JP6526598B2

JP6526598B2 - 熱機器

Info

Publication number: JP6526598B2
Application number: JP2016091803A
Authority: JP
Inventors: 聡近廻; 河野　秀勇; 秀勇河野; 足立　郁朗; 郁朗足立; 秀典永田; 将浩井口; 晋司吉川; 幸雄松坂
Original assignee: Daikin Industries Ltd; Rinnai Corp
Current assignee: Daikin Industries Ltd; Rinnai Corp
Priority date: 2016-04-28
Filing date: 2016-04-28
Publication date: 2019-06-05
Anticipated expiration: 2036-04-28
Also published as: JP2017198418A

Description

本明細書で開示する技術は、熱機器に関する。

特許文献１には、冷媒を循環させることで熱媒を加熱する電気式ヒートポンプであって、冷媒の流路を切り換える流路切換弁を備える電気式ヒートポンプと、熱媒の流路に設けられており、熱媒の凍結を防止するために熱媒を加熱する１またはそれ以上の電気式ヒータと、熱媒の流路に設けられており、熱媒を流動させる１またはそれ以上の電気式ポンプと、制御装置を備える熱機器が開示されている。この熱機器は、通常モードと、通常モードでの最大消費電力よりも低い抑制電力以下の消費電力で動作する電力抑制モードで動作可能である。

特開２０１４−１１５００９号公報

一般的な電気式ヒートポンプでは、流路切換弁を切り換え動作させる際には、熱媒を加熱する際に比べて、一時的に大きな電力を消費する。このため、電力抑制モードにおいて、例えば熱媒の凍結を防止するために電気式ヒータや電気式ポンプが駆動している状況で、電気式ヒートポンプの流路切換弁を切り換え動作させてしまうと、熱機器の消費電力が一時的に抑制電力を超えてしまうおそれがある。流路切換弁を備える電気式ヒートポンプと、電気式ヒータと、電気式ポンプを備える熱機器が電力抑制モードで動作する際の消費電力が、一時的にでも抑制電力を超えてしまうことを防止することが可能な技術が期待されている。

本明細書は上記課題を解決する技術を提供する。本明細書は、流路切換弁を備える電気式ヒートポンプと、電気式ヒータと、電気式ポンプを備える熱機器が電力抑制モードで動作する際の消費電力が、一時的にでも抑制電力を超えてしまうことを防止することが可能な技術を提供する。

本明細書が開示する熱機器は、冷媒を循環させることで熱媒を加熱する電気式ヒートポンプであって、冷媒の流路を切り換える流路切換弁を備える電気式ヒートポンプと、熱媒の流路に設けられており、熱媒の凍結を防止するために熱媒を加熱する１またはそれ以上の電気式ヒータと、熱媒の流路に設けられており、熱媒を流動させる１またはそれ以上の電気式ポンプと、制御装置を備えている。その熱機器は、通常モードと、通常モードでの最大消費電力よりも低い抑制電力以下の消費電力で動作する電力抑制モードで動作可能である。その熱機器では、制御装置が、電力抑制モードにおいて電気式ヒートポンプによる熱媒の加熱を開始する際に、１またはそれ以上の電気式ヒータおよび１またはそれ以上の電気式ポンプのうちの少なくとも１つを停止した状態で、電気式ヒートポンプの流路切換弁を切り換え動作させる。

上記の熱機器では、電力抑制モードにおいて、一時的に大きな電力を消費する電気式ヒートポンプの流路切換弁の切り換え動作が、電気式ヒータおよび電気式ポンプのうちの少なくとも１つを停止した状態で行われる。このような構成とすることによって、電力抑制モードにおける消費電力が、一時的にでも抑制電力を超えてしまうことを防止することができる。

上記の熱機器は、制御装置が、電力抑制モードにおいて電気式ヒートポンプによる熱媒の加熱を開始する際に、１またはそれ以上の電気式ヒータおよび１またはそれ以上の電気式ポンプを全て停止した状態で、電気式ヒートポンプの流路切換弁を切り換え動作させるように構成することができる。

上記の熱機器では、電力抑制モードにおいて、一時的に大きな電力を消費する電気式ヒートポンプの流路切換弁の切り換え動作が、電気式ヒータおよび電気式ポンプを全て停止した状態で行われる。このような構成とすることによって、電力抑制モードにおける消費電力が、一時的にでも抑制電力を超えてしまうことを確実に防止することができる。

上記の熱機器は、制御装置が、電力抑制モードにおいて電気式ヒートポンプによる熱媒の加熱を開始する際に、１またはそれ以上の電気式ヒータおよび１またはそれ以上の電気式ポンプのうちの少なくとも２つを停止した状態で、電気式ヒートポンプの流路切換弁を切り換え動作させ、電気式ヒートポンプの流路切換弁の切り換え動作が終了した後、停止している前記少なくとも２つの電気式ヒータおよび／または電気式ポンプを、異なるタイミングで動作開始させるように構成することができる。

上記の熱機器では、電気式ヒートポンプにおいて、流路切換弁の切り換え動作が終了した後には、熱媒の加熱動作が開始される。抑制電力モードにおいて、電気式ヒートポンプが熱媒の加熱動作を行っている際に、電気式ヒータや電気式ポンプの動作を開始すると、熱機器での消費電力が抑制電力を超えないように、電気式ヒートポンプは低消費電力での動作に移行する。しかしながら、多くの電気式ヒータや電気式ポンプが一斉に動作を開始すると、電気式ヒートポンプの消費電力の低減が間に合わず、一時的に熱機器での消費電力が抑制電力を超えてしまうおそれがある。上記の熱機器では、電気式ヒートポンプの流路切換弁の切り換え動作が終了した後、停止している電気式ヒータや電気式ポンプを異なるタイミングで動作開始させるので、電気式ヒートポンプの消費電力の低減に時間的な余裕をもたせることができ、熱機器での消費電力が抑制電力を超えてしまうことを確実に防止することができる。

実施例に係る熱機器２の機械的な構成を模式的に示す。実施例に係る熱機器２の電力系統を模式的に示す。実施例に係る熱機器２のコントローラ１１０が行なう蓄電池対応モードに関連する処理を説明するフローチャートである。実施例に係る熱機器２における各種の運転での消費電力を例示する図である。実施例に係る熱機器２におけるヒートポンプ５０の上限消費電力に基づく制御を例示する図である。実施例に係る熱機器２における消費電力の経時的な変化を示す図である。

（実施例）
図１に示すように、本実施例に係る熱機器２は、タンクユニット４と、ヒートポンプ（ＨＰ）ユニット６と、燃焼ユニット８を備えている。

ＨＰユニット６は、冷媒（例えばＲ４１０ＡといったＨＦＣ冷媒や、Ｒ７４４といったＣＯ_２冷媒）を循環させるための冷媒循環路５２と、空気熱交換器５４と、ファン５６と、圧縮機６２と、四方弁５８と、給湯用水熱交換器６３と、逆止弁６４と、暖房用水熱交換器６５と、逆止弁６６と、膨張弁６０と、循環ポンプ２２を備える、ヒートポンプ熱源機である。

空気熱交換器５４は、電力により駆動されるファン５６によって送風された外気と冷媒循環路５２内の冷媒との間で熱交換させる。圧縮機６２は、電力により駆動され、気相状態の冷媒を加圧して送り出す。給湯用水熱交換器６３は、冷媒循環路５２内の冷媒と、後述のタンク水循環路２０内の給湯用水の間で熱交換させる。暖房用水熱交換器６５は、冷媒循環路５２内の冷媒と、後述のＨＰ循環路８８内の暖房用水との間で熱交換させる。膨張弁６０は、液相状態の冷媒を断熱膨張させて減圧する。空気熱交換器５４と、圧縮機６２と、給湯用水熱交換器６３または暖房用水熱交換器６５と、膨張弁６０によって、ヒートポンプ５０が構成されている。ヒートポンプ５０は、冷媒を循環させることで、熱媒である給湯用水や暖房用水を加熱する電気式ヒートポンプである。

四方弁５８は、ヒートポンプ５０において冷媒の流路を切り換える流路切換弁である。四方弁５８は４つのポートａ，ｂ，ｃおよびｄを有している。四方弁５８は、ポートａとポートｂが連通し、かつポートｃとポートｄが連通する状態と、ポートａとポートｄが連通し、かつポートｂとポートｃが連通する状態の間で切換可能である。四方弁５８のポートａは、暖房用水熱交換器６５の冷媒入口に接続されている。暖房用水熱交換器６５の冷媒出口は、逆止弁６６を介して、膨張弁６０の冷媒入口に接続されている。四方弁５８のポートｂは、圧縮機６２の冷媒入口に接続されている。四方弁５８のポートｃは、給湯用水熱交換器６３の冷媒入口に接続されている。給湯用水熱交換器６３の冷媒出口は、逆止弁６４を介して、膨張弁６０の冷媒入口に接続されている。四方弁５８のポートｄは、圧縮機６２の冷媒出口に接続されている。本実施例の熱機器２では、四方弁５８での冷媒の流路の切り換え動作は、圧縮機６２の回転数を一時的に増加させることによって行われる。

四方弁５８が、ポートａとポートｂが連通し、かつポートｃとポートｄが連通する状態である場合、ヒートポンプ５０では、圧縮機６２から送り出される高温高圧の気相状態の冷媒が、給湯用水熱交換器６３へ流入する。冷媒は、給湯用水熱交換器６３を通過する際に放熱して凝縮し、液相状態となる。給湯用水熱交換器６３を通過した液相状態の冷媒は、膨張弁６０で減圧される。膨張弁６０を通過した低温低圧の液相状態の冷媒が、空気熱交換器５４へ流入する。冷媒は、空気熱交換器５４を通過する際に吸熱して蒸発し、気相状態となる。空気熱交換器５４を通過した気相状態の冷媒は、圧縮機６２へ戻される。すなわち、この場合、ＨＰユニット６は、空気熱交換器５４で外気から吸熱し、給湯用水熱交換器６３で給湯用水を加熱する。

四方弁５８が、ポートａとポートｄが連通し、かつポートｂとポートｃが連通する状態である場合、ヒートポンプ５０では、圧縮機６２から送り出される高温高圧の気相状態の冷媒が、暖房用水熱交換器６５へ流入する。冷媒は、暖房用水熱交換器６５を通過する際に放熱して凝縮し、液相状態となる。暖房用水熱交換器６５を通過した液相状態の冷媒は、膨張弁６０で減圧される。膨張弁６０を通過した低温低圧の液相状態の冷媒が、空気熱交換器５４へ流入する。冷媒は、空気熱交換器５４を通過する際に吸熱して蒸発し、気相状態となる。空気熱交換器５４を通過した気相状態の冷媒は、圧縮機６２へ戻される。すなわち、この場合、ＨＰユニット６は、空気熱交換器５４で外気から吸熱し、暖房用水熱交換器６５で暖房用水を加熱する。

ＨＰユニット６において、給湯用水が流れる経路および暖房用水が流れる経路のそれぞれには、通電により加熱する電気式の凍結防止ヒータ（図示せず）が設けられている。

ＨＰユニット６は、ＨＰコントローラ１０２を備えている。ＨＰコントローラ１０２は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えている。ＲＯＭには各種の運転プログラムが格納されている。ＲＡＭには、ＨＰコントローラ１０２に入力される各種信号や、ＣＰＵが処理を実行する過程で生成される種々のデータが一時的に記憶される。ＨＰコントローラ１０２は、ＣＰＵがＲＯＭやＲＡＭに記憶された情報に基づいて処理を実行することで、ＨＰユニット６の各構成要素の動作を制御する。

タンクユニット４は、タンク１０を備えている。タンク１０は、ＨＰユニット６によって加熱された給湯用水を貯える。本実施例では、タンク１０に貯えられる給湯用水は、水道水である。タンク１０は、密閉型であり、断熱材によって外側が覆われている。タンク１０内には満水まで給湯用水が貯留される。タンク１０には、サーミスタ１２、１４、１６、１８がタンク１０の高さ方向に略均等間隔で取り付けられている。各サーミスタ１２、１４、１６、１８は、その取付位置の給湯用水の温度を測定する。各サーミスタ１２、１４、１６、１８の検出温度から、タンク１０の蓄熱状態を特定することができる。

タンク水循環路２０は、上流端がタンク１０の下部に接続されており、ＨＰユニット６の給湯用水熱交換器６３を通過して、下流端がタンク１０の上部に接続されている。タンク水循環路２０には、循環ポンプ２２が介装されている。循環ポンプ２２は、電力により駆動される電気式ポンプであって、タンク水循環路２０内の給湯用水を上流側から下流側へ送り出す。ＨＰユニット６が、ヒートポンプ５０を作動させて、循環ポンプ２２を駆動すると、タンク１０の下部の給湯用水が給湯用水熱交換器６３に送られて加熱され、加熱された給湯用水がタンク１０の上部に戻される。タンク１０の内部には、低温の給湯用水の層の上に高温の給湯用水の層が積み重なった温度成層が形成される。

水道水導入路２４は、上流端が熱機器２の外部の水道水供給源３２に接続されている。水道水導入路２４の下流側は、第１導入路２４ａと第２導入路２４ｂに分岐している。第１導入路２４ａの下流端は、タンク１０の下部に接続されている。第２導入路２４ｂの下流端は、第１給湯路３６の途中に接続されている。第１導入路２４ａには、逆止弁２６が介装されている。第２導入路２４ｂには、逆止弁２８が介装されている。

第１給湯路３６は、上流端がタンク１０の上部に接続されている。上述したように、第１給湯路３６の途中には、水道水導入路２４の第２導入路２４ｂが接続されている。第１給湯路３６と第２導入路２４ｂの接続部には、混合弁３０が介装されている。混合弁３０は、タンク１０の上部から第１給湯路３６へ流入する高温の給湯用水の流量と、第２導入路２４ｂから第１給湯路３６へ流入する低温の水道水の流量の割合を調整する。第２導入路２４ｂとの接続部より下流側の第１給湯路３６は、燃焼ユニット８の給湯加熱路３７を通過して、第２給湯路３９へ接続している。第１給湯路３６と第２給湯路３９の間は、熱源機バイパス路３３によって接続されている。熱源機バイパス路３３にはバイパス弁３４が介装されている。第２給湯路３９の下流端は給湯栓３８に接続されている。

タンクユニット４において、給湯用水が流れる経路および暖房用水が流れる経路のそれぞれには、通電により加熱する電気式の凍結防止ヒータ（図示せず）が設けられている。

タンクユニット４は、タンクコントローラ１０４を備えている。タンクコントローラ１０４は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えている。ＲＯＭには各種の運転プログラムが格納されている。ＲＡＭには、タンクコントローラ１０４に入力される各種信号や、ＣＰＵが処理を実行する過程で生成される種々のデータが一時的に記憶される。タンクコントローラ１０４は、ＣＰＵがＲＯＭやＲＡＭに記憶された情報に基づいて処理を実行することで、タンクユニット４の各構成要素の動作を制御する。

燃焼ユニット８は、シスターン７０と、暖房用水加熱バーナ８２と、給湯用水加熱バーナ８１を備えている。シスターン７０は、上部が開放されている容器であり、内部に暖房用水を貯留している。本実施例の暖房用水は例えば不凍液である。シスターン７０には、暖房用水往路７２の上流端が接続されている。暖房用水往路７２には、循環ポンプ７４が介装されている。循環ポンプ７４は、電力によって駆動される電気式ポンプである。循環ポンプ７４を駆動すると、シスターン７０内の暖房用水が暖房用水往路７２に流れ込む。

暖房用水往路７２の下流端は、バーナ加熱路７３と、低温暖房循環路７５と、暖房バイパス路８５に分岐している。低温暖房循環路７５には、低温暖房端末７８が取り付けられる。本実施例の低温暖房端末７８は、例えば床暖房パネルである。低温暖房端末７８は、暖房用水からの放熱によって暖房する。低温暖房循環路７５には、第１開閉弁８６が介装されている。暖房バイパス路８５には、第２開閉弁８７が介装されている。

バーナ加熱路７３には、暖房用水加熱バーナ８２が介装されている。暖房用水加熱バーナ８２は、燃料（例えば都市ガスなどの燃料ガス）の燃焼によってバーナ加熱路７３内の暖房用水を加熱する、燃焼熱源機である。バーナ加熱路７３の下流端は、高温暖房循環路７７と追い焚き循環路７９に分岐している。高温暖房循環路７７には、高温暖房端末７６が取り付けられる。本実施例の高温暖房端末７６は、例えば浴室暖房乾燥機である。高温暖房端末７６は、供給される暖房用水の熱を利用して暖房する。なお、高温暖房端末７６の内部には開閉弁が内蔵されており、高温暖房端末７６での暖房を行う場合には開閉弁が開かれ、高温暖房端末７６での暖房を行わない場合には開閉弁が閉じられている。低温暖房循環路７５と高温暖房循環路７７と暖房バイパス路８５は、それぞれの下流端で合流して、第１暖房用水復路８４の上流端へ接続している。

第１暖房用水復路８４の下流端は、ＨＰ循環路８８とＨＰバイパス路９４に分岐している。第１暖房用水復路８４の下流端には、調整弁９０が設けられている。調整弁９０は、その開度を変化させることによって、第１暖房用水復路８４からＨＰ循環路８８へ流れる暖房用水の流量と、第１暖房用水復路８４からＨＰバイパス路９４へ流れる暖房用水の流量の割合を変化させることができる。ＨＰ循環路８８は、ＨＰユニット６の暖房用水熱交換器６５を通過して、第２暖房用水復路９６の上流端へ接続している。ＨＰバイパス路９４は、ＨＰユニット６の暖房用水熱交換器６５を通過することなく、第２暖房用水復路９６の上流端へ接続している。第２暖房用水復路９６は、下流端がシスターン７０に接続している。

追い焚き循環路７９には、追い焚き熱動弁８３と、追い焚き熱交換器９７が介装されている。追い焚き熱動弁８３は、追い焚き循環路７９を開閉する。追い焚き熱交換器９７では、追い焚き循環路７９を流れる暖房用水と、浴槽水循環路９１を流れる浴槽水（浴槽９８に貯められている給湯用水）の間で熱交換が行われる。追い焚き循環路７９の下流端は、第２暖房用水復路９６に接続している。

浴槽水循環路９１の上流端および下流端は、浴槽９８の側部に接続している。浴槽水循環路９１には、浴槽水循環ポンプ９９が介装されている。浴槽水循環ポンプ９９は、電力によって駆動される電気式ポンプである。浴槽水循環ポンプ９９が駆動すると、浴槽９８から吸い出された浴槽水が、追い焚き熱交換器９７を通過して、浴槽９８へ戻される。

給湯加熱路３７には、給湯用水加熱バーナ８１が介装されている。給湯用水加熱バーナ８１は、燃料（例えば都市ガスなどの燃料ガス）の燃焼によって給湯加熱路３７内の給湯用水を加熱する、燃焼熱源機である。給湯加熱路３７の給湯用水加熱バーナ８１よりも下流側から、浴槽注湯路４０が分岐している。浴槽注湯路４０には、浴槽注湯路４０を開閉する注湯電磁弁４２が介装されている。浴槽注湯路４０の下流端は、浴槽水循環ポンプ９９に接続している。

燃焼ユニット８において、給湯用水が流れる経路、暖房用水が流れる経路および浴槽水が流れる経路のそれぞれには、通電により加熱する電気式の凍結防止ヒータ（図示せず）が設けられている。

燃焼ユニット８は、燃焼コントローラ１０６を備えている。燃焼コントローラ１０６は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えている。ＲＯＭには各種の運転プログラムが格納されている。ＲＡＭには、燃焼コントローラ１０６に入力される各種信号や、ＣＰＵが処理を実行する過程で生成される種々のデータが一時的に記憶される。燃焼コントローラ１０６は、ＣＰＵがＲＯＭやＲＡＭに記憶された情報に基づいて処理を実行することで、燃焼ユニット８の各構成要素の動作を制御する。また、燃焼コントローラ１０６には、リモコン１０８が接続されている。リモコン１０８には、使用者が熱機器２を操作するための各種のスイッチや、使用者に熱機器２の動作状態を表示する液晶表示器等が設けられている。

ＨＰコントローラ１０２とタンクコントローラ１０４は、双方向に通信可能である。また、タンクコントローラ１０４と燃焼コントローラ１０６は、双方向に通信可能である。ＨＰコントローラ１０２、タンクコントローラ１０４および燃焼コントローラ１０６は、協調動作して熱機器２の動作を制御する。以下では、ＨＰコントローラ１０２、タンクコントローラ１０４および燃焼コントローラ１０６を総称してコントローラ１１０ともいう。

次いで、本実施例の熱機器２の動作について説明する。以下では、熱機器２が実施する、沸き上げ運転、給湯運転、湯はり運転、暖房運転、追い焚き運転および凍結防止運転について順に説明する。

（沸き上げ運転）
沸き上げ運転は、タンク１０内の給湯用水をＨＰユニット６で加熱し、高温となった給湯用水をタンク１０に戻す運転である。沸き上げ運転を実行する際には、コントローラ１１０は、四方弁５８をポートａとポートｂが連通し、かつポートｃとポートｄが連通する状態に切り換えて、圧縮機６２およびファン５６を駆動する。また、コントローラ１１０は、循環ポンプ２２を駆動する。

圧縮機６２の駆動により、冷媒循環路５２内の冷媒は、圧縮機６２、給湯用水熱交換器６３、膨張弁６０、空気熱交換器５４の順に循環する。この場合、給湯用水熱交換器６３を通過する冷媒循環路５２内の冷媒は、高温高圧の気体状態である。また、循環ポンプ２２の駆動により、タンク水循環路２０内をタンク１０内の給湯用水が循環する。即ち、タンク１０の下部に存在する給湯用水がタンク水循環路２０内に導入され、導入された給湯用水が給湯用水熱交換器６３を通過する際に、冷媒循環路５２内の冷媒の熱によって加熱され、加熱された給湯用水がタンク１０の上部に戻される。この際、コントローラ１１０は、給湯用水熱交換器６３を通過した後の給湯用水の温度が、設定された沸き上げ温度となるように、圧縮機６２、ファン５６、循環ポンプ２２の動作を制御する。これにより、タンク１０に高温の給湯用水が貯められる。タンク１０の内部が高温の給湯用水で満たされた満蓄状態となると、コントローラ１１０は、沸き上げ運転を終了する。

沸き上げ運転における沸き上げ温度は、コントローラ１１０が設定する。通常、沸き上げ運転における沸き上げ温度は、ユーザがリモコン１０８で設定した給湯設定温度に所定温度幅を加算した温度（例えば６０℃）に設定される。また、タンク１０の内部の給湯用水を高温まで加熱して殺菌する必要がある場合には、沸き上げ運転における沸き上げ温度は、通常の沸き上げ温度よりも高い温度（例えば９０℃）に設定される。このように、通常の沸き上げ温度よりも高温に設定された沸き上げ温度で行なう沸き上げ運転を、特にリフレッシュ運転ともいう。

（給湯運転）
給湯運転は、給湯設定温度に調温された給湯用水を給湯栓３８に供給する運転である。給湯栓３８が開かれると、水道水供給源３２からの水圧によって、水道水導入路２４（第１導入路２４ａ）からタンク１０の下部に水道水が流入する。同時に、タンク１０上部の給湯用水が、第１給湯路３６を介して給湯栓３８に供給される。

コントローラ１１０は、タンク１０から第１給湯路３６に供給される給湯用水の温度（即ち、サーミスタ１２の検出温度）が、給湯設定温度より高い場合には、混合弁３０を駆動して第２導入路２４ｂから第１給湯路３６に水道水を導入する。従って、タンク１０から供給された給湯用水と第２導入路２４ｂから供給された水道水とが、第１給湯路３６内で混合される。コントローラ１１０は、給湯栓３８に供給される給湯用水の温度が、給湯設定温度と一致するように、混合弁３０の開度を調整する。このような態様での給湯運転を、非燃焼給湯運転ともいう。

一方、コントローラ１１０は、タンク１０から第１給湯路３６に供給される給湯用水の温度が、給湯設定温度より低い場合には、バイパス弁３４を閉じて、給湯用水加熱バーナ８１によって第１給湯路３６を通過する給湯用水を加熱する。コントローラ１１０は、給湯栓３８に供給される給湯用水の温度が、給湯設定温度と一致するように、給湯用水加熱バーナ８１の出力を制御する。このような態様での給湯運転を、燃焼給湯運転ともいう。

（湯はり運転）
湯はり運転は、湯はり設定温度で浴槽９８に湯はりをする運転である。使用者が湯はり運転の開始を指示すると、熱機器２は湯はり運転を開始する。湯はり運転においては、コントローラ１１０は、注湯電磁弁４２を開く。注湯電磁弁４２が開かれると、水道水供給源３２からの水圧によって、水道水導入路２４（第１導入路２４ａ）からタンク１０の下部に水道水が流入する。同時に、タンク１０上部の給湯用水が、第１給湯路３６、給湯加熱路３７、浴槽注湯路４０、浴槽水循環路９１を介して浴槽９８に供給される。湯はり運転においては、給湯運転と同様にして、浴槽注湯路４０に供給される給湯用水の温度を湯はり設定温度に調整する。浴槽９８に供給される給湯用水の流量が湯はり設定水量に達すると、コントローラ１１０は、湯はり運転を終了する。

（暖房運転）
暖房運転は、低温暖房端末７８や高温暖房端末７６によって暖房する運転である。使用者によって暖房運転の実行が指示されると、コントローラ１１０は、第１開閉弁８６を開き、第２開閉弁８７を閉じた状態で、循環ポンプ７４を駆動する。さらに、コントローラ１１０は、四方弁５８をポートａとポートｄが連通し、かつポートｂとポートｃが連通する状態に切り換えて、圧縮機６２およびファン５６を駆動する。これによって、冷媒循環路５２の冷媒は圧縮機６２で加圧されて高温高圧の気体状態となり、暖房用水熱交換器６５を通過する際に加熱された暖房用水が、シスターン７０を経て、低温暖房端末７８や高温暖房端末７６に供給される。さらに、コントローラ１１０は、必要に応じて暖房用水加熱バーナ８２を作動する。これにより、高温暖房端末７６には、暖房用水加熱バーナ８２での加熱によってより高温となった暖房用水が供給される。暖房運転においては、コントローラ１１０は、低温暖房端末７８に供給される暖房用水の温度が低温暖房設定温度となるように、また高温暖房端末７６に供給される暖房用水の温度が高温暖房設定温度となるように、調整弁９０の開度や、ＨＰユニット６の動作や、暖房用水加熱バーナ８２の出力を制御する。

（追い焚き運転）
追い焚き運転は、浴槽９８に貯められた浴槽水を追い焚きする運転である。使用者が追い焚き運転の開始を指示すると、熱機器２は追い焚き運転を開始する。追い焚き運転においては、コントローラ１１０は、浴槽水循環ポンプ９９を駆動する。また、コントローラ１１０は、第１開閉弁８６と第２開閉弁８７を閉じ、追い焚き熱動弁８３を開いた状態で、循環ポンプ７４を駆動する。追い焚き運転においては、暖房運転と同様にして、ＨＰユニット６による暖房用水の加熱と、暖房用水加熱バーナ８２による暖房用水の加熱が行われる。これにより、浴槽９８から浴槽水が吸い出されて、追い焚き熱交換器９７で暖房用水との熱交換によって加熱される。加熱された浴槽水は、浴槽９８へ戻される。

（凍結防止運転）
凍結防止運転は、外気温が低い状況において、タンクユニット４、ＨＰユニット６および燃焼ユニット８のそれぞれにおいて、給湯用水が流れる経路、暖房用水が流れる経路および浴槽水が流れる経路の凍結を防止するための運転である。コントローラ１１０から凍結防止運転の開始が指示されると、タンクユニット４、ＨＰユニット６および燃焼ユニット８のそれぞれにおいて、循環ポンプ２２、循環ポンプ７４、浴槽水循環ポンプ９９の駆動や、凍結防止ヒータによる加熱を行なう。凍結防止運転においては、循環ポンプ２２、循環ポンプ７４、浴槽水循環ポンプ９９を駆動しながら、凍結防止ヒータのオンとオフを所定の時間で交互に繰り返し行なうことで、給湯用水、暖房用水および浴槽水の凍結を防止する。外気温度が高くなると、コントローラ１１０は、凍結防止運転を終了する。

（熱機器への電力系統）
図２は熱機器２が設置される家屋の電力系統を示している。商用電力系統２００には分電盤２０２が接続されている。分電盤２０２には、例えばエアコンや洗濯機、電子レンジなどの一般負荷２０４が接続されているとともに、蓄電池用分電盤２０６が接続されている。蓄電池用分電盤２０６には、例えば照明や冷蔵庫、テレビなどの選定負荷２０８と、熱機器２のタンクユニット４、ＨＰユニット６および燃焼ユニット８が接続されているとともに、蓄電池２１０が接続されている。蓄電池２１０は、充電および放電が可能な二次電池である。商用電力系統２００から電力が供給されている場合には、商用電力系統２００からの電力は、一般負荷２０４、選定負荷２０８、タンクユニット４、ＨＰユニット６、燃焼ユニット８および蓄電池２１０にそれぞれ供給される。また、商用電力系統２００から電力が供給されている場合に、補助的に、蓄電池２１０からの電力を、一般負荷２０４、選定負荷２０８、タンクユニット４、ＨＰユニット６および燃焼ユニット８に供給することもできる。

例えば停電などによって、商用電力系統２００から電力が供給されない状態となると、蓄電池２１０は、自立運転を実行する。蓄電池２１０が自立運転を実行する場合には、蓄電池２１０からの電力は、蓄電池用分電盤２０６を介して選定負荷２０８、タンクユニット４、ＨＰユニット６および燃焼ユニット８に供給されるが、分電盤２０２には電力が供給されず、従って一般負荷２０４には電力が供給されない。蓄電池２１０には、蓄電池２１０から放電する電力が所定の上限放電電力を超えると蓄電池２１０からの放電を遮断する保護回路（図示せず）が内蔵されている。

（運転モードの切り換え）
熱機器２のコントローラ１１０は、通常モードと、蓄電池対応モードの何れかの運転モードで動作可能である。運転モードの切り換えは、リモコン１０８から使用者が行なうことができる。例えば停電などによって、商用電力系統２００から電力が供給されなくなり、蓄電池２１０が自立運転を実行している場合に、使用者は、リモコン１０８を介して運転モードを切り換えることで、熱機器２のコントローラ１１０を蓄電池対応モードで動作させることができる。

通常モードでは、コントローラ１１０は、タンクユニット４、ＨＰユニット６および燃焼ユニット８に消費電力の制限を設けることなく、上記した各種の運転を実行する。

蓄電池対応モードでは、コントローラ１１０は、ヒートポンプ５０での消費電力に制限を設けて、上記した各種の運転を実行する。以下では、蓄電池対応モードに関連してコントローラ１１０が行なう処理について、図３を参照しながら説明する。

ステップＳ２では、コントローラ１１０は、現在の動作モードが蓄電池対応モードであるか否かを判断する。現在の動作モードが蓄電池対応モードである場合（ステップＳ２でＹＥＳの場合）、処理はステップＳ４へ進む。

ステップＳ４では、コントローラ１１０は、熱機器２の目標消費電力を取得する。本実施例では、熱機器２の目標消費電力は、リモコン１０８を介して使用者が予め設定しておくことができる。熱機器２の目標消費電力を取得した後、処理はステップＳ６へ進む。

ステップＳ６では、コントローラ１１０は、熱機器２の運転状態を把握する。具体的には、コントローラ１１０は、熱機器２が凍結防止運転、給湯運転、湯はり運転、暖房運転および追い焚き運転のそれぞれを現在実行しているか否かを判断する。熱機器２の運転状態を把握した後、処理はステップＳ８へ進む。

ステップＳ８では、コントローラ１１０は、ヒートポンプ５０への消費電力の割当を算出する。図４に示すように、コントローラ１１０は、熱機器２が凍結防止運転、給湯運転、湯はり運転、暖房運転および追い焚き運転を行なう際の、ヒートポンプ５０を除く構成要素による平均的な消費電力を予め記憶している。そして、コントローラ１１０は、ステップＳ２で取得した目標消費電力から、現在実行している運転におけるヒートポンプ５０を除く構成要素による消費電力を減算することで、ヒートポンプ５０の消費電力の割当を算出する。ヒートポンプ５０の消費電力の割当を算出した後、処理はステップＳ１０へ進む。

ステップＳ１０では、コントローラ１１０は、ステップＳ８で算出されたヒートポンプ５０の消費電力の割当を、ヒートポンプ５０の上限消費電力として設定する。その後、ヒートポンプ５０を駆動する際には、コントローラ１１０は、この上限消費電力を超えないように、ヒートポンプ５０の動作を制御する。例えば、本実施例の熱機器２では、コントローラ１１０は、上限消費電力を超えないように、沸き上げ運転における沸き上げ温度を制限する。図５は、沸き上げ運転における沸き上げ温度と、ヒートポンプ５０での消費電力の関係を、季節ごとに例示したものである。図５に示す例において、ヒートポンプ５０の上限消費電力が、例えば５３０Ｗに設定されている場合、コントローラ１１０は、ヒートポンプ５０での消費電力が５３０Ｗを超えないように、沸き上げ運転における沸き上げ温度を設定する。このように、ヒートポンプ５０の上限消費電力を設定することによって、蓄電池２１０から放電される電力が上限放電電力を超えてしまうことを防ぐことができる。ステップＳ１０の後、処理はステップＳ２へ戻る。

ステップＳ２において、動作モードが通常モードである場合（ＮＯの場合）、処理はステップＳ１２へ進む。

ステップＳ１２では、コントローラ１１０は、ヒートポンプ５０の上限消費電力が設定されている場合には、ヒートポンプ５０の上限消費電力の設定を解除する。その後、ヒートポンプ５０を駆動する際には、コントローラ１１０は、上限消費電力の制約なしに、ヒートポンプ５０の動作を制御する。ステップＳ１２の後、処理はステップＳ２へ戻る。

上記のように、蓄電池対応モードでは、熱機器２の消費電力が、通常モードでの最大消費電力よりも低い目標消費電力（抑制電力ともいう）以下となるように、熱機器２の動作が制御される。すなわち、蓄電池対応モードは、通常モードでの最大消費電力よりも低い抑制電力以下の消費電力で動作する、抑制電力モードということもできる。

（蓄電池対応モードにおける四方弁５８の切り換え動作）
ＨＰユニット６は、沸き上げ運転を開始する際には、四方弁５８をポートａとポートｂが連通し、かつポートｃとポートｄが連通する状態に切り換える。また、ＨＰユニット６は、暖房運転や追い焚き運転を開始する際には、四方弁５８をポートａとポートｄが連通し、かつポートｂとポートｃが連通する状態に切り換える。このような四方弁５８の切り換え動作では、一時的に大きな電力を消費するので、ヒートポンプ５０での消費電力が一時的に上限消費電力を超えてしまう可能性がある。そこで、本実施例の熱機器２では、蓄電池対応モードにおいて、四方弁５８の切り換え動作が、循環ポンプ２２、循環ポンプ７４、浴槽水循環ポンプ９９の駆動や、凍結防止ヒータによる加熱と、同時に行われないように、それぞれのタイミングを調整する。このような構成とすることによって、一時的に大きな電力を消費する四方弁５８の切り換え動作の際に、ヒートポンプ５０での上限消費電力を一時的に増加させることができる。これによって、熱機器２の消費電力が目標消費電力を超えてしまうことを防ぐことができ、蓄電池２１０から放電する電力が上限放電電力を超えてしまうことを防ぐことができる。

例えば、本実施例の熱機器２では、蓄電池対応モードにおいて、凍結防止運転を実行中に、四方弁５８の切り換え動作を行なう必要が生じた場合に、凍結防止運転で動作している循環ポンプ２２、循環ポンプ７４または浴槽水循環ポンプ９９の駆動を停止するとともに、凍結防止ヒータによる加熱を停止する。そして、四方弁５８の切り換え動作を行った後に、循環ポンプ２２、循環ポンプ７４または浴槽水循環ポンプ９９の駆動および凍結防止ヒータによる加熱を再開する。これによって、四方弁５８の切り換え動作の際に、ヒートポンプ５０での上限消費電力を一時的に増加させて、熱機器２の消費電力が目標消費電力を超えてしまうことを防ぐことができる。

あるいは、本実施例の熱機器２では、蓄電池対応モードにおいて、凍結防止運転を実行中に、四方弁５８の切り換え動作を行なう必要が生じた場合に、凍結防止運転で動作している循環ポンプ２２、循環ポンプ７４または浴槽水循環ポンプ９９がすべて駆動を停止し、凍結防止ヒータによる加熱がすべて停止するタイミングまで待ってから、四方弁５８の切り換え動作を行なうようにしてもよい。このような構成によっても、四方弁５８の切り換え動作の際に、ヒートポンプ５０での上限消費電力を一時的に増加させて、熱機器２の消費電力が目標消費電力を超えてしまうことを防ぐことができる。

なお、四方弁５８の切り換え動作が行われると、通常であれば、その後にヒートポンプ５０による給湯用水または暖房用水の加熱が行われる。ヒートポンプ５０により給湯用水や暖房用水を加熱する際には、コントローラ１１０は、上限消費電力を超えないように、ヒートポンプ５０の動作を制御する。この際に、凍結防止運転のために、循環ポンプ２２、循環ポンプ７４または浴槽水循環ポンプ９９の駆動や、凍結防止ヒータによる加熱を一斉に開始すると、ヒートポンプ５０の上限消費電力が急激に低下するものの、ヒートポンプ５０がその上限消費電力の急激な低下に追従することができず、一時的に熱機器２の消費電力が目標消費電力を超えてしまうおそれがある。そこで、本実施例の熱機器２では、四方弁５８の切り換え動作の後においては、循環ポンプ２２、循環ポンプ７４または浴槽水循環ポンプ９９の駆動や、凍結防止ヒータによる加熱を開始するのに先立って、ヒートポンプ５０の上限消費電力を低下させる。また、本実施例の熱機器２では、四方弁５８の切り換え動作の後においては、循環ポンプ２２、循環ポンプ７４または浴槽水循環ポンプ９９の駆動や、凍結防止ヒータによる加熱を、一斉に開始させることなく、時間差を設けて順次開始させる。このような構成とすることによって、熱機器２の消費電力が目標消費電力を超えてしまうことを防ぐことができる。

図６は、一例として、蓄電池対応モードにおいて、暖房用水の凍結を防止する第１凍結防止運転と、浴槽水の凍結を防止する第２凍結防止運転が行われている状況で、ヒートポンプ５０が沸き上げ運転を開始するために四方弁５８の切り換え動作を行なう場合の、熱機器２における消費電力の経時的な変化を示している。第１凍結防止運転では、循環ポンプ７４の駆動と、暖房用水が流れる配管の凍結防止ヒータでの加熱が行われている。第２凍結防止運転では、浴槽水循環ポンプ９９の駆動と、浴槽水が流れる配管の凍結防止ヒータでの加熱が行われている。この場合、タイミングＴ１で、第１凍結防止運転と第２凍結防止運転が停止され、その後のタイミングＴ２で、四方弁５８の切り換え動作が開始される。その後、タイミングＴ３で、四方弁５８の切り換え動作の完了とともにヒートポンプ５０の上限消費電力を低下させ、その後のタイミングＴ４で、第１凍結防止運転を再開させる。その後、タイミングＴ５で、ヒートポンプ５０の上限消費電力をさらに低下させ、その後のタイミングＴ６で、第２凍結防止運転を再開させる。上記のように、四方弁５８の切り換え動作と、第１凍結防止運転および第２凍結防止運転の停止および再開を行なうことによって、熱機器２の消費電力が目標消費電力を超えてしまうことを防ぐことができる。

上記以外にも、例えば、蓄電池対応モードにおいて、循環ポンプ７４を駆動して暖房運転を行っている状況や、浴槽水循環ポンプ９９と循環ポンプ７４を駆動して追い焚き運転を行っている状況で、ヒートポンプ５０が沸き上げ運転を開始するために四方弁５８の切り換え動作を行なう場合に、駆動している循環ポンプ７４や浴槽水循環ポンプ９９を一旦停止してから四方弁５８の切り換え動作を行い、四方弁５８の切り換え動作が終了してから、停止した循環ポンプ７４や浴槽水循環ポンプ９９の駆動を再開する構成としてもよい。

なお、上記の実施例において、例えばＨＥＭＳ（Home Energy Management System）コントローラなどのエネルギー管理装置によって、商用電力系統２００および蓄電池２１０からの電力供給状況を特定し、そのエネルギー管理装置からの信号に基づいて、コントローラ１１０が、通常モードおよび蓄電池対応モードの間での切り換えを自動的に行なってもよい。この場合、熱機器２の目標消費電力は、エネルギー管理装置がコントローラ１１０に指示する構成としてもよい。

上記の実施例では、ヒートポンプ５０が、冷媒の流路を切り換える流路切換弁として四方弁５８を備える構成について説明したが、ヒートポンプ５０が、他の種類の流路切換弁、例えば電磁弁や三方弁などを備える構成としてもよい。

上記の実施例では、四方弁５８での冷媒の流路の切り換えを、圧縮機６２の回転数を一時的に増加させることによって行う構成について説明したが、四方弁５８での冷媒の流路の切り換えを、例えば四方弁５８に内蔵されたソレノイドへの通電によって行なう構成としてもよい。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は、複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

２：熱機器
４：タンクユニット
６：ＨＰユニット
８：燃焼ユニット
１０：タンク
１２：サーミスタ
１４：サーミスタ
１６：サーミスタ
１８：サーミスタ
２０：タンク水循環路
２２：循環ポンプ
２４：水道水導入路
２４ａ：第１導入路
２４ｂ：第２導入路
２６：逆止弁
２８：逆止弁
３０：混合弁
３２：水道水供給源
３３：熱源機バイパス路
３４：バイパス弁
３６：第１給湯路
３７：給湯加熱路
３８：給湯栓
３９：第２給湯路
４０：浴槽注湯路
４２：注湯電磁弁
５０：ヒートポンプ
５２：冷媒循環路
５４：空気熱交換器
５６：ファン
５８：四方弁
６０：膨張弁
６２：圧縮機
６３：給湯用水熱交換器
６４：逆止弁
６５：暖房用水熱交換器
６６：逆止弁
７０：シスターン
７２：暖房用水往路
７３：バーナ加熱路
７４：循環ポンプ
７５：低温暖房循環路
７６：高温暖房端末
７７：高温暖房循環路
７８：低温暖房端末
７９：追い焚き循環路
８１：給湯用水加熱バーナ
８２：暖房用水加熱バーナ
８３：追い焚き熱動弁
８４：第１暖房用水復路
８５：暖房バイパス路
８６：第１開閉弁
８７：第２開閉弁
８８：ＨＰ循環路
９０：調整弁
９１：浴槽水循環路
９４：ＨＰバイパス路
９６：第２暖房用水復路
９７：追い焚き熱交換器
９８：浴槽
９９：浴槽水循環ポンプ
１０２：ＨＰコントローラ
１０４：タンクコントローラ
１０６：燃焼コントローラ
１０８：リモコン
１１０：コントローラ
２００：商用電力系統
２０２：分電盤
２０４：一般負荷
２０６：蓄電池用分電盤
２０８：選定負荷
２１０：蓄電池

Claims

冷媒を循環させることで熱媒を加熱する電気式ヒートポンプであって、冷媒の流路を切り換える流路切換弁を備える電気式ヒートポンプと、
熱媒の流路に設けられており、熱媒の凍結を防止するために熱媒を加熱する１またはそれ以上の電気式ヒータと、
熱媒の流路に設けられており、熱媒を流動させる１またはそれ以上の電気式ポンプと、
制御装置を備える熱機器であって、
通常モードと、通常モードでの最大消費電力よりも低い抑制電力以下の消費電力で動作する電力抑制モードで動作可能であって、
制御装置は、電力抑制モードにおいて電気式ヒートポンプによる熱媒の加熱を開始する際に、１またはそれ以上の電気式ヒータおよび１またはそれ以上の電気式ポンプのうちの少なくとも１つを停止した状態で、電気式ヒートポンプの流路切換弁を切り換え動作させる、熱機器。
制御装置は、電力抑制モードにおいて電気式ヒートポンプによる熱媒の加熱を開始する際に、１またはそれ以上の電気式ヒータおよび１またはそれ以上の電気式ポンプを全て停止した状態で、電気式ヒートポンプの流路切換弁を切り換え動作させる、請求項１の熱機器。
制御装置は、電力抑制モードにおいて電気式ヒートポンプによる熱媒の加熱を開始する際に、１またはそれ以上の電気式ヒータおよび１またはそれ以上の電気式ポンプのうちの少なくとも２つを停止した状態で、電気式ヒートポンプの流路切換弁を切り換え動作させ、電気式ヒートポンプの流路切換弁の切り換え動作が終了した後、停止している前記少なくとも２つの電気式ヒータおよび／または電気式ポンプを、異なるタイミングで動作開始させる、請求項１または２の熱機器。