JP2023131421A - ヒートポンプ給湯機 - Google Patents

Abstract

【課題】貯湯タンク内の細菌類の増殖を抑制しつつ、エネルギー消費効率を向上させる。【解決手段】本開示のヒートポンプ給湯機は、水を加熱するヒートポンプサイクルを有し、加熱能力を変更可能な加熱手段と、貯湯タンクと、加熱手段により加熱された湯を貯湯タンクに貯める沸き上げ運転を制御する制御手段と、貯湯タンク内の高さの異なる範囲それぞれの水の温度を検出可能な温度検出手段と、を備える。制御手段は、予め設定された高温貯湯運転の実行条件を満たした場合、沸き上げ運転における目標沸き上げ温度を、第１温度とする高温貯湯運転を実行し、高温貯湯運転後、次に実行条件が満たされるまでの間の沸き上げ運転では、貯湯タンクの範囲のうち最上部の範囲に対する検出温度が、第１温度より低温の第２温度より高い場合、検出温度に応じた温度を目標沸き上げ温度とする中温貯湯運転を実行し、検出温度が第２温度以下の場合、第２温度を目標沸き上げ温度とする低温貯湯運転を実行する。【選択図】図３

Description

本開示は、ヒートポンプ給湯機に関する。

給湯システムの加熱手段として利用されるヒートポンプサイクルは、沸き上げ温度が低いほど、エネルギー消費効率（ＣＯＰ（Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ Ｏｆ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ）とも称される）が高い傾向を示す。しかし、例えばレジオネラ菌等の温水に含まれ得る菌類を滅菌するためには、貯湯タンク内の湯水を６０℃以上とする必要がある。

タンク内の菌類の増殖防止と熱効率の向上を目的として、例えば、特許文献１には、通常時、ヒートポンプからの出湯温度を５０℃より低い温度とする貯湯運転を実行し、貯湯タンクへの貯湯完了から４日経過後などの特定の場合に、貯湯タンク内の湯水を６０℃以上とする高温貯湯運転を実行する給湯システムが記載されている。

特開２０１５－ ３８３９７号公報

特許文献１に記載の技術のように、特定の場合に、高温貯湯運転により貯湯タンク内の温水を６０℃以上の高温に沸き上げる場合、高温貯湯運転後の貯湯量は、次の貯湯運転までに要する給湯負荷よりも大きくなると考えられる。この場合、次の貯湯運転の実行時に、貯湯タンクの頂部に６０℃程度の高温の湯が残っている可能性がある。この状態で、出湯温度を５０℃程度とする低温貯湯運転が実行されると、貯湯タンク頂部の高温の湯と、沸き上られた低温の湯とが混合し、貯湯タンク頂部の水温が低下することとなる。従って、消費電力量の低減を優先して低温貯湯運転を実行した結果、貯湯タンク頂部の高温湯を保温等に利用することができず、却ってエネルギー効率を低下させる事態を生じ得る。

本開示は、上記のような課題を解決するためになされたもので、貯湯タンク内の細菌類の増殖を効果的に抑制しつつ、エネルギー消費効率を向上させるように改良されたヒートポンプ給湯機を提供するものである。

本開示のヒートポンプ給湯機は、水を加熱するヒートポンプサイクルを有し、加熱能力を変更可能な加熱手段と、貯湯タンクと、加熱手段により加熱された湯を貯湯タンクに貯める沸き上げ運転を制御する制御手段と、貯湯タンク内の高さの異なる範囲それぞれの水の温度を検出可能な温度検出手段と、を備える。制御手段は、予め設定された高温貯湯運転の実行条件を満たした場合、沸き上げ運転における目標沸き上げ温度を、第１温度とする高温貯湯運転を実行し、高温貯湯運転後、次に実行条件が満たされるまでの間の沸き上げ運転では、貯湯タンクの範囲のうち最上部の範囲に対する検出温度が、第１温度より低温の第２温度より高い場合、検出温度に応じた温度を目標沸き上げ温度とする中温貯湯運転を実行し、検出温度が第２温度以下の場合、第２温度を目標沸き上げ温度とする低温貯湯運転を実行する。

本開示によれば、高温貯湯運転後の中温貯湯運転の目標沸き上げ温度は、貯湯タンクの最上部の検出温度に応じた温度とされる。これにより、高温貯湯運転後の沸き上げ運転で、貯湯タンク上部の高温湯を維持しながら蓄熱量を効果的に確保することができる。

本開示の実施の形態１に係るヒートポンプ給湯機を示す模式図である。 本開示の実施の形態１に係るヒートポンプ給湯機における沸き上げ運転の際の水及び冷媒の流れを示す図である。 本開示の実施の形態１に係るヒートポンプ給湯機の貯湯運転実行後の貯湯タンク内の温度分布を模式的に示す図である。 本開示の実施の形態１に係るヒートポンプ給湯機の制御動作を示すフローチャートである。

以下、図面を参照して本開示の実施の形態について説明する。各図において共通する要素には、同一の符号を付して、重複する説明を省略する。以下の本実施の形態では、湯の熱量は、例えば、水源から供給される水に等しい温度の水が持つ熱量に対する差として計算される。また、湯の熱量を記述する場合、所定の基準給湯温度の湯が持っている熱量に換算したときの湯量［Ｌ］を単位として湯の熱量を記述する場合がある。基準給湯温度の値は、例えば４２℃である。また本開示では、「水」、「湯」、及び、「湯水」等の表現を用いるが、これらは水の温度を厳密に限定するものではなく、特に温度の限定がない場合、低温の水から、高温の湯まで、あらゆる温度の液体の水が含まれうるものとする。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係るヒートポンプ給湯機の構成を示す図である。図１に示されるように、本実施の形態のヒートポンプ給湯機は、水を加熱する加熱手段に相当するヒートポンプユニット１００と、貯湯タンク１１を有する貯湯ユニット２００とを備えた貯湯式のヒートポンプ給湯機である。ヒートポンプユニット１００及び貯湯ユニット２００との間は、水が通る配管１６ａ及び配管１６ｋと、電気配線（図示省略）とを介して接続されている。本実施の形態のヒートポンプ給湯機は、例えば家庭用のものでもよいし、店舗あるいは施設等で用いられる業務用のものでもよい。

ヒートポンプユニット１００は、圧縮機１、水冷媒熱交換器２、膨張弁３及び空気熱交換器４等の機器を有しており、電力により作動する。これらの機器は、配管等により環状に接続され、圧縮機１により冷媒を循環させる冷媒回路１０１を構成している。冷媒回路１０１は、水を加熱するヒートポンプサイクルに相当する。水冷媒熱交換器２は、水と冷媒との間で熱を交換するもので、水の流入口及び流出口を有している。以下の説明では、ヒートポンプユニット１００により加熱された湯を「加熱水」と呼ぶ場合がある。水冷媒熱交換器２は、流入口から流入した水を冷媒により加熱し、流出口から加熱水を流出させる。また、空気熱交換器４は、空気と冷媒との間で熱を交換する。ヒートポンプユニット１００は、外気を空気熱交換器４へ送風するファン５をさらに備えている。

ヒートポンプユニット１００の冷媒回路１０１による加熱能力の値は変更可能である。なお、以下の説明では、ヒートポンプユニット１００の冷媒回路１０１による加熱能力を単に「加熱能力」と呼ぶ場合がある。加熱能力は、ヒートポンプユニット１００が時間当たりに水に与える熱量に相当する。加熱能力の単位は、例えばｋＷ（キロワット）である。圧縮機１は、例えばインバータ制御式のＤＣブラシレスモータ等を備えた駆動装置（図示せず）により駆動される。この場合には、当該駆動装置により圧縮機１の回転数を調整することで、圧縮機１から吐出する冷媒の圧力及び温度を変化させたり、加熱能力の値を変更したりすることができる。ただし、本開示のヒートポンプ給湯機においては、そのような駆動装置を用いなくてもよく、例えば、ヒートポンプユニット１００に複数台の圧縮機を搭載して、複数台の圧縮機のうち稼動させる圧縮機の台数を切り替えることで、吐出する冷媒の圧力及び温度、あるいは加熱能力の値を変更する構成とすることができる。

貯湯ユニット２００内には、貯湯タンク１１のほか、循環ポンプ６ａ、追焚用ポンプ６ｂ、切替弁７、切替弁８、切替弁９、及び混合弁１０などが備えられている。循環ポンプ６ａは、後述の貯湯回路２０１及び追焚回路２０２に水（加熱水を含む）を循環させ、水冷媒熱交換器２の流入口に向けて水を送る。循環ポンプ６ａは、貯湯回路２０１及び追焚回路２０２の一部を構成している。追焚用ポンプ６ｂは、追焚熱交換器１２に向けて、浴槽（図示省略）の水を送る。

切替弁７は、例えば、Ａポート、Ｂポート、Ｃポート、及び、Ｄポートの４つのポートを有する電磁駆動式の四方弁等により構成されている。切替弁７は、水冷媒熱交換器２の流出口から流出する加熱水の流路を、切替弁８と、貯湯タンク１１の下部にある低温水戻し口１１ｅとに切り替える切替機構を構成している。また、切替弁７は、貯湯タンク１１の上部にある高温水取出口１１ａから流出した湯を低温水戻し口１１ｅに戻す切替機構を構成している。

切替弁８は、例えば、Ｅポート、Ｆポート、Ｇポート、及び、Ｈポートの４つのポートを有する電磁駆動式の四方弁等により構成されている。切替弁８は、Ｅポートから流入する水の流路を、貯湯タンク１１の中間高さ部分にある追焚戻し口１１ｃと、貯湯タンク１１の上部にある高温水流出入口１１ｂと、追焚熱交換器１２とに切り替える切替機構を構成している。切替弁９は、例えば、Ｉポート、Ｊポート、及びＫポートの３つのポートを有する電磁駆動式の三方弁等により構成されている。切替弁９は、貯湯タンク１１の下部にある取水口１１ｆから流出した水が循環ポンプ６ａを通過して水冷媒熱交換器２へ流入する流路状態と、追焚熱交換器１２から流出した水が循環ポンプ６ａを通過して水冷媒熱交換器２へ流入する流路状態とを切り替える切替機構を構成している。

混合弁１０は、Ｌポート、Ｍポート、及びＮポートの３つのポートを有している。混合弁１０は、貯湯タンク１１の中間高さ部分にある中温水取出口１１ｄから取り出される中温水と、水源に接続された給水端からの低温水とを混合または択一し、給湯混合部１５へ流出させる。貯湯タンク１１は、加熱水を貯留する。貯湯タンク１１は、前述した高温水取出口１１ａ、高温水流出入口１１ｂ、追焚戻し口１１ｃ、中温水取出口１１ｄ、低温水戻し口１１ｅ、及び取水口１１ｆのほか、貯湯タンク１１の下部に位置する給水口１１ｇを備えている。給水口１１ｇは、配管１６ｐを介して給水端に接続されている。給水端から供給される低温水が配管１６ｐを通って、貯湯タンク１１内に流入する。

水冷媒熱交換器２の流出口は、配管１６ａを介して切替弁７のＡポートに接続されている。切替弁７のＢポートは、配管１６ｂを介して切替弁８のＥポートに接続されている。切替弁８のＦポートは、配管１６ｃ及び配管１６ｄを介して高温水取出口１１ａに接続されている。また、Ｆポートは、配管１６ｃ及び配管１６ｅを介して追焚熱交換器１２の一次側流入口に接続されている。追焚熱交換器１２の１次側の流出口は、配管１６ｆを介して切替弁９のＪポートに接続されている。また、追焚熱交換器１２の１次側の流出口は、配管１６ｇを介して、中温水取出口１１ｄと混合弁１０のＬポートとの間をつなぐ流路に接続されている。切替弁９のＩポートは、配管１６ｈを介して取水口１１ｆに接続されている。切替弁９のＫポートは、配管１６ｊを介して循環ポンプ６ａの吸込口に接続されている。循環ポンプ６ａの吐出口は、配管１６ｋを介して水冷媒熱交換器２の流入口に接続されている。また、循環ポンプ６ａの吐出口は、配管１６ｌを介して切替弁７のＣポートに接続されている。切替弁７のＤポートは、配管１６ｍを介して低温水戻し口１１ｅに接続されている。切替弁８のＨポートは、配管１６ｎ及び配管１６ｑを介して高温水流出入口１１ｂに接続されている。切替弁８のＧポートは、配管１６ｏを介して追焚戻し口１１ｃに接続されている。

循環ポンプ６ａ、貯湯タンク１１、配管１６ａ、１６ｂ、１６ｈ、１６ｊ、１６ｋ、１６ｎ、１６ｑ、及び、切替弁７、８、９は、水冷媒熱交換器２から流出する加熱水を貯湯タンク１１内に貯湯する貯湯回路２０１を構成している。

循環ポンプ６ａ、追焚熱交換器１２、配管１６ｂ、１６ｄ、１６ｅ、１６ｆ、１６ｊ、１６ｌ、１６ｏ、及び切替弁７、８、９は、追焚熱交換器１２により負荷側の加熱対象水を加熱する追焚回路２０２を構成している。

追焚熱交換器１２により加熱される加熱対象水は、前述した浴槽水に限定されるものではなく、例えば、床暖房用の循環水であってもよい。循環ポンプ６ａは、必ずしも貯湯ユニット２００に設置する必要はなく、ヒートポンプユニット１００側に搭載してもよい。また、高温水流出入口１１ｂ、中温水取出口１１ｄ、配管１６ｑ、混合弁１０、及び給湯混合部１５は、貯湯タンク１１から温水を取出して、浴槽あるいは給湯端に給湯する給湯回路２０３を構成している。

次に、ヒートポンプ給湯機の制御系統について説明する。以下の説明では、水冷媒熱交換器２から流出する加熱水の温度を「沸き上げ温度」と呼ぶ。ヒートポンプユニット１００は、水冷媒熱交換器２に流入する水の温度を検出する入水温度センサ１３ａと、沸き上げ温度を検出する沸き上げ温度センサ１３ｂと、ヒートポンプユニット１００の周囲の外気温度を検出する外気温度センサ１３ｃとを備えている。沸き上げ温度センサ１３ｂは、水冷媒熱交換器２の流出口の近傍に配置されている。また、冷媒回路１０１は、圧縮機１から吐出される冷媒の温度を検出する吐出温度センサ１３ｄと、圧縮機１に吸込まれる冷媒の温度を検出する吸込温度センサ１３ｅと、空気熱交換器４の入口もしくは中間部となる位置で冷媒の温度を検出する蒸発温度センサ１３ｆとを備えている。貯湯ユニット２００には、複数の貯湯温度センサ１３ｇ、１３ｈ、１３ｉ、１３ｊが設けられている。貯湯温度センサ１３ｇ、１３ｈ、１３ｉ、１３ｊは、互いに異なる高さの位置において貯湯タンク１１に設置され、それぞれの設置場所で貯湯タンク１１内の水温を検出する。

本実施の形態のヒートポンプ給湯機は、ヒートポンプユニット１００に搭載されたヒートポンプ制御装置１４と、貯湯ユニット２００に搭載された給湯機制御装置５０を備えている。ヒートポンプ制御装置１４及び給湯機制御装置５０のそれぞれは、メモリ及びプロセッサを有するマイクロコンピュータ等を備えている。ヒートポンプ制御装置１４と給湯機制御装置５０とは、双方向に通信可能に接続されている。本実施の形態では、ヒートポンプ制御装置１４と給湯機制御装置５０とが連携してヒートポンプ給湯機の動作を制御する。

本開示では、ヒートポンプ制御装置１４と、給湯機制御装置５０と、リモコン５１と、のうちの２以上が連携して、ヒートポンプ給湯機の動作を制御してもよい。以下の説明において、給湯機制御装置５０が実行すると記載されたいずれの処理についても、ヒートポンプ制御装置１４、給湯機制御装置５０、及び、リモコン５１のいずれか１以上が単独で又は連携して実行してもよい。また、本開示におけるヒートポンプ給湯機の制御手段は、本実施の形態のように複数の制御装置が連携する構成に限らず、単一の制御装置によって構成されるものでもよい。従って、以下では、説明の簡略化のため、各制御を実行する主体を特に区別せず、給湯機制御装置５０により実行される制御として説明する。

リモコン５１は、給湯機制御装置５０と、有線又は無線により双方向に通信可能に接続されている。給湯機制御装置５０とリモコン５１とはネットワークを介して通信可能でもよい。リモコン５１は、ユーザーインターフェースの例である。リモコン５１は、情報を表示する表示部５１ａと、ユーザーが操作可能な操作部５１ｂとを有する。リモコン５１は、表示部５１ａ及び操作部５１ｂの両方の機能を有するタッチスクリーンを備えてもよい。リモコン５１の操作部５１ｂは、ヒートポンプ給湯機の運転動作及び設定値に関する指令の操作入力を受け付ける入力手段としての機能を有する。ユーザー等の人間は、操作部５１ｂを操作することで、ヒートポンプ給湯機を遠隔操作したり、各種の設定などを行ったりすることができる。表示部５１ａは、ユーザー等の人間に情報を報知する報知手段としての機能を有する。本実施の形態におけるリモコン５１は、表示部５１ａを報知手段として備えるが、変形例として、例えば音声案内装置のような他の報知手段を備えてもよい。リモコン５１は、例えば台所、リビング、浴室などの壁に設置されたものでもよい。または、例えばスマートフォンのような携帯情報端末、スマートスピーカー、テレビなどの機器をユーザーインターフェースとして利用できるように構成してもよい。複数のリモコン５１が給湯機制御装置５０に対して通信可能な構成であってもよい。

給湯機制御装置５０には、ヒートポンプ給湯機が備える上述の各種のセンサの出力と、リモコン５１に対する使用者の操作内容の情報などが入力される。給湯機制御装置５０は、これらの入力情報に基づいてヒートポンプユニット１００及び貯湯ユニット２００の動作をそれぞれ制御する。具体的に、例えば、給湯機制御装置５０は、圧縮機１、循環ポンプ６ａ、及び、追焚用ポンプ６ｂの運転状態と、膨張弁３の開度と、切替弁７、切替弁８、切替弁９、及び、混合弁１０の流路方向あるいは切替位置等を制御する。これにより、給湯機制御装置５０は、後述する、沸き上げ運転の動作、及び、沸き上げ運転中の沸き上げ温度の制御と、冷媒回路１０１の加熱能力の制御とを実行する。

本実施の形態における給湯機制御装置５０は、給湯に使用された熱量（以下、「給湯使用熱量」と称する）を算出する給湯熱量算出手段を備える。給湯熱量算出手段は、給水温度センサ１３ｋが検出する給水温度と、給湯温度センサ１３ｌが検出する給湯温度と、風呂給湯温度センサ１３ｍが検出する給湯温度と、給湯流量センサ１７ａが検出する給湯流量と、風呂給湯流量センサ１７ｂが検出する給湯流量とに基づいて、給湯使用熱量を算出する。給湯機制御装置５０は、過去所定期間（例えば過去２週間）に給湯熱量算出手段５２により算出された給湯使用熱量に関するデータを記憶することにより、給湯使用熱量を学習する機能を有している。例えば、給湯機制御装置５０は、過去所定期間の給湯使用熱量を統計的に処理することにより、給湯使用熱量を学習する。また、給湯機制御装置５０は、一日のうちの時間ごとに給湯使用熱量を学習してもよい。過去所定期間の給湯使用熱量は、過去の給湯負荷に相当する。

次に、図２を参照しつつ、ヒートポンプ給湯機の沸き上げ運転の動作について説明する。図２は、実施の形態１に係るヒートポンプ給湯機における沸き上げ運転のときの水及び冷媒の流れを示す図である。図２に示されるように、沸き上げ運転では、冷媒回路１０１及び貯湯回路２０１を作動させることにより、貯湯タンク１１の取水口１１ｆから流出させた低温水を冷媒回路１０１により加熱し、水冷媒熱交換器２の流出口から流出する高温の加熱水を高温水流出入口１１ｂから貯湯タンク１１内に流入させる。

沸き上げ運転について、さらに以下に説明する。冷媒回路１０１では、圧縮機１から吐出された高温高圧のガス冷媒が水冷媒熱交換器２を流通する水に放熱しながら温度低下する。このとき、高圧側冷媒圧力が臨界圧以下であれば、冷媒は液化しながら放熱する。また、水冷媒熱交換器２から流出した高圧低温の冷媒は、膨張弁３を通過することにより低圧気液二相の状態に減圧される。そして、この冷媒は、空気熱交換器４内を流通しつつ外気から吸熱することにより、蒸発してガス化される。空気熱交換器４から流出した低圧冷媒は、圧縮機１に吸込まれて循環するので、この循環により冷凍サイクルすなわちヒートポンプサイクルが形成される。

また、切替弁７により配管１６ａと配管１６ｂとが相互に接続され、切替弁８により配管１６ｂと配管１６ｎとが相互に接続され、切替弁９により配管１６ｈと配管１６ｊとが相互に接続される。これにより、貯湯回路２０１が形成される。そして、循環ポンプ６ａが作動すると、貯湯タンク１１内の水は、取水口１１ｆから配管１６ｈ、１６ｊ、１６ｋを通って水冷媒熱交換器２に導入される。そして、この水は、水冷媒熱交換器２内でガス冷媒により加熱され、加熱水となって水冷媒熱交換器２から流出する。この加熱水は、配管１６ａ、１６ｂ、１６ｎ、１６ｑを通過して高温水流出入口１１ｂから貯湯タンク１１内に流入する。このように、沸き上げ運転が実行されると、貯湯タンク１１の上部が高温水となり下部が低温水となる温度分布状態を維持しつつ、貯湯される。

次に、沸き上げ運転時に給湯機制御装置５０が実行する加熱水の温度制御及び冷媒回路１０１の加熱能力制御について説明する。まず、温度制御とは、沸き上げ温度センサ１３ｂにより検出される沸き上げ温度が設定された目標沸き上げ温度に等しくなるように、循環ポンプ６ａの回転数をフィードバック制御するものである。このフィードバック制御は、例えば、一定の時間間隔で周期的に実行される。沸き上げ運転では、目標沸き上げ温度を所定の目標貯湯温度に設定した状態で貯湯を実行する。すなわち、目標沸き上げ温度は、目標貯湯温度に等しい。例えば、給湯機制御装置５０は、貯湯タンク１１の容量との関係において、目標貯湯量を貯湯タンク１１に貯えることができるように目標貯湯温度すなわち目標沸き上げ温度を設定する。目標貯湯量は、貯湯タンク１１に貯える熱量の目標値に相当する。給湯機制御装置５０は、例えばリモコン５１の操作内容等に基づいて目標貯湯量を設定してもよいし、過去の給湯使用熱量を学習した情報に基づいて目標貯湯量を算出してもよい。また、給湯機制御装置５０は、目標貯湯温度すなわち目標沸き上げ温度が、予め定められた範囲内（例えば、４０～９０℃）に収まるように設定する。

上記温度制御では、水冷媒熱交換器２に出入りする加熱水の流量を制御するだけなので、温度制御により実現される沸き上げ温度の最高値は、冷媒回路１０１の加熱能力に依存している。従って、冷媒回路１０１には、目標沸き上げ温度が設定範囲内の最大値（上記例では、９０℃）に設定された場合でも、これを実現できるだけの加熱能力が要求される。このため、加熱能力制御では、例えば、貯湯タンク１１内の貯湯量、外気温度、給水温度等に基づいて上記要求を満たす加熱能力の目標値（目標加熱能力）を設定し、冷媒回路１０１の実際の加熱能力が目標加熱能力に等しくなるように、圧縮機１の回転数等を制御する。このように加熱能力を制御すれば、目標沸き上げ温度の設定及び外部条件がどのように変化した場合でも、要求される沸き上げ温度を安定的に確保することができる。加熱能力制御は、例えば、一定の時間間隔で周期的に実行される。また、圧縮機１の回転数には、耐久性の観点から上限回転数及び下限回転数が設けられている。

沸き上げが完了したか否かの判定は、例えば、複数ある貯湯温度センサ１３ｇ～１３ｊのうち、貯湯タンク１１の最下部に設けられた貯湯温度センサ１３ｊ又は、配管１６ｋに設置された入水温度センサ１３ａが検出する検出温度が予め目標貯湯量に応じて設定された沸上停止温度以上を検出したかどうか、又は、沸き上げた熱量が目標熱量に達したかで判断される。給湯機制御装置５０は、沸き上げが完了した場合、ヒートポンプユニット１００及び循環ポンプ６ａを停止させる。

本実施の形態において給湯機制御装置５０は、上記の沸き上げ運転における目標沸き上げ温度が、高温の第１温度とする高温貯湯運転、第１温度より低温の第２温度とする低温貯湯運転と、目標沸き上げ温度が第１温度と第２温度との間の温度となる中温貯湯運転のなかから選択し、沸き上げ運転の動作を制御することができるように構成されている。

図３は、本実施の形態における貯湯タンク１１内の水の温度分布の一例を示す模式図である。図３には、低温貯湯運転直後、高温貯湯運転直後、及び、高温貯湯運転後、次の沸き上げ運転直前の温度分布が比較可能に示されている。ここで、図３の各破線は、貯湯タンク１１内の温度を示す破線であり、この破線が、左側にあるほどその位置の湯は高温で、右側にあるほど低温であることを示す。

低温貯湯運転の目標沸き上げ温度である第２温度は、６０℃未満の例えば４０～５０℃の温度である。ヒートポンプサイクルは沸き上げ温度が低いほど、エネルギー消費効率（ＣＯＰ）が高い傾向を有する。そこで、ヒートポンプ給湯機は、低温貯湯運転を優先して実行するように設定されている。低温貯湯運転直後には、図３に示されるように、貯湯タンク１１の最上部の貯湯温度センサ１３ｇで検出される検出温度は、５０℃程度の温度となる。

高温貯湯運転の目標沸き上げ温度である第１温度は、例えば６０℃以上の高温である。厚生労働省のレジオネラ症を予防するために必要な措置に関する技術上の指針において、貯湯槽は湯温を６０度以上に保つことが示されている。そこで、後述する高温沸き上げ条件が成立した場合、沸き上げ温度を６０℃以上の第１温度とする高温貯湯運転を行う。これにより、貯湯タンク１１内の所定量の湯を６０℃以上の高温とすることができる。一定時間経過ごとに高温貯湯運転を実施することで、貯湯タンク１１内に衛生上の措置を講ずることが可能となる。

図３に示されるように、高温貯湯運転では、沸き上げ温度が６０℃程度の高温に設定され、沸き上げが行われる。従って、図３に示されるように、高温貯湯運転直後の貯湯タンク１１の上部には、６０℃程度の高い温度の湯が貯湯される。

高温貯湯運転後、給湯負荷で湯が利用され、あるいは、貯湯タンク１１の上部の高温の湯が放熱する。その結果、図３に示されるように、沸き上げ運転直前の貯湯タンク１１の上部には、低温貯湯運転の目標沸き上げ温度（第２温度）よりも高い温度（例えば５５℃）の湯が貯湯された状態となる。貯湯タンク１１の上部の温度が第２温度より高い期間の沸き上げ運転では、中温貯湯運転が選択される。

中温貯湯運転では、複数の貯湯温度センサ１３ｇ～１３ｊのうちの最上部に配置された貯湯温度センサ１３ｇの検出温度が目標沸き上げ温度とされる。これにより、貯湯タンク１１の上部に残った第１温度よりも高温の湯を維持しながら、貯湯タンク１１の蓄熱量を増加させることが可能となる。また、高温の湯を維持できるため、ユーザーの給湯温度の選択域の拡大や追焚き運転の時間短縮などの効果が得られる。

ここで、ヒートポンプユニット１００で加熱された湯水は、例えば、配管１６ａ、１６ｂ等を通過し、高温水流出入口１１ｂに至るまでに温度が低下する。従って、ヒートポンプユニット１００の出口から、高温水流出入口１１ｂに至るまでの温度低下量に応じて、貯湯センサ１３ｇの検出温度を高くした温度に、目標沸き上げ温度を設定するようにしてもよい。これにより、貯湯タンク１１には、貯湯温度センサ１３ｇの検出温度の湯を確実に貯湯することが可能となる。

図４は、本実施の形態に係るヒートポンプ給湯機の給湯機制御装置５０によって沸き上げ運転のモードを選択する際の制御動作を説明するためのフローチャートである。図４の制御動作は、沸き上げ運転を開始する際、毎回実行される。

以下、図４に示されるように、沸き上げ運転を開始する場合、まず、ステップＳ１で、所定の高温貯湯運転の実行条件が成立したか否かが判別される。ここで、実行条件は、あらかじめ設定された条件である。具体的に、実行条件は、例えば、前回の高温貯湯運転の実行から第１基準時間が経過したこと、あるいは、貯湯タンクセンサ１３ｇ～１３ｊのいずれか１つ以上によって、少なくとも第２温度より低い第３温度（例えば４０℃）以下の温度が第２基準期間（例えば２日）の間連続して検出されたこと、とすることができる。

ステップＳ１で、実行条件が成立したと判別された場合、次に、処理はステップＳ２に進み、高温貯湯運転が選択される。一方、高温沸き上げ条件が成立していないと判別された場合、次に、処理はステップＳ３に進む。

ステップＳ３では、貯湯タンク１１の最上部の貯湯温度センサ１３ｇの検出温度が、第２温度より高いか否かが判別される。ステップＳ３で、検出温度が第２温度より高いと判別された場合、次に処理はステップＳ４に進む。ステップＳ４では、中温貯湯運転が選択される。一方、ステップＳ３で、検出温度が第２温度以下であると判別された場合には、処理はステップＳ５に進み、低温貯湯運転が選択される。ステップＳ２、Ｓ４、Ｓ５の処理の後、今回の処理は一旦終了とされる。

以上説明したように、本実施の形態の制御によれば、高温貯湯運転後の沸き上げ運転で、貯湯タンク１１上部の高温湯を維持しながら、蓄熱量を確保することができる。また、中温貯湯運転では、最上部の貯湯温度センサ１３ｇの検出温度を、沸き上げ温度に設定することで、貯湯タンク１１の上部の湯温が高温に維持できる。従って、追い焚き運転等を短時間で完了することができるなど、ユーザーの利便性を向上させることができる。

なお、中温貯湯運転では、機器で定める定格加熱能力よりも小さい加熱能力で運転する構成としてもよい。これにより、高温水流出入口１１ｂから流入する沸き上げ後の湯の流入速度が小さくなる。流入量が小さくなれば、中温貯湯運転で加熱後の湯と貯湯タンク１１内の湯との混合が抑制されるため、貯湯タンク１１の上部の高温の湯を、より多く維持することが可能となる。

また、高温貯湯運転後、中温貯湯運転が実行されずに低温貯湯運転が実行される場合、その低温貯湯運転時の加熱能力を、定格加熱能力よりも大きい加熱能力としてもよい。定格加熱能力よりも大きい加熱能力で運転することで、高温水流出入口１１ｂから流入する沸き上げ後の湯の流入速度が大きくなる。貯湯タンク１１上部の高温の湯の中に低温の湯が流入する場合、流入速度を大きくすることで低温の湯の拡散を抑制し、貯湯タンク１１の上部の高温の湯をより多く維持できる。

また、過去の第３基準期間内に、浴槽の水温を貯湯タンク１１内の湯で一定温度に維持する保温運転、又は、浴槽内の水温を昇温させる追い焚き運転の実績がない場合は、高温貯湯運転後の沸き上げ運転は中温貯湯運転を実行せずに低温貯湯運転を実行する。これによって、衛生上の措置以外の沸き上げ運転を低温貯湯運転とすることが可能となり、沸き上げ運転の消費電力量を低減することができる。

１ 圧縮機、 ２ 水冷媒熱交換器、 ３ 膨張弁、 ４ 空気熱交換器、 ５ ファン、 ６ａ 循環ポンプ、 ６ｂ 追焚用ポンプ、 ７、８、９ 切替弁、 １０ 混合弁、 １１ 貯湯タンク、 １１ａ 高温水取出口、 １１ｂ 高温水流出入口、 １１ｃ 追焚戻し口、 １１ｄ 中温水取出口、 １１ｅ 低温水戻し口、 １１ｆ 取水口、 １１ｇ 給水口、 １２ 追焚熱交換器、 １３ａ 入水温度センサ、 １３ｂ 沸き上げ温度センサ、 １３ｃ 外気温度センサ、 １３ｄ 吐出温度センサ、 １３ｅ 吸込温度センサ、 １３ｆ 蒸発温度センサ、 １３ｇ～１３ｊ 貯湯温度センサ、 １３ｋ 給水温度センサ、 １３ｌ 給湯温度センサ、 １３ｍ 風呂給湯温度センサ、 １４ ヒートポンプ制御装置、 １５ 給湯混合部、 １６ａ～１６ｑ 配管、 １７ａ 給湯流量センサ、 １７ｂ 風呂給湯流量センサ、 ５０ 給湯機制御装置、 ５１ リモコン、 ５１ａ 表示部、 ５１ｂ 操作部、 １００ ヒートポンプユニット、 １０１ 冷媒回路、 ２００ 貯湯ユニット、 ２０１ 貯湯回路、 ２０２ 追焚回路、 ２０３ 給湯回路

Claims (6)

1. 水を加熱するヒートポンプサイクルを有し、加熱能力を変更可能な加熱手段と、
   貯湯タンクと、
   前記加熱手段により加熱された湯を前記貯湯タンクに貯める沸き上げ運転を制御する制御手段と、
   前記貯湯タンク内の高さの異なる範囲それぞれの水の温度を検出可能な温度検出手段と、
   を備えるヒートポンプ給湯機であって、
   前記制御手段は、
   予め設定された高温貯湯運転の実行条件を満たした場合、前記沸き上げ運転における目標沸き上げ温度を、第１温度とする高温貯湯運転を実行し、
   前記高温貯湯運転後、次に前記実行条件が満たされるまでの間の沸き上げ運転では、前記貯湯タンクの前記範囲のうち最上部の範囲に対する検出温度が、前記第１温度より低温の第２温度より高い場合、前記検出温度に応じた温度を目標沸き上げ温度とする中温貯湯運転を実行し、
   前記検出温度が前記第２温度以下の場合、前記第２温度を目標沸き上げ温度とする低温貯湯運転を実行する、
   ことを特徴とするヒートポンプ給湯機。
2. 前記実行条件は、直近の沸き上げ運転が実行されてから第１基準期間が経過したこと、又は、前記貯湯タンクの前記範囲のうちいずれかの範囲で、前記第２温度より低い第３温度以下の温度が、第２基準期間の間に基準回数より多く検出されたことである、
   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. 前記中温貯湯運転を実行する際の前記加熱手段の加熱能力は、前記高温貯湯運転を実行する際の前記加熱手段の加熱能力より小さい加熱能力に設定されることを特徴とする請求項１から２のいずれか１項に記載のヒートポンプ給湯機。
4. 前記低温貯湯運転を実行する際の前記加熱手段の加熱能力は、前記高温貯湯運転を実行する際の前記加熱手段の加熱能力より大きい加熱能力に設定されることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のヒートポンプ給湯機。
5. 前記高温貯湯運転を実行する際の前記加熱手段の加熱能力は、定格加熱能力であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のヒートポンプ給湯機。
6. 前記制御手段は、
   前記貯湯タンクの水を利用して、浴槽の水温を一定温度に維持する保温運転、又は、浴槽の水温を設定温度に加熱する追い焚き運転の、過去の実行状態を取得し、
   前記実行状態から第３基準期間の間、保温運転又は追い焚き運転が実行されていないと判断される場合には、前記高温運転実行後の沸き上げ運転では、前記検出温度に関わらず、前記低温貯湯運転とすることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のヒートポンプ給湯機。

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