JP7226086B2 - 貯湯式給湯装置 - Google Patents

Description

本発明は、貯湯式給湯装置に関する。

下記特許文献１に開示された貯湯式給湯装置では、入浴後の浴槽内の残り湯の廃熱を貯湯タンクに回収する風呂熱回収運転を行うことにより、エネルギー効率を向上することができる。

特開２０１８－０９１５０４号公報

貯湯式給湯装置において、エネルギー効率のさらなる向上が求められている。また、冬季においては、外気にさらされる配管などの凍結を予防することが求められる。

本発明は、エネルギー効率の向上と、配管の凍結の予防とを図る上で有利になる貯湯式給湯装置を提供することを目的とする。

本発明に係る貯湯式給湯装置は、水を加熱する加熱手段と、加熱手段により加熱された湯を貯留可能であり、上部と、下部と、上部と下部との間の中間部とを有する貯湯タンクと、一次側流路及び二次側流路を有し、一次側流路を流れる一次流体と二次側流路を流れる二次流体との間で熱を交換する熱交換器と、湯水の回路を切り替え可能な回路切替手段と、熱交換器において一次流体により二次流体を加熱する加熱運転と、加熱運転の後の熱回収運転とを実行可能な制御手段と、を備え、回路切替手段は、貯湯タンクの上部から、加熱手段を通らずに、一次側流路を通って貯湯タンクの中間部に至るタンク利用加熱回路と、貯湯タンクの下部から、加熱手段を通らずに、一次側流路を通って貯湯タンクの中間部に至る第一熱回収回路と、貯湯タンクの下部から、加熱手段と一次側流路とを通って貯湯タンクの中間部に至る第二熱回収回路と、を切り替え可能であり、制御手段は、熱回収運転を実行する際に、加熱手段に接続された水配管が凍結する可能性がない場合には第一熱回収回路に水を流れさせる第一熱回収運転を実行し、可能性がある場合には第二熱回収回路に水を流れさせる第二熱回収運転を実行し、第二熱回収運転によって貯湯タンクの中間部に流入する水の総体積が第一熱回収運転によって貯湯タンクの中間部に流入する水の総体積よりも少なくなるように、第二熱回収運転を継続する時間を、第一熱回収運転を継続する時間よりも短くするものである。
また、本発明に係る貯湯式給湯装置は、水を加熱する加熱手段と、加熱手段により加熱された湯を貯留可能であり、上部と、下部と、上部と下部との間の中間部とを有する貯湯タンクと、一次側流路及び二次側流路を有し、一次側流路を流れる一次流体と二次側流路を流れる二次流体との間で熱を交換する熱交換器と、湯水の回路を切り替え可能な回路切替手段と、熱交換器において一次流体により二次流体を加熱する加熱運転と、加熱運転の後の熱回収運転とを実行可能な制御手段と、を備え、回路切替手段は、貯湯タンクの上部から、加熱手段を通らずに、一次側流路を通って貯湯タンクの中間部に至るタンク利用加熱回路と、貯湯タンクの下部から、加熱手段を通らずに、一次側流路を通って貯湯タンクの中間部に至る第一熱回収回路と、貯湯タンクの下部から、加熱手段と一次側流路とを通って貯湯タンクの中間部に至る第二熱回収回路と、を切り替え可能であり、制御手段は、熱回収運転を実行する際に、加熱手段に接続された水配管が凍結する可能性がない場合には第一熱回収回路に水を流れさせる第一熱回収運転を実行し、可能性がある場合には第二熱回収回路に水を流れさせる第二熱回収運転を継続する時間が上限時間を超えないように第二熱回収運転を実行し、合流位置は、第二熱回収回路の流路が第一熱回収回路の流路に合流する位置であり、上限時間は、合流位置から貯湯タンクの中間部までの流路の容積と、第二熱回収回路の水流量とに基づいて算出される時間である。
また、本発明に係る貯湯式給湯装置は、水を加熱する加熱手段と、加熱手段により加熱された湯を貯留可能であり、上部と、下部と、上部と下部との間の中間部とを有する貯湯タンクと、一次側流路及び二次側流路を有し、一次側流路を流れる一次流体と二次側流路を流れる二次流体との間で熱を交換する熱交換器と、湯水の回路を切り替え可能な回路切替手段と、熱交換器において一次流体により二次流体を加熱する加熱運転と、加熱運転の後の熱回収運転とを実行可能な制御手段と、を備え、回路切替手段は、貯湯タンクの上部から、加熱手段を通らずに、一次側流路を通って貯湯タンクの中間部に至るタンク利用加熱回路と、貯湯タンクの下部から、加熱手段を通らずに、一次側流路を通って貯湯タンクの中間部に至る第一熱回収回路と、貯湯タンクの下部から、加熱手段と一次側流路とを通って貯湯タンクの中間部に至る第二熱回収回路と、を切り替え可能であり、制御手段は、熱回収運転を実行する際に、加熱手段に接続された水配管が凍結する可能性がない場合には第一熱回収回路に水を流れさせる第一熱回収運転を実行し、可能性がある場合には第二熱回収回路に水を流れさせる第二熱回収運転を実行し、合流位置は、第二熱回収回路の流路が第一熱回収回路の流路に合流する位置であり、第二熱回収運転において、制御手段は、当該第二熱回収運転の開始前に合流位置よりも上流の第二熱回収回路の中にあった水が貯湯タンクの中間部に流入する前に当該第二熱回収運転を終了するものである。
また、本発明に係る貯湯式給湯装置は、水を加熱する加熱手段と、加熱手段により加熱された湯を貯留可能であり、上部と、下部と、上部と下部との間の中間部とを有する貯湯タンクと、一次側流路及び二次側流路を有し、一次側流路を流れる一次流体と二次側流路を流れる二次流体との間で熱を交換する熱交換器と、湯水の回路を切り替え可能な回路切替手段と、熱交換器において一次流体により二次流体を加熱する加熱運転と、加熱運転の後の熱回収運転とを実行可能な制御手段と、を備え、回路切替手段は、貯湯タンクの上部から、加熱手段を通らずに、一次側流路を通って貯湯タンクの中間部に至るタンク利用加熱回路と、貯湯タンクの下部から、加熱手段を通らずに、一次側流路を通って貯湯タンクの中間部に至る第一熱回収回路と、貯湯タンクの下部から、加熱手段と一次側流路とを通って貯湯タンクの中間部に至る第二熱回収回路と、を切り替え可能であり、制御手段は、熱回収運転を実行する際に、加熱手段に接続された水配管が凍結する可能性がない場合には第一熱回収回路に水を流れさせる第一熱回収運転を実行し、可能性がある場合には第二熱回収回路に水を流れさせる第二熱回収運転を実行し、回路切替手段は、貯湯タンクの下部から加熱手段を通って貯湯タンクの上部に至る貯湯回路に切り替え可能であり、貯湯回路と第二熱回収回路とに共通の流路に配置された循環ポンプと、加熱手段により加熱された湯を貯湯タンクに蓄積する貯湯運転のときの貯湯回路の循環流量を算出する循環流量算出手段と、を備え、制御手段は、第二熱回収運転を継続する時間を、循環流量に応じて変更するものである。

本発明によれば、エネルギー効率の向上と、配管の凍結の予防とを図る上で有利になる貯湯式給湯装置を提供することが可能となる。

実施の形態１による貯湯式給湯装置を示す図である。 追いだき運転のときに湯水が循環する回路を示す図である。 第一熱回収回路の湯水の流れを示す図である。 第二熱回収回路の湯水の流れを示す図である。

以下、図面を参照して実施の形態について説明する。各図において共通または対応する要素には、同一の符号を付して、重複する説明を簡略化または省略する。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１による貯湯式給湯装置３５を示す図である。図１に示すように、本実施の形態１の貯湯式給湯装置３５は、タンクユニット３３、ＨＰ（ヒートポンプ）ユニット７、及びリモコン装置４４を備える。ＨＰユニット７とタンクユニット３３との間は、ＨＰ往き配管１４とＨＰ戻り配管１５と図示しない電気配線とを介して接続されている。タンクユニット３３には、制御装置３６が内蔵されている。タンクユニット３３及びＨＰユニット７が備える各種弁類、ポンプ類等の作動は、これらと電気的に接続された制御装置３６により制御される。制御装置３６は、例えば、少なくとも一つのメモリと少なくとも一つのプロセッサとを有するマイクロコンピュータを備える。制御装置３６は、貯湯式給湯装置３５の運転を制御する制御手段に相当する。制御装置３６は、日時を管理するタイマー機能を有している。

リモコン装置４４は、運転動作指令及び設定値の変更などに関する使用者の操作を受け付ける機能を有する。リモコン装置４４は、ユーザーインターフェースの例である。制御装置３６とリモコン装置４４の間は、有線または無線により、双方向にデータ通信可能に接続されている。図示を省略するが、リモコン装置４４には、貯湯式給湯装置３５の状態等の情報を表示する表示部、使用者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。リモコン装置４４の表示部は、使用者に情報を報知する報知手段としての機能を有する。本実施の形態におけるリモコン装置４４は、表示部を報知手段として備えるが、変形例として、例えば音声案内装置のような他の報知手段を備えてもよい。

本実施の形態において、リモコン装置４４は、例えば台所、リビング、浴室などの壁に設置されたものでもよい。複数のリモコン装置４４が制御装置３６に対して通信可能でもよい。また、例えばスマートフォンのような携帯端末をリモコン装置４４として使用可能となるように構成してもよい。当該携帯端末と制御装置３６とがネットワークを介して通信してもよい。

ＨＰユニット７は、水を加熱する加熱手段の例である。ＨＰユニット７は、圧縮機１、水冷媒熱交換器３、膨張弁４、空気熱交換器６を冷媒配管５にて環状に接続した冷媒回路を備える。ＨＰユニット７は、この冷媒回路によりヒートポンプサイクルの運転を行う。水冷媒熱交換器３では、圧縮機１により圧縮された冷媒と、タンクユニット３３から導かれた水との間で熱を交換することで、水が加熱される。

ＨＰユニット７は、水冷媒熱交換器３の出湯口または当該出湯口に連通する配管に設けられた出湯温度センサ３９と、水冷媒熱交換器３の入水口または当該入水口に連通する配管に設けられた入水温度センサ４０とを備える。出湯温度センサ３９は、水冷媒熱交換器３から流出する湯の温度を検出する。入水温度センサ４０は、水冷媒熱交換器３に流入する水の温度を検出する。

タンクユニット３３には、以下の各種部品及び配管などが内蔵されている。貯湯タンク８は、湯水を貯留する。貯湯タンク８の内部では、温度による水の密度の差によって、上側が高温で下側が低温になる温度成層を形成することができる。

図１に示すように、貯湯タンク８は、上部、中間部、及び下部を備える。貯湯タンク８の中間部は、貯湯タンク８の上部と、貯湯タンク８の下部との間の高さの部分である。なお、貯湯タンク８は、図示のような単一のタンクで構成されるものに限らず、直列に接続された複数のタンクを備えるものでもよい。本開示では、貯湯タンク８の高さ方向すなわち上下方向の位置についての記載に関して、貯湯タンク８が直列に接続された複数のタンクを備えるものである場合には、最上位のタンクから最下位のタンクまでの全体の階層において、上下方向の位置が特定されるものとする。

貯湯タンク８の下部には、水導入口８ａと、水導出口８ｂと、水導入口８ｃとが設けられている。貯湯タンク８の上部には、温水導入出口８ｄと、温水導入出口８ｅとが設けられている。貯湯タンク８の中間部には、中温水導入口８ｇと、中温水導入出口８ｆとが設けられている。本実施の形態では、中温水導入口８ｇは、中温水導入出口８ｆよりも高い位置にある。

水導入口８ａには、第三給水配管９ｃが接続されている。水道等の水源から第一給水配管９ａを通って供給される水は、減圧弁３１で所定圧力に調圧された上で、第三給水配管９ｃを通って貯湯タンク８内に流入する。貯湯タンク８の表面には、複数の貯湯温度センサ４１，４２，４３が、互いに異なる高さの位置に取り付けられている。貯湯温度センサ４１は、貯湯タンク８の中間部の水温を検出する。図示の例では、貯湯温度センサ４１は、中温水導入出口８ｆと同じ高さの位置、または中温水導入出口８ｆに近い高さの位置における水温を検出する。貯湯温度センサ４２は、貯湯タンク８の上部の水温を検出する。貯湯温度センサ４３は、貯湯タンク８の下部の水温を検出する。制御装置３６は、これらの貯湯温度センサ４１，４２，４３で貯湯タンク８内の湯水の温度分布を検出することにより、貯湯タンク８内の残湯量及び蓄熱量を検出できる。なお、図示の例に限らず、４個以上の貯湯温度センサを貯湯タンク８に設けてもよい。

タンクユニット３３には、風呂用熱交換器６０及び風呂循環ポンプ２９が内蔵されている。風呂用熱交換器６０は、一次側流路６０ａ及び二次側流路６０ｂを有する。風呂用熱交換器６０は、一次側流路６０ａを流れる一次流体と二次側流路６０ｂを流れる二次流体との間で熱を交換する熱交換器に相当する。本実施の形態では、風呂の浴槽３０から循環する浴水が二次流体として二次側流路６０ｂを流れる例について説明する。この例に代えて、本開示における二次側流体は、浴水以外の流体でもよい。例えば、二次側流体は、暖房用の熱媒体でもよいし、水源から供給される水でもよい。

風呂往き配管２７は、二次側流路６０ｂの出口と浴槽３０との間を接続している。風呂往き配管２７の途中には、風呂用熱交換器６０から流出する浴水の温度を検出するための風呂往き温度センサ３７が設置されている。風呂戻り配管２８は、二次側流路６０ｂの入口と浴槽３０との間を接続している。風呂戻り配管２８の途中には、浴水を二次側流路６０ｂに循環させるための風呂循環ポンプ２９と、浴槽３０から出た浴水の温度を検出するための風呂戻り温度センサ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、浴水の循環の有無を検出するためのフロースイッチ４７とが設けられている。風呂循環ポンプ２９は、二次側流路６０ｂに二次流体を流れさせる二次流体ポンプに相当する。

タンクユニット３３には、三方弁１１、循環ポンプ１２、四方弁１６、及び四方弁１８がさらに内蔵されている。三方弁１１、四方弁１６、及び四方弁１８のそれぞれは、湯水の流路を切り替え可能な流路切替手段に相当する。貯湯式給湯装置３５は、これらの流路切替手段と、ＨＰ往き配管１４及びＨＰ戻り配管１５と、後述する配管類とを含む配管装置を備える。循環ポンプ１２は、この配管装置に湯水を循環させるためのポンプである。

三方弁１１は、入口となるａポート及びｂポートと、出口となるｃポートとを有する。三方弁１１は、ａ－ｃ、ｂ－ｃの２つの経路の間で流路切替可能に構成されている。四方弁１６は、入口となるａポート及びｂポートと、出口となるｃポート及びｄポートとを有する。四方弁１６は、ａ－ｃ、ａ－ｄ、ｂ－ｃ、ｂ－ｄの４つの経路の間で流路切替可能に構成されている。四方弁１８は、入口となるａポートと、出口となるｂポート、ｃポート、及びｄポートとを有する。四方弁１８は、ａ－ｂ、ａ－ｃ、ａ－ｄの３つの経路の間で流路切替可能に構成されている。

タンクユニット３３は、低温配管１０、第一送水配管１３ａ、第一温水配管１７ａ、第二温水配管１７ｂ、第三温水配管１９ａ、第四温水配管１９ｂ、及び第五温水配管１９ｃを有している。低温配管１０は、水導出口８ｂと、三方弁１１のａポートとの間を接続している。第一送水配管１３ａは、三方弁１１のｃポートと、循環ポンプ１２の入口との間を接続している。ＨＰ往き配管１４は、循環ポンプ１２の出口と、水冷媒熱交換器３の入水口との間を接続している。ＨＰ戻り配管１５は、水冷媒熱交換器３の出湯口と、四方弁１６のｂポートとの間を接続している。第一温水配管１７ａは、四方弁１６のｄポートと、四方弁１８のａポートとの間を接続している。第二温水配管１７ｂは、四方弁１６のｃポートと、水導入口８ｃとの間を接続している。第三温水配管１９ａは、四方弁１８のｂポートと、温水導入出口８ｅとの間を接続している。第四温水配管１９ｂは、四方弁１８のｄポートと、温水導入出口８ｄとの間を接続している。第五温水配管１９ｃは、四方弁１８のｃポートと、中温水導入口８ｇとの間を接続している。

配管２０ａは、温水導入出口８ｅと、一次側流路６０ａの入口との間を接続している。配管２０ｃは、一次側流路６０ａの出口と、三方弁１１のｂポートとの間を接続している。第二送水配管１３ｂは、ＨＰ往き配管１４の途中に形成された分岐部５１から分岐し、四方弁１６のａポートに接続されている。

タンクユニット３３は、中温配管７９、第一給水配管９ａ、第二給水配管９ｂ、第三給水配管９ｃ、第四給水配管９ｄ、給湯用混合弁２２、風呂用混合弁２３、中温水切替弁７８、給湯配管２４、風呂配管２５、配管２０ｂ、及び逆止弁５０を有している。

中温水切替弁７８は、入口となるａポート及びｂポートと、出口となるｃポートとを有する流路切替手段である。中温水切替弁７８は、ａ－ｃ、ｂ－ｃの２つの経路の間で流路切替可能に構成されている。

給湯用混合弁２２は、第一入口、第二入口、及び出口を備える混合手段である。風呂用混合弁２３は、第一入口、第二入口、及び出口を備える混合手段である。

第一給水配管９ａの一端は水道等の水源に接続される。第一給水配管９ａの他端には減圧弁３１を介して第二給水配管９ｂ及び第三給水配管９ｃが接続される。第二給水配管９ｂは、中温水切替弁７８のａポートに接続されている。中温配管７９は、中温水導入出口８ｆと、中温水切替弁７８のｂポートとの間を接続している。配管２０ｂの一端は、配管２０ｃの途中に形成された分岐部５２に接続されている。配管２０ｂの他端は、中温配管７９の途中に形成された分岐部５３に接続されている。逆止弁５０は、配管２０ｂの途中に設置されている。逆止弁５０は、貯湯タンク８の中間部の水が、配管２０ｂを通って貯湯タンク８の下部へ流れることを阻止する。第四給水配管９ｄの一端は、中温水切替弁７８のｃポートに接続されている。第四給水配管９ｄの他端は、給湯用混合弁２２及び風呂用混合弁２３のそれぞれの第一入口に接続されている。高温配管２１の一端は、温水導入出口８ｄに連通する。高温配管２１の他端は、給湯用混合弁２２及び風呂用混合弁２３のそれぞれの第二入口に接続されている。

中温水切替弁７８は、第二給水配管９ｂと第四給水配管９ｄとが連通する第一流路状態と、中温配管７９と第四給水配管９ｄとが連通する第二流路状態の２つの流路状態を切替えて使用する。中温水切替弁７８を第一流路状態にすると、水源から供給される低温水が、第二給水配管９ｂ及び第四給水配管９ｄを通って、給湯用混合弁２２及び風呂用混合弁２３へ供給される状態になる。中温水切替弁７８を第二流路状態にすると、中温水導入出口８ｆ及び中温配管７９を通って貯湯タンク８から供給される中温水が、第四給水配管９ｄを通って、給湯用混合弁２２及び風呂用混合弁２３へ供給される状態になる。

給湯用混合弁２２は、貯湯タンク８から高温配管２１を通って供給される高温水と、第四給水配管９ｄから供給される低温水もしくは中温水との流量比を調整することにより、使用者がリモコン装置４４にて設定した設定温度の湯を生成し、給湯配管２４に流入させる。給湯用混合弁２２で温度調整された湯は、給湯配管２４から給湯栓３４を経由して、例えばシャワー、カラン等の蛇口（図示省略）に供給される。

風呂用混合弁２３は、貯湯タンク８から高温配管２１を通って供給される高温水と、第四給水配管９ｄから供給される低温水もしくは中温水との流量比を調整することにより、使用者がリモコン装置４４にて設定した設定温度の湯を生成し、風呂配管２５に流入させる。風呂用混合弁２３で設定温度に調整された湯は、風呂用流量センサ４５、風呂用電磁弁２６、風呂往き配管２７、風呂戻り配管２８を経て、浴槽３０へ流入する。

制御装置３６は、風呂用流量センサ４５及び水位センサ４６により検出される情報に基づいて浴槽３０の湯張りの完了を判定することにより、湯張り完了時の浴槽３０内の浴水の量である湯張り湯量が、使用者がリモコン装置４４にて設定した湯量に等しくなるように制御できる。本実施の形態の貯湯式給湯装置３５は、風呂自動運転を実行可能なものでもよい。リモコン装置４４にて風呂自動運転が設定されると、制御装置３６は、湯張りの完了後、浴槽３０内の浴水の温度及び量が、リモコン装置４４で設定された温度及び量に維持されるように、必要に応じて、浴水の昇温、冷却、たし湯、さし水を行う。

貯湯式給湯装置３５は、貯湯運転を実行可能である。貯湯運転は、貯湯タンク８の下部からＨＰユニット７を通って貯湯タンク８の上部に至る貯湯回路を形成し、ＨＰユニット７により加熱された湯すなわち高温水を貯湯タンク８に蓄積する運転である。制御装置３６は、貯湯タンク８内の残湯量または蓄熱量に応じて、貯湯運転の開始及び停止などを制御する。貯湯運転においては、ＨＰユニット７及び循環ポンプ１２が運転され、以下のようになる。貯湯タンク８の下部にある低温水が、水導出口８ｂ、低温配管１０、三方弁１１、第一送水配管１３ａ、循環ポンプ１２、及びＨＰ往き配管１４を経由して水冷媒熱交換器３に流入する。この低温水が水冷媒熱交換器３内で加熱されることで生成した高温水は、ＨＰ戻り配管１５、四方弁１６、第一温水配管１７ａ、四方弁１８、及び第四温水配管１９ｂを経由して、温水導入出口８ｄから貯湯タンク８内に流入する。このように湯水が循環する回路が貯湯回路に相当する。貯湯運転が実行されると、貯湯タンク８の内の上部から下部へ向かって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っていく。制御装置３６は、貯湯温度センサ４１，４２，４３により検出される貯湯タンク８内の貯湯量または蓄熱量が所定量を超えると、貯湯運転を終了する。

制御装置３６は、浴槽３０から循環する浴水を風呂用熱交換器６０により加熱する追いだき運転を実行可能である。図２は、追いだき運転のときに湯水が循環する回路を示す図である。制御装置３６は、浴槽３０に溜められた浴水の温度を保つために追いだき運転を行ってもよいし、浴槽３０に溜められた浴水の温度を上昇させるために追いだき運転を行ってもよい。本実施の形態における追いだき運転は、風呂用熱交換器６０において一次流体により二次流体を加熱する加熱運転に相当する。

追いだき運転のとき、制御装置３６は、以下のように制御する。三方弁１１は、ｂポートとｃポートとが連通し、ａポートが閉状態になる。四方弁１６は、ａポートとｄポートとが連通し、ｂポートとｃポートとが閉状態になる。四方弁１８は、ａポートとｃポートとが連通し、ｂポートとｄポートとが閉状態となる。循環ポンプ１２及び風呂循環ポンプ２９が運転される。貯湯タンク８の上部から温水導入出口８ｅを通って流出した湯が、一次流体として、配管２０ａを通って一次側流路６０ａに供給される。一次側流路６０ａを通過した一次流体は、配管２０ｃ、三方弁１１、第一送水配管１３ａ、循環ポンプ１２、分岐部５１、第二送水配管１３ｂ、四方弁１６、第一温水配管１７ａ、四方弁１８、及び第五温水配管１９ｃの順に流れて、中温水導入口８ｇから貯湯タンク８の中間部に流入する。このようにして湯水が循環する回路は、貯湯タンク８の上部から、ＨＰユニット７を通らずに、一次側流路６０ａを通って貯湯タンク８の中間部に至るタンク利用加熱回路に相当する。浴槽３０から風呂戻り配管２８を通って二次側流路６０ｂに流入した浴水は、一次側流路６０ａを流れる湯の熱を受けて加熱される。加熱された浴水は、風呂往き配管２７を通って浴槽３０に戻る。

以下の説明では、配管内に残留している湯水のうち、水源から供給される低温水よりも高い温度の湯水を「残留温水」と称する。残留温水は、低温水よりも温度が高いので、有効な熱量を有していると言える。配管内の残留温水がそのまま放置されると、残留温水は周囲に熱を散逸して温度が低下する。その結果、残留温水が持っていた熱は無駄に消失する。これに対し、配管内の残留温水を貯湯タンク８内に回収できれば、深夜時間帯の貯湯運転においてＨＰユニット７で生成する必要熱量を低減できるので、エネルギー効率を向上できる。

制御装置３６は、追いだき運転の終了後に、熱回収運転を続けて実行可能である。追いだき運転の終了後は、タンク利用加熱回路の配管内に残留温水がある。本実施の形態であれば、追いだき運転の終了後に熱回収運転を行うことにより、タンク利用加熱回路の少なくとも一部の配管内の残留温水を貯湯タンク８の中間部に流入させることができる。これにより、残留温水が持つ熱を貯湯タンク８の中間部に回収することができるので、エネルギー効率を向上できる。

本実施の形態では、熱回収運転のときに湯水が流れる回路として、第一熱回収回路と、第二熱回収回路とを形成可能である。第一熱回収回路と第二熱回収回路とは、四方弁１６及び四方弁１８により切り替え可能である。第一熱回収回路は、貯湯タンク８の下部から、ＨＰユニット７を通らずに、一次側流路６０ａを通って貯湯タンク８の中間部に至る回路である。第二熱回収回路は、貯湯タンク８の下部から、ＨＰユニット７と一次側流路６０ａとを通って貯湯タンク８の中間部に至る回路である。第二熱回収回路は、ＨＰ往き配管１４及びＨＰ戻り配管１５を通る。第一熱回収回路は、ＨＰ往き配管１４及びＨＰ戻り配管１５を通らないので、第二熱回収回路よりも回路長が短い。

以下の説明では、第一熱回収回路に水を流れさせる熱回収運転を「第一熱回収運転」と称し、第二熱回収回路に水を流れさせる熱回収運転を「第二熱回収運転」と称する。

外気温の低い冬季においては、ＨＰ往き配管１４及びＨＰ戻り配管１５の内部に残留している水が外気によって冷却されることで、ＨＰ往き配管１４及びＨＰ戻り配管１５が凍結する可能性がある。ＨＰ往き配管１４及びＨＰ戻り配管１５が凍結する可能性を以下「凍結可能性」と称する。制御装置３６は、熱回収運転を実行する際に、凍結可能性がない場合には第一熱回収運転を実行し、凍結可能性がある場合には第二熱回収回路に水を流れさせる第二熱回収運転を実行する。これにより、以下の効果が得られる。

凍結可能性がある場合には、第二熱回収運転を実行することで、貯湯タンク８内の水をＨＰ往き配管１４及びＨＰ戻り配管１５に流れさせることができる。これにより、残留温水の熱を貯湯タンク８内に回収しつつ、ＨＰ往き配管１４及びＨＰ戻り配管１５の凍結を確実に予防できる。これに対し、凍結可能性がない場合には、回路長の短い第一熱回収回路による第一熱回収運転を実行することで、循環ポンプ１２の駆動負荷を軽減しつつ、残留温水の熱を貯湯タンク８内に回収できる。このため、循環ポンプ１２の電力消費を低減できる。

制御装置３６は、ＨＰユニット７に設けられた温度センサを用いて、凍結可能性があるかどうかを判定してもよい。例えば、制御装置３６は、出湯温度センサ３９の検出温度あるいは入水温度センサ４０の検出温度が、基準値（例えば３℃）よりも低い場合には凍結可能性があると判定し、そうでない場合には凍結可能性がないと判定してもよい。

図３は、第一熱回収回路の湯水の流れを示す図である。第一熱回収運転では、図３に示すとおり、以下のようになる。三方弁１１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。四方弁１６は、ａポートとｄポートとが連通し、ｂポートとｃポートとが閉状態となる。四方弁１８は、ａポートとｂポートとが連通し、ｃポートとｄポートとが閉状態となる。循環ポンプ１２が運転される。水は、水導出口８ｂ、低温配管１０、三方弁１１、第一送水配管１３ａ、循環ポンプ１２、分岐部５１、第二送水配管１３ｂ、四方弁１６、第一温水配管１７ａ、四方弁１８、第三温水配管１９ａ、配管２０ａ、一次側流路６０ａ、分岐部５２、配管２０ｂ、分岐部５３、中温配管７９の順に流れて、中温水導入出口８ｆから貯湯タンク８の中間部に流入する。このようにして湯水が循環する回路が第一熱回収回路に相当する。第一熱回収運転が行われると、追いだき運転終了後の配管内の残留温水が、中温水導入出口８ｆから貯湯タンク８内に流入し、貯湯タンク８の中間部に貯留される。

図４は、第二熱回収回路の湯水の流れを示す図である。第二熱回収運転では、図４に示すとおり、以下のようになる。三方弁１１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。四方弁１６は、ｂポートとｄポートとが連通し、ａポートとｃポートとが閉状態となる。四方弁１８は、ａポートとｂポートとが連通し、ｃポートとｄポートとが閉状態となる。循環ポンプ１２が運転される。水は、水導出口８ｂ、低温配管１０、三方弁１１、第一送水配管１３ａ、循環ポンプ１２、ＨＰ往き配管１４、水冷媒熱交換器３、ＨＰ戻り配管１５、四方弁１６、第一温水配管１７ａ、四方弁１８、第三温水配管１９ａ、配管２０ａ、一次側流路６０ａ、分岐部５２、配管２０ｂ、分岐部５３、中温配管７９の順に流れて、中温水導入出口８ｆから貯湯タンク８の中間部に流入する。このようにして湯水が循環する回路が第二熱回収回路に相当する。第二熱回収運転が行われると、追いだき運転終了後の配管内の残留温水が、中温水導入出口８ｆから貯湯タンク８内に流入し、貯湯タンク８の中間部に貯留される。

本実施の形態では、三方弁１１、四方弁１６、及び四方弁１８により、貯湯回路と、タンク利用加熱回路と、第一熱回収回路と、第二熱回収回路とを切り替え可能である。三方弁１１、四方弁１６、及び四方弁１８は、湯水の回路を切り替え可能な回路切替手段に相当する。

本実施の形態では、貯湯回路と、タンク利用加熱回路と、第一熱回収回路と、第二熱回収回路とに共通の流路となる第一送水配管１３ａに循環ポンプ１２が配置されている。これにより、単一の循環ポンプ１２で、いずれの回路にも湯水を循環させることができるので、ポンプの設置個数を少なくできるという利点がある。

第二熱回収運転の開始前には、凍結する可能性のある冷水が、ＨＰ往き配管１４、水冷媒熱交換器３、及びＨＰ戻り配管１５の内部に満たされている。この冷水を以下「極低温水」と称する。第二熱回収運転において、極低温水が中温水導入出口８ｆから貯湯タンク８内に流入したと仮定すると、貯湯タンク８の中間部の温度が低下し、エネルギー効率の低下につながる可能性がある。この点に鑑みて、制御装置３６は、第二熱回収運転において、極低温水がなるべく貯湯タンク８に流入しないように制御することが好ましい。これにより、上記のようなエネルギー効率の低下を確実に防止できる。例えば、制御装置３６は、極低温水が貯湯タンク８に流入する前に循環ポンプ１２を停止し、第二熱回収運転を終了してもよい。

制御装置３６は、第二熱回収運転を継続する時間を、第一熱回収運転を継続する時間よりも短くしてもよい。これにより、極低温水が貯湯タンク８に流入することを確実に抑制できる。

制御装置３６は、第二熱回収運転を継続する時間が上限時間を超えないように制限してもよい。これにより、極低温水が貯湯タンク８に流入することを確実に抑制できる。

以下の説明では、第二熱回収回路の流路が第一熱回収回路の流路に合流する位置を「合流位置」と称する。本実施の形態では、四方弁１６が合流位置に相当する。四方弁１６よりも下流側では、第一熱回収回路の流路と第二熱回収回路の流路とは共通である。第二熱回収運転において、制御装置３６は、当該第二熱回収運転の開始前に四方弁１６よりも上流の第二熱回収回路の中にあった水が貯湯タンク８に流入する前に、当該第二熱回収運転を終了することが好ましい。すなわち、制御装置３６は、第二熱回収運転の開始前にＨＰ戻り配管１５内にあった極低温水が貯湯タンク８に流入する前に循環ポンプ１２を停止して第二熱回収運転を終了することが好ましい。これにより、極低温水が貯湯タンク８に流入することをより確実に防止できる。

熱回収運転において中温水導入出口８ｆから貯湯タンク８内に流入する水の総体積を以下「回収水量」と称する。第二熱回収運転において、合流位置である四方弁１６から中温水導入出口８ｆまでの流路の容積を回収水量が超えなければ、極低温水が貯湯タンク８内に流入することを確実に防止できる。四方弁１６から中温水導入出口８ｆまでの流路の容積を以下「流路総容積」と称する。本実施の形態では、第一温水配管１７ａ、四方弁１８、第三温水配管１９ａ、配管２０ａ、一次側流路６０ａ、分岐部５２、配管２０ｂ、逆止弁５０、分岐部５３、及び中温配管７９を通る流路の内径と長さとから、流路総容積を計算することができる。例として、流路の内径が１０ｍｍ、総延長が２ｍとすると、次式により流路総容積を算出できる。
流路総容積＝（１／２）^２×π×２００／１０００≒０．１５７［Ｌ］
この例において、第二熱回収回路の水流量が２Ｌ／ｍｉｎとなるように制御装置３６が循環ポンプ１２を運転すると仮定すると、次式により、第二熱回収運転を継続する上限時間を算出できる。
上限時間＝０．１５７／２×６０＝４．７［秒］
したがって、この例において、制御装置３６は、第二熱回収運転を継続する時間が、上限時間である４．７秒を超える前に循環ポンプ１２を停止すれば、回収水量が流路総容積以下となるので、極低温水が貯湯タンク８に流入することを確実に防止できる。

上述したように、制御装置３６は、流路総容積と、第二熱回収回路の水流量とに基づいて、第二熱回収運転を継続する上限時間を算出することにより、回収水量を流路総容積以下に制限できる。すなわち、極低温水が貯湯タンク８に流入することを確実に防止できる。

第二熱回収回路の水流量は、循環ポンプ１２の回転速度に応じて変化する。制御装置３６は、第二熱回収回路の水流量が所定の目標値に等しくなるような循環ポンプ１２の回転速度を目標回転速度としてメモリに記憶しておき、第二熱回収運転のときに循環ポンプ１２の回転速度が当該目標回転速度に等しくなるように制御してもよい。

制御装置３６は、貯湯運転のときの貯湯回路の循環流量を学習し、学習した循環流量に応じて、第二熱回収運転を継続する時間を変更してもよい。第二熱回収回路の総延長は貯湯回路の総延長にほぼ等しいので、循環ポンプ１２の回転速度が同じであれば、第二熱回収運転のときの水流量は貯湯運転のときの循環流量にほぼ等しい。よって、制御装置３６は、貯湯運転のときの循環流量を学習することで、第二熱回収運転のときの水流量を推定できる。貯湯運転のときの循環流量が比較的高い場合には、第二熱回収運転のときの水流量が比較的高いと推定できるので、制御装置３６は、第二熱回収運転を継続する時間を比較的短くする。これにより、極低温水が貯湯タンク８に流入することをより確実に抑制できる。逆に、貯湯運転のときの循環流量が比較的低い場合には、第二熱回収運転のときの水流量が比較的低いと推定できるので、比較的長い時間第二熱回収運転を継続しても、極低温水が貯湯タンク８に流入しないと言える。そこで、この場合には、制御装置３６は、第二熱回収運転を継続する時間を比較的長くする。

貯湯運転のときに、制御装置３６は、例えば、貯湯タンク８に湯が貯まる速さを、貯湯温度センサ４１，４２，４３を用いて検出し、その検出値と貯湯タンク８の容量とに基づいて、貯湯回路の循環流量を算出できる。この場合、制御装置３６は、循環流量算出手段に相当する。

第一熱回収運転においては、合流位置である四方弁１６よりも上流の第一熱回収回路の中にあった水が貯湯タンク８に流入しても問題ない。このため、制御装置３６は、第一熱回収運転を継続する上限時間を、第二熱回収運転を継続する上限時間よりも長くしてもよい。すなわち、制御装置３６は、第一熱回収運転における回収水量を、第二熱回収運転における回収水量よりも多くしてもよい。第一熱回収運転の開始前に、四方弁１６よりも上流の、水導出口８ｂ、低温配管１０、第一送水配管１３ａ、及び第二送水配管１３ｂの中にある水は、元々は貯湯タンク８内に貯留されていた水である。それゆえ、第一熱回収運転において、四方弁１６よりも上流の第一熱回収回路の中にあった水が貯湯タンク８に流入しても、貯湯タンク８内の温度は低下しにくいので、問題はない。

以下の説明では、貯湯温度センサ４１により検出される温度を「タンク中間部水温」と称し、貯湯温度センサ４３により検出される温度を「タンク下部水温」と称する。熱回収運転の実行中にタンク中間部水温がタンク下部水温以下になった場合には、制御装置３６は、上限時間にかかわらず、熱回収運転を終了する。例えば、制御装置３６は、タンク下部水温が９℃でタンク中間部水温が４０℃のときには熱回収運転を継続するが、タンク下部水温が１５℃でタンク中間部水温が１０℃の場合には熱回収運転を終了する。

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、 ８ 貯湯タンク、 ８ａ 水導入口、 ８ｂ 水導出口、 ８ｃ 水導入口、 ８ｄ 温水導入出口、 ８ｅ 温水導入出口、 ８ｆ 中温水導入出口、 ８ｇ 中温水導入口、 ９ａ 第一給水配管、 ９ｂ 第二給水配管、 ９ｃ 第三給水配管、 ９ｄ 第四給水配管、 １０ 低温配管、 １１ 三方弁、 １２ 循環ポンプ、 １３ａ 第一送水配管、 １３ｂ 第二送水配管、 １４ ＨＰ往き配管、 １５ ＨＰ戻り配管、 １６ 四方弁、 １７ａ 第一温水配管、 １７ｂ 第二温水配管、 １８ 四方弁、 １９ａ 第三温水配管、 １９ｂ 第四温水配管、 １９ｃ 第五温水配管、 ２０ａ 配管、 ２０ｂ 配管、 ２０ｃ 配管、 ２１ 高温配管、 ２２ 給湯用混合弁、 ２３ 風呂用混合弁、 ２４ 給湯配管、 ２５ 風呂配管、 ２６ 風呂用電磁弁、 ２７ 風呂往き配管、 ２８ 風呂戻り配管、 ２９ 風呂循環ポンプ、 ３０ 浴槽、 ３１ 減圧弁、 ３３ タンクユニット、 ３４ 給湯栓、 ３５ 貯湯式給湯装置、 ３６ 制御装置、 ３７ 風呂往き温度センサ、 ３８ 風呂戻り温度センサ、 ３９ 出湯温度センサ、 ４０ 入水温度センサ、 ４１，４２，４３ 貯湯温度センサ、 ４４ リモコン装置、 ４５ 風呂用流量センサ、 ４６ 水位センサ、 ４７ フロースイッチ、 ５０ 逆止弁、 ５１ 分岐部、 ５２ 分岐部、 ５３ 分岐部、 ６０ 風呂用熱交換器、 ６０ａ 一次側流路、 ６０ｂ 二次側流路、 ７８ 中温水切替弁、 ７９ 中温配管

Claims (6)

1. 水を加熱する加熱手段と、
   前記加熱手段により加熱された湯を貯留可能であり、上部と、下部と、前記上部と前記下部との間の中間部とを有する貯湯タンクと、
   一次側流路及び二次側流路を有し、前記一次側流路を流れる一次流体と前記二次側流路を流れる二次流体との間で熱を交換する熱交換器と、
   湯水の回路を切り替え可能な回路切替手段と、
   前記熱交換器において前記一次流体により前記二次流体を加熱する加熱運転と、前記加熱運転の後の熱回収運転とを実行可能な制御手段と、
   を備え、
   前記回路切替手段は、
   前記貯湯タンクの前記上部から、前記加熱手段を通らずに、前記一次側流路を通って前記貯湯タンクの前記中間部に至るタンク利用加熱回路と、
   前記貯湯タンクの前記下部から、前記加熱手段を通らずに、前記一次側流路を通って前記貯湯タンクの前記中間部に至る第一熱回収回路と、
   前記貯湯タンクの前記下部から、前記加熱手段と前記一次側流路とを通って前記貯湯タンクの前記中間部に至る第二熱回収回路と、
   を切り替え可能であり、
   前記制御手段は、
   前記熱回収運転を実行する際に、前記加熱手段に接続された水配管が凍結する可能性がない場合には前記第一熱回収回路に水を流れさせる第一熱回収運転を実行し、前記可能性がある場合には前記第二熱回収回路に水を流れさせる第二熱回収運転を実行し、
   前記第二熱回収運転によって前記貯湯タンクの前記中間部に流入する水の総体積が前記第一熱回収運転によって前記貯湯タンクの前記中間部に流入する水の総体積よりも少なくなるように、前記第二熱回収運転を継続する時間を、前記第一熱回収運転を継続する時間よりも短くする貯湯式給湯装置。
2. 前記制御手段は、前記第二熱回収運転を継続する時間が上限時間を超えないようにする請求項１に記載の貯湯式給湯装置。
3. 水を加熱する加熱手段と、
   前記加熱手段により加熱された湯を貯留可能であり、上部と、下部と、前記上部と前記下部との間の中間部とを有する貯湯タンクと、
   一次側流路及び二次側流路を有し、前記一次側流路を流れる一次流体と前記二次側流路を流れる二次流体との間で熱を交換する熱交換器と、
   湯水の回路を切り替え可能な回路切替手段と、
   前記熱交換器において前記一次流体により前記二次流体を加熱する加熱運転と、前記加熱運転の後の熱回収運転とを実行可能な制御手段と、
   を備え、
   前記回路切替手段は、
   前記貯湯タンクの前記上部から、前記加熱手段を通らずに、前記一次側流路を通って前記貯湯タンクの前記中間部に至るタンク利用加熱回路と、
   前記貯湯タンクの前記下部から、前記加熱手段を通らずに、前記一次側流路を通って前記貯湯タンクの前記中間部に至る第一熱回収回路と、
   前記貯湯タンクの前記下部から、前記加熱手段と前記一次側流路とを通って前記貯湯タンクの前記中間部に至る第二熱回収回路と、
   を切り替え可能であり、
   前記制御手段は、
   前記熱回収運転を実行する際に、前記加熱手段に接続された水配管が凍結する可能性がない場合には前記第一熱回収回路に水を流れさせる第一熱回収運転を実行し、前記可能性がある場合には前記第二熱回収回路に水を流れさせる第二熱回収運転を継続する時間が上限時間を超えないように前記第二熱回収運転を実行し、
   合流位置は、前記第二熱回収回路の流路が前記第一熱回収回路の流路に合流する位置であり、
   前記上限時間は、前記合流位置から前記貯湯タンクの前記中間部までの流路の容積と、前記第二熱回収回路の水流量とに基づいて算出される時間である貯湯式給湯装置。
4. 前記制御手段は、前記第二熱回収運転を継続する時間を、前記第一熱回収運転を継続する時間よりも短くする請求項３に記載の貯湯式給湯装置。
5. 水を加熱する加熱手段と、
   前記加熱手段により加熱された湯を貯留可能であり、上部と、下部と、前記上部と前記下部との間の中間部とを有する貯湯タンクと、
   一次側流路及び二次側流路を有し、前記一次側流路を流れる一次流体と前記二次側流路を流れる二次流体との間で熱を交換する熱交換器と、
   湯水の回路を切り替え可能な回路切替手段と、
   前記熱交換器において前記一次流体により前記二次流体を加熱する加熱運転と、前記加熱運転の後の熱回収運転とを実行可能な制御手段と、
   を備え、
   前記回路切替手段は、
   前記貯湯タンクの前記上部から、前記加熱手段を通らずに、前記一次側流路を通って前記貯湯タンクの前記中間部に至るタンク利用加熱回路と、
   前記貯湯タンクの前記下部から、前記加熱手段を通らずに、前記一次側流路を通って前記貯湯タンクの前記中間部に至る第一熱回収回路と、
   前記貯湯タンクの前記下部から、前記加熱手段と前記一次側流路とを通って前記貯湯タンクの前記中間部に至る第二熱回収回路と、
   を切り替え可能であり、
   前記制御手段は、
   前記熱回収運転を実行する際に、前記加熱手段に接続された水配管が凍結する可能性がない場合には前記第一熱回収回路に水を流れさせる第一熱回収運転を実行し、前記可能性がある場合には前記第二熱回収回路に水を流れさせる第二熱回収運転を実行し、
   合流位置は、前記第二熱回収回路の流路が前記第一熱回収回路の流路に合流する位置であり、
   前記第二熱回収運転において、前記制御手段は、当該第二熱回収運転の開始前に前記合流位置よりも上流の前記第二熱回収回路の中にあった水が前記貯湯タンクの前記中間部に流入する前に当該第二熱回収運転を終了する貯湯式給湯装置。
6. 水を加熱する加熱手段と、
   前記加熱手段により加熱された湯を貯留可能であり、上部と、下部と、前記上部と前記下部との間の中間部とを有する貯湯タンクと、
   一次側流路及び二次側流路を有し、前記一次側流路を流れる一次流体と前記二次側流路を流れる二次流体との間で熱を交換する熱交換器と、
   湯水の回路を切り替え可能な回路切替手段と、
   前記熱交換器において前記一次流体により前記二次流体を加熱する加熱運転と、前記加熱運転の後の熱回収運転とを実行可能な制御手段と、
   を備え、
   前記回路切替手段は、
   前記貯湯タンクの前記上部から、前記加熱手段を通らずに、前記一次側流路を通って前記貯湯タンクの前記中間部に至るタンク利用加熱回路と、
   前記貯湯タンクの前記下部から、前記加熱手段を通らずに、前記一次側流路を通って前記貯湯タンクの前記中間部に至る第一熱回収回路と、
   前記貯湯タンクの前記下部から、前記加熱手段と前記一次側流路とを通って前記貯湯タンクの前記中間部に至る第二熱回収回路と、
   を切り替え可能であり、
   前記制御手段は、
   前記熱回収運転を実行する際に、前記加熱手段に接続された水配管が凍結する可能性がない場合には前記第一熱回収回路に水を流れさせる第一熱回収運転を実行し、前記可能性がある場合には前記第二熱回収回路に水を流れさせる第二熱回収運転を実行し、
   前記回路切替手段は、前記貯湯タンクの前記下部から前記加熱手段を通って前記貯湯タンクの前記上部に至る貯湯回路に切り替え可能であり、
   前記貯湯回路と前記第二熱回収回路とに共通の流路に配置された循環ポンプと、
   前記加熱手段により加熱された湯を前記貯湯タンクに蓄積する貯湯運転のときの前記貯湯回路の循環流量を算出する循環流量算出手段と、
   を備え、
   前記制御手段は、前記第二熱回収運転を継続する時間を、前記循環流量に応じて変更する貯湯式給湯装置。

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