JP5109300B2 - 貯湯式給湯暖房装置 - Google Patents

Description

本発明は、ヒートポンプサイクルからなるヒートポンプ熱源機を用いて給湯用流体を沸き上げ、貯湯タンク内に貯められた給湯用流体を用いて給湯を行うとともに、その給湯用流体を用いてブラインを加熱し、その加熱されたブラインを暖房器に循環させて暖房や乾燥などを行う貯湯式給湯暖房装置に関する。

従来、この種の貯湯式給湯暖房装置として、例えば、特許文献１に示すように、給湯水を貯湯する貯湯タンクと、給湯水を沸き上げる運転能力可変型のヒートポンプ熱源機と、加熱された給湯水でブラインを加熱し、そのブラインを暖房の用途に放熱する暖房器とを備えている装置が知られている。

この特許文献１では、貯湯タンク内の給湯水をヒートポンプ熱源機に流通させる給湯用流体加熱回路と、ヒートポンプ熱源機で加熱された給湯水を流通させて暖房器の熱源であるブラインを加熱するブライン加熱回路とを有している。そして、このヒートポンプ熱源機を熱源として、貯湯タンク内の給湯水を沸き上げる貯湯運転と、加熱された給湯水の熱を暖房器で暖房の用途に放熱させる暖房運転を行っている。

そして、貯湯単独運転時または暖房単独運転時はそれぞれの負荷に応じた加熱能力でヒートポンプ熱源機を運転し、貯湯運転と暖房運転を同時に行う貯湯暖房運転時は貯湯単独運転時の加熱能力と暖房単独運転時の加熱能力とを加えた最大能力でヒートポンプ熱源機を運転するようにしている。
特開２００４−３１７０９３号公報

しかしながら、上記特許文献１では、貯湯運転、暖房運転の負荷に応じて加熱能力を切り替えるように制御しているが、そのときの沸き上げ温度は、貯湯タンク内に高温（例えば、８０℃以上）の給湯水を貯えるために高温（例えば、８０℃以上）の沸き上げ温度となるように設定されている。

換言すると、この種のヒートポンプ熱源機では、放熱器である水熱交換器に流入する給湯水の流入温度が一定のときには、水熱交換器を流出する沸き上げ温度を高めることでヒートポンプサイクルのＣＯＰ（成績係数）が低下する問題がある。

そのために、上記のような装置では、一般的に、ヒートポンプ熱源機を電力料金の安い時間帯に貯湯運転を行って高温の給湯水を貯湯タンクに貯めるようにしている。しかし、高温の給湯水を貯湯タンクの上部から導いてブライン加熱回路に流通させると、特に冬季において、暖房器の使用時間が長くなってくると、暖房器で放熱された給湯水が貯湯タンクに戻るため、貯湯タンクには中温（例えば、３０〜５０℃程度）の給湯水が多量に貯湯されることになる。

つまり、貯湯タンク内には、高温の給湯水の下方に多量の中温の給湯水が貯湯されると、その給湯水を給湯および暖房に用いることができず使い切れない状態で次の貯湯運転が開始されることになる。ヒートポンプ熱源機では、貯湯運転を行うときに、水熱交換器に流入する給湯水の流入温度が上昇することでヒートポンプサイクルのＣＯＰ（成績係数）が低下する問題がある。

ところで、このような高温の沸き上げ温度を必要する貯湯式給湯装置では、給湯の用途に供する一日あたりの使用熱量はある程度予測できるため、予測される使用熱量に応じて、前日の電力料金の安い時間帯に貯湯運転を行って必要使用熱量分の貯湯量を貯湯タンク内に貯えるようにしている。一方、暖房器などの使用熱量はその予測が困難である。一日のうち何時間使用されるか分らないが、機器としては最大の使用熱量に対しても満足する必要がある。

換言すると、給湯の使用熱量のために貯湯タンク内に貯えられた貯湯量が暖房器の使用熱量によって湯切れを起こす問題がある。これを防止するために、多大の貯湯量を貯湯タンク内に事前に貯えるようにしている。これによれば、大容量の貯湯タンクの設置が必要であるとともに、特に、夏季においては暖房器を作動しないことで無駄な設置スペースとなる問題がある。さらに、高温（例えば、８０℃以上）の給湯水を多量に貯えておくと、貯湯タンクからの熱損失を防止するための施策が必要となる。

そこで、本発明の目的は、上記点を鑑みたものであり、暖房装置による貯湯タンク内における中温の給湯用流体の増加を防止するととともに、ヒートポンプ熱源機のＣＯＰを向上させることのできる貯湯式給湯暖房装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１ないし請求項６に記載の技術的手段を採用する。すなわち、請求項１に記載の発明では、給湯用流体を貯湯する貯湯タンク（１１）と、圧縮機（２１）と放熱器（２２）とを有し、この放熱器（２２）に貯湯タンク（１１）から低温の給湯用流体を通水して沸き上げ運転を行うヒートポンプ熱源機（２０）と、貯湯タンク（１１）の下部から取り出した低温の給湯用流体をヒートポンプ熱源機（２０）によって沸き上げ、その沸き上げられた給湯用流体を貯湯タンク（１１）の上部に戻す給湯用流体加熱回路（Ｋ１）と、給湯用流体が通過する１次側流路（３４ａ）とブラインが通過する２次側流路（３４ｂ）とを有し、給湯用流体によってブラインを加熱する水ブライン熱交換器（３４）と、貯湯タンク（１１）から取り出した給湯用流体を１次側流路（３４ａ）に流通させた後、貯湯タンク（１１）の下部に戻すブライン加熱回路（Ｋ２）と、水ブライン熱交換器（３４）で加熱されたブラインを暖房の用途に放熱する暖房器（３１）とを備える貯湯式給湯暖房装置において、
貯湯タンク（１１）から中温の給湯用流体を取り出す中温水取り出し経路（１４）が設けられ、給湯用流体加熱回路（Ｋ１）およびブライン加熱回路（Ｋ２）は、ヒートポンプ熱源機（２０）で沸き上げられた給湯用流体、中温水取り出し経路（１４）から取り出された中温の給湯用流体、もしくは前記貯湯タンク（１１）の上部から取り出された高温の給湯用流体のいずれかをブライン加熱回路（Ｋ２）側に流通するように構成し、
暖房器（３１）を運転したときは、ヒートポンプ熱源機（２０）で沸き上げられた給湯用流体を１次側流路（３４ａ）に流通させ、かつ暖房器（３１）の放熱量に応じた加熱能力でヒートポンプ熱源機（２０）の沸き上げ運転を制御する制御手段（４０）を有し、
制御手段（４０）は、所定期間内における給湯の用途に供するための給湯必要貯湯量を学習する給湯貯湯量学習手段（４０ｃ）を有し、給湯用途に使用する前の時間帯に、暖房使用熱量相当分の貯湯量を予め貯湯することなく、給湯貯湯量学習手段（４０ｃ）で算出された給湯必要熱量相当分の給湯必要貯湯量のみを貯湯タンク（１１）内に貯湯するようにヒートポンプ熱源機（２０）を制御することを特徴としている。

この発明によれば、ヒートポンプ熱源機（２０）で沸き上げられた給湯用流体をブライン加熱回路（Ｋ２）側に流通するように構成したことにより、ヒートポンプ熱源機（２０）の沸き上げ温度を暖房器（３１）に応じた沸き上げ温度に低下させることができる。

例えば、暖房器（３１）が床暖房装置であれば、ブライン加熱回路（Ｋ２）側に流通する給湯用流体を中温（例えば、６５℃程度）の沸き上げ運転を行えば良い。これにより、高温貯湯よりも沸き上げ温度を低下させることでヒートポンプ熱源機（２０）のＣＯＰを向上させることのできる。

また、暖房器（３１）の放熱量に応じた加熱能力のヒートポンプ熱源機（２０）で沸き上げられた給湯用流体を暖房器（３１）の熱源とすることで、貯湯タンク内（１１）内に、中温の給湯用流体が増加することはない。さらに、ヒートポンプ熱源機（２０）の貯湯運転を行うときに、中温の給湯用流体の残湯量が低下することでヒートポンプ熱源機（２０）のＣＯＰを向上させることができる。この発明によれば、給湯のための貯湯運転では目標沸き上げ温度が高温であるため、例えば、電力料金の安い時間帯に貯湯運転を行うことでランニングコストの低減が図れる。また、暖房使用熱量相当分の貯湯量を予め貯湯することなく、給湯必要熱量相当分の貯湯量のみを貯湯タンク（１１）内に貯湯することで、大容量の貯湯タンク（１１）にすることはない。

請求項２に記載の発明では、制御手段（４０）は、所定時間毎に貯湯タンク（１１）内の貯湯量を算出する貯湯量演算手段（４０ａ）と、この貯湯量演算手段（４０ａ）で算出された貯湯量を比較して、現在の貯湯量と先回の貯湯量との差である変化量（ΔＱｄ）を算出する貯湯変化量演算手段（４０ｂ）とを有し、
貯湯変化量演算手段（４０ｂ）で算出された変化量（ΔＱｄ）が所定量増加したときに、ヒートポンプ熱源機（２０）の加熱能力を減少するように圧縮機（２１）の回転数を制御し、貯湯変化量演算手段（４０ｂ）で算出された変化量（ΔＱｄ）が所定量減少したときに、ヒートポンプ熱源機（２０）の加熱能力を上昇するように圧縮機（２１）の回転数を制御することを特徴としている。

この発明によれば、所定時間毎に貯湯量の変化量を監視することで、暖房器を運転のときに、貯湯タンク（１１）内の貯湯量の増減が大きくならないようにヒートポンプ熱源機（２０）を運転することができる。換言すると、暖房器（３１）の放熱量に略一致するようにヒートポンプ熱源機（２０）の加熱能力を制御することができる。

請求項３に記載の発明では、制御手段（４０）は、所定時間毎に貯湯タンク（１１）内の貯湯量を算出する貯湯量演算手段（４０ａ）を有し、所定の時刻における貯湯量が所定値未満の時にヒートポンプ熱源機の沸き上げ運転を行うことを特徴とする。
請求項４に記載の発明では、ブライン加熱回路（Ｋ２）を流通する流量は、制御手段（４０）により水ブライン熱交換器（３４）の２次側流路（３４ｂ）を流出するブラインの出口温度が目標出口温度となるように制御され、給湯用流体加熱回路（Ｋ１）を流通する流量は、制御手段（４０）により放熱器（２２）を流出する給湯用流体の沸き上げ温度が目標沸き上げ温度となるように制御されており、
制御手段（４０）は、ブライン加熱回路（Ｋ２）側に給湯用流体を流通する暖房運転のときに、目標沸き上げ温度を目標出口温度近傍に低下させてヒートポンプ熱源機（２０）を制御することを特徴としている。

この発明によれば、目標沸き上げ温度を目標出口温度近傍（例えば、６５℃程度）まで低下させることでヒートポンプ熱源機（２０）のＣＯＰを向上させることのできる。また、暖房側に流通させる給湯用流体をヒートポンプ熱源機（２０）で沸き上げ運転を行うと、給湯用流体加熱回路（Ｋ１）側の流量とブライン加熱回路（Ｋ２）側の流量とが異なる。

従って、給湯用流体加熱回路（Ｋ１）側の流量に過不足が生ずるが、その過不足を貯湯タンク（１１）で吸収、放出の調節が容易にできる。つまり、貯湯タンク（１１）で過不足をカバーすることができる。

請求項５に記載の発明では、給湯用流体加熱回路（Ｋ１）は、ヒートポンプ熱源機（２０）で沸き上げられた給湯用流体の沸き上げ温度が目標沸き上げ温度よりも低いときに、ヒートポンプ熱源機（２０）で沸き上げられた給湯用流体を中温水取り出し経路（１４）側に流通するように構成したことを特徴としている。

この発明によれば、沸き上げ運転の開始直後では沸き上げ温度が低いときがあるが、中温水取り出し経路（１４）側に流通することで貯湯タンク（１１）の上部の高温の給湯用流体に混入することを防止できる。

請求項６に記載の発明では、給湯用流体加熱回路（Ｋ１）およびブライン加熱回路（Ｋ２）には、第１流量調整手段（１６）と第２流量調整手段（１７）とが設けられ、第２流量調整手段は、ヒートポンプ熱源機（２０）で沸き上げられた給湯用流体をブライン加熱回路（Ｋ２）側および貯湯タンク（１１）の中温取り出し経路（１４）側の少なくとも一方に流通する流量を調節もしくは切り換え、第１流量調整手段は、ヒートポンプ熱源機（２０）で沸き上げられた給湯用流体を貯湯タンク（１１）の上部側および第２流量調整手段側の少なくとも一方に流通する流量を調節もしくは切り換えることを特徴としている。

この発明によれば、少なくとも二つの第１、第２流量調整手段（１６、１７）として、例えば、比例弁もしくは切換弁などを設けることで、ブライン加熱回路（Ｋ２）側に流通させるヒートポンプ熱源機（２０）で沸き上げられた給湯用流体、中温水取り出し経路（１４）から取り出された中温の給湯用流体、もしくは貯湯タンク（１１）の上部から取り出された高温の給湯用流体のいずれか一方の給湯用流体の選択と切り換えが容易にできる。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態の具体的手段との対応関係を示すものである。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態による貯湯式給湯暖房装置を図１ないし図７に基づいて説明する。図１は本実施形態の貯湯式給湯暖房装置の全体構成を示す模式図であるとともに、暖房運転したときの給湯用流体である給湯水の流れ方向を示す説明図である。図２は、制御装置４０による暖房運転の制御処理を示すフローチャートである。

また、図３および図４は暖房運転したときの給湯用流体である給湯水の流れ方向を示す説明図である。さらに、図５は暖房運転と貯湯タンク内に給湯水を貯湯する貯湯運転をしたときの給湯水の流れ方向を示す説明図である。図６は一日における床暖および給湯の使用熱量と貯湯量との関係を示す出湯パターンの特性図である。また、図７は直接暖房運転開始時における沸き上げ温度が低いときの給湯水の流れ方向を示す説明図である。

ところで、図１中、ヒートポンプ熱源機２０は、減圧器として電気式膨張弁２３を用い、給湯用流体として給湯水を加熱し高温（本実施形態では、約９０℃）の温水を生成する超臨界ヒートポンプサイクルである。

この超臨界ヒートポンプサイクルとは、高圧側の冷媒圧力が冷媒の臨界圧力以上となるヒートポンプサイクルを言い、例えば、二酸化炭素、エチレン、エタン、酸化窒素などを冷媒とするヒートポンプサイクルである。

本実施形態の貯湯式給湯暖房装置は、図１に示すように、大別すると、貯湯タンク１１を有するタンクユニット１０、ヒートポンプサイクルＲからなる冷凍サイクル機器が収納されたヒートポンプ熱源機２０、暖房器である床暖房装置３１を備える暖房ユニット３０、および制御手段である制御装置４０から構成される。

まず、ヒートポンプ熱源機２０は、図１に示すように、２１は冷媒（本実施形態では二酸化炭素）を吸入圧縮する圧縮機であり、この圧縮機２１は、冷媒を吸入圧縮する圧縮機構（図示せず）および圧縮機構を駆動する電動モータ（図示せず）が一体となった電動圧縮機である。電動モータ（図示せず）は、制御装置４０によって回転数が制御されることでヒートポンプ熱源機２０の運転能力である加熱能力を切り替えることができる。

２２は圧縮機２１から吐出する冷媒と給湯水とを熱交換する放熱器である水熱交換器であり、この水熱交換器２２は、冷媒通路２２ａに流れる冷媒流れと給湯水通路２２ｂに流れる給湯水流れとが対向するように構成された対向流型の熱交換器である。

２３は水熱交換器２２から流出する冷媒を減圧する減圧器である電気式膨張弁であり、２４は、電気式膨張弁２３（以下、膨張弁２３と称する）から流出する冷媒を蒸発させて大気中の熱を冷媒に吸収させるとともに、後述するアキュムレータ２５（圧縮機２１の吸入側）に向けて冷媒を流出する空気熱交換器である。

２５は、空気熱交換器２４から流出する冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離して気相冷媒を圧縮機２１の吸入側に流出するとともに、ヒートポンプサイクル中の余剰冷媒を蓄えるアキュムレータである。

２４ａは空気熱交換器２４に空気（外気）を送風するとともにその送風量を調節することができる送風機であり、この送風機２４ａ、圧縮機２１および膨張弁２３は、図示しない各センサから検出される圧力情報、温度情報に基づいて制御装置４０により制御されている。

そして、給湯用流体加熱回路Ｋ１は、給湯水の加熱手段である上記水熱交換器２２の給湯水通路２２ｂと、給湯水を循環させる給湯水循環ポンプ２６とを備え、給湯水を貯湯する貯湯タンク１１とを環状に接続して接続される。

給湯水循環ポンプ２６は、貯湯タンク１１の下部に設けられた吸入口１１ａから低温の給湯水を取り出して給湯水通路２２ｂに通水させて貯湯タンク１１の上部に設けられた吐出口１１ｂに還流するように水流を発生させるポンプである。

この給湯水循環ポンプ２６は、内蔵するモータの回転数に応じて流量を調節することができ、制御装置４０により制御される。なお、符号５２は、水熱交換器２２から流出する給湯水の沸き上げ温度を検出する温度センサであり、この温度センサ５２の検出信号が制御装置４０に入力され、この検出信号に基づいて給湯水循環ポンプ２６の回転数が制御される。

つまり、ヒートポンプ熱源機２０を作動させて沸き上げ運転を行う時は、水熱交換器２２から流出する給湯水の沸き上げ温度が目標沸き上げ温度となるように給湯用流体加熱回路Ｋ１を流通する流量を給湯水循環ポンプ２６の回転数により制御している。

なお、図中に示す符号１６は、一方の経路といずれか他方の経路との連通割合を可変する比例弁を用いた第１流量調節手段１６であって、一方の経路からいずれか他方の経路が連通する開度に切り換えるとともに、他方の経路が互いに連通する中間開度に切り換えることのできる流量調節弁である（詳しくは後述する）。

次に、タンクユニット１０は、貯湯タンク１１とその貯湯タンク１１とに接続される配管類から構成される。貯湯タンク１１は、耐食性に優れた金属製（例えば、ステンレス製）からなり、縦長形状に形成され、外周部に図示しない断熱材が配置されており高温の給湯水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。

また、その底面には導入口１１ｃが設けられ、この導入口１１ｃには貯湯タンク１１に水道水を導入する給水配管１２が接続されている。なお、この給水配管１２の上流には図示しない減圧逆止弁および開閉弁を介して上水に接続されて、所定圧の水道水を導入するようになっている。

一方、貯湯タンク１１の最上部には導出口１１ｄが設けられ、この導出口１１ｄには貯湯タンク１１内に貯えられた給湯水のうち、高温（例えば、７５〜９０℃）の給湯水を導出するための高温取り出し経路１３が接続されている。

そして、この高温取り出し経路１３の経路途中には、図示しない逃がし弁が設けられた排出配管を接続しており、貯湯タンク１１内の圧力が所定圧以上に上昇した場合には、貯湯タンク１１内の給湯水を外部に排出して、貯湯タンク１１などにダメージを与えないようになっている。

また、図中に示す１４は、貯湯タンク１１内に貯えられた給湯水のうち、高温の給湯水よりも湯温の低い中温（例えば、３０〜５０℃）の給湯水を取り出すための中温取り出し経路であり、貯湯タンク１１縦方向の略中間部、およびその中間部下方の下部に形成された導出口１１ｅ、１１ｆのいずれか一方から中温の給湯水を取り出すようにしている。

より具体的には、導出口１１ｅに取り出し管１４ａを接続させ、一方の導出口１１ｆに取り出し管１４ｂを接続させるとともに、互いの取り出し管１４ａ、１４ｂの下流端をそれぞれ三方弁１５に接続している。そして、三方弁１５の他方が中温取り出し経路１４の上流端に接続している。

三方弁１５は、導出口１１ｅもしくは導出口１１ｆのいずれか一方を選択して貯湯タンク１１内の中温の給湯水を中温取り出し経路１４に取り出すための切換弁であって制御装置４０により制御される。

これは、貯湯タンク１１内の貯湯量が多いときには、貯湯タンク１１の下部に中温の給湯水が貯湯され、貯湯タンク１１内の貯湯量が少なくなると、貯湯タンク１１の中間部に中温の給湯水が貯湯される。言い換えると、貯湯量に応じて変化する中温の給湯水をより効果的に取り出すことができる。

なお、中温取り出し経路１４の中途には、分岐点Ａを設け、その分岐点Ａから後述する第２流量調整手段１７のいずれか他方の経路に接続するように形成されている。そして、高温取り出し経路１３と中温取り出し経路１４との下流側合流部位に、流量調節弁である高中温混合弁１８が設けられている。

この高中温混合弁１８は、その下流側に設けられた給湯用混合弁１９に流通させる給湯水の湯温を調節する温度調節弁であり、それぞれの開口面積比を調節することで、高温取り出し経路１３から取り出した高温の給湯水と中温取り出し経路１４から取り出した中温の給湯水との混合比を調節するようにしている。

そして、高中温混合弁１８は制御装置４０に電気的に接続されており、図示しない温度センサからの温度情報に基づいて制御される。例えば、給湯用混合弁１９に流通させる給湯水の湯温を所定温度（設定温度＋２℃程度）となるように、中温取り出し経路１４から取り出した中温の給湯水を積極的に混合させるようにして所定温度に温度調節されるようにしている。

そして、高中温混合弁１８の下流側に給湯用配管１３ａが接続されている。給湯用配管１３ａは、その下流端に設けられた図示しない給湯水栓、シャワー水栓等へ設定温度に温度調節された給湯水を導く配管であって、その流路の中途に給湯用混合弁１９が設けられている。

給湯用混合弁１９は、給湯用配管１３ａの末端で出湯する給湯水の湯温を調節する温度調節弁であり、それぞれの開口面積比（高中温混合弁１８で温度調節された給湯水側の開度と給水配管１２に連通する水側の開度の比率）を調節することで出湯する湯温を設定温度に調節する。そして、高中温混合弁１８、給湯用混合弁１９は、制御装置４０に電気的に接続されており、図示しない各温度センサからの温度情報に基づいて制御される。

また、貯湯タンク１１の外壁面には、貯湯量、もしくは貯湯温度を検出するための水温センサである複数の貯湯サーミスタ５１ａ〜５１ｆが縦方向（貯湯タンク１１の高さ方向）にほぼ等間隔に配置され、貯湯タンク１１内に満たされた給湯水の各水位レベルでの温度情報を制御装置４０に出力するようになっている。

これにより、貯湯タンク１１内上方の沸き上げられた給湯水と貯湯タンク１１内下方の沸き上げられる前の低温の給湯水との境界位置を検出できるとともに、各水位レベルでの給湯水の湯温を検出できる。換言すると、縦方向に配置された貯湯サーミスタ５１ａ〜５１ｆの貯湯温度を検出することで貯湯タンク１１の貯湯量を算出することができる。なお、貯湯サーミスタ５１ａ〜５１ｆのうち、導出口１１ｅ、１１ｆ近傍に設けられるサーミスタ５１ｂ〜５１ｅは中温の給湯水の貯湯温度を検出するセンサである。

次に、暖房ユニット３０は、ブラインを加熱するブライン加熱回路Ｋ２と、床暖房装置からなる暖房器３１へのブライン循環回路Ｂｊとから構成している。ブライン加熱回路Ｋ２は、ブラインの加熱手段である水ブライン熱交換器３４と、給湯水を水ブライン熱交換器３４の１次側流路３４ａに熱源である給湯水を循環させる熱源水循環ポンプ３２とを備え、貯湯タンク１１とを環状に接続して構成される。

水ブライン熱交換器３４は、貯湯タンク１１に貯湯された給湯水とブラインとを熱交換させてブラインを加熱する熱交換器であり、１次側流路３４ａに流れる給湯水流れと２次側流路３４ｂに流れるブライン流れとが対向するように構成された対向流型の熱交換器である。

水ブライン熱交換器３４の１次側流路３４ａ下流端は、貯湯タンク１１の下部に設けられた導入口１１ｇに接続されている。また、水ブライン熱交換器３４の１次側流路３４ａ上流端は中温取り出し経路１４の分岐点Ａに繋がれている。そして、分岐点Ａと１次側流路３４ａとの間に第２流量調節手段１７が配置されている。

この第２流量調節手段１７は、給湯用流体加熱回路Ｋ１に配置された第１流量調節手段１６と同じものであって、一方の経路からいずれか他方の経路が連通する開度に切り換えるとともに、他方の経路が互いに連通する中間開度に切り換えることのできる流量調節弁である。

具体的に、第１、第２流量調節手段１６、１７は、図１に示すように、給湯用流体加熱回路Ｋ１およびブライン加熱回路Ｋ２において、水熱交換器２２の流出側と中温取り出し経路１４の分岐点Ａにとの間を繋ぐように配置されている。より具体的には、第１流量調節手段１６の一方が水熱交換器２２の流出側に繋がれ、他方のうちの一方が貯湯タンク１１の吐出口１１ｂに繋がれ、他方のうちのもう一方が、第２流量調節手段１７の一方に繋がれている。

そして、第２流量調節手段１７の他方のうちの一方が、水ブライン熱交換器３４の１次側流路３４ａに繋がれ、他方のうちのもう一方が中温取り出し経路１４の分岐点Ａに繋がれている。換言すると、水ブライン熱交換器３４の１次側流路３４ａの上流端は、第２流量調節手段１７を介して中温取り出し経路１４の分岐点Ａに繋がれている。

さらに、水ブライン熱交換器３４の１次側流路３４ａの上流は、第２流量調節手段１７、および第１流量調節手段１６を介して、貯湯タンク１１の上部（吐出口１１ｂ）もしくは水熱交換器２２の流出側に連通するように繋がれている。

言い換えれば、一方の第１流量調節手段１６は、水熱交換器２２を流出した給湯水をブライン加熱回路Ｋ２に流通させるか、または貯湯タンク１１の上部に流通させるかのいずれか一方に切り換えるとともに、貯湯タンク１１の上部とブライン加熱回路Ｋ２とを連通するように切り換える。

他方の第２流量調節手段１７は、水熱交換器２２を流出した給湯水を水ブライン熱交換器３４の１次側流路３４ａに流通させるか、または中温取り出し経路１４に流通させるかのいずれか一方に切り換えるとともに、水ブライン熱交換器３４の１次側流路３４ａと中温取り出し経路１４とが連通するように切り換える。そして、制御装置４０により開度が必要に応じて制御される（詳しくは後述する）。

従って、二つの流量調節手段１６、１７を組み合わせることで、給湯用流体加熱回路Ｋ１、ブライン加熱回路Ｋ２、貯湯タンク１１の上部、および中温取り出し経路１４を介して貯湯タンク１１の中間部とが連通するようになっている。

ところで、水ブライン熱交換器３４の１次側流路３４ａと導入口１１ｇとの間に配置される熱源水循環ポンプ３２は、第１、第２流量調節手段１６、１７により切り換えられた給湯水を取り出して水ブライン熱交換器３４の１次側流路３４ａに通水させて貯湯タンク１１の下部に設けられた導入口１１ｇに還流するように水流を発生させるポンプである。

この熱源水循環ポンプ３２は、内蔵するモータの回転数に応じて流量を調節することができ、制御装置４０により制御される。なお、図中に示す符号５３は、水ブライン熱交換器３４の２次側流路３４ｂから流出するブラインの出口温度を検出する温度センサであり、この温度センサ５３の検出信号が制御装置４０に入力され、この検出信号に基づいて熱源水循環ポンプ３２の回転数が制御される。

換言すると、暖房ユニット３０を作動させて暖房運転を行う時は、水ブライン熱交換器３４から流出するブラインの出口温度が目標出口温度となるようにブライン加熱回路Ｋ２を流通する流量を熱源水循環ポンプ３２の回転数により制御している。

そして、その暖房運転を行う時に、ブライン加熱回路Ｋ２内に流通される給湯水は、給湯用流体加熱回路Ｋ１およびブライン加熱回路Ｋ２に設けられた二つの第２流量調節手段１６、１７により選択された給湯水が流通される。

具体的には、ヒートポンプ熱源機２０で沸き上げられた高温または中温の給湯水、中温水取り出し経路１４から取り出された中温の給湯水、もしくは貯湯タンク１１の上部（吐出口１１ｂ）から取り出された高温の給湯水のいずれか一つが流通される。

また、ブライン循環回路Ｂｊは、ブラインの加熱手段である水ブライン熱交換器３４と、ブラインを水ブライン熱交換器３４の２次側流路３４ｂに循環させるブライン循環ポンプ３３と、暖房器３１とを備えて環状に接続して構成される。暖房器３１は、住居居室の床板下に配置される配管パネルである。

ブライン循環ポンプ３３は、内蔵するモータの回転数に応じて流量を調節することができ、制御装置４０により制御される。なお、このような床暖房装置は、人体が直接床材に触れても快適な暖房感が得られるよう、ブラインを熱く感じない６０℃程度の温度で暖房器３１に供給し、冷たく感じない４０℃程度の温度で暖房器３１に戻るような流量となるように、制御装置４０によりブライン循環ポンプ３３の回転数が制御される。

制御手段である制御装置４０は、マイクロコンピュータを主体として構成され、内蔵のＲＯＭ（図示せず）には、予め設定された制御プログラムが設けられており、各センサ５１ａ〜５１ｆ、５２、５３などからの温度情報、圧力情報、図示しない操作盤からの操作情報に基づいて各種冷凍サイクル部品２１、２３、三方弁１５、第１、第２流量調節手段１６、１７、高中温混合弁１８、給湯水混合弁１９、および各種循環ポンプ２６、３２、３３のアクチュエータ類を制御している。

ところで、本実施形態の制御装置４０には、貯湯量演算手段４０ａ、貯湯変化量演算手段４０ｂ、および給湯貯湯量学習手段４０ｃが設けられている。貯湯量演算手段４０ａは貯湯サーミスタ５１ａ〜５１ｆで検出された貯湯温度に基づいて貯湯量を算出する演算手段である。具体的には、貯湯サーミスタ５１ａ〜５１ｆで検出された貯湯温度に基づいて所定時間（例えば、３０分程度）毎に現在の貯湯量を算出している。

そして、貯湯変化量演算手段４０ｂは、貯湯量演算手段４０ａで算出された先回の貯湯量と今回の貯湯量とを比較するとともに、先回の貯湯量と今回の貯湯量との差である変化量ΔＱｄを算出する演算手段である。換言すると、所定時間毎に貯湯量およびその変化量ΔＱｄを算出している（詳しくは後述する）。

また、給湯貯湯量学習手段４０ｃは、少なくとも図示しない給湯熱量演算手段と学習制御手段とを有している。そして、給湯熱量演算手段は、貯湯タンク１１内に貯えられた給湯水を台所、浴槽内への出湯、お湯張りなど給湯の用途に供するための給湯使用熱量を求める演算手段である。

具体的には、給湯用配管１３ａに流量カウンタ（図示せず）を設けて、給湯を行う毎に給湯用配管１３ａを流出する給湯水の流量を検知するとともに、そのときの貯湯タンク１１内から出湯する給湯水の湯温と給水配管１２を流通する給水温度との温度差に流量を乗じて給湯用使用熱量を求めるようにしても良い。

そして、学習制御手段は、給湯熱量演算手段で求めた給湯用使用熱量を、例えば、一日毎のデータとして集計し、ある所定期間（例えば、過去１週間程度）記憶させておく。そして、記憶された所定期間（例えば、過去１週間程度）内のデータに基づいて一日あたりの給湯必要熱量を求める演算手段である。つまり、給湯用使用熱量を学習させて使用熱量の予測を行う学習手段である。

なお、本実施形態では、上記給湯貯湯量学習手段４０ｃで算出された一日あたりの給湯必要熱量に基づいて、例えば、電力料金の安い時間帯にヒートポンプ熱源機２０を沸き上げ運転させる貯湯運転を行って、貯湯タンク１１内に高温の給湯水を貯えるようにしている。

これにより、本実施形態では、ヒートポンプ熱源機２０の沸き上げ運転が終了したときに、一日あたりの給湯用必要熱量相当分の貯湯量が貯えられることになる。従って、一度に貯えた貯湯量を時間の経過毎に給湯の用途のために出湯するため、貯湯量の所定値は時刻毎に変化している。このために、時間の経過毎に現在の貯湯量を監視させておいて、その時刻による貯湯量の所定値未満のときにヒートポンプ熱源機２０を沸き上げ運転させる貯湯運転を行うようにしている。

一方、暖房ユニット３０を作動させて暖房運転を行う時は、床暖使用熱量相当分の貯湯量を予め貯湯することなく、ヒートポンプ熱源機２０で沸き上げられた給湯水をブライン加熱回路Ｋ２側に流通させ、かつ暖房器３１の放熱量に応じた加熱能力でヒートポンプ熱源機２０の沸き上げ運転を制御するようにしている。

つまり、暖房運転を行う時は、ヒートポンプ熱源機２０の沸き上げ運転を行うようにしてヒートポンプ熱源機２０で沸き上げられた給湯水を熱源としてブラインを加熱して暖房器３１を放熱させている。

ここで、以上の構成による貯湯式給湯暖房装置の作動を説明する。貯湯式給湯暖房装置の作動として、大別するとブライン加熱回路Ｋ２とブライン循環回路Ｂｊとが作動する暖房運転と、ヒートポンプ熱源機２０を作動させて貯湯タンク１１内に高温の給湯水を貯湯する貯湯運転とがある。

より具体的には、図２に示すフローチャートに基づいて暖房運転を説明する。まず、図２に示すように、ステップ４１０にて、図示しない暖房運転スイッチがＯＮ操作されたか否かで判定する。ここで、暖房運転スイッチがＯＮ操作しておれば制御処理が開始され、ＯＦＦであれば待機している。

そして、暖房運転の制御処理が開始されば、ステップ４２０にて、貯湯タンク１１内の貯湯量が所定値以上か否かを判定する。本実施形態では、貯湯量演算手段４０ａにより貯湯サーミスタ５１ａ〜５１ｆで検出された貯湯温度に基づいて所定時間（例えば、３０分程度）毎に現在の貯湯量を算出している。ここでは、給湯の用途のための貯湯量が所定値以上あるか否かを監視する判定手段である。

ここで、貯湯量が所定値未満であればステップ４３０に移行し、所定値以上であればステップ４７０に移行する。そして、ステップ４３０にて、貯湯タンク１１内の中温水を用いた暖房運転を行うようにする。より具体的には、図５に示すように、第１流量調節手段１６を一方の経路といずれか他方の経路が連通する開度に切り換えるとともに、第２流量調節手段１７を他方の経路が互いに連通する中間開度に切り換える。

つまり、第１流量調節手段１６では、水熱交換器２２の流出側と貯湯タンク１１の吐出部１１ｂとが連通するように切り換える。これにより、給湯用流体加熱回路Ｋ１とブライン加熱回路Ｋ２とが閉塞される。また、第２流量調節手段１７では、中温取り出し経路１４と水ブライン熱交換器３４の１次側流路３４ａとが連通する。

従って、ブライン加熱回路Ｋ２とブライン循環回路Ｂｊとの各循環ポンプ３２、３３が作動することで、中温取り出し経路１４を介して貯湯タンク中間部に貯湯された中温の給湯水がブライン加熱回路Ｋ２側に流通（図中に示す矢印ａ、ｂ）する。つまり、貯湯タンク１１内に貯えられた給湯水を用いて暖房することになる。

ところで、ブライン加熱回路Ｋ２に流通させる貯湯タンク中間部の給湯水は、水ブライン熱交換器３４から流出するブラインの目標出口温度近傍以上の給湯水が三方弁１５によって、導出口１１ｅもしくは一方の導出口１１ｆのいずれか一方を選択するようにすると良い。

そして、ステップ４４０にて、ヒートポンプ熱源機２０を作動させる。このときは、高温（９０℃）の目標沸き上げ温度で、かつ最大の加熱能力で沸き上げ運転をさせて貯湯運転を行うように制御される。これにより、不足分の貯湯量が貯湯タンク１１の上部に貯湯（図中に示す矢印ｃ、ｄ）されることになる。

そして、ステップ４５０にて、貯湯量が所定値以上であるか否かを判定する。ここで、貯湯量が所定値以上であれば、ステップ４６０にて、貯湯運転の停止を行う。貯湯量が所定値未満であれば、貯湯運転を継続して待機している。

ところで、ステップ４２０にて、貯湯量が所定値以上であれば、ステップ４７０にて、ヒートポンプ熱源機２０を作動させて中温（例えば、６５℃程度）の沸き上げ運転を行うとともに、ヒートポンプ熱源機２０で沸き上げられた中温の給湯水を直接ブライン加熱回路Ｋ２に流通させる制御を行う。

つまり、給湯用流体加熱回路Ｋ１で沸き上げた給湯水を直接ブライン加熱回路Ｋ２側に流通させて直接暖房を行う制御処理である。そして、この直接暖房を行うときにおいて、ブライン加熱回路Ｋ２に流通する流量は、水ブライン熱交換器３４の２次側流路３４ｂを流出するブラインの出口温度が目標出口温度となるように制御される流量である。

一方、給湯用流体加熱回路Ｋ１に流通する給湯水の流量は、水熱交換器２２を流出する給湯水の沸き上げ温度が目標沸き上げ温度となるように制御される流量である。つまり、ブライン加熱回路Ｋ２に流通する流量と給湯用流体加熱回路Ｋ１に流通する流量とは異なっている。

そこで、本実施形態では、給湯用流体加熱回路Ｋ１に流通する流量がブライン加熱回路Ｋ２に流通する流量よりも多いときに、ヒートポンプ熱源機２０で沸き上げられた給湯水を貯湯タンク１１内に貯湯するように構成し、給湯用流体加熱回路Ｋ１に流通する流量がブライン加熱回路Ｋ２に流通する流量よりも少ないときに、貯湯タンク１１に貯湯された給湯水をブライン加熱回路Ｋ２側に流通するように構成している。

具体的には、給湯用流体加熱回路Ｋ１およびブライン加熱回路Ｋ２に設けた二つの流量調節手段１６、１７の開度を制御して対応しているので順に説明する。まず、ステップ４７０にて、沸き上げ運転を行って沸き上げられた給湯水を水ブライン熱交換器３４の１次側流路３４ａに流通るようにしている。

具体的には、図１に示すように、第２流量調節手段１７を他方の経路が互いに連通する中間開度に切り換えるとともに、第１流量調節手段１６を一方の経路といずれか他方の経路が連通する開度に切り換える。つまり、一方の第１流量調節手段１６を水熱交換器２２の流出側と第２流量調節手段１７の一方の経路と連通するように切り換える。

もう一方の第２流量調節手段１７を給湯水が水ブライン熱交換器３４の１次側流路３４ａと中温取り出し経路１４の分岐点Ａとを連通する中間開度に制御する。そして、給湯用流体加熱回路Ｋ１、ブライン加熱回路Ｋ２、およびブライン循環回路Ｂｊにおいて、それぞれの各循環ポンプ２６、３２、３３が作動することで図中の回路上に示す矢印のように、給湯水、ブラインが循環されることになる。

ところで、上述したように、給湯用流体加熱回路Ｋ１側の流量が暖房必要流量であるブライン加熱回路Ｋ２側の流量よりも多い時には、図１に示すように、第１流量調節手段１６によりヒートポンプ熱源機２０で沸き上げられた中温の給湯水がブライン加熱回路Ｋ２側に流通（図中に示す矢印ｂ）される。

また、第２流量調節手段１７により沸き上げられた中温の給湯水が水ブライン熱交換器３４の１次側流路３４ａに流通（図中に示す矢印ｃ）されるとともに、給湯用流体加熱回路Ｋ１側の余剰分の給湯水が貯湯タンク１１の中間部に吐出（図中に示す矢印ｄ）される。

以上のような作動により、ヒートポンプ熱源機２０で沸き上げられた中温（例えば、６５℃程度）の給湯水が水ブライン熱交換器３４の１次側流路３４ａに流通するとともに、貯湯タンク１１の中間部に余剰分の中温（例えば、６５℃程度）の給湯水が貯湯される。

一方、給湯用流体加熱回路Ｋ１側の流量が暖房必要流量であるブライン加熱回路Ｋ２側の流量よりも少ない時には、図３に示すように、第１流量調節手段１６によりヒートポンプ熱源機２０で沸き上げられた中温の給湯水がブライン加熱回路Ｋ２側に流通（図中に示す矢印ｂ）される。

また、第２流量調節手段１７により沸き上げられた中温の給湯水が水ブライン熱交換器３４の１次側流路３４ａに流通（図中に示す矢印ｃ）されるとともに、ブライン加熱回路Ｋ２側の不足分の給湯水が貯湯タンク１１の中間部から流出（図中に示す矢印ｄ）される。

以上のような作動により、ヒートポンプ熱源機２０で沸き上げられた中温（例えば、６５℃程度）の給湯水が水ブライン熱交換器３４の１次側流路３４ａに流通するとともに、不足分の中温の給湯水が貯湯タンク１１の中間部から流出される。

さらに、給湯用流体加熱回路Ｋ１側の流量が暖房必要流量であるブライン加熱回路Ｋ２側の流量と略同等の時には、図４に示すように、貯湯タンク１１の中間部と水ブライン熱交換器３４の１次側流路３４ａとが連通（図中に示す矢印ｄ）しているが、ヒートポンプ熱源機２０で沸き上げられた中温の給湯水全てが水ブライン熱交換器３４の１次側流路３４ａに流通（図中に示す矢印ｃ）される。

以上のように、このステップ４７０では、給湯用流体加熱回路Ｋ１側の流量とブライン加熱回路Ｋ２側の流量との関係によって、図１、図３、もしくは図４に示すモードのいずれか一つが選択されて作動して暖房運転を行っている。ところで、本実施形態では、この暖房運転を行うときには、暖房器３１の放熱量に応じた加熱能力でヒートポンプ熱源機２０の沸き上げ運転を行うようにしている。

具体的には、ヒートポンプ熱源機２０で沸き上げられた給湯水の熱量全てを水ブライン熱交換器３４の１次側流路３４ａに流通させて暖房器３１で放熱させるようにしている。換言すると、まず、ヒートポンプ熱源機２０の目標沸き上げ温度を、水ブライン熱交換器３４の２次側流路３４ｂを流出するブラインの目標出口温度近傍、上述したように中温（例えば、６５℃程度）に低下させた加熱能力で運転する。

そして、暖房器３１を作動しているときには、貯湯タンク１１内の貯湯量が増減しないようにヒートポンプ熱源機２０を運転させている。これをより具体的に示したのがステップ４８０以降の制御処理であって、貯湯量演算手段４０ａで算出された所定時間（例えば、３０分）ごとの貯湯量を監視するとともに、貯湯変化量演算手段４０ｂで算出された先回の貯湯量と今回の貯湯量との差である変化量ΔＱｄを監視することで対応しているので順に説明する。

まず、ステップ４８０では、変化量ΔＱｄが第１所定量を超えたか否かを判定する。ここで、変化量ΔＱｄが第１所定量を超えておれば、ステップ４９０にて、変化量ΔＱｄが第３所定量を超えたか否かを判定する。ここで、変化量ΔＱｄが第３所定量を超えておればステップ５３０に移行して、ヒートポンプ熱源機２０の沸き上げ運転を停止させる。

つまり、先回の貯湯量と今回の貯湯量との差である変化量ΔＱｄが、第１所定量よりも大きくて第３所定量を超えた場合には、貯湯タンク１１内の貯湯量が大幅に増加していることでヒートポンプ熱源機２０の沸き上げ運転を停止させる。これにより、貯湯量の増加が防止できる。

一方、ステップ４９０にて、変化量ΔＱｄが第３所定量未満であれば、ステップ５２０に移行して、ヒートポンプ熱源機２０の加熱能力を所定量低下させて沸き上げ運転を継続する。つまり、変化量ΔＱｄが第１所定量よりも大きくて第３所定量未満のときは現在の加熱能力よりも低下させる運転に切り換える。これにより、貯湯量が幾分減少する。ここで、ヒートポンプ熱源機２０の加熱能力を低下させるには、圧縮機２１の回転数を所定量低下させれば良い。

そして、ステップ４８０にて、変化量ΔＱｄが第１所定量未満であれば、ステップ５００に移行して変化量ΔＱｄが第２所定量を超えたか否かを判定する。ここで、変化量ΔＱｄが第２所定量を超えておれば、ステップ４７０に戻って現在のヒートポンプ熱源機２０の沸き上げ運転を継続させる。つまり、変化量ΔＱｄが第１所定量未満であって第２所定量を超えたときは現在の加熱能力を維持する。これにより、貯湯量の増減がなくヒートポンプ熱源機２０の沸き上げ運転が継続できる。

一方、ステップ５００にて、変化量ΔＱｄが第２所定量未満であれば、ステップ５１０に移行してヒートポンプ熱源機２０の加熱能力を所定量増加させて沸き上げ運転を継続する。つまり、変化量ΔＱｄが第１所定量未満で、かつ第２所定量未満のときは現在の加熱能力よりも上昇させる運転に切り換える。これにより、貯湯量が幾分増加する。ここで、ヒートポンプ熱源機２０の加熱能力を増加させるには、圧縮機２１の回転数を所定量増加させれば良い。

そして、ステップ５４０にて、図示しない暖房運転スイッチがＯＦＦ操作されたか否かで判定する。ここで、暖房運転スイッチがＯＮ操作しておれば、ステップ４７０に戻り、暖房運転スイッチがＯＦＦ操作しておれば、ステップ５５０に移行して、ヒートポンプ熱源機２０の沸き上げ運転を停止させて暖房運転を停止させる。

ステップ４８０ないしステップ５００のように、変化量ΔＱｄを監視し、その変化量ΔＱｄに応じてヒートポンプ熱源機２０の加熱能力を切り換えることで、貯湯量が増減しないようにヒートポンプ熱源機２０を運転させることができる。

ここで、図６は本実施形態による制御処理を用いてヒートポンプ熱源機２０および暖房器３１を運転したときの貯湯量、床暖用使用熱量、給湯用使用熱量、給湯用必要熱量、および暖房用必要熱量の推移を測定した一例である。なお、暖房器３１は６：００〜１１：３０と１７：００〜２１：３０まで暖房運転させている。

まず、給湯用使用熱量は、図６に示すように、給湯貯湯量学習手段４０ｃにより算出された給湯用必要熱量分の貯湯量を電力料金の安い時間帯である１：００〜６：００までに高温の貯湯運転によって貯湯タンク１１内に貯えておく。これにより、１：００〜６：００にかけて順次貯湯量が増加し、貯湯運転が終了する時刻には１５０Ｌ程度に増加する。そして、貯えられた給湯水を６：００以降２３：００まで逐次、給湯用使用熱量として給湯の用途に出湯する。

貯湯運転が終了する時刻以降に暖房器３１の運転が開始されると、ヒートポンプ熱源機２０を熱源として上述した制御処理によって暖房運転が行われる。この暖房運転の時には、暖房器３１が運転されている間はヒートポンプ熱源機２０での沸き上げ運転が行われることで暖房用必要熱量を出湯している。

この暖房用必要熱量はほぼ床暖用使用熱量と略同等となるようにヒートポンプ熱源機２０の沸き上げ運転を行っているので、この間の貯湯量の増減が少なくすることができる。ここで、給湯用使用熱量が２１：００頃に増加しているのは浴槽内へのお湯張り用として給湯水を出湯させたものである。

なお、以上の実施形態では、ステップ４７０にて、暖房運転を行うときに、第１流量調節手段１６を水熱交換器２２の流出側と第２流量調節手段１７の一方の経路と連通するように切り換えるとともに、第２流量調節手段１７を給湯水が水ブライン熱交換器３４の１次側流路３４ａと中温取り出し経路１４の分岐点Ａとを連通する中間開度に制御するように構成したが、これに限らず、ヒートポンプ熱源機２０で沸き上げられた給湯水の沸き上げ温度が低いときは、水熱交換器２２の流出側と中温取り出し経路１４の分岐点Ａとが連通するように第１流量調節手段１６と第２流量調節手段１７とを切り換えるように構成しても良い。

具体的には、図７に示すように、第１流量調節手段１６を第２流量調節手段１７の一方の経路に流通するように切り換え、第２流量調節手段１７を一方の経路と中温取り出し経路１４の分岐点Ａとが連通するように切り換える。

これにより、ヒートポンプ熱源機２０で沸き上げられた給湯水が貯湯タンク１１の中間部に流通（図中に示す矢印ｂ、ｃ）される。従って、沸き上げ温度が目標沸き上げ温度よりも低いときは、貯湯タンク１１の中間部に戻される。なお、このときは、沸き上げ温度の低い給湯水を貯湯タンク１１上部の高温の給湯水に混入することを防止できる。

以上の第１実施形態による貯湯式給湯暖房装置によれば、暖房器３１を運転したときは、ヒートポンプ熱源機２０で沸き上げられた給湯水を１次側流路３４ａに流通させ、かつ暖房器３１の放熱量に応じた加熱能力でヒートポンプ熱源機２０の沸き上げ運転を制御する制御装置４０を備えている。

これによれば、ヒートポンプ熱源機２０で沸き上げられた給湯水をブライン加熱回路Ｋ２の１次側流路３４ａ側に流通するように構成したことで、ヒートポンプ熱源機２０の目標沸き上げ温度を暖房器３１の放熱量に応じた温度に低下させることができる。

例えば、暖房器３１が床暖房装置であれば、ブライン加熱回路Ｋ２側に流通する給湯水を中温（例えば、６５℃程度）の沸き上げ運転を行えば良い。これにより、高温（例えば、９０℃程度）貯湯よりも沸き上げ温度を低下させることでヒートポンプ熱源機２０のＣＯＰを向上させることのできる。

また、暖房器３１の放熱量に応じた加熱能力のヒートポンプ熱源機２０で沸き上げられた給湯水を暖房器３１の熱源とすることで、貯湯タンク１１内に、中温の給湯水が増加することはない。さらに、ヒートポンプ熱源機２０の貯湯運転を行うときに、中温の給湯水の残湯量が低下することでヒートポンプ熱源機２０のＣＯＰを向上させることのできる。

また、暖房器３１を運転したときは、貯湯タンク１１内に貯えられた貯湯量を多量に消費することはなく、貯湯タンク１１の容量を給湯の用途に供するための貯湯量で良いため小さくすることができる。

また、貯湯変化量演算手段４０ｂで算出された変化量ΔＱｄが所定量増加したときに、ヒートポンプ熱源機２０の加熱能力を減少するように圧縮機２１の回転数を制御し、貯湯変化量演算手段４０ｂで算出された変化量ΔＱｄが所定量減少したときに、ヒートポンプ熱源機２０の加熱能力を上昇するように圧縮機２１の回転数を制御している。

これによれば、所定時間毎に貯湯量の変化量を監視することで、暖房器３１を運転のときに、貯湯タンク１１内の貯湯量の増減が大きくならないようにヒートポンプ熱源機２０を運転することができる。換言すると、暖房器３１の放熱量に略一致するようにヒートポンプ熱源機２０の加熱能力を制御することができる。

また、ブライン加熱回路Ｋ２を流通する流量は、制御装置４０により水ブライン熱交換器３４の２次側流路３４ｂを流出するブラインの出口温度が目標出口温度となるように制御され、給湯用流体加熱回路Ｋ１を流通する流量は、制御装置４０により水熱交換器２２を流出する給湯水の沸き上げ温度が目標沸き上げ温度となるように制御されており、制御装置４０は、ブライン加熱回路Ｋ２側に給湯水を流通する暖房運転のときに、目標沸き上げ温度を目標出口温度近傍に低下させてヒートポンプ熱源機２０を制御している。

これによれば、目標沸き上げ温度を目標出口温度近傍（例えば、６５℃程度）まで低下させることでヒートポンプ熱源機２０のＣＯＰを向上させることのできる。また、暖房側に流通させる給湯水をヒートポンプ熱源機２０で沸き上げ運転を行うと、給湯用流体加熱回路Ｋ１側の流量とブライン加熱回路Ｋ２側の流量とが異なる。従って、給湯用流体加熱回路Ｋ１側の流量に過不足が生ずるが、その過不足を貯湯タンク（１１で吸収、放出の調節が容易にできる。つまり、貯湯タンク１１で過不足をカバーすることができる。

また、制御装置４０は、所定期間内における給湯の用途に供するための給湯必要貯湯量を学習する給湯貯湯量学習手段４０ｃを有し、給湯用途に使用する前の時間帯に、給湯貯湯量学習手段４０ｃで算出された給湯必要貯湯量を貯湯タンク１１内に貯湯するようにヒートポンプ熱源機２０を制御している。

これによれば、給湯のための貯湯運転では目標沸き上げ温度が高温であるため、例えば、電力料金の安い時間帯に貯湯運転を行うことでランニングコストの低減が図れる。また、給湯必要熱量相当分の貯湯量を貯湯タンク１１内に貯湯することで、大容量の貯湯タンク１１にすることはない。

また、給湯用流体加熱回路Ｋ１、ブライン加熱回路Ｋ２は、中温水取り出し経路１４から取り出された中温の給湯用流体をブライン加熱回路Ｋ２側に流通しているときに、ヒートポンプ熱源機２０で沸き上げられた高温の給湯水を貯湯タンク１１の上部に戻すように構成した。

これによれば、暖房器３１を運転しているときに、高温の貯湯運転が同時に行えるので、例えば、ステップ４２０にて、所定の貯湯量未満のときに、湯切れを発生することなく給湯と暖房運転を同時に行うことができる。

また、給湯用流体加熱回路Ｋ１は、ヒートポンプ熱源機２０で沸き上げられた給湯水の沸き上げ温度が目標沸き上げ温度よりも低いときに、ヒートポンプ熱源機２０で沸き上げられた給湯水を中温水取り出し経路１４側に流通するように構成している。これによれば、沸き上げ運転の開始直後では沸き上げ温度が低いときがあるが、中温水取り出し経路１４側に流通することで貯湯タンク１１上部の高温の給湯水に混入することを防止することができる。

給湯用流体加熱回路Ｋ１およびブライン加熱回路Ｋ２には、ヒートポンプ熱源機２０で沸き上げられた給湯水をブライン加熱回路Ｋ２側および貯湯タンク１１の上部側の少なくとも一方に流通する流量を調節もしくは切り換える第１流量調整手段１６と、ヒートポンプ熱源機２０で沸き上げられた給湯用流体を貯湯タンク１１の上部および中温取り出し経路１４の少なくとも一方に流通する流量を調節もしくは切り換える第２流量調整手段（１７）とが設けられている。

これによれば、少なくとも二つの第１、第２流量調整手段１６、１７として、例えば、比例弁もしくは切換弁などを設けることで、ブライン加熱回路Ｋ２側に流通させるヒートポンプ熱源機２０で沸き上げられた給湯水、中温水取り出し経路１４から取り出された中温の給湯水、もしくは貯湯タンク１１の上部から取り出された高温の給湯水のいずれか一方の給湯水の選択と切り換えが容易にできる。

（第２実施形態）
以上の第１実施形態では、第２流量調節手段１７の他方の経路に接続される中温取り出し経路１４を、高中温混合弁１８と貯湯タンク１１縦方向の略中間部、およびその中間部下方の下部に形成された導出口１１ｅ、１１ｆとの間に設けられる中温取り出し経路１４に分岐させて第２流量調節手段１７に接続するように構成したが、これに限らず、図８に示すように、貯湯タンク１１縦方向の略中間部に設けられた導出口１１ｆに接続するように構成しても良い。

（他の実施形態）
以上の実施形態では、流量調節手段１６，１７を一方の経路といずれか他方の経路との連通割合を可変する比例弁を用いたが、これに限らず、給湯用流体加熱回路Ｋ１、ブライン加熱回路Ｋ２、貯湯タンク１１の上部、および貯湯タンク１１の中間部との連通を必要に応じて切り換えることができる切替弁であっても良い。

また、以上の実施形態では、ヒートポンプ熱源機２０を高温側の冷媒圧力が冷媒の臨界圧力以上となる超臨界ヒートポンプサイクルから構成させたが、これに限らず、例えば、フロン冷媒を用いた一般的なヒートポンプサイクルで構成しても良い。また、減圧器として膨張弁２３を用いたが、エジェクタを含めて他の減圧器を用いたヒートポンプサイクルでも良い。

また、以上の実施形態では、暖房ユニット３０として、一つの床暖房装置を暖房器３１として構成させて適用させたが、これに限らず、接続する暖房器３１の種類や数量などの構成は異なるものであっても良い。また、制御装置４０は、タンクユニット１０、ヒートポンプ熱源機２０、および暖房ユニット３０を別々に制御するように構成しても良い。

本発明の第１実施形態における貯湯式給湯暖房装置の全体構成を示す模式図であり、中温沸き上げ運転における加熱側流量が暖房必要流量よりも大きいときの給湯水の流れ方向を示す説明図である。 本発明の第１実施形態における制御装置４０による暖房運転の制御処理を示すフローチャートである。 中温沸き上げ運転における加熱側流量が暖房必要流量よりも小さいときの給湯水の流れ方向を示す説明図である。 中温沸き上げ運転における加熱側流量と暖房必要流量とが等しいときの給湯水の流れ方向を示す説明図である。 貯湯タンク１１内に高温の給湯水を貯湯するときの給湯水の流れ方向を示す説明図である。 一日における床暖および給湯の使用熱量と貯湯量との関係を示す出湯パターンの特性図である。 直接暖房運転開始時における沸き上げ温度が低いときの給湯水の流れ方向を示す説明図である。 本発明の第２実施形態における貯湯式給湯暖房装置の全体構成を示す模式図である。

符号の説明

１１…貯湯タンク
１４…中温取り出し経路
１６…第１流量調整手段
１７…第２流量調整手段
２０…ヒートポンプ熱源機
２１…圧縮機
２２…水熱交換器（放熱器）
３１…暖房器
３４…水ブライン熱交換器
３４ａ…１次側流路
３４ｂ…２次側流路
４０…制御装置（制御手段）
４０ａ…貯湯量演算手段
４０ｂ…貯湯変化量演算手段
４０ｃ…給湯貯湯量学習手段
ΔＱｄ…変化量
Ｋ１…給湯用流体加熱回路
Ｋ２…ブライン加熱回路

Claims (6)

1. 給湯用流体を貯湯する貯湯タンク（１１）と、
   圧縮機（２１）と放熱器（２２）とを有し、前記放熱器（２２）に前記貯湯タンク（１１）から低温の給湯用流体を通水して沸き上げ運転を行うヒートポンプ熱源機（２０）と、
   前記貯湯タンク（１１）の下部から取り出した低温の給湯用流体を前記ヒートポンプ熱源機（２０）によって沸き上げ、その沸き上げられた給湯用流体を前記貯湯タンク（１１）の上部に戻す給湯用流体加熱回路（Ｋ１）と、
   給湯用流体が通過する１次側流路（３４ａ）とブラインが通過する２次側流路（３４ｂ）とを有し、給湯用流体によってブラインを加熱する水ブライン熱交換器（３４）と、
   前記貯湯タンク（１１）から取り出した給湯用流体を前記１次側流路（３４ａ）に流通させた後、前記貯湯タンク（１１）の下部に戻すブライン加熱回路（Ｋ２）と、
   前記水ブライン熱交換器（３４）で加熱されたブラインを暖房の用途に放熱する暖房器（３１）とを備える貯湯式給湯暖房装置において、
   前記貯湯タンク（１１）から中温の給湯用流体を取り出す中温水取り出し経路（１４）が設けられ、
   前記給湯用流体加熱回路（Ｋ１）および前記ブライン加熱回路（Ｋ２）は、前記ヒートポンプ熱源機（２０）で沸き上げられた給湯用流体、前記中温水取り出し経路（１４）から取り出された中温の給湯用流体、もしくは前記貯湯タンク（１１）の上部から取り出された高温の給湯用流体のいずれかを前記ブライン加熱回路（Ｋ２）側に流通するように構成し、
   前記暖房器（３１）を運転したときは、前記ヒートポンプ熱源機（２０）で沸き上げられた給湯用流体を前記１次側流路（３４ａ）に流通させ、かつ前記暖房器（３１）の放熱量に応じた加熱能力で前記ヒートポンプ熱源機（２０）の沸き上げ運転を制御する制御手段（４０）を有し、
   前記制御手段（４０）は、所定期間内における給湯の用途に供するための給湯必要貯湯量を学習する給湯貯湯量学習手段（４０ｃ）を有し、給湯用途に使用する前の時間帯に、暖房使用熱量相当分の貯湯量を予め貯湯することなく、前記給湯貯湯量学習手段（４０ｃ）で算出された給湯必要熱量相当分の給湯必要貯湯量のみを前記貯湯タンク（１１）内に貯湯するように前記ヒートポンプ熱源機（２０）を制御することを特徴とする貯湯式給湯暖房装置。
2. 前記制御手段（４０）は、
   所定時間毎に前記貯湯タンク（１１）内の貯湯量を算出する貯湯量演算手段（４０ａ）と、前記貯湯量演算手段（４０ａ）で算出された貯湯量を比較して、現在の貯湯量と先回の貯湯量との差である変化量（ΔＱｄ）を算出する貯湯変化量演算手段（４０ｂ）とを有し、
   前記貯湯変化量演算手段（４０ｂ）で算出された変化量（ΔＱｄ）が所定量増加したときに、前記ヒートポンプ熱源機（２０）の加熱能力を減少するように前記圧縮機（２１）の回転数を制御し、
   前記貯湯変化量演算手段（４０ｂ）で算出された変化量（ΔＱｄ）が所定量減少したときに、前記ヒートポンプ熱源機（２０）の加熱能力を上昇するように前記圧縮機（２１）の回転数を制御することを特徴とする請求項１に記載の貯湯式給湯暖房装置。
3. 前記制御手段（４０）は、
   所定時間毎に前記貯湯タンク（１１）内の貯湯量を算出する貯湯量演算手段（４０ａ）を有し、
   所定の時刻における貯湯量が所定値未満の時に前記ヒートポンプ熱源機の沸き上げ運転を行うことを特徴とする請求項１に記載の貯湯式給湯暖房装置。
4. 前記ブライン加熱回路（Ｋ２）を流通する流量は、前記制御手段（４０）により前記水ブライン熱交換器（３４）の前記２次側流路（３４ｂ）を流出するブラインの出口温度が目標出口温度となるように制御され、
   前記給湯用流体加熱回路（Ｋ１）を流通する流量は、前記制御手段（４０）により前記放熱器（２２）を流出する給湯用流体の沸き上げ温度が目標沸き上げ温度となるように制御されており、
   前記制御手段（４０）は、前記ブライン加熱回路（Ｋ２）側に給湯用流体を流通する暖房運転のときに、前記目標沸き上げ温度を前記目標出口温度近傍に低下させて前記ヒートポンプ熱源機（２０）を制御することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の貯湯式給湯暖房装置。
5. 前記給湯用流体加熱回路（Ｋ１）は、前記ヒートポンプ熱源機（２０）で沸き上げられた給湯用流体の沸き上げ温度が前記目標沸き上げ温度よりも低いときに、前記ヒートポンプ熱源機（２０）で沸き上げられた給湯用流体を前記中温水取り出し経路（１４）側に流通するように構成したことを特徴とする請求項４に記載の貯湯式給湯暖房装置。
6. 前記給湯用流体加熱回路（Ｋ１）および前記ブライン加熱回路（Ｋ２）には、第１流量調整手段（１６）と第２流量調整手段（１７）とが設けられ、
   前記第２流量調整手段は、前記ヒートポンプ熱源機（２０）で沸き上げられた給湯用流体を前記ブライン加熱回路（Ｋ２）側および前記貯湯タンク（１１）の前記中温取り出し経路（１４）側の少なくとも一方に流通する流量を調節もしくは切り換え、
   前記第１流量調整手段は、前記ヒートポンプ熱源機（２０）で沸き上げられた給湯用流体を前記貯湯タンク（１１）の上部側および前記第２流量調整手段側の少なくとも一方に流通する流量を調節もしくは切り換えることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の貯湯式給湯暖房装置。

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