JP2006023064A - ヒートポンプ式給湯装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 湯の使用時にヒートポンプ装置を運転しての出湯と貯湯タンクからの出湯とを併用する小型化した給湯装置において、更なるエネルギー効率の向上が可能なヒートポンプ式給湯装置を提供すること。
【解決手段】 制御装置１００は、深夜にはヒートポンプ装置２で沸き上げた高温の湯を貯湯タンク１の上部に貯湯し、昼間にはヒートポンプ装置２で沸き上げた中温の湯を貯湯タンク１内の中間部に貯湯し、湯の使用時に貯湯タンク１から出湯するときには、この中間部の中温の湯から出湯する。したがって、貯湯タンク１内への貯湯を全て高温の湯で行なう場合よりエネルギー効率を向上することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ヒートポンプ装置により水を加熱し湯とするヒートポンプ式給湯装置に関する。

従来技術として、下記特許文献１に開示されたヒートポンプ式給湯装置がある。この給湯装置では、湯を使用するときにヒートポンプ熱源機（ヒートポンプ装置）が加熱した湯を直接出湯し、ヒートポンプ熱源機の加熱能力が不足したときには貯湯タンク内の上部から高温の湯を補って設定温度の出湯を行なうようになっている。そして、出湯が完了した後、貯湯タンク内の熱量が設定値以下に減少した場合には、貯湯タンク内の下部の水をヒートポンプ熱源機により沸き上げて高温の湯として上部に戻し貯湯するようになっている。

このように、貯湯タンク内の高温の湯（高温水）とヒートポンプ熱源機から給湯時直接出湯される設定温度に近い比較的低温の湯（中温水）とを適宜併用することにより、貯湯タンクの容量を小さくして、タンク表面からの放熱量低減によるエネルギー効率の向上、および給湯装置の小型化を行なっている。
特開２００３−２７９１３３号公報

一般的にヒートポンプ熱源機は湯の沸き上げ温度（加熱後温度）を低くするほどエネルギー効率が良好となる。しかしながら、上記従来技術の給湯装置では、貯湯タンク内に貯湯するときには、ヒートポンプ熱源機の沸き上げ温度を高くする必要がある。したがって、直接出湯分の湯の沸き上げについては比較的エネルギー効率が良好であるものの、貯湯分の湯の沸き上げについてはエネルギー効率が低下するという問題がある。本発明者らは、この貯湯する湯の沸き上げ温度に着目し、この点を改善すればエネルギー効率向上の余地があることを見出した。

本発明は、上記点に鑑みてなされたものであり、湯の使用時にヒートポンプ装置を運転しての出湯と貯湯タンクからの出湯とを併用する小型化した給湯装置において、更なるエネルギー効率の向上が可能なヒートポンプ式給湯装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、
内部に給湯用の湯を貯える貯湯タンク（１）と、
水を沸き上げて前記湯とするヒートポンプ装置（２）と、
ヒートポンプ装置（２）による沸き上げ温度を、高温と、前記高温より低い中温とに選択的に切り替え制御する制御手段（１００）と、
ヒートポンプ装置（２）により沸き上げられた湯を貯湯タンク（１）内の上部に供給するための第１供給配管（１８）と、
ヒートポンプ装置（２）により沸き上げられた湯を前記貯湯タンク（１）内の上部より低い中間部に供給するための第２供給配管（１９）と、
貯湯タンク（１）内の上部から使用側端末に給湯するための第１給湯配管（２３）と、
貯湯タンク（１）内の中間部から使用側端末に給湯するための第２給湯配管（２４）とを備え、
制御手段（１００）は、
ヒートポンプ装置（２）により沸き上げられた湯を貯湯タンク（１）内に供給するときには、沸き上げ温度が高温の場合には沸き上げた湯を第１供給配管（１８）を介して貯湯タンク（１）内の上部に供給し、沸き上げ温度が中温の場合には沸き上げた湯を第２供給配管（１９）を介して貯湯タンク内の中間部に供給するように切り替えるとともに、
貯湯タンク（１）内から使用側端末に給湯するときには、第１給湯配管（２３）を介した貯湯タンク（１）上部からの給湯より第２給湯配管（２４）を介した貯湯タンク（１）中間部からの給湯を優先的に行なうことを特徴としている。

これによると、貯湯タンク（１）内の中間部にヒートポンプ装置（２）で沸き上げた中温の湯を貯湯し、湯の使用時に貯湯タンク（１）から出湯するときには、この中間部の中温の湯から用いることができる。したがって、貯湯タンク（１）内への貯湯を全て高温の湯で行なう場合よりエネルギー効率を向上することができる。

また、高温の湯の貯湯は第１供給配管（１８）を介して貯湯タンク（１）内の上部に行なわれ、中温の湯の貯湯は第２供給配管（１９）を介して貯湯タンク（１）内の中間部に行なわれる。さらに、貯湯タンク（１）からの出湯時には、第２給湯配管（２４）を介して貯湯タンク（１）内中間部からの中温の湯の出湯が優先的に行なわれ、中温の湯が不足するような場合には第１給湯配管（２３）を介して貯湯タンク（１）内上部から高温の湯の出湯を行なうことができる。

このように高温の湯を貯湯タンク（１）の上部に、中温の湯を貯湯タンク（１）の中間部に貯湯することができ、湯の使用時には中間部の中温の湯から使うことができる。したがって、貯湯時、出湯時に貯湯タンク（１）内に形成される高温、中温の層を乱すことがない。また、中温の湯だけでなく高温の湯も貯湯するので小型の貯湯タンク（１）内に熱量を貯えることができる。

また、請求項２に記載の発明では、第２給湯配管（２４）には、貯湯タンク（１）の中間部から使用側端末への給湯流量を調節する流量調節手段（２５）が設けられていることを特徴としている。

これによると、ヒートポンプ装置（２）により沸き上げられた中温の湯の流量に対し、流量調節手段（２５）が調節する使用側端末への流量が少ない場合には、余剰の中温の湯を貯湯タンク（１）の中間部に貯湯することができる。また、ヒートポンプ装置（２）により沸き上げられた中温の湯の流量に対し、流量調節手段（２５）が調節する使用側端末への流量が多い場合には、貯湯タンク（１）の中間部に貯湯されている中温の湯を出湯し不足分を補うことができる。このように、第２給湯配管（２４）の流量調節手段（２５）により、貯湯タンク（１）中間部への中温の湯の貯湯および中間部からの中温の湯の出湯を切り替えることができる。

また、請求項３に記載の発明では、第２供給配管（１９）の下流端部と第２給湯配管（２４）の上流端部とは共通の配管（２７）として形成され、この共通の配管（２７）が貯湯タンク（１）内の前記中間部に接続していることを特徴としている。

これによると、貯湯タンク（１）への配管接続箇所を低減できるとともに、貯湯タンク（１）中間部への中温の湯の貯湯および中間部からの中温の湯の出湯を共通の配管（２７）を介して行なうことができる。

また、請求項４に記載の発明では、制御手段（１００）は、電力コストもしくは使用側端末への給湯状態に基づいて定まる所定時間帯ではヒートポンプ装置（２）による沸き上げ温度を高温とし、所定時間帯以外ではヒートポンプ装置（２）による沸き上げ温度を中温とするように切り替えることを特徴としている。

これによると、電力コストが比較的高価であったり使用側端末における湯の使用量が多い時間帯にヒートポンプ装置により中温の湯を沸き上げ出湯や貯湯を行ない、電力コストが比較的安価であったり使用側端末における湯の使用量が少ない時間帯にヒートポンプ装置により高温の湯を沸き上げ貯湯を行なうことができる。したがって、電力コストが比較的高価もしくは使用側端末において中温の湯が使用されることが多い時間帯に確実にエネルギー効率を向上させることができる。

また、請求項５に記載の発明では、ヒートポンプ装置（２Ａ）は、湯を沸き上げる能力を変更可能であり、制御手段（１００）は、所定時間帯に高温の湯を沸き上げる場合に対し、所定時間帯以外に中温の湯を沸き上げるときには、ヒートポンプ装置（２Ａ）の沸き上げ能力を上昇することを特徴としている。

これによると、比較的湯の使用が多いときには、ヒートポンプ装置（２Ａ）の沸き上げ能力を上昇して大流量の中温の湯を沸き上げることができる。したがって、湯切れのリスクが低減可能であり、貯湯タンク（１）の更なる小型化が可能である。

また、請求項６に記載の発明では、制御手段（１００）は、前記所定時間帯以外に貯湯タンク（１）内の熱量が不足すると予測した場合には、ヒートポンプ装置（２）により中温の湯を沸き上げ、この中温の湯を第２供給配管（１９）を介して貯湯タンク（１）内の中間部に流入させることを特徴としている。

これによると、電力コストが比較的高価もしくは使用側端末で中温の湯が使用されることが多い時間帯に貯湯タンク（１）内に貯えられた熱量が不足しそうな場合に、ヒートポンプ装置（２）により中温の湯を良好なエネルギー効率で沸き上げ貯湯タンク（１）内に貯えることができる。

また、請求項７に記載の発明では、請求項６に記載の発明において、制御手段（１００）は、ヒートポンプ装置（２）により沸き上げる中温の湯の温度を、貯湯タンク（１）内の不足熱量の予測値に応じて変更することを特徴としている。

これによると、貯湯タンク（１）内の不足熱量が小さいと判断した場合には、ヒートポンプ装置（２）により沸き上げる中温の湯の温度を低くして更にエネルギー効率を向上することができる。

また、請求項８に記載の発明では、制御手段（１００）は、前記所定時間帯にヒートポンプ装置（２）により沸き上げる高温の湯の温度を、使用側端末に給湯される１日分の熱量の予測値に応じて変更することを特徴としている。

これによると、１日分の給湯熱量が小さいと判断した場合には、ヒートポンプ装置（２）により沸き上げる高温の湯の温度を低くして一層エネルギー効率を向上することができる。

なお、上記各手段に付した括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。

以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。

（第１の実施形態）
図１は本実施形態のヒートポンプ式給湯装置の概略構成を示す模式図である。

１は耐食性に優れた金属製（例えばステンレス製）の貯湯タンクであり、外周部に図示しない断熱材が配置されており、給湯用の湯を長時間に渡って保温することができるようになっている。本実施形態の貯湯タンク１は縦長形状であり、その底面には導入口１１が設けられ、この導入口１１には貯湯タンク１内に水道水を導入する給水経路である導入管１２が接続されている。

貯湯タンク１の下部には、貯湯タンク１内の水を吸入するための吸入口１３が設けられ、貯湯タンク１の上部には、貯湯タンク１内に高温の湯を吐出するための上部吐出口１４が設けられている。また、貯湯タンク１の前記上部より低い部位をなす中間部の側面部には、貯湯タンク１内に高温の湯より温度が低い中温の湯を吐出するための中間部吐出口１５が設けられている。

吸入口１３と両吐出口１４、１５とは循環回路１６で接続されており、循環回路１６の一部はヒートポンプ装置２内に配置されている。

循環回路１６のヒートポンプ装置２内に配置された部分には、図示しない熱交換器が設けられており、吸入口１３から吸入した貯湯タンク１内の下部の水を高温冷媒との熱交換により加熱して沸き上げて湯とし、両吐出口１４、１５から貯湯タンク１内に戻すことができるようになっている。

循環回路１６はヒートポンプ装置２の下流側において第１供給配管１８と第２供給配管１９とに分岐しており、第１供給配管１８の下流端は上部吐出口１４に接続され、第２供給配管１９の下流端は中間部吐出口１５に接続されている。そして、循環回路１６の分岐点には、ヒートポンプ装置２で沸き上げた湯の流通経路を第１供給配管１８方向もしくは第２供給配管１９方向に切り替える切替バルブ１７が設けられている。

一方、貯湯タンク１の上部には上部導出口２０が設けられ、貯湯タンク１の中間部には中間部導出口２１が設けられおり、両導出口２０、２１には貯湯タンク１内の湯を導出するための給湯経路である給湯配管２２が接続されている。

給湯配管２２は、上部導出口２０に接続する第１給湯配管２３と中間部導出口２１に接続する第２給湯配管２４とが経路途中で合流する構成をなしており、両給湯配管２３、２４の合流点には、上部導出口２０から導出される高温の湯の量（出湯量）と中間部導出口２１から導出される中温の湯の量（出湯量）との比率を制御するための混合バルブ２５が設けられている。

混合バルブ２５は、第２給湯配管２４を介して使用側端末へ給湯される流量を調節する本実施形態における流量調節手段であると言うことができる。

給湯配管２２には、第１給湯配管２３と第２給湯配管２４との合流点より下流側部に、導入管１２から分岐した給水配管２８の下流端が接続しており、この接続点には、給湯配管２２を流れる湯の量と給水配管２８を介して供給される水の量の比率を制御し、下流側にあるカラン、シャワー、風呂等の使用側端末に送る湯の温度を設定温度とするための混合バルブ２９が設けられている。

図１から明らかなように、本実施形態の給湯装置では、中間部吐出口１５と中間部導出口２１とは共通の１つの口として形成されている。第２供給配管１９と第２給湯配管２４とは貯湯タンク１の外部で接続しており、第２供給配管１９の接続点２６より下流側部と第２給湯配管２４の接続点２６より上流側部とは共通の配管２７として形成され、この共通の配管２７が中間部吐出口１５と中間部導出口２１とをなす口に接続している。

これにより、共通の配管２７を介して貯湯タンク１中間部への貯湯および貯湯タンク１中間部からの出湯を行なうことができるようになっている。

貯湯タンク１の外壁面には、図示しない複数のサーミスタが縦方向に間隔をあけて配置され、貯湯タンク１内の各水位レベルにおける温度情報を後述する制御装置１００に出力するようになっている。

また、各配管経路には、図示しないサーミスタが適宜配設され、各配管を流れる湯もしくは水の温度情報を後述する制御装置１００に出力するようになっている。また、給湯配管２２には図示しない流量カウンタが設けられており、給湯配管２２を流れる湯の流量情報を後述する制御装置１００に出力するようになっている。

図１中の１００は制御手段である制御装置であり、制御装置１００は、図示しないサーミスタからの温度情報、図示しない流量カウンタからの流量情報および図示しない操作盤に設けられた操作スイッチからの信号等に基づいて、後述する手順にしたがってヒートポンプ装置２、各バルブ１７、２５、２９等を制御するように構成されている。

次に、上記構成に基づきヒートポンプ式給湯装置の作動について説明する。

図２および図３は、制御装置１００の全体概略制御動作を示すフローチャートである。

給湯装置に電力供給されているときには、図２に示すように、制御装置１００は、まず、単位時間（本例では１時間）が経過したか否か（ステップＳ１０１）、風呂の湯張りが開始されたか否か（ステップＳ１０２）、追い焚きが開始されたか否か（ステップＳ１０３）、一定流量以上連続出湯しているか否か（ステップＳ１０４）を判断し、いずれかをＹＥＳと判断した場合には、図３に示すステップＳ２０１から実質的な制御をスタートする。

制御装置１００は、図３に示すように、まず、現在の時刻が、電力供給者との時間帯別電灯契約における電気料金が安価な時間帯（本例では２３時〜７時の間の所謂深夜時間帯）であるか否か判断する（ステップＳ２０２）。深夜時間帯であると判断した場合には、過去の湯の使用実績に基づく学習結果として、一日の湯の使用量が多いか否か（使用すると予測される熱量が多いか否か）を判断する（ステップＳ２０３）。

使用されると予測される熱量が多いと判断した場合には、沸き上げ設定温度を高くし（本例では９０℃に設定し）（ステップＳ２０４）、貯湯タンク１内に所定量の高温の湯を沸き上げ完了するまで（ステップＳ２０５）、ヒートポンプ装置２を運転する（ステップＳ２０６）。

このとき、制御装置１００は、切替バルブ１７を制御して循環経路を第１供給配管１８側とする。したがって、図示しない循環ポンプにより吸入口１３から循環回路１６に流入した貯湯タンク１下部の水は、ヒートポンプ装置２により設定温度に加熱された後、上部吐出口１４から貯湯タンク１内に戻り、貯湯タンク１の上部から順次貯湯されていく。

そして、所定量の高温の湯の沸き上げが完了したら、ヒートポンプ装置２の運転を停止し（ステップＳ２０７）、リターンする。

ステップＳ２０３において使用されると予測される熱量が少ないと判断した場合には、沸き上げ設定温度を低くし（本例では６５℃に設定し）（ステップＳ２０８）、貯湯タンク１内に所定量の高温の湯を沸き上げ完了するまで（ステップＳ２０９）、ヒートポンプ装置２を運転する（ステップＳ２１０）。

このとき、ステップＳ２０６の場合と同様に、制御装置１００は、切替バルブ１７を制御して循環経路を第１供給配管１８側とする。したがって、図示しない循環ポンプにより吸入口１３から循環回路１６に流入した貯湯タンク１下部の水は、ヒートポンプ装置２により設定温度に加熱され高温の湯となった後、上部吐出口１４から貯湯タンク１内に戻り、貯湯タンク１の上部から順次貯湯されていく。

そして、所定量の高温の湯の沸き上げが完了したら、ヒートポンプ装置２の運転を停止し（ステップＳ２０７）、リターンする。

すなわち、深夜時間帯には、ステップＳ２０３〜Ｓ２１０のフローに従って、ユーザの一日の湯の使用予測量に基づいて設定された温度の高温の湯を貯湯タンク１の上部から貯湯していく。なお、本例では、一日の湯の使用予測量に基づいて、ヒートポンプ装置２が沸き上げる高温の湯の温度を２段階に切り替え変更したが、３段階以上に切り替え変更するものであってもよいし、連続的に変更するものであってもよい。

制御装置１００は、ステップＳ２０２において深夜時間帯でないと判断した場合には、湯切れのおそれがあるか否か判断する（ステップＳ２１１）。ここで、湯切れの恐れがある場合とは、現時刻から高温の湯の沸き上げを行なう深夜時間帯となるまでの間に、過去の実績に基づく学習結果より使用すると予測される熱量に対し、現時点において貯湯タンク１内の熱量が不足している場合、および風呂の湯張りや追い焚き等により多量の熱量が消費されている場合を言う。

ステップＳ２１１において、湯切れのおそれ有りと判断した場合には、不足すると予測される熱量が大きいか否か判断する（ステップＳ２１２）。不足すると予測される熱量が大きいと判断した場合には、沸き上げ設定温度を高くし（本例では６５℃に設定し）、ヒートポンプ装置２を運転する（ステップＳ２１３）。

そして、必要熱量を確保するまでこれを継続し（ステップＳ２１４）、必要熱量を確保したと判断したらヒートポンプ装置２の運転を停止し（ステップＳ２１５）、リターンする。一方、ステップＳ２１１において、湯切れのおそれ無しと判断した場合には、そのままリターンする。

ステップＳ２１２において不足すると予測される熱量が小さいと判断した場合には、沸き上げ設定温度を低くし（本例では５０℃に設定し）、ヒートポンプ装置２を運転する（ステップＳ２１６）。

そして、必要熱量を確保するまでこれを継続し（ステップＳ２１７）、必要熱量を確保したと判断したらヒートポンプ装置２の運転を停止し（ステップＳ２１５）、リターンする。

すなわち、ステップＳ２１１において湯切れのおそれが有ると判断した場合には、ステップＳ２１２〜Ｓ２１７のフローに従って、予測される不足熱量に基づいて設定された温度の中温の湯を貯湯タンク１の中間部に貯湯していく。なお、本例では、予測される不足熱量に基づいて、ヒートポンプ装置２が沸き上げる中温の湯の温度を２段階に切り替え変更したが、３段階以上に切り替え変更するものであってもよいし、連続的に変更するものであってもよい。

ステップＳ２１３もしくはステップＳ２１６においてヒートポンプ装置２の運転が開始されステップＳ２１５においてヒートポンプ装置２の運転が停止されるまでの間、制御装置１００は、切替バルブ１７を制御して循環経路を第２供給配管１９側とする。したがって、図示しない循環ポンプにより吸入口１３から循環回路１６に流入した貯湯タンク１下部の水は、ヒートポンプ装置２により設定温度に加熱され中温の湯となった後、中間部吐出口１５から貯湯タンク１内に戻り、貯湯タンク１の中間部に貯湯されていく。

中温の湯は貯湯タンク１内の上部に貯められた高温の湯と下部に貯められた水との間に貯湯されていくので、上部から順に高温の湯、中温の湯、水からなる層を乱すことなく貯湯することができる。

なお、このとき、使用側端末において湯が使用されている場合には、制御装置１００は、使用側端末での出湯設定温度に基づいて、混合バルブ２５下流側で出湯設定温度より若干高い温度の湯となるように混合バルブ２５の開度比を制御し、混合バルブ２９の下流側で出湯設定温度の湯となるように混合バルブ２９の開度比を制御する。

したがって、ヒートポンプ装置２により加熱された中温の湯の流量に対し、混合バルブ２５を通過する中温の湯の流量が小さい場合には、混合バルブ２５を通過する中温の湯は第２供給配管１９の接続点２６から第２給湯配管２４に流入し、余剰の中温の湯が共通の配管２７を介して貯湯タンク１内の中間部に貯湯される。

また、ヒートポンプ装置２により加熱された中温の湯の流量に対し、混合バルブ２５を通過する中温の湯の流量が大きい場合には、混合バルブ２５を通過する中温の湯は、第２供給配管１９から接続点２６において第２給湯配管２４に流入する中温の湯に、貯湯タンク１内の中間部に貯湯されていた中温の湯が共通の配管２７を介して接続点２６において補充されたものとなる。

なお、ヒートポンプ装置２は、稼働当初は効率が良好でなく運転を連続すると安定的に効率が良好となる。したがって、ステップＳ２１５において運転を停止するときには、所定時間以上（本例では３０分以上）運転を継続していることを条件とする。

使用側端末において多量の熱量が使用され湯切れのおそれがあると判断してヒートポンプ装置２の運転を開始し、３０分以内に使用側端末における熱量の使用が中止された場合であっても、運転開始後３０分が経過するまではヒートポンプ装置２の運転を継続し、貯湯タンク１の中間部に中温の湯を貯湯する。

ここで、上述の構成および制御フローに基づく本実施形態のヒートポンプ式給湯装置の作動例について図４〜図１０を用いて説明する。なお、図４〜図１０では、湯もしくは水が流通する経路は実線で、流通しない経路は破線で示している。

図４に示すように、深夜時間帯には、安価な深夜電気を用いヒートポンプ装置２により加熱して生成された高温（６５℃〜９０℃）の湯を第１供給配管１８の経路で貯湯タンク１の上部から貯めていく。

そして、図５に示すように、昼間の給湯使用時には、貯湯タンク１の中間部から貯湯された中温の湯を取り出して設定温度と一致するように混合バルブ２９により水と混合し使用する。

しかし、ある程度貯湯タンク１内の湯量が減少した時や風呂湯張り等の連続した出湯時には、ヒートポンプ装置２を稼動させ高効率な中温水（５０℃〜６５℃）を沸き上げ、図６に示すように中温の湯を貯湯タンク１の中間部に貯湯したり、ヒートポンプ装置２による沸き上げ安定後は、図７に示すように、ヒートポンプ装置２が加熱した中温の湯を出湯に用いる。

図８に示すように、ヒートポンプ装置２が加熱した中温水の流量が足りない場合には、貯湯タンク１中間部の中温水も同時に使用される。さらに、貯湯タンク１内の中温水の湯切れ等により湯温が足りない場合には、図９に示すように、混合バルブ２５を調整することにより貯湯タンク１上部の高温水も用いることにより出湯温度も確保する。

また断続出湯等により、ヒートポンプ装置２の沸き上げ運転開始後、短時間で出湯が停止した場合には、図１０に示すように、給湯配管２２には湯が流れなくなるため、貯湯タンク１中間部に中温水が自動的に流入する。そのため使用側端末の出湯が停止してもヒートポンプ装置２が沸かした中温の湯をそのまま貯湯することが出来るため、ヒートポンプ装置２を停止させることなく必要湯量が貯まるまで連続的に稼動させることにより高効率な運転が可能となる。

上述の構成および作動によれば、貯湯タンク１内の中間部にヒートポンプ装置２で沸き上げた中温の湯を貯湯し、湯の使用時に貯湯タンク１から出湯するときには、この中間部の中温の湯から用いることができる。したがって、貯湯タンク１内への貯湯を全て高温の湯で行なう場合よりエネルギー効率を向上することができる。

また、深夜時間帯の高温の湯の貯湯は第１供給配管１８を介して貯湯タンク１内の上部に行なわれ、昼間の中温の湯の貯湯は第２供給配管１９を介して貯湯タンク１内の中間部に行なわれる。さらに、貯湯タンク１からの出湯時には、第２給湯配管２４を介して貯湯タンク１内中間部からの中温の湯の出湯が優先的に行なわれ、中温の湯が不足するような場合には第１給湯配管２３を介して貯湯タンク１内上部から高温の湯の出湯を行なうことができる。

このように高温の湯をバッファとして貯湯タンク１の上部に、中温の湯を主要熱量として貯湯タンク１の中間部に貯湯することができ、湯の使用時には中間部の中温の湯から使うことができる。したがって、貯湯時、出湯時に貯湯タンク１内に形成される高温、中温、水の層を乱すことがない。また、中温の湯だけでなく高温の湯も貯湯するので小型の貯湯タンク１内に熱量を貯えることができる。

従来技術で開示した給湯装置のように貯湯タンクの上部からのみ貯湯を行なうものにおいては、ヒートポンプ装置により沸き上げ時の効率が良好な中温の湯を生成したとしても、貯湯時にタンク内の層を乱し好ましくない。層を乱すことがないように貯湯時には常に高温の湯を生成する必要があり、結局効率を低下させてしまうことになる。

また、本実施形態の構成および作動によれば、ヒートポンプ装置２が中温の湯を沸き上げて使用側端末で出湯が行なわれるときに、ヒートポンプ装置２により沸き上げられた中温の湯の流量に対し、混合バルブ２５が調節する使用側端末への中温の湯の流量が少ない場合には、余剰の中温の湯を貯湯タンク１の中間部に貯湯することができる。

また、ヒートポンプ装置２により沸き上げられた中温の湯の流量に対し、混合バルブ２５が調節する使用側端末への中温の湯の流量が多い場合には、貯湯タンク１の中間部に貯湯されている中温の湯を出湯し不足分を補うことができる。このように、第２給湯配管２４の流量調節手段である混合バルブ２５により、貯湯タンク１中間部への中温の湯の貯湯および中間部からの中温の湯の出湯を切り替えることができる。

また、第２供給配管１９の下流端部と第２給湯配管２４の上流端部とは共通の配管２７として形成され、この共通の配管２７が貯湯タンク１の中間部に接続している。したがって、貯湯タンク１中間部への配管接続箇所を１箇所とすることができるとともに、貯湯タンク１中間部への中温の湯の貯湯および中間部からの中温の湯の出湯を共通の配管２７を介して行なうことができる。

従来、ヒートポンプ装置により高温の湯が生成できないときにだけ、生成してしまう中温の湯を貯湯タンクの中間部の適切な位置に流入させる方法も提案されているが、貯湯タンクの複数箇所に中温の湯の供給配管の下流端を接続し、形成される複数の経路を切り替える手段を設ける必要があり、構造が複雑になるという問題がある。

本実施形態では、中温の湯の供給配管１９の貯湯タンク１への接続箇所は１箇所であり、接続箇所を貯湯タンク１からの給湯用の配管２４と共通化しており、構造は極めてシンプルである。

また、制御装置１００は、昼間ヒートポンプ装置２により沸き上げる中温の湯の温度を、貯湯タンク１内の不足熱量の予測値に応じて変更するとともに、深夜ヒートポンプ装置２により沸き上げる高温の湯の温度を、使用側端末に給湯される１日分の熱量の予測値に応じて変更している。したがって、ヒートポンプ装置２は、昼夜とも極力低温の沸き上げ運転を行なうようになっており、高いエネルギー効率を得ることができる。

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について図１１に基づいて説明する。

本第２の実施形態は、前述の第１の実施形態と比較して、第２供給配管１９と第２給湯配管２４とを個別に貯湯タンク１の中間部に接続した点が異なる。なお、第１の実施形態と同様の部分については、同一の符号をつけ、その説明を省略する。また、制御装置１００の図示を省略する。

図１１に示すように、本実施形態では、中間部吐出口１５および中間部導出口２１は、貯湯タンク１の中間部に別々に設けられ、中間部吐出口１５に第２供給配管１９の下流端が接続し、中間部導出口２１に第２給湯配管２４の上流端が接続している。したがって、本実施形態の給湯装置には第１の実施形態における共通の配管２７が設けられていない。

そして、ヒートポンプ装置２が中温の湯を沸き上げているときに使用側端末で出湯が行なわれる場合には、ヒートポンプ装置２により加熱された中温の湯の流量に対し、混合バルブ２５を通過する中温の湯の流量が小さいときには、余剰の中温の湯（中間部吐出口１５からの吐出量と中間部導出口２１からの導出量の差分）が貯湯タンク１内の中間部に貯湯される。

また、ヒートポンプ装置２により加熱された中温の湯の流量に対し、混合バルブ２５を通過する中温の湯の流量が大きい場合には、貯湯タンク１内の中間部に貯湯されていた中温の湯が中間部導出口２１からの導出時に補充される。

本実施形態の構成によれば、貯湯タンク１中間部への配管接続箇所は１箇所増加するものの、第２供給配管１９と第２給湯配管２４とを接続する必要がないので、配管の形成が容易である。その他の点においては、第１の実施形態と同様の効果が得られる。

（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態について図１２に基づいて説明する。

本第３の実施形態は、前述の第１の実施形態と比較して、ヒートポンプ装置が能力可変タイプである点が異なる。なお、第１の実施形態と同様の部分については、同一の符号をつけ、その説明を省略する。

前述の第１の実施形態におけるヒートポンプ装置２は沸き上げ能力が一定（例えば４．５ｋＷ）であり、沸き上げ温度を変更するときには循環回路１６の流量を変更していたが、図１２に示す本第３の実施形態のヒートポンプ装置２Ａは、沸き上げ能力（出力）を変更できる（例えば、３ｋＷ〜１０ｋＷ）ものとしている。

そして、制御装置１００は、図３に示すフローチャートにしたがって制御を行なう場合、高温の湯を沸き上げるステップＳ２０６、Ｓ２１０を実行するときにはヒートポンプ装置２Ａを比較的低能力（例えば３ｋＷ）で運転し、中温の湯を沸き上げるステップＳ２１３、Ｓ２１６を実行するときにはヒートポンプ装置２Ａを比較的高能力（例えば１０ｋＷ）で運転する。

一般的にヒートポンプ装置は湯の沸き上げ温度が低いときの方がエネルギー効率が高くなるので、同一ヒートポンプ装置において低沸き上げ温度時には同じ消費電力であっても沸き上げ能力を大きくする余地がある（能力を上昇しやすい）。

本実施形態の構成によれば、深夜時間帯以外に湯を沸き上げるときには、ヒートポンプ装置２Ａの沸き上げ能力を必要に応じて上昇して、大流量の中温の湯を沸き上げることができる。

したがって、中温の湯を沸き上げる昼間時等（深夜時間帯以外）は大能力で沸き上げることにより、給湯使用量が比較的多くなる昼間の湯切れリスクを抑えることができる。これにより、バッファとしての貯湯量を低減できるので貯湯タンク１をより小型化することが可能になる。

沸き上げ温度を高くする深夜時間帯は、この間に小型化されたタンクに湯を貯めるだけの能力があれば充分であるため、ヒートポンプ装置２Ａの能力を上げる必要はない。

本実施形態によれば、上記以外の点においては、第１の実施形態と同様の効果が得られる。

（他の実施形態）
上記各実施形態では、電力コストが比較的高価な時間帯にヒートポンプ装置により中温の湯を沸き上げ出湯や貯湯を行ない、電力コストが比較的安価な時間帯にヒートポンプ装置により高温の湯を沸き上げ貯湯を行なって、電力コストが比較的高価な時間帯に確実にエネルギー効率を向上させていたが、使用側端末での湯の使用状態に基づいて中温の湯の沸き上げ時間帯と高温の湯の沸き上げ時間帯とを設定するものであってもよい。

例えば、電力コストが時間帯に寄らず一定の場合であれば、使用側端末における湯の使用量や使用頻度が多い時間帯にヒートポンプ装置により中温の湯を沸き上げ出湯や貯湯を行ない、使用側端末における湯の使用量や使用頻度が少ない時間帯にヒートポンプ装置により高温の湯を沸き上げ貯湯を行なうものであってもよい。これによれば、使用側端末において中温の湯が使用されることが多い時間帯に確実にエネルギー効率を向上させることができる。

本発明を適用した第１の実施形態におけるヒートポンプ式給湯装置の概略構成を示す模式図である。 制御装置１００の全体概略制御動作の一部を示すフローチャートである。 制御装置１００の全体概略制御動作の一部を示すフローチャートである。 第１の実施形態のヒートポンプ式給湯装置の作動例を説明するための模式図である。 第１の実施形態のヒートポンプ式給湯装置の作動例を説明するための模式図である。 第１の実施形態のヒートポンプ式給湯装置の作動例を説明するための模式図である。 第１の実施形態のヒートポンプ式給湯装置の作動例を説明するための模式図である。 第１の実施形態のヒートポンプ式給湯装置の作動例を説明するための模式図である。 第１の実施形態のヒートポンプ式給湯装置の作動例を説明するための模式図である。 第１の実施形態のヒートポンプ式給湯装置の作動例を説明するための模式図である。 本発明を適用した第２の実施形態におけるヒートポンプ式給湯装置の概略構成を示す模式図である。 本発明を適用した第３の実施形態におけるヒートポンプ式給湯装置の概略構成を示す模式図である。

符号の説明

１ 貯湯タンク
２、２Ａ ヒートポンプ装置
１８ 第１供給配管
１９ 第２供給配管
２３ 第１給湯配管
２４ 第２給湯配管
２５ 混合バルブ（流量調節手段）
２７ 共通の配管
１００ 制御装置（制御手段）

Claims (8)

1. 内部に給湯用の湯を貯える貯湯タンク（１）と、
   水を沸き上げて前記湯とするヒートポンプ装置（２）と、
   前記ヒートポンプ装置（２）による沸き上げ温度を、高温と、前記高温より低い中温とに選択的に切り替え制御する制御手段（１００）と、
   前記ヒートポンプ装置（２）により沸き上げられた湯を前記貯湯タンク（１）内の上部に供給するための第１供給配管（１８）と、
   前記ヒートポンプ装置（２）により沸き上げられた湯を前記貯湯タンク（１）内の前記上部より低い中間部に供給するための第２供給配管（１９）と、
   前記貯湯タンク（１）内の前記上部から使用側端末に給湯するための第１給湯配管（２３）と、
   前記貯湯タンク（１）内の前記中間部から前記使用側端末に給湯するための第２給湯配管（２４）とを備え、
   前記制御手段（１００）は、
   前記ヒートポンプ装置（２）により沸き上げられた湯を前記貯湯タンク（１）内に供給するときには、前記沸き上げ温度が前記高温の場合には前記湯を前記第１供給配管（１８）を介して前記貯湯タンク（１）内に供給し、前記沸き上げ温度が前記中温の場合には前記湯を前記第２供給配管（１９）を介して前記貯湯タンク内に供給するように切り替えるとともに、
   前記貯湯タンク（１）内から前記使用側端末に給湯するときには、前記第１給湯配管（２３）を介した給湯より前記第２給湯配管（２４）を介した給湯を優先的に行なうことを特徴とするヒートポンプ式給湯装置。
2. 前記第２給湯配管（２４）には、前記中間部から前記使用側端末への給湯流量を調節する流量調節手段（２５）が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ式給湯装置。
3. 前記第２供給配管（１９）の下流端部と前記第２給湯配管（２４）の上流端部とは共通の配管（２７）として形成され、前記共通の配管（２７）が前記貯湯タンク（１）内の前記中間部に接続していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のヒートポンプ式給湯装置。
4. 前記制御手段（１００）は、電力コストもしくは前記使用側端末への給湯状態に基づいて定まる所定時間帯では前記ヒートポンプ装置（２）による沸き上げ温度を前記高温とし、前記所定時間帯以外では前記ヒートポンプ装置（２）による沸き上げ温度を前記中温とするように切り替えることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１つに記載のヒートポンプ式給湯装置。
5. 前記ヒートポンプ装置（２Ａ）は、湯を沸き上げる能力を変更可能であり、
   前記制御手段（１００）は、前記所定時間帯に高温の湯を沸き上げる場合に対し、前記所定時間帯以外に中温の湯を沸き上げるときには、前記ヒートポンプ装置（２Ａ）の前記能力を上昇することを特徴とする請求項４に記載のヒートポンプ式給湯装置。
6. 前記制御手段（１００）は、前記所定時間帯以外に前記貯湯タンク（１）内の熱量が不足すると予測した場合には、前記ヒートポンプ装置（２）により前記中温の湯を沸き上げ、この中温の湯を前記第２供給配管（１９）を介して前記貯湯タンク（１）内の前記中間部に流入させることを特徴とする請求項４または請求項５に記載のヒートポンプ式給湯装置。
7. 前記制御手段（１００）は、前記ヒートポンプ装置（２）により沸き上げる前記中温の湯の温度を、前記貯湯タンク（１）内の不足熱量の予測値に応じて変更することを特徴とする請求項６に記載のヒートポンプ給湯装置。
8. 前記制御手段（１００）は、前記所定時間帯に前記ヒートポンプ装置（２）により沸き上げる前記高温の湯の温度を、前記使用側端末に給湯される１日分の熱量の予測値に応じて変更することを特徴とする請求項４ないし請求項７のいずれか１つに記載のヒートポンプ給湯装置。

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