JP5067858B2

JP5067858B2 - 給湯装置

Info

Publication number: JP5067858B2
Application number: JP2007292717A
Authority: JP
Inventors: 正彦矢口; 美智雄佐藤
Original assignee: Toshiba Carrier Corp
Current assignee: Toshiba Carrier Corp
Priority date: 2007-08-21
Filing date: 2007-11-12
Publication date: 2012-11-07
Anticipated expiration: 2027-11-12
Also published as: JP2009068825A

Description

本発明は、沸上用にヒートポンプユニットを用いた給湯装置に関する。

従来、給湯装置においては、貯湯タンク内に貯湯する湯を沸き上げるのにヒートポンプを用いた給湯装置がある。

この給湯装置では、沸上運転時において、冷媒が圧縮機、沸上用熱交換器、蒸発器の順に循環する通常サイクルでヒートポンプユニットを作動させ、貯湯タンクの下部から取り出した水をヒートポンプユニットの沸上用熱交換器を経て所定温度に沸き上げ、この沸き上げた湯を貯湯タンクの上部に戻すように沸上用循環ポンプによって循環させることにより、貯湯タンクの上部側から湯を順次貯湯している。

また、冬季などの外気温度が低い場合、ヒートポンプユニットの沸上運転中に、大気中の水蒸気が蒸発器に付着して凍結すると、大気熱の集熱効率が低下してしまう。そのため、蒸発器に着霜したときには、ヒートポンプユニットの除霜運転によって蒸発器に付着した霜を取り除くようにしている。

このヒートポンプユニットの除霜運転時には、冷媒が圧縮機、蒸発器、沸上用熱交換器の順に循環する逆サイクルでヒートポンプユニットを作動させ、貯湯タンクから湯水を取り出して沸上用熱交換器を経て貯湯タンクに戻すように循環させることにより、貯湯タンクから取り出し湯水の熱を沸上用熱交換器で冷媒側に集熱して蒸発器を加熱し、この蒸発器に付着した霜を融解させている。

この貯湯タンクから湯水を取り出して沸上用熱交換器を経て貯湯タンクに戻すように循環させるのに、通常の沸上運転と同様に貯湯タンクの下部から水を取り出して沸上用熱交換器を経た後に貯湯タンクに循環させる場合と、除霜能力を高めるために貯湯タンクの上部から湯を取り出して沸上用熱交換器を経た後に貯湯タンクに循環させる場合とがあり、これら貯湯タンクの下部と上部とで湯水の取り出しを切り換えるようにしたものがある（例えば、特許文献１参照。）。

しかしながら、除霜能力を高めるために貯湯タンクの上部から湯を取り出すには、貯湯タンクの上部から湯を取り出す配管路や、貯湯タンクの下部と上部とで湯水の取り出しを切り換える弁などが、除霜のためだけに必要となり、構成が複雑になってコストが高くなる問題がある。

また、冬季などの外気温度が低い場合、貯湯タンクとヒートポンプユニットとの間を接続する沸上用循環路内の水が凍結し、沸上用循環路の配管、沸上用熱交換器および沸上用循環ポンプなどを破損させるおそれがある。そのため、沸上用循環路内の水温が所定温度以下に低下したら、凍結防止運転を実施している。

この凍結防止運転時には、ヒートポンプユニットおよび沸上用循環ポンプを作動させ、給水温度よりも高い温度の水を沸上用循環路内に循環させて凍結防止を行っている。

しかしながら、外気温度が低い場合には、凍結防止運転によるヒートポンプユニットおよび沸上用循環ポンプの作動時間が長くなり、電力消費が大きくなってしまう問題がある。
特開２００６−１３２８８８号公報（第７頁、図１）

上述のように、沸上用にヒートポンプユニットを用いた給湯装置では、冬季などの外気温度が低い場合に、ヒートポンプユニットの除霜運転や沸上用循環路の凍結防止運転を行うが、このような運転を実施するためには課題がある。

本発明は、このような点に鑑みなされたもので、冬季などの外気温度が低い場合に対応して運転を実施するための課題を解決できる給湯装置を提供することを目的とする。

請求項１記載の給湯装置は、湯を貯湯する貯湯タンクと、この貯湯タンク内の湯を取り出す取出経路と、前記貯湯タンクから取り出された湯を前記貯湯タンクの異なる高さ位置にそれぞれ戻すことが可能な複数の取入経路と、入口側から流入する湯を複数の出口側に接続された複数の取入経路のうちのいずれか１つに流出するように切換可能とするとともに、入口側を開閉可能とする切換手段と、前記取出経路および前記切換手段の入口側に接続される熱負荷用循環路、この熱負荷用循環路に配設された熱負荷用熱交換器、および前記貯湯タンク内の湯を前記熱負荷用循環路内に循環させる熱負荷用循環ポンプを有する熱負荷回路と、前記貯湯タンクの下部および前記切換手段の入口側で前記熱負荷用循環路に合流する合流部を介して前記取入経路に接続される沸上用循環路、この沸上用循環路に配設されたヒートポンプユニットの沸上用熱交換器、および前記貯湯タンクの下部の水を前記沸上用循環路内に循環させる沸上用循環ポンプを有する沸上回路と、前記ヒートポンプユニットの除霜運転時および前記沸上用循環路の凍結防止運転時の少なくともいずれか一方の運転時に、前記切換手段の入口側を閉止させて前記熱負荷用循環ポンプを駆動させる第１の運転制御と、前記切換手段の入口側を開放させて前記沸上用循環ポンプを駆動させる第２の運転制御とを有し、切り換え可能とする制御部とを具備しているものである。

請求項２記載の給湯装置は、請求項１記載の給湯装置において、制御部は、熱負荷用循環ポンプを駆動している熱負荷回路の運転中に、切換手段の入口側を閉止させてヒートポンプユニットの除霜運転および沸上用循環路の凍結防止運転の少なくともいずれか一方の運転を並行して実行させるものである。

請求項３記載の給湯装置は、請求項１または２記載の給湯装置において、熱負荷回路は、熱負荷用循環路内に循環する湯の循環流量を調整する循環流量調整手段を有し、制御部は、ヒートポンプユニットの除霜運転時および沸上用循環路の凍結防止運転時の少なくともいずれか一方の運転時に、前記循環流量調整手段によって熱負荷用循環路側から沸上用循環路側に循環する湯の循環流量を調整するものである。

請求項４記載の給湯装置は、請求項１または２記載の給湯装置において、切換手段は、入口側の開放から閉止までの間の開度調整を可能とし、制御部は、ヒートポンプユニットの除霜運転時および沸上用循環路の凍結防止運転時の少なくともいずれか一方の運転時に、前記切換手段の入口側の開度調整によって熱負荷用循環路側から沸上用循環路側に流す湯の流量を調整するものである。

請求項５記載の給湯装置は、請求項１ないし４いずれか記載の給湯装置において、貯湯タンクの異なる高さ位置で貯湯タンク内の湯水の温度を検知する複数の温度検知手段を具備し、取出経路は、貯湯タンクの異なる高さ位置から湯をそれぞれ取り出し可能な複数の取出経路であるとともに、これら複数の取出経路からの湯の取出比率を調整する取出比率調整手段を有し、制御部は、ヒートポンプユニットの除霜運転時および沸上用循環路の凍結防止運転時の少なくともいずれか一方の運転時に、前記複数の温度検知手段の検知に基づき前記取出比率調整手段によって複数の取出経路からの湯の取出比率を調整するものである。

請求項１記載の給湯装置によれば、ヒートポンプユニットの除霜運転時および沸上用循環路の凍結防止運転時の少なくともいずれか一方の運転時に、切換手段の入口側を閉止させて熱負荷用循環ポンプを駆動させることにより、貯湯タンクの湯を熱負荷回路から合流部および沸上回路を経由して貯湯タンクに戻すことができるため、熱負荷回路や切換手段を有効に利用し、冬季などの外気温度が低い場合に対応して実施するヒートポンプユニットの除霜運転や沸上用循環路の凍結防止運転ができる。しかも、ヒートポンプユニットの除霜運転時および沸上用循環路の凍結防止運転時の少なくともいずれか一方の運転時に、切換手段の入口側を閉止させて熱負荷用循環ポンプを駆動させ、貯湯タンクから取り出した湯を沸上回路に循環させる第１の運転制御と、切換手段の入口側を開放させて沸上用循環ポンプを駆動させ、貯湯タンクの下部から取り出した水を沸上回路に循環させる第２の運転制御とを切り換え可能とするため、例えば外気温度や貯湯タンクの下部の水の温度などの条件などに応じて、第１の運転制御によって能力を高くしたり、第２の運転制御によって貯湯タンク内の湯の消費を抑えることができる。

請求項２記載の給湯装置によれば、請求項１記載の給湯装置の効果に加えて、熱負荷用循環ポンプを駆動している熱負荷回路の運転中に、切換手段の入口側を閉止させてヒートポンプユニットの除霜運転および沸上用循環路の凍結防止運転の少なくともいずれか一方の運転を並行して実行させるため、これら除霜運転や凍結防止運転に熱負荷回路で使用された後の湯を有効に利用することができる。

請求項３記載の給湯装置によれば、請求項１または２記載の給湯装置の効果に加えて、ヒートポンプユニットの除霜運転時および沸上用循環路の凍結防止運転時の少なくともいずれか一方の運転時に、循環流量調整手段によって熱負荷用循環路側から沸上用循環路側に循環する湯の循環流量を調整するため、必要以上の湯が消費されるのを防止でき、貯湯タンク内の湯の消費を抑えることができる。

請求項４記載の給湯装置によれば、請求項１または２記載の給湯装置の効果に加えて、ヒートポンプユニットの除霜運転時および沸上用循環路の凍結防止運転時の少なくともいずれか一方の運転時に、切換手段の入口側の開度調整によって熱負荷用循環路側から沸上用循環路側に流す湯の流量を調整するため、必要以上の湯が消費されるのを防止でき、貯湯タンク内の湯の消費を抑えることができる。

請求項５記載の給湯装置によれば、請求項１ないし４いずれか記載の給湯装置の効果に加えて、取出経路は、貯湯タンクの異なる高さ位置から湯を取り出し可能な複数の取出経路であるとともに、これら複数の取出経路からの湯の取出比率を調整する取出比率調整手段を有しており、ヒートポンプユニットの除霜運転時および沸上用循環路の凍結防止運転時の少なくともいずれか一方の運転時に、貯湯タンク内の異なる高さ位置での湯水の温度を検知する複数の温度検知手段の検知に基づき、取出比率調整手段によって複数の取出経路から湯の取出比率を調整することができるため、貯湯タンク内の湯量が少ない場合には貯湯タンクから取り出す湯の温度を運転に必要な温度とし、貯湯タンク内の湯の消費を抑えることができる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。

図１ないし図５に第１の実施の形態を示す。

図１ないし図５に示すように、給湯装置11は、本体ユニット12と、湯を沸き上げるための室外機13とを備え、浴槽14に湯はりした浴槽水の追焚機能を有している。

本体ユニット12は、湯を貯湯する貯湯タンク17を有し、この貯湯タンク17には、貯湯タンク17の上部位置と、貯湯タンク17の上部から容量に対応した１／５位置、２／５位置、３／５位置、４／５位置と、貯湯タンク17の下部位置とに、貯湯タンク17内の湯水温度を検知する温度検知手段としてのサーミスタなどの温度検知センサ18a〜18fがそれぞれ配設されている。

貯湯タンク17の下部には、水道管などの給水源に配管される給水経路20が接続されている。この給水経路20には、給水圧力を減圧する減圧弁21、逆流を規制する逆止弁22が配設されている。

貯湯タンク17の上部に上部取出経路25が接続され、貯湯タンク17の上下方向中間位置であって１／５位置の温度検知センサ18bと２／５位置の温度検知センサ18cとの間に中間部取出経路26が接続されている。中間部取出経路26には貯湯タンク17の中間部から湯を取り出す方向にのみ湯の流れを許容する逆止弁27が配設されている。これら上部取出経路25と中間部取出経路26とは取出比率調整手段としての電動弁である調整弁28に接続され、この調整弁28により、上部取出経路25から取り出す貯湯タンク17の上部の湯と中間部取出経路26から取り出す貯湯タンク17の中間部の湯との混合比率を調整して取り出す。この調整弁28で調整可能とする混合比率には、いずれか一方が１００％、他方が０％の場合も含まれる。調整弁28には取り出された湯を給湯する給湯経路29が接続されている。給湯経路29には湯の温度を検知する取出温度検知手段としての取出温度検知センサ30が配設されている。そして、これら上部取出経路25、中間部取出経路26、調整弁28、給湯経路29によって、貯湯タンク17から湯を取り出す取出経路31が形成されている。

また、給湯経路29（取出経路31）と給水経路20とが給湯用の湯温調整手段としての混合弁34および浴槽用の湯温調整手段としての混合弁35にそれぞれ接続されている。これら混合弁34，35は、給湯経路29（取出経路31）からの湯と給水経路20からの水とを混合して所定温度の湯を給湯する。これら混合弁34，35で調整可能とする混合比率には、いずれか一方が１００％、他方が０％の場合も含まれる。これら混合弁34，35に接続される給湯経路29および給水経路20には、給湯経路29側および給水経路20側への逆流を規制する逆止弁36，37がそれぞれ配設されている。

給湯用の混合弁34は、例えば台所などに設置されるメインリモコンや浴室に設置される浴室リモコン等によりそれぞれ設定される給湯設定温度の湯を供給する。この給湯用の混合弁34には所定の給湯場所に給湯する給湯路38が接続され、この給湯路38には流量を測定する流量センサ39および温度を検知する給湯温度検知センサ40が配設されている。

浴槽用の混合弁35は、例えば台所などに設置されるメインリモコンや浴室に設置される浴室リモコン等によりそれぞれ設定される湯張り設定温度の湯を供給したり、浴室リモコンによる追い焚き操作時に浴槽水の追い焚き能力に応じた温度の湯を供給し、さらに、湯の循環流量を調整する循環流量調整手段としても機能する。この浴槽用の混合弁35には浴槽14に給湯する浴槽用給湯経路41が接続され、この浴槽用給湯経路41には流路を開閉する浴槽用給湯手段としての給水電磁弁などを備えたホッパ42が配設されている。

また、給湯経路29（取出経路31）の混合弁34，35の接続箇所より下流側には、上流側への逆流を規制する逆止弁43、および熱負荷側である浴槽14の浴槽水と熱交換する熱負荷用熱交換器としての追焚用熱交換器44を介して、この追焚用熱交換器44を通過した湯を貯湯タンク17に戻す戻り経路45が接続されている。この戻り経路45には、貯湯タンク17から取出経路31を通じて湯を取り出すとともに追焚用熱交換器44を通過した湯を戻り経路45を経て貯湯タンク17に戻すように湯を循環させる熱負荷用循環ポンプとしての追焚用循環ポンプ46が配設され、追焚用熱交換器44を通過した湯の温度を検知する取入温度検知センサ47が配設されている。

戻り経路45には切換手段としての切換弁48の入口側が接続され、この切換弁48の複数の出口側には、貯湯タンク17の上部に接続される上部取入経路49、貯湯タンク17の上下方向中間位置であって３／５位置の温度検知センサ18dと４／５位置の温度検知センサ18eとの間に接続される中間部取入経路50、給水経路20を通じて貯湯タンク17の下部に接続される下部取入経路51が接続されている。この切換弁48により、戻り経路45に対して、上部取入経路49、中間部取入経路50および下部取入経路51のいずれか１つが接続するように切り換えられるとともに、入口側である戻り経路45側の流路を開閉可能とする。切換弁48には、入口側である戻り経路45側の流路を開閉可能とするために、例えばボールベアリングを用い、通常の使用位置でない位置にボールを位置させることにより閉止できる。そして、戻り経路45と上部取入経路49、中間部取入経路50および下部取入経路51とで、貯湯タンク17の上部、中間部および下部の複数位置に追焚用熱交換器44を通過した湯を戻す複数の取入経路52が形成されている。

そして、取出経路31、複数の取入経路52および切換弁48によって熱負荷用循環路としての追焚用循環路53aが形成され、この追焚用循環路53a、追焚用熱交換器44および切換弁48を含めて熱負荷回路としての追焚回路53が形成されている。

また、追焚用熱交換器44と浴槽14とが浴槽用循環経路55によって接続されている。この浴槽用循環経路55は、浴槽14の浴槽水を取り込んで追焚用熱交換器44に導く戻り配管56、追焚用熱交換器44を通過した浴槽水を浴槽14に導く往き配管57を有している。戻り配管56には、浴槽14から取り込んだ浴槽水の温度を検知する浴槽水温度検知センサ58、浴槽14の水位を検知する圧力センサ59、浴槽14への自動湯張り時に流路を切り換えるための切換弁60、浴槽水を循環させる浴槽用循環ポンプ61、浴槽水の循環を検知するフロースイッチ62が配設されている。往き配管57には、追い焚きして浴槽14に導入する浴槽水の温度を検知する追焚温度検知センサ63が配設されている。

切換弁60には浴槽用給湯経路41が接続され、浴槽用給湯経路41から給湯される湯を戻り配管56の１管、または戻り配管56と往き配管57との２管を通じて浴槽14に給湯可能になっている。

また、貯湯タンク17の上部取出経路25には、沸上時の過剰な圧力を逃す逃し弁65が接続され、この逃し弁65は排水経路66に接続されている。貯湯タンク17の下部と排水経路66との間は、貯湯タンク17内の水を排水する排水バルブ67を介して接続されている。

また、貯湯タンク17側と室外機13とが沸上用循環路70aを有する沸上回路70によって接続されている。この沸上回路70の沸上用循環路70aは、貯湯タンク17の下部と室外機13の入口側とを接続する沸上用往き経路71、室外機13の出口側と貯湯タンク17とを接続する沸上用戻り経路72を有している。この沸上用戻り経路72は、追焚回路53の戻り経路45の途中の合流部73で接続され、切換弁48、上部取入経路49、中間部取入経路50および下部取入経路51を共用している。そして、切換弁48により、室外機13の出口側に対する接続が上部取入経路49、中間部取入経路50および下部取入経路51のいずれか１つに切り換えられる。

また、室外機13には、湯を沸き上げるヒートポンプユニット75が配設されている。このヒートポンプユニット75は、圧縮機、凝縮器として機能する沸上用熱交換器76、膨張弁、蒸発器等で構成される冷媒回路を有している。このヒートポンプユニット75の沸上用熱交換器76に沸上回路70が接続されている。このヒートポンプユニット75の沸上用熱交換器76の上流側に、貯湯タンク17の下部の水を沸上用往き経路71側から沸上用戻り経路72側に循環させる沸上用循環ポンプ77が配設されている。沸上用往き経路71には貯湯タンク17の下部から取り出される水の温度を検知する給水温度検知手段としての給水温度検知センサ78が配設され、沸上用戻り経路72には沸上用熱交換器76で沸き上げられた湯の沸上温度を検知する沸上温度検知手段としての沸上温度検知センサ79が配設されている。ヒートポンプユニット75の蒸発器には、この蒸発器に着霜したことを検知する図示しない着霜検知手段が配設されている。さらに、室外機13には、外気温度を検知する外気温度検知センサなどが配設されている。

また、給湯装置11は、この給湯装置11を制御する制御部81を備えている。この制御部81は、次のような機能を有している。

図示しない着霜検知手段でヒートポンプユニット75の蒸発器に着霜したことを検知したらヒートポンプユニット75の除霜運転をする機能。

給水温度検知センサ78で沸上用循環路70a内の水の温度が所定温度以下になったことを検知したら凍結防止運転をする機能。

ヒートポンプユニット75の除霜運転時および沸上用循環路70aの凍結防止運転時に、切換弁48の入口側の流路を閉止させて追焚用循環ポンプ46を駆動させる第１の運転制御（第１の除霜運転制御または第１の凍結防止運転制御）と、切換弁48の入口側の流路を開放させて沸上用循環ポンプ77を駆動させる第２の運転制御（第２の除霜運転制御または第２の凍結防止運転制御）とが可能で、これらを切り換え可能とする機能。

追焚用循環ポンプ46を駆動している追焚回路53での運転中に、切換弁48の入口側を閉止させてヒートポンプユニット75の除霜運転または沸上用循環路70aの凍結防止運転を並行して実行させる機能。

第１の運転制御によるヒートポンプユニット75の除霜運転時および沸上用循環路70aの凍結防止運転時に、混合弁35によって沸上用熱交換器76に循環する湯の循環流量を調整する機能。

第１の運転制御によるヒートポンプユニット75の除霜運転時および沸上用循環路70aの凍結防止運転時に、温度検知センサ18a〜18fの検知に基づき、調整弁28によって上部取出経路25と中間部取出経路26とから湯の取出比率を調整する機能。

次に、給湯装置11の動作を説明する。

まず、貯湯タンク17への湯の貯湯動作について説明する。

特定の沸上時間帯として例えば時間帯別電灯制度の夜間時間帯において、室外機13のヒートポンプユニット75および沸上用循環ポンプ77を作動させる。図４の配管経路の黒表示、および矢印にて示すように、沸上用循環ポンプ77の作動により、貯湯タンク17の下部の水を沸上用往き経路71から取り出してヒートポンプユニット75に送り、このヒートポンプユニット75で沸き上げた湯を沸上用戻り経路72から貯湯タンク17に戻す。

室外機13のヒートポンプユニット75からの湯の出湯温度が低いときには、切換弁48で下部取入経路51に切り換え、貯湯タンク17の下部に温度の低い湯水を戻し、貯湯タンク17の上部の湯の温度低下を防止する。また、室外機13のヒートポンプユニット75で沸き上げられた湯の出湯温度が沸上目標温度以上のときには、切換弁48で上部取入経路49に切り換え、貯湯タンク17の上部に沸上目標温度以上の湯を送り込んで貯湯する。これにより、貯湯タンク17の上部に低温湯を貯湯することがなくなり、貯湯温度を高温にできる。

次に、給湯動作について説明する。

給湯路38の下流側に配設される給湯栓等を開くことにより、給水圧力により貯湯タンク17内の湯を押し出し、上部取出経路25、中間部取出経路26、調整弁28および給湯経路29を通じて貯湯タンク17から取り出される湯と給水経路20から給水される水とを給湯用の混合弁34で混合して給湯設定温度の湯とし、この湯を給湯路38から給湯する。給湯経路29に取り出す湯は、調整弁28により、上部取出経路25から取り出す貯湯タンク17の上部の湯と中間部取出経路26から取り出す貯湯タンク17の中間部の湯との混合比率を調整して取り出す。

次に、浴槽14の利用について説明する。

浴槽14に湯張りする場合には、ホッパ42の給水電磁弁を開くことにより、給水圧力により貯湯タンク17内の湯を押し出し、上部取出経路25、中間部取出経路26、調整弁28および給湯経路29を通じて貯湯タンク17から取り出される湯と給水経路20から給水される水とを浴槽用の混合弁35で混合して湯張り設定温度の湯とし、この湯を供給し、浴槽用給湯経路41およびこの浴槽用給湯経路41の一部を構成する浴槽用循環経路55を通じて浴槽14に給湯する。浴槽14に湯張りする場合、切換弁60で往き配管57の１管のみに湯が流れるように切り換え、戻り配管56の圧力センサ59で水位を監視しながら給湯することにより、浴槽14の湯の水位が設定水位に正確に一致するように湯張りでき、また、切換弁60で戻り配管56と往き配管57との２管に湯が流れるように切り換えることにより、所定量の湯を迅速に給湯して湯張りできる。また、給湯経路29に取り出す湯は、調整弁28により、上部取出経路25から取り出す貯湯タンク17の上部の湯と中間部取出経路26から取り出す貯湯タンク17の中間部の湯との混合比率を調整して取り出す。

そして、浴槽14に湯張りした後は、所定時間毎に、浴槽用循環ポンプ61を作動させて浴槽14の浴槽水を浴槽用循環経路55内に循環させ、温度検知センサ58で浴槽水の温度を検知し、保温の必要つまり追い焚き動作の必要があるか監視する。

また、浴槽水の温度が設定温度よりも低下した際には自動的に追焚運転（保温運転）を開始し、また、浴槽リモコンなどの手動操作によっても追焚運転を可能とする。

追焚運転では、図５の配管経路の黒表示、および矢印にて示すように、まず、浴槽用循環ポンプ61を作動させ、浴槽水を浴槽用循環経路55内に取り込んで追焚用熱交換器44に循環させる。その状態で、追焚用循環ポンプ46を作動させることにより、貯湯タンク17内の湯を、上部取出経路25、中間部取出経路26、調整弁28、給湯経路29（取出経路31）を通じて取り出して追焚用熱交換器44に送り込み、この追焚用熱交換器44で貯湯タンク17からの湯と浴槽14からの浴槽水とで熱交換させ、この熱交換により温度上昇した浴槽水を浴槽14に戻し、浴槽14内の湯温を上昇させる。なお、給湯経路29（取出経路31）に取り出す湯は、調整弁28により、上部取出経路25から取り出す貯湯タンク17の上部の湯と中間部取出経路26から取り出す貯湯タンク17の中間部の湯との混合比率を調整して取り出す。

さらに、追焚用熱交換器44を通過して温度低下した貯湯タンク17からの湯は、戻り経路45、切換弁48、上部取入経路49、中間部取入経路50および下部取入経路51のいずれか１つを通じて貯湯タンク17に戻す。

このとき、貯湯タンク17の各温度検知センサ18a〜18fの検知に基づいて上部取入経路49、中間部取入経路50および下部取入経路51が接続される貯湯タンク17の上部、中間部および下部の各位置付近での貯湯タンク17内の湯水の温度が給湯に使える温度以上にあるか判定し、給湯に使える温度以上にあると判定される貯湯タンク17の位置に追焚用熱交換器44を通過した湯を戻すように切換弁48を切り換える。

このように、追焚用熱交換器44を通過して温度低下した湯を貯湯タンク17に戻す場合、各取入経路49，50，51が接続される貯湯タンク17の上部、中間部および下部の各位置付近での貯湯タンク17内の湯水の温度が給湯に使える温度以上にあるか判定し、給湯に使える温度以上にあると判定される貯湯タンク17の位置に追焚用熱交換器44を通過した湯を戻すように各取入経路49，50，51のうちの１つに切り換えるため、追焚用熱交換器44を通過した追い焚き後の湯の熱量を貯湯タンク17の給湯に使える温度の湯の領域に戻し、給湯に使えない貯湯タンク17の下部の水の領域に戻すことがなくなり、湯の熱量を無駄にすることなく給湯に有効に利用でき、給湯に使える湯を多くできる。

次に、ヒートポンプユニット75の除霜運転について説明する。

外気温度が低い場合、ヒートポンプユニット75の沸上運転中に、大気中の水蒸気が蒸発器に付着して凍結すると、大気熱の集熱効率が低下してしまうため、蒸発器に着霜したことを着霜検知手段で検知したときには、ヒートポンプユニット75の沸上運転を一時停止し、ヒートポンプユニット75の除霜運転を実施して蒸発器に付着した霜を取り除く。

除霜運転は、貯湯タンク17の湯を利用する第１の運転制御と、貯湯タンク17の下部の水を利用する第２の運転制御があり、例えば、外気温度や貯湯タンク17の下部の水の温度などの条件などに応じて自動的に切り換えられる。

第１の運転制御では、図１の配管経路の黒表示、および矢印にて示すように、切換弁48の入口側の流路を閉止させ、追焚用循環ポンプ46を駆動させる。これにより、貯湯タンク17の上部の湯および中間部の湯を、調整弁28、混合弁35、追焚用熱交換器44、追焚用循環ポンプ46、戻り経路45、合流部73、ヒートポンプユニット75の沸上用熱交換器76および沸上用循環ポンプ77を経て貯湯タンク17に戻す経路を構成し、すなわち、追焚回路53の追焚用循環路53aを利用して貯湯タンク17の湯をヒートポンプユニット75の沸上用熱交換器76に流す経路を構成する。そして、ヒートポンプユニット75は逆サイクルに切り換えて運転し、ヒートポンプユニット75の沸上用熱交換器76で湯の熱をヒートポンプユニット75の冷媒回路中の冷媒に熱交換して取り込み、ヒートポンプユニット75の蒸発器に付着した霜を除霜する。

このとき、調整弁28では、貯湯タンク17の上部の湯と中間部の湯との混合比率を調整して取り出す。すなわち、貯湯タンク17の上部が高温湯で、中間部が水の場合には、調整弁28にて除霜に最低限必要な温度である例えば３０℃の湯を取り出し、貯湯タンク17内の湯を無駄に使用することを抑制する。なお、除霜に最低限必要な温度の３０℃は、仮の温度であり、ヒートポンプユニット75の蒸発器の大きさ、除霜に使用する単位時間当たりの湯量により変化する。

また、貯湯タンク17の上部および中間部とも高温湯の場合には、貯湯タンク17から取り出して沸上用熱交換器76に送る単位時間当たりの循環流量を、混合弁35にて除霜に最低限必要な循環流量に調整し、貯湯タンク17内の湯を無駄に使用することを抑制する。

また、この第１の運転制御により、ヒートポンプユニット75の沸上用熱交換器76を通過して温度低下した中温水の湯が貯湯タンク17の下部に入るため、貯湯タンク17の下部の水の温度を上昇させる。この貯湯タンク17の下部の水の温度が除霜に使用可能な例えば１５℃程度まで上昇した場合には、貯湯タンク17の上部の湯でなく、貯湯タンク17の下部の水を利用して除霜する第２の運転制御に切り換える。なお、除霜運転開始時に、貯湯タンク17の下部の水が除霜に使用可能な例えば１５℃程度あれば、第２の運転制御から開始してもよい。

一方、第２の運転制御では、図２の配管経路の黒表示、および矢印にて示すように、切換弁48の入口側の流路を開放させるとともに出口側を下部取入経路51の接続に切り換え、沸上用循環ポンプ77を駆動させる。これにより、貯湯タンク17の下部の水を、沸上用循環ポンプ77、ヒートポンプユニット75の沸上用熱交換器76、切換弁48、下部取入経路51を経て貯湯タンク17の下部に戻す流路を構成し、すなわち、通常の沸上運転と同じ経路を構成する。そして、ヒートポンプユニット75は逆サイクルに切り換えて運転し、ヒートポンプユニット75の沸上用熱交換器76で水の熱をヒートポンプユニット75の冷媒回路中の冷媒に熱交換して取り込み、ヒートポンプユニット75の蒸発器に付着した霜を除霜する。

この第２の運転制御による除霜運転により、ヒートポンプユニット75の沸上用熱交換器76を通過して温度低下した水が貯湯タンク17の下部に入るため、貯湯タンク17の下部の水の温度を下げる。そのため、除霜運転後の沸上運転時には温度の下がった貯湯タンク17の下部の水をヒートポンプユニット75で沸き上げるため、沸上効率（ＣＯＰ）を向上できる。

また、この第２の運転制御による除霜運転により、貯湯タンク17の下部の水の温度が除霜に使用可能な温度より低下した場合には、第１の運転制御に切り換えて除霜する。

このように、貯湯タンク17の湯を利用してヒートポンプユニット75の除霜運転をする際に、切換弁48の入口側の流路を閉止させて追焚用循環ポンプ46を駆動させることにより、貯湯タンク17の湯を追焚回路53から合流部73を通じて沸上回路70に送り、ヒートポンプユニット75の沸上用熱交換器76を通じて貯湯タンク17に戻すことができるため、貯湯タンク17の湯を利用してヒートポンプユニット75の除霜をする場合に、追焚回路53の一部を共用し、除霜専用の水路や弁などを必要とせず、構成を簡略化できて安価な給湯装置11を提供できる。

ヒートポンプユニット75の除霜運転の際に、貯湯タンク17の湯を利用して除霜運転する第１の運転制御と、貯湯タンク17の水を利用して除霜運転する第２の運転制御とを、例えば外気温度や貯湯タンク17の下部の水の温度などの条件などに応じて切り換え可能とするため、貯湯タンク17の湯を利用して除霜運転する第１の運転制御により除霜時間を短くしたり、貯湯タンク17の水を利用して除霜運転する第２の運転制御により貯湯タンク17内の湯の消費を抑えることができる。

また、この除霜運転は、追焚運転中（保温運転中）に同時に並行して実行することもできる。すなわち、図３の配管経路の黒表示、および矢印にて示すように、追焚運転中（保温運転中）は、追焚用循環ポンプ46を駆動しているため、切換弁48の入口側の流路を閉止することにより、貯湯タンク17の上部の湯および中間部の湯を、調整弁28、混合弁35、追焚用熱交換器44、追焚用循環ポンプ46、戻り経路45、合流部73、ヒートポンプユニット75の沸上用熱交換器76および沸上用循環ポンプ77を経て貯湯タンク17に戻す経路を構成し、すなわち、追焚用熱交換器44で熱交換に使用した湯をヒートポンプユニット75の沸上用熱交換器76に流す経路を構成する。そして、ヒートポンプユニット75を逆サイクルで駆動することにより、ヒートポンプユニット75の沸上用熱交換器76で湯の熱をヒートポンプユニット75の冷媒回路中の冷媒に熱交換して取り込み、ヒートポンプユニット75の蒸発器に付着した霜を除霜する。

この除霜運転中に、追焚運転（保温運転）が完了すれば、浴槽用循環ポンプ61を停止して追焚運転（保温運転）を停止し、除霜運転のみで運転を継続する。

次に、沸上用循環路70aの凍結防止運転について説明する。

外気温度が低い場合、沸上運転の停止中において、沸上用循環路70a内の水が凍結し、沸上用循環路70aの配管、沸上用熱交換器76および沸上用循環ポンプ77などを破損させるおそれがあるため、給水温度検知センサ78で沸上用循環路70a内の水の温度が凍結のおそれのある所定温度以下に低下したことを検知したときには、沸上用循環路70aの凍結防止運転を実施する。

この沸上用循環路70aの凍結防止運転は、貯湯タンク17の湯を利用する第１の運転制御と、貯湯タンク17の下部の水を利用する第２の運転制御があり、例えば、外気温度や貯湯タンク17の下部の水の温度などの条件などに応じて自動的に切り換えられる。

第１の運転制御では、図１の配管経路の黒表示、および矢印にて示すように、切換弁48の入口側の流路を閉止させ、追焚用循環ポンプ46を駆動させる。これにより、貯湯タンク17の上部の湯および中間部の湯を、調整弁28、混合弁35、追焚用熱交換器44、追焚用循環ポンプ46、戻り経路45、合流部73、ヒートポンプユニット75の沸上用熱交換器76および沸上用循環ポンプ77を経て貯湯タンク17に戻す経路を構成し、すなわち、追焚回路53の追焚用循環路53aを利用して貯湯タンク17の湯を沸上用循環路70aに流す経路を構成する。そして、沸上用循環路70a内の水を貯湯タンク17に取り入れ、貯湯タンク17から取り出された湯と置換することにより、沸上用循環路70aの凍結防止を行う。

このとき、調整弁28では、貯湯タンク17の上部の湯と中間部の湯との混合比率を調整して取り出す。すなわち、貯湯タンク17の上部が高温湯で、中間部が水の場合には、調整弁28にて凍結防止運転に最低限必要な温度の湯を取り出し、貯湯タンク17内の湯を無駄に使用することを抑制する。

また、貯湯タンク17の上部および中間部とも高温湯の場合には、貯湯タンク17から取り出して沸上用熱交換器76に送る単位時間当たりの循環流量を、混合弁35にて凍結防止運転に最低限必要な循環流量に調整し、貯湯タンク17内の湯を無駄に使用することを抑制する。

そして、沸上用循環路70a内の水を貯湯タンク17から取り出した湯と置換することが可能な凍結防止運転の開始から所定時間経過後、または給水温度検知センサ78が貯湯タンク17から取り出された湯を検知してから所定時間経過後に、追焚用循環ポンプ46の駆動を停止し、凍結防止運転を停止する。

一方、第２の運転制御では、図２の配管経路の黒表示、および矢印にて示すように、切換弁48の入口側の流路を開放させるとともに出口側を下部取入経路51の接続に切り換え、沸上用循環ポンプ77を駆動させる。これにより、貯湯タンク17の下部の水を、沸上用循環ポンプ77、ヒートポンプユニット75の沸上用熱交換器76、切換弁48、下部取入経路51を経て貯湯タンク17の下部に戻す流路を構成し、すなわち、通常の沸上運転と同じ経路を構成する。そして、沸上用循環路70a内の水を貯湯タンク17に取り入れ、貯湯タンク17から取り出された水と置換することにより、沸上用循環路70aの凍結防止を行う。

この第２の運転制御による凍結防止運転により、温度低下した水が貯湯タンク17の下部に入るため、貯湯タンク17の下部の水の温度を下げる。そのため、凍結防止運転後の沸上運転時には温度の下がった貯湯タンク17の下部の水をヒートポンプユニット75で沸き上げるため、沸上効率（ＣＯＰ）を向上できる。

また、この第２の運転制御による凍結防止運転により、貯湯タンク17の下部の水の温度が凍結防止に有効な温度より低下した場合には、第１の運転制御に切り換えて凍結防止する。

このように、貯湯タンク17の湯を利用して沸上用循環路70aの凍結防止運転をする際に、切換弁48の入口側の流路を閉止させて追焚用循環ポンプ46を駆動させることにより、貯湯タンク17の湯を追焚回路53から合流部73を通じて沸上回路70に送り、沸上用循環路70a内の所定温度以下に低下した水と凍結温度よりも高い温度の湯とを置換できるため、貯湯タンク17の湯を利用し、ヒートポンプユニット75を作動させる必要がなく、電力消費を抑制できる。

凍結防止運転の際に、貯湯タンク17の湯を利用して凍結防止運転する第１の運転制御と、貯湯タンク17の水を利用して凍結防止運転する第２の運転制御とを、例えば外気温度や貯湯タンク17の下部の水の温度などの条件などに応じて切り換え可能とするため、貯湯タンク17の湯を利用して凍結防止運転する第１の運転制御により短時間で凍結防止ができたり、貯湯タンク17の水を利用して凍結防止運転する第２の運転制御により貯湯タンク17内の湯の消費を抑えることができる。

また、この凍結防止運転は、追焚運転中（保温運転中）に同時に並行して実行することもできる。すなわち、図３の配管経路の黒表示、および矢印にて示すように、追焚運転中（保温運転中）は、追焚用循環ポンプ46を駆動しているため、切換弁48の入口側の流路を閉止させることにより、貯湯タンク17の上部の湯および中間部の湯を、調整弁28、混合弁35、追焚用熱交換器44、追焚用循環ポンプ46、戻り経路45、合流部73、ヒートポンプユニット75の沸上用熱交換器76および沸上用循環ポンプ77を経て貯湯タンク17に戻す経路を構成し、すなわち、追焚用熱交換器44で熱交換に使用した湯を沸上用循環路70aに流す経路を構成する。そして、沸上用循環路70a内の水を貯湯タンク17に取り入れ、追焚用熱交換器44で熱交換に使用した湯と置換することにより、沸上用循環路70aの凍結防止を行う。

そして、沸上用循環路70a内の水を追焚用熱交換器44で熱交換に使用した湯と置換することが可能な凍結防止運転の開始から所定時間経過後、または給水温度検知センサ78が追焚用熱交換器44で熱交換に使用した湯を検知してから所定時間経過後に、追焚運転中（保温運転中）であれば、切換弁48の入口側を開放し、凍結防止運転を停止するとともに、追焚運転（保温運転）を継続させる。これにより、凍結防止に使用する貯湯タンク17内の湯の熱量を最小限に抑えることができる。

次に、図６に第２の実施の形態を示す。

切換弁48には、入口側の開放から閉止までの間の開度調整を可能としたものを用いる。

制御部81は、ヒートポンプユニット75の除霜運転時および沸上用循環路70aの凍結防止運転時に、切換弁48の入口側の開度調整により、追焚用循環路53aに流れる湯の一部を合流部73から沸上用循環路70aに流れるようにするとともにその流れる湯の流量を調整する機能を有する。

そして、ヒートポンプユニット75の除霜運転時および沸上用循環路70aの凍結防止運転時に、切換弁48の入口側の開度調整により、追焚用循環路53aに流れる湯の一部が合流部73から沸上用循環路70aに流れるため、除霜運転および凍結防止運転のために必要以上の湯が消費されるのを防止でき、貯湯タンク17内の湯の消費を抑えることができる。

この場合にも、この除霜運転および凍結防止運転は、上述したように、追焚運転中（保温運転中）に同時に並行して実行することもできる。

なお、図６に示すように、追焚用循環ポンプ46の駆動時に、追焚用循環路53aに流れる湯の一部が合流部73から沸上用循環路70aに流れるようにするには、切換弁48の入口側の開度調整に限らず、追焚回路53および沸上回路70の例えば各種配管の径の調整などによる配管抵抗を調整することでも可能であり、この場合、切換弁48の制御を不要にできる。

また、熱負荷回路の熱負荷用熱交換器で貯湯タンク17の湯と熱交換する熱負荷としては、浴槽14の浴槽水の追い焚きに限らず、温水暖房する場合にも適用できる。

本発明の第１の実施の形態を示す給湯装置の第１の運転制御でのヒートポンプユニットの除霜運転または沸上用循環路の凍結防止運転を示す構成図である。同上給湯装置の第２の運転制御でのヒートポンプユニットの除霜運転または沸上用循環路の凍結防止運転を示す構成図である。同上給湯装置の追焚運転中における第１の運転制御でのヒートポンプユニットの除霜運転または沸上用循環路の凍結防止運転を示す構成図である。同上給湯装置の沸上運転を示す構成図である。同上給湯装置の追焚運転を示す構成図である。本発明の第２の実施の形態を示す給湯装置の第１の運転制御によるヒートポンプユニットの除霜運転または沸上用循環路の凍結防止運転を示す構成図である。

符号の説明

11 給湯装置
17 貯湯タンク
18a〜18f 温度検知手段としての温度検知センサ
28 取出比率調整手段としての調整弁
31 取出経路
35 循環流量調整手段としての混合弁
44 熱負荷用熱交換器としての追焚用熱交換器
46 熱負荷用循環ポンプとしての追焚用循環ポンプ
48 切換手段としての切換弁
52 取入経路
53 熱負荷回路としての追焚回路
53a 熱負荷用循環路としての追焚用循環路
70 沸上回路
70a 沸上用循環路
73 合流部
75 ヒートポンプユニット
76 沸上用熱交換器
77 沸上用循環ポンプ
81 制御部

Claims

湯を貯湯する貯湯タンクと、
この貯湯タンク内の湯を取り出す取出経路と、
前記貯湯タンクから取り出された湯を前記貯湯タンクの異なる高さ位置にそれぞれ戻すことが可能な複数の取入経路と、
入口側から流入する湯を複数の出口側に接続された複数の取入経路のうちのいずれか１つに流出するように切換可能とするとともに、入口側を開閉可能とする切換手段と、
前記取出経路および前記切換手段の入口側に接続される熱負荷用循環路、この熱負荷用循環路に配設された熱負荷用熱交換器、および前記貯湯タンク内の湯を前記熱負荷用循環路内に循環させる熱負荷用循環ポンプを有する熱負荷回路と、
前記貯湯タンクの下部および前記切換手段の入口側で前記熱負荷用循環路に合流する合流部を介して前記取入経路に接続される沸上用循環路、この沸上用循環路に配設されたヒートポンプユニットの沸上用熱交換器、および前記貯湯タンクの下部の水を前記沸上用循環路内に循環させる沸上用循環ポンプを有する沸上回路と、
前記ヒートポンプユニットの除霜運転時および前記沸上用循環路の凍結防止運転時の少なくともいずれか一方の運転時に、前記切換手段の入口側を閉止させて前記熱負荷用循環ポンプを駆動させる第１の運転制御と、前記切換手段の入口側を開放させて前記沸上用循環ポンプを駆動させる第２の運転制御とを有し、切り換え可能とする制御部と
を具備していることを特徴とする給湯装置。
制御部は、熱負荷用循環ポンプを駆動している熱負荷回路での運転中に、切換手段の入口側を閉止させてヒートポンプユニットの除霜運転および沸上用循環路の凍結防止運転の少なくともいずれか一方の運転を並行して実行させる
ことを特徴とする請求項１記載の給湯装置。
熱負荷回路は、熱負荷用循環路内に循環する湯の循環流量を調整する循環流量調整手段を有し、
制御部は、ヒートポンプユニットの除霜運転時および沸上用循環路の凍結防止運転時の少なくともいずれか一方の運転時に、前記循環流量調整手段によって熱負荷用循環路側から沸上用循環路側に循環する湯の循環流量を調整する
ことを特徴とする請求項１または２記載の給湯装置。
切換手段は、入口側の開放から閉止までの間の開度調整を可能とし、
制御部は、ヒートポンプユニットの除霜運転時および沸上用循環路の凍結防止運転時の少なくともいずれか一方の運転時に、前記切換手段の入口側の開度調整によって熱負荷用循環路側から沸上用循環路側に流す湯の流量を調整する
ことを特徴とする請求項１または２記載の給湯装置。
貯湯タンクの異なる高さ位置で貯湯タンク内の湯水の温度を検知する複数の温度検知手段を具備し、
取出経路は、貯湯タンクの異なる高さ位置から湯をそれぞれ取り出し可能な複数の取出経路であるとともに、これら複数の取出経路からの湯の取出比率を調整する取出比率調整手段を有し、
制御部は、ヒートポンプユニットの除霜運転時および沸上用循環路の凍結防止運転時の少なくともいずれか一方の運転時に、前記複数の温度検知手段の検知に基づき前記取出比率調整手段によって複数の取出経路からの湯の取出比率を調整する
ことを特徴とする請求項１ないし４いずれか記載の給湯装置。