(57)【要約】【課題】即湯機能を確保しつつ、循環ポンプの稼働時間を短縮してポンプを保護する。【解決手段】給湯機は、貯湯タンク２、給湯配管１０、返湯配管１１、循環ポンプ１２、返湯温度センサ１３、外気温度センサ１４、ヒートポンプユニット２０、制御装置３０等を備える。制御装置３０は、非給湯中に循環ポンプ１２の起動及び停止を繰返して当該循環ポンプ１２を間欠的に作動させることにより、給湯配管１０及び返湯配管１１を介して貯湯タンク２と給湯端末４０との間に湯水を循環させる循環運転を実行する。循環運転の実行中には、循環ポンプ１２を停止してから再起動するまでのポンプ停止時間を返湯温度に基いて変更する。これにより、即湯機能を維持しつつ、循環ポンプ１２の作動時間が必要最小限となるようにポンプ停止時間を適切に制御することができる。【選択図】図２
2015075270.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
温水を貯留する貯湯タンクと、
給湯を行う給湯端末に対して前記貯湯タンクから温水を供給するための給湯配管と、
非給湯中に前記給湯配管から前記給湯端末に供給された温水を前記貯湯タンクに戻すための返湯配管と、
前記給湯配管及び前記返湯配管を介して前記貯湯タンクと前記給湯端末との間に湯水を循環させる循環運転を実行可能な循環ポンプと、
非給湯中に前記循環ポンプの起動及び停止を繰返して当該循環ポンプを間欠的に作動させることにより前記循環運転を実行する制御装置と、
前記返湯配管を流れる湯水の温度を返湯温度として検出する返湯温度検出手段と、
前記循環運転の実行中において、前記循環ポンプを停止してから当該循環ポンプを再起動するまでの停止時間を前記返湯温度に基いて変更する変更手段と、
を備えた給湯機。
【請求項２】
前記変更手段は、前記循環ポンプの作動中に検出される前記返湯温度の最低値である最低返湯温度が目標給湯温度に対応する目標温度範囲から高温側に外れている場合に、前記停止時間を前回の停止時間よりも延長し、前記最低返湯温度が前記目標温度範囲から低温側に外れている場合に、前記停止時間を前回の停止時間よりも短縮する構成としてなる請求項１に記載の給湯機。
【請求項３】
外気温度を検出する外気温度検出手段を備え、
前記制御装置は、前記循環運転の実行中における前記循環ポンプの回転数を前記外気温度が高いほど低回転数に設定する構成としてなる請求項１または２に記載の給湯機。
【請求項４】
前記貯湯タンクの上部側から高温水を取出すために当該貯湯タンクの上部側に接続された出湯配管と、
前記返湯配管を流れる湯水を取り出すために当該返湯配管の途中に接続された給水配管と、
前記出湯配管から供給される高温水と前記給水配管から供給される湯水とを混合して両者の混合水を前記給湯配管に供給する混合弁と、
前記給水配管を流れる湯水の水温を検出する給水温度検出手段と、を備え、
前記制御装置は、前記返湯温度検出手段及び前記給水温度検出手段の検出結果に基いて前記混合弁を制御することにより、前記循環運転の実行中に前記貯湯タンクと前記給湯端末との間を循環する温水の温度を調整する構成としてなる請求項１から３のうち何れか１項に記載の給湯機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、貯湯式の給湯機に関し、特に、給湯の開始直後に温水を即座に供給する機能（即湯機能）を備えた給湯機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術として、例えば特許文献１に記載されているように、即湯機能を備えた給湯機が知られている。従来技術の給湯機においては、給湯の停止中（非給湯中）に循環ポンプを駆動して給湯配管に温水を循環させておき、給湯の開始時には、循環する温水を給湯栓から即座に供給する構成としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１５１４５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した従来技術では、非給湯中に循環ポンプを駆動し、給湯配管に温水を循環させる構成としている。この温水は、給湯に使用されないと、貯湯タンクに戻されるようになっている。しかしながら、従来技術では、貯湯タンクに戻される温水の温度が所定の温度以下となるように温水の循環流量を調整するので、非給湯中には、循環ポンプが常時作動し続けることになり、ポンプの消費電力が増加するという問題がある。
【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、即湯機能を確保しつつ、循環ポンプの稼働時間を短縮してポンプを保護することが可能な給湯機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】
本発明に係る給湯機は、温水を貯留する貯湯タンクと、給湯を行う給湯端末に対して貯湯タンクから温水を供給するための給湯配管と、非給湯中に給湯配管から給湯端末に供給された温水を貯湯タンクに戻すための返湯配管と、給湯配管及び返湯配管を介して貯湯タンクと給湯端末との間に湯水を循環させる循環運転を実行可能な循環ポンプと、非給湯中に循環ポンプの起動及び停止を繰返して当該循環ポンプを間欠的に作動させることにより循環運転を実行する制御装置と、返湯配管を流れる湯水の温度を返湯温度として検出する返湯温度検出手段と、循環運転の実行中において、循環ポンプを停止してから当該循環ポンプを再起動するまでの停止時間を返湯温度に基いて変更する変更手段と、を備えるものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、循環運転中には、循環ポンプの起動及び停止を繰返すことにより、給湯配管及び返湯配管を流れる温水を給湯に適した温度に保持しつつ、循環ポンプの作動時間が必要最小限となるようにポンプ停止時間を適切に制御することができる。これにより、即湯機能を確保しつつ、循環ポンプの稼働時間を短縮し、当該ポンプの寿命を延ばすことができる。また、循環ポンプの消費電力を抑制し、給湯機の運転効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施の形態１による給湯機の構成例を示す全体構成図である。
【図２】本発明の実施の形態１において、制御装置により実行される制御の一例を示すフローチャートである。
【図３】本発明の実施の形態２による給湯機の構成例を示す全体構成図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
実施の形態１．
以下、図１及び図２を参照して、本発明の実施の形態１について説明する。なお、本明細書で使用する各図においては、共通する要素に同一の符号を付し、重複する説明を省略するものとする。図１は、本発明の実施の形態１による給湯機の構成例を示す全体構成図である。この図に示すように、給湯機は、貯湯ユニット１及びヒートポンプユニット２０を備えている。まず、貯湯ユニット１について説明すると、貯湯ユニット１には、貯湯タンク２、沸上げ往き配管３、沸上げ戻り配管４、給水配管５、給湯配管１０、返湯配管１１、循環ポンプ１２等が搭載されている。
【００１０】
貯湯タンク２は、給湯等に用いる温水を貯留するもので、貯湯タンク２の下部側には沸上げ往き配管３が接続されており、貯湯タンク２の上部側には沸上げ戻り配管４が接続されている。沸上げ往き配管３は、後述の沸上げ運転が行われるときに、貯湯タンク２の下部側から取出した低温水をヒートポンプユニット２０に供給するものである。また、沸上げ戻り配管４は、ヒートポンプユニット２０により加熱した高温水を貯湯タンク２の上部側に戻すものである。
【００１１】
沸上げ往き配管３には、沸上げ往き配管３及び沸上げ戻り配管４を介して貯湯タンク２とヒートポンプユニット２０との間に湯水を循環させる沸上げポンプ（図示せず）が設けられている。また、貯湯タンク２の下部側には、市水等の水源から低温水が供給される給水配管５が接続されており、給湯端末４０から給湯が行われるときには、給水配管５から貯湯タンク２の下部側に低温水が供給される。これにより、貯湯タンク２の内部には、上部側に高温水が滞留し、下部側に低温水が滞留するように温度成層が形成される。
【００１２】
給湯配管１０は、給湯を行う給湯端末４０に対して温水を供給するための配管であり、貯湯タンク２の上部側と給湯端末４０とを接続している。返湯配管１１は、非給湯中に給湯配管１０から給湯端末４０に供給された温水を貯湯タンク２に戻すための配管であり、給湯端末４０と貯湯タンク２の下部側とを接続している。循環ポンプ１２は、非給湯中、即ち、給湯端末４０の非操作時に循環運転を実行するためのポンプであり、例えば給湯配管１０に設けられている。循環運転とは、循環ポンプ１２を作動させることにより、給湯配管１０及び返湯配管１１を介して貯湯タンク２と給湯端末４０との間に湯水を循環させるものである。
【００１３】
ヒートポンプユニット２０は、冷凍サイクル（ヒートポンプサイクル）を用いた加熱装置であり、図示しない圧縮機、水加熱用熱交換器、膨張弁及び蒸発器を配管により環状に接続することによって構成されている。ヒートポンプユニット２０は、貯湯タンク２の下部側から沸上げ往き配管３を介して導入される湯水を加熱（沸上げ）し、高温水を生成する。この高温水は、沸上げ戻り配管４を介して貯湯タンク２の上部側に戻される。
【００１４】
次に、給湯機の制御系統について説明する。給湯機は、返湯温度センサ１３及び外気温度センサ１４を含むセンサ系統と、制御装置３０とを備えている。まず、センサ系統について説明すると、返湯温度センサ１３は、返湯配管１１を流れる湯水の温度を返湯温度として検出するもので、返湯温度検出手段の具体例を構成している。外気温度センサ１４は、例えばヒートポンプユニット２０に設けられ、外気温度を検出するもので、外気温度検出手段の具体例を構成している。
【００１５】
制御装置３０は、演算処理装置と記憶回路とを有するマイクロコンピュータ等により構成され、その入力側には上記センサ系統が接続されている。制御装置３０の出力側には、前記沸上げポンプ、循環ポンプ１２、ヒートポンプユニット２０等を含む各種のアクチュエータが接続されている。また、制御装置３０は、例えば浴室、台所等に配置されたリモコン（図示せず）と電気的に接続されている。リモコンは、給湯機のユーザにより操作され、給湯端末４０から供給される温水の温度等を設定するものである。なお、以下の説明では、給湯端末４０から供給される温水の温度を「給湯温度」と表記し、リモコンにより設定される給湯温度の目標値を「目標給湯温度」と表記するものとする。
【００１６】
制御装置３０は、センサ系統の出力、ユーザの設定等に基いてアクチュエータを駆動することにより、給湯機の作動状態を制御する。また、制御装置３０は、以下に述べる沸上げ運転、循環運転及び停止時間可変制御を実行する。
【００１７】
（沸上げ運転）
まず、貯湯タンク２内の残湯量が少なくなった場合には、沸上げ運転を実行する。沸上げ運転では、ヒートポンプユニット２０及び前記沸上げポンプを駆動することにより、沸上げ往き配管３及び沸上げ戻り配管４を介して貯湯タンク２とヒートポンプユニット２０との間に湯水を循環させる。これにより、貯湯タンク２の下部側に滞留する低温水が沸上げ往き配管３を介してヒートポンプユニット２０に流入し、この温水はヒートポンプユニット２０により加熱されて高温水となる。そして、ヒートポンプユニット２０から流出した高温水は、沸上げ戻り配管４を介して貯湯タンク２の上部側に流入し、貯湯タンク２に貯留される。
【００１８】
（循環運転）
給湯端末４０から給湯が行われていないとき（非給湯中）には、循環運転を実行する。循環運転では、循環ポンプ１２の起動及び停止を繰返して当該循環ポンプ１２を間欠的に作動させる。これにより、給湯端末４０の位置には、貯湯タンク２内の温水が給湯配管１０及び返湯配管１１を介して循環する。即ち、循環ポンプ１２により貯湯タンク２の上部側から給湯配管１０に取出された温水は、給湯端末４０の位置で返湯配管１１に流入し、返湯配管１１を介して貯湯タンク２の下部側に戻される。この結果、給湯配管１０には、常に温水が存在しているので、給湯端末４０が操作されたときには、給湯配管１０内の温水を給湯端末４０に即座に供給し、即湯機能を実現することができる。
【００１９】
（停止時間可変制御）
循環運転の実行中には、循環ポンプ１２の停止時間（ポンプ停止時間）を可変とする停止時間可変制御を実行する。停止時間可変制御は、循環ポンプ１２を停止してから当該循環ポンプ１２を再起動するまでの停止時間を返湯温度に基いて変更するものである。具体的に述べると、停止時間可変制御では、まず、循環ポンプ１２の起動及び停止が繰返されるときに、停止状態の循環ポンプ１２が起動されてから再び停止するまでの循環ポンプ１２の作動時間（以下、ポンプ作動時間と表記する）に着目する。そして、返湯温度センサ１３により返湯温度を検出しつつ、個々の作動時間中における返湯温度の最低値を最低返湯温度として求める。
【００２０】
一方、停止時間可変制御では、ユーザ等により設定された目標給湯温度に基いて、目標給湯温度に対応する目標温度範囲を設定する。目標温度範囲は、例えば目標給湯温度よりも少し低い温度の範囲として設定されるもので、具体例を挙げると、目標給湯温度−４℃≧Ｔ≧目標給湯温度−５℃を満たす温度Ｔの範囲として設定される。なお、本発明において、目標温度範囲は、目標給湯温度に基いて設定されればよいもので、上記具体例に限定されるものではない。
【００２１】
そして、停止時間可変制御では、最低返湯温度が目標温度範囲から高温側に外れている場合に、次回のポンプ停止時間を前回のポンプ停止時間よりも延長する。ここで、次回のポンプ停止時間とは、現在運転中である循環ポンプ１２を停止してから再起動するまでの停止時間であり、前回のポンプ停止時間とは、循環ポンプ１２を前回停止してから再起動するまでの停止時間である。最低返湯温度が目標温度範囲よりも高い場合には、ポンプ停止時間を延長したとしても、給湯配管１０を流れる温水の温度を目標給湯温度以上に保持することができる。即ち、この場合には、ポンプ停止時間を長くすることにより、循環ポンプ１２の消費電力及び稼働時間を抑制することができる。
【００２２】
一方、最低返湯温度が目標温度範囲から低温側に外れている場合には、次回のポンプ停止時間を前回のポンプ停止時間よりも短縮する。この場合には、給湯配管１０内の湯温が少なくとも一部で目標温度よりも低いので、ポンプ停止時間を短くして循環ポンプ１２の作動時間を相対的に延長し、貯湯タンク２から給湯配管１０に供給される温水の量を増加させる。これにより、最低返湯温度が目標温度範囲に収まるように、給湯配管１０内の湯温を上昇させることができ、循環運転中に給湯配管１０内の湯温が低下し過ぎるのを回避することができる。
【００２３】
次に、図２を参照しつつ、本実施の形態による制御の具体例について説明する。図２は、本発明の実施の形態１において、制御装置により実行される制御の一例を示すフローチャートである。この図において、まず、ステップＳ１では、循環運転の開始を決定し、ステップＳ２では、循環ポンプ１２を起動する。なお、この時点における循環ポンプ１２の起動は、１回目（初回）の作動中となる。
【００２４】
次に、ステップＳ３では、まず、次回のポンプ停止時間を決定することを目的として、最低返湯温度を算出する。そして、算出した最低返湯温度が目標温度範囲よりも高温側の温度であるか否かを判定する。この判定が成立した場合には、ステップＳ４に移行し、次回のポンプ停止時間を前回のポンプ停止時間よりも延長する。
【００２５】
なお、循環運転を開始してから１回目のポンプ作動時間においては、給湯配管１０または返湯配管１１内の湯水が自然放熱により冷えていることがある。この状態で最低返湯温度の検出を行うと、実際の最低返湯温度よりも低い温度を検出する虞れがある。このため、上述したステップＳ３，Ｓ４の処理は、１回目のポンプ作動時間において実行せず、２回目以降のポンプ作動時間において実行するのが好ましい。
【００２６】
一方、ステップＳ３の判定が不成立の場合には、ステップＳ５に移行し、最低返湯温度が目標温度範囲よりも低温側の温度であるか否かを判定する。ステップＳ５の判定が成立した場合には、ステップＳ６により次回のポンプ停止時間を前回のポンプ停止時間よりも短縮し、その後にステップＳ７に移行する。また、ステップＳ５の判定が不成立の場合には、ステップＳ６の処理を実行せずに、ステップＳ７に移行する。なお、ステップＳ５，Ｓ６の処理についても、ステップＳ３，Ｓ４の場合と同様に、１回目のポンプ作動時間には実行しないのが好ましい。
【００２７】
次に、ステップＳ７では、返湯温度が要求温度よりも高いか否かを判定する。ここで、要求温度は、例えば目標給湯温度に基いて設定されるもので、目標給湯温度と等しい温度に設定してもよい。ステップＳ７の判定が不成立の場合には、返湯温度が目標とする温度に到達していないので、循環ポンプ１２を作動させた状態でステップ７の判定が成立するまで待機する。一方、ステップＳ７の判定が成立した場合には、返湯温度が目標とする温度に維持されているので、ステップＳ８に移行し、循環ポンプ１２を停止する。ステップＳ８の処理によれば、給湯配管１０内の湯温を要求温度に保持しつつ、当該湯温が要求温度を越えて不用意に高温となるのを防止することができる。
【００２８】
次に、ステップＳ９では、例えば制御装置３０に備えられたタイマカウンタを用いて、循環ポンプ１２を実際に停止している時間（実停止時間）を計測する。また、実停止時間の計測を実行しつつ、実停止時間がステップＳ４，Ｓ６で設定されたポンプ停止時間の設定値を越えたか否かを判定する。そして、ステップＳ９の判定が不成立の場合には、循環ポンプ１２を停止した状態でステップＳ９の判定が成立するまで待機する。一方、ステップＳ９の判定が成立した場合には、設定したポンプ停止時間が経過したので、ステップＳ２に戻って循環ポンプ１２を再起動する。
【００２９】
なお、何らかの理由によりステップＳ４，Ｓ６が実行されておらず、ポンプ停止時間の設定値が存在しない場合には、ステップＳ９の判定処理において、例えば予め設定されたポンプ停止時間の初期値、前回の設定値等を今回の設定値として用いる。
【００３０】
以上詳述した通り、本実施の形態によれば、循環運転中には、循環ポンプ１２の起動及び停止を繰返すことにより、給湯配管１０及び返湯配管１１を流れる温水を給湯に適した温度に保持しつつ、循環ポンプ１２の作動時間が必要最小限となるようにポンプ停止時間を適切に制御することができる。これにより、即湯機能を確保しつつ、循環ポンプ１２の稼働時間を短縮し、当該ポンプの寿命を延ばすことができる。また、循環ポンプ１２の消費電力を抑制し、給湯機の運転効率を向上させることができる。
【００３１】
なお、前記実施の形態１では、図２中のステップＳ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６が変更手段の具体例を示している。
【００３２】
実施の形態２．
次に、図３を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。図３は、本発明の実施の形態２による給湯機の構成例を示す全体構成図である。この図に示すように、本実施の形態による給湯機は、前記実施の形態１で述べた構成に加えて、出湯配管５０、給水配管５１、混合弁５２及び給水温度センサ５３を備えている。
【００３３】
出湯配管５０は、貯湯タンク２の上部側から高温水を取出すための配管であり、貯湯タンクの上部側に接続されている。給湯配管１０は、出湯配管５０及び混合弁５２を介して貯湯タンク２の上部側に接続されている。給水配管５１は、返湯配管１１から混合弁５２に温水を供給するもので、返湯配管１１から分岐して混合弁５２に接続されている。混合弁５２は、出湯配管５０から供給される高温水と、返湯配管１１から供給される温水とを混合し、両者の混合水を給湯配管１０に供給するものである。
【００３４】
混合弁５２は、電磁駆動式の三方弁等により構成され、制御装置３０により制御されるもので、２個の流入ポートと１個の流出ポートとを有している。混合弁５２の一方の流入ポートは、出湯配管５０を介して貯湯タンク２の上部側に接続され、他方の流入ポートは、返湯配管１１に接続されている。また、混合弁５２の流出ポートは、給湯配管１０に接続されている。給水温度センサ５３は、給水配管５１を流れる水の温度を検出し、検出結果を制御装置３０に出力するもので、給水温度検出手段の具体例を構成している。
【００３５】
本実施の形態において、循環運転時には、返湯温度センサ１３により検出した返湯温度と、給水温度センサ５３により検出した水の温度とに基いて混合弁５２を制御し、混合弁５２による高温水と低温水の混合比率を変化させる。これにより、制御装置３０は、非給湯中に給湯配管１０及び返湯配管１１を流れる温水の温度を調整し、当該温水の温度がリモコン等により設定された目標給湯温度と等しくなるように温度を制御する。
【００３６】
このように構成される本実施の形態でも、前記実施の形態１とほぼ同様の効果を得ることができる。加えて、本実施の形態によれば、循環運転中に給湯配管１０及び返湯配管１１を流れる温水を所望の温度に調整することができる。従って、給湯時には、ユーザが好む温度の温水を即座に供給することができ、利便性を向上させることができる。また、返湯配管１１を流れる温水は給水配管５１を流れる温水と同じなので、返湯温度センサ１３の機能を給水温度センサ５３によって実現し、返湯温度センサの検出値の代用として利用することもできる。
【００３７】
なお、前記実施の形態１，２では、循環運転中において、外気温度センサ１４により外気温度を検出し、循環ポンプ１２の回転数を外気温度が高いほど低回転数に設定する構成としてもよい。具体例を挙げると、例えば２５℃程度の外気温を基準として、外気温度が４０℃程度の高温である場合には、循環ポンプ１２の回転数を１０００ｒｐｍ程度の低回転数に制御する。また、外気温度が０℃程度の低温である場合には、循環ポンプ１２の回転数を高温時と比較して高い回転数、例えば４０００ｒｐｍ程度に制御する。
【００３８】
この制御によれば、循環運転中に給湯配管１０及び返湯配管１１を流れる温水が冷え難い高温時には、循環ポンプ１２の回転数を低く抑制することができる。これにより、循環ポンプ１２が必要以上に高い回転数で駆動されるのを抑制し、当該ポンプの寿命を延ばすことができる。なお、上記制御における温度及び回転数の具体値は一例に過ぎず、本発明を限定するものではない。
【００３９】
また、本実施の形態では、貯湯タンク２内の湯水を沸上げる加熱装置としてヒートポンプユニット２０を例示した。しかし、本発明はこれに限らず、電気ヒータ、ボイラ等の加熱装置を用いてもよい。
【符号の説明】
【００４０】
１  貯湯ユニット，２  貯湯タンク，３  沸上げ往き配管，４  沸上げ戻り配管，５  給水配管，１０  給湯配管，１１  返湯配管，１２  循環ポンプ，１３  返湯温度センサ（返湯温度検出手段），１４  外気温度センサ（外気温度検出手段），２０  ヒートポンプユニット，３０  制御装置，４０  給湯端末，５０  出湯配管，５１  給水配管，５２  混合弁，５３  給水温度センサ（給水温度検出手段）
【図１】
2015075270.tif 000003
【図２】
2015075270.tif 000004
【図３】
2015075270.tif 000005