JP7370138B2

JP7370138B2 - 給湯装置

Info

Publication number: JP7370138B2
Application number: JP2019007566A
Authority: JP
Inventors: 慎一伊藤; 正樹豊島; 智赤木
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2019-01-21
Filing date: 2019-01-21
Publication date: 2023-10-27
Anticipated expiration: 2039-01-21
Also published as: JP2020118315A

Description

本発明は、ヒートポンプを用いて加熱された湯水を貯湯タンクに貯留し、貯留された湯水を利用して給湯を行う給湯装置に関するものである。

近年、省エネルギー性の向上を目的とした住宅用の給湯装置として、冷凍サイクルと貯湯タンクとを用いた給湯装置が普及している。この給湯装置は、電力料金の安い深夜時間帯に沸き上げ運転を行い、沸き上げられた高温水を貯湯タンクに貯留することにより、ランニングコストを低減することができる。また、特許文献１には、電気料金の高い時間帯と安い時間帯とで沸き上げ時の加熱能力を変更することにより、沸き上げ時のヒートポンプの効率を上昇させて省エネルギー性を向上させることができる給湯装置が開示されている。

特開２０１７－６７４１６号公報

ところで、特許文献１に記載の給湯装置は、電気料金が異なる時間帯に応じて沸き上げ時の加熱能力を変更しているが、電気料金体系によっては、時間による電気料金の差が少ないため、コスト低減の効果が得られない。また、ユーザの生活習慣によっては、省エネルギー性向上の効果を得られない可能性がある。

さらに、従来の給湯装置では、貯湯タンク内の貯湯量が設定量まで低下した場合に沸き上げが自動的に行われ、常に一定量以上の貯湯量を確保する制御が行われている。この場合の沸き上げ能力は一定であることが多い。このような沸き上げ制御を行っている状態で、集中して給湯が使用される場合には、貯湯タンク内の貯湯量が設定量まで低下する度に沸き上げが行われる。したがって、沸き上げ能力が過大となる場合には、圧縮機の起動および停止が頻発するため、消費電力およびエネルギー効率等の観点から、制御性には改善の余地がある。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、集中して給湯が行われる際の消費電力の増大を抑制するとともに、エネルギー効率の低下を抑制することができる給湯装置を提供することを目的とする。

本発明の給湯装置は、圧縮機、凝縮器、膨張弁および蒸発器が順次接続されることによって冷媒が流れる冷凍サイクル回路が形成され、前記凝縮器に流入する湯水を前記冷媒の熱によって加熱するヒートポンプと、前記湯水を貯留する貯湯タンクと、前記貯湯タンクの下部から流出する前記湯水を前記凝縮器に入水させ、前記凝縮器から出湯される前記湯水を前記貯湯タンクの上部に流入させる沸き上げ回路と、前記貯湯タンクに貯留された前記湯水を給湯する給湯端末と、前記貯湯タンクの蓄熱量が沸き上げ開始蓄熱量以下となった場合に、前記貯湯タンクの蓄熱量が沸き上げ終了蓄熱量となるまで、第１の加熱能力で前記貯湯タンク内の前記湯水を沸き上げる沸き上げ運転を行う制御装置とを備え、前記沸き上げ回路は、前記貯湯タンクの下部から流出する前記湯水を前記凝縮器に入水させる送水ポンプを有し、前記制御装置は、設定期間に前記給湯端末によって生じる負荷である給湯負荷が複数回発生する時間帯である負荷頻発時間帯に前記沸き上げ運転を行う場合に、加熱能力を前記第１の加熱能力よりも低い第２の加熱能力に変更し、前記負荷頻発時間帯は、前記給湯負荷によって前記貯湯タンクの蓄熱量が前記沸き上げ開始蓄熱量になったときから前記沸き上げ終了蓄熱量になるまでに別の前記給湯負荷が生じるものであり、前記制御装置は、前記負荷頻発時間帯における前記沸き上げ運転の際、前記貯湯タンクの蓄熱量が前記沸き上げ開始蓄熱量になったときから前記沸き上げ終了蓄熱量になるまで前記第２の加熱能力による加熱を継続し、前記制御装置は、前記負荷頻発時間帯における前記沸き上げ運転の際に、前記圧縮機の運転周波数と、前記送水ポンプの回転数とを制御して、前記沸き上げ運転の際の前記加熱能力を前記第２の加熱能力に変更し、前記負荷頻発時間帯における前記沸き上げ運転の際に、さらに、前記貯湯タンクに貯留される前記湯水の目標温度を示す目標沸き上げ温度を低下させて、前記沸き上げ運転の際の前記第２の加熱能力を変更するものである。

以上のように、本発明によれば、負荷頻発時間帯における沸き上げ運転の際には、第１の加熱能力よりも低い第２の加熱能力で沸き上げ運転が行われる。これにより、負荷頻発時間帯に沸き上げ運転が行われる際の消費電力の増大を抑制するとともに、エネルギー効率の低下を抑制することができる。

実施の形態１に係る給湯装置の構成の一例を示す概略図である。図１の制御装置の構成の一例を示す機能ブロック図である。図２の制御装置の構成の一例を示すハードウェア構成図である。図２の制御装置の構成の他の例を示すハードウェア構成図である。負荷頻発時間帯における通常追加沸き上げ制御の際の蓄熱量、ＣＯＰおよび積算消費電力量の時間変化の一例を示すグラフである。負荷頻発時間帯における低能力追加沸き上げ制御の際の蓄熱量、ＣＯＰおよび積算消費電力量の時間変化の一例を示すグラフである。図１のヒートポンプユニットの冷凍サイクルの一例を示す概略図である。図７の冷凍サイクルにおいて、圧縮機の吐出温度を高くした場合について説明するための概略図である。図７の冷凍サイクルにおいて、圧縮機の運転周波数を低下させた場合について説明するための概略図である。実施の形態１に係る給湯装置による追加沸き上げ運転の開始処理の流れの一例を示すフローチャートである。実施の形態１に係る給湯装置による低能力追加沸き上げ制御の終了処理の流れの一例を示すフローチャートである。実施の形態１に係る給湯装置による低能力追加沸き上げ制御における加熱能力変更処理の流れの一例を示すフローチャートである。

実施の形態１．
以下、本発明の実施の形態１に係る給湯装置について説明する。本実施の形態１に係る給湯装置は、ヒートポンプを用いて湯水を沸き上ることによって貯湯された湯水を給湯に用いるものである。なお、以下の説明において、高温水である湯と低温水である水とを「湯水」と総称することがある。

［給湯装置１の構成］
図１は、本実施の形態１に係る給湯装置１の構成の一例を示す概略図である。図１に示すように、給湯装置１は、ヒートポンプユニット１０、貯湯ユニット２０、給湯ユニット３０、制御装置４０およびリモートコントローラ（以下、「リモコン」と称する）５０で構成されている。ヒートポンプユニット１０および貯湯ユニット２０は、沸き上げ回路用の沸き上げ配管２で接続されている。

（ヒートポンプユニット１０）
ヒートポンプユニット１０は、圧縮機１１、凝縮器１２、膨張弁１３および蒸発器１４を備え、貯湯ユニット２０から供給される湯水を加熱する。圧縮機１１、凝縮器１２、膨張弁１３および蒸発器１４が冷媒配管で順次接続されることにより、冷凍サイクル回路が形成される。冷凍サイクル回路を流れる冷媒として、例えば、Ｒ３２、フルオロカーボンおよび二酸化炭素等の冷媒が用いられる。

圧縮機１１は、低温低圧の冷媒を吸入し、吸入した冷媒を圧縮し、高温高圧の冷媒を吐出する。圧縮機１１は、例えば、運転周波数を変化させることにより、単位時間あたりの送出量である容量が制御されるインバータ圧縮機等からなる。圧縮機１１の運転周波数は、制御装置４０によって制御される。凝縮器１２は、冷媒側流路に接続された冷凍サイクル回路を流れる冷媒と、水側流路に接続された沸き上げ回路を流れる湯水との間で熱交換を行い、冷媒の熱を水に放熱して冷媒を凝縮させる。

膨張弁１３は、凝縮器１２から流出した冷媒を膨張させる。膨張弁１３は、例えば、電子式膨張弁等の開度の制御が可能な弁で構成される。膨張弁１３の開度は、制御装置４０によって制御される。蒸発器１４は、図示しない送風機等によって供給される室外空気と冷媒との間で熱交換を行う。蒸発器１４は、冷媒を蒸発させ、その際の気化熱により室外空気を冷却する。

（貯湯ユニット２０）
貯湯ユニット２０は、貯湯タンク２１、送水ポンプ２２および混合弁２３を備え、貯湯タンク２１に貯留された湯水を、温度を調整して給湯ユニット３０に供給する。また、貯湯ユニット２０には、外部から水道水等の水が供給される給水端２０ａが設けられている。

貯湯タンク２１は、給水端２０ａを介して供給される水および凝縮器１２で加熱された湯水を貯留する。貯湯タンク２１は、ステンレス等の金属、あるいは樹脂などで形成されている。貯湯タンク２１の周囲には、図示しない断熱材が配置されている。これにより、貯湯タンク２１内の高温水を長時間にわたって保温することができる。

貯湯タンク２１の上部には、沸き上げ配管２が接続された沸き上げ用上部流入口２１ａと、給湯配管３が接続された給湯用上部流出口２１ｃが設けられている。貯湯タンク２１の中間部には、給湯配管３が接続された給湯用中間部流出口２１ｄが設けられている。貯湯タンク２１の下部には、沸き上げ配管２が接続された沸き上げ用下部流出口２１ｂと、給湯配管３が接続された給湯用下部流出口２１ｅと、給水配管が接続された給水口２１ｆとが設けられている。

沸き上げ用上部流入口２１ａは、沸き上げ配管２を介して凝縮器１２における水側流路の流出側に接続されている。沸き上げ用下部流出口２１ｂは、沸き上げ配管２を介して送水ポンプ２２に接続されている。給湯用上部流出口２１ｃは、給湯配管３を介して混合弁２３の第１流入口２３ａに接続されている。給湯用中間部流出口２１ｄは、給湯配管３を介して混合弁２３の第２流入口２３ｂに接続されている。給湯用下部流出口２１ｅは、給湯配管３を介して混合弁２３の第３流入口２３ｃに接続されている。給水口２１ｆは、給水配管を介して給水端２０ａに接続されている。

貯湯タンク２１は、上記のようにして各種の流入出口が設けられていることにより、低温の水が下部に供給され、高温の湯が上部に供給される。これによって、貯湯タンク２１の内部には、上部から下部に向かって高温域から低温域となる温度の層が形成される。すなわち、貯湯タンク２１に貯留される湯は、上部から下部に向かうに従って温度が低くなっている。

送水ポンプ２２は、沸き上げ配管２を介して凝縮器１２における水側流路の流入側に接続されている。送水ポンプ２２は、図示しないモータによって駆動され、沸き上げ用下部流出口２１ｂから流出した湯水を送出し、凝縮器１２の水側流路に供給する。送水ポンプ２２の回転数は、制御装置４０によって制御される。

混合弁２３は、四方弁であり、第１流入口２３ａ、第２流入口２３ｂ、第３流入口２３ｃおよび流出口２３ｄを有している。混合弁２３は、第１流入口２３ａ、第２流入口２３ｂおよび第３流入口２３ｃのそれぞれに流入する湯水を混合し、任意の温度および量に調整された湯水を流出口２３ｄから流出させる。混合弁２３は、制御装置４０によって制御される。

第１流入口２３ａは、給湯配管３を介して貯湯タンク２１の給湯用上部流出口２１ｃに接続されている。第２流入口２３ｂは、給湯配管３を介して貯湯タンク２１の給湯用中間部流出口２１ｄに接続されている。第３流入口２３ｃは、給湯配管３を介して貯湯タンク２１の給湯用下部流出口２１ｅに接続されている。流出口２３ｄは、給湯ユニット３０の三方弁３１に接続されている。

このように、貯湯タンク２１の沸き上げ用下部流出口２１ｂ、送水ポンプ２２、ヒートポンプユニット１０の凝縮器１２および貯湯タンク２１の沸き上げ用上部流入口２１ａが沸き上げ配管２で接続されることにより、沸き上げ回路が形成される。

また、貯湯ユニット２０は、上部温度センサ２４、中間部温度センサ２５、下部温度センサ２６、給湯温度センサ２７および流量センサ２８を備えている。上部温度センサ２４は、貯湯タンク２１の上部に貯留された湯水の温度を検出する。中間部温度センサ２５は、貯湯タンク２１の中間部に貯留された湯水の温度を検出する。下部温度センサ２６は、貯湯タンク２１の下部に貯留された湯水の温度を検出する。給湯温度センサ２７は、混合弁２３から流出する湯水の温度を検出する。流量センサ２８は、混合弁２３から流出する湯水の流量を検出する。

（給湯ユニット３０）
給湯ユニット３０は、三方弁３１、湯張り給湯端末３２、一般給湯端末３３および浴槽３４を備えている。

三方弁３１は、流入口３１ａ、第１流出口３１ｂおよび第２流出口３１ｃを有している。三方弁３１は、流入口３１ａに流入する湯水を、第１流出口３１ｂおよび第２流出口３１ｃのうち少なくとも一方に流出させる。三方弁３１は、制御装置４０によって制御される。流入口３１ａは、貯湯ユニット２０における混合弁２３の流出口２３ｄに接続されている。第１流出口３１ｂは、湯張り給湯配管４を介して湯張り給湯端末３２に接続されている。第２流出口３１ｃは、一般給湯配管５を介して一般給湯端末３３に接続されている。

湯張り給湯端末３２は、浴槽３４に設けられ、湯張り給湯配管４を介して三方弁３１の第１流出口３１ｂに接続されている。一般給湯端末３３は、例えば、調理場および風呂場等に設置される蛇口およびシャワーヘッド等であり、一般給湯配管５を介して三方弁３１の第２流出口３１ｃに接続されている。

（制御装置４０）
制御装置４０は、給湯装置１に設けられた各部を制御する。特に、本実施の形態１において、制御装置４０は、給湯運転および沸き上げ運転を行うように各部を制御する。その際、制御装置４０は、湯張り給湯端末３２および一般給湯端末３３等の給湯端末によって生じる負荷である給湯負荷の状況に応じて後述する低能力追加沸き上げ制御による追加沸き上げ運転を行う。追加沸き上げ運転の詳細については後述する。

図２は、図１の制御装置４０の構成の一例を示す機能ブロック図である。図２に示すように、制御装置４０は、情報取得部４１、演算処理部４２、機器制御部４３、通信部４４、タイマ４５および記憶部４６を有している。制御装置４０は、マイクロコンピュータなどの演算装置上でソフトウェアを実行することにより各種機能が実現され、もしくは各種機能を実現する回路デバイスなどのハードウェア等で構成されている。

情報取得部４１は、上部温度センサ２４、中間部温度センサ２５、下部温度センサ２６、給湯温度センサ２７および流量センサ２８等の各種センサで検出された情報を取得する。

演算処理部４２は、情報取得部４１および通信部４４で取得された各種の情報に基づき、運転の判断といった各種の処理等を行う。特に、本実施の形態１において、演算処理部４２は、各種の比較処理を行い、沸き上げ運転時の制御動作を決定する。

機器制御部４３は、演算処理部４２での処理結果に応じて、圧縮機１１、膨張弁１３、送水ポンプ２２、混合弁２３および三方弁３１を制御する。特に、本実施の形態１において、機器制御部４３は、給湯運転時における設定給湯温度および設定給湯量に基づき、混合弁２３および三方弁３１の開度を制御する。また、機器制御部４３は、追加沸き上げ運転時における圧縮機１１の運転周波数および送水ポンプ２２の回転数を制御する。

通信部４４は、リモコン５０と接続され、リモコン５０との間で情報の送受信を行う。例えば、通信部４４は、設定給湯温度等についての情報をリモコン５０から受信する。タイマ４５は、現在の時刻をカウントし、設定された時刻になった場合に、設定時刻であることを示す信号を出力する。タイマ４５には、例えば、演算処理部４２で決定された沸き上げ運転開始時間が設定される。

記憶部４６は、制御装置４０の各部で用いられる各種の値を記憶する。具体的には、記憶部４６は、沸き上げ運転時に設定される目標沸き上げ温度および給湯運転時に設定される設定給湯温度を記憶する。目標沸き上げ温度は、貯湯タンク２１に貯留される高温水の目標温度を示す。設定給湯温度は、外部に給湯する際の設定温度を示す。

また、記憶部４６は、負荷頻発時間帯を規定する負荷頻発時間開始時刻Ｔｉｓおよび負荷頻発時間終了時刻Ｔｉｅが設定される。負荷頻発時間帯は、予め設定された任意の期間（設定期間）に給湯負荷が断続的に複数回発生する時間帯である。この場合、負荷頻発時間帯は、負荷頻発時間開始時刻Ｔｉｓと負荷頻発時間終了時刻Ｔｉｅとの間の時間帯を示す。負荷頻発時間帯は、例えば、ＪＩＳ（ＪａｐａｎｅｓｅＩｎｄｕｓｔｒｉａｌＳｔａｎｄａｒｄｓ）規格には、１８時～２３時が負荷頻発時間帯として規定されている。なお、負荷頻発時間帯は、このようなＪＩＳ規格に規定された時間帯に限られない。負荷頻発時間帯、例えば、ユーザによる給湯負荷の使用頻度に応じて負荷頻発時間開始時刻Ｔｉｓおよび負荷頻発時間終了時刻Ｔｉｅが設定されることによって規定されてもよい。

さらに、記憶部４６は、演算処理部４２が貯湯タンク２１の蓄熱量が不足しているか否かを判断する際に用いる閾値αおよび閾値βを記憶する。閾値αおよび閾値βは、実験等により予め設定される。

さらにまた、記憶部４６は、演算処理部４２で送水ポンプ２２の回転数が比較される際に用いられる回転数の下限値Ｒｍｉｎを予め記憶する。送水ポンプ２２の回転数が低く、湯水の循環流速が遅い場合、冷媒と水とが熱交換された際に、湯水の中の溶存酸素が気体化して沸き上げ回路内に空気が滞留し、湯水の循環不良を起こす可能性がある。したがって、循環流速を一定以上に保って湯水の循環不良を抑制するために、回転数の下限値Ｒｍｉｎが設定される。

図３は、図２の制御装置４０の構成の一例を示すハードウェア構成図である。制御装置４０の各種機能がハードウェアで実行される場合、図２の制御装置４０は、図３に示すように、処理回路６１で構成される。図２の情報取得部４１、演算処理部４２、機器制御部４３、通信部４４、タイマ４５および記憶部４６の各機能は、処理回路６１により実現される。

各機能がハードウェアで実行される場合、処理回路６１は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎＳｐｅｃｉｆｉｃＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ－ＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＧａｔｅＡｒｒａｙ）、またはこれらを組み合わせたものが該当する。情報取得部４１、演算処理部４２、機器制御部４３、通信部４４、タイマ４５および記憶部４６の各部の機能それぞれを処理回路６１で実現してもよいし、各部の機能を１つの処理回路６１で実現してもよい。

図４は、図２の制御装置４０の構成の他の例を示すハードウェア構成図である。制御装置４０の各種機能がソフトウェアで実行される場合、図２の制御装置４０は、図４に示すように、プロセッサ７１およびメモリ７２で構成される。情報取得部４１、演算処理部４２、機器制御部４３、通信部４４、タイマ４５および記憶部４６の各機能は、プロセッサ７１およびメモリ７２により実現される。

各機能がソフトウェアで実行される場合、情報取得部４１、演算処理部４２、機器制御部４３、通信部４４、タイマ４５および記憶部４６の機能は、ソフトウェア、ファームウェア、またはソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェアおよびファームウェアは、プログラムとして記述され、メモリ７２に格納される。プロセッサ７１は、メモリ７２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、各部の機能を実現する。

メモリ７２として、例えば、ＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（ＥｒａｓａｂｌｅａｎｄＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＲＯＭ）およびＥＥＰＲＯＭ（ＥｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙＥｒａｓａｂｌｅａｎｄＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＲＯＭ）等の不揮発性または揮発性の半導体メモリ等が用いられる。また、メモリ７２として、例えば、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、ＣＤ（ＣｏｍｐａｃｔＤｉｓｃ）、ＭＤ（ＭｉｎｉＤｉｓｃ）およびＤＶＤ（ＤｉｇｉｔａｌＶｅｒｓａｔｉｌｅＤｉｓｃ）等の着脱可能な記録媒体が用いられてもよい。

（リモコン５０）
図１のリモコン５０は、ユーザにより操作され、給湯温度の設定、ならびに湯張り給湯端末３２および一般給湯端末３３に出湯する湯水の温度および量の設定等を行う。リモコン５０は、無線または有線で通信を行う通信手段を備え、設定された各種の情報等の送受信を制御装置４０との間で行う。また、リモコン５０は、表示装置または音声出力装置等の報知手段を備え、報知手段を用いて給湯設定温度等の各種の情報をユーザに対して報知することができる。

［給湯装置１の動作］
上記構成を有する給湯装置１の動作について説明する。本実施の形態１に係る給湯装置１では、給湯ユニット３０の湯張り給湯端末３２および一般給湯端末３３から湯水を送出する給湯運転と、給湯運転の際に使用される湯水を沸き上げる沸き上げ運転とが行われる。

（貯湯タンク２１の温度分布）
給湯装置１による給湯運転および沸き上げ運転について説明する前に、貯湯タンク２１内の湯水の状態について説明する。上述したように、貯湯タンク２１の下部には、給水端２０ａに接続され、水道水等の低温水が流入する給水口２０ｆと、沸き上げ配管２に接続され、低温水が流出する沸き上げ用下部流出口２１ｂとが設けられている。また、貯湯タンク２１の上部には、沸き上げ配管２に接続され、凝縮器１２で加熱された高温水が流入する沸き上げ用上部流入口２１ａが設けられている。

この場合、貯湯タンク２１の最下部には、水道水の温度に近い低温水が貯留されている。また、貯湯タンク２１の最上部には、凝縮器１２によって沸き上げられた高温水が貯留されている。そして、貯湯タンク２１の中間部には、低温水と高温水との中間の温度を有する中温水が貯留されている。すなわち、貯湯タンク２１内には、上部から下部に向かうに従って温度が低くなるように、湯水が分布している。

貯湯タンク２１内に分布する湯水の温度は、上部温度センサ２４、中間部温度センサ２５および下部温度センサ２６で検出された温度から判断することができる。したがって、貯湯タンク２１の蓄熱量は、これらの温度センサの検出結果から得られる温度分布に基づき算出することができる。

（給湯運転）
給湯運転について、図１を参照して説明する。給湯運転は、設定された給湯温度の湯水を給湯ユニット３０に設けられた湯張り給湯端末３２または一般給湯端末３３から送出するための運転である。

ユーザによるリモコン５０に対する操作等により給湯運転が指示され、給湯温度が設定されると、リモコン５０は、設定給湯温度を制御装置４０に送信する。制御装置４０は、通信部４４によって設定給湯温度が受信されると、受信した設定給湯温度を記憶部４６に記憶する。機器制御部４３は、設定給湯温度に基づき、湯張り給湯端末３２または一般給湯端末３３から給湯される湯水の温度が設定給湯温度となるように、混合弁２３の第１流入口２３ａ、第２流入口２３ｂおよび第３流入口２３ｃの開度を調整する。また、機器制御部４３は、湯張り給湯端末３２または一般給湯端末３３から送出される湯水の量が設定量となるように、三方弁３１の第１流出口３１ｂおよび第２流出口３１ｃの開度を調整する。

給湯運転が開始されると、貯湯タンク２１の上部に存在する高温水は、給湯用上部流出口２１ｃから排出され、給湯配管３を介して混合弁２３の第１流入口２３ａに流入する。貯湯タンク２１の中間部に存在する中温水は、給湯用中間部流出口２１ｄから排出され、給湯配管３を介して混合弁２３の第２流入口２３ｂに流入する。貯湯タンク２１の下部に存在する低温水は、給湯用下部流出口２１ｅから排出され、給湯配管３を介して混合弁２３の第３流入口２３ｃに流入する。

混合弁２３では、第１流入口２３ａに流入した高温水と、第２流入口２３ｂに流入した水と、第３流入口２３ｃに流入した水とが混合された設定給湯温度の湯水が流出口２３ｄから流出する。流出口２３ｄから流出した湯水は、給湯ユニット３０の三方弁３１の流入口３１ａに流入する。

三方弁３１では、流入口３１ａに流入した湯水が第１流出口３１ｂおよび第２流出口３１ｃから流出する。第１流出口３１ｂから流出した湯水は、湯張り給湯端末３２から排出される。また、第２流出口３１ｃから流出した湯水は、一般給湯端末３３から排出される。

このように、給湯運転では、貯湯タンク２１に貯留された湯水を用いて、設定された給湯温度の湯水が湯張り給湯端末３２または一般給湯端末３３から給湯される。

（沸き上げ運転）
次に、給湯装置１による沸き上げ運転について説明する。沸き上げ運転は、ヒートポンプによって低温の水を高温に沸き上げ、沸き上げられた湯水を貯湯タンク２１に貯留する運転である。沸き上げ運転は、深夜沸き上げ運転と、追加沸き上げ運転とに大別される。

（深夜沸き上げ運転）
深夜沸き上げ運転は、電力料金が安い深夜電力時間帯に行われ、昼間に使用する湯水を、夜間の電力を使用して貯湯タンク２１に貯湯する。このとき、深夜沸き上げ運転では、日々の給湯使用量から予測された必要熱量に基づき、沸き上げ熱量が設定される。また、深夜電力を使用して沸き上げ運転が行われる場合には、深夜電力時間帯に目標の沸き上げ熱量が沸き上がるように、沸き上げ運転開始時間が設定される。

深夜沸き上げ運転において、設定された沸き上げ運転開始時間となった場合に、機器制御部４３は、凝縮器１２の出湯温度が目標沸き上げ温度となるように、圧縮機１１の運転周波数および送水ポンプ２２の回転数を制御する。これにより、深夜沸き上げ運転が開始される。

深夜沸き上げ運転が開始された場合、ヒートポンプユニット１０では、低温低圧の冷媒が圧縮機１１によって圧縮され、高温高圧のガス冷媒となって吐出される。圧縮機１１から吐出された高温高圧のガス冷媒は、凝縮器１２に流入し、水側流路を流れる湯水と熱交換して放熱しながら凝縮し、高圧の液冷媒となって凝縮器１２から流出する。

凝縮器１２から流出した高圧の液冷媒は、膨張弁１３によって減圧されて低温低圧の気液二相冷媒となる。低温低圧の気液二相冷媒は、蒸発器１４に流入し、図示しない送風機によって取り込まれた室外空気と熱交換して吸熱および蒸発し、低圧のガス冷媒となって圧縮機１１へ吸入される。

一方、貯湯ユニット２０において、機器制御部４３は、送水ポンプ２２を駆動する。これにより、貯湯タンク２１の下部に存在する低温水は、沸き上げ用下部流出口２１ｂから流出し、送水ポンプ２２の吸入側に吸入される。送水ポンプ２２に吸入された低温水は、加圧されて送水される。

ヒートポンプユニット１０において、送水ポンプ２２から送水された低温水は、沸き上げ配管２を介して凝縮器１２に流入する。凝縮器１２に流入した低温水は、冷媒側流路を流れる冷媒と熱交換して湯水となり、凝縮器１２から流出する。凝縮器１２から流出した湯は、沸き上げ配管２を介して貯湯タンク２１の沸き上げ用上部流入口２１ａから貯湯タンク２１に流入する。

（追加沸き上げ運転）
追加沸き上げ運転は、貯湯タンク２１の蓄熱量に応じて沸き上げを行う。追加沸き上げ運転は、貯湯タンク２１の蓄熱量が予め設定された沸き上げ開始蓄熱量Ｑｓ以下となった場合に開始される。そして、追加沸き上げ運転は、沸き上げ開始蓄熱量Ｑｓよりも多い蓄熱量である沸き上げ終了蓄熱量Ｑｅとなるまで継続される。なお、追加沸き上げ運転が開始された場合の冷媒および湯水の流れについては、上述した深夜沸き上げ運転時と同様であるため、説明を省略する。

ここで、負荷頻発時間帯における追加沸き上げ運転を行う場合について考える。負荷頻発時間帯における追加沸き上げ運転は、通常、貯湯タンク２１の蓄熱量が沸き上げ開始蓄熱量Ｑｓ以下となった場合に、蓄熱量が次の給湯負荷が発生する前に沸き上げ終了蓄熱量Ｑｅとなるように、深夜沸き上げ運転時と同等以上の高い加熱能力によって行われる。

（通常追加沸き上げ制御）
負荷頻発時間帯において、通常の通過沸き上げ制御を行った場合について説明する。ここでは、負荷頻発時間帯に給湯負荷としてのシャワーが断続的に３回使用された場合を例にとって説明する。

図５は、負荷頻発時間帯における通常追加沸き上げ制御の際の蓄熱量、ＣＯＰ（ＣｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔＯｆＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ）および積算消費電力量の時間変化の一例を示すグラフである。図５に示す例において、貯湯タンク２１の蓄熱量は、沸き上げ終了蓄熱量Ｑｅよりも多い状態となっているものとする。

まず、１回目のシャワーＡが時刻ｔ_１から時刻ｔ_２まで使用され、貯湯タンク２１の蓄熱量が沸き上げ開始蓄熱量Ｑｓより少なくなると、通常追加沸き上げ制御が行われ、追加沸き上げ運転が開始される。通常の追加沸き上げ運転は、加熱能力が高いため、２回目にシャワーＢが使用される時刻ｔ_３よりも前の時刻ｔ_Ａにおいて、蓄熱量が沸き上げ終了蓄熱量Ｑｅに到達する。これにより、追加沸き上げ運転が終了する。

２回目のシャワーＢが時刻ｔ_３から時刻ｔ_４まで使用され、貯湯タンク２１の蓄熱量が沸き上げ開始蓄熱量Ｑｓより少なくなると、通常追加沸き上げ制御が行われ、追加沸き上げ運転が開始される。そして、シャワーＡが使用された場合と同様に、３回目にシャワーＣが使用される時刻ｔ_５よりも前の時刻ｔ_Ｂにおいて、蓄熱量が沸き上げ終了蓄熱量Ｑｅに到達する。これにより、追加沸き上げ運転が終了する。

３回目のシャワーＢが時刻ｔ_５から時刻ｔ_６まで使用され、貯湯タンク２１の蓄熱量が沸き上げ開始蓄熱量Ｑｓより少なくなると、通常追加沸き上げ制御が行われ、追加沸き上げ運転が開始される。そして、時刻ｔ_Ｃにおいて蓄熱量が沸き上げ終了蓄熱量Ｑｅに到達する。これにより、追加沸き上げ運転が終了する。

すなわち、この例では、給湯負荷が発生する度に、貯湯タンク２１の蓄熱量が沸き上げ開始蓄熱量Ｑｓよりも少なくなる。そのため、給湯負荷の発生毎に追加沸き上げ運転が開始され、次の給湯負荷が発生する前に追加沸き上げ運転が終了する。

この場合のヒートポンプユニット１０のＣＯＰは、追加沸き上げ運転の開始直後に安定時のＣＯＰ以下となっており、効率が悪い。これは、圧縮機１１の起動時に、冷凍サイクルが目標の圧力に到達せず、加熱能力が圧縮機１１の運転周波数に対して減少するためである。通常追加沸き上げ制御において、ＣＯＰが安定時のＣＯＰ以下となる状態は、追加沸き上げ運転が行われる度に発生する。

また、通常追加沸き上げ制御では、負荷頻発時間帯に圧縮機１１の起動および停止が頻発する。そのため、この場合の積算消費電力は、階段状に増加する。

このように、負荷頻発時間帯における通常追加沸き上げ制御による追加沸き上げ運転では、圧縮機１１の起動および停止が頻発するため、効率が低下するとともに、消費電力が増大する。そこで、本実施の形態１に係る給湯装置１は、効率の低下ならびに消費電力の増大を抑制するために、負荷頻発時間帯において、通常追加沸き上げ制御時よりも低い加熱能力で追加沸き上げ運転を行う低能力追加沸き上げ制御を実行する。

（低能力追加沸き上げ制御）
図６は、負荷頻発時間帯における低能力追加沸き上げ制御の際の蓄熱量、ＣＯＰおよび積算消費電力量の時間変化の一例を示すグラフである。なお、図６に示す例において、発生する給湯負荷、沸き上げ開始蓄熱量Ｑｓおよび沸き上げ終了蓄熱量Ｑｅは、図５に示す例と同様であるものとする。

まず、１回目のシャワーＡが時刻ｔ_１から時刻ｔ_２まで使用され、貯湯タンク２１の蓄熱量が沸き上げ開始蓄熱量Ｑｓより少なくなると、低能力追加沸き上げ制御が行われ、追加沸き上げ運転が開始される。低能力による追加沸き上げ運転は、加熱能力が通常追加沸き上げ制御よりも低いため、２回目にシャワーＢが使用される時刻ｔ_３において、蓄熱量が沸き上げ終了蓄熱量Ｑｅに到達していない。したがって、シャワーＢが使用されている間も、追加沸き上げ運転が継続される。

また、３回目にシャワーＣが使用される時刻ｔ_５においても、蓄熱量が沸き上げ終了蓄熱量Ｑｅに到達していないため、シャワーＣが使用されている間も、追加沸き上げ運転が継続される。すなわち、負荷頻発時間帯における低能力追加沸き上げ制御による追加沸き上げ運転は、シャワーＡが使用されてからシャワーＣの使用が終了するまで、連続して行われる。

この場合のヒートポンプユニット１０のＣＯＰは、シャワーＡの終了後の追加沸き上げ運転の開始直後に安定時のＣＯＰよりも低い時間が発生するが、その後は追加沸き上げ運転が継続される。そのため、通常追加沸き上げ制御の場合と比較して、効率が安定している時間が長い。

また、低能力追加沸き上げ制御では、通常沸き上げ制御の場合と比較して低能力で沸き上げられるため、通常追加沸き上げ制御の場合と比較して、安定時のＣＯＰが高くなる。その結果、沸き上げ量あたりの消費電力量は、通常追加沸き上げ制御の場合と比較して少なくなる。

さらに、積算消費電力量は、給湯負荷が断続的に発生する間、追加沸き上げ運転が継続されることから、直線的に増加する。そして、通常追加沸き上げ制御の場合と比較して、圧縮機１１の起動時の効率低下が発生しないこと、ならびに、低能力化によって効率が上昇することにより、沸き上げる熱量に対する積算消費電力量は少なくなる。

さらにまた、低能力追加沸き上げ制御では、通常追加沸き上げ制御の場合と比較して蓄熱量が少ない時間が長くなるため、貯湯タンク２１からの放熱量も少なくなる。したがって、必要沸き上げ熱量は、通常追加沸き上げ制御の場合と比較して少なくなる。

このように、低能力追加沸き上げ制御による追加沸き上げ運転は、通常追加沸き上げ制御の場合と比較して、効率を向上させるとともに、積算消費電力量を低減することができる。

（沸き上げ運転時の冷凍サイクル効率について）
ここで、沸き上げ運転時の冷凍サイクル効率について説明する。図７は、図１のヒートポンプユニット１０の冷凍サイクルの一例を示す概略図である。図７において、縦軸は圧力を示し、横軸はエンタルピーを示す。

図７において、点ｘ１は、蒸発器１４を通過して蒸発し、圧縮機１１に吸入される冷媒の状態を示す。点ｘ２は、圧縮機１１によって圧縮されて吐出された冷媒の状態を示す。点ｘ３は、凝縮器１２を通過して凝縮した冷媒の状態を示す。点ｘ４は、膨張弁１３を通過して膨張し、蒸発器１４に流入する冷媒の状態を示す。

点ｘ２から点ｘ３への遷移が沸き上げ運転において湯水を沸き上げる際の凝縮器１２での熱交換に相当する。ここで、圧縮機１１の仕事(入力)は、点ｘ２と点ｘ１とのエンタルピー差で表現される。したがって、加熱能力を上昇させるためには、点ｘ２と点ｘ３とのエンタルピー差を大きくする必要がある。

図８は、図７の冷凍サイクルにおいて、圧縮機１１の吐出温度を高くした場合について説明するための概略図である。目標沸き上げ温度が高い場合、点ｘ２における圧縮機１１の吐出温度は、図８の点ｘ２ａで示すように高くする必要があり、それに伴って圧縮機１１の仕事も大きくなる。そのため、圧縮機１１の入力が増加し、冷凍サイクルの効率が低下する。一方、目標沸き上げ温度が低い場合には、圧縮機１１の仕事が小さくなるため、冷凍サイクルの効率は上昇する。

図９は、図７の冷凍サイクルにおいて、圧縮機１１の運転周波数を低下させた場合について説明するための概略図である。目標沸き上げ温度を変化させずに加熱能力を低下させる、具体的には、圧縮機１１の運転周波数を低下させて冷媒流量を低下させると、冷凍サイクルの高圧側は変化しないが、低圧側では相対的に蒸発器１４のポテンシャルが増加する。そのため、図９において、蒸発温度が上昇する。その結果、圧縮機１１の吸入冷媒密度が増加するため、点ｘ１ｂにおいて運転周波数あたりの冷媒流量が増加し、冷凍サイクルの効率が上昇する。

以上のことから、本実施の形態１において加熱能力を変更する場合には、目標沸き上げ温度を変化させずに維持した状態で、圧縮機１１の運転周波数および送水ポンプ２２の回転数を変化させる。具体的には、加熱能力を低下させる場合に送水ポンプ２２の回転数を低下させて水流量を減少させ、加熱能力を上昇させる場合に送水ポンプ２２の回転数を上昇させて水流量を増加させる。

（追加沸き上げ処理）
給湯装置１による追加沸き上げ処理について説明する。本実施の形態１に係る給湯装置１は、負荷頻発時間帯に追加沸き上げ処理を行う際に、上述した低能力追加沸き上げ制御による追加沸き上げ運転を行う。このとき、給湯装置１は、追加沸き上げ運転の開始処理と、低能力追加沸き上げ制御の終了処理と、低能力追加沸き上げ制御における加熱能力変更処理とを行い、給湯負荷の状況に応じた適切な追加沸き上げ運転を行う。

（追加沸き上げ運転の開始処理）
追加沸き上げ運転の開始処理について説明する。本実施の形態１に係る給湯装置１では、貯湯タンク２１の蓄熱量に基づき、追加沸き上げ運転を開始するか否かを判断する処理が行われる。貯湯タンク２１の蓄熱量は、貯湯タンク２１内に貯留された湯水の温度分布に基づき判断することができる。したがって、貯湯タンク２１の蓄熱量は、上部温度センサ２４、中間部温度センサ２５および下部温度センサ２６で検出された貯湯タンク２１の各部の温度に基づき判断される。

図１０は、本実施の形態１に係る給湯装置１による追加沸き上げ運転の開始処理の流れの一例を示すフローチャートである。ステップＳ１において、演算処理部４２は、上部温度センサ２４、中間部温度センサ２５および下部温度センサ２６で検出された貯湯タンク２１内の湯水の温度分布に基づき、現在の貯湯タンク２１の蓄熱量Ｑｎｏｗを算出する。そして、演算処理部４２は、算出した現在の貯湯タンク２１の蓄熱量Ｑｎｏｗと、予め設定され記憶部４６に記憶された沸き上げ開始蓄熱量Ｑｓとを比較する。

比較の結果、現在の蓄熱量Ｑｎｏｗが沸き上げ開始蓄熱量Ｑｓ以下である場合（ステップＳ１；Ｙｅｓ）には、処理がステップＳ２に移行する。一方、現在の蓄熱量Ｑｎｏｗが沸き上げ開始蓄熱量Ｑｓよりも大きい場合（ステップＳ１；Ｎｏ）には、一連の処理が終了する。

ステップＳ２において、演算処理部４２は、現在時刻Ｔｎｏｗと、負荷頻発時間開始時刻Ｔｉｓおよび負荷頻発時間終了時刻Ｔｉｅによって得られる負荷頻発時間帯とを比較する。比較の結果、現在時刻Ｔｎｏｗが負荷頻発時間開始時刻Ｔｉｓおよび負荷頻発時間終了時刻Ｔｉｅとの間、すなわち負荷頻発時間帯である場合（ステップＳ２；Ｙｅｓ）、機器制御部４３は、ステップＳ３において、低能力追加沸き上げ制御による追加沸き上げ運転を開始する。なお、追加沸き上げ運転は、通常、蓄熱量が沸き上げ終了蓄熱量Ｑｅとなるまで継続される。

ここで、低能力追加沸き上げ制御では、通常追加沸き上げ制御の場合と比較して、例えば追加沸き上げ運転が終了するまでに要する時間が２倍程度となるように加熱能力を低下させる。これにより、負荷頻発時間帯において急激な給湯負荷が発生した場合にも、貯湯タンク２１の蓄熱量を維持しながら高効率化が可能となる。

一方、現在時刻Ｔｎｏｗが負荷頻発時間帯でない場合（ステップＳ２；Ｎｏ）、機器制御部４３は、ステップＳ４において、通常追加沸き上げ制御による追加沸き上げ運転を開始する。

（低能力追加沸き上げ制御の終了処理）
低能力追加沸き上げ制御の終了処理について説明する。本実施の形態１に係る給湯装置１では、図１０のステップＳ３で負荷頻発時間帯に低能力追加沸き上げ制御が行われている場合に、貯湯タンク２１の蓄熱量に基づき、沸き上げ能力不足による蓄熱量不足を抑制するための処理が行われる。

図１１は、本実施の形態１に係る給湯装置１による低能力追加沸き上げ制御の終了処理の流れの一例を示すフローチャートである。ステップＳ１１において、演算処理部４２は、現在の追加沸き上げ運転が低能力追加沸き上げ制御によるものであるか否かを判断する。現在の追加沸き上げ運転が低能力追加沸き上げ制御であると判断された場合（ステップＳ１１；Ｙｅｓ）には、処理がステップＳ１２に移行する。一方、現在の追加沸き上げ運転が通常追加沸き上げ制御である、あるいは、低能力追加沸き上げ制御が安定していないと判断された場合（ステップＳ１１；Ｎｏ）には、一連の処理が終了する。

ステップＳ１２において、演算処理部４２は、沸き上げ開始蓄熱量Ｑｓと現在の蓄熱量Ｑｎｏｗとの差分と、予め設定され記憶部４６に記憶された閾値αとを比較する。比較の結果、蓄熱量の差分が閾値αよりも大きい場合（ステップＳ１２；Ｙｅｓ）、演算処理部４２は、蓄熱量不足であると判断する。この場合には、給湯負荷が断続的に発生することにより、低能力追加沸き上げ制御では貯湯タンク２１の蓄熱量が不足する可能性がある。そのため、機器制御部４３は、ステップＳ１３において、追加沸き上げ運転の制御を低能力追加沸き上げ制御から通常追加沸き上げ制御に変更し、圧縮機１１および送水ポンプ２２等を制御する。

一方、蓄熱量の差分が閾値α以下である場合（ステップＳ１２；Ｎｏ）、演算処理部４２は、蓄熱量が不足していないと判断する。この場合には、給湯負荷が断続的に発生しても、低能力追加沸き上げ制御でも貯湯タンク２１の蓄熱量が不足することがないと判断できる。そのため、機器制御部４３は、ステップＳ１４において、低能力追加沸き上げ制御を維持するように各部を制御する。

（低能力追加沸き上げ制御における加熱能力変更処理）
低能力追加沸き上げ制御における加熱能力変更処理について説明する。本実施の形態１では、図１１のステップＳ１４で低能力追加沸き上げ制御を維持した場合に、低能力追加沸き上げ制御における加熱能力が適切であるか否かを判断するための処理が行われる。

図１２は、本実施の形態１に係る給湯装置１による低能力追加沸き上げ制御における加熱能力変更処理の流れの一例を示すフローチャートである。ステップＳ２１において、演算処理部４２は、現在の追加沸き上げ運転が低能力追加沸き上げ制御によるものであるか否かを判断する。現在の追加沸き上げ運転が低能力追加沸き上げ制御であると判断された場合（ステップＳ２１；Ｙｅｓ）には、処理がステップＳ２２に移行する。一方、現在の追加沸き上げ運転が通常追加沸き上げ制御である、あるいは、低能力追加沸き上げ制御が安定していないと判断された場合（ステップＳ２１；Ｎｏ）には、一連の処理が終了する。

ステップＳ２２において、演算処理部４２は、貯湯タンク２１の蓄熱量の変化量ΔＱｎｏｗと、予め設定され記憶部４６に記憶された閾値βとを比較する。貯湯タンク２１の蓄熱量Ｑｎｏｗは、演算処理部４２によって設定時間毎に算出されており、蓄熱量の変化量ΔＱｎｏｗは、算出された現在の蓄熱量Ｑｎｏｗと、前回算出された蓄熱量Ｑｎｏｗとの差分により得ることができる。比較の結果、蓄熱量の変化量ΔＱｎｏｗが閾値βよりも大きい場合（ステップＳ２２；Ｙｅｓ）、演算処理部４２は、蓄熱量が増加していると判断し、処理がステップＳ２３に移行する。

ステップＳ２３において、演算処理部４２は、送水ポンプ２２の現在の回転数Ｒｎｏｗと、送水ポンプ２２に設定され記憶部４６に記憶された回転数の下限値Ｒｍｉｎとを比較する。比較の結果、回転数Ｒｎｏｗが下限値Ｒｍｉｎよりも大きい場合（ステップＳ２３；Ｙｅｓ）には、処理がステップＳ２４に移行する。また、回転数Ｒｎｏｗが下限値Ｒｍｉｎ以下である場合（ステップＳ２３；Ｎｏ）には、処理がステップＳ２５に移行する。

ステップＳ２４において、機器制御部４３は、低能力追加沸き上げ制御の際の加熱能力を低下させるように各部を制御する。本実施の形態１において、機器制御部４３は、沸き上げ目標温度を変更せず、圧縮機１１の運転周波数および送水ポンプ２２の回転数を低下させることにより、加熱能力を低下させる。

ステップＳ２５において、機器制御部４３は、低能力追加沸き上げ制御の際の加熱能力を維持するように各部を制御する。

一方、ステップＳ２２において、蓄熱量の変化量ΔＱｎｏｗが閾値β以下である場合（ステップＳ２２；Ｎｏ）、演算処理部４２は、蓄熱量が増加していないと判断し、処理がステップＳ２６に移行する。ステップＳ２６において、機器制御部４３は、低能力追加沸き上げ制御の際の加熱能力を増加させるように各部を制御する。本実施の形態１において、機器制御部４３は、沸き上げ目標温度を変更せず、圧縮機１１の運転周波数および送水ポンプ２２の回転数を増加させることにより、加熱能力を増加させる。

（負荷頻発時間帯について）
負荷頻発時間帯は、給湯負荷が断続的に発生し、通常追加沸き上げ制御において冷凍サイクルの効率低下が発生する可能性のある時間帯とすることができる。一般的には、冷凍サイクルのＣＯＰの安定には起動から１５分から３０分程度必要とされており、安定したＣＯＰで運転する時間が長時間となるほど、高効率となる。したがって、負荷頻発発生時間帯は、通常追加沸き上げ制御の際に安定したＣＯＰに到達しない可能性のある時間帯、すなわち、おおよそ１時間に２回以上の給湯負荷が発生する時間帯に設定されるとよい。これにより、ヒートポンプの高効率化が可能となる。

上記の説明では、負荷頻発時間帯は、ＪＩＳ規格に規定される時間帯であるものとして説明したが、これに限られず、ユーザによる給湯負荷の使用状況に応じて設定してもよい。ユーザによる給湯負荷の使用状況は、ユーザの生活環境によって大きく異なる。そのため、この場合には、ユーザによる実際の給湯負荷の使用パターンを過去の運転履歴から学習することにより、負荷頻発時間帯を設定することができる。

以上のように、本実施の形態１に係る給湯装置１では、負荷頻発時間帯において、通常追加沸き上げ制御による追加沸き上げ運転時の加熱能力よりも低い加熱能力での低能力追加沸き上げ制御による追加沸き上げ運転が行われる。これにより、追加沸き上げ運転時の圧縮機１１の起動および停止の頻発が抑制されるため、負荷頻発時間帯に沸き上げ運転が行われる際の消費電力の増大を抑制するとともに、エネルギー効率の低下を抑制することができる。

また、通常追加沸き上げ制御による追加沸き上げ運転時と比較して、圧縮機１１の起動および停止の回数が抑制されるため、圧縮機１１の運転寿命を延長することができ、圧縮機１１の信頼性を向上させることができる。

本実施の形態１に係る給湯装置１において、制御装置４０は、負荷頻発時間帯における沸き上げ運転の際に、圧縮機１１の運転周波数と、送水ポンプ２２の回転数とを制御して、加熱能力を第２の加熱能力に変更する。これにより、目標沸き上げ温度を低下させることなく加熱能力を変更することができ、上述したように、消費電力の増大を抑制するとともに、エネルギー効率の低下を抑制することができる。

本実施の形態１に係る給湯装置１において、送水ポンプ２２の回転数は、予め設定された下限値Ｒｍｉｎ以上となるように制御される。これにより、湯水の中の溶存酸素が気体化して沸き上げ回路内に空気が滞留することによる湯水の循環不良が抑制される。

本実施の形態１に係る給湯装置１では、負荷頻発時間帯における沸き上げ運転の際に、沸き上げ開始蓄熱量Ｑｓから貯湯タンク２１の蓄熱量Ｑｎｏｗを減算した差分が閾値αよりも大きい場合に、低能力追加沸き上げ制御から通常追加沸き上げ制御に変更される。これにより、貯湯タンク２１の蓄熱量が不足する場合に、高い加熱能力で蓄熱量を迅速に増加させるため、負荷頻発時間帯における沸き上げ運転時の貯湯タンク２１の蓄熱量不足を抑制することができる。

本実施の形態１に係る給湯装置１では、負荷頻発時間帯における低能力追加沸き上げ制御による前記沸き上げ運転において、貯湯タンク２１内の蓄熱量が増加した場合に、加熱能力を低下させ、貯湯タンク２１内の蓄熱量が減少した場合に、加熱能力を増加させる。
これにより、貯湯タンク２１の蓄熱量に応じて加熱能力が変更されるため、貯湯タンク２１の蓄熱量不足を抑制することができる。

本実施の形態１に係る給湯装置１において、負荷頻発時間帯は、過去の運転履歴に基づく学習により設定される。このように、負荷頻発時間帯が時刻および電力料金によらずに設定されることにより、ユーザによる使用実績に沿った沸き上げ運転が行われるため、汎用性の高い制御を行うことができる。

実施の形態２．
次に、本発明の実施の形態２について説明する。本実施の形態２は、負荷頻発時間帯における追加沸き上げ運転での加熱能力を低下させる際に、圧縮機１１の運転周波数および送水ポンプ２２の回転数の制御に加えて、目標沸き上げ温度を低下させる点で、実施の形態１と相違する。なお、本実施の形態２において、給湯装置１の構成、ならびに基本的な動作は実施の形態１と同様であるため、ここでは説明を省略する。

［追加沸き上げ運転時の低能力追加沸き上げ制御］
本実施の形態２では、負荷頻発時間帯において低能力追加沸き上げ制御による追加沸き上げ運転を行う際に、目標沸き上げ温度と送水ポンプ２２の回転数とが低下するように制御される。以下では、目標沸き上げ温度を低下させた場合と、送水ポンプ２２の回転数を低下させた場合とにおける低能力追加沸き上げ制御について説明する。

（目標沸き上げ温度を低下させた場合）
目標沸き上げ温度を低下させることによって低能力追加沸き上げ制御が行われる場合、目標沸き上げ温度は、貯湯タンク２１の上部に貯留された現在の高温水の温度と、過去の給湯負荷の使用履歴に基づき決定される。具体的には、浴槽３４への追焚または湯張り等の、貯湯タンク２１の高温水が必要となるような比較的高い給湯負荷が発生した場合、制御装置４０は、目標沸き上げ温度の低下量を小さくするように制御する。一方、シャワーなどの比較的低い給湯負荷が発生した場合、制御装置４０は、目標沸き上げ温度の低下量を大きくするように制御する。

（送水ポンプ２２の回転数を低下させた場合）
送水ポンプ２２の回転数をさせることによって低能力追加沸き上げ制御が行われる場合、送水ポンプ２２の回転数は、実施の形態１と同様に、追加沸き上げ運転時における貯湯タンク２１の蓄熱量に基づき決定される。制御装置４０は、追加沸き上げ運転時に貯湯タンク２１の蓄熱量が大きく低下しないように、送水ポンプ２２の回転数を制御するため、貯湯タンク２１の蓄熱量不足を抑制することができる。

以上のように、本実施の形態２に係る給湯装置１では、負荷頻発時間帯における沸き上げ運転の際に、さらに、目標沸き上げ温度を低下させて、沸き上げ運転の際の加熱能力に変更する。これにより、実施の形態１と比較して、エネルギー効率の低下をさらに抑制することができる。

１給湯装置、２沸き上げ配管、３給湯配管、４湯張り給湯配管、５一般給湯配管、１０ヒートポンプユニット、１１圧縮機、１２凝縮器、１３膨張弁、１４蒸発器、２０貯湯ユニット、２０ａ給水端、２１貯湯タンク、２１ａ沸き上げ用上部流入口、２１ｂ沸き上げ用下部流出口、２１ｃ給湯用上部流出口、２１ｄ給湯用中間部流出口、２１ｅ給湯用下部流出口、２１ｆ給水口、２２送水ポンプ、２３混合弁、２３ａ第１流入口、２３ｂ第２流入口、２３ｃ第３流入口、２３ｄ流出口、２４上部温度センサ、２５中間部温度センサ、２６下部温度センサ、２７給湯温度センサ、２８流量センサ、３０給湯ユニット、３１三方弁、３１ａ流入口、３１ｂ第１流出口、３１ｃ第２流出口、３２湯張り給湯端末、３３一般給湯端末、３４浴槽、４０制御装置、４１情報取得部、４２演算処理部、４３機器制御部、４４通信部、４５タイマ、４６記憶部、５０リモートコントローラ、６１処理回路、７１プロセッサ、７２メモリ。

Claims

圧縮機、凝縮器、膨張弁および蒸発器が順次接続されることによって冷媒が流れる冷凍サイクル回路が形成され、前記凝縮器に流入する湯水を前記冷媒の熱によって加熱するヒートポンプと、
前記湯水を貯留する貯湯タンクと、
前記貯湯タンクの下部から流出する前記湯水を前記凝縮器に入水させ、前記凝縮器から出湯される前記湯水を前記貯湯タンクの上部に流入させる沸き上げ回路と、
前記貯湯タンクに貯留された前記湯水を給湯する給湯端末と、
前記貯湯タンクの蓄熱量が沸き上げ開始蓄熱量以下となった場合に、前記貯湯タンクの蓄熱量が沸き上げ終了蓄熱量となるまで、第１の加熱能力で前記貯湯タンク内の前記湯水を沸き上げる沸き上げ運転を行う制御装置と
を備え、
前記沸き上げ回路は、
前記貯湯タンクの下部から流出する前記湯水を前記凝縮器に入水させる送水ポンプを有し、
前記制御装置は、
設定期間に前記給湯端末によって生じる負荷である給湯負荷が複数回発生する時間帯である負荷頻発時間帯に前記沸き上げ運転を行う場合に、加熱能力を前記第１の加熱能力よりも低い第２の加熱能力に変更し、
前記負荷頻発時間帯は、前記給湯負荷によって前記貯湯タンクの蓄熱量が前記沸き上げ開始蓄熱量になったときから前記沸き上げ終了蓄熱量になるまでに別の前記給湯負荷が生じるものであり、
前記制御装置は、
前記負荷頻発時間帯における前記沸き上げ運転の際、前記貯湯タンクの蓄熱量が前記沸き上げ開始蓄熱量になったときから前記沸き上げ終了蓄熱量になるまで前記第２の加熱能力による加熱を継続し、
前記制御装置は、
前記負荷頻発時間帯における前記沸き上げ運転の際に、前記圧縮機の運転周波数と、前記送水ポンプの回転数とを制御して、前記沸き上げ運転の際の前記加熱能力を前記第２の加熱能力に変更し、
前記負荷頻発時間帯における前記沸き上げ運転の際に、さらに、前記貯湯タンクに貯留される前記湯水の目標温度を示す目標沸き上げ温度を低下させて、前記沸き上げ運転の際の前記第２の加熱能力を変更する
給湯装置。
前記制御装置は、
前記負荷頻発時間帯における前記沸き上げ運転において、前記送水ポンプの回転数が設定下限値以上となるように制御する
請求項１に記載の給湯装置。
圧縮機、凝縮器、膨張弁および蒸発器が順次接続されることによって冷媒が流れる冷凍サイクル回路が形成され、前記凝縮器に流入する湯水を前記冷媒の熱によって加熱するヒートポンプと、
前記湯水を貯留する貯湯タンクと、
前記貯湯タンクの下部から流出する前記湯水を前記凝縮器に入水させ、前記凝縮器から出湯される前記湯水を前記貯湯タンクの上部に流入させる沸き上げ回路と、
前記貯湯タンクに貯留された前記湯水を給湯する給湯端末と、
前記貯湯タンクの蓄熱量が沸き上げ開始蓄熱量以下となった場合に、前記貯湯タンクの蓄熱量が沸き上げ終了蓄熱量となるまで、第１の加熱能力で前記貯湯タンク内の前記湯水を沸き上げる沸き上げ運転を行う制御装置と
を備え、
前記制御装置は、
設定期間に前記給湯端末によって生じる負荷である給湯負荷が複数回発生する時間帯である負荷頻発時間帯に前記沸き上げ運転を行う場合に、加熱能力を前記第１の加熱能力よりも低い第２の加熱能力に変更し、
前記負荷頻発時間帯は、前記給湯負荷によって前記貯湯タンクの蓄熱量が前記沸き上げ開始蓄熱量になったときから前記沸き上げ終了蓄熱量になるまでに別の前記給湯負荷が生じるものであり、
前記制御装置は、
前記負荷頻発時間帯における前記沸き上げ運転の際、前記貯湯タンクの蓄熱量が前記沸き上げ開始蓄熱量になったときから前記沸き上げ終了蓄熱量になるまで前記第２の加熱能力による加熱を継続し、
前記制御装置は、
前記負荷頻発時間帯における前記沸き上げ運転において、
前記沸き上げ開始蓄熱量から前記貯湯タンクの蓄熱量を減算した差分が設定閾値よりも大きい場合に、前記沸き上げ運転の際の前記加熱能力を前記第２の加熱能力から前記第１の加熱能力に変更する
給湯装置。
圧縮機、凝縮器、膨張弁および蒸発器が順次接続されることによって冷媒が流れる冷凍サイクル回路が形成され、前記凝縮器に流入する湯水を前記冷媒の熱によって加熱するヒートポンプと、
前記湯水を貯留する貯湯タンクと、
前記貯湯タンクの下部から流出する前記湯水を前記凝縮器に入水させ、前記凝縮器から出湯される前記湯水を前記貯湯タンクの上部に流入させる沸き上げ回路と、
前記貯湯タンクに貯留された前記湯水を給湯する給湯端末と、
前記貯湯タンクの蓄熱量が沸き上げ開始蓄熱量以下となった場合に、前記貯湯タンクの蓄熱量が沸き上げ終了蓄熱量となるまで、第１の加熱能力で前記貯湯タンク内の前記湯水を沸き上げる沸き上げ運転を行う制御装置と
を備え、
前記制御装置は、
設定期間に前記給湯端末によって生じる負荷である給湯負荷が複数回発生する時間帯である負荷頻発時間帯に前記沸き上げ運転を行う場合に、加熱能力を前記第１の加熱能力よりも低い第２の加熱能力に変更し、
前記負荷頻発時間帯は、前記給湯負荷によって前記貯湯タンクの蓄熱量が前記沸き上げ開始蓄熱量になったときから前記沸き上げ終了蓄熱量になるまでに別の前記給湯負荷が生じるものであり、
前記制御装置は、
前記負荷頻発時間帯における前記沸き上げ運転の際、前記貯湯タンクの蓄熱量が前記沸き上げ開始蓄熱量になったときから前記沸き上げ終了蓄熱量になるまで前記第２の加熱能力による加熱を継続し、
前記制御装置は、
前記負荷頻発時間帯における前記第２の加熱能力による前記沸き上げ運転において、
前記貯湯タンク内の蓄熱量が増加した場合に、前記第２の加熱能力を低下させ、
前記貯湯タンク内の蓄熱量が減少した場合に、前記第２の加熱能力を増加させる
給湯装置。
圧縮機、凝縮器、膨張弁および蒸発器が順次接続されることによって冷媒が流れる冷凍サイクル回路が形成され、前記凝縮器に流入する湯水を前記冷媒の熱によって加熱するヒートポンプと、
前記湯水を貯留する貯湯タンクと、
前記貯湯タンクの下部から流出する前記湯水を前記凝縮器に入水させ、前記凝縮器から出湯される前記湯水を前記貯湯タンクの上部に流入させる沸き上げ回路と、
前記貯湯タンクに貯留された前記湯水を給湯する給湯端末と、
前記貯湯タンクの蓄熱量が沸き上げ開始蓄熱量以下となった場合に、前記貯湯タンクの蓄熱量が沸き上げ終了蓄熱量となるまで、第１の加熱能力で前記貯湯タンク内の前記湯水を沸き上げる沸き上げ運転を行う制御装置と
を備え、
前記制御装置は、
設定期間に前記給湯端末によって生じる負荷である給湯負荷が複数回発生する時間帯である負荷頻発時間帯に前記沸き上げ運転を行う場合に、加熱能力を前記第１の加熱能力よりも低い第２の加熱能力に変更し、
前記負荷頻発時間帯は、前記給湯負荷によって前記貯湯タンクの蓄熱量が前記沸き上げ開始蓄熱量になったときから前記沸き上げ終了蓄熱量になるまでに別の前記給湯負荷が生じるものであり、
前記制御装置は、
前記負荷頻発時間帯における前記沸き上げ運転の際、前記貯湯タンクの蓄熱量が前記沸き上げ開始蓄熱量になったときから前記沸き上げ終了蓄熱量になるまで前記第２の加熱能力による加熱を継続し、
前記負荷頻発時間帯は、
過去の運転履歴に基づく学習により設定される
給湯装置。