JP4362118B2 - 貯湯式給湯装置 - Google Patents

Description

本発明は、配管の凍結防止運転を行うことができる貯湯式給湯装置に関する。

従来、貯湯式給湯装置は、寒冷地や冬季など氷点下になるような低温環境使用下では配管が凍結するおそれがあるため、配管の各所にヒータを設けることが一般的に行われている（例えば、特許文献１参照）。ところで、すべての配管にヒータを設けて凍結防止を図ると、電気代が嵩んで経済性が損なわれるという問題があるため、貯湯タンクと加熱手段（ヒートポンプなど）との間において温水を循環させて凍結防止を図ることが提案されている。しかし、温水を循環させて凍結防止を図ると、貯湯タンク内の上部に貯められた高温度の水に低温度の水が注がれることになり、高温度の水の温度が大きく低下するという問題がある。そこで、貯湯タンクと加熱手段との間に、貯湯タンクの下部に接続されるバイパス管を設けて温水を循環させることが提案されているが、これでは貯湯タンクの上部に至る側(沸き上げ側)の配管が凍結するため、この経路の配管にヒータが設けられている。
特開２００４−２７１１０２号公報（図１）

しかし、従来のようにヒータの設置箇所が増えると、組み立て時の工程数が増し、部品点数が増加して、コスト高となる問題がある。また、単に加熱手段で温水を加熱してバイパス側と沸き上げ側とを循環させただけでは、電気代が嵩み経済性が損なわれる。

本発明は、前記従来の課題を解決するものであり、経済性を損なわずにコストダウンを図ることができ、しかもバイパス側と沸き上げ側の両方の配管の凍結を確実に防止することができる貯湯式給湯装置を提供することを目的とする。

本発明の貯湯式給湯装置は、貯湯タンクと、前記貯湯タンクの下部から取り出した温水を加熱する加熱手段と、前記温水を前記貯湯タンクから前記加熱手段に送る流出管と、前記加熱手段で生成された温水を前記貯湯タンクの上部に送る流入管と、前記流入管から分岐して設けられ、前記温水を前記貯湯タンクの下部に送るバイパス管と、前記流入管を通過する前記温水の流れを前記バイパス管側に切り替える第１の状態と、前記貯湯タンクの上部側に切り替える第２の状態とに設定可能な切替弁と、前記流出管および前記流入管を含む循環経路が凍結するか否かを判断する凍結判定手段と、前記循環経路を循環する温水の温度を検知する温度検知手段と、を備え、前記凍結判定手段に基づいて前記循環経路が凍結すると判断した場合は、前記切替弁を前記第１の状態にして前記貯湯タンクと前記加熱手段との間において前記温水を循環させ、その後前記温度検知手段に基づいて前記温水の温度が第１の所定温度まで上昇したときに、前記切替弁を前記第２の状態にして前記貯湯タンクと前記加熱手段との間において前記温水を所定時間循環させるように制御することを特徴とする貯湯式給湯装置。

本発明によれば、まず切替弁を第１の状態にして温水を循環させることにより、バイパス側の循環経路の凍結が防止され、さらに所定の温度条件を満たしたときに切替弁を第２の状態にして温水を循環させることにより、沸き上げ側の循環経路の凍結が防止される。したがって、加熱手段から貯湯タンクの上部に至る流入管にヒータを設ける必要がないので、経済性が損なわれず、部品点数の削減が図れる。さらに、まず切替弁を第１の状態にして温水を循環させてバイパス側の循環経路の温水の温度を上昇させてから、切替弁を沸き上げ側に切り替えているので、貯湯タンクの上部に蓄積された高温度の温水の温度が大きく低下するのを防止できる。

また、前記切替弁を前記第１の状態にして前記温水を循環させている場合において、前記温水の温度が依然として第１の所定温度を下回っているときに、前記加熱手段を作動させて加熱した温水を循環させ、その後前記加熱した温水が第２の所定温度まで上昇したときに、前記切替弁を前記第２の状態にして前記加熱した温水を所定時間循環させるように制御することが好ましい。

これによれば、加熱手段で加熱された温水を循環させているのでバイパス側と沸き上げ側の各循環経路の凍結を確実に防止することができる。しかも、沸き上げ側での凍結防止運転時には加熱された温水が貯湯タンクに流れ込むので、貯湯タンク上部に蓄積された温水の温度低下を防止できる。

また、前記切替弁を前記第１の状態にして前記温水を循環させている場合において、前記温水の温度が依然として第１の所定温度を下回っているときに、前記加熱手段を第１の出力で作動させて加熱した温水を循環させ、その後前記加熱した温水が第２の所定温度を下回っているときに、前記加熱手段を前記第１の出力よりも高い第２の出力で作動させて加熱した温水を循環させることが好ましい。

これによれば、まず加熱手段の出力を小さく設定しておくことで、加熱手段の消費電力を削減することができ、経済性を向上できる。

また、外気温度を検知する外気温度検知手段を備え、前記凍結判定手段の第１の判定条件である前記外気温度検出手段が検知した温度が第１の所定外気温度以下ではなく、前記循環経路が凍結しないと判断した場合には、さらに前記凍結判定手段の第２の判定条件である前記外気温度検知手段が検知した温度が前記第１の所定外気温度より高い第２の所定外気温度以下であるかどうかで、前記循環経路が凍結するか否かを判断し、前記第２の判定条件に基づいて前記循環経路が凍結すると判断したときに、前記切替弁を前記第１の状態にして前記貯湯タンクと前記加熱手段との間において前記温水を循環させることが好ましい。

これによれば、不必要に切替弁を沸き上げ側に切り替えることがないので、貯湯タンク内の高温度の温水の温度低下を防止できる。

また、前記貯湯タンクと前記加熱手段との間において前記温水が循環している場合において、前記温度検知手段に基づいて前記温水の温度が第１の所定温度まで上昇したときに、前記凍結判定手段の第３の判定条件である前記外気温度検知手段が検知した温度が、前記第１の所定外気温度より高く且つ前記第２の所定外気温度より低い第３の所定外気温度以上か否かに応じて次回の凍結防止運転までの待機時間を変化させることが好ましい。

これによれば、待機時間を変化させることで、不必要に凍結防止運転が繰り返されるのを防止できる。

例えば、前記凍結判定手段の第１の判定条件は、前記外気温度検知手段が検知した温度が第１の所定外気温度以下のときに凍結すると判断するものであり、前記凍結判定手段の第２の判定条件は、前記外気温度検知手段が検知した温度が第１の所定外気温度より高い第２の所定外気温度以下のときに凍結すると判断するものであり、前記凍結判定手段の第３の判定条件は、前記外気温度検知手段が検知した温度が、第１の所定外気温度より高く且つ第２の所定外気温度より低い第３の所定外気温度より低いときに凍結すると判断するものであり、前記凍結判定手段は、前記切替弁を第２の状態にして温水を所定時間循環させた後、前記外気温度検知手段が検知した温度が第３の所定外気温度より低いときに、次回の凍結防止運転までの待機時間を短く設定し、前記外気温度検知手段が検知した温度が第３の所定外気温度以上のときに、次回の凍結防止運転までの待機時間を長く設定する。

この構成によれば、外気温度に基づいて凍結判断することで、正確に凍結可能性の判断を行うことが可能になり、しかも複数の判定条件で判断することにより、凍結防止運転を無駄に繰り返す必要がなくなって効率的に行うことが可能になる。

また、前記凍結判定手段の第１の判定条件は、前記外気温度検知手段が検知した温度が第１の所定外気温度以下のときに凍結すると判断するものであり、前記凍結判定手段の第２の判定条件は、前記外気温度検知手段が検知した温度が第１の所定外気温度より高い第２の所定外気温度以下のときに凍結すると判断する構成にできる。

この構成によれば、第１と第２の判定条件により凍結判断を行うことにより、凍結を確実に防止することができる。

また、前記凍結判定手段の第１の判定条件は、前記外気温度検知手段が検知した温度が第１の所定外気温度以下のときに凍結すると判断するものであり、前記凍結判定手段の第２の判定条件は、前記外気温度検知手段が検知した温度が第１の所定外気温度より高い第２の所定外気温度以下のときに凍結すると判断するものであり、前記凍結判定手段の第３の判定条件は、前記外気温度検知手段が検知した温度が第１の所定外気温度より高く且つ第２の所定外気温度より低い第３の所定外気温度より低いときに凍結すると判断する構成にできる。

この構成によれば、第１ないし第３の判定条件により凍結判断を行うことにより、凍結をより一層確実に防止することができる。

本発明によれば、経済性を損なわずにコストダウンを図ることができ、しかもバイパス側と沸き上げ側の両方の配管の凍結を確実に防止することができる。

図１は本実施形態の貯湯式給湯装置を示す全体構成図、図２は凍結防止運転における処理を示すフローチャート、図３は本実施形態でのバイパス側の凍結防止運転の説明図、図４は本実施形態での沸き上げ側の凍結防止運転の説明図である。
図１に示すように、本実施形態の貯湯式給湯装置Ａは、ヒートポンプユニット（加熱手段）１、貯湯タンクユニット２、給湯制御部３などを備えて構成されている。なお、本実施形態では、後記する貯湯タンク２１の下部から取り出される温水を低温水（低温度の水；例えば５〜２０℃程度）とし、ヒートポンプユニット１で加熱された温水を高温水（高温度の水；例えば７０〜９０℃程度）として説明している。

前記ヒートポンプユニット１は、圧縮機１１と、凝縮器としての冷媒−水熱交換器１２と、減圧器としての膨張弁１３と、強制空冷式の蒸発器１４で構成されたヒートポンプ回路１５と、このヒートポンプ回路１５を駆動制御するヒートポンプ制御部５とを備えている。なお、このヒートポンプ回路１５では、例えば、冷媒として二酸化炭素が用いられて超臨界ヒートポンプサイクルが構成されている。また、冷媒に二酸化炭素を用いているので、低温水を電熱ヒータなしで約９０℃の高温まで沸き上げることが可能になっている。

また、前記ヒートポンプユニット１では、冷媒−水熱交換器１２の前記ヒートポンプ回路１５とは別に設けられた流路の一端に、後記する貯湯タンクユニット２から延びるヒートポンプ戻り管（流出管）２５が接続され、このヒートポンプ戻り管２５に熱交換器入口温度センサＴ１が設けられている。また、冷媒−水熱交換器１２の他端には、後記する貯湯タンクユニット２から延びるヒートポンプ往き管（流入管）２６が接続され、このヒートポンプ往き管２６に熱交換器出口温度センサＴ２が設けられている。また、ヒートポンプユニット１には、外気の温度を検出するための外気温度センサＴ３が設けられている。

なお、前記冷媒−水熱交換器１２では、冷媒と被加熱水（低温水）とが対向して流れる対向流方式を採用しており、前記超臨界ヒートポンプサイクルによって熱交換時において冷媒が超臨界状態のまま凝縮されるため効率よく高温まで被加熱水を加熱することができる。また、冷媒−水熱交換器１２の入口側の熱交換器入口温度センサＴ１の温度と、出口側の熱交換器出口温度センサＴ２の温度との温度差が一定になるように前記した膨張弁１３または圧縮機１１を制御することで、被加熱水（低温水）の冷媒−水熱交換器１２の入口温度が５〜２０℃程度の低い温度である場合に、ＣＯＰ（エネルギー消費効率）が３．０以上の高い効率で被加熱水を加熱することが可能になっている。

前記貯湯タンクユニット２は、上下方向（天地方向）に細長い貯湯タンク２１を有し、この貯湯タンク２１の上部に出湯管２３、下部に給水管２４がそれぞれ貯湯タンク２１の内部と連通するように接続されている。給水管２４は水道管と接続されて、水（水道水）が供給されるようになっている。また、給水管２４には、水道管からの給水圧を所定の圧力に減圧するための減圧弁３６、給水管２４を流れる水の温度を検出する給水温度センサ３７などが設けられている。

前記貯湯タンク２１には、上下方向に配置された複数個の温度センサからなる貯湯温度センサＴ４が設けられている。この貯湯温度センサＴ４は、貯湯タンク２１内の上下方向の温度分布を検知するものであり、貯湯タンク２１内にどれだけの熱量が残っているかを検知するものである。

また、貯湯タンク２１には、その下部に前記ヒートポンプ戻り管２５の端部が、上部に前記ヒートポンプ往き管２６の端部がそれぞれ貯湯タンク２１の内部と連通するように接続されている。また、ヒートポンプ戻り管２５には循環ポンプ２７が設けられ、この循環ポンプ２７の駆動力によって、貯湯タンク２１内の被加熱水（低温水）が、ヒートポンプ戻り管２５を介して冷媒−水熱交換器１２に送り込まれ、ヒートポンプ往き管２６を介して冷媒−水熱交換器１２から送り出されるようになっている。なお、本実施形態では、循環ポンプ２７がヒートポンプユニット１側に設けられているが、これに限定されず、貯湯タンクユニット２側に設けられていてもよい。

また、貯湯タンク２１には、バイパス管２８が接続されている。このバイパス管２８は、その一端がヒートポンプ往き管２６の途中に切替弁２９を介して接続され、他端が給水管２４の貯湯タンク２１の近傍に接続されている。切替弁２９は、例えば電磁式の三方弁からなり、ヒートポンプ往き管２６からバイパス管２８を介して貯湯タンク２１の下部に（バイパス側に）流路を切り替える第１の状態と、ヒートポンプ往き管２６から貯湯タンク２１の上部に（沸き上げ側に）流路に切り替える第２の状態と、に設定可能となっている。

前記出湯管２３は、給水管２４から分岐した分岐管３０と、給湯混合弁３１を介して接続されている。この給湯混合弁３１は、出湯管２３を介して取り出された高温水と、分岐管３０からの水（水道水）とを混合する弁であり、ユーザーが、後記するリモコン４で設定した給湯設定温度になるように混合比率を制御するものである。また、給湯混合弁３１には給湯管３２が接続され、この給湯管３２に、給湯混合弁３１で混合された湯水の温度を検知する給湯温度センサＴ５と、湯水の流量を検知する給湯流量センサ３４とが設けられている。また、給湯管３２の末端には給湯栓３５が設けられ、この給湯栓３５が台所、浴室、洗面などに設けられる。なお、前記出湯管２３には、貯湯タンク２１の加圧を逃がすための加圧逃がし弁３８が設けられている。

また、本実施形態の貯湯式給湯装置Ａには、浴槽Ｂが設けられている。この浴槽Ｂは、ふろ往き管４１の一端と、ふろ戻り管４２の一端とがそれぞれ接続されている。また、貯湯タンク２１内の上部には、浴槽Ｂに貯められている湯水を加熱するためのステンレス製の蛇管よりなるふろ熱交換器４３が設けられ、このふろ熱交換器４３の入口にふろ往き管４１の他端が接続され、出口にふろ戻り管４２の他端が接続されている。また、ふろ往き管４１には、浴槽Ｂからふろ熱交換器４３へ流れる湯水の温度を検知するふろ往き温度センサＴ６、および浴槽Ｂとふろ熱交換器４３との間で湯水を循環させるふろ循環ポンプ４８が設けられ、ふろ戻り管４２には、ふろ熱交換器４３から浴槽Ｂへ流れる湯水の温度を検知するふろ戻り温度センサＴ７が設けられている。ふろ循環ポンプ４８を作動させることにより浴槽Ｂ内に貯められた湯水がふろ熱交換器４３に送られて、ふろ熱交換器４３で湯水が加熱されることで、浴槽Ｂ内の湯水の保温あるいは追い焚きが行われるようになっている。

また、前記ふろ往き管４１は、湯張り管４４を介して給湯管３２と接続されている。この湯張り管４４には、浴槽Ｂへの湯張りの開始／停止を行う湯張り弁４５と、浴槽Ｂへの湯張り量をカウントするふろ流量カウンタ４６と、浴槽Ｂ内の湯水が給湯管３２へ逆流するのを防止する逆止弁４７と、が設けられている。これにより、浴槽Ｂを湯張りする場合には、湯張り弁４５を開弁することで、後記するリモコン４で所望のふろ温度に設定された湯水が給湯混合弁３１から湯張り管４４およびふろ往き管４１を通って浴槽Ｂに供給される。

また、前記貯湯タンクユニット２には、給湯制御部３が設けられている。この給湯制御部３は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）や記憶装置、入出力装置などで構成され、各種温度センサＴ１〜Ｔ７からの温度情報などを取得するとともに、循環ポンプ２７、ふろ循環ポンプ４８の出力、切替弁２９の流路切り替え、給湯混合弁３１の混合比率、湯張り弁４５の開閉などを制御する。

前記リモコン４は、給湯温度を設定するための給湯温度設定スイッチ４ａ、ふろ温度を設定するためのふろ温度設定スイッチ４ｂ、設定されたふろ温度の湯をリモコン４に設けられた湯張り量設定スイッチ（図示せず）で設定された湯張り量で湯張りして所定時間保温するためのふろ自動スイッチ４ｃ、追い焚きを行うための追い焚きスイッチ４ｄ、貯湯タンク２１内の湯水を昼間時間帯においても一定量沸き増しさせるための沸き増しスイッチ４ｅ、給湯温度や貯湯タンク２１内の残湯量などの表示を行う液晶表示パネルからなる表示部４ｆ、ブザー音や音声案内を行うスピーカ（図示せず）、これらを総合的に制御するリモコン制御部（図示せず）などを備えている。また、リモコン４は、給湯制御部３と有線または無線により接続され、リモコン４で設定した情報が給湯制御部３に送られる。

次に、本実施形態の貯湯式給湯装置Ａの運転制御について説明する。
まず、貯湯式給湯装置Ａの沸き上げ運転について説明する。給湯制御部３は、深夜電力時間帯になって、貯湯温度センサＴ４に基づいて貯湯タンク２１内に翌日に必要な熱量が残っていないことを検知すると、ヒートポンプ制御部５に対して沸き上げ開始指令を発する。この指令を受けたヒートポンプ制御部５は、圧縮機１１を起動した後に循環ポンプ２７の駆動を開始する。このときの切替弁２９は、第２の状態、つまり沸き上げ側（貯湯タンク２１の上部側）に流路が切り替えられた状態で、貯湯タンク２１内の下部から５〜２０℃程度の低温水が取り出され、この取り出された低温水がヒートポンプ戻り管２５を介して冷媒−水熱交換器１２に送られて７０〜９０℃程度の高温に加熱される。冷媒−水熱交換器１２からヒートポンプ往き管２６に送り出された高温水は、貯湯タンク２１の上部から貯湯タンク２１内に投入される。ちなみに、貯湯タンク２１には、例えば、上部に高温水、下部に低温水が貯められることになるが、これはその温度差により比重差が発生し、温度境界層を形成して比重の軽い高温水が上部に、比重の重い低温水が下部に位置するので、互いに混じり合うことがない。その後、給湯制御部３では、貯湯温度センサＴ４から得られる貯湯タンク２１の温度分布情報に基づいて必要な熱量が貯湯されたことを検知すると、ヒートポンプ制御部５に対して沸き上げ停止指令を発し、圧縮機１１を停止するとともに循環ポンプ２７を停止して、沸き上げ運転を終了する。

また、給湯運転時には、ユーザーが給湯栓３５を開弁することにより、給水管２４からの給水圧により貯湯タンク２１内の高温水が出湯管２３に向けて押し出される。貯湯タンク２１から押し出された７０〜９０℃程度の高温水と、分岐管３０からの水とが給湯混合弁３１において、ユーザーがリモコン４で設定した給湯温度となるように混合されて給湯管３２を介して給湯される。

次に、本実施形態の貯湯式給湯装置Ａの凍結防止運転時の制御について図２ないし図４を参照（適宜、図１を参照）しながら説明する。
図２に示すように、給湯制御部３は、ステップＳ１００で、外気温度センサＴ３（図１参照）から得られる温度情報に基づいて外気温度（図２では、「Ｔ３」と表記する）が０℃以下であるか否かを判断する。なお、このステップＳ１００での処理が、凍結判定手段の第１の判定条件に相当する。ステップＳ１００で、外気温度（Ｔ３）が０℃（第１の所定外気温度）以下ではない場合には（Ｎｏ）、ヒートポンプ戻り管２５およびヒートポンプ往き管２６を含む循環経路は凍結しないと判断して、ステップＳ１０１に進み、さらに外気温度（Ｔ３）が５℃（第２の所定外気温度）以下であるか否かを判断する。なお、このステップＳ１０１での処理が、凍結判定手段の第２の判定条件に相当する。ステップＳ１０１で、外気温度（Ｔ３）が５℃以下でないと判断された場合には（Ｎｏ）、ヒートポンプ戻り管２５およびヒートポンプ往き管２６を含む循環経路は現時点では確実に凍結しないと判断して、ステップＳ１００の処理に戻る。また、外気温度（Ｔ３）が、０℃以下ではなく（ステップＳ１００でＮｏ）、かつ、５℃以下と判断された場合には（Ｎｏ）、切替弁２９を第１の状態（バイパス側）に切り替えて（ステップＳ１０２）、循環ポンプ２７をＯＮにして（ステップＳ１０３）、バイパス側の循環経路に貯湯タンク２１の下部から取り出した低温水を循環させる。そして、予め設定された所定時間が経過したか否かを判断する（ステップＳ１０４）。

給湯制御部３は、ステップＳ１０４において、所定時間が経過した場合には（Ｙｅｓ）、熱交換器入口温度センサＴ１（図１参照）から得られる温度情報に基づいて熱交換器入口温度（図２では、「Ｔ１」と表記する）が５℃以上であるか否かが判断される（ステップＳ１０５）。ステップＳ１０５で、水温（Ｔ１）が５℃以上であると判断された場合には（Ｙｅｓ）、循環ポンプ２７をＯＦＦにして（ステップＳ１０６）、バイパス側の循環経路における低温水の循環を停止する。一方、熱交換器入口温度（Ｔ１）が５℃以上でない場合には（Ｎｏ）、後記するステップＳ１１７以降の処理を実行する。さらに、外気温度（Ｔ３）が３℃（第３の所定外気温度）以上であるか否かを判断する（ステップＳ１０７）。なお、このステップＳ１０７の処理が第３の判定条件に相当し、第３の所定外気温度は、第１の所定外気温度より高く且つ第２の所定外気温度より低く設定される。ステップＳ１０７で、外気温度（Ｔ３）が３℃以上であると判断された場合には（Ｙｅｓ）、待機時間を長め（大）に設定し（ステップＳ１０８）、外気温度（Ｔ３）が３℃以上でない場合には（Ｎｏ）、待機時間をステップＳ１０８よりも短め（中）に設定する。つまり、外気温度（Ｔ３）が３℃以上である場合には（Ｓ１０８でＹｅｓ）、外気温度（Ｔ３）が上昇過程にあると判断して、ステップＳ１００の次回の凍結防止運転までの時間を長く設定できる。また、外気温度（Ｔ３）が３℃以上でない場合には（Ｓ１０８でＮｏ）、外気温度（Ｔ３）がまだ十分に上昇過程にないと判断して、ステップＳ１００以降の次回の凍結防止運転までの時間を短めに設定する。なお、ステップＳ１０８における待機時間は例えば６０分、ステップＳ１０９における待機時間は例えば３０分に設定される。ステップＳ１１０では、設定された待機時間が経過したか否かが判断され、待機時間が経過した場合には（Ｙｅｓ）、ステップＳ１００の処理に戻る。

一方、給湯制御部３は、ステップＳ１００において、外気温度（Ｔ３）が０℃以下であると判断した場合には（Ｙｅｓ）、ヒートポンプ戻り管２５やヒートポンプ往き管２６を含む循環経路が確実に凍結するおそれがあると判断して、切替弁２９を直ちに第１の状態（バイパス側）に切り替え（Ｓ１１１）、循環ポンプ２７をＯＮにする（Ｓ１１２）。これにより、図３において太線で示すように、貯湯タンク２１の下部から低温水が取り出され、この低温水がヒートポンプ戻り管２５を通って冷媒−水熱交換器１２に送られ、さらにヒートポンプ往き管２６の途中からバイパス管２８を通って貯湯タンク２１の下部に戻るように循環する。このように、切替弁２９を第１の状態にして、低温水（加熱していない温水）を貯湯タンク２１とヒートポンプユニット１との間で循環させることにより、バイパス側の循環経路の凍結を防止することが可能になる。そして、ステップＳ１１３において、低温水を循環させてから所定時間が経過したか否かを判断し、所定時間が経過したと判断された場合には（Ｙｅｓ）、ステップＳ１１４の処理に移行する。

そして、ステップＳ１１４において、熱交換器入口温度センサＴ１から得られる温度情報に基づいて熱交換器入口温度（Ｔ１）が５℃（第１の所定温度）未満であるか否かを判断する。ステップＳ１１４で、熱交換器入口温度（Ｔ１）が、５℃未満であると判断された場合（Ｙｅｓ）、つまり低温水を循環させただけでは低温水の温度が十分に上昇しなかった場合には、ステップＳ１１７で、ヒートポンプユニット１に設けられた圧縮機１１をＯＮに切り替える。また、このとき、圧縮機１１を第１の出力（回転速度小、能力小）に設定する。これにより、蒸発器１４で空気中の熱が取り込まれた冷媒（二酸化炭素）が圧縮機１１で高圧にされた後に冷媒−水熱交換器１２に送られることで、冷媒と低温水との間において熱交換が行われ、低温水が加熱される。冷媒−水熱交換器１２で生成された高温水は、切替弁２９が第１の状態のままで、ヒートポンプ往き管２６およびバイパス管２８を通って、貯湯タンク２１の下部に戻るように循環させる。

そして、ステップＳ１１８で、所定時間が経過した場合には（Ｙｅｓ）、ステップＳ１１９に進み、熱交換器入口温度センサＴ１からの温度情報に基づいて熱交換器入口温度（Ｔ１）が１０℃未満（第２の所定温度）であるか否かが判断される。ステップＳ１１９で、熱交換器入口温度（Ｔ１）が１０℃未満であると判断された場合（Ｙｅｓ）、つまり加熱された低温水の温度が十分でないと判断して、ステップＳ１２０に進み、圧縮機１１を第１の出力よりも高い第２の出力（回転速度（能力）を１段階上げる）に設定する。そして、ステップＳ１１８以降の処理を繰り返す。すなわち、圧縮機１１の回転速度を１段階上げてもなお１０℃未満と判断された場合には（ステップＳ１１９でＹｅｓ）、圧縮機１１の回転速度をさらに１段階上げて低温水を加熱する。このように、圧縮機１１の出力を最初から高く設定するのではなく、回転速度（能力）を段階的に上げることで圧縮機１１を作動させる際の消費電力を削減することができ、経済性の向上を図ることができる。

また、ステップＳ１１９で、熱交換器入口温度（Ｔ１）が１０℃未満でないと判断された場合（Ｎｏ）、つまり加熱した低温水の温度が十分に上昇したと判断された場合には、ステップＳ１２１に進み、切替弁２９を第２の状態（沸き上げ側）に切り替える。そして、ステップＳ１２２で所定時間が経過したか否かを判断し、ステップＳ１２２で所定時間が経過したと判断された場合には（Ｙｅｓ）、圧縮機１１をＯＦＦにし（ステップＳ１２３）、循環ポンプ２７をＯＦＦにして（ステップＳ１２４）、沸き上げ側の循環経路での高温水の循環を停止する。そして、ステップＳ１２５で、ステップＳ１００からの次回の凍結防止運転までの待機時間を短く（小）に設定し、ステップＳ１２６で、設定された待機時間が経過した場合には（Ｙｅｓ）、ステップＳ１００に戻る。なお、ステップＳ１２５での待機時間は、前記ステップＳ１０９よりも短く設定され、例えば１０分に設定される。

これにより、図４において太線の流路で示すように、ヒートポンプユニット１で生成された高温水が、ヒートポンプ往き管２６を通って貯湯タンク２１内の上部に貯められている高温水の層に投入される。したがって、切替弁２９を第２の状態で高温水を循環させることにより、沸き上げ側の循環路の凍結を確実に防止できるようになる。しかも、このとき貯湯タンク２１の高温水の層には、高温水が投入されることになるので、貯湯タンク２１内の高温水の温度が低下するのを防止できる。よって、貯湯タンク２１内の高温水の温度が低下した場合には、必要な熱量を確保するために再度沸き上げ運転が必要になるが、貯湯タンク２１内の高温水の温度低下を防止できるので、再度の沸き上げ運転が不要になる。

また、ステップＳ１１４で、熱交換器入口温度（Ｔ１）が５℃未満でないと判断された場合（Ｎｏ）、つまりバイパス側の循環経路において低温水を循環させることにより設定された温度（第１の所定温度）まで上昇したと判断された場合には、ステップＳ１１５に進み、圧縮機１１をＯＮにせずに、切替弁２９を第２の状態（沸き上げ側）に切り替える。そして、ステップＳ１１６で、所定時間が経過したか否かが判断され、所定時間が経過した場合には（Ｙｅｓ）、前記と同様にして、ステップＳ１２４以降の処理が実行される。

このように、切替弁２９を第１の状態にして低温水を循環させている場合において、この低温水の循環によって低温水が０℃以下から５℃（第１の所定温度）まで上昇したと判断した場合には、圧縮機１１をＯＮにしない状態で切替弁２９を第２の状態に切り替えて沸き上げ側の循環経路に温度上昇した低温水を循環させることにより、不必要に圧縮機１１を動作させて、電力が過剰に消費されるのを防止できる。したがって、電気代を削減でき、経済性を向上できる。また、沸き上げ側における凍結防止運転において、温度上昇した低温水を貯湯タンク２１の上部に投入しているので、貯湯タンク２１の上部に蓄積された高温水の温度が大きく低下するのを防止することができる。

また以上説明したように、本実施形態の貯湯式給湯装置Ａでは、切替弁２９を沸き上げ側に切り替えて凍結防止運転を行った場合には、再び、前記循環経路が凍結する確率が高いので、ステップＳ１２５において、次回の凍結防止運転（凍結判定）までの待機時間を短く（小）に設定することで、バイパス側および沸き上げ側双方の循環経路の凍結を確実に防止することが可能になる。

また、ステップＳ１００で循環経路が凍結しないと判断された場合において、ステップＳ１０８やステップＳ１０９における待機時間（大、中）を、前記ステップＳ１２５における待機時間（小）よりも長く設定することで、不必要に再度の凍結防止運転が実行されて、凍結防止運転に伴って消費される電力を削減することが可能になる。

また、第１ないし第３の判定条件（Ｓ１００，Ｓ１０１，Ｓ１０７）では、外気温度（Ｔ３）に基づいて凍結判断しているので、凍結判断が容易になり、正確に凍結判断を行うことができる。しかも、複数の判定条件で凍結判断しているので、凍結を確実に防止できるようになる。

また、本実施形態の貯湯式給湯装置Ａでは、循環経路の凍結を防止できるので、凍結防止用の配管ヒータを削減することが可能になる。したがって、貯湯式給湯装置Ａの部品点数を削減できるので、組み立てが容易になるとともにコストダウンが可能になる。

なお、本実施形態では、温度検知手段として、熱交換器入口温度センサＴ１を用いたが、これに限定されるものではなく、熱交換器出口温度センサＴ２を用いて判断してもよい。

また、本実施形態では、給湯を利用した装置として給湯栓３５と浴槽Ｂを例示して説明したが、これに限定されるものではなく、給湯を利用した床暖房、エアコンなどを適宜組み合わせた構成でもあってもよい。

また、本実施形態では、加熱手段としてヒートポンプユニット１を例に挙げて説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、ガスや石油を燃料としたものでもよい。

本実施形態の貯湯式給湯装置を示す全体構成図である。 凍結防止運転における処理を示すフローチャートである。 本実施形態でのバイパス側の凍結防止運転の説明図である。 本実施形態での沸き上げ側の凍結防止運転の説明図である。

符号の説明

１ ヒートポンプユニット（加熱手段）
２ 貯湯タンクユニット
２１ 貯湯タンク
２４ 給水管
２５ ヒートポンプ戻り管（流出管）
２６ ヒートポンプ往き管（流入管）
２８ バイパス管
２９ 切替弁
Ｔ１ 熱交換器入口温度センサ（温度検知手段）
Ｔ３ 外気温度センサ（外気温度検知手段）
Ａ 貯湯式給湯装置

Claims (8)

1. 貯湯タンクと、
   前記貯湯タンクの下部から取り出した温水を加熱する加熱手段と、
   前記温水を前記貯湯タンクから前記加熱手段に送る流出管と、
   前記加熱手段で生成された温水を前記貯湯タンクの上部に送る流入管と、
   前記流入管から分岐して設けられ、前記温水を前記貯湯タンクの下部に送るバイパス管と、
   前記流入管を通過する前記温水の流れを前記バイパス管側に切り替える第１の状態と、前記貯湯タンクの上部側に切り替える第２の状態とに設定可能な切替弁と、
   前記流出管および前記流入管を含む循環経路が凍結するか否かを判断する凍結判定手段と、
   前記循環経路を循環する温水の温度を検知する温度検知手段と、を備え、
   前記凍結判定手段に基づいて前記循環経路が凍結すると判断した場合は、前記切替弁を前記第１の状態にして前記貯湯タンクと前記加熱手段との間において前記温水を循環させ、その後前記温度検知手段に基づいて前記温水の温度が第１の所定温度まで上昇したときに、前記切替弁を前記第２の状態にして前記貯湯タンクと前記加熱手段との間において前記温水を所定時間循環させるように制御することを特徴とする貯湯式給湯装置。
2. 前記切替弁を前記第１の状態にして前記温水を循環させている場合において、前記温水の温度が依然として第１の所定温度を下回っているときに、前記加熱手段を作動させて加熱した温水を循環させ、その後前記加熱した温水が第２の所定温度まで上昇したときに、前記切替弁を前記第２の状態にして前記加熱した温水を所定時間循環させるように制御することを特徴とする請求項１に記載の貯湯式給湯装置。
3. 前記切替弁を前記第１の状態にして前記温水を循環させている場合において、前記温水の温度が依然として第１の所定温度を下回っているときに、前記加熱手段を第１の出力で作動させて加熱した温水を循環させ、その後前記加熱した温水が依然として第２の所定温度を下回っているときに、前記加熱手段を前記第１の出力よりも高い第２の出力で作動させて加熱した温水を循環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。
4. 外気温度を検知する外気温度検知手段を備え、
   前記凍結判定手段の第１の判定条件である前記外気温度検出手段が検知した温度が第１の所定外気温度以下ではなく、前記循環経路が凍結しないと判断した場合には、さらに前記凍結判定手段の第２の判定条件である前記外気温度検知手段が検知した温度が前記第１の所定外気温度より高い第２の所定外気温度以下であるかどうかで、前記循環経路が凍結するか否かを判断し、前記第２の判定条件に基づいて前記循環経路が凍結すると判断したときに、前記切替弁を前記第１の状態にして前記貯湯タンクと前記加熱手段との間において前記温水を循環させることを特徴とする請求項１に記載の貯湯式給湯装置。
5. 前記貯湯タンクと前記加熱手段との間において前記温水が循環している場合において、前記温度検知手段に基づいて前記温水の温度が第１の所定温度まで上昇したときに、前記凍結判定手段の第３の判定条件である前記外気温度検知手段が検知した温度が、前記第１の所定外気温度より高く且つ前記第２の所定外気温度より低い第３の所定外気温度以上か否かに応じて次回の凍結防止運転までの待機時間を変化させることを特徴とする請求項４に記載の貯湯式給湯装置。
6. 前記凍結判定手段の第１の判定条件は、前記外気温度検知手段が検知した温度が第１の所定外気温度以下のときに凍結すると判断するものであり、前記凍結判定手段の第２の判定条件は、前記外気温度検知手段が検知した温度が第１の所定外気温度より高い第２の所定外気温度以下のときに凍結すると判断するものであり、前記凍結判定手段の第３の判定条件は、前記外気温度検知手段が検知した温度が、第１の所定外気温度より高く且つ第２の所定外気温度より低い第３の所定外気温度より低いときに凍結すると判断するものであり、前記凍結判定手段は、前記切替弁を第２の状態にして温水を所定時間循環させた後、前記外気温度検知手段が検知した温度が第３の所定外気温度より低いときに、次回の凍結防止運転までの待機時間を短く設定し、前記外気温度検知手段が検知した温度が第３の所定外気温度以上のときに、次回の凍結防止運転までの待機時間を長く設定することを特徴とする請求項５に記載の貯湯式給湯装置。
7. 前記凍結判定手段の第１の判定条件は、前記外気温度検知手段が検知した温度が第１の所定外気温度以下のときに凍結すると判断するものであり、前記凍結判定手段の第２の判定条件は、前記外気温度検知手段が検知した温度が第１の所定外気温度より高い第２の所定外気温度以下のときに凍結すると判断するものであることを特徴とする請求項４に記載の貯湯式給湯装置。
8. 前記凍結判定手段の第１の判定条件は、前記外気温度検知手段が検知した温度が第１の所定外気温度以下のときに凍結すると判断するものであり、前記凍結判定手段の第２の判定条件は、前記外気温度検知手段が検知した温度が第１の所定外気温度より高い第２の所定外気温度以下のときに凍結すると判断するものであり、前記凍結判定手段の第３の判定条件は、前記外気温度検知手段が検知した温度が第１の所定外気温度より高く且つ第２の所定外気温度より低い第３の所定外気温度より低いときに凍結すると判断するものであることを特徴とする請求項５に記載の貯湯式給湯装置。

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