(57)【要約】      （修正有）【課題】ヒートポンプ装置にて給湯水を加熱しつつ、貯湯タンクに貯留された給湯水を給湯対象に供給する際のエネルギ効率の悪化を抑制可能なヒートポンプ式給湯機を提供する。【解決手段】ヒートポンプ式給湯機１は、ヒートポンプ装置１０、給湯回路３０、入水温度センサ１２１、給湯制御部１１０、ヒートポンプ制御部１２０を備える。給湯回路３０の給湯水供給ポンプ３８は、ＨＰ配管３６を流通する給湯水の流量が所定のＨＰ上限流量以下となる範囲で、ヒートポンプ装置１０の加熱能力が増大するに伴ってＨＰ配管３６を流通する給湯水の流量を増加させるように構成される。ヒートポンプ制御部１２０は、入水温度、目標加熱能力、推定上限流量からＨＰ配管を流通する給湯水の流量がＨＰ上限流量に達する際の沸上温度を下限沸上温度として算出する。ヒートポンプ制御部１２０は、下限沸上温度以上となる範囲で目標沸上温度を設定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機（１２）、前記圧縮機から吐出された冷媒と給湯水とを熱交換させる水冷媒熱交換器（１４）、前記水冷媒熱交換器から流出した冷媒を減圧膨張させる膨張弁（１６）、前記膨張弁にて減圧膨張された冷媒を蒸発させる蒸発器（１８）を含んで構成されるヒートポンプ装置（１０）と、
前記水冷媒熱交換器にて冷媒との熱交換によって加熱された給湯水を貯留する貯湯タンク（３２）、前記貯湯タンクに貯留された給湯水を給湯対象（５０）に供給するための給湯配管（３４）、前記貯湯タンクに貯留された給湯水を前記水冷媒熱交換器に導くと共に前記水冷媒熱交換器を通過した給湯水を前記貯湯タンクに戻すためのＨＰ配管（３６）、前記ＨＰ配管を介して前記貯湯タンクに貯留された給湯水を前記水冷媒熱交換器に供給する給湯水供給ポンプ（３８）を含んで構成される給湯回路（３０）と、
前記ＨＰ配管における前記水冷媒熱交換器に流入する給湯水の入水温度を検出する入水温度センサ（１２１）と、
前記貯湯タンクに貯留された給湯水を前記給湯対象に供給し、且つ、前記水冷媒熱交換器にて給湯水を加熱する出湯モード時に、前記ヒートポンプ装置の目標加熱能力を設定するための目標能力設定部（１１０）と、
前記出湯モード時に前記給湯対象に供給する給湯水の温度を所定の目標出湯温度にするために必要とされる前記ヒートポンプ装置の目標沸上温度を設定し、前記ヒートポンプ装置における給湯水の沸上温度が前記目標沸上温度に近づくように前記ヒートポンプ装置を制御するヒートポンプ制御部（１２０）と、を備え、
前記給湯水供給ポンプは、前記ＨＰ配管を流通する給湯水の流量が所定のＨＰ上限流量以下となる範囲で、前記ヒートポンプ装置の加熱能力が増大するに伴って前記ＨＰ配管を流通する給湯水の流量を増加させるように構成されており、
前記ヒートポンプ制御部は、前記入水温度、前記目標加熱能力、前記ＨＰ上限流量の推定流量である推定上限流量から前記ＨＰ配管を流通する給湯水の流量が前記ＨＰ上限流量に達する際の前記ヒートポンプ装置における給湯水の沸上温度を下限沸上温度として算出し、前記下限沸上温度以上となる範囲で前記目標沸上温度を設定するヒートポンプ式給湯機。
【請求項２】
圧縮機（１２）、前記圧縮機から吐出された冷媒と給湯水とを熱交換させる水冷媒熱交換器（１４）、前記水冷媒熱交換器から流出した冷媒を減圧膨張させる膨張弁（１６）、前記膨張弁にて減圧膨張された冷媒を蒸発させる蒸発器（１８）を含んで構成されるヒートポンプ装置（１０）と、
前記水冷媒熱交換器にて冷媒との熱交換によって加熱された給湯水を貯留する貯湯タンク（３２）、前記貯湯タンクに貯留された給湯水を給湯対象（５０）に供給するための給湯配管（３４）、前記貯湯タンクに貯留された給湯水を前記水冷媒熱交換器に導くと共に前記水冷媒熱交換器を通過した給湯水を前記貯湯タンクに戻すためのＨＰ配管（３６）、前記ＨＰ配管を介して前記貯湯タンクに貯留された給湯水を前記水冷媒熱交換器に供給する給湯水供給ポンプ（３８）を含んで構成される給湯回路（３０）と、
前記ＨＰ配管において前記水冷媒熱交換器に流入する給湯水の入水温度を検出する入水温度センサ（１２１）と、
前記貯湯タンクに貯留された給湯水を前記給湯対象に供給し、且つ、前記水冷媒熱交換器にて給湯水を加熱する出湯モード時に前記ヒートポンプ装置における給湯水の目標沸上温度を設定するための目標温度設定部（１１０）と、
前記出湯モード時に、前記給湯対象に供給する給湯水の温度を所定の目標出湯温度にするために必要とされる前記ヒートポンプ装置の目標加熱能力を設定し、前記ヒートポンプ装置の加熱能力が前記目標加熱能力に近づくように前記ヒートポンプ装置を制御するヒートポンプ制御部（１２０）と、を備え、
前記給湯水供給ポンプは、前記ＨＰ配管を流通する給湯水の流量が所定のＨＰ上限流量以下となる範囲で、前記ヒートポンプ装置の加熱能力が増大するに伴って前記ＨＰ配管を流通する給湯水の流量を増加させるように構成されており、
前記ヒートポンプ制御部は、前記入水温度、前記目標沸上温度、前記ＨＰ上限流量の推定流量である推定上限流量から前記ＨＰ配管を流通する給湯水の流量が前記ＨＰ上限流量に達する際の前記ヒートポンプ装置の加熱能力を上限加熱能力として算出し、前記上限加熱能力以下となる範囲で前記目標加熱能力を設定するヒートポンプ式給湯機。
【請求項３】
前記ＨＰ配管において前記水冷媒熱交換器から流出する給湯水の沸上温度を検出する沸上温度センサ（１２２）を備え、
前記ヒートポンプ制御部は、前記給湯水供給ポンプが最大能力で動作している際の前記目標沸上温度に対する給湯水の沸上温度の温度超過量を算出し、前記温度超過量が大きいほど前記推定上限流量が小流量となるように前記推定上限流量を補正する請求項１または２に記載のヒートポンプ式給湯機。
【請求項４】
前記ヒートポンプ制御部は、前記入水温度が所定の基準温度以下となる際に、前記推定上限流量を補正するための補正係数を算出する請求項３に記載のヒートポンプ式給湯機。
【請求項５】
前記ヒートポンプ制御部は、前記出湯モード時に、前記水冷媒熱交換器にて加熱された給湯水を前記貯湯タンクに貯留する貯湯モード時に比べて、前記ヒートポンプ装置における給湯水の沸上温度が低くなるように前記ヒートポンプ装置を制御する請求項１ないし４のいずれか１つに記載のヒートポンプ式給湯機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒートポンプ式給湯機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、貯湯タンクに貯留された給湯水を浴槽に対して供給する際に、補助的にヒートポンプサイクルを動作させることで、エネルギ効率のよい湯張り運転を可能とするヒートポンプ式給湯機が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
ここで、貯湯タンクとヒートポンプサイクルの水冷媒熱交換器とを接続するＨＰ配管は、腐食等を抑えるために、給湯水の流量が所定の流量以下となるように制限されていることがある。このような制限があると、水冷媒熱交換器を流れる給湯水の流量が不足し、水冷媒熱交換器から流出する給湯水の温度が目標温度を上回り易くなるので、浴槽に対して適温の給湯水を供給できなくなってしまう。
【０００４】
この対策として、特許文献１には、上述の湯張り運転時に、ＨＰ配管を流れる給湯水の流量が所定の上限流量に達すると、外部からの給水によって浴槽に供給する給湯水の温度を調整することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−７８０２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、ヒートポンプ装置では、運転初期の起動ロスを最小限に抑え、素早く最高効率点で運転できるように、目標沸上温度等の運転条件に基づき、運転初期の高圧側冷媒の圧力や温度の目標値を設定して膨張弁等の各種構成機器の動作が制御される。
【０００７】
しかしながら、例えば、浴槽等への出湯運転時に短時間でＨＰ配管を流れる給湯水の流量が所定の上限流量に達すると、起動から安定状態に至る過渡期にヒートポンプ装置の沸上温度が狙いの沸上温度にならない運転状態になり、エネルギ効率が悪化してしまう。
【０００８】
本発明は上記点に鑑みて、ヒートポンプ装置にて給湯水を加熱しつつ、貯湯タンクに貯留された給湯水を給湯対象に供給する際のエネルギ効率の悪化を抑制可能なヒートポンプ式給湯機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】
【０００９】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、
圧縮機（１２）、圧縮機から吐出された冷媒と給湯水とを熱交換させる水冷媒熱交換器（１４）、水冷媒熱交換器から流出した冷媒を減圧膨張させる膨張弁（１６）、膨張弁にて減圧膨張された冷媒を蒸発させる蒸発器（１８）を含んで構成されるヒートポンプ装置（１０）と、
水冷媒熱交換器にて冷媒との熱交換によって加熱された給湯水を貯留する貯湯タンク（３２）、貯湯タンクに貯留された給湯水を給湯対象（５０）に供給するための給湯配管（３４）、貯湯タンクに貯留された給湯水を水冷媒熱交換器に導くと共に水冷媒熱交換器を通過した給湯水を貯湯タンクに戻すためのＨＰ配管（３６）、ＨＰ配管を介して貯湯タンクに貯留された給湯水を水冷媒熱交換器に供給する給湯水供給ポンプ（３８）を含んで構成される給湯回路（３０）と、
ＨＰ配管における水冷媒熱交換器に流入する給湯水の入水温度を検出する入水温度センサ（１２１）と、
貯湯タンクに貯留された給湯水を給湯対象に供給し、且つ、水冷媒熱交換器にて給湯水を加熱する出湯モード時に、ヒートポンプ装置の目標加熱能力を設定するための目標能力設定部（１１０）と、
出湯モード時に給湯対象に供給する給湯水の温度を所定の目標出湯温度にするために必要とされるヒートポンプ装置の目標沸上温度を設定し、ヒートポンプ装置における給湯水の沸上温度が目標沸上温度に近づくようにヒートポンプ装置を制御するヒートポンプ制御部（１２０）と、を備える。
【００１０】
給湯水供給ポンプは、ＨＰ配管を流通する給湯水の流量が所定のＨＰ上限流量以下となる範囲で、ヒートポンプ装置の加熱能力が増大するに伴ってＨＰ配管を流通する給湯水の流量を増加させるように構成されている。ヒートポンプ制御部は、入水温度、目標加熱能力、ＨＰ上限流量の推定流量である推定上限流量からＨＰ配管を流通する給湯水の流量がＨＰ上限流量に達する際のヒートポンプ装置における給湯水の沸上温度を下限沸上温度として算出し、下限沸上温度以上となる範囲で目標沸上温度を設定する。
【００１１】
このように、ＨＰ配管を流通する給湯水の流量がＨＰ上限流量に達する際の給湯水の沸上温度を目標沸上温度の下限として設定すれば、出湯モード時におけるＨＰ配管を流通する給湯水の流量がＨＰ上限流量以下となる。このため、本開示のヒートポンプ式給湯機では、出湯モード時に、ＨＰ配管を流通する給湯水がＨＰ上限流量となる際の水冷媒熱交換器における沸上温度の意図しない上昇が発生せず、出湯モード時におけるエネルギ効率の悪化を抑制することができる。
【００１２】
また、請求項２に記載の発明は、
圧縮機（１２）、圧縮機から吐出された冷媒と給湯水とを熱交換させる水冷媒熱交換器（１４）、水冷媒熱交換器から流出した冷媒を減圧膨張させる膨張弁（１６）、膨張弁にて減圧膨張された冷媒を蒸発させる蒸発器（１８）を含んで構成されるヒートポンプ装置（１０）と、
水冷媒熱交換器にて冷媒との熱交換によって加熱された給湯水を貯留する貯湯タンク（３２）、貯湯タンクに貯留された給湯水を給湯対象（５０）に供給するための給湯配管（３４）、貯湯タンクに貯留された給湯水を水冷媒熱交換器に導くと共に水冷媒熱交換器を通過した給湯水を貯湯タンクに戻すためのＨＰ配管（３６）、ＨＰ配管を介して貯湯タンクに貯留された給湯水を水冷媒熱交換器に供給する給湯水供給ポンプ（３８）を含んで構成される給湯回路（３０）と、
ＨＰ配管において水冷媒熱交換器に流入する給湯水の入水温度を検出する入水温度センサ（１２１）と、
貯湯タンクに貯留された給湯水を給湯対象に供給し、且つ、水冷媒熱交換器にて給湯水を加熱する出湯モード時にヒートポンプ装置における給湯水の目標沸上温度を設定するための目標温度設定部（１１０）と、
出湯モード時に、給湯対象に供給する給湯水の温度を所定の目標出湯温度にするために必要とされるヒートポンプ装置の目標加熱能力を設定し、ヒートポンプ装置の加熱能力が目標加熱能力に近づくようにヒートポンプ装置を制御するヒートポンプ制御部（１２０）と、を備える。
【００１３】
給湯水供給ポンプは、ＨＰ配管を流通する給湯水の流量が所定のＨＰ上限流量以下となる範囲で、ヒートポンプ装置の加熱能力が増大するに伴ってＨＰ配管を流通する給湯水の流量を増加させるように構成されている。そして、ヒートポンプ制御部は、入水温度、目標沸上温度、ＨＰ上限流量の推定流量である推定上限流量からＨＰ配管を流通する給湯水の流量がＨＰ上限流量に達する際のヒートポンプ装置の加熱能力を上限加熱能力として算出し、上限加熱能力以下となる範囲で目標加熱能力を設定する。
【００１４】
このように、ＨＰ配管を流通する給湯水の流量がＨＰ上限流量に達する際のヒートポンプ装置の加熱能力を目標加熱能力の上限として設定すれば、出湯モード時におけるＨＰ配管を流通する給湯水の流量がＨＰ上限流量以下となる。このため、本開示のヒートポンプ式給湯機では、出湯モード時に、ＨＰ配管を流通する給湯水がＨＰ上限流量となる際の水冷媒熱交換器における沸上温度の意図しない上昇が発生せず、出湯モード時におけるエネルギ効率の悪化を抑制することができる。
【００１５】
なお、この欄および特許請求の範囲で記載した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の一例を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１実施形態に係るヒートポンプ式給湯機の概略構成図である。
【図２】第１実施形態に係るヒートポンプ式給湯機の制御装置の構成を示すブロック図である。
【図３】第１実施形態に係るヒートポンプ式給湯機において、給湯対象端末へ出湯する際にヒートポンプ装置を動作させる出湯モード時のヒートポンプ装置の特性を示す特性図である。
【図４】第１実施形態に係るヒートポンプ式給湯機におけるヒートポンプ装置の加熱能力と湯張ＣＯＰとの関係を示す特性図である。
【図５】第１実施形態に係るヒートポンプ式給湯機において、ＨＰ配管を流れる給湯水の流量がＨＰ上限流量に達する際の入水温度、沸上温度、目標加熱能力の関係を示す特性図である。
【図６】第１実施形態に係るヒートポンプ式給湯機において、ＨＰ配管を流れる給湯水の流量がＨＰ上限流量に達する際のヒートポンプ装置の沸上温度の下限を説明するための説明図である。
【図７】第１実施形態に係るヒートポンプ式給湯機におけるＨＰ上限流量とヒートポンプ装置の沸上温度との関係を説明するための説明図である。
【図８】第１実施形態に係るヒートポンプ式給湯機の制御装置が実行する制御処理の流れを示すフローチャートである。
【図９】第２実施形態に係るヒートポンプ式給湯機において、ＨＰ配管を流れる給湯水の流量がＨＰ上限流量に達する際の入水温度、目標加熱能力、目標沸上温度の関係を示す特性図である。
【図１０】第２実施形態に係るヒートポンプ式給湯機において、ＨＰ配管を流れる給湯水の流量がＨＰ上限流量に達する際のヒートポンプ装置の加熱能力の上限を説明するための説明図である。
【図１１】第２実施形態に係るヒートポンプ式給湯機の制御装置が実行する制御処理の流れ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】
【００１７】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の実施形態において、先行する実施形態で説明した事項と同一もしくは均等である部分には、同一の参照符号を付し、その説明を省略する場合がある。また、実施形態において、構成要素の一部だけを説明している場合、構成要素の他の部分に関しては、先行する実施形態において説明した構成要素を適用することができる。以下の実施形態は、特に組み合わせに支障が生じない範囲であれば、特に明示していない場合であっても、各実施形態同士を部分的に組み合わせることができる。
【００１８】
（第１実施形態）
本実施形態について、図１〜図８を参照して説明する。本実施形態のヒートポンプ式給湯機１は、図１に示すように、ヒートポンプ装置１０、給湯回路３０、および制御装置１００等を備えている。
【００１９】
ヒートポンプ装置１０は、給湯水を加熱する装置であり、蒸気圧縮式の冷凍サイクルで構成されている。ヒートポンプ装置１０は、圧縮機１２、水冷媒熱交換器１４、膨張弁１６、蒸発器１８を含んで構成されている。ヒートポンプ装置１０は、外気を取り入れることが可能なように室外に配置されている。
【００２０】
ここで、本実施形態のヒートポンプ装置１０は、冷媒として二酸化炭素が採用されており、圧縮機１２の冷媒吐出側から膨張弁１６の冷媒入口側に至る部位における冷媒の圧力が、冷媒の臨界圧力以上となる超臨界冷凍サイクルを構成している。
【００２１】
また、本実施形態のヒートポンプ装置１０は、熱管理等が簡便となるように、その目標加熱能力Ｑｔｒが所定の範囲（例えば、４．５ｋＷ〜９ｋＷ）で段階的に設定可能になっている。なお、ヒートポンプ装置１０は、その目標加熱能力Ｑｔｒが所定の能力（例えば、４．５ｋＷ）に固定されていてもよい。
【００２２】
圧縮機１２は、冷媒を臨界圧力以上となるまで圧縮して吐出する機器である。本実施形態の圧縮機１２は、吐出容量が固定された固定容量型の圧縮機構を電動モータにて駆動する電動圧縮機で構成されている。圧縮機１２の冷媒吐出側には、水冷媒熱交換器１４の冷媒通路部１４２が接続されている。
【００２３】
水冷媒熱交換器１４は、圧縮機１２から吐出された高温高圧の冷媒を流通させる冷媒通路部１４２、および給湯回路３０のＨＰ配管３６を流れる給湯水を流通させる給湯水通路部１４４を有している。水冷媒熱交換器１４は、冷媒通路部１４２を流れる冷媒と給湯水通路部１４４を流れる給湯水とを熱交換させて給湯水を加熱する加熱用の熱交換器として機能する。水冷媒熱交換器１４の冷媒通路部１４２の出口側には、膨張弁１６が接続されている。
【００２４】
膨張弁１６は、水冷媒熱交換器１４の冷媒通路部１４２から流出した冷媒を減圧膨張させるものである。膨張弁１６は、絞り開度を変更可能に構成された弁機構、当該弁機構の絞り開度を変化させるためのアクチュエータを有する可変絞り弁で構成されている。本実施形態の膨張弁１６は、制御装置１００から出力される制御信号によって、その動作が制御される。膨張弁１６の冷媒出口側には、蒸発器１８が接続されている。
【００２５】
蒸発器１８は、膨張弁１６で減圧膨張された冷媒と外気との熱交換によって冷媒を蒸発させて吸熱作用を発揮させる吸熱用の熱交換器である。図示しないが蒸発器１８には、蒸発器１８に対して外気を供給するための送風ファンが併設されている。
【００２６】
続いて、給湯回路３０は、キッチンの給湯設備や浴槽を含む給湯対象端末５０に所望の温度に調整した給湯水を供給するための回路である。給湯回路３０は、貯湯タンク３２、給湯配管３４、ＨＰ配管３６、給湯水供給ポンプ３８、給水配管４０を含んで構成されている。
【００２７】
貯湯タンク３２は、水冷媒熱交換器１４にて冷媒との熱交換によって加熱された給湯水を貯留するものである。貯湯タンク３２は、耐食性に優れた金属のタンク部の外周を断熱材で覆う断熱構造、または、二重タンクによる真空断熱構造等を有し、高温の給湯水を長時間保温可能となっている。
【００２８】
貯湯タンク３２には、その上方側の部位に、給湯配管３４を接続するための給湯接続部３２２、およびＨＰ配管３６の出口側を接続するための出口側接続部３２４が設けられている。また、貯湯タンク３２には、給湯接続部３２２および出口側接続部３２４よりも下方側の部位に、ＨＰ配管３６の入口側を接続するための入口側接続部３２６、および給水配管４０を接続するための給水接続部３２８が設けられている。
【００２９】
給湯配管３４は、貯湯タンク３２に貯留された給湯水を浴槽等の給湯対象端末５０に供給するための配管である。図示しないが給湯配管３４には、貯湯タンク３２に貯留された給湯水と水道水等の低温の水とを混合させるための温度調整弁が設けられている。この温度調整弁によって、貯湯タンク３２に貯留された給湯水と水道水等の低温の水とが混合されることによって、所望の温度に調整された給湯水が浴槽等の給湯対象端末５０に供給される。
【００３０】
ＨＰ配管３６は、貯湯タンク３２に貯留された給湯水を水冷媒熱交換器１４の給湯水通路部１４４に導くと共に給湯水通路部１４４を通過した給湯水を貯湯タンク３２に戻すための配管である。ＨＰ配管３６には、貯湯タンク３２の入口側接続部３２６と水冷媒熱交換器１４の給湯水通路部１４４との間に給湯水供給ポンプ３８が設けられている。なお、給湯水供給ポンプ３８は、例えば、ＨＰ配管３６における貯湯タンク３２の出口側接続部３２４と水冷媒熱交換器１４の給湯水通路部１４４との間に設けられていてもよい。
【００３１】
給湯水供給ポンプ３８は、ＨＰ配管３６を介して貯湯タンク３２に貯留された給湯水を水冷媒熱交換器１４に供給するポンプである。給湯水供給ポンプ３８は、制御装置１００からの制御信号によって、その動作が制御される。
【００３２】
ここで、本実施形態の水冷媒熱交換器１４は、給湯水通路部１４４が伝熱性に優れた銅配管等を含んで構成されている。銅配管等は、給湯水の流速が速いと腐食の要因となることから、給湯水の流速が所定流速以下となる範囲で用いる必要がある。このため、本実施形態の給湯水供給ポンプ３８は、銅配管等が腐食し難くなるように、給湯水の流量が所定の流量（以下、ＨＰ上限流量とも呼ぶ。）以下となるように、その動作が制限されている。
【００３３】
給水配管４０は、水道水等を貯湯タンク３２に供給するための配管である。図示しないが給水配管４０には、貯湯タンク３２への水道水等の供給量を調整するための給水調整弁が設けられている。
【００３４】
次に、本実施形態のヒートポンプ式給湯機１の電子制御部を構成する制御装置１００について図２を参照して説明する。図２に示すように、本実施形態の制御装置１００は、給湯制御部１１０およびヒートポンプ制御部１２０を有している。
【００３５】
各制御部１１０、１２０それぞれは、プロセッサ、メモリを含む周知のマイクロコンピュータとその周辺回路で構成されている。各制御部１１０、１２０それぞれは、メモリに記憶された制御プログラムに基づいて各種演算処理を行い、その出力側に接続された各種制御対象機器を制御する。本実施形態の各制御部１１０、１２０は、一方の制御部が取得した情報を他方の制御部と共有可能なように互いに接続されている。
【００３６】
給湯制御部１１０は、主に給湯回路３０側の環境情報の取得や、給湯回路３０を構成する各種機器の動作を制御する制御部である。給湯制御部１１０は、その入力側に、貯湯タンク３２に設置されたタンク内温度センサ１１１、および室内に配置されたリモートコントローラ１１２等が接続されている。
【００３７】
タンク内温度センサ１１１は、貯湯タンク３２に貯留された給湯水の温度Ｔｗｔを検出する温度センサである。本実施形態のタンク内温度センサ１１１は、貯湯タンク３２内における上下の複数箇所の温度を検出可能なように、複数のセンサ部を有している。これにより、給湯制御部１１０は、貯湯タンク３２内の水位レベルに応じた給湯水の温度、および貯湯タンク３２内の温度分布を把握可能になっている。
【００３８】
リモートコントローラ１１２には、温度設定スイッチ１１２ａ、貯湯スイッチ１１２ｂ、湯張スイッチ１１２ｃ等が設けられている。温度設定スイッチ１１２ａは、給湯対象端末５０から出湯する給湯水の目標出湯温度Ｔｗｓを設定するためのスイッチである。貯湯スイッチ１１２ｂは、ヒートポンプ装置１０の運転モードを、水冷媒熱交換器１４にて加熱された給湯水を貯湯タンク３２に貯留する貯湯モードに設定するためのスイッチである。湯張スイッチ１１２ｃは、ヒートポンプ装置１０の運転モードを、貯湯タンク３２に貯留された給湯水を給湯対象端末５０に供給し、且つ、水冷媒熱交換器１４にて給湯水を加熱する出湯モードに設定するためのスイッチである。なお、リモートコントローラ１１２は、室内の壁面に固定されるものに限らず、携帯可能なもので構成されていてもよい。
【００３９】
また、給湯制御部１１０は、その出力側に、給湯水供給ポンプ３８が接続されている。給湯制御部１１０は、給湯水の流量が所定のＨＰ上限流量以下となる範囲で、水冷媒熱交換器１４の加熱能力が増大するに伴ってＨＰ配管３６を流通する給湯水の流量が増加するように給湯水供給ポンプ３８の動作を制御する。
【００４０】
ここで、本実施形態の給湯制御部１１０は、出湯モード時に、リモートコントローラ１１２の設定等に基づいてヒートポンプ装置１０の目標加熱能力Ｑｔｒを設定する。具体的には、給湯制御部１１０は、予め設定された複数の加熱能力（例えば、４．５ｋＷ〜９ｋＷ）から温度設定スイッチ１１２ａで設定された目標出湯温度Ｔｗｓに適した加熱能力を選択し、選択した加熱能力を目標加熱能力Ｑｔｒに設定する。本実施形態では、給湯制御部１１０が、出湯モード時にヒートポンプ装置１０の目標加熱能力Ｑｔｒを設定する目標能力設定部を構成する。
【００４１】
一方、ヒートポンプ制御部１２０は、主にヒートポンプ装置１０側の環境情報の取得やヒートポンプ装置１０を構成する各種機器の動作を制御する制御部である。ヒートポンプ制御部１２０は、その入力側に、水冷媒熱交換器１４に流入する給湯水の入水温度Ｔｗｉを検出する入水温度センサ１２１、ヒートポンプ装置１０における給湯水の沸上温度Ｔｗｏを検出する沸上温度センサ１２２等が接続されている。なお、沸上温度Ｔｗｏは、水冷媒熱交換器１４から流出する給湯水の流出温度である。
【００４２】
ヒートポンプ制御部１２０は、その出力側に、ヒートポンプ装置１０を構成する圧縮機１２および膨張弁１６等が接続されている。ヒートポンプ制御部１２０は、給湯対象端末５０に供給する給湯水の温度を所定の目標出湯温度Ｔｗｓにするために必要とされるヒートポンプ装置１０の目標沸上温度Ｔｗを設定する。そして、ヒートポンプ制御部１２０は、ヒートポンプ装置１０における給湯水の沸上温度Ｔｗｏが目標沸上温度Ｔｗに近づくようにヒートポンプ装置１０を構成する圧縮機１２および膨張弁１６の動作を制御する。
【００４３】
次に、上記構成におけるヒートポンプ式給湯機１の動作について説明する。ヒートポンプ式給湯機１に外部から電源が供給された状態で、貯湯スイッチ１１２ｂが投入されると、制御装置１００が予めメモリに記憶された貯湯モード時の制御処理を実行する。また、ヒートポンプ式給湯機１に外部から電源が供給された状態で、湯張スイッチ１１２ｃが投入されると、制御装置１００が予めメモリに記憶された出湯モード時の制御処理を実行する。
【００４４】
まず、貯湯モードについて説明する。貯湯モードは、主に電力料金が安価になる深夜電力時間帯に、水冷媒熱交換器１４にて加熱された給湯水を貯湯タンク３２に貯留する運転モードである。
【００４５】
貯湯モード時には、貯湯タンク３２内の給湯水の温度Ｔｗｔが貯湯用の目標沸上温度Ｔｗｈ（例えば、６５℃）となるように、制御装置１００がヒートポンプ装置１０および給湯水供給ポンプ３８の動作を制御する。すなわち、制御装置１００は、貯湯タンク３２内の給湯水の温度Ｔｗｔが貯湯用の目標沸上温度Ｔｗｈに近づくように、圧縮機１２、膨張弁１６、および給湯水供給ポンプ３８の動作を制御する。
【００４６】
これにより、ヒートポンプ装置１０では、圧縮機１２から吐出された冷媒が水冷媒熱交換器１４の冷媒通路部１４２に流入し、給湯水通路部１４４を流れる給湯水と熱交換する。この際、給湯水通路部１４４を流れる給湯水は、冷媒との熱交換によって貯湯用の目標沸上温度Ｔｗｈに近づくように加熱される。そして、水冷媒熱交換器１４を通過した冷媒は、膨張弁１６にて減圧膨張された後、蒸発器１８に流入する。蒸発器１８に流入した冷媒は、外気から吸熱して蒸発した後、圧縮機１２に吸入されて再び圧縮される。
【００４７】
一方、給湯回路３０では、給湯水供給ポンプ３８によって貯湯タンク３２の下方側に貯留された低温の給湯水が水冷媒熱交換器１４に供給される。水冷媒熱交換器１４に供給された給湯水は、冷媒との熱交換により加熱された後、貯湯タンク３２の上方側に貯留される。
【００４８】
次に、出湯モードについて説明する。出湯モードは、貯湯モード時に加熱された給湯水が貯湯タンク３２に貯留された状態で、貯湯タンク３２内の給湯水を給湯対象端末５０に供給する運転モードである。
【００４９】
本実施形態の制御装置１００は、出湯モード時におけるヒートポンプ式給湯機１のエネルギ効率の向上を図るために、貯湯タンク３２に貯留された給湯水を給湯対象端末５０に供給する際に、補助的にヒートポンプ装置１０を動作させる。すなわち、本実施形態の制御装置１００は、出湯モード時に、貯湯タンク３２に貯留された給湯水を給湯対象端末５０に供給する際に、ヒートポンプ装置１０を動作させて水冷媒熱交換器１４で給湯水を加熱する。
【００５０】
以下、貯湯タンク３２に貯留された給湯水を給湯対象端末５０に供給する際に補助的にヒートポンプ装置１０を動作させる理由について、図３、図４を参照して説明する。図３は、本実施形態の出湯モード時におけるヒートポンプ装置１０における給湯水の沸上温度Ｔｗｏと加熱能力Ｑとの関係を示す特性図である。なお、図３に示す特性図は、入水温度Ｔｗｉが９℃、出湯温度が４５℃、湯張り量が１８０リットル、湯張能力が２５ｋＷという条件においてのヒートポンプ装置１０の沸上温度Ｔｗｏと加熱能力Ｑとの関係を示している。図３に示すように、ヒートポンプ装置１０は、沸上温度Ｔｗｏが高くなるに伴ってヒートポンプ装置１０の加熱能力Ｑが大きくなる特性を有している。
【００５１】
本実施形態のヒートポンプ式給湯機１は、出湯モード時に、貯湯タンク３２に貯留された給湯水を利用する。このため、出湯モード時の実質的なＣＯＰは、出湯モード時のヒートポンプ装置１０のＣＯＰだけでなく、貯湯モード時におけるヒートポンプ装置１０のＣＯＰ、出湯モード時の貯湯タンク能力とヒートポンプ装置１０の加熱能力との比を考慮する必要がある。
【００５２】
本実施形態では、出湯モード時の実質的なＣＯＰを湯張ＣＯＰとし、当該湯張ＣＯＰを以下の式１で定義する。
【００５３】
湯張ＣＯＰ＝アシストＣＯＰ×ＨＰ比率＋貯湯ＣＯＰ×（１−ＨＰ比率）  …（式１）
なお、式１における貯湯ＣＯＰは、貯湯モード時（流入温度：９℃、出湯温度：６５℃、加熱能力：４．５ｋＷ）におけるヒートポンプ装置１０のＣＯＰを示している。アシストＣＯＰは、出湯モード時におけるヒートポンプ装置１０のＣＯＰを示している。ＨＰ比率は、湯張能力（貯湯タンク能力＋加熱能力Ｑ）におけるヒートポンプ装置１０の加熱能力Ｑが占める比率を示している。
【００５４】
図４は、上述の式１および図３に示すヒートポンプ装置１０の特性を加味して、本実施形態のヒートポンプ装置１０の加熱能力Ｑと湯張ＣＯＰとの関係を規定した特性図である。図４では、実線Ｔ１が沸上温度２０℃となる際の加熱能力Ｑと湯張ＣＯＰとの関係を示し、実線Ｔ２が沸上温度２３℃となる際の加熱能力Ｑと湯張ＣＯＰとの関係を示している。また、図４では、実線Ｔ３が沸上温度３０℃となる際の加熱能力Ｑと湯張ＣＯＰとの関係を示し、実線Ｔ４が沸上温度４０℃となる際の加熱能力Ｑと湯張ＣＯＰとの関係を示している。さらに、図４では、破線ＨＣが給湯対象端末５０に出湯する際の出湯温度を確保するために必要となる加熱能力の上限ラインを示している。
【００５５】
図４に示すように、本実施形態の出湯モード時には、ヒートポンプ装置１０の加熱能力Ｑを発揮させる場合の方が、ヒートポンプ装置１０の加熱能力Ｑを発揮させない場合よりも湯張ＣＯＰを高くすることが可能な領域が存在する。すなわち、貯湯タンク３２から給湯水を供給する際には、所定の加熱能力（例えば、４．５ｋＷ）において、貯湯モード時よりも低い目標沸上温度Ｔｗでヒートポンプ装置１０を動作させることで、エネルギ効率を向上させることができる。
【００５６】
以上の理由によって、本実施形態では、出湯モード時において、貯湯タンク３２に貯留された給湯水を給湯対象端末５０に供給する際に補助的にヒートポンプ装置１０を動作させる。
【００５７】
ところで、前述したように、本実施形態の給湯水供給ポンプ３８は、給湯水の流量が所定のＨＰ上限流量以下となる範囲で動作するように構成されている。このため、単に、ヒートポンプ装置１０の加熱能力Ｑと湯張ＣＯＰと関係から目標沸上温度Ｔｗを設定すると、ＨＰ配管３６を流れる給湯水の流量がＨＰ上限流量に達することがある。ＨＰ配管３６を流れる給湯水の流量がＨＰ上限流量に達すると、ヒートポンプ装置の沸上温度Ｔｗｏが意図せずに上昇することで、沸上温度Ｔｗｏと目標沸上温度Ｔｗとが乖離した運転状態になり、エネルギ効率が悪化してしまうことがある。
【００５８】
これに対して、本実施形態の制御装置１００は、ＨＰ配管３６を流れる給湯水の流量がＨＰ上限流量以下となるように沸上温度Ｔｗｏの下限沸上温度Ｔｗ＿ｍｉｎを算出し、当該下限沸上温度Ｔｗ＿ｍｉｎ以上となる範囲でヒートポンプ装置１０の動作を制御する。
【００５９】
具体的には、以下の式２を用いて、下限沸上温度Ｔｗ＿ｍｉｎを算出する。
【００６０】
Ｔｗ＿ｍｉｎ＝Ｑｔｒ／（Ａ×Ｇｗ＿ｍａｘ×ρ×ｃｐ）＋Ｔｗｉｎ  …（式２）
なお、式２におけるＱｔｒは、ヒートポンプ装置１０の目標加熱能力であり、目標出湯温度Ｔｗｓ等に基づいて所定の加熱能力（例えば、４．５ｋＷ）に設定される。Ｇｗ＿ｍａｘは、ＨＰ上限流量の推定流量である推定上限流量であり、給湯水供給ポンプ３８における最大能力等に基づいて予め設定されている。Ａは、推定上限流量Ｇｗ＿ｍａｘを補正するための補正係数である。ρは、給湯水の密度である。ｃｐは、給湯水の比熱である。Ｔｗｉｎは、水冷媒熱交換器１４に流入する給湯水の入水温度であり、入水温度センサ１２１によって検出可能である。
【００６１】
上述の式２によれば、入水温度Ｔｗｉ、目標加熱能力Ｑｔｒ、推定上限流量Ｇｗ＿ｍａｘからＨＰ配管３６を流通する給湯水の流量がＨＰ上限流量に達する際の沸上温度Ｔｗｏを下限沸上温度Ｔｗ＿ｍｉｎとして算出することになる。なお、ＨＰ配管３６を流通する給湯水の流量がＨＰ上限流量に達する際の沸上温度Ｔｗｏは、目標加熱能力Ｑｔｒが一定となっている場合、図５に示すように入水温度Ｔｗｉに比例して大きくなる。
【００６２】
ここで、ＨＰ配管３６を流通する給湯水の流量がＨＰ上限流量に達すると、給湯対象端末５０に出湯する際の出湯温度を確保するために必要となる加熱能力Ｑの上限ラインが、図６の一点鎖線で示すラインＨＣ２まで低下する。このため、図６において、目標加熱能力ＱｔｒとラインＨＣ２とが交差する位置となる沸上温度Ｔｗｏを下限沸上温度Ｔｗ＿ｍｉｎとして算出することも可能である。
【００６３】
ところで、ＨＰ上限流量は、ＨＰ配管３６における圧力損失によって変化する。例えば、ＨＰ配管３６の長さが大きい場合、ＨＰ配管３６の長さが小さい場合に比べて、ＨＰ配管３６における圧力損失が大きくなるため、ＨＰ上限流量が少なくなる。
【００６４】
このため、推定上限流量Ｇｗ＿ｍａｘをヒートポンプ式給湯機１の施工前に設定しても、実際のＨＰ上限流量と乖離することが懸念される。そして、予め設定した推定上限流量Ｇｗ＿ｍａｘと実際のＨＰ上限流量とが乖離していると、目標沸上温度Ｔｗの下限となる下限沸上温度Ｔｗ＿ｍｉｎ等の算出精度が低下してしまう。このことは、出湯モード時におけるエネルギ効率に影響することから好ましくない。
【００６５】
そこで、本実施形態のヒートポンプ式給湯機１では、給湯水供給ポンプ３８が最大能力で動作している際の目標沸上温度Ｔｗに対する沸上温度Ｔｗｏの温度超過量ΔＴｗを算出する。そして、温度超過量ΔＴｗが大きいほど推定上限流量Ｇｗ＿ｍｉｎが小流量となるように、以下の式３を用いて補正係数Ａを算出する。
【００６６】
Ａ＝（Ｔｗ＿ｍｉｎ−Ｔｗｉ）／（ΔＴｗ＋Ｔｗ＿ｍｉｎ−Ｔｗｉ）  …（式３）
この算出した補正係数Ａにより、推定上限流量Ｇｗ＿ｍａｘを補正すれば、下限沸上温度Ｔ＿ｍｉｎ等を算出する際における推定上限流量Ｇｗ＿ｍａｘと実際のＨＰ上限流量との乖離が是正される。
【００６７】
ここで、ＨＰ配管の圧力損失が大きい構成では、ＨＰ配管３６を流通する給湯水の流量がＨＰ上限流量に達すると、給湯対象端末５０に出湯する際の出湯温度を確保するために必要となる加熱能力の上限ラインが、図７の二点鎖線で示すラインＨＣ３まで低下する。このため、図７において、目標加熱能力ＱｔｒとラインＨＣ３とが交差する位置となる沸上温度Ｔｗｏを下限沸上温度Ｔｗ＿ｍｉｎとして算出することも可能である。
【００６８】
但し、目標沸上温度Ｔｗに対する沸上温度Ｔｗｏの温度超過量ΔＴｗは、予め設定した推定上限流量Ｇｗ＿ｍａｘと実際のＨＰ上限流量とが乖離した場合に限らず、水冷媒熱交換器１４に流入する給湯水の入水温度Ｔｗｉが高くなる場合にも生ずる。
【００６９】
例えば、貯湯タンク３２内に貯留された給湯水の温度が高い状況下では、水冷媒熱交換器１４に流入する給湯水の入水温度Ｔｗｉも高くなることがある。このような状況下では、ヒートポンプ装置１０における給湯水の沸上温度Ｔｗｏが目標沸上温度Ｔｗを上回ることで、目標沸上温度Ｔｗに対する沸上温度Ｔｗｏの温度超過量ΔＴｗが増加することがある。
【００７０】
そこで、本実施形態のヒートポンプ式給湯機１では、水冷媒熱交換器１４に流入する給湯水の入水温度Ｔｗｉが所定の基準温度以下となる際に、推定上限流量Ｇｗ＿ｍａｘの補正を行う構成になっている。
【００７１】
続いて、本実施形態の制御装置１００（主に、ヒートポンプ制御部１２０）が、出湯モード時に実行する制御処理の一連の流れについて、図８に示すフローチャートを用いて説明する。図８に示す制御処理は、湯張スイッチ１１２ｃが投入された際に制御装置１００によって周期的に実行される。なお、図８に示す制御処理は、給湯対象端末５０に対する給湯水の供給が完了した際に終了する。
【００７２】
図８に示すように、制御装置１００は、ステップＳ１０にて、入力側に接続されたタンク内温度センサ１１１、入水温度センサ１２１、沸上温度センサ１２２、リモートコントローラ１１２等の出力信号を読み込む。
【００７３】
続いて、制御装置１００は、ステップＳ２０にて、出湯モード時におけるヒートポンプ装置１０の目標加熱能力Ｑｔｒを設定する。例えば、制御装置１００は、予め設定された複数の加熱能力（例えば、４．５ｋＷ〜９ｋＷ）から温度設定スイッチ１１２ａで設定された目標出湯温度Ｔｗｓに適した加熱能力を選択し、選択した加熱能力を目標加熱能力Ｑｔｒに設定する。
【００７４】
続いて、制御装置１００は、ステップＳ３０にて、ヒートポンプ装置１０の目標沸上温度Ｔｗの下限である下限沸上温度Ｔｗ＿ｍｉｎを算出する。具体的には、制御装置１００は、前述の式２を用いて下限沸上温度Ｔｗ＿ｍｉｎを算出する。なお、初回は、推定上限流量Ｇｗ＿ｍａｘの補正係数Ａを「１」に設定した上で、下限沸上温度Ｔｗ＿ｍｉｎを算出する。
【００７５】
続いて、制御装置１００は、ステップＳ４０にて、下限沸上温度Ｔｗ＿ｍｉｎ以上となる範囲で目標沸上温度Ｔｗを設定する。本実施形態の制御装置１００は、下限沸上温度Ｔｗ＿ｍｉｎを目標沸上温度Ｔｗに設定する。なお、制御装置１００が、下限沸上温度Ｔｗ＿ｍｉｎよりも若干高い温度を目標沸上温度Ｔｗに設定する構成になっていてもよい。
【００７６】
続いて、制御装置１００は、ステップＳ５０にて、沸上温度ＴｗｏがステップＳ４０で設定された目標沸上温度Ｔｗに近づくようにヒートポンプ装置１０を構成する圧縮機１２および膨張弁１６の動作を制御する。
【００７７】
続いて、制御装置１００は、ステップＳ６０にて、水冷媒熱交換器１４に流入する給湯水の入水温度Ｔｗｉが所定の基準温度Ｔｔｈ以下であるか否かを判定する。所定の基準温度Ｔｔｈは、例えば、水道水の水温（例えば、９℃〜３０°）を基準に設定される。
【００７８】
ステップＳ６０の判定処理の結果、入水温度Ｔｗｉが基準温度Ｔｔｈ以下である場合、制御装置１００は、ステップＳ７０にて、予め設定された推定上限流量Ｇｗ＿ｍａｘの補正係数Ａを算出する。具体的には、制御装置１００は、前述の式３を用いて補正係数Ａを算出する。
【００７９】
一方、ステップＳ７０の判定処理の結果、入水温度Ｔｗｉが基準温度Ｔｔｈを上回る場合、制御装置１００は、ステップＳ７０の処理をスキップする。すなわち、制御装置１００は、入水温度Ｔｗｉが基準温度Ｔｔｈを上回る場合、補正係数Ａの補正を行わない。
【００８０】
以上説明した本実施形態のヒートポンプ式給湯機１は、出湯モード時に、貯湯モード時に比べて、ヒートポンプ装置１０における給湯水の沸上温度Ｔｗｏが低くなるようにヒートポンプ装置１０が制御される構成になっている。このため、ヒートポンプ式給湯機１は、エネルギ効率のよい出湯運転が可能となる。
【００８１】
特に、本実施形態のヒートポンプ式給湯機１は、出湯モード時にＨＰ配管３６を流通する給湯水の流量がＨＰ上限流量に達する際の給湯水の沸上温度Ｔｗｏを目標沸上温度Ｔｗの下限として設定する構成になっている。これによれば、出湯モード時におけるＨＰ配管３６を流通する給湯水の流量がＨＰ上限流量以下となる。このため、出湯モード時に、ＨＰ配管３６を流通する給湯水の流量がＨＰ上限流量となる際の水冷媒熱交換器１４における沸上温度Ｔｗｏの意図しない上昇が発生せず、出湯モード時におけるエネルギ効率の悪化を抑制することができる。
【００８２】
また、本実施形態のヒートポンプ式給湯機１は、給湯水供給ポンプ３８がＨＰ上限流量で動作している際の目標沸上温度Ｔｗに対する沸上温度Ｔｗｏの温度超過量ΔＴｗに基づいて推定上限流量Ｇｗ＿ｍａｘが補正される構成になっている。
【００８３】
これによると、推定上限流量Ｇｗと実際のＨＰ上限流量との乖離が是正されるので、下限沸上温度Ｔｗ＿ｍｉｎの算出精度を向上させることができる。このことは、出湯モード時におけるエネルギ効率の向上に大きく寄与する。
【００８４】
さらに、本実施形態のヒートポンプ式給湯機１は、水冷媒熱交換器１４に流入する給湯水の入水温度Ｔｗｉが所定の基準温度Ｔｔｈ以下となる際に、推定上限流量Ｇｗ＿ｍｉｎを補正するための補正係数Ａを算出する構成になっている。これによれば、推定上限流量Ｇｗ＿ｍｉｎを適切な流量に補正することができる。このことは、出湯モード時におけるエネルギ効率の向上に大きく寄与する。
【００８５】
（第２実施形態）
次に、第２実施形態について、図９〜図１１を参照して説明する。本実施形態では、ヒートポンプ装置１０の目標加熱能力Ｑｔｒが任意の能力に設定可能に構成されている点が第１実施形態と相違している。
【００８６】
本実施形態のヒートポンプ式給湯機１は、第１実施形態と異なり、ヒートポンプ装置１０が目標加熱能力Ｑｔｒを任意の能力に設定可能に構成されている。このように、目標加熱能力Ｑｔｒが任意の能力に設定可能な構成では、第１実施形態に比べて、エネルギ効率のよい給湯水の沸き上げ等を実施可能になる等の利点がある。
【００８７】
また、本実施形態の給湯制御部１１０は、出湯モード時に、リモートコントローラ１１２の設定等に基づいてヒートポンプ装置１０の目標沸上温度Ｔｗを設定する。具体的には、給湯制御部１１０は、温度設定スイッチ１１２ａで設定された目標出湯温度Ｔｗｓに適した加熱温度を目標沸上温度Ｔｗに設定する。本実施形態では、給湯制御部１１０が、出湯モード時にヒートポンプ装置１０における給湯水の目標沸上温度Ｔｗを設定する目標温度設定部を構成する。
【００８８】
一方、本実施形態のヒートポンプ制御部１２０は、給湯対象端末５０に供給する給湯水の温度を所定の目標出湯温度Ｔｗｓにするために必要とされるヒートポンプ装置１０の目標加熱能力Ｑｔｒを設定する。そして、ヒートポンプ制御部１２０は、ヒートポンプ装置１０の加熱能力Ｑが目標加熱能力Ｑｔｒに近づくようにヒートポンプ装置１０を構成する圧縮機１２および膨張弁１６の動作を制御する。
【００８９】
本実施形態の制御装置１００は、出湯モード時に、ＨＰ配管３６を流れる給湯水の流量がＨＰ上限流量以下となるように、加熱能力Ｑの上限加熱能力Ｑ＿ｍａｘを算出し、当該上限加熱能力Ｑ＿ｍａｘ以下となる範囲でヒートポンプ装置１０の動作を制御する。
【００９０】
具体的には、以下の式４を用いて、上限加熱能力Ｑ＿ｍａｘを算出する。
【００９１】
Ｑ＿ｍａｘ＝Ａ×Ｇｗ＿ｍａｘ×ρ×ｃｐ×（Ｔｗ−Ｔｗｉｎ）  …（式４）
なお、式４におけるＴｗは、目標沸上温度であり、リモートコントローラ１１２で設定された目標出湯温度Ｔｗｓ等に基づいて所定の沸上温度（例えば、２３℃）に設定される。その他の記号は、式２で説明した記号と同じ意味である。
【００９２】
上述の式４によれば、入水温度Ｔｗｉ、目標沸上温度Ｔｗ、推定上限流量Ｇｗ＿ｍａｘからＨＰ配管３６を流通する給湯水の流量がＨＰ上限流量に達する際の目標加熱能力Ｑｔｒを上限となる上限加熱能力Ｑ＿ｍａｘとして算出することになる。なお、ＨＰ配管３６を流通する給湯水の流量がＨＰ上限流量に達する際の目標加熱能力Ｑｔｒは、目標沸上温度Ｔｗが一定となっている場合、図９に示すように入水温度Ｔｗｉに比例して小さくなる。
【００９３】
ここで、ＨＰ配管３６を流通する給湯水の流量がＨＰ上限流量に達すると、給湯対象端末５０に出湯する際の出湯温度を確保するために必要となる加熱能力Ｑの上限ラインが、図１０の一点鎖線で示すラインＨＣ２まで低下する。このため、図１０において、目標沸上温度ＴｗとラインＨＣ２とが交差する位置となる加熱能力Ｑを上限加熱能力Ｔｗ＿ｍａｘとして算出することも可能である。
【００９４】
続いて、本実施形態の制御装置１００（主に、ヒートポンプ制御部１２０）が、出湯モード時に実行する制御処理の一連の流れについて、図１１に示すフローチャートを用いて説明する。図１１に示す制御処理は、湯張スイッチ１１２ｃが投入された際に制御装置１００によって周期的に実行される。なお、図１１に示す制御処理は、給湯対象端末５０に対する給湯水の供給が完了した際に終了する。
【００９５】
図１１に示すように、制御装置１００は、ステップＳ１０にて、入力側に接続されたタンク内温度センサ１１１、入水温度センサ１２１、沸上温度センサ１２２、リモートコントローラ１１２等の出力信号を読み込む。
【００９６】
続いて、制御装置１００は、ステップＳ２０Ａにて、出湯モード時におけるヒートポンプ装置１０における給湯水の目標沸上温度Ｔｗを設定する。具体的には、制御装置１００は、温度設定スイッチ１１２ａで設定された目標出湯温度Ｔｗｓに適した沸上温度Ｔｗｏを算出し、その沸上温度Ｔｗｏを目標沸上温度Ｔｗに設定する。
【００９７】
続いて、制御装置１００は、ステップＳ３０Ａにて、ヒートポンプ装置１０の目標加熱能力Ｑｔｒの上限である上限加熱能力Ｑ＿ｍａｘを算出する。具体的には、制御装置１００は、前述の式４を用いて上限加熱能力Ｑ＿ｍａｘを算出する。なお、初回は、推定上限流量Ｇｗ＿ｍａｘの補正係数Ａを「１」に設定した上で、上限加熱能力Ｑ＿ｍａｘを算出する。
【００９８】
続いて、制御装置１００は、ステップＳ４０Ａにて、上限加熱能力Ｑ＿ｍａｘ以下となる範囲で目標沸上温度Ｔｗを設定する。例えば、本実施形態の制御装置１００は、上限加熱能力Ｑ＿ｍａｘを目標加熱能力Ｑｔｈに設定する。なお、制御装置１００が、上限加熱能力Ｑ＿ｍａｘよりも若干低い能力を目標加熱能力Ｑｔｒに設定する構成になっていてもよい。
【００９９】
続いて、制御装置１００は、ステップＳ５０Ａにて、ヒートポンプ装置１０の加熱能力ＱがステップＳ４０Ａで設定した目標加熱能力Ｑｔｒに近づくようにヒートポンプ装置１０を構成する圧縮機１２および膨張弁１６の動作を制御する。
【０１００】
続いて、制御装置１００は、ステップＳ６０にて、水冷媒熱交換器１４に流入する給湯水の入水温度Ｔｗｉが所定の基準温度Ｔｔｈ以下であるか否かを判定する。所定の基準温度Ｔｔｈは、例えば、水道水の水温（例えば、９℃〜３０°）を基準に設定される。
【０１０１】
ステップＳ６０の判定処理の結果、入水温度Ｔｗｉが基準温度Ｔｔｈ以下である場合、制御装置１００は、ステップＳ７０にて、予め設定された推定上限流量Ｇｗ＿ｍａｘの補正係数Ａを算出する。具体的には、制御装置１００は、前述の式３を用いて補正係数Ａを算出する。
【０１０２】
一方、ステップＳ７０の判定処理の結果、入水温度Ｔｗｉが基準温度Ｔｔｈを上回る場合、制御装置１００は、ステップＳ７０の処理をスキップする。すなわち、制御装置１００は、入水温度Ｔｗｉが基準温度Ｔｔｈを上回る場合、補正係数Ａの補正を行わない。
【０１０３】
以上説明した本実施形態のヒートポンプ式給湯機１は、出湯モード時にＨＰ配管３６を流通する給湯水の流量がＨＰ上限流量に達する際の給湯水の加熱能力Ｑを目標加熱能力Ｑｔｒの上限として設定する構成になっている。これによれば、出湯モード時におけるＨＰ配管３６を流通する給湯水の流量がＨＰ上限流量以下となる。このため、出湯モード時に、ＨＰ配管３６を流通する給湯水の流量がＨＰ上限流量となる際の水冷媒熱交換器１４における沸上温度Ｔｗｏの意図しない上昇が発生せず、出湯モード時におけるエネルギ効率の悪化を抑制することができる。
【０１０４】
また、本実施形態のヒートポンプ式給湯機１は、第１実施形態と同様の構成や作動を有しているため、第１実施形態と同様の構成や作動から奏される作用効果を第１実施形態と同様に得ることができる。
【０１０５】
（他の実施形態）
以上、本発明の代表的な実施形態について説明したが、本発明は、上述の実施形態に限定されることなく、例えば、以下のように種々変形可能である。
【０１０６】
上述の各実施形態の如く、補正係数Ａによって推定上限流量Ｇｗ＿ｍａｘを適宜補正することが望ましいが、これに限定されない。ヒートポンプ式給湯機１は、例えば、補正係数Ａによって推定上限流量Ｇｗ＿ｍａｘを補正しない構成になっていてもよい。
【０１０７】
上述の各実施形態の如く、入水温度Ｔｗｉが基準温度Ｔｔｈ以下となる場合に、推定上限流量Ｇｗ＿ｍａｘを補正するための補正係数Ａの算出を行う構成とすることが望ましいが、これに限定されない。ヒートポンプ式給湯機１は、入水温度Ｔｗｉによらず、推定上限流量Ｇｗ＿ｍａｘを補正するための補正係数Ａの算出を行う構成になっていてもよい。
【０１０８】
上述の各実施形態では、ヒートポンプ装置１０の冷媒として、二酸化炭素が採用される例について説明したが、これに限定されない。ヒートポンプ装置１０は、例えば、冷媒としてフロン系冷媒等が採用されていてもよい。
【０１０９】
上述の各実施形態では、制御装置１００として給湯制御部１１０とヒートポンプ制御部１２０とが別個に設けられたものを例示したが、これに限定されない。制御装置１００は、例えば、給湯制御部１１０とヒートポンプ制御部１２０とが一体に構成されていてもよい。
【０１１０】
上述の実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。
【０１１１】
上述の実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されない。
【０１１２】
上述の実施形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その形状、位置関係等に限定されない。
【０１１３】
（まとめ）
上述の実施形態の一部または全部で示された第１の観点によれば、ヒートポンプ式給湯機は、ヒートポンプ装置と、給湯回路と、入水温度センサと、目標能力設定部と、ヒートポンプ制御部と、を備える。給湯水供給ポンプは、ＨＰ配管を流通する給湯水の流量が所定のＨＰ上限流量以下となる範囲で、ヒートポンプ装置の加熱能力が増大するに伴ってＨＰ配管を流通する給湯水の流量を増加させるように構成されている。ヒートポンプ制御部は、入水温度、目標加熱能力、ＨＰ上限流量の推定流量である推定上限流量からＨＰ配管を流通する給湯水の流量がＨＰ上限流量に達する際のヒートポンプ装置における給湯水の沸上温度を下限沸上温度として算出する。そして、ヒートポンプ制御部は、下限沸上温度以上となる範囲で目標沸上温度を設定する。
【０１１４】
また、第２の観点によれば、ヒートポンプ式給湯機は、ヒートポンプ装置と、給湯回路と、入水温度センサと、目標温度設定部と、ヒートポンプ制御部と、を備える。給湯回路の給湯水供給ポンプは、ＨＰ配管を流通する給湯水の流量が所定のＨＰ上限流量以下となる範囲で、ヒートポンプ装置の加熱能力が増大するに伴ってＨＰ配管を流通する給湯水の流量を増加させるように構成されている。ヒートポンプ制御部は、入水温度、目標沸上温度、ＨＰ上限流量の推定流量である推定上限流量からＨＰ配管を流通する給湯水の流量がＨＰ上限流量に達する際のヒートポンプ装置の加熱能力を上限加熱能力として算出する。そして、ヒートポンプ制御部は、上限加熱能力以下となる範囲で目標加熱能力を設定する。
【０１１５】
また、第３の観点によれば、ヒートポンプ式給湯機は、ＨＰ配管において水冷媒熱交換器から流出する給湯水の沸上温度を検出する沸上温度センサを備える。そして、ヒートポンプ制御部は、給湯水供給ポンプが最大能力で動作している際の目標沸上温度に対する沸上温度の温度超過量を算出し、温度超過量が大きいほど推定上限流量が小流量となるように推定上限流量を補正する。
【０１１６】
ところで、ＨＰ上限流量は、ＨＰ配管における圧力損失によって変化する。例えば、ＨＰ配管の長さが大きい場合、ＨＰ配管の長さが小さい場合に比べて、ＨＰ配管における圧力損失が大きくなるため、ＨＰ上限流量が少なくなる。
【０１１７】
このため、ＨＰ上限流量の推定流量である推定上限流量をヒートポンプ式給湯機の施工前に設定しても、実際のＨＰ上限流量と乖離することが懸念される。そして、予め設定した推定上限流量と実際のＨＰ上限流量とが乖離していると、目標沸上温度の下限となる下限沸上温度等の算出精度が低下してしまう。このことは、出湯モード時におけるエネルギ効率に影響することから好ましくない。
【０１１８】
これに対して、本開示のヒートポンプ式給湯機では、給湯水供給ポンプがＨＰ上限流量で動作している際の目標沸上温度に対する沸上温度の温度超過量を算出し、温度超過量が大きいほど推定上限流量が小流量となるように推定上限流量を補正する構成になっている。
【０１１９】
これによると、下限沸上温度等を算出する際に用いる推定上限流量と実際のＨＰ上限流量との乖離が是正されるので、下限沸上温度等の算出精度を向上させることができる。このことは、出湯モード時におけるエネルギ効率の向上に大きく寄与する。
【０１２０】
また、第４の観点によれば、ヒートポンプ式給湯機は、ヒートポンプ制御部が、入水温度が所定の基準温度以下となる際に、推定上限流量を補正するための補正係数を算出する。
【０１２１】
ここで、目標沸上温度に対する沸上温度の温度超過量は、予め設定した推定上限流量と実際のＨＰ上限流量とが乖離した場合に限らず、水冷媒熱交換器に流入する給湯水の入水温度が高くなる場合にも生ずる。
【０１２２】
例えば、貯湯タンク内に貯留された給湯水の温度が高い状況下では、水冷媒熱交換器に流入する給湯水の入水温度も高くなることがある。このような状況下では、ヒートポンプ装置における給湯水の沸上温度が目標沸上温度を上回ることで、目標沸上温度に対する沸上温度の温度超過量が増加することがある。
【０１２３】
そこで、本開示のヒートポンプ式給湯機では、水冷媒熱交換器に流入する給湯水の入水温度が所定の基準温度以下となる際に、推定上限流量を補正するための補正係数を算出する構成になっている。これによれば、推定上限流量を適切な流量に補正することができる。このことは、出湯モード時におけるエネルギ効率の向上に大きく寄与する。
【０１２４】
また、第５の観点によれば、ヒートポンプ式給湯機は、ヒートポンプ制御部が、出湯モード時に、貯湯モード時に比べて、ヒートポンプ装置における給湯水の沸上温度が低くなるようにヒートポンプ装置を制御する。このように、出湯モード時に、貯湯モード時より低い沸上温度でヒートポンプ装置を動作させる構成とすれば、エネルギ効率のよい出湯運転が可能となる。なお、貯湯モードは、水冷媒熱交換器にて加熱された給湯水を貯湯タンクに貯留する運転モードである。
【符号の説明】
【０１２５】
１        ヒートポンプ式給湯機
１０      ヒートポンプ装置
１６      水冷媒熱交換器
３０      給湯回路
３２      貯湯タンク
３６      ＨＰ配管
１１０    給湯制御部（目標能力設定部、目標温度設定部）
１２０    ヒートポンプ制御部
１２１    入水温度センサ
【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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