JP5482724B2 - ハイブリッド式給湯装置 - Google Patents

Description

本発明は、タンク内に貯められた蓄熱用流体によって放熱装置に供給する熱媒体を加熱するとともに、補助熱源装置によって当該熱媒体を再加熱可能とするハイブリッド式給湯装置に関する。

従来技術として、特許文献１に記載のハイブリッド式給湯機が知られている。当該ハイブリッド式給湯機は、ヒートポンプユニットを運転した際の第１ランニングコストと補助熱源装置を運転した際の第２ランニングコストとを比較し、比較結果からヒートポンプユニットの運転の許否を決定する。そして、第１ランニングコストが第２ランニングコスト以下である場合にはタンク内の熱量が所定量以下となったときにヒートポンプユニットを運転してタンク内に湯を沸き上げ、第１ランニングコストが第２ランニングコストより大きい場合にはタンク内の熱量が所定量以下となったときであって、ヒートポンプユニットの運転を禁止する。当該第１ランニングコストは、ヒートポンプユニットが消費するエネルギーのコストと、ヒートポンプユニットの運転効率である成績係数（ＣＯＰ）とから算出される。当該第２ランニングコストは、補助熱源装置が消費するエネルギーのコストと、補助熱源装置の運転効率であるガス燃焼効率とから算出される。

特開２００９−２７５９５７号公報

上記特許文献１の給湯機では、外気温度、沸き上げ温度指示値、及び沸き上げる前のタンク下部の水温から、ヒートポンプユニットの成績係数（ＣＯＰ）を推定算出する。このように、タンク下部の水温の検出値を使用してＣＯＰを算出し、ヒートポンプ装置の運転許否を判定する技術では、下記の（１）及び（２）に記載する問題が起こり得る。
（１）床暖房運転や給湯用熱交換器での熱交換によってタンク内の下部に中温水が戻ると、タンク内に中温水が多く満たされ、ヒートポンプユニットが運転されるとＣＯＰがよくない状態での運転となる。この状態で、給湯出湯等によってタンク内の下部に冷水が入ることによって、タンク内下部の水温が一時的に低下する。この一時的な水温低下によって、ヒートポンプユニットを運転することが効率上、有利と判定されて運転が許可されるが、タンク内の下部に給湯用熱交換器での熱交換による中温水が早期に戻るため、結局、ＣＯＰがよくない状態でヒートポンプユニットが運転されることになってしまう。
（２）上記（１）のような状況では、無駄にヒートポンプ装置は運転状態及び停止状態を繰り返すようになる（これを以下に「ヒートポンプ装置の発停」ともいう）。

そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ヒートポンプ装置の成績係数判定の精度向上、及びヒートポンプ装置の運転状態及び停止状態の頻度低減が図れるハイブリッド式給湯装置を提供することにある。

上記目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。すなわち、請求項１に記載のハイブリッド式給湯装置に係る発明は、給湯用及び放熱装置（５）での放熱用に使用される蓄熱用流体を蓄えるタンク（３）と、タンク内の蓄熱用流体を加熱するヒートポンプ装置（１）と、放熱装置に供給される熱媒体とタンク内の蓄熱用流体とを熱交換して熱媒体を加熱する放熱用熱交換器（４）と、蓄熱用流体をタンク及び放熱用熱交換器の間で循環させる一次側ポンプ（４１）と、放熱用熱交換器で熱媒体と熱交換した後であってタンク内に流入する前の蓄熱用流体の一次側出口温度を検出する一次側出口温度検出手段（３２）と、放熱用熱交換器を流出した後、放熱装置に流入する前の熱媒体を加熱する補助熱源装置（６）と、放熱装置に供給する熱量をまかなうためのヒートポンプ装置の運転要否を判定して、当該運転を制御するとともに、放熱用熱交換器で熱媒体を熱交換する運転を制御する制御装置（１００）と、を備え、
制御装置は、放熱装置での放熱要求があるときに、一次側出口温度検出手段（３２）によって検出される蓄熱用流体の一次側出口温度に基づいて、ヒートポンプ装置の運転要否を判定することを特徴とする。

ヒートポンプ装置の運転要否の判定をタンク下部の温度を用いて行った場合には、放熱用熱交換器での熱交換によってタンク下部に中温の流体が戻ると、タンク下部に中温の流体が満たされ、ヒートポンプ装置が運転されると成績係数（ＣＯＰ）がよくない状態での運転となる。この状態で、給湯出湯等によってタンク下部に低温の流体が供給されることにより、タンク下部の温度が一時的に低下する。この一時的な温度低下によって、ヒートポンプ装置を運転することが効率上、有利と判定されて運転が許可されるが、タンク下部に放熱用熱交換器での熱交換による中温が早期に戻るため、結局、成績係数がよくない状態でヒートポンプ装置が運転されることになってしまう。

そこで本発明によれば、ヒートポンプ装置の運転要否の判定を、タンク下部の温度ではなく、蓄熱用流体の一次出口温度に基づいて行うため、タンク下部への低温流体の供給による一時的な温度低下を検出してヒートポンプ装置の運転を許可する判定を行ってしまうという状況を回避することができる。このため、成績係数がよくない状態でのヒートポンプ装置の運転を抑制できる。したがって、ヒートポンプ装置の成績係数判定の精度向上、及びヒートポンプ装置の発停の低減が図れるハイブリッド式給湯装置を提供できる。

請求項２は、請求項１に記載の発明において、さらに、放熱装置で放熱してから放熱用熱交換器で熱交換される前の熱媒体の二次側入口温度を検出する二次側入口温度検出手段（３４）を備え、制御装置（１００）は、放熱装置での放熱要求があるときに、予め定めた所定期間以上継続してヒートポンプ装置の運転を禁止する判定を行った場合には、蓄熱用流体の一次側出口温度に代えて、二次側入口温度検出手段によって検出される熱媒体の二次側入口温度に基づいて、ヒートポンプ装置の運転要否を判定することを特徴とする。

ヒートポンプ装置の運転を禁止する判定が継続してなされることによって長時間一次側ポンプが運転せず、補助熱源装置による熱量供給によって放熱が実施されている場合においては、ヒートポンプ装置を稼動する方が効率上、有利と判定できる場合であっても、ヒートポンプ装置の運転を禁止する判定がなされることがある。そこで本発明によれば、放熱装置での放熱要求があるときに、ヒートポンプ装置の運転を禁止する判定が所定期間以上継続した場合には、蓄熱用流体の一次側出口温度に代用して、熱媒体の二次側入口温度を採用し、ヒートポンプ装置の運転要否を判定する。これにより、一次側ポンプの長時間の停止状態において補助熱源装置による熱量供給が実施されていた状況を検出することが可能になるため、ヒートポンプ装置を運転することが有利である状況を抽出可能になる。したがって、ヒートポンプ装置の運転要否判定の精度向上が図れるのである。

請求項３は、請求項１に記載の発明において、さらに、放熱装置で放熱してから放熱用熱交換器で熱交換される前の熱媒体の二次側入口温度を検出する二次側入口温度検出手段（３４）を備え、制御装置（１００）は、二次側入口温度検出手段によって検出される熱媒体の二次側入口温度が前回値よりも予め定めた温度以上低下している場合には、ヒートポンプ装置を予め定めた時間運転することを特徴とする。

この発明によれば、二次側入口温度が前回値よりも予め定めた温度以上低下していることを検出すると、予め定めた時間、一時的にヒートポンプ装置を運転する。この制御により、ヒートポンプ装置の運転禁止の判定が所定期間以上継続していることを検出する前に、暖房設定温度を下げるような行為があった場合、この状況変化を早く正確に抽出することができる。したがって、ヒートポンプ装置を稼動する方がよい状態を検出でき、早期にヒートポンプ装置を運転する状態にもっていくことができる。

請求項４は、請求項１から請求項３にいずれか一項に記載の発明において、制御装置は、放熱装置での放熱要求があるときに、蓄熱用流体の一次側出口温度及び外気温度に基づいて、ヒートポンプ装置の運転要否を判定することを特徴とする。この発明によれば、ヒートポンプ装置の成績係数判定のさらなる精度向上が図れる。

請求項５は、請求項１から請求項４にいずれか一項に記載の発明において、制御装置は、一次側ポンプ（４１）が運転している間において一次側出口温度検出手段（３２）によって検出された一次側出口温度における複数のピーク値の平均値を算出し、当該平均値に基づいてヒートポンプ装置の運転要否を判定することを特徴とする。

一次側ポンプの運転及び停止が繰り返されるような場合には、蓄熱用流体の一次側出口温度が大きく変動するため、検出した一次側出口温度をそのままヒートポンプ装置の運転要否判定に使用すると、正確な要否判定が実施できない。そこで本発明によれば、一次側ポンプが運転しているときに検出した一次側出口温度について、変動する値の中から複数のピークを示す値を抽出してその平均値を算出し、この平均値を判定処理に用いる。これにより、検出された温度のうち、熱交換による熱の授受が反映されていない温度を排除することができるため、判定精度の向上を図ることができる。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示している。

本発明を適用する第１実施形態に係るハイブリッド式給湯装置の構成を示す模式図である。 第１実施形態のハイブリッド式給湯装置の制御に係る構成を示すブロック図である。 第１実施形態のハイブリッド式給湯装置における暖房要求時の処理手順を示すフローチャートである。 一次側ポンプの稼動と一次側出口温度の変動との関係を示すグラフである。 暖房時の低負荷条件におけるハイブリッド式給湯装置の作動を説明するタイムチャートの一例である。 暖房時の高負荷条件におけるハイブリッド式給湯装置の作動を説明するタイムチャートの一例である。 第２実施形態のハイブリッド式給湯装置における暖房要求時の処理手順を示すフローチャートである。

以下に、図面を参照しながら本発明を実施するための複数の形態を説明する。各形態において先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を適用することができる。各実施形態で具体的に組み合わせが可能であることを明示している部分同士の組み合わせばかりではなく、特に組み合わせに支障が生じなければ、明示してなくとも実施形態同士を部分的に組み合せることも可能である。

（第１実施形態）
本発明を適用した第１実施形態を以下に説明する。図１は、第１実施形態に係るハイブリッド式給湯装置の構成を示す模式図である。図２は、ハイブリッド式給湯装置の制御に係る構成を示すブロック図である。

図１に示すように、ハイブリッド式給湯装置は、熱量を供給できる加熱装置として、ヒートポンプユニット１と補助熱源装置６を組み合わせた給湯装置である。ハイブリッド式給湯装置は、例えば一般家庭用として使用されるものであり、タンク内に蓄えられた蓄熱用流体としての温水を台所、洗面所、浴室等への給湯端末（例えば手洗い栓、カラン、風呂等）に供給するとともに、タンク３内の温水と暖房機器５の熱媒体とを放熱用熱交換器４によって熱交換する機能を有している。また、所定の条件を満たすときには補助熱源装置６により熱媒体や、給湯端末に供給する温水をさらに加熱して温度調節することができる。

ハイブリッド式給湯装置は、給湯用及び暖房機器５での放熱用に使用される水を蓄えるタンク３と、タンク内の水を加熱するヒートポンプユニット１と、暖房機器５に供給される熱媒体とタンク３内の水とを熱交換して熱媒体を加熱する放熱用熱交換器４と、放熱用熱交換器４を流出した後、暖房機器５に流入する前の熱媒体を加熱する補助熱源装置６と、各部の作動を制御する第１の制御装置１００と、を少なくとも備えている。タンクユニット２は、タンク３、蓄熱用循環回路１０、放熱用熱交換器４、一次側循環回路４０、二次側循環回路５０の一部、各種配管、及び各種弁を含んでいる。タンクユニット２とヒートポンプユニット１は、設置現場において一体化または離間して設置されている。ヒートポンプユニット１を収容する外装ケースには、外気温度を検出する外気温度サーミスタ３５が設けられている。外気温度サーミスタ３５により検出される温度信号は、第１の制御装置１００の入力回路に入力されるようになっている。

第１の制御装置１００は、ヒートポンプユニット１の加熱能力を制御するとともに、放熱用熱交換器４での熱交換による加熱運転を制御し、例えばタンクユニット制御装置によって構成することができる。ヒートポンプユニット１の加熱能力は、例えば、２段階以上のレベルに設定されている。第１の制御装置１００は、外気温度、給湯端末への出湯量、出湯温度、放熱用熱交換器４で熱媒体に供給するために必要な熱量等に応じて、加熱能力のレベルを増加または低減してヒートポンプユニット１の能力制御を行う。

ヒートポンプユニット１は、ヒートポンプ装置であり、少なくとも圧縮機、蓄熱用の水・冷媒熱交換器、膨張弁、蒸発器及びアキュムレータ等の冷凍サイクル機能部品が環状に接続されて構成されている。ヒートポンプユニット１は、例えば、冷媒として臨界温度の低い二酸化炭素を使用することにより、高圧側の冷媒圧力が冷媒の臨界圧以上になる超臨界ヒートポンプサイクルを構成する。

ヒートポンプサイクルを超臨界ヒートポンプで構成した場合、一般的なヒートポンプサイクルよりも高温、例えば、８５℃〜９０℃程度の湯をタンク３内に蓄えることができる。ヒートポンプサイクルは、例えば、料金設定の安価な深夜時間帯の深夜電力を利用してタンク３内の湯を沸き上げる沸き上げ運転を行う。この沸き上げ運転は、過去の使用熱量の実績に基づいた熱量がタンク３内に貯湯できるように行われる。

蓄熱用循環回路１０には、図示していないが、ヒートポンプユニット１内の水・冷媒熱交換器に供給される水の温度を検出する入水温度サーミスタと、水−冷媒熱交換器出口での沸き上げ温度を検出する沸上げ温度サーミスタと、電動ポンプと、が設けられている。そして、各サーミスタの検出温度信号は第１の制御装置１００に出力されて、沸き上げ運転の制御に用いられる。

タンク３は、給湯用及び放熱用の温水を蓄える縦長形状の容器であり、耐食性に優れた金属製、例えば、ステンレス製からなり、その外周部に断熱材が設けられ、高温水を長時間に渡って保温することができる。蓄熱用循環回路１０の電動ポンプが作動することにより、タンク３内の温水が循環する。これにより、水・冷媒熱交換器で加熱されたタンク３内の温水は、蓄熱用循環回路１０を通ってタンク３内の上部に送り込まれるので、タンク３内の上部側から下部側へ向かって複数の温度層を形成するように順次蓄熱されていく。

タンク３の外壁面には、貯湯量、貯湯温度を検出するための水温センサである複数個のタンク水温サーミスタ３０が設けられており、本実施形態では縦方向にほぼ等間隔で最上部から順にＴＨ１，ＴＨ２，ＴＨ３，ＴＨ４，ＴＨ５という５個のサーミスタが配設されている。これら５個のサーミスタの検出温度信号は、それぞれ第１の制御装置１００の入力回路に入力されるようになっており、各水位レベルでの蓄熱用流体の温度や湯量を検出可能である。例えば、あるタンク水温サーミスタ３０の検出温度が貯湯熱量として使用できる所定温度を超えていた場合は、タンク３内の最上部からそのタンク水温サーミスタ３０の位置までは給湯に使用できる湯が貯まっていることになる。また、複数個のタンク水温サーミスタ３０のうち、最上部に位置するＴＨ１の検出値によって、給湯用配管１１に取り出す出湯温度を検出することができる。

放熱用熱交換器４は、互いの内部を流れる流体同士が熱交換するように設けられた一次側通路４ａおよび二次側通路４ｂを備えている。一次側通路４ａはタンク３内部に連通し、タンク３内の温水が流れる流路である。一次側通路４ａおよび二次側通路４ｂは、各通路を流れる流体間で熱交換が行われる形態であればよい。例えば、一方の通路が内側管内に形成され、他方の通路が内側管の外側を覆う外側管内に形成される二重管構造で構成してもよい。また、放熱用熱交換器４は、一次側通路４ａおよび二次側通路４ｂのそれぞれを流れる流体の流れ方向が対向する対向式熱交換器であることが好ましい。

タンク３は、放熱用熱交換器４の一次側通路４ａとの間で循環流路である一次側循環回路４０を形成するように一次側通路４ａに接続されている。この一次側循環回路４０は、タンク３の最上部に設けられた導出口に接続されている。さらに一次側循環回路４０は、タンク３の最下部に設けられた導入口に接続されており、この導入口と一次側通路４ａとをつなぐ流路に、蓄熱用流体を一次側循環回路４０に強制的に循環させる一次側ポンプ４１を備えている。一次側循環回路４０には、蓄熱用流体が放熱用熱交換器４を流出した後、タンク３内の下部に流入する前の蓄熱用流体出口温度を検出する一次側熱交換器出口温度サーミスタ３２が設けられている。一次側熱交換器出口温度サーミスタ３２により検出される温度信号は、第１の制御装置１００の入力回路に入力されるようになっている。

放熱手段の一例である暖房機器５は、放熱用熱交換器４の二次側通路４ｂとの間で循環流路である二次側循環回路５０を形成するように二次側通路４ｂに接続されている。二次側循環回路５０には、暖房機器５と二次側通路４ｂとをつなぐ流路に熱媒体を二次側循環回路５０に強制的に循環させる二次側ポンプ５１が設けられている。二次側循環回路５０には、熱媒体が暖房機器５を流出後、放熱用熱交換器４に流入する前の熱媒体入口温度を検出する二次側熱交換器入口温度サーミスタ３４が設けられている。二次側熱交換器入口温度サーミスタ３４により検出される温度信号は、第１の制御装置１００の入力回路に入力されるようになっている。

なお、熱媒体は、例えば主成分が水であり、防腐剤、凍結防止剤、ＬＬＣ等を含んでいてもよい。また、熱媒体は、交比熱を有する蓄熱材料をマイクロカプセル等の方法により封入し、これを水に分散させて混合してもよいし、スリラー状にして混合させてもよい。

二次側循環回路５０には、放熱用熱交換器４の出口と暖房機器５とをつなぐ流路に、放熱用熱交換器４で加熱された後の熱媒体を再加熱する補助熱源装置６の加熱部６２が設けられている。補助熱源装置６は、通過する熱媒体を加熱可能な機器であれば特に限定するものではないが、例えば、ガス、灯油等の燃料による燃焼炎を用いて内部を通過する給湯用水を加熱する小型湯沸かし器、電気式ヒータ等を採用することができる。

給水用配管７の上流は、水道配管に接続されており、市水（水道水）がタンク３の最下部の導入口及び給湯用配管１１に導入されるようになっている。給水用配管７のタンク３に至る途中には、タンク３内に導入する給水量を調整可能な流調弁８が設けられている。第１の制御装置１００は、流調弁８の開度を調節することでタンク３内に導入する給水量を調節して、タンク３内の上部から給湯用配管１１に出湯する流量を調整することができる。

給水用配管７の給湯用配管１１に至る途中には、タンク３内の上部から出湯と混合する給水量を調整可能な流調弁９が設けられている。第１の制御装置１００は、流調弁９の開度を調節することで給湯用配管１１内に導入する給水量を調節して、タンク３内の上部からの高温水と水との流量割合を調節し、給湯用水の温調を行うことができる。給水用配管７には、給水温度サーミスタ３１が設けられている。給水温度サーミスタ３１は市水の温度を検出し、検出された温度信号は、第１の制御装置１００の入力回路に入力されるようになっている。

給湯用配管１１は、タンク３の上部と台所、洗面所、浴室などへの給湯端末とを接続する配管である。給湯用配管１１の途中であって、給水用配管７との接続部よりも下流側には、給湯用配管１１の通路を開閉する電磁弁１２が設けられている。電磁弁１２の上流側と下流側は、補助加熱流路１３によって電磁弁１２をバイパスするように接続されている。この補助加熱流路１３の途中には、補助熱源装置６に含まれる加熱部６１によって加熱される流路部が設けられている。第１の制御装置１００は、電磁弁１２を開状態に制御することにより、タンク３内の上部の高温水を給湯用配管１１のみを通して給湯端末に出湯することができる。また、第１の制御装置１００は、電磁弁１２を閉状態に制御し、加熱部６１で補助加熱するように制御することによって、タンク３内の上部の高温水を電磁弁１２をバイパスして補助加熱流路１３に流し、加熱部６１で加熱して熱量を加えた後、給湯端末に出湯することができる。

給湯用配管１１の下流側には、給湯温度を検出する給湯温度サーミスタ３３と、流量カウンタ（図示せず）とが設けられている。給湯温度サーミスタ３３及び流量カウンタによって検出された給湯温度信号および流量信号は、第１の制御装置１００の入力回路に入力されるようになっている。

流調弁８、流調弁９及び電磁弁１２は、給湯端末側に出湯する湯温を調節する温度調節弁の機能を果たし、第１の制御装置１００または第２の制御装置２００が、タンク３内上部の高温水と給水との流量比、及び補助熱源装置６による再加熱実施の有無を制御することにより、給湯端末への出湯温度を設定温度に調節するように制御される。第１の制御装置１００または第２の制御装置２００は、リモートコントローラ１１０等により設定される設定温度と、給水温度サーミスタ３１、タンク水温サーミスタ３０及び給湯温度サーミスタ３３によって検出される温度情報とに基づいて、流調弁８，９、電磁弁１２、補助熱源装置６の作動を制御する。

図２に示すように、第１の制御装置１００は、リモートコントローラ１１０上の各種スイッチからの信号、各種サーミスタ３０〜３５からの通信信号が入力される入力回路と、入力回路からの信号を用いて各種演算を実行するマイクロコンピュータと、マイクロコンピュータによる演算に基づいてヒートポンプユニット１、補助熱源装置６、ポンプ４１，５１、流調弁８，９、電磁弁１２等の作動を制御する通信信号を出力する出力回路と、を備えている。マイクロコンピュータは、記憶手段としてＲＯＭまたはＲＡＭを内蔵し、あらかじめ設定された制御プログラムや更新可能な制御プログラムを有している。

第２の制御装置２００は、第１の制御装置１００と同様の構成であるが、主に補助熱源装置６の作動を制御する機能を持っている。第２の制御装置２００は、ユーザーの遠隔操作により、暖房機器５の運転指令が入力されると、所定の条件を満たす場合は、補助熱源装置６の加熱部６１，６２の作動を制御する通信信号を出力する。第１の制御装置１００と第２の制御装置２００は、通信することにより、互いの管理、制御する機器の情報を共有することができる。

また、第１の制御装置１００と第２の制御装置２００は、統合された単一の制御装置によって構成してもよい。したがって、統合した制御装置によって、補助熱源装置６の加熱部６１，６２の作動を制御することができる。また、リモートコントローラ１１０には、自動運転スイッチ、給湯設定温度スイッチ等の給湯に関わる操作部が設けられているが、暖房機器５を運転する暖房スイッチが設けられていてもよい。

次に、暖房機器５の運転要求があった場合のハイブリッド式給湯装置の作動について、図３を参照して説明する。図３は、ハイブリッド式給湯装置における暖房要求時の処理手順を説明するためのフローチャートである。一次側ポンプ４１は、暖房機器５における暖房要求時であって、タンク３内の貯湯量が予め定めた所定量を超えているときに運転する。例えば、タンク３上部の水温が高いときに一次側ポンプ４１が運転して高温水を放熱用熱交換器４に供給して熱交換により熱媒体を加熱することになる。

本フローチャートでは、タンク３下部の水温ではなく、放熱用熱交換器４で熱交換して一次側通路４ａを流出した後の、一次側熱交換器出口温度サーミスタ３２が検出する一次側出口温度を用い、当該一次側出口温度の平均値と随時算出する判定値とを比較することにより、ヒートポンプユニット１の運転を実施するか否かの判定を行う。この判定によれば、タンク３内下部の水温を判定処理に使用する場合に比べて、給湯時の出湯に伴う給水作用によってタンク３内の温度が変動する影響を抑制できる判定を実施できることになる。

図３に示すように、第１の制御装置１００は、暖房機器５の運転要求の指令を受けると、まずステップ１０で、判定値が一次側出口温度の平均値よりも大きいか否かを判定する。一次側出口温度の平均値は、予め定めた期間に検出した一次側出口温度を記憶し、検出した一次側出口温度のピーク値の中から所定数の上位数点の平均を求めた値である。

例えば、一次側出口温度の平均値は、図４に示すように、一次側ポンプ４１の稼動と一次側出口温度の変動との関係を示すグラフにおいて白抜き丸で示した上位５点を抽出し、これらの平均値を算出することにより、求めることができる。一次側出口温度は、一次側ポンプ４１の停止中は、図４に図示のごとく、急激に温度低下するが、一次側ポンプ４１が稼動している間に放熱用熱交換器４での熱交換により温度上昇し、一次側ポンプ４１の運転及び停止の繰り返し（以下、「ポンプの発停」ともいう）により、変動し得る。この際の変動幅は、長い時間スパンでは比較的大きく、一次側出口温度はポンプ稼動中にはいくつかのピーク値を示すようになる。ピーク値のうち上位数点の平均値をステップ１０での判定条件に採用することにより、ポンプの発停による影響を小さくして、ステップ１０での判定精度を確保することができる。

このようにして一次側出口温度の平均値を求めることにより、例えば、一次側ポンプ４１の起動直後、または停止時に、放熱用熱交換器４で熱交換されていないときの温度が判定値に反映されてしまうことを防止することができ、熱量授受による実効的な水温を的確に抽出することできる。したがって、判定精度の向上が図れるのである。

ステップ１０で採用する判定値は、ステップ１０で判定する度に新しく算出される値であり、運転効率を考慮してＣＯＰが所定値以上になるときにヒートポンプユニット１を運転できるように算出される。例えば判定値は、予め記憶している特性式を用いて算出され、外気温度サーミスタ３５が検出する外気温度に応じて変動する値である。つまり、ステップ１０での判定において、判定値は随時算出されて変化する値であるが、一次側出口温度は所定時間の平均値であるため、一定期間は変化しないため、しばらくの間（例えば１日）、同じ値が採用されることがある。

ステップ１０で一次側出口温度の平均値が判定値以上であると判定（ＮＯ判定）すると、第１の制御装置１００は、ステップ２０で一次側出口温度の平均値をメモリ等に記憶する。記憶された一次側出口温度の平均値は、次回のステップ１０での判定に使用される。逆に、ステップ１０でＹＥＳと判定すると、一次側出口温度の平均値は記憶されず、次回のステップ１０での判定処理では、更新された一次側出口温度の平均値を使用することになる。

次にステップ３０では、ステップ１０でのＮＯ判定の状態が１週間以上継続しているか否かを判定する。ステップ３０でまだ１週間継続していないと判定すると、ステップ５０でヒートポンプユニット１の停止指示の処理を実行し、ステップ７０に進む。ステップ３０で１週間以上継続していると判定すると、ステップ３５で、以降のステップ１０での判定において判定値と比較するパラメータを、二次側熱交換器入口温度サーミスタ３４が検出する二次側入口温度に設定する処理を実行し、ステップ１０に進む。これにより、次のステップ１０では、判定値が二次側入口温度の平均値よりも大きいか否かを判定するようになる。

このように、所定期間以上（ステップ３０に示す例では１週間以上）、ヒートポンプユニット１の停止処理が継続した場合には、一次側ポンプ４１が長時間停止したままで、補助熱源装置６による熱量供給が実施されていることがある。この場合、本来は補助熱源装置６による熱量供給よりもヒートポンプユニット１による熱量供給を行う方が、エネルギー効率上有利なことがある。ステップ３０及びステップ３５の処理により、このような状況を検出することが可能になるため、ヒートポンプユニット１を運転することが有利である状況を抽出できるのである。

ステップ１０で一次側出口温度の平均値よりも判定値の方が大きいと判定（ＹＥＳ判定）すると、次にステップ４０でタンク３に貯えられている貯湯量が予め定めた所定量（所定の熱量）以下か否かを判定する。ここでの判定処理は、暖房に必要な湯量を確保するために必要な湯量（前述の所定量）がタンク３に貯えられているか否かを判定し、当該必要な湯量を下回っている場合は、第１の制御装置１００は、ステップ６０でヒートポンプユニット１の運転を指示して加熱運転を実行する。また、ステップ４０は、例えばタンク３内部における所定の高さ位置の水温が所定温度以下であれば、貯湯量が所定量以下であると判定するようにしてもよい。つまり、タンク３上部に溜まっている水温によって、タンク３の貯湯量がヒートポンプユニット１による熱量供給を必要とする状態であるか否かを判定することができる。

ステップ４０でタンク３の貯湯量が所定量を超えていると判定すると、暖房に必要な湯量が確保できているため、ステップ５０に進み、ヒートポンプユニット１の停止指示の処理を実行する。ステップ６０またはステップ５０の処理実行後は、ステップ７０で、暖房機器５の運転停止要求があるか否かが判定され、運転停止要求があると判定すると本フローチャートを終了し、運転停止要求がない場合はステップ１０に戻り、上記の判定処理を実行する。

図５は、暖房時の低負荷条件におけるハイブリッド式給湯装置の作動を説明するタイムチャートの一例である。図６は、暖房時の高負荷条件におけるハイブリッド式給湯装置の作動を説明するタイムチャートの一例である。低負荷条件とは、暖房に必要な熱量が継続して大きくなく、ヒートポンプユニット１単独でも暖房の必要熱量をまかなうことができる状態が間欠的に存在する条件である。高負荷条件とは、暖房に必要な熱量が継続して大きく、ヒートポンプユニット１単独では暖房の必要熱量をまかなうことができない状態が継続する条件でありこのとき、補助熱源装置６が熱媒体を加熱することになる。

随時更新される判定値と一次側出口温度平均値の大小関係が、図５及び図６に図示する関係にある場合、判定値の方が大きくステップ１０でＹＥＳと判定され、さらにタンク３内部の貯湯量が所定量よりも小さくステップ４０でＹＥＳと判定されると、ヒートポンプユニット１が稼動する。このとき、図５の低負荷条件では補助熱源装置６による加熱は停止し、図６の高負荷条件では補助熱源装置６による加熱は継続して実施される。逆に、判定値の方が大きくステップ１０でＹＥＳと判定されても、タンク３内部の貯湯量が所定量以上でありステップ４０でＮＯと判定されると、ヒートポンプユニット１は停止し、補助熱源装置６による加熱が実施される。このとき、図５の低負荷条件では補助熱源装置６による加熱は停止し、図６の高負荷条件では補助熱源装置６による加熱は継続して実施されている。

なお、図５及び図６に図示するタイムチャートは一例であり、補助熱源装置６は、暖房機器５において暖房に必要な熱量が足りていれば稼動しないし、必要熱量が足りていなければ、稼動して熱媒体に熱量供給を実施する。また補助熱源装置６は、暖房がＯＦＦであっても、出湯時にタンク３内の貯湯量が足りない場合は、稼動して加熱した水を給湯端末に供給する。

以下に、第１実施形態のハイブリッド式給湯装置がもたらす作用効果について説明する。ハイブリッド式給湯装置によれば、第１の制御装置１００は、暖房機器５に対して供給する熱量をまかなうためのヒートポンプユニット１の運転要否を判定して、当該運転を制御するとともに、放熱用熱交換器４での熱交換によって熱媒体を加熱する運転を制御する。第１の制御装置１００は、暖房機器５での放熱要求があるときに、一次側熱交換器出口温度サーミスタ３２によって検出される蓄熱用流体の一次側出口温度に基づいて、ヒートポンプユニット１の運転要否を判定する（ステップ１０）。

ヒートポンプユニット１の運転要否の判定をタンク３下部の温度を用いて行った場合には、放熱用熱交換器４での熱交換によってタンク３下部に中温水が戻ると、タンク３下部に中温水が満たされ、ヒートポンプユニット１が運転されるとＣＯＰがよくない状態での運転となる。この状態で、給湯出湯等によってタンク３下部に低温の給水が供給されることにより、タンク３下部の温度が一時的に低下するようになる。この一時的な温度低下によって、ヒートポンプユニット１を運転することが効率上、有利と判定されて運転が許可されることがあるが、放熱用熱交換器４での熱交換による中温水がタンク３下部に早期に戻るため、結局、成績係数がよくない状態でヒートポンプユニット１が運転されることになってしまう。

そこでこの制御によれば、ヒートポンプユニット１の運転要否の判定を、タンク３下部の温度ではなく、蓄熱用流体の一次出口温度に基づいて行うため、タンク３下部への低温流体の供給による一時的な温度低下を検出してヒートポンプユニット１の運転許可判定を行ってしまうという状況を回避することができる。このため、成績係数がよくない状態でのヒートポンプユニット１の運転を抑制できる。したがって、ヒートポンプユニット１の成績係数判定の精度向上、及びヒートポンプユニット１の発停の低減が図れるハイブリッド式給湯装置を提供できる。さらに、ヒートポンプユニット１の発停の低減によって、ヒートポンプユニット１の効率低下を抑制でき、さらには耐久性低下を抑制することもできる。

また、第１の制御装置１００は、暖房機器５での放熱要求があるときに、予め定めた所定期間以上継続してヒートポンプユニット１の運転を禁止する判定を行った場合には、蓄熱用流体の一次側出口温度に代えて、二次側熱交換器入口温度サーミスタ３４によって検出される熱媒体の二次側入口温度に基づいて、ヒートポンプユニット１の運転要否を判定する。

ヒートポンプユニット１の運転を禁止する判定が継続してなされることによって長時間一次側ポンプ４１が運転せず、補助熱源装置６による熱量供給によって放熱が実施されている場合においては、ヒートポンプユニット１を稼動する方が効率上、有利と判定できる場合であっても、ヒートポンプユニット１の運転を禁止する判定がなされることがある。そこで本制御によれば、上述のように、蓄熱用流体の一次側出口温度に代用して、熱媒体の二次側入口温度を採用し、ヒートポンプユニット１の運転要否を判定する。これにより、一次側ポンプ４１の長時間の停止状態において補助熱源装置６による熱量供給が実施されていた状況を検出することが可能になる。このため、ヒートポンプユニット１を運転することが有利である状況を抽出することができる。したがって、ヒートポンプユニット１の運転要否判定の精度向上を提供できる。

第１の制御装置１００は、ステップ１０において、暖房機器５での放熱要求があるときに、蓄熱用流体の一次側出口温度及び外気温度に基づいて、ヒートポンプユニット１の運転要否を判定する。この判定処理によれば、上記の判定値を求めるときに外気温度を用いることにより、ヒートポンプユニット１の成績係数判定について、さらなる精度向上を提供することができる。

第１の制御装置１００は、一次側ポンプ４１が運転している間において一次側熱交換器出口温度サーミスタ３２によって検出された一次側出口温度における複数のピーク値の平均値を算出し、当該平均値に基づいてヒートポンプユニット１の運転要否を判定する（ステップ１０）。例えば、一次側ポンプ４１の運転及び停止が繰り返されるような場合（ポンプの発停がおこる場合）には、一次側出口温度が大きく変動するため、検出した一次側出口温度をそのままヒートポンプユニット１の運転要否判定に使用すると、正確な要否判定が実施できないことになる。そこで、一次側ポンプ４１が運転しているときに検出した一次側出口温度について、変動する値の中から複数のピークを示す値を抽出してその平均値を算出し、この平均値を判定処理に用いる。これにより、検出された温度のうち、放熱用熱交換器４での熱交換による熱の授受が反映されていない温度を排除した判定処理を実施できるため、判定精度の向上が図れる。

（第２実施形態）
第２実施形態では、第１実施形態で説明した暖房要求時の処理手順に対する他の形態について、図７を参照して説明する。図７は、第２実施形態のハイブリッド式給湯装置における暖房要求時の処理手順を示すフローチャートである。本実施形態で特に説明しない構成、制御等は、第１実施形態と同様であるとし、その作用効果も同様である。

以下、本実施形態の処理手順について、第１実施形態の処理手順と異なる点について説明する。ステップ１０で一次側出口温度の平均値が判定値以上であると判定（ＮＯ判定）すると、第１の制御装置１００は、ステップ２０で一次側出口温度の平均値をメモリ等に記憶し、ステップ２５で、二次側入口温度の前回の検出値をメモリ等に記憶する。そして、ステップ３０Ａでは、二次側熱交換器入口温度サーミスタ３４が検出する二次側入口温度が、ステップ２５で前回記憶した値よりも５℃以上低下しているか否かを判定する。ステップ３０Ａで５℃以上低下していないと判定（ＮＯ判定）すると、ヒートポンプユニット１によるタンク３内への熱量供給は必要ないため、ステップ５０でヒートポンプユニット１の停止指示の処理を実行し、ステップ７０に進む。

ステップ３０Ａで５℃以上低下していると判定（ＹＥＳ判定）すると、さらにステップ３０Ａ１で、タンク３に貯えられている貯湯量が予め定めた所定量（所定の熱量）以下か否かを判定する。ここでの判定処理は、ステップ４０と同様の判定処理である。ステップ３０Ａ１で、貯湯量が所定量（所定の熱量）以下の場合は、第１の制御装置１００は、ステップ３０Ａ２でヒートポンプユニット１の運転を指示し、ヒートポンプユニット１の運転を１日継続し、ステップ１０に戻る。

このように、ステップ３０Ａで、二次側入口温度の低下度合いの大きさを判定することにより、ユーザーが暖房設定温度を下げるような状況があった場合を検出することができる。暖房設定温度が下がると、二次側入口温度及び二次側出口温度が低下するため、ステップ３０ＡでＹＥＳ判定がなされる可能性が高くなるのである。

本実施形態によれば、第１の制御装置１００は、二次側熱交換器入口温度サーミスタ３４によって検出される熱媒体の二次側入口温度が前回の記憶値よりも予め定めた温度（例えば５℃）以上低下している場合には、ヒートポンプユニット１を予め定めた時間（例えば１日）運転する（ステップ３０Ａ２）。

ステップ３０Ａの判定処理によってこのような状況を検出すると、一時的にヒートポンプユニット１を稼動する（例えば１日）。換言すれば、ステップ１０の判定でＮＯ状態が１週間継続する前に（例えば、２、３日の継続）、暖房設定温度を下げるような行為があった場合、この状況変化を早く正確に抽出することができる。この場合には、ヒートポンプユニット１の運転を一時的に許可し、第１実施形態の制御よりも、エネルギー効率上、ヒートポンプユニット１を稼動する方がよい状態に早期にすることができるのである。したがって、ヒートポンプユニット１の効率面を考慮した制御を提供できる。

（他の実施形態）
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に何ら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々変形して実施することが可能である。

上記の第１実施形態では、図３のステップ１０の判定処理において、一次側出口温度の平均値を使用しているが、代用として、熱媒体が暖房機器５を流出後、放熱用熱交換器４に流入する前の熱媒体温度、すなわち二次側入口温度を使用してもよい。すなわち、ステップ１０では、随時更新される判定値と二次側入口温度の平均値とを比較して判定を行う。二次側入口温度はタンク３内に直接戻る流体の温度でないため、一次側出口温度を使用する場合よりも、ステップ１０での判定精度は低下することが考えられるが、タンク３内下部の水温を使用して判定する場合に対して、第１実施形態のように一次側出口温度を使用する場合と同様に、ＣＯＰの判定精度の向上及びヒートポンプの発停の低減が図れることができる。したがって、ハイブリッド式給湯装置の効率向上及びランニングコストの低減を提供できるのである。

また、上記の実施形態においてハイブリッド式給湯装置は、深夜時間帯の深夜電力を利用した沸き上げ運転において、過去の使用熱量の実績に基づいた運転を行う場合、第１の制御装置１００に記憶される所定期間（例えば１週間）の運転実績は、装置の工場出荷時において所定の運転情報（モデル運転情報）をあらかじめ記憶しておき、この初期値を給湯装置の使用実績が加わる毎に更新していくことにより、ユーザーの使用実態に適合させていくものであってもよい。

また、ヒートポンプユニット１のヒートポンプサイクルを流れる作動冷媒は、二酸化炭素に限定されるものではなく、フロン等の他の冷媒であってもよい。

１…ヒートポンプユニット（ヒートポンプ装置）
３…タンク
４…放熱用熱交換器
５…暖房機器（放熱装置）
６…補助熱源装置
３２…一次側熱交換器出口温度サーミスタ（一次側出口温度検出手段）
３４…二次側熱交換器入口温度サーミスタ（二次側入口温度検出手段）
４１…一次側ポンプ
１００…第１の制御装置（制御装置）

Claims (5)

1. 給湯用及び放熱装置（５）での放熱用に使用される蓄熱用流体を蓄えるタンク（３）と、
   前記タンク内の蓄熱用流体を加熱するヒートポンプ装置（１）と、
   前記放熱装置に供給される熱媒体と前記タンク内の蓄熱用流体とを熱交換して前記熱媒体を加熱する放熱用熱交換器（４）と、
   前記蓄熱用流体を前記タンク及び前記放熱用熱交換器の間で循環させる一次側ポンプ（４１）と、
   前記放熱用熱交換器で前記熱媒体と熱交換した後であって前記タンク内に流入する前の前記蓄熱用流体の一次側出口温度を検出する一次側出口温度検出手段（３２）と、
   前記放熱用熱交換器を流出した後、前記放熱装置に流入する前の熱媒体を加熱する補助熱源装置（６）と、
   前記放熱装置に対して供給する熱量をまかなうための前記ヒートポンプ装置の運転要否を判定して、当該運転を制御するとともに、前記放熱用熱交換器で前記熱媒体を熱交換する運転を制御する制御装置（１００）と、
   を備え、
   前記制御装置は、前記放熱装置での放熱要求があるときに、前記一次側出口温度検出手段（３２）によって検出される前記蓄熱用流体の一次側出口温度に基づいて、前記ヒートポンプ装置の運転要否を判定することを特徴とするハイブリッド式給湯装置。
2. さらに、前記放熱装置で放熱してから前記放熱用熱交換器で熱交換される前の前記熱媒体の二次側入口温度を検出する二次側入口温度検出手段（３４）を備え、
   前記制御装置（１００）は、前記放熱装置での放熱要求があるときに、予め定めた所定期間以上継続して前記ヒートポンプ装置の運転を禁止する判定を行った場合には、前記蓄熱用流体の一次側出口温度に代えて、前記二次側入口温度検出手段によって検出される前記熱媒体の二次側入口温度に基づいて、前記ヒートポンプ装置の運転要否を判定することを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド式給湯装置。
3. さらに、前記放熱装置で放熱してから前記放熱用熱交換器で熱交換される前の前記熱媒体の二次側入口温度を検出する二次側入口温度検出手段（３４）を備え、
   前記制御装置（１００）は、前記二次側入口温度検出手段によって検出される前記熱媒体の二次側入口温度が前回値よりも予め定めた温度以上低下している場合には、前記ヒートポンプ装置を予め定めた時間運転することを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド式給湯装置。
4. 前記制御装置は、前記放熱装置での放熱要求があるときに、前記前記蓄熱用流体の一次側出口温度及び外気温度に基づいて、前記ヒートポンプ装置の運転要否を判定することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のハイブリッド式給湯装置。
5. 前記制御装置は、前記一次側ポンプ（４１）が運転している間において前記一次側出口温度検出手段（３２）によって検出された前記一次側出口温度における複数のピーク値の平均値を算出し、当該平均値に基づいて、前記ヒートポンプ装置の運転要否を判定することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のハイブリッド式給湯装置。

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