JPWO2016001980A1 - 給湯システム - Google Patents

Abstract

エネルギー消費を抑制できる暖房給湯システムを提供する。暖房給湯システムは、液体を加熱する液体加熱装置と、液−水熱交換器と、液体の熱で暖房する暖房器具と、液体加熱装置と液−水熱交換器との間に液体が循環する水加熱回路と、液体加熱装置と暖房器具との間に液体が循環する暖房回路と、水加熱回路と暖房回路とを切り替える第一バルブと、貯湯タンクの下部から水を液−水熱交換器へ導く下部往路と、液−水熱交換器から水を貯湯タンクの上部へ導く上部復路と、貯湯タンクの中間部から水を液−水熱交換器へ導く中間部往路と、液−水熱交換器から水を貯湯タンクの中間部へ導く中間部復路と、下部往路と中間部往路とを切り替える第二バルブと、上部復路と中間部復路とを切り替える第三バルブと、貯湯タンクの中間部に接続する中間部給湯管と、貯湯タンクの上部に接続する上部給湯管と、を備える。

Description

本発明は、貯湯タンクを有する暖房給湯システムに関する。

下記特許文献１に開示された暖房給湯システムは、液状の熱媒体を加熱するヒートポンプと、貯湯タンクと、貯湯タンク内の下部に設けられたタンク用熱交換器と、暖房器具と、熱媒体をタンク用熱交換器に循環させる回路と、熱媒体を暖房器具に回路とを備える。この暖房給湯システムは、ヒートポンプで加熱された熱媒体を暖房器具に循環させることで暖房を実施し、ヒートポンプで加熱された熱媒体をタンク用熱交換器に循環させることで貯湯タンク内に湯を貯える。

日本特開２０１３−１５５９１１号公報

特許文献１の暖房給湯システムは、タンク下部に位置するタンク用熱交換器により、貯湯タンク内の水を加熱する。水は、温度が高くなるほど密度が小さくなる。加熱された水は、密度差による浮力で、タンク上部へ拡散する。その結果、タンク全体の水が昇温する。特許文献１の暖房給湯システムの蓄熱動作は、熱媒体がヒートポンプとタンク用熱交換器との間を繰り返し循環することでタンク全体の水を徐々に加温する循環加温式である。特許文献１の暖房給湯システムの蓄熱動作の終了時には、タンク全体の温度が目標加熱温度に一致する。

給湯端としては、例えば、シャワー、台所の蛇口、食器洗い機など、様々なものがある。給湯端の用途により、必要な給湯温度が異なる。シャワー、台所蛇口では、例えば４０℃程度の温度で十分である。食器洗い機は、他の用途に比べて高温を必要とし、例えば５５℃程度の温度を必要とする。食器洗い機が５５℃の湯を使用する場合、貯湯タンクには低くとも５５℃の湯を貯えておく必要がある。その場合、特許文献１の暖房給湯システムでは、タンク全体の水を５５℃に加熱せざるを得ない。

ヒートポンプの運転効率は、加熱温度が高くなるほど低下する。例えば、加熱温度が４５℃のときに比べ、加熱温度が５５℃のときの方がヒートポンプの運転効率が悪い。すなわち、４０℃から４５℃に加熱する場合に比べて、５０℃から５５℃に加熱する場合の方が、電力消費が大きい。食器洗い機は、他の用途であるシャワーまたは台所給湯に比べて、１日の給湯量がかなり少ない。すなわち、高温給湯の必要量は少ない。少量の高温給湯のためにタンク全体の水を高温にすることは、ヒートポンプの運転効率を悪くすることであり、望ましくない。貯湯温度が高いほど、タンクからの放熱ロスが大きくなる。この点を考えても、タンク全体を高温にすることは望ましくない。

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、エネルギー消費を抑制できる暖房給湯システムを提供することを目的とする。

本発明の暖房給湯システムは、貯湯タンクと、液体を加熱する液体加熱装置と、液体と水との間で熱を交換する液−水熱交換器と、液体を送る液体ポンプと、水を送る水ポンプと、液体の熱で暖房する暖房器具と、液体加熱装置と液−水熱交換器との間に液体が循環する水加熱回路と、液体加熱装置と暖房器具との間に液体が循環する暖房回路と、水加熱回路と暖房回路とを切り替える第一バルブと、貯湯タンクの下部から水を液−水熱交換器へ導く下部往路と、液−水熱交換器から水を貯湯タンクの上部へ導く上部復路と、下部より上で上部より下にある貯湯タンクの中間部から水を液−水熱交換器へ導く中間部往路と、液−水熱交換器から水を貯湯タンクの中間部へ導く中間部復路と、下部往路と中間部往路とを切り替える第二バルブと、上部復路と中間部復路とを切り替える第三バルブと、貯湯タンクの中間部に接続する中間部給湯管と、貯湯タンクの上部に接続する上部給湯管と、を備えるものである。

本発明の暖房給湯システムによれば、エネルギー消費を抑制することが可能となる。

本発明の実施の形態１の暖房給湯システムを示す構成図である。 本発明の実施の形態１の暖房給湯システムにおける制御装置、暖房リモコン、及び給湯リモコンの構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態１の暖房給湯システムが備えるヒートポンプユニットの冷媒回路図である。 本発明の実施の形態１における給湯端の構成例を示す図である。 本発明の実施の形態１の暖房給湯システムの制御装置の制御動作を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態１における再蓄熱動作の中温蓄熱運転における貯湯タンク６の水温変化を示す図である。 本発明の実施の形態１における再蓄熱動作の高温蓄熱運転における貯湯タンク６の水温変化を示す図である。 本発明の実施の形態２の暖房給湯システムの制御装置の制御動作を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態３の暖房給湯システムの制御装置の制御動作を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態４の暖房給湯システムの制御装置の制御動作を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態５の暖房給湯システムの制御装置の制御動作を示すフローチャートである。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において共通する要素には、同一の符号を付して、重複する説明を省略する。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１の暖房給湯システムを示す構成図である。図１に示す本実施の形態１の暖房給湯システム１は、一般家庭において暖房及び給湯を行うシステムである。暖房給湯システム１は、液体を加熱するヒートポンプユニット２と、貯湯タンク６を内蔵する貯湯ユニット３と、暖房器具４とを備える。液体管４０及び液体管４１は、ヒートポンプユニット２と貯湯ユニット３との間を接続する。液体管３０及び液体管３１は、貯湯ユニット３と暖房器具４との間を接続する。貯湯ユニット３には、給水管１２及び給湯管１５が接続される。給湯管１５は、貯湯ユニット３の外部の混合弁１６に接続している。混合弁１６には、給水管１７及び給湯管１８が接続される。給水管１２及び１７は、水道等の水源の水を供給する。給湯管１８は、後述する給湯端に接続される。以下の説明では、給水管１２及び１７から供給される水、またはそれに近い温度の水を「低温水」と呼ぶ場合がある。

ヒートポンプユニット２は、液体を加熱する機能を有する液体加熱装置である。この液体は熱媒体として働く。本実施の形態１では、この液体として水を用いる。液体は、液体管４０、ヒートポンプユニット２、液体管４１の順に流れる。ヒートポンプユニット２が備える冷媒回路の冷媒は、特に限定されないが、例えば、Ｒ４１０Ａ、Ｒ３２などのＨＦＣ冷媒、炭化水素などの自然冷媒が好ましい。本発明において液体加熱装置が加熱する液体は、水に限定されない。液体として不凍液またはブラインを用いても良い。液体として不凍液またはブラインを用いることで、寒冷地域での凍結を確実に防止できる。

暖房器具４は、例えば、ラジエータ、ファンコイルなどで構成できる。暖房器具４は、屋内に設置される。混合弁１６は、給湯管１５から流入する湯と、給水管１７から流入する水との混合比を調整できる。混合弁１６により、給湯管１８に流れる湯の温度を調整できる。

液体管４１は、貯湯ユニット３内の液体管４２に接続される。液体管４２は、三方弁２９（第一バルブ）に接続される。液体管４２の途中に、液体ポンプ４３が配置される。三方弁２９には、接続部５１に通ずる管と、液体管３３とがさらに接続される。接続部５１は、液−水熱交換器５の液体入口に通ずる。液体管４０は、貯湯ユニット３内の液体管４４に接続される。液体管４４は、接続部５２に接続される。接続部５２は、液−水熱交換器５の液体出口に通ずる。液体管３３は、液体管３０に接続される。液体管３１は、貯湯ユニット３内の液体管４４の途中に通ずる。

貯湯タンク６は、接続口５３、接続口５７、接続口５８、接続口５９、接続口６０、及び接続口６１を備える。接続口５３及び接続口５８は、貯湯タンク６の下部に配置される。貯湯タンク６の下部とは、貯湯タンク６の最下部のみを指す用語ではなく、貯湯タンク６の下側の一部分を指す用語である。例えば、貯湯タンク６の最下部から、貯湯タンク６の３分の１の高さまでの範囲を貯湯タンク６の下部としても良い。本実施の形態１では、接続口５３及び接続口５８は、貯湯タンク６の最下部またはその近くに位置する。

接続口６０及び接続口６１は、貯湯タンク６の上部に配置される。貯湯タンク６の上部とは、貯湯タンク６の最上部のみを指す用語ではなく、貯湯タンク６の上側の一部分を指す用語である。例えば、貯湯タンク６の最上部から、貯湯タンク６の３分の２の高さまでの範囲を貯湯タンク６の上部としても良い。本実施の形態１では、接続口６０及び接続口６１は、貯湯タンク６の最上部またはその近くに位置する。

接続口５７及び接続口５９は、貯湯タンク６の中間部に配置される。貯湯タンク６の中間部とは、貯湯タンク６の下部より上、かつ、貯湯タンク６の上部より下、にある部分を指す用語である。例えば、貯湯タンク６の３分の１の高さから、貯湯タンク６の３分の２の高さまでの範囲を貯湯タンク６の中間部としても良い。

水管３２は、接続口５３と三方弁７（第二バルブ）とを接続する。三方弁７には、水管２０及び水管３４がさらに接続される。水管３４は、接続部５４に接続される。接続部５４は、液−水熱交換器５の水入口に通ずる。水管３４の途中に水ポンプ８が配置される。水管２０は、接続部５６に接続される。水管１１は、接続部５６と接続口５７とを接続する。水管３５は、接続部５５と三方弁９（第三バルブ）とを接続する。接続部５５は、液−水熱交換器５の水出口に通ずる。三方弁９には、水管１０及び水管２１がさらに接続される。水管１０は、接続部５６に接続される。水管２１は、接続口６１に接続される。

液体ポンプ４３及び水ポンプ８は、その動作速度（例えば回転速度）をインバータ制御等により可変できるものでも良いし、一定速のものでも良い。三方弁７、三方弁９、及び三方弁２９は、流路切替弁である。液−水熱交換器５は、液体の熱と水の熱とを交換する。液−水熱交換器５は、例えば、プレート型熱交換器により構成できる。ヒートポンプユニット２の高温の冷媒で水を直接加熱するのではなく、液体を介して液−水熱交換器５で水を加熱することで、高硬度の水を使用する場合でも、流路がスケールで閉塞することを確実に抑制できる。また、ヒートポンプユニット２内の熱交換器が万一破損した場合でも、冷媒及び冷凍機油が水に混入することを確実に防止できる。また、水ではなく液体を暖房器具４に循環させることで、暖房器具４内の流路の汚れを確実に抑制できる。

貯湯タンク６に蓄熱する中温蓄熱運転及び高温蓄熱運転では、三方弁２９は、液体ポンプ４３と液−水熱交換器５との間を連通させる。中温蓄熱運転及び高温蓄熱運転では、ヒートポンプユニット２で加熱された液体が、液体管４１、液体管４２、液体ポンプ４３、三方弁２９、接続部５１、液−水熱交換器５、接続部５２、液体管４４、ヒートポンプユニット２の順に循環する。この液体回路が水加熱回路に相当する。

暖房器具４で暖房する暖房運転では、三方弁２９は、液体ポンプ４３と液体管３３との間を連通させる。暖房運転では、ヒートポンプユニット２で加熱された液体が、液体管４１、液体管４２、液体ポンプ４３、三方弁２９、液体管３３、液体管３０、暖房器具４、液体管３１、ヒートポンプユニット２の順に循環する。この液体回路が暖房回路に相当する。

中温蓄熱運転で水が流れる経路は、以下のようになる。三方弁７は、水管３２と水管３４との間を連通させる。三方弁９は、水管３５と水管１０との間を連通させる。貯湯タンク６の下部の水は、接続口５３、水管３２、三方弁７、水管３４、水ポンプ８、接続部５４の順に流れることで、液−水熱交換器５へ導かれる。この経路が下部往路に相当する。液−水熱交換器５を通過した水は、接続部５５、水管３５、三方弁９、水管１０、接続部５６、水管１１、接続口５７の順に流れることで、貯湯タンク６の中間部へ導かれる。この経路が中間部復路に相当する。

高温蓄熱運転で水が流れる経路は、以下のようになる。三方弁７は、水管２０と水管３４との間を連通させる。三方弁９は、水管３５と水管２１との間を連通させる。貯湯タンク６の中間部の水は、接続口５７、水管１１、接続部５６、水管２０、三方弁７、水管３４、水ポンプ８、接続部５４の順に流れることで、液−水熱交換器５へ導かれる。この経路が中間部往路に相当する。液−水熱交換器５を通過した水は、接続部５５、水管３５、三方弁９、水管２１、接続口６１の順に流れることで、貯湯タンク６の上部へ導かれる。この経路が上部復路に相当する。

三方弁２９は、上述した水加熱回路と暖房回路とを切り替えることができる。三方弁７は、上述した下部往路と中間部往路とを切り替えることができる。三方弁９は、上述した中間部復路と上部復路とを切り替えることができる。

中間部給湯管１３は、接続口５９と三方弁１４とを接続する。上部給湯管１９は、接続口６０と三方弁１４とを接続する。三方弁１４には、給湯管１５がさらに接続される。三方弁１４は、流路切替弁である。中温給湯時は、三方弁１４は、中間部給湯管１３と給湯管１５との間を連通させる。高温給湯時は、三方弁１４は、上部給湯管１９と給湯管１５との間を連通させる。三方弁１４を混合弁としても良い。

貯湯タンク６は、ヒートポンプユニット２で加熱された湯を貯留できる。貯湯タンク６内では、上側が高温で下側が低温となる温度成層を形成できる。貯湯タンク６内は、満水に維持される。貯湯タンク６内の湯が接続口５９または接続口６０から流出すると、同量の水が接続口５８から貯湯タンク６内に流入する。

温度センサ２０１は、ヒートポンプユニット２から出る液体の温度を検知する。温度センサ２０１で検知される温度を以下「ヒートポンプ出口温度」と称する。温度センサ２０２は、水管２１の水温を検知する。温度センサ２０２で検知される温度を以下「上部戻り温度」と称する。温度センサ２０３は、貯湯タンク６の中間部の水温を検知する。温度センサ２０３で検知される温度を以下「中間部水温」と称する。温度センサ２０４は、貯湯タンク６の上部の水温を検知する。温度センサ２０４で検知される温度を以下「上部水温」と称する。温度センサ２１１は、貯湯タンク６の上部の水温を検知する。温度センサ２１１は、温度センサ２０４より下の位置の水温を検知する。温度センサ２１１で検知される温度を以下「第二上部水温」と称する。温度センサ２１１は、温度センサ２０４より下で温度センサ２０３より上の位置に配置される。温度センサ２１２は、ヒートポンプユニット２に入る液体の温度を検知する。温度センサ２１２で検知される温度を以下「ヒートポンプ入口温度」と称する。

図２は、本発明の実施の形態１の暖房給湯システム１における制御装置１０１、暖房リモコン１０２、及び給湯リモコン１０３の構成を示すブロック図である。制御装置１０１は、例えば、マイクロコンピュータにより構成できる。制御装置１０１は、中温蓄熱運転、高温蓄熱運転、暖房運転、及び除霜運転を制御できる。制御装置１０１は、測定部１０４、演算部１０５、制御部１０６、通信部１０７、及び記憶部１０８を備える。制御装置１０１は、外部の信号を入出力する入出力ポート（図示省略）をさらに備える。上述したヒートポンプユニット２、水ポンプ８、三方弁７、三方弁９、三方弁１４、三方弁２９、及び液体ポンプ４３を含む各種機器と、温度センサ２０１，２０２，２０３，２０４，２１１，２１２を含む各種センサとが制御装置１０１に電気的に接続される。

記憶部１０８は、ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性メモリ、半導体メモリなどを含む。記憶部１０８は、設定値及び制御プログラムなどを記憶する。測定部１０４は、各センサで検知された情報に基づいて各部の温度及び圧力等の情報を取得する。演算部１０５は、測定部１０４で取得された情報、暖房リモコン１０２及び給湯リモコン１０３からの指令、記憶部１０８に記憶された設定値及び制御プログラムなどに基づいて、暖房給湯システム１の制御動作のための演算を行う。制御部１０６は、演算部１０５の演算結果、記憶部１０８に記憶された設定値及び制御プログラムなどに基づいて、各機器を制御する。暖房リモコン１０２及び給湯リモコン１０３は、それぞれ、制御装置１０１と通信可能に接続される。通信部１０７は、通信線を介して、または無線で、暖房リモコン１０２及び給湯リモコン１０３、並びに外部の他の機器との間で相互にデータ通信を行う。

暖房リモコン１０２及び給湯リモコン１０３は屋内に設置される。暖房リモコン１０２は、操作部１０９及び表示部１１０を備える。操作部１０９は、暖房のオン及びオフ等の指令を使用者が入力するスイッチ等を有する。表示部１１０は、暖房給湯システム１の動作状態に関する情報等を表示する。給湯リモコン１０３は、操作部１１１及び表示部１１２を備える。操作部１１１は、給湯温度等の指令を使用者が入力するスイッチ等を有する。表示部１１２は、暖房給湯システム１の動作状態に関する情報、給湯温度等を表示する。

図３は、本発明の実施の形態１の暖房給湯システム１が備えるヒートポンプユニット２の冷媒回路図である。図３に示すように、ヒートポンプユニット２は、圧縮機２３、四方弁２４、冷媒−液熱交換器２５、膨張弁２６、冷媒−空気熱交換器２７、及びアキュムレータ２８を含む冷媒回路を備える。圧縮機２３は、低圧のガス冷媒を吸入し、これを圧縮し、高温高圧のガス冷媒を吐出する。圧縮機２３は、容量を制御できるものが好ましい。例えばインバータ制御により圧縮機２３の動作速度を制御することで圧縮機２３の容量を制御できる。四方弁２４は、圧縮機２３から吐出された冷媒の送り先を冷媒−液熱交換器２５と冷媒−空気熱交換器２７とに切り替える切替弁である。冷媒−液熱交換器２５は、冷媒と液体との間で熱を交換する。冷媒−液熱交換器２５は、第一冷媒口２５１及び第二冷媒口２５２を有する。冷媒−液熱交換器２５として、例えばプレート型熱交換器を用いることができる。膨張弁２６は、高圧冷媒を膨張させて低圧冷媒にする。膨張弁２６は、冷媒流量を調整できる。冷媒−空気熱交換器２７は、冷媒と空気（外気）との間で熱を交換する。冷媒−空気熱交換器２７は、第一冷媒口２７１及び第二冷媒口２７２を有する。冷媒−空気熱交換器２７として、例えば伝熱管とフィンとで構成されるクロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器を用いることができる。アキュムレータ２８は、液冷媒を貯留できる。運転状態が変化する際に一時的に発生する液冷媒をアキュムレータ２８に滞留させることで、圧縮機２３に大量の液冷媒が流入することを確実に防止できる。

ヒートポンプユニット２は、圧力センサ２０５、温度センサ２０６，２０７，２０８，及び２０９を備える。圧力センサ２０５は、圧縮機２３の吐出冷媒圧力を検知する。温度センサ２０６は、圧縮機２３の吐出冷媒温度を検知する。温度センサ２０７は、冷媒−液熱交換器２５の第二冷媒口２５２側の冷媒温度を検知する。温度センサ２０８は、冷媒−空気熱交換器２７の第一冷媒口２７１側の冷媒温度を検知する。温度センサ２０９は、外気温度を検知する。

本実施の形態１では、水を加熱する液体加熱装置としてヒートポンプ（ヒートポンプユニット２）を用いているが、本発明における液体加熱装置は、ヒートポンプに限定されるものではなく、燃焼式のもの、電気ヒータ式のものなど、いかなるものでも良い。本実施の形態１では、液体加熱装置（ヒートポンプユニット２）と貯湯ユニット３が別体であるが、本発明では液体加熱装置と貯湯ユニット３とが一体でも良い。

図４は、本実施の形態１における給湯端の構成例を示す図である。給湯端の数及び用途は、家庭によって異なる。図４に示す例では、給湯端として、浴室シャワー９０１、食器洗い機９０２、及び台所蛇口９０３等がある。給湯管１８は、複数に分岐して、各給湯端に接続される。弁２２ａは、浴室シャワー９０１への給湯流路を開閉する。弁２２ｂは、食器洗い機９０２への給湯流路を開閉する。弁２２ｃは、台所蛇口９０３への給湯流路を開閉する。

（初期蓄熱動作）
暖房給湯システム１の設置工事が完成し、暖房給湯システム１の運転が開始されるとき、貯湯タンク６内の水はすべて低温水である。家を長期不在にした後など、暖房給湯システム１を長期間使用しなかったときも、貯湯タンク６内の水はすべて低温水になり得る。以下の説明では、例として、低温水の温度を１５℃とする。暖房給湯システム１の設置工事の完成後に電源を入れると、給湯リモコン１０３の表示部１１２に、各給湯端の給湯設定温度の入力要求が表示される。使用者または施工業者等が、この入力要求に対し、各給湯端の給湯設定温度を操作部１１１で入力することで、各給湯端の給湯設定温度が設定され得る。各給湯端の給湯設定温度は、通信部１０７を介して記憶部１０８に記憶される。

演算部１０５は、記憶部１０８に記憶された複数の給湯端の給湯設定温度に基づいて、第一設定温度及び第二設定温度を決定する。第二設定温度は、第一設定温度より低い温度である。演算部１０５は、複数の給湯端の給湯設定温度のうち、最も高い温度またはそれより僅かに高い温度を第一設定温度として決定しても良い。例えば、食器洗い機９０２の給湯設定温度またはそれより僅かに高い温度が第一設定温度になり得る。演算部１０５は、複数の給湯端の給湯設定温度のうち、２番目に高い温度またはそれより僅かに高い温度を第二設定温度として決定しても良い。複数の給湯端の給湯設定温度のうち最も高い温度と２番目に高い温度との差が小さい場合には、演算部１０５は、複数の給湯端の給湯設定温度のうち３番目に高い温度またはそれより僅かに高い温度を第二設定温度として決定しても良い。以下の説明では、例として、第一設定温度を５５℃とし、第二設定温度を４５℃とする。第一設定温度をＴｓｅｔ１で表し、第二設定温度をＴｓｅｔ２で表し、上部水温をＴｔａｎｋ１で表し、中間部水温をＴｔａｎｋ２で表す。

図５は、本実施の形態１の暖房給湯システム１の制御装置１０１の制御動作を示すフローチャートである。図５のステップＳ１で、制御装置１０１は、温度センサ２０３で検知される中間部水温Ｔｔａｎｋ２と、第二設定温度Ｔｓｅｔ２とを比較する。中間部水温Ｔｔａｎｋ２が第二設定温度Ｔｓｅｔ２に比べて低い場合には、制御装置１０１は、ステップＳ２へ移行し、中温蓄熱運転を実施する。ステップＳ２の中温蓄熱運転が終了した後、制御装置１０１は、ステップＳ３へ移行する。ステップＳ１で中間部水温Ｔｔａｎｋ２が第二設定温度Ｔｓｅｔ２に比べて高い場合には、制御装置１０１は、ステップＳ２をスキップし、ステップＳ３へ移行する。

ステップＳ３で、制御装置１０１は、温度センサ２０４で検知される上部水温Ｔｔａｎｋ１と、第一設定温度Ｔｓｅｔ１とを比較する。上部水温Ｔｔａｎｋ１が第一設定温度Ｔｓｅｔ１に比べて低い場合には、制御装置１０１は、ステップＳ４へ移行し、高温蓄熱運転を実施する。ステップＳ３で上部水温Ｔｔａｎｋ１が第一設定温度Ｔｓｅｔ１に比べて高い場合には、制御装置１０１は、ステップＳ４をスキップし、本フローチャートの処理を終了する。

（中温蓄熱運転）
以下、中温蓄熱運転についてさらに説明する。中温蓄熱運転は、ヒートポンプユニット２、水加熱回路、下部往路、及び中間部復路を動作させることで貯湯タンク６に蓄熱する運転である。制御装置１０１は、好ましくは液体ポンプ４３の動作速度を一定にし、より好ましくは液体ポンプ４３の動作速度を最大速度に固定する。こうすることで、液−水熱交換器５の入口出口間の液体の温度差が小さくなり、ヒートポンプ入口温度を低く抑えることができ、電力消費を抑制できる。制御装置１０１は、好ましくは水ポンプ８の動作速度を一定にし、より好ましくは水ポンプ８の動作速度を最大速度に固定する。こうすることで、液−水熱交換器５の出口入口間の水の温度差が小さくなり、ヒートポンプ入口温度を低く抑えることができ、電力消費を抑制できる。制御装置１０１は、温度センサ２０３で検知される中間部水温Ｔｔａｎｋ２が第二設定温度Ｔｓｅｔ２以上になったとき、中温蓄熱運転を終了しても良い。制御装置１０１は、貯湯タンク６の下部の水温が第二設定温度Ｔｓｅｔ２またはそれに近い温度になるまで、中温蓄熱運転を継続しても良い。以下の説明では、第二設定温度Ｔｓｅｔ２またはそれに近い温度の水を「中温水」と呼ぶ場合がある。

中温蓄熱運転でのヒートポンプユニット２の加熱動作を以下に説明する。圧縮機２３から吐出された冷媒は、四方弁２４、第一冷媒口２５１、冷媒−液熱交換器２５、第二冷媒口２５２、膨張弁２６、第一冷媒口２７１、冷媒−空気熱交換器２７、第二冷媒口２７２、四方弁２４、アキュムレータ２８、圧縮機２３の順に循環する。圧縮機２３より吐出された高温高圧の冷媒が冷媒−液熱交換器２５に流入する。冷媒−液熱交換器２５で、冷媒が冷却され、液体が加熱される。冷媒−液熱交換器２５で冷却された冷媒は、膨張弁２６にて減圧される。膨張弁２６にて減圧された低圧冷媒は、冷媒−空気熱交換器２７にて、外気の熱を吸収し、蒸発する。冷媒−空気熱交換器２７にて吸熱した冷媒は、四方弁２４及びアキュムレータ２８を経由し、圧縮機２３に吸入される。

（高温蓄熱運転）
以下、高温蓄熱運転についてさらに説明する。高温蓄熱運転は、ヒートポンプユニット２、水加熱回路、中間部往路、及び上部復路を動作させることで貯湯タンク６に蓄熱する運転である。高温蓄熱運転でのヒートポンプユニット２の加熱動作は、中温蓄熱運転での動作と同じである。制御装置１０１は、好ましくは液体ポンプ４３の動作速度を一定にし、より好ましくは液体ポンプ４３の動作速度を最大速度に固定する。こうすることで、液−水熱交換器５の入口出口間の液体の温度差が小さくなり、ヒートポンプ入口温度を低く抑えることができ、電力消費を抑制できる。好ましくは、制御装置１０１は、温度センサ２０２で検知される上部戻り温度が第一設定温度Ｔｓｅｔ１以上になるように水ポンプ８の動作速度を制御する。起動直後のヒートポンプユニット２の加熱能力は小さい。上記のように水ポンプ８を制御することで、ヒートポンプユニット２の加熱能力が小さい間でも、貯湯タンク６の上部に流入する湯の温度が低くなることを確実に抑制できる。制御装置１０１は、温度センサ２１１で検知される第二上部水温Ｔｔａｎｋ３が第一設定温度Ｔｓｅｔ１以上になったとき、高温蓄熱運転を終了しても良い。以下の説明では、第一設定温度Ｔｓｅｔ１またはそれに近い温度の水を「高温水」と呼ぶ場合がある。高温蓄熱運転を終了したとき、温度センサ２１１の位置より上の貯湯タンク６の水は高温水になり、温度センサ２１１の位置より下の貯湯タンク６の水は中温水のままである。本実施の形態１では、複数の給湯端の給湯設定温度のうち、最も高い温度に基づいて第一設定温度Ｔｓｅｔ１を決定することで、貯湯タンク６の高温水の温度を過不足のない温度にすることができる。よって、利便性と、電力消費の抑制とを両立できる。

中温蓄熱運転は、貯湯タンク６の水が液−水熱交換器５に複数回循環する循環加温式である。循環加温式は、後述する一過加温式に比べ、高効率である。一般に、家庭では、中温水の需要が多く、高温水の需要が少ない。本実施の形態１によれば、需要の多い中温水を生成する中温蓄熱運転を、高効率の循環加温式で行うことで、電力消費を抑制できる。

高温蓄熱運転は、貯湯タンク６の水が液−水熱交換器５を一回だけ通過する一過加温式である。本実施の形態１によれば、高温蓄熱運転を行うことで、貯湯タンク６内の中温水の上に高温水を生成できる。このため、高温水が要求される場合でも、貯湯タンク６の全体を高温水にする必要がない。よって、電力消費を抑制できる。高温蓄熱運転では、中温水を液−水熱交換器５にて高温水に加熱する。よって、低温水を高温水に加熱する場合に比べて、消費エネルギー及び所要時間を抑制できる。高温蓄熱運転では、ヒートポンプユニット２で加熱される液体は液−水熱交換器５に複数回循環する。このため、ヒートポンプの冷媒と水とが直接に熱交換する構成で一過加温式の加熱を行う場合に比べて、効率が向上し、電力消費を抑制できる。

（暖房運転）
以下、暖房運転についてさらに説明する。暖房運転は、ヒートポンプユニット２及び暖房回路を動作させることで、ヒートポンプユニット２で加熱された液体を暖房器具４に循環させる運転である。暖房運転でのヒートポンプユニット２の加熱動作は、中温蓄熱運転及び高温蓄熱運転での動作と同じである。制御装置１０１は、好ましくは液体ポンプ４３の動作速度を一定にし、より好ましくは液体ポンプ４３の動作速度を最大速度に固定する。こうすることで、暖房器具４の入口出口間の液体の温度差が小さくなり、ヒートポンプ入口温度を低く抑えることができ、電力消費を抑制できる。水ポンプ８は停止状態とする。三方弁７は、水管３２と水管３４との間を連通させても良い。三方弁９は、水管３５と水管１０との間を連通させても良い。

中温蓄熱運転のときに制御装置１０１がヒートポンプユニット２に対して行う制御と、高温蓄熱運転のときに制御装置１０１がヒートポンプユニット２に対して行う制御と、暖房運転のときに制御装置１０１がヒートポンプユニット２に対して行う制御とは、互いに同じであることが好ましい。換言すれば、制御装置１０１は、中温蓄熱運転、高温蓄熱運転、及び暖房運転のいずれの運転を行うときでも、ヒートポンプユニット２に対して共通の制御を行うことが好ましい。このようにすることで、中温蓄熱運転、高温蓄熱運転、及び暖房運転の間で運転を切り替える場合に、ヒートポンプユニット２の動作を変更する必要がないので、円滑かつ迅速に切り替えることができ、切替時のエネルギーロスを抑制できる。

中温蓄熱運転のときに制御装置１０１が液体ポンプ４３に対して行う制御と、高温蓄熱運転のときに制御装置１０１が液体ポンプ４３に対して行う制御と、暖房運転のときに制御装置１０１が液体ポンプ４３に対して行う制御とは、互いに同じであることが好ましい。換言すれば、制御装置１０１は、中温蓄熱運転、高温蓄熱運転、及び暖房運転のいずれの運転を行うときでも、液体ポンプ４３に対して共通の制御を行うことが好ましい。このようにすることで、中温蓄熱運転、高温蓄熱運転、及び暖房運転の間で運転を切り替える場合に、液体ポンプ４３の動作を変更する必要がないので、円滑かつ迅速に切り替えることができ、切替時のエネルギーロスを抑制できる。

（給湯動作）
給湯設定温度が高い給湯端、例えば食器洗い機９０２へ給湯する場合、制御装置１０１は、上部給湯管１９と給湯管１５との間を三方弁１４により連通させる。これにより、上部給湯管１９から高温水を給湯管１５へ供給できる。給湯設定温度が高くない給湯端、例えば浴室シャワー９０１または台所蛇口９０３へ給湯する場合、制御装置１０１は、中間部給湯管１３と給湯管１５との間を三方弁１４により連通させる。これにより、中間部給湯管１３から中温水を給湯管１５へ供給できる。これらのことで、高温水の使用量を抑制し、中温水を優先して使用できるので、エネルギー効率を向上できる。

中間部給湯管１３と貯湯タンク６とが接続する位置、すなわち接続口５９の位置は、温度センサ２０３の位置より上、かつ温度センサ２１１の位置より下、であることが好ましい。これにより、以下の効果が得られる。温度センサ２０３で検知される中間部水温Ｔｔａｎｋ２が第二設定温度Ｔｓｅｔ２に比べて低くなると、中温蓄熱運転が実施され得る。そのため、温度センサ２０３の位置より上には、中温水が確実に存在すると期待できる。したがって、接続口５９の位置を温度センサ２０３の位置より上にすることで、接続口５９の位置に中温水が確実に存在すると期待できる。よって、接続口５９から中間部給湯管１３へ中温水を確実に供給できる。温度センサ２１１で検知される第二上部水温Ｔｔａｎｋ３が第一設定温度Ｔｓｅｔ１以上になったとき、高温蓄熱運転が終了され得る。それゆえ、温度センサ２１１の位置より下の貯湯タンク６の水は中温水のままであると期待できる。したがって、接続口５９の位置を温度センサ２１１の位置より下にすることで、接続口５９の位置には、高温水が存在せず確実に中温水が存在すると期待できる。これらのことから、接続口５９から中間部給湯管１３へ中温水を確実に供給できる。

（再蓄熱動作）
給湯動作を行うことで貯湯タンク６の蓄熱量が減少すると、図５のフローチャートのステップＳ１またはステップＳ３の不等号が再度成立し得る。例えば、中温水が消費された場合、ステップＳ１の不等号が成立し、再蓄熱動作の中温蓄熱運転が実施され得る。例えば、高温水が消費された場合、ステップＳ３の不等号が成立し、再蓄熱動作の高温蓄熱運転が実施され得る。

図６は、本実施の形態１における再蓄熱動作の中温蓄熱運転における貯湯タンク６の水温変化を示す図である。この中温蓄熱運転の開始時、貯湯タンク６の水温分布は、図６（ａ）のようになっている。貯湯タンク６の接続口５３から導出された水は、ヒートポンプユニット２にて一定の温度差だけ昇温し、接続口５７へ戻る。以下の説明では、例として、この一定の温度差を１０℃（１０Ｋ）とする。図６（ａ）では、接続口５３から導出された１５℃の水がヒートポンプユニット２にて２５℃に加熱される。この加熱された水が接続口５７から貯湯タンク６に流入する。接続口５７から貯湯タンク６に流入する水を以下「戻り水」と称する。戻り水は、密度差による浮力で、接続口５７から上方へ拡散する。戻り水の温度以上の領域では戻り水に浮力が作用しない。よって、図６（ａ）で、２５℃の戻り水が４５℃の層の下に溜まっていく。その結果、図６（ａ）から、図６（ｂ）のような温度分布へ移行する。

図６（ｂ）では、接続口５３から導出された２５℃の水がヒートポンプユニット２にて３５℃に加熱される。この３５℃の戻り水が、接続口５７から貯湯タンク６に流入し、４５℃の層の下に溜まっていく。その結果、図６（ｂ）から、図６（ｃ）のような温度分布へ移行する。

図６（ｃ）では、接続口５３から導出された３５℃の水がヒートポンプユニット２にて４５℃に加熱される。この４５℃の戻り水が、接続口５７から貯湯タンク６に流入し、初めからあった４５℃の層と融合し、さらに下に溜まっていく。その結果、図６（ｃ）から、図６（ｄ）のような温度分布へ移行する。図６（ｄ）の状態になると、制御装置１０１は、再蓄熱動作の中温蓄熱運転を終了する。

中間部復路と貯湯タンク６とが接続する位置、すなわち接続口５７の位置は、温度センサ２０３の位置に比べて、下または同じ高さにあることが好ましい。温度センサ２０３で検知される中間部水温に基づいて中温蓄熱運転が開始されるとき、図６（ａ）のように、温度センサ２０３より上には中温水が存在し得る。このとき、接続口５７の位置が温度センサ２０３の位置より上にあると仮定すると、接続口５７より下で温度センサ２０３より上の領域に中温水が存在し得る。この領域の中温水に、接続口５７から流入する戻り水が混ざることで、この領域の中温水の温度が低下すると、エネルギーロスが生じる。これに対し、接続口５７の位置が、温度センサ２０３の位置に比べて、下または同じ高さであれば、上述したような中温水の温度低下によるエネルギーロスを確実に回避できる。

上述した理由から、中間部給湯管１３と貯湯タンク６とが接続する位置、すなわち接続口５９の位置は、温度センサ２０３の位置より上にあることが好ましく、中間部復路と貯湯タンク６とが接続する位置、すなわち接続口５７の位置は、温度センサ２０３の位置に比べて、下または同じ高さにあることが好ましい。したがって、中間部給湯管１３と貯湯タンク６とが接続する位置、すなわち接続口５９の位置は、中間部復路と貯湯タンク６とが接続する位置、すなわち接続口５７の位置より上にあることが好ましい。なお、本実施の形態１では、図１に示すように、貯湯タンク６の高さのほぼ２分の１の位置に温度センサ２０３が位置するが、温度センサ２０３の位置は、貯湯タンク６の高さの２分の１の位置より下でも上でも良い。

図７は、本実施の形態１における再蓄熱動作の高温蓄熱運転における貯湯タンク６の水温変化を示す図である。この高温蓄熱運転の開始時、貯湯タンク６の水温分布は、図７（ｅ）のようになっている。接続口５７から導出された中温水（４５℃）は、ヒートポンプユニット２にて高温水（５５℃）に加熱される。この高温水が接続口６１から貯湯タンク６に流入することで、高温水（５５℃）の層が下へ拡大していく。その結果、図７（ｅ）から図７（ｆ）を経て図７（ｇ）のような温度分布へ移行する。図７（ｇ）の状態になると、制御装置１０１は、再蓄熱動作の高温蓄熱運転を終了する。

本実施の形態１によれば、中温蓄熱運転及び高温蓄熱運転を実施することで、高温水及び中温水を貯湯タンク６内に積層させることできる。このため、貯湯タンク６の全体を高温にしなくても、高温水を使用できる。一般に、高温水を生成するときの運転効率は低い。本実施の形態１によれば、高温水の生成量を抑制できるので、電力消費を大幅に低減できる。貯湯タンク６内の高温水の量を少なくできるので、貯湯タンク６の放熱ロスも低減できる。

中間部給湯管１３と貯湯タンク６とが接続する位置、すなわち接続口５９の位置は、中間部往路と貯湯タンク６とが接続する位置、すなわち接続口５７の位置より上にあることが好ましい。その理由は、以下のとおりである。貯湯タンク６から放熱することで、貯湯タンク６内の湯の温度は徐々に低下する。図７では、説明を簡単にするため、中温水の層の全体を４５℃と表している。実際には、貯湯タンク６から放熱することで、中温水の層の中に温度分布が生じ得る。例えば、中温水の層の上部は４５℃またはそれに近い温度になり、中温水の層の下部はそれより低い温度になり得る。図７に示すとおり、高温蓄熱運転が行われると、高温水と中温水との境界層が下に移動し、中温水の層の上部も下へ移動する。中間部給湯管１３と貯湯タンク６とが接続する位置、すなわち接続口５９の位置が、中間部往路と貯湯タンク６とが接続する位置、すなわち接続口５７の位置より上にあれば、下へ移動した中温水の層の上部から中間部給湯管１３へ給湯できる。よって、中間部給湯管１３へ供給する中温水の温度が低下することを確実に抑制できる。これに対し、中間部給湯管１３と貯湯タンク６とが接続する位置、すなわち接続口５９の位置が、中間部往路と貯湯タンク６とが接続する位置、すなわち接続口５７の位置より下にあると仮定すると、高温蓄熱運転が行われても、接続口５９の位置の中温水は下へ移動しないので、上記の効果が得られない。

図１に示すように、本実施の形態１では、中間部往路と貯湯タンク６とが接続する位置、及び、中間部復路と貯湯タンク６とが接続する位置を、接続口５７で兼用している。そのため、構成を簡素化できる。本発明では、中間部往路と貯湯タンク６とが接続する位置と、中間部復路と貯湯タンク６とが接続する位置とを別々にしても良い。その場合、中間部往路と貯湯タンク６とが接続する位置の高さと、中間部復路と貯湯タンク６とが接続する位置の高さとが異なっても良い。

制御装置１０１は、中温蓄熱運転、高温蓄熱運転、または暖房運転の開始に際して、ヒートポンプユニット２及び液体ポンプ４３を起動するとき、ヒートポンプユニット２を起動する前に液体ポンプ４３を起動することが好ましい。これにより、ヒートポンプユニット２の運転が開始したときにヒートポンプユニット２内にて液体が異常な高温になることを確実に防止できる。

制御装置１０１は、中温蓄熱運転または高温蓄熱運転の開始に際して、ヒートポンプユニット２、液体ポンプ４３、及び水ポンプ８を起動するとき、ヒートポンプユニット２を起動した後に水ポンプ８を起動することが好ましい。これにより、加熱された液体が液−水熱交換器５に循環し始めた後、水が循環し始める。それゆえ、十分に加熱されていない水が貯湯タンク６に戻ることを抑制できる。特に、高温蓄熱運転の開始後に、貯湯タンク６の上部の高温水に、十分に加熱されていない水が混合することを抑制できる。

上記の理由から、制御装置１０１は、ヒートポンプユニット２、液体ポンプ４３、及び水ポンプ８を起動するとき、ヒートポンプユニット２を起動する前に液体ポンプ４３を起動し、ヒートポンプユニット２を起動した後に水ポンプ８を起動することが好ましい。

制御装置１０１は、高温蓄熱運転の開始に際して、水ポンプ８を起動するとき、温度センサ２０１で検知されるヒートポンプ出口温度が第一設定温度Ｔｓｅｔ１以上になったときに水ポンプ８を起動しても良い。これにより、貯湯タンク６の上部の高温水に、十分に加熱されていない水が混合することを抑制できる。

実施の形態２．
次に、図８を参照して、本発明の実施の形態２について説明するが、上述した実施の形態１との相違点を中心に説明し、同一部分または相当部分は同一符号を付し説明を省略する。図８は、本実施の形態２の暖房給湯システム１の制御装置１０１の制御動作を示すフローチャートである。

図８は、中温蓄熱運転または高温蓄熱運転を開始するときの制御動作を示す。制御装置１０１は、まず、液体ポンプ４３を起動する（ステップＳ１１）。その後、制御装置１０１は、ヒートポンプユニット２を起動する（ステップＳ１２）。次いで、制御装置１０１は、温度センサ２０１で検知されるヒートポンプ出口温度と、温度センサ２１２で検知されるヒートポンプ入口温度との差（以下、「温度差ΔＴ」と称する）を閾値と比較する（ステップＳ１３）。この閾値は、例えば２℃（２Ｋ）である。制御装置１０１は、温度差ΔＴが閾値にまだ達していない場合には水ポンプ８を起動をせず、温度差ΔＴが閾値に達した後、水ポンプ８を起動する（ステップＳ１４）。

本実施の形態２によれば、ヒートポンプユニット２で液体が加熱され始めたことを温度差ΔＴに基づいて確認した後に、水ポンプ８を起動できる。よって、十分に加熱されていない水が貯湯タンク６に戻ることを抑制できる。特に、高温蓄熱運転の開始後に、貯湯タンク６の上部の高温水に、十分に加熱されていない水が混合することを抑制できる。

実施の形態３．
次に、図９を参照して、本発明の実施の形態３について説明するが、上述した実施の形態との相違点を中心に説明し、同一部分または相当部分は同一符号を付し説明を省略する。図９は、本実施の形態３の暖房給湯システム１の制御装置１０１の制御動作を示すフローチャートである。

図９は、中温蓄熱運転または高温蓄熱運転を開始するときの制御動作を示す。制御装置１０１は、まず、水ポンプ８及び液体ポンプ４３を同時期に起動する（ステップＳ２１）。ステップＳ２１で、制御装置１０１は、水ポンプ８の起動後の動作速度（例えば回転速度）が、液体ポンプ４３の起動後の動作速度（例えば回転速度）より低くなるようにする。その後、制御装置１０１は、ヒートポンプユニット２を起動する（ステップＳ２２）。次いで、制御装置１０１は、温度センサ２０１で検知されるヒートポンプ出口温度と、温度センサ２１２で検知されるヒートポンプ入口温度との温度差ΔＴを閾値と比較する（ステップＳ２３）。この閾値は、例えば２℃（２Ｋ）である。制御装置１０１は、温度差ΔＴが閾値にまだ達していない場合には水ポンプ８及び液体ポンプ４３の通常制御に移行せず、温度差ΔＴが閾値に達した後、水ポンプ８及び液体ポンプ４３の通常制御に移行する（ステップＳ２４）。水ポンプ８及び液体ポンプ４３の通常制御とは、実施の形態１で説明したポンプ制御方法である。

本実施の形態３によれば、ヒートポンプユニット２が起動したとき、水ポンプ８及び液体ポンプ４３が動作していることで、液−水熱交換器５にて液体を確実に冷却できる。それゆえ、ヒートポンプ入口温度を確実に抑制できる。その結果、ヒートポンプユニット２の動作の信頼性を向上できる。さらに、水ポンプ８の起動後の動作速度が低いため、十分に加熱されていない水が貯湯タンク６に流入する量を抑制できる。特に、高温蓄熱運転の開始後に、貯湯タンク６の上部の高温水に、十分に加熱されていない水が混合することを抑制できる。

上記ステップＳ２３の判断に代えて、水ポンプ８の起動後の経過時間が閾値（例えば１分間）に達したか否かを判断し、経過時間が閾値に達した後に水ポンプ８及び液体ポンプ４３の通常制御に移行しても良い。

前述した実施の形態１または２においても、制御装置１０１は、水ポンプ８の起動後の動作速度が、液体ポンプ４３の起動後の動作速度より低くなるようにしても良い。

実施の形態４．
次に、図１０を参照して、本発明の実施の形態４について説明するが、上述した実施の形態との相違点を中心に説明し、同一部分または相当部分は同一符号を付し説明を省略する。図１０は、本実施の形態４の暖房給湯システム１の制御装置１０１の制御動作を示すフローチャートである。

外気温度が低い場合、ヒートポンプユニット２が加熱動作を行うと、冷媒−空気熱交換器２７に霜が付着し得る。霜が多く付着した場合、除霜運転を行う必要がある。図１０は、除霜運転のときの制御動作を示す。制御装置１０１は、まず、ヒートポンプユニット２が加熱動作を行っているかどうかを判断する（ステップＳ３１）。制御装置１０１は、ヒートポンプユニット２が加熱動作を行っている場合にはステップＳ３２へ進み、そうでない場合には本フローチャートの処理を終了する。ステップＳ３２で、制御装置１０１は、温度センサ２０８で検知される温度Ｔ１と、閾値（例えば−５℃）とを比較する。制御装置１０１は、温度センサ２０８で検知される温度Ｔ１が閾値以下である場合には、ステップＳ３３へ進んで除霜運転を開始し、そうでない場合には本フローチャートの処理を終了する。

ステップＳ３３で、制御装置１０１は、以下のようにして除霜運転を開始する。まず、圧縮機２３を一度停止し、その後、圧縮機２３から吐出された冷媒の送り先が冷媒−空気熱交換器２７になるように四方弁２４を切り替える。その後、圧縮機２３を再起動する。これにより、除霜運転が開始する。除霜運転では、圧縮機２３から吐出された冷媒は、四方弁２４、第二冷媒口２７２、冷媒−空気熱交換器２７、第一冷媒口２７１、膨張弁２６、第二冷媒口２５２、冷媒−液熱交換器２５、第一冷媒口２５１、四方弁２４、アキュムレータ２８、圧縮機２３の順に循環する。圧縮機２３より吐出された高温高圧の冷媒が冷媒−空気熱交換器２７に流入することで、霜を溶かす。

除霜運転のとき、制御装置１０１は、下部往路及び中間部復路が選択されるように三方弁７及び三方弁９を制御する（ステップＳ３４）。除霜運転のとき、冷媒−液熱交換器２５にて冷媒は液体を加熱しないので、加熱されていない液体がヒートポンプユニット２から液体管４１へ流れる。そのため、液−水熱交換器５にて液体は水を加熱しない。上記ステップＳ３４のように、除霜運転のときに下部往路及び中間部復路を選択することで、貯湯タンク６の上部の高温水に、十分に加熱されていない水が混合することを抑制できる。

制御装置１０１は、ステップＳ３４に代えて、暖房回路が選択されるように三方弁２９を制御するとともに水ポンプ８を停止しても良い。除霜運転のときに暖房回路が選択されるように三方弁２９を制御するとともに水ポンプ８を停止することで、貯湯タンク６の上部の高温水に、十分に加熱されていない水が混合することを抑制できる。

霜が除去されるにつれて、温度センサ２０８で検知される温度Ｔ１が上昇する。制御装置１０１は、温度センサ２０８で検知される温度Ｔ１が第二閾値（例えば１０℃）に達した場合に、除霜運転を終了しても良い。除霜運転を終了する場合は、制御装置１０１は、圧縮機２３を一度停止し四方弁２４を切り替えた後に圧縮機２３を再起動することでヒートポンプユニット２の加熱動作を再開させ、貯湯ユニット３の制御動作を元の動作に復帰させる。

実施の形態５．
次に、図１１を参照して、本発明の実施の形態５について説明するが、上述した実施の形態との相違点を中心に説明し、同一部分または相当部分は同一符号を付し説明を省略する。図１１は、本実施の形態５の暖房給湯システム１の制御装置１０１の制御動作を示すフローチャートである。

図１１は、除霜運転のときの制御動作を示す。除霜運転のとき、制御装置１０１は、水加熱回路、中間部往路、及び上部復路が選択されるように、三方弁２９、三方弁７、及び三方弁９を制御する（ステップＳ４１）。次いで、制御装置１０１は、液体ポンプ４３及び水ポンプ８を運転する（ステップＳ４２）。液体ポンプ４３の動作速度は、一定にしても良く、特に、最大速度に固定しても良い。

以上のように制御することで、貯湯タンク６内の中温水が液−水熱交換器５に循環し、液−水熱交換器５にて中温水が液体を加熱する。加熱された液体が冷媒−液熱交換器２５に循環し、冷媒−液熱交換器２５にて液体が冷媒を加熱する。その結果、霜をより早く溶かすことができ、除霜運転の時間を短くできる。除霜運転は、中温蓄熱運転に比べて、効率が低く、電力消費が大きい。本実施の形態５では、除霜運転のときに中温水を消費するが、効率の低い除霜運転の時間が短くなることで、全体として電力消費を抑制できる。

本実施の形態５の除霜運転のとき、水ポンプ８の動作速度が高いほど、液−水熱交換器５の熱交換量及び冷媒−液熱交換器２５の熱交換量が大きくなり、貯湯タンク６の蓄熱量が低下する。冷媒−液熱交換器２５の熱交換量が大きくなるほど、圧縮機２３に吸入される冷媒の圧力、あるいは冷媒の蒸発温度が高くなる。除霜運転のときの冷媒の蒸発温度は、温度センサ２０７で検知できる。本実施の形態５では、除霜運転のとき、冷媒の蒸発温度が目標値（例えば５℃）に一致するように水ポンプ８の動作速度を制御しても良い（ステップＳ４３）。このようにすることで、外気温度、貯湯タンク６の水温分布などにかかわらず、適正な熱量を貯湯タンク６から冷媒−液熱交換器２５へ与えることができる。蒸発温度の目標値は、水の凍結を回避するため、０℃以上が好ましい。

上記ステップＳ４３に代えて、圧縮機２３に吸入される冷媒の圧力を検知するセンサを設け、圧縮機２３に吸入される冷媒の圧力が目標値に一致するように水ポンプ８の動作速度を制御しても良い。その場合でも、上記と同じ効果が得られる。また、温度センサ２０７に代えて、膨張弁２６、冷媒−液熱交換器２５、四方弁２４、アキュムレータ２８、または圧縮機２３を通る経路のいずれかに温度センサを設け、その温度センサで検知される温度に基づいて、冷媒の蒸発温度、あるいは圧縮機２３に吸入される冷媒の圧力を計算しても良い。

１ 暖房給湯システム、２ ヒートポンプユニット、３ 貯湯ユニット、４ 暖房器具、５ 液−水熱交換器、６ 貯湯タンク、７ 三方弁、８ 水ポンプ、９ 三方弁、１０，１１ 水管、１２ 給水管、１３ 中間部給湯管、１４ 三方弁、１５ 給湯管、１６ 混合弁、１７ 給水管、１８ 給湯管、１９ 上部給湯管、２０，２１ 水管、２２ａ，２２ｂ，２２ｃ 弁、２３ 圧縮機、２４ 四方弁、２５ 冷媒−液熱交換器、２６ 膨張弁、２７ 冷媒−空気熱交換器、２８ アキュムレータ、２９ 三方弁、３０，３１ 液体管、３２ 水管、３３ 液体管、３４，３５ 水管、４０，４１，４２ 液体管、４３ 液体ポンプ、４４ 液体管、５１，５２ 接続部、５３ 接続口、５４，５５，５６ 接続部、５７，５８，５９，６０，６１ 接続口、１０１ 制御装置、１０２ 暖房リモコン、１０３ 給湯リモコン、１０４ 測定部、１０５ 演算部、１０６ 制御部、１０７ 通信部、１０８ 記憶部、１０９，１１１ 操作部、１１０，１１２ 表示部、２０１，２０２，２０３，２０４，２０６，２０７，２０８，２０９，２１１，２１２ 温度センサ、２０５ 圧力センサ、２５１ 第一冷媒口、２５２ 第二冷媒口、２７１ 第一冷媒口、２７２ 第二冷媒口、９０１ 浴室シャワー、９０２ 食器洗い機、９０３ 台所蛇口

本発明は、貯湯タンクを有する給湯システムに関する。

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、エネルギー消費を抑制でき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、貯湯タンクと、液体を加熱する液体加熱装置と、液体と水との間で熱を交換する液−水熱交換器と、液体を送る液体ポンプと、水を送る水ポンプと、液体加熱装置と液−水熱交換器との間に液体が循環する水加熱回路と、貯湯タンクの下部から水を液−水熱交換器へ導く下部往路と、液−水熱交換器から水を貯湯タンクの上部へ導く上部復路と、下部より上で上部より下にある貯湯タンクの中間部から水を液−水熱交換器へ導く中間部往路と、液−水熱交換器から水を貯湯タンクの中間部へ導く中間部復路と、水加熱回路の液体を循環させるとともに下部往路及び中間部復路に水を流れさせることで貯湯タンクに蓄熱する中温蓄熱運転と、水加熱回路の液体を循環させるとともに中間部往路及び上部復路に水を流れさせることで貯湯タンクに蓄熱する高温蓄熱運転と、を制御する制御装置と、を備えるものである。

本発明の給湯システムによれば、エネルギー消費を抑制することが可能となる。

Claims (16)

1. 貯湯タンクと、
   液体を加熱する液体加熱装置と、
   前記液体と水との間で熱を交換する液−水熱交換器と、
   前記液体を送る液体ポンプと、
   水を送る水ポンプと、
   前記液体の熱で暖房する暖房器具と、
   前記液体加熱装置と前記液−水熱交換器との間に前記液体が循環する水加熱回路と、
   前記液体加熱装置と前記暖房器具との間に前記液体が循環する暖房回路と、
   前記水加熱回路と前記暖房回路とを切り替える第一バルブと、
   前記貯湯タンクの下部から水を前記液−水熱交換器へ導く下部往路と、
   前記液−水熱交換器から水を前記貯湯タンクの上部へ導く上部復路と、
   前記下部より上で前記上部より下にある前記貯湯タンクの中間部から水を前記液−水熱交換器へ導く中間部往路と、
   前記液−水熱交換器から水を前記貯湯タンクの前記中間部へ導く中間部復路と、
   前記下部往路と前記中間部往路とを切り替える第二バルブと、
   前記上部復路と前記中間部復路とを切り替える第三バルブと、
   前記貯湯タンクの前記中間部に接続する中間部給湯管と、
   前記貯湯タンクの前記上部に接続する上部給湯管と、
   を備える暖房給湯システム。
2. 前記中間部給湯管と前記貯湯タンクとが接続する位置は、前記中間部復路と前記貯湯タンクとが接続する位置より上にある請求項１に記載の暖房給湯システム。
3. 前記中間部給湯管と前記貯湯タンクとが接続する位置は、前記中間部往路と前記貯湯タンクとが接続する位置より上にある請求項１または請求項２に記載の暖房給湯システム。
4. 前記水加熱回路、前記下部往路、及び前記中間部復路を動作させることで前記貯湯タンクに蓄熱する中温蓄熱運転と、
   前記水加熱回路、前記中間部往路、及び前記上部復路を動作させることで前記貯湯タンクに蓄熱する高温蓄熱運転と、
   を制御する制御装置をさらに備える請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の暖房給湯システム。
5. 前記貯湯タンクの前記上部の水温である上部水温を検知する手段と、
   前記貯湯タンクの前記中間部の水温である中間部水温を検知する手段と、
   をさらに備え、
   前記制御装置は、前記上部水温が第一設定温度に比べて低い場合には前記高温蓄熱運転を選択し、前記中間部水温が前記第一設定温度より低い第二設定温度に比べて低い場合には前記中温蓄熱運転を選択する請求項４に記載の暖房給湯システム。
6. 前記制御装置は、複数の給湯端の給湯設定温度を記憶し、前記給湯設定温度のうち最も高い温度に基づいて前記第一設定温度を決定する請求項５に記載の暖房給湯システム。
7. 前記上部復路の水温である上部戻り水温を検知する手段をさらに備え、
   前記制御装置は、前記高温蓄熱運転のときには前記上部戻り水温が設定温度以上になるように前記水ポンプの動作速度を制御し、前記中温蓄熱運転のときには前記水ポンプの動作速度を一定にする請求項４から請求項６のいずれか一項に記載の暖房給湯システム。
8. 前記制御装置は、前記暖房回路を動作させることで暖房する暖房運転を制御し、
   前記中温蓄熱運転のときに前記制御装置が前記液体加熱装置に対して行う制御と、前記高温蓄熱運転のときに前記制御装置が前記液体加熱装置に対して行う制御と、前記暖房運転のときに前記制御装置が前記液体加熱装置に対して行う制御とが同じである請求項４から請求項７のいずれか一項に記載の暖房給湯システム。
9. 前記制御装置は、前記暖房回路を動作させることで暖房する暖房運転を制御し、
   前記中温蓄熱運転のときに前記制御装置が前記液体ポンプに対して行う制御と、前記高温蓄熱運転のときに前記制御装置が前記液体ポンプに対して行う制御と、前記暖房運転のときに前記制御装置が前記液体ポンプに対して行う制御とが同じである請求項４から請求項７のいずれか一項に記載の暖房給湯システム。
10. 前記液体加熱装置、前記液体ポンプ、及び前記水ポンプを起動するとき、前記液体加熱装置を起動する前に前記液体ポンプを起動し、前記液体加熱装置を起動した後に前記水ポンプを起動する制御装置をさらに備える請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の暖房給湯システム。
11. 前記液体加熱装置から出る前記液体と前記液体加熱装置に入る前記液体との温度差を検知する手段をさらに備え、
    前記制御装置は、前記温度差が閾値に達した後に前記水ポンプを起動する請求項１０に記載の暖房給湯システム。
12. 前記液体ポンプ及び前記水ポンプを起動するとき、前記水ポンプの起動後の動作速度を前記液体ポンプの起動後の動作速度より低くする制御装置をさらに備える請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載の暖房給湯システム。
13. 前記液体加熱装置は、冷媒を圧縮する圧縮機と、前記冷媒と前記液体との間で熱を交換する冷媒−液熱交換器と、前記冷媒と空気との間で熱を交換する冷媒−空気熱交換器と、前記圧縮機から吐出された冷媒の送り先を前記冷媒−液熱交換器と前記冷媒−空気熱交換器とに切り替える切替弁とを含む冷媒回路を有し、
    前記圧縮機から吐出された冷媒の送り先が前記冷媒−空気熱交換器になる除霜運転のときに前記下部往路及び前記中間部復路が選択されるように前記第二バルブ及び前記第三バルブを制御する制御装置をさらに備える請求項１から請求項１２のいずれか一項に記載の暖房給湯システム。
14. 前記液体加熱装置は、冷媒を圧縮する圧縮機と、前記冷媒と前記液体との間で熱を交換する冷媒−液熱交換器と、前記冷媒と空気との間で熱を交換する冷媒−空気熱交換器と、前記圧縮機から吐出された冷媒の送り先を前記冷媒−液熱交換器と前記冷媒−空気熱交換器とに切り替える切替弁とを含む冷媒回路を有し、
    前記圧縮機から吐出された冷媒の送り先が前記冷媒−空気熱交換器になる除霜運転のときに前記暖房回路が選択されるように前記第一バルブを制御する制御装置と、
    をさらに備える請求項１から請求項１２のいずれか一項に記載の暖房給湯システム。
15. 前記液体加熱装置は、冷媒を圧縮する圧縮機と、前記冷媒と前記液体との間で熱を交換する冷媒−液熱交換器と、前記冷媒と空気との間で熱を交換する冷媒−空気熱交換器と、前記圧縮機から吐出された冷媒の送り先を前記冷媒−液熱交換器と前記冷媒−空気熱交換器とに切り替える切替弁とを含む冷媒回路を有し、
    前記圧縮機から吐出された冷媒の送り先が前記冷媒−空気熱交換器になる除霜運転のときに、前記貯湯タンクと前記液−水熱交換器との間に水を前記水ポンプで循環させ、前記液−水熱交換器と前記冷媒−液熱交換器との間に前記液体を前記液体ポンプで循環させる制御装置をさらに備える請求項１から請求項１２のいずれか一項に記載の暖房給湯システム。
16. 前記除霜運転のときの冷媒の蒸発温度、または、前記除霜運転のときに前記圧縮機に吸入される冷媒の圧力を検知する検知手段をさらに備え、
    前記制御装置は、前記除霜運転のときに前記検知手段で検知される温度または圧力が目標値に一致するように前記水ポンプの動作を制御する請求項１５に記載の暖房給湯システム。

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