JP5776628B2 - 貯湯式給湯機 - Google Patents

Description

本発明は、貯湯式給湯機に関する。

ヒートポンプユニット等の加熱手段により沸き上げた湯を貯留する貯湯タンクと、加熱対象（例えば、浴槽の浴槽水）を加熱するための利用側熱交換器とを備え、貯湯タンクから取り出した湯を利用側熱交換器を経由させて貯湯タンクに戻す加熱動作を行うことにより上記加熱対象を加熱可能な貯湯式給湯機が広く用いられている。

特許文献１には、利用側熱交換器での熱交換を終えて貯湯タンクに戻る戻り湯を貯湯タンク内に流入させるための回収口を高さ方向の位置を異ならせて複数設け、各回収口の近傍にそれぞれ貯湯タンク内の湯水の温度を検出するタンク温度センサを配設し、戻り湯の配管には戻り湯の温度を検出する戻り温度センサを設け、利用側熱交換器からの戻り湯を貯湯タンクに戻すに際して、制御手段が、戻り温度センサとタンク温度センサとによって検出される戻り湯の温度と貯湯タンク内の湯水の温度分布とに応じて戻り湯が複数の回収口を通じて貯湯タンクに回収されるように流量調整弁を制御する制御構成を備えた貯湯式給湯機が開示されている。

特開２００７−２７１１６３号公報

上述した特許文献１の貯湯式給湯機では、貯湯タンク内で戻り湯の温度に最も近い高低両側の温度成層に所定の分配比率で戻り湯を分配することにより、戻り湯が、貯湯タンク上部にある高温水や貯湯タンク下部にある低温水と混ざることをできるだけ避け、高温出湯能力の低下を防止するとともに、沸き上げ運転時のヒートポンプユニットの運転効率を高く維持するようにしている。しかしながら、特許文献１の貯湯式給湯機では、高さ方向の位置が異なる多くの回収口を貯湯タンクに設ける必要があるため、貯湯タンクの構造および配管構成が複雑化する。更に、戻り湯の温度を検出するための温度センサを設ける必要もある。このようなことから、特許文献１の貯湯式給湯機を実現する場合、製造コストが高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、加熱対象を加熱するための利用側熱交換器から貯湯タンクに戻る戻り湯を貯湯タンク内に回収する回収口の数をできるだけ減らし、且つ、戻り湯の温度を検出するための温度センサを不要としながら、湯切れの発生を確実に抑制でき、且つ加熱手段による沸き上げ運転の効率を高く維持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、湯水を貯留可能な貯湯タンクと、水を加熱可能な加熱手段と、貯湯タンクから取り出した水を加熱手段に送り、加熱手段で加熱されて生成した湯を貯湯タンクに戻す沸き上げ回路と、貯湯タンクの上部領域から取り出した湯を、加熱対象を加熱するための利用側熱交換器を経由させて、貯湯タンクの上部領域に戻す上部戻し回路と、貯湯タンクの上部領域から取り出した湯を、利用側熱交換器を経由させて、貯湯タンクの下部領域に戻す下部戻し回路と、上部戻し回路と下部戻し回路とを切り替える流路切替手段と、貯湯タンク内の所定の高さ位置での貯湯温度、または、貯湯タンク内の貯湯量を検出する検出手段と、貯湯タンクの上部領域から取り出した湯によって加熱対象を加熱する加熱運転を開始する際に、検出手段の検出値が所定の閾値以上の場合には上部戻し回路により加熱対象を加熱し、検出手段の検出値が閾値未満の場合には下部戻し回路により加熱対象を加熱する制御部とを備えたものである。

本発明によれば、加熱対象を加熱するための利用側熱交換器から貯湯タンクに戻る戻り湯を貯湯タンク内に回収する回収口の数をできるだけ減らし、且つ、戻り湯の温度を検出するための温度センサを不要としながら、湯切れの発生を確実に抑制でき、且つ加熱手段による沸き上げ運転の効率を高く維持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の貯湯式給湯機における沸き上げ運転時の回路構成図である。 本発明の実施の形態１の貯湯式給湯機における上部戻し浴槽加熱運転時の回路構成図である。 本発明の実施の形態１の貯湯式給湯機における下部戻し浴槽加熱運転時の回路構成図である。 本発明の実施の形態１の貯湯式給湯機における自動保温手段の制御動作を示す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。

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に示すように、本実施形態の貯湯式給湯機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。貯湯タンクユニット１とヒートポンプユニット６０とは、ヒートポンプ入口配管４１と、ヒートポンプ出口配管４２と、電気配線（図示せず）とを介して接続されている。貯湯タンクユニット１には、制御部７０が内蔵されている。貯湯タンクユニット１およびヒートポンプユニット６０が備える各種の弁類、ポンプ類等の作動は、これらと電気的に接続された制御部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ヒートポンプサイクルにより加熱する（沸き上げる）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６０は、圧縮機６１、沸き上げ用熱交換器６２、膨張弁６３および空気熱交換器６４を冷媒循環配管６５にて環状に接続した冷凍サイクル（ヒートポンプサイクル）を搭載している。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ためのものである。ヒートポンプ出口温度センサ６６は、沸き上げ用熱交換器６２で加熱されて生成され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。ヒートポンプユニット６０で高温水を得るためには、ヒートポンプサイクルは、冷媒として二酸化炭素を用い、臨界圧を超える圧力で運転することが好ましい。

貯湯タンクユニット１には、以下の各種部品や配管などが内蔵されている。貯湯タンク１０は、湯水を貯留するためのものであり、通常は略円筒形状をなしている。貯湯タンク１０の下部に設けられた導入口４には、水道等の水源からの水を供給する給水配管２が接続されている。貯湯タンク１０の上部（図示の構成では最上部）に設けられた上部口５には、第２のタンク上部配管４４が接続されている。貯湯タンク１０内に貯留した湯を給湯機外部へ供給するための給湯配管３は、第２のタンク上部配管４４から分岐して設けられている。

ヒートポンプユニット６０を用いて加熱された高温水が上部口５から貯湯タンク１０内に流入し、給水配管２からの低温水が導入口４から貯湯タンク１０内に流入することにより、貯湯タンク１０内には、上部が高温で下部が低温となるように湯水が貯留される。貯湯タンク１０の表面には、貯湯タンク１０内の湯水の温度分布を検出するため、複数の貯湯温度センサ１１，１２が互いに異なる高さ位置に取り付けられている。図示の構成では、２個の貯湯温度センサ１１，１２を設けているが、３個以上としてもよい。これらの貯湯温度センサ１１，１２は、それぞれ、貯湯タンク１０内の所定の高さ位置での湯水の温度を検出する。制御部７０は、これらの貯湯温度センサ１１，１２により取得された貯湯タンク１０内の高さ方向の温度分布に基づいて、貯湯タンク１０内の貯湯量（蓄熱量）を算出することができ、その貯湯量に基づいて、ヒートポンプユニット６０による貯湯タンク１０内の湯水の沸き上げ運転の開始および停止などが制御される。本実施形態では、貯湯温度センサ１１は、貯湯タンク１０の高さ方向の中央位置より上側の位置に設置されており、貯湯タンク１０内の高温水の温度を検出する。

また、貯湯タンクユニット１内には、循環ポンプ２１および利用側熱交換器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、所定の加熱対象を加熱するための熱交換器である。浴槽水循環回路５１は、浴槽５０から導出した湯水（浴槽水）を、利用側熱交換器２２を経由させて、浴槽５０に戻すように配設されている。浴槽水循環回路５１の途中には、浴槽水を循環させるための二次側循環ポンプ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温度センサ５３（浴槽水温検出手段）とが設置されている。このように、本実施形態では、利用側熱交換器２２の二次側の構成として、浴槽５０内の浴槽水を循環させる浴槽水循環回路５１を備え、利用側熱交換器２２にて浴槽水を加熱するものを例に説明するが、本発明における利用側熱交換器は、浴槽水以外の加熱対象（例えば、暖房用循環水など）を加熱するものであってもよい。

次に、貯湯タンクユニット１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１は、第１の三方弁３１、第２の三方弁３２および四方弁３３を有している。第１の三方弁３１および第２の三方弁３２は、湯水が流入する２つの入口（ａポート、ｂポート）と、湯水が流出する１つの出口（ｃポート）とを有する流路切替手段であり、ａポートとｂポートとの何れか一方から湯水が流入するように湯水の経路を切り替え可能に構成されている。四方弁３３は、湯水が流入する２つの入口（ｂポート、ｃポート）と、湯水が流出する２つの出口（ａポート、ｄポート）とを有する流路切替手段であり、３つの経路、すなわち、ａ−ｂ経路、ｂ−ｄ経路、ｃ−ｄ経路の間で流路形態を切り替え可能に構成されている。

また、貯湯タンクユニット１は、タンク下部配管４０、第１のタンク上部配管４３、第２のタンク上部配管４４、下部戻し配管４５、利用側熱交換器一次側入口配管４６、利用側熱交換器一次側出口配管４７、バイパス配管４８および上部戻し配管４９を有している。

タンク下部配管４０は、貯湯タンク１０の下部（図示の構成では最下部）に設けられた導出口６と、第２の三方弁３２のａポートとを接続する流路である。ヒートポンプ入口配管４１は、第２の三方弁３２のｃポートと、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。循環ポンプ２１は、ヒートポンプ入口配管４１の途中に設置されている。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３３のｃポートとを接続する流路である。

第１のタンク上部配管４３は、貯湯タンク１０の上部領域に設けられた取出口７と、第１の三方弁３１のａポートとを接続する流路である。ここで、「貯湯タンク１０の上部領域」とは、貯湯タンク１０の高さ方向の中央位置より上側の領域を言うものとする。すなわち、取出口７の位置は、貯湯タンク１０の高さ方向の中央位置から最上部までの間にあれば良い。第２のタンク上部配管４４は、貯湯タンク１０の上部口５と、第１の三方弁３１のｂポートとを接続する流路である。

下部戻し配管４５は、四方弁３３のａポートと、貯湯タンク１０の下部領域に設けられた戻し口８とを接続する流路である。ここで、「貯湯タンク１０の下部領域」とは、貯湯タンク１０の高さ方向の中央位置より下側の領域を言うものとする。すなわち、戻し口８の位置は、貯湯タンク１０の高さ方向の中央位置から最下部までの間にあれば良い。利用側熱交換器一次側入口配管４６は、第１の三方弁３１のｃポートと、利用側熱交換器２２の一次側入口とを接続する流路である。利用側熱交換器一次側出口配管４７は、利用側熱交換器２２の一次側出口と、第２の三方弁３２のｂポートとを接続する流路である。バイパス配管４８は、循環ポンプ２１の下流側のヒートポンプ入口配管４１から分岐し、四方弁３３のｂポートに接続される流路である。上部戻し配管４９は、第２のタンク上部配管４４の途中から分岐し、四方弁３３のｄポートに接続される流路である。

貯湯タンクユニット１内には、貯湯タンク１０から給湯配管３へ導出された高温水と、給水配管２から分岐した給水分岐管（図示省略）から供給される低温水とを混合することによって給湯温度を調節するための混合弁（図示省略）が更に設けられていても良い。その場合、浴槽５０へ給湯するための湯張り用混合弁と、シャワーや蛇口等へ給湯するための一般給湯用混合弁とが設けられていても良い。

制御部７０は、例えば浴室、台所等に設置されるリモコン装置（図示省略）と相互に通信可能に接続されている。リモコン装置に設けられた表示部には、貯湯タンク１０内に貯えられている湯の温度や貯湯量、給湯温度、時刻、沸き上げモードなどの情報が表示可能になっている。ユーザーは、リモコン装置に設けられた操作部を操作することにより、給湯温度や、浴槽５０に張る湯（浴槽水）の温度および量（以下、「湯張り量」と称する）、沸き上げモードなどの設定を行うことができる。

本実施形態の貯湯式給湯機１００では、以下の図２〜図４に示す運転状態に応じて第１の三方弁３１を制御して、次の第１流路形態と第２流路形態とを選択的に切り替えて使用する。第１の三方弁３１により選択可能な「第１流路形態」とは、貯湯タンク１０の取出口７と利用側熱交換器２２とが第１のタンク上部配管４３および利用側熱交換器一次側入口配管４６を介して連通する流路形態であり、「第２流路形態」とは、貯湯タンク１０の上部口５と利用側熱交換器２２とが第２のタンク上部配管４４および利用側熱交換器一次側入口配管４６を介して連通する流路形態である。

また、本実施形態の貯湯式給湯機１００では、以下の図２〜図４に示す運転状態に応じて第２の三方弁３２を制御して、次の第１流路形態と第２流路形態とを選択的に切り替えて使用する。第２の三方弁３２により選択可能な「第１流路形態」とは、貯湯タンク１０の導出口６と沸き上げ用熱交換器６２とがタンク下部配管４０およびヒートポンプ入口配管４１を介して連通する流路形態であり、「第２流路形態」とは、利用側熱交換器２２と四方弁３３とが利用側熱交換器一次側出口配管４７、ヒートポンプ入口配管４１およびバイパス配管４８を介して連通する流路形態である。

更に、本実施形態の貯湯式給湯機１００では、以下の図２〜図４に示す運転状態に応じて四方弁３３を制御して、次の第１流路形態、第２流路形態および第３流路形態を選択的に切り替えて使用する。四方弁３３により選択可能な「第１流路形態」とは、沸き上げ用熱交換器６２と貯湯タンク１０の上部口５とがヒートポンプ出口配管４２、上部戻し配管４９および第２のタンク上部配管４４を介して連通する流路形態であり、「第２流路形態」とは、第２の三方弁３２と貯湯タンク１０の上部口５とがヒートポンプ入口配管４１、バイパス配管４８、上部戻し配管４９および第２のタンク上部配管４４を介して連通する流路形態であり、「第３流路形態」とは、第２の三方弁３２と貯湯タンク１０の戻し口８とがヒートポンプ入口配管４１、バイパス配管４８および下部戻し配管４５を介して連通する流路形態である。

図２は、本発明の実施の形態１の貯湯式給湯機１００における沸き上げ運転時の回路構成図である。沸き上げ運転とは、ヒートポンプユニット６０を利用して貯湯タンク１０内の水を沸き上げるための運転である。この沸き上げ運転時には、図２に示すように、第２の三方弁３２は、ａポートとｃポートとが連通し、ｂポートが閉状態となるように（すなわち、第２の三方弁３２の第１流路形態が選択されるように）制御される。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とが連通するとともに、利用側熱交換器一次側入口配管４６側を閉として利用側熱交換器２２からの流路が遮断される。また、沸き上げ運転時には、四方弁３３は、ｃポートとｄポートとが連通し、ａポートとｂポートとが閉状態となるように（すなわち、四方弁３３の第１流路形態が選択されるように）制御される。これにより、ヒートポンプ出口配管４２と上部戻し配管４９とが連通するとともに、下部戻し配管４５側を閉として貯湯タンク１０の戻し口８への流路が遮断される。

沸き上げ運転は、上記のように第２の三方弁３２および四方弁３３が制御されることによって沸き上げ回路が形成された状態で、循環ポンプ２１およびヒートポンプユニット６０を運転することにより実行される。その結果、貯湯タンク１０の導出口６から流出する低温水は、タンク下部配管４０、第２の三方弁３２、循環ポンプ２１およ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に導かれ、沸き上げ用熱交換器６２において加熱された後、高温水となってヒートポンプ出口配管４２、四方弁３３、上部戻し配管４９および第２のタンク上部配管４４を経由して、貯湯タンク１０の上部口５から貯湯タンク１０内に流入し貯えられる。このような沸き上げ運転が実行されることで、貯湯タンク１０の内部では、上層部から高温水が貯えられていき、この高温水層が徐々に厚くなっていき、貯湯温度センサ１１，１２により把握される貯湯タンク１０内の貯湯量が所定量を超えると、沸き上げ運転が停止される。

図３は、本発明の実施の形態１の貯湯式給湯機１００における上部戻し浴槽加熱運転時の回路構成図である。上部戻し浴槽加熱運転とは、貯湯タンク１０の取出口７から取り出した湯（高温水）と、浴槽５０から循環する浴槽水とを利用側熱交換器２２にて熱交換することにより浴槽水を加熱するとともに、熱交換により温度低下した湯（中温水）を貯湯タンク１０の上部口５に戻す運転である。この上部戻し浴槽加熱運転時には、図３に示すように、第１の三方弁３１は、ａポートとｃポートとが連通し、ｂポートが閉状態となるように（すなわち、第１の三方弁３１の第１流路形態が選択されるように）制御される。これにより、第１のタンク上部配管４３と利用側熱交換器一次側入口配管４６とが連通するとともに、第１の三方弁３１の第２のタンク上部配管４４側が閉とされる。また、第２の三方弁３２は、ｂポートとｃポートとが連通し、ａポートが閉状態となるように（すなわち、第２の三方弁３２の第２流路形態が選択されるように）制御される。これにより、利用側熱交換器一次側出口配管４７とヒートポンプ入口配管４１とが連通するとともに、タンク下部配管４０側を閉として貯湯タンク１０の導出口６からの流路が遮断される。更に、四方弁３３は、ｂポートとｄポートとが連通し、ａポートとｃポートが閉状態となるように（すなわち、四方弁３３の第２流路形態が選択されるように）制御される。これにより、バイパス配管４８と上部戻し配管４９とが連通するとともに、ヒートポンプ出口配管４２側を閉として沸き上げ用熱交換器６２からの流路が遮断される。

上部戻し浴槽加熱運転は、上記のように第１の三方弁３１、第２の三方弁３２および四方弁３３が制御されることによって上部戻し回路が形成された状態で、循環ポンプ２１および二次側循環ポンプ５２を運転することにより実行される。循環ポンプ２１の作動により、貯湯タンク１０の湯水が次のように循環する。貯湯タンク１０の取出口７から流出する高温水は、第１のタンク上部配管４３、第１の三方弁３１、利用側熱交換器一次側入口配管４６を経由して利用側熱交換器２２に導かれ、浴槽水との熱交換により温度低下して中温水となる。この中温水は、利用側熱交換器一次側出口配管４７、第２の三方弁３２、ヒートポンプ入口配管４１、バイパス配管４８、四方弁３３、上部戻し配管４９、第２のタンク上部配管４４を経由して上部口５から貯湯タンク１０内に流入する。一方、浴槽５０側の経路では、二次側循環ポンプ５２の作動により、浴槽５０に張られた浴槽水が浴槽水循環回路５１内を循環する。その結果、利用側熱交換器２２の一次側を流れる高温水の熱が、利用側熱交換器２２の二次側を流れる浴槽水に伝達し、浴槽５０内に張られた浴槽水が加温される。

上述した上部戻し浴槽加熱運転では、貯湯タンク１０の下部に中温水を流入させないため、貯湯タンク１０内の下部の水温の上昇を抑制することができる。貯湯タンク１０内の下部の水温が上昇すると、沸き上げ運転時にヒートポンプユニット６０（沸き上げ用熱交換器６２）へ流入する水の温度が高くなるため、ヒートポンプユニット６０の運転効率が低下する。上部戻し浴槽加熱運転では、貯湯タンク１０内の下部の水温の上昇を抑制することができるため、沸き上げ運転の際にヒートポンプユニット６０への入水温度を低く維持することが可能となり、ヒートポンプユニット６０の運転効率を高く維持することができる。その一方で、上部戻し浴槽加熱運転では、貯湯タンク１０の上部に中温水を流入させるため、貯湯タンク１０の上部にある高温水に中温水が混合することにより、貯湯タンク１０内の高温水の温度が低下する。

図４は、本発明の実施の形態１の貯湯式給湯機１００における下部戻し浴槽加熱運転時の回路構成図である。下部戻し浴槽加熱運転とは、貯湯タンク１０の上部口５から取り出した湯（高温水）と、浴槽５０から循環する浴槽水とを利用側熱交換器２２にて熱交換することにより浴槽水を加熱するとともに、熱交換により温度低下した湯（中温水）を貯湯タンク１０の戻し口８に戻す運転である。この下部戻し浴槽加熱運転時には、図４に示すように、第１の三方弁３１は、ｂポートとｃポートとが連通し、ａポートが閉状態となるように（すなわち、第１の三方弁３１の第２流路形態が選択されるように）制御される。これにより、第２のタンク上部配管４４と利用側熱交換器一次側入口配管４６とが連通するとともに、第１のタンク上部配管４３側を閉として貯湯タンク１０の取出口７からの流路が遮断される。また、第２の三方弁３２は、ｂポートとｃポートとが連通し、ａポートが閉状態となるように（すなわち、第２の三方弁３２の第２流路形態が選択されるように）制御される。これにより、利用側熱交換器一次側出口配管４７とヒートポンプ入口配管４１とが連通するとともに、タンク下部配管４０側を閉として貯湯タンク１０の導出口６からの流路が遮断される。更に、四方弁３３は、ａポートとｂポートとが連通し、ｃポートとｄポートが閉状態となるように（すなわち、四方弁３３の第３流路形態が選択されるように）制御される。これにより、バイパス配管４８と下部戻し配管４５とが連通するとともに、ヒートポンプ出口配管４２側を閉として沸き上げ用熱交換器６２からの流路が遮断される。

下部戻し浴槽加熱運転は、上記のように第１の三方弁３１、第２の三方弁３２および四方弁３３が制御されることによって下部戻し回路が形成された状態で、循環ポンプ２１および二次側循環ポンプ５２を運転することにより実行される。循環ポンプ２１の作動により、貯湯タンク１０の湯水が次のように循環する。貯湯タンク１０の上部口５から流出する高温水は、第２のタンク上部配管４４、第１の三方弁３１、利用側熱交換器一次側入口配管４６を経由して利用側熱交換器２２に導かれ、浴槽水との熱交換により温度低下して中温水となる。この中温水は、利用側熱交換器一次側出口配管４７、第２の三方弁３２、ヒートポンプ入口配管４１、バイパス配管４８、四方弁３３、下部戻し配管４５を経由して戻し口８から貯湯タンク１０内に流入する。一方、浴槽５０側の経路では、二次側循環ポンプ５２の作動により、浴槽５０に張られた浴槽水が浴槽水循環回路５１内を循環する。その結果、利用側熱交換器２２の一次側を流れる高温水の熱が、利用側熱交換器２２の二次側を流れる浴槽水に伝達し、浴槽５０内に張られた浴槽水が加温される。

上述した下部戻し浴槽加熱運転では、貯湯タンク１０の下部に中温水を流入させるため、貯湯タンク１０内の下部の水温が上昇する。このため、下部戻し浴槽加熱運転を行うと、沸き上げ運転の際にヒートポンプユニット６０への入水温度が高くなるため、ヒートポンプユニット６０の運転効率が低下する。一方、下部戻し浴槽加熱運転では、貯湯タンク１０の上部領域に中温水を流入させないため、貯湯タンク１０内の高温水の温度が低下することを防止することができる。

また、本実施形態の貯湯式給湯機１００は、浴槽５０に張る湯（浴槽水）の温度をユーザーがリモコン装置から任意に設定可能な浴槽水温設定手段と、浴槽５０の湯張り量をユーザーがリモコン装置から任意に設定可能な浴槽水量設定手段と、浴槽水温設定手段および浴槽水量設定手段により設定された温度と湯量とで自動で浴槽５０に浴槽水を張る自動湯張り手段と、自動湯張り手段によって浴槽５０に浴槽水が張られてから所定時間の間、浴槽５０に張られた浴槽水の温度を所定の温度に保つために自動で浴槽加熱運転を行う自動保温手段とを備えている。

次に、本実施形態の貯湯式給湯機１００の自動保温手段の動作を図５に基づいて説明する。図５は、本発明の実施の形態１の貯湯式給湯機１００における自動保温手段の制御動作を示すフローチャートである。

図５において、制御部７０は、所定の間隔（例えば、１０分間隔）で浴槽加熱運転の開始条件を判定する（ステップＳ２０１）。このステップＳ２０１では、浴槽出口側温度センサ５３により検出される浴槽水の温度が、浴槽水温設定手段によって設定された温度（以下、「浴槽設定温度」と称する）に対して所定温度以上低下している場合（例えば、浴槽設定温度４２℃に対して浴槽水の温度が４１℃以下の場合）に、浴槽加熱運転の開始条件を満たしたと判断する。

制御部７０は、ステップＳ２０１で浴槽加熱運転の開始条件が成立した場合には、次に、浴槽水量設定手段によって設定された湯張り量（以下、「設定湯張り量」と称する）が所定量（例えば、２００リットル）以下か否かを判定する（ステップＳ２０２）。制御部７０は、設定湯張り量が上記所定量以下の場合には、貯湯温度センサ１１の検出温度が第１の所定温度Ｔ_１（例えば、７５℃）以上か否かを判定し（ステップＳ２０３）、貯湯温度センサ１１の検出温度が第１の所定温度Ｔ_１以上であれば上部戻し浴槽加熱運転を開始し（ステップＳ２０４）、貯湯温度センサ１１の検出温度が第１の所定温度Ｔ_１未満であれば下部戻し浴槽加熱運転を開始する（ステップＳ２０５）。

また、制御部７０は、ステップＳ２０２で設定湯張り量が上記所定量より大きい場合には、貯湯温度センサ１１の検出温度が上記第１の所定温度Ｔ_１よりも高い第２の所定温度Ｔ_２（例えば、８０℃）以上か否かを判定し（ステップＳ２０６）、貯湯温度センサ１１の検出温度が第２の所定温度Ｔ_２以上であれば上部戻し浴槽加熱運転を開始し（ステップＳ２０７）、貯湯温度センサ１１の検出温度が第２の所定温度Ｔ_２未満であれば下部戻し浴槽加熱運転を開始する（ステップＳ２０８）。

以上のように、本実施形態では、浴槽加熱運転を開始する際に、貯湯温度センサ１１の検出温度が所定の閾値（第１の所定温度Ｔ_１または第２の所定温度Ｔ_２）以上か否かを判定し、閾値以上の場合には上部戻し浴槽加熱運転を選択し、閾値未満の場合には下部戻し浴槽加熱運転を選択する。前述したように、沸き上げ運転時のヒートポンプユニット６０の運転効率を高く維持する観点からは、下部戻し浴槽加熱運転より上部戻し浴槽加熱運転が好ましいが、上部戻し浴槽加熱運転を行うと、貯湯タンク１０の上部の温度が低下する。貯湯タンク１０の上部の温度が、給湯に利用可能な下限温度に相当する第３の所定温度Ｔ_３（例えば、４５℃）未満になると、湯切れ（給湯に利用可能な湯が貯湯タンク１０内に無い状態）となる。このため、貯湯タンク１０の上部の温度が第３の所定温度Ｔ_３未満になることは、確実に防止することが望ましい。上部戻し浴槽加熱運転を行った場合に貯湯タンク１０の上部の温度がどこまで低下するかは、浴槽加熱運転の開始前の貯湯温度センサ１１の検出温度により予測することができる。すなわち、浴槽加熱運転の開始前の貯湯温度センサ１１の検出温度が高いほど、上部戻し浴槽加熱運転を行った後の貯湯タンク１０の上部の温度も高いと予測することができる。

上述した所定の閾値（第１の所定温度Ｔ_１または第２の所定温度Ｔ_２）は、上部戻し浴槽加熱運転を行った場合に貯湯タンク１０の上部の温度が第３の所定温度Ｔ_３未満に低下する可能性があるか否かを判別するための閾値として、予め設定されている。すなわち、浴槽加熱運転を開始する際に貯湯温度センサ１１の検出温度が所定の閾値（第１の所定温度Ｔ_１または第２の所定温度Ｔ_２）以上である場合には、上部戻し浴槽加熱運転を行ったとしても、貯湯タンク１０の上部の温度が第３の所定温度Ｔ_３未満に低下する可能性（すなわち湯切れの可能性）は無いと予測できる。本実施形態では、そのような場合には上部戻し浴槽加熱運転を行うことにより、貯湯タンク１０の下部の水温の上昇を抑制することができるので、沸き上げ運転時のヒートポンプユニット６０の運転効率を高く維持することができる。

一方、浴槽加熱運転を開始する際に貯湯温度センサ１１の検出温度が所定の閾値（第１の所定温度Ｔ_１または第２の所定温度Ｔ_２）未満である場合には、上部戻し浴槽加熱運転を行ったとした場合、貯湯タンク１０の上部の温度が第３の所定温度Ｔ_３未満に低下する可能性（すなわち湯切れの可能性）が有ると予測できる。本実施形態では、そのような場合には下部戻し浴槽加熱運転を行うことにより、貯湯タンク１０の上部の温度が低下することを抑制することができる。このため、上部戻し浴槽加熱運転による湯切れを招くことを確実に回避することができる。

また、本実施形態では、利用側熱交換器２２からの戻り湯（中温水）を貯湯タンク１０内に回収する回収口として機能するのは、上部口５および戻し口８のみである。このため、本実施形態では、利用側熱交換器２２から戻る中温水を貯湯タンク１０内に回収する回収口の数をできるだけ減らすことができる。また、本実施形態では、利用側熱交換器２２から戻る中温水の温度を検出するための温度センサが不要である。このように、本実施形態によれば、貯湯タンク１０に設ける回収口の数をできるだけ減らすことができ、貯湯タンク１０の回収口に接続される配管の構成や回収口を切り替えるための流路切替弁の構成も簡素化でき、利用側熱交換器２２から戻る中温水の温度を検出するための温度センサを設ける必要もないことから、低コストのシステム構成で、湯切れを防止しつつ、貯湯タンク１０の下部の水温の上昇を抑制し、沸き上げ運転時のヒートポンプユニット６０の運転効率を高く維持することが可能となる。

また、本実施形態では、上部戻し浴槽加熱運転と下部戻し浴槽加熱運転との何れを選択するかを決定するための貯湯温度センサ１１の検出温度の閾値を、設定湯張り量が比較的小さい場合（例えば、２００リットル以下の場合）には比較的小さい値（第１の所定温度Ｔ_１、例えば７５℃）とし、設定湯張り量が比較的大きい場合（例えば、２００リットルを超える場合）には比較的大きい値（第２の所定温度Ｔ_２、例えば８０℃）としている。浴槽５０内の浴槽水の量は、設定湯張り量に等しいとみなすことができる。浴槽５０内の浴槽水の量が小さいほど、上部戻し浴槽加熱運転によって貯湯タンク１０の上部に流入する中温水の量が少なくなるため、貯湯タンク１０の上部の温度低下幅は小さくなる。このため、浴槽５０内の浴槽水の量が比較的小さい場合には、貯湯タンク１０の上部の温度がそれほど高くなくても、湯切れせずに上部戻し浴槽加熱運転を実行することが可能となる。この点に鑑みて、本実施形態では、上記のようにして、設定湯張り量に応じて閾値を変化させることにより、上部戻し浴槽加熱運転による湯切れを確実に防止しつつ、上部戻し浴槽加熱運転を選択する状況をより拡大することができる。このため、沸き上げ運転時のヒートポンプユニット６０の運転効率をより高く維持することが可能となる。なお、本実施形態では、設定湯張り量に応じて閾値を変化させているが、浴槽５０内の浴槽水の量（水位）を検出可能なセンサ（例えば浴槽水循環回路５１の圧力を検出するセンサ）を設け、その検出された浴槽５０内の浴槽水の量に応じて閾値を変化させても良い。また、本実施形態では、設定湯張り量（浴槽水量）に応じて閾値を２段階に変化させているが、設定湯張り量（浴槽水量）に応じて閾値をより多段階または連続的に変化させるようにしても良い。

更に、浴槽加熱運転を開始する際に、浴槽設定温度と、浴槽出口側温度センサ５３により検出される浴槽水の実際の温度との温度差に応じて、この温度差が比較的小さい場合には温度差が比較的大きい場合に比べて上記閾値を小さくするように制御しても良い。上記温度差が小さいほど、上部戻し浴槽加熱運転によって貯湯タンク１０の上部に流入する中温水の量が少なくなるため、貯湯タンク１０の上部の温度低下幅は小さくなる。このため、上記温度差が比較的小さい場合には、貯湯タンク１０の上部の温度がそれほど高くなくても、湯切れせずに上部戻し浴槽加熱運転を実行することが可能となる。この点に鑑みれば、上記のようにして、上記温度差に応じて閾値を変化させることにより、上部戻し浴槽加熱運転による湯切れを確実に防止しつつ、上部戻し浴槽加熱運転を選択する状況をより拡大することができる。このため、沸き上げ運転時のヒートポンプユニット６０の運転効率をより高く維持することが可能となる。この場合、上記温度差に応じて閾値を段階的に変化させても良いし、連続的に変化させても良い。

また、本実施形態では、上部戻し浴槽加熱運転の実行中に、貯湯温度センサ１１の検出温度が、上記閾値（第１の所定温度Ｔ_１または第２の所定温度Ｔ_２）より小さい所定の値より低くなった場合には、上部戻し浴槽加熱運転から下部戻し浴槽加熱運転に切り替えて、浴槽加熱を継続するように制御してもよい。このような制御によれば、上部戻し浴槽加熱運転による湯切れの発生をより確実に防止することが可能となる。

なお、本実施形態では、貯湯タンク１０の上部領域の所定の高さ位置にある貯湯温度センサ１１の検出温度を所定の閾値と比較することによって、上部戻し浴槽加熱運転と下部戻し浴槽加熱運転との何れを選択するかを決定しているが、本発明では、複数の貯湯温度センサ１１，１２により検出される温度分布により算出される貯湯タンク１０内の貯湯量（蓄熱量）を所定の閾値と比較することによって、上部戻し浴槽加熱運転と下部戻し浴槽加熱運転との何れを選択するかを決定しても良い。

また、本実施形態では、下部戻し回路における貯湯タンク１０からの湯の取り出し位置（上部口５）が、上部戻し回路における貯湯タンク１０からの湯の取り出し位置（取出口７）より、高い位置にあることにより、次のような利点がある。貯湯タンク１０内で取出口７より高い位置にある湯は、第１のタンク上部配管４３により取り出すことができないため、上部戻し浴槽加熱運転では貯湯タンク１０内で取出口７より高い位置にある湯を利用することはできない。これに対し、下部戻し浴槽加熱運転では、貯湯タンク１０内で取出口７より高い位置にある湯を上部口５から第２のタンク上部配管４４に取り出して利用することができる。このため、貯湯タンク１０の上部の温度が低下して上部戻し浴槽加熱運転が行えなくなり、下部戻し浴槽加熱運転を行うときに、貯湯タンク１０内の湯を最大限に利用可能となるため、浴槽加熱運転で使用できる湯量をできるだけ多くすることが可能となる。ただし、本発明では、下部戻し回路における貯湯タンク１０からの湯の取り出し位置が、上部戻し回路における貯湯タンク１０からの湯の取り出し位置と比べ、同じまたは低い位置にあっても良い。

また、本発明では、上部戻し回路における貯湯タンク１０への湯の戻し位置が、上部戻し回路における貯湯タンク１０からの湯の取り出し位置と比べ、同じまたは低い位置にあっても良いが、本実施形態のように、上部戻し回路における貯湯タンク１０への湯の戻し位置（上部口５）が、上部戻し回路における貯湯タンク１０からの湯の取り出し位置（取出口７）より高い位置にあることが好ましい。これにより、次のような利点がある。湯水は、温度が低いほど密度が大きくなる性質を有している。利用側熱交換器２２で温度低下した湯（中温水）は、温度低下によって密度が貯湯タンク１０内の湯より増大しているため、取出口７より高い位置にある上部口５から貯湯タンク１０内に流入すると、密度差によって下方に拡散しながら、貯湯タンク１０内の湯と十分に混合される。このようにして、利用側熱交換器２２から戻った湯が貯湯タンク１０内の湯と十分に混合されることにより、利用側熱交換器２２から戻った湯がそのまま取出口７から第１のタンク上部配管４３へ流出すること（ショートサイクル）を確実に防止することができる。これに対し、上部戻し回路における貯湯タンク１０への湯の戻し位置が、上部戻し回路における貯湯タンク１０からの湯の取り出し位置（取出口７）より低い位置にあった場合には、利用側熱交換器２２から戻った湯（中温水）が、貯湯タンク１０内の湯と十分に混合せずに中温水層を形成する場合がある。そして、その中温水層の位置が徐々に上昇していき、中温水が取出口７から第１のタンク上部配管４３へ流出するショートサイクルが発生する可能性がある。

１ 貯湯タンクユニット、２ 給水配管、３ 給湯配管、４ 導入口、５ 上部口、６ 導出口、７ 取出口、８ 戻し口、１０ 貯湯タンク、１１，１２ 貯湯温度センサ、２１ 循環ポンプ、２２ 利用側熱交換器、３１ 第１の三方弁、３２ 第２の三方弁、３３ 四方弁、４０ タンク下部配管、４１ ヒートポンプ入口配管、４２ ヒートポンプ出口配管、４３ 第１のタンク上部配管、４４ 第２のタンク上部配管、４５ 下部戻し配管、４６ 利用側熱交換器一次側入口配管、４７ 利用側熱交換器一次側出口配管、４８ バイパス配管、４９ 上部戻し配管、５０ 浴槽、５１ 浴槽水循環回路、５２ 二次側循環ポンプ、５３ 浴槽出口側温度センサ、６０ ヒートポンプユニット、６１ 圧縮機、６２ 沸き上げ用熱交換器、６３ 膨張弁、６４ 空気熱交換器、６５ 冷媒循環配管、６６ ヒートポンプ出口温度センサ、７０ 制御部、１００ 貯湯式給湯機

Claims (7)

1. 湯水を貯留可能な貯湯タンクと、
   水を加熱可能な加熱手段と、
   前記貯湯タンクから取り出した水を前記加熱手段に送り、前記加熱手段で加熱されて生成した湯を前記貯湯タンクに戻す沸き上げ回路と、
   前記貯湯タンクの上部領域から取り出した湯を、加熱対象を加熱するための利用側熱交換器を経由させて、前記貯湯タンクの上部領域に戻す上部戻し回路と、
   前記貯湯タンクの上部領域から取り出した湯を、前記利用側熱交換器を経由させて、前記貯湯タンクの下部領域に戻す下部戻し回路と、
   前記上部戻し回路と前記下部戻し回路とを切り替える流路切替手段と、
   前記貯湯タンク内の所定の高さ位置での貯湯温度、または、前記貯湯タンク内の貯湯量を検出する検出手段と、
   前記貯湯タンクの上部領域から取り出した湯によって前記加熱対象を加熱する加熱運転を開始する際に、前記検出手段の検出値が所定の閾値以上の場合には前記上部戻し回路により前記加熱対象を加熱し、前記検出手段の検出値が前記閾値未満の場合には前記下部戻し回路により前記加熱対象を加熱する制御部と、
   を備える貯湯式給湯機。
2. 前記利用側熱交換器は、浴槽の浴槽水を加熱するものであり、
   前記浴槽水の量を設定する浴槽水量設定手段を備え、
   前記制御部は、前記浴槽水量設定手段により設定された量が小さい場合には、前記浴槽水量設定手段で設定された量が大きい場合に比べて、前記閾値を小さい値とする手段を含む請求項１記載の貯湯式給湯機。
3. 前記利用側熱交換器は、浴槽の浴槽水を加熱するものであり、
   前記浴槽水の量を取得する手段を備え、
   前記制御部は、前記浴槽水の量が小さい場合には前記浴槽水の量が大きい場合に比べて前記閾値を小さい値とする手段を含む請求項１記載の貯湯式給湯機。
4. 前記利用側熱交換器は、浴槽の浴槽水を加熱するものであり、
   前記浴槽水の温度を設定する浴槽水温設定手段と、
   前記浴槽水の温度を検出する浴槽水温検出手段と、
   を備え、
   前記制御部は、前記浴槽水温設定手段により設定された温度と前記浴槽水温検出手段により検出された温度との温度差が小さい場合には前記温度差が大きい場合に比べて前記閾値を小さい値とする手段を含む請求項１記載の貯湯式給湯機。
5. 前記下部戻し回路における前記貯湯タンクからの湯の取り出し位置が、前記上部戻し回路における前記貯湯タンクからの湯の取り出し位置より、高い位置にある請求項１乃至４の何れか１項記載の貯湯式給湯機。
6. 前記制御部は、前記上部戻し回路によって前記加熱対象を加熱しているときに、前記検出手段の検出値が前記閾値より小さい所定の値より低くなった場合には、前記上部戻し回路から前記下部戻し回路に切り替えて前記加熱対象を加熱する請求項１乃至５の何れか１項記載の貯湯式給湯機。
7. 前記上部戻し回路における前記貯湯タンクへの湯の戻し位置が、前記上部戻し回路における前記貯湯タンクからの湯の取り出し位置より、高い位置にある請求項１乃至６の何れか１項記載の貯湯式給湯機。

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