WO2020235043A1 - ヒートポンプ装置 - Google Patents

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WO2020235043A1
WO2020235043A1 PCT/JP2019/020262 JP2019020262W WO2020235043A1 WO 2020235043 A1 WO2020235043 A1 WO 2020235043A1 JP 2019020262 W JP2019020262 W JP 2019020262W WO 2020235043 A1 WO2020235043 A1 WO 2020235043A1
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WO
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refrigerant
temperature
cover member
heat
insulating material
Prior art date
Application number
PCT/JP2019/020262
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English (en)
French (fr)
Inventor
周二 茂木
Original Assignee
三菱電機株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 三菱電機株式会社 filed Critical 三菱電機株式会社
Priority to JP2021519975A priority Critical patent/JP7173316B2/ja
Priority to PCT/JP2019/020262 priority patent/WO2020235043A1/ja
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H4/00—Fluid heaters characterised by the use of heat pumps
    • F24H4/02—Water heaters

Definitions

  • the present invention relates to a heat pump device.
  • a conventional heat pump device there is one provided with a compressor, a decompression device, a refrigerant pipe connecting them, and a discharge temperature detecting means for detecting the discharge temperature of the refrigerant in the compressor (for example, Patent Document 1). reference).
  • a state in which the discharge temperature of the refrigerant is transiently rising is determined to be a transient state
  • a state in which it is steady is determined to be a steady state
  • it is in a transient state By switching from the operation control to the operation control in the steady state, the operation efficiency is improved.
  • the present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to appropriately switch from operation control in a transient state to operation control in a steady state.
  • the heat pump device includes a compressor that compresses the refrigerant, a decompression device that decompresses the refrigerant, a refrigerant pipe that connects the compressor and the decompression device to circulate the refrigerant, and refrigerant and air in the refrigerant pipe.
  • a first heat exchanger that exchanges heat between the two
  • a second heat exchanger that exchanges heat between the refrigerant and the heat medium in the refrigerant pipe
  • a cover member that covers a part of the refrigerant pipe, and a cover member.
  • the temperature of the refrigerant in the refrigerant pipe is changed from the operation control in the transient state where the temperature of the refrigerant in the refrigerant pipe changes transiently by using the cover member temperature sensor that detects the temperature of the cover member and the temperature detected by the cover member temperature sensor. It is provided with a control unit that switches to operation control in a steady state in which the temperature is constant.
  • the heat pump device includes a compressor that compresses the refrigerant, a decompression device that depressurizes the refrigerant, a refrigerant pipe that connects the compressor and the decompression device to circulate the refrigerant, and a refrigerant in the refrigerant pipe.
  • a first heat exchanger that exchanges heat with air
  • a second heat exchanger that exchanges heat between the refrigerant in the refrigerant pipe and the hot water in the water pipe where the hot water in the hot water storage tank circulates.
  • a refrigerant that uses a cover member that covers a part of the water pipe between the second heat exchanger and the hot water storage tank, a cover member temperature sensor that measures the temperature of the cover member, and a temperature detected by the cover member temperature sensor.
  • a control unit for switching from operation control in a transient state in which the temperature of the refrigerant in the pipe changes transiently to operation control in a steady state in which the temperature of the refrigerant in the refrigerant pipe is constant is provided.
  • the operation control in the transient state since the operation control in the transient state is switched to the operation control in the steady state by using the temperature of the cover member detected by the cover member temperature sensor, the operation control in the transient state is changed to the operation in the steady state. You can switch to control appropriately.
  • FIG. 1 It is a figure which shows the heat pump hot water supply system provided with the heat pump device which concerns on Embodiment 1 of this invention. It is a front view which shows the internal structure of the heat pump apparatus which concerns on Embodiment 1 of this invention. It is an external perspective view of the heat pump device which concerns on Embodiment 1 of this invention as seen from the front. It is an external perspective view of the heat pump device which concerns on Embodiment 1 of this invention as seen from the back. It is a figure which looked at the heat insulating material which concerns on Embodiment 1 of this invention from the top. It is sectional drawing of the heat insulating material which concerns on Embodiment 1 of this invention, and is sectional drawing along line AA in FIG.
  • FIG. 1 is a diagram showing a heat pump hot water supply system 100 including the heat pump device 1 of the first embodiment.
  • FIG. 2 is a front view showing the internal structure of the heat pump device 1 of the first embodiment.
  • FIG. 3 is an external perspective view of the heat pump device 1 of the first embodiment as viewed from the front.
  • FIG. 4 is an external perspective view of the heat pump device 1 of the first embodiment as viewed from behind.
  • the upper side of the paper surface is "upper”
  • the lower side of the paper surface is “lower”
  • the right side of the paper surface is "right”
  • the left side of the paper surface is "left”
  • the front side in the vertical direction of the paper surface is.
  • the "front” and the back side in the vertical direction of the paper are defined as "back”.
  • the heat pump hot water supply system 100 of the first embodiment includes a heat pump device 1 and a hot water storage device 30.
  • the heat pump device 1 heats a liquid heat medium by using a heat pump cycle, and is installed outdoors.
  • the heat medium is water.
  • the heat pump device 1 heats water to generate hot water.
  • the heat medium may be a liquid other than water, such as an aqueous solution of calcium chloride, an aqueous solution of ethylene glycol, an aqueous solution of propylene glycol, or alcohol.
  • the heat pump device 1 includes a compressor 2, an expansion valve 3, an air-refrigerant heat exchanger 4, a water-refrigerant heat exchanger 5, and a refrigerant pipe 6.
  • the heat pump device 1 includes a housing 7 that forms an outer shell.
  • the housing 7 includes a base 8, a front panel 9, a back panel 10, and a top panel 11.
  • Each of these components of the housing 7 is made of, for example, a sheet metal material.
  • the base 8 has a bottom surface portion 8a forming the bottom surface of the housing 7 and a right side portion 8b extending in the vertical direction from the right side of the bottom surface portion 8a.
  • the front panel 9 has a front surface portion 9a forming the front surface of the housing 7 and a left side surface portion 9b forming the left side surface of the housing 7.
  • An exhaust port 9c for exhausting air is formed on the front surface portion 9a of the front panel 9.
  • a grid 9d is attached to the exhaust port 9c.
  • the back panel 10 has a rear surface portion 10a forming the rear surface of the housing 7 and a right side surface portion 10b forming the right side surface of the housing 7.
  • the top panel 11 forms the upper surface of the housing 7.
  • the outer surface of the heat pump device 1 is covered with a housing 7 except for the air-refrigerant heat exchanger 4 arranged on the rear surface side.
  • FIG. 2 is a diagram showing a state in which the front panel 9 and the top panel 11 are removed. Further, in FIG. 2, the illustration of some constituent devices is omitted. As shown in FIG. 2, a machine room 12 is formed on the right side and a blower room 13 is formed on the left side on the base 8. The machine room 12 and the blower room 13 are separated by a partition plate 14 extending in the vertical direction.
  • Refrigerant circuit parts such as a compressor 2 for compressing the refrigerant and an expansion valve 3 for reducing the pressure of the refrigerant (not shown in FIG. 2) are incorporated in the machine room 12.
  • the compressor 2 and the expansion valve 3 are connected by a refrigerant pipe 6.
  • the refrigerant pipe 6 is made of a metal material such as a copper material.
  • the compressor 2 includes a compression unit (not shown) and a motor (not shown).
  • the compression unit performs a compression operation of the refrigerant.
  • the motor drives the compression unit.
  • the motor is driven by electric power supplied from the outside.
  • the expansion valve 3 adjusts the flow path opening of the refrigerant by energizing a coil (not shown) attached to the outer surface of the expansion valve 3 main body from the outside.
  • the expansion valve 3 can adjust the pressure of the high-pressure refrigerant on the upstream side of the expansion valve 3 and the pressure of the low-pressure refrigerant on the downstream side of the expansion valve 3.
  • the expansion valve 3 is an example of a pressure reducing device that reduces the pressure of the refrigerant.
  • the blower room 13 has a larger space than the machine room 12 in order to secure an air passage.
  • a blower 15 is provided in the blower room 13.
  • the blower 15 includes two or three propeller blades 15a and a motor (not shown) for rotationally driving the propeller blades 15a.
  • the propeller blade 15a rotates as the motor rotates due to the electric power supplied from the outside.
  • an air-refrigerant heat exchanger 4 as a first heat exchanger is installed facing the blower 15.
  • the air-refrigerant heat exchanger 4 is formed by a large number of refrigerant pipes 6 in close contact with a large number of fins 4a of thin aluminum plates and reciprocating several times.
  • the air-refrigerant heat exchanger 4 has an L-shaped curved shape when viewed from above.
  • the air-refrigerant heat exchanger 4 is installed from the rear surface to the left side surface of the heat pump device 1.
  • the air-refrigerant heat exchanger 4 exchanges heat between the refrigerant in the refrigerant pipe 6 and the air around the fins 4a.
  • the amount of heat exchange can be adjusted by adjusting the amount of air passing between the fins 4a with the blower 15.
  • the air-refrigerant heat exchanger 4 is an example of an evaporator that evaporates the refrigerant.
  • a water-refrigerant heat exchanger 5 as a second heat exchanger is installed on the base 8 of the blower chamber 13.
  • the water-refrigerant heat exchanger 5 is formed by bending, for example, in a state where the refrigerant pipe 6 and the water pipe 40 described later are in close contact with each other.
  • the water-refrigerant heat exchanger 5 exchanges heat between the refrigerant in the refrigerant pipe 6 and the heat medium in the water pipe 40, that is, water. Hot water is generated by heating the water in the water pipe 40 by the water-refrigerant heat exchanger 5.
  • the water-refrigerant heat exchanger 5 is arranged below the blower 15.
  • the water-refrigerant heat exchanger 5 is covered with a heat insulating material 16 which is a cover member.
  • the insulation 16 covers at least a portion of the water-refrigerant heat exchanger 5.
  • the heat insulating material 16 has, for example, a rectangular parallelepiped shape.
  • the heat insulating material 16 is made of foamed plastic such as polyurethane foam or polystyrene foam.
  • the heat insulating material 16 may be made of another heat insulating material such as a vacuum heat insulating material or glass wool.
  • the heat insulating material 16 may be formed by combining a plurality of heat insulating materials. Further, the heat insulating material 16 may have a cylindrical shape, for example, instead of a rectangular parallelepiped shape. The heat insulating material 16 is stored in a metal storage container (not shown).
  • An electrical product storage box 17 is installed in the upper part of the machine room 12.
  • the electrical product storage box 17 is provided with a terminal block 17a for connecting external electrical wiring.
  • the electronic board 18 is stored in the electric product storage box 17.
  • Electronic components and electrical components constituting a control module that controls the operation of each actuator such as a compressor 2, an expansion valve 3, a blower 15, and a water pump 34 are attached to the electronic substrate 18.
  • a water circuit component including a first internal pipe 31 and a second internal pipe 32 is incorporated in the machine room 12. Further, on the right side portion 8b of the base 8, both are provided so that the water inlet valve 19 is on the lower side and the hot water outlet valve 20 is on the upper side.
  • the first internal pipe 31 connects the water inlet valve 19 and the water inlet of the water-refrigerant heat exchanger 5.
  • the second internal pipe 32 connects the hot water outlet of the water-refrigerant heat exchanger 5 and the hot water outlet valve 20.
  • FIG. 1 the flow of the refrigerant in the refrigerant circuit and the flow of water in the water circuit are indicated by arrows.
  • the refrigerant inlet of the water-refrigerant heat exchanger 5 is connected to the discharge port of the compressor 2 via the refrigerant pipe 6.
  • the refrigerant outlet of the water-refrigerant heat exchanger 5 is connected to the inlet of the expansion valve 3 via the refrigerant pipe 6.
  • the outlet of the expansion valve 3 is connected to the refrigerant inlet of the air-refrigerant heat exchanger 4 via the refrigerant pipe 6.
  • the refrigerant outlet of the air-refrigerant heat exchanger 4 is connected to the suction port of the compressor 2 via the refrigerant pipe 6.
  • the compressor 2 and the expansion valve 3 are connected by the refrigerant pipe 6, so that a refrigerant circuit in which the refrigerant circulates is formed.
  • a CO 2 refrigerant is sealed in the refrigerant circuit.
  • the hot water storage device 30 includes, for example, a hot water storage tank 33 having a capacity of about several hundred liters and a water pump 34 for sending hot water in the hot water storage tank 33 to the heat pump device 1.
  • the heat pump device 1 and the hot water storage device 30 are connected via a first external pipe 35, a second external pipe 36, and electrical wiring (not shown).
  • the outgoing pipe 37 is connected to the lower part of the hot water storage tank 33.
  • a return pipe 38 is connected to the upper part of the hot water storage tank 33.
  • the first external pipe 35 connects the outgoing pipe 37 and the water inlet valve 19 of the heat pump device 1.
  • the second external pipe 36 connects the hot water outlet valve 20 of the heat pump device 1 and the return pipe 38.
  • the water pump 34 is provided, for example, in the forward pipe 37. Water-refrigerator connecting the first internal pipe 31, the second internal pipe 32, the first external pipe 35, the second external pipe 36, the forward pipe 37, the return pipe 38, and the first internal pipe 31 and the second internal pipe 32.
  • a water circuit for circulating hot water in the hot water storage tank 33 is formed in the water pipe 40 such as the heat exchanger water pipe 39 in the heat exchanger 5.
  • the hot water storage device 30 further includes a mixing valve 41.
  • the mixing valve 41 includes a first hot water supply pipe 42 branched from a return pipe 38, a first water supply pipe 43 through which water supplied from a water source such as a water supply passes, and a second hot water supply pipe 44 through which hot water supplied to a user passes. Is connected.
  • the mixing valve 41 adjusts the temperature of the hot water supplied to the user by adjusting the mixing ratio of the high temperature water flowing in from the first hot water supply pipe 42 and the low temperature water flowing in from the first hot water supply pipe 43.
  • the hot water mixed by the mixing valve 41 is sent to a user terminal such as a bathtub, a shower, a faucet, or a dishwasher through a second hot water supply pipe 44.
  • a second water supply pipe 45 branched from the first water supply pipe 43 is connected to the lower part of the hot water storage tank 33. Low-temperature water flows into the lower part of the hot water storage tank 33 from the second water supply pipe 45.
  • the first temperature sensor 51 is attached to the refrigerant pipe 6 between the compressor 2 and the water-refrigerant heat exchanger 5, and detects the temperature of the refrigerant discharged from the compressor 2.
  • the second temperature sensor 52 is attached to the refrigerant pipe 6 between the air-refrigerant heat exchanger 4 and the compressor 2, and detects the temperature of the refrigerant after passing through the air-refrigerant heat exchanger 4.
  • the third temperature sensor 53 is attached to the outside of the air-refrigerant heat exchanger 4 and detects the outside air temperature.
  • the third temperature sensor 53 may be attached to a portion other than the air-refrigerant heat exchanger 4, such as the outer surface of the housing 7, as long as it can detect the outside air temperature.
  • the fourth temperature sensor 54 is attached to the first internal pipe 31 and detects the temperature of the water flowing into the water-refrigerant heat exchanger 5.
  • the fifth temperature sensor 55 is attached to the second internal pipe 32 and detects the temperature of hot water after passing through the water-refrigerant heat exchanger 5.
  • the heat insulating material temperature sensor 56 is attached to the heat insulating material 16 and detects the temperature of the heat insulating material 16.
  • the heat insulating material temperature sensor 56 corresponds to the cover member temperature sensor.
  • FIG. 5 is a top view of the heat insulating material 16 of the first embodiment.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of the heat insulating material 16 of the first embodiment, and is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG.
  • the heat insulating material 16 includes an upper surface wall portion 16a forming the upper surface of the heat insulating material 16, a lower surface wall portion 16b forming the lower surface of the heat insulating material 16, and a front surface forming the front surface of the heat insulating material 16. It has a wall portion 16c, a rear surface wall portion 16d forming the rear surface of the heat insulating material 16, a right surface wall portion 16e forming the right surface of the heat insulating material 16, and a left surface wall portion 16f forming the left surface of the heat insulating material 16.
  • the heat insulating material covers the water-refrigerant heat exchanger 5 by these wall portions 16a to 16f.
  • the heat insulating material 16 has an inner surface of 16 g and an outer surface of 16 h.
  • the inner surface 16g is a surface of the wall portions 16a to 16f of the heat insulating material 16 facing the water-refrigerant heat exchanger 5.
  • the outer surface 16h is an outer surface of the wall portions 16a to 16f of the heat insulating material 16, and is a surface opposite to the inner surface 16g.
  • the lower wall portion 16b of the heat insulating material 16 is provided with a mounting hole 16i for mounting the heat insulating material temperature sensor 56.
  • the mounting hole 16i has, for example, a tapered structure, that is, a tapered structure that tapers toward the inner side of the hole.
  • the heat insulating material temperature sensor 56 is fixed by being press-fitted into the mounting hole 16i, for example.
  • the heat insulating material temperature sensor 56 detects the temperature inside the lower surface wall portion 16b.
  • the refrigerant pipe 6 of the water-refrigerant heat exchanger 5 is in contact with the inner surface 16g of the lower surface wall portion 16b, and the base 8 facing the outside air is in contact with the outer surface 16h of the lower surface wall portion 16b. Therefore, the temperature inside the lower surface wall portion 16b detected by the heat insulating material temperature sensor 56 is an intermediate temperature between the temperature of the refrigerant pipe 6 in contact with the lower surface wall portion 16b and the outside air temperature.
  • the heat insulating material temperature sensor 56 may be molded so as to be embedded in the heat insulating material 16 by insert molding.
  • a pipe containing the heat insulating material temperature sensor 56 is arranged in a mold for molding the heat insulating material 16, and the material of the heat insulating material 16 is filled so as to surround the pipe.
  • the heat insulating material temperature sensor 56 can be integrally molded with the heat insulating material 16, and the heat insulating material 16 in which the heat insulating material temperature sensor 56 is embedded can be easily manufactured.
  • two heat insulating materials 16 having grooves formed in accordance with the shape of the heat insulating material temperature sensor 56 are prepared, and the two heat insulating materials 16 are bonded to each other so as to sandwich the heat insulating material temperature sensor 56.
  • the heat insulating material 16 in which the above-mentioned material is embedded may be manufactured.
  • FIG. 7 is a block diagram showing the function of the control device 21 of the first embodiment.
  • the control device 21 includes a control unit 22, a determination unit 23, a storage unit 24, and a timer 25.
  • Information from the first temperature sensor 51, the second temperature sensor 52, the third temperature sensor 53, the fourth temperature sensor 54, the fifth temperature sensor 55, and the heat insulating material temperature sensor 56 is input to the control device 21.
  • the control unit 22 controls the operations of the compressor 2, the expansion valve 3, the blower 15, and the water pump 34 based on the input information.
  • the determination unit 23 determines whether the temperature of the refrigerant in the refrigerant circuit is steady or transient in the operation of the heat pump device 1.
  • the storage unit 24 stores in advance set values for the compressor 2, the expansion valve 3, the blower 15, and the water pump 34.
  • the timer 25 is a time measuring means.
  • Each function of the control device 21 is realized by the electronic board 18.
  • the control device 21 is composed of a processor such as a CPU.
  • Each function of the control device 21 is realized by the processor constituting the control device 21 executing arithmetic processing according to the program.
  • the hot water storage operation is an operation of storing the hot water heated by the heat pump device 1 in the hot water storage tank 33.
  • the control unit 22 drives the compressor 2, the blower 15, and the water pump 34.
  • the low pressure refrigerant is sucked into the compressor 2.
  • the low-pressure refrigerant sucked into the compressor 2 is compressed by the compressor 2 to become a high-temperature high-pressure refrigerant.
  • This high-temperature and high-pressure refrigerant is discharged from the compressor 2 and flows into the water-refrigerant heat exchanger 5, and heats the water by exchanging heat with the water in the water pipe 40.
  • the enthalpy of the refrigerant is lowered and the temperature is lowered.
  • the high-pressure refrigerant whose temperature has dropped flows out of the water-refrigerant heat exchanger 5, passes through the refrigerant pipe 6, and flows into the expansion valve 3.
  • the high-pressure refrigerant flowing into the expansion valve 3 is depressurized by the expansion valve 3 to lower the temperature, and becomes a low-temperature low-pressure refrigerant having a relatively low dryness in a gas-liquid two-phase state.
  • This low-temperature low-pressure refrigerant flows out from the expansion valve 3, passes through the refrigerant pipe 6, and flows into the air-hydrogen heat exchanger 4.
  • the low-temperature low-pressure refrigerant that has flowed into the air-refrigerant heat exchanger 4 exchanges heat with air in the air-refrigerant heat exchanger 4, and the enthalpy is increased, so that the degree of dryness is increased or the state becomes gaseous.
  • the low-temperature low-pressure refrigerant having an increased enthalpy flows out from the air-refrigerant heat exchanger 4 and is sucked into the compressor 2. In this way, the heat pump cycle is performed by circulating the refrigerant in the refrigerant pipe 6.
  • air passes through the air-refrigerant heat exchanger 4 installed behind the blower 15.
  • heat exchange is performed between the refrigerant in the refrigerant pipe 6 and the air passing through the air-refrigerant heat exchanger 4.
  • the air that has passed through the air-refrigerant heat exchanger 4 passes through the blower chamber 13 and is discharged forward from the exhaust port 9c of the front panel 9.
  • the water in the lower part in the hot water storage tank 33 passes through the outgoing pipe 37, the first external pipe 35, the water inlet valve 19 and the first internal pipe 31, and the water-refrigerant heat exchanger 5 Inflow to.
  • the water flowing into the water-refrigerant heat exchanger 5 is heated by heat exchange with the refrigerant in the water-refrigerant heat exchanger 5, so that hot water is generated.
  • This hot water flows into the upper part of the hot water storage tank 33 through the second internal pipe 32, the hot water outlet valve 20, the second external pipe 36 and the return pipe 38. In this way, hot water is stored in the upper part of the hot water storage tank 33.
  • control unit 22 increases the rotation speed of the motor of the compressor 2 and the rotation speed of the motor of the blower 15 according to the installation environment of the heat pump device 1 such as the outside air temperature and the usage conditions such as the heating temperature of water.
  • the flow path opening degree of the valve 3 and the rotation speed of the water pump 34 are controlled.
  • control unit 22 changes the rotation speed of the motor of the compressor 2 in the range of several tens of rps (Hz) to 100 rps (Hz). As a result, the circulation speed of the refrigerant in the refrigerant pipe 6 can be changed, and the heating capacity of the heat pump device 1 can be adjusted. Further, the control unit 22 changes the rotation speed of the motor of the blower 15 in the range of several hundred rpm to 1,000 rpm. As a result, the flow rate of air passing through the air-refrigerant heat exchanger 4 can be changed, and the amount of heat exchange between the refrigerant and air in the air-refrigerant heat exchanger 4 can be adjusted.
  • control unit 22 can adjust the pressure of the high-pressure refrigerant on the upstream side and the pressure of the low-pressure refrigerant on the downstream side of the expansion valve 3 by changing the flow path opening degree of the expansion valve 3. Further, the control unit 22 can change the circulation speed of water in the water pipe 40 by changing the rotation speed of the water pump 34, and heat exchange between the refrigerant and water in the water-refrigerant heat exchanger 5. The amount can be adjusted.
  • each component constituting the heat pump device 1 including the heat insulating material 16 has a temperature close to the outside air temperature.
  • the high-temperature refrigerant discharged from the compressor 2 not only gives heat to the water in the water pipe 40 in the water-refrigerant heat exchanger 5, but also a heat pump including the heat insulating material 16. It circulates in the refrigerant pipe 6 while applying heat to each component of the device 1. At this time, the state in which the temperature of the refrigerant in the refrigerant pipe 6 is transiently rising is called a transient state.
  • the transient state continues until heat is sufficiently applied to each component including the heat insulating material 16 to stabilize the temperature of each component, and the temperature of the refrigerant in the refrigerant pipe 6 stabilizes.
  • a state in which the temperature of the refrigerant in the refrigerant pipe 6 is stable and becomes steady is called a steady state.
  • the control unit 22 sets an actuator such as an expansion valve 3 so that the temperature of the refrigerant discharged from the compressor 2 becomes a target set temperature in order to set the temperature of the water discharged from the water-refrigerant heat exchanger 5 to the set temperature. Control the operation of. In the transient state, the temperature of the refrigerant sucked into the compressor 2 continues to be lower than that in the steady state. Even in this case, the control unit 22 is discharged from the compressor 2 in order to control the operation of the actuator such as the expansion valve 3 so that the temperature of the refrigerant discharged from the compressor 2 becomes the target set temperature. The pressure of the refrigerant becomes higher than that in the steady state, and the load applied to the compressor 2 increases. Further, the power consumption of the compressor 2 is increased, the operating efficiency of the heat pump device 1 is lowered, the noise due to the vibration of the compressor 2 is increased, and the long-term reliability of the high-pressure refrigerant circuit component is lowered.
  • an actuator such as an expansion valve 3
  • the control unit 22 performs control different from the steady state in the transient state. For example, in the transient state, the control unit 22 drives the rotation speed of the blower 15 at a rotation speed higher than the rotation speed in the steady state. As a result, the amount of heat given to the refrigerant from the air in the air-refrigerant heat exchanger 4 can be increased, and the load on the compressor 2 can be reduced. Further, the effects of reducing the power consumption of the compressor 2, improving the operating efficiency of the heat pump device 1, reducing the noise caused by the vibration of the compressor 2, and maintaining the long-term reliability of the high-pressure refrigerant circuit parts can be obtained.
  • FIG. 8 is a diagram showing a temperature change in the temperature sensor of the heat pump device 1 of the first embodiment and a change in the rotation speed of the blower.
  • FIG. 8A is a diagram showing a time change of the temperature detected by the temperature sensor
  • FIG. 8B is a diagram showing a time change of the rotation speed of the blower.
  • the temperature T1 detected by the first temperature sensor 51 that is, the temperature T1 of the refrigerant discharged from the compressor 2 becomes the target set temperature T1a. Ascend to.
  • the temperature T5 detected by the fifth temperature sensor 55 that is, the temperature T5 of the water discharged from the water-refrigerant heat exchanger 5
  • the set temperature T1a is stored in advance in the storage unit 24, for example, in association with the set temperature T5a of the water discharged from the water-refrigerant heat exchanger 5.
  • the set temperature T1a may be calculated by the control unit 22 from the set temperature T5a of water.
  • the temperature T1 of the refrigerant discharged from the compressor 2 becomes stable at the set temperature T1a.
  • the temperature of the refrigerant is not constant in the refrigerant pipe 6 in a state where the refrigerant in the refrigerant pipe 6 gives heat to each component of the heat pump device 1.
  • the temperature T6 of the heat insulating material detected by the heat insulating material temperature sensor 56 is not constant at time t1
  • the temperature of the refrigerant discharged from the water-refrigerant heat exchanger 5 is also constant. Not the target.
  • the control unit 22 switches from the operation control in the transient state to the operation control in the steady state by using the temperature T6 of the heat insulating material 16 detected by the heat insulating material temperature sensor 56.
  • the temperature T6 of the heat insulating material 16 rises from a temperature close to the outside air temperature T3 and stabilizes at a time t2 later than the time t1.
  • the stable temperature T6a is a temperature between the temperature of the refrigerant in the refrigerant pipe 6 of the water-refrigerant heat exchanger 5 in contact with the heat insulating material 16 and the outside air temperature T3.
  • the temperature T6 of the heat insulating material 16 is stabilized by sufficiently applying heat from the refrigerant in the refrigerant pipe 6 and stabilizing the temperature of the refrigerant in the refrigerant pipe 6 of the water-refrigerant heat exchanger 5. Therefore, the time t2 at which the temperature T6 of the heat insulating material 16 stabilizes is more stable than the time t1 at which the temperature T1 of the refrigerant discharged from the compressor 2 stabilizes, in a steady state where the temperature of the entire refrigerant in the refrigerant pipe 6 stabilizes. It's close to the time when it became.
  • the determination unit 23 determines that the state is steady, and the control unit 22 switches from the operation control in the transient state to the operation control in the steady state.
  • the control unit 22 switches from the operation control in the transient state to the operation control in the steady state.
  • FIG. 9 is a flowchart showing the operation of the control device 21 of the first embodiment during the hot water storage operation.
  • Control of hot water storage operation starts from "start” in FIG.
  • the control device 21 first performs operation control in a transient state.
  • the control unit 22 drives the compressor 2 and the water pump 34.
  • step S2 the control unit 22 drives the blower 15.
  • the rotation speed N of the blower 15 at this time is a value obtained by adding the set increase amount ⁇ N to the set rotation speed Na in the steady state.
  • the set rotation speed Na in the steady state is stored in the storage unit 24 in advance in association with the outside air temperature T3a at the start of the hot water storage operation, or is calculated by the control unit 22 from the outside air temperature T3a.
  • the set increase amount ⁇ N is stored in the storage unit 24 in advance in association with the set temperature T1a and the outside air temperature T3a, or is calculated by the control unit 22 from the set temperature T1a and the outside air temperature T3a.
  • steps S1 and S2 may be reversed, and the control unit 22 may first drive the blower 15 and then the compressor 2 and the water pump 34.
  • step S3 the timer 25 starts measuring the time.
  • step S4 the determination unit 23 determines whether the time measured by the timer 25 has elapsed the set time ⁇ t.
  • the set time ⁇ t is a value preset in the storage unit 24. If the determination unit 23 determines in step S4 that the set time ⁇ t has not elapsed, the process returns to step S4 again, and step S4 is repeated until the determination unit 23 determines that the set time ⁇ t has elapsed.
  • step S4 determines in step S4 that the set time ⁇ t has elapsed, the process proceeds to step S5.
  • step S5 the determination unit 23 determines whether or not the temperature T6 of the heat insulating material 16 is equal to or higher than the expected temperature T6a expected to be reached when the temperature of the heat insulating material 16 becomes steady.
  • the expected temperature T6a is stored in advance in the storage unit 24 in association with the set temperature T1a and the outside air temperature T3a, or is calculated by the control unit 22 from the set temperature T1a and the outside air temperature T3a.
  • step S5 determines in step S5 that the temperature T6 of the heat insulating material 16 is smaller than the expected temperature T6a
  • the determination unit 23 determines in step S6 that the temperature T6 is in a transient state, and proceeds to step S7.
  • step S7 the control unit 22 reduces the rotation speed N of the blower 15 by the set reduction amount ⁇ N.
  • the time change amount ⁇ T6 is the amount of change during the set time ⁇ t of the temperature T6 of the heat insulating material 16.
  • N Na + ⁇ N ⁇ N ⁇ N ...— ⁇ N.
  • step S7 when the control unit 22 changes the rotation speed of the blower 15, the process proceeds to step S3, and the timer 25 starts measuring the time again.
  • step S5 when the determination unit 23 determines that the temperature T6 of the heat insulating material 16 has reached the expected temperature T6a or higher, the process proceeds to step S8, and the determination unit 23 determines that the steady state has been reached.
  • the heat insulating material temperature sensor 56 for detecting the temperature of the heat insulating material 16 is provided, and the control unit 22 uses the temperature of the heat insulating material 16 detected by the heat insulating material temperature sensor 56 in a transient state.
  • the operation control of the above is switched to the operation control in the steady state. Therefore, the accuracy of determining whether the state is a transient state or a steady state can be improved as compared with using the temperature of the refrigerant discharged from the compressor 2, and the operation in the transient state is changed to the operation in the steady state. You can switch to control appropriately.
  • the load of the compressor 2 is reduced, the power consumption of the compressor 2 is reduced, the operating efficiency of the heat pump device 1 is improved, the noise due to the vibration of the compressor 2 is reduced, and the long-term reliability of the high-pressure refrigerant circuit parts is improved.
  • the effect of maintenance can be obtained.
  • the heat insulating material temperature sensor 56 is attached to the inside of the lower surface wall portion 16b of the heat insulating material 16.
  • the lower surface wall portion 16b is in contact with the refrigerant pipe 6 of the water-refrigerant heat exchanger 5 and the base 8 facing the outside air. Therefore, since the temperature of the lower surface wall portion 16b is greatly affected by the temperature of the refrigerant in the refrigerant pipe 6 and the outside air temperature, the expected temperature T6a can be easily calculated from the temperature of the refrigerant in the refrigerant pipe 6 and the outside air temperature. it can.
  • the temperature difference between the temperature of the refrigerant in the refrigerant pipe 6 of the water-refrigerant heat exchanger 5 and the outside air temperature is large, the temperature change of the heat insulating material 16 can be easily measured. Therefore, it is possible to easily determine whether or not the temperature T6 of the heat insulating material 16 in step S5 of FIG. 9 is equal to or higher than the expected temperature T6a, and the accuracy of determining whether the heat insulating material 16 is in the transient state or the steady state is improved. Can be made to.
  • the heat insulating material temperature sensor 56 is attached to the lower surface wall portion 16b, but it may be attached to the upper surface wall portion 16a or the side wall portion instead of the lower surface wall portion 16b.
  • the side wall portion is a front wall portion 16c, a rear wall portion 16d, a right surface wall portion 16e, and a left surface wall portion 16f. Even in this case, if the heat insulating material temperature sensor 56 is attached to the wall portion in contact with the refrigerant pipe 6 of the water-refrigerant heat exchanger 5, the temperature change of the heat insulating material 16 can be easily measured.
  • the heat insulating material temperature sensor 56 may be attached not to the wall portion in contact with the refrigerant pipe 6 but to the wall portion not in contact with the refrigerant pipe 6. Even in this case, if the refrigerant pipe 6 is in contact with any of the wall portions 16a to 16f, the heat of the refrigerant is transferred to the heat insulating material 16 from the contacted portion, so that the temperature change of the heat insulating material 16 is measured. It is possible to determine whether it is in a transient state or a steady state.
  • the heat insulating material temperature sensor 56 is attached so as to be located at an intermediate position between the inner surface 16g and the outer surface 16h on the lower surface wall portion 16b.
  • the temperature sensor 56 may be attached to a portion other than the intermediate portion between the inner surface 16g and the outer surface 16h.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of the heat insulating material 16 of the first modification of the first embodiment, and is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG.
  • the heat insulating material temperature sensor 56 may be attached between the inner surface 16g and the outer surface 16h on the outer surface 16h side of the intermediate position.
  • the heat of the refrigerant in the refrigerant pipe 6 is transferred more slowly on the outer surface 16h side than on the inner surface 16g side of the heat insulating material 16, and the temperature is stabilized by sufficiently applying heat from the refrigerant. Therefore, is it in a transient state? The accuracy of determining whether it is in a steady state can be improved.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of the heat insulating material 16 of the second modification of the first embodiment, and is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG.
  • the heat insulating material temperature sensor 56 may be attached to the outer surface 16h of the heat insulating material. Even in this case, since the temperature of the outer surface 16h of the heat insulating material is stabilized by sufficiently applying heat from the refrigerant in the refrigerant pipe 6 to the heat insulating material 16, the temperature of the outer surface 16h of the heat insulating material is used for transients. It is possible to determine whether it is in a state or a steady state.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view of the heat insulating material 16 of the third modification of the first embodiment, and is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG.
  • a projecting portion 60 projecting from any of the wall portions 16a to 16f may be provided, and the heat insulating material temperature sensor 56 may be attached to the projecting portion 60.
  • the protruding portion 60 projects from the lower surface wall portion 16b toward the portion of the refrigerant pipe 6 covered with the heat insulating material 16, that is, the refrigerant pipe 6 of the water-refrigerant heat exchanger 5.
  • the heat insulating material temperature sensor 56 can be attached even when the wall thicknesses 16a to 16f of the heat insulating material 16 are thin. Further, since the protruding portion 60 projects so as to be in close contact with the refrigerant pipe 6 of the water-refrigerant heat exchanger 5, even if the heat insulating material 16 is a material that does not easily transfer heat, the refrigerant pipe 6 is connected to the heat insulating material 16. The heat is easily transferred from the heat insulating material 16, and the temperature change of the heat insulating material 16 can be easily measured.
  • the heat insulating material temperature sensor 56 is attached to one place on the lower surface wall portion 16b, but it may be attached to two or more places on the wall portions 16a to 16f of the heat insulating material 16. Since the temperature of the heat insulating material 16 can be detected at two or more places, the variation depending on the detection place can be corrected, and the accuracy of determining whether the state is a transient state or a steady state can be improved. ..
  • the determination unit 23 determines that the steady state is reached when the temperature T6 of the heat insulating material 16 becomes equal to or higher than the expected temperature T6a, but in the second embodiment, the determination unit 23 determines that the heat insulating material 16 is in a steady state.
  • the time change amount ⁇ T6 of the temperature T6 of the above temperature becomes equal to or less than the set change amount, it is determined that the steady state is reached.
  • FIG. 13 is a flowchart showing the operation of the control device 21 of the second embodiment during the hot water storage operation.
  • step S5 of the first embodiment is step S10.
  • step S4 when the determination unit 23 determines that the set time ⁇ t has elapsed, in step S10, the determination unit 23 determines whether or not the time change amount ⁇ T6 of the temperature T6 of the heat insulating material 16 is equal to or less than the set change amount ⁇ T6a.
  • the time change amount ⁇ T6 is the amount of change during the set time ⁇ t of the temperature T6 of the heat insulating material 16 as described in the first embodiment. Further, the set change amount ⁇ T6a is stored in advance in the storage unit 24.
  • step S10 when the determination unit 23 determines that the time change amount ⁇ T6 of the temperature T6 of the heat insulating material 16 is larger than the set change amount ⁇ T6a, the process proceeds to step S6, and the determination unit 23 determines that it is in a transient state.
  • step S10 when the determination unit 23 determines that the time change amount ⁇ T6 of the temperature T6 of the heat insulating material 16 is equal to or less than the set change amount ⁇ T6a, the process proceeds to step S8, and the determination unit 23 determines that the steady state has been reached.
  • step S10 Since the steps other than step S10 are the same as those in the first embodiment, the description thereof will be omitted.
  • the heat insulating material temperature sensor 56 for detecting the temperature of the heat insulating material 16 is provided, and the control unit 22 controls the temperature of the heat insulating material 16 detected by the heat insulating material temperature sensor 56.
  • the control unit 22 controls the temperature of the heat insulating material 16 detected by the heat insulating material temperature sensor 56.
  • the accuracy of determining whether the state is a transient state or a steady state can be improved as compared with using the temperature of the refrigerant discharged from the compressor 2, and the operation in the transient state is changed to the operation in the steady state. You can switch to control appropriately.
  • the load of the compressor 2 is reduced, the power consumption of the compressor 2 is reduced, the operating efficiency of the heat pump device 1 is improved, the noise due to the vibration of the compressor 2 is reduced, and the long-term reliability of the high-pressure refrigerant circuit parts is improved.
  • the effect of maintenance can be obtained.
  • the heat insulating material temperature sensor 56 is attached to the inside of the lower surface wall portion 16b in contact with the refrigerant pipe 6 of the water-refrigerant heat exchanger 5 and the base 8 facing the outside air, the refrigerant in the refrigerant pipe 6 is attached. Since it is greatly affected by the temperature of the heat insulating material 16 and the outside air temperature, the temperature change of the heat insulating material 16 can be easily measured. Therefore, it is possible to easily determine whether or not the time change amount ⁇ T6 of the temperature T6 of the heat insulating material 16 in step S10 of FIG. 13 is equal to or less than the set change amount ⁇ T6a, and whether it is in a transient state or a steady state. The accuracy of the determination can be improved.
  • FIG. 14 is a diagram showing a heat pump hot water supply system 100 including the heat pump device 1 of the third embodiment.
  • FIG. 15 is a block diagram showing a function of the control device 21 according to the third embodiment.
  • the heat insulating material temperature sensor 56 that detects the temperature of the heat insulating material 16 is provided, and the temperature of the heat insulating material 16 detected by the heat insulating material temperature sensor 56 is used to perform steady operation control in a transient state. Changed to switch to the operation control in the state.
  • the third embodiment as shown in FIG.
  • a cover member temperature sensor 58 for detecting the temperature of the cover member 57 covering a part of the refrigerant pipe 6 is provided, and the cover member detected by the cover member temperature sensor 58 is provided. Using the temperature of 57, the operation control in the transient state is switched to the operation control in the steady state.
  • the cover member 57 is made of foamed plastic such as polyurethane foam or polystyrene foam.
  • the cover member 57 may be made of a material other than foamed plastic such as rubber. Further, the cover member 57 does not have to cover the entire circumference of the refrigerant pipe 6, and may cover a part of the refrigerant pipe 6 such as covering a half circumference of the refrigerant pipe 6.
  • the temperature of the cover member 57 is stabilized by sufficiently applying heat from the refrigerant in the refrigerant pipe 6 and stabilizing the temperature of the refrigerant in the refrigerant pipe 6. Therefore, the time during which the temperature of the cover member 57 stabilizes is close to the time during which the temperature of the entire refrigerant in the refrigerant pipe 6 stabilizes in a steady state. Therefore, the determination unit 23 determines that the cover member 57 is in a steady state when the temperature is stable, and the control unit 22 switches from the control in the transient state to the operation control in the steady state. As a result, it is possible to switch from the operation control in the transient state to the operation control in the steady state more appropriately than using the temperature T1 of the refrigerant discharged from the compressor 2.
  • the third embodiment is the same as the first and second embodiments except that the cover member 57 is provided and the heat insulating material temperature sensor 56 replaces the cover member temperature sensor 58, and thus the description thereof will be omitted.
  • the cover member temperature sensor 58 for detecting the temperature of the cover member 57 covering a part of the refrigerant pipe 6 is provided, and the control unit 22 determines the cover member 57 detected by the cover member temperature sensor 58.
  • the temperature was used to switch from the operation control in the transient state to the operation control in the steady state. Therefore, the accuracy of determining whether the state is a transient state or a steady state can be improved as compared with using the temperature of the refrigerant discharged from the compressor 2, and the operation in the transient state is changed to the operation in the steady state. You can switch to control appropriately.
  • the load of the compressor 2 is reduced, the power consumption of the compressor 2 is reduced, the operating efficiency of the heat pump device 1 is improved, the noise due to the vibration of the compressor 2 is reduced, and the long-term reliability of the high-pressure refrigerant circuit parts is improved.
  • the effect of maintenance can be obtained.
  • the cover member 57 is provided so as to cover a part of the refrigerant pipe 6, but the cover member 57 may be provided so as to cover a part of the water pipe 40.
  • FIG. 16 is a diagram showing a heat pump hot water supply system 100 provided with a heat pump device 1 according to a modified example of the third embodiment. As shown in FIG. 16, the cover member 57 is provided so as to cover a part of the water pipe 40 between the water-refrigerant heat exchanger 5 and the hot water storage tank 33.
  • the temperature of the cover member 57 is stabilized by giving sufficient heat from the hot water discharged from the water-refrigerant heat exchanger 5 and stabilizing the temperature of the hot water discharged from the water-refrigerant heat exchanger 5. Since the temperature of the hot water discharged from the water-refrigerant heat exchanger 5 stabilizes, the temperature of the refrigerant in the refrigerant pipe 6 also stabilizes. Therefore, the time during which the temperature of the cover member 57 stabilizes is the refrigerant in the refrigerant pipe 6. It is close to the time when the overall temperature becomes stable and steady.
  • the determination unit 23 determines that the cover member 57 is in a steady state when the temperature is stable, and the control unit 22 controls in the transient state. By switching to the operation control in the steady state, it is possible to switch from the operation control in the transient state to the operation control in the steady state more appropriately than using the temperature of the refrigerant discharged from the compressor 2.
  • the operation control in the transient state and the operation control in the steady state are not limited to the controls described in the first to third embodiments.
  • the rotation speed of the blower 15 is controlled to be changed in the transient state and the steady state.
  • the flow path opening degree of the expansion valve 3 may be changed.
  • control may be performed to change the rotation speed of the compressor 2. If it is a heat pump device that controls switching from operation control in a transient state to operation control in a steady state, by applying the present invention, it is possible to appropriately switch from operation control in a transient state to operation control in a steady state. Can be done.
  • the present invention can be applied to the control other than the hot water storage operation.
  • the present invention can be applied to a product that does not have a hot water storage tank 33 and directly supplies hot water heated by the heat pump device 1 to the user side.
  • the present invention can also be applied to a product in which the heat medium heated by the heat pump device 1 is used for heating or the like.

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Abstract

ヒートポンプ装置において、過渡状態での運転制御から定常状態での運転制御に適切に切り替える。　本発明に係るヒートポンプ装置１は、冷媒を圧縮する圧縮機２と、冷媒を減圧する減圧装置３と、圧縮機２と減圧装置３とを接続し、冷媒を循環させる冷媒配管６と、冷媒配管６内の冷媒と空気との間で熱交換を行う第一熱交換器４と、冷媒配管６内の冷媒と熱媒体との間で熱交換を行う第二熱交換器５と、冷媒配管６の一部を覆う断熱材１６と、断熱材１６の温度を検出する断熱材温度センサ５６と、断熱材温度センサ５６で検出された温度を用いて、冷媒配管６内の冷媒の温度が過渡的に変化する過渡状態での運転制御から冷媒配管６内の冷媒の温度が定常的である定常状態での運転制御に切り替える制御部２２と、を備える。

Description

ヒートポンプ装置
　本発明は、ヒートポンプ装置に関する。
　従来のヒートポンプ装置として、圧縮機と、減圧装置と、これらを接続する冷媒配管と、圧縮機における冷媒の吐出温度を検出する吐出温度検出手段と、を備えたものがある（例えば、特許文献１参照）。このヒートポンプ装置では、給湯運転において、冷媒の吐出温度が過渡的に上昇している状態を過渡状態、定常的である状態を定常状態と判断し、定常状態と判断したときに、過渡状態での運転制御から定常状態での運転制御に切り替えることで、運転効率を向上させている。
特開２０００－３４６４４９号公報
　しかしながら、上記技術では、圧縮機における冷媒の吐出温度が定常的な状態になったとしても、冷媒配管内の冷媒の温度全体が定常的な状態になっていない場合もあり、この状態で過渡状態での運転制御から定常状態での運転制御に切り替えると、運転効率が低下するという問題があった。
　本発明は、上記した問題点を解決するためになされたものであり、過渡状態での運転制御から定常状態での運転制御に適切に切り替えることを目的とする。
　本発明に係るヒートポンプ装置は、冷媒を圧縮する圧縮機と、冷媒を減圧する減圧装置と、圧縮機と減圧装置とを接続し、冷媒を循環させる冷媒配管と、冷媒配管内の冷媒と空気との間で熱交換を行う第一熱交換器と、冷媒配管内の冷媒と熱媒体との間で熱交換を行う第二熱交換器と、冷媒配管の一部を覆うカバー部材と、カバー部材の温度を検出するカバー部材温度センサと、カバー部材温度センサで検出された温度を用いて、冷媒配管内の冷媒の温度が過渡的に変化する過渡状態での運転制御から冷媒配管内の冷媒の温度が定常的である定常状態での運転制御に切り替える制御部と、を備える。
　また、本発明に係るヒートポンプ装置は、冷媒を圧縮する圧縮機と、冷媒を減圧する減圧装置と、圧縮機と減圧装置とを接続し、冷媒を循環させる冷媒配管と、冷媒配管内の冷媒と空気との間で熱交換を行う第一熱交換器と、冷媒配管内の冷媒と貯湯タンク内の湯水が循環する水配管内の湯水との間で熱交換を行う第二熱交換器と、第二熱交換器と貯湯タンクとの間の水配管の一部を覆うカバー部材と、カバー部材の温度を測定するカバー部材温度センサと、カバー部材温度センサで検出された温度を用いて、冷媒配管内の冷媒の温度が過渡的に変化する過渡状態での運転制御から冷媒配管内の冷媒の温度が定常的である定常状態での運転制御に切り替える制御部と、を備える。
　本発明によれば、カバー部材温度センサで検出されたカバー部材の温度を用いて過渡状態での運転制御から定常運転での運転制御に切り替えるので、過渡状態での運転制御から定常状態での運転制御に適切に切り替えることができる。
本発明の実施の形態１に係るヒートポンプ装置を備えたヒートポンプ給湯システムを示す図である。 本発明の実施の形態１に係るヒートポンプ装置の内部構造を示す正面図である。 本発明の実施の形態１に係るヒートポンプ装置を前から見た外観斜視図である。 本発明の実施の形態１に係るヒートポンプ装置を後ろから見た外観斜視図である。 本発明の実施の形態１に係る断熱材を上から見た図である。 本発明の実施の形態１に係る断熱材の断面図であり、図５におけるＡ－Ａ線に沿った断面図である。 本発明の実施の形態１に係る制御装置の機能を示すブロック図である。 本発明の実施の形態１に係るヒートポンプ装置の温度センサで検出される温度変化と送風機の回転数変化とを示す図である。 本発明の実施の形態１に係る制御装置の貯湯運転時の動作を示すフローチャート図である。 本発明の実施の形態１の第１の変形例の断熱材の断面図であり、図５におけるＡ－Ａ線に沿った断面図である。 本発明の実施の形態１の第２の変形例の断熱材の断面図であり、図５におけるＡ－Ａ線に沿った断面図である。 本発明の実施の形態１の第３の変形例の断熱材の断面図であり、図５におけるＡ－Ａ線に沿った断面図である。 本発明の実施の形態２に係る制御装置の貯湯運転時の動作を示すフローチャート図である。 本発明の実施の形態３に係るヒートポンプ装置を備えたヒートポンプ給湯システムを示す図である。 本発明の実施の形態３に係る制御装置の機能を示すブロック図である。 本発明の実施の形態３の変形例に係るヒートポンプ装置を備えたヒートポンプ給湯システムを示す図である。
　以下、図面を参照して実施の形態について説明する。各図において共通または対応する要素には、同一の符号を付して、重複する説明を簡略化または省略する。本発明は、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．
　図１は、実施の形態１のヒートポンプ装置１を備えたヒートポンプ給湯システム１００を示す図である。図２は、実施の形態１のヒートポンプ装置１の内部構造を示す正面図である。図３は、実施の形態１のヒートポンプ装置１を前から見た外観斜視図である。図４は、実施の形態１のヒートポンプ装置１を後ろから見た外観斜視図である。なお、説明の便宜上、図２のヒートポンプ装置１において、紙面上側を「上」、紙面下側を「下」、紙面右側を「右」、紙面左側を「左」、紙面垂直方向における手前側を「前」、紙面垂直方向における奥側を「後ろ」と定義する。
　図１に示すように、実施の形態１のヒートポンプ給湯システム１００は、ヒートポンプ装置１及び貯湯装置３０を備える。ヒートポンプ装置１は、ヒートポンプサイクルを利用して液状の熱媒体を加熱するものであり、室外に設置される。本実施の形態において、熱媒体は、水である。ヒートポンプ装置１は、水を加熱して湯を生成する。なお、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、プロピレングリコール水溶液、アルコールなどの水以外の液体でもよい。ヒートポンプ装置１は、圧縮機２、膨張弁３、空気－冷媒熱交換器４、水－冷媒熱交換器５及び冷媒配管６を備える。
　図２から図４に示すように、ヒートポンプ装置１は、外郭を形成する筐体７を備える。筐体７は、ベース８、フロントパネル９、バックパネル１０及びトップパネル１１を備える。筐体７のこれらの各構成要素は、例えば板金材から構成される。
　ベース８は、筐体７の底面を形成する底面部８ａと、底面部８ａの右側から鉛直方向に延在する右側部８ｂとを有する。フロントパネル９は、筐体７の前面を形成する前面部９ａと、筐体７の左側面を形成する左側面部９ｂとを有する。フロントパネル９の前面部９ａには、空気を排出するための排気口９ｃが形成されている。排気口９ｃには格子９ｄが取り付けられている。バックパネル１０は、筐体７の後面を形成する後面部１０ａと、筐体７の右側面を形成する右側面部１０ｂとを有する。バックパネル１０の右側面部１０ｂには、後述する端子台１７ａ、水入口バルブ１９及び湯出口バルブ２０を保護するためのサービスパネル１０ｃが取り付けられている。トップパネル１１は、筐体７の上面を形成する。ヒートポンプ装置１の外面は、後面側に配置された空気－冷媒熱交換器４を除いて、筐体７によって覆われている。
　図２は、フロントパネル９及びトップパネル１１を取り外した状態を示す図である。また、図２では、一部の構成機器の図示を省略している。図２に示すように、ベース８上には、右側に機械室１２が形成され、左側に送風機室１３が形成されている。機械室１２と送風機室１３とは、鉛直方向に延在する仕切板１４により隔てられている。
　機械室１２内には、冷媒を圧縮する圧縮機２、冷媒を減圧する膨張弁３（図２では図示省略）等の冷媒回路部品が組み込まれている。圧縮機２と膨張弁３とは、冷媒配管６によって接続されている。冷媒配管６は、例えば銅材等の金属材製である。
　圧縮機２は、圧縮部（図示省略）及びモータ（図示省略）を備える。圧縮部は、冷媒の圧縮動作を行う。モータは、圧縮部を駆動する。モータは、外部から供給される電力により駆動される。
　膨張弁３は、膨張弁３本体の外側面に取り付けられたコイル（図示省略）に外部から通電されることにより、冷媒の流路開度を調節する。膨張弁３は、膨張弁３の上流側の高圧冷媒の圧力と、膨張弁３の下流側の低圧冷媒の圧力とを調節できる。膨張弁３は、冷媒を減圧する減圧装置の例である。
　送風機室１３は、風路を確保するため、機械室１２よりも大きな空間を有する。送風機室１３内には、送風機１５が設けられている。送風機１５は、２枚～３枚のプロペラ翼１５ａと、プロペラ翼１５ａを回転駆動させるモータ（図示省略）とを備える。外部から供給される電力によりモータが回転することにより、プロペラ翼１５ａが回転する。
　送風機室１３の後面側には、送風機１５に対向して、第一熱交換器としての空気－冷媒熱交換器４が設置されている。空気－冷媒熱交換器４は、多数のアルミ薄板のフィン４ａに、冷媒配管６が多数密着して数回往復することで形成される。空気－冷媒熱交換器４は、上から見てＬ字状に曲がった形状をしている。空気－冷媒熱交換器４は、ヒートポンプ装置１の後面から左側面にかけて設置されている。空気－冷媒熱交換器４は、冷媒配管６内の冷媒とフィン４ａ周辺の空気との間で熱交換を行う。送風機１５により各フィン４ａ間を通過する空気の風量を調節することで、熱交換の量を調節することができる。空気－冷媒熱交換器４は、冷媒を蒸発させる蒸発器の例である。
　送風機室１３のベース８の上には、第二熱交換器としての水－冷媒熱交換器５が設置されている。水－冷媒熱交換器５は、例えば、冷媒配管６と後述する水配管４０とが密着した状態で曲げ成形されて形成される。水－冷媒熱交換器５は、冷媒配管６内の冷媒と水配管４０内の熱媒体すなわち水との間で熱交換を行う。水－冷媒熱交換器５で水配管４０内の水が加熱されることにより高温の湯が生成する。水－冷媒熱交換器５は、送風機１５の下方に配置される。
　水－冷媒熱交換器５は、カバー部材である断熱材１６に覆われている。断熱材１６は、水－冷媒熱交換器５の少なくとも一部を覆う。水－冷媒熱交換器５を覆う断熱材１６を備えることで、水－冷媒熱交換器５から周囲の空間に散逸する熱量を低減することができる。断熱材１６は、例えば直方体形状である。断熱材１６は、例えば発泡ポリウレタン、発泡ポリスチレン等の発泡プラスチックから構成される。なお、断熱材１６は、例えば真空断熱材、グラスウール等の他の断熱材料で構成されたものであってもよい。また、断熱材１６は、複数の断熱材料を組み合わせて構成されたものであってもよい。また、断熱材１６は、直方体形状ではなく、例えば、円筒形状であってもよい。断熱材１６は、金属製の収納容器（図示省略）に収納されている。
　機械室１２の上部には、電気品収納箱１７が設置されている。電気品収納箱１７には、外部電気配線を接続する端子台１７ａが設けられている。また、電気品収納箱１７には、電子基板１８が収納されている。電子基板１８には、圧縮機２、膨張弁３、送風機１５、水ポンプ３４等の各アクチュエータの動作を制御する制御モジュールを構成する電子部品及び電気部品が取り付けられている。
　機械室１２内には、第一内部配管３１及び第二内部配管３２を含む水回路部品が組み込まれている。また、ベース８の右側部８ｂには、水入口バルブ１９が下側、湯出口バルブ２０が上側になるように両者が併設されている。第一内部配管３１は、水入口バルブ１９と、水－冷媒熱交換器５の水入口とを接続している。第二内部配管３２は、水－冷媒熱交換器５の湯出口と、湯出口バルブ２０とを接続している。
　次に、図１を用いて、ヒートポンプ給湯システム１００の冷媒回路及び水回路について説明する。図１では、冷媒回路における冷媒の流れ及び水回路における水の流れを矢印で示している。
　図１に示すように、ヒートポンプ装置１において、水－冷媒熱交換器５の冷媒入口は、冷媒配管６を介して、圧縮機２の吐出口に接続されている。水－冷媒熱交換器５の冷媒出口は、冷媒配管６を介して、膨張弁３の入口に接続されている。膨張弁３の出口は、冷媒配管６を介して、空気－冷媒熱交換器４の冷媒入口に接続されている。空気－冷媒熱交換器４の冷媒出口は、冷媒配管６を介して、圧縮機２の吸入口に接続されている。このように、圧縮機２と膨張弁３とが冷媒配管６によって接続されることで、冷媒が循環する冷媒回路が形成されている。冷媒回路内には、例えばＣＯ２冷媒が封入される。
　貯湯装置３０は、例えば数百リットル程度の容量を有する貯湯タンク３３と、貯湯タンク３３内の湯水をヒートポンプ装置１に送るための水ポンプ３４とを備える。ヒートポンプ装置１と貯湯装置３０とは、第一外部配管３５、第二外部配管３６及び図示しない電気配線を介して接続される。
　貯湯タンク３３の下部には、往き配管３７が接続される。貯湯タンク３３の上部には、戻り配管３８が接続される。第一外部配管３５は、往き配管３７と、ヒートポンプ装置１の水入口バルブ１９とを接続する。第二外部配管３６は、ヒートポンプ装置１の湯出口バルブ２０と、戻り配管３８とを接続する。水ポンプ３４は、例えば往き配管３７に設けられる。第一内部配管３１、第二内部配管３２、第一外部配管３５、第二外部配管３６、往き配管３７、戻り配管３８及び第一内部配管３１と第二内部配管３２とを接続する水－冷媒熱交換器５内の熱交換器水配管３９等の水配管４０で、貯湯タンク３３内の湯水が循環する水回路が形成されている。
　貯湯装置３０は、さらに混合弁４１を備える。混合弁４１には、戻り配管３８から分岐した第一給湯配管４２と、水道等の水源から供給される水が通る第一給水配管４３と、ユーザに供給される湯が通る第二給湯配管４４とが接続されている。混合弁４１は、第一給湯配管４２から流入する高温水と、第一給水配管４３から流入する低温水との混合比を調整することでユーザに供給する湯の温度を調節する。混合弁４１により混合された湯は、第二給湯配管４４を通って、例えば、浴槽、シャワー、蛇口、食器洗い機等のユーザ端末に送られる。貯湯タンク３３の下部には、第一給水配管４３から分岐した第二給水配管４５が接続されている。貯湯タンク３３内の下部には、第二給水配管４５から低温水が流入する。
　また、ヒートポンプ装置１には、複数の温度センサ５１～５６が取り付けられる。第一温度センサ５１は、圧縮機２と水－冷媒熱交換器５との間の冷媒配管６に取り付けられ、圧縮機２から吐出される冷媒の温度を検出する。第二温度センサ５２は、空気－冷媒熱交換器４と圧縮機２との間の冷媒配管６に取り付けられ、空気－冷媒熱交換器４を通過した後の冷媒の温度を検出する。第三温度センサ５３は、空気－冷媒熱交換器４の外側に取り付けられ、外気温を検出する。第三温度センサ５３は、外気温を検出することができれば、例えば筐体７の外側面等の空気－冷媒熱交換器４以外の部分に取り付けてもよい。第四温度センサ５４は、第一内部配管３１に取り付けられ、水－冷媒熱交換器５に流入する水の温度を検出する。第五温度センサ５５は、第二内部配管３２に取り付けられ、水－冷媒熱交換器５を通過した後の湯の温度を検出する。断熱材温度センサ５６は、断熱材１６に取り付けられ、断熱材１６の温度を検出する。なお、断熱材温度センサ５６は、カバー部材温度センサに相当する。
　次に、断熱材１６の構造について、図５及び図６を用いて説明する。図５は、実施の形態１の断熱材１６を上から見た図である。図６は、実施の形態１の断熱材１６の断面図であり、図５におけるＡ－Ａ線に沿った断面図である。
　図５及び図６に示すように、断熱材１６は、断熱材１６の上面を形成する上面壁部１６ａ、断熱材１６の下面を形成する下面壁部１６ｂ、断熱材１６の前面を形成する前面壁部１６ｃ、断熱材１６の後面を形成する後面壁部１６ｄ、断熱材１６の右面を形成する右面壁部１６ｅ及び断熱材１６の左面を形成する左面壁部１６ｆを有する。断熱材は、これらの壁部１６ａ～１６ｆにより、水－冷媒熱交換器５を覆う。
　また、断熱材１６は、内面１６ｇ及び外面１６ｈを有する。内面１６ｇは、断熱材１６の壁部１６ａ～１６ｆの面のうち、水－冷媒熱交換器５と対向する面である。外面１６ｈは、断熱材１６の壁部１６ａ～１６ｆの外側の面であり、内面１６ｇと反対側の面である。
　断熱材１６の下面壁部１６ｂには、断熱材温度センサ５６を取り付けるための取付穴１６ｉが設けられている。取付穴１６ｉは、例えばテーパ状の構造、すなわち、穴の奥側に向かうにつれて細くなる先細り構造をしている。断熱材温度センサ５６は、例えば、取付穴１６ｉに圧入されることにより固定される。断熱材温度センサ５６は、下面壁部１６ｂの内部の温度を検出する。下面壁部１６ｂの内面１６ｇには水－冷媒熱交換器５の冷媒配管６が接し、下面壁部１６ｂの外面１６ｈには外気に面するベース８が接している。このため、断熱材温度センサ５６が検出する下面壁部１６ｂの内部の温度は、下面壁部１６ｂに接する冷媒配管６の温度と外気温との中間の温度になる。
　なお、断熱材温度センサ５６は、インサート成形により断熱材１６に埋め込むように成形してもよい。例えば、断熱材１６を成形する金型内に、断熱材温度センサ５６を内部に入れた管を配置し、この管を取り囲むようにして断熱材１６の材料を充填する。これにより、断熱材温度センサ５６を断熱材１６に対して一体成形することができ、断熱材温度センサ５６を埋め込んだ断熱材１６を容易に製造することができる。
　また、断熱材温度センサ５６の形状に合わせた溝を形成した断熱材１６を２つ用意し、この２つの断熱材１６を断熱材温度センサ５６を挟むようにして貼り合わせることで、断熱材温度センサ５６を埋め込んだ断熱材１６を製造してもよい。
　図７は、実施の形態１の制御装置２１の機能を示すブロック図である。図７に示すように、制御装置２１は、制御部２２、判定部２３、記憶部２４及びタイマー２５を有する。制御装置２１には、第一温度センサ５１、第二温度センサ５２、第三温度センサ５３、第四温度センサ５４、第五温度センサ５５及び断熱材温度センサ５６からの情報が入力される。制御部２２は、入力されたこれらの情報に基づいて、圧縮機２、膨張弁３、送風機１５及び水ポンプ３４の動作を制御する。判定部２３は、ヒートポンプ装置１の運転において、冷媒回路内の冷媒の温度が定常的であるか過渡的であるかの判定を行う。記憶部２４には、圧縮機２、膨張弁３、送風機１５及び水ポンプ３４に関する設定値が予め記憶されている。タイマー２５は、時間計測手段である。
　なお、制御装置２１の各機能は、電子基板１８によって実現される。例えば、制御装置２１は、ＣＰＵ等のプロセッサによって構成される。制御装置２１を構成するプロセッサがプログラムに従って演算処理を実行することにより、制御装置２１の各機能が実現される。
　次に、図１を用いて、貯湯運転におけるヒートポンプ装置１の動作について説明する。貯湯運転は、ヒートポンプ装置１で加熱された湯を貯湯タンク３３内に貯留する運転である。貯湯運転において、制御部２２は、圧縮機２、送風機１５及び水ポンプ３４を駆動させる。
　圧縮機２が駆動すると、低圧冷媒が圧縮機２に吸入される。圧縮機２に吸入された低圧冷媒は、圧縮機２で圧縮され、高温高圧冷媒になる。この高温高圧冷媒は、圧縮機２から吐出されて水－冷媒熱交換器５に流入し、水配管４０内の水と熱交換することで水を加熱する。これにより、冷媒のエンタルピが低下し、温度が低下する。この温度低下した高圧冷媒は、水－冷媒熱交換器５から流出し、冷媒配管６を通って、膨張弁３に流入する。膨張弁３に流入した高圧冷媒は、膨張弁３で減圧されることで温度低下し、気液二相状態で比較的乾き度の低い低温低圧冷媒となる。この低温低圧冷媒は、膨張弁３から流出し、冷媒配管６を通って、空気－冷媒熱交換器４に流入する。空気－冷媒熱交換器４に流入した低温低圧冷媒は、空気－冷媒熱交換器４で空気と熱交換し、エンタルピが高められることにより、乾き度が高められるかまたは気体状態となる。このエンタルピが高められた低温低圧冷媒は、空気－冷媒熱交換器４から流出し、圧縮機２に吸入される。このようにして、冷媒が冷媒配管６内を循環することにより、ヒートポンプサイクルが行われる。
　また、送風機１５の駆動により、送風機１５の後方に設置された空気－冷媒熱交換器４を空気が通過する。これにより、空気－冷媒熱交換器４において、冷媒配管６内の冷媒と空気－冷媒熱交換器４を通過する空気との間で熱交換が行われる。空気－冷媒熱交換器４を通過した空気は、送風機室１３を通過して、フロントパネル９の排気口９ｃから前方へ排出される。
　また、水ポンプ３４の駆動により、貯湯タンク３３内の下部の水が、往き配管３７、第一外部配管３５、水入口バルブ１９及び第一内部配管３１を通って、水－冷媒熱交換器５に流入する。水－冷媒熱交換器５に流入した水は、水－冷媒熱交換器５で冷媒と熱交換されて加熱されることで、高温の湯が生成する。この高温の湯は、第二内部配管３２、湯出口バルブ２０、第二外部配管３６及び戻り配管３８を通って、貯湯タンク３３の上部に流入する。このようにして、貯湯タンク３３内の上部には高温の湯が貯留される。
　貯湯運転において、制御部２２は、外気温等のヒートポンプ装置１の設置環境及び水の加熱温度等の使用条件に応じて、圧縮機２のモータの回転数、送風機１５のモータの回転数、膨張弁３の流路開度及び水ポンプ３４の回転数を制御する。
　具体的には、制御部２２は、圧縮機２のモータの回転数を、数十ｒｐｓ（Ｈｚ）～百ｒｐｓ（Ｈｚ）程度の範囲で変化させる。これにより、冷媒配管６内の冷媒の循環速度を変化させることができ、ヒートポンプ装置１の加熱能力を調節することができる。また、制御部２２は、送風機１５のモータの回転数を、数百ｒｐｍ～千ｒｐｍ程度の範囲で変化させる。これにより、空気－冷媒熱交換器４を通過する空気の流量を変化させることができ、空気－冷媒熱交換器４における冷媒と空気との熱交換量を調節することができる。また、制御部２２は、膨張弁３の流路開度を変化させることにより、膨張弁３の上流側の高圧冷媒の圧力及び下流側の低圧冷媒の圧力を調節することができる。また、制御部２２は、水ポンプ３４の回転数を変化させることにより、水配管４０内の水の循環速度を変化させることができ、水－冷媒熱交換器５における冷媒と水との熱交換量を調節することができる。
　ここで、ヒートポンプ装置１が長時間停止した状態では、断熱材１６を含め、ヒートポンプ装置１を構成する各構成部品が外気温に近い温度になっている。この状態で貯湯運転が開始すると、圧縮機２から吐出される高温の冷媒は、水－冷媒熱交換器５において水配管４０内の水に熱を与えるだけでなく、断熱材１６を含めたヒートポンプ装置１の各構成部品にも熱を与えながら、冷媒配管６内を循環する。このときの、冷媒配管６内の冷媒の温度が過渡的に上昇している状態を過渡状態と呼ぶ。過渡状態は、断熱材１６を含めた各構成部品に熱が十分に与えられて各構成部品の温度が安定し、冷媒配管６内の冷媒の温度が安定するまで続く。冷媒配管６内の冷媒の温度が安定し、定常的になった状態を定常状態と呼ぶ。
　制御部２２は、水－冷媒熱交換器５から出湯される水の温度を設定温度にするため、圧縮機２から吐出される冷媒の温度を目標の設定温度にするよう膨張弁３等のアクチュエータの動作を制御する。過渡状態では、圧縮機２に吸入される冷媒の温度が定常状態より低い場合が続く。この場合であっても、制御部２２は、圧縮機２から吐出される冷媒の温度が目標の設定温度になるように膨張弁３等のアクチュエータの動作を制御するため、圧縮機２から吐出される冷媒の圧力が定常状態と比べて高くなり、圧縮機２にかかる負荷が増加する。さらに、圧縮機２の使用電力の増加、ヒートポンプ装置１の運転効率の低下、圧縮機２の振動による騒音の増加、及び高圧の冷媒回路部品の長期信頼性の低下にもつながる。
　そこで、制御部２２は、過渡状態では定常状態と異なる制御を行う。例えば、過渡状態において、制御部２２は、送風機１５の回転数を定常状態での回転数よりも大きい回転数で駆動させる。これにより、空気－冷媒熱交換器４で空気から冷媒に与えられる熱量を増加させることができ、圧縮機２の負荷を低減することができる。また、圧縮機２の使用電力の低減、ヒートポンプ装置１の運転効率の向上、圧縮機２の振動による騒音の低減、及び高圧の冷媒回路部品の長期信頼性の維持という効果も得られる。
　次に、貯湯運転における過渡状態での運転制御から定常状態での運転制御への切り替えについて、図８を用いて説明する。図８は、実施の形態１のヒートポンプ装置１の温度センサでの温度変化及び送風機の回転数変化を示す図である。図８（ａ）は温度センサで検出される温度の時間変化を示す図であり、図８（ｂ）は送風機の回転数の時間変化を示す図である。
　時間ｔ０において、制御部２２が貯湯運転を開始させると、第一温度センサ５１で検出される温度Ｔ１、すなわち、圧縮機２から吐出される冷媒の温度Ｔ１は、目標の設定温度Ｔ１ａとなるように上昇する。圧縮機２から吐出される冷媒の温度Ｔ１の上昇に伴って、第五温度センサ５５で検出される温度Ｔ５、すなわち、水－冷媒熱交換器５から出湯される水の温度Ｔ５は、設定温度Ｔ５ａとなるように上昇する。設定温度Ｔ１ａは、例えば、水－冷媒熱交換器５から出湯される水の設定温度Ｔ５ａに対応付けられて記憶部２４に予め記憶されている。設定温度Ｔ１ａは、水の設定温度Ｔ５ａから制御部２２が演算により算出してもよい。
　時間ｔ１において、圧縮機２から吐出される冷媒の温度Ｔ１は設定温度Ｔ１ａで安定した状態になる。しかしながら、この状態では、冷媒配管６内の冷媒がヒートポンプ装置１の各構成部品に熱を与えている状態で、冷媒配管６内には冷媒の温度が定常的になっていない部分も存在する。例えば、図８に示すように、時間ｔ１において、断熱材温度センサ５６で検出される断熱材の温度Ｔ６は定常的になっていないため、水－冷媒熱交換器５から出る冷媒の温度も定常的になっていない。このため、時間ｔ１において、制御部２２が過渡状態での運転制御から定常状態での運転制御に切り替えると、圧縮機２に吸入される冷媒の温度が定常状態より低いため、圧縮機２にかかる負荷の増加、圧縮機２の使用電力の増加、ヒートポンプ装置１の運転効率の低下、圧縮機２の振動による騒音の増加、及び高圧の冷媒回路部品の長期信頼性の低下という問題につながる。
　そこで、本実施の形態では、制御部２２は、断熱材温度センサ５６で検出した断熱材１６の温度Ｔ６を用いて、過渡状態での運転制御から定常状態での運転制御に切り替える。断熱材１６の温度Ｔ６は、貯湯運転の開始後、外気温Ｔ３に近い温度から上昇し、時間ｔ１よりも遅い時間ｔ２において安定する。安定したときの温度Ｔ６ａは、断熱材１６に接している水－冷媒熱交換器５の冷媒配管６内の冷媒の温度と、外気温Ｔ３との間の温度となる。
　断熱材１６の温度Ｔ６は、冷媒配管６内の冷媒から熱が十分に与えられ、水－冷媒熱交換器５の冷媒配管６内の冷媒の温度が安定することによって安定する。よって、圧縮機２から吐出される冷媒の温度Ｔ１が安定する時間ｔ１よりも、断熱材１６の温度Ｔ６が安定する時間ｔ２の方が、冷媒配管６内の冷媒全体の温度が安定する定常状態になった時間に近い。したがって、断熱材１６の温度Ｔ６が安定した時間ｔ２において、判定部２３が定常状態と判定し、制御部２２が過渡状態での運転制御から定常状態での運転制御に切り替える。これにより、圧縮機２から吐出される冷媒の温度Ｔ１を用いるよりも適切に、過渡状態での運転制御から定常状態での運転制御に切り替えることができる。
　次に、制御装置２１が行う具体的な制御について、図９を用いて説明する。図９は、実施の形態１の制御装置２１の貯湯運転時の動作を示すフローチャート図である。
　貯湯運転の制御は、図９の「開始」から開始する。制御装置２１は、まず過渡状態での運転制御を行う。ステップＳ１において、制御部２２は、圧縮機２及び水ポンプ３４を駆動させる。
　ステップＳ２において、制御部２２は、送風機１５を駆動させる。このときの送風機１５の回転数Ｎは、定常状態での設定回転数Ｎａに設定増加量ΔＮを加算した値である。定常状態での設定回転数Ｎａは、例えば、貯湯運転開始時の外気温Ｔ３ａに対応付けられて記憶部２４に予め記憶されているか、外気温Ｔ３ａから制御部２２が演算により算出する。また、設定増加量ΔＮは、例えば、設定温度Ｔ１ａ及び外気温Ｔ３ａに対応付けられて記憶部２４に予め記憶されているか、設定温度Ｔ１ａ及び外気温Ｔ３ａから制御部２２が算出する。
　なお、ステップＳ１とステップＳ２の順番は逆であってもよく、制御部２２は、先に送風機１５を駆動させてから、圧縮機２及び水ポンプ３４を駆動させてもよい。
　ステップＳ３において、タイマー２５は時間の計測を開始する。
　ステップＳ４において、判定部２３は、タイマー２５で計測した時間が設定時間δｔ経過したかを判定する。設定時間δｔは、記憶部２４に予め設定されている値である。ステップＳ４において、判定部２３が設定時間δｔ経過していないと判定すると、再度ステップＳ４に戻り、判定部２３が設定時間δｔ経過したと判定するまでステップＳ４を繰り返す。
　ステップＳ４において、判定部２３が設定時間δｔ経過したと判定すると、ステップＳ５に進む。
　ステップＳ５において、判定部２３は、断熱材１６の温度Ｔ６が、断熱材１６の温度が定常的になったときに達すると予想される予想温度Ｔ６ａ以上であるか否かを判定する。予想温度Ｔ６ａは、設定温度Ｔ１ａ及び外気温Ｔ３ａに対応付けられて記憶部２４に予め記憶されているか、設定温度Ｔ１ａ及び外気温Ｔ３ａから制御部２２が演算により算出する。
　ステップＳ５において、判定部２３が断熱材１６の温度Ｔ６が予想温度Ｔ６ａより小さいと判定すると、ステップＳ６において、判定部２３は過渡状態と判定し、ステップＳ７に進む。
　ステップＳ７において、制御部２２は、送風機１５の回転数Ｎを設定低下量δＮだけ低下させる。設定低下量δＮは、断熱材１６の温度Ｔ６の時間変化量δＴ６に対応付けられて記憶部２４に予め記憶されている値であり、断熱材１６の温度Ｔ６が予想温度Ｔ６ａになった時にΔＮ－δＮ―δＮ・・・―δＮ＝０となる値である。時間変化量δＴ６は、断熱材１６の温度Ｔ６の設定時間δｔの間における変化量である。制御部２２は、ステップＳ７の制御を行う度に、送風機１５の回転数Ｎを設定低下量δＮだけ低下させ、回転数ＮをＮ＝Ｎａ＋ΔＮ－δＮ―δＮ・・・―δＮに変更する。ステップＳ７において送風機１５の回転数を低下させることにより、過渡状態における送風機１５の回転数の増加を必要最小限に抑えることができ、送風機１５の回転数の増加に伴う騒音の増加を必要最小限に抑えることができる。
　ステップＳ７において、制御部２２が送風機１５の回転数を変化させると、ステップＳ３に進み、タイマー２５は再度時間の計測を開始する。
　そして、ステップＳ５において、判定部２３が断熱材１６の温度Ｔ６が予想温度Ｔ６ａ以上になったと判定すると、ステップＳ８に進み、判定部２３は定常状態になったと判定する。
　ステップＳ８で判定部２３が定常状態になったと判定すると、ステップＳ９において、制御部２２は、送風機１５の回転数ＮをＮ＝Ｎａに設定する。すなわち、制御部２２は、ステップＳ９において、送風機１５の回転数ＮがＮ＝Ｎａのときは回転数ＮをＮ＝Ｎａのまま変更せず、回転数ＮがＮ≠Ｎａのときは回転数ＮをＮ＝Ｎａに変更する。
　実施の形態１によれば、断熱材１６の温度を検出する断熱材温度センサ５６を設け、制御部２２が、断熱材温度センサ５６で検出された断熱材１６の温度を用いて、過渡状態での運転制御から定常状態での運転制御に切り替えるようにした。したがって、圧縮機２から吐出される冷媒の温度を用いるよりも、過渡状態であるか定常状態であるかの判定の精度を向上させることができ、過渡状態での運転制御から定常状態での運転制御に適切に切り替えることができる。これにより、圧縮機２の負荷を低減、圧縮機２の使用電力の低減、ヒートポンプ装置１の運転効率の向上、圧縮機２の振動による騒音の低減、及び高圧の冷媒回路部品の長期信頼性の維持という効果を得ることができる。
　また、実施の形態１では、断熱材温度センサ５６を、断熱材１６の下面壁部１６ｂの内部に取り付けている。下面壁部１６ｂは、水－冷媒熱交換器５の冷媒配管６と、外気に面するベース８とに接している。よって、下面壁部１６ｂの温度は、冷媒配管６内の冷媒の温度と外気温の影響を大きく受けるため、冷媒配管６内の冷媒の温度と外気温から予想温度Ｔ６ａを容易に算出することができる。また、水－冷媒熱交換器５の冷媒配管６内の冷媒の温度と外気温とは温度差が大きいため、断熱材１６の温度変化を容易に計測することができる。よって、図９のステップＳ５における断熱材１６の温度Ｔ６が予想温度Ｔ６ａ以上であるか否かの判定を容易にすることができ、過渡状態であるか定常状態であるかの判定の精度を向上させることができる。
　なお、実施の形態１では、ステップＳ７で送風機１５の回転数を低下させることで、過渡状態における送風機１５の回転数の増加を必要最小限に抑えるようにしているが、ステップＳ７は省略してもよい。すなわち、判定部２３が過渡状態と判定している間は、送風機１５の回転数ＮをステップＳ２で決定した回転数Ｎ＝Ｎａ＋ΔＮのまま駆動させ続けてもよい。
　また、実施の形態１では、断熱材温度センサ５６を下面壁部１６ｂに取り付けたが、下面壁部１６ｂではなく、上面壁部１６ａまたは側面壁部に取り付けてもよい。側面壁部とは、前面壁部１６ｃ、後面壁部１６ｄ、右面壁部１６ｅ及び左面壁部１６ｆである。この場合であっても、水－冷媒熱交換器５の冷媒配管６が接する壁部に断熱材温度センサ５６を取り付ければ、断熱材１６の温度変化を容易に計測することができる。
　また、断熱材温度センサ５６を、冷媒配管６が接する壁部にではなく、冷媒配管６が接していない壁部に取り付けてもよい。この場合であっても、壁部１６ａ～１６ｆのいずれかに冷媒配管６が接していれば、この接した部分から冷媒の熱が断熱材１６に伝わるため、断熱材１６の温度変化を計測することができ、過渡状態であるか定常状態であるかの判定を行うことができる。
　また、図６に示すように、本実施の形態では、断熱材温度センサ５６が下面壁部１６ｂにおける内面１６ｇと外面１６ｈとの間の中間位置に位置するように取り付けられているが、断熱材温度センサ５６は内面１６ｇと外面１６ｈとの中間部分以外の部分に取り付けてもよい。図１０は、実施の形態１の第１の変形例の断熱材１６の断面図であり、図５におけるＡ－Ａ線に沿った断面図である。図１０に示すように、内面１６ｇと外面１６ｈとの間において、中間位置よりも外面１６ｈ側に断熱材温度センサ５６を取り付けるようにしてもよい。断熱材１６の内面１６ｇ側よりも外面１６ｈ側の方が冷媒配管６内の冷媒の熱が伝わるのが遅く、冷媒から熱が十分に与えられることによって温度が安定するため、過渡状態であるか定常状態であるかの判定の精度をあげることができる。
　図１１は実施の形態１の第２の変形例の断熱材１６の断面図であり、図５におけるＡ－Ａ線に沿った断面図である。図１１に示すように、断熱材温度センサ５６を断熱材の外面１６ｈに取り付けてもよい。この場合であっても、冷媒配管６内の冷媒から断熱材１６に熱が十分に与えられることによって断熱材の外面１６ｈの温度が安定するため、断熱材の外面１６ｈの温度を用いて、過渡状態であるか定常状態であるかの判定を行うことができる。
　図１２は実施の形態１の第３の変形例の断熱材１６の断面図であり、図５におけるＡ－Ａ線に沿った断面図である。図１２に示すように、壁部１６ａ～１６ｆのいずれかから突出した突出部６０を設け、突出部６０に断熱材温度センサ５６を取り付けるようにしてもよい。図１２では、突出部６０は、下面壁部１６ｂから、冷媒配管６の断熱材１６で覆われた部分、すなわち、水－冷媒熱交換器５の冷媒配管６に向かって突出している。突出部６０を設けることで、断熱材１６の壁部１６ａ～１６ｆの肉厚が薄い場合であっても、断熱材温度センサ５６を取り付けることができる。また、突出部６０が、水－冷媒熱交換器５の冷媒配管６と密着するように突出することで、断熱材１６が熱を伝達しにくい素材であっても、断熱材１６に冷媒配管６から熱が伝わりやすくなり、断熱材１６の温度変化を容易に計測することができる。
　また、実施の形態１では、断熱材温度センサ５６を下面壁部１６ｂの１か所に取り付けると説明したが、断熱材１６の壁部１６ａ～１６ｆの２か所以上に取り付けてもよい。２か所以上で断熱材１６の温度を検出することができるため、検出する場所によるばらつきを補正することができ、過渡状態であるか定常状態であるかの判定の精度を向上させることができる。
実施の形態２．
　実施の形態１では、判定部２３は、断熱材１６の温度Ｔ６が予想温度Ｔ６ａ以上になったときに定常状態になったと判定したが、実施の形態２では、判定部２３は、断熱材１６の温度Ｔ６の時間変化量δＴ６が設定変化量以下になったときに定常状態になったと判定する。
　実施の形態２の制御装置２１以外の構成は、実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。
　実施の形態２の制御装置２１の貯湯運転時の制御について、図１３を用いて説明する。図１３は、実施の形態２の制御装置２１の貯湯運転時の動作を示すフローチャート図である。
　実施の形態２では、実施の形態１のステップＳ５がステップＳ１０になっている。
　ステップＳ４において、判定部２３が設定時間δｔ経過したと判定すると、ステップＳ１０において、判定部２３は、断熱材１６の温度Ｔ６の時間変化量δＴ６が設定変化量δＴ６ａ以下であるか否かを判定する。時間変化量δＴ６は、実施の形態１での説明と同様、断熱材１６の温度Ｔ６の設定時間δｔの間における変化量である。また、設定変化量δＴ６ａは、記憶部２４に予め記憶されている。
　ステップＳ１０において、判定部２３が断熱材１６の温度Ｔ６の時間変化量δＴ６が設定変化量δＴ６ａより大きいと判定すると、ステップＳ６に進み、判定部２３は過渡状態と判定する。
　ステップＳ１０において、判定部２３が断熱材１６の温度Ｔ６の時間変化量δＴ６が設定変化量δＴ６ａ以下になったと判定すると、ステップＳ８に進み、判定部２３は定常状態になったと判定する。
　ステップＳ１０以外のステップについては、実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。
　実施の形態２によれば、実施の形態１と同様、断熱材１６の温度を検出する断熱材温度センサ５６を設け、制御部２２が、断熱材温度センサ５６で検出された断熱材１６の温度を用いて、過渡状態での運転制御から定常状態での運転制御に切り替えるようにした。したがって、圧縮機２から吐出される冷媒の温度を用いるよりも、過渡状態であるか定常状態であるかの判定の精度を向上させることができ、過渡状態での運転制御から定常状態での運転制御に適切に切り替えることができる。これにより、圧縮機２の負荷を低減、圧縮機２の使用電力の低減、ヒートポンプ装置１の運転効率の向上、圧縮機２の振動による騒音の低減、及び高圧の冷媒回路部品の長期信頼性の維持という効果を得ることができる。
　また、断熱材温度センサ５６を、水－冷媒熱交換器５の冷媒配管６と、外気に面するベース８とに接している下面壁部１６ｂの内部に取り付けた場合、冷媒配管６内の冷媒の温度と外気温の影響を大きく受けるため、断熱材１６の温度変化を容易に計測することができる。よって、図１３のステップＳ１０における断熱材１６の温度Ｔ６の時間変化量δＴ６が設定変化量δＴ６ａ以下であるか否かの判定を容易にすることができ、過渡状態であるか定常状態であるかの判定の精度を向上させることができる。
実施の形態３．
　図１４は、実施の形態３のヒートポンプ装置１を備えたヒートポンプ給湯システム１００を示す図である。図１５は、実施の形態３に係る制御装置２１の機能を示すブロック図である。実施の形態１及び２では、断熱材１６の温度を検出する断熱材温度センサ５６を設け、断熱材温度センサ５６で検出された断熱材１６の温度を用いて、過渡状態での運転制御から定常状態での運転制御に切り替えるようにした。一方、実施の形態３では、図１４に示すように、冷媒配管６の一部を覆うカバー部材５７の温度を検出するカバー部材温度センサ５８を設け、カバー部材温度センサ５８で検出されたカバー部材５７の温度を用いて、過渡状態での運転制御から定常状態での運転制御に切り替える。
　カバー部材５７は、断熱材１６と同様、例えば発泡ポリウレタン、発泡ポリスチレン等の発泡プラスチックから構成される。カバー部材５７は、ゴム等の発泡プラスチック以外の素材から構成されていてもよい。また、カバー部材５７は、冷媒配管６の全周を覆っている必要はなく、冷媒配管６の半周を覆う等、冷媒配管６の一部を覆うものであればよい。
　カバー部材５７の温度は、冷媒配管６内の冷媒から熱が十分に与えられ、冷媒配管６内の冷媒の温度が安定することによって安定する。よって、カバー部材５７の温度が安定する時間は、冷媒配管６内の冷媒全体の温度が安定する定常状態になった時間に近い。したがって、判定部２３はカバー部材５７の温度が安定したときに定常状態と判定し、制御部２２が過渡状態での制御から定常状態での運転制御に切り替える。これにより、圧縮機２から吐出される冷媒の温度Ｔ１を用いるよりも適切に、過渡状態での運転制御から定常状態での運転制御に切り替えることができる。
　実施の形態３では、カバー部材５７を設け、断熱材温度センサ５６がカバー部材温度センサ５８に代わっていること以外は、実施の形態１及び２と同様であるため、説明を省略する。
　実施の形態３によれば、冷媒配管６の一部を覆うカバー部材５７の温度を検出するカバー部材温度センサ５８を設け、制御部２２が、カバー部材温度センサ５８で検出されたカバー部材５７の温度を用いて、過渡状態での運転制御から定常状態での運転制御に切り替えるようにした。したがって、圧縮機２から吐出される冷媒の温度を用いるよりも、過渡状態であるか定常状態であるかの判定の精度を向上させることができ、過渡状態での運転制御から定常状態での運転制御に適切に切り替えることができる。これにより、圧縮機２の負荷を低減、圧縮機２の使用電力の低減、ヒートポンプ装置１の運転効率の向上、圧縮機２の振動による騒音の低減、及び高圧の冷媒回路部品の長期信頼性の維持という効果を得ることができる。
　なお、実施の形態３では、カバー部材５７は冷媒配管６の一部を覆うように設けるとしたが、カバー部材５７は水配管４０の一部を覆うように設けてもよい。図１６は、実施の形態３の変形例に係るヒートポンプ装置１を備えたヒートポンプ給湯システム１００を示す図である。図１６に示すように、カバー部材５７を、水－冷媒熱交換器５と貯湯タンク３３との間の水配管４０の一部を覆うように設ける。
　カバー部材５７の温度は、水－冷媒熱交換器５から出湯される湯から熱が十分に与えられ、水－冷媒熱交換器５から出湯される湯の温度が安定することによって安定する。水－冷媒熱交換器５から出湯される湯の温度が安定することによって、冷媒配管６内の冷媒の温度も安定するため、カバー部材５７の温度が安定する時間は、冷媒配管６内の冷媒全体の温度が安定する定常状態になった時間に近い。したがって、カバー部材５７が水配管４０の一部を覆う場合であっても、判定部２３がカバー部材５７の温度が安定したときに定常状態と判定し、制御部２２が過渡状態での制御から定常状態での運転制御に切り替えることにより、圧縮機２から吐出される冷媒の温度を用いるよりも適切に、過渡状態での運転制御から定常状態での運転制御に切り替えることができる。
　なお、過渡状態での運転制御及び定常状態での運転制御は、実施の形態１～３で説明した制御には限定されない。実施の形態１～３では、過渡状態と定常状態とで、送風機１５の回転数を変化させる制御を行ったが、例えば、膨張弁３の流路開度を変化させる制御を行ってもよく、また、圧縮機２の回転数を変化させる制御を行ってもよい。過渡状態での運転制御から定常状態での運転制御に切り替える制御を行うヒートポンプ装置であれば、本発明を適用することにより、過渡状態での運転制御から定常状態での運転制御に適切に切り替えることができる。
　また、実施の形態１～３では、貯湯運転における過渡状態での運転制御から定常状態での運転制御に切り替えについて説明したが、本発明は貯湯運転以外の制御にも適用可能である。例えば、貯湯タンク３３を備えず、ヒートポンプ装置１で加熱された湯をユーザ側に直接供給する製品にも本発明は適用可能である。また、ヒートポンプ装置１で加熱された熱媒体を暖房等に利用する製品にも本発明は適用可能である。
　以上説明した各実施の形態によれば、省エネルギー性能面、静粛性能面及び信頼性面で優れたヒートポンプ装置を得ることができる。ヒートポンプ装置の性能及び品質には使用者の関心が高く、本発明は著しく貢献する。
　１　ヒートポンプ装置、２　圧縮機、３　膨張弁、４　空気－冷媒熱交換器、４ａ　フィン、５　水－冷媒熱交換器、６　冷媒配管、７　筐体、８　ベース、８ａ　底面部、８ｂ　右側部、９　フロントパネル、９ａ　前面部、９ｂ　左側面部、９ｃ　排気口、９ｄ　格子、１０　バックパネル、１０ａ　後面部、１０ｂ　右側面部、１０ｃ　サービスパネル、１１　トップパネル、１２　機械室、１３　送風機室、１４　仕切板、１５　送風機、１５ａ　プロペラ翼、１６　断熱材、１６ａ　上面壁部、１６ｂ　下面壁部、１６ｃ　前面壁部、１６ｄ　後面壁部、１６ｅ　右面壁部、１６ｆ　左面壁部、１７　電気品収納箱、１７ａ　端子台、１８　電子基板、１９　水入口バルブ、２０　湯出口バルブ、２１　制御装置、２２　制御部、２３　判定部、２４　記憶部、２５　タイマー、３０　貯湯装置、３１　第一内部配管、３２　第二内部配管、３３　貯湯タンク、３４　水ポンプ、３５　第一外部配管、３６　第二外部配管、３７　往き配管、３８　戻り配管、３９　熱交換器水配管、４０　水配管、４１　混合弁、４２　第一給湯配管、４３　第一給水配管、４４　第二給湯配管、４５　第二給水配管、５１　第一温度センサ、５２　第二温度センサ、５３　第三温度センサ、５４　第四温度センサ、５５　第五温度センサ、５６　断熱材温度センサ、５７　カバー部材、５８　カバー部材温度センサ、１００　ヒートポンプ給湯システム。

Claims (10)

  1. 　冷媒を圧縮する圧縮機と、
    　前記冷媒を減圧する減圧装置と、
    　前記圧縮機と前記減圧装置とを接続し、前記冷媒を循環させる冷媒配管と、
    　前記冷媒配管内の前記冷媒と空気との間で熱交換を行う第一熱交換器と、
    　前記冷媒配管内の前記冷媒と熱媒体との間で熱交換を行う第二熱交換器と、
    　前記冷媒配管の一部を覆うカバー部材と、
    　前記カバー部材の温度を検出するカバー部材温度センサと、
    　前記カバー部材温度センサで検出された温度を用いて、前記冷媒配管内の前記冷媒の温度が過渡的に変化する過渡状態での運転制御から前記冷媒配管内の前記冷媒の温度が定常的である定常状態での運転制御に切り替える制御部と、
    　を備えたヒートポンプ装置。
  2. 　前記カバー部材温度センサは、前記カバー部材における前記冷媒配管と接する部分に取り付けられる請求項１に記載のヒートポンプ装置。
  3. 　外郭を形成する筐体を備え、
    　前記カバー部材温度センサは、前記カバー部材における前記筐体と接する部分に取り付けられる請求項１又は２に記載のヒートポンプ装置。
  4. 　前記カバー部材は、前記冷媒配管の前記カバー部材で覆われた部分に向かって突出した突出部を有し、
    　前記カバー部材温度センサは、前記突出部に取り付けられる請求項１～３のいずれか一項に記載のヒートポンプ装置。
  5. 　前記カバー部材は、前記第二熱交換器の少なくとも一部を覆う断熱材である請求項１～４のいずれか一項に記載のヒートポンプ装置。
  6. 　冷媒を圧縮する圧縮機と、
    　前記冷媒を減圧する減圧装置と、
    　前記圧縮機と前記減圧装置とを接続し、前記冷媒を循環させる冷媒配管と、
    　前記冷媒配管内の前記冷媒と空気との間で熱交換を行う第一熱交換器と、
    　前記冷媒配管内の前記冷媒と貯湯タンク内の湯水が循環する水配管内の湯水との間で熱交換を行う第二熱交換器と、
    　前記第二熱交換器と前記貯湯タンクとの間の前記水配管の一部を覆うカバー部材と、
    　前記カバー部材の温度を測定するカバー部材温度センサと、
    　前記カバー部材温度センサで検出された温度を用いて、前記冷媒配管内の前記冷媒の温度が過渡的に変化する過渡状態での運転制御から前記冷媒配管内の前記冷媒の温度が定常的である定常状態での運転制御に切り替える制御部と、
    　を備えたヒートポンプ装置。
  7. 　前記カバー部材温度センサは、前記カバー部材に複数個取り付けられる請求項１～６のいずれか一項に記載のヒートポンプ装置。
  8. 　前記カバー部材温度センサは、前記カバー部材に形成された取付穴に取り付けられる請求項１～７のいずれか一項に記載のヒートポンプ装置。
  9. 　前記カバー部材温度センサは、前記カバー部材に一体成形される請求項１～８のいずれか一項に記載のヒートポンプ装置。
  10. 　前記第一熱交換器に空気を送風する送風機を備え、
    　前記制御部は、前記過渡状態での前記送風機の回転数を前記定常状態よりも大きくする請求項１～９のいずれか一項に記載のヒートポンプ装置。
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