特許 6282234 ヒートポンプ給湯機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6282234

(24)【登録日】2018年2月2日

(45)【発行日】2018年2月21日

(54)【発明の名称】ヒートポンプ給湯機

(51)【国際特許分類】

   F24H 4/02 20060101AFI20180208BHJP

【ＦＩ】

   F24H4/02 N

【請求項の数】6

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2015-11819(P2015-11819)

(22)【出願日】2015年1月23日

(65)【公開番号】特開2016-136080(P2016-136080A)

(43)【公開日】2016年7月28日

【審査請求日】2017年3月17日

(73)【特許権者】

【識別番号】505461072

【氏名又は名称】東芝キヤリア株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001634

【氏名又は名称】特許業務法人 志賀国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】坂元 成彰

(72)【発明者】

【氏名】田邊 智明

【審査官】 西田 侑以

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−０９７９９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−０４１８６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−３４７１４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−０４８５１８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２４Ｈ ４／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

冷媒を圧縮する圧縮機により吐出された冷媒を、少なくとも水熱交換器を介して前記圧縮機に環流させる冷凍サイクル部と、
湯水を貯湯する貯湯ユニットから供給された湯水を前記水熱交換器に供給し、前記水熱交換器から吐出された湯水を前記貯湯ユニットに環流させる水流路と、
前記貯湯ユニットから供給された湯水の温度を検出する供給側温度センサと、
前記圧縮機の吐出側の温度を検出する吐出側温度センサと、
前記供給側温度センサおよび前記吐出側温度センサの検出結果に基づいて、前記貯湯ユニットから前記水熱交換器へ水を供給させた後に前記冷凍サイクル部の稼働を開始させるか、前記貯湯ユニットから前記水熱交換器への水の供給の開始タイミングに関わらずに前記冷凍サイクル部の稼働を開始させるかを決定する制御部と、
を備えるヒートポンプ給湯機。

【請求項2】

前記制御部は、前記冷凍サイクル部の稼働開始を指示する信号が入力されたとき、前記供給側温度センサにより検出された温度から前記吐出側温度センサにより検出された温度を減算した値が設定値を超える場合、前記貯湯ユニットから前記水熱交換器へ水を供給させた後に前記冷凍サイクル部の稼働を開始させ、
前記供給側温度センサにより検出された温度から前記吐出側温度センサにより検出された温度を減算した値が設定値以下の場合、前記貯湯ユニットから前記水熱交換器への水の供給開始タイミングに関わらずに前記冷凍サイクル部の稼働を開始させる、
請求項１記載のヒートポンプ給湯機。

【請求項3】

外気温度を検出する外気温度センサを、更に備え、
前記制御部は、前記冷凍サイクル部の稼働開始を指示する信号が入力されたとき、
前記外気温度センサにより検出された外気温度が基準温度未満であり、且つ前記供給側温度センサにより検出された温度から前記吐出側温度センサにより検出された温度を減算した値が設定値を超える場合に、前記貯湯ユニットから前記水熱交換器へ水を供給させた後に前記冷凍サイクル部の稼働を開始させる、
請求項２記載のヒートポンプ給湯機。

【請求項4】

前記制御部は、前記供給側温度センサにより検出された温度から前記吐出側温度センサにより検出された温度を減算した値に基づいて、前記冷凍サイクル部の稼働開始を指示する信号が入力されたときに、前記冷凍サイクル部の稼働を開始させる前に前記貯湯ユニットから前記水熱交換器へ水を供給させる時間を設定する、
請求項１から３のうちいずれか１項記載のヒートポンプ給湯機。

【請求項5】

前記供給側温度センサの異常を検出する第１のセンサ異常検出部と、
前記吐出側温度センサの異常を検出する第２のセンサ異常検出部と、を更に備え、
前記制御部は、前記冷凍サイクル部の稼働開始を指示する信号が入力されたとき、
前記第１のセンサ異常検出部により前記供給側温度センサの異常が検出され、または第２のセンサ異常検出部により前記吐出側温度センサの異常が検出された場合には、前記供給側温度センサおよび前記吐出側温度センサの検出結果に関わらず、前記貯湯ユニットから前記水熱交換器へ水を供給させた後に前記冷凍サイクル部の稼働を開始させる、
請求項１から４のうちいずれか１項記載のヒートポンプ給湯機。

【請求項6】

前記水熱交換器へ供給された水を、前記貯湯ユニットにおける貯留部に環流する前に排水する排水部を備え、
前記制御部は、前記冷凍サイクル部の稼働開始を指示する信号が入力されたとき、前記供給側温度センサおよび前記吐出側温度センサの検出結果に基づいて、前記貯湯ユニットから前記水熱交換器へ水を供給させた後に前記冷凍サイクル部の稼働を開始させる場合に、前記水熱交換器へ供給させた水が前記排水部から排水されるように前記排水部を制御する、
請求項１から５のうちいずれか１項記載のヒートポンプ給湯機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、ヒートポンプ給湯機に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、湯を貯湯する貯湯タンクと、湯を生成する熱源である冷凍サイクルとを備えたヒートポンプ給湯機が知られている。冷凍サイクルは、水熱交換機や圧縮機を備え、冷媒を循環させることで、冷媒から対象の水に熱を移転させて湯とする。この種のヒートポンプ給湯機においては、貯湯タンク内の湯を循環させて、湯の流路における凍結を防止する凍結防止運転を行う場合がある。これにより、外気温が低い環境にヒートポンプ給湯機が設置された場合であっても、流路の凍結を防止することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１２−９７９９０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、従来のヒートポンプ給湯機においては、冷凍サイクルが有する圧縮機の吐出側の温度と、貯湯タンクの側から供給された湯または水との温度差が大きい状態で圧縮機の運転を開始させると、圧縮機にかかる負荷が大きくなり、圧縮機の故障や寿命低下を招く場合がある。
本発明が解決しようとする課題は、圧縮機の故障や寿命低下を抑制することができるヒートポンプ給湯機を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0005】

実施形態のヒートポンプ給湯機は、冷凍サイクル部と、水流路と、供給側温度センサと、吐出側温度センサと、制御部とを備える。冷凍サイクル部は、冷媒を圧縮する圧縮機により吐出された冷媒を、少なくとも水熱交換器を介して前記圧縮機に環流させる。水流路は、湯水を貯湯する貯湯ユニットから供給された湯水を前記水熱交換器に供給し、前記水熱交換器から吐出された湯水を前記貯湯ユニットに環流させる。供給側温度センサは、前記貯湯ユニットから供給された湯水の温度を検出する。吐出側温度センサは、前記圧縮機の吐出側の温度を検出する。制御部は、前記供給側温度センサおよび前記吐出側温度センサの検出結果に基づいて、前記貯湯ユニットから前記水熱交換器へ水を供給させた後に前記冷凍サイクル部の稼働を開始させるか、前記貯湯ユニットから前記水熱交換器への水の供給の開始タイミングに関わらずに前記冷凍サイクル部の稼働を開始させるかを決定する。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】ヒートポンプ給湯機１の構成を示す図。

【図2】主制御部８０の機能構成を説明するための図。

【図3】貯湯運転を説明するための図。

【図4】給湯運転を説明するための図。

【図5】凍結防止運転について説明するための図。

【図6】圧縮機１４の吐出側および吸入側の圧力の推移を説明するための図。

【図7】入口水温低下運転について説明するための図。

【図8】主制御部８０により実行される入口水温低下運転に係る処理の流れを示すフローチャート。

【図9】第２の実施形態のヒートポンプ給湯機１の機能構成図。

【図10】主制御部８０により実行される入口水温低下運転に係る処理の流れを示すフローチャート。

【図11】主制御部８０により実行される入口水温低下運転に係る処理の流れを示すフローチャート。

【図12】変形例の貯湯タンクユニット５０Ａ〜Ｃの構成を説明するための図。

【発明を実施するための形態】

【0007】

以下、実施形態のヒートポンプ給湯機を、図面を参照して説明する。

【0008】

（第１の実施形態）
図１は、ヒートポンプ給湯機１の構成を示す図である。ヒートポンプ給湯機１は、例えば、ヒートポンプユニット１０と、貯湯タンクユニット５０とを備える。ヒートポンプユニット１０には副制御部４８が設けられ、貯湯タンクユニット５０には主制御部８０が設けられている。主制御部８０は、操作部９０と通信可能に接続されている。ヒートポンプユニット１０及び貯湯タンクユニット５０の各部は、主制御部８０の制御により制御され、後述する冷凍サイクル部１２の各部は、副制御部４８により制御される。また、主制御部８０は、操作部９０から入力された信号に基づいて、ヒートポンプユニット１０及び貯湯タンクユニット５０を制御する。

【0009】

ヒートポンプユニット１０は、冷凍サイクル部１２を備える。冷凍サイクル部１２は、圧縮機１４と、四方弁１６と、水熱交換器１８と、膨張弁２０と、空気熱交換器２２とを備える。

【0010】

圧縮機１４は、冷媒を圧縮して、第１の冷媒路１５へ吐出することで、冷媒を図中の矢印方向へ循環させる。第１の冷媒路１５に接続された四方弁１６は、圧縮機１４から吐出された冷媒を水熱交換器１８へ循環させ、空気熱交換器２２から吐出された冷媒を圧縮機１４の吸入側に循環させる。または、四方弁１６は、圧縮機１４から吐出された冷媒を空気熱交換器２２へ循環させ、水熱交換器１８から吐出された冷媒を圧縮機１４の吸入側に循環させる。このように四方弁１６は、圧縮機１４から吐出された冷媒を循環させる方向を切り替える。

【0011】

四方弁１６と、水熱交換器１８と、膨張弁２０と、空気熱交換器２２とは、第２の冷媒路２４を介して接続されている。水熱交換器１８は、圧縮機１４から吐出された冷媒の熱を放出させて、貯湯タンクユニット５０側から供給された供給水と熱交換することで供給水を湯にする。膨張弁２０は、水熱交換器１８から吐出された液体となった冷媒の減圧と流量制御を行うことで、液状の冷媒を低温、且つ低圧にする。空気熱交換器２２は、膨張弁２０から吐出された冷媒を大気と熱交換させて蒸発させる。

【0012】

また、ヒートポンプユニット１０は、吐出側温度センサ３０と、外気温度センサ３２と、供給側温度センサである入口側温度センサ３４と、出口側温度センサ３５と、循環ポンプ３６と、弁３７、弁３８とを備える。

【0013】

吐出側温度センサ３０は、第１の冷媒路１５に設置され、圧縮機１４の吐出側の第１の冷媒路１５内の温度を検出する。外気温度センサ３２は、ヒートポンプユニット１０の空気熱交換器２２に送り込まれる外気の温度を検出する。入口側温度センサ３４は、流路４０に設置され、水熱交換器１８へ供給される水の温度を検出する。出口側温度センサ３５は、流路４２に設置され、水熱交換器１８から流出する水の温度を検出する。各センサ（３０、３２、３４、３５）の検出結果は、主制御部８０へ入力される。なお、各センサの検出結果は、副制御部４８を介して主制御部８０へ入力されてもよい。

【0014】

循環ポンプ３６は、吐出側が流路４０に接続され、吸入側が流路４１に接続されている。循環ポンプ３６は、貯湯タンク５２内の水または湯を流路４１側から吸入し、流路４０側へ循環させる。弁３７は、流路４１、流路４５、および弁３８と接続されている。弁３８は、流路４２、流路４３、および弁３７と接続されている。弁３７、および弁３８は、例えば三方弁である。

【0015】

貯湯タンクユニット５０は、縦長円筒状の貯湯タンク５２と、ミキシングバルブ５４と、三方弁５６と、減圧弁５８とを備える。また、貯湯タンクユニット５０は、給水口６０と、排水口６２と、給湯口６４とを備える。貯湯タンク５２は、下部に接続される流路７３を介して給水口６０から供給される水を貯留し、貯湯タンク５２の上部に接続される流路７７を介して冷凍サイクル部１２により温められた湯を貯湯する。貯湯タンク５２内は上方がより高温で、下方が比較的低温となる温度分布を有して湯水を貯留する。流路７３は、流路７２、減圧弁５８、および流路７０を介して給水口６０と連通する。給水口６０は、減圧弁５８を介して、流路７３およびミキシングバルブ５４と連通する。給水口６０から供給される水は、減圧弁５８により減圧され、流路７０、流路７２、および流路７３を介して貯湯タンク５２の底部、または流路７０および流路７１を介してミキシングバルブ５４へ流出される。ミキシングバルブ５４は、流路７１から流入する水と、貯湯タンク５２の上部に接続された流路７７から流入する湯を、混ぜ合わせたものを所定の温度にする。ミキシングバルブ５４は、水と湯を混ぜ合わせたものを、流路７８を介して給湯口６４へ流出させる。三方弁５６には、流路７４、流路７５、および流路７６が接続されている。

【0016】

図２は、主制御部８０の機能構成を説明するための図である。主制御部８０は、通信入出力部８２と、センサ検出値入力部８４と、処理部８６とを備える。主制御部８０の各機能部は、例えば、ヒートポンプ給湯機１が備えるＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサがプログラムメモリに格納されたプログラムを実行することで機能するソフトウェア機能部である。また、主制御部８０の各機能部のうち一部または全部は、ＬＳＩ（Large Scale Integration）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等のハードウェア機能部であってもよい。

【0017】

通信入出力部８２は、操作部９０から操作入力された情報を取得する。センサ検出値入力部８４は、各センサ（３０、３２、３４、３５）が検出した検出値を取得し、処理部８６へ出力する。処理部８６は、通信入出力部８２、およびセンサ検出値入力部８４から出力された情報を取得し、取得した情報に基づいて、ヒートポンプユニット１０が備える冷凍サイクル部１２や、弁３７、３８、循環ポンプ３６などを含む各部を制御する。なお、冷凍サイクル部１２の制御は、副制御部４８に指示することにより行われる。処理部８６が実行する処理の詳細は後述する。

【0018】

操作部９０は、制御モードを設定する制御モード設定ボタン、設定温度変更ボタン、表示部などを備える。操作部９０は、ヒートポンプ給湯機１の各制御モードや、給湯口６４から流出する湯の温度を設定操作するための操作部であり、利用者の操作に応じた信号を主制御部８０へ出力する。上述した制御モードは、例えば貯湯運転、給湯運転、凍結防止運転である。また、本実施形態のヒートポンプ給湯機１は、凍結防止運転後に、貯湯運転するときに、各センサの検出結果に基づいて、水温低下運転を行う。以下、各運転モードについて説明する。

【0019】

図３は、貯湯運転を説明するための図である。貯湯運転は、例えば沸上起動運転と、沸上運転とにより構成される。沸上起動運転は、沸上運転を安定的に行うために、沸上運転前に行われる運転である。流路４０〜４２および貯湯タンク５２には、給水口６０から供給された湯または水が貯湯されているものとする。ヒートポンプユニット１０において、図中、矢印に示すように、圧縮機１４で圧縮された冷媒は、四方弁１６、水熱交換器１８、膨張弁２０、空気熱交換器２２、四方弁１６、圧縮機１４の順で循環する。沸上起動運転では、ヒートポンプユニット１０を稼働させた状態で、図中の破線の矢印で示すように循環ポンプ３６を駆動させ、水熱交換器１８の入口側と水熱交換器１８の出口側とにある湯または水を、弁３７、３８を介して水熱交換器１８、および流路４０〜４２内に循環させる。ヒートポンプユニット１０の運転開始直後、冷凍サイクル部１２内の冷媒、および潤滑油の偏りにより圧縮機１４の出力が安定しない場合がある。また、各流路内にある水や低温度の湯を貯湯タンク５２へ流入させることを抑制する必要がある。これに対して沸上起動運転を行うことにより、圧縮機１４を安定的に出力させると共に、流路４０〜４２内にある水または低温度の湯を、所定以上の温度にした状態で貯湯タンク５２へ流入させることができる。

【0020】

沸上運転とは、貯湯タンク５２に貯湯された水を、冷凍サイクル部１２を用いた熱交換により温水にすることで、貯湯タンク５２に温水を貯湯する運転である。このとき貯湯タンクユニット５０において、図中、実線の矢印に示すように、貯湯タンク５２に貯湯された水は、循環ポンプ３６が稼働することで、流路７３、流路４５、弁３７、循環ポンプ３６、流路４０の順で循環して、水熱交換器１８に流入する。水熱交換器１８に流入した水は、水熱交換器１８に流入した冷媒の熱が伝えられる。温められた水（湯）は、流路４２、弁３８、流路４６、流路７５、流路７４の順で循環して、貯湯タンク５２に流入する。これにより、貯湯タンク５２に湯が貯湯される。

【0021】

図４は、給湯運転を説明するための図である。給湯運転とは、貯湯タンク５２に貯湯された湯を、給湯口６４を介して湯の需要先であるビルや、工場、家庭の給湯口へ供給する運転である。貯湯タンク５２には、貯湯運転により湯が貯湯されているものとする。貯湯タンクユニット５０において、図中、矢印に示すように、給水口６０から供給される水は、ミキシングバルブ５４、および貯湯タンク５２の底部から貯湯タンク５２内に供給される。この給水口６０から供給される水の圧力により、貯湯タンク５２の上部に貯湯された湯は、流路７７へ押し出され、ミキシングバルブ５４において給水口６０から供給される水と混合される。混合された温水は、流路７８を介して給湯口６４から需要先に供給される。

【0022】

図５は、凍結防止運転について説明するための図である。凍結防止運転とは、水熱交換器１８の故障を防止するための運転である。ヒートポンプ給湯機１が、低外気温の環境条件で運転停止状態である場合、凍結によって水熱交換器１８に亀裂が生じる場合がある。亀裂を防止するため、図中、矢印に示すように、循環ポンプ３６の稼働によって、流路７４、流路７５、流路４６、弁３７、流路４１、流路４０の順で、貯湯タンク５２内の湯を循環させ、湯を水熱交換器１８に流入させる。水熱交換器１８に流入させた湯は、流路４２、弁３８、流路４３、流路４５、流路７２、流路７３の順で循環して、貯湯タンク５２に流入する。このように、貯湯タンク５２に貯湯された湯を水熱交換器１８内を循環させることで、水熱交換器１８が凍結して故障するのを防止することができる。

【0023】

ところで、一般的に、凍結防止運転を行った直後、貯湯運転を行うと圧縮機１４に大きな負荷がかかり故障の原因となる場合がある。長時間、冷凍サイクル部１２が稼働しないと、圧縮機１４の温度が低くなり、圧縮機１４内の冷凍機油の偏りや冷媒の寝込みが発生している。また、凍結防止運転が行われた直後では、水熱交換器１８の温度も高くなっており、このような状態で、冷凍サイクル部１２の運転を開始すると、運転開始直後に冷媒循環量が安定せず、水熱交換器で冷媒の十分な凝縮が行われず、吐出側圧力が急激に高くなる。また、蒸発器内での冷媒蒸発量も所定より少なくなり、吸入側圧力が急激に低下する原因となる。これにより、想定される圧縮機の吐出圧力と吸入圧力の使用領域を外れる吐出圧力と吸入圧力の組合せとなり、圧縮機の故障や信頼性低下を引き起こす場合がある。

【0024】

図６は、圧縮機１４の吐出側および吸入側の圧力の推移を説明するための図である。図中、縦軸は圧縮機１４の吐出側の圧力を示し、横軸は圧縮機１４の吸入側の圧力を示している。使用領域Ｓは、圧縮機１４の故障が生じないという、ある程度の信頼性を確保した状態で圧縮機１４を使用することができる使用領域を示している。図中、圧力推移線Ｌ１は、外気温が所定値以上の場合において凍結防止運転した後に、貯湯運転を行った場合の吸入側圧力と吐出側圧力との推移を示しており、図中、圧力推移線Ｌ２は、外気温が所定値以下の場合において凍結防止運転した後に、貯湯運転を行った場合の吸入側圧力と吐出側圧力との推移を示している。

【0025】

運転開始時における圧力推移線は、吐出側圧力が上昇する過程で圧縮機１４の出力が過剰に大きくなるため、吐出側圧力が急激に上昇し、吸入側圧力が急激に低下する傾向を示す。水熱交換器１８付近の温度から圧縮機１４の吐出側の温度を減算した温度差Ｔ１が大きい場合、温度差Ｔ１が小さい場合に較べて、蒸発器下流側の冷媒循環量が小さくなり、圧縮機１４の吸入側の圧力が低下する。水熱交換器１８の入口側の水温が高いと、水熱交換器１８において気体状の冷媒を冷却する熱量が少なくなり、十分に冷媒が凝縮されず気体状の冷媒の割合が高くなる。その結果、空気熱交換器２２において液体状から気体状に変化する冷媒の量が少なくなり、圧縮機１４の吸入側の圧力が低下する傾向になるからである。なお、吐出圧力Ｐｄ、吸入圧力Ｐｓ、凝縮温度、室外気温から制御に用いる基準値を算出することもできるが、理論計算式により制御が複雑化する。また、挙動をみるためには凝縮温度と冷媒への凝縮熱量も考慮する必要があり、入口側温度センサ３４により検出された水温Ｔｗｉを検知する必要がある。本実施形態では、Ｔｗｉ−Ｔｄ（吐出側温度センサ３０により検出された温度）を所定値以下の条件を使用することで、制御を簡略化しつつ、正確な条件を得ることができる。

【0026】

外気温が所定値以上の場合、圧力推移線Ｌ１の初期値における吸入側圧力は、Ｌ２の初期値における吸入側圧力に較べて高いため、圧縮機１４を稼働させても圧縮機１４の使用範囲に収まる。しかし、外気温が所定値以下の場合、圧力推移線Ｌ２の初期値における吸入側圧力は、圧力推移線Ｌ１の初期値における吸入側圧力に較べて小さい。このため、圧力推移線Ｌ２は、使用領域Ｓを逸脱する場合がある。この結果、圧縮機１４の故障が生じないという信頼性は低下することになる。

【0027】

これに対して、本実施形態のヒートポンプ給湯機１では、吐出側温度センサ３０、外気温度センサ３２、および入口側温度センサ３４により検出された検出結果に応じて、入口水温低下運転後に冷凍サイクル部１２の稼働を開始させることで、圧縮機１４の故障や寿命低下を抑制することができる。具体的には、主制御部８０は、検出結果が所定の条件を満たす場合、副制御部４８に冷凍サイクル部１２を稼働させる指示を出力しない状態で、入口水温低下運転を行うように各部を制御する。入口水温低下運転後、主制御部８０は、副制御部４８に冷凍サイクル部１２の稼働を開始させるように指示し、副制御部４８は、冷凍サイクル部１２の稼働を開始させる。

【0028】

図７は、入口水温低下運転について説明するための図である。入口水温低下運転とは、給水口６０の水を水熱交換器１８へ供給し、水熱交換器１８の入口側と、圧縮機１４の吐出側との温度差を小さくする運転である。入口水温低下運転を行うと、図７の矢印で示すように、給水口６０から供給される水は、流路７０、流路７２、流路４５、弁３７、流路４１、流路４０の順で循環して、水熱交換器１８に流入する。水熱交換器１８に流入した水は、水熱交換器１８の中を通り、流路４２、弁３８、流路４６、流路７５、流路７６の順で循環して、排水口６２から排出される。この入口水温低下運転により、水熱交換器１８の温度が低下して冷媒が十分に凝縮されることで、圧縮機１４の吸入側は気体状の冷媒が所定の割合以上となる。これにより圧縮機１４の吐出側の圧力上昇を穏やかにするため、圧力推移線が使用領域Ｓに収まるようにすることができる。この結果、圧縮機１４を運転開始直後に圧縮機１４にかかる負荷を小さくすることができ、圧縮機１４の故障を抑制することができる。図６における圧力推移線Ｌ３は、外気温が所定値以下の場合において凍結防止運転した後に、入口水温低下運転を行って貯湯運転を行った場合の吸入側圧力と吐出側圧力との推移を示している。

【0029】

以下、主制御部８０の処理部８６により実行される処理について説明する。図８は、主制御部８０により実行される入口水温低下運転に係る処理の流れを示すフローチャートである。まず、処理部８６が、通信入出力部８２から貯湯運転の開始に係る信号が入力されたか否かを判定する（ステップＳ１００）。貯湯運転の開始に係る信号が入力されたときに、処理部８６は、貯湯運転開始のプログラムを起動させる（ステップＳ１０２）。次に、処理部８６は、外気温度センサ３２により検出された温度Ｔｏが基準温度Ａ未満であるか否かを判定する（ステップＳ１０４）。外気温度センサ３２により検出された温度Ｔｏが基準温度Ａ以上である場合、処理部８６は、冷凍サイクル部１２を稼働させるための信号を副制御部４８に出力すると共に、ヒートポンプユニット１０のその他の部分、および貯湯タンクユニット５０の各部を制御して、沸上起動運転を開始させる（ステップＳ１１４）。外気温度センサ３２により検出された温度Ｔｏが基準温度Ａ以上である場合、前述した使用領域内において圧縮機１４を稼働させることができるためである。

【0030】

外気温度センサ３２により検出された温度Ｔｏが基準温度Ａ未満である場合、処理部８６は、入口側温度センサ３４により検出された水温Ｔｗｉから吐出側温度センサ３０により検出された温度Ｔｄを減算した値（減算値）が、設定値Ｂを超えるか否かを判定する（ステップＳ１０６）。減算値が設定値Ｂ以下である場合、処理部８６は、冷凍サイクル部１２を稼働させるための信号を副制御部４８に出力すると共に、ヒートポンプユニット１０のその他の部分、および貯湯タンクユニット５０の各部を制御して、沸上起動運転を開始させる（ステップＳ１１４）。減算値が設定値Ｂ以下である場合、前述した使用領域内において圧縮機１４を稼働させることができるためである。減算値が設定値Ｂを超える場合、処理部８６は、減算値に基づいて水温低下運転を行う時間（水温低下運転時間Ｃ）を算出する（ステップＳ１０８）。次に、処理部８６は、算出した時間の間、水温低下運転を開始する（ステップＳ１１０）。水温低下運転時間Ｃは、例えば減算値の大きさに比例して長くなる傾向である。また、水温低下運転時間Ｃは、例えば減算値が設定値以上の場合は一定値としてもよい。

【0031】

次に、処理部８６は、算出した水温低下運転時間Ｃが経過したか否かを判定する（ステップＳ１１２）。算出した水温低下運転時間Ｃが経過した場合、処理部８６は、水温低下運転を停止して、沸上起動運転を開始させる（ステップＳ１１４）。処理部８６は、副制御部４８に指示することによって、沸上起動運転を開始させる。次に、処理部８６は、出口側温度センサ３５により検出された温度Ｔｗｏが基準温度Ｄを超えるか否かを判定する（ステップＳ１１６）。出口側温度センサ３５により検出された温度Ｔｗｏが基準温度Ｄを超える場合、処理部８６は、沸上運転開始を開始させるための信号を副制御部４８に出力すると共に、ヒートポンプユニット１０のその他の部分、および貯湯タンクユニット５０の各部を制御して、沸上運転を開始させる（ステップＳ１１８）。これにより、本フローチャートにより実行される処理は終了する。

【0032】

なお、ステップＳ１１２の処理を、「処理部８６は、入口側温度センサ３４により検出された水温Ｔｗｉから吐出側温度センサ３０により検出された温度Ｔｄを減算した値が、設定値Ｂ以下であるか否かを判定する。」と読み替えてもよい。この場合、ステップＳ１０８の水温低下時間を算出する処理は省略することができる。
また、ステップ１１２の処理を、「処理部８６は、水温低下運転時間Ｃが経過しておらず、入口側温度センサ３４により検出された水温Ｔｗｉから吐出側温度センサ３０により検出された温度Ｔｄを減算した値が、設定値Ｂ以下であるか否かを判定する。」と読み替えてもよい。

【0033】

以上説明した第１の実施形態によれば、主制御部８０は、冷凍サイクル部１２の稼働開始を指示する信号が入力されたとき、外気温度センサ３２により検出された温度、入口側温度センサ３４により検出された水温、および吐出側温度センサ３０により検出された温度に基づいて、水温低下運転後に冷凍サイクル部１２の稼働を開始させるか、または水温低下運転を行わずに冷凍サイクル部１２の稼働を開始させるかを決定する。これにより、圧縮機１４の吸入側と吐出側との圧力差が小さい状態で圧縮機１４を稼働させることができるため、圧縮機１４の故障や寿命低下を抑制することができる。

【0034】

圧縮機１４の使用領域を外れない運転条件とするためには、吐出圧力、吸込み圧力、凝縮温度、水熱交換器１８の出口水温等を用いて算出することもできるが、計算過程が煩雑で使用するセンサ類も多く、結果的に誤差が大きくなる恐れがある。本実施形態のように、外気温が所定温度以下の場合に、入口側温度センサ３４により検出された水温Ｔｗｉと吐出側温度センサ３０により検出された冷媒温度Ｔｄとの差が設定値Ｂ以下か否かによって水温低下運転を行うか判断することができる。これにより、簡易な制御手段で且つ確実に圧縮機１４の使用領域を外れた運転を防止し、圧縮機１４の故障や寿命低下を抑制し、信頼性の高いヒートポンプ給湯機１とすることができる。

【0035】

（第２の実施形態）
以下、第２の実施形態について説明する。ここでは、第１の実施形態との相違点を中心に説明し、第１の実施形態との共通する機能等についての説明は省略する。第２の実施形態では、入口側温度センサ３４、または吐出側温度センサ３０のうちいずれかが故障したか否かを判定し、判定結果に応じて所定時間、水温低下運転を行う。

【0036】

図９は、第２の実施形態のヒートポンプ給湯機１の機能構成図である。ヒートポンプ給湯機１は、吐出側温度センサ異常検出部３０Ｄと、外気温度センサ異常検出部３２Ｄと、入口側温度センサ異常検出部３４Ｄと、出口側温度センサ異常検出部３５Ｄとを備える。吐出側温度センサ異常検出部３０Ｄは、例えば吐出側温度センサ３０の電圧値を検出する。外気温度センサ異常検出部３２Ｄは、例えば外気温度センサ３２の電圧値を検出する。入口側センサ異常検出部３４Ｄは、例えば入口側温度センサ３４の電圧値を検出する。出口側温度センサ異常検出部３５Ｄは、例えば出口側温度センサ３５の電圧値を検出する。各温度センサ異常検出部（３０Ｄ、３２Ｄ、３４Ｄ、３５Ｄ）は、検出した電圧値を処理部８６へ出力する。処理部８６は、例えば各温度センサ異常検出部から出力された電圧値が所定の電圧値以下であるか否かを判定する。処理部８６は、所定値以下である温度センサ異常検出部を検出した場合、電圧値が所定値以下であるセンサが故障していると判定する。

【0037】

図１０は、主制御部８０により実行される入口水温低下運転に係る処理の流れを示すフローチャートである。まず、処理部８６が、通信入出力部８２から貯湯運転の開始に係る信号が入力されたか否かを判定し（ステップＳ２００）、貯湯運転の開始に係る信号が入力されたときに、処理部８６は、貯湯運転開始のプログラムを起動させる（ステップＳ２０２）。次に、処理部８６は、外気温度センサ３２により検出された温度Ｔｏが基準温度Ａ未満であるか否かを判定する（ステップＳ２０４）。外気温度センサ３２により検出された温度が基準温度Ａ以上である場合、処理部８６は、沸上起動運転を開始させる（ステップＳ２１８）。処理部８６は、副制御部４８に指示することによって、沸上起動運転を開始させる。

【0038】

外気温度センサ３２により検出された温度Ｔｏが基準温度Ａ未満である場合、処理部８６は、入口側温度センサ３４、または吐出側温度センサ３０のうちいずれかが故障しているか否かを判定する（ステップＳ２０６）。入口側温度センサ３４、または吐出側温度センサ３０のうちいずれかが故障している場合、処理部８６は、所定時間、水温低下運転を行う（ステップＳ２０８）。入口側温度センサ３４、または吐出側温度センサ３０のうちいずれも故障していない場合、処理部８６は、入口側温度センサ３４により検出された水温Ｔｗｉから吐出側温度センサ３０により検出された温度Ｔｄを減算した値（減算値）が、設定値Ｂを超えるか否かを判定する（ステップＳ２１０）。

【0039】

減算値が設定値Ｂ以下である場合、処理部８６は、冷凍サイクル部１２を稼働させるための信号を副制御部４８に出力すると共に、沸上起動運転を開始させる（ステップＳ２１８）。減算値が設定値Ｂを超える場合、処理部８６は、減算値に基づいて水温低下運転時間Ｃを算出し（ステップＳ２１２）、算出した時間の間、水温低下運転を開始する（ステップＳ２１４）。次に、処理部８６は、算出した水温低下運転時間Ｃが経過したか否かを判定する（ステップＳ２１６）。算出した水温低下運転時間Ｃが経過した場合、処理部８６は、水温低下運転を停止して、沸上起動運転を開始させる（ステップＳ２１８）。次に、処理部８６は、出口側温度センサ３５により検出された温度Ｔｗｏが基準温度Ｄを超えるか否かを判定する（ステップＳ２２０）。出口側温度センサ３５により検出された温度Ｔｗｏが基準温度Ｄを超える場合、処理部８６は、沸上運転開始に係る信号を副制御部４８に出力すると共に、ヒートポンプユニット１０のその他の部分、および貯湯タンクユニット５０の各部を制御して、沸上運転を開始させる（ステップＳ２２２）。これにより、本フローチャートにより実行される処理は終了する。

【0040】

以上説明した第２の実施形態によれば、外気温度センサ３２により検出された温度が基準温度Ａ未満である場合、主制御部８０が、入口側温度センサ３４、または吐出側温度センサ３０のうちいずれかが故障しているか否かを判定し、入口側温度センサ３４、または吐出側温度センサ３０のうちいずれかが故障している場合、所定時間、水温低下運転を行う。これにより、入口側温度センサ３４、または吐出側温度センサ３０のうちいずれかが故障した場合であっても、処理部８６が、外気温に基づいて、水温低下運転を行うか否かを判定する。この結果、圧縮機１４の吸入側と吐出側との圧力差が小さい状態で圧縮機１４を稼働させることができるため、圧縮機１４の故障や寿命低下を抑制することができる。

【0041】

（第３の実施形態）
以下、第３の実施形態について説明する。ここでは、第１の実施形態との相違点を中心に説明し、第１の実施形態との共通する機能等についての説明は省略する。第１の実施形態では、水温低下運転を行う時間を算出し、算出した時間の間、水温低下運転を実行したが、第３の実施形態では、入口側温度センサ３４により検出された水温Ｔｗｉから吐出側温度センサ３０により検出された温度Ｔｄを減算した値（減算値）が、設定値以下となった場合に水温低下運転を停止し、貯湯運転を行う。

【0042】

図１１は、主制御部８０により実行される入口水温低下運転に係る処理の流れを示すフローチャートである。まず、処理部８６が、通信入出力部８２から貯湯運転の開始に係る信号が入力されたか否かを判定し（ステップＳ３００）、貯湯運転の開始に係る信号が入力されたとき、貯湯運転開始のプログラムを起動させる（ステップＳ３０２）。

【0043】

次に、処理部８６は、入口側温度センサ３４により検出された水温Ｔｗｉから吐出側温度センサ３０により検出された温度Ｔｄを減算した値（減算値）が設定値Ｂを超えるか否かを判定する（ステップＳ３０４）。減算値が設定値Ｂを超える場合、処理部８６は、水温低下運転を開始させ（ステップＳ３０６）、ステップＳ３０４の処理に戻る。減算値が設定値Ｂ以下である場合、処理部８６は、水温低下運転を停止して、冷凍サイクル部１２を稼働させるための信号を副制御部４８に出力すると共に、ヒートポンプユニット１０のその他の部分、および貯湯タンクユニット５０の各部を制御して、沸上起動運転を行う開始させる（ステップＳ３０８）。次に、処理部８６は、出口側温度センサ３５により検出された温度Ｔｗｏが基準温度Ｄを超えるか否かを判定する（ステップＳ３１０）。出口側温度センサ３５により検出された温度Ｔｗｏが基準温度Ｄを超える場合、処理部８６は、沸上運転開始に係る信号を副制御部４８に出力すると共に、ヒートポンプユニット１０のその他の部分、および貯湯タンクユニット５０の各部を制御して、沸上運転を開始する（ステップＳ３１２）。これにより、本フローチャートにより実行される処理は終了する。

【0044】

以上説明した第３の実施形態によれば、主制御部８０が、入口側温度センサ３４により検出された水温Ｔｗｉから吐出側温度センサ３０により検出された温度Ｔｄを減算した値（減算値）が、設定値以下となった場合に水温低下運転を停止し、貯湯運転を行う。この結果、簡易なロジックで圧縮機１４の吸入側と吐出側との圧力差が小さい状態で圧縮機１４を稼働させ、圧縮機１４の故障や寿命低下を抑制することができる。

【0045】

（第１〜第３の実施形態における変形例）
以下、第１〜第３の実施形態における変形例について説明する。ここでは、第１の実施形態との相違点を中心に説明し、第１の実施形態との共通する機能等についての説明は省略する。第１〜第３の実施形態における変形例では、貯湯タンク５２に加え、更に複数の貯湯タンクユニット５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃを連結さている。

【0046】

図１２は、変形例の貯湯タンクユニット５０Ａ〜Ｃの構成を説明するための図である。貯湯タンクユニット５０は、流路７２に接続された逆流防止弁１００を備える。また、貯湯タンクユニット５０は、流路４５および流路７２に接続された流路１０６に設けられた弁１０２を備える。貯湯タンクユニット５０Ａ〜５０Ｃは、それぞれ貯湯タンク５２Ａ〜５２Ｃを備える。貯湯タンク５２Ａの上部は、貯湯タンク５２の底部に連結されている流路１１０と接続されている。貯湯タンク５２Ｂの上部は、貯湯タンク５２Ａの底部と連結されている流路１２０と接続されている。貯湯タンク５２Ｃの上部は、貯湯タンク５２Ｂの底部と連結されている流路１３０と接続されている。また、貯湯タンク５２Ｃの底部は、貯湯タンクユニット５０の流路７２と連結されている流路１４０と接続されている。

【0047】

変形例において貯湯、および給湯がされる場合の動作について説明する。給水口６０から供給された水は、図中、矢印に示すように、流路７０、流路７２、流路１０６、流路４５の順で循環し、水熱交換器１８へ流出される。水熱交換器１８において湯となった水は、流路４６、流路７５、流路７４を介して貯湯タンク５２に流入する。これにより、湯が貯湯される。また、給水口６０から供給された水は、図中、矢印に示すように、流路７０、流路７２、流路１４０の順で循環して、貯湯タンク５２Ｃへも流入する。貯湯タンク５２Ｃに流入した水は、流路１３０、貯湯タンク５２Ｂ、流路１２０、貯湯タンク５２Ａ、流路１１０、貯湯タンク５２、流路７７の順で循環して、給湯口６４へ供給される。

【0048】

以上説明した変形例によれば、複数の貯湯タンクユニット５０、５０Ａ〜５０Ｃを備えたため、需要先へ供給する湯量が多い場合であっても、圧縮機１４の吸入側と吐出側との圧力差が小さい状態で圧縮機１４を稼働させ、圧縮機１４の故障や寿命低下を抑制しつつ、需要先へ湯を供給することができる。

【0049】

また、各実施形態では、吐出側温度センサ３０と、外気温度センサ３２と、入口側温度センサ３４とに基づいて水温低下運転を行うか否かを判定したが、入口側温度センサ３４に代えて、出口側温度センサ３５の検出結果を加えて水温低下運転を行うか否かを判定してもよい。また、各センサに代えて圧縮機１４の吐出側の圧力を検出する吐出側圧力検出センサと、圧縮機１４の吸入側の圧力を検出する吸入側圧力検出センサとを備え、これらの２つの圧力検出センサの検出値に基づいて、水温低下運転を行うか否かを判定してもよい。この場合、吐出側圧力検出センサの検出値と、吸入側圧力検出センサの検出値との圧力差が設定値以上である場合、水温低下運転を行う。また、吐出側圧力検出センサを用いずに、吸入側圧力検出センサの検出値が設定値以下の場合に、水温低下運転を行ってもよい。

【0050】

なお、各実施形態において、主制御部８０が、入口水温低下運転を実行するか否かを決定する場合（図８、図１０、図１１）について説明したが、主制御部８０に代えて副制御部４８が、入口水温低下運転を実行するか否かを決定してもよいし、主制御部８０および副制御部４８が協働して入口水温低下運転を実行するか否かを決定してもよい。

【0051】

冷媒を圧縮する圧縮機（１４）により吐出された冷媒を、少なくとも水熱交換器（１８）を介して圧縮機に環流させる冷凍サイクル部（１２）と、湯水を貯湯する貯湯ユニット（５０）から供給された湯水を水熱交換器に供給し、水熱交換器から吐出された湯水を貯湯ユニットに環流させる水流路（３６、４０、４１、４２、４５、４６）と、貯湯ユニットから供給された湯水の温度を検出する供給側温度センサ（３４）と、圧縮機の吐出側の温度を検出する吐出側温度センサ（３０）と、供給側温度センサおよび吐出側温度センサの検出結果に基づいて、貯湯ユニットから水熱交換器へ水を供給させた後に冷凍サイクル部の稼働を開始させるか、貯湯ユニットから水熱交換器への水の供給の開始タイミングに関わらずに冷凍サイクル部の稼働を開始させるかを決定する制御部（４８、８０）とを備えることにより、圧縮機の故障や寿命低下を抑制することができる。

【0052】

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

【符号の説明】

【0053】

１２…冷凍サイクル部、１４…圧縮機、１８…水熱交換器、３０…吐出側温度センサ、３０Ｄ…吐出側センサ異常検出部、３２…外気温度センサ、３２Ｄ…外気温度センサ異常検出部、３４…入口側温度センサ、３４Ｄ…入口側センサ異常検出部、３６、４０、４１、４２、４５、４６、７５、７６…水流路、４８…副制御部、５０…貯湯タンクユニット、５６…弁、６２…排水口、８０…制御部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】