JP2016095089A

JP2016095089A - 貯湯式給湯装置

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Publication number: JP2016095089A
Application number: JP2014231781A
Authority: JP
Inventors: 和弘多田; Kazuhiro Tada; 幸雄松坂; Yukio Matsuzaka
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 2014-11-14
Filing date: 2014-11-14
Publication date: 2016-05-26

Abstract

【課題】低外気温時に圧縮機高低圧比(吐出圧力／吸入圧力)を上限値以内に保って沸き上げ運転を行うことができる貯湯式給湯装置を提供する。
【解決手段】貯湯式給湯装置は、沸上用循環ポンプＰ１とヒートポンプユニット２と沸上用三方弁３０を制御する制御装置１００を備える。制御装置１００の沸き上げ運転制御部は、低外気温時に沸き上げ運転を行う前に、沸上用循環ポンプＰ１により沸き上げ回路の一部(Ｌ１,Ｌ２,１０,Ｌ３)とバイパス回路(Ｌ１０)を介して貯湯タンク３内の湯水を循環させるように沸上用三方弁３０を制御して、沸き上げ熱交換器１０の入水温度が予め設定された終了判定温度ｔ_Ｎ２を越えるまで沸き上げ熱交換器１０で加熱された出湯水をバイパス回路(Ｌ１０)を介して貯湯タンク３内の下部に戻すバイパス運転を行う。
【選択図】図１

Description

この発明は、貯湯式給湯装置に関する。

従来、貯湯式給湯装置としては、貯湯タンク内の湯水を沸き上げるヒートポンプユニットの出力に応じて複数の沸き上げ運転モードで沸き上げ運転を行うものがある(例えば、特開２００７−１３２５９４号公報(特許文献１)参照)。

上記貯湯式給湯装置の加熱手段は、設定された通常のヒートポンプユニットの出力で沸き上げ運転を行う定格出力運転モードと、この定格出力運転モードの出力より大きな出力で第１設定温度に沸き上げるスピード運転モードと、定格出力運転モードの出力より大きく、スピード運転モードよりも小さな出力で、第１設定温度より高い第２設定温度に沸き上げるパワフル運転モードを備えている。

特開２００７−１３２５９４号公報

ところで、上記貯湯式給湯装置では、スピード運転モードとパワフル運転モードでヒートポンプユニットの出力を大きくすると共に設定温度を高くしているため、上記貯湯式給湯装置では、低外気温時に圧縮機高低圧比(吐出圧力／吸入圧力)が上限値を越えてしまうと、圧縮機が損傷したり信頼性が低下したりするという問題がある。

特に、ヒートポンプユニットにＨＦＣ冷媒を用いて一定温度以上の沸き上げ運転を実施する場合、低外気温時(例えば、−５℃〜−２５℃)における沸き上げ運転では、圧縮機高低圧比(吐出圧力／吸入圧力)が上限値を越えてしまう可能性が高くなる。

そこで、この発明の課題は、低外気温時に圧縮機高低圧比(吐出圧力／吸入圧力)を上限値以内に保って沸き上げ運転を行うことができる貯湯式給湯装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、この発明の貯湯式給湯装置は、
貯湯タンクと、
上記貯湯タンクの下部から沸き上げ熱交換器を介して上記貯湯タンクの上部に接続された沸き上げ回路と、
上記沸き上げ回路に配設され、上記貯湯タンク内の湯水を上記沸き上げ回路を介して循環させる沸上用循環ポンプと、
上記貯湯タンク内の湯水を上記沸き上げ熱交換器により沸き上げるヒートポンプユニットと、
上記沸き上げ回路の上記沸き上げ熱交換器よりも下流側と上記貯湯タンクの下部を接続するバイパス回路と、
上記沸上用循環ポンプにより上記沸き上げ回路を介して上記貯湯タンク内の湯水を循環させるか、または、上記沸上用循環ポンプにより上記沸き上げ回路の一部と上記バイパス回路を介して上記貯湯タンク内の湯水を循環させるかを切り換える切換部と、
上記沸上用循環ポンプと上記ヒートポンプユニットと上記切換部を制御する制御装置と
を備え、
上記制御装置は、
低外気温時に行う沸き上げ運転の開始時において、上記沸上用循環ポンプにより上記沸き上げ回路の一部と上記バイパス回路を介して上記貯湯タンク内の湯水を循環させるように上記切換部を制御して、上記沸き上げ熱交換器の入水温度または上記貯湯タンク内の下部の水温が予め設定された終了判定温度を越えるまで上記沸き上げ熱交換器で加熱された出湯水を上記バイパス回路を介して上記貯湯タンク内の下部に戻すバイパス運転を行う沸き上げ運転制御部を有することを特徴とする。

ここで、「低外気温時」とは、氷点以下に設定された判定温度よりも外気温度が低くなったときであり、例えば、ＨＦＣ冷媒を用いたヒートポンプユニットを備えた貯湯式給湯装置では、外気温度が−５℃以下になったときである。また、「沸き上げ運転の開始時」とは、沸き上げ運転の開始点の前後の期間を含み、沸き上げ運転の開始前に上記バイパス運転を行ってもよいし、沸き上げ運転の開始直後に上記バイパス運転を行ってよい。

上記構成によれば、低外気温時に行う沸き上げ運転の開始時において、沸き上げ運転制御部によって、沸上用循環ポンプにより沸き上げ回路の一部とバイパス回路を介して貯湯タンク内の湯水を循環させるように切換部を制御して、沸き上げ熱交換器の入水温度(または貯湯タンク内の下部の水温)が予め設定された終了判定温度を越えるまで沸き上げ熱交換器で加熱された出湯水をバイパス回路を介して貯湯タンク内の下部に戻すバイパス運転を行う。このバイパス運転によって、沸き上げ熱交換器で沸き上げた出湯水を貯湯タンク内の下部に戻して、貯湯タンク内の下部の湯温を上げることで、貯湯タンク内の下部から沸き上げ熱交換器に供給される湯水の温度すなわち沸き上げ熱交換器の入水温度を上げる。そうして、沸き上げ熱交換器の入水温度が上がると、ヒートポンプユニットの空気熱交換器の温度が上昇して、その温度上昇に伴って冷凍サイクルにおける蒸発行程の圧力(吸入圧力)が上がるので、ヒートポンプユニットの圧縮機の吸入圧力に対する吐出圧力の比が小さくなり、設定された上限値以内にすることが可能になる。したがって、低外気温時に圧縮機高低圧比(吐出圧力／吸入圧力)を上限値以内に保って沸き上げ運転を行うことができる。

また、一実施形態の貯湯式給湯装置では、
上記沸き上げ運転制御部は、低外気温時に沸き上げ運転を行う場合、上記沸き上げ熱交換器の入水温度または上記貯湯タンク内の下部の水温が開始判定温度以下のときに上記バイパス運転を開始する。

上記実施形態によれば、低外気温時に行う沸き上げ運転を行う前に、沸き上げ熱交換器の入水温度(または貯湯タンク内の下部の水温)が開始判定温度以下のときにバイパス運転を開始する。このとき、沸き上げ熱交換器の入水温度(または貯湯タンク内の下部の水温)が開始判定温度を越えるときは圧縮機高低圧比を上限値以内に保つことができる値に開始判定温度を設定することで、バイパス運転が必要ないときはすぐに沸き上げ運転を行うことができる。

また、一実施形態の貯湯式給湯装置では、
上記貯湯タンクの上部から追焚熱交換器を介して上記沸上用循環ポンプの吸込側に接続された風呂追い焚き回路を備え、
上記沸き上げ運転制御部は、上記バイパス運転において、上記貯湯タンク内の上部の湯を上記風呂追い焚き回路と上記沸き上げ熱交換器と上記バイパス回路を介して上記貯湯タンク内の下部に戻す。

上記実施形態によれば、バイパス運転において、貯湯タンク内の上部の湯を風呂追い焚き回路と沸き上げ熱交換器とバイパス回路を介して貯湯タンク内の下部に戻すことによって、ヒートポンプユニットが立ち上がるまで、貯湯タンク内の上部の湯を貯湯タンク内の下部に供給して、貯湯タンク内の下部の湯水を速やかに温めることができ、バイパス運転時間を短縮できる。これにより、ヒートポンプユニットが立ち上がるまでの期間においても、沸き上げ熱交換器の入水温度が低いために圧縮機の吸入圧力に対する吐出圧力の比が予め設定された上限値を超えるということがない。

以上より明らかなように、この発明によれば、低外気温時に圧縮機高低圧比(吐出圧力／吸入圧力)を上限値以内に保って沸き上げ運転を行うことができる貯湯式給湯装置を実現することができる。

図１はこの発明の第１実施形態の貯湯式給湯装置の配管系統図である。図２は上記貯湯式給湯装置の制御ブロック図である。図３は上記貯湯式給湯装置の制御装置の沸き上げ運転の動作を説明するためのフローチャートである。図４はこの発明の第４実施形態の貯湯式給湯装置の配管系統図である。

以下、この発明の貯湯式給湯装置を図示の実施の形態により詳細に説明する。

〔第１実施形態〕
図１はこの発明の第１実施形態の貯湯式給湯装置の配管系統図を示している。

この第１実施形態の貯湯式給湯装置は、図１に示すように、貯湯ユニット１と、上記貯湯ユニット１に接続されたヒートポンプユニット２を備えている。上記貯湯ユニット１は、貯湯タンク３と、沸き上げ熱交換器１０と、追焚熱交換器２０と、制御装置１００(図２参照)等を有する。

上記貯湯タンク３の下部に配管Ｌ１の一端を接続し、配管Ｌ１の他端を沸上用混合弁５０の第１入水ポートに接続している。上記沸上用混合弁５０の出水ポートに配管Ｌ２の一端を接続し、配管Ｌ２の他端を沸き上げ熱交換器１０の一端に接続している。また、上記沸き上げ熱交換器１０の他端を配管Ｌ３の一端に接続し、配管Ｌ３の他端を沸上用三方弁３０の入水ポートに接続している。この沸上用三方弁３０の第１出水ポートに配管Ｌ４の一端を接続し、配管Ｌ４の他端を貯湯タンク３の上部に接続している。また、沸上用三方弁３０の第２出水ポートにバイパス配管Ｌ１０の一端を接続し、バイパス配管Ｌ１０の他端を貯湯タンク３の下部に接続している。上記配管Ｌ２に沸き上げポンプの一例としての沸上用循環ポンプＰ１を配設している。

上記配管Ｌ１,配管Ｌ２,沸き上げ熱交換器１０,配管Ｌ３,配管Ｌ４で沸き上げ回路を構成している。また、バイパス配管Ｌ１０は、バイパス回路の一例である。また、沸上用三方弁３０は、切換部の一例であり、通常、入水ポート側と第１出水ポート側が連通している。

上記沸上用混合弁５０の第１入水ポート側(貯湯タンク３側)の開度を全開にした状態で沸上用循環ポンプＰ１を駆動することにより、貯湯タンク３内の湯水を、配管Ｌ１,沸上用混合弁５０,配管Ｌ２,沸き上げ熱交換器１０,配管Ｌ３,配管Ｌ４を介して循環させる。

また、上記沸き上げ熱交換器１０を冷媒配管Ｌ５,Ｌ６を介してヒートポンプユニット２に接続している。上記ヒートポンプユニット２は、ＨＦＣ冷媒を用いており、沸き上げ熱交換器１０の出湯温度を例えば５０℃〜７０℃の範囲で制御することが可能である。このヒートポンプユニット２に用いられるＨＦＣ冷媒としては、Ｒ３２、Ｒ１２５、Ｒ１３４ａ、Ｒ４０４Ａ、Ｒ４１０Ａ、Ｒ４０７Ｃなどがある。

次に、上記貯湯タンク３の下部に配管Ｌ１１を介して外部の給水源７０を接続している。この配管Ｌ１１に、減圧弁１１と逆止弁１２を上流側から順に配設している。この逆止弁１２は、給水源７０側から貯湯タンク３側への流れのみを許容する。

また、上記貯湯タンク３の上部に配管Ｌ２１の一端を接続し、配管Ｌ２１の他端を追焚熱交換器２０の１次側の入水ポートに接続している。上記追焚熱交換器２０の１次側の出水ポートに配管Ｌ２２の一端を接続し、配管Ｌ２２の他端を沸上用混合弁５０の第２入水ポートに接続している。

上記配管Ｌ２１,追焚熱交換器２０,配管Ｌ２２で風呂追い焚き回路を構成している。

上記沸上用混合弁５０の第２入水ポート側(風呂追い焚き回路側)の開度を全開にした状態で沸上用循環ポンプＰ１を駆動することにより、貯湯タンク３内の上部の湯水を、配管Ｌ２１,追焚熱交換器２０(１次側),配管Ｌ２２,沸上用混合弁５０,配管Ｌ２,沸き上げ熱交換器１０,配管Ｌ３,配管Ｌ４を介して循環させる。

また、上記貯湯タンク３の上部に配管Ｌ３１の一端を接続し、配管Ｌ３１の他端を給湯用混合弁２２の第１入水ポートに接続している。上記配管Ｌ３１に、貯湯タンク３側から給湯用混合弁２２への流れのみを許容する逆止弁２１を配設している。また、給湯用混合弁２２の第２入水ポートに、分岐配管Ｌ１２の一端を接続し、分岐配管Ｌ１２の他端を、配管Ｌ１１の減圧弁１１と逆止弁１２との間に接続している。上記分岐配管Ｌ１２に、配管Ｌ１１側から給湯用混合弁２２への流れのみを許容する逆止弁２３を配設している。

そして、上記給湯用混合弁２２の出水ポートに配管Ｌ３２の一端を接続し、配管Ｌ３２の他端を給湯端末６０に接続している。上記配管Ｌ３２に水量センサ２４を配設している。図１に示す給湯端末６０は蛇口としているが、この実施形態では、給湯端末６０は蛇口やシャワーなどを含むものとする。

上記分岐配管Ｌ１２と配管Ｌ３１と配管Ｌ３２と逆止弁２１と給湯用混合弁２２と逆止弁２３および水量センサ２４で、給湯端末６０に給湯するための給湯回路を構成している。

上記給湯用混合弁２２は、ステッピングモータ(図示せず)により駆動されるパルス駆動方式の混合弁が用いられている。この給湯用混合弁２２の第２入水ポート(給水側)の流量に対する第１入水ポート(貯湯タンク３側)の流量の比は、給湯用混合弁２２の開度０％〜１００％(例えば駆動パルス０〜１８００)を調整することによって制御される。

また、上記配管Ｌ３２の水量センサ２４の上流側に配管Ｌ３３の一端を接続し、配管Ｌ３３の他端を、浴槽４に設けられた接続アダプタ９の給湯口９aに接続している。この配管Ｌ３３の上流側から順に、湯張り用電磁弁２５と、逆止弁２６と、水量センサ２７と、逆止弁２８を配設している。この逆止弁２６,２８は、給湯用混合弁２２側から浴槽４への流れのみを許容する。

上記配管Ｌ３３と湯張り用電磁弁２５と逆止弁２６,２８および水量センサ２７で、給湯回路の配管Ｌ３２から分岐して浴槽４に接続された風呂給湯回路を構成している。

また、上記水量センサ２４と水量センサ２７で給湯量検出部を構成している。

上記接続アダプタ９の追焚用吸水口９bに配管Ｌ３５の一端を接続し、配管Ｌ３５の他端を追焚熱交換器２０の２次側の入水ポートに接続している。上記配管Ｌ３５に風呂用循環ポンプＰ２を配設している。また、配管Ｌ３３の水量センサ２７よりも下流側に配管Ｌ３４の一端を接続し、配管Ｌ３４の他端を追焚熱交換器２０の２次側の出水ポートに接続している。

上記風呂用循環ポンプＰ２により、浴槽４内の湯水を、配管Ｌ３５,追焚熱交換器２０(２次側),配管Ｌ３４,配管Ｌ３３(一部)を介して循環させる。

上記配管Ｌ３５,追焚熱交換器２０(２次側),配管Ｌ３４,配管Ｌ３３(一部)で風呂循環回路を構成している。

さらに、上記配管Ｌ２１に配管Ｌ４１の一端を接続し、配管Ｌ４１の他端を排水口８０に接続している。また、上記配管Ｌ４１に逃し弁３１を配設している。

上記貯湯タンク３には、下側から上側に向かって略等間隔に４つの温度センサＴ１〜Ｔ４を設けている。また、配管Ｌ２に入水温度を検出する温度センサＴ１１を設けると共に、配管Ｌ３に出湯温度を検出する温度センサＴ１２を設けている。この温度センサＴ１１は、入水温度センサの一例であり、温度センサＴ１２は、出湯温度センサの一例である。

また、沸き上げ熱交換器１０に温度センサＴ１３を設けている。また、給湯端末６０に接続された配管Ｌ３２には、水量センサ２４よりも下流側に給湯温度を検出する温度センサＴ２１を設けている。また、浴槽４に接続された配管Ｌ３５には、浴槽４側の接続アダプタ９と風呂用循環ポンプＰ２との間に、水位センサＬＳと、水流スイッチＳＷと、温度センサＴ２３を接続アダプタ９側から順に設けている。さらに、浴槽４に接続された配管Ｌ３３の逆止弁２８の下流側でかつ配管Ｌ３３と配管Ｌ３４との接続点に、浴槽４に供給される給湯水の温度を検出する温度センサＴ２２を設けている。

上記ヒートポンプユニット２は、膨張機構(例えば膨張弁)２０１と空気熱交換器２０２と四路切換弁２０３と圧縮機２０４を有する。沸き上げ熱交換器１０に一端が接続された冷媒配管Ｌ６の他端が膨張機構２０１に接続されている。また、沸き上げ熱交換器１０に一端が接続された冷媒配管Ｌ４の他端が四路切換弁２０３に接続されている。このようにして、膨張機構２０１と空気熱交換器２０２と四路切換弁２０３と圧縮機２０４および沸き上げ熱交換器１０で環状に接続された冷媒回路を構成している。このヒートポンプユニット２では、四路切換弁２０３を実線の切換位置にした状態で圧縮機２０４を運転すると、圧縮機２０４から吐出された高温高圧の冷媒は、四路切換弁２０３と冷媒配管Ｌ５を介して沸き上げ熱交換器１０に流入して、沸き上げ熱交換器１０で凝縮される。そして、沸き上げ熱交換器１０で凝縮した冷媒は、冷媒配管Ｌ６を介して流入した膨張機構２０１において低圧冷媒となって空気熱交換器２０２に流入し、空気熱交換器２０２で蒸発した後、四路切換弁２０３を介して圧縮機２０４の吸入側に戻るようになっている。

また、上記ヒートポンプユニット２には、空気熱交換器２０２の温度を検出する温度センサ(図示せず)と外気温度を検出する外気温度センサ２０５が設けられている。

また、図２は上記貯湯式給湯装置の制御ブロック図を示している。この貯湯式給湯装置は、図２に示すように、マイクロコンピュータと入出力回路などからなる制御装置１００と、上記制御装置１００との間で信号を送受信するリモートコントローラ２００とを備えている。上記制御装置１００は、温度センサＴ１〜Ｔ４,Ｔ１１〜Ｔ１３,Ｔ２１〜Ｔ２３と水位センサＬＳと水流スイッチＳＷと水量センサ２４,２７と外気温度センサ２０５およびリモートコントローラ２００などからの信号を受けて、ヒートポンプユニット２と沸上用循環ポンプＰ１と風呂用循環ポンプＰ２と給湯用混合弁２２と湯張り用電磁弁２５と沸上用混合弁５０などを制御する。

また、上記制御装置１００は、貯湯タンク３内の湯水を沸き上げる運転を制御する沸き上げ運転制御部１００aと、給湯端末６０の給湯温度を制御する給湯制御部１００bと、「風呂湯張り運転」などを含む浴槽４への注湯を制御する風呂注湯制御部１００cと、「風呂追焚運転」を制御する風呂追焚制御部１００dとを有する。

<給湯運転>
上記構成の給湯装置において、給湯端末６０の給湯温度を制御する「給湯運転」では、貯湯タンク３の上部から出湯された湯水と外部の給水源７０から配管Ｌ１１,Ｌ１２を介して供給される水を給湯用混合弁２２で混合することによって、給湯端末６０に所望の温度の湯水を供給する。このとき、制御装置１００の給湯制御部１００bにより、温度センサＴ２１により検出された給湯温度が給湯設定温度ｔ_ＫＳになるように、給湯用混合弁２２の開度を制御する。

<沸き上げ運転>
上記ヒートポンプユニット２により貯湯タンク３内の湯水を沸き上げる「沸き上げ運転」では、制御装置１００の沸き上げ運転制御部１００aにより、沸上用混合弁５０の第１入水ポート側(貯湯タンク３側)の開度を全開にした状態で沸上用循環ポンプＰ１を運転して、貯湯タンク３内の湯水を、配管Ｌ１,沸上用混合弁５０,配管Ｌ２,沸き上げ熱交換器１０,配管Ｌ３を介して循環させる。

上記沸き上げ運転制御部１００aは、沸き上げ運転時、温度センサＴ１２により検出された出湯温度が目標出湯温度ｔ_Ｓになるように、ヒートポンプユニット２と沸上用循環ポンプＰ１を制御する。ここで、目標出湯温度ｔ_Ｓは、貯湯タンク３から給湯される湯量などに基づいて制御装置１００で算出される。例えば、使用される湯量が多い場合、目標出湯温度ｔ_Ｓは例えば７０℃と高くなり、使用される湯量が少ない場合、目標出湯温度ｔ_Ｓは例えば５０℃と低くなる。

そして、温度センサＴ１１により検出された沸き上げ熱交換器１０の入水温度が例えば４０℃〜４５℃(沸き終い温度)になると沸き上げ運転を終了する。

<風呂湯張り運転および風呂足し湯運転>
次に、上記貯湯タンク３から風呂の浴槽４内に給湯する「風呂湯張り運転」や「風呂足し湯運転」を行う場合、制御装置１００の風呂注湯制御部１００cにより湯張り用電磁弁２５を開いて、貯湯タンク３内の湯を給湯用混合弁２２と風呂給湯回路(Ｌ３３,２５,２６,２７,２８)を介して浴槽４内に供給する。このとき、風呂注湯制御部１００cは、給湯用混合弁２２を制御して、風呂設定温度ｔ_ＢＳに基づいて、貯湯タンク３からの高温の湯と外部からの給水とを給湯用混合弁２２により混合すると共に、水量センサ２７での検出する流量の積算値が、風呂設定湯量に到達すると、湯張り用電磁弁２５を閉じて風呂湯張り運転を完了する。なお、風呂湯張り運転は、完了までに２〜３度中断しながら(湯張り用電磁弁２５を閉じて)実行される。

<風呂追焚運転>
次に、上記貯湯タンク３から風呂の浴槽４内の湯を追い焚きする「風呂追焚運転」を行う場合、制御装置１００の風呂追焚制御部１００dにより、湯張り用電磁弁２５を閉じた状態で風呂用循環ポンプＰ２を運転して、浴槽４内の湯を風呂循環回路(Ｌ３５,２０(２次側),Ｌ３４,Ｌ３３(一部))を介して循環させる。

そして、温度センサＴ２３により検出された浴槽４内の湯の風呂温度に基づいて、風呂追焚制御部１００dは、ヒートポンプユニット２を用いずに貯湯タンク３内の湯を熱源とする風呂追焚運転を行う。この風呂追焚運転では、沸き上げ熱交換器１０からの湯を沸上用循環ポンプＰ１により貯湯タンク３と沸き上げ回路(Ｌ１,Ｌ２,１０,Ｌ３,Ｌ４)と風呂追い焚き回路(Ｌ２１,２０,Ｌ２２)を介して循環させて風呂の追い焚きを行う。

なお、ヒートポンプユニット２を用いて風呂追焚運転を行う場合、沸上用混合弁５０の第２入水ポート側(風呂追い焚き回路側)の開度を全開にした状態で行ってもよいし、ヒートポンプユニット２の沸き上げ効率を向上するために、沸上用混合弁５０の開度を制御して、追焚熱交換器２０からの戻り湯と貯湯タンク３の下部からの湯水とを沸上用混合弁５０により混合してもよい。

<低外気温時の沸き上げ運転>
ＨＦＣ冷媒を用いた貯湯式給湯装置では、外気温度が−５℃を越えているときは、高い加熱能力で貯湯タンク３内の湯を６５℃に沸き上げることが可能である。しかし、−５℃以下の低外気温時は、高い加熱能力で６５℃で沸き上げ運転を行うと、圧縮機高低圧比(吐出圧力／吸入圧力)が設計上の規定である上限値を超えてしまう可能性が高くなる。そこで、この貯湯式給湯装置は、沸き上げ運転前にバイパス運転を行うことで、圧縮機高低圧力比(吐出圧力／吸入圧力)を上限値以内にしながら沸き上げ運転を行うことを可能としている。

詳しくは、上記構成の貯湯式給湯装置において、低外気温(この実施形態では、外気温度が−５℃以下)時に沸き上げ運転を行う前に、沸き上げ運転制御部１００aによって、沸上用循環ポンプＰ１により沸き上げ回路の一部(Ｌ１,Ｌ２,１０,Ｌ３)とバイパス回路(Ｌ１０)を介して貯湯タンク３内の湯水を循環させるように沸上用三方弁３０(切換部)を制御し、沸き上げ熱交換器１０の入水温度が予め設定された終了判定温度ｔ_Ｎ２を越えるまで沸き上げ熱交換器１０で加熱された出湯水をバイパス回路(Ｌ１０)を介して貯湯タンク３内の下部に戻すバイパス運転を行う。

このバイパス運転によって、沸き上げ熱交換器１０で沸き上げた出湯水を貯湯タンク３内の下部に戻して、貯湯タンク３内の下部の湯温を上げることで、貯湯タンク３内の下部から沸き上げ熱交換器１０に供給される湯水の温度すなわち沸き上げ熱交換器１０の入水温度を上げる。そうして、沸き上げ熱交換器１０の入水温度が上がると、ヒートポンプユニット２の空気熱交換器２０２の温度が上昇して、その温度上昇に伴って冷凍サイクルにおける蒸発行程の圧力(吸入圧力)が上がるので、ヒートポンプユニット２の圧縮機の吸入圧力に対する吐出圧力の比である圧縮機高低圧比が小さくなり、設定された上限値以内にすることが可能になる。したがって、上記貯湯式給湯装置によれば、低外気温時に圧縮機高低圧比(吐出圧力／吸入圧力)を上記上限値以内に保って沸き上げ運転を行うことができ、高い加熱能力で目標出湯温度６５℃の沸き上げが可能になる。

ここで、「低外気温時」とは、氷点以下に設定された判定温度よりも外気温度が低くなったときであり、例えば、ＨＦＣ冷媒を用いたヒートポンプユニット２を備えた貯湯式給湯装置では、外気温度が−５℃以下になったときである。

なお、この第１実施形態では、圧縮機高低圧比(吐出圧力／吸入圧力)の上限値を設計上の規定により設定したが、圧縮機の能力や仕様によって上限値は異なる。

次に、図３のフローチャートに従って上記貯湯式給湯装置の制御装置１００の沸き上げ運転の動作を以下に説明する。なお、この沸き上げ運転の処理のスタート前に、沸上用循環ポンプＰ１を運転して、沸き上げ熱交換器１０の入水温度を温度センサＴ１１により予め検出しているものとする。

まず、沸き上げ運転の処理がスタートすると、図３に示すステップＳ１に進み、外気温度センサ２０５により検出された外気温度が外気判定温度ｔｏ(この実施形態では−５℃)以下と判定すると、ステップＳ２に進む一方、外気温度センサ２０５により検出された外気温度が外気判定温度ｔｏを越えていると判定すると、ステップＳ７に進む。

次に、ステップＳ２で温度センサＴ１１により検出された沸き上げ熱交換器１０の入水温度が開始判定温度ｔ_Ｎ１以下であると判定すると、ステップＳ３に進む。この実施形態では、開始判定温度ｔ_Ｎ１を３０℃としている。

そして、ステップＳ３で沸上用三方弁３０を第２出水ポート側(バイパス配管Ｌ１０側)に切り換えて、配管Ｌ３とバイパス配管Ｌ１０とを接続した後、ステップＳ４に進んで、バイパス運転を開始する。このバイパス運転では、ヒートポンプユニット２を運転して、貯湯タンク３内の下部の湯水を沸き上げ熱交換器１０で加熱してバイパス回路(Ｌ１０)を介して戻す。

次に、ステップＳ５に進み、沸き上げ熱交換器１０の入水温度が終了判定温度ｔ_Ｎ２以下であると判定すると、このステップＳ５を繰り返す一方、沸き上げ熱交換器１０の入水温度が終了判定温度ｔ_Ｎ２を越えたと判定すると、このステップＳ６に進む。この実施形態では、終了判定温度ｔ_Ｎ２を３０℃としている。

次に、ステップＳ６でバイパス運転を終了して、ステップＳ８に進む。

また、ステップＳ２において、沸き上げ熱交換器１０の入水温度が開始判定温度ｔ_Ｎ１を越えていると判定すると、ステップＳ７に進む。

また、ステップＳ７で、沸上用三方弁３０を第１出水ポート側(配管Ｌ４側)に切り換えて、配管Ｌ３と配管Ｌ４とを接続した後、ステップＳ８に進んで、沸き上げ運転(目標出湯温度６５℃)を行った後、この処理を終了する。

上記貯湯式給湯装置によれば、低外気温時に行う沸き上げ運転の前に、沸き上げ熱交換器１０の入水温度が開始判定温度ｔ_Ｎ１以下のときにバイパス運転を開始するので、沸き上げ熱交換器１０の入水温度が開始判定温度ｔ_Ｎ１を越えるときは圧縮機高低圧比を上限値以内に保つことができる値に開始判定温度ｔ_Ｎ１を設定することで、バイパス運転が必要ないときはすぐに沸き上げ運転を行うことができる。

なお、上記沸き上げ運転では、ステップＳ２の開始判定温度ｔ_Ｎ１とステップＳ５の終了判定温度ｔ_Ｎ２を同じ３０℃にしたが、バイパス運転を開始するか否かの開始判定温度と、バイパス運転の終了判定のための終了判定温度は、貯湯タンク３の容量や加熱能力などに応じて適宜設定されてもよく、互いに異なる値であってもよい。

〔第２実施形態〕
この発明の第２実施形態の貯湯式給湯装置は、沸き上げ運転制御部１００aの動作を除いて第１実施形態の貯湯式給湯装置と同一の構成をしており、図１,図２を援用する。

上記第１実施形態の貯湯式給湯装置では、温度センサＴ１１により検出された沸き上げ熱交換器１０の入水温度が開始判定温度ｔ_Ｎ１以下か否かを判定したのに対して、この第２実施形態の貯湯式給湯装置では、温度センサＴ１により検出された貯湯タンク３内の下部の水温が開始判定温度ｔ_Ｎ１以下か否かを判定する。

上記第２実施形態によれば、沸上用循環ポンプＰ１を運転して沸き上げ熱交換器１０の入水温度を判定することなく、貯湯タンク３内の下部の水温に基づいてバイパス運転の開始を判定することができる。

上記第２実施形態の貯湯式給湯装置は、第１実施形態の貯湯式給湯装置と同様の効果を有する。

〔第３実施形態〕
この発明の第３実施形態の貯湯式給湯装置は、沸き上げ運転制御部１００aの動作を除いて第１実施形態の貯湯式給湯装置と同一の構成をしており、図１,図２を援用する。

この第３実施形態の貯湯式給湯装置では、バイパス運転において、貯湯タンク３の上部から追焚熱交換器２０と沸上用混合弁５０を介して沸上用循環ポンプＰ１の吸込側に接続された風呂追い焚き回路(Ｌ２１,２０,Ｌ２２)を用いる。詳しくは、バイパス運転において、沸上用循環ポンプＰ１により貯湯タンク３内の上部の湯を風呂追い焚き回路(Ｌ２１,２０,Ｌ２２)と沸き上げ回路の一部(Ｌ２,１０,Ｌ３)とバイパス回路(Ｌ１０)を介して貯湯タンク３内の下部に戻す。これによって、ヒートポンプユニット２が立ち上がるまで、貯湯タンク３内の上部の湯を貯湯タンク３内の下部に供給して、貯湯タンク３内の下部の湯水を速やかに温めることができ、バイパス運転時間を短縮することができる。

これにより、ヒートポンプユニット２が立ち上がるまでの期間においても、沸き上げ熱交換器１０の入水温度が低いために圧縮機２０４の吸入圧力に対する吐出圧力の比が上限値を超えるということがない。

上記第３実施形態の貯湯式給湯装置は、第１実施形態の貯湯式給湯装置と同様の効果を有する。

〔第４実施形態〕
図４はこの発明の第４実施形態の貯湯式給湯装置の配管系統図を示している。この発明の第４実施形態の貯湯式給湯装置は、貯湯ユニット１の一部構成を除いて第１実施形態の貯湯式給湯装置と同一の構成をしている。

図４に示すように、この第４実施形態の貯湯式給湯装置は、沸上用混合弁５０と配管Ｌ１がない点と、貯湯タンク３の下部と沸き上げ熱交換器１０を配管Ｌ２を介して接続している点と、配管Ｌ２２に追焚用循環ポンプＰ３を配設している点が第１実施形態の貯湯式給湯装置と相違する。

上記貯湯式給湯装置では、第１実施形態の貯湯式給湯装置と同様のバイパス運転を行う。

上記第４実施形態の貯湯式給湯装置は、第１実施形態の貯湯式給湯装置と同様の効果を有する。

なお、このバイパス運転の前(あるいはバイパス運転と同時)に、追焚用循環ポンプＰ３により貯湯タンク３内の上部の湯を風呂追い焚き回路(Ｌ２１,２０,Ｌ２２)を介して貯湯タンク３内の下部に戻すことにより、貯湯タンク３内の下部の湯水を温めてもよい。この場合、貯湯タンク３内の下部の湯水を速やかに温めることができ、バイパス運転時間を短縮することができる。

上記第１〜第４実施形態では、切換部として沸上用三方弁３０を用いたが、切換部はこれに限らず、例えば、配管Ｌ４を開閉する閉鎖弁とバイパス配管Ｌ１０を開閉する閉鎖弁の組合せたものでもよい。

この発明の具体的な実施の形態について説明したが、この発明は上記第１〜第３実施形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々変更して実施することができる。例えば、上記第１〜第４実施形態で記載した内容を適宜組み合わせたものを、この発明の一実施形態としてもよい。

１…貯湯ユニット
２…ヒートポンプユニット
３…貯湯タンク
４…浴槽
１０…沸き上げ熱交換器
２０…追焚熱交換器
３０…沸上用三方弁
５０…沸上用混合弁
６０…給湯端末
７０…給水源
８０…排水口
１００…制御装置
１００a…沸き上げ運転制御部
１００b…給湯制御部
１００c…風呂注湯制御部
１００d…風呂追焚制御部
１００e…履歴情報記憶部
２００…リモートコントローラ
２０１…膨張機構
２０２…空気熱交換器
２０３…四路切換弁
２０４…圧縮機
２０５…外気温度センサ
Ｌ１,Ｌ２,Ｌ２,Ｌ１１,Ｌ２１,Ｌ２２,Ｌ３１〜Ｌ３５,Ｌ４１…配管
Ｌ５,Ｌ６…冷媒配管
Ｌ１２…分岐配管
ＬＳ…水位センサ
Ｐ１…沸上用循環ポンプ
Ｐ２…風呂用循環ポンプ
Ｐ３…追焚用循環ポンプ
ＳＷ…水流スイッチ
Ｔ１〜Ｔ４,Ｔ１１〜Ｔ１３,Ｔ２１〜Ｔ２３…温度センサ

Claims

貯湯タンク(３)と、
上記貯湯タンク(３)の下部から沸き上げ熱交換器(１０)を介して上記貯湯タンク(３)の上部に接続された沸き上げ回路(Ｌ１,Ｌ２,１０,Ｌ３,Ｌ４)と、
上記沸き上げ回路(Ｌ１,Ｌ２,１０,Ｌ３,Ｌ４)に配設され、上記貯湯タンク(３)内の湯水を上記沸き上げ回路(Ｌ１,Ｌ２,１０,Ｌ３,Ｌ４)を介して循環させる沸上用循環ポンプ(Ｐ１)と、
上記貯湯タンク(３)内の湯水を上記沸き上げ熱交換器(１０)により沸き上げるヒートポンプユニット(２)と、
上記沸き上げ回路(Ｌ１,Ｌ２,１０,Ｌ３,Ｌ４)の上記沸き上げ熱交換器(１０)よりも下流側と上記貯湯タンク(３)の下部を接続するバイパス回路(Ｌ１０)と、
上記沸上用循環ポンプ(Ｐ１)により上記沸き上げ回路(Ｌ１,Ｌ２,１０,Ｌ３,Ｌ４)を介して上記貯湯タンク(３)内の湯水を循環させるか、または、上記沸上用循環ポンプ(Ｐ１)により上記沸き上げ回路の一部(Ｌ１,Ｌ２,１０,Ｌ３)と上記バイパス回路(Ｌ１０)を介して上記貯湯タンク(３)内の湯水を循環させるかを切り換える切換部(３０)と、
上記沸上用循環ポンプ(Ｐ１)と上記ヒートポンプユニット(２)と上記切換部(３０)を制御する制御装置(１００)と
を備え、
上記制御装置(１００)は、
低外気温時に行う沸き上げ運転の開始時において、上記沸上用循環ポンプ(Ｐ１)により上記沸き上げ回路の一部(Ｌ１,Ｌ２,１０,Ｌ３)と上記バイパス回路(Ｌ１０)を介して上記貯湯タンク(３)内の湯水を循環させるように上記切換部(３０)を制御して、上記沸き上げ熱交換器(１０)の入水温度または上記貯湯タンク(３)内の下部の水温が予め設定された終了判定温度を越えるまで上記沸き上げ熱交換器(１０)で加熱された出湯水を上記バイパス回路(Ｌ１０)を介して上記貯湯タンク(３)内の下部に戻すバイパス運転を行う沸き上げ運転制御部(１００a)を有することを特徴とする貯湯式給湯装置。
請求項１に記載の貯湯式給湯装置において、
上記沸き上げ運転制御部(１００a)は、低外気温時に沸き上げ運転を行う場合、上記沸き上げ熱交換器(１０)の入水温度または上記貯湯タンク(３)内の下部の水温が開始判定温度以下のときに上記バイパス運転を開始することを特徴とする貯湯式給湯装置。
請求項１または２に記載の貯湯式給湯装置において、
上記貯湯タンク(３)の上部から追焚熱交換器(２０)を介して上記沸上用循環ポンプ(Ｐ１)の吸込側に接続された風呂追い焚き回路(Ｌ２１,２０,Ｌ２２)を備え、
上記沸き上げ運転制御部(１００a)は、上記バイパス運転において、上記貯湯タンク(３)内の上部の湯を上記風呂追い焚き回路(Ｌ２１,２０,Ｌ２２)と上記沸き上げ熱交換器(１０)と上記バイパス回路(Ｌ１０)を介して上記貯湯タンク(３)内の下部に戻すことを特徴とする貯湯式給湯装置。