JP4678518B2 - 貯湯式給湯装置 - Google Patents

Description

本発明は、高温の給湯水を貯える貯湯タンクと、貯湯タンク内の給湯水を加熱する加熱手段とを備える貯湯式給湯装置に関するものであり、特に、貯湯タンク内の給湯水を沸き上げるときの沸き上げ運転の終了条件に関する。

従来、この種の給湯装置として、例えば、特許文献１に示すように、高圧側の冷媒圧力を臨界圧以上まで加圧して使用する超臨界ヒートポンプサイクルを用いて給湯水を加熱する貯湯式給湯装置が知られている。

この給湯装置では、流体ポンプが配設され、貯湯タンク内の下部の水を貯湯タンク内の上部に送る流体加熱用流路と、給湯水と冷媒とを熱交換させる水冷媒熱交換器を有する加熱手段とを備えて、水冷媒熱交換器で加熱された高温の給湯水を貯湯タンク内に貯留しておき、使用時に貯湯タンク内から高温の給湯水を取り出して温度調節した後、使用者に供給する給湯システムである。

そして、貯湯タンク内の貯湯量が所定量以下となったときに、加熱手段と流体ポンプを制御する制御装置により水冷媒熱交換器から流出する沸き上げ温度が目標沸き上げ温度となる沸き上げ運転を行っている。そして、このときに、貯湯タンク内の下部の給水温度が目標沸き上げ温度−規定値αに達したときを沸き上げ運転の終了条件として設定させて沸き上げ運転を停止するようにしている。
特許第３７３７３８１号公報

しかしながら、上記特許文献１では、貯湯タンクにおける外部への放熱、もしくは流体加熱用流路における外部への放熱などによる漏洩熱損失が大きいときは、沸き上げ運転の終了条件となる貯湯タンク内の下部の給水温度が所定温度に到達するのに沸き上げ運転時間が長くなることがある。言い換えると、漏洩熱損失に応じて加熱手段の沸き上げ運転時間が左右される。

この種の漏洩熱損失は流体加熱用流路の流路長さの大小に左右されるものであって、貯湯タンクと加熱手段とを設置する設置条件により流体加熱用流路の流路長さが画一的でない。因みに、流体加熱用流路の流路長さが長くなると漏洩熱損失が大きくなって沸き上げ運転時間が長くなる問題がある。

そこで、本発明の目的は、上記点に鑑みたものであり、設置条件に左右されない最適な沸き上げ運転の終了条件を設定することができる貯湯式給湯装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１ないし請求項５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（３１０）と、流体ポンプ（３３０）が配設され、貯湯タンク（３１０）内の下部の水を貯湯タンク（３１０）内の上部に送る流体加熱用流路（３２０）と、ヒートポンプサイクルからなり、流体加熱用流路（３２０）を流れる水と冷媒とを熱交換させて高温の湯に加熱する水冷媒熱交換器（２２０）を有する加熱手段（２００）と、水冷媒熱交換器（２２０）から流出する給湯水の沸き上げ温度を目標沸き上げ温度になるように加熱手段（２００）と流体ポンプ（３３０）とを制御する制御手段（２７０）とを備える貯湯式給湯装置において、
制御手段（２７０）は、沸き上げ運転を行っているときに、流体加熱用流路（３２０）の漏洩熱損失に応じて沸き上げ運転の終了条件を選択するように構成し、
沸き上げ運転の通常の終了条件は、漏洩熱損失が所定値未満のときに、貯湯タンク（３１０）内の下部の給水温度が目標沸き上げ温度−規定値αに達すると沸き上げ運転を停止するように設定されており、
制御手段（２７０）は、漏洩熱損失が所定値以上のときに、貯湯タンク（３１０）内の下部の給水温度が目標沸き上げ温度−規定値αよりも低い温度に達する終了条件により沸き上げ運転を停止することを特徴としている。

この発明によれば、漏洩熱損失に応じた加熱手段（２００）の沸き上げ運転時間を設定することができる。従って、貯湯タンク（３１０）と加熱手段（２００）との設置条件に左右されない最適な沸き上げ運転の終了条件を選択することができる。制御手段（２７０）は、漏洩熱損失が所定値以上のときに、貯湯タンク（３１０）内の下部の給水温度が目標沸き上げ温度−規定値αよりも低い温度に達する終了条件により沸き上げ運転を停止することにより、流体加熱用流路（３２０）の流路長さが長くなる設置条件であっても加熱手段（２００）の沸き上げ運転時間を短くすることができる。従って、設置条件に左右されない最適な沸き上げ運転の終了条件を選択することができる。

請求項２に記載の発明では、流体加熱用流路（３２０）には、貯湯タンク（３１０）側と加熱手段（２００）側との給湯水の温度差を検出する温度検出手段（２７２、２７４、３７２ａ、３７２ｅ）が設けられ、制御手段（２７０）は、温度検出手段（２７２、２７４、３７２ａ、３７２ｅ）で検出された給湯水の温度差が所定値以上のときに、貯湯タンク（３１０）内の下部の給水温度が目標沸き上げ温度−規定値αよりも低い温度に達する終了条件により沸き上げ運転を停止することを特徴としている。

この発明によれば、貯湯タンク（３１０）側と加熱手段（２００）側とに温度検出手段（２７２、２７４、３７２ａ、３７２ｅ）を設けることで漏洩熱損失の大小を検出することが可能である。

請求項３に記載の発明では、制御手段（２７０）は、給湯水の温度差を水冷媒熱交換器（２２０）から流出する給湯水の沸き上げ温度と貯湯タンク（３１０）内の上部の給湯温度とから求めることを特徴としている。

この発明によれば、これらの温度差により漏洩熱損失が精度良く検出することができる。また、これらの温度を検出する検出手段は沸き上げ運転を行うときの必須手段であるため別体の検出手段を設けなくても温度差を検出することができる。

請求項４に記載の発明では、制御手段（２７０）は、温度差を水冷媒熱交換器（２２０）に流入する給湯水の流入温度と貯湯タンク（３１０）内の下部の給水温度とから求めることを特徴としている。この発明によれば、上述の請求項３に比べて温度差が小さくなるが、この温度差により漏洩熱損失が精度良く検出することができる。

請求項５に記載の発明では、制御手段（２７０）は、貯湯タンク（３１０）内の上部の給湯温度、もしくは貯湯タンク（３１０）内の下部の給水温度が所定時間の間に変化しなかったときに、漏洩熱損失の所定値以上であると判定することを特徴としている。

この発明によれば、温度差を用いる他に、これらの温度変化を監視することにより漏洩熱損失が精度良く検出することができる。

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。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態による貯湯式給湯装置を図１および図２に基づいて説明する。本実施形態では、本発明に係わる加熱手段であるヒートポンプユニット２００をタンクユニット３００に組み合わせたときの給湯システムに適用したものであって、図１は貯湯式給湯装置の全体構成を示す模式図であり、図２は制御装置２７０の制御処理を示すフローチャートである。

ところで、図１中、加熱手段であるヒートポンプユニット２００は、減圧器として電気式膨張弁２３０を用いており、給湯用流体として給湯水を加熱し高温（本実施形態では、約８５℃）の温水を生成する超臨界ヒートポンプサイクルである。

なお、超臨界ヒートポンプサイクルとは、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。

ヒートポンプユニット２００は、沸き上げ運転を行うときに、水冷媒熱交換器２２０から流出する給湯水の沸き上げ温度に基づいて、最適なＣＯＰ（成績係数）が得られる運転条件でヒートポンプサイクルの運転を行うように構成している。

ヒートポンプユニット２００は、図１に示すように、２１０は冷媒（本実施形態では二酸化炭素）を吸入圧縮する圧縮機であり、この圧縮機２１０は、冷媒を吸入圧縮する圧縮機構（図示せず）および圧縮機構を駆動する電動モータ（図示せず）が一体となった電動圧縮機である。

２２０は圧縮機２１０から吐出する冷媒と給湯水とを熱交換する水冷媒熱交換器であり、この水冷媒熱交換器２２０は、冷媒流れと給湯水流れとが対向するように構成された対向流型の熱交換器である。

２３０は水冷媒熱交換器２２０から流出する冷媒を減圧する減圧器である電気式膨張弁であり、２４０は、電気式膨張弁２３０（以下、膨張弁２３０と称する）から流出する冷媒を蒸発させて大気中の熱を冷媒に吸収させるとともに、後述するアキュムレータ２５０（圧縮機２１０の吸入側）に向けて冷媒を流出する蒸発器である。

２５０は、蒸発器２４０から流出する冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離して気相冷媒を圧縮機２１０の吸入側に流出するとともに、ヒートポンプサイクル中の余剰冷媒を蓄えるアキュムレータである。

２６０は蒸発器２４０に空気（外気）を送風するとともにその送風量を調節することができる送風機であり、この送風機２６０、圧縮機２１０および膨張弁２３０は、後述する各センサから検出される圧力情報、温度情報に基づいて制御装置２７０により制御されている。

そして、２７１は水冷媒熱交換器２２０から流出する冷媒の出口温度を検出する冷媒温度センサ（冷媒温度検出手段）であり、２７２は水冷媒熱交換器２２０に流入する給湯水の流入温度Ｔ２を検出する第１温水温度センサ（温水温度検出手段）である。

２７３は水冷媒熱交換器２２０から流出する冷媒の圧力（高圧側の冷媒圧力）を検出する冷媒圧力センサ（冷媒圧力検出手段）であり、２７４は水冷媒熱交換器２２０から流出する給湯水の温度を検出する第２温水温度センサ（温水温度検出手段）である。そして、各センサ２７１〜２７４の検出信号は、制御装置２７０に入力されている。

ここで、高圧側の冷媒圧力とは、圧縮機２１０の吐出側から膨張弁２３０の流入側に至る冷媒通路に存在する冷媒の圧力を言い、その圧力は、圧縮機２１０の吐出圧（水冷媒熱交換器２２０の内圧）に略等しい。

一方、低圧側の冷媒圧力とは、膨張弁２３０の流出側から圧縮機２１０の吸入側に至る冷媒通路に存在する冷媒の圧力を言い、その圧力は、圧縮機２１０の吸入圧（蒸発器２４０の内圧）に略等しい。なお、第２温水温度センサ２７４で検出された給湯水の温度を本発明では沸き上げ温度Ｔ３と称している。

次に、タンクユニット３００は、貯湯タンク３１０、流体加熱用流路３２０、給水配管３１１、給湯配管３１２から構成されている。貯湯タンク３１０は、耐食性に優れた金属製（例えば、ステンレス製）からなり、縦長形状に形成され、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水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。

また、その底面には導入口３１０ａが設けられ、この導入口３１０ａには貯湯タンク３１０内に水道水を導入する給水配管３１１が接続されている。なお、この給水配管３１１の上流には図示しない減圧逆止弁および開閉弁を介して上水に接続されて、所定圧の水道水を導入するようになっている。

一方、貯湯タンク３１０の最上部には導出口３１０ｂが設けられ、この導出口３１０ｂには貯湯タンク３１０内の給湯水を導出するための給湯配管３１２が接続されている。また、給湯配管３１２の経路途中には、図示しない逃がし弁を配設した排出配管が接続されており、貯湯タンク３１０内の圧力が所定圧以上に上昇した場合には、貯湯タンク３１０内の湯を外部に排出して、貯湯タンク３１０等にダメージを与えないようになっている。

さらに、給湯配管３１２の末端には図示しない給湯水栓が設けられている。なお、給湯配管３１２の経路途中には、図示しない湯水混合手段が接続されており、貯湯タンク３１０内の高温の湯と水道水とを混合させて所定温度の給湯水が得られるようにしている。

なお、図示しない湯水混合手段は、給湯水栓（図示せず）に出湯する給湯水の湯温を調節する温度調節弁であり、他方が水道水に接続されており、給湯配管３１２に流れる給湯水と水道水との開口面積比を調節することにより、設定温度の給湯水を給湯水栓に出湯させる。さらに、湯水混合手段は、制御装置２７０に電気的に接続されており、図示しない各サーミスタの検出信号に基づいて制御される。

また、貯湯タンク３１０の下部には、貯湯タンク３１０内の水を吸入するための吸入口３１０ｃが設けられ、貯湯タンク３１０の上部には、貯湯タンク３１０内に沸き上げられた給湯水を吐出する吐出口３１０ｄが設けられている。

流体ポンプである電動ポンプ３３０は、貯湯タンク３１０とヒートポンプユニット２００内の水冷媒熱交換器２２０とを環状に接続する流体加熱用流路３２０に設けられ、貯湯タンク３１０と水冷媒熱交換器２２０との間で給湯水を循環させるとともに、内蔵するモータの回転数に応じて循環流量を調節することができる。

また、電動ポンプ３３０は制御装置２７０に電気的に接続されており、流体加熱用流路３２０に設けられた上述した第２温水温度センサ２７４からの温度情報と目標沸き上げ温度ＴＰとに基づいて制御される。

より具体的には、制御装置２７０により、第２温水温度センサ２７４で検出された沸き上げ温度Ｔ３が目標沸き上げ温度ＴＰになるように電動ポンプ３３０の回転数制御を行っている。つまり、水冷媒熱交換器２２０を流出する給湯水の流量を電動ポンプ３３０の回転数を制御することで目標沸き上げ温度ＴＰとなる流量に制御している。

また、貯湯タンク３１０の外壁面には、貯湯量、もしくは貯湯温度を検出するための水温センサである複数（本例では５つ）の貯湯サーミスタ３７２ａ〜３７２ｅが縦方向（貯湯タンク３１０の高さ方向）にほぼ等間隔に配置され、貯湯タンク３１０内に満たされた給湯水の各水位レベルでの温度情報を制御装置２７０に出力するようになっている。

従って、制御装置２７０は複数の貯湯サーミスタ３７２ａ〜３７２ｅからの温度情報に基づいて、貯湯タンク３１０内上方の沸き上げられた給湯水と貯湯タンク３１０内下方の沸き上げられる前の低温の給湯水との境界位置を検出できるとともに、各水位レベルでの給湯水の湯温を検出できる。

なお、複数の貯湯サーミスタ３７２ａ〜３７２ｅのうち、最上部に設けられた貯湯サーミスタ２７２ａは高温の給湯水を出湯する給湯温度Ｔ４を検出する機能を有している。また、最下部に設けられた貯湯サーミスタ２７２ｅは給水温度Ｔ１を検出する機能を有している。

ここで、上述した各センサ２７１〜２７４、３７２ａ〜３７２ｅのうち、第２温水温度センサ２７４で検出された沸き上げ温度Ｔ３と貯湯サーミスタ２７２ａで検出された給湯温度Ｔ４とを用いて温度差を求めるようにしている。

つまり、この温度差により流体加熱用流路３２０における漏洩熱損失の度合いを監視しており、本発明では、この温度差に応じて沸き上げ運転の終了条件を選択するように構成している（詳しくは後述する）。

制御装置２７０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、予め設定された制御プログラムが設けられており、各センサ２７１〜２７４、３７２ａ〜３７２ｅからの温度情報、圧力情報および図示しない操作盤からの操作情報に基づいて圧縮機２１０、膨張弁２３０、送風機２６０電動ポンプ３３０、図示しない湯水混合手段などのアクチュエータ類を制御している。

次に、本実施形態による給湯システムの作動について説明する。まず、貯湯タンク３１０に貯えられた高温の給湯水を給湯する場合は、給湯配管３１２の末端に設けられた給湯水栓（図示せず）が開かれると、これに連動して水道水が給水配管３１１より貯湯タンク３１０内に給水される。

これにより、貯湯タンク３１０内に貯えられた高温の給湯水が水道水に押し出され、その押し出された給湯水が給湯水栓より給湯される。このときに、給湯水栓から給湯される給湯水は、給水配管３１１からの水道水と給湯配管３１２から押し出される給湯水との湯水混合を行う図示しない湯水混合手段により設定温度に調節されている。

また、貯湯タンク３１０内には、湯水混合手段で温度調節するために使用された給湯水相当の水道水が貯湯タンク３１０の下方から給水される。つまり、給湯水栓を開いて給湯を行うと、水道水が貯湯タンク３１０の下方から順次給水されて水道水と給湯水との境界位置が上方に移動することになる。

そして、貯湯サーミスタ３７２ａ〜３７２ｅの検出信号により、貯湯タンク３１０内の貯湯温度が所定温度以下となったものと判定された場合、または所定温度以下の給湯水が所定量以上となったものと判定された場合には、貯湯タンク内の給湯水を沸き上げるための沸き上げ運転が必要となるようにしている。

以下、沸き上げ運転を行うときの制御について、図２に示すフローチャートに基づいて説明する。まず、ステップ２１０にて、貯湯量が所定値以上あるか否かを判定する。ここで、現在の貯湯量は貯湯サーミスタ３７２ａ〜３７２ｅによる貯湯温度によって算出する。

具体的には、所定温度（例えば、６０℃）以上の給湯水が所定量（例えば、１００リットル）以上あるか否かで判定する。ここで、所定量以上あれば、ステップ２１０に戻って待機している。ここで、所定量未満であれば、ステップ２２０にて沸き上げ運転を開始する。

この沸き上げ運転は、ヒートポンプサイクル側と流体加熱用流路３２０側とを制御して目標給湯温度ＴＰとして、例えば、８５℃以上に沸き上げた給湯水を貯湯タンク３１０内に供給するようにしている。従って、ヒートポンプサイクル側では、水冷媒熱交換器２２０に流入する入口冷媒温度を８５℃以上とする必要があり、ここでは、１００℃程度としている。

そして、この入口冷媒温度を１００℃とするために、圧力機２１０から吐出する吐出圧力が、水冷媒熱交換器２２０の冷媒入口温度に対応する冷媒圧力となるように、膨張弁２３０の開度、圧縮機２１０の回転数、および送風機２６０の送風量が制御されている。

具体的には、効率良く沸き上げ運転ができるように、水冷媒熱交換器２２０に流入する給湯水の流入温度Ｔ２と水冷媒熱交換器２２０から流出する冷媒の出口温度との温度差ΔＴを求め、この温度差ΔＴに基づいてヒートポンプサイクル内の高圧側圧力を制御するようにしている。

因みに、温度差ΔＴが目標温度差ΔＴｏよりも大きいときには、膨張弁２３の開度を縮小させて吐出圧力を上昇させることで温度差ΔＴを縮小させる。また、温度差ΔＴが目標温度差ΔＴｏよりも小さいときには、膨張弁２３の開度を拡大させて吐出圧力を降下させることで温度差ΔＴを拡大させる。

なお、吐出圧力を制御させるためには、膨張弁２３の他に、圧縮機２１０の回転数、送風機２６０の送風量を制御させるようにしても良い。因みに、送風機２６０の送風量を増加させると、大気から冷媒への熱の伝達が促進され、低圧側の冷媒圧力が上昇する。このため、圧縮機２１０の単位時間当たりの冷媒吸入量が増加して高圧側の吐出圧力が上昇する。

また、圧縮機２１０の回転数を上昇することにより、高圧側の吐出圧力が上昇する。従って、これらを組み合わせて温度差ΔＴが目標温度差ΔＴｏとなるように吐出圧力（高圧制御）を制御させても良い。

一方の流体加熱用流路３２０側では、第２温水温度センサ２７４で検出された沸き上げ温度Ｔ３が目標沸き上げ温度ＴＰになるように電動ポンプ３３０の回転数制御を行っている。つまり、水冷媒熱交換器２２０を流出する給湯水の流量を電動ポンプ３３０の回転数を制御することで目標沸き上げ温度ＴＰとなる流量に制御している。これにより、目標沸き上げ温度ＴＰの給湯水が貯湯タンク３１０内に貯えられる。

次に、ステップ２３０にて、第２温水温度センサ２７４で検出された沸き上げ温度Ｔ３と貯湯サーミスタ２７２ａで検出された給湯温度Ｔ４とを用いて温度差を求める。そして、ステップ２４０にて、この温度差が所定値（例えば、約５℃）以上であるか否かを判定する。ここで、温度差が所定値（例えば、約５℃）以上あれば、漏洩熱損失が大きいと判定してステップ２５０を選択する。

一方、温度差が所定値（例えば、約５℃）未満あれば、漏洩熱損失が小さいと判定してステップ２６０を選択する。ここで、ステップ２５０、２６０はともに沸き上げ運転の終了条件を判定するための判定手段であって、ステップ２５０では、貯湯サーミスタ２７２ｅで検出された給水温度Ｔ１が目標給湯温度ＴＰ−１５℃以上に達したか否かを判定している。

また、ステップ２６０では、貯湯サーミスタ２７２ｅで検出された給水温度Ｔ１が目標給湯温度ＴＰ−１０℃以上に達したか否かを判定している。ここで、本発明の請求項では、終了条件として、給水温度Ｔ１が目標給湯温度ＴＰ−規定値αと称し、この規定値αは約１０℃である。

以上の構成のうち、ステップ２４０では漏洩熱損失に応じて沸き上げ運転の終了条件を選択するための判定手段であり、漏洩熱損失が大きいときは、ステップ２５０の終了条件に基づいて給水温度Ｔ１が目標給湯温度ＴＰ−１５℃以上に達すると、ステップ２７０にて沸き上げ運転の停止を行う。

一方、漏洩熱損失が小さいときは、ステップ２６０の終了条件に基づいて給水温度Ｔ１が目標給湯温度ＴＰ−１０℃以上に達すると、ステップ２７０にて沸き上げ運転の停止を行う。なお、貯湯サーミスタ２７２ｅで検出された給水温度Ｔ１は、貯湯タンク３１０下部の給湯水の温度である。また、ステップ２５０、２６０で給水温度Ｔ１が所定温度に未達であれば、ステップ２２０に戻って沸き上げ運転を継続する。

ところで、ステップ２５０、２６０の終了条件は所定温度を異なるように設定している。つまり、漏洩熱損失が大きいときは、漏洩熱損失が小さいときよりも所定温度が低い温度で設定している。これにより、ステップ２６０に示す終了条件を一つのみ設定している従来方法に比べて漏洩熱損失が大きいときには、沸き上げ運転時間の短縮が図れる。

なお、本実施形態では、ステップ２５０、２６０における終了条件を貯湯サーミスタ２７２ｅで検出された給水温度Ｔ１で判定するように構成したが、これに限らず、第１温水温度センサ２７２で検出された水冷媒熱交換器２２０に流入する給湯水の流入温度Ｔ２を用いて判定するように構成しても良い。

以上の第１実施形態による貯湯式給湯装置によれば、制御装置２７０は、沸き上げ運転を行っているときに、流体加熱用流路３２０の漏洩熱損失に応じて沸き上げ運転の終了条件を選択するように構成した。

これにより、流体加熱用流路３２０の漏洩熱損失に応じたヒートポンプユニット２００の沸き上げ運転時間を設定することができる。従って、貯湯タンク３１０とヒートポンプユニット２００との設置条件に左右されない最適な沸き上げ運転の終了条件を選択することができる。

具体的に、沸き上げ運転の通常の終了条件は、漏洩熱損失が所定値未満のときに、貯湯タンク３１０内の下部の給水温度Ｔ１が目標沸き上げ温度ＴＰ−規定値αに達すると沸き上げ運転を停止するようにしている。

そして、制御装置２７０は、漏洩熱損失が所定値以上のときに、貯湯タンク３１０内の下部の給水温度Ｔ１が目標沸き上げ温度ＴＰ−規定値αよりも低い温度に達する終了条件により沸き上げ運転を停止する。

これによれば、流体加熱用流路３２０の流路長さが長くなる設置条件であってもヒートポンプユニット２００の沸き上げ運転時間を短くすることができる。従って、設置条件に左右されない最適な沸き上げ運転の終了条件を選択することができる。

また、流体加熱用流路３２０には、貯湯タンク３１０側とヒートポンプユニット側との給湯水の温度差を検出する温水温度検出手段である各センサ２７４、３７２ａが設けられ、制御装置２７０は、各センサ２７４、３７２ａで検出された給湯水の温度差が所定値以上のときに、貯湯タンク３１０内の下部の給水温度Ｔ１が目標沸き上げ温度ＴＰ−規定値αよりも低い温度に達する終了条件により沸き上げ運転を停止するようにしている。

これよれば、貯湯タンク３１０側とヒートポンプユニット２００側とに各センサ２７４、３７２ａを設けることで漏洩熱損失の大小を検出することが可能である。

また、制御装置２７０は、給湯水の温度差を水冷媒熱交換器２２０から流出する給湯水の沸き上げ温度Ｔ３と貯湯タンク３１０内の上部の給湯温度Ｔ４とから求めるにより、これらの温度差により漏洩熱損失が精度良く検出することができる。また、これらの温度を検出する検出手段は沸き上げ運転を行うときの必須手段であるため別体の検出手段を設けなくても温度差を検出することができる。

（第２実施形態）
以上の第１実施形態では、漏洩熱損失を検出する手段として、第２温水温度センサ２７４で検出された沸き上げ温度Ｔ３と貯湯サーミスタ２７２ａで検出された給湯温度Ｔ４とを用いて温度差を求めるように構成したが、これに限らず、第１温水温度センサ２７２で検出された流入温度Ｔ２と貯湯サーミスタ２７２ｅで検出された給水温度Ｔ１とを用いて温度差を求めるように構成しても良い。

具体的には、図３に示すように、ステップ２３０ａにて、第１温水温度センサ２７２で検出された流入温度Ｔ２と貯湯サーミスタ２７２ｅで検出された給水温度Ｔ１とを用いて温度差を求める。そして、ステップ２４０ａにて、この温度差が所定値以上であるか否かを判定する。

ここで、温度差が所定値以上あれば、漏洩熱損失が大きいと判定してステップ２５０を選択する。一方、温度差が所定値未満あれば、漏洩熱損失が小さいと判定してステップ２６０を選択する。そして、ステップ２５０、２６０にて給水温度Ｔ１が所定温度に達したか否かを判定している。

以上の構成によれば、上記第１実施形態よりも温度差が小さくなるが、この温度差により漏洩熱損失が精度良く検出することができる。なお、漏洩熱損失を検出する手段として、上述した温度差の他に、貯湯タンク３１０内の上部の給湯温度Ｔ４、もしくは貯湯タンク３１０内下部の給水温度Ｔ１のいずれか一方の温度を監視し、例えば、沸き上げ運転を行っているときに、所定時間の間に温度変化しなかったときに、漏洩熱損失の所定値以上であると判定するように構成しても良い。

（他の実施形態）
以上の実施形態では、ヒートポンプサイクルに膨張弁２３０を用いてヒートポンプユニット２００を構成させたが、これに限らず、具体的には、図４に示すように、膨張弁２３０の代わりに、圧縮機２１０から吐出する冷媒を減圧膨張させるノズル部（図示せず）を有し、このノズル部から噴射する高い速度の冷媒流により蒸発器２４０にて蒸発した気相冷媒を吸引するとともに、膨張エネルギーを圧力エネルギーに変換して圧縮機２１０の吸入圧を上昇させるエジェクタ２３５用いたヒートポンプユニット２００を構成させて本発明を適用させても良い。

具体的には、図中に示す符号２３５が可変式エジェクタであり、図示しないノズル部の上流側には、電気的に可変可能な絞り機構２３５ａが設けられており、ノズル部に流入される高圧側の冷媒圧力が可変される。また、ノズル部（図示せず）から噴射する駆動流と蒸発器２４０から吸引された吸引流とは、混合部で互いの運動量が保存されるように混合されて昇圧し、その後、冷媒通路断面積を徐々に拡大するディフューザにて動圧が静圧に変換されて更に昇圧される。

そして、このエジェクタサイクルでは、可変式エジェクタ２３５のポンプ作用（ＪＩＳＺ ８１２６ 番号２．１．２．３等参照）により、アキュムレータ２５０→蒸発器２４０→可変式エジェクタ２３５→アキュムレータ２５０の順に冷媒が循環し、圧縮機２１０のポンプ作用により、圧縮機２１０→水冷媒熱交換器２２０→可変式エジェクタ２３５→アキュムレータ２５０→圧縮機２１０の順に冷媒が循環する。

また、以上の実施形態では、ヒートポンプユニット２００を高温側の冷媒圧力が冷媒の臨界圧力以上となる超臨界ヒートポンプサイクルから構成させたが、これに限らず、例えば、フロン冷媒を用いた一般的なヒートポンプサイクルで構成しても良い。

また、以上の実施形態では、規定値αを約１０℃と設定した例について説明したが、本発明における規定値とは、水冷媒熱交換器２２０と貯湯タンク３１０とを接続する流体加熱用流路３２０の配管の長さや、流体加熱用流路３２０の断熱構造など、流体加熱用流路３２０の漏洩熱損失に係る諸条件によって定めるものであり、上記実施形態に記載された具体的な数値に限定されるものではない。

本発明の第１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。 本発明の第１実施形態における制御装置２７０の制御処理を示すフローチャートである。 本発明の第２実施形態における制御装置２７０の制御処理を示すフローチャートである。 他の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。

符号の説明

２００…ヒートポンプユニット（加熱手段）
２２０…水冷媒熱交換器
２７０…制御装置（制御手段）
２７２…第１温水温度センサ（温水温度検出手段）
２７４…第２温水温度センサ（温水温度検出手段）
３１０…貯湯タンク
３２０…流体加熱用流路
３３０…電動ポンプ（流体ポンプ）
３７２ａ、３７２ｅ…貯湯サーミスタ（温水温度検出手段）

Claims (5)

1. 内部に給湯用の湯を貯える貯湯タンク（３１０）と、
   流体ポンプ（３３０）が配設され、前記貯湯タンク（３１０）内の下部の水を前記貯湯タンク（３１０）内の上部に送る流体加熱用流路（３２０）と、
   ヒートポンプサイクルからなり、前記流体加熱用流路（３２０）を流れる水と冷媒とを熱交換させて高温の湯に加熱する水冷媒熱交換器（２２０）を有する加熱手段（２００）と、
   前記水冷媒熱交換器（２２０）から流出する給湯水の沸き上げ温度を目標沸き上げ温度になるように前記加熱手段（２００）と前記流体ポンプ（３３０）とを制御する制御手段（２７０）とを備える貯湯式給湯装置において、
   前記制御手段（２７０）は、沸き上げ運転を行っているときに、前記流体加熱用流路（３２０）の漏洩熱損失に応じて沸き上げ運転の終了条件を選択するように構成し、
   前記沸き上げ運転の通常の終了条件は、前記漏洩熱損失が所定値未満のときに、前記貯湯タンク（３１０）内の下部の給水温度が目標沸き上げ温度−規定値αに達すると沸き上げ運転を停止するように設定されており、
   前記制御手段（２７０）は、前記漏洩熱損失が所定値以上のときに、前記貯湯タンク（３１０）内の下部の給水温度が目標沸き上げ温度−規定値αよりも低い温度に達する終了条件により沸き上げ運転を停止することを特徴とする貯湯式給湯装置。
2. 前記流体加熱用流路（３２０）には、前記貯湯タンク（３１０）側と前記加熱手段（２００）側との給湯水の温度差を検出する温水温度検出手段（２７２、２７４、３７２ａ、３７２ｅ）が設けられ、
   前記制御手段（２７０）は、前記温水温度検出手段（２７２、２７４、３７２ａ、３７２ｅ）で検出された給湯水の温度差が所定値以上のときに、前記貯湯タンク（３１０）内の下部の給水温度が目標沸き上げ温度−規定値αよりも低い温度に達する終了条件により沸き上げ運転を停止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. 前記制御手段（２７０）は、給湯水の前記温度差を前記水冷媒熱交換器（２２０）から流出する給湯水の沸き上げ温度と前記貯湯タンク（３１０）内の上部の給湯温度とから求め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. 前記制御手段（２７０）は、前記温度差を前記水冷媒熱交換器（２２０）に流入する給湯水の流入温度と前記貯湯タンク（３１０）内の下部の給水温度とから求めることを特徴とする請求項２に記載の貯湯式給湯装置。
5. 前記制御手段（２７０）は、前記貯湯タンク（３１０）内の上部の給湯温度、もしくは前記貯湯タンク（３１０）内の下部の給水温度が所定時間の間に変化しなかったときに、前記漏洩熱損失の所定値以上であると判定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。

Images