JP2006275363A - ヒートポンプ給湯機 - Google Patents

Abstract

【課題】 貯湯タンクの容量削減が可能であり、コンパクト化に適したヒートポンプ給湯機を提供する。
【解決手段】 ヒートポンプ給湯機１０は、水加熱用のヒートポンプ回路２０と、このヒートポンプ回路２０とは別に設けられた水加熱用の補助電気ヒータ４０と、補助電気ヒータ４０で使用される電気エネルギーを蓄える蓄電池５０と、この蓄電池５０から補助電気ヒータ４０へのエネルギー供給状態を制御する制御装置６０とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、水加熱用のヒートポンプ回路を備えた給湯機に関する。

ヒートポンプ回路（ヒートポンプ加熱器）を備えたヒートポンプ給湯機は、大気の熱を利用することから、電気温水器などの他の一般的な給湯機に比べて、水加熱時におけるエネルギー利用効率が比較的高いことが知られている。

こうしたヒートポンプ給湯機では、ヒートポンプ回路で加熱された温水を貯えるタンク（貯湯タンク）を備えており、ヒートポンプ回路における起動直後から安定状態に達するまでの間の立ち上げ時など、必要に応じて貯湯タンクの温水を用いて給湯を行っている（例えば、特許文献１，２参照）。
特開２００４−２８４７９号公報 特開２００５−１６７５９号公報

従来より、ヒートポンプ給湯機では、貯湯タンクの容量が比較的大きいことが課題となっている。そして、ヒートポンプ給湯機の一般家庭へのさらなる普及のために、比較的狭いスペースにも設置可能となるように、貯湯タンクの小型化が望まれている。
また、上記普及に際しては、契約電力や設備コストの増大を招くことなく、需要電力（デマンド）の低減化に適したヒートポンプ給湯機が望まれている。

本発明は、貯湯タンクの容量削減が可能であり、コンパクト化に適したヒートポンプ給湯機を提供することを目的とする。
また、本発明の別の目的は、需要電力（デマンド）の低減化に適したヒートポンプ給湯機を提供することにある。

本発明のヒートポンプ給湯機は、水加熱用のヒートポンプ回路と、前記ヒートポンプ回路とは別に設けられた水加熱用の補助電気ヒータと、前記補助電気ヒータで使用される電気エネルギーを蓄える蓄電池と、前記蓄電池から前記補助電気ヒータへのエネルギー供給状態を制御する制御装置とを備えることを特徴とする。

このヒートポンプ給湯機によれば、ヒートポンプ回路（ヒートポンプ加熱器）とは別に水加熱用の補助電気ヒータを備えることから、従来に比べて貯湯タンクの容量削減あるいは貯湯タンク全体の削除が可能となる。すなわち、ヒートポンプ回路に比べると電気ヒータのエネルギー効率は低いものの、従来の貯湯タンクの機能の少なくとも一部を、体積エネルギー密度の高い蓄電池の電力を使った補助電気ヒータで補完することで、貯湯タンクの容量削減を達成することができる。

上記の給湯機において、前記補助電気ヒータは、前記ヒートポンプ回路の下流位置に配される構成とすることができる。
この構成により、ヒートポンプ回路で加熱された温水をさらに加熱することが可能となり、ヒートポンプ回路による水の加熱温度（出力温度）の温調精度を向上させることができる。一般に、ヒートポンプ回路のエネルギー効率は被加熱媒体である水の入力温度や出力温度に応じて変化する。

なお、蓄電池は、残存量に応じて昼間電力及び深夜電力を使って電気エネルギーを適宜蓄える。深夜電力を利用して電気エネルギーを蓄えるのがエネルギーコストを抑える上で好ましい。

また、上記の給湯機において、前記ヒートポンプ回路の給湯負荷状況に応じて、前記蓄電池の電気エネルギーが前記ヒートポンプ回路に一時的に供給される構成とすることができる。
この構成により、例えば起動時あるいは高出力時において蓄電池からヒートポンプ回路に電気エネルギーが一時的に供給され、その結果、需要電力（デマンド）の低減化が図られる。

また、上記の給湯機において、前記制御装置は、前記ヒートポンプ回路の運転状態、及び必要給湯能力の少なくとも１つに基づいて、前記蓄電池から前記補助電気ヒータへのエネルギー供給状態を制御する構成とするのが好ましい。

この場合、例えば、前記ヒートポンプ回路における起動直後から安定状態に達するまでの間に、前記蓄電池から前記補助電気ヒータに電気エネルギーが供給される構成とすることができる。また、この間に、前記蓄電池から前記補助電気ヒータに電気エネルギーを供給することなく、貯湯タンク内の湯を優先に出湯する構成とすることもできる。
また、瞬時の給湯が必要な場合に、前記蓄電池から前記補助電気ヒータに電気エネルギーが供給される構成とすることができる。
あるいは、比較的短時間かつ高い給湯能力を要する場合に、前記ヒートポンプ回路の運転中に、前記蓄電池から前記補助電気ヒータに電気エネルギーが供給される構成とすることができる。この際、必要に応じて、前記ヒートポンプ回路の消費エネルギーの一部として前記蓄電池の電気エネルギーが使用される。

また、上記の給湯機においては、前記ヒートポンプ回路で加熱された温水を貯える貯湯タンクをさらに備えており、前記補助電気ヒータは、前記貯湯タンクの下流位置に配される構成とすることができる。
この構成によれば、貯湯タンクからの温水を補助電気ヒータで加熱することが可能となる。その結果、貯湯タンクにおける貯湯温度を従来に比べて低く設定でき、これにより貯湯タンクにおける放熱ロスを抑制することができる。

また、本発明の別のヒートポンプ給湯機は、給湯負荷の増大に伴い一時的ではあるが比較的大きな電力需要に使用される電気エネルギーを蓄える蓄電池を備えることを特徴とする。

このヒートポンプ給湯機において、水加熱用のヒートポンプ回路と、前記ヒートポンプ回路とは別に設けられた水加熱用の補助電気ヒータと、をさらに備え、前記ヒートポンプ回路及び前記補助電気ヒータの負荷状況に応じて、前記ヒートポンプ回路及び前記補助電気ヒータの少なくとも一方に前記蓄電池の電気エネルギーが一時的に供給される構成とすることができる。

本発明のヒートポンプ給湯機によれば、補助電気ヒータを備えた構成により、貯湯タンクの容量を削減し、コンパクト化を図ることができる。

また、本発明のヒートポンプ給湯機によれば、給湯負荷の増大に伴い一時的ではあるが
比較的大きな電力需要に使用される電気エネルギーを蓄える蓄電池を備えた構成により、需要電力（デマンド）の低減化を図ることができる。

以下、本発明の実施の形態例について図面を参照して説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係るヒートポンプ給湯機の全体構成を模式的に示す図である。
図１に示すように、ヒートポンプ給湯機１０は、ヒートポンプ回路２０、貯湯タンク３１、補助電気ヒータ４０、蓄電池５０（バッテリ）、及び制御装置６０等を備えて構成されている。さらに、この給湯機１０は、水あるいは温水の輸送経路として、水の供給源９０と配水部９５とを結ぶ主経路７０と、貯湯タンク３１と主経路７０とを結ぶ補経路７５とを有する。

ヒートポンプ回路２０は、蒸発、圧縮、凝縮、及び膨張の各工程からなるサイクルにより、冷媒の状態変化を利用して複数の物体間で熱の授受を行う回路であり、エネルギー利用効率が比較的高いという利点を有する。本例では、ヒートポンプ回路２０は、大気から熱を汲み上げ、それを熱源として水を加熱する。

具体的に、ヒートポンプ回路２０は、蒸発器２１、圧縮機２２、凝縮器２３、及び減圧弁２４等を有し、これらは冷媒配管を介して順次接続されている。減圧弁２４及び蒸発器２１は、減圧・膨張機能及び吸熱機能を有し、冷媒が蒸発する際、その蒸発熱に相当する熱をサイクル外の熱源（大気）から吸収する。また、圧縮機２２及び凝縮器２３は圧縮機能及び放熱機能を有し、冷媒が凝縮する際、その凝縮熱に相当する熱をサイクル外の熱源（被加熱媒体：水）に与える。凝縮器２３（熱交換器）に、水の供給源９０に接続された主経路７０の一部が配設されており、その凝縮器２３においてヒートポンプ回路２０の冷媒と主経路７０を流れる水との間で熱交換が行われる。ヒートポンプ回路２０の運転状態、及び主経路７０を流れる水の流量は、制御装置６０及び不図示のバルブ等を介して適宜制御される。熱交換器としての凝縮器２３において、冷媒と被加熱媒体の水とは対向して流れてもよく（向流）、並行に流れてもよい（並流）。ヒートポンプ回路２０の冷媒としては、二酸化炭素の他、アンモニア、水、フロン系冷媒などの公知の様々な冷媒が適用可能である。

主経路７０は、ヒートポンプ回路２０で加熱された温水を一時的に貯えるものであり、貯湯タンク３１（リザーバタンク）の他、不図示のポンプやバルブを有している。主経路７０に対する補経路７５の接続位置７０Ａには、温水の流れ方向や流量を調整するための調整弁が配設されている。ヒートポンプ回路２０の運転時において、主経路７０の配管内を水が流れることにより、ヒートポンプ回路２０によってその水が加熱される。すなわち、ヒートポンプ回路２０の凝縮器２３（熱交換器）に、主経路７０の一部が配設されており、その凝縮器２３においてヒートポンプ回路２０の冷媒と主経路７０を流れる水との間で熱交換が行われる。主経路７０を流れる水の流量は、制御装置６０及び不図示のポンプやバルブ等を介して適宜制御される。

また、ヒートポンプ回路２０の凝縮器２３において加熱された主経路７０内の温水は貯湯タンク３１に送られる。そして、必要に応じて、貯湯タンク３１内の温水が、補経路７５を介して主経路７０に送られる。なお、補経路７５は、その一端が貯湯タンク３１に接続されるとともに、その他端が主経路７０に接続されている。本例では、主経路７０に対する補経路７５の接続位置７０Ａは、主経路７０を流れる水の流れ方向に関して、ヒートポンプ回路２０による加熱部（凝縮器２３）の下流位置である。これに限らず、主経路７０に対する補経路７５の接続位置を、主経路７０を流れる水の流れ方向に関して、ヒートポンプ回路２０による加熱部（凝縮器２３）の上流位置とすることも可能である。

補助電気ヒータ４０は、蓄電池５０に蓄えられた電気エネルギーを使用して主経路７０を流れる水（または温水）を加熱するものである。補助電気ヒータ４０の加熱技術には、例えば抵抗加熱法が用いられる。この他に、誘導加熱、マイクロ波加熱など、他の加熱法を用いてもよい。補助電気ヒータ４０の形態としては、例えば、主経路７０を構成するパイプの周囲に電熱体を配した形態や、主経路７０の流路内に電熱体を配した形態などがあげられるが、これに限らず他の形態でもよい。補助電気ヒータ４０の配設位置は、配水部９５（給湯位置）に近づけて配されるのが熱ロスを抑える上で好ましい。本例では、主経路７０を流れる水の流れ方向に関して、ヒートポンプ回路２０に比べて下流でありかつ、主経路７０に対する補経路７５の接続位置７０Ａ（合流位置）の下流の位置に、補助電気ヒータ４０が配設されている。これに限らず、例えば、主経路７０及び補経路７５のそれぞれに補助電気ヒータ４０を配する構成としてもよい。

蓄電池５０としては、二次電池、燃料電池、あるいはこれらの組み合わせたものが好ましく用いられ、さらに蓄積エネルギー密度の高いものが好ましく用いられる。二次電池としては、例えばリチウムイオン電池が用いられる。この他、鉛蓄電池、ニッケル−水素電池、ニッケル−鉄電池、酸化銀−亜鉛電池、ニカド電池、亜鉛−臭素電池など公知の様々な電池が適用可能である。また、燃料電池としては、アルカリ形、りん酸形、溶融炭酸塩形、固体酸化物形、固体高分子形などの公知の様々なものが適用可能である。

また、蓄電池５０は電力供給源９１に接続されており、主に深夜電力を利用して電気エネルギーを蓄える。深夜電力の利用により、エネルギーコストの低減が図られる。さらに、蓄電池５０は、深夜に限らず、蓄電量の減少に応じて、適宜電気エネルギーを蓄える。蓄電池５０の蓄電は、制御装置６０等を介して制御される。

制御装置６０は、ヒートポンプ回路２０における各機器や、ポンプ、バルブを含む各種配管機器等の制御を行って、給湯機１０を統括的に制御するものであり、演算及び制御を行う演算部の他、記憶部、入出力部等を有する。本例では、制御装置６０は、蓄電池５０から補助電気ヒータ４０へのエネルギー供給状態を制御するとともに、必要に応じて、蓄電池５０からヒートポンプ回路２０の圧縮機２２に電気エネルギーを一時的に供給する制御を行う。上記貯湯タンク３１、主経路７０、及び補経路７５には、不図示の温度センサや流量センサ等の計測器が適宜配設されており、制御装置６０は例えばこれらの計測器の計測結果に基づいて上記制御を行う。

ここで、この給湯機１０では、制御装置６０の指令に基づきヒートポンプ回路２０の出力が制御される。具体的には、ヒートポンプ回路２０で必要な出力に応じて、圧縮機２２のモータ部分の回転数が制御される。例えば、ヒートポンプ回路２０において、高出力時には圧縮機２２のモータ部分が高速回転し、低出力時にはそのモータ部分が低速回転する。モータの回転数制御には、例えば、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）、ＰＡＭ（Pulse Amplitude Modulation）、あるいはこれらを組み合わせた制御法等が用いられる。圧縮機２２と電力供給源９１との間には、例えば、電圧・電流・周波数を制御可能なインバータなどの制御器６５が配設される。

また、この給湯機１０では、ヒートポンプ回路２０の給湯負荷状況（負荷変動など）に応じて、蓄電池５０からヒートポンプ回路２０に電気エネルギーが一時的に供給されるようになっている。例えば、ヒートポンプ回路２０の起動時あるいは高出力時などの比較的大きな電力需要が発生する際に、蓄電池５０からヒートポンプ回路２０の圧縮機２２に電気エネルギーが一時的に供給される。こうした蓄電池５０からヒートポンプ回路２０への一時的な電力供給により、給湯機１０の最大需要電力（最大デマンド）の低減が図られる。デマンド管理を適切に行なうことで、契約電力や設備コストの抑制が可能であり、運転コストの低減が図られる。

なお、本例では、デマンド管理における蓄電池５０からの電気エネルギーの供給先をヒートポンプ回路２０としているが本発明はこれに限定されない。他の負荷に対しても同様に、比較的大きな電力需要（ピーク電力需要など）時に、一時的に蓄電池から電気エネルギーを供給することで、より確実に最大需要電力（最大デマンド）の低減が図られる。例えば、補助電気ヒータ４０の電力需要が比較的小さい時には電力供給源９１（商用電力）から補助電気ヒータ４０に電気エネルギーを供給し、それが比較的大きい時には電力供給源９１（商用電力）と蓄電池５０から補助電気ヒータ４０に電気エネルギーを供給する構成としてもよい。商用電力と蓄電池５０の電力との一時的な併用により、給湯機１０の最大需要電力（最大デマンド）の低減が図られる。

さて、上記構成のヒートポンプ給湯機１０では、ヒートポンプ回路２０とは別に水加熱用の補助電気ヒータ４０を備えることから、従来に比べて貯湯タンク３１の容量が少なくて済む。すなわち、従来の貯湯タンクの機能の少なくとも一部を補助電気ヒータ４０の使用で補完することで、貯湯タンク３１の必要容量を少なくすることができる。蓄電池５０から補助電気ヒータ４０へのエネルギーの供給状態（例えば供給タイミング・期間、供給量など）は、ヒートポンプ回路２０の運転状態、及び必要給湯能力の少なくとも１つに基づいて適宜制御される。

実際の給湯利用状況を見ると、全体の給湯利用時間のうちの大部分の時間でヒートポンプ回路２０のみを熱源とした給湯能力があれば十分であり、それよりも高い給湯能力を要する時間の割合は比較的少ない。そのため、必要に応じて、従来の貯湯タンクの機能の少なくとも一部を、体積エネルギー密度の高い蓄電池の電力を使った補助電気ヒータ４０で補完することで、補助電気ヒータ４０の使用によるエネルギー効率の低下を抑えつつ、貯湯タンク３１の容量削減を達成することができる。さらに、従来、最大出湯能力にあわせて過剰なヒートポンプ回路の出力容量を設定しているのに対して、上記補助電気ヒータ４０による補完により、実状にあわせて適性にヒートポンプ回路の出力容量を設定できる。

例えば、上記構成により、同程度の能力を持つ従来のヒートポンプ給湯機に比べて、貯湯タンク３１の必要容量を１／３〜１／５程度にすることができる。また、蓄電方式（蓄電池５０）は、貯湯方式（貯湯タンク３１）に比べて、蓄積エネルギー密度が高く、所定量のエネルギー（熱量）を１／５程度の体積で蓄えることが可能である。
したがって、この給湯機１０によれば、補助電気ヒータ４０を備えた構成により、貯湯タンク３１の容量を削減し、装置全体のコンパクト化を図ることができる。

また、この給湯機１０では、ヒートポンプ回路２０の下流位置、すなわちヒートポンプ回路２０と配水部９５（給湯位置）との間に補助電気ヒータ４０が配設されているから、ヒートポンプ回路２０で加熱された温水を補助電気ヒータ４０でさらに加熱することが可能である。そのため、ヒートポンプ回路２０による水の加熱温度（出力温度）の温調精度を向上させることができる。一般に、ヒートポンプのエネルギー効率としての成績係数（ＣＯＰ：coefficient of performance）は被加熱媒体（本例では水）の入力温度や出力温度に応じて変化する。

さらに、この給湯機１０では、貯湯タンク３１の下流位置、すなわち貯湯タンク３１と配水部９５（給湯位置）との間に補助電気ヒータ４０が配設されているから、貯湯タンク３１から出る温水を補助電気ヒータ４０によって加熱することが可能である。すなわち、貯湯タンク３１における貯湯温度の最適化設定が可能であり、例えば貯湯温度を従来に比べて低く設定できる。貯湯の低温設定は、貯湯タンク３１内と外気との温度差低減につながり、貯湯タンク３１における放熱ロスの抑制に効果的である。

図２は、上記給湯機１０の貯湯時及び／又は蓄電時の様子を示す図である。
また、図３〜図８はそれぞれ、ヒートポンプ回路２０（ＨＰ）、貯湯タンク３１（タンク）、及び補助電気ヒータ４０（ヒータ）の少なくとも１つを熱源として利用した給湯モードの例を示す図である。

図２に示すように、給湯機１０の貯湯時において、制御装置６０（図１参照）は、ヒートポンプ回路２０を運転した状態で、バルブ制御等によって水の供給源９０から主経路７０に水を導入する。ヒートポンプ回路２０の冷媒との熱交換により、主経路７０を流れる水が加熱され、その温水が貯湯タンク３１に貯えられる。比較的安価な深夜電力を利用してヒートポンプ回路２０を運転することにより、エネルギーコストの低減化が図られる。
また、図２に示すように、蓄電池５０の蓄電時において、制御装置は、電力供給源９１から蓄電池５０に電気エネルギーを導入する。比較的安価な深夜電力の利用により、エネルギーコストの低減化が図られる。
給湯機１０の貯湯と蓄電池５０の蓄電とは、同じタイミングで行ってもよく、異なるタイミングで行ってもよい。また、上記貯湯及び蓄電はそれぞれ、深夜に限らず、貯湯量あるいは蓄電量の減少に応じて適宜行われる。

図３は、ヒートポンプ回路２０のみを熱源とする給湯モードを示している。
すなわち、図３のモードにおいて、制御装置は、ヒートポンプ回路２０を運転した状態で、バルブ等の制御によって水の供給源９０から主経路７０に水を導入する。ヒートポンプ回路２０の冷媒との熱交換により、主経路７０を流れる水が加熱され、その温水が配水部９５に送られる。そして、配水部９５から風呂、台所、洗面所などの設備に配水される。このモードは、ヒートポンプ回路２０の能力の範囲（出力制御の範囲）内の給湯能力（給湯に必要な熱量、単位時間あたりの給湯量など）を有している。そして、このモードでは、ヒートポンプ回路２０の立ち上げに所定の時間を要するものの、長時間にわたり持続的かつ安定的に一定範囲内の量の給湯を行うことができる。

図４は、貯湯タンク３１のみを熱源とする給湯モードを示している。
すなわち、図４のモードにおいて、制御装置は、バルブやポンプ等の制御によって貯湯タンク３１から主経路７０に温水を導入する。主経路７０に導入された温水は配水部９５に送られ、配水部９５から風呂、台所、洗面所などの設備に配水される。このモードは、貯湯タンク３１の貯湯能力（貯湯温度及び貯湯容量）に応じた給湯能力を有している。そして、このモードでは、指示から給湯までに要する時間は短く、貯湯タンク３１の貯湯容量の範囲内で持続的に給湯を行うことができる。なお、貯湯タンク３１からの給湯後、貯湯タンク３１への貯湯が適宜行われる。

図５は、ヒートポンプ回路２０と補助電気ヒータ４０とを熱源とする給湯モードを示している。
すなわち、図５のモードにおいて、制御装置は、ヒートポンプ回路２０を運転した状態で、水の供給源９０から主経路７０に水を導入するとともに、蓄電池５０から補助電気ヒータ４０に電気エネルギーを供給する。ヒートポンプ回路２０の冷媒との熱交換により主経路７０を流れる水が加熱されるとともに、さらにその温水が補助電気ヒータ４０によって加熱され、その温水が配水部９５に送られる。このモードは、ヒートポンプ回路２０の能力と補助電気ヒータ４０の能力とを合わせた比較的高い給湯能力を有する。そして、このモードでは、蓄電池５０の蓄電容量の範囲内で持続的に給湯を行うことができる。例えば、このモードは、比較的短時間内かつ高い給湯能力を要する場合に好ましく用いられる。

図６は、貯湯タンク３１と補助電気ヒータ４０とを熱源とする給湯モードを示している。
すなわち、図６のモードにおいて、制御装置は、貯湯タンク３１から主経路７０に温水を導入するとともに、蓄電池５０から補助電気ヒータ４０に電気エネルギーを供給する。主経路７０に導入された温水は補助電気ヒータ４０によって加熱され、その温水が配水部９５に送られる。このモードは、貯湯タンク３１の貯湯能力（温度及び貯湯容量）と補助電気ヒータ４０の能力とを合わせた比較的高い給湯能力を有する。そして、このモードでは、指示から給湯までに要する時間は短く、また、貯湯タンク３１の貯湯容量の範囲内または蓄電池５０の蓄電容量の範囲内で持続的に給湯を行うことができる。例えば、このモードは、瞬時の給湯を要求される場合や、比較的短時間内かつ高い給湯能力を要する場合に好ましく用いられる。

図７は、ヒートポンプ回路２０と貯湯タンク３１とを熱源とする給湯モードを示している。
すなわち、図７のモードにおいて、制御装置は、ヒートポンプ回路２０を運転した状態で、水の供給源９０から主経路７０に水を導入するとともに、貯湯タンク３１から主経路７０に温水を導入する。ヒートポンプ回路２０の冷媒との熱交換により主経路７０を流れる水が加熱されるとともに、主経路７０における接続位置７０Ａ（合流位置）において、ヒートポンプ回路２０で加熱された温水と貯湯タンク３１からの温水とが合流する。その後、その混合した温水が配水部９５に送られる。このモードは、ヒートポンプ回路２０の能力と貯湯タンク３１の貯湯能力（温度及び貯湯容量）とを合わせた比較的高い給湯能力を有する。そして、このモードでは、ヒートポンプ回路２０の立ち上げに所定の時間を要し、また、貯湯タンク３１の貯湯容量の範囲内で持続的に給湯を行うことができる。例えば、このモードは、比較的短時間内かつ高い給湯能力を要する場合に好ましく用いられる。

図８は、ヒートポンプ回路２０と貯湯タンク３１と補助電気ヒータ４０とを熱源とする給湯モードを示している。
すなわち、図８のモードにおいて、制御装置は、ヒートポンプ回路２０を運転した状態で、水の供給源９０から主経路７０に水を導入するとともに、貯湯タンク３１から主経路７０に温水を導入し、さらに蓄電池５０から補助電気ヒータ４０に電気エネルギーを供給する。ヒートポンプ回路２０の冷媒との熱交換により主経路７０を流れる水が加熱されるとともに、主経路７０における接続位置７０Ａ（合流位置）において、ヒートポンプ回路２０で加熱された温水と貯湯タンク３１からの温水とが合流する。その後、その混合した温水が補助電気ヒータ４０によってさらに加熱され、その温水が配水部９５に送られる。このモードは、ヒートポンプ回路２０の能力と貯湯タンク３１の貯湯能力（温度及び貯湯容量）と補助電気ヒータ４０の能力とを合わせた比較的高い給湯能力を有する。そして、このモードでは、ヒートポンプ回路２０の立ち上げに所定の時間を要し、また、貯湯タンク３１の貯湯容量の範囲内または蓄電池５０の蓄電容量の範囲内で持続的に給湯を行うことができる。例えば、このモードは、比較的短時間内かつ高い給湯能力を要する場合に好ましく用いられる。

図１に戻り、制御装置６０は、例えば上記の図３から図８のうちの２種以上の給湯モードを記憶しておき、ヒートポンプ回路２０の運転状態、必要給湯能力（給湯に必要な熱量、積算給湯量など）等に基づいて給湯モードを選択する。なお、実際の使用環境下での給湯負荷パターン（１回の給湯利用時間及び給湯量並びにその頻度など）を予め記録しておき、その記録した情報に基づいて時間軸に沿った給湯モードの使用順序（給湯シーケンス）を定めるのが好ましい。この給湯シーケンスの最適化により、湯切れの防止、並びにエネルギー利用の効率化が図られる。給湯シーケンスの決定は、手動で行ってもよく自動で行ってもよい。自動で行う場合は、例えば、給湯負荷パターンに関する情報を順次記憶しておき、その履歴情報に基づいて給湯シーケンスの決定を行う。さらに、その後の履歴情報に基づいて、既に決定された給湯シーケンスを適宜変更するようにしてもよい。

図９は、給湯シーケンスの一例を示す図であり、横軸は給湯継続時間（分）、縦軸は給湯能力（ｋＷ・リットル／分）である。
図９の給湯シーケンスでは、例えば、瞬時の給湯が要求されかつ必要給湯能力が高い場合（Ｈ１〜Ｈ３）には、貯湯タンク３１と補助電気ヒータ４０とを熱源とする給湯モード（図６参照）が選択される。なお、最も高い給湯能力（Ｈ２〜Ｈ３）の要求は、通常、所定の短時間Ｔ１内であることが事前に確かめられている。

また、必要給湯能力が２番目に高い所定範囲内（Ｈ１〜Ｈ２）であり、その要求が給湯指示開始時点Ｔ０からＴ１を超えて持続する場合には、Ｔ１を超えた時点でヒートポンプ回路２０が起動され、ヒートポンプ回路２０と貯湯タンク３１と補助電気ヒータ４０とを熱源とする給湯モードが選択される（図８参照）。このとき、ヒートポンプ回路２０の給湯能力の上昇（立ち上がり）に応じて、補助電気ヒータ４０の給湯能力（補助電気ヒータ４０への電気エネルギーの供給量）を低下させ、全体の給湯能力を必要給湯能力とほぼ同じに保つ制御が行われる。また、Ｔ２において、補助電気ヒータ４０の給湯能力はゼロとなり、ヒートポンプ回路２０と貯湯タンク３１とを熱源とする給湯モードが選択される（図７参照）。このとき、全体の給湯能力が必要給湯能力とほぼ同じになるように、貯湯タンク３１からの温水の供給量が適宜制御される。そして、Ｔ３において、ヒートポンプ回路２０が安定運転状態となる。２番目に高い給湯能力（Ｈ１〜Ｈ２）の要求は、通常、所定の時間Ｔ４内であることが事前に確かめられている。

また、瞬時の給湯が要求されかつ必要給湯能力が一定値以下である場合（０〜Ｈ１）には、貯湯タンク３１のみを熱源とする給湯モード（図４参照）が選択される。

また、この給湯能力（０〜Ｈ１）の要求が給湯指示開始時点Ｔ０からＴ１を超えて持続して要求される場合には、Ｔ１を超えた時点でヒートポンプ回路２０が起動され、ヒートポンプ回路２０と貯湯タンク３１とを熱源とする給湯モードが選択される（図７参照）。このとき、ヒートポンプ回路２０の給湯能力の上昇（立ち上がり）に応じて、貯湯タンク３１の給湯能力（貯湯タンク３１からの温水供給量）を低下させ、全体の給湯能力を必要給湯能力とほぼ同じに保つ制御が行われる。そして、Ｔ３において、ヒートポンプ回路２０が安定運転状態となると、貯湯タンク３１の給湯能力はゼロとなり、ヒートポンプ回路２０のみを熱源とする給湯モードが選択される（図３参照）。この給湯能力（０〜Ｈ１）の要求に対して、給湯機１０では、ヒートポンプ回路２０のみを熱源として、Ｔ４を超えて長時間にわたり持続的かつ安定的に給湯が行われる。

なお、上記した給湯シーケンスは一例であり本発明はこれに限定されない。給湯シーケンスは、実際の給湯利用状況に応じて様々なパターンに変形されうる。また、給湯機１０では、貯湯量あるいは蓄電量の減少に応じて貯湯タンク３１の貯湯や蓄電池５０蓄電が適宜行われる。さらに、給湯機１０では、ヒートポンプ回路２０の負荷変動に応じて、蓄電池５０からヒートポンプ回路２０（圧縮機２２）に電気エネルギーが一時的に供給され、これにより需要電力（デマンド）の低減が図られる。

図１０及び図１１は、図１のヒートポンプ給湯機１０の変形例を示している。なお、図１０及び図１１において、図１と同様の機能を有する構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略または簡略化する。

図１０のヒートポンプ給湯機１１０は、ヒートポンプ回路２０で加熱された温水を貯湯タンク３１（リザーバタンク）に供給するための経路（予備回路３０）を、主経路７０とは別に設けた構成となっている。この給湯機１１０によれば、出湯制御の柔軟性の向上を図ることができる。

図１１のヒートポンプ給湯機１００は、図１のヒートポンプ給湯機１０の貯湯タンク３１を削除した構成となっている。例えば、要求される給湯能力が比較的低い場合などにおいて、こうした構成が採用される。この給湯機１００によれば、貯湯タンク３１の削除により、装置全体のコンパクト化をさらに図ることができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明の実施の形態に係るヒートポンプ給湯機の全体構成を模式的に示す図である。 ヒートポンプ給湯機の貯湯時及び／又は蓄電時の様子を示す図である。 ヒートポンプ回路のみを熱源とする給湯モードを示す図である。 貯湯タンクのみを熱源とする給湯モードを示す図である。 ヒートポンプ回路と補助電気ヒータとを熱源とする給湯モードを示す図である。 貯湯タンクと補助電気ヒータとを熱源とする給湯モードを示す図である。 ヒートポンプ回路と貯湯タンクとを熱源とする給湯モードを示す図である。 ヒートポンプ回路と貯湯タンクと補助電気ヒータとを熱源とする給湯モードを示す図である。 給湯シーケンスの一例を示す図である。 図１のヒートポンプ給湯機の変形例を示す図である。 図１のヒートポンプ給湯機の変形例を示す図である。

符号の説明

１０…ヒートポンプ給湯機、２０…ヒートポンプ回路、２１…蒸発器、２２…圧縮機、２３…凝縮器、２４…減圧弁、３１…貯湯タンク、４０…補助電気ヒータ、５０…蓄電池、６０…制御装置、６５…制御器、７０…主経路、７０Ａ…接続位置（合流位置）、７５…補経路、９０…水の供給源、９１…電力供給源、９５…配水部（給湯位置）。

Claims (10)

1. 水加熱用のヒートポンプ回路と、
   前記ヒートポンプ回路とは別に設けられた水加熱用の補助電気ヒータと、
   前記補助電気ヒータで使用される電気エネルギーを蓄える蓄電池と、
   前記蓄電池から前記補助電気ヒータへのエネルギー供給状態を制御する制御装置とを備えることを特徴とするヒートポンプ給湯機。
2. 前記補助電気ヒータは、前記ヒートポンプ回路の下流位置に配されることを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ給湯機。
3. 前記ヒートポンプ回路の給湯負荷状況に応じて、前記蓄電池の電気エネルギーが前記ヒートポンプ回路に一時的に供給され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給湯機。
4. 前記制御装置は、前記ヒートポンプ回路の運転状態、及び必要給湯能力の少なくとも１つに基づいて、前記蓄電池から前記補助電気ヒータへのエネルギー供給状態を制御することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のヒートポンプ給湯機。
5. 前記ヒートポンプ回路における起動直後から安定状態に達するまでの間に、前記蓄電池から前記補助電気ヒータに電気エネルギーが供給されることを特徴とする請求項４に記載のヒートポンプ給湯機。
6. 瞬時の給湯が必要な場合に、前記蓄電池から前記補助電気ヒータに電気エネルギーが供給されることを特徴とする請求項４に記載のヒートポンプ給湯機。
7. 比較的短時間かつ高い給湯能力を要する場合に、前記ヒートポンプ回路の運転中に、前記蓄電池から前記補助電気ヒータに電気エネルギーが供給されることを特徴とする請求項４に記載のヒートポンプ給湯機。
8. 前記ヒートポンプ回路で加熱された温水を貯える貯湯タンクをさらに備えており、
   前記補助電気ヒータは、前記貯湯タンクの下流位置に配されることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載のヒートポンプ給湯機。
9. 給湯負荷の増大に伴い一時的ではあるが比較的大きな電力需要に対して使用される電気エネルギーを蓄える蓄電池を備えることを特徴とするヒートポンプ給湯機。
10. 水加熱用のヒートポンプ回路と、前記ヒートポンプ回路とは別に設けられた水加熱用の補助電気ヒータと、をさらに備え、
    前記ヒートポンプ回路及び前記補助電気ヒータの負荷状況に応じて、前記ヒートポンプ回路及び前記補助電気ヒータの少なくとも一方に前記蓄電池の電気エネルギーが一時的に供給されることを特徴とする請求項９に記載のヒートポンプ給湯機。
    

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