JP2012220090A - ヒートポンプ式ふろ給湯機 - Google Patents

Abstract

【課題】貯湯タンクからの放熱ロスを低減してエネルギー効率を向上したヒートポンプ式ふろ給湯機を提供する。
【解決手段】複数の貯湯温度センサ２２を有した貯湯タンク１下部から取り出した湯をヒートポンプ式加熱手段２３で目標沸き上げ温度Ｔｓｅｔに沸き上げて貯湯タンク１上部に戻すと共に、貯湯タンク１内の湯を熱源として浴槽水を加熱するふろ加熱動作を行うようにしたヒートポンプ式ふろ給湯機において、給湯負荷に応じた給湯分必要熱量Ｑｋを深夜時間帯に沸き上げ、給湯分必要熱量Ｑｋのうち深夜時間帯に沸き上げられなかった分を給湯分沸き増し必要熱量Ｑｋｍとして算出し、この給湯分沸き増し必要熱量Ｑｋｍにふろ加熱実績に応じて所定のふろ分沸き増し必要熱量Ｑｆｍを加算した総沸き増し必要熱量Ｑｍを昼間時間帯に沸き増しする制御手段を備えた。
【選択図】図３

Description

本発明は、貯湯タンク下部から取り出した湯をヒートポンプ式加熱手段で目標沸き上げ温度に沸き上げて貯湯タンク上部に戻すと共に、貯湯タンク内の湯を熱源として浴槽水を加熱するふろ加熱動作を行うようにしたヒートポンプ式ふろ給湯機およびその沸き上げ制御方法に関するものである。

従来よりこの種の貯湯タンク下部から取り出した湯をヒートポンプ式加熱手段で目標沸き上げ温度に沸き上げて貯湯タンク上部に戻すと共に、貯湯タンク内の湯を熱源として浴槽水を加熱するふろ加熱動作を行うようにしたヒートポンプ式ふろ給湯機においては、給湯分必要熱量とふろ加熱分必要熱量の合計熱量を貯湯タンクの容量で除して目標沸き上げ温度を算出決定し、深夜時間帯に目標沸き上げ温度の湯を貯湯タンク満タンに沸き上げるようにしたものがあった（特許文献１）。

特開２００４−２００１３号公報

ところがこの従来のものでは、給湯分必要熱量とふろ加熱分必要熱量の合計熱量から目標沸き上げ温度を決定し、可能な限り深夜時間帯に沸き上げるようにしているので、目標沸き上げ温度が高く決定されてしまい、ヒートポンプ式加熱手段のＣＯＰ（加熱効率）が悪化することに加え、貯湯温度が高い状態で給湯されない時間が長期間続くと共に、ふろ加熱分必要熱量を深夜時間帯に沸き上げてからふろ加熱に実際に利用されるまでの時間が長く貯湯タンクからの放熱ロスが大きいものであった。

そこで、本発明は上記課題を解決するため、請求項１では、複数の貯湯温度センサを有した貯湯タンク下部から取り出した湯をヒートポンプ式加熱手段で目標沸き上げ温度Ｔｓｅｔに沸き上げて前記貯湯タンク上部に戻すと共に、前記貯湯タンク内の湯を熱源として浴槽水を加熱するふろ加熱動作を行うようにしたヒートポンプ式ふろ給湯機において、給湯負荷に応じた給湯分必要熱量Ｑｋを深夜時間帯に沸き上げ、給湯分必要熱量Ｑｋのうち深夜時間帯に沸き上げられなかった分を給湯分沸き増し必要熱量Ｑｋｍとして算出し、この給湯分沸き増し必要熱量Ｑｋｍにふろ加熱実績に応じて所定のふろ加熱分必要熱量Ｑｆｍを加算した沸き増し必要熱量Ｑｍを昼間時間帯に沸き増しする制御手段を備えたものとした。

また、請求項２では、請求項１のものにおいて、前記制御手段は、所定のふろ分沸き増し必要熱量Ｑｆｍをヒートポンプ式加熱手段の所定の加熱能力でのふろ分沸き増し必要時間ｔｆｍとして記憶していると共に、給湯分沸き増し必要熱量Ｑｋｍを前記ヒートポンプ式加熱手段の加熱能力で除して給湯分沸き増し必要時間ｔｋｍとして換算し、給湯分沸き増し必要時間ｔｋｍにふろ加熱実績に応じて所定のふろ分沸き増し必要時間ｔｆｍを加算した沸き増し必要時間ｔｍを昼間時間帯に沸き増しするようにした。

また、請求項３では、請求項１または２のものにおいて、前記制御手段は、給湯負荷に対する余裕分を多めに設定して給湯分必要熱量Ｑｋを決定する多めモードと、給湯負荷に対する余裕分を少なめに設定して給湯必要熱量Ｑｋを決定する少なめモードの少なくとも２種類の沸き上げモードを有し、多めモードでの所定のふろ分沸き増し必要熱量Ｑｆｍ１またはふろ分沸き増し必要時間ｔｆｍ１を、少なめモードでの所定のふろ分沸き増し必要熱量Ｑｆｍ２またはふろ分沸き増し必要時間ｔｆｍ２よりも多くした。

また、請求項４では、請求項１〜３のいずれかのものにおいて、前記制御手段は、外気温度Ｔａと給水温度Ｔｗのいずれか一方とふろ加熱実績の有無に基づいて目標沸き上げ温度Ｔｓｅｔを決定するようにした。

また、請求項５では、請求項４のものにおいて、前記制御手段は、給湯分必要熱量Ｑｋと目標沸き上げ温度Ｔｓｅｔと給水温度Ｔｗとから算出される目標沸き上げ量Ｖに応じて沸き上げ完了判定を行う前記貯湯温度センサを変更するようにした。

本発明によれば、ふろ加熱のために必要な熱量を含まない給湯分必要熱量Ｑｋを深夜時間帯に沸き上げるため、目標沸き上げ温度Ｔｓｅｔを低めに設定することが可能で、ヒートポンプ式加熱手段のＣＯＰ（加熱効率）を向上することができることに加え、貯湯タンクからの放熱ロスを抑制でき、さらにふろ分沸き増し必要熱量Ｑｆｍを昼間時間帯に沸き増すので、ふろ分沸き増し必要熱量Ｑｆｍを沸き増してからふろ加熱に実際に利用されるまでの時間が短縮されて貯湯タンクからの放熱ロスをより一層抑制でき、トータルでのエネルギー効率を向上することができる。

また、総沸き増し必要熱量Ｑｍを沸き増し時間ｔｍに換算することで、総沸き増し必要熱量Ｑｍを過不足なく沸き増しすることができ、簡易に沸き増し量をコントロールすることができて湯余りや湯切れの可能性を低減することができる。

また、ふろ分沸き増し必要熱量Ｑｆｍまたはふろ加熱分沸き増し時間ｔｆｍを沸き上げモードが多めモード時には多く、少なめモード時には少なくしているため、多めモードではふろ加熱の使用感が高く満足度を高めることができると共に湯切れの心配がなく、少なめモードでは最小限のふろ加熱を行うことができると共に湯余りを抑制して省エネルギーとすることができる。

また、外気温度Ｔａと給水温度Ｔｗのいずれか一方とふろ加熱実績の有無に基づいて目標沸き上げ温度Ｔｓｅｔを決定することで、ふろ加熱実績がある場合は、外気温度Ｔａまたは給水温度Ｔｗから推測されるふろの放熱度合いに応じて必要な目標沸き上げ温度Ｔｓｅｔを定めることができ、目標沸き上げ温度Ｔｓｅｔを低めに設定することが可能となるものである。

また、給湯分必要熱量Ｑｋが貯湯タンク満タン以下で貯湯できる場合は、深夜時間帯の沸き上げでは給湯分必要熱量Ｑｋ分に相当する満タン以下の目標沸き上げ量Ｖを沸き上げるため、貯湯タンク内に残っている中温水をヒートポンプ式加熱手段で沸き上げる量が減少しＣＯＰ（加熱効率）が向上すると共に、昼間時間帯にふろ分沸き増し必要熱量Ｑｆｍまたはふろ加熱分沸き増し時間ｔｆｍを沸き増すため、ふろ分沸き増し必要熱量Ｑｆｍを沸き増してからふろ加熱に実際に利用されるまでの時間が短縮されて貯湯タンクからの放熱ロスをより一層抑制でき、トータルでのエネルギー効率を向上することができる。

本発明の一実施形態のヒートポンプ式ふろ給湯機の概略構成図 同一実施形態の沸き上げ動作を説明するフローチャート 同一実施形態の沸き増し動作を説明するフローチャート

次に、本発明の一実施形態のヒートポンプ式ふろ給湯機を図面に基づいて説明する。
１は湯水を貯湯する貯湯タンク（ここではタンク容量３７０Ｌ）、２は貯湯タンク１に給水する給水管、３は給水管２に設けられ給水圧を減圧する減圧弁、４は貯湯タンク１上部から出湯する出湯管、５は出湯管４に設けられ過圧を逃がす過圧逃がし弁、６は減圧弁３の下流側の給水管２から分岐した給水バイパス管、７は出湯管４からの湯水と給水バイパス管６からの水とを混合する給湯混合弁、８は給湯混合弁７からの湯水を給湯する給湯管、９は給湯管８に設けられた給湯温度センサ、１０は給湯管８を流れる流量を検出する給湯流量センサ、１１は給水温度を検出する給水温度センサ、１２は給湯栓である。

１３は浴槽、１４は貯湯タンク１内の上部に設けたふろ熱交換器、１５は浴槽１３とふろ熱交換器１４とを浴槽水が循環可能に接続しているふろ循環回路、１６はふろ循環回路１５途中に設けられたふろ循環ポンプ、１７は浴槽１３からふろ熱交換器１４へ戻る浴槽水の温度を検出するふろ戻り温度センサ、１８はふろ熱交換器１４から浴槽１３へ往く浴槽水の温度を検出するふろ往き温度センサ、１９は浴槽１３内の水位を圧力により検出する水位センサ、２０は給湯管８から分岐されてふろ循環回路１５へ接続された湯張り管、２１は湯張り管２０の開閉を行う湯張り電磁弁である。

２２は貯湯タンク１の側面上下に複数設けられ各部の貯湯温度を検出する貯湯温度センサであり、ここでは、貯湯温度センサ２２ａは３０Ｌ、貯湯温度センサ２２ｂは８０Ｌ、貯湯温度センサ２２ｃは１３０Ｌ、貯湯温度センサ２２ｄは１８０Ｌ、貯湯温度センサ２２ｅは２３０Ｌ、貯湯温度センサ２２ｆは２８０Ｌ、貯湯温度センサ２２ｇは３３０Ｌの容量の貯湯温度を検出するものである。

２３は貯湯タンク１内の湯水を加熱するヒートポンプ式加熱手段で、冷媒を圧縮する圧縮機２４と、圧縮された高温冷媒と貯湯タンク１からの湯水とを熱交換する冷媒水熱交換器２５と、冷媒水熱交換器２５で放熱された冷媒を減圧する膨張弁２６と、低温低圧の冷媒を蒸発される蒸発器としての空気熱交換器２７とを冷媒配管２８で環状に接続して構成され、一定の加熱能力で作動するように制御されるもので、貯湯タンク１下部から取り出した湯を加熱して貯湯タンク１上部に戻すようにしているため沸き上げる湯量を自在にコントロールできるものである。なお、２９は空気熱交換機２７に熱源となる外気を送風する送風ファンである。

３０は貯湯タンク１の下部と冷媒水熱交換器２５の入口とを接続し、冷媒水熱交換機２５の出口と貯湯タンク１の上部とを接続する加熱循環回路、３１は冷媒水熱交換機２５入口側の加熱循環回路３０に設けられ貯湯タンク１下部から取り出した湯水を冷媒水熱交換機２５を介して貯湯タンク１上部に循環させる加熱循環ポンプ、３２は冷媒水熱交換機２５に流入する湯水の温度を検出する入水温度センサ、３３は冷媒水熱交換機２５から流出する湯水の温度を検出する沸き上げ温度センサ、３４は外気温度を検出する外気温度センサである。

３５は給湯温度や各種必要な設定を行うためのリモートコントローラで、給湯設定温度やふろ設定温度を表示する表示部３６と、給湯設定温度およびふろ設定温度を設定する温度設定スイッチ３７と、浴槽１３への所定湯量の湯張りに続いて所定の保温時間だけ保温運転を行わせるフロスイッチ３８と、浴槽水を加熱する追焚き動作を行わせる追焚きスイッチ３９と、給湯使用量の実績に対する余裕分を多めにして給湯分に必要な熱量（給湯分必要熱量Ｑｋ）を設定する多めモードと給湯使用量の実績に対する余裕分を少なめにして給湯分必要熱量Ｑｋを設定する少なめモードの少なくとも２種類の沸き上げモードを手動操作によって切り替える沸き上げモード切替スイッチ４０とを備えている。

４１はこのヒートポンプ式ふろ給湯機の作動を制御する制御手段で、予め作動を制御するためのプログラムが記憶されていると共に、演算、比較、記憶機能、カウント機能を有し、給湯温度センサ９、給湯流量センサ１０、給水温度センサ１１、ふろ戻り温度センサ１７、ふろ往き温度センサ１８、水位センサ１９、貯湯温度センサ２２ａ〜ｅ、入水温度センサ３２、沸き上げ温度センサ３３、外気温度センサ３４にて検出される値が入力され、給湯混合弁７、ふろ循環ポンプ１６、湯張り電磁弁２１、圧縮機２４、膨張弁２６、送風ファン２９、加熱循環ポンプ３１の駆動を制御し、沸き上げ動作、給湯動作やふろ加熱動作等を制御するもので、リモートコントローラ３５と通信可能に接続されているものである。

＜給湯動作＞
次に、給湯栓１２が開かれ、給湯流量センサ１０が給湯開始と見なせる量以上の流量を検出すると、制御手段４１は給湯温度センサ９で検出する給湯温度がリモートコントローラ３５で設定した給湯設定温度となるように給湯混合弁７の開度を調節し、出湯管４からの湯と給水バイパス管６からの水とを混合して給湯設定温度の湯を給湯する。

このとき、制御手段４１は、給水温度センサ１１で検出する給水温度と給湯流量センサ１１で検出する給湯流量と給湯設定温度とから給湯使用量を算出し、積算記憶する。

そして、給湯栓１２が閉じられる等して給湯流量センサ１０が検出する流量が給湯停止と見なせる量未満の流量まで低下すると、制御手段４１は給湯混合弁７の開度調節を終了し、給湯を終了する。

＜湯張り動作＞
また、リモートコントローラ３５のふろスイッチ３８がオンされた場合について説明すると、制御手段４１は湯張り電磁弁２１を開き、給湯温度センサ９で検出する給湯温度がリモートコントローラ３５で設定したふろ設定温度となるように給湯混合弁７の開度を調節してふろ設定温度の湯を湯張りし、給湯流量センサ１０が検出する湯張り電磁弁２１を開いてからの流量積算値が予めリモートコントローラ３５等で設定した湯張り湯量に達すると湯張り電磁弁２１を閉じる。

このとき、制御手段４１は、給水温度センサ１１で検出する給水温度と給湯流量センサ１１で検出する給湯流量とふろ設定温度とから浴槽１３へ給湯された給湯使用量を算出し、積算記憶する。

そして、湯張り運転を完了すると制御手段４１は所定の保温時間（例えば２時間）の保温運転を行う。この保温運転では、定期的にふろ循環ポンプ１６を駆動して浴槽水温度をチェックし、ふろ設定温度未満であればふろ加熱要求ありとしてふろ循環ポンプ１６の工藤を継続して浴槽水をふろ設定温度まで加熱するようにしている。そして、ふろ加熱要求ありとされてふろ加熱動作が行われると、制御手段４１は、ふろ加熱実績ありの旨を記憶し、そして、湯張り運転の完了から所定の保温時間が経過すると、浴槽水の保温運転を行わないようにしている。

＜追い焚き動作＞
また、リモートコントローラ３５の追い焚きスイッチ３９がオンされると、制御手段４１は、ふろ加熱要求ありとしてふろ設定温度まで加熱する追い焚き運転を行うようにしており、追い焚き運転によってふろ加熱要求が発生すると、制御手段４１は、ふろ循環ポンプ１６を駆動開始し、浴槽水をふろ熱交換器１４に循環させて、貯湯タンク１内の貯湯熱によって浴槽水を加熱するふろ加熱動作を開始すると共にふろ加熱実績ありの旨を記憶し、そして、ふろ戻り温度センサ１７がふろ設定温度以上を検出すると、ふろ循環ポンプ１６を駆動停止してふろ加熱動作を終了する。

＜沸き上げ動作＞
次に、電力料金単価の安価な深夜の沸き上げ動作について、図２のフローチャートに基づいて説明する。ここでは、２３時から翌朝７時までの深夜時間帯がそれ以外の昼間時間帯よりも電力料金単価が安価な料金制度に基づいて説明するが、これに限られず、例えば２２時から翌朝８時までを安価な深夜時間帯とする料金制度でもよいものである。

現在時刻が２３時になり深夜時間帯の開始時刻となると（ステップＳ１でＹｅｓ）、制御手段４１は設定されている沸き上げモードと、給湯負荷として積算記憶している過去数日分の１日単位の給湯使用量とに基づいて給湯分必要熱量Ｑｋを算出、決定する（ステップＳ２）。ここでは、過去一週間の給湯使用量の平均値と、その標準偏差に基づく値と、沸き上げモードの種類に応じた余裕分（例えば多めモードでは４３℃換算１００Ｌ分の熱量、少なめモードでは４３℃換算５０Ｌ分の熱量）との和から給湯分必要熱量Ｑｋを算出、決定するようにしている。

次に、制御手段４１は、外気温度センサ３４で検出する外気温度Ｔａと記憶されているふろ加熱実績の有無に応じ、予め記憶されている外気温度Ｔａとふろ加熱実績の有無に応じたテーブルデータから目標沸き上げ温度Ｔｓｅｔを決定する（ステップＳ３）。ここでは、ふろ加熱実績がなしの場合は、目標沸き上げ温度Ｔｓｅｔを外気温度Ｔａに関係なく６５℃とし、ふろ加熱実績がある場合は、目標沸き上げ温度Ｔｓｅｔを外気温度Ｔａが１０℃未満で７５℃、外気温度Ｔａが１０℃以上では７０℃する。

なお、ふろ加熱実績の有無と外気温度Ｔａと目標沸き上げ温度Ｔｓｅｔの関係テーブルデータの代わりに、ふろ加熱実績の有無と給水温度Ｔｗと目標沸き上げ温度Ｔｓｅｔのテーブルデータを制御手段４１に予め記憶し、ステップＳ３では、給水温度センサ１１、最下部の貯湯温度センサ２２ｇあるいは入水温度センサ３２で検出される給水温度Ｔｗとふろ加熱実績の有無に基づいて目標沸き上げ温度Ｔｓｅｔを決定する構成としてもよい。

このように、外気温度Ｔａと給水温度Ｔｗのいずれか一方とふろ加熱実績の有無に基づいて目標沸き上げ温度Ｔｓｅｔを決定することで、ふろ加熱実績がある場合は、外気温度Ｔａまたは給水温度Ｔｗから推測されるふろの放熱度合いに応じて必要な目標沸き上げ温度Ｔｓｅｔを定めることができ、目標沸き上げ温度Ｔｓｅｔを低めに設定することが可能となるものである。

そして、制御手段４１は、給湯分必要熱量Ｑｋを目標沸き上げ温度Ｔｓｅｔから給水温度Ｔｗを引いた値で除して、目標沸き上げ量Ｖを算出する（ステップＳ４）。このとき、目標沸き上げ量Ｖは、貯湯温度センサ２２ａ〜ｇの位置に応じて補正され、算出された値が、１３０Ｌ以下では１３０Ｌ、１３０Ｌ超１８０Ｌ以下では１８０Ｌ、１８０Ｌ超２３０Ｌ未満では２３０Ｌ、２３０Ｌ超２８０Ｌ以下では２８０Ｌ、２８０Ｌ超では３３０Ｌを目標沸き上げ量Ｖとなるように補正して決定していると共に、決定された目標沸き上げ量Ｖに対応する貯湯温度センサ２２ｃ〜ｇのいずれか一つを沸き上げ完了を判定する貯湯温度センサとする。

次に、制御手段４１は、貯湯温度センサ２２ａ〜ｇの検出温度に基づき、残湯判定温度（例えば５０℃）以上の残湯量Ｖｚを算出し（ステップＳ５）、目標沸き上げ量Ｖから残湯量Ｖｚを減じて沸き上げ必要量Ｖｐを算出する（ステップＳ６）。

そして、制御手段４１は、沸き上げ必要量Ｖｐをヒートポンプ式加熱手段２９の一定の加熱能力で除して沸き上げ時間を算出し、深夜時間帯の終了時刻から逆算して沸き上げ開始時刻（ピークシフト時刻）を算出する（ステップＳ７）。

現在時刻がピークシフト時刻となると（ステップＳ８でＹｅｓ）、前記ステップＳ３で決定した目標沸き上げ温度Ｔｓｅｔでの沸き上げ動作を開始すべく、ヒートポンプ式加熱手段２３および加熱循環ポンプ３１を駆動開始し、貯湯タンク１下部から取り出した水を目標沸き上げ温度Ｔｓｅｔの湯に加熱して貯湯タンク１上部から戻して積層状に貯湯する（ステップＳ９）。

前記ステップＳ４で決定した目標沸き上げ量Ｖに対応する貯湯温度センサ２２ｃ〜ｇが規定の沸き上げ完了温度（例えば目標沸き上げ温度Ｔｓｅｔ）を検出するか、または入水温度センサ３２が加熱上限温度（例えば５５℃）以上を検出するかして沸き上げが完了されるか（ステップＳ１０）、現在時刻が深夜時間帯の終了時刻である７時に到達すると（ステップＳ１１）、ヒートポンプ式加熱手段２３および加熱循環ポンプ３１を駆動停止して沸き上げ動作を終了し（ステップＳ１２）、沸き上げ動作のフローを終了するようにしている（ステップＳ１３）。

このように、深夜時間帯では給湯分必要熱量Ｑｋのみを沸き上げするようにしており、給湯分必要熱量Ｑｋが少なく、目標沸き上げ温度Ｔｓｅｔで沸き上げて満タンに満たないような場合には、貯湯タンク１を満タンまで沸き上げず、算出された目標沸き上げ量Ｖ以上で最も近い各貯湯温度センサ２２ｃ〜ｇの容量まで沸き上げるようにして、貯湯タンク１内に残る中温水をヒートポンプ式加熱手段２３で沸き上げる量を減らしていると共に、給湯分必要熱量Ｑｋが多い場合は、深夜時間帯に沸き上げ切れなかった不足分をこの後に説明する昼間時間帯の沸き増し動作で沸き上げるようにしている。

＜沸き増し動作＞
次に、電力料金単価が深夜時間帯に比べて高価な昼間時間帯の沸き増し動作について図３に示すフローチャートに基づいて説明する。

深夜時間帯が終了して昼間時間帯が開始されると（ステップＳ２１）、制御手段４１は、貯湯温度センサ２２ａ〜ｇの検出温度とそれぞれの貯湯温度センサ２２ａ〜ｇに割り当てられた貯湯容量とから深夜時間帯の沸き上げ動作で沸き上げた結果となる沸き上げ貯湯熱量Ｑｅを算出する（ステップＳ２２）。

次に、制御手段４１は、図２のステップＳ２で求めた給湯分必要熱量Ｑｋから沸き上げ貯湯熱量Ｑｅを減算して、給湯分必要熱量Ｑｋのうち深夜時間帯で沸き上げ切れずに昼間時間帯で沸き増す必要のある熱量（給湯分沸き増し必要熱量Ｑｋｍ）を算出し（ステップＳ２３）、給湯分沸き増し必要熱量Ｑｋｍをヒートポンプ式加熱手段２３の一定の加熱能力Ｗで除して熱量を沸き増し時間に換算して給湯分沸き増し必要時間ｔｋｍを算出する（ステップＳ２４）。

そして、制御手段４１は、過去の所定期間（例えば一週間）以内にふろ保温動作またはふろ追い焚き動作によるふろ加熱実績があったか否かを判定し（ステップＳ２５）、ふろ加熱実績ありが記憶されている場合は、沸き上げモード設定スイッチ４０で設定されている沸き上げモードの種類（多めモード、少なめモード）に応じて、予め記憶されている沸き上げモードの種類とふろ分沸き増し必要時間ｔｆｍのテーブルデータからふろ分沸き増し必要時間ｔｆｍを決定する（ステップＳ２６）。ここでは、多めモードが設定されている場合はふろ分沸き増し必要時間ｔｆｍを７０分間（ｔｆｍ１）、少なめモードが設定されている場合はふろ分沸き増し必要時間ｔｆｍを４０分間（ｔｆｍ２）としている。

一方、ふろ加熱実績ありが記憶されていない場合は、制御手段４１は、ふろ加熱のために予め沸き増す必要がないため、ふろ分沸き増し必要時間ｔｆｍを０としている（ステップＳ２７）。

このように、ふろ加熱分沸き増し時間ｔｆｍを沸き上げモードが多めモード時には多く、少なめモード時には少なくし、ふろ加熱実績がない場合は、ふろ加熱分沸き増し時間を０としているため、多めモードではふろ加熱の使用感が高く満足度を高めることができると共に湯切れの心配がなく、少なめモードでは最小限のふろ加熱を行うことができると共に湯余りを抑制して省エネルギーとすることができ、ふろ加熱実績がない場合は、不要な沸き増しを抑制することができる。

次に、制御手段４１は、給湯分沸き増し必要時間ｔｋｍとふろ分沸き増し必要時間ｔｆｍの和をとって、総沸き増し必要時間ｔｍを算出する（ステップＳ２８）。このように、沸き増しが必要な熱量を沸き増しが必要な時間に換算することで、沸き増しが必要な熱量を過不足なく沸き増しすることができ、簡易に沸き増し量をコントロールすることができるものである。

そして、ステップＳ２９では、制御手段４１は、昼間時間帯開始からの沸き増し運転の積算時間が沸き増し必要時間ｔｍ未満かどうかを判別し、ステップＳ２９でＹｅｓとなるとステップＳ３０へ進み、給湯動作やふろ加熱動作に伴って貯湯温度センサ２２ａ〜ｇで検出する貯湯量が予め定められた沸き増し開始貯湯量以下まで低下したかどうかを判別する。なお、ここでは、貯湯タンク１の中間上部付近に設けられている貯湯温度センサ２２ｃが所定の沸き増し開始温度（例えば５０℃）以下まで低下すると、沸き増し開始貯湯量以下となったと判別するようにしている。

貯湯量が沸き増し開始貯湯量以下となると（ステップＳ３０でＹｅｓ）、制御手段４１は、ヒートポンプ式加熱手段２３と加熱循環ポンプ３１を駆動して、貯湯タンク１下部から取り出した水を目標沸き上げ温度Ｔｓｅｔの湯に加熱して貯湯タンク１上部から戻して積層状に貯湯する沸き増し運転を開始する（ステップＳ３１）。また、このとき、制御手段４１は、昼間時間帯開始からの沸き増し運転時間を積算して記憶するようにしている。

そして、沸き増し運転に伴って貯湯温度センサ２２ａ〜ｇで検出する貯湯量が予め定められた沸き増し停止貯湯量以上まで増加したか（ステップＳ３２）、沸き増し積算時間が沸き増し必要時間ｔｍに達したか（ステップＳ３３）を判別し、それぞれＹｅｓとなった時点でヒートポンプ式加熱手段２３と加熱循環ポンプ３１の駆動を停止して沸き増し運転を停止する（ステップＳ３４）。なお、ここでは、貯湯タンク１の中間下部付近の貯湯温度センサ２２ｄが所定の沸き増し停止温度（例えば５５℃）以上まで上昇すると、沸き増し停止貯湯量以上となったと判別するようにすると共に、沸き増し運転を一旦開始すると、最低継続時間（３０分間）はヒートポンプ式加熱手段２３を停止することなく駆動継続するようにしている。

沸き増し運転を停止した後は、ステップＳ２９へ戻り、沸き増し積算時間が沸き増し必要時間ｔｍ以上となると（ステップＳ２９でＮｏ）、沸き増し動作のフローを終了し、当日は沸き増し運転を行わないようにしている。

なお、この実施形態では、ステップＳ２４にて給湯分沸き増し必要熱量Ｑｋｍを給湯分沸き増し必要時間ｔｋｍに換算して、予め記憶されている所定のふろ分沸き増し必要時間ｔｆｍ１またはｔｆｍ２を加算して総沸き増し必要時間ｔｍを算出して、沸き増しを時間でコントロールしているが、ヒートポンプ式加熱手段２３は一定の加熱能力Ｗに制御されることから熱量を時間に換算しても実質的に同一で、制御手段４１に予め沸き上げモードに対応した所定のふろ分沸き増し必要熱量Ｑｆｍ１、Ｑｆｍ２をテーブルデータとして記憶しておき、給湯分沸き増し必要熱量Ｑｋｍを時間換算せずに、ふろ分沸き増し必要熱量Ｑｆｍ１またはＱｆｍ２を加算して総沸き増し必要熱量Ｑｍを算出し、昼間時間帯に実際に沸き増した沸き増し積算熱量を管理することで、過不足なく沸き増しすることも可能である。

このように、ふろ加熱のために必要な熱量を含まない給湯分必要熱量Ｑｋを深夜時間帯に沸き上げるため、目標沸き上げ温度Ｔｓｅｔを低めに設定することが可能で、ヒートポンプ式加熱手段のＣＯＰ（加熱効率）を向上することができることに加え、貯湯タンクからの放熱ロスを抑制でき、さらにふろ分沸き増し必要熱量Ｑｆｍを昼間時間帯に沸き増すので、ふろ分沸き増し必要熱量Ｑｆｍを沸き増してからふろ加熱に実際に利用されるまでの時間が短縮されて貯湯タンクからの放熱ロスをより一層抑制でき、トータルでのエネルギー効率を向上することができる。

また、給湯分必要熱量Ｑｋが貯湯タンク満タン以下で貯湯できる場合は、深夜時間帯の沸き上げでは給湯分必要熱量Ｑｋ分に相当する満タン以下の目標沸き上げ量Ｖを沸き上げるため、貯湯タンク内に残っている中温水をヒートポンプ式加熱手段で沸き上げる量が減少しＣＯＰ（加熱効率）が向上すると共に、昼間時間帯にふろ分沸き増し必要熱量Ｑｆｍまたはふろ加熱分沸き増し時間ｔｆｍを沸き増すため、ふろ分沸き増し必要熱量Ｑｆｍを沸き増してからふろ加熱に実際に利用されるまでの時間が短縮されて貯湯タンクからの放熱ロスをより一層抑制でき、トータルでのエネルギー効率を向上することができる。

＜計算例１＞
次に、この一実施形態の第１の計算例と従来例のほぼ同条件での第１の計算例を表１に示す。ここでは、一実施形態の計算例、従来例の計算例共に、貯湯タンク１の容量のうち計算に用いる有効貯湯量を３３０Ｌ、給湯分必要熱量Ｑｋを２１６４２ｋｃａｌ、外気温度Ｔａを７℃、給水温度Ｔｗを９℃、ふろ加熱実績ありとし、従来例のふろ加熱分必要熱量を２０４０ｋｃａｌとしている。

この一実施形態の第１計算例では、図２、図３のフローチャートに基づき計算し、従来例では、給湯分必要熱量にふろ加熱分必要熱量を加算した値を貯湯タンク１の満タン容量（有効貯湯量の３３０Ｌ）で除した値を５℃刻みの温度に繰り上げて目標沸き上げ温度とし、満タン（３３０Ｌ）まで沸き上げるようにしている。また、従来例の第１計算例では深夜時間帯に沸き上げ切れなかった熱量（沸き増し分熱量）は計算上２３４ｋｃａｌでしかないが、ヒートポンプ式加熱手段２３の最低継続時間である３０分間は沸き増しする都合上、１８３８ｋｃａｌ沸き増すこととなる。

この計算例に示すように、この一実施形態の計算例では、従来に比較して低めの目標沸き上げ温度で沸き上げるため、ヒートポンプ式加熱手段で沸き上げる際のＣＯＰ（加熱効率）が向上すると共に、深夜時間帯終了時の貯湯熱量も従来より少なく、ふろ分沸き増し必要熱量Ｑｆｍを沸き増してからふろ加熱に実際に利用されるまでの時間が短縮されるため、貯湯タンク１からの放熱ロスをより一層抑制でき、さらには、沸き上げ総熱量も従来例より少なく湯余りを低減できる。

＜計算例２＞
次に、給湯分必要熱量Ｑｋが少なく、ふろ加熱に多くの熱量が消費される場合についての一実施形態の第２の計算例と従来例のほぼ同条件での第２の計算例を表２に示す。ここでは、一実施形態の計算例、従来例の計算例共に、貯湯タンク１の容量のうち計算に用いる有効貯湯量を３３０Ｌ、給湯分必要熱量Ｑｋを１４９６０ｋｃａｌ、外気温度Ｔａを７℃、給水温度Ｔｗを９℃、ふろ加熱実績ありとし、従来例のふろ加熱分必要熱量を３２６４ｋｃａｌとしている。

この一実施形態の第２計算例では、図２、図３のフローチャートに基づき計算し、従来例では、給湯分必要熱量にふろ加熱分必要熱量を加算した値を貯湯タンク１の満タン容量（有効貯湯量の３３０Ｌ）で除した値を５℃刻みの温度に繰り上げて目標沸き上げ温度とし、満タン（３３０Ｌ）まで沸き上げるようにしている。

この計算例に示すように、給湯分必要熱量Ｑｋが少なく、ふろ加熱に必要な熱量が多い条件では、従来例の計算例では目標沸き上げ温度Ｔｓｅｔが低くふろ加熱に支障を来す恐れがあるのに対し、この一実施形態の計算例では、目標沸き上げ温度Ｔｓｅｔをふろ加熱を十分に行える温度としても目標沸き上げ量Ｖが満タン以下の量となるため、浴槽水の加熱により発生した中温水をヒートポンプ式加熱手段で沸き上げる量が減少しＣＯＰ（加熱効率）が向上すると共に、深夜時間帯終了時の貯湯熱量も従来より少なく、ふろ分沸き増し必要熱量Ｑｆｍを沸き増してからふろ加熱に実際に利用されるまでの時間が短縮されるため、貯湯タンク１からの放熱ロスをより一層抑制できる。

また、表２中の比較例は、従来例の計算例において、目標沸き上げ温度Ｔｓｅｔをふろ加熱を十分に行える温度に上げた場合の計算例である。この場合は、目標沸き上げ温度Ｔｓｅｔが上げられた分だけふろ加熱が十分に行えるものの、深夜時間帯終了時の沸き上げ総熱量が必要な熱量に対して大幅にオーバーし、多量の残湯が発生して無駄であると共に、沸き上げ時のヒートポンプ式加熱手段２３の残湯加熱量が増加しＣＯＰ（加熱効率）を悪化させ、トータルのエネルギー効率を低下させることとなる。

一方、この一実施形態の計算例では、目標沸き上げ温度Ｔｓｅｔをふろ加熱を十分に行える温度としても目標沸き上げ量Ｖが満タン以下の量となるため、浴槽水の加熱により発生した中温水をヒートポンプ式加熱手段で沸き上げる量が減少しＣＯＰ（加熱効率）が向上すると共に、深夜時間帯終了時の貯湯熱量も従来より少なく、ふろ分沸き増し必要熱量Ｑｆｍを沸き増してからふろ加熱に実際に利用されるまでの時間が短縮されるため、貯湯タンク１からの放熱ロスをより一層抑制でき、比較例と比較して沸き上げ総熱量も従来例より少なく湯余りを低減できる。

なお、本発明は上記の一実施形態にのみ限定されるものではなく、例えば、ふろ熱交換器１４をプレート式熱交換器等の一次流路と二次流路とを有した構成として貯湯タンク１の外部に設け、貯湯タンク１から取り出した湯水をふろ熱交換器の一次流路に流通させ、浴槽水をふろ熱交換器の二次流路に流通させるようにしてもよく、また、例えば、ふろ加熱実績に応じたふろ分沸き増し必要熱量Ｑｆｍやふろ分沸き増し必要時間ｔｆｍは、ふろ加熱実績の有無のみならず、ふろ加熱に実際に利用された熱量や、浴槽１３内の中低温の残湯を加熱した実績等に応じて変更するようにしてもよいものである。

１ 貯湯タンク
２２ 貯湯温度センサ
２３ ヒートポンプ式加熱手段
４０ 沸き上げモード設定スイッチ
４１ 制御手段

Claims (5)

1. 複数の貯湯温度センサを有した貯湯タンク下部から取り出した湯をヒートポンプ式加熱手段で目標沸き上げ温度Ｔｓｅｔに沸き上げて前記貯湯タンク上部に戻すと共に、前記貯湯タンク内の湯を熱源として浴槽水を加熱するふろ加熱動作を行うようにしたヒートポンプ式ふろ給湯機において、給湯負荷に応じた給湯分必要熱量Ｑｋを深夜時間帯に沸き上げ、給湯分必要熱量Ｑｋのうち深夜時間帯に沸き上げられなかった分を給湯分沸き増し必要熱量Ｑｋｍとして算出し、この給湯分沸き増し必要熱量Ｑｋｍにふろ加熱実績に応じて所定のふろ分沸き増し必要熱量Ｑｆｍを加算した総沸き増し必要熱量Ｑｍを昼間時間帯に沸き増しする制御手段を備えたことを特徴とするヒートポンプ式ふろ給湯機。
2. 前記制御手段は、所定のふろ分沸き増し必要熱量Ｑｆｍをヒートポンプ式加熱手段の所定の加熱能力でのふろ分沸き増し必要時間ｔｆｍとして記憶していると共に、給湯分沸き増し必要熱量Ｑｋｍを前記ヒートポンプ式加熱手段の加熱能力で除して給湯分沸き増し必要時間ｔｋｍとして換算し、給湯分沸き増し必要時間ｔｋｍにふろ加熱実績に応じて所定のふろ分沸き増し必要時間ｔｆｍを加算した総沸き増し必要時間ｔｍを昼間時間帯に沸き増しするようにしたことを特徴とする請求項１記載のヒートポンプ式ふろ給湯機。
3. 前記制御手段は、給湯負荷に対する余裕分を多めに設定して給湯分必要熱量Ｑｋを決定する多めモードと、給湯負荷に対する余裕分を少なめに設定して給湯必要熱量Ｑｋを決定する少なめモードの少なくとも２種類の沸き上げモードを有し、多めモードでの所定のふろ分沸き増し必要熱量Ｑｆｍ１またはふろ分沸き増し必要時間ｔｆｍ１を、少なめモードでの所定のふろ分沸き増し必要熱量Ｑｆｍ２またはふろ分沸き増し必要時間ｔｆｍ２よりも多くしたことを特徴とする請求項１または２記載のヒートポンプ式ふろ給湯機。
4. 前記制御手段は、外気温度Ｔａと給水温度Ｔｗのいずれか一方とふろ加熱実績の有無に基づいて目標沸き上げ温度Ｔｓｅｔを決定するようにしたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のヒートポンプ式ふろ給湯機。
5. 前記制御手段は、給湯分必要熱量Ｑｋと目標沸き上げ温度Ｔｓｅｔと給水温度Ｔｗとから算出される目標沸き上げ量Ｖに応じて沸き上げ完了判定を行う前記貯湯温度センサを変更するようにしたことを特徴とする請求項４記載のヒートポンプ式ふろ給湯機。

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