JP3868909B2

JP3868909B2 - 貯湯式給湯装置

Info

Publication number: JP3868909B2
Application number: JP2003015326A
Authority: JP
Inventors: 哲生金田; 英樹石田; 和幸小林; 香也子氏家; 和俊草刈
Original assignee: Tokyo Electric Power Co Inc; Denso Corp
Current assignee: Tokyo Electric Power Co Inc; Denso Corp
Priority date: 2003-01-23
Filing date: 2003-01-23
Publication date: 2007-01-17
Anticipated expiration: 2023-01-23
Also published as: JP2004226011A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、加熱手段により加熱した給湯用の湯を貯える貯湯タンクを備える貯湯式給湯装置に関するものであり、特に貯えられた湯の熱量を用いて浴槽内の浴水を追い焚きに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ヒートポンプを構成する凝縮器に貯湯タンク内の給湯水を循環させて沸き上げて、この給湯水を貯湯タンク内に貯め、少なくとも浴槽に給湯可能に構成したこの種のヒートポンプ式の貯湯式給湯装置では、浴槽内の浴水を循環させて追い焚き可能に構成した追い焚き用熱交換器を貯湯タンク内に設け、この貯湯タンク内の給湯水の熱を浴水の追い焚きの熱源としている。
【０００３】
しかも、上記追い焚き用熱交換器を二重管構造として、外管または内管のいずれか一方に浴槽内の浴水を循環させ、他方に上記給湯水の熱の他に、ガスまたは石油を燃料とした別体の熱源機で生成される温水を循環させる構成としている。これにより、貯湯タンク内の給湯水の熱量が低下したときや冬場などの外気温度の低いときにも、ヒートポンプを構成する凝縮器以外からの熱源装置によって、浴水の水温を高めることができるので能力不足がなく充分な追い焚きが実行できるようにしている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−２２２６６号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の特許文献１によれば、浴水の追い焚きの熱源として、ヒートポンプを構成する凝縮器以外にガスまたは石油を燃料とした熱源装置を設けることは、給湯装置が複雑、かつ大掛かりとなるとともに、設備費および維持費が高くなる問題がある。
【０００６】
そこで、貯湯タンク内に追い焚き用熱交換器を設けて貯湯タンク内の湯の熱量を利用する簡素な構成が望ましい。ところが、浴水を追い焚きするときは、概して浴槽への湯張りなどによる多量の給湯水を出湯した後に実行されることが多い。このときの貯湯タンク内は、貯湯量が低下してくることで湯と水との境界をなす温度境界位置が追い焚き用熱交換器近傍に達すると、貯湯熱量が不十分となり追い焚き時間が非常に長くなることや給湯水の湯温の低下による給湯水の湯切れを起こすなどの問題がある。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、上記点に鑑みたものであり、必要追い焚き熱量に基づいた加熱手段の沸き上げ運転させることで、湯切れを起こすことなく浴水の追い焚きが可能な貯湯式給湯装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記、目的を達成するために、請求項１ないし請求項８に記載の技術的手段を採用する。すなわち、請求項１に記載の発明では、内部に給湯用の湯を貯える貯湯タンク（１）と、ヒートポンプサイクルからなり、貯湯タンク（１）内の水を沸き上げ運転するヒートポンプユニット（２）と、貯湯タンク（１）内に熱交換器（４１）を配設し、この熱交換器（４１）に浴槽内の浴水を循環させて追い焚きする浴水追い焚き手段（４０）とを備える貯湯式給湯装置において、
浴水追い焚き手段（４０）およびヒートポンプユニット（２）を制御する制御手段（２００）が設けられ、この制御手段（２００）は、浴水を追い焚きするための必要追い焚き熱量（Ｑ１）を求める追い焚き熱量演算手段（２０５）と、貯湯タンク（１）内に貯えられた残湯熱量（Ｑ２）を求める残湯熱量演算手段（２０６）とを有し、浴水追い焚き手段（４０）を制御させて浴水を追い焚きするときに、残湯熱量演算手段（２０６）により求められた残湯熱量（Ｑ２）が追い焚き熱量演算手段（２０５）により求められた必要追い焚き熱量（Ｑ１）より小さいときにヒートポンプユニット（２）を制御して沸き上げ運転させることを特徴としている。
【０００９】
請求項１に記載の発明によれば、浴水を追い焚きするときは、概して浴槽への湯張りなどによる多量の給湯水を出湯した後に実行されることが多い。このときの貯湯タンク（１）内は、貯湯量が低下してくることで湯と水との境界をなす温度境界位置が熱交換器（４１）近傍に達すると、貯湯熱量が不十分となり追い焚き時間が非常に長くなることや給湯水の湯温の低下による湯切れを起こすなどの問題がある。
【００１０】
そこで、本発明では、浴水を追い焚きするときには、残湯熱量演算手段（２０６）により求められた残湯熱量（Ｑ２）が追い焚き熱量演算手段（２０５）により求められた必要追い焚き熱量（Ｑ１）より小さいときにヒートポンプユニット（２）を制御して沸き上げ運転させることにより、必要追い焚き熱量（Ｑ１）に基づいて沸き上げ運転させることで、追い焚き中に給湯水の湯切れを起こすことなく確実に浴水の追い焚きが可能となる。しかも、追い焚き時間が短縮できる。
【００１１】
また、浴水の追い焚きを可能とするために、必要追い焚き熱量（Ｑ１）を見込んで予め熱量を貯湯タンク（１）内に貯湯させる方策もあるが、本発明の方がヒートポンプユニット（２）を効率よく沸き上げ運転ができる。
【００１２】
請求項２に記載の発明では、貯湯タンク（１）には、残湯熱量（Ｑ２）を求めるための温度情報および容積情報を検出する残湯熱量検出手段（３２、３３）が設けられ、残湯熱量演算手段（２０６）は、予め設定された所定の貯湯温度（Ｔ_Ｓ）および残湯熱量検出手段（３２、３３）より検出された温度情報および容積情報に基づいて残湯熱量（Ｑ２）を求めることを特徴としている。
【００１３】
請求項２に記載の発明によれば、この種の貯湯タンク（１）は、湯と水との比重関係により湯と水との境界をなす温度境界位置が変動するものである。従って、貯湯タンク（１）内の高さ方向の湯温を検出することで、容易に貯湯タンク（１）内の残湯熱量（Ｑ２）を求めることができる。
【００１４】
そこで、本発明では、予め設定された所定の貯湯温度（Ｔ_Ｓ）および残湯熱量検出手段（３２、３３）より検出された温度情報および容積情報に基づいて残湯熱量（Ｑ２）を求めることにより、例えば、残湯熱量（Ｑ２）＝（湯温―Ｔ_Ｓ）×容積より容易に求めることができる。
【００１５】
請求項３に記載の発明では、制御手段（２００）は、残湯熱量検出手段（３２、３３）より検出された温度情報が、所定の貯湯温度（ＴＳ）より下回ったときに、ヒートポンプユニット（２）を制御して沸き上げ運転させることを特徴としている。
【００１６】
請求項３に記載の発明によれば、請求項４に記載したように所定の貯湯温度（Ｔ_Ｓ）を４５〜６０℃と設定して、例えば熱交換器（４１）近傍の温度情報が、この４５〜６０℃下回ったときに、沸き上げ運転させることにより、給湯水の湯切れを起こすことなく確実に浴水の追い焚きが可能となる。しかも、追い焚き時間が短縮できる。
【００１７】
請求項５に記載の発明では、浴水追い焚き手段（４０）には、必要追い焚き熱量（Ｑ１）を求めるための温度情報および容積情報を検出する追い焚き熱量検出手段（４５、４６、４８）が設けられ、追い焚き熱量演算手段（２０５）は、給湯設定温度および追い焚き熱量検出手段（４５、４６、４８）より検出された温度情報および容積情報に基づいて求めることを特徴としている。
【００１８】
請求項５に記載の発明によれば、必要追い焚き熱量（Ｑ１）は、浴槽内に湯張りされた浴水の温度情報および容積情報と給湯設定温度により容易に求めることができる。そこで、本発明では、設定された給湯設定温度および追い焚き熱量検出手段（４５、４６、４８）より検出された温度情報および容積情報に基づいて必要追い焚き熱量（Ｑ１）を求めることで、例えば、必要追い焚き熱量（Ｑ１）＝（浴水温―設定温度）×容積より容易に求めることができる。
【００１９】
請求項６に記載の発明では、制御手段（２００）は、浴水追い焚き手段（４０）によって追い焚きを行なっているときに、残湯熱量演算手段（２０６）により求められた残湯熱量（Ｑ２）が追い焚き熱量演算手段（２０５）により求められた必要追い焚き熱量（Ｑ１）より小さいときにヒートポンプユニット（２）を制御して沸き上げ運転させることを特徴としている。
【００２０】
請求項６に記載の発明によれば、追い焚き中であっても、残湯熱量（Ｑ２）が必要追い焚き熱量（Ｑ１）より小さいときにヒートポンプユニット（２）を制御して沸き上げ運転させることにより、必要追い焚き熱量（Ｑ１）に基づいて沸き上げ運転させることで、追い焚き中に給湯水の湯切れを起こすことなく確実に浴水の追い焚きが可能となる。しかも、追い焚き時間が短縮できる。
【００２１】
請求項７に記載の発明では、制御手段（２００）は、ヒートポンプユニット（２）を制御して沸き上げ運転するときに、貯湯タンク（１）内の沸き上げ温度が高めとなるように制御することを特徴としている。
【００２２】
請求項７に記載の発明によれば、熱交換器（４１）の熱交換効率は、熱交換器（４１）近傍の温度が高いほど熱交換効率が良い。そこで、沸き上げ温度が高めとなるように制御することにより、熱交換器（４１）の配設された部位のみを上記高温の温度とすることで追い焚き時間の短縮が図れる。
【００２３】
請求項８に記載の発明では、ヒートポンプユニット（２）は、冷媒が二酸化炭素であることを特徴としている。
【００２４】
請求項８に記載の発明によれば、冷媒に二酸化炭素を用いることで、超臨界ヒートポンプサイクルを形成できる。これによれば、フロン系の冷媒を用いる一般的なヒートポンプサイクルよりも高温（例えば、８０〜９０℃程度）の給湯水を沸き上げることができる。
【００２５】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態の具体的手段との対応関係を示すものである。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用した一実施形態の貯湯式給湯装置を図１および図２に基づいて説明する。図１は、貯湯式給湯装置の全体構成を示す模式図である。本実施形態の貯湯式給湯装置は、図１に示すように、１は耐食性に優れた金属製（例えば、ステンレス製）の貯湯タンクであり、外周部に図示しない断熱材が配置されており、高温の給湯用の湯を長時間に渡って保温することができるようになっている。貯湯タンク１は縦長形状であり、その底面には導入口１１が設けられ、この導入口１１には貯湯タンク１内に水道水を導入する給水経路である導入管１２が接続されている。
【００２７】
導入管１２には温度検出手段である給水サーミスタ２１が設けられており、導入管１２内の温度情報を後述する制御装置２００に出力するようになっている。また、導入管１２には導入される水道水の水圧が所定圧となるように調節するとともに、断水などにおける湯の逆流を防止する減圧逆止弁５１が設けられている。そして、導入管１２の給水サーミスタ２１および減圧逆止弁５１が設けられた位置より下流の給水分岐点１２ａと後述する混合弁１６とはバイパス経路である給水配管１５により繋がれている。
【００２８】
一方、貯湯タンク１の最上部には導出口１３が設けられ、導出口１３には貯湯タンク１内の湯を導出するための給湯経路である導出管１４が接続されている。導出管１４の経路途中には逃がし弁５３が配設された排出配管５２を接続しており、貯湯タンク１内の圧力が所定圧以上に上昇した場合には、貯湯タンク１内の湯を外部に排出して、貯湯タンク１等にダメージを与えないようになっている。
【００２９】
１６は混合手段である混合弁であり、導出管１４と給水配管１５との合流点に配置されている。そして、混合弁１６は開口面積比（導出管１４に連通する湯側の開度と給水配管１５に連通する水側の開度の比率）を調節することにより、導出管１４からの湯と給水配管１５からの水道水との混合比を調節できるようになっている。
【００３０】
なお、混合弁１６はサーボモータ等の駆動源により弁体を駆動して各経路の開度を調節する電動弁であり、後述する制御装置２００からの制御信号により作動するとともに、作動状態を制御装置２００に出力するようになっている。
【００３１】
混合弁１６の出口側には、混合湯経路である配管１７ａとその配管１７ｂから分岐した配管１７ｂが接続されている。一方の配管１７ａは図示しない給湯水栓、シャワー水栓等へ混合された給湯水を導く配管であり、他方の配管１７ｂは後述する浴水追い焚き手段４０に繋がれている。そして、配管１７ａには温度検出手段である給湯サーミスタ７１と給湯検出手段である流量カウンタ７２が設けられており、給湯サーミスタ７１は配管１７ａ内の温度情報を、流量カウンタ７２は配管１７ａ内の流量情報を後述する制御装置２００に出力するようになっている。
【００３２】
なお、流量カウンタ７２が配管１７ａ内の水の流れを検出したときには、給湯水栓、シャワー水栓等のいずれかで湯が使用されようとしているということである。このとき制御装置２００は、給湯設定温度に応じて、まず給水サーミスタ２１からの温度情報と後述する出湯サーミスタ３２からの温度情報とから混合弁１６の開口面積比を概略調節し、その後給湯サーミスタ７１からの温度情報に基づいて給湯温度が設定温度となるように混合弁１６の開口面積比を微細制御するようになっている。
【００３３】
また、貯湯タンク１の下部には、貯湯タンク１内の水を吸入するための吸入口１８が設けられ、貯湯タンク１の上部側面には、貯湯タンク１内に湯を吐出する吐出口１９が設けられている。吸入口１８と吐出口１９とは循環回路２０で接続されており、循環回路２０の一部はヒートポンプユニット２内に配置されている。
【００３４】
循環回路２０のヒートポンプユニット２内に配置された部分には、図示しない熱交換器が設けられており、吸入口１８から吸入した貯湯タンク１内の水を高温冷媒との熱交換により加熱し、吐出口１９から貯湯タンク１内に戻すことにより貯湯タンク１内の水を沸き上げることができるようになっている。
【００３５】
なお、本実施形態の加熱手段であるヒートポンプユニット２は、図示しない圧縮機、凝縮器、減圧器、蒸発器などのヒートポンプサイクルを構成する冷媒機能部品からなる超臨界ヒートポンプである。この超臨界ヒートポンプとは、高圧側の冷媒圧力が冷媒の臨界圧力以上となるヒートポンプサイクルを言い、例えば、二酸化炭素、エチレン、エタン、酸化窒素などを冷媒とするヒートポンプサイクルである。
【００３６】
因みに、超臨界ヒートポンプによれば、一般的なヒートポンプサイクルよりも高温（例えば、８５℃〜９０℃程度）の給湯水を沸き上げることができる。また、ヒートポンプユニット２は後述する制御装置２００からの制御信号により作動するとともに、作動状態を制御装置２００に出力するようになっている。
【００３７】
次に、貯湯タンク１の上部外壁面には、貯湯タンク１内上部の水温を検出する出湯サーミスタ３２が設けられており、導出口１３から導出される水の温度情報を後述する制御装置２００に出力するようになっている。
【００３８】
また、貯湯タンク１の外壁面には複数の（本例では６つの）水位サーミスタ３３が縦方向にほぼ等間隔に配置され、貯湯タンク１内に満たされた水の各水位レベルでの温度情報を後述する制御装置２００に出力するようになっている。従って、後述する制御装置２００は、水位サーミスタ３３からの温度情報に基づいて、貯湯タンク１内上方の沸き上げられた湯と貯湯タンク１内下方の沸き上げられる前の水との温度境界位置を検出できるようになっている。
【００３９】
なお、水位サーミスタ３３によって温度境界位置を検出することが可能なことにより、温度情報のほかに貯湯タンク１内の残湯容積を求めることができる。ここで、出湯サーミスタ３２および水位サーミスタ３３は、後述する残湯熱量を求めるための温度情報および容積情報を検出する残湯熱量検出手段である。
【００４０】
次に、浴水追い焚き手段４０は、熱交換器４１、循環ポンプ４３、および浴槽３内の浴水を熱交換器４１に循環させて浴槽３内に戻す浴水循環水経路４９から構成されている。熱交換器４１は、貯湯タンク１内の上方、つまり、給湯水の湯温が高温となる部位に配設され浴水を加熱するための熱交換器であって、ヒートポンプユニット２により沸き上げられた給湯水の熱量を熱源としている。
【００４１】
循環ポンプ４３は電動ポンプであり、後述する制御装置２００により制御され、ハウジング内のインペラを回転させることにより浴水を浴槽３から熱交換器４１に圧送して浴槽３内に戻すために用いられている。また、浴水循環水経路４９の上流側には、浴槽３内に湯張りされた浴水の湯量、言い換えれば、浴槽３内の浴水の水位レベルを求めるために、水圧を検出する水圧スイッチ４８が設けられている。この水圧スイッチ４８は、浴槽３内の浴水の容積情報として後述する制御装置２００に出力されるように構成している。
【００４２】
水圧スイッチ４８の下流側には、浴水循環水経路４９を開閉する開閉弁４７および浴水循環水経路４９に流れる浴水温を検出する温度検出手段である浴水温サーミスタ４６が設けられている。開閉弁４７は後述する制御装置２００により制御され、浴水温サーミスタ４６は浴槽３内の浴水の温度情報として後述する制御装置２００に出力されるように構成している。
【００４３】
また、熱交換器４１の手前には、熱交換器４１を流通する流れ方向（図中に示す矢印ａ）と、熱交換器４１を迂回する流れ方向（図中に示す矢印ｂ）とのいずれか一方に切り換えるための三方弁４２が設けられている。この三方弁４２は、追い焚きのときにおいて、浴水を加熱するときに図中に示す矢印ａの流れ方向に切り換えられ、浴水を加熱する前の浴水温を検出するときに、図中に示す矢印ｂの流れ方向に切り換えられるように後述する制御装置２００により制御される。
【００４４】
次に、配管１７ｂは浴槽３内へのお湯張り、差し湯、たし湯するための混合湯が流れる配管であって浴水循環水経路４９に繋げられている。そして、この配管１７ｂには、湯張り弁４４および給湯検出手段である流量カウンタ４５が設けられている。
【００４５】
湯張り弁４４は、後述する制御装置２００により制御され、配管１７ｂに流れる混合湯を開閉する電磁弁である。流量カウンタ４５は配管１７ｂ内の流量情報を後述する制御装置２００に出力するようになっている。なお、湯張り弁４４が開弁して浴槽３にお湯張り、差し湯、たし湯するときには、開閉弁４７も開弁するように制御されるものである。
【００４６】
ここで、流量カウンタ４５、浴水温サーミスタ４６および水圧スイッチ４８は、後述する必要追い焚き熱量（Ｑ１）を求めるための温度情報および容積情報を検出する追い焚き熱量検出手段である。
【００４７】
次に、２００は制御手段である制御装置であり、各サーミスタ２１、３２、３３、４６、７１からの温度情報、流量カウンタ４５、７２からの流量情報、水圧スイッチ４８からの容積情報および図示しない操作盤に設けられた操作スイッチからの操作信号等に基づいて、ヒートポンプユニット２、混合弁１６、三方弁４２、循環ポンプ４３、湯張り弁４４および開閉弁４７等を制御するように構成されている。
【００４８】
また、制御装置２００には、マイクロコンピュータを主体として構成され、内蔵のＲＯＭ（図示せず）には、予め設定された追い焚き制御プログラムが設けられており、この追い焚き制御プログラムによりヒートポンプユニット２および浴水追い焚き手段４０を制御して浴槽３内の浴水を追い焚きするようにしている。
【００４９】
なお、図示しない操作盤には、操作スイッチとして、電源スイッチ、湯張りスイッチ、湯張り設定温度スイッチ、追い焚きスイッチ、追い焚き設定温度スイッチなどが設けられている。また、図示しない操作盤は、浴室内や台所等の湯を使用する場所の近傍に設置され、操作盤以外は、屋外等の適所に設置されている。
【００５０】
次に、上記構成による貯湯式給湯装置の作動について説明する。まず、図示しない電源スイッチがオンされると、制御装置２００は、ヒートポンプユニット２を制御させて通常の温調給湯制御を行なう。この温調給湯制御が実行されると、制御装置２００は、貯湯タンク１に設けられた各サーミスタ３２、３３からの温度情報等や、図示しない操作盤により設定された時刻情報等に基づいて、適宜ヒートポンプサイクル２を作動させ貯湯タンク１内の水を加熱して高温（例えば８５℃の湯）の給湯水を貯えておく。
【００５１】
そして、貯えられた高温の給湯水を水と混合させて台所、洗面所、浴槽３などの給湯対象個所に給湯するとともに、給湯水の熱量を用いて浴水を追い焚きするものである。ところで、貯湯式給湯装置の作動は、給湯の用途に供するときと、浴水を追い焚きするときでは制御装置２００および各構成部品の作動が異なるため、給湯の用途に供する一例として、浴槽３内に湯張りするときと、浴水を追い焚きするときの作動について述べる。
【００５２】
まず、浴槽３内に給湯水を湯張りするときには、湯張りスイッチ（図示せず）を操作することにより、制御装置２００は、湯張り弁４４、開閉弁４７を開弁させるとともに、湯張り設定温度に応じて、給水サーミスタ２１からの温度情報と出湯サーミスタ３２からの温度情報とから混合弁１６の開口面積比を概略調節し、その後浴水温サーミスタ４６からの温度情報に基づいて出湯温度が湯張り設定温度となるように混合弁１６の開口面積比を微細制御する。
【００５３】
これにより、貯湯タンク１内の高温の給湯水と給水配管１５からの水との混合された混合湯が配管１７ｂおよび浴水循環水経路４９を介して浴槽３内に出湯する。そして、浴槽３内の浴水の水位が予め設定した水位レベルに達すると、この水位レベルを水圧スイッチ４８が検出することにより湯張り弁３７を閉弁させて所定量の湯張りが完了するものである。なお、流量カウンタ４５は、湯張り弁３７が開弁している間のときの浴槽内に出湯した湯量が検出される。
【００５４】
この湯張りにより、貯湯タンク１では、上部から高温の給湯水が導出されることにより、導入管１２より水道水が貯湯タンク１の下方に導入される。従って、温度境界位置が貯湯タンク１内上方に移動する。つまり、給湯の用途に供するときには、順次温度境界位置が上方に変動するとともに、貯湯タンク１内の貯湯量が低下していく。
【００５５】
次に、浴水を追い焚きするときの作動を図２に基づいて説明する。図２は、制御装置２００の追い焚き制御プログラムの制御処理を示すフローチャートである。まず、ステップ２０１にて、追い焚きスイッチ（図示せず）が操作しているか否かを判定する。追い焚きスイッチ（図示せず）が操作しておれば、ステップ２０２にて、貯湯タンク（１）内の熱交換器（４１）近傍の貯湯温度（Ｔ_Ｓ）が所定値以上か否かを判定する。
【００５６】
この貯湯温度（Ｔ_Ｓ）は、例えば、４５〜６０℃程度のいずれかの温度を予め設定したものであって、この貯湯温度（Ｔ_Ｓ）が所定値以下のときは追い焚きをさせないように制御する。なお、このときには、制御装置２００によりヒートポンプユニット２の沸き上げ運転を実行するように制御させて貯湯温度（Ｔ_Ｓ）が所定値以上となるようにしてある。
【００５７】
従って、貯湯温度が所定値以上であれば、次のステップ２０３にて、三方弁４２の流れ方向をｂ方向（図１参照）に切り換え、かつ開閉弁を開弁させて循環ポンプ４３を作動させる。これにより、浴槽３内の浴水が熱交換器４１を迂回して循環水経路４９を循環する。
【００５８】
次に、ステップ２０４において、追い焚き熱量検出手段である流量カウンタ４５、浴水温サーミスタ４６および水圧スイッチ４８から入力される温度情報および容積情報と、残湯熱量検出手段である出湯サーミスタ３２および水位サーミスタ３３から入力される温度情報および容積情報とを読み込む。
【００５９】
そして、次のステップ２０５にて、浴水を追い焚きするための必要追い焚き熱量（Ｑ１）を求める。因みに、必要追い焚き熱量（Ｑ１）＝（浴水温―設定温度）×容積より容易に求めることができる。ここで、設定温度は、湯張り設定温度スイッチ（図示せず）にて設定された温度であり、容積は、予め流量カウンタ４５および水圧スイッチ４８により、単位湯量あたりの水位の上昇量を求めてその値を制御装置２００内に記憶させておくことにより、水圧スイッチ４８からの検出値から浴槽３内の浴水の容積を求めることができる。
【００６０】
そして、次のステップ２０６では、貯湯タンク（１）内に貯えられた残湯熱量（Ｑ２）を求める。因みに、本実施形態の残湯熱量（Ｑ２）は、貯湯タンク（１）内の給湯水が浴水を追い焚きするための必要熱量を求めるものであり、残湯熱量（Ｑ２）＝（湯温―所定の貯湯温度Ｔ_Ｓ）×容積より容易に求めることができる。
【００６１】
なお、上述のステップ２０５が本発明による追い焚き熱量演算手段であり、ステップ２０６が本発明による残湯熱量演算手段である。
【００６２】
そして、次のステップ２０７において、求めた必要追い焚き熱量（Ｑ１）と残湯熱量（Ｑ２）とを比較して、残湯熱量（Ｑ２）が必要追い焚き熱量（Ｑ１）よりも小さい否かを判定する。ここで、残湯熱量（Ｑ２）が必要追い焚き熱量（Ｑ１）よりも小さいとき（Ｑ２≦Ｑ１）には、ステップ２０８の沸き上げ運転を実行するとともに、ステップ２０９の追い焚き制御を実行する。逆に、残湯熱量（Ｑ２）が必要追い焚き熱量（Ｑ１）よりも大きいとき（Ｑ２≧Ｑ１）には、ステップ２０９にて追い焚き制御を実行する。
【００６３】
ここで、ステップ２０９の追い焚き制御は、三方弁４２の流れ方向をａ方向（図１参照）に切り換えて浴水を熱交換器４１に循環させて浴水を加熱する。そして、湯張り設定温度に達したら三方弁４２の流れ方向をｂ方向（図１参照）に切り換えて熱交換器４１を迂回させるように温度調整している。
【００６４】
また、ステップ２０８の沸き上げ運転は、熱交換器４１近傍の貯湯温度を、例えば、８５℃程度の高温の貯湯温度に沸き上げるようにヒートポンプを制御することにより、この種の熱交換器４１の熱交換効率を高めることができる。
【００６５】
以上の一実施形態の貯湯式給湯装置によれば、浴水を追い焚きするときは、概して、浴槽３への湯張りなどによる多量の給湯水を出湯した後に実行されることが多い。このときの貯湯タンク１内は、貯湯量が低下してくることで湯と水との境界をなす温度境界位置が熱交換器４１近傍に達すると、貯湯熱量が不十分となり追い焚き時間が非常に長くなることや給湯水の湯温の低下による湯切れを起こすなどの問題がある。
【００６６】
そこで、本発明では、浴水を追い焚きするときには、残湯熱量演算手段（ステップ２０６）により求められた残湯熱量（Ｑ２）が追い焚き熱量演算手段（ステップ２０５）により求められた必要追い焚き熱量（Ｑ１）より小さいときにヒートポンプユニット２を制御して沸き上げ運転させることにより、必要追い焚き熱量（Ｑ１）に基づいて沸き上げ運転させることで、追い焚き中に給湯水の湯切れを起こすことなく確実に浴水の追い焚きが可能となる。しかも、追い焚き時間が短縮できる。
【００６７】
また、浴水の追い焚きを可能とするために、必要追い焚き熱量（Ｑ１）を見込んで予め熱量を貯湯タンク１内に貯湯させる方策もあるが、本発明の方がヒートポンプユニット２を効率よく沸き上げ運転ができる。
【００６８】
また、この種の貯湯タンク１は、湯と水との比重関係により湯と水との境界をなす温度境界位置が変動するものである。従って、貯湯タンク１内の高さ方向の湯温を水位サーミスタ３３により検出することで、容易に貯湯タンク１内の残湯熱量（Ｑ２）を求めることができる。
【００６９】
そこで、本発明では、予め設定された所定の貯湯温度（Ｔ_Ｓ）および残湯熱量検出手段である出湯サーミスタ３２、水位サーミスタ３３より検出された温度情報および容積情報に基づいて残湯熱量（Ｑ２）を求めることにより、例えば、残湯熱量（Ｑ２）＝（湯温―Ｔ_Ｓ）×容積より容易に求めることができる。
【００７０】
同じように、必要追い焚き熱量（Ｑ１）においても、浴槽３内に湯張りされた浴水の温度情報および容積情報と給湯設定温度により容易に求めることができる。そこで、本発明では、設定された給湯設定温度および追い焚き熱量検出手段である流量カウンタ４５、浴水温サーミスタ４６および水圧スイッチ４８より検出された温度情報および容積情報に基づいて必要追い焚き熱量（Ｑ１）を求めることで、例えば、必要追い焚き熱量（Ｑ１）＝（浴水温―設定温度）×容積より容易に求めることができる。
【００７１】
また、所定の貯湯温度（Ｔ_Ｓ）を４５〜６０℃と設定して、例えば熱交換器４１近傍の温度が、この４５〜６０℃下回ったときに、沸き上げ運転させることにより、給湯水の湯切れを起こすことなく確実に浴水の追い焚きが可能となる。しかも、追い焚き時間が短縮できる。
【００７２】
また、この種の熱交換器４１の熱交換効率は、熱交換器４１近傍の温度が高いほど（例えば、８５℃程度）熱交換効率が良い。そこで、沸き上げ温度が高めとなるように制御することにより、熱交換器４１の配設された部位のみを上記高温の温度とすることで追い焚き時間の短縮が図れる。しかも、この温度を得るために二酸化炭素の冷媒を用いることで、超臨界ヒートポンプサイクルを形成できる。これによれば、フロン系の冷媒を用いる一般的なヒートポンプサイクルよりも高温（例えば、８０〜９０℃程度）の給湯水を沸き上げることができる。
【００７３】
（他の実施形態）
なお、浴水追い焚き手段４０によって追い焚きを行なっているときに、残湯熱量演算手段（ステップ２０６）により求められた残湯熱量（Ｑ２）が追い焚き熱量演算手段（ステップ２０５）により求められた必要追い焚き熱量（Ｑ１）より小さいときにヒートポンプユニット２を制御して沸き上げ運転させるように制御装置２００を構成しても良い。
【００７４】
これによれば、追い焚き中であっても、ヒートポンプユニット２を制御して沸き上げ運転させることにより、必要追い焚き熱量（Ｑ１）に基づいて沸き上げ運転させることで、追い焚き中に給湯水の湯切れを起こすことなく確実に浴水の追い焚きが可能となる。しかも、追い焚き時間が短縮できる。
【００７５】
また、以上の実施形態では、本発明を圧縮機、凝縮器、減圧器、蒸発器などのヒートポンプサイクルを構成する冷媒機能部品からなる超臨界ヒートポンプからなるヒートポンプユニット２に適用したが、これに限らず、一般のヒートポンプサイクルを構成する加熱手段に適用しても良い。さらに、貯湯タンク１内に電気ヒータが配設され、深夜電力を用いて給湯水を蓄える電気温水器に適用しても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態における貯湯式給湯装置の全体構成を示す模式図である。
【図２】本発明の一実施形態における制御装置２００の追い焚き制御プログラムの制御処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１…貯湯タンク
２…ヒートポンプユニット（加熱手段）
３２…出湯サーミスタ（残湯熱量検出手段）
３３…水位サーミスタ（残湯熱量検出手段）
４０…浴水追い焚き手段
４１…熱交換器
４５…流量カウンタ（追い焚き熱量検出手段）
４６…浴水温サーミスタ（追い焚き熱量検出手段）
４８…水圧スイッチ（追い焚き熱量検出手段）
２００…制御装置（制御手段）
２０５…追い焚き熱量演算手段
２０６…残湯熱量演算手段
Ｑ１…必要追い焚き熱量
Ｑ２…残湯熱量
Ｔ_Ｓ…所定の貯湯温度

Claims

内部に給湯用の湯を貯える貯湯タンク（１）と、
ヒートポンプサイクルからなり、前記貯湯タンク（１）内の水を沸き上げ運転するヒートポンプユニット（２）と、
前記貯湯タンク（１）内に熱交換器（４１）を配設し、前記熱交換器（４１）に浴槽内の浴水を循環させて追い焚きする浴水追い焚き手段（４０）とを備える貯湯式給湯装置において、
前記浴水追い焚き手段（４０）および前記ヒートポンプユニット（２）を制御する制御手段（２００）が設けられ、
前記制御手段（２００）は、浴水を追い焚きするための必要追い焚き熱量（Ｑ１）を求める追い焚き熱量演算手段（２０５）と、前記貯湯タンク（１）内に貯えられた残湯熱量（Ｑ２）を求める残湯熱量演算手段（２０６）とを有し、前記浴水追い焚き手段（４０）を制御させて浴水を追い焚きするときに、前記残湯熱量演算手段（２０６）により求められた前記残湯熱量（Ｑ２）が前記追い焚き熱量演算手段（２０５）により求められた前記必要追い焚き熱量（Ｑ１）より小さいときに前記ヒートポンプユニット（２）を制御して沸き上げ運転させることを特徴とする貯湯式給湯装置。
前記貯湯タンク（１）には、前記残湯熱量（Ｑ２）を求めるための温度情報および容積情報を検出する残湯熱量検出手段（３２、３３）が設けられ、
前記残湯熱量演算手段（２０６）は、予め設定された所定の貯湯温度（ＴＳ）および前記残湯熱量検出手段（３２、３３）より検出された温度情報および容積情報に基づいて前記残湯熱量（Ｑ２）を求めることを特徴とする請求項１に記載の貯湯式給湯装置。
前記制御手段（２００）は、前記残湯熱量検出手段（３２、３３）より検出された温度情報が、前記所定の貯湯温度（ＴＳ）より下回ったときに、前記ヒートポンプユニット（２）を制御して沸き上げ運転させることを特徴とする請求項２に記載の貯湯式給湯装置。
前記所定の貯湯温度（ＴＳ）は、４５〜６０℃と設定したことを特徴とする請求項３に記載の貯湯式給湯装置。
前記浴水追い焚き手段（４０）には、必要追い焚き熱量（Ｑ１）を求めるための温度情報および容積情報を検出する追い焚き熱量検出手段（４５、４６、４８）が設けられ、
前記追い焚き熱量演算手段（２０５）は、給湯設定温度および前記追い焚き熱量検出手段（４５、４６、４８）より検出された温度情報および容積情報に基づいて求めることを特徴とする請求項１に記載の貯湯式給湯装置。
前記制御手段（２００）は、前記浴水追い焚き手段（４０）によって追い焚きを行なっているときに、前記残湯熱量演算手段（２０６）により求められた前記残湯熱量（Ｑ２）が前記追い焚き熱量演算手段（２０５）により求められた前記必要追い焚き熱量（Ｑ１）より小さいときに前記ヒートポンプユニット（２）を制御して沸き上げ運転させることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１つに記載の貯湯式給湯装置。
前記制御手段（２００）は、前記ヒートポンプユニット（２）を制御して沸き上げ運転するときに、前記貯湯タンク（１）内の沸き上げ温度が高めとなるように制御することを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１つに記載の貯湯式給湯装置。
前記ヒートポンプユニット（２）は、冷媒が二酸化炭素であることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１つに記載の貯湯式給湯装置。