(57)【要約】【課題】風呂自動運転中に浴槽の湯から熱が回収されることで、浴槽の湯温が低下するのを防止した使用性の高い給湯装置を提供すること。【解決手段】貯湯槽１と、浴槽３と、前記貯湯槽１内の湯水と前記浴槽３内の湯水とを熱交換する熱交換器４と、制御手段１８とを備え、前記浴槽３への湯張りから前記浴槽３の湯温を所定温度に保つ保温までを自動で行う風呂自動運転モードと、前記熱交換器４により前記浴槽３の湯水の有する熱を前記貯湯槽１の湯水に回収する熱回収運転モードとを有し、熱回収運転よりも風呂自動運転を優先させることを特徴とする給湯装置である。【選択図】図１
2013024533.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
貯湯槽と、浴槽と、前記貯湯槽内の湯水と前記浴槽内の湯水とを熱交換する熱交換器と、制御手段とを備え、前記浴槽への湯張りから前記浴槽の湯温を所定温度に保つ保温までを自動で行う風呂自動運転モードと、前記熱交換器により前記浴槽の湯水の有する熱を前記貯湯槽の湯水に回収する熱回収運転モードとを有し、熱回収運転よりも風呂自動運転を優先させることを特徴とする給湯装置。
【請求項２】
前記風呂自動運転が完了した後に、前記熱回収運転を行うことを特徴とする請求項１に記載の給湯装置。
【請求項３】
前記貯湯槽内の湯水を加熱する加熱手段を備え、前記熱回収運転停止後の前記加熱手段の加熱運転時における入力が略最小となるように、前記熱回収運転を停止させることを特徴とする請求項２に記載の給湯装置。
【請求項４】
前記貯湯槽の水温を検知する複数の貯湯温検知手段を備え、前記複数の貯湯温検知手段のうち少なくともひとつの検知温度に基づいて、前記熱回収運転を停止させることを特徴とする請求項３に記載の給湯装置。
【請求項５】
使用者が、前記熱回収運転を起動するための熱回収運転起動スイッチを設けたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の給湯装置。
【請求項６】
前記貯湯槽に接続された給水管と、前記貯湯槽の高温水を供給するように接続された高温水供給管と、低温水を供給するように、前記貯湯槽下部または前記給水管に接続された低温水供給管と、入口側に前記高温水供給管と前記低温水供給管とを接続して前記高温水と前記低温水とを混合する混合弁と、前記熱交換器と前記浴槽内の湯水が循環するように接続された浴槽循環配管と、前記浴槽へ所定の温度の湯水を供給するように前記混合弁の出口側と前記浴槽循環配管とに接続された給湯管と、前記給湯管の途中に接続された開閉弁と、前記開閉弁の上流で分岐して前記熱交換器に接続された給湯分岐管と、前記熱交換器で前記浴槽の湯水と熱交換した前記貯湯槽の湯水を再び前記貯湯槽へ戻すように前記熱交換器と前記貯湯槽とに接続された熱交戻り管と、前記貯湯槽と前記熱交換器で湯水を循環させる第１の搬送ポンプと、前記浴槽と前記熱交換器で湯水を循環させる第２の搬送ポンプとを備え、前記開閉弁を閉じ、前記混合弁を前記高温水供給管からの湯水よりも前記低温水供給管からの水を優先して給湯管へ供給する開度に調整し、かつ、前記第１の搬送ポンプと前記第２の搬送ポンプを動作させ、前記熱回収運転を行うことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の給湯装置。
【請求項７】
前記高温水供給管と連通し、前記貯湯槽の略上部に接続された第１の出湯管と、前記貯湯槽の上下方向において前記第１の出湯管が接続された位置と前記給水管が接続された位置との間に接続された第２の出湯管とを備え、前記熱交戻り管は、前記貯湯槽の上下方向において、前記第２の出湯管の前記貯湯槽の接続位置よりも高い位置で、前記貯湯槽に接続されていることを特徴とする請求項６に記載の給湯装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱回収機能を有する給湯装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の給湯装置には、浴槽の湯を加温する追い焚き運転と浴槽の湯から熱を回収する熱回収運転を機能として備えたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図１３は、熱回収運転を機能として有する給湯装置であり、１は貯湯槽、２はヒートポンプユニット、３は浴槽、４は熱交換器、５ａは貯湯槽水搬送ポンプ、５ｂは浴槽水搬送ポンプ、６は熱回収分岐管、７は三方弁、８は高温水供給管、９は低温水供給管、１０は給湯管、１１は混合弁、１２は浴槽水循環配管、１３は開閉弁、１４は給水管、１５は給湯分岐管、１６は熱交戻り管である。
【０００４】
浴槽水循環配管１２は、浴槽３の往き管と戻り管とを環状に接続して構成され、回路上に熱交換器４および浴槽水搬送ポンプ５ｂを備える。また、混合弁１１は、高温水供給管８と低温水供給管９とを入口側に接続し、給湯管１０を出口側に接続するように構成され、開閉弁１３を介して浴槽水循環配管１２と接続される。さらに浴槽内の水温を検知する浴槽水温検知手段１７が、浴槽水循環配管１２の途中に設けられている。
【０００５】
この給湯装置が風呂自動運転を行う場合は、まず、貯湯槽１に貯えられた湯と給水管１４から供給される水とを混合弁１１で所望温度の湯に混合して浴槽３へ給湯する。浴槽３へ給湯した後は、一定時間だけ湯の温度を一定に保つために保温動作を行う。保温動作は、浴槽湯温が一定温度以下に降下した場合におこない、貯湯槽水搬送ポンプ５ａと浴槽水搬送ポンプ５ｂとを運転して、熱交換器４において、貯湯槽１内の湯（例えば約８０℃）により浴槽３内の湯（例えば約３５℃）を加温する。
【０００６】
また、浴槽３の水温が一定温度以下に降下しているかどうかを判断するために、浴槽水搬送ポンプ５ｂのみを運転させる浴槽水温検知動作を間欠的に行う。浴槽水温検知手段１７により浴槽３の水温が一定温度以下に降下していることが検知された場合には保温動作を行い、降下していない場合にはそのまま待機する。一定時間が経過した後には風呂自動運転を自動で終了する。
【０００７】
次に、追い焚き運転を行う場合は、貯湯槽水搬送ポンプ５ａと浴槽水搬送ポンプ５ｂとが運転をおこなって、熱交換器４において、貯湯槽１内の湯（例えば約８０℃）が浴槽３内の湯（例えば約３５℃）を加温する。その結果、浴槽３内の水温は上昇し、貯湯槽１内に湯として貯えられている熱量（蓄熱量）は減少する。
【０００８】
最後に、熱回収運転を行う場合は、同様に貯湯槽水搬送ポンプ５ａと浴槽水搬送ポンプ５ｂとが運転を行うが、熱交換器４において、貯湯槽１内の水（例えば約１０℃）が浴槽３内の水（例えば約３５℃）を冷却して熱を回収する。その結果、浴槽３内の水温は降下し、貯湯槽１内に湯として貯えられる熱量（蓄熱量）は増加するので、ヒートポンプユニット２により沸き上げる熱量を軽減することができる。
【０００９】
また、このような運転を制御する方式のひとつに、風呂自動運転を停止した後、熱回収運転を開始するまでの時間を予め設定し、この時間を満了すると熱回収運転を行うというものがある（例えば、特許文献２参照）。
【００１０】
図１４は、特許文献２に記載された従来の給湯装置の制御ブロックを示すものである。
【００１１】
運転制御手段１８は、風呂自動運転検出部１９が風呂自動運転の停止を検出した後、熱回収運転を開始させるまでの時間を測定するタイマ２０を動作させ、予め設定された時間を満了すれば熱回収運転制御手段２１に熱回収運転を開始させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００９−１９８１１５号公報
【特許文献２】特開２００７−２７８５７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、前記従来の構成では、風呂自動運転停止後に使用者が入浴している時に、熱回収運転を開始する場合があり、浴槽の水温が低下してしまって入浴できなくなるという課題を有していた。
【００１４】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、風呂自動運転中に浴槽の湯から熱が回収されることで、浴槽の湯温が低下するのを防止した使用性の高い給湯装置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】
【００１５】
前記従来の課題を解決するために、本発明の給湯装置は、貯湯槽と、浴槽と、前記貯湯槽内の湯水と前記浴槽内の湯水とを熱交換する熱交換器と、制御手段とを備え、前記浴槽への湯張りから前記浴槽の湯温を所定温度に保つ保温までを自動で行う風呂自動運転モードと、前記熱交換器により前記浴槽の湯水の有する熱を前記貯湯槽の湯水に回収する熱回収運転モードとを有し、熱回収運転よりも風呂自動運転を優先させることを特徴とするものである。
【００１６】
これにより、風呂自動運転中に熱回収運転を行うことがないので、風呂自動運転中に浴槽の湯から熱を回収されて、浴槽湯温を一定に保つことができなくなることがないので、使用者の快適性が損なわれることを防止できる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、風呂自動運転中に浴槽の湯から熱が回収されることで、浴槽の湯温が低下するのを防止した使用性の高い給湯装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施の形態１における給湯装置の構成図
【図２】同給湯装置の熱回収運転制御手段のブロック図
【図３】同給湯装置の風呂自動運転と熱回収運転の制御方法概念図
【図４】同給湯装置の追い焚き運転と熱回収運転の制御方法概念図
【図５】同給湯装置の風呂自動運転中の浴槽への給湯時の水および湯の流れ方向を示した回路構成図
【図６】同給湯装置の風呂自動運転中の保温動作時および追い焚き運転時の水および湯の流れ方向を示した回路構成図
【図７】同給湯装置の風呂自動運転中の浴槽水温検知運転時の水および湯の流れ方向を示した回路構成図
【図８】同給湯装置の熱回収運転時の水および湯の流れ方向を示した回路構成図
【図９】同給湯装置の熱回収運転による貯湯槽内の温度分布の変化を示した図
【図１０】同給湯装置のヒートポンプユニットの効率を示した図
【図１１】同給湯装置の熱回収量とヒートポンプユニットの入力の関係を示した図
【図１２】同給湯装置の熱回収運転制御動作のフローチャート
【図１３】従来の給湯装置の構成図
【図１４】同給湯装置の制御ブロック図
【発明を実施するための形態】
【００１９】
第１の発明は、貯湯槽と、浴槽と、前記貯湯槽内の湯水と前記浴槽内の湯水とを熱交換する熱交換器と、制御手段とを備え、前記浴槽への湯張りから前記浴槽の湯温を所定温度に保つ保温までを自動で行う風呂自動運転モードと、前記熱交換器により前記浴槽の湯水の有する熱を前記貯湯槽の湯水に回収する熱回収運転モードとを有し、熱回収運転よりも風呂自動運転を優先させることを特徴とする給湯装置である。
【００２０】
これにより、風呂自動運転中に熱回収運転を行うことがないので、風呂自動運転中に浴槽の湯から熱を回収されて、浴槽湯温を一定に保つことができなくなることがないので、使用者の快適性が損なわれることを防止できる。
【００２１】
第２の発明は、前記風呂自動運転が完了した後に、前記熱回収運転を行うことを特徴とするもので、使用者が入浴を終えた後に残り湯から熱を回収し、使用者の快適性を損なうことなく、入浴に係るエネルギー消費量を削減することができる。
【００２２】
第３の発明は、前記貯湯槽内の湯水を加熱する加熱手段を備え、前記熱回収運転停止後の前記加熱手段の加熱運転時における入力が略最小となるように、前記熱回収運転を停止させることを特徴とするものである。
【００２３】
これにより、熱回収運転中の貯湯槽の温度分布に基づき、加熱手段によって所定の貯湯量を沸き上げるための消費熱量（消費電力）が最小となる時点を判断して、熱回収運転を停止するので、本来の目的であるシステム全体としての効率向上を実現し、省エネルギー性を高める効果がある。
【００２４】
第４の発明は、前記貯湯槽の水温を検知する複数の貯湯温検知手段を備え、前記複数の貯湯温検知手段のうち少なくともひとつの検知温度に基づいて、前記熱回収運転を停止させることを特徴とするもので、熱回収運転を行う際に、熱回収運転の運転停止を最適化することにより、システム効率を向上させ省エネルギー性を高めた給湯装置を提供できる。
【００２５】
第５の発明は、使用者が、前記熱回収運転を起動するための熱回収運転起動スイッチを設けたことを特徴とするもので、自動で設定されるなどした熱回収運転の起動スケジュールによらず、以降の入浴が発生しないと使用者が判断した時点で熱回収運転を始めることができるので、浴槽からの無駄な放熱が抑えられて省エネルギー性が高まるという効果がある。
【００２６】
第６の発明は、前記貯湯槽に接続された給水管と、前記貯湯槽の高温水を供給するように接続された高温水供給管と、低温水を供給するように、前記貯湯槽下部または前記給水管に接続された低温水供給管と、入口側に前記高温水供給管と前記低温水供給管とを接続して前記高温水と前記低温水とを混合する混合弁と、前記熱交換器と前記浴槽内の湯水が循環するように接続された浴槽循環配管と、前記浴槽へ所定の温度の湯水を供給するように前記混合弁の出口側と前記浴槽循環配管とに接続された給湯管と、前記給湯管の途中に接続された開閉弁と、前記開閉弁の上流で分岐して前記熱交換器に接続された給湯分岐管と、前記熱交換器で前記浴槽の湯水と熱交換した前記貯湯槽の湯水を再び前記貯湯槽へ戻すように前記熱交換器と前記貯湯槽とに接続された熱交戻り管と、前記貯湯槽と前記熱交
換器で湯水を循環させる第１の搬送ポンプと、前記浴槽と前記熱交換器で湯水を循環させる第２の搬送ポンプとを備え、前記開閉弁を閉じ、前記混合弁を前記高温水供給管からの湯水よりも前記低温水供給管からの水を優先して給湯管へ供給する開度に調整し、かつ、前記第１の搬送ポンプと前記第２の搬送ポンプを動作させ、前記熱回収運転を行うことを特徴とするものである。
【００２７】
これにより、給湯と追い焚きと熱回収の３つの機能を、前記混合弁の開度の制御によって実現できるので、制御が簡素化されて誤動作などの不具合が減少するという効果がある。
【００２８】
第７の発明は、前記高温水供給管と連通し、前記貯湯槽の略上部に接続された第１の出湯管と、前記貯湯槽の上下方向において前記第１の出湯管が接続された位置と前記給水管が接続された位置との間に接続された第２の出湯管とを備え、前記熱交戻り管は、前記貯湯槽の上下方向において、前記第２の出湯管の前記貯湯槽の接続位置よりも高い位置で、前記貯湯槽に接続されていることを特徴とするものである。
【００２９】
これにより、温度成層型の貯湯槽において不可避な貯湯槽上部の高温水と下部の低温水との間にできる中間程度の温度の水（以下、中温水）を有効に利用できる結果として、同じ蓄熱量でも貯湯槽下方に低温の水が多く確保できることから浴槽水からの回収熱量を大きくできる。
【００３０】
また、熱回収により発生した中温水を貯湯槽の比較的上部に流入させることは、増加しながら貯湯槽下方に移動する中温水を、熱回収した湯の流入位置よりも下にある第２の出湯管を通じて給湯に利用できるので、貯湯された湯の熱量を最大限有効に使うことができる。同時に加熱手段がヒートポンプユニットである場合には、沸き上げ効率の低下を招く貯湯槽内の中温水が減少することでシステム全体の効率低下を防ぐことができ、熱量の有効利用による良好な使い勝手と高い省エネルギー性とを実現する。
【００３１】
第６の発明は、前記貯湯槽に接続された給水管と、前記貯湯槽の高温水を供給するように接続された高温水供給管と、低温水を供給するように、前記貯湯槽下部または前記給水管に接続された低温水供給管と、入口側に前記高温水供給管と前記低温水供給管とを接続して前記高温水と前記低温水とを混合する混合弁と、前記熱交換器と前記浴槽内の湯水が循環するように接続された浴槽循環配管と、前記浴槽へ所定の温度の湯水を供給するように前記混合弁の出口側と前記浴槽循環配管とに接続された給湯管と、前記給湯管の途中に接続された開閉弁と、前記開閉弁の上流で分岐して前記熱交換器に接続された給湯分岐管と、前記熱交換器で前記浴槽の湯水と熱交換した前記貯湯槽の湯水を再び前記貯湯槽へ戻すように前記熱交換器と前記貯湯槽とに接続された熱交戻り管と、前記貯湯槽と前記熱交換器で湯水を循環させる第１の搬送ポンプと、前記浴槽と前記熱交換器で湯水を循環させる第２の搬送ポンプとを備え、前記開閉弁を閉じ、前記混合弁を前記高温水供給管からの湯水よりも前記低温水供給管からの水を優先して給湯管へ供給する開度に調整し、かつ、前記第１の搬送ポンプと前記第２の搬送ポンプを動作させ、前記熱回収運転を行うことを特徴とするものである。
【００３２】
これにより、給湯と追い焚きと熱回収の３つの機能を最小限の配管や弁の構成で実現することができ、前記貯湯槽の筐体内設置空間の省スペース化とそれによる装置の小型化を図ることができる。また、給湯と追い焚きと熱回収の３つの機能を、前記混合弁の開度の制御によって実現できるので、制御が簡素化されて誤動作などの不具合が減少するという効果がある。
【００３３】
第７の発明は、前記高温水供給管と連通し、前記貯湯槽の略上部に接続された第１の出
湯管と、前記貯湯槽の上下方向において前記第１の出湯管が接続された位置と前記給水管が接続された位置との間に接続された第２の出湯管とを備え、前記熱交戻り管は、前記貯湯槽の上下方向において、前記第２の出湯管の前記貯湯槽の接続位置よりも高い位置で、前記貯湯槽に接続されていることを特徴とするものである。
【００３４】
これにより、温度成層型の貯湯槽において不可避な貯湯槽上部の高温水と下部の低温水との間にできる中間程度の温度の水（以下、中温水）を有効に利用できる結果として、同じ蓄熱量でも貯湯槽下方に低温の水が多く確保できることから浴槽水からの回収熱量を大きくできる。
【００３５】
また、熱回収により発生した中温水を貯湯槽の比較的上部に流入させることは、増加しながら貯湯槽下方に移動する中温水を、熱回収した湯の流入位置よりも下にある第２の出湯管を通じて給湯に利用できるので、貯湯された湯の熱量を最大限有効に使うことができる。同時に加熱手段がヒートポンプユニットである場合には、沸き上げ効率の低下を招く貯湯槽内の中温水が減少することでシステム全体の効率低下を防ぐことができ、熱量の有効利用による良好な使い勝手と高い省エネルギー性とを実現する。
【００３６】
さらに、通常、熱回収運転される時間帯は深夜であるが、熱回収運転中に使用者の入浴を検出した場合を想定すると、その時点から浴槽水の追い焚き運転が必要となる。このとき、それ以前の給湯の際に中温水を有効に利用し、深夜になっても貯湯槽の上部の水は比較的高温に保たれて残っているので、追い焚き性能を確保できるという効果があるとともに、中温水が貯湯槽の比較的上部に戻されることで貯湯槽下部の水温の上昇は小さいので、使用者の入浴完了後に熱回収運転を再開した場合にヒートポンプユニットへの流入水温が低く保たれて効率的な運転がなされ、省エネルギー性を損なわない。
【００３７】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００３８】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における給湯装置の構成を示す図である。
【００３９】
図１において、給湯装置は、貯湯槽１と、この貯湯槽１の水を加熱する加熱手段としてのヒートポンプユニット２と、熱回収を行う対象の浴槽３と、浴槽３の水と貯湯槽１の水とを熱交換するように構成された熱交換器４と、貯湯槽１に接続された給水管１４と、貯湯槽１の略上部に接続された第１の出湯管２２と、第１の出湯管２２と給水管１４とが接続された位置の間、すなわち、高さ方向において貯湯槽１の胴部略中央部に接続された第２の出湯管２３と、第１の出湯管２２と第２の出湯管２３とが入口側に接続された高温水混合弁２４とを備えている。
【００４０】
また、この高温水混合弁２４の出口側に接続され、貯湯槽１内の高温水を供給する高温水供給管８と、給水管１４から分岐され、貯湯槽１内または給水管１４からの低温水を供給する低温水供給管９と、これら高温水供給管８と低温水供給管９とを入口側に接続された混合弁１１と、この混合弁１１の出口側に接続された給湯管１０と、給湯管１０の途中に接続された開閉弁１３と、開閉弁１３の上流で分岐して熱交換器４の第１の流路に接続された給湯分岐管１５と、熱交換器４で浴槽３の水と熱交換した貯湯槽１の水を再び貯湯槽１へ戻すように熱交換器４の第１の流路と貯湯槽１とに接続された熱交戻り管１６と、貯湯槽１と熱交換器４の第１の流路内の水を循環させる第１の搬送ポンプとしての貯湯槽水搬送ポンプ５ａと、熱交換器４の第２の流路内へ浴槽３の水が循環するように接続された浴槽水循環配管１２と、浴槽３と熱交換器４の第２の流路内の水を循環させる第２の搬送ポンプとしての浴槽水搬送ポンプ５ｂとを備えている。
【００４１】
ここで熱交戻り管１６は、貯湯槽１の上下方向において第１の出湯管２２と第２の出湯管２３の間の位置で貯湯槽１に接続される。また、給湯管１０は、浴槽水循環配管１２の途中に接続し、浴槽３への給湯の際はこの浴槽水循環配管１２を利用する。
【００４２】
また、浴室内に設置されたリモコン２５には、人体検知手段としての赤外線センサ２６と、使用者が任意に熱回収運転を起動するための熱回収運転起動スイッチ２７を設け、貯湯槽１には、貯湯槽１内の水温を検知するための複数の貯湯温検知手段２８ａ〜２８ｅ、浴槽水循環配管１２には、浴槽３の水温を検知するための浴槽水温検知手段１７を設けている。
【００４３】
さらに、これら複数の貯湯温検知手段２８ａ〜２８ｅと赤外線センサ２６と浴槽水温検知手段１７の出力および熱回収運転起動スイッチ２７の操作に基づいて、浴槽３への給湯およびそれ以降予め設定された時間だけ浴槽水の保温と水量維持を行う風呂自動運転を制御する給湯制御手段としての風呂自動運転制御手段２９と、浴槽３内の水を加熱する追い焚き運転を制御する追い焚き運転制御手段３０と、貯湯槽１に浴槽３の水の熱を回収する熱回収運転を制御する熱回収運転制御手段２１とからなる運転制御手段１８を備えている。
【００４４】
図２は熱回収運転制御手段２１のブロック図を示し、赤外線センサ２６の出力および風呂自動運転制御手段２９の動作状態あるいは熱回収運転制御手段２１で予め設定された熱回収運転の開始時刻、さらには熱回収運転起動スイッチ２７などから熱回収運転の開始を判断する熱回収運転開始判断部３１と、ヒートポンプユニット２による沸上運転を制御する沸上運転制御手段（図示せず）から貯湯後の給湯利用に必要な貯湯熱量を取得する所要貯湯熱量取得部３２と、貯湯温検知手段２８ａ〜２８ｅにより貯湯温度分布を測定する貯湯温度分布測定部３３とを備えている。
【００４５】
また、これら所要貯湯熱量取得部３２と貯湯温度分布測定部３３で得られた結果に基づいて必要な沸上熱量を算出する必要沸上熱量算出部３４と、貯湯温度分布測定部３３による現在の温度分布と必要沸上熱量算出部３４から沸上完了時の温度分布を推定する沸上完了時貯湯温度分布推定部３５と、さらに貯湯温度分布測定部３３による現在の温度分布から沸上完了時貯湯温度分布推定部３５での沸き上げ完了時の推定温度分布に至る間のヒートポンプユニット２への入力を推定する沸上所要入力推定部３６と、この沸上所要入力推定部３６による入力推定値の時間変化に基づいて貯湯槽水搬送ポンプ５ａ、浴槽水搬送ポンプ５ｂを制御するポンプ制御部３７とを備えている。
【００４６】
以上のように構成された給湯装置について、以下その動作、作用を説明する。
【００４７】
一般的な家庭での湯の利用における基本的な動作として、朝には貯湯槽１にその日使う分の湯が貯えられており、活動している時間帯に順次給湯に利用される。給湯利用中に貯湯量が不足する場合には必要に応じてヒートポンプユニット２を運転し、追加で貯湯運転を行うこともある。
【００４８】
近年では、浴槽３への給湯から保温までを自動で行う風呂自動運転の機能を備えている給湯装置が多くなっている。風呂自動運転制御手段２９により浴槽３への給湯および保温運転を行う場合は、貯湯槽１内に貯えられている湯を用いて浴槽３へ給湯し、浴槽水温が低下した場合には、貯湯槽１内に貯えられている湯の熱を利用して保温運転をおこない、浴槽水温を予め設定された温度に保つ。
【００４９】
また、追い焚き運転制御手段３０により追い焚き運転をおこなって浴槽３内の湯を加温
する場合も、貯湯槽１内に貯えられている湯の熱を利用して行う。これら一日の給湯などの熱利用が終わる時点で貯湯槽１内の湯は大部分が給水と置換され、その後の深夜に再び次の利用のための貯湯運転がおこなわれる。このとき、入浴のために浴槽３に供給された湯は、給湯利用終了時には貯湯槽１内の水温に対して比較的高温で残されていることが多いので、熱回収運転制御手段２１が、ヒートポンプユニット２による深夜の沸上運転の前、あるいは運転中に熱回収運転をおこなって貯湯槽１内に熱を回収する。
【００５０】
次に、風呂自動運転、追い焚き運転、および熱回収運転の制御方法について説明する。風呂自動運転制御手段２９は、浴槽３へ所定量の湯を所定温度で自動で給湯し、その後、浴槽水温を予め設定された時間だけ予め設定された温度に保つように間欠的に保温動作を行う（風呂自動運転）。
【００５１】
風呂自動運転をおこなっている間は、保温動作を行う必要があるかないかを判断するために、定期的に浴槽湯温を検出するための浴槽湯温検知動作を行う。浴槽水温の検知は浴槽水温検知手段１７でおこない、その結果、浴槽水温が予め設定された温度より所定温度以上（例えば１Ｋ以上）低い場合には、保温運転をおこなって浴槽水温を保ち、所定温度未満の場合には、保温運転をおこなわない。
【００５２】
この予め設定された時間内は、風呂自動運転を優先とし、熱回収運転制御手段２１が自動で、あるいは使用者による熱回収運転起動スイッチ２７の操作で熱回収運転開始の指示を受けても熱回収運転を行わず、予め設定された時間が経過した後に、熱回収運転を行うように制御する。逆に、熱回収運転中に風呂自動運転制御手段２９が風呂自動運転開始の指示を受けた場合には、風呂自動運転を優先として、熱回収運転制御手段２１は熱回収運転を停止し、風呂自動運転制御手段２９が風呂自動運転を開始する（図３に概念図を示す）。
【００５３】
追い焚き運転制御手段３０は、浴槽３内の湯を循環加温し、浴槽水温検知手段１７が検知する浴槽水温が所定の温度になる、または動作開始から所定の時間経過すると終了する（追い焚き運転）。
【００５４】
追い焚き運転制御手段３０が追い焚き運転をおこなっている間は、追い焚き運転を優先とし、熱回収運転制御手段２１は熱回収運転をおこなわず、追い焚き運転が終了した後に、熱回収運転を行うように制御する。
【００５５】
逆に、熱回収運転中に追い焚き運転制御手段３０が追い焚き運転の指示を受けた場合にも、追い焚き運転を優先として、熱回収運転制御手段２１は熱回収運転を停止し、追い焚き運転制御手段３０が追い焚き運転を開始する（図４に概念図を示す）。
【００５６】
各々の運転を行う場合の弁およびポンプの動作と、それに伴う水および湯の流れについて図５〜図８を用いて説明する。図中、流れのある経路は太線で示してある。
【００５７】
まず、風呂自動運転制御手段２９が風呂自動運転を行うときの動作について説明する。最初に浴槽３へ給湯を行う場合における回路中の水および湯の流れを図５に示す。貯湯槽１からは、第１の出湯管２２と第２の出湯管２３からの湯を高温水混合弁２４で混合して高温水供給管８へ供給する。
【００５８】
この高温水供給管８に供給された湯と給水管１４から低温水供給管９へと供給される給水とが混合弁１１にて給湯所望温度の湯に混合され、給湯管１０へと供給される。ここで、高温水混合弁２４から高温水供給管８に供給される湯の温度は、上記の給湯所望温度よりも所定温度以上高い温度（たとえば給湯所望温度が４０℃の場合に４５℃以上）に調節
されている。開閉弁１３は開かれ、給湯管１０へと供給された所望温度の湯は、浴槽水循環配管１２より浴槽３へと給湯される。
【００５９】
なお、高温水混合弁２４と混合弁１１の開度は、それぞれ出口側に接続された高温水供給管８と給湯管１０に供給される湯の温度に基づいてフィードバック制御されるのが一般的であり、高温水混合弁２４については第１の出湯管２２と第２の出湯管からの湯、混合弁１１については高温水供給管８からの湯と低温水供給管９からの給水の温度により変化する。
【００６０】
浴槽３内の湯を保温する場合における回路中の水および湯の流れを図６に示す。貯湯槽水搬送ポンプ５ａと浴槽水搬送ポンプ５ｂとが運転を開始し、貯湯槽水搬送ポンプ５ａの運転により、貯湯槽１の略上部より第１の出湯管２２から高温水混合弁２４を経て高温水供給管８へと湯が供給され、さらに混合弁１１を経て給湯管１０へと供給される。このとき、開閉弁１３を閉じ、給湯管１０へと供給された湯は、給湯分岐管１５へと供給され、熱交換器４にて浴槽水循環配管１２を循環する浴槽３の湯を加熱して、浴槽水温を上昇させる。
【００６１】
一方、熱交換器４を出て比較的低温となった湯は熱交戻り管１６を経て貯湯槽１へと還流する。このとき、高温水混合弁２４と混合弁１１の開度は、それぞれ第１の出湯管２２と高温水供給管８側が全開となり、貯湯槽１上部の高温の湯が熱交換器４に供給されるように制御されるのが一般的であるが、第２の出湯管２３と低温水供給管９より一定量の湯または水が流入して混合するものであってもよい。
【００６２】
浴槽３内の水温を検知するための浴槽水温検知動作を行う場合における回路中の水および湯の流れを図７に示す。浴槽水搬送ポンプ５ｂが運転を開始し、浴槽水循環配管１２内を浴槽３内の湯が循環する。このとき、開閉弁１３を閉じ、貯湯槽水搬送ポンプ５ａは運転をおこなわない。浴槽水温検知手段１７が浴槽水温を検知し、保温動作をするかしないかを判断する。
【００６３】
次に、追い焚き運転制御手段３０が追い焚き運転を行う場合の動作であるが、追い焚き運転を行う場合における回路中の水および湯の流れは風呂自動運転制御手段２９が保温動作を行う場合と同じで図６に示す通りであるので省略する。
【００６４】
最後に、熱回収運転制御手段２１が、浴槽３に残された湯の熱回収運転を行う場合における回路中の水および湯の流れを図８に示す。熱回収運転を開始すると、貯湯槽水搬送ポンプ５ａの運転により、貯湯槽１の略下部より低温水供給管９へと水が供給され、混合弁１１を経て給湯管１０へと供給される。
【００６５】
このとき、開閉弁１３を閉じ、給湯管１０へと供給された水は、給湯分岐管１５へと供給され、熱交換器４にて浴槽水循環配管１２を循環する浴槽３の湯と熱交換をおこなって熱を回収する。一方、熱交換器４を出て比較的高温となった水は熱交戻り管１６を経て貯湯槽１へと還流する。このとき、混合弁１１の開度は、低温水供給管９側が全開となるように制御されるのが一般的であるが、高温水供給管８より一定量の湯が流入し混合するものであってもよい。
【００６６】
熱回収運転をおこなった場合の貯湯槽１内の温度分布は図３に示す３８、３９、４０の順に変化する。つまり、浴槽３と熱交換されて熱交戻り管１６から貯湯槽１に流入する水４１の温度は貯湯槽１の貯湯温よりも低い場合が多く、貯湯槽水搬送ポンプ５ａの作用によって貯湯槽１の湯と混合しつつ貯湯槽１の下方に向けて移動する。
【００６７】
第２の出湯管２３の接続位置は熱交戻り管１６の接続位置よりも下部にあるので、給湯が発生すると、下がってきた中温の水４２を第２の出湯管２３から出湯し、第１の出湯管からの高温水４３と混合して利用することができる。
【００６８】
図９に示す４４は、熱回収後に給湯が発生した場合の温度分布を示している。このように第２の出湯管２３が熱交戻り管１６の貯湯槽への接続位置よりも下にあることで、回収した熱を効果的に利用することができる。
【００６９】
給湯の発生が比較的少なく、使い切れないで残った中温の水は、ヒートポンプユニット２で再加熱して利用することになるが、ヒートポンプユニット２の運転効率は、図１０に示すように加熱前の水温が高いほど低下する。
【００７０】
図９に示した貯湯槽１の温度分布からわかるように、熱回収運転後のヒートポンプユニット２による必要加熱量は、浴槽３からの回収熱量が増加するほど少なくなるものの、それと同時にヒートポンプユニット２で加熱する前の水温は高くなって、再加熱時の運転効率は低下するので、できるだけ多くの熱回収を行うことが必ずしも省エネルギーにつながらない。
【００７１】
すなわち、ヒートポンプユニット２への入力（消費熱量あるいは消費電力）は、所要貯湯熱量を得るための熱回収前の必要加熱量から熱回収運転によって得られた回収熱量を減じたものを、ヒートポンプユニット２による貯湯運転中の平均効率で除したものとなり、この値は図１１に示すように、回収熱量に対して最小値を有する場合がある。
【００７２】
したがって、浴槽３からの熱回収運転を、熱回収運転停止後に行われる再加熱運転において、ヒートポンプユニット２への入力が略最小となる時点で停止することが、より高い省エネルギー効果を得るために必要である。
【００７３】
最小値となる時点を見つける具体的な方法としては、所定の時間間隔で測定される貯湯槽１の温度分布に基づいて予想されるヒートポンプユニット２への入力値の刻々の変化の推移を求めて、その値の減少度合いが小さいか減少しなくなる、あるいは増加に転じることで判断する。
【００７４】
図１０に示したように、貯湯槽１内の湯水をヒートポンプユニット２にて加熱する場合、貯湯槽１からヒートポンプユニット２に水を搬送させる部位の温度（本実施の形態においては、貯湯槽１の下部の温度）が低くなるにつれて、ヒートポンプユニット２の運転効率は高くなるが、浴槽３からの熱回収運転時、浴槽３から熱回収した水が貯湯槽１内に流入してくることで、貯湯槽１からヒートポンプユニット２に水を搬送させる部位の温度が上昇し始める状態が存在する。
【００７５】
したがって、浴槽３からの熱回収運転時に、貯湯槽１のヒートポンプユニット２に水を搬送させる部位の温度を測定し、その温度の上昇度合いが増加に転じる付近で、浴槽３からの熱回収運転動作を停止させることで、熱回収運転後の加熱運転時におけるヒートポンプユニット２の運転効率の略最大を実現できるのである。
【００７６】
上記を勘案して高い省エネルギー効果を得るための熱回収運転制御手段２１の制御方法について説明する。
【００７７】
図１２は熱回収運転制御手段２１の動作のフローチャートである。使用者による熱回収運転起動スイッチ２７の操作、あるいは風呂自動運転制御手段２９による風呂自動運転終了後の所定時間経過後など、熱回収運転の開始を熱回収運転開始判断部３１が判断すると
、最初に赤外線センサ２６によって入浴者の有無を検知し（ステップ１）、ここで入浴者が検知された場合は、熱回収運転を開始しないで終了する（ステップ２）。
【００７８】
ステップ１で入浴者を検知しなければ、所要貯湯熱量取得部３１で取得された所要貯湯熱量と貯湯温検知手段２８ａ〜２８ｅにより測定された現在の貯湯槽１の温度分布、およびヒートポンプユニット２の沸き上げ温度等の運転条件から貯湯運転完了時の貯湯槽１内の温度分布を予測し、それを現在の温度分布と比較して、その時点からヒートポンプユニット２で加熱する場合の残りの加熱量Ｑｒを求める（ステップ３）。
【００７９】
次に、測定された現在の温度分布から、予測された貯湯運転完了時の温度分布に達するまでの間にヒートポンプユニット２で沸き上げる前の平均水温を推定する（ステップ４）。
【００８０】
さらにステップ４で求めた平均水温と図４で示したヒートポンプユニット２の特性とから貯湯運転時の平均効率を求め、ステップ３で求めた残りの加熱量Ｑｒをこの平均効率で除して、貯湯運転時の入力Ｑｉｎを推定する（ステップ５）。
【００８１】
Ｑｉｎは前回の評価時刻において求めた値であるＱｉｎ−ｆとの差を求め、それが予め定めた偏差ｑより小さい場合、すなわち推定入力の変化が次第に小さくなって最小値と判断されたら（ステップ６）、ステップ２で貯湯槽水搬送ポンプ５ａと浴槽水搬送ポンプ５ｂとを停止して熱回収運転を終了する。
【００８２】
ＱｉｎとＱｉｎ−ｆとの差がｑ以上の場合は熱回収運転を継続し、次の評価時刻になれば（ステップ８）、以上の動作を繰り返す。
【００８３】
なお、補足として熱回収運転開始後一回目の動作時は、ステップ６での比較はおこなわずにステップ７を実行する。
【００８４】
ここでは熱回収運転の開始時に入浴者を検知した場合を説明したが、ステップ１では熱回収運転が開始された後で入浴者が検知された場合にも、熱回収運転は停止されることになる（ステップ２）。
【００８５】
さらに、このフローチャートには示していないが、入浴が終わって赤外線センサ２６が人体を検知しなくなれば、この手順を再度実行することにより熱回収運転を再開し、上記の動作を行う。
【００８６】
以上が動作の説明であるが、人体検知によらない熱回収運転の停止は、ヒートポンプユニット２の入力の最小値の判断を減少度合いが小さくなったことでおこなっている。
【００８７】
この方法以外に、評価時刻間の入力の差ｑが０となる場合、またはｑの符号が前回の評価時刻と逆になる場合、すなわち推定入力が増加に転じるときを最小値として、熱回収運転を停止してもよい。
【００８８】
また、測定される貯湯槽１の温度の値の測定誤差等により、推定入力は最小値に至る間に増減のあることも多い。したがって、最近の数回の評価時刻における推定入力を記憶しておき、その移動平均値を用いて最小値に達したかどうかを判断することによって、最小値に達したかどうかの判定精度をより高められる場合もある。
【００８９】
さらには、以上説明したような、その都度温度分布を評価して入力を求める方法は精度が高いものの計算が煩雑となり、熱回収運転制御手段２１の負荷が大きい。その場合は、
入力に対して最も影響を与える位置の貯湯温の変化を予め把握しておき、その位置に対応する貯湯温検知手段２８ａ〜２８ｅのうち、いずれかの温度が上昇し始めたときや所定の温度上昇がみられたとき、あるいは、たとえば貯湯温検知手段２８ｄの検知温度が上昇し、かつ、貯湯温検知手段２８ｅの検知温度は上昇しない間は熱回収運転を継続するというように、二つ以上の温度の組み合わせに応じて停止の判断をしてもよい。
【００９０】
具体的には、比較的貯湯槽１の下部に近い温度が上昇してくることを検出して熱回収運転を停止させることによってもヒートポンプユニット２の効率を損なうことが少なくなって所望の効果を得ることができる。さらに、貯湯槽１のより上部の温度の変化を考慮すれば、熱回収運転による回収熱量の確保を同時に評価でき、精度は向上する。
【００９１】
このように、本発明の実施の形態によれば、浴室内に人体が存在することを検知した場合には熱回収運転をせず、熱回収機能によって浴槽内の湯温が低下して入浴ができなくなることを防止できる。
【００９２】
このとき、熱回収運転を開始するタイミングで入浴者がいる場合には熱回収運転を開始せず、また熱回収運転中に入浴者があった場合にも即座に熱回収運転を停止することによって快適性を損ねない。さらに、入浴が終われば熱回収運転を改めて開始、あるい再開することにより、省エネルギー性を損なわない運転ができる。
【００９３】
熱回収運転の再開は、入浴者を検知しなくなってから所定の時間が経過することなどで自動でもおこなわれるが、入浴者が退室する際に熱回収運転起動スイッチ２７を操作することによって即座に再開することができるので、時間経過による浴槽３からの無駄な放熱が抑えられ、省エネルギー性が高まる。
【００９４】
また、風呂自動運転と追い焚き運転と熱回収運転を実現するための配管系の構成において、ひとつの混合弁１１の開度調整にてそれらを切り換えているので、機能の向上に対して筐体内に新たな部材の設置スペースを確保する必要がなく、重量や材料の増加、さらには待機電力の増大もなく、省資源、省エネルギーにも寄与する。
【００９５】
また、併せて熱交換器４は熱交換効率の高いプレート式とするとともに、貯湯槽１の熱交戻り管１６の接続位置近傍に設置することで、熱交換器４自体をコンパクトにした上で最小限の配管長として、同様に省資源となる。
【００９６】
そして、熱回収運転を行う際には、所要貯湯熱量を沸き上げるためのヒートポンプユニット２への入力が最小となる時点で熱回収運転を停止することによって、本来の目的であるシステム全体としての効率向上を実現し、省エネルギー性を高めることができる。
【００９７】
構成としては、貯湯槽１下部の水を取り出して熱交換器４で加熱し、貯湯槽１の比較的上部へ戻しているが、熱回収運転による貯湯槽１内の温度分布はこの取り出し位置や戻し位置の違いによって変わる。
【００９８】
さらに、貯湯槽搬送ポンプ５ａの能力制御によって熱回収の速度なども制御でき、これら構成や制御の違いに応じて運転効率も変化する。
【００９９】
したがって、この実施例では、使われ方や貯湯槽１の容量などを考慮して適切な取り出し位置や戻り位置を設定したり、貯湯槽搬送ポンプ５ａの能力制御をおこなえるといった最適化設計の自由度が高いために複数の異なる機種に適用しやすく、その結果、多くの使用者に提供することによって大きな省エネルギー効果を得ることができる。
【０１００】
さらに、貯湯槽１からの給湯において、第１の出湯管２２と第２の出湯管２３とからの湯を高温水混合弁２４で適切に混合して貯湯槽１内の中温水を有効に利用するとともに、熱交戻り管１６の貯湯槽１への接続位置を第２の出湯管２３よりも上にすることによって、温度成層型の貯湯槽において不可避な貯湯槽上部の高温水と下部の低温水との間にできる中温水を有効に利用できる結果、同じ蓄熱量でも貯湯槽下方に低温の水が多く確保できることから浴槽水からの回収熱量を大きくできる。
【０１０１】
また、熱回収により発生した中温水を貯湯槽１の比較的上部に流入させることは、増加しながら貯湯槽１下方に移動する中温水を、熱回収した湯の流入位置よりも下にある第２の出湯管２３を通じて給湯に利用できるので、貯湯された湯の熱量を最大限有効に使うことができる。同時にヒートポンプユニット２の沸き上げ効率の低下を招く貯湯槽１内の中温水が減少することでシステム全体の効率低下を防ぐことができ、熱量の有効利用による良好な使い勝手と高い省エネルギー性とを実現する。
【０１０２】
さらに、通常、熱回収運転される時間帯は深夜であるが、熱回収運転中に使用者の入浴を検出した場合を想定すると、その時点から浴槽水の追い焚き運転が必要となる。このとき、それ以前の給湯の際に中温水を有効に利用し、深夜になっても貯湯槽１の上部の水は比較的高温に保たれて残っているので、追い焚き性能を確保できるという効果があるとともに、中温水が貯湯槽１の比較的上部に戻されることで貯湯槽１下部の水温の上昇は小さく、使用者の入浴完了後に熱回収運転を再開した場合にヒートポンプユニット２への流入水温が低く保たれて効率的な運転がなされ、省エネルギー性を損なわない。
【０１０３】
すなわち、使用者の快適性を損ねることなく、高い省エネルギー性能を実現した給湯装置を提供することができるものである。
【産業上の利用可能性】
【０１０４】
以上のように、本発明にかかる給湯装置は、浴槽の湯からの熱回収運転に際し、入浴者の行動を考慮して快適性と省エネルギー性を両立するので、前記したような家庭用の給湯装置に適用できるほか、業務用などの規模の大きい用途にも適用し、実用性に優れた給湯装置の制御方式を提供できる。
【符号の説明】
【０１０５】
１  貯湯槽
２  加熱手段（ヒートポンプユニット）
３  浴槽
４  熱交換器
５ａ  第１の搬送ポンプ（貯湯槽水搬送ポンプ）
５ｂ  第２の搬送ポンプ（浴槽水搬送ポンプ）
８  高温水供給管
９  低温水供給管
１０  給湯管
１１  混合弁
１２  浴槽水循環配管
１３  開閉弁
１４  給水管
１５  給湯分岐管
１６  熱交戻り管
１７  浴槽水温検知手段
１８  運転制御手段
２１  熱回収運転制御手段
２２  第１の出湯管
２３  第２の出湯管
２４  高温水混合弁
２５  リモコン
２６  人体検知手段（赤外線センサ）
２７  熱回収運転起動スイッチ
２８  貯湯温検知手段
２９  風呂自動運転制御手段
３０  追い焚き運転制御手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2013024533.tif 000011
【図１０】
2013024533.tif 000012
【図１１】
2013024533.tif 000013
【図１２】
2013024533.tif 000014
【図１３】
2013024533.tif 000015
【図１４】
2013024533.tif 000016