JP2012215304A - ヒートポンプ給湯システム - Google Patents

Abstract

【課題】貯湯タンクからヒートポンプ装置に向けて供給される水の急激な温度変化に十分に対応することのできるヒート給湯システムを提供する。
【解決手段】貯湯ユニット３０には、往路Ｌ１と復路Ｌ２の間にバイパス路Ｌ３が設けられている。バイパス路Ｌ３は、水対冷媒熱交換器２３と第１貯湯タンク３１の間の往路Ｌ１と、復路Ｌ２と、の間を繋いでいる。バイパス路Ｌ３には、開閉弁３３が設けられている。開閉弁３３が閉じているときにはヒートポンプユニット２０からの高温の加熱水は往路Ｌ１のみを流れ、開閉弁３３が開くと水対冷媒熱交換器２３からの加熱水はその開度に応じてバイパス路Ｌ３に流入し、さらに復路Ｌ２に供給され、第２貯湯タンク３２からの低温の加熱対象水と合流する。合流した水は、水対冷媒熱交換器２３に供給されるが、その温度は開閉弁３３の開度によって影響される。
【選択図】図１

Description

本発明は、ヒートポンプ装置を用いた給湯システムに関する。

通常、ヒートポンプ装置を用いた給湯システムは、安価な深夜電力の時間帯にヒートポンプ装置のガスクーラで冷媒と熱交換することにより水を加熱（貯湯加熱運転）し、これを貯湯タンクに貯えている。図１１に示すように、ヒートポンプ装置１は、エバポレータ２、圧縮機３、ガスクーラ４、膨張弁５を備えた冷凍サイクル回路により構成されている。また、貯湯ユニット６は、貯湯タンク７と、流量調整弁８と、水ポンプ９と、を備えて構成されている。

そして、圧縮機３により圧縮された高温高圧の冷媒は、ガスクーラ４に導かれる。当該冷媒は、ガスクーラ４において貯湯ユニット６側の水との間で熱交換、つまり水に向かって放熱する。そうすると、高温高圧の冷媒は、ガスクーラ４の内部で冷却され、低温高圧の冷媒となる。その一方で、水は、ガスクーラ４において冷媒の熱を吸収し、加熱されたお湯として貯湯タンク７に流入し、上から次第に貯湯されていく。ガスクーラ４から流出した冷媒は、膨張弁５を経てエバポレータ２に導かれ、エバポレータ２において外気との間で熱交換、つまり、外気の熱を吸収する。そのため、低温低圧の冷媒は、エバポレータ２の内部で蒸発し、気相の冷媒となる。エバポレータ２を流出した冷媒は、圧縮機３に吸入され、圧縮機３により圧縮された後、再びガスクーラ４に向けて吐出され、上述の過程が繰り返される。

貯湯タンク７は、密閉式と称されており、その上部にはヒートポンプ装置で作り出したお湯（例えば６５℃）が蓄えられ、一方、下部には水道から供給される冷水（例えば、１７℃）が蓄えられており、この冷水がガスクーラ４に供給される。また、これらの間に温度成層と呼ばれる温度が急変する領域が存在する。このように、お湯を沸き上げる過程で、貯湯タンク７の下部には冷水が貯まることになるので、貯湯タンク７の容量に比べて実際の貯湯量が少なくなってしまう。そこで、貯湯タンク７の下端までお湯で占めるようにすれば効率が良い。しかしこの場合、ヒートポンプ装置（ガスクーラ４）に供給される水の温度が急上昇することが問題である。つまり、それまで温度成層よりも下の冷水がヒートポンプ装置１に供給されていたのに対して、温度成層を超えて高温のお湯がヒートポンプ装置に供給されると、水温が急上昇し、ヒートポンプ装置を構成する圧縮機３、膨張弁５などの機器の制御が追いつかなくなる。この場合、ヒートポンプ装置は、異常が生じたものとして運転を停止する措置が取られるので、給湯加熱運転の効率がよくない。

この問題に対して、特許文献１は、冷媒対水熱交換器（ガスクーラ４）の水側入口において貯湯槽（貯湯タンク７）下部から給水される水の入水温度を検出し、入水温度の上昇に対応して圧縮機の吐出圧力が上昇した場合に減圧装置（膨張弁５）の弁開度を開くように制御して吐出圧力を低く抑え、その弁開度の状態で出湯などにより入水温度が低くなった場合には、減圧装置の弁開度を閉じるように制御する、ことを提案しており、これにより効率のよい給湯加熱運転が可能になるとされている。

特許第３７１９１５４号公報

ところが、特許文献１の提案のように、冷媒対水熱交換器（ガスクーラ４）の水側入口において温度を検出してから減圧装置を制御しても、高温のお湯がヒートポンプ装置に流入したのに対応する制御を十分に行えないことが想定される。
本発明は、このような技術的課題に基づいてなされたもので、貯湯タンクからヒートポンプ装置に向けて供給される水の急激な温度変化に十分に対応することのできるヒート給湯システムを提供することを目的とする。

かかる目的のもと、本発明のヒートポンプ給湯システムは、ヒートポンプ冷媒回路と、貯湯回路と、を備え、
ヒートポンプ冷媒回路は、冷媒と外気との間で熱交換を行う第一熱交換器と、冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮機で圧縮された冷媒と加熱対象水との間で熱交換を行うことで加熱水を生成する第二熱交換器と、第二熱交換器を経た冷媒を減圧及び膨張させる膨張弁と、を備える。貯湯回路は、加熱水及び加熱対象水を貯える貯湯タンクと、第二熱交換器から貯湯タンクまで加熱水を搬送する往路と、貯湯タンクから第二熱交換器へ加熱対象水を搬送する復路と、往路又は貯湯タンクから復路に加熱水を搬送するバイパス路と、を備える。
本発明のヒートポンプ給湯システムは、復路から第二熱交換器へ供給されるのが低温の加熱対象水から高温の加熱水に代わる過程で、バイパス路から復路に加熱水を供給することを特徴とする。そうすることで、第二熱交換器へ供給される水の温度が急激に変化するのを防止できるので、本発明のヒートポンプ給湯システムは、貯湯タンクからヒートポンプ装置に向けて供給される水の急激な温度変化に十分に対応できる。

本発明は、上記ヒートポンプ冷媒回路と、上記貯湯回路と、を備えるとともに、さらに上記貯湯回路は貯湯タンク内の高さ方向の所定の位置における水温を検知する第一水温センサと、を備える。
そして本発明のヒートポンプ給湯システムは、第一水温センサで検知された水温に対応して膨張弁の開度を制御する、ことを特徴とする。このヒートポンプ給湯システムは、貯湯タンク内の水温の検知結果に基づいて膨張弁の開度を制御するので、加熱水が第二熱交換器に入水するのを見越して膨張弁の開度を制御できることになる。したがって、本発明のヒートポンプ給湯システムは、貯湯タンクからヒートポンプ装置に向けて供給される水の急激な温度変化に十分に対応できる。

本発明において、貯湯タンク内の水温の検知結果に基づいて膨張弁の開度を制御するのに、二つの手法が考えられる。
一つ目は、復路から第二熱交換器に流入する加熱対象水の水温を検知する第二水温センサを設け、第一センサで検知される水温と第二水温センサで検知される水温の差分が既定値を超えると、差分に応じて膨張弁の開度を制御する、というものである。
二つ目は、第一水温センサで検知された水温に基づいて、復路から第二熱交換器に供給される加熱対象水の水温を予測し、予測された水温に対応して膨張弁の開度を制御する、というものである。二つ目の手法において、第一水温センサで検知された水温が、先行して検知された水温よりも低い場合には、予測された水温に対応する膨張弁の開度の制御を停止することができる。

本発明によれば、貯湯タンクからヒートポンプ装置に向けて供給される水の急激な温度変化に十分に対応することのできるヒート給湯システムを提供できる。

本実施形態における給湯システムの構成を示す図である。 第１実施形態における給湯システムの貯湯加熱運転時の制御手順を示すフローチャートである。 第１実施形態において、水対冷媒熱交換器に流入する水温の変遷を示すグラフである。 第１実施形態における給湯ユニットの他の構成例を示す図である。 第２実施形態における給湯システムの貯湯加熱運転時の制御手順を示すフローチャートである。 第２実施形態において、水対冷媒熱交換器に流入する水温の変遷を示すグラフである。 第３実施形態における給湯システムの貯湯加熱運転時の制御手順を示すフローチャートである。 第３実施形態において、水対冷媒熱交換器に流入する水温の変遷を示すグラフである。 第４実施形態における給湯システムの貯湯加熱運転時の制御手順を示すフローチャートである。 第４実施形態において、水対冷媒熱交換器に流入する水温の変遷を示すグラフである。 従来の給湯システムの構成を示す図である。

以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
図１に示すように、給湯システム１０は、ヒートポンプユニット２０と、貯湯ユニット３０、制御部４０と、から構成されている。
ヒートポンプユニット２０は、例えばＣＯ_２冷媒が循環する冷媒回路を構成するものであり、室外の空気（外気）と、冷媒との間で熱交換を行うものである。
ヒートポンプユニット２０には、圧縮機２１と、空気熱交換器（第一熱交換器，エバポレータ）２２と、水対冷媒熱交換器（第二熱交換器，ガスクーラ）２３と、電子膨張弁２４と、が設けられている。

圧縮機２１は、一体に構成された電動モータにより回転駆動されることにより、空気熱交換器２２を通過した低圧の冷媒を吸入して圧縮し、高温高圧の冷媒を水対冷媒熱交換器２３に向けて吐出するものである。圧縮機２１の電動モータは、制御部４０によりその動作が制御される。本実施形態における圧縮機２１としては、圧縮機構が単一の単段圧縮機構のもの、あるいは低段側圧縮機構と高段側圧縮機構とを備える多段圧縮機構のものを用いることができる。圧縮機構としては、スクロール型圧縮機構や、ロータリ式圧縮機構など公知の形式の圧縮機を用いることができる。

空気熱交換器２２は、外気と電子膨張弁２４を通過した冷媒との間で熱交換を行うものであり、公知の熱交換器を用いることができる。この熱交換の過程で冷媒は蒸発し、外気から熱を吸収する。
水対冷媒熱交換器２３は、貯湯ユニット３０側の水（加熱対象水）と冷媒とで熱交換することによって水を加熱する。圧縮機２１から吐出された高温高圧の冷媒は、この熱交換により冷却される。

ヒートポンプユニット２０の冷凍サイクル回路には、水対冷媒熱交換器２３の出口側と空気熱交換器２２の入口側との間に電子膨張弁２４が設けられている。電子膨張弁２４は、高圧の冷媒を断熱膨張させることにより減圧して、低圧の冷媒とするものであり、制御部４０によりその開度が制御される。
設定部４１は、水対冷媒熱交換器２３により水を加熱する目標温度を設定（沸き上げ目標温度Ｔｐ）するものである。給湯システム１０を利用するユーザがこの沸き上げ目標温度Ｔｐを設定部４１に入力すると、当該情報は制御部４０に通知される。制御部４０は、沸き上げ目標温度Ｔｐに基づいて圧縮機２１、電子膨張弁２４などの制御対象の動作を制御する。

ヒートポンプユニット２０は、貯湯ユニット３０から水対冷媒熱交換器２３に流入する水の温度（入水温度）を検知する水温センサ２５（第二水温センサ）を備える。水温センサ２５で検知された温度は、制御部４０に送られる。この水温センサ２５は、後述する第２実施形態において用いられる。

なお、上記のヒートポンプユニット２０は、本実施形態に必要な基本的な構成を示しただけであり、上記した以外に、実際のヒートポンプユニット２０には適宜の構成を備えることができる。例えば、圧縮機２１の前段に、冷媒の液相と気相とを分離するアキュムレータを備えることができる。また、圧縮機２１を高圧側と低圧側の２段階構成とし、水対冷媒熱交換器２３を経た冷媒を飽和液状態の冷媒と飽和ガス状態の冷媒とに分離する中間圧レシーバを備え、中間圧レシーバで分離された飽和液状態の冷媒を空気熱交換器２２に供給し、飽和ガス状態の冷媒を、圧縮機２１の高圧側と低圧側の間にインジェクションする構成を付加することもできる。その他、圧縮機２１の回転数を制御するために、圧縮機２１に吸入される冷媒の圧力、圧縮機２１の回転数などを検知する手段、を備えることができる。

貯湯ユニット３０は、第１貯湯タンク３１及び第２貯湯タンク３２と２つの貯湯タンクを備える。第１貯湯タンク３１と第２貯湯タンク３２は直列に接続されている。水対冷媒熱交換器２３で加熱された水を第１貯湯タンク３１が直接受けて、さらに、第１貯湯タンク３１から第２貯湯タンク３２に向けて加熱された水が移送されるように第１貯湯タンク３１と第２貯湯タンク３２は接続されている。第２貯湯タンク３２の下部からは水（加熱対象水）が水対冷媒熱交換器２３に供給される。このように、水対冷媒熱交換器２３と、第１貯湯タンク３１と、第２貯湯タンク３２と、は往路Ｌ１及び復路Ｌ２とからなる循環経路上に配置されている。

貯湯ユニット３０には、第２貯湯タンク３２内の水を水対冷媒熱交換器２３に送り込む水循環ポンプ３４と、送り込む水量を制御する流量調整弁３５が設けられている。水循環ポンプ３４、流量調整弁３５は、制御部４０によりその動作が制御される。

第２貯湯タンク３２には、複数の水温センサ３６、３７…が設けられている。これら水温センサ３６（第一水温センサ）、３７…は、第２貯湯タンク３２の下方からこの順に配置されており、各水温センサ３６、３７…は対応する高さ方向に対応する位置の水の温度を検知する。
この中で、一番下に設けられた水温センサ３６は、第２貯湯タンク３２への貯湯（沸き上げ）が完了したことを検知するために設けられている。この水温センサ３６が沸き上げ目標温度Ｔｐを検知すると、沸き上げ目標温度Ｔｐに達した水（加熱水）で第２貯湯タンク３２が満たされたことを知ることができる。下から２番目の水温センサ３７以降も同様に、対応する位置の水の温度が沸き上げ目標温度Ｔｐに達することを検知する。制御部４０は、水温センサ３６、３７…が検知した温度情報を取得する。この中で、水温センサ３７で検知された温度は、第１実施形態における制御に用いられる。

貯湯ユニット３０には、往路Ｌ１と復路Ｌ２の間にバイパス路Ｌ３が設けられている。バイパス路Ｌ３は、水対冷媒熱交換器２３と第１貯湯タンク３１の間の往路Ｌ１と、復路Ｌ２と、の間を繋いでいる。
バイパス路Ｌ３には、開閉弁３３が設けられている。開閉弁３３が閉じているときには、ヒートポンプユニット２０（水対冷媒熱交換器２３）からの加熱水は、往路Ｌ１のみを流れる。開閉弁３３が開いているときには、水対冷媒熱交換器２３からの加熱水は、その開度に応じてバイパス路Ｌ３にも流入する。バイパス路Ｌ３に流入した加熱水は、復路Ｌ２に供給され、第２貯湯タンク３２から供給される水と合流する。合流した水は、水対冷媒熱交換器２３に供給されるが、その温度は開閉弁３３の開度、つまりバイパス路Ｌ３から復路Ｌ２に流れ込む加熱水の量によって定まる。

このような貯湯ユニット３０は、第２貯湯タンク３２から水循環ポンプ３４及び流量調整弁３５によって送り込まれた加熱対象水が、水対冷媒熱交換器２３においてヒートポンプユニット２０側の冷媒と熱交換することで加熱される。
本実施形態では貯湯ユニット３０に二つの第１貯湯タンク３１と第２貯湯タンク３２を設けているが、貯湯タンクが一つ、あるいは三つ以上であっても本発明を適用することができる。

給湯システム１０においては、圧縮機２１により圧縮された高温高圧の冷媒が、水対冷媒熱交換器２３に導かれる。この冷媒は、水対冷媒熱交換器２３において貯湯ユニット３０側の水との間で熱交換、つまり水に向かって放熱する。
そうすると高温高圧の冷媒は、水対冷媒熱交換器２３の内部で冷却され、低温高圧の冷媒となる。
その一方で、加熱対象水は、水対冷媒熱交換器２３において冷媒の熱を吸収し、加熱水として第１貯湯タンク３１（第２貯湯タンク３２）に供給される。

水対冷媒熱交換器２３から流出した冷媒は、電子膨張弁２４を経て空気熱交換器２２に導かれ、空気熱交換器２２において外気（空気）との間で熱交換、つまり、外気の熱を吸収する。そのため、低温低圧の液相の冷媒は、空気熱交換器２２の内部で蒸発し、気相の冷媒となる。
空気熱交換器２２から流出した気相の冷媒は、圧縮機２１に吸入される。吸入された冷媒は、圧縮機２１により圧縮された後、再び水対冷媒熱交換器２３に向けて吐出され、上述の過程が繰り返される。

［第１実施形態］
以上の給湯システム１０により実行される本発明の第１実施形態を説明する。
第１実施形態は、制御部４０により貯湯ユニット３０からヒートポンプユニット２０に流入する水を制御する。つまり、制御部４０は給湯システム１０の動作の制御を司るものであるが、本実施形態ではヒートポンプユニット２０（水対冷媒熱交換器２３）に貯湯ユニット３０（第２貯湯タンク３２）から流入する水が急激な温度変化を招くことがないように制御する点に特徴がある。
第２貯湯タンク３２からは、例えば１７℃程度の水（加熱対象水）が水対冷媒熱交換器２３に供給されるが、ヒートポンプユニット２０から貯湯ユニット３０に供給される加熱水の量が多くなると、その分、温度成層の位置が低くなる。さらに、温度成層の部分が水対冷媒熱交換器２３に向けて流出した後には、例えば６５℃の高温の加熱水が流出する。この過程で、第２貯湯タンク３２から水対冷媒熱交換器２３に供給される水は、図３の点線（バイパスなし）で示すように、急激な温度変化を示すので、前述したように、圧縮機２１、電子膨張弁２４の制御が追いつかなくなる。

そこで、制御部４０は、第２貯湯タンク３２に設けられている水温センサ３７からの検知温度Ｔ３を取得し、検知温度Ｔ３が沸き上げ目標温度Ｔｐ（例えば６５℃）を超えるか否かを判断している（図２ Ｓ１０３）。そして、制御部４０は、水温センサ３７からの検知温度Ｔ３が沸き上げ目標温度Ｔｐ以下であることを検知している限り、バイパス路Ｌ３の開閉弁３３を閉じたままとする（図２ Ｓ１０１、図２ Ｓ１０３ Ｎｏ）。制御部４０は、水温センサ３７からの検知温度Ｔ３が沸き上げ目標温度Ｔｐを超えたことを検知したとする。これは、温度成層が下から２番目の水温センサ３７を通過して下方に移行したことを示し、第２貯湯タンク３２から加熱水がまもなく復路Ｌ２に流出することを知らせる情報である。このとき、復路Ｌ２から水対冷媒熱交換器２３には未だ低温の加熱対象水が供給されており、このままの状態を続けると、水対冷媒熱交換器２３に流入する水の温度変化が大きくなる（図３の点線）。そこで、バイパス路Ｌ３の開閉弁３３を開く（図２ Ｓ１０３ Ｙｅｓ、図２ Ｓ１０５）。そうすると、バイパス路Ｌ３から復路Ｌ２に高温の加熱水が流れ込む。このときまで第２貯湯タンク３２から流出し復路Ｌ２に流れているのは低温の加熱対象水であるが、開閉弁３３を開けることでバイパス路Ｌ３から復路Ｌ２に高温の加熱水が合流するので、そこを流れる水は温度が上昇する。

この昇温過程を図３に実線（「バイパスあり」）で示している。実線の「バイパスあり」と点線の「バイパスなし」との間の部分は、バイパス路Ｌ３から加えられた高温の加熱水による熱量に相当する。このように、未だ低温の加熱対象水が流れている状態でバイパス路Ｌ３から高温の加熱水を加えることにより、水対冷媒熱交換器２３に供給される水の温度が急激に上昇するのを防ぐことができる。

制御部４０は、水温センサ３６からの検知温度Ｔ２に関する情報を取得しており、検知温度Ｔ２が沸き上げ目標温度Ｔｐ以下であれば、開閉弁３３を開けたままとする（図２ Ｓ１０７ Ｎｏ、図２ Ｓ１０５）。検知温度Ｔ２が沸き上げ目標温度Ｔｐを超えたならば、制御部４０は、沸き上げ（貯湯）が完了したものとして、ヒートポンプユニット２０の運転を停止するとともに、開閉弁３３を閉じる（図２ Ｓ１０７ Ｙｅｓ、図２ Ｓ１０９）。

以上説明した通りであり、第１実施形態によると、バイパス路Ｌ３を設け、そこから復路Ｌ２に高温の加熱水を加えることで、水対冷媒熱交換器２３に供給される水の温度変化を軽減することができる。
なお、ここではバイパス路Ｌ３に開閉弁３３を設ける例を示したが、流量を制御できる流量調整弁を設け、その開度を調整することで、水対冷媒熱交換器２３に供給される水の温度変化を緻密に制御することができる。

なお、バイパス路Ｌ３を設ける位置は図１に示す例に限らない。例えば、図４（ａ）に示すように、バイパス路Ｌ３を第１貯湯タンク３１と第２貯湯タンク３２の間の往路Ｌ１と、復路Ｌ２と、の間を繋ぐこともできる。また、図４（ｂ）に示すように、バイパス路Ｌ３の一端を第２貯湯タンク３２（又は第１貯湯タンク３１）に、他端を復路Ｌ２に繋ぐこともできる。この場合、バイパス路Ｌ３の一端を第２貯湯タンク３２に繋げる位置は、水温センサ３６よりも上にある必要がある。なお、バイパス路Ｌ３の設置容易性からすると、配管どうしを繋ぐことになる図１、図４（ａ）に示す形態が好ましい。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態を図５、図６を参照して説明する。
第２実施形態は、ヒートポンプユニット２０（水対冷媒熱交換器２３）への入水温度を事前に予測することで電子膨張弁２４の開度を調整することを要旨とし、図１に示す給湯システム１０で実行されるものである。

第２実施形態は、水対冷媒熱交換器２３に付随する水温センサ２５における検知温度Ｔ１と、第２貯湯タンク３２に設けられる水温センサ３６における検知温度Ｔ２と、を制御部４０が取得し、図５に示される手順で、電子膨張弁２４の開度を調整する。
この手順は、電子膨張弁２４（図５ ＥＥＶ）が通常運転するように制御されていることを前提としている（図５ Ｓ２０１）。通常運転とは、検知温度Ｔ１、検知温度Ｔ２を用いる制御を伴わないことをいい、圧力制御、吸入過熱度制御、など従来公知の要素を用いた制御に基づく運転のことである。

制御部４０は、水温センサ２５から検知温度Ｔ１を、また、水温センサ３６から検知温度Ｔ２を取得し、検知温度Ｔ１と検知温度Ｔ２の差（ΔＴ＝Ｔ２−Ｔ１）が既定値ａを超えるか否かの判断を行う（図５ Ｓ２０３）。検知温度Ｔ１と検知温度Ｔ２の差が既定値ａ以下の間は、電子膨張弁２４を通常制御のままとする（図５ Ｓ２０３ Ｎｏ，図６も参照）。このことは、第２貯湯タンク３２の水温センサ３６が設けられている位置には低温の加熱対象水が存在しているとみなしていることを示している。
しかし、検知温度Ｔ１と検知温度Ｔ２の差が既定値ａを超えると（図５ Ｓ２０３ Ｙｅｓ）、第２貯湯タンク３２の下方まで高温の加熱水が貯湯されてきており、水対冷媒熱交換器２３に高温の加熱水が供給されるのが近づいていと判断し、電子膨張弁２４の開度制御を通常制御から非通常制御に切り替える。つまり、制御される電子膨張弁２４の開度をＰｎ、先行する電子膨張弁２４の開度をＰｎ−１とすると、開度Ｐｎは、開度Ｐｎ−１にΔＴに対応する開度ΔＰを加えることで定められる（図５ Ｓ２０５）。ΔＴ（Ｔ２−Ｔ１）とΔＰの対応マップを図５に合わせて示している。このマップに示されるΔＰを開度Ｐｎ−１に加えることで、入水温度が上昇することを事前に予測し、フィートフォワード的に電子膨張弁２４を制御、具体的には高温の加熱水が供給される前に電子膨張弁２４の開度を大きくする。そうすることで、入水温度が急に上昇しても電子膨張弁２４の動作が追従することで、ヒートポンプユニット２０を安定して運転することができる。

制御部４０は、ステップＳ２０５に基づいて電子膨張弁２４の開度を調整した後に、検知温度Ｔ１と検知温度Ｔ２の差（ΔＴ＝Ｔ２−Ｔ１）が既定値ｂ未満か否かの判断を行う（図５ Ｓ２０７）。検知温度Ｔ１と検知温度Ｔ２の差が既定値ｂ以上であれば、制御部４０は電子膨張弁２４を通常制御する（図５ Ｓ２０７ Ｎｏ）。検知温度Ｔ１と検知温度Ｔ２の差が既定値ｂ未満と小さい場合（図５ Ｓ２０７ Ｙｅｓ）であって、かつサンプリング期間ｔが既定値ｃ以下（図５ Ｓ２０９ Ｎｏ）であればステップＳ２０３に戻り、検知温度Ｔ１と検知温度Ｔ２の差に基づいて上述したのと同様にして電子膨張弁２４の開度の制御を行う。一方、検知温度Ｔ１と検知温度Ｔ２の差が既定値ｂ未満と小さい場合であって、かつサンプリング期間ｔが既定値ｃを超える（図５ Ｓ２０９ Ｙｅｓ）と、非通常制御から通常制御に戻す。
そして、検知温度Ｔ２が沸き上げ目標温度Ｔｐを超えたならば、第１実施形態と同様に、制御部４０は、沸き上げ（貯湯）が完了したものとして、ヒートポンプユニット２０の運転を停止するとともに、開閉弁３３を閉じる。なお、第３実施形態、第４実施形態においても、ヒートポンプユニット２０の運転を停止させる（開閉弁３３を閉じる）条件は、これと同様である。

以上説明したように、第２実施形態によると、検知温度Ｔ１（入水温度）と検知温度Ｔ２の差に基づいて入水温度が上昇することを事前に予測して電子膨張弁２４の開度を広くすることができる。したがって、水対冷媒熱交換器２３への入水温度が急激に変化（上昇）しても、予めそれに対応する開度に電子膨張弁２４が調整できる。
なお、既定値ａ、ｂ、ｃは、任意に設定できる。例えば、既定値ａ、ｂは、２〜５℃の範囲から選択することができ、既定値ａ、ｂの大小は不問であり、ａ＞ｂ、ａ＜ｂ、ａ＝ｂのいずれであってもよい。また、既定値ｃはヒートポンプユニット２０、貯湯ユニット３０の能力に応じて設定される。

［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態を図７、図８を参照して説明する。
上述した第２実施形態は、電子膨張弁２４の開度を水温センサ２５からの検知温度Ｔ１（入水温度）と水温センサ３６からの検知温度Ｔ２（第２貯湯タンク３２の最下部）の差に基づいて制御したが、第３実施形態は検知温度Ｔ２から入水温度を予測し、それに基づいて電子膨張弁２４の開度を制御する。
図６、図７に示すように、第３実施形態においても当初は制御部４０が電子膨張弁２４を通常運転するように制御しているものとする（図７ Ｓ３０１）。
制御部４０は、水温センサ３６からの検知温度Ｔ２を継時的に取得し、先行する検知温度Ｔ２ｎ−１と今回の検知温度Ｔ２ｎとの差分（Ｔ２ｎ−Ｔ２（ｎ−１））を求め、第２貯湯タンク３２の下部の水温の変化を観察している（図７ Ｓ３０３）。前記差分（Ｔ２ｎ−Ｔ２（ｎ−１））が既定値ｄ以下の場合（図７ Ｓ３０３ Ｎｏ）には、制御部４０は通常運転するように電子膨張弁２４を制御し続ける。一方、前記差分（Ｔ２ｎ−Ｔ２（ｎ−１））が既定値ｄを超えると（図７ Ｓ３０３ Ｙｅｓ）、制御部４０は水温センサ３６からの検知温度Ｔ２に基づいて、入水温度の予測値（Ｔ１'）を求める（図７ Ｓ３０５）。この予測値は、水温センサ３６の検知温度Ｔ２と水温センサ２５の検知温度Ｔ１との関連性を予め実験的に確認をして、例えば図７に示されるＴ１'とＴ２とを関連付けたマップを作成しておく。制御部４０は、このマップを参照することで入水温度の予測値（Ｔ１'）を得ることができる。次いで、制御部４０は、与えられた入水温度予測値Ｔ１'に対応する電子膨張弁２４の開度Ｐを得る。開度Ｐは、例えば図７に示されるＰとＴ１'のマップを予め作成しておき、制御部４０はそのマップを参照しながら電子膨張弁２４の開度Ｐを制御する（図７ Ｓ３０７）。

以上説明した第３実施形態は、ヒートポンプユニット２０と第２貯湯タンク３２の間の距離が離れている場合でも、ヒートポンプユニット２０の入水温度変化を的確に予測することができ、ヒートポンプユニット２０を安定して運転させることができ、異常停止を避けることができる。

［第４実施形態］
次に、本発明の第４実施形態を図９、図１０を参照して説明する。
第４実施形態は、第３実施形態のようにヒートポンプユニット２０の入水温度を予測して、電子膨張弁２４の開度を制御する。しかしながら、貯湯加熱運転に入った後に、第１貯湯タンク３１、第２貯湯タンク３２の温水が使用され、再び、ヒートポンプユニット２０の入水温度が下がることもある。この場合には、電子膨張弁２４の制御を通常に戻す必要がある。図９、図１０はこれに対応する制御手順が示されている。なお、図７と同じ手順については、同じステップ番号を付している。
図９に示すように、第４実施形態は、ステップＳ３０６を備えている。このステップは、検知温度Ｔ２が下がった場合には、第１貯湯タンク３１、第２貯湯タンク３２の加熱水が使用されたものとみなし、電子膨張弁２４を通常制御で動作させる（図９ Ｓ３０６ Ｙｅｓ）。そうでなければ、制御部４０はそのマップを参照しながら第３実施形態と同様に電子膨張弁２４の開度Ｐを制御する（図９ Ｓ３０７）。

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。

１０ 給湯システム
２０ ヒートポンプユニット
２１ 圧縮機
２２ 空気熱交換器
２３ 水対冷媒熱交換器
２４ 電子膨張弁
２５ 水温センサ
３０ 貯湯ユニット
３１ 第一貯湯タンク
３２ 第二貯湯タンク
３３ 開閉弁
３４ 水循環ポンプ
３５ 流量調整弁
３６，３７，３８ 水温センサ
４０ 制御部
４１ 設定部
Ｌ１ 往路
Ｌ２ 復路
Ｌ３ バイパス路

Claims (6)

1. ヒートポンプ冷媒回路と、貯湯回路と、を備え、
   前記ヒートポンプ冷媒回路は、
   冷媒と外気との間で熱交換を行う第一熱交換器と、前記冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機で圧縮された前記冷媒と加熱対象水との間で熱交換を行うことで加熱水を生成する第二熱交換器と、前記第二熱交換器を経た前記冷媒を減圧及び膨張させる膨張弁と、を備え、
   前記貯湯回路は、
   前記加熱水及び前記加熱対象水を貯える貯湯タンクと、前記第二熱交換器から前記貯湯タンクまで前記加熱水を搬送する往路と、前記貯湯タンクから前記第二熱交換器へ前記加熱対象水を搬送する復路と、前記往路又は前記貯湯タンクから前記復路に前記加熱水を搬送するバイパス路と、を備え、
   前記復路から前記第二熱交換器へ供給されるのが低温の前記加熱対象水から高温の前記加熱水に代わる過程で、前記バイパス路から前記復路に前記加熱水を供給する、
   ことを特徴とするヒートポンプ給湯システム。
2. ヒートポンプ冷媒回路と、貯湯回路と、を備え、
   前記ヒートポンプ冷媒回路は、
   冷媒と外気との間で熱交換を行う第一熱交換器と、前記冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機で圧縮された前記冷媒と加熱対象水との間で熱交換を行うことで加熱水を生成する第二熱交換器と、前記第二熱交換器を経た前記冷媒を減圧及び膨張させる膨張弁と、を備え、
   前記貯湯回路は、
   前記加熱水及び前記加熱対象水を貯える貯湯タンクと、前記第二熱交換器から前記貯湯タンクまで前記加熱水を搬送する往路と、前記貯湯タンクから前記第二熱交換器へ前記加熱対象水を搬送する復路と、前記貯湯タンク内の高さ方向の所定の位置における水温を検知する第一水温センサと、を備え、
   前記第一水温センサで検知された水温に対応して前記膨張弁の開度を制御する、
   ことを特徴とするヒートポンプ給湯システム。
3. 前記復路から前記第二熱交換器に供給される水の水温を検知する第二水温センサを備え、
   前記第一センサで検知される水温と前記第二水温センサで検知される水温の差分が既定値を超えると、前記差分に応じて前記膨張弁の開度を制御する、
   請求項２に記載のヒートポンプ給湯システム。
4. 前記第一水温センサで検知された水温に基づいて、前記復路から前記第二熱交換器に供給される水の水温を予測し、予測された前記水温に対応して前記膨張弁の開度を制御する、
   請求項２に記載のヒートポンプ給湯システム。
5. 前記第一水温センサで検知された水温が、先行して検知された水温よりも低い場合には、
   予測された前記水温に対応する前記膨張弁の開度の制御を停止する、
   請求項４に記載のヒートポンプ給湯システム。
6. 前記膨張弁の開度の制御が停止すると、
   当該制御が開始される前の制御に戻って前記膨張弁の開度の制御が行われる、
   請求項５に記載のヒートポンプ給湯システム。