(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流入した熱媒を膨張させて流入前より低い圧力にして排出する減圧器と、
前記減圧器から排出された前記熱媒が流入し、前記熱媒と熱源との間で熱交換を行う吸熱側熱交換器と、
前記吸熱側熱交換器から排出された前記熱媒を吸込み、吸込み前より高い圧力に圧縮して吐出する圧縮機と、
前記圧縮機から吐出された前記熱媒が流入し、前記熱媒と蓄熱媒体との間で熱交換を行う蓄熱用熱交換器と、
前記蓄熱用熱交換器から排出された前記熱媒が流入し、前記熱媒と熱利用媒体との間で熱交換を行ない、前記熱媒を前記減圧器に排出する利用側熱交換器と、
前記蓄熱用熱交換器から排出された前記熱媒の流路を、前記利用側熱交換器を経由せずに、前記減圧器、前記吸熱側熱交換器、前記圧縮機、および前記蓄熱用熱交換器を循環する第１の流路、または、前記利用側熱交換器を経由して、前記減圧器、前記吸熱側熱交換器、前記圧縮機、および前記蓄熱用熱交換器を循環する第２の流路に切替える流路切替器と、
を備えたヒートポンプ装置。
【請求項２】
前記蓄熱用熱交換器を通過した前記熱媒の温度を示す第１温度を検出する第１温度検出器を有し、
前記第１温度が前記熱利用媒体の利用温度以上となった場合に、前記流路切替器を前記第１の流路側から前記第２の流路側に切替える請求項１に記載のヒートポンプ装置。
【請求項３】
前記流路切替器は、前記蓄熱用熱交換器と前記利用側熱交換器との間に設けられ、
前記第１温度検出器は、前記蓄熱用熱交換器と前記流路切替器との間に設けられた請求項２に記載のヒートポンプ装置。
【請求項４】
前記利用側熱交換器の利用開始を指示する開始指示が入力される入力装置を有し、
前記開始指示に基づいて前記流路切替器を前記第１の流路側から前記第２の流路側に切替える請求項１に記載のヒートポンプ装置。
【請求項５】
前記圧縮機から吐出された前記熱媒の温度を示す第２温度を検出する第２温度検出器と、前記利用側熱交換器から排出された前記熱媒の温度を示す第３温度を検出する第３温度検出器と、を有し、
前記流路切替器を前記第１の流路側に切替えた場合、前記第２温度に基づいて前記圧縮機の回転数または前記減圧器の開度が制御され、
前記流路切替器を前記第２の流路側に切替えた場合、前記第２温度に基づいて前記圧縮機の回転数が制御され、前記第３温度に基づいて前記減圧器の開度が制御される請求項１から４のいずれか１項に記載のヒートポンプ装置。
【請求項６】
前記蓄熱用熱交換器は、前記蓄熱媒体が流通する蓄熱媒体用流路を有し、
前記利用側熱交換器は、前記熱利用媒体が流通する熱利用媒体用流路を有し、
前記蓄熱媒体用流路に接続された第１の循環ポンプと、前記熱利用媒体用流路に接続された第２の循環ポンプと、をさらに備え、
前記流路切替器を前記第２の流路に切替えた場合に、前記第１の循環ポンプおよび前記第２の循環ポンプが制御されて、前記蓄熱媒体の流量と前記熱利用媒体の流量との比率が変化する請求項１から５のいずれか１項に記載のヒートポンプ装置。
【請求項７】
前記蓄熱用熱交換器は、前記蓄熱媒体が収容された蓄熱タンク内に設けられ、
前記蓄熱媒体は、前記蓄熱用熱交換器を介して流入した熱により融解する潜熱蓄熱材を含む請求項１から５のいずれか１項に記載のヒートポンプ装置。
【請求項８】
前記潜熱蓄熱材は、酢酸ナトリウム３水和物を含む請求項７に記載のヒートポンプ装置。
【請求項９】
前記熱利用媒体は、前記利用側熱交換器を介して流入した熱により融解する潜熱蓄熱材を含み、
前記熱利用媒体に含まれる前記潜熱蓄熱材の融点は、前記蓄熱媒体に含まれる前記潜熱蓄熱材の融点よりも低い請求項７または８に記載のヒートポンプ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒートポンプにより蓄熱媒体に蓄熱するヒートポンプ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、冷凍サイクルを利用したヒートポンプにより外気から吸収した熱を蓄熱タンク内の温水の加熱と浴槽内の湯の追い炊きとに利用するヒートポンプ装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。【０００３】
従来のヒートポンプ装置は、熱源である外気とヒートポンプ回路を流れる熱媒との間で熱交換を行い外気から吸収した熱で熱媒を加熱する吸熱側熱交換器と、熱媒と蓄熱タンク内の蓄熱媒体である水との間で熱交換を行う蓄熱用熱交換器と、熱媒と浴槽内の水との間で熱交換を行う利用側熱交換器と、熱媒を高温高圧に圧縮する圧縮機と、高圧の熱媒を絞り膨張させて低圧にするキャピラリーチューブからなる減圧器と、ヒートポンプ回路に流れる熱媒の流路を切替える三方弁からなる複数の流路切替器と、を備えている。【０００４】
ヒートポンプ装置が、蓄熱タンク内の水を加熱して蓄熱する際には、ヒートポンプ回路の熱媒の流路を、圧縮機、蓄熱用熱交換器、減圧器、吸熱側熱交換器の順に直列接続となるように複数の流路切替器を切替え、利用側熱交換器は、熱媒の流路から切り離される。また、ヒートポンプ装置が、浴槽内の湯を追い炊きする際には、ヒートポンプ回路の熱媒の流路を、圧縮機、利用側熱交換器、減圧器、蓄熱用熱交換器の順に直列接続となるように複数の流路切替器を切替え、吸熱側熱交換器は、熱媒の流路から切り離される。あるいは、ヒートポンプ回路の熱媒の流路を、圧縮機、利用側熱交換器、減圧器、吸熱側熱交換器の順に直列接続となるように複数の流路切替器を切替え、蓄熱用熱交換器は、熱媒の流路から切り離される。このように、従来のヒートポンプ装置では、複数の流路切替器を用いて熱媒の流路を切替えることで、蓄熱タンク内の温水あるいは外気を熱源とするヒートポンプにより浴槽内の湯を追い炊きしていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６１−２２５５３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記された従来のヒートポンプ装置では、ヒートポンプにより蓄熱媒体である蓄熱タンク内の水を加熱して蓄熱する際に、蓄熱媒体の温度が上昇するに従い、ヒートポンプ回路を循環する熱媒から蓄熱媒体への放熱量が減少するため、熱媒が十分に放熱した場合よりも圧縮機へ戻る熱媒の温度が高くなり、ヒートポンプの効率が低下するという問題点があった。【０００７】
本発明は、上述のような問題を解決するためになされたもので、蓄熱媒体の温度が高くなった場合であっても、ヒートポンプの効率低下を抑制しつつ、熱源から吸収した熱をヒートポンプで蓄熱媒体に蓄熱できるヒートポンプ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】
【０００８】
本発明に係るヒートポンプ装置は、流入した熱媒を膨張させて流入前より低い圧力にして排出する減圧器と、減圧器から排出された熱媒が流入し、熱媒と熱源との間で熱交換を行う吸熱側熱交換器と、吸熱側熱交換器から排出された熱媒を吸込み、吸込み前より高い圧力に圧縮して吐出する圧縮機と、圧縮機から吐出された熱媒が流入し、熱媒と蓄熱媒体との間で熱交換を行う蓄熱用熱交換器と、蓄熱用熱交換器から排出された熱媒が流入し、熱媒と熱利用媒体との間で熱交換を行ない、熱媒を減圧器に排出する利用側熱交換器と、蓄熱用熱交換器から排出された熱媒の流路を、利用側熱交換器を経由せずに、減圧器、吸熱側熱交換器、圧縮機、および蓄熱用熱交換器を循環する第１の流路、または、利用側熱交換器を経由して、減圧器、吸熱側熱交換器、圧縮機、および蓄熱用熱交換器を循環する第２の流路に切替える流路切替器と、を備える。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係るヒートポンプ装置によれば、流路切替器が熱媒の流路を第１の流路または第２の流路に切替えるので、蓄熱媒体の温度が高くなった場合であっても、ヒートポンプの効率低下を抑制しつつ、熱源から吸収した熱をヒートポンプで蓄熱媒体に蓄熱できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態１におけるヒートポンプ装置の構成を示す模式図である。
【図２】本発明の実施の形態１におけるヒートポンプ装置の制御器の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態１におけるヒートポンプ装置の制御動作を示すフローチャートである。
【図４】本発明の実施の形態２におけるヒートポンプ装置の構成を示す模式図である。
【図５】本発明の実施の形態２におけるヒートポンプ装置の制御器の構成を示すブロック図である。
【図６】本発明の実施の形態２におけるヒートポンプ装置の制御動作を示すフローチャートである。
【図７】本発明の実施の形態３におけるヒートポンプ装置の構成を示す模式図である。
【図８】本発明の実施の形態３におけるヒートポンプ装置の制御器の構成を示すブロック図である。
【図９】本発明の実施の形態３におけるヒートポンプ装置の制御動作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】
【００１１】
実施の形態１．
まず、本発明の実施の形態１におけるヒートポンプ装置の構成を説明する。図１は、本発明の実施の形態１におけるヒートポンプ装置の構成を示す模式図である。
【００１２】
図１において、ヒートポンプ装置１００は、ヒートポンプ回路１０と、蓄熱回路２０と、熱利用回路３０と、を備えている。ヒートポンプ回路１０は、圧縮機１１、蓄熱用熱交換器１２、利用側熱交換器１４、減圧器１５、および吸熱側熱交換器１６を備えている。ヒートポンプ回路１０は、内部に封入された熱媒１９を利用した冷凍サイクルにより、吸熱側熱交換器１６で吸収した熱を蓄熱用熱交換器１２および利用側熱交換器１４に移動させる。利用側熱交換器１４は、熱媒１９の流れる方向に対して蓄熱用熱交換器１２の下流側に設けられている。
【００１３】
蓄熱回路２０は、ヒートポンプ回路１０の蓄熱用熱交換器１２に接続された蓄熱タンク２１と、蓄熱回路２０に蓄熱媒体２９を循環させる循環ポンプ２２とを有する。蓄熱用熱交換器１２でヒートポンプ回路１０の熱媒１９と蓄熱媒体２９とが熱交換を行うことで、ヒートポンプ回路１０の吸熱側熱交換器１６で吸収した熱が蓄熱タンク２１内の蓄熱媒体２９に蓄熱される。熱利用回路３０は、ヒートポンプ回路１０の利用側熱交換器１４に接続された熱利用端末３１と、熱利用端末３１で用いられる熱利用媒体３９を熱利用回路３０に循環させる循環ポンプ３２とを有する。利用側熱交換器１４でヒートポンプ回路１０の熱媒１９と熱利用媒体３９とが熱交換を行うことで、ヒートポンプ回路１０の吸熱側熱交換器１６で吸収した熱により熱利用媒体３９が加熱される。蓄熱媒体２９の最高温度は、熱利用媒体３９の最高温度より高くなっており、蓄熱媒体２９に蓄えた熱は、熱利用媒体３９よりも高い温度を要する用途に利用される。
【００１４】
本実施の形態１では、蓄熱タンク２１に蓄熱した熱が給湯に用いられ、熱利用端末３１が風呂である場合について説明する。すなわち、蓄熱タンク２１に蓄えられる蓄熱媒体２９は水であって、熱利用端末３１である風呂の浴槽に蓄えられる熱利用媒体３９も水である。加熱されて蓄熱タンク２１に蓄えられた温水は、台所、洗面所、シャワーなどでの給湯だけでなく、熱利用端末３１である風呂の浴槽に湯を張るためにも用いられる。すなわち、熱利用端末３１である風呂の浴槽に湯が蓄えられることで、浴槽に蓄えられた湯が熱利用媒体３９となる。浴槽に蓄えられた熱利用媒体３９は、湯に限らず湯が冷めた水や水道から給水した水であってもよい。熱利用回路３０は、熱利用端末３１である風呂の浴槽に蓄えられた湯である熱利用媒体３９を再度加熱する追い炊きや保温に用いられる。
【００１５】
まず、本発明の実施の形態１のヒートポンプ装置１００の構成について説明する。
【００１６】
図１に示すようにヒートポンプ装置１００のヒートポンプ回路１０は、減圧器１５、吸熱側熱交換器１６、圧縮機１１、蓄熱用熱交換器１２、利用側熱交換器１４、および流路切替器１３を備えており、これらが配管ｈ１ａ〜ｈ１ｇで接続されている。ヒートポンプ回路１０の内部には熱媒１９が封入されており、熱媒１９が、配管ｈ１ａ〜ｈ１ｇを通じて、減圧器１５、吸熱側熱交換器１６、圧縮機１１、蓄熱用熱交換器１２、利用側熱交換器１４、および流路切替器１３を循環する。熱媒１９は、例えば、二酸化炭素、プロパンなどの自然冷媒や、Ｒ４１０、Ｒ３２などのハイドロフルオロカーボン系冷媒などの冷凍サイクルで用いられる冷媒であってよい。このため、ヒートポンプ回路１０は、冷凍サイクル回路と呼んでもよく、熱媒１９は、冷媒と呼んでもよい。また、ヒートポンプ装置１００は、ヒートポンプ回路１０の圧縮機１１、減圧器１５、送風ファン１７、および流路切替器１３を制御する制御器４１を備えている。なお、ヒートポンプ回路１０は、圧縮機１１への液バックを防止するためのアキュムレータなど上記以外の装置を必要に応じて備えていてもよい。
【００１７】
減圧器１５は、減圧器１５に流入した熱媒１９を絞り膨張させ、減圧器１５に流入する前よりも低い圧力にして吸熱側熱交換器１６に向けて排出する。減圧器１５は、例えば、電子膨張弁やキャピラリーチューブであってよい。減圧器１５に電子膨張弁を用いると、電子膨張弁の開度を制御することで、熱媒１９の状態をより細かく制御することができるので、減圧器１５は電子膨張弁が好ましい。減圧器１５は制御器４１により制御される。減圧器１５が電子膨張弁である場合、制御器４１は電子膨張弁の開度を制御する。
【００１８】
吸熱側熱交換器１６は、配管ｈ１ｃで減圧器１５に接続されており、減圧器１５から排出された熱媒１９が流入し、熱媒１９と外部の熱源との間で熱交換を行う熱交換器である。外部の熱源は空気や地下水などであってよいが、本発明では熱源が空気である場合について説明する。吸熱側熱交換器１６は、例えば、熱媒１９が流通する金属管と、熱源である空気が流通するように互いに離隔して積層された複数の金属フィンとからなるフィンチューブ熱交換器であってよい。吸熱側熱交換器１６に対向して直流モータなどの電動機で駆動される送風ファン１７が設けられている。送風ファン１７により熱源である空気が吸熱側熱交換器１６に送り込まれることで、吸熱側熱交換器１６を通過する空気と吸熱側熱交換器１６を通過する熱媒１９との間で熱交換が行われる。吸熱側熱交換器１６内の熱媒１９の温度は、空気の温度より低くなるように制御されているため、熱媒１９は、熱源である空気から吸熱する。
【００１９】
圧縮機１１は、配管ｈ１ｄで吸熱側熱交換器１６に接続されている。なお、圧縮機１１の液バックを防止するためにアキュムレータを用いる場合には、圧縮機１１と吸熱側熱交換器１６との間の配管ｈ１ｄにアキュムレータを挿入すればよい。すなわち、アキュムレータが用いられる場合には、アキュムレータを配管ｈ１ｄの一部とみなしてよい。ヒートポンプ回路１０の配管ｈ１ａ〜ｈ１ｇに他の装置を挿入する場合も同様であり、他の装置を配管の一部とみなしてよい。圧縮機１１は、吸熱側熱交換器１６から排出された低圧の熱媒１９を吸込み、熱媒１９を吸込み前よりも高い圧力に圧縮して高温高圧の状態で吐出する。圧縮機１１は、回転数を制御可能な電動機と電動機を駆動するためのインバータとを有しており、容量制御可能となっている。圧縮機１１は、制御器４１からインバータに入力された制御信号に基づいて回転数が制御される。
【００２０】
蓄熱用熱交換器１２は、配管ｈ１ａで圧縮機１１の吐出側に接続されており、圧縮機から吐出された熱媒１９が流入し、熱媒１９と蓄熱回路２０の蓄熱媒体２９である水との間で熱交換を行う熱交換器である。蓄熱用熱交換器１２は、ヒートポンプ回路１０の熱媒１９が流れる熱媒用流路１２ａと蓄熱回路２０の蓄熱媒体２９が流れる蓄熱媒体用流路１２ｂとを有しており、熱媒用流路１２ａと蓄熱媒体用流路１２ｂとが金属などの熱伝導率が大きい部材を介して互いに離隔して設けられることで構成されている。圧縮機１１から吐出され蓄熱用熱交換器１２の熱媒用流路１２ａに流入した高温高圧の気相の熱媒１９は、蓄熱用熱交換器１２の蓄熱媒体用流路１２ｂに流入する蓄熱媒体２９よりも高温となっている。蓄熱用熱交換器１２に流入した熱媒１９から放熱された熱により蓄熱媒体２９が加熱される。
【００２１】
蓄熱用熱交換器１２は、ヒートポンプ回路１０を流れる熱媒１９と蓄熱回路２０を流れる蓄熱媒体２９である水との温度差が小さくても熱交換性能に優れたものが好ましい。例えば、熱媒１９が流れる熱媒用流路１２ａを構成する熱媒配管を、蓄熱媒体２９である水が流れる蓄熱媒体用流路１２ｂを構成する水配管に巻き付けロウ付けして蓄熱用熱交換器１２を構成してよく、あるいは、水配管を捻ってできた溝に複数本の熱媒配管を平行に巻きつけて蓄熱用熱交換器１２を構成してもよい。あるいは、蓄熱用熱交換器１２は、プレート式熱交換器であってもよい。蓄熱用熱交換器１２の熱媒用流路１２ａと蓄熱媒体用流路１２ｂとは、熱媒１９が流れる向きと蓄熱媒体２９が流れる向きとが対向した対向流となるように配置されている方が好ましい。
【００２２】
利用側熱交換器１４は、流路切替器１３を介して配管ｈ１ｅと配管ｈ１ｆとで蓄熱用熱交換器１２に接続されており、蓄熱用熱交換器１２から排出された熱媒１９が流入し、熱媒１９と熱利用回路３０の熱利用媒体３９である水との間で熱交換を行う熱交換器である。利用側熱交換器１４は、ヒートポンプ回路１０の熱媒１９が流れる熱媒用流路１４ａと熱利用回路３０の熱利用媒体３９が流れる熱利用媒体用流路１４ｂとを有しており、熱媒用流路１４ａと熱利用媒体用流路１４ｂとが金属などの熱伝導率が大きい部材を介して互いに離隔して設けられることで構成されている。利用側熱交換器１４は、蓄熱用熱交換器１２と同様の構成の熱交換器であってよい。利用側熱交換器１４に流入した熱媒１９は、蓄熱用熱交換器１２で放熱するが、熱利用媒体用流路１４ｂに流入する熱利用媒体３９よりも高温となっている。利用側熱交換器１４に流入した熱媒１９は放熱し、その際に放熱された熱により熱利用媒体３９が加熱される。利用側熱交換器１４は配管ｈ１ｇおよび配管ｈ１ｂで減圧器１５に接続されており、利用側熱交換器１４から排出された熱媒１９は減圧器１５に再び流入する。
【００２３】
流路切替器１３は、蓄熱用熱交換器１２と利用側熱交換器１４との間に設けられており、配管ｈ１ｅで蓄熱用熱交換器１２に接続され、配管ｈ１ｆで利用側熱交換器１４に接続されている。また、流路切替器１３は、配管ｈ１ｂで減圧器１５に接続されている。配管１ｂには、流路切替器１３と減圧器１５との間で、利用側熱交換器１４の下流側に接続された配管ｈ１ｇが接続されている。流路切替器１３は、例えば、電動三方弁などの電動切替弁であってよく、配管ｈ１ｆと配管ｈ１ｂとに設けられた２台の電動開閉弁により構成されていてもよい。流路切替器１３は、熱媒１９の流路を、利用側熱交換器を経由せずに、減圧器１５、吸熱側熱交換器１６、圧縮機１１、および蓄熱用熱交換器１２を循環する第１の流路、または、減圧器１５、吸熱側熱交換器１６、圧縮機１１、蓄熱用熱交換器１２、および利用側熱交換器１４を循環する第２の流路に切替える。つまり、流路切替器１３は、制御器４１からの制御信号により制御されて、蓄熱用熱交換器１２から排出された熱媒１９の流路を、利用側熱交換器１４を経由せずに配管ｈ１ｂのみを通って減圧器１５に至る第１の流路、または利用側熱交換器１４を経由して配管ｈ１ｆ、配管ｈ１ｇ、配管ｈ１ｂを通って減圧器１５に至る第２の流路に切替える。流路切替器１３は、蓄熱用熱交換器１２から排出された熱媒１９の流路を、第１の流路または第２の流路のいずれか一方に切替えるだけでなく、熱媒１９が第１の流路と第２の流路との両方に所定の比率の流量で流れるように流路を切替えてもよい。
【００２４】
制御器４１が、流路切替器１３を利用側熱交換器１４を経由しない第１の流路側に切替えさせることにより、熱媒１９の流路は第１の流路に切替わり、熱媒１９は、圧縮機１１、蓄熱用熱交換器１２、減圧器１５、および吸熱側熱交換器１６を循環し、吸熱側熱交換器１６で吸収した熱を蓄熱用熱交換器１２に移動させる。一方、制御器４１が、流路切替器１３を利用側熱交換器１４を経由する第２の流路側に切替えさせることにより、熱媒１９の流路は第２の流路に切替わり、熱媒１９は、圧縮機１１、蓄熱用熱交換器１２、利用側熱交換器１４、減圧器１５、および吸熱側熱交換器１６を循環し、吸熱側熱交換器１６で吸収した熱を蓄熱用熱交換器１２と利用側熱交換器１４に移動させる。
【００２５】
ヒートポンプ装置１００の蓄熱回路２０は、蓄熱用熱交換器１２の蓄熱媒体用流路１２ｂに配管ｈ２ｃで接続された蓄熱タンク２１と、蓄熱タンク２１に配管ｈ２ａで接続された循環ポンプ２２とを有する。循環ポンプ２２は、配管ｈ２ｂで蓄熱用熱交換器１２の蓄熱媒体用流路１２ｂにも接続されている。循環ポンプ２２は、制御器４１からの制御信号により回転数が制御される電動機を有しており、制御器４１によって循環ポンプ２２で蓄熱回路２０を循環させる蓄熱媒体２９の流量が調整される。配管ｈ２ａは蓄熱タンク２１の下部に接続されており、配管ｈ２ｃは蓄熱タンク２１の上部に接続されている。蓄熱タンク２１内に蓄えられている蓄熱媒体２９である水は、加熱されて高温になると密度が小さくなるので、蓄熱タンク２１の上部に集まる。従って、蓄熱タンク２１内では、上部の水の温度が下部の水の温度より高くなっている。蓄熱タンク２１内の蓄熱媒体２９である水は、蓄熱タンク２１の下部に接続された配管ｈ２ａから流出し、循環ポンプ２２によって送出される。蓄熱タンク２１から送出された水は、蓄熱用熱交換器１２で熱媒１９との熱交換により加熱されて温水となり、蓄熱タンク２１の上部に接続された配管ｈ２ｃを通って蓄熱タンク２１内に流入する。この結果、蓄熱タンク２１内には、吸熱側熱交換器１６から吸収された熱が温水として蓄えられる。
【００２６】
また、蓄熱タンク２１には、水道から蓄熱媒体２９となる水を給水するための配管ｈ２ｄと、蓄熱タンク２１から高温の蓄熱媒体２９である温水を取り出して給湯するための配管ｈ２ｅとが接続されている。配管ｈ２ｄは蓄熱タンク２１の下部に接続され、配管ｈ２ｅは蓄熱タンク２１の上部に接続される。また、配管ｈ２ｅは電動混合弁２３を介して配管ｈ２ｆに接続される。電動混合弁２３には、水道水を給水するための配管ｈ２ｄから分岐した配管ｈ２ｇも接続される。電動混合弁２３は、制御器４１により開度が制御され、蓄熱タンク２１から取り出される温水と、この温水より温度が低い水道水とを混合して、給湯する温水の温度を利用者の所望する温度に調整する。配管ｈ２ｄは、水道管などの給水用の配管２４ａに接続されて、配管２４ａを通じて蓄熱媒体２９となる水道水が給水される。また、配管ｈ２ｆは、台所、洗面所、浴室などへ給湯するための配管２４ｂに接続されており、配管２４ｂを通じて蓄熱タンク２１に蓄えられた蓄熱媒体２９である温水が給湯される。配管２４ｂを通じて給湯された温水は、熱利用端末３１である風呂の浴槽に蓄えられ、熱利用媒体３９となる。
【００２７】
ヒートポンプ装置１００の熱利用回路３０は、利用側熱交換器１４の熱利用媒体用流路１４ｂに配管ｈ３ｃおよび配管３３ｂで接続された熱利用端末３１と、熱利用端末３１に配管３３ａおよび配管ｈ３ａで接続された循環ポンプ３２とを有している。循環ポンプ３２は配管ｈ３ｂで利用側熱交換器１４の熱利用媒体用流路１４ｂにも接続されている。なお、配管３３ａ、配管３３ｂ、熱利用端末３１は、熱利用回路３０の一部を構成するが、ヒートポンプ装置１００の外部に設けられるものである。循環ポンプ３２は、蓄熱回路２０の循環ポンプ２２と同様、制御器４１によって制御され、制御器４１によって循環ポンプ３２で熱利用回路３０を循環させる熱利用媒体３９の流量が調整される。配管３３ａと配管３３ｂとは熱利用端末３１である風呂の浴槽に接続されている。浴槽内に蓄えられている熱利用媒体３９である水は、配管３３ａを通って浴槽から流出し、循環ポンプ３２によって送出される。浴槽から送出された水は利用側熱交換器１４で熱媒１９との熱交換により加熱され、配管３３ｂを通って浴槽内に流入する。これにより熱利用端末３１である風呂の浴槽に蓄えられた熱利用媒体３９である水や湯の追い炊きや保温が行われる。
【００２８】
ヒートポンプ装置１００は、ヒートポンプ回路１０に設けられた第１温度検出器Ｔ１、第２温度検出器Ｔ２、および第３温度検出器Ｔ３と、蓄熱タンク２１内に設けられた第４温度検出器Ｔ４と、給湯用の電動混合弁２３より下流側に設けられた第６温度検出器Ｔ６と、熱利用回路３０に設けられた第５温度検出器Ｔ５とを備えている。また、熱利用回路３０の配管ｈ３ａには、熱利用端末３１である風呂の浴槽に蓄えられた水の水位を検出する水位検出器Ｌ１が設けられている。各温度検出器Ｔ１〜Ｔ６および水位検出器Ｌ１は、信号線により制御器４１に接続されている。
【００２９】
第１温度検出器Ｔ１は、蓄熱用熱交換器１２の下流側に接続された配管ｈ１ｅに設けられており、蓄熱用熱交換器１２を通過した熱媒１９の温度を検出する。第１温度検出器Ｔ１が設けられる場所は、配管ｈ１ｅに限られるものではなく、蓄熱用熱交換器１２の熱媒用流路１２ａの下流端近傍に設けられていてもよい。つまり、蓄熱用熱交換器１２を通過した熱媒１９の温度が推測できる位置であればよい。
【００３０】
また、第１温度検出器Ｔ１は、蓄熱用熱交換器１２の蓄熱媒体用流路１２ｂの上流側に設けてもよく、例えば、配管ｈ２ｂや配管ｈ２ａに設けてもよい。配管ｈ２ｂや配管ｈ２ａには、熱媒１９と熱交換される蓄熱媒体２９が通過するので、蓄熱媒体２９の温度が高ければ、蓄熱用熱交換器１２での熱交換量が減少し、蓄熱用熱交換器１２を通過した熱媒１９の温度も高くなるため、蓄熱用熱交換器１２を通過した熱媒１９の温度が推測できる。つまり、蓄熱用熱交換器１２に流入する蓄熱媒体２９の温度と蓄熱用熱交換器１２を通過した熱媒１９の温度とは相関があるので、検出した蓄熱用熱交換器１２に流入する蓄熱媒体２９の温度は蓄熱用熱交換器１２を通過した熱媒１９の温度に基づくものと扱ってよい。
【００３１】
第２温度検出器Ｔ２は、圧縮機１１の吐出側に接続された配管ｈ１ａに設けられており、圧縮機１１から吐出された熱媒１９の温度を検出する。第３温度検出器Ｔ３は、利用側熱交換器１４の熱媒用流路１４ａの下流側に接続された配管ｈ１ｇに設けられており、利用側熱交換器１４を通過した熱媒１９の温度を検出する。第４温度検出器Ｔ４は、蓄熱タンク２１の内壁、または外壁に設けられており、蓄熱タンク２１に蓄えられる蓄熱媒体２９である水の温度を検出する。第５温度検出器Ｔ５は、利用側熱交換器１４の熱利用媒体用流路１４ｂの上流側に接続された配管ｈ３ｂに設けられており、利用側熱交換器１４に流入する熱利用媒体３９である水の温度を検出する。第５温度検出器Ｔ５は、利用側熱交換器１４の上流側で、かつ、熱利用端末３１の下流側であればよく、配管ｈ３ａに設けられていてもよい。
【００３２】
第６温度検出器Ｔ６は、電磁混合弁２３より下流側の配管ｈ２ｆに設けられ、配管２４ｂを通って給湯される温水の温度を検出する。第６温度検出器Ｔ６で検出した温水の温度が、利用者が設定した所望の給湯温度となるように、制御器４１が、電磁混合弁２３の開度を制御して、配管ｈ２ｅから電磁混合弁２３に流入する蓄熱媒体２９である温水の流量と、配管ｈ２ｇから電磁混合弁２３に流入する水道水の流量とを調整する。
【００３３】
水位検出器Ｌ１は、熱利用端末３１である風呂の浴槽と循環ポンプ３２とを接続する配管ｈ３ａに設けられている。水位検出器Ｌ１は、例えば、圧力で浴槽内の水位を検出できる圧力センサーである。浴槽に所定量以上の熱利用媒体３９である水が蓄えられると、浴槽内の水位が上昇し、水が浴槽から配管３３ａを通じて配管ｈ３ａに流れ込む。この結果、水位検出器Ｌ１が熱利用媒体３９である水に浸かるため、水位検出器Ｌ１が水に浸かる前と比べて、水位検出器Ｌ１で検出している圧力が変化し、水位検出器Ｌ１の高さまで浴槽内の水位が達していることが検出される。
【００３４】
次に、ヒートポンプ装置１００の制御器４１について説明する。図２は、本発明の実施の形態１におけるヒートポンプ装置の制御器の構成を示すブロック図である。
【００３５】
制御器４１は、例えば、マイクロプロセッサで構成される。制御器４１は、第１〜第６の各温度検出器Ｔ１〜Ｔ６および水位検出器Ｌ１と信号線で接続されており、各温度検出器Ｔ１〜Ｔ６および水位検出器Ｌ１で検出された温度情報および水位情報が入力される。また、制御器４１は、圧縮機１１、流路切替器１３、減圧器１５、送風ファン１７、循環ポンプ２２、電磁混合弁２３、および循環ポンプ３２に信号線で接続されており、これらの機器を制御するための制御信号を出力する。
【００３６】
また、制御器４１は、利用者が制御器４１に諸条件を入力するための入力装置４２と有線あるいは無線の信号線を介して接続されている。ここで、無線の信号線とは、例えば、赤外線や電波などの電磁波を媒体として信号を伝送する仮想的な信号線である。入力装置４２は、例えば、リモートコントローラやＨＥＭＳ（Ｈｏｍｅ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ  Ｓｙｓｔｅｍ）コントローラである。
【００３７】
ヒートポンプ装置１００の利用者は、入力装置４２に所望の利用温度を入力して、熱利用媒体３９である水を保温あるいは追い炊きにより加熱して、浴槽内の水が所望の利用温度になるように設定する。ここで、利用温度とは浴槽内に蓄えられている熱利用媒体３９を、利用者が利用したい温度である。また、ヒートポンプ装置１００の利用者は、入力装置４２に所望の給湯温度を入力して、所望の給湯温度に調整された湯を得る。ここで、給湯温度とは給湯用の配管２４ｂを流通する温水の温度である。このため、制御器４１は、入力装置４２を介して入力された利用温度および給湯温度を記憶している。制御器４１は、マイクロプロセッサの内部あるいは外部にメモリなどの記憶部を有しており、諸条件を記憶部に記憶している。
【００３８】
制御器４１は、時刻や月日を計る計時部を有しており、制御器４１は時刻や月日を認識している。計時部は、例えば、マイクロプロセッサのタイマ機能である。制御器４１は、計時部により時刻を認識しているため、例えば、現在が昼間であるか夜間であるかを認識している。また、制御器４１は、計時部により月日を認識しているため、例えば、現在が夏季であるか冬季であるかを認識している。
【００３９】
また、制御器４１は、蓄熱必要量を記憶している。蓄熱必要量は、利用者が時間帯に応じて必要としている蓄熱タンク２１内に蓄えられた蓄熱媒体２９の熱量である。蓄熱必要量は、例えば、利用者が入力装置４２に何人家族であるかといった家族構成を入力することで、制御器４１により算出される。そして、制御器４１は、時刻や季節に応じて蓄熱必要用を最適な値に設定してよい。あるいは、入力装置４２から制御器４１に直接、蓄熱必要量が入力されてもよい。
【００４０】
制御器４１は、蓄熱必要量に基づいて決定される蓄熱タンク２１内の蓄熱媒体２９の温度の目標値である目標蓄熱温度、圧縮機１１の吐出側から吐出される熱媒１９の温度の目標値である目標吐出温度、利用側熱交換器１４を通過した熱媒１９の温度の目標値である目標利用側熱交換器通過温度、熱利用端末３１で利用される熱利用媒体３９の温度の目標値である目標熱利用媒体温度、および流路切替器１３により利用側熱交換器１４を経由しない第１の流路と利用側熱交換器１４を経由する第２の流路とを切替える際の閾値温度である流路切替温度を記憶部に記憶している。
【００４１】
以上のように、ヒートポンプ装置１００は構成される。
【００４２】
次に、本発明の実施の形態１におけるヒートポンプ装置１００の動作について説明する。図３は、本発明の実施の形態１におけるヒートポンプ装置の制御動作を示すフローチャートである。図３の制御動作は、熱利用端末３１である風呂の浴槽に熱利用媒体３９として湯や低温の水が蓄えられている場合に、蓄熱媒体２９である水を加熱して蓄熱タンク２１内に蓄える場合の制御動作である。このような状況は、例えば、蓄熱タンク２１内の温水を熱利用端末３１である風呂の浴槽に注ぎ入れた場合や入浴中のシャワーで利用した場合など、蓄熱タンク２１内に給水用の配管２４ａから温度の低い水が給水された場合に起こる動作である。
【００４３】
まず、図３に示すように、ステップＳ１で、制御器４１は蓄熱必要量に基づいて目標蓄熱温度を決定する。蓄熱必要量は、入力装置４２から入力された利用者の家族構成などの情報や、時刻あるいは季節に応じて制御器４１が算出した利用者が必要とする蓄熱量である。蓄熱必要量が多い場合、蓄熱タンク２１で蓄熱される蓄熱媒体２９の温度は高くなるが、蓄熱媒体２９の温度が高い場合、蓄熱媒体２９の温度が低い場合に比べてヒートポンプの効率は低下する。逆に、蓄熱必要量が少ない場合、蓄熱タンク２１で蓄熱される蓄熱媒体２９の温度は低くなるが、蓄熱媒体２９の温度が低い場合、蓄熱媒体２９の温度が高い場合に比べてヒートポンプの効率は向上する。従って、制御器４１は、蓄熱タンク２１に蓄えられる蓄熱媒体２９の温度が、蓄熱必要量を賄うことができる範囲で、できるだけ低い温度になるように目標蓄熱温度を決定する。
【００４４】
次に、ステップＳ２で、制御器４１は目標吐出温度を決定する。目標吐出温度は、目標蓄熱温度に基づいて、目標蓄熱温度よりも高くなるように決定される。例えば、目標吐出温度＝目標蓄熱温度×α＋βとしてよい。ここで、例えば、α＝１．０２、β＝１０℃であってよい。
【００４５】
次に、ステップＳ３で、制御器４１は目標熱利用媒体温度を決定する。目標熱利用媒体温度は、利用者が入力装置４２から入力した熱利用端末３１での熱利用媒体３９の利用温度に基づいて決定される。例えば、制御器４１は、目標熱利用媒体温度＝利用温度として、目標熱利用媒体温度を決定してよい。
【００４６】
次に、ステップＳ４で、制御器４１は目標利用側熱交換器通過温度を決定する。目標利用側熱交換器通過温度は、利用者が入力装置４２から入力した熱利用端末３１での熱利用媒体３９の利用温度に基づいて、あるいは目標熱利用媒体温度に基づいて、目標熱利用媒体温度より高くなるように決定される。例えば、制御器４１は、目標利用側熱交換器通過温度＝目標熱利用媒体温度＋γとしてよい。ここで、例えば、γ＝２℃であってよい。
【００４７】
次に、ステップＳ５で、制御器４１は流路切替温度を決定する。流路切替温度は、流路切替器１３が第１の流路と第２の流路とを切替える際の閾値温度であり、第１温度検出器Ｔ１で検出した温度が流路切替温度以上となった場合に流路を切替える。以下、第１温度検出器Ｔ１が検出する温度を第１温度と呼ぶ。同様に、第２〜６温度検出器Ｔ２〜６が検出する温度をそれぞれ第２〜６温度と呼ぶ。第１温度は、第１温度検出器Ｔ１が検出した蓄熱用熱交換器１２を通過した熱媒１９の温度を示す温度である。第２温度は、第２温度検出器Ｔ２が検出した圧縮機１１から吐出された熱媒１９の温度を示す温度である。第３温度は、第３温度検出器Ｔ３が検出した利用側熱交換器１４から排出された熱媒１９の温度を示す温度である。制御器４１は、流路切替温度を熱利用媒体３９の利用温度より高い温度に決定する。流路切替器１３により熱媒１９の流路が利用側熱交換器１４を経由する第２の流路に切替わった場合に、蓄熱用熱交換器１２を通過した熱媒１９の温度が、利用側熱交換器１４に流入する熱利用媒体３９の温度より高いことで、利用側熱交換器１４で熱媒１９から熱利用媒体３９へ放熱させることができるからである。
【００４８】
図１に示すように、第１温度検出器Ｔ１を蓄熱用熱交換器１２の下流側の配管ｈ１ｅに設けた場合には、第１温度は蓄熱用熱交換器１２を通過した熱媒１９の温度を示す。先述したように、第１温度検出器Ｔ１は、蓄熱用熱交換器１２を通過した熱媒１９の温度を推定できる場所であれば、蓄熱回路２０の配管ｈ２ａや配管ｈ２ｂに設けてもよく、蓄熱タンク２１に設けてもよい。しかし、ここでは最も精度良く蓄熱用熱交換器１２を通過した熱媒１９の温度を測定できる例として、蓄熱用熱交換器１２の下流側の配管ｈ１ｅに第１温度検出器Ｔ１が設けられている場合について説明する。
【００４９】
制御器４１は、流路切替温度を目標蓄熱温度より低い温度に決定する。より好ましくは、制御器４１は、流路切替温度を目標蓄熱温度よりも低い温度であって目標利用側熱交換器通過温度よりも高い温度に決定する。例えば、利用者が設定した熱利用媒体３９の利用温度が３８℃であれば、目標熱利用媒体温度は３８℃であり、目標利用側熱交換器通過温度はγ＝２℃の場合、４０℃である。そして、例えば、目標蓄熱温度が７０℃であれば、制御器４１は、流路切替温度を、例えば、５０℃に決定してよい。制御器４１が決定したこれらの目標温度や流路切替温度は、制御器４１の記憶部に記憶される。
【００５０】
次に、ステップＳ６で、制御器４１は、圧縮機１１と蓄熱回路２０の循環ポンプ２２とを回転させる。これにより、ヒートポンプ回路１０には熱媒１９が循環し、蓄熱回路２０には蓄熱媒体２９が循環する。そして、ステップＳ７で、制御器４１は、流路切替器１３を第１の流路に切替え配管ｈ１ｅと配管ｈ１ｂとを連通する。この結果、ヒートポンプ回路１０の熱媒１９は、圧縮機１１、蓄熱用熱交換器１２、流路切替器１３、減圧器１５、吸熱側熱交換器１６を循環するようになる。
【００５１】
次に、ステップＳ８で、制御器４１は、圧縮機１１の吐出側に設けられた第２温度検出器Ｔ２で検出した第２温度が、目標吐出温度に近づくように圧縮機１１の回転数を制御する。また、ステップＳ９で、制御器４１は、圧縮機１１の吐出側に設けられた第２温度検出器Ｔ２で検出した第２温度が、目標吐出温度に近づくように減圧器１５の開度を制御する。圧縮機１１の吐出側に設けられた第２温度検出器Ｔ２で検出した第２温度は、圧縮機１１から吐出される高温高圧の熱媒１９の温度である。なお、制御器４１は、ステップＳ８とステップＳ９との両方を備えておらず、ステップＳ８のみで圧縮機１１の回転数のみを制御して減圧器１５の開度は一定値のままで第２温度が目標吐出温度に近づくように制御してもよく、あるいはステップＳ９のみで減圧器１５の開度のみを制御して圧縮機１１の回転数は一定値のままで第２温度が目標吐出温度に近づくように制御してもよい。
【００５２】
目標吐出温度は、目標蓄熱温度より高く設定されているため、圧縮機１１から吐出される熱媒１９の温度は、蓄熱回路２０を循環する蓄熱媒体２９の温度より高い。従って、熱媒１９がヒートポンプ回路１０を循環し、蓄熱媒体２９が蓄熱回路２０を循環することで、熱媒１９から放熱された熱により蓄熱媒体２９が加熱され、蓄熱媒体２９の温度が上昇していく。熱媒１９の循環量、蓄熱媒体２９の循環量、蓄熱用熱交換器１２の容量は、蓄熱用熱交換器１２を一回通過した蓄熱媒体２９が目標蓄熱温度となって蓄熱タンク２１に戻されるように構成してもよい。あるいは、蓄熱媒体２９が蓄熱回路２０を何回も循環するうちに徐々に加熱されて、徐々に目標蓄熱温度に到達するように構成してもよい。徐々に目標蓄熱温度に到達する構成にすると、蓄熱用熱交換器１２の容量を低減することができるので、ヒートポンプ装置１００の低コスト化を図ることができる。
【００５３】
ステップＳ１０で、制御器４１は、蓄熱媒体２９の温度が目標蓄熱温度以上か否かを判断する。蓄熱媒体２９の温度は、蓄熱タンク２１内に設けた第４温度検出器Ｔ４で検出してよい。第４温度検出器Ｔ４は、蓄熱タンク２１内に限らず、蓄熱媒体２９の温度を検出できる場所であれば、例えば、配管ｈ２ａ、配管ｈ２ｂに設けてもよい。
【００５４】
ステップＳ１０で、制御器４１が、蓄熱媒体２９の温度が目標蓄熱温度以上と判断した場合、制御器４１による制御は、ステップＳ１１に進む。ステップＳ１１で、制御器４１は、圧縮機１１および蓄熱回路２０の循環ポンプ２２を停止する。これにより、蓄熱タンク２１内には、蓄熱必要量を賄うことができる熱量が蓄えられることになる。
【００５５】
なお、制御器４１が時刻や季節に応じて蓄熱必要量を変化させる場合には目標蓄熱温度も時刻や季節に応じて変化するので、ステップＳ１１に進む際の蓄熱媒体２９の温度も時刻や季節に応じて変化する。このように、制御器が計時部で計った時刻に応じてステップＳ１１に進み蓄熱動作を停止する際の蓄熱媒体２９の温度を変化させることで、電力消費量を適切に管理して省エネ化を図ることができる。
【００５６】
一方、ステップＳ１０で、蓄熱媒体２９の温度が目標蓄熱温度以上ではないと判断した場合、制御器４１による制御は、ステップＳ１２に進む。ステップＳ１２で、制御器４１は、熱利用端末３１である風呂の浴槽内の水位レベルは閾値以上か否かを判断する。浴槽内の水位レベルは、配管ｈ３ａに設けた水位検出器Ｌ１により検出される。水位検出器Ｌ１が浸かる量の水が浴槽内にある場合、制御器４１は、浴槽内の水位レベルが閾値以上であると判断する。浴槽内の水位レベルが閾値未満の場合、熱利用回路３０を熱利用媒体３９である水が循環することができないため、制御器４１による制御はステップＳ８に戻る。従って、浴槽内に水が蓄えられていない場合には、流路切替器１３がヒートポンプ回路１０を第２の流路に切替えることはなく、利用側熱交換器１４を経由しない第１の流路のみに熱媒１９が流れ、吸熱側熱交換器１６から吸収された熱は、蓄熱用熱交換器１２のみに移動する。
【００５７】
ステップＳ１２で、制御器４１が浴槽内の水位レベルが閾値以上であると判断した場合は、制御器４１による制御はステップＳ１３に進む。ステップＳ１３では、制御器４１は、第１温度検出器Ｔ１で検出した第１温度が流路切替温度以上か否かを判断する。第１温度は、蓄熱用熱交換器１２を通過した熱媒１９の温度を示しており、蓄熱用熱交換器１２で熱媒１９から蓄熱媒体２９に十分に熱が移動した場合には、第１温度は十分に低くなっている。一方、蓄熱媒体２９の温度が上昇して、熱媒１９から蓄熱媒体２９に十分に熱が移動しなくなった場合には、蓄熱用熱交換器１２を通過した熱媒１９の温度を示す第１温度は高くなる。ステップＳ１３で、制御器４１が、第１温度検出器Ｔ１で検出した第１温度が流路切替温度未満であると判断した場合には、熱媒１９から蓄熱媒体２９に十分に熱が移動できる状態であるので、制御器４１による制御はステップＳ８に戻る。
【００５８】
一方、ステップＳ１３で、制御器４１が第１温度検出器Ｔ１で検出した第１温度が流路切替温度以上であると判断した場合、制御器４１による制御はステップＳ１４に進む。ステップＳ１４では、制御器４１は、流路切替器１３を制御して、流路切替器１３が、蓄熱用熱交換器１２から排出された熱媒１９の流路を、利用側熱交換器１４を経由して減圧器１５へ至る第２の流路に切替える。この結果、配管ｈ１ｅと配管ｈ１ｆとが流路切替器１３を介して連通する。
【００５９】
次に、ステップＳ１５で、制御器４１は、熱利用回路３０の循環ポンプ３２を回転させる。これにより、熱利用回路３０に熱利用媒体３９である水が循環し、利用側熱交換器１４で熱媒１９と熱利用媒体３９との間で熱交換が行われる。利用側熱交換器１４に流入する熱媒１９は、蓄熱用熱交換器１２で一旦放熱したものであるが、蓄熱用熱交換器１２を通過する熱媒１９の温度を示す第１温度が流路切替温度以上であり、熱媒１９の温度は熱利用媒体３９の温度に比べて十分に高い。従って、利用側熱交換器１４で熱媒１９から熱利用媒体３９に熱が移動し、熱利用媒体３９である水の温度が上昇する。そして、十分に温度が低下した熱媒１９が、利用側熱交換器１４から排出される。
【００６０】
次に、ステップＳ１６で、制御器４１は、圧縮機１１の吐出側に設けた第２温度検出器Ｔ２で検出した第２温度が目標吐出温度に近づくように、圧縮機１１の回転数を制御する。第２温度は、圧縮機１１から吐出された高温高圧の熱媒１９の温度を示す。また、ステップＳ１７で、制御器４１は、ヒートポンプ回路１０の利用側熱交換器１４の下流側に設けた第３温度検出器Ｔ３が検出した第３温度が目標利用側熱交換器通過温度に近づくように減圧器１５の開度を制御する。第３温度は、減圧器１５に流入する熱媒１９の温度を示している。
【００６１】
次に、ステップＳ１８で、制御器４１は、蓄熱媒体２９の温度が目標蓄熱温度以上か否かを判断する。蓄熱媒体２９の温度は、蓄熱タンク２１内に設けた第４温度検出器Ｔ４で検出してよい。ステップＳ１８で、制御器４１が、蓄熱媒体２９の温度が目標蓄熱温度以上であると判断した場合、制御器４１による制御は、ステップＳ１９に進む。ステップＳ１９で、制御器４１は、熱利用回路３０の循環ポンプ３２を停止する。これにより、浴槽内の熱利用媒体３９である水の加熱は停止される。一方、ステップＳ１８で、蓄熱媒体２９の温度が目標蓄熱温度以上ではないと判断した場合、制御器４１による制御は、ステップＳ１６に戻り、蓄熱媒体２９の温度が目標蓄熱温度以上になるまで繰り返される。
【００６２】
制御器４１がステップＳ１９で熱利用回路３０の循環ポンプ３２を停止した後、制御器４１による制御はステップＳ１１に進む。制御器４１は、圧縮機１１および蓄熱回路２０の循環ポンプ２２を停止する。そして、蓄熱タンク２１内には、蓄熱必要量を賄うことができる熱量が蓄えられることになる。
【００６３】
なお、蓄熱タンク２１内の蓄熱媒体２９の温度が目標蓄熱温度以に到達した時点で、熱利用端末３１である風呂の浴槽内の温水の温度が目標熱利用媒体温度よりも低い場合がある。利用者がすぐに熱利用端末３１である風呂の浴槽を使用しない場合には、そのまま放置してよい。しかし、利用者がすぐに利用温度になっている浴槽を使用したい場合には、ステップＳ１１の後に、蓄熱回路２０の循環ポンプ２２を停止させたまま、圧縮機１１と熱利用回路３０の循環ポンプ３２とを回転させて浴槽内の熱利用媒体３９である温水を加熱することができる。この場合、流路切替器１３は第２の流路側に流路を切替えているので、熱媒１９は、吸熱側熱交換器１６、蓄熱用熱交換器１２、および利用側熱交換器１４を循環する。蓄熱回路２０の循環ポンプ２２は停止しているので、蓄熱用熱交換器１２での熱媒１９から蓄熱媒体２９への放熱は非常に小さくなる。従って、吸熱側熱交換器１６で熱源から吸収した熱の大部分を利用側熱交換器１４に移動させて、熱利用回路３０を循環する熱利用媒体３９を加熱することができる。そして、第５温度検出器Ｔ５で検出した熱利用媒体３９の温度を示す第５温度が目標熱利用媒体温度に到達すれば、圧縮機１１と熱利用回路３０の循環ポンプ３２とを停止すればよい。
【００６４】
同様に、熱利用端末３１である風呂の浴槽内の温水を保温するために、熱利用媒体３９である温水のみを再加熱したい場合にも、流路切替器１３を第２の流路側に切替えて、蓄熱回路２０の循環ポンプ２２を停止させたまま、圧縮機１１と熱利用回路３０の循環ポンプ３２を回転させて浴槽内の熱利用媒体３９である温水を加熱して保温すればよい。
【００６５】
また、蓄熱回路２０の循環ポンプ２２を停止させずに回転数を減少させて、蓄熱回路２０に流れる蓄熱媒体２９の流量を減少させてもよい。つまり、制御器４１が、蓄熱回路２０の循環ポンプ２２と熱利用回路３０の循環ポンプ３２とを制御して、蓄熱媒体２９の流量と熱利用媒体３９の流量との比率を変化させてもよい。これにより吸熱側熱交換器１６で吸収した熱を、所望の比率で蓄熱媒体２９および熱利用媒体３９に移動させることができる。
【００６６】
さらに、例えば、制御器４１の計時部による時刻計測結果に基づいて、制御器４１が、蓄熱回路２０の循環ポンプ２２と熱利用回路３０の循環ポンプ３２とを制御してもよい。すなわち、利用者は予め入力装置４２から熱利用端末３１である風呂の浴槽を利用したい時刻を入力しておく。例えば、午後７時〜午後１０時の間に浴槽を利用すると入力した場合、ヒートポンプ装置１００の制御器４１は、午後１１時〜翌日の午前６時までは、浴槽内の温水の温度が目標熱利用媒体温度に達していなくても、蓄熱媒体２９の温度が目標蓄熱温度に達すると、流路切替器１３を制御して利用側熱交換器１４を経由しない第１の流路側に切替え、圧縮機１１および蓄熱回路２０の循環ポンプ２２を停止する。一方、制御器４１の計時部で計測した時刻が午後６時で浴槽内の温水の温度が目標熱利用媒体温度に達していない場合には、蓄熱媒体２９の温度が目標蓄熱温度に達していても、流路切替器１３を制御して利用側熱交換器１４を経由する第２の流路側に切替え、蓄熱回路２０の循環ポンプ２２を停止させて、熱利用回路３０の循環ポンプ３２を回転させて、浴槽内の熱利用媒体３９である温水を加熱する。このように、制御器４１が計時部で計測した時刻に基づいて流路切替器３１を制御し、蓄熱および熱利用を制御することで、家庭内や地域内の電力消費量を最適化し省エネ化を図ることができる。
【００６７】
以上のように、ヒートポンプ装置１００は動作する。
【００６８】
次に、本発明のヒートポンプ装置１００の作用効果について説明する。
【００６９】
ヒートポンプにより蓄熱媒体を加熱して蓄熱する従来のヒートポンプ装置では、蓄熱動作中に、蓄熱タンク内への蓄熱が進行すると、蓄熱媒体の温度が上昇する。蓄熱媒体の温度上昇に伴って、蓄熱用熱交換器でのヒートポンプ回路の熱媒から蓄熱媒体への放熱量が減少するため、圧縮機に戻る熱媒の温度が上昇する。このため、圧縮機から吐出された熱媒の圧力（吐出圧力）は、蓄熱媒体の温度が上昇するに従い上昇していく。一般に、ヒートポンプ装置では吐出圧力が低い方が効率は高いため、従来のヒートポンプ装置では、蓄熱媒体の温度上昇に伴ってヒートポンプの効率が低下していた。
【００７０】
一方、本発明の実施の形態１に係るヒートポンプ装置１００では、ヒートポンプ回路１０の蓄熱用熱交換器１２の下流側に流路切替器１３を介して利用側熱交換器１４が設けられており、流路切替器１３は、蓄熱用熱交換器１２を通過した熱媒１９の流路を、利用側熱交換器１４を経由せずに減圧器１５に至る第１の流路と、利用側熱交換器１４を経由して減圧器１５に至る第２の流路とを切替える。そして、ヒートポンプ装置１００は、蓄熱用熱交換器１２を通過した熱媒１９の温度を示す第１温度を検出する第１温度検出器Ｔ１を有しているので、蓄熱媒体２９の温度が上昇して熱媒１９から蓄熱媒体２９への放熱量が減少したことを検出できる。
【００７１】
本発明のヒートポンプ装置１００では、第１温度が予め設定された流路切替温度以上となった場合に、制御器４１により流路切替器１３が熱媒１９の流路を第２の流路に切替えるので、利用側熱交換器１４で熱媒１９から熱利用媒体３９に放熱させて圧縮機１１に戻る熱媒１９の温度を低下させることができる。つまり、ヒートポンプ装置１００では、蓄熱媒体２９の温度が上昇しても、熱媒１９は、蓄熱用熱交換器１２で放熱した後、利用側熱交換器１４でさらに放熱するため、熱媒１９が、蓄熱用熱交換器１２のみで放熱する場合に比べて放熱量を多くすることができる。この結果、圧縮機１１から吐出される熱媒１９の吐出圧力を低くすることができ、ヒートポンプの効率を向上させることができる。
【００７２】
そして、利用側熱交換器１４で熱媒１９から熱利用媒体３９に放熱された熱は、熱利用端末３１である風呂の追い炊きや浴槽内の湯の保温に利用することができるので、ヒートポンプの効率を高くしつつ、熱の有効利用を図ることができる。
【００７３】
実施の形態２．
図４は、本発明の実施の形態２におけるヒートポンプ装置の構成を示す模式図である。また、図５は、本発明の実施の形態２におけるヒートポンプ装置の制御器の構成を示すブロック図である。図４および図５において、図１および図２と同じ符号を付けたものは、同一または対応する構成を示しており、その説明を省略する。本発明の実施の形態１とは、制御器１４１が、利用者や制御装置などからの指示により流路切替器１３の制御を行う構成が相違している。
【００７４】
図４に示すように本実施の形態２のヒートポンプ装置２００は、ヒートポンプ回路１０の蓄熱用熱交換器１２の下流側の配管ｈ１ｅに第１温度検出器Ｔ１を備えていない。従って、制御器１４１は、蓄熱用熱交換器１２を通過した熱媒１９の温度によって流路切替器１３を制御せず、蓄熱用熱交換器１２を通過した熱媒１９の温度に基づいて利用側熱交換器１４を経由しない第１の流路と利用側熱交換器１４を経由する第２の流路とを切替えない。ヒートポンプ装置２００の制御器１４１は、制御器１４１に有線あるいは無線の信号線で接続された入力装置１４２に入力された開始指示および終了指示に基づいて流路切替器１３を制御する。従って、図５に示すように、制御器１４１はメモリなどの記憶部に流路切替温度を記憶していない。
【００７５】
なお、ヒートポンプ装置２００は、実施の形態１で説明したように蓄熱用熱交換器１２を通過した熱媒１９の温度を検出する第１温度検出器Ｔ１を備え、第１温度検出器Ｔ１が検出した熱媒１９の温度を示す第１温度に基づいて、流路切替器１３を切替える機能をさらに備えていてもよい。すなわち、実施の形態１で説明したヒートポンプ装置１００が、本実施の形態２で説明するヒートポンプ装置２００の機能をさらに備えていてもよい。
【００７６】
本実施の形態２も実施の形態１と同様、蓄熱媒体２９は水であって、熱利用媒体３９も水である。実施の形態１と同様、加熱されて蓄熱タンク２１に蓄えられた温水は、台所、洗面所、シャワーなどでの給湯だけでなく、熱利用端末３１である風呂の浴槽に湯を張るためにも用いられる。また、熱利用端末３１は風呂であって、熱利用媒体３９である水が風呂の浴槽に蓄えられて利用される。
【００７７】
図５に示すように、入力装置１４２は、利用側熱交換器１４の利用開始を指示する開始指示および利用側熱交換器１４の利用終了を指示する終了指示を制御器１４１に送信する指示手段（図示せず）を備えている。指示手段は、例えば、入力装置１４２であるリモートコントローラに設けられた、追い炊き開始ボタンや追い炊き終了ボタン、あるいは保温開始ボタンや保温終了ボタンであってよい。浴槽の追い炊きの場合には、追い炊き開始を指示する開始指示が利用側熱交換器１４の利用開始を指示する開始指示であり、追い抱き終了を指示する終了指示が利用側熱交換器１４の利用終了を指示する終了指示である。また、浴槽の保温の場合には、保温開始を指示する開始指示が利用側熱交換器１４の利用開始を指示する開始指示であり、保温終了を指示する終了指示が利用側熱交換器１４の利用終了を指示する終了指示である。また、入力装置１４２がＨＥＭＳコントローラである場合には、指示手段はＨＥＭＳコントローラ内に設けられたマイクロプロセッサであってもよい。ここでは、入力装置１４２がリモートコントローラであり、指示手段はリモートコントローラに設けられたボタンである場合について説明する。
【００７８】
図６は、本発明の実施の形態２におけるヒートポンプ装置の制御動作を示すフローチャートである。図６の制御動作は、熱利用端末３１である風呂の浴槽に熱利用媒体３９として湯や低温の水が蓄えられている状態で、蓄熱媒体２９である水を加熱して蓄熱タンク２１内に蓄えている場合に、入力装置１４２に浴槽内の熱利用媒体３９を再加熱する指示が入力された場合の制御動作である。制御器１４１は、入力装置１４２からの利用側熱交換器１４の利用開始を指示する開始指示に基づいて、流路切替器１３を、利用側熱交換器１４を経由しない第１の流路側から、利用側熱交換器１４を経由する第２の流路側に切替える。このような状況は、例えば、蓄熱タンク２１内の蓄熱媒体２９を加熱して熱を蓄えている際に、利用者が浴槽内の湯の温度が低いと感じて追い炊きする場合などに起こる動作である。
【００７９】
まず、実施の形態１のステップＳ１からステップＳ４と同様に、ヒートポンプ装置２００の制御器１４１は、ステップＳ２１からステップＳ２４で、目標蓄熱温度の決定、目標吐出温度の決定、目標熱利用媒体温度の決定、目標利用側熱交換器通過温度の決定を行う。
【００８０】
次に、実施の形態１のステップＳ６からステップＳ９と同様に、ヒートポンプ装置２００の制御器１４１は、ステップＳ２５からステップＳ２８で、圧縮機１１と蓄熱回路２０の循環ポンプ２２を回転させ、流路切替器１３を第１の流路に切替え配管ｈ１ｅと配管ｈ１ｂとを連通させ、圧縮機１１の吐出側に設けられた第２温度検出器Ｔ２で検出した第２温度が目標吐出温度に近づくように圧縮機１１の回転数または減圧器１５の開度のいずれか一方もしくは両方を制御する。これにより、吸熱側熱交換器１６から吸収した熱により蓄熱用熱交換器１２の蓄熱媒体２９を加熱する蓄熱動作が行われる。
【００８１】
次に、ステップＳ２９で、制御器１４１は、蓄熱タンク２１内に設けた第４温度検出器Ｔ４で検出した第４温度に基づき、蓄熱媒体２９の温度が目標蓄熱温度以上か否かを判断する。制御器１４１は、蓄熱媒体２９の温度が目標蓄熱温度以上と判断した場合、ステップＳ３０に進み、圧縮機１１および蓄熱回路２０の循環ポンプ２２を停止する。これにより、実施の形態１で説明したように、蓄熱タンク２１内には、蓄熱必要量を賄うことができる熱量が蓄えられることになる。
【００８２】
一方、ステップＳ２９で、蓄熱媒体２９の温度が目標蓄熱温度以上ではないと判断した場合、ステップＳ３１に進む。ステップS３１で、入力装置１４２からの開始指示があるか否かを判断する。入力装置１４２からの開始指示は、例えば、利用者が入力装置１４２であるリモートコントローラの追い炊きボタンを押した場合に、入力装置１４２から制御器１４１に送信される。制御器１４１が、入力装置１４２からの開始指示はないと判断した場合は、制御器１４１による制御は、ステップＳ２７に戻る。一方、制御器１４１が、入力装置１４２からの開始指示があると判断した場合は、ステップＳ３２に進む。ステップＳ３３で、制御器１４１は、熱利用端末３１である風呂の浴槽内の水位レベルは閾値以上か否かを判断する。浴槽内の水位レベルが閾値未満の場合、制御器１４１による制御はステップＳ２７に戻る。浴槽内の水位レベルが閾値以上の場合、ステップＳ３２に進む。
【００８３】
ステップＳ３３で、制御器１４１は、流路切替器１３を制御して、流路切替器１３が、蓄熱用熱交換器１２から排出された熱媒１９の流路を、利用側熱交換器１４を経由して減圧器１５へ至る第２の流路に切替える。
【００８４】
次に、実施の形態１のステップＳ１５からステップＳ１７と同様、ステップＳ３４からステップＳ３６で、制御器１４１は、熱利用回路３０の循環ポンプ３２を回転させ、圧縮機１１の吐出側に設けた第２温度検出器Ｔ２で検出した第２温度が目標吐出温度に近づくように圧縮機１１の回転数を制御し、ヒートポンプ回路１０の利用側熱交換器１４の下流側に設けた第３温度検出器Ｔ３が検出した第３温度が目標利用側熱交換器通過温度に近づくように減圧器１５の開度を制御する。これにより、熱利用回路３０に熱利用媒体３９である水が循環し、利用側熱交換器１４で熱媒１９と熱利用媒体３９との間の熱交換が行われる。
【００８５】
この結果、圧縮機１１から高温高圧の状態で吐出された熱媒１９は、蓄熱用熱交換器１２で放熱した後に、利用側熱交換器１４でさらに放熱するため、熱媒１９の放熱量が蓄熱用熱交換器１２のみで放熱する場合に比べて多くなり、実施の形態１で説明したようにヒートポンプの効率低下が抑制される。
【００８６】
なお、制御器１４１は、蓄熱回路２０の循環ポンプ２２の回転数および熱利用回路３０の循環ポンプ３２の回転数を制御し、蓄熱回路２０に流れる蓄熱媒体２９の流量および熱利用回路３０に流れる熱利用媒体３９の流量を制御している。利用者が、浴槽内の湯を追い炊きするために、入力装置１４２を介して入力した所望の利用温度と、熱利用端末３１である風呂の浴槽内の熱利用媒体３９である温水の温度との間の温度差が大きい場合などには、必要に応じて、蓄熱回路２０の循環ポンプ２２の回転数を低下させてよい。つまり、制御器１４１は、蓄熱回路２０の循環ポンプ２２および熱利用回路３０の循環ポンプ３２を制御して、蓄熱媒体２９の流量と熱利用媒体３９の流量との比率を変化させてよい。この場合、蓄熱回路２０を循環する蓄熱媒体２９の単位時間当たりの循環量が減少するため、蓄熱タンク２１に単位時間当たりに蓄えられる熱量は減少するが、熱利用媒体３９を加熱する熱量を増加させることができる。これにより利用者の利便性を損なうことなく、浴槽内の湯を追い炊きしつつ、蓄熱タンク２１への蓄熱も継続することができる。
【００８７】
次に、ステップＳ３７で、制御器１４１は、入力装置１４２からの終了指示があるか否かを判断する。入力装置１４２からの終了指示は、利用者がリモートコントローラの追い炊き停止ボタンや保温停止ボタンを押した場合に、入力装置１４２から制御器１４１に送信される。制御器１４１が、入力装置１４２からの終了指示がないと判断した場合は、ステップＳ３５に戻る。一方、制御器１４１が、入力装置１４２から終了指示があると判断した場合は、ステップＳ３８に進む。
【００８８】
ステップＳ３８では、制御器１４１は熱利用回路３０の循環ポンプ３２を停止させる。そして、制御器１４１による制御は、ステップＳ２６に戻り、制御器１４１は、流路切替器１３を制御して、流路切替器１３は蓄熱用熱交換器１２を通過した熱媒１９の流路を、利用側熱交換器１４を経由せずに減圧器１５に至る第１の流路に切替え、蓄熱運転を継続する。
【００８９】
そして、ステップＳ２９で、制御器１４１が蓄熱媒体２９の温度が目標蓄熱温度以上であると判断すると、ステップＳ３０で、制御器１４１は圧縮機１１および蓄熱回路２０の循環ポンプ２２を停止させる。以上の動作により、蓄熱タンク２１内には、蓄熱必要量を賄うことができる熱量が蓄えられることになる。
【００９０】
以上のように、ヒートポンプ装置２００では、蓄熱媒体２９の温度が目標蓄熱温度以上となっておらず、蓄熱媒体２９を加熱して蓄熱タンク２１内に熱を蓄えている場合であっても、利用者が入力装置１４２から熱利用媒体３９の加熱の開始を指示すると、制御器１４１は、入力装置１４２からの開始指示があったことを判断して流路切替器１３を制御することができる。この結果、利用者は、熱利用端末３１である風呂での追い炊きや保温に吸熱側熱交換器１６で吸収した熱を利用したいときに利用を開始することができ、吸熱側熱交換器１６で吸収した熱の利用を終了したいときに終了することができるので、ヒートポンプ装置２００は利用者の利便性を損なうことがない。なお、利用者が吸熱側熱交換器１６で吸収した熱を利用する場合には、利用側熱交換器１４を介して熱を利用できるので、利用開始とは利用側熱交換器１４の利用開始を意味する。
【００９１】
また、制御器１４１が蓄熱回路２０の循環ポンプ２２の回転数と熱利用回路３０の循環ポンプ３２の回転数を制御するので、吸熱側熱交換器１６で熱媒１９が吸収した熱を、蓄熱用熱交換器１２で蓄熱媒体２９に放熱する量と利用側熱交換器１４で熱利用媒体３９に放熱する量との比を調整することができるので、利用者の利便性をさらに高めることができる。
【００９２】
さらに、本実施の形態２のヒートポンプ装置２００では、利用者が熱利用媒体を加熱する開始指示を入力すると、吸熱側熱交換器１６で吸収した熱をヒートポンプにより蓄熱タンク２１に蓄えるとともに、熱利用端末３１である風呂の追い炊きなどに使用することを可能としながらも、ヒートポンプの効率低下を抑制することができる。
【００９３】
実施の形態３．
図７は、本発明の実施の形態３におけるヒートポンプ装置の構成を示す模式図である。図７において、図１および図４と同じ符号を付けたものは、同一または対応する構成を示しており、その説明を省略する。本発明の実施の形態１あるいは実施の形態２とは、蓄熱タンク２１内に収容された蓄熱媒体２９が潜熱蓄熱材を含む蓄熱媒体である点が相違している。
【００９４】
なお、本実施の形態３では、蓄熱媒体２９に蓄えた熱を給湯ではなくパネルヒータ２６に利用し、熱利用端末３１が風呂ではなく床暖房機である場合について説明するが、実施の形態１および実施の形態２で説明したように、蓄熱媒体２９で蓄えた熱を給湯に利用し、熱利用端末３１が風呂であってもよい。この場合、潜熱蓄熱材を含む蓄熱媒体２９と熱交換を行う流路を備えた熱交換器に水を流して、この水が蓄熱媒体２９の熱により加熱されて給湯されるように構成すればよい。同様に、実施の形態１および実施の形態２で説明したヒートポンプ装置においても、蓄熱媒体２９で蓄熱した熱をパネルヒータや床暖房機などの暖房機具で利用してよく、熱利用端末３１がパネルヒータや床暖房などの暖房機具であってもよい。本発明の実施の形態１〜３に係るヒートポンプ装置は、蓄熱した熱を給湯やパネルヒータ以外の他の用途に使用するものであってよく、熱利用端末３１は風呂や床暖房に限らず他の用途で熱を利用する端末であってよい。他の用途とは、パネルヒータや床暖房のように輻射熱を利用する機器であってもよく、また、例えば、空気調和機やファンヒーターのように温風を吹き出す機器であってもよい。
【００９５】
図７に示すように、ヒートポンプ装置３００は、ヒートポンプ回路１０の蓄熱用熱交換器１２が蓄熱タンク２１内に設けられており、蓄熱タンク２１内には、潜熱蓄熱材を含む蓄熱媒体２９が設けられている。また、蓄熱タンク２１内には、蓄熱タンク２１とパネルヒータ２６との間を循環する熱媒２９ａが流れる流路を有する熱交換器２７が設けられている。なお、熱媒２９ａは、ヒートポンプ回路１０を流れる熱媒１９とは異なるものであって、例えば、水や不凍液であってよい。
【００９６】
蓄熱タンク２１内に設けられた蓄熱用熱交換器１２は、内側に熱媒１９が流れる流路が設けられた金属パイプの外側に蓄熱媒体２９が設けられた構成の熱交換器であってよい。同様に、蓄熱タンク２１内の熱交換器２７は、内側に熱媒２９ａが流れる流路が設けられた金属パイプの外側に蓄熱媒体２９が設けられた構成の熱交換器であってよい。蓄熱用熱交換器１２および熱交換器２７は、例えば、それぞれ金属パイプをコイル状に巻いて形成したコイル式熱交換器であってよい。
【００９７】
パネルヒータ２６は、熱媒２９ａが流れる流路を有する放熱パネルを介して、熱媒２９ａの熱を室内に放熱して暖房を得るものである。パネルヒータ２６と蓄熱タンク２１内の熱交換器２７との間には循環ポンプ２５が設けられている。循環ポンプ２５の回転数は、制御器２４１によって制御されるため、蓄熱タンク２１内の熱交換器２７とパネルヒータ２６との間を循環する熱媒２９ａの循環量は、制御器２４１によって制御される。循環ポンプ２５の単位時間当たりの回転数を大きくすると、熱媒２９ａの循環量が多くなるので、パネルヒータ２６が設置された室内への放熱量を増加させることができる。パネルヒータ２６は、循環ポンプ２５に接続された配管ｈ２ｈと熱交換器２７に接続された配管ｈ２ｅとの間に、配管２４ａと配管２４ｂとを介して接続されている。なお、本発明では、パネルヒータ２６、配管２４ａ、配管２４ｂは、ヒートポンプ装置３００には含まれないものとする。蓄熱タンク２１内の熱交換器２７とパネルヒータ２６との間の配管ｈ２ｅには、第６温度検出器Ｔ６が設けられている。制御器２４１は、第６温度検出器Ｔ６が検出した第６温度に基づいて循環ポンプ２５の回転数を制御してよい。また、第６温度検出器Ｔ６は、配管ｈ２ｈに設けられていてもよい。第６温度検出器Ｔ６を配管ｈ２ｅに設けた場合は、パネルヒータ２６に供給される熱媒２９ａの温度に基づいて循環ポンプ２５の回転数を制御してよい。第６温度検出器Ｔ６を配管ｈ２ｈに設けた場合は、パネルヒータ２６から排出される熱媒２９ａの温度に基づいて循環ポンプ２５の回転数を制御してよい。
【００９８】
蓄熱タンク２１内に収容された蓄熱媒体２９は、潜熱蓄熱材のみ、あるいは潜熱蓄熱材と顕熱蓄熱材とが混合された蓄熱媒体である。蓄熱媒体２９を構成する潜熱蓄熱材は、１種類の潜熱蓄熱材であってよく、複数種類の潜熱蓄熱材を混合したものであってもよい。ここで、潜熱蓄熱材とは、融解による固体から液体への相変化に伴う潜熱を利用して蓄熱する蓄熱材であり、顕熱蓄熱材とは、相変化を伴わず温度変化を利用して蓄熱する蓄熱材である。蓄熱材の単位体積あたりの潜熱は顕熱より大きいので、潜熱蓄熱材を用いることによってより小さな容積でより大きな熱量を蓄えることができる。従って、潜熱蓄熱材を用いることで、蓄熱タンク２１を小型化することができる。蓄熱タンク２１の内側には第４温度検出器Ｔ４が設けられており、第４温度検出器Ｔ４は、蓄熱媒体２９の温度を示す第４温度を検出する。
【００９９】
潜熱蓄熱材は、例えば、酢酸ナトリウム３水和物やチオ硫酸ナトリウム５水和物などの水和物媒体や、パラフィンなどの有機系媒体であってよい。酢酸ナトリウム３水和物の融点の一例は５８℃、チオ硫酸ナトリウム５水和物の融点の一例は４８℃、パラフィンの融点の一例は５６℃である。蓄熱媒体２９からより高い温度の熱量を取り出すには潜熱蓄熱材の融点が高い方が好ましく、給湯やパネルヒータなどのより高い温度を利用する用途の潜熱蓄熱材には、酢酸ナトリウム３水和物あるいはパラフィンが適している。また、蓄熱密度の一例は、酢酸ナトリウム３水和物が０．５４ＭＪ／Ｌであるのに対し、パラフィンは０．２８ＭＪ／Ｌであり、酢酸ナトリウム３水和物の方がパラフィンよりも蓄熱タンク２１をより小型化することができるため好ましい。
【０１００】
顕熱蓄熱材は、例えば、水や不凍液などの液体や、圧縮機１１から吐出された熱媒１９の温度よりも融点が高い固体や沸点が高い液体である。顕熱蓄熱材の単位体積あたりの蓄熱量は潜熱蓄熱材の単位体積あたりの蓄熱量より小さいので、蓄熱媒体２９は、顕熱蓄熱材を含まず潜熱蓄熱材のみで構成される方が、蓄熱タンク２１を小型化するためにはより好ましい。酢酸ナトリウム３水和物の場合、１ｋｇあたりの潜熱の一例は２４５ｋＪであるが、温度１Ｋあたりの１ｋｇあたりの顕熱の一例は２．６１７ｋＪであり、潜熱と同等の熱量を蓄えるには、酢酸ナトリウム３水和物の温度を約９３Ｋ上昇させなければならない。このような高い温度上昇をヒートポンプによる加熱で得るのは困難であり、潜熱と同等の熱量を顕熱で蓄えるには、蓄熱材の体積を大きくしなければならなくなる。従って、顕熱蓄熱材の方が潜熱蓄熱材よりも大きな体積を必要とするので、潜熱蓄熱材を用いることによって蓄熱タンク２１を小型化することができる。
【０１０１】
図８は、本発明の実施の形態３におけるヒートポンプ装置の制御器の構成を示すブロック図である。図８において、図２および図５と同じ符号を付けたものは、同一または対応する構成を示しており、その説明を省略する。
【０１０２】
実施の形態２のヒートポンプ装置２００と同様、入力装置２４２は熱利用端末３１である床暖房機の利用開始を指示する開始指示ボタンと利用終了を指示する終了指示ボタンとを有している。さらに、入力装置２４２は、床暖房機の床暖房温度を設定する温度設定部を有していてよい。なお、床暖房機の利用開始は利用側熱交換器１４の利用開始を意味し、床暖房機の利用終了は利用側熱交換器１４の利用終了を意味している。
【０１０３】
制御器２４１は、記憶部に床暖房温度、室内暖房温度、蓄熱必要量を記憶している。床暖房温度は、入力装置２４２から入力される床暖房機の設定温度である。室内暖房温度は、パネルヒータ２６の操作部などから入力されるパネルヒータ２６によって暖められる部屋の設定室温である。蓄熱必要量は、パネルヒータ２６で利用するために蓄える熱の必要量であり、パネルヒータ２６で暖める部屋の広さの情報によって制御器２４１が算出する。あるいは、制御器２４１は、計時部で計測した時刻により蓄熱必要量を変更する。例えば、計時部で計測した時刻が夜間である場合に蓄熱必要量を高く設定し、計時部で計測した時刻が昼間である場合に蓄熱必要量を低く設定して、家庭内や地域における昼間の電力消費量を抑制するようにしてよい。夜間に蓄熱必要量を高く設定して蓄えた熱は、昼間にパネルヒータ２６による暖房を通じて利用することができる。これにより電力使用量が多くなりがちな昼間の電力使用量を低減することができる。また、夜間の割安な電力料金を使用して蓄えた熱を昼間に使用し、電力料金が割高な昼間の電力使用量を削減することができ、電力料金の抑制にも貢献できる。
【０１０４】
次に、ヒートポンプ装置３００の動作について説明する。図９は、本発明の実施の形態３におけるヒートポンプ装置の制御動作を示すフローチャートである。図９の制御動作は、熱利用媒体３９の水位レベルを判断するステップが無い点と、蓄熱回路の循環ポンプの回転動作開始と停止とを行うステップが無い点とを除いて、実施の形態２の図６と同じである。熱利用端末３１が床暖房機である場合には、床下に設けられた熱利用媒体３９が流れる流路には、常に熱利用媒体３９が封入されているため、熱利用媒体３９の水位レベルを判断する必要がない。床暖房機の熱利用媒体３９は、水や不凍液であってよい。ただし、熱利用端末３１が風呂の浴槽である場合には、実施の形態２で説明したように水位レベルを判断するステップを設けてもよい。
【０１０５】
まず、制御器２４１は、目標蓄熱温度を決定する。目標蓄熱温度は蓄熱媒体２９に含まれる潜熱蓄熱材の融点より高くなるように決定する。つまり、潜熱蓄熱材が蓄熱用熱交換器を介して流入した熱により融解するように設定する。蓄熱媒体２９に含まれる潜熱蓄熱材が複数の種類からなる場合には、目標蓄熱温度が、最も融点が高い潜熱蓄熱材の融点よりも高くなるように決定するのが好ましい。例えば、目標蓄熱温度＝蓄熱媒体２９に含まれる潜熱蓄熱材の融点＋δ、としてよく、例えば、δ＝１０℃であってよい。目標蓄熱温度を蓄熱媒体２９に含まれる潜熱蓄熱材の融点より高く決定することで、蓄熱媒体２９に蓄熱する際に、蓄熱媒体２９に含まれる潜熱蓄熱材が融解して、固体から液体へと相変化し、相変化による潜熱を利用した蓄熱となるので、目標蓄熱温度が潜熱蓄熱材の融点より低い場合よりも蓄熱量を大幅に増加させることができる。また、蓄熱媒体２９に複数種類の潜熱蓄熱材が含まれている場合、目標蓄熱温度を最も融点が高い潜熱蓄熱材の融点よりも高くなるように決定すると、蓄熱媒体２９に含まれる全ての潜熱蓄熱材の固体から液体に相変化する際の潜熱を利用することができるので好ましい。
【０１０６】
次に、制御器２４１は、ステップＳ２２で目標吐出温度を決定し、ステップＳ２３で目標熱利用媒体温度を決定し、ステップＳ２４で目標利用側熱交換器通過温度を決定する。これらの目標温度の決定方法は、実施の形態１や実施の形態２で説明した通りである。そして、制御器２４１は、ステップＳ２５で圧縮機１１を回転させ、ステップＳ２６で流路切替器１３を制御して熱媒１９の流路を利用側熱交換器１４を経由しない第１の流路に切替える。次に、ステップＳ２７およびステップＳ２８で圧縮機１１の回転数や減圧器１５の開度を制御して、圧縮機１１から吐出された熱媒１９の温度が目標吐出温度に近づくように制御する。
【０１０７】
次に、ステップＳ２９で、制御器２４１は、蓄熱タンク２１内に設けた第４温度検出器Ｔ４で検出した第４温度に基づき、蓄熱媒体２９の温度が目標蓄熱温度以上か否かを判断する。制御器１４１は、蓄熱媒体２９の温度が目標蓄熱温度以上であると判断した場合、ステップＳ３０に進み、圧縮機１１を停止する。これにより、実施の形態１および実施の形態２で説明したように、蓄熱タンク２１内には、蓄熱必要量を賄うことができる熱量が蓄えられることになる。
【０１０８】
一方、ステップＳ２９で、蓄熱媒体２９の温度が目標蓄熱温度以上ではないと判断した場合、ステップＳ３２に進む。ステップＳ３２で、制御器２４１が入力装置２４２からの開始指示があると判断した場合、ステップＳ３３に進む。ステップＳ３３で、制御器１４１は、流路切替器１３を制御して、流路切替器１３が熱媒１９の流路を利用側熱交換器１４を経由して減圧器１５へ至る第２の流路に切替える。
【０１０９】
次に、ステップＳ３４からステップＳ３６で、制御器２４１は、熱利用回路３０の循環ポンプ３２を回転させ、圧縮機１１の吐出側に設けた第２温度検出器Ｔ２で検出した第２温度が目標吐出温度に近づくように圧縮機１１の回転数を制御し、ヒートポンプ回路１０の利用側熱交換器１４の下流側に設けた第３温度検出器Ｔ３が検出した第３温度が目標利用側熱交換器通過温度に近づくように減圧器１５の開度を制御する。これにより、熱利用回路３０に熱利用媒体３９が循環し、利用側熱交換器１４で熱媒１９と熱利用媒体３９との間の熱交換が行われる。そして、熱媒１９との熱交換で加熱された熱利用媒体３９は、床下に設けられた流路を流れ、床を暖めるので床暖房が行われる。
【０１１０】
本実施の形態３のヒートポンプ装置３００も、実施の形態１で説明したヒートポンプ装置２００や実施の形態２で説明したヒートポンプ装置２００と同様、圧縮機１１から高温高圧の状態で吐出された熱媒１９は、蓄熱用熱交換器１２で放熱した後に、利用側熱交換器１４でさらに放熱するため、熱媒１９の放熱量が蓄熱用熱交換器１２のみで放熱する場合に比べて多くなり、ヒートポンプの効率低下が抑制される。
【０１１１】
次に、ステップＳ３７で、制御器２４１は、入力装置２４２からの終了指示があるか否かを判断する。制御器２４１が、入力装置２４２からの終了指示がないと判断した場合は、ステップＳ３５に戻る。一方、制御器２４１が、入力装置２４２から終了指示があると判断した場合は、ステップＳ３８に進む。
【０１１２】
ステップＳ３８では、制御器２４１は熱利用回路３０の循環ポンプ３２を停止させる。そして、制御器１４１による制御は、ステップＳ２６に戻り、制御器１４１は、流路切替器１３を制御して、流路切替器１３は熱媒１９の流路を利用側熱交換器１４を経由せずに減圧器１５に至る第１の流路に切替え、蓄熱運転を継続する。
【０１１３】
そして、ステップＳ２９で、制御器２４１が蓄熱媒体２９の温度が目標蓄熱温度以上であると判断すると、ステップＳ３０で、制御器２４１は圧縮機１１を停止させる。以上の動作により、蓄熱タンク２１内には、蓄熱必要量を賄うことができる熱量が蓄えられることになる。
【０１１４】
そして、蓄熱タンク２１内の潜熱蓄熱材を含む蓄熱媒体２９に蓄えられた熱は、制御器２４１が循環ポンプ２５を回転させることでパネルヒータ２６に利用される。循環ポンプ２５が回転すると、熱媒２９ａが蓄熱タンク２１内の熱交換器２７に流れ、蓄熱媒体２９の熱が熱媒２９ａに放熱される。蓄熱媒体２９に含まれる潜熱蓄熱材は、放熱の際に凝固するので液体から固体に相変化する。熱媒２９ａは、潜熱蓄熱材が液体から固体に相変化する際の潜熱により加熱される。加熱された熱媒２９ａがパネルヒータ２６で放熱することで、パネルヒータ２６が設置された部屋を暖房することができる。
【０１１５】
なお、本実施の形態３では、制御器２４１が、入力装置２４２からの開始指示や終了指示により流路切替器１３を制御する場合について説明したが、実施の形態１で説明したように、流路切替器１３で流路を切替える流路切替温度を設定し、制御器２４１が、蓄熱用熱交換器１２を通過した熱媒１９の温度と流路切替温度とを比較して流路切替器１３を制御してもよい。
【０１１６】
本実施の形態３では、熱利用端末３１が床暖房機であり、熱利用媒体３９が水の場合について説明したが、熱利用媒体３９も、蓄熱媒体２９同様に潜熱蓄熱材を含んでいてもよい。この場合、熱利用媒体３９は、流動性を維持しつつ、融解による固体から液体への相変化に伴う潜熱を利用して蓄熱する流動性蓄熱材である。
【０１１７】
熱利用媒体３９に流動性蓄熱材を使用する場合、床暖房機で一般的に好まれる３０〜３５℃付近に融点を持つ流動性蓄熱材を選定すればよい。上記で述べたように、潜熱蓄熱材２９の融点は５６〜５８℃程度が望ましい。したがって、流動性蓄熱材の融点は、潜熱蓄熱材２９の融点よりも低いため、実施の形態１で説明したヒートポンプ装置１００や実施の形態２で説明したヒートポンプ装置２００と同様、圧縮機１１から高温高圧の状態で吐出された熱媒１９は、蓄熱用熱交換器１２で放熱した後に、利用側熱交換器１４でさらに放熱するため、熱媒１９の放熱量が、蓄熱用熱交換器１２のみで放熱する場合に比べて多くなり、ヒートポンプの効率低下を抑制することができる。
【符号の説明】
【０１１８】
１０  ヒートポンプ回路
１１  圧縮機
１２  蓄熱用熱交換器
１３  流路切替器
１４  利用側熱交換器
１５  減圧器
１６  吸熱側熱交換器
１９  熱媒
２０  蓄熱回路
２１  蓄熱タンク
２２  循環ポンプ
２９  蓄熱媒体
３０  熱利用回路
３１  熱利用端末
３２  循環ポンプ
３９  熱利用媒体
４１  制御器
４２  入力装置
１００、２００、３００  ヒートポンプ装置
Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５、Ｔ６  温度検出器
【要約】
ヒートポンプ装置（１００）は、蓄熱用熱交換器（１２）から排出された熱媒（１９）と熱利用媒体（３９）との間で熱交換を行なう利用側熱交換器（１４）と、熱媒（１９）の流路を利用側熱交換器（１４）を経由せずに、吸熱側熱交換器（１６）、蓄熱用熱交換器（１２）を循環する第１の流路、または、利用側熱交換器（１４）を経由して、吸熱側熱交換器（１６）、蓄熱用熱交換器（１２）を循環する第２の流路に切替える流路切替器（１３）と、を備える。蓄熱媒体（１２）の温度が高くなっても、ヒートポンプの効率低下を抑制しつつ、熱源から吸収した熱をヒートポンプで蓄熱媒体（１２）に蓄熱できる。【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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