特許 7293661 ヒートポンプ式給湯装置および制御装置

(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】

(24)【登録日】2023-06-12

(45)【発行日】2023-06-20

(54)【発明の名称】ヒートポンプ式給湯装置および制御装置

(51)【国際特許分類】

   F24H 4/02 20220101AFI20230613BHJP

   F24H 15/212 20220101ALI20230613BHJP

   F24H 15/227 20220101ALI20230613BHJP

   F24H 15/258 20220101ALI20230613BHJP

   F24H 15/325 20220101ALI20230613BHJP

   F25B 1/00 20060101ALI20230613BHJP

   F25B 49/02 20060101ALI20230613BHJP

【ＦＩ】

F24H4/02 A

F24H15/212

F24H15/227

F24H15/258

F24H15/325

F25B1/00 101Z

F25B1/00 331Z

F25B49/02 510C

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2019007224

(22)【出願日】2019-01-18

(65)【公開番号】P2020118308

(43)【公開日】2020-08-06

【審査請求日】2021-11-30

(73)【特許権者】

【識別番号】000006611

【氏名又は名称】株式会社富士通ゼネラル

(74)【代理人】

【識別番号】110003339

【氏名又は名称】弁理士法人南青山国際特許事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100104215

【弁理士】

【氏名又は名称】大森 純一

(74)【代理人】

【識別番号】100196575

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 満

(74)【代理人】

【識別番号】100144211

【弁理士】

【氏名又は名称】日比野 幸信

(72)【発明者】

【氏名】工藤 康浩

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 俊太郎

(72)【発明者】

【氏名】深谷 昌春

(72)【発明者】

【氏名】井上 和宏

【審査官】豊島 ひろみ

(56)【参考文献】

【文献】特開２００１－００１７５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－２６１５５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－３４０４５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－１８０４０６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ２４Ｈ １／００ － １５／４９３

Ｆ２５Ｂ １／００ － ７／００

Ｆ２５Ｂ ４３／００ － ４９／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機から吐出された冷媒と水を熱交換させる給湯用熱交換器と、前記給湯用熱交換器から流出した冷媒を減圧する減圧器と、前記減圧器から流出した冷媒と外気を熱交換させる室外熱交換器と、前記給湯用熱交換器から前記減圧器へ供給される冷媒と前記室外熱交換器から前記圧縮機へ供給される冷媒を熱交換させる内部熱交換器と、を有する冷媒回路と、
前記給湯用熱交換器の冷媒流出口と前記内部熱交換器の冷媒流入口との間に配置された第１の開閉弁と、前記第１の開閉弁の冷媒流入口と前記内部熱交換器の冷媒流出口との間に接続されたバイパス流路部と、前記バイパス流路部に配置された第２の開閉弁と、を有するバイパス回路と、
前記給湯用熱交換器から流出する冷媒の温度に関連する高圧側冷媒温度を検出する第１の温度検出部と、
前記室外熱交換器から流出する冷媒の温度に関連する低圧側冷媒温度を検出する第２の温度検出部と、
前記第１の温度検出部の出力および前記第２の温度検出部の出力に基づいて、前記第１の開閉弁および前記第２の開閉弁を開閉制御する制御部であって、前記高圧側冷媒温度が前記低圧側冷媒温度以上のときは、前記第１の開閉弁を開、かつ前記第２の開閉弁を閉とする第１の制御モードを実行し、前記高圧側冷媒温度が前記低圧側冷媒温度よりも低いときは、前記第１の開閉弁を閉、かつ前記第２の開閉弁を開とする第２の制御モードを実行する制御部と
を備えたヒートポンプ式給湯装置。

【請求項2】

請求項１に記載のヒートポンプ式給湯装置であって、
前記第１の温度検出部は、前記給湯用熱交換器と前記第１の開閉弁との間を接続する配管の温度を検出するセンサである
ヒートポンプ式給湯装置。

【請求項3】

請求項１に記載のヒートポンプ式給湯装置であって、
前記第１の温度検出部は、前記給湯用熱交換器を流入する水の温度を検出するセンサである
ヒートポンプ式給湯装置。

【請求項4】

請求項１～３のいずれか１つに記載のヒートポンプ式給湯装置であって、
前記第２の温度検出部は、前記室外熱交換器と前記内部熱交換器との間を接続する配管の温度を検出するセンサである
ヒートポンプ式給湯装置。

【請求項5】

請求項１～３のいずれか１つに記載のヒートポンプ式給湯装置であって、
前記第２の温度検出部は、外気温度を検出するセンサである
ヒートポンプ式給湯装置。

【請求項6】

冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機から吐出された冷媒と水を熱交換させる給湯用熱交換器と、前記給湯用熱交換器から流出した冷媒を減圧する減圧器と、前記減圧器から流出した冷媒と外気を熱交換させる室外熱交換器と、前記給湯用熱交換器から前記減圧器へ供給される冷媒と前記室外熱交換器から前記圧縮機へ供給される冷媒を熱交換させる内部熱交換器と、を有する冷媒回路と、
前記給湯用熱交換器の冷媒流出口と前記内部熱交換器の冷媒流入口との間に配置された第１の開閉弁と、前記第１の開閉弁の冷媒流入口と前記内部熱交換器の冷媒流出口との間に接続されたバイパス流路部と、前記バイパス流路部に配置された第２の開閉弁と、を有するバイパス回路と
を備えたヒートポンプ式給湯装置用の制御装置であって、
前記給湯用熱交換器から流出する冷媒の温度に関連する高圧側冷媒温度と、前記室外熱交換器から流出する冷媒の温度に関連する低圧側冷媒温度とを取得する取得部と、
前記高圧側冷媒温度が前記低圧側冷媒温度よりも低いか否かを判定する判定部と、
前記高圧側冷媒温度が前記低圧側冷媒温度以上のときは、前記第１の開閉弁を開、かつ前記第２の開閉弁を閉とする第１の制御信号を生成し、前記高圧側冷媒温度が前記低圧側冷媒温度よりも低いときは、前記第１の開閉弁を閉、かつ前記第２の開閉弁を開とする第２の制御信号を生成する信号生成部と、を有する
制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ヒートポンプ式給湯装置およびヒートポンプ式給湯装置用の制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

ヒートポンプを利用したヒートポンプ式給湯装置は、圧縮機と、給湯用熱交換器と、膨張弁と、室外熱交換器とを有する冷媒回路を備え、圧縮機で圧縮された高温のガス冷媒を給湯用熱交換器で水と熱交換させて、冷媒の放熱する熱により水を加温する。

【0003】

さらに、上記冷媒回路に、給湯用熱交換器から流出する冷媒と室外熱交換器から流出する冷媒とを熱交換させる内部熱交換器と、当該内部熱交換器をバイパスする流路とを設置する技術が知られている（例えば、特許文献１，２参照）。この種のヒートポンプ式給湯装置は、内部熱交換器において、室外熱交換器から流出する低圧ガス冷媒を給湯用熱交換器から流出する高圧液冷媒により加熱することによって冷媒の比エンタルピー差を増加させ、これにより高温の温水を生成可能としている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開平１１－１９３９５８号公報

【文献】特開２００５－３５１５５７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、外気温度や給水温度によっては、内部熱交換器における低圧冷媒が高圧冷媒よりも高温になることがある。この場合、本来冷却されるはずの高圧冷媒が低圧冷媒によって加熱されるため、高圧冷媒中にフラッシュガスが発生するおそれがある。フラッシュガスとは、著しい圧力降下や熱の侵入により液冷媒の一部が気化し、当該液冷媒中に気泡を発生させることをいう。フラッシュガスが発生すると、室外熱交換器へ流入する冷媒の質量流量が不足するため、ヒートポンプの性能低下の要因となる。このような問題は、夏期や中間期などの外気温度が比較的高い時期であって、給湯用熱交換器に流入する水温が比較的低い場合に生じやすい。また、特殊な場合として、ヒートポンプ式給湯装置の設置直後、または、運転を長期休止していた後の運転開始時など、ヒートポンプ式給湯装置が備える貯湯タンク内の水温が低い場合にもこのような問題が生じる。

【0006】

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、外気温度が比較的高く、水温が比較的低い場合でも目的とする給湯制御を実現することができるヒートポンプ式給湯装置およびその制御装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係るヒートポンプ式給湯装置は、冷媒回路と、バイパス回路と、第１の温度検出部と、第２の温度検出部と、制御部とを備える。
前記冷媒回路は、冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機から吐出された冷媒と水を熱交換させる給湯用熱交換器と、前記給湯用熱交換器から流出した冷媒を減圧する減圧器と、前記減圧器から流出した冷媒と外気を熱交換させる室外熱交換器と、前記給湯用熱交換器から前記減圧器へ供給される冷媒と前記室外熱交換器から前記圧縮機へ供給される冷媒を熱交換させる内部熱交換器と、を有する。
前記バイパス回路は、前記給湯用熱交換器の冷媒流出口と前記内部熱交換器の冷媒流入口との間に配置された第１の開閉弁と、前記第１の開閉弁の冷媒流入口と前記内部熱交換器の冷媒流出口との間に接続されたバイパス流路部と、前記バイパス流路部に配置された第２の開閉弁と、を有する。
前記第１の温度検出部は、前記給湯用熱交換器から流出する冷媒の温度に関連する高圧側冷媒温度を検出する。
前記第２の温度検出部は、前記室外熱交換器から流出する冷媒の温度に関連する低圧側冷媒温度を検出する。
前記制御部は、前記第１の温度検出部の出力および前記第２の温度検出部の出力に基づいて、前記第１の開閉弁および前記第２の開閉弁を開閉制御する制御部であって、前記高圧側冷媒温度が前記低圧側冷媒温度以上のときは、前記第１の開閉弁を開、かつ前記第２の開閉弁を閉とする第１の制御モードを実行し、前記高圧側冷媒温度が前記低圧側冷媒温度よりも低いときは、前記第１の開閉弁を閉、かつ前記第２の開閉弁を開とする第２の制御モードを実行する。

【0008】

前記第１の温度検出部は、前記給湯用熱交換器と前記第１の開閉弁との間を接続する配管の温度を検出するセンサであってもよい。

【0009】

前記第１の温度検出部は、前記給湯用熱交換器を流入する水の温度を検出するセンサであってもよい。

【0010】

前記第２の温度検出部は、前記室外熱交換器と前記内部熱交換器との間を接続する配管の温度を検出するセンサであってもよい。

【0011】

前記第２の温度検出部は、外気温度を検出するセンサであってもよい。

【0012】

本発明の一形態に係る制御装置は、冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機から吐出された冷媒と水を熱交換させる給湯用熱交換器と、前記給湯用熱交換器から流出した冷媒を減圧する減圧器と、前記減圧器から流出した冷媒と外気を熱交換させる室外熱交換器と、前記給湯用熱交換器から前記減圧器へ供給される冷媒と前記室外熱交換器から前記圧縮機へ供給される冷媒を熱交換させる内部熱交換器と、を有する冷媒回路と、
前記給湯用熱交換器の冷媒流出口と前記内部熱交換器の冷媒流入口との間に配置された第１の開閉弁と、前記第１の開閉弁の冷媒流入口と前記内部熱交換器の冷媒流出口との間に接続されたバイパス流路部と、前記バイパス流路部に配置された第２の開閉弁と、を有するバイパス回路と
を備えたヒートポンプ式給湯装置用の制御装置であって、取得部と、判定部と、信号生成部とを有する。
前記取得部は、前記給湯用熱交換器から流出する冷媒の温度に関連する高圧側冷媒温度と、前記室外熱交換器から流出する冷媒の温度に関連する低圧側冷媒温度とを取得する。
前記判定部は、前記高圧側冷媒温度が前記低圧側冷媒温度よりも低いか否かを判定する。
前記信号生成部は、前記高圧側冷媒温度が前記低圧側冷媒温度以上のときは、前記第１の開閉弁を開、かつ前記第２の開閉弁を閉とする第１の制御信号を生成し、前記高圧側冷媒温度が前記低圧側冷媒温度よりも低いときは、前記第１の開閉弁を閉、かつ前記第２の開閉弁を開とする第２の制御信号を生成する。

【発明の効果】

【0013】

以上述べたように、本発明によれば、外気温度が比較的高く、水温が比較的低い場合でも目的とする給湯制御を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の一実施形態に係るヒートポンプ式給湯装置を示す系統図である。

【図2】上記ヒートポンプ式給湯装置における給湯回路の一構成例を示す系統図である。

【図3】上記ヒートポンプ式給湯装置における制御部の構成を示す機能ブロック図である。

【図4】上記ヒートポンプ式給湯装置におけるバイパス回路が第１の状態であって、高圧側冷媒温度が低圧側冷媒温度よりも高いときの冷媒の状態変化を示すモリエル線図である。

【図5】上記ヒートポンプ式給湯装置におけるバイパス回路が第１の状態であって、高圧側冷媒温度が低圧側冷媒温度よりも低いときの冷媒の状態変化を示すモリエル線図である。

【図6】上記制御部の動作手順の一例を示すフローチャートである。

【図7】上記ヒートポンプ式給湯装置におけるバイパス回路が第２の状態のときの冷媒の状態変化を示すモリエル線図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。

【0016】

図１は、本発明の一実施形態に係るヒートポンプ式給湯装置１００を示す系統図、図２は、給湯回路５００の一構成例を示す系統図である。

【0017】

［全体構成］
本実施形態のヒートポンプ式給湯装置１００は、図１に示す冷媒回路１１０と、図２に示す給湯回路５００を備える。冷媒回路１１０は、圧縮機１１、給湯用熱交換器１２、内部熱交換器１３、減圧器１４および室外熱交換器１５を備える。
ヒートポンプ式給湯装置１００はさらに、内部熱交換器１３をバイパスするバイパス回路２０、第１の温度検出部３１、第２の温度検出部３２および制御部４０を備える。

【0018】

圧縮機１１は、低温低圧の冷媒を圧縮して高温高圧の冷媒を吐出する。圧縮機１１から吐出された高温高圧の冷媒は、配管９１を介して給湯用熱交換器１２へ供給される。

【0019】

冷媒の種類は特に限定されず、本実施形態では、自然冷媒である二酸化炭素が用いられるが、これに限られず、フロン系の冷媒（Ｒ４１０Ａ、Ｒ３２など）が採用されてもよい。圧縮機１１の種類も特に限定されず、例えば、インバータにより回転数が制御される図示しないモータによって駆動される能力可変の圧縮機が採用される。

【0020】

給湯用熱交換器１２は、圧縮機１１から吐出された高温高圧の冷媒を、給湯回路５００を循環する水（水道水などの市水）との熱交換をする放熱器である。給湯用熱交換器１２は、冷媒回路１１０と給湯回路５００で共用される。

【0021】

給湯回路５００は、貯湯タンク５０１と、貯湯タンク５０１へ市水を導入する水道管５０２と、貯湯タンク５０１と給湯用熱交換器１２の間で水を循環させるポンプＰを含む水循環回路５０３と、貯湯タンク５０１内の温水を外部へ供給する給湯管５０４とを有する。給湯管５０４には、貯湯タンク５０１から導出した温水を水道管５０２内の水と混合するための混合弁Ｖが設けられる。

【0022】

給湯用熱交換器１２は水と冷媒の間の熱交換ができる、例えばプレート型熱交換器、二重管式熱交換器や多管式熱交換器などの種々の型式の熱交換器が採用できる。給湯用熱交換器１２において水と熱交換した冷媒は、配管９２を介して内部熱交換器１３へ供給される。

【0023】

内部熱交換器１３は、給湯用熱交換器１２から減圧器１４へ供給される冷媒（高圧冷媒）が通る配管と、室外熱交換器１５から圧縮機１１へ供給される冷媒（低圧冷媒）が通る配管とを有し、上記高圧冷媒と上記低圧冷媒とを熱交換させる。内部熱交換器１３は、上記高圧冷媒と低圧冷媒の間の熱交換ができる、例えばプレート型熱交換器、二重管式熱交換器や多管式熱交換器などの種々の型式の熱交換器が採用できる。内部熱交換器１３において室外熱交換器１５からの流出冷媒と熱交換した冷媒は、配管９３を介して減圧器１４および室外熱交換器１５へ順次供給される。

【0024】

減圧器１４は、給湯用熱交換器１２あるいは内部熱交換器１３から流出した冷媒を減圧するためのものであり、典型的には、制御部４０からの指令に基づいて開度を制御できる電子膨張弁である。なおこれに限られず、減圧器１４にはキャピラリーチューブ等の固定絞り装置が採用されてもよい。

【0025】

室外熱交換器１５は、減圧器１４から流出した冷媒を外気との熱交換をする蒸発器である。室外熱交換器１５の種類は特に限定されず、例えば空気と冷媒の間の熱交換ができるパラレルフロー型熱交換器、フィンチューブ型熱交換器、プレートフィン型熱交換器などの種々の型式の熱交換器が採用できる。室外熱交換器１５の近傍には図示せずとも送風用のファンが配置されてもよい。

【0026】

室外熱交換器１５において外気と熱交換した冷媒は、配管９４を介して内部熱交換器１３へ供給される。内部熱交換器１３において給湯用熱交換器１２からの流出冷媒と熱交換した冷媒は、配管９５を介して圧縮機１１へ戻される。

【0027】

バイパス回路２０は、給湯用熱交換器１２から流出した冷媒を、内部熱交換器１３を介さずに減圧器１４へ供給するためのものである。バイパス回路２０は、第１の開閉弁２１と、第２の開閉弁２２と、バイパス流路部２３とを有する。

【0028】

バイパス流路部２３は、内部熱交換器１３とは並列的に、給湯用熱交換器１２と減圧器１４との間に接続された配管であり、その一端は配管９２との分岐部Ｂ１に、他端は配管９３との合流部Ｂ２にそれぞれ接続される。

【0029】

第１の開閉弁２１および第２の開閉弁２２は、制御部４０からの指令に基づいて開閉する弁である。第１の開閉弁２１は、分岐部Ｂ１と内部熱交換器１３との間に配置され、第２の開閉弁２２は、バイパス流路部２３に配置される。バイパス回路２０は、制御部４０からの指令に基づいて、第１の開閉弁２１が開であり、かつ、第２の開閉弁２２が閉である第１の状態と、第１の開閉弁２１が閉であり、かつ、第２の開閉弁２２が開である第２の状態とを選択的に切り替えられる。

【0030】

第１の温度検出部３１は、給湯用熱交換器１２から流出する冷媒の温度に関連する高圧側冷媒温度を検出する。本実施形態において第１の温度検出部３１は、給湯用熱交換器１２と第１の開閉弁２１との間を接続する配管９２の温度を検出する温度センサであり、当該配管９２の温度を給湯用熱交換器１２の出口の冷媒温度として検出する。第１の温度検出部３１は、配管９２の給湯用熱交換器１２側の端部とバイパス流路部２３との分岐部Ｂ１との間の任意の位置に配置される。

【0031】

第２の温度検出部３２は、室外熱交換器１５から流出する冷媒の温度に関連する低圧側冷媒温度を検出する。本実施形態において第２の温度検出部３２は、室外熱交換器１５と内部熱交換器１３との間を接続する配管９４の温度を検出する温度センサであり、当該配管９４の温度を室外熱交換器１５の出口の冷媒温度として検出する。第２の温度検出部３２は、配管９４の任意の位置に配置される。

【0032】

［制御部］
制御部４０は、ＣＰＵと、メモリ等を含むマイクロコンピュータであり、冷媒回路１１０およびバイパス回路２０、さらには給湯回路５００を制御する制御装置である。制御部４０は、第１の温度検出部３１の出力および第２の温度検出部３２の出力に基づいて、第１の開閉弁２１および第２の開閉弁２２を開閉制御する。

【0033】

より具体的に、制御部４０は、給湯用熱交換器１２から流出する高圧側冷媒温度（以下、高圧側冷媒温度Ｔ１ともいう）と、室外熱交換器１５から流出する低圧側冷媒温度（以下、低圧側冷媒温度Ｔ２ともいう）を取得する。そして、制御部４０は、後述するように、高圧側冷媒温度Ｔ１が低圧側冷媒温度Ｔ２以上のときは、第１の開閉弁２１を開き、かつ、第２の開閉弁２２を閉じる第１の制御モードを実行する。一方、制御部４０は、高圧側冷媒温度Ｔ１が低圧側冷媒温度Ｔ２よりも低いときは、第１の開閉弁２１を閉じ、かつ、第２の開閉弁２２を開く第２の制御モードを実行する。

【0034】

図３は、制御部４０の構成を示す機能ブロック図である。制御部４０は、取得部４１と、判定部４２と、信号生成部４３とを有し、図示しないメモリに格納された制御プログラムを実行することで、これら各部が機能ブロックとして動作する。

【0035】

取得部４１は、第１の温度検出部３１および第２の温度検出部３２と電気的に接続されており、第１の温度検出部３１より高圧側冷媒温度Ｔ１を取得し、第２の温度検出部３２より低圧側冷媒温度Ｔ２を取得する。

【0036】

判定部４２は、取得部４１において取得された高圧側冷媒温度Ｔ１および低圧側冷媒温度Ｔ２を比較し、高圧側冷媒温度Ｔ１が低圧側冷媒温度Ｔ２よりも低いか否かを判定する。

【0037】

信号生成部４３は、高圧側冷媒温度Ｔ１が低圧側冷媒温度Ｔ２以上のときは、第１の開閉弁２１を開き、かつ、第２の開閉弁２２を閉じるための第１の制御信号を生成することで、バイパス回路２０を第１の状態に設定する。一方、信号生成部４３は、高圧側冷媒温度Ｔ１が低圧側冷媒温度Ｔ２よりも低いときは、第１の開閉弁２１を閉じ、かつ、第２の開閉弁２２を開くための第２の制御信号を生成することで、バイパス回路２０を第２の状態に設定する。

【0038】

［ヒートポンプ式給湯装置の動作］
続いて、ヒートポンプ式給湯装置１００の動作について説明する。

【0039】

（基本動作）
ヒートポンプ式給湯装置１００の運転が開始されると、第１の開閉弁２１が開き、第２の開閉弁２２が閉じることで、バイパス回路２０は、給湯用熱交換器１２が内部熱交換器１３と連通する第１の状態に設定される。この状態で、制御部４０は、冷媒回路１１０の圧縮機１１および給湯回路５００のポンプＰを起動させる。

【0040】

圧縮機１１から吐出された高温高圧の冷媒は、給湯用熱交換器１２へ流入し、貯湯タンク５０１からポンプＰによって送出された水と熱交換して冷却される。貯湯タンク５０１内の水は、給湯用熱交換器１２において冷媒と熱交換を繰り返して加温され、所定温度の温水となる（図２参照）。

【0041】

給湯用熱交換器１２から流出した高温高圧の冷媒は、内部熱交換器１３へ流入し、室外熱交換器１５から流出した低温低圧の冷媒と熱交換する。内部熱交換器１３から流出した冷媒は、減圧器１４で減圧されて室外熱交換器１５へ流入し、外気と熱交換する。室外熱交換器１５から流出した低圧の冷媒は、内部熱交換器１３を介して圧縮機１１へ戻る。

【0042】

ここで、外気温度が比較的低い場合、給湯用熱交換器１２から流出する冷媒の温度（高圧側冷媒温度Ｔ１）は、室外熱交換器１５から流出する冷媒の温度（低圧側冷媒温度Ｔ２）よりも高い。このため、給湯用熱交換器１２から流出する高圧冷媒は、室外熱交換器１５から流出する低圧冷媒により冷却され、上記低圧冷媒は、上記高圧冷媒により加熱される。これにより、内部熱交換器１３を経由しない場合と比較して、給湯用熱交換器１２から減圧器１４へ供給される冷媒の比エンタルピーは小さくなり、室外熱交換器１５から圧縮機１１へ供給される冷媒の比エンタルピーは大きくなるため、圧縮機１１から吐出される冷媒の温度が高まり、給湯用熱交換器１２における水の加温能力が向上する。

【0043】

図４は、バイパス回路２０が第１の状態であって、高圧側冷媒温度Ｔ１が低圧側冷媒温度Ｔ２よりも高いときの冷媒の状態変化を示すモリエル線図である。図中、横軸は比エンタルピー、縦軸は圧力、二点鎖線は飽和液線および飽和蒸気線である。また図中、Ｐ１は圧縮機１１から吐出された冷媒の状態、Ｐ２は給湯用熱交換器１２の出口における冷媒の状態、Ｐ３は内部熱交換器１３から減圧器１４へ流出する冷媒の状態、Ｐ４は室外熱交換器１５の入口における冷媒の状態、Ｐ５は室外熱交換器１５の出口における冷媒の状態、そして、Ｐ６は内部熱交換器１３から圧縮機１１へ流出する冷媒の状態をそれぞれ示している。

【0044】

図４に示すように、外気温度が比較的低い場合、給湯用熱交換器１２から流出する高圧冷媒は、室外熱交換器１５から流出する低圧冷媒よりも高温であるため、内部熱交換器１３における低圧冷媒との熱交換作用により冷却される。その結果、内部熱交換器１３の高圧側入口（Ｐ２）よりも内部熱交換器１３の高圧側出口（Ｐ３）での冷媒の比エンタルピーが小さくなる。一方、室外熱交換器１５から流出する低圧冷媒は、給湯用熱交換器１２から流出する高圧冷媒よりも低温であるため、内部熱交換器１３における高圧冷媒との熱交換作用により加熱される。その結果、内部熱交換器１３の低圧側入口（Ｐ５）よりも内部熱交換器１３の低圧側出口（Ｐ６）での冷媒の比エンタルピーが大きくなる。

【0045】

これに対して、外気温度が比較的高く、給湯用熱交換器１２に流入する水温が比較的低い場合、給湯用熱交換器１２から流出する冷媒の温度（高圧側冷媒温度Ｔ１）は、室外熱交換器１５から流出する冷媒の温度（低圧側冷媒温度Ｔ２）よりも低い場合がある。この場合、上述の場合とは逆に、給湯用熱交換器１２から流出する高圧冷媒は、室外熱交換器１５から流出する低圧冷媒により加熱され、上記低圧冷媒は、上記高圧冷媒により冷却される。その結果、内部熱交換器１３内の液配管でフラッシュガスが発生し、室外熱交換器１５へ流入する冷媒の質量流量が不足し、ヒートポンプの性能を低下させるおそれがある。

【0046】

図５は、バイパス回路２０が第１の状態であって、高圧側冷媒温度Ｔ１が低圧側冷媒温度Ｔ２よりも低いときの冷媒の状態変化を示すモリエル線図である。図中の点Ｐ１～Ｐ６は上述と同様である。

【0047】

高圧側冷媒温度Ｔ１が低圧側冷媒温度Ｔ２よりも低いときは、本来冷却されるはずの高圧冷媒は加熱され、本来加熱されるはずの低圧冷媒は冷却される。このため、図５に示すように、室外熱交換器１５に流入する冷媒の比エンタルピーは大きくなる。一方、圧縮機１１に流入する冷媒の比エンタルピーは小さくなる。その結果、高圧側冷媒温度Ｔ１が低圧側冷媒温度Ｔ２よりも低いとき、減圧器１４入口と圧縮機１１出口との間の冷媒の比エンタルピー差Δｈ１は、高圧側冷媒温度Ｔ１が低圧側冷媒温度Ｔ２よりも高いときにおける上記冷媒の比エンタルピー差Δｈ（図４参照）よりも小さくなり、ヒートポンプの性能低下が顕著となる。このような問題は、夏期や中間期などの外気温度が比較的高い時期であって、給湯用熱交換器１２に供給される水の温度が比較的低い場合に生じやすい。

【0048】

そこで本実施形態のヒートポンプ式給湯装置１００は、給湯用熱交換器１２から流出する高圧冷媒の温度（高圧側冷媒温度Ｔ１）と室外熱交換器１５から流出する低圧冷媒の温度（低圧側冷媒温度Ｔ２）とを取得し、高圧側冷媒温度Ｔ１が低圧側冷媒温度Ｔ２よりも低いときは、バイパス回路２０を第１の状態から第２の状態に切り替えるように構成される。

【0049】

以下、その詳細について説明する。図６は、制御部４０の動作手順の一例を示すフローチャートである。

【0050】

ヒートポンプ式給湯装置１００の運転が開始されると、制御部４０は、第１の開閉弁２１を開、第２の開閉弁２２を閉とする第１の制御信号を生成し、バイパス回路２０へ出力する（ＳＴ１０１）。これによりバイパス回路２０は、給湯用熱交換器１２が内部熱交換器１３と連通する第１の状態に設定される。この状態で、制御部４０は、冷媒回路１１０の圧縮機１１および給湯回路５００のポンプＰを起動させる。

【0051】

制御部４０の取得部４１は、第１の温度検出部３１により給湯用熱交換器１２の出口における冷媒の温度（高圧側冷媒温度Ｔ１）を取得し、第２の温度検出部３２により室外熱交換器１５の出口における冷媒の温度（低圧側冷媒温度Ｔ２）を取得する（ＳＴ１０２）。続いて、制御部４０の判定部４２は、高圧側冷媒温度Ｔ１が低圧側冷媒温度Ｔ２よりも低いか否かを判定する（ＳＴ１０３）。

【0052】

高圧側冷媒温度Ｔ１が低圧側冷媒温度Ｔ２以上の場合（ＳＴ１０３においてＮｏ）、バイパス回路２０を第１の状態に維持してヒートポンプ式給湯装置１００の運転を継続し、上記動作を繰り返す（ＳＴ１０１，１０２）。これにより、図４に示したモリエル線図に従って冷媒が状態変化することで、比エンタルピー差がΔｈで給湯用熱交換器１２を循環する水が加温される。

【0053】

一方、高圧側冷媒温度Ｔ１が低圧側冷媒温度Ｔ２より低い場合（ＳＴ１０３においてＹｅｓ）、制御部４０の信号生成部４３は、第１の開閉弁２１を閉、第２の開閉弁２２を開とする第２の制御信号を生成し、バイパス回路２０へ出力する（ＳＴ１０４）。これによりバイパス回路２０は、給湯用熱交換器１２が内部熱交換器１３をバイパスして減圧器１４と連通する第２の状態に設定される。

【0054】

この状態では、給湯用熱交換器１２から流出した高圧冷媒は、バイパス流路部２３を介して減圧器１４および室外熱交換器１５へ供給される。一方、外気との熱交換を経て室外熱交換器１５から流出した低圧冷媒は、内部熱交換器１３において高圧冷媒と熱交換をすることなく圧縮機１１へ戻される。

【0055】

図７は、バイパス回路２０が第２の状態のときの冷媒の状態変化を示すモリエル線図である。図中の点Ｐ１～Ｐ６は上述と同様である。
なお比較のため、バイパス回路２０が第１の状態であり高圧側冷媒温度Ｔ１が低圧側冷媒温度Ｔ２よりも低いときの状態を破線で示す。上記破線において、点Ｐ１０は、圧縮機１１から吐出された冷媒の状態、Ｐ２０は給湯用熱交換器１２の出口における冷媒の状態、Ｐ３０は内部熱交換器１３から減圧器１４へ流出する冷媒の状態、Ｐ４０は室外熱交換器１５の入口における冷媒の状態、Ｐ５０は室外熱交換器１５の出口における冷媒の状態、そして、Ｐ６０は内部熱交換器１３から圧縮機１１へ流出する冷媒の状態をそれぞれ示している。

【0056】

バイパス回路２０が第２の状態のとき、給湯用熱交換器１２から流出する高圧冷媒は、内部熱交換器１３を経由することなく減圧弁１４および室外熱交換器１５へ流入するため、室外熱交換器１５から流出する低圧冷媒により加熱されることはない。このため、高圧冷媒中にフラッシュガスが発生することを防止し、室外熱交換器１５へ流入する冷媒の質量流量の低下を阻止することができる。また、室外熱交換器１５から流出する低圧冷媒は、給湯用熱交換器１２から流出する高圧冷媒により冷却されることがないため、内部熱交換器１３において高圧冷媒により熱量を奪われることなく圧縮機１１へ戻される。したがって図７に示すように、減圧器１４入口と圧縮機１１出口との間の比エンタルピー差Δｈ２は、バイパス回路がない場合の比エンタルピー差Δｈ１よりも大きくなるため、ヒートポンプの性能低下が抑えられる。

【0057】

バイパス回路２０は、高圧側冷媒温度Ｔ１が低圧側冷媒温度Ｔ２以上になるまで第２の状態に維持される。給湯用熱交換器１２における水の加温処理を継続することで、貯湯タンク５０１内の水温は徐々に高くなる。制御部４０は、周期的に、高圧側冷媒温度Ｔ１および低圧側冷媒温度Ｔ２をそれぞれ第１の温度検出部３１および第２の温度検出部３２から取得する（ＳＴ１０２）。そして、高圧側冷媒温度Ｔ１が低圧側冷媒温度Ｔ２以上に達したとき（ＳＴ１０３においてＮｏ）、制御部４０は、第１の開閉弁２１を開、第２の開閉弁２２を閉とする第１の制御信号を再度生成し、バイパス回路２０へ出力する（ＳＴ１０１）。これによりバイパス回路２０は、給湯用熱交換器１２が内部熱交換器１３に連通する第１の状態に復帰するため、図４に示したモリエル線図に対応する冷媒の状態変化によって、貯湯タンク５０１内の水を効率よく加温できる。

【0058】

以上のように本実施形態のヒートポンプ式給湯装置１００によれば、給湯用熱交換器１２の出口の冷媒温度（高圧側冷媒温度Ｔ１）と室外熱交換器１５の出口の冷媒温度（低圧側冷媒温度Ｔ２）に基づいてバイパス回路２０の状態（バイパスありの状態とバイパスなしの状態）を切り替えるように構成されているため、外気温度が比較的高く、給湯用熱交換器１２に供給される水の温度が比較的低い場合であっても、加温能力の低下を抑えつつ、所望とする温度の温水を生成することができる。

【0059】

給湯回路５００は、典型的には、水温センサを有する。水温センサは、貯湯タンクに設置されてもよいし、ポンプＰから送出される水を通す配管に設置されてもよい。水温センサの出力に基づいて、貯湯タンク５０１内の水温が所定温度に達したときは、圧縮機１１の運転を停止させ、あるいは圧縮機１１の回転数を低下させるなどの制御が実行されてもよい。これにより、圧縮機１１の駆動に必要な消費電力の低減を図ることができる。

【0060】

［変形例］
高圧側冷媒温度Ｔ１を検出する第１の温度検出部３１は、配管９２の温度を検出するセンサに限られず、上記水温センサであってもよい。これにより、既存のセンサを用いて給湯用熱交換器１２から流出する冷媒の温度に関連する情報を取得することができる。

【0061】

同様に、低圧側冷媒温度Ｔ２を検出する第２の温度検出部３２は、配管９４に設置される場合に限られず、外気温度を検出するセンサであってもよい。これは、室外熱交換器１５出口の冷媒の温度が、外気温度と同等となるからである。これらの場合にも、室外熱交換器１５から流出する冷媒の温度に関連する情報を取得することができる。

【0062】

また、以上の実施形態では、貯湯タンク５０１を備えた給湯回路５００を例に挙げて説明したが、これに限られない。例えば、加温した水をタンクに貯留することなく、水道管５０２から供給された市水を給湯用熱交換器１２で直接加温して、給湯管５０４から直接出湯する給湯装置にも、本発明は適用可能である。通常、水道管５０２から直接供給される市水の温度は、外気温度より低い。特に夏期や中間期などの外気温度の高い季節には、外気温度と市水の温度の温度差が大きくなることから、本実施形態のヒートポンプ式給湯装置１００により得られる効果が大きい。

【0063】

さらに以上の実施形態では、給湯装置用の冷媒回路１１０を例に挙げて説明したが、給湯および空調の同時運転が可能なヒートポンプ式給湯空調装置にも本発明は適用可能である。

【符号の説明】

【0064】

１１…圧縮機
１２…給湯用熱交換器
１３…内部熱交換器
１４…減圧器
１５…室外熱交換器
２０…バイパス回路
２１…第１の開閉弁
２２…第２の開閉弁
２３…バイパス流路部
３１…第１の温度検出部
３２…第２の温度検出部
４０…制御部
４１…取得部
４２…判定部
４３…信号生成部
１００…ヒートポンプ式給湯装置
１１０…冷媒回路
５００…給湯回路

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】