JPWO2019202709A1 - ヒートポンプ式給湯装置 - Google Patents

Abstract

ヒートポンプ式給湯装置は、熱源機と、吐出温度、蒸発器出口温度、及び蒸発器入口温度を検出する検出装置と、熱源機を制御して熱媒体を加熱する制御装置と、を備える。制御装置は、吐出圧力を推定する吐出圧力推定部と、当該吐出圧力が許容圧力を超えた場合に、圧縮機の駆動を停止する圧縮機制御部と、を含んで構成される。吐出圧力推定部は、圧縮機によって冷媒が断熱圧縮されたと仮定した場合の圧縮機出口理論エンタルピを算出する。そして、吐出圧力推定部は、圧縮機の断熱効率及び圧縮機出口理論エンタルピを用いて圧縮機出口実エンタルピを算出し、吐出温度及び圧縮機出口実エンタルピを用いて吐出圧力を算出する。

Description

本発明は、ヒートポンプ式給湯装置に関する。

ヒートポンプ式給湯装置では、ヒートポンプ回路の圧力が許容値を超えないように圧力を調整する必要がある。例えば、特許文献１には、冷媒回路内で最も圧力が高くなる圧縮機の吐出圧力が所定値以上の場合に圧縮機を停止する技術が記載されている。

また、特許文献１には、圧縮機の吐出圧力の推定方法に関する技術が開示されている。この技術では、蒸発器の入口温度、蒸発器の出口温度、及び圧縮機の吐出温度を用いて、等エントロピ変化で冷媒が圧縮されたと仮定したときの圧縮機の吐出圧力が算出される。ただし、実際の運転ではエントロピが変化しているため、上記の仮定に基づき算出された吐出圧力は、実際の吐出圧力よりも高く求められる。そこで、特許文献１の技術では、蒸発器の入口温度、蒸発器の出口温度、及び圧縮機の吐出温度から特定された補正値を用いて、算出された吐出圧力が補正される。

日本特開２００５−１４０３９４号公報

圧縮機で冷媒が断熱圧縮されたと仮定した場合の吐出圧力に対する実際の吐出圧力の乖離量は、圧縮機の断熱効率に大きく依存する。このため、圧縮機の断熱効率を考慮せずに吐出圧力の補正値を算出する上記の特許文献１の技術では、実際の吐出圧力を精度よく推定できないおそれがある。圧縮機の吐出圧力の推定精度が低いと、実際の吐出圧力が許容値を超えているか否かの正確な判断を行うことができず、ヒートポンプ式給湯装置の熱源機の保護が不十分になるおそれがある。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、圧縮機の吐出圧力を精度よく推定することにより、熱源機の過剰な昇圧を抑制することのできるヒートポンプ式給湯装置を提供することを目的とする。

本発明に係るヒートポンプ式給湯装置は、冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮機により圧縮された冷媒によって熱媒体を加熱するための熱交換器と、減圧装置と、蒸発器と、を順に環状に接続した熱源機と、圧縮機から吐出される冷媒の温度である吐出温度を検出する第一温度検出装置と、蒸発器の出口での冷媒の温度である蒸発器出口温度を検出する第二温度検出装置と、蒸発器の入口での冷媒の温度である蒸発器入口温度を検出する第三温度検出装置と、熱源機を制御して熱媒体を加熱する制御装置と、を備える。制御装置は、吐出温度、蒸発器出口温度、及び蒸発器入口温度に基づいて、圧縮機から吐出される冷媒の圧力である吐出圧力を推定する吐出圧力推定部と、吐出圧力が許容圧力を超えた場合に、圧縮機の駆動を停止する圧縮機制御部と、を含んで構成される。吐出圧力推定部は、冷媒の温度と飽和圧力の関係を用いて、蒸発器入口温度に対応する飽和圧力を、圧縮機の入口での冷媒圧力である圧縮機入口冷媒圧力として算出する圧縮機入口冷媒圧力算出部と、蒸発器出口温度及び圧縮機入口冷媒圧力を用いて、圧縮機の入口でのエントロピである圧縮機入口エントロピを算出する圧縮機入口エントロピ算出部と、蒸発器出口温度及び圧縮機入口冷媒圧力を用いて、圧縮機の入口でのエンタルピである圧縮機入口エンタルピを算出する圧縮機入口エンタルピ算出部と、吐出温度及び圧縮機入口エントロピを用いて、圧縮機によって冷媒が断熱圧縮されたと仮定した場合の圧縮機の出口でのエンタルピである圧縮機出口理論エンタルピを算出する理論エンタルピ算出部と、圧縮機の断熱効率、圧縮機出口理論エンタルピ、及び圧縮機入口エンタルピに基づいて、圧縮機の出口での実際のエンタルピである圧縮機出口実エンタルピを算出する実エンタルピ算出部と、冷媒についての温度、圧力及びエンタルピの関係に基づいて、吐出温度及び圧縮機出口実エンタルピに対応する圧力を吐出圧力として算出する圧縮機出口圧力算出部と、を含んで構成される。

本発明のヒートポンプ式給湯装置によれば、圧縮機の吐出圧力を精度よく推定することができる。これにより、熱源機の過剰な昇圧を抑制することのできるヒートポンプ式給湯装置を提供することが可能となる。

実施の形態１のヒートポンプ式給湯装置の回路構成を説明するための図である。 実施の形態１のヒートポンプ式給湯装置が備える制御装置の制御ブロック図である。 実施の形態１のヒートポンプ式給湯装置が圧縮機制御を実行するルーチンのフローチャートである。 平均入水温度Ｔｗｉと平均外気温度Ｔａと圧縮機周波数との関係を規定した圧縮機周波数マップである。 吐出圧力推定部の機能ブロックの構成を説明するための図である。 実施の形態１の熱源機で用いられる冷媒のモリエル線図である。 圧縮機周波数Ｆｑに対する圧縮機断熱効率ηｃの関係を示す図である。 実施の形態１のヒートポンプ式給湯装置が吐出圧力推定制御を実行するルーチンのフローチャートである。 実施の形態１のヒートポンプ式給湯装置が備える制御装置のハードウェア構成の例を示す図である。 実施の形態１のヒートポンプ式給湯装置が備える制御装置のハードウェア構成の他の例を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。ただし、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。なお、以下に示す実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合又は原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数に、この発明が限定されるものではない。また、以下に示す実施の形態において説明する構造は、特に明示した場合又は明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。また、本開示は、以下の各実施の形態で説明する構成のうち、組み合わせ可能な構成のあらゆる組み合わせを含み得る。

実施の形態１．
［実施の形態１のヒートポンプ式給湯装置の構成］
図１は、実施の形態１のヒートポンプ式給湯装置の回路構成を説明するための図である。この図に示すように、ヒートポンプ式給湯装置１００には、ヒートポンプサイクルを利用した熱源機５０を構成する部品として、圧縮機１、冷媒−水熱交換器２、減圧弁３、蒸発器４、ファンモータ５及びファン６が搭載されている。これらの部品が冷媒配管１２によって環状に接続されることにより、熱源機５０の冷媒回路が形成されている。

圧縮機１は、低圧冷媒ガスを圧縮する。冷媒の種類は、特に限定されない。実施の形態１のヒートポンプ式給湯装置では、ＣＯ２冷媒が使用される。ＣＯ２冷媒は、オゾン破壊係数が０であり、地球温暖化係数が１である。このため、ＣＯ２冷媒は、環境への負荷が小さい、毒性がない、可燃性がない、安全、及び安価等の特徴を有する冷媒である。また、ＣＯ２冷媒を用いた冷凍サイクルでは、圧縮機１で圧縮された高圧冷媒の圧力が超臨界圧となる遷臨界サイクルとなる。これにより、高い成績係数ＣＯＰを得ることができる。

冷媒−水熱交換器２は、圧縮機１から吐出された高温高圧の冷媒と、水または他の液状熱媒体との間で熱を交換する凝縮器の例である。液状の熱媒体は、例えば、塩化カルシウム水溶液、エチレングリコール水溶液、アルコール、などでもよい。実施の形態１のヒートポンプ式給湯装置では、熱媒体として水が使用される。

減圧弁３は、冷媒−水熱交換器２を通過した高圧の冷媒を減圧して低圧冷媒にする減圧装置の例である。減圧弁３は、例えば開度を可変にできる電子制御式の膨張弁等として構成される。減圧された低圧冷媒は、気液二相の状態になる。蒸発器４は、減圧弁３で減圧された低圧冷媒と外気との間で熱を交換する熱交換器である。外気とは、屋外の空気である。蒸発器４において、低圧冷媒は、外気の熱を吸収することで蒸発する。ファン６は、外気が蒸発器４へ供給されるように送風する。ファン６は、ファンモータ５に駆動されることで回転する。蒸発器４で蒸発した低圧冷媒ガスは、圧縮機１に吸入される。

圧縮機１の吐出側の冷媒配管１２には、圧縮機１から吐出される冷媒の温度を検出する第一温度検出装置としての第一温度センサ１６が設置されている。以下の説明では、第一温度センサ１６によって検出される冷媒の温度を「吐出温度Ｔｄ」と称する。また、蒸発器４の出口側の冷媒配管１２には、蒸発器４から流出する冷媒の温度を検出する第二温度検出装置として第二温度センサ１７が設置されている。以下の説明では、第二温度センサ１７によって検出される冷媒の温度を「蒸発器出口温度Ｔｅｏ」と称する。また、蒸発器４の入口側の冷媒配管１２には、蒸発器４に流入する冷媒の温度を検出する第三温度検出装置としての第三温度センサ１８が設置されている。以下の説明では、第三温度センサ１８によって検出される冷媒の温度を「蒸発器入口温度Ｔｅｉ」と称する。さらに、ファン６の近傍には、外気温度を検出するための外気温度センサ１９が設置されている。

一方、給湯用の循環回路は、前述の冷媒−水熱交換器２と、循環ポンプ９と、温水タンク装置１３と、を備える。冷媒−水熱交換器２における熱媒体の出口側は、第一温水循環配管１４によって温水タンク装置１３の上部に接続される。冷媒−水熱交換器２の熱媒体の入口側は、第二温水循環配管１５によって温水タンク装置１３の下部に接続される。循環ポンプ９は、冷媒−水熱交換器２へ熱媒体を循環させる熱媒体循環装置の例である。循環ポンプ９は、第二温水循環配管１５の途中に設置される。第二温水循環配管１５の途中には、冷媒−水熱交換器２の入口側の熱媒体の温度を検出するための第四温度センサ７が設置されている。また、第一温水循環配管１４の途中には、冷媒−水熱交換器２の出口側の熱媒体の温度を検出するための第五温度センサ８が設置されている。

温水タンク装置１３には、加熱前の水及び加熱後の湯が貯留される。温水タンク装置１３内には、温度による水の比重の違いにより、上側が高温で下側が低温の温度成層が形成される。貯湯タンクの上部には、例えば給湯栓、シャワー、浴槽などの端末へ給湯するための給湯管（図示せず）が接続される。温水タンク装置１３の下部には、水道などの水源からの水を供給する給水管（図示せず）が接続される。温水タンク装置１３から給湯するときには、給水管から貯湯タンク内に作用する水圧により温水タンク装置１３の上部の湯が給湯管へ送出される。給湯管へ流出した湯と同量の水が給水管から温水タンク装置１３内に流入することで、温水タンク装置１３内が満水状態に維持される。

ヒートポンプ式給湯装置１００は、例えば熱源機で加熱された湯を温水タンク装置１３内に蓄積する蓄熱運転を実施できる。蓄熱運転のときには、以下のようになる。圧縮機１、ファンモータ５、及び循環ポンプ９が運転される。温水タンク装置１３の下部から流出した水が、第二温水循環配管１５を通って冷媒−水熱交換器２の内部へと流入する。この水は、冷媒−水熱交換器２にて高温高圧の冷媒により加熱されて湯になる。冷媒−水熱交換器２から流出した湯は、第一温水循環配管１４を通って温水タンク装置１３の上部に流入する。

本発明のヒートポンプ式給湯装置は、上記ヒートポンプ式給湯装置１００のような給湯装置の一部を構成するものに限らず、例えば温水暖房システムにおける液状熱媒体を加熱する用途に使用されるものでもよい。すなわち、本発明のヒートポンプ式給湯装置により加熱された液状熱媒体を、例えば、床下に設置される床暖房パネル、室内壁面に設置されるラジエータもしくはパネルヒーター、または、ファンコンベクターのような暖房器具へ供給してもよい。

実施の形態１のヒートポンプ式給湯装置１００は、制御装置１０と、循環ポンプ用制御装置４０と、操作部４２と、を備える。制御装置１０は、ヒートポンプ式給湯装置１００の熱源機５０の動作を制御する。循環ポンプ用制御装置４０は、第五温度センサ８によって検出される冷媒の出口温度Ｔｗｏが目標温度となるように、循環ポンプ９の出力を制御する。また、操作部４２は、使用者がヒートポンプ式給湯装置１００の各種操作を行うためのものである。循環ポンプ用制御装置４０は、操作部４２と電気的に接続される。また、制御装置１０は、循環ポンプ用制御装置４０と電気的に接続される。

図２は、実施の形態１のヒートポンプ式給湯装置１００が備える制御装置１０の制御ブロック図である。以下、図２も参照して、実施の形態１のヒートポンプ式給湯装置１００の制御系の構成について、さらに詳しく説明する。

制御装置１０の入力側には、ヒートポンプ式給湯装置１００が備える各種センサが電気的に接続される。具体的には、第一温度センサ１６、第二温度センサ１７、第三温度センサ１８、外気温度センサ１９、第四温度センサ７、及び第五温度センサ８は、制御装置１０の入力側に対して電気的に接続される。また、圧縮機１、減圧弁３、及びファンモータ５は、制御装置１０の出力側に対して電気的に接続される。

制御装置１０は、ヒートポンプ式給湯装置１００の熱源機５０の各種制御を実行するための機能ブロックとして、吐出圧力推定部２０と、圧縮機制御部３０と、を備えている。吐出圧力推定部２０は、圧縮機１から吐出される冷媒の圧力を推定する吐出圧力推定制御を実行するための機能ブロックである。以下の説明では、圧縮機１から吐出される冷媒の圧力を「吐出圧力Ｐｄ」と称する。吐出圧力推定部２０の構成は、本実施の形態のヒートポンプ式給湯装置１００の特徴であるため、詳細を後述する。

圧縮機制御部３０は、圧縮機１の動作を制御するための機能ブロックである。圧縮機１の動作速度は、可変である。圧縮機制御部３０は、圧縮機１の運転回転数（Ｈｚ）をインバーター制御により可変にすることで、圧縮機１の動作速度を変化させることができる。圧縮機１の運転回転数が高いほど、圧縮機１の動作速度が高くなる。圧縮機１の動作速度が高いほど、冷媒の循環速度が高くなり、冷媒が冷媒−水熱交換器２へ供給する時間当たりの熱量が高くなる。圧縮機制御部３０は、熱源機５０の冷媒回路の保護を目的として、冷媒回路の過剰な昇圧を防ぐための圧縮機制御を実行する。以下、フローチャートを参照して、圧縮機制御の詳細について説明する。

［圧縮機制御の具体的処理］
図３は、実施の形態１のヒートポンプ式給湯装置が圧縮機制御を実行するルーチンのフローチャートである。図３に示すルーチンは、熱源機５０の駆動指示が出された場合に制御装置１０によって実行される。図３に示すルーチンのステップＳ２では、先ず圧縮機１が駆動される。ここでは、具体的には、制御装置１０が圧縮機制御の開始の指令を受けてから一定時間経過後に圧縮機１が駆動される。

次に、ステップＳ４では、圧縮機１の周波数が決定される。ここでは、先ず第四温度センサ７の検出値を用いて、冷媒−水熱交換器２に入水する熱媒体の任意時間の平均入水温度Ｔｗｉが算出される。また、外気温度センサ１９の検出値を用いて、任意時間の平均外気温度Ｔａが算出される。図４は、平均入水温度Ｔｗｉと平均外気温度Ｔａと圧縮機周波数との関係を規定した圧縮機周波数マップである。ここでは、図４に示すマップを用いて、算出された平均入水温度Ｔｗｉと平均外気温度Ｔａに対応する圧縮機周波数Ｆｑが算出される。なお、算出された平均入水温度Ｔｗｉと平均外気温度Ｔａが図４に示すマップ中に存在しない場合には、線形補間を行い圧縮機周波数Ｆｑが算出される。

次のステップＳ６では、吐出圧力Ｐｄが算出される。ここでは、後述する吐出圧力推定制御によって吐出圧力Ｐｄが算出される。次のステップＳ８では、吐出圧力Ｐｄが熱源機５０の許容上限値を超えたか否かが判定される。ここでの許容上限値は、熱源機５０の設計で定められる許容圧力の上限値を用いることができる。その結果、判定の成立が認められない場合には、熱源機５０の耐久性能上の問題は生じないと判断されて、再びステップＳ４の処理へと移行する。一方、上記ステップＳ８において判定の成立が認められた場合には、熱源機５０の耐久性能上の問題が生じる可能性があると判断されて、次のステップＳ１０へ移行する。ステップＳ１０では、熱源機５０の保護を目的として圧縮機１の駆動が停止される。

このように、上述した圧縮機制御によれば、熱源機５０の冷媒回路の過剰な昇圧を防ぐことができる。これにより、信頼性の高いヒートポンプ式給湯装置１００を提供することが可能となる。

［吐出圧力推定部の構成］
次に、実施の形態１のヒートポンプ式給湯装置１００の特徴である吐出圧力推定部２０の構成について説明する。上述したように、吐出圧力推定部２０は、吐出圧力Ｐｄを推定する吐出圧力推定制御を実行するための機能ブロックである。吐出圧力推定部２０は、吐出圧力Ｐｄを推定するための演算を実行するための複数の機能ブロックを含んで構成されている。図５は、吐出圧力推定部２０の機能ブロックの構成を説明するための図である。また、図６は、実施の形態１の熱源機で用いられる冷媒のモリエル線図である。なお、図６は、冷媒としてＣＯ２（Ｒ７４４）を用いた場合のモリエル線図を示している。このモリエル線図では、横軸を冷媒のエンタルピとし縦軸を冷媒の圧力とした座標面上に、等温線、等エントロピ線、等比体積線、そして、飽和液・飽和蒸気線が描かれている。

図５に示すように、吐出圧力推定部２０は、圧縮機入口冷媒圧力算出部２０２と、圧縮機入口エントロピ算出部２０４と、圧縮機入口エンタルピ算出部２０６と、理論エンタルピ算出部２０８と、断熱効率算出部２１０と、実エンタルピ算出部２１２と、圧縮機出口圧力算出部２１４と、を備える。

圧縮機入口冷媒圧力算出部２０２は、蒸発器入口温度Ｔｅｉの入力を受けて圧縮機１の入口側の冷媒圧力を算出する機能ブロックである。以下の説明では、圧縮機１の入口側の冷媒圧力を「圧縮機入口冷媒圧力Ｐｓ」と称する。圧縮機入口冷媒圧力算出部２０２は、入力された蒸発器入口温度Ｔｅｉに対応する飽和圧力を図６のモリエル線図に示す関係から算出する。そして、算出された飽和圧力を圧縮機入口冷媒圧力Ｐｓとする。

圧縮機入口エントロピ算出部２０４は、圧縮機入口冷媒圧力Ｐｓと蒸発器出口温度Ｔｅｏの入力を受けて圧縮機１の入口側のエントロピを算出する機能ブロックである。以下の説明では、圧縮機１の入口側のエントロピを「圧縮機入口エントロピＳｉ」と称する。圧縮機入口エントロピ算出部２０４は、入力された圧縮機入口冷媒圧力Ｐｓと蒸発器出口温度Ｔｅｏに対応するエントロピを図６のモリエル線図に示す関係から算出し、圧縮機入口エントロピＳｉとする。

圧縮機入口エンタルピ算出部２０６は、圧縮機入口冷媒圧力Ｐｓと蒸発器出口温度Ｔｅｏの入力を受けて圧縮機１の入口側のエンタルピを算出する機能ブロックである。以下の説明では、圧縮機１の入口側のエンタルピを「圧縮機入口エンタルピｈｉ」と称する。圧縮機入口エンタルピ算出部２０６は、入力された圧縮機入口冷媒圧力Ｐｓと蒸発器出口温度Ｔｅｏに対応するエンタルピを図６のモリエル線図に示す関係から算出し、圧縮機入口エンタルピｈｉとする。

理論エンタルピ算出部２０８は、圧縮機１において理想的な断熱圧縮が行われたと仮定した場合の圧縮機１の出口側のエンタルピの理論値を算出する機能ブロックである。以下の説明では、圧縮機１の出口側のエンタルピの理論値を「圧縮機出口理論エンタルピｈｏ´」と称する。圧縮機１において理想的な断熱圧縮が行われたと仮定した場合の圧縮機１の出口のエントロピの理論値を「圧縮機出口理論エントロピＳｏ´」とすると、圧縮機出口理論エントロピＳｏ´は圧縮機入口エントロピＳｉと等しい値となる。理論エンタルピ算出部２０８は、図６のモリエル線図に示す関係を用いて、入力された圧縮機出口理論エントロピＳｏ´と吐出温度Ｔｄに対応するエンタルピを算出し、圧縮機出口理論エンタルピｈｏ´とする。

断熱効率算出部２１０は、圧縮機周波数Ｆｑを用いて圧縮機断熱効率ηｃを算出する機能ブロックである。図７は、圧縮機周波数Ｆｑに対する圧縮機断熱効率ηｃの関係を規定した規則の一例を示す図である。圧縮機断熱効率ηｃは、圧縮機１のモータ効率に大きく依存している。このため、圧縮機断熱効率ηｃは、図７に示すように、圧縮機１のモータ効率が最大となる圧縮機周波数Ｆｑの最大値において最大となり、圧縮機周波数Ｆｑが当該最大値から離れるほど圧縮機断熱効率ηｃは小さな値となる。断熱効率算出部２１０には、図４に示す圧縮機周波数マップを用いて算出された圧縮機周波数Ｆｑが入力される。断熱効率算出部２１０は、図７に規定された規則を反映した算出式に従い、入力された圧縮機周波数Ｆｑに対応する圧縮機断熱効率ηｃを算出する。

実エンタルピ算出部２１２は、圧縮機１の出口側のエンタルピの実際値を算出するための機能ブロックである。以下の説明では、圧縮機１の出口側のエンタルピの実際値を「圧縮機出口実エンタルピｈｏ」と称する。ここで、圧縮機１による冷媒の圧縮は、実際には断熱圧縮されない。すなわち、圧縮機１の実際の圧縮機断熱効率ηｃは、理想的な“１”よりも低い値となる。このため、圧縮機出口実エンタルピｈｏは、圧縮機出口理論エンタルピｈｏ´よりも大きな値となる。実エンタルピ算出部２１２は、圧縮機断熱効率ηｃ、圧縮機出口理論エンタルピｈｏ´、及び圧縮機入口エンタルピｈｉを用いた以下の式によって圧縮機出口実エンタルピｈｏを算出する。この式によれば、圧縮機断熱効率ηｃが１に近づくほど圧縮機出口実エンタルピｈｏが圧縮機出口理論エンタルピｈｏ´に近づくように算出される。

ｈｏ＝（ｈｏ´−ｈｉ）／ηｃ＋ｈｉ ・・・（１）

圧縮機出口圧力算出部２１４は、圧縮機出口実エンタルピｈｏと吐出温度Ｔｄの入力を受けて、圧縮機１から吐出される冷媒の吐出圧力Ｐｄを算出するための機能ブロックである。圧縮機出口圧力算出部２１４は、入力された圧縮機出口実エンタルピｈｏと吐出温度Ｔｄに対応する圧力を図６のモリエル線図に示す関係から算出し、吐出圧力Ｐｄとする。

［吐出圧力推定制御の具体的処理］
図８は、実施の形態１のヒートポンプ式給湯装置が吐出圧力推定制御を実行するルーチンのフローチャートである。図８に示すルーチンは、熱源機５０の駆動中に制御装置１０の吐出圧力推定部２０によって繰り返し実行される。図８に示すルーチンのステップＳ２０では、圧縮機入口冷媒圧力算出部２０２は、第三温度センサ１８によって検出された蒸発器入口温度Ｔｅｉを用いて圧縮機入口冷媒圧力Ｐｓを算出する。次のステップＳ２２では、圧縮機入口エントロピ算出部２０４は、算出された圧縮機入口冷媒圧力Ｐｓと第二温度センサ１７によって検出された蒸発器出口温度Ｔｅｏを用いて、圧縮機入口エントロピＳｉを算出する。次のステップＳ２４では、圧縮機入口エンタルピ算出部２０６は、算出された圧縮機入口冷媒圧力Ｐｓと第二温度センサ１７によって検出された蒸発器出口温度Ｔｅｏを用いて、圧縮機入口エンタルピｈｉを算出する。

次のステップＳ２６では、理論エンタルピ算出部２０８は、第一温度センサ１６によって検出された吐出温度Ｔｄと算出された圧縮機入口エントロピＳｉを用いて、圧縮機出口理論エンタルピｈｏ´を算出する。次のステップＳ２８では、断熱効率算出部２１０は、圧縮機周波数Ｆｑを用いて圧縮機断熱効率ηｃを算出する。ここでの圧縮機周波数Ｆｑは、図４に示す圧縮機周波数マップを用いて算出された圧縮機周波数Ｆｑが使用される。次のステップＳ３０では、実エンタルピ算出部２１２は、圧縮機断熱効率ηｃ、圧縮機出口理論エンタルピｈｏ´、及び圧縮機入口エンタルピｈｉを式（１）に入力することにより、圧縮機出口実エンタルピｈｏを算出する。次のステップＳ３２では、圧縮機出口圧力算出部２１４は、圧縮機出口実エンタルピｈｏと吐出温度Ｔｄを用いて吐出圧力Ｐｄを算出する。

このように、図８に示すルーチンの吐出圧力推定制御によれば、蒸発器入口温度Ｔｅｉ、蒸発器出口温度Ｔｅｏ及び吐出温度Ｔｄを用いて、吐出圧力Ｐｄを精度よく算出することができる。本実施の形態１のヒートポンプ式給湯装置では、算出された吐出圧力Ｐｄが圧縮機制御に利用されるので、熱源機５０の冷媒回路の過剰な昇圧を有効に防ぐことができる。これにより、信頼性の高いヒートポンプ式給湯装置１００を提供することが可能となる。

ところで、実施の形態１のヒートポンプ式給湯装置１００が備える制御装置１０は、以下のように構成されてもよい。図９は、実施の形態のヒートポンプ式給湯装置１００が備える制御装置１０のハードウェア構成の例を示す図である。制御装置１０の各機能は、処理回路により実現される。図９に示す例では、制御装置１０の処理回路は、少なくとも１つのプロセッサ１０１と少なくとも１つのメモリ１０２とを備える。

処理回路が少なくとも１つのプロセッサ１０１と少なくとも１つのメモリ１０２とを備える場合、制御装置１０の各機能は、ソフトウェア、ファームウェア、またはソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェアおよびファームウェアの少なくとも一方は、プログラムとして記述される。ソフトウェアおよびファームウェアの少なくとも一方は、少なくとも１つのメモリ１０２に格納される。少なくとも１つのプロセッサ１０１は、少なくとも１つのメモリ１０２に記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、制御装置１０の各機能を実現する。少なくとも１つのプロセッサ１０１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）ともいう。例えば、少なくとも１つのメモリ１０２は、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ−Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）等の、不揮発性または揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）等である。

図１０は、実施の形態のヒートポンプ式給湯装置１００が備える制御装置１０のハードウェア構成の他の例を示す図である。図１０に示す例では、制御装置１０の処理回路は、少なくとも１つの専用のハードウェア１０３を備える。

処理回路が少なくとも１つの専用のハードウェア１０３を備える場合、処理回路は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ−Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）、またはこれらを組み合わせたものである。制御装置１０の各部の機能がそれぞれ処理回路で実現されても良い。また、制御装置１０の各部の機能がまとめて処理回路で実現されても良い。

また、制御装置１０の各機能について、一部を専用のハードウェア１０３で実現し、他の一部をソフトウェアまたはファームウェアで実現してもよい。このように、処理回路は、ハードウェア１０３、ソフトウェア、ファームウェア、またはこれらの組み合わせによって、制御装置１０の各機能を実現する。

１ 圧縮機、 ２ 冷媒−水熱交換器、 ３ 減圧弁、 ４ 蒸発器、 ５ ファンモータ、 ６ ファン、 ７ 第四温度センサ、 ８ 第五温度センサ、 ９ 循環ポンプ、 １０ 制御装置、 １２ 冷媒配管、 １３ 温水タンク装置、 １４ 第一温水循環配管、 １５ 第二温水循環配管、 １６ 第一温度センサ、 １７ 第二温度センサ、 １８ 第三温度センサ、 １９ 外気温度センサ、 ２０ 吐出圧力推定部、 ３０ 圧縮機制御部、 ４０ 循環ポンプ用制御装置、 ４２ 操作部、 ５０ 熱源機、 １００ ヒートポンプ式給湯装置、 １０１ プロセッサ、 １０２ メモリ、 １０３ ハードウェア、 ２０２ 圧縮機入口冷媒圧力算出部、 ２０４ 圧縮機入口エントロピ算出部、 ２０６ 圧縮機入口エンタルピ算出部、 ２０８ 理論エンタルピ算出部、 ２１０ 断熱効率算出部、 ２１２ 実エンタルピ算出部、 ２１４ 圧縮機出口圧力算出部

Claims (3)

1. 冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機により圧縮された冷媒によって熱媒体を加熱するための熱交換器と、減圧装置と、蒸発器と、を順に環状に接続した熱源機と、
   前記圧縮機から吐出される冷媒の温度である吐出温度を検出する第一温度検出装置と、
   前記蒸発器の出口での冷媒の温度である蒸発器出口温度を検出する第二温度検出装置と、
   前記蒸発器の入口での冷媒の温度である蒸発器入口温度を検出する第三温度検出装置と、
   前記熱源機を制御して熱媒体を加熱する制御装置と、を備え、
   前記制御装置は、
   前記吐出温度、前記蒸発器出口温度、及び前記蒸発器入口温度に基づいて、前記圧縮機から吐出される冷媒の圧力である吐出圧力を推定する吐出圧力推定部と、
   前記吐出圧力が許容圧力を超えた場合に、前記圧縮機の駆動を停止する圧縮機制御部と、を含んで構成され、
   前記吐出圧力推定部は、
   前記冷媒の温度と飽和圧力の関係を用いて、前記蒸発器入口温度に対応する前記飽和圧力を、前記圧縮機の入口での冷媒圧力である圧縮機入口冷媒圧力として算出する圧縮機入口冷媒圧力算出部と、
   前記蒸発器出口温度及び前記圧縮機入口冷媒圧力を用いて、前記圧縮機の入口でのエントロピである圧縮機入口エントロピを算出する圧縮機入口エントロピ算出部と、
   前記蒸発器出口温度及び前記圧縮機入口冷媒圧力を用いて、前記圧縮機の入口でのエンタルピである圧縮機入口エンタルピを算出する圧縮機入口エンタルピ算出部と、
   前記吐出温度及び前記圧縮機入口エントロピを用いて、前記圧縮機によって冷媒が断熱圧縮されたと仮定した場合の前記圧縮機の出口でのエンタルピである圧縮機出口理論エンタルピを算出する理論エンタルピ算出部と、
   前記圧縮機の断熱効率、前記圧縮機出口理論エンタルピ、及び前記圧縮機入口エンタルピに基づいて、前記圧縮機の出口での実際のエンタルピである圧縮機出口実エンタルピを算出する実エンタルピ算出部と、
   前記冷媒についての温度、圧力及びエンタルピの関係に基づいて、前記吐出温度及び前記圧縮機出口実エンタルピに対応する圧力を前記吐出圧力として算出する圧縮機出口圧力算出部と、
   を含んで構成されることを特徴とするヒートポンプ式給湯装置。
2. 前記吐出圧力推定部は、前記圧縮機の周波数に基づいて前記断熱効率を算出する断熱効率算出部を含んで構成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式給湯装置。
3. 前記断熱効率算出部は、前記圧縮機の周波数と前記断熱効率との関係を規定した規則を用いて、前記圧縮機の周波数に対応する前記断熱効率を算出するように構成され、
   前記規則は、前記圧縮機のモータ効率が最大となる周波数において前記断熱効率が最大となるように規定されていることを特徴とする請求項２に記載のヒートポンプ式給湯装置。

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