特開2021-32490(P2021-32490A)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2015.5.11 β版

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】特開2021-32490(P2021-32490A)
(43)【公開日】2021年3月1日
(54)【発明の名称】貯湯式給湯装置
(51)【国際特許分類】
   F24H 1/18 20060101AFI20210201BHJP
   F24H 4/02 20060101ALI20210201BHJP
   F24H 1/00 20060101ALI20210201BHJP
【FI】
   F24H1/18 302L
   F24H1/18 B
   F24H4/02 P
   F24H4/02 W
   F24H1/00 602D
【審査請求】未請求
【請求項の数】12
【出願形態】OL
【全頁数】14
(21)【出願番号】特願2019-153627(P2019-153627)
(22)【出願日】2019年8月26日
(71)【出願人】
【識別番号】000006013
【氏名又は名称】三菱電機株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100082175
【弁理士】
【氏名又は名称】高田 守
(74)【代理人】
【識別番号】100106150
【弁理士】
【氏名又は名称】高橋 英樹
(74)【代理人】
【識別番号】100115543
【弁理士】
【氏名又は名称】小泉 康男
(72)【発明者】
【氏名】佐久間 利幸
(72)【発明者】
【氏名】松村 ▲泰▼成
【テーマコード(参考)】
3L024
3L122
【Fターム(参考)】
3L024DD14
3L024DD27
3L024EE02
3L024EE09
3L024FF02
3L024FF15
3L024FF18
3L024GG04
3L024GG06
3L024GG25
3L024HH12
3L024HH35
3L122AA02
3L122AA23
3L122AA64
3L122AA65
3L122AB02
3L122AB24
3L122AB27
3L122BA14
3L122BA26
3L122BB03
3L122BB05
3L122BB14
3L122BB16
3L122BB22
3L122DA15
3L122EA02
3L122FA02
3L122FA04
3L122FA06
3L122FA12
3L122FA13
3L122FA24
3L122FA26
(57)【要約】
【課題】複数のタンクが直列に接続された貯湯槽を有する貯湯式給湯装置において、加熱手段により加熱された湯を貯湯槽に流入させることなく給湯先へ直接供給する運転を可能にすることと、給湯温度の変動を確実に抑制することとを両立する上で有利になる貯湯式給湯装置を提供する。
【解決手段】ヒートポンプユニット60から流出した湯が直接出湯管9へ流れる直接出湯状態と、ヒートポンプユニット60から流出した湯が貯湯管10へ流れる貯湯状態とを含む少なくとも二つの状態を流路切替弁32により切り替え可能である。直接出湯状態において給湯管8に湯が流れているときには、直接出湯管9の湯が合流部7から給湯管8へ流入する。直接出湯状態において給湯管8に湯が流れていないときには、直接出湯管9の湯が合流部7及びタンク上部管6を通って第一上部口3aから第一タンク3に流入する。
【選択図】図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
水を加熱する加熱手段と、
第一タンクと、第二タンクと、前記第一タンクの下部を前記第二タンクの上部に連結するタンク連結管とを有し、前記加熱手段により加熱された湯を貯留する貯湯槽と、
前記第一タンクの上部の第一上部口に接続された一端を有するタンク上部管と、
前記タンク上部管の他端にある合流部に連通する端部を有し、給湯先へ供給される湯が通る給湯管と、
前記加熱手段から流出した湯の流路を切り替える流路切替手段と、
前記流路切替手段に接続された一端と、前記合流部に連通する他端とを有する直接出湯管と、
前記流路切替手段に接続された一端と、前記第一タンクの上部の第二上部口に接続された他端とを有する貯湯管と、
前記流路切替手段の動作を制御する制御手段と、
を備え、
前記加熱手段から流出した湯が前記直接出湯管へ流れる直接出湯状態と、前記加熱手段から流出した湯が前記貯湯管へ流れる貯湯状態とを含む少なくとも二つの状態を前記流路切替手段により切り替え可能であり、
前記直接出湯状態において前記給湯管に湯が流れているときには、前記直接出湯管の湯が前記合流部から前記給湯管へ流入し、
前記直接出湯状態において前記給湯管に湯が流れていないときには、前記直接出湯管の湯が前記合流部及び前記タンク上部管を通って前記第一上部口から前記第一タンクに流入する貯湯式給湯装置。
【請求項2】
前記給湯管を流れる湯を浴槽へ供給するときに前記直接出湯状態にする直接湯張り動作を実行可能であり、
前記制御手段は、前記給湯管を流れる湯を前記浴槽以外の前記給湯先へ供給する一般給湯動作のときには前記貯湯状態になるように前記流路切替手段を制御可能である請求項1に記載の貯湯式給湯装置。
【請求項3】
前記加熱手段から流出する湯の温度である出口温度を検出する出口温度検出手段を備え、
前記制御手段は、前記出口温度が第一基準に比べて低いときには前記貯湯状態になり、前記出口温度が前記第一基準以上のときには前記直接出湯状態になるように、前記流路切替手段を制御可能である請求項1または請求項2に記載の貯湯式給湯装置。
【請求項4】
前記制御手段は、前記出口温度が、前記第一基準よりも高い第二基準に比べて高いときには前記貯湯状態になるように前記流路切替手段を制御可能である請求項3に記載の貯湯式給湯装置。
【請求項5】
前記加熱手段から流出する湯の温度である出口温度を検出する出口温度検出手段と、
前記第一タンクの上部に貯留された湯の温度であるタンク上部温度を検出するタンク上部温度検出手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記出口温度と前記タンク上部温度との温度差が基準に比べて大きいときには前記貯湯状態になり、前記温度差が前記基準以下のときには前記直接出湯状態になるように、前記流路切替手段を制御可能である請求項1または請求項2に記載の貯湯式給湯装置。
【請求項6】
浴槽以外の前記給湯先へ供給される湯の流量である給湯流量を検出する給湯流量検出手段を備え、
前記制御手段は、前記給湯流量が高位基準に比べて高い高流量のときには前記貯湯状態になるように前記流路切替手段を制御可能である請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の貯湯式給湯装置。
【請求項7】
浴槽以外の前記給湯先へ供給される湯の流量である給湯流量を検出する給湯流量検出手段を備え、
前記制御手段は、前記給湯流量が低位基準に比べて低い低流量のときには前記貯湯状態になるように前記流路切替手段を制御可能である請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の貯湯式給湯装置。
【請求項8】
浴槽以外の前記給湯先へ供給される湯の流量である給湯流量を検出する給湯流量検出手段を備え、
前記制御手段は、前記給湯流量が高位基準に比べて高い高流量のときには前記貯湯状態になり、前記給湯流量が前記高位基準よりも低い低位基準に比べて低い低流量のときには前記貯湯状態になり、前記給湯流量が前記高位基準と前記低位基準との間の中流量のときには前記直接出湯状態になるように前記流路切替手段を制御可能である請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の貯湯式給湯装置。
【請求項9】
浴槽から流出した浴水と、熱媒体との間で熱を交換する追焚熱交換器と、
前記加熱手段から流出した湯を前記熱媒体として前記追焚熱交換器へ供給する直接追焚通路と、
を備え、
前記流路切替手段は、前記加熱手段から流出した湯が前記直接追焚通路へ流れる直接追焚状態にさらに切り替え可能である請求項1から請求項8のいずれか一項に記載の貯湯式給湯装置。
【請求項10】
前記加熱手段から流出する湯の流量の値または当該流量と相関する値を、流量指標値として検出する手段を備え、
前記制御手段は、前記流量指標値が基準に比べて低いときには前記貯湯状態になるように前記流路切替手段を制御可能である請求項1から請求項9のいずれか一項に記載の貯湯式給湯装置。
【請求項11】
前記加熱手段から流出する湯の流量の値または当該流量と相関する値を、流量指標値として検出する手段と、
前記給湯管を流れた湯を浴槽以外の前記給湯先へ供給する一般給湯動作の発生を検出する手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記流量指標値が基準に比べて低く、且つ前記一般給湯動作が発生していないときには前記直接出湯状態になり、前記流量指標値が当該基準に比べて低く、且つ前記一般給湯動作が発生しているときには前記貯湯状態になるように、前記流路切替手段を制御可能である請求項1から請求項9のいずれか一項に記載の貯湯式給湯装置。
【請求項12】
前記直接出湯状態になることを強制的に禁止可能な禁止手段を備える請求項1から請求項11のいずれか一項に記載の貯湯式給湯装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、貯湯式給湯装置に関する。
【背景技術】
【0002】
複数のタンクが直列に接続された貯湯槽を有する貯湯式給湯装置が知られている。下記特許文献1には、蓄熱運転中に給湯が検知された場合に、水ポンプのフィードバック制御を停止し、水ポンプの駆動速度を一定速度に固定することで、給湯温度変動の抑制を図る技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開2014−1880号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
特許文献1の貯湯式給湯装置では、水ポンプの駆動速度を固定しても、ヒートポンプを通過する水の流量の変動を完全に抑えることは困難であるので、給湯温度の変動を十分に抑制できない場合がある。
【0005】
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、複数のタンクが直列に接続された貯湯槽を有する貯湯式給湯装置において、加熱手段により加熱された湯を貯湯槽に流入させることなく給湯先へ直接供給する運転を可能にすることと、給湯温度の変動を確実に抑制することとを両立す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。
【課題を解決するための手段】
【0006】
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、第一タンクと、第二タンクと、第一タンクの下部を第二タンクの上部に連結するタンク連結管とを有し、加熱手段により加熱された湯を貯留する貯湯槽と、第一タンクの上部の第一上部口に接続された一端を有するタンク上部管と、タンク上部管の他端にある合流部に連通する端部を有し、給湯先へ供給される湯が通る給湯管と、加熱手段から流出した湯の流路を切り替える流路切替手段と、流路切替手段に接続された一端と、合流部に連通する他端とを有する直接出湯管と、流路切替手段に接続された一端と、第一タンクの上部の第二上部口に接続された他端とを有する貯湯管と、流路切替手段の動作を制御する制御手段と、を備え、加熱手段から流出した湯が直接出湯管へ流れる直接出湯状態と、加熱手段から流出した湯が貯湯管へ流れる貯湯状態とを含む少なくとも二つの状態を流路切替手段により切り替え可能であり、直接出湯状態において給湯管に湯が流れているときには、直接出湯管の湯が合流部から給湯管へ流入し、直接出湯状態において給湯管に湯が流れていないときには、直接出湯管の湯が合流部及びタンク上部管を通って第一上部口から第一タンクに流入するものである。
【発明の効果】
【0007】
本発明によれば、複数のタンクが直列に接続された貯湯槽を有する貯湯式給湯装置において、加熱手段により加熱された湯を貯湯槽に流入させることなく給湯先へ直接供給する運転を可能にすることと、給湯温度の変動を確実に抑制することとを両立す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。
【図面の簡単な説明】
【0008】
図1】実施の形態1による貯湯式給湯装置を示す図である。
図2】ヒートポンプユニットから流出した湯が貯湯管へ流れる貯湯状態のときの湯水の流れを示す図である。
図3】直接追焚状態のときの湯水の流れを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
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。
【0010】
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1を示す図である。図1に示すように、実施の形態1の貯湯式給湯装置1は、貯湯ユニット20と、ヒートポンプユニット60と、制御装置70と、リモコン80とを備える。貯湯ユニット20とヒートポンプユニット60との間は、往き流路41、戻り流路42、及び電気配線(図示省略)を介して接続されている。
【0011】
貯湯ユニット20及びヒートポンプユニット60が備える各種のセンサ及びアクチュエータ等の電気機器は、制御装置70に対して電気的に接続されている。制御装置70は、貯湯式給湯装置1の動作を制御する制御手段に相当する。制御装置70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していてもよい。図示の例では、貯湯ユニット20に制御装置70が内蔵されている。図示の例に限らず、複数の制御装置が連携して貯湯式給湯装置1の動作を制御するように構成してもよい。
【0012】
制御装置70と、リモコン80との間は、有線通信または無線通信により、双方向に通信可能である。制御装置70と、リモコン80とが、ネットワークを介して通信可能でもよい。リモコン80は、ユーザーインターフェースの例である。リモコン80は、人が操作する操作部と、情報を表示する表示部とを有する。使用者等の人は、リモコン80を操作することで、貯湯式給湯装置1を遠隔操作し、各種の設定などを行うことが可能である。リモコン80の表示部は、使用者等の人に情報を報知する報知手段としての機能を有する。リモコン80は、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。リモコン80は、例えば台所、リビング、浴室などの壁に設置されていてもよい。複数のリモコン80が制御装置70に対して通信可能でもよい。リモコン80に代えて、またはリモコン80に加えて、例えばスマートフォンのような携帯端末が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。
【0013】
ヒートポンプユニット60は、水を加熱する加熱手段の例である。加熱手段は、ヒートポンプユニット60に限定されない。加熱手段は、燃料の燃焼熱で加熱する燃焼式加熱装置でもよい。加熱手段は、太陽熱によって水を加熱する装置でもよい。加熱手段は、複数種類の加熱装置を組み合わせたものでもよい。
【0014】
ヒートポンプユニット60は、圧縮機61、水−冷媒熱交換器62、膨張弁63、及び空気熱交換器64を冷媒循環配管65にて環状に接続した冷媒回路を備える。ヒートポンプユニット60は、この冷媒回路の冷媒を循環させることで、冷凍サイクルすなわちヒートポンプサイクルの運転を行う。水−冷媒熱交換器62では、圧縮機61で圧縮された高温高圧の冷媒と、水との間で熱を交換することで、水が加熱される。
【0015】
戻り流路42に設置された出口温度センサ66は、水−冷媒熱交換器62から流出する湯の温度を検出する。以下の説明では、水−冷媒熱交換器62から流出する湯の温度を「ヒートポンプ出口温度」と称する。出口温度センサ66は、ヒートポンプ出口温度を検出する出湯温度検出手段に相当する。制御装置70は、ヒートポンプ出口温度が目標値に等しくなるように、循環ポンプ21の回転速度と、圧縮機61の動作速度と、膨張弁63の開度とのうちの少なくとも一つを制御することができる。
【0016】
貯湯ユニット20内には、ヒートポンプユニット60により加熱された湯を貯留する貯湯槽2が設けられている。貯湯槽2は、第一タンク3と、第二タンク4と、タンク連結管5とを有している。タンク連結管5は、第一タンク3の下部を第二タンク4の上部に連結する。第一タンク3及び第二タンク4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。貯湯槽2は、図示しない断熱材によって覆われている。
【0017】
第一タンク3には、複数の貯湯温度センサ11,12,13が取り付けられている。貯湯温度センサ11は、第一タンク3の上部に配置されている。貯湯温度センサ12は、第一タンク3の下部に配置されている。貯湯温度センサ13は、第一タンク3の高さ方向の中間部に配置されている。第一タンク3内の湯水の鉛直方向の温度分布を貯湯温度センサ11,12,13により検出することで、第一タンク3内の貯湯量及び蓄熱量を計算できる。図示を省略するが、第二タンク4にも貯湯温度センサが設けられている。
【0018】
第二タンク4の下部には、水道等の水源から低温水を供給する給水管14が接続されている。給水管14から低温水が第二タンク4に流入することにより、貯湯槽2内は満水状態に維持される。
【0019】
第一タンク3の上部には、第一上部口3aと、第二上部口3bと、第三上部口3cとが設けられている。第一上部口3aには、タンク上部管6の一端が接続されている。タンク上部管6の他端には、合流部7が形成されている。合流部7には、給湯先へ供給される湯が通る給湯管8の上流端が連通している。
【0020】
貯湯ユニット20内には、循環ポンプ21と、追焚熱交換器22と、三方弁31と、流路切替弁32とが備えられている。貯湯ユニット20は、浴水循環回路51を介して、浴室の浴槽50と接続されている。以下の説明では、浴槽50に溜められた湯水を「浴水」と称する。追焚熱交換器22は、浴槽50から流出した浴水と、熱媒体との間で熱を交換する。追焚熱交換器22は、熱媒体が通る一次流路22aと、浴水が通る二次流路22bとを有する。二次流路22bは、浴水循環回路51の一部を構成している。貯湯ユニット20内にある部分の浴水循環回路51を構成する配管には、浴水を循環させるための浴水ポンプ52と、浴槽50から出た浴水の温度を検出するための浴水温度センサ53とが設置されている。
【0021】
三方弁31は、第一入口31a、第二入口31b、及び出口31cを有する。三方弁31は、第一入口31aを出口31cに連通させて第二入口31bを閉鎖する第一流路形態と、第二入口31bを出口31cに連通させて第一入口31aを閉鎖する第二流路形態とを切り替え可能な流路切替手段に相当する。
【0022】
流路切替弁32は、入口32a、第一出口32b、第二出口32c、及び第三出口32dを有する。入口32aは、戻り流路42の下流端に接続されている。流路切替弁32は、入口32aを第一出口32bに連通させて第二出口32c及び第三出口32dを閉鎖する第一流路形態と、入口32aを第二出口32cに連通させて第一出口32b及び第三出口32dを閉鎖する第二流路形態と、入口32aを第三出口32dに連通させて第一出口32b及び第二出口32cを閉鎖する第三流路形態とを切り替え可能になっている。流路切替弁32は、ヒートポンプユニット60から流出した湯の流路を切り替える流路切替手段に相当する。
【0023】
第一出口32bは、直接出湯管9の一端に接続されている。直接出湯管9の他端は、合流部7に連通している。第二出口32cは、貯湯管10の一端に接続されている。貯湯管10の他端は、第二上部口3bに接続されている。
【0024】
下部流路40は、第二タンク4の下部と、第一入口31aとの間をつなぐ。往き流路41は、出口31cと、水−冷媒熱交換器62の水入口との間をつなぐ。往き流路41の途中に循環ポンプ21が接続されている。戻り流路42の上流端は、水−冷媒熱交換器62の水出口に接続され、戻り流路42の下流端は、流路切替弁32の入口32aに接続されている。
【0025】
一次入口流路45は、第三上部口3cと一次流路22aの入口との間をつなぐ。一次入口流路45の途中の位置に第一逆止弁81が配置されている。第一逆止弁81は、一次入口流路45の水が、追焚熱交換器22から第三上部口3cへ向かって流れることを防止する。
【0026】
一次出口流路46は、一次流路22aの出口と、第二入口31bとの間をつなぐ。一次出口流路46の途中の位置に分岐部46aが形成されている。第一タンク3の高さ方向の中間部に中間口3dが形成されている。回収流路47は、分岐部46aと、中間口3dとの間をつなぐ。回収流路47の途中の位置に第二逆止弁82が配置されている。第二逆止弁82は、回収流路47の水が中間口3dから分岐部46aへ向かって流れることを防止する。
【0027】
一次入口流路45において第一逆止弁81と一次流路22aとの間の位置に分岐部45aが形成されている。直接追焚通路48は、第三出口32dと、分岐部45aとの間をつなぐ。
【0028】
三方弁31が第一流路形態になると、第二タンク4の下部と水−冷媒熱交換器62とが下部流路40及び往き流路41を介して連通する。三方弁31が第二流路形態になると、一次出口流路46が往き流路41に連通する。
【0029】
流路切替弁32が第一流路形態になると、水−冷媒熱交換器62と合流部7とが戻り流路42及び直接出湯管9を介して連通する。流路切替弁32が第二流路形態になると、戻り流路42が貯湯管10に連通する。流路切替弁32が第三流路形態になると、戻り流路42が直接追焚通路48に連通する。
【0030】
本実施の形態の貯湯式給湯装置は、一般給湯混合弁33及び浴槽給湯混合弁34を備えている。浴槽給湯混合弁34は、浴槽50へ供給される湯の温度を調整する。浴槽50以外の給湯先を以下「一般給湯先」と称する。一般給湯先は、例えば蛇口、シャワーなどである。一般給湯混合弁33は、一般給湯先へ給湯へ供給される湯の温度を調整する。
【0031】
給湯管8の下流側は、二つに分岐して一般給湯混合弁33及び浴槽給湯混合弁34のそれぞれに接続されている。給水管14の途中から給水管15が分岐している。給水管15の下流側は、二つに分岐して一般給湯混合弁33及び浴槽給湯混合弁34のそれぞれに接続されている。一般給湯混合弁33は、給湯管8から供給される湯と、給水管15から供給される水とを混合する。その混合された湯は、一般給湯管35を通って一般給湯先へ送られる。図示を省略するが、浴槽給湯混合弁34の出口に一端が接続された浴槽給湯管36の他端は、浴水循環回路51に接続されている。浴槽給湯管36の途中には、風呂電磁弁(図示省略)が配置されている。制御装置70が風呂電磁弁を開くと、浴槽給湯混合弁34は、給湯管8から供給される湯と、給水管15から供給される水とを混合する。その混合された湯は、浴槽給湯管36及び浴水循環回路51を通って浴槽50に供給される。
【0032】
以下の説明では、ヒートポンプユニット60から流出した湯が直接出湯管9へ流れる状態を「直接出湯状態」と称し、ヒートポンプユニット60から流出した湯が貯湯管10へ流れる状態を「貯湯状態」と称する。制御装置70は、流路切替弁32により直接出湯状態と貯湯状態とを切り替え可能である。
【0033】
図1は、直接出湯状態のときの湯水の流れを示している。直接出湯状態のときには、以下のようになる。循環ポンプ21及びヒートポンプユニット60が運転される。第二タンク4の下部から流出した低温水が下部流路40、三方弁31、及び往き流路41を通ってヒートポンプユニット60に流入する。ヒートポンプユニット60により加熱された湯は、戻り流路42及び流路切替弁32を通って直接出湯管9に流入する。この直接出湯状態において給湯管8に湯が流れているときには、直接出湯管9の湯が合流部7から給湯管8へ流入する。このように、ヒートポンプユニット60により加熱された湯が貯湯槽2に流入することなく給湯管8へ直接流入する動作を以下「直接給湯動作」と称する。
【0034】
直接給湯動作のときには、第一タンク3の上部に貯留された湯が、第一上部口3a、タンク上部管6、及び合流部7を通って給湯管8へ流入してもよい。すなわち、直接給湯動作のときには、第一タンク3の上部から供給される湯と、直接出湯管9からの湯とが合流部7にて合流した湯が給湯管8を流れてもよい。
【0035】
一方、直接出湯状態において給湯管8に湯が流れていないときには、直接出湯管9の湯が合流部7及びタンク上部管6を通って第一上部口3aから第一タンク3に流入する。この際、直接出湯管9の湯は、弁を通過しないので、円滑に第一タンク3の上部に流入できる。このようにして直接出湯管9から湯を第一タンク3へ流入させる運転を以下「第一蓄熱運転」と称する。第一蓄熱運転のときには、第一タンク3の下部から第二タンク4の上部へ向かってタンク連結管5を水が流れる。このため、タンク連結管5の配管抵抗による圧力損失が発生する。
【0036】
ヒートポンプユニット60から流出する湯の流量を以下「ヒートポンプ流量」と称する。第一蓄熱運転の実行中に給湯管8による給湯が発生すると、直接給湯動作の状態となる。そのようにして第一蓄熱運転から直接給湯動作へ移行すると、タンク連結管5の圧力損失が低下する。その結果、ヒートポンプ流量が増加する。例えば、ヒートポンプ流量が毎分1Lから毎分2Lへ増加する。ヒートポンプ流量が増加すると、ヒートポンプ出口温度が低下する。
【0037】
一方、直接給湯動作の実行中に給湯管8による給湯が停止すると、第一蓄熱運転の状態となる。そのようにして直接給湯動作から第一蓄熱運転へ移行すると、タンク連結管5の圧力損失が増加する。その結果、ヒートポンプ流量が低下する。ヒートポンプ流量が低下すると、ヒートポンプ出口温度が上昇する。
【0038】
ヒートポンプユニット60により加熱された湯を貯湯槽2に貯留すると、貯湯槽2から熱が散逸することによる損失が発生する。これに対し、直接給湯動作では、ヒートポンプユニット60により加熱された湯を給湯先へ直接供給するので、貯湯槽2からの熱損失を抑制でき、効率が向上するという利点がある。ただし、直接給湯動作では、ヒートポンプ出口温度が上記のようにして変動することで、給湯管8を通る湯の温度が変動する可能性がある。その結果、使用者の快適性が低下する可能性がある。
【0039】
図2は、ヒートポンプユニット60から流出した湯が貯湯管10へ流れる貯湯状態のときの湯水の流れを示す図である。貯湯状態のときには、以下のようになる。循環ポンプ21及びヒートポンプユニット60が運転される。第二タンク4の下部から流出した低温水が下部流路40、三方弁31、及び往き流路41を通ってヒートポンプユニット60に流入する。ヒートポンプユニット60により加熱された湯は、戻り流路42、流路切替弁32、及び貯湯管10を通って第二上部口3bから第一タンク3に流入する。このようにして貯湯管10から湯を第一タンク3へ流入させる運転を以下「第二蓄熱運転」と称する。
【0040】
第二蓄熱運転の実行中に給湯管8による給湯が発生すると、第一タンク3の上部に貯留された湯が、第一上部口3a、タンク上部管6、及び合流部7を通って給湯管8へ流入する。この場合には、ヒートポンプユニット60から流出した湯がそのまま給湯管8へ流入することはないので、ヒートポンプ出口温度が変動したとしても、給湯管8を通る湯の温度は変動しにくい。
【0041】
本実施の形態であれば、制御装置70が流路切替弁32により直接出湯状態と貯湯状態とを切り替え可能であることで、以下の効果が得られる。直接出湯状態にした場合には、効率の良い直接給湯動作を行うことが可能となる。直接給湯動作の実行中に給湯管8による給湯が停止した場合には、迅速かつ自動的に第一蓄熱運転に変化するので、ヒートポンプユニット60により加熱された湯の熱を第一タンク3に有効に蓄えることができる。一方、貯湯状態として第二蓄熱運転を実行しているときには、給湯管8による給湯が発生しても、給湯管8を通る湯の温度が変動することを確実に防止できる。このため、使用者の快適性が低下することを確実に予防できる。
【0042】
以下、制御装置70が直接出湯状態と貯湯状態とを切り替える条件に関して、複数種類の条件を説明するが、制御装置70は、例えば使用者がリモコン80にて選択した制御モードなどに応じて、複数種類の条件のうちの異なる条件に基づいて直接出湯状態と貯湯状態とを切り替えてもよい。
【0043】
給湯管8を流れる湯を浴槽給湯混合弁34から浴槽50へ供給することによって浴槽50に湯を溜める動作を以下「湯張り動作」と称する。また、直接出湯状態とした湯張り動作を「直接湯張り動作」と称する。直接湯張り動作によれば、第一タンク3から供給される湯だけを使用する湯張り動作に比べて、より高い効率で浴槽50に湯を供給することができる。また、直接湯張り動作のときには、浴槽50に流入する湯の温度が一時的に変動しても、使用者の快適性が低下することはないので、問題はない。
【0044】
給湯管8を流れる湯を一般給湯混合弁33から一般給湯先へ供給する動作を以下「一般給湯動作」と称する。また、給湯管8を流れる湯の温度が変動することを「給湯温度変動」と称する。貯湯式給湯装置1は、一般給湯管35を流れる湯の流量を検出する流量センサ37を備えている。制御装置70は、流量センサ37により、一般給湯動作の開始及び停止を検出することができる。制御装置70は、一般給湯動作のときには貯湯状態になるように流路切替弁32を制御してもよい。例えば、制御装置70は、直接出湯状態のときに一般給湯動作が開始した場合には、貯湯状態になるように流路切替弁32を切り替えてもよい。一般給湯動作のときには、蛇口あるいはシャワーなどへ供給された湯が人体に触れている可能性があるので、給湯温度変動を確実に防止することが望ましい。そこで、一般給湯動作のときには貯湯状態にすることで、給湯温度変動を確実に防止でき、使用者の快適性の低下を確実に防止できる。
【0045】
制御装置70は、出口温度センサ66により検出されるヒートポンプ出口温度が第一基準に比べて低いときには貯湯状態になり、ヒートポンプ出口温度が第一基準以上のときには直接出湯状態になるように、流路切替弁32を制御してもよい。第一基準は、第一タンク3の上部に貯留されている湯の温度の下限に近い値となるように予め決められている。第一基準の値は、例えば65℃でもよい。直接給湯動作のときには、ヒートポンプユニット60から直接出湯管9を通って供給される湯と、第一タンク3の上部からタンク上部管6を通って供給される湯とが混合して給湯管8に流入する。ヒートポンプ出口温度が第一基準に比べて低い場合には、第一タンク3の上部からの湯とヒートポンプユニット60からの湯との温度差が大きいので、直接給湯動作を行うと、両者の混合割合の変化に伴い、給湯温度変動が発生しやすい。そこで、この場合には貯湯状態とし、直接給湯動作を行わないことで、給湯温度変動を確実に防止できる。これに対し、ヒートポンプ出口温度が第一基準以上の場合には、上記温度差が比較的小さいので、直接給湯動作のときにも給湯温度変動が発生しにくい。そこで、この場合には直接出湯状態にすることで、効率の良い直接給湯動作を行う機会を増やすことができる。
【0046】
制御装置70は、ヒートポンプ出口温度が、上記第一基準よりも高い第二基準に比べて高いときには貯湯状態になるように流路切替弁32を制御してもよい。第二基準は、第一タンク3の上部に貯留されている湯の温度の上限に近い値となるように予め決められている。第二基準の値は、例えば80℃でもよい。ヒートポンプ出口温度が第二基準に比べて高い場合には、第一タンク3の上部からの湯とヒートポンプユニット60からの湯との温度差が大きいので、直接給湯動作を行うと、両者の混合割合の変化に伴い、給湯温度変動が発生しやすい。そこで、この場合には貯湯状態とし、直接給湯動作を行わないことで、給湯温度変動を確実に防止できる。これに対し、ヒートポンプ出口温度が第二基準に比べて低い場合には、上記温度差が比較的小さいので、直接給湯動作のときにも給湯温度変動が発生しにくい。そこで、この場合には直接出湯状態にすることで、効率の良い直接給湯動作を行う機会を増やすことができる。
【0047】
第一タンク3の上部に貯留された湯の温度を以下「タンク上部温度」と称する。貯湯温度センサ11は、タンク上部温度を検出するタンク上部温度検出手段に相当する。制御装置70は、出口温度センサ66により検出されるヒートポンプ出口温度と、貯湯温度センサ11により検出されるタンク上部温度との温度差が基準に比べて大きいときには貯湯状態になり、当該温度差が当該基準以下のときには直接出湯状態になるように、流路切替弁32を制御してもよい。前述したように、上記温度差が大きい場合には、直接給湯動作で給湯温度変動が発生しやすいので、貯湯状態として給湯温度変動を確実に防止する。これに対し、上記温度差が小さい場合には、直接給湯動作でも給湯温度変動が発生しにくいので、直接出湯状態とする。これにより、直接給湯動作を行う機会を増やすことができる。
【0048】
一般給湯先へ供給される湯の流量を以下「給湯流量」と称する。本実施の形態において、一般給湯管35に設けられた流量センサ37は、給湯流量を検出する給湯流量検出手段に相当する。給湯流量が高いと、直接給湯動作のときにヒートポンプ流量が大幅に変動しやすいので、ヒートポンプ出口温度が大幅に変動しやすい。その結果、給湯温度変動が発生しやすい。そこで、制御装置70は、給湯流量が高位基準に比べて高い高流量のときには貯湯状態になるように流路切替弁32を制御してもよい。高位基準の値は、例えば毎分11Lでもよい。給湯流量が高流量のときには貯湯状態とし、直接給湯動作を行わないことで、給湯温度変動を確実に防止できる。
【0049】
給湯流量が低いときにも、直接給湯動作において給湯温度変動が発生しやすい。直接給湯動作において給湯流量が低いと、給湯管8を流れる湯のうち、ヒートポンプユニット60からの湯の混合割合が高くなるので、ヒートポンプ出口温度の変動の影響を受けやすくなるためである。そこで、制御装置70は、給湯流量が低位基準に比べて低い低流量のときには貯湯状態になるように流路切替弁32を制御してもよい。低位基準は、高位基準よりも低い値である。低位基準の値は、例えば毎分4Lでもよい。給湯流量が低流量のときには貯湯状態とし、直接給湯動作を行わないことで、給湯温度変動を確実に防止できる。
【0050】
制御装置70は、給湯流量が上記高位基準と上記低位基準との間の中流量のときには直接出湯状態になるように流路切替弁32を制御してもよい。給湯流量が中流量のときには直接給湯動作のときにも給湯温度変動が発生しにくい。そこで、この場合には直接出湯状態にすることで、直接給湯動作を行う機会を増やすことができる。なお、一般給湯管35の流量に代えて、給湯管8の流量を上記の給湯流量として用いて同様の制御を行ってもよい。
【0051】
制御装置70は、循環ポンプ21の回転速度を検出できる。ヒートポンプ流量の値は、循環ポンプ21の回転速度と相関する。本実施の形態では、循環ポンプ21の回転速度を、ヒートポンプ流量の指標となる流量指標値として用いることができる。この流量指標値は、循環ポンプ21の回転速度に限定されない。例えば、ヒートポンプ流量を検出する流量センサを設け、ヒートポンプ流量の値そのものを流量指標値として用いてもよい。
【0052】
ヒートポンプ流量が低いときに直接給湯動作が発生すると、ヒートポンプ流量が大幅に増加するので、ヒートポンプ出口温度が大幅に変動しやすい。その結果、給湯温度変動が発生しやすい。そこで、制御装置70は、循環ポンプ21の回転速度が基準に比べて低いとき、すなわちヒートポンプ流量が低いときには、給湯の有無にかかわらず、貯湯状態になるように流路切替弁32を制御してもよい。これにより、給湯温度変動を確実に防止できる。
【0053】
あるいは、制御装置70は、循環ポンプ21の回転速度が基準に比べて低く、且つ一般給湯動作が発生していないときには直接出湯状態になり、循環ポンプ21の回転速度が当該基準に比べて低く、且つ一般給湯動作が発生しているときには貯湯状態になるように、流路切替弁32を制御してもよい。循環ポンプ21の回転速度が基準に比べて低いとき、すなわちヒートポンプ流量が低いときでも、一般給湯動作が発生していないときには直接出湯状態にしておくことで、直接湯張り動作の実行が可能になるという利点がある。また、流量センサ37によって一般給湯動作の発生が検出された場合には、貯湯状態に切り替えることで、給湯温度変動を確実に防止できる。
【0054】
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60から流出した湯を熱媒体として直接追焚通路48により追焚熱交換器22へ供給可能である。前述したように、流路切替弁32が第三流路形態になると、戻り流路42が直接追焚通路48に連通する。このように、本実施の形態の流路切替弁32は、ヒートポンプユニット60から流出した湯が直接追焚通路48へ流れる直接追焚状態にさらに切り替え可能である
【0055】
図3は、直接追焚状態のときの湯水の流れを示す図である。直接追焚状態のときには以下のようになる。循環ポンプ21、浴水ポンプ52及びヒートポンプユニット60が運転される。ヒートポンプユニット60により加熱された湯は、熱媒体として、戻り流路42、流路切替弁32、直接追焚通路48、分岐部45a、及び一次入口流路45を通って一次流路22aに流入する。一次流路22aを通過した熱媒体は、一次出口流路46、三方弁31、循環ポンプ21、及び往き流路41を通って、再びヒートポンプユニット60に流入する。二次流路22bを通る浴水は、一次流路22aを通る熱媒体により加熱された後、浴水循環回路51を通って浴槽50に戻る。このようにして、本実施の形態であれば、ヒートポンプユニット60から流出した湯を直接追焚熱交換器22へ供給することが可能であるので、より効率の良い追焚運転を実行できる。制御装置70は、図3に示す追焚運転が終了した後は、貯湯状態になるように流路切替弁32を切り替えてもよい。
【0056】
なお、本開示における貯湯式給湯装置は、直接追焚状態に切り替えできないものでもよい。本開示における貯湯式給湯装置は、直接出湯状態と貯湯状態との少なくとも二つの状態に切り替え可能であればよい。
【0057】
貯湯式給湯装置1が長年使用されると、水−冷媒熱交換器62の水流路内にスケールが付着する可能性がある。そのような場合に、直接給湯動作を行うと、剥離したスケールが湯に混じって流出する可能性がある。そのような場合には、直接給湯動作を行わないようにすることが望ましい。そこで、貯湯式給湯装置1は、直接出湯状態になることを強制的に禁止可能な禁止手段を備えてもよい。例えば、リモコン80を禁止手段とし、リモコン80を操作することで、直接出湯状態になることを強制的に禁止できるように構成してもよい。これにより、直接給湯動作のときにスケールが湯に混じって流出する可能性がある場合には、直接出湯状態になることを強制的に禁止し、直接給湯動作を行わないようにすることができる。また、制御装置70は、直接給湯動作のときにスケールが湯に混じって流出する可能性があるかどうかを判定し、その可能性がある場合には、直接出湯状態になることを自動で禁止してもよい。例えば、制御装置70は、運転開始から所定期間(例えば10年)が経過したときに上記可能性があると判定してもよい。また、スケールが付着すると、流路が狭くなって流路抵抗が増加する。このため、同じ水流量を確保するために必要な循環ポンプ21の回転速度が高くなる。そこで、制御装置70は、例えば蓄熱運転のときの循環ポンプ21の回転速度が閾値に比べて高くなった場合には、上記可能性があると判定してもよい。
【符号の説明】
【0058】
1 貯湯式給湯装置、 2 貯湯槽、 3 第一タンク、 3a 第一上部口、 3b 第二上部口、 3c 第三上部口、 3d 中間口、 4 第二タンク、 5 タンク連結管、 6 タンク上部管、 7 合流部、 8 給湯管、 9 直接出湯管、 10 貯湯管、 11,12,13 貯湯温度センサ、 14 給水管、 15 給水管、 20 貯湯ユニット、 21 循環ポンプ、 22 追焚熱交換器、 22a 一次流路、 22b 二次流路、 31 三方弁、 31a 第一入口、 31b 第二入口、 31c 出口、 32 流路切替弁、 32a 入口、 32b 第一出口、 32c 第二出口、 32d 第三出口、 33 一般給湯混合弁、 34 浴槽給湯混合弁、 35 一般給湯管、 36 浴槽給湯管、 37 流量センサ、 40 下部流路、 41 往き流路、 42 戻り流路、 45 一次入口流路、 45a 分岐部、 46 一次出口流路、 46a 分岐部、 47 回収流路、 48 直接追焚通路、 50 浴槽、 51 浴水循環回路、 52 浴水ポンプ、 53 浴水温度センサ、 60 ヒートポンプユニット、 61 圧縮機、 62 水−冷媒熱交換器、 63 膨張弁、 64 空気熱交換器、 65 冷媒循環配管、 66 出口温度センサ、 70 制御装置、 80 リモコン、 81 第一逆止弁、 82 第二逆止弁
図1
図2
図3