JP5401946B2 - 貯湯式給湯装置 - Google Patents

Description

この発明は、貯湯式給湯装置に関するものであって、詳しくは、湯切れを確実に防止することの可能な貯湯式給湯装置に係るものである。

貯湯式給湯装置は、この発明の実施形態を示す図でもある図３に示すように、ヒートポンプユニットＨと、ヒートポンプユニットＨによって加熱された温湯を貯湯するタンクユニットＴとを有している。タンクユニットＴは、貯湯タンク３と、この貯湯タンク３に連結される循環路１２と、この循環路１２に介設される熱交換路１４とを備え、この熱交換路１４をヒートポンプ加熱源にて加熱して、上記貯湯タンク３から循環路１２に流出した低温水を沸き上げてこの貯湯タンク３に返流する運転が可能である。そして、この貯湯タンク３に貯湯された温湯が図示省略の浴槽等に供給される。

この場合、貯湯タンク３には、その底壁に給水口５が設けられると共に、その上壁に給湯口６が設けられている。そして、給水口５から貯湯タンク３に水道水が供給され、給湯口６から給湯用流路７を介して高温湯が出湯される。また、貯湯タンク３には、その底壁に取水口１０が開設されると共に、側壁（周壁）の上部に湯入口１１が開設され、取水口１０と湯入口１１とが上記循環路１２にて連結されている。そして、この循環路１２に水循環用ポンプ１３と熱交換路１４とが介設されている。なお、給水口５には給水用流路８が接続されている。

ところで、貯湯タンク３には、上下方向に所定ピッチで配列された４個の残湯量検出サーミスタ１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄから成る残湯量検出手段１８と、給水温度検出手段（給水サーミスタ）１９とが設けられている。また、上記循環路１２には、熱交換路１４の上流側に入水温度検出手段（入水サーミスタ）２０が設けられると共に、熱交換路１４の下流側に出湯温度検出手段（出湯サーミスタ）２１が設けられている。さらに、上記給湯用流路７には、給湯温度検出手段（給湯サーミスタ）２２と給湯量測定手段（流量センサ）２３とが設けられている。

そして、ヒートポンプユニット（加熱源）Ｈは冷媒回路を備え、この冷媒回路は、圧縮機３５と、熱交換路１４を構成する水熱交換器２６と、電動膨張弁（減圧機構）２７と、空気熱交換器（蒸発器）２８とを順に接続して構成される。すなわち、圧縮機２５の吐出管２９を水熱交換器２６に接続し、水熱交換器２６と電動膨張弁２７とを冷媒通路３０にて接続し、電動膨張弁２７と蒸発器２８とを冷媒通路３１にて接続し、蒸発器２８と圧縮機２５とをアキュームレータ３２が介設された冷媒通路３３にて接続している。これにより、圧縮機２５を駆動すると、水熱交換器２６において熱交換路１４を流れる水が加熱されることになる。また、蒸発器２８にはこの蒸発器２８の能力を調整するファン３４が付設されている。

上記のように構成された給湯装置によれば、圧縮機２５を駆動すると共に、水循環用ポンプ１３を駆動（作動）させると、貯湯タンク３の底部に設けた取水口１０から貯溜水（低温水）が流出し、これが循環路１２の熱交換路１４を流通する。そのときこの温湯は水熱交換器２６によって加熱され（沸き上げられ）、湯入口１１から貯湯タンク３の上部に返流される。このような動作を継続して行うことによって、貯湯タンク３に高温の温湯を貯湯することができる。この場合、現状の電力料金制度は夜間の電力料金単価が昼間に比べて安価に設定されているので、この運転は主として、低額である夜間時間帯（例えば、２３時から翌７時までの時間帯）に行うものである。

上記のような貯湯式給湯装置においては、貯湯中の放熱ロスを少なくしてエネルギ効率を向上しようとする観点から、上記夜間時間における沸き上げ湯量はできるだけ少なくするのが好ましい。このため、１日の予測負荷を把握し、予測負荷に見合った湯量の夜間沸き上げを行おうとする提案がなされている（例えば、特許文献１参照）。また、このような給湯装置において、外気温度が変化して、ヒートポンプユニットの加熱能力が低下して、所定時間に必要湯量を沸き上げることができず、それが湯切れの原因となるのを防止するために、外気温度を検出し、外気温度の低下に見合うだけ圧縮機の運転周波数を増加して、加熱能力を一定に維持する提案もなされている（例えば、特許文献２、３参照）。
特開２００７−０３２８７９号公報 特許第３９８２４１６号公報 特開２００３−０５００５１号公報

ところで、上記従来の貯湯式給湯装置において、夜間沸き上げ運転中に、突発的に大量の温湯が使用されたような場合には、沸き上げ運転終了時に必要湯量を確保したはずであるのに、上記使用した湯量だけ湯量が減少し、その結果、必要湯量を確保できず、昼間の追い焚きを頻繁に行う必要があってコスト上昇を招いたり、場合によっては、湯切れが発生したりするという不具合が生じていた。それは、沸き上げ必要湯量を、夜間運転の開始時に把握しておき、それに基づいて沸き上げ運転が実行されるためである。

この発明は、上記従来の欠点を解決するためになされたものであって、その目的は、上記のように沸き上げ運転中に、突発的な大量の温湯が使用されたような場合でも確実に所定必要湯量を確保することが可能な貯湯式給湯装置を提供することにある。

そこでこの発明の貯湯式給湯装置は、沸き上げ運転開始時以前の第１時刻に、必要湯量と残湯量から沸き上げ必要湯量を把握すると共に、この沸き上げ必要湯量を第１加熱能力で確保するのに必要な沸き上げ運転時間を把握する第１把握を行い、この時間に応じた沸き上げ運転を行うことにより第２時刻に所定必要湯量を貯湯タンク内に確保しておくヒートポンプユニットを加熱源とする貯湯式給湯装置において、沸き上げ運転を開始した後の段階、所定時間が経過する度毎に、沸き上げ運転時間を把握する第２把握を行うとともに、第２把握の際に、上記第２把握により把握された沸き上げ時間と、上記第２把握を行った時刻とに基づいて、上記第２時刻までに上記所定必要湯量を確保できるかどうかを判断し、上記第２把握において第２時刻までに沸き上げ必要湯量を確保できないと判断されたときには、第１加熱能力よりも加熱能力を高くした第２加熱能力で沸き上げ運転を行い、上記第２把握において、第１加熱能力では過剰であると判断されたときには、第１加熱能力よりも加熱能力を低くした第３加熱能力で沸き上げ運転を行うことを特徴とする。

なお、上記第２把握は、沸き上げ運転前に行った後、所定の時刻に行うこともあるし、また、沸き上げ運転を開始した後、所定時間が経過する度毎に、行うこともある。

また、上記「第２加熱能力」は、段階的に複数段階にわたって設定しておき、加熱能力を一段階高くしても沸き上げ必要湯量を確保できないときには、さらにそれより一段階高い高加熱能力を設定するようにすることもある。

第１加熱能力では過剰であるかどうかの判断は、上記第２時刻の一定時間前の時刻までに沸き上げ運転が終了するか否かによって行う。

上記第３加熱能力での沸き上げ運転中の第２把握において、第２時刻の一定時間前の時刻までに沸き上げ運転が終了しないと判断されたときには、加熱能力を第３加熱能力よりも高い第４加熱能力に変更する。

なお、上記第１加熱能力としては、ＣＯＰ向上、省エネの観点から、標準加熱能力よりも低い加熱能力を用いるのが好ましい。

また、上記における第１時刻は特定時間帯の開始時刻であり、上記第２時刻は特定時間帯の終了時刻である。

上記各発明の貯湯式給湯装置では、沸き上げ運転中に、突発的に大量の温湯が使用されたような場合でも、沸き上げ運転開始後の段階で再度、沸き上げ必要湯量、沸き上げ運転時間の把握という第２把握を行うので、突発的な事態に対応可能である。

特に、第２把握において沸き上げ必要湯量を確保できないと判断されたときには、第１加熱能力よりも加熱能力を高くした第２加熱能力で、沸き上げ運転時間を把握するので、突発的に大量の温湯が使用されたような場合に、的確に対応できる。

また、第１加熱能力では過剰であると判断されたときには、第１加熱能力よりも加熱能力を低くした第３加熱能力で沸き上げ運転を行うようにしているので、沸き上げ必要湯量が少ない場合には、ＣＯＰを向上して省エネ運転を行うことができる。

次に、この発明の貯湯式給湯装置について、その具体的な実施の形態を、図面を参照しつつ詳細に説明する。本願において、「湯量」とは、使用可能な温度以上の温度を有する温湯の熱量のことである点に留意願いたい。なお、この貯湯式給湯装置は、図３について説明したものと同様であるので、ここでは詳しい説明は省略する。

図１には、この発明の第１実施形態のフローチャートを示している。この制御は、深夜時間帯（特定時間帯）の開始時刻２３時（第１時刻）に開始される。そうすると、まずステップＳ１において、ヒートポンプユニットＨの能力（加熱能力）を、定格能力（標準能力）に設定する。具体的には、４．５ｋＷとしている（第１加熱能力）。

次に、ステップＳ２において、深夜時間帯の終了時刻７時（第２時刻）に貯湯タンク３内に貯留しておくのが必要な必要湯量から残湯量を減じることで、深夜時間帯において沸き上げる必要のある沸き上げ必要湯量を把握する。必要湯量は、前日までの使用実績に基づいて予測されている値を用いればよいが、場合によっては、そのときまでの使用実績を加味して決定することがあるので、深夜時間帯開始後の使用実績によって変動することもある。残湯量は、残湯量検出手段１８によって、使用可能な温度以上の残湯量を求められる。そして、沸き上げ必要湯量を必要湯量と残湯量とから把握し、ステップＳ３に移行する。

ステップＳ３では、定格能力（第１加熱能力）での沸き上げを行った場合に、深夜時間帯の終了時刻７時（第２時刻）までに沸き上げ必要湯量を沸き上げることが可能か否かの判断を行う。不可能な場合には、ステップＳ４に移行して、ヒートポンプユニットＨの加熱能力を、定格能力よりも高い加熱能力、例えば、６．０ｋＷ（第２加熱能力）に変更する。そして変更後に、ステップＳ９、Ｓ２０へと移行し、運転を開始する。また、ステップＳ３において深夜時間帯の終了時刻７時（第２時刻）までに沸き上げ必要湯量を沸き上げることが可能な場合には、ステップＳ５に移行して、さらに、深夜時間帯の終了時刻７時（第２時刻）の１時間以上前に、沸き上げ必要湯量の沸き上げが完了するか否かの判断をする。ここで１時間以上前に沸き上げが完了するような状態であれば、使用開始までの放置時間内での熱放散によるエネルギロスを低減すると共に、ヒートポンプユニットＨのＣＯＰを向上して省エネを達成するため、ステップＳ６を経てステップＳ７へと移行し、ヒートポンプユニットＨの加熱能力を、定格能力よりも低い加熱能力、例えば、３．６ｋＷ（第３加熱能力）にしてステップＳ９、Ｓ２０へと移行して運転を開始する。

ステップＳ５において、深夜時間帯の終了時刻７時（第２時刻）の１時間以上前に、沸き上げ必要湯量の沸き上げを完了することが不可能な場合には、ステップＳ９を経て、ステップＳ１０において運転を開始する。運転の開始後は、ステップＳ２へと移行する。また、ステップＳ９において、既に運転が行われている場合には、ステップＳ１１において、沸き上げ完了か否かの判断を行い、運転継続中の場合には、一定時間経過後（ステップＳ１２）に、ステップＳ２へと移行する。また、ステップＳ１１において沸き上げ完了の場合には、ステップＳ１３において沸き上げ運転を終了する。

上記ステップＳ１〜ステップＳ１３で構成される基本的な制御構成においては、運転開始前に、ステップＳ２において（第１把握として）、ヒートポンプユニットＨの最適な加熱能力を定めた後、運転継続中には、一定時間が経過する度毎に、ステップＳ２において（第２把握として）、そのときの必要湯量と残湯量とから沸き上げ必要湯量を把握すると共に、そのときの加熱能力での沸き上げ時間を把握し、一定時間毎に加熱能力のチェック及び変更を行い、ヒートポンプユニットＨの最適な加熱能力を定めるようにしている。このことによって、深夜時間帯の終了時刻に、必要湯量を確実に貯留でき、湯切れの発生を防止して、貯湯式給湯装置の使用快適性を向上することが可能である。なお、第２把握においては、沸き上げ必要湯量を把握できれば良いので、深夜時間帯の終了時刻に常に貯湯タンク３内の温湯を全量沸き上げるような制御を行う場合には、必要湯量としては設定値をそのまま用いればよく、これを把握するための格別の操作は必要がないことになる。

図１において、ステップＳ６は高加熱能力（第２加熱能力）での運転中に、予想外に沸き上げ湯量が増加し、深夜時間帯の終了時刻７時（第２時刻）の１時間以上前に、沸き上げ必要湯量の沸き上げ量を確保することが可能となったような場合に機能するステップで、この場合には、ステップＳ８に移行して、加熱能力を定格能力（第１加熱能力）に低下させて、ステップＳ９へ移行させるようにしている。また、ステップＳ１６は低加熱能力（第３加熱能力）での運転中に、予想外に沸き上げ湯量が少なく、深夜時間帯の終了時刻２３時（第２時刻）の１時間前までに沸き上げ必要湯量を確保できなくなったような場合に機能するステップで、この場合には、ステップＳ１に移行して、加熱能力を低加熱能力（第３加熱能力）から増加させた第４加熱能力に増加させて、ステップＳ２へ戻すようにしている。

このような制御構成を採用したことで、一段と確実に必要湯量を確保することができる。また、ステップＳ７のような低加熱能力（第３加熱能力）での沸き上げ運転を採用しているので、ＣＯＰを向上させて省エネ性を大幅に向上できる。

上記実施の形態においては、第１加熱能力を定格能力（標準能力）としているが、第１加熱能力も含めた全ての加熱能力を上記実施形態よりも低く設定しておき、省エネ性を優先した制御を行うことができ、この場合にも、上記したのと全く同様に、必要湯量を確保することができる。

図２には、参考例を示している。これは、深夜時間帯の開始時刻２３時（第１時刻）に、ステップＳ２１に示しているように、所定必要湯量と残湯量から沸き上げ必要湯量を把握すると共に、この沸き上げ必要湯量を深夜時間帯の終了時刻（第２時刻）までに確保し得る最低の加熱能力を把握し設定する第１加熱能力設定動作を行う。なおここで、「沸き上げ必要湯量を第２時刻までに確保し得る最低の加熱能力」とは、沸き上げ必要湯量を第２時刻までに確保し得る最低の加熱能力、及びある程度の安全率を見込んだ最低に近い加熱能力をいう。そして、ステップＳ２２、２３を経て、沸き上げ運転を開始した後の段階において、一定時間が経過する度毎に（ステップＳ２５）、ステップＳ２１へ戻って、
そのときの所定必要湯量と残湯量から沸き上げ必要湯量を把握すると共に、この沸き上げ必要湯量を深夜時間帯の終了時刻（第２時刻）までに確保し得る最低の加熱能力を把握し設定する（第２加熱能力設定動作）。なお、第２加熱能力設定動作においては、沸き上げ必要湯量を把握できれば良いので、深夜時間帯の終了時刻に常に貯湯タンク３内の温湯を全量沸き上げるような制御を行う場合には、必要湯量としては設定値をそのまま用いればよく、これを把握するための格別の操作は必要がないことになる。

このような制御を行っても、必要湯量を確実の沸し上げることができるし、省エネ性も向上する。特に、常に定格能力で沸き上げを行う従来機の比較して、時間をかける分だけ、加熱能力を低下できるので、ＣＯＰの向上効果が顕著に現れる。

上記各実施の形態においては、深夜時間帯の開始時刻２３時を第１時刻とし、また、深夜時間帯の終了時刻７時を第２時刻としていたが、第１時刻と第２時刻はとは、深夜時間帯においても、また、それ以外の昼間時間帯においても任意に設定可能である。なお、ヒートポンプユニットＨの加熱能力とは、図３における入水温度検出手段２０と出湯温度検出手段２１での検出温度差と、水循環用ポンプ１３の流量から実際の加熱能力を把握し、この把握値が、設定加熱能力になるように制御した結果としての加熱能力でもよいし、また、圧縮機２５の運転周波数を一定にした状態で、これを特定の加熱能力であると称する場合の加熱能力であってもよい。いずれの場合にも、結果として生じる誤差は、上記のように、第２把握を繰り返すことで相殺されるためである。

この発明の実施形態の貯湯式給湯装置における運転制御方法の一例を説明するためのフローチャート図である。 貯湯式給湯装置における運転制御方法の参考例を説明するためのフローチャート図である。 この発明の実施形態としての貯湯式給湯装置を示す全体回路図である。

符号の説明

Ｈ・・ヒートポンプユニット、３・・貯湯タンク、１８・・残湯量検出手段

Claims (5)

1. 沸き上げ運転開始時以前の第１時刻に、所定必要湯量と残湯量から沸き上げ必要湯量を把握すると共に、この沸き上げ必要湯量を第１加熱能力で確保するのに必要な沸き上げ運転時間を把握する第１把握を行い、この時間に応じた沸き上げ運転を行うことにより第２時刻に所定必要湯量を貯湯タンク内に確保しておくヒートポンプユニットを加熱源とする貯湯式給湯装置において、沸き上げ運転を開始した後の段階、所定時間が経過する度毎に、沸き上げ運転時間を把握する第２把握を行うとともに、第２把握の際に、上記第２把握により把握された沸き上げ時間と、上記第２把握を行った時刻とに基づいて、上記第２時刻までに上記所定必要湯量を確保できるかどうかを判断し、上記第２把握において第２時刻までに沸き上げ必要湯量を確保できないと判断されたときには、第１加熱能力よりも加熱能力を高くした第２加熱能力で沸き上げ運転を行い、上記第２把握において、第１加熱能力では過剰であると判断されたときには、第１加熱能力よりも加熱能力を低くした第３加熱能力で沸き上げ運転を行うことを特徴とする貯湯式給湯装置。
2. 第１加熱能力では過剰であるかどうかの判断は、上記第２時刻の一定時間前の時刻までに沸き上げ運転が終了するか否かによって行うことを特徴とする請求項１の貯湯式給湯装置。
3. 上記第３加熱能力での沸き上げ運転中の第２把握において、第２時刻の一定時間前の時刻までに沸き上げ運転が終了しないと判断されたときには、加熱能力を第３加熱能力よりも高い第４加熱能力に変更することを特徴とする請求項２の貯湯式給湯機。
4. 上記第１加熱能力として、標準加熱能力よりも低い加熱能力を用いることを特徴とする請求項１〜３のいずれかの貯湯式給湯装置。
5. 上記第１時刻は特定時間帯の開始時刻であり、上記第２時刻は特定時間帯の終了時刻であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかの貯湯式給湯装置。