(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】圧縮機４と水冷媒熱交換器５とを含むヒートポンプサイクル１と、圧縮機４および／または水冷媒熱交換器５を断熱する断熱材と、水冷媒熱交換器５にて加熱した湯を貯める貯湯タンク３と、制御手段５１とを備え、制御手段５１は、所定の加熱能力で、水冷媒熱交換器５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、水冷媒熱交換器５にて湯水を加熱する所定の温度が高いときより、低いときの方が小さくなるように、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。【選択図】図１
2017067416.tif 000002
【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、
前記圧縮機および／または前記水冷媒熱交換器を断熱する断熱材と、
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、
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、
前記水冷媒熱交換器にて湯水を加熱する前記所定の温度が高いときより、低いときの方が小さくなるように、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または２に記載のヒートポンプ給湯装置。
【請求項４】
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１〜３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９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９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】
「貯湯しておく必要のある湯量」が多いほど「沸き上げ必要熱量」も多くなるので、沸き上げ温度が低い場合は、沸き上げ温度が高い場合に対して、比較的低い加熱能力で沸き上げ運転を行うことが多い。
【００１３】
なお、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、定格加熱能力よりも低い加熱能力でヒートポンプサイクルによる沸き上げ運転を行う場合、沸き上げ運転開始時においてヒートポンプの構成部品である圧縮機や水冷媒熱交換器の温度の上昇が遅く、定格加熱能力で沸き上げ運転を行う場合と比べて、水冷媒熱交換器で加熱されて、貯湯タンクへ供給される湯の温度（出湯温度）が目標の沸き上げ温度（例えば、６５℃）に到達するまでに時間を要してしまう。
【００１７】
そのため、貯湯タンク内に目標の沸き上げ温度に到達していない中温水（例えば、２０〜５０℃）が多く供給され、貯湯タンク内に予めある湯の温度を低下させてしまう。
【００１８】
特に、沸き上げ温度が低い場合には、貯湯タンク内に予めある湯の温度が低いので、高温の湯が著しく減少してしまう、あるいは無くなってしまう。
【００１９】
その結果、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は湯切れを発生したりして、ユーザーの使用性を損なうという課題を有していた。
【００２０】
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】
【００２１】
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、前記圧縮機および／または前記水冷媒熱交換器を断熱する断熱材と、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、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、前記水冷媒熱交換器にて湯水を加熱する前記所定の温度が高いときよ
り、低いときの方が小さくなるように、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。
【００２２】
これによって、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／または水冷媒熱交換器からの放熱を抑制することによって、ヒートポンプサイクルによる沸き上げ温度が低く、加熱能力が小さい場合でも、水冷媒熱交換器の加熱温度を速く上昇させ、水冷媒熱交換器で加熱された湯の温度を、比較的速く目標の沸き上げ温度に到達させることができるので、沸き上げ運転開始後に生成した中温水が、貯湯タンク内に供給されることによる貯湯タンク内に予めある湯の温度の低下を抑制することができる。
【００２３】
すなわち、沸き上げ温度に基づいて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てＣＯＰの向上を図りながらも、貯湯タンク内の湯の温度低下に伴う追い焚き性能の低下や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】
【００２４】
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】
【００２５】
【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８】（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９】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】
【００２６】
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、前記圧縮機および／または前記水冷媒熱交換器を断熱する断熱材と、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、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、前記水冷媒熱交換器にて湯水を加熱する前記所定の温度が高いときより、低いときの方が小さくなるように、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。
【００２７】
これによって、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／または水冷
媒熱交換器からの放熱を抑制することによって、ヒートポンプサイクルによる沸き上げ温度が低く、加熱能力が小さい場合でも、水冷媒熱交換器の加熱温度を速く上昇させ、水冷媒熱交換器で加熱された湯の温度を、比較的速く目標の沸き上げ温度に到達させることができるので、沸き上げ開始後に生成した中温水が貯湯タンク内に供給されることによる貯湯タンク内に予めある湯の温度の低下を抑制することができる。
【００２８】
すなわち、沸き上げ温度に基づいて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てＣＯＰの向上を図りながらも、貯湯タンク内の湯の温度低下に伴う追い焚き性能の低下や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。
【００２９】
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。
【００３０】
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も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。
【００３１】
第３の発明は、特に、第１または２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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
（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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【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される翌日の湯の使用に備えて「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」とから「沸き上げ必要湯量」を把握し、「貯湯しておく必要のある湯量」から沸き上げ温度の目標値を、制御手段５１は決定する（ｓｔｅｐ１）。
【００６２】
次に、ヒートポンプサイクル１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（ｓｔｅｐ２）。
【００６３】
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（ｓｔｅｐ３）。
【００６４】
「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１が加熱能力をＱ１として沸き上げ運転を行う（ｓｔｅｐ４）。
【００６５】
「沸き上げ必要熱量」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１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（ｓｔｅｐ５）。なお、ここで、加熱能力Ｑ２＞加熱能力Ｑ１である。
【００６６】
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（ｓｔｅｐ６）。
【００６７】
「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１が加熱能力をＱ２として沸き上げ運転を行う（ｓｔｅｐ７）。
【００６８】
「沸き上げ必要熱量」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１が加熱能力をＱ３として沸き上げ運転を行う（ｓｔｅｐ８）。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。
【００６９】
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。
【００７０】
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サイクル１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貯湯温度より算出される「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。
【００７１】
その結果、深夜時間帯におけるヒートポンプサイクル１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。そして、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。
【００７２】
図７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。
【００７３】
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サイクル１による沸き上げ運転を行っている。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
図５は、ヒートポンプサイクル１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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
さらに、「沸き上げ温度」が低くなる（例えば、６５℃）と、中温水の温度帯と「沸き上げ温度」との差が小さくなるので、ヒートポンプサイクルが沸き上げ運転を開始して、目標の沸き上げ温度に到達するまでに生成する中温水の量が、「沸き上げ温度」が高い（例えば、８５℃）場合よりも著しく多くなる。
【００８２】
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、加熱能力が低い場合や、「沸き上げ温度」が低い場合であっても、ヒートポンプサイクル１の出湯温度が中温水の温度よりも高く上昇するまでの時間を短縮し、中温水の生成量を大幅に削減することができる。
【００８３】
なお、「沸き上げ温度」が高い場合や、定格加熱能力でヒートポンプサイクル１が沸き上げ運転を行う場合は、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ない場合であっても、中温水の生成量が比較的小さく、断熱材を設けることによる中温水量の
抑制効果は小さい。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
また、図８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。
【００８８】
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。
【００８９】
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。
【００９０】
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】
【００９１】
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】
【００９２】
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
５１  制御手段
１０１  圧縮機断熱材
１０２  水冷媒熱交換器断熱材
２００  機械室
【図１】
2017067416.tif 000003
【図２】
2017067416.tif 000004
【図３】
2017067416.tif 000005
【図４】
2017067416.tif 000006
【図５】
2017067416.tif 000007
【図６】
2017067416.tif 000008
【図７】
2017067416.tif 000009
【図８】
2017067416.tif 000010
【図９】
2017067416.tif 000011