JP5573740B2 - ヒートポンプ式給湯機 - Google Patents

Description

この発明は、冷媒回路の冷媒と給湯用水路の水とを熱交換させる水冷媒熱交換器の、除霜運転時における凍結防止を行なうヒートポンプ式給湯機に関するものである。

一般の加熱用ヒートポンプにおいては、冬期運転中に外気と熱交換を行なう熱源側熱交換器の表面に生じた着霜を取り除く必要がある。このような除霜方式としては幾種のものが知られているが、冷媒サイクルを採用したものでは単純ホットガスデフロスト方式とリバースサイクルデフロスト方式が挙げられる。このうち、リバースサイクルデフロスト方式で除霜する給湯器については、除霜運転時に冷媒流路切替弁で冷媒の流れを切り替え、熱源側熱交換器に圧縮機からの高温の冷媒を流し、水冷媒熱交換器が蒸発器となる運転を行う。このとき、水冷媒熱交換器では冷媒が水から熱を奪うため、除霜運転時における水冷媒熱交換器の冷媒の蒸発温度、入口水温、および水流量の関係で、蒸発温度が低い場合、入口水温が低い場合、水流量が少ない場合などのときに、水冷媒熱交換器で氷結する恐れがあり、水冷媒熱交換器で水が凍結した場合は水冷媒熱交換器の破損などにつながるため、凍結を回避する方策が必要であった。
そして、一般のヒートポンプ式給湯機では、加熱能力と熱交換器価格とのバランスにより熱交換器サイズが決定されており、水冷媒熱交換器の大きさは加熱能力６０ｋＷクラスの製品で５．５ｍ２（熱処理能力＝１０．９ｋＷ／ｍ２）程度の伝熱面積を持ち、水流量範囲は９〜１５ｍ３／時（０．８〜２．５Ｌ／分／流路、８ｋＪ／Ｌ（冬期）〜２５ｋＪ／Ｌ（夏期））であった。このとき、水冷媒熱交換器で水が凍り始める水温は１５度（水流量９ｍ３／時（０．８Ｌ／分／流路））、蒸発温度は−３０度程度であり、凍結に至る事例は少なかった。しかしながら、現在は高ＣＯＰが要求されるので、性能向上のために水冷媒熱交換器はサイズの大きなものが選定される傾向にある。これに伴って各流路当りの水流量も少なくなるため、同一水流量・同一蒸発温度では、よりいっそう入口水温が高くないと、水冷媒熱交換器が凍結してしまう状況となっている。

また、加温用ヒートポンプ機を、燃焼式ボイラーからの熱源転換など加熱源の置き換えに使用するといった事例を考慮する場合、燃焼式ボイラーはヒートポンプ式より加熱部で温度上昇を大きくとる傾向があるため、水流量は通常のヒートポンプ方式よりも低い水流量のシステムとなっている。そのため、熱源だけを置き換えた場合、ヒートポンプ方式では水流量が最低水流量を下回ってしまう場合がある。因みに、水配管設備の配管径は燃焼式のその流量に合ったものとなっていて比較的小さいことから、安易に水流量を増やすことができない。そのため、燃焼式からの置き換えを考慮して、ヒートポンプ側で予め給湯機使用範囲における最低水流量の引き下げを考慮しておく必要がある。上記のような理由により、同一水温での除霜運転中の凍結防止制御を行う場合、給湯機として従前から最低水流量が低下しており、また水冷媒熱交換器の大型化により１流路当りの水流量も低下することで、より水凍結に至りやすくなっていたのである。このため、ヒートポンプ式給湯器に関しては、従前よりも精度の高い凍結防止の制御を行う必要が生じてきている。

一方で、従来の除霜運転時の凍結防止制御の主なものとしては、例えば除霜運転開始前に水温を除霜開始可能水温以上に上げることにより、除霜運転時の水冷媒熱交換器での凍結を防止するものが知られている（例えば特許文献１参照）。すなわち、除霜運転開始前に貯塔タンクの湯と水を混合することで、入口水温を除霜に適した水温（除霜開始可能水温）以上に上げておくことにより、除霜運転時における水冷媒熱交換器での凍結を防止するようになっている。他方で、除霜運転中に冷媒を熱源側熱交換器からバイパスさせて水冷媒熱交換における冷媒の蒸発温度を上げることにより、水冷媒熱交換での凍結を回避しようとするものが例えば特許文献２に知られている。また、その他の凍結防止制御として、給湯機最低水流量での水凍結温度を設定し、この水凍結温度を入口温度が下回った場合は、除霜運転自体を実施しないようにしたもの、すなわち最低水流量以上の水流量を確保することで除霜運転中に凍結させないようにしたものも知られている。

尚、参考までに、給湯機における最低水流量の設定方法を述べる。これは、循環加温形ヒートポンプでの水流量の決定方法において、加熱時に入口水温と出口水温との温度差が大きくなると水冷媒熱交換器でのスケール付着などの原因となるため、加熱時は水冷媒熱交換器内部では０．１ｍ／秒程度の流速による流量を最低水流量としている。また、除霜運転時は水冷媒熱交換器で凍結しない水流量を給湯機固有の最低水流量と定め、いずれか流量の少ないほうを給湯機最低水流量として規定している。

特許第４２２２９９３号公報 特開２００９−４１８６０号公報

ところで、一般のヒートポンプ式給湯機においては、「最近ヒートポンプの能力が出ていないような気がする」、「運転時間が長くなった」、「電気代が高くなった」などといったユーザの苦情から、周囲温度や湿度の影響、負荷状況を調査して水冷媒熱交換器への水の流量低下に気付くなど、間接的な原因から給湯機や設備のメンテナンスを行う事例が多かった。しかしながら、日常の運転において水冷媒熱交換器の水流量情報が得られるようには構成されていないため、実際に水流量が低下しているか否かを簡単に知ることはできなかった。また、そのために、水流量を変更することにより好ましい除霜運転条件が得られる場合であっても、その好ましい条件により除霜運転が可能か否かの判断ができないという問題もあった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、水冷媒熱交換器における水流量情報を得ることが可能で、得られた水流量情報に基づいて除霜運転が可能か否かを判定することのできるヒートポンプ式給湯機を得ることを目的とする。

この発明に係るヒートポンプ式給湯機は、圧縮機、冷媒流路切替弁、水冷媒熱交換器の冷媒側伝熱管、膨張弁、および熱源側熱交換器を連結して成り冷媒流路切替弁の流路切替えにより冷媒流通方向を反転して熱源側熱交換器表面の除霜運転を行なう冷媒回路と、送水手段、および冷媒側伝熱管内の冷媒との間で熱交換を行なう水冷媒熱交換器の水側伝熱管を連結して成る給湯用水路と、を有するヒートポンプ式給湯機において、水冷媒熱交換器における水側伝熱管の入口水温を検出する入口水温検出手段と、水冷媒熱交換器における水側伝熱管の水流量を検出する水流量検出手段と、除霜運転時の水冷媒熱交換器における冷媒の蒸発温度を設定する蒸発温度設定手段と、水側伝熱管の水流量をパラメータとし除霜運転時の蒸発温度と入口水温との関係を表わした水関連データテーブルを予め記憶している水関連記憶手段と、検出された入口水温および水流量、ならびに設定された除霜運転時の蒸発温度を水関連記憶手段の水関連データテーブルと照合して除霜運転が可能か否かを判定する除霜運転判定手段と、除霜運転判定手段により除霜運転が可能と判定されたときに冷媒流路切替弁の流路切替えを行なって除霜運転を行なう除霜運転手段と、を具備して成るものである。

この発明のヒートポンプ式給湯機は、水冷媒熱交換器における水側伝熱管の水流量を検出する水流量検出手段を備えており、検出された入口水温および水流量、ならびに設定された除霜運転時の蒸発温度を、水関連記憶手段の水関連データテーブルと照合して除霜運転が可能か否かを判定し、除霜運転が可能と判定されたときに冷媒流路切替弁の流路切替えを行なって除霜運転を行なうように構成されているので、水冷媒熱交換器における水流量データを得ることができる。また、得られた水流量データなどに基づいて除霜運転が可能か否かを判定できるという効果を有する。これにより、凍結保護等給湯機の保護制御の範囲を広げて異常停止に至る機会を減らすことができる。更に、水流量を直接的に測定することで、水配管などの経年的なものを原因とする異常については警告を事前に発報し、メンテナンスを事前に行うことが可能となる。また、凍結防止制御を水流量により可変的に運用することで給湯機の使用範囲を拡大するとともに、水ポンプ異常や水の流路切換弁の切り替わり不良などを迅速に検知することで、給湯システムとして正常・異常の判断を給湯機側から検知し発報することができる。その結果、安価な安全システム構築に貢献することとなる。

この発明の実施の形態におけるヒートポンプ式給湯機の回路構成図である。 前記ヒートポンプ式給湯機の制御構成を示す制御ブロック図である。 除霜運転時の水冷媒熱交換器における冷媒の蒸発温度と水冷媒熱交換器の入口水温との関係および給湯用水路の水流量が最低水流量のときの凍結線を示した一般的なグラフの図である。 図３に示した関係および凍結線において圧縮機の運転周波数を最高値から最低値に変更させたときの状態を表した一般的なグラフの図である。 この発明の実施の形態において給湯用水路の水流量をパラメータとし除霜運転時の水冷媒熱交換器における冷媒の蒸発温度と水冷媒熱交換器の入口水温との関係を表わした水関連データテーブルを示すグラフの図である。 この発明の実施の形態におけるヒートポンプ式給湯機の除霜運転開始判定処理を示すフローチャートの図である。 図６に示したフローチャートから続くサブルーチンを示すフローチャートの図である。 この発明の実施の形態におけるヒートポンプ式給湯機の水流量低下時の処理を示すフローチャートの図である。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１におけるヒートポンプ式給湯機の回路構成図、図２は前記ヒートポンプ式給湯機の制御構成を示す制御ブロック図である。
各図において、この実施の形態１に係るヒートポンプ式給湯機１は、冷媒回路２と給湯用水路３とを備えて構成されている。冷媒回路２は、圧縮機１１、冷媒流路切替弁１６、水冷媒熱交換器１４の冷媒側伝熱管４、膨張弁１３、および熱源側熱交換器１５が冷媒配管５を介して環状に連結されている。この冷媒回路２において、冷媒側伝熱管４と膨張弁１３との間の冷媒配管５と、冷媒流路切替弁１６と冷媒側伝熱管４との間の冷媒配管５は、途中にバイパス膨張弁１２を有するバイパス配管６を介して配管接続されている。圧縮機１１は、インバータ装置７からの運転周波数信号により運転容量可変に構成されている。冷媒回路２およびバイパス配管６には例えば二酸化炭素などの冷媒が流通する。熱源側熱交換器１５には送風機１７によって室外空気が送風される。

前記した給湯用水路３は、ポンプなどの送水手段４０、水流量調整弁４２、水流量検出手段２１、水冷媒熱交換器１４の水側伝熱管８、および給湯先４１が水配管９を介して一連に連結されている。水冷媒熱交換器１４においては、水側伝熱管８内の水と冷媒側伝熱管４内の冷媒との間で熱交換を行なうようになっている。出口水温検出手段２３が水側伝熱管８の出口部に配備されている。この出口水温検出手段２３による検出温度を給湯目標温度（例えば９０度）とするように、冷媒回路２が運転制御される。このヒートポンプ式給湯機１は例えば高温出湯が可能な一過式昇温方式を採用している。但し、本発明はこの一過式昇温方式に限定されない。水冷媒熱交換器１４の入口部には、水側伝熱管８の入口水温を検出する入口水温検出手段２０が配備されている。水流量検出手段２１は水側伝熱管８の水流量を検出する。

制御装置５０は、図２に詳記したように、構成中心である例えばマイクロコンピュータのＣＰＵ、ＲＡＭなどの記憶手段８０、アクチュエータ制御手段（除霜運転手段の例）３１、受信手段３０、および送信手段３２を備えている。アクチュエータ制御手段３１は、後述する除霜運転手段も兼ねている。制御装置５０のＣＰＵは、水温異常判定手段６０、水流量異常判定手段６１、除霜運転判定手段６２、蒸発温度設定手段６３、除霜運転可能判定手段６４、運転停止手段６７、水流量変化検出手段６８、警報出力手段６９、および水流量設定変更手段７２のそれぞれの機能を備えている。前記した蒸発温度設定手段６３は、除霜運転時にインバータ装置７から圧縮機１１に出力される運転周波数信号を設定する運転周波数設定手段６５と、設定された運転周波数信号と除霜運転時の水冷媒熱交換器１４における冷媒の蒸発温度との関係を表わした蒸発温度関連データテーブル７０を予め記憶している記憶手段（蒸発温度関連記憶手段の例）８０と、設定された運転周波数信号を記憶手段８０の蒸発温度関連データテーブル７０と照合して得られた蒸発温度を除霜運転判定手段６２により使用させる蒸発温度出力手段６６と、から構成されている。水流量設定変更手段７２は、水流量調整弁４２を制御して給湯用水路３の水流量を設定変更する。

受信手段３０は、センサ伝送線３０Ａを介してそれぞれ接続された、水流量検出手段２１、入口水温検出手段２０、出口水温検出手段２３、外気温度検出手段２２、および冷媒温度検出手段２４からの検出信号をＣＰＵに取り込むようになっている。アクチュエータ制御手段３１は、駆動用伝送線３１Ａを介してそれぞれ接続されたアクチュエータ、例えばインバータ装置７、膨張弁１３、冷媒流路切替弁１６、水流量調整弁４２、およびバイパス膨張弁１２などにＣＰＵからの駆動制御信号を出力する。送信手段３２は、表示伝送線３２Ａを介して接続された表示装置１０にＣＰＵからの警報出力指令信号を出力する。

次に動作について説明する。このヒートポンプ式給湯機１において、給湯運転時には冷媒回路２の圧縮機１１から吐出された高温高圧の冷媒が矢印Ｆのように水冷媒熱交換器１４に流入し、給湯用水路３の水側伝熱管８を流れる水を加熱して給湯動作を行なう。一方、冬季において熱源側熱交換器１５の表面の除霜を行なうときは、冷媒流路切替弁１６の流路切替えにより、冷媒流通方向が矢印Ｂのように反転したリバースサイクル運転となって、冷媒が熱源側熱交換器１５に流入し熱源側熱交換器１５を加熱して除霜を行ない、その後冷媒は水冷媒熱交換器１４の冷媒側伝熱管４で蒸発するようになっている。

ここで、一般的な、圧縮機の一定速運転における除霜運転時の水冷媒熱交換器における冷媒の蒸発温度と水冷媒熱交換器の入口水温との関係、および給湯用水路の水流量が最低水流量のときの凍結線を図３のグラフに示す。このグラフ中で、凍結線を境に、右側の領域が除霜運転可能領域であり、左側の領域が除霜運転禁止領域となっている。また、このグラフにおいて、除霜運転時の水冷媒熱交換器１５における冷媒の蒸発温度は、インバータ装置７からの運転周波数で設定される圧縮機１１の運転容量毎に予め試験などによって求められ、蒸発温度関連データテーブルとして保存されている。この一般的なヒートポンプ式給湯機は現時点で検出される水流量情報を持っていないため、給湯用水路に最低水流量の水を流すことにより、水冷媒熱交換器１４の水側伝熱管８を保護するようにしている。すなわち、図３のグラフは、水流量が最低水流量（７．５ｍ３／時）のときの凍結線が用いられ、圧縮機が或る運転周波数（蒸発温度に対応）で運転されているときに除霜運転が可能となるのは、凍結水温点(３２度)以上の水を流したときであることを示している。

そこで、前記した一般的な関係を用いれば、水冷媒熱交換器１４の水側伝熱管８を流れる水の流量が最低水流量（７．５ｍ３／時）に設定されるとともに、水側伝熱管８の入口水温を取り込むようにした場合に、図４に示すように、霜運転中の圧縮機１１の運転周波数を設定変更することにより、水側伝熱管８内での凍結を回避することができる。図４のグラフにおいて、圧縮機１１の運転周波数は例えば最高運転周波数が１００Ｈｚであり最低運転周波数が７０Ｈｚである。すなわち、圧縮機１１の運転周波数が最高運転周波数１００Ｈｚのときは凍結水温点が３２度であるから、３２度を超える水温の水を水側伝熱管８に流せばよいことを示している。一方、運転周波数が最低運転周波数７０Ｈｚのときは凍結水温点が１８度であるから、１８度を超える水温の水を水側伝熱管８に流せばよいことを示している。すなわち、水側伝熱管８の入口水温が１８度を超え３２度以下である場合は、圧縮機１１の運転周波数を最低運転周波数７０Ｈｚから最高運転周波数１００Ｈｚまでの範囲内で変更することにより、除霜運転を行なうことを可能にしている。

前記した一般的なヒートポンプ式給湯機では、水側伝熱管８を流れる水の水流量情報は得られないので、圧縮機の運転周波数を調整することにより除霜運転を可能にしていた。しかしながら、給湯用水路３側の運転状況により水側伝熱管８を流れる水の水流量は変化するし、その水流量の変化により、除霜運転が可能となる圧縮機の運転条件は変化するはずであるが、調整後の運転周波数が適切でない場合もあり得る。

そこで、この実施形態のヒートポンプ式給湯機１では、水流量検出手段２１および制御装置５０が配備されている。また、除霜運転時における圧縮機１１の運転周波数毎および膨張弁１３のＬＥＶ開度毎の蒸発温度を含む蒸発温度関連データテーブルと、水側伝熱管８の水流量をパラメータとし除霜運転時の水冷媒熱交換器１４における蒸発温度と水側伝熱管８の入口水温との関係を表わした水関連データテーブル７１とが、記憶手段（蒸発温度関連記憶手段および水関連記憶手段の例）８０に予め記憶されている。因みに、圧縮機運転周波数ごとの除霜運転中の蒸発温度は、水側伝熱管８の伝熱面積および膨張弁１３の絞り容量（ＬＥＶ開度）により異なる。制御装置５０は、除霜運転開始前の外気温度を外気温度検出手段２２から、水流量データを水流量検出手段２１から、水側伝熱管８の入口水温を入口水温検出手段２０からそれぞれ取り込み、除霜運転開始時における膨張弁１３のＬＥＶ開度および圧縮機１１の運転周波数をそれぞれ決定するようにした。尚、除霜運転時の最低運転周波数（７０Ｈｚ）は、外気温、熱源側熱交換器の面積、着霜量と除霜運転設定時間により必要加熱能力が決定され、この必要加熱能力が得られるときの圧縮機運転周波数である。この最低運転周波数は、熱源側熱交換器の仕様・使用能力範囲が決定されるときに設定される。除霜運転時の最高運転周波数（１００Ｈｚ）は、圧縮機１１の運転可能最高周波数により決まるが、個々の圧縮機により異なる。

以上のように、水流量検出手段２１により水冷媒熱交換器１４の水流量情報を得るようにしたので、水流量の増減を把握することができる。この場合、水流量を増やすことにより、同一蒸発温度であっても水側伝熱管８内で凍結に至る水温度（凍結水温）を低下させることが可能となり、除霜禁止領域を狭めることができる。

実施の形態２．
この実施の形態２は、除霜運転開始前に検知した水流量でも次回の除霜運転が可能となるように、制御装置５０が水温設定値を自動的に高めに設定変更し、次回の除霜運転の準備を行うものである。図６はこの発明の実施の形態２におけるヒートポンプ式給湯機の除霜運転開始判定処理を示すフローチャートを示している。
まず、除霜運転開始判定処理が開始されると、制御装置５０の水温異常判定手段６０は、入口水温検出手段２０により検出された入口水温が、この給湯機に予め設定されている給湯機固有の水温推奨範囲（例えば５〜３２度）を超えて高いか否かを判断する（ステップＳ１；以下、ステップを省略しＳのみを表示する）。検出された入口水温が水温推奨範囲よりも高い場合は（ｙｅｓ）、水温異常であるとして給湯機を停止させ（Ｓ２）、処理を終了する。検出された入口水温が水温推奨範囲内である場合（Ｓ７のｎｏ）、制御装置５０の水流量異常判定手段６１は、水流量検出手段２２により検出された水流量が、この給湯機に予め設定されている水流量推奨範囲（例えば７．５〜１５ｍ３／時）を超えて多いか否かを判断する（Ｓ３）。Ｓ３で、検出された水流量が水流量推奨範囲を超えていない場合は（ｎｏ）、Ｓ５の処理に移る。一方、Ｓ３で、検出された水流量が水流量推奨範囲を超えて多い場合は（ｙｅｓ）、水流量過多であるとして、水流量過多の注意を促す発報を表示装置１０に実行させたのち（Ｓ４）、Ｓ５に至る。Ｓ５では、制御装置５０が、冷媒温度検出手段２４により検出された熱源側熱交換器１５入口の冷媒温度(a)と、外気温度検出手段２２により検出された外気温度(b)とを取り込む（Ｓ５）。そして、制御装置５０は、それぞれ取り込んだ冷媒温度(a)と外気温度(b)とに基づいて除霜開始条件に合致するか否かを判定し（Ｓ６）、除霜開始条件に合致しないと判定すれば（ｎｏ）、Ｓ１の処理に戻る。Ｓ６において、除霜開始条件に合致すると判定すれば（ｙｅｓ）、除霜開始を許可する（Ｓ７）。

続いて、制御装置５０は、外気温度検出手段２２により検出された外気温度(1)と、入口水温検出手段２０により検出された入口水温(2)と、水流量検出手段２１により検出された水流量(3)を取り込む（Ｓ８）。次に、制御装置５０は、検出された外気温度(1) から除霜運転時の圧縮機１１の運転周波数を仮決定して設定する（Ｓ９）。このとき、制御装置５０の蒸発温度設定手段６３は、仮決定した運転周波数を記憶手段８０の蒸発温度関連データテーブル７０と照合することにより、除霜運転時の水冷媒熱交換器１４における冷媒の蒸発温度(4)を仮決定として算出し設定する。蒸発温度関連データテーブル７０は、計算もしくは実験で予め得られて記憶手段８０に記憶されている除霜運転中の圧縮機周波数〜蒸発温度間の関係データである。そして、制御装置５０の除霜運転判定手段６２は、検出された入口水温(2)および水流量(3)、並びに設定された蒸発温度(4) の各データを、記憶手段８０の水関連データテーブル７１と照合することにより、給湯機保有の凍結線ＭＡＰ上でプロットをして、凍結領域である除霜禁止領域に入るか否か（除霜運転が可能か否か）を判定する（Ｓ１０）。前記した入口水温(2)、水流量(3)、および蒸発温度(4) の各データのプロットが除霜禁止領域に入っていないと判定すれば（ｎｏ）、制御装置５０のアクチュエータ制御手段（除霜運転手段の例）３１は、冷媒流路切替弁１６の流路切替えを行なって除霜運転を開始し（Ｓ１１）、処理を終える。Ｓ１０で、プロットが除霜禁止領域に入っていると判定すれば（ｙｅｓ）、サブルーチン（ＳＵＢ）の処理へ移行する。

前記のサブルーチン（ＳＵＢ）は、図７に示すように、そのときの運転状況が除霜禁止領域にある場合の制御態様を示している。
まず、制御装置５０は、除霜運転時の圧縮機１１の運転周波数を１Ｈｚ下げるように除霜運転時の運転周波数を仮決定し、更に蒸発温度関連データテーブル７０を参照し除霜運転中の蒸発温度(5)を仮決定して設定する（Ｓ２０）。これにより、仮決定された蒸発温度は直前値よりも高い値となる。次に、仮決定した運転周波数が除霜運転時の最低運転周波数（＝７０Ｈｚ）以上であるか否かを判定する（Ｓ２１）。除霜運転時の最低運転周波数とは除霜運転時における加熱力を確保することのできる運転周波数である。仮決定した運転周波数が除霜運転時の最低運転周波数未満であれば（ｎｏ）、検出された水流量が給湯機固有の水流量推奨範囲（７．５〜１５ｍ３／時）を下回っているか否かが判定される（Ｓ２２）。検出された水流量が水流量推奨範囲を下回っていれば（ｙｅｓ）、制御装置５０の送信手段３２は水流量低下異常発報の指令信号を表示装置１０に出力し、表示装置１０に水流量低下異常に関する発報をさせるとともに、ヒートポンプ式給湯機１の運転を停止させて（Ｓ２３）、処理を終える。検出された水流量が水流量推奨範囲内にあれば（Ｓ２２のｙｅｓ）、加熱運転を継続させる（Ｓ２４）。このように加熱運転を継続して入口水温が上がれば、除霜運転が可能となる。

一方、Ｓ２１において、仮決定した運転周波数が除霜運転時の最低運転周波数以上であれば（ｙｅｓ）、制御装置５０は、前記した入口水温(2)、水流量(3)、および蒸発温度(5) の各データを、記憶手段８０の水関連データテーブル７１と照合することにより、給湯機保有の凍結線ＭＡＰ上でプロットをして、凍結領域である除霜禁止領域に入るか否かを判定する（Ｓ２５）。Ｓ２５でプロットが除霜禁止領域に入っていると判定すれば（ｙｅｓ）、Ｓ２０の処理に戻り、Ｓ２１〜Ｓ２４の処理を繰り返す。Ｓ２５で、プロットが除霜禁止領域に入っていないと判定すれば（ｎｏ）、制御装置５０の送信手段３２は水流量低下異常発報の指令信号を表示装置１０に出力して表示装置１０に水流量低下異常に関する発報をさせるとともに、上記で決定した運転周波数で圧縮機１１を運転し（Ｓ２６）、除霜運転を実施する（Ｓ２７）。そうして、除霜運転が終了した後に、水側伝熱管８の入口水温が除霜禁止領域に低下しないよう、制御装置５０は、水流量低下に見合った分のみ目標水温設定値を変更する（Ｓ２８）。そして、水流量低下の警告を表示装置１０に発報させながら給湯運転を継続し（Ｓ２９）、図６に示したフローチャートのＳＴＡＲＴに戻る。

この実施形態２は以上のように構成されているので、現地工事による変動要因である水流量を検出情報として取り込むことができる。これにより、経年劣化による水流量変化（水配管９や水冷媒熱交換器１４の水側伝熱管８にスケールが詰まって圧力損失が増大したことによる水流量低下、給湯用水路３のストレーナ部にスライムが発生して詰まったことによる水流量低下）が生じた場合においても、異常猶予の警告を事前に発報することができる。水流量が低下した場合においても、凍結防止のために冷媒を水冷媒交換器１４からバイパスさせるバイパス膨張弁１２を開ける制御、膨張弁１３のＬＥＶ開度の調整、もしくは圧縮機１１の運転周波数を、凍結領域以下とするように暫定的に制御することにより、異常発生による突然運転停止に至る割合を低減することが可能となる。

また、送水手段４０として遠心式ポンプなどを使用する場合、ポンプを流れる流体（水）は軸受けの冷却も兼ねるため、断水や水へのエア混入はポンプの焼付けをもたらす故障原因となり、ひいては給湯機への水供給停止となって給湯機故障の原因となる。そこで、水流量検出手段２１からの水流量情報を基に断水を検知して、ポンプの運転を停止させる制御を行うことは、給湯機の保護につながるという利点もある。

因みに、熱処理能力＝５ｋＷ／ｍ２程度の伝熱面積を有する大型の水熱交換器を持つようなリバースサイクルのヒートポンプ式給湯器において、水流量推奨範囲（１リットル／分／流路）を下回る値で、且つ、水冷媒熱交換器１４の入口水温が３０度以下で使用する場合であっても、上述した水流量検知による除霜運転時の凍結防止制御は極めて有効である。

実施の形態３．
この実施の形態３は水流量低下時の原因表示に関する処理手順を示す。図８はこの発明の実施の形態におけるヒートポンプ式給湯機の水流量低下時の原因表示に関する処理手順を示している。
まず、制御装置５０の水流量異常判定手段６１は、装置起動時のシステム初期設定の際に、水流量検出手段２１により検出された水流量が給湯機固有の水流量推奨範囲（例えば７．５〜１５．０ｍ３／時）内であるか否かを判定する（Ｓ３０）。検出された水流量が水流量推奨範囲内でなければ（ｎｏ）、水流量異常の内容を表示装置１０に発報させ、制御装置５０の運転停止手段６７が起動時の給湯機運転を停止させる（Ｓ３１）。水流量異常の内容としては、例えば「ポンプの電源が入っていない（水流量少）」、「ポンプインターロックが接続されていない（水流量少）」、「ポンプ運転信号線が接続されていない（水流量少）」、「ポンプがエアを噛んでいる（水流量少）」、または、「ポンプ容量が過大である（水流量多）」などが挙げられる。一方、Ｓ３０で、検出された水流量が水流量推奨範囲内であれば（ｙｅｓ）、検出された水流量を初期水流量として記憶装置８０に記憶させる（Ｓ３２）。次に、制御装置５０の水流量異常判定手段６１は、検出された水流量が水流量推奨範囲内かその範囲を下回っているか否かを判定する（Ｓ３３）。検出された水流量が水流量推奨範囲を下回っていれば（ｎｏ）、水流量異常の内容を表示装置１０に発報させ、制御装置５０の運転停止手段６７が給湯機運転を停止させる（Ｓ３４）。この場合、水流量低下状況（状況１〜４）に応じた水流量異常の内容を表示装置１０に発報させるとともに、推定原因に合わせたエラーコードを表示させた後、演算処理を終える（Ｓ３４、ＥＮＤ）。Ｓ３３において、検出された水流量が水流量推奨範囲内であれば（ｙｅｓ）、その範囲内であっても水流量が経時的に変化したか否かを制御装置５０の水流量変化検出手段６８が判定し（Ｓ３５）、水流量が変化していなければ（ｎｏ）、演算処理を終える（ＥＮＤ）。

制御装置５０は、Ｓ３５で水流量が経時的に変化していれば（ｙｅｓ）、検出された水流量が増加して水流量推奨範囲以上となっているか否かを判定する（Ｓ３６）。検出された水流量が増加して水流量推奨範囲以上であれば（Ｓ３６のｙｅｓ）、水流量過大注意を示す内容を表示装置１０に発報させるとともに給湯機運転は継続させたのち（Ｓ３７）、処理をＳ３３に戻す。このような状況を「水流量増大状況０」とする。この水流量増大状況０の原因としては、例えば「水流量調整弁４２の故障」、または「誤操作を起因とする水流量調製弁４２の開弁による過大流量」などが挙げられる。 Ｓ３６において、検出された水流量が変化してはいるが増加していないとき（ｎｏ）、すなわち減少しているとき、制御装置５０は運転初期からの流量低下が１ｍ３／分以下であるか否かを判定する（Ｓ３８）。流量低下が１ｍ３／分以下でなければ（ｎｏ）、水流量低下異常の内容を表示装置１０に警告させるとともに給湯機運転は継続させたのち（Ｓ３９）、処理をＳ３３に戻す。このような状況を「水流量低下状況１」とする。この水流量低下状況１の原因としては、例えば「ポンプ（送水手段４０）の故障」、「給湯用水路３における水流路切換弁（図示省略）の不良」、または「断水」などが挙げられる。

制御装置５０は、Ｓ３８で、運転初期からの流量低下が１ｍ３／分以下であれば（ｙｅｓ）、運転初期からの流量低下が１ｍ３／日以下であるか否かを判定し（Ｓ４０）、流量低下が１ｍ３／日以下でなければ（ｎｏ）、水流量低下異常の内容を表示装置１０に警告させるとともに給湯機運転は継続させたのち（Ｓ４１）、処理をＳ３３に戻す。このような状況を「水流量低下状況２」とする。この水流量低下状況２の原因としては、例えば「ポンプ（送水手段４０）へのエア噛み」、または「給湯用水路３におけるストレーナへの異物詰まり（初期工事中の原因）」などが挙げられる。Ｓ４０において、運転初期からの流量低下が１ｍ３／日以下であれば（ｙｅｓ）、運転初期からの流量低下が１ｍ３／月以下であるか否かを判定し（Ｓ４２）、流量低下が１ｍ３／月以下でなければ（ｎｏ）、水流量低下異常の内容を表示装置１０に警告させるとともに給湯機運転は継続させたのち（Ｓ４３）、処理をＳ３３に戻す。このような状況を「水流量低下状況３」とする。この水流量低下状況３の原因としては、例えば「前記ストレーナへの異物詰まり（スライム等の発生）」、または「渇水」などが挙げられる。

制御装置５０は、Ｓ４２で、運転初期からの流量低下が１ｍ３／月以下であれば（ｙｅｓ）、運転初期からの流量低下が１ｍ３／年以下であるか否かを判定する（Ｓ４４）。流量低下が１ｍ３／年以下でなければ（ｎｏ）、水流量低下異常の内容を表示装置１０に警告させるとともに給湯機運転は継続させたのち（Ｓ４５）、処理をＳ３３に戻す。このような状況を「水流量低下状況４」とする。この水流量低下状況４の原因としては、例えば「ポンプ（送水手段４０）の部品磨耗」、または「水配管９内でのスケール詰まり」などが挙げられる。すなわち、制御装置５０の警報出力手段６９は、Ｓ３６〜Ｓ４５において、水流量変化検出手段６８により検出された水流量変化量に応じた内容の警報出力指令信号を外部の表示装置１０に出力するとともに給湯機運転を継続させるのである。そして、Ｓ４４において、運転初期からの流量低下が１ｍ３／年以下であれば（ｙｅｓ）、
正常であると判断して（Ｓ４６）、処理をＳ３３に戻す。

以上のように、初期設定時の水流量を記憶手段８０に逐次記憶させておき、記憶された水流量値と、次に検出した検出水流量とを比較するようにしているので、水流量低下状況（０〜４）および異常推定原因の表示や事前の警報発報を行なうことが可能となる。

尚、上記の各実施形態では、水流量検出手段として、水流量を直接測定する形態を例示したが、本発明の水流量検出手段はそれに限定されるものでなく、例えば運転状態より水冷媒熱交換器１４の入口水温と出口水温との温度差から水流量を算出する態様のものでも構わない。

また、上記では、除霜運転可能判定に用いる蒸発温度データとして、設定された運転周波数信号を記憶手段８０の蒸発温度関連データテーブル７０と照合して得た蒸発温度データを使用したが、リアルタイム制御により水冷媒熱交換器１４において実際に検出した蒸発温度データを使用して圧縮機１１の運転周波数を設定変更するようにすることも可能である。このリアルタイム制御を行なう場合、除霜運転への切換時は低圧が低下する傾向にあるため、膨張弁１３のＬＥＶ開度を固定し、運転切換時の圧縮機最低運転周波数（冷媒流路切替弁１６を切換可能な冷媒流量を確保できる運転周波数）以上で圧縮機１１を運転し、目標蒸発温度が一定となるように、圧縮機周波数制御を実行するとよい。

１ ヒートポンプ式給湯機、２ 冷媒回路、３ 給湯用水路、４ 冷媒側伝熱管、７ インバータ装置、８ 水側伝熱管、１０ 表示装置、１１ 圧縮機、１３ 膨張弁、１４ 水冷媒熱交換器、１５ 熱源側交換器、１６ 冷媒流路切替弁、２０ 入口水温検出手段、２１ 水流量検出手段、３１ アクチュエータ制御手段（除霜運転手段の例）、４０ 送水手段、４２ 水流量調整弁、５０ 制御装置、６０ 水温異常判定手段、６１ 水流量異常判定手段、６２ 除霜運転判定手段、６３ 蒸発温度設定手段、６５ 運転周波数設定手段、６６ 蒸発温度出力手段、６７ 運転停止手段、６８ 水流量変化検出手段、６９ 警報出力手段、７０ 蒸発温度関連データテーブル、７１ 水関連データテーブル、７２ 水流量設定変更手段、８０ 記憶手段（蒸発温度関連記憶手段または水関連記憶手段の例）、Ｆ 矢印、Ｂ 矢印。

Claims (4)

1. 圧縮機、冷媒流路切替弁、水冷媒熱交換器の冷媒側伝熱管、膨張弁、および熱源側熱交換器を連結して成り前記冷媒流路切替弁の流路切替えにより冷媒流通方向を反転して前記熱源側熱交換器表面の除霜運転を行なう冷媒回路と、送水手段、および前記冷媒側伝熱管内の冷媒との間で熱交換を行なう前記水冷媒熱交換器の水側伝熱管を連結して成る給湯用水路と、を有するヒートポンプ式給湯機において、
   前記水冷媒熱交換器における水側伝熱管の入口水温を検出する入口水温検出手段と、
   前記水冷媒熱交換器における水側伝熱管の水流量を検出する水流量検出手段と、
   除霜運転時の前記水冷媒熱交換器における冷媒の蒸発温度を設定する蒸発温度設定手段と、
   前記水側伝熱管の水流量をパラメータとし前記除霜運転時の蒸発温度と前記入口水温との関係を表わした水関連データテーブルを予め記憶している水関連記憶手段と、
   検出された前記入口水温および前記水流量、ならびに設定された前記除霜運転時の蒸発温度を前記水関連記憶手段の水関連データテーブルと照合して除霜運転が可能か否かを判定する除霜運転判定手段と、
   前記除霜運転判定手段により除霜運転が可能と判定されたときに前記冷媒流路切替弁の流路切替えを行なって除霜運転を行なう除霜運転手段と、を具備して成ることを特徴とするヒートポンプ式給湯機。
2. 圧縮機が、インバータ装置からの運転周波数信号により容量可変に構成されるとともに、
   蒸発温度設定手段が、
   除霜運転時にインバータ装置から圧縮機に出力される運転周波数信号を設定する運転周波数設定手段と、
   設定された前記運転周波数信号と除霜運転時の水冷媒熱交換器における蒸発温度との関係を表わした蒸発温度関連データテーブルを予め記憶している蒸発温度関連記憶手段と、
   設定された前記運転周波数信号を前記蒸発温度関連記憶手段の蒸発温度関連データテーブルと照合して得られた蒸発温度を除霜運転判定手段により使用させる蒸発温度出力手段と、から構成されていることを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ式給湯機。
3. 給湯用水路に配備された水流量調整弁と、
   前記水流量調整弁を制御して前記給湯用水路の水流量を設定変更する水流量設定変更手段と、を備えていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のヒートポンプ式給湯機。
4. 水流量検出手段により検出された水冷媒熱交換器における水側伝熱管の水流量が、予め設定されている水流量推奨範囲外であったときに給湯機運転を停止させる運転停止手段と、
   検出された前記水流量が前記水流量推奨範囲内であったときに前記水流量の経時的な変化を検出する水流量変化検出手段と、
   水流量変化検出手段により検出された水流量変化量に応じた内容の警報を外部に出力するとともに給湯機運転を継続させる警報出力手段と、を備えていることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載のヒートポンプ式給湯機。

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