(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部熱源機を利用して加熱された湯水を上部から内部に流入させて貯留可能であり、かつこの貯留された湯水を上部に接続された出湯管を介して給湯先に向けて出湯可能とされた貯湯タンクと、
この貯湯タンクの上下高さ方向に間隔を隔てて設けられ、かつ前記貯湯タンク内の湯水温度を検出するための複数の温度センサと、
これら複数の温度センサを利用して検出される湯水温度に基づいて所定の蓄熱満杯状態の沸き上げが完了したか否かを判断可能な判断手段と、
を備えている、貯湯式給湯装置であって、
前記貯湯タンク内の上部の湯水を前記貯湯タンク内の下部に送り込む第１の湯水循環動作が可能な第１の湯水循環路を備えており、
前記判断手段において前記蓄熱満杯状態の沸き上げが完了した旨の判断がなされた際には、前記第１の湯水循環動作が実行されるように構成されていることを特徴とする、貯湯式給湯装置。
【請求項２】
請求項１に記載の貯湯式給湯装置であって、
前記第１の湯水循環動作は、前記複数の温度センサのうち、最下部に設けられた温度センサによって前記貯湯タンク内の上部の湯水と略同一の温度が検出された時点で終了し、または前記湯水の送り込み動作に用いられるポンプの駆動時間が所定時間に達した時点で終了するように構成されている、貯湯式給湯装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の貯湯式給湯装置であって、
前記第１の湯水循環動作は、湯水沸き上げ温度が給湯設定温度よりも高いときに実行され、そうでないときには実行されないように構成されている、貯湯式給湯装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の貯湯式給湯装置であって、
前記貯湯タンク内の下部の湯水を前記貯湯タンク内の上部に送り込む第２の湯水循環動作が可能な第２の湯水循環路を、さらに備えており、
前記判断手段において前記蓄熱満杯状態の沸き上げが完了した旨の判断がなされた際に、湯水沸き上げ温度が給湯設定温度よりも高く、かつその温度差が所定温度未満であるときには、前記第１の湯水循環動作が実行される一方、
前記湯水沸き上げ温度が給湯設定温度よりも高く、かつその温度差が前記所定温度以上であるときには、前記第２の湯水循環動作が実行されるように構成されている、貯湯式給湯装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒートポンプ給湯装置などの貯湯式給湯装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ヒートポンプ給湯装置は、ヒートポンプを利用して加熱された湯水が貯湯タンクの上部からその内部に流入して貯留され、かつこの貯留された湯水は、貯湯タンクの上部に接続された出湯管を介して給湯先に向けて出湯可能とされているのが通例である。このようなヒートポンプ給湯装置においては、今後予測される熱需要に応じて、必要熱量の湯水を予め沸き上げて貯湯タンク内に貯留させるように制御される。このような制御を的確に行なう上では、貯湯タンク内が蓄熱満杯状態にあるか否かを判断しなければならない場合がある。そこで、従来においては、複数の温度センサを貯湯タンクの上下高さ方向に間隔を隔てて並ぶように設け、かつこれら複数の温度センサによって検出される湯水温度に基づいて貯湯タンク内が蓄熱満杯状態にあるか否かを判断する手段が採用されている。
【０００３】
しかしながら、前記従来技術においては、次に述べるように改善すべき余地があった。
【０００４】
すなわち、ヒートポンプによって加熱された高温湯水は、貯湯タンク内の上側から下側に向けて順次貯留されていく。このため、貯湯タンクに取り付けられた複数の温度センサの全てによって高温湯水の温度検出がなされ、蓄熱満杯状態であると判断された場合であっても、実際には、最下部の温度センサよりも下方の下部領域には、中低温湯水が存在している場合がある。このような中低温湯水は、給湯設定温度よりも低温であって、そのままでは給湯に利用できない場合が多い。このため、そのような状態を適切に解消することが要望される。
【０００５】
このような要望に応えるための一手段として、特許文献１に記載された手段がある。同文献に記載されている手段においては、貯湯タンク内の下部に存在する中低温湯水を、貯湯タンク内の上部の高温湯水の領域に送り込むことによって、これらの湯水を混合し、貯湯タンク内に中低温湯水が存在しないようにする。ところが、このような手段によれば、貯湯タンク内の上部に形成されている高温湯水の温度成層が、中低温湯水の混入によって崩される。これでは、貯湯タンク内の湯水分布が不均一化し、給湯温度が不安定になり易い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−１４８８０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、前記したような事情のもとで考え出されたものであり、いわゆる全量沸き上げ後の給湯動作時において、給湯温度が不安定となる不具合を抑制しつつ、貯湯タンク内の湯水の全量または略全量を給湯に有効かつ適切に利用できるようにすることが可能な貯湯式給湯装置を提供することを、その課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を講じている。
【０００９】
本発明により提供される貯湯式給湯装置は、外部熱源機を利用して加熱された湯水を上
部から内部に流入させて貯留可能であり、かつこの貯留された湯水を上部に接続された出湯管を介して給湯先に向けて出湯可能とされた貯湯タンクと、この貯湯タンクの上下高さ方向に間隔を隔てて設けられ、かつ前記貯湯タンク内の湯水温度を検出するための複数の温度センサと、これら複数の温度センサを利用して検出される湯水温度に基づいて所定の蓄熱満杯状態の沸き上げが完了したか否かを判断可能な判断手段と、を備えている、貯湯式給湯装置であって、前記貯湯タンク内の上部の湯水を前記貯湯タンク内の下部に送り込む第１の湯水循環動作が可能な第１の湯水循環路を備えており、前記判断手段において前記蓄熱満杯状態の沸き上げが完了した旨の判断がなされた際には、前記第１の湯水循環動作が実行されるように構成されていることを特徴としている。
【００１０】
このような構成によれば、次のような効果が得られる。
第１に、貯湯タンク内が蓄熱満杯状態であると判断手段において判断されたときには、貯湯タンク内の上部に存在する高温湯水を貯湯タンク内の下部に送り込むことができるため、貯湯タンク内の下部に、仮に中低温湯水が存在している場合であっても、これらの湯水を混合し、貯湯タンク内の湯水の全量を高温湯水またはこれに近い温度の湯水とすることができる。したがって、貯湯タンク内が蓄熱満杯状態であると判断されているにも拘わらず、実際には一部の湯水は温度が低い状態にあるといった不具合を無くすことが可能である。その結果、給湯に利用できる湯水量を増やし、エネルギ効率を高めることができる。
第２に、貯湯タンク内の上部に存在する高温湯水を貯湯タンク内の下部に送り込むために、特許文献１とは異なり、貯湯タンク内の上部に形成されている温度成層が崩れないようにすることができる。また、貯湯タンク内の下部には、高温湯水と中低温湯水とが混合した湯水領域が発生するが、この領域の湯水は、貯湯タンクから直ちに出湯されることはなく、時間の経過とともに温度の均一化が図られ、温度のばらつきが少ない湯水となる。このようなことから、給湯温度を安定させる効果も得られる。
【００１１】
本発明において、好ましくは、前記第１の湯水循環動作は、前記複数の温度センサのうち、最下部に設けられた温度センサによって前記貯湯タンク内の上部の湯水と略同一の温度が検出された時点で終了し、または前記湯水の送り込み動作に用いられるポンプの駆動時間が所定時間に達した時点で終了するように構成されている。
【００１２】
このような構成によれば、貯湯タンク内の上部から貯湯タンク内の下部に送り込まれる湯水の量を必要かつ十分な量とすることが、高価な流量センサなどを用いることなく簡易かつ的確に実行し得る。
【００１３】
本発明において、好ましくは、前記第１の湯水循環動作は、湯水沸き上げ温度が給湯設定温度よりも高いときに実行され、そうでないときには実行されないように構成されている。
【００１４】
このような構成によれば、貯湯タンク内の上部の湯水を貯湯タンク内の下部に送り込んで混合させることに起因して、貯湯タンク内に給湯設定温度よりも低い湯水が多く発生し、無駄となるようなことを防止することができる。
【００１５】
本発明において、好ましくは、前記貯湯タンク内の下部の湯水を前記貯湯タンク内の上部に送り込む第２の湯水循環動作が可能な第２の湯水循環路を、さらに備えており、前記判断手段において前記蓄熱満杯状態の沸き上げが完了した旨の判断がなされた際に、湯水沸き上げ温度が給湯設定温度よりも高く、かつその温度差が所定温度未満であるときには、前記第１の湯水循環動作が実行される一方、前記湯水沸き上げ温度が給湯設定温度よりも高く、かつその温度差が前記所定温度以上であるときには、前記第２の湯水循環動作が実行されるように構成されている。
【００１６】
このような構成によれば、次のような効果が得られる。
まず、湯水沸き上げ温度が給湯設定温度よりも僅かに高温である場合には、第１の湯水循環動作が実行されるが、既述したように、第１の湯水循動作においては、貯湯タンク内の温度成層が崩れないため、給湯先には給湯設定温度での給湯を適切に行なうことができる。一方、第２の湯水循環動作においては、既述した特許文献１と同様な方式であるため、貯湯タンク内の温度成層が崩れる現象を招く。ただし、この第２の湯水循環動作は、湯水沸き上げ温度が給湯設定温度よりもかなり高温である場合に実行されるため、給湯先に対し、給湯設定温度の湯水を供給することが可能である。
第１の湯水循環動作においては、貯湯タンク内の下部において中低温湯水と高温湯水との混合がなされるため、最下部の温度センサによる温度検出が不安定となる虞があるが、第２の湯水循環動作においては、そのようなことがない。したがって、湯水循環動作を終了させるための制御手段として、最下部の温度センサによって検出される湯水温度を利用する場合には、第２の湯水循環動作の方が、第１の湯水循環動作よりも高精度な制御が可能となる。このようなことから、本発明の前記構成によれば、第１および第２の湯水循環動作のそれぞれの利点を活かすことができる。
【００１７】
本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行なう発明の実施の形態の説明から、より明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係る貯湯式給湯装置の一例を示す説明図である。
【図２】（ａ），（ｂ）は、図１の貯湯式給湯装置において実行される２種類の湯水循環動作を示す要部説明図である。
【図３】図１の貯湯式給湯装置において実行される動作制御の例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の好ましい実施の形態について、図面を参照して具体的に説明する。
【００２０】
図１に示す貯湯式給湯装置Ａは、ヒートポンプ給湯装置であり、ヒートポンプ１と、貯湯タンクユニットＵとを組み合わせて構成されている。
【００２１】
ヒートポンプ１は、従来既知のものと同様であり、たとえばＣＯ2などの冷媒の循環路に、ファン１０ａを利用して取り込まれる空気から熱を吸収する蒸発器１０、圧縮器１１、凝縮器としての湯水加熱用の熱交換器１２、および膨張弁１３が設けられたものである。
【００２２】
貯湯タンクユニットＵは、貯湯タンク２、補助熱源機３、制御部４、および貯湯タンク２やその他の部分に接続された後述する複数の配管部を具備している。これら複数の配管部は、図２を参照して後述するように、第１および第２の湯水循環路Ｃ１，Ｃ２を構成可能とされている。
【００２３】
貯湯タンク２の下部および上部は、ヒートポンプ１の熱交換器１２に対し、配管５０ａ，５０ｂを介して接続されている。配管５０ａに設けられたポンプＰ１が駆動されると、貯湯タンク２内の下部の湯水は、配管５０ａを介して熱交換器１２に送られて加熱されてから、配管５０ｂを介して貯湯タンク２内の上部に戻される。湯水の沸き上げはこのようにして行なわれ、貯湯タンク２内の上部側から下側に向けて高温の湯水が順次溜められていく。貯湯タンク２には、内部の湯水温度を検出するための複数の温度センサＳａが上下高さ方向に適当な間隔を隔てて設けられており、貯湯タンク２内における湯水の温度分布
や、これに基づく蓄熱量などを判断することが可能となっている。
【００２４】
貯湯タンク２の下部には、入水口６１ａを有する入水管６１および三方弁Ｖ３が配管接続され、かつ貯湯タンク２の上部には、出湯口６２ａを有する出湯管６２が接続されている。出湯口６２ａに配管接続された給湯栓９０が開状態にされると、貯湯タンク２内への入水圧によって貯湯タンク２内の湯水は出湯管６２に流出し、流出口６２ａから給湯栓９０に供給される。出湯管６２には、浴槽９４への湯張り給湯用の出湯口６４ａを有する配管６４が分岐接続されている。さらに、出湯管６２には、温度センサＳｂの他、入水管６１の分岐配管６１ｂが接続された給湯温度制御用の混合弁Ｖ２が設けられている。この混合弁Ｖ２は、出湯管６２内の湯水に、入水管６１の分岐配管６１ｂを通過してくる湯水を流入させ、かつそれらの混合比を変更することによって、給湯温度を給湯設定温度（リモコン４０を用いてユーザが設定する給湯温度、あるいは主制御部４が各種の条件に応じて設定する給湯温度）に調整可能とされている。本実施形態では、温水暖房端末９１用のポンプＰ３を備えた配管９３内を流通する熱媒を加熱するための熱交換器９２も具備されており、前記とは異なった後述する経路で熱交換器９２にも給湯が可能とされている。
【００２５】
補助熱源機３は、貯湯タンク２内に湯切れが生じた場合に、湯水加熱を行なうためのものであり、その構成は、たとえばガス瞬間式湯沸器と同様である。具体的には、この補助熱源機３は、バーナ３０および熱交換器３１を備え、熱交換器３１に供給された湯水をバーナ３０によって迅速に加熱し得る構成である。補助熱源機３の入水側配管部７０ａは、ポンプＰ２および三方弁Ｖ１を介して貯湯タンク２の上部に繋がっている。補助熱源機３の出湯側配管部７０ｂは、開閉弁Ｖ４を有し、かつ出湯管６２に繋がっており、また熱交換器９２が設けられた配管部７１が分岐接続されている。このため、三方弁Ｖ１および開閉弁Ｖ４の切り替えにより、補助熱源機３を通過して加熱された湯水を給湯栓９０、浴槽９４、および熱交換器９２のそれぞれに供給可能である。
【００２６】
貯湯タンクユニットＵにおいては、図２（ａ），（ｂ）の太線で示すように、第１および第２の湯水循環路Ｃ１，Ｃ２を形成可能である。
図２（ａ）に示す第１の湯水循環路Ｃ１は、貯湯タンク２内の上部の湯水を貯湯タンク２内の下部に送り込むための湯水循環路である。この第１の湯水循環路Ｃ１においては、ポンプＰ２を駆動させると、貯湯タンク２内の上部の湯水は、補助熱源機３の入水側配管部７０ａに流出して補助熱源機３を通過し、その後は出湯側配管部７０ｂ、配管部７１、および三方弁Ｖ３を通過して貯湯タンク２内の下部に流入する。図２（ｂ）に示す第２の湯水循環路Ｃ２は、貯湯タンク２内の下部の湯水を貯湯タンク２内の上部に送り込むための湯水循環路である。この第２の湯水循環路Ｃ２は、三方弁Ｖ１，Ｖ３を接続する配管部６３を用いて構成されており、ポンプＰ２を駆動させると、貯湯タンク２内の下部の湯水は、配管部６３に流出して補助熱源機３を通過した後に、開閉弁Ｖ４、および出湯管６２の一部を通過して貯湯タンク２内の上部に流入する。このような第１および第２の湯水循環路Ｃ１，Ｃ２の切り替えは、制御部４による弁切り替え制御により実行される。
【００２７】
制御部４は、本発明でいう判断手段の一例に相当し、マイクロコンピュータなどを用いて構成されている。この制御部４は、過去の熱需要（給湯運転実績）に基づき、今後の熱需要を予測する学習能力を有しており、熱需要予測などに基づき、貯湯タンクユニットＵの各部の動作制御やデータ処理を実行する。また、ヒートポンプ１の制御部（図示略）と協働して貯湯式給湯装置Ａ全体の動作制御も実行する。加えて、制御部４は、貯湯タンク２内の湯水のいわゆる全量沸き上げを行なう場合には、後述するような特徴的な制御を行なうように構成されている。
【００２８】
次に、貯湯式給湯装置Ａの作用について説明する。併せて、制御部４の動作処理手順の一例について、図３のフローチャートを参照しつつ説明する。
【００２９】
まず、貯湯タンク２内の湯水のいわゆる全量沸き上げを開始した後には、複数の温度センサＳａの全てによって所定の沸き上げ温度が検出された時点で、制御部４は、貯湯タンク２内は蓄熱満杯状態になったものと判断し、沸き上げ動作を終了させる（Ｓ１，Ｓ２：ＹＥＳ，Ｓ３）。このため、沸き上げ終了後であっても、貯湯タンク２内のうち、最下部の温度センサＳａ１よりも下方の領域には、沸き上げ温度に満たない中低温湯水が存在する虞がある。
【００３０】
次いで、制御部４は、湯水の沸き上げ温度Ｔａと、給湯設定温度Ｔｂとを比較し、湯水の沸き上げ温度Ｔａが給湯設定温度Ｔｂよりも高温であり、かつそれらの温度差が所定未満である場合には、ポンプＰ２の駆動による第１の湯水循環動作を開始させる（Ｓ４：ＹＥＳ，Ｓ５：ＹＥＳ，Ｓ６）。この第１の湯水循環動作は、図２（ａ）を参照して説明した第１の湯水循環路Ｃ１に湯水を流れさせる動作であり、この動作では、貯湯タンク２内の上部の高温湯水が貯湯タンク２内の下部に送り込まれる。このため、貯湯タンク２内の下部に中低温湯水が存在していたとしても、これらに高温湯水が混合される結果、これらの混合湯水が高温湯水またはこれに近い湯水となり、元々存在していた中低温湯水を実質的に無くすことができる。
【００３１】
前記した第１の湯水循環動作の開始後において、最下部の温度センサＳａ１および出湯管６２の温度センサＳｂによる検出温度が略同一になると、その時点でポンプＰ２の駆動が停止され、第１の湯水循環動作が終了する（Ｓ７：ＹＥＳ，Ｓ８）。貯湯タンク２内の下部に高温湯水が流入し、かつこの高温湯水が最下部の温度センサＳａ１の高さまで流入すると、温度センサＳａ１，Ｓｂによる検出温度は、略同一となる。したがって、このようなタイミングで第１の湯水循環動作を終了させれば、貯湯タンク２内の下部に存在していた中低温湯水を実質的に無くす上で、貯湯タンク２内の下部への高温湯水の流入量に過不足のないものとすることが可能である。また、高温湯水の流入量制御に際し、高価な流量センサを用いるといった必要もない。
【００３２】
前記した第１の湯水循環動作が実行された場合には、貯湯タンク２内の湯水の全量を高温湯水またはこれに近い温度の湯水とすることが可能である。したがって、貯湯タンク２内が蓄熱満杯状態であると制御部４において判断されているにも拘わらず、実際には一部の湯水は温度が低い状態にあるといったことは解消される。このため、補助熱源機３の利用頻度を低くし、エネルギ効率を高めることもできる。また、第１の湯水循環動作においては、貯湯タンク２内の上部に存在する高温湯水を貯湯タンク２内の下部に送り込むために、貯湯タンク２内の上部の温度成層が崩れないようにすることができる。また、貯湯タンク２内の下部において発生した高温湯水と中低温湯水との混合湯水は、その後に給湯動作が開始された場合であっても、貯湯タンク２から直ちに出湯されることはなく、時間の経過とともに温度の均一化が図られ、温度のばらつきが少ない湯水となる。したがって、湯水の沸き上げ温度Ｔａと給湯設定温度Ｔｂとの温度差が所定未満の小さい場合であっても、給湯温度が給湯設定温度を下回るようなことのない安定した温度での給湯が可能である。
【００３３】
一方、前記とは異なり、湯水の沸き上げ温度Ｔａが給湯設定温度Ｔｂよりも高温である場合において、それらの温度差が所定以上に大きい場合には、ポンプＰ２の駆動による第２の湯水循環動作が開始される（Ｓ４：ＹＥＳ，Ｓ５：ＮＯ、Ｓ９）。この第２の湯水循環動作は、図２（ｂ）を参照して説明した第２の湯水循環路Ｃ２に湯水を流れさせる動作であり、この動作では、貯湯タンク２内の下部の中低温湯水が貯湯タンク２内の上部に送り込まれ、高温湯水と混合される。このため、やはり貯湯タンク２内の最下部に存在していた中低温湯水を実質的に無くすことができる。その後は、第１の湯水循環動作の場合と同様に、温度センサＳａ１，Ｓｂによる検出温度が略同一になった時点でポンプＰ２の駆
動が停止され、第２の湯水循環動作が終了する（Ｓ７：ＹＥＳ，Ｓ８）。
【００３４】
第２の湯水循環動作によれば、貯湯タンク２内の上部の高温湯水に中低温湯水が混合されるため、高温湯水の温度成層が崩れる。したがって、給湯温度が不安定になり易い。ただし、本実施形態では、第２の湯水循環動作が実行されるのは、湯水の沸き上げ温度Ｔａが給湯設定温度Ｔｂよりもかなりの高温である場合に限られているため、給湯先への給湯に際し、給湯温度が給湯設定温度Ｔｂを下回るといったことを適切に回避することが可能である。
【００３５】
第２の湯水循環動作中には、最下部の温度センサＳａ１付近において、中低温湯水と高温湯水との混合は行なわれない。これに対し、第１の湯水循環動作中は、最下部の温度センサＳａ１の付近において、中低温湯水と高温湯水との混合が行なわれる。このため、第２の湯水循環動作の方が第１の湯水循環動作よりも、温度センサＳａ１によって検出される湯水温度が安定したものとなり、正確な温度計測が可能である。このため、湯水の流量制御の点においては、第２の湯水循環動作の方が第１の湯水循環動作よりも精度が高いものとすることができる。第２の湯水循環動作では、ポンプＰ２が必要以上に多く運転するといったことをより的確に防止することが可能である。第１の湯水循環動作に代えて、第２の湯水循環路動作が実行される場合には、前記したような利点が得られる。
【００３６】
なお、前記した場合とは異なり、湯水の沸き上げ温度Ｔａが給湯設定温度Ｔｂよりも高温でない場合には、前記したような第１または第２の湯水循環動作は行なわれない（Ｓ４：ＮＯ，エンド）。このようにすれば、貯湯タンク２内のさほど高温ではない湯水が、中低温湯水と混合されることによって、さらにその温度が低下するといったことが回避される。
【００３７】
本発明は、上述した実施形態の内容に限定されない。本発明に係る貯湯式給湯装置の各部の具体的な構成は、本発明の意図する範囲内において種々に設計変更自在である。
【００３８】
上述の実施形態においては、温度センサＳａ１，Ｓｂによる検出温度が略同一となった場合に、第１および第２の湯水循環動作を終了させているが、これら第１および第２の湯水循環動作を終了させるための具体的な手段はこれに限定されない。たとえば、温度センサＳａ１の検出温度を、最上部の温度センサＳａ２と比較して、これらが略同一温度になった時点で動作を終了させるようなことも可能である。また、最下部の温度センサＳａ１の下方に存在する中低温湯水の量は予め知ることができるため、ポンプＰ２の運転時間をタイマセットすることによって前記の動作を終了させるといった手段を採用することもできる。もちろん、流量センサを利用し、湯水循環流量の計測値が所定量になった時点で動作を終了させるようにしてもよい。
【００３９】
本発明は、第１の湯水循環動作が一定条件下で実行されることを要件とするものであるが、第２の湯水循環動作は必ずしも実行される必要はない。貯湯タンク内の湯水を加熱するための外部熱源機は、ヒートポンプに限らず、他の熱源機を用いることも可能である。
【符号の説明】
【００４０】
Ａ  貯湯式給湯装置
Ｃ１，Ｃ２  第１および第２の湯水循環路
Ｕ  貯湯タンクユニット
Ｓａ  温度センサ
１  ヒートポンプ（外部熱源機）
２  貯湯タンク
４  制御部（判断手段）
【図１】
0006604166.tif 000002
【図２】
0006604166.tif 000003
【図３】
0006604166.tif 000004