JP5561240B2 - 貯湯式給湯機 - Google Patents

Description

本発明は、貯湯タンクを備えた貯湯式給湯機に関し、特に、過剰な運転負荷を回避する機能を備えた貯湯式給湯機に関する。

従来技術として、例えば特許文献１に記載されているように、貯湯タンク及びヒートポンプを備えた貯湯式給湯機が知られている。従来の貯湯式給湯機では、沸き上げ単独運転や除霜運転によって冷媒圧力を増減させるので、ヒートポンプユニットの構成部品、特に圧縮機に負荷がかかり易い。よって、圧縮機の設計寿命を満たす範囲で、必要な機能が実現されるようにシステムを設計する必要がある。このため、従来技術では、圧縮機の駆動周波数に対して、通常必要とする周波数よりも低い上限値を設定し、条件によっては上限値よりも低い周波数で圧縮機を運転するストレス防止運転を行うことにより、冷媒圧力の増減に伴う運転負荷を軽減するようにしている。

特開２００３−１６１５４４号公報

しかしながら、従来の貯湯式給湯機のように、通常必要とする周波数よりも低い周波数で圧縮機を駆動して沸き上げ単独運転を行う場合には、沸き上げ加熱能力が低くなり、給湯機能等の制約を伴うという問題点があった。また、従来の貯湯式給湯機に対して、例えばヒートポンプサイクルを利用する機能を新たに追加する場合には、その分だけ圧縮機の運転回数や圧力的負荷が増加するので、増加した運転回数や負荷を満たすように圧縮機の性能（設計寿命等）を改善する必要が生じ、この変更により技術的課題の発生やコストアップを招くという問題があった。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、沸き上げ単独運転や貯湯追い焚き運転を含む各種の運転形態（機能）に対して、運転回数の制限を運転形態毎に個別に設け、必要な機能を損なうことなく設計寿命を満足することが可能な貯湯式給湯機を提供することを目的とする。

本発明に係る貯湯式給湯機は、温水を貯留する貯湯タンクと、水を加熱することが可能な加熱装置と、加熱装置により貯湯タンク内の水を加熱する第１の運転形態と、加熱対象水を加熱装置により加熱する第２の運転形態とを含む複数種類の運転形態のうち、何れかの運転形態を選択して実行する運転選択手段と、各運転形態のうち運転回数が所定の運転制限回数を超える運転形態の実行を制限する運転回数制限手段と、各運転形態毎に運転制限回数を個別に設定する制限回数設定手段と、を備える。

本発明によれば、例えば各運転形態（機能）の重要度、実行時の負荷、代替機能の有無や、加熱装置の設計寿命等に応じて、個々の運転形態の運転回数をそれぞれ適切な範囲に制限することができる。また、運転が制限された運転形態に代えて他の運転形態が存在する場合には、代わりの運転形態を実行することができる。従って、必要な機能を損なうことなく、加熱装置等の設計寿命を満足することができる。

本発明の実施の形態１において、貯湯式給湯機を示す構成図である。 本発明の実施の形態１において、沸き上げ単独運転時の回路構成を示す動作説明図である。 本発明の実施の形態１において、ヒートポンプ直接追い焚き運転時の回路構成を示す動作説明図である。 本発明の実施の形態１において、貯湯追い焚き運転時の回路構成を示す動作説明図である。 本発明の実施の形態１において、制御部により実行されるルーチンの一例を示すフローチャートである。 本発明の変形例に適用される貯湯式給湯機を示す構成図である。

実施の形態１
以下、図１乃至図５を参照して、本発明の実施の形態１について説明する。なお、各図においては、共通する要素に同一の符号を付し、重複する説明を省略するものとする。図１は、本発明の実施の形態１において、貯湯式給湯機１００を示す構成図である。図１に示すように、貯湯式給湯機１００は、貯湯タンクユニット１とヒートポンプユニット６０とを備えている。これら２つのユニット１，６０は、ヒートポンプ入口配管４１とヒートポンプ出口配管４２とによって相互に接続されている。また、貯湯タンクユニット１には、入出力ポート、記憶回路及び演算処理回路を備えた制御部７０が搭載されている。制御部７０には、貯湯タンクユニット１及びヒートポンプユニット６０に搭載された各種のセンサ、弁機構、ポンプ等が接続されており、これらの弁機構及びポンプは制御部７０により制御される。以下、貯湯式給湯機１００の各構成要素について説明する。

ヒートポンプユニット６０は、貯湯タンクユニット１から導かれた低温水を加熱する（沸き上げる）加熱装置を構成するものである。ヒートポンプユニット６０は、圧縮機６１、沸き上げ用熱交換器６２、膨張弁６３及び空気熱交換器６４を冷媒循環配管６５により環状に接続したもので、ヒートポンプサイクルを構成している。沸き上げ用熱交換器６２は、ヒートポンプサイクルを構成する冷媒循環配管６５を流れる冷媒と、貯湯タンクユニット１から導かれた低温水との間で熱交換を行うものである。また、ＨＰ出口側サーミスタ６６は、沸き上げ用熱交換器６２で加熱した高温水の温度を検出する温度センサであり、ヒートポンプ出口配管４２に設けられている。冷媒圧力センサ６７は、圧縮機６１で圧縮された冷媒の圧力を検出するセンサであり、冷媒循環配管６５において圧縮機６１の２次側に設けられている。外気温度サーミスタ６８は、ヒートポンプユニット６０が設置されている環境の雰囲気温度を検出する温度センサであり、ヒートポンプユニット６０の外郭に設けられている。

一方、貯湯タンクユニット１には、以下の部品や配管等が内蔵されている。貯湯タンク１０は湯水を貯留するもので、貯湯タンク１０の下部には、市水を供給するための給水配管２が接続されている。貯湯タンク１０の上部には、貯留した湯水を給湯機の外部に供給するための給湯配管３がタンク上部配管４３を介して接続されている。給水配管２には、供給された市水の温度を検出する給水温度サーミスタ４が設けられている。なお、貯湯タンク１０には、ヒートポンプユニット６０を用いて加熱された高温水がタンク上部から流入し、給水配管２により供給される低温水がタンク下部から流入する。これにより、貯湯タンク１０は、タンク内の上部と下部とで温度差が生じるように湯水を貯留する構成となっている。また、貯湯タンク１０の表面には、例えば高さ方向の異なる位置に２つの残湯サーミスタ１１，１２が取付けられている。制御部７０は、これらの残湯サーミスタ１１，１２により検出したタンク内の温度分布に基いて、貯湯タンク１０内の残湯量を把握し、後述する沸き上げ単独運転の開始及び停止等を制御する。

また、貯湯タンクユニット１内には、循環ポンプ２１及び利用側熱交換器２２が内蔵されている。循環ポンプ２１は、貯湯タンクユニット１内の後述する各種配管に湯水を循環させるためのポンプである。利用側熱交換器２２は、貯湯タンク１０やヒートポンプユニット６０から供給される高温水を利用して、外部に供給される２次側の加熱対象水を加熱するための熱交換器である。なお、加熱対象水の具体例としては、浴槽循環水（浴槽水）や暖房用循環水等が挙げられる。本実施形態では、利用側熱交換器２２の２次側の構成として、浴槽５０内の湯水を循環させる浴槽水循環回路５１を例に挙げて説明する。浴槽水循環回路５１の途中には、上記利用側熱交換器２２と、浴槽水を循環させるための２次側循環ポンプ５２と、浴槽５０から出た浴槽水の温度を検出する浴槽出口側サーミスタ５３とが設置されている。

次に、貯湯タンクユニット１に搭載された弁機構、配管等について説明する。貯湯タンクユニット１は、電磁駆動式の三方弁３１及び四方弁３２を備えている。三方弁３１は、湯水が流入する２つの流入口（ポートａ，ｂ）と、湯水が流出する１つの流出口（ポートｃ）とを有し、制御部７０からの入力信号に応じて湯水の流入口をポートａ，ｂの何れか一方に切換える流路形態切換手段を構成している。四方弁３２は、湯水が流入する２つの流入口（ポートｂ，ｃ）と、湯水が流出する２つの流出口（ポートａ，ｄ）とを有する他の流路形態切換手段として構成されている。そして、四方弁３２は、制御部７０からの入力信号に応じて、湯水の流通経路を３つの経路（ａ−ｂ経路、ａ−ｃ経路、ｃ−ｄ経路）の何れかに切換えるものである。

また、貯湯タンクユニット１は、タンク下部配管４０、ヒートポンプ入口配管４１、ヒートポンプ出口配管４２、タンク上部配管４３、タンク戻し配管４４、利用側熱交換器１次側（熱源側）入口配管４５、利用側熱交換器１次側出口配管４６及びバイパス配管４７を備えている。ここで、タンク下部配管４０は、貯湯タンク１０の下部（底部）と三方弁３１のポートａとを接続する流路であり、ヒートポンプ入口配管４１は、三方弁３１のポートｃとヒートポンプユニット６０の入口側とを接続する流路である。また、ヒートポンプ出口配管４２は、ヒートポンプユニット６０の出口側と四方弁３２のポートｃとを接続する流路であり、タンク上部配管４３は、四方弁３２のポートｄと貯湯タンク１０の上部とを接続する流路である。タンク戻し配管４４は、四方弁３２のポートａと貯湯タンク１０の側面下部に設けられた戻し口とを接続する流路である。

また、利用側熱交換器１次側入口配管４５は、貯湯タンク１０に対するタンク上部配管４３の接続部と四方弁３２のポートｄとの間でタンク上部配管４３から分岐し、利用側熱交換器２２の１次側入口に接続されている。利用側熱交換器１次側出口配管４６は、利用側熱交換器２２の１次側出口と三方弁３１のポートｂとを接続している。さらに、バイパス配管４７は、三方弁３１のポートｃとヒートポンプユニット６０の入口側との間でヒートポンプ出口配管４１から分岐し、四方弁３２のポートｂに接続されている。

三方弁３１は、湯水（水）が流れる流路の形態を、以下に述べる第１，第２の流路形態の何れかに切換える。ここで、「第１の流路形態」とは、貯湯タンク１０の下部（底部）と沸き上げ用熱交換器６２とがタンク下部配管４０及びヒートポンプ入口配管４１を介して連通される流路形態である。「第２の流路形態」とは、利用側熱交換器１次側出口配管４６と沸き上げ用熱交換器６２とがヒートポンプ入口配管４１を介して連通される流路形態である。また、四方弁３２は、湯水（水）が流れる流路の形態を、以下に述べる第１，第２の流路形態の何れかに切換える。ここで、「第１の流路形態」とは、沸き上げ用熱交換器６２とタンク上部配管４３とがヒートポンプ出口配管４２を介して連通される流路形態であり、「第２流路形態」とは、バイパス配管４７とタンク戻し配管４４とが連通される流路形態である。

（沸き上げ単独運転）
次に、図２乃至図５を参照して、貯湯式給湯機１００により実行される各種の運転動作（機能）について説明する。まず、図２は、本発明の実施の形態１において、沸き上げ単独運転時の回路構成を示す動作説明図である。沸き上げ単独運転とは、ヒートポンプユニット６０により貯湯タンク１０内の水を加熱する（沸き上げる）沸き上げ運転を単独で行うものであり、第１の運転形態に対応している。沸き上げ単独運転時には、制御部７０により三方弁３１及び四方弁３２がそれぞれ前記第１の流路形態に切換えられる。これにより、タンク下部配管４０とヒートポンプ入口配管４１とは三方弁３１のポートａ，ｃを介して相互に連通される。また、利用側熱交換器１次側出口配管４６（利用側熱交換器２２の１次側出口）は、三方弁３１の位置で閉塞され、上記配管４０，４１から遮断された状態となる。一方、ヒートポンプ出口配管４２とタンク上部配管４３とは四方弁３２のポートｃ，ｄを介して相互に連通される。また、タンク戻し配管４４とバイパス配管４７とは四方弁３２の位置で閉塞され、貯湯タンク１０の下部は上記配管４４、４７から遮断された状態となる。

沸き上げ単独運転は、上記のように三方弁３１及び四方弁３２を制御した状態で、循環ポンプ２１及びヒートポンプユニット６０の運転を開始することにより実行される。ヒートポンプユニット６０は、圧縮機６１、沸き上げ用熱交換器６２、膨張弁６３、空気熱交換器６４及びこれらを接続する冷媒循環配管６５により構成され、冷媒循環配管６５には冷媒が封入されている。そして、沸き上げ単独運転時には、まず、圧縮機６１を駆動し、冷媒を圧縮することで高温状態にする。一方、貯湯タンク１０の下部から流出する低温水は、図２中に太線で示すように、タンク下部配管４０、三方弁３１、循環ポンプ２１及びヒートポンプ入口配管４１を経由して沸き上げ用熱交換器６２に導入され、ここで高温状態の冷媒と熱交換することにより加熱されて高温水となる。そして、この高温水は、ヒートポンプ出口配管４２、四方弁３２及びタンク上部配管４３を経由して貯湯タンク１０の上部に到達し、この部位から貯湯タンク１０内に流入して当該タンク内に貯留される。

また、高温水との熱交換により冷却された冷媒は、膨張弁６３によって元の圧力に戻されると共に低温となり、空気熱交換器６４に送られる。そして、この冷媒は空気熱交換器６４において外気により温められ、圧縮機６１に還流する。沸き上げ単独運転は、上記のような動作を繰り返すことにより、貯湯タンク１０の上層部から下層部へと高温水を順次貯えていくものである。そして、制御部７０は、上部側及び下部側の残湯サーミスタ１１，１２の検出温度に基いて高温水の貯留状態を検出し、高温水が十分貯まったことを検出した場合には、ヒートポンプユニット６０と循環ポンプ２１とを停止することにより沸き上げ単独運転を終了する。

（除霜運転）
上述した沸き上げ単独運転中には、外気温が低い場合などに空気熱交換器６４に霜が付着し、熱交換が妨げられることがある。このため、制御部７０は、外気温度が低い場合などに、除霜運転を実行する。除霜運転では、循環ポンプ２１の運転状態を低速または停止に切換えて、空気熱交換器６４の温度を上昇させ、付着した霜を溶かして除去する。なお、除霜運転は、沸き上げ単独運転に限らず、ヒートポンプユニット６０を作動させる他の運転中にも必要に応じて実行される。

（ヒートポンプ直接追い焚き運転）
次に、図３は、本発明の実施の形態１において、ヒートポンプ直接追い焚き運転時の回路構成を示す動作説明図である。ヒートポンプ直接追い焚き運転とは、ヒートポンプユニット６０を作動させて加熱対象水（例えば浴槽水）を加熱する運転であり、第２の運転形態に対応している。具体的には、利用側熱交換器２２において、ヒートポンプユニット６０により沸き上げた高温水と浴槽水との熱交換を実施するものである。ヒートポンプ直接追い焚き運転時には、三方弁３１が前記第２の流路形態に切換られ、四方弁３２が前記第１流路形態に切換られる。これにより、利用側熱交換器１次側出口配管４６とヒートポンプ入口配管４１とは三方弁３１のポートｂ，ｃを介して相互に連通され、タンク下部配管４０が三方弁３１の位置で閉塞された状態となる。また、ヒートポンプ出口配管４２とタンク上部配管４３とは四方弁３２を介して相互に連通され、タンク戻し配管４４とバイパス配管４７とは四方弁３２の位置で閉塞された状態となる。

ヒートポンプ直接追い焚き運転は、上記のように三方弁３１及び四方弁３２を制御した状態で、循環ポンプ２１及びヒートポンプユニット６０の運転を開始することにより実行される。この結果、浴槽５０の水と熱交換して温度が低下した中温水は、図３中に太線で示すように、利用側熱交換器１次側出口配管４６から流出し、三方弁３１、循環ポンプ２１及びヒートポンプ入口配管４１を経由してヒートポンプユニット６０に導入される。そして、この中温水は、沸き上げ用熱交換器６２により加熱されて高温水となった後に、ヒートポンプ出口配管４２、四方弁３２及びタンク上部配管４３を経由して利用側熱交換器２２に導入され、浴槽水と熱交換する。一方、浴槽５０側では、２次側循環ポンプ５２が運転される。これにより、浴槽５０に張られた浴槽水は、浴槽水循環回路５１を循環しつつ、利用側熱交換器２２を通過するときに加熱される。

（貯湯追い焚き運転）
次に、図４は、本発明の実施の形態１において、貯湯追い焚き運転時の回路構成を示す動作説明図である。貯湯追い焚き運転とは、貯湯タンク１０に貯留された高温水を利用して加熱対象水（浴槽水）を加熱する運転である。具体的には、ヒートポンプユニット６０を停止した状態で、利用側熱交換器２２において貯湯タンク１０内の高温水と浴槽水との熱交換を実施するものである。貯湯追い焚き運転時には、三方弁３１及び四方弁３２がそれぞれ前記第２の流路形態に切換えられる。これにより、タンク戻し配管４４とバイパス配管４７とは四方弁３２のポートａ，ｂを介して相互に連通され、ヒートポンプ出口配管４２とタンク上部配管４３とは四方弁３２の位置で閉塞された状態となる。

貯湯追い焚き運転は、上記のように三方弁３１及び四方弁３２を制御した状態で、循環ポンプ２１及び２次側循環ポンプ５２の運転を開始することにより実行される。この結果、貯湯タンク１０の上部から流出する高温水は、図４中に太線で示すように、タンク上部配管４３と利用側熱交換器１次側入口配管４５とを経由して利用側熱交換器２２に導入され、浴槽水と熱交換することにより中温水となる。この中温水は、利用側熱交換器１次側出口配管４６、三方弁３１、四方弁３２及びタンク戻し配管４４を経由して貯湯タンク１０の下部に流入する。一方、浴槽５０側では、前記ヒートポンプ直接追い焚き運転の場合と同様に、２次側循環ポンプ５２のポンプ作用により浴槽水が浴槽水循環回路５１を循環し、利用側熱交換器２２を通過するときに浴槽水が加熱される。

（運転回数の制限処理）
上述したように、貯湯式給湯機１００は、沸き上げ単独運転、ヒートポンプ直接追い焚き運転、貯湯追い焚き運転及び除霜運転からなる複数種類の運転形態（機能）を実行することができる。そして、制御部７０は、前記各サーミスタの出力等に基いて、これらの運転形態の何れかを自動的に選択し、選択した運転を実行する。また、制御部７０は、前記各運転形態の運転回数（実行回数）を個別にカウントして記憶する機能と、各運転形態のうち運転回数が所定の運転制限回数を超える運転形態の実行を制限する機能と、各運転形態毎に運転制限回数を個別に設定する機能とを備えている。以下、これらの機能について説明する。

まず、制御部７０は、前記各運転形態の何れかを実行した場合に、当該運転の運転回数（運転回数を数えるカウンタ）を１だけ増加させる。具体的に述べると、沸き上げ単独運転を１回実行した場合には、沸き上げ単独運転の運転回数を１だけ増加させ、ヒートポンプ直接追い焚き運転を１回実行した場合には、ヒートポンプ直接追い焚き運転の運転回数を１だけ増加させる。これと同様に、貯湯追い焚き運転及び除霜運転を実行した場合にも、それぞれの運転回数を１だけ増加させる。

また、制御部７０には、各運転形態の運転制限回数が個別に記憶されている。運転制限回数とは、例えばヒートポンプユニット６０の設計寿命を満足するために必要な運転回数の上限値であり、運転形態毎にそれぞれ適切な値に設定される。具体的に述べると、例えばヒートポンプユニット６０の構成部品（特に圧縮機６１）が設計寿命に達する運転回数を運転制限回数ＮＬｃ［回］とし、沸き上げ単独運転、除霜運転、ヒートポンプ直接追い焚き運転の運転制限回数をそれぞれＮＬｂ、ＮＬｆ、ＮＬｒ［回］とすれば、これらの運転制限回数ＮＬｃ，ＮＬｂ，ＮＬｆ，ＮＬｒは、下記（１）式を満たすように設定される。なお、個々の運転形態に対応する運転制限回数ＮＬｂ，ＮＬｆ，ＮＬｒは、その一部または全部が互いに等しい値であってもよいし、全て異なる値であってもよい。

ＮＬｂ＋ＮＬｆ＋ＮＬｒ≦ＮＬｃ ・・・（１）

そして、制御部７０は、予め記憶されたプログラムに従って、前記各運転形態の何れかを選択して実行する。このとき、選択した運転形態の運転回数が当該運転形態の運転制限回数を超える場合（現在の運転回数が運転制限回数と等しい場合）には、当該運転形態の実行を制限（禁止）する。また、ヒートポンプユニット６０を使用する運転形態の実行が制限された場合に、ヒートポンプユニット６０を使用せずに当該運転形態と同等の機能を実現する他の運転形態が存在すれば、当該他の運転形態を実行する。上記制御の具体例を挙げると、まず、例えばヒートポンプユニット６０により浴槽水を加熱するヒートポンプ直接追い焚き運転を実行しようとしたときに、その運転回数が既に運転制限回数ＮＬｒに達していた場合には、当該運転の実行を禁止する。そして、ヒートポンプ直接追い焚き運転に代えて、ヒートポンプユニット６０を使用せずに浴槽水を加熱する貯湯追い焚き運転を実行する。

このように、制御部７０は、沸き上げ単独運転、除霜運転、ヒートポンプ直接追い焚き運転の運転回数がそれぞれの運転制限回数ＮＬｂ，ＮＬｆ，ＮＬｒ以下となるように、運転形態を自動的に選択して実行する。これにより、前記（１）式に基いて、ヒートポンプユニット６０の運転回数を運転制限回数ＮＬｃ以下に抑えることができ、圧縮機６１等の設計寿命を満足することができる。

次に、運転制限回数ＮＬｂ，ＮＬｆ，ＮＬｒの設定方法について説明する。本発明では、例えば個々の運転形態（機能）の重要度、実行時の負荷、代替機能の有無等に応じて、運転制限回数ＮＬｂ，ＮＬｆ，ＮＬｒの値を設定してもよい。詳しく述べると、まず、重要度を考慮する場合には、例えば重要度が高い運転形態ほど、当該運転形態の運転制限回数を大きく設定する。ここで、運転形態の重要度は、例えば安全性、機能継続性、性能保証などの尺度に基いて決定される。そして、本実施の形態では、下記に例示するように、重要度が高い沸き上げ単独運転及び除霜運転の運転制限回数を実質的に無限大（制限なし）に設定し、これらの運転形態よりも重要度が低いと判断されるヒートポンプ直接追い焚き運転の運転制限回数ＮＬｒは、具体的な数値に設定する。

沸き上げ単独運転 ・・・制限なし
除霜運転 ・・・制限なし
ヒートポンプ直接追い焚き運転・・・ＮＬｒ［回］

また、運転制限回数ＮＬｂ，ＮＬｆ，ＮＬｒの設定時には、ヒートポンプユニット６０が受ける負荷が大きい運転形態ほど、当該運転形態の運転制限回数を小さく設定してもよい。即ち、高負荷の運転形態を実行するほど、圧縮機６１等の耐久性（寿命）が大きな影響を受けるので、そのような運転形態は運転回数が少ない段階で制限するようにする。

上記制御によれば、例えば各運転形態の重要度、実行時の負荷、代替機能の有無や、圧縮機６１の設計寿命等に応じて、個々の運転形態の運転回数をそれぞれ適切な範囲に制限することができる。即ち、貯湯式給湯機の機能として重要な運転形態については、運転制限回数を大きくして制限を緩和し、給湯器の性能を確保することができる。特に、重要度が高い上に代替機能がない沸き上げ単独運転等については、無制限に実行可能な設定とすることができる。また、比較的重要度が低い運転形態については、運転制限回数を小さくして制限を厳しくすることができる。さらに、代替機能が存在するヒートポンプ直接追い焚き運転等については、運転回数が制限を超えた後に、その機能を貯湯追い焚き運転によって代替することができる（後述の図５参照）。従って、個々の運転制限が給湯機の性能に与える影響を最小限に抑制しつつ、圧縮機６１等の設計寿命を満足することができる。

また、上記説明では、（１）式に示すように、ヒートポンプユニット６０の設計寿命に対応する運転制限回数ＮＬｃに基いて、各運転形態の運転制限回数ＮＬｂ，ＮＬｆ，ＮＬｒを設定するものとした。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、所定の期間当たりの運転回数（例えば１日当たり、または１年当たりの運転回数等）によって各運転形態の実行を制限する構成としてもよい。また、任意の運転形態の運転回数を所定の監視期間において合計し、前記運転回数の合計値と前記監視期間に応じて設定された運転制限回数との差分に基いて、次の監視期間における当該運転形態の運転制限回数を増減させる（即ち、運転制限回数に対する運転回数の余剰分及び不足分を次の監視期間に繰越す）構成としてもよい。以下、図５を参照して、これらの構成の具体例について説明する。

図５は、本発明の実施の形態１において、制御部７０により実行されるルーチンの一例を示すフローチャートである。まず、図５に示すルーチンを実行するにあたり、ヒートポンプユニット６０及び各運転形態の運転制限回数は、下記のように設定されている。

沸き上げ単独運転 ・・・制限なし
除霜運転 ・・・制限なし
ヒートポンプ直接追い焚き運転・・・一日運転制限回数ＮＬｒｄ［回／１日］
ヒートポンプユニット ・・・年間運転制限回数ＮＬｃｙ［回／１年］

ここで、上記の一日運転制限回数ＮＬｒｄとは、ヒートポンプ直接追い焚き運転の１日当たりの運転回数（一日運転回数）に対する制限値である。また、年間運転制限回数ＮＬｃｙとは、ヒートポンプユニット６０の１年当たりの運転回数（年間運転回数）に対する制限値である。なお、ヒートポンプユニット６０の年間運転回数は、ヒートポンプユニット６０を使用する沸き上げ単独運転、除霜運転及びヒートポンプ直接追い焚き運転の年間運転回数を合計した値に対応している。また、圧縮機６１の設計寿命等に応じて定まるヒートポンプユニット６０の運転制限回数をＮＬｃとして、ヒートポンプユニット６０がＬ年間に運転制限回数ＮＬｃだけ作動して設計寿命に達するものとすれば、ヒートポンプユニット６０の年間運転制限回数ＮＬｃｙは、下記（２）により設定される。

ＮＬｃｙ＝ＮＬｃ／（Ｌ＋Ｌｍ） ・・・（２）

なお、上記（２）式中のＬｍは、寿命年数のマージンを確保するための補正項であり、０以上の値に設定される。この補正項Ｌｍは、Ｌ年目における実際の運転回数のばらつき（余剰及び不足）を吸収する役割も担うため、予め最悪条件で見積もった運転回数のばらつきを含む値に設定しておくことが望ましい。制御部７０には、このようにして得られたヒートポンプ直接追い焚き運転の一日運転制限回数ＮＬｒｄと、ヒートポンプユニット６０の年間運転制限回数ＮＬｃｙとが記憶されている。そして、図５に示すルーチンでは、これらの一日運転制限回数ＮＬｒｄと年間運転制限回数ＮＬｃｙとを組合わせた条件に基いて運転を制限する場合を例示している。

具体的に述べると、まず、図５中のＳ１０１では、沸き上げ単独運転の開始タイミングであるか否かを判定し、当該運転を実行する場合には、沸き上げ単独運転の年間運転回数Ｎｂｙに１を加算する（Ｓ１０２）。また、沸き上げ単独運転を実行しない場合には、Ｓ１０３において、除霜運転の開始タイミングであるか否かを判定し、当該運転を実行する場合には、除霜運転の年間運転回数Ｎｆｙに１を加算する（Ｓ１０４）。さらに、除霜運転を実行しない場合には、Ｓ１０５において、追い焚き運転要求があるか否かを判定し、当該運転要求がある場合には、Ｓ１０６〜Ｓ１０９において、ヒートポンプ直接追い焚き運転と貯湯追い焚き運転の何れを実行するかを判定する。一方、追い焚き運転要求がない場合には、後述のＳ１１０に移行する。

次に、Ｓ１０６では、追い焚き運転要求が生じているので、ヒートポンプ直接追い焚き運転の一日運転回数Ｎｒｄが一日運転制限回数ＮＬｒｄ未満であるか否かを判定する。そして、この判定が成立した場合には、Ｓ１０７において、ヒートポンプユニット６０の年間運転回数Ｎｃｙが年間運転制限回数ＮＬｃｙ未満であるか否かを判定する。ここで、Ｓ１０６及びＳ１０７の判定が何れも成立した場合には、ヒートポンプ直接追い焚き運転を実行する上での１日当たりの制限と、ヒートポンプユニット６０を使用する上での１年当たりの制限の両方が満たされている。そこで、この場合には、Ｓ１０８において、ヒートポンプ（ＨＰ）直接追い焚き運転を実行し、当該運転の一日運転回数Ｎｒｄ及び年間運転回数Ｎｒｙにそれぞれ１を加算する。

一方、Ｓ１０６及びＳ１０７の何れかで判定が不成立の場合には、ヒートポンプ直接追い焚き運転の運転回数が１日当たりの制限を超えているか、または、ヒートポンプユニット６０の運転回数が１年当たりの制限を超えている。そこで、この場合には、ヒートポンプ直接追い焚き運転を実行せず、Ｓ１０９において、代替機能である貯湯追い焚き運転を実行する。

次に、Ｓ１１０では、沸き上げ単独運転、除霜運転及びヒートポンプ直接追い焚き運転の年間運転回数Ｎｂｙ，Ｎｆｙ，Ｎｒｙを合計し、下記（２）式によりヒートポンプユニット６０の年間運転回数Ｎｃｙを算出する。

Ｎｃｙ＝Ｎｂｙ＋Ｎｆｙ＋Ｎｒｙ ・・・（２）

次に、Ｓ１１１では、制御部７０に内蔵されたタイマ機能に基いて、プログラムの実行開始から１日が経過したか否かを判定し、１日が経過した場合には、Ｓ１１２において、プログラムの実行開始から１年（所定の監視期間）が経過したか否かを判定する。そして、Ｓ１１１及びＳ１１２の判定が何れも成立した場合には、１年が経過したので、Ｓ１１３を実行する。Ｓ１１３では、下記（３）式に基いて、ヒートポンプユニット６０の年間運転回数Ｎｃｙと年間運転制限回数ＮＬｃｙとの差分である運転過不足回数Ｎｃ_ｄｅｂｔを算出する。そして、算出した今回（今年）の過不足回数Ｎｃ_ｄｅｂｔを、下記（４）式により次回（翌年）の年間運転制限回数ＮＬｃｙに反映させる。

Ｎｃ_ｄｅｂｔ＝ＮＬｃｙ−Ｎｃｙ ・・・（３）
ＮＬｃｙ（次回）＝ＮＬｃｙ（今回）＋Ｎｃ_ｄｅｂｔ ・・・（４）

上記処理について詳しく述べると、年間運転回数Ｎｃｙが年間運転制限回数ＮＬｃｙ未満だった場合には、前記（３）式により過不足回数Ｎｃ_ｄｅｂｔが正値として算出される。この場合には、今回の運転回数の実績に過不足回数Ｎｃ_ｄｅｂｔに相当する余裕があったことになるので、前記（４）式では、次回の年間運転制限回数ＮＬｃｙを過不足回数Ｎｃ_ｄｅｂｔだけ増加させ、次回の運転制限を緩和する。一方、年間運転回数Ｎｃｙが年間運転制限回数ＮＬｃｙを超えていた場合には、過不足回数Ｎｃ_ｄｅｂｔが負値として算出される。この場合には、今回の運転回数の実績が過剰であったことになり、このままでは設計寿命を満足できないので、前記（４）式では、次回の年間運転制限回数ＮＬｃｙを過不足回数Ｎｃ_ｄｅｂｔだけ減少させ、次回の運転制限を厳しくする。

そして、Ｓ１１３において、前記（３），（４）式に示す処理を実行した後には、次の１年間の運転回数をカウントするために、年間運転回数Ｎｂｙ，Ｎｆｙ，Ｎｒｙ，Ｎｃｙを全て零にクリアする。また、Ｓ１１４では、次の１日間の運転回数をカウントするために、一日運転回数Ｎｒｄを零にクリアし、本ルーチンを終了する。

一方、前記Ｓ１１１及びＳ１１２の判定処理において、Ｓ１１１の判定のみが成立した場合には、１日が経過したのみで１年は経過していないので、前記Ｓ１１４を実行して本ルーチンを終了する。また、Ｓ１１１及びＳ１１２の判定が何れも不成立の場合には、まだ１日のカウント処理が継続中なので、そのまま本ルーチンを終了する。

上記制御によれば、今回の監視期間（例えば１年間）において運転回数の実績に余裕や不足が生じた場合には、この余裕や不足を過不足回数Ｎｃ_ｄｅｂｔとして次回の監視期間に繰越すことができる。従って、長期的にみれば、運転回数の過剰な制限や緩和を解消することができ、ヒートポンプユニット６０を設計寿命に応じた一定のペースで安定的に運転することができる。

より詳しく述べると、本実施の形態では、ヒートポンプユニット６０を使用する特定の運転形態（沸き上げ単独運転、除霜運転及びヒートポンプ直接追い焚き運転）の運転回数の合計値を年間運転回数Ｎｃｙとして算出し、この年間運転回数Ｎｃｙに基いて、少なくともヒートポンプ直接追い焚き運転の実行を制限し、また、過不足回数Ｎｃ_ｄｅｂｔを算出する構成としている。このため、例えばある監視期間において、運転制限がない運転形態（沸き上げ単独運転や除霜運転）の運転回数に想定外の過不足が生じた場合でも、この過不足は、次の監視期間において、運転制限がある他の運転形態の運転制限回数に反映させることができる。従って、重要度が高い運転形態に対して運転制限を設けない設定でも、全体としては圧縮機６１の設計寿命に応じた運転制限回数ＮＬｃｙ（ＮＬｃ）を満足することができる。

なお、前記実施の形態１では、沸き上げ単独運転、除霜運転、ヒートポンプ直接追い焚き運転の運転回数がそれぞれの運転制限回数ＮＬｂ，ＮＬｆ，ＮＬｒ以下となるように、運転形態を自動的に選択して実行する制御が、請求項１における運転選択手段、運転回数制限手段及び制限回数設定手段の具体例を示している。また、ヒートポンプ直接追い焚き運転の運転回数が運転制限回数ＮＬｒに達していた場合に、これに代えて貯湯追い焚き運転を実行する制御が、請求項２における代替運転実行手段の具体例を示している。また、加熱装置の負荷が大きい運転形態ほど運転制限回数を小さくしたり、重要度が高い運転形態ほど運転制限回数を大きくする設定が、請求項３，４における制限回数設定手段の具体例を示している。また、前記（２）式に基いて沸き上げ単独運転、除霜運転及びヒートポンプ直接追い焚き運転の運転回数の合計値である年間運転回数Ｎｃｙを算出し、この年間運転回数Ｎｃｙと年間運転制限回数ＮＬｃｙとの大小関係に基いてヒートポンプ直接追い焚き運転の運転を制限する制御（図５中のＳ１０７等）が、請求項５における制限回数設定手段及び運転回数制限手段の具体例を示している。さらに、前記（３），（４）式に基いた制御は、請求項６における制限回数設定手段の具体例を示している。

また、前記実施の形態１では、沸き上げ単独運転、除霜運転、ヒートポンプ直接追い焚き運転を１回実行する毎に、それぞれの運転回数を「１」だけ増加させるものとした。しかし、ヒートポンプユニット６０が冷媒圧力の増減により受ける運転ストレス（負荷）は、運転形態の種類や環境条件により異なる。このため、本発明では、各運転形態の実行時に運転回数に加算する加算項を全て「１」とする必要はなく、運転ストレス等に応じて加算項を運転形態毎に異なる値に設定してもよい。具体的には、例えば圧縮機６１の運転制限回数ＮＬｃが沸き上げ単独運転を基準として設定されており、また、沸き上げ単独運転時の運転ストレスを「１」とした場合に除霜運転やヒートポンプ直接追い焚き運転の運転ストレスが相対的に「０．５」や「０．７」であったとすれば、除霜運転の運転時には、図５中のＳ１０４において、当該運転の運転回数に「０．５」を加算する。また、ヒートポンプ直接追い焚き運転の実行時には、Ｓ１０８において、当該運転の運転回数に「０．７」を加算する。

さらに、前記実施の形態１では、圧縮機６１にかかる実施の運転ストレスを冷媒圧力センサ６７等の出力に基いて検出し、各運転形態の運転回数に加算する加算項を実際の運転ストレスに応じて可変に設定する構成としてもよい。また、加算項の設定方法としては、次のような変形例も考えられる。まず、同一の環境条件（温度）における運転ストレスの差を予め計測してデータ化しておき、このデータと、給水温度サーミスタ４や外気温度サーミスタ６８の出力とに基いて、環境条件に応じた運転ストレスを推定する。そして、運転ストレスの推定値と予め決定しておいた基準値との比率を加算項として算出し、この加算項を各運転形態の運転時に運転回数に加算する構成としてもよい。

また、前記実施の形態１では、ヒートポンプ直接追い焚き運転及び貯湯追い焚き運転を実行することが可能な貯湯式給湯機１００を例示したが、本発明はこれに限らず、例えば図６に変形例として示すように、追い焚き手段として貯湯追い焚き運転しか実行できない貯湯式給湯機１００′に適用してもよい。図６は、本発明の変形例に適用される貯湯式給湯機を示す構成図である。この図に示すように、貯湯式給湯機１００′は、三方弁３１を備えておらず、利用側熱交換器１次側出口配管４６は、タンク下部配管４０と異なる位置で貯湯タンク１０の下部に直接接続されている。そして、利用側熱交換器１次側出口配管４６の途中には、１次側循環ポンプ２３が設けられている。また、タンク下部配管４０は、ヒートポンプ入口配管４１と直接接続されている。また、貯湯式給湯機１００′は、四方弁３２に代えて三方弁３２′を備えており、三方弁３２′は、ヒートポンプ出口配管４２をタンク上部配管４３とタンク戻し配管４４の何れか一方に接続するように構成されている。なお、実施の形態１と同一の構成要素については、同一の番号を付して説明を省略している。

このような構成において、貯湯追い焚き運転時には、１次側循環ポンプ２３を作動させることにより、貯湯タンク１０の上部から流出する高温水がタンク上部配管４３と利用側熱交換器１次側入口配管４５とを経由して利用側熱交換器２２に導入される。この高温水は、浴槽水と熱交換して中温水となった後に、利用側熱交換器１次側出口配管４６と１次側循環ポンプ２３を経由して貯湯タンク１０の下部に流入する。一方、沸き上げ単独運転は、実施の形態１（図２）とほぼ同様の流路によって実行される。また、本変形例のフローチャートは、実施の形態１のフローチャート（図５）を次のように変更することにより得ることができる。即ち、本変形例では、図５中のＳ１０５において追い焚き運転要求があった場合に、Ｓ１０６ではなく、Ｓ１０９に移行して貯湯追い焚き運転を実行し、Ｓ１０６，Ｓ１０７、Ｓ１０８は実行しないものとする。このように構成される本変形でも、実施の形態１とほぼ同様の作用効果を得ることができ、発明の適用範囲を広げることができる。

また、前記実施の形態１では、加熱対象水として浴槽水を採用し、各運転形態により浴槽水を加熱するものとした。しかし、本発明はこれに限らず、例えば外部の暖房機器等に供給する暖房用循環水を加熱対象水として採用し、各運転形態により暖房運転を行う構成としてもよい。

また、前記実施の形態１では、ヒートポンプユニット６０により構成されるヒートポンプサイクルを、冷媒の圧力が臨界圧力以上となる超臨界ヒートポンプサイクルとしたが、本発明はこれに限定されるものでなく、臨界圧力以下で作動するヒートポンプサイクルでもよい。この場合、冷媒としてはフロンガス、アンモニア等を用いてもよい。

１ 貯湯タンクユニット
１０ 貯湯タンク
２１ 循環ポンプ
２２ 利用側熱交換器
２３ １次側循環ポンプ
５０ 浴槽
５１ 浴槽水循環回路
５２ ２次側循環ポンプ
６０ ヒートポンプユニット（加熱装置）
６１ 圧縮機
７０ 制御部
１００，１００′ 貯湯式給湯機

Claims (6)

1. 温水を貯留する貯湯タンクと、
   水を加熱することが可能な加熱装置と、
   前記加熱装置により前記貯湯タンク内の水を加熱する第１の運転形態と、加熱対象水を前記加熱装置により加熱する第２の運転形態とを含む複数種類の運転形態のうち、何れかの運転形態を選択して実行する運転選択手段と、
   前記各運転形態のうち運転回数が所定の運転制限回数を超える運転形態の実行を制限する運転回数制限手段と、
   前記各運転形態毎に前記運転制限回数を個別に設定する制限回数設定手段と、
   を備えることを特徴とする貯湯式給湯機。
2. 前記加熱装置を使用する運転形態の実行が前記運転回数制限手段により制限された場合に、前記加熱装置を使用せずに当該運転形態と同等の機能を実現する他の運転形態を実行する代替運転実行手段を備えてなる請求項１に記載の貯湯式給湯機。
3. 前記制限回数設定手段は、前記加熱装置の負荷が大きい運転形態ほど、当該運転形態の運転制限回数を小さく設定する構成としてなる請求項１または２に記載の貯湯式給湯機。
4. 前記制限回数設定手段は、重要度が高い運転形態ほど、当該運転形態の運転制限回数を大きく設定する構成としてなる請求項１乃至３のうち何れか１項に記載の貯湯式給湯機。
5. 前記制限回数設定手段は前記加熱装置の運転制限回数を設定し、
   前記運転回数制限手段は、前記各運転形態のうち前記加熱装置を使用する特定の運転形態の運転回数を合計した合計値が前記加熱装置の運転制限回数を超える場合に、前記特定の運転形態のうち少なくとも一部の実行を制限する構成としてなる請求項１乃至４のうち何れか１項に記載の貯湯式給湯機。
6. 前記制限回数設定手段は、前記運転形態の運転回数を所定の監視期間において合計し、前記運転回数の合計値と前記監視期間に応じて設定された運転制限回数との差分に基いて次の監視期間における当該運転形態の運転制限回数を増減させる構成としてなる請求項１乃至５のうち何れか１項に記載の貯湯式給湯機。

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