(57)【要約】【課題】沸き上げ運転中に給湯運転が開始された場合に、当該給湯運転の停止時における出湯温度の急激な上昇を抑制することのできる貯湯式給湯機を提供する。【解決手段】沸き上げ運転中は、ヒートポンプユニット３からの出湯温度が目標出湯温度となるように、循環ポンプ１９の回転数が制御されている。ここで、沸き上げ運転中の給湯運転が開始された場合に、目標出湯温度と、給湯運転直前の循環ポンプ１９の回転数Ｘと給湯運転中の回転数Ｙとの差とを用いて危険度Ｚを算出し、算出された危険度Ｚが所定の判定値よりも大きい場合に、流量調整弁２５を閉弁側に制御する。流量調整弁２５が閉弁側に制御されると循環ポンプ１９の回転数は上昇する。その後、給湯運転が終了された場合に、流量調整弁２５の開度を給湯運転開始前の初期値に戻す。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
温水を貯湯させる貯湯タンクと、
所定の加熱手段を利用して前記貯湯タンク内の水を加熱する沸き上げ用熱交換器と、
前記貯湯タンクの下部と前記沸き上げ用熱交換器の吸込側とを接続する第１の配管と、前記貯湯タンクの上部と前記沸き上げ用熱交換器の吐出側とを接続する第２の配管と、により構成された循環回路と、
前記第１の配管に設置された循環ポンプと、
前記第１の配管における前記循環ポンプと前記沸き上げ用熱交換器との間、もしくは前記第２の配管に設置された流量調整弁と、
前記貯湯タンクの上部と給湯端末とを接続する給湯配管と、
前記循環回路の湯水を前記循環ポンプにより循環させることで前記貯湯タンク内の水を沸き上げる場合に、前記沸き上げ用熱交換器から出湯される湯の出湯温度が所定の目標出湯温度となるように、前記循環ポンプの動作量を制御する沸き上げ運転を行う沸き上げ制御手段と、
前記給湯配管を介して貯湯タンク内の湯を前記給湯端末へ供給する給湯運転を行う給湯制御手段と、
前記沸き上げ運転中に前記給湯運転が開始された場合に、前記目標出湯温度および当該給湯運転が開始されてからの前記循環ポンプの動作量の変化に基づいて、当該給湯運転が終了された場合の前記出湯温度の上昇度を推定する推定手段と、
前記推定手段による推定結果に基づいて、前記沸き上げ運転中の前記流量調整弁の開度を制御する弁制御手段と、
を備えることを特徴とする貯湯式給湯機。
【請求項２】
前記弁制御手段は、前記推定手段により推定された上昇度が所定の判定値よりも高い場合に、前記給湯運転中の前記流量調整弁の開度を閉方向に制御するとともに、前記給湯運転が終了された場合に、前記流量調整弁の開度を開方向へ制御することを特徴とする請求項１記載の貯湯式給湯機。
【請求項３】
前記弁制御手段は、前記推定手段により推定された上昇度が所定の判定値よりも高い場合に、前記上昇度が前記判定値以下となるように前記流量調整弁の開度を閉方向に制御するとともに、前記給湯運転が終了された場合に、前記流量調整弁の開度を前記給湯運転が開始される前の開度へ戻すことを特徴とする請求項１記載の貯湯式給湯機。
【請求項４】
前記推定手段は、前記上昇度として、前記給湯運転が終了された場合の前記出湯温度を推定することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載の貯湯式給湯機。
【請求項５】
前記弁制御手段は、前記流量調整弁の開度を閉方向に可変する場合に、前記出湯温度の変化速度が所定範囲となるように、前記流量調整弁を可変する速度を調整することを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項記載の貯湯式給湯機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、貯湯式給湯機に係り、特に、ヒートポンプを用いた貯湯式給湯機に関する。
【背景技術】
【０００２】
貯湯式給湯機では、沸き上げ中に給湯を行う場合であって給湯量が多量となる場合に、ヒートポンプの沸上経路を流れる水がタンクに牽引されて沸上経路を流れる流量が一時的に増加し、これにより出湯温度が低下する。そこで、特許文献１の給湯装置では、給湯量が所定値以上の場合、沸上経路に備えた流量調節弁の開度を低開度に設定し、沸上経路の循環ポンプの回転数を低回転に設定した後、沸上温度に基づいて流量調整弁の開度を調整することで出湯温度低下を抑制している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−８５４３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述したような従来の給湯装置では、沸き上げ運転中の出湯量が多量となり、沸上経路の循環流量も多量な状態となってから給湯運転を停止した場合、給湯量の急激な低下および循環ポンプの低回転動作に伴い沸上経路の循環流量も急激に低下する。この場合、出湯温度及びヒートポンプの冷媒圧力の急激な上昇が起こり、冷凍サイクル保護のために沸き上げ運転を緊急停止させなければならないおそれがあった。
【０００５】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、沸き上げ運転中の給湯運転が行われた場合に、当該給湯運転を停止した後の出湯温度の急激な上昇を抑制することのできる貯湯式給湯機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る貯湯式給湯機は、温水を貯湯させる貯湯タンクと、所定の加熱手段を利用して貯湯タンク内の水を加熱する沸き上げ用熱交換器と、貯湯タンクの下部と沸き上げ用熱交換器の吸込側とを接続する第１の配管と、貯湯タンクの上部と沸き上げ用熱交換器の吐出側とを接続する第２の配管と、により構成された循環回路と、第１の配管に設置された循環ポンプと、第１の配管における循環ポンプと沸き上げ用熱交換器との間、もしくは第２の配管に設置された流量調整弁と、貯湯タンクの上部と給湯端末とを接続する給湯配管と、循環回路の湯水を循環ポンプにより循環させることで貯湯タンク内の水を沸き上げる場合に、沸き上げ用熱交換器から出湯される湯の出湯温度が所定の目標出湯温度となるように、循環ポンプの動作量を制御する沸き上げ運転を行う沸き上げ制御手段と、給湯配管を介して貯湯タンク内の湯を給湯端末へ供給する給湯運転を行う給湯制御手段と、沸き上げ運転中に給湯運転が開始された場合に、目標出湯温度および当該給湯運転が開始されてからの循環ポンプの動作量の変化に基づいて、当該給湯運転が終了された場合の出湯温度の上昇度を推定する推定手段と、推定手段による推定結果に基づいて、沸き上げ運転中の流量調整弁の開度を制御する弁制御手段と、を備えるものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、沸き上げ運転中の給湯運転が行われた場合に、当該給湯運転を停止した後の出湯温度の急激な上昇を抑制することのできる貯湯式給湯機を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の貯湯式給湯機の実施の形態１としてのヒートポンプ給湯装置の回路構成図である。
【図２】実施の形態１のヒートポンプ式給湯機の沸き上げ運転中の水の流れを説明するための図である。
【図３】実施の形態１のヒートポンプ式給湯機の給湯運転中の水の流れを説明するための図である。
【図４】実施の形態１のヒートポンプ式給湯機の給湯・沸き上げ同時運転中の水の流れを説明するための図である。
【図５】本発明の実施の形態１におけるルーチン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】
【０００９】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して、重複する説明を省略する。
【００１０】
実施の形態１．
［実施の形態１の構成］
図１は、本発明の貯湯式給湯機の実施の形態１としてのヒートポンプ式給湯機の回路構成図である。図１に示すように、本実施の形態のヒートポンプ式給湯機は、貯湯タンク２を内蔵したタンクユニット１と、水を加熱して湯を生成するヒートポンプユニット３とを有している。ヒートポンプユニット３は、大気の熱を吸熱することにより、高い効率で湯を生成することができる。タンクユニット１とヒートポンプユニット３とは、ヒートポンプ循環配管７，８により接続されている。水道等の水源から供給される水は、給水配管４を通って減圧弁１２に流入し、所定圧力に減圧された後、給水配管５を通って貯湯タンク２の下部に流入する。貯湯タンク２内には、減圧弁１２により所定圧力に減圧された水源水圧が給水配管４，５から作用している。貯湯タンク２内は、常に満水状態に維持される。また、減圧弁１２で減圧された水は、給水配管６を通って、混合弁１４，１５にも供給される。
【００１１】
貯湯タンク２の沸き上げ運転時には、貯湯タンク２内の水が貯湯タンク２の下部から取り出され、ヒートポンプ循環ポンプ１９の作動によりヒートポンプ循環配管７を通ってヒートポンプユニット３の沸き上げ用熱交換器（図示せず）に送られ、加熱されて湯となる。この湯は、ヒートポンプ循環配管８を通ってタンクユニット１に戻り、バイパス弁１３を通って貯湯タンク２の上部から貯湯タンク２内に流入する。このような沸き上げ運転が行われることにより、貯湯タンク２内で上部から下部に向かって湯が貯えられていく。貯湯タンク２内の上部の湯と下部の水とは、比重差があるため、温度境界層を介して、混じり合うことなく維持される。また、ヒートポンプ循環配管７におけるヒートポンプ循環ポンプ１９とヒートポンプユニットとの間には、流量調整弁２５が設けられている。流量調整弁２５は、その開度を調整することにより、ヒートポンプ循環配管７の絞り量を調整することができる。なお、流量調整弁２５は、ヒートポンプ循環配管８側に設けられていても良い。
【００１２】
給湯する際は、貯湯タンク２の上部から取り出された湯が給湯配管９を通って混合弁１４，１５へ送られる。混合弁１４，１５は、給湯配管９より送られてきた湯と、給水配管６より送られてきた水とを混合することにより、温度を調節した湯を出湯する。混合弁１４から出湯した湯は、給湯配管１０を通って図示しない蛇口等の所定の給湯先に供給される。混合弁１５から出湯した湯は、給湯配管１１を通って図示しない浴槽に供給される。
【００１３】
給水配管４には、水源から供給される水の温度を検出する給水温度サーミスタ１６が設けられている。また、給湯配管１０には、混合弁１４から流出して給湯先に供給される湯水の温度を検出する給湯サーミスタ１７が設けられている。更に、給湯配管１１には、混合弁１５から流出して浴槽に供給される湯水の温度を検出する風呂サーミスタ１８が設けられている。ヒートポンプ循環配管７には、ヒートポンプユニット３の沸き上げ用熱交換器に送られる湯水の温度を検出するヒートポンプ入水温度サーミスタ２０が設けられている。更に、ヒートポンプ循環配管８には、ヒートポンプユニット３の沸き上げ用熱交換器によって沸き上げられた湯水の出湯温度を検出するヒートポンプ出湯温度サーミスタ２１が設けられている。
【００１４】
タンクユニット１の内部には、制御基板２２が設けられている。本給湯装置が備えるアクチュエータ類およびセンサ類は、制御基板２２と電気的に接続されている。また、制御基板２２は、例えば台所や浴室等に設置されるユーザーインターフェースとしてのリモコン２４と通信線２３を介して接続されている。制御基板２２は、本給湯装置の全体を制御する。例えば、制御基板２２は、上述した各種センサ類の入力に基づいてアクチュエータ類を駆動することにより、後述する沸き上げ運転、給湯運転、および沸き上げ運転と給湯運転との同時運転を行う。
【００１５】
［実施の形態１の動作］
次に、本発明の実施の形態１におけるヒートポンプ式給湯機において実行される運転動作について説明する。本実施形態のヒートポンプ式給湯機では、以下の図２〜図４に示す運転状態に応じて各種アクチュエータを制御することにより、タンクユニット１内の湯水の流路を切り替えて使用するようになっている。
【００１６】
図２は、本発明の実施の形態１におけるヒートポンプ式給湯機の沸き上げ運転時の回路構成図である。尚、ここでいう沸き上げ運転とは、ヒートポンプユニット３を利用して貯湯タンク２内の水を沸き上げる沸き上げ運転が単独で行われるもののことである。この沸き上げ運転時には、バイパス弁１３がヒートポンプユニット３と貯湯タンク２の上部とが連通するように制御された状態で、ヒートポンプ循環ポンプ１９とヒートポンプユニット３の運転を開始することにより実行される。その結果、貯湯タンク２の下部から流出する低温水は、ヒートポンプ循環配管７、ヒートポンプ循環ポンプ１９および流量調整弁２５を経由してヒートポンプユニット３に導かれ、沸き上げ用熱交換器において加熱されて高温水となった後、ヒートポンプ循環配管８およびバイパス弁１３を経由して、貯湯タンク２の上部から当該貯湯タンク２内に流入し貯えられる。ここでは、図２に示す湯水の循環経路を「ヒートポンプ循環回路」と称する。このような沸き上げ運転が実行されることで、貯湯タンク２の内部では、上層部から高温水が貯えられていき、この高温水層が徐々に厚くなる。
【００１７】
尚、沸き上げ運転におけるヒートポンプユニット３からの出湯温度は、制御基板２２によって制御される。具体的には、制御基板２２は、ヒートポンプ出湯温度サーミスタ２１によって検出される出湯温度が、リモコン２４によって設定された内容に基づいて設定された目標出湯温度となるように、係る温度差をヒートポンプ循環ポンプ１９の回転数にフィードバックする。
【００１８】
図３は、本発明の実施の形態１におけるヒートポンプ式給湯機の給湯運転時の回路構成図である。尚、ここでいう給湯運転とは、貯湯タンク２内に貯えられた高温水をユーザの所望する湯温に調整した上で外部の水栓やシャワー、浴槽などに給湯する運転のことである。この給湯運転は、ユーザが任意の水栓を開くことで開始され、貯湯タンク２内に貯えられた高温水と給水配管４から給水された水とが、それぞれ給湯配管９と給水配管４とを通じて給湯用の混合弁１４および風呂用の混合弁１５に供給される。混合弁１４，１５では、供給された高温水と水との混合比率を制御することで、給湯水の湯温がユーザの所望する湯温に調整される。尚、混合比率は、給湯であれば給湯サーミスタ１８により給湯配管１０内の水温を、風呂の湯はりであれば風呂サーミスタ１８により給湯配管１１内の水温をそれぞれ確認し、この水温が目標値となるように給湯用の混合弁１４，１５の開度を調整する。また、給湯運転中にヒートポンプ循環ポンプ１９が作動していない場合には、ヒートポンプ循環配管７，８の圧損が大きいために当該配管７，８内の水を牽引しにくい状態となっている。このため、沸き上げ運転が行われていない給湯運転中は、貯湯タンク２側から給湯配管９に湯を牽引する状態となる。
【００１９】
図４は、本発明の実施の形態１におけるヒートポンプ式給湯機の給湯運転と沸き上げ運転との同時運転中の回路構成図である。尚、ここでいう同時運転とは、図２に示した沸き上げ運転と図３に示した給湯運転とを同時に行う運転動作であって、例えば、沸き上げ運転中にユーザ操作によって給湯運転要求が出された場合などに実施される運転である。この同時運転時には、給湯運転中であってもヒートポンプ循環ポンプ１９が作動しているため、ヒートポンプ循環配管７，８の圧損が小さくなっている。このため、同時運転中は、貯湯タンク２側だけでなく、ヒートポンプ循環配管７，８側からも給湯配管９に湯を牽引する状態となる。
【００２０】
ヒートポンプ循環配管７，８において湯水が牽引されると、ヒートポンプ循環回路中の流速が増加する。このため、図４における給湯・沸き上げ同時運転中のヒートポンプ循環配管７，８回りの流速は、図２における沸き上げ運転中のそれに比して速くなり、これにより流量が増加する。この場合、ヒートポンプユニット３によって与えられる熱量の総量は変化しないまま流量が上昇するため、出湯温度が目標出湯温度よりも低下する状態となる。制御基板２２は、出湯温度と目標出湯温度の温度差をヒートポンプ循環ポンプ１９の回転数にフィードバックしているため、同時運転中におけるヒートポンプ循環ポンプ１９の回転数は、沸き上げ運転時に比して低回転に制御されることとなる。
【００２１】
ここで、沸き上げ運転中に開始された給湯運転が停止された場合（すなわち、同時運転から沸き上げ運転へ切り替わる場合）について考察する。同時運転が行われている状態では、給湯運転による湯の牽引によって、ヒートポンプ循環ポンプ１９の回転数が沸き上げ運転時よりも低い状態に制御されている。このため、給湯運転の停止によってヒートポンプ循環配管７，８内の湯の牽引力が急激に低下すると、ヒートポンプ循環回路内を循環する湯水の流量が急激に低下するにも係わらずヒートポンプ循環ポンプ１９の回転数は低回転で制御されている状態となるため、ヒートポンプユニット３の冷媒圧力の急激な上昇や出湯温度の上昇を招いてしまう。
【００２２】
そこで、本実施の形態１のヒートポンプ式給湯機では、沸き上げ運転と給湯運転の同時運転中に給湯運転を終了した場合の危険度として出湯温度の上昇を予測しておき、係る危険度が所定の基準を超えないように流量調整弁２５の開度を制御することとする。具体的には、危険度は、次式（１）により算出することができる。
危険度Ｚ＝Ａ×（１＋（Ｂ−Ｃ）／（２×Ｃ））＋４  ・・・（１）
【００２３】
ここで、Ａは目標出湯温度を、Ｂは給湯運転が開始される前のヒートポンプ循環ポンプ１９のポンプ回転数を、Ｃは給湯運転中のヒートポンプ循環ポンプ１９のポンプ回転数を、Ｚは危険度を、それぞれ示している。危険度Ｚは、目標出湯温度にポンプ回転数の変動１ｒｐｍあたりの出湯温度の変化量および調整項（＋４）を加算した値であり、危険度Ｚが所定の判定値（例えば、１００）を超える場合に、流量調整弁２５の開度を閉方向に制御することとする。例えば、Ａ＝９０℃、Ｂ＝３０００ｒｐｍ、Ｃ＝２５００ｒｐｍである場合においては、危険度Ｚは、上式（１）を用いてＺ＝１０３となり、判定値１００を超過する。この場合、沸き上げ運転中の給湯運転の終了によって出湯温度が危険水域に達することが分かるので、予め流量調整弁２５を閉弁側に制御してヒートポンプ循環回路を流れる湯水の流量を制限する。流量調整弁２５によってヒートポンプ循環回路を循環する湯水の流量が減量されると、出湯温度が上昇するためヒートポンプ循環ポンプ１９の回転数が高回転数側に推移する。このため、沸き上げ運転中に給湯運転が終了した場合であっても、給湯運転の終了時に流量調整弁２５を給湯運転開始前の開度まで開弁することにより、ヒートポンプ循環回路を循環する湯水の流量が急激に低下する事態を回避することができる。これにより、出湯温度や冷媒圧力の急激な上昇を抑制することができるので、冷凍サイクル保護のために沸き上げ運転が緊急停止する事態を有効に回避することが可能となる。
【００２４】
［実施の形態１の具体的処理］
次に、図５を参照して、本実施の形態１のヒートポンプ式給湯機において実行される制御の具体的処理について説明する。図５は、本実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。
【００２５】
図５に示すルーチンでは、先ず、沸き上げ運転が開始される（ステップＳ１）。沸き上げ運転中は、ヒートポンプ出湯温度サーミスタ２１によって検出された出湯温度が目標出湯温度となるように、ヒートポンプ循環ポンプ１９の回転数が制御される。次のステップでは、給湯運転開始前のヒートポンプ循環ポンプ１９の回転数Ｘが取得される（ステップＳ２）。次に、給湯運転が開始されたか否かが判定される（ステップＳ３）。その結果、給湯運転が未だ開始されていない場合には、給湯運転が開始されるまで、上記ステップＳ２の処理が繰り返し実行される。一方、上記ステップＳ３において、給湯運転が開始されたと判定された場合には、次のステップに移行し、給湯運転中のヒートポンプ循環ポンプ１９の回転数Ｙが取得される（ステップＳ２）。
【００２６】
次に、給湯運転が終了されたか否かが判定される（ステップＳ５）。その結果、未だ給湯運転が終了されていないと判定された場合には、次のステップに移行し、危険度Ｚが所定の判定値よりも大きいか否かが判定される（ステップＳ６）。ここでは、具体的には、先ず、現時点での目標出湯温度と、上記ステップＳ２およびＳ４において取得されたポンプ回転数ＸおよびＹとを上式（１）に代入することにより、危険度Ｚが算出される。次いで、算出された危険度Ｚが所定の判定値（例えば、判定値＝１００）よりも大きいか否かが判定される。その結果、危険度Ｚ＞判定値の成立が認められた場合には、現時点において給湯運転を終了した場合の出湯温度の上昇が許容範囲を超えると判断されて、次のステップに移行し、流量調整弁２５の開度が閉方向に制御される（ステップＳ７）。これにより、ヒートポンプ循環ポンプ１９の回転数は高回転数側に推移する。上記ステップＳ７の処理が終了すると、上記ステップＳ５の処理が数秒後に再度実行される。
【００２７】
一方、上記ステップＳ６において、危険度Ｚ＞判定値の成立が認められない場合には、
給湯運転を終了した場合の出湯温度の上昇が許容範囲内であると判断されて、上記ステップＳ５の処理が再度実行される。そして、上記ステップＳ５において、給湯運転が終了されたと判定された場合には、次のステップに移行し、流量調整弁２５の開度が給湯運転開始前の初期値まで拡大される（ステップＳ８）。
【００２８】
以上説明したとおり、本実施の形態１のヒートポンプ式給湯機によれば、目標出湯温度と、給湯運転直前のヒートポンプ循環ポンプ１９の回転数と給湯運転中のそれとの回転差とを用いて給湯終了時の危険度Ｚが判定されるので、給湯終了時に起こる出湯温度の上昇に対して有効な対策を前もって講じることが可能となる。また、本実施の形態１のヒートポンプ式給湯機によれば、給湯運転終了時の出湯温度の急上昇が予想される場合に、流量調整弁２５の開度を絞ることによりヒートポンプ循環ポンプ１９の回転数を高める制御が実行される。これにより、実際に給湯運転が終了した場合に、制御応答性のよい流量調整弁２５の開度を開方向に制御することによって、ヒートポンプ循環ポンプ１９を流れる湯水の急激な流量低下を有効に抑制することができる。
【００２９】
ところで、上述した実施の形態１ヒートポンプ式給湯機では、上式（１）を用いて危険度Ｚを算出することとしているが、目標出湯温度、および給湯運転が開始される直前からのヒートポンプ循環ポンプ１９の回転数変化を用いて終了時の出湯温度の上昇を示す値を算出する式であれば、上式（１）を種々変形して用いてもよい。
【００３０】
また、上述した実施の形態１ヒートポンプ式給湯機では、流量調整弁２５の開度を変更する速度について何ら言及していないが、上記ステップＳ７において流量調整弁２５の開度を閉方向に制御する際には、極力低速度で弁開度を変更することが好ましい。具体的には、例えば、出湯温度の変化が所定範囲内となるように、流量調整弁２５の開度を変更することとする。これにより、給湯運転中の出湯温度の急変を抑制することができるので、給湯運転時の給湯温度の意図せぬ上昇を有効に回避することが可能となる。
【符号の説明】
【００３１】
１  タンクユニット
２  貯湯タンク
３  ヒートポンプユニット（加熱手段）
４，５，６  給水配管
７，８  ヒートポンプ循環配管（第１，第２の配管）
９，１０，１１  給湯配管
１６，１７，１８，２０，２１  サーミスタ
１９  ヒートポンプ循環ポンプ
２２  制御基板
２５  流量調整弁
【図１】
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【図２】
2013185789.tif 000004
【図３】
2013185789.tif 000005
【図４】
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【図５】
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