JP2008215810A - 貯湯式給湯装置 - Google Patents

Abstract

【課題】貯湯タンクの大型化を招くこと無く、且つ、より小型な補助熱源での補助加熱によって給湯を可能とする貯湯式給湯装置を提供する。
【解決手段】貯湯タンク１１０および所定時間帯に作動される主熱源としてのヒートポンプユニット１２０を有する貯湯式給湯装置において、給湯水あるいは貯湯タンク１１０内の湯を加熱可能として、貯湯タンク１１０の上側に設けられた導出口１１３から給湯部に向かう導出管１１４の途中に、流出管１３２より流出する補助熱源１３０と、導出管１１４および流出管１３２の接続部に設けられ、給湯部側への導出口１１３からの湯、および補助熱源１３０からの給湯水あるいは貯湯タンク１１０内の湯の混合割合を調節する混合弁１３３とを設け、制御装置１５０によって貯湯タンク１１０内の湯の熱量に応じて補助熱源１３０および混合弁１３３を作動させて給湯部へ給湯制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、主に安価な深夜電力を用いて作動されるヒートポンプユニットを主熱源として加熱された高温の湯を貯えると共に、この高温の湯を蛇口、シャワー、風呂等に給湯する貯湯式給湯装置に関するものである。

従来の貯湯式給湯装置として、例えば特許文献１に示されるものが知られている。即ち、この貯湯式給湯装置は、貯湯タンクの下側に補充された給湯水をこの貯湯タンクの下側から取出して、主熱源としてのエンジン駆動式熱ポンプ装置によって加熱した後に、高温の湯として貯湯タンクの上側から貯める。そして、給湯する際には、貯湯タンクの上端側に接続された温水配管から高温の湯を取出して、蛇口側に供給するが、貯湯タンクから流出される湯の熱量（温度）が不足する場合は、温水配管の貯湯タンクと蛇口との間に設けられた（貯湯タンクに対して直列配置された）補助熱源としての追い焚き装置を作動させて、必要とされる熱量が得られるようにしている。
特開２００１−２５５０３８号公報

しかしながら、上記貯湯式給湯装置においては、追い焚き装置は貯湯タンクに対して温水配管上で直列に配置されているので、貯湯タンクから流出される湯の熱量が不足した時点から追い焚き装置を作動させることになり、貯湯タンク内の残湯熱量によっては、追い焚き装置単独で必要熱量をまかなう必要も生じ、追い焚き装置を予め大型のものとして設定する必要が生ずると考えられる。これを回避するためには、予め貯湯タンクに貯めるべき湯の熱量を増加させることが考えられるが、この場合は貯湯タンクの大型化あるいはエンジン駆動式熱ポンプ装置のエネルギー使用量の増加を招いてしまう。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたもので、貯湯タンクの大型化を招くこと無く、且つ、より小型な補助熱源での補助加熱によって給湯を可能とする貯湯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、貯湯式給湯装置において、給湯用の湯を内部に貯える貯湯タンク（１１０）と、貯湯タンク（１１０）の下側から補充される給湯水を取出し、高温の湯に沸き上げて、この高温の湯を貯湯タンク（１１０）の上側から内部に流入させるヒートポンプユニット（１２０）と、給湯水あるいは貯湯タンク（１１０）内の湯を加熱可能として、貯湯タンク（１１０）の上側に設けられた導出口（１１３）から給湯部に向かう導出管（１１４）の途中に、流出管（１３２）より流出する補助熱源（１３０）と、導出管（１１４）および流出管（１３２）の接続部に設けられ、給湯部側への導出口（１１３）からの湯、および補助熱源（１３０）からの給湯水あるいは貯湯タンク（１１０）内の湯の混合割合を調節する混合弁（１３３）と、主に電力コストに応じて定まる所定時間帯にヒートポンプユニット（１２０）を作動させて沸き上げ制御すると共に、貯湯タンク（１１０）内の湯の熱量に応じて補助熱源（１３０）および混合弁（１３３）を作動させて給湯部への給湯制御する制御装置（１５０）とを設けたことを特徴としている。

これにより、沸き上げ制御によって得られた貯湯タンク（１１０）内の湯の熱量と、補助熱源（１３０）によって得られる湯（あるいは給湯水）の熱量の両者をバランスよく用いて給湯部に給湯制御できるので、貯湯タンク（１１０）の大型化を招くこと無く、且つ、より小型な補助熱源（１３０）での対応が可能となる。

具体的には、請求項２に記載の発明のように、補助熱源（１３０）には、給湯水あるいは貯湯タンク（１１０）内の湯のうち、給湯水が供給され、制御装置（１５０）は、次回の沸き上げ制御実行までに貯湯タンク（１１０）内の湯が予測使用量を下回り、湯切れに至る可能性が有ると判定した時に、補助熱源（１３０）を作動させて、混合弁（１３３）によって導出口（１１３）側からの湯、および補助熱源（１３０）側からの湯の両者を給湯制御に用いるといった対応が可能であり、湯切れのおそれが生じた時に、所定時間帯以外の時間帯においてヒートポンプユニット（１２０）を作動させることが無くなり、安価に沸き増しができる。

また、請求項３に記載の発明では、請求項１に記載の発明において、補助熱源（１３０）には、給湯水あるいは貯湯タンク（１１０）内の湯のうち、貯湯タンク（１１０）内の湯が、この貯湯タンク（１１０）の上下方向における中間部（１１３ａ）から供給され、制御装置（１５０）は、中間部（１１３ａ）の湯の熱量が所定熱量以上である場合に、混合弁（１３３）によって、導出口（１１３）からの湯に対して中間部（１１３ａ）から補助熱源（１３０）を経由する湯を優先して給湯制御に用いることを特徴としている。

これにより、沸き上げ制御の後に貯湯タンク（１１０）の上側に貯まる高温の湯と貯湯タンク（１１０）の下側に貯まる低温の湯（給湯水）との間にできる中温の湯を中間部（１１３ａ）から優先的に使用することができるので、補助熱源（１３０）での加熱を最小限に抑えつつ、貯湯タンク（１１０）内の湯の熱量を無駄なく使用することができる。

請求項４に記載の発明では、請求項３に記載の発明において、制御装置（１５０）は、次回の沸き上げ制御実行までに貯湯タンク（１１０）内の湯が予測使用量を下回り、湯切れに至る可能性が有ると判定した時に、補助熱源（１３０）および混合弁（１３３）を作動させて、導出口（１１３）からの湯、および補助熱源（１３０）からの湯のうち、少なくとも補助熱源（１３０）側からの湯を給湯制御に用いることを特徴としている。

これにより、補助熱源（１３０）によって沸き増しして、給湯制御の実行が可能となり、所定時間帯以外の時間帯においてヒートポンプユニット（１２０）を作動させることが無くなるので、安価に沸き増しができる。

請求項５に記載の発明では、補助熱源（１３０）は、貯湯タンク（１１０）の下側から自身を通過して貯湯タンク（１１０）の上側に接続される循環回路（１３４）を有し、制御装置（１５０）は、次回の沸き上げ制御実行までに貯湯タンク（１１０）内の湯が予測使用量を下回り、湯切れに至る可能性が有ると判定した時に、ヒートポンプユニット（１２０）および補助熱源（１３０）の少なくとも一方を作動させて、貯湯タンク（１１０）内への沸き増しを行うことを特徴としている。

これにより、ヒートポンプユニット（１２０）および補助熱源（１３０）の両者を用いて沸き増しを行う場合は、短時間での沸き増しが可能となり、所定時間帯以外の時間帯におけるヒートポンプユニット（１２０）の使用電力を抑えつつ、補助熱源（１３０）の小型化が可能となる。また、補助熱源（１３０）のみを用いて沸き増しを行う場合は、所定時間帯以外の時間帯におけるヒートポンプユニット（１２０）を作動させることが無くなるので、安価な対応が可能となる。

請求項６に記載の発明では、請求項５に記載の発明において、制御装置（１５０）は、沸き増しを行う際の時間帯が、所定時間帯以外の時間帯である場合に、ヒートポンプユニット（１２０）および補助熱源（１３０）のうち、補助熱源（１３０）のみを作動させることを特徴としている。

これにより、所定時間帯以外の時間帯においてヒートポンプユニット（１２０）を作動させることが無くなるので、安価に沸き増しができる。

請求項７に記載の発明では、請求項５に記載の発明において、制御装置（１５０）は、沸き増しを行う際の時間帯が、所定時間帯以外の時間帯であり、湯切れに至る可能性が所定値より高い場合に、ヒートポンプユニット（１２０）および補助熱源（１３０）の両者を作動させることを特徴としている。

これにより、短時間での沸き増しが可能となり、確実に湯切れを防止できる。

請求項８に記載の発明では、制御装置（１５０）は、予測使用量を前日以前の所定期間における湯の使用実績から算出することを特徴としている。

これにより、必要となる沸き増し量の精度を上げることができるので、ヒートポンプユニット（１２０）や補助熱源（１３０）の使用エネルギーを低減することができる。

請求項９に記載の発明では、制御装置（１５０）は、沸き上げ制御を行う際に、ヒートポンプユニット（１２０）に供給される給湯水の温度が所定温度を超えると、ヒートポンプユニット（１２０）の作動を停止させると共に、補助熱源（１３０）を作動させることを特徴としている。

通常、給湯水の温度上昇に伴いヒートポンプユニット（１２０）側との温度差が小さく成ることによってヒートポンプユニット（１２０）の成績係数（冷媒圧縮エネルギーに対する放熱エネルギーの比）が低下してしまうが、ここではそのような状態でヒートポンプユニット（１２０）を使用しないようにして、成績係数の低下を防止できるので、ヒートポンプユニット（１２０）の使用電力の上昇を抑制することができる。

請求項１０に記載の発明では、ヒートポンプユニット（１２０）は、内部の冷媒が圧縮される際に臨界圧力を超えて使用されることを特徴としている。

これにより、ヒートポンプユニット（１２０）内の冷媒温度をより高くすることができ、給湯水との温度差を大きくして、高温の湯を効率良く沸き上げることが可能となる。

請求項１０に記載の発明においては、請求項１１に記載の発明のように、冷媒としては、二酸化炭素を用いて好適である。

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。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態を図１、図２に基づいて説明する。尚、図１は第１実施形態における貯湯式給湯装置（以下、給湯装置）１００の概略構成を示す模式図、図２は給湯制御における制御フローを示すフローチャートである。

給湯装置１００は、ヒートポンプユニット１２０によって加熱された高温の湯を貯める貯湯タンク１１０を有し、この貯湯タンク１１０内の湯の熱量に応じて補助熱源１３０を加えて、蛇口、シャワー、風呂等の給湯部への給湯を行うものとしている。

貯湯タンク１１０は、耐食性に優れた金属製（例えばステンレス製）のタンクであり、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できるようにしている。貯湯タンク１１０は縦長形状であり、その底面（下端側）には導入口１１１が設けられ、この導入口１１１には貯湯タンク１１０内の下側部に給湯水（市水）を導入する導入管１１２が接続されている。

一方、貯湯タンク１１０の上面（上端側）には導出口１１３が設けられ、導出口１１３には貯湯タンク１１０内の高温の湯を導出するための導出管１１４が接続されている。導出管１１４の出口側は給湯部へ接続されている。そして、導出管１１４には、流量カウンタ１４１とサーミスタ１４２とが設けられており、流量カウンタ１４１は導出管１１４を流れる高温の湯の流量情報を、サーミスタ１４２は導出管１１４を流れる高温の湯の温度情報を後述する制御装置１５０に出力するようにしている。

また、導出管１１４には、導入管１１２から分岐する配管１１５が接続されており、導出管１１４および配管１１５の合流点には第１混合弁１１６が設けられている。第１混合弁１１６は開口面積比を調節することにより、導出管１１４からの高温の湯と配管１１５からの給湯水との混合比を調節できるようにしている。尚、第１混合弁１１６はサーボモータ等の駆動源により弁体を駆動して導出管１１４および配管１１５の開度を調節する電動弁であり、後述する制御装置１５０からの制御信号により作動すると共に、作動状態を制御装置１５０に出力するようにしている。

貯湯タンク１１０の底面には、貯湯タンク１１０内の給湯水を吐出するための吐出口１１７が設けられ、貯湯タンク１１０の上面には、貯湯タンク１１０内の給湯水の上側に湯を吸入する（貯える）吸入口１１８が設けられている。吐出口１１７と吸入口１１８とはヒートポンプ循環回路１１９で接続されており、ヒートポンプ循環回路１１９の一部はヒートポンプユニット１２０内に配置されている。

ヒートポンプユニット１２０は、周知のヒートポンプサイクルを形成する主熱源であり、ここでは冷媒として二酸化炭素を用いて、冷媒を臨界圧力以上に圧縮して使用するようにしている。ヒートポンプ循環回路１１９のヒートポンプユニット１２０内に配置された部分には、図示しない熱交換器が設けられており、図示しないポンプによって吐出口１１７から吐出される貯湯タンク１１０内の給湯水を高温に圧縮された冷媒との熱交換により加熱し（例えば９０℃）、吸入口１１８から貯湯タンク１１０内に戻すことにより貯湯タンク１１０内の給湯水を沸き上げるようにしている。尚、ヒートポンプユニット１２０は、後述する制御装置１５０からの制御信号により作動されると共に、作動状態を制御装置１５０に出力するようにしている。

更に、貯湯タンク１１０の外壁面には、複数のサーミスタ１４３が縦方向に所定の間隔をあけて配置され、貯湯タンク１１０内の各水位レベルにおける温度情報を後述する制御装置１５０に出力するようにしている。

そして、本発明の特徴部として、貯湯タンク１１０に対して並列となるように補助熱源１３０を設けるようにしている。補助熱源１３０は、例えば燃焼炎によって内部を流通する給湯水を加熱可能とする小型ガス湯沸かし器としている。この補助熱源１３０の給湯水の流入側には配管１１５から分岐する流入管１３１が接続され、また給湯水の流出側には流出管１３２が設けられ、この流出管１３２の先端側は導出管１１４の導出口１１３と給湯部との間で、且つ第１混合弁１１６の上流側となる位置に接続されるようにしている。

また、導出管１１４と流出管１３２との接続部（合流点）には上記第１混合弁１１６と同様の第２混合弁（本発明の混合弁に対応）１３３を設けており、導出管１１４内を流通する貯湯タンク１１０からの湯と流出管１３２内を流通する補助熱源１３０からの給湯水あるいは湯との混合比を調節できるようにしている。尚、第２混合弁１３３は、後述する制御装置１５０からの制御信号により作動すると共に、作動状態を制御装置１５０に出力するようにしている。

制御装置１５０は、流量カウンタ１４１からの流量信号、サーミスタ１４２、１４３からの温度信号、ユーザが給湯リモコン１５１に入力する給湯スイッチ信号、給湯設定温度信号等に基づいて、ヒートポンプユニット１２０、補助熱源１３０、両混合弁１１６、１３３の作動を制御するようにしている。尚、給湯リモコン１５１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、制御装置１５０本体は、貯湯タンク１１０に設置されている。

次に、上記構成に基づく給湯装置１００の作動を説明する。

１．沸き上げ制御
まず、ユーザによって給湯リモコン１５１の給湯スイッチがＯＮされている場合には、制御装置１５０は、主に電力料金の安価な深夜時間帯（本発明における電力コストに応じて定まる所定時間帯に対応し、例えば当日の２３時から翌日の７時の時間帯としている）にヒートポンプユニット１２０を作動させ、貯湯タンク１１０内の給湯水を加熱して必要量の高温の湯として貯える。

具体的には制御装置１５０は、流量カウンタ１４１からの流量情報とサーミスタ１４２からの温度情報とから、日々使用される給湯量（湯の温度と流量との積によって得られる熱量）を演算記憶する。ここでは、一日の区切りを、深夜時間帯の開始時刻（２３時）としている。

そして、当日に必要とされる給湯用熱量を演算する。ここでは、過去の所定期間（例えば、前日以前の７日間）における１日毎の給湯量実積の平均値＋標準偏差を当日の必要給湯用熱量とする。また、前日の貯湯タンク１１０内の残湯熱量をサーミスタ１４３からの各水位レベルにおける温度情報より演算し、この残湯熱量を必要給湯用熱量から差し引いた分を沸き上げ熱量とする。そして、深夜時間帯にヒートポンプユニット１２０を作動させ、貯湯タンク１１０内に沸き上げ熱量分の湯を貯める。尚、貯湯タンク１１０内の湯温が沸き上げ温度に達したかは、サーミスタ１４３によって監視する。

２．給湯制御
ユーザが給湯部で湯を使用する場合は、制御装置１５０は、図２に示すフローチャート基づく給湯制御を行う。まず、ステップＳ１００で１７時から２３時における湯切れのおそれ（湯切れに至る可能性）が有るか否かを判定する。この湯切れ判定は、具体的には、以下のように行う。即ち、１７時の時点での貯湯タンク１１０内の残湯熱量と、１７時から２３時までに必要とされる必要熱量（本発明における予測使用量に対応）とを算出して、残湯熱量が必要熱量を下回った時に、湯切れのおそれ有りと判定する。尚、残湯熱量は上記沸き上げ制御時と同様にサーミスタ１４３からの各水位レベルにおける温度情報より演算し、また、必要熱量は、例えば前日以前の7日間の１７時から２３時までの１日毎の給湯量実績（本発明における湯の使用実績に対応）の平均値＋標準偏差σとして演算するようにしている。

このステップＳ１００で湯切れのおそれが無いと判定すると、導出管１１４側（貯湯タンク１１０側）の開度が１００％となるように第２混合弁１３３の開度を調節し（ステップＳ１１０）、更に、給湯リモコン１５１からの給湯設定温度に応じて、第１混合弁１１６の開度を調節し（ステップＳ１２０）、貯湯タンク１１０からの高温の湯と配管１１５からの給湯水とを混合して導出管１１４の先端部から給湯部へ出湯する。

しかしながら、ステップＳ１００で湯切れのおそれが有ると判定すると（１７時までのユーザの湯の使用量が多く、貯湯タンク１１０内の残湯熱量だけでは不足すると予測すると）、第２混合弁１３３の開度を導出管１１４側（貯湯タンク１１０側）および流出管１３２側（補助熱源１３０側）が共に開くように調節し（ステップＳ１３０）、補助熱源１３０を作動させ、沸き増しを行う（ステップＳ１４０）。即ち、貯湯タンク１１０からの湯に加えて、補助熱源１３０によって沸き増しされる湯も同時に使用する訳である。尚、第２混合弁１３３の開度については、湯切れ判定時における必要熱量と残湯熱量との差が大きい程、流出管１３２側の開度を大きくしていく。そして、上記と同様に第１混合弁１１６の調節を行い（ステップＳ１２０）、配管１１５からの給湯水を混合して導出管１１４の先端部から給湯部へ出湯する。

これにより、沸き上げ制御によって得られた貯湯タンク１１０内の湯の熱量（残湯熱量）と、補助熱源１３０によって得られる湯の熱量の両者をバランスよく用いて給湯部に給湯制御できるので、貯湯タンク１１０の大型化を招くこと無く、且つ、より小型な補助熱源１３０での対応が可能となる。

また、湯切れのおそれが生じた時に、補助熱源１３０によって湯を生成し（沸き増しして）、給湯制御を実行するので、深夜時間帯以外の時間帯においてヒートポンプユニット１２０を作動させることが無くなり、安価に沸き増しができる。

更に、１７時以降の必要熱量（予測使用量）を前日以前の所定期間における給湯量実績から算出する（学習制御する）ようにしているので、必要となる沸き増し量の精度を上げることができ、補助熱源１３０の使用エネルギーを低減することができる。

尚、本実施形態のように、ヒートポンプユニット１２０において冷媒を二酸化炭素として、超臨界域を用いることでフロン冷媒等を採用した場合よりも高温の湯を高い効率で熱交換する事が出来るため、高温の湯を効率良く沸き上げることが可能となる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態を図３、図４に示す。第２実施形態は、上記第１実施形態に対して補助熱源１３０への流入経路を変更したものである。尚、図３は第２実施形態における給湯装置１００の概略構成を示す模式図、図４は給湯制御における制御フローを示すフローチャートである。

本第２実施形態においては、図３に示すように、補助熱源１３０に流入する流入管１３１を、貯湯タンク１１０の上下方向における中間部となる中間導出口１１３ａから接続されるものとしており、補助熱源１３０には貯湯タンク１１０内の湯が供給されるようにしている。

ここで、貯湯タンク１１０内の湯は、沸き上げ直後は高温の湯（９０℃）で満たされるため、中間導出口１１３ａから補助熱源１３０には、この高温の湯が供給されることになるが、湯の使用に伴い、貯湯タンク１１０の下側の導入口１１１から給湯水が補充されることにより、貯湯タンク１１０内では上側の高温の湯と下側の給湯水との間に中温の湯の層が形成されるため、この場合は、中間導出口１１３ａから補助熱源１３０には、主に中温の湯が供給されることになる。

このように形成される給湯装置１００において、制御装置１５０は、沸き上げについては上記第１実施形態と同様の制御を行うが、給湯制御の内容を異なるものとしており、その制御について図４のフローチャートを用いて以下説明する。

まず、ステップＳ２００で貯湯タンク１１０内の中間導出口１１３ａにおける湯温（本発明の湯の熱量に対応）が予め定めた所定温度（本発明の所定熱量に対応し、例えば、沸き上げ時の９０℃よりも低下した４０℃）よりも高いか否かをサーミスタ１４３によって判定し、高いと判定した場合は、流出管１３２側の開度が１００％となるように第２混合弁１３３の開度を調節する（ステップＳ２０５）。そして、補助熱源１３０は停止状態とし（ステップＳ２１０）、更に、第１混合弁１１６の開度を調節し、貯湯タンク１１０からの高温の湯と、配管１１５からの給湯水とを混合して導出管１１４の先端部から給湯部へ出湯する（ステップＳ２１５）。即ち、中間導出口１１３ａの湯温が所定温度より高い場合は、貯湯タンク１１０内の湯を中間導出口１１３ａから補助熱源１３０（ＯＦＦ状態）、第２混合弁１３３を介して流出させて使用する。

しかし、ステップＳ２００で否、即ち中間導出口１１３ａの湯温が所定温度よりも低いと判定すると、次に、ステップＳ２２０で湯切れのおそれが有るか否かを判定する。ここで、湯切れのおそれが無いと判定すれば、ヒートポンプユニット１２０を停止状態とし（ステップＳ２２５）、第２混合弁１３３の開度を導出管１１４側および流出管１３２側が共に開くように調節し（ステップＳ２３０）、補助熱源１３０を停止させた状態で（ステップＳ２３５）、上記ステップＳ２１５での給湯を行う。即ち、中間導出口１１３ａの湯温が所定温度より低下しても、湯切れのおそれが無い場合は、導出口１１３からの高温の湯と中間導出口１１３ａからの中温の湯との両方を使用し、配管１１５からの給湯水と混合する。

一方、ステップＳ２２０で湯切れのおそれが有ると判定すると、流出管１３２側の開度が１００％となるように第２混合弁１３３の開度を調節し（ステップＳ２４０）、補助熱源１３０を作動させる（ステップＳ２４５）。そして、第１混合弁１１６の開度を調節して給湯を行う（ステップＳ２５０）。即ち、中間導出口１１３ａの湯温が所定温度より低下し、且つ、湯切れのおそれが有る場合は、まず、中間導出口１１３ａからの中温の湯を補助熱源１３０で加熱して、配管１１５からの給湯水と混合して出湯する。そして、ステップＳ２５５で、この時の出湯温度が給湯リモコン１５１からの設定温度より高いか否かを判定し、高いと判定した場合は、ステップＳ２００に戻る。

しかし、ステップＳ２５５で出湯温度が設定温度より低いと判定した場合は、更に、第２混合弁１３３の開度を導出管１１４側および流出管１３２側が共に開くように調節し（ステップＳ２６０）、第１混合弁１１６の開度を調節して給湯を行う（ステップＳ２６５）。即ち、中間導出口１１３ａの湯温が所定温度より低下し、湯切れのおそれが有り、尚且つ出湯温度が設定温度より低い場合は、導出口１１３からの高温の湯と、中間導出口１１３ａからの中温の湯を補助熱源１３０で加熱して得られる湯との両者を用いて、配管１１５からの給湯水と混合して出湯する。そして、ステップＳ２７０で、この時の出湯温度が給湯リモコン１５１からの設定温度より高いか否かを判定し、高いと判定した場合は、ステップＳ２００に戻り、否と判定すれば、ヒートポンプユニット１２０を作動させ、貯湯タンク１１０への沸き増しを行い、再び、ステップＳ２２０に戻る。

これにより、貯湯タンク１１０内の中温の湯が所定温度より高い場合は、補助熱源１３０を使用しなくても、この中温の湯を優先的に使用することができるので、貯湯タンク１１０内の湯の熱量を無駄なく使用することができる。

そして、湯切れのおそれが生じた時は、中温の湯を補助熱源１３０で加熱して得られる湯と、貯湯タンク１１０内に残る高温の湯との両者を用いて給湯することで、補助熱源１３０を用いた沸き増しによる給湯制御が可能となり、深夜時間帯以外の時間帯においてヒートポンプユニット１２０を作動させることが無くなり、安価に沸き増しができる。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態を図５、図６に示す。第３実施形態は、上記第２実施形態に対して、補助熱源１３０による貯湯タンク１１０への沸き増し機能を追加したものである。尚、図５は第３実施形態における給湯装置１００の概略構成を示す模式図、図６は沸き増し制御における制御フローを示すフローチャートである。

本第３実施形態においては、図５に示すように、貯湯タンク１１０の底面から補助熱源１３０を通り、貯湯タンク１１０の上面に繋がる補助熱源循環回路１３４を設け、また、補助熱源１３０と貯湯タンク１１０の上面との間の流路にポンプ１３５およびバルブ１３６を設けている。ポンプ１３５は、給湯水を貯湯タンク１１０の下側から補助熱源１３０を介して貯湯タンク１１０の上側に循環させる。バルブ１３６は、補助熱源循環回路１３４の開閉を行う。

また、補助熱源１３０における流入管１３１、流出管１３２にはそれぞれバルブ１３７、１３８を設け、流入管１３１、流出管１３２の開閉を行うようにしている。

そして、ポンプ１３５およびバルブ１３６〜１３８は、制御装置１５０からの制御信号により作動すると共に、作動状態を制御装置１５０に出力するようにしている。

このように形成される給湯装置１００において、制御装置１５０は、沸き上げ制御および給湯制御については上記第２実施形態と同様に行うが、湯切れのおそれが生じた時の沸き増し制御の内容を異なるものとしており、その制御について図６のフローチャートを用いて以下説明する。

まず、ステップＳ３００で湯切れのおそれが有るか否かを判定し、湯切れのおそれが無いと判定すると、沸き増しの必要が無いので、ヒートポンプユニット１２０、補助熱源１３０、ポンプ１３５は停止状態とする（ステップＳ３１０）。しかし、ステップＳ３００で湯切れのおそれが有ると判定すると、更に、ステップＳ３２０で、この時の時間帯が深夜時間帯か否かを判定する。深夜時間帯であると判定すると、補助熱源１３０、ポンプ１３５は停止状態とし、主熱源のヒートポンプユニット１２０を作動させることで沸き増しを行う（ステップＳ３３０）。

一方、ステップＳ３２０で、深夜時間帯で無い（７時から２３時の昼夜時間帯）と判定すると、ヒートポンプユニット１２０は使用せずに、補助熱源１３０、ポンプ１３５を作動させることで沸き増しを行う。この時、バルブ１３６を開状態とし、バルブ１３７、１３８は閉状態とすることで、貯湯タンク１１０からの給湯水は、補助熱源循環回路１３４を循環し、補助熱源１３０によって加熱される（ステップＳ３４０）。尚、給湯制御を行う際は、バルブ１３７、１３８を開状態とし、バルブ１３６は閉状態とする。

これにより、補助熱源１３０での沸き増しも可能となり、深夜時間帯以外の時間帯の場合であれば、補助熱源１３０を用いて沸き増しを行うことで、ヒートポンプユニット１２０を作動させることが無くなり、安価に沸き増しができる。

尚、上記第３実施形態においては、図７に示すフローチャートのように、ステップＳ３２０における深夜時間帯か否かの判定の後に、更に、ステップＳ３３５を設けて、湯切れに至る可能性が高いか否かを判定して、沸き増し対応するようにしても良い。

即ち、湯切れに至る可能性が高いか否かの判定として、１７時における残湯熱量が１７時から２３時までの必要熱量の１／２より多い場合は、湯切れに至る可能性が低いものとして、上記ステップＳ３４０の対応を行う（補助熱源１３０とポンプ１３５との作動により沸き増し実施）。しかし、ステップＳ３３５で残湯熱量が必要熱量の１／２以下であり、湯切れに至る可能性が高いと判定すると、補助熱源１３０、ポンプ１３５に加えてヒートポンプユニット１２０も作動させて沸き増しを行う（ステップＳ３５０）。

これにより、短時間での沸き増しが可能となり、確実に湯切れを防止できる。

（第４実施形態）
本発明の第４実施形態を図８に示す。第４実施形態は、上記第１〜第３実施形態における沸き上げ制御を変更したものである。図８に示すフローチャートは、上記第１実施形態で説明した沸き上げ制御におけるサブルーチンフローである。

即ち、基本的に制御装置１５０は、深夜時間帯にヒートポンプユニット１２０を作動させ、貯湯タンク１１０内の給湯水を加熱して必要量の高温の湯として貯えるが、ステップＳ４００で沸き上げ中にヒートポンプユニット１２０に供給される給湯水の温度が予め定めた所定温度（例えば４０℃）以下か否かを判定し、所定温度以下と判定すると、引き続きヒートポンプユニット１２０を作動させて、沸き上げを継続する（ステップＳ４１０）。尚、ヒートポンプユニット１２０に供給される給湯水の温度は、貯湯タンク１１０の外壁面に設けられたサーミスタ１４３のうち、一番下側のサーミスタ１４３によって検出するようにしている。

そして、沸き上げが完了したか否かを判定し、完了していない場合はステップＳ４００に戻り、完了していれば沸き上げを終了する。

一方、ステップＳ４００で否、即ち、給湯水の温度が所定温度を超えたと判定すると、ヒートポンプユニット１２０を停止させ、補助熱源１３０、ポンプ１３５を作動させて沸き上げを継続し（ステップＳ４３０）、ステップＳ４２０へ進む。

通常、給湯水の温度上昇に伴いヒートポンプユニット１２０側との温度差が小さく成ることによってヒートポンプユニット１２０の成績係数（冷媒圧縮エネルギーに対する放熱エネルギーの比）が低下してしまうが、ここではそのような状態でヒートポンプユニット１２０を使用しないようにして、成績係数の低下を防止できるので、ヒートポンプユニット１２０の使用電力の上昇を抑制することができる。

（その他の実施形態）
上記第１〜第３実施形態では、補助熱源１３０としてはガスを燃料とする湯沸かし器として説明したが、これに限らず、灯油等を燃料とする湯沸かし器としても良い。また、ヒートポンプユニット１２０の冷媒として二酸化炭素を用い、臨界圧力以上に圧縮するものとしたが、これに限らず、フロン冷媒（Ｒ４１０等）を用いたり、圧縮圧力を臨界圧力以下で作動させるものとしても良い。

本発明の第１実施形態における貯湯式給湯装置の概略構成を示す模式図である。 第１実施形態における給湯制御の制御フローを示すフローチャートである。 本発明の第２実施形態における貯湯式給湯装置の概略構成を示す模式図である。 第２実施形態における給湯制御の制御フローを示すフローチャートである。 本発明の第３実施形態における貯湯式給湯装置の概略構成を示す模式図である。 第３実施形態における沸き増し制御の制御フローを示すフローチャートである。 第３実施形態の変形例における沸き増し制御の制御フローを示すフローチャートである。 第４実施形態における沸き上げ制御の制御フローを示すフローチャートである。

符号の説明

１００ 貯湯式給湯装置
１１０ 貯湯タンク
１１３ 導出口
１１３ａ 中間導出口（中間部）
１１４ 導出管
１２０ ヒートポンプユニット
１３０ 補助熱源
１３２ 流出管
１３３ 第２混合弁（混合弁）
１３４ 補助熱源循環回路（循環回路）
１５０ 制御装置

Claims (11)

1. 給湯用の湯を内部に貯える貯湯タンク（１１０）と、
   前記貯湯タンク（１１０）の下側から補充される給湯水を取出し、高温の湯に沸き上げて、この高温の湯を前記貯湯タンク（１１０）の上側から内部に流入させるヒートポンプユニット（１２０）と、
   給湯水あるいは前記貯湯タンク（１１０）内の湯を加熱可能として、前記貯湯タンク（１１０）の上側に設けられた導出口（１１３）から給湯部に向かう導出管（１１４）の途中に、流出管（１３２）より流出する補助熱源（１３０）と、
   前記導出管（１１４）および前記流出管（１３２）の接続部に設けられ、前記給湯部側への前記導出口（１１３）からの湯、および前記補助熱源（１３０）からの前記給湯水あるいは前記貯湯タンク（１１０）内の湯の混合割合を調節する混合弁（１３３）と、
   主に電力コストに応じて定まる所定時間帯に前記ヒートポンプユニット（１２０）を作動させて沸き上げ制御すると共に、前記貯湯タンク（１１０）内の湯の熱量に応じて前記補助熱源（１３０）および前記混合弁（１３３）を作動させて前記給湯部への給湯制御する制御装置（１５０）とを有することを特徴とする貯湯式給湯装置。
2. 前記補助熱源（１３０）には、前記給湯水あるいは前記貯湯タンク（１１０）内の湯のうち、前記給湯水が供給され、
   前記制御装置（１５０）は、次回の前記沸き上げ制御実行までに前記貯湯タンク（１１０）内の湯が予測使用量を下回り、湯切れに至る可能性が有ると判定した時に、前記補助熱源（１３０）を作動させて、前記混合弁（１３３）によって前記導出口（１１３）側からの湯、および前記補助熱源（１３０）側からの湯の両者を前記給湯制御に用いることを特徴とする請求項１に記載の貯湯式給湯装置。
3. 前記補助熱源（１３０）には、前記給湯水あるいは前記貯湯タンク（１１０）内の湯のうち、前記貯湯タンク（１１０）内の湯が、この貯湯タンク（１１０）の上下方向における中間部（１１３ａ）から供給され、
   前記制御装置（１５０）は、前記中間部（１１３ａ）の湯の熱量が所定熱量以上である場合に、前記混合弁（１３３）によって、前記導出口（１１３）からの湯に対して前記中間部（１１３ａ）から前記補助熱源（１３０）を経由する湯を優先して前記給湯制御に用いることを特徴とする請求項１に記載の貯湯式給湯装置。
4. 前記制御装置（１５０）は、次回の前記沸き上げ制御実行までに前記貯湯タンク（１１０）内の湯が予測使用量を下回り、湯切れに至る可能性が有ると判定した時に、前記補助熱源（１３０）および前記混合弁（１３３）を作動させて、前記導出口（１１３）からの湯、および前記補助熱源（１３０）からの湯のうち、少なくとも前記補助熱源（１３０）側からの湯を前記給湯制御に用いることを特徴とする請求項３に記載の貯湯式給湯装置。
5. 前記補助熱源（１３０）は、前記貯湯タンク（１１０）の下側から自身を通過して前記貯湯タンク（１１０）の上側に接続される循環回路（１３４）を有し、
   前記制御装置（１５０）は、次回の前記沸き上げ制御実行までに前記貯湯タンク（１１０）内の湯が予測使用量を下回り、湯切れに至る可能性が有ると判定した時に、前記ヒートポンプユニット（１２０）および前記補助熱源（１３０）の少なくとも一方を作動させて、前記貯湯タンク（１１０）内への沸き増しを行うことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の貯湯式給湯装置。
6. 前記制御装置（１５０）は、前記沸き増しを行う際の時間帯が、前記所定時間帯以外の時間帯である場合に、前記ヒートポンプユニット（１２０）および前記補助熱源（１３０）のうち、前記補助熱源（１３０）のみを作動させることを特徴とする請求項５に記載の貯湯式給湯装置。
7. 前記制御装置（１５０）は、前記沸き増しを行う際の時間帯が、前記所定時間帯以外の時間帯であり、前記湯切れに至る可能性が所定値より高い場合に、前記ヒートポンプユニット（１２０）および前記補助熱源（１３０）の両者を作動させることを特徴とする請求項５に記載の貯湯式給湯装置。
8. 前記制御装置（１５０）は、前記予測使用量を前日以前の所定期間における湯の使用実績から算出することを特徴とする請求項２、請求項４〜請求項７のいずれかに記載の貯湯式給湯装置。
9. 前記制御装置（１５０）は、前記沸き上げ制御を行う際に、前記ヒートポンプユニット（１２０）に供給される前記給湯水の温度が所定温度を超えると、前記ヒートポンプユニット（１２０）の作動を停止させると共に、前記補助熱源（１３０）を作動させることを特徴とする請求項５〜請求項８のいずれかに記載の貯湯式給湯装置。
10. 前記ヒートポンプユニット（１２０）は、内部の冷媒が圧縮される際に臨界圧力を超えて使用されることを特徴とする請求項１〜請求項９のいずれかに記載の貯湯式給湯装置。
11. 前記冷媒は、二酸化炭素としたことを特徴とする請求項１０に記載の貯湯式給湯装置。

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