(57)【要約】【課題】構造が複雑にならず、効率よく確実に追い焚きを行うことができる貯湯式給湯器を提供する。【解決手段】ＣＯ２を冷媒として使用したヒートポンプユニット１１と、このヒートポンプユニット１１によって生成された温水を貯留する、上部側に追焚用コイル１５が配設された貯湯タンク１２とが、貯湯循環ポンプ１４を有する貯湯循環配管１３を介して、相互に接続されている。貯湯タンク１２の下部側に貯留されている湯水が、貯湯循環ポンプ１４によって送出され、ヒートポンプユニット１１によって貯湯温度まで昇温された後、貯湯タンク１２の上部側に導入されるようになっており、貯湯タンク１２には、給湯負荷熱量に応じて算出された給湯用貯湯温度Ｔｑの温水が必要量貯留された後、その上に、追焚負荷熱量に応じて算出された追焚用貯湯温度Ｔｆの温水が必要量貯留されるようになっている。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＣＯ２を冷媒として使用したヒートポンプユニットと、
上部に追焚用コイルが導入された貯湯タンクと、
前記貯湯タンクに貯留された湯水を、前記貯湯タンクの下部側から取り出して、前記ヒートポンプユニットを通して加熱することによって昇温させた後、前記貯湯タンクの上部側に戻す貯湯循環回路とを備え、
前記貯湯タンクには、給湯負荷熱量に応じて算出された給湯用貯湯温度の温水が必要量貯留され、その給湯用貯湯温度の温水の上に、追焚負荷熱量に応じて算出された、給湯用貯湯温度より高い追焚用貯湯温度の温水が必要量貯留されるようになっていることを特徴とする貯湯式給湯器。
【請求項２】
前記給湯用貯湯温度は、前記給湯負荷熱量と前記貯湯タンクのタンク容量とに基づいて算出され、
前記追焚用貯湯温度は、前記追焚負荷熱量と予め設定されている追焚用必要貯湯量とに基づいて算出された追焚負荷処理温度に、前記給湯用貯湯温度を加算することによって決定されるようになっている請求項１に記載の貯湯式給湯器。
【請求項３】
前記貯湯タンクに残湯がある場合は、前記給湯負荷熱量から残湯の保有熱量を差し引いた熱量と前記貯湯タンクのタンク容量とに基づいて、給湯用貯湯温度及び給湯用必要貯湯量を算出するようになっている請求項１または２に記載の貯湯式給湯器。
【請求項４】
算出された給湯用貯湯温度が、前記ヒートポンプユニットの運転効率を考慮して定められている下限温度を下回る場合は、
給湯用貯湯温度を下限温度に設定し、
その給湯用貯湯温度と給湯負荷熱量とに基づいて、給湯用必要貯湯量を算出するようになっている請求項１、２または３に記載の貯湯式給湯器。
【請求項５】
算出された追焚用貯湯温度が、前記ヒートポンプユニットが生成可能な上限温度を上回る場合は、
追焚用貯湯温度を上限温度に設定し、
その追焚用貯湯温度と追焚負荷熱量とに基づいて、追焚用必要貯湯量を算出するようになっている請求項１、２、３または４に記載の貯湯式給湯器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、貯湯タンクに貯留された温水の熱を利用して浴槽に貯留された湯水を追焚可能な貯湯式給湯器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
貯湯式給湯器としては、例えば、ヒートポンプユニットによって生成された温水を貯湯タンクに貯留するものがあり、こういった貯湯式給湯器では、貯湯タンクに貯留された湯水を、貯湯タンクの下部側から取り出して、ヒートポンプユニットを通して加熱することで所定温度まで昇温させた後、貯湯タンクの上部側に戻すことによって、貯湯タンク内に所定温度の温水が貯留されるようになっている。
【０００３】
ところで、効率よく追い焚きを行うためには、追焚用コイルの周辺温度を高温（例えば、８０℃程度）に保持する必要があるが、フロン等の冷媒を使用している通常のヒートポンプユニットでは、６０℃程度の温水しか生成することができないので、こういった通常のヒートポンプユニットを熱源機とした貯湯式給湯器を用いて追い焚きを行う場合は、貯湯タンク内の上部に追焚用コイルを導入すると共に、貯湯タンク内における追焚用コイルの下側に電気ヒータを設置し、ヒートポンプユニットによって、貯湯タンク内に６０℃程度の温水を一旦貯留した後、電気ヒータで再度加熱することによって、追焚用コイルが設置されている貯湯タンクの上部の温水を昇温させるようにしていた。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−２５５０１３号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の貯湯式給湯器のように、貯湯タンク内に電気ヒータを設置すると、構造が複雑になると共に、貯湯式給湯器の製品コストが高くなるといった問題がある。
【０００６】
また、上述したような従来の貯湯式給湯器では、ヒートポンプユニットによって生成される温水の温度は、給湯負荷熱量に基づいて算出されていたが、電気ヒータによって昇温される貯湯タンク内の上部温度は成り行きであったため、必要以上に昇温された場合は、エネルギーが無駄に消費されることになり、逆に、十分に昇温されなかった場合は、効率よく追い焚きを行うことができなくなるといった問題がある。
【０００７】
そこで、この発明の課題は、構造が複雑にならず、効率よく確実に追い焚きを行うことができる貯湯式給湯器を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段及びその効果】
上記の課題を解決するため、請求項１にかかる発明は、ＣＯ２を冷媒として使用したヒートポンプユニットと、上部に追焚用コイルが導入された貯湯タンクと、前記貯湯タンクに貯留された湯水を、前記貯湯タンクの下部側から取り出して、前記ヒートポンプユニットを通して加熱することによって昇温させた後、前記貯湯タンクの上部側に戻す貯湯循環回路とを備え、前記貯湯タンクには、給湯負荷熱量に応じて算出された給湯用貯湯温度の温水が必要量貯留され、その給湯用貯湯温度の温水の上に、追焚負荷熱量に応じて算出された、給湯用貯湯温度より高い追焚用貯湯温度の温水が必要量貯留されるようになっていることを特徴とする貯湯式給湯器を提供するものである。
【０００９】
以上のように、この貯湯式給湯器は、ＣＯ２を冷媒として使用したヒートポンプユニットを熱源機として採用しているので、８５℃程度の高温の温水を生成することが可能であり、フロン等の冷媒を使用している通常のヒートポンプユニットを熱源機として採用している従来の貯湯式給湯器のように、高温の温水を生成するために電気ヒータを貯湯タンク内に設置する必要がなく、構造が簡単になると共に製品コストを抑えることができる。
【００１０】
また、この貯湯式給湯器は、電気ヒータによって昇温される貯湯タンク内の上部温度が成り行きであった従来の貯湯式給湯器とは異なり、追焚負荷熱量に応じて算出された、給湯用貯湯温度より高い追焚用貯湯温度の温水が必要量貯留されるようになっているので、エネルギーを無駄に消費することなく、確実に追い焚きを行うことが可能となる。
【００１１】
特に、請求項２にかかる発明の貯湯式給湯器のように、前記給湯用貯湯温度は、前記給湯負荷熱量と前記貯湯タンクのタンク容量とに基づいて算出され、前記追焚用貯湯温度は、前記追焚負荷熱量と予め設定されている追焚用必要貯湯量とに基づいて算出された追焚負荷処理温度に、前記給湯用貯湯温度を加算することによって決定されるようになっているものにあっては、給湯に使用される低温の温水の保有熱量を利用して、追い焚きに使用される高温の温水を効率よく貯留することができる。
【００１２】
また、前記貯湯タンクに残湯がある場合は、請求項３にかかる発明の貯湯式給湯器のように、前記給湯負荷熱量から残湯の保有熱量を差し引いた熱量と前記貯湯タンクのタンク容量とに基づいて、前記給湯用貯湯温度及び給湯用必要貯湯量を算出するようにしておけばよい。
【００１３】
また、請求項４にかかる発明の貯湯式給湯器のように、算出された給湯用貯湯温度が、前記ヒートポンプユニットの運転効率を考慮して定められている下限温度を下回る場合は、給湯用貯湯温度を下限温度に設定し、その給湯用貯湯温度と給湯負荷熱量とに基づいて、給湯用必要貯湯量を算出するようにしておくと、ヒートポンプユニットを効率よく運転させることができるので、さらに、省エネルギー効果を得ることができる。
【００１４】
また、請求項５にかかる発明の貯湯式給湯器のように、算出された追焚用貯湯温度が、前記ヒートポンプユニットが生成可能な上限温度を上回る場合は、追焚用貯湯温度を上限温度に設定し、その追焚用貯湯温度と追焚負荷熱量とに基づいて、追焚用必要貯湯量を算出すればよい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、実施の形態について図面を参照して説明する。図１に示すように、この貯湯式給湯器１は、カランやシャワー等への給湯や浴槽への自動注湯を行うための温水を生成するようになっており、この貯湯式給湯器１によって生成された温水の熱を利用して間接加熱を行うことで、浴槽に貯留された湯水を追い焚きすることができるようになっている。
【００１６】
この貯湯式給湯器１は、低温の採熱源から蒸発器により吸熱し、高温の凝縮器からの放熱を利用して温水を生成する、ＣＯ２を冷媒として使用したヒートポンプユニット１１と、このヒートポンプユニット１１によって生成された温水を貯留する貯湯タンク１２とが、貯湯循環ポンプ１４を有する貯湯循環配管１３を介して、相互に接続されたものであり、貯湯タンク１２の下部側に貯留されている湯水が、貯湯循環ポンプ１４によって送出され、ヒートポンプユニット１１によって貯湯温度まで昇温された後、貯湯タンク１２の上部側に導入されるようになっている。
【００１７】
また、貯湯タンク１２内には、その上部側に追焚用コイル１５が配設されており、この追焚用コイル１５と浴槽とが追焚往き配管及び追焚戻り配管を介して接続されることで、浴槽内に貯留された湯水を循環させる循環流路が形成され、追焚往き配管または追焚戻り配管に設置された追焚循環ポンプによって、浴槽内の湯水を、追焚用コイル１５を通して循環させることができるようになっている。
【００１８】
また、貯湯タンク１２には、その下端部に水道水等の低温水を供給するための給水管１６が接続されていると共に、上端部及び追焚用コイル１５の下側には貯留された温水を送出するための温水送出管１７ａ、１７ｂが接続されており、貯湯タンク１２の上部側に貯留された温水が温水送出管１７ａ、１７ｂから送出されると、その温水の送出量に相当する量の低温水が給水管１６を介して貯湯タンク１２の下部側に導入されるようになっている。なお、温水送出管１７ａ、１７ｂには、相互に逆動作する切換バルブ１８ａ、１８ｂが設置されており、この切換バルブ１８ａ、１８ｂによって、貯湯タンク１２内に貯留されている温水を、貯湯タンク１２の上部側から取り出すか、追焚用コイル１５の下側から取り出すかを切り換えることができるようになっている。
【００１９】
以上のように構成された貯湯式給湯器１では、通常、夜間に運転を行うことで、翌日に使用される温水を貯湯タンク１２内に貯留することになるが、貯湯タンク１２内には、給湯に使用される比較的低温の温水の上に、追い焚きに使用される高温の温水が貯留されるようになっている。以下、この貯湯式給湯器１の貯湯運転動作について、図２〜図４に示すフローチャートを参照しながら説明する。
【００２０】
まず、図２に示すように、貯湯タンク１２のタンク容量Ｖｔから残湯量Ｌｒを差し引いた量を給湯用必要貯湯量Ｌｑとして設定すると共に、貯湯タンク１２内における追焚用コイル１５の設置高さ等を考慮して予め定められている追焚用設定貯湯量Ｖｆを追焚用必要貯湯量Ｌｆとして設定した後（ステップＳ１）、１日の給湯負荷熱量Ｑｑ、給湯用必要貯湯量Ｌｑ、残湯量Ｌｒ、残湯温度Ｔｒ及び給水温度Ｔｗから、数１に示す演算式に従って、給湯用貯湯温度Ｔｑを算出する（ステップＳ２）。
【００２１】
【数１】
2005016833.tif 000003
【００２２】
ここで、算出された給湯用貯湯温度Ｔｑが、ヒートポンプユニット１１が生成可能な上限温度Ｔｈ（例えば、８５℃）以下であるか否かが判断され（ステップＳ３）、給湯用貯湯温度Ｔｑが上限温度Ｔｈ以下である場合は、続いて、算出された給湯用貯湯温度Ｔｑが、ヒートポンプユニット１１の運転効率を考慮して予め定められている下限温度Ｔｌ（例えば、６５℃）以上であるか否かが判断される（ステップＳ４）。
【００２３】
ここで、給湯用貯湯温度Ｔｑが下限温度Ｔｌ以上である場合は、直ちに、追焚負荷熱量Ｑｆ、追焚用必要貯湯量Ｌｆ及び給湯用貯湯温度Ｔｑから、数２に示す演算式に従って、追焚用貯湯温度Ｔｆを算出するが（ステップＳ７）、給湯用貯湯温度Ｔｑが下限温度Ｔｌを下回っている場合は、給湯用貯湯温度Ｔｑを下限温度Ｔｌに設定し（ステップＳ５）、この給湯用貯湯温度Ｔｑ、１日の給湯負荷熱量Ｑｑ、残湯量Ｌｒ、残湯温度Ｔｒ及び給水温度Ｔｗから、数３に示す演算式に従って、給湯用必要貯湯量Ｌｑを算出した後（ステップＳ６）、数２に示す演算式に従って、追焚用貯湯温度Ｔｆを算出する（ステップＳ７）。なお、数２における前項（Ｑｆ／Ｌｆ）が、請求項２における「追焚負荷処理温度」に相当する。
【００２４】
【数２】
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【００２５】
【数３】
2005016833.tif 000005
【００２６】
このようにして、追焚用貯湯温度Ｔｆが算出されると、算出された追焚用貯湯温度Ｔｆが、ヒートポンプユニット１１が生成可能な上限温度Ｔｈ以下であるか否かが判断され（ステップＳ８）、追焚用貯湯温度Ｔｆが上限温度Ｔｈ以下である場合は、図３に示すように、ステップＳ１１に移行して、貯湯運転が開始されることになるが、算出された追焚用貯湯温度Ｔｆが上限温度Ｔｈを上回っている場合は、追焚用貯湯温度Ｔｆを上限温度Ｔｈに設定し（ステップＳ９）、この追焚用貯湯温度Ｔｆ、１日の追焚負荷熱量Ｑｆ及び給湯用貯湯温度Ｔｑから、数４に示す演算式に従って、追焚用必要貯湯量Ｌｆを算出した後（ステップＳ１０）、ステップＳ１１に移行して、貯湯運転が開始されることになる。
【００２７】
【数４】
2005016833.tif 000006
【００２８】
このようにして、給湯用貯湯温度Ｔｑ、追焚用貯湯温度Ｔｆ、給湯用必要貯湯量Ｌｑ及び追焚用必要貯湯量Ｌｆが確定すると、まず、貯湯温度、即ち、ヒートポンプユニット１１の温水出口温度が給湯用貯湯温度Ｔｑに設定され（ステップＳ１１）、給湯運転が開始される（ステップＳ１２）。
【００２９】
続いて、貯湯量が給湯用必要貯湯量Ｌｑから追焚用必要貯湯量Ｌｆを差し引いた初期貯湯量以下であるか否かが判断され（ステップＳ１３）、貯湯量が初期貯湯量以下である場合は、給湯用貯湯温度Ｔｑの温水が貯湯タンク１２内に引き続き貯留されていくが、貯湯量が初期貯湯量を上回ると、即ち、給湯用貯湯温度Ｔｑの温水が初期貯湯量分だけ貯湯タンク１２に貯留されると、貯湯温度が給湯用貯湯温度Ｔｑから追焚用貯湯温度Ｔｆに変更され（ステップＳ１４）、追焚用貯湯温度Ｔｆの温水が貯湯タンク１２内に貯留されていくことになる。
【００３０】
このようにして、貯湯タンク１２内に追焚用貯湯温度Ｔｆの温水が貯留されるようになると、給湯運転の停止条件を満たすか否か、即ち、貯湯量が給湯用必要貯湯量Ｌｑに到達したか否かが随時判断され（ステップＳ１５）、貯湯量が給湯用必要貯湯量Ｌｑに到達した時点で、貯湯運転が停止される（ステップＳ１６）。
【００３１】
従って、貯湯運転を停止した時点では、貯湯タンク１２内に、給湯用貯湯温度Ｔｑの温水が初期貯湯量（給湯用必要貯湯量Ｌｑ−追焚用必要貯湯量Ｌｆ）だけ貯留された上に、追焚用貯湯温度Ｔｆの温水が追焚用必要貯湯量Ｌｆだけ貯留された状態となっている。
【００３２】
一方、ステップＳ３において、算出された給湯用貯湯温度Ｔｑが上限温度Ｔｈを上回っている場合は、貯湯温度が上限温度Ｔｈに設定され（ステップＳ１７）、給湯運転が開始される（ステップＳ１８）。その後は、給湯運転の停止条件を満たすか否か、即ち、貯湯量が給湯用必要貯湯量Ｌｑ（この場合、タンク容量Ｖｔ）に到達したか否かが随時判断され（ステップＳ１９）、貯湯量が給湯用必要貯湯量Ｌｑに到達した時点で、貯湯運転が停止される（ステップＳ２０）。
【００３３】
従って、この場合は、貯湯運転を停止した時点で、貯湯タンク１２内が上限温度Ｔｈの温水で充満された状態となっている。
【００３４】
以上のように、この貯湯式給湯器１は、ＣＯ２を冷媒として使用したヒートポンプユニット１１を熱源機として採用しているので、８５℃程度の高温の温水を生成することが可能であり、フロン等の冷媒を使用している通常のヒートポンプユニットを熱源機として採用している従来の貯湯式給湯器のように、高温の温水を生成するために電気ヒータを貯湯タンク内に設置する必要がなく、構造が簡単になると共に製品コストを抑えることができる。
【００３５】
また、追焚負荷熱量が予想以上に大きかった場合は、算出された追焚用貯湯温度が１００℃を上回ってしまうことが考えられるが、そのような場合は、貯湯タンク内に設置された電気ヒータで加熱する従来の貯湯式給湯器であっても、１００℃までしか昇温させることができないので、追焚用貯湯温度を１００℃以下に下げるために追焚用必要貯湯量を増やす必要がある。
【００３６】
ここで、追焚用必要貯湯量を増やすと、電気ヒータの設置位置の下側まで加熱しなければならなくなるが、貯湯タンク内に電気ヒータが固定設置されている従来の貯湯式給湯器では、電気ヒータの設置位置を変えることができないので、１００℃以下に下げた追焚用貯湯温度の温水を必要量生成することができなくなる。しかしながら、この貯湯式給湯器１では、追焚用必要貯湯量Ｌｆを自由に変更することができるので、追焚負荷熱量が予想以上に大きかった場合であっても、その追焚負荷熱量に見合うだけの温水を確実に貯留することができるという利点がある。
【００３７】
また、この貯湯式給湯器１は、給湯用貯湯温度Ｔｑの温水を算出された給湯用必要貯湯量Ｌｑ分だけ貯留するのではなく、給湯用貯湯温度Ｔｑの温水を給湯用必要貯湯量Ｌｑから追焚用必要貯湯量Ｌｆを差し引いた量だけ貯留し、追焚用貯湯温度Ｔｆの温水を追焚用必要貯湯量Ｌｆだけ貯留するようになっているので、給湯に使用される低温の温水の保有熱量を利用して、追い焚きに使用される高温の温水を効率よく貯留することができる。
【００３８】
なお、上述した実施形態では、決定された給湯用貯湯温度Ｔｑが残湯温度Ｔｒを下回っているか否かに拘わらず、追焚負荷熱量Ｑｆ、追焚用必要貯湯量Ｌｆ及び給湯用貯湯温度Ｔｑから、数２に示す演算式に従って、追焚用貯湯温度Ｔｆを算出するようになっているが、給湯用貯湯温度Ｔｑが残湯温度Ｔｒを下回る場合、残湯の上に給湯用貯湯温度Ｔｑの温水が導入されると、両者が混合されて給湯用貯湯温度Ｔｑと残湯温度Ｔｒの中間温度Ｔｅの温水が貯留されることになるので、そのような場合は、数５に示す演算式に従って、初期貯湯量（給湯用必要貯湯量Ｌｑ−追焚用必要貯湯量Ｌｆ）の温水を導入した時点における中間温度Ｔｅを算出し、この中間温度Ｔｅに基づいて、数６に示す演算式に従って、追焚用貯湯温度Ｔｆを算出するようにしてもよい。
【００３９】
【数５】
2005016833.tif 000007
【００４０】
【数６】
2005016833.tif 000008
【００４１】
また、上述した実施形態では、まず、貯湯温度を給湯用貯湯温度Ｔｑに設定し、給湯用貯湯温度Ｔｑの温水を給湯用必要貯湯量Ｌｑから追焚用必要貯湯量Ｌｆを差し引いた量だけ貯留した後、貯湯温度を給湯用貯湯温度Ｔｑから追焚用貯湯温度Ｔｆに変更し、追焚用貯湯温度Ｔｆの温水を追焚用必要貯湯量Ｌｆだけ貯留するようになっているが、これに限定されるものではなく、給湯用必要貯湯量Ｌｑがタンク容量Ｖｔに等しい場合は、まず、給湯用貯湯温度Ｔｑの温水を給湯用必要貯湯量Ｌｑだけ貯留した後、即ち、貯湯タンク１２内の湯水を給湯用貯湯温度Ｔｑまで一旦昇温した後、この給湯用貯湯温度Ｔｑの温水のうち、追焚用必要貯湯量Ｌｆに相当する量をヒートポンプユニット１１によって再度加熱することで、追焚用貯湯温度Ｔｆまで昇温させることも可能である。
【００４２】
また、上述した実施形態では、給湯用貯湯温度Ｔｑの温水を算出された給湯用必要貯湯量Ｌｑ分だけ貯留するのではなく、給湯用貯湯温度Ｔｑの温水を給湯用必要貯湯量Ｌｑから追焚用必要貯湯量Ｌｆを差し引いた量だけ貯留し、追焚用貯湯温度Ｔｆの温水を追焚用必要貯湯量Ｌｆだけ貯留するようになっているが、換言すれば、給湯に使用される温水の一部に重ね合わせるようにして、追い焚きに使用される温水を貯留しているが、これに限定されるものではなく、給湯に使用される温水と追い焚きに使用される温水とをそれぞれ独立して貯湯タンク１２内に貯留することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明にかかる貯湯式給湯器の一実施形態を示す概略構成図である。
【図２】同上の貯湯式給湯器の貯湯運転動作を示すフローチャートである。
【図３】同上の貯湯式給湯器の貯湯運転動作を示すフローチャートである。
【図４】同上の貯湯式給湯器の貯湯運転動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１  貯湯式給湯器
１１  ヒートポンプユニット
１２  貯湯タンク
１３  貯湯循環配管（貯湯循環回路）
１４  貯湯循環ポンプ
１５  追焚用コイル
１６  給水管
１７ａ、１７ｂ  温水送出管
１８ａ、１８ｂ  切換バルブ
【図１】
2005016833.tif 000009
【図２】
2005016833.tif 000010
【図３】
2005016833.tif 000011
【図４】
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