出した圧縮機４の吐出冷媒圧力が、前記の上限圧力（II）以上か（冷媒圧力値≧上限圧力（II）か）を判断する。

そして、制御部２０は、圧力センサ１４にて検出した圧縮機４の吐出冷媒圧力が、上限圧力（II）未満であると判断した場合には（ステップＳ１１のＮｏ）次のステップＳ１３に進み、上限圧力（II）以上であると判断した場合には（ステップＳ１１のＹｅｓ）、圧縮機４の回転速度を予め定めた規定速度だけ減速させて（結果的に、圧縮機４の吐出冷媒圧力を低下させて）保護動作を行った後に（ステップＳ１２）、次のステップＳ１３に進む。

次に、制御部２０は、ステップＳ１３において、圧力センサ１４にて検出した圧縮機４の吐出冷媒圧力が、前記の「使用上限圧力」以上か（冷媒圧力値≧使用上限圧力か）を判断する。

そして、制御部２０は、圧力センサ１４にて検出した圧縮機４の吐出冷媒圧力が、「使用上限圧力」未満であると判断した場合には（ステップＳ１３のＮｏ）、ヒートポンプ式給湯機Ｓに対する運転指令が継続しているか否かを判断して（ステップＳ１４）、継続していると判断した場合には（ステップＳ１４のＹｅｓ）ステップＳ１に戻る。そして、継続していないと判断した場合には（ステップＳ１４のＮｏ）、ヒートポンプ式給湯機Ｓ（図１参照）は運転を停止して所定の沸上げ運転が終了する。

そして、制御部２０は、ステップＳ１３において、圧力センサ１４にて検出した圧縮機４の吐出冷媒圧力が、「使用上限圧力」以上であると判断した場合には（ステップＳ１３のＹｅｓ）、圧縮機４の運転を停止し、減圧弁６を起動時の開度に修正することで（ステップＳ１５）、保護動作を行う。
その後、制御部２０は、ステップＳ１６において、ヒートポンプ式給湯機Ｓに対する運転指令が継続しているか否かを判断すると共に、継続していると判断した場合には（ステップＳ１６のＹｅｓ）圧縮機４を再び起動してから（ステップＳ１７）ステップＳ１に戻る。そして、継続していないと判断した場合には（ステップＳ１６のＮｏ）、ヒートポンプ式給湯機Ｓ（図１参照）は運転を停止して所定の沸上げ運転が終了する。

以上のような本発明の実施形態に係るヒートポンプ式給湯機Ｓによれば、次のような作用効果を奏することができる。
従来のヒートポンプ式給湯機では、水−冷媒熱交換器を流れる水の流量や温度、また外気温度や外気湿度といった外環境の影響により、沸上げ運転時における圧縮機の吐出冷媒圧力が変動することで、冷凍サイクルに規定された許容上限値を上回る虞がある。
これに対して、本実施形態に係るヒートポンプ式給湯機Ｓでは、圧縮機４の回転速度の大きさに応じて設定される、ヒートポンプ式給湯機Ｓの「使用上限圧力」は、外環境の影響により圧縮機４の回転速度が変化しても、その変化に応じて「使用上限圧力」も変化する。そして、この「使用上限圧力」よりも規定値を下回る新たに設定した修正目標吐出冷媒圧力に近づくように圧縮機４の吐出冷媒圧力が制御される。
その結果、本実施形態に係るヒートポンプ式給湯機Ｓによれば、外環境条件が変化しても、冷凍サイクルの上限圧力（使用上限圧力）を超えないように沸上げ運転を行うことができる。そして、本実施形態に係るヒートポンプ式給湯機Ｓによれば、上限圧力（使用上限圧力）を超えないように沸上げ運転を行うことができるので、信頼性の向上を達成することができる。

また、本実施形態に係るヒートポンプ式給湯機Ｓによれば、目標温水温度となるように、圧縮機４の回転速度が決定された後に、この圧縮機４の回転速度に応じて「使用上限圧力」が設定され、上限圧力（使用上限圧力）を超えないように減圧弁６の開度が制御されるので、要求される沸上げ温度を満足しつつ、安定して沸上げ運転を行うことができる。

また、本実施形態に係るヒートポンプ式給湯機Ｓによれば、使用上限圧力＞上限圧力（II）＞上限圧力（Ｉ）の関係にある、上限圧力（Ｉ）を先ず修正目標吐出冷媒圧力として、ヒートポンプ式給湯機Ｓの保護を図り、次いで、上限圧力（II）を修正目標吐出冷媒圧力として、ヒートポンプ式給湯機Ｓの保護を図るので、冷凍サイクルの上限圧力（使用上限圧力）を超えないように、より確実にきめ細かく沸上げ運転を行うことができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されず、種々の形態で実施することができる。
前記実施形態では、上限圧力（Ｉ）及び上限圧力（II）を修正目標吐出冷媒圧力として、制御部２０が圧縮機４の回転速度、及び減圧弁６の開度を制御したが、本発明は更なる上限圧力目標値を設定することができる。

図４は、本発明の実施形態に係るヒートポンプ式給湯機の他の動作例を示すグラフであり、水−冷媒熱交換器に流入する水温度（入口水温度）と、圧縮機の目標吐出冷媒圧力との関係を示すグラフである。
図４に示すように、例えば、ヒートポンプ式給湯機Ｓを高効率に運転させるために、水−冷媒熱交換器５へ流入する水温度（入口水温度）に合わせて目標吐出冷媒圧力を変化させることが考えられる。
そして、水−冷媒熱交換器５の入口水温度（図４の横軸参照）が高くなるにつれて、高効率な運転を行うための目標吐出冷媒圧力（図４の縦軸参照）も高くなる。この際、目標吐出冷媒圧力が「使用上限圧力」を超える虞がある場合には、目標吐出冷媒圧力を「使用上限圧力」値より規定圧力だけ低い上限圧力目標値として運転を行うことができる。

ちなみに、上限圧力目標値は、使用上限圧力＞前記の上限圧力（II）＞前記の上限圧力（Ｉ）＞上限圧力目標値の関係となる値である。なお、「使用上限圧力」と上限圧力目標値との差は、予め安全率等によって適宜に設定される規定値（例えば、０．５ＭＰａ）である。
このような制御とすることで、圧縮機４の吐出冷媒圧力が、より確実に「使用上限圧力」を超えないように修正目標吐出冷媒圧力を規定することができる。

また、前記実施形態では、圧力センサ１４にて検出した圧縮機４の吐出冷媒圧力が、修正目標吐出冷媒圧力（上限圧力（Ｉ）、上限圧力（II）、上限圧力目標値等）に近づくように減圧弁６の開度を制御するように構成されているが、本発明は、圧力センサ１４にて検出した吐出冷媒圧力が修正目標吐出冷媒圧力近づくように、圧縮機４の回転速度、減圧弁６の開度、及び循環ポンプ１０の少なくともいずれか一つを制御する構成であればよい。また、本発明は圧縮機４の回転速度、減圧弁６の開度、及び循環ポンプ１０の少なくともいずれか一つを制御することで、水−冷媒熱交換器５の出口水温度を制御する構成とすることができる。

１ ヒートポンプユニット
２ タンクユニット
４ 圧縮機（保護手段）
５ 水−冷媒熱交換器
６ 減圧弁（保護手段）
７ 蒸発器
８ ファン
９ 貯湯タンク
１０ 循環ポンプ（水循環装置、保護手段）
１１ａ 給水配管
１２ａ 給湯配管
１３ 圧縮機温度センサ
１４ 圧力センサ（圧力検出装置、保護手段）
１５ 熱交換器入口水温度センサ（保護手段）
１６ 熱交換器出口水温度センサ（保護手段）
１７ 外気温度センサ（保護手段）
２０ 制御部（保護手段）
３５ 送出配管
３６ 戻し配管
Ｃ 循環路
Ｓ ヒートポンプ式給湯機

Claims (8)

1. 冷媒を圧縮する圧縮機と、
   前記圧縮機から吐出される高温高圧の冷媒により水を加熱する水−冷媒熱交換器と、
   前記水−冷媒熱交換器から減圧弁を介して流入する低温低圧の冷媒を空気と熱交換させて前記圧縮機に戻す蒸発器と、
   を備えるヒートポンプ式給湯機において、
   前記圧縮機の回転速度の大きさに応じて設定されるヒートポンプ式給湯機の使用上限圧力を超えないように、前記圧縮機から吐出される冷媒の圧力を設定する保護手段を備えることを特徴とするヒートポンプ式給湯機。
2. 請求項１に記載のヒートポンプ式給湯機において、
   前記保護手段は、前記圧縮機の回転速度を低下させることで前記圧縮機から吐出される冷媒の圧力が前記使用上限圧力を超えないようにすることを特徴とするヒートポンプ式給湯機。
3. 請求項１に記載のヒートポンプ式給湯機において、
   前記保護手段は、前記減圧弁の開度を大きくすることで前記圧縮機から吐出される冷媒の圧力が前記使用上限圧力を超えないようにすることを特徴とするヒートポンプ式給湯機。
4. 冷媒を圧縮する圧縮機と、
   前記圧縮機から吐出される高温高圧の冷媒により水を加熱する水−冷媒熱交換器と、
   前記水−冷媒熱交換器から減圧弁を介して流入される低温低圧の冷媒を空気と熱交換させて前記圧縮機に戻す蒸発器と、
   給水源に連通された貯湯タンクと、
   前記貯湯タンクの水を抜き出して前記水−冷媒熱交換器に送り出す送出配管、及び前記水−冷媒熱交換器から前記貯湯タンクに水を戻す戻し配管を有する循環路と、
   前記循環路内の水を循環させる水循環装置と、
   前記圧縮機から吐出される冷媒の圧力を検出する圧力検出手段と、
   外気温度、沸上げ目標温度、及び水−冷媒熱交換器の入口水温度の少なくともいずれか一つにより算出される前記圧縮機の目標吐出冷媒圧力に、前記圧力検出手段で検出される圧力が近づくように、前記圧縮機の回転速度、前記減圧弁の開度、及び前記水循環装置の少なくともいずれか一つを制御する制御部と、
   を備えるヒートポンプ式給湯機であって、
   前記制御部は、前記圧縮機の回転速度の大きさに応じて設定されるヒートポンプ式給湯機の使用上限圧力よりも、前記目標吐出冷媒圧力が高くなると判定した場合に、前記使用上限圧力よりも低い修正目標吐出冷媒圧力を新たに設定すると共に、前記圧力検出手段で検出される圧力がこの修正目標吐出冷媒圧力に近づくように制御することを特徴とするヒートポンプ式給湯機。
5. 請求項４に記載のヒートポンプ式給湯機において、
   前記制御部は、前記圧縮機の回転速度を低下させることで前記圧力検出手段で検出される圧力が前記修正目標吐出冷媒圧力に近づくように制御することを特徴とするヒートポンプ式給湯機。
6. 請求項４に記載のヒートポンプ式給湯機において、
   前記制御部は、前記減圧弁の開度を大きくすることで前記圧力検出手段で検出される圧力が前記修正目標吐出冷媒圧力に近づくように制御することを特徴とするヒートポンプ式給湯機。
7. 請求項４から請求項６のいずれか１項に記載のヒートポンプ式給湯機において、
   前記制御部は、前記水−冷媒熱交換器の出口水温度が、前記沸上目標温度に近づくように、前記圧縮機の回転速度を制御することを特徴とするヒートポンプ式給湯機。
8. 請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のヒートポンプ式給湯機において、
   前記冷媒は二酸化炭素であることを特徴とするヒートポンプ式給湯機。

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