JP2003322414A - 貯湯式給湯機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 貯湯式給湯機において時刻に基づいて凍結予
防の方法を切り替え、貯湯式給湯機の電力消費の上昇を
極力抑えつつ、配管の凍結を予防できるようにするこ
と。 【解決手段】 マイコン４０が動作し、デイタイムに
は、循環ポンプ１９の運転により、貯湯槽１０の下部１
０ａの低温水或いは上部１０ｂの高温水を往き管１８及
び第１の戻り管２３に循環させ、ナイトタイムには、ヒ
ートポンプユニット１００を運転し、冷媒対水熱交換器
２にて温度上昇した高温水を往き管１８及び第１の戻り
管２３に循環させ、昼間と夜間とで凍結予防の方法を切
り替える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、冷媒の凝縮熱を利
用したヒートポンプ式給湯機等の貯湯式給湯機に関す
る。詳述すれば、貯湯槽を備えた貯湯式給湯機における
配管内の水の凍結防止に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ヒートポンプ式給湯機等の貯湯式
給湯機では、循環ポンプを使用して貯湯槽内の水を強制
的にヒートポンプ、コジェネ、燃料電池などの熱源との
間で循環させ、給湯用の温水を生成して貯湯槽内に貯湯
する。

【０００３】そして、上記貯湯式給湯機では、例えば冬
季等に外気温度が低下すると、貯湯槽と熱源との間に接
続された循環用の配管内の水が凍結し、給湯ができなく
なる虞があった。また、配管内の水が凍結すると、凍結
時の膨張により配管が破れたり、又は配管に亀裂が入っ
たりして、水漏れが発生する虞があり、この水漏れのた
めに水の循環が不十分になり、熱源などの機器が故障す
る原因となっていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記貯湯式給湯機の配
管内での凍結を予防するために、外気温度が低下したと
きにヒートポンプユニットなどの熱源を運転し、前記配
管に温水を循環させた場合には、凍結予防のための熱源
の運転に電力を消費するため、年間のエネルギー消費効
率であるＣＯＰが低下するという問題が発生する。ま
た、電力使用量が増加し、使用者の電力料金負担が増加
するという問題が発生する。

【０００５】特に、貯湯式給湯機では、電力料金が安い
夜間（例えば、午後１１時から午前７時まで）の間に熱
源を運転し、貯湯槽内の水を加熱して温度を上昇させて
貯湯しておき、貯湯槽内の温水を電力料金が高い夜間以
外の昼間に使用することで、使用者が負担する電力料金
を抑えている。

【０００６】しかしながら、昼間に配管の凍結防止のた
めに、上記のように熱源を運転すると、電力料金が高い
昼間の電力を消費することになり、使用者の電力料金の
負担が大幅に増加するという問題が発生する。

【０００７】また、凍結防止のための熱源の運転を極力
避けるために、外気温度が低下したときに貯湯槽内の湯
を配管に供給すると配管内で温度低下した水が貯湯槽の
上部に戻ったときに貯湯槽内に貯留している高温水と低
温水との温度層のバランスが崩れ、貯湯槽内の温水が全
体的に均一化され、高温水を供給することができなくな
るという問題が発生する。

【０００８】そこで本発明は、貯湯式給湯機の電力消費
の上昇を極力抑えつつ、配管の凍結を予防し、また貯湯
槽内の温度層を維持できるようにすることを目的とす
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】このため第１の発明は、
循環ポンプにより水を貯湯槽と加熱用熱源との間を循環
させると共に前記貯湯槽から出湯可能とする給湯回路と
を備えた貯湯式給湯機において、外気温度を検出する温
度検出器と、前記循環ポンプを運転開始させる設定温度
を格納した記憶手段と、前記温度検出器の検出温度が前
記記憶手段に記憶されている前記設定温度まで低下した
ときには前記循環ポンプの運転を開始させると共に、時
刻によって前記加熱用熱源の運転により温水を循環させ
て凍結予防するか、前記貯湯槽内の水を循環させて凍結
予防するかを決定する制御手段とを備えたことを特徴と
する。

【００１０】また第２の発明は、前記循環ポンプを運転
し、前記貯湯槽内の上部の高温水を使用して凍結予防す
るときには、前記貯湯槽内の上部から供給され前記配管
内を循環した戻り水を前記貯湯槽の中間層に戻す戻し配
管を備えたことを特徴とする。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明の第１の実施の形態を図を
参照して、以下説明する。図１は本発明が適用される貯
湯式給湯機としてのヒートポンプ給湯機の回路説明図
で、このヒートポンプ給湯機は圧縮機１にて圧縮された
冷媒と水とを加熱用熱交換器により熱交換させる冷媒回
路を備えた熱源としてのヒートポンプユニット１００
と、ヒートポンプユニット１００にて温度上昇した高温
水を貯留する貯湯槽などを備えた貯湯槽ユニット２００
と、循環ポンプにより水を貯湯槽と前記加熱用熱交換器
との間を循環させると共に前記貯湯槽から出湯可能とす
る給湯回路３００とを主要構成としている。

【００１２】前記ヒートポンプユニット１００に設けら
れた冷媒回路は、冷媒を吸入圧縮し高温高圧にする圧縮
機１、冷媒と水とを熱交換させる加熱用の冷媒対水熱交
換器２、電動式の膨張弁３、外気と冷媒との熱交換を行
う室外側熱交換器としての蒸発器４、アキュムレータ５
等を有している。

【００１３】前記貯湯槽ユニット２００は、台所で操作
される台所リモコン（リモートコントローラ）７及びふ
ろ場で操作されるふろリモコン（リモートコントロー
ラ）８が接続された制御基板９及びお湯を貯湯する貯湯
槽１０を備え、制御基板９にはヒートポンプ給湯機を制
御する制御手段としてマイクロコンピュータ（以下「マ
イコン」という）４０等が搭載される。尚、台所リモコ
ン７及びふろリモコン８には時刻表示装置等が設けられ
ている。

【００１４】前記給湯回路３００は、前記貯湯槽１０に
水道水を供給する逆止弁付き水道減圧弁１１、貯湯槽１
０からお湯を取出す出湯管１２、水道減圧弁１１の出口
側から出湯管１２に接続された混合弁１３に至るバイパ
ス管１４、出湯管１２から分岐して浴槽３１ヘ至るお湯
張り管１５、お湯張り管１５に接続された流量調整弁１
６、前記混合弁１３より上流側の出湯管１２に接続され
る圧力逃がし弁１７、貯湯槽１０の下端部と前記冷媒対
水熱交換器２の入口側との間に接続された往き管１８、
この往き管１８の途中に接続されて貯湯槽１０から前記
冷媒対水熱交換器２に水を供給するための循環ポンプ１
９、冷媒対水熱交換器２の出口側と貯湯槽１０の上端部
との間に接続された第１の戻り管２３、この第１の戻り
管２３の途中に接続された流量調整手段としての流量調
整弁２４、第１の戻り管２３の途中から分岐して貯湯槽
１０の下部１０ａに至る第２の戻り管３５、この第２の
戻り管３５の途中に接続された開閉弁（以下、「第１の
戻り弁」という）３６を配管接続して構成されている。

【００１５】また、冷媒対水熱交換器２の入口側及び出
口側にはそれぞれ外気温度センサとしての温度センサ
（以下、「入口温度センサ」という）２８及び温度セン
サ（以下、「出口温度センサ」という）２９が設けら
れ、更に貯湯槽ユニット２００内の第１の戻り管２３の
途中には外気温度センサとしての温度センサ（以下、
「貯湯槽入口温度センサ」という）３０が設けられてい
る。

【００１６】次に、図２の制御ブロック図に基づいて説
明する。貯湯槽ユニット２００側の制御基板９に設けら
れたマイコン４０は、図示しないタイマを備え、本ヒー
トポンプ給湯機の貯湯槽ユニット２００に係る動作を統
括制御するＣＰＵ（セントラル・プロセッシング・ユニ
ット）４１、各種データを記憶する記憶装置としてのＲ
ＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ）４２、給湯動作及
び凍結防止運転の動作に係るプログラムを格納するＲＯ
Ｍ（リ−ド・オンリー・メモリ）４３、時を計時する時
計４４から構成されている。そして、ＲＯＭ４３には図
３に示したテーブルのような、貯湯槽１０内の例えば深
夜電力を使用して深夜に沸き上げるときの最大貯湯量で
ある最大沸上量、沸き増しを開始する最低貯湯量及び沸
き増しを停止する貯湯量である沸き増し終了の貯湯量が
沸き上げ（沸き増し）制御のモードとしてモード１から
モード７まで格納され、またこれらのモードを貯湯量の
変化に基づいて変更するプログラム及び凍結予防運転に
係るプログラムが設定されている。そして、ＣＰＵ４１
は前記ＲＡＭ４２に記憶されたデータに基づき、前記Ｒ
ＯＭ４３に格納されたプログラム及び上記モードに従
い、本ヒートポンプ給湯機の給湯に係る動作及び凍結予
防運転に係る動作を統括制御する。そして、通常は貯湯
槽１０内の容量全てを所定の温度に沸き上げるようにマ
イコン４０は給湯機を制御する。

【００１７】また、台所リモコンＣＰＵ７ａがマイコン
４０に信号線にて接続され、台所リモコンＣＰＵ７ａに
は浴槽３１への給湯時にお湯張りの量を設定するための
沸き上げ量設定スイッチ７ｂ及び上記モードを切り替え
るためのモード切替スイッチ７ｃが接続されている。

【００１８】また、ヒートポンプユニット１００側のマ
イコン５０は、ヒートポンプユニット１００に係る動作
を統括制御するＣＰＵ５１、各種データを記憶する記憶
装置としてのＲＡＭ５２、ヒートポンプユニット１００
の動作に係るプログラムを格納するＲＯＭ５３から構成
されている。そして、圧縮機１、膨張弁３、入口温度セ
ンサ２８、出口温度センサ２９及び貯湯槽入口温度セン
サ３０がマイコン５０に信号線にて接続されている。

【００１９】マイコン４０とマイコン５０とは信号線５
４にて接続され、入口温度センサ２８、出口温度センサ
２９及び貯湯槽入口温度センサ３０の検出温度はマイコ
ン５０及び信号線５４を介してマイコン４０に送信さ
れ、ＲＡＭ４２に随時記憶される。また、ＲＡＭ４２に
は、後述する低温水の循環による凍結予防運転を開始す
るときの第１の設定温度（例えば５℃）及びこの凍結予
防運転を終了するときの第２の設定温度（例えば１０
℃）、夜間時刻の例えば午後１１時から午前７時まで
（以下、「ナイトタイム」という）の時間帯、昼間時刻
の例えば午前７時から午後１１時まで（以下、「デイタ
イム」という）の時間帯が記憶されている。

【００２０】そして、前記貯湯槽１０の容量が、例えば
３７０リットルであり、貯湯槽１０には、湯温検出セン
サＴＳ１、ＴＳ２、ＴＳ３、ＴＳ４、ＴＳ５、ＴＳ６及
びＴＳ７が貯湯槽１０の下部から上部まで上下間隔を存
して設けられ、本給湯機がその沸き上げ可能温度が５５
℃までのため、前記各センサの検出湯温が５５℃以上の
場合には貯湯槽１０内の上端からその位置までは貯湯さ
れており残湯ありと判断する。このとき、検出センサＴ
Ｓ１の配置箇所は残湯量が３５０リットル、ＴＳ２が同
じく３００リットル、ＴＳ３が２５０リットル、ＴＳ４
が２００リットル、ＴＳ５が１５０リットル、ＴＳ６が
１００リットル、ＴＳ７が５０リットルの位置である。

【００２１】ここで、貯湯槽入口温度センサ３０による
外気温度（例えば２５℃）、ヒートポンプの能力（例え
ば５．０ｋＷ）、沸き上げ温度（例えば７５℃）、給水
温度センサ５５により検出された逆止弁付き水道減圧弁
１１を介して貯湯槽１０に供給する水道水の給水温度
（例えば２０℃）、湯温検出センサＴＳ３の検出温度
（例えば６３℃）、湯温検出センサＴＳ１及びＴＳ２の
検出温度（例えば５０℃）等のデータは、前記マイコン
４０のＲＡＭ４２に格納され、これらのデータに基づい
てマイコン４０が貯湯槽１０内の貯湯量を判断する。

【００２２】即ち、初めに７個の湯温検出センサの中か
ら沸き上げ湯温５５℃を２個の検出センサ間に含む検出
センサの組み合わせをマイコン４０が探索し、５５℃よ
り高い温度を検出している検出センサの検出温度をＴｈ
ｉ、その残湯量をＬｈｉとし、低い温度を検出している
検出センサの検出温度をＴｌｏ、その残湯量をＬｌｏと
して、５５℃に到達している前記貯湯槽１０内の貯湯量
（残湯量）Ｌｚを、Ｌｚ＝（Ｔｈｉ−５５）／（Ｔｈｉ
−Ｔｌｏ）×（Ｌｌｏ−Ｌｈｉ）＋Ｌｈｉからマイコン
４０が算出する。

【００２３】従って、５５℃に到達している残湯量Ｌｚ
は（６３−５５）／（６３−５０）×（３００−２５
０）＋２５０から約２８６リットルであると、マイコン
４０は判断する。

【００２４】次に循環流量（１分間当りの沸き上げ量）
を、ヒートポンプによる１分間当りの加熱量を沸き上げ
温度から水温を引いた温度で割り算して算出するが、具
体的には循環流量＝（ヒートポンプ能力Ｐ×８６０（Ｋ
ｃａｌ）／６０（分間）／（沸き上げ温度Ｔｐ−（外気
温度Ｔｔ×０．８＋３））からマイコン４０が算出す
る。即ち、所定能力が一定に出る給水温度（冷媒対水熱
交換器２に入る水温）は、外気温度値を用いて、各種性
能試験で得られた換算式より算出している。

【００２５】従って、循環流量は、（５×８６０／６０
／（７５−（２５×０．８＋３）から約１．３８リット
ル／分と、マイコン４０は判断する。即ち、ヒートポン
プの特性上（特に冷媒がＣＯ₂の場合）、沸き上げ温度
を固定で、給水温度（冷媒対水熱交換器２に入る水温）
が上昇すると圧縮機１の周波数を一定に保っていても徐
々に加熱能力が低下し、また水温の上昇と能力の低下の
カーブは完全にはリニアにはならないため、本給湯機で
圧縮機１の保護も含め、入口水温に合わせて圧縮機１の
周波数を段階的に下げる動作を行い、結果的に入口水温
が変動しても同じ外気温度条件なら略一定の循環流量を
維持する運転を行なうように制御することとなる。

【００２６】以上のようにマイコン４０により、貯湯槽
１０内の貯湯量が判断されると共に、沸き上げ時（沸き
増し時）の循環量が算出される。

【００２７】以下、ヒートポンプ給湯機からの給湯時の
制御について説明する。図４の（ａ）に示したような貯
湯槽１０内の貯湯状態（ハッチングされた部分が全体の
容量の内の貯湯量を表す。）から給湯され、湯が使用さ
れた時には、貯湯槽１０に水が一杯になるように逆止弁
付き水道減圧弁１１から水が給水される。湯が使用され
貯湯量が次第に少なくなり（ｂ）に示した貯湯状態にな
る。更に、給湯され貯湯量が少なくなり（ｃ）に示した
ように最低貯湯量（例えばモード４の場合においては１
５０リットル）より少なくなり、検出センサＴＳ６の検
出温度が貯湯状態と判断する温度である５５℃より低下
すると、マイコン４０は貯湯量が検出センサの位置より
少なくなったと判断し、ヒートポンプユニット１００側
のマイコン５０に運転信号を出力し、ヒートポンプ給湯
機に沸き増し運転を開始させる。

【００２８】即ち、圧縮機１が運転を開始し、圧縮機１
で圧縮されて高温になった冷媒が冷媒対水熱交換器２に
供給される。そして、循環ポンプ１９が起動されて貯湯
槽１０の下部１０ａの水が冷媒対水熱交換器２に給水さ
れて、冷媒と水との熱交換が開始される。これにより、
冷媒は熱を失って凝縮し、また水は冷媒の凝縮熱により
温度が上昇して、高温水すなわち湯となって貯湯槽１０
に戻る。

【００２９】このとき、出口温度センサ２９の検出温度
に基づいてマイコン４０が動作し、第１の戻り弁３６を
閉じた状態にて流量調整弁２４の開度を制御することに
より、ほぼ設定温度（例えば８５℃）まで温度上昇した
湯が第１の戻り管２３から貯湯槽１０の上部へ供給され
る。これにより貯湯槽１０内の上層は湯で下層は水とな
り、時間の経過と共にお湯の層と水の層とが混じること
なく、湯の層が増え水の層が少なくなる。そして、通常
の運転状態（モード７のときに相当）では、最終的に貯
湯槽１０が湯で満たされるが、例えば沸き上げ制御のモ
ードがモード４の場合には、図４の（ｃ）に示したよう
に貯湯量が設定された沸き増し終了の量である２００リ
ットルまで上昇し、検出センサＴＳ５の検出温度が５５
℃以上になると、ＣＰＵ４１が動作しマイコン４０が循
環ポンプ１９へ停止信号を出力すると共に、マイコン５
０を介して圧縮機１へ停止信号を出力し、沸き増し運転
が終了する。

【００３０】上記のように沸き増し運転時には図３に示
した沸き上げ制御のモードに従い、沸き増し運転が制御
されるが、以下、沸き上げ制御のモードを変更するとき
の制御について、図５のフローチャートに基づいて説明
する。

【００３１】まず、沸き上げ制御のモード（運転モー
ド）が手動か自動かが判断され、手動の場合には、前記
沸き上げ量設定スイッチ７ｂの操作に基づいて、沸き上
げ制御のモードがモード１乃至３までの間にて設定され
る。即ち、沸き上げ量を例えば多い、中間、少ない場合
の３段階に分け、多い場合にはモード３、中間の場合に
はモード２、少ない場合にはモード１が設定され、その
後、沸き上げ運転時には設定されたモードに従ってヒー
トポンプ給湯機の運転が制御される。

【００３２】沸き上げ制御のモード（運転モード）が自
動の場合には、例えばヒートポンプ給湯機への電源投入
時に標準モードである沸き上げ制御のモード３が自動的
に設定される。このため、貯湯槽１０からの給湯により
貯湯量が減少し、検出センサＴＳ６の検出温度が５５℃
より低くなり、貯湯量が１００リットルをより少なくな
ったとマイコン４０が判断する（判断Ａ）。この判断に
伴いマイコン４０に設けられた図示しないタイマが動作
を開始する。そして、その後、貯湯量が５０リットル以
下にならず、即ち検出センサＴＳ７が５５℃以上の温度
を検出し続けた場合には、沸き上げ制御のモード３がタ
イマに予め設定されている所定時間（例えば３日間）維
持される。

【００３３】尚、所定時間が経過する前に貯湯量が減少
し、検出センサＴＳ７の検出温度が５５℃より低くなっ
た場合には、貯湯量が５０リットルより少なくなったと
マイコン４０が判断し（判断Ｂ）、沸き上げ制御のモー
ドを一ランク上のモード、即ち、モード番号の大きいモ
ードであるモード４へ移行する。このため、沸き増し開
始の最低貯湯量が１００リットルから１５０リットルへ
増加し、かつ沸き増し運転の終了貯湯量が１５０リット
ルから２００リットルに増加する。

【００３４】また、検出センサＴＳ６の検出温度に基づ
いて貯湯槽１０に１００リットル以上の貯湯量があると
マイコン４０が判断した（判断Ｃ）場合には、図示しな
いタイマが動作する。そして、１００リットル以上の貯
湯量が予め設定されていた所定期間（例えば３日間）維
持された場合には、タイマがカウントアップし、マイコ
ン４０が動作し、一ランク下のモード、即ち、モード番
号が小さいモードであるモード２へ移行する。この結
果、最大沸上量が３７０リットルから３００リットルへ
減少する。

【００３５】各沸き上げ制御のモードにおいて、上記モ
ード３と同様の判断が行われ、例えばモード５において
は、１００リットル以上の貯湯量が所定期間維持された
場合には、タイマがカウントアップし、マイコン４０が
動作し、一ランク下のモード、即ち、モード番号が小さ
いモードであるモード４へ移行する。この結果、沸き増
し開始の最低貯湯量が２００リットルから１５０リット
ルへ減少し、かつ沸き増し運転の終了貯湯量が２５０リ
ットルから２００リットルに減少する。同様に、モード
４からモード７においては、１００リットル以上の貯湯
量が所定期間維持された場合には、タイマがカウントア
ップし、マイコン４０が動作し、一ランク下のモード、
即ち、モード番号が小さいモードであるモードへ移行す
る。この結果、沸き増し開始の最低貯湯量と沸き増し運
転の終了貯湯量との双方が５０リットルずつ減少する。

【００３６】この結果、給湯量が多いとき、即ち使用負
荷が多いときにはモード番号を大きい方へ移行させ、負
荷に適切に対応することが可能であることはもちろん、
給湯量が少なく使用負荷が少ないときには、モード番号
を小さい方へ移行させ、深夜の最大沸上量を減少させ、
また、沸き増し開始の最低貯湯量と沸き増し運転の終了
貯湯量との双方を減少させることにより、１つの貯湯槽
１０の容量で使用負荷に対応した幅広い運転、即ち、貯
湯量或いは沸き増し量の制御が可能であり、放熱よる熱
ロスを極力少なくし、ヒートポンプ給湯機の運転効率、
即ち湯の供給効率が向上する。

【００３７】次に、上記のように給湯運転が制御される
ヒートポンプ給湯機の冬季などの凍結防止運転について
の第１の実施形態について説明する。

【００３８】ヒートポンプユニット１００の運転が停止
しているときに外気温度が低下し、時計４４により計時
されたデイタイムの時刻に入口温度センサ２８、出口温
度センサ２９或いは貯湯槽入口温度センサ３０のいずれ
かの検出温度が第１の設定温度（例えば５℃）になる
と、マイコン４０が動作し、第１の戻り弁３６を開き、
流量調整弁２４を閉じ、循環ポンプ１９を運転する。

【００３９】循環ポンプ１９の運転により、貯湯槽１０
の下部１０ａに貯留している低温層の低温水が、循環ポ
ンプ１９、往き管１８、ヒートポンプユニット１００の
冷媒対水熱交換器２、第１の戻り管２３、第２の戻り管
３５及び第１の戻り弁３６を介して貯湯槽１０の下部１
０ａと循環し、往き管１８及び第１の戻り管２３の特に
ヒートポンプユニット１００と貯湯槽ユニット２００と
の間に位置している部分の凍結を予防する。

【００４０】また、上記のように低温水を循環している
とき、往き管１８、第１の戻り管２３及び第２の戻り管
３５を流れた低温水は貯湯槽１０の上部１０ｂの高温水
の層及び中間部１０ｃの中間温水の層に戻されることな
く下部１０ａに戻されるため、戻った低温水により貯湯
槽１０内の上部１０ｂの高温水の層及び中間部１０ｃの
中間温水の層に影響を与えることを回避でき、層崩れを
防止することができる。

【００４１】更に、上記凍結予防運転により、貯湯槽１
０の下部１０ａの水温が低下するが、ヒートポンプユニ
ット１００の運転時には、ヒートポンプユニット１００
に流入する水の温度が低いほど冷媒対水熱交換器２での
熱交換効率を向上することができる。

【００４２】そして、上記凍結予防運転により往き管１
８及び第１の戻り管２３などの循環路の温度が上昇し、
入口温度センサ２８、出口温度センサ２９及び貯湯槽入
口温度センサ３０の検出温度が全て第２の設定温度（例
えば１０℃）になると、マイコン４０が動作して第１の
戻り弁３６を閉じると共に流量調整弁２４を開放状態に
し、更に循環ポンプ１９の運転を停止する。この結果、
貯湯槽１０からの低温水の循環が停止し、凍結予防運転
は終了し、凍結予防運転による消費電力の増加を極力小
さくすることができる。

【００４３】また、時計４４により計時されたナイトタ
イムの時刻に入口温度センサ２８、出口温度センサ２９
或いは貯湯槽入口温度センサ３０のいずれかの検出温度
が第１の設定温度（例えば５℃）になると、マイコン４
０が動作し、第１の戻り弁３６を閉じ、流量調整弁２４
を開き、循環ポンプ１９を運転するばかりか、更にマイ
コン４０はマイコン５０に運転信号を出力し、ヒートポ
ンプユニット１００の運転を開始させる。

【００４４】したがって、冷媒対水熱交換器２にて熱交
換して温度上昇した高温水が第１の戻り管２３から貯湯
槽１０の上部１０ｂへ流れ、また、貯湯槽１０の下部１
０ａの水が往き管１８を介して冷媒対水熱交換器２へ流
れ、第１の戻り管２３及び往き管１８の温度が上昇し、
凍結が予防される。

【００４５】そして、往き管１８及び第１の戻り管２３
などの循環路の温度が上昇し、入口温度センサ２８、出
口温度センサ２９及び貯湯槽入口温度センサ３０の検出
温度が全て第２の設定温度（例えば１０℃）になると、
マイコン４０が動作して第１の戻り弁３６は閉じ流量調
整弁２４は開いたままとし、循環ポンプ１９の運転を停
止すると共にヒートポンプユニット１００を停止し、凍
結予防運転が終了する。

【００４６】この結果、ナイトタイムには、安い電力を
使用してヒートポンプユニット１００を運転し、高温水
を使用して凍結を確実に予防することができ、また、凍
結予防運転の時間を短縮することができる。

【００４７】次に、主として図６に基づき、凍結防止運
転についての第２の実施形態について説明するが同一の
図番については同一の機能を有するものとし、説明は省
略する。

【００４８】以下、第１の実施形態と異なる給湯回路３
００についてのみ説明する。前記給湯回路３００は、前
記貯湯槽１０に水道水を供給する逆止弁付き水道減圧弁
１１、貯湯槽１０からお湯を取出す出湯管１２、水道減
圧弁１１の出口側から出湯管１２に接続された混合弁１
３に至るバイパス管１４、出湯管１２から分岐して浴槽
３１ヘ至るお湯張り管１５、お湯張り管１５に接続され
た流量調整弁１６、前記混合弁１３より上流側の出湯管
１２に接続される圧力逃がし弁１７、貯湯槽１０の下端
部と前記冷媒対水熱交換器２の入口側との間に接続され
た往き管１８、この往き管１８の途中に接続されて貯湯
槽１０から前記冷媒対水熱交換器２に水を供給するため
の循環ポンプ１９、この循環ポンプ１９の上流側に接続
された開閉弁（以下、「入水弁」という）２０、循環ポ
ンプ１９と入水弁２０との間の往き管１８から分岐して
出湯管１２に至る高温水循環用管２１、この高温水循環
用管２１の途中に接続された開閉弁（以下、「高温弁」
という）２２、冷媒対水熱交換器２の出口側と貯湯槽１
０の上端部との間に接続された第１の戻り管２３、この
第１の戻り管２３の途中に接続された流量調整手段とし
ての流量調整弁２４、第１の戻り管２３の途中から分岐
して貯湯槽１０の下部１０ａに至る第２の戻り管３５、
この第２の戻り管３５の途中に接続された開閉弁（以
下、「第１の戻り弁」という）３６を配管接続して構成
されている。

【００４９】ヒートポンプユニット１００の運転が停止
しているときに外気温度が低下し、時計４４により計時
されたデイタイムの時刻に入口温度センサ２８、出口温
度センサ２９或いは貯湯槽入口温度センサ３０のいずれ
かの検出温度が第１の設定温度（例えば５℃）になる
と、マイコン４０が動作し、入水弁２０を閉じると共に
第１の戻り弁３６を開き、流量調整弁２４を閉じると共
に高温弁２２を開き、循環ポンプ１９を運転する。

【００５０】この循環ポンプ１９の運転により、貯湯槽
１０の上部１０ｂに貯留している高温層の高温水が高温
弁２２、循環ポンプ１９、往き管１８、ヒートポンプユ
ニット１００の冷媒対水熱交換器２、第１の戻り管２
３、第２の戻り管３５及び第１の戻り弁３６を介して貯
湯槽１０の下部１０ａと循環し、往き管１８及び第１の
戻り管２３の特にヒートポンプユニット１００と貯湯槽
ユニット２００との間に位置している部分の凍結を予防
する。

【００５１】また、上記のように低温水を循環している
とき、往き管１８、第１の戻り管２３及び第２の戻り管
３５を流れた低温水は貯湯槽１０の上部１０ｂの高温水
の層及び中間部１０ｃの中間温水の層に戻されることな
く下部１０ａに戻されるため、戻った低温水により貯湯
槽１０内の上部１０ｂの高温水の層及び中間部１０ｃの
中間温水の層に影響を与えることを回避でき、層崩れを
防止することができる。

【００５２】そして、上記凍結予防運転により往き管１
８及び第１の戻り管２３などの循環路の温度が上昇し、
入口温度センサ２８、出口温度センサ２９及び貯湯槽入
口温度センサ３０の検出温度が全て第２の設定温度（例
えば１０℃）になると、マイコン４０が動作して入水弁
２０を開くと共に第１の戻り弁３６を閉じ、流量調整弁
２４を開くと共に高温弁２２を閉じ、更に循環ポンプ１
９の運転を停止する。この結果、貯湯槽１０からの高温
水の循環が停止し、凍結予防運転は終了し、凍結予防運
転による消費電力の増加を極力小さくすることができ
る。

【００５３】また、時計４４により計時されたナイトタ
イムの時刻に入口温度センサ２８、出口温度センサ２９
或いは貯湯槽入口温度センサ３０のいずれかの検出温度
が第１の設定温度（例えば５℃）になると、マイコン４
０が動作し、入水弁２０を開くと共に第１の戻り弁３６
を閉じ、流量調整弁２４を開くと共に高温弁２２を閉じ
ている状態で、循環ポンプ１９を運転するばかりか、更
にマイコン４０はマイコン５０に運転信号を出力し、ヒ
ートポンプユニット１００の運転を開始させる。

【００５４】したがって、冷媒対水熱交換器２にて熱交
換して温度上昇した高温水が第１の戻り管２３から貯湯
槽１０の上部１０ｂへ流れ、また、貯湯槽１０の下部１
０ａの水が往き管１８を介して冷媒対水熱交換器２へ流
れ、第１の戻り管２３及び往き管１８の温度が上昇し、
凍結が予防される。

【００５５】そして、往き管１８及び第１の戻り管２３
などの循環路の温度が上昇し、入口温度センサ２８、出
口温度センサ２９及び貯湯槽入口温度センサ３０の検出
温度が全て第２の設定温度（例えば１０℃）になると、
マイコン４０が動作して入水弁２０を開くと共に第１の
戻り弁３６を閉じ、流量調整弁２４を開くと共に高温弁
２２を閉じたままとし、循環ポンプ１９の運転を停止す
ると共にヒートポンプユニット１００を停止し、凍結予
防運転が終了する。

【００５６】この結果、ナイトタイムには、安い電力を
使用してヒートポンプユニット１００を運転し、高温水
を使用して凍結を確実に予防することができ、また、凍
結予防運転の時間を短縮することができる。

【００５７】次に、主として図７に基づき、凍結防止運
転についての第３の実施形態について説明するが同一の
図番については同一の機能を有するものとし、説明は省
略する。

【００５８】以下、他の実施形態と異なる給湯回路３０
０についてのみ説明する。前記給湯回路３００は、前記
貯湯槽１０に水道水を供給する逆止弁付き水道減圧弁１
１、貯湯槽１０からお湯を取出す出湯管１２、水道減圧
弁１１の出口側から出湯管１２に接続された混合弁１３
に至るバイパス管１４、出湯管１２から分岐して浴槽３
１ヘ至るお湯張り管１５、お湯張り管１５に接続された
流量調整弁１６、前記混合弁１３より上流側の出湯管１
２に接続される圧力逃がし弁１７、貯湯槽１０の下端部
と前記冷媒対水熱交換器２の入口側との間に接続された
往き管１８、この往き管１８の途中に接続されて貯湯槽
１０から前記冷媒対水熱交換器２に水を供給するための
循環ポンプ１９、この循環ポンプ１９の上流側に接続さ
れた開閉弁（以下、「入水弁」という）２０、循環ポン
プ１９と入水弁２０との間の往き管１８から分岐して出
湯管１２に至る高温水循環用管２１、この高温水循環用
管２１の途中に接続された開閉弁（以下、「高温弁」と
いう）２２、冷媒対水熱交換器２の出口側と貯湯槽１０
の上端部との間に接続された第１の戻り管２３、この第
１の戻り管２３の途中に接続された流量調整手段として
の流量調整弁２４、第１の戻り管２３の途中から分岐し
て貯湯槽１０の中間部１０ｃである中間層に至る第３の
戻り菅２５、この第３の戻り管２５の途中に接続された
開閉弁（以下、「第１の戻り弁」という）３６及び逆止
弁２７を配管接続して構成されている。

【００５９】そして、ヒートポンプユニット１００の運
転が停止しているときに外気温度が低下し、時計４４に
より計時されたデイタイムの時刻に入口温度センサ２
８、出口温度センサ２９或いは貯湯槽入口温度センサ３
０のいずれかの検出温度が第１の設定温度（例えば５
℃）になると、マイコン４０が動作し、入水弁２０を閉
じると共に第１の戻り弁３６を開き、流量調整弁２４を
閉じると共に高温弁２２を開き、循環ポンプ１９を運転
する。

【００６０】この循環ポンプ１９の運転により、貯湯槽
１０の上部１０ｂに貯留している高温層の高温水が高温
弁２２、循環ポンプ１９、往き管１８、ヒートポンプユ
ニット１００の冷媒対水熱交換器２、第１の戻り管２
３、第３の戻り管２５、第１の戻り弁３６及び逆止弁２
７を介して貯湯槽１０の中間部１０ｃに戻り、往き管１
８及び第１の戻り管２３の特にヒートポンプユニット１
００と貯湯槽ユニット２００との間に位置している部分
の凍結を予防する。

【００６１】この場合、第３の戻り管２５を介して貯湯
槽１０の中間部１０ｃに戻って来る水が中間温度であっ
ても、貯湯槽１０内で上部１０ｂの水の高温層や下部１
０ａの低温層に影響を与えることなく凍結予防ができ
る。

【００６２】以上のように、往き管１８及び第１の戻り
管２３の凍結予防運転を行うときには、その時刻によっ
てヒートポンプユニット１００を運転して凍結を予防す
るか、貯湯槽１００の水を使用して凍結を予防するかを
選択し決定することにより、使用電力を極力抑えた安価
な方法で凍結を予防することができる。

【００６３】尚、上記各実施の形態において、流量調整
弁２４を運転時の貯湯槽１０へ供給される高温水の温度
制御及び凍結予防運転のときには閉じ貯湯槽１０の上部
へ循環水が戻ることを阻止するために使用したが、流量
調整弁２４と直列に電磁弁を設け、この電磁弁を凍結予
防運転時に閉じるようにしてもよい。

【００６４】以上本発明の実施態様について説明した
が、上述の説明に基づいて当業者にとって種々の代替
例、修正又は変形が可能であり、本発明の趣旨を逸脱し
ない範囲で前述の種々の代替例、修正又は変形を包含す
るものである。

【００６５】

【発明の効果】以上のように本発明は、貯湯式給湯機に
おいて外気温度が低下し、凍結予防運転を行うときに
は、その時刻によって加熱用熱源を運転して凍結を予防
するか、貯湯槽の水を使用して凍結を予防するかを制御
手段により選択し決定することにより、使用電力を極力
抑えた安価な方法で凍結を予防することができる。

【００６６】また、凍結予防運転時に貯湯槽内の温度層
を維持し、高温水を安定して供給することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ヒートポンプ給湯機の回路説明図である。

【図２】制御ブロック図である。

【図３】各モード毎の最大沸上量、沸き増し開始時の最
低貯湯量及び沸き増し終了時の貯湯量のテーブルを示す
図である。

【図４】沸き増し運転時の貯湯量の変化を説明する図で
ある。

【図５】フローチャートを示す図である。

【図６】第２の実施形態のヒートポンプ給湯機の回路説
明図である。

【図７】第３の実施形態のヒートポンプ給湯機の回路説
明図である。

【符号の説明】

１ 圧縮機 ２ 冷媒対水熱交換器（加熱用熱交換器） １０ 貯湯槽 １８ 往き管 ２３ 第１の戻り管 ２４ 流量調整弁 ２５ 第３の戻り管 ３５ 第２の戻り管 ４０ マイコン ４１ ＣＰＵ ４２ ＲＡＭ ４３ ＲＯＭ ５０ マイコン １００ ヒートポンプユニット ２００ 貯湯槽ユニット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 矢島 卓幸 栃木県足利市大月町１番地 三洋電機空調 株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 循環ポンプにより水を貯湯槽と加熱用熱
   源との間を循環させると共に前記貯湯槽から出湯可能と
   する給湯回路とを備えた貯湯式給湯機において、外気温
   度を検出する温度検出器と、前記循環ポンプを運転開始
   させる設定温度を格納した記憶手段と、前記温度検出器
   の検出温度が前記記憶手段に記憶されている前記設定温
   度まで低下したときには前記循環ポンプの運転を開始さ
   せると共に、時刻によって前記加熱用熱源の運転により
   温水を循環させて凍結予防するか、前記貯湯槽内の水を
   循環させて凍結予防するかを決定する制御手段とを備え
   たことを特徴とする貯湯式給湯機。
2. 【請求項２】 前記循環ポンプを運転し、前記貯湯槽内
   の上部の高温水を使用して凍結予防するときには、前記
   貯湯槽内の上部から供給され前記配管内を循環した戻り
   水を前記貯湯槽の中間層に戻す戻し配管を備えたことを
   特徴とする請求項１に記載の貯湯式給湯機。