特開 2015-161418 ヒートポンプ式暖房給湯装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2015-161418(P2015-161418A)

(43)【公開日】2015年9月7日

(54)【発明の名称】ヒートポンプ式暖房給湯装置

(51)【国際特許分類】

   F24D 3/00 20060101AFI20150811BHJP

   F24D 3/18 20060101ALI20150811BHJP

   F24H 1/00 20060101ALI20150811BHJP

【ＦＩ】

   F24D3/00 K

   F24D3/18

   F24H1/00 611N

【審査請求】未請求

【請求項の数】2

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2014-34916(P2014-34916)

(22)【出願日】2014年2月26日

(71)【出願人】

【識別番号】000006611

【氏名又は名称】株式会社富士通ゼネラル

(72)【発明者】

【氏名】冨田 稔久

(72)【発明者】

【氏名】中返 宣貴

(72)【発明者】

【氏名】嶋田 宗太

【テーマコード（参考）】

3L070

【Ｆターム（参考）】

3L070BB14

3L070CC02

3L070DF07

3L070DG02

(57)【要約】      （修正有）

【課題】往き温度を低下させるために圧縮機を制御している際のＣＯＰ悪化を抑制するヒートポンプ式暖房給湯装置を提供する。
【解決手段】圧縮機回転数Ｒを低下させる場合としては、往き温度Ｔｇが上限温度Ｔｔ１以上の温度となっている場合が考えられる。この場合、往き温度Ｔｇを目標温度Ｔｔまで低下させる必要があるが、このために圧縮機回転数Ｒを最適回転数Ｒｍ以下に低下させれば、ＣＯＰが悪化する。このとき、圧縮機回転数Ｒが、ＣＯＰの最高値から所定の割合低いＣＯＰに対応する圧縮機回転数Ｒである下限回転数Ｒｄ以下となれば、圧縮機１を停止する。例えば、各外気温度Ｔｏ１、Ｔｏ２において、圧縮機回転数Ｒを低下させてＣＯＰの最高値Ｃ１、Ｃ２より５％低いＣＯＰであるＣ１’、Ｃ２’に対応する下限回転数Ｒｄ１、Ｒｄ２以下となれば、圧縮機１を停止する。これにより、往き温度Ｔｇを低下させつつＣＯＰの悪化を抑制できる。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

圧縮機と、冷媒と水との熱交換を行う水冷媒熱交換器と、流量調整手段と、熱源側熱交換器とを順次接続してなる冷媒回路と、
暖房端末と前記水冷媒熱交換器との間で循環ポンプの運転により温水を循環させる給湯回路と、
前記水冷媒熱交換器から流出する水温である往き温度を検出する往き温度検出手段と、
外気温度を検出する外気温度検出手段と、
前記圧縮機を制御する制御手段と、
を有するヒートポンプ式暖房給湯装置であって、
前記制御手段は、
前記往き温度が前記暖房端末で要求される能力に応じた目標温度に向かうように前記圧縮機を制御する際に、前記往き温度を低下させるために前記圧縮機の回転数を低下させるとき、前記圧縮機の回転数が、前記外気温度と前記目標温度とに応じて予め定められたＣＯＰの最高値から所定の割合低いＣＯＰの値に対応する前記圧縮機の回転数である下限回転数以下となれば、前記水温が前記目標温度より所定温度高い上限温度以上であるか否かを判断し、
前記水温が前記上限温度以上であれば、前記圧縮機を停止し、
前記水温が前記上限温度以上でなければ、前記圧縮機を前記下限回転数で運転し続ける、
ことを特徴とするヒートポンプ式暖房給湯装置。

【請求項2】

前記制御手段は、
前記圧縮機を停止させているとき、前記水温が前記目標温度より所定温度低い下限温度未満となれば、前記圧縮機を停止したときの回転数で再起動する、
ことを特徴とする請求項１に記載のするヒートポンプ式暖房給湯装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、冷媒と水との間で熱交換を行うヒートポンプ式暖房給湯装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、冷媒と水との熱交換を行うことで生成した湯水を利用して暖房や給湯を行うヒートポンプ式暖房給湯装置が知られている。このヒートポンプ式暖房給湯装置は、圧縮機と、冷媒と水との熱交換を行う水冷媒熱交換器と、膨張弁と、熱源側熱交換器とを順次冷媒配管で接続してなる冷媒回路を備えたヒートポンプユニットと、上記水冷媒熱交換器で加熱された温水を循環ポンプにより暖房ユニット（床暖房パネルや浴室暖房装置等）や貯湯タンクに循環させる給湯ユニットとを有している（例えば、特許文献１参照）。

【0003】

上述したヒートポンプ式暖房給湯装置では、冷媒と熱交換を行って加熱されて水冷媒熱交換器から流出する温水の温度（以降、往き温度と記載）が、所定の目標温度となるように、圧縮機の回転数や膨張弁の開度が制御される。ここで、目標温度とは、暖房ユニットで要求される室温や、貯湯タンクに貯留されている水を沸き上げる際の沸き上げ温度に応じて定められるものである。尚、以下の説明では、個別に言及する必要がある場合を除き、上述した暖房ユニットで要求される室温や沸き上げ温度を設定温度と記載する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００５−２７４０２１

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上述したヒートポンプ式暖房給湯装置では、往き温度が目標温度に到達すると、その温度を維持するように制御される。具体的には、往き温度が目標温度に対し所定の範囲（例えば、目標温度に対して±２℃以内）となるよう、圧縮機の回転数が制御される。往き温度が目標温度となれば、暖房ユニットが設置された部屋の室温や貯湯タンク内の水温が、各々の設定温度に近い温度となっているため、水冷媒熱交換器から流出して暖房ユニットや貯湯タンクに流入する温水の暖房ユニットや貯湯タンクにおける放熱量は少なくなる。

【0006】

水冷媒熱交換器から流出する温水の放熱量が少なくなれば、往き温度が目標温度（付近）の温度に安定するので、水冷媒熱交換器における凝縮温度がほとんど変化しなくなる。つまり、ヒートポンプユニットにおける４つの過程（圧縮過程／凝縮過程／膨張過程／蒸発過程）のうち、圧縮過程を除いた３つの過程の効率はほとんど変化しない。

【0007】

一方、圧縮機の運転効率は、圧縮機の種類や外気温度により異なるが、所定の回転数であるときに運転効率が最大となるように設計されており、この回転数よりも回転数が上昇あるいは低下すると、圧縮機の運転効率は悪化する、つまり、上述したヒートポンプユニットにおける４つの過程のうちの圧縮過程の効率が悪化する。これは、圧縮機に搭載されているモータの特性によるものである。従って、ヒートポンプユニットの効率は、凝縮温度がほとんど変化しない場合、圧縮機の運転効率に大きく左右され、圧縮機の回転数が上記所定の回転数であるときにヒートポンプユニットの効率が最大となり、この回転数より圧縮機の回転数が上昇あるいは低下すると、ヒートポンプユニットの効率が悪化する。

【0008】

上述した往き温度が目標温度に対し所定の範囲となるように制御しているとき、往き温度が所定の範囲を定める上限温度以上の温度となっている場合は、圧縮機の回転数を低下させて往き温度を目標温度まで低下させる必要がある。このとき、圧縮機の回転数を圧縮機の運転効率が最高値となる回転数より低下させると、ヒートポンプユニットの効率が悪化するので、ヒートポンプ式暖房給湯装置のＣＯＰが悪化する虞があった。

【0009】

本発明は以上述べた問題点を解決し、往き温度を低下させるために圧縮機を制御している際のＣＯＰ悪化を抑制するヒートポンプ式暖房給湯装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明は上述の課題を解決するものであって、本発明のヒートポンプ式暖房給湯装置は、圧縮機と冷媒と水との熱交換を行う水冷媒熱交換器と流量調整手段と熱源側熱交換器とを順次接続してなる冷媒回路と、暖房端末と水冷媒熱交換器との間で循環ポンプの運転により温水を循環させる給湯回路と、水冷媒熱交換器から流出する水温である往き温度を検出する往き温度検出手段と、外気温度を検出する外気温度検出手段と、
圧縮機を制御する制御手段とを有するものである。そして、制御手段は、往き温度が暖房端末で要求される能力に応じた目標温度に向かうように圧縮機を制御する際に、往き温度を低下させるために圧縮機の回転数を低下させるとき、圧縮機の回転数が、外気温度と目標温度とに応じて予め定められたＣＯＰの最高値から所定の割合低いＣＯＰの値に対応する圧縮機の回転数である下限回転数以下となれば、水温が目標温度より所定温度高い上限温度以上であるか否かを判断し、水温が上限温度以上であれば圧縮機を停止し、水温が上限温度以上でなければ圧縮機を下限回転数で運転し続けるものである。

【発明の効果】

【0011】

本発明のヒートポンプ式暖房給湯装置は、圧縮機の回転数を低下させているとき、圧縮機の回転数がＣＯＰの最高値より所定の割合低いＣＯＰに対応する回転数である下限回転数以下となれば、水温が目標温度より所定温度高い上限温度以上であるか否かを判断し、水温が上限温度以上であれば圧縮機を停止し、水温が上限温度以上でなければ圧縮機を下限回転数で運転し続ける。これにより、往き温度を目標温度に維持しつつ、圧縮機の運転効率悪化に起因するＣＯＰの悪化を抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の実施形態における、ヒートポンプ式暖房給湯装置の構成図である。

【図2】本発明の実施形態における、圧縮機回転数とＣＯＰとの関係を説明する図面である。

【図3】本発明の実施形態における、圧縮機回転数テーブルである。

【図4】本発明の実施形態における、制御手段で行う処理を説明するフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本発明の実施の形態を、添付図面に基づいて詳細に説明する。実施形態としては、本発明における暖房端末である貯湯タンクおよび室内ユニットとを有し、水冷媒熱交換器で冷媒と熱交換を行った湯水を室内ユニットに循環させて暖房を行い、また、水冷媒熱交換器で冷媒と熱交換を行った湯水で貯湯タンク内部に貯留された水を加熱するヒートポンプ式暖房給湯装置を例に挙げて説明することとする。尚、本発明は以下の実施形態に限定されることはなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々変形することが可能である。

【実施例】

【0014】

図１は、本発明によるヒートポンプ式暖房給湯装置の構成を示している。このヒートポンプ式暖房給湯装置１００は、能力可変型の圧縮機１、四方弁２、冷媒と水との熱交換を行う水冷媒熱交換器３、流量調整手段である膨張弁４、熱源側熱交換器５、アキュムレータ６を順に冷媒配管１１で接続した冷媒回路１０を有しており、四方弁２を切り換えることによって冷媒の循環方向を切り換えることができるようになっている。

【0015】

この冷媒回路１０において、圧縮機１の冷媒吐出口付近の冷媒配管１１には、圧縮機１から吐出された冷媒の温度を検出するための吐出温度センサ５１が備えられている。また、水冷媒熱交換器３と膨張弁４との間の冷媒配管１１には、水冷媒熱交換器３が凝縮器として機能しているときに水冷媒熱交換器３から流出する冷媒の温度を、あるいは、水冷媒熱交換器３が蒸発器として機能しているときに水冷媒熱交換器３に流入する冷媒の温度を、各々検出する冷媒温度センサ５３が備えられている。また、膨張弁４と熱源側熱交換器５との間の冷媒配管１１には、熱源側熱交換器５が蒸発器として機能しているときに熱源側熱交換器５に流入する冷媒の温度を、あるいは、熱源側熱交換器５が凝縮器として機能しているときに熱源側熱交換器５から流出する冷媒の温度を、各々検出する熱交温度センサ５４が備えられている。さらには、圧縮機１の吐出側（四方弁２と水冷媒熱交換器３との間）の冷媒配管１１には、圧力センサ５０が備えられている。また、熱源側熱交換器５近傍には、外気温度センサ５２が設けられている。

【0016】

熱源側熱交換器５の近傍には、ヒートポンプ式暖房給湯装置１００の図示しない筺体内部に外気を取り込んで熱源側熱交換器５に外気を流通させるファン７が配置されている。ファン７は、図示しない回転数を可変できるモータの出力軸（回転軸）に取り付けられている。尚、膨張弁４は、ステッピングモータを用いて弁の開度をパルス制御可能としたものである。

【0017】

水冷媒熱交換器３には、冷媒配管１１と給湯配管１２ａとが接続されている。図１に示すように、給湯配管１２ａの一端は三方弁３１に接続されており、この三方弁３１には室内ユニット側配管１２ｃの一端と貯湯タンク側配管１２ｂの一端とが各々接続されている。また、給湯配管１２ａの他端には、室内ユニット側配管１２ｃの他端と貯湯タンク側配管１２ｂの他端とが接続されている。尚、図１において、給湯配管１２ａと貯湯タンク側配管１２ｂと室内ユニット側配管１２ｃとの接続部を接続点１３としている。室内ユニット側配管１２ｃには、床暖房装置やラジエター等の室内ユニット４０が設けられており、また、貯湯タンク側配管１２ｂには、貯湯タンク７０が設けられている。

【0018】

貯湯タンク７０内部の下方には、スパイラル形状に形成された熱交換部７１が備えられている。熱交換部７１の両端は貯湯タンク側配管１２ｂに接続されており、貯湯タンク側配管１２ｂを流れる湯水が熱交換部７１に流れるようになっている。貯湯タンク７０の上部には、貯湯タンク７０内部に貯留されている湯水を浴槽や洗面台蛇口等に供給するための給湯口７３が備えられている。また、貯湯タンク７０の下部には、貯湯タンク７０内部に水を供給するための入水口７２が備えられており、入水口７２には図示しない水道管が直結されている。

【0019】

接続点１３と水冷媒熱交換器３との間には、能力可変型の循環ポンプ３０が設けられている。循環ポンプ３０を駆動することにより、水冷媒熱交換器３で冷媒と熱交換された水が、図１に示す矢印９０の方向に循環する。尚、水冷媒熱交換器３から流出した水は、三方弁３１の切り換えに応じて室内ユニット側配管１２ｃに流れて室内ユニット４０に流入する、あるいは、貯湯タンク側配管１２ｂに流れて貯湯タンク７０に流入する。そして、室内ユニット４０や貯湯タンク７０から流出した水は、接続点１３を介して水冷媒熱交換器３に流入する。

【0020】

以上説明したように、水冷媒熱交換器３と循環ポンプ３０と室内ユニット４０と貯湯タンク７０とが給湯配管１２ａと貯湯タンク側配管１２ｂと室内ユニット側配管１２ｃとで接続されて、ヒートポンプ式暖房給湯装置１００の給湯回路１２を構成している。

【0021】

給湯配管１２ａにおける水冷媒熱交換器３の水の入口側には、水冷媒熱交換器３に流入する水の温度である戻り温度を検出する入口温度センサ５６が、給湯配管１２における水冷媒熱交換器３の水の出口側には、水冷媒熱交換器３から流出する水の温度である往き温度を検出する往き温度検出手段である出口温度センサ５７が、それぞれ備えられている。また、貯湯タンク７０内部の上下方向の略中央部には、貯湯タンク７０内部に滞留する湯水の温度を検出する貯湯タンク温度センサ５８が備えられている。

【0022】

以上説明した構成の他に、ヒートポンプ式暖房給湯装置１００は制御手段６０を有している。制御手段６０は、各温度センサで検出した温度や圧力センサ５０で検出した冷媒圧力を取り込み、あるいは、図示しないリモコン等による使用者からの運転要求を取り込み、これらに応じて圧縮機１やファン７や循環ポンプ３０の駆動制御、四方弁２の切り換え制御、膨張弁４の開度制御や三方弁３１の切り換え制御等といった、ヒートポンプ式暖房給湯装置１００の運転に関わる様々な制御を行う。尚、図示は省略するが、制御手段６０は、時間を計測するタイマー部や、各種センサで検出した値やヒートポンプ式暖房給湯装置１００の制御プログラム等を記憶する記憶部を有している。

【0023】

図１に示すように、冷媒回路１０を暖房サイクルとしてヒートポンプ式暖房給湯装置１００を運転したときは、圧縮機１から吐出された冷媒は、四方弁２、水冷媒熱交換器３、膨張弁４、熱源側熱交換器５と順に流れて再び四方弁２に流入し、アキュムレータ６を介して圧縮機１に吸入される（図１に示す矢印８０で冷媒の流れを示す）。尚、冷媒回路１０を冷房サイクルとしてヒートポンプ式暖房給湯装置１００を運転したときは、圧縮機１から吐出された冷媒は、四方弁２、熱源側熱交換器５、膨張弁４、水冷媒熱交換器３と順に流れて再び四方弁２に流入し、アキュムレータ６を介して圧縮機１に吸入される、というように、暖房サイクルとして運転したとき（矢印８０の方向）と逆方向に流れるが、図１においてこの場合の冷媒流れ方向の記載は省略している。

【0024】

次に、本発明のヒートポンプ式暖房給湯装置１００における、冷媒回路１０および給湯回路１２の動作について説明する。尚、以下の説明では、ヒートポンプ式暖房給湯装置１００の冷媒回路１０が暖房サイクルとして運転する場合であって、室内ユニット４０を駆動して暖房運転を行う場合と、貯湯タンク７０に貯留されている水を所定温度に加熱する沸き上げ運転を行う場合とを例に挙げて説明する。

【0025】

まず、暖房運転を行う場合について説明する。使用者が室内ユニット４０のリモコン等を操作してスイッチをオンし、暖房運転を指示すると、制御手段６０は、循環ポンプ３０を所定の回転数で起動するとともに、室内ユニット側配管１２ｃに湯水が流れるように三方弁３１を切り換える。これにより、水冷媒熱交換器３と室内ユニット４０との間で湯水が循環する。

【0026】

また、制御手段６０は、冷媒回路１０が暖房サイクルとなるように四方弁２を切り換える。具体的には、制御手段６０は、圧縮機１の吐出側と水冷媒熱交換器３とが接続されるよう、また、圧縮機１の吸入側と熱源側熱交換器５とが接続されるよう、四方弁２を切り換える。これにより、水冷媒熱交換器３が凝縮器として機能し、また、熱源側熱交換器５が蒸発器として機能する。

【0027】

次に、制御手段６０は、圧縮機１およびファン７を起動してヒートポンプ式暖房給湯装置１００の暖房運転を開始する。制御手段６０は、出口水温センサ５７で検出された往き温度、つまり、水冷媒熱交換器３で加熱された水の温度が、使用者が設定した暖房運転の設定温度に対応する水温（以降、目標温度と記載）となるように圧縮機１を制御する。圧縮機１から吐出された冷媒は四方弁２を通過し、水冷媒熱交換器３で水と熱交換して凝縮し、さらに膨張弁４で減圧されて熱源側熱交換器５で外気と熱交換して蒸発し、圧縮機１に吸入されて再び圧縮機１で圧縮される過程を繰り返す。

【0028】

一方、水冷媒熱交換器３で加熱された湯水は、循環ポンプ３０の駆動によって給湯配管１２ａに流出し、三方弁３１を介して室内ユニット側配管１２ｃを流れて室内ユニット４０に流入する。室内ユニット４０が設置されている部屋は、室内ユニット４０を流れる湯水の放熱によって暖房される。室内ユニット４０から流出した湯水は、接続点１３、循環ポンプ３０を介して水冷媒熱交換器３に流入し、再び冷媒と熱交換を行って加熱される。

【0029】

次に、沸き上げ運転を行う場合について説明する。暖房運転では、制御手段６０は、出口水温センサ５７で検出された往き温度が、使用者が設定した暖房運転の設定温度に対応する目標温度となるように圧縮機１の駆動制御を行うが、沸き上げ運転では、出口水温センサ５７で検出された往き温度が、後述する貯湯タンク７０に貯留されている水温の目標値である沸き上げ温度に対応する目標温度となるように圧縮機１を制御する。尚、沸き上げ運転時の冷媒回路１０の制御については、上述した暖房運転時と同じであるため、以下で詳細な説明は省略する。

【0030】

貯湯タンク７０に貯留されている湯水は、給湯口７３から流出することによって減少する。入水口７２には前述したように水道管が直結されているので、水道水の水圧によって貯湯タンク７０には、減少した分だけ入水口７２から水が供給される。これにより、貯湯タンク７０に貯留されている湯水の温度は低下する。

【0031】

制御手段６０は、貯湯タンク７０に貯留されている湯水の温度として、貯湯タンク温度センサ５８で検出した貯湯タンク温度を常時監視しており、取り込んだ貯湯タンク温度が、沸き上げ温度から予め定められた所定温度（例えば、５℃）低い温度（以後、沸き上げ開始温度と記載）以下となれば、貯湯タンク７０に貯留されている湯水の温度を沸き上げ温度とするために沸き上げ運転を開始する。

【0032】

制御手段６０は、循環ポンプ３０を所定回転数で起動するとともに、貯湯タンク側配管１２ｂに水が流れるように三方弁３１を切り換える。これにより、水冷媒熱交換器３と貯湯タンク７０との間で湯水が循環する。水冷媒熱交換器３で加熱された湯水は、循環ポンプ３０の運転によって水冷媒熱交換器３から給湯配管１２ａに流出し、三方弁３１を介して貯湯タンク側配管１２ｂを流れて貯湯タンク７０内部に配置されている熱交換部７１に流入する。貯湯タンク７０に貯留されている水は、熱交換部７１を流れる湯水によって加熱される。熱交換部７１から流出した湯水は、接続点１３、循環ポンプ３０を介して水冷媒熱交換器３に流入し、再び冷媒と熱交換を行って加熱される。

【0033】

上述したように、ヒートポンプ式暖房給湯装置１００が暖房運転や沸き上げ運転を行うときは、出口水温センサ５７で検出された往き温度（以降、往き温度Ｔｇと記載）が目標温度（以降、目標温度Ｔｔと記載）となるように、圧縮機１の回転数が制御されるが、ヒートポンプ式暖房給湯装置１００のＣＯＰは、圧縮機１の回転数によりその値が変化する。この、圧縮機１の回転数とＣＯＰとの関係について、図２を用いて詳細に説明する。

【0034】

図２は、圧縮機１の回転数（以降、圧縮機回転数Ｒと記載）とＣＯＰとの関係を示す図であり、縦軸はＣＯＰの値を示し、横軸は圧縮機回転数Ｒ（単位：ｒｐｓ）を示している。そして、図２では、外気温度をＴｏとし、異なる外気温度Ｔｏ１とＴｏ２（Ｔｏ１＞Ｔｏ２）であるときの、それぞれの圧縮機回転数ＲとＣＯＰとの関係を一例として図示している。

【0035】

ヒートポンプ式暖房給湯装置１００が暖房運転や沸き上げ運転を行い、往き温度Ｔｇが目標温度Ｔｔに到達すると、往き温度Ｔｇが目標温度Ｔｔに対し所定の範囲となるよう、圧縮機１の回転数が制御される。例えば、目標温度Ｔｔが４０℃である場合、往き温度Ｔｇが３８℃（以降、下限温度Ｔｔ２と記載）以上４２℃（以降、上限温度Ｔｔ１と記載）未満となるように、圧縮機１の回転数が制御される。

【0036】

往き温度Ｔｇが目標温度Ｔｔ付近の温度となれば、室内ユニット４０が設置された部屋の温度や貯湯タンク７０内の水温が、各々の設定温度に近い温度となっているため、水冷媒熱交換器３から流出して室内ユニット４０や貯湯タンク７０で流入する温水の放熱量は少なくなる。水冷媒熱交換器３から流出する温水の放熱量が少なくなれば、往き温度Ｔｇが目標温度Ｔｔ付近の温度で安定するので、水冷媒熱交換器３における凝縮温度がほとんど変化しなくなる。つまり、冷媒回路１０における４つの過程（圧縮過程／凝縮過程／膨張過程／蒸発過程）のうち、圧縮過程を除いた３つの過程の効率はほとんど変化しない。

【0037】

一方、圧縮機１の運転効率は、圧縮機１の種類や外気温度Ｔｏにより異なるが、最適回転数Ｒｍのときの運転効率が最大となるように設計されており、最適回転数Ｒｍよりも回転数が上昇あるいは低下すると、圧縮機１の運転効率は悪化する。つまり、上述した冷媒回路１０における４つの過程（圧縮過程／凝縮過程／膨張過程／蒸発過程）のうちの圧縮過程の効率が悪化する。これは、圧縮機１に搭載されているモータの運転効率特性によるものである。従って、ヒートポンプ式暖房給湯装置１００の冷媒回路１０における効率は、水冷媒熱交換器３における凝縮温度がほとんど変化しない場合、圧縮機１の運転効率に大きく左右され、圧縮機回転数Ｒが最適回転数Ｒｍであるときに冷媒回路１０の運転効率が最大となり、圧縮機回転数Ｒが最適回転数Ｒｍより上昇あるいは低下すると、冷媒回路１０の運転効率が悪化する。

【0038】

上述した往き温度Ｔｇが上限温度Ｔｔ１と下限温度Ｔｔ２との間の温度となるように制御しているときに、往き温度Ｔｇが上限温度Ｔｔ１以上の温度となっている場合は、圧縮機回転数Ｒを低下させて往き温度Ｔｇを目標温度Ｔｔまで低下させる必要がある。このとき、圧縮機回転数Ｒを最適回転数Ｒｍ以下に低下させると、冷媒回路１０の効率は悪化するので、ヒートポンプ式暖房給湯装置１００のＣＯＰが悪化する。

【0039】

以上のことから、図２に示すように、各外気温度Ｔｏ１、Ｔｏ２において、ＣＯＰが最高値となる圧縮機回転数Ｒ、つまり、圧縮機１の運転効率が最大となる最適回転数Ｒｍが存在し、外気温度Ｔｏ１のとき、最適回転数Ｒｍ１でＣＯＰが最高値Ｃ１となり、外気温度Ｔｏ２のとき、最適回転数Ｒｍ２でＣＯＰが最高値Ｃ２となる。ここで、Ｒｍ１＜Ｒｍ２、Ｃ１＞Ｃ２であり、外気温度Ｔｏが低いほど、低い圧縮機回転数Ｒで高いＣＯＰとなる。そして、各外気温度Ｔｏ１、Ｔｏ２におけるＣＯＰは、圧縮機回転数Ｒが各々最適回転数Ｒｍ１、Ｒｍ２より低下してもＣＯＰが悪化する。

【0040】

本発明では、以上述べた問題点を解決するために、往き温度Ｔｇを低下させるために圧縮機回転数Ｒを低下させているとき、圧縮機回転数ＲがＣＯＰの最高値より所定の割合低い（例えば、−５％）ＣＯＰに対応する下限回転数Ｒｄ以下となれば、圧縮機１を停止する。例えば、図２に示すように、外気温度Ｔｏ１において、ＣＯＰの最高値であるＣ１より５％低いＣＯＰ値であるＣ１’に対応する下限回転数Ｒｄ１となれば（図２の点Ｐ１となれば）、圧縮機１を停止する。また、外気温度Ｔｏ２において、ＣＯＰの最高値であるＣ２より５％低いＣＯＰ値であるＣ２’に対応する下限回転数Ｒｄ２となれば（図２の点Ｐ２となれば）、圧縮機１を停止する。これにより、往き温度Ｔｇを低下させて上限温度Ｔｔ１と下限温度Ｔｔ２の間の温度にしつつ、圧縮機回転数Ｒの回転数低下に起因するヒートポンプ式暖房給湯装置１００のＣＯＰの悪化を抑制できる。

【0041】

尚、圧縮機１を停止している間は、水冷媒熱交換器３で水の加熱が行われないが、水の熱容量が大きいことから、短時間圧縮機１が停止しても室内ユニット４０や貯湯タンク７０において急激に水温が低下することがない。よって、本発明を実施しても、使用者に不快感を与えることがない。

【0042】

次に、図１乃至図４を用いて、本発明のヒートポンプ式暖房給湯装置１００において、往き温度Ｔｇが目標温度Ｔｔに達した後、往き温度Ｔｇを上限温度Ｔｔ１と下限温度Ｔｔ２との間に維持するときの制御について詳細に説明する。まず、図３を用いて、上記制御を行う際に使用する圧縮機回転数テーブル２００について説明し、次に、図４を用いて、制御手段６０が上記制御を行う際の処理の流れについて説明する。

【0043】

制御手段６０の図示しない記憶部には、図３に示す圧縮機回転数テーブル２００が記憶されている。この圧縮機回転数テーブル２００は、予め実施された試験の結果等に基づいて作成し制御手段６０に記憶されているものである。

【0044】

圧縮機回転数テーブル２００は、外気温度Ｔｏと目標温度Ｔｔとに応じて、ＣＯＰが最高値となる最適回転数Ｒｍと、ＣＯＰの最高値から所定の割合低い（本実施形態では、−５％）ＣＯＰに対応する下限回転数Ｒｄとが定められたものである。

【0045】

図３に示すように、外気温度Ｔｏは、５℃未満、５℃以上１０℃未満、１０℃以上、の３つの温度範囲に区分されている。また、外気温度Ｔｏの３つの温度範囲それぞれについて、目標温度Ｔｔは、３０℃未満、３０℃以上４０℃未満、４０℃以上、の３つの温度範囲に区分されて割り当てられている。

【0046】

例えば、外気温度Ｔｏが５℃未満のとき、目標温度Ｔｔが３０℃未満では最適回転数Ｒｍが３０ｒｐｓ、下限回転数Ｒｄが２５ｒｐｓ、と定められており、また、目標温度Ｔｔが３０℃以上４０℃未満では最適回転数Ｒｍが３５ｒｐｓ、下限回転数Ｒｄが３０ｒｐｓ、と定められており、また、目標温度Ｔｔが４０℃以上では最適回転数Ｒｍが４０ｒｐｓ、下限回転数Ｒｄが３５ｒｐｓ、と定められている。つまりは、目標温度Ｔｔが上昇するのにつれて、最適回転数Ｒｍおよび下限回転数Ｒｄが上昇するように定められている。

【0047】

また、目標温度Ｔｔが４０℃以上であるときの外気温度Ｔｏの温度範囲違いの最適回転数Ｒｍおよび下限回転数Ｒｄを見ると、外気温度Ｔｏが５℃未満のときが、上述したように最適回転数Ｒｍが４０ｒｐｓ、下限回転数Ｒｄが３５ｒｐｓ、であるのに対し、外気温度Ｔｏが５℃以上１０℃未満のときが、最適回転数Ｒｍが３５ｒｐｓ、下限回転数Ｒｄが３０ｒｐｓ、と定められ、外気温度Ｔｏが１０℃以上のときが、最適回転数Ｒｍが３０ｒｐｓ、下限回転数Ｒｄが２５ｒｐｓ、と定められている。つまりは、外気温度Ｔｏが上昇するのにつれて、最適回転数Ｒｍおよび下限回転数Ｒｄが低下するように定められている。

【0048】

次に、図４に示すフローチャートを用いて、上述した圧縮機回転数テーブル２００を用いて、暖房運転時や沸き上げ運転時に制御手段６０が行う圧縮機１の制御について説明する。図４に示すフローチャートは、ヒートポンプ式暖房給湯装置１００で暖房運転や沸き上げ運転を行うとき、往き温度Ｔｇが上限温度Ｔｔ１と下限温度Ｔｔ２との間に収まるよう、圧縮機１を制御する際の処理の流れを示すものであり、ＳＴはステップを表し、これに続く数字はステップ番号を表している。尚、図４では、往き温度Ｔｇを目標温度Ｔｔまで上昇させるときの圧縮機１の制御や膨張弁４の開度制御、等といった、本発明に関わる制御以外のヒートポンプ式暖房給湯装置１００の制御に関しては、図示と説明を省略している。

【0049】

制御手段６０は、暖房運転や沸き上げ運転を行っているとき、出口温度センサ５７で検出した往き温度Ｔｇを取り込み、暖房運転や沸き上げ運転の開始時に使用者によって設定されて記憶部に記憶している目標温度Ｔｔ以上であるか否かを判断する（ＳＴ１）。往き温度Ｔｇが目標温度Ｔｔ以上でなければ（ＳＴ１−Ｎｏ）、制御手段６０は、ＳＴ１に処理を戻し、現在の圧縮機回転数Ｒを維持する。尚、暖房運転や沸き上げ運転を開始して往き温度Ｔｇが目標温度Ｔｔとなるまでは、制御手段６０は、圧縮機回転数Ｒを起動時回転数（例えば、６０ｒｐｓ）として圧縮機１を駆動している。また、制御手段６０は、往き温度Ｔｇを所定時間毎（例えば、３０秒毎）に取り込んでいる。

【0050】

ＳＴ１において、往き温度Ｔｇが目標温度Ｔｔ以上であれば（ＳＴ１−Ｙｅｓ）、制御手段６０は、圧縮機回転数Ｒを低下させる（ＳＴ２）。尚、制御手段６０は、圧縮機回転数Ｒを所定速度、例えば、２ｒｐｓ／３０秒、で低下させる。

【0051】

次に、制御手段６０は、圧縮機回転数Ｒが下限回転数Ｒｄ以下となったか否かを判断する（ＳＴ３）。尚、制御手段６０は、外気温度センサ５２で検出した外気温度Ｔｏを所定時間毎（例えば、３０秒毎）に取り込んでおり、これと記憶している目標温度Ｔｔとを用い、圧縮機回転数テーブル２００を参照して下限回転数Ｒｄを抽出している。

【0052】

圧縮機回転数Ｒが下限回転数Ｒｄ以下となっていなければ（ＳＴ３−Ｎｏ）、制御手段６０は、ＳＴ２に処理を戻し、圧縮機回転数Ｒを低下させ続ける。圧縮機回転数Ｒが下限回転数Ｒｄ以下となっていれば（ＳＴ３−Ｙｅｓ）、制御手段６０は、往き温度Ｔｇが上限温度Ｔｔ１未満であるか否かを判断する（ＳＴ４）。

【0053】

往き温度Ｔｇが上限温度Ｔｔ１未満であれば（ＳＴ１１−Ｙｅｓ）、制御手段６０は、圧縮機１を下限回転数Ｒｄで継続運転し（ＳＴ１１）、ＳＴ４に処理を戻す。往き温度Ｔｇが上限温度Ｔｔ１未満でなければ（ＳＴ１１−Ｎｏ）、制御手段６０は、圧縮機１を停止する（ＳＴ５）。

【0054】

次に、制御手段６０は、往き温度Ｔｇが下限温度Ｔｔ２以下であるか否かを判断する（ＳＴ６）。往き温度Ｔｇが下限温度Ｔｔ２以下でなければ（ＳＴ６−Ｎｏ）、制御手段６０は、ＳＴ５に処理を戻して圧縮機１を停止し続ける。往き温度Ｔｇが下限温度Ｔｔ２以下であれば（ＳＴ６−Ｙｅｓ）、制御手段６０は、下限回転数Ｒｄで圧縮機１を再起動する（ＳＴ７）。

【0055】

次に、制御手段６０は、タイマー計測を開始し（ＳＴ８）、タイマー計測開始から所定時間が経過したか否かを判断する（ＳＴ９）。ここで、所定時間は、例えば１０分間であり、所定時間以上圧縮機１を駆動し続けないと圧縮機１の運転効率が悪くなる時間である。

【0056】

所定時間が経過していなければ（ＳＴ９−Ｎｏ）、制御手段６０は、ＳＴ９に処理を戻して圧縮機１を下限回転数Ｒｄで駆動させ続ける。所定時間が経過していれば（ＳＴ９−Ｙｅｓ）、制御手段６０は、ＳＴ４に処理を戻す。

【0057】

以上説明した通り、本発明のヒートポンプ式暖房給湯装置は、圧縮機の回転数を低下させているとき、圧縮機の回転数がＣＯＰの最高値より所定の割合低いＣＯＰに対応する回転数である下限回転数以下となれば、水温が目標温度より所定温度高い上限温度以上であるか否かを判断し、水温が上限温度以上であれば圧縮機を停止し、水温が上限温度以上でなければ圧縮機を下限回転数で運転し続ける。これにより、往き温度を目標温度に維持しつつ、圧縮機の運転効率悪化に起因するＣＯＰの悪化を抑制できる。

【0058】

尚、以上説明した実施形態では、下限回転数Ｒｄを、ＣＯＰの最高値より５％低いＣＯＰに対応する回転数とする場合について説明したが、例えば、下限回転数Ｒｄを、ＣＯＰの最高値より０．５低いＣＯＰに対応する回転数とする、というように、下限回転数Ｒｄを、ＣＯＰの最高値より一律で低いＣＯＰに対応する回転数とするのではなく、ＣＯＰの最高値より一定数値低いＣＯＰに対応する回転数としてもよい。

【符号の説明】

【0059】

１ 圧縮機
３ 水冷媒熱交換器
１０ 冷媒回路
１２ 給湯回路
４０ 室内ユニット
５５ 外気温度センサ
５７ 出口温度センサ
６０ 制御手段
７０ 貯湯タンク
１００ ヒートポンプ式暖房給湯装置
２００ 圧縮機回転数テーブル
Ｃ１ ＣＯＰの最高値
Ｃ１’ Ｃ１より５％低いＣＯＰ
Ｃ２ ＣＯＰの最高値
Ｃ２’ Ｃ２より５％低いＣＯＰ
Ｔｏ 外気温度
Ｔｔ 目標温度
Ｔｔ１ 上限温度
Ｔｔ２ 下限温度
Ｔｇ 往き温度
Ｒ 圧縮機回転数
Ｒｍ 最適回転数
Ｒｄ 下限回転数

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】