JP5569490B2 - 貯湯式給湯機 - Google Patents

Description

本発明は、貯湯式給湯機に関する。

空気の熱を吸熱して水を加熱するヒートポンプユニットと、このヒートポンプユニットにより沸き上げられた湯（高温水）を貯留する貯湯タンクとを備えた貯湯式給湯機が広く用いられている。ヒートポンプユニット内で冷媒と水との熱交換を行う沸き上げ用熱交換器の内壁に、スケールが付着する場合がある。水に含まれる炭酸カルシウムなどの硬度成分は、温度が高いほど溶解度が低くなるため、低温水を加熱して高温水としたときに析出する。ヒートポンプユニットで沸き上げた高温水を貯湯タンクに貯湯する貯湯運転の終了後、高温水が沸き上げ用熱交換器内に滞留し、析出した硬度成分が沸き上げ用熱交換器の内壁に堆積することにより、上記スケールが形成される。従来より、このようなスケールの発生を抑制するため、沸き上げ用熱交換器の出口を入口側に接続するバイパス流路を設け、貯湯運転終了後、バイパス流路に切り替えて水を循環させることにより、沸き上げ用熱交換器を冷却する運転を行う制御が提案されている（例えば、特許文献１）。

特許第４６９８６９７号公報

貯湯式給湯機には、浴槽の追い焚き（保温または加温）を行うための追い焚き用熱交換器を備えたものがある。浴槽の追い焚き運転時には、貯湯タンクに貯えられた高温水と、浴槽から浴槽水とを追い焚き用熱交換器にそれぞれ循環させて熱交換を行い、浴槽水を加熱する。追い焚き用熱交換器に送られた高温水は、浴槽水に熱を与えて温度低下し、中温水となって貯湯タンクの下部に戻される。このため、追い焚き運転を行うと、貯湯タンクの下部に中温水が溜まる。ヒートポンプユニットへの入水温度が高いほど、ヒートポンプユニットのエネルギー効率（成績係数）は低下する。貯湯タンクの下部に中温水が溜まると、次回の貯湯運転において中温水がヒートポンプユニットへ入水するので、入水温度が高くなり、エネルギー効率が低下する。

追い焚き運転による上述したようなエネルギー効率の低下を回避するため、ヒートポンプユニットと追い焚き用熱交換器との間を接続する循環流路を形成し、ヒートポンプユニットで沸き上げた高温水をそのまま追い焚き用熱交換器に送るヒートポンプ利用追い焚き運転を行う方法が提案されている。このヒートポンプ利用追い焚き運転によれば、中温水が貯湯タンクの下部に溜まることがないので、エネルギー効率の低下を回避することができる。しかしながら、このヒートポンプ利用追い焚き運転の終了後、高温水が沸き上げ用熱交換器内に滞留すると、沸き上げ用熱交換器の内壁にスケールが堆積し易いという問題がある。

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、加熱手段と追い焚き用熱交換器との間を接続する循環流路を形成して加熱手段で沸き上げた高温水を追い焚き用熱交換器に送る加熱手段利用追い焚き運転の終了後に、加熱手段内にスケールが堆積することを抑制することができるとともに、追い焚き用熱交換器の温度が異常に上昇することを確実に抑制することができる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、水を加熱して高温水とする加熱手段と、加熱手段により沸き上げられた高温水を上側から貯留し、水源から供給される低温水を下側から貯留する貯湯タンクと、浴槽水を加熱するための追い焚き用熱交換器と、追い焚き用熱交換器の温度を検出する追い焚き用熱交換器温度検出手段と、浴槽内の浴槽水を追い焚き用熱交換器に循環させる浴槽循環ポンプと、加熱手段と追い焚き用熱交換器との間を接続する加熱手段利用追い焚き循環流路が形成されるように流路を切り替え可能な流路切替手段と、加熱手段利用追い焚き循環流路に水を循環可能な熱源ポンプと、加熱手段、浴槽循環ポンプおよび熱源ポンプを駆動し、加熱手段により沸き上げられた高温水を加熱手段利用追い焚き循環流路により追い焚き用熱交換器に送る加熱手段利用追い焚き運転と、加熱手段利用追い焚き運転の終了後に、熱源ポンプを駆動して加熱手段利用追い焚き循環流路に水を循環させることにより加熱手段を冷却する冷却動作とを行う運転制御手段と、追い焚き用熱交換器の温度が所定温度を超えるか否かを判定または予測する温度判定手段と、冷却動作の実行中に温度判定手段により追い焚き用熱交換器の温度が所定温度を超えると判定または予測された場合に、追い焚き用熱交換器の温度上昇を抑制する昇温抑制制御を行う昇温抑制手段と、を備えたものである。

本発明によれば、加熱手段と追い焚き用熱交換器との間を接続する循環流路を形成して加熱手段で沸き上げた高温水を追い焚き用熱交換器に送る加熱手段利用追い焚き運転の終了後に、加熱手段を冷却する冷却動作を行うことにより、加熱手段内にスケールが堆積することを抑制することができる。また、その冷却動作では、加熱手段内に残存する高温水が貯湯タンクの下部に流入することが抑制されるので、貯湯タンクの下部水温の上昇を抑制することができ、エネルギー効率の低下を防止することができる。また、冷却動作の実行中に、追い焚き用熱交換器の温度が所定温度を超えると判定または予測された場合には、追い焚き用熱交換器の温度上昇を抑制する昇温抑制制御を行うので、追い焚き用熱交換器の温度が異常に上昇することを確実に抑制することが可能となる。このため、設定温度を超えるような温度の湯が追い焚き用熱交換器から浴槽に出湯されることを確実に防止することが可能となる。

本発明の実施の形態１の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、ヒートポンプ利用追い焚き運転の終了後に制御部が実行する処理のフローチャートである。 沸き上げ用熱交換器の冷却動作時の流路を示す図である。 本発明の実施の形態１における追い焚き用熱交換器の昇温抑制制御時の流路を示す図である。 本発明の実施の形態２において、ヒートポンプ利用追い焚き運転の終了後に制御部が実行する処理のフローチャートである。 本発明の実施の形態２における追い焚き用熱交換器の昇温抑制制御時の流路を示す図である。 本発明の実施の形態３における追い焚き用熱交換器の温度判定フローのフローチャートである。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において共通する要素には、同一の符号を付して、重複する説明を省略する。また、各図において説明の中心となる流路を太線で示す。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１の貯湯式給湯機を示す構成図である。図１に示す貯湯式給湯機１００は、貯湯タンクユニット２００と、ヒートポンプサイクルを利用するように構成されたヒートポンプユニット３００とを備えている。貯湯タンクユニット２００とヒートポンプユニット３００とは、ヒートポンプ出口配管１９、ヒートポンプ入口配管２０および電気配線（図示せず）を介して接続されている。

貯湯タンクユニット２００には制御部１（運転制御手段）が内蔵され、ヒートポンプユニット３００には制御部１５が内蔵されている。貯湯タンクユニット２００が備える各種の弁類、ポンプ類などの動作は、これらと電気的に接続された制御部１によって制御される。ヒートポンプユニット３００の制御部１５は、主に貯湯タンクユニット２００の制御部１からの指示に基づき、ヒートポンプユニット３００の動作を制御する。浴室あるいは台所等には、ユーザーインターフェース装置としての図示しないリモコンが設置され、制御部１と通信可能に接続されている。このリモコンには、使用者が給湯温度等の各種の設定や指示を入力するための入力手段のほか、情報を表示可能なディスプレイ、音声、アラーム等を発生可能なスピーカなどの報知手段が備えられている。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３００は、貯湯タンクユニット２００から導かれた低温水等を加熱（沸き上げ）するための加熱手段として機能するものである。ヒートポンプユニット３００は、前述した制御部１５のほか、図示を一部省略するが、空気の熱を取込み冷媒に与える空気熱交換器と、空気熱交換器に送風するための送風ファンと、冷媒の膨張収縮を制御する膨張弁と、冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮機を通過した高温の冷媒により湯水を加熱する沸き上げ用熱交換器１８と、沸き上げ用熱交換器１８に流入する湯水の温度を検出するヒートポンプ給水温度センサ１７と、沸き上げ用熱交換器１８から流出する湯水の温度を検出するヒートポンプ出湯温度センサ１６とを備えている。

貯湯タンクユニット２００には、前述した制御部１のほか、以下の各種機器や配管などが内蔵されている。貯湯タンク５は、略円筒形状をなしている。貯湯タンク５の内部には、ヒートポンプユニット３００の沸き上げ用熱交換器１８で沸き上げられた高温水（湯）を上側から貯留し、市水等の水源から供給される低温水を下側から貯留することができる。貯湯タンク５の下部に設けられた水導入口４４には、給水配管４２が接続されている。給水配管４２には、水源からの水を供給する給水配管４０が減圧弁８を介して接続されている。水源からの水は、給水配管４０、減圧弁８、給水配管４２を通って、水導入口４４から貯湯タンク５内の下部に流入する。貯湯タンク５の上部に接続された上部ポート２８には、給湯配管２９と、配管２７とが連通している。貯湯タンク５には、複数の残湯温度センサ（図示せず）が高さの異なる位置に取り付けられている。制御部１は、それらの残湯温度センサにより貯湯タンク５内の湯水の温度分布を検出し、その温度分布に基づいて貯湯タンク５内の残湯量（蓄熱量）を算出し、その算出値に基づいて、後述する貯湯運転の開始および停止などを制御する。

また、貯湯タンクユニット２００内には、熱源ポンプ３と、追い焚き用熱交換器９とが内蔵されている。追い焚き用熱交換器９は、貯湯タンク５あるいはヒートポンプユニット３００から供給される高温水を１次側の熱源水として利用して、２次側の浴槽水を加熱するための熱交換器である。浴槽１３に設けられた浴槽アダプター１４は、配管３６，３７を介して、貯湯タンクユニット２００に接続されている。追い焚き用熱交換器９は、配管３４，３５，３６，３７，３８および３９からなる浴槽循環流路を介して、浴槽１３と接続されている。この浴槽循環流路の途中には、浴槽水を循環させるための浴槽循環ポンプ１２が設置されている。また、追い焚き用熱交換器９内または追い焚き用熱交換器９の近傍の浴槽水流路には、追い焚き用熱交換器９から流出する浴槽水の温度を検出可能な浴槽往き温度センサ１０と、追い焚き用熱交換器９に流入する浴槽水の温度を検出可能な浴槽戻り温度センサ１１とが設けられている。

次に、貯湯タンクユニット２００が備える弁類および配管類について説明する。貯湯タンクユニット２００は、流路切替手段としての第１流路切替弁４および第２流路切替弁２を有している。本実施形態では、第１流路切替弁４は、ｅポート、ｆポートおよびｇポートの３つのポートを有する三方弁で構成されている。第２流路切替弁２は、ａポート、ｂポート、ｃポートおよびｄポートの４つのポートを有する四方弁で構成されている。

また、貯湯タンクユニット２００は、沸き上げ往き流路３０、ポンプ流路２２、沸き上げ戻り流路２１、配管２６，２７、バイパス流路２４、連通流路２３、熱源水往き流路３１および熱源水戻り流路３２を有している。沸き上げ往き流路３０は、貯湯タンク５の下部に設けられた水導出口４５と、第１流路切替弁４のｅポートとの間を接続している。ポンプ流路２２は、第１流路切替弁４のｆポートと、ヒートポンプ入口配管２０との間を接続している。ポンプ流路２２の途中には、熱源ポンプ３が設けられている。沸き上げ戻り流路２１は、ヒートポンプ出口配管１９と、第２流路切替弁２のａポートとの間を接続している。配管２６，２７は、第２流路切替弁２のｄポートと、貯湯タンク５の上部ポート２８との間を接続している。バイパス流路２４は、貯湯タンク５の下部または中間部に設けられた水戻り口４６と、第２流路切替弁２のｂポートとの間を接続している。連通流路２３は、その一端が熱源ポンプ３の下流側のポンプ流路２２に連通し、他端が第２流路切替弁２のｃポートに接続されている。熱源水往き流路３１は、配管２６，２７の接続部から分岐して延び、追い焚き用熱交換器９の熱源水導入口に接続されている。熱源水戻り流路３２は、追い焚き用熱交換器９の熱源水排出口と、第１流路切替弁４のｇポートとの間を接続している。

更に、貯湯タンクユニット２００は、給水分岐管４１、給湯混合弁６、ふろ混合弁７、混合水給湯管４３および浴槽水給湯管３３を有している。給水分岐管４１は、減圧弁８の下流側で給水配管４０から分岐した管路であり、給湯混合弁６およびふろ混合弁７にそれぞれ接続されている。給湯混合弁６およびふろ混合弁７には、給湯配管２９が更に接続されている。給湯混合弁６およびふろ混合弁７は、それぞれ、貯湯タンク５から給湯配管２９を介して供給される高温水と、給水分岐管４１から供給される低温水との流量比を調整することにより、リモコンにて使用者が設定した設定温度に調整して温水を供給する弁である。給湯混合弁６で温度調整された温水は、混合水給湯管４３を通って、浴室のシャワーやカラン、台所の蛇口など（図示せず）に供給される。ふろ混合弁７で設定温度に調整された温水は、浴槽水給湯管３３および浴槽循環流路を経て、浴槽１３に供給される。

第１流路切替弁４は、ｅポート−ｆポート間を連通させる位置と、ｆポート−ｇポート間を連通させる位置とに、流路を切り替え可能になっている。第２流路切替弁２は、ａポート−ｂポート間を連通させる位置と、ａポート−ｄポート間を連通させる位置と、ｂポート−ｃポート間を連通させる位置とに、流路を切り替え可能になっている。

図１は、貯湯式給湯機１００における待機状態での回路構成を示している。待機状態とは、後述する貯湯運転や追い焚き運転などの何れの運転も行っていない状態のことである。図１に示すように、待機状態では、第１流路切替弁４は、ｅポート−ｆポート間を連通させる位置に制御され、第２流路切替弁２は、ａポート−ｂポート間を連通させる位置に制御される。この待機状態では、熱源ポンプ３、ヒートポンプユニット３００および浴槽循環ポンプ１２は何れも停止状態である。

次に、貯湯式給湯機１００における貯湯運転について説明する。貯湯運転とは、ヒートポンプユニット３００を利用して貯湯タンク５内の低温水を沸き上げ、高温水を貯える運転である。貯湯運転時には、第１流路切替弁４は、ｅポート−ｆポート間を連通させる位置に制御される。一方、第２流路切替弁２は、ａポート−ｄポート間を連通させる位置に制御される。貯湯運転は、このように第１流路切替弁４および第２流路切替弁２が制御された状態で、熱源ポンプ３およびヒートポンプユニット３００を駆動することにより実行される。その結果、貯湯タンク５下部の水導出口４５から流出する低温水は、沸き上げ往き流路３０、第１流路切替弁４、ポンプ流路２２（熱源ポンプ３）およびヒートポンプ入口配管２０をこの順に経由してヒートポンプユニット３００に導かれ、沸き上げ用熱交換器１８において加熱されて高温水（湯）となり、ヒートポンプ出口配管１９、沸き上げ戻り流路２１、第２流路切替弁２および配管２６，２７をこの順に経由して、貯湯タンク５の上部ポート２８から貯湯タンク５内に流入し貯えられる。このような貯湯運転が実行されることで、貯湯タンク５の内部では、上層部から高温水が貯えられていき、この高温水の層が徐々に厚くなる。その後、所定量の高温水が貯えられるまで貯湯運転が継続される。

次に、貯湯式給湯機１００における貯湯利用追い焚き運転について説明する。貯湯利用追い焚き運転とは、貯湯タンク５内に貯えられた高温水を熱源水として追い焚き用熱交換器９に送ることによって浴槽１３内の湯水（浴槽水）を加温または保温する運転のことである。貯湯利用追い焚き運転では、第１流路切替弁４はｆポート−ｇポート間を連通させる位置に制御され、第２流路切替弁２はｂポート−ｃポート間を連通させる位置に制御され、熱源ポンプ３および浴槽循環ポンプ１２を駆動する。この貯湯利用追い焚き運転では、貯湯タンク５の上部ポート２８から流出する高温水（熱源水）は、配管２７および熱源水往き流路３１を経由して追い焚き用熱交換器９に導かれる。追い焚き用熱交換器９では、貯湯タンク５から供給された熱源水と、浴槽循環流路を循環する浴槽水とが熱交換する。熱交換後の温度低下した熱源水（中温水）は、熱源水戻り流路３２、第１流路切替弁４、ポンプ流路２２（熱源ポンプ３）、連通流路２３、第２流路切替弁２およびバイパス流路２４をこの順に経由して、水戻り口４６から貯湯タンク５内に流入する。

次に、貯湯式給湯機１００におけるヒートポンプ利用追い焚き運転（加熱手段利用追い焚き運転）について説明する。ヒートポンプ利用追い焚き運転とは、ヒートポンプユニット３００の沸き上げ用熱交換器１８によって沸き上げた高温水を熱源水として追い焚き用熱交換器９に送ることによって浴槽１３内の湯水を加温または保温する運転のことである。ヒートポンプ利用追い焚き運転時には、第１流路切替弁４はｆポート−ｇポート間を連通させる位置に制御され、第２流路切替弁２はａポート−ｄポート間を連通させる位置に制御され、ヒートポンプユニット３００、熱源ポンプ３および浴槽循環ポンプ１２を駆動する。第１流路切替弁４および第２流路切替弁２を上記のように制御することにより、ヒートポンプユニット３００と追い焚き用熱交換器９との間を貯湯タンク５を介さずに接続する循環流路（加熱手段利用追い焚き循環流路）が形成される（図３参照）。ヒートポンプ利用追い焚き運転では、ヒートポンプユニット３００の沸き上げ用熱交換器１８にて加熱された熱源水が、ヒートポンプ出口配管１９、沸き上げ戻り流路２１、第２流路切替弁２、配管２６および熱源水往き流路３１をこの順に経由して追い焚き用熱交換器９に送られる。追い焚き用熱交換器９では、ヒートポンプユニット３００から供給された熱源水と、浴槽循環流路を循環する浴槽水とが熱交換する。熱交換後の温度低下した熱源水は、熱源水戻り流路３２、第１流路切替弁４、ポンプ流路２２（熱源ポンプ３）、ヒートポンプ入口配管２０をこの順に経由してヒートポンプユニット３００に戻り、沸き上げ用熱交換器１８にて再び沸き上げられ、再循環する。

本実施形態では、上述した貯湯運転、貯湯利用追い焚き運転、ヒートポンプ利用追い焚き運転の何れにおいても、共通の熱源ポンプ３を用いて湯水を循環させることができる。このため、ポンプの個数を削減でき、コスト低減、重量軽減が図れる。

貯湯利用追い焚き運転を行った場合には貯湯タンク５下部に中温水が発生するが、ヒートポンプ利用追い焚き運転を行った場合には貯湯タンク５下部に中温水が発生しない。このため、ヒートポンプ利用追い焚き運転を行った場合には、次回の貯湯運転においてヒートポンプユニット３００への入水温度が高くなることがないので、ヒートポンプユニット３００のエネルギー効率（成績係数）の低下を回避することができる。また、ヒートポンプ利用追い焚き運転を行った場合には、貯湯タンク５内の蓄熱量を減少させることがないという利点もある。

浴槽１３を追い焚きする場合、制御部１は、ヒートポンプユニット３００の状態や、浴槽湯温の状態、貯湯タンク５の残湯量（蓄熱量）、あるいはリモコンに入力された使用者の指示などに基づいて、貯湯利用追い焚き運転とヒートポンプ利用追い焚き運転との何れを実行するかを所定の判断手法に基づいて決定する。

本実施形態では、ヒートポンプ利用追い焚き運転を実行した場合には、ヒートポンプ利用追い焚き運転の終了後、沸き上げ用熱交換器１８内にスケールが堆積することを防止するため、沸き上げ用熱交換器１８を冷却する冷却動作を実行する。ヒートポンプ利用追い焚き運転の終了時には、ヒートポンプユニット３００の圧縮機および浴槽循環ポンプ１２は停止される。この冷却動作では、ヒートポンプ利用追い焚き運転と同じ循環流路のままで、熱源ポンプ３を駆動して湯水を循環させる。これにより、沸き上げ用熱交換器１８等の内部に残存する高温水が、追い焚き用熱交換器９を通過して冷却されて、沸き上げ用熱交換器１８内に戻る。この冷却動作によって沸き上げ用熱交換器１８の余熱を除去して温度を低下させることにより、沸き上げ用熱交換器１８内にスケールが堆積することを確実に抑制することができる。また、このような冷却動作では、沸き上げ用熱交換器１８等の内部に残存する高温水が貯湯タンク５下部に流入しないので、貯湯タンク５下部の水温が上昇することがない。このため、次回の貯湯運転においてヒートポンプユニット３００への入水温度が高くなることがないので、ヒートポンプユニット３００のエネルギー効率の低下を回避することができる。この冷却動作では、沸き上げ用熱交換器１８等の内部に残存する高温水が追い焚き用熱交換器９に送られるので、追い焚き用熱交換器９が加熱され、追い焚き用熱交換器９内に滞留している浴槽水の温度が上昇する可能性がある。追い焚き用熱交換器９に滞留している浴槽水の温度が過度に上昇すると、その後に湯張りや足し湯が行われて浴槽１３に給湯した際、リモコンに設定された給湯温度より高い温度の湯が追い焚き用熱交換器９から浴槽１３に出湯する可能性がある。そこで、本実施形態では、冷却動作の実行中、追い焚き用熱交換器９の温度を監視し、追い焚き用熱交換器９の温度が過度に上昇するおそれのある場合には、追い焚き用熱交換器９の温度上昇を抑制する制御（昇温抑制制御）を行うこととした。

図２は、上述したヒートポンプ利用追い焚き運転の終了後に制御部１が実行する処理のフローチャートである。ヒートポンプ利用追い焚き運転の終了後の動作について、図２のフローチャートを用いて説明する。図２のＳｔａｒｔの時点では、ヒートポンプ利用追い焚き運転が終了し、ヒートポンプユニット３００の圧縮機が停止した状態である。ステップＳ１では、沸き上げ用熱交換器１８の冷却動作で熱源ポンプ３を駆動する所定の上限時間Ａ分（例えば１０分）をセットし、ステップＳ２に進む。このときの流路図は、図３である。冷却動作では、図３に示すように、熱源ポンプ３により、ヒートポンプ利用追い焚き運転と同じ循環流路を湯水が循環する。なお、ヒートポンプ利用追い焚き運転が終了した時点では浴槽循環ポンプ１２は駆動している。その後、独自の基準条件に従い、該基準条件を満足した場合に、浴槽循環ポンプ１２が停止する。この停止動作をフローチャートに示すと煩雑となるため、図２のフローチャートでは省略している。そのため、図３の流路図でも、浴槽循環流路側（配管３４，３５，３６，３７，３８および３９）の動作は省略する。

ステップＳ２では、冷却動作開始時からの経過時間が、上限時間Ａ分を超過していないかを確認する。上限時間Ａ分を超過している場合には、ステップＳ５へ進み、熱源ポンプ３を停止する。上限時間Ａ分を超過していない場合には、ステップＳ３に進む。ステップＳ３では、浴槽往き温度センサ１０の検出温度Ｔｔｃｏが所定温度Ｂ℃以下であるかを確認する。浴槽往き温度センサ１０は、追い焚き用熱交換器９の近傍にあるので、浴槽往き温度センサ１０の検出温度Ｔｔｃｏは、追い焚き用熱交換器９の温度（追い焚き用熱交換器９内の浴槽水の温度）にほぼ等しいとみなせる。このため、本実施形態では、浴槽往き温度センサ１０の検出温度Ｔｔｃｏを追い焚き用熱交換器９の温度として用いる。所定温度Ｂ℃は、次回の湯張り・足し湯時に浴槽１３への出湯温度が設定温度を超えることがないように予め設定される温度であり、例えば６０℃と設定する。ＴｔｃｏがＢ℃以下である場合には、追い焚き用熱交換器９の温度上昇を抑制する必要はないと判断され、ステップＳ４に進む。これに対し、ＴｔｃｏがＢ℃を超えている場合には、追い焚き用熱交換器９の温度上昇を抑制する必要があると判断され、ステップＳ６に進む。

ステップＳ４では、熱源ポンプ３の停止条件を満足しているか否かを判定する。この停止条件とは、ヒートポンプ給水温度センサ１７の検出温度と、ヒートポンプ出湯温度センサ１６の検出温度との差が基準値（例えば３℃）以内になることである。ヒートポンプ給水温度センサ１７の検出温度と、ヒートポンプ出湯温度センサ１６の検出温度との差が上記基準値以内になっていれば、沸き上げ用熱交換器１８は十分に冷却されたと判断できる。このため、上記停止条件を満足している場合には、沸き上げ用熱交換器１８の冷却処理が終了したと判断し、ステップＳ５に進んで、熱源ポンプ３を停止させる。この時点で冷却動作は終了となる。これに対し、上記停止条件を満足していない場合には、沸き上げ用熱交換器１８の冷却がまだ終了していないと判断し、ステップＳ２に戻る。

一方、浴槽往き温度センサ１０の検出温度がＢ℃を超えている場合に進むステップＳ６では、熱源ポンプ３が駆動しているか否かを判定する。熱源ポンプ３が駆動している場合は、ステップＳ７に進む。熱源ポンプ３が停止している場合は、ステップＳ９に進む。ステップＳ９では、熱源ポンプ３を駆動させ、ステップＳ１に戻る。

ステップＳ７では、第２流路切替弁２を、ａポート−ｂポート間を連通させる位置に切り替える。そして、ステップＳ８へ進み、第１流路切替弁４を、ｅポート−ｆポート間を連通させる位置に切り替える。その後は、ステップＳ３に戻り、以降、ステップＳ５に到達するまで、処理を継続する。

図４は、上記ステップＳ７およびステップＳ８で第２流路切替弁２および第１流路切替弁４を切り替えた後の流路を示す図である。本実施形態では、ステップＳ７およびステップＳ８における第２流路切替弁２および第１流路切替弁４の切り替えが、追い焚き用熱交換器９の温度上昇を抑制する昇温抑制制御に相当している。図４に示すように、昇温抑制制御が実行された状態では、沸き上げ用熱交換器１８と、貯湯タンク５の下部とが、ヒートポンプ出口配管１９、沸き上げ戻り流路２１、第２流路切替弁２、バイパス流路２４、沸き上げ往き流路３０、第１流路切替弁４、ポンプ流路２２およびヒートポンプ入口配管２０からなるバイパス循環流路により接続される。これにより、沸き上げ用熱交換器１８の余熱により加熱された温水は、水戻り口４６から貯湯タンク５内に流入し、貯湯タンク５の水導出口４５から流出する低温水が沸き上げ用熱交換器１８に流入する。このような昇温抑制制御を行うことにより、沸き上げ用熱交換器１８の余熱により加熱された温水が追い焚き用熱交換器９に送られなくなるので、追い焚き用熱交換器９が加熱されなくなり、放熱により追い焚き用熱交換器９の温度が低下する。

本実施形態によれば、以上の制御を行うことで、ヒートポンプ利用追い焚き運転終了後の沸き上げ用熱交換器１８の冷却動作のときに追い焚き用熱交換器９の温度が過度に上昇することを確実に防止することができる。このため、次回の湯張り・足し湯時に、設定温度を超える温度の湯が追い焚き用熱交換器９から浴槽１３へ出湯することを確実に防止することができる。また、貯湯タンク５内の低温水が沸き上げ用熱交換器１８に流入することにより、沸き上げ用熱交換器１８を迅速に冷却することができる。

実施の形態２．
次に、図５および図６を参照して、本発明の実施の形態２について説明するが、上述した実施の形態１との相違点を中心に説明し、同一部分または相当部分は同一符号を付し説明を省略する。

本実施形態の貯湯式給湯機は、装置構成は実施の形態１と同様である。図５は、本実施形態の貯湯式給湯機において、ヒートポンプ利用追い焚き運転の終了後に制御部１が実行する処理のフローチャートである。本実施形態の貯湯式給湯機は、制御部１が前述した図２のフローチャートに代えて図５のフローチャートの処理を実行することにより実現される。以下、本実施形態におけるヒートポンプ利用追い焚き運転の終了後の動作について、図５のフローチャートを用いて説明する。

図５のステップＳ１およびＳ２の処理は、実施の形態１と同様であり、説明を省略する。ステップＳ２で、冷却動作開始時からの経過時間が上限時間Ａ分を超過していない場合には、ステップＳ１０に進む。ステップＳ１０では、浴槽往き温度センサ１０の検出温度Ｔｔｃｏが所定温度Ｅ℃以下であるかを確認する。ステップＳ１０の処理は、追い焚き用熱交換器９の温度が上昇してきたかどうかを確認するものである。所定温度Ｅ℃は、浴槽アダプター１４から浴槽１３内の浴槽水中に流出したとしても浴槽１３内の人体に影響を与えない温度（例えば５５℃）に設定される。浴槽往き温度センサ１０の検出温度ＴｔｃｏがＥ℃以下である場合は、ステップＳ４に進み、Ｅ℃を超えている場合はステップＳ６に進む。ステップＳ４およびステップＳ５は実施の形態１と同様であり、説明を省略する。

ステップＳ６で、熱源ポンプ３が駆動している場合にはステップＳ１１に進み、熱源ポンプ３が駆動していない場合には場合にはステップＳ９で熱源ポンプ３を駆動してステップＳ１に戻る。ステップＳ１１では、浴槽循環ポンプ１２を駆動させる。本実施形態では、ステップＳ１１において浴槽循環ポンプ１２を駆動させることが、追い焚き用熱交換器９の温度上昇を抑制する昇温抑制制御に相当している。図６は、このときの流路を示す図である。図６に示すように、本実施形態では、追い焚き用熱交換器９の温度が上昇してきた場合（浴槽往き温度センサ１０の検出温度ＴｔｃｏがＥ℃を超えた場合）に、浴槽循環ポンプ１２を駆動し、追い焚き用熱交換器９に浴槽水を循環させる。これにより、追い焚き用熱交換器９の熱が浴槽水に奪われ、追い焚き用熱交換器９の温度が低下する。

ステップＳ１１の後は、ステップＳ１０に戻り、処理を継続する。沸き上げ用熱交換器１８の冷却が終了すると、ステップＳ５に到達し、熱源ポンプ３を停止させる。その後、ステップＳ１２に進む。ステップＳ１２では、浴槽循環ポンプ１２が駆動している場合には、浴槽循環ポンプ１２を停止させる。浴槽循環ポンプ１２が駆動していない場合は、省略してフローを終了する。

本実施形態によれば、以上の制御を行うことで、ヒートポンプ利用追い焚き運転終了後の沸き上げ用熱交換器１８の冷却動作のときに追い焚き用熱交換器９の温度が過度に上昇することを確実に防止することができる。このため、次回の湯張り・足し湯時に、設定温度を超える温度の湯が追い焚き用熱交換器９から浴槽１３へ出湯することを確実に防止することができる。また、本実施形態では、ヒートポンプ利用追い焚き運転の終了後、熱源水の流路内の湯水温度を実施の形態１と比べて高い温度に保持することが可能であるため、ヒートポンプ利用追い焚き運転を再度実行する場合に、追い焚きを迅速に行うことが可能となる。

実施の形態３．
次に、図７を参照して、本発明の実施の形態３について説明する。本実施形態の貯湯式給湯機は、実施の形態１および２と比べて、装置構成および動作はほぼ同様であり、実施の形態１のステップＳ３（図２）、実施の形態２のステップＳ１０（図５）に相当する、追い焚き用熱交換器９の温度判定方法のみが異なる。本実施形態において、制御部１は、追い焚き用熱交換器９の温度（浴槽往き温度センサ１０の検出温度Ｔｔｃｏ）が、前述した所定温度（Ｂ℃またはＥ℃）を超過するおそれがあるか否かを事前に予測する温度判定フローを実行する。図７は、本実施形態における温度判定フローのフローチャートである。本実施形態における温度判定フローは、実施の形態１、２のどちらにも適用可能である。以下、図７を参照して、本実施形態における温度判定フローについて説明する。

図７のＳｔａｒｔの時点は、ヒートポンプ利用追い焚き運転が終了した時点とする。ステップＳ１３は、熱源ポンプ３が駆動しているか確認するステップであり、熱源ポンプ３が駆動している場合にはステップＳ１４に進み、熱源ポンプ３が駆動していない場合には温度判定フローを終了する。ステップＳ１４は、第１流路切替弁４の位置を確認するステップであり、ｆポート−ｇポート間が連通する位置である場合にはステップＳ１５に進み、上記以外の位置である場合は温度判定フローを終了する。ステップＳ１５は、第２流路切替弁２の位置を確認するステップであり、ａポート−ｄポート間が連通する位置である場合にはステップＳ１６に進み、上記以外の位置である場合は温度判定フローを終了する。

制御部１は、浴槽往き温度センサ１０の検出温度Ｔｔｃｏのデータを格納する配列を記憶領域に有している。ステップＳ１６は、その配列の１番目の要素であるＴｔｃｏ（１）に値が入力されているかを確認するステップである。Ｔｔｃｏ（１）に値が入力されていればステップＳ１７に進み、入力されていなければステップＳ２７に進む。ステップＳ２７は、Ｔｔｃｏ（１）にＴｔｃｏの現在値を入力するステップであり、終了後ステップＳ１３に戻る。ステップＳ１７は、配列の２番目の要素Ｔｔｃｏ（２）に現在の値Ｔｔｃｏを入力するステップであり、その後ステップＳ１８に進む。制御部１の記憶領域には、Ｔｔｃｏの微分値（Ｔｔｃｏの傾き）であるＴ１のデータを格納する配列が更に設けられている。ステップＳ１８は、Ｔｔｃｏの微分値Ｔ１の配列の１番目の要素であるＴ１（１）に数値が入力されているか否かを確認するステップである。Ｔ１（１）に値が入力されていればステップＳ１９に進み、入力されていなければステップＳ２８に進む。ステップＳ２８は、Ｔｔｃｏの微分値Ｔ１（１）を計算するステップであり、Ｔｔｃｏ（２）とＴｔｃｏ（１）との差をサンプリング時間Δｔで除することによりＴ１（１）を計算する。計算終了後ステップＳ２９に進む。ステップＳ２９は、Ｔｔｃｏ（１）にＴｔｃｏ（２）を入力するステップであり、数値入れ替え後ステップＳ１３に戻る。

ステップＳ１９は、Ｔｔｃｏの微分値Ｔ１の２番目の要素Ｔ１（２）の値を計算するステップであり、Ｔｔｃｏ（２）とＴｔｃｏ（１）との差をサンプリング時間Δｔで除することによりＴ１（２）を計算する。計算終了後ステップＳ２０に進む。ステップＳ２０は、Ｔｔｃｏの２階微分値（Ｔｔｃｏの傾きの変化の割合）Ｔ２を計算するステップであり、Ｔ１（２）とＴ１（１）との差をサンプリング時間Δｔで除することによりＴ２を計算する。計算終了後ステップＳ２１に進む。ステップＳ２１は、Ｔｔｃｏの微分値Ｔ１（１）が正であるか否か、つまり、Ｔｔｃｏが上昇中であるか否かを判定するステップであり、上昇中（Ｔ１（１）＞０）であればステップＳ２２に進む。Ｔｔｃｏが上昇中でない（Ｔ１（１）≦０）場合は、Ｔｔｃｏが所定温度を超えるおそれはないと判断し、ステップＳ３０に進む。ステップＳ３０は、Ｔｔｃｏの微分値Ｔ１（１）にＴ１（２）を入力するステップであり、数値入れ替え後ステップＳ２９に進む。

ステップＳ２２は、Ｔｔｃｏの２階微分値Ｔ２が正であるか否か、つまり、Ｔｔｃｏの時間変化のグラフが下に凸か上に凸かを判定するステップであり、下に凸（Ｔ２＞０）である場合にはステップＳ２３に進む。Ｔｔｃｏの時間変化のグラフが下に凸でない（Ｔ２≦０）場合には、Ｔｔｃｏの上昇は収束しつつあるので、Ｔｔｃｏが所定温度を超えるおそれはないと判断し、ステップＳ３０に進む。

ステップＳ２３は、判定を下すステップであり、浴槽往き温度センサ１０の検出温度Ｔｔｃｏが、前述した所定温度を超過するかどうかを予測する。この予測方法としては、例えば、現在までの検出温度Ｔｔｃｏのデータに基づいて多項式近似等の公知の方法によってＴｔｃｏの上昇傾向の近似曲線を算出することにより、Ｔｔｃｏが上記所定温度を超過するかどうかを予測する。このステップＳ２３によって浴槽往き温度センサ１０の検出温度Ｔｔｃｏが上記所定温度を超えると予測された場合には、追い焚き用熱交換器９の温度上昇を抑制する必要があると判断し、実施の形態１または２の昇温抑制制御を実行する。また、この場合、追い焚き用熱交換器９の温度が上記所定温度を超えるおそれがある旨をリモコンの表示部に表示する等の方法により使用者に報知してもよい。温度判定フローにおいては、ステップＳ２３終了後、ステップＳ２４に進む。ステップＳ２４は、Ｔｔｃｏ（１）およびＴｔｃｏ（２）の数値をクリアするステップであり、クリア後ステップＳ２５に進む。ステップＳ２５はＴ１（１）およびＴ１（２）の数値をクリアするステップであり、クリア後ステップＳ２６に進む。ステップＳ２６はＴ２の数値をクリアするステップであり、数値をクリア後、温度判定フローを終了する。

以上説明したように、本実施形態では、浴槽往き温度センサ１０の検出温度Ｔｔｃｏの変化傾向を、Ｔｔｃｏを時間微分した微分値Ｔ１および２階微分値Ｔ２に基づいて検出することにより、追い焚き用熱交換器９の温度上昇を事前に予測することができる。これにより、追い焚き用熱交換器９の温度が、次回の湯張り・足し湯時に設定温度以上の湯が出湯される可能性のある温度に到達する前に、追い焚き用熱交換器９の温度上昇を抑制する昇温抑制制御を開始することができる。このため、次回の湯張り・足し湯時に、設定温度以上の湯が追い焚き用熱交換器９から浴槽１３に出湯されることをより確実に防止することが可能となる。

１ 制御部
２ 第２流路切替弁
３ 熱源ポンプ
４ 第１流路切替弁
５ 貯湯タンク
６ 給湯混合弁
７ ふろ混合弁
８ 減圧弁
９ 追い焚き用熱交換器
１０ 浴槽往き温度センサ
１１ 浴槽戻り温度センサ
１２ 浴槽循環ポンプ
１３ 浴槽
１４ 浴槽アダプター
１５ 制御部
１６ ヒートポンプ出湯温度センサ
１７ ヒートポンプ入水温度センサ
１８ 沸き上げ用熱交換器
１９ ヒートポンプ出口配管
２０ ヒートポンプ入口配管
２１ 沸き上げ戻り流路
２２ ポンプ流路
２３ 連通流路
２４ バイパス流路
２６，２７ 配管
２８ 上部ポート
２９ 給湯配管
３０ 沸き上げ往き流路
３１ 熱源水往き流路
３２ 熱源水戻り流路
３３ 浴槽水給湯管
３４，３５，３６，３７，３８ 配管
４０，４２ 給水配管
４１ 給水分岐管
４３ 混合水給湯管
４４ 水導入口
４５ 水導出口
４６ 水戻り口
１００ 貯湯式給湯機
２００ 貯湯タンクユニット
３００ ヒートポンプユニット

Claims (4)

1. 水を加熱して高温水とする加熱手段と、
   前記加熱手段により沸き上げられた前記高温水を上側から貯留し、水源から供給される低温水を下側から貯留する貯湯タンクと、
   浴槽水を加熱するための追い焚き用熱交換器と、
   前記追い焚き用熱交換器の温度を検出する追い焚き用熱交換器温度検出手段と、
   浴槽内の前記浴槽水を前記追い焚き用熱交換器に循環させる浴槽循環ポンプと、
   前記加熱手段と前記追い焚き用熱交換器との間を接続する加熱手段利用追い焚き循環流路が形成されるように流路を切り替え可能な流路切替手段と、
   前記加熱手段利用追い焚き循環流路に水を循環可能な熱源ポンプと、
   前記加熱手段、前記浴槽循環ポンプおよび前記熱源ポンプを駆動し、前記加熱手段により沸き上げられた前記高温水を前記加熱手段利用追い焚き循環流路により前記追い焚き用熱交換器に送る加熱手段利用追い焚き運転と、前記加熱手段利用追い焚き運転の終了後に、前記熱源ポンプを駆動して前記加熱手段利用追い焚き循環流路に水を循環させることにより前記加熱手段を冷却する冷却動作とを行う運転制御手段と、
   前記追い焚き用熱交換器の温度が所定温度を超えるか否かを判定または予測する温度判定手段と、
   前記冷却動作の実行中に前記温度判定手段により前記追い焚き用熱交換器の温度が前記所定温度を超えると判定または予測された場合に、前記追い焚き用熱交換器の温度上昇を抑制する昇温抑制制御を行う昇温抑制手段と、
   を備える貯湯式給湯機。
2. 前記流路切替手段は、前記加熱手段と前記貯湯タンクの下部との間を接続するバイパス循環流路が形成されるように流路を更に切り替え可能であり、
   前記昇温抑制手段は、前記冷却動作の実行中に前記追い焚き用熱交換器の温度が前記所定温度を超えると判定または予測された場合に、前記加熱手段利用追い焚き循環流路から前記バイパス循環流路に切り替える制御を実行する請求項１記載の貯湯式給湯機。
3. 前記昇温抑制手段は、前記冷却動作の実行中に前記追い焚き用熱交換器の温度が前記所定温度を超えると判定または予測された場合に、前記浴槽循環ポンプを駆動する制御を実行する請求項１記載の貯湯式給湯機。
4. 前記温度判定手段は、前記追い焚き用熱交換器の温度の変化傾向を検出し、該変化傾向に基づいて、前記追い焚き用熱交換器の温度が前記所定温度を超えるか否かを予測する請求項１乃至３の何れか１項記載の貯湯式給湯機。

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