WO2023209868A1 - ヒートポンプ装置及び給湯システム - Google Patents

Abstract

本開示に係るヒートポンプ装置は、貯湯タンク内の水の温度を上昇させる貯湯運転のための熱を供給するヒートポンプ装置であって、一定速圧縮機と、一定速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、可変速圧縮機と、可変速圧縮機により圧縮された冷媒と、第一熱交換器よりも下流の熱媒体との間で熱を交換する第二熱交換器と、を備える。本開示に係る給湯システムは、上記ヒートポンプ装置と、貯湯タンクと、ヒートポンプ装置から流出した熱媒体と、貯湯タンクに貯留された水との間で熱を交換する水熱交換器と、を備える。

Description

ヒートポンプ装置及び給湯システム

　本開示は、ヒートポンプ装置及び給湯システムに関する。

　下記特許文献１には、第１圧縮機と、第１水熱交換器と、第１減圧機構と、第１熱源側熱交換器とを順次接続して構成した第１冷媒回路と、第２圧縮機と、第２水熱交換器と、第２減圧機構と、第２熱源側熱交換器とを順次接続して構成した第２冷媒回路とを備え、低温水を上記第１水熱交換器で加熱して中温水とした後、この中温水を第２水熱交換器でさらに加熱して高温水を出湯する給湯回路を有するヒートポンプ式給湯機が開示されている。

日本特開２００４－２３３０１０号公報

　特許文献１に開示されたヒートポンプ式給湯機により貯湯タンクに湯を蓄える貯湯運転を行う場合に、第１水熱交換器に流入する水の温度であるヒートポンプ入口温度が上昇すると、第１水熱交換器で加熱された水の温度がさらに高くなり、その水が第２水熱交換器に流入する。すると、第２冷媒回路の凝縮圧力が高くなる。その結果、第２冷媒回路の凝縮圧力が設計圧力を超えてしまい、第２圧縮機が停止する可能性がある。このことは、給湯機の動作を不安定にさせる。

　本開示は、上述のような課題を解決するためになされたもので、ヒートポンプ入口温度が上昇したときでも貯湯運転を安定して実施することができるヒートポンプ装置及び給湯システムを提供することを目的とする。

　本開示に係るヒートポンプ装置は、貯湯タンク内の水の温度を上昇させる貯湯運転のための熱を供給するヒートポンプ装置であって、一定速圧縮機と、一定速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、可変速圧縮機と、可変速圧縮機により圧縮された冷媒と、第一熱交換器よりも下流の熱媒体との間で熱を交換する第二熱交換器と、を備えるものである。
　また、本開示に係る給湯システムは、上記ヒートポンプ装置と、貯湯タンクと、ヒートポンプ装置から流出した熱媒体と、貯湯タンクに貯留された水との間で熱を交換する水熱交換器と、を備えるものである。
　また、本開示に係る給湯システムは、上記ヒートポンプ装置と、貯湯タンクと、貯湯タンクから流出した水を、熱媒体として、ヒートポンプ装置の第一熱交換器に流入させる往き水路と、ヒートポンプ装置の第二熱交換器から流出した熱媒体である水を貯湯タンクに流入させる戻り水路と、を備えるものである。

　本開示によれば、ヒートポンプ入口温度が上昇したときでも貯湯運転を安定して実施することができるヒートポンプ装置及び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によるヒートポンプ装置と、それを備えた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の機能ブロック図である。 貯湯運転の開始前に実行される処理の例を示すフローチャートである。 一定速圧縮機とインバータ圧縮機の両方を稼働させた貯湯運転の実行中に第一コントローラ及び第二コントローラが実行する処理の例を示すフローチャートである。 貯湯運転中に第一コントローラが実行する処理の例を示すフローチャートである。 貯湯運転のときの、一定速圧縮機の回転速度の変化と、インバータ圧縮機の回転速度の変化と、熱媒体の温度の変化とを示す図である。 実施の形態２による給湯システムを示す図である。 実施の形態３による給湯システムを示す図である。

　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、説明を簡略化または省略する。以下の説明において、「水」または「湯」との記載は、原則として、液体の水を意味し、冷水から熱湯までもが含まれうるものとする。

実施の形態１．
　図１は、実施の形態１によるヒートポンプ装置２と、それを備えた給湯システム１を示す図である。給湯システム１は、ヒートポンプ装置２と、タンクユニット３とを備える。図示の例において、ヒートポンプ装置２は、タンクユニット３とは別体になっている。

　タンクユニット３の筐体４４の内部には、貯湯タンク１１と、水熱交換器１２と、熱媒体ポンプ１３と、水ポンプ１４と、流路切替弁１５とが備えられている。

　貯湯タンク１１内の水の温度を上昇させる運転は、「貯湯運転」と呼ばれる。ヒートポンプ装置２は、貯湯運転のための熱を供給することができる。本実施の形態におけるヒートポンプ装置２は、タンクユニット３に対して、加熱された液状の熱媒体を供給する。本開示において、熱媒体として使用される液体は、水でもよいし、水以外のブラインでもよい。

　ヒートポンプ装置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。ヒートポンプ装置２が、タンクユニット３と組み合わされることで、給湯システム１が構成される。ヒートポンプ装置２と同じメーカーによって製造されたタンクユニット３に、ヒートポンプ装置２が接続されて給湯システム１が構成される場合だけではなく、ヒートポンプ装置２とは異なるメーカーによって製造されたタンクユニット３に、ヒートポンプ装置２が接続されて給湯システム１が構成される場合もありうる。

　ヒートポンプ装置２の筐体４３の内部には、一定速圧縮機４と、第一熱交換器５と、インバータ圧縮機６と、第二熱交換器７と、第一コントローラ８とが備えられている。一定速圧縮機４は、電動機により回転駆動される。一定速圧縮機４は、運転中は、常に一定の速度で回転する。一定速圧縮機４は、商用電源等の交流電源の周波数に応じた固定の速度で回転するものでもよい。一定速圧縮機４の運転及び停止は、第一コントローラ８により制御される。

　第一熱交換器５は、一定速圧縮機４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。

　インバータ圧縮機６は、電動機により回転駆動される。インバータ圧縮機６の運転及び停止は、第一コントローラ８により制御される。第一コントローラ８は、インバータ制御により、インバータ圧縮機６の回転速度が連続的または多段階に可変となるように制御することができる。インバータ圧縮機６は、可変速圧縮機の例である。本開示における可変速圧縮機は、インバータ制御を用いたものに限定されない。本開示における可変速圧縮機は、その回転速度を連続的または多段階に変えることができれば、いかなる制御方式のものでもよい。

　第二熱交換器７は、インバータ圧縮機６により圧縮された冷媒と、第一熱交換器５よりも下流の熱媒体との間で熱を交換する。第二熱交換器７は、一次流路７ａ及び二次流路７ｂを備える。一次流路７ａを通る冷媒と、二次流路７ｂを通る熱媒体との間で熱が交換される。第一熱交換器５の二次流路５ｂの出口から流出した熱媒体は、通路９を通って、第二熱交換器７の二次流路７ｂの入口に流入する。このように、第一熱交換器５の二次流路５ｂと、第二熱交換器７の二次流路７ｂとが、通路９を介して直列に接続されている。

　ヒートポンプ装置２の筐体４３の内部には、第一膨張弁１６と、第一蒸発器１７と、第二膨張弁１８と、第二蒸発器１９と、送風機２０とがさらに備えられている。一定速圧縮機４、一次流路５ａ、第一膨張弁１６、及び第一蒸発器１７が冷媒管を介して接続されることにより、第一冷媒回路４８が形成されている。インバータ圧縮機６、一次流路７ａ、第二膨張弁１８、及び第二蒸発器１９が冷媒管を介して接続されることにより、第二冷媒回路４９が形成されている。

　本開示において、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。

　万一、冷媒管に亀裂が発生すると、冷媒が漏洩する可能性がある。ＨＣ（炭化水素）のような可燃性冷媒を使用する場合には、そのような万一のときの冷媒漏洩量をなるべく少なくすることが望ましい。本実施の形態のヒートポンプ装置２は、第一冷媒回路４８と第二冷媒回路４９の二つに分割された冷媒回路を有する。このため、一つの冷媒回路当たりの冷媒量を少なくすることができる。それゆえ、万一のときの冷媒漏洩量が少ないという利点がある。

　変形例として、本開示のヒートポンプ装置２は、三つに分割された冷媒回路を有していてもよいし、四つ、または、四つ以上に分割された冷媒回路を有していてもよい。本開示のヒートポンプ装置２は、少なくとも一つの一定速圧縮機４と、少なくとも一つのインバータ圧縮機６とを有するものであればよい。

　第一膨張弁１６は、一定速圧縮機４により圧縮された高圧冷媒を減圧及び膨張させる減圧装置に相当する。第一蒸発器１７は、第一膨張弁１６の下流側において冷媒を蒸発させる。本実施の形態における第一蒸発器１７は、ヒートポンプ装置２の外部から取り込まれる室外空気と、冷媒との間で熱を交換させる。

　第二膨張弁１８は、インバータ圧縮機６により圧縮された高圧冷媒を減圧及び膨張させる減圧装置に相当する。第二蒸発器１９は、第二膨張弁１８の下流側において冷媒を蒸発させる。本実施の形態における第二蒸発器１９は、ヒートポンプ装置２の外部から取り込まれる室外空気と、冷媒との間で熱を交換させる。

　第一蒸発器１７及び第二蒸発器１９のそれぞれは、例えば、フィンアンドチューブ式の空気熱交換器を用いたものでもよい。

　本実施の形態では、室外空気が第二蒸発器１９と第一蒸発器１７とを直列に流れる。すなわち、送風機２０が作動すると、第二蒸発器１９を通過した室外空気が第一蒸発器１７をさらに通過するように流れる。本実施の形態であれば、一台の送風機２０で第一蒸発器１７と第二蒸発器１９との両方に送風できるという利点がある。また、一方の冷媒回路の動作を停止させたときに、ヒートポンプ装置２が取り込む空気量の減少を回避できるという利点もある。ただし、図示の例に限らず、本開示では、第一蒸発器１７と第二蒸発器１９とを並列に配置し、それぞれに個別の送風機を設けてもよい。

　貯湯タンク１１は、湯を貯留するための容器である。貯湯タンク１１は、図示しない断熱材により覆われている。流出口２１が貯湯タンク１１の下部に設けられている。流入口２２は、流出口２１よりも高い位置において貯湯タンク１１に設けられている。図示の例において、流入口２２は、鉛直方向の位置に関して、貯湯タンク１１の半分の高さよりも上の位置にある。貯湯タンク１１は、例えば、円筒状の外形を有する。

　水熱交換器１２は、ヒートポンプ装置２から流出した熱媒体と、貯湯タンク１１に貯留された水との間で熱を交換する。水熱交換器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。タンク往き管２３は、流出口２１を二次流路１２ｂの水入口につなぐ。タンク戻り管２４は、二次流路１２ｂの水出口を流入口２２につなぐ。タンク戻り管２４の途中に水ポンプ１４が設けられている。タンク往き管２３と、二次流路１２ｂと、タンク戻り管２４とにより水回路２５が形成される。水ポンプ１４が作動すると、水回路２５内の水が流れる。

　水熱交換器１２は、例えば、プレート式熱交換器を用いたものでもよい。プレート式熱交換器は、伝熱を促進する構造を有している。それゆえ、ヒートポンプ装置２における冷媒と熱媒体の温度差をより小さくすること、及び、水熱交換器１２における熱媒体と水との温度差をより小さくすることが可能となる。その結果、より効率の高い貯湯運転が可能となる。

　給水管２６が貯湯タンク１１の下部に接続されている。給水管２６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２６を通って貯湯タンク１１に流入する。給湯管２７が貯湯タンク１１の上部に接続されている。給湯管２７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２７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２７を通って湯が流出すると、同量の水が給水管２６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。

　図示の例のように、部屋を暖めるための暖房装置２８が、タンクユニット３に対して接続されていてもよい。以下の説明では、暖房装置２８に熱媒体を循環させる運転を暖房運転と称する。暖房装置２８は、部屋に設置されている。暖房装置２８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。

　通路３０は、水熱交換器１２の一次流路１２ａの出口を熱媒体ポンプ１３の吸入口につなぐ。通路３０の途中に、分岐部２９が形成されている。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ｃポートと、流出口であるｄポートとを有する。

　通路３１及び通路３２は、ヒートポンプ装置２を、タンクユニット３に対して接続している。通路３１は、熱媒体ポンプ１３の吐出口を、第一熱交換器５の二次流路５ｂの入口につなぐ。通路３２は、第二熱交換器７の二次流路７ｂの出口を流路切替弁１５のａポートにつなぐ。通路３１及び通路３２は、ヒートポンプ装置２の筐体４３の外部及びタンクユニット３の筐体４４の外部を通っている。ヒートポンプ装置２の設置場所は、タンクユニット３の設置場所から離れている場合もある。通路３３は、流路切替弁１５のｃポートを水熱交換器１２の一次流路１２ａの入口につなぐ。

　通路３４及び通路３５は、暖房装置２８を、タンクユニット３に対して接続している。通路３４は、流路切替弁１５のｄポートを暖房装置２８の熱媒体の入口につなぐ。通路３５は、暖房装置２８の熱媒体の出口を分岐部２９につなぐ。

　第一吐出温度センサ３６は、一定速圧縮機４と第一熱交換器５との間の冷媒管に配置されている。第一吐出温度センサ３６は、一定速圧縮機４から吐出される冷媒の温度を検知する。第二吐出温度センサ３７は、インバータ圧縮機６と第二熱交換器７との間の冷媒管に配置されている。第二吐出温度センサ３７は、インバータ圧縮機６から吐出される冷媒の温度を検知する。

　貯湯タンク１１内の水温は、「貯湯温度」と呼ばれる。貯湯温度を検知する少なくとも一つの貯湯温度センサが貯湯タンク１１に配置されることが望ましい。また、少なくとも一つの貯湯温度センサが、流出口２１と流入口２２との間の高さの位置にあることが望ましい。図示の例では、下部貯湯温度センサ３８が、流出口２１と流入口２２との間の高さの位置に設けられている。また、図示の例では、流出口２１よりも高い位置に、上部貯湯温度センサ３９がさらに設けられている。上部貯湯温度センサ３９によれば、貯湯タンク１１内の上部の貯湯温度を検知できる。

　以下の説明では、ヒートポンプ装置２に流入する熱媒体の温度を「ヒートポンプ入口温度」と称する。ヒートポンプ入口温度は、第一熱交換器５の二次流路５ｂに流入する熱媒体の温度に相当する。また、ヒートポンプ装置２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。ヒートポンプ出口温度は、第二熱交換器７の二次流路７ｂから流出する熱媒体の温度に相当する。

　ヒートポンプ装置２は、ヒートポンプ入口温度センサ４０と、ヒートポンプ出口温度センサ４１と、外気温度センサ４２とをさらに備える。通路３１に設置されたヒートポンプ入口温度センサ４０は、ヒートポンプ入口温度を検知するヒートポンプ入口温度取得手段に相当する。通路３２に設置されたヒートポンプ出口温度センサ４１は、ヒートポンプ出口温度を検知するヒートポンプ出口温度検知手段に相当する。外気温度センサ４２は、室外空気の温度である外気温度を検知する。

　貯湯タンク１１の流出口２１からタンク往き管２３へ流出する水の温度を「タンク流出温度」と称する。タンク流出温度は、水熱交換器１２の二次流路１２ｂに流入する水の温度に相当する。タンク往き管２３に設置されたタンク流出温度センサ４５は、タンク流出温度を検知する。

　タンク戻り管２４を通って流入口２２から貯湯タンク１１に流入する水の温度を「タンク流入温度」と称する。タンク流入温度は、水熱交換器１２の二次流路１２ｂからタンク戻り管２４へ流出する水の温度に相当する。タンク戻り管２４に設置されたタンク流入温度センサ４６は、タンク流入温度を検知する。

　本実施の形態において、貯湯タンク１１は、最上部４７を有する。最上部４７は、貯湯タンク１１のうちで、流入口２２よりも高い部分に相当する。給湯管２７の入口は、最上部４７内に位置する。給湯管２７は、最上部４７内の湯を取り出すように構成されている。最上部４７内の湯が給湯管２７を通って外部へ供給される。

　図示の例において、タンクユニット３の筐体４４の内部に第二コントローラ１０が配置されている。変形例として、筐体４４の外部に第二コントローラ１０が配置されていてもよいし、ヒートポンプ装置２と一体に第二コントローラ１０が設けられていてもよい。

　第一コントローラ８と第二コントローラ１０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。第一コントローラ８及び第二コントローラ１０は、給湯システム１の動作を制御する制御回路あるいは制御手段に相当する。第一コントローラ８及び第二コントローラ１０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。第一コントローラ８及び第二コントローラ１０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、第一コントローラ８と第二コントローラ１０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と第二コントローラ１０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と第二コントローラ１０とが、ローカルエリアネットワークあるいはインターネットを介して通信してもよい。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、ヒューマン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。

　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モバイル機器を給湯システム１のヒューマンインターフェースとして使用できるように構成されていてもよい。以下の説明では、ヒューマンインターフェースの代表としてリモコン５０が用いられる例を中心に説明するが、本開示において、リモコン５０を用いた処理は、いずれも、上記モバイル機器を用いた処理に置換可能である。

　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、一定速圧縮機４、インバータ圧縮機６、第一膨張弁１６、第二膨張弁１８、送風機２０、第一吐出温度センサ３６、第二吐出温度センサ３７、ヒートポンプ入口温度センサ４０、ヒートポンプ出口温度センサ４１、及び、外気温度センサ４２のそれぞれは、第一コントローラ８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、下部貯湯温度センサ３８、上部貯湯温度センサ３９、タンク流出温度センサ４５、及び、タンク流入温度センサ４６のそれぞれは、第二コントローラ１０に対して電気的に接続されている。

　第一コントローラ８の各機能は、処理回路により達成されてもよい。第一コントローラ８の処理回路は、少なくとも１つのプロセッサ８ａと少なくとも１つのメモリ８ｂとを備えてもよい。少なくとも１つのプロセッサ８ａは、少なくとも１つのメモリ８ｂ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、第一コントローラ８のそれぞれの各機能を達成してもよい。第一コントローラ８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。

　第二コントローラ１０の各機能は、処理回路により達成されてもよい。第二コントローラ１０の処理回路は、少なくとも１つのプロセッサ１０ａと少なくとも１つのメモリ１０ｂとを備えてもよい。少なくとも１つのプロセッサ１０ａは、少なくとも１つのメモリ１０ｂ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、第二コントローラ１０のそれぞれの各機能を達成してもよい。第二コントローラ１０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。

　第二コントローラ１０は、例えばインバータ制御により、熱媒体ポンプ１３の回転速度が可変となるように制御することができてもよい。第二コントローラ１０は、例えばインバータ制御により、水ポンプ１４の回転速度が可変となるように制御することができてもよい。

　給湯システム１は、貯湯運転を実行できる。第一コントローラ８及び第二コントローラ１０は、貯湯運転を制御する。以下、貯湯運転のときの動作例について説明する。

　貯湯運転では、一定速圧縮機４とインバータ圧縮機６との少なくとも一方と、熱媒体ポンプ１３と、水ポンプ１４と、送風機２０とが稼働する。また、流路切替弁１５では、ａポートがｃポートに連通し、ｄポートが閉じる。ここでは、一定速圧縮機４とインバータ圧縮機６との両方が稼働する貯湯運転について説明する。

　一定速圧縮機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、第一膨張弁１６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、第一蒸発器１７に流入する。第一蒸発器１７では、送風機２０によって導かれた、第二蒸発器１９を通過した室外空気と、低温低圧冷媒との間で熱を交換する。第一蒸発器１７にて室外空気により加熱されることで冷媒が蒸発する。蒸発した冷媒が一定速圧縮機４に吸入される。このようにして、第一冷媒回路４８による冷凍サイクルが形成される。

　第一熱交換器５にて冷媒の熱を受けて加熱された熱媒体は、通路９を通って、第二熱交換器７の二次流路７ｂに流入する。インバータ圧縮機６により圧縮されることで高温高圧となった冷媒が第二熱交換器７の一次流路７ａに流入する。一次流路７ａを流れる冷媒は、二次流路７ｂを流れる熱媒体により冷却される。一次流路７ａを通過した冷媒は、第二膨張弁１８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、第二蒸発器１９に流入する。第二蒸発器１９では、送風機２０によって導かれた室外空気と、低温低圧冷媒との間で熱を交換する。第二蒸発器１９にて室外空気により加熱されることで冷媒が蒸発する。蒸発した冷媒がインバータ圧縮機６に吸入される。このようにして、第二冷媒回路４９による冷凍サイクルが形成される。

　第一熱交換器５を通過した熱媒体は、第二熱交換器７にて冷媒の熱を受けて、さらに加熱される。第二熱交換器７から流出した熱媒体は、通路３２、流路切替弁１５、及び通路３３を通って、水熱交換器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３０、熱媒体ポンプ１３、及び通路３１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及び水熱交換器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、流出口２１及びタンク往き管２３を通って、水熱交換器１２の二次流路１２ｂに流入する。水熱交換器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。その加熱された水は、タンク戻り管２４及び流入口２２を通って、貯湯タンク１１の上部に流入する。

　第二コントローラ１０は、水回路２５を流れる水の流量が比較的高くなるように、水ポンプ１４の回転速度を比較的高くする。その結果、貯湯タンク１１内では、タンク戻り管２４が接続される流入口２２の高さから、タンク往き管２３が接続される流出口２１の高さの範囲にわたって、温度境界層が形成されずに、ほぼ均一な温度に水が加熱される。また、タンク戻り管２４及び流入口２２を通って貯湯タンク１１内に流入した湯は、浮力によって、流入口２２よりも高い位置へ上昇する。その結果、貯湯タンク１１内の水全体が、ほぼ均一な温度に加熱される。ただし、水熱交換器１２で加熱された水の温度よりも高温の湯が貯湯タンク１１の最上部４７に残っている場合には、その高温の湯が最上部４７に残り続ける場合もある。

　本実施の形態の貯湯運転では、貯湯タンク１１に貯留された水が水回路２５によって水熱交換器１２へ繰り返し循環することにより、貯湯タンク１１内の水の温度が徐々に上昇していく。このため、貯湯運転の開始から貯湯運転の完了にかけて、タンク流出温度及びタンク流入温度のそれぞれは、連続的に上昇していく。また、貯湯運転の開始から貯湯運転の完了にかけて、ヒートポンプ入口温度は、連続的に上昇していく。

　貯湯運転の非実行中に、第一コントローラ８及び第二コントローラ１０は、上部貯湯温度センサ３９が検知する上部貯湯温度が、所定の閾値よりも低くなると、貯湯運転を開始してもよい。貯湯運転の実行中に、第一コントローラ８及び第二コントローラ１０は、下部貯湯温度センサ３８が検知する下部貯湯温度が、所定の目標貯湯温度に達すると、貯湯運転を終了してもよい。

　第一コントローラ８がインバータ圧縮機６の回転速度を調整することで、貯湯運転のときの第二熱交換器７の加熱能力を調整できる。第二熱交換器７の加熱能力とは、第二熱交換器７にて単位時間当たりに熱媒体が冷媒から受け取る熱量である。加熱能力の単位は、例えばＷ（ワット）である。インバータ圧縮機６の回転速度が高いほど、第二熱交換器７の加熱能力が高くなる。

　一定速圧縮機４の回転速度は調整できないので、一定速圧縮機４の運転中に第一熱交換器５の加熱能力を調整することはできない。第一熱交換器５の加熱能力とは、第一熱交換器５にて単位時間当たりに熱媒体が冷媒から受け取る熱量である。ヒートポンプ装置２全体での加熱能力は、第一熱交換器５の加熱能力と第二熱交換器７の加熱能力との合計である。

　本実施の形態であれば、インバータ圧縮機６の回転速度を調整することで、ヒートポンプ装置２全体での加熱能力を調整できる。また、一定速圧縮機４のためのインバータ装置を設ける必要がないので、ヒートポンプ装置２の小型化及び低コスト化が図れる。

　本実施の形態であれば、第一熱交換器５の熱媒体の流路と第二熱交換器７の熱媒体の流路を直列に接続しているので、熱媒体回路を流れる熱媒体の全量が第一熱交換器５と第二熱交換器７のそれぞれに流れる。このため、第一熱交換器５の熱媒体の流路と第二熱交換器７の熱媒体の流路を並列に接続する構成に比べて、第一熱交換器５の内部での熱媒体の流速及び第二熱交換器７の内部での熱媒体の流速が高くなり、熱伝達率が向上する。

　第一熱交換器５の熱媒体の流路と第二熱交換器７の熱媒体の流路を並列に接続する構成において、第一熱交換器５を有する第一冷媒回路４８の動作と、第二熱交換器７を有する第二冷媒回路４９の動作とのいずれか一方を停止する場合、停止した冷媒回路の熱交換器を通る熱媒体の流路を閉止するバルブが必要となる。これに対し、本実施の形態のような直列接続の場合、当該バルブが不要であるという利点がある。

　本実施の形態の貯湯運転の実行中には、前述したように、ヒートポンプ入口温度が連続的に上昇していく。ヒートポンプ入口温度が上昇すると、第一冷媒回路４８の凝縮圧力が上昇し、第二冷媒回路４９の凝縮圧力も上昇する。本実施の形態であれば、第二冷媒回路４９の凝縮圧力が高くなった場合には、インバータ圧縮機６の回転速度を低下させることで、第二冷媒回路４９の凝縮圧力の上昇を抑え、第二冷媒回路４９の凝縮圧力が設計圧力を超えないように調整できる。それゆえ、貯湯運転を安定して実施することが可能となる。また、第一熱交換器５の熱媒体の流路が、第二熱交換器７の熱媒体の流路よりも上流側にあるので、第一熱交換器５を流れる熱媒体の温度は、第二熱交換器７を流れる熱媒体の温度よりも低い。それゆえ、第一冷媒回路４８では、一定速圧縮機４の回転速度を調整できなくても、凝縮圧力が比較的上昇しにくい。したがって、第一冷媒回路４８の凝縮圧力の上昇を抑える上で有利になり、貯湯運転をより安定して実施することが可能となる。

　貯湯運転中に、第一コントローラ８は、第一吐出温度センサ３６で検知される一定速圧縮機４の吐出温度が所定の温度に等しくなるように、第一膨張弁１６の開度を調整してもよい。第一膨張弁１６の開度が大きいほど、第一冷媒回路４８の冷媒流量が増加し、一定速圧縮機４の吐出温度が低下する。貯湯運転中に、第一コントローラ８は、第二吐出温度センサ３７で検知されるインバータ圧縮機６の吐出温度が所定の温度に等しくなるように、第二膨張弁１８の開度を調整してもよい。第二膨張弁１８の開度が大きいほど、第二冷媒回路４９の冷媒流量が増加し、インバータ圧縮機６の吐出温度が低下する。

　貯湯運転中に、第二コントローラ１０は、熱媒体回路を流れる熱媒体の流量が所定値に等しくなるような回転速度に、熱媒体ポンプ１３の回転速度を固定してもよい。あるいは、第二コントローラ１０は、ヒートポンプ出口温度センサ４１で検知されるヒートポンプ出口温度と、ヒートポンプ入口温度センサ４０で検知されるヒートポンプ入口温度との差が、目標温度差に等しくなるように、熱媒体ポンプ１３の回転速度を調整してもよい。

　貯湯運転中に、第二コントローラ１０は、水回路２５を流れる水の流量が所定値に等しくなるような回転速度に、水ポンプ１４の回転速度を固定してもよい。あるいは、第二コントローラ１０は、タンク流入温度センサ４６で検知されるタンク流入温度と、タンク流出温度センサ４５で検知されるタンク流出温度との差が、目標温度差に等しくなるように、水ポンプ１４の回転速度を調整してもよい。

　本実施の形態において、第一コントローラ８あるいは第二コントローラ１０は、下部貯湯温度センサ３８が検知する下部貯湯温度の情報を用いて、ヒートポンプ入口温度を推定してもよい。この場合、第一コントローラ８あるいは第二コントローラ１０は、ヒートポンプ入口温度を推定するヒートポンプ入口温度取得手段に相当する。前述したように、貯湯運転中、流出口２１と流入口２２との間の高さにおける貯湯タンク１１内の水の温度は均一である。このため、下部貯湯温度とタンク流出温度とは同等である。水熱交換器１２の一次流路１２ａから流出する熱媒体の温度と、二次流路１２ｂに流入する水の温度であるタンク流出温度との差を以下「一次／二次温度差」と称する。一次／二次温度差は、水熱交換器１２の熱交換性能と、熱媒体回路の熱媒体流量と、水回路２５の水流量とで定まる。このため、第一コントローラ８あるいは第二コントローラ１０は、一次／二次温度差を、予め推定し、固定値として予め記憶しておくことができる。通路３１から散逸する熱量が小さいとすれば、ヒートポンプ入口温度は、水熱交換器１２の一次流路１２ａから流出する熱媒体の温度にほぼ等しいと考えられる。以上のことから、第一コントローラ８あるいは第二コントローラ１０は、下部貯湯温度センサ３８が検知する下部貯湯温度に、予め記憶した一次／二次温度差を加算することで、ヒートポンプ入口温度を推定できる。第一コントローラ８あるいは第二コントローラ１０がヒートポンプ入口温度を推定できる場合には、ヒートポンプ装置２は、ヒートポンプ入口温度センサ４０を備えていなくてもよい。

　本実施の形態において、第一コントローラ８及び第二コントローラ１０は、貯湯運転を開始する前に、下部貯湯温度センサ３８が検知する下部貯湯温度の情報を受信し、貯湯運転を開始する前の下部貯湯温度が基準よりも低い場合にはインバータ圧縮機６と一定速圧縮機４との両方を稼働させて貯湯運転を開始し、貯湯運転を開始する前の下部貯湯温度が基準以上の場合には一定速圧縮機４を稼働させずにインバータ圧縮機６を稼働させて貯湯運転を開始する。

　図３は、貯湯運転の開始前に実行される処理の例を示すフローチャートである。第一コントローラ８が一定速圧縮機４及びインバータ圧縮機６を起動する前に、図３のフローチャートが実行される。貯湯運転の開始条件が満足されたと第二コントローラ１０が判断すると、図３のステップＳ１０１として、下部貯湯温度センサ３８が検知する下部貯湯温度が、第一所定温度未満かどうかが判断される。この第一所定温度は、上記の基準に相当する。第一所定温度の値は、例えば４０℃程度でもよい。下部貯湯温度が第一所定温度未満であれば、処理はステップＳ１０２へ進み、これから開始する貯湯運転において一定速圧縮機４とインバータ圧縮機６との両方を運転するように設定される。これに対し、下部貯湯温度が第一所定温度以上であれば、処理はステップＳ１０３へ進み、これから開始する貯湯運転において一定速圧縮機４を運転せずにインバータ圧縮機６を運転するように設定される。

　貯湯運転を開始する前の下部貯湯温度が第一所定温度以上のときに、仮に、一定速圧縮機４とインバータ圧縮機６との両方を稼働させて貯湯運転を開始したとする。貯湯運転を開始する前の下部貯湯温度が第一所定温度以上であると、貯湯運転開始後、ヒートポンプ入口温度がすぐに高くなる。第一熱交換器５で熱媒体が加熱されるので、第二熱交換器７に流入する熱媒体の温度は、ヒートポンプ入口温度よりも高くなる。第一熱交換器５の加熱能力は調整できないため、第二熱交換器７に流入する熱媒体の温度は、ヒートポンプ入口温度よりも大幅に高くなる。第二熱交換器７に流入する熱媒体の温度が高くなると、インバータ圧縮機６の回転速度を低くしても、第二冷媒回路４９の凝縮圧力を下げられず、第二冷媒回路４９の凝縮圧力が設計圧力を超える可能性がある。その結果、貯湯運転開始後、インバータ圧縮機６が、短い時間運転した後に、突発的に停止して、ヒートポンプ装置２の動作が不安定となる可能性がある。インバータ圧縮機６が短時間だけ運転した後に停止すると、起動直後にインバータ圧縮機６から吐出された冷凍機油が、第二冷媒回路４９を一周してインバータ圧縮機６内に再び戻る前に、第二冷媒回路４９の動作が停止することとなる。このため、インバータ圧縮機６が次に起動する際に、インバータ圧縮機６内の冷凍機油の量が不足し、潤滑不良となる可能性がある。

　これに対し、本実施の形態であれば、貯湯運転を開始する前の下部貯湯温度が第一所定温度以上のときには、一定速圧縮機４を稼働せずにインバータ圧縮機６を稼働させて貯湯運転が開始される。このため、第一熱交換器５で熱媒体が加熱されずに熱媒体が第二熱交換器７に流入するので、第二熱交換器７に流入する熱媒体の温度が低くなる。それゆえ、第二冷媒回路４９の凝縮圧力が上昇しにくいので、インバータ圧縮機６が突発的に停止するようなことをより確実に防止でき、安定した貯湯運転を実施できる。また、上述したようなインバータ圧縮機６内の冷凍機油の不足が生じることをより確実に防止できる。

　本実施の形態であれば、貯湯運転を開始する前に、下部貯湯温度センサ３８が検知する下部貯湯温度を用いて、一定速圧縮機４を運転すべきかどうかを判定できる。このため、一定速圧縮機４を起動する必要があるかどうかを判定する際に、熱媒体ポンプ１３及び水ポンプ１４を運転する必要がないという利点がある。

　貯湯運転の実行中に、第一コントローラ８は、ヒートポンプ出口温度センサ４１が検知するヒートポンプ出口温度が上限値を超えないようにインバータ圧縮機６の回転速度を調整してもよい。すなわち、第一コントローラ８は、貯湯運転の実行中に、ヒートポンプ出口温度が上限値を超えないように、インバータ圧縮機６の回転速度を徐々に低下させてもよい。これにより、可能な運転範囲の中で、ヒートポンプ装置２の加熱能力をできるだけ大きくすることが可能となる。

　インバータ圧縮機６と一定速圧縮機４との両方が稼働した貯湯運転の実行中に、第一コントローラ８は、ヒートポンプ入口温度が基準に達すると、一定速圧縮機４を停止してインバータ圧縮機６を稼働させ続けるようにしてもよい。一定速圧縮機４を停止させると、熱媒体が第一熱交換器５で加熱されずに第二熱交換器７に流入するようになるので、第二熱交換器７に流入する熱媒体の温度が低下する。その結果、第二冷媒回路４９の凝縮圧力の上昇を抑制できるので、第二冷媒回路４９の凝縮圧力が設計圧力を超えてインバータ圧縮機６が停止するようなことを確実に防止できる。それゆえ、貯湯運転を安定して継続できる。その後、ヒートポンプ入口温度がさらに上昇した場合には、第一コントローラ８は、インバータ圧縮機６の回転速度を低下させることで、第二冷媒回路４９の凝縮圧力の上昇を抑制しながら、貯湯運転をさらに継続できる。このようにして、ヒートポンプ入口温度がより高い温度になるまで、貯湯運転を実施することが可能となる。その結果、貯湯運転が終了したときの貯湯タンク１１内の温度をより高くできる。

　次に、貯湯運転中に一定速圧縮機４の停止とインバータ圧縮機６の停止とを第一コントローラ８及び第二コントローラ１０が判断する処理の例について説明する。図４は、一定速圧縮機４とインバータ圧縮機６の両方を稼働させた貯湯運転の実行中に第一コントローラ８及び第二コントローラ１０が実行する処理の例を示すフローチャートである。第一コントローラ８及び第二コントローラ１０は、図３のステップＳ１０２で、一定速圧縮機４とインバータ圧縮機６との両方を運転するように設定して貯湯運転を開始した後に、図４のフローチャートを実行する。

　図４のステップＳ２０１で、第一コントローラ８は、インバータ圧縮機６の運転と一定速圧縮機４の運転を継続する。この状態で、ステップＳ２０２として、第一コントローラ８は、ヒートポンプ入口温度が第二所定温度以上になったかどうかを判定する。この第二所定温度は、前述した基準に相当する。第二所定温度の値は、例えば５３℃程度でもよい。なお、ステップＳ２０２で第一コントローラ８が用いるヒートポンプ入口温度の値は、ヒートポンプ入口温度センサ４０で検知した値でもよいし、下部貯湯温度センサ３８が検知する下部貯湯温度に一次／二次温度差を加算することで推定された値でもよい。

　ステップＳ２０２でヒートポンプ入口温度がまだ第二所定温度に達していない場合には、処理はステップＳ２０１に戻り、インバータ圧縮機６の運転と一定速圧縮機４の運転が継続される。

　ステップＳ２０２でヒートポンプ入口温度が第二所定温度以上になると、第一コントローラ８は、ステップＳ２０３として一定速圧縮機４を停止し、ステップＳ２０４としてインバータ圧縮機６の運転を継続する。これにより、ヒートポンプ装置２は、第一冷媒回路４８の運転が停止し、第二冷媒回路４９のみで熱媒体を加熱する運転となる。

　続いて、ステップＳ２０５として、第一コントローラ８は、下部貯湯温度センサ３８が検知する下部貯湯温度が目標貯湯温度以上になったかどうかを判断する。下部貯湯温度がまだ目標貯湯温度に達してない場合には、処理はステップＳ２０４に戻り、インバータ圧縮機６の運転が継続される。

　下部貯湯温度が目標貯湯温度に達すると、処理はステップＳ２０５からステップＳ２０６に進み、第一コントローラ８は、インバータ圧縮機６を停止する。次いで、ステップＳ２０７として、第一コントローラ８は、熱媒体ポンプ１３及び水ポンプ１４を停止する。これにより、貯湯運転が終了する（ステップＳ２０８）。

　ヒートポンプ装置２がタンクユニット３から遠い位置に設置されており、通路３１の長さが長い場合には、下部貯湯温度センサ３８が検知する下部貯湯温度が上昇してから、ヒートポンプ入口温度が上昇するまでに時間がかかる。このため、下部貯湯温度センサ３８が検知する下部貯湯温度に一次／二次温度差を加算することでヒートポンプ入口温度を推定すれば、ヒートポンプ入口温度が実際に上昇する前に、ヒートポンプ入口温度の上昇を検知できる。このため、上述したステップＳ２０２及びステップＳ２０３で、第一コントローラ８が、下部貯湯温度から推定したヒートポンプ入口温度を用いて一定速圧縮機４の停止を判定した場合には、ヒートポンプ入口温度の上昇をより早い段階で検知して、一定速圧縮機４を停止させることができる。それゆえ、ヒートポンプ入口温度が急激に上昇したような場合にも確実に対応できるという利点がある。

　タンクユニット３は、下部貯湯温度センサ３８を備えていなくてもよい。下部貯湯温度センサ３８が無い場合には、ヒートポンプ装置２の冷媒回路を起動する前に、水ポンプ１４を短時間運転させて、貯湯タンク１１の流出口２１から流出した水の温度をタンク流出温度センサ４５により検知することで、下部貯湯温度を検知することができる。

　タンクユニット３は、下部貯湯温度センサ３８とタンク流出温度センサ４５のどちらも備えていなくてもよい。下部貯湯温度センサ３８とタンク流出温度センサ４５のどちらも無い場合には、ヒートポンプ装置２の冷媒回路を起動する前に、熱媒体ポンプ１３及び水ポンプ１４を短時間運転させて、ヒートポンプ入口温度センサ４０でヒートポンプ入口温度を検知すればよい。貯湯運転を開始する前に、ヒートポンプ装置２は、そのようにして検知されたヒートポンプ入口温度を用いて、一定速圧縮機４を起動するかどうかを判定してもよい。

　次に、第一コントローラ８がヒートポンプ出口温度に応じてインバータ圧縮機６の回転速度を調整する例について、図５及び図６を参照して説明する。図５は、貯湯運転中に第一コントローラ８が実行する処理の例を示すフローチャートである。図６は、貯湯運転のときの、一定速圧縮機４の回転速度の変化と、インバータ圧縮機６の回転速度の変化と、熱媒体の温度の変化とを示す図である。以下の説明において、第一熱交換器５と第二熱交換器７との間の熱媒体の温度を「中間温度」と称する。すなわち、中間温度は、第一熱交換器５から流出して第二熱交換器７に流入する熱媒体の温度である。ここでは、説明を簡単にするため、熱媒体が流れる配管等から散逸する熱量が無視できるものとして説明する。

　図６の時刻Ｔ１で貯湯運転が開始され、一定速圧縮機４及びインバータ圧縮機６が起動されると、熱媒体が第一熱交換器５で加熱されることで、ヒートポンプ入口温度に対して中間温度が高くなる。また、第二熱交換器７で熱媒体がさらに加熱されることで、中間温度に対してヒートポンプ出口温度が高くなる。第一コントローラ８は、貯湯運転の開始後、インバータ圧縮機６を最高回転速度で運転してもよいし、最高回転速度よりも低い回転速度であって運転効率の高い回転速度でインバータ圧縮機６を運転してもよい。

　貯湯運転の開始後、図５のステップＳ３０１として、第一コントローラ８は、一定速圧縮機４及びインバータ圧縮機６の運転を継続する。次いで、ステップＳ３０２として、第一コントローラ８は、ヒートポンプ出口温度センサ４１が検知するヒートポンプ出口温度が、ヒートポンプ出口温度上限値に達したかどうかを判断する。ヒートポンプ出口温度がまだヒートポンプ出口温度上限値に達していない場合には、処理はステップＳ３０１に戻り、一定速圧縮機４及びインバータ圧縮機６の運転が継続される。

　図６に示すように、時刻Ｔ１の後、ヒートポンプ出口温度は、徐々に上昇し、時刻Ｔ２で、ヒートポンプ出口温度上限値に達する。図５のステップＳ３０２でヒートポンプ出口温度がヒートポンプ出口温度上限値に達すると、第一コントローラ８は、ステップＳ３０３として、ヒートポンプ出口温度がヒートポンプ出口温度上限値を超えないように、インバータ圧縮機６の回転速度を低下させることでヒートポンプ出口温度を調整する。なお、ヒートポンプ出口温度上限値は、第二冷媒回路４９の凝縮圧力が設計圧力を超えないような値として、第一コントローラ８に予め記憶されている。ヒートポンプ出口温度上限値は、例えば６０℃程度でもよい。

　図６の時刻Ｔ２の後、貯湯タンク１１内の水の温度がさらに上昇していくと、中間温度もさらに上昇していく。このため、第一コントローラ８は、インバータ圧縮機６の回転速度を、時間とともに低下させる。処理は、ステップＳ３０３からステップＳ３０４に進み、第一コントローラ８は、インバータ圧縮機６の回転速度が、下限値まで低下したかどうかを判断する。インバータ圧縮機６の回転速度がまだ下限値よりも高い場合には、処理はステップＳ３０３に戻る。

　図６では、時刻Ｔ３に、インバータ圧縮機６の回転速度が下限値まで低下した状態となる。インバータ圧縮機６の回転速度が下限値まで低下すると、処理はステップＳ３０４からステップＳ３０５に進み、第一コントローラ８は、一定速圧縮機４を停止させる。図６に示すように、時刻Ｔ３に一定速圧縮機４が停止した後は、第一熱交換器５では熱媒体が加熱されなくなるため、中間温度はヒートポンプ入口温度に等しくなる。このときのヒートポンプ入口温度は、前述した第二所定温度に等しくなる。

　処理はステップＳ３０５からステップＳ３０６に進み、第一コントローラ８は、インバータ圧縮機６の回転速度を増加させる。次いで、ステップＳ３０７として、第一コントローラ８は、インバータ圧縮機６の運転を継続する。このように、インバータ圧縮機６と一定速圧縮機４との両方が稼働した貯湯運転の実行中にインバータ圧縮機６の回転速度が下限値まで低下すると、第一コントローラ８は、一定速圧縮機４を停止してインバータ圧縮機６を稼働させ続ける。これにより、一定速圧縮機４とインバータ圧縮機６との両方を運転する時間をできるだけ長くすることが可能となる。また、第一コントローラ８は、インバータ圧縮機６と一定速圧縮機４との両方が稼働した貯湯運転の実行中に一定速圧縮機４を停止させるときにインバータ圧縮機６の回転速度を増加させる。これにより、一定速圧縮機４を停止した後に、ヒートポンプ出口温度の低下を小さく抑えることができる。それゆえ、貯湯運転中の貯湯タンク１１の流入口２２に、低い温度の水が流入することを防止できる。

　図６の時刻Ｔ３の後、ヒートポンプ入口温度がさらに上昇することに伴い、ヒートポンプ出口温度もさらに上昇する。処理はステップＳ３０７からステップＳ３０８に進み、第一コントローラ８は、ヒートポンプ出口温度センサ４１が検知するヒートポンプ出口温度が、ヒートポンプ出口温度上限値に達したかどうかを判断する。ヒートポンプ出口温度がまだヒートポンプ出口温度上限値に達していない場合には、処理はステップＳ３０７に戻り、インバータ圧縮機６の運転が継続される。

　図６に示すように、時刻Ｔ３の後、ヒートポンプ出口温度は、徐々に上昇し、時刻Ｔ４で、ヒートポンプ出口温度上限値に達する。ステップＳ３０８でヒートポンプ出口温度がヒートポンプ出口温度上限値に達すると、第一コントローラ８は、ステップＳ３０９として、ヒートポンプ出口温度がヒートポンプ出口温度上限値を超えないように、インバータ圧縮機６の回転速度を低下させることでヒートポンプ出口温度を調整する。次いで、ステップＳ３１０として、第一コントローラ８は、下部貯湯温度センサ３８が検知する下部貯湯温度が目標貯湯温度に達したかどうかを判断する。下部貯湯温度がまだ目標貯湯温度に達していない場合には、処理はステップＳ３０９に戻る。下部貯湯温度が目標貯湯温度に達すると、処理はステップＳ３１０からステップＳ３１１に進み、第一コントローラ８は、インバータ圧縮機６を停止する。次いで、ステップＳ３１２として、第一コントローラ８は、熱媒体ポンプ１３及び水ポンプ１４を停止する。これにより、貯湯運転が終了する（ステップＳ３１３、図６の時刻Ｔ５）。

　上述したように、本実施の形態において、第一コントローラ８は、貯湯運転の実行中に、ヒートポンプ出口温度が上限値を超えないように、インバータ圧縮機６の回転速度を低下させて調整する。これにより、可能な運転範囲の中で、ヒートポンプ装置２の加熱能力をできるだけ大きくすることが可能となる。それゆえ、貯湯運転の所要時間をできるだけ短くすることが可能となる。

　次に、給湯システム１の暖房運転について説明する。第一コントローラ８及び第二コントローラ１０は、暖房運転を制御する。第一コントローラ８及び第二コントローラ１０は、暖房運転のときの動作を以下のように制御する。一定速圧縮機４及びインバータ圧縮機６のいずれか一方または両方と、熱媒体ポンプ１３とが駆動される。水ポンプ１４は、停止される。流路切替弁１５では、ａポートがｄポートに連通し、ｃポートが閉じる。ヒートポンプ装置２の動作は、貯湯運転のときと、同一または類似である。ヒートポンプ装置２にて冷媒により加熱された熱媒体は、通路３２、流路切替弁１５、及び通路３４を通って、暖房装置２８に流入する。暖房装置２８は、熱媒体の熱を用いて部屋を加熱する。暖房装置２８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３５、分岐部２９、熱媒体ポンプ１３、及び通路３１を通って、ヒートポンプ装置２に戻る。このようにして熱媒体がヒートポンプ装置２及び暖房装置２８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、暖房運転と貯湯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、暖房運転と貯湯運転とを切り替える切替弁に相当する。

実施の形態２．
　次に、図７を参照して、実施の形態２について説明するが、前述した実施の形態１との相違点を中心に説明し、共通する説明を簡略化または省略する。また、前述した要素と共通または対応する要素には、同一の符号を付す。図７は、実施の形態２による給湯システム５１を示す図である。給湯システム５１は、ヒートポンプ装置２と、タンクユニット５２とを備える。給湯システム５１が備えるヒートポンプ装置２は、実施の形態１のヒートポンプ装置２と同一または類似である。以下、タンクユニット５２について、実施の形態１のタンクユニット３との相違点を中心に説明し、共通する点については説明を簡略化または省略する。

　タンクユニット５２は、タンクユニット３と比べて、水熱交換器１２、水ポンプ１４、水回路２５、タンク流出温度センサ４５、及び、タンク流入温度センサ４６を備えていないことが異なる。タンクユニット５２は、貯湯タンク１１の内部に配置された水熱交換器５３を備える。水熱交換器５３が有する熱媒体管５４は、貯湯タンク１１の中心軸を中心として、ヘリカル状あるいはコイル状に巻回された形状を有する。水熱交換器５３は、貯湯タンク１１内で水没している。鉛直方向の位置に関して、水熱交換器５３の中心は、貯湯タンク１１の中心よりも低い位置にある。

　水熱交換器５３は、入口５５及び出口５６を有する。入口５５は、出口５６よりも高い位置にある。入口通路５８は、流路切替弁１５のｃポートを水熱交換器５３の入口５５につなぐ。出口通路５７は、水熱交換器５３の出口５６を熱媒体ポンプ１３の吸入口につなぐ。

　図示の例において、水熱交換器５３の熱媒体管５４は、貯湯タンク１１の内壁面に接することなく配置されている。変形例として、水熱交換器５３の熱媒体管５４が、貯湯タンク１１の内壁面に接していてもよい。

　タンクユニット５２を用いた貯湯運転のときには、ヒートポンプ装置２で加熱された熱媒体が、通路３２、流路切替弁１５、入口通路５８、及び入口５５を通って、水熱交換器５３の熱媒体管５４に流入する。水熱交換器５３の熱媒体管５４を通過した熱媒体は、出口５６、出口通路５７、熱媒体ポンプ１３、及び通路３１を通って、ヒートポンプ装置２に戻る。水熱交換器５３では、熱媒体管５４の中を流れる熱媒体と、熱媒体管５４の外壁に接している貯湯タンク１１内の水との間で、熱が交換されることで、水が加熱される。熱媒体管５４の外壁に接している水は、加熱されると、浮力によって上昇する。その結果、貯湯タンク１１の内部に、自然対流によって循環する流れが形成される。それゆえ、タンクユニット３の場合と同様に、貯湯タンク１１内の水全体が、ほぼ均一な温度に加熱される。ただし、高温の湯が貯湯タンク１１の最上部４７に残っている場合には、その高温の湯が最上部４７に残り続ける場合もある。

　図示を省略するが、本開示による給湯システムは、水熱交換器が有する熱媒体管が貯湯タンク１１の外壁に接しているタイプのタンクユニットを備えたものでもよい。そのようなタンクユニットを以下「外コイルタイプ」と称する。外コイルタイプのタンクユニットでは、水熱交換器が有する熱媒体管が、貯湯タンク１１の外周に、ヘリカル状あるいはコイル状に巻き付けられている。貯湯タンク１１の外壁に接する熱媒体管の中を流れる熱媒体の熱で、貯湯タンク１１の壁が加熱される。貯湯タンク１１の内壁から、当該内壁に接する水に熱が伝わることで、貯湯タンク１１内の水が加熱される。貯湯タンク１１の内壁に接する水が、加熱されて、浮上することで、自然対流が発生する。本開示によるヒートポンプ装置２は、外コイルタイプのタンクユニットと接続して使用することも可能である。

　上述した実施の形態２によれば、実施の形態１と同一または類似の効果が得られる。

実施の形態３．
　次に、図８を参照して、実施の形態３について説明するが、前述した実施の形態１との相違点を中心に説明し、共通する説明を簡略化または省略する。また、前述した要素と共通または対応する要素には、同一の符号を付す。図８は、実施の形態３による給湯システム６１を示す図である。給湯システム６１は、ヒートポンプ装置２と、タンクユニット６２とを備える。給湯システム６１が備えるヒートポンプ装置２は、実施の形態１のヒートポンプ装置２と同一または類似である。以下、タンクユニット６２について、実施の形態１のタンクユニット３との相違点を中心に説明し、共通する点については説明を簡略化または省略する。

　タンクユニット６２は、タンクユニット３と比べて、水熱交換器１２、水ポンプ１４、水回路２５、通路３０、通路３３、タンク流出温度センサ４５、及び、タンク流入温度センサ４６を備えていないことが異なる。タンクユニット６２は、タンク往き管６３及びタンク戻り管６４を備える。タンク往き管６３は、貯湯タンク１１の流出口２１を熱媒体ポンプ１３の吸入口につなぐ。タンク戻り管６４は、流路切替弁１５のｃポートを貯湯タンク１１の流入口２２につなぐ。

　給湯システム６１では、貯湯タンク１１に貯留された水と、ヒートポンプ装置２の冷媒との間で、直接的に熱が交換される。タンク往き管６３及び通路３１は、貯湯タンク１１の流出口２１から流出した水を、熱媒体として、ヒートポンプ装置２の第一熱交換器５に流入させる往き水路に相当する。通路３２及びタンク戻り管６４は、ヒートポンプ装置２の第二熱交換器７から流出した熱媒体である水を、流入口２２から貯湯タンク１１に流入させる戻り水路に相当する。

　給湯システム６１の貯湯運転においては、貯湯タンク１１の流出口２１から流出した水が、タンク往き管６３及び通路３１を通って、ヒートポンプ装置２に流入する。ヒートポンプ装置２に流入した水は、第一熱交換器５及び第二熱交換器７を通過する間に加熱される。ヒートポンプ装置２にて加熱された水は、通路３２及びタンク戻り管６４を通って、流入口２２から貯湯タンク１１に流入する。このような水の回路を以下「貯湯回路」と称する。

　給湯システム６１の貯湯運転のときに、第二コントローラ１０は、貯湯回路を流れる水の流量が比較的高くなるように、熱媒体ポンプ１３の回転速度を比較的高くしてもよい。その際、貯湯タンク１１内では、実施の形態１と同様にして、流入口２２の高さから流出口２１の高さの範囲にわたって、温度境界層が形成されずに、ほぼ均一な温度に水が加熱される。

　あるいは、給湯システム６１の貯湯運転のときに、第二コントローラ１０は、貯湯回路を流れる水の流量が比較的低くなるように、熱媒体ポンプ１３の回転速度を比較的低くしてもよい。その際、貯湯タンク１１内の上部には、流入口２２から流入した高温水が蓄積する。この高温水と、貯湯タンク１１内の下部にある低温水との間に、温度境界層が形成される。そのような温度境界層を貯湯タンク１１内に形成する貯湯運転を実施する給湯システム６１においては、流入口２２が貯湯タンク１１の最上部４７に配置されていてもよい。

　上述した実施の形態３によれば、実施の形態１と同一または類似の効果が得られる。

１　給湯システム、　２　ヒートポンプ装置、　３　タンクユニット、　４　一定速圧縮機、　５　第一熱交換器、　５ａ　一次流路、　５ｂ　二次流路、　６　インバータ圧縮機、　７　第二熱交換器、　７ａ　一次流路、　７ｂ　二次流路、　８　第一コントローラ、　８ａ　プロセッサ、　８ｂ　メモリ、　９　通路、　１０　第二コントローラ、　１０ａ　プロセッサ、　１０ｂ　メモリ、　１１　貯湯タンク、　１２　水熱交換器、　１２ａ　一次流路、　１２ｂ　二次流路、　１３　熱媒体ポンプ、　１４　水ポンプ、　１５　流路切替弁、　１６　第一膨張弁、　１７　第一蒸発器、　１８　第二膨張弁、　１９　第二蒸発器、　２０　送風機、　２１　流出口、　２２　流入口、　２３　タンク往き管、　２４　タンク戻り管、　２５　水回路、　２６　給水管、　２７　給湯管、　２８　暖房装置、　２９　分岐部、　３０　通路、　３１　通路、　３２　通路、　３３　通路、　３４　通路、　３５　通路、　３６　第一吐出温度センサ、　３７　第二吐出温度センサ、　３８　下部貯湯温度センサ、　３９　上部貯湯温度センサ、　４０　ヒートポンプ入口温度センサ、　４１　ヒートポンプ出口温度センサ、　４２　外気温度センサ、　４３　筐体、　４４　筐体、　４５　タンク流出温度センサ、　４６　タンク流入温度センサ、　４７　最上部、　４８　第一冷媒回路、　４９　第二冷媒回路、　５０　リモコン、　５１　給湯システム、　５２　タンクユニット、　５３　水熱交換器、　５４　熱媒体管、　５５　入口、　５６　出口、　５７　出口通路、　５８　入口通路、　６１　給湯システム、　６２　タンクユニット、　６３　タンク往き管、　６４　タンク戻り管

Claims (11)

1. 　貯湯タンク内の水の温度を上昇させる貯湯運転のための熱を供給するヒートポンプ装置であって、
   　一定速圧縮機と、
   　前記一定速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、
   　可変速圧縮機と、
   　前記可変速圧縮機により圧縮された冷媒と、前記第一熱交換器よりも下流の前記熱媒体との間で熱を交換する第二熱交換器と、
   　を備えるヒートポンプ装置。
2. 　前記貯湯タンク内の水の温度である貯湯温度の情報を受信可能な制御手段をさらに備え、
   　前記制御手段は、前記貯湯運転を開始する前の前記貯湯温度が基準よりも低い場合には前記可変速圧縮機と前記一定速圧縮機との両方を稼働させて前記貯湯運転を開始し、前記貯湯運転を開始する前の前記貯湯温度が前記基準以上の場合には前記一定速圧縮機を稼働させずに前記可変速圧縮機を稼働させて前記貯湯運転を開始するように構成されている請求項１に記載のヒートポンプ装置。
3. 　前記ヒートポンプ装置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知するヒートポンプ出口温度検知手段と、
   　前記貯湯運転の実行中に前記ヒートポンプ出口温度が上限値を超えないように前記可変速圧縮機の回転速度を調整するように構成された制御手段と、
   　をさらに備える請求項１に記載のヒートポンプ装置。
4. 　前記ヒートポンプ装置に流入する前記熱媒体の温度であるヒートポンプ入口温度を検知または推定するヒートポンプ入口温度取得手段と、
   　前記可変速圧縮機と前記一定速圧縮機との両方が稼働した前記貯湯運転の実行中に、前記ヒートポンプ入口温度が基準に達すると、前記一定速圧縮機を停止して前記可変速圧縮機を稼働させ続けるように構成された制御手段と、
   　をさらに備える請求項１に記載のヒートポンプ装置。
5. 　前記ヒートポンプ入口温度取得手段は、前記貯湯タンク内の水の温度である貯湯温度の情報を用いて、前記ヒートポンプ入口温度を推定する請求項４に記載のヒートポンプ装置。
6. 　前記可変速圧縮機と前記一定速圧縮機との両方が稼働した前記貯湯運転の実行中に前記可変速圧縮機の回転速度が下限値まで低下すると、前記一定速圧縮機を停止して前記可変速圧縮機を稼働させ続けるように構成された制御手段をさらに備える請求項１に記載のヒートポンプ装置。
7. 　前記可変速圧縮機と前記一定速圧縮機との両方が稼働した前記貯湯運転の実行中に前記一定速圧縮機を停止させるときに前記可変速圧縮機の回転速度を増加させるように構成された制御手段をさらに備える請求項１に記載のヒートポンプ装置。
8. 　前記冷媒が可燃性冷媒である請求項１から請求項７のいずれか一項に記載のヒートポンプ装置。
9. 　請求項１から請求項７のいずれか一項に記載のヒートポンプ装置と、
   　前記貯湯タンクと、
   　前記ヒートポンプ装置から流出した前記熱媒体と、前記貯湯タンクに貯留された水との間で熱を交換する水熱交換器と、
   　を備える給湯システム。
10. 　前記貯湯タンクに設けられた流出口と、
    　前記流出口を、前記貯湯タンクの外部に設けられた前記水熱交換器の水入口につなぐタンク往き管と、
    　前記流出口よりも高い位置において前記貯湯タンクに設けられた流入口と、
    　前記水熱交換器の水出口を前記流入口につなぐタンク戻り管と、
    　前記流出口と前記流入口との間の高さの位置において前記貯湯タンクに設置された貯湯温度センサと、
    　前記貯湯温度センサの検知結果を用いて、前記ヒートポンプ装置に流入する前記熱媒体の温度であるヒートポンプ入口温度を推定するように構成された制御手段と、
    　を備える請求項９に記載の給湯システム。
11. 　請求項１から請求項７のいずれか一項に記載のヒートポンプ装置と、
    　前記貯湯タンクと、
    　前記貯湯タンクから流出した水を、前記熱媒体として、前記ヒートポンプ装置の前記第一熱交換器に流入させる往き水路と、
    　前記ヒートポンプ装置の前記第二熱交換器から流出した前記熱媒体である前記水を前記貯湯タンクに流入させる戻り水路と、
    　を備える給湯システム。

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