(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機、第１の放熱器、膨張機構、蒸発器が順次に配管で接続され、圧縮機で加熱された第１冷媒が循環する第１冷媒回路を有するヒートポンプ装置と、
前記第１の放熱器と、貯湯タンクに貯えられた貯湯タンク水と熱交換する第２の放熱器とが接続され、前記第１の放熱器を通過する前記第１冷媒によって加熱された第２冷媒が循環することで前記第２の放熱器によって前記貯湯タンク水を加熱する第２冷媒回路と、
前記貯湯タンク水のタンク水温を検出するタンク水温検出センサと
を備えた給湯システムを対象として、
前記タンク水温検出センサによって検出された貯湯タンク水のタンク水温が第１の温度以下になると、第１の温度よりも高い第２の温度になるまで、定格運転よりも低出力で且つ定格運転よりも成績係数の高い負荷率で前記ヒートポンプ装置を運転する第１の運転方式で前記給湯システムを運転し、タンク水温が前記第２の温度を超えると、タンク水温が第２の温度よりも高い第３の温度になるまで、前記第１の運転方式よりも高い加熱能力で前記ヒートポンプ装置を運転する第２の運転方式で前記給湯システムを運転する運転制御部
を備えたことを特徴とする給湯システム制御装置。
【請求項２】
前記運転制御部は、
前記第１の運転方式として、予め設定された運転周波数で前記圧縮機を運転することを特徴とする請求項１記載の給湯システム制御装置。
【請求項３】
前記給湯システムは、さらに、
前記第１の放熱器から流出する第２冷媒の流出温度を検出する第２冷媒温度検出センサを備え、
前記運転制御部は、
前記第１の運転方式として、前記第２冷媒温度検出センサによって検出される第２冷媒の流出温度と、前記タンク水温検出センサによって検出された貯湯タンク水のタンク水温との温度差が一定になるように、前記給湯システムを運転することを特徴とする請求項１記載の給湯システム制御装置。
【請求項４】
前記給湯システムは、さらに、
前記第１の放熱器から流出する第２冷媒の流出温度と、前記第１の放熱器に流入する第２冷媒の流入温度とを検出する第２冷媒温度検出センサと、
前記第２冷媒回路を流れる第２冷媒の流量を調節する循環ポンプと
を備え、
前記運転制御部は、
前記第１の運転方式として、前記第２冷媒温度検出センサによって検出される第２冷媒の流出温度と流入温度との温度差に前記循環ポンプによる前記第２冷媒の流量を乗じた積が一定になるように、前記循環ポンプを含む前記給湯システムを運転することを特徴とする請求項１記載の給湯システム制御装置。
【請求項５】
前記給湯システムは、さらに、
前記第１の放熱器に流入する第２冷媒の流入温度を検出する第２冷媒温度検出センサを備え、
前記給湯システム制御装置は、さらに、
前記第１の放熱器に流入する第２冷媒の前記流入温度と、前記圧縮機の運転周波数との対応関係を示す対応関係情報を記憶する記憶部を備え、
前記運転制御部は、
前記第２冷媒温度検出センサによって検出された前記流入温度をキーとして、前記記憶部の対応関係情報から前記第２冷媒温度検出センサによって検出された前記流入温度に対応する圧縮機の運転周波数を特定し、特定した運転周波数で前記圧縮機を運転することを特徴とする請求項２記載の給湯システム制御装置。
【請求項６】
圧縮機、第１の放熱器、膨張機構、蒸発器が順次に配管で接続され、圧縮機で加熱された第１冷媒が循環する第１冷媒回路を有するヒートポンプ装置と、
前記第１の放熱器と、貯湯タンクに貯えられた貯湯タンク水と熱交換する第２の放熱器とが接続され、前記第１の放熱器を通過する前記第１冷媒によって加熱された第２冷媒が循環することで前記第２の放熱器によって前記貯湯タンク水を加熱する第２冷媒回路と、
前記貯湯タンク水のタンク水温を検出するタンク水温検出センサと
を備えた給湯システムを対象として、
前記貯湯タンク水が所定の沸き上げ温度に至るまでの目標沸き上げ時間が指定されると、前記貯湯タンク水が前記沸き上げ温度に至る沸き上げ時間を推定するための沸き上げ時間推定運転を所定のタイミングで前記給湯システムに対して都度実行することにより、前記沸き上げ温度に達するまでに要する時間を示す沸き上げ時間推定値を算出し、算出した前記沸き上げ時間推定値と、指定された前記目標沸き上げ時間とに基づいて、定格運転よりも低出力で且つ定格運転よりも成績係数の高い負荷率で前記ヒートポンプ装置を運転する第１の運転方式と、前記第１の運転方式よりも高い加熱能力で前記ヒートポンプ装置を運転する第２の運転方式とのいずれかの運転方式で前記給湯システムを運転する運転制御部
を備えたことを特徴とする給湯システム制御装置。
【請求項７】
圧縮機、第１の放熱器、膨張機構、蒸発器が順次に配管で接続され、圧縮機で加熱された第１冷媒が循環する第１冷媒回路を有するヒートポンプ装置と、
前記第１の放熱器と、貯湯タンクに貯えられた貯湯タンク水と熱交換する第２の放熱器とが接続され、前記第１の放熱器を通過する前記第１冷媒によって加熱された第２冷媒が循環することで前記第２の放熱器によって前記貯湯タンク水を加熱する第２冷媒回路と、  前記貯湯タンク水のタンク水温を検出するタンク水温検出センサと
を備えた給湯システムを対象として、
前記タンク水温検出センサによって貯湯タンク水のタンク水温を検出する処理と、
前記タンク水温が第１の温度以下であるかどうかを判定する処理と、
前記タンク水温が第１の温度以下である場合に、第１の温度よりも高い第２の温度になるまで、定格運転よりも低出力で且つ定格運転よりも成績係数の高い負荷率で前記ヒートポンプ装置を運転する第１の運転方式で前記給湯システムを運転する処理と、
前記タンク水温が前記第２の温度を超えたか否かを判定する処理と、
前記タンク水温が前記第２の温度を超えた場合に、前記タンク水温が第２の温度よりも高い第３の温度になるまで、前記第１の運転方式よりも高い加熱能力で前記ヒートポンプ装置を運転する第２の運転方式で前記給湯システムを運転する処理と
をコンピュータに実行させるための給湯システム制御プログラム。
【請求項８】
圧縮機、第１の放熱器、膨張機構、蒸発器が順次に配管で接続され、圧縮機で加熱された第１冷媒が循環する第１冷媒回路を有するヒートポンプ装置と、
前記第１の放熱器と、貯湯タンクに貯えられた貯湯タンク水と熱交換する第２の放熱器とが接続され、前記第１の放熱器を通過する前記第１冷媒によって加熱された第２冷媒が循環することで前記第２の放熱器によって前記貯湯タンク水を加熱する第２冷媒回路と、
前記貯湯タンク水のタンク水温を検出するタンク水温検出センサと
を備えた給湯システムを対象として、
前記タンク水温検出センサによって検出された貯湯タンク水のタンク水温が第１の温度以下になると、第１の温度よりも高い第２の温度になるまで、定格運転よりも低出力で且つ定格運転よりも成績係数の高い負荷率で前記ヒートポンプ装置を運転する第１の運転方式で前記給湯システムを運転し、タンク水温が前記第２の温度を超えると、タンク水温が第２の温度よりも高い第３の温度になるまで、前記第１の運転方式よりも高い加熱能力で前記ヒートポンプ装置を運転する第２の運転方式で前記給湯システムを運転することを特徴とする給湯システム運転方法。
【請求項９】
圧縮機、第１の放熱器、膨張機構、蒸発器が順次に配管で接続され、圧縮機で加熱された第１冷媒が循環する第１冷媒回路を有するヒートポンプ装置と、
前記第１の放熱器と、貯湯タンクに貯えられた貯湯タンク水と熱交換する第２の放熱器とが接続され、前記第１の放熱器を通過する前記第１冷媒によって加熱された第２冷媒が循環することで前記第２の放熱器によって前記貯湯タンク水を加熱する第２冷媒回路と、
前記貯湯タンク水のタンク水温を検出するタンク水温検出センサと、
前記第２冷媒回路の所定の箇所を流れる前記第２冷媒の第２冷媒温度を検出する第２冷媒温度検出センサと
を備えた給湯システムを対象として、
前記第２冷媒温度検出センサによって検出された前記第２冷媒温度と、前記タンク水温検出センサによって検出された前記タンク水温との温度差が広がる場合には前記圧縮機の運転周波数を低くする制御を実行し、前記温度差が狭まる場合には前記圧縮機の運転周波数を高くする制御を実行する運転制御部を備えたことを特徴とする給湯システム制御装置。
【請求項１０】
前記運転制御部は、
前記第２冷媒温度と前記タンク水温との前記温度差の代わりに、前記第２冷媒温度の単位時間当たりの温度変化量と、前記タンク水温の単位時間あたりの温度変化量とを用いることにより、前記第２冷媒温度の単位時間当たりの前記温度変化量が前記タンク水温の単位時間当たりの前記温度変化量よりも大きくなる場合には前記圧縮機の運転周波数を低くする制御を実行し、前記第２冷媒温度の単位時間当たりの前記温度変化量が前記タンク水温の単位時間当たりの前記温度変化量よりも小さくなる場合には前記圧縮機の運転周波数を高くする制御を実行することを特徴とする請求項９記載の給湯システム制御装置。
【請求項１１】
前記第２冷媒温度検出センサは、
前記第２冷媒温度として、前記第１の放熱器から流出する前記第２冷媒の温度を検出することを特徴とする請求項９または１０に記載の給湯システム制御装置。
【請求項１２】
前記第２冷媒温度検出センサは、
前記第２冷媒温度として、前記第１の放熱器に流入する前記第２冷媒の温度を検出することを特徴とする請求項９または１０に記載の給湯システム制御装置。
【請求項１３】
前記運転制御部は、
前記第１の放熱器から流出する前記第２冷媒の前記第２冷媒温度の単位時間あたりの前記温度変化量を用いることにより、所定の基準時から前記第１の放熱器から流出する前記第２冷媒の前記第２冷媒温度に対して予め設定された温度である上限温度に到達するまでの時間を示す上限温度到達時間を推定する共に、前記タンク水温の単位時間あたりの前記温度変化量を用いることにより、前記所定の基準時から前記タンク水温に対して予め設定された温度であるタンク水温目標値に到達するまでの時間を示すタンク水温到達時間を推定し、推定された前記第２冷媒の前記上限温度到達時間が、推定された前記タンク水温到達時間よりも早い場合には前記圧縮機の運転周波数を低くする制御を実行し、遅い場合には前記圧縮機の運転周波数を高くする制御を実行することを特徴とする請求項１０記載の給湯システム制御装置。
【請求項１４】
前記運転制御部は、
前記第２冷媒温度が前記上限温度に到達した場合には、前記圧縮機の運転周波数を制御することにより、前記第２冷媒温度を前記上限温度に維持することを特徴とする請求項１３記載の給湯システム制御装置。
【請求項１５】
圧縮機、第１の放熱器、膨張機構、蒸発器が順次に配管で接続され、圧縮機で加熱された第１冷媒が循環する第１冷媒回路を有するヒートポンプ装置と、
前記第１の放熱器と、貯湯タンクに貯えられた貯湯タンク水と熱交換する第２の放熱器とが接続され、前記第１の放熱器を通過する前記第１冷媒によって加熱された第２冷媒が循環することで前記第２の放熱器によって前記貯湯タンク水を加熱する第２冷媒回路と、
前記貯湯タンク水のタンク水温を検出するタンク水温検出センサと、
前記第２冷媒回路の所定の箇所を流れる前記第２冷媒の第２冷媒温度を検出する第２冷媒温度検出センサと
を備えた給湯システムを対象として、
前記第２冷媒温度検出センサによって検出された前記第２冷媒温度と、前記タンク水温検出センサによって検出された前記タンク水温との温度差が広がる場合には前記圧縮機の運転周波数を低くする制御を実行し、前記温度差が狭まる場合には前記圧縮機の運転周波数を高くする制御を実行することを特徴とする給湯システム運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ヒートポンプの冷凍サイクルによって外気から得た熱量を、熱交換器を用いて熱交換することによって水を加熱し、加熱された温水を給湯設備に供給する、ヒートポンプ式給湯システムの運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１７は従来の間接加熱方式のヒートポンプ式給湯システムを示す。従来のヒートポンプ式給湯システムは、図１７（間接加熱方式）のように冷媒を循環させるヒートポンプ式冷凍サイクルを備えた熱源機２０が、水熱交換器２０２（凝縮器として作用）を介して水回路２１と接続する。図１７では、水熱交換器２０２が熱源機２０の筐体内部に収められている例であるが、熱源機２０の筐体外部で熱源機２０と接続する場合もある。水回路２１は、水熱交換器２０２を通過する冷媒によって加熱された温水または不凍液が循環する構成である。水回路２１には、循環ポンプ２４や貯湯タンク２５、ラジエータまたはファンコイルユニット２６、床暖房２７等が配管で接続されている。【０００３】
貯湯タンク２５への熱供給の方式としては、直接加熱方式と、図１７に示す間接加熱方式とがある。
（１）直接加熱方式は、給湯に用いられる温水が水熱交換器２０２によって直接加熱される。
（２）間接加熱方式は、水熱交換器２０２で加熱された温水または不凍液が、貯湯タンク２５の内部または外部に設けられた第２の熱交換器２９を介して給湯に用いられる温水と熱交換することによって熱供給が行われる。【０００４】
（間接加熱方式）
以下、図１７を参照して、間接加熱方式を説明する。間接加熱方式は、図１７に示すように、水熱交換器２０２で加熱された温水または不凍液を、ラジエータまたはファンコイルユニット２６や床暖房２７の輻射暖房機器に直接供給して暖房に用いることもできる。間接加熱方式の場合では、図１７に示すように、三方弁２３によって熱を供給する経路を切り替える。貯湯タンク２５の沸き上げ運転時には、三方弁２３によって水回路２１を第２の熱交換器２９が配置された経路に切り替える。経路切替は複数の二方弁を用いて行ってもよい。経路切替によって水熱交換器２０２で加熱された温水が第２の熱交換器２９に流入する。この流入した温水と熱交換される熱量によって貯湯タンク２５内の水温が上昇し、貯湯タンク２５内または貯湯タンク２５の壁面に設置されたタンク水温センサ３５の計測値が沸き上げ温度設定値に達すると沸き上げ運転が終了する。ユーザの給湯利用が始まると、貯湯タンク２５の上部から温水が排出される。排出された温水は、水と混ぜられる。混ぜられた温水は、リモートコントローラなどでユーザによって設定された設定温度の温水としてユーザに供給される。一方、水が貯湯タンク２５の下部から供給される。よって貯湯タンク２５の内部は常に満水状態となっている。【０００５】
（直接加熱方式）
従来の直接加熱方式のヒートポンプ式給湯システムによる沸き上げ運転では（例えば特許文献１）、運転初期は貯湯タンクから熱源機に供給される温水の温度に応じて算出した圧縮機周波数で運転する。そして、熱源機の運転が安定した際に、熱源機からの出湯温度と出湯温度設定値との偏差と、この偏差の変化量を算出する。そして、求めた偏差と偏差の変化量とから、圧縮機周波数の補正量を求め、求めた補正量で現在の運転周波数を補正した圧縮機周波数で運転する。従来の直接加熱方式のヒートポンプ式給湯システムでは、以上のような圧縮機周波数制御が実行される。直接加熱方式の場合、常にタンク下部の低温の水が熱源機に供給されるため、水熱交換器２０２での熱交換効率が安定した状態で運転を行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−２４３２７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
一方、間接加熱方式の場合、貯湯タンク２５内の水温上昇速度は、第２の熱交換器２９水回路２１を循環する循環温水の水温上昇速度に比べて遅い。貯湯タンク２５内の水温上昇速度は、第２の熱交換器２９の伝熱効率に依存するが、伝熱効率は、貯湯タンク２５内の自然対流の状態によって変化し、沸き上げ運転開始直後など自然対流が十分形成されていない段階では伝熱効率が低い。このため、熱源機２０から水回路２１を循環する循環温水に供給される熱量が、第２の熱交換器２９と貯湯タンク２５内の水とで熱交換される熱量を上回り、次第に熱源機２０へ戻る循環温水の戻り温度が上昇する。【０００８】
熱源機２０へ戻る循環温水の戻り温度が上昇すると、水熱交換器２０２へ流入する循環温水と水熱交換器２０２内の冷媒との温度差が少なくなるため熱交換効率が低下し、供給熱量／消費電力で表されるＣＯＰ（成績係数：Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ  Ｏｆ  Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ）が低下する。特許文献１の方式では、出湯温度の偏差が大きければ順次圧縮機周波数を上げていくので、短時間で熱源機の出湯温度が上昇する。熱源機の出湯温度を上昇させると、その分戻り温度の上昇も速く、ＣＯＰが低下する。そのうちに冷媒と温水との温度差がほとんどなくなって出湯温度をそれ以上は上げられなくなり、圧縮機周波数を落とし、供給熱量を減らすように運転せざるを得なくなる。その結果、熱交換効率が低い運転状態が長く続き、沸き上げ期間の平均ＣＯＰが低くなるという課題があった。【０００９】
一方で、出湯温度が上がりすぎないように圧縮機周波数を低く維持しながら運転を行うと、循環温水温度がタンク水温より速く上がりすぎるのを避けることができ、熱交換効率が向上する。そして、さらに周波数の三乗に比例して圧縮機消費電力が減少するので、ＣＯＰの向上が可能である。しかし、供給熱量が減少するため、沸き上げ時間がより長くなり、湯切れ発生リスクが高まるという課題があった。【００１０】
この発明は、間接加熱方式のヒートポンプ式給湯システムにおいて、沸き上げ期間の平均ＣＯＰが向上するとともに、湯切れ発生リスクの増大を防ぐことのできる、ヒートポンプ式給湯システムの運転方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この発明の給湯システム制御装置は、
圧縮機、第１の放熱器、膨張機構、蒸発器が順次に配管で接続され、圧縮機で加熱された第１冷媒が循環する第１冷媒回路を有するヒートポンプ装置と、
前記第１の放熱器と、貯湯タンクに貯えられた貯湯タンク水と熱交換する第２の放熱器とが接続され、前記第１の放熱器を通過する前記第１冷媒によって加熱された第２冷媒が循環することで前記第２の放熱器によって前記貯湯タンク水を加熱する第２冷媒回路と、
前記第２の放熱器より上方に配置され、貯湯タンク水のタンク水温を検出するタンク水温検出センサと、前記第２冷媒回路を循環する第２冷媒温度を検出する第２冷媒温度検出センサと
を備えた給湯システムを対象として、
前記タンク水温と前記第２冷媒温度のいずれかまたは双方によって前記第２の熱交換器の伝熱効率の変化を推定し、伝熱効率が高いと判断した場合にはヒートポンプの出力を上昇させ、伝熱効率が低いと判断した場合にはヒートポンプの出力を低下させて前記給湯システムを運転する運転制御部を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
この発明により、間接加熱方式のヒートポンプ式給湯システムにおいて、沸き上げ期間の平均ＣＯＰが向上するとともに、湯切れ発生リスクの増大を防ぐことのできるヒートポンプ式給湯システムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施の形態１におけるヒートポンプ式給湯システム１０００の構成図。
【図２】実施の形態１における運転切替部３の判定処理を表すフローチャート。
【図３】実施の形態１におけるヒートポンプ式給湯システム１０００の運転方式に対する運転切替判定値（運転切替温度）を示す図。
【図４】実施の形態１における熱源機の圧縮機周波数ごとの、戻り温水温度と供給熱量との関係を示す図。
【図５】実施の形態１における熱源機の圧縮機周波数ごとの、戻り温水温度とＣＯＰとの関係を示す図。
【図６】実施の形態１における戻り温水温度ごとの、外気温度とＣＯＰとの関係を示す図。
【図７】実施の形態１におけるヒートポンプ式給湯システム１０００の沸き上げ運転の特徴を示す図。
【図８】実施の形態２におけるシステムコントローラ３２の構成図。
【図９】実施の形態３におけるシステムコントローラ３２の構成図。
【図１０】実施の形態３における一次遅れ特性を説明する図。
【図１１】実施の形態４における伝熱効率が低い場合の戻り温水温度とタンク水温との傾きを示す図。
【図１２】実施の形態４における伝熱効率が高い場合の戻り温水温度とタンク水温との傾きを示す図。
【図１３】実施の形態４における貯湯タンク２５内部を模式的に示す図。
【図１４】実施の形態４における第２冷媒の温度及び貯湯タンク２５内部の水温とを示す図。
【図１５】実施の形態５における推定到達時間ｔ１、ｔ２を示す図。
【図１６】実施の形態６におけるシステムコントローラ３２のハードウェア構成を示す図。
【図１７】従来の間接加熱方式のヒートポンプ式給湯システムを示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
実施の形態１．
図１を用いて実施の形態１のヒートポンプ式給湯システム１０００を説明する。図１のヒートポンプ式給湯システム１０００は図１７に示した従来のヒートポンプ式給湯システムに対して、熱源機コントローラ３１、システムコントローラ３２（給湯システム制御装置）を備えている。また構成要素としては、図１７に示した従来のヒートポンプ式給湯システムに対して、一つあるいは複数のタンク水温センサ３５（タンク水温検出センサ）、外気温度センサ３０、往き温水温度センサ３３（第２冷媒温度検出センサの一例）、戻り温水温度センサ３４（第２冷媒温度検出センサの一例）、室温センサ３６、流量センサ３７などのセンサ群や、補助熱源２２を備えている。循環ポンプが回転数固定の場合には流量センサ３７はなくてもよい。
【００１５】
ヒートポンプ式給湯システム１０００の特徴は、タンク水の沸き上げの際に、システムコントローラ３２が、後述するＣＯＰを重視した「第１の運転方法」（第１の運転方式という場合もある）と、タンク水の温度上昇を重視した「第２の運転方法」（第２の運転方式という場合もある）とを切り替えて実行する点にある。この運転方式によって沸き上げ期間平均ＣＯＰが向上するとともに、湯切れ発生リスクの増大を防ぐことが可能となる。
【００１６】
図１は、ヒートポンプ式給湯システム１０００のブロック図である。以下、図１を参照して、間接加熱方式のヒートポンプ式給湯システム１０００を説明する。
【００１７】
（熱源機２０）
熱源機２０（ヒートポンプ装置ともよばれる）を説明する。熱源機２０は、冷凍サイクル回路を構成する。冷凍サイクル回路では、圧縮機２０１、水熱交換器２０２（第１の放熱器）、膨張器２０３、空気熱交換器２０４が配管で順次接続される。熱源機２０は、圧縮機２０１、水熱交換器２０２、膨張器２０３、空気熱交換器２０４、ファン２０５の全てが筐体２０−１内に収められる場合と、水熱交換器２０２は筐体２０−１の外部に設けられる場合がある。圧縮機２０１で加熱された冷媒が冷凍サイクル回路を循環する。熱源機２０の冷凍サイクル回路を第１冷媒回路、及び冷凍サイクル回路を循環する冷媒を第１冷媒と呼ぶ場合がある。また、水回路２１を第２冷媒回路、水回路２１を流れる冷媒を第２冷媒と呼ぶ場合がある。以下の実施の形態では第２冷媒は水であるが一例である。他の冷媒でも構わない。水回路２１は、水熱交換器２０２と、貯湯タンク２５に貯えられた貯湯タンク水と熱交換する第２の熱交換器２９とが接続され、水熱交換器２０２を通過する第１冷媒によって加熱された第２冷媒が循環することで第２の熱交換器２９によって貯湯タンク水を加熱する。
（１）圧縮機２０１は、インバータにより運転周波数を変更可能である。
（２）水熱交換器２０２は、冷媒（第１冷媒）と水（第２冷媒）とを熱交換させて冷媒（第１冷媒）を凝縮させる（凝縮器２０２という場合もある）。
（３）膨張器２０３は、電動弁等により冷媒流量を調整可能な膨張機構である。
（４）空気熱交換器２０４は、室外等に設置される。空気熱交換器２０４は、空気と冷媒との熱交換を促進させる能力可変のファン２０５を有し、冷媒を蒸発させる（蒸発器２０４という場合もある）。
【００１８】
（システムコントローラ３２、熱源機コントローラ３１）
（１）熱源機コントローラ３１が筐体（２０−１）内に収められている。熱源機コントローラ３１は、圧縮機２０１、凝縮器２０２、膨張器２０３、蒸発器２０４の運転を制御する。
（２）システムコントローラ３２が、貯湯タンク２５の収められた貯湯タンクユニット２８内に収められている。システムコントローラ３２は、熱源機コントローラ３１への起動、停止や、圧縮機運転周波数指令、循環ポンプ２４への起動、停止や回転数指令、三方弁２３への切替位置指令、補助ヒータ（水回路２１に配置された補助熱源２２）及び浸水ヒータ（貯湯タンク２５内の補助熱源２２）への起動、停止指令を出力する。
【００１９】
熱源機２０が冷凍サイクルによって外気から熱を取り込むと、凝縮器である水熱交換器２０２を介して温水（第２冷媒）を加温し、温水が水回路２１内を循環する。熱源機２０が故障した場合や、外気温度低下により熱供給能力が不足した場合には、補助熱源２２として、例えば電気ヒータを用いて更に加熱する。
【００２０】
水回路２１を循環する温水は、三方弁２３及び循環ポンプ２４の運転状態によって、貯湯タンク２５と、暖房設備である「ラジエータやファンコイルユニット２６、または床暖房２７」とに供給される。
【００２１】
（各種のセンサ）
図１に示すヒートポンプ式給湯システム１０００は、外気温度センサ３０、往き温水温度センサ３３、戻り温水温度センサ３４、タンク水温センサ３５、室温センサ３６、流量センサ３７を備えている。
（１）外気温度センサ３０は熱源機２０の周辺の外気温を検出する。
（２）往き温水温度センサ３３は、貯湯タンク２５または暖房設備に送られる循環温水の温度を計測する。
（３）戻り温水温度センサ３４は、貯湯タンク及び暖房設備で放熱されて熱源機に戻る循環温水の温度を計測する。
（４）タンク水温センサ３５は、タンク内の垂直方向に少なくとも１箇所以上の水温を計測する。
（５）室温センサ３６は、暖房設備が設置された部屋の少なくとも１箇所の室温を計測する。
（６）流量センサ３７は、水回路２１の温水流量を計測する。
（７）各センサからは、センサ計測値が定期的にシステムコントローラ３２に送られる。
【００２２】
（ユーザ操作）
実施の形態１のヒートポンプ式給湯システム１０００システムでは、ユーザは、タンクユニット２８に備え付けられたシステムコントローラ３２の操作インタフェースや、暖房を行う部屋などに設置されたリモートコントローラによって、貯湯タンク沸き上げあるいは暖房の運転開始、運転停止を手動で指定する「運転指令」や、貯湯タンク沸き上げあるいは暖房の自動運転、自動停止を許可または禁止する時刻を指定する「運転スケジュール」や、貯湯タンク沸き上げ及び暖房の運転条件判定に必要な「温度」を設定できる構成である。ユーザによって設定された運転指令、運転スケジュールや設定温度は、無線又は有線の通信によって、システムコントローラ３２へ送られる。
【００２３】
システムコントローラ３２は、外気温度センサ３０、往き温水温度センサ３３〜流量センサ３７などのセンサ計測値や、リモートコントローラを介したユーザの設定値をもとに、熱源機コントローラ３１が判断可能な運転指令値を熱源機コントローラ３１に転送または送信する。運転指令値として例えば、起動停止、圧縮機運転周波数、熱源機出湯温度がある。また、システムコントローラ３２は、熱源機２０への運転指令の他に、循環ポンプ２４の回転数または起動停止、補助熱源２２の起動停止、三方弁２３の切替の各運転指令を各機器のアクチュエータに送信可能である。
【００２４】
図１では、システムコントローラ３２と熱源機コントローラ３１とは別個の構成としたが、両方の機能を含む一つのシステムコントローラ（コンピュータ）として、熱源機筐体内もしくはタンクユニット内に設置してもよい。
【００２５】
ヒートポンプ式給湯システム１０００の運転は、システムコントローラ３２及び熱源機コントローラ３１によって実行される。
【００２６】
システムコントローラ３２及び熱源機コントローラ３１の構成要素の機能を説明する。
（１）運転切替手動設定部１は、システムコントローラ３２の操作インタフェースまたはリモートコントローラによってユーザが手動で給湯運転、暖房運転、停止などの運転指令（運転切替）を設定する。
（２）水温計測部２は、往き温水温度センサ３３、戻り温水温度センサ３４、タンク水温センサ３５の各検出値を演算可能なデータに変換して収集する。
（３）運転切替部３は、検出されるタンク水温の値に応じて運転方式を切り替える。実施の形態１のシステムコントローラ３２では、運転切替部３が運転制御部を構成する。
（４）圧縮機周波数設定部４は、制御設定値設定部８によって設定された制御設定値と、運転切替部３が選択した運転方法の演算ロジックに従って圧縮機周波数を設定する。
（５）圧縮機周波数制御部５は、圧縮機の運転周波数を、圧縮機周波数設定部４が設定した周波数に基づいて圧縮機運転周波数を制御する。
（６）運転切替判定値設定部６は、複数の運転方法に対する運転切替判定値としてタンク水温を設定する。
（７）沸き上げ完了判定センサ選択部７は、沸き上げ完了判定対象のセンサを選択する。
（８）制御設定値設定部８は、圧縮機周波数、循環ポンプ流量、三方弁動作、補助ヒータ動作などを決定するための制御設定値を設定する。
（９）循環ポンプ制御部９は、運転切替部３が選択した運転方法に応じてポンプの起動停止、流量を制御する。
（１０）三方弁切替部１０は、貯湯タンク沸き上げか暖房かを切り替える。
（１１）補助ヒータ制御部１１は、補助ヒータ起動、停止を切り替える。
【００２７】
（水温計測部２）
水温計測部２の有するタンク水温センサ３５は、図１に示すように、鉛直方向に１つないし複数個が、タンク内もしくはタンク水温代替用にタンク壁面に設置される。設置された温度センサにより検出された電圧あるいは電流値は、水温の値に変換される。タンク水温は温度センサにより一定の周期で連続して収集される。
【００２８】
（沸き上げ完了判定センサ選択部７）
沸き上げ完了判定センサ選択部７は、タンク水温センサ３５が複数設置されている場合に設けられ、鉛直方向に複数個設置された温度センサ（水温センサ３５）のうち、どのセンサの温度を沸き上げ完了判定対象とするかを選択する。例えば、２００Ｌの貯湯タンク２５に対し、タンク頭頂部を０Ｌとして、底面方向に、０Ｌ、５０Ｌ、１００Ｌ、１５０Ｌ、２００Ｌの５箇所に温度センサを設置した場合、沸き上げ完了判定対象を中間位置の１００Ｌとするなど特定の温度センサを判定対象に選択する。あるいは５箇所全部の温度センサが設定温度に到達するように選択することもできる。
【００２９】
（運転切替判定値設定部６）
運転切替判定値設定部６は、運転切替を判定するためのタンク水温を設定する。設定値は、タンク水温を直接設定しても、あるいは３３〜３７のセンサ検出値や運転切替判定値設定部６の設定値を用いて計算してもよい。例えば沸き上げ開始時点のタンク水温検出値と、沸き上げ完了温度の設定値の平均値を運転切替判定値として用いてもよい。
設定するタンク水温の個数は、運転切替部３が切替を判定する運転の種類の個数に対応する。設定するタンク水温は、沸き上げ開始、沸き上げ完了及び沸き上げ中に運転方法を切り替える水温を設定する。沸き上げ中の運転切り替え温度は複数あってもよい。また、沸き上げ開始、沸き上げ完了、運転切替温度の複数の組み合わせを登録し、曜日や季節によって好きな組合せを選択できる運転スケジュールとして設定してもよい。
【００３０】
（運転切替部３）
運転切替部３は、運転切替判定値設定部６で設定したタンク水温と、水温計測部２が計測したタンク水温とを比較し、後述する図３に示す判定基準（判定温度）に従って、熱源機２０の運転を切替える。運転切替部３は、貯湯タンク沸き上げ運転開始時は第１の運転方法で運転し、タンク水温が沸き上げ完了温度より低い運転切替判定値に到達すると、第２の運転方法に運転を切り替える。
【００３１】
（圧縮機周波数設定部４）
圧縮機周波数設定部４は、運転切替部３が判定した運転方法の周波数算出ロジックに基づいて、圧縮機周波数を設定する。圧縮機周波数は、周波数の絶対値の他、定格あるいは上限周波数に対する比率で表してもよい。圧縮機周波数設定部４は、第１の運転方法では制御設定値設定部８にて設定された周波数に設定する。ここでは、図４〜６の熱源機の特性をもとに、第１の運転方法での戻り温度範囲において、第２の運転方法よりＣＯＰの高い周波数を設定する。
第２の運転方法では、制御設定値設定部８にて設定された周波数に圧縮機周波数を設定あるいは、タンク水温の目標値と現在値の偏差や偏差の変化量より、偏差が小さくなる方向に圧縮機周波数設定値を増減させる。
第１の運転方法及び第２の運転方法で設定される圧縮機周波数の設定値や設定値の増減幅は、外気温度や熱源機への戻り温度、タンク水温などの各センサの検出値に応じて補正してもよい。
【００３２】
（圧縮機周波数制御部５）
圧縮機周波数制御部５は、圧縮機周波数設定部４が設定した周波数で運転するように、圧縮機２０１のインバータへパルス指令を出力する。なお、圧縮機周波数制御部５は熱源機コントローラ３１の一機能である。熱源機コントローラ３１は、圧縮機周波数の変化に連動して膨張器２０３の電磁弁やファン２０５のファン回転数を制御し、冷凍サイクルを安定に保ちながら熱供給を行う。一方、圧縮機周波数設定部４の設定値によって冷媒温度が上昇し、上限値に達した場合には、熱源機コントローラ３１は、冷凍サイクルを安定に保つために圧縮機周波数を低下させる。
【００３３】
（動作説明）
次に、図２、図３を参照して、運転切替部３の運転切替動作を説明する。以下の動作主体は運転切替部３である。
図２は運転切替部３の動作フローである。
図３は運転切替判定値（運転切替温度）の一例を示す表である。図３の「２０℃」（第１の温度の一例）はＳ１６の判定基準であり、「４０℃」（第２の温度の一例）はＳ１７の判定基準であり、「６０℃」（第３の温度の一例）はＳ１２の判定基準である。
【００３４】
「熱源機停止または暖房運転中」の場合、すなわち「給湯タンク沸き上げ運転中」ではない場合（Ｓ１１でＮＯ）、運転切替部３は、貯湯タンク２５の水温計測値（タンク水温ともいう）が沸き上げ開始温度（図３のように、例えば２０℃とする）より高ければ（Ｓ１６でＮＯ）、運転状態を継続する（Ｓ２０）。一方Ｓ１６においてタンク水温が沸き上げ開始温度を下回ると、運転切替部３は、沸き上げ開始と判定し（Ｓ１６でＹＥＳ）、処理はＳ１７に進み、貯湯タンク２５の沸き上げを開始する。一方、運転切替手動設定部１にて給湯タンク沸き上げ運転を手動設定された場合には、Ｓ１６の判定に関わらずＳ１７に処理は進む。
Ｓ１７において、運転切替部３は、タンク水温と設定値である「沸き上げ方式切り替え温度」とを比較する。「沸き上げ方式切り替え温度」図３のように、例えば４０℃とする。
運転切替部３は、
タンク水温≦４０度
の場合は、第１の運転方法でヒートポンプ装置を運転する（Ｓ１８）。
また運転切替部３は、
タンク水温＞４０度
の場合、第２の運転方法でヒートポンプ装置を運転する（Ｓ１９）。
【００３５】
＜Ｓ１８：第１の運転方法＞
Ｓ１８の場合、システムコントローラ３２の運転切替部３は、三方弁２３を給湯側に切り替え、定格もしくは制御設定値設定部８に設定された流量または定格に対する流量比または回転数で循環ポンプ２４の運転を開始し、流量が安定した後に熱源機２０を起動し、「第１の運転方法」で熱源機２０を運転する。ここで「第１の運転方法」とは、制御設定値設定部８によって設定された、後述する第２の運転方法で設定される周波数よりＣＯＰが高い周波数で圧縮機２０１を運転する運転方法である。後述の図５は、熱源機２０の圧縮機周波数ごとの、戻り温水温度とＣＯＰとの関係を示す図であるが、圧縮機２０１にとってＣＯＰが高い周波数は、図５に示すように、定格周波数よりも低い周波数であるため、定格周波数での運転より少ない熱量供給で運転を行うこととなる。
【００３６】
「第１の運転方法」が開始されると、処理は、Ｓ１８→「ＥＮＤ」→「ＳＴＡＲＴ」→Ｓ１１→Ｓ１２に進むことになる。Ｓ１２では、運転切替部３は「タンク水温」と「沸き上げ完了温度」とを比較する。「沸き上げ完了温度」は図３のように、例えば６０℃とする。
この場合、運転切替部３は、
「タンク水温」≧６０℃
が、所定の期間継続するかを判定する。「第１の運転方法」が開始されたばかりでは通常継続しないので、処理はＳ１４に進む。所定の期間のタンク温度の検出値において、所定の閾値以上のタンク温度の上昇がある場合は（Ｓ１４でＮＯ）、処理は再びＳ１７に進む。なお、継続判定期間、温度上昇判定の閾値は運転切替判定値設定部６で設定される。
【００３７】
＜Ｓ１８：第２の運転方法＞
運転切替部３は、タンク水温が運転切替判定値（４０℃）に到達すると（Ｓ１７でＮＯ）、「第２の運転方法」に切り替える（Ｓ１９）。「第２の運転方法」は、沸き上げを加速する運転方法である。第１の運転方法では少ない熱量供給で運転しているため水温上昇が遅い。このため、「第２の運転方法」では、切り替え時点で沸き上げ完了温度とのタンク水温偏差が大きいので、圧縮機周波数を定格、上限、あるいは制御設定値設定部８で設定された、第１の運転方法より高い周波数まで上昇させて運転を行う。ここでは、運転周波数を上げているので、熱源機のＣＯＰは低下する。
【００３８】
このＳ１９において「第２の運転方法」が開始されると、処理は、Ｓ１９→「ＥＮＤ」→「ＳＴＡＲＴ」→Ｓ１１→Ｓ１２に進むことになる。「第２の運転方法」による運転の結果、タンク水温が沸き上げ停止温度（６０℃）に到達し、所定の期間継続すれば（Ｓ１２でＹＥＳ）、運転切替部３は、沸き上げ完了と判断し、停止または暖房運転に移行する（Ｓ１３）。この後の処理は、Ｓ１３→「ＥＮＤ」→「ＳＴＡＲＴ」→Ｓ１１→Ｓ１６→Ｓ２０と進む。
【００３９】
一方、沸き上げ完了温度（６０℃）に到達せず（Ｓ１２でＮＯ）、所定の期間にタンク温度上昇がなければ（Ｓ１４でＹＥＳ）、運転切替部３は熱源機２０の能力不足と判定し、補助ヒータ（補助熱源２２）を起動し、沸き上げ停止温度に達するまで運転する（Ｓ１５）。
【００４０】
図４は、熱源機２０の圧縮機周波数ごとの、戻り温水温度と供給熱量との関係を示す図である。図４では、上のグラフほど、圧縮機周波数が高い。
図５は、熱源機２０の圧縮機周波数ごとの、戻り温水温度とＣＯＰとの関係を示す図である。図５では、上のグラフほど、圧縮機周波数が低い。
図６は、戻り温水温度ごとの、外気温度とＣＯＰとの関係を示す図である。図６では、下のグラフに向かうほど、戻り温度が高い。
【００４１】
次に、従来方式との運転性能の差について、図４と図５をもとに説明する。図４、図５は、戻り温水温度に対して各圧縮機周波数における供給熱量、ＣＯＰ特性を表すイメージ図である。
（１）圧縮機周波数によるＣＯＰの差は、戻り温水温度が低い領域では差が大きく、高い領域では差が小さくなっている。
【００４２】
また、図７は、図４、図５の特性をもとに、従来の沸き上げ時間と同じ沸き上げ時間としたときの、実施の形態１のヒートポンプ式給湯システム１０００による水温変化とＣＯＰ変化とを表している。図７のグラフにおいて点線は従来を示し、実線はヒートポンプ式給湯システム１０００を示す。
【００４３】
図７に示すように、従来の運転とヒートポンプ式給湯システム１０００による運転とを比較すると、同じ沸き上げ時間になるように運転切替判定値を設定した場合、
（１）ＣＯＰを優先する「第１の運転方法」では、周波数の違いによるＣＯＰの差が大きく、低い周波数に固定して運転することによりＣＯＰが大幅に向上する。一方で、供給熱量が少なくタンク水温の上昇が遅くなっている。
（２）そのため、沸き上げを加速する「第２の運転方法」で、タンク水温の上昇を速めている。「第２の運転方法」は、沸き上げ目標温度とタンク水温の偏差や偏差の変化量により、偏差を小さくする方向に周波数を増減させる。
偏差が大きい間は、常に周波数を上昇させる運転になるので、短時間で定格または上限周波数まで上昇し、沸き上げ運転が加速される。
【００４４】
「第２の運転方法」は周波数を上げて運転しているので従来方式よりもＣＯＰが低下するが、この温度帯での周波数の違いによるＣＯＰの差は小さい。
その結果、「第１の運転方法」のＣＯＰ向上分が「第２の運転方法」のＣＯＰ低下分を上回り、沸き上げ期間の平均ＣＯＰが向上する。
【００４５】
間接加熱方式では、タンク水温の上昇速度はタンク内の水温差による自然対流の大きさによって決まり、第２の運転方法で運転している時点では、対流の起こっていない運転開始直後より温度上昇速度が速い。タンク目標温度と出湯温度上限の値が近い場合には、従来方式の運転は温水温度上限による能力抑制での運転時間が長くなるが、第１の運転方法から第２の運転方法に切り替えた場合は運転切替の時点で温水温度も上限まで達しておらず供給熱量を増やす余力があるので、従来方式の運転と比べても沸き上げ時間の延長は少なく済む。従って、給湯利用による湯切れ発生のリスクは従来と同等に保ちつつＣＯＰを向上させることができる。
【００４６】
また、本実施の形態１では、「第１の運転方法」として、ＣＯＰの高い圧縮機周波数に固定して運転する例を説明したが、別の運転方法として、タンク水温と往きまたは戻り温水温度の温度差一定あるいは、温水の往復温度差×循環ポンプ流量の値を一定に保つ運転方法を用いてもよい。循環ポンプが固定速の場合は、循環ポンプ流量を用いず温水の往復温度差を一定としてもよい。これらの方法はいずれも、温水からタンクへの供給熱量を管理することができるので、温水が水熱交換器２０２から受け取る熱量と、温水がタンクへ供給する熱量の差が広がらないようにして温水温度の上昇を抑え、ＣＯＰの向上が可能である。
【００４７】
以上の運転方法を用いることにより、間接加熱方式のヒートポンプ式給湯システムにおいて、従来と同等の沸上時間を維持しつつ、よりＣＯＰの高い沸き上げ運転を行うことができる。
【００４８】
実施の形態１のヒートポンプ式給湯システム１０００によれば、沸き上げ運転開始後は、タンク水温上昇速度が上がるまで、圧縮機周波数を低めに維持して温水温度上昇を抑える第１の運転方法で運転するので熱源機のＣＯＰが向上する。さらに、第１の運転方法から第２の運転方法運転切替後は、タンク水温との偏差によって早期に温水温度を上昇させる。このため、タンク水温も追従して短時間で温度上昇し沸き上げ時間を延長せずにすむ。よって、沸き上げ時間を延長せずに沸き上げ期間の平均ＣＯＰを向上することができる。
【００４９】
実施の形態２．
図８は、実施の形態２におけるシステムコントローラ３２の構成図である。実施の形態２のシステムコントローラ３２は、さらに、高ＣＯＰ運転周波数算出部１２を備えた点が特徴である。実施の形態２のシステムコントローラ３２では、運転切替部３と高ＣＯＰ運転周波数算出部１２とが運転制御部を構成する。
【００５０】
（高ＣＯＰ運転周波数算出部１２）
高ＣＯＰ運転周波数算出部１２は、圧縮機２０１の各周波数に対し、図４から図６のような、特性データ群を記憶している。例えば高ＣＯＰ運転周波数算出部１２は、戻り温水温度を入力として与えられると、図４〜６に示す特性データ（対応関係情報の一例）の近似式から、ＣＯＰの最も高い運転周波数を算出する。
あるいは、制御設定値設定部８で第１の運転方法での下限能力値を設定しておき、運転開始時点の熱源機２０への戻り温度や外気温度と、下限能力値以上で最もＣＯＰの高い運転周波数を図４〜６の特性データの近似式から求めてもよい。
【００５１】
この運転方法においては、運転切替部３は、ＣＯＰを優先する「第１の運転方法」が選択されると、戻り温水温度に基づき高ＣＯＰ運転周波数算出部１２によって算出されたＣＯＰの最も高い運転周波数で運転を行う。
【００５２】
以上の運転方法を用いることにより、運転切替部３は、第１の運転方法では高ＣＯＰ運転周波数算出部１２によって算出された最もＣＯＰの高い周波数を自動で選んで運転を行うので、第１の運転方法による高いＣＯＰ向上効果が得られる。
【００５３】
実施の形態３．
図９は、実施の形態３におけるヒートポンプ式給湯システムの運転方法である。システムコントローラ３２は、実施の形態２の構成に対して、さらに、沸き上げ時間推定部１３を備えた。沸き上げ時間推定部１３は、タンク目標水温までの沸き上げ時間を推定する。実施の形態３のシステムコントローラ３２では、運転切替部３と沸き上げ時間推定部１３とが運転制御部を構成する。
【００５４】
図１０は実施の形態３における一次遅れ特性を説明する図である。タンクの水温変化は、図１０のように、概ね、むだ時間と一次遅れによる特性を示す。
【００５５】
時定数は、水熱交換器２０２における温水往き帰りの温度差と流量とを一定に保つ供給熱量一定運転（沸き上げ時間推定運転の一例）を行い、同一供給熱量で数分間運転を継続し水温上昇特性の傾きが安定したところで、その傾きで目標温度まで上昇したと仮定したときの沸き上げ時間を計算することにより把握することができる。
【００５６】
一次遅れによる時定数τ秒経過後の到達値は目標値の６３％であるが、３τ秒経過すれば９５％に達するため、３τ秒の時間により現在の供給熱量での沸き上げ完了までの時間を推定可能である。
【００５７】
運転切替部３は、沸き上げ時間推定部１３によって算出された沸上推定時間Ｔ（推定）と、運転切替判定値設定部６にて設定された目標沸上時間Ｔ（目標）と、沸上時間の許容誤差ΔＴとを用いて、運転方式を切り替える。
沸上推定時間Ｔ（推定）が、目標沸上時間Ｔ（目標）に沸上時間許容誤差ΔＴの値を加えた時間より長ければ、
すなわち、
Ｔ（推定）＞Ｔ（目標）＋ΔＴ
ならば、
運転切替部３は、沸き上げ時間を優先する「第２の運転方法」に切り替え、沸上推定時間が、目標沸上時間Ｔ（目標）から沸上時間許容誤差ΔＴを差し引いた時間より短ければ、
つまり、
Ｔ（推定）＜Ｔ（目標）−ΔＴ
ならば、
運転切替部３は、ＣＯＰを優先する「第１の運転方法」で運転する。
【００５８】
すなわち、システムコントローラ３２は、ヒートポンプ式給湯システム１０００を対象として、貯湯タンク水が所定の沸き上げ温度に至るまでの目標沸上時間Ｔ（目標）を指定されると、貯湯タンク水が沸き上げ温度に至る沸き上げ時間を推定するための沸き上げ時間推定運転を所定のタイミングでヒートポンプ式給湯システム１０００に対して都度実行することにより、沸き上げ温度に達するまでに要する時間を示す沸上推定時間Ｔ（推定）（沸き上げ時間推定値）を算出する。システムコントローラ３２は、算出した沸上推定時間Ｔ（推定）と、指定された目標沸上時間Ｔ（目標）とに基づいて、熱源機２０のＣＯＰを重視した「第１の運転方式」と、貯湯タンク水の水温上昇を重視した「第２の運転方法」とのいずれかの運転方式でヒートポンプ式給湯システム１０００を運転する。
【００５９】
実施の形態３の運転方法を用いることにより、沸き上げ時間が目標値に近くなるように随時調整しながら、高ＣＯＰ運転を織り交ぜて運転することができるので、沸き上げ時間を維持しつつ、平均ＣＯＰの高い沸き上げ運転を、自動運転で実現することができる。
【００６０】
実施の形態３の運転方法では、温度変化特性から求めた推定沸き上げ時間に応じてＣＯＰ優先運転と沸き上げ時間優先運転を随時調整しながら運転を行う。よって、沸き上げ時間を維持しつつ、平均ＣＯＰの高い沸き上げ運転をノウハウに依存する設定値がなくとも行うことができる。
【００６１】
実施の形態４．
図１１〜図１４を参照して実施の形態４を説明する。実施の形態４のシステム構成は実施の形態１の図１と同じである。実施の形態４では、第２の熱交換器２９の伝熱効率を推定する指標として、熱源機２０への戻り温水温度と、タンク水温との、両者の時間あたりの温度変化量に着目する。なお、熱源機２０への戻り温水とは、図１に矢印４１で示すように、水回路２１において水熱交換器２０２に流入する循環温水（第２冷媒）である。
【００６２】
図１１の（ａ）は、第２の熱交換器２９の伝熱効率が低い場合の戻り温水温度Ｌ１とタンク水温Ｌ２とを示す。（ａ）の横軸は時間を示し、縦軸は温度を示す。「Ｌ１」は戻り温水温度のグラフを示し、「Ｌ２」はタンク水温Ｌ２のグラフを示す。また、「ｍ１」は戻り温水温度Ｌ１のグラフの傾きを示し、「ｍ２」はタンク水温Ｌ２のグラフの傾きを示す。即ち、傾きｍ１、傾きｍ２は、戻り温水温度Ｌ１、タンク水温Ｌ２それぞれの単位時間あたりの温度変化を示す。
図１１の（ｂ）は、熱源機２０の出力抑制後の、戻り温水温度Ｌ１とタンク水温Ｌ２とを示す図である。
【００６３】
図１２の（ａ）は、第２の熱交換器２９の伝熱効率が高い場合の戻り温水温度Ｌ１とタンク水温Ｌ２とを示す。
図１２の（ｂ）は、熱源機２０の出力上昇後の、戻り温水温度Ｌ１とタンク水温Ｌ２との傾きｍ１、ｍ２を示す図である。図１２の（ａ）、（ｂ）は、図１１の（ａ）、（ｂ）に対応する。
【００６４】
図１１の（ａ）に示すように、第２の熱交換器２９の伝熱効率が低い場合は、循環温水の放熱量が少ないために、戻り温水温度の時間変化量（傾きｍ１）が、タンク水温Ｌ２の時間変化量（傾きｍ２）よりも大きくなる。
すなわち、第２の熱交換器２９の伝熱効率が低い場合には、
傾きｍ１＞傾きｍ２
となる。
【００６５】
一方で図１２の（ａ）のように第２の熱交換器２９の伝熱効率が良くなっている場合には、循環温水の放熱量が大きいために、戻り温水温度とタンク水温との温度差が少なくなる。つまり第２の熱交換器２９の伝熱効率が高い場合は、図１２の（ａ）のように、戻り温水温度の時間変化量（傾きｍ１）が、タンク水温Ｌ２の時間変化量（傾きｍ２）よりも小さくなる。
すなわち、第２の熱交換器２９の伝熱効率が高い場合には、
傾きｍ１＜傾きｍ２
となる。
【００６６】
システムコントローラ３２の運転切替部３（運転制御部）は、水温計測部２の取得した各センサの検出値から、図１１の（ａ），図１２の（ａ）に示すような、戻り温水温度Ｌ１、タンク水温Ｌ２における時間変化量（傾きｍ１、傾きｍ２）を取得する。戻り温水温度は戻り温水温度センサ３４によって検出し、タンク水温はタンク水温センサ３５によって検出する。傾きｍ１、ｍ２である時間変化量は、運転切替部３が、例えば１分間毎の計測値における温度偏差をとる。なお運転開始直後などは循環経路（水回路２１）のたまり水の影響などで値がばらつく。このため、運転切替部３は、運転開始直後における過去数点の計測値を記憶しておき、これらの計測値に対して最小二乗法や移動平均法などを適用することで、運転開始直後における時間変化量を求めるようにしてもよい。
【００６７】
図１１の（ａ）のように、タンク水温の時間変化量（傾きｍ２）に対し、戻り温水温度の時間変化量（傾きｍ１）の方が大きければ、運転切替部３は、第２の熱交換器２９の伝熱効率が低くなっていると判断する。この場合、運転切替部３は、図１１の（ａ）から（ｂ）のように制御を移行し、伝熱効率が低いときには熱源機２０の出力を下げて運転し、図１１の（ｂ）のように傾きｍ１と傾きｍ２とを近づける。一方、図１２の（ａ）のように、タンク水温の時間変化量（傾きｍ２）の方が、戻り温水温度の時間変化量（傾きｍ１）よりも大きければ、運転切替部３は、第２の熱交換器２９の伝熱効率が高くなっていると判断する。そして、運転切替部３は、図１２の（ａ）から（ｂ）のように制御を移行する。すなわち、運転切替部３は、伝熱効率が高いときには、熱源機２０の出力を上げて運転し、図１２の（ｂ）のように傾きｍ１と傾きｍ２とを近づける。
【００６８】
以上のように、戻り温水温度とタンク水温との時間変化量の大小で熱源機２０の制御を行うことで、伝熱効率が低いことによる熱源機２０への戻り温水温度上昇を抑制できるので、高いＣＯＰで熱源機２０を運転することができる。
【００６９】
また、伝熱効率が低く、熱源機２０の出力抑制中（図１１の（ａ）から（ｂ）への制御の場合）に給湯が長時間行われた場合には、加熱が間に合わなくなり、一般には湯切れのリスクが高まる。しかし、上記で述べた方式によれば以下の理由により「湯切れのリスク」を回避できる。
図１３は貯湯タンク２５内部を模式的に示す図である。
図１４は、往き温水温度Ｌ１１、戻り温水温度Ｌ１２等の時間変化を示すグラフである。図１４において「Ｌ１１」等は以下の意味である。
（１）「Ｌ１１」は「往き温水温度」を示す。「往き温水」とは、図１に矢印４２で示すように、水回路２１において水熱交換器２０２から流出する循環温水（第２冷媒）である。
（２）「Ｌ１２」は「戻り温水温度」を示す。「戻り温水」とは、図１に矢印４１で示すように、水回路２１において水熱交換器２０２へ流入する循環温水（第２冷媒）である。
（３）「Ｌ２１」は、タンク水温を示す。タンク水温Ｌ２１は、図１３のように、貯湯タンク２５のほぼ中央部に配置されたタンク水温センサ３５によって検出されたタンク水温である。図１３のタンク水温センサ３５は、第２の熱交換器２９よりも上部に設置されている。
（４）「Ｌ２２」は、貯湯タンク２５の下部（図１３の斜線で示す範囲４３）におけるタンク水温を示す。
（５）破線で示す図１４の範囲４４は、給湯利用時を示している。
【００７０】
給湯が行われると、図１４の範囲４４に示すタンク水温Ｌ２２のように、貯湯タンク２５の下部（図１３の範囲４３）の水温が低下する。しかし、図１３のタンク水温センサ３５のように、タンク水温センサ３５が、第２の熱交換器２９より上方に設置されている場合には、すぐにはタンク水温の低下が検出されないため、給湯が行われていることを確認できるまでに時間遅れがある。一方で第２の熱交換器２９の一部は、給湯によって貯湯タンク２５の下部（範囲４３）に供給される冷水によって伝熱量が増えるので、戻り温水温度が低下することになる。ここでの伝熱量の増加は、循環温水と貯湯タンク水との温度差拡大と、給水による強制対流の効果で伝熱効率が顕著に増すためであり、この変化は速やかに現れる。その結果、図１４の範囲４４における戻り温水温度Ｌ１２とタンク水温Ｌ２１との関係では、循環温水温度（戻り温水温度１２）の傾きｍ１が減少する。このため、運転切替部３は、傾きｍ１を回復させるために、図１２の（ａ）から（ｂ）への制御として、熱源機２０の出力を上昇させて運転することになる。従って、運転切替部３は、給湯利用がタンク水温変化として現れる前に熱源機２０の出力を上げて運転するので、湯切れリスクの増大を回避できる。
【００７１】
なお、図１１及び図１２の説明では、水熱交換器２０２へ流入する第２冷媒（戻り温水）の温度に基づき傾きｍ１を求め、戻り温水温度の時間変化（傾きｍ１）と、タンク水温の時間変化（傾きｍ２）との大小を比較して熱源機２０の出力を制御した。この他、戻り温水の温度変化の代わりに、水熱交換器２０２から流出する第２冷媒（往き温水）の温度に基づき往き温水の傾きｍ１を求め、往き温水温度の時間変化（傾きｍ１）と、タンク水温の時間変化（傾きｍ２）との大小を比較して、熱源機２０の出力を制御してもよい。
【００７２】
また、実施の形態５では、戻り温水（あるいは往復き温水）の時間変化量（傾きｍ１）と、タンク水温の時間変化（傾きｍ２）とを用いて熱源機２０を制御したが、運転切替部３は、第２冷媒の温度（戻り温水温度、往復き温水温度のどちらを用いてもよい）と、タンク水温とから熱源機２０の出力を制御しても構わない。例えば、運転切替部３は、戻り温水（あるいは往復き温水）とタンク水温との温度差が広がる場合には熱源機２０の出力を低くする制御を実行し、温度差が狭まる場合には熱源機２０の出力を高くする制御を実行してもよい。
【００７３】
実施の形態５．
図１５を参照して実施の形態５を説明する。実施の形態５のシステム構成は実施の形態１の図１と同じである。実施の形態５は、後述の「第２冷媒の上限温度への推定到達時間」と「タンク水温の目標温度への推定到達時間」とが等しくなるように、運転切替部３が圧縮機２０１の運転周波数を制御する実施形態である。
【００７４】
図１５は、実施の形態５における運転切替部３による制御を示す図である。
図１５の（ａ），（ｂ），（ｃ）において、
（１）「Ｌ１０」は、第２冷媒（図１に矢印４２で示す往き温水）の温度変化を示すグラフである。
（２）「Ｌ２０」は、タンク水温の変化を示すグラフである。
（３）「Ｔ１０」は、第２冷媒の上限温度（設定値）を示す。
（４）「Ｔ２０」は、タンク水温の目標温度（設定値）を示す。
（５）「ｔ１」は、原点「０」を基準時刻とした場合における、第２冷媒の温度が上限温度Ｔ１０に達するまでの推定到達時間（時刻）である。「ｔ１」を第２冷媒上限温度への推定到達時間ともいう。
（６）「ｔ２」は、原点「０」を基準時刻とした場合における、タンク水温が目標温度Ｔ２０に達するまでの推定到達時間（時刻）である。「ｔ２」を貯湯タンク目標温度への推定到達時間ともいう。
【００７５】
第２冷媒（往き温水）の上限温度への推定到達時間（原点〜時刻ｔ１、単にｔ１ともいう）が長い場合には、第２冷媒温度は低めに推移するので、ＣＯＰは向上するが沸き上げ時間の増加につながる。一方で、第２冷媒（往き温水）の上限温度への推定到達時間が短い場合には、第２冷媒温度は高めに推移するので、沸き上げ時間は短いがＣＯＰの低下につながる。ここで、第２冷媒の「上限温度」とは、運転切替判定値設定部６あるいは運転切替手動設定部１等によって、運転切替部３に対して設定された値であり、往き温水（図１の矢印４２）の上限温度となる設定値である。また「上限温度への推定到達時間ｔ１」とは、基準となる時刻（図１５の（ａ），（ｂ），（ｃ）の原点時刻）から、往き温水が上限温度Ｔ１０となるまでの時間（期間）である。前記のように、「上限温度への推定到達時間ｔ１」が長い場合には、沸き上げ時間の増加につながり、「上限温度への推定到達時間ｔ１」が短い場合には、ＣＯＰの低下につながる。そこで、沸き上げ時間の増加とＣＯＰ低下のトレードオフを考慮し、運転切替部３は、第２冷媒温度（往き温水温度）の「上限温度への推定到達時間ｔ１」と、タンク水温の目標温度Ｔ２０（貯湯タンク目標温度）への推定到達時間ｔ２（原点〜時刻ｔ２、単にｔ２ともいう）とが等しくなるように、熱源機２０の出力を制御する。ここでタンク水温の目標温度、つまり「貯湯タンク目標温度Ｔ２０」は、運転切替判定値設定部６あるいは運転切替手動設定部１等によって、運転切替部３に対して設定された値であり、タンク水温の目標温度である。
【００７６】
運転切替部３は、第２冷媒温度（往き温水温度）の単位時間あたり温度変化（傾きｍ１）と、タンク水温の単位時間あたり温度変化（傾きｍ２）を、実施の形態４で述べた方法で求め、同様の変化量を仮定して第２冷媒の「上限温度への推定到達時間ｔ１」を推定する。第２冷媒温度とタンク水温とでそれぞれの推定到達時間ｔ１、ｔ２にずれがある場合には、運転切替部３は、熱源機２０の出力を調整する。
【００７７】
図１５の（ａ）は、運転切替部３による推定の結果、タンク水温のほうが、第２冷媒よりも早く設定値に到達する場合を示している。
つまり、
時刻ｔ１＞時刻ｔ２
の場合である。
このようにタンク水温のほうが早く設定値（貯湯タンク目標温度Ｔ２０）に達する場合には、図１５の（ａ）から（ｂ）への移行に示すように、運転切替部３は熱源機２０の出力を上げて運転する。
【００７８】
図１５の（ｂ）は、運転切替部３による推定の結果、第２冷媒のほうが、タンク水温よりも早く設定値に到達する場合を示している。
つまり、
時刻ｔ２＞時刻ｔ１
の場合である。
第２冷媒のほうが早く設定値（上限温度Ｔ１０）に達する場合には、図１５の（ｂ）から（ｃ）への移行に示すように、運転切替部３は、熱源機２０の出力を下げて運転する。
【００７９】
これら図１５の（ａ），（ｂ）の熱源機２０の運転方法により、図１５の（ｃ）のように、タンク水温及び第２冷媒温度とも、同様の時刻に設定値に到達するように制御される。このような制御により、第２冷媒温度の上限温度到達による出力抑制が不要となる。従って、沸き上げ時間の延長が少なく、高ＣＯＰで熱源機２０を運転することができる。なお、運転切替部３は、第２冷媒温度が上限温度Ｔ１０に到達した場合には、圧縮機２０１の運転周波数を制御することによって第２冷媒温度を上限温度Ｔ１０に維持する。
【００８０】
なお、実施の形態４、５では、運転切替部３が熱源機２０の出力を制御する、あるいは、運転切替部３が熱源機２０の出力を調整すると説明しているが、より具体的には、「熱源機２０の出力を制御する」あるいは「熱源機２０の出力を調整する」とは、運転切替部３が、圧縮機２０１の運転周波数を制御することを意味する。
【００８１】
実施の形態６．
図１６を参照して実施の形態６を説明する。実施の形態６はシステムコントローラ３２のハードウェア構成に関する。熱源機コントローラ３１もシステムコントローラ３２と同様のハードウェア構成である。あるいはシステムコントローラ３２と熱源機コントローラ３１とを図１６のハードウェア構成の一つのコンピュータとしてもよい。
【００８２】
図１６において、システムコントローラ３２は、プログラムを実行するＣＰＵ８１０（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）を備えている。ＣＰＵ８１０は、バス８２５を介して表示装置８１３、操作キー８１４、通信ボード８１６、記憶装置８２０と接続され、これらのハードウェアデバイスを制御する。記憶装置８２０はＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ、磁気ディスク装置のいずれかまたは複数によって構成される。
【００８３】
通信ボード８１６、操作キー８１４などは、入力部、入力装置の一例である。また、通信ボード８１６、表示装置８１３などは、出力部、出力装置の一例である。通信ボード８１６は、リモートコントローラと無線でデータのやりとりを行う。
【００８４】
記憶装置８２０には、オペレーティングシステム８２１（ＯＳ）、プログラム群８２３、ファイル群８２４が記憶されている。プログラム群８２３のプログラムは、ＣＰＵ８１０、オペレーティングシステム８２１により実行される。
【００８５】
上記プログラム群８２３には、以上の実施の形態の説明において「〜部」として説明した機能を実行するプログラムが記憶されている。プログラムは、ＣＰＵ８１０により読み出され実行される。
【００８６】
ファイル群８２４には、以上の実施の形態の説明において、「〜の判定結果」、「〜の算出結果」、「〜の抽出結果」、「〜の生成結果」、「〜の処理結果」として説明した情報や、データや信号値や変数値やパラメータなどが、「〜ファイル」や「〜データベース」の各項目として記憶されている。記憶装置に記憶された情報やデータや信号値や変数値やパラメータは、読み書き回路を介してＣＰＵ８１０によりメインメモリやキャッシュメモリに読み出され、抽出・検索・参照・比較・演算・計算・処理・出力・印刷・表示などのＣＰＵの動作に用いられる。抽出・検索・参照・比較・演算・計算・処理・出力・印刷・表示のＣＰＵの動作の間、情報やデータや信号値や変数値やパラメータは、メインメモリやキャッシュメモリやバッファメモリに一時的に記憶される。
【００８７】
また、以上に述べた実施の形態１の説明において、データや信号値は、記憶装置８２０の記録媒体に記録される。また、データや信号は、バス８２５や信号線やケーブルその他の伝送媒体によりオンライン伝送される。
【００８８】
また、以上の実施の形態の説明において、「〜部」として説明したものは、「〜手段」、「〜回路」、「〜機器」であってもよく、また、「〜ステップ」、「〜手順」、「〜処理」であってもよい。すなわち、「〜部」として説明したものは、ＲＯＭに記憶されたファームウェアで実現されていても構わない。或いは、ソフトウェアのみ、或いは、素子・デバイス・基板・配線などのハードウェアのみ、或いは、ソフトウェアとハードウェアとの組み合わせ、さらには、ファームウェアとの組み合わせで実施されても構わない。すなわち、プログラムは、以上に述べた「〜部」としてコンピュータを機能させるものである。あるいは、以上に述べた「〜部」の手順や方法をコンピュータに実行させるものである。
【００８９】
以上の実施の形態では、システムコントローラ３２を説明したが、システムコントローラ３２の動作をコンピュータに実行させる給湯システム制御プログラムとして把握することも可能である。あるいは、このプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体として把握することも可能である。さらに、システムコントローラ３２の動作を給湯システム運転方法として把握することも可能である。
【符号の説明】
【００９０】
１  運転切替手動設定部、２  水温計測部、３  運転切替部、４  圧縮機周波数設定部、５  圧縮機周波数制御部、６  運転切替判定値設定部、７  沸き上げ完了判定センサ選択部、８  制御設定値設定部、９  循環ポンプ制御部、１０  三方弁切替部、１１  補助ヒータ制御部、１２  高ＣＯＰ運転周波数算出部、１３  沸き上げ時間推定部、２０  熱源機、２０−１  筐体、２１  水回路、２２  補助熱源、２３  三方弁、２４  循環ポンプ、２５  貯湯タンク、２６  ラジエータ、２７  床暖房、２８  タンクユニット、２９  第２の熱交換器、３０  外気温度センサ、３１  熱源機コントローラ、３２  システムコントローラ、３３  往き温水温度センサ、３４  戻り温水温度センサ、３５  タンク水温センサ、３６  室温センサ、３７  流量センサ、２０１  圧縮機、２０２  水熱交換器、２０３  膨張器、２０４  蒸発器、２０５  ファン、１０００  ヒートポンプ式給湯システム。
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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