JP2009186070A - 貯湯式給湯装置 - Google Patents

Abstract

【課題】昼間時間帯の沸き増し運転を低減させ経済性を向上させると共に、ＣＯＰを向上させる貯湯式給湯装置を提供する。
【解決手段】浴槽６内の浴槽水の昇温時に、追い焚き運転か差し湯運転のどちらかを行わせる昇温制御部４７を備えた貯湯式給湯装置において、昇温制御部４７は、追い焚き運転後の貯湯タンク２内の温水の温度分布を予測する温度分布予測手段４８と、昼間時間帯に沸き増し運転を開始する沸き増し開始条件を設定する沸き増し条件設定手段４９と、温度分布予測手段４８により予測された温度分布と沸き増し条件設定手段４９により設定された沸き増し開始条件とに基づいて、沸き増し運転が行われるかどうかを判定する沸き増し判定手段５０とを有し、昇温制御部４７は、浴槽６内の浴槽水の昇温時に、沸き増し判定手段５０により沸き増し運転が行われると判定された場合には、差し湯運転を行わせるようにした。
【選択図】 図３

Description

この発明は、貯湯タンク内の湯水を用いて浴槽内の浴槽水を昇温させる貯湯式給湯装置に関するものである。

従来よりこの種の電気温水器やヒートポンプ貯湯式給湯装置においては、浴槽内の浴槽水の昇温指令があると、貯湯タンクに貯められた貯湯温水の温度を検出し、この貯湯温水温度が所定温度以上あれば貯湯タンク内に備えた風呂熱交換器に浴槽水を循環させて熱交換加熱する追い焚き運転により浴槽水の昇温を行い、検出した前記貯湯温水温度が所定温度より低ければ貯湯タンク内の上部の温水を浴槽に注湯する差し湯運転により浴槽水の昇温を行うものであった。（例えば、特許文献１参照。）
特開２００３−５００４８号公報

ところでこの従来のものでは、浴槽内の浴槽水の昇温指令があった時、その時点で検出した前記貯湯温水温度が所定温度以上であれば追い焚き運転を行っているが、この熱交換加熱による追い焚き運転によって貯湯タンク内の熱量が減少し貯湯温水温度が下がり、追い焚き運転の途中で検出される前記貯湯温水温度が前記所定温度よりも低下した場合には、追い焚き運転の途中で差し湯運転に切り替わってしまう。そうすると、浴槽水を昇温させるために追い焚き運転と差し湯運転の両方を行わなければならず、貯湯タンク内は追い焚き運転により風呂熱交換器近傍の貯湯温水温度が低下し、その上、差し湯運転によって貯湯タンク上部の温水も浴槽に注湯して減少してしまうことになる。その結果、湯切れの可能性があるとして電力単価の高い昼間時間帯に加熱手段、例えばヒートポンプユニットが駆動し貯湯タンク内の湯水を沸き上げる沸き増し運転が行われ、ランニングコストが高くなり経済性が損なわれるという問題点を有するものであり、さらに、貯湯タンク内には追い焚き運転により中温水が生成され、この中温水が貯湯タンク内に貯まった状態でヒートポンプユニットによる湯水の沸き上げ、すなわち昼間時間帯の沸き増し運転や深夜時間帯の沸き上げ運転に入ると、中温水に対するヒートポンプユニットの加熱能力の低下が大きいため、エネルギー消費効率（以下、ＣＯＰとする）が低下するという問題点を有するものであった。

この発明は上記課題を解決するために、特に請求項１ではその構成を、湯水を貯湯する貯湯タンクと、該貯湯タンク内の湯水を加熱する加熱手段と、前記貯湯タンクの貯湯温水の温度を検出する貯湯温度検出手段と、浴槽に接続される風呂循環回路と、前記浴槽の浴槽水を前記風呂循環回路に循環させる風呂循環ポンプと、前記風呂循環回路を循環する前記浴槽水を前記貯湯タンク内の湯水と熱交換させる風呂熱交換器と、前記風呂循環回路に接続され前記貯湯タンク内の湯水を前記浴槽へ注湯する湯張り管と、前記浴槽内の浴槽水の昇温時に、前記浴槽水を前記風呂熱交換器に循環して追い焚きする追い焚き運転か、前記湯張り管から前記貯湯タンク内の温水を前記風呂循環回路に注湯する差し湯運転のどちらかを行わせる昇温制御部とを備えた貯湯式給湯装置において、前記昇温制御部は、前記貯湯温度検出手段が検出する貯湯温水の温度と前記浴槽内の浴槽水の昇温に必要な追い焚き必要熱量とに基づいて、前記追い焚き運転後の前記貯湯タンク内の温水の温度分布を予測する温度分布予測手段と、昼間時間帯に前記貯湯タンク内の熱量が減少した時に前記加熱手段による沸き増し運転を開始する沸き増し開始条件を設定する沸き増し条件設定手段と、前記温度分布予測手段により予測された前記温度分布と前記沸き増し条件設定手段により設定された沸き増し開始条件とに基づいて、前記追い焚き運転を行うことで前記沸き増し運転が行われるかどうかを判定する沸き増し判定手段とを有し、前記昇温制御部は、前記浴槽内の浴槽水の昇温時に、前記沸き増し判定手段により前記沸き増し運転が行われると判定された場合には、差し湯運転を行わせるようにした。

又請求項２では、前記追い焚き必要熱量を、前記浴槽内の水位と、前記浴槽内の浴槽水の温度と、前記追い焚き運転により前記浴槽内の浴槽水を昇温させようとする目標の温度である追い焚き目標温度とに基づいて算出するようにした。

又請求項３では、前記追い焚き必要熱量を、所定の浴槽水量と、前記浴槽内の浴槽水の温度と、前記追い焚き運転により前記浴槽内の浴槽水を昇温させようとする目標の温度である追い焚き目標温度とに基づいて算出するようにした。

この発明の請求項１によれば、浴槽内の浴槽水の昇温時に、追い焚き運転後の前記貯湯タンク内の温水の温度分布を予測すると共に、追い焚き運転を行うことにより昼間時間帯に沸き増し運転が行われるかどうかを判定し、沸き増し運転が行われないと判定された場合には、前記昇温制御部は追い焚き運転を行うようにしたことで、電力単価の高い昼間時間帯に沸き増し運転が行われることなく追い焚き運転により良好に浴槽水の昇温ができ、一方、沸き増し運転が行われると判定された場合には、差し湯運転を行うようにしたことで、差し湯運転により良好に浴槽水の昇温ができると共に、事前に中温水の生成を回避できるため、加熱手段による貯湯タンク内の湯水の沸き上げ、すなわち昼間時間帯の沸き増し運転や深夜時間帯の沸き上げ運転時のＣＯＰを向上させることができるものであり、さらに、浴槽内の浴槽水の昇温開始時から差し湯運転を行うことで、追い焚き運転を行った場合のように貯湯タンク内の湯水が広範囲に温度低下することがなく、電力単価の高い昼間時間帯に沸き増し運転が行われる頻度を減少させることができ、ランニングコストを抑え経済性を向上させることができるものである。

又請求項２によれば、追い焚き必要熱量を、浴槽内の水位と、浴槽内の浴槽水の温度と、追い焚き運転により浴槽内の浴槽水を昇温させようとする目標の温度である追い焚き目標温度とに基づいて算出するようにしたので、追い焚き運転後の貯湯タンク内の貯湯温水の温度をほぼ正確に予測することができるものである。

又請求項３によれば、追い焚き必要熱量を、所定の浴槽水量と、浴槽内の浴槽水の温度と、前記追い焚き運転により前記浴槽内の浴槽水を昇温させようとする目標の温度である追い焚き目標温度とに基づいて算出するようにしたので、追い焚き運転後の貯湯タンク内の貯湯温水の温度をほぼ正確に予測することができ、前記所定の浴槽水量を用いることで、追い焚き必要熱量を簡単に算出することができるものである。

次に、本発明の一実施形態を図面に基づき説明する。
この貯湯式給湯装置は、時間帯別契約電力の電力単価が安価な深夜時間帯に湯水を沸き上げて貯湯し、この貯湯した湯水を給湯等に用いるもので、１は湯水を貯湯する貯湯タンク２を備えた貯湯タンクユニット、３は貯湯タンク２内の湯水を加熱する加熱手段としてのヒートポンプユニット、４は台所や洗面所等に設けられた給湯栓、５はこの貯湯式給湯装置を遠隔操作するリモコン、６は浴槽である。なお、この実施形態では貯湯タンク２の容量を４６０Ｌとする。

前記貯湯タンクユニット１の貯湯タンク２は、上端に出湯管７と、下端に給水管８とが接続され、さらに下部にヒーポン循環回路９を構成するヒーポン往き管１０と、上部にヒーポン循環回路９を構成するヒーポン戻り管１１とが接続され、ヒーポン往き管１０から取り出した貯湯タンク２内の湯水をヒートポンプユニット３によって沸き上げてヒーポン戻り管１１から貯湯タンク２内に戻して貯湯され、給水管８からの給水により貯湯タンク２内の湯水が押し上げられて貯湯タンク２上部の高温水が出湯管７から押し出されて給湯されるものである。

前記ヒートポンプユニット３は、冷媒を圧縮する回転数可変の圧縮機１２と、凝縮器としての水冷媒熱交換器１３と、減圧手段としての電子膨張弁１４と、強制空冷式の蒸発器としての空気熱交換器１５とで構成されたヒートポンプ回路１６と、前記ヒーポン往き管１０に設けられ貯湯タンク２内の湯水を水冷媒熱交換器１３に循環させるヒーポン循環ポンプ１７と、それらの駆動を制御するヒーポン制御部１８とを備えており、ヒートポンプ回路１６内には冷媒として二酸化炭素が用いられて超臨界ヒートポンプサイクルを構成しているものである。

ここで、前記水冷媒熱交換器１３は冷媒と被加熱水たる貯湯タンク２内の湯水とが対向して流れる対向流方式を採用しており、超臨界ヒートポンプサイクルでは熱交換時において冷媒は超臨界状態のまま凝縮されるため効率よく高温まで被加熱水を加熱することができ、被加熱水の水冷媒熱交換器１３入口温度と冷媒の出口温度との温度差が一定になるように電子膨張弁１４または圧縮機１２を制御することでＣＯＰがとても良い状態で被加熱水を加熱することが可能なものである。

１９は前記浴槽６内の浴槽水を加熱するためのステンレス製の蛇管よりなる風呂熱交換器で貯湯タンク２内の上部に配置されるもので、この風呂熱交換器１９には、風呂循環ポンプ２０を備え浴槽６内の浴槽水を風呂熱交換器１９に流す風呂往き管２１及び風呂熱交換器１９を通過した浴槽水を浴槽６内に流す風呂戻り管２２よりなる風呂循環回路２３が接続されて、浴槽６内の浴槽水が循環可能にされ、浴槽６内の浴槽水が貯湯タンク２内の高温水により加熱されて追い焚き運転が行われるものである。

２４は流水の有無を検知する流水スイッチ、２５は風呂往き管２１に設けられ浴槽６から流出し風呂熱交換器１９に流入する浴槽水の温度を検出する風呂温度センサ、２６は浴槽水の水圧から浴槽６内の水位を検出する水位検出手段としての水位センサである。

２７は風呂熱交換器１９をバイパスして風呂往き管２１と風呂戻り管２２とを接続する
バイパス管で、このバイパス管２７と風呂往き管２１との接続部分には、浴槽６からの浴槽水を風呂熱交換器１９側に循環させるか、バイパス管２７側に循環させるかを切り替える風呂三方弁２８が備えられているものである。

２９は貯湯タンク２の中間位置に接続された中温水出湯管で、前記風呂熱交換器１９で浴槽水と熱交換して温度低下した中温水や、湯と水との境界層付近で熱移動により温度低下あるいは温度上昇した中温水等の貯湯タンク２の中間位置に貯湯されている湯水を貯湯タンク２から出湯させるものである。

３０は出湯管７途中で中温水出湯管２９の下流に設けられた電動ミキシング弁より構成された中温水混合弁、３１はこの中温水混合弁３０下流の中間給湯管３２に設けられた中間温度センサで、貯湯タンク２中間位置付近の中温水と貯湯タンク２上端に接続された出湯管７からの高温水とをリモコン５でユーザーが設定した給湯設定温度より所定温度高い混合目標温度になるように中温水混合弁３０の弁体（図示せず）の弁開度が調整され混合比率が制御されるものである。

３３は中温水混合弁３０からの湯水と給水管８から分岐された給水バイパス管３４からの給水とを混合する電動ミキシング弁より構成された給湯混合弁であり、その下流の給湯管３５に設けた給湯温度センサ３６で検出した湯温がリモコン５でユーザーが設定した給湯設定温度になるように給湯混合弁３３の弁体（図示せず）の弁開度が調整され混合比率が制御されるものである。

３７は給湯管３５から分岐され風呂循環回路２３の風呂往き管２１に接続され浴槽６への注湯を行う湯張り管で、この湯張り管３７には、浴槽６への注湯の開始／停止を行う湯張り弁３８と、浴槽６への注湯量をカウントする風呂流量カウンタ３９と、浴槽６の浴槽水が逆流するのを防止する二重に配設した逆止弁４０とが設けられているものである。

４１は貯湯タンク２の上下方向に複数個配置された貯湯温度検出手段としての貯湯温度センサで、この実施形態では７つの貯湯温度センサ、上から順に４１ａ（３０Ｌ位置）、４１ｂ（１１０Ｌ位置）、４１ｃ（１７０Ｌ位置）、４１ｄ（２３０Ｌ位置）、４１ｅ（２９０Ｌ位置）、４１ｆ（３５０Ｌ位置）、４１ｇ（４１０Ｌ位置）が配置されているものであり、この貯湯温度センサ４１が検出する温度情報によって、貯湯タンク２内にどれだけの熱量が残っているかを検知し、そして貯湯タンク２内の上下方向の貯湯温水の温度分布を検知するものである。

前記リモコン５には、給湯設定温度を設定する給湯温度設定スイッチ４２、及び風呂設定温度を設定する風呂温度設定スイッチ４３が設けられていると共に、浴槽６へ風呂設定温度の湯をリモコン５の湯張り量設定スイッチ（図示せず）で設定された湯張り量だけ湯張りし所定時間保温させる風呂自動スイッチ４４と、浴槽６内の浴槽水を昇温させるあつめスイッチ４５が設けられているものである。

４６はヒートポンプユニット３の駆動開始・停止制御や各センサの入力を受け各アクチュエータの駆動を制御するマイコンを有する制御手段としての貯湯制御部である。この貯湯制御部４６は、浴槽６内の浴槽水を昇温する時、すなわちリモコン５のあつめスイッチ４５が操作された時に、貯湯温度センサ４１が検出する貯湯温水の温度をチェックし、風呂熱交換器１９近傍の貯湯温水の温度が熱交換に最低限必要と考えられる所定温度より高いかどうかを判定し、前記所定温度より高ければ、浴槽水を風呂熱交換器１９に循環して貯湯タンク２内の温水と浴槽水とを熱交換加熱することで追い焚きする追い焚き運転か、湯張り管３７から貯湯タンク２内の高温水を風呂循環回路２３に注湯する差し湯運転のどちらかを行わせる昇温制御部４７を有するものである。

前記昇温制御部４７は前記追い焚き運転後の貯湯タンク２内の温水の温度分布を予測する温度分布予測手段４８と、昼間時間帯に貯湯タンク２内の熱量が減少した時にヒートポンプユニット３による沸き増し運転を開始する沸き増し開始条件を設定する沸き増し条件設定手段４９と、温度分布予測手段４８により予測された温度分布と沸き増し条件設定手段４９により設定された沸き増し開始条件とに基づいて、前記予測された温度分布が前記沸き増し開始条件に当てはまるかどうか比較し、前記追い焚き運転が行われた結果、沸き増し運転が行われるかどうかを判定する沸き増し判定手段５０とを有しているものである。

前記温度分布予測手段４８は、以下に示す方法で追い焚き運転後の貯湯タンク２内の貯湯温水の温度分布を予測するものである。先ず、追い焚き運転に必要な追い焚き必要熱量を次式により算出する。
追い焚き必要熱量Ｑ１＝浴槽水量Ｌ１×昇温温度Ｔ１
＝（浴槽断面積×水位）×（追い焚き目標温度−浴槽水温度）
…（式１）
ここで、浴槽水量Ｌ１は、試運転時などに予め記憶した浴槽６の断面積と、浴槽水の昇温時に水位センサ２６で検出した水位とを掛けることにより算出され、昇温温度Ｔ１は風呂温度設定スイッチ４３で設定した風呂設定温度や風呂温度センサ２５で検出される浴槽６内の浴槽水の温度等に基づき設定される浴槽水を昇温させようとする目標温度である追い焚き目標温度から、浴槽水の昇温時に風呂温度センサ２５で検出される浴槽水の温度を引くことにより算出されるものである。なお、前記追い焚き目標温度は、浴槽水の温度が低い場合は風呂設定温度に設定し、浴槽水の温度が風呂設定温度に近い場合には現在の浴槽水の温度に対して２℃程度高い温度に設定するものである。

次に、温度分布予測手段４８は、追い焚き運転により奪われる熱量を、貯湯温度センサ４１で検出する風呂熱交換器１９近傍の温水温度と、温度検出する風呂熱交換器１９近傍の容量とから風呂熱交換器１９（蛇管）部分の熱量を次式により算出する。
蛇管位置熱量Ｑ２＝蛇管位置平均温度Ｔ２×蛇管位置容量Ｌ２
＝（（貯湯温度センサ４１ｂ検出温度＋貯湯温度センサ４１ｃ検出温度）／２） ×（貯湯温度センサ４１ｃ位置容量−貯湯温度センサ４１ｂ位置容量）
…（式２）
ここで、蛇管位置平均温度Ｔ２は、風呂熱交換器１９近傍の貯湯温度センサ４１ｂ及び貯湯温度センサ４１ｃで検出する温水の温度の平均温度をとったもので、蛇管位置容量Ｌ２は、貯湯温度センサ４１ｃが配設された１７０Ｌ位置から貯湯温度センサ４１ｂが配設された１１０Ｌ位置を引いた所定の容量、つまり６０Ｌを指すものである。

次に、温度分布予測手段４８は、追い焚き運転により奪われた風呂熱交換器１９（蛇管）部分の熱量を次式により算出する。
追い焚き運転後蛇管位置熱量Ｑ３＝蛇管位置熱量Ｑ２−追い焚き必要熱量Ｑ１
…（式３）

次に、温度分布予測手段４８は、追い焚き運転後の風呂熱交換器１９（蛇管）部分、つまり貯湯温度センサ４１ｂ及び貯湯温度センサ４１ｃの平均温度を次式により算出する。
追い焚き運転後蛇管位置平均温度Ｔ３
＝追い焚き運転後蛇管位置熱量Ｑ３／蛇管位置容量Ｌ２
…（式４）
以上、（式１）〜（式４）により温度分布予測手段４８は、浴槽６内の浴槽水の昇温開始時に貯湯温度センサ４１が検出した貯湯温水の温度と、浴槽６内の浴槽水の昇温に必要な追い焚き必要熱量とに基づいて追い焚き運転後の貯湯タンク２内の風呂熱交換器１９近傍の温水の温度を予測し、最後に、浴槽６内の浴槽水の昇温開始時に貯湯温度センサ４１が検出した温水の温度のうち、貯湯温度センサ４１ｂ及び貯湯温度センサ４１ｃで検出した温度のところに（式４）で算出した結果を代入することで、追い焚き運転後の貯湯タンク２内の温水の温度分布を予測するものである。なお、（式１）〜（式４）をまとめると次式が導出されるので、この式を用いて、追い焚き運転後の貯湯タンク２内の風呂熱交換器１９近傍の温水の温度を予測してもよいものである。
追い焚き運転後蛇管位置平均温度Ｔ３
＝蛇管位置平均温度Ｔ２−追い焚き必要熱量Ｑ１／蛇管位置容量Ｌ２
…（式５）

前記沸き増し条件設定手段４９は、昼間時間帯に貯湯温度センサ４１、例えば貯湯温度センサ４１ｃの検出する温度が所定温度以下となったこと、または、貯湯温度センサ４１の検出する温度から算出される残湯量が所定の残湯量以下となったことを、ヒートポンプユニット３により貯湯タンク２内の湯水を沸き増す沸き増し運転の開始条件として設定したり、所定期間内に追い焚き運転を行ったことを記憶していなかったら貯湯温度センサ４１ｃの検出する温度が第１所定温度以下となったことを沸き増し運転の開始条件として設定したり、前記所定期間内に追い焚き運転を行ったことを記憶していたら貯湯温度センサ４１の検出する温度が前記第１所定温度より高い第２所定温度以下となったことを沸き増し運転の開始条件として設定する等、沸き増し運転の沸き増し開始条件を状況に応じて適宜設定するものである。

５１は貯湯タンク２の過圧を逃す過圧逃し弁、５２は給水の圧力を減圧する減圧弁、５３は給水の温度を検出する給水温度センサ、５４は給湯する湯水の量をカウントする給湯流量カウンタである。

次に、この一実施形態の作動について説明する。
先ず、沸き上げ運転について説明すると、深夜電力時間帯になって貯湯温度センサ４１が貯湯タンク２内に翌日に必要な熱量が残っていないことを検知すると、貯湯制御部４６はヒーポン制御部１８に対して沸き上げ開始指令を発する。指令を受けたヒーポン制御部１８は圧縮機１２を起動した後にヒーポン循環ポンプ１７を駆動開始し、貯湯タンク２下部に接続されたヒーポン往き管１０から取り出した低温水を水冷媒熱交換器１３で高温に加熱し、貯湯タンク２上部に接続されたヒーポン戻り管１１から貯湯タンク２内に戻し、貯湯タンク２の上部から順次積層して高温水を貯湯していく。貯湯温度センサ４１が必要な熱量が貯湯されたことを検出すると、貯湯制御部４６はヒーポン制御部１８に対して沸き上げ停止指令を発し、ヒーポン制御部１８は圧縮機１２を停止すると共にヒーポン循環ポンプ１７も停止して沸き上げ運転を終了するものである。

次に、給湯運転について説明すると、給湯栓４を開くと、給水管８からの給水が貯湯タンク２内に流れ込む。そして貯湯タンク２中間部に貯湯されている温水が中温水出湯管２９を介して中温水混合弁３０へ押し出される。なお、貯湯タンク２内には上部に高温水、下部に低温水が貯められることとなるが、その温度差により比重差が発生し、温度境界層を形成して比重の軽い高温水が上部に、比重の重い低温水が下部に位置するので、互いに混じり合うことはないものである。

ここで、貯湯制御部４６は中温水出湯管２９からの温水と出湯管７からの高温水とを混合して中温水混合弁３０にてリモコン５で設定された給湯設定温度より一定温度以上高い混合目標温度となるように中温水混合弁３０を適当な比率に調整する。そして、中温水混合弁３０から流出した混合目標温度の湯は中間給湯管３２を介して給湯混合弁３３へ流入し、給水バイパス管３４からの給水と混合され、貯湯制御部４６が給湯混合弁３３の弁開度を調整し給湯設定温度の湯が給湯栓４から給湯される。そして、給湯栓４の閉止により給湯が終了するものである。

ここで、中温水混合弁３０は給湯設定温度よりも一定温度以上高い混合目標温度の湯を中間給湯管３２に供給するようにしているので、中温水出湯管２９から出湯する温水の温度が給湯設定温度よりも低い場合は、貯湯制御部４６により中温水混合弁３０の弁開度が調整されて出湯管７からの高温水を用いて給湯設定温度よりも一定温度高い混合目標温度の湯を中間給湯管３２に供給するようにし、貯湯タンク２の中間位置からの出湯を優先し、貯湯タンク２の上部に貯湯されている高温水の使用を最小限に留め、熱源となる高温水をより多く確保することが可能となる。

次に、浴槽６への湯張り運転について説明すると、リモコン５の風呂自動スイッチ４４が操作されると、貯湯制御部４６が湯張り弁３８を開弁すると共に、風呂三方弁２８をバイパス管２７側に開く。そして、給水管８からの給水が貯湯タンク２内に流れ込み、中温水出湯管２９を介して中温水混合弁３０へ貯湯タンク２内の温水が押し出される。

ここで、貯湯制御部４６は風呂自動スイッチ４４の入力を受けると、中温水出湯管２９からの温水と出湯管７からの高温水を混合して中温水混合弁３０にてリモコン５で設定された風呂設定温度あるいは給湯設定温度の高い方の温度より一定温度以上高い混合目標温度温度となるように中温水混合弁３０を適当な比率に調整するようにしている。

そして、中温水混合弁３０から流出した混合目標温度の湯は中間給湯管３２を介して給湯混合弁３３へ流入し、給水バイパス管３４からの給水と混合され、貯湯制御部４６が給湯混合弁３３の弁開度を調整し、風呂設定温度の湯が湯張り管３７から風呂循環回路２３を介して浴槽６へ注湯され湯張りされ、湯張り管３７途中に設けられた風呂流量カウンタ３９が所定の湯張り量をカウントすると貯湯制御部４６が湯張り弁３８を閉弁して湯張り運転を終了するものである。

次に、浴槽６内の浴槽水の昇温について図３のフローチャートを用いて説明すると、浴槽６内の浴槽水の昇温は、ユーザーがリモコン５のあつめスイッチ４５を操作することにより開始されるもので、貯湯制御部４６は、あつめスイッチ４５が操作されたか否かを判断し（ステップＳ１）、あつめスイッチ４５が操作されると昇温制御部４７は貯湯タンク２に配設された貯湯温度センサ４１が検出する温度をチェックし、風呂熱交換器１９近傍の温水温度が熱交換に最低限必要と考えられる所定温度Ｔ、ここでは、貯湯温度センサ４１ｃの検出する温度が５０℃より高いかどうかを判定し（ステップＳ２）、所定温度Ｔ以下と判定した場合は、貯湯タンク２内の熱量で浴槽６内の浴槽水の昇温は不可能と判断して、浴槽水の昇温を中止する（ステップＳ３）。この時、浴槽水の昇温を中止した旨をリモコン５にて音声や文字等で報知することが好ましい。

前記ステップＳ２で前記所定温度より高いと判定した場合は、貯湯温度センサ４１の検出する温度情報によりその時点の貯湯タンク２内の温水の温度分布を検出すると共に、水位センサ２６により浴槽６内の水位を検出し、その後、風呂循環ポンプ２０を駆動し浴槽６内の浴槽水を所定時間循環させ風呂温度センサ２５により浴槽水の温度を検出し（ステップＳ４）、前記所定時間が経過したら風呂循環ポンプ２０を停止させる。この時、風呂三方弁２８はバイパス管２７側に開かれており、風呂熱交換器１９を迂回するように浴槽水を循環させ、貯湯タンク２内の温水温度を低下させないようにしているものである。

次に、温度分布予測手段４８は前記ステップＳ４で検出した貯湯タンク２内の温水の温度分布と浴槽６内の水位と浴槽水の温度とを用いて、前記（式１）〜（式４）または（式５）によって追い焚き運転後の貯湯タンク２内の風呂熱交換器１９近傍の温水の温度を予測し、その結果と前記ステップＳ４で検出した貯湯タンク２内の温水の温度分布とを基に、追い焚き運転後の貯湯タンク２内の温水の温度分布を予測する（ステップＳ５）。

ここで、水位センサ２６が検出した水位と予め記憶した浴槽断面積とから浴槽水量Ｌ１が２００Ｌ、風呂温度センサ２５が検出した浴槽水温度が４０℃、追い焚き目標温度が４２℃、浴槽水の昇温開始時の貯湯タンク２内の温水の温度分布が表１のＡ欄に示されたものであるとする。なお、表１中の貯湯温度センサ４１の欄の最上部とされるところの温度は貯湯温度センサ４１ａの検出する温度と同じ温度とし、表１中の貯湯温度センサ４１の欄の最下部とされるところの温度は貯湯温度センサ４１ｇの検出する温度と同じ温度とするものである。

上記検出値から前記ステップＳ５で前記（式１）〜（式４）または（式５）によって追い焚き運転後の風呂熱交換器１９（蛇管）部分、つまり貯湯温度センサ４１ｂ及び貯湯温度センサ４１ｃの平均温度を次式により算出すると、
追い焚き運転後蛇管位置平均温度Ｔ３
＝蛇管位置平均温度Ｔ２ − 追い焚き必要熱量Ｑ１／蛇管位置容量Ｌ２
＝（（７１＋５９）／２） − (２００×２) ／ ６０
≒５８．３［℃］
となり、この算出した追い焚き運転後蛇管位置平均温度Ｔ３を、浴槽６内の浴槽水の昇温開始時に貯湯温度センサ４１が検出した温水の温度のうち、貯湯温度センサ４１ｂ及び貯湯温度センサ４１ｃで検出した温度のところに代入することで、追い焚き運転後の貯湯タンク２内の温水の温度分布を予測する。その結果を表１のＢ欄に示す。

そして、前記ステップＳ５で温度分布予測手段４８が予測した温度分布と、昼間時間帯に貯湯温度センサ４１の検出する温度や、貯湯温度センサ４１の検出する温度から算出される残湯量や、追い焚き運転の有無等から沸き増し条件設定手段４９により適宜設定された沸き増し運転の沸き増し開始条件とを基に、沸き増し判定手段５０は、前記予測された温度分布が前記沸き増し開始条件に当てはまるかどうかを比較して、前記追い焚き運転が行われた結果、沸き増し運転が行われるかどうかを判定する（ステップＳ６）。

ここで、前記ステップＳ６で沸き増し条件設定手段４９により設定された沸き増し開始条件を、貯湯温度センサ４１ｂ検出温度＜６０℃ または 貯湯温度センサ４１ｃ検出温度＜４８℃とした場合、この沸き増し条件と、表１のＢ欄に示した追い焚き運転後の貯湯タンク２内の温水の予測温度分布とを比較すると、表１のＢ欄より貯湯温度センサ４１ｂの予測温度が５８．３℃なので、沸き増し開始条件の貯湯温度センサ４１ｂ検出温度＜６０℃に当てはまり、沸き増し判定手段５０は沸き増し運転が行われると判定されるものである。

前記ステップＳ６で沸き増し運転が行われると判定された場合は、湯張り弁３８を開弁すると共に、風呂三方弁２８をバイパス管２７側に開き、さらに、中温水混合弁３０の弁開度を出湯管７側が全開になるように調整すると共に、給湯混合弁３３の弁開度を中間給湯管３２側が全開になるように調整して、貯湯タンク２上部の高温水、例えば８０℃程度の高温水を出湯管７から取り出し、中間給湯管３２、給湯管３５を流通させ、湯張り管３７から風呂循環回路２３を介して浴槽６に注湯する差し湯運転を行い（ステップＳ７）、次式により算出される注湯量を貯湯タンク２から浴槽６に注湯したら差し湯運転を終了するものである。
注湯量＝追い焚き必要熱量Ｑ１
／（貯湯温度センサ４１ａ検出温度−追い焚き目標温度） …（式６）

一方、前記ステップＳ６で、沸き増し運転が行われないと判定された場合は、風呂三方弁２８を風呂熱交換器１９側に開くと共に、風呂循環ポンプ２０を駆動し、浴槽６内の浴槽水を風呂循環回路２３を介して風呂熱交換器１９に循環させ貯湯タンク２内の高温水と熱交換させて浴槽水を追い焚きする追い焚き運転を行い（ステップＳ８）、風呂循環回路２３を循環する浴槽水の温度、すなわち、風呂往き管２１に備えた風呂温度センサ２５で検出する浴槽水の温度が追い焚き目標温度以上になったら、風呂循環ポンプ２０の駆動を停止して追い焚き運転を終了するものである。

以上説明した浴槽６内の浴槽水の昇温時には、温度分布予測手段４８により追い焚き運転後の貯湯タンク２内の温水の温度分布を予測すると共に、沸き増し判定手段５０により追い焚き運転を行った結果、昼間時間帯に沸き増し運転が行われるかどうかを判定し、沸き増し運転が行われないと判定された場合には、昇温制御部４７は追い焚き運転を行うようにしたことで、電力単価の高い昼間時間帯に沸き増し運転が行われることなく追い焚き運転により良好に浴槽水の昇温ができ、一方、沸き増し運転が行われると判定された場合には、差し湯運転を行うようにしたことで、差し湯運転により良好に浴槽水の昇温ができると共に、事前に追い焚き運転による中温水の生成を回避できるため、ヒートポンプユニット３による貯湯タンク２内の湯水の沸き上げ、すなわち昼間時間帯の沸き増し運転や深夜時間帯の沸き上げ運転時のＣＯＰを向上させることができるものであり、さらに追い焚き必要熱量Ｑ１を、水位センサ２６で検出した浴槽６内の水位と、風呂温度センサ２５で検出した浴槽６内の浴槽水の温度と、追い焚き運転により浴槽６内の浴槽水を昇温させようとする目標の温度である追い焚き目標温度とに基づいて算出するようにしたので、追い焚き運転後の貯湯タンク２内の貯湯温水の温度をほぼ正確に予測することができるものである。

また、先に述べた浴槽水量Ｌ１が２００Ｌ、風呂温度センサ２５が検出した浴槽水温度が４０℃、追い焚き目標温度が４２℃、浴槽水の昇温開始時の貯湯タンク２内の温水の温度分布が表１という条件で、浴槽水の昇温開始時から差し湯運転を行った場合、その注湯量は、（式６）より
注湯量＝追い焚き必要熱量Ｑ１
／（貯湯温度センサ４１ａ検出温度−追い焚き目標温度）
＝４００／（８０−４２）
≒１１［Ｌ］
となり、差し湯運転後の貯湯タンク２内の温水の温度分布は表２に示すようになる。なお、表２中の貯湯温度センサ４１の欄の最下部とされるところの温度は、注湯量分だけ貯湯タンク２内に給水管８から流入した給水の温度で、ここでは５℃とする。

この表２に示した差し湯運転後の貯湯タンク２内の温水の温度分布と前記沸き増し開始条件（貯湯温度センサ検出温度４１ｂ＜６０℃ または 貯湯温度センサ４１ｃ検出温度＜４８℃）を比較すると、沸き増し開始条件には当てはまらず、沸き増し運転は行われないことになる。よって、温度分布予測手段４８により、追い焚き運転後の貯湯タンク２内の温水の温度分布を予測すると共に、沸き増し判定手段５０により、追い焚き運転を行うことで沸き増し運転が行われると判定された場合には、浴槽６内の浴槽水の昇温開始時から差し湯運転を行うことで、追い焚き運転を行った場合のように貯湯タンク２内の湯水が広範囲に温度低下することがなく、電力単価の高い昼間時間帯に沸き増し運転が行われる頻度を減少させることができ、ランニングコストを抑え経済性を向上させることができるものである。

また、従来のように、浴槽６内の浴槽水の昇温開始時は追い焚き運転をし、追い焚き運転の途中で差し湯運転に切り替えると、追い焚き運転により風呂熱交換器１９近傍の貯湯タンク２内の温水温度を低下させ、その上、差し湯運転によって貯湯タンク２上部の高温水も浴槽６に注湯して減少させて電気料金の高い昼間時間帯に沸き増し運転を行ってしまうが、先に述べたように、浴槽６内の浴槽水の昇温開始時から差し湯運転を行うことで、浴槽水の昇温終了時の貯湯タンク２内の温水の温度分布は、浴槽水の昇温開始時の貯湯タンク２内の温水の温度分布を基準として、貯湯タンク２上部の高温の注湯量分だけほぼそのまま上にスライドする形となるため、沸き増し運転が行われる可能性が低くなる。よって、温度分布予測手段４８により、追い焚き運転後の貯湯タンク２内の温水の温度分布を予測すると共に、沸き増し判定手段５０により、追い焚き運転を行うことで沸き増し運転が行われると判定された場合には、浴槽６内の浴槽水の昇温開始時から差し湯運転を行うことで、追い焚き運転を行った場合のように貯湯タンク２内の湯水が広範囲に温度低下することがなく、電力単価の高い昼間時間帯に沸き増し運転が行われる頻度を減少させることができ、ランニングコストを抑え経済性を向上させることができるものである。

なお、本発明は上記の一実施形態に限定されるものではなく、上記の一実施形態では、リモコン５のあつめスイッチ４５が操作された時の浴槽水の昇温時に本発明を適用したが、リモコン５の風呂自動スイッチ４４が操作され前記湯張り運転終了後の保温運転による浴槽水の昇温時にも本発明を適用してもよいものである。

また、前記浴槽６内の浴槽水の昇温時に、追い焚き必要熱量Ｑ１を、水位センサ２６で検出した浴槽６内の水位と、風呂温度センサ２５で検出した浴槽６内の浴槽水の温度と、追い焚き運転により浴槽６内の浴槽水を昇温させようとする目標の温度である追い焚き目標温度とに基づいて算出するようにしたが、追い焚き必要熱量Ｑ１を、所定の浴槽水量、例えば、リモコン５で設定された湯張り量や固定値（１８０Ｌ等）と、風呂温度センサ２５で検出した浴槽６内の浴槽水の温度と、追い焚き運転により浴槽６内の浴槽水を昇温させようとする目標の温度である追い焚き目標温度とに基づいて算出してもよく、そうすることで、追い焚き運転後の貯湯タンク２内の貯湯温水の温度をほぼ正確に予測することができ、前記所定の浴槽水量を用いることで、追い焚き必要熱量を簡単に算出することができるものである。

また、前記浴槽６内の浴槽水の昇温時であって、差し湯運転を行う時に、中温水混合弁３０の弁開度を出湯管７側が全開になるように調整すると共に、給湯混合弁３３の弁開度を中間給湯管３２側が全開になるように調整して、貯湯タンク２上部の高温水を湯張り管３７から風呂循環回路２３に注湯するようにしているが、給湯混合弁３３の出口温度が所定温度、例えば６０℃や７０℃になるように中温水混合弁３０の出口温度を所定温度より一定温度高くなるように弁開度を調整すると共に、給湯混合弁３３の出口温度が６０℃や７０℃になるように混合比率を調整して、所定温度に混合した高温水を湯張り管３７から風呂循環回路２３に注湯するようにしてもよいものである。

この発明の一実施形態の概略構成図。 同一実施形態の要部ブロック図。 同一実施形態の浴槽の浴槽水の昇温時の制御を示すフローチャート。

符号の説明

２ 貯湯タンク
３ 加熱手段（ヒートポンプユニット）
６ 浴槽
１９ 風呂熱交換器
２０ 風呂循環ポンプ
２３ 風呂循環回路
３７ 湯張り管
４１ 貯湯温度検出手段（貯湯温度センサ）
４７ 昇温制御部
４８ 温度分布予測手段
４９ 沸き増し条件設定手段
５０ 沸き増し判定手段

Claims (3)

1. 湯水を貯湯する貯湯タンクと、該貯湯タンク内の湯水を加熱する加熱手段と、前記貯湯タンクの貯湯温水の温度を検出する貯湯温度検出手段と、浴槽に接続される風呂循環回路と、前記浴槽の浴槽水を前記風呂循環回路に循環させる風呂循環ポンプと、前記風呂循環回路を循環する前記浴槽水を前記貯湯タンク内の湯水と熱交換させる風呂熱交換器と、前記風呂循環回路に接続され前記貯湯タンク内の湯水を前記浴槽へ注湯する湯張り管と、前記浴槽内の浴槽水の昇温時に、前記浴槽水を前記風呂熱交換器に循環して追い焚きする追い焚き運転か、前記湯張り管から前記貯湯タンク内の温水を前記風呂循環回路に注湯する差し湯運転のどちらかを行わせる昇温制御部とを備えた貯湯式給湯装置において、前記昇温制御部は、前記貯湯温度検出手段が検出する貯湯温水の温度と前記浴槽内の浴槽水の昇温に必要な追い焚き必要熱量とに基づいて、前記追い焚き運転後の前記貯湯タンク内の温水の温度分布を予測する温度分布予測手段と、昼間時間帯に前記貯湯タンク内の熱量が減少した時に前記加熱手段による沸き増し運転を開始する沸き増し開始条件を設定する沸き増し条件設定手段と、前記温度分布予測手段により予測された前記温度分布と前記沸き増し条件設定手段により設定された沸き増し開始条件とに基づいて、前記追い焚き運転を行うことで前記沸き増し運転が行われるかどうかを判定する沸き増し判定手段とを有し、前記昇温制御部は、前記浴槽内の浴槽水の昇温時に、前記沸き増し判定手段により前記沸き増し運転が行われると判定された場合には、差し湯運転を行わせるようにしたを特徴とする貯湯式給湯装置。
2. 前記追い焚き必要熱量を、前記浴槽内の水位と、前記浴槽内の浴槽水の温度と、前記追い焚き運転により前記浴槽内の浴槽水を昇温させようとする目標の温度である追い焚き目標温度とに基づいて算出するようにしたことを特徴とする請求項１記載の貯湯式給湯装置。
3. 前記追い焚き必要熱量を、所定の浴槽水量と、前記浴槽内の浴槽水の温度と、前記追い焚き運転により前記浴槽内の浴槽水を昇温させようとする目標の温度である追い焚き目標温度とに基づいて算出するようにしたことを特徴とする請求項１記載の貯湯式給湯装置。

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