JP7302659B2 - 給湯システム - Google Patents

Description

本発明は、給湯システムに関する。

下記特許文献１には、ヒートポンプからの冷媒と水とで熱交換を行った後、さらに水と水とで熱交換を行う間接給湯方式の給湯装置が開示されている。

日本特開２０１５－２２４７９６号公報

上述した従来の給湯装置において、貯湯タンクに湯を貯める蓄熱運転を開始する前には、ヒートポンプの圧縮機が停止しているため、圧縮機の温度及び水冷媒熱交換器の温度が低い状態にある。ヒートポンプを起動して蓄熱運転を開始した直後は、水冷媒熱交換器の温度がまだ上昇していない。このため、貯湯タンク内にある湯よりも温度の低い水が貯湯タンクに流入し、貯湯タンク内の湯の温度が低下するという課題がある。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、蓄熱運転を開始したときの貯湯タンク内の湯の温度の低下を軽減する上で有利になる給湯システムを提供することを目的とする。

本発明の給湯システムは、冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮機により圧縮された冷媒と、熱媒体との間で熱を交換する第一熱交換器と、第一熱交換器から流出した熱媒体と、水との間で熱を交換する第二熱交換器と、第一熱交換器を第二熱交換器に接続する熱媒体回路と、熱媒体回路内の熱媒体を循環させる熱媒体ポンプと、水出口を有する下部と、水出口よりも高い位置にある湯入口を有する上部とを備える貯湯タンクと、水出口を第二熱交換器につなぐ水送り通路と、第二熱交換器を湯入口につなぐ水戻り通路と、水送り通路と、第二熱交換器と、水戻り通路とにより形成される水回路内の水を流れさせる水ポンプと、第一熱交換器から流出する熱媒体の温度であるヒートポンプ出口温度を検出するヒートポンプ出口温度センサと、貯湯タンクの上部内の水の温度である上部タンク温度を検出する上部タンク温度センサと、第二熱交換器から流出する湯を貯湯タンクに流入させる蓄熱運転を制御する制御回路と、を備え、制御回路は、蓄熱運転を開始するときに、第一起動運転と、第一起動運転の後の第二起動運転とを実行し、第一起動運転において、制御回路は、水ポンプを停止させた状態で圧縮機及び熱媒体ポンプを作動させ、第二起動運転において、制御回路は、圧縮機、熱媒体ポンプ、及び水ポンプを作動させ、制御回路は、上部タンク温度に応じて第一基準温度を決定し、第一基準温度は、上部タンク温度に等しいか上部タンク温度よりも高い温度であり、制御回路は、第一起動運転の実行中にヒートポンプ出口温度が第一基準温度に達すると、第一起動運転を終了して第二起動運転を開始するものである。

本発明によれば、蓄熱運転を開始したときの貯湯タンク内の湯の温度の低下を軽減する上で有利になる給湯システムを提供することが可能となる。

実施の形態１による給湯システムを示す図である。 実施の形態１による給湯システム１の機能ブロック図である。 蓄熱運転を開始するときの処理の例を示すフローチャートである。 蓄熱運転を開始するときの、ヒートポンプ出口温度センサの検出温度、タンク流入温度センサの検出温度、圧縮機の回転速度、吐出冷媒温度の目標値、熱媒体ポンプの回転速度、及び水ポンプの回転速度のそれぞれの経時変化の例を示す図である。 第一起動運転を省略するかどうかを判定する処理の例を示すフローチャートである。

以下、図面を参照して実施の形態について説明する。各図において共通または対応する要素には、同一の符号を付して、重複する説明を簡略化または省略する。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１による給湯システムを示す図である。図１に示すように、本実施の形態の給湯システム１は、ヒートポンプユニット２とタンクユニット３とを備える。ヒートポンプユニット２は、室外に配置される。タンクユニット３は、室外または室内に配置される。本実施の形態ではヒートポンプユニット２とタンクユニット３とが別体となっているが、本開示による給湯システムは、ヒートポンプユニット２及びタンクユニット３が一体となった構造を有するものでもよい。

ヒートポンプユニット２は、冷媒を圧縮する圧縮機４と、第一熱交換器５と、膨張弁６と、空気熱交換器７と、ヒートポンプコントローラ９とを備える。冷媒として使用される物質は、特に限定されないが、例えばＣＯ_２、ＨＦＣ、ＨＣ、ＨＦＯ等を使用可能である。第一熱交換器５は、一次流路５ａ及び二次流路５ｂを備える。一次流路５ａを通る冷媒と、二次流路５ｂを通る熱媒体との間で熱が交換される。熱媒体として使用される物質は、液体の水でもよいし、水以外のブラインでもよい。圧縮機４、一次流路５ａ、膨張弁６、及び空気熱交換器７が冷媒管を介して接続されることにより、冷媒回路が形成されている。

膨張弁６は、高圧冷媒を減圧及び膨張させる減圧装置に相当する。空気熱交換器７は、ヒートポンプユニット２の外部から取り込まれる室外の空気と、冷媒との間で熱を交換させる。空気熱交換器７は、外気の熱によって冷媒を蒸発させる蒸発器として機能することができる。ヒートポンプユニット２は、外気が空気熱交換器７を通過して流れるようにするための送風機１０を備えていてもよい。

タンクユニット３は、貯湯タンク１１と、第二熱交換器１２と、熱媒体ポンプ１３と、水ポンプ１４と、流路切替弁１５と、タンクユニットコントローラ１６とを備える。

貯湯タンク１１は、ヒートポンプユニット２により加熱された湯を貯留する。貯湯タンク１１内では、温度の違いによる水の比重の違いにより、上側が高温で下側が低温になる温度成層が形成される。貯湯タンク１１は、図示しない断熱材により覆われている。水出口１７が貯湯タンク１１の下部に設けられている。湯入口１８が貯湯タンク１１の上部に設けられている。

第二熱交換器１２は、一次流路１２ａ及び二次流路１２ｂを備える。一次流路１２ａを通る熱媒体と、二次流路１２ｂを通る水との間で熱が交換される。水送り通路１９は、水出口１７を二次流路１２ｂの入口につなぐ。水送り通路１９の途中に水ポンプ１４が設けられている。水戻り通路２０は、二次流路１２ｂの出口を湯入口１８につなぐ。水送り通路１９と、二次流路１２ｂと、水戻り通路２０とにより水回路２１が形成される。水ポンプ１４が作動すると、水回路２１内の水が流れる。

給水管２２が貯湯タンク１１の下部に接続されている。給水管２２は、タンクユニット３の外部へ延びている。例えば上水道のような水源から供給される水が給水管２２を通って貯湯タンク１１に流入する。給湯管２３が貯湯タンク１１の上部に接続されている。給湯管２３は、タンクユニット３の外部へ延びている。貯湯タンク１１に貯留された湯は、給湯管２３を通って、例えばシャワー、蛇口、浴槽のような給湯端に供給される。貯湯タンク１１から給湯管２３を通って湯が流出すると、同量の水が給水管２２から貯湯タンク１１に流入する。その結果、貯湯タンク１１は、満水状態に維持される。

本実施の形態の給湯システム１は、暖房装置２４に熱媒体を循環させる暖房運転を行うことができる。暖房装置２４は、部屋に設置されている。暖房装置２４は、例えば、床下に設置される床暖房パネル、室内壁面に設置されるラジエータ、パネルヒーター、及び、ファンコンベクターのうちの少なくとも一つを備えていてもよい。なお、本開示による給湯システムは、暖房運転を行う機能を有しないものでもよい。すなわち、暖房装置２４は、無くてもよい。

熱媒体ポンプ１３の吸入口よりも上流側の通路に分岐部２５が形成されている。通路２６は、一次流路１２ａの出口を分岐部２５につなぐ。流路切替弁１５は、熱媒体が流れる回路を切り替えるための弁である。流路切替弁１５は、流入口であるａポートと、流出口であるｂポートと、流出口であるｃポートとを有する。

ヒートポンプユニット２及びタンクユニット３は、通路２７及び通路２８により、互いに接続されている。通路２７は、熱媒体ポンプ１３の吐出口を二次流路５ｂの入口につなぐ。通路２８は、二次流路５ｂの出口を流路切替弁１５のａポートにつなぐ。通路２７及び通路２８は、ヒートポンプユニット２及びタンクユニット３の外部に配置された部分を有している。ヒートポンプユニット２の設置場所とタンクユニット３の設置場所とが離れている場合には、通路２７及び通路２８は、長いものが使用される。通路２９は、流路切替弁１５のｂポートを一次流路１２ａの入口につなぐ。

タンクユニット３及び暖房装置２４は、通路３０及び通路３１により、互いに接続されている。通路３０は、流路切替弁１５のｃポートを暖房装置２４の熱媒体の入口につなぐ。通路３１は、暖房装置２４の熱媒体の出口を分岐部２５につなぐ。

冷媒温度センサ３２は、圧縮機４と第一熱交換器５との間の冷媒管に配置されている。冷媒温度センサ３２は、圧縮機４から吐出される冷媒の温度である吐出冷媒温度を検出することができる。冷媒温度センサ３３は、膨張弁６と空気熱交換器７との間の冷媒管に配置されている。冷媒温度センサ３３は、膨張弁６から空気熱交換器７に流入する冷媒の温度である冷媒入口温度を検出することができる。

貯湯タンク１１には、互いに異なる高さの位置に配置された複数のタンク温度センサ３４，３５，３６が設けられている。タンク温度センサ３４，３５，３６は、貯湯タンク１１内の水温を検出する。タンク温度センサ３４は、湯入口１８と同じ高さの位置に配置されている。タンク温度センサ３６は、水出口１７と同じ高さの位置に配置されている。タンク温度センサ３５は、水出口１７よりも高く、かつ湯入口１８よりも低い高さの位置に配置されている。以下の説明では、貯湯タンク１１の上部内の水の温度を「上部タンク温度」と称する。本実施の形態におけるタンク温度センサ３４は、上部タンク温度を検出する上部タンク温度センサに相当する。

以下の説明では、二次流路５ｂに流入する熱媒体の温度を「ヒートポンプ入口温度」と称し、二次流路５ｂから流出する熱媒体の温度を「ヒートポンプ出口温度」と称する。通路２７に設置されたヒートポンプ入口温度センサ３７は、ヒートポンプ入口温度を検出する。通路２８に設置されたヒートポンプ出口温度センサ３８は、ヒートポンプ出口温度を検出する。図示の例では、タンクユニット３内にヒートポンプ入口温度センサ３７及びヒートポンプ出口温度センサ３８が配置されているが、ヒートポンプユニット２内にヒートポンプ入口温度センサ３７及びヒートポンプ出口温度センサ３８が配置されてもよい。

以下の説明では、貯湯タンク１１から第二熱交換器１２に流入する水の温度を「入水温度」と称する。水送り通路１９に設置された入水温度センサ３９により、入水温度を検出することができる。水戻り通路２０に設置されたタンク流入温度センサ４０は、第二熱交換器１２から貯湯タンク１１に流入する湯の温度を検出することができる。以下の説明では、タンク流入温度センサ４０により検出される温度を「タンク流入温度」と称する。ヒートポンプユニット２に、外気温度を検出する外気温度センサ４１が設置されている。

本実施の形態において、貯湯タンク１１は、湯入口１８よりも高い位置に湯を貯留する最上部４２を有する。給湯管２３の入口は、最上部４２内に位置する。給湯管２３は、最上部４２内の湯を取り出すように構成されている。最上部４２内の湯が給湯管２３を通って外部へ供給される。

ヒートポンプコントローラ９とタンクユニットコントローラ１６とは、有線または無線により、双方向にデータ通信可能に接続されている。ヒートポンプコントローラ９及びタンクユニットコントローラ１６は、給湯システム１の動作を制御する制御回路に相当する。ヒートポンプコントローラ９及びタンクユニットコントローラ１６の少なくとも一方は、時刻を管理するタイマー機能を有していてもよい。ヒートポンプコントローラ９及びタンクユニットコントローラ１６の少なくとも一方は、年月日を管理するカレンダー機能を有していてもよい。

本実施の形態では、ヒートポンプコントローラ９とタンクユニットコントローラ１６とが連携して、給湯システム１の動作を制御する。本開示では、図示の例のように複数のコントローラが連携して給湯システム１の動作を制御する構成に限定されるものではなく、単一のコントローラにより給湯システム１の動作が制御される構成にしてもよい。

本実施の形態の給湯システム１は、リモコン５０を備える。リモコン５０とタンクユニットコントローラ１６とは、有線または無線により、双方向にデータ通信可能に接続されている。リモコン５０は、部屋に設置されてもよい。リモコン５０は、運転動作指令、設定値の変更、その他に関する使用者の操作を受け付ける機能を有する。リモコン５０は、ユーザーインターフェースに相当する。図示を省略するが、リモコン５０には、給湯システム１の状態に関する情報を表示するディスプレイ、使用者が操作するスイッチ等の操作部、スピーカ、マイク等が搭載されていてもよい。給湯システム１は、異なる場所に設置される複数台のリモコン５０を備えてもよい。また、リモコン５０に代えて、またはリモコン５０に加えて、例えばスマートフォンまたはタブレット端末のような携帯端末を給湯システム１のユーザーインターフェースとして使用可能であってもよい。

図２は、実施の形態１による給湯システム１の機能ブロック図である。図２に示すように、圧縮機４、膨張弁６、冷媒温度センサ３２、冷媒温度センサ３３、及び外気温度センサ４１のそれぞれは、ヒートポンプコントローラ９に対して電気的に接続されている。熱媒体ポンプ１３、水ポンプ１４、流路切替弁１５、タンク温度センサ３４，３５，３６、ヒートポンプ入口温度センサ３７、ヒートポンプ出口温度センサ３８、入水温度センサ３９、及びタンク流入温度センサ４０のそれぞれは、タンクユニットコントローラ１６に対して電気的に接続されている。

ヒートポンプコントローラ９の各機能は、処理回路により実現されてもよい。ヒートポンプコントローラ９の処理回路は、少なくとも１つのプロセッサ９ａと少なくとも１つのメモリ９ｂとを備えてもよい。少なくとも１つのプロセッサ９ａは、少なくとも１つのメモリ９ｂに記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、ヒートポンプコントローラ９のそれぞれの各機能を実現してもよい。ヒートポンプコントローラ９の処理回路は、少なくとも１つの専用のハードウェアを備えてもよい。

タンクユニットコントローラ１６の各機能は、処理回路により実現されてもよい。タンクユニットコントローラ１６の処理回路は、少なくとも１つのプロセッサ１６ａと少なくとも１つのメモリ１６ｂとを備えてもよい。少なくとも１つのプロセッサ１６ａは、少なくとも１つのメモリ１６ｂに記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、タンクユニットコントローラ１６のそれぞれの各機能を実現してもよい。タンクユニットコントローラ１６の処理回路は、少なくとも１つの専用のハードウェアを備えてもよい。

ヒートポンプコントローラ９は、例えばインバータ制御により、圧縮機４の回転速度が可変となるように制御することができる。タンクユニットコントローラ１６は、例えばインバータ制御により、熱媒体ポンプ１３の回転速度及び水ポンプ１４の回転速度のそれぞれが可変となるように制御することができる。

給湯システム１は、蓄熱運転を実行できる。蓄熱運転は、第二熱交換器１２から流出する湯を貯湯タンク１１に流入させる運転である。ヒートポンプコントローラ９及びタンクユニットコントローラ１６は、蓄熱運転を制御する。ヒートポンプコントローラ９及びタンクユニットコントローラ１６は、蓄熱運転のときの動作を以下のように制御する。圧縮機４、熱媒体ポンプ１３、及び水ポンプ１４が駆動される。流路切替弁１５では、ａポートがｂポートに連通し、ｃポートが閉じる。圧縮機４により圧縮されることで高温高圧となった冷媒が第一熱交換器５の一次流路５ａに流入する。一次流路５ａを流れる冷媒は、二次流路５ｂを流れる熱媒体により冷却される。一次流路５ａを通過した冷媒は、膨張弁６により減圧されることで低温低圧の冷媒となる。この低温低圧冷媒は、空気熱交換器７に流入する。空気熱交換器７では、送風機１０によって導かれた外気と、低温低圧冷媒との間で熱を交換する。空気熱交換器７にて外気により加熱されることで冷媒が蒸発する。蒸発した冷媒が圧縮機４に吸入される。このようにして、冷凍サイクルが形成される。

第一熱交換器５にて冷媒により加熱された熱媒体は、通路２８、流路切替弁１５、及び通路２９を通って、第二熱交換器１２の一次流路１２ａに流入する。一次流路１２ａを通過した熱媒体は、通路２６、分岐部２５、熱媒体ポンプ１３、及び通路２７を通って、第一熱交換器５に戻る。このようにして熱媒体が第一熱交換器５及び第二熱交換器１２を通って循環する回路を以下「熱媒体回路」と称する。

貯湯タンク１１の下部にある水は、水出口１７及び水送り通路１９を通って二次流路１２ｂに流入する。第二熱交換器１２では、一次流路１２ａを流れる熱媒体により、二次流路１２ｂを流れる水が加熱される。その加熱された湯は、水戻り通路２０及び湯入口１８を通って、貯湯タンク１１の上部に流入する。このような蓄熱運転により貯湯タンク１１内に湯を貯めることで、貯湯タンク１１内の蓄熱量が増加する。

蓄熱運転において貯湯タンク１１に流入させる湯の温度の目標値を以下「目標貯湯温度」と称する。タンクユニットコントローラ１６は、使用者がリモコン５０を用いて設定した給湯設定温度に応じて、目標貯湯温度を決定してもよい。例えば、タンクユニットコントローラ１６は、給湯設定温度に等しい温度または給湯設定温度よりも高い温度を目標貯湯温度として設定してもよい。目標貯湯温度は、例えば６５℃でもよい。

タンクユニットコントローラ１６は、タンク温度センサ３４，３５，３６により検出される貯湯タンク１１内の鉛直方向に沿った温度分布を用いて、貯湯タンク１１内の貯湯量または蓄熱量を計算することができる。タンクユニットコントローラ１６は、一定時間ごとに現在の貯湯量または蓄熱量を算出する。現在の貯湯量または蓄熱量が基準を下回ると、ヒートポンプコントローラ９及びタンクユニットコントローラ１６は、蓄熱運転を開始する。蓄熱運転の実行中の貯湯量または蓄熱量が目標値に達すると、ヒートポンプコントローラ９及びタンクユニットコントローラ１６は、蓄熱運転を終了する。

タンクユニットコントローラ１６は、給湯管２３を流れる湯の温度及び量をセンサ（図示省略）により検出することで、給湯負荷を検出してもよい。タンクユニットコントローラ１６は、過去複数日間の給湯負荷を統計的に処理して得た学習結果に基づいて、貯湯量または蓄熱量の目標値を定めてもよい。

ヒートポンプユニット２の加熱能力［Ｗ］は、単位時間当たりにヒートポンプユニット２が熱媒体に与える熱量である。ヒートポンプコントローラ９は、所定の加熱能力が得られるように圧縮機４の回転速度を調整することができる。圧縮機４に吸入される冷媒の過熱度を以下「吸入過熱度」と称する。ヒートポンプコントローラ９は、吸入過熱度、または冷媒温度センサ３２により検出される吐出冷媒温度が、目標値に等しくなるように、膨張弁６の開度を調整してもよい。膨張弁６の開度が大きいほど、冷媒流量が増加し、吐出冷媒温度及び吸入過熱度が低下する。

給湯システム１は、暖房運転を実行できる。ヒートポンプコントローラ９及びタンクユニットコントローラ１６は、暖房運転を制御する。ヒートポンプコントローラ９及びタンクユニットコントローラ１６は、暖房運転のときの動作を以下のように制御する。圧縮機４及び熱媒体ポンプ１３が駆動される。水ポンプ１４は、停止される。流路切替弁１５では、ａポートがｃポートに連通し、ｂポートが閉じる。ヒートポンプユニット２の動作は、蓄熱運転のときと同じである。第一熱交換器５にて冷媒により加熱された熱媒体は、通路２８、流路切替弁１５、及び通路３０を通って、暖房装置２４に流入する。暖房装置２４は、熱媒体の熱を用いて部屋を加熱する。暖房装置２４を通過する間に熱媒体の温度が低下する。温度低下した熱媒体は、通路３１、分岐部２５、熱媒体ポンプ１３、及び通路２７を通って、第一熱交換器５に戻る。このようにして熱媒体が第一熱交換器５及び暖房装置２４を通って循環する回路を以下「暖房回路」と称する。

本実施の形態では、流路切替弁１５により暖房回路と熱媒体回路とを切り替えることで、暖房運転と蓄熱運転とを切り替えることができる。よって、流路切替弁１５は、暖房運転と蓄熱運転とを切り替える切替弁に相当する。

ヒートポンプユニット２が起動した直後は、圧縮機４の温度及び第一熱交換器５の温度が低いので、ヒートポンプ出口温度が上昇しにくい。ヒートポンプ出口温度が上昇しにくいと、タンク流入温度も上昇しにくい。上部タンク温度よりも低い温度を有する湯が第二熱交換器１２から貯湯タンク１１に大量に流入すると、上部タンク温度が大きく低下する。上部タンク温度が低下すると、給湯管２３を通って供給される湯の温度が低下するので、好ましくない。

本実施の形態において、ヒートポンプコントローラ９及びタンクユニットコントローラ１６は、蓄熱運転を開始するときに、上部タンク温度の低下を軽減するために、第一起動運転と、第一起動運転の後の第二起動運転とを実行する。

第一起動運転において、ヒートポンプコントローラ９及びタンクユニットコントローラ１６は、水ポンプ１４を停止させた状態で圧縮機４及び熱媒体ポンプ１３を作動させる。この際、熱媒体は、熱媒体回路に循環する。第一起動運転を行うことにより、以下の効果が得られる。二次流路１２ｂに水が流れないので、熱媒体の熱が第二熱交換器１２内で水に奪われることを防止できる。その結果、ヒートポンプ出口温度と、圧縮機４から吐出される冷媒の圧力との双方を、速やかに上昇させることができる。また、第一起動運転では、貯湯タンク１１の上部に水が流入しないので、上部タンク温度が低下することを確実に防止できる。

第二起動運転において、ヒートポンプコントローラ９及びタンクユニットコントローラ１６は、圧縮機４、熱媒体ポンプ１３、及び水ポンプ１４を作動させる。タンクユニットコントローラ１６は、第一起動運転の実行中に、ヒートポンプ出口温度センサ３８により検出されるヒートポンプ出口温度が第一基準温度に達すると、水ポンプ１４を起動する。すなわち、ヒートポンプ出口温度が第一基準温度に達すると、第一起動運転を終了して第二起動運転が開始される。

タンクユニットコントローラ１６は、タンク温度センサ３４により検出される上部タンク温度に応じて第一基準温度を決定する。タンクユニットコントローラ１６は、上部タンク温度に等しい温度を第一基準温度として決定してもよい。あるいは、タンクユニットコントローラ１６は、上部タンク温度よりも少し高い温度を第一基準温度として決定してもよい。すなわち、第一基準温度は、上部タンク温度以上の温度である。

第二熱交換器１２は、タンク流入温度がヒートポンプ出口温度よりも少し低い温度になるまで、水を加熱可能である。本実施の形態であれば、ヒートポンプ出口温度が、上部タンク温度以上の第一基準温度に達した後に水ポンプ１４を起動するので、第二起動運転のときのタンク流入温度は、上部タンク温度に近い温度になる。このため、上部タンク温度の低下を確実に軽減することができる。

貯湯タンク１１内に湯が長時間貯留されると、湯の熱が散逸することで、上部タンク温度が給湯設定温度よりも低くなる可能性がある。また、貯湯タンク１１内の湯が僅少になると、上部タンク温度が給湯設定温度よりも低くなる場合がある。第一基準温度は上部タンク温度に応じて決定されるので、上部タンク温度が低い場合には第一基準温度も低くなる。したがって、上部タンク温度が低い場合には、第一基準温度も低いので、上部タンク温度が高い場合よりも早いタイミングで第一起動運転から第二起動運転へ移行する。すなわち、上部タンク温度が低い場合には、第一起動運転から第二起動運転への移行時期が早くなる。その結果、蓄熱運転をより早いタイミングで開始できる。このように、本実施の形態であれば、上部タンク温度が低い場合に、第一起動運転から第二起動運転への移行時期が必要以上に遅くなることを確実に防止できる。

また、本実施の形態であれば、以下のような利点がある。湯入口１８及びタンク温度センサ３４は、最上部４２よりも低い位置にある。このため、タンク温度センサ３４の検出温度は、最上部４２内の湯の温度よりも低い場合がある。タンクユニットコントローラ１６は、タンク温度センサ３４により検出された上部タンク温度に応じて第一基準温度を決定する。このため、タンク温度センサ３４の検出温度が最上部４２内の湯の温度より低い場合であっても、タンク温度センサ３４の検出温度に応じて第一基準温度が決定される。したがって、タンク温度センサ３４の検出温度が最上部４２内の湯の温度がよりも低い場合には、第二起動運転のときのタンク流入温度は、最上部４２内の湯の温度よりも低くなる。このとき、貯湯タンク１１に流入した湯は、比重の差により、湯入口１８から水平方向または下方向へ拡散して混合する。それゆえ、貯湯タンク１１に流入した湯は、最上部４２内の湯に混合しにくい。その結果、最上部４２内の湯の温度が低下することを確実に防止できるので、給湯管２３へ供給される湯の温度が低下することを確実に防止できるという利点がある。また、タンク温度センサ３４の検出温度が最上部４２内の湯の温度よりも低い場合に、第一起動運転から第二起動運転への移行時期が必要以上に遅くなることを確実に防止できるという利点がある。

ヒートポンプコントローラ９及びタンクユニットコントローラ１６は、第一起動運転の前に予備起動運転を実行してもよい。予備起動運転において、ヒートポンプコントローラ９及びタンクユニットコントローラ１６は、熱媒体ポンプ１３及び水ポンプ１４を停止させた状態で圧縮機４を作動させる。予備起動運転を実行した場合には、以下の効果が得られる。二次流路５ｂに熱媒体が流れないので、冷媒の熱が第一熱交換器５内で熱媒体に奪われることを防止できる。それゆえ、第一熱交換器５を流れる冷媒の圧力がより速く上昇する。その結果、圧縮機４及び第一熱交換器５の温度をより速やかに上昇させることができる。予備起動運転から第一起動運転へ移行するタイミングは、例えば以下のようにしてもよい。予備起動運転を継続した時間が所定時間に達すると、ヒートポンプコントローラ９及びタンクユニットコントローラ１６は、熱媒体ポンプ１３を起動して、第一起動運転を開始してもよい。

外気温度が低いほど、圧縮機４が起動される前の圧縮機４の温度及び第一熱交換器５の温度が低いと考えられる。このため、外気温度が高い場合には、圧縮機４及び第一熱交換器５の温度上昇に要する時間が比較的短い。これに対し、外気温度が低い場合には、圧縮機４及び第一熱交換器５の温度上昇に要する時間が比較的長い。これらの事項に鑑みて、ヒートポンプコントローラ９及びタンクユニットコントローラ１６は、外気温度センサ４１により検出される外気温度が閾値よりも低い場合には、当該外気温度が閾値よりも高い場合に比べて、予備起動運転を継続する時間を長くしてもよい。これにより、予備起動運転を継続する時間を、外気温度に応じた適切な長さにすることが可能となる。

本開示において、予備起動運転は、必須の事項ではない。ヒートポンプコントローラ９及びタンクユニットコントローラ１６は、予備起動運転を実行せずに第一起動運転を開始してもよい。その際、ヒートポンプコントローラ９及びタンクユニットコントローラ１６は、圧縮機４及び熱媒体ポンプ１３を同時に起動してもよいし、熱媒体ポンプ１３を起動した後に圧縮機４を起動してもよい。

図３は、蓄熱運転を開始するときの処理の例を示すフローチャートである。図４は、蓄熱運転を開始するときの、ヒートポンプ出口温度センサ３８の検出温度、タンク流入温度センサ４０の検出温度、圧縮機４の回転速度、吐出冷媒温度の目標値、熱媒体ポンプ１３の回転速度、及び水ポンプ１４の回転速度のそれぞれの経時変化の例を示す図である。以下、図３及び図４に示す例に基づいて、本実施の形態をさらに説明する。

図３のステップＳ１０１において、ヒートポンプコントローラ９は、圧縮機４及び送風機１０を起動することにより、予備起動運転を実行する。図４では、時刻ｔ０に予備起動運転が開始する。予備起動運転が終了すると、ステップＳ１０２として、タンクユニットコントローラ１６は、熱媒体ポンプ１３を起動する。これにより、予備起動運転からステップＳ１０３の第一起動運転へ切り替わる。図４では、時刻ｔ１に第一起動運転が開始する。

タンクユニットコントローラ１６は、タンク温度センサ３４により検出される上部タンク温度に応じて第一基準温度Ｔｗ１を決定する。第一起動運転の実行中、ステップＳ１０４として、タンクユニットコントローラ１６は、ヒートポンプ出口温度センサ３８により検出されるヒートポンプ出口温度を第一基準温度Ｔｗ１と比較する。ヒートポンプ出口温度が第一基準温度Ｔｗ１に達していない場合にはステップＳ１０３の第一起動運転が継続される。ヒートポンプ出口温度が第一基準温度Ｔｗ１に達すると、タンクユニットコントローラ１６は、ステップＳ１０５として、水ポンプ１４を起動する。これにより、第一起動運転からステップＳ１０６の第二起動運転へ切り替わる。図４では、時刻ｔ２に第二起動運転が開始する。

タンクユニットコントローラ１６は、第二基準温度Ｔｗ２を決定する。例えば、タンクユニットコントローラ１６は、第一基準温度Ｔｗ１に等しい温度を第二基準温度Ｔｗ２として決定してもよいし、第一基準温度Ｔｗ１よりも高い温度を第二基準温度Ｔｗ２として決定してもよい。第二基準温度Ｔｗ２は、目標貯湯温度に等しい温度でもよい。第二起動運転の実行中、ステップＳ１０７として、タンクユニットコントローラ１６は、タンク流入温度センサ４０により検出されるタンク流入温度を第二基準温度Ｔｗ２と比較する。タンク流入温度が第二基準温度Ｔｗ２に達していない場合にはステップＳ１０６の第二起動運転が継続される。タンク流入温度が第二基準温度Ｔｗ２に達すると、ステップＳ１０８として、タンクユニットコントローラ１６は、第二起動運転を終了して蓄熱運転を開始する。図４では、時刻ｔ３に蓄熱運転が開始する。

以下、図４を参照して、さらに説明する。予備起動運転及び第一起動運転のとき、圧縮機４は、回転速度Ｆｃ－１で駆動される。予備起動運転及び第一起動運転のとき、ヒートポンプコントローラ９は、冷媒温度センサ３２により検出される吐出冷媒温度が目標値Ｔｄｔ－１に等しくなるように、膨張弁６の開度を制御する。第一起動運転のとき、熱媒体ポンプ１３は、回転速度Ｆｐ１－１で駆動される。回転速度Ｆｐ１－１は、熱媒体ポンプ１３の最高回転速度に等しい速度でもよい。すなわち、タンクユニットコントローラ１６は、第一起動運転のときに熱媒体ポンプ１３を最高回転速度で作動させてもよい。これにより、第一起動運転のときにヒートポンプ出口温度をより速やかに上昇させることができる。特に、通路２７及び通路２８が長い場合であっても、ヒートポンプ出口温度を速やかに上昇させることができる。

第二起動運転及び蓄熱運転のとき、圧縮機４は、回転速度Ｆｃ－２で駆動される。ヒートポンプコントローラ９は、蓄熱運転におけるヒートポンプユニット２の加熱能力が目標加熱能力を満足するように、圧縮機４の回転速度Ｆｃ－２を決定する。回転速度Ｆｃ－１は、回転速度Ｆｃ－２より低くてもよい。すなわち、ヒートポンプコントローラ９は、第一起動運転のときの圧縮機４の回転速度Ｆｃ－１が蓄熱運転のときの圧縮機４の回転速度Ｆｃ－２よりも低くなるように圧縮機４を作動させてもよい。これにより、第一起動運転のときに圧縮機４から吐出される冷媒の圧力が過渡的に高くなりすぎることをより確実に防止できる。

第二起動運転のとき、熱媒体ポンプ１３は、回転速度Ｆｐ１－１よりも低い回転速度Ｆｐ１－２で駆動される。これにより、ヒートポンプ出口温度の低下をより確実に防止することができ、ひいては圧縮機４から吐出される冷媒の圧力の低下をより確実に防止できる。回転速度Ｆｐ１－２は、熱媒体ポンプ１３の最低回転速度に等しい速度でもよい。図示の例では第二起動運転の実行中の熱媒体ポンプ１３の回転速度が一定であるが、タンクユニットコントローラ１６は、第二起動運転の実行中に、タンク流入温度が上昇するにつれて、熱媒体ポンプ１３の回転速度を連続的または段階的に上昇させてもよい。

第二起動運転のとき、水ポンプ１４は、回転速度Ｆｐ２－２で駆動される。回転速度Ｆｐ２－２は、水ポンプ１４の最低回転速度に等しい速度でもよい。図示の例では第二起動運転の実行中の水ポンプ１４の回転速度が一定であるが、タンクユニットコントローラ１６は、第二起動運転の実行中に、タンク流入温度が上昇するにつれて、水ポンプ１４の回転速度を連続的または段階的に上昇させてもよい。タンクユニットコントローラ１６は、第二起動運転の少なくとも初期に、水ポンプ１４を最低回転速度で作動させることが望ましい。これにより、タンク流入温度をより速やかに上昇させることができる。

第二起動運転及び蓄熱運転のとき、吐出冷媒温度が目標値Ｔｄｔ－２に等しくなるように、膨張弁６の開度を制御する。図示の例のように、第一起動運転のときの吐出冷媒温度の目標値Ｔｄｔ－１は、蓄熱運転のときの吐出冷媒温度の目標値Ｔｄｔ－２より低くてもよい。これにより、第一起動運転のときに圧縮機４から吐出される冷媒の圧力が過渡的に高くなりすぎることをより確実に防止できる。

定常状態の蓄熱運転のときに、タンクユニットコントローラ１６は、ヒートポンプ出口温度とヒートポンプ入口温度との差が、一定の目標値に等しくなるように、熱媒体ポンプ１３の回転速度Ｆｐ１－３を制御することが望ましい。これにより、熱媒体の流量がより確実に適正になるので、より効率の高い運転が可能となる。図示の例では、タンクユニットコントローラ１６は、定常状態の蓄熱運転のときの熱媒体ポンプ１３の回転速度Ｆｐ１－３が、第二起動運転のときの回転速度Ｆｐ１－２よりも高く、かつ第一起動運転のときの回転速度Ｆｐ１－１よりも低い値となるようにしている。

定常状態の蓄熱運転のときに、タンクユニットコントローラ１６は、タンク流入温度が目標貯湯温度Ｔｗｔに等しくなるように、水ポンプ１４の回転速度Ｆｐ２－３を制御する。図示の例では、タンクユニットコントローラ１６は、定常状態の蓄熱運転のときの水ポンプ１４の回転速度Ｆｐ２－３が、第二起動運転のときの回転速度Ｆｐ２－２よりも高い値となるようにしている。

図３及び図４に示す例では、給湯システム１は、タンクユニットコントローラ１６がタンク流入温度を第二基準温度Ｔｗ２と比較した結果に応じて、第二起動運転から蓄熱運転へ移行している。この例に限らず、給湯システム１は、例えば、第二起動運転を継続した時間が所定時間に達したときに第二起動運転から蓄熱運転へ移行してもよい。

ヒートポンプコントローラ９及びタンクユニットコントローラ１６は、蓄熱運転を開始する前に暖房運転を実行していた場合には、第一起動運転を実行することなく蓄熱運転を開始してもよい。例えば、暖房運転の実行中に暖房運転から蓄熱運転に切り替える場合、あるいは暖房運転が終了してから一定時間以内に蓄熱運転を開始する場合には、ヒートポンプコントローラ９及びタンクユニットコントローラ１６は、第一起動運転を省略して蓄熱運転を開始してもよい。これらの場合には、暖房運転によって第一熱交換器５の温度及び熱媒体の温度が高くなっているので、第一起動運転を省略しても、加熱不十分の水が貯湯タンク１１の上部にしにくいからである。上記の事項に関して、図５を参照して、さらに説明する。

図５は、第一起動運転を省略するかどうかを判定する処理の例を示すフローチャートである。蓄熱運転を開始する必要がある場合に、タンクユニットコントローラ１６は、図５のフローチャートの処理を実行する。ステップＳ２０１として、ヒートポンプコントローラ９またはタンクユニットコントローラ１６は、直前に暖房運転が実行されているかどうかを判定する。例えば、ヒートポンプコントローラ９またはタンクユニットコントローラ１６は、暖房運転が現在実行中である場合、あるいは一定時間前まで暖房運転が実行されていた場合には、直前に暖房運転が実行されていると判定し、そうでない場合には直前に暖房運転が実行されていないと判定する。上記一定時間は、例えば３０分間程度でもよい。直前に暖房運転が実行されていた場合には、ヒートポンプコントローラ９及びタンクユニットコントローラ１６は、ステップＳ２０２として、第一起動運転を省略して、第二起動運転を開始する。これにより、より早いタイミングで蓄熱運転を開始することができる。これに対し、直前に暖房運転が実行されていない場合には、ヒートポンプコントローラ９及びタンクユニットコントローラ１６は、ステップＳ２０３として、第一起動運転を実行する。

なお、給湯システム１が予備起動運転を実行する機能を有している場合には、上記ステップＳ２０２として、ヒートポンプコントローラ９及びタンクユニットコントローラ１６は、予備起動運転及び第一起動運転を省略して、第二起動運転を開始する。また、上記ステップＳ２０３として、ヒートポンプコントローラ９及びタンクユニットコントローラ１６は、予備起動運転及び第一起動運転を実行する。

１ 給湯システム、 ２ ヒートポンプユニット、 ３ タンクユニット、 ４ 圧縮機、 ５ 第一熱交換器、 ６ 膨張弁、 ７ 空気熱交換器、 ９ ヒートポンプコントローラ、 １０ 送風機、 １１ 貯湯タンク、 １２ 第二熱交換器、 １３ 熱媒体ポンプ、 １４ 水ポンプ、 １５ 流路切替弁、 １６ タンクユニットコントローラ、 １７ 水出口、 １８ 湯入口、 ２１ 水回路、 ２２ 給水管、 ２３ 給湯管、 ２４ 暖房装置、 ３２ 冷媒温度センサ、 ３３ 冷媒温度センサ、 ３４，３５，３６ タンク温度センサ、 ３７ ヒートポンプ入口温度センサ、 ３８ ヒートポンプ出口温度センサ、 ３９ 入水温度センサ、 ４０ タンク流入温度センサ、 ４１ 外気温度センサ、 ４２ 最上部、 ５０ リモコン

Claims (10)

1. 冷媒を圧縮する圧縮機と、
   前記圧縮機により圧縮された前記冷媒と、熱媒体との間で熱を交換する第一熱交換器と、
   前記第一熱交換器から流出した前記熱媒体と、水との間で熱を交換する第二熱交換器と、
   前記第一熱交換器を前記第二熱交換器に接続する熱媒体回路と、
   前記熱媒体回路内の前記熱媒体を循環させる熱媒体ポンプと、
   水出口を有する下部と、前記水出口よりも高い位置にある湯入口を有する上部とを備える貯湯タンクと、
   前記水出口を前記第二熱交換器につなぐ水送り通路と、
   前記第二熱交換器を前記湯入口につなぐ水戻り通路と、
   前記水送り通路と、前記第二熱交換器と、前記水戻り通路とにより形成される水回路内の前記水を流れさせる水ポンプと、
   前記第一熱交換器から流出する前記熱媒体の温度であるヒートポンプ出口温度を検出するヒートポンプ出口温度センサと、
   前記貯湯タンクの前記上部内の水の温度である上部タンク温度を検出する上部タンク温度センサと、
   前記第二熱交換器から流出する湯を前記貯湯タンクに流入させる蓄熱運転を制御する制御回路と、
   を備え、
   前記制御回路は、前記蓄熱運転を開始するときに、第一起動運転と、前記第一起動運転の後の第二起動運転とを実行し、
   前記第一起動運転において、前記制御回路は、前記水ポンプを停止させた状態で前記圧縮機及び前記熱媒体ポンプを作動させ、
   前記第二起動運転において、前記制御回路は、前記圧縮機、前記熱媒体ポンプ、及び前記水ポンプを作動させ、
   前記制御回路は、前記上部タンク温度に応じて第一基準温度を決定し、
   前記第一基準温度は、前記上部タンク温度に等しいか前記上部タンク温度よりも高い温度であり、
   前記制御回路は、前記第一起動運転の実行中に前記ヒートポンプ出口温度が前記第一基準温度に達すると、前記第一起動運転を終了して前記第二起動運転を開始する給湯システム。
2. 前記制御回路は、前記第一起動運転の前に予備起動運転を実行し、
   前記予備起動運転において、前記制御回路は、前記熱媒体ポンプを停止させた状態で前記圧縮機を作動させる請求項１に記載の給湯システム。
3. 外気温度を検出する外気温度センサを備え、
   前記制御回路は、前記外気温度が閾値よりも低い場合には、前記外気温度が前記閾値よりも高い場合に比べて、前記予備起動運転を継続する時間を長くする請求項２に記載の給湯システム。
4. 前記貯湯タンクは、前記湯入口よりも高い位置に湯を貯留する最上部を有する請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の給湯システム。
5. 前記最上部にある湯を取り出す給湯管が前記貯湯タンクに接続されている請求項４に記載の給湯システム。
6. 前記上部タンク温度センサは、前記湯入口と同じ高さの位置に配置されている請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の給湯システム。
7. 前記制御回路は、前記第一起動運転のときに前記熱媒体ポンプを最高回転速度で作動させる請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の給湯システム。
8. 前記制御回路は、前記第一起動運転のときの前記圧縮機の回転速度が前記蓄熱運転のときの前記圧縮機の回転速度よりも低くなるように前記圧縮機を作動させる請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の給湯システム。
9. 前記制御回路は、前記第二起動運転の少なくとも初期に前記水ポンプを最低回転速度で作動させる請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の給湯システム。
10. 暖房装置と、
    前記熱媒体が前記第一熱交換器及び前記暖房装置を通って循環する回路である暖房回路と、
    前記暖房回路内の前記熱媒体を循環させる暖房運転と、前記蓄熱運転とを切り替える切替弁と、
    を備え、
    前記制御回路は、前記蓄熱運転を開始する前に前記暖房運転を実行していた場合には、前記第一起動運転を実行することなく前記蓄熱運転を開始する請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の給湯システム。

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