JP4779878B2 - 貯湯式給湯装置 - Google Patents

Description

本発明は、加熱手段で沸き上げられ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する浴水追い焚き手段に関する。

従来、この種の貯湯式給湯装置として、例えば、特許文献１に示すように、貯湯タンク内に二つの熱交換器を配設し、その二つの熱交換器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を備えているものが知られている。

この装置では、二つの熱交換器の一方が貯湯タンクの高温部に配設され、他の一方が高温部下方に配設されている。浴水追い焚き手段は、浴水の追い焚き負荷に基づいて運転区分された複数の運転モードを有し、その運転モードに応じて二つの熱交換器を使い分けて浴水を追い焚きしている。

具体的に、浴水追い焚き手段は、冷めた浴水を急速に追い焚きする急速追い焚き運転モードのときに、二つの熱交換器に浴水を循環させて追い焚きするように構成し、浴水を所定温度に保温する保温モードのときに、高温部下方に配設された熱交換器に浴水を循環させて追い焚きするように構成している。
特開２００４−２４５４６２号公報

しかしながら、上記特許文献１では、浴水の追い焚きを行うと、貯湯タンク内部では、熱交換器近傍の湯温が低下して湯の対流が生ずる。この対流が貯湯タンクの下方まで広がると、貯湯タンク下方の湯温が上昇する。その結果、貯湯タンク内には給水温度よりも高めの温度帯の水が貯められることになる。

これにより、例えば、上記特許文献１のような高温の給湯の湯を沸き上げる超臨界式ヒートポンプサイクルからなる加熱手段を用いると、給水温度が高くなってくると高圧圧力が上昇することで運転効率（ＣＯＰ＝加熱能力／消費電力）が低下する問題がある。

また、上記特許文献１では、熱交換器を二つに分けて配設しているため、二つの熱交換器に接続される浴水循環水経路および流れ方向を切り替えるための切替弁などが浴水追い焚き手段に複雑に配設される。つまり、部品点数が多いため部品コストの増加と配管長さの増加による熱損失の増加の問題がある。

そこで、本発明の目的は、上記点に鑑みたものであり、部品点数を低減してコストの低減が図れるとともに、加熱手段の運転効率の向上が図れ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７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、給水源から水が給水側に供給され、給湯用の湯を貯える貯湯タンク（１）と、給水側から取水し、沸き上げた湯を貯湯タンク（１）の上方に送り込む加熱手段（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、浴水追い焚き手段（４０）を制御する制御手段（２００）とを備える貯湯式給湯装置において、熱交換器（４１）は、第１導入口（４１ａ）と導出口（４１ｃ）との間に少なくとも一つ以上の第２導入口（４１ｂ）を有するように形成され、かつ貯湯タンク（１）の上方から、導出口（４１ｃ）、第２導入口（４１ｂ）、第１導入口（４１ａ）の順に下方に向けて配設されており、浴水追い焚き手段（４０）は、追い焚きするときに、第１導入口（４１ａ）または第２導入口（４１ｂ）に浴槽内の浴水を循環させて追い焚きするように構成し、制御手段（２００）は、浴水を追い焚きするための追い焚き必要熱量（Ｑ１）と、貯湯タンク（１）内に配設された熱交換器（４１）の周辺のうち、第２導入口（４１ｂ）よりも上方に貯えられた貯湯熱量（Ｑ２）とに応じて第１導入口（４１ａ）または第２導入口（４１ｂ）を選択して熱交換器（４１）に浴水を導入するように浴水追い焚き手段（４０）を制御し、制御手段（２００）は、貯湯熱量（Ｑ２）が追い焚き必要熱量（Ｑ１）よりも大きいときに、第２導入口（４１ｂ）に浴水を導入するように浴水追い焚き手段（４０）を制御し、制御手段（２００）は、貯湯熱量（Ｑ２）が追い焚き必要熱量（Ｑ１）よりも小さいときに、第１導入口（４１ａ）に浴水を導入するように浴水追い焚き手段（４０）を制御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（１）内部では、追い焚きを行うと、熱交換器（４１）近傍の湯温が低下して湯の対流が生ずる。この対流によって低下した湯は、周りの湯と混ざりながら貯湯タンク（１）の下方に流れる。熱交換器（４１）のうち、第１導入口（４１ａ）よりも上方に配設される第２導入口（４１ｂ）に浴水を循環させることで、貯湯タンク（１）の上方で熱交換させることができる。

これにより、熱交換器（４１）近傍の湯温が低下して対流が発生しても、貯湯タンク（１）の下方へ対流の影響を小さくすることができる。従って、貯湯タンク（１）下方の湯温を上昇させることが少ないため加熱手段の運転効率の向上が図れる。

また、一つの熱交換器（４１）に二つ以上の導入口（４１ａ、４１ｂ）を設けて受熱面積を可変できるように構成されていることで、従来のように二つの熱交換器（４１）を配設するよりも、浴水循環水流路および流れ方向を切り替えるための切替弁などの浴水追い焚き手段（４０）に配設する構成部品点数を低減できる。これにより、コストの低減が図れる。さらに、浴水循環水流路の配管長さの減少により熱損失の低減も図れる。

この発明によれば、具体的には、貯湯熱量（Ｑ２）と追い焚き必要熱量（Ｑ１）とに応じて受熱面積を可変できることにより、貯湯熱量（Ｑ２）の大小によって熱交換器（４１）を使い分けることができる。例えば、貯湯熱量（Ｑ２）が追い焚き必要熱量（Ｑ１）よりも大きいときは、熱交換器（４１）上方の受熱面積で追い焚きすることができる。これにより、熱交換器（４１）近傍の湯温が低下して対流が発生しても、貯湯タンク（１）の下方へ対流の影響を小さくすることができる。
この発明によれば、貯湯タンク（１）上方に貯えられた湯の貯湯熱量（Ｑ２）の変動に応じた追い焚きを行うことができる。また、追い焚き中におけるヒートポンプユニット２の沸き上げ運転を防止できる。これにより、システム全体の運転効率の向上が図れる。

請求項２に記載の発明では、浴水追い焚き手段（４０）には、追い焚き必要熱量（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、貯湯タンク（１）内には、貯湯熱量（Ｑ２）を求めるための温度情報、および容積情報を検出する貯湯熱量検出手段（３２、３３）が設けられ、制御手段（２００）は、追い焚き熱量検出手段（４５、４６、４８）で検出された温度情報、および容積情報に基づいて追い焚き必要熱量（Ｑ１）を求める追い焚き熱量演算手段（２００ａ）と、貯湯熱量検出手段（３２、３３）で検出された温度情報、および容積情報に基づいて貯湯熱量（Ｑ２）を求める貯湯熱量演算手段（２００ｂ）とを有することを特徴としている。

この発明によれば、追い焚き熱量演算手段（２００ａ）と貯湯熱量演算手段（２００ｂ）とを有することで、貯湯熱量（Ｑ２）に応じた追い焚きを行うことができる。また、貯湯熱量検出手段（３２、３３）は既存のセンサを活用することで容易に検出することができる。

請求項３に記載の発明では、制御手段（２００）は、貯湯熱量（Ｑ２）が追い焚き必要熱量（Ｑ１）と同等のときに、第２導入口（４１ｂ）に浴水を導入するように浴水追い焚き手段（４０）を制御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（１）上方に貯えられた高温の湯と浴水とを熱交換することができる。これにより、熱交換器（４１）近傍の湯温が低下して対流が発生しても、貯湯タンク（１）の下方へ対流の影響を小さくすることができる。

請求項４に記載の発明では、浴水追い焚き手段（４０）には、第１導入口（４１ａ）および第２導入口（４１ｂ）のそれぞれの上流側に逆止弁（４７）が設けられていることを特徴としている。この発明によれば、追い焚きを行っていないときに、熱交換器（４１）内の浴水が浴水循環水流路に回りこむことがない。換言すると、貯湯タンク（１）内に貯えられた高温の湯が浴水を介して外部に漏洩する熱損失の低減が図れる。また、追い焚き中には、一方の浴水循環水流路に熱交換器（４１）内の浴水が回りこむことがない。

請求項５に記載の発明では、加熱手段（８）は、ヒートポンプサイクルからなるヒートポンプユニット（２）であることを特徴としている。この発明によれば、追い焚きによってヒートポンプユニット（２）の給水温度の上昇を防止できることで、ヒートポンプユニット（２）において運転効率の向上が図れることで好適である。

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、本発明を適用した第１実施形態の貯湯式給湯装置を図１ないし図４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。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。

一方、貯湯タンク１の最上部には導出口１３が設けられ、この導出口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。なお、導出管１４の経路途中には、図示しない逃がし弁を有する排出配管が接続されており、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。

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。

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。

また、混合弁１６の出口側には、混合湯経路である配管１７が接続されている。この配管１７は図示しない給湯水栓、シャワー水栓および浴槽３等へ混合された給湯水を導く配管である。そして、配管１７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１７内の温度情報を、流量カウンタ７２は配管１７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、流量カウンタ７２が配管１７内の水の流れを検出したときには、給湯水栓、シャワー水栓および浴槽３等のいずれかで湯が使用されている。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。

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給水側である吸入口１８が設けられ、貯湯タンク１の上部には、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の一部は加熱手段であるヒートポンプユニット２内に配置されている。

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、給水側である吸入口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。

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。

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。

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。

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に出力される。

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。また、縦方向に配列された水位サーミスタ３３の各水位レベルにより容積情報が検出できる。

さらに、これら水位サーミスタ３３うち、最も上方に設けられた水位サーミスタ３３は、後述する熱交換器４１の第２導入口４１ｂの配設位置とほぼ同等の高さに配置されている。すなわち、この水位サーミスタ３３および上述した出湯サーミスタ３２は、第２導入口４１ｂの配設位置より貯湯タンク１内上方に貯えられる湯における後述する貯湯熱量Ｑ２を求めるときの温度情報、容積情報を検出するための熱量検出手段（詳しくは後述する）である。

次に、浴水追い焚き手段４０は、熱交換器である追い焚き用熱交換器４１と、その追い焚き用熱交換器４１に浴槽３内の浴水を導入させて浴槽３内に戻す浴水循環水流路４９とから構成される。追い焚き用熱交換器４１は、貯湯タンク１内上方、つまり給湯水が高温（例えば、８５℃〜９０℃程度）となる部位に配設して、内部を流通する浴水に受熱させる熱交換器である。

本実施形態の追い焚き用熱交換器４１は、図１に示すように、パイプをコイル状に形成し、その下端に第１導入口４１ａ、上端に導出口４１ｃ、および第１導入口４１ａと導出口４１ｃとの間に第２導入口４１ｂを設けるとともに、貯湯タンク１上方から、導出口４１ｃ、第２導入口４１ｂ、第１導入口４１ａの順に下方に向けて貯湯タンク１に配設されている。

これにより、第１導入口４１ａから導出口４１ｃに至る受熱面積と、第２導入口４１ｂから導出口４１ｃに至る受熱面積とが可変できるように形成されている。つまり、追い焚きを行うときに、追い焚き用熱交換器４１全体に浴水を循環させるか、または、追い焚き用熱交換器４１の上方のみに浴水を循環させるかのいずれか一方に使い分けるように形成している。

従って、浴水循環水流路４９は、浴槽３内の浴水を追い焚き用熱交換器４１の第１導入口４１ａに導く第１往き管４９ａ、この第１往き管４９ａの中途を分岐して追い焚き用熱交換器４１の第２導入口４１ｂに接続される第２往き管４９ｂ、追い焚き用熱交換器４１で熱交換された浴水を浴槽３内に戻す戻り管４９ｃ、および追い焚き用熱交換器４１を迂回するバイパス管４９ｄから構成される。

そして、第１往き管４９ａには、上流側から順に、水圧スイッチ４８、流量カウンタ４５、循環ポンプ４３、浴水温サーミスタ４６、第１三方弁４２ａ、および第２三方弁４２ｂが設けられている。また、戻り管４９ｃには、その下流側に追い焚きサーミスタ４４が設けられている。この追い焚きサーミスタ４４は戻り管４９ｃを流通する浴水の湯温を検出する水温センサであり、浴槽３内に戻される浴水温度である。

水圧スイッチ４８は、浴槽３内にお湯張りされた浴水の湯量、つまり、浴槽内の浴水の水位レベルを求めるための水圧を検出するセンサである。流量カウンタ４５は第１往き管４９ａを流通する浴水の流量情報を検出するセンサである。循環ポンプ４３は浴槽内の浴水を追い焚き用熱交換器４１に圧送する電動ポンプである。

浴水温サーミスタ４６は、第１往き管４９ａを流通する浴水の湯温を検出する水温センサである。ここで、水圧スイッチ４８、流量カウンタ４５および浴水温サーミスタ４６は、後述する追い焚き必要熱量Ｑ１を求めるための流量情報、容積情報、温度情報を検出する追い焚き熱量検出手段（詳しくは後述する）である。

第１三方弁４２ａは、浴水を追い焚き用熱交換器４１に流通（図中に示す矢印ａ）させるか、追い焚き用熱交換器４１を迂回するバイパス管４９ｄに流通（図中に示す矢印ｂ）させるかのいずれか一方に流通方向を切り替えるための切替弁である。

また、第２三方弁４２ｂは、浴水を追い焚き用熱交換器４１の第１導入口４１ａに流通（図中に示す矢印ｄ）させるか、追い焚き用熱交換器４１の第２導入口４１ｂに流通（図中に示す矢印ｃ）させるかのいずれか一方に流通方向を切り替えるための切替弁である。

なお、水圧スイッチ４８、流量カウンタ４５、浴水温サーミスタ４６および追い焚きサーミスタ４４は、それぞれの容積情報、温度情報を後述する制御装置２００に出力するようにされ、循環ポンプ４３、第１三方弁４２ａ、第２三方弁４２ｂは後述する制御装置２００により制御される。

また、浴槽３内の浴水の温度を検出するときは、第１三方弁４２ａをバイパス管４９ｄ側に流れ方向を切り替えるとともに、循環ポンプ４３を作動させることで、浴槽３内の浴水が第１往き管４９ａ、バイパス管４９ｄ、戻り管４９ｃ、浴槽３の順に循環されて浴水温サーミスタ４６により浴水の湯温を検出できる。

また、追い焚きを行うときは、第１三方弁４２ａの流れ方向を追い焚き用熱交換器４１側に切り替えることで、浴槽３内の浴水が第１往き管４９ａ、追い焚き用熱交換器４１、戻り管４９ｃ、浴槽３の順に循環されて、浴水温サーミスタ４６により検出された浴水の湯温が所定温度になるまで循環するように制御される。

このときに、第２三方弁４２ｂの流れ方向を第１導入口４１ａ側に切り替えることで、浴槽３内の浴水が追い焚き用熱交換器４１全体に循環されて追い焚きすることができる。また、第２三方弁４２ｂの流れ方向を第２導入口４１ｂ側に切り替えることで、浴槽３内の浴水が追い焚き用熱交換器４１の上方のみに循環されて追い焚きすることができる。第２三方弁４２ｂの制御については後述する。

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、４４、４６、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、第１、第２三方弁４２ａ、４２ｂ、循環ポンプ４３等のアクチュエータ類を制御するように構成されている。

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。

また、制御装置２００には、各センサ４５、４６、４８で検出された温度情報、容積情報に基づいて追い焚き必要熱量Ｑ１を求める追い焚き熱量演算手段２００ａと、各サーミスタ３２、３３で検出された温度情報、容積情報に基づいて貯湯熱量Ｑ２を求める貯湯熱量演算手段２００ｂとを有している（詳しくは後述する）。

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、給湯設定温度スイッチ、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。

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、ヒートポンプユニット２は、貯湯タンク１に高温の湯を貯える沸き上げ運転を電力料金が安い時間帯に行うようにしている。具体的には、電力料金が安い時間帯になると図示しない電源スイッチがオンされることで、制御装置２００は、ヒートポンプユニット２を制御させて沸き上げ運転を行う。

この沸き上げ運転が実行されると、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。

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、給湯水栓を開弁して給湯するときと、浴水を追い焚きするときの作動について述べる。

まず、給湯水栓を開弁して給湯するときは、流量カウンタ７２が配管１７内の水の流れを検出することにより、制御装置２００は、給湯設定温度に応じて、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、給湯サーミスタ７１からの温度情報に基づいて出湯温度が給湯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。

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１７を介して出湯する。そして、貯湯タンク１内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の上方に移動する。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内の残湯熱量が低下していく。

次に、浴水を追い焚きするときの作動を図２ないし図４に基づいて説明する。図２は制御装置２００による追い焚き運転の制御処理を示すフローチャートである。図３は貯湯熱量Ｑ２が追い焚き必要熱量Ｑ１よりも同等もしくは大きいときの熱交換器４１に循環する浴水の流れを示す形態図である。図４は貯湯熱量Ｑ２が追い焚き必要熱量Ｑ１よりも小さいときの熱交換器４１に循環する浴水の流れを示す形態図である。

本実施形態の追い焚き運転の制御処理は、貯湯熱量Ｑ２と追い焚き必要熱量Ｑ１とに応じて熱交換器４１を使い分けるように制御している。具体的には、図２に示すように、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、第１三方弁４２ａの流れ方向をｂ方向（図１参照）に切り替えて循環ポンプ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。

次に、ステップ２０３にて、水圧スイッチ４８で検出される水位レベルによる浴槽３内の浴水の湯量Ｌ、流量カウンタ４５で検出される流量情報、浴水温サーミスタ４６で検出される浴水湯温Ｔ１、水位サーミスタ３３および出湯サーミスタ３２で検出される温度情報および容積情報などを読み込む。

そして、次のステップ２０４にて、浴水温サーミスタ４６で検出された浴水湯温Ｔ１と追い焚き設定温度スイッチ（図示せず）で設定された設定温度とを比較する。具体的には、浴水湯温Ｔ１が設定温度よりも同等もしくは小さいか否かを判定する。ここで、浴水湯温Ｔ１が設定温度よりも大きいときは待機している。ここで、浴水湯温Ｔ１が設定温度よりも同等もしくは小さいときはステップ２０５に移行する。

ステップ２０５にて、第１三方弁４２ａの流れ方向をａ方向（図１参照）に切り替えて追い焚き制御を開始する。これにより、浴槽３内の浴水が熱交換器４１に向けて流れる。そして、ステップ２０６にて、熱量演算手段２００ａにより浴水を追い焚きするための追い焚き必要熱量Ｑ１を求めるとともに、貯湯熱量演算手段２００ｂにより貯湯熱量Ｑ２を求める。

一方の追い焚き必要熱量Ｑ１は、因みに、追い焚き必要熱量（Ｑ１）＝（設定温度−浴水温Ｔ１）×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。

もう一方の貯湯熱量Ｑ２は、貯湯タンク１内の貯湯熱量のうち、熱交換器４１の上部周辺における給湯水の貯湯熱量Ｑ２である。つまり、熱交換器４１の第２導入口４１ｂの配設位置より貯湯タンク１内上方に貯えられた給湯水の貯湯熱量Ｑ２である。

因みに、貯湯熱量（Ｑ２）＝（出湯温度＋第２導入口近傍温度）／２×容積より容易に求めることができる。ここで、出湯温度は出湯サーミスタ３２で検出された湯温であり、第２導入口近傍温度は水位サーミスタ３３で検出された湯温である。また、容積は、予め水位サーミスタ３３の配設位置により、その位置における容積が制御装置２００内に記憶されている。

そして、次のステップ２０７において、求めた追い焚き必要熱量Ｑ１と貯湯熱量Ｑ２とを比較して、貯湯熱量Ｑ２が追い焚き必要熱量Ｑ１よりも大きいか否かを判定する。ここで、貯湯熱量Ｑ２が追い焚き必要熱量Ｑ１よりも大きいとき（Ｑ２≧Ｑ１）には、ステップ２０８にて、第２三方弁４２ｂの流れ方向をｃ方向（図３参照）に切り替えて追い焚き運転を実行する。

これにより、浴槽３内の浴水が第２導入口４１ｂに流通して熱交換器４１に循環させて浴水を加熱する。つまり、熱交換器４１全体のうち、上部の受熱面積によって浴水の追い焚きが行われる。

逆に、貯湯熱量Ｑ２が追い焚き必要熱量Ｑ１よりも小さいとき（Ｑ２＜Ｑ１）には、ステップ２０９にて、第２三方弁４２ｂの流れ方向をｄ方向（図４参照）に切り替えて追い焚き運転を実行する。これにより、浴槽３内の浴水が第１導入口４１ａに流通して熱交換器４１に循環させて浴水を加熱する。つまり、熱交換器４１全体の受熱面積によって浴水の追い焚きが行われる。

換言すると、熱交換器４１周辺の貯湯タンク１内の貯湯熱量Ｑ２が充分あるときには、ステップ２０８のような制御を行って熱交換器４１の上方の受熱面積によって浴水を追い焚きし、貯湯熱量Ｑ２が追い焚き必要熱量Ｑ１よりも小さいときには、ステップ２０８のような制御を行って熱交換器４１全体の受熱面積によって浴水を追い焚きしている。

ここで、熱交換器４１全体のうち、上部の受熱面積によって浴水の追い焚きを行うと、熱交換器４１の内部を循環する冷めた浴水によって熱交換器４１の周辺の湯から熱を奪っている。熱交換器４１の周辺では、浴水に熱を奪われた湯が対流によって貯湯タンク１下方に向かって流れる。この冷めた湯は周りの湯と混ざりながら下方に移動していくため下方に行くにつれ流れが弱くなる。

このためステップ２０８のように、熱交換器４１の上方の受熱面積によって追い焚きを行えば、冷めた湯が貯湯タンク１下方に到達する前に流れが弱くなる。つまり、貯湯タンク１下方への対流の影響を少なくできる。これにより、給水側である吸入口１８近傍の水の温度を上昇させることはない。

しかも、貯湯タンク１内の湯は、給湯などの用途に使用されることで給水側である吸入口１８の近傍には水道水が供給されて温度境界位置が上昇している。これらのことにより、ヒートポンプユニット２で沸き上げ運転を行うときに給水温度が上昇していないことで運転効率ＣＯＰの向上が図れる。

一方、熱交換器４１の上方周辺の貯湯熱量Ｑ２が追い焚き必要熱量Ｑ１よりも足りないときには、熱交換器４１周辺全体の貯湯熱量によって浴水を追い焚きするようにしている。これは、追い焚き中におけるヒートポンプユニット２の沸き上げ運転を防止したものである。

ところで、この種のヒートポンプユニット２では、電力料金の安い時間帯以外に、貯湯タンク１内の貯湯熱量が低下するたびに沸き上げ運転を行うと、システム全体の効率低下をきたす恐れがある。つまり、頻繁に沸き上げ運転を行うと、余分な残湯熱量を貯えることになるのでシステム全体の運転効率が悪くなる。本実施形態では、追い焚き中におけるヒートポンプユニット２の沸き上げ運転を省いたものである。 これにより、運転効率の向上が図れる。

なお、湯切れを防止するためには、最低貯湯熱量を電力料金の安い時間帯に対する時間帯毎に設定しておいて、その時間帯における最低貯湯熱量を下回ったときに、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設定しても良い。

そして、ステップ２１０にて、浴水湯温Ｔ１を監視する。ここでは、浴水湯温Ｔ１が設定温度を超えたか否かを判定している。ここで、浴水湯温Ｔ１が設定温度に達したら、ステップ２１１にて、第１三方弁４２ａの流れ方向をｂ方向（図１参照）に切り替えて熱交換器４１を迂回させるようにして温度調整している。

なお、追い焚き中に追い焚きスイッチ（図示せず）をＯＦＦ操作すると、ステップ２０１にて、追い焚きスイッチ（図示せず）がＯＦＦであると判定し、ステップ２１２にて、循環ポンプ４３を停止させる。

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２００は、浴水を追い焚きするための追い焚き必要熱量Ｑ１と、貯湯タンク１内に配設された熱交換器４１の周辺のうち、第２導入口４１ｂよりも上方に貯えられた貯湯熱量Ｑ２とに応じて第１導入口４１ａまたは第２導入口４１ｂのいずれか一つを選択して熱交換器４１に浴水を導入するように浴水追い焚き手段４０を制御している。

これによれば、貯湯熱量Ｑ２と追い焚き必要熱量Ｑ１とに応じて受熱面積を可変できることにより、貯湯熱量Ｑ２の大小によって熱交換器４１を使い分けることができる。例えば、貯湯熱量Ｑ２が追い焚き必要熱量Ｑ１よりも同等もしくは大きいときは、熱交換器４１上方の受熱面積で追い焚きすることができる。

これにより、熱交換器４１近傍の湯温が低下して対流が発生しても、貯湯タンク１の下方へ対流の影響を小さくすることができる。従って、貯湯タンク１下方の湯温を上昇させることが少ないためヒートポンプユニット２の運転効率の向上が図れる。

また、一つの熱交換器４１に二つの導入口４１ａ、４１ｂを設けて受熱面積を可変できるように構成されていることで、従来のように二つの熱交換器４１を配設するよりも、浴水循環水流路４９および流れ方向を切り替えるための三方弁４２ａ、４２ｂなどの浴水追い焚き手段４０に配設する構成部品点数を低減できる。これにより、コストの低減が図れる。さらに、浴水循環水流路４９の配管長さの減少により熱損失の低減も図れる。

また、制御装置２００は、貯湯熱量Ｑ２が追い焚き必要熱量Ｑ１よりも同等もしくは大きいときに、第２導入口４１ｂに浴水を導入するように浴水追い焚き手段４０を制御している。これによれば、貯湯タンク１上方に貯えられた高温の湯と浴水とを熱交換することができる。これにより、熱交換器４１近傍の湯温が低下して対流が発生しても、貯湯タンク１の下方へ対流の影響を小さくすることができる。

また、制御装置２００は、貯湯熱量Ｑ２が追い焚き必要熱量Ｑ１よりも小さいときに、第１導入口４１ａに浴水を導入するように浴水追い焚き手段４０を制御している。これによれば、貯湯タンク１上方に貯えられた湯の貯湯熱量Ｑ２の大小に応じた追い焚きを行うことができる。また、追い焚き中におけるヒートポンプユニット２の沸き上げ運転を防止できる。これにより、システム全体の運転効率の向上が図れる。

（第２実施形態）
本実施形態では、図５に示すように、第１往き管４９ａおよび第２往き管４９ｂの下流側に逆止弁４７を設けている。換言すると、二つの導入口４１ａ、４１ｂの上流側に逆止弁４７を設けている。これによると、追い焚きを行っていないときに、熱交換器４１内の浴水が浴水循環水流路４９に回りこむことがない。換言すると、貯湯タンク１内に貯えられた高温の湯が浴水を介して外部に漏洩する熱損失の低減が図れる。なお、追い焚き中には、一方の浴水循環水流路４９に熱交換器４１内の浴水が回りこむことがない。

（他の実施形態）
以上の実施形態では、熱交換器４１を第１導入口４１ａと導出口４１ｃとの間に第２導入口４１ｂを設けて受熱面積を可変するように形成したが、これに限らず、具体的には、図６に示すように、熱交換器４１を第１導入口４１ａと導出口４１ｃとの間に二つもしくはそれ以上の第２導入口４１ｂを設けて受熱面積を可変するように形成しても良い。

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。

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２００による追い焚き運転の制御処理を示すフローチャートである。 本発明の第１実施形態における貯湯熱量Ｑ２が追い焚き必要熱量Ｑ１よりも同等もしくは大きいときの熱交換器４１に循環する浴水の流れを示す形態図である。 本発明の第１実施形態における貯湯熱量Ｑ２が追い焚き必要熱量Ｑ１よりも小さいときの熱交換器４１に循環する浴水の流れを示す形態図である。 本発明の第２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。 他の実施形態における熱交換器４１の全体構成を示す模式図である。

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（貯湯熱量検出手段）
３３…水位サーミスタ（貯湯熱量検出手段）
４０…浴水追い焚き手段
４１…熱交換器
４１ａ…第１導入口、導入口
４１ｂ…第２導入口、導入口
４１ｃ…導出口
４０…浴水追い焚き手段
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）
２００ａ…追い焚き熱量演算手段
２００ｂ…貯湯熱量演算手段
Ｑ１…追い焚き必要熱量
Ｑ２…貯湯熱量

Claims (5)

1. 給水源から水が給水側に供給され、給湯用の湯を貯える貯湯タンク（１）と、
   前記給水側から取水し、沸き上げた湯を前記貯湯タンク（１）の上方に送り込む加熱手段（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、
   前記浴水追い焚き手段（４０）を制御する制御手段（２００）とを備える貯湯式給湯装置において、
   前記熱交換器（４１）は、第１導入口（４１ａ）と導出口（４１ｃ）との間に少なくとも一つ以上の第２導入口（４１ｂ）を有するように形成され、かつ前記貯湯タンク（１）の上方から、前記導出口（４１ｃ）、前記第２導入口（４１ｂ）、前記第１導入口（４１ａ）の順に下方に向けて配設されており、
   前記浴水追い焚き手段（４０）は、追い焚きするときに、前記第１導入口（４１ａ）または前記第２導入口（４１ｂ）に浴槽内の浴水を循環させて追い焚きするように構成し、
   前記制御手段（２００）は、浴水を追い焚きするための追い焚き必要熱量（Ｑ１）と、前記貯湯タンク（１）内に配設された前記熱交換器（４１）の周辺のうち、前記第２導入口（４１ｂ）よりも上方に貯えられた貯湯熱量（Ｑ２）とに応じて前記第１導入口（４１ａ）または第２導入口（４１ｂ）を選択して前記熱交換器（４１）に浴水を導入するように前記浴水追い焚き手段（４０）を制御し、
   前記制御手段（２００）は、前記貯湯熱量（Ｑ２）が前記追い焚き必要熱量（Ｑ１）よりも大きいときに、前記第２導入口（４１ｂ）に浴水を導入するように前記浴水追い焚き手段（４０）を制御し、
   前記制御手段（２００）は、前記貯湯熱量（Ｑ２）が前記追い焚き必要熱量（Ｑ１）よりも小さいときに、前記第１導入口（４１ａ）に浴水を導入するように前記浴水追い焚き手段（４０）を制御することを特徴とする貯湯式給湯装置。
2. 前記浴水追い焚き手段（４０）には、前記追い焚き必要熱量（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、
   前記貯湯タンク（１）内には、前記貯湯熱量（Ｑ２）を求めるための温度情報、および容積情報を検出する貯湯熱量検出手段（３２、３３）が設けられ、
   前記制御手段（２００）は、
   前記追い焚き熱量検出手段（４５、４６、４８）で検出された温度情報、および容積情報に基づいて前記追い焚き必要熱量（Ｑ１）を求める追い焚き熱量演算手段（２００ａ）と、
   前記貯湯熱量検出手段（３２、３３）で検出された温度情報、および容積情報に基づいて前記貯湯熱量（Ｑ２）を求める貯湯熱量演算手段（２００ｂ）とを有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（２００）は、前記貯湯熱量（Ｑ２）が前記追い焚き必要熱量（Ｑ１）と同等のときに、前記第２導入口（４１ｂ）に浴水を導入するように前記浴水追い焚き手段（４０）を制御することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の貯湯式給湯装置。
4. 前記浴水追い焚き手段（４０）には、前記第１導入口（４１ａ）および前記第２導入口（４１ｂ）のそれぞれの上流側に逆止弁（４７）が設けられていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の貯湯式給湯装置。
5. 前記加熱手段（８）は、ヒートポンプサイクルからなるヒートポンプユニット（２）であることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の貯湯式給湯装置。

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