(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
給湯に用いる給湯用水を貯えるタンク（１０）と、
前記タンク内の下側から取り出された前記給湯用水を加熱するヒートポンプ式加熱装置（２０）と、
前記タンク内の給湯用水と所定の外部流体とを熱交換させて当該外部流体を加熱する熱交換装置（７２）と、
前記ヒートポンプ式加熱装置によって第１沸き上げ温度に沸き上げられた湯を前記タンクの上部から前記タンク内に流入させる上部流入手段（２１，２２，２４）と、
前記ヒートポンプ式加熱装置によって前記第１沸き上げ温度よりも低温の第２沸き上げ温度に沸き上げられた湯を、前記外部流体と熱交換する前記給湯用水が前記タンク内に貯えられる部位よりも下方の部位に設定される前記タンクの中間部（１０ｃ１）から前記タンク内に流入させる中間部流入手段（２１，２２，２３，２４，１０ｃ）と、
前記第１沸き上げ温度及び前記第２沸き上げ温度を決定し、当該決定された温度を満たすように前記ヒートポンプ式加熱装置（２０）の運転を制御するとともに、前記上部流入手段及び前記中間部流入手段の作動を制御する制御装置（４０）と、を備え、
前記制御装置（４０）は、前記ヒートポンプ式加熱装置による沸き上げ運転を実施する際に、
前記タンク内に貯えるべき必要熱量に応じて前記第１沸き上げ温度を算出し、当該算出した第１沸き上げ温度が予め定めた第１の所定温度（Ｔｓｔ１）以下である場合には、第１沸き上げ温度を前記算出した温度に決定するとともに、前記第２沸き上げ温度を前記第１の所定温度（Ｔｓｔ１）よりも低温に定めた第２の所定温度（Ｔｓｔ２）に決定し、
前記算出した第１沸き上げ温度が前記第１の所定温度（Ｔｓｔ１）よりも高温である場合には第１沸き上げ温度を前記第１の所定温度（Ｔｓｔ１）に決定するとともに、前記第２沸き上げ温度を前記必要熱量に応じて算出した温度に決定することを特徴とする給湯装置。
【請求項２】
前記第２の所定温度（Ｔｓｔ２）は、給湯装置の仕様によって予め定まる最低沸き上げ温度であることを特徴とする請求項１に記載の給湯装置。
【請求項３】
前記第１の所定温度（Ｔｓｔ１）は、給湯装置の仕様によって予め定まる最高沸き上げ温度であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の給湯装置。
【請求項４】
前記熱交換装置（７２）は、前記タンク（１０）の内部に配置されており、
前記タンクの中間部（１０ｃ１）は、当該熱交換装置（７２）の配設位置よりも下方位置に配されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の給湯装置。
【請求項５】
前記熱交換装置（７３）は前記タンク（１０）の外部に配置され、前記熱交換装置と前記タンクの内部とを連絡する回路（７４）を備え、
前記タンクの中間部（１０ｃ１）は、前記タンク内の給湯用水が前記熱交換装置へ向かう前記回路のタンク流出部（７４ａ）よりも下方位置に配されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の給湯装置。
【請求項６】
給湯に用いる給湯用水を貯えるタンク（１０）と、
前記タンク内の下側から取り出された前記給湯用水を加熱するヒートポンプ式加熱装置（２０）と、
前記タンク内に配され、前記タンク内の給湯用水と所定の外部流体とを熱交換させて当該外部流体を加熱する熱交換装置（７２）と、
前記ヒートポンプ式加熱装置によって沸き上げられた湯を前記タンクの上部から前記タンク内に流入させる上部流入手段（２１，２４）と、
第１沸き上げ温度及び前記第１沸き上げ温度よりも低温の第２沸き上げ温度を決定し、当該決定された温度を満たすように前記ヒートポンプ式加熱装置（２０）の運転を制御する制御装置（４０）と、を備え、
前記制御装置（４０）は、前記ヒートポンプ式加熱装置による沸き上げ運転を実施するときに、
前記タンク内に貯えるべき必要熱量に応じて前記第１沸き上げ温度を算出し、当該算出した第１沸き上げ温度が予め定めた第１の所定温度（Ｔｓｔ１）以下である場合には、第１沸き上げ温度を前記算出した温度に決定するとともに、前記第２沸き上げ温度を前記第１の所定温度（Ｔｓｔ１）よりも低温に定めた第２の所定温度（Ｔｓｔ２）に決定し、
前記算出した第１沸き上げ温度が前記第１の所定温度（Ｔｓｔ１）よりも高温である場合には第１沸き上げ温度を前記第１の所定温度（Ｔｓｔ１）に決定するとともに、前記第２沸き上げ温度を前記必要熱量に応じて算出した温度に決定し、
前記上部流入手段（２１，２４）によって、前記決定した第２沸き上げ温度に沸き上げた湯を前記タンク内に流入した後、前記決定した第１沸き上げ温度に沸き上げた湯を前記タンク内に流入するように前記ヒートポンプ式加熱装置（２０）の運転を制御することを特徴とする給湯装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒートポンプ式加熱装置によって加熱した湯をタンクに蓄え、出湯時に使用する給湯装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に記載の給湯装置は、ヒートポンプユニットにより第１沸き上げ温度で沸き上げた湯をタンクに上部から流入させる構造と、第１沸き上げ温度よりも低温の第２沸き上げ温度で沸き上げた湯をタンクに中間部から流入させる構造とを備え、これらのタンクへの流入経路を切り替える流路切替手段を備えている。タンク内には、浴槽の湯を加熱するための追い焚き用熱交換器が配置されており、第１沸き上げ温度で沸き上げられた湯は、タンク内部における追い焚き用熱交換器の周辺部位に流入し、第２沸き上げ温度で沸き上げられた湯は、タンク内部における追い焚き用熱交換器よりも下方に位置する部位に流入するようになっている。
【０００３】
これにより、追い焚き用熱交換器が配される部位よりも下方に第２沸き上げ温度の湯が流入するため、追い焚きするための熱量をタンクの上部に確保することができ、タンクからの放熱ロス低減、及びタンク全量を第１沸き上げ温度の湯で満たす場合に比べてエネルギー効率の低下防止を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−３９３３９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、上記従来のヒートポンプ式給湯装置では、第１沸き上げ温度が十分に高温でない場合には、タンクからの出湯や、追い焚き時の熱交換によってタンク内の湯温が低下して中温水がタンク内に多く貯えられ、この中温化した湯を再沸き上げすることになる。また、第２沸き上げ温度があまり低温でない場合には、タンク内の中間部から下部にかけて中温水が貯えられ、この中温化した湯を再沸き上げすることがある。このような沸き上げ運転が行われると、ヒートポンプ式給湯装置のＣＯＰ（効率）が低下するので、エネルギー効率の点で好ましくない。
【０００６】
そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、タンク内に必要熱量を確保するとともに、タンク内の下部に貯えられる湯温を低くすることが可能な第１沸き上げ温度及び第２沸き上げ温度を設定す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】
上記目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。すなわち、請求項１に記載の給湯装置に係る発明は、給湯に用いる給湯用水を貯えるタンク（１０）と、タンク内の下側から取り出された給湯用水を加熱するヒートポンプ式加熱装置（２０）と、タンク内の給湯用水と所定の外部流体とを熱交換させて当該外部流体を加熱する熱交換装置（７２）と、ヒートポンプ式加熱装置によって第１沸き上げ温度に沸き上げられた湯をタンクの上部からタンク内に流入させる上部流入手段（２１，２２，２４）と、ヒートポンプ式加熱装置によって第１沸き上げ温度よりも低温の第２沸き上げ温度に沸き上げられた湯を、外部流体と熱交換する給湯用水がタンク内に貯えられる部位よりも下方の部位に設定されるタンクの中間部（１０ｃ１）からタンク内に流入させる中間部流入手段（２１，２２，２３，２４，１０ｃ）と、第１沸き上げ温度及び第２沸き上げ温度を決定し、当該決定された温度を満たすようにヒートポンプ式加熱装置（２０）の運転を制御するとともに、上部流入手段及び中間部流入手段の作動を制御する制御装置（４０）と、を備え、
制御装置（４０）は、ヒートポンプ式加熱装置による沸き上げ運転を実施する際に、
タンク内に貯えるべき必要熱量に応じて第１沸き上げ温度を算出し、当該算出した第１沸き上げ温度が予め定めた第１の所定温度（Ｔｓｔ１）以下である場合には、第１沸き上げ温度を当該算出した温度に決定するとともに、第２沸き上げ温度を第１の所定温度（Ｔｓｔ１）よりも低温に定めた第２の所定温度（Ｔｓｔ２）に決定し、
当該算出した第１沸き上げ温度が第１の所定温度（Ｔｓｔ１）よりも高温である場合には第１沸き上げ温度を第１の所定温度（Ｔｓｔ１）に決定するとともに、第２沸き上げ温度を必要熱量に応じて算出した温度に決定することを特徴とする。
【０００８】
一般に、ヒートポンプ式加熱装置の効率は、沸き上げ運転時に加熱しようとする給湯用水の温度が上昇するにつれて低下する傾向にある。つまりヒートポンプ式加熱装置の効率は、タンク内に貯まった中温水化した湯を再度沸き上げた場合に低下する。そこで本発明によれば、当該必要熱量に応じて算出した第１沸き上げ温度が第１の所定温度以下である場合に、第１沸き上げ温度を当該算出した温度に決定するとともに、第２沸き上げ温度を低温の第２の所定温度に決定するため、タンク内の上部には必要熱量に対応した高温の湯を貯え、タンク内の下部側には予め低温に設定した湯を貯えることができる。逆に、算出した第１沸き上げ温度が第１の所定温度よりも高温である場合には第１沸き上げ温度を第１の所定温度に決定するとともに、第２沸き上げ温度を必要熱量に応じて算出した温度に決定するため、タンク内の上部に貯えるために沸き上げる湯の温度を抑えてヒートポンプ式加熱装置の効率が低下することを抑制し、タンク内の下部側には必要熱量に対応した温度の湯を貯えることができる。したがって、タンク内に必要熱量を確保するとともに、タンク内の下部側に貯えられる湯温を低くすることが可能な第１沸き上げ温度及び第２沸き上げ温度を設定する給湯装置が得られるのである。
【０００９】
請求項２に記載の発明によると、第２の所定温度（Ｔｓｔ２）は、給湯装置の仕様によって予め定まる最低沸き上げ温度であることを特徴とする。この発明によれば、タンク内の下部側に貯えられる給湯用水の温度上昇を抑制することが可能であり、沸き上げ運転時にヒートポンプ式加熱装置によって沸き上げられる給湯用水の温度を極力低下させることが可能な給湯装置が得られる。
【００１０】
請求項３に記載の発明によると、第１の所定温度（Ｔｓｔ１）は、給湯装置の仕様によって予め定まる最高沸き上げ温度であることを特徴とする。この発明によれば、第１の所定温度が高く設定されるため、必要熱量が大きい場合でも第２沸き上げ温度を極力低温に決定することができるので、沸き上げ運転時にヒートポンプ式加熱装置によって沸き上げられる給湯用水の温度を極力低下させることが可能な給湯装置が得られる。
【００１１】
請求項４に記載の発明によると、熱交換装置（７２）は、タンク（１０）の内部に配置されており、タンクの中間部（１０ｃ１）は、当該熱交換装置（７２）の配設位置よりも下方位置に配されていることを特徴とする。この発明によれば、決定した第１沸き上げ温度を満たす高温湯がタンク内の上部に供給されることにより、外部流体を加熱するための熱交換装置周辺における給湯用水の温度を高い温度に維持しつつ、タンク内の下部側には温度を抑えた低温の湯を満たすことができる給湯装置が得られる。
【００１２】
請求項５に記載の発明によると、熱交換装置（７３）はタンク（１０）の外部に配置されており、熱交換装置とタンクの内部とを連絡する回路（７４）を備え、
タンクの中間部（１０ｃ１）は、タンク内の給湯用水が熱交換装置（７３）へ向かう回路のタンク流出部（７４ａ）よりも下方位置に配されていることを特徴とする。
【００１３】
この発明によれば、決定した第１沸き上げ温度を満たす高温湯がタンク内の上部に供給されることにより、外部流体を加熱するためのタンク流出部周辺における給湯用水の温度を高い温度に維持しつつ、タンク内の下部側には温度を抑えた低温の湯を満たすことができる給湯装置が得られる。
【００１４】
請求項６に記載の給湯装置に係る発明は、給湯に用いる給湯用水を貯えるタンク（１０）と、タンク内の下側から取り出された給湯用水を加熱するヒートポンプ式加熱装置（２０）と、タンク内に配され、タンク内の給湯用水と所定の外部流体とを熱交換させて当該外部流体を加熱する熱交換装置（７２）と、ヒートポンプ式加熱装置によって沸き上げられた湯をタンクの上部からタンク内に流入させる上部流入手段（２１，２４）と、第１沸き上げ温度及び第１沸き上げ温度よりも低温の第２沸き上げ温度を決定し、当該決定された温度を満たすようにヒートポンプ式加熱装置（２０）の運転を制御する制御装置（４０）と、を備え、
制御装置（４０）は、ヒートポンプ式加熱装置による沸き上げ運転を実施するときに、
タンク内に貯えるべき必要熱量に応じて第１沸き上げ温度を算出し、当該算出した第１沸き上げ温度が予め定めた第１の所定温度（Ｔｓｔ１）以下である場合には、第１沸き上げ温度を算出した温度に決定するとともに、第２沸き上げ温度を第１の所定温度（Ｔｓｔ１）よりも低温に定めた第２の所定温度（Ｔｓｔ２）に決定し、
算出した第１沸き上げ温度が第１の所定温度（Ｔｓｔ１）よりも高温である場合には第１沸き上げ温度を第１の所定温度（Ｔｓｔ１）に決定するとともに、第２沸き上げ温度を必要熱量に応じて算出した温度に決定し、
上部流入手段（２１，２４）によって、前述の決定した第２沸き上げ温度に沸き上げた湯をタンク内に流入した後、前述の決定した第１沸き上げ温度に沸き上げた湯をタンク内に流入するようにヒートポンプ式加熱装置（２０）の運転を制御することを特徴とする。
【００１５】
この発明によれば、タンクの上部から、先に第２沸き上げ温度に沸き上げた湯を供給した後、さらに第２沸き上げ温度よりも高温に決定される第１沸き上げ温度に沸き上げた湯を供給する。このため、タンク内において上部側に高温湯が存在し、下部側に低温湯が存在するようになる。したがって、タンク内に必要熱量を確保するとともに、タンク内の下部側に貯えられる湯温を低くすることが可能な給湯装置が得られるのである。
【００１６】
上記請求項１に記載の発明と同様に、当該必要熱量に応じて算出した第１沸き上げ温度が第１の所定温度以下である場合に、第１沸き上げ温度を当該算出した温度に決定するとともに、第２沸き上げ温度を低温の第２の所定温度に決定するため、タンク内の上部には必要熱量に対応した高温の湯を貯え、タンク内の下部側には予め低温に設定した湯を貯えることができる。逆に、算出した第１沸き上げ温度が第１の所定温度よりも高温である場合には第１沸き上げ温度を第１の所定温度に決定するとともに、第２沸き上げ温度を必要熱量に応じて算出した温度に決定するため、タンク内の上部に貯えるために沸き上げる湯の温度を抑えてヒートポンプ式加熱装置の効率が低下することを抑制し、タンク内の下部側には必要熱量に対応した温度の湯を貯えることができる。
【００１７】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示している。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明を適用する第１実施形態に係る給湯装置の構成を示す模式図である。
【図２】第１実施形態の給湯装置における沸き上げ運転の処理手順を示すフローチャートである。
【図３】図２のステップ１の演算における必要熱量と第１沸き上げ温度Ｔ１及び第２沸き上げ温度Ｔ２との関係を示す特性図である。
【図４】図２のステップ１の演算における第１沸き上げ温度Ｔ１と第２沸き上げ温度Ｔ２を決定する処理手順を示すフローチャートである。
【図５】本発明を適用する第２実施形態に係る給湯装置の構成を示す模式図である。
【図６】本発明を適用する第３実施形態に係る給湯装置の構成を示す模式図である。
【図７】第３実施形態の給湯装置における沸き上げ運転の処理手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に、図面を参照しながら本発明を実施するための複数の形態を説明する。各形態において先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を適用することができる。各実施形態で具体的に組み合わせが可能であることを明示している部分同士の組み合わせばかりではなく、特に組み合わせに支障が生じなければ、明示してなくとも実施形態同士を部分的に組み合せることも可能である。
【００２０】
（第１実施形態）
本発明を適用する第１実施形態を以下に説明する。第１実施形態に係る給湯装置１００の構成について図１を参照して説明する。図１は給湯装置１００の構成を示した模式図である。
【００２１】
図１に示すように、給湯装置１００は、このタンク１０内の最下部の水をタンク１０内に送る回路２１及び分岐配管２３を流れる水を加熱するヒートポンプ式加熱装置としてのヒートポンプユニット２０と、給水管１１ａによってその最下部に水が供給されるタンク１０、各種配管１２，１７，１８、各種弁等を含むタンクユニットと、給湯装置１００の作動を制御する制御装置４０と、を備えている。タンクユニットとヒートポンプユニット２０は、設置現場において一体化または離間して設置可能なように構成されている。また、浴槽８２内の浴水（外部流体の一例）とタンク１０内の湯との間で熱交換するように構成される追い焚き装置７０により、追い焚き運転が行われる。
【００２２】
タンク１０は、給湯に用いる給湯用水を貯える容器であって、耐食性に優れた金属製、例えばステンレス製の容器であり、外周部に図示しない断熱材が配置されており、給湯用の湯を長時間に渡って保温することができるようになっている。
【００２３】
タンク１０は略円筒形形状であり、その底面に導入口１０ａが設けられている。この導入口１０ａにはタンク１０内に水道水を供給する導入用流路としての導入管１１が接続されている。この導入管１１には給水サーミスタ５１及び流量カウンタ（図示せず）が設けられている。給水サーミスタ５１は導入管１１内の温度を検出するための電気信号を制御装置４０に出力し、流量カウンタは導入管１１内の流量を検出するための電気信号を制御装置４０に出力する。また、導入口１０ａの上流側には、導入管１１を流れてくる水道水の水圧を所定圧に減圧するとともに、断水等における湯の逆流を防止する減圧逆止弁（図示せず）が設けられている。
【００２４】
また、導入管１１には、導入口１０ａの上流側の部位から分岐する給水管１１ａが設けられている。給水管１１ａの下流端は、給湯用混合弁１５及び風呂用混合弁１６に繋がれている。
【００２５】
タンク１０の最上部には高温導出口１０ｂが設けられ、この高温導出口１０ｂにはタンク１０内に貯えられた給湯用の湯のうち、高温の湯を導出するための給湯用流路としての高温取出管１２が接続されている。また、高温取出管１２の経路途中には、逃がし弁（図示せず）が配設された排出配管が接続されており、タンク１０内の圧力が所定圧以上に上昇した場合には、タンク１０内の湯を外部に排出して、タンク１０等にダメージを与えないようになっている。
【００２６】
タンクの中間部１０ｃ１には、中間部配管１０ｃの一端が接続されており、中間部配管１０ｃの他端は分岐配管２３に接続されている。タンクの中間部１０ｃ１は、浴槽８２内の浴水（外部流体の一例）と熱交換する給湯用水がタンク１０内に貯えられる部位（図１に示すタンク１０内における一点鎖線間の領域）よりも下方の部位に設けられている。
【００２７】
タンク１０の外壁面には、給湯用水の貯湯量及び貯湯温度を検出するための貯湯温度検出手段としての複数（本例では７つ）のタンク水温サーミスタ５５ａ〜５５ｇが縦方向（タンク１０の高さ方向）にほぼ等間隔に配置されている。タンク水温サーミスタ５５ａ〜５５ｇはタンク１０内に満たされた給湯用水の各水位レベルでの温度信号を制御装置４０に出力するようになっている。
【００２８】
タンク水温サーミスタ５５ａ〜５５ｇから送信される温度情報に基づいて、タンク１０内上方の沸き上げられた温水とタンク内下方の沸き上げられる前の水との温度境界位置を検出することができ、これにより貯湯量が検出できるようになっている。例えば、あるタンク水温サーミスタの検出温度が貯湯熱量として使用できる所定温度を超えていた場合は、タンク１０内の最上部からそのタンク水温サーミスタの位置までは給湯に使用できる湯が貯まっていることになる。
【００２９】
また、これらのタンク水温サーミスタ５５ａ〜５５ｇのうち、タンク水温サーミスタ５５ａは、タンク１０内に設置されている追い焚き用熱交換器７２（本願発明における熱交換装置の一例）よりも上方となる位置に設けられており、高温取出管１２に吸入される高温の湯の温度であるタンク１０内最上部の湯温を検出する出湯サーミスタの機能も有している。タンク水温サーミスタ５５ｂは追い焚き用熱交換器７２の下端とほぼ同じ高さ、もしくは下方に配置されており、中間部配管１０ｃから導出される湯温を検出する出湯サーミスタの機能も有している。
【００３０】
タンク１０の下部には、タンク１０内の最下部の給湯用水をヒートポンプユニット２０側に吸入するための吸入口１０ｄが設けられている。タンク１０の上部には、ヒートポンプユニット２０側から吐出された湯が内部に流入するための吐出口１０ｅが設けられている。吸入口１０ｄと吐出口１０ｅとは回路２１で接続されており、この回路２１の一部はヒートポンプユニット２０における水・冷媒熱交換器２６の水側通路２６ｂとなっている。回路２１のうち、ヒートポンプユニット２０内を通過した部分は、ヒートポンプユニット２０で加熱された高温の湯をタンク１０内に流入させる上部流入管として機能する。
【００３１】
回路２１におけるヒートポンプユニット２０と吐出口１０ｅとの間には、ヒートポンプ出口三方弁２２（以下、ＨＰ出口三方弁２２と称する）が設けられている。ＨＰ出口三方弁２２はヒートポンプユニット２０で沸き上げられた湯をタンク１０の吐出口１０ｅ側に流すか、分岐配管２３に流すかを切り換える切換弁として機能する。ＨＰ出口三方弁２２は、制御装置４０に電気的に接続されており、タンク水温サーミスタ５５ａ〜５５ｇより検出される温度信号に基づいて制御される。
【００３２】
回路２１から分岐する分岐配管２３の他端は、中温用混合弁１４に接続されている。分岐配管２３は、途中で中間部配管１０ｃに接続されている。分岐配管２３のうち、中間部配管１０ｃとの接続部位よりも上流側部位２３ａは、ヒートポンプユニット２０によって加熱された湯を、中間部配管１０ｃを介してタンク１０内に流入させる中間流入管として機能する。分岐配管２３のうち、中間部配管１０ｃとの接続部位よりも下流側部位２３ｂは、中間部配管１０ｃを介して、中温の湯をタンク１０内から流出させる中間流出管として機能する。
【００３３】
ヒートポンプユニット２０は、冷媒として臨界温度の低い二酸化炭素を使用するヒートポンプサイクル２０Ａと、回路２１中に設置された給水ポンプ２４とから構成されている。超臨界のヒートポンプサイクルによれば、一般的なヒートポンプサイクルよりも高温、例えば、８５℃〜９０℃程度の湯を貯湯タンク１０内に貯えることができる。
【００３４】
ヒートポンプサイクル２０Ａは、少なくとも電動式の圧縮機２５、加熱用熱交換器である水・冷媒熱交換器２６、電気式の膨張弁２７、空気熱交換器２８、及びアキュムレータ２９の冷凍サイクル機能部品が配管で環状に接続されることにより形成されている。さらに、空気熱交換器２８の近傍には、空気熱交換器２８に対して強制風を提供する送風機２８ａが設けられている。
【００３５】
ヒートポンプユニット２０は制御装置４０からの制御信号により作動するとともに、その作動状態を操作盤４１に表示するように構成されている。ヒートポンプユニット２０は、主に料金設定の安価な深夜時間帯の深夜電力を利用した圧縮機２５の回転数制御により、タンク１０内の給湯用水を沸き上げる沸き上げ運転を行うとともに、深夜時間帯以外の時間帯においても、タンク１０内の貯湯熱量が不足してくると沸き上げ運転を行う。また、圧縮機２５の回転数は、種々の運転条件下において規定の能力が出るように制御装置４０により制御される。
【００３６】
膨張弁２７は、水・冷媒熱交換器２６から流出する高圧の冷媒を減圧する減圧手段であり、制御装置４０によって弁開度が電気的に制御される。空気熱交換器２８は、膨張弁２７で減圧された冷媒を送風機２８ａによって送風される室外空気との熱交換によって蒸発気化させ、圧縮機２５にガス冷媒を供給する。その送風機２８ａは、空気熱交換器２８の熱交換性能を確保するように制御装置４０によって回転数が制御される。アキュムレータ２９は、空気熱交換器２８から流出する冷媒を気液分離して、気相冷媒のみ圧縮機２５に吸引させるとともに、サイクル中の余剰冷媒を貯える。
【００３７】
水・冷媒熱交換器２６は、圧縮機２５の吐出口より吐出された高温・高圧の冷媒によって水を加熱して湯とする熱交換器である。水・冷媒熱交換器２６の冷媒側通路２６ａは、圧縮機２５の吐出口より吐出された高圧のガス冷媒と水側通路２６ｂを流れる給湯用水とを熱交換する冷媒流路管により構成されている。水・冷媒熱交換器２６は、冷媒側通路２６ａと水側通路２６ｂの対向する面とが熱交換可能に密着するように配置された二層構造となっている。水側通路２６ｂは、冷媒側通路２６ａの冷媒入口部から冷媒出口部に至る冷媒流路の全長で冷媒と回路２１を流通する水との熱交換が行われるように構成されている。そして、水側通路２６ｂの出口部から所定の沸き上げ温度（６５℃〜９０℃程度）相当の温水を取り出した場合に、規定の熱交換性能を出せるように構成されている。
【００３８】
回路２１の吸入口１０ｄと水側通路２６ｂとの間には、給水ポンプ２４が配設されている。給水ポンプ２４は、内蔵される電動モータによって回転駆動されて、沸き上げ運転時に、タンク１０内の給湯用水を吸入口１０ｄから吸入し、水側通路２６ｂ内で加熱した後タンク１０の吐出口１０ｅあるいは中間部配管１０ｃに還流させるように作動する。給水ポンプ２４は、水側通路２６ｂの出口側水温が、種々の運転条件下において決定される所定の目標沸き上げ温度となるように制御装置４０によって回転数が制御される。
【００３９】
回路２１、ヒートポンプ出口三方弁２２、及び給水ポンプ２４は、本願発明の上部流入手段の一例であり、ヒートポンプユニット２０によって第１沸き上げ温度Ｔ１に沸き上げられた湯をタンク１０の上部からタンク１０内に流入させる機能を備えている。回路２１、ヒートポンプ出口三方弁２２、分岐配管２３、中間部配管１０ｃ、及び給水ポンプ２４は、本願発明の中間部流入手段の一例であり、ヒートポンプユニット２０によって第２沸き上げ温度Ｔ２に沸き上げられた湯を、外部流体と熱交換する給湯用水がタンク１０内に貯えられる部位よりも下方の部位からタンク１０内に流入させる機能を備えている。
【００４０】
入水温度サーミスタ３１は水・冷媒熱交換器２６に供給される給湯用水の温度を検出するための電気信号を出力する。沸き上げ温度サーミスタ３２は水・冷媒熱交換器２６出口での沸き上げ温度を検出するための電気信号を出力する。吐出冷媒温度サーミスタ３３は圧縮機２５から吐出される冷媒の温度を検出するための電気信号を出力する。出口冷媒温度サーミスタ３４は水・冷媒熱交換器２６出口での冷媒温度を検出するための電気信号を出力する。いずれのサーミスタ３１〜３４も電気信号を制御装置４０に出力する。また、圧力センサ３５は冷媒側通路２６ａ出口での冷媒圧力を検出するための電気信号を制御装置４０に出力する。
【００４１】
中温用混合弁１４は、高温取出管１２と分岐配管２３との合流部位に設けられている。中温用混合弁１４は、高温側の高温取出管１２と、中温側の中間部配管１０ｃに繋がる分岐配管２３とのそれぞれの開口面積比を調節して、高温取出管１２から取り出した高温の湯と中間部配管１０ｃから取り出した中温の湯との混合比を調節することにより、給湯用配管１７、給湯用混合弁１５、風呂用混合弁１６、風呂用配管１８等に流通させる湯の温度を調節する温度調節弁である。
【００４２】
中温用混合弁１４は、タンク水温サーミスタ５５ａ〜５５ｇ、湯温サーミスタ５２により検出される温度信号に基づいて制御装置４０によって制御される。湯温サーミスタ５２は、中温用混合弁１４の出口側に設けられて、中温用混合弁１４で混合された湯の温度を検出し、ここでは、湯温サーミスタ５２で検出された温度が所定温度（例えば、操作盤４１で使用者が設定する設定温度＋２〜５℃程度）となるように、中間部配管１０ｃから取り出した中温の湯をタンク１０内の高温湯に混合させて当該所定温度に温度調節している。
【００４３】
湯温サーミスタ５２は、中温用混合弁１４の出口側に設けられて、中温用混合弁１４で混合された湯の温度を検出する。中温用混合弁１４の出口側には、給湯用流路としての給湯用配管１７と、給湯用配管１７から分岐する湯張り配管としての風呂用配管１８とが接続されている。
【００４４】
給湯用配管１７は、その下流端の端末としての給湯水栓８１（カラン、シャワー等）へ設定温度に温度調節された湯を導く配管である。その流路の中途には温度調節手段としての給湯用混合弁１５と温度検出手段としての給湯サーミスタ５３とが設けられている。給湯サーミスタ５３は給湯用混合弁１５の下流側で給湯用配管１７内の温度を検出するための電気信号を制御装置４０に出力する。
【００４５】
風呂用配管１８は、その下流端が浴槽８２のアダプタ８２ａに接続されて、浴槽８２内に湯張り、差し湯、たし湯等を行う時に、設定温度に温度調節された湯を導く配管である。その流路の中途には、風呂用混合弁１６、風呂用サーミスタ５４、湯張り用電磁弁６１、湯張り用流量カウンタ６２、逆止弁６３、循環温サーミスタ５６、フロースイッチ６４、風呂三方弁６５、追い焚きサーミスタ５７が設けられている。
【００４６】
給湯用混合弁１５、風呂用混合弁１６は、それぞれ給湯用配管１７、風呂用配管１８の末端で出湯される湯の温度を調節する温度調節弁であり、それぞれの開口面積比（中温用混合弁１４で温度調節された給湯用水側の開度と給水管１１ａから供給される給湯水側の開度の比率）を調節することで出湯される湯温を設定温度に調節する。
【００４７】
給湯用混合弁１５、風呂用混合弁１６の作動は、給水サーミスタ５１、湯温サーミスタ５２、給湯サーミスタ５３、風呂用サーミスタ５４が検出する温度に係る電気信号に基づいて、制御装置４０で制御される。
【００４８】
風呂用サーミスタ５４は風呂用混合弁１６下流側で風呂用配管１８内の温度を検出するための電気信号を制御装置４０に出力する。湯張り用電磁弁６１は風呂用配管１８の流路を開閉する弁であり、浴槽８２内への湯張り、差し湯、たし湯等を行う時に制御装置４０により制御される。湯張り用流量カウンタ６２は風呂用配管１８内の給湯用水の流れを検出し検出信号を制御装置４０に出力する。湯張り用流量カウンタ６２が風呂用配管１８内の湯の流れを検出した時は、風呂用配管１８の湯張り用電磁弁６１が開弁されて出湯されていることを示す。
【００４９】
逆止弁６３は、往き管６６を通って流れてくる浴水を風呂用混合弁１６側に逆流させないための弁である。循環温サーミスタ５６は、浴槽８２のアダプタ８２ａに接続されている風呂用配管１８、浴槽８２、及び往き管６６を循環する浴水の温度を検出するための電気信号を制御装置４０に出力する。フロースイッチ６４は風呂三方弁６５側の方向に湯あるいは浴水が流通しているか否かを検出可能な流水センサである。
【００５０】
風呂三方弁６５は、浴槽８２、往き管６６からの浴水（本願発明における所定の外部流体の一例）を追い焚き用熱交換器７２側あるいは浴槽８２側のいずれかに流す流路切り換え弁であり、制御装置４０によって制御される。追い焚きサーミスタ５７は、往き管６６、風呂用配管１８、浴水循環回路７１、追い焚き用熱交換器７２によって形成される回路を循環する浴水の温度を検出するための電気信号を制御装置４０に出力する。
【００５１】
追い焚き装置７０は、風呂三方弁６５からタンク１０の上部を通り風呂用配管１８のアダプタ８２ａ側に接続される浴水循環回路７１と、この浴水循環回路７１の途中に接続される追い焚き用熱交換器７２と、アダプタ８２ａから逆止弁６３及びフロースイッチ６４の間に接続される往き管６６と、から構成されている。本実施形態の追い焚き用熱交換器７２は、コイル状に形成され、タンク１０内の上方となる部位に配設されて、内部を流通する浴水をタンク１０内に貯えられた高温の湯（図１に示すタンク１０内における一点鎖線間の領域に貯えられる湯）によって加熱する熱交換器である。
【００５２】
追い焚き用熱交換器７２の流入部及び流出部は、同じ側のタンク１０の壁面に接続されており、追い焚き用熱交換器７２はタンク１０の軸中心からずれた位置に配されている。中間部配管１０ｃは、追い焚き用熱交換器７２が配された側のタンク１０の壁面に接続されている。また、中間部配管１０ｃは追い焚き用熱交換器７２の下端よりも下方に接続されている。
【００５３】
往き管６６には、アダプタ８２ａ側から循環する浴水の下流側に向けて順に、水位センサ６７、風呂循環電動弁６８、風呂循環ポンプ６９が設けられている。水位センサ６７は、浴槽８２内に湯張りされた浴水の湯量、言い換えれば浴槽８２内の水位レベルを求めるための水圧を検出するセンサであり、水圧信号を制御装置４０に出力するようになっている。風呂循環電動弁６８は往き管６６を開閉する電動弁であり、風呂循環ポンプ６９は浴槽８２内の浴水を追い焚き用熱交換器７２に圧送する電動ポンプであり、両者は制御装置４０によってその作動が制御されるようになっている。
【００５４】
湯張り時あるいは湯張り後に浴槽８２内の浴水温度を検出する時は、風呂三方弁６５を風呂用配管１８側に切り換えるとともに、風呂循環ポンプ６９を作動させることで、浴槽８２内の浴水が往き管６６、風呂用配管１８、浴槽８２の順に循環され、循環温サーミスタ５６により浴水の温度が検出される。
【００５５】
追い焚きを行う時は、風呂三方弁６５を浴水循環回路７１側に切り換えることで、浴槽８２内の浴水が往き管６６、浴水循環回路７１、追い焚き用熱交換器７２、浴水循環回路７１、風呂用配管１８、浴槽８２の順に循環されて、循環温サーミスタ５６により検出される浴水温度が所定温度になるまで循環の制御が継続される。
【００５６】
制御装置４０は、マイクロコンピュータを主体として構成され、内蔵のＲＯＭには、予め制御プログラムが記憶されており、各サーミスタ３１〜３４、５１〜５７からの温度信号、圧力センサ３５からの圧力信号、湯張り用流量カウンタ６２からの流量信号、フロースイッチ６４からの浴水流通信号、水位センサ６７からの水位信号、ユーザーが入力する操作盤４１（例えば、風呂設置リモコン、台所設置リモコン）からの入力信号等に基づいて、各種混合弁１４〜１６、ヒートポンプユニット２０、ＨＰ出口三方弁２２、湯張り用電磁弁６１、風呂三方弁６５、風呂循環電動弁６８、風呂循環ポンプ６９を制御するように構成されている。
【００５７】
また、制御装置４０は、温水として使用された使用熱量の実績（例えば、ヒートポンプユニット２０の運転実績、給湯や湯張りに相当する給湯実績等）を、毎日継続して記憶手段に記憶する。記憶手段は、例えば、フラッシュメモリやＲＡＭで構成され、記憶されているデータの読み出しや書き込みを行うものである。当該記憶手段は、例えば、ヒートポンプユニット２０の運転実績を含む過去の使用熱量の実績を所定期間分記憶しておくことができ、当該所定期間からはみ出た古い実績は新しい実績に随時書き換えられる。本実施形態では、所定期間の一例として過去１週間分の使用熱量の実績を記憶するようにしている。そして、１週間分の使用熱量の実績は、直近の１日の実績が記憶されるタイミングになると、最も古い１日の実績が記憶手段から消去され、直近の１日の実績が書き込まれることになる。
【００５８】
操作盤４１には、操作スイッチとして、給湯設定温度スイッチ、湯張りスイッチ、湯張り設定温度スイッチ、追い焚きスイッチ、追い焚き設定温度スイッチ等が設けられている。また、操作盤４１は、浴室内や台所等の湯を使用する場所の近傍に設置され、操作盤４１以外は、屋外等の適所に設置されている。
【００５９】
給湯装置１００における沸き上げ運転時の作動について図２〜図４を参照して説明する。図２は沸き上げ運転の処理手順を示すフローチャートである。本フローチャートは、制御装置４０によって実行される。制御装置４０は、沸き上げ運転開始の指令があると、ステップ１において沸き上げ運転を実施するために必要な諸条件を求める演算を実行する。この演算処理は、タンク１０内に貯えるべき必要熱量に応じて、第１沸き上げ温度Ｔ１と第２沸き上げ温度Ｔ２を決定する処理であり、その詳細な処理手順については後述する。
【００６０】
第１沸き上げ温度Ｔ１は、タンク１０の吐出口１０ｅ（タンク１０の上部）からタンク１０内に流入させる湯をヒートポンプユニット２０によって沸き上げる温度である。第２沸き上げ温度Ｔ２は、タンクの中間部１０ｃ１からタンク１０内に流入させる湯をヒートポンプユニット２０によって沸き上げる温度であり、第１沸き上げ温度Ｔ１よりも低温に決定される。
【００６１】
ステップ１で第１沸き上げ温度Ｔ１と第２沸き上げ温度Ｔ２を決定する演算が完了すると、制御装置４０は、ヒートポンプユニット２０で加熱される湯がステップ１で決定した第１沸き上げ温度Ｔ１となるように、ヒートポンプユニット２０の作動を制御した沸き上げ運転を実施する（ステップ２）。そしてステップ３において、ＨＰ出口三方弁２２の吐出口１０ｅ側を開き、タンク１０内の給湯水を回路２１に循環させ、ヒートポンプユニット２０で加熱された高温（第１沸き上げ温度Ｔ１）の湯を吐出口１０ｅを通してタンク１０の上部から貯めていく。
【００６２】
次に、ステップ４において、追い焚き用熱交換器７２よりも下方に配されたタンク水温サーミスタ５５ｂにより検出される温度が、第１沸き上げ温度Ｔ１よりも若干低い温度（例えば、（Ｔ１−α）℃）よりも高くなったか否かを判定する。ステップ４で、当該検出温度が高くなったと判定すると、続いてステップ５において制御装置４０は、ステップ１で第１沸き上げ温度Ｔ１よりも低温に決定された第２沸き上げ温度Ｔ２に目標沸き上げ温度を低下させて、湯を生成するようにヒートポンプユニット２０の作動を制御する。
【００６３】
そしてステップ６において、ＨＰ出口三方弁２２を中間部配管１０ｃ側を開くように切り換え、第２沸き上げ温度Ｔ２に沸き上げられた湯は追い焚き用熱交換器７２の下方からタンク１０内に流入する。次にステップ７において、タンクの中間部１０ｃ１よりも下方に位置するタンク水温サーミスタ５５ｃ〜５５ｇのいずれかの検出温度が、第２沸き上げ温度Ｔ２よりも若干低い温度（例えば、（Ｔ２−β）℃）よりも高くなったか否かを判定する。ステップ７で当該検出温度が高くなったと判定すると、沸き上げ運転が完了したと判断し、ステップ８でヒートポンプユニット２０の運転を終了させ、本フローチャートを終了する。
【００６４】
次にステップ１の具体的な演算手順について、図３及び図４を参照しながら以下に説明する。図３は、ステップ１の演算における必要熱量と決定される第１沸き上げ温度Ｔ１及び第２沸き上げ温度Ｔ２との関係を示す特性図である。図４は、ステップ１の演算における第１沸き上げ温度Ｔ１と第２沸き上げ温度Ｔ２を決定する処理手順を示すフローチャートである。
【００６５】
図３に示すように、制御装置４０は、過去の所定期間における湯の使用実績から算出された予想使用湯量に基づいて求められるタンク１０内に貯えるべき必要熱量に応じて、第１沸き上げ温度Ｔ１と第２沸き上げ温度Ｔ２をそれぞれ決定する。制御装置４０は、ステップ１において、第１沸き上げ温度Ｔ１が予め定めた第１の所定温度Ｔｓｔ１を超えることがないように決定する。この第１の所定温度Ｔｓｔ１は、ヒートポンプユニット２０によって沸き上げる湯温として最高の温度（例えば８５℃）である。
【００６６】
つまり、上記のタンク１０内に貯えるべき必要熱量が所定の熱量以上になったとしても、第１沸き上げ温度Ｔ１を最高でも第１の所定温度Ｔｓｔ１に維持する。また、第１沸き上げ温度Ｔ１は、当該必要熱量が上記所定の熱量未満の場合は当該必要熱量の大きさに比例して高くなるように決定される。ただし、このとき制御装置４０は、当該必要熱量が大きいときでも上記所定の熱量未満の場合には、第２沸き上げ温度Ｔ２を高くせず、予め定めた低温の第２の所定温度Ｔｓｔ２（例えば６５℃）に維持するように決定する。
【００６７】
一方、制御装置４０は、当該必要熱量が上記所定の熱量を超える場合には、第１沸き上げ温度Ｔ１を第１の所定温度Ｔｓｔ１に決定するとともに、タンク１０内に貯える熱量が大きく不足することを軽減するため、タンクの中間部１０ｃ１に流入させる湯温である第２沸き上げ温度Ｔ２を第２の所定温度Ｔｓｔ２よりも高くするように決定する。
【００６８】
このように制御装置４０は、当該必要熱量が上記所定の熱量以下の場合は、第２沸き上げ温度Ｔ２を低温に決定して、極力タンクの中間部１０ｃ１に流入させる湯温を抑制するように制御する。さらに、タンク１０の最上部からタンク水温サーミスタ５５ｂまでの領域には、当該必要熱量に比例して高くした第１沸き上げ温度Ｔ１の湯を供給して貯湯熱量を確保するので、追い焚き用熱交換器７２が配設される領域に追い焚き運転を実施可能な湯温を貯湯しつつ、予想使用湯量に対して過剰に高温の湯を沸き上げて貯湯することがなく、過剰な高温の湯による放熱ロスを低減させることができる。
【００６９】
また、タンク水温サーミスタ５５ｂよりも下方の領域については、極力低温に決定した第２沸き上げ温度Ｔ２の湯を貯湯するため、タンク１０内の全量を高温の湯で貯湯する沸き上げ運転を行う場合に比べ、ヒートポンプユニット２０の成績係数（ＣＯＰ）を向上させ、高効率の沸き上げ運転を実施できるのである。
【００７０】
上記の第２の所定温度Ｔｓｔ２は、給湯装置１００の仕様によって予め定まる最低沸き上げ温度であることが好ましい。また、第１の所定温度Ｔｓｔ１は、給湯装置１００の仕様によって予め定まる最高沸き上げ温度であることが好ましい。給湯装置１００の仕様によって定まる最低沸き上げ温度または最高沸き上げ温度は、例えば、ヒートポンプユニット２０のシステム固有の加熱性能によって定まる温度と言い換えることもできる。
【００７１】
図４に示すように、ステップ１の沸き上げ運転の演算処理が開始すると、制御装置４０は、ステップ１１で上記の必要熱量を算出する。そして、ステップ１２で第２沸き上げ温度Ｔ２を第２の所定温度Ｔｓｔ２に設定し、ステップ１１で算出した必要熱量とステップ１２で設定した第２沸き上げ温度Ｔ２とを用いて第１沸き上げ温度Ｔ１を算出する（ステップ１３）。
【００７２】
次に、ステップ１４において、ステップ１３で算出した第１沸き上げ温度Ｔ１が第１の所定温度Ｔｓｔ１以下であるか否かを判定する。ステップ１４で、算出の第１沸き上げ温度Ｔ１が第１の所定温度Ｔｓｔ１以下であると判定すると、続いてステップＳ１５において制御装置４０は、第２沸き上げ温度Ｔ２を低温に設定された第２の所定温度Ｔｓｔ２に決定し、本演算ルーチンを終了する。この場合、第１沸き上げ温度Ｔ１は第１の所定温度Ｔｓｔ１以下の温度に決定され、第２沸き上げ温度Ｔ２は第２の所定温度Ｔｓｔ２に決定されることになる。
【００７３】
一方、ステップ１４で、算出の第１沸き上げ温度Ｔ１が第１の所定温度Ｔｓｔ１以下でないと判定すると、続いて制御装置４０は、ステップＳ１６において第１沸き上げ温度Ｔ１を高温に設定された第１の所定温度Ｔｓｔ１に決定し、ステップ１７において第２沸き上げ温度Ｔ２を、当該必要熱量に基づいて算出した値に決定し、本演算ルーチンを終了する。この場合、第１沸き上げ温度Ｔ１は最大でも第１の所定温度Ｔｓｔ１に決定され、第２沸き上げ温度Ｔ２は必要熱量に基づいて算出される第２の所定温度Ｔｓｔ２以上の温度に決定されることになる。
【００７４】
続いて、給湯使用時における作動について述べる。昼間などに給湯を使用する場合、中温用混合弁１４の中間部配管１０ｃを開き、タンクの中間部１０ｃ１に貯湯された湯を優先的に取り出して設定温度と一致するように給湯用混合弁１５、風呂用混合弁１６の弁開度調節により給湯水と混合して使用する。
【００７５】
しかしながら、ある程度タンク１０内の湯量が減少したときには、ヒートポンプユニット２０を作動させて高効率な低温の湯を沸き上げ、ＨＰ出口三方弁２２の分岐配管２３側を開き、低温の湯をタンクの中間部１０ｃ１に貯湯する。ヒートポンプユニット２０による沸き上げ安定後は、ヒートポンプユニット２０から分岐配管２３の下流側部位２３ｂを通して加熱した低温の湯を出湯に用いる。
【００７６】
また、ヒートポンプユニット２０が加熱した湯の流量が足りない場合には、タンクの中間部１０ｃ１の湯も混合されて同時に使用される。さらに、タンク中間部１０ｃ１からの湯で設定温度に調節できない場合には、中温用混合弁１４の高温取出管１２側の開度を大きくすることにより、タンク１０上部の高温湯も用い、出湯温度を確保する。
【００７７】
続いて、追い焚き運転について説明する。例えば保温運転中に、循環温サーミスタ５６によって検出される浴水温度が設定温度よりも低くなった場合や、使用者が操作盤４１を操作して追い焚き操作を指示した場合、追い焚き運転を実施する。制御装置４０は、追い焚き運転実施のための指令があると、タンク水温サーミスタ５５ｂの検出温度が、所定時間内で浴水を設定された温度となるように追い焚きが可能な温度である場合は、タンク１０の上部に貯留された湯で追い焚き運転を行うことができると判断する。
【００７８】
そして、風呂三方弁６５を浴水循環回路７１側の開いた状態とし、風呂循環ポンプ６９を作動させ、浴槽８２内の浴水を浴水循環回路７１に浴水を流入させる。浴水循環回路７１に流入した浴水は追い焚き用熱交換器７２の流入部を介してタンク１０内に流入し、タンク１０内に貯留された湯と熱交換して加熱される。加熱された浴水は、追い焚き用熱交換器７２の流出部を介してタンク１０から流出し、浴水循環回路７１、風呂用配管１８を介して浴槽８２へと戻される。循環温サーミスタ５６の検出温度が設定温度より高温となると、風呂三方弁６５は浴水循環回路７１側が閉となるように切り換えられ、風呂循環ポンプ６９が停止される。
【００７９】
以下に、本実施形態の給湯装置１００がもたらす作用効果について説明する。一般に、ヒートポンプユニット２０の効率は、沸き上げ運転時に加熱しようとする給湯用水の温度が上昇するにつれて低下する傾向にある。つまりヒートポンプユニット２０の効率は、タンク１０内に貯まった中温水化した湯を再度沸き上げた場合に低下する。
【００８０】
そこで給湯装置１００における制御装置４０は、沸き上げ運転を実施する際に、タンク１０内に貯えるべき必要熱量に応じて第１沸き上げ温度Ｔ１を算出し、当該算出した第１沸き上げ温度が予め定めた第１の所定温度Ｔｓｔ１以下である場合には、第１沸き上げ温度Ｔ１を算出した温度に決定するとともに、第２沸き上げ温度Ｔ２を第１の所定温度Ｔｓｔ１よりも低温に定めた第２の所定温度Ｔｓｔ２に決定する。また、算出した第１沸き上げ温度Ｔ１が第１の所定温度Ｔｓｔ１よりも高温である場合には第１沸き上げ温度Ｔ１を第１の所定温度Ｔｓｔ１に決定するとともに、第２沸き上げ温度Ｔ２を必要熱量に応じて算出した温度に決定する。
【００８１】
これによれば、当該必要熱量に応じて算出した第１沸き上げ温度Ｔ１が第１の所定温度Ｔｓｔ１以下である場合に、第１沸き上げ温度Ｔ１を当該算出した温度に決定するとともに、第２沸き上げ温度Ｔ２を低温の第２の所定温度Ｔｓｔ２に決定するため、タンク１０内の上部には当該必要熱量に対応した高温の湯を貯え、タンク１０内の下部側には低温の沸き上げ温度に抑えた湯を貯えることができる。これにより、次回に沸き上げ運転を行うときに、タンク１０下部の湯温を低くでき、中温水化した残湯の再沸き上げを抑えることができるので、ヒートポンプユニット２０の効率（ＣＯＰ）の低下を抑制することが可能である。
【００８２】
逆に、算出した第１沸き上げ温度Ｔ１が第１の所定温度Ｔｓｔ１よりも高温である場合には第１沸き上げ温度Ｔ１を第１の所定温度Ｔｓｔ１に決定するとともに、第２沸き上げ温度Ｔ２を必要熱量に応じて算出した温度に決定するため、タンク１０内の上部に貯えるために沸き上げる湯温を抑えてヒートポンプユニット２０の効率（ＣＯＰ）が低下することを抑制し、タンク１０内の下部側には必要熱量に対応した温度の湯を貯えることができる。
【００８３】
また、必要熱量に比例して、タンク１０の上部に貯湯する湯温を高く決定することにより、タンク１０の上部に貯えた高温の湯が給湯使用や追い焚き運転等により温度低下した場合でも、そのまま給湯に使用できる温度には維持できると考えられるため、ヒートポンプユニット２０による再沸上げの対象とはならない。したがって、ヒートポンプユニット２０の効率の低下を抑制することが可能である。
【００８４】
また、給湯装置１００における沸き上げ運転によれば、追い焚き・保温に必要となる高温を基準としてタンク１０の全量の湯を沸き上げる場合に対して、タンク１０の上部側のみを高温の湯で満たし、タンク１０の下部に側に貯える湯の沸き上げ温度を下げることにより、沸き上げ温度上昇によるヒートポンプユニット２０の効率の低下を抑制することができる。
【００８５】
また、給湯使用時には、タンクの中間部１０ｃ１からの湯の取り出しにより、タンクの中間部１０ｃ以下の湯を優先的に使用することにより、タンク１０の上部を高温に維持したまま、出湯を実施することができる。
【００８６】
また、予め設定されている第２の所定温度Ｔｓｔ２は、給湯装置１００の仕様によって予め定まる最低沸き上げ温度であることが好ましく、これによれば、タンク１０内の下部側に貯えられる給湯用水の温度上昇を抑制することが可能であるとともに、沸き上げ運転時にヒートポンプユニット２０によって沸き上げられる給湯用水の温度を極力低下させることができる。
【００８７】
また、予め設定されている第１の所定温度Ｔｓｔ１は、給湯装置１００の仕様によって予め定まる最高沸き上げ温度であることが好ましく、これによれば、第１の所定温度Ｔｓｔ１が高く設定されやすいため、必要熱量が大きい場合でも第２沸き上げ温度Ｔ２を極力低温に決定することができる。したがって、沸き上げ運転時にヒートポンプユニット２０によって沸き上げられる給湯用水の温度を極力低下させることが可能である。
【００８８】
また、タンクの中間部１０ｃ１は、追い焚き用熱交換器７２の配設位置よりも下方位置に設けられている。この構成によれば、決定した第１沸き上げ温度Ｔ１を満たす高温湯がタンク１０内の上部に供給されることにより、浴水を加熱するための追い焚き用熱交換器７２周辺の給湯用水の温度を高い温度に維持するとともに、さらにタンク１０内の下部側には温度を抑えた低温の湯を満たすことができる。したがって、ヒートポンプユニット２０の効率面に優れ、タンク１０内の給湯用水を再沸き上げすることを抑制する給湯装置１００を提供できる。
【００８９】
（第２実施形態）
第２実施形態の給湯装置１００Ａは、第１実施形態の給湯装置１００に対して、追い焚き用熱交換器７３をタンク１０の外部に設けた点が相違している。図５は第２実施形態に係る給湯装置１００Ａの構成を示す模式図である。図５において図１と同様の符号を付した要素は、第１実施形態の説明と同様の構成部品であり、同様の作動及び作用効果をするものであり、さらに沸き上げ運転（図２のフローチャート）、追い焚き運転、給湯時の作動、沸き上げ運転時の演算処理（図３の特性図及び図４のフローチャート）等についても第１実施形態と同様である。以下、第２実施形態について、第１実施形態と異なる形態についてのみ説明する。
【００９０】
図５に示すように、給湯装置１００Ａは、タンク１０の外部に配置された追い焚き用熱交換器７３と、追い焚き用熱交換器７３とタンク１０の内部とを連絡する回路７４とを備える。回路７４は、タンク１０の上部（図５に示すタンク１０内における一点鎖線間の領域）に接続されたタンク流出部７４ａから、タンク１０の下部（図５に示すタンク水温サーミスタ５５ｆと５５ｇの間の領域）に接続されたタンク流入部７４ｂに至る配管経路と、タンク流入部７４ｂからタンク流出部７４ａに至るタンク１０の内部領域と、を含む経路である。
【００９１】
回路７４の配管経路の途中には、追い焚き用熱交換器７３における給湯用水側通路７３ｂと、タンク１０内の給湯用水を回路７４に循環させる循環ポンプ７５と、が設けられている。さらに中間部配管１０ｃのタンク接続部であるタンクの中間部１０ｃ１は、回路７４のタンク流出部７４ａよりも下方の位置に設けられている。追い焚き装置７０Ａは、風呂三方弁６５から追い焚き用熱交換器７３における浴水側通路７３ａを通り風呂用配管１８のアダプタ８２ａ側に接続される浴水循環回路７１Ａと、この浴水循環回路７１Ａの途中に接続される追い焚き用熱交換器７３と、アダプタ８２ａから逆止弁６３及びフロースイッチ６４の間に接続される往き管６６と、から構成されている。追い焚き用熱交換器７３は、浴水循環回路７１Ａを循環する浴水をタンク１０内に貯えられた高温の湯（図５に示すタンク１０内における一点鎖線間の領域に貯えられる湯）によって加熱する熱交換器である。
【００９２】
すなわち、タンク１０内の上部に貯えられた高温の湯は、循環ポンプ７５の駆動力により、回路７４のタンク流出部７４ａから流れ出て回路７４の配管経路を流れ、追い焚き用熱交換器７３の給湯用水側通路７３ｂを通過するときに浴水側通路７３ａを流れる浴水と熱交換して浴水を加熱した後、タンク流入部７４ｂにからタンク１０内の下部に戻るようになる。
【００９３】
本実施形態の給湯装置１００Ａによれば、追い焚き用熱交換器７３はタンク１０の外部に配置され、追い焚き用熱交換器７３とタンク１０の内部とを連絡する回路７４を備えている。タンクの中間部１０ｃ１は、タンク１０内の給湯用水が追い焚き用熱交換器７３へ向かう回路７４のタンク流出部７４ａよりも下方位置に配されている。
【００９４】
この構成によれば、決定した第１沸き上げ温度Ｔ１を満たす高温湯がタンク１０内の上部に供給されることにより、浴水を加熱するためのタンク流出部７４ａ近傍における給湯用水の温度を高い温度に維持するとともに、さらにタンク１０内の下部側には温度を抑えた低温の湯を満たすことができる。したがって、ヒートポンプユニット２０の効率面に優れ、タンク１０内の給湯用水を再沸き上げすることを抑制する給湯装置１００Ａを提供できる。
【００９５】
（第３実施形態）
第３実施形態の給湯装置１００Ｂは、第１実施形態の給湯装置１００に対して、分岐配管２３及びＨＰ出口三方弁２２を有しない点が相違しており、ヒートポンプユニット２０で沸き上げられたタンク１０内の給湯用水はすべてタンク１０内の上部に戻されるようになっている。さらに、第３実施形態の給湯装置１００Ｂでは、上記構成の相違点により、第１実施形態とは沸き上げ運転の処理手順が相違する。
【００９６】
図６は第２実施形態に係る給湯装置１００Ｂの構成を示す模式図である。図７は給湯装置１００Ｂにおける沸き上げ運転の処理手順を示すフローチャートである。図６において図１と同様の符号を付した要素は、第１実施形態の説明と同様の構成部品であり、同様の作動及び作用効果をするものであり、さらに追い焚き運転、給湯時の作動、沸き上げ運転時の演算処理（図３の特性図及び図４のフローチャート）等についても第１実施形態と同様である。以下、第３実施形態について、第１実施形態と異なる形態についてのみ説明する。
【００９７】
図６に示すように、給湯装置１００Ｂは、上部流入手段の一例として、回路２１及び給水ポンプ２４を備え、ヒートポンプユニット２０によって第１沸き上げ温度Ｔ１または第２沸き上げ温度Ｔ２に沸き上げられた湯をタンク１０の上部からタンク１０内に流入させる機能を備えている。
【００９８】
次に、給湯装置１００Ｂにおける沸き上げ運転時の作動について図７を参照して説明する。図７は沸き上げ運転の処理手順を示すフローチャートである。本フローチャートは、制御装置４０によって実行される。制御装置４０は、沸き上げ運転開始の指令があると、ステップ２０において沸き上げ運転を実施するために必要な諸条件を求める演算を実行する。ステップ２０での演算処理は、第１沸き上げ温度Ｔ１と第２沸き上げ温度Ｔ２を決定する処理であり、第１実施形態において図３及び図４を参照して説明した演算処理と同様である。
【００９９】
ステップ２０で第１沸き上げ温度Ｔ１と第２沸き上げ温度Ｔ２を決定する演算が完了すると、制御装置４０は、ヒートポンプユニット２０で加熱される湯がステップ２０で決定した第２沸き上げ温度Ｔ２となるように、ヒートポンプユニット２０の作動を制御した沸き上げ運転を実施する（ステップ２１）。そして、タンク１０内の給湯水を回路２１に循環させ、ヒートポンプユニット２０で加熱された第２沸き上げ温度Ｔ２の湯を吐出口１０ｅからタンク１０の上部に貯めていく。
【０１００】
次に、ステップ２２において、追い焚き用熱交換器７２よりも下方に配されたタンク水温サーミスタ５５ｂにより検出される温度が、第２沸き上げ温度Ｔ２よりも若干低い温度（例えば、（Ｔ２−α）℃）よりも高くなったか否かを判定する。ステップ２２で、当該検出温度が高くなったと判定すると、続いてステップ２３において制御装置４０は、ステップ２０で第２沸き上げ温度Ｔ２よりも高温に決定された第１沸き上げ温度Ｔ１に目標沸き上げ温度を上昇させて高温湯を生成するように、ヒートポンプユニット２０の作動を制御する。そして、ヒートポンプユニット２０で加熱された第１沸き上げ温度Ｔ１の高温湯を吐出口１０ｅからタンク１０の上部に貯めていく。このため、先にタンク１０の上部に貯めた第２沸き上げ温度Ｔ２の低温湯は、第１沸き上げ温度Ｔ１の高温湯によって押し下げられる。したがって、タンク１０の下部から上部にかけて、低温湯、高温湯の順に温度層が形成されることになる。
【０１０１】
次にステップ２４において、タンク水温サーミスタ５５ｂの検出温度が、第１沸き上げ温度Ｔ１よりも若干低い温度（例えば、（Ｔ１−β）℃）よりも高くなったか否かを判定する。ステップ２４で当該検出温度が高くなったと判定すると、沸き上げ運転が完了したと判断し、ステップ２５でヒートポンプユニット２０の運転を終了させ、本フローチャートを終了する。
【０１０２】
以下に、本実施形態の給湯装置１００Ｂがもたらす作用効果について説明する。給湯装置１００Ｂの制御装置４０は、ヒートポンプユニット２０による沸き上げ運転を実施するときに、タンク１０内に貯えるべき必要熱量に応じて第１沸き上げ温度Ｔ１を算出し、当該算出した第１沸き上げ温度Ｔ１が予め定めた第１の所定温度Ｔｓｔ１以下である場合には、第１沸き上げ温度Ｔ１を算出した温度に決定するとともに、第２沸き上げ温度Ｔ２を第１の所定温度Ｔｓｔ１よりも低温に定めた第２の所定温度Ｔｓｔ２に決定する。また、算出した第１沸き上げ温度Ｔ１が第１の所定温度Ｔｓｔ１よりも高温である場合には第１沸き上げ温度Ｔ１を第１の所定温度Ｔｓｔ１に決定するとともに、第２沸き上げ温度Ｔ２を必要熱量に応じて算出した温度に決定する。さらに制御装置４０は、前述の決定した第２沸き上げ温度Ｔ２に沸き上げた湯を上部流入手段によってタンク１０内に流入した後、前述の決定した第１沸き上げ温度Ｔ１に沸き上げた湯をタンク１０内に流入するようにヒートポンプユニット２０の運転を制御する。
【０１０３】
この制御によれば、タンク１０の上部から、先に第２沸き上げ温度Ｔ２に沸き上げた湯を供給した後、さらに第２沸き上げ温度Ｔ２よりも高温に決定される第１沸き上げ温度Ｔ１に沸き上げた湯を供給する。このため、タンク１０内において上部側に高温湯が満たされ、下部側に低温湯が満たされる温度分布が得られる。したがって、タンク１０内に必要熱量を確保するとともに、タンク１０内の下部側に貯えられる湯温を低くすることが可能な給湯装置１００Ｂを提供できる。
【０１０４】
また、給湯装置１００Ｂによれば、第１実施形態の給湯装置１００が有するＨＰ出口三方弁２２等の流路切り換え手段が不要であり、給湯装置１００に比べて簡単な構成であっても本発明の目的を果たすことができるのである。
【０１０５】
また、本実施形態においても、当該必要熱量に応じて算出した第１沸き上げ温度Ｔ１が第１の所定温度Ｔｓｔ１以下である場合に、第１沸き上げ温度Ｔ１を当該算出した温度に決定するとともに、第２沸き上げ温度Ｔ２を低温の第２の所定温度Ｔｓｔ２に決定するため、タンク１０内の上部には当該必要熱量に対応した高温の湯を貯え、タンク１０内の下部側には低温の沸き上げ温度に抑えた湯を貯えることができる。これにより、次回に沸き上げ運転を行うときに、タンク１０下部の湯温を低くでき、中温水化した残湯の再沸上げを抑えることができるので、ヒートポンプユニット２０の効率（ＣＯＰ）の低下を抑制することが可能である。逆に、算出した第１沸き上げ温度Ｔ１が第１の所定温度Ｔｓｔ１よりも高温である場合には第１沸き上げ温度Ｔ１を第１の所定温度Ｔｓｔ１に決定するとともに、第２沸き上げ温度Ｔ２を必要熱量に応じて算出した温度に決定するため、タンク１０内の上部に貯えるために沸き上げる湯温を抑えてヒートポンプユニット２０の効率（ＣＯＰ）が低下することを抑制し、タンク１０内の下部側には必要熱量に対応した温度の湯を貯えることができる。
【０１０６】
（他の実施形態）
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に何ら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々変形して実施することが可能である。
【０１０７】
上記実施形態において、制御装置４０に記憶される所定期間（例えば１週間）の運転実績は、装置の工場出荷時においてあらかじめ記憶させていた所定の運転情報（モデル運転情報）を更新することにより、ユーザーの使用実態に適合させていくものであってもよい。
【０１０８】
また、ヒートポンプユニット２０のヒートポンプサイクル２０Ａを流れる作動冷媒は、二酸化炭素に限定されるものではなく、フロン等の他の冷媒であってもよい。
【符号の説明】
【０１０９】
１０…タンク
１０ｃ…中間部配管（中間部流入手段）
１０ｃ１…タンクの中間部
２０…ヒートポンプユニット（ヒートポンプ式加熱装置）
２１…回路（上部流入手段、中間部流入手段）
２２…ヒートポンプ出口三方弁（上部流入手段、中間部流入手段）
２３…分岐配管（中間部流入手段）
２４…給水ポンプ（上部流入手段、中間部流入手段）
４０…制御装置
７２，７３…追い焚き用熱交換器（熱交換装置）
７４…回路
７４ａ…タンク流出部
Ｔ１…第１沸き上げ温度
Ｔ２…第２沸き上げ温度
Ｔｓｔ１…第１の所定温度
Ｔｓｔ２…第２の所定温度
【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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