JP2010223451A

JP2010223451A - 貯湯式給湯機

Info

Publication number: JP2010223451A
Application number: JP2009068793A
Authority: JP
Inventors: Kensuke Matsuo; 謙介松尾; Toshiyuki Sakuma; 利幸佐久間
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2009-03-19
Filing date: 2009-03-19
Publication date: 2010-10-07
Anticipated expiration: 2029-03-19
Also published as: JP5419504B2

Abstract

【課題】貯湯タンク内の水を湯に沸き上げて貯湯タンクに貯える湯の沸上げと外部負荷設備の湯水の再加熱とを同時に行うことができる使い勝手の良い貯湯式給湯機を得ること。
【解決手段】沸上げ用熱交換器２と外部負荷設備（浴槽１５０）の湯水（浴水１５０ａ）を加熱するための利用側熱交換器７０とを備えた貯湯式給湯機１２０を構成するにあたり、沸上げ用循環管路４０での往き管４０ａに第１流路切換弁３３を設けると共に、沸上げ用循環管路での戻り管４０ｂから利用側熱交換に達する再加熱用往き管６０を設け、さらには利用側熱交換器と第１流路切換弁とを接続する再加熱用戻り管６５を設け、沸上げ用熱交換器により沸き上げられた湯が上記の戻り管を通って貯湯タンクの上部に戻される一方で再加熱用往き管に分流し、該再加熱用往き管に分流した湯が利用側熱交換器での熱源に供された後に上記の往き管に戻されるようにする。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷凍サイクルを利用したヒートポンプユニットにより湯を沸き上げて貯湯タンクに貯える一方で、貯湯タンクに貯えた湯を熱源とする熱交換器により浴槽や温水暖房設備等で用いられて温度低下した湯を再加熱することができる貯湯式給湯機に関する。

ヒートポンプユニットで沸き上げた湯を貯湯タンクに一旦貯え、ここから所望の給湯先に給湯することができるように構成された貯湯式給湯機では、貯湯タンクに貯えた湯を熱交換器（以下、「利用側熱交換器」という）での熱源に利用し、浴槽や温水暖房設備等の外部負荷設備で用いられて温度低下した湯を当該利用側熱交換器により加熱することができるように構成されたものも開発されている。

例えば特許文献１には、貯湯タンクの下部からヒートポンプユニットを経由して貯湯タンクの上部に達する循環路での貯湯タンク（給湯タンク）側に三方弁を設け、貯湯タンクの上部から利用側熱交換器を経由して貯湯タンクに戻る循環路の下流端を上記の三方弁に接続することで、沸上げ用循環路に設けた１台の循環ポンプにより各循環路での湯水の循環を可能にした貯湯式給湯機（給湯機）が記載されている。

特許第３９６７２６７号公報

しかしながら、特許文献１に記載された貯湯式給湯機では、貯湯タンク内の水をヒートポンプユニットで湯に沸き上げて貯湯タンクに貯える沸上げ運転と、外部負荷設備の湯水を利用側熱交換器で加熱する再加熱運転とを同時に行うことが実質的にできない。このため、例えば再加熱運転中に貯湯タンク内の湯（熱量）が不足する「湯切れ」が起こると、再加熱運転を中断して沸上げ運転を行った後に再加熱運転を再度行うか、再加熱運転を諦めざるを得なくなる。特に浴槽内の浴水を追焚きする再加熱運転の中断や中止は、貯湯式給湯機の利便性を低下させる。

本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、貯湯タンク内の水を湯に沸き上げて貯湯タンクに貯える湯の沸上げと外部負荷設備の湯水の再加熱とを同時に行うことができる使い勝手の良い貯湯式給湯機を得ることを目的とする。

本発明の貯湯式給湯機は、沸上げ用熱交換器を有するヒートポンプユニットと、水および湯を貯える貯湯タンクと、貯湯タンクの下部に貯えられた水を沸上げ用熱交換器に導く往き管、該往き管に設けられた第１流路切換弁、該第１流路切換弁の下流側に設けられた循環ポンプ、および沸上げ用熱交換器で沸き上げられた湯を貯湯タンクの上部に導く戻り管を有する沸上げ用循環管路と、湯を使用する外部負荷設備で用いられた湯水を再加熱するための利用側熱交換器と、沸上げ用循環管路の戻り管から分岐して利用側熱交換器に達する再加熱用往き管と、利用側熱交換器から第１流路切換弁に達する再加熱用戻り管と、外部負荷設備の湯水を利用側熱交換器に導くための往き管、利用側熱交換器で加熱された湯を外部負荷設備に導くための戻り管、および外部負荷設備の湯水を利用側熱交換器に送るための負荷側循環ポンプを有する負荷側循環管路と、ヒートポンプユニット、第１流路切換弁、循環ポンプ、および負荷側循環ポンプの動作を制御する制御装置とを備え、制御装置により第１流路切換弁の動作を制御して再加熱用戻り管を沸上げ用循環管路に合流させると共に、制御装置によりヒートポンプユニット、循環ポンプ、および負荷側循環ポンプを動作させることで、貯湯タンク下部から沸上げ用循環管路に流れた水が沸上げ用熱交換器により湯に沸き上げられた後に沸上げ用循環管路の戻り管を通って貯湯タンクの上部に戻される一方で、沸上げ用循環管路の戻り管から再加熱用往き管に分流した湯が利用側熱交換器に流れて該利用側熱交換器での熱源に供されて、湯の沸上げと外部負荷設備の湯水の再加熱とが同時に行われることを特徴とする。

本発明の貯湯式給湯機では、貯湯タンク内の水を湯に沸き上げて貯湯タンクに貯える湯の沸上げと外部負荷設備の湯水の再加熱とを同時に行うことができるので、外部負荷設備の湯水の再加熱が湯切れにより途中で中断または中止されるということが起こり難い。また、湯の沸上げと外部負荷設備の湯水の再加熱との一方を行うために他方が中断または中止されるということもない。したがって、本発明によれば使い勝手の良い貯湯式給湯機が提供される。

図１は、本発明の貯湯式給湯機の一例を概略的に示すブロック図である。図２は、図１に示した貯湯式給湯機が待機状態のときの状態の一例を示す概略図である。図３は、図１に示した貯湯式給湯機が沸上げ運転を行うにあたってヒートポンプユニットの立上げを行っているときの状態の一例を示す概略図である。図４は、図１に示した貯湯式給湯機が所定の能力で安定して沸上げ運転を行っているときの状態を示す概略図である。図５は、図１に示した貯湯式給湯機が第１再加熱運転を行っているときの状態を示す概略図である。図６は、図１に示した貯湯式給湯機が第２再加熱運転を行っているときの状態を示す概略図である。図７は、図１に示した貯湯式給湯機が第３再加熱運転を開始したときの状態を示す概略図である。図８は、図１に示した貯湯式給湯機が第４再加熱運転を開始したときの状態を示す概略図である。図９は、図１に示した貯湯式給湯機の制御装置が現在行うべき運転を判断する際の手順の一例を示すフローチャートである。

以下、本発明の貯湯式給湯機の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、本発明は以下に説明する実施の形態に限定されるものではない。

図１は、本発明の貯湯式給湯機の一例を概略的に示すブロック図である。同図に示す貯湯式給湯機１２０は、市水等の水を湯に沸き上げて所望箇所に給湯する機能と、浴槽や温水暖房設備等の外部負荷設備（図示の例では浴槽１５０）で用いられて温度低下した湯（図示の例では浴水１５０ａ）を再加熱する再加熱機能とを有するものであり、当該貯湯式給湯機１２０は、ヒートポンプユニット１０とタンクユニット１００とリモートコントローラ１１０とを備えている。以下、貯湯式給湯機１２０の各構成要素について説明する。

上記のヒートポンプユニット１０は、冷媒を圧縮する圧縮機１と、放熱器に相当する沸上げ用熱交換器２と、膨張弁３と、蒸発器４と、これらを環状に接続する循環配管５と、蒸発器４を空冷するためのファン６とを有する冷凍サイクル部を備え、水を湯に沸き上げる熱源機として機能する。上記の冷凍サイクル部では、二酸化炭素等の冷媒が圧縮機１で圧縮されて高温、高圧となった後に沸上げ用熱交換器２で放熱し、膨張弁３で減圧され、蒸発器４で吸熱してガス状態となって圧縮機１に吸入される。冷媒として二酸化炭素を用いる場合、高圧側では該二酸化炭素の臨界圧を超える条件下で運転することが好ましい。この冷凍サイクル部は、ユニットケースＵＣ₁に納められている。

一方、タンクユニット１００は、貯湯タンク２０、給水管路３０、沸上げ用循環管路４０、給湯管路５０、再加熱用往き管６０、再加熱用戻り管６５、利用側熱交換器７０、負荷側循環管路８０、および制御装置９０を有している。

上記の貯湯タンク２０は、給水管路３０から供給される水を貯えると共にヒートポンプユニット１０で沸き上げられた湯を貯える積層式の貯湯タンクである。この貯湯タンク２０の下部には、給水管路３０と沸上げ用循環管路４０の往き管４０ａとが接続されており、高さ方向の中央部から下部にかけての領域中の所定箇所には、沸上げ用循環管路４０のタンク戻し管４０ｃが接続されている。また、貯湯タンク２０の上部には、沸上げ用循環管路４０の戻り管４０ｂと給湯管路５０とが接続されている。貯湯タンク２０は、給水管路３０からの給水により常に満水状態に保たれる。

貯湯タンク２０内の湯水の温度を検知するために、貯湯タンク２０の上部に第１タンク温度センサ２５ａが取り付けられており、貯湯タンク２０の下部には第２タンク温度センサ２５ｂが取り付けられている。

給水管路３０は、市水等の水を貯湯タンク２０に供給する管路であり、該給水管路３０には、水道等の水源（図示せず）から供給される水の圧力を所定値に減じる減圧弁（図示せず）が設けられている。

沸上げ用循環管路４０は、貯湯タンク２０の下部からヒートポンプユニット１０中の沸上げ用熱交換器２を経由して貯湯タンク２０の上部に達する管路であり、逆止弁３１、第１流路切換弁３３、および循環ポンプ３５が設けられた往き管４０ａと、沸上げ用温度センサ３７および第２流路切換弁３９が設けられた戻り管４０ｂと、タンク戻し管４０ｃとを有している。

上記の往き管４０ａは貯湯タンク２０の下部と沸上げ用熱交換器２とを繋ぐ管部であり、貯湯タンク２０の下部と第１流路切換弁３３とを繋ぐ第１往き管部４０ａ₁と、第１流路切換弁３３と沸上げ用熱交換器２とを繋ぐ第２往き管部４０ａ₂とを含んでいる。逆止弁３１は、第１往き管部４０ａ₁に設けられて、該第１往き管部４０ａ₁での湯水の流れ方向を貯湯タンク２０から第１流路切換弁３３に向かう方向に制限する。第１流路切換弁３３は、例えば電動式の三方弁により構成されて、第１往き管部４０ａ₁から第２往き管部４０ａ₂への水の流入、および再加熱用戻り管６５から第２往き管部４０ａ₂への湯水の流入を制御する。沸上げ用循環ポンプ３５は、第２往き管部４０ａ₂に設けられている。

また、戻り管４０ｂは沸上げ用熱交換器２と貯湯タンク２０の上部とを繋ぐ管部であり、沸上げ用熱交換器２と第２流路切換弁３９とを繋ぐ第１戻り管部４０ｂ₁と、第２流路切換弁３９と貯湯タンク２０の上部とを繋ぐ第２戻り管部４０ｂ₂とを含んでいる。沸上げ用温度センサ３７は、第１戻り管部４０ｂ₁に設けられて、沸上げ用熱交換器２で沸き上げられた湯の温度を検知する。第２流路切換弁３９は、例えば電動式の三方弁により構成されて、第１戻り管部４０ｂ₁から第２戻り管部４０ｂ₂への湯の流入、および第１戻り管部４０ｂ₁からタンク戻し管４０ｃへの湯の流入を制御する。

タンク戻し管４０ｃは、第２流路切切換弁３９と貯湯タンク２０での高さ方向の中央部から下部にかけての領域中の所定箇所とを繋ぐ。このタンク戻し管４０ｃを貯湯タンク２０のどの辺りに接続するかは、貯湯タンク２０内での湯の温度分布の傾向等を考慮して、貯湯式給湯機１２０のメーカにより適宜選定される。

給湯管路５０は、貯湯タンク２０の上部と所定の給湯先（外部負荷設備を含む）とを繋ぐ。この給湯管路５０には、図示を省略した湯水混合弁や流量センサ、温度センサ等が設けられている。貯湯タンク２０から給湯管路５０に流入した湯は、上記の湯水混合弁で給水管路３０からの水と混合されて所定温度の湯となって給湯先から出湯する。

再加熱用往き管６０は、沸上げ用循環管路４０の戻り管４０ｂ、具体的には第２戻り管部４０ｂ₂から分岐して利用側熱交換器７０に達し、再加熱用戻り管６５は、利用側熱交換器７０と第１流路切換弁３３とを繋ぐ。

利用側熱交換器７０は、再加熱用往き管６０から流入する湯を熱源にして負荷側循環管路８０を流れる湯水、図示の例では浴水１５０ａを再加熱する。例えば、複数の伝熱プレートが積層されたプレート式の水−水熱交換器が利用側熱交換器７０として用いられる。

負荷側循環管路８０は、外部負荷設備として例示した浴槽１５０から利用側熱交換器７０を経由して浴槽１５０に戻る管路であり、負荷側温度センサ７３および負荷側循環ポンプ７５が設けられた往き管８０ａと、戻り管８０ｂとを有している。往き管８０ａは浴槽１５０と利用側熱交換器７０とを繋ぎ、戻り管８０ｂは利用側熱交換器７０と浴槽１５０とを繋ぐ。負荷側温度センサ７３は、往き管８０ａに設けられて、浴槽１５０から往き管８０ａに流入する湯水の温度を検知する。負荷側循環ポンプ７５は、往き管８０ａでの負荷側温度センサ７３の取付箇所よりも利用側熱交換器７０側に設けられている。

制御装置９０は、ヒートポンプユニット１０、第１流路切換弁３３、循環ポンプ３５、第２流路切換弁３９、および負荷側循環ポンプ７５に接続されて、これらの動作を制御する。具体的には、当該制御装置９０の入力装置として機能するリモートコントローラ１１０からユーザが入力した沸上げ開始時刻、沸上げ温度、再加熱温度（追焚き温度）、給湯温度等の情報や沸上げ運転開始指令、再加熱運転開始指令等の指令、ならびに第１タンク温度センサ２５ａ、第２タンク温度センサ２５ｂ、沸上げ用温度センサ３７、および負荷側温度センサ７３の検知温度等に基づいて、上記の各構成要素の動作を制御する。

タンクユニット１００を構成する上述の構成要素のうち、給水管路３０、沸上げ用循環管路４０、給湯管路５０、および負荷側循環管路８０をそれぞれ除いた残りの構成要素は、ユニットケースＵＣ₂に納められている。給水管路３０、沸上げ用循環管路４０、給湯管路５０、および負荷側循環管路８０の各々は、その一部がユニットケースＵＣ₂の外部にまで延在している。

リモートコントローラ１１０は、上述の情報や指令を入力するための操作部と、該操作部から入力された情報や指令等を表示するための表示部（図示せず）とを有しており、台所、浴室、あるいは居室等に設置される、このリモートコントローラ１１０は、制御装置９０に有線接続または無線接続されて、該制御装置９０と通信する。

上述の各構成要素を備えた貯湯式給湯機１２０では、例えばユーザがリモートコントローラ１１０から入力した沸上げ開始時刻になると、あるいはリモートコントローラ１１０から沸上げ運転開始指令が入力されると、制御装置９０による制御の下にヒートポンプユニット１０および循環ポンプ３５が起動されて、ヒートポンプユニット１０により水を湯に沸き上げて貯湯タンクに貯える沸上げ運転が開始される。また、リモートコントローラ１１０から再加熱運転開始指令が入力されると、制御装置９０による制御の下に循環ポンプ３５および負荷側循環ポンプ７５が起動されて、浴水１５０ａを利用側熱交換器７０で再加熱（追焚き）する再加熱運転が開始される。

貯湯式給湯機１２０は、沸上げ運転および再加熱運転の各々に特徴を有しているので、以下、当該貯湯式給湯機１２０での待機状態について図２を参照して説明した後、沸上げ運転について図３および図４を参照して説明し、再加熱運転について図５〜図８を参照して説明する。

図２は、図１に示した貯湯式給湯機が待機状態のときの状態の一例を示す概略図である。ここで、「待機状態」とは、貯湯式給湯機１２０が沸上げ運転および再加熱運転のいずれの運転も行っていないときの状態を意味し、ヒートポンプユニット１０、循環ポンプ３５、および負荷側循環ポンプ７５の各々は停止状態にある。

同図に示す待機状態の例では、第１流路切換弁３３での第１往き管部４０ａ₁側のポート、および第２往き管部４０ａ₂側のポートがそれぞれ開（図２では「ＯＰ」と表記している）にされ、再加熱用戻り管６５側のポートが閉（図２では「ＣＬ」と表記している）にされている。また、第２流路切換弁３９での第１戻り管部４０ｂ₁側のポート、およびタンク戻し管４０ｃ側のポートがそれぞれ開にされ、第２戻り管部４０ｂ₂側のポートが閉にされている。

図３は、図１に示した貯湯式給湯機が沸上げ運転を行うにあたってヒートポンプユニットの立上げを行っているときの状態の一例を示す概略図である。図示の例では、第１流路切換弁３３および第２流路切換弁３９の各々を図２に示した待機状態と同じ状態にしたまま制御装置９０がヒートポンプユニット１０および循環ポンプ３５の各々を起動させることで、ヒートポンプユニット１０の立上げを開始する。

図３中に実線の矢印Ａで示すように、ヒートポンプユニット１０の立上げ期には、貯湯タンク２０下部の水が沸上げ用循環管路４０の第１往き管部４０ａ₁に流入し、第１流路切換弁３３および第２往き管部４０ａ₂を流れて沸上げ用熱交換器２に流入して加温（再加熱）される。そして、沸上げ用熱交換器２から沸上げ用循環管路４０の第１戻り管部４０ｂ₁に流入し、第２流路切換弁３９で第２戻り管部４０ｂ₂には流入せずにタンク戻し管４０ｃに流入して貯湯タンク２０に戻される。第１流路切換弁３３での再加熱用戻り管６５側のポートが閉にされているので、再加熱用戻り管６５から第２往き管部４０ａ₂への湯の流入はない。図３中の破線の矢印Ｘは、ヒートポンプユニット１０での冷媒の流れ方向を示している（以下同様）。

冷凍サイクルを利用するヒートポンプユニット１０は、その特性上、起動してから所定の出力が得られるまでに相応の時間を要する。このため、沸上げ運転の初期段階では、沸上げ用熱交換器２による湯の沸上げ温度が比較的低い。このような低温の湯を貯湯タンク２０の上部に戻すと、貯湯タンク２０内に高温の湯が貯えられていたときに該貯湯タンク２０内の温度成層を崩すことになってしまうので、低温の湯は貯湯タンク２０の上部には戻さずに、高さ方向の中央部から下部にかけての領域中の所定箇所に戻す。

図４は、図１に示した貯湯式給湯機が沸上げ運転を所定の能力で安定して行っているときの状態を示す概略図である。貯湯式給湯機１２０の制御装置９０は、沸上げ用温度センサ３７の検知温度を監視し、該検知温度が予め定められた第１条件値以上になるとヒートポンプユニット１０の立上げが完了し、所定能力の沸上げ運転を安定に行えるようになったものと判断する。上記の第１条件値は、貯湯式給湯機１２０のメーカにより定められて例えば制御装置９０中の記憶素子（図示せず）に予め格納される。

所定能力の沸上げ運転を安定して行えるようになったものと判断されると、制御装置９０が第２流路切換弁３９でのタンク戻し管４０ｃ側のポートを閉にすると共に第２戻り管部４０ｂ₂側のポートを開にする。これらの結果として、図４中に実線の矢印Ｂで示すように、貯湯タンク２０下部から沸上げ用循環管路４０の第１往き管部４０ａ₁に流入した水は、沸上げ用熱交換器２で湯に沸き上げられた後に沸上げ用循環管路４０の第１戻り管部４０ｂ₁に流入し、第２流路切換弁３９でタンク戻し管４０ｃには流入せずに第２戻り管部４０ｂ₂に流入して貯湯タンク２０の上部に戻され、貯湯タンク２０に貯えられる。貯湯タンク２０内では、高温の湯層が頂部から底部に向かって徐々に拡大する。

貯湯式給湯機１２０が所定能力の沸上げ運転を安定して行っている間、第１流路切換弁３３での再加熱用戻り管６５側のポートは閉にされたままとなるので、再加熱用戻り管６５から第２往き管部４０ａ₂への湯の流入、および第２戻り管部４０ｂ₂から再加熱用往き管６０への湯の流入はない。制御装置９０は、第１タンク温度センサ２５ａまたは第２タンク温度センサ２５ｂの検知温度から所定温度の湯が貯湯タンク２０に所定量貯留されたと判断されると、ヒートポンプユニット１０および循環ポンプ３５を停止させることで沸上げ運転を終了させる。また、第１流路切換弁３３、および第２流路切換弁３９の動作を制御して、貯湯式給湯機１２０を前述の待機状態に戻す。

なお、貯湯タンク２０に貯えられた湯を給湯先に供給する給湯運転は、給湯先の給湯栓が開にされて貯湯タンク２０から給湯管路５０（図１参照）に湯が流入し、該給湯管路５０に設けられた流量センサ（図示せず）が所定流量以上の水流を検知したときに制御装置９０による制御の下に開始される。この給湯運転では、給湯管路５０に設けられた温度センサ（図示せず）の検知温度に基づき、制御装置９０が給湯管路５０に設けられた湯水混合弁（図示せず）の開度を繰り返しフィードバック制御して、給湯先での出湯温度が調整される。当該給湯運転は、給湯先の給湯栓が閉にされて上記の流量センサが所定流量以上の水流を検知しなくなると停止する。

一方、外部負荷設備で使用されて温度低下した湯水（図示の例では浴水１５０ａ）を加熱する再加熱運転は、前述のように、リモートコントローラ１１０から再加熱運転開始指令が入力されると開始される。この再加熱運転は、貯湯タンク２０内の残湯量やヒートポンプユニット１０の状態に応じて、第１〜第４再加熱運転の４つのモードに分けられる。

図５は、図１に示した貯湯式給湯機が第１再加熱運転を行っているときの状態を示す概略図である。貯湯式給湯機１２０の制御装置９０は、第１タンク温度センサ２５ａまたは第２タンク温度センサ２５ｂの検知温度を監視し、該検知温度に基づいて予測される貯湯タンク２０内の残湯量が予め定められた第１残湯量以上であるときに再加熱運転開始指令がリモートコントローラ１１０から入力されると、貯湯タンク２０に貯えられている湯のみを利用側熱交換器７０での熱源に供する第１再加熱運転を開始する。

上記の第１残湯量は、貯湯タンク２０内の湯のみを利用側熱交換器７０での熱源に供して浴水１５０ａを再加熱（追焚き）しても湯切れが起こらないと判断される残湯量であり、貯湯式給湯機１２０のメーカにより定められて例えば制御装置９０中の記憶素子（図示せず）に予め格納される。

当該第１再加熱運転では、前述の待機状態に戻っていた貯湯式給湯機１２０での循環ポンプ３５と負荷側循環ポンプ７５とが制御装置９０により起動される。また、制御装置９０により第１流路切換弁３３での第１往き管部４０ａ₁側のポートが閉にされると共に再加熱用戻り管６５側のポートが開にされる。第１流路切換弁３３での第２往き管部４０ａ₂側のポートは、待機状態のときと変わらず開のままである。同様に、第２流路切換弁３９も待機状態のときと変わらず、第１戻り管部４０ｂ₁側のポートが開、第２戻り管部４０ｂ₂側のポートが閉、タンク戻し管４０ｃ側のポートが開になっている。

これらの結果として、図５中に実線の矢印Ｃで示すように、貯湯タンク２０上部の湯が沸上げ用循環管路４０の戻り管４０ｂに流入した後に再加熱用往き管６０に流れて利用側熱交換器７０に流入した後、再加熱用戻り管６５を流れて第１流路切換弁３３から沸上げ用循環管路４０の第２往き管部４０ａ₂に流入する。そして、該第２往き管部４０ａ₂から沸上げ用熱交換器２および沸上げ用循環管路４０の第１戻り管部４０ｂ₁を順次流れ、第２流路切換弁３９でタンク戻し管４０ｃに流入して貯湯タンク２０に戻される。

また、図５中に実線の矢印Ｄで示すように、浴槽１５０中の浴水１５０ａが負荷側循環管路８０の往き管８０ａを流れて利用側熱交換器７０に流入し、再加熱用往き管６０から利用側熱交換器７０に流入した湯との間で熱交換を行って加温（再加熱）された後、負荷側循環管路８０の戻り管８０ｂに流入して浴槽１５０に戻される。第１再加熱運転中は第１流路切換弁３３での第１往き管部４０ａ₁側のポートが閉にされるので、貯湯タンク２０下部から第１往き管部４０ａ₁への水の流入はない。また、第２流路切換弁３９での第２戻り管部４０ｂ₂側のポートが閉にされているので、第１戻り管部４０ｂ₁から第２戻り管部４０ｂ₂への水の流入もない。

制御装置９０は、負荷側温度センサ７３の検知温度を監視し、該検知温度が第２条件値を超えると浴水１５０ａが所定温度にまで再加熱（追焚き）されたと判断して、第１再加熱運転を終了させる。すなわち、循環ポンプ３５および負荷側循環ポンプ７５の各々を停止させる。また、第１流路切換弁３３での第１往き管部４０ａ₁側のポートを開にし、再加熱用戻り管６５側のポートを閉にして、貯湯式給湯機１２０を前述の待機状態に戻す。第１再加熱運転を終了する契機となる上記の第２条件値は、貯湯式給湯機１２０のメーカにより定められて例えば制御装置９０中の記憶素子（図示せず）に予め格納される。

図６は、図１に示した貯湯式給湯機が第２再加熱運転を行っているときの状態を示す概略図である。貯湯式給湯機１２０の制御装置９０は、沸上げ用温度センサ３７の検知温度を監視し、ヒートポンプユニット１０が立ち上がっていないときに再加熱運転開始指令がリモートコントローラ１１０から入力されると、貯湯タンク２０に貯えられている湯とヒートポンプユニット１０で沸き上げた湯とを利用側熱交換器７０での熱源に供する第２再加熱運転を開始する。

当該第２再加熱運転は、図５に示した第１再加熱運転と同様にして開始され、次いでヒートポンプユニット１０が制御装置９０により起動されて立上げを開始する。また、制御装置９０により第１流路切換弁３３での第１往き管部４０ａ₁側のポートが閉にされると共に再加熱用戻り管６５側のポートが開にされ、第２流路切換弁３９での第２戻り管部４０ｂ₂側のポートが開にされる。第１流路切換弁３３での第２往き管部４０ａ₂側のポートは待機状態のときと変わらず開のままであり、第２流路切換弁３９での第１戻り管４０ｂ₁側のポートおよびタンク戻し管４０ｃ側のポートの各々も待機状態のときと変わらず開のままである。

これらの結果として、図６中に実線の矢印Ｅで示すように、貯湯タンク２０上部の湯が沸上げ用循環管路４０の戻り管４０ｂに流入した後に再加熱用往き管６０に流れて利用側熱交換器７０に流入した後、再加熱用戻り管６５に流れて第１流路切換弁３３から沸上げ用循環管路４０の第２往き管部４０ａ₂に流入する。そして、第２往き管部４０ａ₂から沸上げ用熱交換器２に流入し、該沸上げ用熱交換器２で加熱された後に沸上げ用循環管路４０の第１戻り管部４０ｂ₁に流入し、その一部は第２流路切換弁３９で第２戻り管部４０ｂ₂に流れて上記再加熱用往き管６０に再び流入（合流）し、残りの湯は第２流路切換弁３９でタンク戻し管４０ｃに流れて貯湯タンク２０に戻される。

また、図６中に実線の矢印Ｄで示すように、浴槽１５０中の浴水１５０ａが負荷側循環管路８０の往き管８０ａを流れて利用側熱交換器７０に流入し、再加熱用往き管６０から利用側熱交換器７０に流入した湯との間で熱交換を行って加温（再加熱）された後、負荷側循環管路８０の戻り管８０ｂに流入して浴槽１５０に戻される。第２再加熱運転中は第１流路切換弁３３での第１往き管部４０ａ₁側のポートが閉にされるので、貯湯タンク２０下部から第１往き管部４０ａ₁への水の流入はない。

制御装置９０は、第２再加熱運転でヒートポンプユニット１０を起動した後は沸上げ用温度センサ３７の検知温度を監視し、該検知温度に応じて第２流路切換弁３９の開度を制御する。すなわち、沸上げ用温度センサ３７の検知温度が上昇すればするほど、第２流路切換弁３９での第２戻り管部４０ｂ₂側のポートの開度を大きく、タンク戻し管４０ｃ側のポートの開度を小さくする。そして、当該検知温度が例えば前述した第１条件値以上になるとヒートポンプユニット１０の立上げが完了したと判断して、以下に説明する第３再加熱運転または第４再加熱運転に移行させる。

図７は、図１に示した貯湯式給湯機が第３再加熱運転を開始したときの状態を示す概略図である。貯湯式給湯機１２０の制御装置９０は、貯湯タンク２０内の残湯量が前述の第１残湯量未満で、かつ予め定められた第２残湯量以上であると予測されるときに再加熱運転開始指令がリモートコントローラ１１０から入力されて第２再加熱運転を行ったときには、ヒートポンプユニット１０の立上げ完了後に第２流路切換弁３９でのタンク戻し管４０ｃ側のポートを閉にして、第２再加熱運転から第３再加熱運転に移行させる。

上記の第２残湯量は、当該残湯量を下回っているときに貯湯タンク２０内の湯のみを利用側熱交換器７０での熱源に供して浴水１５０ａを再加熱（追焚き）すると湯切れが起こる可能性が高いと判断される残湯量、別言すれば、当該残湯量を下回っているときに再加熱運転を行う場合には沸上げ運転を並行して行うことが望まれる残湯量であり、貯湯式給湯機１２０のメーカにより定められて例えば制御装置９０中の記憶素子（図示せず）に予め格納される。

図７中に実線の矢印Ｆで示すように、第３再加熱運転時には第１流路切換弁３３、沸上げ用循環管路４０の第２往き管部４０ａ₂、沸上げ用熱交換器２、沸上げ用循環管路４０の第１戻り管部４０ｂ₁、第２流路切換弁３９、および沸上げ用循環管路４０の第２戻り管部４０ｂ₂、再加熱用往き管６０、利用側熱交換器７０、および再加熱用戻り管６５を経て第１流路切換弁３３に湯水が戻る循環路が形成される。

このため、上記の循環路を循環する湯水が沸上げ用熱交換器２で加熱されて利用側熱交換器７０での熱交換に供される。貯湯タンク２０内の湯は、利用側熱交換器７０での熱源に供されない。また、ヒートポンプユニット１０で沸き上げられた湯は貯湯タンク２０には供給されない。第３再加熱運転では、貯湯タンク２０内の残湯量を減らすことなく浴水１５０ａの再加熱が行われる。

制御装置９０は、負荷側温度センサ７３の検知温度を監視し、該検知温度が前述の第２条件値を超えると浴水１５０ａが所定温度にまで追焚きされたと判断して、第３再加熱運転を終了させる。すなわち、ヒートポンプユニット１０、循環ポンプ３５、および負荷側循環ポンプ７５の各々を停止させる。また、第１流路切換弁３３での再加熱用戻り管６５側のポートを閉にすると共に第１往き管部４０ａ₁側のポートを開にし、第２流路切換弁３９での第２戻り管部４０ｂ₂側のポートを閉にすると共にタンク戻し管４０ｃ側のポートを開にして、貯湯式給湯機１２０を前述の待機状態に戻す。

図８は、図１に示した貯湯式給湯機が第４再加熱運転を開始したときの状態を示す概略図である。貯湯式給湯機１２０の制御装置９０は、貯湯タンク２０内の残湯量が前述の第２残湯量未満であると予測されるときに再加熱運転開始指令がリモートコントローラ１１０から入力されて第２再加熱運転を行ったときには、ヒートポンプユニット１０の立上げ完了後に第１流路切換弁３３での第１往き管部４０ａ₁側のポートを開にすると共に第２流路切換弁３９でのタンク戻し管４０ｃ側のポートを閉にして、第２再加熱運転から第４再加熱運転に移行させる。

図８中に実線の矢印Ｇで示すように、第４再加熱運転時には貯湯タンク２０下部の水が沸上げ用循環管路４０の第１往き管部４０ａ₁に流入し、第１流路切換弁３３から第２往き管部４０ａ₂に流れて沸上げ用熱交換器２で湯に沸き上げられた後に第１戻り管部４０ｂ₁に流入し、第２流路切換弁３９でタンク戻し管４０ｃには流入せずに第２戻り管部４０ｂ₂に流入して貯湯タンク２０の上部に戻される。また、第２戻り管部４０ｂ₂から再加熱用往き管６０に分流して利用側熱交換器７０に流入した後、再加熱用戻り管６５に流れて第１流路切換弁３３から沸上げ用循環管路４０の第２往き管部４０ａ₂に合流（流入）する。

したがって、第４再加熱運転では沸上げ運転が並行して行われる。このときの第１流路切換弁３３での第１往き管部４０ａ₁側のポートと再加熱用戻り管６５側のポートそれぞれの開度は、浴水１５０ａの再加熱（追焚き）に必要な熱量を利用側熱交換器７０に供給することを優先させて、制御装置９０により制御される。

また、図８中に実線の矢印Ｄで示すように、浴槽１５０中の浴水１５０ａが負荷側循環管路８０の往き管８０ａを流れて利用側熱交換器７０に流入し、再加熱用往き管６０から利用側熱交換器７０に流入した湯との間で熱交換を行って加温（再加熱）された後、負荷側循環管路８０の戻り管８０ｂに流入して浴槽１５０に戻される。第４再加熱運転中は第２流路切換弁３９でのタンク戻し管４０ｃ側のポートが閉にされるので、第１戻り管部４０ｂ₁からタンク戻し管４０ｃへの湯の流入はない。

制御装置９０は、負荷側温度センサ７３の検知温度を監視し、該検知温度が前述の第２条件値を超えると浴水１５０ａが所定温度にまで追焚きされたと判断して、第３再加熱運転を終了させる。すなわち、ヒートポンプユニット１０、循環ポンプ３５、および負荷側循環ポンプ７５の各々を停止させる。また、第１流路切換弁３３での再加熱用戻り管６５側のポートを閉にし、第２流路切換弁３９での第２戻り管部４０ｂ₂側のポートを閉にすると共にタンク戻し管４０ｃ側のポートを開にして、貯湯式給湯機１２０を前述の待機状態に戻す。

上述した沸上げ運転および第１〜第４再加熱運転を行うことができる貯湯式給湯機１２０では、現在行うべき運転を例えば図９に示す手順で制御装置９０が判断して、所定の運転が行われる。図９は、図１に示した貯湯式給湯機の制御装置が現在行うべき運転を判断する際の手順の一例を示すフローチャートである。同図に示す例では、現在行うべき運転を制御装置９０（図１参照）が判断するにあたって、ステップＳ１〜Ｓ４、ステップＳ１１〜１５、ステップＳ２１〜Ｓ２５、およびステップＳ３１のうちの所定のステップが行われる。

最初に行われるステップＳ１では、追焚き運転の要否を制御装置９０が判断する。制御装置９０は、リモートコントローラから追焚き運転開始指令が入力されたときには追焚き運転が必要であると判断し、負荷側温度センサ７３（図１参照）の検知温度が前述した第２条件値を超えているときには追焚き運転が不要であると判断する。このステップＳ１で追焚き運転が不要であると判断されたときには後述するステップＳ１１に進み、必要であると判断されたときにはステップＳ２に進む。

ステップＳ２では、第１タンク温度センサ２５ａまたは第２タンク温度センサ２５ｂ（図１参照）の検知温度に基づいて、沸上げ運転の要否を制御装置９０が判断する。制御装置９０は、第１タンク温度センサ２５ａまたは第２タンク温度センサ２５ｂの検知温度から貯湯タンク２０の残湯量が前述の第２残湯量未満であると予測されるときには沸上げ運転が必要であると判断し、第２残湯量以上であると予測されるときには沸上げ運転が不要であると判断する。このステップＳ２で沸上げ運転が不要であると判断されたときには後述するステップＳ２１に進み、必要であると判断されたときにはステップＳ３に進む。

ステップＳ３では、ヒートポンプユニット１０（図１参照；図９においては「ＨＰＵ」と略記している）が運転中でかつ沸上げ用温度センサ３７の検知温度が前述した第１条件値以上であるか否かを制御装置９０が判断する。該ステップＳ３は、ヒートポンプユニット１０が所定の能力で安定して運転中か否か、別言すれば立上げが完了しているか否かを判断するステップである。

このステップＳ３で立上げが完了していないと判断されたときには後述するステップＳ３１に進み、立上げが完了していると判断されたときにはステップＳ４に進んで、制御装置９０による制御の下に前述の第４再加熱運転が開始される。この後、前述したステップＳ１に戻って該ステップＳ１以降が繰り返される。

一方、前述したステップＳ１で追焚き運転が不要であると判断されてステップＳ１１に進んだときには、沸上げ運転の要否を制御装置９０がステップＳ２と同様にして判断する。このステップＳ１１で沸上げ運転が不要であると判断されたときにはステップＳ１２に進んで制御装置９０による制御の下に貯湯式給湯機１２０（図１参照）が前述の待機状態にされた後、前述したステップＳ１に戻って該ステップＳ１以降が繰り返される。また、沸上げ運転が必要であると判断されたときには、ステップＳ１３に進む。

ステップＳ１３では、ヒートポンプユニット１０の立上げが完了しているか否かを制御装置９０がステップＳ３と同様にして判断する。このステップＳ１３で立上げが完了していると判断されたときにはステップＳ１４に進み、制御装置９０による制御の下に前述の沸上げ運転が開始される。また、立上げが完了していないと判断されたときにはステップＳ１５に進み、制御装置９０による制御の下にヒートポンプユニット１０の立上げ運転が開始される。ステップＳ１４およびステップＳ１５のいずれのステップに進んだときも、その後にステップＳ１に戻って該ステップＳ１以降が繰り返される。

前述したステップＳ２で沸上げ運転が不要であると判断されてステップＳ２１に進んだときには、第１タンク温度センサ２５ａまたは第２タンク温度センサ２５ｂの検知温度から予測される貯湯タンク２０での残湯量が前述の第１残湯量以上であるか否かを制御装置９０が判断する。このステップＳ２１で残湯量が第１残湯量以上であると判断されたときには、ステップＳ２２に進んで制御装置９０による制御の下に前述の第１再加熱運転が開始され、この後、前述したステップＳ１に戻って該ステップＳ１以降が繰り返される。

また、ステップＳ２１で残湯量が第１残湯量未満であると判断されたときにはステップＳ２３に進んで、ヒートポンプユニット１０の立上げが完了しているか否かを制御装置９０がステップＳ３と同様にして判断する。このステップＳ２３で立上げが完了していると判断されたときにはステップＳ２４に進み、制御装置９０による制御の下に前述の第３再加熱運転が開始される。また、立上げが完了していないと判断されたときにはステップＳ２５に進み、制御装置９０による制御の下に前述の第２再加熱運転が開始される。ステップＳ２４およびステップＳ２５のいずれのステップに進んだときも、その後にステップＳ１に戻って該ステップＳ１以降が繰り返される。

前述したステップＳ３でヒートポンプユニット１０の立上げが完了していないと判断されてステップＳ３１に進んだときには、制御装置９０による制御の下に前述の第２再加熱運転が開始される。その後、ステップＳ１に戻って該ステップＳ１以降が繰り返される。

上述のようにして各種の運転を行う貯湯式給湯機１２０では、貯湯タンク２０の残湯量が少ないときにリモートコントローラ１１０から再加熱運転開始指令が入力されると、貯湯タンク２０内の湯の消費量が少ない第２再加熱運転を経て貯湯タンク２０内の湯を消費しない第３再加熱運転、または再加熱運転と沸上げ運転とを同時に行う第４再加熱運転が開始されるので、湯切れにより再加熱運転が途中で中断または中止されるということが起こり難い。したがって、例えば入浴中に浴水の追焚き（再加熱）が湯切れにより中断または中止されるということも起こり難い。

また、再加熱運転と沸上げ運転とを同時に行うことができるので、一方の運転を行うために他方の運転が中断または中止されるということもない。そして、ヒートポンプユニット１０が立ち上がるまでの間も第２再加熱運転により外部負荷設備の湯水が再加熱されるので、外部負荷設備の湯水の再加熱を迅速に行うことができる。したがって、当該貯湯式給湯機１２０は大変使い勝手の良い給湯機である。

以上、本発明の貯湯式給湯機について実施の形態を挙げて説明したが、前述のように、本発明は上述の形態に限定されるものではない。本発明の貯湯式給湯機は、貯湯タンク下部から沸上げ用循環管路に流れた水が沸上げ用熱交換器により湯に沸き上げられた後に沸上げ用循環管路の戻り管を通って貯湯タンクの上部に戻される一方で沸上げ用循環管路の戻り管から再加熱用往き管に分流し、該再加熱用往き管に分流した湯が利用側熱交換器に流れて利用側熱交換器での熱源に供されるものであれば基本的によく、その構成は適宜変更可能である。

例えば、実施の形態で説明したタンク戻し管４０ｃ（図１参照）は省略することも可能である。ただし、冷凍サイクルを利用するヒートポンプユニットでは、所定の出力が得られるまでに相応の時間を要し、起動から所定の出力が得られるまでの間に沸上げ用熱交換器で沸き上げられる比較的低温の湯を貯湯タンク２０の上部に戻すと、貯湯タンク２０内の温度成層を崩してしまうことがある。貯湯タンク２０内の温度成層を保つという観点からは、上記のタンク戻し管４０ｃを設けて、ヒートポンプユニットが立ち上がるまでの間に生じる上記比較的低温の湯を貯湯タンク２０の高さ方向の中央部から下部にかけての領域中の所定箇所に戻すように構成することが好ましい。

ヒートポンプユニットは、例えば冷媒である二酸化炭素を臨界圧力以上に加圧して用いるものであってもよいし、冷媒を臨界圧力未満の圧力に加圧して用いるものであってもよい。冷媒としては、二酸化炭素以外に、フルオロカーボンガスやアンモニアガス等を用いてもよい。本発明の貯湯式給湯機については、上述したもの以外にも種々の変形、修飾、組み合わせ等が可能である。

本発明の貯湯式給湯機は、家庭用および業務用の貯湯式給湯機として好適である。

２沸上げ用熱交換器
１０ヒートポンプユニット
２０貯湯タンク
３０給水管路
３３第１流路切換弁
３５循環ポンプ
３９第２流路切換弁
４０沸上げ用循環管路
４０ａ往き管
４０ｂ戻り管
４０ｃタンク戻し管
５０給湯管路
６０再加熱用往き管
６５再加熱用戻り管
７０利用側熱交換器
８０負荷側循環管路
８０ａ往き管
８０ｂ戻り管
９０制御装置
１００タンクユニット
１１０リモートコントローラ
１２０貯湯式給湯機
１５０外部負荷設備（浴槽）
１５０ａ浴水

Claims

沸上げ用熱交換器を有するヒートポンプユニットと、
水および湯を貯える貯湯タンクと、
該貯湯タンクの下部に貯えられた水を前記沸上げ用熱交換器に導く往き管、該往き管に設けられた第１流路切換弁、該第１流路切換弁の下流側に設けられた循環ポンプ、および前記沸上げ用熱交換器で沸き上げられた湯を前記貯湯タンクの上部に導く戻り管を有する沸上げ用循環管路と、
湯を使用する外部負荷設備で用いられた湯水を再加熱するための利用側熱交換器と、
前記沸上げ用循環管路の戻り管から分岐して前記利用側熱交換器に達する再加熱用往き管と、
前記利用側熱交換器から前記第１流路切換弁に達する再加熱用戻り管と、
前記外部負荷設備の湯水を前記利用側熱交換器に導くための往き管、前記利用側熱交換器で加熱された湯を前記外部負荷設備に導くための戻り管、および前記外部負荷設備の湯水を前記利用側熱交換器に送るための負荷側循環ポンプを有する負荷側循環管路と、
前記ヒートポンプユニット、前記第１流路切換弁、前記循環ポンプ、および前記負荷側循環ポンプの動作を制御する制御装置と、
を備え、
前記制御装置により前記第１流路切換弁の動作を制御して前記再加熱用戻り管を前記沸上げ用循環管路に合流させると共に、前記制御装置により前記ヒートポンプユニット、前記循環ポンプ、および前記負荷側循環ポンプを動作させることで、前記貯湯タンク下部から前記沸上げ用循環管路に流れた水が前記沸上げ用熱交換器により湯に沸き上げられた後に前記沸上げ用循環管路の戻り管を通って前記貯湯タンクの上部に戻される一方で、前記沸上げ用循環管路の戻り管から前記再加熱用往き管に分流した湯が前記利用側熱交換器に流れて該利用側熱交換器での熱源に供されて、湯の沸上げと前記外部負荷設備の湯水の再加熱とが同時に行われることを特徴とする貯湯式給湯機。
前記沸上げ用循環管路は、
前記沸上げ用熱交換器で沸き上げられた湯を前記貯湯タンクの上部に導く戻り管に設けられた第２流路切換弁と、
該第２流路切換弁から前記貯湯タンクに達するタンク戻し管と、
を更に有し、
前記制御装置は、前記ヒートポンプユニット、前記第１流路切換弁、前記循環ポンプ、および前記負荷側循環ポンプに加えて前記第２流路切換弁の動作も制御し、
前記制御装置により前記第２流路切換弁の動作を制御することで、前記沸上げ用熱交換器から前記沸上げ用循環管路の戻り管に流入した湯水を該戻り管の下流側および前記タンク戻し管の少なくとも一方に流すことができることを特徴とする請求項１に記載の貯湯式給湯機。