(57)【要約】【課題】貯湯タンクにある水をヒートポンプと太陽熱集熱器の両方で加熱することができる給湯機において、給水温度が高い状態でヒートポンプを運転することを防止すること。【解決手段】本発明の給湯機は、第１貯湯部（１）と、第２貯湯部（２）と、前記第１貯湯部に接続されて少なくとも前記第１貯湯部を加熱する太陽熱集熱器（３１）と、前記第２貯湯部に接続されたヒートポンプ（１０）と、を備え、前記第２貯湯部の温度が前記第１貯湯部の温度より低いときは、前記ヒートポンプは前記第２貯湯部を加熱し、前記第２貯湯部の温度が前記第１貯湯部の温度より高いときは、前記ヒートポンプは前記第１貯湯部及び前記第２貯湯部を加熱する構成となっている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１貯湯部と、第２貯湯部と、前記第１貯湯部に接続されて少なくとも前記第１貯湯部を加熱する太陽熱集熱器と、前記第２貯湯部に接続されたヒートポンプと、を備え、
前記第２貯湯部の温度が前記第１貯湯部の温度より低いときは、前記ヒートポンプは前記第２貯湯部を加熱し、
前記第２貯湯部の温度が前記第１貯湯部の温度より高いときは、前記ヒートポンプは前記第１貯湯部及び前記第２貯湯部を加熱することを特徴とする給湯機。
【請求項２】
請求項１の記載において、
前記第１貯湯部は、前記第２貯湯部より高い位置に配置されていることを特徴とする給湯機。
【請求項３】
請求項２の記載において、
１つの貯湯タンクを仕切板により上下に仕切ることで形成された空間のうち、上側の空間を前記第１貯湯部とし、下側の空間を前記第２貯湯部とすると共に、
前記貯湯タンクへ水を供給するための給水入口を前記第２貯湯部に設け、
前記貯湯タンク内に貯留されたお湯を取り出すための第１給湯出口を第１貯湯部に設けた
ことを特徴とする給湯機。
【請求項４】
請求項３の記載において、
前記第１貯湯部と前記第２貯湯部とを繋ぐ接続回路と、この接続回路を開閉する開閉手段と、前記第２貯湯部にある水が循環する水循環回路と、を備え、
前記ヒートポンプは、圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器を順次接続して環状に形成された冷媒回路を有して成り、
前記水循環回路を前記凝縮器に接続することにより、前記水循環回路を流れる水と前記凝縮器を流れる冷媒との間で熱交換を行うようにした
ことを特徴とする給湯機。
【請求項５】
請求項４の記載において、
前記水循環回路には、前記凝縮器から流れ出た水を前記第１貯湯部へ導くための分岐配管と、前記凝縮器から流れ出た水を、前記第２貯湯部に戻す第１流路および前記分岐配管に流す第２流路のいずれかに切替える第１流路切替弁とが設けられている
ことを特徴とする給湯機。
【請求項６】
請求項５の記載において、
前記水循環回路には、前記凝縮器をバイパスして前記第１流路切替弁の上流側へと水を導くためのバイパス配管と、水の流路を、前記凝縮器を経由する第３流路および前記バイパス配管を経由する第４流路のいずれかに切替える第２流路切替弁とが設けられている
ことを特徴とする給湯機。
【請求項７】
請求項５の記載において、
前記第１貯湯部の温度を検知する第１温度検知手段と、前記第２貯湯部の温度を検知する第２温度検知手段と、運転の制御を行う制御装置とを備え、
前記制御装置は、
前記第１温度検知手段から入力された温度が前記第２温度検知手段から入力された温度よりも高い場合には、前記開閉手段により前記接続回路を閉じ、前記第１流路切替弁により水の流路を前記第１流路に切替えて、前記第２貯湯部にある水をヒートポンプにより加熱する運転を行い、
前記第１温度検知手段から入力された温度が前記第２温度検知手段から入力された温度よりも低い場合には、前記開閉手段により前記接続回路を開け、前記第１流路切替弁により水の流れを前記第２流路に切替えて、前記第１貯湯部および前記第２貯湯部にある水をヒートポンプにより加熱する運転を行うよう制御する
ことを特徴とする給湯機。
【請求項８】
請求項５の記載において、
前記開閉手段により前記接続回路を開け、前記第１流路切替弁により水の流れを前記第２流路に切替えて、前記第１貯湯部および前記第２貯湯部にある水をヒートポンプにより加熱する通常湯沸かし運転モードと、
前記開閉手段により前記接続回路を閉じ、前記第１流路切替弁により水の流路を前記第１流路に切替えると共に、前記通常湯沸かし運転モードよりも前記圧縮機の回転数を高速で運転して、前記第２貯湯部にある水を前記ヒートポンプにより加熱する高速湯沸かし運転モードとによる運転の制御が可能な制御装置を備え、
前記第２貯湯部に、前記高速湯沸かし運転モードで沸き上がったお湯を取り出すための第２給湯出口を設けた
ことを特徴とする給湯機。
【請求項９】
請求項６の記載において、
前記開閉手段により前記接続回路を開け、前記第１流路切替弁により水の流れを前記第２流路に切替えると共に、前記第２流路切替弁により水の流れを前記第４流路に切替えて、前記第１貯湯部および前記第２貯湯部にある水を前記太陽熱集熱器により加熱する太陽熱単独運転モードによる運転の制御が可能な制御装置を備えた
ことを特徴とする給湯機。
【請求項１０】
請求項６の記載において、
前記第１貯湯部の温度を検知する第１温度検知手段と、前記第２貯湯部の温度を検知する第２温度検知手段と、運転の制御を行う制御装置とを備え、
前記制御装置は、
前記開閉手段により前記接続回路を閉じ、前記第１流路切替弁により水の流路を前記第１流路に切替えると共に、前記第２流路切替弁により水の流路を前記第３流路に切替えて、
前記第１温度検知手段から入力された現在の前記第１貯湯部の温度に基づいて、目標温度より低い中間温度まで前記第１貯湯部にある水を加熱するのに必要な第１時間を算出すると共に、前記第１貯湯部にある水を前記太陽熱集熱器により加熱する運転を行い、
前記第２温度検知手段から入力された現在の前記第２貯湯部の温度に基づいて、前記中間温度まで前記第２貯湯部にある水を加熱するのに必要な第２時間を算出すると共に、前記第２時間と第１時間の差の分だけ遅れて前記ヒートポンプにより前記第２貯湯部にある水を加熱する運転を開始するようにし、
前記第１貯湯部および前記第２貯湯部の温度が共に前記中間温度に到達する予定時刻になったときに、前記ヒートポンプの運転を停止し、前記開閉手段により前記接続回路を開け、前記第１流路切替弁により水の流れを前記第２流路に切替えると共に、前記第２流路切替弁により水の流れを前記第４流路に切替えて、
前記第１貯湯部および前記第２貯湯部にある水が前記目標温度に到達するまで前記太陽熱集熱器で加熱する運転を行うよう制御する
ことを特徴とする給湯機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒートポンプと太陽熱集熱器の両方を用いて貯湯部にある水を加熱する給湯機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ヒートポンプと太陽熱の両方を用いてお湯を沸かすタイプの給湯機が知られており、例えば、図１６に示すように、１つの貯湯タンクにヒートポンプと太陽熱集熱器の両方を接続した構成が公知である。図１６に示す従来例（以下、「従来例１」という）は、圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器を順次接続して成るヒートポンプと、貯湯タンクにある水が循環する水循環回路とが接続され、太陽熱循環回路と貯湯タンクとが接続された構成となっている。【０００３】
従来例１では、ヒートポンプの圧縮機で圧縮された高温の冷媒と水循環回路内を流れる水とが凝縮器を介して熱交換することにより、貯湯タンク内の水が昇温されるだけでなく、太陽熱集熱器で集められた太陽熱と貯湯タンク内の水とが、貯湯タンク内に設けられた熱交換器を介して熱交換されることにより、貯湯タンク内の水が昇温される。この従来例１によれば、ヒートポンプを駆動して得た熱と、太陽熱集熱器により集められた熱の両方を利用して貯湯タンクにある水を加熱することができるため、エネルギの有効利用を図ることができる。【０００４】
また、特許文献１にも、従来例１と同様に、蓄湯槽タンク（貯湯タンク）にある水を蒸気圧縮サイクル空調機（ヒートポンプ）と太陽熱コレクタ（太陽熱集熱器）の両方を用いて加熱することができる構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−１１１１９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、ヒートポンプを運転してお湯を沸かす場合において、貯湯タンク内の水を沸き上げる温度が決められると、圧縮機の圧縮仕事は決まってしまうため、貯湯タンク内の水温が高くなるにつれてヒートポンプの効率が下がってしまう。よって、同じ沸き上げ温度までヒートポンプを運転してお湯を沸かす場合には、貯湯タンクにある水の温度は低い方が好ましい。【０００７】
しかしながら、従来例１では、貯湯タンクには何ら仕切りがないため、太陽熱集熱器で集められた太陽熱により、貯湯タンク内の水の温度が高くなってしまい、ヒートポンプを運転した場合にサイクル効率が低下するという課題が残されている。このヒートポンプのサイクル効率が低下する点について、図１３を用いて説明を補足する。図１３は、圧力−エンタルピ線図を示しており、横軸がエンタルピ（ｋＪ／ｋｇ）、縦軸が圧力（ｋＰａ）である。図１３中、実線は、ヒートポンプのみでお湯を沸かすタイプの給湯機における給湯サイクル（給湯サイクル単独）の圧力−エンタルピ線図であり、運転条件として、給水温度１５℃、給湯温度６５℃、蒸発温度１０℃を想定して描いたものである。一方、同図において、点線は、従来例１の給湯サイクルの圧力−エンタルピ線図であり、給水温度４５℃、給湯温度６５℃、蒸発温度１０℃を想定して描いたものである。つまり、実線の給湯サイクルと点線の給湯サイクルとでは、給水温度のみ条件が異なっている。【０００８】
実線の給湯サイクルと点線の給湯サイクルを比較すると、給湯温度が６５℃と同じであるため、両者の圧縮仕事は同等であるが、給水温度は、点線の給湯サイクルの方が実線のものより高いので、ヒートポンプの要求能力は、点線の給湯サイクルの方が実線のものに比べて低くなる。そのため、図１３の例では、点線の給湯サイクルは、実線の給湯サイクルに比べてサイクル効率が約２０％低下する。このように、従来例１には、太陽熱により給水温度が高くなってしまうと、却ってヒートポンプのサイクル効率が低下するといった課題があった。【０００９】
これに対して、特許文献１では、蓄湯槽タンクにある水を、第１の温度（例えば、６０℃）まで蒸気圧縮サイクル空調機で昇温し、第１の温度から第２の温度（例えば、８０℃）までを太陽熱コレクタで昇温している。つまり、蒸気圧縮サイクル空調機を運転する時間帯と、太陽熱コレクタを運転する時間帯とが異なるようにして運転を行っている。よって、特許文献１は、蒸気圧縮サイクル空調機を運転する際に、蓄湯槽タンクにある水が太陽熱コレクタにより昇温されていないので、従来例１のようなサイクル効率が低下するといった課題は一応解決することができる。【００１０】
しかしながら、特許文献１の蓄湯槽タンクも、従来例１の貯湯タンクと同様に、何ら仕切りがないため、太陽熱コレクタにて蓄湯槽タンク内の水が昇温されたあと、しばらくして、給水温度が高い状態のまま蒸気圧縮サイクル空調機を運転しなければならない状況が起こると、サイクル効率の低下を招いてしまう。つまり、特許文献１においても、運転条件次第では、蒸気圧縮サイクル空調機のサイクル効率が低下するといった課題が残されているのである。【００１１】
さらに、特許文献１では、夜間に蒸気圧縮サイクル空調機でお湯を沸かし、朝になると太陽熱コレクタに切替えるシステムとなっているので、蒸気圧縮サイクル空調機から太陽熱コレクタに運転を切替える際に、熱エネルギの損失が発生する。具体的には、太陽熱コレクタは、太陽熱を利用するので、早朝からすぐに所定の温度の熱量を確保することはできない。そのため、せっかく夜間に蒸気圧縮サイクル空調機で蓄湯槽タンク内の水の温度を第１の温度まで加熱しても、太陽熱コレクタによる運転に切替えて後、第１の温度から第２の温度まで水を加熱することができるようになるまでに時間が掛かるので運転効率が悪い上、その間に蓄湯槽タンク内の水の温度が下がってしまうという課題があった。加えて、第２の温度のお湯になるまで時間が掛かる点、熱エネルギの損失を補うために消費電力が嵩む点などの課題も特許文献１には残されていた。【００１２】
そこで、本発明の第１の目的は、貯湯タンクにある水をヒートポンプと太陽熱集熱器の両方で加熱することができる給湯機において、給水温度が高い状態でヒートポンプを運転することを防止することにある。さらに、本発明の第２の目的は、ヒートポンプと太陽熱集熱器とを効率良く運転できる給湯機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために、本発明に係る給湯機は、第１貯湯部と、第２貯湯部と、前記第１貯湯部に接続されて少なくとも前記第１貯湯部を加熱する太陽熱集熱器と、前記第２貯湯部に接続されたヒートポンプと、を備え、前記第２貯湯部の温度が前記第１貯湯部の温度より低いときは、前記ヒートポンプは前記第２貯湯部を加熱し、前記第２貯湯部の温度が前記第１貯湯部の温度より高いときは、前記ヒートポンプは前記第１貯湯部及び前記第２貯湯部を加熱することを特徴としている。【００１４】
本発明によれば、第２貯湯部の温度が第１貯湯部の温度より低いときには、ヒートポンプが第２貯湯部を加熱することにより、ヒートポンプの給水温度は、第１貯湯部より低い第２貯湯部の温度に保たれる。また、第２貯湯部の温度が第１貯湯部の温度より高いときには、ヒートポンプが第１貯湯部及び第２貯湯部を加熱することにより、ヒートポンプの給水温度を、第２貯湯部の温度より下げることができる。このように、本発明によれば、ヒートポンプの給水温度を低く抑えることができるから、ヒートポンプのサイクル効率を良好に保つことができ、しかも、消費電力を低減することができる。【００１５】
また、上記構成において、前記第１貯湯部は、前記第２貯湯部より高い位置に配置されていることが好ましい。水の流れを効率良くすることができるからである。【００１６】
また、上記構成において、１つの貯湯タンクを仕切板により上下に仕切ることで形成された空間のうち、上側の空間を前記第１貯湯部とし、下側の空間を前記第２貯湯部とすると共に、前記貯湯タンクへ水を供給するための給水入口を前記第２貯湯部に設け、前記貯湯タンク内に貯留されたお湯を取り出すための第１給湯出口を第１貯湯部に設ける構成とするのが好ましい。この構成によれば、第１貯湯部と第２貯湯部とを１つの貯湯タンク内に設けることができるので、給湯機を小型化することができる。しかも、給水入口を第２貯湯部に設けることにより、低温の水道水を第２貯湯部に直接供給することができるため、第２貯湯部に低温の水を貯留することができる。【００１７】
また、上記構成において、前記第１貯湯部と前記第２貯湯部とを繋ぐ接続回路と、この接続回路を開閉する開閉手段と、前記第２貯湯部にある水が循環する水循環回路と、を備え、前記ヒートポンプは、圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器を順次接続して環状に形成された冷媒回路を有して成り、前記水循環回路を前記凝縮器に接続することにより、前記水循環回路を流れる水と前記凝縮器を流れる冷媒との間で熱交換を行うようにするのが好ましい。【００１８】
また、上記構成において、前記水循環回路には、前記凝縮器から流れ出た水を前記第１貯湯部へ導くための分岐配管、前記凝縮器から流れ出た水を、前記第２貯湯部に戻す第１流路および前記分岐配管に流す第２流路のいずれかに切替える第１流路切替弁とが設けられているのが好ましい。【００１９】
また、上記構成において、前記水循環回路には、前記凝縮器をバイパスして前記第１流路切替弁の上流側へと水を導くためのバイパス配管と、水の流路を、前記凝縮器を経由する第３流路および前記バイパス配管を経由する第４流路のいずれかに切替える第２流路切替弁とが設けられているのが好ましい。【００２０】
また、上記構成において、前記第１貯湯部の温度を検知する第１温度検知手段と、前記第２貯湯部の温度を検知する第２温度検知手段と、運転の制御を行う制御装置とを備え、前記制御装置は、前記第１温度検知手段から入力された温度が前記第２温度検知手段から入力された温度よりも高い場合には、前記開閉手段により前記接続回路を閉じ、前記第１流路切替弁により水の流路を前記第１流路に切替えて、前記第２貯湯部にある水をヒートポンプにより加熱する運転を行い、前記第１温度検知手段から入力された温度が前記第２温度検知手段から入力された温度よりも低い場合には、前記開閉手段により前記接続回路を開け、前記第１流路切替弁により水の流れを前記第２流路に切替えて、前記第１貯湯部および前記第２貯湯部にある水をヒートポンプにより加熱する運転を行うよう制御するのが好ましい。【００２１】
この構成によれば、給水温度が低い状態でヒートポンプを運転することができるため、消費電力を低減することができる。【００２２】
また、上記構成において、前記開閉手段により前記接続回路を開け、前記第１流路切替弁により水の流れを前記第２流路に切替えて、前記第１貯湯部および前記第２貯湯部にある水をヒートポンプにより加熱する通常湯沸かし運転モードと、前記開閉手段により前記接続回路を閉じ、前記第１流路切替弁により水の流路を前記第１流路に切替えると共に、前記通常湯沸かし運転モードよりも前記圧縮機の回転数を高速で運転して、前記第２貯湯部にある水を前記ヒートポンプにより加熱する高速湯沸かし運転モードとによる運転の制御が可能な制御装置を備え、前記第２貯湯部に、前記高速湯沸かし運転モードで沸き上がったお湯を取り出すための第２給湯出口を設ける構成とするのが好ましい。【００２３】
この構成によれば、お湯が沸く時間を少しでも短くしたいという要求にも対応できるため、使い勝手の良いものとなる。【００２４】
また、上記構成において、前記開閉手段により前記接続回路を開け、前記第１流路切替弁により水の流れを前記第２流路に切替えると共に、前記第２流路切替弁により水の流れを前記第４流路に切替えて、前記第１貯湯部および前記第２貯湯部にある水を前記太陽熱集熱器により加熱する太陽熱単独運転モードによる運転の制御が可能な制御装置を備えるのが好ましい。【００２５】
この構成によれば、太陽熱集熱器のみで第１貯湯部と第２貯湯部にある水を加熱することができるため、消費電力を低減することができる。【００２６】
また、上記構成において、前記第１貯湯部の温度を検知する第１温度検知手段と、前記第２貯湯部の温度を検知する第２温度検知手段と、運転の制御を行う制御装置とを備え、前記制御装置は、前記開閉手段により前記接続回路を閉じ、前記第１流路切替弁により水の流路を前記第１流路に切替えると共に、前記第２流路切替弁により水の流路を前記第３流路に切替えて、前記第１温度検知手段から入力された現在の前記第１貯湯部の温度に基づいて、目標温度より低い中間温度まで前記第１貯湯部にある水を加熱するのに必要な第１時間を算出すると共に、前記第１貯湯部にある水を前記太陽熱集熱器により加熱する運転を行い、前記第２温度検知手段から入力された現在の前記第２貯湯部の温度に基づいて、前記中間温度まで前記第２貯湯部にある水を加熱するのに必要な第２時間を算出すると共に、前記第２時間と第１時間の差の分だけ遅れて前記ヒートポンプにより前記第２貯湯部にある水を加熱する運転を開始するようにし、前記第１貯湯部および前記第２貯湯部の温度が共に前記中間温度に到達する予定時刻になったときに、前記ヒートポンプの運転を停止し、前記開閉手段により前記接続回路を開け、前記第１流路切替弁により水の流れを前記第２流路に切替えると共に、前記第２流路切替弁により水の流れを前記第４流路に切替えて、前記第１貯湯部および前記第２貯湯部にある水が前記目標温度に到達するまで前記太陽熱集熱器で加熱する運転を行うよう制御するのが好ましい。【００２７】
この構成によれば、ヒートポンプの運転を停止してすぐ太陽熱集熱器による加熱が可能であるため、運転を切替えた際に熱エネルギのロスが殆どないうえ、目標温度までお湯を沸き上げる時間を従来に比べて短縮できる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、第１貯湯部と第２貯湯部とを繋ぐ接続回路を、開閉手段を操作して、適宜開閉することにより、第２貯湯部の温度を低く保つことができる。よって、ヒートポンプのサイクル効率の低下を防止することができる。しかも、本発明は、多様な運転に対応できるよう制御されているため、ヒートポンプと太陽熱集熱器とを効率良く運転できる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施の形態例に係る給湯機の系統図である。
【図２】図１に示す給湯機の運転パターン１における各回路の流体の流れを示した図である。
【図３】図１に示す給湯機の運転パターン２における各回路の流体の流れを示した図である。
【図４】図１に示す給湯機の運転パターン３における各回路の流体の流れを示した図である。
【図５】図１に示す給湯機の運転パターン４における各回路の流体の流れを示した図である。
【図６】図１に示す給湯機の運転パターン５における各回路の流体の流れを示した図である。
【図７】図１に示す給湯機の運転パターン６における各回路の流体の流れを示した図である。
【図８】図１に示す給湯機の運転パターン７における各回路の流体の流れを示した図である。
【図９】図８に示す運転パターン７の制御で参照される目標タイムスケジュールを示した図である。
【図１０】図８に示す運転パターン７の制御処理の手順を示すフローチャートである。
【図１１】図９に示す運転パターン７の制御処理の手順を示すフローチャートである。
【図１２】図９に示す運転パターン７の制御処理の手順を示すフローチャートである。
【図１３】従来例と本発明の圧力−エンタルピ線図である。
【図１４】図８に示す運転パターン７の制御を行った場合の、時間と貯湯タンクの温度の変化を示した図である。
【図１５】特許文献１に記載の制御を用いて図１に示す給湯機を運転した場合の、時間と貯湯タンクの温度の変化を示した図である。
【図１６】従来例１に係る給湯機の系統図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
本発明の実施の形態例に係る給湯機は、図１に示すように、貯湯タンクＴＮＫと、ヒートポンプ１０と、水循環回路２０と、太陽熱循環回路３０と、出湯経路４０と、制御装置５０とを備えて構成されている。
【００３１】
貯湯タンクＴＮＫは、縦型で円筒形状もしくは立方体形状を成しており、仕切板５によって上下方向に二分割されている。上下に二分割された空間のうち、上側の空間が上側貯湯部（第１貯湯部）１であり、下側の空間が下側貯湯部（第２貯湯部）２である。即ち、上側貯湯部１が下側貯湯部２よりも高い位置にある。また、上側貯湯部１と下側貯湯部２とは、連通配管（接続回路）３で繋がれており、この連通配管３には二方弁（開閉手段）４が設けられている。そして、この二方弁４を開けると、上側貯湯部１と下側貯湯部２とが連通して、上側貯湯部１と下側貯湯部２の一方から他方へ水が流れることが可能である。一方、二方弁４を閉めると、上側貯湯部１と下側貯湯部２との間は遮断され、互いに水が行き来することはない。このように構成された貯湯タンクＴＮＫは、内部に蓄えられた熱が大気に放出されるのを防止するために、その外表面が断熱材で覆われている。
【００３２】
ヒートポンプ１０は、冷媒を圧縮する圧縮機１１と、凝縮器１２と、冷媒を減圧する膨張弁１５と、蒸発器１３と、大気を蒸発器１３に送風するファン１４とを備えている。これらの各機器、弁等は、冷媒配管によって環状に形成されている。圧縮機１１の吐出口より吐出された高温高圧のガス冷媒は、凝縮器１２内を流れる間に、水循環回路２０を流れる水へ放熱して凝縮し、液化する。この液化した高圧の冷媒は、所定の開度に調節された膨張弁１５で減圧、膨張し、低温低圧の気液二相冷媒となり、蒸発器１３に流入する。蒸発器１３内を流れる気液二相冷媒は、ファン１４から送られてきた大気から吸熱して蒸発し、低圧のガス冷媒となる。この低圧のガス冷媒は、圧縮機１１の吸込口に流入し、圧縮機１１により再び圧縮されて高温高圧のガス冷媒となる。なお、冷媒としては、例えば、Ｒ４１０ａ、Ｒ１３４ａ、ＨＦＯ１２３４ｙｆ、ＨＦＯ１２３４ｚｅ、ＣＯ２を用いることができる。
【００３３】
また、本実施形態では、圧縮機１１として、インバータ制御により容量制御が可能な可変容量型のスクロール圧縮機が使用されているが、それ以外に、例えば、ピストン式、ロータリー式、スクリュー式、遠心式などの圧縮機を使用しても良い。また、凝縮器１２、蒸発器１３は、フィンチューブ式、プレート式など仕様に応じて好適な形式のものを使用することができる。
【００３４】
水循環回路２０は、貯湯タンクＴＮＫと凝縮器１２とを水配管で環状に接続した回路である。具体的には、水循環回路２０は、下側貯湯部２の底部から三方弁（第２流路切替弁）２３ｂまでを水配管２４ａで接続し、三方弁２３ｂと凝縮器１２とを水配管２４ｂで接続し、凝縮器１２と三方弁（第１流路切替弁）２３ａとを水配管２４ｃで接続し、三方弁２３ａと下側貯湯部２の上部とを水配管２４ｄで接続して形成された主回路と、水配管２４ｃの途中と三方弁２３ｂとを水配管（バイパス配管）２４ｅで接続して形成されたバイパス路と、三方弁２３ａと上側貯湯部１の上部とを水配管（分岐配管）２４ｆで接続して形成された分岐路と、を備えて構成されている。また、循環ポンプ２１が水配管２４ａに組み込まれており、モータ２２を駆動することにより、循環ポンプ２１が貯湯タンクＴＮＫにある水を水循環回路２０内に循環させることができるようになっている。
【００３５】
三方弁２３ａの入口に流れてきた水は、三方弁２３ａの出口のポートを切替えることにより、水配管２４ｄを流れて下側貯湯部２へと向かう流路ａ（第１の流路）と、水配管２４ｆを流れて上側貯湯部１へと向かう流路ｂ（第２の流路）との何れかの流路を流れていく。また、三方弁２３ｂの入口に流れてきた水は、三方弁２３ｂの出口のポートを切替えることにより、水配管２４ｂを流れて凝縮器１２へと向かう流路ｃ（第３の流路）と、凝縮器１２をバイパスして三方弁２３ａの上流側へと向かう流路ｄ（第４の流路）との何れかの流路を流れていく。
【００３６】
このように構成された水循環回路２０は、三方弁２３ａ、２３ｂの各ポートの開閉を切替えることにより、次の（ｉ）〜（ｉｖ）の４つの流路を選択することができる。
【００３７】
流路（ｉ）は、下側貯湯部２の底部→水配管２４ａ→三方弁２３ｂ→水配管２４ｂ→凝縮器１２→水配管２４ｃ→三方弁２３ａ→水配管２４ｆ→上側貯湯部１の上部→連通配管３→下側貯湯部２の底部を循環する流路である。つまり、流路（ｉ）は、上記した流路ｂと流路ｃとが使用される流路である。
【００３８】
流路（ｉｉ）は、下側貯湯部２の底部→水配管２４ａ→三方弁２３ｂ→水配管２４ｂ→凝縮器１２→水配管２４ｃ→三方弁２３ａ→水配管２４ｄ→下側貯湯部２の上部→下側貯湯部２の底部を循環する流路である。つまり、流路（ｉｉ）は、上記した流路ａと流路ｃとが使用される流路である。
【００３９】
流路（ｉｉｉ）は、下側貯湯部２の底部→水配管２４ａ→三方弁２３ｂ→水配管２４ｅ→三方弁２３ａ→水配管２４ｆ→上側貯湯部１の上部→連通配管３→下側貯湯部２の底部を循環する流路である。つまり、流路（ｉｉｉ）は、上記した流路ｂと流路ｄとが使用される流路である。
【００４０】
流路（ｉｖ）は、下側貯湯部２の底部→水配管２４ａ→三方弁２３ｂ→水配管２４ｅ→三方弁２３ａ→水配管２４ｄ→下側貯湯部２の上部→下側貯湯部２の底部を循環する流路である。つまり、流路（ｉｖ）は、上記した流路ａと流路ｄとが使用される流路である。
【００４１】
なお、流路（ｉ）と流路（ｉｉ）が選択された場合には、凝縮器１２を流れる間にヒートポンプ１０側から吸熱して、高温の水となる一方、流路（ｉｉｉ）と流路（ｉｖ）が選択された場合には、ヒートポンプ１０側から熱を受け取ることはない。
【００４２】
次に、太陽熱循環回路３０は、住宅の屋根に設置された太陽熱集熱器３１と上側貯湯部１の内部に設置された熱交換器３３とを太陽熱用配管３４ａ、３４ｂで接続して環状に形成された回路である。太陽熱用配管３４ｂには太陽熱用循環ポンプ３２が組み込まれていて、この循環ポンプ３２を駆動することにより、太陽熱循環回路３０内にある水が循環するようになっている。太陽熱集熱器３１で集められた太陽熱により加熱された水は、太陽熱循環回路３０内を循環し、熱交換器３３を介して上側貯湯部１に貯留されている水へ放熱する。これにより、上側貯湯部１にある水が温められることになる。なお、太陽熱循環回路３０内を流れる媒体として、水の代わりにブラインを用いることもできる。
【００４３】
次に、出湯経路４０は、上側貯湯部１の上部に設けられた第１給湯出口４２から給湯口４４にお湯を供給するための出湯用配管４６ａと、給水口４５から下側貯湯部２の底部に設けられた給水入口４３へ水道水を供給するための出湯用配管４６ｂと、給水口４５から出湯用配管４６ａに水道水を直接供給するための出湯用配管４６ｃと、下側貯湯部２の上部に設けられた第２給湯出口４７と出湯用配管４６ａとを接続する出湯用配管４６ｄと、を備えて構成されている。また、出湯用配管４６ａと出湯用配管４６ｃとは、三方弁４１ａを介して接続され、出湯用配管４６ａと出湯用配管４６ｄとは、三方弁４１ｂを介して接続されている。
【００４４】
このように構成された出湯経路４０によれば、三方弁４１ａの各ポートの開閉を調整することにより、貯湯タンクＴＮＫ内のお湯と給水口４５から供給された水道水とを混合して、好適な温度のお湯を給湯口４４から出湯することができる。また、下側貯湯部２に蓄えられているお湯を、三方弁４１ａ、４１ｂを介して、直接給湯口４４から出湯することもできる。なお、給湯口４４は住宅内に設けられた給湯用の制御弁（図示せず）と接続されており、この制御弁を開けると、お湯が給湯負荷側（浴槽、台所、洗面所など）に供給されることとなる。
【００４５】
なお、本実施の形態例に係る給湯機は、図１に示すように、上側貯湯部１の水温を検知するための温度センサ（第１温度検知手段）Ｔｓｕｎ１、Ｔｓｕｎ２、Ｔｓｕｎ３、および、下側貯湯部２の水温を検知するための温度センサ（第２温度検知手段）Ｔｈｐ１、Ｔｈｐ２、Ｔｈｐ３が設けられている。また、太陽熱集熱器３１の温度を検知するための温度センサＴｓｕｎｉ、Ｔｓｕｎｏが設けられている。また、図示しないが、外気温度を測定するためのセンサや、圧縮機１１の回転数、ファン１４の回転数を測定するためのセンサ、その他の運転に必要なセンサが設けられている。そして、これらのセンサは、制御装置５０と電気的に接続されており、制御装置５０は、各種センサの入力信号、リモコンの操作信号などに基づいて給湯機の運転を制御している。
【００４６】
次に、本実施の形態例に係る給湯機の運転パターンについて、図２〜図８を用いて説明するが、図２〜図８において、矢印は、各回路における流体の流れ方向を示しており、点線で示した回路は、その図の運転において不使用であることを示しており、実線で示した回路は、その図の運転において使用されている（流体が流れる）ことを示している。また、図２〜図８において、黒色に塗られた二方弁４は閉状態を示しており、白色に塗られた二方弁４は開状態を示している。また、三方弁２３ａ、２３ｂ、４１ａ、４１ｂの各ポートのうち、黒色に塗られたポートは閉状態を示しており、白色に塗られたポートは開状態を示している。
【００４７】
運転パターン１：給水運転（図２）
給水運転では、図２に示すように二方弁４は開となっている。そのため、給水口４５から供給された水道水は、下側貯湯部２の給水入口４３から徐々に溜められていき、下側貯湯部２から溢れた水道水は、連通配管３を通って、上側貯湯部１に流れ込み、最終的に、上部貯湯部１まで水道水が貯留されることになる。なお、給水運転では、ヒートポンプ１０および太陽熱循環回路３０は停止している。
【００４８】
運転パターン２：給湯運転（図３）
給湯運転では、図３に示すように、二方弁４が開となっており、貯湯タンクＴＮＫ内に蓄えられたお湯は、出湯用配管４６ａを通り、三方弁４１ａにて給水口４５から供給された水道水と混合して所定の温度に調整された後に、給湯口４４から給湯負荷側に出湯される。なお、給湯運転では、ヒートポンプ１０および太陽熱循環回路３０は停止している。
【００４９】
運転パターン３：ヒートポンプ単独運転（図４）
ヒートポンプ単独運転は、貯湯タンクＴＮＫ内の水をヒートポンプ１０のみで加熱する運転パターンである。このヒートポンプ単独運転では、図４に示すように、二方弁４は開となっている。また、水循環回路２０では、流路ｂおよび流路ｃが使用される。よって、循環ポンプ２１を駆動すると、下側貯湯部２にある水は、凝縮器１２を流れた後に、三方弁２３ａを経由して、上側貯湯部１へと戻っていき、連通配管３を流れて再び、下側貯湯部２に戻ってくる。水循環回路２０内を流れる水は、ヒートポンプ１０を運転することにより、凝縮器１２にて加熱される。このように、ヒートポンプ１０を運転しながら、貯湯タンクＴＮＫ内にある全ての水を水循環回路２０で循環させることにより、貯湯タンクＴＮＫ内の水を加熱することができる。なお、ヒートポンプ単独運転では、太陽熱循環回路３０は停止している。
【００５０】
さらに、運転パターン３では、上側貯湯部１内の温度が下側貯湯部２内の温度に比べて高い場合と低い場合とで異なる制御が行われている。この制御について、以下に説明する。
【００５１】
この運転パターン３において、制御装置５０は、温度センサＴｓｕｎ１、Ｔｓｕｎ２、Ｔｓｕｎ３から入力された温度の平均値Ｔｓｕｎｍと、温度センサＴｈｐ１、Ｔｈｐ２、Ｔｈｐ３から入力された温度の平均値Ｔｈｐｍとを比較する。温度Ｔｓｕｎｍが温度Ｔｈｐｍより高い場合には、制御装置５０は、二方弁４を閉じ、水循環回路２０の流路ａと流路ｃを使用するように三方弁２３ａ、２３ｂを切替えてから、下側貯湯部２にある水のみをヒートポンプ１０により加熱するように運転する。この制御によれば、上側貯湯部１にある高温の水が下側貯湯部２に流入しないようにできるため、ヒートポンプ１０の給水温度を低くすることができる。よって、ヒートポンプ１０のサイクル効率が低下することを防止でき、消費電力を低減することができる。
【００５２】
一方、温度Ｔｓｕｎｍが温度Ｔｈｐｍより低い場合には、制御装置５０は、二方弁４を開け、水循環回路２０の流路ｂと流路ｃを使用するように三方弁２３ａ、２３ｂを切替えてから、上側貯湯部１および下側貯湯部２にある水、即ち、貯湯タンクＴＮＫ内の全ての水をヒートポンプ１０により加熱するように運転する。この制御によれば、上側貯湯部１にある低温の水により、下側貯湯部２の高温の水が冷やされるため、上記と同様に、ヒートポンプ１０の給水温度を低くすることができる。よって、ヒートポンプ１０のサイクル効率が低下することを防止でき、消費電力を低減することができる。
【００５３】
運転パターン４：ヒートポンプ単独追い焚き運転（図５）
このヒートポンプ単独追い焚き運転は、図５に示すように、給水口４５から水道水を供給しながら、ヒートポンプ１０により貯湯タンクＴＮＫ内の水を加熱する運転であるが、給水口４５から水道水が供給される点以外は、上記した運転パターン３と同じ運転であるため、ここでの説明は省略する。
【００５４】
運転パターン５：通常湯沸かし運転モード／高速湯沸かし運転モード（図６）
運転パターン５は、通常湯沸かし運転モードと高速湯沸かし運転モードとを切替えて行う運転パターンである。なお、運転モードの切替えは、ユーザーのリモコン操作により行われる。通常湯沸かし運転モードでは、図示しないが、二方弁４は開、水循環回路２０で使用される流路は、流路ｂおよび流路ｃである。よって、ヒートポンプ１０を運転すると、運転パターン３で説明したのと同様に、貯湯タンクＴＮＫ内の水全てがヒートポンプ１０により加熱されることになる。
【００５５】
一方、高速湯沸かし運転モードでは、図６に示すように、二方弁４は閉となっている。また、水循環回路２０では、流路ａおよび流路ｃが使用される。よって、循環ポンプ２１を駆動すると、下側貯湯部２にある水は、凝縮器１２を流れた後に、三方弁２３ａを経由して、下側貯湯部２へと戻る。水循環回路２０内を流れる水は、ヒートポンプ１０を運転することにより、凝縮器１２にて加熱される。このとき、制御装置５０は、圧縮機１１を通常湯沸かし運転モードより高速の回転数で運転する。これにより、下側貯湯部２にある水のみを速やかに加熱することができる。そして、下側貯湯部２の水が十分加熱された後には、三方弁４１ｂを操作すれば、下部貯湯部２にあるお湯を取り出すことができる。このように、高速湯沸かし運転モードは、急いでお湯を沸かしたい場合に有効な運転モードである。なお、通常湯沸かし運転モードおよび高速湯沸かし運転モードにおいて、太陽熱循環回路３０は停止している。
【００５６】
運転パターン６：太陽熱単独運転モード（図７）
太陽熱単独運転モードは、太陽熱循環回路３０を運転して、貯湯タンクＴＮＫ内の水を太陽熱集熱器３１で集めた太陽熱のみで加熱する運転パターンである。この太陽熱単独運転モードは、図７に示すように、二方弁４は開となっており、水循環回路２０で使用する流路は、流路ｂおよび流路ｄである。上側貯湯部１にある水は、熱交換器３３を介して、太陽熱集熱器３１で集められた太陽熱により加熱される。上側貯湯部１において加熱された水は、循環ポンプ２１を駆動することにより、連通配管３を経由して下側貯湯部２へ流れ、流路ｂおよび流路ｃを流れて再び、上側貯湯部１へと戻ってくる。このようにして、貯湯タンクＴＮＫ内の水は、水循環回路２０内を循環しながら、太陽熱循環回路３０のみによって加熱されることになる。なお、太陽熱単独運転モードにおいて、ヒートポンプ１０は停止している。
【００５７】
運転パターン７：太陽熱循環回路とヒートポンプの併用運転（図８）
太陽熱循環回路３０とヒートポンプ１０の併用運転は、上側貯湯部１内にある水を太陽熱循環回路３０にて加熱しながら、下側貯湯部２内にある水をヒートポンプ１０にて加熱する運転パターンである。この併用運転では、図８に示すように、二方弁４は閉となっており、水循環回路２０で使用する流路は、流路ａおよび流路ｃである。そのため、上側貯湯部１にある水は、太陽熱循環回路３０の熱交換器３３と熱交換して加熱されるのに対して、下側貯湯部２にある水は、ヒートポンプ１０の凝縮器１２と熱交換して加熱される。このように、運転パターン７では、上側貯湯部１内の水を加熱する運転と、下側貯湯部２内の水を加熱する運転とを、別々の熱源を用いて並行して行うことができる。しかも、二方弁４を閉じて運転しているので、上側貯湯部１が高温になっても、下側貯湯部２の水の温度が上昇することはない。よって、低い給水温度でヒートポンプ１０を運転することができるから、サイクル効率が低下することはない。
【００５８】
さらに、この運転パターン７では、目標温度より低い中間温度までの水の昇温は、太陽熱循環回路３０とヒートポンプ１０との併用運転で行い、中間温度から目標温度までの水の昇温は、太陽熱循環回路３０のみの運転で行うような運転の切替え制御を行っている。以下、この運転の切替え制御について、図９〜図１２を参照しながら、詳しく説明することにする。なお、図９〜図１２に図示した記号については、ｔ：時刻、Ｖ：貯湯タンクＴＮＫの容量（ｍ３、ｋｇ、または、ｋＪ／℃）、Ｑ：熱量、ｄＱ：加熱量、Ｇ：循環流量（ポンプの回転数の関数）、Ｔｓ：給水温度、Ｔｍ：中間温度、Ｔｅ：沸上げ温度、Ｔｔ：貯湯タンクＴＮＫの温度、Ｑｈｐ：ＨＰ熱量、Ｑｓｕｎ：太陽熱熱量、添え字の意味は、ｈｐ：ヒートポンプ、ｓｕｎ：太陽熱、ｓ：初期状態、ｍ：中間状態、ｅ：終了状態、ｎ：現在である。
【００５９】
本実施例では、図９に示すように、夏期における、沸き上げ開始時刻（ｔｓ）が７時、中間時刻（ｔｍ）が１１時、中間温度が４５℃、沸き上げ終了時刻（ｔｅ）が１７時、沸上げ温度が６５℃に設定され、中間期における、沸き上げ開始時刻（ｔｓ）が８時、中間時刻（ｔｍ）が１１時、中間温度が５５℃、沸き上げ終了時刻（ｔｅ）が１６時、沸上げ温度が７５℃に設定され、冬期における、沸き上げ開始時刻（ｔｓ）が９時、中間時刻（ｔｍ）が１１時、中間温度が６０℃、沸き上げ終了時刻（ｔｅ）が１５時、沸上げ温度が８５℃に設定されている。
【００６０】
次に、制御の手順について説明すると、まず、図１０のステップＳ１にて、給湯機の制御装置５０は、貯湯タンクＴＮＫに設けられたバイパス用の二方弁４を閉じ、給水温度Ｔｓを確認し、現在時刻ｔｎと給水温度Ｔｓから期間に応じた目標タイムスケジュール（図９参照）を設定する。そして、制御装置５０は、Ｖｔ＝Ｖｓｕｎ＋Ｖｈｐ、Ｑｔ＝ＶｔｘΔＴｔ、Ｑｓｕｎ＝ＶｓｕｎｘΔＴｓｕｎ、Ｑｈｐ＝ＶｈｐｘΔＴｈｐを演算して、各値を求める。なお、Ｖｔは貯湯タンクＴＮＫの全容量、Ｖｓｕｎは上側貯湯部１の容量、Ｖｈｐは下側貯湯部２の容量である。また、Ｑｔ、Ｑｓｕｎ、Ｑｈｐは目標加熱量である。
【００６１】
次いで、ステップＳ２にて、制御装置５０は、現在時刻ｔｎが、沸き上げ開始時刻ｔｓと中間時刻ｔｍの間の時間であるか否かを判断する。ステップＳ２でＮｏの場合には、ステップＳ３９に進み、制御装置５０は、ｔｎがｔｓ以前であるかを判断する。ステップＳ３９でＹｅｓの場合には、終了となるが、ステップＳ３９でＮｏの場合には、図１１のステップＳ１６に飛ぶ。これに対して、ステップＳ２でＹｅｓの場合には、ステップＳ３に進み、制御装置５０は、ＴｓｕｎがＴｍ以上であるか否かを判断する。ここで、Ｔｓｕｎは、太陽熱集熱器３１の温度であり、図１に示す温度センサＴｓｕｎｉとＴｓｕｎｏの平均値、もしくは、太陽熱集熱器３１の表面温度の値が用いられる。また、Ｔｍは、中間温度である。
【００６２】
ステップＳ３でＹｅｓの場合には、ステップＳ４に進み、制御装置５０は、太陽熱集熱沸き上げ運転を実行する。つまり、太陽熱循環回路３０の運転を開始する。次いで、制御装置５０は、ステップＳ５に進んで、現在時刻ｔｎがｔｓ＋Δｔｓ（時刻幅）と中間時刻ｔｍの間の時間であるか否かを判断する。
【００６３】
ステップＳ５でＹｅｓの場合には、制御装置５０はステップＳ６に進み、太陽熱集熱器３１の出入口の温度差から太陽熱集熱器３１の加熱能力ｄＱｓｕｎ’を算出し、その加熱能力から中間時刻ｔｍまでに集熱可能な能力（Ｑｓｕｎ’）を予測し、中間時刻ｔｍまでに必要な加熱量から、ヒートポンプ１０で必要な加熱量（Ｑｈｐ’）を算出する。そして、ヒートポンプ１０の運転開始時刻ｔｈｐを予測する。具体的には、制御装置５０は、ｄＱｓｕｎ’＝Ｇｓｕｎｘ（Ｔｓｕｎｏ−Ｔｓｕｎｉ）、Δｔｓｍ＝ｔｍ−ｔｓ、Δｔｓｎ＝ｔｎ−ｔｓ、Δｔｎｍ＝ｔｍ−ｔｎ、Ｑｓｕｎ’＝ｄＱｓｕｎ’ｘΔｔｓｍ、Ｑｈｐ’＝（Ｑｈｐ＋Ｑｓｕｎ）−ｄＱｓｕｎ’ｘΔｔｓｍ、Δｔｈｐ＝Ｑｈｐ’／ｄＱｈｐ，ｔｈｐ＝ｔｍ−Δｔｈｐを演算して、各値を求める。
【００６４】
次いで、ステップＳ７に進み、制御装置５０は、現在時刻ｔｎとヒートポンプ１０の運転開始時刻ｔｈｐとを比較する。現在時刻ｔｎが運転開始時刻ｔｈｐより小さい（早い）場合、即ち、ステップＳ７でＮｏの場合は、制御装置５０は、太陽熱循環回路３０のみの運転を行って、運転制御の処理をステップＳ３の手前に戻す。一方、現在時刻ｔｎが運転開始時刻ｔｈｐより大きい（遅い）場合、即ち、ステップＳ７でＹｅｓの場合、ステップＳ８に進み、制御装置５０は、ｔｈｐ−ｔｓがΔｔｓｍより小さいか否かを判断する。ｔｈｐ−ｔｓがΔｔｓｍより小さい場合、即ち、ステップＳ８でＹｅｓの場合、ステップＳ９に進み、制御装置５０は、ヒートポンプ１０を駆動して沸き上げ運転を開始する。
【００６５】
次いで、ステップＳ１０に進み、制御装置５０は、下側貯湯部２の温度Ｔｈｐが中間温度Ｔｍ以上であるか否かを判断する。なお、Ｔｈｐ＝ｆ（Ｔｈｐ１、Ｔｈｐ２、Ｔｈｐ３）で決まる値である。このステップＳ１０において、下側貯湯部２の温度Ｔｈｐが中間温度Ｔｍ以上と判断された場合、即ち、ステップＳ１０でＹｅｓの場合には、ステップＳ１１に進んで、制御装置５０は、ヒートポンプ１０による沸き上げ運転を終了する。ステップＳ１１における沸き上げ運転が終了すると、制御装置５０は、図１１のステップＳ１６に進む。なお、ステップＳ１６以降の処理は後述する。一方、ステップＳ１０でＮｏの場合には、制御装置５０は、運転制御の処理をステップＳ３の手前に戻す。
【００６６】
また、ステップＳ８において、ｔｈｐ−ｔｓがΔｔｓｍより大きいと判断された場合、即ち、ステップＳ８でＮｏの場合は、想定したヒートポンプ１０の加熱量が過小であったとして、制御装置５０は、ステップＳ１２へ進んでヒートポンプ１０の加熱量を再設定する。具体的には、ステップＳ１２において、制御装置５０は、ｄＱｈｐ’’＝Ｑｈｐ’／Δｔｎｍ、Ｔｈｐ，ｍ’＝Ｔｓ＋Ｑｈｐ’／Ｖｈｐをそれぞれ演算して、中間沸上げ温度までに必要な加熱能力ｄＱｈｐ’’と下側貯湯部２の中間沸上げ温度の補正値Ｔｈｐ，ｍ’を求める。
【００６７】
次いで、ステップＳ１３に進み、制御装置５０は、下側貯湯部２の中間沸上げ温度の補正値Ｔｈｐ，ｍ’と沸上げ温度Ｔｅとの大小を比較する。Ｔｈｐ，ｍ’がＴｅより大きい場合、即ち、ステップＳ１３でＮｏには、太陽熱集熱器３１の集熱量不足により、所定時刻までにお湯を沸き上げることができないため、制御装置５０は、図１２のステップＳ２７に進む（詳しくは後述する）。
【００６８】
一方、Ｔｈｐ，ｍ’がＴｅより小さい場合、即ち、ステップＳ１３でＹｅｓの場合には、太陽熱循環回路３０とヒートポンプ１０の両方を運転することにより、中間時刻ｔｍまでに第一次加熱量を賄えるため、制御装置５０は、ステップＳ１４に進み、ヒートポンプ１０の能力をｄＱｈｐ’’に変更して、太陽熱循環回路３０による運転とヒートポンプ１０による沸き上げ運転を行う。
【００６９】
次いで、制御装置５０は、ステップＳ１５において、下側貯湯部２の温度Ｔｈｐが中間沸上げ温度の補正値Ｔｈｐ，ｍ’以上であるか否かを判断する。ＴｈｐがＴｈｐ，ｍ’以上である場合、即ち、ステップＳ１５でＹｅｓの場合には、図１１のステップＳ１６に進む。一方、ＴｈｐがＴｈｐ，ｍ’より小さい場合、即ち、ステップＳ１５でＮｏの場合には、ステップＳ１４の手前に戻り、下側貯湯部２の温度Ｔｈｐが中間沸上げ温度の補正値Ｔｈｐ，ｍ’に到達するまでヒートポンプ１０による沸き上げ運転を継続する。
【００７０】
図１１に示すステップＳ１６では、制御装置５０は、Ｑｍ＝Ｑｓｕｎ＋Ｑｈｐ、ΔＱｔ＝Ｑｔ−Ｑｍをそれぞれ演算して、残りの加熱量を求める。次いで、ステップＳ１７に進み、制御装置５０は、太陽熱集熱器３１の温度Ｔｓｕｎが沸上げ温度Ｔｅ以上であるか否かを判断する。太陽熱集熱器３１の温度Ｔｓｕｎが沸上げ温度Ｔｅ以上である場合、即ち、ステップＳ１７でＹｅｓの場合には、制御装置５０は、ステップＳ１８に進んで、太陽熱循環回路３０を運転する。次いで、制御装置５０は、ステップＳ１９において、貯湯タンクＴＮＫの温度Ｔｔが沸上げ温度Ｔｅ以上であるか否かを判断する。貯湯タンクＴＮＫの温度Ｔｔが沸上げ温度Ｔｅ以上である場合、即ち、ステップＳ１９でＹｅｓの場合には、制御装置５０は、ステップＳ２０に進んで、太陽熱循環回路３０の運転を終了する。
【００７１】
一方、貯湯タンクＴＮＫの温度Ｔｔが沸上げ温度Ｔｅに到達していない場合、即ち、ステップＳ１９でＮｏの場合には、ステップＳ１７の手前まで戻り、制御装置５０は、貯湯タンクＴＮＫの温度Ｔｔが目標温度である沸上げ温度Ｔｅに到達するまで太陽熱循環回路３０の運転を行う。なお、貯湯タンクＴＮＫの温度Ｔｔ＝ｆ（Ｔｓｕｎ１，Ｔｓｕｎ２，Ｔｓｕｎ３，Ｔｈｐ１，Ｔｈｐ２，Ｔｈｐ３）で求められる値である。
【００７２】
これに対して、太陽熱集熱器３１の温度Ｔｓｕｎが沸上げ温度Ｔｅよりも低い場合、即ち、ステップＳ１７でＮｏの場合には、ステップＳ２１に進み、制御装置５０は、ｄＱｓｕｎ’’’＝Ｇｓｕｎｘ（Ｔｓｕｎｏ’’−Ｔｓｕｎｉ’’）、Δｔｎｅ＝ｔｎ−ｔｅ、Ｑｔ’＝Ｑｔ−Ｖｔｘ（Ｔｔ−Ｔｓ）−ｄＱｓｕｎ’’ｘΔｔｎｅ、ｄＱｈｐ５＝Ｑｔ’／Δｔｎｅをそれぞれ演算することにより、残りのヒートポンプ１０の加熱量を求める。
【００７３】
次いで、ステップＳ２２に進み、制御装置５０は、太陽熱循環回路３０を運転する。次いで、ステップＳ２３にて、制御装置５０は、ヒートポンプ１０による沸き上げ運転を行う。次いで、ステップＳ２４に進み、制御装置５０は、貯湯タンクＴＮＫの温度Ｔｔが目標温度である沸上げ温度Ｔｅ以上であるか否かを判断する。貯湯タンクＴＮＫの温度Ｔｔが沸上げ温度Ｔｅ以上である場合、即ち、ステップＳ２４でＹｅｓの場合には、制御装置５０は、ステップＳ２５にて太陽熱循環回路３０の運転を停止し、ステップＳ２６にてヒートポンプ１０の運転を停止する。一方、貯湯タンクＴＮＫの温度Ｔｔが沸上げ温度Ｔｅに到達していない場合、即ち、ステップＳ２４でＮｏの場合には、ステップＳ１７の手前まで戻り、制御装置５０は、貯湯タンクＴＮＫの温度Ｔｔが目標温度である沸上げ温度Ｔｅに到達するまで太陽熱循環回路３０による運転、あるいは、太陽熱循環回路３０とヒートポンプ１０の併用運転を行う。
【００７４】
また、図１２のステップＳ２７に進んだ場合には、制御装置５０は、ヒートポンプ１０による給湯運転に移行するために、太陽熱循環回路３０の運転を停止する。次いで、ステップＳ２８に進み、制御装置５０は、貯湯タンクＴＮＫに設けられたバイパス用の二方弁４を開ける。さらに、制御装置５０は、貯湯タンクＴＮＫの容量をＶｔに変更し、目標温度を沸上げ温度Ｔｅに変更し、沸き上げ終了時刻をｔｍからｔｅに変更する。そして、制御装置５０は、Δｔｎｅ＝ｔｅ−ｔｎ、Ｑｈｐ’’’＝Ｑｔ−Ｑｓｕｎ’、ｄＱｈｐ’’’＝Ｑｈｐ’’／Δｔｎｅをそれぞれ演算して、全加熱量Ｑｔと現在までの加熱量との差より、今後、ヒートポンプ１０で加熱する加熱量を求める。
【００７５】
次いで、ステップＳ２９に進み、制御装置５０は、ヒートポンプ１０による沸き上げ運転を開始する。次いで、ステップＳ３０に進み、制御装置５０は、太陽熱集熱器３１の温度Ｔｓｕｎが沸上げ温度Ｔｅ以下であるか否かを判断する。太陽熱集熱器３１の温度Ｔｓｕｎが沸上げ温度Ｔｅ以下である場合、即ち、ステップＳ３０でＹｅｓの場合には、ステップＳ３１に進み、制御装置５０は、貯湯タンクＴＮＫの温度Ｔｔが沸上げ温度Ｔｅ以上であるか否かを判断する。貯湯タンクＴＮＫの温度Ｔｔが沸上げ温度Ｔｅ以上である場合、即ち、ステップＳ３１でＹｅｓの場合には、制御装置５０は、ステップＳ３２に進んで、ヒートポンプ１０による沸き上げ運転を終了する。一方、貯湯タンクＴＮＫの温度Ｔｔが沸上げ温度Ｔｅに到達していない場合、即ち、ステップＳ３１でＮｏの場合には、ステップＳ２９の手前まで戻り、制御装置５０は、貯湯タンクＴＮＫの温度Ｔｔが目標温度である沸上げ温度Ｔｅに到達するまでヒートポンプ１０の運転を行う。なお、貯湯タンクＴＮＫの温度Ｔｔ＝ｆ（Ｔｓｕｎ１，Ｔｓｕｎ２，Ｔｓｕｎ３，Ｔｈｐ１，Ｔｈｐ２，Ｔｈｐ３）で求められる値である。
【００７６】
これに対して、太陽熱集熱器３１の温度Ｔｓｕｎが沸上げ温度Ｔｅよりも高い場合、即ち、ステップＳ３０でＮｏの場合には、ステップＳ３３に進み、制御装置５０は、ｄＱｓｕｎ’’＝Ｇｓｕｎｘ（Ｔｓｕｎｏ’−Ｔｓｕｎｉ’）、Δｔｎｅ＝ｔｎ−ｔｅ、Ｑｔ’＝Ｑｔ−Ｖｔｘ（Ｔｔ−Ｔｓ）−ｄＱｓｕｎ’’ｘΔｔｎｅ、ｄＱｈｐ４＝Ｑｔ’／Δｔｎｅをそれぞれ演算することにより、再度、太陽熱集熱器３１の加熱量を算出して、残りのヒートポンプ１０の加熱量を求める。
【００７７】
次いで、ステップＳ３４に進み、制御装置５０は、太陽熱循環回路３０を運転する。次いで、ステップＳ３５にて、制御装置５０は、ヒートポンプ１０を運転する。次いで、ステップＳ３６に進み、制御装置５０は、貯湯タンクＴＮＫの温度Ｔｔが目標温度である沸上げ温度Ｔｅ以上であるか否かを判断する。貯湯タンクＴＮＫの温度Ｔｔが沸上げ温度Ｔｅ以上である場合、即ち、ステップＳ３６でＹｅｓの場合には、制御装置５０は、ステップＳ３７にて太陽熱循環回路３０の運転を停止し、ステップＳ３８にてヒートポンプ１０の運転を停止する。一方、貯湯タンクＴＮＫの温度Ｔｔが沸上げ温度Ｔｅに到達していない場合、即ち、ステップＳ３６でＮｏの場合には、ステップＳ２９の手前まで戻り、制御装置５０は、貯湯タンクＴＮＫの温度Ｔｔが目標温度である沸上げ温度Ｔｅに到達するまでヒートポンプ１０による沸き上げ運転を行う。
【００７８】
以上、説明したように、運転パターン７では、ヒートポンプ１０で下側貯湯部２の温度を中間温度までしか昇温しないような制御となっているため、ヒートポンプ１０で目標温度まで下側貯湯部２内の水を昇温する場合に比べて、サイクル効率が向上する。この点について図１３を用いて詳しく説明すると、前述したように、実線で示されたサイクル線図は、運転条件として、給水温度１５℃、給湯温度６５℃、蒸発温度１０℃を想定して描いたものであるが、この運転条件のうち、給湯温度を４５℃に下げると、その分圧縮仕事が少なくなる（吐出圧力を下げることができる）ので、サイクル線図は、一点鎖線で示すものとなる。この一点鎖線のサイクル線図と、実線のサイクル線図を比較すると明らかなように、一点鎖線のものは、実線のものに比べてサイクル効率が向上していることが分かる。このように、運転パターン７による運転を行った場合には、ヒートポンプのみでお湯を沸かすタイプの給湯機に比べて、サイクル効率が約１０％程度向上する。
【００７９】
しかも、運転パターン７の制御では、上側貯湯部１の温度が中間温度に到達する時間と、下側貯湯部２の温度が中間温度に到達する時間を合せるように制御することで、中間温度までは太陽熱循環回路３０とヒートポンプ１０とによりそれぞれ効率良く運転を行い、それぞれの貯湯部１、２の水温が中間温度になった頃に、太陽熱循環回路３０のみによる運転に切替えて効率良く運転を行うことができる。しかも、それぞれの貯湯部１、２の温度が中間温度に到達する時刻が合致するように制御されているから、太陽熱循環回路３０のみによる運転に切替えて後に、熱エネルギの損失が生じるようなことはない。
【００８０】
この点について、図１４および図１５を用いて説明を補足する。図１４は、運転パターン７の制御を行った場合における、時間と貯湯タンクＴＮＫ内の温度の変化を示しており、図１５は、特許文献１に制御を用いて本実施の形態例に係る給湯機を運転した場合における、時間と貯湯タンクＴＮＫ内の温度の変化を示している。
【００８１】
特許文献１の制御を採用した場合、深夜にヒートポンプ１０を運転し、早朝から太陽熱循環回路３０に切替えてお湯を沸かすため、図１５に示すように、４時からヒートポンプ１０の運転を開始し、６時にはすでに貯湯タンクＴＮＫ内の水は４５℃（中間温度）に到達する。そして、６時から太陽熱循環回路３０を運転して６５℃（目標温度）まで沸き上げるようにしたいところであるが、太陽熱集熱器３１に十分な太陽熱が蓄えられていないため、７時頃まで貯湯タンクＴＮＫ内の温度が上がらない。即ち、熱集の不連続時間が生じることになる。この熱集の不連続時間では、むしろ、貯湯タンクＴＮＫ内の温度は少し下がってしまう場合もある。つまり、熱エネルギのロスが生じてしまう。そして、ようやく太陽熱循環回路３０による加熱が可能となり、１２時になって６５℃のお湯が沸き上がる。このように、特許文献１の制御を採用すると、運転の切替えに際して、熱エネルギのロスが生じたり、温度が上がらない時間帯が生じたりして、運転効率が決して良いとは言えない。
【００８２】
これに対して、運転パターン７のような制御を行うと、図１４に示すように、太陽熱循環回路３０を６時から運転して上側貯湯部１内の水を先に加熱し始め、１０時からヒートポンプ１０を運転して下側貯湯部２内の水を加熱する。そして、ちょうど１２時に、上側貯湯部１と下側貯湯部２の水温が共に中間温度４５℃に到達するので、１２時になるとヒートポンプ１０を停止して、それ以降は、太陽熱循環回路３０のみにより貯湯タンクＴＮＫ内の水を全て目標温度６５℃まで加熱する。このように制御すれば、図１５に示すような「熱集の不連続時間」が生じることがなくなるので、効率の良い給湯機の運転が行えるうえ、熱エネルギのロスもなく、目標温度までお湯を沸き上げる時間も短縮されることとなる。
【００８３】
なお、上記した実施の形態例では、１つの貯湯タンクＴＮＫを上下２つに仕切る構成を例に挙げて説明したが、この構成に代えて、上側貯湯部と下側貯湯部とをそれぞれ別個のタンクとして製作し、下側貯湯タンクの上に上側貯湯タンクを配置する構成とすることもできる。また、設置スペースの観点から、上側貯湯タンクと下側貯湯タンクとを上下あるいは左右に間隔を空けて配置しても良い。
【符号の説明】
【００８４】
１…上側貯湯部（第１貯湯部）、２…下側貯湯部（第２貯湯部）、３…連通配管（接続回路）、４…二方弁（開閉手段）、５…仕切板、１０…ヒートポンプ、１１…圧縮機、１２…凝縮器、１３…蒸発器、１４…ファン、１５…膨張弁、２０…水循環回路、２１…循環ポンプ、２２…モータ、２３ａ…三方弁（第１流路切替弁）、２３ｂ…三方弁（第２流路切替弁）、２４ａ〜ｄ…水配管、２４ｅ…水配管（バイパス配管）、２４ｆ…水配管（分岐配管）、３０…太陽熱循環回路、３１…太陽熱集熱器、３２…太陽熱用循環ポンプ、３３…熱交換器、３４ａ〜ｂ…太陽熱用配管、４０…出湯経路、４１ａ〜ｂ…三方弁、４２…第１給湯出口、４３…給水入口、４４…給湯口、４５…給水口、４６ａ〜ｄ…出湯用配管、４７…第２給湯出口、５０…制御装置、ＴＮＫ…貯湯タンク、Ｔｓｕｎ１，Ｔｓｕｎ２，Ｔｓｕｎ３…温度センサ（第１温度検知手段）、Ｔｈｐ１，Ｔｈｐ２，Ｔｈｐ３…温度センサ（第２温度検知手段）、Ｔｓｕｎｉ，Ｔｓｕｎｏ…温度センサ
【図１】
2012086033.tif 000003
【図２】
2012086033.tif 000004
【図３】
2012086033.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2012086033.tif 000010
【図９】
2012086033.tif 000011
【図１０】
2012086033.tif 000012
【図１１】
2012086033.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【手続補正書】
【提出日】平成26年3月11日(2014.3.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
上記目的を達成するために、本発明に係る給湯機は、１つの貯湯タンクを仕切板により上下に仕切り、上側の空間に形成された第１貯湯部および下側の空間に形成された第２貯湯部と、前記第１貯湯部に接続されて前記第１貯湯部を加熱する太陽熱集熱器と、前記第２貯湯部に接続されたヒートポンプと、を備え、前記第２貯湯部の温度が前記第１貯湯部の温度より低いときは、前記ヒートポンプは前記第２貯湯部を加熱し、前記第２貯湯部の温度が前記第１貯湯部の温度より高いときは、前記ヒートポンプは前記第１貯湯部及び前記第２貯湯部を加熱し、前記貯湯タンクへ水を供給するための給水入口を前記第２貯湯部に設け、前記貯湯タンク内に貯留されたお湯を取り出すための第１給湯出口を第１貯湯部に設けたことを特徴としている。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
また、本発明によれば、水の流れを効率良くすることができる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
また、本発明によれば、第１貯湯部と第２貯湯部とを１つの貯湯タンク内に設けることができるので、給湯機を小型化することができる。しかも、給水入口を第２貯湯部に設けることにより、低温の水道水を第２貯湯部に直接供給することができるため、第２貯湯部に低温の水を貯留することができる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２８】
本発明によれば、ヒートポンプのサイクル効率の低下を防止することができる。しかも、本発明は、多様な運転に対応できるよう制御されているため、ヒートポンプと太陽熱集熱器とを効率良く運転できる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つの貯湯タンクを仕切板により上下に仕切り、上側の空間に形成された第１貯湯部および下側の空間に形成された第２貯湯部と、前記第１貯湯部に接続されて前記第１貯湯部を加熱する太陽熱集熱器と、前記第２貯湯部に接続されたヒートポンプと、を備え、
前記第２貯湯部の温度が前記第１貯湯部の温度より低いときは、前記ヒートポンプは前記第２貯湯部を加熱し、
前記第２貯湯部の温度が前記第１貯湯部の温度より高いときは、前記ヒートポンプは前記第１貯湯部及び前記第２貯湯部を加熱し、
前記貯湯タンクへ水を供給するための給水入口を前記第２貯湯部に設け、
前記貯湯タンク内に貯留されたお湯を取り出すための第１給湯出口を第１貯湯部に設けた
ことを特徴とする給湯機。
【請求項２】
請求項１の記載において、
前記第１貯湯部と前記第２貯湯部とを繋ぐ接続回路と、この接続回路を開閉する開閉手段と、前記第２貯湯部にある水が循環する水循環回路と、を備え、
前記ヒートポンプは、圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器を順次接続して環状に形成された冷媒回路を有して成り、
前記水循環回路を前記凝縮器に接続することにより、前記水循環回路を流れる水と前記凝縮器を流れる冷媒との間で熱交換を行うようにした
ことを特徴とする給湯機。
【請求項３】
請求項２の記載において、
前記水循環回路には、前記凝縮器から流れ出た水を前記第１貯湯部へ導くための分岐配管と、前記凝縮器から流れ出た水を、前記第２貯湯部に戻す第１流路および前記分岐配管に流す第２流路のいずれかに切替える第１流路切替弁とが設けられている
ことを特徴とする給湯機。
【請求項４】
請求項３の記載において、
前記水循環回路には、前記凝縮器をバイパスして前記第１流路切替弁の上流側へと水を導くためのバイパス配管と、水の流路を、前記凝縮器を経由する第３流路および前記バイパス配管を経由する第４流路のいずれかに切替える第２流路切替弁とが設けられている
ことを特徴とする給湯機。
【請求項５】
請求項３の記載において、
前記第１貯湯部の温度を検知する第１温度検知手段と、前記第２貯湯部の温度を検知する第２温度検知手段と、運転の制御を行う制御装置とを備え、
前記制御装置は、
前記第１温度検知手段から入力された温度が前記第２温度検知手段から入力された温度よりも高い場合には、前記開閉手段により前記接続回路を閉じ、前記第１流路切替弁により水の流路を前記第１流路に切替えて、前記第２貯湯部にある水をヒートポンプにより加熱する運転を行い、
前記第１温度検知手段から入力された温度が前記第２温度検知手段から入力された温度よりも低い場合には、前記開閉手段により前記接続回路を開け、前記第１流路切替弁により水の流れを前記第２流路に切替えて、前記第１貯湯部および前記第２貯湯部にある水をヒートポンプにより加熱する運転を行うよう制御する
ことを特徴とする給湯機。
【請求項６】
請求項３の記載において、
前記開閉手段により前記接続回路を開け、前記第１流路切替弁により水の流れを前記第２流路に切替えて、前記第１貯湯部および前記第２貯湯部にある水をヒートポンプにより加熱する通常湯沸かし運転モードと、
前記開閉手段により前記接続回路を閉じ、前記第１流路切替弁により水の流路を前記第１流路に切替えると共に、前記通常湯沸かし運転モードよりも前記圧縮機の回転数を高速で運転して、前記第２貯湯部にある水を前記ヒートポンプにより加熱する高速湯沸かし運転モードとによる運転の制御が可能な制御装置を備え、
前記第２貯湯部に、前記高速湯沸かし運転モードで沸き上がったお湯を取り出すための第２給湯出口を設けた
ことを特徴とする給湯機。
【請求項７】
請求項４の記載において、
前記開閉手段により前記接続回路を開け、前記第１流路切替弁により水の流れを前記第２流路に切替えると共に、前記第２流路切替弁により水の流れを前記第４流路に切替えて、前記第１貯湯部および前記第２貯湯部にある水を前記太陽熱集熱器により加熱する太陽熱単独運転モードによる運転の制御が可能な制御装置を備えた
ことを特徴とする給湯機。
【請求項８】
請求項４の記載において、
前記第１貯湯部の温度を検知する第１温度検知手段と、前記第２貯湯部の温度を検知する第２温度検知手段と、運転の制御を行う制御装置とを備え、
前記制御装置は、
前記開閉手段により前記接続回路を閉じ、前記第１流路切替弁により水の流路を前記第１流路に切替えると共に、前記第２流路切替弁により水の流路を前記第３流路に切替えて、
前記第１温度検知手段から入力された現在の前記第１貯湯部の温度に基づいて、目標温度より低い中間温度まで前記第１貯湯部にある水を加熱するのに必要な第１時間を算出すると共に、前記第１貯湯部にある水を前記太陽熱集熱器により加熱する運転を行い、
前記第２温度検知手段から入力された現在の前記第２貯湯部の温度に基づいて、前記中間温度まで前記第２貯湯部にある水を加熱するのに必要な第２時間を算出すると共に、前記第２時間と第１時間の差の分だけ遅れて前記ヒートポンプにより前記第２貯湯部にある水を加熱する運転を開始するようにし、
前記第１貯湯部および前記第２貯湯部の温度が共に前記中間温度に到達する予定時刻になったときに、前記ヒートポンプの運転を停止し、前記開閉手段により前記接続回路を開け、前記第１流路切替弁により水の流れを前記第２流路に切替えると共に、前記第２流路切替弁により水の流れを前記第４流路に切替えて、
前記第１貯湯部および前記第２貯湯部にある水が前記目標温度に到達するまで前記太陽熱集熱器で加熱する運転を行うよう制御する
ことを特徴とする給湯機。
【国際調査報告】
2012086033.tif 000019
2012086033.tif 000020