(57)【要約】【課題】ヒートポンプユニットによってタンクの水を沸かし上げる給湯システムにおいて、外気温度が低い場合であっても、圧縮機へ過大な負荷をかけることなく、ヒートポンプユニットを駆動可能とする技術を提供する。【解決手段】本明細書が開示する給湯システムは、タンクと、タンクの水を沸かし上げるヒートポンプユニットと、外気温度を検出する外気温度サーミスタと、コントローラを備えている。コントローラは、外気温度が高い場合に、目標温度までタンクの水を沸かし上げるようにヒートポンプユニットを駆動し、外気温度が低い場合に、まず目標温度よりも低い温度までタンクの水を沸かし上げ、その後に目標温度までタンクの水を沸かし上げるようにヒートポンプユニットを駆動する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
タンクと、
タンクの水を沸かし上げるヒートポンプユニットと、
外気温度を検出する外気温度サーミスタと、
コントローラを備えており、
コントローラは、外気温度が高い場合に、目標温度までタンクの水を沸かし上げるようにヒートポンプユニットを駆動し、外気温度が低い場合に、まず目標温度よりも低い温度までタンクの水を沸かし上げ、その後に目標温度までタンクの水を沸かし上げるようにヒートポンプユニットを駆動する、給湯システム。
【請求項２】
目標温度として、タンクの水を殺菌可能な温度を設定可能である、請求項１の給湯システム。
【請求項３】
給湯箇所へ供給する水を加熱するバーナをさらに備える、請求項１または２の給湯システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書で開示する技術は、給湯システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、タンクと、タンクの水を沸かし上げるヒートポンプユニットと、コントローラを備える給湯システムが開示されている。この給湯システムでは、コントローラは、目標温度までタンクの水を沸かし上げるようにヒートポンプユニットを駆動する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２１０１８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
外気温度が低い状態でヒートポンプユニットを駆動する場合、タンクからヒートポンプユニットへ送られる水と、ヒートポンプユニットからタンクへ戻される水の温度差を大きくしようとすると、ヒートポンプユニットの圧縮機に過大な負荷がかかってしまう。外気温度が低い場合であっても、圧縮機へ過大な負荷をかけることなく、ヒートポンプユニットを駆動可能な技術が期待されている。
【０００５】
本明細書では、ヒートポンプユニットによってタンクの水を沸かし上げる給湯システムにおいて、外気温度が低い場合であっても、圧縮機へ過大な負荷をかけることなく、ヒートポンプユニットを駆動可能とする技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本明細書が開示する給湯システムは、タンクと、タンクの水を沸かし上げるヒートポンプユニットと、外気温度を検出する外気温度サーミスタと、コントローラを備えている。コントローラは、外気温度が高い場合に、目標温度までタンクの水を沸かし上げるようにヒートポンプユニットを駆動し、外気温度が低い場合に、まず目標温度よりも低い温度までタンクの水を沸かし上げ、その後に目標温度までタンクの水を沸かし上げるようにヒートポンプユニットを駆動する。
【０００７】
上記の給湯システムでは、外気温度が低い場合には、タンクの水を段階的に沸かし上げる。このような構成とすることによって、外気温度が低い場合に、タンクからヒートポンプユニットへ送られる水と、ヒートポンプユニットからタンクへ戻される水の温度差を小さくすることができる。ヒートポンプユニットの圧縮機に過大な負荷をかけることなく、ヒートポンプユニットを駆動することができる。また、上記の給湯システムでは、外気温度が高い場合には、タンクの水を一度で沸かし上げる。このような構成とすることによって、タンクの水を段階的に沸かし上げる場合に比べ、沸かし上げに要する時間を短縮することができる。
【０００８】
上記の給湯システムは、目標温度として、タンクの水を殺菌可能な温度を設定可能であるように構成することができる。
【０００９】
タンクの水に雑菌が繁殖している可能性がある場合には、殺菌可能な温度までタンクの水を沸かし上げることが望ましい。このような場合、通常の沸かし上げと比べて、目標温度はより高いものとなり、圧縮機への負荷が高くなりがちである。上記の給湯システムによれば、外気温度が低い場合であっても、圧縮機へ過大な負荷をかけることなく、殺菌可能な温度までタンクの水を沸かし上げることができる。
【００１０】
上記の給湯システムは、給湯箇所へ供給する水を加熱するバーナをさらに備えるように構成することができる。
【００１１】
外気温度が低く、ヒートポンプユニットによってタンクの水を段階的に沸かし上げる場合、目標温度の水がタンクに蓄えられるまでに長時間を要することになる。上記の給湯システムによれば、給湯設定温度の水がタンクに蓄えられていない場合でも、バーナでの加熱を利用して給湯を行うことができる。上記の給湯システムによれば、外気温度が低く、タンクの水を段階的に沸かし上げる場合でも、ユーザの利便性を損なうことがない。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施例に係る給湯システム２の構成を模式的に示す図。
【図２】実施例の給湯システム２においてコントローラが実行する沸上げ運転処理を説明するフローチャート。
【図３】実施例の給湯システム２においてコントローラが実行する給湯運転処理を説明するフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
（実施例）
図１に示すように、本実施例に係る給湯システム２は、ＨＰ（ヒートポンプ）ユニット４と、タンクユニット６と、バーナユニット８を備えている。
【００１４】
ＨＰユニット４は、外気から吸熱して水を加熱する熱源である。ＨＰユニット４は、圧縮機１０と、凝縮器１２と、膨張弁１４と、蒸発器１６を備えている。圧縮機１０は、冷媒を加圧して高温高圧にする。凝縮器１２は、水との熱交換により冷媒を冷却する。膨張弁１４は、冷媒を減圧して低温低圧にする。蒸発器１６は、外気との熱交換により冷媒を加熱する。ＨＰユニット４は、冷媒（例えばフロン系冷媒）を、圧縮機１０、凝縮器１２、膨張弁１４、蒸発器１６の順に循環させることで、外気から吸熱して水を加熱する。ＨＰユニット４はさらに、凝縮器１２に水を循環させる循環ポンプ１８と、凝縮器１２に流れ込む水の温度を検出する戻りサーミスタ２０と、凝縮器１２から流れ出る水の温度を検出する往きサーミスタ２２と、外気温度を検出する外気温度サーミスタ２３と、ＨＰユニット４の各構成要素の動作を制御するＨＰコントローラ２４を備えている。
【００１５】
タンクユニット６は、タンク３０と、混合弁３２と、バイパス制御弁３４を備えている。タンク３０は、外側が断熱材で覆われており、内部に水を蓄える密閉型の容器である。本実施例のタンク３０の容量は、例えば１００リットルである。ＨＰユニット４の循環ポンプ１８が駆動すると、タンク３０の底部から水が吸い出されて凝縮器１２へ送られる。凝縮器１２で加熱されて高温となった水は、タンク３０の頂部からタンク３０内に戻される。ＨＰユニット４によって加熱された水がタンク３０に流れ込むと、タンク３０の内部には、低温の水の層の上に高温の水の層が積み重なった温度成層が形成される。タンク３０には、上部の水の温度を検出する貯湯サーミスタ３６と、中間部の水の温度を検出する中間サーミスタ３８が取り付けられている。
【００１６】
タンクユニット６には、給水経路４０を介して水道水が供給される。給水経路４０には、給水圧力を減圧する減圧弁４２と、給水温度を検出する入水サーミスタ４４が取り付けられている。給水経路４０は、タンク３０の底部に連通するタンク給水経路４６と、混合弁３２に連通するタンクバイパス経路４８に分岐している。タンク給水経路４６とタンクバイパス経路４８には、それぞれ逆止弁５０，５２が取り付けられている。また、タンクバイパス経路４８には、混合弁３２に流入する水道水の流量を検出する水側水量センサ５４が取り付けられている。タンク３０の頂部と混合弁３２は、タンク出湯経路５６を介して連通している。タンク出湯経路５６には、逆止弁５８と、混合弁３２に流入するタンク３０からの水の流量を検出する湯側水量センサ６０が取り付けられている。
【００１７】
混合弁３２は、タンクバイパス経路４８から流れ込む水道水と、タンク出湯経路５６から流れ込むタンク３０からの水を混合して、第１給湯経路６２に送り出す。混合弁３２は、ステッピングモータによって弁を駆動し、タンクバイパス経路４８側の開度（水側の開度）と、タンク出湯経路５６側の開度（湯側の開度）を調整する。第１給湯経路６２には、混合弁３２から送り出される水の温度を検出する混合サーミスタ６４が取り付けられている。
【００１８】
タンクユニット６からは、第２給湯経路６６を介して、台所やシャワー、カラン等の給湯箇所への給湯が行われる。第２給湯経路６６には、給湯箇所へ供給される水の温度を検出する給湯出口サーミスタ６８と、逆止弁７０が取り付けられている。第１給湯経路６２と第２給湯経路６６の間は、給湯バイパス経路７２によって連通している。給湯バイパス経路７２には、バイパス制御弁３４が取り付けられている。
【００１９】
タンクユニット６はさらに、タンクコントローラ７４と、タンクコントローラ７４と通信可能なリモコン７６を備えている。タンクコントローラ７４は、タンクユニット６の各構成要素の動作を制御する。リモコン７６は、スイッチやボタン等を介して、ユーザからの各種の操作入力を受け入れる。また、リモコン７６は、表示や音声によってユーザに給湯システム２の設定や動作に関する各種の情報を通知する。
【００２０】
バーナユニット８は、バーナ８０と、熱交換器８２と、バイパスサーボ８４と、水量サーボ８６と、湯はり弁８８を備えている。バーナ８０は、ガスの燃焼によって熱交換器８２を流れる水を加熱する熱源である。熱交換器８２には、バーナ往路９０を介して、タンクユニット６の第１給湯経路６２からの水が流れ込む。熱交換器８２を通過した水は、バーナ復路９２を介して、タンクユニット６の第２給湯経路６６へ流れ出る。バーナ往路９０には、熱交換器８２へ流れ込む水の流量を調整する水量サーボ８６が取り付けられている。バーナ往路９０とバーナ復路９２の間は、バーナバイパス経路９４を介して連通している。バーナ往路９０とバーナバイパス経路９４の接続部に、バイパスサーボ８４が取り付けられている。バイパスサーボ８４は、バーナ往路９０からバーナバイパス経路９４へ流れる水の流量を調整する。バーナ復路９２には、熱交換器８２から流れ出る水の温度を検出するバーナ給湯サーミスタ９６が取り付けられている。バーナ復路９２からは、湯はり経路９８が分岐している。湯はり経路９８には、湯はり弁８８が取り付けられている。バーナユニット８からは、湯はり経路９８を介して、給湯箇所である浴槽への湯はりが行われる。バーナユニット８はさらに、バーナユニット８の各構成要素の動作を制御するバーナコントローラ１００を備えている。
【００２１】
ＨＰコントローラ２４とタンクコントローラ７４は、互いに通信可能である。タンクコントローラ７４とバーナコントローラ１００は、互いに通信可能である。従って、ＨＰコントローラ２４と、タンクコントローラ７４と、バーナコントローラ１００が協調して制御を行うことで、給湯システム２は沸上げ運転や給湯運転等の各種の動作を行うことができる。以下では、ＨＰコントローラ２４と、タンクコントローラ７４と、バーナコントローラ１００を総称して、単にコントローラとも呼ぶ。
【００２２】
以下では、給湯システム２の主要な動作について説明する。
【００２３】
（沸上げ運転）
沸上げ運転では、給湯システム２は、ＨＰユニット４を駆動して、タンク３０内の水を沸かし上げる。沸上げ運転を開始するタイミングは、様々な観点から設定することが可能である。例えば、前日までの給湯実績に基づいて、大きな給湯需要の発生が予想される時刻の直前に、タンク３０の水の沸かし上げが終了するように、コントローラが沸上げ運転の開始タイミングを決定してもよい。あるいは、ユーザがリモコン７６を介してタンク３０の水の沸かし上げを指示することで、コントローラが沸上げ運転を開始してもよい。
【００２４】
図２に示すように、沸上げ運転が開始されると、ステップＳ２で、コントローラは滅菌沸上げ要求の有無を判断する。滅菌沸上げは、タンク３０内の水に雑菌が繁殖しているおそれがある場合に、タンク３０の水を殺菌可能な高温（例えば６５℃）まで沸かし上げる運転である。一般に、タンク３０の内部の水が、低温（例えば６０℃以下の温度）のまま長時間（例えば７２時間以上）滞留している場合には、タンク３０内の水に雑菌が繁殖しているおそれがあると考えられる。このような場合に、コントローラは滅菌沸上げ要求フラグをオンにしておき、その後の沸上げ運転においてタンク３０内の水の滅菌処理を行う。
【００２５】
ステップＳ２で滅菌沸上げ要求が有る場合（ＹＥＳの場合）、処理はステップＳ４へ進み、コントローラは、沸上げ運転の目標温度を６５℃に設定する。ステップＳ２で滅菌沸上げ要求が無い場合（ＮＯの場合）、処理はステップＳ６へ進み、コントローラは、沸上げ運転の目標温度を４５℃に設定する。いずれの場合も、目標温度を設定した後、処理はステップＳ８へ進む。
【００２６】
ステップＳ８で、コントローラは、外気温度サーミスタ２３で検出される外気温度が、基準温度（例えば０℃）を下回るか否かを判断する。外気温度が基準温度を下回る場合（ＹＥＳの場合）、処理はステップＳ１０へ進む。
【００２７】
ステップＳ１０で、コントローラは、沸上げ温度を３５℃に設定する。
【００２８】
ステップＳ１２で、コントローラは、タンク３０内の水の沸かし上げを実行する。コントローラは、圧縮機１０を駆動して、圧縮機１０、凝縮器１２、膨張弁１４、蒸発器１６の順に冷媒を循環させるとともに、循環ポンプ１８を駆動して、タンク３０と凝縮器１２の間で水を循環させる。これによって、タンク３０の底部から吸い出された水は、凝縮器１２において、ステップＳ１０で設定された沸上げ温度まで加熱されて、タンク３０の頂部に戻される。タンク３０内の水が全て沸上げ温度まで加熱された水で置き換えられると、処理はステップＳ１４へ進む。
【００２９】
ステップＳ１４で、コントローラは、沸上げ温度を、ステップＳ４またはステップＳ６で設定された目標温度に設定する。
【００３０】
ステップＳ１６で、コントローラは、タンク３０内の水の沸かし上げを実行する。コントローラは、圧縮機１０を駆動して、圧縮機１０、凝縮器１２、膨張弁１４、蒸発器１６の順に冷媒を循環させるとともに、循環ポンプ１８を駆動して、タンク３０と凝縮器１２の間で水を循環させる。これによって、タンク３０の底部から吸い出された水は、凝縮器１２において、ステップＳ１４で設定された沸上げ温度まで加熱されて、タンク３０の頂部に戻される。タンク３０内の水が全て沸上げ温度まで加熱された水で置き換えられると、図２の沸上げ運転を終了する。
【００３１】
ステップＳ８で、外気温度が基準温度以上である場合（ＮＯの場合）、処理はステップＳ１８へ進む。
【００３２】
ステップＳ１８で、コントローラは、沸上げ温度を、ステップＳ４またはステップＳ６で設定された目標温度に設定する。
【００３３】
ステップＳ２０で、コントローラは、タンク３０内の水の沸かし上げを実行する。コントローラは、圧縮機１０を駆動して、圧縮機１０、凝縮器１２、膨張弁１４、蒸発器１６の順に冷媒を循環させるとともに、循環ポンプ１８を駆動して、タンク３０と凝縮器１２の間で水を循環させる。これによって、タンク３０の底部から吸い出された水は、凝縮器１２において、ステップＳ１８で設定された沸上げ温度まで加熱されて、タンク３０の頂部に戻される。タンク３０内の水が全て沸上げ温度まで加熱された水で置き換えられると、図２の沸上げ運転を終了する。
【００３４】
本実施例の給湯システム２では、外気温度が基準温度よりも低い場合に、ステップＳ１０からステップＳ１６までの処理によって、タンク３０内の水を段階的に沸かし上げる。このような構成とすることによって、外気温度が低い場合に、タンク３０からＨＰユニット４へ送られる水と、ＨＰユニット４からタンク３０へ戻される水の温度差を小さくすることができる。ＨＰユニット４の圧縮機１０に過大な負荷をかけることなく、ＨＰユニット４を駆動することができる。特に、本実施例の給湯システム２では、外気温度が低く、かつタンク３０の水を殺菌可能な温度まで沸かし上げる必要がある場合についても、圧縮機１０に過大な負荷をかけることなく、ＨＰユニット４を駆動することができる。
【００３５】
本実施例の給湯システム２では、外気温度が基準温度以上の場合に、ステップＳ１８からステップＳ２０までの処理によって、タンク３０内の水を一度で沸かし上げる。このような構成とすることによって、タンク３０の水を段階的に沸かし上げる場合に比べて、沸かし上げに要する時間を短縮することができる。
【００３６】
（給湯運転）
給湯運転では、給湯設定温度の水を給湯箇所へ供給する。本実施例の給湯システム２では、例えば水側水量センサ５４で検出される水量と、湯側水量センサ６０で検出される水量を合算した水量（給湯水量）が、所定値以上となった場合に、給湯運転を開始する。
【００３７】
図３に示すように、給湯運転が開示されると、ステップＳ２２で、コントローラは、タンク止水要求の有無を判断する。ここでいうタンク止水とは、タンク３０内の水に雑菌が繁殖しているおそれがある場合に、混合弁３２においてタンク出湯経路５６側の開度（湯側の開度）を全閉にし、タンク３０から給湯箇所へ水が供給されないようにすることを意味する。例えば、コントローラは、タンク３０の内部の水が、低温（例えば６０℃以下の温度）のまま長時間（例えば９６時間以上）滞留している場合に、タンク止水要求フラグをオンにしておき、その後の給湯運転においてタンク３０内の水が給湯箇所へ供給されないようにする。沸上げ運転によって、タンク３０の水が殺菌可能な高温（例えば６５℃）まで沸上げられ、殺菌に必要な時間を経過するまでタンク止水が維持されると、コントローラは、タンク止水要求フラグをオフにする。
【００３８】
ステップＳ２２でタンク止水要求が有る場合（ＹＥＳの場合）、処理はステップＳ２４へ進み、コントローラは、バーナ８０の燃焼運転を許可する。さらに、ステップＳ２６で、コントローラは、混合弁３２を制御して、タンクバイパス経路４８側の開度（水側の開度）を全開にして、タンク出湯経路５６側の開度（湯側の開度）を全閉にする。これによって、タンク３０から給湯箇所への水の供給が禁止される。この場合、給水経路４０から供給される低温の水道水が、バーナ８０によって給湯設定温度まで加熱されて、給湯箇所へ供給される。
【００３９】
ステップＳ２２でタンク止水要求が無い場合（ＮＯの場合）、処理はステップＳ２８へ移行する。ステップＳ２８では、タンク３０が湯切れをしているか否かを判断する。本実施例では、コントローラは、貯湯サーミスタ３６で検出される温度が給湯設定温度を下回った場合に、タンク３０が湯切れしたものと判断する。
【００４０】
タンク３０が湯切れしていない場合（ステップＳ２８でＮＯの場合）、処理はステップＳ３０へ進む。ステップＳ３０では、コントローラは、バーナ８０の燃焼運転を禁止する。また、ステップＳ３２では、コントローラは、混合サーミスタ６４で検出される温度が給湯設定温度となるように、混合弁３２の開度を調整する。この場合、タンク３０の上部から供給される高温の水と、給水経路から供給される低温の水道水が、混合弁３２において給湯設定温度となるように混合されて、給湯箇所へ供給される。
【００４１】
ステップＳ２８でタンク３０が湯切れしている場合（ＹＥＳの場合）、処理はステップＳ３４へ進む。ステップＳ３４では、コントローラは、バーナ８０の燃焼運転を許可する。また、ステップＳ３６では、コントローラは、混合サーミスタ６４で検出される温度が、給湯設定温度よりもわずかに低い温度となるように、混合弁３２の開度を調整する。この場合、タンク３０の上部から供給される高温の水と、タンクバイパス経路４８から供給される低温の水道水が、混合弁３２において混合された後、バーナ８０によって給湯設定温度まで加熱されて、給湯箇所へ供給される。
【００４２】
ステップＳ３８では、給湯箇所への給湯が終了したか否かを判断する。本実施例の給湯システム２では、例えば水側水量センサ５４で検出される水量と、湯側水量センサ６０で検出される水量を合算した水量（給湯水量）が、所定値を下回った場合に、給湯が終了したものと判断する。ステップＳ３８で給湯が終了していない場合（ＮＯの場合）、処理はステップＳ２２へ戻る。給湯が終了した場合（ステップＳ３８でＹＥＳの場合）、ステップＳ４０でバーナ８０の燃焼運転を禁止して、給湯運転処理を終了する。
【００４３】
本実施例の給湯システム２では、沸上げ運転において、外気温度が低く、ＨＰユニット４によってタンク３０の水を段階的に沸かし上げる場合、目標温度の水がタンク３０に蓄えられるまでに長時間を要することになる。本実施例の給湯システム２では、この沸上げ運転を行っている間に給湯運転が開始される場合でも、バーナ８０での加熱を利用して給湯を行うことができる。本実施例の給湯システム２によれば、タンク３０の水を段階的に沸かし上げる場合でも、ユーザの利便性を損なうことがない。
【００４４】
上記の給湯システム２では、ＨＰユニット４の冷媒としてフロン系冷媒を用いている。一般に、フロン系冷媒を用いるヒートポンプでは、外気温度が低い場合に、水を一度で高温まで沸かし上げることが困難となる。このため、タンク３０内の水の滅菌処理が必要と判断される場合でも、外気温度が上昇するまで高温での沸かし上げを行うことができず、タンク３０内の水を給湯に使用できない期間が長いものとなる。上記の給湯システム２によれば、ＨＰユニット４の冷媒としてフロン系冷媒を用いており、かつ外気温度が低い場合であっても、タンク３０の水を殺菌可能な温度まで沸かし上げることができる。
【００４５】
以上、各実施例について詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
【００４６】
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は、複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００４７】
２  給湯システム
４  ＨＰユニット
６  タンクユニット
８  バーナユニット
１０  圧縮機
１２  凝縮器
１４  膨張弁
１６  蒸発器
１８  循環ポンプ
２０  戻りサーミスタ
２２  往きサーミスタ
２３  外気温度サーミスタ
２４  ＨＰコントローラ
３０  タンク
３２  混合弁
３４  バイパス制御弁
３６  貯湯サーミスタ
３８  中間サーミスタ
４０  給水経路
４２  減圧弁
４４  入水サーミスタ
４６  タンク給水経路
４８  タンクバイパス経路
５０，５２  逆止弁
５４  水側水量センサ
５６  タンク出湯経路
５８  逆止弁
６０  湯側水量センサ
６２  第１給湯経路
６４  混合サーミスタ
６６  第２給湯経路
６８  給湯出口サーミスタ
７０  逆止弁
７２  給湯バイパス経路
７４  タンクコントローラ
７６  リモコン
８０  バーナ
８２  熱交換器
８４  バイパスサーボ
８６  水量サーボ
８８  湯はり弁
９０  バーナ往路
９２  バーナ復路
９４  バーナバイパス経路
９６  バーナ給湯サーミスタ
９８  湯はり経路
１００  バーナコントローラ
【図１】
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【図２】
2015094505.tif 000004
【図３】
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