JP5699120B2 - 給湯システム - Google Patents

Description

本明細書で開示する技術は、給湯システムに関する。

特許文献１には、水を貯留する貯湯タンクと、貯湯タンク内の水を循環させる循環回路と、循環回路内を循環する水を加熱するヒートポンプと、貯湯タンク内の水の温度を検出する水温センサと、水温センサが検出する温度が所定温度以下であるか否かを判別する判別部とを備えるヒートポンプ給湯機が開示されている。このヒートポンプ給湯機では、判別部が、水温センサが検出する温度が所定温度以下であると判断すると、ヒートポンプを作動させるとともに、循環回路内で水を循環させて、循環回路内の水が凍結することを防止する凍結防止運転を行う。

特開平１１−６３６６１号公報

特許文献１の技術では、凍結防止運転が必要になる度に、ヒートポンプの始動と停止を行う。その結果、ヒートポンプの発停回数が多くなり、ヒートポンプの総合的な効率が低くなる。本明細書では、ヒートポンプの発停回数の増大を抑制できるとともに、適切に配管類の凍結を防止することができる給湯システムを提供する。

本発明者による鋭意検討の結果、様々な世帯の生活サイクルを２４時間（１日）単位で見る場合、どの世帯でも、最後に温水の供給が行われた後は、次の日に最初に温水の供給が行われる時間帯まで、温水が必要とされる可能性が低いことが判明した。

本明細書が開示する給湯システムは、上記の知見に基づいて創作されたものである。本明細書が開示する給湯システムは、温水利用箇所に供給する水を貯留するタンクと、タンク内の水を導入し、導入した水をタンクに戻すタンク水循環路と、外気から吸熱し、タンク水循環路内の水を加熱するヒートポンプと、外気温を計測する外気温センサと、タンク内の各部の水の温度を計測する水温センサと、コントローラと、を備える。コントローラは、過去の実績に基づいて、単位期間において、最初の温水の供給が開始される給湯開始予定時刻と、給湯開始予定時刻より後の時刻であって、最後の温水の供給が終了する給湯終了予定時刻と、を特定する。また、タンク内の各部の水の温度に基づいて、タンク内に蓄えられている熱量を算出する。さらに、現在の単位期間における給湯終了予定時刻後に外気温が所定温度より低い場合に、ヒートポンプを作動させずに、タンク水循環路内の水を循環させる凍結防止運転を実行するとともに、現在の単位期間における給湯終了予定時刻後に、次の単位期間における給湯開始予定時刻まで凍結防止運転を実行するのに必要な熱量がタンクに蓄えられるまで、ヒートポンプを作動させる凍結防止用蓄熱運転を実行する。

上記の給湯システムは、現在の単位期間における給湯終了予定時刻後に、次の単位期間における給湯開始予定時刻まで凍結防止運転を実行するのに必要な熱量がタンクに蓄えられるまで、ヒートポンプを作動させる凍結防止用蓄熱運転を実行する。凍結防止用蓄熱運転により、タンク内には、次の単位期間における給湯開始予定時刻まで凍結防止運転を実行するのに必要な熱量（温水）が貯められる。そのため、現在の単位期間における給湯終了予定時刻後から次の単位期間における給湯開始予定時刻までの間、ヒートポンプを作動させずに、タンク内の温水を循環させて凍結防止運転を実行することができる。その結果、ヒートポンプを頻繁に発停させることを抑制することができる。従って、上記の給湯システムは、ヒートポンプの発停回数の増大を抑制できるとともに、適切に配管類の凍結を防止することができる。

第１実施例の給湯システム２の構成を模式的に示す図。 第１実施例の給湯システム２で、当日の給湯開始予定時刻から当日の給湯終了予定時刻までの間に実行される第１の凍結防止処理のフローチャート。 第１実施例の給湯システム２で、当日の給湯終了予定時刻から次の日の給湯開始予定時刻までの間に実行される第２の凍結防止処理のフローチャート。 第１実施例の第２の凍結防止処理を行う場合の具体例（１Ａ）を示す表。 第１実施例の第２の凍結防止処理を行う場合の具体例（１Ｂ）を示す表。 第２実施例の給湯システム２で、当日の給湯終了予定時刻から次の日の給湯開始予定時刻までの間に実行される第２の凍結防止処理のフローチャート。 第２実施例の第２の凍結防止処理を行う場合の具体例（２）を示す表。 第３実施例の第２の凍結防止処理を行う場合の具体例（３）を示す表。

以下に説明する実施例の主要な特徴を列記しておく。なお、以下に記載する技術要素は、それぞれ独立した技術要素であって、単独であるいは各種の組合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合せに限定されるものではない。

（特徴１） コントローラは、現在の単位期間における給湯終了予定時刻が経過した直後に、凍結防止用蓄熱運転を実行してもよい。この構成によると、給湯システムは、現在の単位期間における給湯終了予定時刻が経過した直後に、次の単位期間における給湯開始予定時刻まで凍結防止運転を実行するのに必要な熱量（温水）をタンク内に貯めることができる。

（特徴２） コントローラは、タンク内の熱量が、凍結防止運転を実行するのに最低限必要な所定の熱量に満たなくなった場合に、凍結防止用蓄熱運転を実行してもよい。この構成によると、例えば、現在の単位期間における給湯終了予定時刻後にタンク内の温水を給湯に利用し、その結果としてタンク内の熱量が不足する場合であっても、給湯システムは、タンク内の熱量が不足する時点で凍結防止用蓄熱運転を実行する。そのため、給湯システムは、タンク内の温水の利用状況にかかわらず、次の単位期間における給湯開始予定時刻まで凍結防止運転を実行するのに必要な熱量を確保することができる。

（第１実施例）
図１に示すように、本実施例に係る給湯システム２は、タンク１０と、タンク水循環路２０と、水道水導入路３０と、供給路４０と、ヒートポンプ５０と、バーナ加熱装置６０と、コントローラ１００と、を備える。

ヒートポンプ５０は、外気から吸熱して、タンク水循環路２０内の水を加熱する熱源である。ヒートポンプ５０は、図示しないが、熱媒体（代替フロン、例えばＲ４１０Ａ等）を循環させる熱媒体循環路と、外気と熱媒体との間で熱交換を行う蒸発器と、熱媒体を圧縮して高温高圧にする圧縮器と、タンク水循環路２０内の水と高温高圧の熱媒体との間で熱交換を行う熱交換器と、熱交換を終えた後の熱媒体を減圧させて低温低圧にする膨張弁と、を備えている。また、ヒートポンプ５０には、外気温を測定する外気温センサ５２が備えられている。

タンク１０は、ヒートポンプ５０によって加熱された温水を貯える。タンク１０は、密閉型であり、断熱材によって外側が覆われている。タンク１０内には満水まで水が貯留されている。本実施例では、タンク１０の容量は１００Ｌである。タンク１０には、サーミスタ１１、１２、１３、１４、１５がタンク１０の高さ方向に所定間隔で取り付けられている。各サーミスタ１１、１２、１３、１４、１５は、その取付位置の水の温度を測定する。例えば、各サーミスタ１１、１２、１３、１４、１５は、それぞれ、タンク１０の上部から０Ｌ、２０Ｌ、４０Ｌ、６０Ｌ、８０Ｌの位置の水の温度を測定する。

タンク水循環路２０は、上流端がタンク１０の下部に接続されており、下流端がタンク１０の上部に接続されている。タンク水循環路２０には、循環ポンプ２２が介装されている。循環ポンプ２２は、タンク水循環路２０内の水を上流側から下流側へ送り出す。また、タンク水循環路２０は、ヒートポンプ５０の熱交換器（図示省略）を通過している。そのため、ヒートポンプ５０を作動させると、タンク水循環路２０内の水がヒートポンプ５０の熱交換器で加熱される。従って、循環ポンプ２２とヒートポンプ５０とを作動させると、タンク１０の下部の水がヒートポンプ５０で加熱され、加熱された水がタンク１０の上部に戻される。即ち、タンク水循環路２０は、タンク１０に蓄熱するための水路である。また、タンク水循環路２０のヒートポンプ５０の上流側には、サーミスタ２４が介装されている。サーミスタ２４は、タンク１０の下部から導出され、ヒートポンプ５０を通過する前の水の温度を測定する。言い換えると、サーミスタ２４は、タンク１０の上部から１００Ｌの位置の水の温度を測定する。

水道水導入路３０は、上流端が水道水供給源３１に接続されている。水道水導入路３０には、サーミスタ３２が介装されている。サーミスタ３２は、水道水の温度を測定する。水道水導入路３０の下流側は、第１導入路３０ａと第２導入路３０ｂに分岐している。第１導入路３０ａの下流端は、タンク１０の下部に接続されている。第２導入路３０ｂの下流端は、後述の供給路４０の途中に接続されている。第２導入路３０ｂの下流端と供給路４０との接続部分には、混合弁４２が設けられている。混合弁４２は、供給路４０内を流れる温水に、第２導入路３０ｂ内の水を混合させる量を調整する。

供給路４０は、上流端がタンク１０の上部に接続されている。上述したように、供給路４０の途中には、水道水導入路３０の第２導入路３０ｂが接続されており、接続部分には混合弁４２が設けられている。第２導入路３０ｂとの接続部より下流側の供給路４０には、バーナ加熱装置６０が介装されている。また、バーナ加熱装置６０より下流側の供給路４０には、サーミスタ４４が介装されている。サーミスタ４４は、供給される温水の温度を測定する。バーナ加熱装置６０は、タンク１０から供給路４０に供給される温水の温度（即ち、サーミスタ１２の測定温度）が給湯設定温度に満たない場合に、サーミスタ４４が測定する温水の温度が給湯設定温度と一致するように、供給路４０内の水を加熱する。供給路４０の下流端は、温水利用箇所（例えば台所、浴槽等）に接続されている。

コントローラ１００は、各構成要素と電気的に接続されており、各構成要素の動作を制御する。

次いで、本実施例の給湯システム２の動作について説明する。給湯システム２は、蓄熱運転、給湯運転、及び、凍結防止運転、の３つの運転を実行することができる。以下、各運転について説明する。

（蓄熱運転）
蓄熱運転は、ヒートポンプ５０で生成した熱により、タンク１０内の水を加熱する運転である。コントローラ１００によって蓄熱運転の実行が指示されると、ヒートポンプ５０が作動するとともに、循環ポンプ２２が回転する。循環ポンプ２２が回転すると、タンク水循環路２０内をタンク１０内の水が循環する。即ち、タンク１０の下部に存在する水がタンク水循環路２０内に導入され、導入された水がヒートポンプ５０内の熱交換器を通過する際に、熱媒体の熱によって加熱され、加熱された水がタンク１０の上部に戻される。これにより、タンク１０に高温の水が貯められる。タンク１０の上部には、高温の水の層が形成され、下部には、低温の水の層が形成される。

（給湯運転）
給湯運転は、タンク１０内の水を温水利用箇所に供給する運転である。給湯運転は、上記の蓄熱運転中にも実行することができる。温水利用箇所の給湯栓が開かれると、コントローラ１００は、水道水供給源３１からの水圧によって、水道水導入路３０（第１導入路３０ａ）からタンク１０の下部に水道水が流入する。同時に、タンク１０上部の温水が、供給路４０を介して温水利用箇所に供給される。

コントローラ１００は、タンク１０から供給路４０に供給される水の温度（即ち、サーミスタ１２の測定温度）が、給湯設定温度より高い場合には、混合弁４２を開いて第２導入路３０ｂから供給路４０に水道水を導入する。従って、タンク１０から供給された水と第２導入路３０ｂから供給された水道水とが、供給路４０内で混合される。コントローラ１００は、温水利用箇所に供給される水の温度が、給湯設定温度と一致するように、混合弁４２の開度を調整する。一方、コントローラ１００は、タンク１０から供給路４０に供給される水の温度が、給湯設定温度より低い場合には、バーナ加熱装置６０を作動させる。従って、供給路４０を通過する水がバーナ加熱装置６０によって加熱される。コントローラ１００は、温水利用箇所に供給される水の温度が、給湯設定温度と一致するように、バーナ加熱装置６０の出力を制御する。

また、詳しくは後述するが、本実施例では、時間帯によって、コントローラ１００が、温水利用箇所の給湯栓が開かれた場合に、タンク１０内の水を供給路４０に供給せず、第２導入路３０ｂから供給される水道水のみを供給路４０に供給するように、混合弁４２の開度を調整する場合もある。この場合、コントローラ１００は、バーナ加熱装置６０を作動させ、温水利用箇所に供給される水の温度が給湯設定温度と一致するように、出力を制御する。

（凍結防止運転）
凍結防止運転は、タンク水循環路２０内の水が凍結することによって、タンク水循環路２０（特に、ヒートポンプ５０の熱交換器を通過する部分）が破損することを防止するための運転である。コントローラ１００によって凍結防止運転の実行が指示されると、循環ポンプ２２を作動させ、タンク１０内の水をタンク水循環路２０内で循環させる。後で説明するように、本実施例では、所定の場合には、コントローラ１００は、循環ポンプ２２とともにヒートポンプ５０を作動させながら、凍結防止運転を行う（図２のＳ２２）。また、本実施例では、時間帯に応じて、コントローラ１００が実行する凍結防止処理の内容が異なっており（図２、図３参照）、それに伴って、凍結防止運転の内容も異なる。

（コントローラ１００が２４時間毎に行う処理）
本実施例では、コントローラ１００は、給湯システム２が設置されている世帯（以下、「特定の世帯」と呼ぶ）の１日の生活サイクルに合わせて次のような処理を行っている。本実施例では、コントローラ１００は、２：００を始点とする２４時間を、１日を特定するための単位期間としている。

特定の世帯の生活サイクルの例を説明する。特定の世帯では、７：００頃に最初に給湯が行われる。最初の給湯は、例えば、朝食の用意や洗面のための給湯である。また、１１：３０頃に、昼食の用意のために二度目の給湯が行われる。また、１９：００頃に、浴槽へ湯を張るための給湯運転が行われる。さらに、２２：００頃に１日の最後の給湯が行われる。最後の給湯は、例えば、歯磨き等のための給湯である。

本実施例では、コントローラ１００は、特定の世帯において、給湯が行われる度に、給湯が開始された時刻と、給湯が終了した時刻と、を示す時刻情報を記憶する。コントローラ１００は、特定の世帯の過去７日分の時刻情報を記憶する。さらに、コントローラ１００は、２４時間毎に、８日前の時刻情報を消去して、前日の時刻情報を新たに記憶する。

次いで、コントローラ１００は、特定の世帯の過去７日分の時刻情報から、過去７日間において、最初の給湯が開始された時刻のうち、最も早い時刻を特定する。特定の世帯では、この時刻の経過後に最初の給湯が開始される可能性が高い。以下では、この時刻を「給湯開始予定時刻」と呼ぶ。

さらに、コントローラ１００は、特定の世帯の過去７日分の時刻情報から、過去７日間において、最後の給湯が終了した時刻のうち、最も遅い時刻を特定する。特定の世帯では、この時刻の経過後は、次の日の給湯開始予定時刻までは給湯が行われない可能性が高い。以下では、この時刻を「給湯終了予定時刻」と呼ぶ。

（コントローラ１００が実行する凍結防止処理）
続いて、本実施例の給湯システム２のコントローラ１００が実行する凍結防止処理について説明する。上述の通り、本実施例では、時間帯に応じて、コントローラ１００が実行する凍結防止処理の内容が異なっている（図２、図３参照）。以下、異なる２つの凍結防止処理について説明する。

（第１の凍結防止処理）
図２は、コントローラ１００が実行する第１の凍結防止処理のフローチャートである。第１の凍結防止処理は、当日の給湯開始予定時刻から当日の給湯終了予定時刻までの間に実行される。従って、コントローラ１００は、現在時刻が給湯開始予定時刻を経過すると、第１の凍結防止処理を開始する。

Ｓ１０、Ｓ１２では、コントローラ１００は、サーミスタ２４の検出温度（タンク１０下部の水温）が１０℃より低く、かつ、外気温センサ５２の検出温度（即ち外気温）が３℃より低いか否かを判断する。サーミスタ２４の検出温度が１０℃より低く、かつ、外気温センサ５２の検出温度が３℃より低い場合、コントローラ１００は、Ｓ１０及びＳ１２でＹＥＳと判断し、Ｓ１４に進む。

Ｓ１４では、コントローラ１００は、循環ポンプ２２を作動させる。これにより、タンク１０内の水が、タンク水循環路２０内を循環する。これにより、タンク１０内及びタンク水循環路２０内の水の温度が均一になる。コントローラ１００は、Ｓ１４で循環ポンプ２２を作動させると、Ｓ１６、Ｓ１８、Ｓ２０に進む。

Ｓ１６では、コントローラ１００は、サーミスタ２４の検出温度が１３℃より高い状態が３分間継続することを監視する。同時に、Ｓ１８では、コントローラ１００は、外気温センサ５２の検出温度が６℃より高くなることを監視する。さらに同時に、Ｓ２０では、コントローラ１００は、サーミスタ２４の検出温度が８℃より低い状態が３０分間継続することを監視する。

Ｓ１４で循環ポンプ２２を作動させたことにより、タンク１０内及びタンク水循環路２０内の水の温度が均一になる。この結果、タンク１０内及びタンク水循環路２０内の水の温度が１３℃より高くなる場合がある。その状態がある程度の期間（３分間以上）継続すれば、タンク水循環路２０が凍結破損するおそれは少ない。その場合、コントローラ１００は、Ｓ１６でＹＥＳと判断し、Ｓ２８で循環ポンプ２２を停止させる。この場合、コントローラ１００は、再度Ｓ１０及びＳ１２の監視に戻る。

また、循環ポンプ２２を作動させている間に、外気温が６℃より高くなる場合がある。この場合も、タンク水循環路２０が凍結破損するおそれは少ない。その場合、コントローラ１００は、Ｓ１８でＹＥＳと判断し、Ｓ２８で循環ポンプ２２を停止させる。この場合も、コントローラ１００は、再度Ｓ１０及びＳ１２の監視に戻る。

一方、Ｓ１４で循環ポンプ２２を作動させてタンク１０内及びタンク水循環路２０内の水を循環させた場合であっても、サーミスタ２４の検出温度が８℃より低い場合もある。その状態がある程度の期間（３０分間以上）解消されずに継続すると、タンク水循環路２０が凍結破損するおそれがある。その場合、コントローラ１００は、Ｓ２０でＹＥＳと判断し、Ｓ２２に進む。

Ｓ２２では、サーミスタ２４は、さらに、ヒートポンプ５０を作動させる。これにより、タンク水循環路２０を通過する水がヒートポンプ５０によって加熱され、加熱された水がタンク１０の上部に戻される。これにより、タンク１０内及びタンク水循環路２０内を循環している水の温度が上昇していく。Ｓ２２でヒートポンプ５０を作動させると、コントローラ１００は、Ｓ２４に進む。

Ｓ２４では、コントローラ１００は、サーミスタ２４の検出温度が１５℃より高い状態が５分間継続することを監視する。上記の通り、循環ポンプ２２とヒートポンプ５０が作動することにより、タンク１０内及びタンク水循環路２０内を循環する水の温度が上昇する。サーミスタ２４の検出温度が１５℃より高い温度まで上昇し、その状態がある程度の期間（５分間以上）継続すれば、タンク水循環路２０が凍結破損するおそれは少なくなる。その場合、コントローラ１００は、Ｓ２４でＹＥＳと判断し、Ｓ２６でヒートポンプ５０と循環ポンプ２２を停止させる。Ｓ２６を終えると、コントローラ１００は、再度Ｓ１０及びＳ１２の監視に戻る。

コントローラ１００は、当日の給湯開始予定時刻から給湯終了予定時刻までの間、上記のＳ１０〜Ｓ２８の各処理を繰り返し実行する。

（第２の凍結防止処理）
図３は、コントローラ１００が実行する第２の凍結防止処理のフローチャートである。第２の凍結防止処理は、当日の給湯終了予定時刻から、次の日の給湯開始予定時刻までの間（即ち、給湯運転が実行される可能性が低い時間帯）に実行される。コントローラ１００は、現在時刻が給湯終了予定時刻を経過すると、第２の凍結防止処理を開始する。

Ｓ４０、Ｓ４２では、コントローラ１００は、サーミスタ２４の検出温度が３℃より低く、かつ、外気温センサ５２の検出温度も３℃より低いか否かを判断する。サーミスタ２４の検出温度が３℃より低く、かつ、外気温センサ５２の検出温度も３℃より低い場合、コントローラ１００は、Ｓ４０及びＳ４２でＹＥＳと判断し、Ｓ４４に進む。

Ｓ４４では、コントローラ１００は、サーミスタ１１〜１５、２４の各検出温度に基づいて、現時点のタンク１０内の蓄熱量（以下、「タンク蓄熱量」と呼ぶ）を算出する。具体的に言うと、コントローラ１００は、次の式１によって、タンク蓄熱量を算出する。

（式１） タンク蓄熱量［Ｋｃａｌ］＝（サーミスタ１１の検出温度＋サーミスタ１２の検出温度）／２×２０［Ｌ］＋（サーミスタ１２の検出温度＋サーミスタ１３の検出温度）／２×２０［Ｌ］＋（サーミスタ１３の検出温度＋サーミスタ１４の検出温度）／２×２０［Ｌ］＋（サーミスタ１４の検出温度＋サーミスタ１５の検出温度）／２×２０［Ｌ］＋（サーミスタ１５＋サーミスタ２４）／２×２０［Ｌ］−３００［Ｋｃａｌ］

上記式１中の３００［Ｋｃａｌ］は、タンク１０の最低蓄熱量を示す。即ち、サーミスタ１１〜１５、２４の各検出温度がすべて３℃の場合の蓄熱量（３℃×１００Ｌ）を示す。式１では、タンク１０の合計蓄熱量からこの最低蓄熱量である３００［Ｋｃａｌ］を減じることにより、タンク１０内の実質的な蓄熱量であるタンク蓄熱量を算出している。

次いで、Ｓ４６では、コントローラ１００は、当日の給湯終了予定時刻から、次の日の給湯開始予定時刻までの間、継続して凍結防止運転を実行するのに必要な熱量（以下では、「必要熱量」と呼ぶ）を算出する。具体的には、Ｓ４６では、コントローラ１００は、予め決められた、凍結防止運転を１時間行う毎の放熱量（即ち、１時間毎の放熱量）と、当日の給湯終了予定時刻から、次の日の給湯開始予定時刻までの時間とを乗算することにより、必要熱量を算出することができる。

なお、Ｓ４６の時点（当日の給湯終了予定時刻の時点）では、１日が経過していない（即ち、単位期間が切り換わる時刻（２：００）を経過していない）ため、正確な意味での「次の日の給湯開始予定時刻」は算出されていない。本実施例では、Ｓ４６でコントローラ１００が基準とする「次の日の給湯開始予定時刻」は、次の日における「当日の給湯開始予定時刻（経過済み）」と同じ時刻を指す。以下、本明細書で「次の日の給湯開始予定時刻」という場合も、同様の時刻を指す。

次いで、Ｓ４８では、コントローラ１００は、Ｓ４４で算出したタンク蓄熱量が、Ｓ４６で算出した必要熱量より少ないか否かを判断する。タンク蓄熱量が必要熱量より少ない場合、コントローラ１００は、Ｓ４８でＹＥＳと判断してＳ５０に進む。一方、タンク蓄熱量が必要熱量以上である場合、コントローラ１００は、Ｓ４８でＮＯと判断し、Ｓ５０〜Ｓ５４の処理をスキップしてＳ５８に進む。

Ｓ５０では、コントローラ１００は、ヒートポンプ５０及び循環ポンプ２２を作動させ、蓄熱運転を開始する。これにより、ヒートポンプ５０で加熱された高温の水がタンク１０に貯められる。Ｓ５０で蓄熱運転を開始すると、コントローラ１００は、Ｓ５２に進む。

Ｓ５２では、コントローラ１００は、タンク蓄熱量が、必要熱量以上になることを監視する。上記のように、Ｓ５０で蓄熱運転を開始することで、タンク１０に高温の水が貯まっていく。これにより、サーミスタ１１〜１５、２４の各検出温度が上昇すると、タンク蓄熱量も上昇する。その結果、タンク蓄熱量が必要熱量以上になると、コントローラ１００は、Ｓ５２でＹＥＳと判断し、Ｓ５４に進む。なお、Ｓ５２では、コントローラ１００は、所定時間毎にタンク蓄熱量を算出している。

Ｓ５４では、コントローラ１００は、ヒートポンプ５０を停止し、蓄熱運転を終了する。Ｓ５４では、コントローラ１００は、循環ポンプ２２を継続して作動させる。即ち、Ｓ５４では、コントローラ１００は、蓄熱運転を終了させるとともに、凍結防止運転を開始させる。Ｓ５４で循環ポンプ２２を作動させると、タンク１０内及びタンク水循環路２０内で水が循環する。上記の通り、タンク１０には必要熱量以上の熱量が貯められている。そのため、タンク１０内及びタンク水循環路２０内では、タンク水循環路２０の凍結破損を防止できる程度の温度の水が循環する。その結果、タンク水循環路２０の凍結破損が防止される。

Ｓ５８では、コントローラ１００は、循環ポンプ２２を作動させ、凍結防止運転を実行する。上記のＳ４８でＮＯの場合のように、Ｓ５８の時点で循環ポンプ２２が作動していない場合、コントローラ１００は、Ｓ５８において循環ポンプ２２を作動させ、凍結防止運転を開始する。一方、Ｓ５８の時点で既に循環ポンプ２２が作動しており、凍結防止運転が行われている場合には、コントローラ１００は、Ｓ５８において、循環ポンプ２２を引き続き作動させる。Ｓ５８を終えるとＳ６０に進む。

次いで、Ｓ６０では、コントローラ１００は、現在時刻が給湯開始予定時刻（Ｓ４６で基準とした「次の日の給湯開始予定時刻」）に到達することを監視する。即ち、コントローラ１００は、給湯開始予定時刻まで循環ポンプ２２を作動させ続け、凍結防止運転を継続して実行する。現在時刻が給湯開始予定時刻を経過すれば、コントローラ１００は、Ｓ６０でＹＥＳと判断し、第２の凍結防止処理（図３）が終了する。この場合、コントローラ１００は、循環ポンプ２２を停止させる。

なお、本実施例では、第２の凍結防止処理の実行中に、温水利用箇所の給湯栓が開かれる場合（給湯要求がある場合）、コントローラ１００は、タンク１０内の水を供給路４０に供給せず、第２導入路３０ｂから供給される水道水のみを供給路４０に供給するように、混合弁４２の開度を調整する。この場合、コントローラ１００は、バーナ加熱装置６０を作動させ、温水利用箇所に供給される水の温度が給湯設定温度と一致するように出力を制御する。従って、本実施例では、第２の凍結防止処理の実行中に給湯運転が行われる場合であっても、タンク１０内の温水が温水利用箇所に供給されないため、給湯によってタンク蓄熱量が減少することがない。そのため、本実施例では、第２の凍結防止処理の実行中に、タンク蓄熱量が不足して凍結防止運転が行えなくなる事態は生じない。

続いて、図４、図５を参照して、本実施例の給湯システム２で第２の凍結防止処理が実行される場合の具体例を説明する。図４、図５の例では、特定の世帯における当日の給湯終了予定時刻が２２：００、次の日の給湯開始予定時刻が７：００である。当日の給湯終了予定時刻から次の日の給湯開始予定時刻までの時間は９時間である。また、タンク１０及びタンク水循環路２０からの１時間毎の放熱量は２００Ｋｃａｌである。

（具体例１Ａ：図４）
図４を参照して具体例１Ａを説明する。現在時刻が給湯終了予定時刻である２２：００に達すると、コントローラ１００は、第２の凍結防止処理（図３参照）を開始する。この例では、２２：００の時点で算出されるタンク蓄熱量は４２００Ｋｃａｌであり、必要熱量は１８００Ｋｃａｌである。タンク蓄熱量及び必要熱量の算出方法は上記の通りである。従って、図４の例では、２２：００の時点で、タンク１０内には必要熱量を賄えるだけの熱量が蓄えられている。そのため、この例では、コントローラ１００は、２２：００の時点で蓄熱運転を行わない（図３のＳ４８でＮＯ）。この例では、その後、コントローラ１００は、次の日の給湯終了予定時刻である７：００まで循環ポンプ２２を作動させて凍結防止運転を行う。凍結防止運転の際は、ヒートポンプ５０は作動しない。この結果、７：００の時点で、タンク蓄熱量は２４００Ｋｃａｌまで減少する。

（具体例１Ｂ：図５）
図５を参照して具体例１Ｂを説明する。この例では、２２：００の時点で算出されるタンク蓄熱量は１４００Ｋｃａｌであり、必要熱量（１８００Ｋｃａｌ）より少ない。即ち、図５の例では、２２：００の時点で、タンク１０内には必要熱量を賄えるだけの熱量が蓄えられていない。そのため、この例では、コントローラ１００は、２２：００の時点で蓄熱運転を行う（図３のＳ４８でＹＥＳ、Ｓ５０）。２２：０５まで蓄熱運転を行った結果、タンク蓄熱量が２２００Ｋｃａｌまで上昇し、必要熱量を上回る（図３のＳ５２でＹＥＳ）。従って、コントローラ１００は、蓄熱運転を停止する（図３のＳ５４）。この例でも、その後、コントローラ１００は、次の日の給湯終了予定時刻である７：００まで循環ポンプ２２を作動させ、タンク１０内及びタンク水循環路２０内の水を循環させて凍結防止運転を行う。この結果、７：００の時点で、タンク蓄熱量は４００Ｋｃａｌまで減少する。

以上、本実施例の給湯システム２の構成及び動作について説明した。上記の通り、本実施例の給湯システム２は、図３のＳ４８〜Ｓ５２に示すように、当日の給湯終了予定時刻の経過時点で、タンク蓄熱量が必要熱量に満たない場合、必要熱量がタンク１０に蓄えられるまで、ヒートポンプ５０と循環ポンプ２２を作動させて蓄熱運転を実行する。この蓄熱運転により、タンク１０内には、次の日の給湯開始予定時刻まで凍結防止運転を実行するのに必要な熱量（温水）が貯められる。そのため、本実施例の給湯システム２では、その後、次の日の給湯開始予定時刻まで、ヒートポンプを作動させずに、タンク内の温水を循環させて凍結防止運転を実行することができる。その結果、当日の給湯終了予定時刻から次の日の給湯開始予定時刻までの間に、ヒートポンプ５０を頻繁に発停させることを抑制することができる。従って、本実施例の給湯システム２は、ヒートポンプ５０の発停回数の増大を抑制できるとともに、適切にタンク水循環路２０の凍結を防止することができる。

本実施例と請求項の記載の対応関係を説明しておく。サーミスタ１１〜１５、２４が「水温センサ」の一例である。また、当日の給湯終了予定時刻、次の日の給湯開始予定時刻が、それぞれ、「現在の単位期間における給湯終了予定時刻」、「次の単位期間における給湯開始予定時刻」の一例である。また、図３のＳ５０で実行される蓄熱運転が、「凍結防止用蓄熱運転」の一例である。

（第２実施例）
次いで、第２実施例の給湯システム２について、図６、図７を参照して、第１実施例と異なる点を中心に説明する。本実施例の給湯システム２も、その基本構成は第１実施例と共通する。ただし、本実施例では、コントローラ１００が実行する第２の凍結防止処理の内容が第１実施例とは異なる。本実施例では、第２の凍結防止処理では、当日の給湯終了予定時刻の経過後、タンク蓄熱量が、凍結防止運転の実行のために最低限必要な値である所定の閾値を下回る場合に、必要な分の蓄熱運転を実行する点が第１実施例とは異なる。

図６は、本実施例の第２の凍結防止処理のフローチャートである。本実施例でも、コントローラ１００は、現在時刻が給湯終了予定時刻を経過すると、第２の凍結防止処理を開始する。Ｓ７０、Ｓ７２の処理は、図３のＳ４０、Ｓ４２と同様である。Ｓ７４では、コントローラ１００は、タンク蓄熱量を算出する。タンク蓄熱量の算出方法は上記の式１の通りである。

次いで、Ｓ７６では、コントローラ１００は、タンク蓄熱量が所定の閾値Ｑより少ない否かを判断する。ここで、本実施例では、所定の閾値Ｑは、予め決められた、凍結防止運転を１時間行う毎の放熱量（１時間毎の放熱量）の値（例えば２００Ｋｃａｌ）に定められている。即ち、タンク蓄熱量が閾値Ｑを下回る場合、タンク１０に、少なくとも１時間の凍結防止運転に必要な熱量が蓄えられていないことを意味する。その場合、コントローラ１００は、Ｓ７６でＹＥＳと判断し、Ｓ７８に進む。一方、タンク蓄熱量の値が所定の閾値Ｑ以上であれば、コントローラ１００は、Ｓ７６でＮＯと判断し、Ｓ７８〜Ｓ８４の処理をスキップしてＳ８８に進む。

Ｓ７８では、コントローラ１００は、コントローラ１００は、当日の給湯終了予定時刻から、次の日の給湯開始予定時刻までの間の必要熱量を算出する。次いで、Ｓ８０では、コントローラ１００は、ヒートポンプ５０及び循環ポンプ２２を作動させ、蓄熱運転を開始する。これにより、ヒートポンプ５０で加熱された高温の水がタンク１０に貯められる。Ｓ８０で蓄熱運転を開始すると、コントローラ１００は、Ｓ８２に進む。

Ｓ８２では、コントローラ１００は、タンク蓄熱量が、必要熱量以上になることを監視する。上記のように、Ｓ８０で蓄熱運転を開始することで、タンク１０に高温の水が貯まり、タンク蓄熱量が上昇する。その結果、タンク蓄熱量が必要熱量以上になると、コントローラ１００は、Ｓ８２でＹＥＳと判断し、Ｓ８４に進む。なお、Ｓ８２では、コントローラ１００は、所定時間毎にタンク蓄熱量を算出している。

Ｓ８４では、コントローラ１００は、ヒートポンプ５０を停止し、蓄熱運転を終了する。Ｓ８４では、コントローラ１００は、循環ポンプ２２を継続して作動させる。即ち、Ｓ８４では、コントローラ１００は、蓄熱運転を終了させるとともに、凍結防止運転を開始させる。

Ｓ８８では、コントローラ１００は、循環ポンプ２２を作動させ、凍結防止運転を実行する。上記のＳ７６でＮＯの場合のように、Ｓ８８の時点で循環ポンプ２２が作動していない場合、コントローラ１００は、Ｓ８８において循環ポンプ２２を作動させ、凍結防止運転を開始する。一方、Ｓ８８の時点で既に循環ポンプ２２が作動しており、凍結防止運転が行われている場合には、コントローラ１００は、Ｓ８８において、循環ポンプ２２を引き続き作動させる。Ｓ８８を終えるとＳ９０に進む。

次いで、Ｓ９０では、現在時刻が給湯開始予定時刻（上記の次の日の給湯開始予定時刻）に到達した否かを判断する。現在時刻が給湯開始予定時刻より前であれば、コントローラ１００は、Ｓ９０でＮＯと判断し、Ｓ７４に戻り、Ｓ７４〜Ｓ９０の処理を繰り返し実行する。

なお、Ｓ７４〜Ｓ９０の処理を繰り返し実行する場合、コントローラ１００が２度目以降のＳ７６でＹＥＳと判断し、Ｓ７８の処理を実行する時点は、給湯終了予定時刻より後の時点になる。従って、この場合のＳ７８では、コントローラ１００は、Ｓ７８の時点から次の日の給湯開始予定時刻までの間、継続して凍結防止運転を実行するのに必要な熱量を、必要熱量として算出する。具体的には、コントローラ１００は、予め決められた１時間毎の放熱量と、Ｓ７８の時点から次の日の給湯開始予定時刻までの時間とを乗算することにより、必要熱量を算出することができる。同様に、続くＳ８２でも、コントローラ１００は、タンク蓄熱量が、上記のＳ７８で算出された必要熱量以上になるか否かを監視する。

一方、現在時刻が給湯開始予定時刻を経過すれば、コントローラ１００は、Ｓ９０でＹＥＳと判断し、第２の凍結防止処理（図６）が終了する。この場合、コントローラ１００は、循環ポンプ２２を停止させる。

なお、本実施例でも、第２の凍結防止処理の実行中に、温水利用箇所の給湯栓が開かれる場合（給湯要求がある場合）、コントローラ１００は、第１実施例と同様に、タンク１０内の水を供給路４０に供給せず、第２導入路３０ｂから供給される水道水のみを供給路４０に供給するように、混合弁４２の開度を調整する。この場合、コントローラ１００は、バーナ加熱装置６０を作動させるとともに、温水利用箇所に供給される水の温度が、給湯設定温度と一致するように、バーナ加熱装置６０の出力を制御する。

（具体例２：図７）
続いて、図７を参照して、本実施例の給湯システム２で第２の凍結防止処理が実行される場合の具体例を説明する。図７の例も、当日の給湯終了予定時刻（２２：００）、次の日の給湯開始予定時刻（７：００）、１時間毎の放熱量（２００Ｋｃａｌ）等の各条件は図４、図５の例と同様である。

この例では、２２：００の時点で算出されるタンク蓄熱量は４００Ｋｃａｌであり、必要熱量（１８００Ｋｃａｌ）より少ない。ただし、２２：００の時点のタンク蓄熱量は、閾値Ｑ（２００Ｋｃａｌ）より多い（図６のＳ７６でＹＥＳ）。この例では、閾値Ｑは、１時間毎の放熱量の値（２００Ｋｃａｌ）に定められている。そのため、コントローラ１００は、この時点では蓄熱運転を行わず、循環ポンプ２２を作動させ、タンク１０内及びタンク水循環路２０内の水を循環させて凍結防止運転を行う（図６のＳ８８）。

その後、０：００の時点で算出されるタンク蓄熱量は０であり、閾値Ｑより少なくなる（図６のＳ７６でＮＯ）。即ち、０：００の時点で、タンク１０内には、凍結防止運転を１時間行うだけの最低限の熱量が蓄えられていない。そのため、コントローラ１００は、０：００の時点から次の日の給湯開始予定時刻（７：００）まで凍結防止運転を実行するために必要な熱量を必要熱量として算出する（図６のＳ７８）。この場合、必要熱量は１４００Ｋｃａｌ（２００Ｋｃａｌ×７）である。次いで、コントローラ１００は、蓄熱運転を行う（図６のＳ８０）。０：３０まで蓄熱運転を行った結果、タンク蓄熱量が１３００Ｋｃａｌまで上昇し、必要熱量と等しくなる（図６のＳ８２でＹＥＳ）。この場合、コントローラ１００は、ヒートポンプ５０を停止して、蓄熱運転を終了するとともに、循環ポンプ２２を継続して作動させて凍結防止運転２２を開始する（図６のＳ８４）。

その後、コントローラ１００は、次の日の給湯終了予定時刻である７：００まで、継続して循環ポンプ２２を作動させ、タンク１０内及びタンク水循環路２０内の水を循環させて凍結防止運転を行う。この結果、７：００の時点で、タンク蓄熱量がちょうど０になるように減少する。

以上、本実施例の給湯システム２の構成及び動作について説明した。上記の通り、本実施例の給湯システム２は、図６のＳ７６〜Ｓ８２に示すように、当日の給湯終了予定時刻の経過後、タンク蓄熱量が凍結防止運転の実行に必要な閾値Ｑに満たなくなる場合に、必要熱量がタンク１０に蓄えられるまで蓄熱運転を実行する。この蓄熱運転により、タンク１０内には、次の日の給湯開始予定時刻まで凍結防止運転を実行するのに必要な熱量（温水）が貯められる。そのため、本実施例の給湯システム２でも、その後、次の日の給湯開始予定時刻まで、ヒートポンプ５０を作動させずに、タンク内の温水を循環させて凍結防止運転を実行することができる。即ち、本実施例でも、ヒートポンプ５０を頻繁に発停させることを抑制することができるとともに、適切にタンク水循環路２０の凍結を防止することができる。

本実施例と請求項の記載の対応関係を説明しておく。また、図６のＳ８０で実行される蓄熱運転が「凍結防止用蓄熱運転」の一例である。また、閾値Ｑの熱量が「所定の熱量」の一例である。

（第３実施例）
次いで、第３実施例の給湯システム２について、図８を参照して、第２実施例と異なる点を中心に説明する。本実施例の給湯システム２でも、コントローラ１００は、第２実施例と同様の第２の凍結防止運転（図６）を実行する。ただし、本実施例では、第２の凍結防止処理の実行中に、温水利用箇所の給湯栓が開かれる場合（給湯要求がある場合）、コントローラ１００は、タンク１０内の水を供給路４０に供給するように、混合弁４２の開度を調整する。この場合、コントローラ１００は、タンク１０から供給された水の温度が給湯設定温度と一致するように、混合弁４２の開度及びバーナ加熱装置６０の出力を制御する。本実施例では、第２の凍結防止処理の実行中に給湯運転が行われる場合に、タンク１０内の温水が温水利用箇所に供給されるため、給湯によってタンク蓄熱量が減少する。

（具体例３：図８）
続いて、図８を参照して、本実施例の給湯システム２で第２の凍結防止処理が実行される場合の具体例を説明する。図８の例も、当日の給湯終了予定時刻（２２：００）、次の日の給湯開始予定時刻（７：００）、１時間毎の放熱量（２００Ｋｃａｌ）、等の各条件は図４、図５、図７の例と同様である。

この例では、２２：００の時点で算出されるタンク蓄熱量は４２００Ｋｃａｌであり、必要熱量（１８００Ｋｃａｌ）より多い。当然、タンク蓄熱量は、閾値Ｑ（２００Ｋｃａｌ）より多い（図６のＳ７６でＹＥＳ）。そのため、コントローラ１００は、この時点では蓄熱運転を行わず、循環ポンプ２２を作動させ、タンク１０内及びタンク水循環路２０内の水を循環させて凍結防止運転を行う（図６のＳ８８）。

この例では、２：００〜３：００の間に給湯運転が行われる。本実施例では、第２の凍結防止処理の実行中に給湯運転が行われると、タンク１０内の温水を温水利用箇所に供給する。そのため、図８に示すように、２：００〜３：００の間にタンク蓄熱量は大きく減少する。３：００の時点で算出されるタンク蓄熱量は３２０Ｋｃａｌであり、閾値Ｑ（２００Ｋｃａｌ）より多い（図６のＳ７６でＹＥＳ）。そのため、コントローラ１００は、引き続き凍結防止運転を実行する（図６のＳ８８）。なお、３：０５の時点で算出されるタンク蓄熱量が、３：００の時点の蓄熱量（３２０Ｋｃａｌ）から４００Ｋｃａｌに増えているが、これは、循環ポンプ２２が動作したことにより、タンク１０内及びタンク水循環路２０内の水の温度が均一化したことに伴うものである。

その後、５：００の時点で算出されるタンク蓄熱量は０であり、閾値Ｑより少なくなる（図６のＳ７６でＮＯ）。即ち、５：００の時点で、タンク１０内には、凍結防止運転を行うだけの最低限の熱量が蓄えられていない。そのため、コントローラ１００は、５：００の時点から次の日の給湯開始予定時刻（７：００）まで凍結防止運転を実行するために必要な熱量を必要熱量として算出する（Ｓ７８）。この場合、必要熱量は４００Ｋｃａｌ（２００Ｋｃａｌ×２）である。次いで、コントローラ１００は、蓄熱運転を行う（図６のＳ８０）。５：１０まで蓄熱運転を行った結果、タンク蓄熱量が４００Ｋｃａｌまで上昇し、必要熱量と等しくなる（図６のＳ８２でＹＥＳ）。この場合、コントローラ１００は、ヒートポンプ５０を停止して、蓄熱運転を終了するとともに、循環ポンプ２２を継続して作動させて凍結防止運転２２を開始する（図６のＳ８４）。

その後、コントローラ１００は、次の日の給湯終了予定時刻である７：００まで、継続して循環ポンプ２２を作動させ、タンク１０内及びタンク水循環路２０内の水を循環させて凍結防止運転を行う。この結果、７：００の時点で、タンク蓄熱量がちょうど０になるように減少する。

以上、本実施例の給湯システム２の構成及び動作について説明した。本実施例の給湯システム２も、当日の給湯終了予定時刻の経過後、タンク蓄熱量が凍結防止運転の実行に最低限必要な閾値Ｑに満たなくなる場合に、蓄熱運転を実行する。従って、本実施例の給湯システム２は、第２の凍結防止処理の実行中に、タンク１０内の温水を給湯に利用し、その結果としてタンク１０内の熱量が不足する場合であっても、タンク１０内の熱量が不足する時点で蓄熱運転を実行することができる。そのため、本実施例の給湯システム２によれば、タンク１０内の温水の利用状況にかかわらず、必要熱量を確保することができる。

以上、各実施例について詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、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様々に変形、変更したものが含まれる。

（変形例１） 第３実施例において、当日の給湯終了予定時刻が経過した時点で、タンク蓄熱量が、当日の給湯終了予定時刻が経過した時点から次の日の給湯開始予定時刻（７：００）まで凍結防止運転を実行するために必要な熱量（必要熱量）を下回る場合には、タンク蓄熱量が必要熱量を上回るまで蓄熱運転を行うようにしてもよい。

（変形例２） 上記各実施例において、コントローラ１００が第２の凍結防止処理を実行している間に、外気温（温度センサ５２が測定する温度）が６℃を上回る場合には、コントローラ１００は、第２の凍結防止処理を終了してもよい。

（変形例３） 閾値Ｑの値、最低蓄熱量の値等、各種の数値は上記各実施例で例示したものに限られず、環境等に応じて任意の値にすることができる。

２：給湯システム
１０：タンク
１１、１２、１３、１４、１５、２４：サーミスタ
２０：タンク水循環路
２２：循環ポンプ
３０：水道水導入路
３０ａ：第１導入路
３０ｂ：第２導入路
３１：水道水供給源
３２：サーミスタ
４０：供給路
４２：混合弁
４４：サーミスタ
５０：ヒートポンプ
５２：外気温センサ
６０：バーナ加熱装置
１００：コントローラ

Claims (3)

1. 給湯システムであり、
   温水利用箇所に供給する水を貯留するタンクと、
   タンク内の水を導入し、導入した水をタンクに戻すタンク水循環路と、
   外気から吸熱し、タンク水循環路内の水を加熱するヒートポンプと、
   外気温を計測する外気温センサと、
   タンク内の各部の水の温度を計測する水温センサと、
   コントローラと、を備え、
   コントローラは、
   過去の実績に基づいて、単位期間において、最初の温水の供給が開始される給湯開始予定時刻と、給湯開始予定時刻より後の時刻であって、最後の温水の供給が終了する給湯終了予定時刻と、を特定し、
   タンク内の各部の水の温度に基づいて、タンク内に蓄えられている熱量を算出し、
   現在の単位期間における給湯終了予定時刻後に外気温が所定温度より低い場合に、ヒートポンプを作動させずに、タンク水循環路内の水を循環させる凍結防止運転を実行するとともに、
   現在の単位期間における給湯終了予定時刻後に、次の単位期間における給湯開始予定時刻まで凍結防止運転を実行するのに必要な熱量がタンクに蓄えられるまで、ヒートポンプを作動させる凍結防止用蓄熱運転を実行する、
   給湯システム。
2. コントローラは、現在の単位期間における給湯終了予定時刻が経過した直後に、前記凍結防止用蓄熱運転を実行する、
   請求項１に記載の給湯システム。
3. コントローラは、タンク内の熱量が、凍結防止運転を実行するのに最低限必要な所定の熱量に満たなくなった場合に、前記凍結防止用蓄熱運転を実行する、
   請求項１又は２に記載の給湯システム。

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