(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
浴槽への湯張り給湯が可能とされた貯湯タンクと、
この貯湯タンクに湯水循環路を介して接続され、かつ前記貯湯タンクから送られてきた湯水を加熱して前記貯湯タンクに戻す動作を可能とするヒートポンプと、
前記浴槽への湯張り給湯の開始後において、その給湯量が第１の所定量に達した時点で前記ヒートポンプの運転を開始させる制御手段と、
を備えている、ヒートポンプ式給湯装置であって、
前記浴槽への湯張り給湯の開始時からその給湯量が前記第１の所定量に達する迄、または前記第１の所定量に近い値として予め設定された第２の所定量に達する迄の第１の期間中は、それ以降の第２の期間中よりも前記貯湯タンクから前記浴槽への給湯流量が多くされる構成とされていることを特徴とする、ヒートポンプ式給湯装置。
【請求項２】
請求項１に記載のヒートポンプ式給湯装置であって、
前記貯湯タンク内に湯切れが発生した際に、前記浴槽に供給される湯水を加熱可能な補助熱源機を、さらに備えている、ヒートポンプ式給湯装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のヒートポンプ式給湯装置であって、
前記貯湯タンクに接続されている出湯用配管には、前記浴槽および前記浴槽とは別の一般給湯先への給湯流量を絞ることが可能な過流出防止弁が設けられており、
この過流出防止弁は、前記第１の期間中における弁開度が、前記一般給湯先への給湯時に設定される一般給湯時弁開度よりも大きくされ、かつ前記第２の期間中における弁開度は、前記一般給湯時弁開度よりも小さくされるように構成されている、ヒートポンプ式給湯装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、浴槽への湯張り給湯を好適に行なうことが可能なヒートポンプ式給湯装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ヒートポンプ式給湯装置としては、貯湯タンクと、この貯湯タンクに湯水循環路を介して接続され、かつ貯湯タンクから送られてきた湯水を加熱して貯湯タンクに戻す動作を可能とするヒートポンプとを組み合わせ、一般給湯に加えて、浴槽への湯張り給湯が可能とされたものがある（たとえば、特許文献１〜３を参照）。
ここで、浴槽への湯張り給湯は、湯水の消費量が多く、また湯張り後においては、浴室でのシャワーの使用などが行なわれるため、これらをトータルすると、かなり多くの湯水が消費される場合が多い。したがって、貯湯タンクが小型化されている場合には、貯湯タンク内の蓄熱量を事前に満杯にしただけでは、前記した湯水の消費に対応できず、ヒートポンプを再運転させる必要が生じる。ただし、貯湯タンクの蓄熱量が満杯状態にあり、いわゆる空きのない状態では、ヒートポンプを利用して貯湯タンクの湯水をそれ以上に加熱することは実質的に困難である。
そこで、従来においては、そのようなことに対応するための比較的な簡単な方法として、浴槽への湯張り給湯を開始した後に、その給湯量が所定量に達し、貯湯タンク内に適度な空きが発生した時点で、ヒートポンプの運転を開始させる方法がある。
【０００３】
しかしながら、従来においては、次に述べるように、改善すべき余地があった。
【０００４】
すなわち、従来において、浴槽への湯張り給湯を行なう際には、その給湯開始時から終了時迄の期間中は、浴槽への給湯流量（単位時間あたりの流量）が一定とされているのが実情である。このため、浴槽への給湯流量がさほど多くない場合には、湯張り給湯が開始されてから浴槽への給湯量が所定量に達する迄の時間が長くなり、ヒートポンプの運転開始時期が遅くなる。これでは、その後に多くの湯水が消費されることが予定されているにも拘わらず、ヒートポンプの運転時間を長くとれない虞がある。ヒートポンプは、起動ロスが比較的多いため、このヒートポンプを運転させる限りは、その運転時間をできるだけ長くとることが望まれるが、ヒートポンプの運転開始時期が遅くなると、その分だけ給湯装置全体のエネルギ効率は低くなる。
【０００５】
これを解消する手段としては、浴槽への給湯流量を多くし、浴槽への給湯量が所定量に達する迄の時間を短くすることが考えられる。ただし、このような手段を採用したのでは、ヒートポンプの運転は早期に開始されるものの、貯湯タンク内の湯水の消費速度が速いため、その消費に対してヒートポンプによる湯水加熱が全く追い付かず、貯湯タンク内の湯切れが早期に生じ易くなる不具合がある。このような不具合は貯湯タンクの容量が小さいほど顕著となる。
【０００６】
特許文献２，３には、貯湯タンク内に湯切れが生じた際に、補助熱源機を利用して湯水を加熱し、給湯先への継続した湯水供給を可能とする手段が記載されている。
ところが、補助熱源機は、たとえば燃料ガスを燃焼させて得られた燃焼ガスと湯水との間で熱交換器を用いて熱交換し、湯水加熱を行なう構成であるため、ヒートポンプと比較すると、１次エネルギ効率（元の１次エネルギ量から得られる２次エネルギ量の割合）が劣る。したがって、補助熱源機を利用した場合には、貯湯タンク内の湯切れには対処できるものの、既述したように、浴槽への湯張り給湯時にヒートポンプの運転開始時期が遅くなること、あるいは貯湯タンク内の湯切れが生じ易くなることに起因して、補助熱源機の
運転時間は長くなるため、給湯装置全体のエネルギ効率が低くなる不具合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１１−５２８５４公報
【特許文献２】特開２０１４−８９０１１号公報
【特許文献３】特開２０１４−７０８４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
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、浴槽への湯張り給湯をエネルギ効率良く、かつ適切に行なうことが可能なヒートポンプ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】
【０００９】
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。
【００１０】
本発明により提供されるヒートポンプ式給湯装置は、浴槽への湯張り給湯が可能とされた貯湯タンクと、この貯湯タンクに湯水循環路を介して接続され、かつ前記貯湯タンクから送られてきた湯水を加熱して前記貯湯タンクに戻す動作を可能とするヒートポンプと、前記浴槽への湯張り給湯の開始後において、その給湯量が第１の所定量に達した時点で前記ヒートポンプの運転を開始させる制御手段と、を備えている、ヒートポンプ式給湯装置であって、前記浴槽への湯張り給湯の開始時からその給湯量が前記第１の所定量に達する迄、または前記第１の所定量に近い値として予め設定された第２の所定量に達する迄の第１の期間中は、それ以降の第２の期間中よりも前記貯湯タンクから前記浴槽への給湯流量（単位時間あたりの流量）が多くされる構成とされていることを特徴としている。
本発明においては、前記貯湯タンク内に湯切れが発生した際に、前記浴槽に供給される湯水を加熱可能な補助熱源機を、さらに備えている構成とすることができる。
【００１１】
このような構成によれば、次のような効果が得られる。
すなわち、浴槽への湯張り給湯開始初期の第１の期間中は、貯湯タンクから浴槽への給湯流量が多いため、給湯量（積算給湯量）が第１の所定量に達する迄の時間は短くなる。したがって、ヒートポンプの運転が早期に開始されることとなり、その分だけヒートポンプの運転時間を長くし、装置全体のエネルギ効率をよくすることが可能となる。一方、その後の第２の期間中は、給湯流量が少なくされるため、貯湯タンク内の蓄熱量の減少速度は遅くなり、湯水の消費に対してヒートポンプによる湯水加熱が追い付かなくなる現象を抑制し、貯湯タンク内の湯切れが早期に生じることを防止することができる。また、このように貯湯タンク内の湯切れが早期に生じることを防止すれば、貯湯タンク内の湯切れに対処すべく補助熱源機を用いる場合において、この補助熱源機の運転時間を短くすることができるので、やはり装置全体のエネルギ効率をよくすることが可能である。
【００１２】
本発明において、好ましくは、前記貯湯タンクに接続されている出湯用配管には、前記浴槽および前記浴槽とは別の一般給湯先への給湯流量を絞ることが可能な過流出防止弁が設けられており、この過流出防止弁は、前記第１の期間中における弁開度が、前記一般給湯先への給湯時に設定される一般給湯時弁開度よりも大きくされ、かつ前記第２の期間中における弁開度は、前記一般給湯時弁開度よりも小さくされるように構成されている。
【００１３】
このような構成によれば、第１および第２の期間のそれぞれにおける給湯流量の差を大きくとることが可能であり、第１の期間を短くしてヒートポンプを早期に運転開始させること、および第２の期間を長くして貯湯タンク内の湯切れを早期に生じ難くしてヒートポ
ンプの運転時間を長くすることの実効性をより高めることができる。また、過流出防止弁は、ヒートポンプ式給湯装置には元々設けられているものであって、この過流出防止弁を活用しているため、その構成は合理的である。
【００１４】
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】
【００１５】
【図１】本発明に係るヒートポンプ式給湯装置の一例を示す説明図である。
【図２】図１のヒートポンプ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】
【００１６】
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。
【００１７】
図１に示すヒートポンプ式給湯装置ＷＨは、ヒートポンプＨと、貯湯タンクユニットＵとを備えている。
【００１８】
ヒートポンプＨは、従来既知のものと同様な冷凍サイクル１を備えたものである。冷凍サイクル１は、たとえばＣＯ2 などの冷媒の循環流通経路上に、外気（大気）から熱を吸収するための蒸発熱交換器１０、圧縮機１１、湯水加熱用の熱交換器１２（凝縮熱交換器）、および膨張弁１３が設けられた構成である。
【００１９】
貯湯タンクユニットＵは、貯湯タンク２、ヒートポンプＨの熱交換器１２と貯湯タンク２とを接続する湯水循環路３を構成する往き戻りの配管部３ａ，３ｂ、往き側の配管部３ｂに設けられた循環ポンプＰ、リモコン４０が接続された主制御部４、および補助熱源機８を備えている。
【００２０】
貯湯タンク２への外部からの湯水補充は、貯湯タンク２の下部に接続された入水用配管５０を介して行なわれる。この入水用配管５０の末端は、給水管９０が接続される入水口５０ａであり、給水管９０から送られてくるたとえば水道水が貯湯タンク２内に流入する。貯湯タンク２の湯水の沸き上げは、循環ポンプＰが駆動されることにより、貯湯タンク２内の下部領域の湯水が湯水循環路３を介して湯水加熱用の熱交換器１２に送り込まれた後に貯湯タンク２内の上部に戻される態様で行なわれる。したがって、ヒートポンプＨを利用して加熱された湯水は、貯湯タンク２の上側から下側に向けて順次貯留されていく。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、貯湯タンク２内における湯水の温度分布に基づき、主制御部４は貯湯タンク２内の蓄熱量およびその変化などを判断可能である。
【００２１】
貯湯タンク２からの出湯は、この貯湯タンク２の上部に接続された出湯用配管５１を介して行なわれる。この出湯用配管５１の末端の出湯口５１ａや、出湯用配管５１に分岐接続された配管５２の出湯口５２ａには、たとえば給湯栓９１や浴槽９２が配管接続されており、給湯栓９１への一般給湯、および開閉弁Ｖ３を開くことによる浴槽９２への湯張り給湯が可能とされている。図示説明は省略するが、出湯用配管５１に温水暖房端末への給湯を可能とする配管を分岐接続するといったことも可能である。
【００２２】
補助熱源機８は、貯湯タンク２内に湯切れが発生した際に、給湯対象となる湯水を加熱し、給湯先への適切な給湯を継続可能とするものである。このような補助熱源機８を設ければ、貯湯タンク２として比較的小容量のものを用いることが可能である。補助熱源機８は、燃料ガスを燃焼させるバーナ８０と、このバーナ８０によって発生された燃焼ガスを
利用して湯水加熱を行なうための熱交換器８１とを有する燃焼方式の熱源機である。出湯用配管５１には、過流出防止弁Ｖ１や、混合弁Ｖ２が設けられている。過流出防止弁Ｖ１は、貯湯タンク２からの出湯流量が給水管９０の水圧に左右されることから、貯湯タンク２からの出湯流量が過剰になることを防止すべく出湯流量を絞るためのものである。混合弁Ｖ２は、入水用配管５０に分岐接続された分岐配管５３から出湯用配管５１への湯水混入量を制御するためのものである。
【００２３】
主制御部４は、ヒートポンプＨに設けられた補助制御部４Ａと協働し、ヒートポンプ式給湯装置ＷＨの各部の動作制御や、各種のデータ処理制御を実行するものであり、本発明でいう制御手段の一例に相当する。この主制御部４は、過去の熱需要に基づく学習能力をもち、今後の熱需要の発生時期や熱需要量を予測し、予測された熱需要に対応する熱量の湯水を事前に沸き上げて貯湯タンク２内に貯留（蓄熱）させる動作を制御する。さらに、この主制御部４は、浴槽９２への湯張り給湯に際し、後述するような制御を実行するように構成されている。
【００２４】
次に、ヒートポンプ式給湯装置ＷＨの作用、ならびに主制御部４によって実行される動作処理手順の一例について、図２のフローチャートを参照しつつ説明する。
【００２５】
まず、浴槽９２への湯張り給湯が実行される場合には、事前にその湯張り給湯やその後の所定時間内に使用される熱量に見合った湯水が沸き上げられ、貯湯タンク２内に貯留された状態にある。このような状態において、浴槽９２への湯張り給湯を開始する際には、過流出防止弁Ｖ１の弁開度が、一般給湯時に設定される弁開度よりも大きくされる（Ｓ１：ＹＥＳ，Ｓ２）。したがって、湯張り給湯開始初期の給湯流量は、多めとされる。
【００２６】
浴槽９２への湯張り給湯が開始され、その給湯量が第１の所定量に達すると、その時点でヒートポンプＨの運転が開始される（Ｓ３：ＹＥＳ，Ｓ４）。第１の所定量は、たとえば１０Ｌであるが、これに限定されない。湯張り給湯開始時から給湯量が第１の所定量に達する迄の期間は、本発明でいう第１の期間の一例に相当する。この期間においては、既述したように給湯流量が多めとされ、貯湯タンク２から浴槽９２への給湯量が急速に増えていくため、第１の期間は短くなり、ヒートポンプＨの運転が早期に開始される。したがって、その分だけヒートポンプＨの運転時間を長くとることができる。なお、本実施形態のヒートポンプ式給湯装置ＷＨにおいては、浴槽９２への湯張り給湯時におけるヒートポンプＨの基本的な制御手法として、浴槽９２への給湯量が第１の所定量に達した時点で運転開始がなされる手法が採用されており、この手法がそのまま活かされている。
【００２７】
ヒートポンプＨの運転開始時期と同時期には、過流出防止弁Ｖ１の弁開度が一般給湯時に設定される弁開度よりも小さくされ、給湯流量が少なめとされる（Ｓ５）。このような弁開度の切り替え時点以降の期間は、本発明でいう第２の期間の一例に相当する。その後、貯湯タンク２内に湯切れが発生した際には、補助熱源機８が駆動され、貯湯タンク２から出湯する低温湯水が補助熱源機８によって加熱されてから浴槽９２に供給される（Ｓ６：ＹＥＳ，Ｓ７）。その後、浴槽９２への湯張りが完了すると、補助熱源機８の駆動は停止される（Ｓ８：ＹＥＳ，Ｓ９）。また、ヒートポンプＨについては、貯湯タンク２への蓄熱量が今後の必要量に達した時点でその運転が停止される（Ｓ１０：ＹＥＳ，Ｓ１１）。
【００２８】
このような動作制御によれば、ヒートポンプＨの運転開始後においては、浴槽９２への給湯流量が少なめとされるため、貯湯タンク２内の高温湯水の減少速度が遅くなる。このため、貯湯タンク２内の湯切れが早期に生じることが防止される。このことにより、補助熱源機８の駆動が開始される時期を遅らせつつ、ヒートポンプＨの運転時間を長くとることができることとなる。ヒートポンプ式給湯装置ＷＨの全体のエネルギ効率を高めるには
、補助熱源機８の駆動時間ができる限り短くなるようにヒートポンプＨを長い時間にわたって運転させることが要望されるが、本実施形態によれば、そのような要望に応えることできる。また、既述したように、本実施形態では、ヒートポンプＨの運転開始時期も早くすることができるため、ヒートポンプＨがより有効に利用され、全体のエネルギ効率を高めることが可能である。
【００２９】
なお、貯湯タンク２が大容量とされている場合には、湯切れを生じない場合があるが、この場合には、補助熱源機８が駆動されることはなく、貯湯タンク２への蓄熱量が今後の必要量に達した時点でその運転が停止される（Ｓ６：ＮＯ，Ｓ１２：ＹＥＳ，Ｓ１０：ＹＥＳ，Ｓ１１）。
【００３０】
本発明は、上述した実施形態の内容に限定されない。本発明に係るヒートポンプ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。
【００３１】
上述した実施形態においては、過流出防止弁Ｖ１の弁開度が大きめの開度から小さめの開度に切り替わるタイミングは、貯湯タンク２から浴槽９２への給湯量が第１の所定量に達した時点とされ、ヒートポンプＨの運転開始時期と一致しているため、好ましいものとなる。ただし、本発明はこれに限定されない。
本発明においては、ヒートポンプＨの運転が開始される契機となる給湯量が、第１の所定量ではなく、第１の所定量に近い値として予め設定された第２の所定量に達した時点で、過流出防止弁Ｖ１の弁開度を切り替えるようにしてもよい。具体例を挙げると、たとえば、第１の所定量が１０Ｌである場合に、これに近い９Ｌ、あるいは１１Ｌなどの値を第２の所定量とすることが可能である。このような構成によれば、ヒートポンプＨの運転開始時期と、過流出防止弁Ｖ１の弁開度の切替え時期との間に、若干の時間差は生じるものの、本発明が意図する効果を適切に得ることが可能である。
貯湯タンク２から浴槽９２への給湯流量を変更するための手段は、必ずしも過流出防止弁Ｖ１に限定されず、たとえば浴槽配管（図１の配管５２）に流量調整弁を設け、かつこの流量調整弁を用いて給湯流量を変更するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００３２】
ＷＨ  ヒートポンプ式給湯装置
Ｈ  ヒートポンプ
Ｕ  貯湯タンクユニット
Ｐ  循環ポンプ
Ｖ１  過流出防止弁
２  貯湯タンク
３  湯水循環路
４  主制御部（制御手段）
８  補助熱源機
５１  出湯用配管
９２  浴槽
【図１】
0006604165.tif 000002
【図２】
0006604165.tif 000003