JP5298813B2 - ヒートポンプ式給湯機 - Google Patents

Description

本発明は、ヒートポンプ式給湯機に関するものである。

一般に、ヒートポンプ式給湯機は、圧縮機、水熱交換器、膨張弁および蒸発器をこの順に配管で接続した冷媒回路と、水が貯留されるタンク、このタンクの水を水熱交換器に送る入水配管、および水熱交換器により加熱された水をタンクに戻す出湯配管を有する貯湯回路とを備えている（例えば特許文献１）。
特開２００３−２２２３９６号公報

ところで、ヒートポンプ式給湯機は、給湯用として水を加熱する以外に、風呂の追い焚き、床暖房用循環水の加熱などの用途にも使用され、これらの用途の場合には入水温度が比較的高くなりやすい。また、冷媒として例えば二酸化炭素を用いて、高圧側の冷媒圧力を臨界圧力以上にして運転すると、入水温度の上昇に伴う加熱能力および成績係数の低下が大きくなる。

したがって、高圧側の冷媒圧力を臨界圧力以上とするヒートポンプ式給湯機において、入水温度が上昇したときであっても、加熱能力および成績係数の低下を抑制することが望まれる。

そこで、本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、高圧側の冷媒圧力を臨界圧力以上とするヒートポンプ式給湯機において、入水温度が上昇した場合であっても加熱能力および成績係数の低下を効果的に抑制できるヒートポンプ式給湯機を提供することにある。

本発明のヒートポンプ式給湯機は、圧縮機と、水熱交換器と、減圧機構と、蒸発器と、これらを接続する配管とを有し、高圧側の冷媒圧力を臨界圧力以上にして冷媒を循環させる冷媒回路と、水が貯留されるタンクと、前記タンクの水を前記水熱交換器に送る入水配管と、前記水熱交換器により加熱された水を前記タンクに戻す出湯配管とを有する貯湯回路と、前記水熱交換器に流入する水の温度を入水温度とし、前記水熱交換器により温度調節された水の温度を出湯温度としたとき、第１の出湯温度での成績係数と、この第１の出湯温度よりも高い第２の出湯温度での成績係数とが同じ値になる入水温度を基準値とし、前記入水温度が前記基準値よりも低温側では前記第１の出湯温度での成績係数の方が前記第２の出湯温度での成績係数よりも高く、前記入水温度が前記基準値よりも高温側では前記第２の出湯温度での成績係数の方が前記第１の出湯温度での成績係数よりも高くなるように設定された成績係数の特性を利用して、前記基準値よりも前記入水温度が高くなった場合に前記出湯温度を前記第１の出湯温度から前記第２の出湯温度に上げる制御を実行する制御手段と、を備えている。

この構成では、制御手段は、出湯温度が異なっても成績係数が同じ値になる入水温度の特異的な点である基準値と実際の入水温度との比較結果に基づいて出湯温度を制御する。

具体的には、例えば、入水温度が基準値よりも低い温度で出湯温度をある値Ｔ１に制御しているケースで、入水温度が基準値よりも高くなった場合には、出湯温度をＴ１より大きなＴ２に上げる。このように出湯温度をＴ１からＴ２に上げると、圧縮機の消費エネルギー（圧縮仕事）は増加するが、その増加率よりも大きな増加率で水熱交換器における加熱能力が増加するので、結果的に成績係数を高くすることができる。

また、入水温度が高くなって入水温度と出湯温度との差が小さくなると、水熱交換器の加熱能力が低下するが、入水温度が基準値よりも高くなった場合に出湯温度をＴ１からＴ２に上げることによって、入水温度と出湯温度との差を広げることができるので、加熱能力も高めることができる。

これにより、入水温度が上昇した場合であっても加熱能力および成績係数の低下を効果的に抑制することができる。

前記制御手段は、前記入水温度が前記基準値よりも高くなり、かつ、その時点での出湯温度が出湯温度上限値よりも低い場合に、前記出湯温度を上げる制御を実行するのが好ましい。

このように出湯温度上限値を出湯温度の制御に加えることによって、出湯温度の上限管理を適切に行うことができる。

本発明では、前記基準値が第１基準値であり、この第１基準値よりも低い温度の第２基準値がさらに設定されており、前記制御手段は、前記第１基準値よりも前記入水温度が高くなり前記出湯温度を上げた後、前記第２基準値よりも前記入水温度が低くなった場合に前記出湯温度を下げる制御を実行するのが好ましい。

この構成では、第１基準値（基準値）よりも入水温度が高くなり出湯温度を上げた後、第２基準値よりも入水温度が低くなった場合に出湯温度を下げる。具体的には、例えば、入水温度が第２基準値よりも低くなった場合に出湯温度を前記Ｔ２から前記Ｔ１に下げると、水熱交換器における加熱能力は低下するが、その低下率よりも大きな低下率で圧縮機の消費エネルギーが低下するので、結果的に成績係数の低下を効果的に抑制できる。また、このように本構成によれば、入水温度の上昇時だけでなく下降時にも適切な出湯温度の制御ができるので、入水温度の長時間にわたる上下の変動に対しても出湯温度を適切に制御して加熱能力および成績係数の低下を長時間にわたり効果的に抑制することができる。

また、本発明では、前記第１基準値よりも高い温度の第３基準値がさらに設定されており、前記制御手段は、前記第１基準値よりも前記入水温度が高くなり前記出湯温度を上げた後、前記第３基準値よりも前記入水温度が高くなった場合に前記出湯温度をさらに上げる段階的な制御を実行するのが好ましい。

この構成では、入水温度が第１基準値よりも高くなり出湯温度を上げた後、入水温度が第３基準値よりも高くなった場合に、出湯温度をさらに上げる温度制御を行うので、入水温度の上昇度合いに応じて出湯温度を段階的に制御することができる。これにより、加熱能力および成績係数の低下をより効果的に抑制することができる。

また、本発明では、前記第２基準値よりも高く、前記第３基準値よりも低い温度の第４基準値がさらに設定されており、前記制御手段は、前記第３基準値よりも前記入水温度が高くなり前記出湯温度を上げた後、前記第４基準値よりも前記入水温度が低くなった場合に前記出湯温度を下げる段階的な制御を実行するのが好ましい。

この構成では、第３基準値よりも入水温度が高くなり出湯温度を上げた後、第４基準値よりも入水温度が低くなった場合に出湯温度を下げるので、上記した段階的な制御において入水温度が下がったときにも成績係数の低下をより効果的に抑制できる。

前記制御手段は、前記入水温度が上がるにつれて前記出湯温度を上げる連続的な制御を実行してもよい。

この構成では、入水温度が上がるにつれて出湯温度も上げる連続的な制御を行うので、入水温度の上昇に応じて出湯温度をさらに細かく連続的に制御することができる。これにより、加熱能力および成績係数の低下をさらに効果的に抑制することができる。

前記制御手段は、前記入水温度が下がるにつれて前記出湯温度を下げる連続的な制御を実行してもよい。

この構成では、入水温度が下がるにつれて出湯温度を下げるので、上記した連続的な制御において入水温度が下がったときにも成績係数の低下をさらに効果的に抑制できる。また、このように入水温度の上昇時だけでなく、下降時にも適切な出湯温度の制御ができるので、入水温度の長時間にわたる上下の変動に対しても出湯温度を適切に制御して加熱能力および成績係数の低下を長時間にわたり効果的に抑制することができる。

以上説明したように、本発明によれば、高圧側の冷媒圧力を臨界圧力以上とするヒートポンプ式給湯機において、入水温度が上昇した場合であっても加熱能力および成績係数の低下を効果的に抑制することができる。

以下、本発明の一実施形態にかかるヒートポンプ式給湯機について図面を参照しながら詳細に説明する。図１に示すように、本実施形態にかかるヒートポンプ式給湯機１１は、冷媒を循環させる冷媒回路１３と、この冷媒回路１３の冷媒との熱交換により低温水を沸き上げてタンク１５に高温水を貯湯するための貯湯回路１７とを備えている。

冷媒回路１３は、圧縮機１９と、水熱交換器２１と、膨張弁（減圧機構）２３と、蒸発器２５と、これらを接続する配管とを有している。本実施形態では、冷媒回路１３を循環する冷媒として二酸化炭素を用いている。この二酸化炭素は圧縮機１９により臨界圧力以上に圧縮される。

貯湯回路１７は、水が貯留されるタンク１５と、このタンク１５の水を水熱交換器２１に送る入水配管２７と、水熱交換器２１との熱交換により加熱された水をタンク１５に戻す出湯配管２９と、貯湯回路１７内において水を循環させるポンプ３１とを有している。

入水配管２７から水熱交換器２１に流入する水の温度（以下、入水温度という。）は、水熱交換器２１との接続部近傍の入水配管２７に配設された温度センサ３９により測定される。水熱交換器２１により温度調節された水の温度（以下、出湯温度という。）は、水熱交換器２１との接続部近傍の出湯配管２９に配設された温度センサ４１により測定される。

この給湯機１１は、冷媒回路１３および貯湯回路１７を制御する制御部（制御手段）３３を備えている。この制御部３３が冷媒回路１３の圧縮機１９を駆動させるとともに貯湯回路１７のポンプ３１を駆動させることにより、タンク１５の底部に設けられた出水口からタンク１５内の低温水が入水配管２７を通じて水熱交換器２１に送られる。水熱交換器２１に送られてきた低温水は、水熱交換器２１において加熱され、出湯配管２９を通じてタンク１５の上部に設けられた入水口からタンク１５内に戻される。これにより、タンク１５内は、上部に高温水が貯湯され、下部にいくほど水の温度が低くなっている。

タンク１５は、貯湯された高温水をタンク１５の上部から取り出して浴槽などへ給湯するための給湯配管３５と、タンク１５の底部に水道水などの低温水を供給するための給水配管３７とを備えている。

図２は、給湯機１１において、入水温度を１０℃から６０℃まで変えたときのヒートポンプの成績係数（ＣＯＰ）の変化を示すグラフである。図２において、実線は出湯温度を６５℃に設定した場合のデータを示し、破線は出湯温度を８５℃に設定した場合のデータを示している。

図２に示すように、入水温度と成績係数の関係を示すグラフ上の曲線は右下がりの挙動を示しており、成績係数は、出湯温度にかかわらず、入水温度が上昇するに伴って低下している。ところが、出湯温度が６５℃である場合と出湯温度が８５℃である場合とで成績係数の挙動を比較すると、入水温度がＡ１（図２の場合、約３５℃）よりも低温側では出湯温度６５℃の方が成績係数が高く、入水温度がＡ１よりも高温側では出湯温度８５℃の方が成績係数が高くなっている。

すなわち、出湯温度６５℃の挙動と出湯温度８５℃の挙動を比較すると、グラフ上の双方の曲線が交わる座標（Ａ１，ＣＯＰ１）を境にして成績係数が逆転している。しかも、図２には図示されていないが、出湯温度が６５℃，８５℃である場合だけでなく、これら以外の出湯温度であっても、入水温度と成績係数の関係を示すグラフ上の曲線は右下がりの挙動を示すとともに座標（Ａ１，ＣＯＰ１）またはその近傍を通るという特異的な挙動を示す。以下、この特異的な点である入水温度を第１基準値Ａ１という。

具体例を挙げると、入水温度が１０℃である場合と入水温度が５０℃である場合とを比較すると以下のようになる。図３のモリエル線図には、入水温度が１０℃であるときの冷凍サイクルを例示し、図４のモリエル線図には、入水温度が５０℃であるときの冷凍サイクルを例示している。図３および図４において、実線は出湯温度を６５℃に設定した場合のデータを示し、破線は出湯温度を８５℃に設定した場合のデータを示している。

図２に示す入水温度が１０℃で出湯温度が６５℃である場合の成績係数ＣＯＰ（１０／６５）は、図３に示す放熱量Δｈ２を圧縮仕事の熱量Δｈ１で除することにより得られる（Δｈ２／Δｈ１）。また、図２に示す入水温度が１０℃で出湯温度が８５℃である場合の成績係数ＣＯＰ（１０／８５）は、図３に示す放熱量Δｈ４を圧縮仕事の熱量Δｈ３で除することにより得られる（Δｈ４／Δｈ３）。

図２に示す入水温度が５０℃で出湯温度が６５℃である場合の成績係数ＣＯＰ（５０／６５）は、図４に示す放熱量Δｈ６を圧縮仕事の熱量Δｈ５で除することにより得られる（Δｈ６／Δｈ５）。また、図２に示す入水温度が５０℃で出湯温度が８５℃である場合の成績係数ＣＯＰ（５０／８５）は、図４に示す放熱量Δｈ８を圧縮仕事の熱量Δｈ７で除することにより得られる（Δｈ８／Δｈ７）。

図２に示すように、第１基準値Ａ１よりも温度の低い領域である入水温度１０℃の場合には、ＣＯＰ（１０／６５）＞ＣＯＰ（１０／８５）であるが、第１基準値Ａ１よりも温度の高い領域である入水温度５０℃の場合には、ＣＯＰ（５０／６５）＜ＣＯＰ（５０／８５）となる。

以上のように、高圧側の冷媒圧力を臨界圧力以上にして冷媒を循環させる冷媒回路では、第１の出湯温度での成績係数と、この第１の出湯温度よりも高い第２の出湯温度での成績係数とが同じ値になる第１基準値Ａ１という特異的な入水温度が存在し、この第１基準値Ａ１は、給湯機１１の仕様などにも若干左右されるものの、ほぼ冷媒に固有の値となる。例えば、冷媒が二酸化炭素の場合には、この第１基準値Ａ１は３５℃〜４０℃程度となる。

本実施形態の給湯機１１は、この第１基準値Ａ１に基づいて出湯温度の制御を行うものである。すなわち、本実施形態では、以下の制御例で説明するように水熱交換器２１に入水する入水温度が第１基準値Ａ１よりも高くなった場合に出湯温度を第１の出湯温度から第２の出湯温度に上げる制御を実行することにより、入水温度が上昇した場合であっても成績係数の低下を抑制することができる。

次に、本実施形態にかかる給湯機１１の制御例について説明する。図５は、給湯機１１の制御例を示すフローチャートである。本制御例では、冷媒として二酸化炭素を用い、上記した第１基準値Ａ１に基づいて出湯温度を制御することに加え、出湯温度を段階的に制御するための他の基準値として第２基準値Ａ２、第３基準値Ａ３および第４基準値Ａ４がそれぞれ設定されている。これらの大小関係はＡ３＞Ａ４＞Ａ１＞Ａ２とされ、第１基準値Ａ１が３５℃、第２基準値Ａ２が３０℃、第３基準値Ａ３が４５℃、第４基準値Ａ４が４０℃にそれぞれ設定されている。また、本制御例では、運転開始当初の出湯温度（第１の出湯温度）が６５℃に設定され、第２の出湯温度が７５℃、第３の出湯温度が８５℃にそれぞれ設定される場合を例に挙げて説明する。

図５に示すように、給湯機１１の運転が開始されると、ステップＳ１において、制御部３３は外気温度、タンク１５内の残湯量などから第１の出湯温度（例えば６５℃）を決定し、ステップＳ２に進む。

ステップＳ２において、制御部３３は、入水温度が第１基準値Ａ１（例えば３５℃）より大きいか否かについて判断する。入水温度が第１基準値Ａ１より大きい場合には、制御部３３はステップＳ３に進む。入水温度が第１基準値Ａ１以下である場合には、制御部３３はステップＳ４に進む。

ステップＳ３において、制御部３３は、その時点での出湯温度が出湯温度の上限値Ａｍａｘ（例えば９０℃）に達しているか否かを判断する。出湯温度が上限値Ａｍａｘに達していない場合にはステップＳ５に進み、出湯温度が上限値Ａｍａｘに達している場合にはステップＳ４に進む。

ステップＳ４において、制御部３３は、タンク１５内の水が沸き上げ終了の条件を満たしているか否かを判断する。タンク１５内における所定高さにある水の温度が所定値以上になっている場合には沸き上げ終了と判断し、運転を終了する。タンク１５内の所定高さの水の温度が所定値未満である場合には、沸き上げを継続するためにステップＳ２に戻る。

ステップＳ５では、上記ステップＳ２およびＳ３において入水温度が第１基準値Ａ１よりも大きく、かつ、その時点での出湯温度が上限値Ａｍａｘに達していないと判断されたので、制御部３３は、出湯温度の目標値を第１の出湯温度からｄ０℃（例えば１０℃）上げて出湯温度が第２の出湯温度（例えば７５℃）になるように制御する。出湯温度を第１の出湯温度から第２の出湯温度に上げるには、例えば貯湯回路１７を循環する水量を下げるとともに、冷媒回路１３の膨張弁２３の開度を所定量だけ絞ればよい。出湯温度の目標値が第２の出湯温度に変更された後、ステップＳ６に進む。

ステップＳ６において、制御部３３は、入水温度が第２基準値Ａ２（例えば３０℃）未満であるか否かを判断する。第２基準値Ａ２は、入水温度が第１基準値Ａ１よりも大きいと判断されて出湯温度が第１の出湯温度から第２の出湯温度に上げられた後、時間の経過とともに入水温度が再び第１の基準値Ａ１を下回った場合に、出湯温度を第２の出湯温度から第１の出湯温度に戻すか否かを判断するために設けられた基準値である。この第２基準値Ａ２は、第１基準値Ａ１よりもｄ１℃（例えば５℃）低い温度に設定されている（Ａ２＝Ａ１−ｄ１）。

したがって、ステップＳ２において入水温度が第１基準値Ａ１よりも大きいと判断された直後の時点では、入水温度は第２基準値Ａ２よりも大きいので、ステップＳ６において制御部３３はステップＳ８に進む。

ステップＳ８において、制御部３３は、入水温度が第３基準値Ａ３（例えば４５℃）よりも大きいか否かについて判断する。第３基準値Ａ３は、入水温度が第１基準値Ａ１よりも大きいと判断されて出湯温度が第１の出湯温度から第２の出湯温度に上げられた後、時間の経過とともに入水温度がさらに上昇した場合に、出湯温度を第２の出湯温度から第３の出湯温度にさらに上げるか否かを判断するために設けられた基準値である。この第３基準値Ａ３は第１基準値Ａ１よりも所定値（例えば１０℃）だけ高い温度に設定されている。

したがって、入水温度が第３基準値Ａ３より大きい場合には、制御部３３はステップＳ９に進む。入水温度が第３基準値Ａ３以下である場合には、制御部３３はステップＳ１０に進む。

ステップＳ９において、制御部３３は、その時点での出湯温度が出湯温度の上限値Ａｍａｘに達しているか否かを判断する。出湯温度が上限値Ａｍａｘに達していない場合にはステップＳ１１に進み、出湯温度が上限値Ａｍａｘに達している場合にはステップＳ１０に進む。

ステップＳ１０において、制御部３３は、タンク１５内の水が沸き上げ終了の条件を満たしているか否かを判断する。制御部３３は、沸き上げ終了の条件を満たしていると判断した場合には運転を終了し、条件を満たしていないと判断した場合には、沸き上げを継続するためにステップＳ６に戻る。

ステップＳ１１では、上記ステップＳ８およびＳ９において入水温度が第３基準値Ａ３よりも大きく、かつ、その時点での出湯温度が上限値Ａｍａｘに達していないと判断されたので、制御部３３は、出湯温度の目標値を第２の出湯温度からさらにｄ０℃（例えば１０℃）上げて出湯温度が第３の出湯温度（例えば８５℃）になるように段階的な制御を行う。その後、ステップＳ１２に進む。

ステップＳ１２において、制御部３３は、入水温度が第４基準値Ａ４（例えば４０℃）未満であるか否かを判断する。第４基準値Ａ４は、入水温度が第３基準値Ａ３よりも大きいと判断されて出湯温度が第２基準値Ａ２から第３基準値Ａ３に上げられた後、時間の経過とともに入水温度が再び第３基準値Ａ３を下回った場合に、出湯温度を第３の出湯温度から第２の出湯温度に戻すか否かを判断するために設けられた基準値である。この第４基準値Ａ４は、第２基準値Ａ２よりも高く、かつ、第３基準値Ａ３よりもｄ１℃（例えば５℃）低い温度に設定されている。

したがって、ステップＳ８において入水温度が第３基準値Ａ３よりも大きいと判断された直後の時点では、入水温度は第４基準値Ａ４よりも大きいので、ステップＳ１２において制御部３３はステップＳ１４に進む。

ステップＳ１４において、制御部３３は、タンク１５内の水が沸き上げ終了の条件を満たしているか否かを判断する。制御部３３は、沸き上げ終了の条件を満たしていると判断した場合には運転を終了し、条件を満たしていないと判断した場合には、沸き上げを継続するためにステップＳ１２に戻る。

制御部３３は、ステップＳ１２において再び入水温度と第４基準値Ａ４とを比較し、入水温度が依然として入水温度が第４基準値Ａ４よりも大きい場合にはステップＳ１４に進み、ステップＳ１４において上記条件を満たしているか否かを再び判断する。制御部３３は、ステップＳ１２およびステップＳ１４のいずれかの条件を満足するまでステップＳ１２とステップＳ１４の条件判断を繰り返す。この条件判断を繰り返す間に、例えば入水温度が低下して第４基準値Ａ４未満となった場合には、制御部３３はステップＳ１３に進む。一方、上記条件判断を繰り返す間に、沸き上げ終了条件を満たすこととなった場合には、制御部３３は運転を終了する。

ステップＳ１３では、上記ステップＳ１２において入水温度が第４基準値Ａ４未満となったと判断されたので、制御部３３は、出湯温度の目標値を第３の出湯温度からｄ０℃下げて出湯温度が第２の出湯温度になるように制御する。出湯温度を第３の出湯温度から第２の出湯温度に下げるには、例えば貯湯回路１７を循環する水量を上げるとともに、冷媒回路１３の膨張弁２３の開度を所定量だけ開けばよい。出湯温度の目標値が第２の出湯温度に変更された後、ステップＳ６に戻る。

上記ステップＳ１０において沸き上げ終了条件を満たしていないと判断された後、または上記ステップＳ１３において出湯温度が第２の出湯温度に戻された後、ステップＳ６では、制御部３３は、入水温度が第２基準値Ａ２未満であるか否かを判断する。入水温度が第２基準値Ａ２未満に低下した場合には、制御部３３はステップＳ７に進む。

ステップＳ７では、上記ステップＳ６において入水温度が第２基準値Ａ２未満に低下したと判断されたので、制御部３３は、出湯温度の目標値を第２の出湯温度からｄ０℃下げて出湯温度が第１の出湯温度になるように制御する。出湯温度を第２の出湯温度から第１の出湯温度に下げるには、例えば貯湯回路１７を循環する水量を上げるとともに、冷媒回路１３の膨張弁２３の開度を所定量だけ開けばよい。出湯温度の目標値が第１の出湯温度に変更された後、制御部３３は、ステップＳ２に戻り、上記した制御を繰り返す。

以上説明したように、上記実施形態では、第１の出湯温度での成績係数と、この第１の出湯温度よりも高い第２の出湯温度での成績係数とが同じ値になる入水温度を第１基準値Ａ１とし、制御部３３は、この第１基準値Ａ１よりも入水温度が高くなった場合に出湯温度を第１の出湯温度から第２の出湯温度に上げる制御を実行するので、入水温度が上昇した場合であっても加熱能力および成績係数の低下を効果的に抑制することができる。

また、上記実施形態では、制御部３３は、入水温度が第１基準値Ａ１よりも高くなり、かつ、その時点での出湯温度が出湯温度上限値Ａｍａｘよりも低い場合に、出湯温度を上げる制御を実行するので、出湯温度の上限管理を適切に行うことができる。

また、上記実施形態では、第１基準値Ａ１よりも低い温度の第２基準値Ａ２がさらに設定されており、制御部３３は、第１基準値Ａ１よりも入水温度が高くなり出湯温度を第１の出湯温度から第２の出湯温度に上げた後、第２基準値Ａ２よりも入水温度が低くなった場合に出湯温度を第２の出湯温度から第１の出湯温度に下げる制御を実行するので、入水温度の長時間にわたる上下の変動に対しても出湯温度を適切に制御して加熱能力および成績係数の低下を長時間にわたり効果的に抑制することができる。

また、上記実施形態では、第１基準値Ａ１よりも高い温度の第３基準値Ａ３がさらに設定されており、制御部３３は、第１基準値Ａ１よりも入水温度が高くなり出湯温度を第１の出湯温度から第２の出湯温度に上げた後、第３基準値Ａ３よりも入水温度が高くなった場合に出湯温度を第２の出湯温度から第３の出湯温度にさらに上げる段階的な制御を実行するので、入水温度の上昇度合いに応じて出湯温度を段階的に制御することができる。これにより、加熱能力および成績係数の低下をより効果的に抑制することができる。

また、上記実施形態では、第２基準値Ａ２よりも高く、第３基準値Ａ３よりも低い温度の第４基準値Ａ４がさらに設定されており、制御部３３は、第３基準値Ａ３よりも入水温度が高くなり出湯温度を第２の出湯温度から第３の出湯温度に上げた後、第４基準値Ａ４よりも入水温度が低くなった場合に出湯温度を第３の出湯温度から第２の出湯温度に下げる段階的な制御を実行するので、上記した段階的な制御において入水温度が下がったときにも成績係数の低下をより効果的に抑制できる。

なお、本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変更、改良等が可能である。例えば、上記実施形態では、第１基準値から第４基準値まで設定して出湯温度の目標値を３段階に設定した段階的な制御を行う場合を例に挙げて説明したが、２段階の制御であってもよく、４段階以上の段階的な制御であってもよい。

また、上記実施形態では、基準値Ａ１〜Ａ４がそれぞれ３５℃、３０℃、４５℃、４０℃であり、第１〜第３の出湯温度がそれぞれ６５℃、８０℃、８５℃である場合を例に挙げて説明したが、これらの各基準値、各出湯温度は上記数値に限定されるものではなく、給湯機の仕様、使用地域などの各条件に応じて適宜設定することができる。

また、上記実施形態では、段階的な制御を行う場合を例に挙げて説明したが、制御手段は、入水温度が上がるにつれて出湯温度を上げる連続的な制御を実行してもよい。この形態では、入水温度が上がるにつれて出湯温度も上げる連続的な制御を行うので、入水温度の上昇に応じて出湯温度をさらに細かく連続的に制御することができる。これにより、加熱能力および成績係数の低下をさらに効果的に抑制することができる。これに加えて、制御手段は、入水温度が下がるにつれて出湯温度を下げる連続的な制御を実行してもよい。この形態では、入水温度が下がるにつれて出湯温度を下げるので、上記した連続的な制御において入水温度が下がったときにも成績係数の低下をさらに効果的に抑制できる。また、このように入水温度の上昇時だけでなく、下降時にも適切な出湯温度の制御ができるので、入水温度の長時間にわたる上下の変動に対しても出湯温度を適切に制御して加熱能力および成績係数の低下を長時間にわたり効果的に抑制することができる。

本発明の一実施形態にかかるヒートポンプ式給湯機を示す構成図である。 本実施形態にかかる給湯機において、入水温度を変化させたときのヒートポンプの成績係数の変化を示すグラフである。 本実施形態にかかる給湯機におけるモリエル線図であり、入水温度が１０℃のときの冷凍サイクルを例示したものである。 本実施形態にかかる給湯機におけるモリエル線図であり、入水温度が５０℃のときの冷凍サイクルを例示したものである。 本実施形態にかかる給湯機の制御の流れを示すフローチャートである。

符号の説明

１１ 給湯機
１３ 冷媒回路
１５ タンク
１７ 貯湯回路
１９ 圧縮機
２１ 水熱交換器
２３ 膨張弁
２５ 蒸発器
２７ 入水配管
２９ 出湯配管
３１ ポンプ
３３ 制御部
３５ 給湯配管
３７ 給水配管
３９ 温度センサ
４１ 温度センサ

Claims (7)

1. 圧縮機と、水熱交換器と、減圧機構と、蒸発器と、これらを接続する配管とを有し、高圧側の冷媒圧力を臨界圧力以上にして冷媒を循環させる冷媒回路と、
   水が貯留されるタンクと、前記タンクの水を前記水熱交換器に送る入水配管と、前記水熱交換器により加熱された水を前記タンクに戻す出湯配管とを有する貯湯回路と、
   前記水熱交換器に流入する水の温度を入水温度とし、前記水熱交換器により温度調節された水の温度を出湯温度としたとき、第１の出湯温度での成績係数と、この第１の出湯温度よりも高い第２の出湯温度での成績係数とが同じ値になる入水温度を基準値とし、前記入水温度が前記基準値よりも低温側では前記第１の出湯温度での成績係数の方が前記第２の出湯温度での成績係数よりも高く、前記入水温度が前記基準値よりも高温側では前記第２の出湯温度での成績係数の方が前記第１の出湯温度での成績係数よりも高くなるように設定された成績係数の特性を利用して、前記基準値よりも前記入水温度が高くなった場合に前記出湯温度を前記第１の出湯温度から前記第２の出湯温度に上げる制御を実行する制御手段と、を備えたヒートポンプ式給湯機。
   
2. 前記制御手段は、前記入水温度が前記基準値よりも高くなり、かつ、その時点での出湯温度が出湯温度上限値よりも低い場合に前記出湯温度を上げる制御を実行する、請求項１に記載のヒートポンプ式給湯機。
3. 前記基準値が第１基準値であり、この第１基準値よりも低い温度の第２基準値がさらに設定されており、
   前記制御手段は、前記第１基準値よりも前記入水温度が高くなり前記出湯温度を上げた後、前記第２基準値よりも前記入水温度が低くなった場合に前記出湯温度を下げる制御を実行する、請求項２に記載のヒートポンプ式給湯機。
4. 前記第１基準値よりも高い温度の第３基準値がさらに設定されており、
   前記制御手段は、前記第１基準値よりも前記入水温度が高くなり前記出湯温度を上げた後、前記第３基準値よりも前記入水温度が高くなった場合に前記出湯温度をさらに上げる段階的な制御を実行する、請求項３に記載のヒートポンプ式給湯機。
5. 前記第２基準値よりも高く、前記第３基準値よりも低い温度の第４基準値がさらに設定されており、
   前記制御手段は、前記第３基準値よりも前記入水温度が高くなり前記出湯温度を上げた後、前記第４基準値よりも前記入水温度が低くなった場合に前記出湯温度を下げる段階的な制御を実行する、請求項４に記載のヒートポンプ式給湯機。
6. 前記制御手段は、前記入水温度が上がるにつれて前記出湯温度を上げる連続的な制御を実行する、請求項２に記載のヒートポンプ式給湯機。
7. 前記制御手段は、前記入水温度が下がるにつれて前記出湯温度を下げる連続的な制御を実行する、請求項６に記載のヒートポンプ式給湯機。
   

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