JP5862474B2 - 給湯装置 - Google Patents

Description

本発明は、給水の加熱源としてヒートポンプを用いる給湯装置に関するものである。

従来、例えば、特許文献１に示されるように、貯湯タンクと、貯湯タンクにおける底部側の取水口と上部側の湯入口とを結ぶ循環路と、循環路に設けられた水循環用ポンプと、ヒートポンプサイクルの構成要素であって循環路の給水を加熱する熱交換器とを備え、水循環用ポンプによって循環路を循環する給水を熱交換器で加熱して貯湯タンクに貯める、いわゆる沸き上げ運転を行うヒートポンプ式給湯装置が知られている。

特許文献１の給湯装置では、冬場等で外気温が低く、沸き上げ運転が実行されていないときの循環路の凍結を防止するために、貯湯タンクをバイパスするバイパス用流路を設け、外気温度が凍結防止基準外気温以下であり、かつ循環路内の給水の温度が凍結防止基準温以下であるときに、水循環用ポンプを駆動させて、貯湯タンク内の水を取水口から循環路へ流出させてバイパス用流路を介して貯湯タンクの底部側に返流させる循環凍結防止運転を行うようになっている。更に、循環路内の給水温度が凍結防止基準温よりもさらに低い低温基準値以下であるときに、沸き上げ運転による加熱凍結防止運転を行うようになっている。

特許第３７５８６２７号公報

しかしながら、上記特許文献１の給湯装置では、給水の凍結防止のために、バイパス用流路、および循環路とバイパス用流路との切り替えを行うための切替え手段（第１開閉弁および第２開閉弁）の増設を必要としており、コストアップに繋がっている。

本発明の目的は、上記問題に鑑み、部品の増設を行うことなく、凍結防止を可能とする給湯装置を提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために、以下の技術的手段を採用する。

第１の発明では、湯を貯める貯湯タンク（１１）の下部側および上部側を繋ぐ循環回路（２０）と、
循環回路（２０）に設けられた循環ポンプ（３６）と、
循環回路（２０）の途中部位に設けられ、循環ポンプ（３６）によって循環回路（２０）に循環される貯湯タンク（１１）内の低温水を加熱するヒートポンプ（３７）と、
循環ポンプ（３６）、およびヒートポンプ（３７）の作動を制御して、低温水を加熱することで湯を生成して貯湯タンク（１１）に貯める沸き上げ運転を実行する制御手段（３８）とを備える給湯装置において、
循環ポンプ（３６）は、制御手段（３８）による正回転運転、および正回転運転とは逆となる逆回転運転が可能となっており、
制御手段（３８）は、
沸き上げ運転を停止しており、低温水あるいは外気の温度が低温水の凍結に至る判定温度よりも低いと判定したときに、
循環ポンプ（３６）とヒートポンプ（３７）とを作動させると共に、循環ポンプ（３６）の正回転運転と逆回転運転とを交互に行う凍結防止運転を実行し、
正回転運転と逆回転運転とを交互に行うにあたって、
循環回路（２０）における正回転運転時のヒートポンプ（３７）よりも下流側となる低温水の温度を第１所定温度以上に上昇させ、その後に、
循環回路（２０）における逆回転運転時のヒートポンプ（３７）よりも下流側となる低温水の温度を第２所定温度以上に上昇さることを特徴としている。
また、第２の発明では、制御手段（３８）は、
正回転運転と、逆回転運転とを交互に行うにあたって、
予め定めた第１所定時間の間、前記正回転運転を行い、その後に、
予め定めた第２所定時間の間、前記逆回転運転を行うことを特徴としている。

本発明によれば、正回転運転によって、循環回路（２０）においてヒートポンプ（３７）よりも貯湯タンク（１１）の下部側にある低温水を加熱して貯湯タンク（１１）の上部側に向けて流すことができる。また、逆回転運転によって、循環回路（２０）においてヒートポンプ（３７）よりも貯湯タンク（１１）の上部側にある低温水を加熱して貯湯タンク（１１）の下部側に向けて流すことができる。このように、本発明では、従来技術のようにバイパス用流路、切替え手段等の部品の増設を必要とせずに、循環ポンプ（３６）の正回転運転と逆回転運転とを交互に行うことで、循環回路（２０）中の低温水を効果的に加熱して、低温水の凍結を確実に防止することができる。

尚、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

第１実施形態におけるヒートポンプ式給湯装置を示す構成図である。 図１におけるヒートポンプユニットを示す構成図である。 第１実施形態における制御装置が実施する凍結防止運転の制御フローである。 第２実施形態における制御装置が実施する凍結防止運転の制御フローである。

以下に、図面を参照しながら本発明を実施するための複数の形態を説明する。各形態において先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を適用することができる。各実施形態で具体的に組み合わせが可能であることを明示している部分同士の組み合わせばかりではなく、特に組み合わせに支障が生じなければ、明示していなくても実施形態同士を部分的に組み合せることも可能である。

（第１実施形態）
以下、本発明を適用した第１実施形態おけるヒートポンプ式給湯装置１００について図１〜図３を用いて説明する。本実施形態のヒートポンプ式給湯装置（以下、給湯装置）１００は、一般家庭用として使用されるものであり、ヒートポンプユニット３０によって生成される高温の湯を貯湯タンク１１内に貯えると共に（沸き上げ運転）、貯えられた湯を給湯用の湯として、台所、洗面所、風呂等へ供給するようになっている（給湯運転、湯張り運転）。また、本給湯装置１００は、湯張り運転後も浴槽の湯の温度を設定温度に保持することができるようになっている（風呂自動運転）。更に、本給湯装置１００は、上記機能の他に、循環回路２０における低温水の凍結を防止する（凍結防止運転）機能も有している。

図１、図２に示すように、給湯装置１００は、貯湯タンクユニット１０、循環回路２０、ヒートポンプユニット３０、および制御装置３８等を備えている。

貯湯タンクユニット１０は、貯湯タンク１１、各種配管１２〜１５、および各種ジョイント１６、１７等を備えている。貯湯タンク１１は、給湯用の湯を貯える容器であって、耐食性に優れた金属から成り（例えば、ステンレス製）、外周部に図示しない断熱材が配置されており、高温の湯を長時間に渡って保温することができるようになっている。貯湯タンク１１の内容量は、例えば、４００リットル程度のものが使用されている。

また、貯湯タンク１１は縦長形状であり、その底面に導入口１１ａが設けられ、この導入口１１ａには貯湯タンク１１内に給水（水道水）を供給する導入用流路としての導入管１２が接続されている。一方、貯湯タンク１１の最上部には導出口１１ｂが設けられ、この導出口１１ｂには貯湯タンク１１内に貯えられた高温の湯を導出するための給湯用流路としての高温取出し管１３が接続されている。

高温取出し管１３には、図示しない給水管が合流するように接続されており、この合流部に混合弁が設けられている。高温取出し管１３から流出される高温の湯は、混合弁によって給水と混合されて、ユーザが設定する設定温度に調節されて、台所、洗面所、風呂等へ供給されるようになっている。混合弁の弁開度は、制御装置３８によって制御されるようになっている。尚、貯湯タンク１１内には、図示しない追い焚き用熱交換器が設けられており、湯張りされた後に温度低下した浴槽の湯を追い焚き用熱交換器によって加熱して追い炊きすることができるようになっている。

貯湯タンク１１の下部（下部側）には、貯湯タンク１１内の下部側の低温水をヒートポンプユニット３０側に吐出するための吐出口１１ｃが設けられ、また、貯湯タンク１１の上部（上部側）には、ヒートポンプユニット３０側から吐出された高温の湯が内部に流入するための吸入口１１ｄが設けられている。吐出口１１ｃには、吐出管１４が接続され、吐出管１４の先端側には、接続配管２１を接続するための給水ジョイント１６が設けられている。また、吸入口１１ｄには、吸入管１５が接続され、吸入管１５の先端側には、接続配管２２を接続するための沸き上げジョイント１７が設けられている。

ここで、貯湯タンク１１下部側の低温水とは、導入管１２によって貯湯タンク１１内に導入された給水、あるいは貯湯タンク１１内の高温の湯が放熱によって温度低下した低温の湯、あるいは給水と低温の湯が混合したもの等である。

循環回路２０は、貯湯タンク１１の外部に設けられて、吐出口１１ｃと吸入口１１ｄとを繋ぐ回路として形成されている。循環回路２０は、貯湯タンク１１の下部側から上部側に向けて吐出管１４、接続配管２１、配管３４、水冷媒熱交換器３７ｂの水通路、配管３５、接続配管２２、および吸入管１５が順に接続されて形成されている。

配管３４、水冷媒熱交換器３７ｂの水通路、および配管３５は、ヒートポンプユニット３０内に設けられている。接続配管２１、２２は、貯湯タンクユニット１０とヒートポンプユニット３０とを接続する配管となっている。つまり、接続配管２１の一端側は、給水ジョイント１６によって吐出管１４と接続され、他端側は、給水ジョイント３２によって配管３４と接続されている。また、接続配管２２の一端側は、沸き上げジョイント１７によって吸入管１５と接続され、他端側は、沸き上げジョイント３３によって配管３５と接続されている。

ヒートポンプユニット３０は、循環回路２０の途中部位に設けられて、貯湯タンク１１下部側の低温水を加熱して高温の湯とする加熱手段であり、図２に示すように、筐体３１内に循環ポンプ３６、ヒートポンプサイクル３７等が設けられて形成されている。本実施形態では、このヒートポンプユニット３０内に制御装置３８が設けられたものとなっている。

筐体３１は、直方体の機器用容器であり、１つの側面には、給水ジョイント３２と沸き上げジョイント３３とが設けられている。給水ジョイント３２には、配管３４の一端側が接続され、他端側は水冷媒熱交換器３７ｂの水通路の入口側に接続されている。また、沸き上げジョイント３３には、配管３５の一端側が接続され、他端側は水冷媒熱交換器３７ｂの水通路の出口側に接続されている。本実施形態では、配管３４、水冷媒熱交換器３７ｂ、および配管３５における水容量は、例えば、１リットル程度であり、貯湯タンク１１の容量（例えば４００リットル）から比べると、非常に小さいものとなっている。

配管３４の水冷媒熱交換器３７ｂの近傍には、水冷媒熱交換器３７ｂに流入される低温水の温度に対応する流入温度信号を生成する給水サーミスタ３４ａが設けられており、給水サーミスタ３４ａは、流入温度信号を制御部３８ｂに出力するようになっている。また、配管３５の水冷媒熱交換器３７ｂの近傍には、水冷媒熱交換器３７ｂから流出される高温の湯の温度に対応する流出温度信号を生成する沸き上げサーミスタ３５ａが設けられており、沸き上げサーミスタ３５ａは、流出温度信号を制御部３８ｂに出力するようになっている。

循環ポンプ３６は、制御部３８ｂによって制御（スイッチング切り替え）されるインバータ（ＡＣ−ＤＣ変換器）３８ｃから供給される電力（ＡＣ−ＤＣ変換電力）によって、作動回転数と作動回転方向とが制御される電動式のポンプとなっており、配管３４の給水ジョイント３２と給水サーミスタ３４ａとの間に設けられている。

循環ポンプ３６は、インバータ３８ｃにおけるスイッチングの切り替え速度に応じて、作動回転数が制御されるようになっている。作動回転数が増加するほど、圧送される低温水の流量が増加される。本実施形態の循環ポンプ３６の最大圧送量は、例えば２リットル／ｍｉｎ程度である。

また、循環ポンプ３６は、インバータ３８ｃにおけるスイッチングの切り替えパターンに応じて、正方向への回転作動（以下、正回転運転）と、正方向とは逆となる逆方向への回転作動（以下、逆回転運転）とが可能となっている。循環ポンプ３６の正回転運転時には、貯湯タンク１１内の低温水は吐出口１１ｃから循環回路２０へ吐出されて、吸入口１１ｄに還流される。また、循環ポンプ３６の逆回転運転時には、循環回路２０において上記正回転運転時とは、逆方向の流れが発生される。

ヒートポンプサイクル３７は、本発明のヒートポンプに対応するものであり、冷媒として例えば、臨界温度の低い二酸化炭素（ＣＯ_２）を使用する超臨界ヒートポンプサイクルとなっている。ヒートポンプサイクル３７は、電動式の圧縮機３７ａ、水冷媒熱交換器３７ｂ、減圧装置３７ｃ、気液分離器３７ｄ、空気熱交換器３７ｅ、および内部熱交換器３７ｆ等が、冷媒配管によって接続されて形成されている。

圧縮機３７ａは、ヒートポンプサイクル３７内の冷媒を高温高圧に圧縮して吐出口から吐出する流体機械である。圧縮機３７ａは、制御部３８ｂ、インバータ３８ｃによってその作動が制御されるようになっている。

水冷媒熱交換器３７ｂは、冷媒が流通する冷媒通路と、低温水が流通する水通路とを備えた熱交換器であり、圧縮機３７ａの吐出口より吐出されて冷媒通路を流通する高温高圧の冷媒によって、水通路を流通する低温水を加熱して湯の沸き上げを行うようになっている。つまり、水冷媒熱交換器３７ｂは、ヒートポンプユニット３０、およびヒートポンプサイクル３７において、低温水を直接的に加熱する加熱部となっている。尚、超臨界ヒートポンプサイクルによれば、一般的なヒートポンプサイクルよりも高温（例えば、８５℃〜９０℃程度）の湯を貯湯タンク１１内に貯えることができる。

減圧装置３７ｃは、水冷媒熱交換器３７ｂから流出される冷媒を減圧する装置であり、本実施形態では、エジェクタが使用されている。減圧装置（エジェクタ）３７ｃは、水冷媒熱交換器３７ｂから流出される高圧冷媒を減圧膨張させるノズル部３７ｃ１と、空気熱交換器３７ｅから流出される低圧冷媒をノズル部３７ｃ１から噴出される噴出冷媒の吸引力によって吸引する吸引部３７ｃ２と、ノズル部３７ｃ１の下流側に配設されて、流路断面積が下流側に向けて徐々に拡大され、ノズル部３７ｃ１から噴出される噴出冷媒と吸引部３７ｃ２から吸引される低圧冷媒とが混合された混合冷媒を減速して圧力上昇させるディフューザ部３７ｃ３とを備えている。

気液分離器３７ｄは、ディフューザ部３７ｃ３から流出される冷媒を気液２相に分離する分離器であり、気液２相に分離した冷媒のうち、気相冷媒を圧縮機３７ａ側に流出すると共に、液相冷媒を空気熱交換器３７ｅに流出するようになっている。

空気熱交換器３７ｅは、気液分離器３７ｄから流出される液相冷媒（低圧冷媒）と外気との間で熱交換する熱交換器である。空気熱交換器３７ｅには、送風ファン３７ｅ１が設けられている。送風ファン３７ｅ１は、制御部３８ｂ、インバータ３８ｃによって制御されるようになっている。空気熱交換器３７ｅは、送風ファン３７ｅ１によって供給される外気から吸熱して冷媒を蒸発させるようになっている。

内部熱交換器３７ｆは、水冷媒熱交換器３７ｂおよび減圧装置３７ｃ間の高圧冷媒と、気液分離器３７ｄおよび圧縮機３７ａ間の低圧冷媒との間で熱交換する熱交換器である。内部熱交換器３７ｆは、低圧冷媒によって高圧冷媒を冷却し、水冷媒熱交換器３７ｂから流出される冷媒の過冷却度を高めるようになっている。

制御装置３８は、本発明の制御手段に対応するものであり、コントロールパネル（リモコン）３８ａ、制御部３８ｂ、およびインバータ３８ｃを備えている。コントロールパネル３８ａは、ユーザが給湯装置１００を使用するにあたって各種使用条件等を入力するための操作部であり、各種操作スイッチが設けられている。コントロールパネル３８ａは、例えば台所や浴室等の湯を使用する場所の近傍に設けられている。コントロールパネル３８ａの操作スイッチとしては、沸き上げスイッチ、給湯設定温度スイッチ、湯張り設定温度スイッチ、追い焚きスイッチ、および凍結防止スイッチ等が設けられている。

制御部３８ｂは、マイクロコンピュータを主体として構成され、内蔵されたＲＯＭ（図示せず）には、予め設定された制御プログラムが設けられており、ユーザが入力するコントロールパネル３８ａからの操作信号、および各サーミスタ３４ａ、３５ａからの温度信号等に基づいて、インバータ３８ｃを介して循環ポンプ３６、ヒートポンプサイクル３７（圧縮機３７ａ、送風ファン３７ｅ１）等を制御するように構成されている。

インバータ３８ｃは、制御部３８ｂによって、内部に設けられた複数のスイッチング素子のオンオフ切り替えが行われて、家庭用交流電源からの交流電力を直流電力に変換するＡＣ−ＤＣ変換器である。インバータ３８ｃによって変換された直流電力は、循環ポンプ３６、圧縮機３７ａ、送風ファン３７ｅ１等に供給される。

次に、上記構成による給湯装置１００の作動について図３を加えて説明する。

１．沸き上げ運転
制御装置３８は、コントロールパネル３８ａの沸き上げスイッチからの入力信号に基づき、主に深夜時間帯（例えば２３時〜翌７時）に、安価な深夜電力を用いて、貯湯タンク１１内への湯の沸き上げを行う。沸き上げにあたっては、制御装置３８は、例えばその家庭における過去の所定期間の湯の使用実績と、沸き上げ開始時点での貯湯タンク１１内の残湯量とから、沸き上げるべき湯の量（湯の熱量）、および沸き上げに必要な時間を算出して、深夜時間帯の終了時間（７時）までに沸き上げが完了するように、循環ポンプ３６、およびヒートポンプサイクル３７（圧縮機３７ａ、送風ファン３７ｅ１）を作動させる。沸き上げ運転時における循環ポンプ３６の回転方向は、正回転方向（正回転運転）である。

循環ポンプ３６が作動されると、貯湯タンク１１の下部側の低温水は、循環回路２０（水冷媒熱交換器３７ｂの水通路）を通って貯湯タンク１１の上部側に循環される。また、ヒートポンプサイクル３７においては、圧縮機３７ａ、送風ファン３７ｅ１が作動されると、冷媒がヒートポンプサイクル３７内に循環され、空気熱交換器３７ｅに外気が供給される。そして、空気熱交換器３７ｅでは、外気の熱が冷媒に移動される。また、圧縮機３７ａから吐出されて水冷媒熱交換器３７ｂの冷媒通路を流れる高温高圧の冷媒と、循環回路２０を循環して水冷媒熱交換器３７ｂの水通路を流れる低温水との間で熱交換が行われて（冷媒の熱が低温水に移動され）、低温水は加熱され高温の湯となり、貯湯タンク１１に貯められていく。

沸き上げ運転時においては、循環ポンプ３６は、水冷媒熱交換器３７ｂの流出側水温（沸き上げサーミスタ３５ａによる流出温度信号）が、種々の運転条件下において決定される所定の目標沸き上げ温度となるように、制御部３８ｂ、およびインバータ３８ｃによって作動回転数が制御される。

２．給湯運転、湯張り運転
昼間の台所や洗面所での湯の使用時、また風呂への湯張り時には、制御装置３８は、コントロールパネル３８ａの給湯設定温度スイッチ、あるいは湯張り設定温度スイッチからの入力信号に基づき、高温取出し管１３における混合弁の弁開度を調節する。弁開度が調節されることによって、高温取出し管１３から流出される高温の湯と、給水管から供給される給水とが混合され、高温の湯は設定温度となるように調節され、台所、洗面所、風呂等へ供給されることになる。

３．風呂自動運転
制御装置３８は、浴槽内の浴水の温度低下に対しては、湯張り運転後の風呂保温設定時間範囲（ユーザが設定する時間であり、例えば４時間）において、浴水の温度を設定温度に保持する風呂自動運転を実施する。即ち、制御装置３８は、浴水の温度が設定温度より低くなると、浴槽内の湯を図示しない貯湯タンク１１内の追い焚き用熱交換器に供給して、浴水を加熱する。更に、浴水の温度が設定温度になると、制御装置３８は追い焚き用熱交換器への浴水の供給を停止させる。

４．凍結防止運転
沸き上げ運転を実施していない場合では、循環回路２０内での低温水（給水）の流れは形成されず、特に冬場においては低温水が凍結してしまう虞がある。制御装置３８は、コントロールパネル３８ａの凍結防止スイッチからの入力信号に基づいて、図３に示す制御フローに基づいて凍結防止運転を行う。

まず、ステップＳ１００において、制御装置３８は、沸き上げ運転が停止中であるか否かを判定し、停止中であると判定すると、ステップＳ１１０で、循環回路２０中の低温水の温度が、低温水の凍結に至ると予測される判定温度以下であるか否かを判定する。水の凍結温度は０℃であり、ここでは判定のための多少の安全率を考慮して、判定温度を例えば４℃と設定している。低温水の温度は、配管３４に設けられた給水サーミスタ３４ａから得られる温度信号、あるいは配管３５に設けられた沸き上げサーミスタ３５ａから得られる温度信号の少なくとも一方を用いることができる。

ステップＳ１１０で、肯定判定すると、制御装置３８は、ステップＳ１２０で、ヒートポンプユニット３０、および循環ポンプ３６を作動させる。具体的には、ヒートポンプユニット３０については、圧縮機３７ａ、および送風ファン３７ｅ１を作動させる。本凍結防止運転は、上記沸き上げ運転のように高温の湯（９０℃）を生成するものとは異なり、循環回路２０内の低温水の温度をある程度上昇させて、凍結しない温度にするためのものであるため、制御装置３８は、圧縮機３７ａ、送風ファン３７ｅ１を沸き上げ運転時での能力よりも低く設定された低能力で作動させる。

また、制御装置３８は、循環ポンプ３６については、正回転運転により作動させる。本凍結防止運転では、循環ポンプ３６を作動させるにあたっては、循環回路２０における水容量は貯湯タンク１１の容量よりも非常に小さく、また、循環回路２０においてわずかな低温水の流れが発生されれば良いことから、制御装置３８は、循環ポンプ３６を上記のヒートポンプユニット３０と同様に、沸き上げ運転時での能力よりも低く設定された低能力で作動させる。例えば、循環ポンプ３６のＭＡＸ能力（最大圧送量）の２リットル／ｍｉｎに対して、数十ｃｃ／ｍｉｎ程度の能力で作動させる。

循環ポンプ３６が正回転運転されることによって、循環回路２０内では、低温水は沸き上げ運転時と同じく貯湯タンク１１の下部側から上部側に向かう方向に移動することになる。そして、この低温水は、水冷媒熱交換器３７ｂによって加熱される。よって、循環ポンプ３６の正回転運転時における水冷媒熱交換器３７ｂの下流側（つまり配管３５側）の低温水の温度が上昇していくことになる。

次に、ステップＳ１３０で、制御装置３８は、配管３５における沸き上げサーミスタ３５ａによって得られる温度信号から、上昇していく低温水の温度を把握し、低温水の温度が第１所定温度以上になったか否かを判定する。第１所定温度は、判定温度（４℃）よりも高く、また、目標沸き上げ温度（９０℃）よりも低く、低温水がある程度の熱量を保持して、凍結防止できるだけの温度として設定されており、ここでは、例えば５０℃としている。

そして、ステップＳ１３０で、肯定判定すると、ステップＳ１４０で、ヒートポンプユニット３０を低能力で作動させたまま、循環ポンプ３６を低能力で逆回転運転により作動させる。尚、ステップＳ１３０で、否定判定するとステップＳ１２０に戻る。

循環ポンプ３６が逆回転運転されることによって、循環回路２０内では、低温水は沸き上げ運転時とは逆に貯湯タンク１１の上部側から下部側に向かう方向に移動することになる。そして、この低温水は、水冷媒熱交換器３７ｂによって加熱される。よって、循環ポンプ３６の逆回転運転時における水冷媒熱交換器３７ｂの下流側（つまり配管３４側）の低温水の温度が上昇していくことになる。

次に、ステップＳ１５０で、制御装置３８は、配管３４における給水サーミスタ３４ａによって得られる温度信号から、上昇していく低温水の温度を把握し、低温水の温度が第２所定温度以上になったか否かを判定する。第２所定温度は、判定温度（４℃）よりも高く、また、目標沸き上げ温度（９０℃）よりも低く、低温水がある程度の熱量を保持して、凍結防止できるだけの温度として設定されており、ここでは、例えば第１所定温度よりも低い４０℃としている。

そして、ステップＳ１５０で、肯定判定すると、ステップＳ１６０で、ヒートポンプユニット３０、および循環ポンプ３６を停止させる。尚、ステップＳ１５０で、否定判定するとステップＳ１４０に戻る。

制御装置３８は、上記のようにステップＳ１００〜ステップＳ１６０を１つの制御サイクルとして循環ポンプ３６の正回転運転と逆回転運転とを交互に行い、更に、この制御サイクルを繰返し実施していく。

以上のように、本実施形態では、ヒートポンプサイクル３７を加熱手段として、貯湯タンク１１内に高温の湯を貯める給湯装置１００において、循環ポンプ３６を正回転運転および逆回転運転可能なポンプとし、制御装置３８は、沸き上げ運転を停止しているときに、循環回路２０における低温水の温度が判定温度以下であると判定すると、循環ポンプ３６とヒートポンプサイクル３７とを作動させると共に、循環ポンプ３６の正回転運転および逆回転運転を交互に行うようにしている。

これにより、循環ポンプ３６の正回転運転によって、循環回路２０において水冷媒熱交換器３７ｂよりも貯湯タンク１１の下部側にある低温水を加熱して貯湯タンク１１の上部側に向けて流すことができる。また、逆回転運転によって、循環回路２０において水冷媒熱交換器３７ｂよりも貯湯タンク１１の上部側にある低温水を加熱して貯湯タンク１１の下部側に向けて流すことができる。このように、本実施形態では、従来技術のようにバイパス用流路、切替え手段等の部品の増設を必要とせずに、循環ポンプ３６の正回転運転と逆回転運転とを交互に行うことで、循環回路２０中の低温水を効果的に加熱して、低温水の凍結を確実に防止することができる。

また、凍結防止運転を実施するときには、制御装置３８は、循環ポンプ３６とヒートポンプサイクル３７とを、沸き上げ運転を実行する際の能力よりも低く設定された低能力で作動させるようにしている。凍結防止運転では、沸き上げ運転時のように高温の湯を生成する必要は無く、低温水を凍結に至らない程度の温度に上昇させてやればよく、また、循環回路２０における水容量は、貯湯タンク１１の容量に比べて非常に小さいので、循環ポンプ３６とヒートポンプサイクル３７とを低能力で作動させることで、エネルギの使用量を抑えることができる。

また、循環ポンプ３６の能力を低能力とすることで、貯湯タンク１１に対する低温水の移動量が抑えられ、貯湯タンク１１内の貯湯熱量への影響を小さくすることができる。

また、図３のステップＳ１１０で説明したように、凍結防止運転を開始するか否かの判定を低温水の温度を用いた判定としている。よって、本来の沸き上げ運転時に使用する各サーミスタ３４ａ、３５ａを兼用した凍結防止運転の制御が可能となる。

（第２実施形態）
第２実施形態の制御フローを図４に示す。第２実施形態の制御フローは、上記第１実施形態の制御フロー（図３）に対して、ステップＳ１３０、ステップＳ１５０をそれぞれステップＳ１３０Ａ、ステップＳ１５０Ａに変更したものである。

制御装置３８は、ステップＳ１００〜ステップＳ１２０の後に、ステップＳ１３０Ａで、ステップＳ１２０を実行した後に第１所定時間だけ経過したか否かを判定する。第１所定時間は、例えば、循環ポンプ３６の正回転運転により水冷媒熱交換器３７ｂの下流側（配管３５）となる低温水の温度が、第１所定温度（例えば５０℃）に上昇するまでの時間として予め設定されたものである。第１所定時間は、外気温度、低温水の温度、第１所定温度、および循環ポンプ３６による循環量等に応じて机上計算によって算出可能である。

そして、制御装置３８は、ステップＳ１４０の後に、ステップＳ１５０Ａで、ステップＳ１４０を実行した後に第２所定時間だけ経過したか否かを判定する。第２所定時間は、例えば、循環ポンプ３６の逆回転運転により水冷媒熱交換器３７ｂの下流側（配管３４）となる低温水の温度が、第２所定温度（例えば４０℃）に上昇するまでの時間として予め設定されたものである。第２所定時間は、外気温度、低温水の温度、第２所定温度、および循環ポンプ３６による循環量等に応じて机上計算によって算出可能である。

本実施形態では、正回転運転時、および逆回転運転時の低温水の温度上昇度合いを経過時間によって判定することを可能としており、上記第１実施形態と同様の効果を奏することができる。給湯装置１００においては、沸き上げ運転時において、沸き上げ温度を制御するにあたって、沸き上げサーミスタ３５ａのみを使用し、必ずしも給水サーミスタ３４ａを必要とはしない場合がある。このような場合であれば、第１、第２所定時間を用いて凍結防止運転の制御をすることで、給水サーミスタ３４ａを不要とする対応が可能である。

（その他の実施形態）
上記第１、第２実施形態では、凍結防止運転の１サイクルの制御において、循環ポンプ３６の正回転運転と逆回転運転とを１回ずつ行うものとしたが、これに限らず、複数回行うものとしても良い。

また、先に正回転運転を行い、次に逆回転運転を行うようにしたが、先に逆回転運転を行い、次に正回転運転を行うようにしても良い。

また、図３、図４で説明した制御フローのステップＳ１１０で、循環回路２０の低温水の温度を用いた判定ステップとしたが、これに限らず、外気温度を用いた判定ステップとしても良い。このときの判定温度は、外気温度に応じて低温水が凍結に至ると予測される温度を用いるようにすれば良い。

また、ヒートポンプサイクル３７として、ＣＯ_２冷媒を用いた超臨界ヒートポンプサイクルとしたが、これに限らず、他の冷媒を用いた一般的なヒートポンプサイクルとしても良い。また、減圧装置３７ｃとしてエジェクタを用いたものとして説明したが、弁開度の調整によって冷媒を減圧させる通常の弁式の減圧装置としても良い。また、内部熱交換器３７ｆは必要に応じて設定すれば良い。

１００ ヒートポンプ式給湯装置（給湯装置）
１１ 貯湯タンク
２０ 循環回路
３６ 循環ポンプ
３７ ヒートポンプサイクル（ヒートポンプ）
３８ 制御装置（制御手段）

Claims (6)

1. 湯を貯める貯湯タンク（１１）の下部側および上部側を繋ぐ循環回路（２０）と、
   前記循環回路（２０）に設けられた循環ポンプ（３６）と、
   前記循環回路（２０）の途中部位に設けられ、前記循環ポンプ（３６）によって前記循環回路（２０）に循環される前記貯湯タンク（１１）内の低温水を加熱するヒートポンプ（３７）と、
   前記循環ポンプ（３６）、および前記ヒートポンプ（３７）の作動を制御して、前記低温水を加熱することで湯を生成して前記貯湯タンク（１１）に貯める沸き上げ運転を実行する制御手段（３８）とを備える給湯装置において、
   前記循環ポンプ（３６）は、前記制御手段（３８）による正回転運転、および前記正回転運転とは逆となる逆回転運転が可能となっており、
   前記制御手段（３８）は、
   前記沸き上げ運転を停止しており、前記低温水あるいは外気の温度が前記低温水の凍結に至る判定温度よりも低いと判定したときに、
   前記循環ポンプ（３６）と前記ヒートポンプ（３７）とを作動させると共に、前記循環ポンプ（３６）の前記正回転運転と前記逆回転運転とを交互に行う凍結防止運転を実行し、
   前記正回転運転と前記逆回転運転とを交互に行うにあたって、
   前記循環回路（２０）における前記正回転運転時の前記ヒートポンプ（３７）よりも下流側となる前記低温水の温度を第１所定温度以上に上昇させ、その後に、
   前記循環回路（２０）における前記逆回転運転時の前記ヒートポンプ（３７）よりも下流側となる前記低温水の温度を第２所定温度以上に上昇さることを特徴とする給湯装置。
2. 前記制御手段（３８）は、前記循環回路（２０）における前記逆回転運転時の前記ヒートポンプ（３７）よりも下流側となる前記低温水の温度を前記第２所定温度以上に上昇させると、前記循環ポンプ（３６）と前記ヒートポンプ（３７）とを停止させることを特徴とする請求項１に記載の給湯装置。
3. 湯を貯める貯湯タンク（１１）の下部側および上部側を繋ぐ循環回路（２０）と、
   前記循環回路（２０）に設けられた循環ポンプ（３６）と、
   前記循環回路（２０）の途中部位に設けられ、前記循環ポンプ（３６）によって前記循環回路（２０）に循環される前記貯湯タンク（１１）内の低温水を加熱するヒートポンプ（３７）と、
   前記循環ポンプ（３６）、および前記ヒートポンプ（３７）の作動を制御して、前記低温水を加熱することで湯を生成して前記貯湯タンク（１１）に貯める沸き上げ運転を実行する制御手段（３８）とを備える給湯装置において、
   前記循環ポンプ（３６）は、前記制御手段（３８）による正回転運転、および前記正回転運転とは逆となる逆回転運転が可能となっており、
   前記制御手段（３８）は、
   前記沸き上げ運転を停止しており、前記低温水あるいは外気の温度が前記低温水の凍結に至る判定温度よりも低いと判定したときに、
   前記循環ポンプ（３６）と前記ヒートポンプ（３７）とを作動させると共に、前記循環ポンプ（３６）の前記正回転運転と前記逆回転運転とを交互に行う凍結防止運転を実行し、
   前記正回転運転と、前記逆回転運転とを交互に行うにあたって、
   予め定めた第１所定時間の間、前記正回転運転を行い、その後に、
   予め定めた第２所定時間の間、前記逆回転運転を行うことを特徴とする給湯装置。
4. 前記制御手段（３８）は、前記第２所定時間の間、前記逆回転運転を行った後に、前記循環ポンプ（３６）と前記ヒートポンプ（３７）とを停止させることを特徴とする請求項３に記載の給湯装置。
5. 前記制御手段（３８）は、前記循環ポンプ（３６）と前記ヒートポンプ（３７）とを作動させる際に、前記沸き上げ運転を実行する際の能力よりも低く設定された低能力で作動させることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の給湯装置。
6. 前記制御手段（３８）は、前記低温水あるいは前記外気の温度のうち、前記低温水の温度が前記判定温度よりも低いと判定したときに、
   前記凍結防止運転を実行することを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１つに記載の給湯装置。

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