JP2015206504A - ヒートポンプ給湯機 - Google Patents

Abstract

【課題】使用者の快適性に優れたヒートポンプ給湯機を提供すること。
【解決手段】貯湯槽２と、貯湯槽内湯水の温度を検出する貯湯槽温度検出手段１２と、湯水を加熱するヒートポンプ装置９０と、貯湯槽２の下部から送られた湯水をヒートポンプ装置９０を介して貯湯槽２の上部へと戻す加熱回路７０と、ヒートポンプ装置９０で加熱される湯水の温度を、所定の下限温度と所定の上限温度との間で設定する操作手段１６と、湯水を、操作手段１６で設定された設定温度まで加熱する貯湯運転、及び、所定の凍結予防条件において加熱回路７０に湯水を流す凍結予防運転、を少なくとも実行する制御装置１４と、を備え、制御装置１４は、凍結予防運転を実行する場合に、操作手段がＯＮ状態であるかＯＦＦ状態であるかによって、ヒートポンプ装置９０から流出する湯水の温度を変更するので、使用者の快適性に優れたヒートポンプ給湯機１００とすることができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、ヒートポンプ給湯機に関するものである。

従来、この種のヒートポンプ給湯機として、貯湯槽と、貯湯槽内の水を加熱するヒートポンプ装置とを備えたものがある（例えば、特許文献１を参照）。このヒートポンプ給湯機において、ヒートポンプ装置は、貯湯槽の下部から流出した湯水を貯湯槽の上部へと送る加熱回路の途中に設けられる。加熱回路の途中には、水を送るポンプも設けられている。また、このヒートポンプ給湯機は、ヒートポンプ装置の下流側の加熱回路から分岐して、貯湯槽の下部に接続されるバイパス路を有している。

外気温度が低く、加熱回路の内部に残存する湯水が凍結する恐れのある条件においては、ポンプによって加熱回路に水を流し、バイパス路を介して貯湯槽の下部に水を戻す運転を行う。これにより、貯湯槽内の湯水の温度成層の崩壊を抑制しながら、加熱回路の内部に残存した湯水の凍結の防止を図っている。

特開２００３−２１４７００号公報

前記従来の構成のようにバイパス路を備えているヒートポンプ給湯機では、加熱回路の凍結を予防する運転において、温度の低い湯水を、パイパス路を介して貯湯槽の下部に戻すことができる。一方、バイパス路を備えていない場合には、凍結を予防する運転を行うと、温度の低い湯水が貯湯槽の上方からに流入する。よって、凍結を予防する運転を行った後に貯湯槽内の湯水を用いて給湯を行うと、使用者の所望する温度とは異なる温度が給湯端末に供給されるので、使用者の快適性が損なわれる場合があるという課題を有していた。

本発明は、上記従来の課題を解決するためのもので、加熱回路の凍結を予防する運転を行っても、使用者の快適性を高く維持することが可能なヒートポンプ給湯機を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明のヒートポンプ給湯機は、湯水を貯留する貯湯槽と、前記貯湯槽内の前記湯水の温度を検出する貯湯槽温度検出手段と、前記湯水を加熱するヒートポンプ装置と、途中に前記ヒートポンプ装置が配置され、前記貯湯槽の下部から送られた前記湯水を前記貯湯槽の上部へと戻す加熱回路と、前記貯湯槽の下部と前記ヒートポンプ装置との間の前記加熱回路に設けられたポンプと、前記ヒートポンプ装置で加熱される前記湯水の温度を、所定の下限温度と所定の上限温度との間で設定する操作手段と、前記ヒートポンプ装置によって、前記湯水を前記操作手段で設定された設定温度まで加熱する貯湯運転、及び、所定の凍結予防条件において前記加熱回路に前記湯水を流す凍結予防運転、を少なくとも実行する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記凍結予防運転を実行する場合に、前記操作手段がＯＮ状態であるかＯＦＦ状態であるかによって、前記ヒートポンプ装置から流出する湯水の温度を変更するものである。

これにより、使用者が給湯機を使用している状況、もしくは、使用する意思のある状況を、操作手段がＯＮ状態であるかＯＦＦ状態であるかによって判別して、凍結予防運転を行うときに貯湯槽の上部に流入する湯水の温度を変更するので、使用者の快適性を高く維持することができる。

本発明のヒートポンプ給湯機は、使用者の快適性を高く維持することが可能なヒートポンプ給湯機を提供することができる。

本発明の実施の形態１におけるヒートポンプ給湯機の概略構成図 同ヒートポンプ給湯機の貯湯槽内部の温度分布を示すグラフ 同ヒートポンプ給湯機の凍結予防運転の制御フローチャート 同ヒートポンプ給湯機が凍結予防運転を行った場合の貯湯槽内部の温度分布を示すグラフ 同ヒートポンプ給湯機の凍結予防運転の他の制御フローチャート 同ヒートポンプ給湯機の凍結予防運転のさらに他の制御フローチャート

第１の発明は、湯水を貯留する貯湯槽と、前記貯湯槽内の前記湯水の温度を検出する貯湯槽温度検出手段と、前記湯水を加熱するヒートポンプ装置と、途中に前記ヒートポンプ装置が配置され、前記貯湯槽の下部から送られた前記湯水を前記貯湯槽の上部へと戻す加熱回路と、前記貯湯槽の下部と前記ヒートポンプ装置との間の前記加熱回路に設けられたポンプと、前記ヒートポンプ装置で加熱される前記湯水の温度を、所定の下限温度と所定の上限温度との間で設定する操作手段と、前記ヒートポンプ装置によって、前記湯水を前記操作手段で設定された設定温度まで加熱する貯湯運転、及び、所定の凍結予防条件において前記加熱回路に前記湯水を流す凍結予防運転、を少なくとも実行する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記凍結予防運転を実行する場合に、前記操作手段がＯＮ状態であるかＯＦＦ状態であるかによって、前記ヒートポンプ装置から流出する湯水の温度を変更するヒートポンプ給湯機である。

これにより、使用者が給湯機を使用している状況、もしくは、使用する意思のある状況を、操作手段がＯＮ状態であるかＯＦＦ状態であるかによって判別して、凍結予防運転を行うときに貯湯槽の上部に流入する湯水の温度を変更するので、使用者の快適性を高く維持することができる。すなわち、貯湯運転時にヒートポンプ装置によって加熱される湯水の温度を操作手段で設定するヒートポンプ給湯機において、使用者の快適性を高く維持することができる。

なお、操作手段のＯＮ状態とは、操作手段の電源がＯＮとなっているかどうかで判断することができる。例えば、操作手段に設定温度等を表示する表示部が設けられている場合には、表示部に設定温度等が表示されているときに操作手段はＯＮ状態であり、一方、表示部に設定温度等が表示されていない場合には操作手段はＯＦＦ状態である。また、例えば、表示部のバックライトの点灯の有無で操作手段のＯＮ状態とＯＦＦ状態を判断することができる。この場合、バックライトが点灯していれば操作手段がＯＮ状態であり、バックライトが消灯していれば操作手段はＯＦＦ状態である。

第２の発明は、特に第１の発明において、前記制御装置は、前記操作手段がＯＮ状態である場合には、前記凍結予防運転において、前記ヒートポンプ装置から流出する湯水の温度を、前記操作手段で設定された前記設定温度とするものである。

これにより、操作手段がＯＮ状態であって、使用者がヒートポンプ給湯機を使用している状況、及び、使用する意思がある状況において凍結予防運転を行う場合には、ヒートポンプ装置によって湯水を設定温度まで加熱して、貯湯槽の内部の湯水の温度を維持することができる。よって、使用者が意図しない温度の湯水が給湯端末に供給されるのを防止でき、使用者の快適性を高く維持することができる。

また、貯湯槽の下部の湯水を加熱して、貯湯槽の上部に戻す温度積層式のヒートポンプ給湯機において、貯湯槽内の湯水の温度分布を維持することができる。よって、貯湯槽の下部から供給される湯水の温度を低く維持して、ヒートポンプ装置に供給される湯水の温度を低く維持することができる。その結果、ヒートポンプ装置による湯水の加熱効率を高く維持して省エネルギー性を向上させることができる。

第３の発明は、特に第１または第２の発明において、前記制御装置は、前記凍結予防運転において、前記ヒートポンプ装置から流出する湯水の温度を、前記設定温度の下限温度以上の範囲で変更するものである。

これにより、凍結予防運転を実行中に加熱回路から貯湯槽に流入する湯水の温度が、下限温度以上となる。したがって、凍結予防運転の実行中や実行直後に給湯が行われても、使用者が設定し得る温度以上の湯水が給湯端末に供給されるので、使用者の快適性を高く維持することができる。

なお、加熱温度は、操作手段で設定される目標温度の下限温度以上かつ上限温度以下の範囲で変更されることが好ましい。

第４の発明は、特に第１または第２の発明において、前記制御装置は、前記操作手段がＯＦＦ状態である場合には、前記凍結予防運転において、前記ヒートポンプ装置から流出する湯水の温度を、前記貯湯槽内の前記湯水の貯湯温度とするものである。

これにより、操作手段がＯＦＦ状態であって、使用者が給湯を行っていない場合でも、凍結予防運転において、ヒートポンプ装置によって湯水を加熱して、貯湯槽内の湯水と同等の温度の湯水を生成するので、凍結予防運転の実行中や凍結予防運転の実行直後に給湯が行われても、使用者の意図しない温度の湯水が給湯端末に供給されるのを防止することができる。

なお、この場合における貯湯槽内の湯水の温度は、貯湯槽温度検出手段で検出することができる。また、この場合における貯湯槽内の湯水の温度は、貯湯槽内の湯水のうち、最も温度が高い湯水の温度であることが好ましい。

第５の発明は、特に第１から第３の発明において、前記制御装置は、前記操作手段がＯＦＦ状態である場合には、前記凍結予防運転において、前記ヒートポンプ装置から流出する前記湯水の温度を、前記設定温度の前記下限温度とするものである。

これにより、操作手段がＯＦＦ状態であって、使用者が給湯を使用する意思がない場合には、加熱温度を下限温度として、ヒートポンプ装置の消費電力が少ない凍結予防運転を実行することができる。したがって、使用者の快適性を高く維持しながら、省エネルギー性に優れたヒートポンプ給湯機を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態）
図１は本実施の形態におけるヒートポンプ給湯機１００の概略構成図である。図１に示すように、ヒートポンプ給湯機１００は、貯湯タンクユニット８０と、ヒートポンプ装置９０を備えている。

貯湯タンクユニット８０には、湯水を蓄える貯湯槽２が配置されている。貯湯槽２の下部には、水道管等から水が給水される給水配管７が接続されている。給水配管７は、給水口７ａにおいて、貯湯槽２に接続されている。また、貯湯槽２の上部には、貯湯槽２内の湯水を給湯端末へと給湯させるための給湯配管６が接続されている。貯湯槽２内の湯水が給湯に使用されて減少すると、給水配管７を介して、貯湯槽２に水が自動的に給水される。なお、給水配管７には、貯湯タンクユニット８０の内部または外部に減圧弁（図示せず）が設けられる。これにより、貯湯槽２内の湯水が減少してその内圧が低下すると、水が給水配管７を介して貯湯槽２に給水される。

貯湯槽２には、貯湯槽２内の湯水の温度（貯湯温度）を検出する第１温度センサ（貯湯槽温度検出手段）１２が設けられている。本実施の形態において、第１温度センサ１２は、給湯配管６と貯湯槽２との接続箇所である給湯口６ａから所定距離低い位置に設けられている。なお、本実施の形態において、第１温度センサ１２は、貯湯槽２の高さ方向において、その中心よりも高い位置に１つ設けられている。なお、貯湯槽２の高さ方向に、複数の温度センサを配置して、貯湯槽温度検出手段を構成してもよい。

貯湯槽２の下部には、貯湯槽２の下部の湯水がヒートポンプ装置９０に設けられた水冷媒熱交換器１へと流れる往き管４が接続されている。往き管４の途中には、貯湯槽２の下部の湯水をヒートポンプ装置９０へと送るポンプ５が設けられている。また、貯湯槽２の上部には、水冷媒熱交換器１から貯湯槽２へと湯水が流れる戻り管３が接続されている。貯湯槽２の下部、往き管４、水冷媒熱交換器、戻り管３、貯湯槽２の上部が順に接続されて、加熱回路７０が構成される。

水冷媒熱交換器１は、湯水と冷媒とが熱交換を行う熱交換器である。水冷媒熱交換器１の内部には、湯水が流れる水流路（図示せず）と、後述する冷媒回路６０を循環する冷媒が流れる冷媒流路（図示せず）が設けられている。水冷媒熱交換器１にて冷媒が湯水に放熱することで、高温の湯が生成される。

ヒートポンプ装置９０には、冷媒を圧縮する圧縮機１０、水冷媒熱交換器１、冷媒を減圧する膨張機構９、冷媒を蒸発させる蒸発器１１が冷媒配管で環状に接続された冷媒回路６０を備えている。膨張機構９としては開度の変更が可能な電磁膨張弁、キャピラリーチューブを用いることができる。蒸発器１１は、その近傍に設けられた送風ファン１１ａによって送風された空気と冷媒とを熱交換させる空気熱交換器である。冷媒回路６０を循環する冷媒には、Ｒ４１０Ａ、Ｒ１３４ａ、Ｒ３２等のフロン系冷媒や、ＣＯ２等の自然冷媒、その他の冷媒が用いられる。

ヒートポンプ装置９０の内部には、蒸発器１１及び送風ファン１１ａの近傍に、外気温度を検出する第２温度センサ（外気温度検出手段）１３が設けられている。また、ヒートポンプ装置９０の内部には、戻り管３の途中に、戻り管３を流れる湯水の温度を検出する第３温度センサ（出口温度検出手段）１５が設けられている。

各温度センサ（１２、１３、１５）で検出された温度の出力信号は、制御装置１４に送られる。制御装置１４によって、複数の運転が実行される。複数の運転には、貯湯槽２の下部の水を水冷媒熱交換器１で加熱して貯湯槽２の上部へと戻す貯湯運転を含む。また、複数の運転には、蒸発器１１に霜が付着した場合にその霜を融解させて除去する除霜運転
を含む。さらに、複数の運転には、加熱回路７０の内部に滞留する湯水が凍結することを防止する凍結予防運転を含む。

制御装置１４は、現時刻を判断する時刻判定部（図示せず）、複数の運転の運転時間や、前回の運転からの経過時間等の時間を計測可能なタイマ（図示せず）を有している。

制御装置１４は、操作手段１６及び各温度センサ（１２、１３、１５）で検出された温度に基づいて、複数の運転を実行及び停止する。また、制御装置１４は、操作手段１６及び各温度センサ（１２、１３、１５）で検出された温度に基づいて、ポンプ５、膨張機構９、圧縮機１０、送風ファン１１ａを制御する。

操作手段１６は、使用者が貯湯運転の実行及び停止を指示する機能、及び、使用者が貯湯運転において水冷媒熱交換器１で加熱される湯水の温度（設定温度）を設定する機能を有する。また、操作手段１６には電源のＯＮ／ＯＦＦを行う操作部（電源スイッチ）が設けられている。さらに、操作手段１６には、設定温度、及び、貯湯温度等の温度や、ヒートポンプ給湯機１００の異常等を表示する表示部が設けられている。

なお、貯湯運転は、制御装置１４が、貯湯槽温度検出手段１２の検出温度が所定温度（加熱開始温度）未満となった場合を検知して開始させ、貯湯槽温度検出手段１２の検出温度が所定温度（加熱停止温度）以上になった場合を検知して停止させてもよい。除霜運転についても同様に、制御装置１４が、着霜条件に該当するか否かを判断して、開始及び停止させてもよい。

操作手段１６で設定する設定温度は、所定の下限温度と上限温度との間で設定することができる。下限温度は、例えば２５度〜４５度とすることができ、また、上限温度は、例えば、５５度〜７５度とすることができる。下限温度及び上限温度は、圧縮機１０の仕様として設定されている動作圧力、ポンプ５の仕様として設定されている湯水の循環流量に基づき決定される。

特に、冷媒としてフロン系冷媒を用いる場合には、下限温度を２５度〜３５度とし、上限温度を５５度から６５度とすることができる。ヒートポンプ装置９０に加えて、ヒートポンプ装置９０よりも高温の領域まで湯水を加熱することができるヒータ等の加熱手段を備える場合には、上限温度は６５度よりも高く設定してもよい。また、冷媒としてＣＯ２を用いる場合には、下限温度を３５度〜４５度とし、上限温度を６５度〜７５度とすることができる。

なお、操作手段１６の電源は、操作手段１６のいずれかの操作ボタン又は表示部に使用者が触れた場合にＯＮ状態となり、操作手段１６が所定時間操作されない場合にＯＦＦ状態となってもよく、特に限定されない。

操作手段１６によって貯湯運転の開始が指示された場合、もしくは、制御装置１４が貯湯運転の開始を判断した場合、制御装置１４は、ヒートポンプ装置９０、及び、ポンプ５を起動する。これにより、冷媒が冷媒回路６０を循環し、湯水が加熱回路７０を循環する。

ヒートポンプ装置９０において、圧縮機１０によって圧縮された高温高圧の冷媒は、水冷媒熱交換器１の冷媒流路に流入して、水流路を流れる湯水に放熱する。これにより、高温の湯が生成される。水冷媒熱交換器１から流出した冷媒は、膨張機構９によって減圧され低温低圧の状態となり、蒸発器１１に流入する。蒸発器１１に流入した冷媒は、送風ファン１１ａによって送風された空気から吸熱して蒸発する。その後、再度、圧縮機１０に
流入して圧縮される。このような動作が繰り返され、冷媒が冷媒回路６０を循環する。

一方、ポンプ５が動作することにより、湯水が加熱回路７０を循環する。貯湯槽２の下部の湯水は、ポンプ５によって、往き管４を介して、水冷媒熱交換器１の水流路に流入する。水流路に流入した湯水は、冷媒流路を流れる冷媒から吸熱して高温の湯となる。水冷媒熱交換器１から流出した高温の湯は、戻り管３を流れ、貯湯槽２の上部から貯湯槽２に流入する。このようにして、湯水が加熱回路７０を循環し、貯湯槽２の内部に高温の湯が貯湯される。制御装置１４は、加熱回路７０から流出する湯水の温度（加熱温度）が設定温度となるように、ヒートポンプ装置９０、ポンプ５を制御する。使用者が給湯端末を開栓すると、給湯口６ａから貯湯槽２内部の湯水が流出し、給湯端末へと供給される。これにより、給湯が行われる。

貯湯運転により、貯湯槽２の下部の水が加熱されて高温の湯となり、貯湯槽２の上部から貯湯される。このとき、貯湯槽２の内部には、図２に示すように、上方ほど温度の高い温度成層が形成される。この温度成層は、操作手段１６で設定された設定温度の湯水が、貯湯槽２の頂部から所定の高さまで分布する高温層と、給水配管７から供給される給水温度の湯水が貯湯槽２の底部から所定の高さまで分布する低温層と、高温層と低温層との間に形成され、目標温度から給水温度まで湯水の温度が変化する中温層とで形成される。ここで、ヒートポンプ給湯機１００においては、貯湯槽２の下部と往き管４との接続箇所の近傍に分布する湯水の温度を低く維持することが好ましい。これにより、ヒートポンプ装置９０が湯水を加熱する際の加熱効率を高く維持することができる。

外気温度が低い運転条件で貯湯運転を行うと、低温低圧の冷媒が流れる蒸発器１１の周囲の水分が冷やされ、蒸発器１１の表面に着霜する場合がある。制御装置１４は、蒸発器１１への着霜条件であることを判断すると、霜を融解させて除去する除霜運転を実行する。着霜条件は、例えば、第２温度センサ（外気温度検出手段）１３の検出温度が所定温度未満となった場合が該当する。また、蒸発器１１を流れる冷媒の温度を検出する温度センサ（冷媒温度検出手段）（図示せず）を別に設けて、蒸発器１１を流れる冷媒の温度が所定温度未満となった場合が着霜条件に該当する。着霜条件に該当する場合、制御装置１４は除霜運転を開始する。なお、着霜条件は、第２温度センサの検出温度と、蒸発器１１を流れる冷媒の温度との双方を用いて判断してもよい。

また、外気温度が低い状態で、ヒートポンプ給湯機１００の運転が行われないと、加熱回路７０内に滞留している湯水の温度が低下して、凍結してしまう場合がある。水は凍結によってその体積が１．１倍程度に増加することから、加熱回路７０の内部に滞留している水が凍結すると、加熱回路７０を構成する配管及び水冷媒熱交換器１の破損が生じる場合がある。

そこで、制御装置１４は、所定の凍結予防条件である場合には、加熱回路７０に滞留する水が凍結する恐れがあると判断して、加熱回路７０に湯水を循環させる凍結予防運転を実行する。ここで、凍結予防運転を実行すると、貯湯槽２の下部に分布する相対的に温度の低い水が、貯湯槽２の上部へと流入することになる。貯湯槽２の上部に相対的に温度の低い水が流入すると、貯湯槽２の上部の湯水の温度が低下して、給湯端末に供給される湯水の温度も低下する。その結果、使用者の快適性が損なわれる。このような課題を解決するために、例えば、戻り管３の途中から分岐して、戻り管３よりも下方の貯湯槽２へと接続されるバイパス路を設けることが可能であるが、これは、貯湯タンクユニット８０の大型化及びコストアップを招き好ましくない。したがって、パイパス路を設けずに、使用者の快適性を高く維持する必要がある。

本発明は、上記課題に基づいて創出されたもので、操作手段１６によって、貯湯運転で
生成する湯水の温度（設定温度）を設定するヒートポンプ給湯機において、貯湯槽２の下部の水を貯湯槽２の上部へと循環させて戻す凍結予防運転を行っても、使用者の快適性を高く維持することを目的とするものである。

そこで、本発明のヒートポンプ給湯機１００は、操作手段１６のＯＮ／ＯＦＦ状態に応じて、凍結予防運転の実行中にヒートポンプ装置９０から流出する湯水の温度を変更する。すなわち、凍結予防運転中にヒートポンプ装置９０を停止または運転して、ヒートポンプ装置９０から流出する湯水の温度を変更する。また、ヒートポンプ装置９０を運転する場合には、ヒートポンプ装置９０（水冷媒熱交換器１）で加熱される湯水の温度（加熱温度）の目標値を変更する。

ここで、使用者がヒートポンプ給湯機１００を使用している場合、もしくは、使用する意思がある場合には、操作手段１６が用いられる。よって、操作手段１６のＯＮ／ＯＦＦ状態に応じて、使用者がヒートポンプ給湯機１００を使用するか否かを判定し、凍結予防運転における加熱温度を変更する。

このとき、加熱温度は、操作手段１６で設定される温度の下限値（下限温度）以上の範囲で変更されることが、使用者の快適性を高く維持する観点からは好ましい。これによって、貯湯槽２の上部の湯水の温度を下限温度以上に保つことができる。その結果、給湯端末へと給湯される湯水の温度を下限温度以上に保つことができるので、使用者の快適性を維持することができる。

以下、図３に示すヒートポンプ給湯機１００の凍結予防運転のフローチャートに基づいて説明する。

制御装置１４は、まず、凍結予防運転の開始条件に該当するか否かの判定を行う（ＳＴＥＰ１）。上記判定には、外気温度検出手段１３を用いることができる。具体的には、第２温度センサ（外気温度検出手段）１３の検出温度が第２基準温度（例えば、０度）未満であることを検出した場合に、凍結予防運転の開始条件に該当すると判定する。

なお、凍結予防運転の開始条件の判別には、他の温度センサを用いてもよい。例えば、加熱回路７０に設けた第３温度センサ（出口温度検出手段）１５の検出温度が第３基準温度（例えば、０度度）未満である場合には、凍結予防運転の開始条件に該当すると判定してもよい。また、水冷媒熱交換器１の上流側の加熱回路７０に別の第４温度センサ（入口温度検出手段）（図示せず）を設けて、入口温度検出手段によって、水冷媒熱交換器１に流入する水の温度（入口温度）を検出し、入口温度が第４基準温度（例えば、０度）未満である場合に、凍結予防運転の開始条件に該当すると判定してもよい。なお、複数の基準温度は、それぞれ異なる値を用いてもよい。さらに、複数の温度センサの検出温度が基準温度未満である場合に、凍結予防運転の開始条件に該当すると判定してもよい。

なお、温度センサによる検出温度以外にも、前回の貯湯運転からの経過時間をタイマによって測定し、この経過時間に応じて凍結予防運転の開始条件を判定してもよい。また、複数の温度センサと経過時間とは適宜組み合わせて用いることができる。

制御装置１４は、凍結予防運転の開始条件に該当しない場合（ＳＴＥＰ１でＮＯ）には、凍結予防運転の開始条件の判定を継続する。一方、制御装置１４は、凍結予防運転の開始条件に該当する場合（ＳＴＥＰ１でＹＥＳ）には、ＳＴＥＰ２に進む。

制御装置１４は、操作手段１６がＯＮ状態であるか、ＯＦＦ状態であるか否かを判定する（ＳＴＥＰ２）。なお、操作手段のＯＮ状態とは、操作手段の電源が使用者から見てＯ
Ｎとなっている状態である。例えば、操作手段１６に設定温度や貯湯温度等を表示する表示部が設けられている場合には、表示部に設定温度等が表示されているときに操作手段はＯＮ状態であり、一方、表示部に設定温度等が表示されていない場合には操作手段はＯＦＦ状態であると判断できる。また、例えば、表示部のバックライトの点灯の有無で操作手段のＯＮ状態とＯＦＦ状態を判断することができる。この場合、バックライトが点灯していれば操作手段がＯＮ状態であり、バックライトが消灯していれば操作手段はＯＦＦ状態であると判断できる。

制御装置１４は、操作手段１６がＯＮ状態である場合（ＳＴＥＰ２でＹＥＳ）には、ＳＴＥＰ３に進む。一方、操作手段１６がＯＦＦ状態である場合（ＳＴＥＰ２でＮＯ）には、ＳＴＥＰ４に進む。

制御装置１４は、操作手段１６がＯＮ状態である場合には、凍結予防運転において、ヒートポンプ装置９０（水冷媒熱交換器１）から流出する湯水の温度（加熱温度）を、操作手段１６で既に設定されている設定温度とする（ＳＴＥＰ３）。すなわち、操作手段１６がＯＮ状態であって、使用者がヒートポンプ給湯機１００を使用する意思がある場合には、凍結予防運転における加熱温度を、操作手段１６で既に設定されている設定温度とする。これにより、使用者が所望する温度の湯水を生成しつつ、凍結予防運転を行うことできるので、使用者の快適性を高く維持することができる。

一方、制御装置１４は、操作手段１６がＯＦＦ状態である場合には、凍結予防運転において、ヒートポンプ装置９０（水冷媒熱交換器１）から流出する湯水の温度（加熱温度）を、貯湯温度とする（ＳＴＥＰ４）。貯湯温度は、第１温度センサ（貯湯槽温度検出手段）１２によって検出することができる。操作手段１６がＯＦＦ状態である場合には、使用者がヒートポンプ給湯機１００を使用する意思がないと判断できる。しかしながら、使用者が直後にヒートポンプ給湯機１００を使用する場合も想定されるから、凍結予防運転が実行される際の貯湯槽２上部の熱量を減少させることがないように、凍結予防運転における加熱温度を貯湯温度に設定する。

なお、このときの貯湯温度は、貯湯槽２内の湯水の温度のうち、最も高い温度であることが好ましい。したがって、貯湯槽２の高さ方向に複数の温度センサを設けて貯湯槽温度検出手段１２を構成した場合には、制御装置１４は、複数の温度センサのうち最も上方に設けられた温度センサの検出温度を加熱温度として設定することが好ましい。

制御装置１４は、ＳＴＥＰ３またはＳＴＥＰ４によって加熱温度を設定した後、ＳＴＥＰ５へと進む。ＳＴＥＰ５において、制御装置１４は、ヒートポンプ装置９０、ポンプ５を起動させるとともに、以下の運転を行う。これにより冷媒回路６０に冷媒が循環し、加熱回路９０に湯水が循環する。なお、水冷媒熱交換器１から流出する湯水の温度（出口温度）がＳＴＥＰ３またはＳＴＥＰ４で設定した温度以上である場合には、ヒートポンプ装置９０を起動する必要はない。

制御装置１４は、水冷媒熱交換器１から流出する湯水の温度が、ＳＴＥＰ３またはＳＴＥＰ４で設定した温度となるように、圧縮機１０、膨張機構９、送風ファン１１ａ、ポンプ５を制御する。具体的には、制御装置１４は、第３温度センサ（出口温度検出手段）１５の検出温度が、ＳＴＥＰ３またはＳＴＥＰ４で設定した温度となるように、圧縮機１０、膨張機構９、送風ファン１１ａ、ポンプ５を制御する。例えば、制御装置１４は、圧縮機１０から吐出される冷媒の温度（吐出温度）が、ＳＴＥＰ３またはＳＴＥＰ４で設定した温度よりも所定温度（例えば、１０度）高い温度となるように、圧縮機１０の回転数、膨張機構９の弁開度、送風ファン１１ａの回転数を制御するとともに、出口温度検出手段１５の検出温度が、ＳＴＥＰ３またはＳＴＥＰ４で設定した温度となるように、ポンプ５
による湯水の循環量を増減させる。

制御装置１４は、ＳＴＥＰ５における運転を開始した後、凍結予防運転の終了条件に該当するか否かを判定する（ＳＴＥＰ６）。上記判定には、第２温度センサ（外気温度検出手段）１３の検出温度、第４温度センサ（入口温度検出手段）の検出温度、タイマによる凍結予防運転開始からの経過時間、を用いることができる。すなわち、各検出温度がそれぞれの基準温度以上である場合や、凍結予防運転を開始してからの経過時間が所定時間を超えている場合に、凍結予防運転の終了条件に該当すると判定する。なお、第２温度センサ（外気温度検出手段）１３の検出温度若しくは第４温度センサ（入口温度検出手段）の検出温度、タイマによる凍結予防運転開始からの経過時間は、単体で、又は、適宜組み合わせて用いることができる。

制御装置１４は、凍結予防運転の終了条件に該当する場合（ＳＴＥＰ６でＹＥＳ）には、凍結予防運転を終了させるため、ヒートポンプ装置９０及びポンプ５の運転を停止する。一方、制御装置１４は、凍結予防運転の終了条件に該当する場合（ＳＴＥＰ６でＮＯ）には、凍結予防運転を継続させる。

図４は、上記凍結予防運転を行った場合であって、ＳＴＥＰ４において、加熱温度を貯湯温度とした場合における、貯湯槽２内部の湯水の温度分布を示す図である。図２中に示す点線は凍結予防運転開始前の貯湯槽２内部の湯水の温度分布を示し、実線は、凍結予防運転終了後の貯湯槽２内部の湯水の温度分布を示す。

図４に示すように、凍結予防運転終了後には、貯湯槽２内部の高温層が増大する。しかしながら、貯湯槽２内部の高温層が増えるのみで、給湯口６ａ近傍の湯水の温度は変動しない。したがって、給湯口６ａから流出する湯水の温度も変動せず、給湯端末に供給される湯水の温度も変動しないため、使用者の快適性を高く維持することができる。

なお、省エネルギー性を重視する場合には、ＳＴＥＰ４において設定する加熱温度の目標値を、下限温度としてもよい。一般的に、加熱温度の目標値が低い方が、ヒートポンプ装置９０の加熱効率がよい。よって、ＳＴＥＰ４において設定する加熱温度の目標値を下限温度とすることで、凍結予防運転における電力使用量を低減して、省エネルギー性に優れたヒートポンプ給湯機１００を提供することができる。

また、ヒートポンプ給湯機１００の省エネルギー性を重視する場合であって、貯湯槽２の高さ方向に複数の温度センサを設けて貯湯槽温度検出手段１２を構成した場合には、ＳＳＴＥＰ４における貯湯温度として、貯湯槽２の高さ方向で最も低い位置に設けられた温度センサの検出温度を用いてもよい。一般的に、加熱温度の目標値が低い方が、ヒートポンプ装置９０の加熱効率がよい。よって、貯湯槽温度検出手段１２のうち最も低い位置に設けられた温度センサの検出温度をＳＴＥＰ４における貯湯温度とすることで、凍結予防運転における電力使用量を低減して、省エネルギー性に優れたヒートポンプ給湯機１００を実現することができる。

なお、省エネルギー性を重視する場合であっても、貯湯温度が下限温度未満である場合には、ＳＴＥＰ４において設定する加熱温度の目標値を下限温度以上とすることが好ましい。

なお、貯湯温度が下限温度以上である場合には、貯湯槽２の内部には、下限温度以上の湯水が貯留されている。この状態でポンプ５を運転すれば、加熱回路７０に下限温度以上の湯水が循環することになるから、加熱回路７０の内部を所定温度まで暖めることができ、凍結予防の効果がある。

よって、加熱回路７０を流れる湯水の温度がＳＴＥＰ３又はＳＴＥＰ４で定めた加熱温度の目標値よりも高い場合には、ヒートポンプ装置９０は起動しなくてもよい。

また、図５のフローチャートで示すように、制御装置１４は、操作手段１６がＯＦＦの状態で凍結予防運転を実行する場合に、貯湯温度と下限温度との高低に応じて、凍結予防運転において水冷媒熱交換器１で加熱される湯水の温度（加熱温度）の目標値をさらに変更するようにしてもよい。

制御装置１４は、操作手段１６がＯＦＦの状態で凍結予防運転を実行する場合に、貯湯温度と下限温度との高低を比較する（ＳＴＥＰ４−１）。制御装置１４は、貯湯温度が下限温度未満である場合（ＳＴＥＰ４−１でＹＥＳ）には、ＳＴＥＰ４−２へと進み、加熱温度の目標値を下限温度とする。一方、制御装置１４は、貯湯温度が下限温度以上である場合（ＳＴＥＰ４−１でＮＯ）には、ＳＴＥＰ４−３へと進み、加熱温度の目標値を貯湯温度に設定する。すなわち、下限温度と貯湯温度のうち、高い方の温度を、凍結予防運転における加熱温度の目標値として設定する。

操作手段１６がＯＦＦ状態である場合には、使用者がヒートポンプ給湯機１００を使用する意思がないと判断できる。しかしながら、直後にヒートポンプ給湯機１００を使用される場合も想定されるから、凍結予防運転が実行される際に、下限温度と貯湯温度のうち高い方の温度を加熱温度の目標値として設定することで、貯湯槽２上部の熱量の減少を抑制して、給湯される湯水の温度を高く維持するようにする。その結果、使用者の快適性を高く維持することができる。

なお、図６に示すように、操作手段１６がＯＦＦ状態で凍結予防運転をする場合に、前回の運転からの経過時間を用いて、加熱温度の目標値を選択してもよい。すなわち、前回の運転からの経過時間を用いて、使用者がヒートポンプ給湯機１００を使用するか否かを推定して、加熱温度の目標値を選択するようにしてもよい。ここで、前回の運転とは、直近で行われた加熱運転又は凍結予防運転を指す。

具体的には、制御装置１４は、操作手段１６がＯＦＦ状態で凍結予防運転を行う場合には、まず、タイマに記録された前回の運転から経過時間が、所定時間以上であるか否かを判定する（ＳＴＥＰ４−４）。前回の運転から所定時間が経過している場合（ＳＴＥＰ４−４でＹＥＳ）には、ＳＴＥＰ４−５に進み、下限温度を加熱温度の目標値とする。

一方、前回の運転から所定時間が経過していない場合（ＳＴＥＰ４−４でＮＯ）には、ＳＴＥＰ４−６に進み、貯湯温度と下限温度とを比較して、高い方の温度を加熱温度の目標値とする（ＳＴＥＰ４−７、ＳＴＥＰ４−８）。前回の運転からの経過時間を用いて、使用者がヒートポンプ給湯機１００を使用するか否か、及び、ヒートポンプ給湯機１００が使用されない時間帯になったか否かを推定して、凍結予防運転における加熱温度の目標値を変更することで、使用者の快適性を高く維持することが可能なヒートポンプ給湯機１００を提供することができる。

このとき、ＳＴＥＰ４−４において、制御装置１４の時刻判定部で判定された現在の時刻を用いて、加熱温度の目標値を変更してもよい。すなわち、現在の時刻が、ヒートポンプ給湯機１００の使用頻度が少ない昼時間帯（例えば、１０：００〜１６：００のいずれかの時間帯）及び深夜時間帯（例えば、２３：００〜翌日の７：００のいずれかの時間帯）である場合には、加熱温度と貯湯温度のうち低い方の温度を、加熱温度の目標値とすることができる。一方、ヒートポンプ給湯機１００の使用頻度が多い時間帯（例えば、７：００〜１０：００、１６：００〜２３：００のいずれかの時間帯）である場合には、加熱
温度と貯湯温度のうち高い方の温度を、加熱温度の目標値とすることができる。

以上のように、本発明のヒートポンプ給湯機１００は、凍結予防運転において、ヒートポンプ装置９０から流出する湯水の温度を操作手段１６のＯＮ／ＯＦＦ状態によって変更するものである。また、凍結予防運転においてヒートポンプ装置９０にて湯水を加熱する場合には、水冷媒熱交換器１によって加熱される湯水の温度（加熱温度）を、操作手段１６のＯＮ／ＯＦＦ状態によって変更するものである。

すなわち、操作手段１６のＯＮ／ＯＦＦ状態によって、使用者がヒートポンプ給湯機１００を使用する意思があるかどうかを推定して、凍結予防運転において、ヒートポンプ装置９０（水冷媒熱交換器１）から流出する湯水の温度を変更する。このとき、ヒートポンプ装置９０から流出する湯水の温度を、操作手段１６で設定することが可能な温度の下限温度以上の範囲で変更する。その結果、使用者の快適性を高く維持することが可能なヒートポンプ給湯機１００を提供することができる。

本発明によれば、使用者の快適性を高く維持することが可能なヒートポンプ給湯機を提供することができるので、家庭用、業務用のヒートポンプ給湯機として用いることができる。

１ 水冷媒熱交換器（放熱器）
２ 貯湯槽
３ 戻り管
４ 往き管
５ ポンプ
６ 給湯配管
６ａ 給湯口
７ 給水配管
７ａ 給水口
９ 膨張機構
１０ 圧縮機
１１ 蒸発器
１２ 第１温度センサ（貯湯槽温度検出手段）
１３ 第２温度センサ（外気温度検出手段）
１４ 制御装置
１５ 第３温度センサ（出口温度検出手段）
１６ 操作手段

Claims (5)

1. 湯水を貯留する貯湯槽と、
   前記貯湯槽内の前記湯水の温度を検出する貯湯槽温度検出手段と、
   前記湯水を加熱するヒートポンプ装置と、
   途中に前記ヒートポンプ装置が配置され、前記貯湯槽の下部から送られた前記湯水を前記貯湯槽の上部へと戻す加熱回路と、
   前記貯湯槽の下部と前記ヒートポンプ装置との間の前記加熱回路に設けられたポンプと、前記ヒートポンプ装置で加熱される前記湯水の温度を、所定の下限温度と所定の上限温度との間で設定する操作手段と、
   前記ヒートポンプ装置によって、前記湯水を前記操作手段で設定された設定温度まで加熱する貯湯運転、及び、所定の凍結予防条件において前記加熱回路に前記湯水を流す凍結予防運転、を少なくとも実行する制御装置と、を備え、
   前記制御装置は、前記凍結予防運転を実行する場合に、前記操作手段がＯＮ状態であるかＯＦＦ状態であるかによって、前記ヒートポンプ装置から流出する湯水の温度を変更するヒートポンプ給湯機。
2. 前記制御装置は、前記操作手段がＯＮ状態である場合には、前記凍結予防運転において、前記ヒートポンプ装置から流出する湯水の温度を、前記操作手段で設定された前記設定温度とする請求項１に記載のヒートポンプ給湯機。
3. 前記制御装置は、前記凍結予防運転において、前記ヒートポンプ装置から流出する湯水の温度を、前記設定温度の下限温度以上の範囲で変更する請求項１に記載のヒートポンプ給湯機。
4. 前記制御装置は、前記操作手段がＯＦＦ状態である場合には、前記凍結予防運転において、前記ヒートポンプ装置から流出する湯水の温度を、前記貯湯槽内の前記湯水の貯湯温度とする請求項１または２に記載のヒートポンプ給湯機。
5. 前記制御装置は、前記操作手段がＯＦＦ状態である場合には、前記凍結予防運転において、前記ヒートポンプ装置から流出する前記湯水の温度を、前記設定温度の前記下限温度とする請求項１から３のいずれか１項に記載のヒートポンプ給湯機。