(57)【要約】【課題】低コスト化と共に高効率化を可能とした給湯機の改造方法の提供を目的とする。【解決手段】温水を製造可能なボイラ１４とボイラ１４で製造された温水を貯湯する貯湯タンク１６とを備えた給湯機１０に、貯湯タンク１６の下方から給水が行われ、給水を温水とするヒートポンプ１２を追加する給湯機１０の改造方法であって、貯湯タンク１６から送出され再び貯湯タンク１６へ戻る温水を、低温水と高温水との温度境界層が生じるように貯湯タンク１６内の上方に向けて戻す配管を貯湯タンク１６に接続する給湯機１０の改造方法。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
温水を製造可能な熱源機と前記熱源機で製造された温水を貯湯する貯湯タンクとを備えた給湯機に、前記貯湯タンクの下方から給水が行われ、該給水を温水とするヒートポンプを追加する給湯機の改造方法であって、
前記貯湯タンクから送出され再び前記貯湯タンクへ戻る温水を、低温水と高温水との温度境界層が生じるように前記貯湯タンク内の上方に向けて戻す配管を前記貯湯タンクに接続する給湯機の改造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、給湯機の改造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
給湯機として、夜間の蓄熱により省エネルギー効果の高いヒートポンプと、例えばガス又は重油炊き等を燃料とした給湯能力の高いボイラとを組み合せたハイブリッド給湯機がある（特許文献１，２）。
【０００３】
このようなハイブリッド給湯機は、以下の特性１〜３を利用して、温水を製造する。
１．ボイラ等の熱源機の稼働率を下げ、高効率運転の可能なヒートポンプの稼働率を上げることでＣＯ２を削減する。
２．給湯負荷のベース部分をヒートポンプで運転することで、ボイラの燃料を削減してランニングコストを低減する。
３．夜間電力や貯湯タンクを利用することで、省エネルギー効果を高める。
【０００４】
また、ヒートポンプは、給水の温度が低いほど、高い効率（ＣＯＰ）で温水を製造できる。
【０００５】
特許文献３には、ヒートポンプ式給湯装置の貯湯タンクであって、タンク本体内に高温水と低温水とを共存させて貯える貯湯タンクにおいて、高温水と低温水間の温度成層内で浮力の均衡によってその温度帯に留まる機能を有する仕切体を備えたものが開示されている。この仕切体によって貯湯タンク内の高温水と低温水の温度境界層が維持され、給水である低温水の温度の上昇を抑制し、ヒートポンプ式給湯装置のＣＯＰの低下を抑制している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４６０３４８２号公報
【特許文献２】特開２０１１−１７４６８号公報
【特許文献３】特開２００３−１２０９６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１，２に記載のハイブリッド給湯機は、所謂、直列繋ぎといわれる構成である。直列繋ぎは、図１４に示されるように、ヒートポンプ２００の専用タンク２０２に給水が行われ、専用タンク２０２に接続されるヒートポンプ２００で給水が温水とされ、専用タンク２０２へ戻される。そして、温水は専用タンク２０２から給湯タンク２０４へ供給される。そして、給湯タンク２０４に接続されたボイラ２０６が給湯タンク２０４内の温水を加熱し、給湯タンク２０４から負荷へ給水が行われる。すなわち、直列繋ぎのハイブリッド給湯機は、専用タンク２０２を介してヒートポンプ２００で製造した温水を給湯タンク２０４へ供給し、給湯タンク２０４内の温水をボイラ２０６で加熱する。
【０００８】
このような、直列繋ぎのハイブリッド給湯機では、ヒートポンプ２００の専用タンク２０２を必要とするため、専用タンク２０２を設置することによるコストの増加や設置スペースの確保が必要となる。また、ハイブリッド給湯機では、低コスト化と共に、さらなる高効率化（省エネルギー化）が求められている。
【０００９】
また、特許文献３では、仕切体によって温度境界層を維持するものの、貯湯タンクから送出された温水を再び貯湯タンクへ戻す場合については言及されていない。貯湯タンクへ戻す温水を適正な箇所に戻さないと温度境界層の維持が困難となり、ヒートポンプを高効率で運転できない。
また、ボイラのみで温水を製造していた給湯機にヒートポンプを追加する改造を行う場合がある。ボイラのみで温水を製造する場合は、貯湯タンク内に温度境界層は不要であった。しかし、ボイラのみを備える給湯機にヒートポンプを追加する改造を行うためには、ヒートポンプを高効率で運転するために貯湯タンク内に温度境界層を生じさせ、かつ維持する必要がある。そして、このような改造は低コストであることが望まれる。
【００１０】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、低コスト化と共に高効率化が可能とする給湯機の改造方法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】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明の給湯機の改造方法は以下の手段を採用する。
【００１２】
本発明の第一参考態様に係る給湯機は、温水を製造可能なヒートポンプと、温水を製造可能な熱源機と、前記ヒートポンプ及び前記熱源機で製造された温水を貯湯する貯湯タンクとを備え、前記ヒートポンプ及び前記熱源機各々への給水を可能とした給湯機であって、前記貯湯タンクに貯えられている温水の単位時間当たりの使用量を検知する温水使用量検知手段と、前記温水使用量検知手段によって検知された前記使用量が温水の消費を急激とする所定使用量を超える場合に、前記熱源機を発動する熱源機制御手段と、を備える。
【００１３】
本構成に係る給湯機は、水を製造可能なヒートポンプと、温水を製造可能な熱源機と、ヒートポンプ及び熱源機で製造された温水を貯湯する貯湯タンクとを備える。なお、熱源機は、ボイラ又は電気式のヒータである。
【００１４】
さらに、本構成は、ヒートポンプ及び熱源機各々への給水が可能とされている。すなわち、ヒートポンプ及び熱源機は、貯湯タンクに対して並列に接続されている（以下「並列繋ぎ」という。）。これにより、ヒートポンプ単独又は熱源機単独で温水を製造し、温水を貯湯タンクに貯えることができる。このような並列繋ぎは、直列繋ぎで必要としていたヒートポンプの専用タンクを必要としない。
【００１５】
そして、温水使用量検知手段によって、貯湯タンクに貯えられている温水の単位時間当たりの使用量が検知され、検知された使用量が温水の消費を急激とする所定使用量を超える場合に、熱源機制御手段によって熱源機が発動される。温水の使用量が所定使用量を超える場合とは、例えば温水の使用量がヒートポンプによる温水の製造能力を超える場合である。
すなわち、温水の使用量をヒートポンプによる温水の製造では賄えない場合にのみ、ヒートポンプより効率は低いものの温水の製造能力が高い熱源機が発動される。
【００１６】
従って、本構成によれば、ヒートポンプの専用タンクを必要とせず、かつ熱源機に比べて高効率で温水を製造できるヒートポンプの稼働率がより高められるので、低コスト化と共に高効率化が可能となる。
【００１７】
上記第一参考態様では、前記貯湯タンクにおいて温水の使用によって低温水と高温水との温度境界層が上昇し、前記温水使用量検知手段は前記貯湯タンクに設けられた計測器による前記温度境界層の計測結果に基づいて、前記使用量を検知することが好ましい。
【００１８】
本構成によれば、貯湯タンクが密閉タンクでも温水の使用量を検知できる。
【００１９】
上記第一参考態様では、前記熱源機制御手段が、温水の前記使用量が前記所定使用量を超え、かつ前記貯湯タンクに残っている温水が所定量以下の場合に、前記熱源機を発動することが好ましい。
【００２０】
本構成によれば、ヒートポンプの稼働率がより高められる。
【００２１】
上記第一参考態様では、前記熱源機制御手段が、温水の前記使用量が前記所定使用量を超え、かつ温水の使用が継続している場合に、前記熱源機を発動することが好ましい。
【００２２】
本構成によれば、ヒートポンプの稼働率がより高められる。
【００２３】
本発明の第二参考態様に係る給湯機は、温水を製造可能なヒートポンプ、温水を製造可能な熱源機、前記ヒートポンプ及び前記熱源機で製造された温水を貯湯する貯湯タンクを備え、前記貯湯タンクの下方から給水が行われ、前記貯湯タンクを介して前記ヒートポンプ及び前記熱源機各々への給水を可能とした給湯機であって、前記貯湯タンクから送出され再び前記貯湯タンクへ戻る温水を、低温水と高温水との温度境界層が生じるように前記貯湯タンク内の上方に向けて戻す。
【００２４】
本構成に係る給湯機は、温水を製造可能なヒートポンプと、温水を製造可能な熱源機と、ヒートポンプ及び熱源機で製造された温水を貯湯する貯湯タンクとを備える。そして、貯湯タンクの下方から給水が行われ、貯湯タンクを介してヒートポンプ及び熱源機各々への給水が可能とされている。すなわち、ヒートポンプ及び熱源機は、貯湯タンクに対して並列繋ぎされている。
【００２５】
ヒートポンプは、給水の温度が低いほど高効率で運転できる。このため、貯湯タンク内は、給水である低温水と高温水とが混ざり合わず、低温水と高温水との温度境界層が生じ、低温水がヒートポンプへ送られることが好ましい。そして、貯湯タンクから送出され再び温水が貯湯タンクに戻る場合であっても、貯湯タンク内は、給水である低温水と高温水とが混ざり合わず、温度境界層が維持される必要がある。
【００２６】
そこで、本構成は、貯湯タンクから送出され再び貯湯タンクへ戻る温水（以下「戻り温水」という。）を、低温水と高温水との温度境界層が維持されるように貯湯タンク内の上方に向けて戻す。
戻り温水を貯湯タンクの下方へ戻すと、戻り温水が低温水である給水と混ざり合って温度境界層が維持されにくい。一方、戻り温水を貯湯タンク内の上方に向けて戻すと、戻り温水が給水と混ざり合わず、温度境界層が維持される。これにより、簡単な構成で温度境界層を維持でき、ヒートポンプを高効率で運転することが可能となる。
【００２７】
従って、本構成によれば、簡易な構成によって温度境界層を維持でき、ヒートポンプを高効率で運転することが可能となるので、低コスト化と共に高効率化が可能となる。
【００２８】
上記第二参考態様では、前記貯湯タンクに温水の戻り口が設けられ、前記貯湯タンクの上方に向いた孔を有し、前記貯湯タンク内に温水を流入させる配管が前記戻り口の前記貯湯タンク側に接続されることが好ましい。
【００２９】
本構成によれば、簡単な構成で戻り温水を貯湯タンク内の上方へ戻すことができる。
【００３０】
上記第二参考態様では、前記ヒートポンプ又は前記熱源機で製造された温水を前記貯湯タンクへ送る温水配管に、前記貯湯タンクから送出された温水を再び前記貯湯タンクへ戻すための配管が接続されることが好ましい。
【００３１】
本構成によれば、簡単な構成で戻り温水を貯湯タンク内の上方へ戻すことができる。
【００３２】
本発明の第三参考態様に係る給湯機の制御方法は、温水を製造可能なヒートポンプと、温水を製造可能な熱源機と、前記ヒートポンプ及び前記熱源機で製造された温水を貯湯する貯湯タンクとを備え、前記ヒートポンプ及び前記熱源機各々への給水を可能とした給湯機であって、前記貯湯タンクに貯えられている温水の単位時間当たりの使用量を検知する第１工程と、検知した前記使用量が温水の消費を急激とする所定使用量を超える場合に、前記熱源機を発動する第２工程と、を含む。
【００３３】
本発明の第一態様に係る給湯機の改造方法は、温水を製造可能な熱源機と前記熱源機で製造された温水を貯湯する貯湯タンクとを備えた給湯機に、前記貯湯タンクの下方から給水が行われ、該給水を温水とするヒートポンプを追加する給湯機の改造方法であって、前記貯湯タンクから送出され再び前記貯湯タンクへ戻る温水を、低温水と高温水との温度境界層が生じるように前記貯湯タンク内の上方に向けて戻す配管を前記貯湯タンクに接続する。
【発明の効果】
【００３４】
本発明によれば、低コスト化と共に高効率化が可能とする、という優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の参考実施形態に係る給湯機の構成図である。
【図２】本発明の参考実施形態に係る給湯器制御装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の参考実施形態に係るヒートポンプ及びボイラの切り替えを示す図である。
【図４】本発明の参考実施形態に係る給湯処理の流れを示すフローチャートである。
【図５】本発明の参考実施形態に係る温度計による計測結果と湯減速度との関係を示した図である。
【図６】本発明の参考実施形態に係る貯湯タンクの残湯量の変化を示す図である。
【図７】図６に示される残湯量の変化に応じたヒートポンプとボイラの発動、停止のタイミングを示す図である。
【図８】本発明の実施形態に係る給湯機の構成図の一例である。
【図９】本発明の実施形態に係る戻り配管の一例を示す図である。
【図１０】本発明の実施形態に係る戻り配管の他の配置例を示す図である。
【図１１】本発明の実施形態に係る戻り配管の他の例を示す図である。
【図１２】本発明の実施形態に係る戻り配管の他の配置例を示す図である。
【図１３】本発明の実施形態に係る給湯機の構成図の一例である。
【図１４】直列繋ぎのハイブリッド給湯機の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
以下に、本発明に係る給湯機の改造方法の一実施形態について、図面を参照して説明する。
【００３７】
〔参考実施形態〕
以下、本発明の参考実施形態について説明する。
【００３８】
図１は、本発明の参考実施形態に係る給湯機１０の構成を示す。なお、給湯機１０は、例えば、風呂や厨房等への給湯設備、暖房器への給湯設備、及びビニールハウス等の温度調整用の給湯設備等として用いられる。
本参考実施形態に係る給湯機１０は、所謂、ハイブリッド給湯機であり、温水を製造可能なヒートポンプ１２と、温水を製造可能なボイラ１４と、ヒートポンプ１２及びボイラ１４により製造された温水を貯湯し、それを給湯に供するための貯湯タンク１６と、を備える。なお、ボイラ１４の燃料は、例えばガス又は重油等である。また、本参考実施形態の給湯機１０は、一例として、温水を貯えるためのタンクとして、一つの貯湯タンク１６のみを備えている。
【００３９】
本参考実施形態の給湯機１０は、ヒートポンプ１２及びボイラ１４各々への給水が可能とされている。すなわち、ヒートポンプ１２及びボイラ１４は、貯湯タンク１６に対して並列に接続されている（以下「並列繋ぎ」という。）。これにより、ヒートポンプ１２単独又はボイラ１４単独で温水を製造し、貯湯タンク１６に温水を貯えることができる。このような並列繋ぎの給湯機１０では、従来の直列繋ぎで必要としていたヒートポンプ１２の専用タンクを必要としない。
【００４０】
具体的には、貯湯タンク１６の下方から給水が行われ、貯湯タンク１６の下方に接続された給水配管２０を介してヒートポンプ１２及びボイラ１４へ給水が行われる。給水配管２０には、ポンプ２２Ａ及び三方弁２４Ａが設けられる。ポンプ２２Ａは、給水を貯湯タンク１６からヒートポンプ１２又はボイラ１４へ送る。三方弁２４Ａは、給水の送り先をヒートポンプ１２又はボイラ１４へ切り替える。
なお、図１の例では、貯湯タンク１６を介さずに、ヒートポンプ１２への給水も可能とされている。
【００４１】
ヒートポンプ１２で製造された温水は、ポンプ２２Ｂによって温水配管２６Ａを介して貯湯タンク１６へ送られる。なお、温水配管２６Ａには、三方弁２４Ｂが設けられ、温水を貯湯タンク１６へ戻す高さを変えることが可能とされている。
ボイラ１４で製造された温水は、ポンプ２２Ｃによって温水配管２６Ｂを介して貯湯タンク１６へ送られる。
貯湯タンク１６内の温水は、サニタリ給水配管２８を介して給湯箇所に給湯可能とされている。サニタリ給水配管２８によって給湯箇所に給湯された後、残った温水は戻り配管３０を介して貯湯タンク１６に戻される。なお、戻り配管３０には循環ポンプ２２Ｄが設けられ、サニタリ給水配管２８及び戻り配管３０を介して、温水が給湯箇所と貯湯タンク１６との間を循環可能とされている。
【００４２】
本参考実施形態に係る貯湯タンク１６は、密閉タンクとされており、温水と給水によって常に満たされている。
ここで、ヒートポンプ１２は、給水の温度が低いほど高効率で運転できる。そのため、貯湯タンク１６内は、低温水（給水）と高温水（温水）とが混ざり合わず、低温水と高温水との温度境界層が生じ、給水である低温水がヒートポンプ１２へ送られることが好ましい。なお、温度境界層を境にして上方が高温水領域となり、下方が低温水領域となる。
そして、温水の使用量が製造量よりも多いと貯湯タンク１６に貯えられる温水量が減少し、給水が増加するので温度境界層が上昇する。一方、温水の使用量が製造量よりも少ないと貯湯タンク１６に貯えられる温水量が増加するので、温度境界層が下降する。
【００４３】
この温度境界層の位置は、貯湯タンク１６に設けられた計測器によって計測される。本参考実施形態に係る貯湯タンク１６には、上記計測器として高さ方向に複数の温度計（温度計Ｔ１〜Ｔ４）を備える。
【００４４】
また、給湯機１０は、給湯機制御装置４０を備えている。
給湯機制御装置４０は、温度計Ｔ１〜Ｔ４の計測結果に基づいて、ヒートポンプ１２及びボイラ１４の発動及び停止を制御する。
給湯機制御装置４０は、例えば、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）、ＲＡＭ（Random  Access  Memory）、ＲＯＭ（Read  Only  Memory）、及びコンピュータ読み取り可能な記憶媒体等から構成されている。そして、各種機能を実現するための一連の処理は、一例として、プログラムの形式で記憶媒体等に記憶されており、このプログラムをＣＰＵがＲＡＭ等に読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、各種機能が実現される。なお、プログラムは、ＲＯＭやその他の記憶媒体に予めインストールしておく形態や、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体に記憶された状態で提供される形態、有線又は無線による通信手段を介して配信される形態等が適用されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記憶媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等である。
【００４５】
図２は、参考実施形態に係る給湯機制御装置４０の電気的構成を示すブロック図である。
給湯機制御装置４０は、ヒートポンプ制御部４２、ボイラ制御部４４、切換弁制御部４６、温水使用量検知部４８、及び切換判定部５０を備える。
【００４６】
ヒートポンプ制御部４２は、ヒートポンプ１２へ発動又は停止の制御信号を送信する。
【００４７】
ボイラ制御部４４は、ボイラ１４へ発動又は停止の制御信号を送信する。
【００４８】
切換弁制御部４６は、給水の供給先をヒートポンプ１２又はボイラ１４の何れかに切り換える切換信号を三方弁２４Ａへ送信する。
【００４９】
温水使用量検知部４８は、温度計Ｔ１〜Ｔ４の計測結果に基づいて、貯湯タンク１６に貯えられている温水の単位時間当たりの使用量（以下「湯減速度」という。）を検知する。
【００５０】
切換判定部５０は、温度計Ｔ１〜Ｔ４の計測結果、温水使用量検知部４８の検知結果、及び循環ポンプ２２Ｄの動作状態に基づいて、ヒートポンプ１２及びボイラ１４の発動と停止の切り替え、並びに三方弁２４Ａの切り替えの必要性を判定する。そして、切換判定部５０は、判定結果をヒートポンプ制御部４２、ボイラ制御部４４、及び切換弁制御部４６へ送信する。
【００５１】
具体的には、切換判定部５０は、湯減速度が温水の消費を急激とする所定使用量（以下「急減速度」）を超える場合に、ボイラ１４の発動が必要と判定する。
すなわち、温水使用量検知部４８によって、貯湯タンク１６に貯えられている温水の湯減速度が検知され、湯減速度が急減速度を超える場合に、ボイラ制御部４４によってボイラ１４が発動される。湯減速度が急減速度を超える場合とは、例えば湯減速度がヒートポンプ１２による温水の製造能力を超える場合である。
これにより、温水の使用量をヒートポンプ１２による温水の製造では賄えない場合にのみ、ヒートポンプ１２より効率は低いものの温水の製造能力が高いボイラ１４が発動される。このため、ボイラ１４の稼働率がより低くなる一方、ヒートポンプ１２の稼働率がより高くなる。
【００５２】
ここで、図３（ａ）は、ヒートポンプ１２及びボイラ１４の運転状態を示している。本参考実施形態に係る切換判定部５０では、図３に示されるようにボイラ１４を運転しているタイミングでは、ヒートポンプ１２の運転を停止させる。すなわち、ボイラ１４の発動に応じて給水をボイラ１４へ送るように、切換弁制御部４６が三方弁２４Ａを切り替える。
一方、図３（ｂ）は、従来のヒートポンプ１２及びボイラ１４の運転状態を示した図であり、従来のヒートポンプ１２及びボイラ１４では、運転の切り替えは行われていなかった。
【００５３】
図４は、ヒートポンプ制御部４２、ボイラ制御部４４、切換弁制御部４６、温水使用量検知部４８、及び切換判定部５０の機能を用いて給湯機制御装置４０によって実行される給湯処理の流れを示すフローチャートである。なお、給湯処理は、給湯機１０の運転開始と共に開始され、給湯機１０の運転停止と共に終了する。また、給湯処理を行う場合は、一例として貯湯タンク１６が温水で満水とされている。
【００５４】
なお、以下の説明において、湯量とは貯湯タンク１６に貯えられている温水の量である。そして、湯量は、温度計Ｔ１〜Ｔ４によって計測される。
すなわち、温度計Ｔ４が高温（例えば６５℃）を示している場合、少なくとも貯湯タンク１６には温度計Ｔ４の設置位置以上で温水が貯えられている。この場合、温度境界層は、温度計Ｔ４の設置位置よりも低い位置であるか、又は貯湯タンク１６が温水で満水とされている。
また、温度計Ｔ４が低温（例えば１０℃）を示す一方で温度計Ｔ３が高温を示している場合、少なくとも貯湯タンク１６には温度計Ｔ３の設置高さ以上で温水が貯えられている。この場合、温度境界層は、温度計Ｔ３の設置位置と温度計Ｔ４の設置位置との間となる。
また、温度計Ｔ３が低温を示す一方で温度計Ｔ２が高温を示している場合、少なくとも貯湯タンク１６には温度計Ｔ２の設置高さ以上で温水が貯えられている。この場合、温度境界層は、温度計Ｔ２の設置位置と温度計Ｔ３の設置位置との間となる。
また、温度計Ｔ２が低温を示す一方で温度計Ｔ１が高温を示している場合、少なくとも貯湯タンク１６には温度計Ｔ１の設置高さ以上で温水が貯えられている。この場合、温度境界層は、温度計Ｔ２の設置位置と温度計Ｔ１の設置位置との間となる。
また、温度計Ｔ１が低温を示す場合、貯湯タンク１６の残湯量は温度計Ｔ１の設置高さにも満たず、非常に少なくなっている。なお、本参考実施形態に係る給湯機１０では、貯湯タンク１６の残湯量が３０％となる位置を温度計Ｔ１の設置位置とする。
【００５５】
このように、温度計Ｔ１〜Ｔ４は温度境界層の位置を計測することとなる。そして、貯湯タンク１６内の湯量が減少すると、温度計Ｔ４、温度計Ｔ３、温度計Ｔ２、温度計Ｔ１の順に温度が高温から低温に下降する。一方、貯湯タンク１６内の湯量が増加すると、温度計Ｔ１、温度計Ｔ２、温度計Ｔ３、温度計Ｔ４の順に温度が低温から高温に上昇する。
【００５６】
図４に示される給湯処理におけるステップ１００では、貯湯タンク１６の湯量の減少が開始（湯減開始）したか否かを判定し、肯定判定の場合にステップ１０２へ移行する。なお、例えば、循環ポンプ２２Ｄの運転が開始した場合に、湯量の減少が開始したと判定される。
【００５７】
次のステップ１０２では、貯湯タンク１６の残湯量が第１残湯量以下であるか否かを判定し、肯定判定の場合はステップ１０４へ移行し、否定判定の場合はステップ１１８へ移行する。第１残湯量とは、ヒートポンプ１２を発動させる必要が生じる湯量である。
なお、本参考実施形態では第１残湯量を、一例として温度計Ｔ４の設置高さに満たない湯量とする。すなわち、温度計Ｔ４が示す温度が低温となった場合に、貯湯タンク１６の残湯量が第１残湯量未満であると判定される。
【００５８】
次のステップ１０４では、湯減速度が急減速度を超えたか否かを判定し、肯定判定の場合はステップ１０６へ移行し、否定判定の場合はステップ１１８へ移行する。
湯減速度が急減速度を超えたか否かの判定は、例えば温度計Ｔ１〜Ｔ４による温度境界層の計測結果に基づいて判定する。
【００５９】
図５は、温度計Ｔ１〜Ｔ４による計測結果と湯減速度との関係を示した図である。
湯量が減ってくると温度境界層が上昇するので、最初に温度計Ｔ４の計測温度が低温にまで低下する。次に、温度計Ｔ３、温度計Ｔ２、温度計Ｔ１の順に計測温度が低下する。
そして、温度計Ｔ４が低温を示し、次に温度計Ｔ３が低温を示すまでの時間ｔ４−３に要する時間、同様に時間ｔ３−２に要する時間、ｔ２−１に要する時間の何れかが急減速度とされる時間より短い場合に、ステップ１０４では肯定判定とされる。
すなわち、湯減速度とは、温度境界層の位置の変化速度である。
【００６０】
次のステップ１０６では、残湯量が第２残湯量未満か否かを判定し、肯定判定の場合はステップ１０８へ移行し、否定判定の場合はステップ１１８へ移行する。なお、第２残湯量は、一例として、貯湯タンク１６の残湯量３０％とする。すなわち、温度計Ｔ１の計測温度が低温となった場合に、貯湯タンク１６の残湯量が第２残湯量以下であると判定される。
【００６１】
次のステップ１０８では、循環ポンプ２２Ｄが動作中であるか否かを判定し、肯定判定の場合はステップ１１２へ移行し、否定判定の場合はステップ１１８へ移行する。ステップ１０８の判定において循環ポンプ２２Ｄが動作中の場合とは、温水が急激に消費され、かつ温水の使用が継続されている場合である。
【００６２】
ステップ１０２，１０４，１０６，１０８において否定判定の場合は、貯湯タンク１６内の温水が消費されているものの、温水製造の緊急性は低い。このため、ステップ１１８においてヒートポンプ１２を発動させ、ヒートポンプ１２によって温水の製造を開始し、ステップ１２０へ移行する。
【００６３】
一方、ステップ１０８において肯定判定の場合は、温水製造の緊急性が高い。このため、ステップ１１０においてボイラ１４を発動させ、ボイラ１４によって温水の製造を開始し、ステップ１１２へ移行する。なお、ボイラ１４を発動させるときに、ヒートポンプ１２が運転中である場合は、ヒートポンプ１２を停止させる。
【００６４】
ステップ１１２では、貯湯タンク１６の残湯量が第２残湯量を超えるか否かを判定し、肯定判定の場合はステップ１１４へ移行し、否定判定の場合はステップ１１６へ移行する。
【００６５】
ステップ１１４では、ボイラ１４を停止させ、ステップ１１８へ移行する。
【００６６】
ステップ１１６では、循環ポンプ２２Ｄが停止しているか否かを判定し、肯定判定の場合はステップ１１２へ戻り、貯湯タンク１６の残湯量が第２残湯量を超える、又は循環ポンプＤが停止するまで、ボイラ１４を運転し続ける。一方、否定判定の場合はステップ１１８へ移行する。
【００６７】
ステップ１１８では、ヒートポンプ１２を発動させ、ヒートポンプ１２によって温水の製造を開始し、ステップ１２０へ移行する。なお、既にヒートポンプ１２が運転中である場合は、ステップ１１８は実行されない。
【００６８】
ステップ１２０では、貯湯タンク１６が温水で満水とされているか否かを判定し、肯定判定の場合はステップ１２２へ移行し、否定判定の場合はステップ１０４へ戻る。なお、温度計Ｔ４が示す温度が高温となった場合に、貯湯タンク１６が温水で満水となったと判定される。
【００６９】
ステップ１２２では、ヒートポンプ１２を停止させ、ステップ１００へ戻る。
【００７０】
次に、図６及び図７を参照して、ヒートポンプ１２とボイラ１４の発動、停止について説明する。図６は、貯湯タンク１６の残湯量の変化の一例を示しており、縦軸の「満水」とは貯湯タンク１６が温水で満たされている場合であり、横軸の「空」とは貯湯タンク１６に温水が無い状態である。図７は、図６に示される残湯量の変化に応じたヒートポンプ１２とボイラ１４との発動、停止のタイミングを示す。
なお、図６，７における各ケースは、各々対応しており、図７の「ＨＰ」はヒートポンプ１２を示す。
【００７１】
ケース１−１は、急減速度で湯量が減少するものの、第２残湯量（温度計Ｔ１の設置高さ）以下まで湯量が減少しなかった場合である。ケース１−１では、図７に示されるように、湯量が第１残湯量（温度計Ｔ４の設置高さ）以下となった場合に、ヒートポンプ１２が発動し、湯量が満水になるとヒートポンプ１２が停止する。一方、ケース１−１ではボイラ１４は発動しない。
【００７２】
ケース１−２は、急減速度で湯量が減少し、第２残湯量以下まで湯量が減少し、かつ循環ポンプ２２Ｄが動作した場合である。ケース１−２では、図７に示されるように、湯量が第１残湯量以下となった場合に、ヒートポンプ１２が発動し、湯量が第２残湯量以下となった場合に、ヒートポンプ１２が停止する一方、ボイラ１４が発動する。そして、湯量が第２残湯量まで回復するボイラ１４が停止する一方、ヒートポンプ１２が発動する。その後、湯量が満水になるとヒートポンプ１２が停止する。
【００７３】
ケース１−３は、急減速度で湯量が減少し、さらに第２残湯量近辺で湯量の減少と回復を繰り返す場合である。ケース１−３では、図７に示されるように、湯量が第１残湯量以下となった場合に、ヒートポンプ１２が発動し、湯量が第２残湯量以下となった場合に、ヒートポンプ１２が停止する一方、ボイラ１４が発動する。そして、湯量が第２残湯量まで回復するとボイラ１４が停止する一方、ヒートポンプ１２が発動する。さらに、湯量が増加した後、再び湯量が第２残湯量以下となるとヒートポンプ１２が停止し、ボイラ１４が発動する。そして、湯量が第２残湯量まで再び回復するとボイラ１４が停止し、ヒートポンプ１２が発動する。その後、湯量が満水になるとヒートポンプ１２が停止する。
【００７４】
ケース２は、湯量が急減速度未満で減少し、第２残湯量以下まで湯量が減少しなかった場合である。ケース２では、図７に示されるように、湯量が第１残湯量以下となった場合に、ヒートポンプ１２が発動する。
【００７５】
以上説明したように、本参考実施形態に係る給湯機１０は、ヒートポンプ１２と、ボイラ１４と、ヒートポンプ１２及びボイラ１４で製造された温水を貯湯する貯湯タンク１６とを備え、ヒートポンプ１２及びボイラ１４各々への給水を可能とした並列繋ぎとされる。そして、給湯機１０は、貯湯タンク１６に貯えられている温水の単位時間当たりの使用量である湯減速度を検知し、湯減速度が温水の消費を急激とする急減速度を超える場合に、ボイラ１４を発動させる。
【００７６】
このように、本参考実施形態に係る給湯機１０は、ヒートポンプ１２とボイラ１４と貯湯タンク１６とを並列繋ぎとしているので、ヒートポンプ１２の専用タンクを必要とせず、かつボイラ１４に比べて高効率で温水を製造できるヒートポンプ１２の稼働率がより高められるので、低コスト化と共に高効率化が可能となる。
【００７７】
なお、本参考実施形態では、貯湯タンク１６に設けられた計測器として温度計Ｔ１〜Ｔ４を用いて湯減速度や温度境界層を検出する形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、上記計測器を温水の温度で屈折率が異なるレーザーを温水に照射する複数のレーザー式の計測器としてもよいし、温度境界層における低温側（例えば１０℃）で浮くフロートの位置を検出するフロート式の計測器としてもよい。
また、サニタリ給水配管２８に流量計を設置し、この流量計によって湯減速度を検出してもよい。
【００７８】
また、本参考実施形態では、貯湯タンク１６を密閉タンクとする形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、貯湯タンク１６を開放タンクとしてもよい。開放タンクは、貯えている温水の液面が変化するため、温水の液面を検出することで、残湯量や残湯量の時間変化が検出される。
【００７９】
また、本参考実施形態では、ボイラ１４を運転する場合にヒートポンプ１２を停止する形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、ボイラ１４を運転している場合でもヒートポンプ１２を運転してもよい。
【００８０】
また、給湯処理の流れも一例であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲内において不要なステップを削除したり、新たなステップを追加したり、処理順序を入れ替えたりしてもよい。
例えば、給湯処理におけるステップ１０６及びステップ１０８の少なくとも一方の処理を実行しなくてもよい。
【００８１】
〔実施形態〕
以下、本発明の実施形態について説明する。
【００８２】
図８は、本実施形態に係る給湯機１０の構成を示す。なお、図８における図１と同一の構成部分については図１と同一の符号を付して、その説明を省略する。
【００８３】
図８に示される構成は、ボイラ１４と貯湯タンク１６を備えた給湯機１０に、ヒートポンプ１２を追加する改造を行った場合の一例である。
【００８４】
図８の例では、貯湯タンク１６の下方に接続された給水配管６０を介してボイラ１４へ給水が行われ、ボイラ１４で製造された温水は温水配管６２を介して貯湯タンク１６へ送られる。
そして、給水配管６０から分岐された給水配管６０Ａ、温水配管６２に接続される温水配管６２Ａ、及びヒートポンプ１２が改造によって追加される。すなわち、ヒートポンプ１２は、給水配管６０Ａを介して給水され、温水配管６２を介して貯湯タンク１６へ製造した温水を送る。
【００８５】
ここで、ボイラ１４のみで温水を製造する場合は、貯湯タンク１６内に温度境界層は不要であった。しかし、ヒートポンプ１２を追加する場合には、ヒートポンプ１２を高効率で運転するために、貯湯タンク１６内に温度境界層を生じさせる必要がある。
このため、ヒートポンプ１２を追加する改造を行うためには、貯湯タンク１６内に温度境界層を生じさせる必要がある。なお、ヒートポンプ１２を追加する改造が行われる場合は、ヒートポンプ１２と共に、給水配管６０Ａ（ハッチング部分）が給水配管６０に接続され、温水配管６２Ａ（ハッチング部分）が温水配管６２に接続される。
【００８６】
さらに、貯湯タンク１６から送出され再び温水が貯湯タンク１６に戻る場合であっても、貯湯タンク１６内は、給水である低温水と高温水とが混ざり合わず、温度境界層が維持される必要がある。
【００８７】
そこで、本実施形態に係る給湯機１０は、貯湯タンク１６から送出され再び貯湯タンク１６へ戻る温水（以下「戻り温水」という。）を、温度境界層が生じるように貯湯タンク１６内の上方に向けて戻す。
戻り温水を貯湯タンク１６の下方へ戻すと、戻り温水が低温水である給水と混ざり合って温度境界層が維持されにくい。一方、戻り温水を貯湯タンク１６内の上方に向けて戻すと、戻り温水が給水と混ざり合わず、温度境界層が維持される。これにより、簡単な構成で温度境界層を維持でき、ヒートポンプ１２を高効率で運転することが可能となる。
【００８８】
なお、一例として、製造される温水（高温水）の温度は６０〜６５℃であり、戻り温水の温度は５５℃であり、給水（低温水）の温度は２０℃である。
【００８９】
ボイラ１４のみを備えた給湯機１０の貯湯タンク１６は、一般的に戻り温水の戻り口１６Ａが貯湯タンク１６の上方には設けられず、図８に示されるように、下方から中央近辺に設けられる。ボイラ１４の運転においては、貯湯タンク１６内に温度境界層を生じさせる必要が無いためである。
【００９０】
そこで、本実施形態に係る給湯機１０は、貯湯タンク１６の上方に向いた孔７０を有し、貯湯タンク１６内に温水を流入させる戻り配管３０Ａが戻り口１６Ａの貯湯タンク１６側に接続される。
【００９１】
図９は、戻り配管３０Ａの一例を示す。
図９に示される戻り配管３０Ａは、Ｌ字状とされる。そして、戻り配管３０Ａは、一方の口（孔７０）が貯湯タンク１６内で上方に向くように、他方の口が戻り口１６Ａの貯湯タンク１６側に接続される。なお、孔７０は、温度境界層の近辺又は温度境界層を境にして高温水領域に位置することが好ましい。
これにより、戻り温水は、孔７０から貯湯タンク１６内の上方に流入するので、戻り温水が貯湯タンク１６内に流入しても温度境界層が維持される。また、図９に示される給湯機１０では、Ｌ字状の戻り配管３０Ａを戻り口１６Ａに接続するだけなので、簡単な構成で戻り温水を貯湯タンク１６内の上方へ戻すことができる。
【００９２】
また、図９に示されるように、貯湯タンク１６の下方に給水配管６０Ｂが貯湯タンク１６の横方向に延在して設けられてもよい。給水配管６０Ｂには、下向きに孔７２が設けられている。これにより、給水が貯湯タンク１６内の下方へ向けて流入するので、給水が温水と混ざり合うことがより抑制される。
【００９３】
なお、戻り配管３０Ａは、例えば熱伝導性の高い銅製であり、給水配管６０Ｂは、例えば熱伝導性が戻り配管３０Ａよりも低いＳＵＳ製である。
【００９４】
図１０は、戻り配管３０Ａの他の配置例を示す。なお、図１０の例では、戻り口１６Ａが温度境界層の近辺又は温度境界層を境にして高温水領域に設けられていることが好ましい。
図１０に示される戻り配管３０Ａは、直線状とされ、貯湯タンク１６の横方向に延在している。そして、戻り配管３０Ａは、軸方向に沿って複数の孔７２が貯湯タンク１６内で上方に向くように、戻り口１６Ａの貯湯タンク１６側に接続される。これにより、戻り温水は、孔７２から貯湯タンク１６内の上方に流入するので、戻り温水が貯湯タンク１６内に流入しても温度境界層が維持される。
なお、図１０に示される戻り配管３０Ａの他方は、開放されて戻り温水が貯湯タンク１６内に流入してもよいし、閉じられてもよい。
【００９５】
また、図１０に示されるように、貯湯タンク１６の上方に温水配管６２Ｂが貯湯タンク１６の横方向に延在して設けられてもよい。温水配管６２Ｂには、上向きに孔７４が設けられている。これにより、温水が貯湯タンク１６内の上方へ向けて貯湯タンク１６内に流入するので、給水が温水と混ざり合うことがより抑制される。
【００９６】
図１１は、戻り配管３０Ａの他の例を示す。
図１１（ａ）は図１０に示した直線状の戻り配管３０Ａである。
図１１（ｂ），（ｃ）は巻状（渦状）の戻り配管３０Ａである。図１１（ｂ）に示される戻り配管３０Ａは巻き数が１であり、図１１（ｃ）に示される戻り配管３０Ａは巻き数が複数である。巻状の戻り配管３０Ａは、その軸上に複数の孔７２が設けられるため、貯湯タンク１６内において平面状に戻り温水を流入させることができ、温度境界層の高温水領域の温度をより均一化することができる。
なお、温水配管６２Ｂも巻状（渦状）とされてもよい。
【００９７】
図１２は、戻り配管３０Ａの他の配置例を示す。
図１２に示される戻り配管３０Ａは、螺旋状（スパイラル状）とされ、貯湯タンク１６の横方向に延在している。そして、戻り配管３０Ａは、軸方向に沿って複数の孔７２が貯湯タンク１６内で上方に向くように、戻り口１６Ａの貯湯タンク１６側に接続される。これにより、戻り温水は、孔７２から貯湯タンク１６内の上方に流入するので、戻り温水が貯湯タンク１６内に流入しても温度境界層が維持される。
なお、戻り配管３０Ａの他方は、開放されて戻り温水が貯湯タンク１６内に流入してもよいし、閉じられてもよい。他方が開放される場合は、その口（孔）の向きは上方とされる。
また、温水配管６２Ｂも螺旋状（スパイラル状）とされてもよい。
【００９８】
図１３は、本実施形態に係る給湯機１０の他の例である。
図１３に示される給湯機１０は、戻り温水を貯湯タンク１６へ戻すための戻り配管３０が温水配管６２に接続される。なお、図１３の例では、戻り口１６Ａは閉じられる。
これにより、戻り温水は、製造された温水と共に貯湯タンク１６内の上方に流入するので、戻り温水が貯湯タンク１６内に流入しても温度境界層が維持される。また、図１３に示される給湯機１０では、戻り配管３０を延長（ハッチング部分）し、温水配管６２に接続するだけで良いので、簡単な構成で戻り温水を貯湯タンク１６内の上方へ戻すことができる。
【００９９】
以上説明したように、本実施形態に係る給湯機１０は、貯湯タンク１６から送出され再び貯湯タンク１６へ戻る戻り温水を、低温水と高温水との温度境界層が生じるように貯湯タンク１６内の上方に向けて戻す。
これにより、本実施形態に係る給湯機１０は、簡易な構成によって温度境界層を維持でき、ヒートポンプ１２を高効率で運転することが可能となるので、低コスト化と共に高効率化が可能となる。
【０１００】
なお、本実施形態では、ボイラ１４と貯湯タンク１６を備えた給湯機１０にヒートポンプ１２を追加する改造を行う形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、ボイラ１４とヒートポンプ１２と貯湯タンク１６とを備えた新設の給湯機１０に対しても同様の構成としてもよい。
【０１０１】
以上、本発明を、上記各実施形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。発明の要旨を逸脱しない範囲で上記各実施形態に多様な変更又は改良を加えることができ、該変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれる。また、上記各実施形態を適宜組み合わせてもよい。
【０１０２】
例えば、上記各実施形態では、給湯機１０がヒートポンプ１２及びボイラ１４を備える形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、ボイラ１４の代わりに熱源機として電気式のヒータ等、他の熱源機を備える形態としてもよい。
【符号の説明】
【０１０３】
１０    給湯機
１２    ヒートポンプ
１４    ボイラ
１６    貯湯タンク
３０Ａ  戻り配管
４０    給湯機制御装置
４４    ボイラ制御部
４８    温水使用量検知部
Ｔ１〜Ｔ４    温度計
【図１】
2018028434.tif 000003
【図２】
2018028434.tif 000004
【図３】
2018028434.tif 000005
【図４】
2018028434.tif 000006
【図５】
2018028434.tif 000007
【図６】
2018028434.tif 000008
【図７】
2018028434.tif 000009
【図８】
2018028434.tif 000010
【図９】
2018028434.tif 000011
【図１０】
2018028434.tif 000012
【図１１】
2018028434.tif 000013
【図１２】
2018028434.tif 000014
【図１３】
2018028434.tif 000015
【図１４】
2018028434.tif 000016