JP7413782B2

JP7413782B2 - 貯湯式給湯装置

Info

Publication number: JP7413782B2
Application number: JP2020001831A
Authority: JP
Inventors: 啓輔 ▲高▼山
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2020-01-09
Filing date: 2020-01-09
Publication date: 2024-01-16
Anticipated expiration: 2040-01-09
Also published as: JP2021110493A

Description

本開示は、貯湯式給湯装置に関する。

下記特許文献１には、冷凍サイクル回路の冷媒により熱媒体を加熱し、その熱媒体により水を加熱する間接加熱式の貯湯式給湯装置が記載されている。

特開２０１６－２１１７９８号公報

特許文献１の貯湯式給湯装置は、浴槽の追い焚きを実施できないという課題がある。

本開示は、上述のような課題を解決するためになされたもので、間接加熱式の貯湯式給湯装置において、簡単な構成で、浴槽の追い焚きを実施できる貯湯式給湯装置を提供することを目的とする。

本開示に係る貯湯式給湯装置は、貯湯タンクと、冷媒を圧縮する圧縮機と、冷媒と熱媒体との間で熱を交換する第一熱交換器と、熱媒体と貯湯タンクからのタンク水との間で熱を交換する第二熱交換器と、第二熱交換器とは別体であり、熱媒体と浴槽からの浴水との間で熱を交換する風呂熱交換器と、第一熱交換器と第二熱交換器と風呂熱交換器とを通過するように熱媒体が循環する熱媒体回路に設けられた熱媒体ポンプと、貯湯タンクから流出したタンク水が第二熱交換器を通過した後に貯湯タンクに流入するようにタンク水が循環するタンク水回路に設けられたタンク水ポンプと、浴槽から流出した浴水が風呂熱交換器を通過した後に浴槽に流入するように浴水が循環する浴水循環回路に設けられた浴水ポンプと、を備えるものである。
また、本開示に係る貯湯式給湯装置は、貯湯タンクと、冷媒を圧縮する圧縮機と、冷媒と熱媒体との間で熱を交換する第一熱交換器と、熱媒体と貯湯タンクからのタンク水との間で熱を交換する第二熱交換器と、熱媒体と浴槽からの浴水との間で熱を交換する風呂熱交換器と、第一熱交換器と第二熱交換器と風呂熱交換器とを通過するように熱媒体が循環する熱媒体回路に設けられた熱媒体ポンプと、貯湯タンクから流出したタンク水が第二熱交換器を通過した後に貯湯タンクに流入するようにタンク水が循環するタンク水回路に設けられたタンク水ポンプと、浴槽から流出した浴水が風呂熱交換器を通過した後に浴槽に流入するように浴水が循環する浴水循環回路に設けられた浴水ポンプと、を備え、熱媒体回路において風呂熱交換器の下流に第二熱交換器があるものである。
また、本開示に係る貯湯式給湯装置は、貯湯タンクと、冷媒を圧縮する圧縮機と、冷媒と熱媒体との間で熱を交換する第一熱交換器と、熱媒体と貯湯タンクからのタンク水との間で熱を交換する第二熱交換器と、熱媒体と浴槽からの浴水との間で熱を交換する風呂熱交換器と、第一熱交換器と第二熱交換器と風呂熱交換器とを通過するように熱媒体が循環する熱媒体回路に設けられた熱媒体ポンプと、貯湯タンクから流出したタンク水が第二熱交換器を通過した後に貯湯タンクに流入するようにタンク水が循環するタンク水回路に設けられたタンク水ポンプと、浴槽から流出した浴水が風呂熱交換器を通過した後に浴槽に流入するように浴水が循環する浴水循環回路に設けられた浴水ポンプと、を備え、浴槽内の浴水の熱を貯湯タンク内に回収する風呂熱回収運転を実施可能であり、風呂熱回収運転のとき、熱媒体ポンプとタンク水ポンプと浴水ポンプとを作動させ、浴槽からの浴水と熱媒体とを風呂熱交換器において熱交換させることで熱媒体が加熱され、その加熱された熱媒体とタンク水とを第二熱交換器において熱交換させることでタンク水が加熱され、風呂熱回収運転を終了するときに、タンク水ポンプの停止後に熱媒体ポンプと浴水ポンプとを作動させる熱媒体予熱運転を実施するものである。

本開示によれば、間接加熱式の貯湯式給湯装置において、簡単な構成で、浴槽の追い焚きを実施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。実施の形態１による貯湯式給湯装置１の機能ブロック図である。追い焚き運転のときの処理の例を示すフローチャートである。風呂熱回収運転のときの処理の例を示すフローチャートである。

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、共通する説明を簡略化または省略する。以下の説明において、「水」との記載は、原則として、液体の水を意味し、低温の水から高温の湯までが含まれうるものとする。

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を示す図である。図１に示すように、本実施の形態の貯湯式給湯装置１は、ヒートポンプユニット２とタンクユニット３とを備える。ヒートポンプユニット２は、室外に配置される。タンクユニット３は、室外または室内に配置される。本実施の形態ではヒートポンプユニット２とタンクユニット３とが別体となっているが、本開示による貯湯式給湯装置は、ヒートポンプユニット２及びタンクユニット３が一体となった構造を有するものでもよい。

ヒートポンプユニット２は、冷媒を圧縮する圧縮機４と、第一熱交換器５と、膨張弁６と、蒸発器７と、ヒートポンプコントローラ９とを筐体の内部に備える。冷媒として使用される物質は、特に限定されないが、例えばＣＯ_２、ＨＦＣ、ＨＣ、ＨＦＯ等を使用可能である。第一熱交換器５は、冷媒流路５ａ及び熱媒体流路５ｂを備える。冷媒流路５ａを通る冷媒と、熱媒体流路５ｂを通る熱媒体との間で熱が交換される。熱媒体として使用される物質は、液体の水でもよいし、水以外のブラインでもよい。圧縮機４、冷媒流路５ａ、膨張弁６、及び蒸発器７が冷媒管を介して環状に接続されることにより、冷凍サイクル回路が形成されている。

膨張弁６は、高圧冷媒を減圧及び膨張させる減圧装置に相当する。減圧装置は、膨張弁６に限定されない。例えば、キャピラリーチューブを減圧装置として用いてもよい。蒸発器７は、膨張弁６の下流の低圧冷媒を蒸発させる。本実施の形態における蒸発器７は、ヒートポンプユニット２の外部から取り込まれる室外の空気の熱を低圧冷媒に吸収させることにより低圧冷媒を蒸発させる。ヒートポンプユニット２は、空気が蒸発器７を通過して流れるようにするための送風機１０をさらに備える。図示の例に限らず、蒸発器７は、空気以外の物質の熱によって冷媒を蒸発させるものでもよい。

タンクユニット３は、貯湯タンク１１と、第二熱交換器１２と、熱媒体ポンプ１３と、タンク水ポンプ１４と、風呂熱交換器１５と、浴水ポンプ１６と、流路切替弁１７と、一般給湯混合弁１８と、風呂給湯混合弁１９と、タンクユニットコントローラ２０とを筐体の内部に備える。

貯湯タンク１１は、湯水を貯留する。貯湯タンク１１内では、温度の違いによる水の比重の違いにより、上側が高温で下側が低温になる温度成層が形成される。貯湯タンク１１は、図示しない断熱材により覆われている。以下の説明では貯湯タンク１１に貯留された湯水を「タンク水」と呼ぶことがある。

図示の例では、貯湯タンク１１は、単一のタンクで構成されている。この例に限らず、貯湯タンク１１は、直列に接続された複数のタンクを有するものでもよい。直列に接続された複数のタンクでは、上位側のタンクの下部が下位側のタンクの上部に連結管を介して接続される。本開示では、貯湯タンク１１の高さ方向すなわち上下方向の位置に関して記載することがある。その場合において、直列に接続された複数のタンクを貯湯タンク１１が備えている場合には、最上位のタンクから最下位のタンクまでの全体を対象として、上下方向の位置が特定されるものとする。

貯湯タンク１１は、上部、下部、及び中間部を有している。貯湯タンク１１の中間部は、貯湯タンク１１の上部と下部との間の高さの部分である。タンクユニット３に設けられた給水端２１には、例えば上水道のような水源から供給される水が通る外部給水管（図示省略）が接続されている。水源から給水端２１に供給された水は、給水管２２を通って、貯湯タンク１１の下部に流入する。貯湯タンク１１から湯が流出すると、給水管２２から水が流入することにより、貯湯タンク１１内は満水状態に維持される。

タンクユニット３は、ヒートポンプ入口管２３及びヒートポンプ出口管２４により、ヒートポンプユニット２に接続されている。浴槽９０は、浴室に設置されている。タンクユニット３は、浴槽往き管２５及び浴槽戻り管２６により、浴槽９０に接続されている。以下の説明では浴槽９０に貯留された湯水を「浴水」と呼ぶことがある。

第二熱交換器１２は、ヒートポンプユニット２からの熱媒体と、貯湯タンク１１からのタンク水との間で熱を交換する。第二熱交換器１２は、熱媒体流路１２ａ及び水流路１２ｂを備える。熱媒体流路１２ａを通る熱媒体と、水流路１２ｂを通るタンク水との間で熱が交換される。

風呂熱交換器１５は、ヒートポンプユニット２からの熱媒体と、浴槽９０からの浴水との間で熱を交換する。風呂熱交換器１５は、熱媒体流路１５ａ及び水流路１５ｂを備える。熱媒体流路１５ａを通る熱媒体と、水流路１５ｂを通る浴水との間で熱が交換される。

ヒートポンプ入口管２３の上流端は、タンクユニット３内において第二熱交換器１２の熱媒体流路１２ａの出口に接続されている。ヒートポンプ入口管２３の下流端は、ヒートポンプユニット２内において第一熱交換器５の熱媒体流路５ｂの入口に接続されている。タンクユニット３内のヒートポンプ入口管２３の途中に熱媒体ポンプ１３が設けられている。ヒートポンプ出口管２４の上流端は、ヒートポンプユニット２内において熱媒体流路５ｂの出口に接続されている。ヒートポンプ出口管２４の下流端は、タンクユニット３内において風呂熱交換器１５の熱媒体流路１５ａの入口に接続されている。熱媒体流路１５ａの出口は、管３０を介して第二熱交換器１２の熱媒体流路１２ａの入口につながっている。本実施の形態において、熱媒体ポンプ１３、ヒートポンプ入口管２３、熱媒体流路５ｂ、ヒートポンプ出口管２４、熱媒体流路１５ａ、管３０、及び熱媒体流路１２ａは、第一熱交換器５と第二熱交換器１２と風呂熱交換器１５とを通過するように熱媒体が循環する熱媒体回路を形成している。図示の例に代えて、ヒートポンプユニット２内に熱媒体ポンプ１３を配置してもよい。

流路切替弁１７は、タンク水の流路を切り替えるものであり、流入口ａ、流出口ｃ、及び流出口ｄを有している。下部取水管８の上流端は、貯湯タンク１１の下部に接続されている。下部取水管８の下流端は、第二熱交換器１２の水流路１２ｂの入口に接続されている。下部取水管８の途中にタンク水ポンプ１４が設けられている。第二熱交換器１２の水流路１２ｂの出口は、管２７を介して流路切替弁１７の流入口ａにつながっている。流路切替弁１７の流出口ｃに上部戻し管２８の上流端が接続されている。上部戻し管２８の下流端は、貯湯タンク１１の上部に接続されたタンク上部管２９に連通している。流路切替弁１７の流出口ｄに中間戻し管３１の上流端が接続されている。中間戻し管３１の下流端は、貯湯タンク１１の中間部に接続されている。本実施の形態において、タンク水ポンプ１４、下部取水管８、水流路１２ｂ、管２７、流路切替弁１７、上部戻し管２８、タンク上部管２９、及び中間戻し管３１は、貯湯タンク１１から流出したタンク水が第二熱交換器１２を通過した後に貯湯タンク１１に流入するようにタンク水が循環するタンク水回路を形成している。

浴槽往き管２５の上流端は、タンクユニット３内において風呂熱交換器１５の水流路１５ｂの出口に接続されている。浴槽往き管２５の下流端は、浴槽９０に接続されている。浴槽戻り管２６の上流端は、浴槽９０に接続されている。浴槽戻り管２６の下流端は、タンクユニット３内において風呂熱交換器１５の水流路１５ｂの入口に接続されている。タンクユニット３内の浴槽戻り管２６の途中に浴水ポンプ１６が設けられている。本実施の形態において、浴水ポンプ１６、水流路１５ｂ、浴槽往き管２５、及び浴槽戻り管２６は、浴槽９０から流出した浴水が風呂熱交換器１５を通過した後に浴槽９０に流入するように浴水が循環する浴水循環回路を形成している。

一般給湯混合弁１８は、流入口ａ、流入口ｂ、及び流出口ｃを有する。風呂給湯混合弁１９は、流入口ａ、流入口ｂ、及び流出口ｃを有する。水源から給水端２１に供給された水は、給水管３２を通って、一般給湯混合弁１８の流入口ｂ及び風呂給湯混合弁１９の流入口ｂに流入可能である。給湯管３３の上流端は、タンク上部管２９に連通している。給湯管３３の下流端は、一般給湯混合弁１８の流入口ａと風呂給湯混合弁１９の流入口ａとに連通している。貯湯タンク１１の上部から流出した湯がタンク上部管２９及び給湯管３３を通って一般給湯混合弁１８の流入口ａ及び風呂給湯混合弁１９の流入口ａに流入可能である。

タンクユニット３に設けられた給湯端３４には、外部給湯管（図示省略）の上流端が接続されている。この外部給湯管の下流は、例えばシャワー、流し台の蛇口のような給湯先につながっている。一般給湯混合弁１８の流出口ｃは、一般給湯管３５を介して給湯端３４につながっている。一般給湯混合弁１８は、貯湯タンク１１から流入口ａに流入する湯と、給水管３２から流入口ｂに流入する水とを混合することにより、一般給湯管３５及び外部給湯管を通って上記給湯先へ供給される湯の温度を調整する。

風呂給湯混合弁１９の流出口ｃは、風呂給湯管３６を介して浴槽往き管２５につながっている。風呂給湯管３６の途中に湯張り開閉弁３７が設けられている。浴槽９０に湯を溜める湯張り動作が行われるときには、湯張り開閉弁３７が開き、風呂給湯混合弁１９の流出口ｃから流出した湯が風呂給湯管３６及び浴水循環回路を通って浴槽９０に流入する。湯張り動作において、風呂給湯混合弁１９は、貯湯タンク１１から流入口ａに流入する湯と、給水管３２から流入口ｂに流入する水とを混合することにより、浴槽９０へ供給される湯の温度を調整する。

冷媒温度センサ３８は、圧縮機４と第一熱交換器５との間の冷媒管に配置されている。冷媒温度センサ３８は、圧縮機４から吐出される冷媒の温度である吐出冷媒温度を検出することができる。

以下の説明では、第一熱交換器５の熱媒体流路５ｂに流入する熱媒体の温度を「ヒートポンプ入口温度」と称し、熱媒体流路５ｂから流出する熱媒体の温度を「ヒートポンプ出口温度」と称する。ヒートポンプ入口管２３に設置されたヒートポンプ入口温度センサ３９は、ヒートポンプ入口温度を検出する。ヒートポンプ出口管２４に設置されたヒートポンプ出口温度センサ４０は、ヒートポンプ出口温度を検出する。図示の例では、ヒートポンプユニット２内にヒートポンプ入口温度センサ３９及びヒートポンプ出口温度センサ４０が配置されているが、タンクユニット３内にヒートポンプ入口温度センサ３９及びヒートポンプ出口温度センサ４０が配置されてもよい。

貯湯タンク１１には、互いに異なる高さの位置に配置された複数のタンク温度センサ４１，４２，４３が設けられている。タンク温度センサ４１，４２，４３は、貯湯タンク１１内の水温を検出する。タンク温度センサ４１は、貯湯タンク１１内の上部の水温である上部タンク温度を検出する。タンク温度センサ４２は、貯湯タンク１１内の中間部の水温である中間部タンク温度を検出する。タンク温度センサ４３は、貯湯タンク１１内の下部の水温である下部タンク温度を検出する。タンク温度センサの数は、図示の例に限定されない。例えば、４個以上のタンク温度センサが備えられてもよい。

以下の説明では、貯湯タンク１１から第二熱交換器１２に流入するタンク水の温度を「入水温度」と称する。下部取水管８に設置された入水温度センサ４４により、入水温度を検出することができる。管２７に設置されたタンク流入温度センサ４５は、第二熱交換器１２から貯湯タンク１１に流入する湯水の温度を検出することができる。以下の説明では、タンク流入温度センサ４５により検出される温度を「タンク流入温度」と称する。

タンクユニット３内に浴槽戻り温度センサ４６及び浴槽往き温度センサ４７が設けられている。浴槽戻り温度センサ４６は、浴槽９０から流出して風呂熱交換器１５に流入する浴水の温度である浴槽戻り温度を検出する。浴槽往き温度センサ４７は、風呂熱交換器１５から流出して浴槽９０に流入する浴水の温度である浴槽往き温度を検出する。浴水ポンプ１６を駆動して浴槽９０内の浴水を浴槽戻り温度センサ４６の位置へ引き込むことにより、浴槽戻り温度センサ４６が浴槽９０内の浴水の温度を検出できる。

ヒートポンプコントローラ９とタンクユニットコントローラ２０とは、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。ヒートポンプコントローラ９及びタンクユニットコントローラ２０は、貯湯式給湯装置１の動作を制御する制御回路あるいは制御手段に相当する。ヒートポンプコントローラ９及びタンクユニットコントローラ２０の少なくとも一方は、時刻を管理するタイマー機能を有していてもよい。ヒートポンプコントローラ９及びタンクユニットコントローラ２０の少なくとも一方は、年月日を管理するカレンダー機能を有していてもよい。

本実施の形態では、ヒートポンプコントローラ９とタンクユニットコントローラ２０とが連携して、貯湯式給湯装置１の動作を制御する。本開示では、図示の例のように複数のコントローラが連携して貯湯式給湯装置１の動作を制御する構成に限定されるものではなく、単一のコントローラにより貯湯式給湯装置１の動作が制御される構成にしてもよい。

本実施の形態の貯湯式給湯装置１は、リモコン５０を備える。リモコン５０とタンクユニットコントローラ２０とは、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。リモコン５０は、浴室あるいは台所に設置されてもよい。リモコン５０は、運転動作指令、設定値の変更、その他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５０は、ユーザーインターフェースに相当する。図示を省略するが、リモコン５０には、貯湯式給湯装置１の状態に関する情報を表示するディスプレイ、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てもよい。貯湯式給湯装置１は、異なる場所に設置される複数台のリモコン５０を備えてもよい。また、リモコン５０に代えて、またはリモコン５０に加えて、例えばスマートフォンまたはタブレット端末のような携帯端末を貯湯式給湯装置１のユーザーインターフェースとして使用可能であってもよい。

図２は、実施の形態１による貯湯式給湯装置１の機能ブロック図である。図２に示すように、圧縮機４、膨張弁６、送風機１０、冷媒温度センサ３８、ヒートポンプ入口温度センサ３９、及びヒートポンプ出口温度センサ４０のそれぞれは、ヒートポンプコントローラ９に対して電気的に接続されている。熱媒体ポンプ１３、タンク水ポンプ１４、浴水ポンプ１６、流路切替弁１７、一般給湯混合弁１８、風呂給湯混合弁１９、湯張り開閉弁３７、タンク温度センサ４１，４２，４３、入水温度センサ４４、タンク流入温度センサ４５、浴槽戻り温度センサ４６、及び浴槽往き温度センサ４７のそれぞれは、タンクユニットコントローラ２０に対して電気的に接続されている。

ヒートポンプコントローラ９の各機能は、処理回路により実現されてもよい。ヒートポンプコントローラ９の処理回路は、少なくとも１つのプロセッサ９ａと少なくとも１つのメモリ９ｂとを備えてもよい。少なくとも１つのプロセッサ９ａは、少なくとも１つのメモリ９ｂに記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、ヒートポンプコントローラ９のそれぞれの各機能を実現してもよい。ヒートポンプコントローラ９の処理回路は、少なくとも１つの専用のハードウェアを備えてもよい。

タンクユニットコントローラ２０の各機能は、処理回路により実現されてもよい。タンクユニットコントローラ２０の処理回路は、少なくとも１つのプロセッサ２０ａと少なくとも１つのメモリ２０ｂとを備えてもよい。少なくとも１つのプロセッサ２０ａは、少なくとも１つのメモリ２０ｂに記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、タンクユニットコントローラ２０のそれぞれの各機能を実現してもよい。タンクユニットコントローラ２０の処理回路は、少なくとも１つの専用のハードウェアを備えてもよい。

ヒートポンプコントローラ９は、例えばインバータ制御により、圧縮機４の回転速度が可変となるように制御してもよい。タンクユニットコントローラ２０は、例えばインバータ制御により、熱媒体ポンプ１３の回転速度、タンク水ポンプ１４の回転速度、及び浴水ポンプ１６の回転速度のうちの少なくとも一つが可変となるように制御してもよい。

貯湯式給湯装置１は、貯湯運転を実施できる。貯湯運転は、第二熱交換器１２にて加熱された高温のタンク水を貯湯タンク１１に蓄積する運転である。ヒートポンプコントローラ９及びタンクユニットコントローラ２０は、貯湯運転のときの動作を以下のように制御する。圧縮機４、膨張弁６、送風機１０、熱媒体ポンプ１３、及びタンク水ポンプ１４が駆動される。圧縮機４により圧縮されることで高温高圧となった冷媒が第一熱交換器５の冷媒流路５ａに流入する。冷媒流路５ａを流れる冷媒は、熱媒体流路５ｂを流れる熱媒体により冷却される。冷媒流路５ａを通過した高圧冷媒は、膨張弁６により減圧されることで低温低圧の冷媒となる。この低温低圧冷媒は、蒸発器７に流入する。蒸発器７では、送風機１０によって導かれた外気と、低温低圧冷媒との間で熱を交換する。蒸発器７にて外気により加熱されることで冷媒が蒸発する。蒸発した冷媒は、圧縮機４に吸入され、再び圧縮されて再循環する。このようにして、冷凍サイクルが形成される。

第一熱交換器５にて冷媒により加熱された熱媒体は、ヒートポンプ出口管２４、風呂熱交換器１５の熱媒体流路１５ａ、及び管３０を通って、第二熱交換器１２の熱媒体流路１２ａに流入する。このとき、浴水が風呂熱交換器１５に流れていないので、風呂熱交換器１５で熱媒体と浴水との熱交換は行われない。第二熱交換器１２では、水流路１２ｂを通るタンク水により、熱媒体流路１２ａを通る熱媒体が冷却される。熱媒体流路１２ａを通過した熱媒体は、熱媒体ポンプ１３及びヒートポンプ入口管２３を通って、第一熱交換器５に流入する。その熱媒体が第一熱交換器５にて再び加熱されて再循環する。

貯湯タンク１１の下部にある低温のタンク水は、下部取水管８及びタンク水ポンプ１４を通って第二熱交換器１２の水流路１２ｂに流入する。第二熱交換器１２では、熱媒体流路１２ａを流れる熱媒体により、水流路１２ｂを流れるタンク水が加熱される。加熱されて高温になったタンク水は、管２７、流路切替弁１７、及び上部戻し管２８を通って、貯湯タンク１１の上部に流入する。このような貯湯運転により貯湯タンク１１内に湯を貯めることで、貯湯タンク１１内の蓄熱量が増加する。

貯湯運転において貯湯タンク１１に流入させる湯の温度の目標値を以下「目標貯湯温度」と称する。タンクユニットコントローラ２０は、使用者がリモコン５０を用いて設定した給湯設定温度に応じて、目標貯湯温度を決定してもよい。例えば、タンクユニットコントローラ２０は、給湯設定温度に等しい温度または給湯設定温度よりも高い温度を目標貯湯温度として設定してもよい。目標貯湯温度は、例えば６５℃でもよい。タンクユニットコントローラ２０は、タンク流入温度センサ４５により検出されるタンク流入温度が目標貯湯温度に等しくなるように、タンク水ポンプ１４の回転速度を調整してもよい。第二熱交換器１２の熱媒体流路１２ａに流入する熱媒体の温度を、目標貯湯温度よりも高い温度にする必要がある。このため、ヒートポンプ出口温度センサ４０により検出されるヒートポンプ出口温度が、目標貯湯温度よりも高い目標出口温度に等しくなるように、ヒートポンプコントローラ９が冷凍サイクル回路の動作を調整したり、タンクユニットコントローラ２０が熱媒体ポンプ１３の回転速度を調整したりしてもよい。一例として、目標貯湯温度が６５℃のときの目標出口温度は、７０℃でもよい。

タンクユニットコントローラ２０は、タンク温度センサ４１，４２，４３により検出される貯湯タンク１１内の鉛直方向に沿った温度分布を用いて、貯湯タンク１１内の貯湯量または蓄熱量を計算することができる。タンクユニットコントローラ２０は、一定時間ごとに現在の貯湯量または蓄熱量を算出する。現在の貯湯量または蓄熱量が目標値を下回ると、ヒートポンプコントローラ９及びタンクユニットコントローラ２０は、貯湯運転を開始する。貯湯運転の実行中に貯湯量または蓄熱量が目標値に達すると、ヒートポンプコントローラ９及びタンクユニットコントローラ２０は、貯湯運転を終了する。

タンクユニットコントローラ２０は、給湯管３３を流れる湯の温度及び量をセンサ（図示省略）により検出することで、給湯負荷を検出してもよい。タンクユニットコントローラ２０は、過去複数日間の給湯負荷の発生を統計的に処理して得た学習結果に基づいて、貯湯量または蓄熱量の目標値を定めてもよい。その際、タンクユニットコントローラ２０は、例えば、現在の時刻から所定時間先の時刻までに発生する給湯負荷を予測し、その予測結果を用いて、貯湯量または蓄熱量の目標値を定めてもよい。

ヒートポンプユニット２の加熱能力［Ｗ］は、単位時間当たりにヒートポンプユニット２が熱媒体に与える熱量である。ヒートポンプコントローラ９は、所定の加熱能力が得られるように圧縮機４の回転速度を調整してもよい。圧縮機４に吸入される冷媒の過熱度を以下「吸入過熱度」と称する。ヒートポンプコントローラ９は、吸入過熱度、または冷媒温度センサ３８により検出される吐出冷媒温度が、目標値に等しくなるように、膨張弁６の開度を調整してもよい。膨張弁６の開度が大きいほど、冷媒流量が増加し、吐出冷媒温度及び吸入過熱度が低下する。

貯湯式給湯装置１は、浴槽９０を追い焚きする追い焚き運転を実施可能である。追い焚き運転は、浴槽９０内の浴水を風呂熱交換器１５を用いて加熱する運転である。ヒートポンプコントローラ９及びタンクユニットコントローラ２０は、浴槽９０内の浴水の温度を上昇させるために連続的に追い焚き運転を実施してもよいし、浴槽９０内の浴水を保温するために間欠的に追い焚き運転を実施してもよい。ヒートポンプコントローラ９及びタンクユニットコントローラ２０は、追い焚き運転のときの動作を以下のように制御する。圧縮機４、膨張弁６、送風機１０、熱媒体ポンプ１３、及び浴水ポンプ１６が駆動される。タンク水ポンプ１４は停止され、湯張り開閉弁３７は閉じられる。冷凍サイクル回路の動作は、貯湯運転のときと同様である。第一熱交換器５にて冷媒により加熱された熱媒体は、ヒートポンプ出口管２４を通って風呂熱交換器１５の熱媒体流路１５ａに流入する。浴槽９０内の浴水が浴槽戻り管２６及び浴水ポンプ１６を通って風呂熱交換器１５の水流路１５ｂに流入する。熱媒体流路１５ａを通る熱媒体の熱で、水流路１５ｂを通る浴水が加熱される。その加熱された浴水は、浴槽往き管２５を通って浴槽９０に流入する。風呂熱交換器１５にて浴水により冷却された熱媒体は、管３０、第二熱交換器１２の熱媒体流路１２ａ、熱媒体ポンプ１３、及びヒートポンプ入口管２３を通って、第一熱交換器５に戻る。このとき、第二熱交換器１２では、タンク水が流れていないので、タンク水と熱媒体との熱交換は行われない。第一熱交換器５に戻った熱媒体は、再び加熱されて再循環する。

貯湯式給湯装置１は、風呂熱回収運転を実施可能である。風呂熱回収運転は、使用者全員の入浴が終了した後に浴槽９０内に残っている浴水の熱を貯湯タンク１１内に回収する運転である。ヒートポンプコントローラ９及びタンクユニットコントローラ２０は、風呂熱回収運転のときの動作を以下のように制御する。熱媒体ポンプ１３、タンク水ポンプ１４、及び浴水ポンプ１６が駆動される。冷凍サイクル回路の動作は停止され、湯張り開閉弁３７は閉じられる。浴槽９０内の浴水が浴槽戻り管２６及び浴水ポンプ１６を通って風呂熱交換器１５の水流路１５ｂに流入する。風呂熱交換器１５では、水流路１５ｂを通る浴水の熱で、熱媒体流路１５ａを通る熱媒体が加熱される。その加熱された熱媒体は、管３０を通って第二熱交換器１２の熱媒体流路１２ａに流入する。貯湯タンク１１の下部にある低温のタンク水は、下部取水管８及びタンク水ポンプ１４を通って第二熱交換器１２の水流路１２ｂに流入する。第二熱交換器１２では、熱媒体流路１２ａを流れる熱媒体の熱で、水流路１２ｂを流れるタンク水が加熱される。加熱されて中温になったタンク水は、管２７、流路切替弁１７、及び中間戻し管３１を通って、貯湯タンク１１の中間部に流入する。第二熱交換器１２にてタンク水により冷却された熱媒体は、熱媒体ポンプ１３、ヒートポンプ入口管２３、第一熱交換器５、及びヒートポンプ出口管２４を通過して、風呂熱交換器１５の熱媒体流路１５ａに流入する。このとき、第一熱交換器５では、冷媒が流れていないので、冷媒と熱媒体との熱交換は行われない。風呂熱交換器１５の熱媒体流路１５ａに流入した熱媒体は、水流路１５ｂを通る浴水により再び加熱されて再循環する。本実施の形態であれば、風呂熱回収運転により浴槽９０内の浴水の廃熱を貯湯タンク１１内に回収できるので、貯湯運転のときのヒートポンプユニット２の消費電力量を低減でき、省エネルギーが図れる。

本実施の形態であれば、以下の効果が得られる。タンク水回路に風呂熱交換器を配置していないので、貯湯運転と、追い焚き運転あるいは風呂熱回収運転とを切り替えるための流路切替弁をタンク水回路に設ける必要がない。それゆえ、タンク水回路の複雑化を防止でき、簡単な構成で、浴水との熱交換を達成できる。貯湯式給湯装置１は、間接加熱式のため、貯湯運転のときにヒートポンプ出口温度を目標貯湯温度よりも高くする必要がある。それゆえ、目標貯湯温度が高いと、ヒートポンプ出口温度がさらに高くなる結果、冷凍サイクル回路の高圧側圧力が高くなりすぎる可能性がある。これに対し、本実施の形態であれば、貯湯タンク１１に貯留された湯を追い焚き運転の熱源として用いないため、貯湯タンク１１の貯湯温度を高くする必要がない。それゆえ、ヒートポンプ出口温度が高くなることを抑制でき、冷凍サイクル回路の高圧側圧力の過上昇を確実に防止できる。また、貯湯タンク１１の貯湯温度を高くしないことで省エネルギーに有利になる。また、追い焚き運転に要する熱量を貯湯タンク１１に貯える必要がないので、必要な蓄熱量が減少することで、貯湯タンク１１の小型化が可能となる。

タンク水回路に風呂熱交換器を配置したと仮定すると、追い焚き運転を開始するときに、冷凍サイクル回路の冷媒が熱媒体を加熱し、熱媒体がタンク水を加熱し、タンク水が浴水を加熱するという三つの段階が必要となる。それゆえ、追い焚き運転の開始を指令してから浴水の加熱が開始するまでの時間が長くなりやすい。これに対し、本実施の形態であれば、追い焚き運転を開始するときに、冷凍サイクル回路の冷媒が熱媒体を加熱し、熱媒体が浴水を加熱するという二つの段階で済むので、追い焚き運転の開始を指令してから浴水の加熱が開始するまでの時間を短縮できる。

本実施の形態では、熱媒体回路において、風呂熱交換器１５の熱媒体流路１５ａの下流に第二熱交換器１２の熱媒体流路１２ａがあり、熱媒体流路１２ａの下流に第一熱交換器５の熱媒体流路５ｂがある。このため、風呂熱回収運転のときに、風呂熱交換器１５で加熱された熱媒体が第二熱交換器１２に移動する距離が短いので、当該熱媒体の持つ熱が、第二熱交換器１２でタンク水と熱交換する前に散逸してしまうことを確実に抑制できる。それゆえ、熱回収量を多くする上で有利になる。ただし、本開示では、図示の例に代えて、第二熱交換器１２の熱媒体流路１２ａの下流に風呂熱交換器１５の熱媒体流路１５ａがあり、熱媒体流路１５ａの下流に第一熱交換器５の熱媒体流路５ｂがあるように熱媒体回路を構成してもよい。

図３は、追い焚き運転のときの処理の例を示すフローチャートである。以下、図３を参照して、追い焚き運転のときの処理の例について説明する。例えば、追い焚き運転を開始する指令を使用者がリモコン５０に入力すると、ヒートポンプコントローラ９及びタンクユニットコントローラ２０は、図３のフローチャートの処理を開始する。また、浴槽９０を自動で保温することが設定されている場合には、ヒートポンプコントローラ９及びタンクユニットコントローラ２０は、定期的に浴水ポンプ１６を駆動して浴槽戻り温度センサ４６により浴槽戻り温度を検出し、浴槽９０からの放熱によって浴槽戻り温度が低下していることが検出された場合に、図３のフローチャートの処理を自動で開始する。

図３のステップＳ１０１において、ヒートポンプコントローラ９は、圧縮機４及び送風機１０を起動し、冷媒の循環を開始させる。次いで、ステップＳ１０２として、タンクユニットコントローラ２０は、熱媒体ポンプ１３を起動し、熱媒体の循環を開始させる。次いで、ステップＳ１０３として、タンクユニットコントローラ２０は、浴水ポンプ１６を起動し、浴水の循環を開始させる。これにより、追い焚き運転が実行されている状態になる。

追い焚き運転の実行中、ステップＳ１０４として、タンクユニットコントローラ２０は、浴槽戻り温度センサ４６により検出される浴槽戻り温度が、目標浴槽温度Ｔｗｂｔに達しているかどうかを判定する。目標浴槽温度Ｔｗｂｔは、使用者がリモコン５０等を用いて設定した風呂温度に応じて決定される値である。ステップＳ１０４で浴槽戻り温度が目標浴槽温度Ｔｗｂｔに達していない場合には、追い焚き運転が継続され、ステップＳ１０４の判定が繰り返される。これに対し、ステップＳ１０４で浴槽戻り温度が目標浴槽温度Ｔｗｂｔに達すると、ステップＳ１０５へ進み、ヒートポンプコントローラ９は、圧縮機４及び送風機１０を停止する。次いで、ステップＳ１０６として、タンクユニットコントローラ２０は、熱媒体ポンプ１３を停止する。次いで、ステップＳ１０７として、タンクユニットコントローラ２０は、浴水ポンプ１６を停止する。これにより、追い焚き運転が終了する。

追い焚き運転のとき、タンクユニットコントローラ２０は、ヒートポンプ出口温度センサ４０により検出されるヒートポンプ出口温度が目標出口温度に等しくなるように熱媒体ポンプ１３の回転速度を調整してもよい。タンクユニットコントローラ２０は、浴槽戻り温度センサ４６により検出される浴槽戻り温度に対して所定温度高い温度を、上記目標出口温度の値としてもよい。追い焚き運転のとき、タンクユニットコントローラ２０は、浴水ポンプ１６を、所定の回転速度で運転してもよい。

図３に示す例であれば、ヒートポンプコントローラ９及びタンクユニットコントローラ２０は、追い焚き運転を開始するときに、熱媒体ポンプ１３の起動前に圧縮機４及び送風機１０を作動させるステップＳ１０１の運転をすることで冷凍サイクル回路の冷媒を予熱でき、その後、浴水ポンプ１６の起動前に熱媒体ポンプ１３を作動させるステップＳ１０２の運転をすることで熱媒体を予熱できる。このため、その後に浴水ポンプ１６が起動したときに風呂熱交換器１５にて熱媒体が浴水を確実に加熱できるので、未加熱の浴水が風呂熱交換器１５から浴槽９０へ流入してしまうことを確実に抑制できる。

図４は、風呂熱回収運転のときの処理の例を示すフローチャートである。以下、図４を参照して、風呂熱回収運転のときの処理の例について説明する。例えば、風呂熱回収運転を開始する指令を使用者がリモコン５０に入力すると、ヒートポンプコントローラ９及びタンクユニットコントローラ２０は、図４のフローチャートの処理を開始する。また、例えば予定時刻が到来するなどの、所定の開始条件が成立した場合に、ヒートポンプコントローラ９及びタンクユニットコントローラ２０が図４のフローチャートの処理を自動で開始してもよい。なお、風呂熱回収運転を開始するときに、タンクユニットコントローラ２０は、流路切替弁１７の流入口ａが流出口ｄに連通するとともに、湯張り開閉弁３７が閉じた状態にする。

図４のステップＳ２０１において、タンクユニットコントローラ２０は、浴水ポンプ１６を起動し、浴水の循環を開始させる。次いで、ステップＳ２０２として、タンクユニットコントローラ２０は、熱媒体ポンプ１３を起動し、熱媒体の循環を開始させる。次いで、ステップＳ２０３として、タンクユニットコントローラ２０は、タンク水ポンプ１４を起動し、タンク水の循環を開始させる。これにより、風呂熱回収運転が実行されている状態になる。

タンク流入温度センサ４５により検出されるタンク流入温度から、入水温度センサ４４により検出される入水温度を差し引いた値を以下「第二熱交換器二次側温度差」と称する。風呂熱回収運転の実行中、ステップＳ２０４として、タンクユニットコントローラ２０は、第二熱交換器二次側温度差が、所定の温度差ΔＴｗ１よりも小さいかどうかを判定する。ステップＳ２０４で第二熱交換器二次側温度差が温度差ΔＴｗ１以上であるときには、タンクユニットコントローラ２０は、浴槽９０からの浴水の熱を貯湯タンク１１内に回収することを継続可能と判定し、タンク水ポンプ１４の運転を続け、ステップＳ２０４の判定を繰り返す。これに対し、ステップＳ２０４で第二熱交換器二次側温度差が温度差ΔＴｗ１よりも小さくなった場合には、タンクユニットコントローラ２０は、浴槽９０からの浴水の温度と、貯湯タンク１１の下部の水温との差が小さくなっており、貯湯タンク１１への熱回収を終了すべきと判定する。この場合には、タンクユニットコントローラ２０は、ステップＳ２０５へ進み、タンク水ポンプ１４を停止する。

その後、ステップＳ２０６として、タンクユニットコントローラ２０は、浴槽戻り温度センサ４６により検出される浴槽戻り温度からヒートポンプ出口温度センサ４０により検出されるヒートポンプ出口温度を差し引いた温度差が、所定の温度差ΔＴｗ２よりも小さいかどうかを判定する。ステップＳ２０６で浴槽戻り温度からヒートポンプ出口温度を差し引いた温度差が温度差ΔＴｗ２以上であるときには、タンクユニットコントローラ２０は、浴槽９０からの浴水によって熱媒体をまだ加熱可能であると判定し、熱媒体ポンプ１３の運転を続け、ステップＳ２０６の判定を繰り返す。これに対し、ステップＳ２０６で浴槽戻り温度からヒートポンプ出口温度を差し引いた温度差が温度差ΔＴｗ２よりも小さくなった場合には、タンクユニットコントローラ２０は、浴槽９０からの浴水の温度と熱媒体の温度が小さくなっており、浴水が熱媒体を加熱しにくくなったと判定する。この場合には、タンクユニットコントローラ２０は、ステップＳ２０７に進み、熱媒体ポンプ１３を停止し、次いで、ステップＳ２０８として浴水ポンプ１６を停止する。

図４に示す例において、ステップＳ２０６の処理が繰り返されているときの運転は、貯湯運転の前に熱媒体を予熱する熱媒体予熱運転に相当する。熱媒体予熱運転は、風呂熱回収運転を終了するときに、タンク水ポンプ１４の停止後に熱媒体ポンプ１３と浴水ポンプ１６とを作動させる運転である。この熱媒体予熱運転によれば、熱媒体回路の熱媒体の温度が上昇するので、深夜に貯湯運転を開始するときに、ヒートポンプ出口温度が目標出口温度まで上昇するのに要する時間を短縮できる。それゆえ、消費電力量を低減できる。熱媒体予熱運転を行うことで、貯湯タンク１１内への熱回収を終了した後にも、浴槽９０内の浴水に残っている熱を有効に活用できる。

図４に示す例であれば、タンクユニットコントローラ２０は、風呂熱回収運転を開始するときに、熱媒体ポンプ１３の起動前に浴水ポンプ１６を作動させるステップＳ２０１の運転をすることで風呂熱交換器１５に流入する浴水の温度を上昇させることができ、その後、タンク水ポンプ１４の起動前に熱媒体ポンプ１３を作動させるステップＳ２０２の運転をすることで、第二熱交換器１２に流入する熱媒体を予熱できる。このため、その後にタンク水ポンプ１４が起動したときに第二熱交換器１２にて熱媒体がタンク水を確実に加熱できるので、未加熱のタンク水が第二熱交換器１２から貯湯タンク１１へ流入してしまうことを確実に抑制できる。

以上、実施の形態について説明したが、本開示は上記実施の形態に限定されるものではない。例えば、貯湯式給湯装置１は、部屋を暖めるための暖房装置が熱媒体回路に接続され、ヒートポンプユニット２により加熱された熱媒体を当該暖房装置に循環させる運転を実施できるように構成されていてもよい。当該暖房装置として、例えば、床暖房パネル、ラジエータ、パネルヒーター、ファンコンベクターなどが例示できる。

１貯湯式給湯装置、２ヒートポンプユニット、３タンクユニット、４圧縮機、５第一熱交換器、５ａ冷媒流路、５ｂ熱媒体流路、６膨張弁、７蒸発器、８下部取水管、９ヒートポンプコントローラ、９ａプロセッサ、９ｂメモリ、１０送風機、１１貯湯タンク、１２第二熱交換器、１２ａ熱媒体流路、１２ｂ水流路、１３熱媒体ポンプ、１４タンク水ポンプ、１５風呂熱交換器、１５ａ熱媒体流路、１５ｂ水流路、１６浴水ポンプ、１７流路切替弁、１８一般給湯混合弁、１９風呂給湯混合弁、２０タンクユニットコントローラ、２０ａプロセッサ、２０ｂメモリ、２１給水端、２２給水管、２３ヒートポンプ入口管、２４ヒートポンプ出口管、２５浴槽往き管、２６浴槽戻り管、２７管、２８上部戻し管、２９タンク上部管、３０管、３１中間戻し管、３２給水管、３３給湯管、３４給湯端、３５一般給湯管、３６風呂給湯管、３７湯張り開閉弁、３８冷媒温度センサ、３９ヒートポンプ入口温度センサ、４０ヒートポンプ出口温度センサ、４１タンク温度センサ、４２タンク温度センサ、４３タンク温度センサ、４４入水温度センサ、４５タンク流入温度センサ、４６浴槽戻り温度センサ、４７浴槽往き温度センサ、５０リモコン、９０浴槽

Claims

貯湯タンクと、
冷媒を圧縮する圧縮機と、
前記冷媒と熱媒体との間で熱を交換する第一熱交換器と、
前記熱媒体と前記貯湯タンクからのタンク水との間で熱を交換する第二熱交換器と、
前記第二熱交換器とは別体であり、前記熱媒体と浴槽からの浴水との間で熱を交換する風呂熱交換器と、
前記第一熱交換器と前記第二熱交換器と前記風呂熱交換器とを通過するように前記熱媒体が循環する熱媒体回路に設けられた熱媒体ポンプと、
前記貯湯タンクから流出した前記タンク水が前記第二熱交換器を通過した後に前記貯湯タンクに流入するように前記タンク水が循環するタンク水回路に設けられたタンク水ポンプと、
前記浴槽から流出した前記浴水が前記風呂熱交換器を通過した後に前記浴槽に流入するように前記浴水が循環する浴水循環回路に設けられた浴水ポンプと、
を備える貯湯式給湯装置。
貯湯タンクと、
冷媒を圧縮する圧縮機と、
前記冷媒と熱媒体との間で熱を交換する第一熱交換器と、
前記熱媒体と前記貯湯タンクからのタンク水との間で熱を交換する第二熱交換器と、
前記熱媒体と浴槽からの浴水との間で熱を交換する風呂熱交換器と、
前記第一熱交換器と前記第二熱交換器と前記風呂熱交換器とを通過するように前記熱媒体が循環する熱媒体回路に設けられた熱媒体ポンプと、
前記貯湯タンクから流出した前記タンク水が前記第二熱交換器を通過した後に前記貯湯タンクに流入するように前記タンク水が循環するタンク水回路に設けられたタンク水ポンプと、
前記浴槽から流出した前記浴水が前記風呂熱交換器を通過した後に前記浴槽に流入するように前記浴水が循環する浴水循環回路に設けられた浴水ポンプと、
を備え、
前記熱媒体回路において前記風呂熱交換器の下流に前記第二熱交換器がある貯湯式給湯装置。
貯湯タンクと、
冷媒を圧縮する圧縮機と、
前記冷媒と熱媒体との間で熱を交換する第一熱交換器と、
前記熱媒体と前記貯湯タンクからのタンク水との間で熱を交換する第二熱交換器と、
前記熱媒体と浴槽からの浴水との間で熱を交換する風呂熱交換器と、
前記第一熱交換器と前記第二熱交換器と前記風呂熱交換器とを通過するように前記熱媒体が循環する熱媒体回路に設けられた熱媒体ポンプと、
前記貯湯タンクから流出した前記タンク水が前記第二熱交換器を通過した後に前記貯湯タンクに流入するように前記タンク水が循環するタンク水回路に設けられたタンク水ポンプと、
前記浴槽から流出した前記浴水が前記風呂熱交換器を通過した後に前記浴槽に流入するように前記浴水が循環する浴水循環回路に設けられた浴水ポンプと、
を備え、
前記浴槽内の前記浴水の熱を前記貯湯タンク内に回収する風呂熱回収運転を実施可能であり、
前記風呂熱回収運転のとき、前記熱媒体ポンプと前記タンク水ポンプと前記浴水ポンプとを作動させ、前記浴槽からの前記浴水と前記熱媒体とを前記風呂熱交換器において熱交換させることで前記熱媒体が加熱され、その加熱された前記熱媒体と前記タンク水とを前記第二熱交換器において熱交換させることで前記タンク水が加熱され、
前記風呂熱回収運転を終了するときに、前記タンク水ポンプの停止後に前記熱媒体ポンプと前記浴水ポンプとを作動させる熱媒体予熱運転を実施する貯湯式給湯装置。
前記浴槽を追い焚きする追い焚き運転を実施可能であり、
前記追い焚き運転のとき、前記圧縮機と前記熱媒体ポンプと前記浴水ポンプとを作動させ、前記圧縮機により圧縮された前記冷媒と前記熱媒体とを前記第一熱交換器において熱交換させることで前記熱媒体が加熱され、その加熱された前記熱媒体と前記浴水とを前記風呂熱交換器において熱交換させることで前記浴水が加熱される請求項１から請求項３の何れか一項に記載の貯湯式給湯装置。
前記浴槽内の前記浴水の熱を前記貯湯タンク内に回収する風呂熱回収運転を実施可能であり、
前記風呂熱回収運転のとき、前記熱媒体ポンプと前記タンク水ポンプと前記浴水ポンプとを作動させ、前記浴槽からの前記浴水と前記熱媒体とを前記風呂熱交換器において熱交換させることで前記熱媒体が加熱され、その加熱された前記熱媒体と前記タンク水とを前記第二熱交換器において熱交換させることで前記タンク水が加熱される請求項１または請求項２に記載の貯湯式給湯装置。