(57)【要約】      （修正有）【課題】使用者が給湯装置を使用するにあたり掛かるコストを抑えることができる給湯装置を提供する。【解決手段】凝縮器に流入する湯水を冷媒の熱によって加熱するヒートポンプユニットと、ヒートポンプユニットにより加熱された湯水を貯留する貯湯ユニットと、ヒートポンプユニット及び貯湯ユニットを制御する制御装置を備える。貯湯ユニットは、沸き上げ回路を備える。ヒートポンプユニットは、蒸発器温度センサを備え、制御装置は、蒸発器の着霜を予測する着霜予測手段及び蒸発器の着霜を検知する着霜検知手段の少なくとも一方を備え、着霜予測手段又は着霜検知手段からの信号に基づき、ヒートポンプユニットの運転状態を通常沸き上げ運転又は低能力沸き上げ運転の何れか一方に切り替え、低能力沸き上げ運転のときには圧縮機の運転周波数を通常沸き上げ運転のときよりも低くし、蒸発器温度センサにより検知される温度を蒸発器が着霜しない温度に制御する。【選択図】図１
2020133977.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機、凝縮器、膨張弁、及び蒸発器が順次接続されることによって冷媒が流れる冷媒回路が形成され、前記蒸発器に流入する前記冷媒と外気とを熱交換し、前記凝縮器に流入する湯水を前記冷媒の熱によって加熱する、ヒートポンプユニットと、
前記ヒートポンプユニットにより加熱された湯水を貯留する貯湯ユニットと、
前記ヒートポンプユニット及び前記貯湯ユニットを制御する制御装置と、
を備え、
前記貯湯ユニットは、
湯水を貯留する貯湯タンクと、
前記貯湯タンクの最下部から流出する湯水を前記凝縮器に入水させ、前記凝縮器から出湯される湯水を前記貯湯タンクの上部に流入させる沸き上げ回路と、を備え、
前記ヒートポンプユニットは、
前記蒸発器の温度を検知する蒸発器温度センサを備え、
前記制御装置は、
前記蒸発器の着霜を予測する着霜予測手段及び前記蒸発器の着霜を検知する着霜検知手段の少なくとも一方を備え、
前記着霜予測手段又は前記着霜検知手段からの信号に基づき、前記ヒートポンプユニットの沸き上げ運転を通常沸き上げ運転又は低能力沸き上げ運転の何れか一方に切り替え、
前記低能力沸き上げ運転のときには前記圧縮機の運転周波数を前記通常沸き上げ運転のときよりも低くし、前記蒸発器温度センサにより検知される温度を前記蒸発器が着霜しない温度となるように制御する、給湯装置。
【請求項２】
前記制御装置は、
前記貯湯ユニットに貯留する湯水の目標蓄熱量Ｑｍを算出し、
外気の温度から前記蒸発器の着霜予測時間帯を取得し、前記ヒートポンプユニットを前記低能力沸き上げ運転する時間Ｘを決定し、
前記時間Ｘ以外を前記通常沸き上げ運転としたときに前記目標蓄熱量Ｑｍに達する時間Ｙを決定し、
前記時間Ｙと前記貯湯ユニットが前記目標蓄熱量Ｑｍに達する目標時刻とから、前記ヒートポンプユニット及び前記貯湯ユニットの沸き上げ運転開始時刻を決定する、請求項１に記載の給湯装置。
【請求項３】
前記ヒートポンプユニット及び前記貯湯ユニットの運転を操作するリモートコントローラを更に備え、
前記リモートコントローラは、
前記時間Ｘが０よりも大きい場合に、前記ヒートポンプユニットを前記低能力沸き上げ運転する予定があることを表示する、請求項２に記載の給湯装置。
【請求項４】
前記時間Ｘが０よりも大きい場合に、前記リモートコントローラから前記低能力沸き上げ運転を実施するか否かを設定できる、請求項３に記載の給湯装置。
【請求項５】
前記着霜予測時間帯は、
ＨＥＭＳ９０から取得した予想外気温度から決定する、請求項２〜４の何れか１項に記載の給湯装置。
【請求項６】
前記ヒートポンプユニットは、
前記蒸発器に送り込まれる外気の温度を検知する吸入温度センサを更に備え、
前記制御装置は、
前記吸入温度センサが検知する温度が水の凝固点より高い場合には、
前記低能力沸き上げ運転の時の前記ヒートポンプユニットの加熱能力φｌｏｗで残りの沸き上げ時間の間に前記ヒートポンプユニットを運転したときに前記貯湯ユニットに貯留される湯水の予測蓄熱量Ｑｌｏｗを算出し、
前記貯湯ユニットに貯留する湯水の前記目標蓄熱量Ｑｍと、現時点の前記貯湯ユニットに貯留されている湯水の積算蓄熱量Ｑｎとの差分Δを算出し、
前記予測蓄熱量Ｑｌｏｗが前記差分Δ以上であるときに、前記ヒートポンプユニットの運転状態を前記低能力沸き上げ運転とし、
前記低能力沸き上げ運転時の前記予測蓄熱量Ｑｌｏｗが前記差分Δより低いときに、前記ヒートポンプユニットの運転状態を前記通常沸き上げ運転とする、請求項１〜５の何れか１項に記載の給湯装置。
【請求項７】
前記着霜予測手段は、
前記蒸発器温度センサが検出した温度が水の凝固点以下である場合に前記蒸発器が着霜し得る状態にあると判定し、
前記制御装置は、
前記ヒートポンプユニットを前記低能力沸き上げ運転とする、請求項１〜６の何れか１項に記載の給湯装置。
【請求項８】
前記ヒートポンプユニットは、
前記蒸発器が吸入する外気の露点温度検出手段を更に備え、
前記着霜予測手段は、
前記蒸発器温度センサが検出した温度が水の凝固点以下であり、かつ前記露点温度検出手段により得られた露点温度以下である場合に、前記蒸発器が着霜し得る状態にあると判定し、
前記制御装置は、
前記ヒートポンプユニットを前記低能力沸き上げ運転とする、請求項１〜６の何れか１項に記載の給湯装置。
【請求項９】
前記着霜予測手段は、
ＨＥＭＳ９０から取得した現時刻の前記外気の相対湿度から前記外気の前記露点温度を算出する、請求項８に記載の給湯装置。
【請求項１０】
前記ヒートポンプユニットは、
前記圧縮機から吐出される前記冷媒の温度を測定する圧縮機吐出温度センサを更に備え、
前記着霜検知手段は、
前記圧縮機吐出温度センサが検出した温度が低下したときに前記蒸発器が着霜したものと判定し、
前記制御装置は、
前記ヒートポンプユニットを前記低能力沸き上げ運転とする、請求項１〜９の何れか１項に記載の給湯装置。
【請求項１１】
前記ヒートポンプユニットは、
前記圧縮機に吸入される前記冷媒の温度を測定する圧縮機吸入温度センサを更に備え、
前記着霜検知手段は、
前記圧縮機吸入温度センサが検出した温度と前記蒸発器温度センサが検出した温度との差が小さくなったときに前記蒸発器が着霜したものと判定し、
前記制御装置は、
前記ヒートポンプユニットを前記低能力沸き上げ運転とする、請求項１〜９の何れか１項に記載の給湯装置。
【請求項１２】
前記ヒートポンプユニットは、
前記蒸発器に送られる前記外気の温度を測定する吸入温度センサと、
前記蒸発器から吹き出される空気の温度を測定する吹き出し空気温度センサと、を更に備え、
前記着霜検知手段は、
前記吸入温度センサが検出した温度と前記吹き出し空気温度センサが検出した温度との差が小さくなったときに前記蒸発器が着霜したものと判定し、
前記制御装置は、
前記ヒートポンプユニットを前記低能力沸き上げ運転とする、請求項１〜９の何れか１項に記載の給湯装置。
【請求項１３】
前記ヒートポンプユニットは、
前記圧縮機のトルクを検出する圧縮機トルク検出手段を更に備え、
前記着霜検知手段は、
前記圧縮機トルク検出手段が検出した前記トルクが低下したときに前記蒸発器が着霜したものと判定し、
前記制御装置は、
前記ヒートポンプユニットを前記低能力沸き上げ運転とする、請求項１〜９の何れか１項に記載の給湯装置。
【請求項１４】
前記ヒートポンプユニットは、
前記圧縮機の回転周波数を検出する圧縮機周波数検出手段を備え、
前記着霜検知手段は、
前記圧縮機周波数検出手段が検出した前記回転周波数が低下したときに前記蒸発器が着霜したものと判定し、
前記制御装置は、
前記ヒートポンプユニットを前記低能力沸き上げ運転とする、請求項１〜９の何れか１項に記載の給湯装置。
【請求項１５】
前記貯湯ユニットは、
前記沸き上げ回路に設置された送水ポンプの回転周波数を検出するポンプ周波数検出手段を更に備え、
前記着霜検知手段は、
前記ポンプ周波数検出手段が検出した前記回転周波数が低下したときに前記蒸発器が着霜したものと判定し、
前記制御装置は、
前記ヒートポンプユニットを前記低能力沸き上げ運転とする、請求項１〜９の何れか１項に記載の給湯装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒートポンプを用いて加熱された湯水を貯湯タンクに貯留し、貯留された湯水を利用して給湯を行う給湯装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、冷凍サイクルを利用して水を加熱し、加熱された水を用いて給湯あるいは浴槽の湯張り等を行う給湯装置が知られている。例えば、特許文献１には、ヒートポンプユニットに設けられた凝縮器を用いて、ヒートポンプユニットを流れる冷媒と貯湯タンク内の水との間で熱交換を行うことによって水を加熱し、加熱された水を貯湯タンクに貯留する給湯装置が開示されている。
【０００３】
このような給湯装置は、低外気温時にヒートポンプユニットの蒸発器に着霜が生じる場合がある。蒸発器に着霜が生じると熱交換能力が低下するため、給湯装置は、蒸発器の着霜状態を検出し、所定の状態になると強制的に貯湯タンクに沸き上げる能力を下げる制御を行っている。給湯装置は、沸き上げる能力を下げることにより蒸発器の温度の低下が抑制されるため、蒸発器の着霜の進行を抑えながら貯湯運転を継続することができ、湯切れを防止することが出来る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−４６７３８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、特許文献１に記載の給湯装置は、外気温が第１温度に達すると着霜状態であるとして沸き上げる能力を下げたまま貯湯運転を継続する。そのため、例えば電気料金が安価である深夜電力時間帯に沸き上げを行ったときに、給湯装置は、深夜電力時間帯の間に十分な貯湯が行えないという課題があった。また、給湯装置は、外気温が更に低下したときには除霜運転を優先して行い、その後に高能力で運転する。しかし、外気温が低下した時点で除霜運転を行い、その後に高能力運転を行うため、深夜電力時間帯の間に十分な貯湯が行えない場合があり得る。さらには、外気温が低下している状態においては、給湯装置は、除霜運転を行う頻度が多くなり、消費電力が多くなってしまうという課題があった。
【０００６】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、例えば深夜電力時間帯などの所定の時間内に沸き上げ運転を完了でき、除霜運転の頻度を抑えることにより、使用者が給湯装置を使用するにあたり掛かるコストを抑えることができる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】
【０００７】
本発明の給湯装置は、圧縮機、凝縮器、膨張弁、及び蒸発器が順次接続されることによって冷媒が流れる冷媒回路が形成され、前記蒸発器に流入する前記冷媒と外気とを熱交換し、前記凝縮器に流入する湯水を前記冷媒の熱によって加熱する、ヒートポンプユニットと、前記ヒートポンプユニットにより加熱された湯水を貯留する貯湯ユニットと、前記ヒートポンプユニット及び前記貯湯ユニットを制御する制御装置と、を備え、前記貯湯ユニットは、湯水を貯留する貯湯タンクと、前記貯湯タンクの最下部から流出する湯水を前記凝縮器に入水させ、前記凝縮器から出湯される湯水を前記貯湯タンクの上部に流入させる沸き上げ回路と、を備え、前記ヒートポンプユニットは、前記蒸発器の温度を検知する蒸発器温度センサを備え、前記制御装置は、前記蒸発器の着霜を予測する着霜予測手段及び前記蒸発器の着霜を検知する着霜検知手段の少なくとも一方を備え、前記着霜予測手段又は前記着霜検知手段からの信号に基づき、前記ヒートポンプユニットの沸き上げ運転を通常沸き上げ運転又は低能力沸き上げ運転の何れか一方に切り替え、前記低能力沸き上げ運転のときには前記圧縮機の運転周波数を前記通常沸き上げ運転のときよりも低くし、前記蒸発器温度センサにより検知される温度を前記蒸発器が着霜しない温度となるように制御するものである。
【発明の効果】
【０００８】
以上のように、本発明によれば、沸き上げ運転において、着霜予測手段又は着霜検知手段からの信号に応じ通常沸き上げ運転又は低能力沸き上げ運転を切り替えて運転するため、着霜を抑えつつ沸き上げ運転をするため、除霜運転の頻度を減らし、所定の時間内に沸き上げを完了することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態１に係る給湯装置１の構成の一例を示す概略図である。
【図２】図１の制御装置の構成の一例を示す機能ブロック図である。
【図３】沸き上げ序盤における貯湯タンク内の温度分布の一例を示す概略図である。
【図４】沸き上げ終盤における貯湯タンク内の温度分布の一例を示す概略図である。
【図５】図１の給湯装置による沸き上げ運転について説明するための概略図である。
【図６】給湯装置１のヒートポンプユニットの通常沸き上げ運転時及び蒸発器が着霜した時の冷凍サイクルのモリエル線図である。
【図７】実施の形態１に係る給湯装置１が着霜予測手段により通常沸き上げ運転から低能力沸き上げ運転に切り替える場合の制御フローである。
【図８】実施の形態１に係る給湯装置１が着霜検知手段により通常沸き上げ運転から低能力沸き上げ運転に切り替える場合の制御フローである。
【図９】実施の形態１に係る給湯装置１が低能力沸き上げ運転から通常沸き上げ運転に切り替える場合の制御フローである。
【図１０】実施の形態１に係る給湯装置１の低能力沸き上げ運転実施判定のフローである。
【図１１】時刻による外気の温度の変化の一例を示す図である。
【図１２】実施の形態１に係る給湯装置１の沸き上げ時間と蓄熱量との相関関係を示す図である。
【図１３】実施の形態１に係る給湯装置１の沸き上げ運転開始時間を決定するフローである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態１．
以下、本発明の実施の形態１に係る給湯装置について説明する。実施の形態１に係る給湯装置は、時間帯別契約電力の電力単価が安価な深夜電力時間帯にヒートポンプを用いて湯水を沸き上げて貯湯し、貯湯された湯水を給湯に用いるものである。
【００１１】
［給湯装置１の構成］
図１は、実施の形態１に係る給湯装置１の構成の一例を示す概略図である。図１に示すように、給湯装置１は、ヒートポンプユニット１０、貯湯ユニット２０、浴槽ユニット３０、制御装置４０及びリモートコントローラ（以下、「リモコン」と称する）５０で構成されている。ヒートポンプユニット１０及び貯湯ユニット２０は、沸き上げ回路用の出湯配管２及び入水配管３で接続されている。
【００１２】
（ヒートポンプユニット１０）
ヒートポンプユニット１０は、貯湯ユニット２０から供給される湯水を加熱する加熱手段であり、例えば９℃程度の低温水を、電熱ヒータを用いることなく９０℃程度の高温に沸き上げる。ヒートポンプユニット１０は、圧縮機１１、凝縮器１２、膨張弁１３、及び蒸発器１４を備えている。そして、圧縮機１１、凝縮器１２、膨張弁１３、及び蒸発器１４が冷媒配管で順次接続されることにより、冷媒回路が形成される。冷媒回路を流れる冷媒として、例えば、Ｒ３２、フルオロカーボン及び二酸化炭素等の冷媒が用いられる。
【００１３】
圧縮機１１は、低温低圧の冷媒を吸入し、吸入した冷媒を圧縮し、高温高圧の冷媒を吐出する。圧縮機１１は、例えば、運転周波数を変化させることにより、単位時間あたりの送出量である容量が制御されるインバータ圧縮機からなる。圧縮機１１の運転周波数は、制御装置４０によって制御される。凝縮器１２は、冷媒側流路に接続された冷媒回路を流れる冷媒と、水側流路に接続された沸き上げ回路を流れる湯水との間で熱交換を行い、冷媒の熱を水に放熱して冷媒を凝縮させる。
【００１４】
膨張弁１３は、凝縮器１２から流出した冷媒を膨張させる。膨張弁１３は、例えば、電子式膨張弁等の開度の制御が可能な弁で構成される。膨張弁１３の開度は、制御装置４０によって制御される。蒸発器１４は、送風機８０等によって供給される外気と冷媒との間で熱交換を行う。蒸発器１４は、冷媒を蒸発させ、その際の気化熱により室外空気を冷却する。
【００１５】
ヒートポンプユニット１０は、入水温度センサ６１及び出湯温度センサ６２を備えている。入水温度センサ６１は、例えばサーミスタであり、入水配管３または凝縮器１２における水側流路の入口に取り付けられている。入水温度センサ６１は、凝縮器１２の水側流路に流入する水の温度を検出する。出湯温度センサ６２は、例えばサーミスタであり、出湯配管２または凝縮器１２における水側流路の出口に取り付けられている。出湯温度センサ６２は、凝縮器１２の水側流路から流出する水の温度を検出する。
【００１６】
ヒートポンプユニット１０は、更に蒸発器温度センサ６６及び吸入温度センサ６７を備えている。蒸発器温度センサ６６は、例えばサーミスタであり、蒸発器１４を構成するフィン又は伝熱管等に取り付けられ、蒸発器１４が着霜し得る温度になっているか否かを検出する。蒸発器温度センサ６６は、蒸発器１４の入口から出口の間の伝熱管、又は伝熱管に付属したフィンなどの部材に設置されており、蒸発器１４の最も温度が低くなりやすい箇所に配置されていると良い。吸入温度センサ６７は、例えばサーミスタであり、ヒートポンプユニット１０内に取り込んだ外気を蒸発器１４に送り込む風路において、蒸発器１４の上流側に設けられている。また、ヒートポンプユニットは、外気を蒸発器１４に送り込むために、送風機８０を備えている。
【００１７】
ヒートポンプユニット１０は、更に圧縮機吐出温度センサ６８及び圧縮機吸入温度センサ６９を備えている。圧縮機吐出温度センサ６８は、例えばサーミスタであり、圧縮機１１の吐出口の近傍に配置され、圧縮機１１から吐出された冷媒の温度を検出する。圧縮機吸入温度センサ６９は、例えばサーミスタであり、圧縮機吐出温度センサ６８は、例えばサーミスタであり、圧縮機１１の吸入口の近傍に配置され、圧縮機１１に吸入される冷媒の温度を検出する。
【００１８】
ヒートポンプユニット１０は、更に吹き出し空気温度センサ７０を備えている。吹き出し空気温度センサ７０は、例えばサーミスタであり、蒸発器１４を通過した空気が吹き出される風路に配置され、蒸発器１４を通過した空気の温度を検出する。なお、ヒートポンプユニット１０は、制御装置４０が行う制御によって、適宜蒸発器温度センサ６６、吸入温度センサ６７、圧縮機吐出温度センサ６８、圧縮機吸入温度センサ６９、及び吹き出し空気温度センサ７０のうち何れかを設けていなくても良い。
【００１９】
（貯湯ユニット２０）
貯湯ユニット２０は、貯湯タンク２１、三方弁２３、送水ポンプ２４、一般給湯混合弁２５、風呂給湯混合弁２６、湯張り開閉弁２７、及び風呂熱交換器２８を備えている。また、貯湯ユニット２０には、浴槽ユニット３０が接続されている。貯湯ユニット２０には、外部から水道水等の水が供給される給水端２０ａと、台所及び洗面所等に湯を供給する給湯端２０ｂとが設けられている。
【００２０】
貯湯タンク２１は、給水端２０ａを介して供給される水及び凝縮器１２で加熱された湯水を貯留する。貯湯タンク２１の下部には、給水口２１ａ及び下部流入出口２１ｂが設けられている。貯湯タンク２１の上部には、上部流入出口２１ｃ及び上部流出口２１ｄが設けられている。
【００２１】
貯湯タンク２１の下部流入出口２１ｂ、三方弁２３、送水ポンプ２４、ヒートポンプユニット１０の凝縮器１２、及び貯湯タンク２１の上部流入出口２１ｃが配管で接続されることにより、沸き上げ回路が形成される。
【００２２】
給水端２０ａ、貯湯タンク２１、一般給湯混合弁２５、及び給湯端２０ｂが配管で接続されることにより、給湯回路が形成される。また、給水端２０ａ、貯湯タンク２１、風呂給湯混合弁２６、湯張り開閉弁２７及び浴槽３１が配管で接続されることにより、湯張り回路が形成される。貯湯タンク２１の上部流入出口２１ｃ、風呂熱交換器２８、三方弁２３、及び貯湯タンク２１の下部流入出口２１ｂが配管で接続されることにより、追焚回路が形成される。
【００２３】
貯湯タンク２１の下部に設けられている給水口２１ａは、給水配管２０ｃ及びタンク給水配管２０ｄを介して給水端２０ａに接続されている。貯湯タンク２１の下部に設けられている下部流入出口２１ｂは、三方弁２３の流入出口２３ａに接続されている。上部流入出口２１ｃは、送湯配管２０ｅ及び出湯配管２を介して凝縮器１２に接続されている。また、上部流入出口２１ｃは、送湯配管２０ｅ及び温水導入配管２０ｇを介して風呂熱交換器２８における１次側流路２８ａの流入側に接続されている。上部流出口２１ｄは、給湯配管２０ｆを介して一般給湯混合弁２５の第１流入口２５ａ及び風呂給湯混合弁２６の第１流入口２６ａに接続されている。
【００２４】
貯湯タンク２１は、上記のようにして各種の流入出口が設けられていることにより、低温の水が下部に供給され、高温の湯が上部に供給される。これによって、貯湯タンク２１の内部には、上部から下部に向かって高温域から低温域となる温度の層が形成される。すなわち、貯湯タンク２１に貯留される湯は、上部から下部に向かうに従って温度が低くなっている。
【００２５】
三方弁２３は、流入出口２３ａ、流入口２３ｂ、及び流出口２３ｃを有している。流入出口２３ａは、貯湯タンク２１の下部流入出口２１ｂに接続されている。流入口２３ｂは、温水導出配管２０ｈを介して風呂熱交換器２８における１次側流路２８ａの流出側に接続されている。流出口２３ｃは、送水ポンプ２４の吸入側に接続されている。三方弁２３は、制御装置４０によって制御される。
【００２６】
送水ポンプ２４は、図示しないモータによって駆動され、三方弁２３の流出口２３ｃから流出した湯水を送出し、凝縮器１２の水側流路に供給する。送水ポンプ２４の回転数は、制御装置４０によって制御される。
【００２７】
一般給湯混合弁２５は、例えば三方弁であり、第１流入口２５ａ、第２流入口２５ｂ、及び流出口２５ｃを有している。一般給湯混合弁２５は、第１流入口２５ａに流入する高温の湯と、第２流入口２５ｂに流入する水を混合し、流出口２５ｃから流出させる。一般給湯混合弁２５は、制御装置４０によって制御される。第１流入口２５ａは、給湯配管２０ｆを介して上部流出口２１ｄに接続されている。第２流入口２５ｂは、給水配管２０ｃを介して給水端２０ａに接続されている。流出口２５ｃは、一般給湯配管２０ｉを介して給湯端２０ｂに接続されている。
【００２８】
風呂給湯混合弁２６は、例えば三方弁であり、第１流入口２６ａ、第２流入口２６ｂ、及び流出口２６ｃを有している。風呂給湯混合弁２６は、第１流入口２６ａに流入する高温の湯と、第２流入口２６ｂに流入する水を混合し、流出口２６ｃから流出させる。風呂給湯混合弁２６は、制御装置４０によって制御される。第１流入口２６ａは、給湯配管２０ｆを介して上部流出口２１ｄに接続されている。第２流入口２６ｂは、給水配管２０ｃを介して給水端２０ａに接続されている。流出口２６ｃは、湯張り配管２０ｊを介して湯張り開閉弁２７に接続されている。
【００２９】
湯張り開閉弁２７は、浴槽ユニット３０に設けられた浴槽３１に湯張りする際の流路を開閉するために設けられている。湯張り開閉弁２７は、制御装置４０によって制御される。湯張り開閉弁２７の流入側は、風呂給湯混合弁２６の流出口２６ｃに接続されている。湯張り開閉弁２７の流出側は、浴槽３１及び風呂熱交換器２８における２次側流路２８ｂの流出側に接続されている。
【００３０】
風呂熱交換器２８は、１次側流路２８ａに接続された温水導入配管２０ｇから流入する湯水と、２次側流路２８ｂに接続された浴槽戻り配管２０ｍから流入する浴槽水との間で熱交換を行う。風呂熱交換器２８として、例えば、スパイラル式熱交換器などの管型、あるいはプレート熱交換器などの板型の熱交換器が用いられる。
【００３１】
風呂熱交換器２８の１次側流路２８ａの流入側には、温水導入配管２０ｇを介して貯湯タンク２１の上部流入出口２１ｃが接続されている。１次側流路２８ａの流出側には、温水導出配管２０ｈを介して三方弁２３の流入口２３ｂが接続されている。風呂熱交換器２８の２次側流路２８ｂの流入側には、浴槽戻り配管２０ｍを介して浴槽ユニット３０の浴槽循環ポンプ３２が接続されている。２次側流路２８ｂの流出側には、浴槽往き配管２０ｋを介して浴槽３１が接続されている。
【００３２】
また、貯湯ユニット２０は、貯湯温度センサ６３、浴槽往き温度センサ６４、及び浴槽温度センサ６５を備えている。貯湯温度センサ６３は、貯湯タンク２１の表面の高さ方向に複数設置された温度センサで構成されている。それぞれの貯湯温度センサ６３は、設置された高さに存在する、貯湯タンク２１内に貯留された湯水の温度を検出する。すなわち、貯湯温度センサ６３は、貯湯タンク２１における上下方向の湯水の温度分布を検出する。浴槽往き温度センサ６４は、浴槽往き配管２０ｋに設けられ、浴槽３１に流入する浴槽水の温度を検出する。浴槽温度センサ６５は、浴槽戻り配管２０ｍに設けられ、浴槽３１から流出し、風呂熱交換器２８に流入する浴槽水の温度を検出する。
【００３３】
（浴槽ユニット３０）
浴槽ユニット３０は、浴槽３１及び浴槽循環ポンプ３２を備えている。浴槽ユニット３０において、浴槽３１、浴槽循環ポンプ３２及び貯湯ユニット２０の風呂熱交換器２８が配管で接続されることにより、浴槽循環回路が形成される。
【００３４】
浴槽３１は、リモコン５０に対する操作等により設定された４０℃程度の温度の湯を貯めることができる。浴槽３１には、浴槽往き配管２０ｋ及び浴槽戻り配管２０ｍが接続されている。また、浴槽３１の底部には、貯めた湯を外部に排出するための排水栓３１ａが設けられている。
【００３５】
浴槽循環ポンプ３２は、図示しないモータによって駆動され、浴槽戻り配管２０ｍを介して浴槽３１から流出した風呂水を送出し、風呂熱交換器２８の２次側流路２８ｂに供給する。浴槽循環ポンプ３２の駆動は、制御装置４０によって制御される。
【００３６】
（制御装置４０）
制御装置４０は、給湯装置１に設けられた各部を制御する。特に、実施の形態１において、制御装置４０は、給湯装置１に設けられた各センサ及びＨＥＭＳから得られる情報に基づき、後述する低能力沸き上げ運転、通常沸き上げ運転、及び除霜運転の切り替えを行うように、各部を制御する。
【００３７】
図２は、図１の制御装置４０の構成の一例を示す機能ブロック図である。図２に示すように、制御装置４０は、情報取得部４１、演算処理部４２、機器制御部４３、通信部４４、タイマ４５及び記憶部４６を有している。制御装置４０は、マイクロコンピュータなどの演算装置上でソフトウェアを実行することにより各種機能が実現され、もしくは各種機能を実現する回路デバイスなどのハードウェア等で構成されている。
【００３８】
情報取得部４１は、入水温度センサ６１、出湯温度センサ６２、貯湯温度センサ６３、浴槽往き温度センサ６４、浴槽温度センサ６５、蒸発器温度センサ６６、及び吸入温度センサ６７等の各種センサで検知された情報を取得する。実施の形態１においては、上記の各種センサを用いた給湯制御について説明する。図２に示される機能ブロック図においては、上記の各種センサ以外に、圧縮機吐出温度センサ６８、圧縮機吸入温度センサ６９、及び吹き出し空気温度センサ７０が示されているが、これらのセンサを用いた制御については後述する。
【００３９】
演算処理部４２は、情報取得部４１及び通信部４４で取得された各種の情報に基づき、運転の判断といった各種の処理等を行う。特に、実施の形態１において、演算処理部４２は、蒸発器温度センサ６６で検出された温度に基づき、蒸発器１４が着霜し得る状態にあるか否かを判定し、給湯装置１を通常沸き上げ運転から低能力沸き上げ運転に移行させるか否かを判断する。演算処理部４２、蒸発器温度センサ６６、及びその他の情報を用いて蒸発器１４が着霜するか否かを予測する手段を、特に着霜予測手段と称する。また、演算処理部４２は、吸入温度センサ６７で検出された温度に基づき、蒸発器１４の着霜しているか否かを判定し、給湯装置１を通常沸き上げ運転から低能力沸き上げ運転に移行させるか否かを判断する。演算処理部４２、吸入温度センサ６７、及びその他の情報を用いて蒸発器１４の着霜を検知する手段を、特に着霜検知手段と称する。貯湯温度センサ６３で検出された貯湯タンク２１の温度分布に基づき、沸き上げ運転を開始するための沸き上げ運転開始時間を算出する。
【００４０】
機器制御部４３は、演算処理部４２での処理結果に応じて、圧縮機１１、膨張弁１３、三方弁２３、送水ポンプ２４、一般給湯混合弁２５、風呂給湯混合弁２６、湯張り開閉弁２７、及び浴槽循環ポンプ３２を制御する。
【００４１】
通信部４４は、リモコン５０と接続され、リモコン５０との間で情報の送受信を行う。実施の形態１において、通信部４４は、使用者が設定した給湯装置１の運転についての情報をリモコン５０から受信する他に、給湯装置１が深夜電力時間帯に低能力沸き上げ運転を実施すると演算処理部４２が判断した場合に、その情報をリモコン５０に送信する。また、通信部４４は、給湯設定温度及び給湯装置１の運転の実施状態等の各種の情報をリモコン５０に送信する。
【００４２】
タイマ４５は、現在の時刻をカウントし、設定された時刻になった場合に、設定時刻であることを示す信号を出力する。タイマ４５には、例えば、演算処理部４２で決定された沸き上げ運転開始時間が設定される。
【００４３】
記憶部４６は、制御装置４０の各部で用いられる各種の値を記憶する。実施の形態１においては、記憶部４６は、深夜電力時間帯終了までに湯を沸き上げて貯湯タンク２１に貯める目標蓄熱量Ｑｍ、現時点で貯湯タンク２１に貯留されている湯水の積算蓄熱量Ｑｎ、低能力沸き上げ運転した場合に所定の沸き上げ時間の間に貯湯タンク２１に貯留される湯水の予測蓄熱量Ｑｌｏｗ等を記憶する。
【００４４】
また、制御装置４０は、ＨＥＭＳ９０（Ｈｏｍｅ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ  Ｓｙｓｔｅｍ）から情報を取得しても良い。また、給湯装置１に関する情報をＨＥＭＳ９０に送信しても良い。
【００４５】
（リモコン５０）
図１のリモコン５０は、使用者により操作され、給湯温度の設定、ならびに浴槽３１に出湯する湯水の温度及び量の設定等を行う。また、実施の形態１において、リモコン５０は、深夜電力時間帯の給湯装置１の低能力沸き上げ運転の実施可否の設定を行うことができる。
【００４６】
リモコン５０は、通信を行う通信手段を備え、設定された各種の情報等の送受信を制御装置４０との間で行う。また、リモコン５０は、表示装置または音声出力装置等の報知手段を備え、報知手段を用いて給湯設定温度及び給湯装置１の運転の実施状態等の各種の情報を使用者に対して報知することができる。
【００４７】
［給湯装置１の動作］
次に、上記構成を有する給湯装置１の動作について説明する。給湯装置１では、沸き上げ運転、給湯運転、湯張り運転及び追焚運転が行われる。また、ヒートポンプユニット１０の蒸発器１４が着霜している場合には除霜運転が行われる。
【００４８】
（貯湯タンク２１の温度分布）
ここで、給湯装置１による各種の運転について説明する前に、貯湯タンク２１内の湯水の状態について説明する。図３は、沸き上げ序盤における貯湯タンク２１内の温度分布の一例を示す概略図である。図４は、沸き上げ終盤における貯湯タンク２１内の温度分布の一例を示す概略図である。なお、図３及び図４では、説明が煩雑となるのを防ぐため、貯湯タンク２１内の温度分布を説明するのに必要な部分のみを図示するものとする。
【００４９】
上述したように、貯湯タンク２１の下部には、入水配管３に接続され、低温水が流出する下部流入出口２１ｂが設けられている。また、貯湯タンク２１の上部には、出湯配管２に接続され、凝縮器１２で加熱された高温水が流入する上部流入出口２１ｃが設けられている。
【００５０】
図３に示すように、沸き上げ序盤において、貯湯タンク２１の最下部には、水道水の温度に近い１０℃程度の低温水が貯留されている。また、貯湯タンク２１の最上部には、凝縮器１２によって沸き上げられた６０℃程度の高温水が貯留されている。そして、貯湯タンク２１の中間部には、低温水と高温水との中間の温度を有する３０℃〜５０℃程度の中温水が貯留されている。
【００５１】
図３に示す状態から沸き上げが進行すると、貯湯タンク２１内には、最上部から最下部に向かって高温域から低温域となる温度境界層が形成される。沸き上げ終盤になると、沸き上げ量が増え、貯湯タンク２１内では、図４に示すように、上部から中間部に至る領域に高温水が貯留される。そのため、温度境界層が貯湯タンク２１の最下部に近づき、最下部に貯留された湯水は、低温水よりも温度が高いものとなる。そして、これによってヒートポンプユニット１０への入水温度が徐々に上昇することになる。
【００５２】
（給湯運転）
給湯運転について、図１を参照しながら説明する。給湯運転は、設定された給湯温度の湯水を給湯端２０ｂから送出するための運転である。
【００５３】
使用者によるリモコン５０に対する操作等により給湯運転が指示され、給湯温度が設定されると、リモコン５０は、設定給湯温度を制御装置４０に送信する。制御装置４０の通信部４４によって設定給湯温度が受信されると、制御装置４０は、受信した設定給湯温度を記憶部４６に記憶する。機器制御部４３は、設定給湯温度に基づき、給湯端２０ｂから給湯される湯水の温度が設定給湯温度となるように、一般給湯混合弁２５の第１流入口２５ａ及び第２流入口２５ｂの開度を調整する。
【００５４】
貯湯タンク２１の上部に存在する高温水は、上部流出口２１ｄから排出され、給湯配管２０ｆを介して一般給湯混合弁２５の第１流入口２５ａに流入する。また、外部から給水端２０ａに供給された水道水等の水は、給水配管２０ｃを介して一般給湯混合弁２５の第２流入口２５ｂに流入する。
【００５５】
一般給湯混合弁２５では、第１流入口２５ａに流入した高温水と、第２流入口２５ｂに流入した水とが混合された設定給湯温度の湯水が流出口２５ｃから流出する。流出口２５ｃから流出した湯水は、一般給湯配管２０ｉを介して給湯端２０ｂに供給される。
【００５６】
このとき、貯湯タンク２１には、排出された高温水の減少分だけ、タンク給水配管２０ｄを介して給水口２１ａから水が供給される。これにより、貯湯タンク２１内では、温度境界層が上方へ移動する。
【００５７】
このように、給湯運転では、貯湯タンク２１に貯留された高温水を用いて、設定された給湯温度の湯水が給湯される。
【００５８】
（湯張り運転）
湯張り運転について、図１を参照しながら説明する。湯張り運転は、設定された給湯温度の湯水を浴槽３１に送出するための運転である。
【００５９】
使用者によるリモコン５０に対する操作等により湯張り運転が指示され、湯張り温度が設定されると、リモコン５０は、設定湯張り温度を制御装置４０に送信する。制御装置４０の通信部４４によって設定湯張り温度が受信されると、制御装置４０は、受信した設定湯張り温度を記憶部４６に記憶する。機器制御部４３は、設定湯張り温度に基づき、浴槽３１に送出される湯水の温度が設定湯張り温度となるように、風呂給湯混合弁２６の第１流入口２６ａ及び第２流入口２６ｂの開度を調整する。また、機器制御部４３は、湯張り開閉弁２７を「開」とするように制御する。
【００６０】
貯湯タンク２１の上部に存在する高温水は、上部流出口２１ｄから排出され、給湯配管２０ｆを介して風呂給湯混合弁２６の第１流入口２６ａに流入する。また、外部から給水端２０ａに供給された水道水等の水は、給水配管２０ｃを介して風呂給湯混合弁２６の第２流入口２６ｂに流入する。風呂給湯混合弁２６では、第１流入口２６ａに流入した高温水と、第２流入口２６ｂに流入した水とが混合された設定湯張り温度の湯水が流出口２６ｃから流出する。流出口２６ｃから流出した湯水は、湯張り配管２０ｊ、湯張り開閉弁２７及び浴槽往き配管２０ｋを介して貯湯ユニット２０から流出する。
【００６１】
貯湯ユニット２０から流出した湯水は、浴槽ユニット３０に流入して浴槽３１に供給される。なお、浴槽３１への湯張りは、浴槽３１の水位が設定水位となったときに停止される。具体的には、機器制御部４３は、浴槽循環回路内に設置された図示しない水位センサで浴槽３１の水位が設定水位となったことを検出した場合に、湯張り開閉弁２７を「閉」とするように制御する。水位センサは、例えば圧力センサであり、浴槽循環回路内を流れる浴槽水の圧力変化によって浴槽３１の水位を検出する。
【００６２】
このとき、給湯運転と同様に、貯湯タンク２１には、排出された高温水の減少分だけ、タンク給水配管２０ｄを介して給水口２１ａから水が供給される。これにより、貯湯タンク２１内では、温度境界層が上方へ移動する。
【００６３】
このように、湯張り運転では、貯湯タンク２１に貯留された高温水を用いて、設定された湯張り温度の湯水が浴槽３１に供給される。
【００６４】
（追焚運転）
追焚運転について、図１を参照して説明する。追焚運転は、湯張りされた浴槽３１内の浴槽水の水温が低下した場合に、浴槽水が設定温度となるように加熱するための運転である。
【００６５】
使用者によるリモコン５０に対する操作等により追焚運転が指示され、追焚温度が設定されると、リモコン５０は、設定追焚温度を制御装置４０に送信する。制御装置４０の通信部４４によって設定追焚温度が受信されると、制御装置４０は、受信した設定追焚温度を記憶部４６に記憶する。そして、機器制御部４３は、通信部４４を介して受信した、浴槽温度センサ６５によって検出される浴槽水の温度が設定追焚温度となるように、浴槽循環ポンプ３２の回転数を制御する。
【００６６】
追焚運転が開始された場合、機器制御部４３は、三方弁２３の流入出口２３ａと流入口２３ｂとが連通するように、三方弁２３を制御する。これにより、貯湯ユニット２０において、貯湯タンク２１の上部に存在する高温水は、上部流入出口２１ｃから流出し、送湯配管２０ｅ及び温水導入配管２０ｇを介して風呂熱交換器２８の１次側流路２８ａに流入する。
【００６７】
風呂熱交換器２８に流入した高温水は、２次側流路２８ｂを流れる浴槽水と熱交換して放熱し、風呂熱交換器２８から流出する。風呂熱交換器２８から流出した湯水は、温水導出配管２０ｈ、三方弁２３及びを介して下部流入出口２１ｂから貯湯タンク２１の下部に流入する。
【００６８】
一方、浴槽ユニット３０において、機器制御部４３は、浴槽循環ポンプ３２を駆動する。これにより、浴槽３１内の浴槽水は、浴槽３１から排出され、浴槽循環ポンプ３２の吸入側に吸入される。浴槽循環ポンプ３２に吸入された浴槽水は、加圧されて送水される。浴槽循環ポンプ３２から送水された浴槽水は、浴槽戻り配管２０ｍを介して風呂熱交換器２８の２次側流路２８ｂに流入する。
【００６９】
風呂熱交換器２８に流入した浴槽水は、１次側流路２８ａを流れる高温水と熱交換して加熱され、風呂熱交換器２８から流出する。風呂熱交換器２８から流出した浴槽水は、浴槽往き配管２０ｋを介して浴槽３１に流入する。
【００７０】
なお、浴槽水の追焚は、浴槽温度センサ６５で検出される浴槽水温度が設定追焚温度に達したときに停止される。具体的には、機器制御部４３は、浴槽温度センサ６５の検出温度が設定追焚温度を検出した場合に、追焚停止指令を発し、浴槽循環ポンプ３２の駆動を停止させる。
【００７１】
このように、追焚運転では、貯湯タンク２１に貯留された高温水を用いて、浴槽水温度が設定追焚温度となるように、浴槽水が加熱される。
【００７２】
（沸き上げ運転）
給湯装置１による沸き上げ運転について説明する。沸き上げ運転は、ヒートポンプによって低温の水を高温に沸き上げ、沸き上げられた湯水を貯湯タンク２１に貯留する運転である。沸き上げ運転は、主に、深夜電力時間帯などの予め設定された時間帯に開始され、深夜電力時間帯が終了する直前に沸き上げが完了するように実施される。
【００７３】
実施の形態１では、沸き上げ運転として、通常沸き上げ運転及び低能力沸き上げ運転のいずれかが行われる。具体的には、沸き上げ運転が開始された場合、まず、通常沸き上げ運転が実施される。そして、通常沸き上げ運転が実施されている間に、蒸発器１４の着霜を予測する着霜予測手段により蒸発器１４が着霜し得る状態にあると判定された場合、又は蒸発器１４の着霜を検知する着霜検知手段により蒸発器１４が着霜していると判定された場合に、低能力沸き上げ運転が行われる。
【００７４】
なお、低能力沸き上げ運転の実施可否は、使用者によるリモコン５０に対する操作により設定される。すなわち、リモコン５０によって低能力沸き上げ運転を実施するように設定された状態で、着霜予測手段により蒸発器１４が着霜し得る状態にあると判定された場合、又は着霜検知手段により蒸発器１４の着霜が検知された場合に、低能力沸き上げ運転が実施される。通常沸き上げ運転から低能力沸き上げ運転に移行する際の制御、及び低能力沸き上げ運転から通常沸き上げ運転に移行する際の制御については、詳細後述する。
【００７５】
（通常沸き上げ運転）
図５は、図１の給湯装置１による沸き上げ運転について説明するための概略図である。沸き上げ運転について、図５を参照して説明する。
【００７６】
沸き上げ運転において、リモコン５０は、使用者の操作等により設定された給湯設定温度に応じて、貯湯タンク２１の貯湯温度を決定する。リモコン５０は、設定された給湯設定温度に基づき決定された貯湯温度を、制御装置４０に送信する。
【００７７】
制御装置４０の通信部４４により貯湯温度が受信されると、制御装置４０は、受信した貯湯温度を目標貯湯温度として記憶部４６に記憶する。そして、沸き上げ運転開始時間となった場合に、機器制御部４３は、通信部４４を介して受信した、出湯温度センサ６２によって検出される凝縮器１２の出湯温度が目標貯湯温度となるように、送水ポンプ２４の回転数を制御する。これにより、通常沸き上げ運転が開始される。
【００７８】
通常沸き上げ運転が開始された場合、ヒートポンプユニット１０では、低温低圧の冷媒が圧縮機１１によって圧縮され、高温高圧のガス冷媒となって吐出される。圧縮機１１から吐出された高温高圧のガス冷媒は、凝縮器１２に流入し、沸き上げ回路を流れる湯水と熱交換して放熱しながら凝縮し、高圧の液冷媒となって凝縮器１２から流出する。
【００７９】
凝縮器１２から流出した高圧の液冷媒は、膨張弁１３によって減圧されて低温低圧の気液二相冷媒となる。低温低圧の気液二相冷媒は、蒸発器１４に流入し、図示しない送風機によって取り込まれた室外空気と熱交換して吸熱及び蒸発し、低圧のガス冷媒となって圧縮機１１へ吸入される。
【００８０】
一方、貯湯ユニット２０において、機器制御部４３は、三方弁２３の流入出口２３ａと流出口２３ｃとが連通するように、三方弁２３を制御する。さらに、機器制御部４３は、送水ポンプ２４を駆動する。これにより、貯湯タンク２１の下部に存在する低温水は、下部流入出口２１ｂから流出し、及び三方弁２３を介して送水ポンプ２４の吸入側に吸入される。送水ポンプ２４に吸入された低温水は、加圧されて送水される。
【００８１】
通常沸き上げ運転が開始されたとき、貯湯タンク２１内の湯水による温度分布は、図３に示すように、上部に少量の高温水が貯留され、最下部には水道水の温度程度の低温水が貯留している。また、貯湯タンク２１内の上部に貯留されている高温水は、沸き上げ完了時よりも少量となっている。
【００８２】
ヒートポンプユニット１０において、送水ポンプ２４から送水された低温水は、入水配管３を介して凝縮器１２に流入する。凝縮器１２に流入した低温水は、冷媒側流路を流れる冷媒と熱交換して湯水となり、凝縮器１２から流出する。凝縮器１２から流出した湯は、出湯配管２を介して貯湯タンク２１の上部に流入する。
【００８３】
このように通常沸き上げ運転が行われることにより、貯湯タンク２１では、上部に高温水が貯留され、最下部に低温水が貯留される。また、貯湯タンク２１の内部の上部と最下部との間には、温度境界層が形成される。通常沸き上げ運転が進行すると、沸き上げ量が増加することによって高温水の領域が大きくなり、温度境界層が最下部に近づく。そして、最下部に貯留された湯水の温度が上昇し、ヒートポンプユニット１０の凝縮器１２に流入する湯水の入水温度が次第に上昇する。
【００８４】
（低能力沸き上げ運転）
演算処理部４２において通常沸き上げ運転から低能力沸き上げ運転に移行する判断がされた場合、機器制御部４３は、ヒートポンプユニット１０の圧縮機１１の運転周波数を通常沸き上げ運転時よりも低下させる。具体的には、機器制御部４３は、蒸発器温度センサ６６が検出する温度が目標値に近づく様に運転周波数を低下させる。蒸発器温度センサ６６が検出する温度の目標値は、例えば水の凝固点、つまり大気圧条件下において０℃に設定される。なお、ヒートポンプユニット１０における冷媒の流れ及び貯湯ユニット２０の湯水の流れについては、通常沸き上げ運転と同様である。
【００８５】
また、機器制御部４３は、ヒートポンプユニット１０の圧縮機１１の運転周波数を低下させると共に貯湯ユニット２０の送水ポンプ２４の運転周波数を低下させる。つまり、機器制御部４３は、通信部４４を介して受信した、出湯温度センサ６２によって検出される凝縮器１２の出湯温度が目標貯湯温度となるように、送水ポンプ２４の回転数を制御する。
【００８６】
（蒸発器１４が着霜したときの影響）
図６は、給湯装置１のヒートポンプユニット１０の通常沸き上げ運転時及び蒸発器１４が着霜した時の冷凍サイクルのモリエル線図である。図６において、実線は通常沸き上げ運転時のモリエル線図であり、破線は蒸発器１４が着霜した時のモリエル線図である。まず、図６を用いてヒートポンプユニット１０が通常沸き上げ運転をしている時の冷媒の変化について説明する。ヒートポンプユニット１０において、圧縮機１１から吐出された高温高圧の気相冷媒は、凝縮器１２の一次側流路１２ａに流入し、二次側流路１２ｂを流れる低温水と熱交換し、冷却される。このとき気相冷媒は、図６のｘ１からｘ２の状態に変化し、最大で凝縮器１２の二次側流路１２ｂに流入する低温水の温度まで冷却される。その温度は、例えば９℃である。凝縮器１２において気相冷媒は、エンタルピーがｈ１からｈ２まで変化する。凝縮器１２の二次側流路１２ｂを流れる低温水は、凝縮器１２の一次側流路１２ａの入口温度の近傍まで加熱される。
【００８７】
凝縮器１２を流出した気相冷媒は、膨張弁１３において減圧され、気液二相冷媒になる。冷媒の状態は、図６のｘ２からｘ３の状態に変化する。膨張弁１３から流出した冷媒は、蒸発器１４において送風機８０により送り込まれた外気と熱交換を行うことによって蒸発し、気相冷媒に変化する。冷媒の状態は、図６の点ｘ３から点ｘ４に変化する。蒸発器１４において気相冷媒は、エンタルピーがｈ２からｈ３まで変化する。蒸発器１４から流出した冷媒は、圧縮機１１に吸入され、圧縮されて吐出される。これにより、冷媒の状態は、点ｘ４から点ｘ１に変化する。
【００８８】
次に、蒸発器１４が着霜した状態での冷媒の変化について説明する。蒸発器１４が着霜した状態においては、着霜していない時よりも蒸発器１４の温度が低下する。蒸発器１４を流れる冷媒は、蒸発器１４を通過する外気から奪う熱量が減少し、蒸発器１４の出口における過加熱度が低下する。これに伴い、蒸発器１４を流出した冷媒の圧力も低下する。つまり、蒸発器１４を流出した冷媒の温度と圧力とが低下し、冷媒の状態は、図６に示されるｙ４の状態になっており、出口エンタルピーがｈ３ｆになっている。
【００８９】
蒸発器１４が着霜状態において、圧縮機１１に吸入された冷媒は密度が低い状態になっているため、圧縮機１１の吐出側の圧力及び温度は、着霜していない時よりも低下する。圧縮機１１から吐出された高温高圧冷媒は、図６のｙ１の状態になっており、エンタルピーは、ｈ１ｆになっている。着霜状態の点ｙ１でのエンタルピーは、着霜していない時の点ｘ１でのエンタルピーよりも低下している。
【００９０】
圧縮機１１から吐出された高温高圧冷媒は、着霜していない時よりも温度が低下しているため、凝縮器１２内での圧力も低下する。このとき、凝縮器１２の二次側流路１２ｂに流入する低温水の温度は変化していないため、凝縮器１２の出口側での冷媒の温度は変化しない。凝縮器１２の出口での冷媒の状態は、ｙ２の状態になっており、エンタルピーはｈ２になっている。
【００９１】
蒸発器１４が着霜状態においても膨張弁１３の状態は変更されていないため、膨張弁１３の開度は、着霜していないときと同じである。そのため、膨張弁１３を通過する前後での冷媒の圧力差Δｐは、着霜時も着霜していない時も同じである。
【００９２】
図６に示されるように、蒸発器１４が着霜した場合、凝縮器１２での冷媒と湯水との熱交換量は、着霜していない時よりも減少する。つまり、凝縮器１２において、着霜していない時は、図６のΔｈ３で示される熱量が熱交換されるが、着霜時は、図６のΔｈ４で示される熱量が熱交換され、Δｈ３＞Δｈ４となっている。すなわち、蒸発器１４が着霜すると、ヒートポンプユニット１０の冷凍サイクルは、エンタルピー差が小さくなり、能力が低下する。ヒートポンプユニット１０は、加熱能力一定を目標に制御されているため、制御装置４０は、加熱能力の低下を検知すると、圧縮機１１の回転数を増加させ、加熱能力を一定に保とうとする。そのため、着霜前より圧縮機１１に対する入力が増加し、ＣＯＰ（＝加熱能力/入力）が悪化する。
【００９３】
このように蒸発器１４が着霜することによってＣＯＰが低下する傾向は、超臨界域を使用するＣＯ２冷媒のときに、特に顕著に表れる。そのため、ＣＯ２冷媒を用いたヒートポンプユニット１０では、蒸発器１４の着霜を抑えつつ沸き上げ運転を行うことが、システムの効率を高く維持する上で重要となる。
【００９４】
（除霜運転）
沸き上げ運転を実施している時に、ヒートポンプユニット１０の蒸発器１４の着霜が検知された場合、以上に説明したようにヒートポンプユニット１０のシステム効率を高く維持するために、機器制御部４３は、演算処理部４２からの判定信号に基づき除霜運転を開始する。具体的には、機器制御部４３は、貯湯ユニット２０の送水ポンプ２４を停止し、ヒートポンプユニット１０の膨張弁１３を全開にする。これにより、高温の冷媒を蒸発器１４に流入させることができ、蒸発器１４に着いた霜を融かすことができる。なお、除霜運転は、以上に説明したものに限定されず、冷凍サイクル装置において従来知られている除霜運転を適宜適用することも可能である。
【００９５】
（着霜予測手段により低能力沸き上げ運転に切り替える場合の制御フロー）
図７は、実施の形態１に係る給湯装置１が着霜予測手段により通常沸き上げ運転から低能力沸き上げ運転に切り替える場合の制御フローである。図７は、蒸発器１４の着霜予測手段を用いて通常沸き上げ運転から低能力沸き上げ運転に切り替える場合の制御フローを示している。まず、給湯装置１の沸き上げ運転が開始されると、ステップＡ１においてヒートポンプユニット１０は通常沸き上げ運転を実施する。
【００９６】
通常沸き上げ運転が実施されている時に、ステップＡ２において着霜予測手段が蒸発器１４が着霜し得る状態であると判定し着霜予測信号α＝ｔｒｕｅを出した場合（ステップＡ２；Ｙｅｓ）、演算処理部４２は、着霜予測信号α＝ｔｒｕｅを検知し、ステップＡ３の低能力沸き上げ実施判定を行う。ステップＡ２において着霜予測手段の着霜予測信号α＝ｔｒｕｅが出されない場合（ステップＡ２；Ｎｏ）は、機器制御部４３は、通常沸き上げ運転を続行する。
【００９７】
ステップＡ４において、演算処理部４２は、低能力沸き上げ運転実施が可能であると判定した場合、判定信号γ＝ｔｒｕｅを出す（ステップＡ４；Ｙｅｓ）。ステップＡ５において、機器制御部４３は、判定信号γ＝ｔｒｕｅを受けてヒートポンプユニット１０を低能力沸き上げ運転に切り替える。ステップＡ４において、演算処理部４２の判定信号γ＝ｔｒｕｅが出なかった場合（ステップＡ４；Ｎｏ）、機器制御部４３は、通常沸き上げ運転を続行する（ステップＡ１へ戻る）。なお、低能力沸き上げ運転実施の判定フローについては、後述する。
【００９８】
（着霜予測について）
実施の形態１において、着霜予測手段が蒸発器１４が着霜し得る状態であると判定する方法について説明する。実施の形態１においては、着霜予測手段は、蒸発器１４の温度を測定する蒸発器温度センサ６６が検出した温度が第１の温度以下であることを検知した時に蒸発器１４が着霜し得る状態であると判定するものである。具体的には、例えば、蒸発器温度センサ６６からの温度信号を演算処理部４２が受け、記憶部４６に記憶された第１の温度以下であるかどうかを判定する。ここで第１の温度は、例えば水の凝固点に設定されており、大気圧条件下では０℃である。演算処理部４２は、蒸発器１４が着霜し得る状態であると判定した時に着霜予測信号α＝ｔｒｕｅを出すと、次のステップＡ２の低能力沸き上げ運転実施判定に移行する。
【００９９】
上記の着霜予測は、蒸発器１４の温度が水の凝固点以下であることに基づいて行われる。例えば、蒸発器１４を構成するフィン及び伝熱管等の温度が水の凝固点以下であるときに、仮に蒸発器１４に結露が生じると、結露した水が凝固し霜となって蒸発器１４に付着する。実際に蒸発器１４に結露が生じるか否かは、外気の相対湿度にも依存するため、着霜予測手段が蒸発器１４が着霜し得る状態であると判定しても、必ず着霜するとは限らない。しかし、少なくとも蒸発器１４の温度が水の凝固点以下である場合には、蒸発器１４に着霜が生じうる状態であるため、この着霜予測手段によって着霜予測し、ヒートポンプユニット１０を低能力沸き上げ運転に切り替えることにより、蒸発器１４の着霜を防止することができる。
【０１００】
（着霜予測の別形態について）
次に、実施の形態１において着霜予測手段が蒸発器１４が着霜し得る状態であると判定する方法の別形態について説明する。実施の形態１の着霜予測手段の別形態は、蒸発器１４の温度を測定する蒸発器温度センサ６６と、前記蒸発器が吸入する外気の露点温度検出手段とを用いて蒸発器１４が着霜し得る状態であるか否かを判定するものである。外気の露点温度検出手段は、例えば、演算処理部４２において、吸入温度センサ６７から受けた温度信号と記憶部４６に記憶されている外気温度と露点温度との関係を示したデータテーブルとを比較することにより現時刻又は所定の時刻の露点温度を算出する。そして、演算処理部４２は、蒸発器温度センサ６６で検知された温度が記憶部４６に記憶された第１の温度以下かつ露点温度以下であるか否かを判定する。また、演算処理部４２は、蒸発器１４の温度が第１の温度以下かつ外気の露点温度以下である場合に、蒸発器１４が着霜し得る状態であると判定する。演算処理部４２は、着霜予測信号α＝ｔｒｕｅを出すと、次のステップＡ２の低能力沸き上げ運転実施判定に移行する。
【０１０１】
上記の着霜予測は、蒸発器１４の温度が水の凝固点以下かつ外気の露点温度以下であるか否かに基づいて行われる。この着霜予測手段によれば、蒸発器１４の温度が水の凝固点以下であることだけでなく、外気の露点温度にも基づいて判断が行われる。従って、例えば、蒸発器１４の温度が水の凝固点以下であっても外気の相対湿度が低い場合においては、蒸発器１４は結露することがなく着霜も生じ無い。このような場合に、低能力沸き上げ運転を行って給湯装置１の沸き上げ能力を下げるのを回避することが可能となる。つまり、着霜予測の精度が高くなり、無駄に低能力沸き上げ運転に切り替わることを抑制することが可能となる。
【０１０２】
なお、上記の説明において、外気の露点温度検出手段は、外気温度と露点温度との関係を示したデータテーブルを用いて露点温度を算出したが、ＨＥＭＳ９０から外気の湿度を取得しても良い。また、ＨＥＭＳ９０を経て深夜電力時間帯の予想外気温度データを取得し、記憶部４６の外気温度と露点温度との関係を示したデータテーブルから露点温度を算出しても良い。さらには、ＨＥＭＳ９０を経て深夜電力時間帯の予想外気温度データ及び予想湿度データを取得して、露点温度を算出しても良い。さらに、ヒートポンプユニット１０に湿度センサを更に設け、現時刻の相対湿度を測定し、これに基づき制御を行っても良い。
【０１０３】
（着霜検知手段により低能力沸き上げ運転に切り替える場合の制御フロー）
図８は、実施の形態１に係る給湯装置１が着霜検知手段により通常沸き上げ運転から低能力沸き上げ運転に切り替える場合の制御フローである。図８は、蒸発器１４の着霜予測手段を用いて通常沸き上げ運転から低能力沸き上げ運転に切り替える場合の制御フローを示している。まず、給湯装置１の沸き上げ運転が開始されると、ステップＢ１においてヒートポンプユニット１０は通常沸き上げ運転を実施する。
【０１０４】
通常沸き上げ運転が実施されている時に、ステップＢ２において着霜予測手段が蒸発器１４が着霜状態であると判定した場合、演算処理部４２は、着霜検知信号β＝ｔｒｕｅを出す（ステップＢ２；Ｙｅｓ）。ステップＢ３において、機器制御部４３は、着霜検知信号β＝ｔｒｕｅに基づいて、ヒートポンプユニット１０を除霜運転に切り替える。除霜運転が完了したら、ステップＢ４において、演算処理部４２は、低能力沸き上げ実施判定を行う。なお、ステップＢ２において着霜予測手段の着霜検知信号β＝ｔｒｕｅが出されない場合（ステップＢ２；Ｎｏ）は、機器制御部４３は、通常沸き上げ運転を続行する。
【０１０５】
ステップＢ５において、演算処理部４２は、低能力沸き上げ運転実施が可能であると判定した場合、判定信号γ＝ｔｒｕｅを出す（ステップＢ５；Ｙｅｓ）。ステップＢ６において、機器制御部４３は、判定信号γ＝ｔｒｕｅを受けてヒートポンプユニット１０を低能力沸き上げ運転に切り替える。ステップＢ５において、演算処理部４２の判定信号γ＝ｔｒｕｅが出なかった場合（ステップＢ５；Ｎｏ）、機器制御部４３は、通常沸き上げ運転を続行する（ステップＢ１へ戻る）。なお、低能力沸き上げ運転実施の判定フローについては、後述する。
【０１０６】
（着霜検知について）
実施の形態１において、着霜検知手段が蒸発器１４の着霜を判定する方法について説明する。実施の形態１においては、着霜検知手段は、ヒートポンプユニット１０の圧縮機１１の吐出側に設けられた圧縮機吐出温度センサ６８を用い、圧縮機吐出温度センサ６８の検出する温度が低下した時に前記蒸発器が着霜したものと判定するものである。具体的には、例えば、圧縮機吐出温度センサ６８からの温度信号を演算処理部４２が受け、検出された温度が記憶部４６に記憶された所定の温度以上に低下したか否かを判定する。演算処理部４２が蒸発器１４の着霜したものと判定し、着霜検知信号β＝ｔｒｕｅを出すと、機器制御部４３は、次のステップＢ３の除霜運転を実施する。
【０１０７】
上記の着霜検知は、圧縮機１１の温度が所定の値だけ低下したか否かに基づいて行われる。図６に示される様に、蒸発器１４が着霜した場合、圧縮機１１の吐出側の冷媒は、ｘ１からｙ１の状態に変化する。上記の着霜検知は、この圧縮機１１の吐出側の冷媒の状態の変化を検知して蒸発器１４の着霜を検知するものである。
【０１０８】
（着霜検知の別形態１について）
実施の形態１において着霜検知手段が蒸発器１４が着霜し得る状態であると判定する方法の別形態について説明する。実施の形態１の着霜検知手段の別形態においては、着霜検知手段は、圧縮機吸入温度センサ６９と蒸発器温度センサ６６とを用いて蒸発器１４が着霜したか否かを判定するものである。具体的には、例えば、演算処理部４２において、圧縮機吸入温度センサ６９から受けた温度信号と蒸発器温度センサ６６から受けた温度信号との差分を算出する。そして、演算処理部４２は、その差分が所定値よりも小さくなったか否かを判定する。また、演算処理部４２は、圧縮機１１の吸入温度と蒸発器１４の温度との差が通常沸き上げ運転の定常状態と比較して小さくなった場合に、蒸発器１４が着霜したものと判定する。演算処理部４２は、着霜検知信号β＝ｔｒｕｅを出すと、次のステップＢ３の除霜運転を実施する。なお、通常沸き上げ運転の定常状態とは、ヒートポンプユニット１０の通常沸き上げ運転が始まってから一定の温度状態が所定の時間継続した状態を言う。
【０１０９】
上記の着霜検知は、圧縮機１１の吸入温度と蒸発器１４の温度との差が通常沸き上げ運転の定常状態と比較して小さくなったか否かに基づいて行われる。図６に示される様に、蒸発器１４が着霜した場合、圧縮機１１の吸入側の冷媒は、ｘ４からｙ４の状態に変化する。上記の着霜検知は、この圧縮機１１の吐出側の冷媒の状態の変化を検知して蒸発器１４の着霜を検知するものである。つまり、冷媒がｘ４からｙ４の状態に変化すると、蒸発器１４の出口での過加熱度が小さくなる。そのため、上記の着霜検知は、これを検出することにより蒸発器１４の着霜を検知する。
【０１１０】
（着霜検知の別形態２について）
実施の形態１において着霜検知手段が蒸発器１４が着霜し得る状態であると判定する方法のさらなる別形態について説明する。実施の形態１の着霜検知手段の別形態においては、着霜検知手段は、吸入温度センサ６７と吹き出し空気温度センサ７０とを用いて蒸発器１４が着霜したか否かを判定するものである。具体的には、例えば、演算処理部４２において、吸入温度センサ６７から受けた温度信号と吹き出し空気温度センサ７０から受けた温度信号との差分を算出する。そして、演算処理部４２は、その差分が所定値よりも小さくなったか否かを判定する。また、演算処理部４２は、外気の温度と蒸発器１４から吹き出される空気の温度との差が通常沸き上げ運転の定常状態と比較して小さくなった場合に、蒸発器１４が着霜したものと判定する。演算処理部４２が着霜検知信号β＝ｔｒｕｅを出すと、次のステップＢ３において機器制御部４３は、除霜運転を実施する制御を行う。
【０１１１】
上記の着霜検知は、外気の温度と蒸発器１４から吹き出される空気の温度との差が通常沸き上げ運転の定常状態と比較して小さくなったか否かに基づいて行われる。図６に示される様に、蒸発器１４が着霜した場合、蒸発器１４を流れる冷媒の温度は低下する。上記の着霜検知は、この冷媒の温度変化を蒸発器１４を通過した空気の温度から検知して蒸発器１４の着霜を検知するものである。
【０１１２】
（着霜検知の別形態３について）
実施の形態１において着霜検知手段が蒸発器１４が着霜し得る状態であると判定する方法のさらなる別形態について説明する。実施の形態１の着霜検知手段の別形態においては、着霜検知手段は、圧縮機トルク検出手段を用いて蒸発器１４が着霜したか否かを判定するものである。具体的には、例えば、演算処理部４２において、圧縮機トルク検出手段から受けたトルクに基づく信号が通常沸き上げ運転の定常状態と比較して小さくなった場合に、蒸発器１４が着霜したものと判定する。また、演算処理部４２は、圧縮機１１のトルクが通常沸き上げ運転の定常状態と比較して小さくなった場合に、蒸発器１４が着霜したものと判定する。演算処理部４２が着霜検知信号β＝ｔｒｕｅを出すと、次のステップＢ３において機器制御部４３は、除霜運転を実施する制御を行う。
【０１１３】
上記の着霜検知は、圧縮機１１のトルクが通常沸き上げ運転の定常状態と比較して小さくなったか否かに基づいて行われる。図６に示される様に、蒸発器１４が着霜した場合、圧縮機１１に吸入される冷媒の圧力は低下する。上記の着霜検知は、この冷媒の圧力変化を圧縮機１１のトルクから検知して蒸発器１４の着霜を検知するものである。
【０１１４】
（着霜検知の別形態４について）
実施の形態１において着霜検知手段が蒸発器１４が着霜し得る状態であると判定する方法のさらなる別形態について説明する。実施の形態１の着霜検知手段の別形態においては、着霜検知手段は、圧縮機周波数検出手段を用いて蒸発器１４が着霜したか否かを判定するものである。具体的には、例えば、演算処理部４２において、圧縮機周波数検出手段から受けた圧縮機１１の回転周波数に基づく信号が通常沸き上げ運転の定常状態と比較して低下した場合に、蒸発器１４が着霜したものと判定する。また、演算処理部４２は、圧縮機１１の回転周波数が通常沸き上げ運転の定常状態と比較して小さくなった場合に、蒸発器１４が着霜したものと判定し、着霜検知信号β＝ｔｒｕｅを出すと、次のステップＢ３において機器制御部４３は、除霜運転を実施する制御を行う。
【０１１５】
上記の着霜検知は、圧縮機１１の回転周波数が通常沸き上げ運転の定常状態と比較して小さくなったか否かに基づいて行われる。図６に示される様に、蒸発器１４が着霜した場合、圧縮機１１に吸入される冷媒の圧力は低下する。上記の着霜検知は、この冷媒の圧力変化を圧縮機１１の回転周波数から検知して蒸発器１４の着霜を検知するものである。
【０１１６】
（着霜検知の別形態５について）
実施の形態１において着霜検知手段が蒸発器１４が着霜し得る状態であると判定する方法のさらなる別形態について説明する。実施の形態１の着霜検知手段の別形態においては、着霜検知手段は、送水ポンプ２４の回転周波数を検出するポンプ周波数検出手段を用いて蒸発器１４が着霜したか否かを判定するものである。具体的には、例えば、演算処理部４２において、ポンプ周波数検出手段から受けた送水ポンプ２４の回転周波数に基づく信号が通常沸き上げ運転の定常状態と比較して低下した場合に、蒸発器１４が着霜したものと判定する。また、演算処理部４２は、送水ポンプ２４の回転周波数が通常沸き上げ運転の定常状態と比較して小さくなった場合に、蒸発器１４が着霜したものと判定し、着霜検知信号β＝ｔｒｕｅを出すと、次のステップＢ３において機器制御部４３は、除霜運転を実施する制御を行う。
【０１１７】
上記の着霜検知は、送水ポンプ２４の回転周波数が通常沸き上げ運転の定常状態と比較して小さくなったか否かに基づいて行われる。沸き上げ回路において凝縮器１２の二次側流路１２ｂから流出する湯水は、出湯温度センサ６２により温度が検出され、目標貯湯温度になるように送水ポンプ２４の回転周波数が制御される。蒸発器１４が着霜した場合、凝縮器１２において冷媒と水との交換熱量が低下する。従って、送水ポンプ２４の回転周波数が変わらない場合、出湯温度センサ６２で検出される温度が低下する。しかし、送水ポンプ２４の回転周波数は、出湯温度センサ６２により検出される温度が目標貯湯温度になるように制御されている。そのため、蒸発器１４が着霜し凝縮器１２の冷媒と水との交換熱量が低下した場合、送水ポンプ２４の回転周波数は低下する。上記の着霜検知は、この凝縮器１２での交換熱量の変化を送水ポンプ２４の回転周波数から検知して蒸発器１４の着霜を検知するものである。
【０１１８】
以上の説明において、実施の形態１に係る給湯装置１が着霜予測手段又は着霜検知手段の何れかを用いて通常沸き上げ運転から低能力沸き上げ運転に切り替える場合の制御フローについてそれぞれ説明した。しかし、着霜予測手段と着霜検知手段とは、給湯装置１の制御において併用しても良い。また、着霜予測手段及び着霜検知手段の形態は、複数併用しても良い。
【０１１９】
（低能力沸き上げ運転から通常沸き上げ運転に切り替える場合の制御フロー）
図９は、実施の形態１に係る給湯装置１が低能力沸き上げ運転から通常沸き上げ運転に切り替える場合の制御フローである。ステップＣ１において、給湯装置１は、図７に示される着霜予測手段を用いて通常沸き上げ運転から低能力沸き上げ運転に切り替える制御フロー、又は図８に示される着霜予測手段を用いて通常沸き上げ運転から低能力沸き上げ運転に切り替える制御フローにより、低能力沸き上げ運転を実施している状態である。
【０１２０】
ステップＣ２において、演算処理部４２は、低能力沸き上げ運転実施判定フローを行う。ステップＣ３において、演算処理部４２は、外気温度、目標蓄熱量Ｑｍ、及び現時刻までの積算蓄熱量Ｑｎから、低能力沸き上げ運転実施可否判定を行い、判定信号γ＝ｔｒｕｅ又は判定信号γ＝ｆａｌｓｅを出す。低能力沸き上げ運転実施可否の判定信号γ＝ｔｒｕｅの場合、その信号を受けて機器制御部４３は、給湯装置１を低能力沸き上げ運転のまま続行する（ステップＣ１に戻る）。低能力沸き上げ運転実施可否の判定信号γ＝ｆａｌｓｅの場合、ステップＣ４において、機器制御部４３は、その信号を受けて、給湯装置１を通常沸き上げ運転に切り替える。
【０１２１】
給湯装置１は、低能力沸き上げ運転のみで沸き上げを行っている場合、例えば深夜電力時間帯の間に貯湯タンク２１に目標蓄熱量Ｑｍ（後述する）に達しない場合があり得るため、所定の条件を満たす場合に通常沸き上げ運転に切り替える必要がある。ステップＣ１からステップＣ４の制御により、給湯装置１は、蒸発器１４の着霜を抑えつつ沸き上げを行う低能力沸き上げ運転から、高能力で沸き上げを行う通常沸き上げ運転に移行できる。
【０１２２】
（低能力沸き上げ運転実施判定）
図１０は、実施の形態１に係る給湯装置１の低能力沸き上げ運転実施判定のフローである。ステップＥ１において、演算処理部４２は、現時刻の外気温Ｔａを取得し、０℃即ち水の凝固点より高いか否かを判定する。外気温Ｔａが０℃以下である場合（ステップＥ１；Ｎｏ）、ステップＥ７において、演算処理部４２は、低能力沸き上げ運転実施可否の判定信号γ＝ｆａｌｓｅを出し、機器制御部４３に送る。実施の形態１においては、給湯装置１が低能力沸き上げ運転を実施している時、蒸発器１４の温度が０℃となるように圧縮機１１の回転周波数が制御される。外気温Ｔａが０℃以下である場合、蒸発器１４の温度が外気温Ｔａよりも高くなり、蒸発器１４は、外気と熱交換を行うことができない。そのため、低能力沸き上げ運転実施判定のフローにおいて、演算処理部４２は、まずステップＥ１の判定を行う。
【０１２３】
ステップＥ１において外気温Ｔａが０℃よりも高い場合（ステップＥ１；Ｙｅｓ）、ステップＥ２において、演算処理部４２は、蒸発器１４の目標温度Ｔｅｍを０℃として低能力沸き上げ運転を実施した場合の、沸き上げ回路を流れる湯水に対する加熱能力φｌｏｗを算出する。ステップＥ３において、ステップＥ２で算出した加熱能力φｌｏｗから、給湯装置１が深夜電力時間帯終了時刻まで低能力沸き上げ運転をした場合の予測蓄熱量Ｑｌｏｗを算出し、記憶部４６に記憶させる。
【０１２４】
ステップＥ４において、演算処理部４２は、深夜電力時間帯終了時刻までに給湯装置１が貯湯タンク２１に貯める目標蓄熱量Ｑｍと、現在までの積算蓄熱量Ｑｎとの差分Δ＝Ｑｍ−Ｑｎを算出し、記憶部４６に記憶させる。ステップＥ５において、演算処理部４２は、ステップＥ３で求めた予測蓄熱量ＱｌｏｗとステップＥ４で求めた差分Δ＝Ｑｍ−Ｑｎとを比較し、予測蓄熱量Ｑｌｏｗが差分Δ＝Ｑｍ−Ｑｎ以上であるか否かを判定する。予測蓄熱量Ｑｌｏｗが差分Δ＝Ｑｍ−Ｑｎ以上である場合（ステップＥ５；Ｙｅｓ）、そのまま低能力沸き上げ運転を続行していても目標蓄熱量Ｑｍを達成することができるため、Ｅ６において演算処理部４２は、判定信号γ＝ｔｒｕｅを出し、機器制御部４３に送る。予測蓄熱量Ｑｌｏｗが差分Δ＝Ｑｍ−Ｑｎよりも低い場合（ステップＥ５；Ｎｏ）、沸き上げ能力を上げる必要があるため、Ｅ７において演算処理部４２は、判定信号γ＝ｆａｌｓｅを出し、機器制御部４３に送る。
【０１２５】
低能力沸き上げ運転実施判定により演算処理部４２から出された判定信号γは、通常沸き上げ運転から低能力沸き上げ運転に切り替える制御フロー及び低能力沸き上げ運転から通常沸き上げ運転に切り替える制御フローにおいて用いられ、低能力沸き上げ運転が適正に行われる。低能力沸き上げ運転実施判定のフローにおいては、深夜電力時間帯終了時刻までに必要な蓄熱量Ｑｍ−Ｑｎと給湯装置の沸き上げ能力とを比較して判定を行っているため、給湯装置１は、深夜電力時間帯終了時刻までに目標蓄熱量Ｑｍを達成することができる。
【０１２６】
（沸き上げ運転開始時刻の設定）
図１１は、時刻による外気の温度の変化の一例を示す図である。図１２は、実施の形態１に係る給湯装置１の沸き上げ時間と蓄熱量との相関関係を示す図である。図１１及び図１２を用いて、沸き上げ運転を開始する時刻の設定について説明する。上述したように、沸き上げ運転は、深夜電力時間帯が終了する直前に沸き上げが完了するように行うことにより、使用者が電力に対し支払うコストを低減させるものである。このときの沸き上げ完了時刻は、深夜電力時間帯に基づいて予め設定されている。一方、沸き上げの開始から完了までに要する沸き上げ時間は、沸き上げ運転によって沸き上げられる湯量によって変化する。給湯装置１において沸き上げられる湯量は、深夜電力時間帯が終了する時刻までに貯湯タンク２１に貯める湯の目標蓄熱量Ｑｍと、貯湯タンク２１の残湯量、即ち沸き上げ運転開始時間における積算蓄熱量Ｑｎに応じて変化する。また、実施の形態１に係る給湯装置１においては、ヒートポンプユニット１０の蒸発器１４の着霜を回避するために、低能力沸き上げ運転を実施するため、低能力沸き上げ運転を必要とする時間Ｘを考慮して沸き上げ時間を決定する。
【０１２７】
図１１に示されるように、深夜電力時間帯の外気温は、時刻が進むごとに低下し、ある時刻において蒸発器１４が着霜する温度帯に入る。蒸発器１４が着霜し易い時間帯においては、制御装置４０は、給湯装置１を低能力沸き上げ運転とする制御を行う。外気は、水蒸気として含んでいるが、気温が低下すると最大限含みうる水蒸気の量が少なくなる。よって、図１１に示される様に外気温が下がると、結露が生じる場合がある。結露が生じる環境下において、蒸発器１４が水の凝固点温度以下となるように運転されていた場合、結露によって蒸発器１４に付着した露が凝固し霜となる。図１１における蒸発器１４が着霜する温度帯は、例えば（１）予想外気温度が予め設定されている閾値温度（例えば７℃）以下となる領域、（２）予想露点温度が予め設定されている閾値温度（例えば０℃）以下となる領域、（３）予想外気温度が過去に着霜が発生したときの外気温度以下となる領域、である。予想外気温度又は予想露点温度が蒸発器１４が着霜する温度帯に達するであろう時刻を着霜発生予想時刻とし、それ以降の外気温度又は露点温度が蒸発器１４が着霜する温度帯以上の温度となる予想時刻までを着霜予測時間帯としている。
【０１２８】
制御装置４０は、外気温が着霜する温度帯に入った時間帯を着霜予測時間帯とし、低能力沸き上げ運転を実施する時間Ｘとし、低能力沸き上げ運転をする制御を行う。しかし、時間Ｘが長い場合は、低能力沸き上げ運転を行う時間が長いため、深夜電力時間帯終了時刻を目標時刻としたときに、それまでに目標蓄熱量Ｑｍに達しない場合が考えられる。図１２に示される様に、給湯装置１が目標蓄熱量Ｑｍに達するためには、時間Ｘの間は低能力沸き上げ運転を行って着霜を抑え、残りの時間Ｙは通常沸き上げ運転を行うことにより不足する蓄熱量を補う必要がある。
【０１２９】
図１３は、実施の形態１に係る給湯装置１の沸き上げ運転開始時刻を決定するフローである。まず、ステップＤ１において、演算処理部４２は、目標蓄熱量Ｑｍと現時刻の積算蓄熱量Ｑｎとの差分Δ＝Ｑｍ−Ｑｎを算出し、沸き上げる必要がある蓄熱量を算出する。次にステップＤ２において、外気温度変化を予測する。外気温度変化の予測は、例えば吸入温度センサ６７から現時刻の外気温を検出し、記憶部４６に記憶されている時刻と外気温との相関関係のデータテーブル等を用いて深夜電力時間帯の外気温の変化を予測する。これにより、蒸発器１４の着霜発生予想時刻が決まる。
【０１３０】
ステップＤ３において、演算処理部４２は、低能力沸き上げ運転を実施する時間Ｘを算出する。図１１に示されるように、着霜発生予想時刻から外気温度又は露点温度が蒸発器１４が着霜する温度帯以上の温度となる予想時刻までを着霜予測時間帯としたときに、時間Ｘは、着霜予測時間帯を基に算出される。図１１においては、一例として着霜発生予想時刻から深夜電力時間帯の終了時刻までを低能力沸き上げ運転を実施するものとして時間Ｘを算出している。算出された時間Ｘは、記憶部４６に格納される。なお、時間Ｘは、着霜予測時間帯の長さと同じであっても良い。
【０１３１】
ステップＤ４において、演算処理部４２は、時間Ｘにおいて低能力沸き上げ運転によって得られる蓄熱量及び沸き上げ開始時刻において沸き上げる必要がある蓄熱量Ｑｍ−Ｑｎから沸き上げ時間Ｚを算出する。
【０１３２】
ステップＤ５において、演算処理部４２は、記憶部４６に予め記憶された深夜電力時間帯終了時刻と沸き上げ時間Ｚとから沸き上げ運転開始時刻を決定する。決定された沸き上げ開始時刻は、タイマ４５に設定される。タイマ４５に設定された沸き上げ運転開始時刻になったら、機器制御部４３は、沸き上げ運転を開始する。
【０１３３】
以上の沸き上げ運転開始時刻の設定フローにおいて、リモコン５０は、ステップＤ２において時間Ｘが０よりも大きい場合、即ち低能力沸き上げ運転をする予定がある場合には、ヒートポンプユニット１０を低能力沸き上げ運転する予定があることを表示する。また、ステップＤ２において時間Ｘが０よりも大きい場合に、使用者は、リモコン５０の表示を見てリモコン５０から低能力沸き上げ運転を実施するか否かを設定できる。また、ステップＤ２において着霜予測時間帯を求めるに当たり用いた予想外気温度は、ＨＥＭＳ９０から取得した予想外気温度から決定しても良い。例えば、制御装置４０は、深夜電力時間帯が始まる時刻にＨＥＭＳ９０から予想外気温度を取得し、演算処理部４２に送ってもよい。ＨＥＭＳ９０を経て外部から予想外気温度の情報を取得することにより、予想外気温度の精度が向上し、着霜発生予想時刻の精度が向上するため、沸き上げ運転開始時刻の設定の精度も向上する。
【０１３４】
なお、沸き上げ運転の実施は、上述した深夜電力時間帯のみに限られず、例えば、夕方または夜間などの給湯使用量が多く、貯湯タンク２１の残湯量が少なくなった場合に実施されてもよい。また、実施の形態１においては、沸き上げ運転を完了する時刻を深夜電力時間帯終了時刻である午前７時としているが、沸き上げ運転を完了する時刻はこれだけに限定するものでは無く、適宜変更できる。
【０１３５】
以上に説明したように、給湯装置１は、蒸発器１４の着霜予測手段及び着霜検知手段のうち少なくとも一方を備え、通常沸き上げ運転と低能力沸き上げ運転とを切り替えながら沸き上げ運転を実施することができる。そして、低能力沸き上げ運転のときには圧縮機の運転周波数を通常沸き上げ運転のときよりも低くし、蒸発器が着霜しない温度となるように制御する。この構成により、給湯装置１は、蒸発器１４の着霜が発生し易い深夜においても蒸発器１４の着霜の発生を抑えつつ沸き上げ運転を実行できる。また、深夜電力時間帯は、電力に掛かるコストを低減できるため、通常沸き上げ運転と低能力沸き上げ運転との切り替えを行い、深夜電力時間帯内に沸き上げ運転を完了させることも可能となる。さらに、給湯装置１は、蒸発器１４の着霜の発生を抑えるため、除霜運転を行う頻度が低く、ＣＯＰの向上に寄与する。
【符号の説明】
【０１３６】
１  給湯装置、２  出湯配管、３  入水配管、１０  ヒートポンプユニット、１１  圧縮機、１２  凝縮器、１２ａ  一次側流路、１２ｂ  二次側流路、１３  膨張弁、１４  蒸発器、２０  貯湯ユニット、２０ａ  給水端、２０ｂ  給湯端、２０ｃ  給水配管、２０ｄ  タンク給水配管、２０ｅ  送湯配管、２０ｆ  給湯配管、２０ｇ  温水導入配管、２０ｈ  温水導出配管、２０ｉ  一般給湯配管、２０ｊ  湯張り配管、２０ｋ  浴槽往き配管、２０ｍ  浴槽戻り配管、２１  貯湯タンク、２１ａ  給水口、２１ｂ  下部流入出口、２１ｃ  上部流入出口、２１ｄ  上部流出口、２３  三方弁、２３ａ  流入出口、２３ｂ  流入口、２３ｃ  流出口、２４  送水ポンプ、２５  一般給湯混合弁、２５ａ  第１流入口、２５ｂ  第２流入口、２５ｃ  流出口、２６  風呂給湯混合弁、２６ａ  第１流入口、２６ｂ  第２流入口、２６ｃ  流出口、２７  湯張り開閉弁、２８  風呂熱交換器、２８ａ  １次側流路、２８ｂ  ２次側流路、３０  浴槽ユニット、３１  浴槽、３１ａ  排水栓、３２  浴槽循環ポンプ、４０  制御装置、４１  情報取得部、４２  演算処理部、４３  機器制御部、４４  通信部、４５  タイマ、４６  記憶部、５０  リモコン、６１  入水温度センサ、６２  出湯温度センサ、６３  貯湯温度センサ、６４  浴槽往き温度センサ、６５  浴槽温度センサ、６６  蒸発器温度センサ、６７  吸入温度センサ、６８  圧縮機吐出温度センサ、６９  圧縮機吸入温度センサ、７０  吹き出し空気温度センサ、８０  送風機、Ｑｌｏｗ  予測蓄熱量、Ｑｍ  目標蓄熱量、Ｑｍ−Ｑｎ  蓄熱量、Ｑｎ  積算蓄熱量、Ｔａ  外気温、Ｔｅｍ  目標温度、Ｚ  沸き上げ時間、Δ  差分、Δｐ  圧力差、α  着霜予測信号、β  着霜検知信号、γ  判定信号、φｌｏｗ  加熱能力。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【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】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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