(57)【要約】【課題】ヒートポンプ方式の貯湯式給湯器が、外気温度が低下する冬場に効率よく温水を生成することができる給湯システムを提供する。【解決手段】ヒートポンプユニット１１によって貯湯タンク１２に温水を貯留する貯湯式給湯器と、浴槽Ｂ内の湯水を、貯湯タンク１２に貯留された温水と熱交換させながら循環させることで、追い焚きを行う追焚系統とを備えている。追焚系統を構成している追焚往き配管２２ａ及び追焚戻り配管２２ｂには、ヒートポンプユニット１１の蒸発器１１ｄに接続された浴槽水循環供給配管３１が、切換三方弁３２を介して接続されており、浴槽Ｂ内の湯水の温度が外気温度より高い場合は、切換三方弁３２を、追焚用コイル２１側から浴槽水循環供給配管３１側に切り換えた状態で、追焚循環ポンプ２３を起動し、浴槽Ｂ内の湯水を蒸発器１１ｄに循環供給することによって、浴槽Ｂ内の湯水を採熱源として使用するようになっている。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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貯湯式給湯器を備えた給湯システムにおいて、
前記ヒートポンプユニットが、浴槽内の湯水を採熱源として使用することができるように、浴槽内の湯水を前記ヒートポンプユニットの蒸発器に循環供給する浴槽水循環供給路を備えていることを特徴とする給湯システム。
【請求項２】
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貯湯式給湯器と、
浴槽内の湯水を、前記貯湯タンクに貯留された温水と熱交換させながら、追焚循環流路を介して循環させることによって、浴槽内の湯水の追い焚きを行う追焚系統と
を備えた給湯システムにおいて、
前記ヒートポンプユニットが、浴槽内の湯水を採熱源として使用することができるように、浴槽内の湯水を前記ヒートポンプユニットの蒸発器に循環供給する浴槽水循環供給路を、流路切換手段を介して、前記追焚系統の前記追焚循環流路に接続したことを特徴とする給湯システム。
【請求項３】
浴槽内の湯水の温度が外気温度以下に低下した場合は、外気を採熱源として使用するようにした請求項１または２に記載の給湯システム。
【請求項４】
前記ヒートポンプユニットによる貯湯運転の開始当初から浴槽内の湯水を採熱源として使用すると、貯湯運転を終了するまでの間に、浴槽内の湯水の温度が外気温度以下に低下することが予測される場合は、貯湯運転を行う時間帯のうち、外気温度が最も低くなる時間帯に、浴槽内の湯水を採熱源として使用するようにした請求項３に記載の給湯システム。
【請求項５】
前記ヒートポンプユニットの蒸発器は、前記ヒートポンプユニットの冷媒循環路と前記浴槽水循環供給路とを相互に接触させた接触型の熱交換器であり、
前記ヒートポンプユニットが、前記浴槽水循環供給路を介して供給される浴槽内の湯水を採熱源として使用する場合は、前記蒸発器のファンを運転させないようにした請求項１、２、３または４に記載の給湯システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ヒートポンプユニットによって温水を生成する貯湯式給湯器を用いた給湯システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
シャワーやカラン等への給湯機能の他、浴槽に対する自動注湯機能や追焚機能を備えた給湯システムには、ヒートポンプユニットによって生成された温水を一旦貯湯タンクに貯留するヒートポンプ方式の貯湯式給湯器が使用される場合がある。
【０００３】
こういったヒートポンプ方式の貯湯式給湯器は、採熱源である外気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ようになっているので、成績係数（ＣＯＰ＝出力値／入力値）が高く、効率よく温水を生成することができるという利点がある。
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−０８２８０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、冬場は、外気温度が低下するに従って給湯負荷が増える傾向にあるが、採熱源である外気の温度が低下すると、逆に、ヒートポンプユニットの成績係数（ＣＯＰ）が低下するので、上述したようなヒートポンプ方式の貯湯式給湯器では、給湯負荷が増える冬場に効率よく温水を生成することができなくなるという問題がある。
【０００６】
そこで、この発明の課題は、ヒートポンプ方式の貯湯式給湯器が、外気温度が低下する冬場に効率よく温水を生成することができる給湯システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するため、請求項１にかかる発明は、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貯湯式給湯器を備えた給湯システムにおいて、前記ヒートポンプユニットが、浴槽内の湯水を採熱源として使用することができるように、浴槽内の湯水を前記ヒートポンプユニットの蒸発器に循環供給する浴槽水循環供給路を備えていることを特徴とする給湯システムを提供するものである。
【０００８】
また、上記の課題を解決するため、請求項２にかかる発明は、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貯湯式給湯器と、浴槽内の湯水を、前記貯湯タンクに貯留された温水と熱交換させながら、追焚循環流路を介して循環させることによって、浴槽内の湯水の追い焚きを行う追焚系統とを備えた給湯システムにおいて、前記ヒートポンプユニットが、浴槽内の湯水を採熱源として使用することができるように、浴槽内の湯水を前記ヒートポンプユニットの蒸発器に循環供給する浴槽水循環供給路を、流路切換手段を介して、前記追焚系統の前記追焚循環流路に接続したことを特徴とする給湯システムを提供するものである。
【０００９】
また、請求項３にかかる発明の給湯システムでは、浴槽内の湯水の温度が外気温度以下に低下した場合は、外気を採熱源として使用し、特に、請求項４にかかる発明の給湯システムでは、前記ヒートポンプユニットによる貯湯運転の開始当初から浴槽内の湯水を採熱源として使用すると、貯湯運転を終了するまでの間に、浴槽内の湯水の温度が外気温度以下に低下することが予測される場合は、貯湯運転を行う時間帯のうち、外気温度が最も低くなる時間帯に、浴槽内の湯水を採熱源として使用するようにしたのである。
【００１０】
また、請求項５にかかる発明の給湯システムのように、前記ヒートポンプユニットの蒸発器として、前記ヒートポンプユニットの冷媒循環路と前記浴槽水循環供給路とを相互に接触させた接触型の熱交換器を使用し、前記ヒートポンプユニットが、前記浴槽水循環供給路を介して供給される浴槽内の湯水を採熱源として使用する場合は、前記蒸発器のファンを運転させないようにしておくことが望ましい。
【発明の効果】
【００１１】
以上のように、請求項１にかかる発明の給湯システムでは、浴槽内に貯留されている残り湯等の湯水を、浴槽水循環供給路を介して、ヒートポンプユニットの蒸発器に循環供給することにより、残り湯等の湯水が保有している熱を利用して温水を生成することができる。従って、外気温度が低下する冬場であっても、ヒートポンプユニットの成績係数を低下させることなく、効率よく温水を生成することが可能となる。
【００１２】
また、請求項２にかかる発明の給湯システムでは、浴槽内の湯水をヒートポンプユニットの蒸発器に循環供給する浴槽水循環供給路を、流路切換手段を介して、追焚系統の追焚循環流路に接続するようにしたので、専用の循環ポンプや流路を個別に設ける必要がなく、追焚系統の構成要素である追焚循環流路の一部や追焚循環ポンプ等を利用して、浴槽内の湯水を効率よくヒートポンプユニットの蒸発器に循環供給することができる。
【００１３】
また、請求項３にかかる発明の給湯システムのように、浴槽内の湯水の温度が外気温度以下に低下した場合は、外気を採熱源として使用するようにしておくと、保有熱量の大きい採熱源を選択的に使用することになるので、ヒートポンプユニットがさらに効率よく、温水を生成することができる。
【００１４】
また、請求項４にかかる発明の給湯システムでは、ヒートポンプユニットが貯湯運転を行う時間帯のうち、外気温度が最も低くなる時間帯に、浴槽内の湯水を採熱源として使用するようになっているので、言い換えれば、外気を採熱源として使用しなければならない場合は、できるだけ温度の高い外気を採熱源として使用するようになっているので、外気温度が最も低い時間帯に浴槽内の湯水の温度が外気温度以下に低下したため、その時間帯に外気を採熱源として使用する場合に比べて、ヒートポンプユニットの成績係数が高くなり、効率よく温水を生成することができる。
【００１５】
特に、請求項５にかかる発明の給湯システムでは、ヒートポンプユニットの冷媒循環路と浴槽水循環供給路とを相互に接触させた接触型の熱交換器を使用すると共に、浴槽内の湯水を採熱源として使用する場合は、蒸発器のファンを運転させないようになっているので、蒸発器において、浴槽水循環供給路内の湯水から外気への放熱が最小限に抑えられ、しかも、冷媒循環路内の冷媒が浴槽水循環供給路内の湯水が保有している熱を効率よく吸熱することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
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、この給湯システム１は、カランやシャワー等への給湯や浴槽Ｂへの自動注湯を行うための温水を生成する直接加熱方式の貯湯式給湯器１０を備えており、この貯湯式給湯器１０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Ｂ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。
【００１７】
前記貯湯式給湯器１０は、温水を生成する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によって貯湯設定温度（例えば、９０℃）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。
【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１５が接続されていると共に、上端部には貯留された温水を送出するための温水送出管１６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１６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１５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。
【００１９】
また、貯湯タンク１２から貯湯設定温度の温水を送出する温水送出管１６には、混合調節弁１７を介して給水管１５ａが接続されており、貯湯タンク１２から送出される貯湯設定温度の温水に低温水を適宜混合することで、給湯設定温度や風呂設定温度の温水を生成して送出することができるようになっている。
【００２０】
また、貯湯タンク１２内には、その上部側に追焚用コイル２１が配設されており、この追焚用コイル２１と浴槽Ｂとが追焚往き配管２２ａ及び追焚戻り配管２２ｂを介して接続されることで、浴槽Ｂ内に貯留された湯水を循環させる追焚循環流路が形成され、追焚往き配管２２ａに設置された追焚循環ポンプ２３によって、浴槽Ｂ内の湯水を、追焚用コイル２１を通して循環させることができるようになっている。
【００２１】
また、追焚戻り配管２２ｂには、温水送出管１６における混合調節弁１７の下流側で分岐した温水送出管１６ａが接続されており、この温水送出管１６ａには、その流路を開閉する電磁弁１８が設置されている。従って、この電磁弁１８を開弁させることにより、混合調節弁１７から送出される風呂設定温度の温水を、温水送出管１６ａ及び追焚戻り配管２２ｂを通して浴槽Ｂ内に自動注湯することが可能となる。なお、図示していないが、温水送出管１６ａにおける電磁弁１８の下流側には、浴槽Ｂに貯留されている湯水が、温水送出管１６側に逆流しないように、逆止弁（図示せず）が設置されている。
【００２２】
前記貯湯式給湯器１０を構成しているヒートポンプユニット１１は、図２に示すように、ＣＯ２からなる冷媒の蒸気を圧縮して高温高圧の過熱蒸気にする圧縮機１１ａと、周囲に放熱することによって、高温高圧の過熱蒸気である冷媒を凝縮させる凝縮器１１ｂと、液体冷媒を断熱膨張させることによって低温低圧の湿り蒸気にする膨張弁１１ｃと、周囲から熱を奪って、液分の多い湿り蒸気である冷媒を蒸発させる蒸発器１１ｄとが、冷媒配管１１ｅによって接続されており、貯湯タンク１２内に貯留されている湯水を、貯湯循環ポンプ１４を有する貯湯循環配管１３を介して凝縮器１１ｂに供給し、凝縮器１１ｂにおいて、高温の冷媒との間で熱交換させることによって、貯湯タンク１２内に貯留されている湯水を昇温させるようになっている。
【００２３】
また、追焚循環流路を形成している追焚往き配管２２ａ及び追焚戻り配管２２ｂには、ヒートポンプユニット１１の蒸発器１１ｄに接続された浴槽水循環供給配管３１が、切換三方弁３２を介して接続されており、切換三方弁３２を、追焚用コイル２１側から浴槽水循環供給配管３１側に切り換えた状態で、追焚循環ポンプ２３を起動すると、追焚往き配管２２ａ、追焚戻り配管２２ｂの一部及び浴槽水循環供給配管３１を介して、浴槽Ｂ内の湯水をヒートポンプユニット１１の蒸発器１１ｄに循環供給することができるようになっている。
【００２４】
ヒートポンプユニット１１の蒸発器１１ｄは、図３に示すように、ヒートポンプユニット１１の冷媒配管１１ｅと浴槽水循環供給配管３１とを相互に接触させた接触型の熱交換器Ｘと、熱交換器Ｘに外気を吹き付けるファンＹとによって構成されており、外気を採熱源として使用する場合は、外気と冷媒との間で効率よく熱交換が行われるように、ファンＹを運転することによって外気を熱交換器Ｘに吹き付けるが、浴槽水循環供給配管３１を介して熱交換器Ｘに循環供給される浴槽Ｂ内の湯水を採熱源として使用する場合は、浴槽Ｂ内の湯水と外気との間の熱交換を抑制するために、ファンＹを運転しないようになっている。
【００２５】
従って、ヒートポンプユニット１１が貯湯運転を開始する際は、貯湯式給湯器１０に搭載された、給湯システム１全体を統括的に制御するコントローラ（図示せず）が、まず、切換三方弁３２を、追焚用コイル２１側から浴槽水循環供給配管３１側に切り換えた状態で、追焚循環ポンプ２３を起動し、図示しない水流スイッチがＯＮするか否かによって、浴槽Ｂ内に循環可能な湯水が貯留されているか否かを判断する。ここで、浴槽Ｂ内に循環可能な湯水が貯留されていない場合は、追焚循環ポンプ２３の運転を停止し、蒸発器１１ｄのファンＹを運転することによって、外気を採熱源として使用することになる。
【００２６】
これに対して、浴槽Ｂ内に循環可能な湯水が貯留されている場合は、続いて、コントローラが、追焚往き配管２２ａに設置された浴槽水温度センサ２４によって検出される浴槽Ｂ内の湯水の温度と、ヒートポンプユニット１１に設置された外気温度センサ１９によって検出される外気温度とを比較し、浴槽Ｂ内の湯水の温度が外気温度より低い場合は、浴槽Ｂ内に循環可能な湯水が貯留されていない場合と同様に、追焚循環ポンプ２３の運転を停止し、蒸発器１１ｄのファンＹを運転することによって、外気を採熱源として使用することになるが、浴槽Ｂ内の湯水の温度が外気温度より高い場合は、追焚循環ポンプ２３の運転を停止することなく、浴槽Ｂ内の湯水を蒸発器１１ｄの熱交換器Ｘに循環供給することによって、浴槽Ｂ内の湯水を採熱源として使用することになる。
【００２７】
なお、浴槽Ｂ内の湯水を採熱源として使用しながら、ヒートポンプユニット１１が貯湯運転を行っている状態で、追焚指令が出力された場合は、追焚指令が優先されるので、コントローラが、切換三方弁３２を、浴槽水循環供給配管３１側から追焚用コイル２１側に切り換えることによって、浴槽Ｂ内の湯水を、追焚用コイル２１を通して循環させる追焚運転が開始されると共に、蒸発器１１ｄのファンＹが運転を開始し、ヒートポンプユニット１１の採熱源が、浴槽Ｂ内の湯水から外気に切り換わることになる。
【００２８】
また、ヒートポンプユニット１１による貯湯運転の開始当初から浴槽Ｂ内の湯水を採熱源として使用すると、ヒートポンプユニット１１が貯湯運転を終了するまでの間に、浴槽Ｂ内の湯水の温度が外気温度以下に低下することが予測される場合は、ヒートポンプユニット１１が貯湯運転を行う時間帯のうち、外気温度が最も低くなる時間帯を予測し、その時間帯に浴槽Ｂ内の湯水を採熱源として使用するようになっている。
【００２９】
具体的に、ヒートポンプユニット１１による貯湯運転の開始当初から浴槽Ｂ内の湯水を採熱源として使用すると、ヒートポンプユニット１１が貯湯運転を終了するまでの間に、浴槽Ｂ内の湯水の温度が外気温度以下に低下するか否かの判断については、以下のようにして行う。
【００３０】
まず、貯湯タンク１２内の残湯量及び残湯温度と、貯湯タンク１２のタンク容量及び貯湯設定温度とに基づいて、貯湯タンク１２内の温水を貯湯設定温度まで昇温させるのに必要な焚上熱量Ｑｔを算出すると共に、浴槽Ｂ内における湯水の貯留量及び貯留温度に基づいて、浴槽Ｂ内の湯水の保有熱量Ｑｂを算出する。
【００３１】
次に、その時点の外気温度及び貯湯設定温度におけるヒートポンプユニット１１の成績係数ＣＯＰは予め分かっているので、算出された焚上熱量Ｑｔとヒートポンプユニット１１の成績係数ＣＯＰとから、数１に示す演算式に従って、ヒートポンプユニット１１の蒸発器１１ｄにおける外気からの採熱量Ｑｏを算出し、Ｑｂ＜Ｑｏの場合は、ヒートポンプユニット１１が貯湯運転を終了するまでの間に、浴槽Ｂ内の湯水の温度が外気温度以下に低下すると判断する。
【００３２】
【数１】
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【００３３】
また、ヒートポンプユニット１１が貯湯運転を行う時間帯のうち、外気温度が最も低くなる時間帯については、過去一週間の外気温度を一定時間毎に実測することによって、一日における各時刻の平均的な外気温度を予め記憶しておき、その記憶されている各時刻の平均的な外気温度に基づいて、決定するようになっている。
【００３４】
以上のように、この給湯システム１では、浴槽Ｂ内に貯留されている残り湯等の湯水を、浴槽水循環供給配管３１を介して、ヒートポンプユニット１１の蒸発器１１ｄに循環供給することによって、ヒートポンプユニット１１が、外気だけでなく、浴槽Ｂ内の湯水を採熱源として使用することができるようになっているので、外気温度が低下する冬場であっても、ヒートポンプユニット１１の成績係数を低下させることなく、効率よく温水を生成することが可能となる。
【００３５】
また、この給湯システム１では、浴槽Ｂ内の湯水をヒートポンプユニット１１の蒸発器１１ｄに循環供給する浴槽水循環供給配管３１を、切換三方弁３２を介して、追焚系統の追焚往き配管２２ａ及び追焚戻り配管２２ｂに接続するようにしたので、専用の循環ポンプや循環配管を個別に設ける必要がなく、追焚系統を構成している追焚往き配管２２ａ及び追焚戻り配管２２ｂの一部や追焚循環ポンプ２３等を利用して、浴槽Ｂ内の湯水を効率よくヒートポンプユニット１１の蒸発器１１ｄに循環供給することができる。
【００３６】
また、この給湯システム１では、上述したように、浴槽Ｂ内の湯水の温度が外気温度以下に低下した場合は、外気を採熱源として使用するようになっているので、保有熱量の大きい採熱源を選択的に使用することになり、ヒートポンプユニット１１は、最も効率のよい状態で貯湯運転を行うことができる。
【００３７】
また、この給湯システム１では、上述したように、ヒートポンプユニット１１による貯湯運転の開始当初から浴槽Ｂ内の湯水を採熱源として使用すると、ヒートポンプユニット１１が貯湯運転を終了するまでの間に、浴槽Ｂ内の湯水の温度が外気温度以下に低下することが予測される場合は、ヒートポンプユニット１１が貯湯運転を行う時間帯のうち、外気温度が最も低くなる時間帯を予測し、その時間帯に浴槽Ｂ内の湯水を採熱源として使用するようになっているので、即ち、浴槽Ｂ内の湯水だけではなく、外気を採熱源として使用しなければならない場合は、外気温度の高い時間帯に外気を採熱源として使用するようになっているので、外気温度が最も低くなる時間帯に浴槽Ｂ内の湯水の温度が外気温度以下に低下したため、外気温度が最も低くなる時間帯に外気を採熱源として使用する場合に比べて、ヒートポンプユニット１１の成績係数ＣＯＰが高くなり、効率よく温水を生成することができる。
【００３８】
なお、上述した実施形態では、追焚系統を構成している追焚往き配管２２ａ及び追焚戻り配管２２ｂの一部や追焚循環ポンプ２３等を利用して、浴槽Ｂ内の湯水を効率よくヒートポンプユニット１１の蒸発器１１ｄに循環供給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、専用の循環ポンプや循環配管を個別に設けることも可能である。
【００３９】
また、上述した実施形態では、浴槽Ｂ内の湯水を採熱源として使用する場合、浴槽Ｂ内の湯水を追焚循環ポンプ２３の定格流量で、ヒートポンプユニット１１の蒸発器１１ｄに循環供給するようにしているが、これに限定されるものではなく、例えば、追焚循環ポンプ２３としてＤＣポンプ等の可変流量タイプのポンプを使用し、蒸発器１１ｄにおける必要な採熱量に応じて、浴槽Ｂ内の湯水の循環供給量を制御するようにしてもよい。
【００４０】
また、上述した実施形態では、ヒートポンプユニット１１の蒸発器１１ｄに、ヒートポンプユニット１１の冷媒配管１１ｅと浴槽水循環供給配管３１とを相互に接触させた接触型の熱交換器Ｘが採用されているが、これに限定されるものではなく、例えば、冷媒配管１１ｅと浴槽水循環供給配管３１とが伝熱フィンを介して接続されているような熱交換器を採用したり、冷媒配管１１ｅと浴槽水循環供給配管３１とが二重管構造の熱交換器を採用することも可能である。
【００４１】
また、上述した実施形態では、ＣＯ２からなる冷媒を使用したヒートポンプユニットが搭載された貯湯式給湯器１０を用いた給湯システム１について説明したが、これに限定されるものではなく、種々の冷媒を使用したヒートポンプユニットが搭載された貯湯式給湯器を用いた給湯システムについて、本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】この発明にかかる給湯システムの一実施形態を示す概略構成図である。
【図２】同上の給湯システムに使用されている貯湯式給湯器におけるヒートポンプユニット回りを示す概略構成図である。
【図３】同上のヒートポンプユニットの蒸発器を示す概略図である。
【符号の説明】
【００４３】
１  給湯システム
１０  貯湯式給湯器
１１  ヒートポンプユニット
１１ａ  圧縮機
１１ｂ  凝縮器
１１ｃ  膨張弁
１１ｄ  蒸発器
１１ｅ  冷媒配管
１２  貯湯タンク
１３  貯湯循環配管
１４  貯湯循環ポンプ
１５、１５ａ  給水管
１６、１６ａ  温水送出管
１７  混合調節弁
１８  電磁弁
１９  外気温度センサ
２１  追焚用コイル
２２ａ  追焚往き配管（追焚循環流路）
２２ｂ  追焚戻り配管（追焚循環流路）
２３  追焚循環ポンプ
２４  浴槽水温度センサ
３１  浴槽水循環供給配管（浴槽水循環供給路）
３２  切換三方弁（流路切換手段）
Ｂ  浴槽
Ｘ  熱交換器
Ｙ  ファン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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