JP2009287898A - ヒートポンプ式温水熱利用システム - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の課題は、熱効率に秀でるヒートポンプの特性を十分に生かすことができる温水循環暖房システムを提供することにある。
【解決手段】ヒートポンプ式温水熱利用システム１０は、温水を溜めるタンク２と、温水の持つ熱を給湯または暖房に利用する熱利用手段３，４と、蒸気圧縮式のヒートポンプ１と、第１循環ポンプ５１と、制御部７とを備える。第１循環ポンプは、タンクからヒートポンプへと温水を流し、ヒートポンプから再びタンクへと温水を戻す。そして、ヒートポンプは、圧縮機１２、放熱器１３、膨張機構１５および蒸発器１１を有する。また、ヒートポンプは、放熱器から放出する熱によって、タンクから流れてくる温水を加熱する。制御部は、タンクの内部において、高温水が占める第１領域Ｚｈと低温水が占める第２領域Ｚｌとの境界Ｌが、所定の高さ範囲に入るように圧縮機の制御を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、建物に温水を循環させて暖房を行う暖房システム、または、給湯用の温水を供給する給湯システムに関する。

従来、ボイラや電気ヒータにより温水を生成し、その温水を建物内の各室に設けられたラジエタに循環させて建物の暖房を行う温水循環暖房システムが、ヨーロッパ等の寒冷地を中心に普及している。例えば、特許文献１に開示されている空調システムでは、冷温水を供給する冷温水供給手段が住宅の屋外や地下に設置され、各室に設けられている熱交換器や床暖房装置に温水が供給され、室内の暖房を行うことができるようになっている（特許文献１参照）。
特開平１０−２６６３５１号公報

建物において温水を循環させて暖房を行う温水循環暖房システムで、ボイラや電気ヒータなどと較べたときのヒートポンプのメリットである熱効率の高さを生かして、温水を生成するための熱源としてヒートポンプを採用するというニーズがある。

本発明の課題は、熱効率に秀でるヒートポンプの特性を十分に生かすことができる温水循環暖房システムを提供することにある。

第１発明に係るヒートポンプ式温水熱利用システムは、温水を溜めるタンクと、温水の持つ熱を給湯または暖房に利用する熱利用手段と、温水を加熱するための蒸気圧縮式のヒートポンプと、第１循環ポンプと、ヒートポンプと第１循環ポンプとを制御する制御部とを備える。第１循環ポンプは、タンクからヒートポンプへと温水を流し、ヒートポンプから再びタンクへと温水を戻す。そして、ヒートポンプは、圧縮機、放熱器、膨張機構および蒸発器を有する。また、ヒートポンプは、放熱器から放出する熱によって、タンクから流れてくる温水を加熱する。制御部は、タンクの内部において、高温水が占める第１領域と低温水が占める第２領域との境界が、所定の高さ範囲に入るように圧縮機の制御を行う。

本発明では、ヒートポンプを利用してタンク内の水を温めることにより蓄熱を行っている。そして、タンク内のヒートポンプにより温められた水である温水の熱を、熱利用手段を用いることにより給湯または暖房に利用している。このときに、タンク内の水は、高温水が占める第１領域と、低温水が占める第２領域とに仮想的に分割することができ、第１領域と第２領域との境界が所定の高さ範囲に入るように、制御部が圧縮機の制御を行っている。

したがって、本発明では、少なくともタンクの下部の領域を低温水が占める第２領域にすることができる。このため、ヒートポンプは、低温水と熱交換しやすい状態とすることができるため、高温水と熱交換するよりも効率よく熱交換することができる。これにより、ヒートポンプの熱交換効率を向上させることができる。

第２発明に係るヒートポンプ式温水熱利用システムは、第１発明に係るヒートポンプ式温水熱利用システムであって、第１循環ポンプは、タンクの第２領域にある温水をヒートポンプへ流し、加熱されて高温になった温水をタンクの第１領域に戻す。

本発明では、第１循環ポンプが、タンクの第２領域にある低温水をヒートポンプへ流し、ヒートポンプにより加熱されて高温になった温水をタンクの高温水のある第１領域に戻している。したがって、タンク内部の温水のうちで低温の温水をヒートポンプに送って加熱することができる。これにより、ヒートポンプによる高温の温水を生み出すための熱交換効率を良くすることができ、ヒートポンプの消費エネルギーを抑えることができる。

第３発明に係るヒートポンプ式温水熱利用システムは、第１発明または第２発明に係るヒートポンプ式温水熱利用システムであって、制御部は、境界が所定の高さ範囲の下限を下回った場合に、圧縮機を最小回転数で駆動させる緊急低能力制御を行う。

本発明では、制御部が、高温水が占める第１領域と低温水が占める第２領域との境界が所定の高さ範囲の下限を下回った場合に、圧縮機の駆動回転数を最小回転数で駆動させる緊急低能力制御を行う。すなわち、タンクの下部の第２領域の割合が減ることによりタンク内部（主にタンク下部）の低温水の領域が小さくなると、制御部が圧縮機の駆動回転数を最小回転数で駆動させる。

したがって、タンク内部の低温水の領域である第２領域の割合が減りつつある場合に、第２領域の割合が減少することを防ぐことができる。このため、タンク内部の第２領域を確保することができ、ヒートポンプによるタンク内部の水への熱交換効率を高く維持することができる。

第４発明に係るヒートポンプ式温水熱利用システムは、第３発明に係るヒートポンプ式温水熱利用システムであって、第１温度センサをさらに備える。第１温度センサは、タンクに設けられ、所定の高さ範囲の下限の温度を第１温度として検出する。制御部は、第１温度センサが検出する第１温度に基づいて、境界が所定の高さ範囲の下限にあるか否かを判定する。

本発明では、第１温度センサが、所定の高さ範囲の下限、すなわち第２領域が最小限になった場合の上限、の温度を第１温度として検出している。そして、制御部が、検出された第１温度に基づいて第２領域の範囲が最小限になっているか否かを判定している。

したがって、タンク内部の低温水を第２領域の範囲の最小限の範囲に、少なくとも占めるような状態に保つことができ、第２領域の割合を確保することができる。このため、タンク内部の第２領域を確保することができ、ヒートポンプによるタンク内部の水への熱交換効率を高く維持することができる。

第５発明に係るヒートポンプ式温水熱利用システムは、第３発明または第４発明に係るヒートポンプ式温水熱利用システムであって、制御部は、緊急低能力制御を行った後に境界が所定の高さ範囲に入った場合に、緊急低能力制御を行う直前の圧縮機回転数よりも第１所定圧縮機回転数だけ上げた第１圧縮機回転数になるように圧縮機の制御を行う。

本発明では、制御部が、緊急低能力制御を行った後に境界が所定の高さ範囲に戻った場合に、緊急低能力制御を行う直前のヒートポンプの能力が熱量負荷よりも大きかったと判断し、緊急低能力制御を行う直前の圧縮回転数よりも第１所定圧縮機回転数だけ下げた第１圧縮機回転数になるように圧縮機の能力を落とした制御を行う。

したがって、第１領域と第２領域との境界が所定の高さ範囲に入っている理想状態の場合の、ヒートポンプの能力を消費されている熱量負荷に近づけることができる。このため、ヒートポンプの能力を熱量負荷に最適なものにでき、無駄にヒートポンプの能力を費やすことを防ぐことができる。これにより、ヒートポンプの消費エネルギーを抑えることができる。

第６発明に係るヒートポンプ式温水熱利用システムは、第１発明から第５発明のいずれかに係るヒートポンプ式温水熱利用システムであって、制御部は、境界が所定の高さ範囲の上限を上回った場合に、圧縮機を最大回転数で駆動させる緊急沸き上げ制御を行う。

本発明では、制御部が、高温水が占める第１領域と低温水が占める第２領域との境界が所定の高さ範囲の上限を上回った場合に、圧縮機の駆動回転数を最大回転数で駆動させる緊急低能力制御を行う。すなわち、タンクの下部の第２領域の割合が増えるによりタンク内部（主にタンク下部）の低温水の領域が大きくなると、制御部が圧縮機の駆動回転数を最大回転数で駆動させる。

したがって、タンク内部の低温水の領域である第２領域の割合が増えつつある場合に、第１領域の割合が減少することを防ぐことができる。このため、タンク内部の第１領域を確保することができ、利用者に供給する熱源としての高温水を確保することができる。これにより、暖房能力の低下、または、給湯熱量の不足などを防ぐことができる。

第７発明に係るヒートポンプ式温水熱利用システムは、第６発明に係るヒートポンプ式温水熱利用システムであって、第２温度センサをさらに備える。第２温度センサは、タンクに設けられ、所定の高さ範囲の上限の温度を第２温度として検出する。制御部は、第２温度センサが検出する第２温度に基づいて、境界が所定の範囲の上限にあるか否かを判定する。

本発明では、第２温度センサが、所定の高さ範囲の上限、すなわち第２領域が最大限になった場合の上限、の温度を第２温度として検出している。そして、制御部が、検出された第２温度に基づいて第２領域の範囲が最大限になっているか否かを判定している。

したがって、タンク内部の高温水を第１領域の範囲の最小限の範囲に、少なくとも占めるような状態に保つことができ、第１領域の割合を確保することができる。このため、利用者に供給する熱源としての高温水を確保することができ、暖房能力の低下、または、給湯熱量の不足などを防ぐことができる。

第８発明に係るヒートポンプ式温水熱利用システムは、第６発明または第７発明に係るヒートポンプ式温水熱利用システムであって、制御部は、緊急沸き上げ制御を行った後に境界が所定の高さ範囲に入った場合に、緊急沸き上げ制御を行う直前の圧縮機回転数よりも第２所定圧縮機回転数だけ下げた第２圧縮機回転数になるように圧縮機の制御を行う。

本発明では、制御部が、緊急沸き上げ能力制御を行った後に境界が所定の高さ範囲に戻った場合に、緊急沸き上げ能力制御を行う直前のヒートポンプの能力が熱量負荷よりも小さかったと判断し、緊急沸き上げ能力制御を行う直前の圧縮回転数よりも第２所定圧縮機回転数だけ下げた第２圧縮機回転数になるように圧縮機の能力を落とした制御を行う。

したがって、第１領域と第２領域との境界が所定の高さ範囲に入っている理想状態の場合の、ヒートポンプの能力を消費されている熱量負荷に近づけることができる。このため、ヒートポンプの能力を熱量負荷に最適なものにでき、利用者が利用している給湯または暖房にかかる熱量負荷に対してヒートポンプの能力を不足しないようにすることができる。

第９発明に係るヒートポンプ式温水熱利用システムは、第１発明または第２発明に係るヒートポンプ式温水熱利用システムであって、制御部は、境界が所定の高さ範囲にある場合に、熱利用手段による熱負荷と、ヒートポンプによるヒートポンプ能力との差が一定になるように、圧縮機の制御を行う。

本発明では、熱利用手段による熱負荷と、ヒートポンプによるヒートポンプ能力との差が一定となるように、制御部が圧縮機の制御を行っている。したがって、常に、熱利用手段により利用されている熱量に応じて、ヒートポンプの能力を調整することができる。このため、熱利用手段により利用されている熱量に対して、過不足がないようにヒートポンプの能力を調整することができる。これにより、タンク内の熱量が不足することを防ぎつつ、消費エネルギーを抑えることができる。

第１０発明に係るヒートポンプ式温水熱利用システムは、第１発明から第９発明のいずれかに係るヒートポンプ式温水熱利用システムであって、熱利用手段は、少なくとも建物の居室で利用される暖房設備である。また、熱利用手段は、居室内放熱器と第２循環ポンプとを有する。居室内放熱器は、温水の持つ熱を居室の室内空気に放熱させる。第２循環ポンプは、タンクから居室内放熱器へと温水を流し、居室内放熱器で放熱を行った温水を再びタンクへと戻す。

本発明では、ヒートポンプにより蓄積した熱量を、少なくとも建物の居室内を暖房する暖房機器に利用している。したがって、このような温水循環暖房システムにおいても、すくなくとも暖房負荷に対してヒートポンプの能力を過不足が無いように最適に制御することができる。

第１発明に係るヒートポンプ式温水熱利用システムでは、少なくともタンクの下部の領域を低温水が占める第２領域にすることができる。このため、ヒートポンプは、低温水と熱交換しやすい状態とすることができるため、高温水と熱交換するよりも効率よく熱交換することができる。これにより、ヒートポンプの熱交換効率を向上させることができる。

第２発明に係るヒートポンプ式温水熱利用システムでは、タンク内部の温水のうちで低温の温水をヒートポンプに送って加熱することができる。これにより、ヒートポンプによる高温の温水を生み出すための熱交換効率を良くすることができ、ヒートポンプの消費エネルギーを抑えることができる。

第３発明に係るヒートポンプ式温水熱利用システムでは、タンク内部の低温水の領域である第２領域の割合が減りつつある場合に、第２領域の割合が減少することを防ぐことができる。このため、タンク内部の第２領域を確保することができ、ヒートポンプによるタンク内部の水への熱交換効率を高く維持することができる。

第４発明に係るヒートポンプ式温水熱利用システムでは、タンク内部の低温水を第２領域の範囲の最小限の範囲に、少なくとも占めるような状態に保つことができ、第２領域の割合を確保することができる。このため、タンク内部の第２領域を確保することができ、ヒートポンプによるタンク内部の水への熱交換効率を高く維持することができる。

第５発明に係るヒートポンプ式温水熱利用システムでは、第１領域と第２領域との境界が所定の高さ範囲に入っている理想状態の場合の、ヒートポンプの能力を消費されている熱量負荷に近づけることができる。このため、ヒートポンプの能力を熱量負荷に最適なものにでき、無駄にヒートポンプの能力を費やすことを防ぐことができる。これにより、ヒートポンプの消費エネルギーを抑えることができる。

第６発明に係るヒートポンプ式温水熱利用システムでは、タンク内部の低温水の領域である第２領域の割合が増えつつある場合に、第１領域の割合が減少することを防ぐことができる。このため、タンク内部の第１領域を確保することができ、利用者に供給する熱源としての高温水を確保することができる。これにより、暖房能力の低下、または、給湯熱量の不足などを防ぐことができる。

第７発明に係るヒートポンプ式温水熱利用システムでは、タンク内部の高温水を第１領域の範囲の最小限の範囲に、少なくとも占めるような状態に保つことができ、第１領域の割合を確保することができる。このため、利用者に供給する熱源としての高温水を確保することができ、暖房能力の低下、または、給湯熱量の不足などを防ぐことができる。

第８発明に係るヒートポンプ式温水熱利用システムでは、第１領域と第２領域との境界が所定の高さ範囲に入っている理想状態の場合の、ヒートポンプの能力を消費されている熱量負荷に近づけることができる。このため、ヒートポンプの能力を熱量負荷に最適なものにでき、利用者が利用している給湯または暖房にかかる熱量負荷に対してヒートポンプの能力を不足しないようにすることができる。

第９発明に係るヒートポンプ式温水熱利用システムでは、常に、熱利用手段により利用されている熱量に応じて、ヒートポンプの能力を調整することができる。このため、熱利用手段により利用されている熱量に対して、過不足がないようにヒートポンプの能力を調整することができる。これにより、タンク内の熱量が不足することを防ぎつつ、消費エネルギーを抑えることができる。

第１０発明に係るヒートポンプ式温水熱利用システムでは、すくなくとも暖房負荷に対してヒートポンプの能力を過不足が無いように最適に制御することができる。

以下、本発明の暖房給湯装置１０を図示の実施の形態により詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施の形態の暖房給湯装置１０の構成を示す概略図である。

暖房給湯装置１０は、ヒートポンプユニット１、貯湯タンク２、給湯配管３、および暖房用循環回路４を備えている。なお、本実施形態において給湯配管３は一例であり、暖房用循環回路４は循環回路の一例である。

＜ヒートポンプユニットおよび貯湯タンク＞
（１）ヒートポンプユニット
ヒートポンプユニット１は、冷媒回路１６を有しており、貯湯タンク２から送られてくる水を沸き上げて温水にする。冷媒回路１６は、主として、圧縮機１２と、放熱器としての水熱交換器１３と、膨張機構としての電動膨張弁１５と、蒸発器１１とを順に接続して構成される。なお、この冷媒回路１６には、冷媒としてＣＯ₂冷媒を利用している。

圧縮機１２は、運転容量を可変することが可能な容量可変型の圧縮機であり、本実施形態において、インバータにより回転数が制御されるモータによって駆動される。

水熱交換器１３は、冷媒の凝縮器として機能する熱交換器である。水熱交換器１３は、圧縮機１２において圧縮された高温高圧のガス冷媒を、沸き上げ用循環ポンプ５１から送られてくる低温水と熱交換させる（低温水に放熱する）ことで凝縮させる。また、水熱交換器１３は、そのガス側が圧縮機１２の吐出側に接続され、その液側が電動膨張弁１５に接続されている。

電動膨張弁１５は、蒸発器１１の液側と接続され、蒸発器１１内を流れる冷媒の圧力や流量などの調節を行う。

蒸発器１１は、伝熱管と多数のフィンとにより構成されたクロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器であり、屋外の空気と熱交換を行い、流入してくる液冷媒を蒸発させる。

また、ヒートポンプユニット１は、ユニット内に室外空気を吸入して、蒸発器１１において冷媒と熱交換させた後に、熱交換後の空気を室外に排出するための送風ファンとしての室外ファン１７を有している。この室外ファン１７は、蒸発器１１に供給する空気の風量を可変することが可能なファンである。

（２）貯湯タンク
貯湯タンク２は、ヒートポンプユニット１で加熱された温水を貯える。貯湯タンク２には、複数の異なる高さ位置において温水の温度を計測する目的で、複数の温度センサであるタンクサーミスタ２ａ〜２ｄが設けられている（図２参照）。貯湯タンク２内の温水は、自然と、上部が高温、下部が低温となる。このように、貯湯タンク２内の温水は、上部の高温水領域Ｚｈと、下部の低温水領域Ｚｌとに分けられる。なお、タンクサーミスタ２ａは貯湯タンク２の最下部から容積に換算して２割の高さ付近に設置され、タンクサーミスタ２ｂは貯湯タンク２の最下部から容積に換算して４割の高さ付近に設置され、タンクサーミスタ２ｃは貯湯タンク２の最下部から容積に換算して６割の高さ付近に設置され、タンクサーミスタ２ｄは貯湯タンク２の最下部から容積に換算して８割の高さ付近に設置される。そして、タンクサーミスタ２ａが設置される高さ（すなわち、貯湯タンク２の最下部から２割の容積）を低温水領域の下限Ｌｄとし、タンクサーミスタ２ｂが設置される高さ（すなわち、貯湯タンク２の最下部から４割の容積）を低温水領域Ｚｌの上限Ｌｕとするように、後述するヒートポンプ能力最適制御が行われる。また、タンクサーミスタ２ａ〜２ｄは、貯湯タンク２内の各部の温水の温度を検出し、その温度を示す信号を制御部７に送る。特に、貯湯タンク２内の低温水領域Ｚｌの温水の温度を示すタンクサーミスタ２ａが検出する信号は、圧縮機１２および沸き上げ用循環ポンプ５１のＯＮ／ＯＦＦ制御に使用される。つまり、制御部７は、貯湯タンク２内の低温水領域Ｚｌの温水の温度、リモコンなどの操作手段により設定される給湯の設定温度や暖房の設定温度、および給湯負荷や暖房負荷に基づいて、圧縮機１２および沸き上げ用循環ポンプ５１のＯＮ／ＯＦＦ制御する。

また、貯湯タンク２内の上下方向の中央部付近には、ヒータ６が配置されている。このヒータ６は、電気ヒータであり、貯湯タンク２内の温水の温度を上げる必要があり、かつ、ヒートポンプユニット１の加熱能力だけでは所望の温水の温度上昇が見込めないと判断したときに作動して、貯湯タンク２内の温水をヒートポンプユニット１とともに加熱する。なお、このヒータ６により、貯湯タンク２の上部により高温の温水を貯湯することができる。

（３）沸き上げ用循環回路
また、ヒートポンプユニット１は、沸き上げ用循環回路５を介して貯湯タンク２と接続されている。沸き上げ用循環回路５には、沸き上げ用循環ポンプ５１および沸き上げ用三方弁５２が設けられている。そして、沸き上げ用循環回路５は、第２暖房往き接続口４２と、沸き上げ用の供給口５３と、凍結防止水戻し接続口５４とに接続されている。なお、第２暖房往き接続口４２は第１取水口の一例である。供給口５３は貯湯タンク２の下部に設けられており、貯湯タンク２内の低温水領域Ｚｌにある比較的低温の温水を、供給口５３を介して沸き上げ用循環ポンプ５１に供給することができる。

沸き上げ用循環ポンプ５１は、貯湯タンク２内の低温水領域Ｚｌの温水を吸い込み、この吸い込んだ比較的低温の温水を水熱交換器１３へ向けて吐出する。そして、水熱交換器１３では、比較的低温の温水が、ＣＯ₂冷媒と熱交換することにより加熱され、高温の温水になる。この水熱交換器１３を出た高温の温水は沸き上げ用三方弁５２へ向かう。

沸き上げ用三方弁５２は、給湯運転中および暖房運転中において、水熱交換器１３により加熱されてできた高温の温水を、第２暖房往き接続口４２を介して貯湯タンク２内の高温水領域Ｚｈに流す。したがって、第２暖房往き接続口４２は、貯湯タンク２の供給口５３から流出してヒートポンプユニット１の水熱交換器１３により加熱された高温の温水が戻る沸き上げ戻り接続口となっている。このため、貯湯タンク２内の温水は、上述したように、上側が高温の温水により占められる第１領域としての高温水領域Ｚｈ、下側が比較的低温の温水により占められる第２領域としての低温水領域Ｚｌように湯層（温度分布）が形成されることになる。なお、ヒートポンプユニット１の起動時などの際に、まだヒートポンプユニット１の水熱交換器１３から出る温水が十分に高温となっていない場合、その温水は第２暖房往き接続口４２ではなく、凍結防止水戻し接続口５４を介して貯湯タンク２に戻されるように沸き上げ用三方弁５２が制御される。したがって、凍結防止水戻し接続口５４は、温水が十分に高温でない場合の第２の沸き上げ戻り接続口となっている。このように、温水の温度により戻り口を切り替えるのは、十分に高温になっていない温水を貯湯タンク２の上部に戻すと貯湯タンク２内の温度分布が乱れる可能性があり、これを防止するためである。この三方弁の切り替えは水熱交換器１３と沸き上げ用三方弁５２との間に設けられた出湯サーミスタ５６の出力に基づいて行われる。また、沸き上げ用三方弁５２は、凍結防止運転中には、供給口５３から沸き上げ用循環回路５を介して流れてきた温水を、凍結防止水戻し接続口５４を介して貯湯タンク２内の低温水領域に流す。なお、凍結防止運転は沸き上げ運転の停止中に行われる。

また、沸き上げ用循環回路５には、沸き上げ用循環ポンプ５１と水熱交換器１３との間に熱源入水サーミスタ５５が設けられており、水熱交換器１３に送り込まれる比較的低温の温水の温度を検出している。

＜給湯配管＞
給湯配管３は、水が供給される給水配管から分岐され、貯湯タンク２内に設けられた給湯用熱交換器３２に引き込まれており、給水配管から供給される水道水を給湯用熱交換器３２により貯湯タンク２内の温水と熱交換させて、家庭のキッチン、浴槽、シャワーなどに温湯を供給する配管である。

給湯用熱交換器３２は、コイル状のパイプから成って、貯湯タンク２内の低温水領域Ｚｌから高温水領域Ｚｈに渡って配置されている。給湯配管３に供給された水道水（以下、給湯配管を流れる水道水を給湯水とする）は、給湯用熱交換器３２内を流れることによって加熱される。具体的には、給湯水は、まず、貯湯タンク２の下部から貯湯タンク２内に入って、貯湯タンク２内の低温水領域Ｚｌに配置された給湯用熱交換器３２を上方に向かって流れる。そして、給湯水は、貯湯タンク２内の高温水領域Ｚｈに配置された給湯用熱交換器３２を上方に向かって流れた後に、貯湯タンク２の上部から貯湯タンク２の外に出る。なお、給湯用熱交換器３２は、貯湯タンク２内の上下方向の中央部に配置されているヒータ６を跨ぐように配置されている。ここで、ヒータ６よりも上側に配置される給湯用熱交換器３２を上部コイル部３２ａとし、ヒータ６よりも下側に配置される給湯用熱交換器３２を下部コイル部３２ｂとする。

なお、給湯配管３には、給湯温度をリモコンなどで利用者に設定された温度に調整するための給湯用混合弁３１が、給水配管から分岐されて貯湯タンク２までの間の配管と、給湯用熱交換器３２から家庭のキッチン、浴槽、シャワーなどまでの間の配管との間に設けられている。すなわち、給湯用混合弁３１により、給水配管から供給される水道水と、給湯用熱交換器３２により熱交換されて加熱された温湯とを混合させて、混合された温水が設定温度になるように調整している。

＜暖房用循環回路＞
暖房用循環回路４は、貯湯タンク２内に貯められた温水を、建物の居室等に熱利用手段の一つである居室内放熱器として設けられる複数のラジエタ８を経由させた後、再び、貯湯タンク２内に戻して循環させることにより、複数のラジエタ８を居室内の暖房器具として利用するためのものである。そして、暖房用循環回路４は、第１，第２暖房往き接続口４１，４２と暖房戻り接続口４３とに接続されている。

第１暖房往き接続口４１は、貯湯タンク２内の温水を取り出すためのものである。この第１暖房往き接続口４１は、貯湯タンク２の上下方向の略中央部に設けられて、ヒータ６近傍かつ上方に位置している。これにより、ヒータ６で加熱された直後の温水を、第１暖房往き接続口４１から取り出し、複数のラジエタ８に送ることができる。

第２暖房往き接続口４２は、第１暖房往き接続口４１と同様に、貯湯タンク２内の温水を取り出すためのものである。この第２暖房往き接続口４２は貯湯タンク２の上部に設けられている。これにより、貯湯タンク２内の高温水領域Ｚｈの温水を、第２暖房往き接続口４２から取り出し、複数のラジエタ８へ送ることができる。また、第２暖房往き接続口４２は沸き上げ戻り接続口を兼用している。

各ラジエタ８は、貯湯タンク２から流れてきた温水の熱を直接取り出し、室内に放出する。そして、各ラジエタ８により放熱した温水は、低温となり、各ラジエタ８から暖房戻り接続口４３へ向かって流れる。

暖房戻り接続口４３は、貯湯タンク２の下部に設けられている。これにより、暖房戻り接続口４３から出た温水を、貯湯タンク２内の低温水領域Ｚｌの温水と混ぜることができる。

また、暖房用循環回路４には、バイパス配管４４、暖房用混合弁４５、第１，第２温度センサ４６，４７、暖房用循環ポンプ４８および暖房用三方弁４９が設けられている。

バイパス配管４４は、複数のラジエタ８から暖房戻り接続口４３へ流れる温水の一部を暖房用混合弁４５へ案内する。

暖房用混合弁４５は、貯湯タンク２からの温水が流入する入口と、バイパス配管４４からの温水が流入する入口とを有している。詳しくは後述するが、暖房用混合弁４５の各入口の開度は制御部７によって調節される。

第１温度センサ４６は、貯湯タンク２からラジエタ８へ向かう温水の温度を検出し、この温度を示す信号を制御部７に送る。

第２温度センサ４７は、ラジエタ８から貯湯タンク２へ向かう温水の温度を検出し、この温度を示す信号を制御部７に送る。

制御部７は、外気温度センサ１８から、外気温度を示す信号を受けると共に、室内温度センサ（図示せず）から、室内温度を示す信号を受ける。そして、制御部７は、外気温度センサ１８および第１，第２温度センサ４６，４７からの信号に基づき、暖房用混合弁４５の２つの入口の夫々の開度を調節したり、後述する暖房用循環ポンプ４８の回転数を調節したりする。例えば、外気温度が高い時は、暖房用混合弁４５を調節してバイパス配管４４からの温水流入量を増加させることで往き温度を下げたり、暖房用循環ポンプ４８の回転数を下げて循環する温水の流速を下げたりすることで戻り温度を下げる。一方、外気温度が低い時は、暖房用混合弁４５を調節してバイパス配管４４からの温水流入量を減少させることで往き温度を上げたり、暖房用循環ポンプ４８の回転数を上げて循環する温水の流速を上げたりすることで戻り温度を上げる。

暖房用循環ポンプ４８は、暖房用循環回路４に温水を循環させる第２循環ポンプとして機能し、第２暖房往き接続口４２または第１暖房往き接続口４１を介して貯湯タンク２内の温水を吸い込み、複数のラジエタ８に向けて吐出する。

暖房用三方弁４９は、貯湯タンク２内の温水の高温水領域Ｚｈが第１暖房往き接続口４１近傍に存在している場合、第１暖房往き接続口４１から温水を取り出す。また、暖房用三方弁４９は、貯湯タンク２内の温水の高温水領域が第１暖房往き接続口４１近傍に存在していない場合、第２暖房往き接続口４２から温水を取り出す。この暖房用三方弁４９の切り替えは制御部７によって行われる。つまり、制御部７は、貯湯タンク２内の各部の温水の温度を検出するための複数の温度センサからの信号に基づいて、暖房用三方弁４９の切り替えを行う。

構成の暖房給湯装置１０が暖房運転を開始すると、暖房用循環ポンプ４８が稼働する。これにより、貯湯タンク２に貯えた温水が複数のラジエタ８に送られ、再び、貯湯タンク２に戻る。このとき、温水の熱はラジエタ８を介して室内に放出される。すなわち、各ラジエタ８は、貯湯タンク２内の温水の熱を直接取り出し、室内に放出する。

したがって、貯湯タンク２内の温水の熱をラジエタ８に効率良く供給できるので、例えば北欧等の暖房負荷の高い地域でも十分な暖房を行うことができる。

また、給湯用熱交換器３２は貯湯タンク２内の低温水領域から高温水領域に渡って上下方向に配置されていて、給湯水が貯湯タンク２の下部に入って貯湯タンク２の上部から出るので、給湯水は給湯用熱交換器３２内を流れる間に貯湯タンク２内の温水で十分に加熱される。したがって、給湯用熱交換器３２から高温の給湯水を出湯できる。

また、ラジエタ８で比較的低温になった温水は暖房戻り接続口４３から貯湯タンク２内に戻るので、その比較的低温になった温水を貯湯タンク２内の低温水領域Ｚｌに戻すことができる。したがって、貯湯タンク２内の高温水領域Ｚｈの比較的高温の温水が、ラジエタ８で比較的低温になった温水と混ざって低温になるのを防ぐことできる。

また、貯湯タンク２の下部に供給口５３が設けられているので、その貯湯タンク２内の低温水領域Ｚｌにある比較的低温の温水がヒートポンプユニット１の水熱交換器１３に供給される。したがって、ヒートポンプユニット１のＣＯＰが向上する。

また、ヒートポンプユニット１の故障時には、ヒータ６で貯湯タンク２内の温水を直接加熱することによって、貯湯タンク２内の温水の温度を保ったり、上げたりすることができる。

また、ヒートポンプユニット１が温水に与える熱量が不足している時にも、その不足分の熱量をヒータ６で補うことができる。

また、ヒータ６は貯湯タンク２内の上下方向の略中央部に配置されているので、
主として、ヒータ６よりも上方にある温水を加熱することになる。このとき、貯湯タンク２内の高温水領域Ｚｈの温水は、元々、貯湯タンク２内の低温水領域Ｚｌの温水に比べて高温だから、ヒータ６の加熱によって短時間でさらに高温となる。

したがって、暖房負荷が瞬間的に増大しても、貯湯タンク２内の高温水領域Ｚｈでさらに高温となった温水をラジエタ８に即座に送ることができる。

また、暖房運転時、暖房負荷が瞬間的に増大すると、貯湯タンク２内の温水をヒータ６で高温にし、この高温の温水を暖房用循環回路４の第１暖房往き接続口４１から取り出してラジエタ８に送る。このとき、第１暖房往き接続口４１は、貯湯タンク２の上下方向の略中央部に設けられて、ヒータ６近傍かつ上方に位置しているので、ヒータ６で加熱した直後の温水を取り出してラジエタ８に送ることができる。

したがって、暖房負荷が瞬間的に増大しても、暖房負荷の瞬間的な増大に迅速かつ確実に対応することができる。

また、ヒートポンプユニット１は、冷媒としてＣＯ₂冷媒を使用するので、高温出湯できる。

また、ヒートポンプユニット１に供給する温水の温度は、ＣＯＰを向上させる観点上、低い方が好ましい。

＜ヒートポンプ能力最適制御＞
この暖房給湯装置１０では、給湯負荷または暖房負荷に対して最適になるようにヒートポンプの能力の制御（以下、ヒートポンプ能力最適制御とする）が行われている。以下、このヒートポンプ能力最適制御について、図２、図３、および図４を用いて説明する。なお、図２は、ヒートポンプ能力最適制御の処理の流れを表すフローチャートであり、図３は、ヒートポンプ能力最適制御において行われるフィードバック制御の処理の流れを表すフローチャートであり、図４は、ヒートポンプ能力最適制御中のタイムチャートの一例である。

まず、暖房給湯装置１０が運用されている状態になると、ヒートポンプ能力最適制御が開始される。具体的には、給湯負荷または暖房負荷があると圧縮機１２がそのときの外気温に基づいて導出される圧縮機初期回転数ｆ０の状態で駆動される。なお、このヒートポンプ能力最適制御は、制御部７によって行われる。

（１）ヒートポンプ能力最適制御
ヒートポンプ能力最適制御は、貯湯タンク２内部の低温水領域Ｚｌの領域が貯湯タンク２の容積の最下部から４割を超えると、貯湯タンク２内部に蓄えられている熱量が足りないと判定して後述する緊急沸き上げ制御を行い、低温水領域Ｚｌの領域が貯湯タンク２の容積の最下部から２割を下回ると、貯湯タンク２内部に蓄えられている熱量が過剰であると判定して後述する緊急低能力制御を行う。ヒートポンプ能力最適制御が開始されると、まず、ステップＳ１として、圧縮機１２の運転要求があるか否かを判定する。すなわち、圧縮機１２が駆動している状態であるか否かを判定する。ステップＳ１において、圧縮機１２の運転要求がある場合にはステップＳ２へ移行し、圧縮機１２の運転要求がない場合には貯湯タンク２内部の温水の状態がゾーンＡにあると判定されステップＳ９へ移行する（例えば、図４の時間軸の最初の部分を参照）。

ステップＳ２では、リモコンなどにより設定されている給湯温度設定およびそのときの給湯負荷、または、暖房温度設定およびそのときの暖房負荷などに基づいて、貯湯タンク２に蓄積されるべき熱量を演算し、またそのときの貯湯タンク２の熱量と比較して貯湯タンク２のタンク水温目標値Ｔｔを演算する。ステップＳ２が終了すると、ステップＳ３へ移行する。

ステップＳ３では、熱源入水サーミスタ５５により検出される熱源入水温度Ｔ１が、ステップＳ２により演算されたタンク水温目標値Ｔｔから１０℃減算した値を上回っているか否かを判定する。ステップＳ３において、熱源入水温度Ｔ１がタンク水温目標値Ｔｔから１０℃減算した値を上回っていればステップＳ９へ移行し、熱源入水温度Ｔ１がタンク水温目標値Ｔｔから１０℃減算した値以下であれば貯湯タンク２内部の温水の状態がゾーンＡにあると判定されステップＳ４へ移行する。

ステップＳ４では、タンクサーミスタ２ｂにより検出されるタンク２温度Ｔ３が、ステップＳ２により演算されたタンク水温目標値Ｔｔから１０℃減算した値を下回っているか否かを判定する。ステップＳ４において、タンク２温度Ｔ３がタンク水温目標値Ｔｔから１０℃減算した値を下回っていればステップＳ５へ移行し、タンク２温度Ｔ３がタンク水温目標値Ｔｔから１０℃減算した値以上であれば貯湯タンク２内部の温水の状態がゾーンＤにあると判定されステップＳ８へ移行する（例えば、図４のゾーンＣからゾーンＤへ切り替わっている部分の温度変化を参照）。

ステップＳ５では、タンクサーミスタ２ａにより検出されるタンク１温度Ｔ２が、熱源入水温度Ｔ１に１０℃加算した値を下回っているか否かを判定する。ステップＳ５において、タンク１温度Ｔ２が熱源入水温度Ｔ１に１０℃加算した値を下回っていれば貯湯タンク２内部の温水の状態がゾーンＣにあると判定されステップＳ６へ移行し、タンク１温度Ｔ２が熱源入水温度Ｔ１に１０℃加算した値以上であれば貯湯タンク２内部の温水の状態がゾーンＢにあると判定されステップＳ７へ移行する（例えば、図４のゾーンＣからゾーンＢへ切り替わっている部分の温度変化を参照）。

このように、ステップＳ１からステップＳ５により、貯湯タンク２内部の温水の状態がゾーンＡからゾーンＤのいずれかにあるかが判定されることになる。そして、ステップＳ６以降において、それぞれのゾーンに応じた制御がなされる。

ステップＳ６は、貯湯タンク２内部の温水の状態がゾーンＣであると判定されると行われる。ステップＳ６では、後述するフィードバック制御が行われる。ステップＳ６が終了すると、ステップＳ１へ戻りヒートポンプ能力最適制御が継続される。

ステップＳ７は、貯湯タンク２内部の温水の状態がゾーンＢであると判定されると行われる。ステップＳ７では、圧縮機の回転数を最小（圧縮機最小回転数ｆ_min）にする緊急低能力制御が行われ（例えば、図４のゾーンＢの圧縮機回転数を参照）、前回ゾーンをゾーンＢとして記憶する。ステップＳ７が終了すると、ステップＳ１へ戻りヒートポンプ能力最適制御が継続される。

ステップＳ８は、貯湯タンク２内部の温水の状態がゾーンＤであると判定されると行われる。ステップＳ８では、圧縮機の回転数を最大（圧縮機最大回転数ｆ_MAX）にする緊急沸き上げ制御が行われ（例えば、ゾーンＤの圧縮機回転数を参照）、前回ゾーンをゾーンＤとして記憶する。ステップＳ８が終了すると、ステップＳ１へ戻りヒートポンプ能力最適制御が継続される。

ステップＳ９は、貯湯タンク２内部の温水の状態がゾーンＡであると判定されると行われる。ステップＳ９では、圧縮機の回転数をゼロ（すなわち、停止状態）にし（例えば、図４の時間軸最後の部分を参照）、前回ゾーンをゾーンＡとして記憶する。ステップＳ９が終了すると、ステップＳ１へ戻りヒートポンプ能力最適制御が継続される。

なお、このヒートポンプ能力最適制御は、暖房給湯装置１０が運転状態である限り継続される。すなわち、利用者がリモコンなどの操作手段により、暖房給湯装置１０を停止させると終了する。

（２）フィードバック制御
フィードバック制御は、ヒートポンプ能力最適制御において貯湯タンク２内部の温水の状態がゾーンＣであると判定されると行われる制御である。以下、図３に基づいて説明する。

まず、ステップＳ１１において、前回ゾーンがゾーンＣとして記憶されているか否かを判定する。ステップＳ１１において、前回ゾーンがゾーンＣとして記憶されていればステップＳ１７へ移行し、前回ゾーンがゾーンＣとして記憶されていなければステップＳ１２へ移行する。

ステップＳ１２では、前回ゾーンがゾーンＡとして記憶されているか否かを判定する。ステップＳ１２において、前回ゾーンがゾーンＡとして記憶されていればステップＳ１６へ移行し、前回ゾーンがゾーンＡとして記憶されていなければステップＳ１３へ移行する。

ステップＳ１３では、前回ゾーンがゾーンＢとして記憶されているか否かを判定する。ステップＳ１３において、前回ゾーンがゾーンＢとして記憶されていればステップＳ１５へ移行し、前回ゾーンがゾーンＢとして記憶されていなければステップＳ１４へ移行する。

ステップＳ１４では、前回ゾーンがゾーンＤとして記憶されていると判定し、そのときの圧縮機回転数から所定回転数ΔＦだけ加算した値をフィードバック回転数として導出する（例えば、図４においてゾーンＤからゾーンＣへ切り替わった部分を参照）。ステップＳ１４が終了すると、ステップＳ１８へ移行する。

ステップＳ１５は、前回ゾーンがゾーンＢであると判定された場合に行われる。ステップＳ１５では、そのときの圧縮機回転数に所定回転数ΔＦだけ減算した値をフィードバック回転数として導出する（例えば、図４においてゾーンＢからゾーンＣへ切り替わった部分を参照）。ステップＳ１５が終了すると、ステップＳ１８へ移行する。

ステップＳ１６は、前回ゾーンがゾーンＡであると判定された場合に行われる。ステップＳ１６では、圧縮機初期回転数ｆ０をフィードバック回転数として導出する。ステップＳ１６が終了すると、ステップＳ１８へ移行する。

ステップＳ１７は、前回ゾーンがゾーンＣであると判定された場合に行われる。ステップＳ１７では、特に何も行われずにステップＳ１８へ移行する。

ステップＳ１８では、圧縮機の回転数をフィードバック回転数に制御し、前回ゾーンをゾーンＣとして記憶する。ステップＳ１８が終了すると、フィードバック制御を終了する。

＜特徴＞
（１）
本実施形態では、ヒートポンプユニット１を利用して貯湯タンク２内部の水を温めることにより蓄熱を行っている。そして、ヒートポンプユニット１により温められた、貯湯タンク２内部の水である温水の熱を、給湯配管３および暖房用循環回路４を用いることにより給湯または暖房に利用している。このときの貯湯タンク２内の水は、高温水が占める高温水領域Ｚｈと、低温水が占める低温水領域Ｚｌとに仮想的に分割することができる。そして、制御部７が、ヒートポンプ能力最適制御を行うことにより、熱源入水サーミスタが検出する熱源入水温度Ｔ１、タンクサーミスタ２ａが検出するタンク１温度Ｔ２、およびタンクサーミスタ２ｂが検出するタンク２温度Ｔ３に基づいて低温水領域Ｚｌと高温水領域Ｚｈとの境界を検出してその境界が貯湯タンク２の最下部から２割の位置と４割の位置との間になるように、圧縮機１２の制御を行っている。

したがって、少なくとも貯湯タンク２の最下部から２割の位置までの領域を低温水領域Ｚｌにすることができる。このため、ヒートポンプユニット１は、低温水と熱交換しやすい状態とすることができるため、高温水と熱交換するよりも効率よく熱交換することができる。これにより、ヒートポンプユニット１の熱交換効率を向上させることができる。

（２）
本実施形態では、沸き上げ用循環ポンプ５１が、貯湯タンク２の低温水領域Ｚｌにある低温水をヒートポンプユニット１へ送り、ヒートポンプユニット１により加熱されて高温になった温水を貯湯タンク２の高温水のある高温水領域Ｚｈに戻している。

したがって、貯湯タンク２内部の温水のうちで低温の温水を優先的にヒートポンプユニット１に送ることになり、ヒートポンプユニット１による高温の温水を生み出すための熱交換効率を良くすることができる。したがって、ヒートポンプユニット１の消費エネルギーを抑えることができる。

（３）
本実施形態では、制御部７が、高温水領域Ｚｈと低温水領域Ｚｌとの間の境界が貯湯タンク２の最下部から２割の位置よりも下側になると、圧縮機の回転数を圧縮機最小回転数ｆ_minで圧縮機１２を駆動させる緊急低能力制御を行う。すなわち、貯湯タンク２の下部の低温水領域Ｚｌの割合が減り、低温水領域Ｚｌの下限Ｌｄを下回ると、制御部７が圧縮機１２を圧縮機最小回転数ｆ_minで駆動する。

したがって、貯湯タンク２内部の低温水の領域である低温水領域Ｚｌの割合が減りつつある場合に、低温水領域Ｚｌの割合が必要以上に減少することを防ぐことができる。このため、貯湯タンク２内部の低温水領域Ｚｌを確保することができ、ヒートポンプユニット１による貯湯タンク２内部の水への熱交換効率を高く維持することができる。

（４）
本実施形態では、制御部７が、高温水領域Ｚｈと低温水領域Ｚｌとの間の境界が貯湯タンク２の最下部から４割の位置よりも上側になると、圧縮機１２の回転数を圧縮機最大回転数ｆ_MAXで圧縮機１２を駆動させる緊急沸き上げ制御を行う。すなわち、貯湯タンク２の上部の高温水領域Ｚｈの割合が減り、貯湯タンク２内部の熱量が不足していると判断し、ヒートポンプユニット１の能力を最大にして運転を行う。

したがって、貯湯タンク２内部の高温水の領域である高温水領域Ｚｈの割合が減りつつある場合に、高温水領域Ｚｈの割合が必要以上に減少することを防ぐことができる。このため、貯湯タンク２内部に蓄積される熱量が給湯負荷または暖房負荷に対して不足することを防ぐことができる。

（５）
本実施形態では、制御部７が、緊急低能力制御を行った後に境界が所定の高さ範囲（貯湯タンク２内部の最下部から２割と最下部から４割との間の範囲）に戻った場合に、緊急低能力制御を行う直前のヒートポンプユニット１の能力が熱量負荷よりも大きかったと判断し、緊急低能力制御を行う直前の圧縮回転数よりも所定圧縮機回転数ΔＦだけ下げた圧縮機回転数になるように圧縮機１２の能力を落とした制御を行う。また、これとは反対に、制御部７が、緊急沸き上げ制御を行った後に境界が所定の高さ範囲（貯湯タンク２内部の最下部から２割と最下部から４割との間の範囲）に戻った場合に、緊急沸き上げ制御を行う直前のヒートポンプユニット１の能力が熱量負荷よりも小さかったと判断し、緊急沸き上げ制御を行う直前の圧縮回転数よりも所定圧縮機回転数ΔＦだけ上げた圧縮機回転数になるように圧縮機１２の能力を上昇させた制御を行う。

したがって、高温水領域Ｚｈと低温水領域Ｚｌとの境界が所定の高さ範囲に入っている理想状態の場合の、ヒートポンプユニット１の能力を消費されている熱量負荷に近づけることができる。このため、ヒートポンプユニット１の能力を熱量負荷に最適なものにでき、無駄にヒートポンプユニット１の能力を費やすことを防ぐことができ、また、利用者が利用している給湯または暖房にかかる熱量負荷に対してヒートポンプユニット１の能力を不足しないようにすることができる。

＜変形例＞
（１）
本実施形態では、ステップＳ３において熱源入水温度Ｔ１とタンク水温目標値Ｔｔとの差が１０℃を下回ることがゾーンＡであると判定する条件としているが、この場合の熱源入水温度Ｔ１とタンク水温目標値Ｔｔとの差は１０℃に限らず、５℃、１５℃などであってもかまわない。また、ステップ４においてタンク２温度Ｔ３とタンク水温目標値Ｔｔとの差が１０℃を上回ることがゾーンＤであると判定する条件としているが、この場合のタンク２温度Ｔ３とタンク水温目標値Ｔｔとの差は１０℃に限らず、５℃、１５℃などであってもかまわない。また、タンク１温度Ｔ２と熱源入水温度Ｔ１との温度差が１０℃を上回ることがゾーンＢであると判定する条件として、５℃、１５℃などであってもかまわない。

（２）
本実施形態では、低温水領域Ｚｌの下限Ｌｄとして貯湯タンク２の最下部から容積換算で２割の高さ位置にしているが、これは２割に限らずに１割や３割などであっても構わない。また、同様に、低温水領域Ｚｌの上限Ｌｕとして貯湯タンク２の最下部から容積換算で４ありの高さ位置にしているが、これも４割に限らずに３割や５割などであっても構わない。

（３）
本実施形態では、ヒートポンプ能力最適制御において、ヒートポンプユニット１の能力と給湯負荷または暖房負荷とが最適になるようにフィードバック制御を行っているが、これに限らずに、給湯負荷および暖房負荷の合計と、ヒートポンプユニット１によるヒートポンプ能力との差が一定となるように、制御部７が圧縮機１２の制御を行ってもかまわない。

したがって、常に、給湯または暖房により利用されている熱量に応じて、ヒートポンプユニット１の能力をきめ細かに調整することができる。このため、給湯または暖房により利用されている熱量に対して、過不足がないようにヒートポンプユニット１の能力を調整することができる。これにより、貯湯タンク２内の熱量が不足することを防ぎつつ、ヒートポンプユニット１が消費する消費エネルギーを抑えることができる。

（４）
本実施形態では、高温水領域Ｚｈと低温水領域Ｚｌとの境界Ｌの位置の判定を、熱源入水温度Ｔ１、タンク１温度Ｔ２、およびタンク２温度Ｔ３に基づいて行っているが、これに限らずに、タンクサーミスタ２ｃおよびタンクサーミスタ２ｄが検出する温度を利用しても構わないし、そのほかの部分の温度を検出して貯湯タンク２内部の温度分布がわかるようにしても構わない。

（５）
本実施形態では、ヒートポンプユニット１はＣＯ₂冷媒を使用したが、ＮＨ₃冷媒やＲ２２冷媒などを使用してもよい。また、暖房端末としてラジエタを使用したが、これに代えて、あるいはこれと併用して、床暖房パネルやファンコイルなどを使用してもよい。

本発明にかかる、ヒートポンプ式温水熱利用システムは、ヒートポンプにおける熱交換効率を控除させることができ、建物に温水を循環させて暖房を行う暖房システム、または、給湯用の温水を供給する給湯システム等として有用である。

本発明の一実施形態にかかる暖房給湯装置の構成を示す概略図である。 貯湯タンク内部の各領域、および各種センサの位置を示す概略図である。 ヒートポンプ能力最適制御の処理の流れを表すフローチャート図である。 フィードバック制御の処理の流れを表すフローチャート図である。 ヒートポンプ能力最適制御のタイムチャート図の一例である。

符号の説明

１ ヒートポンプユニット（ヒートポンプ）
２ 貯湯タンク（タンク）
２ａ タンクサーミスタ２ａ（第１温度センサ）
２ｂ タンクサーミスタ２ｂ（第２温度センサ）
３ 給湯配管（熱利用手段）
４ 暖房用循環回路（熱利用手段）
７ 制御部
１１ 蒸発器
１２ 圧縮機
１３ 水熱交換器（放熱器）
１５ 電動膨張弁（膨張機構）
５１ 沸き上げ用循環ポンプ（第１循環ポンプ）
ｆ_min 圧縮機最小回転数（最小回転数）
ｆ_MAX 圧縮機最大回転数（最大回転数）
Ｌｄ 下限（所定の高さ範囲の下限）
Ｌｕ 上限（所定の高さ範囲の上限）
Ｚｈ 高温水領域（第１領域）
Ｚｌ 低温水領域（第２領域）
ΔＦ 所定圧縮機回転数（第１所定圧縮機回転数、第２所定圧縮機回転数）

Claims (10)

1. 温水を溜めるタンク（２）と、
   温水の持つ熱を給湯または暖房に利用する熱利用手段（３，４）と、
   温水を加熱するための蒸気圧縮式のヒートポンプ（１）と、
   前記タンクから前記ヒートポンプへと温水を流し、前記ヒートポンプから再び前記タンクへと温水を戻す第１循環ポンプ（５１）と、
   前記ヒートポンプと前記第１循環ポンプとを制御する制御部（７）と、
   を備え、
   前記ヒートポンプは、圧縮機（１２）、放熱器（１３）、膨張機構（１５）および蒸発器（１１）を有し、前記放熱器から放出する熱によって、前記タンクから流れてくる温水を加熱し、
   前記制御部は、前記タンクの内部において、高温水が占める第１領域（Ｚｈ）と低温水が占める第２領域（Ｚｌ）との境界（Ｌ）が、所定の高さ範囲に入るように前記圧縮機の制御を行う、
   ヒートポンプ式温水熱利用システム（１０）。
2. 前記第１循環ポンプは、前記タンクの前記第２領域にある温水を前記ヒートポンプへ流し、加熱されて高温になった温水を前記タンクの前記第１領域に戻す、
   請求項１に記載のヒートポンプ式温水熱利用システム（１０）。
3. 前記制御部は、前記境界が前記所定の高さ範囲の下限（Ｌｄ）を下回った場合に、前記圧縮機を最小回転数（ｆｍｉｎ）で駆動させる緊急低能力制御を行う、
   請求項１または２に記載のヒートポンプ式温水熱利用システム（１０）。
4. 前記タンクに設けられ、前記所定の高さ範囲の下限の温度を第１温度（Ｔ２）として検出する第１温度センサ（２ａ）をさらに備え、
   前記制御部は、前記第１温度センサが検出する前記第１温度に基づいて、前記境界が前記所定範囲の下限にあるか否かを判定する、
   請求項３に記載のヒートポンプ式温水熱利用システム（１０）。
5. 前記制御部は、前記緊急低能力制御を行った後に前記境界が前記所定の高さ範囲に入った場合に、前記緊急低能力制御を行う直前の圧縮機回転数よりも第１所定圧縮機回転数（ΔＦ）だけ上げた第１圧縮機回転数になるように前記圧縮機の制御を行う、
   請求項３または４に記載のヒートポンプ式温水熱利用システム（１０）。
6. 前記制御部は、前記境界が前記所定の高さ範囲の上限（Ｌｕ）を上回った場合に、前記圧縮機を最大回転数（ｆＭＡＸ）で駆動させる緊急沸き上げ制御を行う、
   請求項１から５のいずれかに記載のヒートポンプ式温水熱利用システム（１０）。
7. 前記タンクに設けられ、前記所定の高さ範囲の上限の温度を第２温度（Ｔ３）として検出する第２温度センサ（２ｂ）をさらに備え、
   前記制御部は、前記第２温度センサが検出する前記第２温度に基づいて、前記境界が前記所定の範囲の上限にあるか否かを判定する、
   請求項６に記載のヒートポンプ式温水熱利用システム（１０）。
8. 前記制御部は、前記緊急沸き上げ制御を行った後に前記境界が前記所定範囲に入った場合に、前記緊急沸き上げ制御を行う直前の圧縮機回転数よりも第２所定圧縮機回転数だけ下げた第２圧縮機回転数になるように前記圧縮機の制御を行う、
   請求項６または７に記載のヒートポンプ式温水熱利用システム（１０）。
9. 前記制御部は、前記境界が前記所定範囲にある場合に、前記熱利用手段による熱負荷と、前記ヒートポンプによるヒートポンプ能力との差が一定になるように、前記圧縮機の制御を行う、
   請求項１または２に記載のヒートポンプ式温水熱利用システム。
10. 前記熱利用手段は、少なくとも建物の居室で利用される暖房設備であり、温水の持つ熱を前記居室の室内空気に放熱させる居室内放熱器と、前記タンクから前記居室内放熱器へと温水を流し、前記居室内放熱器で放熱を行った温水を再び前記タンクへと戻す第２循環ポンプと、を有する、
    請求項１から９のいずれかに記載のヒートポンプ式温水熱利用システム（１０）。

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