JP2013155991A - ヒートポンプサイクル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】沸き上げ運転時の運転効率を向上させたヒートポンプサイクル装置を提供する。
【解決手段】ヒートポンプサイクル装置１００で沸き上げ運転を行うとき、制御手段は取り込んだ第２貯湯タンク温度Ｔｓ２に目標算出温度Ｔ１を加算して目標出口水温Ｔｅａを算出する。そして、制御手段は、出口水温Ｔｅが目標出口水温Ｔｅａとなるように、目標出口水温Ｔｅａに応じて圧縮機回転数Ｒｃを段階的に上昇させる。出口水温Ｔｅが目標到達出口水温Ｔｅｇに到達すれば、制御手段は圧縮機回転数Ｒｃを段階的に下降させ、第１貯湯タンク温度Ｔｓ１が目標貯湯タンク温度Ｔｓｇに到達すれば、圧縮機を停止する。
【選択図】図２

Description

本発明は、ヒートポンプサイクル装置に係わり、詳細には、温水による暖房や給湯が行えるヒートポンプサイクル装置に関する。

従来、ヒートポンプサイクル装置としては、高温高圧の冷媒と熱交換を行うことで生成した湯水を利用した暖房運転や給湯を行うものが知られている。例えば、特許文献１に記載されているヒートポンプサイクル装置は、圧縮機と利用側熱交換器と膨張弁と熱源側熱交換器とが冷媒配管で順次接続された冷媒回路と、循環ポンプと貯湯タンクとが給湯配管で接続され給湯配管の両端が利用側熱交換器に接続されている給湯回路とを備えたヒートポンプ式の給湯機であって、所定温度とされた湯水を貯湯タンクに貯留し、貯留された湯水を水道水と適宜混ぜ合わせて所定温度として風呂や洗面台等に供給するものである。

上記のようなヒートポンプ式給湯機では、貯湯タンクに貯留される湯水の温度（以後、貯湯タンク温度と記載する）が、最終的に到達させたい貯湯タンク温度（以後、目標貯湯タンク温度と記載する）となるよう沸き上げ運転が行われる。沸き上げ運転では、圧縮機から吐出された高温高圧の冷媒が冷媒回路を流れ利用側熱交換器に流入し、貯湯タンクから供給され循環ポンプの駆動によって給湯回路を流れて利用側熱交換器に流入した水と熱交換を行う。これにより、加熱された水が利用側熱交換器から流出し、給湯回路を流れて貯湯タンクに流入する。沸き上げ運転時の制御例としては、例えば、目標貯湯タンク温度に所定温度（例えば、３℃。湯水が給湯回路を流れる際に冷却されることを考慮した温度）を加えた目標出口水温を設定し、利用側熱交換器における給湯回路の出口水温が目標出口水温となるように、圧縮機の回転数や膨張弁の開度を制御する。

以上説明したような沸き上げ運転を行い、貯湯タンク温度が目標貯湯タンク温度に到達すれば、沸き上げ運転を終了する。尚、貯湯タンクに貯留された湯水が使用されて減少した場合は、減少した分の水が水道から貯湯タンクに供給されるが、これにより貯湯タンク温度は低下する。そして、貯湯タンク温度が所定温度以下、例えば、貯湯タンク温度が目標貯湯タンク温度から７℃以上低い温度となれば、再度沸き上げ運転を行って、貯湯タンク温度を目標貯湯タンク温度まで加熱する。

一方、上述したヒートポンプ式給湯機と冷媒回路の構成は同じであるが、給湯回路に貯湯タンクと温水床暖房装置やラジエター等の室内ユニットとが接続されており、貯湯タンク内部における給湯配管の一部には、例えば、スパイラル形状に形成された熱交換部が接続されたヒートポンプサイクル装置が存在する。このヒートポンプサイクル装置では、利用側熱交換器で加熱された湯水が給湯配管を流れて貯湯タンク内部に配置された熱交換部に流入し、熱交換部に流入した湯水と貯湯タンクに貯留されている水とが熱交換を行うことで、沸き上げ運転が行われる。

上記のようなヒートポンプサイクル装置において、沸き上げ運転制御の例としては、特許文献１のヒートポンプ式給湯器と同様に、例えば、利用側熱交換器における給湯回路の出口水温が、目標貯湯タンク温度に所定温度を加えた目標出口水温を設定し、利用側熱交換器における給湯回路の出口水温が目標出口水温となるように、圧縮機の回転数や膨張弁の開度を制御する。

特開２００４−２１８９０７号公報（第６〜９頁、第１図）

上述したヒートポンプサイクル装置において、貯湯タンク内部における熱交換部での湯水と貯留水との熱交換量は、熱交換部の形状と、熱交換部に流入する湯水の温度、つまり、利用側熱交換器における出口水温と貯湯タンク温度との差温によって決まる。熱交換部の形状は変化しないため、熱交換部における熱交換量は、利用側熱交換器における出口水温が上昇するほど増加する。一般的に、上述したヒートポンプサイクル装置で沸き上げ運転を行う際は、沸き上げ運転開始から貯湯タンク温度が目標貯湯タンク温度に到達する直前まで圧縮機を許容される最大回転数で駆動することで、利用側熱交換器における出口水温が高い状態を維持している。

しかし、沸き上げ運転時に圧縮機を高い回転数で駆動し続けて利用側熱交換器における出口水温が高い状態を維持すれば、利用側熱交換器における凝縮圧力が高い状態が継続されることとなって、圧縮機の運転負荷が増大する。圧縮機の運転負荷が増大すれば圧縮比が上昇し、圧縮比の上昇に伴って圧縮機での消費電力量が増大するので、冷媒回路の運転効率が低下して沸き上げ運転の効率低下を招く虞があった。

また、外気温度が低い（例えば、０℃以下）ときに、上記のように圧縮機を許容される最大回転数で駆動して沸き上げ運転を行えば、熱源側熱交換器で着霜が発生しやすくなって除霜運転が頻繁に行われることで、沸き上げ運転の効率低下を招く虞があった。

本発明は以上述べた問題点を解決し、沸き上げ運転時の運転効率を向上させたヒートポンプサイクル装置を提供することを目的とする。

本発明は上述した課題を解決するものであって、本発明のヒートポンプサイクル装置は、圧縮機と利用側熱交換器と流量調整手段と熱源側熱交換器とを順次冷媒配管で接続した冷媒回路と、湯水を貯留する貯湯タンクと湯水を循環させる循環ポンプと利用側熱交換器とを給湯配管で接続した給湯回路と、貯湯タンクの内部に配置され、給湯配管に両端が接続されて貯湯タンクに貯留されている水を加熱する熱交換部と、利用側熱交換器における給湯配管の出口側に備えられ利用側熱交換器から流出する水の温度である出口水温を検出する出口水温検出手段と、貯湯タンク内部に配置され貯湯タンクに貯留される湯水の温度である貯湯タンク温度を検出する貯湯タンク温度検出手段と、貯湯タンク温度検出手段で検出した貯湯タンク温度を使用して目標出口水温を算出し、出口水温検出手段で検出した出口水温が目標出口水温となるように圧縮機の回転数を制御して、貯湯タンク温度を目標貯湯タンク温度に到達させる制御手段とを備えたものである。

本発明のヒートポンプサイクル装置は、沸き上げ運転時に、圧縮機の回転数を許容最大回転数として駆動しつづけるのではなく、貯湯タンク内部に貯留されている湯水の温度、つまり、貯湯タンク温度に応じて圧縮機の回転数を決定する。これにより、利用側熱交換器における出口水温が高い状態が継続される、つまり、利用側熱交換器における凝縮圧力が高い状態が継続されることがなく、圧縮機の運転負荷が軽減できる。従って、冷媒回路の運転効率の低下を抑制し、ひいては、沸き上げ運転の効率低下を抑制できる。

本発明の実施例におけるヒートポンプサイクル装置の構成図である。 本発明の実施例における、目標出口水温や圧縮機回転数の決定方法の説明図である。 検出した出口水温と目標到達出口水温図面との関係を説明する図面であり、（Ａ）は従来のヒートポンプサイクル装置の場合、（Ｂ）は本発明のヒートポンプサイクル装置の場合である。 本発明の実施例における、沸き上げ運転時の制御を説明するフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態を、添付図面に基づいて詳細に説明する。実施例としては、貯湯タンクと、床暖房装置や室内機等の室内ユニットとを有し、利用側熱交換器で冷媒と熱交換を行った湯水で貯湯タンク内部に貯留された水を加熱するヒートポンプサイクル装置を例に挙げて説明することとする。尚、本発明は以下の実施形態に限定されることはなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々変形することが可能である。

図１は、本発明によるヒートポンプサイクル装置の構成を示している。このヒートポンプサイクル装置１００は、圧縮機１、四方弁２、冷媒と水との熱交換を行う利用側熱交換器３、流量調整手段である膨張弁４、熱源側熱交換器５、アキュムレータ６を順に冷媒配管で接続した冷媒回路１０を有しており、四方弁２を切り換えることによって冷媒循環方向を切り換えることができるようになっている。

この冷媒回路１０において、圧縮機１の吐出口付近の冷媒配管には、圧縮機１から吐出された冷媒の温度（吐出温度）を検出するための吐出温度センサ５１が備えられている。また、利用側熱交換器３と膨張弁４との間の冷媒配管には、膨張弁４付近の冷媒温度を検出する冷媒温度センサ５３が、膨張弁４と熱源側熱交換器５との間の冷媒配管には、熱源側熱交換器５の温度を検出する熱交温度センサ５４が、それぞれ備えられている。さらには、圧縮機１の吐出側（四方弁２と利用側熱交換器３との間）の冷媒配管には、利用側熱交換器３が凝縮器として機能する際の凝縮圧力を検出する圧力センサ５０が備えられている。

圧縮機１の図示しない密閉容器の下方には、圧縮機１の温度を検出するための圧縮機温度センサ５２が備えられている。また、熱源側熱交換器５近傍には、外気温度を検出するための外気温度センサ５５が設けられている。また、

利用側熱交換器３には、冷媒配管と給湯配管１２とが接続されている。図１に示すように、給湯配管１２の一端は三方弁３１に接続されており、この三方弁３１には室内ユニット側配管１２ａの一端と貯湯タンク側配管１２ｂの一端とが各々接続されている。また、給湯配管１２の他端には、室内ユニット側配管１２ａの他端と貯湯タンク側配管１２ｂの他端とが接続されている（図１において、給湯配管１２と室内ユニット側配管１２ａと貯湯タンク側配管１２ｂとの接続部を接続点１３としている）。そして、室内ユニット側配管１２ａには、床暖房装置やラジエター等の室内ユニット４０が設けられており、また、貯湯タンク側配管１２ｂには、貯湯タンク７０が設けられている。

貯湯タンク７０内部の下方には、スパイラル形状に形成された熱交換部７１が備えられている。熱交換部７１の両端は貯湯タンク側配管１２ｂに接続されており、貯湯タンク側配管１２ｂを流れる湯水が熱交換部７１にも流れるようになっている。貯湯タンク７０の上部には、貯湯タンク７０内部に貯留されている湯水を浴槽や洗面台蛇口に供給するための給湯口７３が備えられている。また、貯湯タンク７０の下部には、貯湯タンク７０内部に水を供給するための入水口７２が備えられており、入水口７２には図示しない水道管が直結されている。

給湯配管１２と室内ユニット側配管１２ａと貯湯タンク側配管１２ｂとの接続点１３と、利用側熱交換器３との間には、循環ポンプ３０が設けられている。循環ポンプ３０を駆動することにより、利用側熱交換器３で冷媒と熱交換された水が、図１に示す矢印９０の方向に循環する。尚、利用側熱交換器３から流出した水は、三方弁３１の切り換えに応じて室内ユニット側配管１２ａに流れて室内ユニット４０に流入する、あるいは、貯湯タンク側配管１２ｂに流れて貯湯タンク７０に流入する。そして、室内ユニット４０や貯湯タンク７０から流出した水は、接続点１３を介して利用側熱交換器３に流入する。
以上説明したように、利用側熱交換器３と循環ポンプ３０と室内ユニット４０と貯湯タンク７０とが給湯配管１２と室内ユニット側配管１２ａと貯湯タンク側配管１２ｂとで接続されて、ヒートポンプサイクル装置１００の給湯回路を構成している。

給湯配管１２における利用側熱交換器３の水の入口側には、利用側熱交換器３に流入する水の温度を検出する入口温度センサ５６が、給湯配管１２における利用側熱交換器３の水の出口側には、利用側熱交換器３から流出する水の温度を検出する出口温度センサ５７が、それぞれ備えられている。また、貯湯タンク７０内部には、貯湯タンク温度検出手段である第１タンク温度センサ５８および第２タンク温度センサ５９が備えられている。第１タンク温度センサ５８は、貯湯タンク７０内部の上下方向の略中央部に、第２タンク温度センサ５９は、第１タンク温度センサ５８より下方であって熱交換部７１の上端部と略同じ高さに、それぞれ配置されている。

以上説明した構成の他に、ヒートポンプサイクル装置１００には制御手段６０が備えられている。制御手段６０は、各温度センサで検出した温度や圧力センサ５０で検出した凝縮圧力を取り込み、あるいは、図示しないリモコン等による使用者からの運転要求を取り込み、これらに応じて圧縮機１や循環ポンプ３０の駆動制御、四方弁２の切り換え制御、膨張弁４の開度制御や三方弁３１の切り換え制御等といった、ヒートポンプサイクル装置１００の運転に関わる様々な制御を行う。

また、図１に示すように、冷媒回路１０を暖房サイクルとしてヒートポンプサイクル装置１００を運転したときは、四方弁２から流出した冷媒は利用側熱交換器３、膨張弁４、熱源側熱交換器５と順に流れて再び四方弁２に流入する（図１に示す矢印８０）。尚、冷媒回路１０を冷房サイクルとしてヒートポンプサイクル装置１００を運転したときは、四方弁２から流出した冷媒は熱源側熱交換器５、膨張弁４、利用側熱交換器３と順に流れて再び四方弁２に流入する、というように、暖房サイクルとして運転したとき（矢印８０の方向）と逆方向となるが、図１においてこの場合の冷媒流れ方向の記載は省略している。

次に、以上説明した本発明のヒートポンプサイクル装置１００における、冷媒回路１０や給湯回路の動作やその作用・効果について説明する。尚、以下の説明では、ヒートポンプサイクル装置１００の冷媒回路１０が暖房サイクルとして運転する場合であって、室内ユニット４０を駆動して暖房運転を行う場合と、貯湯タンク７０に貯留されている水を所定温度に加熱する沸き上げ運転を行う場合とを例に挙げて説明する。

まず、室内ユニット４０を駆動して暖房運転を行う場合について説明する。使用者が室内ユニット４０のリモコン等を操作してスイッチをオンし、暖房運転を指示すると、制御手段６０は、循環ポンプ３０を起動するとともに、室内ユニット側配管１２ａに水が流れるように三方弁３１を切り換える。これにより、利用側熱交換器３と室内ユニット４０との間で水が循環する。

また、制御手段６０は、冷媒回路１０が暖房サイクルとなるように四方弁２を切り換え、圧縮機１を起動してヒートポンプサイクル装置１００の暖房運転を開始する。制御手段６０は、出口水温センサ５７で検出された利用側熱交換器３における出口温度が目標出口水温となるように、圧縮機１の駆動制御を行う。この目標出口水温は、制御手段６０が、使用者が定めた暖房運転の目標温度である設定温度に所定温度を加えて算出するもので、例えば、設定温度が２６℃であれば、目標出口水温はこの設定温度に所定温度、例えば、４℃を加えた３０℃となる。尚、上記所定温度は、予め試験等によって求められた温度であり、現在の室温からの加熱分（例えば、２℃）と、利用側熱交換器３から流出した湯水の温度が給湯回路２や室内ユニット側配管１２ａを流れる際の放熱により低下する温度分（例えば、２℃）を考慮して求められている。

圧縮機１から吐出された冷媒は四方弁２を通過し、利用側熱交換器３で水と熱交換して凝縮し、さらに膨張弁４で減圧されて熱源側熱交換器５で外気と熱交換して蒸発し、圧縮機１に吸入されて再び圧縮機１で圧縮される過程を繰り返す。

一方、利用側熱交換器３で所定温度に加熱された湯水は、循環ポンプ３０の運転によって給湯配管１２に流出し、三方弁３１を介して室内ユニット側配管１２ａを流れて室内ユニット４０に流入する。室内ユニット４０が設置されている部屋は、室内ユニット４０（を流れる湯水）の放熱によって暖房される。室内ユニット４０から流出した湯水は、接続点１３、循環ポンプ３０を介して利用側熱交換器３に流入し、再び冷媒と熱交換を行って加熱される。

次に、ヒートポンプサイクル装置１００が沸き上げ運転を行う場合の給湯回路の制御や動作について説明する。尚、沸き上げ運転時の冷媒回路１０の制御や動作については、後述する圧縮機１の回転数制御を除いて、上述した暖房運転時と同じであるため、詳細な説明は省略する。また、以下の説明では、第１タンク温度センサ５８で検出した温度を第１貯湯タンク温度Ｔｓ１、第２タンク温度センサ５９で検出した温度を第２貯湯タンク温度Ｔｓ２、出口水温センサ５７で検出した温度を出口水温Ｔｅ、使用者による設定等によって予め定められている貯湯タンク７０に貯留する湯水の温度を目標貯湯タンク温度Ｔｓｇ、とする。

貯湯タンク７０に貯留されている湯水は、給湯口７３から流出することによって減少する。入水口７２には前述したように水道管が直結されているので、水道管の水圧によって減少した分だけ貯湯タンク７０には入水口７２から水が供給されて貯湯タンク７０に貯留されている湯水の温度は低下する。制御手段６０は、貯湯タンク７０に貯留されている湯水の温度として、第１タンク温度センサ５８で検出した第１貯湯タンク温度Ｔｓ１を定期的（例えば、１分毎）に取り込み、取り込んだ第１貯湯タンク温度Ｔｓ１が、例えば、目標貯湯タンク温度Ｔｓｇから５℃低い温度（以下、しきい温度と記載する）以下となった場合は、貯湯タンク７０に貯留されている湯水の温度を目標貯湯タンク温度Ｔｓｇとするために、沸き上げ運転を開始する。

制御手段６０は、循環ポンプ３０を起動するとともに、貯湯タンク側配管１２ｂに水が流れるように三方弁３１を切り換える。これにより、利用側熱交換器３と貯湯タンク７０との間で水が循環する。利用側熱交換器３で所定温度に加熱された湯水は、循環ポンプ３０の運転によって利用側熱交換器３から給湯配管１２に流出し、三方弁３１を介して貯湯タンク側配管１２ｂを流れて貯湯タンク７０内部に配置されている熱交換部７１に流入する。貯湯タンク７０に貯留されている水は、熱交換部７１を流れる湯水と熱交換することによって加熱される。熱交換部７１から流出した湯水は、接続点１３、循環ポンプ３０を介して利用側熱交換器３に流入し、再び冷媒と熱交換を行って加熱される。

次に、上述した沸き上げ運転を行う際の、各温度センサでの検出値に基づく圧縮機１の回転数制御の詳細や、この制御を行うことによる効果について、図２および図３を用いて説明する。制御手段６０は、沸き上げ運転を行う際、出口水温センサ５７で検出した出口水温Ｔｅの目標温度となる目標出口水温Ｔｅａを算出する。

ここで、本実施例のヒートポンプサイクル装置１００において、貯湯タンク７０に、第１タンク温度センサ５８および第２タンク温度センサ５９の２つの温度センサを備える理由について説明する。貯湯タンク７０では、入水口７２が貯湯タンク７０の下部に設けられており、貯湯タンク７０に給水を行えば貯湯タンク７０の下方から水が貯湯タンク７０内部に流入する。そこで、図１に示すように、熱交換部７１を貯湯タンク７０の下方に配置すれば、貯湯タンク７０に供給される水を効率よく加熱することができる。

熱交換部７１で加熱された湯水は、熱対流によって貯湯タンク７０内部を上昇する。従って、沸き上げ運転を行っているときは、貯湯タンク７０内部に貯留されている湯水の温度は、上方へ行くほど高くなり、下方へ行くほど低くなる。

上記のような貯湯タンク７０内部の湯水の温度状態であるときに、貯湯タンク７０に設けられている温度センサが貯湯タンク７０の略中央部に配置されている第１タンク温度センサ５８のみであれば、貯湯タンク７０下方に存在する水の温度に比べて常に比較的高い湯水温度を検出することとなる。この検出結果を元に目標出口水温Ｔｅａを算出し、検出した出口水温Ｔｅが目標出口水温Ｔｅａとなるよう沸き上げ運転制御を行うと、貯湯タンク７０下方に温度の低い水が存在するにも関わらず、貯湯タンク温度が目標貯湯タンク温度Ｔｓｇに到達して沸き上げ運転が終了することとなる。

上記のような状態で沸き上げ運転を終了すれば、貯湯タンク７０内部では、上方の高い温度である湯水から下方の温度の低い湯水に熱が移動して、貯湯タンク温度が目標貯湯タンク温度Ｔｓｇより低下する。これにより、貯湯タンク温度がしきい温度以下となれば、再び沸き上げ運転が必要となる。このように沸き上げ運転を頻繁に行うことによってヒートポンプサイクル装置１００での消費電力が増加して省エネ性が低下する虞がある。

一方、貯湯タンク７０に設けられている温度センサが熱交換部７１の上端部と略同じ高さに配置されている第２タンク温度センサ５９のみである場合は、貯湯タンク７０に入水口７２から水が供給される度に低下した水温を貯湯タンク温度として検出することとなる。従って、沸き上げ運転の開始条件である貯湯タンク温度がしきい温度以下となる状態が頻繁に発生する虞があり、沸き上げ運転が頻繁に行われることで、ヒートポンプサイクル装置１００での消費電力が増加して省エネ性が低下する虞がある。

以上の問題点を解決するために、本実施例では貯湯タンク７０内部に第１タンク温度センサ５８と第２タンク温度センサ５９とを設けている。本実施例では、貯湯タンク７０に貯留されている湯水の温度を、第１タンク温度センサ５８で検出した第１貯湯タンク温度Ｔｓ１とし、この第１貯湯タンク温度Ｔｓ１が目標貯湯タンク温度Ｔｓｇに到達したか否かで沸き上げ運転継続／完了を判断するとともに、第１貯湯タンク温度Ｔｓ１がしきい温度以下となったか否かで沸き上げ運転要／不要を判断している。

第１タンク温度センサ５８は、第２タンク温度センサ５９より上方に配置されているので、入水口７２から貯湯タンク７０に流入した温度の低い水の影響を受けにくい。従って、第１タンク温度センサ５８で検出した第１貯湯タンク温度Ｔｓ１を監視することで、貯湯タンク温度を第２タンク温度センサ５９で検出する場合と比べて、貯湯タンク温度が目標貯湯タンク温度Ｔｓｇに到達したか否かを正確に判断することができるともに、検出する貯湯タンク温度が頻繁にしきい温度以下となることによって、沸き上げ運転が頻繁に行われることを防止できるので、ヒートポンプサイクル装置１００での消費電力を低減し省エネ性を向上させることができる。

また、本実施例では、第１貯湯タンク温度Ｔｓ１を目標貯湯タンク温度Ｔｓｇとするための出口水温Ｔｅの目標温度である目標出口水温Ｔｅａの算出に、第２タンク温度センサ５９で検出した第２貯湯タンク温度Ｔｓ２を使用する。第２タンク温度センサ５９は、入水口７２から貯湯タンク７０に流入した温度の低い水によって低下した貯湯タンク温度を第２貯湯タンク温度Ｔｓ２として検出するので、貯湯タンク温度を第１タンク温度センサ５８で検出する場合と比べて、より現在の貯湯タンク温度に則した目標出口水温Ｔｅａを算出することができる。そして、出口水温Ｔｅがこのようにして求めた目標出口水温Ｔｅａとなるように沸き上げ運転時の制御を行うので、沸き上げ運転終了後に第１貯湯タンク温度Ｔｓ１がしきい温度以下となって再度沸き上げ運転となることを抑制でき、ヒートポンプサイクル装置１００での消費電力を低減し省エネ性を向上させることができる。

具体的には、制御手段６０は、第２タンク温度センサ５９で検出した第２貯湯タンク温度Ｔｓ２を定期的（例えば、１分毎）に取り込む。そして、制御手段６０は、図２に示すように、目標出口水温Ｔｅａを、取り込んだ第２貯湯タンク温度Ｔｓ２に目標算出温度Ｔ１（例えば、５℃）を加えて求める。目標算出温度Ｔ１は、予め試験等によって求められている温度であり、現在の第２貯湯タンク温度Ｔｓ２からの加熱分（例えば、３℃）と、利用側熱交換器３から流出した湯水の温度が給湯配管１２や貯湯タンク側配管１２ｂを流れる際の放熱により低下する温度分（例えば、２℃）とを考慮して求められている。

上述したように目標出口水温Ｔｅａを算出するので、第２貯湯タンク温度Ｔｓ２が上昇するのに伴って目標出口水温Ｔｅａも上昇する。そして、目標出口水温Ｔｅａが目標到達出口温度Ｔｅｇとなれば（図２の点Ａ）、それ以降は目標到達出口温度Ｔｅｇを目標出口水温Ｔｅａと設定する。尚、目標到達出口温度Ｔｅｇとは、目標出口水温Ｔｅａの最終目標温度であり、図２に示すように、目標貯湯タンク温度Ｔｓｇに補正温度Ｔ２（例えば、２℃）を加えて求められる。

補正温度Ｔ２は、予め試験等によって求められている温度であり、利用側熱交換器３から流出した湯水が、給湯配管１２や貯湯タンク側配管１２ｂを流れる際の放熱により低下する温度分を補正するためである。利用側熱交換器３の出口水温Ｔｅが目標到達出口温度Ｔｅｇに到達すれば、第１貯湯タンク温度Ｔｓ１が目標貯湯タンク温度Ｔｓｇに到達する。

出口水温Ｔｅが目標到達出口温度Ｔｅｇに近付いたとき、つまり、貯湯タンク温度Ｔｓ１が目標貯湯タンク温度Ｔｓｇに近付いたときは、利用側熱交換器３での凝縮圧力が高くなるために圧縮機１の吐出圧力も高くなり、圧縮機１の吐出圧力の上限値を超えてしまう虞がある。従って、目標到達出口温度Ｔｅｇを必要以上に高く設定すれば、上述した圧縮機１の吐出圧力の上限値を超えてしまう可能性が高くなる。以上のことを考慮して、本実施例では、補正温度Ｔ２（２℃）は、目標出口水温Ｔｅａを求めるときの目標算出温度Ｔ１（５℃）より低い温度としている。

制御手段６０は、出口水温センサ５７から取り込んだ出口水温Ｔｅが、目標出口水温Ｔｅａとなるように、圧縮機１の回転数（以下、圧縮機回転数Ｒｃと記載）を制御する。例えば、図２に示すように、圧縮機回転数Ｒｃは、出口水温Ｔｅが上昇して目標到達出口水温Ｔｅｇに到達するまでは段階的に上昇させる。また、圧縮機回転数Ｒｃは、出口水温Ｔｅが目標到達出口水温Ｔｅｇに到達してから第１貯湯タンク温度Ｔｓ１が目標貯湯タンク温度Ｔｓｇに到達するまで（図２の点Ｂ）の間は段階的に下降させる。そして、制御手段６０は、第１タンク温度センサ５８から取り込んだ第１貯湯タンク温度Ｔｓ１が目標貯湯タンク温度Ｔｓｇとなれば、圧縮機１の運転を停止して沸き上げ運転を終了する。

次に、図３を用いて、上述した沸き上げ運転制御を行うことにより省エネ性が向上する理由を説明する。従来のヒートポンプサイクル装置では、図３（Ａ）に示すように、沸き上げ運転開始直後から目標出口水温Ｔｅａを目標到達水温Ｔｅｇに設定し、出口水温センサ５７から取り込んだ出口水温Ｔｅが目標到達水温Ｔｅｇとなるように制御していた。従って、圧縮機１は沸き上げ運転開始直後から最高の圧縮機回転数Ｒｃとされて駆動を続けることとなる。

上記のように、圧縮機１を最高の圧縮機回転数Ｒｃとして駆動を続けると、利用側熱交換器３における出口水温Ｔｅが高い状態が継続される。利用側熱交換器３における出口水温Ｔｅが高い状態で維持されると、利用側熱交換器３における凝縮圧力が高い状態が継続されることとなって、圧縮機１の運転負荷が増大する。圧縮機１の運転負荷が増大すれば圧縮比が上昇し、圧縮比の上昇に伴って圧縮機１での消費電力量が増大するので、冷媒回路１０の運転効率が低下して沸き上げ運転の効率低下を招く虞があった。

これに対し、本発明のヒートポンプサイクル装置１００では、検出した第２貯湯タンク温度Ｔｓ２に目標算出温度Ｔ１を加算することによって目標出口水温Ｔｅａを算出し、出口水温Ｔｅが目標出口水温Ｔｅａとなるように圧縮機回転数Ｒｃを制御して圧縮機１を駆動する。

上記のように圧縮機１を駆動制御すれば、図３（Ｂ）に示すように、圧縮機１の駆動直後は、第１タンク温度センサ５８で検出した出口水温Ｔｅと目標出口水温Ｔｅａとに差があるが、図３（Ａ）に示す従来のヒートポンプサイクル装置の場合と比べてその差（従来は、出口水温Ｔｅと目標到達出口水温Ｔｅｇとの差）は小さい。従って、図２に示すように、圧縮機１の駆動直後の圧縮機回転数Ｒｃは、従来のヒートポンプサイクル装置の場合と比べて低くなる。

上記のように圧縮機１を駆動制御して沸き上げ運転を継続すると、圧縮機１の駆動時間とともに貯湯タンク７０に供給される湯水の温度が上昇するため、出口水温Ｔｅと目標出口水温Ｔｅａとの差は時間とともに縮まって時間Ｈで略等しくなる。その後は、出口水温Ｔｅと目標出口水温Ｔｅａとが略同じとなる状態のまま目標出口水温Ｔｅａが目標到達出口水温Ｔｅｇに徐々に近づくよう、圧縮機回転数Ｒｃが段階的に上昇し、最終的には出口水温Ｔｅが目標到達水温Ｔｅｇに到達する段階で圧縮機回転数Ｒｃが最大回転数となる。

以上のように沸き上げ運転制御を行うことで、図２を用いて説明したように、圧縮機回転数Ｒｃは段階的に上昇するので、圧縮機１を最高の圧縮機回転数Ｒｃとして駆動する時間が短縮される。従って、従来の沸き上げ運転時の制御のように、圧縮機１の回転数Ｒｃが高い状態で長く圧縮機１を駆動しないので、沸き上げ運転時のヒートポンプサイクル装置１００の効率悪化を抑制することができる。また、圧縮機回転数Ｒｃが徐々に上昇すれば熱源側熱交換器５での蒸発能力も徐々に上昇するので、熱源側熱交換器５での着霜も発生しにくくなり、頻繁な除霜運転への移行も抑制できる。従って、ヒートポンプサイクル装置１００全体として運転効率が向上し、省エネ性が向上する。

次に、本発明のヒートポンプサイクル装置１００に関わる処理について、図４に示すフローチャートを用いて説明する。図４に示すフローチャートは、ヒートポンプサイクル装置１００で沸き上げ運転を行う際の制御に関する処理の流れを示すものであり、ＳＴはステップを表し、これに続く数字はステップ番号を表している。尚、室内ユニット４０を用いた暖房運転や、熱源側熱交換器５の除霜運転等、本発明に関わる処理以外の、一般的なヒートポンプサイクル装置１００に関わる制御については、説明を省略する。

ヒートポンプサイクル装置１００が運転を行っているとき、制御手段６０は、第１タンク温度センサ５８から取り込んだ第１貯湯タンク温度Ｔｓ１がしきい温度以下となったか否かを判断する（ＳＴ１）。第１貯湯タンク温度Ｔｓ１がしきい温度以下となっていなければ（ＳＴ１−Ｎｏ）、制御手段６０は、ＳＴ１に処理を戻す。

第１貯湯タンク温度Ｔｓ１がしきい温度以下となっていれば（ＳＴ１−Ｙｅｓ）、制御手段６０は、第１タンク温度センサ５８から第１貯湯タンク温度Ｔｓ１を、第２タンク温度センサ５９から第２貯湯タンク温度Ｔｓ２を、それぞれ取り込む（ＳＴ２）。

次に、制御手段６０は、取り込んだ第２貯湯タンク温度Ｔｓ２に所定温度Ｔ１を加算して、目標出口水温Ｔｅａを算出する（ＳＴ３）。次に、制御手段６０は、算出した目標出口水温Ｔｅａが目標到達出口水温Ｔｅｇ以上であるか否かを判断する（ＳＴ４）。

算出した目標出口水温Ｔｅａが目標到達出口水温Ｔｅｇ以上であれば（ＳＴ４−Ｙｅｓ）、制御手段６０は、目標到達出口水温Ｔｅｇを目標出口水温Ｔｅａと定めて（ＳＴ８）、ＳＴ５に処理を進める。

算出した目標出口水温Ｔｅａが目標到達出口水温Ｔｅｇ以上でなければ（ＳＴ４−Ｎｏ）、制御手段６０はＳＴ５に処理を進める。ＳＴ５において制御手段６０は、出口水温センサ５７から取り込んだ出口水温Ｔｅが目標出口水温Ｔｅａとなるように、圧縮機１の回転数Ｒｃを制御する（ＳＴ５）。

次に、制御手段６０は、第１貯湯タンク温度Ｔｓ１が目標貯湯タンク温度Ｔｓｇとなったか否かを判断する（ＳＴ６）。第１貯湯タンク温度Ｔｓ１が目標貯湯タンク温度Ｔｓｇとなっていなければ（ＳＴ６−Ｎｏ）、制御手段６０は、ＳＴ２に処理を戻す。第１貯湯タンク温度Ｔｓ１が目標貯湯タンク温度Ｔｓｇとなっていれば（ＳＴ６−Ｙｅｓ）、制御手段６０は、圧縮機１を停止して（ＳＴ７）、ＳＴ１に処理を戻す。

以上説明した通り、本発明のヒートポンプサイクル装置は、沸き上げ運転時に、圧縮機の回転数を許容最大回転数として駆動しつづけるのではなく、貯湯タンク内部に貯留されている湯水の温度、つまり、貯湯タンク温度に応じて圧縮機の回転数を決定する。これにより、利用側熱交換器における出口水温が高い状態が継続される、つまり、利用側熱交換器における凝縮圧力が高い状態が継続されることがなく、圧縮機の運転負荷が軽減できる。従って、冷媒回路の運転効率の低下を抑制し、ひいては、沸き上げ運転の効率低下を抑制できる。

１ 圧縮機
３ 利用側熱交換器
５ 熱源側熱交換器
１０ 冷媒回路
１１ 冷媒配管
１２ 給湯配管
３１ 電磁弁
５６ 入口水温センサ
５７ 出口水温センサ
５８ 第１タンク温度センサ
５９ 第２タンク温度センサ
６０ 制御手段
７０ 貯湯タンク
７１ 熱交換部
８０ 冷媒流れ
９０ 水流れ
１００ ヒートポンプサイクル装置
Ｔｓ１ 第１貯湯タンク温度
Ｔｓ２ 第２貯湯タンク温度
Ｔｅ 出口水温
Ｔｓｇ 目標貯湯タンク温度
Ｔｅａ 目標出口水温
Ｔｅｇ 目標到達出口水温
Ｔ１ 第１補正温度
Ｔ２ 第２補正温度

Claims (1)

1. 圧縮機と利用側熱交換器と流量調整手段と熱源側熱交換器とを順次冷媒配管で接続した冷媒回路と、
   湯水を貯留する貯湯タンクと前記湯水を循環させる循環ポンプと前記利用側熱交換器とを給湯配管で接続した給湯回路と、
   前記貯湯タンクの内部に配置され、前記給湯配管に両端が接続されて前記貯湯タンクに貯留されている水を加熱する熱交換部と、
   前記利用側熱交換器における前記給湯配管の出口側に備えられ前記利用側熱交換器から流出する水の温度である出口水温を検出する出口水温検出手段と、
   前記貯湯タンク内部に配置され同貯湯タンクに貯留される湯水の温度である貯湯タンク温度を検出する貯湯タンク温度検出手段と、
   前記貯湯タンク温度検出手段で検出した前記貯湯タンク温度に、前記熱交換部で前記貯湯タンクに貯留されている水を加熱するための加熱分を含んだ目標算出温度を加算して目標出口水温を算出し、前記出口水温検出手段で検出した前記出口水温が前記目標出口水温となるように前記圧縮機の回転数を制御して、前記貯湯タンク温度を目標貯湯タンク温度に到達させる制御手段と、
   を備えたヒートポンプサイクル装置。

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