JP2021169873A

JP2021169873A - 貯湯式給湯装置

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Publication number: JP2021169873A
Application number: JP2020072375A
Authority: JP
Inventors: 正樹豊島; Masaki Toyoshima; 智赤木; Satoshi Akagi; 杏奈古谷野; Anna Koyano
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2020-04-14
Filing date: 2020-04-14
Publication date: 2021-10-28
Anticipated expiration: 2040-04-14
Also published as: JP7310690B2

Abstract

【課題】加熱手段の加熱能力を変更することなく貯湯式給湯装置の追い焚き能力を高く確保する。【解決手段】本開示に係る貯湯式給湯装置は、水を加熱する加熱手段と、加熱手段により加熱された水が上部側から供給されるように構成され、上部側が高温で下部側が低温の温度成層を形成して水を貯める貯湯タンクと、加熱手段により加熱された水を熱源水として被加熱媒体を加熱する追焚熱交換器と、被加熱媒体を追焚熱交換器により加熱する追い焚き運転の動作を制御するように構成された制御装置と、貯湯タンクの第１の取水口から取り出された水と、貯湯タンクの第１の取水口より上部側の第２の取水口から取り出された水とを混合して、加熱手段の入口側に送出させる混合弁と、を備える。【選択図】図１

Description

本開示は、貯湯式給湯装置に関する。

特許文献１には、熱源水により二次側を流れる浴槽水を昇温させる追い焚き用の熱交換器を有する貯湯式給湯装置が記載されている。この貯湯式給湯装置は、貯湯タンクの上部から水を取り出して熱交換器に供給する回路と、ヒートポンプユニットで加熱された水を直接熱交換器に導く回路との間で、追い焚き用の熱交換器への熱源水の供給回路を切り替えることができるように構成されている。

特開２００８−０３２３２７号公報

特許文献１のように、ヒートポンプユニットで加熱した高温水を追い焚き用の熱交換器の熱源水として用いる構成では、追い焚きの能力がヒートポンプユニットの加熱能力に依存する。このため、例えば、浴槽水が低温の場合など、高い追い焚き能力が必要となる場合には、追い焚きに長時間を要し、ユーザーの利便性が低下する虞がある。

また、ヒートポンプユニットで加熱された水を直接追い焚き用の熱交換器に供給する回路を有さない構成の場合、即ち、追焚用の熱交換器に供給可能な熱源水が、貯湯タンクの上部の高温水のみである貯湯式給湯装置では、ユーザーの追い焚きの要求に備えて、事前に貯湯タンクの温度を上昇させておく必要がある。この場合、一般的には深夜の沸き上げ運転によって貯湯タンクに高温の湯水を貯湯する。しかしこの場合、沸き上げ運転の後、追い焚きで貯湯タンクの湯が使われるまでの間の放熱量が大きくなり、エネルギー損失が大きくなる。また、ユーザーが追い焚きを利用するか否かにはバラツキがある。ユーザーが翌日に追い焚きを行わない場合、追い焚きに備えた深夜時間帯の高温の沸き上げが無駄となり、エネルギー損失が大きくなる虞がある。

本開示は、上述のような課題を解決するため、加熱手段により加熱された高温水を利用する追い焚き運転において、加熱手段の加熱能力を高くすることなく、高い追い焚き能力を確保することで、追い焚きに備えた高温沸き上げによる無駄なエネルギー消費を抑制することができるように改良された貯湯式給湯装置を提供するものである。

本開示に係る貯湯式給湯装置は、水を加熱する加熱手段と、加熱手段により加熱された水が上部側から供給されるように構成され、上部側が高温で下部側が低温の温度成層を形成して水を貯める貯湯タンクと、加熱手段により加熱された水を熱源水として被加熱媒体を加熱する追焚熱交換器と、被加熱媒体を追焚熱交換器により加熱する追い焚き運転の動作を制御するように構成された制御装置と、貯湯タンクの第１の取水口から取り出された水と、貯湯タンクの第１の取水口より上部側の第２の取水口から取り出された水とを混合して、加熱手段の入口側に送出させる混合弁と、を備える。

本開示によれば、加熱手段の加熱能力を上げることなく、加熱手段での加熱後の水の水温を高くすることができ、高い追い焚き能力を確保することができる。また加熱手段により迅速な加熱を行うことができるため、追い焚き運転に備えて予め貯湯タンクに蓄える熱量を小さくすることできる。従って、深夜時間帯の沸き上げ運転によるエネルギー消費量を低減することができるとともに、沸き上げ運転後、追い焚き運転が行われるまで間の放熱によるエネルギーの損失を低く抑えることができる。

本開示の実施の形態１に係る貯湯式給湯装置の構成を模式的に示す図である。本開示の実施の形態１に係る貯湯式給湯装置の追焚熱交換器内部の一次側及び二次側の温度変化を表す図である。本開示の実施の形態２に係る貯湯式給湯装置の制御装置が実行する制御動作を示すフローチャートである。本開示の実施の形態２に係る貯湯式給湯装置の制御装置が実行する制御動作を示すフローチャートである。

以下、図面を参照して本開示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。なお、本開示において、単に「水」または「湯」と記載した場合には、低温の水から、高温の湯まで、あらゆる温度の液体の水が含まれうる。また、本開示では、湯が持っている熱量を、所定温度の湯に換算した湯量として扱う場合がある。すなわち、本開示において、「湯量」との記載は実質的には熱量を意味する場合がある。

実施の形態１．
図１は本開示の実施の形態１に係る貯湯式給湯装置の構成を模式的に示す図である。図１に基づいて、本開示に係る貯湯式給湯装置の構成等について説明する。図１の貯湯式給湯装置１００は、ヒートポンプユニット１とタンクユニット２と、リモコン装置１５とを備えている。ヒートポンプユニット１とタンクユニット２との間は、後述する配管２３ｂ及び２３ｃと図示しない電気配線とを介して接続されている。

ヒートポンプユニット１内には放熱器である水冷媒熱交換器４と、図示しない圧縮機、膨張弁、及び、蒸発器である空気熱交換器と、が搭載されている。これらは配管にて環状に接続されて冷凍サイクル回路（冷媒回路）を構成している。水冷媒熱交換器４は、プレート式及び二重管式等の熱交換器であり、流入する冷媒と水との間で熱交換を行う。水冷媒熱交換器４における熱交換により、冷媒は放熱し、水は吸熱して加熱される。

タンクユニット２内には、湯水を貯める貯湯タンク７、ポンプ８ａ、ポンプ８ｂ、追焚熱交換器９、三方弁１０、及び、混合弁３０ａ、３０ｂ、３０ｃが搭載され、これらは後述するように配線によって接続されている。ポンプ８ａ及びポンプ８ｂのそれぞれは、インバータ回路を有し、駆動回転数によって流量を変更可能である。

貯湯タンク７の下部（すなわち底面）には、水導入口７ａと、第１の取水口である水導出口７ｂとが形成され、貯湯タンク７の上部（すなわち天井面）には、温水導入出口７ｃと、温水導入出口７ｄとが形成され、貯湯タンク７の側面の天井面付近の部分には、第２の取水口である温水導出口７ｅが形成されている。水導入口７ａには、水源からの水を供給するための給水管２１ａが接続され、水道水等の水源からの低温の水が供給される。また、後述する沸き上げ運転により、貯湯タンク７には、ヒートポンプユニット１で加熱された高温水が、温水導入出口７ｃから流入する。これにより、貯湯タンク７の内部には、温度による水の密度の差によって、上側が高温で下側が低温になる温度成層が形成される。

沸き上げ回路Ａは、ヒートポンプユニット１とタンクユニット２との間で湯水を循環させる回路である。沸き上げ回路Ａは、貯湯タンク７と配管２３ａ〜２３ｄと水冷媒熱交換器４と三方弁１０と混合弁３０ｃとポンプ８ａとで構成される。具体的に、貯湯タンク７の下部の水導出口７ｂには、配管２３ａの一端が接続され、配管２３ａの他端は、混合弁３０ｃに接続されている。混合弁３０ｃの流出口は、配管２３ｂによって、水冷媒熱交換器４の入り口に接続されている。配管２３ｂの途中には、ポンプ８ａが設置されている。ポンプ８ａは、水冷媒熱交換器４の入口に向けて水を送る。水冷媒熱交換器４の出口は、配管２３ｃによって、三方弁１０に接続されている。三方弁１０は、配管２３ｄによって、貯湯タンク７の上部の温水導入出口７ｃに接続されている。

追い焚き回路Ｂは、ヒートポンプユニット１で加熱された湯水を、追焚熱交換器９の一次側に熱源水として流入させる回路である。追い焚き回路Ｂは、配管２３ａ〜２３ｃと、配管２３ｅ〜２３ｇと、三方弁１０と、追焚熱交換器９と、ポンプ８ａとで構成される。具体的に、貯湯タンク７の側面に形成された温水導出口７ｅには、配管２３ｅの一端が形成され、配管２３ｅの他端は、混合弁３０ｃに接続されている。混合弁３０ｃは、配管２３ａからの水と配管２３ｅからの水とを設定された混合比で混合する。混合弁３０ｃの混合比は変更可能である。また、三方弁１０と追焚熱交換器９の入口とは配管２３ｆで接続され、追焚熱交換器９の出口と貯湯タンク７の上部の温水導入出口７ｄとは、配管２３ｇにより接続されている。

なお、追焚熱交換器９から流出した水の貯湯タンク７への戻し口、即ち配管２３ｇの貯湯タンク７への接続部は、貯湯タンク７の上部の温水導入出口７ｄに限られず、貯湯タンク７の中間部又は下部に形成してもよい。また、複数の戻し口と、これに接続する配管と切換弁を配置して、条件に応じて戻し口を切り替える構成としてもよい。

三方弁１０は、配管２３ｃと配管２３ｄとを連通させた状態と、配管２３ｃと配管２３ｆとを連通させた状態との間で、経路を切り替えることができる。即ち、三方弁１０の切り替えにより、上述した沸き上げ回路Ａと追い焚き回路Ｂとを切り替えることができる。

浴槽水循環回路Ｃは、浴槽１１の浴槽水を追焚熱交換器９に循環させて、浴槽１１の浴槽水の追い焚き（すなわち、保温又は加熱）するための回路である。浴槽水循環回路Ｃにはポンプ８ｂが設置されている。ポンプ８ｂが駆動されると浴槽水循環回路Ｃに浴槽水が循環される。すなわち、浴槽１１から取り出された浴槽水が、ポンプ８ｂ、及び、追焚熱交換器９を経て、浴槽１１に戻される。

また、貯湯タンク７の上部の温水導入出口７ｄには、各種の給湯用途に応じて貯湯タンク７の湯を供給するための給湯用の流路が接続されている。給湯用の流路には、出湯管２０ａ〜２０ｃと、混合弁３０ａ及び３０ｂ、給水管２１ｂ、２１ｃ、及び、混合栓３２とふろ用電磁弁３１ａとが含まれる。具体的に貯湯タンク７の温水導入出口７ｄに接続された配管２３ｇの途中には、出湯管２０ａの一端が接続され、出湯管２０ａの他端は２つに分岐して、混合弁３０ａ及び３０ｂそれぞれの入口に接続されている。混合弁３０ａ及び３０ｂは、出湯管２０ａから供給される高温水と、給水管２１ｂから供給される低温水との流量比を調整する。

混合弁３０ａの出口と混合栓３２との間は出湯管２０ｂによって接続されている。混合栓３２は、ユーザーが使用するシャワーやカラン等の蛇口（図示しない）に接続されている。また混合栓３２には、給水管２１ａから分岐した給水管２１ｃが接続されており、水源からの水が送水されるように構成されている。また、混合弁３０ｂには、出湯管２０ｃの一端が接続され、他端は、浴槽水循環回路Ｃの追焚熱交換器９より下流に接続している。出湯管２０ｃには、ふろ用電磁弁３１ａが設置されている。

リモコン装置１５は、運転動作指令や設定値の変更を操作するためのものである。例えば給湯の設定温度は、ユーザーがリモコン装置１５を操作することで設定することができる。また、図示を省略するが、リモコン装置１５には、貯湯式給湯装置１００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。

ヒートポンプユニット１内には、計測制御装置１４ａが配置され、タンクユニット２には計測制御装置１４ｂが配置されている。計測制御装置１４ａ及び１４ｂのそれぞれは、例えば、少なくとも一つのメモリと少なくとも一つのプロセッサとを有するマイクロコンピュータを備える。計測制御装置１４ａは、圧縮機、膨張弁、空気熱交換器のファン送風量等、ヒートポンプユニット１が備えるアクチュエータの動作を制御する。計測制御装置１４ｂは、ポンプ８ａ及びポンプ８ｂの運転、停止、及び駆動回転数、三方弁１０の開度、及び、混合弁３０ａ〜３０ｃの混合比等、タンクユニット２が備えるアクチュエータの動作を制御する。

計測制御装置１４ａと計測制御装置１４ｂとは、相互に通信可能に接続され、連携して貯湯式給湯装置１００を制御する。従って、以下の説明では、説明の簡略化のため、計測制御装置１４ａと計測制御装置１４ｂとをまとめて、単に制御装置１４として説明することとする。なお、貯湯式給湯装置１００は、計測制御装置１４ａと計測制御装置１４ｂとの２つの制御装置を有さず、ヒートポンプユニット１及びタンクユニット２の計測制御を行う１台の制御装置を有する構成としてもよい。

制御装置１４は、リモコン装置１５と相互に通信可能に構成されている。制御装置１４は、貯湯式給湯装置１００の運転に関する情報をリモコン装置１５に送信して、リモコン装置１５に表示させることで、運転情報をユーザーに報知する。また、ユーザーがリモコン装置１５の操作によって貯湯式給湯装置１００の運転に関する指令及び各種設定値の変更等を行った場合、制御装置１４はリモコン装置１５からユーザーの運転指令及び設定値に関する情報を受信する。更に、制御装置１４には、貯湯式給湯装置１００内に配置された圧力センサ及び温度センサ等の種々のセンサによる計測結果に関するデータが送信される。

貯湯式給湯装置１００が備えるセンサ類には、ヒートポンプユニット１の入口側の配管２３ｂに設置された入口温度センサ１３ａ、出口側の配管２３ｃに設置された出口温度センサ１３ｂ、配管２３ｄの温水導入出口７ｃ付近に設置された温度センサ１３ｃ、配管２３ｆの追焚熱交換器９の入口付近に設置された温度センサ１３ｄ、配管２３ｇの追焚熱交換器９の出口付近に設置された１３ｍ、浴槽水循環回路Ｃの追焚熱交換器９の入口付近に設置された温度センサ１３ｎ、及び、浴槽水循環回路Ｃの追焚熱交換器９の出口付近に設置された温度センサ１３ｋが含まれる。各温度センサは、それぞれの設置位置における配管内の湯水の温度を検知して、その検知データを制御装置１４に送信する。

また、貯湯タンク７には、貯湯温度センサ１３ｅ〜１３ｊが互いに高さを変えて上部から下部にかけて取り付けられている。貯湯温度センサ１３ｅ〜１３ｊは、それぞれの設置高さの水温を検知する。貯湯温度センサ１３ｅ〜１３ｊによる検知結果の信号は制御装置１４に送信される。制御装置１４はこれにより貯湯タンク７内の蓄熱量及び残湯量を把握する。

制御装置１４は、リモコン装置１５から送信された運転指令及び設定値、及び、各種センサから送信される検知データに応じて、貯湯式給湯装置１００の各アクチュエータを制御することで、貯湯式給湯装置１００の運転動作を制御する。具体的に制御装置１４は、貯湯タンク７に高温水を貯湯するための沸き上げ運転、貯湯タンク７内の高温水を給湯負荷に出湯するための出湯運転、及び、浴槽１１内の浴槽水を加熱するための追い焚き運転の運転動作を制御する。以下、これらの運転動作について説明する。

沸き上げ運転を開始する場合、制御装置１４は、上述の沸き上げ回路Ａとなるように、三方弁１０を切り替える。また混合弁３０ｃの混合比を、配管２３ｅからの高温水の流量がゼロ、配管２３ａからの低温水の流量が１００％となるように制御する。この状態で制御装置１４はポンプ８ａを駆動する。これにより貯湯タンク７の下部から取り出された低温水が、配管２３ａ、混合弁３０ｃ、ポンプ８ａ、配管２３ｂを介して、水冷媒熱交換器４に送水される。送水された低温水は水冷媒熱交換器４での冷媒との熱交換により加熱され高温水となる。水冷媒熱交換器４から流出した高温水は、配管２３ｃ、三方弁１０及び配管２３ｄを介して、貯湯タンク７の上部の温水導入出口７ｃから貯湯タンク７に戻される。

沸き上げ運転における貯湯温度の目標値（以下「貯湯目標値」とも称する）は、ユーザーがリモコン装置１５から設定することができる。制御装置１４は、例えば温度センサ１３ｃによって検知される水冷媒熱交換器４の出口の湯水の温度（以下「沸上水温」とも称する）が、設定された貯湯目標値になるように、水冷媒熱交換器４に送水される水流量を制御する。水流量は、ポンプ８ａの回転数を制御することで制御される。具体的に例えば、沸上水温が貯湯目標値よりも低い場合、水冷媒熱交換器４に搬送される水流量が少なくなるようにポンプ８ａの回転数を低くする。逆に、沸上水温が貯湯目標値よりも高い場合は、搬送される水流量が多くなるようにポンプ８ａの回転数を高くする。

沸き上げ運転により、貯湯タンク７内には、上部に高温水、下部に低温水が滞留して温度成層が形成され、高温水と低温水との間には温度境界層が生成されている。沸上げ運転が進むにつれて、低温水の割合が減少し、高温水の割合が増加するため、温度境界層は、貯湯タンク７の下部に移動する。制御装置１４は、入口温度センサ１３ａによって検知される水冷媒熱交換器４の入口の温度（以下「入口水温」とも称する）が貯湯目標値に達したときに、沸き上げ運転を終了する。

沸き上げ運転中、ヒートポンプユニット１では、計測制御装置１４ａが、水冷媒熱交換器の入口温度センサ１３ａ及び出口温度センサ１３ｂの検出値と、貯湯目標値とに応じて、水冷媒熱交換器４の加熱能力を制御する。

出湯運転では、出湯管２０ａから貯湯タンク７上部の高温水が取り出される。このとき貯湯タンク７には、給水管２１ａから水道水などの低温水が流入する。これにより貯湯タンク７内の貯水量は、常に一定に保たれる。出湯運転を実施すると、貯湯タンク７内の低温水と高温水との間にできる温度境界層が出湯量に応じて貯湯タンク７上部に移動する。

出湯運転では、出湯管２０ａから供給される高温水の流量と、給水管２１ｂから供給される低温水との流量とが、混合弁３０ａ又は３０ｂで調整され、これにより湯の温度が設定温度に温度調節される。温度調節された湯は、給湯側の端末である混合栓３２又は浴槽１１に供給される。なお、混合栓３２への出湯は、ユーザーの蛇口の利用に応じて行われる。また、ユーザーがリモコン装置１５から湯張り指令の操作を行うと、制御装置１４はふろ用電磁弁３１ａを開く。これにより浴槽１１への湯はりが開始される。

追い焚き運転を行う場合、制御装置１４は、三方弁１０の切り替えにより配管２３ｃと配管２３ｆとを連通状態とて追い焚き回路Ｂに切り替える。この状態で制御装置１４はポンプ８ａを駆動する。その結果、貯湯タンク７の下部から取り出された低温水が配管２３ａを介して混合弁３０ｃに流入すると共に、貯湯タンク７の上部から取り出された高温水が配管２３ｅを介して混合弁３０ｃに流入する。

混合弁３０ｃでは配管２３ａからの低温水と配管２３ｂからの高温水とが、設定された混合比により混合される。混合弁３０ｃにおける高温水と低温水の混合比は任意に設定可能であり、本実施の形態では、設定された混合比に固定されるものとする。混合比は制御装置によって、例えば入水温度等に応じて制御される構成としてもよい。ただし混合比は、ヒートポンプユニット１に流入する水の水温（入口水温）が、許容入水温度上限より低くなる範囲に設定される。許容入水温度上限は一例として５０℃である。

混合弁３０ｃで混合された中温水は、配管２３ｂを経て水冷媒熱交換器４に導入され、水冷媒熱交換器４で加熱され高温水となる。水冷媒熱交換器４から流出された高温水は、配管２３ｃ、三方弁１０、配管２３ｆを経て、追焚熱交換器９に導入され、その後、配管２３ｇを経て貯湯タンク７の上部に戻される。

また、制御装置１４は、ポンプ８ｂを駆動して、浴槽水を浴槽水循環回路Ｃに循環させる。浴槽水は、追焚熱交換器９を通過する際に熱交換により加熱され、昇温されて浴槽１１へ戻される。

上述の通り、本実施の形態では、追い焚き運転の際に、貯湯タンク７内の上部の高温水と下部の低温水とを混合して、ヒートポンプユニット１に導入できる。この効果について、説明する。図２は、追焚熱交換器９内部での一次側及び二次側の温度変化を表す図である。図２において、縦軸は温度、横軸は追焚熱交換器９内の一次側の流れ方向の位置を表している。つまり、図２において、追焚熱交換器９の一次側の入口は図２の横軸左側、二次側の入口は図２の横軸右側に対応している。また、図２において、１３Ｄ、１３Ｍ、１３Ｎ、及び１３Ｋそれぞれは、図１の追焚熱交換器９付近に設けられた温度センサ１３ｄ、１３ｍ、１３ｎ、及び、１３ｋそれぞれの検知温度を示す。また、図２の左側のグラフは、混合弁３０ｃでの低温水の混合比を１００％とした場合、即ち、ヒートポンプユニット１に、貯湯タンク７の下部から取り出された低温水のみを流入させた場合を示している。また、右側のグラフは、低温水と高温水とを混合して中温水としてヒートポンプユニット１に流入させた場合を示している。

図２に示されるように、追焚熱交換器９の一次側に流入する湯の温度（１３Ｄ）は、中温水を導入した場合の方が、低温水のみを導入した場合に比べて高くなっている。その結果、中温水を導入した場合、二次側に導入された温度１３Ｎの浴槽水は、十分に昇温されて温度１３Ｋとなって、追焚熱交換器９から流出されている。即ち、貯湯タンク７の上部の高温水を利用して、ヒートポンプユニット１の入口水温を高くすることで、ヒートポンプユニット１の加熱能力が同一の場合でも、追焚熱交換器９の出口水温（１３Ｄ）を昇温させることができる。これにより浴槽水との熱交換温度差が拡大するため、熱交換量（即ち、追い焚き能力）が増大し、浴槽１１へ戻る浴槽水の温度１３Ｋを高温とすることができる。従って、追い焚きに要する時間を短縮することができ、ユーザーの追い焚きの要求に早急に対応することができる。

なお追焚熱交換器９での熱交換量（即ち追い焚き能力）は、「流量×出入口水温差」に比例する。従って、一次側の入口温度１３Ｄの温度が上昇して、これに伴い二次側の出口温度１３Ｋが上昇すれば、二次側の出入口水温差（１３Ｋ−１３Ｎ）の変化量だけ追い焚き能力が上昇したといえる。例えば従来、３０℃の浴槽水を５０℃まで昇温させていた場合に、本実施の形態に係る貯湯式給湯装置１００の構成により、３０℃の浴槽水を７０℃まで昇温できるとすれば、追い焚き能力は、従来と比較して２倍になっているといえる。

以上より本実施の形態に係る貯湯式給湯装置１００によれば、ヒートポンプユニットの加熱能力を変更することなく、ユーザーの追い焚き要求に対し、高い追い焚き能力での追い焚き運転が可能となる。これにより、従来の貯湯タンク７の高温水を利用する追い焚き方式に比べて、事前に貯湯タンク７に貯湯しておく熱量を低減することができる。従って、深夜時間帯の沸き上げ運転による貯湯から、実際に追い焚きで利用されるまでの間の放熱によるエネルギーの損失を小さく抑えることができる。また、ユーザーの生活パターンが不規則であるような場合にも、無駄となるエネルギー量を小さく抑えることができる。

実施の形態２．
本実施の形態に係る貯湯式給湯装置１００は、実施の形態１の貯湯式給湯装置１００と同一の構成を有している。本実施の形態の貯湯式給湯装置１００では、追い焚き運転時の沸上水温が基準沸上水温となるように制御する点を除き、実施の形態１の貯湯式給湯装置１００と同一である。

上述したように、追い焚き運転時に、入口水温を高くして沸上水温を高くすることができ、高い追い焚き能力を得ることができる。しかし、一般に、ヒートポンプユニット１には、機器の特性上、水冷媒熱交換器４による沸上水温の上限、及び、入口水温の上限が設定されており、ヒートポンプユニット１の運転は、この上限以下で行われる必要がある。また、ヒートポンプユニット１のエネルギー効率を考慮すると、追い焚き運転時の入口水温は一定以下に制限することが望ましい。従って、これらを考慮して、本実施の形態では、沸上水温を予め設定した基準沸上水温（即ち「基準出口温度」）となるように制御する。

図３は、ヒートポンプユニット１の沸上水温を制御する制御動作を示すフローチャートである。図３の制御は追い焚き運転中、一定の制御間隔で繰り返し実行される。図３のステップＳ１では、制御装置１４によりヒートポンプユニット１の出口側の温度である沸上水温Ｔｗｄとヒートポンプユニットの入口水温Ｔｗｉとが取得される。ここで、沸上水温Ｔｗｄは、温度センサ１３ｂにより取得可能であり、入口水温Ｔｗｉは、温度センサ１３ａにより取得可能である。

次に、ステップＳ２に進み、沸上水温Ｔｗｄが、基準沸上水温Ｔｗｄｓｅｔより高いか否かが判別される。沸上水温Ｔｗｄが、基準沸上水温Ｔｗｄｓｅｔより高いと判別された場合には、ステップＳ３に移行する。

ステップＳ３では、混合弁３０ｃの開度が、低温水の量を増加させるように調節されることで混合比が調節される。これにより、入口水温Ｔｗｉが低下し、その結果、沸上水温Ｔｗｄを低下させることができる。

一方、ステップＳ２において、沸上水温Ｔｗｄが沸上水温設定値Ｔｗｄｓｅｔ以下であると判別された場合、次に、ステップＳ４へ移行する。ステップＳ４では、入口水温Ｔｗｉが、入口水温上限値Ｔｗｉｍａｘより低いか否かが判別される。

ステップＳ４で、入口水温Ｔｗｉが入口水温上限値Ｔｗｉｍａｘより低いと判別された場合には、ステップＳ５に移行する。ステップＳ５では、混合弁３０ｃの開度が、高温水の量を増加させるように調節されることで、混合比が調節される。これにより入口水温Ｔｗｉを上昇させることができる。その結果、沸上水温Ｔｗｄを上昇させることができる。

また、ステップＳ４で入口水温Ｔｗｉが入口水温上限値Ｔｗｉｍａｘ以上であると判別された場合には、入口水温Ｔｗｉを上昇させることなく、今回の処理はこのまま終了する。これにより、ヒートポンプユニット１に過剰に高い高温水が入水することにより機器が破損するのを回避することができる。

以上説明したように、本実施の形態２に係る貯湯式給湯装置１００では、沸上水温を基準沸上水温に制御することで沸上水温を制御する。これにより、ヒートポンプユニット１の出口水温を目標とする基準沸上水温に保つことができ、入水温度を入口水温上限値以下の範囲としつつ、追い焚き能力を安定して増加させることができる。

実施の形態３．
実施の形態３の貯湯式給湯装置１００は、実施の形態１及び２の貯湯式給湯装置１００と同一の構成を有している。実施の形態３の貯湯式給湯装置１００は、ヒートポンプユニット１の入口水温を基準入口水温に制御する点を除き、実施の形態１又は２の貯湯式給湯装置１００と同一である。

図４は、実施の形態３に係る貯湯式給湯装置の制御装置が実行する制御動作を示すフローチャートである。図４のフローチャートは、ステップＳ２の処理に替えてステップＳ１２の処理を有し、ステップＳ４の処理に替えてステップＳ１４の処理を有する点を除き、図３のフローチャート同一である。図４の制御は、追い焚き運転の実行中、一定の制御間隔で繰り返し実行される。

具体的に、図４のステップＳ１２では、入口水温Ｔｗｉが基準入口水温Ｔｗｉｓｅｔより高いか否かが判別される。入口水温Ｔｗｉが基準入口水温Ｔｗｉｓｅｔより高いと判別された場合には、ステップＳ３に移行し、入口水温が下げられる。

一方、入口水温Ｔｗｉが基準入口水温Ｔｗｉｓｅｔ以下とであると判別された場合、ステップＳ１４に移行する。ステップＳ１４では、沸上水温Ｔｗｄが沸上水温上限値Ｔｗｄｍａｘより低いか否かが判別される。沸上水温が沸上水温上限値Ｔｗｄｍａｘより低いと判別された場合、ステップＳ５に移行して、入口水温を上昇させ、沸上水温を上昇させる。

また、ステップＳ１４で、沸上水温Ｔｗｄが沸上水温上限値Ｔｗｄｍａｘ以上であると判別された場合には、沸上水温の上昇は行わず、今回の処理は終了する。これにより、沸上水温の過度な上昇による機器の破損を抑制することができる。

以上説明したように、本実施の形態によれば、ヒートポンプユニット１の入口水温を基準入口水温となるように制御することができる。ヒートポンプユニット１の入口水温が上昇するとヒートポンプユニット１の消費電力が上昇する傾向にありエネルギー効率は低下する。本実施の形態の制御によれば、入口水温を基準入口水温に保つことで、エネルギー効率の低下を抑制しつつ、可能な範囲で高い追い焚き能力を確保することができる。

なお、実施の形態２に説明した、ヒートポンプユニット１の沸上水温Ｔｗｄと実施の形態３の入口水温Ｔｗｉとを一定に保つ制御は、組み合わせて行うこともできる。また、実施の形態２及び３の制御のいずれか又は両者を組み合わせた制御に、更に、ヒートポンプユニット１の加熱能力を増大させる運転を組み合わせてもよい。具体的に、例えば、入口水温Ｔｗｉを入口水温上限値Ｔｗｉｍａｘより低い範囲で制御し、沸上水温が基準沸上水温とならない場合には、ヒートポンプユニット１の圧縮機の周波数を制御して加熱能力を上昇させる。これにより、より確実に高い追焚能力を確保して迅速な追い焚きを行うことができる。なお、ヒートポンプユニット１の加熱能力は、例えば、圧縮機の運転周波数を増大させることにより上昇させることができる。

実施の形態４．
実施の形態４の貯湯式給湯装置１００は、実施の形態１〜３の貯湯式給湯装置と同一の構成を有している。実施の形態４の貯湯式給湯装置１００では、ヒートポンプユニット１で加熱された高温水により追い焚きを行う第１のモードと、貯湯タンク７の上部に貯湯された高温水のみにより追い焚きを行う第２のモードとの２つのモードの何れかにより追い焚き運転を行うことができる。第１のモードで追い焚き運転をおこなう場合、実施の形態１〜３に説明した方法で実行される。

一方、第２のモードは、追い焚き運転に際し、混合弁３０ｃの混合比を、配管２３ｅ側（即ち高温水側）を１００％に固定することで実行される。これにより、貯湯タンク７の上部の高温水が取り出され、配管２３ｅ、混合弁３０ｃ、配管２３ｂ、水冷媒熱交換器４、配管２３ｃ、三方弁１０、配管２３ｆを経て、追焚熱交換器９に送られる。なお、この場合は、ヒートポンプユニット１の圧縮機運転は停止し、水冷媒熱交換器４は単に湯水が流れる流路の一部となる。

第１のモードと、第２のモードとは、例えば、追い焚き要求があった時点における貯湯タンク７の残湯量に応じて決定される。即ち、制御装置１４は、追い焚き要求があった時点の残湯量が、基準量より多い場合には、第２のモードを選択し、混合弁３０ｃの混合比を高温水側が１００％となるように固定する。一方、残湯量が基準量以下である場合には、第１のモードを選択し、実施の形態１〜３で説明した方法で追い焚き運転を実行する。なお、この制御で用いられる基準量は、追い焚きに十分と判断できる貯湯量の範囲の下限値付近の値に予め定められ制御装置１４に記憶しておく。

以上説明したように、本実施の形態の制御によれば、貯湯タンク７に追い焚きに十分な量の高温水が貯湯されている場合には、貯湯タンク７に貯湯された湯のみで追い焚きを行うことができる。これにより、ヒートポンプユニット１を稼働させる機会を少なくすることができ、消費電力の低減を図ることができる。

なお、本実施の形態に係る第２のモードでの高温水の供給経路は、上述した経路に限られない。例えば、追焚熱交換器９と貯湯タンク７上部とをつなぐ配管２３ｄ、２３ｆ、又は、２３ｇにポンプを設置して、貯湯タンク７の上部から直接、配管２３ｄ及び２３ｆを介して追焚熱交換器９に高温水を供給する構成としてもよい。また、新たに、貯湯タンク７の上部と追焚熱交換器９とを接続するバイパス管とポンプとを設置して、バイパス管から貯湯タンク７の上部の高温水を追焚熱交換器９に直接供給する構成としてもよい。

１００貯湯式給湯装置、１ヒートポンプユニット、２タンクユニット、４水冷媒熱交換器、７貯湯タンク、７ａ水導入口、７ｂ水導出口、７ｃ温水導入出口、７ｄ温水導入出口、８ａ、８ｂポンプ、９追焚熱交換器、１０三方弁、１１浴槽、１３ａ入口温度センサ、１３ｂ出口温度センサ、１３ｃ、１３ｄ，１３ｋ，１３ｎ温度センサ、１３ｅ〜１３ｊ貯湯温度センサ、１４制御装置、１４ａ計測制御装置、１４ｂ計測制御装置、１５リモコン装置、２０ａ〜２０ｃ出湯管、２１ａ〜２１ｃ給水管、２３ａ〜２３ｇ配管、３０ａ〜３０ｃ混合弁、３１ａふろ用電磁弁、３２混合栓

Claims

水を加熱する加熱手段と、
前記加熱手段により加熱された水が上部側から供給されるように構成され、上部側が高温で下部側が低温の温度成層を形成して水を貯める貯湯タンクと、
前記加熱手段により加熱された水を熱源水として被加熱媒体を加熱する追焚熱交換器と、
前記被加熱媒体を前記追焚熱交換器により加熱する追い焚き運転の動作を制御するように構成された制御装置と、
前記貯湯タンクの第１の取水口から取り出された水と、前記貯湯タンクの前記第１の取水口より上部側の第２の取水口から取り出された水とを混合して、前記加熱手段の入口側に送出させる混合弁と、
を備えることを特徴とする貯湯式給湯装置。
前記混合弁は、前記第１の取水口からの水と、前記第２の取水口からの水との混合比を変更できるように構成され、
前記制御装置は、前記混合弁の前記混合比を制御するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の貯湯式給湯装置。
前記制御装置は、前記加熱手段に流入する水の温度が、基準入口水温となるように前記混合比を制御することを特徴とする請求項２に記載の貯湯式給湯装置。
前記制御装置は、前記加熱手段から流出する水の水温が、基準出口温度となるように前記混合弁の混合比を制御することを特徴とする請求項２又は３に記載の貯湯式給湯装置。
前記加熱手段は、圧縮機と、膨張弁と、蒸発器と、水冷媒熱交換器とに、冷媒を循環させる冷凍サイクル回路により構成され、前記水冷媒熱交換器での前記冷媒との熱交換により水を加熱し、
前記制御装置は、
前記加熱手段の入口に流入させる水温の許容範囲の上限値を、前記加熱手段に流入させる水の温度の目標値として前記混合弁を制御するとともに、
前記加熱手段の出口から流出する水の水温が、前記基準出口温度となるように、前記圧縮機の運転周波数を制御する、
ように構成されていることを特徴とする請求項４に記載の貯湯式給湯装置。
前記制御装置は、前記追い焚き運転を実行する場合に、
前記熱源水として、前記加熱手段で加熱された水を、前記加熱手段から前記追焚熱交換器に直接供給する第１のモードと、
前記熱源水として、前記第１の取水口からの水の前記混合比をゼロとして、前記第２の取水口から取り出された水のみを、前記加熱手段で加熱せずに前記追焚熱交換器に供給する第２のモードと、
の２つのモードのいずれかを選択できるように構成されていることを特徴とする請求項２から５のいずれか１項に記載の貯湯式給湯装置。
前記制御装置は、前記貯湯タンク内の水の熱量が基準量より大きい場合に、前記第２のモードを選択するように構成されていることを特徴とする請求項６に記載の貯湯式給湯装置。