(57)【要約】【課題】使用者の快適性や利便性を損なうことなく、省エネルギー性に優れたヒートポンプ給湯装置を提供すること。【解決手段】貯湯タンク３からの給湯流量を検出する給湯流量検出手段（４３ａ、４３ｂ）と、貯湯タンク３からの給湯温度を検出する給湯温度検出手段（４７ａ、４７ｂ）と、給湯流量と給湯温度とから日々の時間帯別の給湯熱量を演算し記憶する給湯熱量演算手段５２とを備え、所定の加熱能力で、所定の温度に湯水を加熱する沸き上げ運転を実行し、また、深夜時間帯における沸き上げ運転は、異なる加熱能力にて運転する複数の運転モードを含み、異なる加熱能力は、給湯熱量演算手段５２が演算し記憶する日々の深夜時間帯における給湯熱量が小さいときより大きいときの方が大きくなるように、かつ、昼間時間帯における加熱能力と略同等以下となるように設定されているヒートポンプ給湯装置。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機と水冷媒熱交換器とを含むヒートポンプサイクルと、
前記水冷媒熱交換器にて加熱した湯を貯める貯湯タンクと、
前記貯湯タンクからの給湯流量を検出する給湯流量検出手段と、
前記貯湯タンクからの給湯温度を検出する給湯温度検出手段と、
前記給湯流量検出手段が検出した給湯流量と前記給湯温度検出手段が検出した給湯温度とから日々の時間帯別の給湯熱量を演算し記憶する給湯熱量演算手段と、
制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記圧縮機を動作させ、所定の加熱能力で、前記水冷媒熱交換器にて所定の温度に湯水を加熱する沸き上げ運転を実行し、また、
深夜時間帯における前記沸き上げ運転は、異なる加熱能力にて運転する複数の運転モードを含み、
前記異なる加熱能力は、前記給湯熱量演算手段が演算し記憶する日々の深夜時間帯における給湯熱量が小さいときより大きいときの方が大きくなるように、かつ、昼間時間帯における加熱能力と略同等以下となるように設定されていることを特徴とするヒートポンプ給湯装置。
【請求項２】
前記制御手段は、深夜時間帯の前記沸き上げ運転開始時における前記圧縮機の回転数を、同時間帯において、前記水冷媒熱交換器にて加熱した湯水の温度が目標温度に達したときの前記圧縮機の回転数よりも、高くなるように設定することを特徴とする前記請求項１に記載のヒートポンプ給湯装置。
【請求項３】
前記圧縮機および／または前記水冷媒熱交換器に断熱材を設けたことを特徴とする前記請求項１または２に記載のヒートポンプ給湯装置。
【請求項４】
前記圧縮機と前記水冷媒熱交換器の少なくとも一部が、筐体内において、区画された同一の空間に配設されていることを特徴とする前記請求項１〜３のいずれか１項に記載のヒートポンプ給湯装置。
【請求項５】
前記ヒートポンプサイクルは、高圧側で冷媒が超臨界の状態で動作することを特徴とする前記請求項１〜４のいずれか１項に記載のヒートポンプ給湯装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒートポンプ給湯装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種のヒートポンプ給湯装置の沸き上げ運転の制御仕様には、以下に記載のものがある。
【０００３】
図１０は、従来のヒートポンプ給湯装置の沸き上げ運転制御の概念図である。図１０に示すように、ヒートポンプ給湯装置は、主に非活動時間帯であって他の機器による電気使用の少ない深夜時間帯（例えば、２３時〜翌７時）にヒートポンプによって沸き上げ運転を行って貯湯タンク３に湯を貯めるように制御され、主に活動時間帯である翌日の昼間時間帯（例えば、７時〜２３時）に貯湯タンク３に貯めた湯をユーザーが利用する。
【０００４】
このようにユーザーの生活パターンに合わせることによって、時間帯毎の電気使用量の平準化とユーザーの使用性を両立している。もし、貯湯タンク３内の湯量が減少して湯切れリスクが生じた場合には、昼間時間帯にヒートポンプが沸き上げ運転を行って、湯切れリスクを抑制することもある。
【０００５】
上記のように設計されたヒートポンプ給湯装置において、深夜時間帯に貯湯タンク全体の湯水を沸き上げる夜間沸き上げ運転の際の効率向上のため、深夜時間帯のみヒートポンプの加熱能力を、定格加熱能力よりも低く設定する制御方法が考案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
深夜時間帯に該当する時間を最大限に活用して沸き上げ運転時の加熱能力を下げることによって、ヒートポンプの効率（ＣＯＰ）向上効果を得て、ヒートポンプ給湯装置としてのエネルギー効率を向上させることができる構成である。
【０００７】
深夜時間帯におけるヒートポンプの加熱能力は以下のようにして決定される。
【０００８】
まず、深夜時間帯の開始時刻２３時（第１時刻）に「沸き上げ必要熱量」を把握する。「沸き上げ必要湯量」は、深夜時間帯の終了時刻翌７時（第２時刻）に貯湯タンク３内に「貯湯しておく必要のある湯量」から「残湯量」を減じることで算出する。
【０００９】
ここで、深夜時間帯の終了時刻翌７時（第２時刻）に「貯湯しておく必要のある湯量」は、前日までの使用実績や当日の使用実績に基づいて予測し、「貯湯しておく必要のある湯量」が多いほど、沸き上げ温度を高くして貯湯する。また、「残湯量」は、残湯サーミスタなどの残湯量検出手段が検出する温度に基づいて求めることが多い。
【００１０】
次に、定格加熱能力（例えば、４．５ｋＷ）でヒートポンプによる沸き上げ運転を行った場合に、「沸き上げ必要熱量」を確保するために必要な時間を把握し、深夜時間帯の終了時刻翌７時に対して所定時間（例えば、１時間）以上前に沸き上げが完了する場合には、沸き上げ運転時の加熱能力を定格加熱能力よりも低い加熱能力（例えば、３．６ｋＷ）として沸き上げ運転を行ったときに「沸き上げ必要熱量」を確保するために必要な時間を把握する。
【００１１】
このとき、所定時間以上前に沸き上げが完了する場合は、決定した加熱能力で沸き上げ運転を行い、所定時間以上前に沸き上げが完了しない場合には、沸き上げ運転時の加熱能
力を定格加熱能力のままとして沸き上げ運転を行う。
【００１２】
なお、沸き上げ運転を開始した後に、湯が使用されて深夜時間帯の終了時刻翌７時に対する所定時間以上前に沸き上げを完了できなくなった場合には、加熱能力を大きく変更して沸き上げ運転を行う。この判定は、沸き上げ運転を開始した後、所定の時刻に行うこともあるし、所定時間が経過する毎に行うこともある。
【００１３】
また、昼間時間帯にヒートポンプが沸き上げ運転を行う場合、加熱能力は定格加熱能力のままとする。
【００１４】
以上のように、定格加熱能力よりも低い加熱能力でヒートポンプによる沸き上げ運転を行った場合に、深夜時間帯の終了時刻翌７時に対して所定時間以上前に沸き上げ完了できるか否かを判断してからヒートポンプの加熱能力を決定するので、深夜時間帯の終了時刻翌７時において沸き上げ未完了に起因する貯湯量不足の発生を抑制しながら、深夜時間帯における沸き上げ運転時のヒートポンプのＣＯＰを向上させて、ヒートポンプ給湯装置としてのエネルギー効率の向上を図ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開２０１０−１２７５６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかしながら、前記従来の技術では、深夜時間帯の沸き上げ運転中に湯が使用された場合に、沸き上げ運転途中に加熱能力を大きく変更したり、深夜時間帯の後半にお湯が利用された場合に、加熱能力を定格加熱能力以上に大きくする必要が生じたりする。そのため、加熱能力の変更時にヒートポンプの動作点の移行ロスが発生したり、加熱能力を定格加熱能力以上に大きくするために圧縮機の差圧を大きくしたりして、沸き上げ効率を低下させてしまう。さらに、多量のお湯が利用された場合には、加熱能力が不足して、所定時間内に沸き上げを完了できず、湯量が不足するため、ユーザーの使用性を損なうという課題を有していた。
【００１７】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、貯湯タンク内に生成する中温水の量を少なくし、追い焚き性能の低下を抑えた省エネルギー性に優れたヒートポンプ給湯装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
前記従来の課題を解決するために、本発明のヒートポンプ給湯装置は、圧縮機と水冷媒熱交換器とを含むヒートポンプサイクルと、前記水冷媒熱交換器にて加熱した湯を貯める貯湯タンクと、前記貯湯タンクからの給湯流量を検出する給湯流量検出手段と、前記貯湯タンクからの給湯温度を検出する給湯温度検出手段と、前記給湯流量検出手段が検出した給湯流量と前記給湯温度検出手段が検出した給湯温度とから日々の時間帯別の給湯熱量を演算し記憶する給湯熱量演算手段と、制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記圧縮機を動作させ、所定の加熱能力で、前記水冷媒熱交換器にて所定の温度に湯水を加熱する沸き上げ運転を実行し、また、深夜時間帯における前記沸き上げ運転は、異なる加熱能力にて運転する複数の運転モードを含み、前記異なる加熱能力は、前記給湯熱量演算手段が演算し記憶する日々の深夜時間帯における給湯熱量が小さいときより大きいときの方が大きくなるように、かつ、昼間時間帯における加熱能力と略同等以下となるように設定されていることを特徴とするものである。
【００１９】
これにより、深夜時間帯における日々のお湯の使用量に基づいて加熱能力を決定することによって、沸き上げ運転開始後に利用が予測されるお湯も深夜時間帯内に沸き上げることができるので、沸き上げ運転中に加熱能力を変更して効率ロスを発生させたり、多量のお湯の利用によって沸き上げ完了のための加熱能力が不足したりすることを抑制できる。
【００２０】
その結果、深夜時間帯におけるお湯の使用量に基づいてヒートポンプの加熱能力を低く設定してＣＯＰを向上させながらも、加熱能力変更を少なくして沸き上げ効率の向上を図るとともに、多量のお湯が使用された場合の湯切れリスクを抑制して、省エネルギー性とユーザーの使用性とを両立できるヒートポンプ給湯装置を提供することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、ユーザーの使用性を損なうことなく、深夜時間帯におけるヒートポンプサイクルの加熱能力を低く設定し、省エネルギー性に優れたヒートポンプ給湯装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施の形態１におけるユーザーによるお湯の利用パターンとそれに応じた沸き上げ運転時のヒートポンプサイクルの加熱能力の変更の一例を示す図
【図２】本発明の実施の形態１におけるヒートポンプ給湯装置の構成図
【図３】（ａ）本発明の実施の形態１におけるヒートポンプユニットの上面断面図（ｂ）本発明の実施の形態１におけるヒートポンプユニットの正面断面図
【図４】本発明の実施の形態１における沸き上げ運転時のヒートポンプサイクルの加熱能力の設定のフローチャートを示す図
【図５】同ヒートポンプサイクルによる沸き上げ運転開始後の出湯温度の経時変化を示す図
【図６】同ヒートポンプサイクルの圧縮機の回転周波数と出湯温度の経時変化を示す図
【図７】同貯湯タンク内の中温水の分布を示す図
【図８】同ヒートポンプサイクルの加熱能力とＣＯＰの関係を示す図
【図９】（ａ）同他のヒートポンプユニットの上面断面図（ｂ）同他のヒートポンプユニットの正面断面図
【図１０】従来のユーザーによるお湯の利用パターンとそれに応じて沸き上げ運転時のヒートポンプサイクルの加熱能力の状態の一例を示す図
【発明を実施するための形態】
【００２３】
第１の発明は、圧縮機と水冷媒熱交換器とを含むヒートポンプサイクルと、前記水冷媒熱交換器にて加熱した湯を貯める貯湯タンクと、前記貯湯タンクからの給湯流量を検出する給湯流量検出手段と、前記貯湯タンクからの給湯温度を検出する給湯温度検出手段と、前記給湯流量検出手段が検出した給湯流量と前記給湯温度検出手段が検出した給湯温度とから日々の時間帯別の給湯熱量を演算し記憶する給湯熱量演算手段と、制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記圧縮機を動作させ、所定の加熱能力で、前記水冷媒熱交換器にて所定の温度に湯水を加熱する沸き上げ運転を実行し、また、深夜時間帯における前記沸き上げ運転は、異なる加熱能力にて運転する複数の運転モードを含み、前記異なる加熱能力は、前記給湯熱量演算手段が演算し記憶する日々の深夜時間帯における給湯熱量が小さいときより大きいときの方が大きくなるように、かつ、昼間時間帯における加熱能力と略同等以下となるように設定されていることを特徴とするヒートポンプ給湯装置である。
【００２４】
これにより、深夜時間帯における日々のお湯の使用量に基づいて加熱能力を決定することによって、沸き上げ運転開始後に利用が予測されるお湯も深夜時間帯内に沸き上げることができるので、沸き上げ運転中に加熱能力を変更して効率ロスを発生させたり、多量の
お湯の利用によって沸き上げ完了のための加熱能力が不足したりすることを抑制できる。
【００２５】
その結果、深夜時間帯におけるお湯の使用量に基づいてヒートポンプの加熱能力を低く設定してＣＯＰを向上させながらも、加熱能力変更を少なくして沸き上げ効率の向上を図るとともに、多量のお湯が使用された場合の湯切れリスクを抑制して、省エネルギー性とユーザーの使用性とを両立できるヒートポンプ給湯装置を提供することができる。
【００２６】
第２の発明は、特に、第１の発明において、前記制御手段は、深夜時間帯の前記沸き上げ運転開始時における前記圧縮機の回転数を、同時間帯において、前記水冷媒熱交換器にて加熱した湯水の温度が目標温度に達したとき前記圧縮機の回転数よりも、高くなるように設定することを特徴とするヒートポンプ給湯装置である。
【００２７】
これにより、深夜時間帯に沸き上げ運転を開始する際に、圧縮機および水冷媒熱交換器の温度を速く上昇させることができるので、水冷媒熱交換器で加熱された湯の温度もより速く目標の沸き上げ温度に到達させることができ、生成する中温水の量をさらに少なくすることができるため、貯湯タンク内に予めある湯の温度の低下を抑制し、追い焚き性能を向上させるとともに湯切れリスクを低減させることができる。
【００２８】
第３の発明は、特に、第１または第２の発明において、前記圧縮機および／または前記水冷媒熱交換器に断熱材を設けたことを特徴とすることを特徴とするヒートポンプ給湯装置である。
【００２９】
これにより、圧縮機および水冷媒熱交換器の温度をさらに速く上昇させることができるので、水冷媒熱交換器で加熱された湯の温度もより速く目標の沸き上げ温度に到達させることができる。
【００３０】
第４の発明は、特に、第１〜３のいずれかの発明において、前記圧縮機と前記水冷媒熱交換器の少なくとも一部が、筐体内において、区画された同一の空間に配設されていることを特徴とするヒートポンプ給湯装置である。
【００３１】
これにより、深夜時間帯に沸き上げ運転を開始する際に、圧縮機からの放熱した熱の一部を水冷媒熱交換器で受熱し、水冷媒熱交換器の温度をより速く上昇させることができ、水冷媒熱交換器で加熱された湯の温度を、より速く目標の沸き上げ温度に到達させることができ、生成する中温水の量を少なくすることができるため、貯湯タンク内に予めある湯の温度の低下を抑制し、追い焚き性能を向上させるとともに湯切れリスクを低減させることができる。
【００３２】
第５の発明は、特に、第１〜４のいずれかの発明において、前記ヒートポンプサイクルは、高圧側で冷媒が超臨界の状態で動作することを特徴とするヒートポンプ給湯装置である。
【００３３】
これにより、ヒートポンプサイクルが高温で湯を沸き上げるときのＣＯＰを高くすることができるので、深夜時間帯の沸き上げ運転においてヒートポンプサイクルの加熱能力を低く設定した場合においても、効率よくヒートポンプサイクルによる沸き上げ運転を行うことができるので、ヒートポンプ給湯装置のエネルギー効率を高くすることができる。
【００３４】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００３５】
（実施の形態１）
図２は、本発明の第１の実施の形態におけるヒートポンプ給湯装置の構成を示す図である。前記ヒートポンプ給湯装置は、ヒートポンプユニット２ａと貯湯ユニット２ｂとから構成されている。
【００３６】
貯湯ユニット２ｂには、貯湯タンク３の底部、沸き上げ往き配管３２、水冷媒熱交換器５、沸き上げ戻り配管３３、三方切替弁１８ａ、貯湯タンク３を環状に接続して沸き上げ回路が設けられている。
【００３７】
沸き上げ往き配管３２の途中には、貯湯タンク３の底部の水を水冷媒熱交換器５に搬送する沸き上げポンプ２１が接続されている。
【００３８】
三方切替弁１８ａの入口側には沸き上げ戻り配管３３が接続されている。三方切替弁１８ａの一方の出口は沸き上げバイパス管３４により貯湯タンク３の略底部と接続されており、三方切替弁１８ａの他方の出口は沸き上げ配管３５を介して貯湯タンク３の略頂部に接続されている。
【００３９】
すなわち、沸き上げポンプ２１により搬送された沸き上げ戻り配管３３内の温水は、三方切替弁１８ａにより、貯湯タンク３の略底部に戻る場合と、貯湯タンク３の略頂部に戻る場合とを切り替えることができるようになっている。
【００４０】
また、水冷媒熱交換器５の水側入口には入口の水温を検知する入水温度センサである入水温度検知手段４１が、水側出口には出口の水温を検知する出湯温度センサである出湯温度検知手段４２が備えられている。
【００４１】
貯湯タンク３の壁面には貯湯温度検知手段としての複数の残湯サーミスタ（温度センサ）４０ａ〜４０ｅが設置されており、残湯サーミスタ４０ａ〜４０ｅの温度により、貯湯タンク３内の蓄熱熱量を把握することができる。
【００４２】
水道からの水は、減圧弁２０が途中に接続された給水管１１を経由して、貯湯タンク３や後述する第３混合弁１４、第１混合弁１５へと供給される。給水管１１は、給水分岐部１２で第２給水分岐管１２ａ、第３給水分岐管１２ｂ、第１給水分岐管１２ｃに分岐しており、第２給水分岐管１２ａは、貯湯タンク３の底部に、第３給水分岐管１２ｂは第３混合弁１４に、第１給水分岐管１２ｃは第１混合弁１５にそれぞれ接続されている。また、給水管１１には、給水温度を検出する給水温度センサ５３が設置されている。
【００４３】
貯湯タンク３の上部には第１出湯管９が、貯湯タンク３の上下方向において第１出湯管９が接続された位置よりも下方、かつ貯湯タンク３の底部よりも上方の位置には中温出湯管１０がそれぞれ接続されている。第１出湯管９の他端は、出湯分岐管１６と追いだき配管２５とに分岐しており、出湯分岐管１６は第２混合弁１３に、追いだき配管２５は風呂熱交換器２４に接続されている。
【００４４】
給湯回路は、貯湯タンク３内の温水と水道から供給される水とを、第２混合弁１３、第３混合弁１４、第１混合弁１５で混合して所定温度の温水にして、カランやシャワーなどの給湯端末（図示せず）や浴槽に給湯する回路である。
【００４５】
第２混合弁１３は、第１出湯管９から供給される温水と中温出湯管１０から供給される温水とを混合して出湯合流管１７から流出させる。出湯合流管１７は第１出湯合流管分岐管１７ａと第２出湯合流管分岐管１７ｂとに分岐しており、第１出湯合流管分岐管１７ａは第３混合弁１４に、第２出湯合流管分岐管１７ｂは第１混合弁１５にそれぞれ接続されている。
【００４６】
第３混合弁１４は、第１出湯合流管分岐管１７ａから供給される温水と第３給水分岐管１２ｂから供給される水とを混合して給湯管２８から流出させ、カランやシャワーなどの給湯端末（図示していない）から所定温度の温水を給湯させる。
【００４７】
第３混合弁１４の出口側に接続された給湯管２８には第１給湯温度検知手段としての給湯温度センサ４３ａが設置されており、給湯端末から給湯する際には、給湯温度センサ４３ａの検知温度が目標設定温度（使用者がリモコン５０より設定する）になるように、制御手段５１により第３混合弁１４の混合比を制御する。また、給湯管２８には、第１給湯流量検出手段としての給湯流量センサ４７ａが設置されている。
【００４８】
第１混合弁１５は、第２出湯合流管分岐管１７ｂから供給される温水と第１給水分岐管１２ｃから供給される水とを混合して風呂注湯管２７から流出させ、注湯弁１９、風呂往き配管２９、風呂戻り配管３０を介して所定温度の温水を浴槽３１に注湯させる。
【００４９】
第１混合弁１５の出口側に接続された風呂注湯管２７には第２給湯温度検知手段としての風呂給湯温度センサ４３ｂが設置されており、浴槽３１に給湯する際には、風呂給湯温度センサ４３ｂの検知温度が目標設定温度（使用者がリモコン５０より設定する）になるように、制御手段５１により第３混合弁１４の混合比を制御する。また、風呂注湯管２７には、第２給湯流量検出手段としての風呂給湯流量センサ４７ｂが設置されている。
【００５０】
第１混合弁１５を利用する浴槽３１への注湯は、設定操作手段としてのリモコン５０を操作する（例えば、風呂自動湯はりボタンを押す）ことで開始させることができる。リモコン５０より制御手段５１へと風呂自動湯はりが指示されると、制御手段５１は、注湯弁１９を開き、第１混合弁１５、風呂注湯管２７を経て浴槽３１へ注湯する。
【００５１】
５２は給湯熱量演算手段であって、給湯管２８および風呂注湯管２７から流出する湯の温度と流量とから、日々の時間帯別の熱量を演算し、記憶するものである。
【００５２】
風呂追いだき回路は、貯湯タンク３の温水と浴槽３１の温水とを風呂熱交換器２４で熱交換することにより、浴槽３１の温水を所定温度に加熱することができる。
【００５３】
風呂追いだき回路は、貯湯タンク３、第１出湯管９、追いだき配管２５、風呂熱交換器２４、追いだきポンプ２２、追いだき戻り管２６、貯湯タンク３を環状に接続するとともに、浴槽３１、風呂戻り配管３０、風呂循環ポンプ２３、風呂熱交換器２４、風呂往き配管２９、浴槽３１を環状に接続して構成されている。
【００５４】
また、追いだき戻り管２６の途中には、風呂熱交換器２４から追いだきポンプ２２を経て貯湯タンク３へ還流する湯の温度を検出する追いだき戻り温度センサ４４、風呂戻り配管３０の途中には、浴槽３１内の温水温度を検出する浴槽温度検知手段としての風呂温度センサ４５、及び浴槽水位検知手段としての水位センサ４６が設置されている。
【００５５】
ヒートポンプユニット２ａには、圧縮機４、水冷媒熱交換器５、膨張弁等の減圧手段６、空気熱交換器である蒸発器７を冷媒配管で環状に接続したヒートポンプサイクル１が設けられており、冷媒配管内部には冷媒が封入されている。８は、蒸発器７に空気を供給するファンである。
【００５６】
図３は、ヒートポンプユニット２ａ内部の正面図である。１０１は圧縮機断熱材であり、圧縮機４の外周に巻きつけられて設けられる。圧縮機断熱材１０１は、圧縮機の外周表面から機械室２００を介してヒートポンプユニット２ａ外部への熱漏洩を抑制する役割を
果たす。なお、圧縮機断熱材１０１は、断熱効果に加えて、吸音効果も有する材料からなるものであってもよい。
【００５７】
また、１０２は水冷媒熱交換器断熱材であり、水冷媒熱交換器５を覆うように設けられ、水冷媒熱交換器５から外部への熱漏洩を抑制する役割を果たす。
【００５８】
以上のように構成されたヒートポンプ給湯装置について、その動作を説明する。
【００５９】
基本的な沸き上げ運転の制御方法は、従来のヒートポンプ給湯装置と同様で、主に非活動時間帯である深夜時間帯に、冷媒を圧縮機４にて高圧に圧縮し、その高圧高温の冷媒にて、貯湯タンク３の略下部より搬送された水を、水冷媒熱交換器５にて加熱し、貯湯タンク３の略上部に戻すというヒートポンプサイクル１による沸き上げ運転を行って、翌日の昼間時間帯における湯の利用に備える。
【００６０】
なお、ヒートポンプサイクル１においては、ファン８を回転させ、蒸発器７内を流れる冷媒に空気（熱）を供給するとともに、膨張弁等の減圧手段６にて、圧縮機４から吐出される冷媒の温度を調整している。
【００６１】
図４に、深夜時間帯における沸き上げ運転動作の制御フローチャートを示す。従来のヒートポンプ給湯装置と同様に、過去の使用実績から予測する翌日の使用に備えて「貯湯しておく必要のある湯量」と、深夜時間帯における沸き上げ運転開始前の「残湯量」を把握する（ｓｔｅｐ１）。
【００６２】
「残湯量」は貯湯タンク３の壁面に設置された残湯サーミスタ４０ａ〜４０ｅが検出する温度のうち少なくとも１つ以上を用いて把握する。
【００６３】
例えば、残湯サーミスタ４０ｃと、貯湯タンク３の高さ方向において略中央部と底部との間に配設された残湯サーミスタ４０ｄとを用いて、それらの値の温度差（Ｔｃ−Ｔｄ）が所定値α（例えば、３ｄｅｇ）未満で、かつ、その下方側にあたる残湯サーミスタ４０ｄの値Ｔｄが所定値β（例えば、６０℃）を超える場合、貯湯タンク３の天面から残湯サーミスタ４０ｄの位置まで湯があると判断できる。
【００６４】
また、残湯サーミスタ４０ｄの温度が６０℃以下の場合、残湯量が少ないと判断し、一方、残湯サーミスタ４０ｄの温度が６０℃より高い場合、貯湯タンク３の天面から残湯サーミスタ４０ｄの位置まで湯があると判断できる。
【００６５】
なお、複数の残湯サーミスタを用いて「残湯量」を算出する方が精度は良いが、このように貯湯タンク３内において、上方の方が下方より温度が高く貯湯される温度成層型の貯湯タンク３においては、貯湯タンク３の高さ方向において、少なくとも略中央部と底部との間に配設された残湯サーミスタ４０ｄの温度を用いて温度判定するのが望ましい。
【００６６】
続いて、給水温度センサ４５が検出する給水温度、給湯温度センサ４３ａおよび風呂給湯温度センサ４３ｂが検出する給湯温度、給湯流量センサ４７ａおよび風呂給湯流量センサ４７ｂが検出する給湯流量とから給湯熱量演算手段５２が演算して記憶している過去の深夜時間帯における使用湯量に基づいて、当日の「深夜時間帯における湯の使用量」を推定する（ｓｔｅｐ２）。
【００６７】
その後、（ｓｔｅｐ１）で把握した「貯湯しておく必要のある湯量」と「残湯量」に加えて、（ｓｔｅｐ２）で推定した「深夜時間帯における湯の使用量」を用いて、「沸き上げ必要湯量」を把握する（ｓｔｅｐ３）。
【００６８】
なお、貯湯タンク３の天面から湯があると判断した残湯サーミスタまでの高さに基づいて給湯熱量演算手段５２に記憶してある残湯量を、「貯湯しておく必要のある湯量」から差し引き、推定した「深夜時間帯における湯の使用量」を加算することで「沸き上げ必要湯量」を把握できるのである。
【００６９】
次に、ヒートポンプサイクルが、加熱能力をＱ１として沸き上げ運転を行って「沸き上げ必要湯量」を確保する場合の所要時間ｔ１を把握する（ｓｔｅｐ４）。
【００７０】
この所要時間ｔ１から予測される沸き上げ運転完了時刻が、深夜時間帯の終了時刻翌７時に対して所定時間（例えば、１時間）以上早くなるか否かを判定する（ｓｔｅｐ５）。
【００７１】
「沸き上げ必要湯量」が加熱能力Ｑ１に対して適当で、予測される沸き上げ運転完了時刻が深夜時間帯の終了時刻に対して所定時間以上早くなる場合は、ヒートポンプサイクルが加熱能力をＱ１として沸き上げ運転を行う（ｓｔｅｐ６）。
【００７２】
「沸き上げ必要湯量」が加熱能力Ｑ１に対して過大で、予測される沸き上げ運転完了時刻が深夜時間帯の終了時刻に対して所定時間以上早くならない場合は、ヒートポンプサイクルが加熱能力をＱ２として沸き上げ運転を行って「沸き上げ必要湯量」を確保する場合の所要時間ｔ２を把握する（ｓｔｅｐ７）。なお、ここで、加熱能力Ｑ２＞加熱能力Ｑ１である。
【００７３】
この所要時間ｔ２から予測される沸き上げ運転完了時刻が、深夜時間帯の終了時刻翌７時に対して所定時間（例えば、１時間）以上早くなるか否かを判定する（ｓｔｅｐ８）。
【００７４】
「沸き上げ必要湯量」が加熱能力Ｑ２に対して適当で、予測される沸き上げ運転完了時刻が深夜時間帯の終了時刻に対して所定時間以上早くなる場合は、ヒートポンプサイクルが加熱能力をＱ２として沸き上げ運転を行う（ｓｔｅｐ９）。
【００７５】
「沸き上げ必要湯量」が加熱能力Ｑ２に対して過大で、予測される沸き上げ運転完了時刻が深夜時間帯の終了時刻に対して所定時間以上早くならない場合は、ヒートポンプサイクルが加熱能力をＱ３として沸き上げ運転を行う（ｓｔｅｐ１０）。ここで、加熱能力Ｑ３＞加熱能力Ｑ２であり、加熱能力Ｑ３≒定格加熱能力であってもよい。
【００７６】
図１は、一般的なユーザーによるお湯の利用パターンとそれに応じたヒートポンプ給湯装置の沸き上げ運転パターンの一例を示す図である。
【００７７】
従来のヒートポンプ給湯装置と同様に、主に深夜時間帯にヒートポンプによって沸き上げ運転を行って貯湯タンク３に湯を貯めるように制御されるが、深夜時間帯における沸き上げ運転開始時に、図４に示したフローチャートに従って算出される「沸き上げ必要湯量」からヒートポンプの加熱能力をＱ２に決定している。
【００７８】
その結果、深夜時間帯におけるヒートポンプの加熱能力を、定格加熱能力より小さい加熱能力Ｑ２として沸き上げ運転を行っている。
【００７９】
給湯熱量演算手段５２が予測する深夜時間帯における使用湯量が多いほど、ヒートポンプサイクル１の加熱能力は大きくなり、予測する深夜時間帯における使用湯量が少ないほど、ヒートポンプサイクル１の加熱能力は小さく決定され、沸き上げ運転を行うこととなる。
【００８０】
また、ヒートポンプサイクル１の加熱能力が小さいほど、ヒートポンプサイクル１の水冷媒熱交換器５で加熱されて、貯湯タンク３へ供給される湯の沸き上げ温度の目標値は低くなるように設定されている。
【００８１】
図８は、ヒートポンプサイクル１の加熱能力とＣＯＰの関係を示す図である。加熱能力が小さいほどＣＯＰは大きくなる傾向がある。
【００８２】
図１に示した沸き上げ運転パターンの場合では、深夜時間帯における沸き上げ運転に係るＣＯＰをＣＯＰ２（＞ＣＯＰ３）として、高いエネルギー消費効率でヒートポンプによる沸き上げ運転を行っている。
【００８３】
なお、ヒートポンプサイクル１には、冷媒として二酸化炭素を使用していて、高圧側で超臨界状態として動作させているので、高温（例えば、６５〜９０℃）で湯を沸き上げる場合に効率がよい。
【００８４】
また、加熱能力を小さくして沸き上げ運転を行った場合においても、同様に、超臨界状態として冷媒を動作させるので、効率よく高温の湯を生成することができる。
【００８５】
図５は、ヒートポンプサイクルによる沸き上げ運転開始後の出湯温度の経時変化を示す図である。
【００８６】
ヒートポンプサイクルによる沸き上げ運転開始直後には、圧縮機４や水冷媒熱交換器５自体を昇温する必要があり、出湯温度が目標の沸き上げ温度に到達するまでに、一定の時間を要する。
【００８７】
この一定の時間の間、圧縮機４や水冷媒熱交換器５の昇温に伴って両者から放熱をしながらも、ヒートポンプサイクル１の出湯温度は、一時的に中温（例えば、２０〜５０℃程度）を経て目標の沸き上げ温度へと到達していく。
【００８８】
一般に、ヒートポンプサイクル１の加熱能力が小さくなると、前述のようにＣＯＰは向上するが、出湯温度が目標の沸き上げ温度に到達するまでの時間が著しく長くなる。
【００８９】
これは、圧縮機４や水冷媒熱交換器５などの構成部品からの放熱量が、構成部品の温度に依存して、ヒートポンプサイクル１の加熱能力の大きさに依存しないので、加熱能力が小さくなると、加熱能力に対する放熱量の相対割合が大きくなるためである。
【００９０】
ところが、本発明のヒートポンプ給湯装置では、圧縮機４や水冷媒熱交換器５などの構成部品に断熱材を設けて、構成部品から外部への放熱量を極力抑制するので、加熱能力を小さくした場合であっても、沸き上げ運転開始後、短時間で出湯温度を目標の沸き上げ温度に到達させることができる。
【００９１】
さらに、図６に示すように、本発明のヒートポンプ給湯装置では、沸き上げ運転開始時における圧縮機４の回転数を、出湯温度が目標の沸き上げ温度となって定常状態となったときの回転数よりも高くなるように制御し、圧縮機４や水冷媒熱交換器５などの構成部品の温度を短時間で上昇させ、沸き上げ運転開始後、短時間で出湯温度を目標の沸き上げ温度に到達させるようにしている。
【００９２】
このようにすることによって、沸き上げ運転開始後に生成する中温水の量を抑制することができる。
【００９３】
したがって、圧縮機４および水冷媒熱交換器５を断熱することによって、沸き上げ温度に応じて加熱能力を小さくしても、生成する中温水によって貯湯タンク３内の湯温が低下するのを抑制することができるので、湯温が低下して浴槽の湯の追い焚きに要する時間が長くなったり、湯の使用量が多い日に湯切れを発生したりすることなく加熱能力ダウンによるＣＯＰ向上効果を得て、ユーザーの利便性と省エネルギー性とを両立することができる。
【００９４】
また、「沸き上げ必要湯量」に応じて、深夜時間帯の加熱能力を小さくするので、生成する中温水が貯湯タンク３内に予めある湯に与える影響が異なる。
【００９５】
図７は、「沸き上げ必要湯量」ごとの、貯湯タンク３内の温度分布の変化を示す図である。
【００９６】
「沸き上げ必要湯量」が多い場合は、貯湯タンク３内の残湯量が少ないときであって、定格加熱能力で沸き上げ運転を行うので、沸き上げ運転開始時に生成されて、貯湯タンク３内に供給される中温水の量は比較的少ない。
【００９７】
また、貯湯タンク３内の残湯量が少なく、沸き上げ運転開始後、出湯温度が目標の沸き上げ温度となった後に多くの湯を沸き上げて貯湯するので、断熱材で圧縮機４や水冷媒熱交換器５などの構成部品を断熱することによって、抑制される中温水の影響は相対的に小さいものの、断熱材を設けない場合に対して、貯湯タンク３内の温度を高くすることができる。
【００９８】
一方、「沸き上げ必要湯量」が少ない場合は、貯湯タンク３内の残湯量が多いときであって、加熱能力をＱ１に小さくして沸き上げ運転を行うので、沸き上げ運転開始時に中温水が生成し易いが、断熱材で圧縮機４や水冷媒熱交換器５などの構成部品を断熱することによって生成する中温水の量を抑制することができる。
【００９９】
さらに、貯湯タンク３内の残湯量が少なく、沸き上げ運転開始後、出湯温度が目標の沸き上げ温度となった後に、比較的少量の湯しか沸き上げて貯湯せず、中温水の量が相対的に多くなるので、断熱材によって中温水の生成および貯湯タンク３内の湯に与える影響を大きく抑制することができる。その結果、貯湯タンク３内の温度を大幅に高くすることができる。
【０１００】
圧縮機４および水冷媒熱交換器５に断熱材を設けない場合は、図５に示すように、定格加熱能力で沸き上げ運転を行うとき、出湯温度が目標の沸き上げ温度に到達するまでの時間は、断熱材を設ける場合と大きな差はないが、加熱能力を小さくして沸き上げ運転を行う場合は、出湯温度が目標の沸き上げ温度に到達するまでの時間が著しく長くなってしまう。
【０１０１】
貯湯タンク３内の残湯が少ない場合は、定格加熱能力で沸き上げ運転を行うので、中温水の生成量も断熱材を設ける場合より大きく増加することはなく、また、中温水の影響を受ける湯量も少ないので、与える影響が比較的小さいが、貯湯タンク３内の残湯が多い場合は、加熱能力を小さくして沸き上げ運転を行うので、中温水の生成量が断熱材を設けない場合よりも大幅に増加して、さらに、中温水の影響を受ける湯量も多いので、与える影響が非常に大きい。
【０１０２】
したがって、圧縮機４および水冷媒熱交換器５を断熱することによって、貯湯タンク３内の残湯量に応じて加熱能力を小さくしても、生成する中温水によって貯湯タンク３内の湯温が低下するのを抑制することができるので、湯温が低下して浴槽の湯の追い焚きに要
する時間が長くなったり、湯の使用量が多い日に湯切れを発生したりすることなく加熱能力ダウンによるＣＯＰ向上効果を得て、ユーザーの利便性と省エネルギー性とを両立することができる。
【０１０３】
また、図９は、図３とは異なるヒートポンプユニット２ａ内部の正面図および上面図である。
【０１０４】
図３と異なる点は、ファン８が回転することにより空気が流通する送風回路と区画された機械室２００内に、圧縮機４と水冷媒熱交換器５との両方が配設されているところである。
【０１０５】
このようにすることにより、圧縮機４からの放熱を水冷媒熱交換器５で受熱することができるので、沸き上げ運転開始時において、水冷媒熱交換器５の温度を短い時間で上昇させることができ、生成する中温水の量を抑制することができる。
【０１０６】
これによれば、沸き上げ運転開始時において、生成する中温水の量を少なくすることができるので、貯湯タンク３内に予めある湯の温度低下を抑制し、追い焚き性能などを低下させることなく、加熱能力を小さくして、ユーザーの利便性と省エネルギー性とを両立することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１０７】
以上のように、本発明にかかるヒートポンプ給湯装置は、使用者の快適性や利便性を損なうことなく、省エネルギー性に優れているため、家庭用の給湯装置に適用できるほか、熱源と貯湯タンクを有するシステムにおいて業務用などにも適用できる。
【符号の説明】
【０１０８】
１  ヒートポンプサイクル
２ａ  ヒートポンプユニット
２ｂ  貯湯ユニット
３  貯湯タンク
４  圧縮機
５  水冷媒熱交換器
６  減圧手段
７  蒸発器
８  ファン
４０ａ〜４０ｅ  貯湯温度検知手段（残湯サーミスタ）
４３ａ  給湯温度検知手段（給湯温度センサ）
４３ｂ  給湯温度検知手段（風呂給湯温度センサ）
４７ａ  給湯流量検出手段（給湯流量センサ）
４７ｂ  給湯流量検出手段（風呂給湯流量センサ）
５１  制御手段
５２  給湯熱量演算手段
【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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