JP3903462B2

JP3903462B2 - 貯湯式給湯機

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Publication number: JP3903462B2
Application number: JP2002131248A
Authority: JP
Inventors: 好夫武藤; 卓幸矢島
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2002-05-07
Filing date: 2002-05-07
Publication date: 2007-04-11
Anticipated expiration: 2022-05-07
Also published as: JP2003322414A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷媒の凝縮熱を利用したヒートポンプ式給湯機等の貯湯式給湯機に関する。詳述すれば、貯湯槽を備えた貯湯式給湯機における配管内の水の凍結防止に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ヒートポンプ式給湯機等の貯湯式給湯機では、循環ポンプを使用して貯湯槽内の水を強制的にヒートポンプ、コジェネ、燃料電池などの熱源との間で循環させ、給湯用の温水を生成して貯湯槽内に貯湯する。
【０００３】
そして、上記貯湯式給湯機では、例えば冬季等に外気温度が低下すると、貯湯槽と熱源との間に接続された循環用の配管内の水が凍結し、給湯ができなくなる虞があった。また、配管内の水が凍結すると、凍結時の膨張により配管が破れたり、又は配管に亀裂が入ったりして、水漏れが発生する虞があり、この水漏れのために水の循環が不十分になり、熱源などの機器が故障する原因となっていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記貯湯式給湯機の配管内での凍結を予防するために、外気温度が低下したときにヒートポンプユニットなどの熱源を運転し、前記配管に温水を循環させた場合には、凍結予防のための熱源の運転に電力を消費するため、年間のエネルギー消費効率であるＣＯＰが低下するという問題が発生する。また、電力使用量が増加し、使用者の電力料金負担が増加するという問題が発生する。
【０００５】
特に、貯湯式給湯機では、電力料金が安い夜間（例えば、午後１１時から午前７時まで）の間に熱源を運転し、貯湯槽内の水を加熱して温度を上昇させて貯湯しておき、貯湯槽内の温水を電力料金が高い夜間以外の昼間に使用することで、使用者が負担する電力料金を抑えている。
【０００６】
しかしながら、昼間に配管の凍結防止のために、上記のように熱源を運転すると、電力料金が高い昼間の電力を消費することになり、使用者の電力料金の負担が大幅に増加するという問題が発生する。
【０００７】
また、凍結防止のための熱源の運転を極力避けるために、外気温度が低下したときに貯湯槽内の湯を配管に供給すると配管内で温度低下した水が貯湯槽の上部に戻ったときに貯湯槽内に貯留している高温水と低温水との温度層のバランスが崩れ、貯湯槽内の温水が全体的に均一化され、高温水を供給することができなくなるという問題が発生する。
【０００８】
そこで本発明は、貯湯式給湯機の電力消費の上昇を極力抑えつつ、配管の凍結を予防し、また貯湯槽内の温度層を維持できるようにすることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
このため第１の発明は、循環ポンプにより水を貯湯槽と加熱用熱源との間を循環させると共に前記貯湯槽から出湯可能とする給湯回路とを備えた貯湯式給湯機において、外気温度を検出する温度検出器と、前記循環ポンプを運転開始させる設定温度を格納した記憶手段と、前記温度検出器の検出温度が前記記憶手段に記憶されている前記設定温度まで低下したときには前記循環ポンプの運転を開始させると共に、時刻によって前記加熱用熱源の運転により温水を循環させて凍結予防するか、前記貯湯槽内の水を循環させて凍結予防するかを決定する制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００１０】
また第２の発明は、前記循環ポンプを運転し、前記貯湯槽内の上部の高温水を使用して凍結予防するときには、前記貯湯槽内の上部から供給され前記配管内を循環した戻り水を前記貯湯槽の中間層に戻す戻し配管を備えたことを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の実施の形態を図を参照して、以下説明する。図１は本発明が適用される貯湯式給湯機としてのヒートポンプ給湯機の回路説明図で、このヒートポンプ給湯機は圧縮機１にて圧縮された冷媒と水とを加熱用熱交換器により熱交換させる冷媒回路を備えた熱源としてのヒートポンプユニット１００と、ヒートポンプユニット１００にて温度上昇した高温水を貯留する貯湯槽などを備えた貯湯槽ユニット２００と、循環ポンプにより水を貯湯槽と前記加熱用熱交換器との間を循環させると共に前記貯湯槽から出湯可能とする給湯回路３００とを主要構成としている。
【００１２】
前記ヒートポンプユニット１００に設けられた冷媒回路は、冷媒を吸入圧縮し高温高圧にする圧縮機１、冷媒と水とを熱交換させる加熱用の冷媒対水熱交換器２、電動式の膨張弁３、外気と冷媒との熱交換を行う室外側熱交換器としての蒸発器４、アキュムレータ５等を有している。
【００１３】
前記貯湯槽ユニット２００は、台所で操作される台所リモコン（リモートコントローラ）７及びふろ場で操作されるふろリモコン（リモートコントローラ）８が接続された制御基板９及びお湯を貯湯する貯湯槽１０を備え、制御基板９にはヒートポンプ給湯機を制御する制御手段としてマイクロコンピュータ（以下「マイコン」という）４０等が搭載される。尚、台所リモコン７及びふろリモコン８には時刻表示装置等が設けられている。
【００１４】
前記給湯回路３００は、前記貯湯槽１０に水道水を供給する逆止弁付き水道減圧弁１１、貯湯槽１０からお湯を取出す出湯管１２、水道減圧弁１１の出口側から出湯管１２に接続された混合弁１３に至るバイパス管１４、出湯管１２から分岐して浴槽３１ヘ至るお湯張り管１５、お湯張り管１５に接続された流量調整弁１６、前記混合弁１３より上流側の出湯管１２に接続される圧力逃がし弁１７、貯湯槽１０の下端部と前記冷媒対水熱交換器２の入口側との間に接続された往き管１８、この往き管１８の途中に接続されて貯湯槽１０から前記冷媒対水熱交換器２に水を供給するための循環ポンプ１９、冷媒対水熱交換器２の出口側と貯湯槽１０の上端部との間に接続された第１の戻り管２３、この第１の戻り管２３の途中に接続された流量調整手段としての流量調整弁２４、第１の戻り管２３の途中から分岐して貯湯槽１０の下部１０ａに至る第２の戻り管３５、この第２の戻り管３５の途中に接続された開閉弁（以下、「第１の戻り弁」という）３６を配管接続して構成されている。
【００１５】
また、冷媒対水熱交換器２の入口側及び出口側にはそれぞれ外気温度センサとしての温度センサ（以下、「入口温度センサ」という）２８及び温度センサ（以下、「出口温度センサ」という）２９が設けられ、更に貯湯槽ユニット２００内の第１の戻り管２３の途中には外気温度センサとしての温度センサ（以下、「貯湯槽入口温度センサ」という）３０が設けられている。
【００１６】
次に、図２の制御ブロック図に基づいて説明する。貯湯槽ユニット２００側の制御基板９に設けられたマイコン４０は、図示しないタイマを備え、本ヒートポンプ給湯機の貯湯槽ユニット２００に係る動作を統括制御するＣＰＵ（セントラル・プロセッシング・ユニット）４１、各種データを記憶する記憶装置としてのＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ）４２、給湯動作及び凍結防止運転の動作に係るプログラムを格納するＲＯＭ（リ−ド・オンリー・メモリ）４３、時を計時する時計４４から構成されている。そして、ＲＯＭ４３には図３に示したテーブルのような、貯湯槽１０内の例えば深夜電力を使用して深夜に沸き上げるときの最大貯湯量である最大沸上量、沸き増しを開始する最低貯湯量及び沸き増しを停止する貯湯量である沸き増し終了の貯湯量が沸き上げ（沸き増し）制御のモードとしてモード１からモード７まで格納され、またこれらのモードを貯湯量の変化に基づいて変更するプログラム及び凍結予防運転に係るプログラムが設定されている。そして、ＣＰＵ４１は前記ＲＡＭ４２に記憶されたデータに基づき、前記ＲＯＭ４３に格納されたプログラム及び上記モードに従い、本ヒートポンプ給湯機の給湯に係る動作及び凍結予防運転に係る動作を統括制御する。そして、通常は貯湯槽１０内の容量全てを所定の温度に沸き上げるようにマイコン４０は給湯機を制御する。
【００１７】
また、台所リモコンＣＰＵ７ａがマイコン４０に信号線にて接続され、台所リモコンＣＰＵ７ａには浴槽３１への給湯時にお湯張りの量を設定するための沸き上げ量設定スイッチ７ｂ及び上記モードを切り替えるためのモード切替スイッチ７ｃが接続されている。
【００１８】
また、ヒートポンプユニット１００側のマイコン５０は、ヒートポンプユニット１００に係る動作を統括制御するＣＰＵ５１、各種データを記憶する記憶装置としてのＲＡＭ５２、ヒートポンプユニット１００の動作に係るプログラムを格納するＲＯＭ５３から構成されている。そして、圧縮機１、膨張弁３、入口温度センサ２８、出口温度センサ２９及び貯湯槽入口温度センサ３０がマイコン５０に信号線にて接続されている。
【００１９】
マイコン４０とマイコン５０とは信号線５４にて接続され、入口温度センサ２８、出口温度センサ２９及び貯湯槽入口温度センサ３０の検出温度はマイコン５０及び信号線５４を介してマイコン４０に送信され、ＲＡＭ４２に随時記憶される。また、ＲＡＭ４２には、後述する低温水の循環による凍結予防運転を開始するときの第１の設定温度（例えば５℃）及びこの凍結予防運転を終了するときの第２の設定温度（例えば１０℃）、夜間時刻の例えば午後１１時から午前７時まで（以下、「ナイトタイム」という）の時間帯、昼間時刻の例えば午前７時から午後１１時まで（以下、「デイタイム」という）の時間帯が記憶されている。
【００２０】
そして、前記貯湯槽１０の容量が、例えば３７０リットルであり、貯湯槽１０には、湯温検出センサＴＳ１、ＴＳ２、ＴＳ３、ＴＳ４、ＴＳ５、ＴＳ６及びＴＳ７が貯湯槽１０の下部から上部まで上下間隔を存して設けられ、本給湯機がその沸き上げ可能温度が５５℃までのため、前記各センサの検出湯温が５５℃以上の場合には貯湯槽１０内の上端からその位置までは貯湯されており残湯ありと判断する。このとき、検出センサＴＳ１の配置箇所は残湯量が３５０リットル、ＴＳ２が同じく３００リットル、ＴＳ３が２５０リットル、ＴＳ４が２００リットル、ＴＳ５が１５０リットル、ＴＳ６が１００リットル、ＴＳ７が５０リットルの位置である。
【００２１】
ここで、貯湯槽入口温度センサ３０による外気温度（例えば２５℃）、ヒートポンプの能力（例えば５．０ｋＷ）、沸き上げ温度（例えば７５℃）、給水温度センサ５５により検出された逆止弁付き水道減圧弁１１を介して貯湯槽１０に供給する水道水の給水温度（例えば２０℃）、湯温検出センサＴＳ３の検出温度（例えば６３℃）、湯温検出センサＴＳ１及びＴＳ２の検出温度（例えば５０℃）等のデータは、前記マイコン４０のＲＡＭ４２に格納され、これらのデータに基づいてマイコン４０が貯湯槽１０内の貯湯量を判断する。
【００２２】
即ち、初めに７個の湯温検出センサの中から沸き上げ湯温５５℃を２個の検出センサ間に含む検出センサの組み合わせをマイコン４０が探索し、５５℃より高い温度を検出している検出センサの検出温度をＴｈｉ、その残湯量をＬｈｉとし、低い温度を検出している検出センサの検出温度をＴｌｏ、その残湯量をＬｌｏとして、５５℃に到達している前記貯湯槽１０内の貯湯量（残湯量）Ｌｚを、Ｌｚ＝（Ｔｈｉ−５５）／（Ｔｈｉ−Ｔｌｏ）×（Ｌｌｏ−Ｌｈｉ）＋Ｌｈｉからマイコン４０が算出する。
【００２３】
従って、５５℃に到達している残湯量Ｌｚは（６３−５５）／（６３−５０）×（３００−２５０）＋２５０から約２８６リットルであると、マイコン４０は判断する。
【００２４】
次に循環流量（１分間当りの沸き上げ量）を、ヒートポンプによる１分間当りの加熱量を沸き上げ温度から水温を引いた温度で割り算して算出するが、具体的には循環流量＝（ヒートポンプ能力Ｐ×８６０（Ｋｃａｌ）／６０（分間）／（沸き上げ温度Ｔｐ−（外気温度Ｔｔ×０．８＋３））からマイコン４０が算出する。即ち、所定能力が一定に出る給水温度（冷媒対水熱交換器２に入る水温）は、外気温度値を用いて、各種性能試験で得られた換算式より算出している。
【００２５】
従って、循環流量は、（５×８６０／６０／（７５−（２５×０．８＋３）から約１．３８リットル／分と、マイコン４０は判断する。即ち、ヒートポンプの特性上（特に冷媒がＣＯ₂の場合）、沸き上げ温度を固定で、給水温度（冷媒対水熱交換器２に入る水温）が上昇すると圧縮機１の周波数を一定に保っていても徐々に加熱能力が低下し、また水温の上昇と能力の低下のカーブは完全にはリニアにはならないため、本給湯機で圧縮機１の保護も含め、入口水温に合わせて圧縮機１の周波数を段階的に下げる動作を行い、結果的に入口水温が変動しても同じ外気温度条件なら略一定の循環流量を維持する運転を行なうように制御することとなる。
【００２６】
以上のようにマイコン４０により、貯湯槽１０内の貯湯量が判断されると共に、沸き上げ時（沸き増し時）の循環量が算出される。
【００２７】
以下、ヒートポンプ給湯機からの給湯時の制御について説明する。図４の（ａ）に示したような貯湯槽１０内の貯湯状態（ハッチングされた部分が全体の容量の内の貯湯量を表す。）から給湯され、湯が使用された時には、貯湯槽１０に水が一杯になるように逆止弁付き水道減圧弁１１から水が給水される。湯が使用され貯湯量が次第に少なくなり（ｂ）に示した貯湯状態になる。更に、給湯され貯湯量が少なくなり（ｃ）に示したように最低貯湯量（例えばモード４の場合においては１５０リットル）より少なくなり、検出センサＴＳ６の検出温度が貯湯状態と判断する温度である５５℃より低下すると、マイコン４０は貯湯量が検出センサの位置より少なくなったと判断し、ヒートポンプユニット１００側のマイコン５０に運転信号を出力し、ヒートポンプ給湯機に沸き増し運転を開始させる。
【００２８】
即ち、圧縮機１が運転を開始し、圧縮機１で圧縮されて高温になった冷媒が冷媒対水熱交換器２に供給される。そして、循環ポンプ１９が起動されて貯湯槽１０の下部１０ａの水が冷媒対水熱交換器２に給水されて、冷媒と水との熱交換が開始される。これにより、冷媒は熱を失って凝縮し、また水は冷媒の凝縮熱により温度が上昇して、高温水すなわち湯となって貯湯槽１０に戻る。
【００２９】
このとき、出口温度センサ２９の検出温度に基づいてマイコン４０が動作し、第１の戻り弁３６を閉じた状態にて流量調整弁２４の開度を制御することにより、ほぼ設定温度（例えば８５℃）まで温度上昇した湯が第１の戻り管２３から貯湯槽１０の上部へ供給される。これにより貯湯槽１０内の上層は湯で下層は水となり、時間の経過と共にお湯の層と水の層とが混じることなく、湯の層が増え水の層が少なくなる。そして、通常の運転状態（モード７のときに相当）では、最終的に貯湯槽１０が湯で満たされるが、例えば沸き上げ制御のモードがモード４の場合には、図４の（ｃ）に示したように貯湯量が設定された沸き増し終了の量である２００リットルまで上昇し、検出センサＴＳ５の検出温度が５５℃以上になると、ＣＰＵ４１が動作しマイコン４０が循環ポンプ１９へ停止信号を出力すると共に、マイコン５０を介して圧縮機１へ停止信号を出力し、沸き増し運転が終了する。
【００３０】
上記のように沸き増し運転時には図３に示した沸き上げ制御のモードに従い、沸き増し運転が制御されるが、以下、沸き上げ制御のモードを変更するときの制御について、図５のフローチャートに基づいて説明する。
【００３１】
まず、沸き上げ制御のモード（運転モード）が手動か自動かが判断され、手動の場合には、前記沸き上げ量設定スイッチ７ｂの操作に基づいて、沸き上げ制御のモードがモード１乃至３までの間にて設定される。即ち、沸き上げ量を例えば多い、中間、少ない場合の３段階に分け、多い場合にはモード３、中間の場合にはモード２、少ない場合にはモード１が設定され、その後、沸き上げ運転時には設定されたモードに従ってヒートポンプ給湯機の運転が制御される。
【００３２】
沸き上げ制御のモード（運転モード）が自動の場合には、例えばヒートポンプ給湯機への電源投入時に標準モードである沸き上げ制御のモード３が自動的に設定される。このため、貯湯槽１０からの給湯により貯湯量が減少し、検出センサＴＳ６の検出温度が５５℃より低くなり、貯湯量が１００リットルをより少なくなったとマイコン４０が判断する（判断Ａ）。この判断に伴いマイコン４０に設けられた図示しないタイマが動作を開始する。そして、その後、貯湯量が５０リットル以下にならず、即ち検出センサＴＳ７が５５℃以上の温度を検出し続けた場合には、沸き上げ制御のモード３がタイマに予め設定されている所定時間（例えば３日間）維持される。
【００３３】
尚、所定時間が経過する前に貯湯量が減少し、検出センサＴＳ７の検出温度が５５℃より低くなった場合には、貯湯量が５０リットルより少なくなったとマイコン４０が判断し（判断Ｂ）、沸き上げ制御のモードを一ランク上のモード、即ち、モード番号の大きいモードであるモード４へ移行する。このため、沸き増し開始の最低貯湯量が１００リットルから１５０リットルへ増加し、かつ沸き増し運転の終了貯湯量が１５０リットルから２００リットルに増加する。
【００３４】
また、検出センサＴＳ６の検出温度に基づいて貯湯槽１０に１００リットル以上の貯湯量があるとマイコン４０が判断した（判断Ｃ）場合には、図示しないタイマが動作する。そして、１００リットル以上の貯湯量が予め設定されていた所定期間（例えば３日間）維持された場合には、タイマがカウントアップし、マイコン４０が動作し、一ランク下のモード、即ち、モード番号が小さいモードであるモード２へ移行する。この結果、最大沸上量が３７０リットルから３００リットルへ減少する。
【００３５】
各沸き上げ制御のモードにおいて、上記モード３と同様の判断が行われ、例えばモード５においては、１００リットル以上の貯湯量が所定期間維持された場合には、タイマがカウントアップし、マイコン４０が動作し、一ランク下のモード、即ち、モード番号が小さいモードであるモード４へ移行する。この結果、沸き増し開始の最低貯湯量が２００リットルから１５０リットルへ減少し、かつ沸き増し運転の終了貯湯量が２５０リットルから２００リットルに減少する。同様に、モード４からモード７においては、１００リットル以上の貯湯量が所定期間維持された場合には、タイマがカウントアップし、マイコン４０が動作し、一ランク下のモード、即ち、モード番号が小さいモードであるモードへ移行する。この結果、沸き増し開始の最低貯湯量と沸き増し運転の終了貯湯量との双方が５０リットルずつ減少する。
【００３６】
この結果、給湯量が多いとき、即ち使用負荷が多いときにはモード番号を大きい方へ移行させ、負荷に適切に対応することが可能であることはもちろん、給湯量が少なく使用負荷が少ないときには、モード番号を小さい方へ移行させ、深夜の最大沸上量を減少させ、また、沸き増し開始の最低貯湯量と沸き増し運転の終了貯湯量との双方を減少させることにより、１つの貯湯槽１０の容量で使用負荷に対応した幅広い運転、即ち、貯湯量或いは沸き増し量の制御が可能であり、放熱よる熱ロスを極力少なくし、ヒートポンプ給湯機の運転効率、即ち湯の供給効率が向上する。
【００３７】
次に、上記のように給湯運転が制御されるヒートポンプ給湯機の冬季などの凍結防止運転についての第１の実施形態について説明する。
【００３８】
ヒートポンプユニット１００の運転が停止しているときに外気温度が低下し、時計４４により計時されたデイタイムの時刻に入口温度センサ２８、出口温度センサ２９或いは貯湯槽入口温度センサ３０のいずれかの検出温度が第１の設定温度（例えば５℃）になると、マイコン４０が動作し、第１の戻り弁３６を開き、流量調整弁２４を閉じ、循環ポンプ１９を運転する。
【００３９】
循環ポンプ１９の運転により、貯湯槽１０の下部１０ａに貯留している低温層の低温水が、循環ポンプ１９、往き管１８、ヒートポンプユニット１００の冷媒対水熱交換器２、第１の戻り管２３、第２の戻り管３５及び第１の戻り弁３６を介して貯湯槽１０の下部１０ａと循環し、往き管１８及び第１の戻り管２３の特にヒートポンプユニット１００と貯湯槽ユニット２００との間に位置している部分の凍結を予防する。
【００４０】
また、上記のように低温水を循環しているとき、往き管１８、第１の戻り管２３及び第２の戻り管３５を流れた低温水は貯湯槽１０の上部１０ｂの高温水の層及び中間部１０ｃの中間温水の層に戻されることなく下部１０ａに戻されるため、戻った低温水により貯湯槽１０内の上部１０ｂの高温水の層及び中間部１０ｃの中間温水の層に影響を与えることを回避でき、層崩れを防止することができる。
【００４１】
更に、上記凍結予防運転により、貯湯槽１０の下部１０ａの水温が低下するが、ヒートポンプユニット１００の運転時には、ヒートポンプユニット１００に流入する水の温度が低いほど冷媒対水熱交換器２での熱交換効率を向上することができる。
【００４２】
そして、上記凍結予防運転により往き管１８及び第１の戻り管２３などの循環路の温度が上昇し、入口温度センサ２８、出口温度センサ２９及び貯湯槽入口温度センサ３０の検出温度が全て第２の設定温度（例えば１０℃）になると、マイコン４０が動作して第１の戻り弁３６を閉じると共に流量調整弁２４を開放状態にし、更に循環ポンプ１９の運転を停止する。この結果、貯湯槽１０からの低温水の循環が停止し、凍結予防運転は終了し、凍結予防運転による消費電力の増加を極力小さくすることができる。
【００４３】
また、時計４４により計時されたナイトタイムの時刻に入口温度センサ２８、出口温度センサ２９或いは貯湯槽入口温度センサ３０のいずれかの検出温度が第１の設定温度（例えば５℃）になると、マイコン４０が動作し、第１の戻り弁３６を閉じ、流量調整弁２４を開き、循環ポンプ１９を運転するばかりか、更にマイコン４０はマイコン５０に運転信号を出力し、ヒートポンプユニット１００の運転を開始させる。
【００４４】
したがって、冷媒対水熱交換器２にて熱交換して温度上昇した高温水が第１の戻り管２３から貯湯槽１０の上部１０ｂへ流れ、また、貯湯槽１０の下部１０ａの水が往き管１８を介して冷媒対水熱交換器２へ流れ、第１の戻り管２３及び往き管１８の温度が上昇し、凍結が予防される。
【００４５】
そして、往き管１８及び第１の戻り管２３などの循環路の温度が上昇し、入口温度センサ２８、出口温度センサ２９及び貯湯槽入口温度センサ３０の検出温度が全て第２の設定温度（例えば１０℃）になると、マイコン４０が動作して第１の戻り弁３６は閉じ流量調整弁２４は開いたままとし、循環ポンプ１９の運転を停止すると共にヒートポンプユニット１００を停止し、凍結予防運転が終了する。
【００４６】
この結果、ナイトタイムには、安い電力を使用してヒートポンプユニット１００を運転し、高温水を使用して凍結を確実に予防することができ、また、凍結予防運転の時間を短縮することができる。
【００４７】
次に、主として図６に基づき、凍結防止運転についての第２の実施形態について説明するが同一の図番については同一の機能を有するものとし、説明は省略する。
【００４８】
以下、第１の実施形態と異なる給湯回路３００についてのみ説明する。前記給湯回路３００は、前記貯湯槽１０に水道水を供給する逆止弁付き水道減圧弁１１、貯湯槽１０からお湯を取出す出湯管１２、水道減圧弁１１の出口側から出湯管１２に接続された混合弁１３に至るバイパス管１４、出湯管１２から分岐して浴槽３１ヘ至るお湯張り管１５、お湯張り管１５に接続された流量調整弁１６、前記混合弁１３より上流側の出湯管１２に接続される圧力逃がし弁１７、貯湯槽１０の下端部と前記冷媒対水熱交換器２の入口側との間に接続された往き管１８、この往き管１８の途中に接続されて貯湯槽１０から前記冷媒対水熱交換器２に水を供給するための循環ポンプ１９、この循環ポンプ１９の上流側に接続された開閉弁（以下、「入水弁」という）２０、循環ポンプ１９と入水弁２０との間の往き管１８から分岐して出湯管１２に至る高温水循環用管２１、この高温水循環用管２１の途中に接続された開閉弁（以下、「高温弁」という）２２、冷媒対水熱交換器２の出口側と貯湯槽１０の上端部との間に接続された第１の戻り管２３、この第１の戻り管２３の途中に接続された流量調整手段としての流量調整弁２４、第１の戻り管２３の途中から分岐して貯湯槽１０の下部１０ａに至る第２の戻り管３５、この第２の戻り管３５の途中に接続された開閉弁（以下、「第１の戻り弁」という）３６を配管接続して構成されている。
【００４９】
ヒートポンプユニット１００の運転が停止しているときに外気温度が低下し、時計４４により計時されたデイタイムの時刻に入口温度センサ２８、出口温度センサ２９或いは貯湯槽入口温度センサ３０のいずれかの検出温度が第１の設定温度（例えば５℃）になると、マイコン４０が動作し、入水弁２０を閉じると共に第１の戻り弁３６を開き、流量調整弁２４を閉じると共に高温弁２２を開き、循環ポンプ１９を運転する。
【００５０】
この循環ポンプ１９の運転により、貯湯槽１０の上部１０ｂに貯留している高温層の高温水が高温弁２２、循環ポンプ１９、往き管１８、ヒートポンプユニット１００の冷媒対水熱交換器２、第１の戻り管２３、第２の戻り管３５及び第１の戻り弁３６を介して貯湯槽１０の下部１０ａと循環し、往き管１８及び第１の戻り管２３の特にヒートポンプユニット１００と貯湯槽ユニット２００との間に位置している部分の凍結を予防する。
【００５１】
また、上記のように低温水を循環しているとき、往き管１８、第１の戻り管２３及び第２の戻り管３５を流れた低温水は貯湯槽１０の上部１０ｂの高温水の層及び中間部１０ｃの中間温水の層に戻されることなく下部１０ａに戻されるため、戻った低温水により貯湯槽１０内の上部１０ｂの高温水の層及び中間部１０ｃの中間温水の層に影響を与えることを回避でき、層崩れを防止することができる。
【００５２】
そして、上記凍結予防運転により往き管１８及び第１の戻り管２３などの循環路の温度が上昇し、入口温度センサ２８、出口温度センサ２９及び貯湯槽入口温度センサ３０の検出温度が全て第２の設定温度（例えば１０℃）になると、マイコン４０が動作して入水弁２０を開くと共に第１の戻り弁３６を閉じ、流量調整弁２４を開くと共に高温弁２２を閉じ、更に循環ポンプ１９の運転を停止する。この結果、貯湯槽１０からの高温水の循環が停止し、凍結予防運転は終了し、凍結予防運転による消費電力の増加を極力小さくすることができる。
【００５３】
また、時計４４により計時されたナイトタイムの時刻に入口温度センサ２８、出口温度センサ２９或いは貯湯槽入口温度センサ３０のいずれかの検出温度が第１の設定温度（例えば５℃）になると、マイコン４０が動作し、入水弁２０を開くと共に第１の戻り弁３６を閉じ、流量調整弁２４を開くと共に高温弁２２を閉じている状態で、循環ポンプ１９を運転するばかりか、更にマイコン４０はマイコン５０に運転信号を出力し、ヒートポンプユニット１００の運転を開始させる。
【００５４】
したがって、冷媒対水熱交換器２にて熱交換して温度上昇した高温水が第１の戻り管２３から貯湯槽１０の上部１０ｂへ流れ、また、貯湯槽１０の下部１０ａの水が往き管１８を介して冷媒対水熱交換器２へ流れ、第１の戻り管２３及び往き管１８の温度が上昇し、凍結が予防される。
【００５５】
そして、往き管１８及び第１の戻り管２３などの循環路の温度が上昇し、入口温度センサ２８、出口温度センサ２９及び貯湯槽入口温度センサ３０の検出温度が全て第２の設定温度（例えば１０℃）になると、マイコン４０が動作して入水弁２０を開くと共に第１の戻り弁３６を閉じ、流量調整弁２４を開くと共に高温弁２２を閉じたままとし、循環ポンプ１９の運転を停止すると共にヒートポンプユニット１００を停止し、凍結予防運転が終了する。
【００５６】
この結果、ナイトタイムには、安い電力を使用してヒートポンプユニット１００を運転し、高温水を使用して凍結を確実に予防することができ、また、凍結予防運転の時間を短縮することができる。
【００５７】
次に、主として図７に基づき、凍結防止運転についての第３の実施形態について説明するが同一の図番については同一の機能を有するものとし、説明は省略する。
【００５８】
以下、他の実施形態と異なる給湯回路３００についてのみ説明する。前記給湯回路３００は、前記貯湯槽１０に水道水を供給する逆止弁付き水道減圧弁１１、貯湯槽１０からお湯を取出す出湯管１２、水道減圧弁１１の出口側から出湯管１２に接続された混合弁１３に至るバイパス管１４、出湯管１２から分岐して浴槽３１ヘ至るお湯張り管１５、お湯張り管１５に接続された流量調整弁１６、前記混合弁１３より上流側の出湯管１２に接続される圧力逃がし弁１７、貯湯槽１０の下端部と前記冷媒対水熱交換器２の入口側との間に接続された往き管１８、この往き管１８の途中に接続されて貯湯槽１０から前記冷媒対水熱交換器２に水を供給するための循環ポンプ１９、この循環ポンプ１９の上流側に接続された開閉弁（以下、「入水弁」という）２０、循環ポンプ１９と入水弁２０との間の往き管１８から分岐して出湯管１２に至る高温水循環用管２１、この高温水循環用管２１の途中に接続された開閉弁（以下、「高温弁」という）２２、冷媒対水熱交換器２の出口側と貯湯槽１０の上端部との間に接続された第１の戻り管２３、この第１の戻り管２３の途中に接続された流量調整手段としての流量調整弁２４、第１の戻り管２３の途中から分岐して貯湯槽１０の中間部１０ｃである中間層に至る第３の戻り菅２５、この第３の戻り管２５の途中に接続された開閉弁（以下、「第１の戻り弁」という）３６及び逆止弁２７を配管接続して構成されている。
【００５９】
そして、ヒートポンプユニット１００の運転が停止しているときに外気温度が低下し、時計４４により計時されたデイタイムの時刻に入口温度センサ２８、出口温度センサ２９或いは貯湯槽入口温度センサ３０のいずれかの検出温度が第１の設定温度（例えば５℃）になると、マイコン４０が動作し、入水弁２０を閉じると共に第１の戻り弁３６を開き、流量調整弁２４を閉じると共に高温弁２２を開き、循環ポンプ１９を運転する。
【００６０】
この循環ポンプ１９の運転により、貯湯槽１０の上部１０ｂに貯留している高温層の高温水が高温弁２２、循環ポンプ１９、往き管１８、ヒートポンプユニット１００の冷媒対水熱交換器２、第１の戻り管２３、第３の戻り管２５、第１の戻り弁３６及び逆止弁２７を介して貯湯槽１０の中間部１０ｃに戻り、往き管１８及び第１の戻り管２３の特にヒートポンプユニット１００と貯湯槽ユニット２００との間に位置している部分の凍結を予防する。
【００６１】
この場合、第３の戻り管２５を介して貯湯槽１０の中間部１０ｃに戻って来る水が中間温度であっても、貯湯槽１０内で上部１０ｂの水の高温層や下部１０ａの低温層に影響を与えることなく凍結予防ができる。
【００６２】
以上のように、往き管１８及び第１の戻り管２３の凍結予防運転を行うときには、その時刻によってヒートポンプユニット１００を運転して凍結を予防するか、貯湯槽１００の水を使用して凍結を予防するかを選択し決定することにより、使用電力を極力抑えた安価な方法で凍結を予防することができる。
【００６３】
尚、上記各実施の形態において、流量調整弁２４を運転時の貯湯槽１０へ供給される高温水の温度制御及び凍結予防運転のときには閉じ貯湯槽１０の上部へ循環水が戻ることを阻止するために使用したが、流量調整弁２４と直列に電磁弁を設け、この電磁弁を凍結予防運転時に閉じるようにしてもよい。
【００６４】
以上本発明の実施態様について説明したが、上述の説明に基づいて当業者にとって種々の代替例、修正又は変形が可能であり、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で前述の種々の代替例、修正又は変形を包含するものである。
【００６５】
【発明の効果】
以上のように本発明は、貯湯式給湯機において外気温度が低下し、凍結予防運転を行うときには、その時刻によって加熱用熱源を運転して凍結を予防するか、貯湯槽の水を使用して凍結を予防するかを制御手段により選択し決定することにより、使用電力を極力抑えた安価な方法で凍結を予防することができる。
【００６６】
また、凍結予防運転時に貯湯槽内の温度層を維持し、高温水を安定して供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ヒートポンプ給湯機の回路説明図である。
【図２】制御ブロック図である。
【図３】各モード毎の最大沸上量、沸き増し開始時の最低貯湯量及び沸き増し終了時の貯湯量のテーブルを示す図である。
【図４】沸き増し運転時の貯湯量の変化を説明する図である。
【図５】フローチャートを示す図である。
【図６】第２の実施形態のヒートポンプ給湯機の回路説明図である。
【図７】第３の実施形態のヒートポンプ給湯機の回路説明図である。
【符号の説明】
１圧縮機
２冷媒対水熱交換器（加熱用熱交換器）
１０貯湯槽
１８往き管
２３第１の戻り管
２４流量調整弁
２５第３の戻り管
３５第２の戻り管
４０マイコン
４１ＣＰＵ
４２ＲＡＭ
４３ＲＯＭ
５０マイコン
１００ヒートポンプユニット
２００貯湯槽ユニット

Claims

循環ポンプにより水を貯湯槽と加熱用熱源との間を循環させると共に前記貯湯槽から出湯可能とする給湯回路とを備えた貯湯式給湯機において、外気温度を検出する温度検出器と、前記循環ポンプを運転開始させる設定温度を格納した記憶手段と、前記温度検出器の検出温度が前記記憶手段に記憶されている前記設定温度まで低下したときには前記循環ポンプの運転を開始させると共に、時刻によって前記加熱用熱源の運転により温水を循環させて凍結予防するか、前記貯湯槽内の水を循環させて凍結予防するかを決定する制御手段とを備えたことを特徴とする貯湯式給湯機。
前記循環ポンプを運転し、前記貯湯槽内の上部の高温水を使用して凍結予防するときには、前記貯湯槽内の上部から供給され前記配管内を循環した戻り水を前記貯湯槽の中間層に戻す戻し配管を備えたことを特徴とする請求項１に記載の貯湯式給湯機。