JP6526599B2

JP6526599B2 - 熱機器

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Publication number: JP6526599B2
Application number: JP2016091879A
Authority: JP
Inventors: 聡近廻; 河野　秀勇; 秀勇河野; 小川　純一; 純一小川; 生光畠; 保山岡; 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: JP2017198424A

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、熱媒を加熱するバーナと、バーナで加熱された熱媒が流れる給湯流路と、給湯流路内の熱媒の凍結を防止するヒータと、バーナに供給される液体燃料の供給量を調整する制御装置と、を備える熱機器が開示されている。制御装置は、ヒータを加熱して給湯流路内の熱媒を加熱する凍結防止運転を可能に構成されている。特許文献１の熱機器は、電力供給元が商用電源である通常運転と、電力供給元が２次電池である電力抑制運転を有している。電力抑制運転中は、通常運転時に使用可能な最大電力よりも低い抑制電力以下で熱機器を動作させる必要がある。特許文献１の熱機器は、電力抑制運転中の凍結防止運転を禁止することで、電力抑制運転中の熱機器の消費電力を抑制している。

特開２０１３−８８０６０号公報

熱媒を加熱する手段として、電力を消費して熱媒を加熱するヒートポンプ熱源を備える熱機器がある。このような熱機器では、特許文献１のようにバーナによって熱媒を加熱する熱機器に比べて、熱媒を加熱するのに必要な電力は大きくなる。このような熱機器でも、特許文献１の熱機器と同様に、通常運転に比べて消費電力が少ない電力抑制運転を備え、必要に応じて電力抑制運転で動作可能なことが好ましい。

特許文献１の電力抑制運転では、凍結防止運転を禁止することで、電力抑制運転中の熱機器の消費電力を抑制している。しかしながら、凍結防止運転を完全に禁止してしまうと、電力抑制運転中に給湯流路内の熱媒が凍結してしまう可能性がある。給湯流路内の熱媒が凍結した場合、凍結した熱媒が溶融するまで、給湯流路内で熱媒を流すことができなくなってしまう。このような熱機器において、電力抑制運転で動作している間に、タンクへの蓄熱と熱媒の凍結を防止することが両立可能な技術が期待されている。

本明細書では、ヒートポンプ熱源を備えた熱機器において、電力抑制運転で動作している間も、熱媒の凍結を防止することが可能な技術を提案する。

本明細書が開示する熱機器は、電力を消費して熱媒を加熱するヒートポンプ熱源を備えるヒートポンプユニットと、ヒートポンプ熱源で加熱された熱媒を貯留するタンクを備えるタンクユニットと、を備えており、通常運転と、通常運転時の最大消費電力よりも低い抑制電力以下で動作する電力抑制運転を有している。熱機器は、タンクユニット内に設けられており、電力を消費してタンクユニット内の熱媒を加熱する第１ヒータを有している。制御装置は、第１ヒータを駆動させる第１凍結防止運転と、ヒートポンプ熱源を駆動させ、タンクにヒートポンプ熱源で加熱された熱媒を貯留させる加熱運転と、を実行可能に構成されている。制御装置は、電力抑制運転中において、加熱運転に使用可能な消費電力を第１抑制電力に抑制している。制御装置は、電力抑制運転中において、加熱運転の実行中に、第１凍結防止運転を実行すべき場合に、第１凍結防止運転を実行する前に、加熱運転に使用可能な消費電力を、第１抑制電力から第１抑制減算電力を減算した消費電力に変更する。

電力抑制運転中、熱機器の消費電力は抑制電力以下に抑える必要がある。この場合、電力抑制運転中の加熱運転に使用可能な消費電力は、通常、第１抑制電力に抑制される。なお、加熱運転に使用可能な消費電力とは、制御装置が加熱運転を実行させるときの指示電力であり、加熱運転中に実際に使用される消費電力（以下では、実消費電力と呼ぶ）が、指示電力に追従するように制御される。

しかしながら、電力抑制運転中において、加熱運転に使用可能な消費電力を第１抑制電力に抑制しても、加熱運転と第１凍結防止運転が同時に実行されると、熱機器の消費電力は、抑制電力を超える場合がある。このため、制御装置は、電力抑制運転中において、加熱運転の実行中に、第１凍結防止運転を実行すべき場合には、加熱運転に使用可能な消費電力を、第１抑制電力から第１抑制減算電力を減算した消費電力（以下では、変更後の消費電力と呼ぶ）に変更する。これにより、加熱運転と第１凍結防止運転が同時に実行される場合に、熱機器の消費電力が抑制電力よりも大きくなることを防止することができる。

しかしながら、加熱運転に使用可能な消費電力を第１抑制電力から変更後の消費電力に変更する場合に、実消費電力が変更後の消費電力に追従するのには、ある程度の時間を要する。このため、加熱運転に使用可能な消費電力を変更するタイミングで、第１凍結防止運転を実行すると、熱機器の消費電力が抑制電力を超える場合がある。上記の構成によると、制御装置は、電力抑制運転中であり、かつ、加熱運転を実行中においては、第１凍結防止運転を実行する前に、加熱運転に使用可能な消費電力を変更後の消費電力に変更する。この場合、実消費電力が変更後の消費電力に追従してから、第１凍結防止運転が実行される。このため、電力抑制運転中において、加熱運転中に第１凍結防止運転を実行すべき場合に、熱機器の消費電力が抑制電力よりも大きくなることを防止することができる。この結果、電力抑制運転中において、加熱運転と凍結防止運転を同時に実行することができる。

実施例に係る給湯システムの構成を模式的に示す図。第１凍結防止運転中の第１ヒータの周期、および、第２凍結防止運転中の第２ヒータの周期を示すテーブル。電力抑制運転中において、加熱運転に使用可能な消費電力を示す図。電力抑制運転中において、加熱運転を実行中に、複数の第１ヒータを非駆動から駆動に切り替えるときの給湯システムの動作を模式的に示す図。電力抑制運転中において、加熱運転の実行中に、凍結防止運転を実行すべき場合の給湯システムの動作を模式的に示す図。変形例において、電力抑制運転中において、加熱運転の実行中に、凍結防止運転を実行すべき場合の給湯システムの動作を模式的に示す図。

以下に説明する実施例の主要な特徴を列記しておく。なお、以下に記載する技術要素は、それぞれ独立した技術要素であって、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、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。

（特徴１）熱機器は、燃料の燃焼によって熱媒を加熱する補助熱源を備える補助熱源ユニットと、補助熱源ユニット内に設けられており、電力を消費して補助熱源ユニット内の熱媒を加熱する第２ヒータと、をさらに備えてもよい。制御装置は、第２ヒータを駆動させる第２凍結防止運転を実行可能に構成されていてもよい。制御装置は、電力抑制運転中において、加熱運転を実行中に、第２凍結防止運転を実行すべき場合に、第２凍結防止運転を実行する前に、加熱運転に使用可能な消費電力を、第１抑制電力から第２抑制減算電力を減算した消費電力に変更してもよい。制御装置は、電力抑制運転中において、加熱運転を実行中であり、かつ、第１凍結防止運転または第２凍結防止運転の実行中に、第２凍結防止運転または第１凍結防止運転を実行すべき場合に、第２凍結防止運転または第１凍結防止運転を実行する前に、加熱運転に使用可能な消費電力を、第１抑制電力から第１抑制減算電力及び第２抑制減算電力を減算した消費電力に変更してもよい。この場合、制御装置は、電力抑制運転中において、加熱運転の実行中に、第１凍結防止運転及び第２凍結防止運転を実行すべき場合において、第１凍結防止運転と第２凍結防止運転が異なるタイミングで開始されるように、第１凍結防止運転の開始タイミングおよび第２凍結防止運転の開始タイミングを調整するとよい。

第１凍結防止運転と第２凍結防止運転を同じタイミングで開始させる場合、凍結防止運転で使用される消費電力の増加量が大きくなる。消費電力の増加量が大きいと、加熱運転に使用可能な消費電力を急激に低下させることになり、実消費電力が追従することができず、熱機器の消費電力が抑制電力を超える可能性が高くなる。上記の構成によると、電力抑制運転中において、第１ヒータの駆動開始タイミングと第２ヒータの駆動開始タイミングが異なる。これにより、給湯システム２の消費電力の増加量を小さくすることができる。この結果、電力抑制運転中において、熱機器の消費電力が抑制電力を超える可能性を低くすることができる。

（第１実施例）
図１に示すように、本実施例に係る給湯システム２は、ＨＰ（ヒートポンプ）ユニット４と、タンクユニット６と、バーナユニット８を備えている。

ＨＰユニット４は、外気から吸熱して水を加熱する熱源である。ＨＰユニット４は、圧縮機１０と、凝縮器１２と、膨張弁１４と、蒸発器１６と、を備えている。ＨＰユニット４は、冷媒（例えばフロン系冷媒）を、圧縮機１０、凝縮器１２、膨張弁１４、蒸発器１６の順に循環させることで、外気から吸熱して水を加熱する。圧縮機１０は、冷媒を加圧して高温高圧にする。凝縮器１２は、水との熱交換により冷媒を冷却する。凝縮器１２の水流路の両端部には、それぞれ、ＨＰ往き経路１９とＨＰ戻り経路２１が接続されている。膨張弁１４は、冷媒を減圧して低温低圧にする。蒸発器１６は、外気との熱交換により冷媒を加熱する。ＨＰユニット４はさらに、凝縮器１２に水を循環させる循環ポンプ１８と、凝縮器１２に流れ込む水の温度を検出する戻りサーミスタ２０と、凝縮器１２から流れ出る水の温度を検出する往きサーミスタ２２と、ＨＰユニット４の各構成要素の動作を制御するＨＰコントローラ２４を備えている。

タンクユニット６は、タンク３０と、混合弁３２と、バイパス制御弁３４と、外気温度ＴＯを検出するタンク外気温度サーミスタ３９と、を備えている。タンク３０は、外側が断熱材で覆われており、内部に水を蓄える密閉型の容器である。本実施例のタンク３０の容量は、例えば１００リットルである。ＨＰユニット４の循環ポンプ１８が駆動すると、タンク３０の底部の水が、タンク往き経路３１およびＨＰ往き経路１９を介して、凝縮器１２へ送られる。凝縮器１２で加熱されて高温となった水は、ＨＰ戻り経路２１およびタンク戻り経路３３を介して、タンク３０の頂部からタンク３０内に戻される。タンク往き経路３１とタンク戻り経路３３には、電力を消費してタンク往き経路３１とタンク戻り経路３３内の水を加熱する第１ヒータ３５が取付けられている。ＨＰユニット４によって加熱された水がタンク３０に流れ込むと、タンク３０の内部には、低温の水の層の上に高温の水の層が積み重なった温度成層が形成される。タンク３０には、上部の水の温度を検出する上部サーミスタ３６と、中間部の水の温度を検出する中間部サーミスタ３７と、下部の水の温度を検出する下部サーミスタ３８が取り付けられている。本実施例では、上部サーミスタ３６はタンク３０の頂部から６リットルの位置に配置されており、中間部サーミスタ３７はタンク３０の頂部から１２リットルの位置に配置されており、下部サーミスタ３８はタンク３０の頂部から３０リットルの位置に配置されている。なお、タンク３０内がＨＰユニットで加熱された水で満たされている状態を「満蓄状態」と呼ぶ。

タンクユニット６には、給水経路４０を介して水道水が供給される。給水経路４０には、給水圧力を減圧する減圧弁４２と、給水温度を検出する入水サーミスタ４４と、電力を消費して給水経路４０内の水を加熱する第１ヒータ３５が取り付けられている。給水経路４０は、タンク３０の底部に連通するタンク給水経路４６と、混合弁３２に連通するタンクバイパス経路４８に分岐している。タンク給水経路４６とタンクバイパス経路４８には、それぞれ逆止弁５０、５２が取り付けられている。また、タンク給水経路４６には、電力を消費してタンク給水経路４６内の水を加熱する第１ヒータ３５が取付けられている。また、タンクバイパス経路４８には、混合弁３２に流入する水道水の流量を検出する水側水量センサ５４と、電力を消費してタンクバイパス経路４８内の水を加熱する第１ヒータ３５が取り付けられている。タンク３０の頂部と混合弁３２は、タンク出湯経路５６を介して連通している。タンク出湯経路５６には、逆止弁５８と、電力を消費してタンク出湯経路５６内の水を加熱する第１ヒータ３５と、混合弁３２に流入するタンク３０からの水の流量を検出する湯側水量センサ６０が取り付けられている。

混合弁３２は、タンクバイパス経路４８から流れ込む水道水と、タンク出湯経路５６から流れ込むタンク３０からの水を混合して、第１給湯経路６２に送り出す。混合弁３２は、ステッピングモータによって弁を駆動し、タンクバイパス経路４８側の開度（水側の開度）と、タンク出湯経路５６側の開度（湯側の開度）を調整する。第１給湯経路６２には、混合弁３２から送り出される水の温度を検出する混合サーミスタ６４が取り付けられている。また、第１給湯経路６２において、第１給湯経路６２と給湯バイパス経路７２の接続部の上流側と下流側には、それぞれ電力を消費して第１給湯経路６２内の水を加熱する第１ヒータ３５が取付けられている。

タンクユニット６からは、第２給湯経路６６を介して、台所やシャワー、カラン等の給湯箇所への給湯が行われる。第２給湯経路６６には、給湯箇所へ供給される水の温度を検出する給湯出口サーミスタ６８と、逆止弁７０が取り付けられている。また、第２給湯経路６６において、第２給湯経路６６と給湯バイパス経路７２の接続部の上流側と下流側には、それぞれ電力を消費して第２給湯経路６６内の水を加熱する第１ヒータ３５が取付けられている。第１給湯経路６２と第２給湯経路６６の間は、給湯バイパス経路７２によって連通している。給湯バイパス経路７２には、バイパス制御弁３４と、電力を消費して給湯バイパス経路７２内の水を加熱する第１ヒータ３５が取り付けられている。

タンクユニット６はさらに、タンクコントローラ７４を備えている。タンクコントローラ７４は、タンクユニット６の各構成要素の動作を制御する。タンクコントローラ７４は、不揮発性メモリ７５を備えている。不揮発性メモリ７５には、後述する凍結防止運転を実行するときに利用される周期テーブル１２２（図２）が記憶されている。なお、周期テーブル１２２については、後で詳しく説明する。

バーナユニット８は、バーナ８０と、熱交換器８２と、バイパスサーボ８４と、水量サーボ８６と、湯はり弁８８と、を備えている。バーナ８０は、燃料ガスの燃焼によって熱交換器８２を流れる水を加熱する補助熱源機である。バーナ８０には、ガス供給管８１を介して燃料ガスが供給される。熱交換器８２には、バーナ往路９０を介して、タンクユニット６の第１給湯経路６２からの水が流れ込む。熱交換器８２を通過した水は、バーナ復路９２を介して、タンクユニット６の第２給湯経路６６へ流れ出る。バーナ往路９０には、電力を消費してバーナ往路９０内の水を加熱する第２ヒータ８３と、バーナ往路９０を流れる水の流量を調整する水量サーボ８６と、バーナ往路９０を流れる水の流量を検出する水量センサ９１が取り付けられている。バーナ往路９０とバーナ復路９２の間は、バーナバイパス経路９４を介して連通している。バーナバイパス経路９４には、電力を消費してバーナバイパス経路９４内の水を加熱する第２ヒータ８３が取付けられている。バーナ往路９０とバーナバイパス経路９４の接続部に、バイパスサーボ８４が取り付けられている。バイパスサーボ８４は、バーナ往路９０からバーナバイパス経路９４へ流れる水の流量を調整する。バーナ復路９２には、熱交換器８２から流れ出る水の温度を検出するバーナ給湯サーミスタ９６が取り付けられている。バーナ復路９２からは、湯はり経路９８が分岐している。バーナ復路９２において、湯はり経路９８の分岐部の下流側には、電力を消費してバーナ復路９２内の水を加熱する第２ヒータ８３が取付けられている。また、湯はり経路９８には、湯はり弁８８と、電力を消費して湯はり経路９８内の水を加熱する第２ヒータ８３と、が取り付けられている。バーナユニット８からは、湯はり経路９８を介して、給湯箇所である浴槽への湯はりが行われる。

バーナユニット８はさらに、バーナユニット８の各構成要素の動作を制御するバーナコントローラ１００と、リモコン７６を備えている。リモコン７６は、バーナコントローラ１００と通信可能である。また、リモコン７６は、バーナコントローラ１００を介して、タンクコントローラ７４と通信可能である。リモコン７６は、スイッチやボタン等を介して、ユーザからの各種の操作入力を受け入れる。また、リモコン７６は、表示や音声によってユーザに給湯システム２の設定や動作に関する各種の情報を通知する。

給湯システム２のＨＰユニット４、タンクユニット６およびバーナユニット８には、電力供給ユニット９から電力が供給される。電力供給ユニット９は、分電盤１０２と、蓄電池１０４と、切替器１０６と、を備えている。分電盤１０２は、商用電源１０８に接続されており、商用電源１０８から供給される電力を切替器１０６と蓄電池１０４に分配して供給する。蓄電池１０４は、例えばリチウムイオン二次電池などの二次電池である。蓄電池１０４は、分電盤１０２を介して商用電源１０８から供給される電力を充電することもできるし、充電した電力を切替器１０６に放電することもできる。蓄電池１０４には、図示しない保護回路が内蔵されており、放電する電力が上限放電電力（例えば７２０Ｗ）以上になると、切替器１０６への放電が遮断される。切替器１０６は、分電盤１０２を介して商用電源１０８から供給される電力をＨＰユニット４、タンクユニット６およびバーナユニット８に供給する状態と、蓄電池１０４から供給される電力をＨＰユニット４、タンクユニット６およびバーナユニット８に供給する状態の間で切り替わる。商用電源１０８からの電力供給が正常に行われている状況では、切替器１０６は、分電盤１０２を介して商用電源１０８から供給される電力をＨＰユニット４、タンクユニット６およびバーナユニット８に供給する。商用電源１０８からの電力供給が正常に行われていない状況では、切替器１０６は、蓄電池１０４から供給される電力をＨＰユニット４、タンクユニット６およびバーナユニット８に供給する。以下では、電源の供給元が商用電源１０８である状態を「通常運転」とし、電源の供給元が蓄電池１０４である状態を「電力抑制運転」とする。電力抑制運転中において、給湯システム２は、通常運転時の最大消費電力よりも低い抑制電力ＷＳ（例えば、７００Ｗ）以下で動作する。

ＨＰコントローラ２４とタンクコントローラ７４は、互いに通信可能である。タンクコントローラ７４とバーナコントローラ１００は、互いに通信可能である。従って、ＨＰコントローラ２４と、タンクコントローラ７４と、バーナコントローラ１００が協調して制御を行うことで、給湯システム２は凍結防止運転、加熱運転、給湯運転等の各種の動作を行うことができる。以下では、ＨＰコントローラ２４と、タンクコントローラ７４と、バーナコントローラ１００を総称して、単にコントローラとも呼ぶ。

次いで、給湯システム２の動作について説明する。給湯システム２は、凍結防止運転と、加熱運転と、給湯運転と、を実行することができる。

（凍結防止運転）
外気温が低い状態で、加熱運転、給湯運転を行わないまま長時間が経過すると、各経路内の水が滞留し、これらの配管の内部で水が凍結してしまうことがある。水が凍結してしまうと、凍結した水が溶融するまで、加熱運転および給湯運転が実行できない。このため、本実施例の給湯システム２は、各経路内の水が凍結しないように凍結防止運転を実行する。凍結防止運転は、タンクコントローラ７４が実行する第１凍結防止運転と、タンクコントローラ７４からの指示に基づいてバーナコントローラ１００が実行する第２凍結防止運転と、で構成される。

第１凍結防止運転および第２凍結防止運転を説明する前に、各凍結防止運転で利用される周期テーブル１２２について説明する。図２に示すように、周期テーブル１２２は、外気温度領域１２４と、第１ヒータ領域１２６と、第２ヒータ領域１２８と、で構成されている。外気温度領域１２４は、外気温度ＴＯ毎に区分されている。

第１ヒータ領域１２６には、第１凍結防止運転中の複数の第１ヒータ３５の第１周期が記憶されている。具体的には、複数の第１ヒータ３５の駆動時間（以下、第１駆動時間と呼ぶ）と、複数の第１ヒータ３５の非駆動時間（以下、第１非駆動時間と呼ぶ）と、が記憶されている。また、第１駆動時間、および、第１非駆動時間は、外気温度領域１２４の外気温に従って区分されている。このため、外気温度ＴＯに応じて、第１駆動時間と第１非駆動時間は変更される。

また、第２ヒータ領域１２８には、第２凍結防止運転中の複数の第２ヒータ８３の第２周期が記憶されている。具体的には、複数の第２ヒータ８３の駆動時間（以下、第２駆動時間と呼ぶ）と、複数の第２ヒータ８３の非駆動時間（以下、第２非駆動時間と呼ぶ）と、が記憶されている。また、第２駆動時間、および、第２非駆動時間は、外気温度領域１２４の外気温に従って区分されている。このため、外気温度ＴＯに応じて、第２駆動時間と第２非駆動時間は変更される。

第１凍結防止運転について説明する。タンクコントローラ７４は、タンク外気温度サーミスタ３９が検出する外気温度ＴＯが所定温度（例えば、７℃）未満の場合に、第１凍結防止運転を実行する。第１凍結防止運転において、タンクコントローラ７４は、外気温度ＴＯおよび周期テーブル１２２の第１ヒータ領域１２６に記憶されている第１周期に従って、複数の第１ヒータ３５の駆動・非駆動を切り替える。具体的には、タンクコントローラ７４は、複数の第１ヒータ３５を駆動させ、タンクユニット６内の水が流れる流路を加熱し、これらの配管の内部で水が凍結することを防止する。以下では、第１凍結防止運転において、複数の第１ヒータ３５が駆動している場合を「第１駆動運転」とし、複数の第１ヒータ３５が駆動していない（非駆動）場合を「第１非駆動運転」と呼ぶ。なお、タンクコントローラ７４は、第１凍結防止運転において、最初に第１非駆動運転を実行し、その後に第１駆動運転を実行する。例えば、外気温度が５℃の場合、タンクコントローラ７４は、複数の第１ヒータ３５を１１０分間停止させた後、１０分間駆動させる動作を繰り返す。

次いで、第２凍結防止運転について説明する。タンクコントローラ７４は、外気温度ＴＯが所定温度（例えば、７℃）未満の場合に、バーナコントローラ１００に第２凍結防止運転を実行するように指示する。具体的には、タンクコントローラ７４は、外気温度ＴＯと周期テーブル１２２の第２ヒータ領域１２８に記憶されている第２周期に基づいて、バーナコントローラ１００への複数の第２ヒータ８３の駆動指示または非駆動指示を切り替える。バーナコントローラ１００は、駆動指示を受信する場合に、複数の第２ヒータ８３を駆動させ、バーナユニット８内の水が流れる流路を加熱し、これらの配管の内部で水が凍結することを防止する。また、バーナコントローラ１００は、非駆動指示を受信する場合に、複数の第２ヒータ８３の駆動を停止させる。なお、タンクコントローラ７４は、第２凍結防止運転において、最初に複数の第２ヒータ８３の非駆動指示を送信し、その後に複数の第２ヒータ８３の駆動指示を送信する。例えば、外気温度が５℃の場合、バーナコントローラ１００は、複数の第２ヒータ８３を１０９分間停止させた後、１１分間駆動させる動作を繰り返す。以下では、第２凍結防止運転において、複数の第２ヒータ８３が駆動している場合を「第２駆動運転」とし、複数の第２ヒータ８３が駆動していない（非駆動）場合を「第２非駆動運転」と呼ぶ。

（加熱運転）
加熱運転では、給湯システム２は、ＨＰユニット４を駆動して、タンク３０内の水を加熱する。加熱運転が開始されると、ＨＰコントローラ２４は、圧縮機１０を駆動して、圧縮機１０、凝縮器１２、膨張弁１４、蒸発器１６の順に冷媒を循環させるとともに、循環ポンプ１８を駆動して、タンク３０と凝縮器１２の間で水を循環させる。これによって、タンク３０の底部から吸い出された水は、凝縮器１２において沸上げ温度まで加熱されて、タンク３０の頂部に戻される。タンク３０内の水の所定量が沸上げ温度まで加熱された水で置き換えられると、ＨＰコントローラ２４は加熱運転を終了する。なお、加熱運転は、予め設定されている開始タイミングに基づいて実行される場合と、リモコン７６に入力されるユーザの指示に基づいて実行される場合がある。予め設定されている開始タイミングとは、例えば、割安な深夜電力を利用可能な時間帯などである。

次に、図３を用いて、電力抑制運転中において、加熱運転に使用可能な消費電力（以下では、指示電力ＷＩと呼ぶ）について説明する。指示電力ＷＩは、タンクコントローラ７４によって算出される。タンクコントローラ７４は、算出した指示電力ＷＩをＨＰコントローラ２４に送信する。そして、ＨＰコントローラ２４は、加熱運転に使用される実際の消費電力（以下では、ＨＰ消費電力と呼ぶ）が、受信した指示電力ＷＩに追従するようにＨＰユニット４の各構成要素の動作を制御する。

上述のように、電力抑制運転中において、給湯システム２は、抑制電力ＷＳ以下で動作する。このため、電力抑制運転中において、通常、指示電力ＷＩは第１抑制電力ＷＳ１に抑制される（図３の（ａ））。しかしながら、指示電力ＷＩが第１抑制電力ＷＳ１に抑制されている状態で、凍結防止運転（詳細には、第１駆動運転および／または第２駆動運転）が実行されると、給湯システム２の消費電力が抑制電力ＷＳを超える可能性がある。このため、電力抑制運転中において、加熱運転を実行中に、凍結防止運転を実行すべき場合、指示電力ＷＩはさらに抑制される。例えば、加熱運転を実行中に第１凍結防止運転を実行すべき場合、指示電力ＷＩは、第１抑制電力ＷＳ１から第１抑制減算電力ＷＤ１を減算した第２抑制電力ＷＳ２に抑制される（図３の（ｂ））。また、加熱運転を実行中に第２凍結防止運転を実行すべき場合、指示電力ＷＩは、第１抑制電力ＷＳ１から第２抑制減算電力ＷＤ２を減算した第３抑制電力ＷＳ３に抑制される（図３の（ｃ））。また、加熱運転を実行中に第１凍結防止運転および第２凍結防止運転を実行すべき場合、指示電力ＷＩは、第１抑制電力ＷＳ１から第１抑制減算電力ＷＤ１および第２抑制減算電力ＷＤ２を減算した第４抑制電力ＷＳ４に抑制される（図３の（ｄ））。なお、第１抑制減算電力ＷＤ１は、複数の第１ヒータ３５を駆動させる場合の消費電力であり、第２抑制減算電力ＷＤ２は、複数の第２ヒータ８３を駆動させる場合の消費電力である。これにより、電力抑制運転中において、加熱運転を実行中に凍結防止運転を実行すべき場合に、給湯システム２の消費電力が、抑制電力ＷＳを超えることを抑制することができる。

また、本実施例において、タンクコントローラ７４は、第１凍結防止運転と第２凍結防止運転を協調して制御する。具体的には、電力抑制運転中において、タンクコントローラ７４は、第１駆動運転と第２駆動運転が同時に開始されないように制御する。第１駆動運転と第２駆動運転が同時に開始される場合、給湯システム２の消費電力の増加量が大きくなる。給湯システム２の消費電力の増加量が大きいと、指示電力ＷＩを急激に低下させることになり、ＨＰ消費電力が追従することができず、給湯システム２の消費電力が抑制電力ＷＳを超える可能性が高くなる。このため、タンクコントローラ７４は、第１凍結防止運転と第２凍結防止運転の開始タイミング、詳細には、第１非駆動運転と第２非駆動運転の開始タイミングを同じにする。図２の周期テーブル１２２に示すように、第１非駆動運転の時間と第２非駆動運転の時間は、異なる時間が設定されている。このため、第１非駆動運転と第２非駆動運転を同時に開始させることで、第１駆動運転と第２駆動運転を異なるタイミングに開始させることができる。これにより、給湯システム２の消費電力の増加量を小さくすることができ、給湯システム２の消費電力が抑制電力ＷＳを超える可能性を低くすることができる。

次に、図４を用いて、電力抑制運転中において、加熱運転と第１凍結防止運転が実行されている場合の指示電力ＷＩの経時的変化について説明する。なお、図４は模式図であり、電力軸及び時刻軸の縮尺は、実際の縮尺とは異なる。上述のように、電力抑制運転中において、複数の第１ヒータ３５が第１非駆動運転から第１駆動運転に切り替わる場合、タンクコントローラ７４は、指示電力ＷＩを、第１抑制電力ＷＳ１から第２抑制電力ＷＳ２に変更し、ＨＰコントローラ２４に、指示電力ＷＩとして第２抑制電力ＷＳ２を送信する。図４に示すように、指示電力ＷＩを第２抑制電力ＷＳ２に変更してから、ＨＰ消費電力が第２抑制電力ＷＳ２に追従するまでには、ある程度の時間を要する。このため、複数の第１ヒータ３５の第１非駆動運転から第１駆動運転への切り替えと、第１抑制電力ＷＳ１から第２抑制電力ＷＳ２への変更と、が同時に実行される場合、給湯システム２の消費電力が抑制電力ＷＳを超えるおそれがある。このような事態を回避するために、タンクコントローラ７４は、複数の第１ヒータ３５を第１非駆動運転から第１駆動運転へ切り替える時刻ａ２よりも第１所定時間ｘ１前の時刻ａ１に、指示電力ＷＩを、第１抑制電力ＷＳ１から第２抑制電力ＷＳ２に変更する。第１所定時間ｘ１は、ＨＰユニット４において、ＨＰ消費電力が、第１抑制減算電力ＷＤ１の分だけ減少するのに十分な時間である。これにより、ＨＰユニット４は、時刻ａ２よりも前に、ＨＰ消費電力を第２抑制電力ＷＳ２に追従させることができる。この結果、複数の第１ヒータ３５が第１非駆動運転から第１駆動運転に切り替わるときに、給湯システム２の消費電力が抑制電力ＷＳを超えることを防止することができる。また、時刻ａ３において、タンクコントローラ７４は、複数の第１ヒータ３５の第１駆動運転から第１非駆動運転の切り替えと、指示電力ＷＩの第１抑制電力ＷＳ１への変更と、を同時に実行する。なお、電力抑制運転中において、加熱運転と第２凍結防止運転が実行されている場合、タンクコントローラ７４は、複数の第２ヒータ８３を第２非駆動運転から第２駆動運転へ切り替えるべき時刻よりも第２所定時間ｘ２前の時刻に、指示電力ＷＩを第３抑制電力ＷＳ３に変更する。

（給湯運転）
給湯運転では、給湯設定温度の水を給湯箇所へ供給する。コントローラは、水側水量センサ５４で検出される流量と、湯側水量センサ６０で検出される流量を合算した流量（給湯流量ともいう）が最低動作流量（例えば２．４Ｌ／分）以上となると、給湯箇所の開栓や浴槽への湯はりなどにより給湯が開始されたものと判断する。そして、コントローラは、上部サーミスタ３６で検出される温度に応じて、以下の非燃焼給湯運転または燃焼給湯運転を実行する。

上部サーミスタ３６で検出される温度が給湯設定温度以上である場合、コントローラは、非燃焼給湯運転を実行する。非燃焼給湯運転では、コントローラは、バーナ８０の燃焼運転を禁止するとともに、混合サーミスタ６４で検出される温度が給湯設定温度となるように、混合弁３２の開度を調整する。これによって、給湯箇所に給湯設定温度に温度調整された水が供給される。

上部サーミスタ３６で検出される温度が給湯設定温度未満の場合、コントローラは、燃焼給湯運転を実行する。燃焼給湯運転では、コントローラは、バーナ８０の燃焼運転を許可するとともに、混合サーミスタ６４で検出される温度が、給湯設定温度よりもバーナ８０の最小加熱能力の分だけ低い温度となるように、混合弁３２の開度を調整する。この場合、タンク３０の上部から供給される高温の水と、給水経路４０から供給される低温の水が、混合弁３２において混合された後、バーナ８０によって給湯設定温度まで加熱されて、給湯箇所へ供給される。

上記の非燃焼給湯運転または燃焼給湯運転を実行中に、給湯流量が最低動作流量を下回ると、コントローラは、給湯箇所の閉栓や浴槽への湯はりの終了などにより給湯が終了したものと判断して、給湯運転を終了する。

次に、図５を用いて、電力抑制運転中において、加熱運転の実行中に、凍結防止運転を実行すべき場合について説明する。なお、図５は模式図であり、電力軸および時刻軸の縮尺は、実際の縮尺とは異なる。

上述のように、電力抑制運転中において、給湯システム２が使用可能な消費電力は抑制電力ＷＳに抑制されており、加熱運転の指示電力ＷＩは第１抑制電力ＷＳ１に抑制される。時刻ｔ１において、外気温度ＴＯが所定温度未満であると判定すると、タンクコントローラ７４は、第１凍結防止運転および第２凍結防止運転を開始させる。この場合、タンクコントローラ７４は、複数の第１ヒータ３５を第１非駆動運転とするとともに、バーナコントローラ１００に、複数の第２ヒータ８３の非駆動指示を送信する。これにより、バーナコントローラ１００は、複数の第２ヒータ８３を第２非駆動運転とする。

次いで、時刻ｔ２が到来すると、タンクコントローラ７４は、指示電力ＷＩを、第１抑制電力ＷＳ１から第２抑制減算電力ＷＤ２を減算した第３抑制電力ＷＳ３に変更し、変更後の指示電力ＷＩとして、第３抑制電力ＷＳ３をＨＰコントローラ２４に送信する。次いで、ＨＰユニット４は、ＨＰ消費電力を第３抑制電力ＷＳ３に追従させる。時刻ｔ２は、複数の第２ヒータ８３を第２非駆動運転から第２駆動運転に切り替えるべき時刻ｔ３よりも第２所定時間ｘ２前の時刻である。これにより、ＨＰユニット４は、時刻ｔ３が到来するよりも前に、ＨＰ消費電力を第３抑制電力ＷＳ３に追従させることができる。

次いで、時刻ｔ３が到来すると、タンクコントローラ７４は、バーナコントローラ１００に、複数の第２ヒータ８３の駆動指示を送信する。これにより、バーナコントローラ１００は、複数の第２ヒータ８３を第２駆動運転とする。ＨＰ消費電力は、時刻ｔ３よりも前に第３抑制電力ＷＳ３に追従している。このため、時刻ｔ３において、複数の第２ヒータ８３を第２駆動運転に切り替えても、給湯システム２の消費電力は、抑制電力ＷＳを超えない。

次いで、時刻ｔ４が到来すると、タンクコントローラ７４は、指示電力ＷＩを第１抑制電力ＷＳ１から第１抑制減算電力ＷＤ１および第２抑制減算電力ＷＤ２を減算した第４抑制電力ＷＳ４に変更し、変更後の指示電力ＷＩとして、第４抑制電力ＷＳ４をＨＰコントローラ２４に送信する。次いで、ＨＰコントローラ２４は、ＨＰ消費電力を第４抑制電力ＷＳ４に追従させる。時刻ｔ４は、複数の第１ヒータ３５を第１非駆動運転から第１駆動運転に切り替えるべき時刻ｔ５よりも第１所定時間ｘ１前の時刻である。時刻ｔ４において、ＨＰ消費電力は、第１抑制電力から第２抑制減算電力を減算した第３抑制電力ＷＳ３に追従している。このため、ＨＰユニット４は、ＨＰ消費電力を第１抑制減算電力ＷＤ１の分だけ減少させればよい。これにより、ＨＰユニット４は、時刻ｔ５が到来する前に、ＨＰ消費電力を第４抑制電力ＷＳ４に追従させることできる。

次いで、時刻ｔ５が到来すると、タンクコントローラ７４は、複数の第１ヒータ３５を第１駆動運転とする。ＨＰ消費電力は、時刻ｔ５よりも前に第４抑制電力ＷＳ４に追従している。このため、時刻ｔ５において、複数の第１ヒータ３５を第１駆動運転に切り替えても、給湯システム２の消費電力は、抑制電力ＷＳを超えない。

次いで、時刻ｔ６が到来すると、タンクコントローラ７４は、バーナコントローラ１００に、複数の第２ヒータ８３の非駆動指示を送信する。これにより、バーナコントローラ１００は、複数の第２ヒータ８３を第２非駆動運転とする。また、タンクコントローラ７４は、複数の第１ヒータ３５を第１非駆動運転とする。また、タンクコントローラ７４は、指示電力ＷＩを、第１抑制電力ＷＳ１に変更し、変更後の指示電力ＷＩとして、第１抑制電力ＷＳ１をＨＰコントローラ２４に送信する。次いで、ＨＰユニット４は、ＨＰ消費電力を第１抑制電力ＷＳ１に追従させる。

なお、上記の実施例では、第２駆動運転を開始させた後に、第１駆動運転を開始させている。しかしながら、周期テーブル１２２において、第１ヒータ領域１２６の非駆動時間を、第２ヒータ領域１２８の非駆動時間よりも短く設定し、第１駆動運転を開始させた後に、第２駆動運転を開始させてもよい。この場合、電力抑制運転中において、加熱運転を実行中に凍結防止運転を実行すべき場合、複数の第１ヒータ３５を第１駆動運転に切り替えるべき時刻よりも第１所定時間ｘ１前に、タンクコントローラ７４は、指示電力ＷＩを、第１抑制電力ＷＳ１から第１抑制減算電力ＷＤ１を減算した第２抑制電力ＷＳ２に変更する。次いで、複数の第２ヒータ８３を第２駆動運転に切り替えるべき時刻よりも第２所定時間ｘ２前に、タンクコントローラ７４は、指示電力ＷＩを、第１抑制電力ＷＳ１から第１抑制減算電力ＷＤ１および第２抑制減算電力ＷＤ２を減算した第４抑制電力ＷＳ４に変更する。

電力抑制運転中において、通常、指示電力ＷＩは第１抑制電力ＷＳ１に抑制されている。しかしながら、指示電力ＷＩが第１抑制電力ＷＳ１に抑制されている状態において、加熱運転と第１凍結防止運転（詳細には、第１駆動運転）が同時に実行されると、給湯システム２の消費電力は抑制電力ＷＳを超えてしまう。このため、タンクコントローラ７４は、電力抑制運転中において、加熱運転を実行中に、第１凍結防止運転を実行すべき場合に、指示電力ＷＩを、第１抑制電力ＷＳ１から第１抑制減算電力ＷＤ１を減算した第２抑制電力ＷＳ２に変更している。これにより、加熱運転と第１駆動運運転を同時に実行することが可能になる。しかしながら、ＨＰ消費電力が第２抑制電力ＷＳ２に追従するのには、ある程度の時間を要する。ＨＰ消費電力が第２抑制電力ＷＳ２に追従する前に、第１駆動運転が開始されると、給湯システム２の消費電力が抑制電力ＷＳを超えてしまう。上記の構成によると、タンクコントローラ７４は、第１駆動運転を開始する時刻よりも第１所定時間ｘ１前に、指示電力ＷＩを変更している。これにより、第１駆動運転を開始する時刻よりも前に、ＨＰ消費電力を第２抑制電力ＷＳ２に追従させることができる。従って、電力抑制運転中において、加熱運転中に第１駆動運転を実行するときに、給湯システム２の消費電力が抑制電力ＷＳを超えることを防止することができる。このため、電力抑制運転中において、加熱運転を実行中に、第１駆動運転を実行することができる。この結果、電力抑制運転中において、加熱運転の実行と同時に、複数の第１ヒータ３５が取付けられている各経路内の水が凍結することを防止することができる。

また、上記の実施例では、第１駆動運転の開始タイミングと第２駆動運転の開始タイミングが異なる。第１駆動運転と第２駆動運転を同時に開始させる場合、給湯システム２の消費電力の増加量が大きくなる。消費電力の増加量が大きいと、指示電力ＷＩを急激に低下させることになり、ＨＰ消費電力が追従することができず、給湯システム２の消費電力が抑制電力ＷＳを超える可能性が高くなる。第１駆動運転の開始タイミングと第２駆動運転の開始タイミングが異なることで、各駆動運転を開始させるときの給湯システム２の消費電力の増加量を小さくすることができる。これにより、加熱運転を実行中に、第１凍結防止運転及び第２凍結防止運転を実行すべき場合に、給湯システム２の消費電力が抑制電力ＷＳを超える可能性を低くすることができる。

ここで、実施例の記載と請求項の記載との対応関係を説明しておく。水が、「熱媒」の一例である。給湯システム２が、「熱機器」の一例である。圧縮機１０、凝縮器１２、膨張弁１４、蒸発器１６から構成されるヒートポンプサイクルが、「ヒートポンプ熱源」の一例である。バーナユニット８が、「補助熱源ユニット」の一例である。バーナ８０が、「補助熱源」の一例である。第１駆動運転、第２駆動運転が、それぞれ、「第１凍結防止運転」、「第２凍結防止運転」の一例である。

（第２実施例）
図６を用いて、第１実施例と異なる点を説明する。なお、図６は模式図であり、電力軸および時刻軸の縮尺は、実際の縮尺とは異なる。また、以下では、実施例間で共通する構成については、同じ符号を付して説明を省略する。第２実施例では、指示電力ＷＩを変更するタイミングが、第１実施例とは異なる。

時刻ｔ２‘が到来すると、タンクコントローラ７４は、指示電力ＷＩを、第３抑制電力ＷＳ３に変更する。時刻ｔ２‘は、図２の周期テーブル１２２の第２周期に従うと、第２駆動運転を開始させるべき時刻である。第２実施例では、第２駆動運転を開始させる時刻ｔ２’が到来した場合に、タンクコントローラ７４は、指示電力ＷＩを第３抑制電力ＷＳ３に変更する。一方、タンクコントローラ７４は、バーナコントローラ１００に、複数の第２ヒータ８３の駆動指示を送信しない。そして、時刻ｔ２’から第２所定時間ｘ２経過後の時刻ｔ３’が到来すると、タンクコントローラ７４は、バーナコントローラ１００に、複数の第２ヒータ８３の駆動指示を送信する。これにより、バーナコントローラ１００は、複数の第２ヒータ８３を第２駆動運転とする。ＨＰ消費電力は、時刻ｔ３‘よりも前に第３抑制電力ＷＳ３に追従しているため、時刻ｔ３’において、第２駆動運転が実行されても、給湯システム２の消費電力は抑制電力を超えない。

次いで、時刻ｔ４’が到来すると、タンクコントローラ７４は、指示電力ＷＩを、第４抑制電力ＷＳ４に変更する。時刻ｔ４‘は、図２の周期テーブル１２２の第１周期に従うと、第１駆動運転を開始させるべき時刻である。第２駆動運転の場合と同様、時刻ｔ４‘において、タンクコントローラ７４は、指示電力ＷＩを第４抑制電力ＷＳ４に変更する。一方、タンクコントローラ７４は、複数の第１ヒータ３５を第１駆動運転に切り替えない。そして、時刻ｔ４‘から第１所定時間ｘ１経過後の時刻ｔ５‘が到来すると、タンクコントローラ７４は、複数の第１ヒータ３５を第１駆動運転とする。ＨＰ消費電力は、時刻ｔ５‘よりも前に第４抑制電力ＷＳ４に追従しているため、時刻ｔ５‘において、第１駆動運転が実行されても、給湯システム２の消費電力は抑制電力を超えない。

上述のように、第２実施例では、第１駆動運転および第２駆動運転を実行させる場合に、図２の周期テーブル１２２の第１周期および第２周期に基づいて、指示電力ＷＩを変更し、指示電力ＷＩを変更してから所定時間経過後に、第１駆動運転および第２駆動運転を実行している。このような構成でも、第１実施例と同様の効果を奏することができる。

以上、各実施例について詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、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。

上記の実施例では、電源の供給元が蓄電池１０４の場合を、電力抑制運転にしている。しかしながら、電源の供給元が商用電源１０８であって、通常運転時の最大消費電力よりも低い抑制電力で動作する場合でもよい。例えば、災害発生時などである。

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し得るものであり、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：給湯システム
４：ＨＰユニット
６：タンクユニット
８：バーナユニット
９：電力供給ユニット
１０：圧縮機
１２：凝縮器
１４：膨張弁
１６：蒸発器
１８：循環ポンプ
１９：ＨＰ往き経路
２０：戻りサーミスタ
２１：ＨＰ戻り経路
２２：往きサーミスタ
２４：ＨＰコントローラ
３０：タンク
３１：タンク往き経路
３２：混合弁
３３：タンク戻り経路
３４：バイパス制御弁
３５：第１ヒータ
３６：上部サーミスタ
３７：中間部サーミスタ
３８：下部サーミスタ
３９：タンク外気温度サーミスタ
４０：給水経路
４２：減圧弁
４４：入水サーミスタ
４６：タンク給水経路
４８：タンクバイパス経路
５０：逆止弁
５２：逆止弁
５４：水側水量センサ
５６：タンク出湯経路
５８：逆止弁
６０：湯側水量センサ
６２：第１給湯経路
６４：混合サーミスタ
６６：第２給湯経路
６８：給湯出口サーミスタ
７０：逆止弁
７２：給湯バイパス経路
７４：タンクコントローラ
７５：不揮発性メモリ
７６：リモコン
８０：バーナ
８１：ガス供給管
８２：熱交換器
８３：第２ヒータ
８４：バイパスサーボ
８６：水量サーボ
８８：湯はり弁
９０：バーナ往路
９１：水量センサ
９２：バーナ復路
９４：バーナバイパス経路
９６：バーナ給湯サーミスタ
９８：湯はり経路
１００：バーナコントローラ
１０２：分電盤
１０４：蓄電池
１０６：切替器
１０８：商用電源

Claims

電力を消費して熱媒を加熱するヒートポンプ熱源を備えるヒートポンプユニットと、ヒートポンプ熱源で加熱された熱媒を貯留するタンクを備えるタンクユニットと、を備えており、通常運転と、通常運転時の最大消費電力よりも低い抑制電力以下で動作する電力抑制運転を有している、熱機器であって、
タンクユニット内に設けられており、電力を消費してタンクユニット内の熱媒を加熱する第１ヒータを有しており、
制御装置は、第１ヒータを駆動させる第１凍結防止運転と、ヒートポンプ熱源を駆動させ、タンクにヒートポンプ熱源で加熱された熱媒を貯留させる加熱運転と、を実行可能に構成されており、
制御装置は、電力抑制運転中において、加熱運転に使用可能な消費電力を第１抑制電力に抑制しており、
制御装置は、電力抑制運転中において、加熱運転の実行中に、第１凍結防止運転を実行すべき場合に、第１凍結防止運転を実行する前に、加熱運転に使用可能な消費電力を、第１抑制電力から第１抑制減算電力を減算した消費電力に変更する、熱機器。
燃料の燃焼によって熱媒を加熱する補助熱源を備える補助熱源ユニットと、
補助熱源ユニット内に設けられており、電力を消費して補助熱源ユニット内の熱媒を加熱する第２ヒータと、をさらに備えており、
制御装置は、第２ヒータを駆動させる第２凍結防止運転を実行可能に構成されており、
制御装置は、電力抑制運転中において、加熱運転を実行中に、第２凍結防止運転を実行すべき場合に、第２凍結防止運転を実行する前に、加熱運転に使用可能な消費電力を、第１抑制電力から第２抑制減算電力を減算した消費電力に変更し、
制御装置は、電力抑制運転中において、加熱運転を実行中であり、かつ、第１凍結防止運転または第２凍結防止運転に、第２凍結防止運転または第１凍結防止運転を実行すべき場合に、第２凍結防止運転または第１凍結防止運転を実行する前に、加熱運転に使用可能な消費電力を、第１抑制電力から第１抑制減算電力及び第２抑制減算電力を減算した消費電力に変更し、
制御装置は、電力抑制運転中において、加熱運転の実行中に、第１凍結防止運転及び第２凍結防止運転を実行すべき場合において、第１凍結防止運転と第２凍結防止運転が異なるタイミングで開始されるように、第１凍結防止運転の開始タイミング及び第２凍結防止運転の開始タイミングを調整する、請求項１に記載の熱機器。