JP2007003162A - 貯湯式ヒートポンプ給湯装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 浴水の追い焚きができるとともに維持費の最も安い沸き上げ運転を可能とする貯湯式ヒートポンプ給湯装置を実現する。
【解決手段】 目標沸き上げ温度Ｔ０は、貯湯タンク１０内の最下部に給水される給水温度に応じて求めており、浴水追い焚き手段６０の過去の使用実績がないときに最も低い下限値であり、浴水追い焚き手段６０の過去の使用実績があるときにその下限値よりも上昇させる。これにより、沸き上げ運転の維持費を最少にすることができる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、ヒートポンプユニットにより加熱した給湯用の湯を蓄える貯湯タンクを備える貯湯式ヒートポンプ給湯装置に関するものであり、特に、貯湯タンク内の水を沸き上げるときの沸き上げ目標温度に関する。

従来、この種の貯湯式ヒートポンプ給湯装置として、例えば、給湯用の湯を蓄える貯湯タンクと、この貯湯タンク内下部の水を加熱するヒートポンプユニットと、貯湯タンクの高さ方向に複数個設けられ貯湯タンク内の貯湯量および貯湯温度を検出する貯湯温度検出手段と、これらを制御する制御手段とを備える貯湯式ヒートポンプ給湯装置がある。

そして、ヒートポンプユニットにて貯湯タンク内下部の水を沸き上げる際に、料金設定の安い深夜時間帯になると、過去の給湯使用実績から目標蓄熱量を求めて沸き上げ運転を行うとともに、ようにしている。上記貯湯温度検出手段により検出される貯湯タンク内の残湯分に相当する湯量を残した状態で沸き上げ運転を停止するように制御している（例えば、特許文献１参照）。
特開２００５−０４９０５４号公報

しかしながら、上記特許文献１による貯湯式ヒートポンプ給湯装置によれば、例えば、給水温度が比較的上昇する夏場の時期の場合には、蓄えられた給湯用の湯の使用量が低下することで目標蓄熱量が低下する。つまり、蓄えた給湯用の湯の貯湯量が低下している。

ところで、上記構成の貯湯式ヒートポンプ給湯装置に、貯湯タンク内の湯と浴槽内の浴水とを熱交換させて浴水を追い焚きする浴水追い焚き手段を設けて、過去の給湯使用実績から目標蓄熱量を求めて沸き上げ運転を行って所定量の湯が貯湯タンク内に蓄えてあるが、追い焚きを行うときは、その前に必ずお湯張りが行われるため貯湯タンク内の貯湯量が低下することで次の深夜時間帯の前に追い焚きができない問題がある。

さらに、例えば、沸き上げ温度を高めて沸き上げ運転を行って貯湯量を多め、もしくは貯湯温度を高めに蓄えるようにすれば良いが、この場合は、外気温度との温度差が増加することで貯湯タンクから外部に熱が漏れやすくなる。つまり、沸き上げ運転の維持費が上昇する問題がある。

そこで、本発明の目的は、上記点を鑑みたものであり、浴水の追い焚きができるとともに維持費の最も安い沸き上げ運転を可能とする貯湯式ヒートポンプ給湯装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１ないし請求項８に記載の技術的手段を採用する。すなわち、請求項１に記載の発明では、給湯用の湯を内部に蓄える貯湯タンク（１０）と、この貯湯タンク（１０）内の最下部の水を貯湯タンク（１０）内の上部に送る流体加熱用流路（２１）と、この流体加熱用流路（２１）に設けられ、この流体加熱用流路（２１）を流れる水を加熱して高温のお湯とするヒートポンプユニット（２０）と、貯湯タンク（１０）内の湯が貯湯タンク（１０）外で使用されるときに、貯湯タンク（１０）内の湯を貯湯タンク（１０）外に送る給湯用流路（１２、１３、１７、１７ａ）と、貯湯タンク（１０）内の湯が給湯用流路（１２、１３、１７、１７ａ）を通って貯湯タンク（１０）外で使用されるときに、貯湯タンク（１０）内の下部に水を供給する給水用流路（１１）と、貯湯タンク（１０）内の湯が給湯用流路（１２、１３、１７、１７ａ）を通って貯湯タンク（１０）外で使用された過去の給湯使用実績から貯湯タンク（１０）への目標蓄熱量（Ｑ０）を求め、さらにその目標蓄熱量（Ｑ０）に応じて求められる目標沸き上げ温度（Ｔ０）に基づいて、ヒートポンプユニット（２０）を制御して沸き上げ運転を行う制御手段（４０）とを備える貯湯式ヒートポンプ給湯装置において、
貯湯タンク（１０）内の湯と浴槽内の浴水とを熱交換させて浴水を追い焚きする浴水追い焚き手段（６０）が設けられ、制御手段（４０）は、浴水追い焚き手段（６０）の過去の使用実績に応じて目標沸き上げ温度（Ｔ０）を変更することを特徴としている。

この発明によれば、浴水追い焚き手段（６０）の使用実績があったときは、例えば、目標沸き上げ温度（Ｔ０）を高めるように変更することで、貯湯タンク（１０）内の貯湯量が増加することで追い焚きができる。

請求項２に記載の発明では、浴水追い焚き手段（６０）の過去の使用実績があるときの目標沸き上げ温度（Ｔ０）の下限値を、浴水追い焚き手段（６０）の過去の使用実績がないときの下限値よりも高温とすることを特徴としている。

この発明によれば、例えば、浴水追い焚き手段（６０）の過去の使用実績がないときの下限値よりも僅かに高めの高温にすることで、追い焚きができるとともに、貯湯温度をそれほど高くさせないことで熱損失が低下する。これにより、維持費の最も安い沸き上げ運転ができる。

請求項３に記載の発明では、目標沸き上げ温度（Ｔ０）は、貯湯タンク（１０）内の下部に給水される給水温度に応じて設定されることを特徴としている。この発明によれば、この種のヒートポンプユニット（２０）では、運転効率は給水温度に左右されるので、目標沸き上げ温度（Ｔ０）を給水温度に応じて求めることで運転効率の向上が図れる。従って、維持費の最も安い沸き上げ運転ができる。

請求項４に記載の発明では、制御手段（４０）は、浴水追い焚き手段（６０）の過去の使用実績があるときに、浴水追い焚き手段（６０）の過去の使用実績がないときの沸き上げ水量（Ｗ２）よりも増加させることを特徴としている。

この発明によれば、前述の請求項２および請求項３では目標沸き上げ温度（Ｔ０）で制御したが、これに限らず、目標沸き上げ温度（Ｔ０）に相当する沸き上げ水量（Ｗ２）を用いて、過去の使用実績があるときと過去の使用実績がないときとで異なる沸き上げを行っても良い。

請求項５に記載の発明では、制御手段（４０）は、浴水追い焚き手段（６０）の過去の使用実績があるときに、浴水追い焚き手段（６０）の過去の使用実績がないときの最低貯湯量よりも増加させることを特徴としている。

この発明によれば、目標沸き上げ温度（Ｔ０）および沸き上げ水量（Ｗ２）の他に、最低貯湯量を用いて、過去の使用実績があるときと過去の使用実績がないときとで異なる沸き上げを行っても良い。

請求項６に記載の発明では、制御手段（４０）は、浴水追い焚き手段（６０）の使用実績を、追い焚き使用熱量、追い焚き作動時間、もしくは貯湯タンク（１０）内の貯湯量の変動のいずれかで検出することを特徴としている。この発明によれば、これらの検出手段により浴水追い焚き手段（６０）の使用状態を容易に検出することができる。

請求項７に記載の発明では、制御手段（４０）は、目標蓄熱量（Ｑ０）から貯湯温度検出手段（５５ａ〜５５ｅ）により検出された貯湯タンク（１０）内の残湯熱量を減算した熱量によって求めた目標沸き上げ温度（Ｔ０）に基づいて沸き上げ運転を行うことを特徴としている。この発明によれば、過剰な沸き上げ運転を行うことを防止することができる。これにより、維持費の最も安い沸き上げ運転ができる。

請求項８に記載の発明では、浴水追い焚き手段（６０）は、貯湯タンク（１０）内に配設する追い焚き用熱交換器（７５）を備えることを特徴としている。この発明によれば、追い焚き用熱交換器（７５）を貯湯タンク（１０）外に配設するよりも浴水追い焚き手段（６０）の構成部品が簡素となるとともに、その追い焚き用熱交換器（７５）から外部への熱損失はない。これにより、維持費の最も安い沸き上げ運転ができる。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態の具体的手段との対応関係を示すものである。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態による貯湯式ヒートポンプ給湯装置を図１ないし図４に基づいて説明する。図１は本発明を適用させた貯湯式ヒートポンプ給湯装置の全体構成を示す模式図であり、図２は制御装置４０の沸き上げ運転制御の制御処理を示すフローチャートである。

また、図３は沸き上げ運転における目標沸き上げ温度選択制御手段の制御処理を示すフローチャートであり、図４は追い焚き実績のあるときとないときにおける給水温度と目標沸き上げ温度との関係を示す特性図である。

本実施形態の貯湯式ヒートポンプ給湯装置は、一般家庭用として使用されるものであり、貯湯タンク１０内に蓄えられた給湯用の湯を熱源として、台所、洗面所、浴室などへの給湯機能の他に、お湯張りされた浴槽内の浴水を追い焚きする機能を有するものである。

まず、給湯機能は、図１に示すように、貯湯タンク１０と、この貯湯タンク１０内の最下部の水を貯湯タンク１０内の最上部に送る流体加熱用流路２１と、この流体加熱用流路２１を流れる水を加熱するヒートポンプユニット２０と、貯湯タンク１０内の湯を貯湯タンク１０外に送る給湯用流路１２、１３、１７、１７ａと、貯湯タンク１０内の最下部に水を供給する給水用流路１１と、本給湯システムの作動を制御する制御手段である制御装置４０とから構成されている。

そして、追い焚き機能として、浴槽内の浴水と貯湯タンク１０内の湯とが熱交換するように構成された浴水追い焚き手段６０が設けられている。まず、貯湯タンク１０は、給湯用の湯を蓄える容器であって、耐食性に優れた金属製（例えば、ステンレス製）からなり、外周部に図示しない断熱材が配置されており、高温の給湯用の湯を長時間に渡って保温することができるようになっている。

また、貯湯タンク１０は縦長形状であり、その底面に導入口１０ａが設けられ、この導入口１０ａには貯湯タンク１０内に水道水を供給する給水用流路である給水管１１が接続されている。この給水管１１には温度検出手段である給水サーミスタ５１が設けられており、給水管１１内の温度情報を後述する制御装置４０に出力するようになっている。

また、この給水管１１には導入される水道水の水圧が所定圧となるように調節するとともに、断水などにおける湯の逆流を防止する減圧逆止弁（図示せず）が設けられている。さらに、給水管１１の下流端は、導入口１０ａの他に、後述する給湯用混合弁１５、１５ａに繋がれている。

一方、貯湯タンク１０の最上部には導出口１０ｂが設けられ、この導出口１０ｂには貯湯タンク１０内に蓄えられた給湯用の湯のうち、高温の湯を導出するための給湯用流路である高温取出し管１２が接続されている。なお、この高温取出し管１２の経路途中に、図示しない逃がし弁が配設された排出配管を接続しており、貯湯タンク１０内の圧力が所定圧以上に上昇した場合には、貯湯タンク１０内の湯を外部に排出して、貯湯タンク１０等にダメージを与えないようになっている。

また、貯湯タンク１０の中間部には、導出口１０ｃが設けられ、この導出口１０ｃには貯湯タンク１０内に蓄えられた給湯用の湯のうち、中温の湯を導出するための給湯用流路である中温取出し管１３が接続されている。

そして、高温取り出し管１２と中温取り出し管１３との下流側合流部位に、高中温混合弁１４が設けられている。この高中温混合弁１４は、後述する給湯用混合弁１５、１５ａに流通させる給湯用水の湯温を調節する温度調節弁であり、それぞれの開口面積比を調節することで、高温取り出し管１２から取り出した高温の蓄熱用流体と中温取り出し管１３から取り出した中温の蓄熱用流体との混合比を調節するようにしている。

そして、高中温混合弁１４は、後述する制御装置４０に電気的に接続されており、後述する貯湯サーミスタ５５ａ〜５５ｅ、湯温サーミスタ５２より検出される温度情報に基づいて制御される。ここでは、湯温サーミスタ５２で検出された温度情報が所定温度（設定温度＋２℃程度）となるように、中温取り出し管１３から取り出した中温の湯を積極的に混合させるようにして所定温度に温度調節されるようにしている。

なお、湯温サーミスタ５２は、高中温混合弁１４の出口側に設けられ、高中温混合弁１４で混合された給湯用水の湯温を検出している。また、高中温混合弁１４の出口側は、給湯用流路である給湯用配管１７とその給湯用配管１７ａから分岐した給湯用配管１７ｂとが接続されている。

一方の給湯用配管１７は、下流端の図示しない給湯水栓、シャワー水栓等へ設定温度に温度調節された給湯用水を導く配管であって、その流路の中途に温度調節手段である給湯用混合弁１５、温度検出手段である給湯サーミスタ５３と給湯検出手段である流量カウンタ５４が設けられている。

他方の給湯用配管１７ａは、下流端が後述する浴水追い焚き手段６０の往き管６２に繋がれ、浴槽内にお湯張り、差し湯、たし湯などを行うときに、設定温度に温度調節された給湯用水を導く配管であって、その流路の中途に温度調節手段であるお湯張り用混合弁１５ａ、温度検出手段であるお湯張り用給湯サーミスタ５３ａ、お湯張り用開閉弁５７、給湯検出手段であるお湯張り用流量カウンタ５４ａ、逆止弁５９が設けられている。

給湯用混合弁１５、お湯張り用混合弁１５ａは、それぞれ給湯用配管１７、１７ａの末端で出湯する給湯用水の湯温を調節する温度調節弁であり、それぞれの開口面積比（高中温混合弁１４で温度調節された給湯用水側の開度と給水配管１１に連通する水側の開度の比率）を調節することで出湯する湯温を設定温度に調節する。

また、給湯用混合弁１５、お湯張り用混合弁１５ａは、後述する制御装置４０に電気的に接続されており、給水サーミスタ５１、湯温サーミスタ５２、給湯サーミスタ５３、お湯張り用給湯サーミスタ５３ａより検出される温度情報に基づいて制御される。

給湯サーミスタ５３は給湯用配管１７内の温度情報を、流量カウンタ５４は給湯用配管１７内の温度情報を、お湯張り用給湯サーミスタ５３ａは給湯用配管１７ａ内の温度情報を、お湯張り用流量カウンタ５４ａは給湯用配管１７ａ内の流量情報を後述する制御装置４０に出力する。

なお、高中温混合弁１４、給湯用混合弁１５、およびお湯張り用混合弁１５ａは、それぞれの出口側に設けられた湯温サーミスタ５２、給湯サーミスタ５３、もしくはお湯張り用給湯サーミスタ５３ａで検出される給湯用水の湯温に基づいてフィードバック制御を行うようにしている。

また、流量カウンタ３４、３４ａがそれぞれの給湯用配管１７、１７ａ内の水の流れを検出したときは、それぞれの給湯用配管１７、１７ａの末端（給湯水栓、シャワー水栓、もしくはお湯張り用開閉弁５７）が開弁されて給湯用水を出湯している状態である。

また、お湯張り用開閉弁５７は、給湯用配管１７ａの流路を開閉する電磁弁であり、浴槽内に浴水をお湯張り、差し湯、たし湯などを行うときに後述する制御装置４０により制御される。逆止弁５９は浴水循環回路６１内の浴水が給湯用配管１７ａ内に流通させないための弁である。

次に、貯湯タンク１０の下部には、貯湯タンク１０内の最下部の水を吸入するための吸入口１０ｄが設けられ、貯湯タンク１０の上方には、貯湯タンク１０内の最上部に湯を吐出する吐出口１０ｅが設けられている。吸入口１０ｄと吐出口１０ｅとは流体加熱用流路２１で接続されており、流体加熱用流路２１の一部はヒートポンプユニット２０内に配置されている。

ヒートポンプユニット２０は、冷媒として臨界温度の低い二酸化炭素（ＣＯ２）を使用するヒートポンプサイクル、および貯湯タンク１０の下部から水を循環し、ヒートポンプサイクルによって加熱後に貯湯タンク１０の上部に戻す流体加熱用流路２１と、この流体加熱用流路２１中に設置された給水ポンプ２４とから構成されている。因みに、超臨界ヒートポンプによれば、一般的なヒートポンプサイクルよりも高温（例えば、８５℃〜９０℃程度）の湯を貯湯タンク１０内に蓄えることができる。

また、このヒートポンプサイクルは、電動式の圧縮機２５、水冷媒熱交換器２６、電気式膨張弁２７、空気熱交換器２８、およびアキュムレータ２９を順次冷媒配管によって接続して構成されている。圧縮機２５は、内蔵する図示しない電動モータによって回転駆動され、アキュムレータ２９より吸引した冷媒を臨界圧力以上の高圧に圧縮して吐出する電動式の冷媒圧縮機である。

この圧縮機２５は、動力源として交流電力を用い、主に、料金設定の最も安い深夜時間帯の深夜電力を用いて、貯湯タンク１０内の湯を沸き上げる沸き上げ運転を行っているが、昼間時間帯においても貯湯タンク１０内最上部の湯温が低下してくると沸き上げ運転を行うよう制御される。

この圧縮機２５は、色々な運転条件下において規定の能力が出るよう制御装置４０により回転数が制御される。また、電気式膨張弁２７は、水−冷媒熱交換器２６から流出する高圧の冷媒を減圧する装置で、制御装置４０によって弁開度が電気的に制御される。

そして、空気熱交換器２８は、電気式膨張弁２７で減圧された冷媒を空気熱交換器用の送風ファン２８ａによって送風される室外空気との熱交換によって蒸発気化させ、圧縮機２５にガス冷媒を供給する。その送風ファン２８ａは、空気熱交換器２８の熱交換性能を確保するよう、制御装置４０によって回転数が制御される。

アキュムレータ２９は、空気熱交換器２８より流出する冷媒を気液分離して、気相冷媒のみ圧縮機２５に吸引させるとともに、サイクル中の余剰冷媒を蓄えている。

水−冷媒熱交換器２６は、圧縮機２５の吐出口より吐出された高圧・高温の冷媒によって水を湯に昇温させる熱交換器である。水−冷媒熱交換器２６中の冷媒側熱交換器２６ａは、圧縮機２５の吐出口より吐出された高圧のガス冷媒と温水とを熱交換する冷媒流路管により構成されている。

そして、水−冷媒熱交換器２６は、冷媒側熱交換器２６ａの一端面に水側熱交換器２６ｂの他端面が熱交換可能に密着するように配置された二層構造となっている。その水側熱交換器２６ｂは、冷媒側熱交換器２６ａの冷媒入口部から冷媒出口部に至る冷媒流路の全長で冷媒と温水との熱交換を行うように構成されており、水側熱交換器２６ｂの出口部から給湯温度（６５℃〜９０℃程度）相当の温水を取り出した時に、規定の熱交換性能を出せるように構成されている。

流体加熱用流路２１は、水−冷媒熱交換器２６中の水側熱交換器２６ｂ・貯湯タンク１０および電動ポンプ２４を順次貯湯用配管により接続して構成された循環回路である。そして、電動ポンプ２４は流体加熱用流路２１の途中に設置されており、内蔵する図示しない電動モータによって回転駆動されて、沸き上げ運転時に、水側熱交換器２６ｂ内で加熱された温水を貯湯タンク１０に還流させるように作動するウォータポンプである。

この電動ポンプ２４は、水側熱交換器２６ｂの出口側水温が、色々な運転条件下において決定される、所定の沸き上げ目標温度となるように、制御装置４０によって回転数が制御される。因みに、３３は圧縮機２５から吐出される冷媒の温度を検出する吐出冷媒温度サーミスタであり、３４は水−冷媒熱交換器２６（冷媒側熱交換器２６ａ）出口での冷媒温度を検出する出口冷媒温度サーミスタである。

また、３１は水−冷媒熱交換器２６（水側熱交換器２６ｂ）に供給される水の温度を検出する入水温度サーミスタであり、３２は水−冷媒熱交換器２６（水側熱交換器２６ｂ）出口での沸き上げ温度を検出する沸き上げ温度サーミスタである。そして、いずれのサーミスタも温度情報を制御装置４０に出力するようになっている。

また、貯湯タンク１０の外壁面には、貯湯量および貯湯温度を検出するための貯湯温度検出手段である複数（本例では５つ）の貯湯サーミスタ５５ａ〜５５ｅが縦方向（貯湯タンク１０の高さ方向）にほぼ等間隔に配置され、貯湯タンク１０内に満たされた湯もしくは水の各水位レベルでの温度情報を後述する制御装置４０に出力するようになっている。

従って、制御装置４０は、貯湯サーミスタ５５ａ〜５５ｅからの温度情報に基づいて、貯湯タンク１０内上方の沸き上げられた湯と貯湯タンク１０内下方の沸き上げられる前の水との境界位置を検出できるとともに、これにより貯湯量が検出できるようになっている。

なお、これらのうち、貯湯サーミスタ５５ａは、貯湯タンク１０の最上部外壁面に設けられており、高温取出し管１２に吸入される高温の湯の温度である貯湯タンク１０内最上部の湯温を検出する出湯サーミスタの機能も有している。また、貯湯サーミスタ５５ｃは前述の中温取出し管１３とほぼ同一の高さに配置されている。これにより、中温取出し管１３から導出される湯温を検出する出湯サーミスタの機能も有している。

次に、浴水追い焚き手段６０は、追い焚き用熱交換器７５と、その追い焚き用熱交換器７５に浴槽内の浴水を流通させて浴槽内に戻す浴水循環水流路６１とから構成される。本実施形態の追い焚き用熱交換器７５は、コイル状に形成して、貯湯タンク１０内の上方、つまり、給湯用水が高温となる部位に配設して、内部を流通する浴水を貯湯タンク内に蓄えられた給湯用水に加熱される熱交換器である。

浴水循環水流路６１は、浴槽内の浴水を追い焚き用熱交換器７５の入口側に導く往き管６２、追い焚き用熱交換器７５で熱交換された浴水を浴槽内に導く戻り管６３およびバイパス管６４から構成されている。その往き管６２には、上流側から順に、水圧スイッチ６５、開閉弁６６、第３循環ポンプ６７、浴水温サーミスタ６８、流水スイッチ６９、および追い焚き三方弁７０が設けられている。また、戻り管６３には、下流側に追い焚きサーミスタ７１が設けられている。

水圧スイッチ６５は、浴槽内にお湯張りされた浴水の湯量、言い換えれば浴槽内の水位レベルを求めるための水圧を検出するセンサである。開閉弁６６は浴水循環回路６１を開閉する電磁弁であり、第３循環ポンプ６７は浴槽内の浴水を追い焚き用熱交換器６０に圧送する電動ポンプである。浴水温サーミスタ６８は、往き管６２を流通する浴水の湯温を検出する水温センサである。

流水スイッチ６９は、追い焚き三方弁７０側の方向に浴水および後述する給湯用水が流通しているか否かを検出するための流水センサである。追い焚き三方弁７０は、浴水を追い焚き用熱交換器７５に流通させるか、追い焚き用熱交換器７５を迂回するバイパス管６４のいずれか一方に流通方向を切り換えるための切換弁である。

追い焚きサーミスタ７１は、戻り管６３を流通する浴水の湯温を検出する水温センサであり、浴槽内に戻される浴水温度である。なお、水圧スイッチ６５、流水スイッチ６９、浴水温サーミスタ６８および追い焚きサーミスタ７１は、それぞれの容積情報、流水情報および温度情報を後述する制御装置４０に出力するようにされ、開閉弁６６、第３循環ポンプ６７および追い焚き三方弁７０は後述する制御装置４０により制御される。

また、お湯張り後に浴槽内の浴水の温度を検出するときは、追い焚き三方弁７０をバイパス管６４側に流れ方向を切り換えるとともに、第３循環ポンプ６７を作動させることで、浴槽内の浴水が往き管６２、バイパス管６４、戻り管６３、浴槽内の順に循環されて浴水温サーミスタ６８により浴水の湯温を検出するようにしている。

また、追い焚きを行うときは、追い焚き三方弁７０の流れ方向を追い焚き用熱交換器７５側に切り換えることで、浴槽内の浴水が往き管６２、追い焚き用熱交換器７５、戻り管６３、浴槽内の順に循環されて、浴水温サーミスタ６８により検出された浴水の湯温が所定温度になるまで循環させるように制御される。

次に、制御手段である制御装置４０は、マイクロコンピュータを主体として構成され、内蔵のＲＯＭ（図示せず）には、予め設定された制御プログラムが設けられており、各サーミスタ３１〜３４、５１〜５３・５３ａ、５５ａ〜５５ｅ、６８、７１からの温度情報、各流量カウンタ５４、５４ａからの流量情報および図示しない操作盤に設けられた操作スイッチからの操作信号等に基づいて、ヒートポンプユニット２０、各混合弁１４、１５、１５ａ、各開閉弁５７、６６、三方弁７０、および第３循環ポンプ６７などのアクチュエータ類を制御するように構成されている。

なお、図示しない操作盤には、操作スイッチとして、電源スイッチ、給湯設定温度スイッチ、湯張りスイッチ、湯張り設定温度スイッチ、追い焚きスイッチ、追い焚き設定温度スイッチなどが設けられている。また、図示しない操作盤は、浴室内や台所等の湯を使用する場所の近傍に設置され、操作盤以外は、屋外等の適所に設置されている。

次に、上記構成による貯湯式ヒートポンプ給湯装置の作動を説明する。まず、貯湯タンク１０内に蓄えられた給湯用の湯を熱源として、台所、洗面所、浴室などへの給湯するときは、給湯水栓、シャワー水栓などを開弁することで設定温度に応じた給湯用水が給湯用配管１７から出湯する。

つまり、高中温混合弁１４、給湯用混合弁１５により、貯湯タンク１０内の高温の湯、および中温の湯と給水管１１からの水との混合された混合湯が給湯用配管１７を介して給湯水栓から出湯する。これにより、貯湯タンク１０では、上部から高温の給湯水が導出されることにより、給水管１１より水が貯湯タンク１０の下方に導入される。従って、温度境界位置が貯湯タンク１０内上方に移動する。つまり、給湯の用途に供するときには、順次温度境界位置が上方に変動するとともに、貯湯タンク１０内の貯湯量が低下していく。

そして、浴槽内にお湯張りすることで、貯湯タンク１０内の貯湯量が低下していく。そして、追い焚きスイッチ（図示せず）を操作しておくと、所定時間毎に浴水温度を検出して、その浴水温度が追い焚き設定温度に未達であれば浴水を加熱するように作動する。

つまり、制御装置４０により、所定時間後に追い焚き三方弁７０、開閉弁６６、第３循環ポンプ６７が作動して浴槽内の浴水を往き管６２、バイパス管６４、戻り管６３の順に循環させる。このときに、浴水温サーミスタ６８により浴水温を検出する。検出された浴水温が追い焚き設定温度以下であると、追い焚き三方弁７０の流れ方向を追い焚き用熱交換器６０側に切り換えて浴水を追い焚き用熱交換器７５に流通させる。

これにより、浴水が給湯用水の熱エネルギーを受けて加熱される。そして、浴水温が設定温度に達すると、追い焚き三方弁７０の流れ方向がバイパス管６４側に切り換えられるとともに、開閉弁６６が閉弁、第３循環ポンプ６７が停止する。これにより、浴水が追い焚き設定温度を維持するように保温される。一方、貯湯タンク１０内の貯湯温度が追い焚きにより低下される。

本実施形態では、このように給湯機能と追い焚き機能を有する給湯装置における沸き上げ運転を行うときの作動について以下説明する。まず、給湯装置の図示しない電源スイッチがオンされている場合には、制御装置４０は、貯湯タンク１０に設けられた各サーミスタからの温度情報等や、図示しない操作盤により設定された時刻情報などに基づいて、適宜ヒートポンプユニット２０を作動させ貯湯タンク１０内の水を加熱して目標沸き上げ温度の湯とする。

具体的には、図２および図３に示すフローチャートに基づいて沸き上げ運転が行われる。まず、本貯湯式ヒートポンプ給湯装置の沸き上げ運転の特徴として、主に一日の区切り時刻（例えば、深夜時間帯となる２３：００）に達すると、前日の２３時から当日の２３時までの単位期間（例えば、一日）内に、給湯用配管１７、１７ａから消費した給湯用水の熱量から使用熱量を算出するようにしている。

そして、その使用熱量をデータとして蓄積し、その蓄積された使用熱量のデータから所定期間（例えば、７日間）内における平均使用熱量を求めるようにしている。具体的には、ステップ４１０にて、区切り時刻（例えば、深夜時間帯となる２３：００）に達すると、沸き上げ運転の制御処理がスタートする。

そして、ステップ４２０にて、沸き上げ運転の演算を行う。具体的には、過去の給湯使用実績、つまり、所定期間（例えば、７日間）内における平均使用熱量から目標蓄熱量Ｑ０を決定する。そして、同時にそのときの貯湯タンク１０内の残湯分（残湯量Ｗ１および残湯温度）を貯湯センサ５５ａ〜５５ｅで検出し、その検出値から残り湯の熱量Ｑ１を算出する。

そして、先に決定した目標蓄熱量Ｑ０から残り湯の熱量Ｑ１を差し引いた熱量を沸き上げ目標熱量Ｑ２とする。そして、貯湯タンク１０の全容量Ｗ０から残湯量Ｗ０を差し引いた水量を沸き上げ水量Ｗ２とする。

そして、図３に示す目標沸き上げ温度選択制御手段のフローチャートに基づいて目標沸き上げ温度Ｔ０を算出する。具体的では、貯湯タンク１０内に供給される給水温度、および浴水を追い焚きする浴水追い焚き手段６０の過去の使用実績に応じて求めるようにしている。

より具体的には、図３に示すように、ステップ４２１にて、追い焚き実績があるか否かを判定するようにしている。これは、所定期間（例えば、７日間）内に浴槽内にお湯張りした浴水を追い焚き用熱交換器７５に流通させて加熱して浴水を追い焚きしたか否かを判定しており、例えば、過去に追い焚きスイッチが操作されたか、第３循環ポンプ６７が所定時間以上を駆動したか、もしくは追い焚き運転が実行されたかなどのいずれかの方法で検出する。

そして、ステップ４２１にて、追い焚き実績がなければステップ４２２にて、給水温度が１５℃以下であるか否かを判定する。また、追い焚き実績があればステップ４２２ａにて、給水温度が２０℃以下であるか否かを判定する。そして、ステップ４２２で給水温度が１５℃以下であれば、ステップ４２４にて目標沸き上げ温度Ｔ０を７５℃と決定する。

また、ステップ４２２で給水温度が１５℃以上であれば、ステップ４２３にて給水温度が２５℃以上であるか否かを判定する。ここで、給水温度が２５℃以上であればステップ４２６にて目標沸き上げ温度Ｔ０を６５℃と決定する。さらに、給水温度が２５℃以上でなればステップ４２５にて目標沸き上げ温度Ｔ０を（９０−給水温度）℃と決定する。

なお、ステップ４２２ａで給水温度が２０℃以下であれば、ステップ４２４ａにて目標温度Ｔ０を７７℃と決定する。また、ステップ４２２ａで給水温度が２０℃以上であれば、ステップ４２３ａにて給水温度が３２℃以上であるか否かを判定する。

ここで、給水温度が３２℃以上であればステップ４２６ａにて目標沸き上げ温度Ｔ０を６５℃と決定する。さらに、給水温度が３２℃以上でなればステップ４２５ａにて目標沸き上げ温度Ｔ０を（９７−給水温度）℃と決定する。これにより、給水温度および追い焚き実績に応じた目標沸き上げ温度Ｔ０を選択することができる。

そして、現給水温度の沸き上げ水量Ｗ２を、ヒートポンプユニット２０の加熱能力で目標沸き上げ温度Ｔ０まで沸き上げための沸き上げ必要時間ｔｎを算出する。実際の沸き上げ開始時刻は、電力料金の安い深夜電力時間帯の終了時刻に沸き上げが完了するように沸き上げ必要時間ｔｎを逆算した時刻として決定する。

次に、ステップ４３０で沸き上げ開始時刻になったか否かを判定する。その結果がＮＯで沸き上げ開始時刻前であれば、ステップ４２０・４３０を繰り返して沸き上げ運転条件を再算出しながら沸き上げ開始時刻を待ち、ステップ４３０の判定結果がＹＥＳで沸き上げ開始時刻となったらステップ４４０へ進んで沸き上げ運転を開始する。

次のステップ４５０では、沸き上げ終了条件となるまで沸き上げ運転を続行する。本実施形態ではステップ４２０で算出した沸き上げ必要時間ｔｎの経過をもってステップ４６０へ進み、沸き上げ運転を停止させるものである。なお、本実施形態では、使用熱量の蓄積データの所定期間を過去７日間としたが、これに限らず、例えば、過去一ヶ月、季節別期間などに蓄積しても良い。

ここで、本実施形態による目標沸き上げ温度Ｔ０の特徴について説明する。この種のヒートポンプユニット２０の加熱能力によれば、図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、目標沸き上げ温度Ｔ０の上限として約９０℃程度まで沸き上げを行うことが可能である。

ところが、本実施形態の目標沸き上げ温度Ｔ０は、上述したように、過去に追い焚き実績のないときは図４（ａ）に示す目標沸き上げ温度Ｔ０の下限値を選定し、過去に追い焚き実績のあるときは図４（ｂ）に示す目標沸き上げ温度Ｔ０の下限値を選定し、その下限値は、追い焚き実績のないときの下限値よりもわずかに上昇するように選択している。

これにより、目標沸き上げ温度Ｔ０を高めると外気温度との温度差が増加することで貯湯タンクから外部に熱が漏れやすくなる。つまり、沸き上げ運転の維持費が上昇する問題があるため、目標沸き上げ温度Ｔ０を給水温度に応じて下限値とすることで沸き上げ運転の維持費を最も安くすることができる。さらに、追い焚き実績のあるときには、目標沸き上げ温度Ｔ０を追い焚き実績のないときよりも僅か高めることで浴水の追い焚きができる。

なお、本実施形態では、浴水追い焚き手段６０の過去の使用実績があるときと、ないときとで目標沸き上げ温度Ｔ０を変更させたが、これに限らず、この目標沸き上げ温度Ｔ０に相当する沸き上げ水量Ｗ２を変更するようにしても良い。つまり、浴水追い焚き手段６０の過去の使用実績があるときは、ないときよりも沸き上げ水量Ｗ２を増加させる。

以上の第１実施形態による貯湯式ヒートポンプ給湯装置によれば、貯湯タンク１０内の湯と浴槽内の浴水とを熱交換させて浴水を追い焚きする浴水追い焚き手段６０が設けられ、制御手段４０は、浴水追い焚き手段６０の過去の使用実績に応じて目標沸き上げ温度Ｔ０を変更するようにしている。

これによれば、浴水追い焚き手段６０の使用実績があったときは、例えば、浴水追い焚き手段６０の使用実績がないときよりも目標沸き上げ温度Ｔ０を高めるように変更することで、貯湯タンク１０内の貯湯量が増加することで追い焚きができる。

また、浴水追い焚き手段６０の過去の使用実績があるときの目標沸き上げ温度Ｔ０の下限値を、浴水追い焚き手段６０の過去の使用実績がないときの下限値よりも高温とするようにしている。

これによれば、例えば、浴水追い焚き手段６０の過去の使用実績がないときの下限値よりも僅かに高めの高温にすることで、追い焚きができるとともに、貯湯温度をそれほど高くさせないことで熱損失が低下する。これにより、維持費の最も安い沸き上げ運転ができる。

また、目標沸き上げ温度Ｔ０を貯湯タンク１０内の下部に給水される給水温度に応じて設定されることにより、この種のヒートポンプユニット２０では、運転効率は給水温度に左右されるので、目標沸き上げ温度Ｔ０を給水温度に応じて求めることで運転効率の向上が図れる。従って、維持費の最も安い沸き上げ運転ができる。

（第２実施形態）
以上の第１実施形態では、追い焚き実績があるときとないときでは目標沸き上げ温度Ｔ０を変更するように構成したが、これに限らず、貯湯タンク１０内の貯湯量を監視して、追い焚き実績があるときとないときでは最低貯湯量を変更するように構成しても良い。

つまり、追い焚き実績があるときは、追い焚き実績がないときよりも最低貯湯量を増加するようにしている。より具体的には、図５に示す沸き上げ運転を行うようにすれば良い。なお、この沸き上げ運転は、区切り時刻にこだわらず常時貯湯タンク１０内の貯湯量を監視している。図５に示すように、ステップ４２１にて、追い焚き実績があるか否かを判定させ、ここで、追い焚き実績がなければステップ４２７にて現在の貯湯量が所定値Ｌ１（例えば、５０リットル程度）以上か否かを判定する。

また、追い焚き実績があればステップ４２７ａにて現在の貯湯量が所定値Ｌ２（例えば、１５０リットル程度）以上か否かを判定する。そして、ステップ４２７、４２７ａにて現在の貯湯量が所定値Ｌ１、Ｌ２未満であれば、それぞれステップ４２８にて沸き上げ運転を行う。そして、それぞれのステップ４２９、４２９ａにて、貯湯タンク１０内の貯湯量を監視して所定値Ｌ１、Ｌ２以上に達するまで沸き上げ運転を行う。

そして、それぞれのステップ４２９、４２９ａにて、貯湯量が所定値Ｌ１、Ｌ２以上に達すればステップ４６０にて、沸き上げ運転を停止する。以上の制御によれば、追い焚き実績がないときは、最低貯湯量として所定値Ｌ１（例えば、５０リットル程度）以上を確保し、追い焚き実績があるときは、最低貯湯量として所定値Ｌ２（例えば、１５０リットル程度）以上を確保することになる。

従って、追い焚き実績があるときの方に、貯湯タンク１０内の最低貯湯量を増加するようにしたことで追い焚きができる。

（他の実施形態）
以上の実施形態では、追い焚き用熱交換器７５を貯湯タンク１０内に配設して浴水追い焚き手段６０を構成したが、これに限らず、具体的には、図６に示すように、貯湯タンク１０内の給湯用水を一次側通路７５ａに流通させ、二次側通路７５ａに浴水を流通させて、給湯用水と浴水とを熱交換させても良い。ただし、この場合には、一次側通路７５ａに流通させる給湯用水の循環回路１２ａおよび循環ポンプ７２が必要となる。

また、以上の実施形態では、過去の追い焚き実績を、追い焚きスイッチが操作されたか、第３循環ポンプ６７が所定時間以上を駆動したか、もしくは追い焚き運転が実行されたかなどのいずれかの方法で検出するように構成したが、これに限らず、追い焚き使用熱量、追い焚き作動時間、もしくは貯湯タンク１０内の貯湯量の変動のいずれかで検出しても良い。

また、以上の実施形態では、冷媒に二酸化炭素を用いたヒートポンプユニット２０を熱源装置として説明したが、これに限らず、フロン、代替フロンなどの冷媒を用いる一般的なヒートポンプサイクルでも良い。

本発明の第１実施形態における貯湯式ヒートポンプ給湯装置の全体構成を示す模式図である。 本発明の第１実施形態における制御装置４０の沸き上げ運転の制御処理を示すフローチャートである。 本発明の第１実施形態における沸き上げ運転における目標沸き上げ温度選択制御手段の制御処理を示すフローチャートである。 本発明の第１実施形態における追い焚き実績のあるときとないときにおける給水温度と目標沸き上げ温度との関係を示す特性図である。 本発明の第２実施形態における制御装置４０の沸き上げ運転の制御処理を示すフローチャートである。 本発明を適用させた他の実施形態における貯湯式ヒートポンプ給湯装置の全体構成を示す模式図である。

符号の説明

１０…貯湯タンク
１１…給水管（給水用流路）
１２…高温取出し管（給湯用流路）
１３…中温取出し管（給湯用流路）
１７、１７ａ…給湯用配管（給湯用流路）
２０…ヒートポンプユニット
２１…流体加熱用流路
４０…制御装置（制御手段）
５５ａ〜５５ｅ…貯湯サーミスタ（貯湯温度検出手段）
６０…浴水追い焚き手段
７５…追い焚き用熱交換器
Ｑ０…目標蓄熱量
Ｔ０…目標沸き上げ温度
Ｗ２…沸き上げ水量

Claims (8)

1. 給湯用の湯を内部に蓄える貯湯タンク（１０）と、
   前記貯湯タンク（１０）内の最下部の水を前記貯湯タンク（１０）内の上部に送る流体加熱用流路（２１）と、
   前記流体加熱用流路（２１）に設けられ、前記流体加熱用流路（２１）を流れる水を加熱して高温のお湯とするヒートポンプユニット（２０）と、
   前記貯湯タンク（１０）内の湯が前記貯湯タンク（１０）外で使用されるときに、前記貯湯タンク（１０）内の湯を前記貯湯タンク（１０）外に送る給湯用流路（１２、１３、１７、１７ａ）と、
   前記貯湯タンク（１０）内の湯が前記給湯用流路（１２、１３、１７、１７ａ）を通って前記貯湯タンク（１０）外で使用されるときに、前記貯湯タンク（１０）内の下部に水を供給する給水用流路（１１）と、
   前記貯湯タンク（１０）内の湯が前記給湯用流路（１２、１３、１７、１７ａ）を通って前記貯湯タンク（１０）外で使用された過去の給湯使用実績から前記貯湯タンク（１０）への目標蓄熱量（Ｑ０）を求め、さらにその目標蓄熱量（Ｑ０）に応じて求められる目標沸き上げ温度（Ｔ０）に基づいて、前記ヒートポンプユニット（２０）を制御して沸き上げ運転を行う制御手段（４０）とを備える貯湯式ヒートポンプ給湯装置において、
   前記貯湯タンク（１０）内の湯と浴槽内の浴水とを熱交換させて浴水を追い焚きする浴水追い焚き手段（６０）が設けられ、
   前記制御手段（４０）は、前記浴水追い焚き手段（６０）の過去の使用実績に応じて前記目標沸き上げ温度（Ｔ０）もしくは最低貯湯量のいずれか一方を変更することを特徴とする貯湯式ヒートポンプ給湯装置。
2. 前記浴水追い焚き手段（６０）の過去の使用実績があるときの前記目標沸き上げ温度（Ｔ０）の下限値を、前記浴水追い焚き手段（６０）の過去の使用実績がないときの下限値よりも高温とすることを特徴とする請求項１に記載の貯湯式ヒートポンプ給湯装置。
3. 前記目標沸き上げ温度（Ｔ０）は、前記貯湯タンク（１０）内の下部に給水される給水温度に応じて設定されることを特徴とする請求項２記載の貯湯式ヒートポンプ給湯装置。
4. 前記制御手段（４０）は、前記浴水追い焚き手段（６０）の過去の使用実績があるときに、前記浴水追い焚き手段（６０）の過去の使用実績がないときの沸き上げ水量（Ｗ２）よりも増加させることを特徴とする請求項１に記載の貯湯式ヒートポンプ給湯装置。
5. 前記制御手段（４０）は、前記浴水追い焚き手段（６０）の過去の使用実績があるときに、前記浴水追い焚き手段（６０）の過去の使用実績がないときの最低貯湯量よりも増加させることを特徴とする請求項１に記載の貯湯式ヒートポンプ給湯装置。
6. 前記制御手段（４０）は、前記浴水追い焚き手段（６０）の使用実績を追い焚き使用熱量、追い焚き作動時間、もしくは前記貯湯タンク（１０）内の貯湯量の変動のいずれかで検出することを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の貯湯式ヒートポンプ給湯装置。
7. 前記貯湯タンク（１０）内の貯湯量および貯湯温度を検出する複数の貯湯温度検出手段（５５ａ〜５５ｅ）が設けられ
   前記制御手段（４０）は、前記目標蓄熱量（Ｑ０）から前記貯湯温度検出手段（５５ａ〜５５ｅ）により検出された前記貯湯タンク（１０）内の残湯熱量を減算した熱量によって求めた目標沸き上げ温度（Ｔ０）に基づいて沸き上げ運転を行うことを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載の貯湯式ヒートポンプ給湯装置。
8. 前記浴水追い焚き手段（６０）は、前記貯湯タンク（１０）内に配設する追い焚き用熱交換器（７５）を備えることを特徴とする請求項請求項１ないし請求項７のいずれか一項に記載の貯湯式ヒートポンプ給湯装置。

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