ヒートポンプ式給湯機
【課題】外気温度等の環境条件が変化しても、湯加熱能力過多や湯加熱能力過少になることを防止できて、適正な湯加熱能力にて運転することが可能となって、効率よく所定時間でユーザが必要とする湯量の湯を沸き上げることが可能なヒートポンプ式給湯機を提供する。
【解決手段】低温水をヒートポンプユニット２にて沸き上げて貯湯タンク３に貯えるヒートポンプ式給湯機である。外気温度等に応じて予め設定される初期運転周波数にてヒートポンプユニット２の圧縮機２５を駆動させる沸き上げ運転を行う。運転中に湯加熱能力を検出する。その検出した湯加熱能力が必要湯加熱能力と相違すれば、圧縮機２５の運転周波数を調整して、湯加熱能力を必要湯加熱能力に近づける。
【解決手段】低温水をヒートポンプユニット２にて沸き上げて貯湯タンク３に貯えるヒートポンプ式給湯機である。外気温度等に応じて予め設定される初期運転周波数にてヒートポンプユニット２の圧縮機２５を駆動させる沸き上げ運転を行う。運転中に湯加熱能力を検出する。その検出した湯加熱能力が必要湯加熱能力と相違すれば、圧縮機２５の運転周波数を調整して、湯加熱能力を必要湯加熱能力に近づける。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ヒートポンプ式給湯機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ヒートポンプ式給湯機は、一般には図５に示すように、貯湯タンク７０を有するタンクユニット７１と、冷凍サイクル７２を有するヒートポンプユニット７３とを備える。また、冷凍サイクル７２は、圧縮機７４と水熱交換器７５と膨張弁７７と空気熱交換器（蒸発器）７８とを順に接続して構成される。そして、タンクユニット７１は、上記貯湯タンク７０と循環路７９とを備え、この循環路７９には、水循環用ポンプ８０と熱交換路８１とが介設されている。この場合、熱交換路８１は水熱交換器７５にて構成される。
【０００３】
上記装置においては、圧縮機７４を駆動させると共に、ポンプ８０を駆動（作動）させると、貯湯タンク７０の底部に設けた取水口から貯溜水（温湯）が循環路７９に流出し、これが熱交換路８１を流通する。そのときこの温湯は水熱交換器７５によって加熱され（沸き上げられ）、湯入口から貯湯タンク７０の上部に返流される。これによって、貯湯タンク７０に高温の温湯を貯めるものである。
【０００４】
近年、冷媒として炭酸ガス等の超臨界冷媒を使用する場合がある。そして、冷媒に炭酸ガス等を使用したヒートポンプユニットを備えたヒートポンプ式給湯機としては、蒸発器の温度と、圧縮機の吸入（吸気）側温度と、圧縮機の吐出側温度等に基づいてサイクル効率が最適になるように圧縮機の運転周波数を制御するものである（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−１３９２５７号公報（第３頁、図１、図２）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、この種のヒートポンプ式給湯機は、その性質上、圧縮機の運転周波数が一定であれば、外気温度が低下すれば湯加熱能力（沸上能力）も低下し、逆に外気温度が上昇すれば湯加熱能力（沸上能力）が上昇する。そして、冷媒に炭酸ガス等を使用した場合には、冷凍サイクルは、図４に示す実線に示すものとなる。この際、沸き上げ運転中に貯湯タンクから循環路７９への入水温度が変化（上昇）すれば、熱交換路８１への入水温度が上昇し、この図４の仮想線（２点鎖線）で示すように、放熱過程でのエンタルピ差が狭くなり、湯加熱能力及びＣＯＰが減少していた。
【０００７】
このように、この種のヒートポンプ式給湯機では、外気温度や入水温度等の環境条件、又は機器（ヒートポンプ式給湯機）の経年変化等によって湯加熱能力が変化する。このため、従来のヒートポンプ式給湯機では、運転開始時において、必要湯加熱能力となるような運転周波数で圧縮機を駆動させても運転中に外気温度等が変化してその湯加熱能力が変化して、湯加熱能力に過不足が生じる場合があった。このため、例えば、ある能力で所定時間だけ運転して所定量の湯量を沸き上げることができる場合において、実際の能力がこの能力から低下していれば（湯加熱能力過少の場合）、上記所定時間内に必要湯量の温湯を沸き上げることができない。そのため、湯が不足する湯切れ現象が生じるおそれがある。逆に、湯加熱能力過多の場合、必要湯量の温湯が沸き上がっているにもかかわらず、無駄な沸き上げ運転が継続されてランニングコスト高となる効率の悪い運転を行うことになっていた。
【０００８】
この発明は、上記従来の欠点を解決するためになされたものであって、その目的は、外気温度等の環境条件が変化しても、湯加熱能力過多や湯加熱能力過少になることを防止できて、適正な湯加熱能力にて運転することが可能となって、効率よく所定時間でユーザが必要とする量の湯を沸き上げることが可能なヒートポンプ式給湯機を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
そこで請求項１のヒートポンプ式給湯機は、低温水をヒートポンプユニット２にて沸き上げて貯湯タンク３に貯えるヒートポンプ式給湯機であって、外気温度等に応じて予め設定される初期運転周波数にて上記ヒートポンプユニット２の圧縮機２５を駆動させる沸き上げ運転を行い、その運転中に湯加熱能力を検出して、その検出した湯加熱能力が必要湯加熱能力と相違すれば、上記圧縮機２５の運転周波数を調整して、湯加熱能力を必要湯加熱能力に近づけることを特徴としている。
【００１０】
請求項１のヒートポンプ式給湯機では、運転中に湯加熱能力を検出して、その検出した湯加熱能力と必要湯加熱能力とを比較して、相違すれば、この必要湯加熱能力に近づけることができる。このため、運転中において環境条件等が変化したとしても、湯加熱能力を適切な能力とすることができ、湯加熱能力の過不足を回避することができる。
【００１１】
請求項２のヒートポンプ式給湯機は、ヒートポンプユニット２にて加熱された温水を水循環用ポンプ１３で貯湯タンク３に貯湯するヒートポンプ式給湯機であって、上記運転中の湯加熱能力を、加熱前の低温水の温度と加熱後の高温水の温度との差、及び上記水循環用ポンプ１３の出力とで検出することを特徴としている。
【００１２】
上記請求項２のヒートポンプ式給湯機では、運転中の湯加熱能力を、加熱前の低温水の温度と加熱後の高温水の温度との差、及び上記水循環用ポンプ１３の出力とで検出するので、湯加熱能力を簡単かつ確実に検出することができ、必要湯加熱能力に近づける制御の信頼性が向上する。
【００１３】
請求項３のヒートポンプ式給湯機は、上記必要湯加熱能力は、通常沸き上げモードと、この通常沸き上げモードよりも低い能力の低沸き上げモードと、この通常沸き上げモードよりも高い能力の高沸き上げモードとを有することを特徴としている。
【００１４】
上記請求項３のヒートポンプ式給湯機では、必要湯加熱能力は、通常沸き上げモードと、この通常沸き上げモードよりも低い能力の低沸き上げモードと、この通常沸き上げモードよりも高い能力の高沸き上げモードとを有するので、３種類の沸き上げモードの沸き上げ運転を行うことができる。すなわち、通常沸き上げモードとして、定格能力としての４５００Ｗである場合、例えば、低沸き上げモードを４０００Ｗとし、高沸き上げモードを５０００Ｗとすることができる。このため、低沸き上げモードとすれば、同じ量の湯を沸き上げるためには、通常沸き上げモード時よりも長く運転することになるが、この低沸き上げモードでは圧縮機２５の運転周波数を低下させることになるので、圧縮機２５の長時間運転による運転ストレスの発生を抑制することができると共に、圧縮機２５の駆動による騒音を低下させることができる。また、高沸き上げモードとすれば、同じ量の湯を沸き上げるためには、通常沸き上げモード時よりも短い時間でよく、湯が不足した場合等に短時間にその不足分を沸き上げることができる。
【００１５】
請求項４のヒートポンプ式給湯機は、上記ヒートポンプユニット２の冷凍サイクルの高圧側が超臨界圧力で運転することを特徴としている。
【００１６】
上記請求項４のヒートポンプ式給湯機では、超臨界冷媒を用いることにより、ヒートポンプユニット２にて加熱される低温水の温度（入水温度）が上昇すれば、湯加熱能力及びＣＯＰが減少する特徴があるので、上記各作用が顕著に現われる。また、オゾン層の破壊、環境汚染等の問題がなく、地球環境にやさしいヒートポンプ式給湯機となる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
次に、この発明のヒートポンプ式給湯機の具体的な実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。図１はこのヒートポンプ式給湯機の簡略図を示し、このヒートポンプ式給湯機は、低温水をヒートポンプユニット２にて沸き上げて貯湯タンク３に貯えるものであり、この貯湯タンク３に貯湯された温湯が図示省略の浴槽等に供給される。すなわち、貯湯タンク３には、その底壁に給水口５が設けられると共に、その上壁に出湯口６が設けられている。そして、給水口５から貯湯タンク３に水道水が供給され、出湯口６から高温の温湯が出湯される。また、貯湯タンク３には、その底壁に取水口１０が開設されると共に、側壁（周壁）の上部に湯入口１１が開設され、取水口１０と湯入口１１とが循環路１２にて連結されている。そして、この循環路１２に水循環用ポンプ１３と熱交換路１４とが介設されている。なお、給水口５には給水用流路８が接続されている。
【００１８】
ところで、貯湯タンク３には、上下方向に所定ピッチで４個の残湯量検出器１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄと、給水温度検出手段１９を構成する温度検出器１９ａとが設けられている。上記各残湯量検出器１８ａ・・及び温度検出器１９ａは、例えば、それぞれサーミスタからなる。また、上記循環路１２には、熱交換路１４の上流側に入水サーミスタ２０ａが設けられると共に、熱交換路１４の下流側に出湯サーミスタ２１ａが設けられている。
【００１９】
そして、ヒートポンプユニット２は冷凍サイクルを備え、この冷凍サイクルは、圧縮機２５と、熱交換路１４を構成する水熱交換器２６と、電動膨張弁（減圧機構）２７と、空気熱交換器（蒸発器）２８とを順に接続して構成される。すなわち、圧縮機２５と水熱交換器２６とを冷媒通路２９にて接続し、水熱交換器２６と電動膨張弁２７とを冷媒通路３０にて接続し、電動膨張弁２７と空気熱交換器２８とを冷媒通路３１にて接続し、空気熱交換器２８と圧縮機２５とをアキュームレータ３２が介設された冷媒通路３３にて接続している。また、空気熱交換器２８にはこの空気熱交換器２８の能力を調整するファン３４が付設されている。さらに、このヒートポンプユニット２には、外気温度を検出する外気温サーミスタ３６ａが配置されている。そして、冷媒に超臨界で使用する超臨界冷媒（例えば、炭酸ガス）を用いた。すなわち、ヒートポンプユニット２の冷凍サイクルの高圧側が超臨界圧力で運転することになる。
【００２０】
ところで、このヒートポンプ式給湯機の制御部は、図２に示すように、外気温検出手段３６と、入水温度検出手段２０と、出湯温度検出手段２１と、後述するように圧縮機２５の運転周波数等を設定する設定手段３９と、各検出手段２０、２１、３６からのデータ（数値）等が入力される制御手段３８とを備える。この場合、図１に示すように、外気温検出手段３６は外気温サーミスタ３６ａにて構成することができ、入水温度検出手段２０は入水サーミスタ２０ａにて構成することができ、出湯温度検出手段２１は出湯サーミスタ２１ａにて構成することができる。なお、上記制御手段３８は例えばマイクロコンピュータを用いて構成することができる。
【００２１】
上記のように構成されたヒートポンプ式給湯機によれば、圧縮機２５を駆動させると共に、水循環用ポンプ１３を駆動（作動）させると、貯湯タンク３の底部に設けた取水口１０から貯溜水（低温水）が流出し、これが循環路１２の熱交換路１４を流通する。そのときこの温湯は水熱交換器２６によって加熱され（沸き上げられ）、湯入口１１から貯湯タンク３の上部に返流される。このような動作を継続して行うことによって、貯湯タンク３に高温の温湯を貯湯することができる。この場合、現状の電力料金制度は深夜の電力料金単価が昼間に比べて安価に設定されているので、この運転は、低額である深夜時間帯（例えば、２３時から７時までの時間帯）に行うものである。
【００２２】
すなわち、深夜時間（２３時から次の日の午前７時）帯のある時刻（例えば、深夜時間開始後である２４時等）から所定時間の間だけ運転して、所定時刻（深夜時間終了時刻、つまり午前７時）で所定容量（例えば、貯湯タンク３の容量）の湯を沸き上げる沸き上げ運転を行うものである。また、一日の必要湯量がこの貯湯タンク３の容量を越える場合には、深夜時間の運転を行った後、さらに深夜時間外の昼間において追加運転を行って、その一日の必要湯量を確保するものである。これによって、貯湯タンク３の湯がなくなるという「湯切れ」現象を回避するようにして、ユーザが安心して貯湯タンク３の湯を使用することができるようにしている。
【００２３】
ところで、上記ヒートポンプ式給湯機において、圧縮機２５の運転周波数が一定とした場合、外気温度が低下すれば湯加熱能力（沸上能力）も低下し、逆に外気温度が上昇すれば湯加熱能力（沸上能力）が上昇する。すなわち、図３に示すように、例えば、外気温度が５℃程度のときに、圧縮機２５の運転周波数を７５Ｈｚ程度とすれば、能力（湯加熱能力）が４５００Ｗ（いわゆる定格能力）となるが、外気温度が低下すれば、運転周波数を上昇させなければ、４５００Ｗを維持できず、逆に外気温度が上昇すれば、運転周波数を下降させることによって、４５００Ｗを維持することができる。また、入水温度が上昇すれば、湯加熱能力が低下する。
【００２４】
そして、ヒートポンプ式給湯機の湯加熱能力（必要加熱能力）としては、表１の周波数維持の欄におけるように、定格能力としての４５００Ｗの能力の運転を行う通常沸き上げモードと、この通常沸き上げモードよりも低い能力（例えば、４０００Ｗ）の能力の運転を行う低沸き上げモードと、この通常沸き上げモードよりも高い能力（例えば、５０００Ｗ）の運転を行う高沸き上げモードとを有する。ここで、低沸き上げモードは、例えば、圧縮機２５の運転周波数を通常沸き上げモード時よりも低下させるものであり、運転ストレスの解消や低騒音での運転が可能である。すなわち、深夜時間帯での運転時においてこの低沸き上げモードで運転を行えば、長時間運転による圧縮機２５の運転ストレスの発生を抑制して、圧縮機２５の長寿命化を図ることができ、さらには、低騒音運転が可能となって深夜時間帯において騒音に悩まされることなく快適生活を営むことができる。また、高沸き上げモードは、圧縮機２５の運転周波数を通常沸き上げモード時よりも上昇させるものであり、沸き上げ時間の短縮を図っている。すなわち、貯湯タンク３内の湯が不足する場合等において、この高沸き上げモードで運転することによって、短時間でその不足分を沸き上げるものであって、貯湯タンク３内の湯がなくなる「湯切れ」現象を回避することができる。
【００２５】
【表１】
【００２６】
このため、通常沸き上げモードは、これらの外気温度等の環境条件に対応して、運転周波数（初期運転周波数）を上記設定手段３９にて次の表２のように決定（設定）している。この場合、出湯温度（出湯サーミスタ２１ａの温度であって、ヒートポンプユニット２に沸き上げられた温湯の温度）が所定温度（例えば、７５℃）である場合について、外気温度や入水温度（入水サーミスタ２０ａの温度であって、ヒートポンプユニット２にて沸き上げられる前の低温水の温度）等の環境条件に基づいて、圧縮機２５の運転周波数を決定（設定）し、環境条件毎に設定されたこの運転周波数で沸き上げ運転を行うようにしている。
【００２７】
【表２】
【００２８】
また、この表２では、外気温度を季節モード１から季節モード７の７モードに分け、入水温度を入水モード１から入水モード７の７モードに分けている。例えば、季節モード１を５℃以下とし、季節モード２を５℃を越えかつ９℃以下とし、季節モード３を９℃を越えかつ１３℃以下とし、季節モード４を１３℃を越えかつ１８℃以下とし、季節モード５を１８℃を越えかつ２３℃以下とし、季節モード６を２３℃を越えかつ２８℃以下とし、季節モード７を２８℃を越える場合としている。また、入水モード１を５℃以下とし、入水モード２を５℃を越えかつ１０℃以下とし、入水モード３を１０℃を越えかつ１５℃以下とし、入水モード４を１５℃を越えかつ２０℃以下とし、入水モード５を２０℃を越えかつ２７℃以下とし、入水モード６を２７℃を越えかつ３３℃以下とし、入水モード７を３３℃を越える場合としている。なお、夏場においても水道水の温度が３３℃を越える場合はほとんどないので、入水モード７の基準を３３℃としている。
【００２９】
そして、例えば、圧縮機２５の運転周波数は、季節モード１でかつ入水モード１である場合には１１０Ｈｚとされ、季節モード１でかつ入水モード７である場合にも１１０Ｈｚとされ、季節モード７でかつ入水モード１である場合には４６Ｈｚとされ、季節モード７でかつ入水モード７である場合にも４６Ｈｚとされる。この場合、各入水モードにおいては、季節モード１からモードが増加するに従って運転周波数が減少する。また、各季節モードにおいては、各入水モードで同じ運転周波数としているが、入水モード１からそのモードが増加するに従って運転周波数が増加するようにするのが好ましい。すなわち、外気温度が高くなるほど圧縮機２５の運転周波数を減少させ、入水温度が高くなるほど圧縮機２５の運転周波数を増加させているのが好ましい。なお、各季節モードにおいて、入水モード１からモードが増加するに従って運転周波数を増加させる場合、入水モード毎に変化させても、数モードを同一の周波数としてもよい。また、各入水モードにおいては、季節モード１からモードが増加するに従って運転周波数を減少させる場合は、季節モード毎に相違させるのが好ましい。
【００３０】
また、低沸き上げモードでは、次の表３のように、通常沸き上げモード時よりも圧縮機２５の運転周波数を低下させている。この場合、例えば、ＦＳＲＳ１を１０Ｈｚとし、ＦＳＲＳ２を１０Ｈｚとし、ＦＳＲＳ３を６Ｈｚとし、ＦＳＲＳ４を６Ｈｚとし、ＦＳＲＳ５を４Ｈｚとし、ＦＳＲＳ６を４Ｈｚとし、ＦＳＲＳ７を４Ｈｚとしている。すなわち、各季節モードにおいてこれらの補正量だけ減じた運転周波数で運転するようにしている。これによって、低沸き上げモード時の初期の湯加熱能力を、通常沸き上げモード時の初期の湯加熱能力が４５００Ｗであれば、例えば４０００Ｗとなるようにしている。
【００３１】
【表３】
【００３２】
また、高沸き上げモードでは、次の表４のように、通常沸き上げモード時よりも圧縮機２５の運転周波数を上昇させている。この場合、例えば、ＦＳＲＰ１と０ＨｚとＦＳＲＰ２とＦＳＲＰ７とをそれぞれ０Ｈｚとし、ＦＳＲＰ３を６Ｈｚとし、ＦＳＲＰ４を６Ｈｚとし、ＦＳＲＰ５を４Ｈｚとし、ＦＳＲＰ６を４Ｈｚとしている。すなわち、季節モード３〜６においてこれらの補正量だけ加えた運転周波数で運転するようにしている。これによって、高沸き上げモード時の初期の湯加熱能力を、通常沸き上げモード時の初期の湯加熱能力が４５００Ｗであれば、例えば５０００Ｗとなるようにしている。
【００３３】
【表４】
【００３４】
このように、外気温度および入水温度に応じた運転周波数を、各モード毎に上記設定手段３９にて決定（設定）して、これを表２のようなテーブルとして制御手段３８に入力しておき、これに応じて運転すれば、初期段階では各モード毎の運転を行うことができる。しかしながら、運転中の外気温度や入水温度等の環境条件変化や長年使用したことによる経年変化により、上記初期運転周波数では、湯加熱能力に過不足が生じるおそれがある。
【００３５】
すなわち、表１に示すように、低沸き上げモードにおいて、初期段階（初期モード）で湯加熱能力が４０００Ｗである場合に、３５００Ｗや４５００Ｗとなったり、また、通常沸き上げモードにおいて、初期段階で湯加熱能力が４５００Ｗである場合に、４０００Ｗや５０００Ｗとなったり、また、高沸き上げモードにおいて、初期段階で湯加熱能力が５０００Ｗである場合に、４５００Ｗや５５００Ｗとなったりする。
【００３６】
このため、このヒートポンプ式給湯機では、運転中において湯加熱能力を検出し、この検出した湯加熱能力を、各沸き上げモード毎に相違する必要湯加熱能力と比較して、相違すれば、圧縮機２５の運転周波数を調整して、必要湯加熱能力に近づけるようにする。すなわち、上記表１のように、例えば、低沸き上げモードにおいて、検出した湯加熱能力が３５００Ｗであれば、４０００Ｗとなるように、圧縮機２５の運転周波数を増加させ、検出した湯加熱能力が４５００Ｗであれば、４０００Ｗとなるように、圧縮機２５の運転周波数を減少させる。また、通常沸き上げモードにおいて、検出した湯加熱能力が４０００Ｗであれば、４５００Ｗとなるように、圧縮機２５の運転周波数を増加させ、検出した湯加熱能力が５０００Ｗであれば、４５００Ｗとなるように、圧縮機２５の運転周波数を減少させる。また、高沸き上げモードにおいて、検出した湯加熱能力が４５００Ｗであれば、５０００Ｗとなるように、圧縮機２５の運転周波数を増加させ、検出した湯加熱能力が５５００Ｗであれば、５０００Ｗとなるように、圧縮機２５の運転周波数を減少させる。
【００３７】
ところで、湯加熱能力は、加熱前の低温水の温度（入水温度）と加熱後の高温水の温度（出湯温度）との差、及び上記水循環用ポンプ１３の出力とで検出する。すなわち、次の数１の式から求めることができる。
【００３８】
【数１】
【００３９】
このように、湯加熱能力（沸き上げ能力）ＣＡＰ＝係数×ポンプ出力×（出湯温度−入水温度）で求めることができる。この場合、入水温度は入水サーミスタ２０ａにて検出することができ、出湯温度は出湯サーミスタ２１ａにて検出することができる。また、所定時間毎に沸き上げ能力（湯加熱能力）の積算平均値を求めることも可能で、この場合、上記能力を所定時間毎に算出して、この合計から積算平均値を次の数２の式のように求める。ここで、ＣＡＰＡＶは平均能力であり、ΣＣＡＰはＣＡＰ（湯加熱能力）の積算値であり、ＮＳＡＭＰは積算回数である。
【００４０】
【数２】
【００４１】
従って、所定時間毎の積算平均値を求め、この湯加熱能力を必要湯加熱能力と比較して、必要湯加熱能力に近づけるようにすれば、安定して湯加熱能力に過不足を生じさせないようにすることができる。これによって、効率のよい運転が可能であると共に、所定時間でユーザが必要とする湯量の湯を沸き上げることができる。
【００４２】
ところで、初期運転周波数を決定する場合、外気温度に代えて、給水温度（水道水の温度）を用いてもよい。これは、水道水の温度が外気温度と略同一か又は略比例するので、この水道水の温度に基づいて運転周波数を制御しても、初期湯加熱能力による運転を行うことができるからである。この場合、温度検出器１９ａにて構成する給水温度検出手段１９にてこの給水温度を検出することができる。すなわち、初期運転を行う場合、上記ヒートポンプユニット２の圧縮機２５の運転周波数を、外気温度、貯湯タンク３へ供給する水道水の温度、上記低温水の温度（入水温度）、及び上記ヒートポンプユニット２にて沸き上げられる温湯の温度（出湯温度）のうちいずれかの温度に基づいて制御することが可能であり、好ましくはこれらの温度のうち２種類以上に基づくのがよい。また、湯加熱能力を調整する場合、上記運転周波数の調整に加えて、上記空気熱交換器２８に付設されたファン３４の回転数を調整するようにしてもよい。
【００４３】
以上にこの発明の具体的な実施の形態について説明したが、この発明は上記形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々変更して実施することができる。例えば、各沸き上げモードでの運転周波数としては、設定する能力（必要湯加熱能力）等に応じて変更することができる。さらに、各季節モードや各入水モードの温度範囲、モード数の変更も自由である。また、運転中に行う湯加熱能力の比較を、所定時間毎に行っても、連続的に行ってもよい。所定時間毎に行う場合の間隔としては任意に設定でき、例えば、１０〜１５分間隔としたり、３〜５分間隔としたりすることができる。さらに、各沸き上げモード毎にその比較間隔を相違させたり、同一間隔としたりすることができる。また、沸き上げモードの切換えは、このヒートポンプ式給湯機に付設される運転操作用のリモコン（台所用や浴室用等があり、どちらのリモコンであってもよい）にてユーザ等が任意に行えるようにすることができる。これにより、ユーザは希望する運転を簡単かつ確実に行わせることができる。
【００４４】
なお、上記実施の形態のヒートポンプ式給湯機では、貯湯タンク３と、この貯湯タンク３に連結される循環路１２と、この循環路１２に介設される熱交換路１４とを備え、この熱交換路１４をヒートポンプユニットにて加熱して、上記貯湯タンク３の下部から循環路１２に流出した低温水を沸き上げてこの貯湯タンク３の上部に出湯する運転が可能であるが、ヒートポンプ式給湯機としては、低温水をヒートポンプユニット２にて沸き上げて貯湯タンク３に貯えるものであればよいので、このような循環路１２を有さなくてもよい。すなわち、ヒートポンプユニット２にて沸き上げるための低温水を貯湯タンク３以外から供給したりしてもよい。また、冷凍サイクルの冷媒としては、炭酸ガス、エチレン、エタン、酸化窒素等の超臨界で使用する超臨界冷媒を用いるのが好ましいが、ジクロロジフルオロメタン（Ｒ−１２）やクロロジフルオロメタン（Ｒ−２２）のような冷媒であってもよい。
【００４５】
【発明の効果】
請求項１のヒートポンプ式給湯機によれば、運転中において環境条件等が変化したとしても、湯加熱能力を適切な能力とすることができ、湯加熱能力の過不足を回避することができる。これによって、効率のよい運転が可能であると共に、所定時間でユーザが必要とする湯量の湯を沸き上げることができる。
【００４６】
請求項２のヒートポンプ式給湯機によれば、湯加熱能力を簡単かつ確実に検出することができ、必要湯加熱能力に近づける制御の信頼性が向上する。このため、効率のよい運転が一層可能であり、しかもユーザは正確な沸き上げ時間を知ることができる。
【００４７】
請求項３のヒートポンプ式給湯機によれば、低沸き上げモードとすれば、同じ量の湯を沸き上げるためには、通常沸き上げモード時よりも長く運転することになるが、この低沸き上げモードでは圧縮機の運転周波数を低下させることになるので、長時間運転による圧縮機の運転ストレスの発生を抑制して、圧縮機の長寿命化を図ることができ、さらには、低騒音運転が可能となって深夜時間帯において騒音に悩まされることなく快適生活を営むことができる。また、高沸き上げモードとすれば、同じ量の湯を沸き上げるためには、通常沸き上げモード時よりも短い時間でよく、湯が不足した場合等に短時間にその不足分を沸き上げることができる。しかも、各沸き上げモード時のおいても、その必要湯加熱能力に近づけることができ、安定した運転が可能である。
【００４８】
請求項４のヒートポンプ式給湯機によれば、超臨界冷媒を用いることにより、ヒートポンプユニットにて加熱される低温水の温度（入水温度）が上昇すれば、湯加熱能力及びＣＯＰが減少する特徴があるので、上記各効果が顕著に現われる。また、オゾン層の破壊、環境汚染等の問題がなく、地球環境にやさしいヒートポンプ式給湯機となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明のヒートポンプ式給湯機の実施の形態を示す簡略図である。
【図２】上記ヒートポンプ式給湯機の制御部の簡略ブロック図である。
【図３】上記ヒートポンプ式給湯機の能力と圧縮機の運転周波数と外気温度との関係を示すグラフ図である。
【図４】従来のヒートポンプ式給湯機の入水が上昇した場合の問題点を説明する冷凍サイクル図である。
【図５】従来のヒートポンプ式給湯機の簡略図である。
【符号の説明】
２ ヒートポンプユニット
３ 貯湯タンク
１３ 水循環用ポンプ
２５ 圧縮機
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ヒートポンプ式給湯機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ヒートポンプ式給湯機は、一般には図５に示すように、貯湯タンク７０を有するタンクユニット７１と、冷凍サイクル７２を有するヒートポンプユニット７３とを備える。また、冷凍サイクル７２は、圧縮機７４と水熱交換器７５と膨張弁７７と空気熱交換器（蒸発器）７８とを順に接続して構成される。そして、タンクユニット７１は、上記貯湯タンク７０と循環路７９とを備え、この循環路７９には、水循環用ポンプ８０と熱交換路８１とが介設されている。この場合、熱交換路８１は水熱交換器７５にて構成される。
【０００３】
上記装置においては、圧縮機７４を駆動させると共に、ポンプ８０を駆動（作動）させると、貯湯タンク７０の底部に設けた取水口から貯溜水（温湯）が循環路７９に流出し、これが熱交換路８１を流通する。そのときこの温湯は水熱交換器７５によって加熱され（沸き上げられ）、湯入口から貯湯タンク７０の上部に返流される。これによって、貯湯タンク７０に高温の温湯を貯めるものである。
【０００４】
近年、冷媒として炭酸ガス等の超臨界冷媒を使用する場合がある。そして、冷媒に炭酸ガス等を使用したヒートポンプユニットを備えたヒートポンプ式給湯機としては、蒸発器の温度と、圧縮機の吸入（吸気）側温度と、圧縮機の吐出側温度等に基づいてサイクル効率が最適になるように圧縮機の運転周波数を制御するものである（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−１３９２５７号公報（第３頁、図１、図２）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、この種のヒートポンプ式給湯機は、その性質上、圧縮機の運転周波数が一定であれば、外気温度が低下すれば湯加熱能力（沸上能力）も低下し、逆に外気温度が上昇すれば湯加熱能力（沸上能力）が上昇する。そして、冷媒に炭酸ガス等を使用した場合には、冷凍サイクルは、図４に示す実線に示すものとなる。この際、沸き上げ運転中に貯湯タンクから循環路７９への入水温度が変化（上昇）すれば、熱交換路８１への入水温度が上昇し、この図４の仮想線（２点鎖線）で示すように、放熱過程でのエンタルピ差が狭くなり、湯加熱能力及びＣＯＰが減少していた。
【０００７】
このように、この種のヒートポンプ式給湯機では、外気温度や入水温度等の環境条件、又は機器（ヒートポンプ式給湯機）の経年変化等によって湯加熱能力が変化する。このため、従来のヒートポンプ式給湯機では、運転開始時において、必要湯加熱能力となるような運転周波数で圧縮機を駆動させても運転中に外気温度等が変化してその湯加熱能力が変化して、湯加熱能力に過不足が生じる場合があった。このため、例えば、ある能力で所定時間だけ運転して所定量の湯量を沸き上げることができる場合において、実際の能力がこの能力から低下していれば（湯加熱能力過少の場合）、上記所定時間内に必要湯量の温湯を沸き上げることができない。そのため、湯が不足する湯切れ現象が生じるおそれがある。逆に、湯加熱能力過多の場合、必要湯量の温湯が沸き上がっているにもかかわらず、無駄な沸き上げ運転が継続されてランニングコスト高となる効率の悪い運転を行うことになっていた。
【０００８】
この発明は、上記従来の欠点を解決するためになされたものであって、その目的は、外気温度等の環境条件が変化しても、湯加熱能力過多や湯加熱能力過少になることを防止できて、適正な湯加熱能力にて運転することが可能となって、効率よく所定時間でユーザが必要とする量の湯を沸き上げることが可能なヒートポンプ式給湯機を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
そこで請求項１のヒートポンプ式給湯機は、低温水をヒートポンプユニット２にて沸き上げて貯湯タンク３に貯えるヒートポンプ式給湯機であって、外気温度等に応じて予め設定される初期運転周波数にて上記ヒートポンプユニット２の圧縮機２５を駆動させる沸き上げ運転を行い、その運転中に湯加熱能力を検出して、その検出した湯加熱能力が必要湯加熱能力と相違すれば、上記圧縮機２５の運転周波数を調整して、湯加熱能力を必要湯加熱能力に近づけることを特徴としている。
【００１０】
請求項１のヒートポンプ式給湯機では、運転中に湯加熱能力を検出して、その検出した湯加熱能力と必要湯加熱能力とを比較して、相違すれば、この必要湯加熱能力に近づけることができる。このため、運転中において環境条件等が変化したとしても、湯加熱能力を適切な能力とすることができ、湯加熱能力の過不足を回避することができる。
【００１１】
請求項２のヒートポンプ式給湯機は、ヒートポンプユニット２にて加熱された温水を水循環用ポンプ１３で貯湯タンク３に貯湯するヒートポンプ式給湯機であって、上記運転中の湯加熱能力を、加熱前の低温水の温度と加熱後の高温水の温度との差、及び上記水循環用ポンプ１３の出力とで検出することを特徴としている。
【００１２】
上記請求項２のヒートポンプ式給湯機では、運転中の湯加熱能力を、加熱前の低温水の温度と加熱後の高温水の温度との差、及び上記水循環用ポンプ１３の出力とで検出するので、湯加熱能力を簡単かつ確実に検出することができ、必要湯加熱能力に近づける制御の信頼性が向上する。
【００１３】
請求項３のヒートポンプ式給湯機は、上記必要湯加熱能力は、通常沸き上げモードと、この通常沸き上げモードよりも低い能力の低沸き上げモードと、この通常沸き上げモードよりも高い能力の高沸き上げモードとを有することを特徴としている。
【００１４】
上記請求項３のヒートポンプ式給湯機では、必要湯加熱能力は、通常沸き上げモードと、この通常沸き上げモードよりも低い能力の低沸き上げモードと、この通常沸き上げモードよりも高い能力の高沸き上げモードとを有するので、３種類の沸き上げモードの沸き上げ運転を行うことができる。すなわち、通常沸き上げモードとして、定格能力としての４５００Ｗである場合、例えば、低沸き上げモードを４０００Ｗとし、高沸き上げモードを５０００Ｗとすることができる。このため、低沸き上げモードとすれば、同じ量の湯を沸き上げるためには、通常沸き上げモード時よりも長く運転することになるが、この低沸き上げモードでは圧縮機２５の運転周波数を低下させることになるので、圧縮機２５の長時間運転による運転ストレスの発生を抑制することができると共に、圧縮機２５の駆動による騒音を低下させることができる。また、高沸き上げモードとすれば、同じ量の湯を沸き上げるためには、通常沸き上げモード時よりも短い時間でよく、湯が不足した場合等に短時間にその不足分を沸き上げることができる。
【００１５】
請求項４のヒートポンプ式給湯機は、上記ヒートポンプユニット２の冷凍サイクルの高圧側が超臨界圧力で運転することを特徴としている。
【００１６】
上記請求項４のヒートポンプ式給湯機では、超臨界冷媒を用いることにより、ヒートポンプユニット２にて加熱される低温水の温度（入水温度）が上昇すれば、湯加熱能力及びＣＯＰが減少する特徴があるので、上記各作用が顕著に現われる。また、オゾン層の破壊、環境汚染等の問題がなく、地球環境にやさしいヒートポンプ式給湯機となる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
次に、この発明のヒートポンプ式給湯機の具体的な実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。図１はこのヒートポンプ式給湯機の簡略図を示し、このヒートポンプ式給湯機は、低温水をヒートポンプユニット２にて沸き上げて貯湯タンク３に貯えるものであり、この貯湯タンク３に貯湯された温湯が図示省略の浴槽等に供給される。すなわち、貯湯タンク３には、その底壁に給水口５が設けられると共に、その上壁に出湯口６が設けられている。そして、給水口５から貯湯タンク３に水道水が供給され、出湯口６から高温の温湯が出湯される。また、貯湯タンク３には、その底壁に取水口１０が開設されると共に、側壁（周壁）の上部に湯入口１１が開設され、取水口１０と湯入口１１とが循環路１２にて連結されている。そして、この循環路１２に水循環用ポンプ１３と熱交換路１４とが介設されている。なお、給水口５には給水用流路８が接続されている。
【００１８】
ところで、貯湯タンク３には、上下方向に所定ピッチで４個の残湯量検出器１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄと、給水温度検出手段１９を構成する温度検出器１９ａとが設けられている。上記各残湯量検出器１８ａ・・及び温度検出器１９ａは、例えば、それぞれサーミスタからなる。また、上記循環路１２には、熱交換路１４の上流側に入水サーミスタ２０ａが設けられると共に、熱交換路１４の下流側に出湯サーミスタ２１ａが設けられている。
【００１９】
そして、ヒートポンプユニット２は冷凍サイクルを備え、この冷凍サイクルは、圧縮機２５と、熱交換路１４を構成する水熱交換器２６と、電動膨張弁（減圧機構）２７と、空気熱交換器（蒸発器）２８とを順に接続して構成される。すなわち、圧縮機２５と水熱交換器２６とを冷媒通路２９にて接続し、水熱交換器２６と電動膨張弁２７とを冷媒通路３０にて接続し、電動膨張弁２７と空気熱交換器２８とを冷媒通路３１にて接続し、空気熱交換器２８と圧縮機２５とをアキュームレータ３２が介設された冷媒通路３３にて接続している。また、空気熱交換器２８にはこの空気熱交換器２８の能力を調整するファン３４が付設されている。さらに、このヒートポンプユニット２には、外気温度を検出する外気温サーミスタ３６ａが配置されている。そして、冷媒に超臨界で使用する超臨界冷媒（例えば、炭酸ガス）を用いた。すなわち、ヒートポンプユニット２の冷凍サイクルの高圧側が超臨界圧力で運転することになる。
【００２０】
ところで、このヒートポンプ式給湯機の制御部は、図２に示すように、外気温検出手段３６と、入水温度検出手段２０と、出湯温度検出手段２１と、後述するように圧縮機２５の運転周波数等を設定する設定手段３９と、各検出手段２０、２１、３６からのデータ（数値）等が入力される制御手段３８とを備える。この場合、図１に示すように、外気温検出手段３６は外気温サーミスタ３６ａにて構成することができ、入水温度検出手段２０は入水サーミスタ２０ａにて構成することができ、出湯温度検出手段２１は出湯サーミスタ２１ａにて構成することができる。なお、上記制御手段３８は例えばマイクロコンピュータを用いて構成することができる。
【００２１】
上記のように構成されたヒートポンプ式給湯機によれば、圧縮機２５を駆動させると共に、水循環用ポンプ１３を駆動（作動）させると、貯湯タンク３の底部に設けた取水口１０から貯溜水（低温水）が流出し、これが循環路１２の熱交換路１４を流通する。そのときこの温湯は水熱交換器２６によって加熱され（沸き上げられ）、湯入口１１から貯湯タンク３の上部に返流される。このような動作を継続して行うことによって、貯湯タンク３に高温の温湯を貯湯することができる。この場合、現状の電力料金制度は深夜の電力料金単価が昼間に比べて安価に設定されているので、この運転は、低額である深夜時間帯（例えば、２３時から７時までの時間帯）に行うものである。
【００２２】
すなわち、深夜時間（２３時から次の日の午前７時）帯のある時刻（例えば、深夜時間開始後である２４時等）から所定時間の間だけ運転して、所定時刻（深夜時間終了時刻、つまり午前７時）で所定容量（例えば、貯湯タンク３の容量）の湯を沸き上げる沸き上げ運転を行うものである。また、一日の必要湯量がこの貯湯タンク３の容量を越える場合には、深夜時間の運転を行った後、さらに深夜時間外の昼間において追加運転を行って、その一日の必要湯量を確保するものである。これによって、貯湯タンク３の湯がなくなるという「湯切れ」現象を回避するようにして、ユーザが安心して貯湯タンク３の湯を使用することができるようにしている。
【００２３】
ところで、上記ヒートポンプ式給湯機において、圧縮機２５の運転周波数が一定とした場合、外気温度が低下すれば湯加熱能力（沸上能力）も低下し、逆に外気温度が上昇すれば湯加熱能力（沸上能力）が上昇する。すなわち、図３に示すように、例えば、外気温度が５℃程度のときに、圧縮機２５の運転周波数を７５Ｈｚ程度とすれば、能力（湯加熱能力）が４５００Ｗ（いわゆる定格能力）となるが、外気温度が低下すれば、運転周波数を上昇させなければ、４５００Ｗを維持できず、逆に外気温度が上昇すれば、運転周波数を下降させることによって、４５００Ｗを維持することができる。また、入水温度が上昇すれば、湯加熱能力が低下する。
【００２４】
そして、ヒートポンプ式給湯機の湯加熱能力（必要加熱能力）としては、表１の周波数維持の欄におけるように、定格能力としての４５００Ｗの能力の運転を行う通常沸き上げモードと、この通常沸き上げモードよりも低い能力（例えば、４０００Ｗ）の能力の運転を行う低沸き上げモードと、この通常沸き上げモードよりも高い能力（例えば、５０００Ｗ）の運転を行う高沸き上げモードとを有する。ここで、低沸き上げモードは、例えば、圧縮機２５の運転周波数を通常沸き上げモード時よりも低下させるものであり、運転ストレスの解消や低騒音での運転が可能である。すなわち、深夜時間帯での運転時においてこの低沸き上げモードで運転を行えば、長時間運転による圧縮機２５の運転ストレスの発生を抑制して、圧縮機２５の長寿命化を図ることができ、さらには、低騒音運転が可能となって深夜時間帯において騒音に悩まされることなく快適生活を営むことができる。また、高沸き上げモードは、圧縮機２５の運転周波数を通常沸き上げモード時よりも上昇させるものであり、沸き上げ時間の短縮を図っている。すなわち、貯湯タンク３内の湯が不足する場合等において、この高沸き上げモードで運転することによって、短時間でその不足分を沸き上げるものであって、貯湯タンク３内の湯がなくなる「湯切れ」現象を回避することができる。
【００２５】
【表１】
【００２６】
このため、通常沸き上げモードは、これらの外気温度等の環境条件に対応して、運転周波数（初期運転周波数）を上記設定手段３９にて次の表２のように決定（設定）している。この場合、出湯温度（出湯サーミスタ２１ａの温度であって、ヒートポンプユニット２に沸き上げられた温湯の温度）が所定温度（例えば、７５℃）である場合について、外気温度や入水温度（入水サーミスタ２０ａの温度であって、ヒートポンプユニット２にて沸き上げられる前の低温水の温度）等の環境条件に基づいて、圧縮機２５の運転周波数を決定（設定）し、環境条件毎に設定されたこの運転周波数で沸き上げ運転を行うようにしている。
【００２７】
【表２】
【００２８】
また、この表２では、外気温度を季節モード１から季節モード７の７モードに分け、入水温度を入水モード１から入水モード７の７モードに分けている。例えば、季節モード１を５℃以下とし、季節モード２を５℃を越えかつ９℃以下とし、季節モード３を９℃を越えかつ１３℃以下とし、季節モード４を１３℃を越えかつ１８℃以下とし、季節モード５を１８℃を越えかつ２３℃以下とし、季節モード６を２３℃を越えかつ２８℃以下とし、季節モード７を２８℃を越える場合としている。また、入水モード１を５℃以下とし、入水モード２を５℃を越えかつ１０℃以下とし、入水モード３を１０℃を越えかつ１５℃以下とし、入水モード４を１５℃を越えかつ２０℃以下とし、入水モード５を２０℃を越えかつ２７℃以下とし、入水モード６を２７℃を越えかつ３３℃以下とし、入水モード７を３３℃を越える場合としている。なお、夏場においても水道水の温度が３３℃を越える場合はほとんどないので、入水モード７の基準を３３℃としている。
【００２９】
そして、例えば、圧縮機２５の運転周波数は、季節モード１でかつ入水モード１である場合には１１０Ｈｚとされ、季節モード１でかつ入水モード７である場合にも１１０Ｈｚとされ、季節モード７でかつ入水モード１である場合には４６Ｈｚとされ、季節モード７でかつ入水モード７である場合にも４６Ｈｚとされる。この場合、各入水モードにおいては、季節モード１からモードが増加するに従って運転周波数が減少する。また、各季節モードにおいては、各入水モードで同じ運転周波数としているが、入水モード１からそのモードが増加するに従って運転周波数が増加するようにするのが好ましい。すなわち、外気温度が高くなるほど圧縮機２５の運転周波数を減少させ、入水温度が高くなるほど圧縮機２５の運転周波数を増加させているのが好ましい。なお、各季節モードにおいて、入水モード１からモードが増加するに従って運転周波数を増加させる場合、入水モード毎に変化させても、数モードを同一の周波数としてもよい。また、各入水モードにおいては、季節モード１からモードが増加するに従って運転周波数を減少させる場合は、季節モード毎に相違させるのが好ましい。
【００３０】
また、低沸き上げモードでは、次の表３のように、通常沸き上げモード時よりも圧縮機２５の運転周波数を低下させている。この場合、例えば、ＦＳＲＳ１を１０Ｈｚとし、ＦＳＲＳ２を１０Ｈｚとし、ＦＳＲＳ３を６Ｈｚとし、ＦＳＲＳ４を６Ｈｚとし、ＦＳＲＳ５を４Ｈｚとし、ＦＳＲＳ６を４Ｈｚとし、ＦＳＲＳ７を４Ｈｚとしている。すなわち、各季節モードにおいてこれらの補正量だけ減じた運転周波数で運転するようにしている。これによって、低沸き上げモード時の初期の湯加熱能力を、通常沸き上げモード時の初期の湯加熱能力が４５００Ｗであれば、例えば４０００Ｗとなるようにしている。
【００３１】
【表３】
【００３２】
また、高沸き上げモードでは、次の表４のように、通常沸き上げモード時よりも圧縮機２５の運転周波数を上昇させている。この場合、例えば、ＦＳＲＰ１と０ＨｚとＦＳＲＰ２とＦＳＲＰ７とをそれぞれ０Ｈｚとし、ＦＳＲＰ３を６Ｈｚとし、ＦＳＲＰ４を６Ｈｚとし、ＦＳＲＰ５を４Ｈｚとし、ＦＳＲＰ６を４Ｈｚとしている。すなわち、季節モード３〜６においてこれらの補正量だけ加えた運転周波数で運転するようにしている。これによって、高沸き上げモード時の初期の湯加熱能力を、通常沸き上げモード時の初期の湯加熱能力が４５００Ｗであれば、例えば５０００Ｗとなるようにしている。
【００３３】
【表４】
【００３４】
このように、外気温度および入水温度に応じた運転周波数を、各モード毎に上記設定手段３９にて決定（設定）して、これを表２のようなテーブルとして制御手段３８に入力しておき、これに応じて運転すれば、初期段階では各モード毎の運転を行うことができる。しかしながら、運転中の外気温度や入水温度等の環境条件変化や長年使用したことによる経年変化により、上記初期運転周波数では、湯加熱能力に過不足が生じるおそれがある。
【００３５】
すなわち、表１に示すように、低沸き上げモードにおいて、初期段階（初期モード）で湯加熱能力が４０００Ｗである場合に、３５００Ｗや４５００Ｗとなったり、また、通常沸き上げモードにおいて、初期段階で湯加熱能力が４５００Ｗである場合に、４０００Ｗや５０００Ｗとなったり、また、高沸き上げモードにおいて、初期段階で湯加熱能力が５０００Ｗである場合に、４５００Ｗや５５００Ｗとなったりする。
【００３６】
このため、このヒートポンプ式給湯機では、運転中において湯加熱能力を検出し、この検出した湯加熱能力を、各沸き上げモード毎に相違する必要湯加熱能力と比較して、相違すれば、圧縮機２５の運転周波数を調整して、必要湯加熱能力に近づけるようにする。すなわち、上記表１のように、例えば、低沸き上げモードにおいて、検出した湯加熱能力が３５００Ｗであれば、４０００Ｗとなるように、圧縮機２５の運転周波数を増加させ、検出した湯加熱能力が４５００Ｗであれば、４０００Ｗとなるように、圧縮機２５の運転周波数を減少させる。また、通常沸き上げモードにおいて、検出した湯加熱能力が４０００Ｗであれば、４５００Ｗとなるように、圧縮機２５の運転周波数を増加させ、検出した湯加熱能力が５０００Ｗであれば、４５００Ｗとなるように、圧縮機２５の運転周波数を減少させる。また、高沸き上げモードにおいて、検出した湯加熱能力が４５００Ｗであれば、５０００Ｗとなるように、圧縮機２５の運転周波数を増加させ、検出した湯加熱能力が５５００Ｗであれば、５０００Ｗとなるように、圧縮機２５の運転周波数を減少させる。
【００３７】
ところで、湯加熱能力は、加熱前の低温水の温度（入水温度）と加熱後の高温水の温度（出湯温度）との差、及び上記水循環用ポンプ１３の出力とで検出する。すなわち、次の数１の式から求めることができる。
【００３８】
【数１】
【００３９】
このように、湯加熱能力（沸き上げ能力）ＣＡＰ＝係数×ポンプ出力×（出湯温度−入水温度）で求めることができる。この場合、入水温度は入水サーミスタ２０ａにて検出することができ、出湯温度は出湯サーミスタ２１ａにて検出することができる。また、所定時間毎に沸き上げ能力（湯加熱能力）の積算平均値を求めることも可能で、この場合、上記能力を所定時間毎に算出して、この合計から積算平均値を次の数２の式のように求める。ここで、ＣＡＰＡＶは平均能力であり、ΣＣＡＰはＣＡＰ（湯加熱能力）の積算値であり、ＮＳＡＭＰは積算回数である。
【００４０】
【数２】
【００４１】
従って、所定時間毎の積算平均値を求め、この湯加熱能力を必要湯加熱能力と比較して、必要湯加熱能力に近づけるようにすれば、安定して湯加熱能力に過不足を生じさせないようにすることができる。これによって、効率のよい運転が可能であると共に、所定時間でユーザが必要とする湯量の湯を沸き上げることができる。
【００４２】
ところで、初期運転周波数を決定する場合、外気温度に代えて、給水温度（水道水の温度）を用いてもよい。これは、水道水の温度が外気温度と略同一か又は略比例するので、この水道水の温度に基づいて運転周波数を制御しても、初期湯加熱能力による運転を行うことができるからである。この場合、温度検出器１９ａにて構成する給水温度検出手段１９にてこの給水温度を検出することができる。すなわち、初期運転を行う場合、上記ヒートポンプユニット２の圧縮機２５の運転周波数を、外気温度、貯湯タンク３へ供給する水道水の温度、上記低温水の温度（入水温度）、及び上記ヒートポンプユニット２にて沸き上げられる温湯の温度（出湯温度）のうちいずれかの温度に基づいて制御することが可能であり、好ましくはこれらの温度のうち２種類以上に基づくのがよい。また、湯加熱能力を調整する場合、上記運転周波数の調整に加えて、上記空気熱交換器２８に付設されたファン３４の回転数を調整するようにしてもよい。
【００４３】
以上にこの発明の具体的な実施の形態について説明したが、この発明は上記形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々変更して実施することができる。例えば、各沸き上げモードでの運転周波数としては、設定する能力（必要湯加熱能力）等に応じて変更することができる。さらに、各季節モードや各入水モードの温度範囲、モード数の変更も自由である。また、運転中に行う湯加熱能力の比較を、所定時間毎に行っても、連続的に行ってもよい。所定時間毎に行う場合の間隔としては任意に設定でき、例えば、１０〜１５分間隔としたり、３〜５分間隔としたりすることができる。さらに、各沸き上げモード毎にその比較間隔を相違させたり、同一間隔としたりすることができる。また、沸き上げモードの切換えは、このヒートポンプ式給湯機に付設される運転操作用のリモコン（台所用や浴室用等があり、どちらのリモコンであってもよい）にてユーザ等が任意に行えるようにすることができる。これにより、ユーザは希望する運転を簡単かつ確実に行わせることができる。
【００４４】
なお、上記実施の形態のヒートポンプ式給湯機では、貯湯タンク３と、この貯湯タンク３に連結される循環路１２と、この循環路１２に介設される熱交換路１４とを備え、この熱交換路１４をヒートポンプユニットにて加熱して、上記貯湯タンク３の下部から循環路１２に流出した低温水を沸き上げてこの貯湯タンク３の上部に出湯する運転が可能であるが、ヒートポンプ式給湯機としては、低温水をヒートポンプユニット２にて沸き上げて貯湯タンク３に貯えるものであればよいので、このような循環路１２を有さなくてもよい。すなわち、ヒートポンプユニット２にて沸き上げるための低温水を貯湯タンク３以外から供給したりしてもよい。また、冷凍サイクルの冷媒としては、炭酸ガス、エチレン、エタン、酸化窒素等の超臨界で使用する超臨界冷媒を用いるのが好ましいが、ジクロロジフルオロメタン（Ｒ−１２）やクロロジフルオロメタン（Ｒ−２２）のような冷媒であってもよい。
【００４５】
【発明の効果】
請求項１のヒートポンプ式給湯機によれば、運転中において環境条件等が変化したとしても、湯加熱能力を適切な能力とすることができ、湯加熱能力の過不足を回避することができる。これによって、効率のよい運転が可能であると共に、所定時間でユーザが必要とする湯量の湯を沸き上げることができる。
【００４６】
請求項２のヒートポンプ式給湯機によれば、湯加熱能力を簡単かつ確実に検出することができ、必要湯加熱能力に近づける制御の信頼性が向上する。このため、効率のよい運転が一層可能であり、しかもユーザは正確な沸き上げ時間を知ることができる。
【００４７】
請求項３のヒートポンプ式給湯機によれば、低沸き上げモードとすれば、同じ量の湯を沸き上げるためには、通常沸き上げモード時よりも長く運転することになるが、この低沸き上げモードでは圧縮機の運転周波数を低下させることになるので、長時間運転による圧縮機の運転ストレスの発生を抑制して、圧縮機の長寿命化を図ることができ、さらには、低騒音運転が可能となって深夜時間帯において騒音に悩まされることなく快適生活を営むことができる。また、高沸き上げモードとすれば、同じ量の湯を沸き上げるためには、通常沸き上げモード時よりも短い時間でよく、湯が不足した場合等に短時間にその不足分を沸き上げることができる。しかも、各沸き上げモード時のおいても、その必要湯加熱能力に近づけることができ、安定した運転が可能である。
【００４８】
請求項４のヒートポンプ式給湯機によれば、超臨界冷媒を用いることにより、ヒートポンプユニットにて加熱される低温水の温度（入水温度）が上昇すれば、湯加熱能力及びＣＯＰが減少する特徴があるので、上記各効果が顕著に現われる。また、オゾン層の破壊、環境汚染等の問題がなく、地球環境にやさしいヒートポンプ式給湯機となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明のヒートポンプ式給湯機の実施の形態を示す簡略図である。
【図２】上記ヒートポンプ式給湯機の制御部の簡略ブロック図である。
【図３】上記ヒートポンプ式給湯機の能力と圧縮機の運転周波数と外気温度との関係を示すグラフ図である。
【図４】従来のヒートポンプ式給湯機の入水が上昇した場合の問題点を説明する冷凍サイクル図である。
【図５】従来のヒートポンプ式給湯機の簡略図である。
【符号の説明】
２ ヒートポンプユニット
３ 貯湯タンク
１３ 水循環用ポンプ
２５ 圧縮機
【特許請求の範囲】
【請求項１】
低温水をヒートポンプユニット（２）にて沸き上げて貯湯タンク（３）に貯えるヒートポンプ式給湯機であって、外気温度等に応じて予め設定される初期運転周波数にて上記ヒートポンプユニット（２）の圧縮機（２５）を駆動させる沸き上げ運転を行い、その運転中に湯加熱能力を検出して、その検出した湯加熱能力が必要湯加熱能力と相違すれば、上記圧縮機（２５）の運転周波数を調整して、湯加熱能力を必要湯加熱能力に近づけることを特徴とするヒートポンプ式給湯機。
【請求項２】
ヒートポンプユニット（２）にて加熱された温水を水循環用ポンプ（１３）で貯湯タンク（３）に貯湯するヒートポンプ式給湯機であって、上記運転中の湯加熱能力を、加熱前の低温水の温度と加熱後の高温水の温度との差、及び上記水循環用ポンプ（１３）の出力とで検出することを特徴とする請求項１のヒートポンプ式給湯機。
【請求項３】
上記必要湯加熱能力は、通常沸き上げモードと、この通常沸き上げモードよりも低い能力の低沸き上げモードと、この通常沸き上げモードよりも高い能力の高沸き上げモードとを有することを特徴とする請求項１又は請求項２のヒートポンプ式給湯機。
【請求項４】
上記ヒートポンプユニット（２）の冷凍サイクルの高圧側が超臨界圧力で運転することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかのヒートポンプ式給湯機。
【請求項１】
低温水をヒートポンプユニット（２）にて沸き上げて貯湯タンク（３）に貯えるヒートポンプ式給湯機であって、外気温度等に応じて予め設定される初期運転周波数にて上記ヒートポンプユニット（２）の圧縮機（２５）を駆動させる沸き上げ運転を行い、その運転中に湯加熱能力を検出して、その検出した湯加熱能力が必要湯加熱能力と相違すれば、上記圧縮機（２５）の運転周波数を調整して、湯加熱能力を必要湯加熱能力に近づけることを特徴とするヒートポンプ式給湯機。
【請求項２】
ヒートポンプユニット（２）にて加熱された温水を水循環用ポンプ（１３）で貯湯タンク（３）に貯湯するヒートポンプ式給湯機であって、上記運転中の湯加熱能力を、加熱前の低温水の温度と加熱後の高温水の温度との差、及び上記水循環用ポンプ（１３）の出力とで検出することを特徴とする請求項１のヒートポンプ式給湯機。
【請求項３】
上記必要湯加熱能力は、通常沸き上げモードと、この通常沸き上げモードよりも低い能力の低沸き上げモードと、この通常沸き上げモードよりも高い能力の高沸き上げモードとを有することを特徴とする請求項１又は請求項２のヒートポンプ式給湯機。
【請求項４】
上記ヒートポンプユニット（２）の冷凍サイクルの高圧側が超臨界圧力で運転することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかのヒートポンプ式給湯機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００４−１１６８９１（Ｐ２００４−１１６８９１Ａ）
【公開日】平成１６年４月１５日（２００４．４．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００２−２８０８１７（Ｐ２００２−２８０８１７）
【出願日】平成１４年９月２６日（２００２．９．２６）
【出願人】（０００００２８５３）ダイキン工業株式会社 (7,604)
【公開日】平成１６年４月１５日（２００４．４．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１４年９月２６日（２００２．９．２６）
【出願人】（０００００２８５３）ダイキン工業株式会社 (7,604)
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