JP5095295B2 - 給湯装置 - Google Patents

Description

この発明は、複数の熱源機を備えた給湯装置に関する。

圧縮機の吐出冷媒を水熱交換器、減圧器、室外熱交換器に通して圧縮機に戻し水熱交換器を凝縮器として機能させるヒートポンプ式冷凍サイクルを備え、タンクの水をポンプにより水熱交換器に通して循環させることによりタンクに湯水を貯える給湯装置がある（例えば特許文献１）。

このような給湯装置では、湯の使用量が多い施設での使用が可能なように、上記水熱交換器を有するヒートポンプ式冷凍サイクルおよびその水熱交換器に水を循環させる水サイクルからなる熱源機を複数台設置し、これら熱源機の運転台数を制御できるようにしたものがある。
特開２００５―３０８２５０号公報

複数台の熱源機を有する給湯装置の場合、運転中の熱源機から流出した温水の一部が停止中の熱源機に流入することが考えられる。この場合、せっかく作った温水およびその熱エネルギが無駄になってしまう。

この発明は上記の事情を考慮したもので、その目的は、運転中の熱源機から流出した温水の一部が停止中の熱源機に流入する事態を未然に防ぐことができ、これにより運転中の熱源機で作られた温水およびその熱エネルギを無駄なく負荷へ供給することができる省エネルギ性および信頼性にすぐれた給湯装置を提供することである。

請求項１に係る発明の給湯装置は、圧縮機の吐出冷媒を水熱交換器、減圧器、室外熱交換器に通して圧縮機に戻し水熱交換器を凝縮器として機能させるヒートポンプ式冷凍サイクル、および給水側主配管の水をポンプにより上記水熱交換器に送りその水熱交換器から流出する温水を給湯側主配管に導く水サイクルを有する複数の熱源機と、この各熱源機に設けられ、上記水サイクルと上記給水側主配管との間の水の流通を制御するための第１弁と、上記各熱源機に設けられ、上記水サイクルと上記給湯側主配管との間の温水の流通を制御するための第２弁と、を備える。そして、上記第１弁は、選択的な開閉が可能な第１流路および第２流路を有する第１三方弁である。上記第２弁は、選択的な開閉が可能な第３流路および第４流路を有する第２三方弁である。上記各熱源機の水サイクルは、上記給水側主配管から上記第１三方弁の第１流路の一端に接続された第１配管、上記第１三方弁の各流路の他端から上記ポンプを介して上記水熱交換器の水入口に接続された第２配管、上記水熱交換器の水出口から上記第２三方弁の各流路の一端に接続された第３配管、上記第２三方弁の第３流路の他端から上記第１三方弁の第２流路の一端に接続された第４配管、この第４配管の中途部から上記給湯側主配管に接続された第５配管、および上記第２三方弁の第４流路の他端から上記第１配管に接続された第６配管を有する。

この発明の給湯装置によれば、運転中の熱源機から流出した温水の一部が停止中の熱源機に流入することがない。よって、運転中の熱源機で作られた温水およびその熱エネルギを無駄なく負荷へ供給することができて、省エネルギ性および信頼性の向上が図れる。

［１］以下、この発明の第１の実施形態について図面を参照して説明する。
図１に示すように、複数台の熱源機１が給水側主配管２と給湯側主配管３との間に並列に接続されるとともに、その給水側主配管２および給湯側主配管３との間に密閉型タンク４が接続されている。給水側主配管２は、水源（図示しない）の水を密閉型タンク４および各熱源機１に供給するとともに、密閉型タンク４内の水（または温水）を各熱源機１に供給する。給湯側主配管３は、各熱源機１から流出する温水を密閉型タンク４に供給するとともに、密閉型タンク４内の温水を開放型タンク５に供給する。開放型タンク５は、給湯側主配管３から供給される温水を貯えて負荷側に供給する。

各熱源機１の具体的な構成を図２に示す。
すなわち、圧縮機１１から吐出される冷媒が四方弁１２を介して水熱交換器１３に流れ、その水熱交換器１３を経た冷媒が減圧器である膨張弁１４、室外熱交換器１５、および上記四方弁１２を通って圧縮機１１に吸込まれる。室外熱交換器１５に外気を供給するための室外ファン１６がその室外熱交換器１５の近傍に設けられている。これら圧縮機１１から室外ファン１６までの機器により、ヒートポンプ式冷凍サイクルが構成されている。
上記給水側主配管２から第１三方弁２２の第１流路の一端に第１配管２１が接続され、その第１三方弁２２の第１流路および第２流路のそれぞれ他端から上記水熱交換器１３の水入口にポンプ２４を介して第２配管２３が接続されている。さらに、水熱交換器１３の水出口から第２三方弁２６の第３流路および第４流路のそれぞれ一端に第３配管２５が接続され、その第３流路の他端から第１三方弁２２の第２流路の一端に第４配管２７が接続されている。また、第４配管２７の中途部から給湯側主配管３に第５配管２８が接続されるとともに、第２三方弁２６の第４流路の他端から上記第１配管２１に第６配管２９が接続されている。これら第１配管２１から第６配管２９までの部品により、水サイクルが構成されている。

なお、第１三方弁２２は選択的な開閉が可能な第１流路および第２流路を有し、第２三方弁２６は選択的な開閉が可能な第３流路および第４流路を有している。

水熱交換器１３に熱交換器温度センサ３１が取付けられ、第２配管２３における水熱交換器１３の水入口近傍に流入側温度センサ３２が取付けられ、第３配管２５における水熱交換器１３の水出口近傍に流出側温度センサ３３が取付けられている。熱交換器温度センサ３１は、水熱交換器１３の温度（凝縮温度）Ｔc（℃）を検知する。流入側温度センサ３２は、水熱交換器１３に流入する水（または温水）の温度Ｔwi（℃）を検知する。流出側温度センサ３３は、水熱交換器１３から流出する温水（または水）の温度Ｔwo（℃）を検知する。

圧縮機１１と四方弁１２との間の高圧側冷媒配管に吐出冷媒温度センサ４１および高圧スイッチ４２が取付けられ、室外熱交換器１５に熱交換器温度センサ４３が取付けられている。吐出冷媒温度センサ４１は、圧縮機１１の吐出冷媒温度Ｔdを検知する。高圧スイッチ４２は、圧縮機１１の吐出冷媒圧力（高圧側圧力）Ｐｄの異常上昇時に作動する。但し、他のセンサ等でＰｄの異常上昇判断する場合には高圧スイッチ４２は省略可能である。

熱交換器温度センサ４３は、室外熱交換器１５の温度（蒸発温度）Ｔe（℃）を検知する。

そして、上記各熱源機１が制御部７に接続されている。制御部７には、さらに、外気温度Ｔo（℃）を検知する外気温度センサ８が接続されている。この制御部７は、主要な機能として、次の（１）〜（14）の手段を有する。
（１）熱源機１の運転開始に際し、ヒートポンプ式冷凍サイクルの運転およびポンプ２４の運転を開始し、熱交換器温度センサ３１の検知温度Ｔcまたは流入側温度センサ３２の検知温度Ｔwiが設定値に達するまで、第２三方弁２６の第３流路を閉じて第４流路を開き、かつ第１三方弁２２の第１流路を開いて第２流路を閉じることにより、ポンプ２４、水熱交換器１３、第３配管２５、第２三方弁２６の第４流路、第６配管２９、第１配管２１、第１三方弁２２の第１流路を通して水が循環する初期循環回路を形成する第１制御手段。

（２）上記第１制御手段による初期循環回路の形成後、熱交換器温度センサ３１の検知温度Ｔcまたは流入側温度センサ３２の検知温度Ｔwiが設定値を超えると、第１三方弁２２の第１流路を開いて第２流路を閉じ、かつ第２三方弁２６の第３流路を開いて第４流路を閉じることにより、給水側主配管２の水を第１配管２１、第１三方弁２２の第１流路、第２配管２３、ポンプ２４を通して水熱交換器１３に送り、その水熱交換器１３から流出する温水を第３配管２５、第２三方弁２６の第３流路、第４配管２７、第５配管２８を通して給湯側主配管３に送る出湯回路を形成する第２制御手段。

（３）ポンプ２４の運転開始時の回転数を外気温度センサ８の検知温度Ｔoに応じて設定する第３制御手段。

（４）上記第３制御手段により設定されるポンプ２４の回転数を、流入側温度センサ３２の検知温度Ｔwiが所定値（＝凝縮温度Ｔcに対する設定値Ｔcaに相等）未満の場合に圧縮機１１の運転周波数Ｆ（Ｈｚ）、流出側温度センサ３３の検知温度Ｔwo、熱交換器温度センサ３１の検知温度Ｔc、および吐出冷媒温度センサ４１の検知温度Ｔdに応じて増減補正するとともに、流入側温度センサ３２の検知温度Ｔwiが上記所定値以上の場合に熱交換器温度センサ３１の検知温度Ｔcおよび吐出冷媒温度センサ４１の検知温度Ｔdに応じて増減補正する第４制御手段。

（５）上記第４制御手段による増加方向の補正に際してのポンプ２４の回転数変化率を、熱交換器温度センサ３１の検知温度Ｔcが設定値Ｔcb以上の場合にＸ（rpm/sec）に設定し、設定値Ｔcb未満の場合にＹ（rpm/sec）に設定する第５制御手段。なお、Ｘ＞Ｙである。

（６）上記第１制御手段によるヒートポンプ式冷凍サイクルの運転開始を一定時間だけ遅らせる第６制御手段。

（７）熱源機１の運転停止に際し、先ずヒートポンプ式冷凍サイクルの運転を停止し、流出側温度センサ３３の検知温度Ｔwoが一定値に低下するまで、ポンプ２４の運転を継続しながら上記第２制御手段による出湯回路の形成を継続する第７制御手段。

（８）上記第７制御手段によるヒートポンプ式冷凍サイクルの運転停止後、流出側温度センサ３３の検知温度Ｔwoが一定値を下回ると、ポンプ２４の運転を停止するとともに、第２三方弁２２の第３流路を閉じて第４流路を開き、かつ第１三方弁２６の第１流路を開いて第２流路を閉じることにより、上記出湯回路の形成を解除（初期循環回路の形成を準備）しておく第８制御手段。

（９）上記第２制御手段により出湯回路が形成される前に、上記第１制御手段による初期循環回路が形成されている状態でポンプ２４の回転数を出湯用の回転数まで高めておく第９制御手段。

（10）熱交換器温度センサ４３の検知温度Ｔeが設定値未満（例えば０℃）の状態を所定時間以上にわたり継続した場合に、室外熱交換器１５が着霜していると判定する着霜判定手段。

（11）上記着霜判定手段の判定結果が着霜のとき、室外熱交換器１５の除霜が必要であるとの判断の下に、圧縮機１１の運転を停止するとともに、第２三方弁２６の第３流路を開いて第４流路を閉じ、かつ第１三方弁２２の第１流路を閉じて第２流路を開くことにより、温水が水熱交換器１３、第３配管２５、第２三方弁２６の第３流路、第４配管２７、第１三方弁２２の第２流路、ポンプ２４を通って循環する温水循環回路を形成する第１０制御手段。

（12）上記第１０制御手段による温水循環回路の形成後、圧縮機１１の運転を再開して同圧縮機１１の吐出冷媒が室外熱交換器１５、膨張弁１４、水熱交換器１３を通って圧縮機１１に戻る除霜サイクルを形成する第１１制御手段。

（13）上記第１１制御手段による除霜サイクルの形成後、第１三方弁２２の第１流路を閉じて第２流路を開き、かつ第２三方弁２６の第３流路を閉じて第４流路を開くことにより、給湯側主配管３の温水が第５配管２８、第４配管２７、第１三方弁２２の第２流路、ポンプ２４を通って水熱交換器１３に流れ、その水熱交換器１３を経た水が第３配管２５、第２三方弁２６の第４流路、第６配管２９、第１配管２１を通って給水側主配管２に流れる温水利用除霜回路を形成する第１２制御手段。

（14）上記第１２制御手段による温水利用除霜回路の形成後、図１４の条件に従い、流出側温度センサ３３の検知温度Ｔwoが所定値（Ｔwoa＋ΔＴ）以上に上昇すると温水利用除霜回路から上記第１０制御手段による温水循環回路の形成に切換え、流出側温度センサ３３の検知温度Ｔwoが所定値Ｔwoa未満に下降すると温水循環回路から上記第１２制御手段による温水利用除霜回路の形成に切換える第１３制御手段。

つぎに、上記の構成の作用について説明する。
（ａ）初期循環回路および出湯回路
熱源機１の運転開始に際し、ヒートポンプ式冷凍サイクルの運転およびポンプ２４の運転が開始され、図３に示す条件に基づき、熱交換器温度センサ３１の検知温度Ｔcが設定値Ｔcsに達するまで、または流入側温度センサ３２の検知温度Ｔwiが設定値Ｔwisに達するまで、第２三方弁２６の第３流路が閉じられて第４流路が開かれ、かつ第１三方弁２２の第１流路が開かれて第２流路が閉じられる。これにより、図２に矢印で示すように、ヒートポンプ式冷凍サイクルにおいて、圧縮機１１の吐出冷媒が四方弁１２、水熱交換器１３、膨張弁１４、室外熱交換器１５、四方弁１２を通って圧縮機１１に吸込まれる流れが生じて水熱交換器が凝縮器として機能する。水サイクルでは、水がポンプ２４、水熱交換器１３、第３配管２５、第２三方弁２６の第４流路、第６配管２９、第１配管２１、第１三方弁２２の第１流路を通って循環する初期循環回路が形成される。

この初期循環回路の形成後、図３に示す条件に基づき、熱交換器温度センサ３１の検知温度Ｔcが設定値Ｔcsを超えたとき、または流入側温度センサ３２の検知温度Ｔwiが設定値Ｔwisを超えたとき、第１三方弁２２の第１流路が開かれて第２流路が閉じられ、かつ第２三方弁２６の第３流路が開かれて第４流路が閉じられる。これにより、図４に矢印で示すように、給水側主配管２の水が第１配管２１、第１三方弁２２の第１流路、第２配管２３、ポンプ２４を通って水熱交換器１３に送られ、その水熱交換器１３から流出する温水が第３配管２５、第２三方弁２６の第３流路、第４配管２７、第５配管２８を通って給湯側主配管３に送られる出湯回路が形成される。

このように、運転開始時は、先ず初期循環回路を形成して水熱交換器１３を温め、水熱交換器１３が十分に温まってから給湯側主配管３への出湯を行うことにより、給湯側主配管３を流れる温水の不要な温度低下を回避することができて、十分に温度上昇した高温水が給湯側主配管３および密閉型タンク４に供給される。

とくに、複数台の熱源機１を備え、その各熱源機１の運転台数を変えることができるので、全体の給湯能力を増大できるとともに、その給湯能力を広範囲で調節することができ
（ｂ）停止中の熱源機１への温水の流入阻止
停止中の熱源機１では、第２三方弁２６の第３流路が閉じられて第４流路が開かれ、かつ第１三方弁２２の第１流路が開かれて第２流路が閉じられ、給湯回路が解除されて図２の初期循環回路が準備される。これにより、運転中の熱源機１で作られた給湯側主配管３内の温水が停止中の熱源機１の水サイクルに流入することがなくなり、運転中の熱源機１で作られた温水およびその熱エネルギを無駄なく密閉型タンク４に供給して貯えることができ、省エネルギ性および信頼性の向上が図れる。

（ｃ）ポンプ２４の回転数
給水側主配管２と給湯側主配管３との間に接続される熱源機１の台数、給水側主配管２および給湯側主配管３の配管長や管径の違いにより、ポンプ２４の回転数が一定でも熱源機１に流れる水流量は異なる。

このため熱源機１に流れる流量を流出側温度センサ３３の検知温度Ｔwoが設定温度になることが可能である範囲でポンプ２４の回転数を可変させる必要がある。ポンプ２４の回転数は、運転開始時の初期回転数が外気温度センサ８の検知温度Ｔoに応じて先ず設定され、その後、圧縮機１１の運転周波数Ｆ（Ｈｚ）、流出側温度センサ３３の検知温度Ｔwo、熱交換器温度センサ３１の検知温度（凝縮温度）Ｔc、吐出冷媒温度センサ４１の検知温度Ｔdなどに応じて増減制御される。

この増減制御には２通りがあり、流入側温度センサ３２の検知温度Ｔwiが所定値未満の条件では図５〜図８に示す増減制御が実行され、同検知温度Ｔwiが所定値以上の条件では 図９〜図１１に示す増加制御が実行される。

すなわち、流入側温度センサ３２の検知温度Ｔwiが所定値未満の条件では、図５に示すように圧縮機１１の運転周波数Ｆ（Ｈｚ）がＦ１未満、図６に示すように流出側温度センサ３３の検知温度ＴwoがＴwo1以上、図７に示すように熱交換器温度センサ３１の検知温度ＴcがＴc3以上、図８に示すように吐出冷媒温度センサ４１の検知温度ＴdがＴd1以上という各々の条件が予め定められている数秒間にわたり継続した場合に、熱源機１に流れる水流量が少ないため、熱交換器温度センサ３１が高く、高圧圧力が高いと判断し、ポンプ２４の回転数を増加方向に補正し熱交換器温度を低下させる。この時、流出温度センサ３３の温度と圧縮機１１の運転周波数の条件を入れることで、流量増加による流出側温度低下を防止する。また、圧縮機１１の運転周波数Ｆ（Ｈｚ）がＦ１以上、流出側温度センサ３３の検知温度ＴwoがＴwo2未満、熱交換器温度センサ３１の検知温度ＴcがＴc2未満・Ｔc1以上、吐出冷媒温度センサ４１の検知温度ＴdがＴd3未満という各々の条件が予め定められている数秒間にわたり継続した場合に、熱源機１に流れる水流量が多く流出温度が設定温度に到達しないと判断し、ポンプ２４の回転数が減少方向に補正される。

流入側温度センサ３２の検知温度Ｔwiが所定値以上の条件では、図９に示すように流出側温度センサ３３の検知温度ＴcがＴca以上、図１０に示すように吐出冷媒温度センサ４１の検知温度ＴdがＴdb以上という状態が予め定められている数秒間にわたり継続した場合に、ポンプ２４の回転数が増加方向に補正される。

なお、ポンプ２４の回転数の増加方向の補正に際し、ポンプ２４の回転数変化率が図１１に示す条件に従って切換えられる。すなわち、熱交換器温度センサ３１の検知温度Ｔｃが設定値Ｔcb以上であれば、回転数変化幅が大きめのＸ（rpm/sec）に設定することで圧力を早く低下させる。検知温度Ｔｃが設定値Ｔcb未満であれば、回転数変化率がＸより小さいＹ（rpm/sec）に設定される。

（ｄ）初期循環回路でのヒートポンプ式冷凍サイクルの運転
熱源機１の運転開始に際し、ヒートポンプ式冷凍サイクルの運転開始（圧縮機１１の運転開始）が一定時間だけ遅延される。これは、水熱交換器１３に外気温と平衡するなどした中高温の温水が存在したまま運転が開始されると、水サイクルの初期循環回路がすぐに終了となって出湯回路に切換わり、十分に温まっていない温水が出湯されてしまうという不具合に対処している。すなわち、ヒートポンプ式冷凍サイクルの運転開始が一定時間たとえば数秒間だけ遅延されることにより、水熱交換器１３に存する温水が初期循環回路によって水熱交換器１３から一旦吐き出され、水サイクルの水温が均一化される。この後、ヒートポンプ式冷凍サイクルの運転（圧縮機１１の運転）が開始される。これにより、温度の低い温水が出湯される不具合を解消することができる。

（ｅ）ヒートポンプ式冷凍サイクルの運転停止
熱源機１の運転停止に際し、先ずヒートポンプ式冷凍サイクルの運転（圧縮機１１の運転）が停止され、流出側温度センサ３３の検知温度Ｔwoが一定値に低下するまで、ポンプ２４の運転および出湯回路の形成が継続される。これは、ヒートポンプ式冷凍サイクルの運転停止（圧縮機１１の停止）直後は水熱交換器１３の内部にそれまで沸き上げていた高温水が残っており、その高温水を無駄なく出湯させるためである。こうして、運転停止後の予熱を十分に使い切ることができて、次回の運転開始に際して水熱交換器１３に中高温の温水が残り難い状況となり、上記した運転開始を遅らせるための一定時間をできるだけ短縮することができる。この短縮は、出湯までの立ち上がり時間の短縮につながる。

ヒートポンプ式冷凍サイクルの運転停止後、流出側温度センサ３３の検知温度Ｔwoが一定値を下回ると、ポンプ２４の運転が停止されるとともに、第２三方弁２２の第３流路が閉じられて第４流路が開かれ、かつ第１三方弁２６の第１流路が開かれて第２流路が閉じられる。これにより、出湯回路が解除されて初期循環回路が準備され、次回のスムーズな運転開始に備えることができる。上記（ｂ）で述べたように、運転中の熱源機１で作られた給湯側主配管３内の温水が停止中の熱源機１の水サイクルに流入することもない。

（ｆ）初期循環回路から出湯回路へ切換える前のポンプ２４の回転数上昇
図１２のタイムチャートに示すように、出湯回路が形成される前に、初期循環回路が形成されている状態で、ポンプ２４の回転数が出湯用の回転数まで高められる。

初期循環回路が形成されているとき、水サイクルの圧力は給湯側主配管３の圧力よりも低い状態にある。この状態で出湯回路が形成されると、給湯側主配管３内の温水が水サイクルに逆流する心配がある。

そこで、出湯回路が形成される前に、予め、ポンプ２４の回転数を出湯用の回転数まで高めるようにしている。これにより、給湯側主配管３内の温水が水サイクルに逆流する不具合を未然に防止することができる。

（ｇ）除霜
熱源機１の運転中、蒸発器として機能する室外熱交換器１５の表面に徐々に霜が付着する。そこで、運転中、熱交換器温度センサ４３の検知温度Ｔeが監視され、その検知温度Ｔeが設定値未満（例えば０℃）の状態を所定時間以上にわたり継続すると、室外熱交換器１５が着霜していると判定される。

この着霜判定時、室外熱交換器１５の除霜が必要であるとの判断の下に、除霜運転が実行される。

この除霜運転では、初めの数秒間だけ圧縮機１１の運転が停止され、水サイクルにおいて、図１３に示すように、第２三方弁２６の第３流路が開かれて第４流路が閉じられ、かつ第１三方弁２２の第１流路が閉じられて第２流路が開かれ、温水が水熱交換器１３、第３配管２５、第２三方弁２６の第３流路、第４配管２７、第１三方弁２２の第２流路、ポンプ２４を通って循環する温水循環回路が形成される。この温水循環回路の形成により、水熱交換器１３の冷媒流路領域を含む全体が温水の予熱を受けて高温の均一状態となる。

初めの数秒間が経過した後、温水循環回路を維持したまま、圧縮機１１の運転が再開されるとともに四方弁１２が切換えられ、図１３に示すように、圧縮機１１の吐出冷媒が四方弁１２、室外熱交換器１５、膨張弁１４、水熱交換器１３を通って圧縮機１１に戻る除霜サイクルが形成される。この温水循環回路および除霜サイクルにより、水サイクルの温水の余熱が室外熱交換器１５に対する除霜熱として有効に利用される。

こうして、温水の予熱を利用した除霜が行われているとき、流出側温度センサ３３の検知温度Ｔwoが所定値Ｔwoa未満に下降すると、予熱による除霜が限界となったとの判断の下に、またそのままでは水熱交換器１３が凍結に至る心配があることから、第１三方弁２２の第１流路が閉じられて第２流路が開かれ、かつ第２三方弁２６の第３流路が閉じられて第４流路が開かれる。これにより、図１５に示すように、給湯側主配管３の温水が第５配管２８、第４配管２７、第１三方弁２２の第２流路、ポンプ２４を通って水熱交換器１３に流れ、その水熱交換器１３を経た水が第３配管２５、第２三方弁２６の第４流路、第６配管２９、第１配管２１を通って給水側主配管２に流れる温水利用除霜回路が形成される。この温水利用除霜回路により、給湯側主配管３の高温水の熱が室外熱交換器１５の除霜に利用される。

なお、温水利用除霜回路では、水熱交換器１３を経た水が第３配管２５、第２三方弁２６の第４流路、第６配管２９、第１配管２１を通って給水側主配管２に流れるため、水熱交換器１３での除霜側への熱移動量が少なくて水熱交換器１３から流出する水の温度低下が少ないと、温度の高い水が給水側主配管２に流れ込んで他の熱源機１の水サイクルに流入するという事態を生じる。この場合、温度の高い水が流入した他の熱源機１では、冷凍サイクルの高圧側圧力が異常上昇して高圧スイッチ４２が作動し、高圧保護制御が働いて不要に運転が停止してしまうことがある。

このような高圧保護制御による不要な運転停止を避けるため、図１４の条件に従い、流出側温度センサ３３の検知温度Ｔwoが所定値（Ｔwoa＋ΔＴ）以上に上昇したとき、温水利用除霜回路から温水循環回路に切換えられる。

流出側温度センサ３３の検知温度Ｔwoが所定値Ｔwoa未満に下降した場合には、十分な除霜熱を得るため、温水循環回路から温水利用除霜回路に切換えられる。

［２］この発明の第２の実施形態について説明する。
図１６に示すように、各熱源機１のヒートポンプ式冷凍サイクルの冷媒流路において、水熱交換器１３に対しバイパス５１が並列に接続され、そのバイパス５１に二方弁５２が設けられている。さらに、ヒートポンプ式冷凍サイクルの水熱交換器１３と膨張弁１４との間の冷媒流路における上記バイパス５１の接続位置よりも水熱交換器１３側に、流量調整弁５３が設けられている。

バイパス５１は、除霜サイクルの形成時に水熱交換器１３側に流れる冷媒の一部をバイパスするためのものである。二方弁５２は、バイパス５１を開閉するためのものである。流量調整弁５３は、開度変化が自在で、除霜サイクルの形成時に水熱交換器１３に流入する冷媒の量を調節するためのものである。

そして、制御部７は、主要な機能として、第１の実施形態の（１）〜（14）の手段に加え、次の（15）（16）の手段を有している。
（15）上記第１２制御手段による温水利用除霜回路の形成時、図１７の切換条件に基づき、熱交換器温度センサ３１の検知温度Ｔcが所定値Ｔcc以上であれば二方弁５２を閉じて通常除霜を実行し、同検知温度Ｔcが所定値Ｔcc未満になると二方弁５２を開いてバイパス５１の導通によるいわゆる並行除霜を実行する第１４制御手段。なお、熱交換器温度センサ３１の検知温度Ｔcを用いたが、流入側温度センサ３２の検知温度Ｔwiあるいは流出側温度センサ３３の検知温度Ｔwoを用いてもよい。

（16）上記第１４制御手段により二方弁５２が開いているとき（並行除霜時）、流量調整弁５３の開度を流出側温度センサ３３の検知温度Ｔwoが低いほど絞る方向に制御する第１５制御手段。なお、流出側温度センサ３３の検知温度Ｔwoを用いたが、流入側温度センサ３２の検知温度Ｔwoを用いてもよい。

作用を説明する。
図１６に示すように、温水利用除霜回路が形成され、給湯側主配管３の温水が水熱交換器１３に流入しているとき、給湯側主配管３から水熱交換器１３に流入する温水の温度が何らかの原因で低下したり、あるいは水熱交換器１３に流れる温水の循環量が何らかの原因で減少すると、蒸発器として機能している水熱交換器１３が凍結に至る可能性がある。

そこで、熱交換器温度センサ３１の検知温度Ｔcが監視され、その検知温度Ｔcと図１７に示す切換条件との対照により、通常除霜と並行除霜が選択的に実行される。

まず、検知温度Ｔcが所定値Ｔcc以上の状態にあれば、水熱交換器１３の凍結の心配はないとの判断の下に、二方弁５２が閉じられてバイパス５１が遮断され、室外熱交換器１５を経た冷媒がそのまま水熱交換器１３に流れる通常除霜が実行される。

ただし、検知温度Ｔcが所定値Ｔcc未満に低下すると、水熱交換器１３の凍結の心配があるとの判断の下に、二方弁５２が開かれてバイパス５１が導通する。このバイパス５１の導通により、室外熱交換器１５を経た冷媒の一部がバイパス５１に流れ、その分だけ水熱交換器１３に流入する冷媒の量が少なくなる。この冷媒流量の減少により、水熱交換器１３の凍結が防止される。

そして、この凍結防止制御では、流出側温度センサ３３の検知温度Ｔwoが監視され、その検知温度Ｔwoが低いほど流量調整弁５３の開度が絞られて水熱交換器１３への流入冷媒量が削減される。

この凍結防止制御の実行にもかかわらず、流出側温度センサ３３の検知温度Ｔwoが低下が続いた場合には、最終的な凍結防止策として流量調整弁５３が全閉され、図１８に示すように水熱交換器１３への冷媒の流入が遮断される。この場合、圧縮機１１の吐出冷媒の熱のみで室外熱交換器１５を除霜することになる。

他の構成、作用、効果は第１の実施形態と同じである。よって、その説明は省略する。

［３］変形例
第２の実施形態において、通常除霜と並行除霜の切換条件としては、検知温度Ｔcに基づく図１７の切換条件に限らず、検知温度Ｔc，Ｔwoに基づく図１９の切換条件、あるいは検知温度Ｔc，Ｔwoに基づくきめ細かい図２０の切換条件を用いてもよい。

その他、この発明は上記実施形態に限定されるものではなく、要旨を変えない範囲で種々変形実施可能である。

各実施形態の構成を示す図。 第１の実施形態における熱源機の具体的な構成および初期循環回路を示す図 第１の実施形態における初期循環回路と出湯回路との切換条件を示す図。 第１の実施形態における熱源機の出湯回路を示す図。 各実施形態における運転周波数に応じたポンプ回転数の制御条件を示す図。 各実施形態における流出側温度センサの検知温度に応じたポンプ回転数の制御条件を示す図。 各実施形態における凝縮温度に応じたポンプ回転数の制御条件を示す図。 各実施形態における吐出冷媒温度に応じたポンプ回転数の制御条件を示す図。 各実施形態における特定の条件での凝縮温度に応じたポンプ回転数の制御条件を示す図。 各実施形態における特定の条件での吐出冷媒温度に応じたポンプ回転数の制御条件を示す図。 各実施形態におけるポンプの回転数変化率の制御条件を示す図。 各実施形態におけるポンプ回転数のアップタイミングを説明するためのタイムチャート。 各実施形態における除霜サイクルおよび温水循環サイクルを示す図。 各実施形態における除霜サイクルと温水循環サイクルの切換条件を示す図。 各実施形態における除霜サイクルおよび温水利用除霜サイクルを示す図。 第２の実施形態における熱源機の構成および平衡除霜時の冷媒の流れを示す図。 第２の実施形態における通常除霜と並行除霜の切換条件を示す図。 第２の実施形態におけるバイパス遮断時の冷媒の流れを示す図。 第２の実施形態における通常除霜と並行除霜の切換条件の変形例を示す図。 第２の実施形態における通常除霜と並行除霜の切換条件の別の変形例を示す図。

符号の説明

１…熱源機、２…給水側主配管、３…給湯側主配管、４…密閉型タンク、５…開放型タンク、７…制御部、１１…圧縮機、１３…水熱交換器、１４…膨張弁（減圧器）、１５…室外熱交換器、２１…第１配管、２２…第１三方弁、２３…第２配管、２４…ポンプ、２５…第３配管、２６…第２三方弁、２７…第４配管、２８…第５配管、２９…第６配管、３１…熱交換器温度センサ、３２…流入側温度センサ、３３…流出側温度センサ、４１…吐出冷媒温度センサ、４２…高圧スイッチ、５１…バイパス、５２…二方弁、５３…流量調整弁

Claims (10)

1. 圧縮機の吐出冷媒を水熱交換器、減圧器、室外熱交換器に通して圧縮機に戻し水熱交換器を凝縮器として機能させるヒートポンプ式冷凍サイクル、および給水側主配管の水をポンプにより前記水熱交換器に送りその水熱交換器から流出する温水を給湯側主配管に導く水サイクルを有する複数の熱源機と、
   前記各熱源機に設けられ、前記水サイクルと前記給水側主配管との間の水の流通を制御するための第１弁と、
   前記各熱源機に設けられ、前記水サイクルと前記給湯側主配管との間の温水の流通を制御するための第２弁と、
   を備え、
   前記第１弁は、選択的な開閉が可能な第１流路および第２流路を有する第１三方弁であり、
   前記第２弁は、選択的な開閉が可能な第３流路および第４流路を有する第２三方弁であり、
   前記各熱源機の水サイクルは、前記給水側主配管から前記第１三方弁の第１流路の一端に接続された第１配管、前記第１三方弁の各流路の他端から前記ポンプを介して前記水熱交換器の水入口に接続された第２配管、前記水熱交換器の水出口から前記第２三方弁の各流路の一端に接続された第３配管、前記第２三方弁の第３流路の他端から前記第１三方弁の第２流路の一端に接続された第４配管、この第４配管の中途部から前記給湯側主配管に接続された第５配管、および前記第２三方弁の第４流路の他端から前記第１配管に接続された第６配管を有する、
   ことを特徴とする給湯装置。
2. 前記水熱交換器の温度を検知する熱交換器温度センサと、
   前記水熱交換器に流入する水の温度を検知する流入側温度センサと、
   前記熱源機の運転開始に際し、前記ヒートポンプ式冷凍サイクルの運転および前記ポンプの運転を開始し、前記各温度センサのいずれかの検知温度が設定値に達するまで、前記第２三方弁の第３流路を閉じて第４流路を開き、かつ前記第１三方弁の第１流路を開いて第２流路を閉じ、水が前記ポンプ、前記水熱交換器、前記第３配管、前記第２三方弁の第４流路、前記第６配管、前記第１配管、前記第１三方弁の第１流路を通って循環する初期循環回路を形成する第１制御手段と、
   前記第１制御手段による初期循環回路の形成後、前記各温度センサのいずれかの検知温度が設定値を超えると、前記第１三方弁の第１流路を開いて第２流路を閉じ、かつ前記第２三方弁の第３流路を開いて第４流路を閉じることにより、前記給水側主配管の水を前記第１配管、前記第１三方弁の第１流路、前記第２配管、前記ポンプを通して前記水熱交換器に送り、その水熱交換器から流出する温水を前記第３配管、前記第２三方弁の第３流路、前記第４配管、前記第５配管を通して前記給湯側主配管に送る出湯回路を形成する第２制御手段と、
   をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の給湯装置。
3. 外気温度を検知する外気温度センサと、
   前記水熱交換器から流出する水の温度を検知する流出側温度センサと、
   前記圧縮機の吐出冷媒の温度を検知する吐出冷媒温度センサと、
   前記ポンプの運転開始時の回転数を前記外気温度センサの検知温度に応じて設定する第３制御手段と、
   前記第３制御手段により設定される前記ポンプの回転数を、前記流入側温度センサの検知温度が所定値未満の場合は前記圧縮機の運転周波数、前記流出側温度センサの検知温度、前記熱交換器温度センサの検知温度、および前記吐出冷媒温度センサの検知温度に応じて増減補正し、前記流入側温度センサの検知温度が所定値以上の場合は前記熱交換器温度センサの検知温度および前記吐出冷媒温度センサの検知温度に応じて増減補正する第４制御手段と、
   前記第４制御手段による増加方向の補正に際し、前記ポンプの回転数変化率を、前記熱交換器温度センサの検知温度に応じて切換える第５制御手段と、
   をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の給湯装置。
4. 前記第１制御手段による前記ヒートポンプ式冷凍サイクルの運転開始を一定時間だけ遅らせる第６制御手段、
   をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の給湯装置。
5. 前記水熱交換器から流出する水の温度を検知する流出側温度センサと、
   前記熱源機の運転停止に際し、先ず前記ヒートポンプ式冷凍サイクルの運転を停止し、前記流出側温度センサの検知温度が一定値に低下するまで、前記ポンプの運転を継続しながら前記第２制御手段による出湯回路の形成を継続する第７制御手段と、
   前記第７制御手段によるヒートポンプ式冷凍サイクルの運転停止後、前記流出側温度センサの検知温度が一定値を下回ると、前記ポンプの運転を停止するとともに、前記第２三方弁の第３流路を閉じて第４流路を開き、かつ前記第１三方弁の第１流路を開いて第２流路を閉じることにより、前記出湯回路の形成を解除しておく第８制御手段と、
   をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の給湯装置。
6. 前記第２制御手段により出湯回路が形成される前に、前記第１制御手段による初期循環回路が形成されている状態で前記ポンプの回転数を出湯用の回転数まで高めておく第９制御手段、
   をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の給湯装置。
7. 前記室外熱交換器の除霜に際し、前記圧縮機の運転を一旦停止した状態で、前記第２三方弁の第３流路を開いて第４流路を閉じ、かつ前記第１三方弁の第１流路を閉じて第２流路を開くことにより、温水が前記水熱交換器、前記第３配管、前記第２三方弁の第３流路、前記第４配管、前記第１三方弁の第２流路、前記ポンプを通って循環する温水循環回路を形成する第１０制御手段と、
   前記第１０制御手段による温水循環回路の形成後、前記圧縮機の運転を再開して同圧縮機の吐出冷媒が室外熱交換器、減圧器、水熱交換器を通って圧縮機に戻る除霜サイクルを形成する第１１制御手段と、
   第１１制御手段による除霜サイクルの形成後、前記第１三方弁の第１流路を閉じて第２流路を開き、かつ前記第２三方弁の第３流路を閉じて第４流路を開くことにより、前記給湯側主配管の温水が前記第５配管、前記第４配管、前記第１三方弁の第２流路、前記ポンプを通って前記水熱交換器に流れ、その水熱交換器を経た水が前記第３配管、前記第２三方弁の第４流路、前記第６配管、前記第１配管を通って前記給水側主配管に流れる温水利用除霜回路を形成する第１２制御手段と、
   をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の給湯装置。
8. 前記水熱交換器から流出する水の温度を検知する流出側温度センサと、
   前記第１２制御手段による温水利用除霜回路の形成後、前記流出側温度センサの検知温度が所定値以上に上昇すると温水利用除霜回路から前記第１０制御手段による温水循環回路の形成に切換え、前記流出側温度センサの検知温度が所定値未満に下降すると温水循環回路から前記第１２制御手段による温水利用除霜回路の形成に切換える第１３制御手段、
   をさらに備えることを特徴とする請求項７に記載の給湯装置。
9. 前記水熱交換器から流出する水の温度を検知する流出側温度センサと、
   前記ヒートポンプ式冷凍サイクルの冷媒流路において前記水熱交換器に対し並列に接続されたバイパスと、
   前記バイパスに設けられた二方弁と、
   前記第１２制御手段による温水利用除霜回路の形成時、前記各温度センサのいずれかの検知温度が所定値以上になると前記二方弁を閉じ、同検知温度が所定値未満になると前記二方弁を開く第１４制御手段と、
   をさらに備えることを特徴とする請求項７に記載の給湯装置。
10. 前記ヒートポンプ式冷凍サイクルの水熱交換器と減圧器との間の冷媒流路における前記バイパスの接続位置よりも水熱交換器側に設けられた流量調整弁と、
    前記第１４制御手段により前記二方弁が開いているとき、前記流量調整弁の開度を前記各温度センサのいずれかの検知温度が低いほど絞る方向に制御する第１５制御手段と、
    をさらに備えることを特徴とする請求項９に記載の給湯装置。

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