JP2014016076A - 貯湯式給湯機 - Google Patents

Abstract

【課題】被加熱物を加熱可能な熱交換器を備えた貯湯式給湯機におけるエネルギー使用効率を向上すること。
【解決手段】本発明の貯湯式給湯機は、貯湯タンク１００の上部領域から取り出された湯を熱源水として熱交換器５を通過させた後に貯湯タンク１００の上部領域に流入させる第一の熱源水循環運転を行う手段と、貯湯タンク１００の上部領域から取り出された湯を熱源水として熱交換器５を通過させた後に貯湯タンク１００の下部領域に流入させる第二の熱源水循環運転を行う手段と、加熱手段（ヒートポンプ式熱源機２００）で加熱されて生成した湯を熱源水として熱交換器５を通過させた後に加熱手段で再加熱して再循環させる第三の熱源水循環運転を行う手段と、熱交換器５に熱源水を送る加熱動作を実施する場合に、所定条件の成立前は第一の熱源水循環運転を実施し、所定条件の成立後は第二の熱源水循環運転または第三の熱源水循環運転を実施する制御手段（制御部５０）とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、貯湯式給湯機に関する。

ヒートポンプユニット等の加熱手段により沸き上げた湯を貯留する貯湯タンクと、被加熱物（例えば、浴槽に貯留された浴槽水）を加熱するための熱交換器とを備え、貯湯タンクから取り出した湯（高温水）を熱源水として上記熱交換器を経由させて貯湯タンクに戻す加熱動作を行うことにより被加熱物を加熱可能な貯湯式給湯機が広く用いられている。このような貯湯式給湯機において、熱交換器を通過した熱源水（中温水）を貯湯タンクの上部またはその他の位置へ戻すことにより、貯湯タンクに戻る熱源水を給湯に利用可能にするものがある。

例えば、特許文献１には、追焚用熱交換器を通過して温度低下した熱源水を、上部取入経路、中間部取入経路および下部取入経路の何れか１つを通じて貯湯タンクに戻すことができ、貯湯タンクに設けられた温度センサの検知結果に基づき、上部取入経路、中間部取入経路および下部取入経路が接続される貯湯タンクの上部、中間部および下部の各位置付近での貯湯タンク内の湯水の温度が給湯に使える温度以上にあるか判定し、給湯に使える温度以上にあると判定される貯湯タンクの位置に追焚用熱交換器を通過した熱源水を戻すように切換弁を切り換える技術が開示されている。

特開２００９−６８８２５号公報

しかしながら、上記の公報に記載された貯湯式給湯機では、追焚き加熱動作後に給湯が実施されない場合、貯湯タンクの上部や中間部内に多量の中温水が残存するため、結果として、ヒートポンプユニットによる沸き上げ時に中温水がヒートポンプへ入水し、ヒートポンプの効率が低下し、エネルギー使用効率を悪化させる問題がある。また、貯湯タンクの中間部にも湯水の出入り口を設ける必要があり、貯湯タンクの構造やそれらの出入り口に接続される配管の構成が複雑となるため、製造コストが高いという問題もある。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、被加熱物を加熱可能な熱交換器を備えた貯湯式給湯機におけるエネルギー使用効率を向上することを目的とする。

本発明に係る貯湯式給湯機は、水を加熱して湯を生成可能な加熱手段と、上層側の湯と下層側の水とを積層状態で貯留可能な貯湯タンクと、被加熱物を熱源水と熱交換することにより加熱する熱交換器と、貯湯タンクの上部領域から取り出された湯を熱源水として熱交換器に送り、熱交換器を通過した熱源水を貯湯タンクの上部領域に流入させる第一の熱源水循環運転を行う手段と、貯湯タンクの上部領域から取り出された湯を熱源水として熱交換器に送り、熱交換器を通過した熱源水を貯湯タンクの下部領域に流入させる第二の熱源水循環運転を行う手段と、加熱手段で加熱されて生成した湯を熱源水として熱交換器に送り、熱交換器を通過した熱源水を加熱手段に送って加熱手段で再加熱して再循環させる第三の熱源水循環運転を行う手段と、熱交換器に熱源水を送って被加熱物を加熱する加熱動作を実施する場合に、所定条件の成立前は第一の熱源水循環運転を実施し、所定条件の成立後は第二の熱源水循環運転または第三の熱源水循環運転を実施する制御手段とを備えたものである。

本発明によれば、被加熱物を加熱可能な熱交換器を備えた貯湯式給湯機におけるエネルギー使用効率を向上することが可能となる。

本発明の実施の形態１の貯湯式給湯機を示す構成図である。 本発明の実施の形態１の貯湯式給湯機において第一の追焚き熱源循環回路を形成した状態を示す図である。 本発明の実施の形態１の貯湯式給湯機において第二の追焚き熱源循環回路を形成した状態を示す図である。 本発明の実施の形態１の貯湯式給湯機において第三の追焚き熱源循環回路を形成した状態を示す図である。 本発明の実施の形態１の貯湯式給湯機において保温動作を行う際の制御処理を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態１の貯湯式給湯機において追焚き熱源循環回路を選択する制御処理を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態２の貯湯式給湯機において追焚き熱源循環回路を選択する制御処理を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態３の貯湯式給湯機において追焚き熱源循環回路を選択する制御処理を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態４の貯湯式給湯機において追焚き熱源循環回路を選択する制御処理を示すフローチャートである。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において共通する要素には、同一の符号を付して、重複する説明を省略する。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１の貯湯式給湯機を示す構成図である。図１に示すように、本実施形態の貯湯式給湯機は、貯湯タンク１００と、水を加熱して湯を生成可能な加熱手段としてのヒートポンプ式熱源機２００と、浴槽水と熱源水との熱交換を行う追焚き熱交換器５と、湯水の流路を切り替える流路切替手段としての第一の切替え三方弁１５（第一の流路切替手段）、第二の切替え三方弁１２（第二の流路切替手段）および切替え四方弁１７（第三の流路切替手段）と、熱源循環ポンプ１６と、風呂循環ポンプ３と、これらの間を接続する後述の配管類と、制御手段としての制御部５０とを有している。

貯湯タンク１００の上部領域（中間より上側の領域）には、タンク上部出口１１とタンク上部入口２０４とが設けられている。貯湯タンク１００の下部領域（中間より下側の領域）には、タンク下部出口２０１とタンク下部入口１８とが設けられている。また、図示を省略するが、水道等の外部の水源から供給される水を送る給水配管が貯湯タンク１００の下部領域に接続されており、その給水配管により送られた水が貯湯タンク１００の下部から貯湯タンク１００内に流入する。貯湯タンク１００は、上層側の湯と下層側の水とを積層状態（温度成層を形成した状態）で貯留可能になっている。本実施形態の貯湯タンク１００は、円筒状に形成された胴部と、略椀状に形成された頂部と、略椀状に形成された底部とを有しており、タンク上部出口１１およびタンク上部入口２０４は貯湯タンク１００の頂部領域に設けられ、タンク下部出口２０１およびタンク下部入口１８は貯湯タンク１００の底部領域に設けられている。

ヒートポンプ式熱源機２００は、空気の熱を吸収して水を加熱して湯を生成可能な冷凍サイクルを搭載している。ヒートポンプ式熱源機２００は、ヒートポンプ入水口２０２およびヒートポンプ出湯口２０３を備え、ヒートポンプ入水口２０２から流入した水を加熱して生成した湯をヒートポンプ出湯口２０３から流出させる。なお、本実施形態では、ヒートポンプ式熱源機２００を加熱手段として用いる貯湯式給湯機を例に説明するが、本発明は、ヒートポンプ式以外の加熱手段を用いる貯湯式給湯機にも適用可能である。

制御部５０は、ヒートポンプ式熱源機２００、第一の切替え三方弁１５、第二の切替え三方弁１２、切替え四方弁１７、熱源循環ポンプ１６および風呂循環ポンプ３とそれぞれ電気的に接続され、それらの動作を制御する。また、制御部５０は、浴室あるいは台所等に設置されるリモコン装置（図示省略）と相互に通信可能に接続されている。使用者は、リモコン装置を操作することにより、例えば給湯温度、浴槽温度、後述する保温動作の実施時刻などを設定することができる。

タンク下部出口２０１と第一の切替え三方弁１５とは、配管２０を介して接続されている。第一の切替え三方弁１５は、熱源循環ポンプ１６の吸入口に接続されている。熱源循環ポンプ１６の吐出口と、ヒートポンプ入水口２０２とは、配管２１を介して接続されている。ヒートポンプ出湯口２０３と切替え四方弁１７とは、配管２３を介して接続されている。切替え四方弁１７とタンク上部入口２０４とは、配管２５を介して接続されている。本実施形態の貯湯式給湯機は、第一の切替え三方弁１５および切替え四方弁１７の切替方向を選択することにより、貯湯タンク１００、タンク下部出口２０１、配管２０、第一の切替え三方弁１５、熱源循環ポンプ１６、配管２１、ヒートポンプ入水口２０２、ヒートポンプ式熱源機２００、ヒートポンプ出湯口２０３、配管２３、切替え四方弁１７、配管２５およびタンク上部入口２０４の順に湯水を循環させる沸き上げ回路を形成可能になっている。ヒートポンプ式熱源機２００および熱源循環ポンプ１６を運転し、この沸き上げ回路に湯水を循環させる沸き上げ運転（貯湯運転）を行うことにより、貯湯タンク１００内に貯留された水がタンク下部出口２０１から取り出されてヒートポンプ式熱源機２００に送られ、ヒートポンプ式熱源機２００で加熱されて生成した湯が貯湯タンク１００に送られてタンク上部入口２０４から貯湯タンク１００内に流入し貯えられる。このような沸き上げ運転を行うことにより、貯湯タンク１００内の上層側に貯えられる湯量（貯湯量）を増加させることができる。沸き上げ運転においては、ヒートポンプ式熱源機２００に流入する水の温度（ヒートポンプ入水口２０２に送られる水の温度）が高いほど、ヒートポンプ式熱源機２００の効率が低下するという特性がある。

配管２５の途中から、給湯配管２６が分岐している。この給湯配管２６は、例えば蛇口、シャワー、浴槽１等の給湯先３３へ供給される湯が通る配管である。給湯先３３で湯が使用される際には、貯湯タンク１００内に貯えられた湯が、タンク上部入口２０４から取り出され、配管２５および給湯配管２６を通って、給湯先３３へ送られる。給湯配管２６の途中には、給湯配管２６へ出湯された湯の流量を検知する流量検知手段３００が設けられている。また、図示を省略するが、給湯配管２６の途中には、貯湯タンク１００から供給される湯と、給水配管から供給される水とを混合することにより、給湯先３３への給湯温度を調節可能な混合弁が設けられている。このように、本実施形態では、タンク上部入口２０４を、給湯先３３へ供給する湯を貯湯タンク１００から取り出す取出口として兼用しているので、構造を簡素化することができる。

浴槽１には、浴槽水循環出口２と浴槽水循環入口７とが設けられている。浴槽水循環出口２と、追焚き熱交換器５の浴槽水入口４とは、配管３１を介して接続されている。配管３１の途中には、風呂循環ポンプ３と、浴槽温度検知手段８とが設置されている。追焚き熱交換器５の浴槽水出口６と、浴槽水循環入口７とは、配管３２を介して接続されている。これらの要素により、風呂追焚き循環回路が構成されている。浴槽加熱動作の実行時には、風呂循環ポンプ３が運転され、浴槽１から導出された浴槽水が追焚き熱交換器５を通って浴槽１に戻るように循環する。浴槽水は、追焚き熱交換器５を通過する間に、後述する熱源水の熱を受け取ることにより、加熱される。本実施形態の貯湯式給湯機は、浴槽加熱動作の実行時に追焚き熱交換器５に熱源水を供給する回路として、後述する第一の追焚き熱源循環回路、第二の追焚き熱源循環回路および第三の追焚き熱源循環回路の何れかを選択的に使用可能になっている。

配管２１の途中からは、配管２２が分岐し、この配管２２は切替え四方弁１７に接続されている。タンク上部出口１１と第二の切替え三方弁１２とは、配管２８を介して接続されている。第二の切替え三方弁１２と、追焚き熱交換器５の熱源水入口１３とは、配管２９を介して接続されている。追焚き熱交換器５の熱源水出口１４と、第一の切替え三方弁１５とは、配管３０を介して接続されている。本実施形態の貯湯式給湯機は、第一の切替え三方弁１５、第二の切替え三方弁１２および切替え四方弁１７の切替方向を選択することにより、貯湯タンク１００、タンク上部出口１１、配管２８、第二の切替え三方弁１２、配管２９、熱源水入口１３、追焚き熱交換器５、熱源水出口１４、配管３０、第一の切替え三方弁１５、熱源循環ポンプ１６、配管２１、配管２２、切替え四方弁１７、配管２５、タンク上部入口２０４を順次接続した第一の追焚き熱源循環回路（第一の熱源水循環回路）を形成可能になっている。図２は、第一の追焚き熱源循環回路を形成した状態を示す図である。この第一の追焚き熱源循環回路を形成した状態で熱源循環ポンプ１６を稼動させる第一の熱源水循環運転を行うことにより、貯湯タンク１００内に貯えられた湯がタンク上部出口１１から取り出され、この湯が熱源水として、配管２８、第二の切替え三方弁１２および配管２９を通って追焚き熱交換器５に送られる。追焚き熱交換器５を通過する間に浴槽水と熱交換して温度低下した熱源水は、配管３０、第一の切替え三方弁１５、熱源循環ポンプ１６、配管２１、配管２２、切替え四方弁１７および配管２５を通って、タンク上部入口２０４から貯湯タンク１００内に流入する。

切替え四方弁１７とタンク下部入口１８との間は、配管２４を介して接続されている。本実施形態の貯湯式給湯機は、第一の切替え三方弁１５、第二の切替え三方弁１２および切替え四方弁１７の切替方向を選択することにより、貯湯タンク１００、タンク上部出口１１、配管２８、第二の切替え三方弁１２、配管２９、熱源水入口１３、追焚き熱交換器５、熱源水出口１４、配管３０、第一の切替え三方弁１５、熱源循環ポンプ１６、配管２１、配管２２、切替え四方弁１７、配管２４、タンク下部入口１８を順次接続した第二の追焚き熱源循環回路（第二の熱源水循環回路）を形成可能になっている。図３は、第二の追焚き熱源循環回路を形成した状態を示す図である。この状態第二の追焚き熱源循環回路を形成したで熱源循環ポンプ１６を稼動させる第二の熱源水循環運転を行うことにより、貯湯タンク１００内に貯えられた湯がタンク上部出口１１から取り出され、この湯が熱源水として、配管２８、第二の切替え三方弁１２および配管２９を通って追焚き熱交換器５に送られる。追焚き熱交換器５を通過する間に浴槽水と熱交換して温度低下した熱源水は、配管３０、第一の切替え三方弁１５、熱源循環ポンプ１６、配管２１、配管２２、切替え四方弁１７および配管２４を通って、タンク下部入口１８から貯湯タンク１００内に流入する。ただし、第二の追焚き熱源循環回路（第二の熱源水循環回路）は、貯湯タンク１００、タンク上部入口２０４、配管２５、配管２７、第二の切替え三方弁１２、配管２９、熱源水入口１３、追焚き熱交換器５、熱源水出口１４、配管３０、第一の切替え三方弁１５、熱源循環ポンプ１６、配管２１、配管２２、切替え四方弁１７、配管２４、タンク下部入口１８の順に熱源水を循環させるように構成してもよい。この場合には、貯湯タンク１００内に貯えられた湯がタンク上部入口２０４から取り出され、この湯が熱源水として追焚き熱交換器５に送られる。

配管２５の途中からは、配管２７が分岐し、この配管２７は第二の切替え三方弁１２に接続されている。本実施形態の貯湯式給湯機は、第一の切替え三方弁１５、第二の切替え三方弁１２および切替え四方弁１７の切替方向を選択することにより、ヒートポンプ式熱源機２００、ヒートポンプ出湯口２０３、配管２３、切替え四方弁１７、配管２５、配管２７、第二の切替え三方弁１２、配管２９、熱源水入口１３、追焚き熱交換器５、熱源水出口１４、配管３０、第一の切替え三方弁１５、熱源循環ポンプ１６、配管２１、ヒートポンプ入水口２０２を順次接続した第三の追焚き熱源循環回路（第三の熱源水循環回路）を形成可能になっている。図４は、第三の追焚き熱源循環回路を形成した状態を示す図である。この第三の追焚き熱源循環回路を形成した状態でヒートポンプ式熱源機２００および熱源循環ポンプ１６を稼動させる第三の熱源水循環運転を行うことにより、ヒートポンプ式熱源機２００で加熱された高温の湯が、熱源水として、配管２３、切替え四方弁１７、配管２５、配管２７、第二の切替え三方弁１２および配管２９を通って追焚き熱交換器５に送られる。追焚き熱交換器５を通過する間に浴槽水と熱交換して温度低下した熱源水は、配管３０、第一の切替え三方弁１５、熱源循環ポンプ１６および配管２１を通ってヒートポンプ式熱源機２００に戻り、ヒートポンプ式熱源機２００で再度加熱されて再循環する。

本実施形態の貯湯式給湯機は、浴槽加熱動作を実施することにより浴槽１内の浴槽水の温度を一定に保つ保温動作を行う機能を有している。図５は、保温動作を行う際に制御部５０が実行する制御処理を示すフローチャートである。以下、図５を参照して、本実施形態における保温動作について説明する。ステップＳ２０１にて保温動作を開始した後、ステップＳ２０２にて加熱動作回数カウンタＫ＿ｃｎｔを０に初期化する。次に、ステップＳ２０３にて、予め設定された保温動作終了予定時刻ｔ＿ｓｅｔと、現在時刻ｔ＿ｐｒｅとを比較して、現在時刻ｔ＿ｐｒｅが保温動作終了予定時刻ｔ＿ｓｅｔよりも後の場合は、ステップＳ２１６にて保温動作を終了する。

一方、ステップＳ２０３にて、現在時刻ｔ＿ｐｒｅが保温動作終了予定時刻ｔ＿ｓｅｔよりも前の場合は、ステップＳ２０４にて、浴槽温度監視経過時間カウンタｔ＿ｃｎｔを０に初期化する。次に、ステップＳ２０５にて、浴槽温度監視経過時間カウンタｔ＿ｃｎｔと、所定の浴槽温度監視間隔設定時間ｔ＿ｉｎｔとを比較し、浴槽温度監視経過時間カウンタｔ＿ｃｎｔがまだ浴槽温度監視間隔設定時間ｔ＿ｉｎｔを超えていない場合（ｔ＿ｉｎｔ＞ｔ＿ｃｎｔが成立しない場合）には、ステップＳ２０６にてｔ＿ｃｎｔに例えば１秒を加算して、再びステップＳ２０５へ遷移する。

ステップＳ２０５にて、浴槽温度監視経過時間カウンタｔ＿ｃｎｔが浴槽温度監視間隔設定時間ｔ＿ｉｎｔを超えた場合には、ステップＳ２０７にて風呂循環ポンプ３を動作させる。次に、ステップＳ２０８にて、浴槽温度検知手段８の検知温度Ｔ＿ｂｔｈと、予め設定された目標浴槽温度Ｔ＿ｄｓｔとを比較する。その結果、浴槽温度検知手段８の検知温度Ｔ＿ｂｔｈが目標浴槽温度Ｔ＿ｄｓｔより低い場合には、ステップＳ２１２にて、第一の追焚き熱源循環回路、第二の追焚き熱源循環回路および第三の追焚き熱源循環回路のうちの何れかを選択する。このステップＳ２１２の選択処理については後述する。続いて、ステップＳ２１３にて熱源循環ポンプ１６が動作しているかどうかを判断し、動作していないと判断した場合には、ステップＳ２１４にて加熱動作回数カウンタＫ＿ｃｎｔに１を加算して、ステップＳ２１５に遷移し、ステップＳ２１５にて熱源循環ポンプ１６を起動し、再びステップＳ２０８へ遷移する。ステップＳ２１３にて熱源循環ポンプ１６が動作していると判断した場合に場合には、再びステップＳ２０８へ遷移する。以上の一連の処理により、浴槽温度検知手段８の検知温度Ｔ＿ｂｔｈが、目標浴槽温度Ｔ＿ｄｓｔ未満に低下した場合に、浴槽加熱動作が開始される。

一方、ステップＳ２０８にて、浴槽温度検知手段８の検知温度Ｔ＿ｂｔｈが目標浴槽温度Ｔ＿ｄｓｔ以上であると判断した場合には、ステップＳ２０９にて、熱源循環ポンプ１６の駆動を停止し、ステップＳ２１０にて風呂循環ポンプ３を停止する。これにより、浴槽加熱動作が停止される。なお、ステップＳ２０９では、ヒートポンプ式熱源機２００が運転している場合（第三の追焚き熱源循環回路による浴槽加熱動作を実施していた場合）には、ヒートポンプ式熱源機２００の運転も停止する。次に、ステップＳ２１１にてｔ＿ｃｎｔを０に初期化する。その後、ステップＳ２０３へ再び遷移する。

図６は、追焚き熱源循環回路を選択する制御処理を示すフローチャートである。以下、図６を参照して、図５中のステップＳ２１２において追焚き熱源循環回路を選択する制御処理について説明する。図６に示すように、まず、ステップＳ３０１にて、加熱動作回数カウンタＫ＿ｃｎｔが所定回数Ｋ＿ｉｎｔ（例えば５回）以上であるかどうかを判断する。その結果、加熱動作回数カウンタＫ＿ｃｎｔが所定回数Ｋ＿ｉｎｔ以上である場合にはステップＳ３０２に遷移して第三の追焚き熱源循環回路を選択し、第一の切替え三方弁１５、第二の切替え三方弁１２および切替え四方弁１７の切替方向を制御することにより図４に示す第三の追焚き熱源循環回路を形成し、ステップＳ３０４にてヒートポンプ式熱源機２００を起動した後、ステップＳ３０５にて処理を終了する。一方、ステップＳ３０１にて、加熱動作回数カウンタＫ＿ｃｎｔが所定回数Ｋ＿ｉｎｔ未満である場合には、ステップＳ３０３に遷移して第一の追焚き熱源循環回路を選択し、第一の切替え三方弁１５、第二の切替え三方弁１２および切替え四方弁１７の切替方向を制御することにより図２に示す第一の追焚き熱源循環回路を形成し、ステップＳ３０５にて処理を終了する。

以上説明した本実施形態の制御によれば、保温動作において浴槽加熱動作を実施する場合に、浴槽加熱動作の実施回数（加熱動作回数カウンタＫ＿ｃｎｔ）が所定回数Ｋ＿ｉｎｔに達するまでは、第一の追焚き熱源循環回路を選択して浴槽加熱動作を実施する。第一の追焚き熱源循環回路により浴槽加熱動作を実施した場合には、追焚き熱交換器５から戻る熱源水は、タンク上部入口２０４から貯湯タンク１００内に流入し、貯湯タンク１００内の上層領域に貯留された湯に混合する。追焚き熱交換器５から戻る熱源水は、追焚き熱交換器５での熱交換により温度低下しており、貯湯タンク１００内の上層領域に貯留された湯より温度が低い中温水となっているが、給水配管から供給される水よりは温度が十分に高く、熱量を有している。第一の追焚き熱源循環回路により浴槽加熱動作を実施した場合には、追焚き熱交換器５から戻る熱源水が貯湯タンク１００内の上層領域に貯留された湯に混合し、その混合された湯を給湯配管２６から給湯先３３へ給湯可能となる。このため、追焚き熱交換器５から戻る熱源水が持つ熱量を給湯先３３への給湯に再利用することが可能となるので、エネルギー使用効率を向上することができる。

しかしながら、第一の追焚き熱源循環回路による浴槽加熱動作の実施回数が多くなるほど、貯湯タンク１００の上部領域の貯湯温度が低下するため、エネルギー使用効率をそれ以上向上することが困難となる。所定回数Ｋ＿ｉｎｔは、浴槽加熱動作を第一の追焚き熱源循環回路にて実施することによるエネルギー使用効率の向上が十分に見込める回数となるように、予め設定されている。本実施形態では、浴槽加熱動作の実施回数がこの所定回数Ｋ＿ｉｎｔに達するまでは、第一の追焚き熱源循環回路を選択して浴槽加熱動作を実施することにより、追焚き熱交換器５から戻る熱源水が持つ熱量を給湯先３３への給湯に確実に再利用することができ、エネルギー使用効率を十分に向上することができる。

また、本実施形態では、保温動作において浴槽加熱動作の実施回数が所定回数Ｋ＿ｉｎｔに達した後は、第三の追焚き熱源循環回路を選択して浴槽加熱動作を実施する。第三の追焚き熱源循環回路により浴槽加熱動作を実施した場合には、追焚き熱交換器５から戻る熱源水は、貯湯タンク１００内に流入することなく、ヒートポンプ式熱源機２００に送られて再加熱されて再循環する。このため、貯湯タンク１００の上部領域の貯湯温度を低下させることを防止することができる。また、貯湯タンク１００の下部領域に貯留された水の温度を上昇させることもないので、沸き上げ運転時にヒートポンプ式熱源機２００に流入する水の温度を低く維持することができ、ヒートポンプ式熱源機２００の効率を高く維持することができる。このため、エネルギー使用効率を十分に向上することができる。

また、本実施形態の貯湯式給湯機では、貯湯タンク１００に熱源水を流入させるための戻し口を３個以上設ける必要がなく、貯湯タンク１００に形成する湯水の出入り口の数を減らすことができるので、製造コストを低減することができる。

また、本実施形態の貯湯式給湯機では、沸き上げ運転、第一の追焚き熱源循環回路による浴槽加熱動作（第一の熱源水循環運転）、第二の追焚き熱源循環回路による浴槽加熱動作（第二の熱源水循環運転）、第三の追焚き熱源循環回路による浴槽加熱動作（第三の熱源水循環運転）の何れにおいても、共通の熱源循環ポンプ１６を用いて湯水を循環させることができるので、必要なポンプの数が少なく、製造コストを低減することができる。

また、本実施形態の貯湯式給湯機では、貯湯タンク１００のタンク上部入口２０４がタンク上部出口１１より高い位置にあることにより、次のような利点がある。湯水は、温度が低いほど密度が大きくなる性質を有している。第一の追焚き熱源循環回路による浴槽加熱動作時にタンク上部出口１１（流出口）から取り出された熱源水は、追焚き熱交換器５で熱交換して温度低下することにより密度が増大した後、タンク上部入口２０４（流入口）から貯湯タンク１００内に流入する。このため、タンク上部入口２０４をタンク上部出口１１より高い位置に設けることにより、第一の追焚き熱源循環回路による浴槽加熱動作時に、タンク上部入口２０４から流入した熱源水が密度差によって下方に拡散しながら、貯湯タンク１００内の湯と十分に混合される。これにより、タンク上部入口２０４から流入した熱源水が、貯湯タンク１００内の湯と混ざらずに中温水層を形成してしまうことを確実に防止することができる。

なお、本実施形態では、追焚き熱交換器５にて浴槽水を加熱する場合を例に説明したが、本発明は、浴槽水以外の被加熱物（例えば、暖房用循環水など）を加熱する熱交換器を備えた貯湯式給湯機にも適用可能である。

実施の形態２．
次に、図７を参照して、本発明の実施の形態２について説明するが、上述した実施の形態１との相違点を中心に説明し、同一部分または相当部分は同一符号を付し説明を省略する。図７は、本発明の実施の形態２の貯湯式給湯機において追焚き熱源循環回路を選択する制御処理を示すフローチャートである。本実施の形態２の貯湯式給湯機は、図５中のステップＳ２１２において追焚き熱源循環回路を選択する制御処理の内容が異なること以外は、実施の形態１と同様である。

本実施の形態２では、制御部５０は、図５中のステップＳ２１２において、図７のフローチャートに基づき、追焚き熱源循環回路を選択する。図７のステップＳ４０１では、図６のステップＳ３０１と同様にして、加熱動作回数カウンタＫ＿ｃｎｔが所定回数Ｋ＿ｉｎｔ以上であるかどうかを判断する。その結果、加熱動作回数カウンタＫ＿ｃｎｔが所定回数Ｋ＿ｉｎｔ以上である場合にはステップＳ４０２に遷移して第二の追焚き熱源循環回路を選択し、第一の切替え三方弁１５、第二の切替え三方弁１２および切替え四方弁１７の切替方向を制御することにより図３に示す第二の追焚き熱源循環回路を形成し、ステップＳ４０４にて処理を終了する。一方、ステップＳ４０１にて、加熱動作回数カウンタＫ＿ｃｎｔが所定回数Ｋ＿ｉｎｔ未満である場合には、ステップＳ４０３に遷移して第一の追焚き熱源循環回路を選択し、第一の切替え三方弁１５、第二の切替え三方弁１２および切替え四方弁１７の切替方向を制御することにより図２に示す第一の追焚き熱源循環回路を形成し、ステップＳ４０４にて処理を終了する。

上述した実施の形態２では、実施の形態１と同様に、浴槽加熱動作の実施回数が所定回数Ｋ＿ｉｎｔに達するまでは第一の追焚き熱源循環回路を選択して浴槽加熱動作を実施するので、追焚き熱交換器５から戻る熱源水が持つ熱量を給湯先３３への給湯に確実に再利用することができ、エネルギー使用効率を十分に向上することができる。

また、本実施の形態２では、保温動作において浴槽加熱動作の実施回数が所定回数Ｋ＿ｉｎｔに達した後は、第二の追焚き熱源循環回路を選択して浴槽加熱動作を実施することにより、追焚き熱交換器５から戻る熱源水がタンク下部入口１８から貯湯タンク１００内に流入するようになるので、貯湯タンク１００の上部領域の貯湯温度が低くなり過ぎることを確実に防止することができる。また、本実施の形態２では、第二の追焚き熱源循環回路を選択して浴槽加熱動作を実施することにより、ヒートポンプ式熱源機２００を起動する必要がないので、消費エネルギー（消費電力）を抑制することができる。

実施の形態３．
次に、図８を参照して、本発明の実施の形態３について説明するが、上述した実施の形態１との相違点を中心に説明し、同一部分または相当部分は同一符号を付し説明を省略する。図８は、本発明の実施の形態３の貯湯式給湯機において追焚き熱源循環回路を選択する制御処理を示すフローチャートである。本実施の形態３の貯湯式給湯機は、図５中のステップＳ２１２において追焚き熱源循環回路を選択する制御処理の内容が異なること以外は、実施の形態１と同様である。

本実施の形態３では、制御部５０は、図５中のステップＳ２１２において、図８のフローチャートに基づき、追焚き熱源循環回路を選択する。図８のステップＳ５０１では、保温動作終了予定時刻ｔ＿ｓｅｔと現在時刻ｔ＿ｐｒｅとの差（すなわち、保温動作終了予定時刻ｔ＿ｓｅｔまでの残り時間）が、所定時間ｔ＿Ｈ＿ｉｎｔ未満であるかどうかを判断する。所定時間ｔ＿Ｈ＿ｉｎｔは、例えば１０分間程度とされる。ステップＳ５０１で保温動作終了予定時刻ｔ＿ｓｅｔまでの残り時間が所定時間ｔ＿Ｈ＿ｉｎｔ未満であると判断された場合には、ステップＳ５０２に遷移して第三の追焚き熱源循環回路を選択し、第一の切替え三方弁１５、第二の切替え三方弁１２および切替え四方弁１７の切替方向を制御することにより図４に示す第三の追焚き熱源循環回路を形成し、ステップＳ５０４にてヒートポンプ式熱源機２００を起動した後、ステップＳ５０５にて処理を終了する。一方、ステップＳ５０１で保温動作終了予定時刻ｔ＿ｓｅｔまでの残り時間が所定時間ｔ＿Ｈ＿ｉｎｔ以上と判断された場合には、ステップＳ５０３に遷移して第一の追焚き熱源循環回路を選択し、第一の切替え三方弁１５、第二の切替え三方弁１２および切替え四方弁１７の切替方向を制御することにより図２に示す第一の追焚き熱源循環回路を形成し、ステップＳ５０５にて処理を終了する。

以上説明した本実施の形態３の制御によれば、保温動作において浴槽加熱動作を実施する場合に、保温動作終了予定時刻ｔ＿ｓｅｔより所定時間ｔ＿Ｈ＿ｉｎｔだけ前の時刻になるまでは、第一の追焚き熱源循環回路を選択して浴槽加熱動作を実施する。この間は、追焚き熱交換器５から戻る熱源水は、貯湯タンク１００内の上層領域に貯留された湯と混合し、この熱源水が持つ熱量を給湯先３３への給湯に再利用することが可能となるので、エネルギー使用効率を向上することができる。

一方、保温動作終了予定時刻ｔ＿ｓｅｔ以降の時間帯には、入浴する人がいないと予想できるため、シャワー等の給湯先３３へ給湯する機会が減少すると予想できる。このため、追焚き熱交換器５から戻る熱源水を貯湯タンク１００の上部領域に戻しても、給湯に再利用されない可能性が高いため、エネルギー使用効率の向上に繋がりにくい。そればかりか、追焚き熱交換器５から戻る熱源水（中温水）が貯湯タンク１００の上部領域に流入することにより、貯湯タンク１００の上部領域全体が中温水となり、沸き上げ運転時に、その中温水がヒートポンプ式熱源機２００に流入することによってヒートポンプ式熱源機２００の効率が低下するという弊害を生ずる可能性がある。

上記の事情に鑑みて、本実施の形態３では、保温動作終了予定時刻ｔ＿ｓｅｔより所定時間ｔ＿Ｈ＿ｉｎｔだけ前の時刻を過ぎた場合、つまり保温動作終了予定時刻ｔ＿ｓｅｔが近くなり、シャワー等の給湯先３３への給湯機会が減少すると予想される状態になった場合には、第三の追焚き熱源循環回路を選択して浴槽加熱動作を実施する。このため、それ以降は、追焚き熱交換器５から戻る熱源水を貯湯タンク１００の上部領域に流入させないので、貯湯タンク１００の上部領域の貯湯温度の低下を防止することができる。これにより、貯湯タンク１００の上部領域全体が中温水となることを確実に抑制することができ、沸き上げ運転時のヒートポンプ式熱源機２００の効率の低下を確実に抑制することができる。特に、本実施形態では、上記の場合に第三の追焚き熱源循環回路を選択して浴槽加熱動作を実施することにより、追焚き熱交換器５から戻る熱源水を貯湯タンク１００の下部領域にも流入させないので、貯湯タンク１００の下部領域に貯留された水の温度の上昇を防止することができる。このため、沸き上げ運転時にヒートポンプ式熱源機２００に流入する水の温度を低く維持することができ、ヒートポンプ式熱源機２００の効率を高く維持することができる。

なお、本実施の形態３では、保温動作終了予定時刻ｔ＿ｓｅｔまでの残り時間が所定時間ｔ＿Ｈ＿ｉｎｔ未満となった場合に第三の追焚き熱源循環回路を選択して浴槽加熱動作を実施するとして説明したが、この場合に第三の追焚き熱源循環回路に代えて第二の追焚き熱源循環回路を選択して浴槽加熱動作を実施しても良い。第二の追焚き熱源循環回路を選択して浴槽加熱動作を実施した場合には、ヒートポンプ式熱源機２００を起動する必要がないので、消費エネルギー（消費電力）を抑制することができる。

実施の形態４．
次に、図９を参照して、本発明の実施の形態４について説明するが、上述した実施の形態１との相違点を中心に説明し、同一部分または相当部分は同一符号を付し説明を省略する。図９は、本発明の実施の形態４の貯湯式給湯機において追焚き熱源循環回路を選択する制御処理を示すフローチャートである。本実施の形態４の貯湯式給湯機は、図５中のステップＳ２１２において追焚き熱源循環回路を選択する制御処理の内容が異なること以外は、実施の形態１と同様である。

本実施の形態４では、制御部５０は、貯湯タンク１００から給湯先３３へ給湯された最終の時刻（以下、「給湯最終時刻」と称する）を毎日記録し、学習する。例えば、制御部５０は、一日のうちで流量検知手段３００が流量（所定値以上の流量）を最後に検知した時刻を給湯最終時刻として記録・学習する。この場合、必ずしも２４時を「一日」の終わりとしなくても良く、所定の時刻（例えば２３時）を「一日」の終わりとして扱っても良い。そして、制御部５０は、過去所定期間（例えば２週間）の学習結果に基づいて、当日の給湯最終時刻を予測する。その予測された給湯最終時刻を、以下、予測給湯最終時刻ｔ＿ｌｓｔと称する。制御部５０は、例えば、過去所定期間に記録された日毎の給湯最終時刻のうちで最も遅い時刻を予測給湯最終時刻ｔ＿ｌｓｔとしても良いし、あるいは、過去所定期間の日毎の給湯最終時刻の平均などに基づいて予測給湯最終時刻ｔ＿ｌｓｔを算出するようにしてもよい。

本実施の形態４では、制御部５０は、図５中のステップＳ２１２において、図９のフローチャートに基づき、追焚き熱源循環回路を選択する。図９のステップＳ６０１では、現在時刻ｔ＿ｐｒｅが当日の予測給湯最終時刻ｔ＿ｌｓｔを過ぎているかどうかを判断する。ステップＳ６０１で現在時刻ｔ＿ｐｒｅが予測給湯最終時刻ｔ＿ｌｓｔを過ぎていると判断された場合には、ステップＳ６０２に遷移して第三の追焚き熱源循環回路を選択し、第一の切替え三方弁１５、第二の切替え三方弁１２および切替え四方弁１７の切替方向を制御することにより図４に示す第三の追焚き熱源循環回路を形成し、ステップＳ６０４にてヒートポンプ式熱源機２００を起動した後、ステップＳ６０５にて処理を終了する。一方、ステップＳ６０１で現在時刻ｔ＿ｐｒｅがまだ予測給湯最終時刻ｔ＿ｌｓｔを過ぎていないと判断された場合には、ステップＳ６０３に遷移して第一の追焚き熱源循環回路を選択し、第一の切替え三方弁１５、第二の切替え三方弁１２および切替え四方弁１７の切替方向を制御することにより図２に示す第一の追焚き熱源循環回路を形成し、ステップＳ６０５にて処理を終了する。

以上説明した本実施の形態４の制御によれば、保温動作において浴槽加熱動作を実施する場合に、現在時刻ｔ＿ｐｒｅが予測給湯最終時刻ｔ＿ｌｓｔになるまでは、第一の追焚き熱源循環回路を選択して浴槽加熱動作を実施する。この間は、追焚き熱交換器５から戻る熱源水は、貯湯タンク１００内の上層領域に貯留された湯と混合し、この熱源水が持つ熱量を給湯先３３への給湯に再利用することが可能となるので、エネルギー使用効率を向上することができる。

一方、予測給湯最終時刻ｔ＿ｌｓｔを過ぎた時間帯には、給湯先３３で湯が利用される可能性が低いと予想できる。このため、追焚き熱交換器５から戻る熱源水を貯湯タンク１００の上部領域に戻しても、給湯に再利用されない可能性が高いため、エネルギー使用効率の向上に繋がりにくい。そればかりか、追焚き熱交換器５から戻る熱源水（中温水）が貯湯タンク１００の上部領域に流入することにより、貯湯タンク１００の上部領域全体が中温水となり、沸き上げ運転時に、その中温水がヒートポンプ式熱源機２００に流入することによってヒートポンプ式熱源機２００の効率が低下するという弊害を生ずる可能性がある。

上記の事情に鑑みて、本実施の形態４では、現在時刻ｔ＿ｐｒｅが予測給湯最終時刻ｔ＿ｌｓｔを過ぎた場合には、第三の追焚き熱源循環回路を選択して浴槽加熱動作を実施する。このため、それ以降は、追焚き熱交換器５から戻る熱源水を貯湯タンク１００の上部領域に流入させないので、貯湯タンク１００の上部領域の貯湯温度の低下を防止することができる。これにより、貯湯タンク１００の上部領域全体が中温水となることを確実に抑制することができ、沸き上げ運転時のヒートポンプ式熱源機２００の効率の低下を確実に抑制することができる。特に、本実施形態では、上記の場合に第三の追焚き熱源循環回路を選択して浴槽加熱動作を実施することにより、追焚き熱交換器５から戻る熱源水を貯湯タンク１００の下部領域にも流入させないので、貯湯タンク１００の下部領域に貯留された水の温度の上昇を防止することができる。このため、沸き上げ運転時にヒートポンプ式熱源機２００に流入する水の温度を低く維持することができ、ヒートポンプ式熱源機２００の効率を高く維持することができる。

なお、本実施の形態４では、現在時刻ｔ＿ｐｒｅが予測給湯最終時刻ｔ＿ｌｓｔを過ぎた場合に第三の追焚き熱源循環回路を選択して浴槽加熱動作を実施するとして説明したが、この場合に第三の追焚き熱源循環回路に代えて第二の追焚き熱源循環回路を選択して浴槽加熱動作を実施しても良い。第二の追焚き熱源循環回路を選択して浴槽加熱動作を実施した場合には、ヒートポンプ式熱源機２００を起動する必要がないので、消費エネルギー（消費電力）を抑制することができる。

１ 浴槽、２ 浴槽水循環出口、３ 風呂循環ポンプ、４ 浴槽水入口、
５ 追焚き熱交換器、６ 浴槽水出口、７ 浴槽水循環入口、８ 浴槽温度検知手段、
１１ タンク上部出口、１２ 第二の切替え三方弁、１３ 熱源水入口、
１４ 熱源水出口、１５ 第一の切替え三方弁、１６ 熱源循環ポンプ、
１７ 切替え四方弁、１８ タンク下部入口
２０，２１，２２，２３，２４，２５，２７，２８，２９，３０，３１，３２ 配管
２６ 給湯配管、３３ 給湯先、５０ 制御部、１００ 貯湯タンク、
２００ ヒートポンプ式熱源機、２０１ タンク下部出口、
２０２ ヒートポンプ入水口、２０３ ヒートポンプ出湯口、
２０４ タンク上部入口、３００ 流量検知手段

Claims (7)

1. 水を加熱して湯を生成可能な加熱手段と、
   上層側の湯と下層側の水とを積層状態で貯留可能な貯湯タンクと、
   被加熱物を熱源水と熱交換することにより加熱する熱交換器と、
   前記貯湯タンクの上部領域から取り出された湯を前記熱源水として前記熱交換器に送り、前記熱交換器を通過した前記熱源水を前記貯湯タンクの上部領域に流入させる第一の熱源水循環運転を行う手段と、
   前記貯湯タンクの上部領域から取り出された湯を前記熱源水として前記熱交換器に送り、前記熱交換器を通過した前記熱源水を前記貯湯タンクの下部領域に流入させる第二の熱源水循環運転を行う手段と、
   前記加熱手段で加熱されて生成した湯を前記熱源水として前記熱交換器に送り、前記熱交換器を通過した前記熱源水を前記加熱手段に送って再循環させる第三の熱源水循環運転を行う手段と、
   前記熱交換器に前記熱源水を送って前記被加熱物を加熱する加熱動作を実施する場合に、所定条件の成立前は前記第一の熱源水循環運転を実施し、前記所定条件の成立後は前記第二の熱源水循環運転または前記第三の熱源水循環運転を実施する制御手段と、
   を備える貯湯式給湯機。
2. 前記制御手段は、前記第一の熱源水循環運転による前記加熱動作を実施した回数が所定回数に達するまでは前記第一の熱源水循環運転による前記加熱動作を実施し、前記第一の熱源水循環運転による前記加熱動作を実施した回数が前記所定回数に達した後は前記第二の熱源水循環運転または前記第三の熱源水循環運転を実施する請求項１記載の貯湯式給湯機。
3. 前記制御手段は、前記加熱動作により前記被加熱物を保温する保温動作を予め設定された終了予定時刻まで行う場合に、前記終了予定時刻より所定時間前の時刻になるまでは前記第一の熱源水循環運転を実施し、前記終了予定時刻より前記所定時間前の時刻を過ぎた後は前記第二の熱源水循環運転または前記第三の熱源水循環運転を実施する請求項１または２記載の貯湯式給湯機。
4. 過去所定期間の日毎の前記貯湯タンクから給湯先へ給湯された最終の時刻を学習することにより当日の給湯終了時刻を予測する学習手段を備え、
   前記制御手段は、前記当日の給湯終了時刻になるまでは前記第一の熱源水循環運転を実施し、前記当日の給湯終了時刻を過ぎた後は前記第二の熱源水循環運転または前記第三の熱源水循環運転を実施する請求項１乃至３の何れか１項記載の貯湯式給湯機。
5. 第一の流路切替手段と、
   第二の流路切替手段と、
   第三の流路切替手段と、
   前記貯湯タンクの上部領域に設けられたタンク上部出口およびタンク上部入口と、
   前記貯湯タンクの下部領域に設けられたタンク下部出口およびタンク下部入口と、
   湯水を循環させる熱源循環ポンプと、
   を備え、
   前記タンク下部出口と、前記第一の流路切替手段と、前記熱源循環ポンプと、前記加熱手段の入水口と、前記加熱手段の出湯口と、前記第三の流路切替手段と、前記タンク上部入口とを順次接続することにより沸き上げ回路を形成し、前記加熱手段および前記熱源循環ポンプを稼動させることにより、前記貯湯タンク内から前記タンク下部出口を介して取り出した水を前記加熱手段に送り、前記加熱手段で加熱されて生成した湯を前記タンク上部入口から前記貯湯タンクに流入させる沸き上げ運転を実施可能であり、
   前記第一の熱源水循環運転は、前記タンク上部出口と、前記第二の流路切替手段と、前記熱交換器の前記熱源水の入口と、前記熱交換器の前記熱源水の出口と、前記第一の流路切替手段と、前記熱源循環ポンプと、前記第三の流路切替手段と、前記タンク上部入口とを順次接続することにより第一の熱源水循環回路を形成し、前記熱源循環ポンプを稼動させて前記熱源水を循環させる運転であり、
   前記第二の熱源水循環運転は、前記タンク上部出口または前記タンク上部入口と、前記第二の流路切替手段と、前記熱交換器の前記熱源水の入口と、前記熱交換器の前記熱源水の出口と、前記第一の流路切替手段と、前記熱源循環ポンプと、前記第三の流路切替手段と、前記タンク下部入口とを順次接続することにより第二の熱源水循環回路を形成し、前記熱源循環ポンプを稼動させて前記熱源水を循環させる運転であり、
   前記第三の熱源水循環運転は、前記加熱手段の出湯口と、前記第三の流路切替手段と、前記第二の流路切替手段と、前記熱交換器の前記熱源水の入口と、前記熱交換器の前記熱源水の出口と、前記第一の流路切替手段と、前記熱源循環ポンプと、前記加熱手段の入水口とを順次接続することにより第三の熱源水循環回路を形成し、前記加熱手段および前記熱源循環ポンプを稼動させて前記熱源水を循環させる運転である請求項１乃至４の何れか１項記載の貯湯式給湯機。
6. 前記熱交換器は、浴槽に貯留された浴槽水を前記被加熱物として加熱するものである請求項１乃至５の何れか１項記載の貯湯式給湯機。
7. 前記第一の熱源水循環運転において前記熱交換器を通過した前記熱源水を前記貯湯タンクに流入させる流入口の位置は、前記第一の熱源水循環運転において前記貯湯タンクから前記熱源水を取り出す流出口の位置より高い位置にある請求項１乃至６の何れか１項記載の貯湯式給湯機。

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