(57)【要約】【課題】凍結予防運転によるエネルギー効率の低下を抑えることが可能なエネルギー効率が高い貯湯給湯装置を提供する。【解決手段】湯水を貯留する貯湯タンクと、ヒートポンプ熱源機と、前記貯湯タンクと前記ヒートポンプ熱源機との間を接続する循環加熱回路とを備え、使用者の給湯使用状況を学習記憶して将来の給湯使用熱量の予測を行うと共に前記ヒートポンプ熱源機を駆動して前記貯湯タンクに予測した給湯使用熱量を貯湯する貯湯運転を実行する制御手段を有する貯湯給湯装置において、前記ヒートポンプ熱源機の入水温度又は外気温度を検知する温度検知手段を備え、前記制御手段は、記憶した前記温度検知手段の検知温度に基づいて凍結予防運転の要否を判定すると共に、前記凍結予防運転が必要であると判定した場合には前記凍結予防運転に必要な熱量を増加させるように前記予測した給湯使用熱量の補正をして前記貯湯運転を実行する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
湯水を貯留する貯湯タンクと、ヒートポンプ熱源機と、前記貯湯タンクと前記ヒートポンプ熱源機との間を接続する循環加熱回路とを備え、使用者の給湯使用状況を学習記憶して将来の給湯使用熱量の予測を行うと共に前記ヒートポンプ熱源機を駆動して前記貯湯タンクに予測した給湯使用熱量を貯湯する貯湯運転を実行する制御手段を有する貯湯給湯装置において、
前記ヒートポンプ熱源機の入水温度又は外気温度を検知する温度検知手段を備え、
前記制御手段は、記憶した前記温度検知手段の検知温度に基づいて凍結予防運転の要否を判定すると共に、前記凍結予防運転が必要であると判定した場合には前記凍結予防運転に必要な熱量を増加させるように前記予測した給湯使用熱量の補正をして前記貯湯運転を実行することを特徴とする貯湯給湯装置。
【請求項２】
前記貯湯タンクに貯留された湯水温度を検知する貯湯温度検知手段と、
前記貯湯温度検知手段が検知した温度が、給湯設定温度の出湯が困難な温度となった場合に前記貯湯タンクに貯留された湯水を加熱して出湯可能な補助熱源機を備え、
前記貯湯運転は、予測した給湯使用の直前に完了することを特徴とする請求項１に記載の貯湯給湯装置。
【請求項３】
前記予測した給湯使用熱量を増加させる補正をした場合には、この増加補正した熱量分の貯湯運転は、前記予測した給湯使用熱量の貯湯運転よりも低温で先に行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の貯湯給湯装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒートポンプ熱源機等の熱源機で加熱した湯水を貯湯タンクに貯留し、貯留した湯水を給湯する貯湯給湯装置に関し、特に配管内の湯水の凍結を防ぐ運転を行う貯湯給湯装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ヒートポンプ熱源機等の外部熱源機と燃焼式の補助熱源機を備え、外部熱源機により加熱された湯水を貯湯タンクに貯留し、この貯留された湯水を給湯設定温度に調整して給湯可能なエネルギー効率が高い貯湯給湯装置が広く使用されている。一層エネルギー効率を向上するために、例えば特許文献１のように、運転を行わない時間帯に一部電源供給を遮断して待機電力を削減する技術が知られている。
【０００３】
ところで、貯湯給湯装置は、外気温度の低下により配管内の湯水の凍結が発生すると破損する虞がある。特に、外部熱源機と貯湯タンクの間の配管や、給水配管、給湯配管等は、貯湯給湯装置のケース外に出ているため、保温材で覆っていても凍結し易い。そのため、外気温度や配管内の湯水温度が所定の温度を下回ると、それらの配管等に巻かれた凍結予防ヒータで温めたり、湯水を加熱すると共に湯水が循環可能な回路に加熱した湯水を循環させたりして凍結を防ぐ運転を行うように構成されている。凍結予防ヒータの使用は、エネルギー効率の観点から極力回避することが望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３９２５５１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
外部熱源機を備えた貯湯給湯装置は、給湯使用の予測に基づいて外部熱源機を駆動して貯湯する貯湯運転を行うので、給湯に必要な熱量相当の湯水が貯湯タンクに貯留されて給湯終了後には貯湯タンクに熱量が残らない。そのため、凍結の虞がある場合に貯湯タンク内の湯水を外部熱源機との間で循環させる凍結予防運転を行うように構成されていても、次回の貯湯運転までの期間循環を継続する、又は停止している外部熱源機を起動後短時間駆動して温度を上昇させる必要がある。
【０００６】
循環の継続のためにポンプを駆動し続けると貯湯給湯装置のエネルギー効率が低下する。一方、外部熱源機を短時間駆動する場合、起動直後は湯水を安定して加熱することができず、外部熱源機の起動が繰り返されるとエネルギー効率が低下すると共に、外部熱源機に負担がかかって破損する虞が高まる。
【０００７】
本発明の目的は、凍結予防運転によるエネルギー効率の低下を抑えることが可能なエネルギー効率が高い貯湯給湯装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１の発明の貯湯給湯装置は、湯水を貯留する貯湯タンクと、ヒートポンプ熱源機と、前記貯湯タンクと前記ヒートポンプ熱源機との間を接続する循環加熱回路とを備え、使用者の給湯使用状況を学習記憶して将来の給湯使用熱量の予測を行うと共に前記ヒートポンプ熱源機を駆動して前記貯湯タンクに予測した給湯使用熱量を貯湯する貯湯運転を実行する制御手段を有する貯湯給湯装置において、前記ヒートポンプ熱源機の入水温度又は外気温度を検知する温度検知手段を備え、前記制御手段は、記憶した前記温度検知手段の検知温度に基づいて凍結予防運転の要否を判定すると共に、前記凍結予防運転が必要であると判定した場合には前記凍結予防運転に必要な熱量を増加させるように前記予測した給湯使用熱量の補正をして前記貯湯運転を実行することを特徴としている。
【０００９】
上記構成により、凍結予防運転が必要と判定された場合には、予測した給湯使用熱量について凍結予防運転用の熱量を増加させる補正を行って、貯湯運転時に貯留することができる。そして、貯留した湯水を凍結予防運転に使用して、凍結予防運転の際に湯水の循環の継続期間を短くすることができるので、凍結予防運転によるエネルギー効率の低下を抑えることが可能なエネルギー効率が高い貯湯給湯装置にすることができる。また、ヒートポンプ熱源機の起動の繰り返しを抑制でき、ヒートポンプ熱源機の耐久性を損なうことがない。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１において、前記貯湯タンクに貯留された湯水温度を検知する貯湯温度検知手段と、前記貯湯温度検知手段が検知した温度が、給湯設定温度の出湯が困難な温度となった場合に前記貯湯タンクに貯留された湯水を加熱して出湯可能な補助熱源機を備え、前記貯湯運転は、予測した給湯使用の直前に完了することを特徴としている。
【００１１】
上記構成により、貯留した湯水を温度低下前に給湯に使用できるので、エネルギー効率が高い貯湯給湯装置が実現できる。また貯留した湯水の温度が、給湯設定温度の出湯が困難な温度となってもその湯水を補助熱源機で加熱して給湯できるので、貯留した湯水を無駄なく使用して補助熱源機の使用によるエネルギー効率の低下を抑えることができる。
【００１２】
請求項３の発明は、請求項１又は２において、前記予測した給湯使用熱量を増加させる補正をした場合には、この増加補正した熱量分の貯湯運転は、前記予測した給湯使用熱量の貯湯運転よりも低温で先に行うことを特徴としている。
【００１３】
上記構成により、貯湯運転により形成される温度成層が崩れないように貯湯運転開始直後に凍結予防運転用の湯水を貯留した後で給湯用の湯水を貯留するので、給湯終了後に貯湯タンク上部に凍結予防運転用の湯水が貯留された状態とすることができる。また、ヒートポンプ熱源機の起動直後の安定した加熱が行えないときに低温で凍結予防運転用の湯水を貯湯するので、ヒートポンプ熱源機のＣＯＰの低下を抑えることができ、エネルギー効率が高い貯湯給湯装置にすることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、凍結予防運転によるエネルギー効率の低下を抑えることが可能なエネルギー効率が高い貯湯給湯装置にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施例に係る貯湯給湯装置の全体構成を示す図である。
【図２】学習記憶したデータに基づく目標貯湯熱量の設定の１例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明を実施するための形態について実施例に基づいて説明する。
【実施例】
【００１７】
最初に、図１に基づいて貯湯給湯装置１の全体構成について説明する。
貯湯給湯装置１は、貯湯タンク２、補助熱源機３、外部熱源機４としてヒートポンプ熱源機等を備えている。貯湯給湯装置１は、外部熱源機４により加熱した湯水を貯湯タンク２に貯留し、この湯水を給湯に使用する。また、貯湯給湯装置１は、補助熱源機３により加熱した湯水を給湯や風呂追焚等に使用可能である。補助熱源機３は、例えば燃料ガスの燃焼熱を利用して湯水を加熱する燃焼式の給湯装置である。
【００１８】
貯湯タンク２の上部には、貯湯タンク２に貯留した湯水を出湯するための出湯通路１１が接続されている。また、貯湯タンク２の下部には、貯湯タンク２に上水源から上水を供給するための給水通路１２が接続されている。この給水通路１２から分岐したバイパス通路１３が出湯通路１１に接続され、この接続部に出湯通路１１の湯水とバイパス通路１３の上水を混合する混合手段として混合比率を調整可能な湯水混合弁１４が配設されている。湯水混合弁１４には給湯通路１５が接続され、湯水混合弁１４で混合された湯水が給湯通路１５を流通して図示外の給湯栓等に給湯される。
【００１９】
貯湯タンク２の下部には外部熱源機４に湯水を供給する上流加熱通路５ａが接続され、この外部熱源機４で加熱された湯水を貯湯タンク２に供給する下流加熱通路５ｂが貯湯タンク２の上部に接続されて、貯湯タンク２と外部熱源機４の間で湯水が循環可能な循環加熱回路５が形成されている。上流加熱通路５ａには、貯湯タンク２から外部熱源機４に入水する湯水の入水温度を検知する入水温度センサ６ａ（入水温度検知手段）と、沸き上げポンプ１６と切換弁１７が配設されている。下流加熱通路５ｂには、外部熱源機４で加熱された湯水の温度を検知する加熱温度センサ６ｂが配設され、下流加熱通路５ｂから分岐した戻り通路部５ｃが切換弁１７に接続されている。外部熱源機４の起動直後等の加熱を十分することができない場合に、切換弁１７を切換えて、外部熱源機４で加熱した湯水を再び外部熱源機４に送るようにすることができる。図示を省略するが、上流加熱通路５ａ及び下流加熱通路５ｂは保温材で覆われている。
【００２０】
貯湯タンク２の外周には、貯留された湯水の温度を検知する複数の貯湯温度センサ２ａ〜２ｄ（貯湯温度検知手段）が上下方向に所定の間隔を空けて設けられている。これら貯湯温度センサ２ａ〜２ｄ及び貯湯タンク２は、貯湯タンク２に貯留された湯水の降温を防ぐ図示外の保温材により覆われている。出湯通路１１には、出湯通路１１を流通して湯水混合弁１４に供給される湯水の出湯温度を検知するための出湯温度センサ１１ａが配設されている。給水通路１２には、上水源から供給される上水の温度を検知するための給水温度センサ１２ａが配設されている。給湯通路１５には、給湯温度を検知するための給湯温度センサ１５ａが配設されている。図示を省略するが、給湯通路１５は、凍結予防ヒータが巻かれている。
【００２１】
貯湯タンク２の湯水を補助熱源機３で加熱するための補助加熱通路２１は、出湯通路１１から分岐されて補助熱源機３に接続されている。補助熱源機３で加熱した湯水を出湯するための補助加熱出湯通路２２は、補助加熱通路２１の分岐部より下流側の出湯通路１１に調整弁２３を介して接続されている。調整弁２３は、補助加熱出湯通路２２を通って出湯通路１１に供給される湯水量を調整する。補助加熱通路２１には、三方弁２４と補助熱源機３に湯水を送るためのポンプ２５が配設されている。
【００２２】
補助加熱出湯通路２２から分岐した熱交換器通路２６は、三方弁２４に接続されている。三方弁２４は、貯湯タンク２の湯水又は熱交換器通路２６の湯水を補助熱源機３に供給可能となるように切換えられる。熱交換器通路２６には熱交換器２６ａと開閉弁２６ｂが配設されている。熱交換器２６ａは、追焚ポンプ２７の作動により追焚回路２８を流れる浴槽２９の湯水を補助熱源機３で加熱した湯水との熱交換により加熱する追焚運転に使用される。熱交換器通路２６には、暖房用の熱交換器が配設されていてもよい。
【００２３】
給水通路１２には、逆止弁１２ｂと、給水通路１２から分岐して熱交換器通路２６に接続する分岐通路部１２ｃが配設されている。バイパス通路１３には逆止弁１３ａが配設され、バイパス通路１３から分岐して給湯通路１５に接続された高温出湯回避通路３０には、高温出湯回避電磁弁３０ａが配設されている。図示を省略するが、給水通路１２及びバイパス通路１３は、凍結予防ヒータが巻かれている。
【００２４】
貯湯給湯装置１は、出湯温度センサ１１ａ等の検知信号に基づいて給湯運転等を制御する制御部７（制御手段）を備え、使用者が給湯設定温度を設定する操作を行うためのリモコン７ａ（設定手段）が制御部７に通信可能に接続されている。
【００２５】
外部熱源機４は、圧縮機３２、凝縮熱交換器３３、膨張弁３４、蒸発熱交換器３５を冷媒配管により接続したヒートポンプ回路３６を備えている。外部熱源機４は、冷媒配管に封入された冷媒を圧縮機３２で圧縮して昇温し、循環加熱回路５を流通する湯水を凝縮熱交換器３３で高温の冷媒との熱交換により加熱する。熱交換後の冷媒は、膨張弁３４で膨張して外気より低温になり、蒸発熱交換器３５で外気との熱交換により加熱された後、再び圧縮機３２に導入される。
【００２６】
蒸発熱交換器３５は、外気温度を検知する外気温センサ３５ａ（温度検知手段）と送風機３５ｂを備えている。また、外部熱源機４は、圧縮機３２、膨張弁３４、送風機３５ｂ等を制御する補助制御部３７を備えている。補助制御部３７は、制御部７に通信可能に接続され、制御部７の指令に従って外部熱源機４を制御する。外気温センサ３５ａに検知された外気温度は、補助制御部３７を介して制御部７に送信される。
【００２７】
次に、給湯運転について説明する。
給湯通路１５には、図示を省略するが給湯流量センサと給湯流量調整弁が配設されている。給湯栓等が開栓されて給湯流量センサが所定の流量を検知すると、制御部７は出湯温度と給水温度に基づいて給湯通路１５を流通する湯水の給湯温度が給湯設定温度となるように湯水混合弁１４の混合比率を調整する。そして給湯温度センサ１５ａが検知した給湯温度に基づいて、制御部７は湯水混合弁１４の混合比率をさらに調整する。また、高温給湯時等、給湯設定温度の出湯が困難な場合に補助熱源機３を作動させて加熱した湯水を給湯する。
【００２８】
次に、貯湯運転について説明する。
制御部７は、給湯使用状況として過去の外部熱源機４の入水温度や外気温度、給湯使用熱量等の時系列データを更新しながら学習記憶している。例えば図２に示すように、制御部７は学習記憶されたデータに基づいて将来の給湯使用熱量を予測し、この予測した給湯使用熱量（予測使用熱量）に基づいて目標貯湯熱量を設定する。このとき、学習記憶された現在までの外気温度や入水温度等に基づいて凍結予防運転の要否を判定する。尚、給湯使用量が多い時間帯には、予め貯湯量を増やすように目標貯湯熱量を設定することができる。
【００２９】
凍結予防運転が要否の判定は、制御部７が予測使用熱量から目標貯湯熱量を設定する時に、現在までの外気温度に基づいて行う。図２において例えば現在が２０時３０分であるときに、今回実行する貯湯運転の後、しばらくの間（例えば６時間）貯湯運転の予定がなく、現在の外気温度が基準外気温度（例えば５℃）を下回っている場合、又は現在までの外気温度の変化速度に基づき将来の外気温度が基準外気温度を下回ることが予測される場合に、凍結予防運転が必要であると判定する。
【００３０】
凍結予防運転が必要であると判定した場合、凍結予防運転に必要な熱量を増加させるように予測使用熱量に加算する補正をする。そして、この補正した予測使用熱量に基づいて目標貯湯熱量を設定する。一方、凍結予防運転は必要ないと判定した場合には、予測使用熱量に基づいて目標貯湯熱量を設定する。尚、現在までの外部熱源機４の入水温度に基づいて、既に基準入水温度（例えば５℃）未満である又は将来基準入水温度を下回ると予測される場合に、凍結予防運転が必要であると判定するように構成してもよい。
【００３１】
制御部７は、設定された目標貯湯熱量を貯湯タンク２の湯水に蓄えるための貯湯運転が給湯使用の直前に完了するように貯湯運転を開始する。貯湯運転の貯湯温度は、通常設定される給湯設定温度（例えば４２℃）の給湯が可能な、例えば４５℃以上の温度に設定される。基本的に貯湯温度が低温である程入水温度との温度差が小さくなるため、外部熱源機４のＣＯＰ（成績係数）が向上する。貯湯温度は、貯湯タンク２の容量や目標貯湯熱量に応じて変更可能であるが、外部熱源機４のＣＯＰが高くなる貯湯温度を設定して貯湯給湯装置１のエネルギー効率の向上を図っている。
【００３２】
凍結予防運転用の湯水は給湯されないので、給湯設定温度より低温（例えば３０℃）で貯湯運転を行う。それ故、外部熱源機４のＣＯＰを高くすることができ、凍結予防運転による貯湯給湯装置１のエネルギー効率の低下を小さくすることができる。この場合、凍結予防運転用の湯水は給湯用の湯水の貯湯温度より低温なので、凍結予防運転用の湯水の貯湯運転を行った後で給湯用の湯水の貯湯運転を行う。これにより、貯湯タンク２内に形成される温度成層が自然対流により崩れることがなく、給湯運転の妨げとならない。また、外部熱源機４が停止状態から起動されて安定して十分な加熱を行うことができない起動直後に凍結予防運転用の低温の湯水の貯湯運転を行うので、外部熱源機４のＣＯＰの低下が抑えられる。尚、給湯用の湯水と同じ貯湯温度で貯湯運転を行うこともできる。
【００３３】
次に、凍結予防運転について説明する。
制御部７は、凍結予防運転が必要と判定した場合において、外気温度が基準外気温度を下回った場合、若しくは入水温度が基準入水温度を下回った場合、又はその両方の条件が成立した場合に、沸き上げポンプ１６を駆動して循環加熱回路５に貯湯タンク２の湯水を循環させる凍結予防運転を開始する。凍結予防運転の継続により凍結予防運転用に貯留された湯水が貯湯タンク２内で攪拌され、上水より温度が高い湯水が循環するようになる。これにより循環加熱回路５の凍結を防ぐことができる。このとき、外部熱源機４を起動せず、圧縮機３２や送風機３５ｂを作動させない。制御部７は、外部熱源機４の入水温度が所定温度（例えば５℃）以上上昇したことを検知したら凍結予防運転を停止する。制御部７は次回の貯湯運転まで、この凍結予防運転を繰り返して実行する。尚、凍結予防運転が必要と判定されると、給水通路１２等の凍結予防ヒータを作動させて湯水の循環ができない通路の凍結を防いでいる。
【００３４】
貯湯タンク２の上部に貯留された凍結予防運転用の湯水を、ポンプ２５を駆動して熱交換器通路２６と分岐通路部１２ｃを介して貯湯タンク２の下部に移動させて循環加熱回路５に供給することも可能である。温度が高い湯水が循環加熱回路５を流れるので、凍結予防運転を短時間で停止させることができる。また、湯水の温度が高いため、次回の凍結予防運転までの時間が長くなるので、凍結予防運転の実行回数を減らすことができる。従って、沸き上げポンプ１６とポンプ２５の駆動によるエネルギー消費を抑えることができる。その上、このとき湯水が流れる補助加熱通路２１等の通路の凍結も防ぐことができる。
【００３５】
本発明の貯湯給湯装置１の作用、効果について説明する。
貯湯給湯装置１は、学習記憶したデータに基づいて凍結予防運転が必要か否かを判定し、凍結予防運転が必要と判定した場合には給湯用の湯水の貯湯運転時に凍結予防運転用の湯水を貯留し、この凍結予防運転用の湯水を循環加熱回路５に循環させて凍結を防ぐ。貯留した湯水を凍結予防運転に使用するので、凍結予防運転の際に湯水の循環の継続期間を短くすることができ、凍結予防運転によるエネルギー効率の低下を抑えて貯湯給湯装置１のエネルギー効率を高くすることができる。また、外部熱源機４の起動の繰り返しを抑制できるので、外部熱源機４の耐久性を損なうことがなく、外部熱源機４の駆動に伴う騒音を抑えることができる。
【００３６】
また、給湯使用の直前に完了するように貯湯運転を行うため、貯留した湯水を温度低下前に給湯に使用できるので貯湯給湯装置１のエネルギー効率が向上する。給湯設定温度の出湯が困難な温度となっても貯留した湯水を補助熱源機３で加熱するので、貯留した湯水を無駄なく使用して補助熱源機３の使用によるエネルギー効率の低下を抑えることができる。
【００３７】
その上、給湯用の湯水の貯湯運転時に凍結予防運転用の湯水の貯湯運転を行い、凍結予防運転用の湯水の貯湯温度を給湯用の貯湯温度より低温にするので、凍結予防運転によるエネルギー効率の低下を小さく抑えることができる。このとき、貯湯運転により形成される温度成層が崩れないように貯湯運転開始直後に凍結予防運転用の湯水を貯留した後給湯用の湯水を貯留するので、給湯終了後に貯湯タンク上部に凍結予防運転用の湯水が貯留された状態にすることができる。また、外部熱源機４の起動直後の安定した加熱が行えないときに低温の凍結予防運転用の湯水の貯湯運転を行うので、外部熱源機４のＣＯＰの低下を抑えることができ、貯湯給湯装置１のエネルギー効率を高くすることができる。
【符号の説明】
【００３８】
１      貯湯給湯装置
２      貯湯タンク
２ａ〜２ｄ    貯湯温度センサ（貯湯温度検知手段）
３      補助熱源機
４      外部熱源機（ヒートポンプ熱源機）
５      循環加熱回路
６ａ    入水温度センサ（入水温度検知手段）
７      制御部（制御手段）
１６    沸き上げポンプ
２５    ポンプ
【図１】
2019007692.tif 000003
【図２】
2019007692.tif 000004