(57)【要約】【課題】湯の沸き上げ状況に応じて、ヒートポンプの運転レベルを調整する貯湯式ヒートポンプ給湯器を提供する。【解決手段】モータ２７によって駆動される圧縮機１６を備えたヒートポンプ３１と、ヒートポンプ３１にて加熱された湯水を貯湯タンク１１の上部に供給する循環ポンプ１５と、モータ２７の周波数及び循環ポンプ１５の出力レベルを決定する制御手段３８とを有し、起動運転を行った後に、モータ２７を基準周波数で駆動し、制御手段３８が算出した出力レベルで循環ポンプ１５を駆動して、通常運転を開始し、貯湯タンク１１に沸き上げた湯を貯留する貯湯式ヒートポンプ給湯器１０において、制御手段３８は、通常運転の際に、循環ポンプ１５の出力レベルが所定時間以上連続して基準周波数変更の判定基準となる出力レベルＸ以下であったのを検知したときには、基準周波数に所定ヘルツ加えた値を新たな基準周波数としてモータ２７を駆動する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
湯水を貯留する貯湯タンクと、インバータ駆動のモータによって駆動される圧縮機を備えたヒートポンプと、前記貯湯タンクの下部から取り出され前記ヒートポンプにて加熱された湯水を該貯湯タンクの上部に供給する循環ポンプと、前記モータの周波数及び前記循環ポンプの出力レベルを決定する制御手段とを有し、前記ヒートポンプの起動運転を行った後に、前記モータを、外気温度のレンジごとに予め設定された基準周波数で駆動し、該基準周波数及び前記貯湯タンクの下部の温度を基に前記制御手段が算出した出力レベルで前記循環ポンプの駆動をして、前記ヒートポンプの通常運転を開始し、前記貯湯タンクに沸き上げた湯を貯留する貯湯式ヒートポンプ給湯器において、
前記制御手段は、前記ヒートポンプの通常運転の際に、前記ヒートポンプで加熱される湯水を前記貯湯タンクの沸き上げ目標温度と比較し、前記循環ポンプの前記出力レベルを変更して、前記ヒートポンプで加熱される湯水を前記貯湯タンクの沸き上げ目標温度にする制御と、前記貯湯タンクの下部の温度及び外気温度を基に、前記基準周波数変更の判定基準となる前記循環ポンプの出力レベルＸの算出とを継続的に行い、前記循環ポンプの出力レベルが所定時間以上連続して前記出力レベルＸ以下であったのを検知したときには、前記基準周波数に所定ヘルツ加えた値を新たな基準周波数として前記モータを駆動することを特徴とする貯湯式ヒートポンプ給湯器。
【請求項２】
請求項１記載の貯湯式ヒートポンプ給湯器において、前記制御手段には、一晩で前記モータの基準周波数を変更できる回数が設定可能であることを特徴とする貯湯式ヒートポンプ給湯器。
【請求項３】
請求項１又は２記載の貯湯式ヒートポンプ給湯器において、前記湯水が循環する湯水循環路から分岐し前記貯湯タンクの下部に接続されるバイパス路と、流路を切り替えて前記湯水循環路を流れる湯水を前記バイパス路へ導く三方弁とが設けられ、前記制御手段は、前記貯湯タンクへの湯の沸き上げを開始してから前記ヒートポンプで加熱された湯水が所定温度以上になるのを検知するまで、前記三方弁を、前記ヒートポンプの熱交換器から排出される湯水が前記バイパス路へ供給される状態に維持することを特徴とする貯湯式ヒートポンプ給湯器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒートポンプによって貯湯している湯水を加熱する貯湯式ヒートポンプ給湯器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ヒートポンプにより貯湯タンク内の湯水を加熱するヒートポンプ給湯器が開発されている。また、インバータヒートポンプは低い周波数で運転する方が高い周波数で運転するよりも熱効率が高いという特性がある。そのため、たとえば、特許文献１に記載されたヒートポンプ給湯器では、貯湯タンク内の上下方向各階層の温度検知手段と、温度検知手段で検知した温度に基づき必要な熱量を演算する演算手段と、演算手段で演算した必要な熱量に基づき最適駆動周波数を求める選定手段と、選定手段で求めた最適駆動周波数で運転させる制御手段とを有して、深夜電力時間帯に、熱効率を高め消費電力を抑える最低周波数で連続運転するようにしている。
【０００３】
また、特許文献２には、ヒートポンプの加熱能力と貯湯タンクへの給水温度と貯湯タンク内の残湯量と沸き上げ目標貯湯量に基づき必要沸き上げ時間を算出し、深夜電力時間帯終了時刻に沸き上げを完了させるように沸き上げ開始時刻を制御する貯湯式ヒートポンプ給湯器において、過去の実績として記憶しておいた不足熱量に基づいて必要沸き上げ時間を算出して沸き上げ開始時刻を決定し、沸き上げ開始時刻からヒートポンプの通電を開始し、深夜電力時間帯終了時刻又は沸き上げ完了時刻にヒートポンプの通電を停止したときの深夜電力時間帯終了時刻又は沸き上げ完了時刻における不足熱量を算出して過去の実績として記憶する制御部を備えていることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−６８３６９号公報
【特許文献２】特開２０１０−１１７０５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１のヒートポンプ給湯器は、ヒートポンプを消費電力を抑える最低周波数で連続運転するので、沸き上げに時間がかかり、そのために、経年劣化によるヒートポンプの能力が低下した場合、沸き上げ終了時刻になっても貯湯タンク内に目標としていた湯量が蓄えられていないという課題があった。
また、特許文献２では、沸き上げをする際に、沸き上げ中に変化する外気温度や沸き上げを行っているヒートポンプの経年劣化等による加熱能力の低下が反映されなかった。
本発明は、かかる事情に鑑みてなされるもので、ヒートポンプによる湯の沸き上げ状況に応じて、ヒートポンプの運転レベルを調整し、貯湯タンクに目標とする湯量を確保する貯湯式ヒートポンプ給湯器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】
【０００６】
前記目的に沿う本発明に係る貯湯式ヒートポンプ給湯器は、湯水を貯留する貯湯タンクと、インバータ駆動のモータによって駆動される圧縮機を備えたヒートポンプと、前記貯湯タンクの下部から取り出され前記ヒートポンプにて加熱された湯水を該貯湯タンクの上部に供給する循環ポンプと、前記モータの周波数及び前記循環ポンプの出力レベルを決定する制御手段とを有し、前記ヒートポンプの起動運転を行った後に、前記モータを、外気温度のレンジごとに予め設定された基準周波数で駆動し、該基準周波数及び前記貯湯タンクの下部の温度を基に前記制御手段が算出した出力レベルで前記循環ポンプの駆動をして、前記ヒートポンプの通常運転を開始し、前記貯湯タンクに沸き上げた湯を貯留する貯湯式ヒートポンプ給湯器において、前記制御手段は、前記ヒートポンプの通常運転の際に、前記ヒートポンプで加熱される湯水を前記貯湯タンクの沸き上げ目標温度と比較し、前記循環ポンプの前記出力レベルを変更して、前記ヒートポンプで加熱される湯水を前記貯湯タンクの沸き上げ目標温度にする制御と、前記貯湯タンクの下部の温度及び外気温度を基に、前記基準周波数変更の判定基準となる前記循環ポンプの出力レベルＸの算出とを継続的に行い、前記循環ポンプの出力レベルが所定時間以上連続して前記出力レベルＸ以下であったのを検知したときには、前記基準周波数に所定ヘルツ加えた値を新たな基準周波数として前記モータを駆動する。
【０００７】
本発明に係る貯湯式ヒートポンプ給湯器において、前記制御手段には、一晩で前記モータの基準周波数を変更できる回数が設定可能であるのが好ましい。
【０００８】
本発明に係る貯湯式ヒートポンプ給湯器において、前記湯水が循環する湯水循環路から分岐し前記貯湯タンクの下部に接続されるバイパス路と、流路を切り替えて前記湯水循環路を流れる湯水を前記バイパス路へ導く三方弁とが設けられ、前記制御手段は、前記貯湯タンクへの湯の沸き上げを開始してから前記ヒートポンプで加熱された湯水が所定温度以上になるのを検知するまで、前記三方弁を、前記ヒートポンプの熱交換器から排出される湯水が前記バイパス路へ供給される状態に維持するのが好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る貯湯式ヒートポンプ給湯器は、循環ポンプの出力レベルが所定時間以上連続して出力レベルＸ以下であったのが検知されたときに、モータを駆動する基準周波数を上げるので、貯湯タンクは、沸き上げ終了時刻に必要な量の沸き上がった湯を蓄えることができる。
【００１０】
本発明に係る貯湯式ヒートポンプ給湯器において、制御手段に、一晩でモータの基準周波数を変更できる回数が設定可能である場合、基準周波数がモータの許容周波数を超えるのを回避することができる。
【００１１】
そして、本発明に係る貯湯式ヒートポンプ給湯器において、制御手段が、貯湯タンクへの湯の沸き上げを開始してから、ヒートポンプで加熱された湯水が所定温度以上になるのを検知するまで、三方弁を、ヒートポンプの熱交換器から排出される湯水がバイパス路へ供給される状態に維持する場合、貯湯タンク上部へ低温の湯水が注入されるのを回避して、貯湯タンクの上部に要求された温度の湯を確実に積層することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施の形態に係る貯湯式ヒートポンプ給湯器のシステム図である。
【図２】同貯湯式ヒートポンプ給湯器の制御手段の接続を示すブロック図である。
【図３】同貯湯式ヒートポンプ給湯器による湯の沸き上げプロセスを示すフローチャートである。
【図４】循環ポンプの制御を示すフローチャートである。
【図５】モータの制御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】
【００１３】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
図１、図２に示すように、本発明の一実施の形態に係る貯湯式ヒートポンプ給湯器１０は、湯水を貯留する貯湯タンク１１と、インバータ駆動のモータ２７によって駆動される圧縮機１６を備えたヒートポンプ３１と、貯湯タンク１１の下部から取り出されヒートポンプ３１にて加熱された湯水を貯湯タンク１１の上部に供給する循環ポンプ１５と、モータ２７の周波数及び循環ポンプ１５の出力レベルを決定する制御手段３８とを有し、モータ２７の周波数及び循環ポンプ１５の出力レベルを調整して貯湯タンク１１の沸き上げ運転を行う。以下、詳しく説明する。
【００１４】
図１に示すように、ヒートポンプ３１は、熱媒（例えばＣＯ２）が循環する熱媒循環路３７と熱媒循環路３７を循環する熱媒を熱源に貯湯タンク１１内の湯水を加熱する水熱交換器（熱交換器の一例）１４を有している。
また、ヒートポンプ３１には、膨張弁２５、空気熱交換器３０及び圧縮機１６が設けられ、水熱交換器１４、膨張弁２５、空気熱交換器３０及び圧縮機１６によって外気の熱を用いて貯湯タンク１１の湯水を加熱するヒートポンプサイクルが構成されている。
【００１５】
熱媒循環路３７を循環する熱媒は、膨張弁２５で減圧され、空気熱交換器３０で外気の熱を吸収して蒸発（気化）した後に、圧縮機１６で高温高圧になって、水熱交換器１４に送られる。
また、貯湯タンク１１には、貯湯タンク１１下部から送り出された湯水が水熱交換器１４を通過して貯湯タンク１１上部に戻る流路を形成する湯水循環路３６が連結されている。このため、水熱交換器１４には、貯湯タンク１１下部から出た湯水と熱媒循環路３７を循環する熱媒が送られることになり、水熱交換器１４は、貯湯タンク１１下部から送り出された湯水を熱交換によって昇温することができる。水熱交換器１４によって昇温された湯水は、湯水循環路３６を介して貯湯タンク１１の上部に送られる。
【００１６】
圧縮機１６には、インバータ駆動のモータ２７が内蔵されており、圧縮機１６の運転レベルは、モータ２７の駆動周波数の大きさによって決定される。
モータ２７の駆動周波数が大きくなって圧縮機１６の運転レベルが大きくなると、圧縮機１６による熱媒の温度上昇率が上がるため、水熱交換器１４において湯水循環路３６を流れる湯水が熱媒循環路３７を循環する熱媒から与えられる熱量は大きくなる。一方、モータ２７の駆動周波数が小さくなると、圧縮機１６による熱媒の温度上昇率が下がり、湯水循環路３６を流れる湯水が熱媒循環路３７を循環する熱媒から得る熱量は小さくなる。
また、ヒートポンプ３１には、空気熱交換器３０での熱媒の蒸発を促進するファン２４が設けられている。
膨張弁２５、圧縮機１６のモータ２７、及びファン２４には、図２に示すように、ヒートポンプ制御部３５が信号接続されており、ヒートポンプ制御部３５は、膨張弁２５、モータ２７及びファン２４に対して指令信号を送信し、これらの運転を制御している。
【００１７】
また、湯水循環路３６には、図１に示すように、湯水の流れに沿って水熱交換器１４の上流側及び下流側に入水温度センサ２２及び出湯温度センサ２３がそれぞれ設けられている。
ヒートポンプ制御部３５は、入水温度センサ２２及び出湯温度センサ２３を介して、水熱交換器１４に流入前の湯水の温度及び水熱交換器１４を通過して加熱された後の湯水の温度をそれぞれ計測することができる。
【００１８】
湯水循環路３６には、湯水循環路３６内の湯水を循環させる循環ポンプ１５が設けられている。循環ポンプ１５は、図２に示すように、貯湯制御部３３に信号接続され、貯湯制御部３３は循環ポンプ１５に対して循環ポンプ１５の出力レベル（即ち、循環ポンプ１５に供給する電力値）を変更する信号を伝達する。なお、主として貯湯タンク１１及び貯湯制御部３３から貯湯ユニット３２が構成されている。
また、湯水循環路３６には、図１に示すように、水熱交換器１４の湯水の出側に、湯水の流路を切り替える三方弁２８が設けられ、三方弁２８には、湯水循環路３６から分岐し湯水を貯湯タンク１１の下部に接続されるバイパス路２６が連結されている。
貯湯制御部３３に信号接続されている三方弁２８は（図２参照）、貯湯制御部３３からの指令信号によって、湯水循環路３６を流れる湯水の流路を切り替える。具体的には、水熱交換器１４を通過した湯水が、三方弁２８の流路の切り替えによって、貯湯タンク１１の上部に送っていた湯水を、バイパス路２６へ導き貯湯タンク１１の下部に供給することや、バイパス路２６へ導いていた湯水を、貯湯タンク１１の上部に供給することが可能である。
この三方弁２８による流路の切り替えは、湯水循環路３６を循環する湯水の出湯温度センサ２３の検出温度に基づいて行われる。
【００１９】
圧縮機１６及び膨張弁２５の運転が開始され、熱媒循環路３７内の熱媒が循環し始めた直後、熱媒は、貯湯タンク１１内の湯水を十分に加熱する温度まで温められていない。この状態で貯湯タンク１１から送り出された湯水を貯湯タンク１１の上部に戻すと、貯湯タンク１１は上部に高温の湯層を蓄えることができなくなる。
ここで、台所等に供給される湯は、貯湯タンク１１の上部から送られるので、貯湯タンク１１の上部には高温の湯が積層されている必要がある。
【００２０】
そこで、貯湯制御部３３は、圧縮機１６及び膨張弁２５の運転開始直後で、出湯温度センサ２３を介して計測される湯水（即ちヒートポンプ３１で加熱された湯水）の温度が、所定温度未満のときには、流路の切り替えを行って、三方弁２８を水熱交換器１４から排出される湯水がバイパス路２６へ供給される状態にし、その状態を維持する。
そして、貯湯制御部３３は、出湯温度センサ２３の湯水の検出温度が所定温度以上になったのを検知すると、三方弁２８に信号を送信して流路を切り替え、水熱交換器１４からの湯水を貯湯タンク１１の上部に供給する。
【００２１】
また、ヒートポンプ制御部３５は、熱媒循環路３７を循環する熱媒が貯湯タンク１１の湯水を安定的に加熱可能な温度に上昇するまでの間（例えば１０分間）、圧縮機１６のモータ２７に指令信号を送信して、モータ２７の駆動周波数を徐々に上昇させる。
このモータ２７の駆動周波数を徐々に上昇している間の運転をヒートポンプ３１の起動運転（以下、単に起動運転ともいう）といい、この起動運転は、モータ２７の周波数を急激に増加することで、圧縮機１６に不具合が生じるのを防止するために行われる。
そして、起動運転が行われた後に、ヒートポンプ３１の通常運転（以下、単に通常運転ともいう）が開始され、貯湯タンク１１に沸き上げた湯が貯留されるようになる。
【００２２】
貯湯タンク１１の下部には、図１に示すように、上水を貯湯タンク１１内に取り込む給水管２９が連結され、貯湯タンク１１の上部には台所や浴槽等に湯を供給するための出湯管１３が接続されている。台所や浴槽等に湯を供給すべく貯湯タンク１１から湯が送り出されると、送り出された湯と等しい容量の上水が、給水管２９から貯湯タンク１１内に供給される。従って、貯湯タンク１１は常に満水になっている。
【００２３】
貯湯タンク１１には、湯温を検出する複数の温度センサが高さの異なる位置に配置されている。本実施の形態では、貯湯タンク１１の上部から下部にかけて、第１の残湯温度センサ１７、第２の残湯温度センサ１８、第３の残湯温度センサ１９、第４の残湯温度センサ２０及び給水温度センサ１２が設けられている。これらの温度センサは全て貯湯制御部３３に信号接続され（図２参照）、貯湯制御部３３は、これらの温度センサを介して、貯湯タンク１１内の異なる高さの湯水の温度を計測することができる。
【００２４】
なお、給水温度センサ１２は、貯湯タンク１１に設けられた５つの温度センサの中で最も低い位置にあって、貯湯タンク１１の下部に給水管２９を介して流入する上水の温度を検出する。
本実施の形態では、第１〜第４の残湯温度センサ１７〜２０はそれぞれ、貯湯タンク１１の上端から５０リットル位置、１００リットル位置、１５０リットル位置、２００リットル位置に配置されている。水熱交換器１４を通過して昇温した湯水は、貯湯タンク１１の上部に送られ、貯湯タンク１１内に高温（例えば８０℃）の湯水が上、低温の湯水が下にある温度成層を設ける。高温の湯水層の量は、第１〜第４の残湯温度センサ１７〜２０で計測される温度によって検出可能である。
また、貯湯制御部３３には、図２に示すように、使用者が浴槽への湯張り開始の操作や湯張り温度の入力等をする操作部３４が信号接続されている。
【００２５】
貯湯制御部３３は、貯湯タンク１１から出湯された湯量の過去の実績を基に、深夜電力時間帯（例えば午後１１時から午前７時）に沸き上げて貯湯タンク１１に蓄えるべき湯量（以下「沸き上げ目標湯量」という）とその湯量の温度（以下「沸き上げ目標温度」という）を算出する。
貯湯タンク１１の湯の沸き上げは、電気料金が割安な深夜電力時間帯に行われ、湯の沸き上げを深夜電力時間帯の終了時刻直前に終了し、放熱ロスを極力少なくする。
なお、制御手段３８は、操作部３４、貯湯制御部３３及びヒートポンプ制御部３５を有して構成されている。
【００２６】
湯の沸き上げを行うに際し、モータ２７の周波数は、圧縮機１６の運転効率が最大、即ち消費電力量が最小となるように調整される。
ここで、圧縮機１６の運転効率と外気温度は密接に関係していることが知られており、圧縮機１６の運転効率を最大にするモータ２７の周波数は外気温度に応じて決めることができる。
ヒートポンプ制御部３５は、外気温度のレンジごとに、圧縮機１６の運転効率を最大にするモータ２７の周波数を定めたデータテーブルを記憶している。データテーブルには、外気温度のレンジごとに、圧縮機１６の運転効率を最大にするモータ２７の周波数が基準周波数として予め設定されている。
【００２７】
ヒートポンプ制御部３５には、図２に示すように、外気温度を計測する外気温度センサ２１が信号接続されている。ヒートポンプ制御部３５は、起動運転を行った後に、外気温度センサ２１を介して外気温度を計測し、記憶しているデータテーブルに基づいて、その外気温度のレンジに対応する基準周波数でモータ２７を駆動して通常運転を行い、深夜電力時間帯における湯の沸き上げを開始する。
本実施の形態では、外気温度の各レンジにおいて、貯湯タンク１１の下部から水熱交換器１４に送られる湯水の温度範囲に応じて、異なる基準周波数が定められている。ヒートポンプ制御部３５は、外気温度と貯湯タンク１１下部の湯水の温度を基にデータテーブルから基準周波数を１つ選択する。
貯湯タンク１１下部の湯水の温度は給水温度センサ１２や入水温度センサ２２を介して計測可能である。入水温度センサ２２を介して計測する場合、ヒートポンプ制御部３５は、循環ポンプ１５を数秒間作動させ、貯湯タンク１１の下部から送られる湯水の温度を入水温度センサ２２を介して計測する。
【００２８】
また、ヒートポンプ制御部３５は、湯の沸き上げを開始するのに先立って、選出したモータ２７の基準周波数及び貯湯タンク１１下部の湯水の温度、沸き上げ目標湯量及び沸き上げ目標温度を基に、湯の沸き上げを行う際の循環ポンプ１５の出力レベルを算出する。
なお、貯湯制御部３３とヒートポンプ制御部３５は、図２に示すように、信号接続されているので、相互にデータ通信を行うことができ、ヒートポンプ制御部３５は沸き上げ開始前に、貯湯制御部３３から沸き上げ目標湯量及び沸き上げ目標温度の情報を受信する。
【００２９】
貯湯制御部３３は、湯の沸き上げ開始前に、ヒートポンプ制御部３５から循環ポンプ１５の出力レベル及びモータ２７の基準周波数の情報を受信する。そして、貯湯制御部３３は、このヒートポンプ制御部３５から受信した情報と沸き上げ目標湯量、沸き上げ目標温度、貯湯タンク１１下部の温度等を基にして、貯湯タンク１１の湯の沸き上げに要する時間を演算し、沸き上げ開始時刻及び沸き上げ終了時刻を算出し、湯の沸き上げ準備が完了する。
【００３０】
沸き上げ運転が行われている間、ヒートポンプ制御部３５は、出湯温度センサ２３を介して計測する湯温を基に、貯湯タンク１１上部に送られる湯の温度が沸き上げ目標温度になる循環ポンプ１５の出力レベルを算出する。貯湯制御部３３は、ヒートポンプ制御部３５が算出した循環ポンプ１５の出力レベルの情報をヒートポンプ制御部３５から受信し、その情報に基づいて循環ポンプ１５の出力レベルを変更する。
【００３１】
通常運転が開始された後所定時間ｔの間（本実施の形態では５〜３５分間で例えば２０分間）、モータ２７は基準周波数を変えることなく駆動し、循環ポンプ１５も出力レベルによる駆動を継続する。所定時間ｔ経過後は、水熱交換器１４から送り出された湯の温度等の状況によってモータ２７の周波数や循環ポンプ１５の出力レベルが変更される。これは、ヒートポンプ３１の運転開始直後、水熱交換器１４に供給される熱媒の温度の安定を優先させるためである。
なお、貯湯制御部３３及びヒートポンプ制御部３５は、ＲＡＭ、ＣＰＵ、ＲＯＭ、通信ポートを含むワンチップマイコン（即ち、コンピュータ）によって構成でき、ＲＯＭには、湯の沸き上げを行うためのプログラムが搭載されている。また、貯湯制御部３３及びヒートポンプ制御部３５には時刻及び時間を管理するプログラムが搭載されている。
【００３２】
貯湯制御部３３は、貯湯制御全体を制御するメインプログラム（図示せず）と、第１〜第４の残湯温度センサ１７〜２０及び給水温度センサ１２のＡ／Ｄ変換入力、通信制御及び各機能の制御プログラムであるモジュール３９（モータの駆動周波数設定及び運転開始終了設定）、モジュール４０（循環ポンプの制御）、モジュール４１（モータの駆動周波数の設定制御）を適宜実行する。モジュール３９、モジュール４０、モジュール４１は、それぞれの処理が終了すると演算結果をメインプログラムが参照する記憶部（図示せず）に引き渡して終了する。
【００３３】
ヒートポンプ制御部３５は、ヒートポンプ制御全体のシステムを制御するメインプログラム（図示せず）と、外気温度センサ２１、入水温度センサ２２及び出湯温度センサ２３のＡ／Ｄ変換入力、通信制御及び各機能の制御プログラムであるモジュール４２（モータの駆動周波数設定及び運転開始終了設定）、モジュール４３（循環ポンプの制御）、モジュール４４（モータの駆動周波数の設定制御）を適宜実行する。モジュール４２、モジュール４３、モジュール４４は、それぞれのフローチャートによる処理が終わると演算結果をメインプログラムが持つ記憶部（図示せず）に引き渡して終了する。
このようなメインプログラムと各モジュールの実行によって、深夜電力時間帯における貯湯タンク１１の湯の沸き上げ制御が行われる。
【００３４】
次に、深夜電力時間帯に湯の沸き上げを行う際のモータ２７及び循環ポンプ１５の動作について詳説する。なお、以下には通常運転のみを説明し、起動運転時の説明は省略する。
図３に示すように、貯湯制御部３３は、沸き上げを行うのに先立って、操作部３４で設定されている使用者が希望する貯湯量と設定温度を読み込み（ステップＳ１０）、更に第１〜第４の残湯温度センサ１７〜２０及び給水温度センサ１２の計測温度を基に貯湯タンク１１に貯留されている湯水の温度を検知する。次に、貯湯制御部３３は、過去の湯の使用実績、操作部３４で設定された貯湯量と設定温度、貯湯タンク１１に貯留されている湯水の温度を基にして、沸き上げ目標湯量及び沸き上げ目標温度を算出する（ステップＳ１１）。そして、貯湯制御部３３は、ヒートポンプ制御部３５に対して、沸き上げ目標湯量及び沸き上げ目標温度の情報を送信する（ステップＳ１２）。
【００３５】
ヒートポンプ制御部３５は、貯湯タンク１１下部の湯水の温度及び外気温度を基に、データテーブルからモータ２７の基準周波数を選択し、貯湯タンク１１下部の湯水の温度、選択した基準周波数、沸き上げ目標湯量及び沸き上げ目標温度から循環ポンプ１５の出力レベルを算出する（ステップＳ１３）。そして、貯湯制御部３３は、ヒートポンプ制御部３５から循環ポンプ１５の出力レベル及びモータ２７の基準周波数の情報を受信し（ステップＳ１４）、これらの情報と貯湯タンク１１下部の湯水の温度等を基に、沸き上げ開始時刻及び沸き上げ終了時刻を算出する（ステップＳ１５）。
【００３６】
貯湯制御部３３は、沸き上げ開始時刻になったのを検知すると、ヒートポンプ制御部３５に沸き上げ開始信号を送信し（ステップＳ１６）、循環ポンプ１５に出力レベルでの駆動を開始させる（ステップＳ１７）。貯湯制御部３３から沸き上げ開始信号を受信したヒートポンプ制御部３５は、モータ２７を記憶していた基準周波数で駆動する（ステップＳ１８）。これにより、湯の沸き上げ運転が開始される。
【００３７】
循環ポンプ１５及びモータ２７の駆動開始から時間ｔ経過後、ヒートポンプ制御部３５は、図４に示すように、予め定められた時間間隔で、水熱交換器１４で加熱された湯水の温度Ｐを出湯温度センサ２３を介して計測する（ステップＳ２０）。
そして、ヒートポンプ制御部３５は温度Ｐと沸き上げ目標温度の比較をし（ステップＳ２１）、温度Ｐを沸き上げ目標温度にするための循環ポンプ１５の出力レベルを算出する。
なお、図３〜図５において丸で囲まれて記載されているアルファベットは、各図に描かれているフローのつながりを示している。例えば、図３及び図４に記載されているフローは、それぞれの図に記載のA、A´でつながっている。
【００３８】
温度Ｐが沸き上げ目標温度以下の場合、ヒートポンプ制御部３５は、水熱交換器１４を通過する湯水の流量を減少させて温度Ｐを上げるために、循環ポンプ１５の現在の出力レベルより小さい値を新たな出力レベルにする（ステップＳ２２）。
一方、温度Ｐが沸き上げ目標温度より高い場合、ヒートポンプ制御部３５は、水熱交換器１４を通過する湯水の流量を増加させて温度Ｐを下げるために、循環ポンプ１５の現在の出力レベルより大きい値を新たな出力レベルにする（ステップＳ２２’）。
そして、算出された循環ポンプ１５の新たな出力レベルは、ヒートポンプ制御部３５から貯湯制御部３３に送信される（ステップＳ２３）。
ヒートポンプ制御部３５から新たな出力レベルの情報を受け取った貯湯制御部３３は、循環ポンプ１５に対して、新たな出力レベルで駆動するための指令信号を送信し、循環ポンプ１５の回転数を変更する（ステップＳ２４）。
【００３９】
ここで、水熱交換器１４や空気熱交換器３０は経年劣化によって熱交換率が落ちるので、使用開始から数年が経過すると、モータ２７の駆動周波数が同じであっても、水熱交換器１４によって貯湯タンク１１の湯水に与えられる熱量は低下する。そのため、湯の沸き上げを開始したときに設定されたモータ２７の基準周波数を維持したままで沸き上げを行うと、ヒートポンプ制御部３５が算出した沸き上げ終了時刻になっても、貯湯タンク１１内に必要な容量の湯が沸き上がっていない状態に陥る。
そこで、ヒートポンプ制御部３５は、深夜電力時間帯の湯の沸き上げ中に、必要に応じてモータ２７の駆動周波数を上げ、沸き上げ終了時刻に貯湯タンク１１が必要な容量の沸き上がった湯を保持できるようにする。以下、その具体的な制御方法を説明する。
【００４０】
ヒートポンプ制御部３５は、図５に示すように、入水温度センサ２２（給水温度センサ１２でもよい）を介して貯湯タンク１１の下部から湯水循環路３６に送られる湯水（即ち、貯湯タンク１１の下部の湯水）の温度を計測し、外気温度センサ２１を介して外気温度の温度を計測する（ステップＳ２５）。
次に、ヒートポンプ制御部３５は、計測した貯湯タンク１１の下部から湯水循環路３６に送られる湯水の温度と外気温度を基に、モータ２７の基準周波数を変更する判定基準となる循環ポンプ１５の出力レベルＸを算出する（ステップＳ２６）。
【００４１】
そして、ヒートポンプ制御部３５は、貯湯制御部３３を介して循環ポンプ１５の現在の出力レベルを検出し（ステップＳ２７）、循環ポンプ１５の出力レベルが予め定めた時間（即ち所定時間）Ｔ以上連続して出力レベルＸ以下であったか否かを判断する（ステップＳ２８）。
循環ポンプ１５の出力レベルが時間Ｔ以上連続して出力レベルＸ以下であったのを検知したとき、ヒートポンプ制御部３５は、圧縮機１６の加熱能力（即ち、熱媒の圧縮）を一段階増加すべく、基準周波数に所定ヘルツα（αは、１〜１０ヘルツの値で、本実施の形態では２ヘルツ）を加えた値を新たな基準周波数として定め、その新たな基準周波数でモータ２７を駆動する（ステップＳ２９）。これによって、水熱交換器１４で熱媒から湯水に与えられる熱量は増加するので、結果として、循環ポンプ１５の出力レベルが上がることになる。その結果、貯湯タンク１１上部への沸き上がった湯の流入量が増し、貯湯タンク１１内の湯の沸き上げ時間は短縮される。
一方、ステップＳ２８で、循環ポンプ１５の出力レベルが時間Ｔ以上連続して出力レベルＸ以下であった状態でない判断がなされた場合、基準周波数は変更されない（ステップＳ３０）。
【００４２】
ヒートポンプ制御部３５には、一晩の湯の沸き上げ運転中にモータ２７の基準周波数を変更できる回数が設定可能である。
ヒートポンプ制御部３５に基準周波数の最大変更回数としてＮ回が設定されると、モータ２７の基準周波数を増加させる制御は、一晩で最大Ｎ回まで行われるが、Ｎ＋１回以上は行われなくなる。Ｎは３〜１０回であり、本実施の形態では５回である。
これは、基準周波数にモータ２７の許容周波数を超える値が設定されるのを回避するためである。
【００４３】
ヒートポンプ制御部３５は、このように循環ポンプ１５の出力レベルを基にして、圧縮機１６の運転レベルの調整を行うので、水熱交換器１４や空気熱交換器３０の熱交換率を計測するための温度センサ等を設ける必要がない。
更に、圧縮機１６の運転レベルを調整するためのプログラムは単純なものであって、プログラム設計の製造コスト等を抑制することができる。
【００４４】
そして、貯湯制御部３３は、図３〜図５に示すように、ステップＳ２０〜ステップＳ３０の工程を沸き上げ終了時刻になったのを検知するまで繰り返し継続的に行う。貯湯制御部３３は、沸き上げ終了時刻になったのを検知すると（ステップＳ３１）、循環ポンプ１５の停止を行い（ステップＳ３２）、ヒートポンプ制御部３５に指令信号を送信して（ステップＳ３３）、モータ２７を停止させる（ステップＳ３４）。これにより、深夜電力時間帯における湯の沸き上げ運転が終了する。
【００４５】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は、上記した形態に限定されるものでなく、要旨を逸脱しない条件の変更等は全て本発明の適用範囲である。
【符号の説明】
【００４６】
１０：貯湯式ヒートポンプ給湯器、１１：貯湯タンク、１２：給水温度センサ、１３：出湯管、１４：水熱交換器、１５：循環ポンプ、１６：圧縮機、１７：第１の残湯温度センサ、１８：第２の残湯温度センサ、１９：第３の残湯温度センサ、２０：第４の残湯温度センサ、２１：外気温度センサ、２２：入水温度センサ、２３：出湯温度センサ、２４：ファン、２５：膨張弁、２６：バイパス路、２７：モータ、２８：三方弁、２９：給水管、３０：空気熱交換器、３１：ヒートポンプ、３２：貯湯ユニット、３３：貯湯制御部、３４：操作部、３５：ヒートポンプ制御部、３６：湯水循環路、３７：熱媒循環路、３８：制御手段、３９：モジュール、４０：モジュール、４１：モジュール、４２：モジュール、４３：モジュール、４４：モジュール
【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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