JP5175138B2

JP5175138B2 - 給湯機

Info

Publication number: JP5175138B2
Application number: JP2008143460A
Authority: JP
Inventors: 誠士今井; 彰鈴木
Original assignee: Denso Corp; Rinnai Corp
Current assignee: Denso Corp; Rinnai Corp
Priority date: 2008-05-30
Filing date: 2008-05-30
Publication date: 2013-04-03
Anticipated expiration: 2028-05-30
Also published as: JP2009287896A

Description

本発明は、外部の熱源により加熱された水を貯留する蓄熱タンクを備えており、蓄熱タンクの蓄熱による温水を温水利用箇所に供給する給湯機に関する。

特許文献１には、蓄熱タンクを備えた給湯機が開示されている。蓄熱タンクは、ヒートポンプにより加熱された水を貯留する。蓄熱タンクから温水利用箇所に至る供給水路には、供給水路内を流れる水を加熱する加熱装置が配設されている。この給湯機は、蓄熱タンク内に貯留している水を、供給水路を介して温水利用箇所に供給する。また、供給時に蓄熱タンク内の水の温度が低下したときには（すなわち、蓄熱タンクの蓄熱量が低下したときには）、加熱装置を作動させる。これによって、供給水路内の水を加熱し、加熱した水を温水利用箇所に供給する。

特開２００４−１２５２２６号公報

特許文献１の給湯機は、蓄熱タンクの蓄熱量が十分な場合にも、加熱装置（停止状態にある加熱装置）に水（温水）を通過させる。加熱装置内の水路は、内部の水を効率的に加熱するために、バーナの燃焼排気と熱交換し易いように形成されている。したがって、停止状態にある加熱装置に温水を通過させると、温水の熱が外気に奪われて放熱してしまうという問題がある。

この問題を解決する技術として、供給水路に、加熱装置を迂回するバイパス水路を設けることが提案されている。すなわち、加熱装置より上流側で供給水路から分岐し、加熱装置より下流側で供給水路に合流するバイパス水路を設ける。加熱装置が配設されている水路（以下では、加熱水路という）とバイパス水路には弁を設ける。これによって、加熱水路とバイパス水路の何れかに蓄熱タンクからの水を流すことができるように構成する。蓄熱タンクの蓄熱量が十分である場合には、蓄熱タンクからの水（温水）をバイパス水路に流す。これによって、温水の熱が奪われることが抑制される。蓄熱タンクの蓄熱量が低下したときには、蓄熱タンクからの水（比較的低温の水）を加熱水路に流すとともに、加熱装置を作動させる。これによって、加熱装置によって加熱された水が温水利用箇所に供給される。

しかしながら、バイパス水路を設けた給湯機では、別の問題が発生する。すなわち、蓄熱タンクの蓄熱量が十分である場合には、加熱水路内を水が流れない。このため、加熱水路内に低温の水が溜まる。このような状態では、蓄熱タンクの蓄熱量低下により水の通過経路を加熱水路に切り換えると、加熱水路内に溜まっている低温の水が押し流されて温水利用箇所に供給される。水の通過経路の切り換えと同時に加熱装置を作動させたとしても、低温の水を瞬時に加熱することはできない。したがって、水の通過経路の切り換えを行うときに、一時的に温水利用箇所に供給される水の温度が急激に低下してしまうという問題があった。

本発明は、上述した実情に鑑みてなされたものであり、加熱水路とバイパス水路が設けられているとともに、水の通過経路を切り換えるときに、温水利用箇所に供給する水の急激な温度低下を防止することができる給湯機を提供することを目的とする。

本発明は、温水利用箇所に温水を供給する給湯機を提供する。この給湯機は、蓄熱タンクと、蓄熱量検出手段と、第１供給水路と、加熱水路と、加熱装置と、バイパス水路と、第２供給水路と、分配手段と、制御装置を備えている。蓄熱タンクは、外部の熱源により加熱された水を貯留する。蓄熱量検出手段は、蓄熱タンクの蓄熱量が基準値より高いか否かを検出する。第１供給水路は、蓄熱タンク内の水と熱交換されて加熱された水、または、蓄熱タンク内の水を下流側の加熱水路に供給する。加熱装置は、加熱水路内の水を加熱する。バイパス水路は、第１供給水路の下流端に加熱水路と並列に接続されている。第２供給水路は、加熱水路とバイパス水路の合流部に接続されており、下流端が温水利用箇所に接続されている。分配手段は、加熱水路とバイパス水路を開閉する。制御装置は、加熱装置と分配手段を制御する。制御装置は、蓄熱タンクの蓄熱量が基準値より高い間は、分配手段によって加熱水路を閉状態とするとともにバイパス水路を開状態とし、加熱装置を停止状態とする第１運転を実行する。蓄熱タンクの蓄熱量が基準値以下となったときには、分配手段によって加熱水路とバイパス水路の双方を開状態とする第２運転を実行する。そして、第２運転の開始時に加熱水路内に存在している水が、第２運転によって第２供給水路に排出されたタイミング以降に、分配手段によって加熱水路を開状態とするとともにバイパス水路を閉状態とし、加熱装置を作動状態とする第３運転を実行する。
なお、上記の「基準値」とは、第１供給水路に必要な温度の水を供給可能な蓄熱タンクの蓄熱量である。
また、上述した「分配手段」は、加熱水路とバイパス水路の分岐部または合流部に介装されている分配弁とすることができる。若しくは、加熱水路とバイパス水路のそれぞれに開閉弁を設置した構成としてもよい。この場合、一対の開閉弁（すなわち、加熱水路の開閉弁とバイパス水路の開閉弁）が分配手段として機能する。

この給湯機では、蓄熱タンクの蓄熱量が基準値以上にある間は、制御装置が分配手段を制御して、加熱水路を閉状態とし、バイパス水路を開状態とする（第１運転）。したがって、第１供給水路、バイパス水路及び第２供給水路を介して温水利用箇所に温水が供給される。なお、第１運転の間には加熱水路内に水が流れないので、加熱水路内に低温の水が溜まっている状態となる。
温水の供給を継続すると、蓄熱タンクの蓄熱量が基準値まで低下する。蓄熱量が基準値まで低下した状態は、蓄熱量は少なくなっているものの、未だ第１供給水路に必要な温度の温水を供給可能な状態である。制御装置は、蓄熱量が基準値まで低下すると、加熱水路とバイパス水路の双方を開状態とする（第２運転）。すなわち、第２運転は、第１供給水路に必要な温度の温水が供給されている間に開始される。第２運転を開始すると、第１供給水路内の温水が、バイパス水路と加熱水路の双方に流れ込む。このとき、加熱水路内に溜まっている低温の水が下流側に押し流される。バイパス水路を通過した温水と、加熱水路内で押し流された低温の水は、バイパス水路と加熱水路との合流部（下流端）で合流して混合され、第２供給水路へ流れる。したがって、第２供給水路内の水の温度は、加熱水路内に溜まっていた低温の水よりも高温となる。これによって、温水利用箇所に低温の水が供給されることが防止される。
制御装置は、第２運転の開始時に加熱水路内に存在している水（すなわち、低温の水）が、第２運転によって第２供給水路に排出されたタイミング以降に、第３運転を実行する。第３運転では、制御装置は、加熱水路を開状態とし、バイパス水路を閉状態とし、加熱装置を作動状態とする。すなわち、第１供給水路から加熱水路に水が流入し、加熱水路内で水が加熱される。そして、加熱された水が、加熱水路から第２供給水路に流入する。したがって、蓄熱タンクの蓄熱量がなくなっても、温水利用箇所に温水を供給できる。
なお、第２運転から第３運転に移行するときには、分配手段を切り換えた後に加熱装置を作動させて第３運転に移行してもよいし、第２運転中に加熱装置を作動させて、その後に分配手段を切り換えて第３運転に移行してもよい。
以上に説明したように、本発明の給湯機では、水の通過経路をバイパス水路から加熱水路に切り換えるときに、温水利用箇所に低温の水が供給されることが防止される。

加熱装置の加熱能力には、下限値（一般に、最小号数といわれる）がある。すなわち、加熱装置の出力を最小としても、加熱水路内の水の温度は下限値分だけ上昇する。したがって、第２運転から第３運転への移行時に、加熱水路内の水の温度がほとんど低下していない状態で加熱装置を作動させると、加熱水路内の水の温度が必要以上に高くなることがある。
したがって、上述した給湯機は、制御装置が、第２運転から第３運転への移行時において、分配手段を切り換えた後に、加熱水路内の水の温度が所定温度だけ低下したときに、加熱装置を作動させて第３運転を開始することが好ましい。
このような構成によると、加熱水路内の水の温度が必要以上に高くなることを防止できる。

上述した給湯機は、制御装置が、第３運転において、加熱水路内の水の温度の低下速度に対応させて、加熱装置の出力を上昇させることが好ましい。
このような構成によれば、第３運転中に第２供給水路を流れる水の温度を略一定に維持することができる。温水利用箇所に安定した温度の温水を供給することができる。

上述した給湯機は、第１供給水路の上流端が水道水供給源に接続されており、循環ポンプによって蓄熱タンクから水を導入するとともに導入した水を蓄熱タンクに戻す循環水路と、循環水路内の水と第１供給水路内の水との間で熱交換させて第１供給水路内の水を加熱する熱交換器をさらに備えている構成とすることができる。すなわち、この給湯機は、蓄熱タンク内の温水の熱により水道水を加熱し、加熱した水道水を供給するタイプの給湯機である。この場合、制御装置が、第３運転において、蓄熱タンクの蓄熱量の低下による加熱水路内の水の温度低下が生じるより前に、循環ポンプの送出量を低下させて加熱水路内の水の温度を低下させることが好ましい。
このように、第３運転において、蓄熱タンクの蓄熱量の低下による加熱水路内の水の温度低下が生じるより前に加熱水路内の水の温度を低下させる制御を行うことで、加熱水路内の水の温度低下速度を意図した速度に調整することができる。したがって、上述した第２供給水路を流れる水の温度を一定に維持する制御が容易となる。

本発明の給湯機によれば、蓄熱タンクの蓄熱量の低下により水の通過経路を切り換えるときに、温水利用箇所に供給する水の温度が急激に低下することがない。温水利用箇所で快適に温水を利用することができる。

下記に詳細に説明する実施例の構成を最初に列記する。
（特徴１）蓄熱タンクに蓄熱量がある場合には、第１供給水路には、温水利用箇所へ供給する温水の設定温度（目標温度）より高い温度の水が供給される。
（特徴２）第２運転において、制御装置は、第１供給水路からバイパス水路への流量が、第１供給水路から加熱水路への流量より多くなるように、分配手段の開度を調整する。
（特徴３）第２運転において、制御装置は、第２供給水路に供給される水の温度が上記設定温度以上となるように、分配手段の開度を調整する。
（特徴４）第２運転において、制御装置は、第１供給水路内の水が上記設定温度より高い温度にある間に、分配手段によって加熱水路を開状態とするとともにバイパス水路を閉状態として第２運転を終了する。そして、加熱水路内の水の温度が、第２運転終了時の温度より低く、かつ、上記設定温度より高い所定温度まで低下したときに、加熱装置を作動させて第３運転を開始する。

本発明の実施例に係る給湯機について、図面を参照しながら説明する。図１は、給湯機１０の概略構成を示す接続図である。給湯機１０は、温水利用箇所１００（例えば、蛇口、浴槽、シャワー等）に温水を供給する。
図示するように、給湯機１０は、ヒートポンプ５０と、タンク水系統２０と、給湯系統８０を備えている。ヒートポンプ５０は、外気を利用して高温を生成する熱源である。タンク水系統２０は、蓄熱タンク２２と、蓄熱タンク２２に接続されている各水路により構成されている。タンク水系統２０は、ヒートポンプ５０から熱を回収して蓄熱タンク２２に蓄熱するとともに、蓄熱タンク２２が蓄熱している熱を給湯系統８０に供給する。給湯系統８０は、水道水供給源１０５と温水利用箇所１００に接続されている。給湯系統８０は、タンク水系統２０により供給される熱を利用して水道水を加熱し、加熱した水を温水利用箇所１００に供給する。また、給湯機１０は、制御装置６０を備えている。制御装置６０は、給湯機１０の各部の動作を制御する。

ヒートポンプ５０は、熱媒体（本実施例では二酸化炭素）を循環させる熱媒体循環路５１と、熱媒体循環路５１に配設されている第１熱交換器（蒸発器）５２、圧縮器５３、第２熱交換器（凝縮器）５４、膨張弁５５を備えている。圧縮器５３が熱媒体循環路５１内の熱媒体を送り出すので、熱媒体が、第１熱交換器５２、圧縮器５３、第２熱交換器５４、膨張弁５５の順に熱媒体循環路５１内を循環する。

第１熱交換器５２は、外気を送風するファンを備えており、送風した外気と熱媒体循環路５１内の熱媒体との間で熱交換させる熱交換器である。後に説明するように、第１熱交換器５２には、膨張弁５５を通過後の低圧低温の液体状態にある熱媒体が供給される。第１熱交換器５２は、熱媒体と外気とを熱交換させることによって、熱媒体を加熱する。熱媒体は、加熱されることにより気化して、比較的高温であり、低圧の気体状態となる。

圧縮器５３は、熱媒体循環路５１内の熱媒体を圧縮して第２熱交換器５４側に送り出す。圧縮器５３には、第１熱交換器５２を通過後の熱媒体が供給される。すなわち、比較的高温であり、低圧の気体状態にある熱媒体が供給される。圧縮器５３が熱媒体を圧縮すると、熱媒体は高温高圧の気体状態となる。

第２熱交換器５４は、熱媒体循環路５１内の熱媒体と後述する蓄熱循環水路３０内の水との間で熱交換させる熱交換器である。第２熱交換器５４の熱媒体循環路５１には、圧縮器５３から送り出された熱媒体が供給される。すなわち、高温高圧の気体状態にある熱媒体が供給される。第２熱交換器５４では、熱媒体によって蓄熱循環水路３０内の水が加熱される。また、熱媒体は、熱を奪われることによって冷却される。これによって、熱媒体は、比較的低温であり、高圧の液体状態となる。

膨張弁５５には、第２熱交換器５４を通過後の熱媒体が供給される。すなわち、比較的低温であり、高圧の液体状態の熱媒体が供給される。熱媒体は、膨張弁５５を通過すると、減圧されて膨張する。これによって、低温低圧の液体状態となる。膨張弁５５を通過した熱媒体は、上述したように第１熱交換器５２に供給される。

以上のように、ヒートポンプ５０が作動すると、熱媒体循環路５１内を熱媒体が循環し、第２熱交換器５４によって蓄熱循環水路３０内の水が加熱される。

タンク水系統２０は、蓄熱タンク２２と、蓄熱循環水路３０と、熱供給循環水路３５と、シスターン４０を備えている。

蓄熱循環水路３０は、上流端が蓄熱タンク２２の下部に接続されており、下流端が蓄熱タンク２２の上部に接続されている。蓄熱循環水路３０には、循環ポンプ３２が介装されている。循環ポンプ３２は、蓄熱循環水路３０内の水を上流側から下流側へ送り出す。また、上述したように、蓄熱循環水路３０は、ヒートポンプ５０の第２熱交換器５４を通過している。ヒートポンプ５０を作動させると、蓄熱循環水路３０内の水が第２熱交換器５４で加熱される。したがって、循環ポンプ３２とヒートポンプ５０を作動させると、蓄熱タンク２２の下部の水が第２熱交換器５４に送られて加熱され、加熱された水が蓄熱タンク２２の上部に戻される。すなわち、蓄熱循環水路３０は、蓄熱タンク２２内に蓄熱するための水路である。

熱供給循環水路３５は、上流端が蓄熱タンク２２の上部に接続されており、下流端が蓄熱タンク２２の下部に接続されている。熱供給循環水路３５には、循環ポンプ３６が介装されている。循環ポンプ３６は、熱供給循環水路３５内の水を上流側から下流側へ送り出す。また、熱供給循環水路３５は、第３熱交換器９２を通過している。第３熱交換器９２は、熱供給循環水路３５内の水と給湯系統８０の第１供給水路８２（後に詳述する）内の水の間で熱交換させる熱交換器である。通常は、熱供給循環水路３５内を流れる水は高温である。したがって、第３熱交換器９２では、第１供給水路８２内の水が加熱されるとともに、熱供給循環水路３５内の水が冷却される。循環ポンプ３６を作動させると、蓄熱タンク２２の上部の水が第３熱交換器９２に送られて冷却され、冷却された水が蓄熱タンク２２の下部に戻される。すなわち、熱供給循環水路３５は、給湯系統８０に熱を供給するための水路である。

蓄熱タンク２２内には、満水まで水が貯留されている。上述したように、蓄熱循環水路３０は加熱された水を蓄熱タンク２２の上部に供給し、熱供給循環水路３５は冷却された水を蓄熱タンク２２の下部に供給する。したがって、蓄熱タンク２２内には、その上部に高温の水の層が形成され、その下部に低温の水の層が形成される。このように、高温の層と低温の層が形成されている状態を、温度成層という。また、以下では、高温の層と低温の層の境界部を温度成層境界部という。蓄熱循環水路３０により蓄熱が行われると、蓄熱タンク２２内の高温の水の量が増えるので、温度成層境界部の位置が下降する。熱供給循環水路３５により熱供給（放熱）が行われると、蓄熱タンク２２内の低温の水の量が増えるので、温度成層境界部の位置が上昇する。
蓄熱タンク２２には、サーミスタ２３〜２６が取り付けられている。サーミスタ２３〜２６は、蓄熱タンク２２内の水の温度を測定する。図１に示すように、サーミスタ２３〜２６は、蓄熱タンク２２の高さ方向に略均等間隔で取り付けられている。各サーミスタ２３〜２６は、その取付位置の水の温度を測定する。温度成層境界部の位置は、サーミスタ２３〜２６の検出値により特定できる。

シスターン４０は、蓄熱タンク２２の上方に設置されている。シスターン４０は、その上部が開放されている。シスターン４０は、給水路４４により水道水供給源１０５に接続されている。シスターン４０内には、水が貯留されている。シスターン４０は、シスターン水路４２によって蓄熱タンク２２に接続されている。これによって、蓄熱タンク２２と水道水供給源１０５との縁切りを行いながら、蓄熱タンク２２内及び熱供給循環水路３５内の水を補給する。

給湯系統８０は、第１供給水路８２、加熱水路８４、バイパス水路８６、第２供給水路８８、水道水導入水路８９、バーナ加熱装置９０、及び、分配弁９４、９６を備えている。

第１供給水路８２は、上流端が水道水供給源１０５に接続されている。第１供給水路８２には水道水が供給される。
第１供給水路８２には、分配弁９６が介装されている。分配弁９６には、水道水導入水路８９の上流端が接続されている。分配弁９６は、第３熱交換器９２側へ流れる水の流量と、水道水導入水路８９に流れる水の流量を調整することができる。
第１供給水路８２の分配弁９６より下流側は、第３熱交換器９２を通過している。第３熱交換器９２により、第１供給水路８２内の水は、熱供給循環水路３５内の水と熱交換して加熱される。
第１供給水路８２の下流端は、分配弁９４に接続されている。また、分配弁９４には、加熱水路８４の上流端と、バイパス水路８６の上流端が接続されている。分配弁９４は、第１供給水路８２から加熱水路８４に流れる水の流量と、第１供給水路８２からバイパス水路８６に流れる水の流量を調整することができる。

加熱水路８４は、その上流端が分配弁９４に接続されており、その下流端が合流部８５でバイパス水路８６の下流端と第２供給水路８８の上流端に接続されている。加熱水路８４には、バーナ加熱装置９０が介装されている。バーナ加熱装置９０は、バーナ９０ａとバーナ熱交換器９０ｂを備えている。バーナ熱交換器９０ｂは、加熱水路８４の一部である。バーナ９０ａを点火することで、バーナ熱交換器９０ｂ内（すなわち、加熱水路８４内）の水を加熱することができる。

バイパス水路８６は、その上流端が分配弁９４に接続されており、その下流端が合流部８５で加熱水路８４の下流端と合流して第２供給水路８８の上流端に接続されている。

第２供給水路８８の上流端は、合流部８５で加熱水路８４の下流端とバイパス水路８６の下流端に接続されている。第２供給水路８８の途中には、水道水導入水路８９の下流端が接続されている。第２供給水路８８の下流端は、温水利用箇所１００に接続されている。水道水導入水路８９の接続部より下流側の第２供給水路８８には、サーミスタ８８ａが設置されている。サーミスタ８８ａは、その位置の第２供給水路８８内の水の温度（すなわち、温水利用箇所１００に供給される水の温度）を測定する。

次に、温水利用箇所１００に温水を供給するときの各部の動作について説明する。なお、本実施例では、温水利用箇所１００に供給する水の設定温度Ｔａは約４２℃に設定されている。
蓄熱タンク２２の蓄熱量（すなわち、蓄熱タンク２２内の高温の水の水量）が十分である場合には、制御装置６０は第１運転を実行する。第１運転では、以下のように各部が制御される。
・循環ポンプ３６：温度Ｔ１（後述する）を一定に保つように回転数を制御して作動
・分配弁９６：第１供給水路８２の下流側への経路の開度を大
水道水導入水路８９への経路の開度を小
・分配弁９４：バイパス水路８６への経路を全開
加熱水路８４への経路を全閉
・バーナ加熱装置９０：停止

図２は、給湯時における給湯系統８０内の各部の水の温度の変化を示すタイムチャートである。上記の第１運転を実施している期間は、図２においては、タイミングｔ１より前の期間Ｐ１に相当する。なお、図２の温度Ｔ１は、第３熱交換器９２より下流側の第１供給水路８２内の水の温度を示している。温度Ｔ２は、バーナ加熱装置９０より上流側の加熱水路８４内の水の温度を示している。温度Ｔ３は、水道水導入水路８９との合流点より上流側の第２供給水路８８内の水の温度を示している。温度Ｔ４は、水道水導入水路８９との合流点より下流側の第２供給水路８８内の水の温度（サーミスタ８８ａの検出温度）を示している。記号Ｙに示す値は、分配弁９４の開度を示している。開度Ｙは、加熱水路８４側の開度を示している。分配弁９４のバイパス水路８６側の開度は、１００％から開度Ｙの値を減算した値となる。記号Ｗに示す値は、バーナ加熱装置９０の出力を示している。

第１運転では、温度Ｔ１を一定に維持するように、循環ポンプ３６が制御される。例えば、水道水供給源１０５からの水道水の流量と温度が一定の場合には、循環ポンプ３６が略一定の回転数で作動されて、熱供給循環水路３５内を一定の流量で水が循環する。また、蓄熱タンク２２内の高温の水の層の温度は略均一（本実施例では、約５５℃）であるので、熱供給循環水路３５を介して第３熱交換器９２に略一定の温度（約５５℃）の水が流れ込む。したがって、第３熱交換器９２に供給される熱量は略一定となる。
給湯系統８０では、水道水供給源１０５から第１供給水路８２に水道水が流入する。上記のように分配弁９６の開度が調整されているので、分配弁９６に到達した水の一部が水道水導入水路８９に流れ、残りの大部分の水が第３熱交換器９２側へ流れる。第１運転中に分配弁９６の開度は変更されないので、これらの水量は第１運転中にはほとんど変動しない。したがって、第３熱交換器９２を通過する水の流量（第１供給水路８２内の流量）は一定となる。上記のように、第３熱交換器９２に供給される熱量は略一定であるので、第３熱交換器９２通過後の第１供給水路８２内の水の温度Ｔ１は、図２に示すように、温度Ｔｂで略一定となる。なお、温度Ｔｂは、設定温度Ｔａより高い温度（本実施例では、約４７℃）である。以下では、温度Ｔｂを制御温度という場合がある。
また、水道水供給源１０５からの水道水の流量や温度が変動する場合には、それに応じて循環ポンプ３６の回転数が変更され、第３熱交換器９２に供給される熱量が調整される。したがって、この場合にも、温度Ｔ１が制御温度Ｔｂに維持される。
また、第１運転では、分配弁９４が、加熱水路８４を全閉し、バイパス水路８６を全開しているので、第１供給水路８２を下流端まで流れた水はバイパス水路８６を通って第２供給水路８８に流入する。したがって、第２供給水路８８内の水の温度Ｔ３は温度Ｔ１（すなわち、制御温度Ｔｂ）と略等しくなる。また、第２供給水路８８には、水道水導入水路８９から少量の水道水（冷水）が導入される。したがって、その合流部より下流側の水の温度Ｔ４は、温度Ｔ３より５℃低い約４２℃となる。したがって、温水利用箇所１００には、設定温度Ｔａと略等しい約４２℃の温水が供給される。
一方、第１運転中には、加熱水路８４内に水が流れない。すなわち、加熱水路８４内には、長時間、水がとどまっている。このため、加熱水路８４内の水の温度Ｔ２は、約１７℃となっている。

第１運転を継続すると、蓄熱タンク２２の蓄熱量が減少する。すなわち、蓄熱タンク２２内の高温の水の量が減少し、温度成層境界部の位置が徐々に上昇していく。蓄熱タンク２２の蓄熱量（すなわち、高温の水の量）は、蓄熱運転（すなわち、ヒートポンプ５０と循環ポンプ３２を作動させる運転）により補給することができる。しかしながら、温水利用箇所１００への温水の供給量が多い場合には、蓄熱運転を実行しても蓄熱量が減少してしまう。

制御装置６０は、第１運転中において、蓄熱タンク２２の蓄熱量が基準値（現時点においては温度Ｔ１を制御温度Ｔｂに維持できるが、その後短時間で温度Ｔ１を制御温度Ｔｂに維持できなくなる蓄熱量）より高いか否かを監視する。制御装置６０は、サーミスタ２３の検出温度が、基準温度（本実施例では、５０℃）より高いか否かにより、蓄熱タンク２２の蓄熱量を判断する。サーミスタ２３の検出温度が５０℃まで低下していることは、温度成層境界部の位置がサーミスタ２３の位置まで上昇したことを意味する。すなわち、蓄熱タンク２２内の高温の水が、サーミスタ２３より上側の容積分しか残っていないことを意味する。この場合、その後短時間で高温の水が無くなる（以下では、高温の水が無くなることを湯切れという場合がある）。蓄熱タンク２２が湯切れすると、第３熱交換器９２に十分な熱量を供給できなくなるので、温度Ｔ１を制御温度Ｔｂに維持できなくなる。

制御装置６０は、サーミスタ２３の検出温度が基準温度以下となると、図３のフローチャートに示す運転を実行する。なお、制御装置６０は、サーミスタ２３の検出温度が基準温度以下となったタイミングからの時間をカウントし、カウントした時間に応じて図３の各ステップを実行する。

サーミスタ２３の検出温度が基準温度以下となると、制御装置６０は、循環ポンプ３６の回転数を上昇させる（ステップＳ２）。これによって、熱供給循環水路３５を流れる水の流量が上昇し、第３熱交換器９２に単位時間あたりに供給される熱量が多くなる。図２のタイミングｔ１は、サーミスタ２３の検出温度が基準温度以下となったタイミング（すなわち、循環ポンプ３６の回転数を上昇させたタイミング）を示している。図２のタイミングｔ１以降に示すように、循環ポンプ３６の回転数を上昇させると、第３熱交換器９２を通過後の第１供給水路８２内の水の温度Ｔ１が、制御温度Ｔｂより若干高くなる。
また、このときの運転状態においては、第１供給水路８２内の水の温度Ｔ１と第２供給水路８８内の水の温度Ｔ３は略等しくなるので、温度Ｔ３も若干上昇する。また、温度Ｔ４も、温度Ｔ３の温度上昇に応じて若干上昇する。

ステップＳ４では、制御装置６０は、分配弁９４の開度Ｙを変更する。図２のタイミングｔ２に示すように、制御装置６０は、開度Ｙが１０％となるまで開度Ｙを徐々に大きくし、その後は開度Ｙを１０％に維持する。このように分配弁９４の開度Ｙを変更することで、バイパス水路８６と加熱水路８４の双方に水が流れる（第２運転）。より詳細には、第１供給水路８２の下流端に到達した水（加熱後の水）の約９０％がバイパス水路８６へ流れ、残りの約１０％が加熱水路８４へ流れる。上述したように、ステップＳ４の開始前においては、加熱水路８４内に低温の水が溜まっている。ステップＳ４を実行すると、加熱水路８４に流入する水（加熱後の水）によって加熱水路８４内の低温の水が押し流される。したがって、図２に示すように、タイミングｔ２後に加熱水路８４内の水の温度Ｔ２が上昇する。また、加熱水路８４内で押し流された低温の水は、図１の合流部８５でバイパス水路８６からの水と混合されて、第２供給水路８８に流入する。バイパス水路８６内を流れる水は、温度Ｔ１と略等しい温度の水である。また、上述したように、バイパス水路８６を流れる水量は加熱水路８４を流れる水量より遥かに多い（約９倍である）。したがって、合流部８５で混合された後の水の温度Ｔ３は、温度Ｔ１より若干低い温度となる。上述したように、ステップＳ２の実行により温度Ｔ１が制御温度Ｔｂより高い温度となっているので、ステップＳ４を実行すると温度Ｔ３が制御温度Ｔｂと略一致する温度となる。また、これに応じて、温度Ｔ４が設定温度Ｔａと略一致する温度となる。
第２運転は、図２の期間Ｐ２の間実行する。温度Ｔ２は加熱水路８４の上流側の温度であるので、温度Ｔ２が制御温度Ｔｂまで上昇したタイミングより少し遅れたタイミングｔｓで、加熱水路８４内の低温の水が全て押し流された状態となる。制御装置６０は、タイミングｔｓで循環ポンプ３６の回転数を元に戻す。これによって、温度Ｔ１が再度制御温度Ｔｂと一致する温度となり、加熱水路８４内の水が排出された後においても、温度Ｔ３、Ｔ４が一定に維持される。

第２運転を一定時間実行した後のタイミングｔ３において、制御装置６０は、ステップＳ６を実行する。ステップＳ６では、制御装置６０は、分配弁９４の開度Ｙを変更する。図２のタイミングｔ３以降に示すように、制御装置６０は、開度Ｙが１００％となるまで開度Ｙを徐々に大きくし、その後は開度Ｙを１００％に維持する。すると、第１供給水路８２の下流端に到達した水の全てが加熱水路８４へ流れ、バイパス水路８６の流量がゼロとなる。なお、ステップＳ６の開始時においては、バイパス水路８６を流れる水の温度と加熱水路８４を流れる水の温度は略等しい。したがって、ステップＳ６の実行後（タイミングｔ３以降）に、温度Ｔ１〜Ｔ４はほとんど変化しない。

開度Ｙを１００％とした後のタイミングｔ４において、制御装置６０は、ステップＳ８を実行する。ステップＳ８では、制御装置６０は、循環ポンプ３６の回転数を徐々に低下させ、最終的に循環ポンプ３６を停止させる。制御装置６０は、図２のタイミングｔ４から徐々に循環ポンプ３６の回転数を低下させ、タイミングｔ７で循環ポンプ３６を停止させる。循環ポンプ３６の回転数を徐々に低下させているタイミングｔ４以降の期間では、熱供給循環水路３５を流れる水量が徐々に低下し、第３熱交換器９２に単位時間あたりに供給される熱量が徐々に少なくなる。したがって、図２に示すように、第３熱交換器９２を通過後の第１供給水路８２内の水の温度Ｔ１が徐々に低下する。そして、循環ポンプ３６を停止させるタイミングｔ７において、温度Ｔ１が水道水の温度（約１７℃）と等しくなる。また、タイミングｔ４〜ｔ７の間の期間においては、温度Ｔ１と温度Ｔ２は略等しくなるので、温度Ｔ２も温度Ｔ１と同様に低下する。
なお、ステップＳ８の実行期間（タイミングｔ４〜ｔ７の間の期間）は、蓄熱タンク２２が湯切れするタイミングより早いタイミングに設定されている。したがって、ステップＳ８の開始前や実行中に、蓄熱タンク２２の湯切れによる温度Ｔ１の低下が生じることがない。このように、蓄熱タンク２２の湯切れが生じる前に、制御装置６０が温度Ｔ１を低下させる制御を行うので、温度Ｔ１の低下速度を意図した速度に制御することができる。

図３に示すように、制御装置６０は、ステップＳ８と並行して、ステップＳ１０、Ｓ１２を実行する。
ステップＳ１０では、制御装置６０が、タイミングｔ５においてバーナ加熱装置９０を作動させる。タイミングｔ５以降の期間Ｐ３においては、バーナ加熱装置９０によって加熱水路８４内の水を加熱する第３運転が実行される。ステップＳ１０のバーナ加熱装置９０の作動は、最低出力で行われる。また、バーナ加熱装置９０の作動は、温度Ｔ１（すなわち、温度Ｔ２）が制御温度Ｔｂより低くかつ設定温度Ｔａより高いタイミング（図２のタイミングｔ５）に開始される。バーナ加熱装置９０を最低出力で作動させると、加熱水路８４内を流れる水が最小号数分の加熱を受けて温度上昇する。したがって、タイミングｔ５以降に、温度Ｔ３（バーナ加熱装置９０で加熱後の水の温度）が上昇する。このとき、温度Ｔ１が制御温度Ｔｂより低い温度となっているので、加熱後の水の温度Ｔ３が必要以上に高くなることが防止される。

バーナ加熱装置９０を最低出力で所定時間作動させると、温度Ｔ１の低下に伴って温度Ｔ３も低下し始める。制御装置６０は、温度Ｔ１が設定温度Ｔａと略一致する温度まで低下したタイミングｔ６に、バーナ加熱装置９０の出力Ｗの制御を開始する（ステップＳ１２）。ステップＳ１２では、制御装置６０は、サーミスタ８８ａで測定される温度Ｔ４が設定温度Ｔａと一致するように、バーナ加熱装置９０の出力Ｗを制御する。すなわち、タイミングｔ６以降に、温度Ｔ１の低下速度に合わせてバーナ加熱装置９０の出力Ｗが上昇される。これによって、温度Ｔ３が制御温度Ｔｂに維持され、温度Ｔ４が設定温度Ｔａに維持される。タイミングｔ７で温度Ｔ１が水道水温度まで低下した以降は温度Ｔ１が略一定となるので、バーナ加熱装置９０の出力Ｗも一定に維持される。

タイミングｔ７後一定時間が経過したタイミングｔ８において、制御装置６０は、分配弁９６の開度を変更する（ステップＳ１４）。このとき、水道水導入水路８９の水の流量が増大し、第１供給水路８２の下流側への水の流量（すなわち、加熱水路８４の水の流量）が減少するように開度を変更する。すると、加熱水路８４内の水の流量が減少することにより、加熱水路８４を通過した後の水の温度Ｔ３が約６０℃まで上昇する。このように、加熱水路８４内を流れる水を高温まで加熱することで、バーナ熱交換器９０ｂの周囲に結露水が付着することを防止することができる。なお、加熱水路８４を通過した約６０℃の水は、水道水導入水路８９から導入される多量の水道水と混合される。これによって、温水利用箇所１００に供給される水の温度Ｔ４は、設定温度Ｔａからほとんど変動しない。
ステップＳ１４以降は、水道水をバーナ加熱装置９０により加熱して温水利用箇所１００に供給する運転が継続される。したがって、温水利用箇所１００に設定温度Ｔａと略等しい温度の水が供給される。

以上に説明したように、本実施例の給湯機１０は、蓄熱タンク２２の蓄熱量が十分高い間は、加熱水路８４を閉状態とし、バイパス水路８６を開状態とし、加熱装置を停止状態とする第１運転を実行する。また、蓄熱タンク２２の蓄熱量が少なくなったときには、温度Ｔ１を制御温度Ｔｂに維持可能な間に、加熱水路８４を一部開状態として、加熱水路８４とバイパス水路８６の双方に水を流す第２運転を実行する。これによって、第２運転の開始時に加熱水路８４内に存在している低温の水を、加熱水路８４から排出する。このように低温の水を排出するときには、低温の水がバイパス水路８６を通過した制御温度Ｔｂの多量の水と合流部８５で混合されるので、低温の水が温水利用箇所１００にそのまま供給されることがない。給湯機１０は、低温の水の全てが排出されたタイミングｔｓ以降に、バイパス水路８６を閉状態とし、加熱水路８４のみが開状態でバーナ加熱装置９０を作動状態とする第３運転を実行する。これによって、蓄熱タンク２２の蓄熱を利用しない状態においても、設定温度の水が温水利用箇所１００に供給される。このように、本実施例の給湯機１０では、蓄熱タンク２２の蓄熱を利用する加熱運転（第１運転）からバーナ加熱装置９０による加熱運転（第３運転）に切り換えるときに、温水利用箇所１００に低温の水が供給されることがない。温水利用箇所１００で快適に温水を利用することができる。

また、上述した給湯機１０は、加熱水路８４内の水の温度Ｔ２が所定温度低下したタイミングｔ５にバーナ加熱装置９０を作動させる。したがって、バーナ加熱装置９０によって不必要に高い温度まで水が加熱されることがない。

また、上述した給湯機１０は、タイミングｔ６以降に、温度Ｔ４が一定となるようにバーナ加熱装置９０の出力Ｗを制御する。すなわち、加熱水路８４内の水の温度Ｔ２の低下速度に対応させて、バーナ加熱装置９０の出力Ｗを上昇させる。したがって、バーナ加熱装置９０で加熱後の水の温度Ｔ４が略一定となる。

また、上述した給湯機１０は、蓄熱タンク２２の湯切れによる加熱水路８４内の水の温度Ｔ２の低下が生じるより前に、循環ポンプ３６の回転数を低下させる。これによって、温度Ｔ２を低下させる。したがって、温度Ｔ２の低下速度を意図した速度に制御することができる。このため、温度Ｔ４を設定温度Ｔａに維持するバーナ加熱装置９０の出力制御が容易となる。

なお、図２に示すように、給湯機１０では、温度Ｔ３が常に設定温度Ｔａより高い温度に維持される。したがって、分配弁９６の開度を調節して、水道水導入水路８９から第２供給水路８８に流入させる水道水の流量を調整することによって、温水利用箇所１００に供給される水の温度Ｔ４を設定温度Ｔａに制御することもできる。例えば、水道水導入路８９に流量調整弁を設け、温度Ｔ４が一定となるように流量調整弁の開度を制御してもよい。このようにして第２供給水路８８に流入する水道水の流量を調整することで、温度Ｔ４をより正確に設定温度Ｔａに一致させることができる。また、このようにして第２供給水路８８に流入する水道水の流量を調整する場合には、バーナ加熱装置９０の出力Ｗや作動タイミングを調整しなくても、温度Ｔ４を設定温度Ｔａに一致させることができる。

（第２実施例）
次に、第２実施例の給湯機１１０について説明する。なお、第２実施例の給湯機１１０の構成部材の多くは、第１実施例の給湯機１０と同じ構成を備えている。したがって、以下の説明においては、第２実施例の給湯機１１０のうちの第１実施例の給湯機１０と同様の機能を有する構成部材については、第１実施例と同じ参照番号を付するとともに、適宜説明を省略する。

図４は、第２実施例の給湯機１１０の概略構成を示している。給湯機１１０は、蓄熱タンク２２内の水を直接第１供給水路８２に供給するタイプの給湯機である。すなわち、給湯機１１０では、蓄熱タンク２２の上部に第１供給水路８２が直接接続されている。また、蓄熱タンク２２の下部に、水道水導入水路３７が接続されている。
温水利用箇所１００に温水を供給するときには、蓄熱タンク２２の上部の水（すなわち、高温の水）が第１供給水路８２に供給される。供給された水は給湯系統８０を介して温水利用箇所１００に供給される。また、蓄熱タンク２２から第１供給水路８２に温水を供給するのと同時に、水道水導入水路３７から蓄熱タンク２２の下部に水道水が導入される。したがって、蓄熱タンク２２から第１供給水路８２に温水が供給されると、蓄熱タンク２２内の温度成層境界部の位置が上昇する。

また、第２実施例の給湯機１１０では、第１供給水路８２に、水道水導入水路９８が接続されている。第１供給水路８２と水道水導入水路９８との接続部には、分配弁９７が介装されている。分配弁９７は、水道水導入水路９８から第１供給水路８２に流れる水の流量を調整する。

また、第２実施例の給湯機１１０では、水道水導入水路８９と第２供給水路８８との接続部に分配弁９６が介装されている。分配弁９６は、水道水導入水路８９から第２供給水路８８に流れる水の流量を調整する。

次に、給湯機１１０により温水利用箇所１００に温水を供給するときの動作について説明する。
蓄熱タンク２２の蓄熱量が十分である場合には、制御装置６０は第１運転を実行する。第１運転では、以下のように各部が制御される。
・分配弁９７：第１供給水路８２の上流側からの経路を所定開度で開く
水道水導入水路９８からの経路を所定開度で開く
・分配弁９４：バイパス水路８６への経路を全開
加熱水路８４への経路を全閉
・分配弁９６：第２供給水路８８の上流側からの経路の開度を大
水道水導入水路８９からの経路の開度を小
・バーナ加熱装置９０：停止

第１運転では、分配弁９７が第１供給水路８２の上流側からの経路と水道水導入水路９８からの経路の双方を所定開度で開く。したがって、蓄熱タンク２２の上部の高温の水（本実施例では約９０℃）が第１供給水路８２に流入するとともに、分配弁９７で水道水導入水路９８から第１供給水路８２に水道水が流入する。このため、分配弁９７で、蓄熱タンク２２からの高温の水と水道水が混合される。分配弁９７の開度は、混合された水の温度が約５５℃となるように調整されている。したがって、分配弁９７の下流側には、約５５℃の水が流れる（すなわち、本実施例では、制御温度Ｔｂが約５５℃である）。分配弁９７で混合された水は、バイパス水路８６を介して第２供給水路８８に流入する。第２供給水路８８に流入した水は、分配弁９６で水道水と混合される。これによって、温水利用箇所１００に供給される水の温度Ｔ４が設定温度Ｔａに調整される。図５は、給湯時における給湯系統８０内の各部の水の温度の変化を示すタイムチャートである。図５の各タイミングは、図２の各タイミングに対応している。図５の期間Ｐ１（第１運転を実行している期間）に示すように、第１運転では、温度Ｔ１〜Ｔ４が略一定となる。

第１運転の実行中にサーミスタ２３で基準温度以下の温度が検出されたら、制御装置６０は、第１実施例の給湯機１０と同様の処理を行う。
サーミスタ２３で基準温度以下の温度を検出したタイミングｔ１では、制御装置６０は、分配弁９４の開度Ｙを１０％まで上昇させる。これによって、期間Ｐ２の間に加熱水路８４内の低温の水が第２供給水路８８に排出される。排出された低温の水はバイパス水路８６を通過した水と混合されるので、温度Ｔ３は制御温度からそれほど低下しない。
加熱水路８４内の低温の水の全てを排出したタイミングｔｓ以降のタイミングｔ３に、制御装置６０は分配弁９４の開度Ｙを１００％まで上昇させる。すなわち、バイパス水路８６を全閉とし、加熱水路８４を全開とする。
タイミングｔ４では、制御装置６０は、分配弁９７の開度（水道水導入水路９８から第１供給水路８２の下流側への経路の開度）を徐々に上昇させて、第１供給水路８２内に水道水を導入する（これによって、蓄熱タンク２２から第１供給水路８２に流入する水の流量は低下する）。これによって、温度Ｔ１（及び温度Ｔ２）が徐々に低下する。制御装置６０は、分配弁９７の開度を徐々に大きくして、タイミングｔ７で１００％（すなわち、水道水導入水路９８から第１供給水路８２の下流側への経路が全開となり、第１供給水路８２の上流側から下流側への経路が全閉となる状態）とする。したがって、タイミングｔ７以降は、第１供給水路８２に水道水が導入される。
制御装置６０は、タイミングｔ５でバーナ加熱装置９０を最低出力で作動させ、タイミングｔ６以降は温度Ｔ４が一定となるようにバーナ加熱装置９０の出力Ｗを制御する。これによって、温度Ｔ４が設定温度Ｔａと略一致する温度に維持される。また、タイミングｔ８で分配弁９６の開度を制御して、バーナ加熱装置９０内に結露水が発生することを防止する。

以上に説明したように、第２実施例の給湯機１１０でも、第１運転中に加熱水路８４内にとどまっている低温の水が、そのまま温水利用箇所１００に供給されることが防止される。
また、第２実施例の給湯機１１０では、蓄熱タンク２２の湯切れによる温度Ｔ２の低下が生じる前に、水道水導入水路９８から第１供給水路８２内に水道水を導入して温度Ｔ２を低下させる。したがって、温度Ｔ２の低下速度を意図した速度に制御することができる。このため、温度Ｔ４を設定温度Ｔａに維持するバーナ加熱装置９０の出力制御が容易となる。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例をさまざまに変形、変更したものが含まれる。
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

給湯機１０の接続図。給湯時における給湯機１０内の各部の水の温度の変化を示すタイムチャート。蓄熱タンク２２の蓄熱量が低下したときに制御装置６０が実行するフローチャート。給湯機１１０の接続図。給湯時における給湯機１１０内の各部の水の温度の変化を示すタイムチャート。

符号の説明

１０：給湯機
２０：タンク水系統
２２：蓄熱タンク
３０：蓄熱循環水路
３２：循環ポンプ
３５：熱供給循環水路
３６：循環ポンプ
４０：シスターン
５０：ヒートポンプ
５１：熱媒体循環路
５２：第１熱交換器
５３：圧縮器
５４：第２熱交換器
５５：膨張弁
６０：制御装置
８０：給湯系統
８２：第１供給水路
８４：加熱水路
８６：バイパス水路
８８：第２供給水路
８９：水道水導入水路
９０：バーナ加熱装置
９２：第３熱交換器
９４：分配弁
９６：分配弁
１００：温水利用箇所

Claims

温水利用箇所に温水を供給する給湯機であり、
外部の熱源により加熱された水を貯留する蓄熱タンクと、
蓄熱タンクの蓄熱量が基準値より高いか否かを検出する蓄熱量検出手段と、
蓄熱タンク内の水と熱交換されて加熱された水、または、蓄熱タンク内の水を下流側の加熱水路に供給する第１供給水路と、
加熱水路内の水を加熱する加熱装置と、
第１供給水路の下流端に加熱水路と並列に接続されているバイパス水路と、
加熱水路とバイパス水路の合流部に接続されており、下流端が温水利用箇所に接続されている第２供給水路と、
加熱水路とバイパス水路を開閉する分配手段と、
加熱装置と分配手段を制御する制御装置、
を備えており、
その制御装置が、
蓄熱タンクの蓄熱量が基準値より高い間は、分配手段によって加熱水路を閉状態とするとともにバイパス水路を開状態とし、加熱装置を停止状態とする第１運転を実行し、
蓄熱タンクの蓄熱量が基準値以下となったときに、分配手段によって加熱水路とバイパス水路の双方を開状態とする第２運転を実行し、
第２運転の開始時に加熱水路内に存在している水が、第２運転によって第２供給水路に排出されたタイミング以降に、分配手段によって加熱水路を開状態とするとともにバイパス水路を閉状態とし、加熱装置を作動状態とする第３運転を実行する、
ことを特徴とする給湯機。
制御装置が、第２運転から第３運転への移行時において、分配手段を切り換えた後に、加熱水路内の水の温度が所定温度だけ低下したときに、加熱装置を作動させて第３運転を開始することを特徴とする請求項１に記載の給湯機。
制御装置が、第３運転において、加熱水路内の水の温度の低下速度に対応させて、加熱装置の出力を上昇させることを特徴とする請求項１または２に記載の給湯機。
第１供給水路の上流端が水道水供給源に接続されており、
循環ポンプによって蓄熱タンクから水を導入するとともに導入した水を蓄熱タンクに戻す循環水路と、循環水路内の水と第１供給水路内の水との間で熱交換させて第１供給水路内の水を加熱する熱交換器をさらに備えており、
制御装置が、第３運転において、蓄熱タンクの蓄熱量の低下による加熱水路内の水の温度低下が生じるより前に、循環ポンプの送出量を低下させて加熱水路内の水の温度を低下させることを特徴とする請求項３に記載の給湯機。