JP3737381B2 - 給湯装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ヒートポンプ式の給湯装置に関わり、特に、沸き上げ終盤における給水温度の上昇に伴う沸き上げ能力の低下を抑え、且つ沸き上げ終了条件を最適化してランニングコストを下げる技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、冷媒圧縮機、水熱交換器の冷媒流路、膨張弁、及び室外ファンを付設した空気熱交換器を環状に接続したヒートポンプサイクルと、給湯用の温水を貯える貯湯タンクと、水熱交換器の温水流路とを温水配管で接続し、途中にポンプを介設した温水回路と、（冷媒流路の出口側の冷媒温度−温水流路の入口側の温水温度）＜目標温度差であると膨張弁を開く方向に制御し、（冷媒流路の出口側の冷媒温度−温水流路の入口側の温水温度）＞目標温度差であると膨張弁を閉じる方向に制御して高いＣＯＰを達成したヒートポンプ式の給湯装置がある。
この給湯装置では、冷媒流路の出口側の冷媒温度と温水流路の入口側の温水温度との差に基づいて制御を行っている。
なお、通常、目標温度差は、１０℃を中心として所定の幅を有する温度範囲（例えば、９．５℃〜１１℃）に設定される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の給湯装置は、以下の課題を有する。
温水回路内の温水の温度が高い（４０℃以上）場合等において、下記に示す原因によってヒートポンプサイクル内の冷媒圧力が下がって給湯能力の低下を招き、温水温度を目標温水温度に維持できなくなるという不具合が発生する。
【０００４】
温水回路内の温水の温度が高いと、冷媒流路の出口側の冷媒温度と、温水流路の入口側の温水温度との間に温度差が生じ難くなって膨張弁が開く方向に制御され、結果として、ヒートポンプサイクル内の高圧側冷媒圧力が低下する。
特に、長時間の運転停止によって貯湯タンク内の温水の温度が下がっており、それを再度沸かし上げる場合や、貯湯タンクを含む温水回路内の温水の温度が不均一の場合に問題となる。
【０００５】
また、運転時間の経過とともに給水温度が上昇していくので、上記従来の給湯装置は、沸き上がり直前では、冷媒流路の出口側の冷媒温度と温水流路の入口側の温水温度との温度差が小さくなり制御が難しくなるという別の課題を有する。つまり、給水温度が低い場合には、図１９の実線で示すサイクルバランスとなり、冷媒流路の出口側の冷媒温度と、温水流路の入口側の温水温度との温度差に基づいて膨張弁開度を調整し、温度差を規定値範囲内に収めることで給湯温度を目標温度に維持することができる。
【０００６】
しかし、沸き上げの進行によって、給水温度が上昇する（例えば６０℃）と、図１９の破線５４に示す様に温度差が取れなくなってしまう。この場合には、膨張弁の開度が大きくなる様に制御されるので、高圧圧力が維持できず給湯温度の低下を招く。
【０００７】
本発明の第１の目的は、ヒートポンプサイクル内の冷媒圧力の低下に起因して発生する給湯能力の低下を防止したヒートポンプ式の給湯装置の提供にある。
【０００８】
本発明の第２の目的は、沸き上げ中の給水温度が上昇する時における能力不足の解消や目標出湯温度の確保を、新たな機能部品を追加することなく通常のヒートポンプサイクルの制御のみによって解決し、且つ出湯制御の安定性や信頼性を向上させ、コスト低減を狙ったヒートポンプ式の給湯装置の提供にある。
【０００９】
本発明の第３の目的は、第２の目的に加え、時間帯別電力料金による単位時間当たりの電力料金を考慮した沸き上げが行え、ランニングコストを抑えたヒートポンプ式の給湯装置の提供にある。
本発明の第４の目的は、沸き上がり直前の制御を確実に行うことができるヒートポンプ式の給湯装置の提供にある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
〔請求項１について〕
給湯装置は、冷媒圧縮機、水熱交換器の冷媒流路、膨張弁、及び空気熱交換器を環状に接続したヒートポンプサイクルと、給湯用流体を貯えるタンクを有し、このタンクと水熱交換器の流体流路とを接続し、その接続途中に流体ポンプを介設した給湯用流体回路と、冷媒圧縮機や膨張弁等を制御する制御器とを備える。
【００１１】
制御器は、（冷媒流路の出口側の冷媒温度−流体流路の入口側の流体温度）＜目標温度差であると膨張弁を開く方向に制御し、（冷媒流路の出口側の冷媒温度−流体流路の入口側の流体温度）＞目標温度差であると膨張弁を閉じる方向に制御する。
【００１２】
但し、制御器は、冷媒流路の出口側の冷媒温度と流体流路の入口側の流体温度との温度差が目標温度差よりも小さく、膨張弁を開く方向に制御する際に、給湯用流体の目標給湯温度が確保されるように、ヒートポンプサイクルの高圧側冷媒圧力を所定の冷媒圧力以上に維持する制御を行う。
【００１３】
これにより、ヒートポンプサイクルの高圧側冷媒圧力を所定の冷媒圧力以上に維持することができ、給湯用流体の目標給湯温度が確保される。
【００１４】
〔請求項２について〕
請求項１において、制御器は、膨張弁を開く方向に制御する際に、目標給湯温度に対応する冷媒圧力を得るための膨張弁開度を上限開度として設定し、その上限開度以下の開度範囲で膨張弁を開く方向に制御することにより、ヒートポンプサイクルの高圧側冷媒圧力を所定の冷媒圧力以上に維持する。
これにより、ヒートポンプサイクルの高圧側冷媒圧力を所定の冷媒圧力以上に維持することができ、給湯用流体の目標給湯温度が確保される。
【００１５】
〔請求項３について〕
請求項１において、制御器は、膨張弁を開く方向に制御した結果、目標給湯温度に対応する冷媒圧力よりも実際の冷媒圧力の方が小さくなった場合には、その圧力差が縮小するように膨張弁の開度が小さくなる方向に制御して、ヒートポンプサイクルの高圧側冷媒圧力を所定の冷媒圧力以上に維持する。
これにより、ヒートポンプサイクルの高圧側冷媒圧力を所定の冷媒圧力以上に維持することができ、給湯用流体の目標給湯温度が確保される。
【００１６】
〔請求項４について〕
請求項１において、制御器は、膨張弁を開く方向に制御した結果、目標給湯温度に対応する冷媒圧力よりも実際の冷媒圧力の方が小さくなった場合には、その圧力差が縮小するように膨張弁開度を一定若しくは小さくなる方向に制御しつつ、冷媒圧縮機の回転数を上昇させる制御を行って、ヒートポンプサイクルの高圧側冷媒圧力を所定の冷媒圧力以上に維持する。
これにより、ヒートポンプサイクルの高圧側冷媒圧力を所定の冷媒圧力以上に維持することができ、給湯用流体の目標給湯温度が確保される。
【００１７】
〔請求項５について〕
請求項１において、流体ポンプは、実際の給湯温度と目標給湯温度との温度差に応じて流体流路を流れる給湯用流体の流量を調節するものであって、流体ポンプが給湯用流体の流量を低下させたにもかかわらず、実際の給湯温度が目標給湯温度に達しないとき、制御器は、その温度差に基づいて、ヒートポンプサイクルの高圧側冷媒圧力を上昇させて、所定の冷媒圧力以上に維持する。
これにより、ヒートポンプサイクルの高圧側冷媒圧力を所定の冷媒圧力以上に維持することができ、給湯用流体の目標給湯温度が確保される。
【００１８】
〔請求項６について〕
請求項５において、制御器は、実際の給湯温度と目標給湯温度との温度差に基づいて膨張弁を閉じる方向に制御することにより、ヒートポンプサイクルの高圧側冷媒圧力を所定の冷媒圧力以上に維持する。
これにより、ヒートポンプサイクルの高圧側冷媒圧力を所定の冷媒圧力以上に維持することができ、給湯用流体の目標給湯温度が確保される。
【００１９】
〔請求項７について〕
請求項５において、制御器は、実際の給湯温度と目標給湯温度との温度差に基づいて膨張弁の開度を一定若しくは小さくなる方向に制御しつつ、冷媒圧縮機の回転数を上昇させる制御を行って、ヒートポンプサイクルの高圧側冷媒圧力を所定の冷媒圧力以上に維持する。
これにより、ヒートポンプサイクルの高圧側冷媒圧力を所定の冷媒圧力以上に維持することができ、給湯用流体の目標給湯温度が確保される。
【００２０】
〔請求項８について〕
請求項１乃至請求項７の何れかにおいて、制御器は、冷媒圧縮機の吸入側の冷媒温度が低い程、膨張弁の開度が小さくなる方向へ制御するか、若しくは冷媒圧縮機の回転数を上昇させる制御を行って、ヒートポンプサイクルの高圧側冷媒圧力を所定の冷媒圧力以上に維持する。
これにより、ヒートポンプサイクルの高圧側冷媒圧力を所定の冷媒圧力以上に維持することができ、給湯用流体の目標給湯温度が確保される。
【００２１】
〔請求項９について〕
給湯装置は、冷媒圧縮機、水熱交換器の冷媒流路、膨張弁、及び空気熱交換器を環状に接続したヒートポンプサイクルと、給湯用流体を貯えるタンクを有し、このタンクと水熱交換器の流体流路とを接続し、その接続途中に流体ポンプを介設した給湯用流体回路と、冷媒圧縮機や膨張弁等を制御する制御器とを備える。
【００２２】
制御器は、（冷媒流路の出口側の冷媒温度−流体流路の入口側の流体温度）＜目標温度差であると膨張弁を開く方向に制御し、（冷媒流路の出口側の冷媒温度−流体流路の入口側の流体温度）＞目標温度差であると膨張弁を閉じる方向に制御する。
【００２３】
但し、制御器は、空気熱交換器において、冷媒から外気へ放熱が生じる状態であることを検出した場合には、少なくともその放熱が停止するまでヒートポンプサイクルの高圧側冷媒圧力を上昇させる制御を行う。
これにより、ヒートポンプサイクルの高圧側冷媒圧力を所定の冷媒圧力以上に維持することができ、給湯用流体の目標給湯温度が確保される。
【００２４】
〔請求項１０について〕
請求項９において、制御器は、少なくとも膨張弁の開度が小さくなる方向に制御するか、若しくは冷媒圧縮機の回転数を上昇させる制御を行って、ヒートポンプサイクルの高圧側冷媒圧力を上昇させる。
これにより、ヒートポンプサイクルの高圧側冷媒圧力を所定の冷媒圧力以上に維持することができ、給湯用流体の目標給湯温度が確保される。
【００２５】
〔請求項１１について〕
請求項９または請求項１０において、空気熱交換器は、外気から冷媒への吸熱を促進するためのファンを有し、空気熱交換器において冷媒から外気へ放熱が生じる状態であることを制御器が検出すると、ファンの駆動を停止する。
冷媒から外気へ放熱が生じる状態である場合には、空気熱交換器で放熱が起こり熱ロスが発生する。これを防止するため、上記の場合には、ファンの駆動を停止して空気熱交換器での放熱を止める。
【００２６】
〔請求項１２について〕
給湯装置は、冷媒圧縮機、水熱交換器の冷媒流路、膨張弁、及び空気熱交換器を環状に接続したヒートポンプサイクルと、給湯用流体を貯えるタンクを有し、このタンクと水熱交換器の流体流路とを接続し、その接続途中に流体ポンプを介設した給湯用流体回路と、冷媒圧縮機や膨張弁等を制御する制御器とを備える。
【００２７】
制御器は、（冷媒流路の出口側の冷媒温度−流体流路の入口側の流体温度）＜目標温度差であると膨張弁を開く方向に制御し、（冷媒流路の出口側の冷媒温度−流体流路の入口側の流体温度）＞目標温度差であると膨張弁を閉じる方向に制御する。
【００２８】
但し、制御器は、流体流路の入口側の流体温度が所定の温度以上である場合、ヒートポンプサイクルを構成する機材の耐圧限界圧より小さい値に設定した上限圧を目標圧力とし、ヒートポンプサイクルの高圧側冷媒圧力を目標圧力に一致するように制御する。
これにより、ヒートポンプサイクルの高圧側冷媒圧力を所定の冷媒圧力以上に維持することができ、給湯用流体の目標給湯温度が確保される。
【００２９】
〔請求項１３について〕
請求項１２において、流体ポンプが、流体流路の出口側の流体温度と目標貯湯温度との温度差に応じて、流体流路を流れる給湯用流体の流量を調整することにより、タンクに貯えられる給湯用流体の温度を目標貯湯温度に一致させる。
【００３０】
〔請求項１４について〕
請求項１２において、制御器は、水熱交換器の流体流路の入口側の流体温度と空気熱交換器の入口側の冷媒温度とから高圧側冷媒圧力を推定し、この推定冷媒圧力が上限値に一致するように膨張弁開度を増減する。
なお、水熱交換器の流体流路の入口側の様々な流体温度毎に、空気熱交換器の入口側の冷媒温度と高圧側冷媒圧力との関係をグラフやマップにしておき、水熱交換器の流体流路の入口側の流体温度と空気熱交換器の入口側の冷媒温度とから高圧側冷媒圧力を推定する。
高圧側冷媒圧力センサを設置する必要がないので部品代が削減でき、且つ高圧側冷媒圧力センサの保守も不要である。
【００３１】
〔請求項１５について〕
請求項１２において、水熱交換器の流体流路の入口側の流体温度が所定の温度以上である場合に、ヒートポンプサイクルの高圧側冷媒圧力を目標圧力に一致させる制御（効率が悪い高給水温時の制御）を電気代が安い深夜電力時間帯のみ行う。
これにより、ランニングコストを低減することができる。
【００３２】
〔請求項１６について〕
請求項１２において、制御器は、使用者が一日に使う温水量およびその温度から一日当たりの必要温水熱量を算出し、現在のタンク内の温水熱量と必要温水熱量とに基づいて、ヒートポンプサイクルの高圧側冷媒圧力を目標圧力に一致させる制御（効率が悪い高給水温時の制御）を行う必要が有るか無いかを判別し、有ると判別した場合のみ上記制御を行う。
これにより、ランニングコストを低減することができる。
【００３３】
〔請求項１７について〕
請求項１において、給湯装置は、時間帯別に異なる料金を設定した電気契約を電力会社と結んでおり、且つ、制御器は、ヒートポンプサイクルの高圧側冷媒圧力を所定の冷媒圧力以上に維持する制御（効率が悪い高給水温時の制御）を電気料金が安い深夜電力時間帯のみ行う。
これにより、ランニングコストを低減することができる。
【００３４】
〔請求項１８について〕
請求項１において、制御器は、使用者が一日に使う温水量およびその温度から一日当たりの必要温水熱量を算出し、現在のタンク内の温水熱量と必要温水熱量とに基づいて、ヒートポンプサイクルの高圧側冷媒圧力を所定の冷媒圧力以上に維持する制御（効率が悪い高給水温時の制御）を行う必要が有るか無いかを判別し、有ると判別した場合のみ上記制御を行う。
これにより、ランニングコストを低減することができる。
【００３５】
〔請求項１９について〕
請求項９において、制御器は、ヒートポンプサイクルの高圧側冷媒圧力を上昇させる制御（効率が悪い高給水温時の制御）を電気料金が安い深夜電力時間帯のみ行う。
これにより、ランニングコストを低減することができる。
【００３６】
〔請求項２０について〕
請求項９において、制御器は、使用者が一日に使う温水量およびその温度から一日当たりの必要温水熱量を算出し、現在のタンク内の温水熱量と必要温水熱量とに基づいて、ヒートポンプサイクルの高圧側冷媒圧力を上昇させる制御（効率が悪い高給水温時の制御）を行う必要が有るか無いかを判別し、有ると判別した場合のみ上記制御を行う。
【００３７】
〔請求項２１について〕
給湯装置は、冷媒圧縮機、水熱交換器の冷媒流路、膨張弁、及び空気熱交換器を環状に接続したヒートポンプサイクルと、給湯用流体を貯えるタンクを有し、このタンクと水熱交換器の流体流路とを接続し、その接続途中に流体ポンプを介設した給湯用流体回路と、タンク内の給湯用流体量とその流体温度とを検出して蓄熱量を算出する蓄熱量算出手段と、膨張弁、流体ポンプ、および冷媒圧縮機を制御して沸き上げ運転を行う制御器とを備える。
【００３８】
料金設定が最も低い深夜時間帯には、使用者がタンク内の給湯用流体を使い、タンク内の給湯用流体の蓄熱量が第１所定量Ｍ１を下回る状態を検知すると制御器が沸き上げ運転を開始し、流体流路の入口側の流体温度が第１設定温度Ｋ１以上になるか、タンク内の給湯用流体の蓄熱量が第１所定量Ｍ１＋αに達すると沸き上げ運転を停止する。なお、α≧０である。
【００３９】
料金設定が比較的低い朝晩時間帯には、使用者がタンク内の給湯用流体を使い、タンク内の給湯用流体の蓄熱量が第２所定量Ｍ２を下回る状態を検知すると制御器が沸き上げ運転を開始し、流体流路の入口側の流体温度が第２設定温度Ｋ２以上になるか、タンク内の給湯用流体の蓄熱量が第２所定量Ｍ２＋βに達すると沸き上げ運転を停止する。なお、β≧０である。
【００４０】
料金設定が高い昼間時間帯には、使用者がタンク内の給湯用流体を使い、タンク内の給湯用流体の蓄熱量が第３所定量Ｍ３を下回る状態を検知すると制御器が沸き上げ運転を開始し、流体流路の入口側の流体温度が第３設定温度Ｋ３以上になるか、タンク内の給湯用流体の蓄熱量が第３所定量Ｍ３＋γに達すると沸き上げ運転を停止する。なお、γ≧０である。
【００４１】
各時間帯における、沸き上げ運転開始時におけるタンク内の給湯用流体の蓄熱量に対する沸き上げ運転停止時におけるタンク内の蓄熱量の増加分α、β、γがそれぞれ異なっており、α＞β＞γである。
給湯装置は、使用者がタンク内の給湯用流体を使うパターンに対応して、湯の沸き上げ運転の開始判定条件と、沸き上げ運転の終了判定条件とを、各時間帯毎に独立して決めることができる。このため、全ての時間帯において、給湯用流体切れを起こすことがない状態で、電気代を安くすることができる。
【００４２】
〔請求項２２について〕
給湯装置は、冷媒圧縮機、水熱交換器の冷媒流路、膨張弁、及び空気熱交換器を環状に接続したヒートポンプサイクルと、給湯用流体を貯えるタンクを有し、このタンクと水熱交換器の流体流路とを接続し、その接続途中に流体ポンプを介設した給湯用流体回路と、膨張弁の開度および流体ポンプの能力を制御する制御器とを備える。
【００４３】
制御器は、流体流路の入口側の流体温度が制御変更温度未満の場合には、冷媒流路の出口側の冷媒温度と流体流路の入口側の流体温度との差が規定値範囲内になる様に膨張弁の開度を制御する。
そして、流体流路の入口側の流体温度が制御変更温度以上の場合には、流体ポンプの能力を固定するとともに、流体流路の出口側の流体温度が第１設定温度以上であると膨張弁の開度が増大する方向に制御し、流体流路の出口側の流体温度が第１設定温度より低く設定した第２設定温度以下であると膨張弁の開度が減少する方向に制御する。
これにより、ヒートポンプ式の給湯装置は、沸き上がり直前の制御を確実に行うことができる。
【００４４】
〔請求項２３について〕
給湯装置は、冷媒圧縮機、水熱交換器の冷媒流路、膨張弁、及び空気熱交換器を環状に接続したヒートポンプサイクルと、給湯用流体を貯えるタンクを有し、このタンクと水熱交換器の流体流路とを接続し、その接続途中に流体ポンプを介設した給湯用流体回路と、膨張弁の開度および流体ポンプの能力を制御する制御器とを備える。
【００４５】
流体流路の入口側の流体温度が制御変更温度未満の場合には、制御器は、冷媒流路の出口側の冷媒温度と流体流路の入口側の流体温度との差が規定値範囲内になる様に膨張弁の開度を制御する。
【００４６】
また、流体流路の入口側の流体温度が制御変更温度以上の場合には、制御器は、冷媒圧縮機の出口側の冷媒吐出温度が第１の設定温度以下であると膨張弁の開度が減少する方向に制御し、冷媒圧縮機の出口側の冷媒吐出温度が第１の設定温度より高く設定した第２の設定温度以上であると膨張弁の開度が増大する方向に制御する。
【００４７】
そして、流体流路の入口側の流体温度が制御変更温度以上の場合において、制御器は、流体流路の出口側の流体温度が第１設定温度以上であると流体ポンプの能力が増大する方向に制御し、流体流路の出口側の流体温度が第１設定温度より低く設定した第２設定温度以下であると流体ポンプの能力が減少する方向に制御する。
これにより、ヒートポンプ式の給湯装置は、沸き上がり直前の制御を確実に行うことができる。
【００４８】
〔請求項２４について〕
請求項２２または請求項２３において、ヒートポンプサイクルの高圧側冷媒圧力が低くなる程、冷媒流路の出口側の冷媒温度と流体流路の入口側の流体温度との温度差による制御が行い難くなるので、ヒートポンプサイクルの高圧側冷媒圧力が低い程、制御変更温度を低く設定している。
【００４９】
〔請求項２５について〕
請求項２２または請求項２３において、外気温度や目標給湯温度が低くなる程、冷媒流路の出口側の冷媒温度と流体流路の入口側の流体温度との温度差による制御が行い難くなるので、外気温度や目標給湯温度が低い程、制御変更温度を低く設定している。
【００５０】
〔請求項２６について〕
請求項２３乃至請求項２５の何れかにおいて、目標とする給湯温度を達成するため、第１の設定温度および第２の設定温度（冷媒圧縮機の出口側の冷媒吐出温度）は、目標給湯温度を越える温度に設定する必要がある。
外気温度が高い程、目標吐出温度と目標給湯温度との差が小さくなる様に、目標吐出温度および目標給湯温度を設定している。
これにより、外気温度が高い場合には、不用意に、ヒートポンプサイクルの高圧側冷媒圧力を上げることなく目標とする給湯温度を達成することができる。
【００５１】
〔請求項２７について〕
請求項２３乃至請求項２５の何れかにおいて、外気温度が高い程、目標給湯温度の上限値を低くしている。
これにより、外気温度が高い場合には、不用意に、ヒートポンプサイクルの高圧側冷媒圧力を上げることなく目標とする給湯温度を達成することができる。
〔請求項２８について〕
料金設定が異なる時間帯によって、沸き上げ運転を開始する際に所定温度を検出する温度センサが異なるとともに、沸き上げ運転開始時におけるタンク内の給湯用流体の蓄熱量に対する沸き上げ運転停止時におけるタンク内の給湯用流体の蓄熱量の増加量が異なり、料金設定が低くなるに従ってタンク内の給湯用流体の蓄熱量の増加量が大きくなる。
給湯装置は、全ての時間帯において、給湯用流体切れを起こすことがない状態で、電気代を安くすることができる。
【００５２】
【発明の実施の形態】
本発明の第１実施例（請求項１、２、５に対応）を、図１〜図３に基づいて説明する。
給湯装置Ａは、コンプレッサ１、水熱交換器２の冷媒流路２１、膨張弁３、室外ファン４１を付設した空気熱交換器４、およびアキュムレータ（図示せず）を冷媒配管４２で環状に接続したヒートポンプサイクルＨと、給湯用の温水を貯える貯湯タンク５と、水熱交換器２の温水流路２２とを温水配管５１で接続し、途中にポンプ６を介設した温水回路Ｗと、制御器（図示せず）とを備える。
【００５３】
コンプレッサ１は、内蔵した電動モータによって駆動され、アキュムレータから吸引した気相冷媒を臨界圧力以上に圧縮して吐出する。このコンプレッサ１は、電動モータへの通電量に応じて能力（回転数）が増減する。
【００５４】
水熱交換器２は、コンプレッサ１から吐出する冷媒（二酸化炭素）が流れる冷媒流路２１と、温水が流れる温水流路２２とを有する。そして、コンプレッサ１より吐出し、冷媒流路２１を流れる高温冷媒（ホットガス）が、貯湯タンク５から流出した温水に放熱し、温水が昇温する。
なお、温水流路２２の入口側には給水温センサ５１１が配され、冷媒流路２１の出口側には冷媒温度センサ４２１が配されている。
【００５５】
膨張弁３は、アクチュエータにより駆動される弁体を有し、アクチュエータへの通電量に応じて弁開度を可変することができる。
【００５６】
空気熱交換器４は、膨張弁３を通過して減圧した冷媒を、室外ファン４１によって送風される外気と熱交換して蒸発させる。
空気熱交換器４より流出する冷媒を気液分離するためにアキュムレータが設けられ、気相冷媒がコンプレッサ１に送られる。
【００５７】
温水配管５１は、貯湯タンク５の下部に設けられた温水出口５２と、上部に設けられた温水入口５３との間を接続する配管である。
【００５８】
制御器は、給水温センサ５１１および冷媒温度センサ４２１の出力に基づいて、コンプレッサ１の電動モータ、室外ファン４１、および膨張弁３を制御する。また、温水流路２２の出口側にもセンサが設けられており、貯湯タンク５に送られる温水の温度が目標給湯温度になる様に、温水流路２２の温水流量をポンプ６によって制御する。
【００５９】
つぎに、給湯装置Ａの作動を説明する。
貯湯タンク５内の給水（温水）は、ポンプ６により温水出口５２から出て温水配管５１を介して、水熱交換器２の温水流路２２を通り、温水入口５３から貯湯タンク５内に戻る。
【００６０】
一方、コンプレッサ１により、高温高圧に圧縮された冷媒は、水熱交換器２の冷媒流路２１内を流れ、水熱交換器２の温水流路２２内を逆方向に流れる給水（温水）を加熱する。
膨張弁３を冷媒が通過すると膨張して低圧になる。
低温の冷媒は、空気熱交換器４内で室外ファン４１によって送風される外気と熱交換（大気吸熱）して蒸発し、アキュムレータを経てコンプレッサ１に戻る。
【００６１】
膨張弁３は、図２に示す様に、制御器により、冷媒出口温度と給水入口温度との温度差ΔＴに基づいて制御される。
【００６２】
即ち、温度差ΔＴ＝（冷媒温度センサ４２１により検出される冷媒出口温度）−（給水温センサ５１１により検出される給水温度）であり、この温度差ΔＴが、目標温度差範囲内（例えば９℃〜１１℃）か否かに応じて膨張弁３の開度を制御する。
【００６３】
なお、温度差ΔＴが９℃よりも小さければ膨張弁３を開弁方向に駆動し、１１℃よりも大きければ閉弁方向に駆動する。
また、目標温度差（範囲）は、一定でも良く、外気温度等に基づいて変えても良い。
【００６４】
上記制御を給水温度が高い（４０℃以上）状態で行うと、冷媒流路２１の出口側の冷媒温度と、給水温センサ５１１により検出される給水温度との間に温度差が生じ難くなって膨張弁３が開く方向に制御される。
【００６５】
これにより、図３の矢印→に示す様に、ヒートポンプサイクルＨ内の高圧側冷媒圧力が下がって給湯能力の低下を招き、給湯温度を目標給湯温度に維持できなくなるという不具合が発生する。
【００６６】
そこで、本実施例では、給水温度（給水温センサ５１１により検出される給水温度）が４０℃以上の場合に、目標給湯温度（約９０℃）まで温水を昇温可能な高圧側冷媒圧力を得るための膨張弁３の開度を上限開度として設定する。
【００６７】
そして、温度差ΔＴに基づいて、その上限開度以上に膨張弁３が開く様に制御指示がなされた場合には、その制御指示にかかわらず膨張弁３の開度を上限開度までしか開かない様にする。
【００６８】
なお、ヒートポンプサイクルＨの状態（外気温、冷媒の放熱量、吸熱量）によって、同じ膨張弁３の開度でも、高圧側冷媒圧力が変化するので、ヒートポンプサイクルＨの状態に応じて上記上限開度を設定することが好ましい。
【００６９】
これにより、給水温度が高い（４０℃以上）場合にも、サイクル高圧が維持できるので、給湯能力を確保でき、給湯温度を目標給湯温度に維持できる。
また、電磁弁、制水弁、または電気ヒータ等の機能部品を追加する必要がないので、信頼性や耐久性が向上する。
【００７０】
つぎに、本発明の第２実施例（請求項１、２、３、４、５、６、７、１０に対応）を、図１、図４、図５に基づいて説明する。
給湯装置Ｂは、下記に示す点が給湯装置Ａと異なる。
【００７１】
給水温度（給水温センサ５１１により検出される給水温度）が４０℃以上の場合に、図４の（ａ）に示す様に、目標給湯温度（約９０℃）と、現在の給湯温度（温水流路出口側の給湯温度）との温度差に基づいて、コンプレッサ１の回転数の増速率（−１５％〜＋１５％）を決める。
このとき、膨張弁３は、その開度が上限開度付近の一定開度に維持されているか、若しくは閉じる方向に駆動される。
【００７２】
これにより、給湯温度が高い（４０℃以上）等の給湯能力が不足し易い場合に、サイクル高圧が維持できるので、給湯能力を確保でき、給湯温度を目標給湯温度に維持できる。
つまり、給湯能力が不足して、目標給湯温度まで昇温できない場合、コンプレッサ１の回転数を増加させることにより、ヒートポンプサイクルＨの高圧側冷媒圧力を上昇させて給湯温度を目標給湯温度まで上昇させるのである。
【００７３】
なお、高ＣＯＰを得るため、コンプレッサ１の回転数は、図４の（ｂ）に示す基準パターンが設定されているので、充分な給湯能力が得られている場合（目標給湯温度＜給湯温度）には、コンプレッサ１の回転数をその基準パターンに合う様に減速することが好ましい。
また、給湯装置Ｂは、電磁弁、制水弁、または電気ヒータ等の機能部品を追加する必要がないので、信頼性や耐久性が向上する。
【００７４】
更に、図５に示す様に、目標給湯温度と現在の給湯温度との温度差に基づいて、コンプレッサ１の回転数の増速率の上限値および下限値を、外気温に応じて変更する様にしても良い。
例えば、外気温３℃では、上限値を＋１５％、下限値を−１５％とし、外気温２５℃では、上限値を＋５％、下限値を−５％とする。
【００７５】
この様にすれば、外気温が低く大気吸熱を行い難い状態でもサイクル高圧が維持できるので、給湯能力を確保でき、給湯温度を目標給湯温度に維持することができる。
なお、第２実施例では、目標給湯温度と実際の給湯温度との温度差に応じてコンプレッサ１の回転数の増速率を設定しているが、その温度差に応じて膨張弁３の開度をＦ／Ｂ制御しても良い。
【００７６】
この場合、目標給湯温度＞実際の給湯温度であれば、膨張弁３は、その開度が閉じる方向に駆動され、目標給湯温度＜実際の給湯温度であれば開く方向に駆動される。
更に、コンプレッサ１の回転数制御と、膨張弁３の開度制御とを同時に行っても良い。
【００７７】
つぎに、本発明の第３実施例（請求項１、９、１０、１１に対応）を、図６〜図８に基づいて説明する。
給湯装置Ｃは、下記に示す点が給湯装置Ａと異なる。
空気熱交換器４の入口側の冷媒配管４２に、空気熱交換器４に入る冷媒の温度を検出するための冷媒入口温度センサ４２２を配している。また、外気の温度を検出するための外気温センサ４２３を室外ファン４１の近傍に配している。
【００７８】
つぎに、給湯装置Ｃの作動を説明する。
給湯装置Ａと同様に、膨張弁３は、図２に示す様に、制御器により、目標温度差ΔＴに基づいて制御される。
即ち、目標温度差ΔＴ＝（冷媒温度センサ４２１により検出される冷媒出口温度）−（給水温センサ５１１により検出される給水温度）であり、この目標温度差ΔＴが、目標温度差範囲内（例えば９℃〜１１℃）か否かに応じて膨張弁３の開度を制御する。
【００７９】
なお、目標温度差ΔＴが９℃よりも小さければ膨張弁３を開弁方向に駆動し、１１℃よりも大きければ閉弁方向に駆動する。
また、目標温度差（範囲）は、一定でも良く、外気温度等に基づいて変えても良い。
【００８０】
給水温度が高い（４０℃以上）状態で運転を続けると、冷媒流路２１の出口側の冷媒温度と、給水温センサ５１１により検出される給水温度との間に温度差が生じ難くなって膨張弁３が開く方向に制御され、ヒートポンプサイクルＨ内の冷媒圧力が下がって来る。
【００８１】
サイクル高圧が低下して行くと、サイクル挙動として、図７に示す様に、コンプレッサ圧縮（状態１→状態２）、水熱交換器２での熱交換（状態２→状態３）、膨張弁３による減圧（状態３→状態４）と進み、空気熱交換器４で放熱（状態４→状態１）してしまい、熱ロスが発生する。
【００８２】
そこで、本実施例では、図８に示す様に、（冷媒入口温度センサ４２２で検出される冷媒温度−外気温センサ４２３で検出される外気温度）≧０℃となる場合には、その温度差が大きい程、コンプレッサ１の回転数の増速率を上げる制御を行う。
更に、空気熱交換器４での放熱を防止するため、空気熱交換器４に付設した室外ファン４１を停止して空気熱交換器４での放熱を止めている。
【００８３】
これにより、サイクル高圧が維持できるので、給湯能力を確保でき、給湯温度を目標給湯温度に維持でき、且つ、空気熱交換器４における放熱ロスを防止できる。
また、給湯装置Ｃは、電磁弁、制水弁、または電気ヒータ等の機能部品を追加する必要がないので、信頼性や耐久性が向上する。
【００８４】
つぎに、本発明の第４実施例（請求項１、９、１０、１１に対応）を、図６、図７、図９に基づいて説明する。
給湯装置Ｄは、下記に示す点が給湯装置Ｃと異なる。
【００８５】
給湯装置Ｄは、給湯装置Ａと同様に、膨張弁３は、図２に示す様に、制御器により、目標温度差ΔＴに基づいて制御される。
即ち、目標温度差ΔＴ＝（冷媒温度センサ４２１により検出される冷媒出口温度）−（給水温センサ５１１により検出される給水温度）であり、この目標温度差ΔＴが、目標温度差範囲内（例えば９℃〜１１℃）か否かに応じて膨張弁３の開度を制御する。
【００８６】
なお、目標温度差ΔＴが９℃よりも小さければ膨張弁３を開弁方向に駆動し、１１℃よりも大きければ閉弁方向に駆動する。
また、目標温度差（範囲）は、一定でも良く、外気温度等に基づいて変えても良い。
【００８７】
給水温度が高い（４０℃以上）状態で運転を続けると、冷媒流路２１の出口側の冷媒温度と、給水温センサ５１１により検出される給水温度との間に温度差が生じ難くなって膨張弁３が開く方向に制御され、ヒートポンプサイクルＨ内の冷媒圧力が下がって来る。
【００８８】
サイクル高圧が低下して行くと、サイクル挙動として、図７に示す様に、コンプレッサ圧縮（状態１→状態２）、水熱交換器２での熱交換（状態２→状態３）、膨張弁３による減圧（状態３→状態４）と進み、空気熱交換器４で放熱（状態４→状態１）してしまい、熱ロスが発生する。
【００８９】
そこで、本実施例では、図９に示す様に、（冷媒入口温度センサ４２２で検出される冷媒温度−外気温センサ４２３で検出される外気温度）≧０℃となる場合には、その温度差が大きい程、膨張弁３の増開率（目標温度差ΔＴに基づく膨張弁開度に対する％）を下げる制御を行う。
更に、この場合には、空気熱交換器４での放熱を防止するため、空気熱交換器４に付設した室外ファン４１を停止して空気熱交換器４での放熱を止めている。
【００９０】
これにより、サイクル高圧が維持できるので、給湯能力を確保でき、給湯温度を目標給湯温度に維持でき、且つ空気熱交換器４での放熱ロスを防止できる。
また、電磁弁、制水弁、または電気ヒータ等の機能部品を追加する必要がないので、信頼性や耐久性が向上する。
なお、第３実施例のコンプレッサ１の増速制御を併用しても良い。
【００９１】
つぎに、本発明の第５実施例（請求項１２、１３、１４に対応）を、図１１〜図１５に基づいて説明する。
給湯装置Ｅは、下記に示す構成が給湯装置Ａと異なる。
４２０はアキュームレータである。
水熱交換器２には、冷媒流路２１の出口側の冷媒温度を検出する冷媒温度センサ４２１と、温水流路２２の入口側の給水温度（温水温度）を検出する給水温センサ５１１とが配設されている。
【００９２】
空気熱交換器４の入口側の冷媒配管４２には、空気熱交換器４に入る冷媒の温度を検出するための冷媒入口温度センサ４２２を配している。
また、空気熱交換器４の出口側の冷媒配管４２には、空気熱交換器４から出る出口側冷媒温度を検出するための冷媒出口温度センサ４２４を配している。
【００９３】
（通常運転時；図１３のステップｓ１）
コンプレッサ１によって高温・高圧に圧縮された冷媒は、水熱交換器２の冷媒流路２１を通過し、温水流路２２を通過する温水を加熱する。
冷媒流路２１を通過した冷媒は、膨張弁３で膨張して低圧となり、空気熱交換器４で蒸発して大気吸熱を行い、アキュームレータ４２０を経てコンプレッサ１に戻る。
【００９４】
貯湯タンク５内の温水は、タンク下部の温水出口５２から、ポンプ６を介設した温水配管５１を通って温水流路２２に流入し、昇温してタンク上部の温水入口５３から貯湯タンク５に戻る。
【００９５】
膨張弁３は、図１２に示す様に、冷媒温度センサ４２１が検出する出口側冷媒温度と、給水温センサ５１１が検出する給水温度との差（目標膨張弁制御温度差＝ΔＴ）に基づき、最適な膨張弁開度（高ＣＯＰ）となる様に制御される。
【００９６】
（高給水運転時）
給水温度が高い場合（４０℃以上、特に６０℃以上）には、給湯能力が不足する。
そこで、本実施例では給水温度が６０℃以上（図１３のステップｓ２でＹＥＳ）になると下記に示す高給水膨張弁制御に移行する（ステップｓ３）。
【００９７】
所定の余裕を考慮して、所定のヒートポンプサイクルＨを構成する冷媒配管４２等の機材の耐圧限界圧（例えば１８ＭＰａ）より小さい値に設定した上限圧（例えば１５ＭＰａ）をヒートポンプサイクルＨの高圧側冷媒圧力の目標圧力として設定する。これにより、給湯用温水の温度を目標給湯温度まで加熱するのに必要かつ充分な給湯能力が確保できる。
【００９８】
しかし、ヒートポンプサイクルＨの高圧側冷媒圧力が一律に上記上限圧になる様にすると、水熱交換器２において冷媒と熱交換した後の給湯用温水の温度が目標給湯温度（例えば９０℃）以上になってしまう場合がある。
そこで、ポンプ６の能力を制御して、即ち、給湯用温水の流量を増減して、給湯用温水の温度を目標給湯温度に維持する。
【００９９】
ヒートポンプサイクルＨの高圧側冷媒圧力を目標圧力に維持するには高圧側冷媒圧力を検出するための高圧側冷媒圧力センサが必要である。しかし、設置によりコストが上昇する。
【０１００】
そこで、本実施例では、図１４に示す様に、各給水温度毎度に、空気熱交換器４に入る冷媒の温度と高圧側冷媒圧力との関係を予め計測して高圧側冷媒圧力マップを作っておき、給水温度と空気熱交換器４に入る冷媒の温度とから、高圧側冷媒圧力を推定している。
これにより、高圧側冷媒圧力センサを設置する必要がないので部品代が削減でき、且つ高圧側冷媒圧力センサの保守も不要である。
【０１０１】
そして、この高圧側冷媒圧力マップを用いて推定した現在の高圧側冷媒圧力が上記上限圧になる様に膨張弁３の開度を増減している。
図１５に示す様に、上記上限圧と、推定した現在の高圧側冷媒圧力との圧力差が小さい程、膨張弁開度の増減値を減少させている。これにより、推定圧力のハンチングを防止できる。
【０１０２】
つぎに、本発明の第６実施例（請求項１５、１７、１９に対応）を説明する。貯湯タンク５内の温水全体を目標給湯温度まで沸き上げる場合、既に沸き上げた温水層が下方に進んで、まだ沸き上がっていない低温の水層を押し下げていくので、沸き上げ直前には必ず、給水温が上昇する。
【０１０３】
また、貯湯タンク５内に使われずに残っている温水塊がある場合に、その温水塊が水熱交換器２の温水流路２２に供給されて給水温が高くなる場合がある。
そして、この様に高い温度の給水に対して、上記第１実施例〜第５実施例に示す高給水温制御を行うことにより、給湯用温水の温度を目標給湯温度まで上昇させることが可能である。
【０１０４】
しかし、通常制御時に比べて高給水制御時におけるヒートポンプサイクルの効率は低い。
このため、本実施例では、上記第１実施例〜第５実施例の給湯装置における高給水温制御を、電気料金が安い深夜時間帯のみに行い、それ以外の時間帯（昼間時間帯等）では高給水温制御を行わない様にする。
【０１０５】
具体的には、給水温度が、高給水温制御を行う必要がある所定温度（例えば６０℃）以上である場合や、水熱交換器２の冷媒出口温度と給水温度との温度差を目標温度差範囲に維持する通常制御を行っている最中に、高圧側冷媒圧力が過度に低下したり、空気熱交換器４で放熱が生じた場合には、高給水温制御を行う必要があるが、昼間時間帯である場合には高給水温制御を行うことなく運転を停止する。
【０１０６】
つぎに、本発明の第７実施例（請求項１６、１８、２０に対応）を説明する。上記第１実施例〜第５実施例の給湯装置において、給水温が高くなって高給水温制御を行う必要がある場合でも以下の場合には昼夜を問わず、高給水温制御を行わない様にしている。
【０１０７】
使用者が一日に使う温水量およびその温度から一日当たりの必要温水熱量を算出する。
そして、算出された一日当たりの必要温水熱量から、貯湯タンク５内の温水全部を目標貯湯温度まで加熱しなくても使用者の温水使用に支障が有るか否かを判別する。即ち、貯湯タンク５の温水- 冷水の境界層部分の温水の温度を目標貯湯温度にまで加熱しなくても使用者の温水使用に支障が有るか否かを判別する。
支障がないと判別される場合には、昼夜を問わず、高給水温制御を行わない。
【０１０８】
具体的には、使用者が一日に使う温水量Ｑ１、その温水の平均温度Ｔ１とが、貯湯タンク５内の温水の境界層を除く貯湯量Ｑ２とその貯湯温度Ｔ２、および境界層の容量Ｑ３とその平均温度Ｔ３とに対して以下の条件を満たす場合には、沸き上げ直前の高給水温制御を行わない様にしている。
Ｑ１×Ｔ１ ＜ Ｑ２×Ｔ２ ＋ Ｑ３×Ｔ３
これにより、ランニングコストを低減することができる。
【０１０９】
つぎに、本発明の第８実施例（請求項２１、２８に対応）を、図１６、図１７に基づいて説明する。
給湯装置Ｆは、下記に示す構成が給湯装置Ｅと異なる。
貯湯タンク５の上部から計って、１００リットル、２００リットル、３００リットルの位置に、その位置の湯の温度を検出するサーミスタ５０１、５０２、５０３を配設している。
また、サーミスタ５０１、５０２は貯湯量センサとして機能し、サーミスタ５０３は満タンセンサとして機能する。
【０１１０】
沸き上げ中は、タンク下部に存在する低温の湯（または水）を水熱交換器２で加熱して作製した湯を貯湯タンク５の上部から貯湯していく動作を行う（図１６の破線参照）。
従って、沸き上げ中の、貯湯タンク５内の湯の温度分布は、サーミスタ５０３の検出温度Ｔｆ＞給水温センサ５１１が検出する給水温度ＴＷｉである。
【０１１１】
つぎに、給湯装置Ｆの各時間帯別の沸き上げ動作について説明する。
給湯装置Ｆを使用するにあたって、使用者は、時間帯別に異なる料金を設定した電気契約を電力会社と結んでいる。
【０１１２】
給湯装置Ｆの運転スイッチを入れる（ステップＳ１）と、ステップＳ２で現在の時間帯を判別する。
深夜時間帯の場合にはステップＳ３に進み、昼間時間帯の場合にはステップＳ６に進み、朝晩時間帯の場合にはステップＳ９に進む。
【０１１３】
（深夜時間帯；２３：００〜７：００）
ステップＳ３において、現在の貯湯量が所定量Ｌ１（例えば、６０℃以上の湯が１００リットル）以上あるか否かを判別し、所定量Ｌ１以上ある場合（ＹＥＳ）にはステップＳ２に戻って待機し、所定量Ｌ１未満の場合（ＮＯ）にはステップＳ４に進む。
【０１１４】
なお、現在の貯湯量は、サーミスタ５０１、５０２、５０３の検出湯温によって算出する。具体的には、サーミスタ５０１が６０℃以上の湯温を検出すると、６０℃以上の湯が１００リットル以上あるとする。
ステップＳ４で沸き上げ動作を開始し、ステップＳ５に進む。
【０１１５】
サーミスタ５０３（満タンセンサ）が検出する湯の温度が第１設定温度Ｋ１（本実施例では沸き上げ目標温度−１０℃）以上か否かをステップＳ５で判別し、第１設定温度Ｋ１以上になった場合（ＹＥＳ）にはステップＳ１２に進み、第１設定温度Ｋ１以上になっていない場合（ＮＯ）にはステップＳ４に戻って沸き上げ動作を継続する。
【０１１６】
（昼間時間帯；１０：００〜１７：００）
ステップＳ６において、現在の貯湯量が所定量Ｌ３（例えば、６０℃以上の湯が２００リットル）以上あるか否かを判別し、所定量Ｌ３以上ある場合（ＹＥＳ）にはステップＳ２に戻って待機し、所定量Ｌ３未満の場合（ＮＯ）にはステップＳ７に進む。
【０１１７】
現在の貯湯量は、サーミスタ５０１、５０２、５０３の検出湯温によって算出する。具体的には、サーミスタ５０２が６０℃以上の湯温を検出すると、６０℃以上の湯が２００リットル以上あるとする。
ステップＳ７で沸き上げ動作を開始し、ステップＳ８に進む。
【０１１８】
サーミスタ５０３（満タンセンサ）が検出する湯の温度が第３設定温度Ｋ３（本実施例では５０℃）以上か否かをステップＳ８で判別し、第３設定温度Ｋ３以上になった場合（ＹＥＳ）にはステップＳ１２に進み、第３設定温度Ｋ３以上になっていない場合（ＮＯ）にはステップＳ７に戻って沸き上げ動作を継続する。
【０１１９】
（朝晩時間帯；７：００〜１０：００、１７：００〜２３：００）
ステップＳ９において、現在の貯湯量が所定量Ｌ２（例えば、６０℃以上の湯が２００リットル）以上あるか否かを判別し、所定量Ｌ２以上ある場合（ＹＥＳ）にはステップＳ２に戻って待機し、所定量Ｌ２未満の場合（ＮＯ）にはステップＳ１０に進む。
【０１２０】
現在の貯湯量は、サーミスタ５０１、５０２、５０３の検出湯温によって算出する。具体的には、サーミスタ５０２が６０℃以上の湯温を検出すると、６０℃以上の湯が２００リットル以上あるとする。
ステップＳ１０で沸き上げ動作を開始し、ステップＳ１１に進む。
【０１２１】
サーミスタ５０３（満タンセンサ）が検出する湯の温度が第２設定温度Ｋ２（本実施例では６５℃）以上か否かをステップＳ１１で判別し、第２設定温度Ｋ２以上になった場合（ＹＥＳ）にはステップＳ１２に進み、第２設定温度Ｋ２以上になっていない場合（ＮＯ）にはステップＳ１０に戻って沸き上げ動作を継続する。
【０１２２】
本実施例の給湯装置Ｆの利点を述べる。
給湯装置Ｆは、貯湯タンク５内の湯を使うパターンに対応して、沸き上げ開始条件と沸き上げ終了条件とを、各時間帯毎に独立して決めることができる。
このため、全ての時間帯において湯切れを起こすことがない状態で、電気代を安くすることができる。
【０１２３】
沸き上げ開始条件や沸き上げ終了条件は、固定値でなく、使用者やサービスマンが自由に設定変更できる構成であっても良い。また、使用者の湯の使用状態に応じて最適な値が自動設定される構成であっても良い。
沸き上げ終了の判別を、サーミスタ５０３（満タンセンサ）が検出する湯の温度に基づいて行うのではなく、給水温センサ５１１が検出する給水温度ＴＷｉや貯湯タンク５内の湯の熱量に基づいて行っても良い。
沸き上げ開始条件…所定量Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３
沸き上げ終了条件…第１設定温度Ｋ１、第２設定温度Ｋ２、第３設定温度Ｋ３
【０１２４】
つぎに、本発明の第９実施例（請求項２２に対応）を、図１８および図２０に基づいて説明する。
給湯装置Ｇは、下記の構成が第１実施例の給湯装置Ａと異なる。
【０１２５】
水熱交換器２の温水流路２２の出口側には給湯温度を検出するための給湯温センサ５１２が配されている。
【０１２６】
制御器は、給水温センサ５１１、冷媒温度センサ４２１、および給湯温センサ５１２の各出力に基づいて、コンプレッサ１の電動モータへの通電量、室外ファン４１への通電量、および膨張弁３の開度を制御する。
【０１２７】
給水温センサ５１１が検出する給水温度が制御変更温度未満（例えば４０℃未満）の場合には、制御器は、冷媒温度センサ４２１が検出する冷媒温度と、給水温センサ５１１が検出する給水温度との温度差が９．５℃〜１１．０℃の範囲内になる様に膨張弁３の開度を制御する。
また、貯湯タンク５に送られる温水の温度が目標給湯温度になる様に、ポンプ６への通電量を制御して温水流路２２の温水流量を調整する。
【０１２８】
つぎに、給湯装置Ｇの作動を、図２０に示すフローチャートに基づいて説明する。
貯湯タンク５内の給水（温水）は、ポンプ６により温水出口５２から出て温水配管５１を介して、水熱交換器２の温水流路２２を通り、温水入口５３から貯湯タンク５内に戻る。
【０１２９】
一方、コンプレッサ１により、高温高圧に圧縮された冷媒は、水熱交換器２の冷媒流路２１内を流れ、水熱交換器２の温水流路２２内を逆方向に流れる給水（温水）を加熱する。
膨張弁３を冷媒が通過すると膨張して低圧になる。
低温の冷媒は、空気熱交換器４内で室外ファン４１によって送風される外気と熱交換（大気吸熱）して蒸発し、アキュムレータを経てコンプレッサ１に戻る。
【０１３０】
制御器により、冷媒温度センサ４２１が検出する冷媒温度と、給水温センサ５１１が検出する給水温度との温度差が、９．５℃〜１１．０℃の範囲内になる様に膨張弁３の開度を制御する（ステップｓ１の通常運転）。
具体的には、上記温度差が９．５℃よりも小さければ膨張弁３を開く方向に駆動し、１１．０℃よりも大きければ膨張弁３を閉じる方向に駆動する。
【０１３１】
上記制御を給水温度が高い状態（４０℃以上）で行うと、冷媒流路２１の出口側の冷媒温度と、給水温センサ５１１により検出される給水温度との間に温度差が生じ難くなって膨張弁３が開く方向に制御されて、ヒートポンプサイクルＨ内の高圧側冷媒圧力が下がって給湯能力の低下を招き、給湯温度を目標給湯温度に維持できなくなるという不具合が発生する。
【０１３２】
このため、給水温度が４０℃以上であるか否かをステップｓ２で判別し、給水温度が４０℃以上である場合（ＹＥＳ）には高給水温度制御（ステップｓ３〜ｓ７）に切り替える構成にしている。また、給水温度が４０℃未満の場合（ＮＯ）にはステップｓ１に戻って通常制御を継続する。
【０１３３】
ステップｓ３で、ポンプ６への通電量を一定値に維持して温水回路Ｗ内を流れる循環流量を固定し、ステップｓ４に進む。
給湯温センサ５１２が検出する給湯温度が９１℃以上であるか否かをステップｓ４で判別し、給湯温度≧９１℃の場合（ＹＥＳ）にはステップｓ５に進み、給湯温度＜９１℃の場合（ＮＯ）にはステップｓ６に進む。
【０１３４】
ステップｓ５で膨張弁３の開度を大きくする方向に制御し、ステップｓ２に戻る。
給湯温センサ５１２が検出する給湯温度が９０℃以下であるか否かをステップｓ６で判別し、給湯温度≦９０℃の場合（ＹＥＳ）にはステップｓ７に進み、給湯温度＞９０℃の場合（ＮＯ）にはステップｓ２に戻る。
ステップｓ７で膨張弁３の開度を小さくする方向に制御し、ステップｓ２に戻る。
【０１３５】
本実施例の給湯装置Ｇは、以下の利点を有する。
給湯装置Ｇは、沸き上げが進行して給水温度が高くなり（４０℃以上）、冷媒流路２１の出口側の冷媒温度と、給水温センサ５１１により検出される給水温度との間に温度差が生じ難くなると、高給水温度制御（ステップｓ３〜ｓ７）に切り替える構成である。
このため、沸き上がり直前であってもヒートポンプサイクルＨ内の冷媒圧力を高圧に維持できるので給湯能力の低下を招かず、必要な給湯流量を確保した状態で、給湯温度を目標給湯温度に維持することができる。
【０１３６】
つぎに、本発明の第１０実施例（請求項２３に対応）を、図１８および図２１に基づいて説明する。
給湯装置Ｉは、下記の構成が第９実施例の給湯装置Ｇと異なる。
【０１３７】
コンプレッサ１の吐出側で、水熱交換器２の冷媒流路２１の入口側には冷媒吐出温度を検出するための吐出温度センサ４２５が配されている。
【０１３８】
制御器は、吐出温度センサ４２５、給水温センサ５１１、冷媒温度センサ４２１、および給湯温センサ５１２の各出力に基づいて、コンプレッサ１の電動モータへの通電量、室外ファン４１への通電量、および膨張弁３の開度を制御する。
【０１３９】
給水温センサ５１１が検出する給水温度が制御変更温度未満（例えば４０℃未満）の場合には、制御器は、冷媒温度センサ４２１が検出する冷媒温度と、給水温センサ５１１が検出する給水温度との温度差が９．５℃〜１１．０℃の範囲内になる様に膨張弁３の開度を制御する。
また、貯湯タンク５に送られる温水の温度が目標給湯温度になる様に、ポンプ６への通電量を制御して温水流路２２の温水流量を調整する。
【０１４０】
つぎに、給湯装置Ｉの作動を、図２１に示すフローチャートに基づいて説明する。
膨張弁３は、制御器により、冷媒温度センサ４２１が検出する冷媒温度と、給水温センサ５１１が検出する給水温度との温度差が、９．５℃〜１１．０℃の範囲内になる様に膨張弁３の開度を制御する（ステップＳ１の通常運転）。
【０１４１】
具体的には、上記温度差が９．５℃よりも小さければ膨張弁３を開く方向に駆動し、１１．０℃よりも大きければ膨張弁３を閉じる方向に駆動する。
【０１４２】
上記制御を給水温度が高い状態（４０℃以上）で行うと、冷媒流路２１の出口側の冷媒温度と、給水温センサ５１１により検出される給水温度との間に温度差が生じ難くなって膨張弁３が開く方向に制御されて、ヒートポンプサイクルＨ内の高圧側冷媒圧力が下がって給湯能力の低下を招き、給湯温度を目標給湯温度（８５℃〜９５℃）に維持できなくなるという不具合が発生する。
【０１４３】
このため、給水温度が４０℃以上であるか否かをステップＳ２で判別し、給水温度が４０℃以上である場合（ＹＥＳ）には高給水温度制御（ステップＳ３〜Ｓ１０）に切り替える構成にしている。また、給水温度が４０℃未満の場合（ＮＯ）にはステップＳ１に戻って通常制御を継続する。
【０１４４】
ステップＳ３で、吐出温度センサ４２５が検出する冷媒吐出温度が１１１℃以上であるか否かを判別し、冷媒吐出温度≧１１１℃の場合（ＹＥＳ）にはステップＳ４に進み、冷媒吐出温度＜１１１℃の場合（ＮＯ）にはステップＳ５に進む。
ステップＳ４で膨張弁３の開度を大きくする方向に制御し、ステップＳ７に進む。
【０１４５】
ステップＳ５で、吐出温度センサ４２５が検出する冷媒吐出温度が１１０℃以下であるか否かを判別し、冷媒吐出温度≦１１０℃の場合（ＹＥＳ）にはステップＳ６に進み、冷媒吐出温度＞１１０℃の場合（ＮＯ）にはステップＳ７に進む。
ステップＳ６で膨張弁３の開度を小さくする方向に制御し、ステップＳ７に進む。
【０１４６】
給湯温センサ５１２が検出する給湯温度が９１℃以上であるか否かをステップＳ７で判別し、給湯温度≧９１℃の場合（ＹＥＳ）にはステップＳ８に進み、給湯温度＜９１℃の場合（ＮＯ）にはステップＳ９に進む。
【０１４７】
ステップＳ８で、ポンプ６への通電量を増やして温水回路Ｗ内を流れる温水の循環流量が多くなる様に制御し、ステップＳ２に戻る。
給湯温センサ５１２が検出する給湯温度が９０℃以下であるか否かをステップＳ９で判別し、給湯温度≦９０℃の場合（ＹＥＳ）にはステップＳ１０に進み、給湯温度＞９０℃の場合（ＮＯ）にはステップＳ２に戻る。
ステップＳ１０で、ポンプ６への通電量を減らして温水回路Ｗ内を流れる温水の循環流量が少なくなる様に制御し、ステップＳ２に戻る。
【０１４８】
本実施例の給湯装置Ｉは、以下の利点を有する。
給湯装置Ｉは、沸き上げが進行して給水温度が高くなり（４０℃以上）、冷媒流路２１の出口側の冷媒温度と、給水温センサ５１１により検出される給水温度との間に温度差が生じ難くなると、高給水温度制御（ステップＳ３〜Ｓ１０）に切り替える構成である。
このため、沸き上がり直前であってもヒートポンプサイクルＨ内の冷媒圧力を高圧に維持できるので給湯能力の低下を招かず、必要な給湯流量を確保した状態で、給湯温度を目標給湯温度に維持することができる。
【０１４９】
本発明は、上記実施例以外に、つぎの実施態様を含む。
ａ．図１の構成の給湯装置において、制御器は、給水温度が高い場合（４０℃以上）には、上記第１〜第４実施例に開示されていない下記の制御を行って冷媒のサイクル高圧を維持する様にしても良い。
【０１５０】
・コンプレッサ１の吐出側の冷媒圧力を検出するセンサを設け、検出した冷媒圧力が目標給湯温度に対応する冷媒圧力よりも低い場合には、その圧力差を小さくする様に、膨張弁３の開度を小さくする方向（閉じる方向）に制御する。
【０１５１】
・コンプレッサ１の吐出側の冷媒圧力を検出するセンサを設け、検出した冷媒圧力が目標給湯温度に対応する冷媒圧力よりも低い場合には、その圧力差を小さくする様に、コンプレッサ１の回転数を上げる制御を行う。
【０１５２】
なお、上記の膨張弁３とコンプレッサ１との制御は、組み合わせて同時に実施しても良い。
【０１５３】
図１０に示す様に、給湯温度が高い程、またコンプレッサ１の吐出側の吸入冷媒温度が低い程、コンプレッサ１の回転数を増加させることが好ましい。
給水温度が高くなると給湯能力が減少し、また吸入冷媒温度が低い場合、それを高温高圧に圧縮するためには、相対的に負荷が大きくなるためである。
【０１５４】
ｂ．上記各実施例において、貯湯タンク５内に貯留されている温水は、そのまま、給湯や風呂の湯として利用しているが床暖房や室内暖房等に利用しても良い。また、熱交換器を介して別の温水回路内の水を加熱しても良い。
【０１５５】
ｃ．第９、第１０実施例の給湯装置Ｇ、Ｉにおいて、下記の構成を付加しても良い。これにより、外気温度が高い場合には、不用意に、ヒートポンプサイクルの高圧側冷媒圧力を上げることなく目標とする給湯温度を達成することができる。
【０１５６】
・図２２に示す様に、外気温度が高い程、目標吐出温度と目標給湯温度との差が小さくなる様に、目標吐出温度および目標給湯温度を設定する（請求項２６に対応）。
【０１５７】
・図２３に示す様に、外気温度が高い程、目標給湯温度の上限値を低くする（請求項２７に対応）。
【０１５８】
ｄ．第９、第１０実施例の給湯装置Ｇ、Ｉにおいて、下記の構成を付加しても良い。
・図２４に示す様に、ヒートポンプサイクルＨの高圧側冷媒圧力が低くなる程、冷媒流路２１の出口側の冷媒温度と温水流路２２の入口側の温水温度との温度差による制御が行い難くなるので、ヒートポンプサイクルＨの高圧側冷媒圧力が低い程、制御変更温度が低く設定される様にしても良い（請求項２４に対応）。
【０１５９】
・外気温度や目標給湯温度が低い程、冷媒流路２１の出口側の冷媒温度と温水流路２２の入口側の温水温度との温度差による制御が行い難くなる。
このため、外気温度や目標給湯温度が低い程、図２５に示す様に制御変更温度が低く設定される様にしても良い（請求項２５に対応）。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１、第２実施例に係る給湯装置の説明図である。
【図２】給湯温度が低い場合において、給湯装置の制御器が行う膨張弁制御に係る説明図である。
【図３】給湯温度が高い場合における、給湯装置のＰ- ｈ線図である。
【図４】（ａ）は第２実施例に係る給湯装置の制御器が、（目標給湯温度−現在の給湯温度）の温度差に基づいて行うコンプレッサ制御に係るグラフ、（ｂ）は外気温- コンプレッサ回転数の基準パターンである。
【図５】（ａ）は第２実施例に係る給湯装置の制御器が、外気温と、（目標給湯温度−現在の給湯温度）の温度差とに基づいて行うコンプレッサ制御に係るグラフ、（ｂ）は外気温- コンプレッサ回転数の基準パターンである。
【図６】本発明の第３、第４実施例に係る給湯装置の説明図である。
【図７】給湯温度が高い状態で運転を続けた場合における、給湯装置のＰ- ｈ線図である。
【図８】第３実施例に係る給湯装置の制御器が、（入口冷媒温度−外気温度）の温度差に基づいてコンプレッサ増速率を決定する制御に係るグラフである。
【図９】第４実施例に係る給湯装置の制御器が、（入口冷媒温度−外気温度）の温度差に基づいて膨張弁増開率を決定する制御に係るグラフである。
【図１０】給湯装置の制御器が、コンプレッサ吸入冷媒温度および給湯温度に基づいて行うコンプレッサ制御に係るグラフである。
【図１１】本発明の第５実施例に係る給湯装置の説明図である。
【図１２】給湯温度が低い場合において、給湯装置の制御器が行う通常膨張弁制御に係る説明図である。
【図１３】通常膨張弁制御から高給水膨張弁制御へ移行する条件を示すフローチャートである。
【図１４】各給水温度毎の、空気熱交換器に入る冷媒の温度と高圧側冷媒圧力との関係を示すグラフ（高圧側冷媒圧力マップ）である。
【図１５】膨張弁制御を説明するためのグラフである。
【図１６】本発明の第８実施例に係る給湯装置の説明図である。
【図１７】第８実施例に係る給湯装置の作動を示すフローチャートである。
【図１８】本発明の第９、第１０実施例に係る給湯装置の説明図である。
【図１９】給水温度が５℃および６０℃の場合におけるＰ- ｈ線図である。
【図２０】第９実施例に係る給湯装置の作動を示すフローチャートである。
【図２１】第１０実施例に係る給湯装置の作動を示すフローチャートである。
【図２２】外気温度と、（目標吐出温度−目標給湯温度）との関係を示すグラフである。
【図２３】外気温度と目標給湯温度上限値との関係を示すグラフである。
【図２４】高圧圧力と制御変更温度との関係を示すグラフである。
【図２５】外気温度や目標給湯温度と、制御変更温度との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｉ 給湯装置
Ｈ ヒートポンプサイクル
Ｗ 温水回路
１ コンプレッサ（冷媒圧縮機）
２ 水熱交換器
３ 膨張弁
４ 空気熱交換器
５ 貯湯タンク（タンク）
６ ポンプ（流体ポンプ）
２１ 冷媒流路
２２ 温水流路（流体流路）
４１ 室外ファン（ファン）
５１ 温水配管
４２１ 冷媒温度センサ
４２２ 冷媒入口温度センサ
４２３ 外気温センサ
４２５ 吐出温度センサ
５１１ 給水温センサ
５１２ 給湯温センサ
【発明の属する技術分野】
本発明は、ヒートポンプ式の給湯装置に関わり、特に、沸き上げ終盤における給水温度の上昇に伴う沸き上げ能力の低下を抑え、且つ沸き上げ終了条件を最適化してランニングコストを下げる技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、冷媒圧縮機、水熱交換器の冷媒流路、膨張弁、及び室外ファンを付設した空気熱交換器を環状に接続したヒートポンプサイクルと、給湯用の温水を貯える貯湯タンクと、水熱交換器の温水流路とを温水配管で接続し、途中にポンプを介設した温水回路と、（冷媒流路の出口側の冷媒温度−温水流路の入口側の温水温度）＜目標温度差であると膨張弁を開く方向に制御し、（冷媒流路の出口側の冷媒温度−温水流路の入口側の温水温度）＞目標温度差であると膨張弁を閉じる方向に制御して高いＣＯＰを達成したヒートポンプ式の給湯装置がある。
この給湯装置では、冷媒流路の出口側の冷媒温度と温水流路の入口側の温水温度との差に基づいて制御を行っている。
なお、通常、目標温度差は、１０℃を中心として所定の幅を有する温度範囲（例えば、９．５℃〜１１℃）に設定される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の給湯装置は、以下の課題を有する。
温水回路内の温水の温度が高い（４０℃以上）場合等において、下記に示す原因によってヒートポンプサイクル内の冷媒圧力が下がって給湯能力の低下を招き、温水温度を目標温水温度に維持できなくなるという不具合が発生する。
【０００４】
温水回路内の温水の温度が高いと、冷媒流路の出口側の冷媒温度と、温水流路の入口側の温水温度との間に温度差が生じ難くなって膨張弁が開く方向に制御され、結果として、ヒートポンプサイクル内の高圧側冷媒圧力が低下する。
特に、長時間の運転停止によって貯湯タンク内の温水の温度が下がっており、それを再度沸かし上げる場合や、貯湯タンクを含む温水回路内の温水の温度が不均一の場合に問題となる。
【０００５】
また、運転時間の経過とともに給水温度が上昇していくので、上記従来の給湯装置は、沸き上がり直前では、冷媒流路の出口側の冷媒温度と温水流路の入口側の温水温度との温度差が小さくなり制御が難しくなるという別の課題を有する。つまり、給水温度が低い場合には、図１９の実線で示すサイクルバランスとなり、冷媒流路の出口側の冷媒温度と、温水流路の入口側の温水温度との温度差に基づいて膨張弁開度を調整し、温度差を規定値範囲内に収めることで給湯温度を目標温度に維持することができる。
【０００６】
しかし、沸き上げの進行によって、給水温度が上昇する（例えば６０℃）と、図１９の破線５４に示す様に温度差が取れなくなってしまう。この場合には、膨張弁の開度が大きくなる様に制御されるので、高圧圧力が維持できず給湯温度の低下を招く。
【０００７】
本発明の第１の目的は、ヒートポンプサイクル内の冷媒圧力の低下に起因して発生する給湯能力の低下を防止したヒートポンプ式の給湯装置の提供にある。
【０００８】
本発明の第２の目的は、沸き上げ中の給水温度が上昇する時における能力不足の解消や目標出湯温度の確保を、新たな機能部品を追加することなく通常のヒートポンプサイクルの制御のみによって解決し、且つ出湯制御の安定性や信頼性を向上させ、コスト低減を狙ったヒートポンプ式の給湯装置の提供にある。
【０００９】
本発明の第３の目的は、第２の目的に加え、時間帯別電力料金による単位時間当たりの電力料金を考慮した沸き上げが行え、ランニングコストを抑えたヒートポンプ式の給湯装置の提供にある。
本発明の第４の目的は、沸き上がり直前の制御を確実に行うことができるヒートポンプ式の給湯装置の提供にある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
〔請求項１について〕
給湯装置は、冷媒圧縮機、水熱交換器の冷媒流路、膨張弁、及び空気熱交換器を環状に接続したヒートポンプサイクルと、給湯用流体を貯えるタンクを有し、このタンクと水熱交換器の流体流路とを接続し、その接続途中に流体ポンプを介設した給湯用流体回路と、冷媒圧縮機や膨張弁等を制御する制御器とを備える。
【００１１】
制御器は、（冷媒流路の出口側の冷媒温度−流体流路の入口側の流体温度）＜目標温度差であると膨張弁を開く方向に制御し、（冷媒流路の出口側の冷媒温度−流体流路の入口側の流体温度）＞目標温度差であると膨張弁を閉じる方向に制御する。
【００１２】
但し、制御器は、冷媒流路の出口側の冷媒温度と流体流路の入口側の流体温度との温度差が目標温度差よりも小さく、膨張弁を開く方向に制御する際に、給湯用流体の目標給湯温度が確保されるように、ヒートポンプサイクルの高圧側冷媒圧力を所定の冷媒圧力以上に維持する制御を行う。
【００１３】
これにより、ヒートポンプサイクルの高圧側冷媒圧力を所定の冷媒圧力以上に維持することができ、給湯用流体の目標給湯温度が確保される。
【００１４】
〔請求項２について〕
請求項１において、制御器は、膨張弁を開く方向に制御する際に、目標給湯温度に対応する冷媒圧力を得るための膨張弁開度を上限開度として設定し、その上限開度以下の開度範囲で膨張弁を開く方向に制御することにより、ヒートポンプサイクルの高圧側冷媒圧力を所定の冷媒圧力以上に維持する。
これにより、ヒートポンプサイクルの高圧側冷媒圧力を所定の冷媒圧力以上に維持することができ、給湯用流体の目標給湯温度が確保される。
【００１５】
〔請求項３について〕
請求項１において、制御器は、膨張弁を開く方向に制御した結果、目標給湯温度に対応する冷媒圧力よりも実際の冷媒圧力の方が小さくなった場合には、その圧力差が縮小するように膨張弁の開度が小さくなる方向に制御して、ヒートポンプサイクルの高圧側冷媒圧力を所定の冷媒圧力以上に維持する。
これにより、ヒートポンプサイクルの高圧側冷媒圧力を所定の冷媒圧力以上に維持することができ、給湯用流体の目標給湯温度が確保される。
【００１６】
〔請求項４について〕
請求項１において、制御器は、膨張弁を開く方向に制御した結果、目標給湯温度に対応する冷媒圧力よりも実際の冷媒圧力の方が小さくなった場合には、その圧力差が縮小するように膨張弁開度を一定若しくは小さくなる方向に制御しつつ、冷媒圧縮機の回転数を上昇させる制御を行って、ヒートポンプサイクルの高圧側冷媒圧力を所定の冷媒圧力以上に維持する。
これにより、ヒートポンプサイクルの高圧側冷媒圧力を所定の冷媒圧力以上に維持することができ、給湯用流体の目標給湯温度が確保される。
【００１７】
〔請求項５について〕
請求項１において、流体ポンプは、実際の給湯温度と目標給湯温度との温度差に応じて流体流路を流れる給湯用流体の流量を調節するものであって、流体ポンプが給湯用流体の流量を低下させたにもかかわらず、実際の給湯温度が目標給湯温度に達しないとき、制御器は、その温度差に基づいて、ヒートポンプサイクルの高圧側冷媒圧力を上昇させて、所定の冷媒圧力以上に維持する。
これにより、ヒートポンプサイクルの高圧側冷媒圧力を所定の冷媒圧力以上に維持することができ、給湯用流体の目標給湯温度が確保される。
【００１８】
〔請求項６について〕
請求項５において、制御器は、実際の給湯温度と目標給湯温度との温度差に基づいて膨張弁を閉じる方向に制御することにより、ヒートポンプサイクルの高圧側冷媒圧力を所定の冷媒圧力以上に維持する。
これにより、ヒートポンプサイクルの高圧側冷媒圧力を所定の冷媒圧力以上に維持することができ、給湯用流体の目標給湯温度が確保される。
【００１９】
〔請求項７について〕
請求項５において、制御器は、実際の給湯温度と目標給湯温度との温度差に基づいて膨張弁の開度を一定若しくは小さくなる方向に制御しつつ、冷媒圧縮機の回転数を上昇させる制御を行って、ヒートポンプサイクルの高圧側冷媒圧力を所定の冷媒圧力以上に維持する。
これにより、ヒートポンプサイクルの高圧側冷媒圧力を所定の冷媒圧力以上に維持することができ、給湯用流体の目標給湯温度が確保される。
【００２０】
〔請求項８について〕
請求項１乃至請求項７の何れかにおいて、制御器は、冷媒圧縮機の吸入側の冷媒温度が低い程、膨張弁の開度が小さくなる方向へ制御するか、若しくは冷媒圧縮機の回転数を上昇させる制御を行って、ヒートポンプサイクルの高圧側冷媒圧力を所定の冷媒圧力以上に維持する。
これにより、ヒートポンプサイクルの高圧側冷媒圧力を所定の冷媒圧力以上に維持することができ、給湯用流体の目標給湯温度が確保される。
【００２１】
〔請求項９について〕
給湯装置は、冷媒圧縮機、水熱交換器の冷媒流路、膨張弁、及び空気熱交換器を環状に接続したヒートポンプサイクルと、給湯用流体を貯えるタンクを有し、このタンクと水熱交換器の流体流路とを接続し、その接続途中に流体ポンプを介設した給湯用流体回路と、冷媒圧縮機や膨張弁等を制御する制御器とを備える。
【００２２】
制御器は、（冷媒流路の出口側の冷媒温度−流体流路の入口側の流体温度）＜目標温度差であると膨張弁を開く方向に制御し、（冷媒流路の出口側の冷媒温度−流体流路の入口側の流体温度）＞目標温度差であると膨張弁を閉じる方向に制御する。
【００２３】
但し、制御器は、空気熱交換器において、冷媒から外気へ放熱が生じる状態であることを検出した場合には、少なくともその放熱が停止するまでヒートポンプサイクルの高圧側冷媒圧力を上昇させる制御を行う。
これにより、ヒートポンプサイクルの高圧側冷媒圧力を所定の冷媒圧力以上に維持することができ、給湯用流体の目標給湯温度が確保される。
【００２４】
〔請求項１０について〕
請求項９において、制御器は、少なくとも膨張弁の開度が小さくなる方向に制御するか、若しくは冷媒圧縮機の回転数を上昇させる制御を行って、ヒートポンプサイクルの高圧側冷媒圧力を上昇させる。
これにより、ヒートポンプサイクルの高圧側冷媒圧力を所定の冷媒圧力以上に維持することができ、給湯用流体の目標給湯温度が確保される。
【００２５】
〔請求項１１について〕
請求項９または請求項１０において、空気熱交換器は、外気から冷媒への吸熱を促進するためのファンを有し、空気熱交換器において冷媒から外気へ放熱が生じる状態であることを制御器が検出すると、ファンの駆動を停止する。
冷媒から外気へ放熱が生じる状態である場合には、空気熱交換器で放熱が起こり熱ロスが発生する。これを防止するため、上記の場合には、ファンの駆動を停止して空気熱交換器での放熱を止める。
【００２６】
〔請求項１２について〕
給湯装置は、冷媒圧縮機、水熱交換器の冷媒流路、膨張弁、及び空気熱交換器を環状に接続したヒートポンプサイクルと、給湯用流体を貯えるタンクを有し、このタンクと水熱交換器の流体流路とを接続し、その接続途中に流体ポンプを介設した給湯用流体回路と、冷媒圧縮機や膨張弁等を制御する制御器とを備える。
【００２７】
制御器は、（冷媒流路の出口側の冷媒温度−流体流路の入口側の流体温度）＜目標温度差であると膨張弁を開く方向に制御し、（冷媒流路の出口側の冷媒温度−流体流路の入口側の流体温度）＞目標温度差であると膨張弁を閉じる方向に制御する。
【００２８】
但し、制御器は、流体流路の入口側の流体温度が所定の温度以上である場合、ヒートポンプサイクルを構成する機材の耐圧限界圧より小さい値に設定した上限圧を目標圧力とし、ヒートポンプサイクルの高圧側冷媒圧力を目標圧力に一致するように制御する。
これにより、ヒートポンプサイクルの高圧側冷媒圧力を所定の冷媒圧力以上に維持することができ、給湯用流体の目標給湯温度が確保される。
【００２９】
〔請求項１３について〕
請求項１２において、流体ポンプが、流体流路の出口側の流体温度と目標貯湯温度との温度差に応じて、流体流路を流れる給湯用流体の流量を調整することにより、タンクに貯えられる給湯用流体の温度を目標貯湯温度に一致させる。
【００３０】
〔請求項１４について〕
請求項１２において、制御器は、水熱交換器の流体流路の入口側の流体温度と空気熱交換器の入口側の冷媒温度とから高圧側冷媒圧力を推定し、この推定冷媒圧力が上限値に一致するように膨張弁開度を増減する。
なお、水熱交換器の流体流路の入口側の様々な流体温度毎に、空気熱交換器の入口側の冷媒温度と高圧側冷媒圧力との関係をグラフやマップにしておき、水熱交換器の流体流路の入口側の流体温度と空気熱交換器の入口側の冷媒温度とから高圧側冷媒圧力を推定する。
高圧側冷媒圧力センサを設置する必要がないので部品代が削減でき、且つ高圧側冷媒圧力センサの保守も不要である。
【００３１】
〔請求項１５について〕
請求項１２において、水熱交換器の流体流路の入口側の流体温度が所定の温度以上である場合に、ヒートポンプサイクルの高圧側冷媒圧力を目標圧力に一致させる制御（効率が悪い高給水温時の制御）を電気代が安い深夜電力時間帯のみ行う。
これにより、ランニングコストを低減することができる。
【００３２】
〔請求項１６について〕
請求項１２において、制御器は、使用者が一日に使う温水量およびその温度から一日当たりの必要温水熱量を算出し、現在のタンク内の温水熱量と必要温水熱量とに基づいて、ヒートポンプサイクルの高圧側冷媒圧力を目標圧力に一致させる制御（効率が悪い高給水温時の制御）を行う必要が有るか無いかを判別し、有ると判別した場合のみ上記制御を行う。
これにより、ランニングコストを低減することができる。
【００３３】
〔請求項１７について〕
請求項１において、給湯装置は、時間帯別に異なる料金を設定した電気契約を電力会社と結んでおり、且つ、制御器は、ヒートポンプサイクルの高圧側冷媒圧力を所定の冷媒圧力以上に維持する制御（効率が悪い高給水温時の制御）を電気料金が安い深夜電力時間帯のみ行う。
これにより、ランニングコストを低減することができる。
【００３４】
〔請求項１８について〕
請求項１において、制御器は、使用者が一日に使う温水量およびその温度から一日当たりの必要温水熱量を算出し、現在のタンク内の温水熱量と必要温水熱量とに基づいて、ヒートポンプサイクルの高圧側冷媒圧力を所定の冷媒圧力以上に維持する制御（効率が悪い高給水温時の制御）を行う必要が有るか無いかを判別し、有ると判別した場合のみ上記制御を行う。
これにより、ランニングコストを低減することができる。
【００３５】
〔請求項１９について〕
請求項９において、制御器は、ヒートポンプサイクルの高圧側冷媒圧力を上昇させる制御（効率が悪い高給水温時の制御）を電気料金が安い深夜電力時間帯のみ行う。
これにより、ランニングコストを低減することができる。
【００３６】
〔請求項２０について〕
請求項９において、制御器は、使用者が一日に使う温水量およびその温度から一日当たりの必要温水熱量を算出し、現在のタンク内の温水熱量と必要温水熱量とに基づいて、ヒートポンプサイクルの高圧側冷媒圧力を上昇させる制御（効率が悪い高給水温時の制御）を行う必要が有るか無いかを判別し、有ると判別した場合のみ上記制御を行う。
【００３７】
〔請求項２１について〕
給湯装置は、冷媒圧縮機、水熱交換器の冷媒流路、膨張弁、及び空気熱交換器を環状に接続したヒートポンプサイクルと、給湯用流体を貯えるタンクを有し、このタンクと水熱交換器の流体流路とを接続し、その接続途中に流体ポンプを介設した給湯用流体回路と、タンク内の給湯用流体量とその流体温度とを検出して蓄熱量を算出する蓄熱量算出手段と、膨張弁、流体ポンプ、および冷媒圧縮機を制御して沸き上げ運転を行う制御器とを備える。
【００３８】
料金設定が最も低い深夜時間帯には、使用者がタンク内の給湯用流体を使い、タンク内の給湯用流体の蓄熱量が第１所定量Ｍ１を下回る状態を検知すると制御器が沸き上げ運転を開始し、流体流路の入口側の流体温度が第１設定温度Ｋ１以上になるか、タンク内の給湯用流体の蓄熱量が第１所定量Ｍ１＋αに達すると沸き上げ運転を停止する。なお、α≧０である。
【００３９】
料金設定が比較的低い朝晩時間帯には、使用者がタンク内の給湯用流体を使い、タンク内の給湯用流体の蓄熱量が第２所定量Ｍ２を下回る状態を検知すると制御器が沸き上げ運転を開始し、流体流路の入口側の流体温度が第２設定温度Ｋ２以上になるか、タンク内の給湯用流体の蓄熱量が第２所定量Ｍ２＋βに達すると沸き上げ運転を停止する。なお、β≧０である。
【００４０】
料金設定が高い昼間時間帯には、使用者がタンク内の給湯用流体を使い、タンク内の給湯用流体の蓄熱量が第３所定量Ｍ３を下回る状態を検知すると制御器が沸き上げ運転を開始し、流体流路の入口側の流体温度が第３設定温度Ｋ３以上になるか、タンク内の給湯用流体の蓄熱量が第３所定量Ｍ３＋γに達すると沸き上げ運転を停止する。なお、γ≧０である。
【００４１】
各時間帯における、沸き上げ運転開始時におけるタンク内の給湯用流体の蓄熱量に対する沸き上げ運転停止時におけるタンク内の蓄熱量の増加分α、β、γがそれぞれ異なっており、α＞β＞γである。
給湯装置は、使用者がタンク内の給湯用流体を使うパターンに対応して、湯の沸き上げ運転の開始判定条件と、沸き上げ運転の終了判定条件とを、各時間帯毎に独立して決めることができる。このため、全ての時間帯において、給湯用流体切れを起こすことがない状態で、電気代を安くすることができる。
【００４２】
〔請求項２２について〕
給湯装置は、冷媒圧縮機、水熱交換器の冷媒流路、膨張弁、及び空気熱交換器を環状に接続したヒートポンプサイクルと、給湯用流体を貯えるタンクを有し、このタンクと水熱交換器の流体流路とを接続し、その接続途中に流体ポンプを介設した給湯用流体回路と、膨張弁の開度および流体ポンプの能力を制御する制御器とを備える。
【００４３】
制御器は、流体流路の入口側の流体温度が制御変更温度未満の場合には、冷媒流路の出口側の冷媒温度と流体流路の入口側の流体温度との差が規定値範囲内になる様に膨張弁の開度を制御する。
そして、流体流路の入口側の流体温度が制御変更温度以上の場合には、流体ポンプの能力を固定するとともに、流体流路の出口側の流体温度が第１設定温度以上であると膨張弁の開度が増大する方向に制御し、流体流路の出口側の流体温度が第１設定温度より低く設定した第２設定温度以下であると膨張弁の開度が減少する方向に制御する。
これにより、ヒートポンプ式の給湯装置は、沸き上がり直前の制御を確実に行うことができる。
【００４４】
〔請求項２３について〕
給湯装置は、冷媒圧縮機、水熱交換器の冷媒流路、膨張弁、及び空気熱交換器を環状に接続したヒートポンプサイクルと、給湯用流体を貯えるタンクを有し、このタンクと水熱交換器の流体流路とを接続し、その接続途中に流体ポンプを介設した給湯用流体回路と、膨張弁の開度および流体ポンプの能力を制御する制御器とを備える。
【００４５】
流体流路の入口側の流体温度が制御変更温度未満の場合には、制御器は、冷媒流路の出口側の冷媒温度と流体流路の入口側の流体温度との差が規定値範囲内になる様に膨張弁の開度を制御する。
【００４６】
また、流体流路の入口側の流体温度が制御変更温度以上の場合には、制御器は、冷媒圧縮機の出口側の冷媒吐出温度が第１の設定温度以下であると膨張弁の開度が減少する方向に制御し、冷媒圧縮機の出口側の冷媒吐出温度が第１の設定温度より高く設定した第２の設定温度以上であると膨張弁の開度が増大する方向に制御する。
【００４７】
そして、流体流路の入口側の流体温度が制御変更温度以上の場合において、制御器は、流体流路の出口側の流体温度が第１設定温度以上であると流体ポンプの能力が増大する方向に制御し、流体流路の出口側の流体温度が第１設定温度より低く設定した第２設定温度以下であると流体ポンプの能力が減少する方向に制御する。
これにより、ヒートポンプ式の給湯装置は、沸き上がり直前の制御を確実に行うことができる。
【００４８】
〔請求項２４について〕
請求項２２または請求項２３において、ヒートポンプサイクルの高圧側冷媒圧力が低くなる程、冷媒流路の出口側の冷媒温度と流体流路の入口側の流体温度との温度差による制御が行い難くなるので、ヒートポンプサイクルの高圧側冷媒圧力が低い程、制御変更温度を低く設定している。
【００４９】
〔請求項２５について〕
請求項２２または請求項２３において、外気温度や目標給湯温度が低くなる程、冷媒流路の出口側の冷媒温度と流体流路の入口側の流体温度との温度差による制御が行い難くなるので、外気温度や目標給湯温度が低い程、制御変更温度を低く設定している。
【００５０】
〔請求項２６について〕
請求項２３乃至請求項２５の何れかにおいて、目標とする給湯温度を達成するため、第１の設定温度および第２の設定温度（冷媒圧縮機の出口側の冷媒吐出温度）は、目標給湯温度を越える温度に設定する必要がある。
外気温度が高い程、目標吐出温度と目標給湯温度との差が小さくなる様に、目標吐出温度および目標給湯温度を設定している。
これにより、外気温度が高い場合には、不用意に、ヒートポンプサイクルの高圧側冷媒圧力を上げることなく目標とする給湯温度を達成することができる。
【００５１】
〔請求項２７について〕
請求項２３乃至請求項２５の何れかにおいて、外気温度が高い程、目標給湯温度の上限値を低くしている。
これにより、外気温度が高い場合には、不用意に、ヒートポンプサイクルの高圧側冷媒圧力を上げることなく目標とする給湯温度を達成することができる。
〔請求項２８について〕
料金設定が異なる時間帯によって、沸き上げ運転を開始する際に所定温度を検出する温度センサが異なるとともに、沸き上げ運転開始時におけるタンク内の給湯用流体の蓄熱量に対する沸き上げ運転停止時におけるタンク内の給湯用流体の蓄熱量の増加量が異なり、料金設定が低くなるに従ってタンク内の給湯用流体の蓄熱量の増加量が大きくなる。
給湯装置は、全ての時間帯において、給湯用流体切れを起こすことがない状態で、電気代を安くすることができる。
【００５２】
【発明の実施の形態】
本発明の第１実施例（請求項１、２、５に対応）を、図１〜図３に基づいて説明する。
給湯装置Ａは、コンプレッサ１、水熱交換器２の冷媒流路２１、膨張弁３、室外ファン４１を付設した空気熱交換器４、およびアキュムレータ（図示せず）を冷媒配管４２で環状に接続したヒートポンプサイクルＨと、給湯用の温水を貯える貯湯タンク５と、水熱交換器２の温水流路２２とを温水配管５１で接続し、途中にポンプ６を介設した温水回路Ｗと、制御器（図示せず）とを備える。
【００５３】
コンプレッサ１は、内蔵した電動モータによって駆動され、アキュムレータから吸引した気相冷媒を臨界圧力以上に圧縮して吐出する。このコンプレッサ１は、電動モータへの通電量に応じて能力（回転数）が増減する。
【００５４】
水熱交換器２は、コンプレッサ１から吐出する冷媒（二酸化炭素）が流れる冷媒流路２１と、温水が流れる温水流路２２とを有する。そして、コンプレッサ１より吐出し、冷媒流路２１を流れる高温冷媒（ホットガス）が、貯湯タンク５から流出した温水に放熱し、温水が昇温する。
なお、温水流路２２の入口側には給水温センサ５１１が配され、冷媒流路２１の出口側には冷媒温度センサ４２１が配されている。
【００５５】
膨張弁３は、アクチュエータにより駆動される弁体を有し、アクチュエータへの通電量に応じて弁開度を可変することができる。
【００５６】
空気熱交換器４は、膨張弁３を通過して減圧した冷媒を、室外ファン４１によって送風される外気と熱交換して蒸発させる。
空気熱交換器４より流出する冷媒を気液分離するためにアキュムレータが設けられ、気相冷媒がコンプレッサ１に送られる。
【００５７】
温水配管５１は、貯湯タンク５の下部に設けられた温水出口５２と、上部に設けられた温水入口５３との間を接続する配管である。
【００５８】
制御器は、給水温センサ５１１および冷媒温度センサ４２１の出力に基づいて、コンプレッサ１の電動モータ、室外ファン４１、および膨張弁３を制御する。また、温水流路２２の出口側にもセンサが設けられており、貯湯タンク５に送られる温水の温度が目標給湯温度になる様に、温水流路２２の温水流量をポンプ６によって制御する。
【００５９】
つぎに、給湯装置Ａの作動を説明する。
貯湯タンク５内の給水（温水）は、ポンプ６により温水出口５２から出て温水配管５１を介して、水熱交換器２の温水流路２２を通り、温水入口５３から貯湯タンク５内に戻る。
【００６０】
一方、コンプレッサ１により、高温高圧に圧縮された冷媒は、水熱交換器２の冷媒流路２１内を流れ、水熱交換器２の温水流路２２内を逆方向に流れる給水（温水）を加熱する。
膨張弁３を冷媒が通過すると膨張して低圧になる。
低温の冷媒は、空気熱交換器４内で室外ファン４１によって送風される外気と熱交換（大気吸熱）して蒸発し、アキュムレータを経てコンプレッサ１に戻る。
【００６１】
膨張弁３は、図２に示す様に、制御器により、冷媒出口温度と給水入口温度との温度差ΔＴに基づいて制御される。
【００６２】
即ち、温度差ΔＴ＝（冷媒温度センサ４２１により検出される冷媒出口温度）−（給水温センサ５１１により検出される給水温度）であり、この温度差ΔＴが、目標温度差範囲内（例えば９℃〜１１℃）か否かに応じて膨張弁３の開度を制御する。
【００６３】
なお、温度差ΔＴが９℃よりも小さければ膨張弁３を開弁方向に駆動し、１１℃よりも大きければ閉弁方向に駆動する。
また、目標温度差（範囲）は、一定でも良く、外気温度等に基づいて変えても良い。
【００６４】
上記制御を給水温度が高い（４０℃以上）状態で行うと、冷媒流路２１の出口側の冷媒温度と、給水温センサ５１１により検出される給水温度との間に温度差が生じ難くなって膨張弁３が開く方向に制御される。
【００６５】
これにより、図３の矢印→に示す様に、ヒートポンプサイクルＨ内の高圧側冷媒圧力が下がって給湯能力の低下を招き、給湯温度を目標給湯温度に維持できなくなるという不具合が発生する。
【００６６】
そこで、本実施例では、給水温度（給水温センサ５１１により検出される給水温度）が４０℃以上の場合に、目標給湯温度（約９０℃）まで温水を昇温可能な高圧側冷媒圧力を得るための膨張弁３の開度を上限開度として設定する。
【００６７】
そして、温度差ΔＴに基づいて、その上限開度以上に膨張弁３が開く様に制御指示がなされた場合には、その制御指示にかかわらず膨張弁３の開度を上限開度までしか開かない様にする。
【００６８】
なお、ヒートポンプサイクルＨの状態（外気温、冷媒の放熱量、吸熱量）によって、同じ膨張弁３の開度でも、高圧側冷媒圧力が変化するので、ヒートポンプサイクルＨの状態に応じて上記上限開度を設定することが好ましい。
【００６９】
これにより、給水温度が高い（４０℃以上）場合にも、サイクル高圧が維持できるので、給湯能力を確保でき、給湯温度を目標給湯温度に維持できる。
また、電磁弁、制水弁、または電気ヒータ等の機能部品を追加する必要がないので、信頼性や耐久性が向上する。
【００７０】
つぎに、本発明の第２実施例（請求項１、２、３、４、５、６、７、１０に対応）を、図１、図４、図５に基づいて説明する。
給湯装置Ｂは、下記に示す点が給湯装置Ａと異なる。
【００７１】
給水温度（給水温センサ５１１により検出される給水温度）が４０℃以上の場合に、図４の（ａ）に示す様に、目標給湯温度（約９０℃）と、現在の給湯温度（温水流路出口側の給湯温度）との温度差に基づいて、コンプレッサ１の回転数の増速率（−１５％〜＋１５％）を決める。
このとき、膨張弁３は、その開度が上限開度付近の一定開度に維持されているか、若しくは閉じる方向に駆動される。
【００７２】
これにより、給湯温度が高い（４０℃以上）等の給湯能力が不足し易い場合に、サイクル高圧が維持できるので、給湯能力を確保でき、給湯温度を目標給湯温度に維持できる。
つまり、給湯能力が不足して、目標給湯温度まで昇温できない場合、コンプレッサ１の回転数を増加させることにより、ヒートポンプサイクルＨの高圧側冷媒圧力を上昇させて給湯温度を目標給湯温度まで上昇させるのである。
【００７３】
なお、高ＣＯＰを得るため、コンプレッサ１の回転数は、図４の（ｂ）に示す基準パターンが設定されているので、充分な給湯能力が得られている場合（目標給湯温度＜給湯温度）には、コンプレッサ１の回転数をその基準パターンに合う様に減速することが好ましい。
また、給湯装置Ｂは、電磁弁、制水弁、または電気ヒータ等の機能部品を追加する必要がないので、信頼性や耐久性が向上する。
【００７４】
更に、図５に示す様に、目標給湯温度と現在の給湯温度との温度差に基づいて、コンプレッサ１の回転数の増速率の上限値および下限値を、外気温に応じて変更する様にしても良い。
例えば、外気温３℃では、上限値を＋１５％、下限値を−１５％とし、外気温２５℃では、上限値を＋５％、下限値を−５％とする。
【００７５】
この様にすれば、外気温が低く大気吸熱を行い難い状態でもサイクル高圧が維持できるので、給湯能力を確保でき、給湯温度を目標給湯温度に維持することができる。
なお、第２実施例では、目標給湯温度と実際の給湯温度との温度差に応じてコンプレッサ１の回転数の増速率を設定しているが、その温度差に応じて膨張弁３の開度をＦ／Ｂ制御しても良い。
【００７６】
この場合、目標給湯温度＞実際の給湯温度であれば、膨張弁３は、その開度が閉じる方向に駆動され、目標給湯温度＜実際の給湯温度であれば開く方向に駆動される。
更に、コンプレッサ１の回転数制御と、膨張弁３の開度制御とを同時に行っても良い。
【００７７】
つぎに、本発明の第３実施例（請求項１、９、１０、１１に対応）を、図６〜図８に基づいて説明する。
給湯装置Ｃは、下記に示す点が給湯装置Ａと異なる。
空気熱交換器４の入口側の冷媒配管４２に、空気熱交換器４に入る冷媒の温度を検出するための冷媒入口温度センサ４２２を配している。また、外気の温度を検出するための外気温センサ４２３を室外ファン４１の近傍に配している。
【００７８】
つぎに、給湯装置Ｃの作動を説明する。
給湯装置Ａと同様に、膨張弁３は、図２に示す様に、制御器により、目標温度差ΔＴに基づいて制御される。
即ち、目標温度差ΔＴ＝（冷媒温度センサ４２１により検出される冷媒出口温度）−（給水温センサ５１１により検出される給水温度）であり、この目標温度差ΔＴが、目標温度差範囲内（例えば９℃〜１１℃）か否かに応じて膨張弁３の開度を制御する。
【００７９】
なお、目標温度差ΔＴが９℃よりも小さければ膨張弁３を開弁方向に駆動し、１１℃よりも大きければ閉弁方向に駆動する。
また、目標温度差（範囲）は、一定でも良く、外気温度等に基づいて変えても良い。
【００８０】
給水温度が高い（４０℃以上）状態で運転を続けると、冷媒流路２１の出口側の冷媒温度と、給水温センサ５１１により検出される給水温度との間に温度差が生じ難くなって膨張弁３が開く方向に制御され、ヒートポンプサイクルＨ内の冷媒圧力が下がって来る。
【００８１】
サイクル高圧が低下して行くと、サイクル挙動として、図７に示す様に、コンプレッサ圧縮（状態１→状態２）、水熱交換器２での熱交換（状態２→状態３）、膨張弁３による減圧（状態３→状態４）と進み、空気熱交換器４で放熱（状態４→状態１）してしまい、熱ロスが発生する。
【００８２】
そこで、本実施例では、図８に示す様に、（冷媒入口温度センサ４２２で検出される冷媒温度−外気温センサ４２３で検出される外気温度）≧０℃となる場合には、その温度差が大きい程、コンプレッサ１の回転数の増速率を上げる制御を行う。
更に、空気熱交換器４での放熱を防止するため、空気熱交換器４に付設した室外ファン４１を停止して空気熱交換器４での放熱を止めている。
【００８３】
これにより、サイクル高圧が維持できるので、給湯能力を確保でき、給湯温度を目標給湯温度に維持でき、且つ、空気熱交換器４における放熱ロスを防止できる。
また、給湯装置Ｃは、電磁弁、制水弁、または電気ヒータ等の機能部品を追加する必要がないので、信頼性や耐久性が向上する。
【００８４】
つぎに、本発明の第４実施例（請求項１、９、１０、１１に対応）を、図６、図７、図９に基づいて説明する。
給湯装置Ｄは、下記に示す点が給湯装置Ｃと異なる。
【００８５】
給湯装置Ｄは、給湯装置Ａと同様に、膨張弁３は、図２に示す様に、制御器により、目標温度差ΔＴに基づいて制御される。
即ち、目標温度差ΔＴ＝（冷媒温度センサ４２１により検出される冷媒出口温度）−（給水温センサ５１１により検出される給水温度）であり、この目標温度差ΔＴが、目標温度差範囲内（例えば９℃〜１１℃）か否かに応じて膨張弁３の開度を制御する。
【００８６】
なお、目標温度差ΔＴが９℃よりも小さければ膨張弁３を開弁方向に駆動し、１１℃よりも大きければ閉弁方向に駆動する。
また、目標温度差（範囲）は、一定でも良く、外気温度等に基づいて変えても良い。
【００８７】
給水温度が高い（４０℃以上）状態で運転を続けると、冷媒流路２１の出口側の冷媒温度と、給水温センサ５１１により検出される給水温度との間に温度差が生じ難くなって膨張弁３が開く方向に制御され、ヒートポンプサイクルＨ内の冷媒圧力が下がって来る。
【００８８】
サイクル高圧が低下して行くと、サイクル挙動として、図７に示す様に、コンプレッサ圧縮（状態１→状態２）、水熱交換器２での熱交換（状態２→状態３）、膨張弁３による減圧（状態３→状態４）と進み、空気熱交換器４で放熱（状態４→状態１）してしまい、熱ロスが発生する。
【００８９】
そこで、本実施例では、図９に示す様に、（冷媒入口温度センサ４２２で検出される冷媒温度−外気温センサ４２３で検出される外気温度）≧０℃となる場合には、その温度差が大きい程、膨張弁３の増開率（目標温度差ΔＴに基づく膨張弁開度に対する％）を下げる制御を行う。
更に、この場合には、空気熱交換器４での放熱を防止するため、空気熱交換器４に付設した室外ファン４１を停止して空気熱交換器４での放熱を止めている。
【００９０】
これにより、サイクル高圧が維持できるので、給湯能力を確保でき、給湯温度を目標給湯温度に維持でき、且つ空気熱交換器４での放熱ロスを防止できる。
また、電磁弁、制水弁、または電気ヒータ等の機能部品を追加する必要がないので、信頼性や耐久性が向上する。
なお、第３実施例のコンプレッサ１の増速制御を併用しても良い。
【００９１】
つぎに、本発明の第５実施例（請求項１２、１３、１４に対応）を、図１１〜図１５に基づいて説明する。
給湯装置Ｅは、下記に示す構成が給湯装置Ａと異なる。
４２０はアキュームレータである。
水熱交換器２には、冷媒流路２１の出口側の冷媒温度を検出する冷媒温度センサ４２１と、温水流路２２の入口側の給水温度（温水温度）を検出する給水温センサ５１１とが配設されている。
【００９２】
空気熱交換器４の入口側の冷媒配管４２には、空気熱交換器４に入る冷媒の温度を検出するための冷媒入口温度センサ４２２を配している。
また、空気熱交換器４の出口側の冷媒配管４２には、空気熱交換器４から出る出口側冷媒温度を検出するための冷媒出口温度センサ４２４を配している。
【００９３】
（通常運転時；図１３のステップｓ１）
コンプレッサ１によって高温・高圧に圧縮された冷媒は、水熱交換器２の冷媒流路２１を通過し、温水流路２２を通過する温水を加熱する。
冷媒流路２１を通過した冷媒は、膨張弁３で膨張して低圧となり、空気熱交換器４で蒸発して大気吸熱を行い、アキュームレータ４２０を経てコンプレッサ１に戻る。
【００９４】
貯湯タンク５内の温水は、タンク下部の温水出口５２から、ポンプ６を介設した温水配管５１を通って温水流路２２に流入し、昇温してタンク上部の温水入口５３から貯湯タンク５に戻る。
【００９５】
膨張弁３は、図１２に示す様に、冷媒温度センサ４２１が検出する出口側冷媒温度と、給水温センサ５１１が検出する給水温度との差（目標膨張弁制御温度差＝ΔＴ）に基づき、最適な膨張弁開度（高ＣＯＰ）となる様に制御される。
【００９６】
（高給水運転時）
給水温度が高い場合（４０℃以上、特に６０℃以上）には、給湯能力が不足する。
そこで、本実施例では給水温度が６０℃以上（図１３のステップｓ２でＹＥＳ）になると下記に示す高給水膨張弁制御に移行する（ステップｓ３）。
【００９７】
所定の余裕を考慮して、所定のヒートポンプサイクルＨを構成する冷媒配管４２等の機材の耐圧限界圧（例えば１８ＭＰａ）より小さい値に設定した上限圧（例えば１５ＭＰａ）をヒートポンプサイクルＨの高圧側冷媒圧力の目標圧力として設定する。これにより、給湯用温水の温度を目標給湯温度まで加熱するのに必要かつ充分な給湯能力が確保できる。
【００９８】
しかし、ヒートポンプサイクルＨの高圧側冷媒圧力が一律に上記上限圧になる様にすると、水熱交換器２において冷媒と熱交換した後の給湯用温水の温度が目標給湯温度（例えば９０℃）以上になってしまう場合がある。
そこで、ポンプ６の能力を制御して、即ち、給湯用温水の流量を増減して、給湯用温水の温度を目標給湯温度に維持する。
【００９９】
ヒートポンプサイクルＨの高圧側冷媒圧力を目標圧力に維持するには高圧側冷媒圧力を検出するための高圧側冷媒圧力センサが必要である。しかし、設置によりコストが上昇する。
【０１００】
そこで、本実施例では、図１４に示す様に、各給水温度毎度に、空気熱交換器４に入る冷媒の温度と高圧側冷媒圧力との関係を予め計測して高圧側冷媒圧力マップを作っておき、給水温度と空気熱交換器４に入る冷媒の温度とから、高圧側冷媒圧力を推定している。
これにより、高圧側冷媒圧力センサを設置する必要がないので部品代が削減でき、且つ高圧側冷媒圧力センサの保守も不要である。
【０１０１】
そして、この高圧側冷媒圧力マップを用いて推定した現在の高圧側冷媒圧力が上記上限圧になる様に膨張弁３の開度を増減している。
図１５に示す様に、上記上限圧と、推定した現在の高圧側冷媒圧力との圧力差が小さい程、膨張弁開度の増減値を減少させている。これにより、推定圧力のハンチングを防止できる。
【０１０２】
つぎに、本発明の第６実施例（請求項１５、１７、１９に対応）を説明する。貯湯タンク５内の温水全体を目標給湯温度まで沸き上げる場合、既に沸き上げた温水層が下方に進んで、まだ沸き上がっていない低温の水層を押し下げていくので、沸き上げ直前には必ず、給水温が上昇する。
【０１０３】
また、貯湯タンク５内に使われずに残っている温水塊がある場合に、その温水塊が水熱交換器２の温水流路２２に供給されて給水温が高くなる場合がある。
そして、この様に高い温度の給水に対して、上記第１実施例〜第５実施例に示す高給水温制御を行うことにより、給湯用温水の温度を目標給湯温度まで上昇させることが可能である。
【０１０４】
しかし、通常制御時に比べて高給水制御時におけるヒートポンプサイクルの効率は低い。
このため、本実施例では、上記第１実施例〜第５実施例の給湯装置における高給水温制御を、電気料金が安い深夜時間帯のみに行い、それ以外の時間帯（昼間時間帯等）では高給水温制御を行わない様にする。
【０１０５】
具体的には、給水温度が、高給水温制御を行う必要がある所定温度（例えば６０℃）以上である場合や、水熱交換器２の冷媒出口温度と給水温度との温度差を目標温度差範囲に維持する通常制御を行っている最中に、高圧側冷媒圧力が過度に低下したり、空気熱交換器４で放熱が生じた場合には、高給水温制御を行う必要があるが、昼間時間帯である場合には高給水温制御を行うことなく運転を停止する。
【０１０６】
つぎに、本発明の第７実施例（請求項１６、１８、２０に対応）を説明する。上記第１実施例〜第５実施例の給湯装置において、給水温が高くなって高給水温制御を行う必要がある場合でも以下の場合には昼夜を問わず、高給水温制御を行わない様にしている。
【０１０７】
使用者が一日に使う温水量およびその温度から一日当たりの必要温水熱量を算出する。
そして、算出された一日当たりの必要温水熱量から、貯湯タンク５内の温水全部を目標貯湯温度まで加熱しなくても使用者の温水使用に支障が有るか否かを判別する。即ち、貯湯タンク５の温水- 冷水の境界層部分の温水の温度を目標貯湯温度にまで加熱しなくても使用者の温水使用に支障が有るか否かを判別する。
支障がないと判別される場合には、昼夜を問わず、高給水温制御を行わない。
【０１０８】
具体的には、使用者が一日に使う温水量Ｑ１、その温水の平均温度Ｔ１とが、貯湯タンク５内の温水の境界層を除く貯湯量Ｑ２とその貯湯温度Ｔ２、および境界層の容量Ｑ３とその平均温度Ｔ３とに対して以下の条件を満たす場合には、沸き上げ直前の高給水温制御を行わない様にしている。
Ｑ１×Ｔ１ ＜ Ｑ２×Ｔ２ ＋ Ｑ３×Ｔ３
これにより、ランニングコストを低減することができる。
【０１０９】
つぎに、本発明の第８実施例（請求項２１、２８に対応）を、図１６、図１７に基づいて説明する。
給湯装置Ｆは、下記に示す構成が給湯装置Ｅと異なる。
貯湯タンク５の上部から計って、１００リットル、２００リットル、３００リットルの位置に、その位置の湯の温度を検出するサーミスタ５０１、５０２、５０３を配設している。
また、サーミスタ５０１、５０２は貯湯量センサとして機能し、サーミスタ５０３は満タンセンサとして機能する。
【０１１０】
沸き上げ中は、タンク下部に存在する低温の湯（または水）を水熱交換器２で加熱して作製した湯を貯湯タンク５の上部から貯湯していく動作を行う（図１６の破線参照）。
従って、沸き上げ中の、貯湯タンク５内の湯の温度分布は、サーミスタ５０３の検出温度Ｔｆ＞給水温センサ５１１が検出する給水温度ＴＷｉである。
【０１１１】
つぎに、給湯装置Ｆの各時間帯別の沸き上げ動作について説明する。
給湯装置Ｆを使用するにあたって、使用者は、時間帯別に異なる料金を設定した電気契約を電力会社と結んでいる。
【０１１２】
給湯装置Ｆの運転スイッチを入れる（ステップＳ１）と、ステップＳ２で現在の時間帯を判別する。
深夜時間帯の場合にはステップＳ３に進み、昼間時間帯の場合にはステップＳ６に進み、朝晩時間帯の場合にはステップＳ９に進む。
【０１１３】
（深夜時間帯；２３：００〜７：００）
ステップＳ３において、現在の貯湯量が所定量Ｌ１（例えば、６０℃以上の湯が１００リットル）以上あるか否かを判別し、所定量Ｌ１以上ある場合（ＹＥＳ）にはステップＳ２に戻って待機し、所定量Ｌ１未満の場合（ＮＯ）にはステップＳ４に進む。
【０１１４】
なお、現在の貯湯量は、サーミスタ５０１、５０２、５０３の検出湯温によって算出する。具体的には、サーミスタ５０１が６０℃以上の湯温を検出すると、６０℃以上の湯が１００リットル以上あるとする。
ステップＳ４で沸き上げ動作を開始し、ステップＳ５に進む。
【０１１５】
サーミスタ５０３（満タンセンサ）が検出する湯の温度が第１設定温度Ｋ１（本実施例では沸き上げ目標温度−１０℃）以上か否かをステップＳ５で判別し、第１設定温度Ｋ１以上になった場合（ＹＥＳ）にはステップＳ１２に進み、第１設定温度Ｋ１以上になっていない場合（ＮＯ）にはステップＳ４に戻って沸き上げ動作を継続する。
【０１１６】
（昼間時間帯；１０：００〜１７：００）
ステップＳ６において、現在の貯湯量が所定量Ｌ３（例えば、６０℃以上の湯が２００リットル）以上あるか否かを判別し、所定量Ｌ３以上ある場合（ＹＥＳ）にはステップＳ２に戻って待機し、所定量Ｌ３未満の場合（ＮＯ）にはステップＳ７に進む。
【０１１７】
現在の貯湯量は、サーミスタ５０１、５０２、５０３の検出湯温によって算出する。具体的には、サーミスタ５０２が６０℃以上の湯温を検出すると、６０℃以上の湯が２００リットル以上あるとする。
ステップＳ７で沸き上げ動作を開始し、ステップＳ８に進む。
【０１１８】
サーミスタ５０３（満タンセンサ）が検出する湯の温度が第３設定温度Ｋ３（本実施例では５０℃）以上か否かをステップＳ８で判別し、第３設定温度Ｋ３以上になった場合（ＹＥＳ）にはステップＳ１２に進み、第３設定温度Ｋ３以上になっていない場合（ＮＯ）にはステップＳ７に戻って沸き上げ動作を継続する。
【０１１９】
（朝晩時間帯；７：００〜１０：００、１７：００〜２３：００）
ステップＳ９において、現在の貯湯量が所定量Ｌ２（例えば、６０℃以上の湯が２００リットル）以上あるか否かを判別し、所定量Ｌ２以上ある場合（ＹＥＳ）にはステップＳ２に戻って待機し、所定量Ｌ２未満の場合（ＮＯ）にはステップＳ１０に進む。
【０１２０】
現在の貯湯量は、サーミスタ５０１、５０２、５０３の検出湯温によって算出する。具体的には、サーミスタ５０２が６０℃以上の湯温を検出すると、６０℃以上の湯が２００リットル以上あるとする。
ステップＳ１０で沸き上げ動作を開始し、ステップＳ１１に進む。
【０１２１】
サーミスタ５０３（満タンセンサ）が検出する湯の温度が第２設定温度Ｋ２（本実施例では６５℃）以上か否かをステップＳ１１で判別し、第２設定温度Ｋ２以上になった場合（ＹＥＳ）にはステップＳ１２に進み、第２設定温度Ｋ２以上になっていない場合（ＮＯ）にはステップＳ１０に戻って沸き上げ動作を継続する。
【０１２２】
本実施例の給湯装置Ｆの利点を述べる。
給湯装置Ｆは、貯湯タンク５内の湯を使うパターンに対応して、沸き上げ開始条件と沸き上げ終了条件とを、各時間帯毎に独立して決めることができる。
このため、全ての時間帯において湯切れを起こすことがない状態で、電気代を安くすることができる。
【０１２３】
沸き上げ開始条件や沸き上げ終了条件は、固定値でなく、使用者やサービスマンが自由に設定変更できる構成であっても良い。また、使用者の湯の使用状態に応じて最適な値が自動設定される構成であっても良い。
沸き上げ終了の判別を、サーミスタ５０３（満タンセンサ）が検出する湯の温度に基づいて行うのではなく、給水温センサ５１１が検出する給水温度ＴＷｉや貯湯タンク５内の湯の熱量に基づいて行っても良い。
沸き上げ開始条件…所定量Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３
沸き上げ終了条件…第１設定温度Ｋ１、第２設定温度Ｋ２、第３設定温度Ｋ３
【０１２４】
つぎに、本発明の第９実施例（請求項２２に対応）を、図１８および図２０に基づいて説明する。
給湯装置Ｇは、下記の構成が第１実施例の給湯装置Ａと異なる。
【０１２５】
水熱交換器２の温水流路２２の出口側には給湯温度を検出するための給湯温センサ５１２が配されている。
【０１２６】
制御器は、給水温センサ５１１、冷媒温度センサ４２１、および給湯温センサ５１２の各出力に基づいて、コンプレッサ１の電動モータへの通電量、室外ファン４１への通電量、および膨張弁３の開度を制御する。
【０１２７】
給水温センサ５１１が検出する給水温度が制御変更温度未満（例えば４０℃未満）の場合には、制御器は、冷媒温度センサ４２１が検出する冷媒温度と、給水温センサ５１１が検出する給水温度との温度差が９．５℃〜１１．０℃の範囲内になる様に膨張弁３の開度を制御する。
また、貯湯タンク５に送られる温水の温度が目標給湯温度になる様に、ポンプ６への通電量を制御して温水流路２２の温水流量を調整する。
【０１２８】
つぎに、給湯装置Ｇの作動を、図２０に示すフローチャートに基づいて説明する。
貯湯タンク５内の給水（温水）は、ポンプ６により温水出口５２から出て温水配管５１を介して、水熱交換器２の温水流路２２を通り、温水入口５３から貯湯タンク５内に戻る。
【０１２９】
一方、コンプレッサ１により、高温高圧に圧縮された冷媒は、水熱交換器２の冷媒流路２１内を流れ、水熱交換器２の温水流路２２内を逆方向に流れる給水（温水）を加熱する。
膨張弁３を冷媒が通過すると膨張して低圧になる。
低温の冷媒は、空気熱交換器４内で室外ファン４１によって送風される外気と熱交換（大気吸熱）して蒸発し、アキュムレータを経てコンプレッサ１に戻る。
【０１３０】
制御器により、冷媒温度センサ４２１が検出する冷媒温度と、給水温センサ５１１が検出する給水温度との温度差が、９．５℃〜１１．０℃の範囲内になる様に膨張弁３の開度を制御する（ステップｓ１の通常運転）。
具体的には、上記温度差が９．５℃よりも小さければ膨張弁３を開く方向に駆動し、１１．０℃よりも大きければ膨張弁３を閉じる方向に駆動する。
【０１３１】
上記制御を給水温度が高い状態（４０℃以上）で行うと、冷媒流路２１の出口側の冷媒温度と、給水温センサ５１１により検出される給水温度との間に温度差が生じ難くなって膨張弁３が開く方向に制御されて、ヒートポンプサイクルＨ内の高圧側冷媒圧力が下がって給湯能力の低下を招き、給湯温度を目標給湯温度に維持できなくなるという不具合が発生する。
【０１３２】
このため、給水温度が４０℃以上であるか否かをステップｓ２で判別し、給水温度が４０℃以上である場合（ＹＥＳ）には高給水温度制御（ステップｓ３〜ｓ７）に切り替える構成にしている。また、給水温度が４０℃未満の場合（ＮＯ）にはステップｓ１に戻って通常制御を継続する。
【０１３３】
ステップｓ３で、ポンプ６への通電量を一定値に維持して温水回路Ｗ内を流れる循環流量を固定し、ステップｓ４に進む。
給湯温センサ５１２が検出する給湯温度が９１℃以上であるか否かをステップｓ４で判別し、給湯温度≧９１℃の場合（ＹＥＳ）にはステップｓ５に進み、給湯温度＜９１℃の場合（ＮＯ）にはステップｓ６に進む。
【０１３４】
ステップｓ５で膨張弁３の開度を大きくする方向に制御し、ステップｓ２に戻る。
給湯温センサ５１２が検出する給湯温度が９０℃以下であるか否かをステップｓ６で判別し、給湯温度≦９０℃の場合（ＹＥＳ）にはステップｓ７に進み、給湯温度＞９０℃の場合（ＮＯ）にはステップｓ２に戻る。
ステップｓ７で膨張弁３の開度を小さくする方向に制御し、ステップｓ２に戻る。
【０１３５】
本実施例の給湯装置Ｇは、以下の利点を有する。
給湯装置Ｇは、沸き上げが進行して給水温度が高くなり（４０℃以上）、冷媒流路２１の出口側の冷媒温度と、給水温センサ５１１により検出される給水温度との間に温度差が生じ難くなると、高給水温度制御（ステップｓ３〜ｓ７）に切り替える構成である。
このため、沸き上がり直前であってもヒートポンプサイクルＨ内の冷媒圧力を高圧に維持できるので給湯能力の低下を招かず、必要な給湯流量を確保した状態で、給湯温度を目標給湯温度に維持することができる。
【０１３６】
つぎに、本発明の第１０実施例（請求項２３に対応）を、図１８および図２１に基づいて説明する。
給湯装置Ｉは、下記の構成が第９実施例の給湯装置Ｇと異なる。
【０１３７】
コンプレッサ１の吐出側で、水熱交換器２の冷媒流路２１の入口側には冷媒吐出温度を検出するための吐出温度センサ４２５が配されている。
【０１３８】
制御器は、吐出温度センサ４２５、給水温センサ５１１、冷媒温度センサ４２１、および給湯温センサ５１２の各出力に基づいて、コンプレッサ１の電動モータへの通電量、室外ファン４１への通電量、および膨張弁３の開度を制御する。
【０１３９】
給水温センサ５１１が検出する給水温度が制御変更温度未満（例えば４０℃未満）の場合には、制御器は、冷媒温度センサ４２１が検出する冷媒温度と、給水温センサ５１１が検出する給水温度との温度差が９．５℃〜１１．０℃の範囲内になる様に膨張弁３の開度を制御する。
また、貯湯タンク５に送られる温水の温度が目標給湯温度になる様に、ポンプ６への通電量を制御して温水流路２２の温水流量を調整する。
【０１４０】
つぎに、給湯装置Ｉの作動を、図２１に示すフローチャートに基づいて説明する。
膨張弁３は、制御器により、冷媒温度センサ４２１が検出する冷媒温度と、給水温センサ５１１が検出する給水温度との温度差が、９．５℃〜１１．０℃の範囲内になる様に膨張弁３の開度を制御する（ステップＳ１の通常運転）。
【０１４１】
具体的には、上記温度差が９．５℃よりも小さければ膨張弁３を開く方向に駆動し、１１．０℃よりも大きければ膨張弁３を閉じる方向に駆動する。
【０１４２】
上記制御を給水温度が高い状態（４０℃以上）で行うと、冷媒流路２１の出口側の冷媒温度と、給水温センサ５１１により検出される給水温度との間に温度差が生じ難くなって膨張弁３が開く方向に制御されて、ヒートポンプサイクルＨ内の高圧側冷媒圧力が下がって給湯能力の低下を招き、給湯温度を目標給湯温度（８５℃〜９５℃）に維持できなくなるという不具合が発生する。
【０１４３】
このため、給水温度が４０℃以上であるか否かをステップＳ２で判別し、給水温度が４０℃以上である場合（ＹＥＳ）には高給水温度制御（ステップＳ３〜Ｓ１０）に切り替える構成にしている。また、給水温度が４０℃未満の場合（ＮＯ）にはステップＳ１に戻って通常制御を継続する。
【０１４４】
ステップＳ３で、吐出温度センサ４２５が検出する冷媒吐出温度が１１１℃以上であるか否かを判別し、冷媒吐出温度≧１１１℃の場合（ＹＥＳ）にはステップＳ４に進み、冷媒吐出温度＜１１１℃の場合（ＮＯ）にはステップＳ５に進む。
ステップＳ４で膨張弁３の開度を大きくする方向に制御し、ステップＳ７に進む。
【０１４５】
ステップＳ５で、吐出温度センサ４２５が検出する冷媒吐出温度が１１０℃以下であるか否かを判別し、冷媒吐出温度≦１１０℃の場合（ＹＥＳ）にはステップＳ６に進み、冷媒吐出温度＞１１０℃の場合（ＮＯ）にはステップＳ７に進む。
ステップＳ６で膨張弁３の開度を小さくする方向に制御し、ステップＳ７に進む。
【０１４６】
給湯温センサ５１２が検出する給湯温度が９１℃以上であるか否かをステップＳ７で判別し、給湯温度≧９１℃の場合（ＹＥＳ）にはステップＳ８に進み、給湯温度＜９１℃の場合（ＮＯ）にはステップＳ９に進む。
【０１４７】
ステップＳ８で、ポンプ６への通電量を増やして温水回路Ｗ内を流れる温水の循環流量が多くなる様に制御し、ステップＳ２に戻る。
給湯温センサ５１２が検出する給湯温度が９０℃以下であるか否かをステップＳ９で判別し、給湯温度≦９０℃の場合（ＹＥＳ）にはステップＳ１０に進み、給湯温度＞９０℃の場合（ＮＯ）にはステップＳ２に戻る。
ステップＳ１０で、ポンプ６への通電量を減らして温水回路Ｗ内を流れる温水の循環流量が少なくなる様に制御し、ステップＳ２に戻る。
【０１４８】
本実施例の給湯装置Ｉは、以下の利点を有する。
給湯装置Ｉは、沸き上げが進行して給水温度が高くなり（４０℃以上）、冷媒流路２１の出口側の冷媒温度と、給水温センサ５１１により検出される給水温度との間に温度差が生じ難くなると、高給水温度制御（ステップＳ３〜Ｓ１０）に切り替える構成である。
このため、沸き上がり直前であってもヒートポンプサイクルＨ内の冷媒圧力を高圧に維持できるので給湯能力の低下を招かず、必要な給湯流量を確保した状態で、給湯温度を目標給湯温度に維持することができる。
【０１４９】
本発明は、上記実施例以外に、つぎの実施態様を含む。
ａ．図１の構成の給湯装置において、制御器は、給水温度が高い場合（４０℃以上）には、上記第１〜第４実施例に開示されていない下記の制御を行って冷媒のサイクル高圧を維持する様にしても良い。
【０１５０】
・コンプレッサ１の吐出側の冷媒圧力を検出するセンサを設け、検出した冷媒圧力が目標給湯温度に対応する冷媒圧力よりも低い場合には、その圧力差を小さくする様に、膨張弁３の開度を小さくする方向（閉じる方向）に制御する。
【０１５１】
・コンプレッサ１の吐出側の冷媒圧力を検出するセンサを設け、検出した冷媒圧力が目標給湯温度に対応する冷媒圧力よりも低い場合には、その圧力差を小さくする様に、コンプレッサ１の回転数を上げる制御を行う。
【０１５２】
なお、上記の膨張弁３とコンプレッサ１との制御は、組み合わせて同時に実施しても良い。
【０１５３】
図１０に示す様に、給湯温度が高い程、またコンプレッサ１の吐出側の吸入冷媒温度が低い程、コンプレッサ１の回転数を増加させることが好ましい。
給水温度が高くなると給湯能力が減少し、また吸入冷媒温度が低い場合、それを高温高圧に圧縮するためには、相対的に負荷が大きくなるためである。
【０１５４】
ｂ．上記各実施例において、貯湯タンク５内に貯留されている温水は、そのまま、給湯や風呂の湯として利用しているが床暖房や室内暖房等に利用しても良い。また、熱交換器を介して別の温水回路内の水を加熱しても良い。
【０１５５】
ｃ．第９、第１０実施例の給湯装置Ｇ、Ｉにおいて、下記の構成を付加しても良い。これにより、外気温度が高い場合には、不用意に、ヒートポンプサイクルの高圧側冷媒圧力を上げることなく目標とする給湯温度を達成することができる。
【０１５６】
・図２２に示す様に、外気温度が高い程、目標吐出温度と目標給湯温度との差が小さくなる様に、目標吐出温度および目標給湯温度を設定する（請求項２６に対応）。
【０１５７】
・図２３に示す様に、外気温度が高い程、目標給湯温度の上限値を低くする（請求項２７に対応）。
【０１５８】
ｄ．第９、第１０実施例の給湯装置Ｇ、Ｉにおいて、下記の構成を付加しても良い。
・図２４に示す様に、ヒートポンプサイクルＨの高圧側冷媒圧力が低くなる程、冷媒流路２１の出口側の冷媒温度と温水流路２２の入口側の温水温度との温度差による制御が行い難くなるので、ヒートポンプサイクルＨの高圧側冷媒圧力が低い程、制御変更温度が低く設定される様にしても良い（請求項２４に対応）。
【０１５９】
・外気温度や目標給湯温度が低い程、冷媒流路２１の出口側の冷媒温度と温水流路２２の入口側の温水温度との温度差による制御が行い難くなる。
このため、外気温度や目標給湯温度が低い程、図２５に示す様に制御変更温度が低く設定される様にしても良い（請求項２５に対応）。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１、第２実施例に係る給湯装置の説明図である。
【図２】給湯温度が低い場合において、給湯装置の制御器が行う膨張弁制御に係る説明図である。
【図３】給湯温度が高い場合における、給湯装置のＰ- ｈ線図である。
【図４】（ａ）は第２実施例に係る給湯装置の制御器が、（目標給湯温度−現在の給湯温度）の温度差に基づいて行うコンプレッサ制御に係るグラフ、（ｂ）は外気温- コンプレッサ回転数の基準パターンである。
【図５】（ａ）は第２実施例に係る給湯装置の制御器が、外気温と、（目標給湯温度−現在の給湯温度）の温度差とに基づいて行うコンプレッサ制御に係るグラフ、（ｂ）は外気温- コンプレッサ回転数の基準パターンである。
【図６】本発明の第３、第４実施例に係る給湯装置の説明図である。
【図７】給湯温度が高い状態で運転を続けた場合における、給湯装置のＰ- ｈ線図である。
【図８】第３実施例に係る給湯装置の制御器が、（入口冷媒温度−外気温度）の温度差に基づいてコンプレッサ増速率を決定する制御に係るグラフである。
【図９】第４実施例に係る給湯装置の制御器が、（入口冷媒温度−外気温度）の温度差に基づいて膨張弁増開率を決定する制御に係るグラフである。
【図１０】給湯装置の制御器が、コンプレッサ吸入冷媒温度および給湯温度に基づいて行うコンプレッサ制御に係るグラフである。
【図１１】本発明の第５実施例に係る給湯装置の説明図である。
【図１２】給湯温度が低い場合において、給湯装置の制御器が行う通常膨張弁制御に係る説明図である。
【図１３】通常膨張弁制御から高給水膨張弁制御へ移行する条件を示すフローチャートである。
【図１４】各給水温度毎の、空気熱交換器に入る冷媒の温度と高圧側冷媒圧力との関係を示すグラフ（高圧側冷媒圧力マップ）である。
【図１５】膨張弁制御を説明するためのグラフである。
【図１６】本発明の第８実施例に係る給湯装置の説明図である。
【図１７】第８実施例に係る給湯装置の作動を示すフローチャートである。
【図１８】本発明の第９、第１０実施例に係る給湯装置の説明図である。
【図１９】給水温度が５℃および６０℃の場合におけるＰ- ｈ線図である。
【図２０】第９実施例に係る給湯装置の作動を示すフローチャートである。
【図２１】第１０実施例に係る給湯装置の作動を示すフローチャートである。
【図２２】外気温度と、（目標吐出温度−目標給湯温度）との関係を示すグラフである。
【図２３】外気温度と目標給湯温度上限値との関係を示すグラフである。
【図２４】高圧圧力と制御変更温度との関係を示すグラフである。
【図２５】外気温度や目標給湯温度と、制御変更温度との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｉ 給湯装置
Ｈ ヒートポンプサイクル
Ｗ 温水回路
１ コンプレッサ（冷媒圧縮機）
２ 水熱交換器
３ 膨張弁
４ 空気熱交換器
５ 貯湯タンク（タンク）
６ ポンプ（流体ポンプ）
２１ 冷媒流路
２２ 温水流路（流体流路）
４１ 室外ファン（ファン）
５１ 温水配管
４２１ 冷媒温度センサ
４２２ 冷媒入口温度センサ
４２３ 外気温センサ
４２５ 吐出温度センサ
５１１ 給水温センサ
５１２ 給湯温センサ
Claims (28)
- 冷媒圧縮機、水熱交換器の冷媒流路、膨張弁、及び空気熱交換器を環状に接続したヒートポンプサイクルと、
給湯用流体を貯えるタンクを有し、該タンクと前記水熱交換器の流体流路とを接続し、その接続途中に流体ポンプを介設した給湯用流体回路と、
（冷媒流路の出口側の冷媒温度−流体流路の入口側の流体温度）＜目標温度差であると前記膨張弁を開く方向に制御し、（冷媒流路の出口側の冷媒温度−流体流路の入口側の流体温度）＞目標温度差であると前記膨張弁を閉じる方向に制御する制御器とを備えた給湯装置において、
前記制御器は、前記冷媒流路の出口側の冷媒温度と前記流体流路の入口側の流体温度との温度差が前記目標温度差よりも小さく、前記膨張弁を開く方向に制御する際に、前記給湯用流体の目標給湯温度が確保されるように、前記ヒートポンプサイクルの高圧側冷媒圧力を所定の冷媒圧力以上に維持する制御を行うことを特徴とする給湯装置。 - 前記制御器は、前記膨張弁を開く方向に制御する際に、前記目標給湯温度に対応する冷媒圧力を得るための膨張弁開度を上限開度として設定し、その上限開度以下の開度範囲で前記膨張弁を開く方向に制御することにより、前記ヒートポンプサイクルの高圧側冷媒圧力を所定の冷媒圧力以上に維持することを特徴とする請求項１記載の給湯装置。
- 前記制御器は、前記膨張弁を開く方向に制御した結果、前記目標給湯温度に対応する冷媒圧力よりも実際の冷媒圧力の方が小さくなった場合には、その圧力差が縮小するように前記膨張弁の開度が小さくなる方向に制御して、前記ヒートポンプサイクルの高圧側冷媒圧力を所定の冷媒圧力以上に維持することを特徴とする請求項１記載の給湯装置。
- 前記制御器は、前記膨張弁を開く方向に制御した結果、前記目標給湯温度に対応する冷媒圧力よりも実際の冷媒圧力の方が小さくなった場合には、その圧力差が縮小するように膨張弁開度を一定若しくは小さくなる方向に制御しつつ、前記冷媒圧縮機の回転数を上昇させる制御を行って、前記ヒートポンプサイクルの高圧側冷媒圧力を所定の冷媒圧力以上に維持することを特徴とする請求項１記載の給湯装置。
- 前記流体ポンプは、実際の給湯温度と前記目標給湯温度との温度差に応じて前記流体流路を流れる給湯用流体の流量を調節するものであって、前記流体ポンプが前記給湯用流体の流量を低下させたにもかかわらず、実際の給湯温度が前記目標給湯温度に達しないとき、前記制御器は、その温度差に基づいて、前記ヒートポンプサイクルの高圧側冷媒圧力を上昇させて、前記所定の冷媒圧力以上に維持することを特徴とする請求項１記載の給湯装置。
- 前記制御器は、前記実際の給湯温度と前記目標給湯温度との温度差に基づいて前記膨張弁を閉じる方向に制御することにより、前記ヒートポンプサイクルの高圧側冷媒圧力を前記所定の冷媒圧力以上に維持することを特徴とする請求項５記載の給湯装置。
- 前記制御器は、前記実際の給湯温度と前記目標給湯温度との温度差に基づいて前記膨張弁の開度を一定若しくは小さくなる方向に制御しつつ、前記冷媒圧縮機の回転数を上昇させる制御を行って、前記ヒートポンプサイクルの高圧側冷媒圧力を前記所定の冷媒圧力以上に維持することを特徴とする請求項５記載の給湯装置。
- 前記制御器は、前記冷媒圧縮機の吸入側の冷媒温度が低い程、前記膨張弁の開度が小さくなる方向へ制御するか、若しくは前記冷媒圧縮機の回転数を上昇させる制御を行って、前記ヒートポンプサイクルの高圧側冷媒圧力を所定の冷媒圧力以上に維持することを特徴とする請求項１乃至請求項７の何れかに記載の給湯装置。
- 冷媒圧縮機、水熱交換器の冷媒流路、膨張弁、及び空気熱交換器を環状に接続したヒートポンプサイクルと、
給湯用流体を貯えるタンクを有し、該タンクと前記水熱交換器の流体流路とを接続し、その接続途中に流体ポンプを介設した給湯用流体回路と、
（冷媒流路の出口側の冷媒温度−流体流路の入口側の流体温度）＜目標温度差であると前記膨張弁を開く方向に制御し、（冷媒流路の出口側の冷媒温度−流体流路の入口側の流体温度）＞目標温度差であると前記膨張弁を閉じる方向に制御する制御器とを備えた給湯装置において、
前記空気熱交換器において、冷媒から外気へ放熱が生じる状態であることを前記制御器が検出した場合には、少なくともその放熱が停止するまで前記ヒートポンプサイクルの高圧側冷媒圧力を上昇させる制御を行うことを特徴とする給湯装置。 - 前記制御器は、少なくとも前記膨張弁の開度が小さくなる方向に制御するか、若しくは前記冷媒圧縮機の回転数を上昇させる制御を行って、前記ヒートポンプサイクルの高圧側冷媒圧力を上昇させることを特徴とする請求項９記載の給湯装置。
- 前記空気熱交換器は、外気から冷媒への吸熱を促進するためのファンを有し、前記空気熱交換器において冷媒から外気へ放熱が生じる状態であることを前記制御器が検出すると、前記ファンの駆動を停止することを特徴とする請求項９または請求項１０記載の給湯装置。
- 冷媒圧縮機、水熱交換器の冷媒流路、膨張弁、及び空気熱交換器を環状に接続したヒートポンプサイクルと、
給湯用流体を貯えるタンクを有し、該タンクと前記水熱交換器の流体流路とを接続し、その接続途中に流体ポンプを介設した給湯用流体回路と、
（冷媒流路の出口側の冷媒温度−流体流路の入口側の流体温度）＜目標温度差であると前記膨張弁を開く方向に制御し、（冷媒流路の出口側の冷媒温度−流体流路の入口側の流体温度）＞目標温度差であると前記膨張弁を閉じる方向に制御する制御器とを備えた給湯装置において、
前記制御器は、前記流体流路の入口側の流体温度が所定の温度以上である場合、前記ヒートポンプサイクルを構成する機材の耐圧限界圧より小さい値に設定した上限圧を目標圧力とし、前記ヒートポンプサイクルの高圧側冷媒圧力を前記目標圧力に一致するように制御することを特徴とする給湯装置。 - 前記流体ポンプが、前記流体流路の出口側の流体温度と目標貯湯温度との温度差に応じて、前記流体流路を流れる給湯用流体の流量を調整することにより、前記タンクに貯えられる給湯用流体の温度を目標貯湯温度に一致させることを特徴とする請求項１２記載の給湯装置。
- 前記制御器は、前記水熱交換器の流体流路の入口側の流体温度と前記空気熱交換器の入口側の冷媒温度とから高圧側冷媒圧力を推定し、この推定冷媒圧力が前記上限圧に一致するように膨張弁開度を増減することを特徴とする請求項１２記載の給湯装置。
- 前記給湯装置は、時間帯別に異なる料金を設定した電気契約を電力会社と結んでおり、且つ、前記制御器は、前記ヒートポンプサイクルの高圧側冷媒圧力を前記目標圧力に一致させる制御を、料金設定が最も低い深夜電力時間帯のみ行うことを特徴とする請求項１２記載の給湯装置。
- 前記制御器は、使用者が一日に使う温水量およびその温度から一日当たりの必要温水熱量を算出し、
現在のタンク内の温水熱量と前記必要温水熱量とに基づいて、前記ヒートポンプサイクルの高圧側冷媒圧力を前記目標圧力に一致させる制御を行う必要が有るか無いかを判別し、有ると判別した場合のみ上記制御を行うことを特徴とする請求項１２記載の給湯装置。 - 前記給湯装置は、時間帯別に異なる料金を設定した電気契約を電力会社と結んでおり、且つ、前記制御器は、前記ヒートポンプサイクルの高圧側冷媒圧力を前記所定の冷媒圧力以上に維持する制御を、料金設定が最も低い深夜電力時間帯のみ行うことを特徴とする請求項１記載の給湯装置。
- 前記制御器は、使用者が一日に使う温水量およびその温度から一日当たりの必要温水熱量を算出し、
現在のタンク内の温水熱量と前記必要温水熱量とに基づいて、前記ヒートポンプサイクルの高圧側冷媒圧力を前記所定の冷媒圧力以上に維持する制御を行う必要が有るか無いかを判別し、有ると判別した場合のみ上記制御を行うことを特徴とする請求項１記載の給湯装置。 - 前記制御器は、前記ヒートポンプサイクルの高圧側冷媒圧力を上昇させる制御を、料金設定が最も低い深夜電力時間帯のみ行うことを特徴とする請求項９記載の給湯装置。
- 前記制御器は、使用者が一日に使う温水量およびその温度から一日当たりの必要温水熱量を算出し、
現在のタンク内の温水熱量と前記必要温水熱量とに基づいて、前記ヒートポンプサイクルの高圧側冷媒圧力を上昇させる制御を行う必要が有るか無いかを判別し、有ると判別した場合のみ上記制御を行うことを特徴とする請求項９記載の給湯装置。 - 冷媒圧縮機、水熱交換器の冷媒流路、膨張弁、及び空気熱交換器を環状に接続したヒートポンプサイクルと、
給湯用流体を貯えるタンクを有し、該タンクと前記水熱交換器の流体流路とを接続し、その接続途中に流体ポンプを介設した給湯用流体回路と、
タンク内の給湯用流体量とその流体温度とを検出して蓄熱量を算出する蓄熱量算出手段と、
前記膨張弁、前記流体ポンプ、および前記冷媒圧縮機を制御して沸き上げ運転を行う制御器とを備えた給湯装置において、
料金設定が最も低い深夜時間帯には、タンク内の給湯用流体の蓄熱量が第１所定量Ｍ１を下回る状態を検知すると前記制御器が沸き上げ運転を開始し、前記流体流路の入口側の流体温度が第１設定温度Ｋ１以上になるか、タンク内の給湯用流体の蓄熱量が第１所定量Ｍ１＋αに達すると沸き上げ運転を停止し、
料金設定が比較的低い朝晩時間帯には、タンク内の給湯用流体の蓄熱量が第２所定量Ｍ２を下回る状態を検知すると前記制御器が沸き上げ運転を開始し、前記流体流路の入口側の流体温度が第２設定温度Ｋ２以上になるか、タンク内の給湯用流体の蓄熱量が第２所定量Ｍ２＋βに達すると沸き上げ運転を停止し、
料金設定が高い昼間時間帯には、タンク内の給湯用流体の蓄熱量が第３所定量Ｍ３を下回る状態を検知すると前記制御器が沸き上げ運転を開始し、前記流体流路の入口側の流体温度が第３設定温度Ｋ３以上になるか、タンク内の給湯用流体の蓄熱量が第３所定量Ｍ３＋γに達すると沸き上げ運転を停止し、
各時間帯における、前記沸き上げ運転開始時における前記タンク内の給湯流体の蓄熱量に対する前記沸き上げ運転停止時における前記タンク内の給湯用流体の蓄熱量の増加分α、β、γがそれぞれ異なっており、α＞β＞γであることを特徴とする給湯装置。 - 冷媒圧縮機、水熱交換器の冷媒流路、膨張弁、及び空気熱交換器を環状に接続したヒートポンプサイクルと、
給湯用流体を貯えるタンクを有し、該タンクと前記水熱交換器の流体流路とを接続し、その接続途中に流体ポンプを介設した給湯用流体回路と、
前記膨張弁の開度および前記流体ポンプの能力を制御する制御器とを備えた給湯装置において、
前記制御器は、前記流体流路の入口側の流体温度が制御変更温度未満の場合には、前記冷媒流路の出口側の冷媒温度と前記流体流路の入口側の流体温度との差が規定値範囲内になる様に前記膨張弁の開度を制御し、
前記流体流路の入口側の流体温度が制御変更温度以上の場合には、前記流体ポンプの能力を固定するとともに、前記流体流路の出口側の流体温度が第１設定温度以上であると前記膨張弁の開度が増大する方向に制御し、前記流体流路の出口側の流体温度が前記第１設定温度より低く設定した第２設定温度以下であると前記膨張弁の開度が減少する方向に制御することを特徴とする給湯装置。 - 冷媒圧縮機、水熱交換器の冷媒流路、膨張弁、及び空気熱交換器を環状に接続したヒートポンプサイクルと、
給湯用流体を貯えるタンクを有し、該タンクと前記水熱交換器の流体流路とを接続し、その接続途中に流体ポンプを介設した給湯用流体回路と、
前記膨張弁の開度および前記流体ポンプの能力を制御する制御器とを備えた給湯装置において、
前記制御器は、前記流体流路の入口側の流体温度が制御変更温度未満の場合には、前記冷媒流路の出口側の冷媒温度と前記流体流路の入口側の流体温度との差が規定値範囲内になる様に前記膨張弁の開度を制御し、
前記流体流路の入口側の流体温度が制御変更温度以上の場合には、前記冷媒圧縮機の出口側の冷媒吐出温度が第１の設定温度以下であると前記膨張弁の開度が減少する方向に制御し、
前記冷媒圧縮機の出口側の冷媒吐出温度が前記第１の設定温度より高く設定した第２の設定温度以上であると前記膨張弁の開度が増大する方向に制御し、
前記流体流路の出口側の流体温度が第１設定温度以上であると前記流体ポンプの能力が増大する方向に制御し、前記流体流路の出口側の流体温度が前記第１設定温度より低く設定した第２設定温度以下であると前記流体ポンプの能力が減少する方向に制御することを特徴とする給湯装置。 - 前記ヒートポンプサイクルの高圧側冷媒圧力が低い程、前記制御変更温度を低く設定することを特徴とする請求項２２または請求項２３記載の給湯装置。
- 外気温度や目標給湯温度が低い程、前記制御変更温度を低く設定することを特徴とする請求項２２または請求項２３記載の給湯装置。
- 前記第１の設定温度および前記第２の設定温度は、目標給湯温度を越える温度に設定され、
外気温度が高い程、目標吐出温度と前記目標給湯温度との差が小さくなる様に、前記目標吐出温度および前記目標給湯温度を設定することを特徴とする請求項２３乃至請求項２５の何れかに記載の給湯装置。 - 外気温度が高い程、前記目標給湯温度の上限値を低く設定することを特徴とする請求項２３乃至請求項２５の何れかに記載の給湯装置。
- 冷媒圧縮機、水熱交換器の冷媒流路、膨張弁、及び空気熱交換器を環状に接続したヒートポンプサイクルと、
給湯用流体を貯えるタンクを有し、該タンクと前記水熱交換器の流体流路とを接続し、その接続途中に流体ポンプを介設した給湯用流体回路と、
前記タンクの上下方向において、それぞれ異なる位置に設けられ、各設置部位における前記タンク内の給湯流体の温度を検出する複数の温度センサと、
タンク内の給湯用流体量とその流体温度とを検出して蓄熱量を算出する蓄熱量算出手段と、
該蓄熱量算出手段によって検出される蓄熱量が所定量を下回ると、前記膨張弁、前記流体ポンプ、および前記冷媒圧縮機を制御して沸き上げ運転を開始し、前記複数のセンサのうち、前記流体流路の入口側に配される前記温度センサによって検出される流体温度が設定温度以上になり、前記沸き上げ運転開始時における前記タンク内の給湯流体の蓄熱量よりも前記沸き上げ運転停止時における前記タンク内の給湯用流体の蓄熱量が増大すると、沸き上げ運転を停止させる制御器とを備えた給湯装置において、
料金設定が異なる時間帯によって、前記沸き上げ運転を開始する際に所定温度を検出する温度センサが異なるとともに、前記沸き上げ運転開始時における前記タンク内の給湯用流体の蓄熱量に対する前記沸き上げ運転停止時における前記タンク内の給湯用流体の蓄熱量の増加量が異なり、料金設定が低くなるに従って前記タンク内の給湯用流体の蓄熱量の増加量が大きくなることを特徴とする給湯装置。
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