JP5358883B2 - 給湯装置 - Google Patents

Description

本発明は、貯湯タンクを備える給湯装置に関するものである。

特許文献１には、貯湯タンクを備えたヒートポンプ給湯装置が開示されている。このヒートポンプ給湯装置は、貯湯タンクの温水をヒートポンプユニットにより加熱する加熱循環回路と、暖房用の熱交換器循環回路と、熱交換器循環回路に設けられた分配比率調整手段とを有している。分配比率調整手段は、貯湯タンク下部の温度が４０℃以上である場合には、熱交換器を通過した温水を貯湯タンクに戻さずにヒートポンプユニット側に循環させるように制御される。熱交換器を通過した温水の温度は約４０℃であるため、これによりヒートポンプユニットには低温水が優先して供給されるようになる。一般にヒートポンプユニットの成績係数（ＣＯＰ）は給水温度が低いほど高くなるため、上記構成によりヒートポンプユニットのＣＯＰを向上させることができる。
特開２００６−４６８０３号公報

しかしながら、多くのヒートポンプユニットは、給水温度が低下すると温水の沸上げ流量が減少するという特性を有している。したがって上記のヒートポンプ給湯装置では、暖房負荷が高いときには熱交換器に送るべき高温水が不足してしまう場合があるという問題が生じる。

本発明の目的は、高温水が不足するのを防止できる給湯装置を提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために、以下の技術的手段を採用する。

請求項１に記載の発明は、温水を貯える貯湯タンク（１０）と、貯湯タンク（１０）内下部の低温の温水を貯湯タンク（１０）内上部に送る第１の循環回路（３１、３６、６３）と、ウォーターポンプを有し、第１の循環回路（３１、３６、６３）を流れる温水を加熱するヒートポンプユニット（６２）と、貯湯タンク（１０）内上部の高温の温水を貯湯タンク（１０）内下部に送る第２の循環回路（４１、４３、３３）と、第２の循環回路（４１、４３、３３）を流れる温水との熱交換により熱媒体を加熱する熱交換器（４２）と、第１の循環回路（３１、３６、６３）のヒートポンプユニット（６２）より上流側と第２の循環回路（４１、４３、３３）の熱交換器（４２）より下流側とを短絡して接続する短絡配管（３５）と、第２の循環回路（４１、４３、３３）を流れて熱交換器（４２）を通過した温水を貯湯タンク
（１０）内下部に送るか、又は短絡配管（３５）を介して第１の循環回路（３１、３６、６３）に送るかを切り替える切替部（３４）と、ヒートポンプユニット（６２）に供給される温水の給水温度の低下を検知する検知部（７１ｇ）と、高温の温水の不足が予測され、かつ検知部（７１ｇ）がヒートポンプユニット（６２）の給水温度の低下を検知した場合に、第２の循環回路（４１、４３、３３）を流れる温水を第１の循環回路（３１、３６、６３）に送るように切替部（３４）を制御する制御部（７０）とを有し、ヒートポンプユニットは、前記給水温度が高くなるにつれて、沸上げ能力が低下し、かつ沸上げ流量が増加する特性を有することを特徴としている。

これにより、高温の温水の不足が予測され、かつヒートポンプユニット（６２）の給水温度が低い場合には、熱交換器（４２）を通過した温水が短絡配管（３５）を介してヒートポンプユニット（６２）に供給される。熱交換器（４２）を通過した温水は一定以上の温度を有しているため、ヒートポンプユニット（６２）の給水温度を高めることができる。給水温度が高まるほどヒートポンプユニット（６２）の沸上げ流量は多くなるため、高温の温水が不足するのを防止できる。

請求項２に記載の発明は、検知部は、貯湯タンク（１０）内下部の温水温度を検出する温水温度センサ（７１ｇ）であることを特徴としている。

ヒートポンプユニット（６２）には貯湯タンク（１０）内下部の温水が供給されるため、貯湯タンク（１０）内下部の温水温度を検出することによりヒートポンプユニット（６２）の給水温度の低下を検知できる。

請求項３に記載の発明は、貯湯タンク（１０）から流出する温水量とほぼ同量の水を貯湯タンク（１０）内下部に補給する給水配管（１２）をさらに有し、検知部は、貯湯タンク（１０）から流出する温水量を検出する温水量検出部（２５、２６、２７、２０）であることを特徴としている。

貯湯タンク（１０）から温水が流出すると貯湯タンク（１０）内下部には水が補給されるため、貯湯タンク（１０）から流出する温水量を検出することによりヒートポンプユニット（６２）の給水温度の低下を検知できる。

請求項４に記載の発明のように、検知部は、ヒートポンプユニット（６２）の給水温度を検出する給水温度センサ（５４）であってもよい。

請求項５に記載の発明のように、熱媒体は床暖房に用いることができる。この場合、請求項６に記載の発明のように、制御部（７０）は、高温の温水の不足を床暖房の出力に基づいて予測することができる。

請求項７に記載の発明のように、熱媒体は追焚きが行われる浴水に用いることができる。この場合、請求項８に記載の発明のように、制御部（７０）は、高温の温水の不足を追焚きが行われているか否かに基づいて予測することができる。

請求項９に記載の発明は、第２の循環回路（４１、４３、８０）から貯湯タンク（１０）内に温水が導入される導入口（９１）は、貯湯タンク（１０）内から第１の循環回路（８１、８２、６３）に温水が導出される導出口（９０）より高さの高い位置に設けられ、切替部は、第１の循環回路（８１、８２、６３）に設けられるとともに、導出口（９０）側に接続された一方の流入口と、短絡配管（８４）に接続された他方の流入口と、ヒートポンプユニット（６２）側に接続された流出口とを備えた三方弁（８３）を有することを特徴としている。

これにより、貯湯タンク（１０）内下部の温水温度が低下したとしても、ヒートポンプユニット（６２）の給水温度が低下し難くなる。

請求項１０に記載の発明は、第２の循環回路（９４、９５、４３、８０）は、第１の循環回路（８１、８２、９３、９４）のヒートポンプユニット（６２）より下流側と共通の配管（９４）を熱交換器（４２）より上流側に有し、第２の循環回路（９４、９５、４３、８０）には、貯湯タンク（１０）内上部側から貯湯タンク（１０）内下部側に向かう流れを発生させるウォータポンプ（４４）が設けられ、制御部（７０）は、所定流量の温水が熱交換器（４２）に流れるようにウォータポンプ（４４）を制御することを特徴としている。

これにより、ヒートポンプユニット（６２）で加熱された温水を熱交換器（４２）に直接流入させることが可能になる。また、熱交換器（４２）にはウォータポンプ（４４）の制御により所定流量の温水が流れるため、第１の循環回路（８１、８２、９３、９４）と第２の循環回路（９４、９５、４３、８０）との分岐点で両循環回路の温水流量を調節する必要がない。

請求項１１に記載の発明は、第２の循環回路（９４、９５、４３、８０）の共通の配管（９４）より下流側で熱交換器（４２）より上流側に設けられ、共通の配管（９４）側に接続された一方の流入口と、貯湯タンク（１０）内中間部に接続された他方の流入口と、熱交換器（４２）側に接続された流出口とを備えた温度調節弁（１００）と、第２の循環回路（９４、９５、４３、８０）の温度調節弁（１００）の下流側に設けられ、温度調節弁（１００）の流出口から流出する温水の出口温度を検出する出口温度センサとをさらに有し、制御部（７０）は、出口温度に基づいて温度調節弁（１００）を制御することを特徴としている。

これにより、貯湯タンク（１０）内中間部の比較的温度の低い温水をヒートポンプユニット（６２）で加熱された高温の温水と混合することにより熱交換器（４２）で使用できる。

請求項１２に記載の発明は、第１の循環回路（８１、８２、９３、９４）のヒートポンプユニット（６２）より下流側に接続された流入口と、共通の配管（９４）に接続された一方の流出口と、第２の循環回路（９４、９５、４３、８０）の熱交換器（４２）側に接続された他方の流出口とを備え、第１の循環回路（８１、８２、９３、９４）を流れてヒートポンプユニット（６２）を通過した温水を共通の配管（９４）を介して貯湯タンク（１０）内上部に送るか、又は第２の循環回路（９４、９５、４３、８０）に送るかを切り替える切替弁（１０５）をさらに有することを特徴としている。

これにより、ヒートポンプユニット（６２）で加熱された温水を貯湯タンク（１０）内上部に送るか、又は熱交換器（４２）に送るかを切り替えられるので、温水を熱交換器（４２）に送る場合にはヒートポンプユニット（６２）の沸上げ温度を低くすることができる。

ここで、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態記載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）
本発明の第１実施形態における給湯装置について説明する。図１は、本実施形態における給湯装置１の構成を示す模式図である。図１に示すように、給湯装置１は、耐食性に優れた金属（例えばステンレス）製で縦長形状の貯湯タンク１０を有している。貯湯タンク１０の外周には不図示の断熱材が設けられており、これにより貯湯タンク１０内の温水は長時間に亘って保温されるようになっている。貯湯タンク１０の底面には底面導入口１１が設けられている。底面導入口１１には、貯湯タンク１０内に水道水を補給する給水配管１２が接続されている。貯湯タンク１０内の温水は、温度の違いによる水の比重差によって高温の温水ほど上部に貯えられ、低温の温水（又は水）ほど下部に貯えられる。

貯湯タンク１０の外壁面には、複数の水位サーミスタ（温水温度センサ）７１ａ〜７１ｇ（図１では７つのみ示している）が貯湯タンク１０の高さ方向にほぼ等間隔で配置されている。貯湯タンク１０の容量が４６０ｌ（リットル）であるとすると、例えば最も低い高さに設けられている水位サーミスタ７１ｇは、上から４００ｌとなる位置に設けられている。水位サーミスタ７１ａ〜７１ｇは、貯湯タンク１０内の各水位レベルでの温水温度を後述する制御装置７０に出力するようになっている。

貯湯タンク１０の上面には上面導出口１３が設けられている。上面導出口１３には、貯湯タンク１０内上部の高温（例えば９０℃）の温水を外部に供給するための給湯配管１４が接続されている。給湯配管１４は、２つの流入口と１つの流出口とを有する三方弁２３の一方の流入口に接続されている。

貯湯タンク１０の中間部側面には中間部導出口１５が設けられている。中間部導出口１５には、貯湯タンク１０内中間部の中温（例えば４０℃）の温水を外部に供給するための給湯配管１６が接続されている。給湯配管１６は、三方弁２３の他方の流入口に接続されている。三方弁２３は、給湯配管１４を介して貯湯タンク１０内の上部から流入する高温の温水と、給湯配管１６を介して貯湯タンク１０内の中間部から流入する中温の温水との混合比率を調整し、流出口に接続された給湯配管１８に所定温度（例えば５５℃）の温水を流出する。給湯配管１８を介して貯湯タンク１０内の温水が流出すると、流出した温水とほぼ同量の水道水が給水配管１２を介して貯湯タンク１０内の底部に補給されるようになっている。

給湯配管１８は、２つの流入口と１つの流出口とを有する三方弁２４の一方の流入口に接続されている。三方弁２４の他方の流入口には、給水配管１２から分岐した給水配管１７が接続されている。三方弁２４は、給湯配管１８を介して流入する所定温度の温水と、給水配管１７を介して流入する水道水との混合比率を調整し、流出口に接続された給湯配管１９に温水を流出するようになっている。

貯湯タンク１０の底面には、底面導出入口３０が設けられている。底面導出入口３０には配管３１が接続されている。これにより底面導出入口３０は、貯湯タンク１０内下部の低温の温水を配管３１に導出し、又は配管３１から貯湯タンク１０内に温水を導入するようになっている。配管３１は、分岐点３７を介して配管３６に接続されている。配管３６は、１つの流入口と２つの流出口とを有する三方弁６０の流入口に接続されている。三方弁６０の一方の流出口は、ウォータポンプを備えたヒートポンプユニット６２に配管６１を介して接続されている。

ヒートポンプユニット６２は、配管６１を介して流入した温水を高温の冷媒との熱交換によって加熱して沸き上げ、沸き上げた温水を配管６４から流出させるようになっている。ヒートポンプユニット６２は、後述する制御装置７０からの制御信号により作動するとともに、作動状態信号を制御装置７０に出力するようになっている。配管６４は、三方弁６０の他方の流出口に接続された配管６３に合流している。配管６３は、貯湯タンク１０の上面に設けられた上面導入口６５に接続されている。これにより、貯湯タンク１０内の下部から取り出されてヒートポンプユニット６２で加熱された高温の温水は、貯湯タンク１０内の上部に導入されるようになっている。これらの配管３１、３６、６３（及び配管６１、６４）は、通常時のヒートポンプ循環回路（第１の循環回路）を構成している。

貯湯タンク１０の上部側面には、上部導出口４０が設けられている。上部導出口４０には、配管４１が接続されている。これにより上部導出口４０は、貯湯タンク１０内上部から配管４１に高温の温水を導出するようになっている。配管４１は、熱交換器４２の１次側流入口に接続されている。熱交換器４２の１次側流出口には、熱交換器４２を通過した温水が流出する配管４３が接続されている。配管４１の熱交換器４２上流側には、熱交換器４２に流入する温水の入口温度を検出するサーミスタ４５が設けられている。また配管４３の熱交換器４２下流側には、熱交換器４２から流出する温水の出口温度を検出するサーミスタ４６が設けられている。サーミスタ４５、４６は、後述する制御装置７０に検出信号を出力するようになっている。

熱交換器４２の２次側には、内部を熱媒体が循環する配管５０が接続されている。熱交換器４２では、１次側の温水との熱交換により２次側の熱媒体が加熱されるようになっている。床暖房装置５１では、加熱された熱媒体を用いて床暖房が行われる。床暖房装置５１は、後述する制御装置７０からの制御信号により作動するとともに、作動状態信号を制御装置７０に出力するようになっている。

配管４３は、１つの流入口と２つの流出口を有する三方弁（切替部）３４の流入口に接続されている。また配管４３には、上部導出口４０側から三方弁３４側に向かう温水の流れを発生させるウォータポンプ４４が設けられている。ウォータポンプ４４は、後述する制御装置７０からの制御信号により作動するとともに、回転数信号を含む作動状態信号を制御装置７０に出力するようになっている。

三方弁３４の一方の流出口には配管３３が接続されている。配管３３は、貯湯タンク１０の下部側面（例えば上から４００ｌとなる高さ）に設けられた下部導入口３２に接続されている。これにより、貯湯タンク１０内の上部から取り出されて熱交換器４２を通過した温水は、貯湯タンク１０内の下部に導入されるようになっている。配管４１、４３、３３は、通常時の熱交換器１次側循環回路（第２の循環回路）を構成する。

三方弁３４の他方の流出口には、配管（短絡配管）３５が接続されている。配管３５は、分岐点３７を介して配管３１、３６に接続されている。配管３５は、熱交換器１次側循環回路の熱交換器４２より下流側と、ヒートポンプ循環回路のヒートポンプユニット６２より上流側との間を貯湯タンク１０を介さず短絡して接続している。三方弁３４は、熱交換器４２側から流入する温水を貯湯タンク１０側（配管３３側）に送るか、ヒートポンプユニット６２の給水側（配管３５側）に直接送るかを切り替えられるようになっている。通常時の三方弁３４は、貯湯タンク１０側の流出口が開状態になっており、熱交換器４２側から流入する温水を貯湯タンク１０側に送るようになっている。

制御装置（制御部）７０は、水位サーミスタ７１ａ〜７１ｇ及びサーミスタ４５、４６からの検出信号、ウォータポンプ４４からの回転数信号を含む作動状態信号、並びにヒートポンプユニット６２及び床暖房装置５１からの作動状態信号等に基づいて、三方弁３４、６０等を制御するようになっている。

次に、本実施形態における給湯装置の作動について説明する。

図２は、給湯装置１の制御装置７０における三方弁３４の概略制御動作を示すフローチャートである。ここで初期状態では、三方弁３４の貯湯タンク１０側の流出口が開状態であり、三方弁３４のヒートポンプユニット６２の給水側の流出口が閉状態である。すなわち、熱交換器１次側循環回路とヒートポンプ循環回路とは互いに独立した状態にある。

図２に示すように、制御装置７０は、床暖房装置５１からの作動状態信号に基づき、床暖房装置５１が運転中であるか否かを判断する（ステップＳ１）。床暖房装置５１が運転中でない場合には、三方弁３４の貯湯タンク１０側の流出口を初期状態のまま開状態とする（ステップＳ７）。床暖房装置５１が運転中である場合には、ステップＳ２に進む。

次に制御装置７０は、貯湯タンク１０内の高温水量（例えば６５℃以上の温水量）が所定量（例えば７０ｌ）以下であるか否かを判断する（ステップＳ２）。貯湯タンク１０内の高温水量は、水位サーミスタ７１ａ〜７１ｇからの各水位レベルでの温度検出信号に基づき算出される。高温水量が所定量より多い場合には、上記と同様にステップＳ７に進む。高温水量が所定量以下である場合にはステップＳ３に進む。

次に制御装置７０は、ヒートポンプユニット６２からの作動状態信号に基づき、ヒートポンプユニット６２が運転中であるか否かを判断する（ステップＳ３）。ヒートポンプユニット６２が運転中でない場合には、上記と同様にステップＳ７に進む。ヒートポンプユニット６２が運転中である場合にはステップＳ４に進む。なお、ヒートポンプユニット６２は、温水量の不足が予想される場合に別途の制御により作動するようになっている。

次に制御装置７０は、床暖房装置５１の出力が所定値（例えば３ｋＷ）以上であるか否かを判断する（ステップＳ４）。床暖房装置５１の出力は、サーミスタ４５、４６からの温水温度検出信号とウォータポンプ４４からの回転数信号とに基づき算出される。床暖房装置５１の出力が高くなると、熱交換器４２での熱媒体との熱交換により温度の低下する高温水量がヒートポンプユニット６２での沸き増しにより生成される高温水量よりも多くなるため、貯湯タンク１０内の高温水の不足が予測される。床暖房装置５１の出力が所定値未満である場合には高温水が不足するおそれが少ないため、上記と同様にステップＳ７に進む。床暖房装置５１の出力が所定値以上である場合には、ステップＳ５に進む。

次に制御装置７０は、最も低い高さに設けられた水位サーミスタ７１ｇからの温度検出信号に基づき、貯湯タンク１０内下部の温水温度が所定値（例えば３０℃）以下であるか否かを判断する（ステップＳ５）。貯湯タンク１０内下部の温水温度が所定値より高い場合には、上記と同様にステップＳ７に進む。貯湯タンク１０内下部の温水温度が所定値以下である場合には、三方弁３４の貯湯タンク１０側の流出口を閉状態とし、ヒートポンプユニット６２給水側の流出口を開状態とする（ステップＳ６）。以上の各ステップが所定時間毎に繰り返される。

三方弁３４のヒートポンプユニット６２給水側の流出口が閉状態である初期状態では、貯湯タンク１０内下部の温水がヒートポンプユニット６２に供給されるため、ヒートポンプユニット６２の給水温度は貯湯タンク１０内下部の温水温度にほぼ等しい。これに対し、三方弁３４のヒートポンプユニット６２給水側の流出口が開状態になると、熱交換器４２を通過して温度の低下した中温の温水が、貯湯タンク１０に戻らずヒートポンプユニット６２に供給される。熱交換器４２を通過した温水の温度は例えば４０℃程度であるため、ヒートポンプユニット６２の給水温度が高まる。

ここで配管３１は、熱交換器１次側循環回路の温水とヒートポンプ循環回路の温水との流量の差を吸収するバッファ配管としても機能する。三方弁３４のヒートポンプユニット６２給水側の流出口が開状態になった場合、熱交換器１次側循環回路を流通する温水の流量がヒートポンプ循環回路を流通する温水の流量よりも少ないときには、それらの差分の流量の温水が配管３１を貯湯タンク１０側から分岐点３７側に流れる。これによりヒートポンプユニット６２には、熱交換器４２を通過した温水と貯湯タンク１０内下部の温水とが混合された温水が供給されることになる。

逆に、熱交換器１次側循環回路の温水の流量がヒートポンプ循環回路の温水の流量よりも多いときには、それらの差分の流量の温水が配管３１を分岐点３７側から貯湯タンク１０側に流れる。これによりヒートポンプユニット６２には、熱交換器４２を通過した温水のみが供給されることになる。

図３は、ヒートポンプユニットの能力特性の一例を示すグラフである。横軸は給水温度（℃）を表し、縦軸はヒートポンプユニットの沸上げ流量（ｌ／ｍｉｎ）及び沸上げ能力（ｋＷ）を表している。図３中の曲線Ｌ１は給水温度に対する沸上げ流量の変化を示し、曲線Ｌ２は給水温度に対する沸上げ能力の変化を示している。図３に示すように、ヒートポンプユニットの給水温度が高くなると、沸上げ能力が低下するものの沸上げ流量は増加することが分かる。

本実施形態では、高温の温水の不足が予測され、かつ貯湯タンク１０内下部の温水温度が低下したときに、貯湯タンク１０内下部の温水に代えて熱交換器４２を通過した中温の温水（又は両者が混合された温水）をヒートポンプユニット６２に供給できるようになっている。これにより、ヒートポンプユニット６２の給水温度が高まるので、ヒートポンプユニット６２の沸上げ流量を増加させることができる。したがって本実施形態によれば、床暖房装置５１の暖房負荷が高く、熱交換器４２での熱交換により消費される高温水の流量が増加しても、床暖房に必要な高温水が不足するのを防止できる。
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態における給湯装置について説明する。図４は、本実施形態における給湯装置２の構成を示す模式図である。図４に示すように、給湯装置２は、給水温度を検出するサーミスタ２５と、三方弁２３で混合された温水の温度を検出するサーミスタ２６とを有している。また給湯装置２は、三方弁２４で混合された温水の温度を検出するサーミスタ２７と、給湯流量を計量する流量カウンタ２０とを有している。サーミスタ２５は給水配管１２に設けられ、サーミスタ２６は給湯配管１８に設けられ、サーミスタ２７及び流量カウンタ２０は給湯配管１９に設けられている。サーミスタ２５、２６、２７は制御装置７０に温度検出信号を出力し、流量カウンタ２０は制御装置７０に計量信号を出力するようになっている。サーミスタ２５、２６、２７及び流量カウンタ２０は、貯湯タンク１０から外部に流出する温水量を検出する温水量検出部を構成する。

図５は、給湯装置２の制御装置７０における三方弁３４の概略制御動作を示すフローチャートである。ここでステップＳ１１〜Ｓ１４は、図２に示したステップＳ１〜Ｓ４と同様であるので説明を省略する。ステップＳ１５において制御装置７０は、貯湯タンク１０から外部に持ち出される温水量が所定量以上であるか否かを判断する。貯湯タンク１０から外部に持ち出される温水量は、サーミスタ２５、２６、２７からの温度検出信号及び流量カウンタ２０からの計量信号に基づいて算出される。貯湯タンク１０から持ち出される温水量が所定量（閾値）未満である場合には、三方弁３４の貯湯タンク１０側の流出口を初期状態のまま開状態とする（ステップＳ１７）。貯湯タンク１０から持ち出される温水量が所定量以上である場合には、三方弁３４の貯湯タンク１０側の流出口を閉状態とし、ヒートポンプユニット６２給水側の流出口を開状態とする（ステップＳ１６）。これにより、ヒートポンプユニット６２には、熱交換器４２を通過した中温の温水が供給される。

温水が外部に持ち出されると、貯湯タンク１０には低温の水道水が給水配管１２を介して補給されるため、貯湯タンク１０内下部の温度、すなわちヒートポンプユニット６２の給水温度は低下すると判断できる。ヒートポンプユニット６２の沸上げ流量が、図３に示したように約１ｌ／ｍｉｎ（＝６０ｌ／ｈ）である場合には、外部に持ち出される温水量の閾値を例えば３０ｌに設定する。これにより、貯湯タンク１０に補給された水道水によるヒートポンプユニット６２の給水温度の低下は、最大３０分程度で治まるようになる。

このように本実施形態では、所定量以上の温水が貯湯タンク１０から持ち出されたときには貯湯タンク１０内下部の温水温度が低下すると判断し、熱交換器４２を通過した中温の温水をヒートポンプユニット６２に供給できるようになっている。したがって本実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果が得られる。
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態における給湯装置について説明する。図６は、本実施形態における給湯装置３の構成を示す模式図である。図６に示すように、給湯装置３は、配管６１に設けられ、ヒートポンプユニット６２の給水温度を検出するサーミスタ（給水温度センサ）５４を有している。サーミスタ５４は、制御装置７０に温度検出信号を出力するようになっている。

図７は、給湯装置３の制御装置７０における三方弁３４の概略制御動作を示すフローチャートである。ここでステップＳ２１〜Ｓ２４は、図２に示したステップＳ１〜Ｓ４と同様であるので説明を省略する。ステップＳ２５において制御装置７０は、サーミスタ５４からの温度検出信号に基づき、ヒートポンプユニット６２の給水温度が所定時間（例えば５分）以上に亘って所定値（例えば３０℃）以下に低下し続けているか否かを判断する。

ヒートポンプユニット６２の給水温度が所定値より高い温度を維持している場合、又は給水温度が一時的に所定値以下になってもすぐに所定値より高い温度に戻った場合（すなわち少量の温水が貯湯タンク１０から持ち出された場合）には、三方弁３４の貯湯タンク１０側の流出口を初期状態のまま開状態とする（ステップＳ２７）。ヒートポンプユニット６２の給水温度が所定時間以上に亘って所定値以下に低下し続けている場合（すなわち多量の温水が貯湯タンク１０から持ち出された場合）には、三方弁３４の貯湯タンク１０側の流出口を閉状態とし、ヒートポンプユニット６２給水側の流出口を開状態とする（ステップＳ２６）。これにより、ヒートポンプユニット６２には、熱交換器４２を通過した中温の温水が供給される。

本実施形態では、貯湯タンク１０からのヒートポンプユニット６２の給水温度が長時間に亘って低下し続けたときには、熱交換器４２を通過した中温の温水をヒートポンプユニット６２に供給できるようになっている。したがって本実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果が得られる。
（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態における給湯装置について説明する。図８は、本実施形態における給湯装置４の構成を示す模式図である。図８に示すように、給湯装置４は、浴槽内の浴水が循環する配管５２が２次側に接続され、１次側の温水との熱交換により浴水の追焚きを行う熱交換器５３を有している。配管５２には、浴水を循環させるウォータポンプ５５が設けられている。ウォータポンプ５５は、制御装置７０からの制御信号により作動するとともに、作動状態信号を制御装置７０に出力するようになっている。

図９は、給湯装置４の制御装置７０における三方弁３４の概略制御動作を示すフローチャートである。図９に示すように、制御装置７０は、ウォータポンプ５５からの作動状態信号に基づき、浴水の追焚き中であるか否かを判断する（ステップＳ３１）。追焚き中でない場合には、三方弁３４の貯湯タンク１０側の流出口を初期状態のまま開状態とする（ステップＳ３６）。追焚き中である場合にはステップＳ３２に進む。

次に制御装置７０は、貯湯タンク１０内の高温水量が所定量以下であるか否かを判断する（ステップＳ３２）。高温水量が所定量より多い場合には、上記と同様にステップＳ３６に進む。高温水量が所定量以下である場合にはステップＳ３３に進む。

次に制御装置７０は、ヒートポンプユニット６２が運転中であるか否かを判断する（ステップＳ３３）。ヒートポンプユニット６２が運転中でない場合には、上記と同様にステップＳ３６に進む。ヒートポンプユニット６２が運転中である場合にはステップＳ３４に進む。

次に制御装置７０は、最も下方に位置する水位サーミスタ７１ｇからの温度検出信号に基づき、貯湯タンク１０内下部の温水温度が所定値以下であるか否かを判断する（ステップＳ３４）。貯湯タンク１０内下部の温水温度が所定値より高い場合には、上記と同様にステップＳ３６に進む。貯湯タンク１０内下部の温水温度が所定値以下である場合には、三方弁３４の貯湯タンク１０側の流出口を閉状態とし、ヒートポンプユニット６２給水側の流出口を開状態とする（ステップＳ３５）。

本実施形態によれば、熱交換器４２での熱交換により消費される高温水の流量が増加しても、追焚きに必要な高温水が不足するのを防止できる。なお、追焚き出力は通常比較的高い（８ｋＷ程度）ため、図２に示したステップＳ４のような追焚き出力に基づく判定を行う必要はない。
（第５実施形態）
次に、本発明の第５実施形態における給湯装置について説明する。図１０は、本実施形態における給湯装置５の構成を示す模式図である。図１０に示すように、給湯装置５は、配管８１、８２、６３で構成されるヒートポンプ循環回路と、配管４１、４３、８０で構成される熱交換器１次側循環回路とを有している。また貯湯タンク１０の底面には、ヒートポンプ循環回路の配管８１が接続される底面導出口９０が設けられ、貯湯タンク１０の下部側面（例えば上から４００ｌとなる高さ）には、熱交換器１次側循環回路の配管８０が接続される下部導出入口９１が設けられている。下部導出入口９１は、底面導出口９０より高さの高い位置に設けられている。

ヒートポンプ循環回路には、２つの流入口と１つの流出口を有する三方弁（切替部）８３が設けられている。三方弁８３の一方の流入口は、貯湯タンク１０内下部側の配管８１に接続されている。三方弁８３の流出口は、ヒートポンプユニット６２の給水側の配管８２に接続されている。三方弁８３の他方の流入口は、配管４３と配管８０との間の分岐点８５で熱交換器１次側循環回路から分岐する配管（短絡配管）８４に接続されている。三方弁８３は、配管８４を介して熱交換器４２側から流入する温水を貯湯タンク１０側（配管８０側）に送るか、ヒートポンプユニット６２の給水側（配管８２側）に直接送るかを切り替えられるようになっている。通常時の三方弁８３は、貯湯タンク１０側の流入口が開状態になっている。これにより、熱交換器４２側から流入する温水は、配管８０を介して貯湯タンク１０内下部に送られ、配管８１を介して貯湯タンク１０側から流入する温水は、ヒートポンプユニット６２の給水側に送られる。

制御装置７０は、第１乃至第４実施形態と同様に、貯湯タンク１０内の高温の温水の不足を予測し、かつヒートポンプユニット６２の給水温度の低下を検知した場合に、三方弁８３の貯湯タンク１０側の流入口を閉状態にする。これにより、三方弁８３の熱交換器４２側の流入口が開状態になり、熱交換器４２側から流入する温水がヒートポンプユニット６２の給水側に送られるようになる。

ここで配管８０は、熱交換器１次側循環回路の温水とヒートポンプ循環回路の温水との流量の差を吸収するバッファ配管としても機能する。熱交換器１次側循環回路の温水の流量がヒートポンプ循環回路の温水の流量よりも少ないときには、それらの差分の流量の温水が配管８０を貯湯タンク１０側から分岐点８５側に流れる。これによりヒートポンプユニット６２には、熱交換器４２を通過した温水と貯湯タンク１０内下部の温水とが混合された温水が供給されることになる。その際、貯湯タンク１０内下部の温水温度が低ければ、ヒートポンプユニット６２の給水温度が低下する。しかしながら、第１乃至第４実施形態ではヒートポンプ循環回路の一部であるバッファ配管３１が貯湯タンク１０の底面に接続されているのに対し、本実施形態では、熱交換器１次側循環回路の一部であるバッファ配管８０は貯湯タンク１０底面よりも例えば６０ｌ分だけ高さの高い位置に接続されている。したがって、給水配管１２を介して水道水が補給され、貯湯タンク１０内下部（底部）の温水温度が低下したとしても、ヒートポンプユニット６２の給水温度は低下し難くなっている。

一方、熱交換器１次側循環回路の温水の流量がヒートポンプ循環回路の温水の流量よりも多いときには、それらの差分の流量の温水が配管８０を分岐点８５側から貯湯タンク１０側に流れる。これによりヒートポンプユニット６２には、熱交換器４２を通過した温水のみが供給されることになる。

本実施形態では第１実施形態と同様の効果が得られるとともに、バッファ配管として機能する配管８０が貯湯タンク１０の比較的高さの高い位置に接続されているため、ヒートポンプユニット６２の給水温度の低下による沸上げ流量の減少がさらに生じ難くなっている。
（第６実施形態）
次に、本発明の第６実施形態における給湯装置について説明する。図１１は、本実施形態における給湯装置６の構成を示す模式図である。図１１に示すように、給湯装置６は、熱交換器４２の１次側流入口に接続される配管９５が貯湯タンク１０に接続されるのではなく、ヒートポンプ循環回路を構成する配管９３、９４に分岐点９７を介して接続されている点に特徴を有している。給湯装置６の通常時のヒートポンプ循環回路は、配管８１、８２、９３、９４で構成されている。熱交換器１次側循環回路は、配管９４をヒートポンプ循環回路と共有するとともに、分岐点９７でヒートポンプ循環回路から分岐して、配管９５、４３、８０により構成されている。分岐点９７はヒートポンプ循環回路のヒートポンプユニット６２より下流側であり、熱交換器１次側循環回路の熱交換器４２より上流側であるため、ヒートポンプユニット６２で加熱された温水が熱交換器４２に直接流入できるようになっている。また配管９４は、貯湯タンク１０の上面に設けられた上面導出入口９６に接続されており、配管９４に接続された配管９３は、三方弁６０の他方の流出口に接続されている。

熱交換器４２の２次側の配管５０には、サーミスタ８７が設けられている。サーミスタ８７は、熱交換器４２での熱交換により加熱されて例えば床暖房装置に流入する熱媒体の往き温度を検出し、制御装置７０に検出信号を出力するようになっている。制御装置７０は、熱媒体の往き温度が目標温度（例えば５５℃）となるようにウォータポンプ４４の回転数をフィードバック制御する。これにより、熱交換器４２での熱媒体との熱交換に必要な流量分の温水だけが熱交換器１次側循環回路に流れるため、２つの循環回路が分岐する分岐点９７に両循環回路の温水流量を調整するための制御弁を設ける必要はない。

本実施形態では第５実施形態と同様の効果が得られるとともに、ヒートポンプユニット６２で加熱された高温の温水が、貯湯タンク１０を介さず熱交換器４２の１次側流入口に直接流入する直接暖房が可能になっている。また、ウォータポンプ４４の回転数が制御されることにより、必要な流量の温水だけが熱交換器１次側循環回路に流れるようになっている。このため、分岐点９７に制御弁を設ける必要がないので給湯装置６の構成が簡素化する。
（第７実施形態）
次に、本発明の第７実施形態における給湯装置について説明する。図１２は、本実施形態における給湯装置７の構成を示す模式図である。図１２に示すように、給湯装置７は、配管９４を共用するヒートポンプ循環回路と熱交換器１次側循環回路との分岐点９７と、熱交換器４２の１次側流入口との間に、２つの流入口と１つの流出口を有する三方弁（温度調節弁）１００が設けられている点に特徴を有している。三方弁１００の一方の流入口は、配管１０２を介して分岐点９７に接続され、ヒートポンプユニット６２で加熱された高温の温水が主に流入するようになっている。他方の流入口は、配管１０３を介して給湯配管１６に接続され、貯湯タンク１０内中間部の中温の温水が流入するようになっている。三方弁１００の流出口は、配管１０４を介して熱交換器４２の１次側流入口に接続されている。

制御装置７０は、サーミスタ（出口温度センサ）４５からの温度検出信号に基づき、熱交換器４２の１次側流入口に流入する温水の温度が目標温度（例えば６５℃程度）になるように三方弁１００を比例制御するようになっている。また制御装置７０は、熱媒体の床暖房装置への往き温度が目標温度となるようにウォータポンプ４４の回転数をフィードバック制御するようになっている。

本実施形態では第５実施形態と同様の効果が得られるとともに、貯湯タンク１０内中間部の高めの温度（６０℃程度）の中温水を比較的大量に床暖房に使用することができるため、貯湯タンク１０内の中温水の温度を４０℃程度にまで下げることができる。電力料金の安価な深夜時間帯には、昼間に使用されなかった貯湯タンク１０内の中温水が低温水と共にヒートポンプユニット６２により沸き上げられる。このとき、ヒートポンプユニット６２の給水温度が高いとＣＯＰが低下するため、中温水の温度は少しでも下げておいた方がよい。本実施形態では、中温水を床暖房に使用することにより中温水の温度を下げることができるため、ヒートポンプユニット６２のＣＯＰを向上させることができる。

また本実施形態では、貯湯タンク１０内上部の高温水と貯湯タンク１０内中間部の中温水とを混合した温水が熱交換器４２に供給されている。この温水は高温水よりも温度が低いため、熱媒体の床暖房装置への往き温度が目標温度となるのに必要な流量は多くなる。すなわち、熱交換器１次側循環回路を流通する温水の流量が多くなるため、バッファ配管８０を介して流入する低温水の流量を比較的少なくできる。したがって、ヒートポンプユニット６２の給水温度の低下が生じ難くなるため、床暖房に必要な高温水が不足するのを防止できる。
（第８実施形態）
次に、本発明の第８実施形態における給湯装置について説明する。図１３は、本実施形態における給湯装置８の構成を示す模式図である。図１３に示すように、給湯装置８は、配管９４を共用するヒートポンプ循環回路と熱交換器１次側循環回路との分岐点に、１つの流入口と２つの流出口を有する三方弁（切替弁）１０５が設けられている点に特徴を有している。

三方弁１０５の流入口は、配管９３を介してヒートポンプユニット６２より下流側に接続されている。三方弁１０５の一方の流出口は、配管９４を介して貯湯タンク１０に接続され、他方の流出口は配管１０２を介して三方弁１００の一方の流入口に接続されている。三方弁１０５は、ヒートポンプユニット６２で加熱された高温の温水を貯湯タンク１０内上部に送るか、又は熱交換器１次循環回路に直接送るかを切り替えるようになっている。

制御装置７０は、ヒートポンプユニット６２で加熱された高温の温水を貯湯タンク１０内上部に送る沸上げモードと、ヒートポンプユニット６２で加熱された高温の温水を熱交換器１次循環回路に直接送る直接暖房モードとの２つの動作モードを切り替えられるようになっている。沸上げモードに設定された場合、制御装置７０は三方弁１０５の貯湯タンク１０側（配管９４側）の流出口を開状態とし、熱交換器４２側（配管１０２側）の流出口を閉状態とする。また制御装置７０は、ヒートポンプユニット６２の沸上げ温度を通常の温度（例えば９０℃）に設定する。

一方、直接暖房モードに設定された場合、制御装置７０は三方弁１０５の貯湯タンク１０側の流出口を閉状態とし、熱交換器４２側の流出口を開状態とする。また制御装置７０は、ヒートポンプユニット６２の沸上げ温度を比較的低い温度（例えば６５℃）に設定する。

本実施形態では直接暖房モードの場合、ヒートポンプユニット６２で加熱された温水は貯湯タンク１０に流入しないため、ヒートポンプユニット６２の沸上げ温度を熱交換器４２に必要な温度まで下げることができる。本実施形態によれば、第７実施形態と同様の効果が得られるとともに、ヒートポンプユニット６２の沸上げ温度を低くできるのでＣＯＰを向上させることができる。
（その他の実施形態）
上記第１実施形態では、サーミスタ４５、４６からの温水温度検出信号とウォータポンプ４４からの回転数信号とに基づき床暖房装置５１の出力を算出しているが、熱交換器１次側循環回路中に流量計を別途設け、サーミスタ４５、４６からの温水温度検出信号と流量計からの流量検出信号とに基づいて床暖房装置５１の出力を算出してもよい。

また、上記第２実施形態では、サーミスタ２５、２６、２７からの温度検出信号及び流量カウンタ２０からの計量信号に基づき、貯湯タンク１０から外部に持ち出される温水量を算出しているが、給湯配管１８に流量カウンタを別途設け、その流量カウンタからの計量信号に基づき、貯湯タンク１０から外部に持ち出される温水量を算出してもよい。

第１実施形態における給湯装置の構成を示す模式図である。 第１実施形態における給湯装置の制御装置の概略制御動作を示すフローチャートである。 ヒートポンプユニットの能力特性の一例を示すグラフである。 第２実施形態における給湯装置の構成を示す模式図である。 第２実施形態における給湯装置の制御装置の概略制御動作を示すフローチャートである。 第３実施形態における給湯装置の構成を示す模式図である。 第３実施形態における給湯装置の制御装置の概略制御動作を示すフローチャートである。 第４実施形態における給湯装置の構成を示す模式図である。 第４実施形態における給湯装置の制御装置の概略制御動作を示すフローチャートである。 第５実施形態における給湯装置の構成を示す模式図である。 第６実施形態における給湯装置の構成を示す模式図である。 第７実施形態における給湯装置の構成を示す模式図である。 第８実施形態における給湯装置の構成を示す模式図である。

符号の説明

１、２、３、４、５、６、７、８ 給湯装置
１０ 貯湯タンク
１２ 補給配管
２０ 流量カウンタ
２５、２６、２７、５４ サーミスタ
３１、３６、４１、４３、６３、８０、８１、８２、９３、９４、９５ 配管
３５ 短絡配管
４２ 熱交換器
４４ ウォータポンプ
６２ ヒートポンプユニット
３４、８３、１００、１０５ 三方弁
７０ 制御装置
７１ａ〜７１ｇ 水位サーミスタ

Claims (12)

1. 温水を貯える貯湯タンク（１０）と、
   前記貯湯タンク（１０）内下部の低温の温水を前記貯湯タンク（１０）内上部に送る第１の循環回路（３１、３６、６３）と、
   ウォーターポンプを有し、前記第１の循環回路（３１、３６、６３）を流れる温水を加熱するヒートポンプユニット（６２）と、
   前記貯湯タンク（１０）内上部の高温の温水を前記貯湯タンク（１０）内下部に送る第２の循環回路（４１、４３、３３）と、
   前記第２の循環回路（４１、４３、３３）を流れる温水との熱交換により熱媒体を加熱する熱交換器（４２）と、
   前記第１の循環回路（３１、３６、６３）の前記ヒートポンプユニット（６２）より上流側と前記第２の循環回路（４１、４３、３３）の前記熱交換器（４２）より下流側とを短絡して接続する短絡配管（３５）と、
   前記第２の循環回路（４１、４３、３３）を流れて前記熱交換器（４２）を通過した温水を前記貯湯タンク（１０）内下部に送るか、又は前記短絡配管（３５）を介して前記第１の循環回路（３１、３６、６３）に送るかを切り替える切替部（３４）と、
   前記ヒートポンプユニット（６２）に供給される温水の給水温度の低下を検知する検知部（７１ｇ）と、
   前記高温の温水の不足が予測され、かつ前記検知部（７１ｇ）が前記給水温度の低下を検知した場合に、前記第２の循環回路（４１、４３、３３）を流れる温水を前記第１の循環回路（３１、３６、６３）に送るように前記切替部（３４）を制御する制御部（７０）とを有し、
   前記ヒートポンプユニットは、前記給水温度が高くなるにつれて、沸上げ能力が低下し、かつ沸上げ流量が増加する特性を有することを特徴とする給湯装置。
2. 前記検知部は、前記貯湯タンク（１０）内下部の温水温度を検出する温水温度センサ（７１ｇ）であることを特徴とする請求項１に記載の給湯装置。
3. 前記貯湯タンク（１０）から流出する温水量とほぼ同量の水を前記貯湯タンク（１０）内下部に補給する給水配管（１２）をさらに有し、
   前記検知部は、前記貯湯タンク（１０）から流出する温水量を検出する温水量検出部（２５、２６、２７、２０）であることを特徴とする請求項１に記載の給湯装置。
4. 前記検知部は、前記給水温度を検出する給水温度センサ（５４）であることを特徴とする請求項１に記載の給湯装置。
5. 前記熱媒体は、床暖房に用いられることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の給湯装置。
6. 前記制御部（７０）は、前記高温の温水の不足を前記床暖房の出力に基づいて予測することを特徴とする請求項５に記載の給湯装置。
7. 前記熱媒体は、追焚きが行われる浴水であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の給湯装置。
8. 前記制御部（７０）は、前記高温の温水の不足を前記追焚きが行われているか否かに基づいて予測することを特徴とする請求項７に記載の給湯装置。
9. 前記第２の循環回路（４１、４３、８０）から前記貯湯タンク（１０）内に温水が導入される導入口（９１）は、前記貯湯タンク（１０）内から前記第１の循環回路（８１、８２、６３）に温水が導出される導出口（９０）より高さの高い位置に設けられ、
   前記切替部は、前記第１の循環回路（８１、８２、６３）に設けられるとともに、前記導出口（９０）側に接続された一方の流入口と、前記短絡配管（８４）に接続された他方の流入口と、前記ヒートポンプユニット（６２）側に接続された流出口とを備えた三方弁（８３）を有することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の給湯装置。
10. 前記第２の循環回路（９４、９５、４３、８０）は、前記第１の循環回路（８１、８２、９３、９４）の前記ヒートポンプユニット（６２）より下流側と共通の配管（９４）を前記熱交換器（４２）より上流側に有し、
    前記第２の循環回路（９４、９５、４３、８０）には、前記貯湯タンク（１０）内上部側から前記貯湯タンク（１０）内下部側に向かう流れを発生させるウォータポンプ（４４）が設けられ、
    前記制御部（７０）は、所定流量の温水が前記熱交換器（４２）に流れるように前記ウォータポンプ（４４）を制御することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の給湯装置。
11. 前記第２の循環回路（９４、９５、４３、８０）の前記共通の配管（９４）より下流側で前記熱交換器（４２）より上流側に設けられ、前記共通の配管（９４）側に接続された一方の流入口と、前記貯湯タンク（１０）内中間部に接続された他方の流入口と、前記熱交換器（４２）側に接続された流出口とを備えた温度調節弁（１００）と、
    前記第２の循環回路（９４、９５、４３、８０）の前記温度調節弁（１００）の下流側に設けられ、前記温度調節弁（１００）の流出口から流出する温水の出口温度を検出する出口温度センサ（４５）とをさらに有し、
    前記制御部（７０）は、前記出口温度に基づいて前記温度調節弁（１００）を制御することを特徴とする請求項１０に記載の給湯装置。
12. 前記第１の循環回路（８１、８２、９３、９４）のヒートポンプユニット（６２）より下流側に接続された流入口と、前記共通の配管（９４）に接続された一方の流出口と、前記第２の循環回路（９４、９５、４３、８０）の前記熱交換器（４２）側に接続された他方の流出口とを備え、前記第１の循環回路（８１、８２、９３、９４）を流れて前記ヒートポンプユニット（６２）を通過した温水を前記共通の配管（９４）を介して前記貯湯タンク（１０）内上部に送るか、又は前記第２の循環回路（９４、９５、４３、８０）に送るかを切り替える切替弁（１０５）をさらに有することを特徴とする請求項１１に記載の給湯装置。

Images