実施の形態1.
図1は、実施の形態1の貯湯式給湯システムを示す図である。図1に示す本実施の形態1の貯湯式給湯システム35は、タンクユニット33、HP(ヒートポンプ)ユニット7、及びリモコン44を備える。HPユニット7とタンクユニット33との間は、HP往き配管14とHP戻り配管15と図示しない電気配線とを介して接続されている。タンクユニット33には、制御装置36が内蔵されている。タンクユニット33及びHPユニット7が備える各種弁類、ポンプ類等の作動は、これらと電気的に接続された制御装置36により制御される。
リモコン44は、運転動作指令及び設定値の変更に関するユーザーの操作を受け付ける機能を有する。リモコン44は、操作端末またはユーザーインターフェース装置の例である。制御装置36とリモコン44の間は、有線または無線により、双方向にデータ通信可能に接続されている。リモコン44には、図示を省略するが、貯湯式給湯システム35の状態等の情報を表示する表示部、ユーザーが操作するスイッチ等の操作部、スピーカ、マイク等が搭載されている。リモコン44は、台所に設置されてもよい。リモコン44は、浴室に設置されてもよい。貯湯式給湯システム35は、複数台のリモコン44を備えてもよい。
HPユニット7は、水を加熱する加熱手段の例である。HPユニット7は、圧縮機1、水冷媒熱交換器3、膨張弁4、空気熱交換器6を冷媒配管5にて環状に接続した冷媒回路を備える。HPユニット7は、この冷媒回路によりヒートポンプサイクルの運転を行う。水冷媒熱交換器3では、圧縮機1で圧縮された冷媒と、タンクユニット33から導かれた水との間で熱を交換することで、水が加熱される。圧縮機1で圧縮された冷媒と、水道等の水源から直接供給される水とを水冷媒熱交換器3で熱交換させることができる構成を備えてもよい。
タンクユニット33には、以下の各種部品及び配管などが内蔵されている。貯湯タンク8は、湯水を貯留する。貯湯タンク8の下部に設けられた水導入口8aには、第3給水配管9cが接続されている。水道等の水源から供給される水(以下、「低温水」と称する)は、減圧弁31で所定圧力に調圧された上で、第3給水配管9cを通って貯湯タンク8内に流入する。貯湯タンク8の上部には、温水導入出口8d及び温水導出口8eが設けられている。温水導入出口8dには、送湯配管13の一端と、高温配管21の一端とが接続されている。高温配管21は、貯湯タンク8内に貯留された湯を貯湯式給湯システム35の外部へ供給する際に使用される。温水導出口8eには、第1温水導入配管20aが接続されている。
貯湯タンク8には、HPユニット7を用いて加熱された高温水が温水導入出口8dから流入するとともに、水源から第3給水配管9cを通って供給される低温水が水導入口8aから流入する。貯湯タンク8内には、上側が高温で下側が低温となる温度成層を形成して、湯水が貯留される。貯湯タンク8の表面には、複数の貯湯温度センサ42,43,52が、相異なる高さの位置に取り付けられている。制御装置36は、これらの貯湯温度センサ42,43,52で貯湯タンク8内の湯水の温度分布を検出することにより、貯湯タンク8内の貯湯量及び蓄熱量を把握できる。
タンクユニット33内には、循環ポンプ12及び利用側熱交換器20が内蔵されている。循環ポンプ12は、タンクユニット33内の後述する各種配管に湯水を循環させるためのポンプである。循環ポンプ12は、HP往き配管14の途中に接続されている。利用側熱交換器20は、HPユニット7または貯湯タンク8から供給される高温水と、2次側の加熱対象流体との間で熱を交換させることで、加熱対象流体を加熱する。本実施の形態における加熱対象流体は、浴槽30から導かれる浴槽水である。加熱対象流体は、浴槽水に限定されるものではなく、例えば暖房用熱媒体でもよい。
本実施の形態では、利用側熱交換器20の2次側の構成として、浴槽30の浴槽水を循環させるふろ往き配管27及びふろ戻り配管28を例示して説明する。利用側熱交換器20は、ふろ往き配管27とふろ戻り配管28の途中に設置されている。ふろ往き配管27の途中には、利用側熱交換器20から出た、熱交換後の浴槽水の温度を検出するふろ往き温度センサ37が設置されている。ふろ戻り配管28の途中には、浴槽水を循環させるためのふろ循環ポンプ29と、浴槽30から出た浴槽水の温度を検出するふろ戻り温度センサ38とが設置されている。
第1四方弁18は、湯水が流入する入口であるbポート及びcポートと、湯水が流出する出口であるaポート及びdポートとを備える流路切替手段である。第1四方弁18は、4つの経路、すなわちa−b、a−c、b−d、c−dの間で流路切替可能に構成されている。
第2四方弁11は、湯水が流入する入口であるaポート及びdポートと、湯水が流出する出口であるbポート及びcポートとを備える流路切替手段である。第2四方弁11は、4つの経路、すなわちa−b、a−c、b−d、c−dの間で流路切替可能に構成されている。
HP往き配管14は、利用側熱交換器20の1次側出口と、HPユニット7の入口との間をつなぐ。HP戻り配管15は、HPユニット7の出口と、第1四方弁18のcポートとの間をつなぐ。第1水導出口配管10aは、貯湯タンク8の下部に設けられた水導出口8bと、第2四方弁11のaポートとの間をつなぐ。第2水導出口配管10bは、HP往き配管14における循環ポンプ12と利用側熱交換器20の1次側出口との間にある分岐部と、第2四方弁11のcポートとの間をつなぐ。送湯配管13は、第1四方弁18のdポートと、貯湯タンク8の上部の温水導入出口8dとの間をつなぐ。第1バイパス配管16は、第1四方弁18のaポートと、貯湯タンク8の温水導入口8cとの間をつなぐ。温水導入口8cは、貯湯タンク8の高さ方向の中央部と下部との間にある。第2バイパス配管17は、HP往き配管14における循環ポンプ12とHPユニット7の入口との間にある分岐部と、第1四方弁18のbポートとの間をつなぐ。第1温水導入配管20aは、貯湯タンク8の上部の温水導出口8eと、第2四方弁11のdポートとの間をつなぐ。第2温水導入配管20bは、第2四方弁11のbポートと、利用側熱交換器20の1次側入口との間をつなぐ。
給湯用混合弁22は、高温側入口、低温側入口、及び出口を備える。ふろ用混合弁23は、高温側入口、低温側入口、及び出口を備える。貯湯タンク8の上部の温水導入出口8dに一端が接続された高温配管21の他端側は、二手に分岐して、給湯用混合弁22の高温側入口と、ふろ用混合弁23の高温側入口とに接続されている。
三方弁78は、湯水が流入する入口であるaポート及びbポートと、湯水が流出するcポートとを備える流路切替手段である。三方弁78は、2つの経路、すなわちa−c、b−cの間で流路切替可能に構成されている。第1給水配管9aの一端は、水道等の水源に接続される。第1給水配管9aの他端は、減圧弁31を介して第2給水配管9b及び第3給水配管9cに接続されている。第1給水配管9aの途中には、第1給水配管9aを通る水の温度を検出する給水温度センサ50が取り付けられている。第2給水配管9bは、減圧弁31の2次側と三方弁78のaポートとの間をつなぐ。第3給水配管9cは、第2給水配管9bの途中から分岐し、貯湯タンク8の下部の水導入口8aに接続されている。水配管19の一端は、三方弁78のcポートに接続されている。水配管19の他端側は、二手に分岐して、給湯用混合弁22の低温側入口と、ふろ用混合弁23の低温側入口とに接続されている。中温配管79は、貯湯タンク8の高さ方向の中間部に設けられた中温導出口8fと、三方弁78のbポートとの間をつなぐ。中温導出口8fは、温水導入出口8dより低い位置にある。
三方弁78は、中温配管79が水配管19に連通して第2給水配管9bが遮断される流路状態に切り替え可能である。この流路状態を以下「中温水利用状態」と称する。中温水利用状態において給湯先へ湯を供給する場合には、貯湯タンク8の中温導出口8fから中温配管79へ流出する中温水が、水配管19を通って、給湯用混合弁22及びふろ用混合弁23の低温側入口へ供給される。貯湯温度センサ52は、中温導出口8fの近傍の貯湯タンク8の表面に取り付けられている。貯湯温度センサ52により、中温水の温度を検出できる。
三方弁78は、第2給水配管9bが水配管19に連通して中温配管79が遮断される流路状態に切り替え可能である。この流路状態を以下「中温水非利用状態」と称する。中温水非利用状態において給湯先へ湯を供給する場合には、水源から第1給水配管9a及び第2給水配管9bを経由して供給される低温水が、水配管19を通って、給湯用混合弁22及びふろ用混合弁23の低温側入口へ供給される。
第1給湯配管24は、給湯用混合弁22の出口と、タンクユニット33の筐体に設置された給湯栓34との間をつなぐ。第1給湯配管24の途中には、第1給湯配管24を通る湯の流量を検出する給湯用流量センサ48と、第1給湯配管24を通る湯の温度を検出する給湯温度センサ51とが設けられている。第2給湯配管25は、ふろ用混合弁23の出口と、ふろ往き配管27の途中にある分岐部との間をつなぐ。第2給湯配管25の途中には、第2給湯配管25を開閉するふろ用電磁弁26と、第2給湯配管25を通る湯の流量を検出するふろ用流量センサ45とが設けられている。
給湯用混合弁22は、貯湯タンク8の上部から高温配管21を通って供給される高温水と、水配管19から供給される中温水または低温水とを混合することで、給湯先へ供給される湯を温度調節する第一混合手段の例である。タンクユニット33の外部から、給湯栓34に対して、外部給湯配管(図示省略)が接続される。給湯用混合弁22で温度調節された湯は、第1給湯配管24、給湯栓34、及び外部給湯配管を経由して、ユーザーが使用するシャワーまたはカラン等の蛇口のような給湯先へ供給される。
ユーザーは、リモコン44を操作することで、給湯用混合弁22の給湯先、すなわち上記蛇口に対する給湯設定温度を所望の値に変更できる。給湯用混合弁22の給湯先へ給湯する際には、制御装置36は、給湯温度センサ51で検出される給湯温度が、給湯設定温度に等しくなるように、給湯用混合弁22を制御する。
ふろ用混合弁23は、貯湯タンク8の上部から高温配管21を通って供給される高温水と、水配管19から供給される中温水または低温水とを混合することで、給湯先すなわち浴槽30へ供給される湯を温度調節する第二混合手段の例である。浴槽30へ湯を供給する場合には、以下のようになる。ふろ用電磁弁26が開かれる。ふろ用混合弁23で温度調節された湯は、第2給湯配管25と、ふろ往き配管27及びふろ戻り配管28の少なくとも一方を通って、浴槽30へ流入する。
ユーザーは、リモコン44を操作することで、ふろ用混合弁23の給湯先、すなわち浴槽30に対する給湯設定温度を所望の値に変更できる。浴槽30へ給湯する際には、制御装置36は、ふろ往き温度センサ37またはふろ戻り温度センサ38で検出される給湯温度が、給湯設定温度に等しくなるように、ふろ用混合弁23を制御する。
第1四方弁18は、HP戻り配管15と送湯配管13とが連通する形態、HP戻り配管15と第1バイパス配管16とが連通する形態、第1バイパス配管16と第2バイパス配管17とが連通する形態、及び、送湯配管13と第2バイパス配管17とが連通する形態、の4つの流路形態に切り替え可能である。第2四方弁11は、第1水導出口配管10aと第2水導出口配管10bとが連通する形態と、第1水導出口配管10aと第2温水導入配管20bとが連通する形態、及び、第1温水導入配管20aと第2温水導入配管20bとが連通する形態の3つの流路形態に切り替え可能である。
以下、本実施の形態1の貯湯式給湯システム35の動作について、さらに説明する。水源から第1給水配管9aを通って供給された低温水は、減圧弁31で所定圧に減圧され、第3給水配管9cを通って貯湯タンク8の下部に流入する。貯湯タンク8内は、常に満水状態に維持される。HPユニット7で加熱された高温水を貯湯タンク8に蓄積する運転である蓄熱運転のときには、以下のようになる。HPユニット7及び循環ポンプ12が運転される。貯湯タンク8内の下部の水が、第1水導出口配管10a、第2四方弁11、第2水導出口配管10b、及びHP往き配管14を経由して、HPユニット7内の水冷媒熱交換器3に送られる。水冷媒熱交換器3を通過する間に加熱された湯すなわち高温水が、HP戻り配管15、第1四方弁18、及び送湯配管13を経由して、温水導入出口8dから貯湯タンク8に流入する。このとき、第2四方弁11はaポートとcポートとが導通し、第1四方弁18はcポートとdポートとが導通している。
蓄熱運転のとき、制御装置36は、HPユニット7から流出する湯の温度(以下、「加熱後温度」と称する)が目標値に等しくなるように、HPユニット7及び循環ポンプ12の少なくとも一方の動作を制御してもよい。加熱後温度の目標値は、例えば、65℃〜90℃の範囲にある温度でもよい。HP戻り配管15に取り付けられたHP出湯温度センサ39により加熱後温度を検出できる。
HP往き配管14に取り付けられたHP入水温度センサ40は、HPユニット7に流入する水の温度(以下、「加熱前温度」と称する)を検出できる。制御装置36は、HP入水温度センサ40で検出される加熱前温度が基準(例えば60℃)以上になった場合に、貯湯タンク8の全量が湯で満たされたと判断して、蓄熱運転を終了してもよい。制御装置36は、必要な蓄熱量に応じて、貯湯タンク8の全量が湯で満たされる前に蓄熱運転を終了してもよい。
HPユニット7のようなヒートポンプ方式により水を加熱する運転においては、一般に、加熱前温度が低いときには加熱効率が高くなり、加熱前温度が高いときには加熱効率が低くなるという特性がある。
貯湯タンク8に貯えられた湯は、さまざまな要因で、温度低下を起こし、貯湯タンク8内に中温水が徐々に発生していく。例えば、貯えられた時間が長くなるにつれて、自然放熱により、貯湯タンク8内の湯が温度低下を生じる。また、利用側熱交換器20を用いたふろ追焚き運転あるいは床暖房等を行うことで、貯湯タンク8内に中温水が生成される。また、ふろ排熱回収運転を行うことで、貯湯タンク8内の水が浴槽30内の湯との熱交換により加熱されることで中温水が生成される。以下では、例として、ふろ追焚き運転とふろ排熱回収運転を行う場合の動作及び中温水の生成について説明する。
ふろ追焚き運転を行う場合には、以下のようになる。リモコン44により制御装置36がふろ追焚き運転開始の指示を受けるとき、または、ふろ循環ポンプ29の運転により浴槽30内の浴槽水の温度をふろ戻り温度センサ38で検出し、所定温度以下まで浴槽30の温度低下があるときは、ふろ追焚き運転が開始される。ふろ追焚き運転が開始されると、ふろ循環ポンプ29が動作し、浴槽30内の浴槽水が、ふろ戻り配管28、利用側熱交換器20、及びふろ往き配管27を通って浴槽30内に戻るように循環する。一方、循環ポンプ12も動作して、貯湯タンク8の上部より高温の貯湯水が、第1温水導入配管20a、第2四方弁11、及び第2温水導入配管20bを経由して、利用側熱交換器20に送られる。高温の貯湯水は、利用側熱交換器20を通過する間に浴槽水に熱を奪われることで、温度が低下し、中温水になる。この中温水の温度は、例えば50℃程度である。この中温水は、利用側熱交換器20からHP往き配管14、第2バイパス配管17、第1四方弁18、及び第1バイパス配管16を経由して、温水導入口8cから貯湯タンク8に流入する。このとき、第2四方弁11はdポートとbポートとが導通し、第1四方弁18はbポートとaポートとが導通している。
このようなふろ追焚きを継続するにつれて、貯湯タンク8内の高温の貯湯水が減少し、中温水が増加していく。ふろ追焚きで生成された中温水が貯湯タンク8内に多量にある状態で、蓄熱運転を実施すると、低温水に代えて中温水をHPユニット7で加熱することになるため、加熱前温度が高くなり、HPユニット7の加熱効率が低くなる。
ふろ排熱回収運転を行う場合には、以下のようになる。リモコン44により制御装置36がふろ排熱回収開始の指示を受けるときには、ふろ排熱回収運転が開始される。ふろ排熱回収運転が開始されると、まず、貯湯タンク8の貯湯状態が、ふろ排熱回収運転を実施できる状態であるかどうかを以下のようにして確認する。ふろ循環ポンプ29を動作させ、浴槽30内の浴槽水の温度をふろ戻り温度センサ38により検出する。貯湯タンク8の下部の温度を貯湯温度センサ43により検出する。貯湯温度センサ43で検出された貯湯タンク8の下部の温度が、ふろ戻り温度センサ38で検出された浴槽30内の浴槽水の温度より低い場合には、ふろ排熱回収運転を実施可能と判断する。ふろ排熱回収運転を実施可能と判断された場合には、循環ポンプ12も動作させる。貯湯タンク8の下部より、低温の貯湯水が、第1水導出口配管10a、第2四方弁11、及び第2温水導入配管20bを経由して、利用側熱交換器20に送られる。低温の貯湯水は、利用側熱交換器20を通過する間に浴槽水から熱を受け取ることで、温度が上昇し、中温水になる。この中温水の温度は、例えば30℃程度である。この中温水は、利用側熱交換器20からHP往き配管14、第2バイパス配管17、第1四方弁18、及び第1バイパス配管16を経由して、温水導入口8cから貯湯タンク8に流入する。このとき、第2四方弁11はaポートとbポートとが導通し、第1四方弁18はbポートとaポートとが導通している。
貯湯温度センサ43で検出される貯湯タンク8の下部の温度が、ふろ戻り温度センサ38で検出される浴槽水の温度に近くなると、それ以上の排熱回収、すなわち浴槽水から低温の貯湯水への伝熱が行われなくなる。制御装置36は、貯湯温度センサ43の検出温度とふろ戻り温度センサ38の検出温度との差が基準に比べて小さくなった場合には、ふろ排熱回収運転を終了する。
このようなふろ排熱回収運転を行うと、貯湯タンク8内の低温水が減少し、中温水が増加する。ふろ排熱回収運転で生成された中温水が貯湯タンク8内に多量にある状態で、蓄熱運転を実施すると、低温水に代えて中温水をHPユニット7で加熱することになるため、加熱前温度が高くなり、HPユニット7の加熱効率が低くなる。
本実施の形態であれば、三方弁78が中温水利用状態にあるときに給湯先へ湯を供給する場合には、中温配管79から供給される中温水が給湯用混合弁22及びふろ用混合弁23へ供給される。貯湯タンク8内の中温水が中温配管79へ流出すると、低温水が第3給水配管9cから貯湯タンク8の下部へ流入する。本実施の形態であれば、貯湯タンク8内の中温水を給湯に利用できるので、中温水が持つ熱量を有効利用できる。また、貯湯タンク8内の中温水を消費することで、貯湯タンク8内の中温水を、第3給水配管9cから流入する低温水に置換できる。このため、蓄熱運転を実施したときに、加熱前温度を低くすることができ、HPユニット7の加熱効率が高くなる。
次に、給湯用混合弁22を用いた給湯に関する制御について、図2を参照して説明する。図2は、実施の形態1において実行されるルーチンのフローチャートである。図2は、三方弁78の切り替えの制御に関するフローチャートである。本実施の形態では、制御装置36が本フローチャートの処理を実行する。制御装置36は、貯湯式給湯システム35の状態にかかわらず、本フローチャートのルーチンを周期的に繰り返し実行する。制御装置36は、給湯用混合弁22を用いた給湯をユーザーが使用することが想定される場合には、常時、本フローチャートのルーチンを繰り返し実行する。
図2のステップS10では、給湯用混合弁22の給湯先への給湯が実行中であるか停止中であるかを判定する。本実施の形態では、第1給湯配管24の給湯用流量センサ48の出力に基づいて、給湯用混合弁22の給湯先への給湯が実行中であるか停止中であるかを判定できる。給湯用混合弁22の給湯先への給湯が実行中である場合には、三方弁78の切り替えを実施することなく、ルーチンを終了する。
仮に、給湯用混合弁22の給湯先への給湯が実行中のときに三方弁78の切り替えを実施すると、給湯用混合弁22の低温側入口に流入する水が、中温水から低温水へ、あるいは低温水から中温水へ、切り替わることで、給湯温度が変動しやすい。給湯温度センサ51で検出される温度に応じて給湯用混合弁22が制御されるが、少なくとも給湯用混合弁22から給湯温度センサ51までの流路容積に相当する湯の温度は制御できないなどの理由で、給湯用混合弁22の低温側入口に流入する水の温度の変動が給湯温度の変動をもたらすことを完全に防止することはできない。これに対し、本実施の形態であれば、給湯用混合弁22の給湯先への給湯が実行中のときには三方弁78の切り替えを実施しないようにすることで、給湯温度が変動することをより確実に抑制できる。
給湯用混合弁22の給湯先への給湯が停止中である場合には、ステップS10からステップS11へ移行する。ステップS11では、中温水の温度を貯湯温度センサ52により検出する。本実施の形態であれば、中温配管79に中温水が流れていない状態でも、中温水の温度を貯湯温度センサ52により正確に検出できる。ステップS11からステップS12へ移行する。
ステップS12では、三方弁78が、aポート−cポート間を導通する状態であるかどうか、すなわち中温水非利用状態であるかどうかを判定する。三方弁78が中温水非利用状態である場合には、ステップS12からステップS13へ移行する。三方弁78が中温水非利用状態でない場合、すなわち三方弁78が中温水利用状態である場合には、ステップS12からステップS16へ移行する。
現在の三方弁78が中温水非利用状態であるステップS13では、ステップS11で検出された中温水の温度が、第一基準温度に比べて低いか否かを判定する。第一基準温度は、給湯用混合弁22の給湯先に対する給湯設定温度より低い温度である。第一基準温度は、当該給湯設定温度に比べて所定の第一温度差だけ低い温度でもよい。当該第一温度差は、例えば、8℃でもよい。中温水の温度が第一基準温度未満であるか第一基準温度に等しい場合に、中温水の温度が第一基準温度に比べて低い、と判定してもよい。
中温水の温度が第一基準温度に比べて低くない場合には、三方弁78を中温水非利用状態から中温水利用状態へ切り替えることなく、ステップS13の後、ルーチンを終了する。中温水の温度が第一基準温度に比べて低い場合には、ステップS13からステップS14へ移行する。ステップS14では、給湯用混合弁22の待機位置が第二待機位置から第一待機位置へ変化するように、給湯用混合弁22を作動させる。ステップS14からステップS15へ移行する。ステップS15では、三方弁78を中温水非利用状態から中温水利用状態へ切り替える。すなわち、三方弁78を、aポート−cポート間を導通する状態から、bポート−cポート間を導通する状態へ切り替える。ステップS15の後、ルーチンを終了する。
ここで、給湯用混合弁22の待機位置について説明する。給湯用混合弁22の待機位置とは、給湯用混合弁22の給湯先への給湯が停止中のときに給湯用混合弁22が待機している位置である。第一待機位置は、三方弁78が中温水利用状態であるときの給湯用混合弁22の待機位置である。制御装置36は、以下のようにして、第一待機位置を計算できる。制御装置36は、貯湯温度センサ42で検出される高温水の温度と、貯湯温度センサ52で検出される中温水の温度とに基づいて、給湯設定温度を満足できるような高温水と中温水との混合比を計算できる。制御装置36は、給湯用混合弁22において、そのような混合比を満足できるように、高温側入口に連通する開口面積と、低温側入口に連通する開口面積との比を計算できる。制御装置36は、そのような混合比または開口面積の比を満足できるように、給湯用混合弁22の弁体の待機位置を計算できる。そのような弁体の待機位置が第一待機位置に相当する。
給湯用混合弁22の給湯先への給湯が停止中で三方弁78が中温水利用状態であるときに給湯用混合弁22が第一待機位置にあるようにすることで、給湯が開始された場合に、給湯温度を速やかに給湯設定温度に近づけることが可能となる。
第二待機位置は、三方弁78が中温水非利用状態であるときの給湯用混合弁22の待機位置である。制御装置36は、以下のようにして、第二待機位置を計算できる。制御装置36は、貯湯温度センサ42で検出される高温水の温度と、給水温度センサ50で検出される低温水の温度とに基づいて、給湯設定温度を満足できるような高温水と低温水との混合比を計算できる。制御装置36は、給湯用混合弁22において、そのような混合比を満足できるように、高温側入口に連通する開口面積と、低温側入口に連通する開口面積との比を計算できる。制御装置36は、そのような混合比または開口面積の比を満足できるように、給湯用混合弁22の弁体の待機位置を計算できる。そのような弁体の待機位置が第二待機位置に相当する。
給湯用混合弁22の給湯先への給湯が停止中で三方弁78が中温水非利用状態であるときに給湯用混合弁22が第二待機位置にあるようにすることで、給湯が開始された場合に、給湯温度を速やかに給湯設定温度に近づけることが可能となる。
貯湯タンク8の中間部は、湯水の放熱、貯湯タンク8内の高温部と低温部との熱拡散、ふろ追焚き運転またはふろ排熱回収運転のときの温水導入口8cから貯湯タンク8への中温水の流入、などの影響により、温度変動が大きい。このため、貯湯タンク8から中温配管79へ流出する中温水の温度は、急激な変動、例えば1秒間に5℃以上の変動、を生じることもある。
仮に、貯湯温度センサ52で検出された中温水の温度が給湯設定温度以下になったことを契機として三方弁78を中温水非利用状態から中温水利用状態に切り替えたとすると、その後の中温水の温度変動により、中温水の温度が給湯設定温度を超える可能性がある。そのような場合、給湯用混合弁22から給湯先へ供給される湯の温度が給湯設定温度より高くなってしまう。これに対し、本実施の形態であれば、中温水の温度が、給湯設定温度より低い第一基準温度に比べて低くなるまでは、三方弁78を中温水非利用状態から中温水利用状態に切り替えない。このため、貯湯タンク8の中間部の温度が変動しやすい状況のときでも、給湯用混合弁22から給湯先へ供給される湯の温度が給湯設定温度より高くなってしまうことを確実に防止できる。
低温水の流入を想定した第二待機位置は、中温水の流入を想定した第一待機位置に比べて、高温水の混合割合が高くなる位置になる。すなわち、第二待機位置では、給湯用混合弁22の高温側入口に連通する開口面積が、第一待機位置に比べて、大きくなる。
本実施の形態では、上述したステップS14及びステップS15のように、三方弁78を中温水非利用状態から中温水利用状態に切り替える前に、給湯用混合弁22を第二待機位置から第一待機位置へ作動させる。これとは逆に、三方弁78を中温水非利用状態から中温水利用状態に切り替えた後に、給湯用混合弁22を第二待機位置から第一待機位置へ作動させた仮定すると、以下のような可能性がある。三方弁78が切り替わる途中で給湯が開始された場合には、高温水の混合割合が高い第二待機位置にある給湯用混合弁22の低温側入口に中温水が流入する可能性がある。そのような場合、給湯用混合弁22からの給湯温度が、一時的に、給湯設定温度より高くなる。シャワーのように、人体に直接湯を浴びる用途を想定すると、給湯温度が給湯設定温度より高くなる状態の発生は極力避けることが望ましい。これに対し、本実施の形態であれば、高温水の混合割合が低い第一待機位置に給湯用混合弁22を切り替えた後に、三方弁78を中温水利用状態へ切り替えるので、三方弁78が切り替わる途中で給湯が開始された場合であっても、給湯用混合弁22からの給湯温度が給湯設定温度より高くなることを確実に防止できる。
現在の三方弁78が中温水利用状態であるステップS16では、ステップS11で検出された中温水の温度が、第二基準温度に比べて高いか否かを判定する。第二基準温度は、給湯用混合弁22の給湯先に対する給湯設定温度より低く、かつ第一基準温度より高い温度である。第二基準温度は、当該給湯設定温度に比べて、上記第一温度差より小さい所定の第二温度差だけ低い温度でもよい。当該第二温度差は、例えば、6℃でもよい。中温水の温度が第二基準温度に等しいか第二基準温度を超える場合に、中温水の温度が第二基準温度に比べて高い、と判定してもよい。
中温水の温度が第二基準温度に比べて高くない場合には、三方弁78を中温水利用状態から中温水非利用状態へ切り替えることなく、ステップS16の後、ルーチンを終了する。中温水の温度が第二基準温度に比べて高い場合には、ステップS16からステップS17へ移行する。ステップS17では、三方弁78を中温水利用状態から中温水非利用状態へ切り替える。すなわち、三方弁78を、bポート−cポート間を導通する状態から、aポート−cポート間を導通する状態へ切り替える。ステップS17からステップS18へ移行する。ステップS18では、給湯用混合弁22の待機位置が第一待機位置から第二待機位置へ変化するように、給湯用混合弁22を作動させる。ステップS18の後、ルーチンを終了する。
第二基準温度が第一基準温度に等しいと仮定すると、以下のようになる。貯湯温度センサ52の分解能が小さい場合、あるいは貯湯タンク8の中間部の温度変動が大きい貯湯タンク8の状態である場合には、貯湯温度センサ52で検出した中温水の温度が変動することで、三方弁78の頻繁な切り替えが発生し、その結果、給湯温度の変動が大きくなる可能性がある。これに対し、本実施の形態であれば、第二基準温度を第一基準温度より高くしたことで、ステップS15またはステップS18による三方弁78の切り替えが行われた後、次の三方弁78の切り替え条件が成立しにくくなる。それゆえ、三方弁78の頻繁な切り替えの発生を防止でき、給湯温度の変動を確実に抑制できる。
本実施の形態では、中温水の温度が、給湯設定温度より低い第二基準温度に比べて高い場合には、三方弁78を中温水利用状態から中温水非利用状態へ切り替えるので、中温水が給湯に利用されないようになる。仮に、中温水の温度が第二基準温度に比べて高い場合であって中温水の温度が給湯設定温度より少し低い場合に、中温水と高温水とを混合した湯を給湯先へ供給すると、以下のような問題がある。中温水の温度が給湯設定温度より少し低い温度の場合には、中温水に少量の高温水を混合して給湯先へ供給することになる。そのような場合に、中温水の温度が急激に変動すると、中温水の温度変動とほとんど同じ大きさの温度変動が給湯温度に生じてしまい、給湯温度に大きい変動が生じる。中温水の温度が給湯設定温度より少し高い場合に中温水に少量の低温水を混合して給湯先へ供給すると仮定した場合にも、同じようにして、給湯温度に大きい変動が生じる可能性がある。これに対し、本実施の形態では、中温水の温度が、給湯設定温度より低い第二基準温度に比べて高い場合には、中温水を給湯に利用しないようにすることで、給湯温度の変動を確実に抑制できる。
本実施の形態では、上述したステップS17及びステップS18のように、三方弁78を中温水利用状態から中温水非利用状態に切り替えた後に、給湯用混合弁22を第一待機位置から第二待機位置へ作動させる。これとは逆に、給湯用混合弁22を第一待機位置から第二待機位置へ作動させた後に、三方弁78を中温水利用状態から中温水非利用状態に切り替えると仮定すると、以下のような可能性がある。給湯用混合弁22が第二待機位置へ切り替わった後、三方弁78が切り替わる前に給湯が開始された場合には、高温水の混合割合が高い第二待機位置にある給湯用混合弁22の低温側入口に中温水が流入する可能性がある。そのような場合、給湯用混合弁22からの給湯温度が、一時的に、給湯設定温度より高くなる。これに対し、本実施の形態であれば、給湯用混合弁22より先に三方弁78を切り替えることで、高温水の混合割合が高い第二待機位置にある給湯用混合弁22の低温側入口に中温水が流入することを確実に防止できる。よって、給湯用混合弁22からの給湯温度が給湯設定温度より高くなることを確実に防止できる。
第一基準温度及び第二基準温度を高くすると、中温水を給湯に利用する機会が増加するので、貯湯式給湯システム35のエネルギー効率がさらに向上する。例えば、前述した第一温度差(例えば8℃)及び第二温度差(例えば6℃)の値を縮小することで、第一基準温度及び第二基準温度が高くなる。その一方で、第一基準温度及び第二基準温度を高くすると、給湯温度の変動は多少増加する傾向がある。
貯湯式給湯システム35は、第一運転モードと、第一運転モードに比べてエネルギー効率の向上を優先する運転モードである第二運転モードとをユーザーが選択して設定可能にする手段を備えてもよい。第一運転モードは、例えば、通常の運転モードでもよい。第二運転モードの名称は、いかなる名称でもよく、例えば、省エネモード、節電モードなどでもよい。ユーザーがリモコン44を操作することで、第一運転モードと第二運転モードとを選択して設定可能であってもよい。制御装置36は、第二運転モードが設定されている場合にはそうでない場合に比べて、第一基準温度及び第二基準温度の値を高くしてもよい。第一基準温度及び第二基準温度の値を高くすることで、貯湯式給湯システム35のエネルギー効率がさらに向上するので、第二運転モードを選択したユーザーの意向に沿うことができる。
三方弁78を、中温水非利用状態から中温水利用状態へ、あるいは中温水利用状態から中温水非利用状態へ、切り替えた後の給湯では、水配管19の温度が、低温水の温度から中温水の温度へ急に上昇したり、あるいは中温水の温度から低温水の温度へ急に低下したりする。水配管19の温度が安定するまでの間は、給湯温度が多少変動する可能性がある。このような状況における給湯温度の変動をより確実に抑制するために、以下のようにしてもよい。
制御装置36は、三方弁78を、中温水非利用状態から中温水利用状態へ、あるいは中温水利用状態から中温水非利用状態へ、切り替えた後に給湯する初期の段階では、その後の段階に比べて、給湯用混合弁22に対する制御時間間隔を短くしてもよい。例えば、制御装置36は、三方弁78が切り替えた後に給湯する初期の段階では、通常時に比べて、給湯用混合弁22に対する制御時間間隔を短くしてもよい。三方弁78が切り替えた後に給湯する初期の段階は、上記の理由から、多少の給湯温度の変動が発生しやすい段階になる。当該段階において、給湯用混合弁22に対する制御時間間隔を短くすることで、給湯温度が変動することをより確実に抑制できる。
ここで、制御時間間隔とは、給湯が行われている状態において、給湯用混合弁22の高温側入口に連通する開口面積及び低温側入口に連通する開口面積の変更が終了し、それらの開口面積の次の変更が開始するまでの時間間隔のことを指す。以下の説明では、給湯用混合弁22の高温側入口に連通する開口面積及び低温側入口に連通する開口面積を総称して単に「開口面積」と呼ぶ。給湯温度センサ51で検出した給湯温度と給湯設定温度とに差がある場合、制御装置36は、その差分から、給湯用混合弁22の最適開口面積を算出し、その開口面積となるように給湯用混合弁22を制御する。制御装置36は、給湯用混合弁22の開口面積の変更が終了し、制御時間間隔だけ待機した後、再び給湯用混合弁22の最適開口面積を算出し、給湯用混合弁22を制御する。制御時間間隔を設けることにより、給湯用混合弁22の開口面積の変更による給湯温度の変化を給湯温度センサ51で確実に検出することができ、不要な給湯用混合弁22の制御及び給湯温度のハンチングを抑制することができる。
この制御時間間隔については、給湯用混合弁22の出口から給湯温度センサ51までの容積、あるいは給湯流量等のパラメータによって、最適な制御時間間隔は異なる。給湯流量は、ユーザー次第であり、使用シーンによっても変化するものであるため、ノイズ因子として捉えることができる。給湯用混合弁22の出口から給湯温度センサ51までの容積がより小さくなるように設計することで、給湯温度の変動をさらに小さくすることが可能となる。給湯用混合弁22の出口から給湯温度センサ51までの容積が小さければ、給湯温度の変動に対する給湯流量のノイズ因子の影響は小さくなる。そのような場合、最適な制御時間間隔は、例えば、0.1秒程度になることがある。
その一方で、給湯温度の変動が小さい状況である場合、特に給湯温度センサ51の分解能が大きい場合には、制御時間間隔を短くしすぎると、ハンチングを引き起こす可能性がある。そのような場合には、最適な制御時間間隔は、例えば1.0秒程度になることがある。
図2では、給湯用混合弁22を用いた給湯に関する制御について説明した。本実施の形態では、ふろ用混合弁23を用いた給湯に関して、図2と同様にして制御してもよい。また、本実施の形態では、給湯用混合弁22及びふろ用混合弁23の双方に関して、図2と同様にして制御してもよい。その場合、以下のようにしてもよい。給湯用混合弁22の給湯先に対する給湯設定温度の値と、ふろ用混合弁23の給湯先に対する給湯設定温度の値とが異なる場合には、図2のステップS13及びステップS16において、制御装置36は、給湯用混合弁22の給湯先に対する給湯設定温度と、ふろ用混合弁23の給湯先に対する給湯設定温度とのうちの低い方の値に基づいて、第一基準温度及び前記第二基準温度を設定してもよい。そのようにすることで、給湯用混合弁22の給湯先とふろ用混合弁23の給湯先とのいずれについても、中温水を利用する給湯が可能となる。
ふろ用混合弁23の給湯先に対する給湯設定温度が、給湯用混合弁22の給湯先に対する給湯設定温度より低い場合には、図2のステップS13及びステップS16において、前述した第一温度差及び第二温度差の値を小さくしてもよい。第一温度差及び第二温度差の値を小さくすることで、中温水をより多く利用できるので、エネルギー効率がさらに向上する。ふろ用混合弁23の給湯先、すなわち浴槽30に供給される湯は、直接人体に浴びる訳ではない。このため、図2のステップS13及びステップS16において、第一基準温度及び前記第二基準温度が、ふろ用混合弁23の給湯先に対する給湯設定温度に近づくことで、ふろ用混合弁23からの給湯温度が多少変動しやすくなっても、影響は少ない。
前述したように、ふろ追焚き運転あるいはふろ排熱回収運転の実行中は、温水導入口8cから貯湯タンク8へ中温水が流入することで、貯湯タンク8内の貯湯水の温度分布が乱される。このため、中温配管79へ流出する中温水の温度が変動しやすくなる。制御装置36は、ふろ追焚き運転あるいはふろ排熱回収運転を実行するときには、三方弁78を中温水非利用状態に切り替えて固定してもよい。中温水の温度が変動しやすい、ふろ追焚き運転あるいはふろ排熱回収運転の実行中は、中温水を利用しない給湯にすることで、給湯温度の変動をより確実に抑制できる。本実施の形態におけるふろ追焚き運転及びふろ排熱回収運転は、貯湯タンク8内から水を導出して貯湯タンク8内に戻す回路の水を循環させる運転の例である。
貯湯式給湯機35の制御装置36、及びリモコン44が備える制御装置、の各々は、以下のように構成されてもよい。制御装置の各機能は、処理回路により実現されてもよい。制御装置の処理回路は、少なくとも1つのプロセッサと少なくとも1つのメモリとを備えてもよい。処理回路が少なくとも1つのプロセッサと少なくとも1つのメモリとを備える場合、制御装置の各機能は、ソフトウェア、ファームウェア、またはソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現されてもよい。ソフトウェアおよびファームウェアの少なくとも一方は、プログラムとして記述されてもよい。ソフトウェアおよびファームウェアの少なくとも一方は、少なくとも1つのメモリに格納されてもよい。少なくとも1つのプロセッサは、少なくとも1つのメモリに記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、制御装置の各機能を実現してもよい。少なくとも1つのメモリは、不揮発性または揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク等を含んでもよい。
制御装置の処理回路は、少なくとも1つの専用のハードウェアを備えてもよい。処理回路が少なくとも1つの専用のハードウェアを備える場合、処理回路は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、FPGA(Field−Programmable Gate Array)、またはこれらを組み合わせたものでもよい。制御装置の各部の機能がそれぞれ処理回路で実現されても良い。また、制御装置の各部の機能がまとめて処理回路で実現されても良い。制御装置の各機能について、一部を専用のハードウェアで実現し、他の一部をソフトウェアまたはファームウェアで実現してもよい。処理回路は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはこれらの組み合わせによって、制御装置の各機能を実現しても良い。
単一の制御装置により動作が制御される構成に限定されるものではなく、複数の制御装置が連携することで動作を制御する構成にしてもよい。