JP2007032944A - ヒートポンプ式給湯装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 出湯温度制御の煩雑さを抑制しつつ、必要湯量の確保、貯湯槽の小型化を可能とするヒートポンプ式給湯装置を提供する。
【解決手段】 内部に給湯用の湯を貯える貯湯タンク１０と、水を沸き上げて湯とするヒートポンプ装置２０と、ヒートポンプ装置２０の作動を制御する制御手段４０とを有するヒートポンプ式給湯装置において、制御手段４０は、ユーザが使用する端末８２への出湯要求があると、ヒートポンプ装置２０を作動させると共に、貯湯タンク１０内に貯められた湯およびヒートポンプ装置２０で沸き上げられた湯の両者を混合して端末８２側に供給する、あるいは、ヒートポンプ装置２０で沸き上げられた湯のみを端末８２側に供給するようにする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ヒートポンプ装置により水を加熱し湯とするヒートポンプ式給湯装置に関するものである。

従来のヒートポンプ式給湯装置として、例えば特許文献１に示されるものが知られている。即ち、この給湯装置においては、ヒートポンプによって加熱された水が貯湯槽に貯められるようになっており、運転制御手段は、貯湯槽からの出湯を検知するとヒートポンプの運転を開始し、貯湯槽内の湯とヒートポンプによって加熱された湯とを混合して出湯するようにしている。

これにより、貯湯槽からの出湯量が少なくてすみ、必要な給湯負荷に対して、常に必要湯量を確保して、尚且つ、貯湯槽を小型化でき、効率の良いヒートポンプを運転することで、省エネルギーが可能となるとしている。
特許第３６４２３１１号公報

しかしながら、上記従来技術においては、ヒートポンプで加熱された湯に貯湯槽内の湯を混合して出湯するので、端末の出湯栓で所望の湯温を得るには、貯湯槽内の湯の温度および使用量を加味して、常にヒートポンプで加熱すべき湯の温度および流量を制御する必要が生じ、制御が煩雑となる。 本発明の目的は、上記問題に鑑み、出湯温度制御の煩雑さを抑制しつつ、必要湯量の確保、貯湯槽の小型化を可能とするヒートポンプ式給湯装置を提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために、以下の技術的手段を採用する。

請求項１に記載の発明では、内部に給湯用の湯を貯える貯湯タンク（１０）と、水を沸き上げて湯とするヒートポンプ装置（２０）と、ヒートポンプ装置（２０）の作動を制御する制御手段（４０）とを有するヒートポンプ式給湯装置において、制御手段（４０）は、ユーザが使用する端末（８１、８２）への出湯要求があると、ヒートポンプ装置（２０）を作動させると共に、貯湯タンク（１０）内に貯められた湯およびヒートポンプ装置（２０）で沸き上げられた湯の両者を混合して端末（８１、８２）側に供給する、あるいは、ヒートポンプ装置（２０）で沸き上げられた湯のみを端末（８１、８２）側に供給することを特徴としている。 これにより、貯湯タンク（１０）内の湯とヒートポンプ装置（２０）によって生成された湯との両者を混合して供給する場合に加えて、出湯の状況に応じて、ヒートポンプ装置（２０）で生成された湯のみを用いて供給することができるので、出湯温度制御の煩雑さを抑制しつつ、必要湯量の確保、貯湯タンク（１０）の小型化を可能とするヒートポンプ式給湯装置とすることができる。

請求項２に記載の発明では、制御手段（４０）は、ヒートポンプ装置（２０）で沸き上げられた湯のみを端末（８１、８２）側に供給する際には、初めからユーザの設定温度に応じた湯温に調整して供給することを特徴としている。

これにより、ユーザの使い勝手の向上に寄与できる。

請求項３に記載の発明では、制御手段（４０）は、ヒートポンプ装置（２０）で沸き上げられた湯のみを端末（８１、８２）側に供給する際には、初めにヒートポンプ装置（２０）の立ち上がり能力に応じた湯温で供給し、その後に最終的にユーザの設定温度に応じたトータル熱量となるように湯温および流量を調整して供給することを特徴としている。

これにより、ヒートポンプ装置（２０）の作動に伴うエネルギーロスを無くして、湯の供給が可能となる。

請求項４に記載の発明では、制御手段（４０）は、ヒートポンプ装置（２０）による湯の沸き上げに際して、ヒートポンプ装置（２０）内の作動流体と、作動流体によって加熱される水とを同時に循環させることを特徴としている。

これにより、ヒートポンプ装置（２０）の作動に伴うエネルギーロスを無くして、湯の供給が可能となる。

請求項５に記載の発明では、制御手段（４０）は、ヒートポンプ装置（２０）による湯の沸き上げに際して、ヒートポンプ装置（２０）内の作動流体を循環させて安定化させた後に、作動流体によって加熱される水を循環させることを特徴としている。

これにより、ユーザの設定する温度の湯を確実に供給することができる。

請求項６に記載の発明では、出湯要求は、浴槽（８２）への湯張りの要求であることを特徴としている。

これにより、通常の家庭で最も湯の使用量が多い湯張り時に対応した出湯が可能となる。

この湯張りの要求の有無を把握する方法として従来、出湯用の流量計や温度計等の出力信号を持って判定していたが、各種計器のコストがかかる、あるいは制御が煩雑になる等の問題を含んでいた。

そこで、請求項７に記載の発明では、湯張りの要求は、浴槽（８２）に繋がる湯張り配管（１８）に配設されて、この湯張り配管（１８）を開閉する開閉弁（６１）が開状態となった場合としたことを特徴としている。

これにより、本来湯張り配管（１８）に必要とされる開閉弁（６１）の開閉状態を信号として活用した制御が可能となり、安価で簡素な制御が可能となる。

請求項８に記載の発明では、開閉弁（６１）の開状態は、一日のうちで最初に開状態となった場合であることを特徴としている。

これにより、一日のうちの最初の湯張りに重きを置いた対応が可能となる。

請求項９に記載の発明では、開閉弁（６１）の開状態は、一日のうちで予め定めた時間帯に開状態となった場合であることを特徴としている。

これにより、通常良く使用する時間帯での確実な湯張りが可能となる。

請求項１０に記載の発明では、湯張りの要求は、ユーザが操作する風呂リモコン（４１）による湯張り指示が出された場合であることを特徴としている。

これにより、請求項７に記載の発明と同様に、安価で簡素な制御が可能となる。

請求項１１に記載の発明では、制御手段（４０）は、湯張りの要求により、湯を端末（８１、８２）側に供給した後は、貯湯タンク（１０）内の湯を優先して使用することを特徴としている。

これにより、これ以降多量に湯が使用される可能性は低くなるので、予め貯湯タンク（１０）に貯めた湯を使用していくことで、ヒートポンプ装置（２０）の使用エネルギーを低減することができる。

請求項１２に記載の発明では、制御手段（４０）は、深夜の所定時間帯に貯湯タンク（１０）内の水をヒートポンプ装置（２０）によって沸き上げするようにしており、湯張りの要求により、湯を端末（８１、８２）側に供給した時間帯が所定時間帯の開始時刻に近いほど、貯湯タンク（１）内の湯を優先して使用する時間を長く設定することを特徴としている。

これにより、所定時間帯での沸き上げまでに、貯湯タンク（１０）内の湯を積極的に使用して残湯を少なくすることができるので、沸き上げ時の水の温度を低温側にして、ヒートポンプ装置（２０）の成績係数を向上させた作動が可能となる。

尚、上記各手段に付した括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態おけるヒートポンプ式給湯装置１００について図１〜図５を用いて説明する。尚、図１は本発明を適用させたヒートポンプ式給湯装置１００の全体構成を示す模式図、図２〜図５は制御装置４０が行う出湯制御の制御処理を示すフローチャートである。

本実施形態のヒートポンプ式給湯装置（以下、給湯装置）１００は、一般家庭用として使用されるものであり、ヒートポンプユニット２０によって生成される湯を貯湯タンク１０内に貯えると共に、貯えられた湯を給湯用の湯として、台所、洗面所、風呂等へ供給する。尚、本給湯装置１００は、上記給湯機能の他に、湯張りされた浴槽８２内の浴水を追い焚きする機能も有する。

図１に示すように、給湯装置１００は、導入管１１によってその最下部に水が供給される貯湯タンク１０と、この貯湯タンク１０内の最下部の水を貯湯タンク１０内の最上部あるいは中間部に送る循環回路２１、中温吐出管２３と、循環回路２１を流れる水を加熱するヒートポンプユニット（本発明におけるヒートポンプ装置に対応）２０と、貯湯タンク１０内の湯を貯湯タンク１０外に送る各種給湯用配管１２、１３、１７、１８と、本給湯システムの作動を制御する制御装置（本発明における制御手段に対応）４０とを備えており、これらによって給湯機能を発揮する。そして、浴槽８２内の浴水と貯湯タンク１０内の湯との間で熱交換するように構成された浴水追い焚き装置７０によって、追い焚き機能も発揮する。

貯湯タンク１０は、給湯用の湯を貯える容器であって、耐食性に優れた金属製（例えば、ステンレス製）から成り、外周部に図示しない断熱材が配置されており、高温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内に給湯水（水道水）を供給する導入用流路としての導入管１１が接続されている。この導入管１１には温度検出手段としての給水サーミスタ５１が設けられており、給水サーミスタ５１は導入管１１内の温度信号を後述する制御装置４０に出力するようになっている。

一方、貯湯タンク１０の最上部には高温導出口１０ｂが設けられ、この高温導出口１０ｂには貯湯タンク１０内に貯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としての高温取出し管１２が接続されている。尚、この高温取出し管１２の経路途中には、図示しない逃がし弁が配設された排出配管が接続されており、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、中温導出口１０ｃが設けられており、この中温導出口１０ｃには貯湯タンク１０内に貯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としての中温取出し管１３が接続されている。高温取出し管１２と中温取出し管１３との下流端は、後述する中温用混合弁１４に繋がれている。

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としての複数（本例では７つ）の貯湯サーミスタ５５ａ〜５５ｇ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、貯湯サーミスタ５５ａ〜５５ｇは貯湯タンク１０内に満たされた湯あるいは水の各水位レベルでの温度信号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からの温度信号に基づいて、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共に、これにより貯湯量が検出できるようになっている。

尚、これらの貯湯サーミスタ５５ａ〜５５ｅ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５５ｄは、前述の中温導出口１０ｃとほぼ同一の高さに配置されており、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。

貯湯タンク１０の下部には、貯湯タンク１０内の最下部の給湯水を後述するヒートポンプユニット２０側に吸入するための吸入口１０ｄが設けられ、また、貯湯タンク１０の上部には、ヒートポンプユニット２０側から吐出された湯が内部に流入するための吐出口１０ｅが設けられている。吸入口１０ｄと吐出口１０ｅとは循環回路２１で接続されているおり、この循環回路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。また、循環回路２１のヒートポンプユニット２０と吐出口１０ｅとの間には、ヒートポンプ出口三方弁（以下、ＨＰ出口三方弁）２２が設けられ、このＨＰ出口三方弁２２からは、貯湯タンク１０の中温導出口１０ｃに接続される中温吐出管２３が分岐して設けられている。

ＨＰ出口三方弁２２は、ヒートポンプユニット２０（水側熱交換器２６ｂ）で加熱された湯を、吐出口１０ｅ側あるいは中温導出口１０ｃ側のいずれかに流す流路切替え弁である。そして、ＨＰ出口三方弁２２は、後述する制御装置４０に電気的に接続されており、貯湯サーミスタ５５ａ〜５５ｇ、後述する湯温サーミスタ５２より検出される温度信号に基づいて制御される。

ヒートポンプユニット２０は、冷媒（本発明における作動流体に対応）として臨界温度の低い二酸化炭素（ＣＯ_２）を使用するヒートポンプサイクル２０Ａと、循環回路２１中に設置された給水ポンプ２４とから構成されている。尚、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内に貯えることができる。

ヒートポンプサイクル２０Ａ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が順次冷媒配管によって接続されて構成されており、その作動は後述する制御装置４０によって総合的に制御されるようになっている。

圧縮機２５は、内蔵され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回転機械である。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うが、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。また、圧縮機２５は、種々の運転条件下において規定の能力が出るよう後述する制御装置４０により回転数が制御される。

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減圧手段であり、後述する制御装置４０によって弁開度が電気的に制御される。

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２８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、後述する制御装置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より流出される冷媒を気液分離して、気相冷媒のみ圧縮機２５に吸引させると共に、サイクル中の余剰冷媒を貯える。

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温・高圧の冷媒によって水を加熱して湯とする熱交換器である。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の対向する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。水側熱交換器２６ｂは循環回路２１に配設されて、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循環回路２１を流通する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の出口部から沸き上げ温度（６５℃〜９０℃程度）相当の温水を取出した時に、規定の熱交換性能を出せるように構成されている。

循環回路２１の吸入口１０ｄと水側熱交換器２６ｂとの間には、給水ポンプ２４が配設されている。給水ポンプ２４は、内蔵され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、給湯水を吸入口１０ｄから吸入して、水側熱交換器２６ｂ内で加熱された湯を貯湯タンク１０の吐出口１０ｅあるいは中温導出口１０ｃに還流させるように作動する。この給水ポンプ２４は、水側熱交換器２６ｂの出口側水温が、種々の運転条件下において決定される所定の目標沸き上げ温度となるように、後述する制御装置４０によって回転数が制御される。

尚、３１は水冷媒熱交換器２６（水側熱交換器２６ｂ）に供給される給湯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。また、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。そして、いずれのサーミスタ３１〜３４も温度信号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、３５は冷媒側熱交換器２６ａ出口での冷媒圧力を検出する圧力センサであり、圧力センサ３５は圧力信号を後述する制御装置４０に出力するようになっている。

導入管１１には、導入口１０ａの手前部から分岐する給水管１１ａが設けられており、給水管１１ａの下流端は、後述する給湯用混合弁１５および風呂用混合弁１６に繋がれている。尚、導入管１１には、導入される給湯水の水圧が所定圧となるように調節すると共に、断水等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。

高温取出し管１２と中温取出し管１３との下流側合流部位に、中温用混合弁１４が設けられている。この中温用混合弁１４は、温度調節弁であって、高温側、中温側それぞれの開口面積比を調節して、高温取出し管１２から取出した高温の湯と中温取出し管１３から取出した中温の湯との混合比を調節することで、後述する給湯用混合弁１５（給湯用配管１７）および風呂用混合弁１６（風呂用配管１８）に流通させる湯の温度を調節する。

そして、中温用混合弁１４は、後述する制御装置４０に電気的に接続されており、貯湯サーミスタ５５ａ〜５５ｇ、湯温サーミスタ５２により検出される温度信号に基づいて制御される。ここでは、湯温サーミスタ５２で検出された温度信号が所定温度（設定温度＋２〜５℃程度）となるように、中温取出し管１３から取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。

尚、湯温サーミスタ５２は、中温用混合弁１４の出口側に設けられ、中温用混合弁１４で混合された湯の温度を検出する。また、中温用混合弁１４の出口側には、給湯用流路としての給湯用配管１７と、その給湯用配管１７から分岐する湯張り配管としての風呂用配管１８とが接続されている。

給湯用配管１７は、下流端の端末としての給湯水栓（カラン、シャワー等）８１へ設定温度に温度調節された湯を導く配管であって、その流路の中途に温度調節手段としての給湯用混合弁１５と温度検出手段としての給湯サーミスタ５３とが設けられている。給湯サーミスタ５３は給湯用混合弁１５下流側で給湯用配管１７内の温度信号を後述する制御装置４０に出力する。

風呂用配管１８は、下流端が浴槽（本発明の端末に対応）８２のアダプタ８２ａに接続されて、浴槽８２内に湯張り、差し湯、たし湯等を行う時に、設定温度に温度調節された湯を導く配管であって、その流路の中途に温度調節手段としての風呂用混合弁１６、温度検出手段としての風呂用サーミスタ５４、開閉弁としての湯張り用電磁弁６１、給湯検出手段としての湯張り用流量カウンタ６２、逆止弁６３、循環温サーミスタ５６、フロースイッチ６４、風呂三方弁６５、追い焚きサーミスタ５７が設けられている。

給湯用混合弁１５、風呂用混合弁１６は、それぞれ給湯用配管１７、風呂用配管１８の末端で出湯する湯の温度を調節する温度調節弁であり、それぞれの開口面積比（中温用混合弁１４で温度調節された給湯用水側の開度と給水管１１ａから供給される給湯水側の開度の比率）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、風呂用混合弁１６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、風呂用サーミスタ５４より検出される温度信号に基づいて制御される。

風呂用サーミスタ５４は風呂用混合弁１６下流側で風呂用配管１８内の温度信号を後述する制御装置４０に出力する。湯張り用電磁弁６１は風呂用配管１８の流路を開閉する弁であり、浴槽８２内への湯張り、差し湯、たし湯等を行う時に後述する制御装置４０により制御される。流量カウンタ６２は風呂用配管１８内の給湯用水の流れを検出し検出信号を後述する制御装置４０に出力する。流量カウンタ６２が風呂用配管１８内の湯の流れを検出した時は、風呂用配管１８の湯張り用電磁弁６１が開弁されて出湯されていることを示す。

逆止弁６３は後述する往き管６６からの浴水を風呂用配管１８内に流通させないための弁である。循環温サーミスタ５６は風呂用配管１８、浴槽８２、後述する往き管６６の間を循環する浴水の温度信号を後述する制御装置４０に出力する。フロースイッチ６４は風呂三方弁６５側の方向に湯あるいは浴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。

風呂三方弁６５は、浴槽８２、往き管６６からの浴水を後述する追い焚き用熱交換器７２側あるいは浴槽８２側のいずれかに流す流路切換え弁であり、後述する制御装置４０によって制御される。追い焚きサーミスタ５７は往き管６６、風呂用配管１８、後述する浴水循環回路７１、追い焚き用熱交換器７２によって形成される循環回路を循環する浴水の温度信号を後述する制御装置４０に出力する。

浴水追い焚き装置７０は、風呂三方弁６５から貯湯タンク１０の上部を通り風呂用配管１８の浴槽８２のアダプタ８２ａ側に接続される浴水循環回路７１と、この浴水循環回路７１の途中に接続される追い焚き用熱交換器７２と、アダプタ８２ａから逆止弁６３およびフロースイッチ６４の間に接続される往き間６６とから構成されている。本実施形態の追い焚き用熱交換器７２は、コイル状に形成され、貯湯タンク１０内の上方、つまり、高温の湯となる部位に配設されて、内部を流通する浴水を貯湯タンク１０内に貯えられた高温の湯によって加熱する熱交換器である。

往き管６６には、アダプタ８２側から風呂用配管１８に向けて順に、水位センサ６７、風呂循環電動弁６８、風呂循環ポンプ６９が設けられている。水位センサ６７は、浴槽８２内に湯張りされた浴水の湯量、言い換えれば浴槽８２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り、水圧信号を後述する制御装置４０に出力するようになっている。風呂循環電動弁６８は往き管６６を開閉する電動弁であり、風呂循環ポンプ６９は浴槽８２内の浴水を追い焚き用熱交換器７２に圧送する電動ポンプであり、両者６８、６９は後述する制御装置４０によってその作動が制御されるようになっている。

湯張り時あるいは湯張り後に浴槽８２内の浴水の温度を検出する時は、風呂三方弁６５を風呂用配管１８側に切換えると共に、風呂循環ポンプ６９を作動させることで、浴槽８２内の浴水が往き管６６、風呂用配管１８、浴槽８２の順に循環されて循環温サーミスタ５６により浴水の温度が検出されるようにしている。

また、追い焚きを行う時は、風呂三方弁６５を浴水循環回路７１側に切換えることで、浴槽８２内の浴水が往き管６６、風呂用配管１８、浴水循環回路７１、追い焚き用熱交換器７２、浴水循環回路７１、風呂用配管１８、浴槽８２の順に循環されて、追い焚きサーミスタ５７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の制御が継続される。

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、５１〜５７からの温度信号、圧力センサ３５からの圧力信号、湯張り用流量カウンタ６２からの流量信号、フロースイッチ６４からの浴水流通信号、水位センサ６７からの水位信号、ユーザが入力する操作盤（本発明における風呂リモコンに対応）４１からの操作信号等に基づいて、各種混合弁１４〜１６、ヒートポンプユニット２０、ＨＰ出口三方弁２２、湯張り用電磁弁６１、風呂三方弁６５、風呂循環電動弁６８、風呂循環ポンプ６９を制御するように構成されている。

尚、操作盤４１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等が設けられている。また、操作盤４１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４１以外は、屋外等の適所に設置されている。

次に、上記構成による給湯装置１００の作動について説明する。

制御装置４０は深夜時間帯には、安価な深夜電力を用いヒートポンプユニット２０作動させ、ＨＰ出口三方弁２２の吐出口１０ｅ側を開き、給湯水を循環回路２１に循環、加熱して生成された高温（６５℃〜９０℃）の湯を吐出口１０ｅを通して貯湯タンク１０の上部から貯めていく。

尚、ヒートポンプユニット２０による湯の沸き上げ運転においては、制御装置４０は、ヒートポンプサイクル２０Ａの作動効率を高めつつ、沸き上げ温度サーミスタ３２で得られる湯の温度を設定された沸き上げ温度とするために、例えば各サーミスタ３４と３１との温度差が所定値（例えば１０℃）となるように、また、圧力センサ３５で得られる圧力、送風ファン２８ａの回転数等を調節してヒートポンプユニット２０を運転する。

そして、昼間の給湯使用時には、中温用混合弁１４の中温取出し管１３側を開き、貯湯タンク１０の中間部（中温導出口１０ｃ）から貯湯された中温の湯を優先的に取出して設定温度と一致するように給湯用混合弁１５、風呂用混合弁１６の弁開度調節により給湯水と混合して使用する。

しかし、ある程度貯湯タンク１０内の湯量が減少した時や浴槽８２への湯張り等の連続した出湯時には、ヒートポンプユニット２０を作動させて高効率な中温水（５０℃〜６５℃）を沸き上げ、ＨＰ出口三方弁２２の中温吐出管２３側を開き、中温の湯を貯湯タンク１０の中間部に貯湯したり、ヒートポンプユニット２０による沸き上げ安定後は、ヒートポンプユニット２０から、中温吐出管２３、中温取出し管１３を通して加熱した中温の湯を出湯に用いる。

また、ヒートポンプユニット２０が加熱した中温水の流量が足りない場合には、貯湯タンク１０の中間部の中温水も混合されて同時に使用される。更に、貯湯タンク１０内の中温水の湯切れ等により湯温が足りない場合には、中温用混合弁１４の高温取出し管１２側の開度を大きくすることにより貯湯タンク１０上部の高温水も用いることにより出湯温度も確保する。

また断続出湯等により、ヒートポンプユニット２０の沸き上げ運転開始後、短時間で出湯が停止した場合には、給湯用配管１７には湯が流れなくなるため、貯湯タンク１０中間部に中温水が自動的に流入する。そのため給湯水栓８１の出湯が停止してもヒートポンプユニット２０が沸かした中温の湯をそのまま貯湯することが出来るため、ヒートポンプユニット２０を停止させることなく必要湯量が貯まるまで連続的に作動させることにより高効率な運転が可能となる。

尚、制御装置４０は、浴槽８２内の浴水の温度低下に対しては、湯張り後の所定時間範囲（例えば４時間）において追い焚き運転を実施し、設定温度を維持する。即ち、追い焚きサーミスタ５７によって得られる浴水温度が設定温度を下回ると、制御装置４０は風呂三方弁６５を浴水循環回路７１側に開き、風呂循環電動弁６８を開き、風呂循環ポンプ６９を作動させる。すると、浴槽８２内の浴水は、往き管６６→風呂用配管１８→風呂三方弁６５→浴水循環回路７１→追い焚き用熱交換器７２→浴水循環回路７１→風呂用配管１８→浴槽８２を循環し、追い焚き用熱交換器７２によって加熱される。そして、追い焚きサーミスタ５７によって得られる浴水温度が設定温度となると、この追い焚き運転を停止させる。 上記作動の中で本発明では、一度に多量の湯が使用される浴槽８２内への湯張り時の給湯制御に特徴を持たせており、以下、その詳細について、図２〜図５を用いて説明する。

まず、図２に示すように、制御装置４０は、ステップＳ１０でユーザが操作盤４１に入力する風呂自動運転（湯張り指示）の入力信号を読み取ると、ステップＳ２０で湯張り用電磁弁６１、湯張り用流量カウンタ６２、フロースイッチ６４等の故障がないかをチェックする。

次に、ステップＳ３０でヒートポンプユニット２０を作動させると共に、ステップＳ４０でＨＰ出口三方弁２２の中温吐出管２３側を開く。ここでは、ヒートポンプユニット２０の圧縮機２５と給水ポンプ２４とを同時に作動させてヒートポンプサイクル２０Ａ内の冷媒と、循環回路２１内の給湯水とを同時に循環させる。そして、ステップＳ５０で、現時点での浴槽８２内の浴水の水位が、操作盤４１でユーザが湯張り用に設定する設定水位のプラスマイナス１０ｃｍ以内にあるか否かを、水位センサ６７の水圧信号から判定する。ここで、肯定判定をするとステップＳ７０に進み、否と判定すると、ステップＳ６０で風呂循環ポンプ６９内に浴水が満たされるように、浴槽８２内に呼び水を供給する。

次に、ステップＳ７０で貯湯タンク１０内の貯湯量（貯湯熱量Ｑ）を複数の貯湯サーミスタ５５ａ〜５５ｇの温度信号から算出する。そして、ステップＳ８０で湯張り用電磁弁６１を開く。以上で、風呂自動運転（湯張り指示）の入力信号に基づく湯張りの準備が完了する。

そして、貯湯タンク１０内の湯（中温の湯）とヒートポンプユニット２０によって加熱された湯との両者を混合して湯張りをする場合は、図３に示す制御フロー１（ステップＳ１００〜ステップＳ１６０）に進む。

即ち、ステップＳ１００で中温用混合弁１４（湯温サーミスタ５２）での湯温が設定湯張り温度に対してプラス５℃となるようにヒートポンプユニット２０の作動によって予め温度調節し、更には風呂用混合弁１６の風呂用配管１８側を開き、風呂用配管１８から浴槽８２に湯張りをしていく。

次に、ステップＳ１１０で浴槽８２内の水位がアダプタ８２ａ位置となる基準水位以上となったかを水位センサ６７によって判定継続し、浴槽８２内の水位が基準水位以上となったと判定すると、ステップＳ１２０で基準水位および設定水位を確定する。そして、ステップＳ１３０で基準水位に対応する基準水量（基準熱量）と、設定水位となった時に設定湯張り温度とするために何度の湯をどれだけ供給すべきかという単位水量とを算出し、設定水位まで湯張りを進めていく。

そして、ステップＳ１４０で風呂循環ポンプ６９を作動させて、循環温サーミスタ５６によって、浴槽８２内の湯の温度を確定する。更に、ステップＳ１５０で浴槽８２内の水位を判定し、水位が設定水位以上となるとステップＳ１６０で湯張りを完了する。

一方、図２で説明した制御フローにおけるステップＳ８０の後に、ヒートポンプユニット２０によって加熱された湯のみを用いて湯張りをする場合は、図４に示す制御フロー２（ステップＳ２００〜ステップＳ２７０）に進む。

即ち、ステップＳ２００で中温用混合弁１４の中温取出し管１３側を全開とし、ステップＳ２１０で中温用混合弁１４（湯温サーミスタ５２）での湯温が設定湯張り温度に対してプラス５℃となるようにヒートポンプユニット２０の作動によって予め温度調節し、更には風呂用混合弁１６の風呂用配管１８側を開き、風呂用配管１８から浴槽８２に湯張りをしていく。

次に、ステップＳ２２０で浴槽８２内の水位が基準水位以上となったかを水位センサ６７によって判定継続し、浴槽８２内の水位が基準水位となったと判定すると、上記ステップＳ１２０〜ステップＳ１６０と同様に以下制御を行う。即ち、ステップＳ２３０で基準水位および設定水位を確定する。そして、ステップＳ２４０で基準水量（基準熱量）と単位水量とを算出し、設定水位まで湯張りを進めていく。

そして、ステップＳ２５０で風呂循環ポンプ６９を作動させて、循環温サーミスタ５６によって、浴槽８２内の湯の温度を確定する。更に、ステップＳ２６０で浴槽８２内の水位を判定し、水位が設定水位以上となるとステップＳ２７０で湯張りを完了する。

更に、図２で説明した制御フローにおけるステップＳ８０の後に、ヒートポンプユニット２０によって加熱された湯のみを用いて基準水位から厳密な温調を加えて湯張りをする場合は、図５に示す制御フロー３（ステップＳ３００〜ステップＳ３７０）に進む。

即ち、ステップＳ３００で中温用混合弁１４の中温取出し管１３側を全開とし、更には風呂用混合弁１６の風呂用配管１８側を開き、風呂用配管１８から浴槽８２に湯張りをしていく。この段階ではヒートポンプユニット２０からの湯温は厳密には設定湯張り温度に調節されていない。

次に、ステップＳ３１０で浴槽８２内の水位が基準水位以上となったかを水位センサ６７によって判定継続し、浴槽８２内の水位が基準水位となったと判定すると、上記ステップＳ１２０〜ステップＳ１４０と同様にして、ステップＳ３２０で基準水位および設定水位を確定する。そして、ステップＳ３３０で基準水量（基準熱量）と単位水量とを算出する。そして、ステップＳ３４０で風呂循環ポンプ６９を作動させて、循環温サーミスタ５６によって、浴槽８２内の湯の温度を確定する。

次に、ステップＳ３５０でヒートポンプユニット２０での必要とされる湯の沸き上げ温度とその流量を算出し、設定水位まで厳密に温調しながら湯張りを進めていく。更に、ステップＳ３６０で浴槽８２内の水位を判定し、水位が設定水位以上となるとステップＳ３７０で湯張りを完了する。

以上のように、本実施形態においては、湯張り時のように多量の湯が使用される場合の出湯にあたって、ヒートポンプユニット２０を作動させると共に、貯湯タンク１０内に貯められた湯およびヒートポンプユニット２０で沸き上げられた湯の両者を混合して浴槽８２側に供給する、あるいは、ヒートポンプユニット２０で沸き上げられた湯のみを浴槽８２側に供給するようにしているので、必要湯量を確実に確保すると共に、貯湯タンク１０の小型化を可能とすることができる。特に、出湯の状況に応じて、ヒートポンプユニット２０で生成された湯のみを用いて供給することで出湯温度制御の煩雑さを抑制することができる。

制御フロー２（図４）を用いることで、設定湯張り温度に応じた正確な湯張りができ、ユーザの使い勝手の向上に寄与できる。また、制御フロー３（図５）を用いることで、ヒートポンプユニット２０の作動に伴うエネルギーロスを無くして、湯の供給が可能となる。

また、ヒートポンプユニット２０による湯の生成に際して、ヒートポンプサイクル２０Ａ内の冷媒と、循環回路２１内の給湯水とを同時に循環させるようにしているので、ヒートポンプユニット２０の作動に伴うエネルギーロスを無くして、湯の供給が可能となる。

また、ユーザが入力する操作盤４１への湯張り指示信号を受けて、湯張りを開始するようにしているので、出湯用の流量計や温度計等の出力信号入力を不要として、安価で簡素な制御が可能となる。

尚、図２で説明した制御フローでは、湯張りにおいてヒートポンプユニット２０の作動時にヒートポンプサイクル２０Ａ内の冷媒と、循環回路２１内の給湯水とを同時に循環させるようにしたが、図６に示すように、ヒートポンプサイクル２０Ａ内の冷媒を循環させて安定化させた後に循環回路２１内の給湯水を循環させるようにしても良い。 即ち、ステップＳ２０でのプレチェックの後に、ステップＳ２５でヒートポンプユニット２０の圧縮機２５をまず作動させてヒートポンプサイクル２０Ａ内の冷媒を循環させると共に、ステップＳ２６でタイマーをスタートさせる。

次に、ステップＳ５０〜ステップＳ７０を実行した後に、ステップＳ７１でタイマーが所定時間（例えばヒートポンプサイクル２０Ａの安定する１分）経過したかを判定し、経過したと判定すると、ステップＳ４０でＨＰ出口三方弁２２の中温吐出管２３側を開く。

そして、ステップＳ７２で給水ポンプ２４を一定回転で作動させて、循環回路２１内の給湯水を循環させる。

これにより、ユーザの設定する温度の湯を確実に供給することができる。 また、湯張りが完了した後に多量の湯が使用される場合は、風呂においてシャワーが使用されていると判定して、主として貯湯タンク１０内の湯（中温の湯）のみを用いて給湯水と混合して供給するようにするのが良い。これによれば、ヒートポンプユニット２０で沸き上げられた湯を使用する場合ではＨＰ出口三方弁２２の抵抗を受ける分を無くすことができるので、給湯水栓（シャワー）８１における水圧低下を防止して、ユーザの使い勝手を向上させることができる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態を図７に示す。第２実施形態は、上記第１実施形態に対して、湯張り制御を湯張り用電磁弁６１の開閉信号に基づいて開始するようにしたものである。図７に示す制御フローは、図２で説明した制御フローに対して、ステップＳ３０、ステップＳ４０をステップＳ８０の後に設定して、ステップＳ８０とステップＳ３０との間にステップＳ８１を新しく設けたものとしている。

即ち、図７に示すように、制御装置４０は、ステップＳ２０でのプレチェックの後に、ステップＳ５０〜ステップＳ８０を実行し、ステップＳ８１で、ステップＳ８０における湯張り用電磁弁６１の開状態形成が今日の一日のうちで最初の作動か否かを判定する。

そして、ステップＳ８１で最初の作動であると判定すると、ステップＳ３０でヒートポンプユニット２０を作動させると共に、ステップＳ４０でＨＰ出口三方弁２２の中温吐出管２３側を開き、湯張りの状況に応じて、制御フロー１〜制御フロー３のいずれかに進む。

尚、ステップＳ８１で否と判定すると、ヒートポンプユニット２０を作動させずに、各制御フロー１〜３のステップＳ１１０、ステップＳ２２０、ステップＳ３１０へ進む。また、ステップＳ８１で否と判定し、制御フロー３のステップＳ３１０に進んだ場合は、ヒートポンプユニット２０を作動させていないことから、ステップＳ３５０は飛ばして制御する。

これにより、本来風呂用配管１８に必要とされる湯張り用電磁弁６１の開閉状態を活用した制御が可能となり、安価で簡素な制御が可能となると共に、一日のうちの最初の湯張りに重きを置いた湯張り対応が可能となる。

尚、上記制御に対して、ステップＳ８１における判定内容を、湯張り用電磁弁６１の開状態は一日のうちで予め定めた所定の時間帯か否かとしても良い。即ち、所定の時間帯を夕方（例えば１７時〜１９時等）とすることで、通常良く使用する時間帯での確実な湯張りが可能となる。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態を図８に示す。第３実施形態は、上記第１、第２実施形態のように、ヒートポンプユニット２０を作動させて浴槽８２への湯張りを実行した後の出湯について制御を加えたものである。

即ち、図８に示すように、制御装置４０は、ステップＳ１０でユーザが操作盤４１に入力する風呂自動運転（湯張り指示）の入力信号を読み取ると、ステップＳ３０でヒートポンプユニット２０を作動させる。

次に、ステップＳ４０Ａで風呂湯張りのロジック（制御）を開始すると共に、ステップＳ５０Ａでタイマーをスタートさせる。そして、設定水位までの浴槽８２内への湯張りが完了するとステップＳ６０Ａでヒートポンプユニット２０の作動を停止し、更にステップＳ７０Ａで風呂湯張りのロジック（制御）を終了させる。

次に、ステップＳ８０Ａで貯湯タンク１０からの優先取出しを開始し、ステップＳ９０ＡでタイマーアップとなるとステップＳ９５Ａで貯湯タンク１０からの優先取出しを終了する。

即ち、風呂湯張りが完了して、タイマーアップとなる所定時間の間は、出湯においてヒートポンプユニット２０を作動させずに、貯湯タンク１０内の湯を優先して使用する。

これにより、湯張りの後は多量に湯が使用される可能性は低くなるので、予め貯湯タンク１０に貯めた湯を使用していくことで、ヒートポンプユニット２０の使用エネルギーを低減することができる。

尚、湯張りを実行する時間帯が、深夜の沸き上げ運転を行う深夜時間帯（本発明における所定時間帯に対応）の開始時刻（例えば２３時）に近いほど、タイマーの設定時間を長くして、貯湯タンク１０内の湯を優先して使用する時間を長く設定するのが良い。例えば朝に湯張りをした場合は貯湯タンク１０の優先使用時間を２時間とし、夕方に湯張りをした場合は貯湯タンクの優先使用時間を６時間とする等である。

これにより、深夜時間帯での沸き上げ運転までに、貯湯タンク１０内の湯を積極的に使用して残湯を少なくすることができるので、沸き上げ時の水の温度を低温側にして、ヒートポンプユニット２０の成績係数を向上させた作動が可能となる。

（他の実施形態）
上記第１〜第３実施形態では浴槽８２への湯張りを対象にして、貯湯タンク１０およびヒートポンプユニット２０を用いた出湯の制御を説明したが、湯張りに限らず、予め定めた湯量を超えるような場合に本制御を用いるようにしても良い。

また、給湯装置１００の浴水追い焚き装置７０における追い炊き用熱交換器は、図９に示すように、貯湯タンク１０の外部に配設されて、貯湯タンク１０の外部（高温部から循環回路２１）を循環する高温の湯を加熱源としたもの（追い炊き用熱交換器７２ａ）や、図１０に示すように、ポンプ７２ｃによって貯湯タンク１０の外部（高温部から中温部）を循環する高温の湯を加熱源としたもの（追い焚き用熱交換器７２ｂ）等としても良い。

第１実施形態におけるヒートポンプ式給湯装置の概略構成を示す模式図である。 制御装置が湯張り時に実行する制御フローチャートである（ヒートポンプサイクルおよび循環回路を同時運転）。 制御装置が湯張り時に貯湯タンクおよびヒートポンプユニットの湯を混合して出湯する場合の制御フローチャート（制御フロー１）である。 制御装置が湯張り時にヒートポンプユニットの湯のみを用いて初めから温調して出湯する場合の制御フローチャート（制御フロー２）である。 制御装置が湯張り時にヒートポンプユニットの湯のみを用いて途中から温調して出湯する場合の制御フローチャート（制御フロー３）である。 制御装置が湯張り時に実行する制御フローチャートである（ヒートポンプサイクルを先に運転した後に循環回路を運転）。 制御装置が湯張り時に実行する制御フローチャートである（湯張り用電磁弁が開状態でヒートポンプサイクル運転）。 制御装置が湯張り後に貯湯タンク内の湯を優先して出湯するための制御フローチャートである。 その他の実施形態におけるヒートポンプ式給湯装置の概略構成を示す模式図である（変形例１）。 その他の実施形態におけるヒートポンプ式給湯装置の概略構成を示す模式図である（変形例２）。

符号の説明

１０ 貯湯タンク
１８ 風呂用配管（湯張り配管）
２０ ヒートポンプユニット（ヒートポンプ装置）
４０ 制御装置（制御手段）
４１ 操作盤（風呂リモコン）
６１ 湯張り用電磁弁（開閉弁）
８１ 給湯水栓（端末）
８２ 浴槽（端末）
１００ ヒートポンプ式給湯装置

Claims (12)

1. 内部に給湯用の湯を貯える貯湯タンク（１０）と、
   水を沸き上げて前記湯とするヒートポンプ装置（２０）と、
   前記ヒートポンプ装置（２０）の作動を制御する制御手段（４０）とを有するヒートポンプ式給湯装置において、
   前記制御手段（４０）は、ユーザが使用する端末（８１、８２）への出湯要求があると、前記ヒートポンプ装置（２０）を作動させると共に、前記貯湯タンク（１０）内に貯められた湯および前記ヒートポンプ装置（２０）で沸き上げられた湯の両者を混合して前記端末（８１、８２）側に供給する、
   あるいは、前記ヒートポンプ装置（２０）で沸き上げられた湯のみを前記端末（８１、８２）側に供給することを特徴とするヒートポンプ式給湯装置。
2. 前記制御手段（４０）は、前記ヒートポンプ装置（２０）で沸き上げられた湯のみを前記端末（８１、８２）側に供給する際には、初めからユーザの設定温度に応じた湯温に調整して供給することを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ式給湯装置。
3. 前記制御手段（４０）は、前記ヒートポンプ装置（２０）で沸き上げられた湯のみを前記端末（８１、８２）側に供給する際には、初めに前記ヒートポンプ装置（２０）の立ち上がり能力に応じた湯温で供給し、その後に最終的にユーザの設定温度に応じたトータル熱量となるように湯温および流量を調整して供給することを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ式給湯装置。
4. 前記制御手段（４０）は、前記ヒートポンプ装置（２０）による湯の沸き上げに際して、前記ヒートポンプ装置（２０）内の作動流体と、前記作動流体によって加熱される前記水とを同時に循環させることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか1つに記載のヒートポンプ式給湯装置。
5. 前記制御手段（４０）は、前記ヒートポンプ装置（２０）による湯の沸き上げに際して、前記ヒートポンプ装置（２０）内の作動流体を循環させて安定化させた後に、前記作動流体によって加熱される前記水を循環させることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか1つに記載のヒートポンプ式給湯装置。
6. 前記出湯要求は、浴槽（８２）への湯張りの要求であることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１つに記載のヒートポンプ式給湯装置。
7. 前記湯張りの要求は、前記浴槽（８２）に繋がる湯張り配管（１８）に配設されて、この湯張り配管（１８）を開閉する開閉弁（６１）が開状態となった場合としたことを特徴とする請求項６に記載のヒートポンプ式給湯装置。
8. 前記開閉弁（６１）の開状態は、一日のうちで最初に開状態となった場合であることを特徴とする請求項７に記載のヒートポンプ式給湯装置。
9. 前記開閉弁（６１）の開状態は、一日のうちで予め定めた時間帯に開状態となった場合であることを特徴とする請求項７に記載のヒートポンプ式給湯装置。
10. 前記湯張りの要求は、ユーザが操作する風呂リモコン（４１）による湯張り指示が出された場合であることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１つに記載のヒートポンプ式給湯装置。
11. 前記制御手段（４０）は、前記湯張りの要求により、前記湯を前記端末（８１、８２）側に供給した後は、前記貯湯タンク（１０）内の湯を優先して使用することを特徴とする請求項６〜請求項１０のいずれか１つに記載のヒートポンプ式給湯装置。
12. 前記制御手段（４０）は、深夜の所定時間帯に前記貯湯タンク（１０）内の前記水を前記ヒートポンプ装置（２０）によって沸き上げするようにしており、
    前記湯張りの要求により、前記湯を前記端末（８１、８２）側に供給した時間帯が前記所定時間帯の開始時刻に近いほど、前記貯湯タンク（１）内の湯を優先して使用する時間を長く設定することを特徴とする請求項１１に記載のヒートポンプ式給湯装置。

Images