JP7012818B2 - 給湯装置 - Google Patents

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Description

本発明は、ヒートポンプ装置で水を加熱する給湯装置に関するものである。
従来のヒートポンプを用いた給湯装置は、ヒートポンプユニットおよびタンクユニットを備えている。ヒートポンプユニットは、圧縮機、水熱交換器、減圧機構および空気熱交換器を有している。ヒートポンプユニットでは、圧縮機、水熱交換器、減圧機構および空気熱交換器が順次接続されることにより、圧縮機の駆動によって冷媒が循環する冷媒回路が形成されている。
また、タンクユニットは、貯湯タンク、送水ポンプおよび熱交換器を有している。タンクユニットでは、貯湯タンク、送水ポンプおよび熱交換器が順次接続されることにより、送水ポンプの駆動によって水が循環する循環経路が形成されている。このとき、タンクユニットにおける熱交換器は、ヒートポンプユニットにおける水熱交換器で構成することができる。
給湯装置では、ヒートポンプユニットの圧縮機と、タンクユニットの送水ポンプとが起動することにより、貯湯タンクの下部に設けられた取水口から貯湯タンク内の水が循環経路に流出し、水熱交換器に流入する。そして、水熱交換器に流入した水は、水熱交換器に流入した冷媒と熱交換を行うことによって加熱され、貯湯タンクの上部に設けられた湯入口から貯湯タンクに返流される。これにより、給湯装置は、貯湯タンクに高温の湯を貯めることができる。
このとき、給湯装置では、貯湯タンクの下部から未加熱水が流出し、上部から加熱水が流入するため、貯湯タンク下部の未加熱水と貯湯タンク上部の加熱水とが混合される。その結果、貯湯タンク内には、３０℃～５０℃程度の中温水が貯められる。
中温水は、暖房あるいは追い焚きの熱源として利用するには温度が低いために適さず、また、湯切れするまで給湯を行わないと、容量あたりの熱量が低下する。また、ヒートポンプユニットで中温水を再加熱した場合には、効率が悪く、給湯装置のＣＯＰ（エネルギー消費効率；Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ Ｏｆ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ）が低下する。
そこで、最近では、貯湯タンクの下部と上部との間に存在する中温水と、貯湯タンクの上部に存在する高温水とを任意の給湯設定温度となるように混合させ、熱源として利用可能とする給湯装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。このように中温水を有効利用することにより、貯湯タンクの有効熱量を増大させることができる。また、中温水を利用して貯湯タンク内の中温水が減少することにより、ヒートポンプユニットへ流入する水温が低下する。
一方、従来のヒートポンプユニットには、水熱交換器に高温の水が流入した際の高圧側の圧力上昇を防止する目的で、水熱交換器から流出した冷媒と、空気熱交換器から流出した冷媒との間で熱交換を行う内部熱交換器が設置されている。内部熱交換器が設けられていない場合には、密度の高い冷媒が水熱交換器へ移動するため、高圧圧力が上昇しやすいが、内部熱交換器が設けられている場合には、密度の高い冷媒が空気熱交換器へ移動するため、高圧圧力の過度な上昇を抑制することができる。しかし、貯湯タンク内の中温水を利用する場合には、ヒートポンプユニットへ流入する水温が低下するため、コスト削減の観点から、内部熱交換器の必要性が低下する。
ところで、給湯装置では、低外気温時に運転が行われた場合に、空気熱交換器の温度が０℃以下となり、空気熱交換器が着霜することがある。空気熱交換器が着霜すると、伝熱性能が悪化して消費電力が増大する。そのため、従来は、減圧機構を全開として、空気熱交換器の着霜を除去するための除霜運転が行われる。
除霜運転では、圧縮機から吐出された高温の冷媒が空気熱交換器に流入することにより、空気熱交換器の霜が除去されるが、除霜運転の終盤では、霜がほとんど溶解するため、減圧機構の入口での冷媒密度が低下し、冷媒流速が増大する。これにより、減圧機構を通過する冷媒の通過音が増大する。
そこで、冷媒通過音の増大を抑制するため、除霜運転の終盤に圧縮機の運転周波数を低下させることが提案されている（例えば、特許文献２）。これにより、冷媒回路を循環する冷媒の循環量が低下するため、減圧機構の入口での冷媒流速が低下し、減圧機構を通過する冷媒の通過音を低下させることができる。
特開２００３－２４０３４２号公報 特開２００５－１８８８６３号公報
しかしながら、内部熱交換器が設けられない場合に除霜運転を行うと、除霜運転開始時に高圧側の冷媒が空気熱交換器で熱交換された後に圧縮機に吸入されるため、圧縮機における冷媒の吸入状態は、内部熱交換器が設けられる場合と比較して湿り状態となる。すなわち、圧縮機に吸入される冷媒の吸入密度が増大し、冷媒流速が増大するため、減圧機構における冷媒通過音が増大する。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、除霜運転開始時の冷媒通過音の増大を抑制することができる給湯装置を提供することを目的とする。
本発明の給湯装置は、圧縮機と、水熱交換器と、減圧機構と、空気熱交換器とを有し、前記水熱交換器に流入する水を加熱するヒートポンプユニットを備えた給湯装置であって、前記圧縮機の運転周波数を制御する圧縮機制御部と、前記圧縮機から吐出された冷媒の吐出温度を検出する吐出温度センサと、前記吐出温度センサで検出された前記吐出温度に基づき、前記圧縮機に吸入される前記冷媒の吸入状態を推定する吸入状態推定部と、推定された前記吸入状態に基づき、前記冷媒の冷媒循環量を算出する循環量算出部と、算出された前記冷媒循環量に基づき、前記圧縮機の前記運転周波数を決定する運転周波数決定部とを備え、前記圧縮機制御部は、前記減圧機構を開状態とするとともに前記水熱交換器に対する前記水の供給を停止して、前記圧縮機から吐出された冷媒を前記空気熱交換器に流入させる除霜運転を開始する際に、前記圧縮機の運転周波数を前記運転周波数決定部で決定された運転周波数に設定し、前記減圧機構に流入する前記冷媒の流速を現在の流速よりも低下させるものである。
また、本発明の給湯装置は、圧縮機と、水熱交換器と、減圧機構と、空気熱交換器とを有し、前記水熱交換器に流入する水を加熱するヒートポンプユニットを備えた給湯装置であって、前記圧縮機から吐出される冷媒の吐出温度と、高圧側の高圧圧力とに基づき、前記減圧機構の入口での冷媒密度を推定する冷媒密度推定部と、推定された前記冷媒密度と設定閾値とを比較する冷媒密度判定部と、前記減圧機構の開度を制御する減圧機構制御部とを備え、前記減圧機構制御部は、前記減圧機構を開状態とするとともに前記水熱交換器に対する前記水の供給を停止して、前記圧縮機から吐出された前記冷媒を前記空気熱交換器に流入させる除霜運転を開始する際に、前記冷媒密度が前記設定閾値よりも小さい場合に、前記減圧機構の開度を現在の開度よりも小さくし、前記減圧機構に流入する前記冷媒の流速を現在の流速よりも低下させるものである。
また、本発明の給湯装置は、圧縮機と、水熱交換器と、減圧機構と、空気熱交換器とを有し、前記水熱交換器に流入する水を加熱するヒートポンプユニットを備えた給湯装置であって、前記水熱交換器で加熱された加熱水が流入する加熱水流入口、未加熱水が流出する未加熱水流出口、および、前記加熱水の温度と前記未加熱水の温度との中間の温度を有する中温水が流出する中温水取出口を有する貯湯タンクと、前記未加熱水流出口に接続された第１の流入口、前記中温水取出口に接続された第２の流入口、および、前記水熱交換器の流入側に接続された流出口とを有し、前記第１の流入口および前記第２の流入口のいずれか一方と前記流出口とが連通するように、流路が切り替えられる流路切替弁とを有するタンクユニットと、前記減圧機構を開状態として前記圧縮機から吐出された冷媒を前記空気熱交換器に流入させる除霜運転を開始する際に、前記第２の流入口と前記流出口とが連通するように、前記流路切替弁を切り替える切替弁制御部と、前記圧縮機の運転周波数を制御する圧縮機制御部と、前記減圧機構の開度を制御する減圧機構制御部とを備え、前記除霜運転を開始する際に、前記圧縮機制御部による前記運転周波数の制御、または、前記減圧機構制御部による前記減圧機構の開度の制御を行い、前記減圧機構に流入する前記冷媒の流速を現在の流速よりも低下させるものである。
本発明によれば、除霜運転を開始する際に、圧縮機の運転周波数または減圧機構の開度を制御して、減圧機構に流入する冷媒の流速を低下させることにより、除霜運転開始時の冷媒通過音の増大を抑制することができる。
実施の形態１に係る給湯装置の構成の一例を示す概略図である。 図１の制御装置の構成の一例を示すブロック図である。 除霜運転開始時の冷凍サイクルの一例を示すグラフである。 実施の形態２に係る給湯装置の構成の一例を示す概略図である。 図４の制御装置の構成の一例を示すブロック図である。 実施の形態２に係る通過音低減処理の流れの一例を示すフローチャートである。 実施の形態３に係る給湯装置の構成の一例を示す概略図である。 図７の制御装置の構成の一例を示すブロック図である。 実施の形態４に係る給湯装置の構成の一例を示す概略図である。 図９の制御装置の構成の一例を示すブロック図である。 実施の形態５に係る給湯装置の構成の一例を示す概略図である。 図１１の制御装置の構成の一例を示すブロック図である。 実施の形態５に係る通過音低減処理の流れの一例を示すフローチャートである。 実施の形態６に係る給湯装置の構成の一例を示す概略図である。 図１４の制御装置の構成の一例を示すブロック図である。 除霜運転開始時の冷凍サイクルの一例を示すグラフである。
実施の形態１．
以下、本発明の実施の形態１に係る給湯装置について説明する。本実施の形態１に係る給湯装置は、貯湯タンクに貯められた水と冷媒との間で熱交換を行うことによって水を加熱し、加熱水を貯湯タンクに貯めるヒートポンプを用いた給湯装置である。
［給湯装置１の構成］
図１は、本実施の形態１に係る給湯装置１の構成の一例を示す概略図である。図１に示すように、給湯装置１は、ヒートポンプユニット１０およびタンクユニット２０で構成されている。
（ヒートポンプユニット１０）
ヒートポンプユニット１０は、圧縮機１１、水熱交換器１２、減圧機構１３、空気熱交換器１４および送風機１５を備えている。そして、圧縮機１１、水熱交換器１２、減圧機構１３および空気熱交換器１４が冷媒配管で順次接続されることにより、冷媒回路が形成される。
圧縮機１１は、低温低圧の冷媒を吸入し、吸入した冷媒を圧縮し、高温高圧の冷媒を吐出する。圧縮機１１は、例えば、運転周波数を変化させることにより、単位時間あたりの送出量である容量が制御されるインバータ圧縮機等からなる。圧縮機１１の運転周波数は、後述する制御装置３０によって制御される。
水熱交換器１２は、冷媒側流路に接続された冷媒回路を流れる冷媒と、水側流路に接続された水回路を流れる水との間で熱交換を行う。水熱交換器１２は、冷媒の熱を水に放熱して冷媒を凝縮させる凝縮器として機能する。減圧機構１３は、冷媒を減圧させる。減圧機構１３は、例えば、電子式膨張弁等の開度の制御が可能な弁で構成される。減圧機構１３の開度は、制御装置３０によって制御される。
空気熱交換器１４は、送風機１５によって供給される室外空気と冷媒との間で熱交換を行う。空気熱交換器１４は、暖房運転の際に、冷媒を蒸発させ、その際の気化熱により室外空気を冷却する蒸発器として機能する。送風機１５は、図示しないモータによって駆動され、空気熱交換器１４で冷媒と熱交換を行う室外空気を空気熱交換器１４に送るために設けられている。
（タンクユニット２０）
図１のタンクユニット２０は、貯湯タンク２１および送水ポンプ２２を備えている。そして、貯湯タンク２１および送水ポンプ２２が水配管で順次接続されることにより、水回路が形成される。
貯湯タンク２１は、外部から供給された水および加熱水を貯める。貯湯タンク２１の下部には、給水口および流出口が設けられている。貯湯タンク２１は、給水口を介して外部から市水が供給され、供給された市水を加熱されていない未加熱水として貯める。貯湯タンク２１の下部に貯められた未加熱水は、流出口を介して流出し、水熱交換器１２に供給される。
また、貯湯タンク２１の上部には、流入口が設けられている。貯湯タンク２１は、水熱交換器１２で加熱された加熱水が流入口を介して供給され、供給された加熱水を貯める。貯湯タンク２１の上部に貯められた加熱水は、外部に放出され、例えばシャワー等の温水として利用される。
送水ポンプ２２は、図示しないモータによって駆動され、貯湯タンク２１から流出した水を水熱交換器１２に供給する。送水ポンプ２２の駆動は、制御装置３０によって制御される。
（制御装置３０）
また、給湯装置１は、制御装置３０を備えている。制御装置３０は、給湯装置１の各部から受け取る各種情報に基づき、ヒートポンプユニット１０およびタンクユニット２０全体の動作を制御する。特に、本実施の形態１において、制御装置３０は、圧縮機１１の運転周波数および減圧機構１３の開度等を制御する。
この例において、制御装置３０は、ヒートポンプユニット１０内に設けられているが、これに限られず、タンクユニット２０内に設けられてもよいし、別体で設けられてもよい。制御装置３０は、マイクロコンピュータなどの演算装置上でソフトウェアを実行することにより各種機能が実現され、もしくは各種機能を実現する回路デバイスなどのハードウェア等で構成されている。
図２は、図１の制御装置３０の構成の一例を示すブロック図である。図２に示すように、制御装置３０は、運転状態判定部３１、圧縮機制御部３２および減圧機構制御部３３を備えている。運転状態判定部３１は、外部から供給されたヒートポンプユニット１０の運転状態を示す運転情報に基づき、ヒートポンプユニット１０の運転状態が除霜運転であるか否かを判定する。
圧縮機制御部３２は、運転状態判定部３１の判定結果に基づき、ヒートポンプユニット１０の運転状態が除霜運転である場合に、圧縮機１１の運転周波数を低下させるための制御信号を出力する。また、減圧機構制御部３３は、運転状態判定部３１の判定結果に基づき、ヒートポンプユニット１０の運転状態が除霜運転である場合に、減圧機構１３の開度を小さくするための制御信号を出力する。なお、本実施の形態１において、ヒートポンプユニット１０の運転状態が除霜運転である場合には、圧縮機１１の運転周波数および減圧機構１３の開度のいずれか一方が制御されればよい。
［給湯装置１の動作］
上記構成を有する給湯装置１の動作について説明する。ここでは、通常動作時の冷媒および水の流れと、除霜運転開始時の動作について説明する。
（冷媒および水の流れ）
まず、通常動作時の冷媒および水の流れについて説明する。冷媒回路を流れる冷媒は、圧縮機１１によって圧縮されて吐出される。圧縮機１１から吐出された冷媒は、水熱交換器１２に流入する。水熱交換器１２に流入した冷媒は、水回路を流れる水と熱交換して放熱しながら凝縮することによって水を加熱し、水熱交換器１２から流出する。
水熱交換器１２から流出した冷媒は、減圧機構１３によって減圧および膨張され、減圧機構１３から流出する。減圧機構１３から流出した冷媒は、空気熱交換器１４に流入する。空気熱交換器１４に流入した冷媒は、室外空気と熱交換して吸熱および蒸発し、空気熱交換器１４から流出する。空気熱交換器１４から流出した冷媒は、圧縮機１１へ吸入される。そして、以下、冷媒は上述した循環を繰り返す。
一方、タンクユニット２０において、送水ポンプ２２の駆動により、貯湯タンク２１の下部に設けられた流出口から未加熱水が流出する。貯湯タンク２１から流出した未加熱水は、水熱交換器１２に流入する。水熱交換器１２に流入した未加熱水は、冷媒と熱交換して加熱され、水熱交換器１２から流出する。水熱交換器１２から流出した加熱水は、貯湯タンク２１の上部に設けられた流入口から貯湯タンク２１に流入し、貯湯タンク２１に貯められる。そして、以下、貯湯タンク２１内の未加熱水は、上述した循環を繰り返す。
（除霜運転開始時の動作）
次に、除霜運転開始時の動作について説明する。低外気温時に、上述したようにして給湯装置１を動作させた場合には、空気熱交換器１４の温度が０℃以下となり、空気熱交換器１４が着霜するため、除霜運転が行われる。
通常の除霜運転では、減圧機構１３が全開とされるとともに、水熱交換器１２への未加熱水の流入が停止された状態で、圧縮機１１が運転する。この場合、水熱交換器１２での熱交換量が低下するため、冷媒が高温状態を保ったまま空気熱交換器１４に流入する。これにより、空気熱交換器１４に付着した霜が冷媒の熱によって融解する。
図３は、除霜運転開始時の冷凍サイクルの一例を示すグラフである。図３の点線で示す目盛は、等温度線である。また、実線で示す目盛は、等密度線である。図３において、実線のグラフは、減圧機構１３の開度を全開とした場合の冷媒状態を示す。一点鎖線のグラフは、減圧機構１３の開度を小さくした場合の冷媒状態を示す。従来のように、除霜運転開始時に減圧機構１３の開度を全開とした場合、図３に示すように、圧縮機１１での冷媒の吸入密度が大きくなる。これにより、減圧機構１３の入口における冷媒流速が増加するため、減圧機構１３を通過する冷媒の通過音が増大する。
そこで、本実施の形態１では、減圧機構１３の入口での冷媒通過音を低下させるため、除霜運転開始時に、圧縮機１１の運転周波数を低下させる、または、減圧機構１３の開度を小さくする。
圧縮機１１の運転周波数を低下させた場合、除霜開始時における冷媒循環量は小さくなるため、減圧機構１３の入口での冷媒流速が低下する。減圧機構１３の入口での冷媒流速が低下することにより、減圧機構１３を通過する冷媒の通過音が低減する。
また、減圧機構１３の開度を小さくした場合、図３に示すように、除霜開始時における減圧機構１３の入口における冷媒密度が増大するため、減圧機構１３の入口での冷媒流速が低下する。減圧機構１３の入口での冷媒流速が低下することにより、減圧機構１３を通過する冷媒の通過音が低減する。
以上のように、本実施の形態１に係る給湯装置１において、除霜運転を開始する際に、圧縮機１１の運転周波数が低下する、あるいは、減圧機構１３の開度が小さくなるように制御される。これにより、減圧機構１３に流入する冷媒の流速が低下するため、減圧機構１３を通過する冷媒の通過音の増大を抑制することができる。
実施の形態２．
次に、本発明の実施の形態２について説明する。本実施の形態２では、除霜運転開始時に圧縮機１１の運転周波数を低下させることにより、減圧機構１３の入口での冷媒通過音を抑制する具体例について説明する。
ヒートポンプユニット１０の消費電力をＷｈｐとし、タンクユニット２０の消費電力をＷｔａｎｋとした場合、給湯装置１の入力Ｗｓｙｓは、式（１）に基づき算出される。
Ｗｓｙｓ＝Ｗｈｐ＋Ｗｔａｎｋ ・・・（１）
また、ヒートポンプユニット１０の消費電力をＷｈｐは、圧縮機入力をＷｃｏｍｐとした場合、式（２）に基づき算出される。式（２）において、αはヒートポンプユニット１０の仕様により決定される係数である。
Ｗｈｐ＝Ｗｃｏｍｐ×α ・・・（２）
さらに、圧縮機入力Ｗｃｏｍｐは、圧縮機１１の電流値をＩｃｏｍｐ、圧縮機１１の電圧値をＶｃｏｍｐとした場合、式（３）に基づき算出される。
Ｗｃｏｍｐ＝Ｉｃｏｍｐ×Ｖｃｏｍｐ ・・・（３）
一方、圧縮機入力Ｗｃｏｍｐは、圧縮機１１の吸入密度をρｓ、圧縮機１１の運転周波数をｆｚ、圧縮機１１吐出後のエンタルピをｈｄ、圧縮機１１吸入時のエンタルピをｈｓとした場合、式（４）によっても表すことができる。式（４）において、βはヒートポンプユニット１０の仕様により決定される係数である。
Ｗｃｏｍｐ＝ρｓ×ｆｚ×β×（ｈｄ－ｈｓ） ・・・（４）
ここで、一般的に、圧縮機１１の吸入密度が増大すると、冷媒回路を流れる冷媒の冷媒循環量が増大する。その結果、減圧機構１３の入口における冷媒の流速が増大し、減圧機構１３を通過する冷媒の通過音が増大する。また、式（４）から、圧縮機１１の吸入密度ρｓが増大すると、圧縮機入力Ｗｃｏｍｐが増大する。
すなわち、圧縮機入力Ｗｃｏｍｐと減圧機構１３での冷媒通過音との間には、相関関係があることがわかる。具体的には、圧縮機入力Ｗｃｏｍｐが増大すると冷媒通過音が増大し、圧縮機入力Ｗｃｏｍｐが減少すると冷媒通過音が低下する。そして、冷媒通過音が増大した場合には、圧縮機入力Ｗｃｏｍｐを低下させればよく、圧縮機入力Ｗｃｏｍｐを低下させるためには、式（４）に基づき、圧縮機１１の運転周波数ｆｚを低下させればよい。
そこで、本実施の形態２では、圧縮機１１の圧縮機入力に基づき、圧縮機１１の運転周波数を制御し、減圧機構１３を通過する冷媒の通過音を抑制する。
［給湯装置１００の構成］
図４は、本実施の形態２に係る給湯装置１００の構成の一例を示す概略図である。なお、以下の説明において、実施の形態１と共通する部分には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
図４に示すように、給湯装置１００は、ヒートポンプユニット１１０およびタンクユニット２０で構成されている。ヒートポンプユニット１１０は、圧縮機１１、水熱交換器１２、減圧機構１３、空気熱交換器１４および送風機１５を備えている。また、ヒートポンプユニット１１０は、電流センサ１６を備えている。電流センサ１６は、圧縮機１１に供給される電流を検出し、制御装置１３０に供給する。
さらに、給湯装置１００は、制御装置１３０を備えている。この例において、制御装置１３０は、ヒートポンプユニット１１０内に設けられているが、これに限られず、タンクユニット２０内に設けられてもよいし、別体で設けられてもよい。制御装置１３０は、電流センサ１６から供給された圧縮機１１の電流と、圧縮機１１に供給される電圧とに基づき、圧縮機１１の運転周波数を制御する。制御装置１３０は、マイクロコンピュータなどの演算装置上でソフトウェアを実行することにより各種機能が実現され、もしくは各種機能を実現する回路デバイスなどのハードウェア等で構成されている。
（制御装置１３０の構成）
図５は、図４の制御装置１３０の構成の一例を示すブロック図である。図５に示すように、制御装置１３０は、運転状態判定部３１、圧縮機入力算出部１３１、圧縮機入力判定部１３２、圧縮機制御部３２および記憶部１３３を備えている。圧縮機入力算出部１３１は、電流センサ１６から供給された圧縮機１１の電流と、圧縮機１１に供給されている２００Ｖなどの設定電圧とに基づき、圧縮機入力を算出する。
圧縮機入力判定部１３２は、圧縮機入力算出部１３１で算出された圧縮機入力と、記憶部１３３に予め記憶された圧縮機入力に対する閾値とを比較する。そして、圧縮機入力判定部１３２は、圧縮機入力が閾値を超えた場合に、減圧機構１３の入口での冷媒通過音が増大したと判定する。また、圧縮機入力判定部１３２は、圧縮機入力が閾値以下である場合に、冷媒通過音が低下したと判定する。
圧縮機制御部３２は、圧縮機入力判定部１３２の判定結果に基づき、圧縮機１１の運転周波数を制御する。具体的には、圧縮機制御部３２は、圧縮機入力判定部１３２で冷媒通過音が増大したと判定された場合に、圧縮機１１の運転周波数を低下させるための制御信号を出力する。また、圧縮機制御部３２は、冷媒通過音が低下したと判定された場合に、圧縮機１１の運転周波数を増大させるための制御信号を出力する。
記憶部１３３は、制御装置１３０の各部で用いられる様々な情報を予め記憶する。特に、本実施の形態２において、記憶部１３３は、圧縮機入力判定部１３２で用いられる圧縮機入力に対する閾値を予め記憶する。
［通過音低減処理］
本実施の形態２に係る給湯装置１００における通過音低減処理について説明する。図６は、本実施の形態２に係る通過音低減処理の流れの一例を示すフローチャートである。
ステップＳ１において、運転状態判定部３１は、ヒートポンプユニット１０の運転状態が除霜運転であるか否かを判定する。除霜運転であると判定された場合（ステップＳ１；Ｙｅｓ）、圧縮機入力算出部１３１は、ステップＳ２において、電流センサ１６で検出された圧縮機１１の電流と、圧縮機１１の設定電圧とに基づき、圧縮機入力を算出する。
ステップＳ３において、圧縮機入力判定部１３２は、記憶部１３３から圧縮機入力に対する閾値を読み出し、ステップＳ２で算出された圧縮機入力と、記憶部１３３から読み出した閾値とを比較する。比較の結果、圧縮機入力が閾値よりも大きい場合（ステップＳ３；Ｙｅｓ）、圧縮機入力判定部１３２は、減圧機構１３の入口での冷媒通過音が増大したと判定する。ステップＳ４において、圧縮機制御部３２は、圧縮機１１の運転周波数を低下させる制御信号を出力する。これにより、圧縮機１１の運転周波数が低下する。
一方、圧縮機入力が閾値以下である場合（ステップＳ３；Ｎｏ）、圧縮機入力判定部１３２は、減圧機構１３の入口での冷媒通過音が低下したと判定する。ステップＳ５において、圧縮機制御部３２は、圧縮機１１の運転周波数を増大させる制御信号を出力する。これにより、圧縮機１１の運転周波数が増大する。
ステップＳ４またはステップＳ５の処理が終了すると、処理がステップＳ１に戻り、ステップＳ１～ステップＳ５の処理が設定周期で繰り返される。また、ステップＳ１において、ヒートポンプユニット１０の運転状態が除霜運転でないと判定された場合（ステップＳ１；Ｎｏ）には、一連の処理が終了する。
このように、本実施の形態２では、圧縮機１１の圧縮機入力が増大して減圧機構１３の入口の冷媒通過音が増大したと判定された場合に、圧縮機１１の運転周波数が低下する。これにより、除霜運転開始時の冷媒通過音を抑制することができる。一方、圧縮機入力が低下して冷媒通過音が低下したと判定された場合には、圧縮機１１の運転周波数が増大する。これにより、冷媒回路中の冷媒循環量が増大するため、多くの熱を空気熱交換器１４に送ることができ、除霜時間を短縮することができる。
なお、この例では、圧縮機１１の電流に基づき、圧縮機１１の運転周波数が制御されたが、これはこの例に限られない。例えば、圧縮機１１の圧縮機入力、ヒートポンプユニット１０の消費電力または給湯装置１の入力に基づき、圧縮機１１の運転周波数が制御されてもよい。
本実施の形態２では、電流センサ１６で検出された圧縮機１１の電流Ｉｃｏｍｐと、圧縮機１１の電圧Ｖｃｏｍｐとによって圧縮機１１の圧縮機入力Ｗｃｏｍｐが算出される。このとき、電流センサ１６に代えて圧縮機入力Ｗｃｏｍｐを直接検出できるセンサ等を設けることにより、検出された圧縮機入力Ｗｃｏｍｐに基づき、圧縮機１１の運転周波数ｆｚを制御することができる。
また、ヒートポンプユニット１０の消費電力Ｗｈｐは、式（２）に基づき、圧縮機１１の圧縮機入力Ｗｃｏｍｐに応じた値となる。すなわち、圧縮機入力Ｗｃｏｍｐと相関関係がある冷媒通過音は、ヒートポンプユニット１０の消費電力Ｗｈｐとも相関関係があることになる。したがって、ヒートポンプユニット１０の消費電力Ｗｈｐを検出できるセンサ等を設けることにより、検出されたヒートポンプユニット１０の消費電力Ｗｈｐに基づき、圧縮機１１の運転周波数ｆｚを制御することができる。
さらに、給湯装置１の入力Ｗｓｙｓは、式（１）に基づき、ヒートポンプユニット１０の消費電力Ｗｈｐと、タンクユニット２０の消費電力Ｗｔａｎｋとに応じた値となる。ここで、タンクユニット２０の消費電力Ｗｔａｎｋは、タンクユニット２０の運転状態によって決定されるものであり、タンクユニット２０の運転状態が一定である場合には、ヒートポンプユニット１０の運転状態によらず略固定値である。すなわち、除霜運転開始時において、タンクユニット２０の運転状態が一定である場合、給湯装置１の入力Ｗｓｙｓは、式（１）に基づき、ヒートポンプユニット１０の運転状態に応じた値となる。したがって、給湯装置１の入力Ｗｓｙｓを検出できるセンサ等を設けることにより、検出された給湯装置１の入力Ｗｓｙｓに基づき、圧縮機１１の運転周波数ｆｚを制御することができる。
以上のように、本実施の形態２に係る給湯装置１００では、圧縮機１１の圧縮機入力と設定閾値とが比較され、圧縮機入力が設定閾値を超える場合に、圧縮機１１の運転周波数が低下するように制御される。これにより、減圧機構１３に流入する冷媒の流速が低下するため、減圧機構１３を通過する冷媒の通過音の増大を抑制することができる。
実施の形態３．
次に、本発明の実施の形態３について説明する。本実施の形態３は、圧縮機１１から吐出される冷媒の吐出温度を検出し、検出された吐出温度を用いて圧縮機１１の運転周波数を制御する点で、実施の形態２と相違する。
［給湯装置２００の構成］
図７は、本実施の形態３に係る給湯装置２００の構成の一例を示す概略図である。なお、以下の説明において、実施の形態１および２と共通する部分には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
図７に示すように、給湯装置２００は、ヒートポンプユニット２１０およびタンクユニット２０で構成されている。ヒートポンプユニット２１０は、圧縮機１１、水熱交換器１２、減圧機構１３、空気熱交換器１４および送風機１５を備えている。また、ヒートポンプユニット２１０は、吐出温度センサ１７を備えている。吐出温度センサ１７は、圧縮機１１から吐出される冷媒の吐出温度を検出し、制御装置２３０に供給する。
さらに、給湯装置２００は、制御装置２３０を備えている。この例において、制御装置２３０は、ヒートポンプユニット２１０内に設けられているが、これに限られず、タンクユニット２０内に設けられてもよいし、別体で設けられてもよい。制御装置２３０は、吐出温度センサ１７から供給された冷媒の吐出温度に基づき、圧縮機１１の運転周波数を制御する。制御装置２３０は、マイクロコンピュータなどの演算装置上でソフトウェアを実行することにより各種機能が実現され、もしくは各種機能を実現する回路デバイスなどのハードウェア等で構成されている。
（制御装置２３０の構成）
図８は、図７の制御装置２３０の構成の一例を示すブロック図である。図８に示すように、制御装置２３０は、運転状態判定部３１、冷媒状態推定部２３１、吸入状態推定部２３２、循環量算出部２３３、冷媒流速算出部２３４、運転周波数決定部２３５、圧縮機制御部３２および記憶部２３６を備えている。
冷媒状態推定部２３１は、圧縮機１１の運転周波数と圧縮機１１の圧縮機効率とから、高圧側の圧力である高圧圧力を仮定する。そして、冷媒状態推定部２３１は、仮定した高圧圧力と、吐出温度センサ１７で検出された圧縮機１１から吐出される冷媒の吐出温度とに基づき、圧縮機１１から吐出される冷媒の冷媒状態を推定する。
吸入状態推定部２３２は、冷媒状態推定部２３１で推定された冷媒状態と圧縮機効率とに基づき、圧縮機１１に吸入される冷媒の吸入状態を推定する。循環量算出部２３３は、吸入状態推定部２３２で推定された冷媒の吸入状態と、圧縮機１１の運転周波数とに基づき、冷媒循環量を算出する。冷媒流速算出部２３４は、吸入状態推定部２３２で推定された冷媒の吸入状態と、循環量算出部２３３で算出された冷媒循環量とに基づき、減圧機構１３入口での冷媒流速を算出する。
運転周波数決定部２３５は、冷媒流速算出部２３４で算出された冷媒流速が、減圧機構１３を通過する冷媒通過音が低下するような流速となるように、冷媒循環量を算出する。そして、運転周波数決定部２３５は、冷媒循環量が算出された冷媒循環量となるように、圧縮機１１の運転周波数を決定する。圧縮機制御部３２は、運転周波数決定部２３５で決定された運転周波数で圧縮機１１を駆動するための制御信号を出力する。
記憶部２３６は、制御装置２３０の各部で用いられる様々な情報を予め記憶する。特に、本実施の形態３において、記憶部２３６は、圧縮機１１の圧縮機効率および各部で計算を行う際に用いられる各種の係数等を記憶する。
［通過音低減処理］
本実施の形態３に係る給湯装置２００における通過音低減処理について説明する。ヒートポンプユニット１０の運転状態が除霜運転である場合に、冷媒状態推定部２３１は、冷媒回路中の高圧圧力を仮定する。高圧圧力は、圧縮機１１の運転周波数と、記憶部２３６に記憶された圧縮機効率とに基づき仮定することができる。また、冷媒状態推定部２３１は、仮定した高圧圧力と、吐出温度センサ１７によって検出された冷媒の吐出温度とに基づき、圧縮機１１から吐出される冷媒の冷媒状態を推定する。
吸入状態推定部２３２は、冷媒状態推定部２３１によって推定された冷媒状態と、記憶部２３６に記憶された圧縮機効率とに基づき、圧縮機１１に吸入される冷媒の吸入状態を推定する。
循環量算出部２３３は、吸入状態推定部２３２によって推定された冷媒の吸入状態と、圧縮機１１の運転周波数とに基づき、冷媒循環量を算出する。冷媒の吸入状態をρｓとし、圧縮機１１の運転周波数をｆｚとした場合、冷媒循環量Ｇｒは、式（５）に基づき算出される。式（５）において、γはヒートポンプユニット１０の仕様により決定される補正係数である。
Ｇｒ＝ρｓ×ｆｚ×γ ・・・（５）
一方、冷媒循環量Ｇｒは、減圧機構１３の入口における冷媒流速に基づいても算出することができる。冷媒流速をＶｌｅｖとし、減圧機構１３の入口配管の直径をｒｉｎとした場合、冷媒循環量Ｇｒは、式（６）に基づき算出される。冷媒流速算出部２３４は、式（６）に基づき、減圧機構１３の入口での冷媒流速Ｖｌｅｖを算出する。このときの冷媒循環量Ｇｒは、式（５）を用いて算出された値を用いる。
Ｇｒ＝ρｓ×Ｖｌｅｖ×ｒｉｎ ・・・（６）
ここで、冷媒流速は、上述したように、冷媒回路を流れる冷媒の冷媒循環量と相関関係にある。すなわち、冷媒流速が変化することによって冷媒循環量が変化し、冷媒循環量が変化することによって減圧機構１３を通過する冷媒の通過音が変化するので、冷媒通過音を低減するためには、冷媒流速を低下させればよい。
運転周波数決定部２３５は、冷媒流速算出部２３４によって算出された冷媒流速Ｖｌｅｖが、減圧機構１３を通過する冷媒通過音が低下するような流速となるように、冷媒循環量Ｇｒを算出する。そして、運転周波数決定部２３５は、算出した冷媒循環量Ｇｒに基づき、式（５）を用いて圧縮機１１の運転周波数ｆｚを算出する。このとき算出される運転周波数ｆｚが、冷媒通過音を低下させることができる周波数となる。
このように、本実施の形態３では、圧縮機１１から吐出される冷媒の吐出温度に基づき、減圧機構１３の入口での冷媒流速を算出する。そして、冷媒流速が、減圧機構１３を通過する冷媒の通過音が低下するような流速となるように、圧縮機１１の運転周波数を決定する。これにより、冷媒通過音を抑制する運転周波数が詳細に決定されるため、過度な運転周波数の低下を防ぎ、除霜時間を短縮させることができる。
以上のように、本実施の形態３に係る給湯装置２００において、吐出温度センサ１７で検出された吐出温度に基づき、圧縮機１１に吸入される冷媒の吸入状態が推定され、推定された吸入状態に基づき、冷媒の冷媒循環量が算出される。そして、算出された冷媒循環量に基づき、圧縮機１１の運転周波数が決定される。これにより、圧縮機１１は、減圧機構１３に流入する冷媒の流速が低下するような運転周波数に設定されるため、減圧機構１３を通過する冷媒の通過音の増大を抑制することができる。
実施の形態４．
次に、本発明の実施の形態４について説明する。本実施の形態４では、冷媒回路上に高圧圧力センサを設ける点で、実施の形態３と相違する。実施の形態３では、高圧圧力を推定し、推定した高圧圧力を用いて圧縮機１１の運転周波数が決定されるが、本実施の形態４では、高圧圧力センサによって高圧圧力を検出し、検出した高圧圧力を用いて圧縮機１１の運転周波数が決定される。
［給湯装置３００の構成］
図９は、本実施の形態４に係る給湯装置３００の構成の一例を示す概略図である。なお、以下の説明において、実施の形態１～３と共通する部分には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
図９に示すように、給湯装置３００は、ヒートポンプユニット３１０およびタンクユニット２０で構成されている。ヒートポンプユニット３１０は、圧縮機１１、水熱交換器１２、減圧機構１３、空気熱交換器１４および送風機１５を備えている。また、ヒートポンプユニット３１０は、吐出温度センサ１７および高圧圧力センサ１８を備えている。
高圧圧力センサ１８は、高圧側の圧力である圧縮機１１から吐出される冷媒の圧力を検出し、制御装置３３０に供給する。なお、この例では、高圧圧力センサ１８は、圧縮機１１の吐出側と水熱交換器１２との間に設けられているが、これに限られず、圧縮機１１の吐出側と減圧機構１３の入口との間であれば、いずれに設けられてもよい。
さらに、給湯装置３００は、制御装置３３０を備えている。この例において、制御装置３３０は、ヒートポンプユニット３１０内に設けられているが、これに限られず、タンクユニット２０内に設けられてもよいし、別体で設けられてもよい。制御装置２３０は、吐出温度センサ１７から供給された冷媒の吐出温度と、高圧圧力センサ１８から供給された高圧側の圧力とに基づき、圧縮機１１の運転周波数を制御する。制御装置３３０は、マイクロコンピュータなどの演算装置上でソフトウェアを実行することにより各種機能が実現され、もしくは各種機能を実現する回路デバイスなどのハードウェア等で構成されている。
（制御装置３３０の構成）
図１０は、図９の制御装置３３０の構成の一例を示すブロック図である。図１０に示すように、制御装置３３０は、運転状態判定部３１、冷媒状態判定部３３１、吸入状態推定部２３２、循環量算出部２３３、冷媒流速算出部２３４、運転周波数決定部２３５、圧縮機制御部３２および記憶部２３６を備えている。
冷媒状態判定部３３１は、高圧圧力センサ１８で検出された高圧圧力と、吐出温度センサ１７で検出された吐出温度とに基づき、圧縮機１１から吐出される冷媒の冷媒状態を判定する。
［通過音低減処理］
本実施の形態４に係る給湯装置３００における通過音低減処理について説明する。なお、本実施の形態４に係る通過音低減処理では、実施の形態３で推定された高圧圧力が高圧圧力センサ１８によって検出される点を除いて同様であるため、詳細な説明を省略する。
ヒートポンプユニット１０の運転状態が除霜運転である場合に、冷媒状態判定部３３１は、高圧圧力センサ１８で検出された高圧圧力と、吐出温度センサ１７によって検出された冷媒の吐出温度とに基づき、圧縮機１１から吐出される冷媒の冷媒状態を判定する。吸入状態推定部２３２は、冷媒状態判定部３３１によって判定された冷媒状態と、記憶部２３６に記憶された圧縮機効率とに基づき、圧縮機１１に吸入される冷媒の吸入状態を推定する。
循環量算出部２３３は、吸入状態推定部２３２によって推定された冷媒の吸入状態ρｓと、圧縮機１１の運転周波数ｆｚとに基づき、式（５）を用いて冷媒循環量Ｇｒを算出する。冷媒流速算出部２３４は、循環量算出部２３３で算出された冷媒循環量Ｇｒに基づき、式（６）を用いて冷媒流速Ｖｌｅｖを算出する。
運転周波数決定部２３５は、冷媒流速算出部２３４によって算出された冷媒流速Ｖｌｅｖが、減圧機構１３を通過する冷媒通過音が低下するような流速となるように、冷媒循環量Ｇｒを算出する。そして、運転周波数決定部２３５は、算出した冷媒循環量Ｇｒに基づき、式（５）を用いて圧縮機１１の運転周波数ｆｚを算出する。このとき算出される運転周波数ｆｚが、冷媒通過音を低下させることができる周波数となる。
以上のように、本実施の形態４に係る給湯装置３００において、高圧圧力センサ１８で検出された高圧圧力と、吐出温度センサ１７で検出された吐出温度とに基づき、吸入状態が判定される。これにより、圧縮機１１での吸入状態がより正確に判定され、冷媒通過音を抑制する運転周波数がより詳細に決定されるため、過度な運転周波数の低下を防ぎ、除霜時間を短縮させることができる。
実施の形態５．
次に、本発明の実施の形態５について説明する。本実施の形態５では、除霜運転開始時に減圧機構１３の開度を制御することにより、減圧機構１３の入口での冷媒通過音を抑制する具体例について説明する。
実施の形態１で説明したように、減圧機構１３の開度を小さくした場合、除霜開始時における減圧機構１３の入口における冷媒密度が増大し、減圧機構１３の入口での冷媒流速が低下する。減圧機構１３の入口での冷媒流速が低下することにより、減圧機構１３を通過する冷媒の通過音が低減する。
そこで、本実施の形態５では、減圧機構１３の入口における冷媒密度が一定値以上となるように減圧機構１３の開度を制御し、減圧機構１３を通過する冷媒の通過音を低減させる。
［給湯装置４００の構成］
図１１は、本実施の形態５に係る給湯装置４００の構成の一例を示す概略図である。なお、以下の説明において、実施の形態１～４と共通する部分には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
図１１に示すように、給湯装置４００は、ヒートポンプユニット４１０およびタンクユニット２０で構成されている。ヒートポンプユニット４１０は、圧縮機１１、水熱交換器１２、減圧機構１３、空気熱交換器１４および送風機１５を備えている。また、ヒートポンプユニット４１０は、吐出温度センサ１７および高圧圧力センサ１８を備えている。
さらに、給湯装置４００は、制御装置４３０を備えている。この例において、制御装置４３０は、ヒートポンプユニット４１０内に設けられているが、これに限られず、タンクユニット２０内に設けられてもよいし、別体で設けられてもよい。制御装置４３０は、吐出温度センサ１７から供給された冷媒の吐出温度と、高圧圧力センサ１８から供給された高圧側の圧力とに基づき、減圧機構１３の開度を制御する。制御装置４３０は、マイクロコンピュータなどの演算装置上でソフトウェアを実行することにより各種機能が実現され、もしくは各種機能を実現する回路デバイスなどのハードウェア等で構成されている。
（制御装置４３０の構成）
図１２は、図１１の制御装置４３０の構成の一例を示すブロック図である。図１２に示すように、制御装置４３０は、運転状態判定部３１、冷媒密度推定部４３１、冷媒密度判定部４３２、減圧機構制御部３３および記憶部４３３を備えている。
冷媒密度推定部４３１は、吐出温度センサ１７で検出された圧縮機１１から吐出される冷媒の吐出温度と、高圧圧力センサ１８で検出された高圧側の高圧圧力とに基づき、減圧機構１３の入口での冷媒密度を推定する。なお、この例では、高圧圧力センサ１８を用いて高圧圧力を取得したが、これに限られず、実施の形態３と同様に、圧縮機１１の運転周波数と圧縮機効率とに基づき、高圧圧力を仮定してもよい。
冷媒密度判定部４３２は、冷媒密度推定部４３１で推定された冷媒密度と、記憶部４３３に予め記憶された冷媒密度に対する閾値とを比較する。そして、冷媒密度判定部４３２は、冷媒密度が閾値よりも小さい場合に、減圧機構１３の入口での冷媒通過音が増大したと判定する。また、冷媒密度判定部４３２は、冷媒密度が閾値以上である場合に、冷媒通過音が低下したと判定する。
減圧機構制御部３３は、冷媒密度判定部４３２の判定結果に基づき、減圧機構１３の開度を制御する。具体的には、減圧機構制御部３３は、冷媒密度判定部４３２で冷媒通過音が増大したと判定された場合に、減圧機構１３の開度を小さくするための制御信号を出力する。また、減圧機構制御部３３は、冷媒通過音が低下したと判定された場合に、減圧機構１３の開度を大きくするための制御信号を出力する。
記憶部４３３は、制御装置４３０の各部で用いられる様々な情報を予め記憶する。特に、本実施の形態５において、記憶部４３３は、冷媒密度判定部４３２で用いられる冷媒密度に対する閾値を予め記憶する。
［通過音低減処理］
本実施の形態５に係る給湯装置４００における通過音低減処理について説明する。図１３は、本実施の形態５に係る通過音低減処理の流れの一例を示すフローチャートである。
ステップＳ１１において、運転状態判定部３１は、ヒートポンプユニット１０の運転状態が除霜運転であるか否かを判定する。除霜運転であると判定された場合（ステップＳ１１；Ｙｅｓ）、冷媒密度推定部４３１は、ステップＳ１２において、減圧機構１３の入口での冷媒密度を推定する。冷媒密度は、吐出温度センサ１７で検出された圧縮機１１の吐出温度と、高圧圧力センサ１８で検出された高圧側の高圧圧力とに基づき推定される。
ステップＳ１３において、冷媒密度判定部４３２は、記憶部４３３から冷媒密度に対する閾値を読み出し、ステップＳ２で推定された冷媒密度と、記憶部４３３から読み出した閾値とを比較する。比較の結果、冷媒密度が閾値よりも小さい場合（ステップＳ１３；Ｙｅｓ）、冷媒密度判定部４３２は、減圧機構１３の入口での冷媒通過音が増大したと判定する。ステップＳ１４において、減圧機構制御部３３は、減圧機構１３の開度を低下させる制御信号を出力する。これにより、減圧機構１３の開度が小さくなる。
一方、冷媒密度が閾値以上である場合（ステップＳ１３；Ｎｏ）、冷媒密度判定部４３２は、減圧機構１３の入口での冷媒通過音が低下したと判定する。ステップＳ１５において、減圧機構制御部３３は、減圧機構１３の開度を増大させる制御信号を出力する。これにより、減圧機構１３の開度が大きくなる。
ステップＳ１４またはステップＳ１５の処理が終了すると、処理がステップＳ１１に戻り、ステップＳ１１～ステップＳ１５の処理が設定周期で繰り返される。また、ステップＳ１１において、ヒートポンプユニット１０の運転状態が除霜運転でないと判定された場合（ステップＳ１１；Ｎｏ）には、一連の処理が終了する。
このように、本実施の形態５では、減圧機構１３の入口での冷媒密度が低下して減圧機構１３の入口の冷媒通過音が増大したと判定された場合に、減圧機構１３の開度が小さくなる。これにより、冷媒密度が増大して冷媒流速が低下するため、除霜運転開始時の冷媒通過音を抑制することができる。一方、冷媒密度が増大して冷媒通過音が低下したと判定された場合には、減圧機構１３の開度が大きくなる。これにより、減圧機構１３を通過する冷媒の冷媒流速が増大するため、多くの熱を空気熱交換器１４に送ることができ、除霜時間を短縮することができる。
以上のように、本実施の形態５に係る給湯装置４００において、冷媒の吐出温度と高圧側の高圧圧力とに基づき、減圧機構１３の入口での冷媒密度が推定され、推定された冷媒密度と、設定閾値とが比較される。そして、冷媒密度が設定閾値よりも小さい場合に、減圧機構１３の開度が小さくなるように制御される。これにより、減圧機構１３に流入する冷媒の流速が低下するため、減圧機構１３を通過する冷媒の通過音の増大を抑制することができる。
実施の形態６．
次に、本発明の実施の形態６について説明する。上述した実施の形態１～５では、除霜運転開始時に水熱交換器１２に対する未加熱水の流入を停止して水熱交換器１２での熱交換量を低下させることで、高温状態の冷媒を空気熱交換器１４に流入させるようにしている。このとき、水熱交換器１２での放熱は、加熱運転等の通常運転時と比較して大幅に低下させることができるが、少なからず放熱による冷媒の温度低下が生じている。
そこで、本実施の形態６では、除霜運転開始時における水熱交換器１２での放熱による温度低下を抑制するために、タンクユニット内の中温水を水熱交換器１２に流入させる。
［給湯装置５００の構成］
図１４は、本実施の形態６に係る給湯装置５００の構成の一例を示す概略図である。図１４に示すように、給湯装置１は、ヒートポンプユニット５１０およびタンクユニット５２０で構成されている。なお、以下の説明において、実施の形態１～５と共通する部分には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
（タンクユニット５２０）
タンクユニット５２０は、貯湯タンク５２１、送水ポンプ２２および流路切替弁２３を備えている。
貯湯タンク５２１は、外部から供給された水および加熱水を貯める。貯湯タンク５２１の下部には、給水口および未加熱水流出口５２１ａが設けられている。貯湯タンク５２１は、給水口を介して外部から市水が供給され、供給された市水を加熱されていない未加熱水として貯める。貯湯タンク５２１の下部に貯められた未加熱水は、未加熱水流出口５２１ａを介して流出し、水熱交換器１２に供給される。
また、貯湯タンク５２１の上部には、加熱水流入口５２１ｂが設けられている。貯湯タンク５２１は、水熱交換器１２で加熱された加熱水が加熱水流入口５２１ｂを介して供給され、供給された加熱水を貯める。貯湯タンク５２１の上部に貯められた加熱水は、外部に放出され、例えばシャワー等の温水として利用される。
さらに、貯湯タンク５２１の中間部には、中温水取出口５２１ｃが設けられている。貯湯タンク５２１は、未加熱水の温度と加熱水の温度との中間の温度を有する中温水を、内部の中間領域に貯める。貯湯タンク５２１の中間領域に貯められた中温水は、中温水取出口５２１ｃから流出し、流路切替弁２３を介して水熱交換器１２に供給される。
このように、貯湯タンク５２１には、加熱水である高温水、中温水および未加熱水である低温水が、それぞれタンク内の上部、中間部および下部に貯められる。中温水は、下部に未加熱水が貯められている状態で、加熱水流入口５２１ｂを介して上部から高温水が流入することにより、未加熱水と加熱水とが混合することによって生成される。
流路切替弁２３は、例えば三方弁であり、第１の流入口２３ａ、第２の流入口２３ｂおよび流出口２３ｃを有している。流路切替弁２３において、第１の流入口２３ａは、貯湯タンク５２１の未加熱水流出口５２１ａに接続されている。第２の流入口２３ｂは、中温水取出口５２１ｃに接続されている。流出口２３ｃは、水熱交換器１２の流入側に接続されている。
流路切替弁２３は、第１の流入口２３ａおよび第２の流入口２３ｂのいずれか一方と、流出口２３ｃとが連通するように、流路が切り替えられる。流路切替弁２３における流路の切り替えは、制御装置５３０によって制御される。
（制御装置５３０）
また、給湯装置５００は、制御装置５３０を備えている。制御装置５３０は、給湯装置５００の各部から受け取る各種情報に基づき、ヒートポンプユニット１０およびタンクユニット５２０全体の動作を制御する。特に、本実施の形態６において、制御装置５３０は、流路切替弁２３の流路の切り替え等を制御する。
制御装置５３０は、マイクロコンピュータなどの演算装置上でソフトウェアを実行することにより各種機能が実現され、もしくは各種機能を実現する回路デバイスなどのハードウェア等で構成されている。なお、この例において、制御装置５３０は、ヒートポンプユニット１０に設けられているが、これに限られず、タンクユニット５２０に設けられてもよいし、別体で設けられてもよい。
図１５は、図１４の制御装置５３０の構成の一例を示すブロック図である。図１５に示すように、制御装置５３０は、運転状態判定部３１および切替弁制御部５３１を備えている。
切替弁制御部５３１は、運転状態判定部３１の判定結果に基づき、流路切替弁２３の流路を切り替えるための制御信号を出力する。具体的には、ヒートポンプユニット１０の運転状態が除霜運転である場合に、切替弁制御部５３１は、第２の流入口２３ｂに流入する中温水を流出口２３ｃから流出させるように流路を切り替えるための制御信号を流路切替弁２３に対して出力する。
［通過音低減処理］
本実施の形態６に係る給湯装置５００における通過音低減処理について説明する。運転状態判定部３１により、除霜運転が開始されたと判定されると、切替弁制御部５３１は、流路切替弁２３の第２の流入口２３ｂと流出口２３ｃとを接続するための制御信号を流路切替弁２３に対して出力する。
これにより、貯湯タンク５２１の中間領域に存在する中温水が中温水取出口５２１ｃから流出し、流路切替弁２３を介して水熱交換器１２に流入する。そして、水熱交換器１２において、冷媒回路を流れる高温の冷媒と、水回路を流れる中温水との間で熱交換が行われる。そのため、水熱交換器１２を通過することによる冷媒の放熱は、水回路に水を流さないで除霜運転を行う場合と比較して低減される。
図１６は、除霜運転開始時の冷凍サイクルの一例を示すグラフである。図１６の点線で示す目盛は、等温度線である。また、実線で示す目盛は、等密度線である。図１６において、実線のグラフは、本実施の形態６における冷媒状態を示す。一点鎖線のグラフは、実施の形態１における冷媒状態を示す。
図１６に示すように、本実施の形態６では、除霜運転開始時に、水熱交換器１２に対して中温水を流入させることにより、水熱交換器１２での冷媒の放熱は、実施の形態１の場合と比較して低減されている。これにより、圧縮機１１に吸入される冷媒の乾き度が実施の形態１の場合と比較して増大するため、冷媒循環量が低下する。したがって、減圧機構１３を通過する冷媒の通過音が低下する。
以上のように、本実施の形態６に係る給湯装置１では、除霜運転開始時に、貯湯タンク５２１に貯留された中温水を水熱交換器１２に流入させる。これにより、水熱交換器１２における冷媒の放熱が抑制されるため、冷媒循環量が低下し、減圧機構１３における冷媒通過音を抑制することができる。また、水熱交換器１２での放熱が抑制されることにより、除霜運転時の圧縮機１１の圧縮機入力が小さくなるため、給湯装置５００全体の消費電力を抑制することができる。
以上、本発明の実施の形態１～６について説明したが、本発明は、上述した本発明の実施の形態１～６に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。例えば、実施の形態１～６では、圧縮機１１の運転周波数または減圧機構１３の開度のいずれかを制御する場合について説明したが、これに限られず、例えば、圧縮機１１の運転周波数および減圧機構１３の開度の両方を制御してもよい。これにより、減圧機構１３での冷媒通過音をより詳細に低減させることができる。
１、１００、２００、３００、４００、５００ 給湯装置、１０、１１０、２１０、３１０、４１０ ヒートポンプユニット、１１ 圧縮機、１２ 水熱交換器、１３ 減圧機構、１４ 空気熱交換器、１５ 送風機、１６ 電流センサ、１７ 吐出温度センサ、１８ 高圧圧力センサ、２０、５２０ タンクユニット、２１、５２１ 貯湯タンク、２２ 送水ポンプ、２３ 流路切替弁、２３ａ 第１の流入口、２３ｂ 第２の流入口、２３ｃ 流出口、３０、１３０、２３０、３３０、４３０、５３０ 制御装置、３１ 運転状態判定部、３２ 圧縮機制御部、３３ 減圧機構制御部、１３１ 圧縮機入力算出部、１３２ 圧縮機入力判定部、１３３、２３６、４３３ 記憶部、２３１ 冷媒状態推定部、２３２ 吸入状態推定部、２３３ 循環量算出部、２３４ 冷媒流速算出部、２３５ 運転周波数決定部、３３１ 冷媒状態判定部、４３１ 冷媒密度推定部、４３２ 冷媒密度判定部、５２１ａ 未加熱水流出口、５２１ｂ 加熱水流入口、５２１ｃ 中温水取出口、５３１ 切替弁制御部。

Claims (6)

  1. 圧縮機と、水熱交換器と、減圧機構と、空気熱交換器とを有し、前記水熱交換器に流入する水を加熱するヒートポンプユニットを備えた給湯装置であって、
    前記圧縮機の運転周波数を制御する圧縮機制御部と、
    前記圧縮機から吐出された冷媒の吐出温度を検出する吐出温度センサと、
    前記吐出温度センサで検出された前記吐出温度に基づき、前記圧縮機に吸入される前記冷媒の吸入状態を推定する吸入状態推定部と、
    推定された前記吸入状態に基づき、前記冷媒の冷媒循環量を算出する循環量算出部と、
    算出された前記冷媒循環量に基づき、前記圧縮機の前記運転周波数を決定する運転周波数決定部と
    を備え、
    前記圧縮機制御部は、
    前記減圧機構を開状態とするとともに前記水熱交換器に対する前記水の供給を停止して、前記圧縮機から吐出された冷媒を前記空気熱交換器に流入させる除霜運転を開始する際に、
    前記圧縮機の運転周波数を前記運転周波数決定部で決定された運転周波数に設定し、
    前記減圧機構に流入する前記冷媒の流速を現在の流速よりも低下させる
    給湯装置。
  2. 高圧側の高圧圧力を検出する高圧圧力センサをさらに備え、
    前記吸入状態推定部は、
    前記高圧圧力センサで検出された前記高圧圧力と、前記吐出温度センサで検出された前記吐出温度とに基づき、前記吸入状態を推定する
    請求項１に記載の給湯装置。
  3. 圧縮機と、水熱交換器と、減圧機構と、空気熱交換器とを有し、前記水熱交換器に流入する水を加熱するヒートポンプユニットを備えた給湯装置であって、
    前記圧縮機から吐出される冷媒の吐出温度と、高圧側の高圧圧力とに基づき、前記減圧機構の入口での冷媒密度を推定する冷媒密度推定部と、
    推定された前記冷媒密度と設定閾値とを比較する冷媒密度判定部と、
    前記減圧機構の開度を制御する減圧機構制御部と
    を備え、
    前記減圧機構制御部は、
    前記減圧機構を開状態とするとともに前記水熱交換器に対する前記水の供給を停止して、前記圧縮機から吐出された前記冷媒を前記空気熱交換器に流入させる除霜運転を開始する際に、
    前記冷媒密度が前記設定閾値よりも小さい場合に、前記減圧機構の開度を現在の開度よりも小さくし、
    前記減圧機構に流入する前記冷媒の流速を現在の流速よりも低下させる
    給湯装置。
  4. 圧縮機と、水熱交換器と、減圧機構と、空気熱交換器とを有し、前記水熱交換器に流入する水を加熱するヒートポンプユニットを備えた給湯装置であって、
    前記水熱交換器で加熱された加熱水が流入する加熱水流入口、未加熱水が流出する未加熱水流出口、および、前記加熱水の温度と前記未加熱水の温度との中間の温度を有する中温水が流出する中温水取出口を有する貯湯タンクと、
    前記未加熱水流出口に接続された第１の流入口、前記中温水取出口に接続された第２の流入口、および、前記水熱交換器の流入側に接続された流出口とを有し、前記第１の流入口および前記第２の流入口のいずれか一方と前記流出口とが連通するように、流路が切り替えられる流路切替弁と
    を有するタンクユニットと、
    前記減圧機構を開状態として前記圧縮機から吐出された冷媒を前記空気熱交換器に流入させる除霜運転を開始する際に、前記第２の流入口と前記流出口とが連通するように、前記流路切替弁を切り替える切替弁制御部と、
    前記圧縮機の運転周波数を制御する圧縮機制御部と、
    前記減圧機構の開度を制御する減圧機構制御部と
    を備え、
    前記除霜運転を開始する際に、
    前記圧縮機制御部による前記運転周波数の制御、または、前記減圧機構制御部による前記減圧機構の開度の制御を行い、前記減圧機構に流入する前記冷媒の流速を現在の流速よりも低下させる
    給湯装置。
  5. 前記加熱水流入口は、前記貯湯タンクの上部に設けられ、
    前記未加熱水流出口は、前記貯湯タンクの下部に設けられ、
    前記中温水取出口は、前記貯湯タンクの中間部に設けられている
    請求項４に記載の給湯装置。
  6. 前記圧縮機、前記水熱交換器、前記減圧機構および前記空気熱交換器が冷媒配管によって順次接続されて冷媒回路が形成されている
    請求項１～５のいずれか一項に記載の給湯装置。
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