JP2011185488A - 給湯装置 - Google Patents

Abstract

【課題】処理負担の少ない制御によりヒートポンプ熱源機の加熱運転の開始時にヒートポンプ熱源機に循環する湯水の流量を適切な流量に制御できる給湯装置を提供する。
【解決手段】この給湯装置は、貯湯タンク（３）と、前記貯湯タンク内の湯水を加熱する加熱手段（７）と、前記貯湯タンク内の湯水を前記加熱手段に循環させるポンプ（Ｐ１）と、前記加熱手段に流入する湯水が目標温度になる様に前記ポンプの排水量を制御する制御手段（１０ｇ）と、前記加熱手段の定格能力を、前記加熱手段に流入する水の水温であって前記加熱手段が前記定格能力を発揮する水温と前記目標温度との温度差で割って得られる値に基づき、前記ポンプの排水量を決定する決定手段（１０ｆ）とを備え、前記制御手段は、前記加熱手段の加熱運転の開始時の前記ポンプの排水量を、前記決定手段により決定された排水量となる様に制御する。
【選択図】図１

Description

ヒートポンプ熱源機により貯湯タンク内の湯水を加熱する給湯装置に関する。

給湯装置は、例えば、ヒートポンプ熱源機と貯湯タンクとを備えている。ヒートポンプ熱源機は、例えば、加熱用媒体を圧縮する圧縮器と、圧縮器で圧縮された媒体と貯湯タンクからの湯水との間で熱交換を行わせて湯水を加熱する熱交換器と、熱交換器から流出された媒体を減圧させる膨張弁と、膨張弁で減圧された媒体を蒸発させる蒸発器とを備えている。ヒートポンプ熱源機と貯湯タンクの間には、貯湯タンク内の湯水を熱交換器に循環させる配管が配設されており、その配管には、貯湯タンク内の湯水を熱交換器に送出するためのポンプが配設されている。この様な給湯装置としては、例えば特許文献１に示されるものが知られている。

特開２００３−２２２３９６号公報

ヒートポンプ熱源機は、熱交換器において貯湯タンクからの湯水が加熱されて目標温度の湯になる様に加熱運転される。しかし、その加熱運転の開始時に熱交換器を循環する湯水の流量が適切でないと、その加熱運転の開始時から安定状態に至る過渡状態においてヒートポンプ熱源機内の冷媒経路（熱交換器、膨張弁および圧縮器を繋ぐ配管）内の圧力が過度に上昇するという現象や、熱交換器からの出湯する湯の温度がハンチング（即ち安定せずに振動）して目標温度にならないという現象が起こる。前者の現象が起こると、ヒートポンプ熱源機の加熱運転が停止されるという問題を招き、後者の現象が起こると、熱交換器で加熱された湯が目標温度に満たないため有効に使用されないという問題を招く。

これらの問題を解決するには、ヒートポンプ熱源機の加熱運転の開始時において熱交換器を循環する湯水の流量を適切な流量（即ちヒートポンプ熱源機により加熱される湯水の温度がハンチングせず且つヒートポンプ熱源機内の冷媒経路の圧力が過度に上昇しない流量）に制御する必要がある。その際、その制御の処理負担が軽減される様に工夫される事が望ましい。

この発明の課題は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、処理負担の少ない制御により、ヒートポンプ熱源機の加熱運転の開始時においてヒートポンプ熱源機に循環する湯水の流量を適切な流量に制御できる給湯装置を提供することにある。

上記課題を解決する為に、本発明の第１の態様は、貯湯タンク（３）と、前記貯湯タンク内の湯水を冷凍サイクルによる熱交換により加熱する加熱手段（７）と、前記貯湯タンク内の湯水を前記加熱手段に循環させて前記貯湯タンク内に戻すポンプ（Ｐ１）と、前記加熱手段に流入する湯水が目標温度になって流出するように前記ポンプの排水量を制御する制御手段（１０ｇ）と、前記加熱手段の定格能力を、前記加熱手段に流入する水の水温であって前記加熱手段が前記定格能力を発揮する水温と前記目標温度との温度差で割って得られる値に基づいて、前記ポンプの排水量を決定する決定手段（１０ｆ）と、を備え、前記制御手段（１０ｇ）は、前記加熱手段の加熱運転の開始時の前記ポンプの排水量を、前記決定手段（１０ｆ）により決定された排水量となる様に制御するものである。

本発明の第２の態様は、第１の態様に記載の給湯装置であって、前記貯湯タンクに供給される供給水の水温を検出する水温検出手段（１０ｃ，１０ｃＢ）を更に備え、前記決定手段（１０ｆ）は、前記加熱手段に流入する前記水の水温であって前記加熱手段が前記定格能力を発揮する水温として、前記水温検出手段により検出される前記供給水の前記水温を用いるものである。

本発明の第３の態様は、第２の態様に記載の給湯装置であって、前記水温検出手段（１０ｃ）は、外気温を検出する外気温検出手段（１０ｉ）と、前記外気温と前記供給水の前記水温との対応関係に基づいて、前記外気温検出手段により検出される外気温から前記供給水の前記水温を求める処理手段（１０ｊ）と、を備えるものである。

本発明の第４の態様は、第３の態様に記載の給湯装置であって、前記加熱手段（７）には1個以上の温度センサ（７ａ）が配設され、前記外気温検出手段（１０ｉ）は、前記加熱手段が加熱運転を所定時間行っていない場合の前記1個以上の温度センサのいずれかまたは複数の検出値から外気温を求めるものである。

本発明の第５の態様は、第２の態様に記載の給湯装置であって、前記水温検出手段（１０ｃＢ）は、前記貯湯タンク（３）の下部に配設された温度センサ（Ｔ５）と、前記温度センサにより一定時間内に検出される温度のうちの最低温度を前記供給水の前記水温と決定する処理手段（１０ｊＢ）と、を備えるものである。

本発明の第６の態様は、第１〜５の態様の何れかに記載の給湯装置であって、前記制御手段（１０ｇ）は、前記決定手段により決定された前記排水量に基づいて流量指示値を決定し、その流量指示値に基づいて前記加熱手段（７）の加熱運転の開始時の前記ポンプの排水量を制御し、前記流量指示値は、前記排水量の一次関数であるものである。

本発明の第７の態様は、第１〜６の態様の何れかに記載の給湯装置であって、前記加熱手段（７）は、加熱用媒体を圧縮する圧縮器（７ｂ）と、前記圧縮器で圧縮された前記加熱用媒体と前記貯湯タンク（３）からの湯水との間で熱交換を行わせて前記湯水を前記加熱用媒体によって加熱する熱交換器（７ｃ）と、前記熱交換器から流出した前記加熱用媒体を減圧させる膨張弁（７ｄ）と、前記膨張弁で減圧された前記加熱用媒体を蒸発させる蒸発器（７ｅ）と、を備えるものである。

本発明の第１の態様によれば、加熱手段の加熱運転の開始時において加熱手段を循環する湯水の流量を適切な流量（即ち加熱手段により加熱される湯水の温度がハンチングせず且つ加熱手段内の冷媒経路の圧力が過度に上昇しない流量）に制御できる。また適切な流量の計算に加熱手段の定格能力（即ち固定値）が使用されるので、計算の処理負担（即ち制御の負担）を軽減できる。

本発明の第２の態様によれば、供給水と同じ水温の水を加熱する際には加熱手段は定格能力を発揮するが、供給水の水温は環境条件（例えば外気温）に応じて変化する。供給水の水温を検出する水温検出手段を用いることで環境条件（例えば外気温）が変化しても、常にそのときの加熱手段が定格能力を発揮する水温を検出することが可能なので、環境条件（例えば外気温）の変化によらず、加熱手段の運転開始時にポンプの適切な排水量を決定することが可能となる。

本発明の第３の態様によれば、供給水の水温は水道水の温度と同じとみなせるがこれは外気温と相関関係にある。そのため外気温検出手段によって検出した外気温によって容易に供給水の水温を検出できる。

本発明の第４の態様によれば、加熱手段には加熱手段の制御用としてその内部または外周部に複数の温度センサが配設されている。加熱手段が運転を停止している場合において、その停止状態がある程度の時間継続しているのであれば、加熱手段を構成する要素（熱交換器、圧縮機、及び上述の温度センサなど）は周囲温度（一般に外気温）と平衡する。そのためそのときに検出された温度センサの検出値は外気温とみなすことができるので、その検出値を第３の態様の制御に利用することができる。

本発明の第５の態様によれば、貯湯タンクの下部には供給水が溜まるので、貯湯タンクの下部に配設された温度センサ（即ち既存の温度センサ）を利用することで、安価に供給水の水温を検出できる。

本発明の第６の態様によれば、排水量の変動が線形的に反映する様に流量指示量を決定できる。

本発明の第７の態様によれば、周知の技術を利用して冷凍サイクル熱交換式の加熱手段を構成できる。

第１および第２実施形態の給湯装置の構成概略図である。 第１実施形態の制御装置の構成概略図である。 第２実施形態の制御装置の構成概略図である。 湯水と加熱用媒体の各々の温度とエンタルピの関係を説明する図である。 Δｈ／Δｔがｔw,inの上昇に対してほぼ一定であることを説明する図である。 Δｈ／Δｔがｔw,inの上昇に対してほぼ一定であることを説明する他の図である。 外気温と供給水の水温の対応関係の一例を示した図である。

＜第１実施形態＞
この実施形態に係る給湯装置１は、図１の様に、貯湯タンク３と、ヒートポンプ熱源機（加熱手段）７と、制御装置１０（図２）とを備えている。

貯湯タンク３は、例えば中空の円柱状に形成されている。貯湯タンク３の例えば側面には、貯湯タンク３内の湯（即ちヒートポンプ熱源機７により加熱された高温の湯）または湯水（即ち水または中低温の湯）の温度を検出する複数の温度センサＴ１〜Ｔ５が、貯湯タンク３の上部から下部へと互いに間隔を空けて配設されている。

また貯湯タンク３の上部（例えば天井部）には出湯口３ａが設けられており、その出湯口３ａには、給湯管ｈ１を介して例えばカラン等の給湯器（図示省略）が接続されている。また貯湯タンク３の下部（例えば底部）には給水口３ｂが設けられており、その給水口３ｂには、貯湯タンク３に供給水（例えば水道水）を供給するための給水管ｈ２が接続されている。また貯湯タンク３の下部（例えば底部）には吐出口３ｃが設けられており、その吐出口３ｃには、ヒートポンプ熱源機７の流入口７ｇからの配管ｈ３ａが接続されている。また貯湯タンク３の上部（例えば上部の側面）には入湯口３ｄが設けられており、その入湯口３ｄには、ヒートポンプ熱源機７の出湯口７ｈからの配管ｈ３ｂが接続されている。

配管ｈ３ａには、吐出口３ｃから吐出される湯水をヒートポンプ熱源機７（より詳細には後述の熱交換器７ｃ）に循環させるためのポンプＰ１が配設されている。尚、ポンプＰ１は、配管ｈ３ｂに配設されてもよい。また配管ｈ３ｂには、ヒートポンプ熱源機７の出湯口７ｈから出湯する湯の温度を検出する温度センサＴ６が配設されており、配管ｈ３ａには、ヒートポンプ熱源機７の流入口７ｇに流入する湯水の温度を検出する温度センサＴ７が配設されている。

ヒートポンプ熱源機７は、流入口７ｇから流入する湯水を冷凍サイクルによる熱交換により目標温度に加熱して出湯口７ｈから出湯するものである。ヒートポンプ熱源機７は、例えば、圧縮器７ｂと、熱交換器７ｃと、膨張弁７ｄと、蒸発器７ｅと、マフラ７ｆと、外気温を検出する１個以上（ここでは１個）の温度センサ７ａとを備えている。

蒸発器７ｅには、蒸発器７ｅの能力を調整するファン７ｇが配設されている。温度センサ７ａは、ヒートポンプ熱源機７の内部または外周部に配設されている。尚、温度センサ７ａが複数有る場合は、各温度センサ７ａは、ヒートポンプ熱源機７の内部および／または外周部に分散して配設される。

圧縮器７ｂと熱交換器７ｃの流入口７ｉとは、吐出管ｈ４を介して互いに接続されている。また熱交換器７ｃの流出口７ｊと膨張弁７ｄとは、冷媒経路ｈ５を介して互いに接続されている。また膨張弁７ｄと蒸発器７ｅとは、冷媒経路ｈ６を介して互いに接続されている。また蒸発器７ｅとマフラ７ｆとは、冷媒経路ｈ７を介して互いに接続されている。またマフラ７ｆと圧縮器７ｂとは、冷媒経路ｈ８を介して互いに接続されている。尚、上述の通り、熱交換器７ｃの流入口７ｇは、配管ｈ３ａを介して貯湯タンク３ｃの吐出口３ｃに接続されており、熱交換器７ｃの出湯口７ｈは、配管ｈ３ｂを介して貯湯タンク３ｃの入湯口３ｄに接続されている。

このヒートポンプ熱源機７では、圧縮器７ｂで、加熱用媒体（以降、媒体と呼ぶ）が圧縮されて高温にされる。そして熱交換器７ｃで、圧縮器７ｂからの高温の媒体が流入口７ｉから流入して流出口７ｊから流出すると共に、貯湯タンク３からの湯水が流入口７ｇから流入して出湯口７ｈから流出し、その際に当該媒体と当該湯水との間で熱交換が行われることで、当該湯水が当該媒体により加熱される。そして膨張弁７ｄで、熱交換器３の流出口７ｊからの媒体が膨張されて減圧され、蒸発器７ｅで、その減圧された媒体が周囲の熱を吸収して蒸発してマフラ７ｆに送出され、マフラ７ｆから圧縮器７ｂに送出される。このサイクルが繰り返されることで、熱交換器７ｃで、流入口７ｇから流入する湯水が目標温度に加熱されて出湯口７ｈから出湯される。尚この実施形態では、制御装置１０によりポンプＰ１の排水量が調整されることで、目標温度が調整される。尚ここでは、周知技術のヒートポンプ熱源機が使用されている。

制御装置１０は、図２の様に、残湯量検出部１０ａと、判定部１０ｂと、水温検出部１０ｃと、目標温度設定部１０ｄと、定格能力設定部１０ｅと、決定部（決定手段）１０ｆと、制御部（制御手段）１０ｇと、操作入力部１０ｈとを備えている。

残湯量検出部１０ａは、各温度センサＴ１〜Ｔ５の検出温度に基づいて貯湯タンク３内に貯湯される湯の量（残湯量）を検出する。例えば、残湯量検出部１０は、各温度センサＴ１〜Ｔ３の検出温度が９０℃の高温で各温度センサＴ４〜Ｔ５の検出温度が４０℃の低温の場合は、貯湯タンク３の残湯量は貯湯タンク３の天井部から温度センサＴ３の位置までの量であると検出される。

判定部１０ｂは、残湯量検出部１０ａの検出結果に基づいて、貯湯タンク３の残湯量が起動残湯量以下であるか否か、および貯湯タンク３の残湯量が停止残湯量以上であるか否かを判定する。

水温検出部１０ｃは、例えば外気温に基づいて、貯湯タンク３に供給される供給水の水温を検出するものであり、外気温検出部（外気温検出手段）１０ｉと、処理部（処理手段）１０ｊとを備えている。

外気温検出部１０ｉは、ヒートポンプ熱源機７が加熱運転を所定時間行っているか否かを判断し、ヒートポンプ熱源機７が加熱運転を所定時間行っていない場合において、例えば定期的に温度センサ７ａの検出値を取得し、その最新の検出値を外気温とする。尚、温度センサ７ａが複数有る場合は、それらの検出値から例えば平均値として外気温を求める。処理部１０ｊは、外気温検出部１０ｉにより求められた外気温から、外気温と供給水の水温との対応関係に基づいて供給水の水温を求める。前記対応関係は、例えば、対応表または演算式によって設定されている。図７は、外気温と供給水の水温との対応関係の一例を示したグラフである。

目標温度設定部１０ｄには、熱交換器７ｃの出湯口７ｉから出湯される湯の目標温度が設定されている。この目標温度は、例えば、操作入力部１０ｈの操作により変更可能に設定されている。

定格能力設定部１０ｅには、ヒートポンプ熱源機７の加熱能力の定格能力が例えば固定値として設定されている。尚、この給湯装置１では、ヒートポンプ熱源機７の流入口７ｇに流入する湯水の温度が供給管ｈ２からの供給水（例えば水道水）の水温と同じである場合に、ヒートポンプ熱源機７が定格能力設定部１０ｅに設定された定格能力を発揮する様に、ヒートポンプ熱源機７が設計されている。より詳細には、給水管ｈ２からの供給水の水温は外気温の変化に応じて変化するが、ヒートポンプ熱源機７は、その外気温に応じた供給水の水温毎に定格能力を発揮する様に設計されているので、外気温およびそれに応じて供給水の水温が変化したとしてもヒートポンプ熱源機７の流入口７ｇに流入する湯水の温度が給水管ｈ２からの供給水（例えば水道水）の水温と同じであれば定格能力を発揮する。

決定部１０ｆは、ヒートポンプ熱源機７の流入口７ｇに流入する湯水がヒートポンプ熱源機７により目標温度に加熱される場合の、その加熱運転の安定状態でのポンプＰ１の排水量ｇを決定する。後述の様に、排水量ｇ（単位：ｌ（リットル）／ｍｉｎ）は、給水管ｈ２から供給される供給水の水温Ｔｉ（単位：℃）、ヒートポンプ熱源機７の出湯口７ｈから出湯する湯の目標温度Ｔｏ（単位：℃）、ヒートポンプ熱源機７の加熱能力の定格能力Ｑ（単位：Ｗ）および水の比熱Ｃｐ（例えば４２００［Ｊ（ジュール）／ｌ／℃］）から、式１に基づいて求められる。従って決定部１０ｄは、例えばヒートポンプ熱源機７の加熱運転の開始時において、水温検出部１０ｃにより検出された供給水の水温Ｔｉ、目標温度設定部１０ｄに設定された目標温度Ｔｏ、および定格能力設定部１０ｅに設定された定格能力Ｑから、式１に基づいて排水量ｇを決定する。

尚、式１中の「／」は除算であり、「＊」は掛け算である。例えば、Ｔｉ＝１０［℃］、Ｔｏ＝７０［℃］、Ｑ＝４５００［Ｗ］の場合は、ｇ＝１．０７［ｌ／ｍｉｎ］となる。

制御部１０ｇは、判定部１０ｂの判定結果に基づいて貯湯タンク３内の湯水を加熱する。より詳細には、制御部１０ｇは、判定部１０ｂの判定の結果、貯湯タンク３の残湯量が起動残湯量以下である場合は、ヒートポンプ熱源機７およびポンプＰ１を作動させて貯湯タンク３内の湯水を加熱する。更により詳細には、制御部１０ｇは、ヒートポンプ熱源機７を制御してヒートポンプ熱源機７の加熱運転を開始させると共に、式２に基づいて決定部１０ｆにより決定された排水量ｇから流量指示値ｑを決定し、その流量指示値ｑに基づいてポンプＰ１を作動させる。

例えば、ａ＝１、ｂ＝０［ｌ／ｍｉｎ］、ｇ＝１．０８［ｌ／ｍｉｎ］の場合は、ｑ＝１．０８［ｌ／ｍｉｎ］となる。

これにより、貯湯タンク３内の湯水が３ｅ→Ｐ１→７ｃ→３ｄと循環して熱交換器７ｃで加熱されることで、貯湯タンク３内の湯水が目標温度に加熱される。その際、貯湯タンク３内の湯水の加熱運転の開始時から、ポンプＰ１が加熱運転の安定状態での排水量ｇで作動される。

また制御部１０ｇは、ヒートポンプ熱源機７の加熱運転の開始時から一定時間経過した後は、温度センサＴ６の検出値に基づいて、出湯口７ｈから出湯する湯の温度が目標温度になる様にポンプＰ１の排出量をフィードバック制御する。即ち制御部１０ｇは、温度センサＴ６の検出値が目標温度よりも高い場合はポンプＰ１の排出量を増加させ、温度センサＴ６の検出値が目標温度よりも低い場合はポンプＰ１の排出量を低減させる。

また制御部１０ｇは、外気温の変化に対し、ヒートポンプ熱源機７の加熱能力が一定に保たれる様に、ヒートポンプ熱源機７を制御する。より詳細には、外気温が低いほどヒートポンプ熱源機７の加熱能力は低下するので、制御部１０ｇは、温度センサ７ａの検出値が低いほど圧縮器７ｂの運転周波数をより高くし、温度センサ７ａの検出値が高いほど圧縮器７ｂの運転周波数をより低くして、ヒートポンプ熱源機７の加熱能力を一定に保つ。

また制御部１０ｇは、貯湯タンク３の残湯量が停止残湯量以上である場合は、ヒートポンプ熱源機７およびポンプＰ１を停止させて貯湯タンク３内の湯水の加熱を止める。

この実施形態では、上記の通り、ヒートポンプ熱源機７の加熱運転の開始時において、ポンプＰ１は、ヒートポンプ熱源機７の加熱運転の安定状態でのポンプＰ１の排水量で作動されるがその理由、およびヒートポンプ熱源機７の加熱運転の安定状態でのポンプＰ１の排水量ｇが式１（即ちヒートポンプ熱源機７の定格能力、貯湯タンク３に供給される供給水（水道水）の温度、およびヒートポンプ熱源機７の出湯口７ｈから出湯する湯の目標温度）を用いて求まる理由は、下記の通りである。

ヒートポンプ熱源機７は加熱運転を開始してから過渡状態を経て安定状態になった後はフィードバック制御によりその安定状態が保たれるが、ヒートポンプ熱源機７が加熱運転を開始するときに、制御部１０ｇからポンプＰ１に最初に与えられる流量指示値ｑ（即ちヒートポンプ熱源機７の加熱運転の開始時のポンプＰ１の排水量）が適切でなければ、ヒートポンプ熱源機７の加熱運転が安定状態に遷移する過程での過渡状態において、ヒートポンプ熱源機７内の冷媒経路の圧力が過度に上昇したり、ヒートポンプ熱源機７から流出する湯の温度が不安定になるといった現象が起こる。

しかし、ヒートポンプ熱源機７の加熱運転を開始するときに、ポンプＰ１に最初に指示する流量指示値ｑに加熱運転の安定時の値を与えることができれば（即ちポンプＰ１を加熱運転の安定時のポンプＰ１の排水量で作動させることができれば）、その安定時の流量指示値ｑは過渡状態を経て最終的に到達する安定時の流量指示値ｑであるから、過渡状態において冷媒経路内の圧力が過度に上昇したり、ヒートポンプ熱源機７の出湯口７ｈから流出する湯の温度が不安定になるといった現象が起こることを防止できる。

ここで安定時の流量指示値（即ち安定時のポンプＰ１の排水量＝安定時のヒートポンプ熱源機７を循環する流量）は、安定時のヒートポンプ熱源機７の加熱能力、ヒートポンプ熱源機７の出湯口７ｈから流出する湯の温度とヒートポンプ熱源機７の流入口７ｇに流入する湯水の温度との温度差、および水の比熱によって算出することが可能である。しかし、水の比熱（この比熱は物性によりほぼ固定値）、ヒートポンプ熱源機７の出湯口７ｈから流出する湯の温度（この温度は目標温度に制御されるので安定時は固定値）以外のヒートポンプ熱源機７の加熱能力、およびヒートポンプ熱源機７の流入口７ｇに流入する湯水の温度は、変動値であり且つパラメータとして独立でない（例えばヒートポンプ熱源機７の流入口７ｇに流入する湯水の温度によって加熱能力も変化する）ため、安定時の流量指示値（即ち安定時のポンプＰ１の排水量）の推定処理が煩雑であり、またその推定処理に負担がかかることになる。

他方、冷凍サイクルを用いて加熱するこの種の給湯装置１は、その性質上、ヒートポンプ熱源機７の流入口７ｇに流入する湯水の温度が上昇したときに、ヒートポンプ熱源機７の加熱能力は減少するが、ヒートポンプ熱源機７を循環する湯水の流量はほぼ変わらないという特徴を持つ。つまり、ヒートポンプ熱源機７の流入口７ｇに定格能力の加熱能力を発揮させる温度の湯水が流入してヒートポンプ熱源機７が定格能力で運転している状態でのヒートポンプ熱源機７を循環する湯水の流量は、その状態から、ヒートポンプ熱源機７の流入口７ｇに流入する湯水の温度が上昇し加熱能力が減少したとしても、ほとんど変化しない。

尚、上記の特徴は、下記の考察から把握できる。即ち熱交換器７ｃにおいて、流入口７ｇから流入して出湯口７ｈから流出する湯水と、流入口７ｉから流入して流出口７ｊから出流する加熱用媒体との間で熱交換が行われた場合、湯水が得る熱量Ｑ１と加熱用媒体が失う熱量Ｑ２はそれぞれ式３，式４で与えられる。

尚、式３中のｇｗは、湯水の流量であり、ｃｐは、水の比熱であり、Δｔは、湯水の流入口７ｇへの流入時の温度ｔw,inと出湯口７ｈからの流出時の温度ｔw,outとの温度差（ｔw,out−ｔw,in）である。また式４中のｇｒは、加熱用媒体の流量であり、Δｈは、加熱用媒体の流入口７ｉへの流入時のエンタルピｈinと流出口７ｊからの流出時のエンタルピｈoutとの差（ｈin−ｈout）である。

各熱量Ｑ１，Ｑ２は互いに等しく（即ちＱ１＝Ｑ２）、この関係から式５が得られる。ｇｒが一定の場合を考えると、式５から式６の関係（即ちｇｒがΔｈ／Δｔに比例するという関係）が得られる。

通常、流出口７ｊから流出する加熱用媒体（即ち熱交換後の加熱用媒体）の温度ｔr,outは、流入口７ｇに流入する湯水（即ち熱交換前の湯水）の温度ｔw,inよりも高い。そのため、図４の様に、流入口７ｇに流入する湯水の温度ｔw,inが上昇すると（即ちΔｔが小さくなると）、流出口７ｊから流出する加熱用媒体の温度ｔr,outも上昇し、これにより流出口７ｊから流出する加熱用媒体のエンタルピｈoutも上昇する（即ちΔｈが小さくなる）。その際（即ちｔw,inの上昇の際）、ΔｈとΔｔとはほぼ同じ割合で変化する（即ちΔｈ／Δｔはほぼ一定になる）という特性がある。この特性は、例えば図５および図６から把握できる。

尚、図５は、例えばJRA4050（日本冷凍空調工業会標準規則「家庭用ヒートポンプ給湯機」）の性能測定基準条件ｔw,in、ｔw,out、ｔr,out、Δｔ、Δｈ、Δｈ／Δｔの値を示している。ｔw,in＝９℃の場合のΔｈ／Δｈを基準とした場合のｔw,inの各値の場合のΔｈ／Δｈの比率である。図６は、中間期において目標温度６５℃で湯水を加熱した場合のｔw,in、ｔw,out、ｔr,out、Δｔ、Δｈ、Δｈ／Δｔの値を示している。図５および図６から、ｔw,inの上昇に対してΔｈ／Δｔがほぼ一定である事が分かる。

この種の給湯装置１のヒートポンプ熱源機７は屋外に置かれ（つまり外気にさらされ）、また貯湯タンク３には供給水として水道水を給水するのが一般的である。そのためヒートポンプ熱源機７の定格能力は、ある外気のときに貯湯タンク３に供給されるであろう水の温度（その外気での水道水温度）の水がヒートポンプ熱源機７の流入口７ｇに流入したときに出現するように設定されていることが通常である（例えばJRA4050の性能測定基準の乾球温度、湿球温度、流入水温のときに、ヒートポンプ熱源機７の定格能力として4.5kWを出現するように設定されている）。これは言い換えると、加熱運転時に水道水の水温と同じ温度の湯水がヒートポンプ熱源機７の流入口７ｇに流入するとするならば、ヒートポンプ熱源機７は定格能力を出すことができ、この定格能力（固定値）と、流入口７ｇに流入する湯水の温度（即ち水道水の水温）と、出湯口７ｈから流出する湯の温度（目標温度、固定値）と、水の比熱（ほぼ固定値）とにより、加熱運転の安定時にヒートポンプ熱源機７を循環する湯水の流量を算出することできる。

この算出は水道水の水温と同じ温度の湯水がヒートポンプ熱源機７の流入口７ｇに流入すると仮定して行っているが、上述の通り流入する湯水の温度が上昇してもヒートポンプ熱源機７を循環する流量はほぼ変化しないことを考慮すると、ヒートポンプ熱源機７の流入口７ｇに流入する湯水の加熱運転の開始時の実際の温度が水道水の温度よりも高くても、その流入する湯水の算出流量は、その加熱運転の安定時の流量とみなせる。換言すれば、水道水の水温よりも高い温度の湯水がヒートポンプ熱源機７の流入口７ｇに流入する場合のヒートポンプ熱源機７の加熱運転の安定時にヒートポンプ熱源機７を循環する湯水の流量は、水道水の水温と同じ温度の湯水がヒートポンプ熱源機７の流入口７ｇに流入する場合のヒートポンプ熱源機７の加熱運転の安定時にヒートポンプ熱源機７を循環する湯水の流量と同じとみなせる。

これらの事を考慮して、この実施形態では、ヒートポンプ熱源機７の流入口７ｇに流入する湯水の実際の温度に関係無く、ヒートポンプ熱源機７の定格能力、貯湯タンク３に供給される供給水（水道水）の温度、およびヒートポンプ熱源機７の出湯口７ｈから出湯する湯の目標温度を用いて（即ち式１を用いて）、ヒートポンプ熱源機７の加熱運転の安定時のポンプＰ１の排水量が求められている。

以上の様に構成された給湯装置１によれば、ヒートポンプ熱源機７の加熱運転の開始時のポンプＰ１の排水量が当該加熱運転の安定状態でのポンプＰ１の排水量（即ち式１で求まもとなる排出量）に制御されるので、ヒートポンプ熱源機７の加熱運転の開始時において、ヒートポンプ熱源機７の流入口７ｇに流入する湯水の流量を適切な流量（即ちヒートポンプ熱源機７の加熱運転の安定状態でのポンプＰ１の排水量、換言すればハンチング等が起こらない流量）に制御できる。

また適切な流量の計算にヒートポンプ熱源機７の定格能力（即ち固定値）が使用されるので、その計算の処理負担を軽減できる。

またこの給湯装置１によれば、ヒートポンプ熱源機７に流入する湯水の温度であってヒートポンプ熱源機７が定格能力を発揮する温度として、水温検出部１０ｃにより検出される供給水の水温を用いている。供給水と同じ水温の水を加熱する際にはヒートポンプ熱源機７は定格能力を発揮するが、供給水の水温は環境条件（例えば外気温）に応じて変化する。そのため、供給水の水温を検出する水温検出部１０ｃを用いることで、環境条件（例えば外気温）が変化しても、常にそのときのヒートポンプ熱源機７が定格能力を発揮する水温を検出することが可能になる。これにより、環境条件（例えば外気温）が変化しても、ヒートポンプ熱源機７の定格能力を使用して適切な排水量を決定することが可能となる。

尚この実施形態では、外気温に基づいて供給水（水道水）の水温を検出する際に、その外気温として、ヒートポンプ熱源機７に備えられた温度センサ７ａの検出値を利用する場合で説明したが、この様に限定するものではない。外気温を検出する温度センサならどの様な温度センサの検出値を利用してもよい。

また流量指示値ｑは排水量ｇの一次関数であるので、排水量ｇの変動が線形的に反映する様に流量指示量ｑを決定できる。

＜第２実施形態＞
第１実施形態では、外気温に基づいて供給水の水温を検出したが、この実施形態では、貯湯タンク３の下部に配設された温度センサＴ５に基づいて供給水の水温を検出する。以下、図３に基づいて、第１実施形態と同じ部分は同じ符号を付して説明を省略し、異なる部分を中心に説明する。

この実施形態に係る給湯装置１Ｂでは、水温検出部１０ｃＢは、図３の様に、貯湯タンク３の下部に配設された温度センサＴ５と、温度センサＴ５により一定時間内に検出される温度のうちの最低温度を供給水の水温と決定する処理部１０ｊＢとを備えている。

ここでは、水温検出部１０ｃＢの温度センサＴ５として、貯湯タンク３の残湯量を検出するために貯湯タンク３の下部に配設された既存の温度センサＴ５が使用されている。貯湯タンク３内の湯水を加熱する際は貯湯タンク３の下部に供給水または低中温水が溜まっており、且つ貯湯タンク３の出湯口３ａから湯が出湯する毎に貯湯タンク３の給水口３ｂから供給水が供給されその供給水が貯湯タンク３の下部に溜まるので、上記の様に、温度センサＴ５により一定時間内に検出される温度のうちの最低温度を供給水の水温と決定することで、温度センサＴ５の検出値が供給水の水温である確率が高められている。

この実施形態の他の構成は、第１実施形態と同じなので説明は省略する。

以上の様に構成された給湯装置１Ｂによれば、貯湯タンク３の下部には供給水が溜まっている可能性が高いので、貯湯タンク３の下部に配設された温度センサ（即ち既存の温度センサ）Ｔ５を利用することで、安価に供給水の水温を検出できる。

尚この実施形態では、既存の温度センサＴ５を用いて供給水の温度が検出されたが、供給水の温度を検出するための温度センサを吸水管ｈ２に配設し、その温度センサを用いて供給水の温度が検出されてもよい。この様にすれば、より正確に供給水の温度を検出できる。

１，１Ｂ 給湯装置
３ 貯湯タンク
３ａ 出湯口
３ｂ 給水口
Ｔ１〜Ｔ７，７ａ 温度センサ
７ ヒートポンプ熱源機
７ｂ 圧縮器
７ｃ 熱交換器
７ｄ 膨張弁
７ｅ 蒸発器
Ｐ１ ポンプ
１０ｃ，１０ｃＢ 水温検出部
１０ｉ 外部温度検出部
１０ｊ 処理部
１０ｇ 制御部
１０ｆ 決定部

Claims (7)

1. 貯湯タンク（３）と、
   前記貯湯タンク内の湯水を冷凍サイクルによる熱交換により加熱する加熱手段（７）と、
   前記貯湯タンク内の湯水を前記加熱手段に循環させて前記貯湯タンク内に戻すポンプ（Ｐ１）と、
   前記加熱手段に流入する湯水が目標温度になって流出するように前記ポンプの排水量を制御する制御手段（１０ｇ）と、
   前記加熱手段の定格能力を、前記加熱手段に流入する水の水温であって前記加熱手段が前記定格能力を発揮する水温と前記目標温度との温度差で割って得られる値に基づいて、前記ポンプの排水量を決定する決定手段（１０ｆ）と、
   を備え、
   前記制御手段（１０ｇ）は、前記加熱手段の加熱運転の開始時の前記ポンプの排水量を、前記決定手段（１０ｆ）により決定された排水量となる様に制御することを特徴とする給湯装置。
2. 請求項１に記載の給湯装置であって、
   前記貯湯タンクに供給される供給水の水温を検出する水温検出手段（１０ｃ，１０ｃＢ）を更に備え、
   前記決定手段（１０ｆ）は、
   前記加熱手段に流入する前記水の水温であって前記加熱手段が前記定格能力を発揮する水温として、前記水温検出手段により検出される前記供給水の前記水温を用いることを特徴とする給湯装置。
3. 請求項２に記載の給湯装置であって、
   前記水温検出手段（１０ｃ）は、
   外気温を検出する外気温検出手段（１０ｉ）と、
   前記外気温と前記供給水の前記水温との対応関係に基づいて、前記外気温検出手段により検出される外気温から前記供給水の前記水温を求める処理手段（１０ｊ）と、
   を備えることを特徴とする給湯装置。
4. 請求項３に記載の給湯装置であって、
   前記加熱手段（７）には1個以上の温度センサ（７ａ）が配設され、
   前記外気温検出手段（１０ｉ）は、
   前記加熱手段が加熱運転を所定時間行っていない場合の前記1個以上の温度センサのいずれかまたは複数の検出値から外気温を求めることを特徴とする給湯装置。
5. 請求項２に記載の給湯装置であって、
   前記水温検出手段（１０ｃＢ）は、
   前記貯湯タンク（３）の下部に配設された温度センサ（Ｔ５）と、
   前記温度センサにより一定時間内に検出される温度のうちの最低温度を前記供給水の前記水温と決定する処理手段（１０ｊＢ）と、
   を備えることを特徴とする給湯装置。
6. 請求項１〜５の何れかに記載の給湯装置であって、
   前記制御手段（１０ｇ）は、前記決定手段により決定された前記排水量に基づいて流量指示値を決定し、その流量指示値に基づいて前記加熱手段（７）の加熱運転の開始時の前記ポンプの排水量を制御し、
   前記流量指示値は、前記排水量の一次関数であることを特徴とする給湯装置。
7. 請求項１〜６の何れかに記載の給湯装置であって、
   前記加熱手段（７）は、
   加熱用媒体を圧縮する圧縮器（７ｂ）と、
   前記圧縮器で圧縮された前記加熱用媒体と前記貯湯タンク（３）からの湯水との間で熱交換を行わせて前記湯水を前記加熱用媒体によって加熱する熱交換器（７ｃ）と、
   前記熱交換器から流出した前記加熱用媒体を減圧させる膨張弁（７ｄ）と、
   前記膨張弁で減圧された前記加熱用媒体を蒸発させる蒸発器（７ｅ）と、
   を備えることを特徴とする給湯装置。

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