JP5856042B2

JP5856042B2 - ヒートポンプ給湯機

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Publication number: JP5856042B2
Application number: JP2012270035A
Authority: JP
Inventors: 智史小沼; 北村　哲也; 哲也北村; 高木　純一; 純一高木
Original assignee: Hitachi Appliances Inc
Current assignee: Hitachi Appliances Inc
Priority date: 2012-12-11
Filing date: 2012-12-11
Publication date: 2016-02-09
Anticipated expiration: 2032-12-11
Also published as: JP2014115030A

Description

本発明は、ヒートポンプ給湯機に関する。

減圧装置（減圧弁）を備えたヒートポンプ給湯機において冷凍サイクル制御を行う際、減圧装置の制御方法として、特開２００７−１３９３９３号公報（特許文献１）に記載のものがある。この特許文献１には、「目標高圧圧力値（Ｐ_ＨＯ）もしくは目標吐出温度（Ｔ_ｄＯ）のいずれか一方を目標値として設定し、その目標値となるように前記減圧器（２３０）の開度を制御する」と記載されている（請求項１参照）。

特開２００７−１３９３９３号公報

前記特許文献１に記載の技術において、温度の目標値を設定して制御を行う場合には、ヒートポンプ給湯機の液冷媒熱交換器から供給される被加熱液体の温度（出湯温度）の確保が容易となる。しかし、圧力の制御を行わないため、圧縮機の入口と出口との圧力差が管理できずに圧縮機の効率がばらつく結果、ヒートポンプ給湯機の成績係数（ＣＯＰ：Coefficient Of Performance）のばらつきが大きくなる。一方、圧力の目標値を設定して制御を行う場合には、冷媒と被加熱液体との熱交換を行う液冷媒熱交換器の性能を安定して制御することができる。しかし、圧縮機の吐出温度の制御を行わないため、出湯温度の確保が困難になる。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、液冷媒熱交換器から出る被加熱液体の温度を損なうことなく成績係数を安定化させることができるヒートポンプ給湯機を提供することを課題とする。

前記した課題を解決するために、本発明に係るヒートポンプ給湯機は、吸入した冷媒を圧縮して吐出する圧縮機と、前記圧縮機から吐出される高温高圧の冷媒と被加熱液体との熱交換を行う液冷媒熱交換器と、前記液冷媒熱交換器から流出する前記冷媒を減圧する減圧弁と、前記減圧弁から流出する前記冷媒と空気との熱交換を行う蒸発器と、前記圧縮機から吐出される前記冷媒の温度を検出する温度検出手段と、前記圧縮機から吐出される前記冷媒の圧力を検出する圧力検出手段と、前記圧縮機の目標吐出温度を算出し、前記温度検出手段により検出される吐出温度と前記目標吐出温度との差に基づいて前記減圧弁の開度制御を行う制御部と、を備え、前記制御部は、前記圧縮機の目標吐出圧力を算出し、前記圧力検出手段により検出される吐出圧力と前記目標吐出圧力との差に基づいて前記目標吐出温度の修正を行うことを特徴とする。

本発明によれば、液冷媒熱交換器から出る被加熱液体の温度を損なうことなく成績係数を安定化させることができるヒートポンプ給湯機を提供できる。

本発明の一実施形態に係るヒートポンプ給湯機の構成説明図である。制御部による目標吐出温度の修正処理の手順を示すフローチャートである。本実施形態に係るヒートポンプ給湯機において、目標吐出温度を修正するタイミングを説明するためのタイムチャートの一例である。

次に、本発明の実施形態について適宜図面を参照しながら詳細に説明する。本実施形態においては、被加熱液体として水を用いたヒートポンプ給湯機を例として説明する。本実施形態に係るヒートポンプ給湯機は、制御部が圧縮機の高圧側へ吐出される冷媒の温度（圧縮機の吐出温度）をその目標値（目標吐出温度）となるように制御する際、圧縮機の高圧側へ吐出される冷媒の圧力（圧縮機の吐出圧力）がその目標値（目標吐出圧力）となるように、適時、圧縮機の吐出温度の目標値（目標吐出温度）を修正するように構成されている。以下では、本実施形態に係るヒートポンプ給湯機の全体構成、制御部の基本動作を説明した後に、本発明に関わる制御部の動作についてさらに具体的に説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係るヒートポンプ給湯機Ｓの構成説明図である。図１に示すように、ヒートポンプ給湯機Ｓは、ヒートポンプ部１とタンク部２とを備えている。ヒートポンプ部１とタンク部２とは別体としてもよいし、１つの筐体内に一体的に配置されてもよい。

ヒートポンプ部１は、圧縮機３、液冷媒熱交換器４、減圧弁５、蒸発器６、制御部５０によって主に構成されている。圧縮機３、液冷媒熱交換器４、減圧弁５、および蒸発器６は、この順番で冷媒が循環するように配管で環状に連結されている。本実施形態においては、冷媒として、自然環境にやさしい冷媒である二酸化炭素を使用している。そして、ヒートポンプ部１では、圧縮機３による冷媒（二酸化炭素）の吐出圧力が、当該冷媒の臨界圧力以上となる超臨界蒸気圧縮式の冷凍サイクルを用いており、冷媒を高温高圧にできるため例えば９０℃のような高温の湯を得ることができる。

圧縮機３は、環状の回路から戻ってきた冷媒を圧縮するとともに、圧縮した高温のガス冷媒（以下、ホットガスということがある）を再び環状の回路に送り出している。より詳細には、圧縮機３は、蒸発器６から戻ってきた冷媒を吸入・圧縮して、液冷媒熱交換器４に向かって吐出している。

圧縮機３は、容量制御が可能であり、高温貯湯（例えば９０℃）を行う場合には、通常よりも速い回転速度（例えば３０００〜４０００回転／分）で運転する。また、通常の貯湯温度（例えば６５℃）で運転する場合は、比較的遅い回転速度（例えば１０００〜２０００回転／分）で運転する。また、圧縮機３は、ＰＷＭ制御、電圧制御（例えばＰＡＭ制御）およびこれらの組み合わせ制御により、低速（例えば１０００回転／分）から高速（例えば６０００回転／分）まで回転速度の制御が行えるようになっている。

圧縮機３と、次に説明する液冷媒熱交換器４とを接続する配管には、圧縮機３寄りに、高圧側冷媒温度、すなわち圧縮機３から吐出される冷媒の温度（圧縮機３の吐出温度）を検出する温度センサ（温度検出手段）９が設けられるとともに、高圧側冷媒圧力、すなわち圧縮機３から吐出される冷媒の圧力（圧縮機３の吐出圧力）を検出する圧力センサ（圧力検出手段）８が設けられている。

液冷媒熱交換器４は、凝縮器として機能するものであり、圧縮機３から吐出されたホットガス（冷媒）を流通させる冷媒伝熱管２ａと、被加熱液体である水を流通させる液伝熱管２ｂとを備えている。これらの冷媒伝熱管２ａおよび液伝熱管２ｂは、冷媒と被加熱液体とが相互に熱交換するよう密着して設けられている。また、各伝熱管２ａ，２ｂの流れは対向するように構成されている。液冷媒熱交換器４では、圧縮機３から吐出される冷媒と被加熱液体との熱交換が行われる。

減圧弁５は、液冷媒熱交換器４と蒸発器６との間に配置される配管の途中に設けられており、ここでは電動膨張弁が使用されている。この減圧弁５は、液冷媒熱交換器４から流出する中温高圧冷媒を減圧し、蒸発し易い低圧冷媒として蒸発器６に送り出している。そして、減圧弁５は、絞り開度（開閉度合い）が調節可能となっており、制御部５０がこの絞り開度を変えてヒートポンプ部１での冷媒循環量を調節する。そして、制御部５０は、後記するように、減圧弁５の絞り開度を変えることで、圧縮機３の吐出温度を調節することとなる。なお、制御部５０は、蒸発器６に着霜した場合に、蒸発器６に付いた霜を融かすために減圧弁５を開放（絞り開度を全開）してデフロスト運転を行う。

蒸発器６は、送風機７の回転によって外気を取り入れて、蒸発器６内を流通する冷媒と外気（送風）との間で熱交換を行わせることによって、外気から熱を汲み上げるものである。すなわち、蒸発器６は、減圧弁５から流出する冷媒と空気との熱交換を行う。蒸発器６を通過した冷媒は、再び圧縮機３に戻される。送風機７は、所定の回転数（回転速度）指令値で回転するように制御されている。

温度センサ１０は、蒸発器６の下流側で冷媒の温度を検出する。制御部５０は、この温度センサ１０の検出する温度に基づいて蒸発器６でのデフロストを行うか否かを判定し、デフロストを行う場合には減圧弁５を全開にする。符号１４は、外気温度を検出する温度センサである。本実施形態では、温度センサ１４は送風機７の近傍に設けられている。

符号３６は、送出配管であり、送出配管３６の一端は、液冷媒熱交換器４の液伝熱管２ｂの出口に接続されている。この送出配管３６は、冷媒で加熱された被加熱液体を液冷媒熱交換器４からタンク部２へと送り出すようになっている。より詳細には、送出配管３６は、後記するタンク部２のタンク１６側に向かって延出しており、タンク１６の頂部に接続されている。送出配管３６の液冷媒熱交換器４寄りには、液冷媒熱交換器４から出る被加熱液体の温度（本実施形態においては出湯温度）を検出する温度センサ１２が設けられている。

符号３５は、供給配管であり、供給配管３５は、前記冷媒で加熱される被加熱液体を液冷媒熱交換器４に供給するものである。供給配管３５の一端は、液冷媒熱交換器４の液伝熱管２ｂの入口に接続されている。この供給配管３５は、後記するタンク１６側に向かって延出しており、タンク１６の底部に接続されている。供給配管３５の液冷媒熱交換器４寄りには、液冷媒熱交換器４に入る被加熱液体の温度（本実施形態においては入水温度）を検出する温度センサ１１が設けられている。

また、供給配管３５には、ポンプ１３が、液冷媒熱交換器４の上流側に配置されている。ポンプ１３は、後記するタンク１６から液伝熱管２ｂの入口側に被加熱液体を送り込むように駆動する。ポンプ１３は、循環水の流量（質量流量）、流速、および圧力が自由に選択できるように構成されている。

タンク部２は、被加熱液体（本実施形態においては水）を貯蔵するタンク１６を備えている。タンク１６は、ヒートポンプ部１側から延出する送出配管３６および供給配管３５の一端と接続されている。また、タンク１６は、給湯配管３８ｂおよび給水配管３８ａの一端とも接続されている。給湯配管３８ｂの他端には、図示しない給湯口が設けられる。また、給水配管３８ａの他端には、図示しない給水口が設けられる。

給水配管３８ａには、タンク１６の上流側の給水配管３８ａから分岐して、給湯配管３８ｂにその先端が合流する分岐配管３８ｃが接続されている。この分岐配管３８ｃは、湯水混合弁１７を介して給湯配管３８ｂに接続されている。湯水混合弁１７は、その開口度合いに応じて、給水配管３８ａおよび分岐配管３８ｃを介して給湯配管３８ｂに流れ込む水の量を調節することで、給湯配管３８ｂの他端に設けられる給湯口（図示省略）から出る湯の温度を調節する。

本実施形態においては、被加熱液体を一旦タンク１６に取り入れた後、供給配管３５を介してヒートポンプ部１に供給する構成としたが、これに限らず、例えば給水口（給水管）から直接ヒートポンプ部１に被加熱液体を供給するようにしてもよい。また、本実施形態においては、ヒートポンプ部１で加熱された被加熱液体を一旦タンク１６に取り入れた後、給湯配管３８ｂを介して給湯口から供給するようにしたが、これに限らず、例えば、ヒートポンプ部１で加熱された被加熱液体を直接給湯口から供給するようにしてもよい。さらには、タンク１６内の湯を給湯するのではなく、タンク１６内の湯の熱を利用して水道水を加熱する熱交換器を備えた水道直圧給湯方式であってもよい。

制御部５０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、各種インタフェース、電子回路等を含んで構成されており、その内部に記憶されたプログラムに従って、本実施形態に係るヒートポンプ給湯機Ｓを総合的に制御する。例えば、制御部５０は、前記したように、温度センサ１０の検出する温度（蒸発器６の出口冷媒温度）に基づいて蒸発器６のデフロストを行う。また、制御部５０は、温度センサ９，１１，１２，１４で検出した温度、および圧力センサ８で検出した圧力などに基づいて、後記する手順により圧縮機３の目標吐出圧力、および圧縮機３の目標吐出温度を算出する。

次に、ヒートポンプ給湯機Ｓの動作について説明する。ヒートポンプ給湯機Ｓにおいて、深夜電力で沸き上げ運転を行うときには、タンク１６内の湯はほぼ使い切られており、この場合、タンク１６内は冷水（常温水）で満たされている。あるいは、タンク１６内の頂部に湯が残存する場合もある。

通常タンク１６内は常時満水であり、この状態で、ヒートポンプ給湯機Ｓは貯湯運転工程を実施する。ヒートポンプ給湯機Ｓは、起動した圧縮機３が吐出するホットガスを液冷媒熱交換器４の冷媒伝熱管２ａに送り込む。冷媒伝熱管２ａに送り込まれたホットガスは、液伝熱管２ｂ内の水に熱を放出することで凝縮する。そして、液伝熱管２ｂ内の水はホットガスで加熱される。次いで、液冷媒熱交換器４の冷媒伝熱管２ａから送り出された冷媒は、減圧弁５（膨張弁）で減圧された後に、蒸発器６に流れ込む。蒸発器６に流れ込んだ冷媒は、送風機７から送り込まれた風によって蒸発する際に、外気から熱を汲み上げる。その後、冷媒は、圧縮機３に戻って再び圧縮される。

一方で、タンク１６に満たされた水は、ポンプ１３が起動することで、供給配管３５を介してタンク１６の底部から液冷媒熱交換器４の液伝熱管２ｂ内に送り込まれる。液伝熱管２ｂ内に送り込まれた水は、前記したように、冷媒との熱交換で加熱されて湯となって、送出配管３６に流れ込む。送出配管３６に流れ込んだ湯は、タンク１６の頂部に戻って貯蔵される。タンク１６の頂部に戻された湯は密度が小さいので、タンク１６底部の冷水と混ざることはなく、頂部から順々に溜まっていく。このようにタンク１６と液冷媒熱交換器４との間で水が循環する間に、ヒートポンプ給湯機Ｓは、タンク１６内に所定の温度で所定の湯量を確保する。

ヒートポンプ給湯機Ｓの制御部５０は、圧縮機３、ポンプ１３、および減圧弁５を次のよう制御する。制御部５０は、圧縮機３の回転速度を、温度センサ１２で検出される液冷媒熱交換器４の出口における出湯温度に基づいて制御する。具体的には、制御部５０は、温度センサ１２で検出される温度が、予め設定された出湯温度の目標値となるように、圧縮機３の回転速度を制御する。つまり、目標値に対して温度センサ１２の検出値が低い場合には圧縮機３の回転速度を速め、これとは逆に検出値が高い場合には圧縮機３の回転速度を遅くする。

また、制御部５０は、加熱能力を制御するために、ポンプ１３が液冷媒熱交換器４の液伝熱管２ｂに送り込む水の量を、予め求めた圧縮機３の目標回転速度に基づいて制御する。具体的には、圧縮機３の目標回転速度に対して実回転速度が遅い場合には、液伝熱管２ｂに送り込まれる水の量が増えるようにポンプ１３を制御し、これとは逆に圧縮機３の実回転速度が速い場合には、液伝熱管２ｂに送り込まれる水の量が減るようにポンプ１３を制御する。これにより、加熱能力を目標値（例えば４．５ｋＷ）に調整することが可能となっている。

なお、前記した圧縮機３の目標回転速度は、前記した液冷媒熱交換器４の出湯温度の目標値のほか、ヒートポンプ部１の目標加熱能力（出力）、温度センサ１４の検出値（外気温度）、および温度センサ１１の検出値（入水温度）に基づいて設定することもできる。圧縮機３の目標回転速度は、具体的には、例えば、前記したように、高温貯湯（例えば、９０℃）を行う場合には、３０００〜４０００回転／分の範囲で設定され、通常の貯湯温度（例えば、６５℃）で運転する場合は、１０００〜２０００回転／分の範囲で設定されるが、これに限定されるものではない。

また、制御部５０は、圧縮機３の目標吐出温度を算出し、温度センサ９により検出される圧縮機３の吐出温度と目標吐出温度との差に基づいて減圧弁５の開度制御を行う。すなわち、制御部５０は、圧縮機３の吐出温度が制御部５０によって予め算出された目標値（目標吐出温度）となるように、減圧弁５を開度制御する。具体的には、温度センサ９の検出温度が目標吐出温度よりも高いときには減圧弁５を開き、低いときには減圧弁５を閉じる方へ調整する。この目標吐出温度は、制御部５０が、前記した液冷媒熱交換器４の出湯温度の目標値のほか、ヒートポンプ部１の目標加熱能力（出力）、温度センサ１４の検出値（外気温度）、および温度センサ１１の検出値（入水温度）に基づいて算出し、設定することもできる。目標吐出温度は、ヒートポンプ部１が最大の成績係数（ＣＯＰ）となるように設定するが、この限りではない。

次に、本発明に関わる制御部５０の動作を説明する。
図２は、制御部５０による目標吐出温度の修正処理の手順を示すフローチャートである。制御部５０は、圧力センサ８の検出値（圧縮機３の吐出圧力）が目標値（目標吐出圧力）となるように、図２に示すように、目標吐出温度を修正する。

図２のフローチャートにおいて、まず、ヒートポンプ部１が起動すると、制御部５０は、ＲＡＭ等のメモリの所定領域に記憶される補正値を「０」（初期値）にセットする(ステップＳ１)。

次に、制御部５０は、前記した通常の方法で、目標吐出温度と目標吐出圧力とを算出する。そして、制御部５０は、算出された目標吐出温度に補正値を加算して、これを新たな目標吐出温度とする(ステップＳ２)。ここで、ヒートポンプ部１起動時においては、初期の補正値は「０」である(ステップＳ１参照)。

続いて、制御部５０は、温度センサ９の検出値（圧縮機３の吐出温度）が、ステップＳ２で算出した目標吐出温度となるように、減圧弁５を開度制御（開度調整）する（ステップＳ３）。すなわち、温度センサ９により検出される吐出温度と目標吐出温度との差に基づいて、減圧弁５の開度制御が行われる。

続いて、制御部５０は、所定時間が経過したか否かを監視する（ステップＳ４）。本実施形態においては、所定時間は例えば６０秒であるが、これに限定されるものではなく、適宜変更可能である。この所定時間は、目標吐出温度の修正を行う周期を示している。制御部５０は、所定時間が経過していないと判断した場合（ステップＳ４：Ｎｏ）、処理をステップＳ３に戻し、所定時間が経過したと判断した場合（ステップＳ４：Ｙｅｓ）、処理をステップＳ５に進める。

ステップＳ５では、制御部５０は、圧力センサ８の検出値（圧縮機３の吐出圧力）と目標吐出圧力の差を監視し、目標吐出圧力から圧力センサ８の検出値を差し引いた値が、予め決められた設定偏差よりも大きいか否かを判断する。制御部５０は、目標吐出圧力から圧力センサ８の検出値を差し引いた値が設定偏差よりも大きいと判断した場合（ステップＳ５：Ｙｅｓ）、処理をステップＳ６に進め、目標吐出圧力から圧力センサ８の検出値を差し引いた値が設定偏差以下であると判断した場合（ステップＳ５：Ｎｏ）、処理をステップＳ８に進める。

ステップＳ６では、制御部５０は、目標吐出温度が予め設定された目標吐出温度の上限値よりも高いか否かを判断する。制御部５０は、目標吐出温度が予め設定された目標吐出温度の上限値よりも高いと判断した場合（ステップＳ６：Ｙｅｓ）、処理をステップＳ２に戻し、目標吐出温度が予め設定された目標吐出温度の上限値以下であると判断した場合（ステップＳ６：Ｎｏ）、処理をステップＳ７に進める。

ステップＳ７では、制御部５０は、前記メモリの所定領域に記憶される補正値に、変化量αを加算して新たな補正値とし、処理をステップＳ２に戻す。

ステップＳ８では、制御部５０は、圧力センサ８の検出値（圧縮機３の吐出圧力）と目標吐出圧力の差を監視し、圧力センサ８の検出値から目標吐出圧力を差し引いた値が、予め決められた設定偏差よりも大きいか否かを判断する。制御部５０は、圧力センサ８の検出値から目標吐出圧力を差し引いた値が設定偏差よりも大きいと判断した場合（ステップＳ８：Ｙｅｓ）、処理をステップＳ９に進め、圧力センサ８の検出値から目標吐出圧力を差し引いた値が設定偏差以下であると判断した場合（ステップＳ８：Ｎｏ）、処理をステップＳ２に戻す。

ステップＳ９では、制御部５０は、目標吐出温度が予め設定された目標吐出温度の下限値よりも低いか否かを判断する。制御部５０は、目標吐出温度が予め設定された目標吐出温度の下限値よりも低いと判断した場合（ステップＳ９：Ｙｅｓ）、処理をステップＳ２に戻し、目標吐出温度が予め設定された目標吐出温度の下限値以上であると判断した場合（ステップＳ９：Ｎｏ）、処理をステップＳ１０に進める。

ステップＳ１０では、制御部５０は、前記メモリの所定領域に記憶される補正値から、変化量αを減算して新たな補正値とし、処理をステップＳ２に戻す。

このように、制御部５０は、圧縮機３の目標吐出圧力を算出し、圧力センサ８により検出される圧縮機３の吐出圧力と目標吐出圧力との差に基づいて目標吐出温度の修正を行う。すなわち、制御部５０は、圧縮機３の吐出圧力が制御部５０によって予め算出された目標値（目標吐出圧力）となるように、目標吐出温度の修正を行う。具体的には、目標吐出圧力から圧力センサ８の検出値を差し引いた値が設定偏差よりも大きいときには、目標吐出温度が上方修正され（ステップＳ７、Ｓ２）、圧力センサ８の検出値から目標吐出圧力を差し引いた値が設定偏差よりも大きいときには、目標吐出温度が下方修正される（ステップＳ１０、Ｓ２）。

ここで、圧力センサ８の検出値と目標吐出圧力との差が設定偏差以内であれば（ステップＳ５：Ｎｏ、およびＳ８：Ｎｏ）、補正値を変化させる処理（ステップＳ７、Ｓ１０）は行われない。この設定偏差は、圧力センサ８の分解能に応じて決定され、例えば０．０３ＭＰａのような一定値でもよいが、例えば、外気温度、入水温度、加熱能力などを用いて設定偏差を決定（変更）することもできる。

さらに本実施形態では、目標吐出温度が予め設定された上限値よりも高いか下限値よりも低い場合には（ステップＳ６：Ｙｅｓ、またはＳ９：Ｙｅｓ）、補正値を変化させる処理（ステップＳ７、Ｓ１０）は行われない。この変化量αは正の値であり、ここでは、例えば０．５℃のような一定値である。但し、変化量αは、温度センサの分解能に応じて、例えば０．１℃〜１℃の間で設定することができるが、これに限定されるものではない。また、変化量αは、例えば０．５℃のような一定値でもよいが、例えば、外気温度、液冷媒熱交換器４に入る被加熱液体の温度（入水温度）、および圧縮機３の回転速度を用いて決定（変更）されるようにしてもよい。

そして、ステップＳ８でＮｏの場合、ステップＳ７の後、あるいはステップＳ１０の後には、ステップＳ２に戻り、制御部５０は、目標吐出温度を決定し、ステップＳ３に進んで、圧縮機３の吐出温度が、ステップＳ２において決定された目標吐出温度となるように減圧弁５を開度制御する。

本実施形態に係るヒートポンプ給湯機Ｓにおいては、図２に示すような動作を繰り返すことにより、出湯温度を損なうことなく、成績係数（ＣＯＰ）の安定化、最大化を図る運転を行うことが可能となる。

図３は、本実施形態に係るヒートポンプ給湯機Ｓにおいて、目標吐出温度を修正するタイミングを説明するためのタイムチャートの一例である。図３には、圧縮機３の初期の目標吐出温度、圧縮機３の修正後の目標吐出温度、圧縮機３の吐出温度（温度センサ９の検出値）、圧縮機３の目標吐出圧力、圧縮機３の吐出圧力（圧力センサ８の検出値）がそれぞれ示されている。なお、図３中、横軸は紙面左側から右側に向かってヒートポンプ給湯機Ｓの始動からの経過時間を表し、左縦軸は、圧縮機３から吐出される冷媒の圧力（吐出圧力）を示し、右縦軸は、圧縮機３から吐出される冷媒の温度（吐出温度）を示している。

図３に示すように、ヒートポンプ給湯機Ｓが始動すると、圧縮機３が駆動することで、圧縮機３の吐出圧力が時間経過と共に上昇し、圧縮機３の吐出温度も時間経過と共に上昇する。このとき、制御部５０は、圧縮機３の吐出温度（温度センサ９の検出値）が目標値（目標吐出温度）に近づくように、減圧弁５を開度制御する。

ヒートポンプ給湯機Ｓの起動時においては、圧縮機３の吐出圧力が、制御部５０により算出された目標吐出圧力に対して、設定偏差分よりも低いため（図２のステップＳ５：Ｙｅｓ）、制御部５０は、目標吐出温度を上方修正する(図２のステップＳ７、図３の時刻ｔ０〜ｔ１)。

次に、圧縮機３の吐出圧力が上昇して、目標吐出圧力に対して、設定偏差分よりも高くなったとき（図２のステップＳ８：Ｙｅｓ）、制御部５０は、目標吐出温度を下方修正する（図２のステップＳ１０、図３の時刻ｔ１〜ｔ２）。

そして、圧縮機３の吐出圧力は、制御部５０による目標吐出温度の修正によって、目標吐出圧力となるように維持される（図３の時刻ｔ２以降）。なお、図３は、目標吐出温度が、予め設定された上限値と下限値との間にある場合を示している。

以上説明したように、本実施形態に係るヒートポンプ給湯機Ｓでは、制御部５０は、圧縮機３の目標吐出温度を算出し、温度センサ９により検出される圧縮機３の吐出温度と目標吐出温度との差に基づいて減圧弁５の開度制御を行うとともに、圧縮機３の目標吐出圧力を算出し、圧力センサ８により検出される圧縮機３の吐出圧力と目標吐出圧力との差に基づいて目標吐出温度の修正を行う。
このように本実施形態では、圧縮機３の吐出温度が目標吐出温度となるように減圧弁５の開度制御が行われると同時に、圧縮機３の吐出圧力が目標吐出圧力となるように目標吐出温度が修正される。
したがって本実施形態によれば、出湯温度を損なうことなく成績係数を安定化させることができるヒートポンプ給湯機Ｓを提供できる。

また、本実施形態では、目標吐出温度の修正は所定周期で行われ、前記修正における目標吐出温度の変化量αは一定値としたので、簡易な制御により、出湯温度を損なうことなく成績係数を安定化させることができる。

なお、ヒートポンプ給湯機Ｓにおいて、前記修正における目標吐出温度の変化量αは、外気温度、液冷媒熱交換器４に入る被加熱液体の温度（入水温度）、および圧縮機３の回転速度を用いて決定されるように構成されてもよい。このように構成すれば、出湯温度を損なうことなく成績係数を安定化させる、より効率的な運転を行うことができる。

また、本実施形態では、目標吐出温度が予め設定された目標吐出温度の下限値よりも低い場合、制御部５０は、目標吐出温度の下方修正を行わない。このように構成すれば、目標吐出温度が過度に低くなることがなくなり、出湯温度をより確保することができる。

また、本実施形態では、目標吐出温度が予め設定された目標吐出温度の上限値よりも高い場合、制御部５０は、目標吐出温度の上方修正を行わない。このように構成すれば、目標吐出温度が過度に高くなることがなくなり、圧縮機３等の冷凍サイクル部品を高温から保護することができ、耐久性の向上を図ることができる。

以上、本発明について実施形態に基づいて説明したが、本発明は前記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、前記した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

本発明の「被加熱液体」として、給水源から給水配管を介して供給される水道水を例示して説明したが、本発明はこの例に限定されない。本発明の「被加熱液体」としては、例えば、井戸水を採用してもよい。また、水以外にも、潜熱蓄熱材入りの液体、ブライン、不凍液などを、本発明の「被加熱液体」として採用してもよい。すなわち、ヒートポンプ給湯機の用語は、本発明では、被加熱液体として水以外の液体を用いる場合を含む概念として使用している。

１ヒートポンプ部
２タンク部
３圧縮機
４液冷媒熱交換器
５減圧弁
６蒸発器
７送風機
８圧力センサ（圧力検出手段）
９温度センサ（温度検出手段）
５０制御部
Ｓヒートポンプ給湯機
α 変化量

Claims

吸入した冷媒を圧縮して吐出する圧縮機と、
前記圧縮機から吐出される高温高圧の冷媒と被加熱液体との熱交換を行う液冷媒熱交換器と、
前記液冷媒熱交換器から流出する前記冷媒を減圧する減圧弁と、
前記減圧弁から流出する前記冷媒と空気との熱交換を行う蒸発器と、
前記圧縮機から吐出される前記冷媒の温度を検出する温度検出手段と、
前記圧縮機から吐出される前記冷媒の圧力を検出する圧力検出手段と、
前記圧縮機の目標吐出温度を算出し、前記温度検出手段により検出される吐出温度と前記目標吐出温度との差に基づいて前記減圧弁の開度制御を行う制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記圧縮機の目標吐出圧力を算出し、前記圧力検出手段により検出される吐出圧力と前記目標吐出圧力との差に基づいて前記目標吐出温度の修正を行うことを特徴とするヒートポンプ給湯機。
前記目標吐出温度の修正は所定周期で行われ、前記修正における前記目標吐出温度の変化量は一定値であることを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ給湯機。
前記目標吐出温度の修正は所定周期で行われ、前記修正における前記目標吐出温度の変化量は、外気温度、前記液冷媒熱交換器に入る前記被加熱液体の温度、および前記圧縮機の回転速度を用いて決定されることを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ給湯機。
前記目標吐出温度が予め設定された目標吐出温度の下限値よりも低い場合、前記制御部は、前記目標吐出温度の下方修正を行わないことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のヒートポンプ給湯機。
前記目標吐出温度が予め設定された目標吐出温度の上限値よりも高い場合、前記制御部は、前記目標吐出温度の上方修正を行わないことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載のヒートポンプ給湯機。