JP6464873B2 - 貯湯式ヒートポンプ給湯機 - Google Patents

Description

本発明は、温水の貯湯及び給湯が可能な貯湯式ヒートポンプ給湯機に関する。

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な貯湯式ヒートポンプ給湯機が知られている。従来技術では、ヒートポンプユニットにより沸上げた温水を貯湯タンクに流入させず、この温水を出湯流路を介して給湯使用側端末に直接供給する。これにより、貯湯タンクの上部に貯留されている高温水の層が乱されるのを防止し、また、ヒートポンプユニットによる沸上げ温度を湯張り温度程度に低下させることができるので、ヒートポンプユニットの成績係数（ＣＯＰ）を向上させることができる。

特開２００９−８５４３９号公報

しかしながら、上述した従来技術では、湯張り時にヒートポンプユニットで沸上げた高温水を使用すると、貯湯タンクに貯留された中温水を湯張りに使用することができない。また、湯張り時に貯湯タンクの中温水を使用すると、ヒートポンプユニットによる高温水を湯張りに使用することができな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、給湯時の温水源がヒートポンプ加熱手段と貯湯タンクの一方にのみ制限されるのを回避し、エネルギ効率が高い運転を実現可能な貯湯式ヒートポンプ給湯機を提供することにある。

本発明に係る貯湯式ヒートポンプ給湯機は、温水を貯湯するための貯湯タンクと、水源から貯湯タンクの下部に低温水を供給する給水配管と、貯湯タンクの上部から温水を取出す高温出湯配管と、貯湯タンクの上下方向の中間部から温水を取出す中温出湯配管と、貯湯タンクの下部または給水配管から供給される湯水をヒートポンプサイクルにより加熱するヒートポンプ加熱手段と、ヒートポンプ加熱手段により加熱された温水と中温出湯配管により取出された温水とを合流させる合流配管と、高温出湯配管、合流配管及び給水配管のうち少なくとも２つの配管から供給される湯水を混合し、混合した湯水を給湯対象に給湯する混合弁と、混合弁と給湯対象との間の給湯配管を開閉する電磁弁と、ヒートポンプ加熱手段により加熱された温水を貯湯タンクの上部に流入させる沸上げ単独運転と、ヒートポンプ加熱手段により加熱された温水を合流配管に流入させて給湯対象へ直接供給する運転とを実施可能な制御部と、を備え、給湯対象は、浴槽、蛇口、または温水暖房機であり、電磁弁を閉じて給湯対象へ直接供給する運転を終了する前に、ヒートポンプ加熱手段を停止させるものである。

本発明によれば、給湯時には、混合弁を用いて、高温出湯配管、合流配管及び給水配管のうち少なくとも２つの配管から供給される湯水を混合し、混合した湯水を給湯対象に給湯することができる。これにより、状況に応じて選択した２種類の湯水を給湯時の効率が向上する適切な割合で混合し、エネルギ効率が高い運転を実現することができる。また、本発明によれば、ヒートポンプ加熱手段により加熱した温水と、貯湯タンクから取出した中温水とを合流配管にて予め合流させ、これによって合流配管に生成した中温水を混合弁に供給することができる。この構成によれば、ヒートポンプ加熱手段からの温水と、貯湯タンクの高温水の両方を利用して高効率の給湯を実現しつつ、混合弁の流入ポートの個数を抑制することができ、システムの構成を簡略化することができる。

本発明の実施の形態１による貯湯式ヒートポンプ給湯機を示す構成図である。 本発明の実施の形態１における沸上げ単独運転を示す動作説明図である。 本発明の実施の形態１における直接湯張り運転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、湯張り運転時の制御例を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態１において、湯張り運転時のふろ用混合弁の制御例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、本明細書で使用する各図においては、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。また、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、本明細書において、「湯水」とは、温水（湯）及び水を総称している。また、「低温水」とは、例えば水道等と同様の低温な水を意味し、「高温水」とは、沸上げ単独運転時にＨＰユニット７により加熱された高温の湯を意味している。また、高温と低温の間の中間温度領域の温水は、「中温水」と表記する場合がある。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１による貯湯式ヒートポンプ給湯機を示す構成図である。この図に示すように、貯湯式ヒートポンプ給湯機３５は、タンクユニット３３と、ヒートポンプサイクルを利用するＨＰユニット７と、後述のリモコン４４とを備えている。ＨＰユニット７とタンクユニット３３とは、ＨＰ往き配管１４及びＨＰ戻り配管１５を介して接続されると共に、図示しない配線を介して電気的に接続されている。

ＨＰユニット７は、後述する貯湯タンク８の下部または給水配管９から供給される湯水を加熱する（沸上げる）もので、ヒートポンプ加熱手段を構成している。ＨＰユニット７により加熱された温水は、運転形態に応じて、貯湯タンク８の上部に貯湯されるか、または、給湯対象に供給される。ＨＰユニット７は、圧縮機１、水冷媒熱交換器３、膨張弁４及び空気熱交換器６を冷媒配管５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。水冷媒熱交換器３は、冷媒配管５を流れる冷媒と、貯湯タンク８から導入された低温水との間で熱交換を行うためのものである。なお、水冷媒熱交換器３は、冷媒配管５を流れる冷媒と、水道等の水源から直接供給される低温水との熱交換を行う構成としてもよい。

タンクユニット３３には、貯湯タンク８を含めて、以下に述べる各種の部品、配管等が内蔵されている。貯湯タンク８は、ＨＰユニット７により沸上げた温水を貯湯するものである。貯湯タンク８の下部に設けられた水導入口８ａには、第３給水配管９ｃが接続されている。水道等の水源から供給される低温水は、減圧弁３１で所定圧力に調圧された上で、第３給水配管９ｃを通って貯湯タンク８内に流入する。貯湯タンク８の上部には、温水導入出口８ｄ及び温水導出口８ｅが設けられている。温水導入出口８ｄには、貯湯タンク８内に貯留された湯をタンクユニット３３の外部に供給するための給湯配管２１と、第２送湯配管１３ｂとが接続されている。温水導出口８ｅには、温水導入配管２０ａが接続されている。本実施の形態において、給湯配管２１は、貯湯タンク８の上部から温水を取出す高温出湯配管に相当している。

ここで、貯湯タンク８の温水導入出口８ｄには、ＨＰユニット７により加熱された温水が導入される。また、貯湯タンク８内の湯水が給湯に使用されるときには、水源から第１給水配管９ａ及び第２給水配管９ｂ等を経由して貯湯タンク８の水導入口８ａに低温水が導入される。このため、貯湯タンク８の内部には、上下方向において上部側ほど湯水の温度が高くなり、下部側ほど湯水の温度が低くなる温度成層が形成される。また、貯湯タンク８の表面には、複数の貯湯温度センサ４２，４３が高さを変えて取付けられている。これらの貯湯温度センサ４２，４３は、貯湯タンク８内の湯水の温度分布を検出するものである。貯湯温度センサ４２，４３の検出結果は、貯湯タンク８内の貯湯量を把握し、後述する沸上げ運転の開始及び停止等を制御するのに用いられる。

タンクユニット３３には、熱源ポンプ１２及びふろ用熱交換器２０が内蔵されている。熱源ポンプ１２は、タンクユニット３３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り、ＨＰ往き配管１４上に設けられている。ふろ用熱交換器２０は、貯湯タンク８から供給される高温水を利用して２次側の加熱対象水（浴槽水、暖房用水等）を加熱するための熱交換器である。本実施の形態では、ふろ用熱交換器２０の２次側の構成として、浴槽３０内の湯水を循環させるふろ往き配管２７及びふろ戻り配管２８を例示している。ふろ用熱交換器２０は、ふろ往き配管２７と、ふろ戻り配管２８と、浴槽３０とで形成される循環経路の途中に設置されている。ふろ戻り配管２８には、上記循環経路に浴槽水を循環させるふろ循環ポンプ２９と、浴槽３０から流出した浴槽水の温度を検出するふろ戻り温度センサ３８と、浴槽３０内の水位レベルを検出するための水位センサ４６と、ふろ戻り配管２８を流れる湯水の流れを検出するフロースイッチ４７とが設けられている。ふろ往き配管２７には、ふろ用熱交換器２０から流出した温水の温度を検出するふろ往き温度センサ３７が設けられている。なお、本実施の形態において、ふろ往き温度センサ３７は、給湯温度検出手段の具体例に相当している。

また、タンクユニット３３には、第１三方弁１１、第２三方弁７３、四方弁１８が内蔵されている。第１三方弁１１は、湯水が流入するａ，ｂポートと、湯水が流出するｃポートとを有する流路切替手段である。第１三方弁１１は、３つの経路ａ−ｃ，ｂ−ｃ，ａ−ｂ−ｃの間で湯水の流路を切換えるように構成されている。第２三方弁７３は、湯水が流入するｃポートと、湯水が流出するａ，ｂポートとを有する流路切替手段である。第２三方弁７３は、３つの流路ａ−ｃ，ｂ−ｃ，ａ−ｂ−ｃの間で湯水の流路を切換えるように構成されている。なお、本実施の形態において、第２三方弁７３は、ＨＰユニット７により加熱された温水の供給先を貯湯タンク８の上部と中温配管７９の何れかに切換える切換弁に相当している。四方弁１８は、湯水が流入するｂ，ｃポートと、湯水が流出するａ，ｄポートとを有する流路切換手段である。四方弁１８は、４つの経路ａ−ｂ，ａ−ｃ，ｂ−ｄ，ｃ−ｄの間で湯水の流路を切換えるように構成されている。

また、タンクユニット３３は、水導出口配管１０、第１送湯配管１３ａ、第２送湯配管１３ｂ、ＨＰ往き配管１４、ＨＰ戻り配管１５、温水導入配管２０ａ、第１バイパス配管１６、温水導出配管２０ｂ及び第２バイパス配管１７を備えている。水導出口配管１０は、貯湯タンク８の下部に設けられた水導出口８ｂと第１三方弁１１のａポートとを接続している。ＨＰ往き配管１４は、第１三方弁１１のｃポートとＨＰユニット７の入口側とを接続している。ＨＰ戻り配管１５は、ＨＰユニット７の出口側と四方弁１８のｃポートとを接続している。ＨＰ戻り配管１５には、ＨＰユニット７から流出する湯水の温度（出湯温度）を検出するＨＰ出湯温度センサ３９が設けられている。

第１送湯配管１３ａは、四方弁１８のｄポートと、第２三方弁７３のｃポートとを接続している。第２送湯配管１３ｂは、第２三方弁７３のａポートと、貯湯タンク８上部の温水導入出口８ｄとを接続している。第１バイパス配管１６は、四方弁１８のａポートと、貯湯タンク８の中央部から下部の間に設けられた温水導入口８ｃとを接続している。温水導入配管２０ａは、貯湯タンク８の温水導出口８ｅと、ふろ用熱交換器２０の１次側入口とを接続している。温水導出配管２０ｂは、ふろ用熱交換器２０の１次側出口と第１三方弁１１のｂポートとを接続している。第２バイパス配管１７は、ＨＰ往き配管１４のうち熱源ポンプ１２とＨＰユニット７との間の部位から分岐し、四方弁１８のｂポートに接続されている。

さらに、タンクユニット３３は、中温配管７９、第１給水配管９ａ、第２給水配管９ｂ、第１給湯用混合弁２２、ふろ用混合弁２３、第２給湯用混合弁７８、第１給湯配管２４及び第２給湯配管２５を備えている。第１給水配管９ａの一端は、水道等の水源に接続されている。第１給水配管９ａの他端には、減圧弁３１を介して第２給水配管９ｂ及び第３給水配管９ｃが接続されている。第２給水配管９ｂは、途中から分岐してそれぞれ第１給湯用混合弁２２とふろ用混合弁２３とに接続されている。給水配管９は、これらの第１給水配管９ａ、第２給水配管９ｂ及び第３給水配管９ｃにより構成されている。また、給湯配管２１は、途中から分岐してそれぞれ第１給湯用混合弁２２及びふろ用混合弁２３に接続されている。

第２給湯用混合弁７８は、第１給湯配管２４の途中に設けられると共に、中温配管７９と接続されている。中温配管７９は、貯湯タンク８の中間部に設けられた中温導出口８ｆと第２給湯用混合弁７８とを接続している。これにより、第２給湯用混合弁７８は、貯湯タンク８の中温導出口８ｆから出湯される中温水と、第１給湯用混合弁２２で混合された湯水とを混合させるものである。また、中温配管７９は途中から分岐し、ふろ用混合弁２３にも接続されている。本実施の形態において、中温配管７９は、貯湯タンク８の上下方向の中間部から温水を取出す中温出湯配管と、ＨＰユニット７により加熱された温水と中温出湯配管により取出された温水とを合流させる合流配管とに相当している。一方、ふろ用混合弁２３の流出側には、第２給湯配管２５が接続されている。第２給湯配管２５の途中には、第２給湯配管２５を開閉するふろ用電磁弁２６と、第２給湯配管２５を通る湯の流量を検出するふろ用流量センサ４５とが設けられている。

なお、図１では、ふろ用混合弁２３として、１個のモータにより１個の弁体を駆動する単一の弁装置を例示した。しかし、本発明のふろ用混合弁は、複数個のモータにより複数個の弁体を駆動する複合型の弁装置により構成してもよい。但し、コスト低減の観点から考えると、ふろ用混合弁２３としては、単一の弁装置が好ましい。また、貯湯タンク８内の湯温は上部側ほど高くなるので、給湯配管２１、中温配管７９及び第２給水配管９ｂを流れる湯水の温度は、給湯配管２１＞中温配管７９＞第２給水配管９ｂという関係を有する。このため、ふろ用混合弁２３は、給湯配管２１と中温配管７９と第２給水配管９ｂのうち２つ以上の配管を流れる湯水を互いに混合させる機能を備えながらも、給湯配管２１からの高温水と第２給水配管９ｂからの低温水とは混合させない機能を備えた単一の弁装置により構成するのが好ましい。

第１給湯用混合弁２２、第２給湯用混合弁７８及びふろ用混合弁２３は、給湯配管２１から供給される高温水と、中温配管７９から供給される中温水と、第２給水配管９ｂ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、ユーザがリモコン４４にて設定した設定温度の中温水を生成する。そして、生成した中温水を第１給湯配管２４及び第２給湯配管２５にそれぞれ供給する。第１給湯用混合弁２２及び第２給湯用混合弁７８により温度調整された温水は、第１給湯配管２４から給湯栓３４を経由して、ユーザが使用するシャワー、カラン等の蛇口（図示せず）に供給される。一方、ふろ用混合弁２３により設定温度に調整された温水は、第２給湯配管２５からふろ用流量センサ４５、ふろ用電磁弁２６、ふろ往き配管２７または、ふろ戻り配管２８を順次経由して浴槽３０に供給される。なお、本実施の形態において、浴槽３０は、ふろ用混合弁２３から給湯される給湯対象の具体例に相当している。

第１三方弁１１は、水導出口配管１０とＨＰ往き配管１４とが連通する形態（ａ−ｃ経路）と、温水導出配管２０ｂとＨＰ往き配管１４とが連通する形態（ｂ−ｃ経路）と、水導出口配管１０とＨＰ往き配管１４と温水導出配管２０ｂとが連通する形態（ａ−ｂ−ｃ経路）とからなる３つの形態の何れかに切換えられる。四方弁１８は、ＨＰ戻り配管１５と第１送湯配管１３ａとが連通する形態（ｃ−ｄ経路）と、ＨＰ戻り配管１５と第１バイパス配管１６とが連通する形態（ａ−ｃ経路）と、第１バイパス配管１６と第２バイパス配管１７とが連通する形態（ａ−ｂ経路）と、第１送湯配管１３ａと第２バイパス配管１７とが連通する形態（ｂ−ｄ経路）とからなる４つの形態の何れかに切換えられる。第２三方弁７３は、第１送湯配管１３ａと第２送湯配管１３ｂとが連通する形態（ａ−ｃ経路）と、第１送湯配管１３ａと送中温湯配管８０とが連通する形態（ｂ−ｃ経路）と、第１送湯配管１３ａと第２送湯配管１３ｂと送中温湯配管８０とが連通する形態（ａ−ｂ−ｃ経路）とからなる３つの形態の何れかに切換えられる。なお、送中温湯配管８０は、第２三方弁７３のｂポートと、中温配管７９とを接続する配管である。

制御部３６は、貯湯式ヒートポンプ給湯機３５を制御するもので、マイクロコンピュータ等により構成され、タンクユニット３３に内蔵されている。制御部３６は、制御プログラム等が予め記憶された記憶回路と、前記制御プログラムに基いて演算を行う演算処理装置（ＣＰＵ）と、信号の入出力を行う入出力ポートとを備えている。入出力ポートには、ＨＰユニット７及びタンクユニット３３が備える前述の各種センサ類、各種弁類、ポンプ類等が接続されている。また、制御部３６には、リモコン４４が相互通信可能に接続されている。

リモコン４４は、ユーザが運転動作指令及び設定値の変更操作を行うもので、浴槽３０に給湯する温水の温度目標値を目標給湯温度として設定する給湯温度設定手段の具体例に相当している。リモコン４４には、貯湯式ヒートポンプ給湯機３５の状態等の情報を表示する表示部、ユーザが操作するスイッチ等の操作部、スピーカ、マイク等が搭載されている。制御部３６は、各センサの出力、リモコン４４の設定等に基いて各種弁類、ポンプ類等のアクチュエータを駆動することにより、貯湯式ヒートポンプ給湯機３５の制御を実行する。この制御には、沸上げ単独運転、直接湯張り運転、通常湯張り運転、直接湯張り運転の終了制御、水冷媒熱交換器３の冷却運転等が含まれている。以下、これらの運転及び制御について説明する。

（沸上げ単独運転）
図２は、本発明の実施の形態１における沸上げ単独運転を示す動作説明図である。この図に示すように、沸上げ単独運転は、ＨＰユニット７により貯湯タンク８内の湯水を沸上げる沸上げ運転を単独で行うものである。沸上げ単独運転では、まず、第１三方弁１１がａ−ｃ経路に保持される。ａ−ｃ経路では、ａポートとｃポートとが連通し、ｂポートが閉じた状態に保持される。これにより、水導出口配管１０とＨＰ往き配管１４とが連通し、温水導出配管２０ｂが閉じられてふろ用熱交換器２０から戻る流路が遮断される。また、四方弁１８は、ｃ−ｄ経路に保持される。ｃ−ｄ経路では、ｃポートとｄポートとが連通し、ａポートとｂポートとが閉じた状態に保持される。これにより、ＨＰ戻り配管１５と第１送湯配管１３ａとが連通し、第１バイパス配管１６が閉じられて貯湯タンク８の温水導入口８ｃに向かう流路が遮断される。また、第２三方弁７３は、ａ−ｃ経路に保持される。ａ−ｃ経路では、ａポートとｃポートとが連通し、ｂポートが閉じた状態に保持される。これにより、第１送湯配管１３ａと第２送湯配管１３ｂとが連通し、送中温湯配管８０が閉じられて第２給湯用混合弁７８に向かう流路が遮断される。

沸上げ単独運転では、上記の状態において、ＨＰユニット７及び熱源ポンプ１２を駆動する。これにより、貯湯タンク８の下部から流出する低温水は、水導出口配管１０、第１三方弁１１、熱源ポンプ１２及びＨＰ往き配管１４を順次経由してＨＰユニット７に流入し、ＨＰユニット７により加熱される。そして、ＨＰユニット７から流出した温水は、ＨＰ戻り配管１５、四方弁１８、第１送湯配管１３ａ、第２三方弁７３及び第２送湯配管１３ｂを順次経由して、貯湯タンク８の温水導入出口８ｄに流入し、貯湯タンク８の内部に貯湯される。このように、沸上げ単独運転が実行されることで、貯湯タンク８の内部には、上部側から高温水が貯留されていき、この貯湯量の増加は、貯湯温度センサ４２，４３により検出される。そして、沸上げ単独運転は、貯湯量が予め設定された基準の量を超えた時点で終了され、熱源ポンプ１２及びＨＰユニット７が停止される。

（直接湯張り運転）
図３は、本発明の実施の形態１における直接湯張り運転を示す動作説明図である。直接湯張り運転は、ＨＰユニット７により沸上げた温水を浴槽３０に直接供給しつつ、ユーザがリモコン４４にて設定した設定温度に対して浴槽水の温度が一致するように温度調整を行うものである。この温度調整は、貯湯タンク８に貯留されている温水と、水道等の水源から供給される低温水とを混合して浴槽３０に供給することにより実行される。直接湯張り運転は、リモコン４４により湯張り運転の起動操作が行われた場合、または、リモコン４４により設定されていた湯張り運転の予約設定時刻が到来した場合に実行される。

直接湯張り運転では、図３に示すように、まず、第１三方弁１１がａ−ｃ経路に保持され、四方弁１８がｃ−ｄ経路に保持される。これらの切換状態は、沸上げ単独運転の場合と同様である。一方、第２三方弁７３は、ｂ−ｃ経路に保持される。ｂ−ｃ経路では、ｂポートとｃポートとが連通し、ａポートが閉じた状態に保持される。これにより、第１送湯配管１３ａと送中温湯配管８０とが連通し、第２送湯配管１３ｂが閉じられて貯湯タンク８の温水導入出口８ｄに向かう流路が遮断される。また、ふろ用電磁弁２６は、開弁状態に保持される。

直接湯張り運転では、上記の状態において、ＨＰユニット７、熱源ポンプ１２を駆動する。これにより、ふろ用混合弁２３には、低温水、中温水及び高温水がそれぞれ供給されるようになる。具体的には、まず、ふろ用電磁弁２６が開弁することにより、貯湯タンク８側の湯水がふろ往き配管２７または、ふろ戻り配管２８に流入するので、水源からの低温水が第１給水配管９ａ及び減圧弁３１を通過する。この低温水は、第２給水配管９ｂを通じてふろ用混合弁２３に供給されると共に、第３給水配管９ｃを通じて貯湯タンク８の水導入口８ａに流入する。そして、貯湯タンク８に低温水が流入することにより、貯湯タンク８内の高温水が温水導入出口８ｄから給湯配管２１を介してふろ用混合弁２３に供給されると共に、貯湯タンク８内の中温水が中温導出口８ｆから中温配管７９を介してふろ用混合弁２３に供給される。

一方、ＨＰユニット７側では、沸上げ単独運転の場合と同様に、熱源ポンプ１２が作動することにより、貯湯タンク８の下部から低温水が流出し、この低温水は、ＨＰユニット７により加熱されて温水となった後に、第２三方弁７３に到達する。ここで、第２三方弁７３に到達した温水は、送中温湯配管８０を介して中温配管７９に流入し、中温配管７９にて中温水と混合された後に、ふろ用混合弁２３に供給される。このようにして、直接湯張り運転では、ふろ用混合弁２３に低温水、中温水及び高温水が供給され、これら３種類の湯水は、ふろ用混合弁２３により混合可能な状態となる。そして、制御部３６は、ふろ用混合弁２３を制御して低温水、中温水及び高温水の流量比を調整することにより、これら３種類のうち少なくとも２種類の湯水を混合させ、中間温度の混合水を生成する。この混合水は、ふろ用混合弁２３から第２給湯配管２５に流出し、ふろ用電磁弁２６及びふろ往き配管２７を経由して浴槽３０に給湯される。

このとき、制御部３６は、ＨＰユニット７を、沸き上げ単独運転時の加熱能力と同等以下の低能力に制御する。また、制御部３６は、ＨＰ出湯温度センサ３９により検出される出湯温度がリモコン４４にて設定された湯張り温度設定値（目標給湯温度）以下となるように、ＨＰユニット７内の膨張弁４を制御する。このように、直接湯張り運転は、沸き上げ単独運転と比較して加熱能力及び沸上げ温度が低い運転となる。これにより、貯湯タンク８に貯湯するのに必要なＨＰユニット７の沸上げ動作において、ヒートポンプサイクルの高低圧力差を小さくすることができ、エネルギ消費効率（ＣＯＰ）を高くすることができる。また、圧縮機１にかかるトルク負荷が軽減するので、圧縮機１のモータ効率を改善することができる。さらに、圧縮機１からのシェル放熱を低減することができるので、湯張り運転の省エネルギ化を促進することができる。

また、直接湯張り運転では、ふろ往き温度センサ３７により検出される温水の温度（湯張り温度）が湯張り温度設定値に近づくように、ふろ用混合弁２３を制御し、また、ＨＰユニット７の加熱動作を制御する。この制御により、ふろ用混合弁２３は、第２給水配管９ｂからふろ用混合弁２３に流入する低温水と、中温配管７９からふろ用混合弁２３に流入する中温水と、給湯配管２１からふろ用混合弁２３に流入する高温水とからなる３種類の湯水の流量比（混合比率）を適切に調整する。

ここで、直接湯張り運転時のふろ用混合弁２３の動作について説明する。ふろ用混合弁２３には、前述のように、給湯配管２１、中温配管７９及び第２給水配管９ｂから湯水がそれぞれ流入する。これらの湯水のうち、給湯配管２１からふろ用混合弁２３に流入する湯水（高温水）の温度は、第２給水配管９ｂからふろ用混合弁２３に流入する湯水（低温水）の温度よりも高い。また、中温導出口８ｆの付近における貯湯タンク８内の湯水の温度は、高温水と低温水の間の中間温度となる。

また、直接湯張り運転において、ＨＰユニット７で沸上げた温水の温度は、水源から供給される低温水の温度よりも高く、かつ、貯湯タンク８の上部に貯留された高温水の温度よりも低い。このため、中温導出口８ｆから導出された中温水と、ＨＰユニット７で沸上げた高温水とが中温配管７９にて合流すると、中温配管７９からふろ用混合弁２３に流入する中温水の温度（例えば４０℃）は、給湯配管２１からふろ用混合弁２３に流入する高温水の温度（例えば８０℃）よりも低く、かつ、第２給水配管９ｂからふろ用混合弁２３に流入する低温水の温度（例えば１０℃）よりも高くなる。

直接湯張り運転では、ふろ用混合弁２３を制御することで、中温配管７９の中温水と給湯配管２１の高温水とを混合する第１の混合形態を選択するか、または、中温配管７９の中温水と第２給水配管９ｂの低温水とを混合する第２の混合形態を選択し、ふろ用混合弁２３から浴槽３０側に向けて流出する湯水の温度が湯張り温度設定値と一致するように温度調整する。より具体的に述べると、中温配管７９の水温が湯張り温度設定値よりも低い場合には、第１の混合形態を選択する。一方、中温配管７９の水温が湯張り温度設定値よりも高い場合には、第２の混合形態を選択する。

なお、上記温度調整では、ふろ用混合弁２３の下流側に配置されたふろ往き温度センサ３７の検出温度が湯張り温度設定値よりも高いか否かに基いて、第１，第２の混合形態の何れを選択するかを判定してもよい。具体的に述べると、第１の混合形態を選択した状態において、ふろ往き温度センサ３７の検出温度が湯張り温度設定値よりも高い場合には、中温配管７９の中温水の混合比率を高く、かつ、給湯配管２１の湯水の混合比率を低くすることにより、ふろ用混合弁２３から流出する湯水の温度を低くして湯張り温度設定値に近づける。そして、この制御により中温配管７９の中温水の混合比率を１００％とした状態でも、ふろ往き温度センサ３７の検出温度が湯張り温度設定値よりも高い場合には、混合後の湯温を更に低下させるために第２の混合形態に切換える。

また、第１の混合形態を選択した状態において、ふろ往き温度センサ３７の検出温度が湯張り温度設定値よりも低い場合には、中温配管７９の中温水の混合比率を低く、かつ、給湯配管２１の湯水の混合比率を高くすることにより、ふろ用混合弁２３から流出する湯水の温度を高くして湯張り温度設定値に近づける。

一方、第２の混合形態を選択した状態において、ふろ往き温度センサ３７の検出温度が湯張り温度設定値よりも高い場合には、中温配管７９の中温水の混合比率を低く、かつ、第２給水配管９ｂの低温水の混合比率を高くすることにより、ふろ用混合弁２３から流出する湯水の温度を低くして湯張り温度設定値に近づける。また、第２の混合形態を選択した状態において、ふろ往き温度センサ３７の検出温度が湯張り温度設定値よりも低い場合には、中温配管７９の中温水の混合比率を高く、かつ、第２給水配管９ｂの低温水の混合比率を低くすることにより、ふろ用混合弁２３から流出する湯水の温度を高くして湯張り温度設定値に近づける。そして、この制御により中温配管７９の中温水の混合比率を１００％とした状態でも、ふろ往き温度センサ３７の検出温度が湯張り温度設定値よりも低い場合には、混合後の湯温を更に高くするために第１の混合形態に切換える。

（通常湯張り運転）
次に、貯湯タンク８に貯留された温水のみを浴槽３０に供給する通常湯張り運転について説明する。通常湯張り運転では、第１三方弁１１及び四方弁１８が任意の開度に保持され、第２三方弁７３がａ−ｃ経路に保持される。これにより、第１送湯配管１３ａと第２送湯配管１３ｂとが連通し、送中温湯配管８０が閉じられて第２給湯用混合弁７８に向かう流路が遮断される。そして、この状態で、ふろ用電磁弁２６が開弁状態に保持される。これにより、通常湯張り運転では、直接湯張り運転の場合と同様に、給湯配管２１の高温水と、中温配管７９の中温水と、第２給水配管９ｂの低温水とがふろ用混合弁２３に供給され、ふろ用混合弁２３は、これら３種類の湯水を混合可能な状態となる。

そして、通常湯張り運転では、ふろ用混合弁２３を制御することで、前述した第１，第２の混合形態の何れかを選択し、ふろ用混合弁２３から浴槽３０側に向けて流出する湯水の温度が湯張り温度設定値と一致するように温度調整する。この温度調整では、直接湯張り運転の場合と同様に、中温配管７９の水温が湯張り温度設定値よりも低い場合には、第１の混合形態を選択する。一方、中温配管７９の水温が湯張り温度設定値よりも高い場合には、第２の混合形態を選択する。

また、上記温度調整では、直接湯張り運転の一例として説明したように、ふろ往き温度センサ３７の検出温度が湯張り温度設定値よりも高いか否かに基いて、第１，第２の混合形態の何れを選択するかを判定してもよい。さらには、中温導出口８ｆの近傍で貯湯タンク８の壁面に追加の貯湯温度センサ（図示せず）を取付け、この貯湯温度センサの検出温度が湯張り温度設定値よりも高いか否かに基いて、第１，第２の混合形態の何れを選択するかを判定してもよい。

また、貯湯タンク８から中温配管７９に取出される湯水の温度は、貯湯タンク８内の温度分布に依存する。特に、貯湯タンク８の上部に滞留する高温水層と、貯湯タンク８の下部に滞留する低温水層との境界が中温導出口８ｆの近傍に存在する場合には、中温配管７９に取出される湯水の温度変化が増大し、ふろ用混合弁２３による温度調整では前記温度変化を吸収し切れないことがある。この場合には、中温配管７９の中温水を使用せずに、給湯配管２１の高温水と第２給水配管９ｂの低温水とを混合する第３の混合形態を採用し、第３の混合形態により温度調整を行ってもよい。また、本実施の形態では、給湯配管２１の高温水と、中温配管７９の中温水と、第２給水配管９ｂの低温水とを全て混合する第４の混合形態を採用し、第４の混合形態により温度調整を行ってもよい。

（直接湯張り運転の終了制御）
次に、制御部３６が直接湯張り運転を終了するときに実行する終了制御について説明する。直接湯張り運転では、ＨＰユニット７による沸上げ温度が水源からの低温水の温度よりも高く、かつ、貯湯タンク８の上部に貯留させる高温水の温度よりも低い。このため、浴槽３０への湯張りの完了後もＨＰユニット７の沸上げ動作が継続されると、貯湯タンク８の上部に温度の低い湯水が流入することになり、貯湯タンク８の上部を高温状態に維持できなくなる。

そこで、直接湯張り運転の終了時には、ＨＰユニット７を停止して沸上げ動作を完了してから、ふろ用電磁弁２６及びふろ循環ポンプ２９を停止して湯張り動作（給湯動作）を完了する必要がある。これにより、貯湯タンク８の上部に温度の低い湯水が流入するのを防止し、貯湯タンク８内の温度成層を保護することができる。

湯張り動作の完了を検出（または判定）する方法としては、例えば、以下の３つの方法が考えられる。まず、第１の方法では、ユーザがリモコン４４に浴槽３０への湯張り湯量を入力し、制御部３６は、ふろ用流量センサ４５により検出された湯張り湯量がリモコン４４に入力された湯量に達したときに、湯張り動作が完了したと判定する。また、第２の方法では、例えばリモコン４４に入力された湯張り湯量、過去に行われた湯張り動作の実績データ等に基いて、制御部３６が湯張り動作の完了時点を推定する。第３の方法では、浴槽３０に湯水が残った状態で湯張り動作を行う場合において、まず、リモコン４４に入力された湯張り湯量と、水位センサ４６により検出した浴槽水の残量との差分を補充するために必要な湯張りの流量または時間を算出する。そして、この算出結果と、湯張り動作中にふろ用流量センサ４５により検出した湯張り湯量とに基いて、湯張り動作の完了時点を判定する。

直接湯張り運転の終了時に、貯湯タンク８に貯留されている湯量が比較的少ないために、沸上げ要求が発生した場合には、直接湯張り運転を終了する前に、ＨＰユニット７の直接湯張り動作を終了し、沸き上げ単独運転時の加熱能力及び沸上げ温度を用いる沸上げ運転動作に移行してから、直接湯張り運転を終了する。ここで、ＨＰユニット７の直接湯張り動作とは、ＨＰユニット７の加熱能力を、沸き上げ単独運転時の加熱能力と同等以下の低能力に制御し、ＨＰ出湯温度センサ３９の検出温度を湯張り温度設定値以下に制御する運転動作である。また、上記移行処理（直接湯張り運転から沸き上げ単独運転時の加熱能力及び沸上げ温度を用いる沸上げ運転動作への移行処理）では、第１三方弁１１がａ−ｃ経路に保持され、四方弁１８がｃ−ｄ経路に保持されるが、第２三方弁７３は、ｂ−ｃ経路に保持されていた状態からａ−ｃ経路に切換えられる。

一方、直接湯張り運転の終了時に、貯湯タンク８に貯留されている湯量が比較的多いために、沸上げ要求が発生しなかった場合には、直接湯張り運転を終了する前に、ＨＰユニット７の直接湯張り動作を終了する。続いて、水冷媒熱交換器３の冷却運転を実行し、その後にＨＰユニット７及び熱源ポンプ１２を停止させる。ここで、冷却運転とは、水冷媒熱交換器３にスケールが付着するのを防止するための運転である。

（水冷媒熱交換器３の冷却運転）
この冷却運転時には、第１三方弁１１及び四方弁１８がａ−ｃ経路に保持される。四方弁１８のａ−ｃ経路では、ａポートとｃポートとが連通し、ｂポートとｄポートとが閉じた状態に保持される。これにより、ＨＰ戻り配管１５と第１バイパス配管１６とが連通し、第１送湯配管１３ａと第２バイパス配管１７とが閉じられて貯湯タンク８の上部に向かう流路が遮断される。また、第２三方弁７３は、ａ−ｃ経路またはｂ−ｃ経路に保持される。これにより、冷却運転では、第１給湯配管２４の末端に位置する給湯栓３４において、不意の給湯が行われた場合でも、第２送湯配管１３ｂの圧力が急変するのを抑制することができる。また、第１給湯用混合弁２２または第２給湯用混合弁７８による温度調整が遅れることにより、給湯栓３４で湯温のハンチングが生じるのを軽減することができる。

［実施の形態１による具体的な制御例］
次に、図４を参照して、湯張り運転時の制御について説明する。図４は、本発明の実施の形態１において、湯張り運転時の制御例を示すフローチャートである。この図に示すルーチンにおいて、まず、ステップＳ１では、例えばリモコン４４にて湯張り運転の起動操作が行われたか否かを判定することにより、湯張り運転を開始するか否かを判定する。ステップＳ１の判定が成立した場合には、ステップＳ２に移行する。一方、ステップＳ１の判定が不成立の場合には、本ルーチンを終了する。次に、ステップＳ２では、直接湯張り運転が可能であるか否かを判定し、この判定が成立した場合には、ステップＳ３に移行する。一方、ステップＳ２の判定が不成立の場合には、後述のステップＳ１０に移行する。

ステップＳ３では、直接湯張り運転を実行する。続いて、ステップＳ４では、直接湯張り運転の終了直前であるか否かを判定し、この判定が成立した場合には、ステップＳ５に移行する。一方、ステップＳ４の判定が不成立の場合には、当該判定が成立するまで待機する。次に、ステップＳ５では、沸上げ要求があるか否かを判定する。ステップＳ５の判定が成立した場合には、ステップＳ６にて直接湯張り運転を終了した後に、ステップＳ７にて通常の沸上げ運転動作を実行する。また、ステップＳ５の判定が不成立の場合には、ステップＳ８にて直接湯張り運転を終了した後に、ステップＳ９にて水冷媒熱交換器３の冷却運転を実行する。

一方、ステップＳ１０では、通常湯張り運転を開始する。続いて、ステップＳ１１では、直接湯張り運転の終了直前であるか否かを判定し、この判定が成立した場合には、ステップＳ１２に移行して通常湯張り運転を終了する。ステップＳ１１の判定が不成立の場合には、当該判定が成立するまで待機する。

次に、図５を参照して、湯張り運転時のふろ用混合弁２３の制御について説明する。図５は、本発明の実施の形態１において、湯張り運転時のふろ用混合弁の制御例を示すフローチャートである。この図に示すルーチンにおいて、まず、ステップＳ１では、直接湯張り運転中であるか否かを判定し、この判定が成立した場合には、ステップＳ２に移行する。一方、ステップＳ１の判定が不成立の場合には、本ルーチンを終了する。次に、ステップＳ２では、ふろ用混合弁２３により中温配管７９の中温水と給湯配管２１の高温水とを混合する第１の混合形態の実行中であるか否かを判定する。ステップＳ２の判定が成立した場合には、ステップＳ３に移行する。一方、ステップＳ２の判定が不成立の場合には、後述のステップＳ９に移行する。

次に、ステップＳ３では、ふろ往き温度センサ３７による湯水の検出温度（ふろ往き温度）が設定温度（湯張り温度設定値）よりも高いか否かを判定する。ステップＳ３の判定が成立した場合には、ステップＳ４に移行し、中温配管７９の中温水の混合比率を高く、かつ、給湯配管２１の湯水の混合比率を低くする。続いて、ステップＳ５では、中温配管７９の中温水の混合比率が１００％であるか否かを判定し、この判定が成立した場合には、ステップＳ６において、ふろ用混合弁２３を制御して中温配管７９の中温水と第２給水配管９ｂの低温水とを混合する第２の混合形態を選択する。また、ステップＳ５の判定が不成立の場合には、ステップＳ６を実行せずにステップＳ７に移行する。

ステップＳ７では、直接湯張り運転を終了するか否かを判定し、この判定が成立した場合には、直接湯張り運転を終了する。ステップＳ７の判定が不成立の場合には、ステップＳ２に戻り、ステップＳ２以降の処理を繰返す。また、ステップＳ３の判定が不成立の場合には、ステップＳ８に移行し、中温配管７９の中温水の混合比率を低く、かつ、給湯配管２１の湯水の混合比率を高くする。

一方、ステップＳ９では、ふろ往き温度が設定温度よりも低いか否かを判定する。そして、ステップＳ９の判定が成立した場合には、ステップＳ１０に移行し、中温配管７９の中温水の混合比率を高く、かつ、第２給水配管９ｂの低温水の混合比率を低くする。続いて、ステップＳ１１では、中温配管７９の中温水の混合比率が１００％であるか否かを判定し、この判定が成立した場合には、ステップＳ１２において、ふろ用混合弁２３により第１の混合形態を選択する。また、ステップＳ１１の判定が不成立の場合には、ステップＳ１２を実行せずにステップＳ７に移行する。一方、ステップＳ９の判定が不成立の場合には、ステップＳ１３に移行し、中温配管７９の中温水の混合比率を低く、かつ、第２給水配管９ｂの低温水の混合比率を高くする。

以上詳述した通り、本実施の形態では、直接湯張り運転を行うときに、ふろ用混合弁２３を用いて、給湯配管２１の高温水と、中温配管７９の中温水と、第２給水配管９ｂの低温水とからなる３種類のうち少なくとも２種類の湯水を混合させ、これによって生成された中温水を浴槽３０に給湯する構成としている。また、直接湯張り運転では、給湯配管２１の高温水と第２給水配管９ｂの低温水のみを混合させる形態を使用しないようにしている。従って、本実施の形態によれば、湯張り運転時の温水源がＨＰユニット７と貯湯タンク８の一方にのみ制限されるのを回避し、状況に応じて選択した２種類の湯水を給湯時の効率が向上する適切な割合で混合することができる。これにより、エネルギ効率が高い湯張り運転を実現することができる。

しかも、本実施の形態では、直接湯張り運転において、ＨＰユニット７により加熱した温水と、貯湯タンク８の中温導出口８ｆから取出した中温水とを中温配管７９にて予め合流させ、これによって中温配管７９に生成した中温水をふろ用混合弁２３に供給する。この構成によれば、ＨＰユニット７からの温水と、貯湯タンク８の高温水の両方を利用して高効率の給湯を実現しつつ、ふろ用混合弁２３の流入ポートを３個に抑制することができ、システムの構成を簡略化することができる。

なお、前記実施の形態１では、図４中のステップＳ３及び図５が直接湯張り制御手段及び給湯温度制御手段の具体例を示している。また、実施の形態１では、給湯対象として浴槽３０を例示したが、本発明はこれに限らず、シャワー、カラン等の蛇口及び温水暖房機等を給湯対象としてもよい。

１ 圧縮機，３ 水冷媒熱交換器，４ 膨張弁，５ 冷媒配管，６ 空気熱交換器，７ ＨＰユニット（ヒートポンプ加熱手段），８ 貯湯タンク，８ａ 水導入口，８ｃ 温水導入口，８ｄ 温水導入出口，８ｅ 温水導出口，８ｆ 中温導出口，９ 給水配管，９ａ 第１給水配管，９ｂ 第２給水配管，９ｃ 第３給水配管，１０ 水導出口配管，１１ 第１三方弁，１２ 熱源ポンプ，１３ａ 第１送湯配管，１３ｂ 第２送湯配管，１４ ＨＰ往き配管，１５ ＨＰ戻り配管，１６ 第１バイパス配管，１７ 第２バイパス配管，１８ 四方弁，２０ａ 温水導入配管，２０ｂ 温水導出配管，２０ ふろ用熱交換器，２１ 給湯配管（高温出湯配管），２２ 第１給湯用混合弁，２３ ふろ用混合弁（混合弁），２４ 第１給湯配管，２５ 第２給湯配管，２６ ふろ用電磁弁，２７ ふろ往き配管，２８ ふろ戻り配管，２９ ふろ循環ポンプ，３０ 浴槽（給湯対象），３１ 減圧弁，３３ タンクユニット，３４ 給湯栓，３５ 貯湯式ヒートポンプ給湯機，３６ 制御部，３７ ふろ往き温度センサ（給湯温度検出手段），３８ ふろ戻り温度センサ，３９ ＨＰ出湯温度センサ，４２，４３ 貯湯温度センサ，４４ リモコン（給湯温度設定手段），４５ ふろ用流量センサ，４６ 水位センサ，４７ フロースイッチ，７３ 第２三方弁（切換弁），７８ 第２給湯用混合弁，７９ 中温配管（中温出湯配管、合流配管），８０ 送中温湯配管

Claims (3)

1. 温水を貯湯するための貯湯タンクと、
   水源から前記貯湯タンクの下部に低温水を供給する給水配管と、
   前記貯湯タンクの上部から温水を取出す高温出湯配管と、
   前記貯湯タンクの上下方向の中間部から温水を取出す中温出湯配管と、
   前記貯湯タンクの下部または前記給水配管から供給される湯水をヒートポンプサイクルにより加熱するヒートポンプ加熱手段と、
   前記ヒートポンプ加熱手段により加熱された温水と前記中温出湯配管により取出された温水とを合流させる合流配管と、
   前記高温出湯配管、前記合流配管及び前記給水配管のうち少なくとも２つの配管から供給される湯水を混合し、混合した湯水を給湯対象に給湯する混合弁と、
   前記混合弁と前記給湯対象との間の給湯配管を開閉する電磁弁と、
   前記ヒートポンプ加熱手段により加熱された温水を前記貯湯タンクの上部に流入させる沸上げ単独運転と、前記ヒートポンプ加熱手段により加熱された温水を前記合流配管に流入させて前記給湯対象へ直接供給する運転とを実施可能な制御部と、
   を備え、
   前記給湯対象は、浴槽、蛇口、または温水暖房機であり、
   前記電磁弁を閉じて前記給湯対象へ直接供給する運転を終了する前に、前記ヒートポンプ加熱手段を停止させる貯湯式ヒートポンプ給湯機。
2. 前記ヒートポンプ加熱手段により加熱された温水の供給先を前記貯湯タンクの上部と前記合流配管の何れかに切換える切換弁を備え、
   前記制御部は、前記給湯対象へ直接供給する運転のときに、前記ヒートポンプ加熱手段を作動させると共に、前記切換弁により前記温水の供給先を前記合流配管に切換える請求項１に記載の貯湯式ヒートポンプ給湯機。
3. 前記給湯対象に給湯する温水の温度目標値を目標給湯温度として設定する給湯温度設定手段と、
   前記混合弁から前記給湯対象に給湯される温水の温度を検出する給湯温度検出手段と、
   前記給湯温度検出手段による検出温度が前記目標給湯温度に近づくように前記混合弁を制御し、前記高温出湯配管、前記合流配管及び前記給水配管のうち、少なくとも２つの配管から供給される湯水の流量比を調整する給湯温度制御手段と、
   を備えた請求項１または請求項２に記載の貯湯式ヒートポンプ給湯機。

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