ヒートポンプ式給液装置
【課題】沸上運転の開始当初から速やかに、加熱対象となる液体の温度を沸上温度に係る目標値に到達させる。
【解決手段】ヒートポンプ式給湯機１１Ａは、ヒートポンプサイクル１４および貯湯サイクル１６を協調駆動し、低温水を沸き上げて沸上温度に係る目標値の湯を貯湯タンクに貯えて、必要に応じて各所に供給する。ヒートポンプ制御部４７Ａは、加熱後温度センサ４５で検出された原水を加熱後の湯の温度が、沸上温度に係る目標値に到達していない場合、原水の加熱後温度が沸上温度に係る目標値と一致するように、圧縮機１９に係る駆動モータの回転速度、および、循環ポンプ３３に係る駆動モータの回転速度を調整しながら原水を沸き上げる沸上運転を行わせる。
【解決手段】ヒートポンプ式給湯機１１Ａは、ヒートポンプサイクル１４および貯湯サイクル１６を協調駆動し、低温水を沸き上げて沸上温度に係る目標値の湯を貯湯タンクに貯えて、必要に応じて各所に供給する。ヒートポンプ制御部４７Ａは、加熱後温度センサ４５で検出された原水を加熱後の湯の温度が、沸上温度に係る目標値に到達していない場合、原水の加熱後温度が沸上温度に係る目標値と一致するように、圧縮機１９に係る駆動モータの回転速度、および、循環ポンプ３３に係る駆動モータの回転速度を調整しながら原水を沸き上げる沸上運転を行わせる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、ヒートポンプサイクルおよび貯湯サイクルを協調駆動し、低温水を沸き上げて沸上温度に係る目標値の湯を貯湯タンクに貯えて、必要に応じて各所に供給する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
省エネルギー対策の一環として、例えば深夜電力を用いてヒートポンプサイクルおよび貯湯サイクルを協調駆動し、低温水を沸き上げて沸上温度に係る目標値の湯を貯湯タンクに貯えて、必要に応じて各所に供給するヒートポンプ式給湯機が普及している。こうしたヒートポンプ式給湯機では、ヒートポンプサイクルの圧縮機によって圧縮された高温・高圧のガス冷媒と、貯湯サイクルの貯湯タンクの底部から取り出した低温水とを熱交換器において熱交換させる。この熱交換によって沸き上げた高温水を、貯湯タンクの頂部に戻す。このような沸き上げ（以下、“沸き上げ”を“沸上”と省略する場合がある。）運転を繰り返すことにより、貯湯タンクに沸上温度に係る目標値の湯を貯える。
【０００３】
このようなヒートポンプ式給湯機では、貯湯タンク内に沸上温度に係る目標値の湯を貯めるため、熱交換器の加熱能力をその目標値に追従させることが求められる。かかる要請に応えるためのアプローチの一つとして、本願出願人は、外気温度、熱交換器に流入される原水温度、および、沸上温度に係る目標値に基づいて、圧縮機から吐出されるガス冷媒温度の目標値を定めるとともに、圧縮機のケーシング温度を温度センサにより検出し、圧縮機のケーシング温度の検出値をガス冷媒温度の目標値に合わせるように減圧弁の開度制御を行う沸上制御技術を提案している（特許文献１参照）。特許文献１に係る沸上制御技術によれば、熱交換器の加熱能力をその目標値に追従させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−３２７７２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に係る沸上制御技術では、ヒートポンプサイクルに係る加熱能力の立ち上がりの遅れから、沸上運転の開始当初から速やかに、熱交換器の加熱能力をその目標値に追従させるまでに所定の時間を要する。このため、所定の時間が経過するまでの間は、沸上温度に係る目標値に到達する前のぬるい湯（加熱が不十分の湯）を貯湯タンクに戻してしまうという問題があった。
【０００６】
本発明は、前記従来技術の課題を解決するためになされたものであり、沸上運転の開始当初から速やかに、加熱対象となる液体の温度を沸上温度に係る目標値に到達させるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るヒートポンプ式給液装置は、冷媒を圧縮して吐出する圧縮機、前記圧縮機から吐出される前記冷媒との熱交換により加熱対象となる液体を加熱する液体・冷媒熱交換器、前記液体・冷媒熱交換器で凝縮された前記冷媒の圧力を調整する圧力調整部、および、前記圧力調整部で減圧された前記冷媒を空気と熱交換させて前記圧縮機に戻す蒸発器を備え、前記圧縮機、前記液体・冷媒熱交換器、前記圧力調整部、および、前記蒸発器のそれぞれを、前記冷媒の流通配管を介して接続してなるヒートポンプサイクルと、前記液体が貯められるタンク、および、前記液体・冷媒熱交換器を備え、前記タンク、および、前記液体・冷媒熱交換器の間を、前記タンクの前記液体を取り出して前記液体・冷媒熱交換器に送り出す往路配管、および、前記液体・冷媒熱交換器で加熱後の前記液体を前記タンクに戻す復路配管を介して接続してなる貯液サイクルと、前記タンクの前記液体を、前記往路配管、前記液体・冷媒熱交換器、および、前記復路配管をそれぞれ介して循環させる循環ポンプと、前記液体・冷媒熱交換器で加熱後の前記液体の加熱後温度を検出する加熱後温度検出部と、前記加熱後温度検出部で検出された前記液体の加熱後温度が、予め定められる沸上温度に係る目標値に到達していない場合、前記液体の加熱後温度が前記沸上温度に係る目標値と一致するように、前記冷媒の循環流量、および、前記液体の循環流量を調整しながら前記液体を沸き上げる沸上運転を行わせるヒートポンプ制御部と、を備えることを最も主要な特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、沸上運転の開始当初から速やかに、加熱対象となる液体の温度を沸上温度に係る目標値に到達させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１実施形態に係るヒートポンプ式給液装置の系統構成図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係るヒートポンプ式給液装置に沸上運転を行わせる際の処理の流れを表すフロー図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係るヒートポンプ式給液装置に沸上運転を行わせる際の加熱後温度の経時変化を表すグラフである。
【図４】本発明の第１実施形態に係るヒートポンプ式給液装置に沸上運転を行わせる際の循環流量の経時変化を表すグラフである。
【図５】本発明の第２実施形態に係るヒートポンプ式給液装置の系統構成図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係るヒートポンプ式給液装置に沸上運転を行わせる際の処理の流れを表すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の複数の実施形態に係るヒートポンプ式給液装置について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１１】
［第１実施形態］
（本発明の第１実施形態に係るヒートポンプ式給液装置の系統構成）
図１は、本発明の第１実施形態に係るヒートポンプ式給液装置の系統構成図である。以下では、本発明の第１実施形態に係るヒートポンプ式給液装置について、図１に示すように、ヒートポンプサイクル１４および貯湯サイクル１６を協調駆動し、低温水を沸き上げて沸上温度に係る目標値の湯を貯湯タンク３１に貯えて、必要に応じて給湯系の各所に供給するヒートポンプ式給湯機１１Ａを例示して説明する。
【００１２】
ヒートポンプ式給湯機１１Ａは、図１に示すように、ヒートポンプユニット１３、および、貯湯ユニット１５を、同給湯機１１の施工現場において、往路配管１７ａおよび復路配管１７ｂをそれぞれ介して連通接続して構成される。
【００１３】
ヒートポンプユニット１３は、図１に示すように、圧縮機１９、水・冷媒熱交換器（本発明の“液体・冷媒熱交換器”に相当する。）２１、電動式の減圧弁２３、および、蒸発器２５を、封入冷媒（例えば、二酸化炭素）の流通路となる冷媒配管２２を介して環状に連通接続したヒートポンプサイクル１４と、循環ポンプ３３と、ヒートポンプ制御部４７Ａとを備える。
【００１４】
圧縮機１９は、不図示の駆動モータを用いて圧縮機構部（不図示）を回転駆動することによって、冷媒を圧縮して吐出する機能を有する。圧縮機１９で圧縮された高温・高圧の圧縮冷媒は、冷媒配管２２を通して水・冷媒熱交換器２１へと吐出される。水・冷媒熱交換器２１は、圧縮機１９から吐出されてきた高温・高圧の圧縮冷媒が流通する冷媒側伝熱管２１ａ、および、貯湯タンク３１から送られてきた水（本発明の“液体”に相当する。）が流通する水側伝熱管２１ｂを備える。水・冷媒熱交換器２１は、高温・高圧の圧縮冷媒との熱交換により水を沸き上げる機能を有する。
【００１５】
水・冷媒熱交換器２１で凝縮された冷媒が流通する減圧弁（本発明の“圧力調整部”に相当する。）２３は、中温・高圧の冷媒を減圧し、蒸発し易い低温・低圧の冷媒として蒸発器２５へ送る。また、減圧弁２３は、冷媒流通路の開度を調整（冷媒配管２２内を流通する冷媒の圧力を調整）することにより、ヒートポンプサイクル１４内の冷媒循環量を調節する機能や、開度を大きくすることで中温・低圧の冷媒を蒸発器２５へ大量に送って霜を溶かす機能を有する。
なお、本発明の“圧力調整部”としては、減圧弁２３に代えて、または、加えて、キャピラリチューブを用いてもよい。
【００１６】
蒸発器２５は、減圧弁２３で減圧（膨張）された低温・低圧の冷媒を蒸発させて圧縮機１９へと戻す機能を有する。具体的には、蒸発器２５は、ファンモータ２７ａの運転により回転する送風ファン２７によって外気を取り入れ空気と冷媒との間で熱交換を行ない、外気から熱を吸収する機能を有する。
【００１７】
一方、貯湯ユニット１５は、図１に示すように、貯湯タンク（本発明の“タンク”に相当する。）３１、および、貯湯ユニット制御部３９を備える。貯湯タンク３１は、給水源から給水配管３５を介して供給される水道水（本発明の“加熱対象となる液体”に相当する。）と、給湯配管３７を介して給湯系に供給される湯とを貯える機能を有する。循環ポンプ３３は、貯湯タンク３１の底部から低温水を吸い込むと共に、吸い込んだ低温水を水・冷媒熱交換器２１に吐出させて加熱した湯水を貯湯タンク３１の頂部へと戻すように機能する。
【００１８】
なお、貯湯タンク３１、循環ポンプ３３、および、水・冷媒熱交換器２１を、湯水の流通路となる往路配管１７ａおよび復路配管１７ｂをそれぞれ介して環状に連通接続することにより、貯湯サイクル（本発明の“貯液サイクル”に相当する。）１６が形成されている。
【００１９】
圧縮機１９には、図１に示すように、高温・高圧の圧縮冷媒の温度を検出する吐出冷媒温度センサ（本発明の“吐出冷媒温度検出部”に相当する。）１８が設けられている。高温・高圧の圧縮冷媒は、圧縮機１９の冷媒吐出口（不図示）を介して吐出される。このため、圧縮機１９の筐体（不図示）のうち冷媒吐出口付近の温度は、高温・高圧の圧縮冷媒の温度と強い相関がある。そこで、圧縮機１９の筐体のうち冷媒吐出口付近に設けた吐出冷媒温度センサ１８によって、圧縮機１９の筐体のうち冷媒吐出口付近の温度を、冷媒吐出口から吐出される冷媒の温度として検出する。ただし、前記した検出手段の他に、圧縮機１９から吐出された圧縮冷媒の温度を精度よく検出する手段があれば、それを採用してもよい。
【００２０】
また、圧縮機１９には、冷媒吐出口から吐出される冷媒の圧力を検出する圧縮冷媒圧力センサ２０が設けられている。さらに、圧縮機１９には、圧縮機構部に係る駆動モータの回転速度を検出する不図示の回転速度検出部が設けられている。水・冷媒熱交換器２１の下流側に位置する冷媒配管２２には、水・冷媒熱交換器出口側冷媒温度センサ４１が設けられている。
【００２１】
蒸発器２５の近傍には、外気温度を検出する外気温度センサ（本発明の“外気温度検出部”に相当する。）４２が設けられている。水・冷媒熱交換器２１の上流側に位置する往路配管１７ａには、水・冷媒熱交換器２１に流入する沸上げ前の原水の温度を検出する原水温度センサ（本発明の“原液温度検出部”に相当する。）４３が設けられている。また、水・冷媒熱交換器２１の下流側に位置する復路配管１７ｂには、水・冷媒熱交換器２１から流出する沸上後の湯水の温度を検出する加熱後温度センサ（本発明の“加熱後温度検出部”に相当する。）４５が設けられている。これらの各温度センサ（吐出冷媒温度センサ１８，水・冷媒熱交換器出口側冷媒温度センサ４１，外気温度センサ４２，原水温度センサ４３，および、加熱後温度センサ４５）の検出値、並びに、圧縮冷媒圧力センサ２０の検出値は、ヒートポンプ制御部４７Ａに与えられる。
【００２２】
また、貯湯タンク３１の内部には、図１に示すように、貯湯タンク３１の貯湯温度や貯湯量を検出するための貯湯センサ３１ａ〜３１ｅが設けられている。貯湯センサ３１ａ〜３１ｅの検出値は、貯湯ユニット制御部３９に与えられる。
【００２３】
貯湯ユニット制御部３９およびヒートポンプ制御部４７Ａは、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）などを備えた不図示のマイクロコンピュータ（以下、“マイコン”と省略する。）により構成される。マイコンは、ＲＯＭに記憶されているプログラムを読み出して実行し、次述する沸上運転を含む各種制御を行うように動作する。
【００２４】
ヒートポンプ制御部４７Ａおよび貯湯ユニット制御部３９は、相互に連携して動作することによって、ヒートポンプサイクル１４の運転・停止制御、圧縮機１９の容量制御、圧縮機１９に係る駆動モータの回転速度制御、減圧弁２３の開度調整、ファンモータ２７ａの回転速度制御、貯湯サイクル１６の運転・停止制御、循環ポンプ３３に係る駆動モータの回転速度制御などを統括して司る。これにより、ヒートポンプ制御部４７Ａおよび貯湯ユニット制御部３９は、沸上運転、除霜運転、給湯運転などを適切に行わせることができるように構成されている。
【００２５】
（本発明の第１実施形態に係るヒートポンプ式給湯機１１Ａの動作）
次に、本発明の第１実施形態に係るヒートポンプ式給湯機１１Ａに沸上運転を行わせる際の処理の流れについて、図２〜図４を参照して説明する。図２は、本発明の第１実施形態に係るヒートポンプ式給液装置に沸上運転を行わせる際の処理の流れを表すフロー図である。図３は、本発明の第１実施形態に係るヒートポンプ式給液装置に沸上運転を行わせる際の加熱後温度の経時変化を表すグラフである。図４は、本発明の第１実施形態に係るヒートポンプ式給液装置に沸上運転を行わせる際の循環流量の経時変化を表すグラフである。
なお、図２に示す処理の流れは、ヒートポンプ制御部４７Ａが沸上運転の開始指令を発行したタイミングをもって開始される。
【００２６】
ここで、原水を沸上温度の目標値に達するまで沸き上げた設定量の湯水を貯湯タンク３１に貯める沸上運転は、電気料金が安い深夜時間帯（例えば、午後１１時〜午前７時など）に遂行される。電力資源の有効活用、および、経済性の観点から好ましいからである。また、沸上運転の遂行時間帯は、前記の深夜時間帯のうち、実際の利用時間帯に近い後半にシフトさせている。放熱損失の低減を図る趣旨である。
【００２７】
沸上運転の遂行時間帯を設定するにあたっては、貯湯ユニット制御部３９は、まず、例えば、貯湯センサ３１ａ〜３１ｅから得られる貯湯タンク３１の容量（貯湯量）、原水温度（加熱前温度）、および、加熱後温度に基づいて、所要沸上熱量を算出し、この所要沸上熱量と水・冷媒熱交換器２１に係る加熱能力とに基づいて、所要沸上時間を算出する。そして、貯湯ユニット制御部３９は、深夜時間帯の終了時刻（前記の例では、午前７時）から所要沸上時間を引いた時刻を、沸上運転開始時刻として設定する。貯湯ユニット制御部３９は、こうして設定された沸上運転開始時刻のタイミングをもって、ヒートポンプ制御部４７Ａに沸上運転の開始指令を発行する。
【００２８】
ステップＳ１１において、ヒートポンプ制御部４７Ａは、圧縮機１９、減圧弁２３、および、循環ポンプ３３を、それぞれ初期値で起動する制御を行う。これにより、圧縮機１９に係る駆動モータは、初期値として設定された回転速度で駆動する。減圧弁２３は、初期値として設定された開度で弁体（不図示）を開く。循環ポンプ３３に係る駆動モータは、初期値として設定された回転速度で駆動する。
なお、ヒートポンプ制御部４７Ａは、循環ポンプ３３に係る駆動モータについては、湯水の循環流量が安定するまでの間、初期値として設定された回転速度を維持して運転させる制御を行う。
【００２９】
ステップＳ１２において、ヒートポンプ制御部４７Ａは、外気温度センサ４２で検出された外気温度と、原水温度センサ４３で検出された原水温度とを取得する。
【００３０】
ステップＳ１３Ａにおいて、ヒートポンプ制御部４７Ａは、ステップＳ１２で取得した外気温度および原水温度に基づいて、沸上温度に係る目標値と、吐出冷媒圧力に係る目標値とをセットする。
【００３１】
ステップＳ１４において、ヒートポンプ制御部４７Ａは、ステップＳ１２で取得した外気温度および原水温度、並びに、ステップＳ１３Ａでセットした沸上温度に係る目標値に基づいて、水・冷媒熱交換器２１に係る所要加熱能力を実現するための圧縮機１９に係る駆動モータの回転速度に係る基準値を算出する。
【００３２】
ステップＳ１５Ａにおいて、ヒートポンプ制御部４７Ａは、圧縮冷媒圧力センサ２０で検出された圧縮機１９からの吐出冷媒圧力を取得する。
【００３３】
ステップＳ１６Ａにおいて、ヒートポンプ制御部４７Ａは、ステップＳ１５Ａで取得した吐出冷媒圧力が、ステップＳ１３Ａでセットした吐出冷媒圧力に係る目標値と一致するか否かを判定する。ステップＳ１６Ａの判定の結果、ヒートポンプ制御部４７Ａは、吐出冷媒圧力が吐出冷媒圧力に係る目標値と一致しない旨の判定が下された場合、処理の流れをステップＳ１７へと進ませる一方、吐出冷媒圧力が吐出冷媒圧力に係る目標値と一致した旨の判定が下された場合、処理の流れを直接ステップＳ１８へと進ませる。
【００３４】
ステップＳ１７において、ヒートポンプ制御部４７Ａは、吐出冷媒圧力が吐出冷媒圧力に係る目標値と一致するように、減圧弁２３に係る弁体の開度を調整させる制御を行う。具体的には、ヒートポンプ制御部４７Ａは、吐出冷媒圧力が吐出冷媒圧力に係る目標値と比べて低い場合、減圧弁２３に係る弁体を絞る（閉じる）ように調整させる制御を行う一方、吐出冷媒圧力が吐出冷媒圧力に係る目標値と比べて高い場合、減圧弁２３に係る弁体を開くように調整させる制御を行う。この冷媒圧力の調整は、予め定められる調整代（例えば、１回の調整毎に０．２ＭＰａ調整したり、１回の調整毎に５パルス駆動するなど）を参照して行ってもよいし、吐出冷媒圧力が吐出冷媒圧力に係る目標値と一致することを狙って算出された圧力値を用いて行ってもよい。その後、ヒートポンプ制御部４７Ａは、処理の流れを次のステップＳ１８へと進ませる。
【００３５】
ステップＳ１８において、ヒートポンプ制御部４７Ａは、加熱後温度センサ４５で検出された原水の加熱後温度を取得する。
【００３６】
ステップＳ１９において、ヒートポンプ制御部４７Ａは、ステップＳ１８で取得した原水の加熱後温度が、ステップＳ１３Ａでセットした沸上温度に係る目標値と一致するか否かを判定する。ステップＳ１９の判定の結果、ヒートポンプ制御部４７Ａは、原水の加熱後温度が沸上温度に係る目標値と一致しない旨の判定が下された場合、処理の流れをステップＳ２０へと進ませる一方、原水の加熱後温度が沸上温度に係る目標値と一致した旨の判定が下された場合、処理の流れを直接ステップＳ２１へと進ませる。
【００３７】
ステップＳ２０において、ヒートポンプ制御部４７Ａは、原水の加熱後温度が沸上温度に係る目標値と一致するように、圧縮機１９に係る駆動モータの回転速度を調整させる制御を行う。具体的には、ヒートポンプ制御部４７Ａは、原水の加熱後温度が沸上温度に係る目標値と比べて低い場合、圧縮機１９に係る駆動モータの回転速度を増やすように調整させる制御を行う一方、原水の加熱後温度が沸上温度に係る目標値と比べて高い場合、圧縮機１９に係る駆動モータの回転速度を減らすように調整させる制御を行う。この圧縮機１９に係る駆動モータの回転速度調整は、予め定められる調整代（例えば、１回の調整毎に１０ｒｐｍ（revolution per minute）など）を参照して行ってもよいし、原水の加熱後温度が沸上温度に係る目標値と一致することを狙って算出された回転速度値を用いて行ってもよい。
【００３８】
なお、沸上運転の開始直後では、ヒートポンプサイクルに係る加熱能力の立ち上がりの遅れにより、所望の加熱能力を出力できていないため、通常、原水の加熱後温度は、沸上温度に係る目標値と比べて低い。すると、沸上運転の開始直後では、ヒートポンプ制御部４７Ａは、一般に、圧縮機１９に係る駆動モータの回転速度を増やすように調整させる制御を行うことになる。この制御によって、圧縮機１９から吐出される圧縮冷媒の循環流量、温度および圧力は、調整前と比べて高くなる。その結果、水・冷媒熱交換器２１に係る加熱能力も、調整前と比べて高くなるため、加熱後温度を上昇させることができる。
ステップＳ２０における圧縮機１９に係る駆動モータの回転速度調整後、ヒートポンプ制御部４７Ａは、処理の流れを次のステップＳ２１へと進ませる。
【００３９】
ステップＳ２１において、ヒートポンプ制御部４７Ａは、ステップＳ１９と同様に、ステップＳ１８で取得した原水の加熱後温度が、ステップＳ１３Ａでセットした沸上温度に係る目標値と一致するか否かを判定する。ステップＳ２１の判定の結果、ヒートポンプ制御部４７Ａは、原水の加熱後温度が沸上温度に係る目標値と比べて低い旨の判定が下された場合、処理の流れをステップＳ２２へと進ませる一方、原水の加熱後温度が沸上温度に係る目標値以上である旨の判定が下された場合、処理の流れを直接ステップＳ２３へと進ませる。
【００４０】
ステップＳ２２において、ヒートポンプ制御部４７Ａは、原水の加熱後温度が沸上温度に係る目標値と一致するように、循環ポンプ３３に係る駆動モータの回転速度を調整させる制御を行う。具体的には、例えば、ヒートポンプ制御部４７Ａは、原水の加熱後温度が沸上温度に係る目標値と比べて低い場合、循環ポンプ３３に係る駆動モータの回転速度を減らすように調整させる制御を行う。この循環ポンプ３３に係る駆動モータの回転速度調整は、予め定められる調整代（例えば、１回の調整毎に１０ｒｐｍ（revolution per minute）など）を参照して行ってもよいし、原水の加熱後温度が沸上温度に係る目標値と一致することを狙って算出された回転速度値を用いて行ってもよい。
【００４１】
なお、沸上運転の開始直後では、ヒートポンプサイクルに係る加熱能力の立ち上がりの遅れにより、所望の加熱能力を出力できていないため、通常、原水の加熱後温度は、沸上温度に係る目標値と比べて低い。すると、沸上運転の開始直後では、ヒートポンプ制御部４７Ａは、一般に、循環ポンプ３３に係る駆動モータの回転速度を減らすように調整させる制御を行うことになる。この制御によって、貯湯サイクル１６内を循環する湯水の量は、調整前と比べて少なくなる。その結果、加熱対象となる原水の循環流量が低下することにより、原水の加熱後温度を沸上温度に係る目標値に到達させるために必要な加熱能力を少なくできるため、調整前と比べて、原水の加熱後温度を上昇させることができる。
ステップＳ２２における循環ポンプ３３に係る駆動モータの回転速度調整後、ヒートポンプ制御部４７Ａは、処理の流れをステップＳ１２へと戻し、以下の処理を行わせる。
【００４２】
ステップＳ２３において、ヒートポンプ制御部４７Ａは、圧縮機１９の圧縮機モータ回転速度検出部で取得した圧縮機モータ回転速度が、ステップＳ１４で算出した圧縮機モータ回転速度に係る基準値と一致するか否かを判定する。ステップＳ２３の判定の結果、ヒートポンプ制御部４７Ａは、圧縮機モータ回転速度が圧縮機モータ回転速度に係る基準値と一致しない旨の判定が下された場合、処理の流れをステップＳ２４へと進ませる一方、圧縮機モータ回転速度が圧縮機モータ回転速度に係る基準値と一致した旨の判定が下された場合、処理の流れを直接ステップＳ２５へと進ませる。
【００４３】
ステップＳ２４において、ヒートポンプ制御部４７Ａは、圧縮機モータ回転速度が圧縮機モータ回転速度に係る基準値と一致するように、循環ポンプ３３に係る駆動モータの回転速度を調整させる制御を行う。
なお、“圧縮機モータ回転速度が圧縮機モータ回転速度に係る基準値と一致する”とは、“液体・冷媒熱交換器２１に係る加熱能力が、予め定められる加熱能力の目標値と一致する”ことを意味する。
【００４４】
具体的には、ヒートポンプ制御部４７Ａは、圧縮機モータ回転速度が圧縮機モータ回転速度に係る基準値と比べて低い場合、換言すれば、ヒートポンプ制御部４７Ａは、水・冷媒熱交換器２１に係る加熱能力が基準値と比べて低い場合、循環ポンプ３３に係る駆動モータの回転速度を増やすように調整させる制御を行う一方、圧縮機モータ回転速度が基準値と比べて高い場合には、循環ポンプ３３に係わる駆動モータの回転速度を減らすように調整させる制御を行なう。これにより、沸上運転時の加熱能力を予め定められる加熱能力の目標値と一致させることができる。
ステップＳ２４における循環ポンプ３３に係る駆動モータの回転速度調整後、ヒートポンプ制御部４７Ａは、処理の流れをステップＳ２５へと進ませる。
【００４５】
ステップＳ２５において、ヒートポンプ制御部４７Ａは、貯湯ユニット制御部３９からの沸上運転指令の発行状況を確認することにより、沸上運転を継続すべきか否かを判定する。ステップＳ２５の判定の結果、ヒートポンプ制御部４７Ａは、沸上運転を継続すべき旨の判定が下された場合、処理の流れをステップＳ１２へと戻し、以下の処理を行わせる一方、沸上運転を継続すべきでない旨の判定が下された場合、一連の沸上運転を終了させる。
【００４６】
（本発明の第１実施形態に係るヒートポンプ式給湯機１１Ａの作用効果）
本発明の第１実施形態に係るヒートポンプ式給湯機１１Ａでは、ヒートポンプ制御部４７Ａは、加熱後温度センサ４５で検出された原水の加熱後温度が、予め定められる沸上温度に係る目標値に到達していない場合、原水の加熱後温度が沸上温度に係る目標値と一致するように、圧縮機１９に係る駆動モータの回転速度、および、循環ポンプ３３に係る駆動モータの回転速度を調整しながら原水を沸き上げる沸上運転を行わせる構成を採用することとした。
【００４７】
本発明の第１実施形態に係るヒートポンプ式給湯機１１Ａによれば、ヒートポンプ制御部４７Ａは、原水の加熱後温度が、沸上温度に係る目標値に到達していない場合、原水の加熱後温度が沸上温度に係る目標値と一致するように、圧縮機１９に係る駆動モータの回転速度を高速側に調整しながら原水を沸き上げる沸上運転を行わせるため、圧縮機１９から吐出される圧縮冷媒の循環流量、温度および圧力は、調整前と比べて高くなる。その結果、水・冷媒熱交換器２１に係る加熱能力も、調整前と比べて高くなるため、原水の加熱後温度を上昇させることができる（図３参照；比較例は、圧縮機１９に係る駆動モータの回転速度調整なし）。
【００４８】
また、本発明の第１実施形態に係るヒートポンプ式給湯機１１Ａによれば、ヒートポンプ制御部４７Ａは、原水の加熱後温度が、沸上温度に係る目標値に到達していない場合、原水の加熱後温度が沸上温度に係る目標値と一致するように、循環ポンプ３３に係る駆動モータの回転速度を低速側に調整しながら原水を沸き上げる沸上運転を行わせる。その結果、加熱対象となる原水の循環流量が低下することにより、原水の加熱後温度を沸上温度に係る目標値に到達させるために必要な加熱能力を少なくできるため、調整前と比べて、原水の加熱後温度を上昇させることができる。（図４参照；比較例は、循環ポンプ３３に係る駆動モータの回転速度調整なしのため、循環流量の減少がない）。
【００４９】
したがって、本発明の第１実施形態に係るヒートポンプ式給湯機１１Ａによれば、圧縮機１９に係る駆動モータの回転速度調整作用、および、循環ポンプ３３に係る駆動モータの回転速度調整作用が相まって、沸上運転の開始当初から速やかに、加熱対象となる原水（本発明の“液体”に相当する。）の温度を沸上温度に係る目標値に到達させることができる。
【００５０】
また、本発明の第１実施形態に係るヒートポンプ式給湯機１１Ａによれば、原水の加熱後温度が沸上温度に係る目標値に到達した後は、所要の目標加熱能力を維持して沸上運転を継続させることができる。
【００５１】
さらに、本発明の第１実施形態に係るヒートポンプ式給湯機１１Ａによれば、沸上時間が当初の計画を超えて長くなることを回避することができ、深夜電力を利用できる時間帯の範囲内において必要な温度および量の湯を確保することができる。
【００５２】
［第２実施形態］
（本発明の第２実施形態に係るヒートポンプ式給液装置の系統構成）
図５は、本発明の第２実施形態に係るヒートポンプ式給液装置の系統構成図である。以下では、本発明の第２実施形態に係るヒートポンプ式給液装置について、本発明の第１実施形態と同様、図１に示すように、ヒートポンプサイクル１４および貯湯サイクル１６を協調駆動し、低温水を沸き上げて沸上温度に係る目標値の湯を貯湯タンク３１に貯えて、必要に応じて給湯系の各所に供給するヒートポンプ式給湯機１１Ｂを例示して説明する。
【００５３】
なお、図１に示す第１実施形態に係るヒートポンプ式給湯機１１Ａと、図５に示す第２実施形態に係るヒートポンプ式給湯機１１Ｂとでは、ヒートポンプ制御部４７Ａ，４７Ｂの構成を除き、その他の構成は共通である。したがって、第１および第２実施形態間において共通の機能を有する部材については、共通の符号を付してその説明を省略し、前記の相違点に注目して説明を進めることとする。
【００５４】
第１実施形態に係るヒートポンプ式給湯機１１Ａでは、ヒートポンプ制御部４７Ａは、圧縮機１９から吐出される吐出冷媒圧力に係る目標値をセットしておき、圧縮冷媒圧力センサ２０から取得した圧縮機１９の吐出冷媒圧力が、前記セットしておいた吐出冷媒圧力に係る目標値と一致するか否かを判定し、この判定の結果、吐出冷媒圧力が吐出冷媒圧力に係る目標値と一致しない旨の判定が下された場合、吐出冷媒圧力が吐出冷媒圧力に係る目標値と一致するように、減圧弁２３に係る弁体の開度を調整させる制御を行う。
【００５５】
これに対し、第２実施形態に係るヒートポンプ式給湯機１１Ｂでは、ヒートポンプ制御部４７Ｂは、圧縮機１９から吐出される吐出冷媒温度に係る目標値をセットしておき、吐出冷媒温度センサ１８から取得した圧縮機１９の吐出冷媒温度が、前記セットしておいた吐出冷媒温度に係る目標値と一致するか否かを判定し、この判定の結果、吐出冷媒温度が吐出冷媒温度に係る目標値と一致しない旨の判定が下された場合、吐出冷媒温度が吐出冷媒温度に係る目標値と一致するように、減圧弁２３に係る弁体の開度を調整させる制御を行う。
【００５６】
要するに、第１実施形態に係るヒートポンプ式給湯機１１Ａでは、圧縮機１９の吐出冷媒圧力を用いて減圧弁２３に係る弁体の開度調整制御を行わせるのに対し、第２実施形態に係るヒートポンプ式給湯機１１Ｂでは、圧縮機１９の吐出冷媒温度を用いて減圧弁２３に係る弁体の開度調整制御を行わせており、減圧弁２３に係る弁体の開度調整制御を行わせる際のパラメータが、“圧力”と“温度”で相違している。圧縮機１９の吐出冷媒に係る“圧力”および“温度”は、いずれも水・冷媒熱交換器２１に係る加熱能力と相関がある点で、その技術的思想が共通である。
【００５７】
（本発明の第２実施形態に係るヒートポンプ式給湯機１１Ｂの動作）
次に、本発明の第２実施形態に係るヒートポンプ式給湯機１１Ｂに沸上運転を行わせる際の処理の流れについて、図６を参照して説明する。図６は、本発明の第２実施形態に係るヒートポンプ式給液装置に沸上運転を行わせる際の処理の流れを表すフロー図である。
なお、図６に示す処理の流れは、第１実施形態と同様、貯湯ユニット制御部３９がヒートポンプ制御部４７Ｂへ沸上運転の開始指令を発行したタイミングをもって開始される。
【００５８】
図６に示す第２実施形態に係る処理の流れは、ステップＳ１３Ｂ、Ｓ１５Ｂ、Ｓ１６Ｂを除き、図２に示す第１実施形態に係る処理の流れと共通である。そこで、前半部であるステップＳ１１〜Ｓ１７に係る処理の流れを説明することで、第２実施形態に係る動作説明に代えることとする。
【００５９】
ステップＳ１１において、ヒートポンプ制御部４７Ｂは、圧縮機１９、減圧弁２３、および、循環ポンプ３３を、それぞれ初期値で起動する制御を行う。これにより、圧縮機１９に係る駆動モータは、初期値として設定された回転速度で駆動する。減圧弁２３は、初期値として設定された開度で弁体を開く。循環ポンプ３３に係る駆動モータは、初期値として設定された回転速度で駆動する。
なお、ヒートポンプ制御部４７Ｂは、循環ポンプ３３に係る駆動モータについては、湯水の循環流量が安定するまでの間、初期値として設定された回転速度を維持して運転させる制御を行う。
【００６０】
ステップＳ１２において、ヒートポンプ制御部４７Ｂは、外気温度センサ４２で検出された外気温度と、原水温度センサ４３で検出された原水温度とを取得する。
【００６１】
ステップＳ１３Ｂにおいて、ヒートポンプ制御部４７Ｂは、ステップＳ１２で取得した外気温度および原水温度に基づいて、沸上温度に係る目標値と、吐出冷媒温度（ステップＳ１３Ａとの相違点）に係る目標値とをセットする。
【００６２】
ステップＳ１４において、ヒートポンプ制御部４７Ｂは、ステップＳ１２で取得した外気温度および原水温度、並びに、ステップＳ１３Ｂでセットした沸上温度に係る目標値に基づいて、水・冷媒熱交換器２１に係る所要加熱能力を実現するための圧縮機１９に係る駆動モータの回転速度に係る基準値を算出する。
【００６３】
ステップＳ１５Ｂにおいて、ヒートポンプ制御部４７Ｂは、吐出冷媒温度センサ１８で検出された圧縮機１９からの吐出冷媒温度（ステップＳ１５Ａとの相違点）を取得する。
【００６４】
ステップＳ１６Ｂにおいて、ヒートポンプ制御部４７Ｂは、ステップＳ１５Ｂで取得した吐出冷媒温度が、ステップＳ１３Ｂでセットした吐出冷媒温度に係る目標値と一致するか否かを判定する（ステップＳ１６Ａとの相違点）。ステップＳ１６Ｂの判定の結果、ヒートポンプ制御部４７Ａは、吐出冷媒温度が吐出冷媒温度に係る目標値と一致しない旨の判定が下された場合、処理の流れをステップＳ１７へと進ませる一方、吐出冷媒温度が吐出冷媒温度に係る目標値と一致した旨の判定が下された場合、処理の流れをステップＳ１８へと進ませる。
【００６５】
ステップＳ１７において、ヒートポンプ制御部４７Ｂは、吐出冷媒温度が吐出冷媒温度に係る目標値と一致するように、減圧弁２３に係る弁体の開度を調整させる制御を行う。具体的には、ヒートポンプ制御部４７Ｂは、吐出冷媒温度が吐出冷媒温度に係る目標値と比べて低い場合、減圧弁２３に係る弁体を絞る（閉じる）ように調整させる制御を行う一方、吐出冷媒温度が吐出冷媒温度に係る目標値と比べて高い場合、減圧弁２３に係る弁体を開くように調整させる制御を行う。その後、ヒートポンプ制御部４７Ｂは、処理の流れを次のステップＳ１８へと進ませる。
【００６６】
（本発明の第２実施形態に係るヒートポンプ式給湯機１１Ｂの作用効果）
本発明の第２実施形態に係るヒートポンプ式給湯機１１Ｂでは、ヒートポンプ制御部４７Ｂは、第１実施形態と同様、加熱後温度センサ４５で検出された原水の加熱後温度が、沸上温度に係る目標値に到達していない場合、原水の加熱後温度が沸上温度に係る目標値と一致するように、圧縮機１９に係る駆動モータの回転速度、および、循環ポンプ３３に係る駆動モータの回転速度を調整しながら原水を沸き上げる沸上運転を行わせる構成を採用することとした。
【００６７】
本発明の第２実施形態に係るヒートポンプ式給湯機１１Ｂによれば、ヒートポンプ制御部４７Ｂは、第１実施形態と同様、原水の加熱後温度が、沸上温度に係る目標値に到達していない場合、原水の加熱後温度が沸上温度に係る目標値と一致するように、圧縮機１９に係る駆動モータの回転速度を高速側に調整しながら原水を沸き上げる沸上運転を行わせるため、圧縮機１９から吐出される圧縮冷媒の循環流量、温度および圧力は、調整前と比べて高くなる。その結果、水・冷媒熱交換器２１に係る加熱能力も、調整前と比べて高くなるため、原水の加熱後温度を上昇させることができる（図３参照；比較例は、圧縮機１９に係る駆動モータの回転速度調整なし）。
【００６８】
また、本発明の第２実施形態に係るヒートポンプ式給湯機１１Ｂによれば、ヒートポンプ制御部４７Ｂは、第１実施形態と同様、原水の加熱後温度が、沸上温度に係る目標値に到達していない場合、原水の加熱後温度が沸上温度に係る目標値と一致するように、循環ポンプ３３に係る駆動モータの回転速度を低速側に調整しながら原水を沸き上げる沸上運転を行わせる。その結果、加熱対象となる原水の循環流量が低下することにより、原水の加熱後温度を沸上温度に係る目標値に到達させるために必要な加熱能力を少なくできるため、調整前と比べて、原水の加熱後温度を上昇させることができる。（図４参照；比較例は、循環ポンプ３３に係る駆動モータの回転速度調整なしのため、循環流量の減少がない）。
【００６９】
したがって、本発明の第２実施形態に係るヒートポンプ式給湯機１１Ｂによれば、第１実施形態と同様、圧縮機１９に係る駆動モータの回転速度調整作用、および、循環ポンプ３３に係る駆動モータの回転速度調整作用が相まって、沸上運転の開始当初から速やかに、加熱対象となる原水（本発明の“液体”に相当する。）の温度を沸上温度に係る目標値に到達させることができる。
【００７０】
また、本発明の第２実施形態に係るヒートポンプ式給湯機１１Ｂによれば、第１実施形態と同様、原水の加熱後温度が沸上温度に係る目標値に到達した後は、所要の目標加熱能力を維持して沸上運転を継続させることができる。
【００７１】
さらに、本発明の第２実施形態に係るヒートポンプ式給湯機１１Ｂによれば、第１実施形態と同様、沸上時間が当初の計画を超えて長くなることを回避することができ、深夜電力を利用できる時間帯の範囲内において必要な温度および量の湯を確保することができる。
【００７２】
［その他の実施形態］
以上説明した複数の実施形態は、本発明の具現化例を示したものである。従って、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されることがあってはならない。本発明はその要旨またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形態で実施することができるからである。
【００７３】
例えば、本発明の第１および第２実施形態に係るヒートポンプ式給湯機１１Ａ，１１Ｂとして、それぞれが別体のヒートポンプユニット１３と貯湯ユニット１５とを、往路配管１７ａおよび復路配管１７ｂをそれぞれ介して連通接続して構成する態様を例示して説明したが、本発明はこの例に限定されない。ヒートポンプユニット１３と貯湯ユニット１５とを一体に構成すると共に、各構成部材１３，１５間を往路配管１７ａおよび復路配管１７ｂをそれぞれ介して連通接続したヒートポンプ式給湯機１１Ａ，１１Ｂの態様も、本発明の技術的範囲の射程に包含される。
【００７４】
また、本発明の“加熱対象となる液体”として、給水源から給水配管３５を介して供給される水道水を例示して説明したが、本発明はこの例に限定されない。本発明の“加熱対象となる液体”としては、例えば、井戸水を採用してもよい。また、水以外にも、潜熱蓄熱材入りの液体、ブライン、不凍液などを、本発明の“加熱対象となる液体”として採用してもよい。
【００７５】
また、本発明の“冷媒の圧力を調整する手段”として、減圧弁２３に係る弁体の開度を調整することによって、冷媒の圧力を調整する態様を例示して説明したが、本発明はこの例に限定されない。本発明の“冷媒の圧力を調整する手段”としては、水・冷媒熱交換器２１に流入する冷媒の圧力を調整することができれば、いかなるものを採用してもよい。
【００７６】
最後に、本発明の“液体の循環流量を調整する手段”として、循環ポンプ３３に係る駆動モータを例示し、同駆動モータの回転速度を調整することによって、液体の循環流量を調整する態様を例示して説明したが、本発明はこの例に限定されない。本発明の“液体の循環流量を調整する手段”としては、水・冷媒熱交換器２１に流入する液体の循環流量を調整することができれば、いかなるものを採用してもよいことはいうまでもない。
【符号の説明】
【００７７】
１１Ａ 第１実施形態に係るヒートポンプ式給湯機（ヒートポンプ式給液装置）
１１Ｂ 第２実施形態に係るヒートポンプ式給湯機（ヒートポンプ式給液装置）
１３ ヒートポンプユニット
１４ ヒートポンプサイクル
１５ 貯湯ユニット
１６ 貯湯サイクル（貯液サイクル）
１７ａ 往路配管
１７ｂ 復路配管
１８ 吐出冷媒温度センサ（吐出冷媒温度検出部）
１９ 圧縮機
２０ 圧縮冷媒圧力センサ
２１ 水・冷媒熱交換器（液体・冷媒熱交換器）
２１ａ 冷媒側伝熱管
２１ｂ 水側伝熱管
２３ 電動式の減圧弁（圧力調整部）
２５ 蒸発器
２７ 送風ファン
２７ａ ファンモータ
３１ 貯湯タンク（タンク）
３３ 循環ポンプ
３５ 給水配管
３７ 給湯配管
３９ 貯湯ユニット制御部
４１ 水・冷媒熱交換器出口側冷媒温度センサ
４２ 外気温度センサ（外気温度検出部）
４３ 原水温度センサ（原液温度検出部）
４５ 加熱後温度センサ（加熱後温度検出部）
４７Ａ 第１実施形態に係るヒートポンプ制御部
４７Ｂ 第２実施形態に係るヒートポンプ制御部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、ヒートポンプサイクルおよび貯湯サイクルを協調駆動し、低温水を沸き上げて沸上温度に係る目標値の湯を貯湯タンクに貯えて、必要に応じて各所に供給する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
省エネルギー対策の一環として、例えば深夜電力を用いてヒートポンプサイクルおよび貯湯サイクルを協調駆動し、低温水を沸き上げて沸上温度に係る目標値の湯を貯湯タンクに貯えて、必要に応じて各所に供給するヒートポンプ式給湯機が普及している。こうしたヒートポンプ式給湯機では、ヒートポンプサイクルの圧縮機によって圧縮された高温・高圧のガス冷媒と、貯湯サイクルの貯湯タンクの底部から取り出した低温水とを熱交換器において熱交換させる。この熱交換によって沸き上げた高温水を、貯湯タンクの頂部に戻す。このような沸き上げ（以下、“沸き上げ”を“沸上”と省略する場合がある。）運転を繰り返すことにより、貯湯タンクに沸上温度に係る目標値の湯を貯える。
【０００３】
このようなヒートポンプ式給湯機では、貯湯タンク内に沸上温度に係る目標値の湯を貯めるため、熱交換器の加熱能力をその目標値に追従させることが求められる。かかる要請に応えるためのアプローチの一つとして、本願出願人は、外気温度、熱交換器に流入される原水温度、および、沸上温度に係る目標値に基づいて、圧縮機から吐出されるガス冷媒温度の目標値を定めるとともに、圧縮機のケーシング温度を温度センサにより検出し、圧縮機のケーシング温度の検出値をガス冷媒温度の目標値に合わせるように減圧弁の開度制御を行う沸上制御技術を提案している（特許文献１参照）。特許文献１に係る沸上制御技術によれば、熱交換器の加熱能力をその目標値に追従させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−３２７７２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に係る沸上制御技術では、ヒートポンプサイクルに係る加熱能力の立ち上がりの遅れから、沸上運転の開始当初から速やかに、熱交換器の加熱能力をその目標値に追従させるまでに所定の時間を要する。このため、所定の時間が経過するまでの間は、沸上温度に係る目標値に到達する前のぬるい湯（加熱が不十分の湯）を貯湯タンクに戻してしまうという問題があった。
【０００６】
本発明は、前記従来技術の課題を解決するためになされたものであり、沸上運転の開始当初から速やかに、加熱対象となる液体の温度を沸上温度に係る目標値に到達させるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るヒートポンプ式給液装置は、冷媒を圧縮して吐出する圧縮機、前記圧縮機から吐出される前記冷媒との熱交換により加熱対象となる液体を加熱する液体・冷媒熱交換器、前記液体・冷媒熱交換器で凝縮された前記冷媒の圧力を調整する圧力調整部、および、前記圧力調整部で減圧された前記冷媒を空気と熱交換させて前記圧縮機に戻す蒸発器を備え、前記圧縮機、前記液体・冷媒熱交換器、前記圧力調整部、および、前記蒸発器のそれぞれを、前記冷媒の流通配管を介して接続してなるヒートポンプサイクルと、前記液体が貯められるタンク、および、前記液体・冷媒熱交換器を備え、前記タンク、および、前記液体・冷媒熱交換器の間を、前記タンクの前記液体を取り出して前記液体・冷媒熱交換器に送り出す往路配管、および、前記液体・冷媒熱交換器で加熱後の前記液体を前記タンクに戻す復路配管を介して接続してなる貯液サイクルと、前記タンクの前記液体を、前記往路配管、前記液体・冷媒熱交換器、および、前記復路配管をそれぞれ介して循環させる循環ポンプと、前記液体・冷媒熱交換器で加熱後の前記液体の加熱後温度を検出する加熱後温度検出部と、前記加熱後温度検出部で検出された前記液体の加熱後温度が、予め定められる沸上温度に係る目標値に到達していない場合、前記液体の加熱後温度が前記沸上温度に係る目標値と一致するように、前記冷媒の循環流量、および、前記液体の循環流量を調整しながら前記液体を沸き上げる沸上運転を行わせるヒートポンプ制御部と、を備えることを最も主要な特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、沸上運転の開始当初から速やかに、加熱対象となる液体の温度を沸上温度に係る目標値に到達させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１実施形態に係るヒートポンプ式給液装置の系統構成図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係るヒートポンプ式給液装置に沸上運転を行わせる際の処理の流れを表すフロー図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係るヒートポンプ式給液装置に沸上運転を行わせる際の加熱後温度の経時変化を表すグラフである。
【図４】本発明の第１実施形態に係るヒートポンプ式給液装置に沸上運転を行わせる際の循環流量の経時変化を表すグラフである。
【図５】本発明の第２実施形態に係るヒートポンプ式給液装置の系統構成図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係るヒートポンプ式給液装置に沸上運転を行わせる際の処理の流れを表すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の複数の実施形態に係るヒートポンプ式給液装置について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１１】
［第１実施形態］
（本発明の第１実施形態に係るヒートポンプ式給液装置の系統構成）
図１は、本発明の第１実施形態に係るヒートポンプ式給液装置の系統構成図である。以下では、本発明の第１実施形態に係るヒートポンプ式給液装置について、図１に示すように、ヒートポンプサイクル１４および貯湯サイクル１６を協調駆動し、低温水を沸き上げて沸上温度に係る目標値の湯を貯湯タンク３１に貯えて、必要に応じて給湯系の各所に供給するヒートポンプ式給湯機１１Ａを例示して説明する。
【００１２】
ヒートポンプ式給湯機１１Ａは、図１に示すように、ヒートポンプユニット１３、および、貯湯ユニット１５を、同給湯機１１の施工現場において、往路配管１７ａおよび復路配管１７ｂをそれぞれ介して連通接続して構成される。
【００１３】
ヒートポンプユニット１３は、図１に示すように、圧縮機１９、水・冷媒熱交換器（本発明の“液体・冷媒熱交換器”に相当する。）２１、電動式の減圧弁２３、および、蒸発器２５を、封入冷媒（例えば、二酸化炭素）の流通路となる冷媒配管２２を介して環状に連通接続したヒートポンプサイクル１４と、循環ポンプ３３と、ヒートポンプ制御部４７Ａとを備える。
【００１４】
圧縮機１９は、不図示の駆動モータを用いて圧縮機構部（不図示）を回転駆動することによって、冷媒を圧縮して吐出する機能を有する。圧縮機１９で圧縮された高温・高圧の圧縮冷媒は、冷媒配管２２を通して水・冷媒熱交換器２１へと吐出される。水・冷媒熱交換器２１は、圧縮機１９から吐出されてきた高温・高圧の圧縮冷媒が流通する冷媒側伝熱管２１ａ、および、貯湯タンク３１から送られてきた水（本発明の“液体”に相当する。）が流通する水側伝熱管２１ｂを備える。水・冷媒熱交換器２１は、高温・高圧の圧縮冷媒との熱交換により水を沸き上げる機能を有する。
【００１５】
水・冷媒熱交換器２１で凝縮された冷媒が流通する減圧弁（本発明の“圧力調整部”に相当する。）２３は、中温・高圧の冷媒を減圧し、蒸発し易い低温・低圧の冷媒として蒸発器２５へ送る。また、減圧弁２３は、冷媒流通路の開度を調整（冷媒配管２２内を流通する冷媒の圧力を調整）することにより、ヒートポンプサイクル１４内の冷媒循環量を調節する機能や、開度を大きくすることで中温・低圧の冷媒を蒸発器２５へ大量に送って霜を溶かす機能を有する。
なお、本発明の“圧力調整部”としては、減圧弁２３に代えて、または、加えて、キャピラリチューブを用いてもよい。
【００１６】
蒸発器２５は、減圧弁２３で減圧（膨張）された低温・低圧の冷媒を蒸発させて圧縮機１９へと戻す機能を有する。具体的には、蒸発器２５は、ファンモータ２７ａの運転により回転する送風ファン２７によって外気を取り入れ空気と冷媒との間で熱交換を行ない、外気から熱を吸収する機能を有する。
【００１７】
一方、貯湯ユニット１５は、図１に示すように、貯湯タンク（本発明の“タンク”に相当する。）３１、および、貯湯ユニット制御部３９を備える。貯湯タンク３１は、給水源から給水配管３５を介して供給される水道水（本発明の“加熱対象となる液体”に相当する。）と、給湯配管３７を介して給湯系に供給される湯とを貯える機能を有する。循環ポンプ３３は、貯湯タンク３１の底部から低温水を吸い込むと共に、吸い込んだ低温水を水・冷媒熱交換器２１に吐出させて加熱した湯水を貯湯タンク３１の頂部へと戻すように機能する。
【００１８】
なお、貯湯タンク３１、循環ポンプ３３、および、水・冷媒熱交換器２１を、湯水の流通路となる往路配管１７ａおよび復路配管１７ｂをそれぞれ介して環状に連通接続することにより、貯湯サイクル（本発明の“貯液サイクル”に相当する。）１６が形成されている。
【００１９】
圧縮機１９には、図１に示すように、高温・高圧の圧縮冷媒の温度を検出する吐出冷媒温度センサ（本発明の“吐出冷媒温度検出部”に相当する。）１８が設けられている。高温・高圧の圧縮冷媒は、圧縮機１９の冷媒吐出口（不図示）を介して吐出される。このため、圧縮機１９の筐体（不図示）のうち冷媒吐出口付近の温度は、高温・高圧の圧縮冷媒の温度と強い相関がある。そこで、圧縮機１９の筐体のうち冷媒吐出口付近に設けた吐出冷媒温度センサ１８によって、圧縮機１９の筐体のうち冷媒吐出口付近の温度を、冷媒吐出口から吐出される冷媒の温度として検出する。ただし、前記した検出手段の他に、圧縮機１９から吐出された圧縮冷媒の温度を精度よく検出する手段があれば、それを採用してもよい。
【００２０】
また、圧縮機１９には、冷媒吐出口から吐出される冷媒の圧力を検出する圧縮冷媒圧力センサ２０が設けられている。さらに、圧縮機１９には、圧縮機構部に係る駆動モータの回転速度を検出する不図示の回転速度検出部が設けられている。水・冷媒熱交換器２１の下流側に位置する冷媒配管２２には、水・冷媒熱交換器出口側冷媒温度センサ４１が設けられている。
【００２１】
蒸発器２５の近傍には、外気温度を検出する外気温度センサ（本発明の“外気温度検出部”に相当する。）４２が設けられている。水・冷媒熱交換器２１の上流側に位置する往路配管１７ａには、水・冷媒熱交換器２１に流入する沸上げ前の原水の温度を検出する原水温度センサ（本発明の“原液温度検出部”に相当する。）４３が設けられている。また、水・冷媒熱交換器２１の下流側に位置する復路配管１７ｂには、水・冷媒熱交換器２１から流出する沸上後の湯水の温度を検出する加熱後温度センサ（本発明の“加熱後温度検出部”に相当する。）４５が設けられている。これらの各温度センサ（吐出冷媒温度センサ１８，水・冷媒熱交換器出口側冷媒温度センサ４１，外気温度センサ４２，原水温度センサ４３，および、加熱後温度センサ４５）の検出値、並びに、圧縮冷媒圧力センサ２０の検出値は、ヒートポンプ制御部４７Ａに与えられる。
【００２２】
また、貯湯タンク３１の内部には、図１に示すように、貯湯タンク３１の貯湯温度や貯湯量を検出するための貯湯センサ３１ａ〜３１ｅが設けられている。貯湯センサ３１ａ〜３１ｅの検出値は、貯湯ユニット制御部３９に与えられる。
【００２３】
貯湯ユニット制御部３９およびヒートポンプ制御部４７Ａは、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）などを備えた不図示のマイクロコンピュータ（以下、“マイコン”と省略する。）により構成される。マイコンは、ＲＯＭに記憶されているプログラムを読み出して実行し、次述する沸上運転を含む各種制御を行うように動作する。
【００２４】
ヒートポンプ制御部４７Ａおよび貯湯ユニット制御部３９は、相互に連携して動作することによって、ヒートポンプサイクル１４の運転・停止制御、圧縮機１９の容量制御、圧縮機１９に係る駆動モータの回転速度制御、減圧弁２３の開度調整、ファンモータ２７ａの回転速度制御、貯湯サイクル１６の運転・停止制御、循環ポンプ３３に係る駆動モータの回転速度制御などを統括して司る。これにより、ヒートポンプ制御部４７Ａおよび貯湯ユニット制御部３９は、沸上運転、除霜運転、給湯運転などを適切に行わせることができるように構成されている。
【００２５】
（本発明の第１実施形態に係るヒートポンプ式給湯機１１Ａの動作）
次に、本発明の第１実施形態に係るヒートポンプ式給湯機１１Ａに沸上運転を行わせる際の処理の流れについて、図２〜図４を参照して説明する。図２は、本発明の第１実施形態に係るヒートポンプ式給液装置に沸上運転を行わせる際の処理の流れを表すフロー図である。図３は、本発明の第１実施形態に係るヒートポンプ式給液装置に沸上運転を行わせる際の加熱後温度の経時変化を表すグラフである。図４は、本発明の第１実施形態に係るヒートポンプ式給液装置に沸上運転を行わせる際の循環流量の経時変化を表すグラフである。
なお、図２に示す処理の流れは、ヒートポンプ制御部４７Ａが沸上運転の開始指令を発行したタイミングをもって開始される。
【００２６】
ここで、原水を沸上温度の目標値に達するまで沸き上げた設定量の湯水を貯湯タンク３１に貯める沸上運転は、電気料金が安い深夜時間帯（例えば、午後１１時〜午前７時など）に遂行される。電力資源の有効活用、および、経済性の観点から好ましいからである。また、沸上運転の遂行時間帯は、前記の深夜時間帯のうち、実際の利用時間帯に近い後半にシフトさせている。放熱損失の低減を図る趣旨である。
【００２７】
沸上運転の遂行時間帯を設定するにあたっては、貯湯ユニット制御部３９は、まず、例えば、貯湯センサ３１ａ〜３１ｅから得られる貯湯タンク３１の容量（貯湯量）、原水温度（加熱前温度）、および、加熱後温度に基づいて、所要沸上熱量を算出し、この所要沸上熱量と水・冷媒熱交換器２１に係る加熱能力とに基づいて、所要沸上時間を算出する。そして、貯湯ユニット制御部３９は、深夜時間帯の終了時刻（前記の例では、午前７時）から所要沸上時間を引いた時刻を、沸上運転開始時刻として設定する。貯湯ユニット制御部３９は、こうして設定された沸上運転開始時刻のタイミングをもって、ヒートポンプ制御部４７Ａに沸上運転の開始指令を発行する。
【００２８】
ステップＳ１１において、ヒートポンプ制御部４７Ａは、圧縮機１９、減圧弁２３、および、循環ポンプ３３を、それぞれ初期値で起動する制御を行う。これにより、圧縮機１９に係る駆動モータは、初期値として設定された回転速度で駆動する。減圧弁２３は、初期値として設定された開度で弁体（不図示）を開く。循環ポンプ３３に係る駆動モータは、初期値として設定された回転速度で駆動する。
なお、ヒートポンプ制御部４７Ａは、循環ポンプ３３に係る駆動モータについては、湯水の循環流量が安定するまでの間、初期値として設定された回転速度を維持して運転させる制御を行う。
【００２９】
ステップＳ１２において、ヒートポンプ制御部４７Ａは、外気温度センサ４２で検出された外気温度と、原水温度センサ４３で検出された原水温度とを取得する。
【００３０】
ステップＳ１３Ａにおいて、ヒートポンプ制御部４７Ａは、ステップＳ１２で取得した外気温度および原水温度に基づいて、沸上温度に係る目標値と、吐出冷媒圧力に係る目標値とをセットする。
【００３１】
ステップＳ１４において、ヒートポンプ制御部４７Ａは、ステップＳ１２で取得した外気温度および原水温度、並びに、ステップＳ１３Ａでセットした沸上温度に係る目標値に基づいて、水・冷媒熱交換器２１に係る所要加熱能力を実現するための圧縮機１９に係る駆動モータの回転速度に係る基準値を算出する。
【００３２】
ステップＳ１５Ａにおいて、ヒートポンプ制御部４７Ａは、圧縮冷媒圧力センサ２０で検出された圧縮機１９からの吐出冷媒圧力を取得する。
【００３３】
ステップＳ１６Ａにおいて、ヒートポンプ制御部４７Ａは、ステップＳ１５Ａで取得した吐出冷媒圧力が、ステップＳ１３Ａでセットした吐出冷媒圧力に係る目標値と一致するか否かを判定する。ステップＳ１６Ａの判定の結果、ヒートポンプ制御部４７Ａは、吐出冷媒圧力が吐出冷媒圧力に係る目標値と一致しない旨の判定が下された場合、処理の流れをステップＳ１７へと進ませる一方、吐出冷媒圧力が吐出冷媒圧力に係る目標値と一致した旨の判定が下された場合、処理の流れを直接ステップＳ１８へと進ませる。
【００３４】
ステップＳ１７において、ヒートポンプ制御部４７Ａは、吐出冷媒圧力が吐出冷媒圧力に係る目標値と一致するように、減圧弁２３に係る弁体の開度を調整させる制御を行う。具体的には、ヒートポンプ制御部４７Ａは、吐出冷媒圧力が吐出冷媒圧力に係る目標値と比べて低い場合、減圧弁２３に係る弁体を絞る（閉じる）ように調整させる制御を行う一方、吐出冷媒圧力が吐出冷媒圧力に係る目標値と比べて高い場合、減圧弁２３に係る弁体を開くように調整させる制御を行う。この冷媒圧力の調整は、予め定められる調整代（例えば、１回の調整毎に０．２ＭＰａ調整したり、１回の調整毎に５パルス駆動するなど）を参照して行ってもよいし、吐出冷媒圧力が吐出冷媒圧力に係る目標値と一致することを狙って算出された圧力値を用いて行ってもよい。その後、ヒートポンプ制御部４７Ａは、処理の流れを次のステップＳ１８へと進ませる。
【００３５】
ステップＳ１８において、ヒートポンプ制御部４７Ａは、加熱後温度センサ４５で検出された原水の加熱後温度を取得する。
【００３６】
ステップＳ１９において、ヒートポンプ制御部４７Ａは、ステップＳ１８で取得した原水の加熱後温度が、ステップＳ１３Ａでセットした沸上温度に係る目標値と一致するか否かを判定する。ステップＳ１９の判定の結果、ヒートポンプ制御部４７Ａは、原水の加熱後温度が沸上温度に係る目標値と一致しない旨の判定が下された場合、処理の流れをステップＳ２０へと進ませる一方、原水の加熱後温度が沸上温度に係る目標値と一致した旨の判定が下された場合、処理の流れを直接ステップＳ２１へと進ませる。
【００３７】
ステップＳ２０において、ヒートポンプ制御部４７Ａは、原水の加熱後温度が沸上温度に係る目標値と一致するように、圧縮機１９に係る駆動モータの回転速度を調整させる制御を行う。具体的には、ヒートポンプ制御部４７Ａは、原水の加熱後温度が沸上温度に係る目標値と比べて低い場合、圧縮機１９に係る駆動モータの回転速度を増やすように調整させる制御を行う一方、原水の加熱後温度が沸上温度に係る目標値と比べて高い場合、圧縮機１９に係る駆動モータの回転速度を減らすように調整させる制御を行う。この圧縮機１９に係る駆動モータの回転速度調整は、予め定められる調整代（例えば、１回の調整毎に１０ｒｐｍ（revolution per minute）など）を参照して行ってもよいし、原水の加熱後温度が沸上温度に係る目標値と一致することを狙って算出された回転速度値を用いて行ってもよい。
【００３８】
なお、沸上運転の開始直後では、ヒートポンプサイクルに係る加熱能力の立ち上がりの遅れにより、所望の加熱能力を出力できていないため、通常、原水の加熱後温度は、沸上温度に係る目標値と比べて低い。すると、沸上運転の開始直後では、ヒートポンプ制御部４７Ａは、一般に、圧縮機１９に係る駆動モータの回転速度を増やすように調整させる制御を行うことになる。この制御によって、圧縮機１９から吐出される圧縮冷媒の循環流量、温度および圧力は、調整前と比べて高くなる。その結果、水・冷媒熱交換器２１に係る加熱能力も、調整前と比べて高くなるため、加熱後温度を上昇させることができる。
ステップＳ２０における圧縮機１９に係る駆動モータの回転速度調整後、ヒートポンプ制御部４７Ａは、処理の流れを次のステップＳ２１へと進ませる。
【００３９】
ステップＳ２１において、ヒートポンプ制御部４７Ａは、ステップＳ１９と同様に、ステップＳ１８で取得した原水の加熱後温度が、ステップＳ１３Ａでセットした沸上温度に係る目標値と一致するか否かを判定する。ステップＳ２１の判定の結果、ヒートポンプ制御部４７Ａは、原水の加熱後温度が沸上温度に係る目標値と比べて低い旨の判定が下された場合、処理の流れをステップＳ２２へと進ませる一方、原水の加熱後温度が沸上温度に係る目標値以上である旨の判定が下された場合、処理の流れを直接ステップＳ２３へと進ませる。
【００４０】
ステップＳ２２において、ヒートポンプ制御部４７Ａは、原水の加熱後温度が沸上温度に係る目標値と一致するように、循環ポンプ３３に係る駆動モータの回転速度を調整させる制御を行う。具体的には、例えば、ヒートポンプ制御部４７Ａは、原水の加熱後温度が沸上温度に係る目標値と比べて低い場合、循環ポンプ３３に係る駆動モータの回転速度を減らすように調整させる制御を行う。この循環ポンプ３３に係る駆動モータの回転速度調整は、予め定められる調整代（例えば、１回の調整毎に１０ｒｐｍ（revolution per minute）など）を参照して行ってもよいし、原水の加熱後温度が沸上温度に係る目標値と一致することを狙って算出された回転速度値を用いて行ってもよい。
【００４１】
なお、沸上運転の開始直後では、ヒートポンプサイクルに係る加熱能力の立ち上がりの遅れにより、所望の加熱能力を出力できていないため、通常、原水の加熱後温度は、沸上温度に係る目標値と比べて低い。すると、沸上運転の開始直後では、ヒートポンプ制御部４７Ａは、一般に、循環ポンプ３３に係る駆動モータの回転速度を減らすように調整させる制御を行うことになる。この制御によって、貯湯サイクル１６内を循環する湯水の量は、調整前と比べて少なくなる。その結果、加熱対象となる原水の循環流量が低下することにより、原水の加熱後温度を沸上温度に係る目標値に到達させるために必要な加熱能力を少なくできるため、調整前と比べて、原水の加熱後温度を上昇させることができる。
ステップＳ２２における循環ポンプ３３に係る駆動モータの回転速度調整後、ヒートポンプ制御部４７Ａは、処理の流れをステップＳ１２へと戻し、以下の処理を行わせる。
【００４２】
ステップＳ２３において、ヒートポンプ制御部４７Ａは、圧縮機１９の圧縮機モータ回転速度検出部で取得した圧縮機モータ回転速度が、ステップＳ１４で算出した圧縮機モータ回転速度に係る基準値と一致するか否かを判定する。ステップＳ２３の判定の結果、ヒートポンプ制御部４７Ａは、圧縮機モータ回転速度が圧縮機モータ回転速度に係る基準値と一致しない旨の判定が下された場合、処理の流れをステップＳ２４へと進ませる一方、圧縮機モータ回転速度が圧縮機モータ回転速度に係る基準値と一致した旨の判定が下された場合、処理の流れを直接ステップＳ２５へと進ませる。
【００４３】
ステップＳ２４において、ヒートポンプ制御部４７Ａは、圧縮機モータ回転速度が圧縮機モータ回転速度に係る基準値と一致するように、循環ポンプ３３に係る駆動モータの回転速度を調整させる制御を行う。
なお、“圧縮機モータ回転速度が圧縮機モータ回転速度に係る基準値と一致する”とは、“液体・冷媒熱交換器２１に係る加熱能力が、予め定められる加熱能力の目標値と一致する”ことを意味する。
【００４４】
具体的には、ヒートポンプ制御部４７Ａは、圧縮機モータ回転速度が圧縮機モータ回転速度に係る基準値と比べて低い場合、換言すれば、ヒートポンプ制御部４７Ａは、水・冷媒熱交換器２１に係る加熱能力が基準値と比べて低い場合、循環ポンプ３３に係る駆動モータの回転速度を増やすように調整させる制御を行う一方、圧縮機モータ回転速度が基準値と比べて高い場合には、循環ポンプ３３に係わる駆動モータの回転速度を減らすように調整させる制御を行なう。これにより、沸上運転時の加熱能力を予め定められる加熱能力の目標値と一致させることができる。
ステップＳ２４における循環ポンプ３３に係る駆動モータの回転速度調整後、ヒートポンプ制御部４７Ａは、処理の流れをステップＳ２５へと進ませる。
【００４５】
ステップＳ２５において、ヒートポンプ制御部４７Ａは、貯湯ユニット制御部３９からの沸上運転指令の発行状況を確認することにより、沸上運転を継続すべきか否かを判定する。ステップＳ２５の判定の結果、ヒートポンプ制御部４７Ａは、沸上運転を継続すべき旨の判定が下された場合、処理の流れをステップＳ１２へと戻し、以下の処理を行わせる一方、沸上運転を継続すべきでない旨の判定が下された場合、一連の沸上運転を終了させる。
【００４６】
（本発明の第１実施形態に係るヒートポンプ式給湯機１１Ａの作用効果）
本発明の第１実施形態に係るヒートポンプ式給湯機１１Ａでは、ヒートポンプ制御部４７Ａは、加熱後温度センサ４５で検出された原水の加熱後温度が、予め定められる沸上温度に係る目標値に到達していない場合、原水の加熱後温度が沸上温度に係る目標値と一致するように、圧縮機１９に係る駆動モータの回転速度、および、循環ポンプ３３に係る駆動モータの回転速度を調整しながら原水を沸き上げる沸上運転を行わせる構成を採用することとした。
【００４７】
本発明の第１実施形態に係るヒートポンプ式給湯機１１Ａによれば、ヒートポンプ制御部４７Ａは、原水の加熱後温度が、沸上温度に係る目標値に到達していない場合、原水の加熱後温度が沸上温度に係る目標値と一致するように、圧縮機１９に係る駆動モータの回転速度を高速側に調整しながら原水を沸き上げる沸上運転を行わせるため、圧縮機１９から吐出される圧縮冷媒の循環流量、温度および圧力は、調整前と比べて高くなる。その結果、水・冷媒熱交換器２１に係る加熱能力も、調整前と比べて高くなるため、原水の加熱後温度を上昇させることができる（図３参照；比較例は、圧縮機１９に係る駆動モータの回転速度調整なし）。
【００４８】
また、本発明の第１実施形態に係るヒートポンプ式給湯機１１Ａによれば、ヒートポンプ制御部４７Ａは、原水の加熱後温度が、沸上温度に係る目標値に到達していない場合、原水の加熱後温度が沸上温度に係る目標値と一致するように、循環ポンプ３３に係る駆動モータの回転速度を低速側に調整しながら原水を沸き上げる沸上運転を行わせる。その結果、加熱対象となる原水の循環流量が低下することにより、原水の加熱後温度を沸上温度に係る目標値に到達させるために必要な加熱能力を少なくできるため、調整前と比べて、原水の加熱後温度を上昇させることができる。（図４参照；比較例は、循環ポンプ３３に係る駆動モータの回転速度調整なしのため、循環流量の減少がない）。
【００４９】
したがって、本発明の第１実施形態に係るヒートポンプ式給湯機１１Ａによれば、圧縮機１９に係る駆動モータの回転速度調整作用、および、循環ポンプ３３に係る駆動モータの回転速度調整作用が相まって、沸上運転の開始当初から速やかに、加熱対象となる原水（本発明の“液体”に相当する。）の温度を沸上温度に係る目標値に到達させることができる。
【００５０】
また、本発明の第１実施形態に係るヒートポンプ式給湯機１１Ａによれば、原水の加熱後温度が沸上温度に係る目標値に到達した後は、所要の目標加熱能力を維持して沸上運転を継続させることができる。
【００５１】
さらに、本発明の第１実施形態に係るヒートポンプ式給湯機１１Ａによれば、沸上時間が当初の計画を超えて長くなることを回避することができ、深夜電力を利用できる時間帯の範囲内において必要な温度および量の湯を確保することができる。
【００５２】
［第２実施形態］
（本発明の第２実施形態に係るヒートポンプ式給液装置の系統構成）
図５は、本発明の第２実施形態に係るヒートポンプ式給液装置の系統構成図である。以下では、本発明の第２実施形態に係るヒートポンプ式給液装置について、本発明の第１実施形態と同様、図１に示すように、ヒートポンプサイクル１４および貯湯サイクル１６を協調駆動し、低温水を沸き上げて沸上温度に係る目標値の湯を貯湯タンク３１に貯えて、必要に応じて給湯系の各所に供給するヒートポンプ式給湯機１１Ｂを例示して説明する。
【００５３】
なお、図１に示す第１実施形態に係るヒートポンプ式給湯機１１Ａと、図５に示す第２実施形態に係るヒートポンプ式給湯機１１Ｂとでは、ヒートポンプ制御部４７Ａ，４７Ｂの構成を除き、その他の構成は共通である。したがって、第１および第２実施形態間において共通の機能を有する部材については、共通の符号を付してその説明を省略し、前記の相違点に注目して説明を進めることとする。
【００５４】
第１実施形態に係るヒートポンプ式給湯機１１Ａでは、ヒートポンプ制御部４７Ａは、圧縮機１９から吐出される吐出冷媒圧力に係る目標値をセットしておき、圧縮冷媒圧力センサ２０から取得した圧縮機１９の吐出冷媒圧力が、前記セットしておいた吐出冷媒圧力に係る目標値と一致するか否かを判定し、この判定の結果、吐出冷媒圧力が吐出冷媒圧力に係る目標値と一致しない旨の判定が下された場合、吐出冷媒圧力が吐出冷媒圧力に係る目標値と一致するように、減圧弁２３に係る弁体の開度を調整させる制御を行う。
【００５５】
これに対し、第２実施形態に係るヒートポンプ式給湯機１１Ｂでは、ヒートポンプ制御部４７Ｂは、圧縮機１９から吐出される吐出冷媒温度に係る目標値をセットしておき、吐出冷媒温度センサ１８から取得した圧縮機１９の吐出冷媒温度が、前記セットしておいた吐出冷媒温度に係る目標値と一致するか否かを判定し、この判定の結果、吐出冷媒温度が吐出冷媒温度に係る目標値と一致しない旨の判定が下された場合、吐出冷媒温度が吐出冷媒温度に係る目標値と一致するように、減圧弁２３に係る弁体の開度を調整させる制御を行う。
【００５６】
要するに、第１実施形態に係るヒートポンプ式給湯機１１Ａでは、圧縮機１９の吐出冷媒圧力を用いて減圧弁２３に係る弁体の開度調整制御を行わせるのに対し、第２実施形態に係るヒートポンプ式給湯機１１Ｂでは、圧縮機１９の吐出冷媒温度を用いて減圧弁２３に係る弁体の開度調整制御を行わせており、減圧弁２３に係る弁体の開度調整制御を行わせる際のパラメータが、“圧力”と“温度”で相違している。圧縮機１９の吐出冷媒に係る“圧力”および“温度”は、いずれも水・冷媒熱交換器２１に係る加熱能力と相関がある点で、その技術的思想が共通である。
【００５７】
（本発明の第２実施形態に係るヒートポンプ式給湯機１１Ｂの動作）
次に、本発明の第２実施形態に係るヒートポンプ式給湯機１１Ｂに沸上運転を行わせる際の処理の流れについて、図６を参照して説明する。図６は、本発明の第２実施形態に係るヒートポンプ式給液装置に沸上運転を行わせる際の処理の流れを表すフロー図である。
なお、図６に示す処理の流れは、第１実施形態と同様、貯湯ユニット制御部３９がヒートポンプ制御部４７Ｂへ沸上運転の開始指令を発行したタイミングをもって開始される。
【００５８】
図６に示す第２実施形態に係る処理の流れは、ステップＳ１３Ｂ、Ｓ１５Ｂ、Ｓ１６Ｂを除き、図２に示す第１実施形態に係る処理の流れと共通である。そこで、前半部であるステップＳ１１〜Ｓ１７に係る処理の流れを説明することで、第２実施形態に係る動作説明に代えることとする。
【００５９】
ステップＳ１１において、ヒートポンプ制御部４７Ｂは、圧縮機１９、減圧弁２３、および、循環ポンプ３３を、それぞれ初期値で起動する制御を行う。これにより、圧縮機１９に係る駆動モータは、初期値として設定された回転速度で駆動する。減圧弁２３は、初期値として設定された開度で弁体を開く。循環ポンプ３３に係る駆動モータは、初期値として設定された回転速度で駆動する。
なお、ヒートポンプ制御部４７Ｂは、循環ポンプ３３に係る駆動モータについては、湯水の循環流量が安定するまでの間、初期値として設定された回転速度を維持して運転させる制御を行う。
【００６０】
ステップＳ１２において、ヒートポンプ制御部４７Ｂは、外気温度センサ４２で検出された外気温度と、原水温度センサ４３で検出された原水温度とを取得する。
【００６１】
ステップＳ１３Ｂにおいて、ヒートポンプ制御部４７Ｂは、ステップＳ１２で取得した外気温度および原水温度に基づいて、沸上温度に係る目標値と、吐出冷媒温度（ステップＳ１３Ａとの相違点）に係る目標値とをセットする。
【００６２】
ステップＳ１４において、ヒートポンプ制御部４７Ｂは、ステップＳ１２で取得した外気温度および原水温度、並びに、ステップＳ１３Ｂでセットした沸上温度に係る目標値に基づいて、水・冷媒熱交換器２１に係る所要加熱能力を実現するための圧縮機１９に係る駆動モータの回転速度に係る基準値を算出する。
【００６３】
ステップＳ１５Ｂにおいて、ヒートポンプ制御部４７Ｂは、吐出冷媒温度センサ１８で検出された圧縮機１９からの吐出冷媒温度（ステップＳ１５Ａとの相違点）を取得する。
【００６４】
ステップＳ１６Ｂにおいて、ヒートポンプ制御部４７Ｂは、ステップＳ１５Ｂで取得した吐出冷媒温度が、ステップＳ１３Ｂでセットした吐出冷媒温度に係る目標値と一致するか否かを判定する（ステップＳ１６Ａとの相違点）。ステップＳ１６Ｂの判定の結果、ヒートポンプ制御部４７Ａは、吐出冷媒温度が吐出冷媒温度に係る目標値と一致しない旨の判定が下された場合、処理の流れをステップＳ１７へと進ませる一方、吐出冷媒温度が吐出冷媒温度に係る目標値と一致した旨の判定が下された場合、処理の流れをステップＳ１８へと進ませる。
【００６５】
ステップＳ１７において、ヒートポンプ制御部４７Ｂは、吐出冷媒温度が吐出冷媒温度に係る目標値と一致するように、減圧弁２３に係る弁体の開度を調整させる制御を行う。具体的には、ヒートポンプ制御部４７Ｂは、吐出冷媒温度が吐出冷媒温度に係る目標値と比べて低い場合、減圧弁２３に係る弁体を絞る（閉じる）ように調整させる制御を行う一方、吐出冷媒温度が吐出冷媒温度に係る目標値と比べて高い場合、減圧弁２３に係る弁体を開くように調整させる制御を行う。その後、ヒートポンプ制御部４７Ｂは、処理の流れを次のステップＳ１８へと進ませる。
【００６６】
（本発明の第２実施形態に係るヒートポンプ式給湯機１１Ｂの作用効果）
本発明の第２実施形態に係るヒートポンプ式給湯機１１Ｂでは、ヒートポンプ制御部４７Ｂは、第１実施形態と同様、加熱後温度センサ４５で検出された原水の加熱後温度が、沸上温度に係る目標値に到達していない場合、原水の加熱後温度が沸上温度に係る目標値と一致するように、圧縮機１９に係る駆動モータの回転速度、および、循環ポンプ３３に係る駆動モータの回転速度を調整しながら原水を沸き上げる沸上運転を行わせる構成を採用することとした。
【００６７】
本発明の第２実施形態に係るヒートポンプ式給湯機１１Ｂによれば、ヒートポンプ制御部４７Ｂは、第１実施形態と同様、原水の加熱後温度が、沸上温度に係る目標値に到達していない場合、原水の加熱後温度が沸上温度に係る目標値と一致するように、圧縮機１９に係る駆動モータの回転速度を高速側に調整しながら原水を沸き上げる沸上運転を行わせるため、圧縮機１９から吐出される圧縮冷媒の循環流量、温度および圧力は、調整前と比べて高くなる。その結果、水・冷媒熱交換器２１に係る加熱能力も、調整前と比べて高くなるため、原水の加熱後温度を上昇させることができる（図３参照；比較例は、圧縮機１９に係る駆動モータの回転速度調整なし）。
【００６８】
また、本発明の第２実施形態に係るヒートポンプ式給湯機１１Ｂによれば、ヒートポンプ制御部４７Ｂは、第１実施形態と同様、原水の加熱後温度が、沸上温度に係る目標値に到達していない場合、原水の加熱後温度が沸上温度に係る目標値と一致するように、循環ポンプ３３に係る駆動モータの回転速度を低速側に調整しながら原水を沸き上げる沸上運転を行わせる。その結果、加熱対象となる原水の循環流量が低下することにより、原水の加熱後温度を沸上温度に係る目標値に到達させるために必要な加熱能力を少なくできるため、調整前と比べて、原水の加熱後温度を上昇させることができる。（図４参照；比較例は、循環ポンプ３３に係る駆動モータの回転速度調整なしのため、循環流量の減少がない）。
【００６９】
したがって、本発明の第２実施形態に係るヒートポンプ式給湯機１１Ｂによれば、第１実施形態と同様、圧縮機１９に係る駆動モータの回転速度調整作用、および、循環ポンプ３３に係る駆動モータの回転速度調整作用が相まって、沸上運転の開始当初から速やかに、加熱対象となる原水（本発明の“液体”に相当する。）の温度を沸上温度に係る目標値に到達させることができる。
【００７０】
また、本発明の第２実施形態に係るヒートポンプ式給湯機１１Ｂによれば、第１実施形態と同様、原水の加熱後温度が沸上温度に係る目標値に到達した後は、所要の目標加熱能力を維持して沸上運転を継続させることができる。
【００７１】
さらに、本発明の第２実施形態に係るヒートポンプ式給湯機１１Ｂによれば、第１実施形態と同様、沸上時間が当初の計画を超えて長くなることを回避することができ、深夜電力を利用できる時間帯の範囲内において必要な温度および量の湯を確保することができる。
【００７２】
［その他の実施形態］
以上説明した複数の実施形態は、本発明の具現化例を示したものである。従って、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されることがあってはならない。本発明はその要旨またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形態で実施することができるからである。
【００７３】
例えば、本発明の第１および第２実施形態に係るヒートポンプ式給湯機１１Ａ，１１Ｂとして、それぞれが別体のヒートポンプユニット１３と貯湯ユニット１５とを、往路配管１７ａおよび復路配管１７ｂをそれぞれ介して連通接続して構成する態様を例示して説明したが、本発明はこの例に限定されない。ヒートポンプユニット１３と貯湯ユニット１５とを一体に構成すると共に、各構成部材１３，１５間を往路配管１７ａおよび復路配管１７ｂをそれぞれ介して連通接続したヒートポンプ式給湯機１１Ａ，１１Ｂの態様も、本発明の技術的範囲の射程に包含される。
【００７４】
また、本発明の“加熱対象となる液体”として、給水源から給水配管３５を介して供給される水道水を例示して説明したが、本発明はこの例に限定されない。本発明の“加熱対象となる液体”としては、例えば、井戸水を採用してもよい。また、水以外にも、潜熱蓄熱材入りの液体、ブライン、不凍液などを、本発明の“加熱対象となる液体”として採用してもよい。
【００７５】
また、本発明の“冷媒の圧力を調整する手段”として、減圧弁２３に係る弁体の開度を調整することによって、冷媒の圧力を調整する態様を例示して説明したが、本発明はこの例に限定されない。本発明の“冷媒の圧力を調整する手段”としては、水・冷媒熱交換器２１に流入する冷媒の圧力を調整することができれば、いかなるものを採用してもよい。
【００７６】
最後に、本発明の“液体の循環流量を調整する手段”として、循環ポンプ３３に係る駆動モータを例示し、同駆動モータの回転速度を調整することによって、液体の循環流量を調整する態様を例示して説明したが、本発明はこの例に限定されない。本発明の“液体の循環流量を調整する手段”としては、水・冷媒熱交換器２１に流入する液体の循環流量を調整することができれば、いかなるものを採用してもよいことはいうまでもない。
【符号の説明】
【００７７】
１１Ａ 第１実施形態に係るヒートポンプ式給湯機（ヒートポンプ式給液装置）
１１Ｂ 第２実施形態に係るヒートポンプ式給湯機（ヒートポンプ式給液装置）
１３ ヒートポンプユニット
１４ ヒートポンプサイクル
１５ 貯湯ユニット
１６ 貯湯サイクル（貯液サイクル）
１７ａ 往路配管
１７ｂ 復路配管
１８ 吐出冷媒温度センサ（吐出冷媒温度検出部）
１９ 圧縮機
２０ 圧縮冷媒圧力センサ
２１ 水・冷媒熱交換器（液体・冷媒熱交換器）
２１ａ 冷媒側伝熱管
２１ｂ 水側伝熱管
２３ 電動式の減圧弁（圧力調整部）
２５ 蒸発器
２７ 送風ファン
２７ａ ファンモータ
３１ 貯湯タンク（タンク）
３３ 循環ポンプ
３５ 給水配管
３７ 給湯配管
３９ 貯湯ユニット制御部
４１ 水・冷媒熱交換器出口側冷媒温度センサ
４２ 外気温度センサ（外気温度検出部）
４３ 原水温度センサ（原液温度検出部）
４５ 加熱後温度センサ（加熱後温度検出部）
４７Ａ 第１実施形態に係るヒートポンプ制御部
４７Ｂ 第２実施形態に係るヒートポンプ制御部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒を圧縮して吐出する圧縮機、前記圧縮機から吐出される前記冷媒との熱交換により加熱対象となる液体を加熱する液体・冷媒熱交換器、前記液体・冷媒熱交換器で凝縮された前記冷媒の圧力を調整する圧力調整部、および、前記圧力調整部で減圧された前記冷媒を空気と熱交換させて前記圧縮機に戻す蒸発器を備え、前記圧縮機、前記液体・冷媒熱交換器、前記圧力調整部、および、前記蒸発器のそれぞれを、前記冷媒の流通配管を介して接続してなるヒートポンプサイクルと、
前記液体が貯められるタンク、および、前記液体・冷媒熱交換器を備え、前記タンク、および、前記液体・冷媒熱交換器の間を、前記タンクの前記液体を取り出して前記液体・冷媒熱交換器に送り出す往路配管、および、前記液体・冷媒熱交換器で加熱後の前記液体を前記タンクに戻す復路配管を介して接続してなる貯液サイクルと、
前記タンクの前記液体を、前記往路配管、前記液体・冷媒熱交換器、および、前記復路配管をそれぞれ介して循環させる循環ポンプと、
前記液体・冷媒熱交換器で加熱後の前記液体の加熱後温度を検出する加熱後温度検出部と、
前記加熱後温度検出部で検出された前記液体の加熱後温度が、予め定められる沸上温度に係る目標値に到達していない場合、前記液体の加熱後温度が前記沸上温度に係る目標値と一致するように、前記冷媒の循環流量、および、前記液体の循環流量を調整しながら前記液体を沸き上げる沸上運転を行わせるヒートポンプ制御部と、
を備えることを特徴とするヒートポンプ式給液装置。
【請求項２】
請求項１に記載のヒートポンプ式給液装置であって、
前記冷媒の循環流量の調整は、前記圧縮機に係る駆動モータの回転速度を調整することによって遂行される一方、前記液体の循環流量の調整は、前記循環ポンプに係る駆動モータの回転速度を調整することによって遂行される、
ことを特徴とするヒートポンプ式給液装置。
【請求項３】
請求項２に記載のヒートポンプ式給液装置であって、
前記ヒートポンプ制御部は、前記加熱後温度検出部で検出された前記液体の加熱後温度が、前記沸上温度に係る目標値に到達した後において、前記液体・冷媒熱交換器に係る加熱能力が、予め定められる加熱能力の目標値と一致するように、前記循環ポンプに係る駆動モータの回転速度を調整しながら前記沸上運転を行わせる、
ことを特徴とするヒートポンプ式給液装置。
【請求項４】
請求項２に記載のヒートポンプ式給液装置であって、
前記ヒートポンプ制御部は、前記加熱後温度検出部で検出された前記液体の加熱後温度が、前記沸上温度に係る目標値に到達した後において、前記圧縮機に係る駆動モータの回転速度が、予め定められる回転速度の基準値と一致するように、前記循環ポンプに係る駆動モータの回転速度を調整しながら前記沸上運転を行わせる、
ことを特徴とするヒートポンプ式給液装置。
【請求項５】
請求項２〜４のいずれか一項に記載のヒートポンプ式給液装置であって、
外気の温度を検出する外気温度検出部と、
前記液体・冷媒熱交換器で沸上前の前記液体の温度を検出する原液温度検出部と、
前記圧縮機から吐出される前記冷媒の温度を検出する吐出冷媒温度検出部と、
をさらに備え、
前記ヒートポンプ制御部は、前記吐出冷媒温度検出部で検出された前記冷媒の温度が、前記外気温度検出部で検出された外気の温度、前記原液温度検出部で検出された前記液体の温度、または、前記沸上温度に係る目標値のいずれかを用いて算出された前記冷媒の温度に係る目標値と一致するように、前記圧力調整部の圧力を調整しながら前記沸上運転を行わせる、
ことを特徴とするヒートポンプ式給液装置。
【請求項６】
請求項２〜４のいずれか一項に記載のヒートポンプ式給液装置であって、
外気の温度を検出する外気温度検出部と、
前記液体・冷媒熱交換器で沸上前の前記液体の温度を検出する原液温度検出部と、
前記圧縮機から吐出される前記冷媒の圧力を検出する冷媒圧力検出部と、
をさらに備え、
前記ヒートポンプ制御部は、前記冷媒圧力検出部で検出された前記冷媒の圧力が、前記外気温度検出部で検出された外気の温度、前記原液温度検出部で検出された前記液体の温度、または、前記沸上温度に係る目標値のいずれかを用いて算出された前記冷媒の圧力に係る目標値と一致するように、前記圧力調整部の圧力を調整しながら前記沸上運転を行わせる、
ことを特徴とするヒートポンプ式給液装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載のヒートポンプ式給液装置であって、
前記冷媒は、二酸化炭素である、
ことを特徴とするヒートポンプ式給液装置。
【請求項１】
冷媒を圧縮して吐出する圧縮機、前記圧縮機から吐出される前記冷媒との熱交換により加熱対象となる液体を加熱する液体・冷媒熱交換器、前記液体・冷媒熱交換器で凝縮された前記冷媒の圧力を調整する圧力調整部、および、前記圧力調整部で減圧された前記冷媒を空気と熱交換させて前記圧縮機に戻す蒸発器を備え、前記圧縮機、前記液体・冷媒熱交換器、前記圧力調整部、および、前記蒸発器のそれぞれを、前記冷媒の流通配管を介して接続してなるヒートポンプサイクルと、
前記液体が貯められるタンク、および、前記液体・冷媒熱交換器を備え、前記タンク、および、前記液体・冷媒熱交換器の間を、前記タンクの前記液体を取り出して前記液体・冷媒熱交換器に送り出す往路配管、および、前記液体・冷媒熱交換器で加熱後の前記液体を前記タンクに戻す復路配管を介して接続してなる貯液サイクルと、
前記タンクの前記液体を、前記往路配管、前記液体・冷媒熱交換器、および、前記復路配管をそれぞれ介して循環させる循環ポンプと、
前記液体・冷媒熱交換器で加熱後の前記液体の加熱後温度を検出する加熱後温度検出部と、
前記加熱後温度検出部で検出された前記液体の加熱後温度が、予め定められる沸上温度に係る目標値に到達していない場合、前記液体の加熱後温度が前記沸上温度に係る目標値と一致するように、前記冷媒の循環流量、および、前記液体の循環流量を調整しながら前記液体を沸き上げる沸上運転を行わせるヒートポンプ制御部と、
を備えることを特徴とするヒートポンプ式給液装置。
【請求項２】
請求項１に記載のヒートポンプ式給液装置であって、
前記冷媒の循環流量の調整は、前記圧縮機に係る駆動モータの回転速度を調整することによって遂行される一方、前記液体の循環流量の調整は、前記循環ポンプに係る駆動モータの回転速度を調整することによって遂行される、
ことを特徴とするヒートポンプ式給液装置。
【請求項３】
請求項２に記載のヒートポンプ式給液装置であって、
前記ヒートポンプ制御部は、前記加熱後温度検出部で検出された前記液体の加熱後温度が、前記沸上温度に係る目標値に到達した後において、前記液体・冷媒熱交換器に係る加熱能力が、予め定められる加熱能力の目標値と一致するように、前記循環ポンプに係る駆動モータの回転速度を調整しながら前記沸上運転を行わせる、
ことを特徴とするヒートポンプ式給液装置。
【請求項４】
請求項２に記載のヒートポンプ式給液装置であって、
前記ヒートポンプ制御部は、前記加熱後温度検出部で検出された前記液体の加熱後温度が、前記沸上温度に係る目標値に到達した後において、前記圧縮機に係る駆動モータの回転速度が、予め定められる回転速度の基準値と一致するように、前記循環ポンプに係る駆動モータの回転速度を調整しながら前記沸上運転を行わせる、
ことを特徴とするヒートポンプ式給液装置。
【請求項５】
請求項２〜４のいずれか一項に記載のヒートポンプ式給液装置であって、
外気の温度を検出する外気温度検出部と、
前記液体・冷媒熱交換器で沸上前の前記液体の温度を検出する原液温度検出部と、
前記圧縮機から吐出される前記冷媒の温度を検出する吐出冷媒温度検出部と、
をさらに備え、
前記ヒートポンプ制御部は、前記吐出冷媒温度検出部で検出された前記冷媒の温度が、前記外気温度検出部で検出された外気の温度、前記原液温度検出部で検出された前記液体の温度、または、前記沸上温度に係る目標値のいずれかを用いて算出された前記冷媒の温度に係る目標値と一致するように、前記圧力調整部の圧力を調整しながら前記沸上運転を行わせる、
ことを特徴とするヒートポンプ式給液装置。
【請求項６】
請求項２〜４のいずれか一項に記載のヒートポンプ式給液装置であって、
外気の温度を検出する外気温度検出部と、
前記液体・冷媒熱交換器で沸上前の前記液体の温度を検出する原液温度検出部と、
前記圧縮機から吐出される前記冷媒の圧力を検出する冷媒圧力検出部と、
をさらに備え、
前記ヒートポンプ制御部は、前記冷媒圧力検出部で検出された前記冷媒の圧力が、前記外気温度検出部で検出された外気の温度、前記原液温度検出部で検出された前記液体の温度、または、前記沸上温度に係る目標値のいずれかを用いて算出された前記冷媒の圧力に係る目標値と一致するように、前記圧力調整部の圧力を調整しながら前記沸上運転を行わせる、
ことを特徴とするヒートポンプ式給液装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載のヒートポンプ式給液装置であって、
前記冷媒は、二酸化炭素である、
ことを特徴とするヒートポンプ式給液装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−７９７６０（Ｐ２０１３−７９７６０Ａ）
【公開日】平成２５年５月２日（２０１３．５．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２１９９２０（Ｐ２０１１−２１９９２０）
【出願日】平成２３年１０月４日（２０１１．１０．４）
【出願人】（３９９０４８９１７）日立アプライアンス株式会社 (3,043)
【公開日】平成２５年５月２日（２０１３．５．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月４日（２０１１．１０．４）
【出願人】（３９９０４８９１７）日立アプライアンス株式会社 (3,043)
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