ヒートポンプ式給湯機
【課題】貯湯タンク内の熱量に応じた追い焚き運転を行うことが可能なヒートポンプ式給湯機を提供する。
【解決手段】貯湯タンク２内に設置する風呂熱交換器２５を内管と外管とで構成される二重管構造とし、内管はヒーポン戻り管１４と一端が接続し他端が貯湯タンク２内に開口した開口部を形成し、外管は風呂循環回路２９に両端が接続しており、ヒーポン戻り管１４に第１切替管路４６へ切り替え可能な第１切替弁４５とヒーポン往き管１３に第２切替管路４８へ切り替え可能な第２切替弁４７とを設置して、貯湯温度センサ４４で検出された風呂熱交換器２５近傍の温度と浴槽水の温度から、圧縮機８とヒーポン循環ポンプ１６の駆動の制御、又は風呂バイパス弁３４の開度の調節を行って第１切替弁４５と第２切替弁４７を切り替えることで、追い焚き時間を短縮して中温水の発生を抑える。
【解決手段】貯湯タンク２内に設置する風呂熱交換器２５を内管と外管とで構成される二重管構造とし、内管はヒーポン戻り管１４と一端が接続し他端が貯湯タンク２内に開口した開口部を形成し、外管は風呂循環回路２９に両端が接続しており、ヒーポン戻り管１４に第１切替管路４６へ切り替え可能な第１切替弁４５とヒーポン往き管１３に第２切替管路４８へ切り替え可能な第２切替弁４７とを設置して、貯湯温度センサ４４で検出された風呂熱交換器２５近傍の温度と浴槽水の温度から、圧縮機８とヒーポン循環ポンプ１６の駆動の制御、又は風呂バイパス弁３４の開度の調節を行って第１切替弁４５と第２切替弁４７を切り替えることで、追い焚き時間を短縮して中温水の発生を抑える。
【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で湯水を加熱し貯湯タンク内に貯湯するヒートポンプ式給湯機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種のものにおいて、ヒートポンプ式加熱手段で加熱した湯水を貯湯タンクに貯湯し、該貯湯タンク内の高温水と低温水を混合弁で設定温度に調節して浴槽内に注湯する湯張り管と、貯湯タンク内上部に設置され浴槽と風呂循環回路で接続された風呂熱交換器とを備え、浴槽水の追い焚き運転の開始指令を検知すると、浴槽水を風呂熱交換器へ循環させ、更に湯張り管から高温水を注湯することで追い焚き運転の時間を短縮し、風呂熱交換器付近の温度低下を防止するものがあった。（例えば、特許文献１）
【０００３】
また、貯湯タンクの外に設置した熱交換器内に貯湯タンク内の高温水と浴槽水を循環させて熱交換することで、浴槽水を設定温度まで昇温し、熱交換によって温度が低下した湯水を貯湯タンク下部に戻すことで効率よく追い焚き運転を行うものがあった。（例えば、特許文献２）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１３８９６６号公報
【特許文献２】特開２００６−９８０４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、この従来のものでは、例えば特許文献１で開示されている方法で追い焚き運転を行う場合、浴槽内の浴槽水が風呂熱交換器内を循環して貯湯タンク内に貯湯された９０℃程度の高温水と熱交換するので、浴槽水の温度が低温であれば風呂熱交換器付近の高温水から熱量が大量に奪われ、追い焚き運転終了時には４０〜５０℃程度の中温水が貯湯タンク上部に貯湯された状態となる。この状態から貯湯タンク内の湯水を沸き上げる沸き上げ運転を開始すると、中温水に対するヒートポンプ式加熱手段の加熱能力の低下が大きいため、エネルギー消費効率（以下、ＣＯＰとする）が低下する問題があり、更に、貯湯タンク上部に４０〜５０℃程度の中温水が貯湯された状態だと、６０℃程度の高温出湯要求に対応できない場合もあるため利便性を損ねている。また、風呂熱交換器付近に高温水が存在しなければ浴槽水の追い焚き運転に時間がかかる、もしくは追い焚き運転ができない問題があった。
【０００６】
また、特許文献２で開示されている方法で追い焚き運転が行われると、貯湯タンク内とは別にある熱交換器で浴槽水を昇温するため、貯湯タンク上部の中温水の発生は防止できるが、熱交換器を貯湯タンク内とは別位置に設置するので専用の回路を貯湯タンクに接続する必要があり、更には、貯湯タンク内の高温水を熱交換器に循環させるためのポンプが必要となるため、装置の大型化やコストアップを招く問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明の請求項１では湯水を貯湯する貯湯タンクと、該貯湯タンク内の湯水を加熱するヒートポンプ式加熱手段と、前記貯湯タンク下部と前記ヒートポンプ式加熱手段とを接続するヒーポン往き管と、前記ヒートポンプ式加熱手段と前記貯湯タンク上部とを接続するヒーポン戻り管と、前記ヒーポン往き管と前記ヒーポン戻り管とで構成されるヒーポン循環回路と、該ヒーポン循環回路に設置され湯水を搬送するヒーポン循環ポンプと、前記貯湯タンク内に設置され高温水と熱交換して浴槽水を昇温する風呂熱交換器と、前記浴槽内の浴槽水を前記風呂熱交換器内に流入させる風呂往き管と、該風呂熱交換器で熱交換された浴槽水を浴槽へ流入させる風呂戻り管と、前記風呂往き管と前記風呂戻り管とで構成される風呂循環回路と、前記風呂循環回路内に設置され浴槽水を搬送する風呂循環ポンプとを備え、前記風呂循環ポンプを駆動して前記浴槽水を前記風呂熱交換器内に循環させて昇温する追い焚き運転を行うヒートポンプ式給湯機において、前記風呂熱交換器は内管と外管とで構成された二重管構造であり、内管は前記ヒーポン戻り管と一端が接続し他端が前記貯湯タンク内に開口した開口部を形成し、外管は前記風呂循環回路に両端が接続しているものである。
【０００８】
また、請求項２では前記風呂熱交換器を構成する内管の前記開口部から前記貯湯タンク内に流入する湯水の温度を検出する開口温度センサを設置し、前記追い焚き運転時に、前記ヒートポンプ式加熱手段による加熱動作を行い前記ヒーポン循環ポンプを駆動させ、前記内管を流動する湯水の温度又は前記外管を流動する浴槽水の流量を制御して、前記開口温度センサでの検出温度が所定温度以上の高温水となるようにするものである。
【０００９】
また、請求項３では前記貯湯タンクの上下に所定の間隔で配置され各温度層の温度をそれぞれ検出する貯湯温度センサと、前記浴槽水の温度を検出する風呂温度センサと、前記ヒーポン戻り管に前記貯湯タンク下部と接続する第１切替管路へ流路を切り替え可能な第１切替弁と、前記ヒーポン往き管に前記第１切替弁より下流側の前記ヒーポン戻り管に接続する第２切替管路へ流路を切り替え可能な第２切替弁とを設置して、前記追い焚き運転時に、前記貯湯温度センサで検出された前記風呂熱交換器近傍の温度が高温であり、前記風呂温度センサで検出された浴槽水の温度が低温であれば、前記第１切替弁を前記第１切替管路方向に切り替え、前記第２切替弁を前記第２切替管路方向に切り替えて、前記ヒートポンプ式加熱手段による加熱動作を行わず前記ヒーポン循環ポンプを駆動する切替管路追い焚き運転を行うものである。
【００１０】
また、請求項４では前記ヒーポン循環回路に湯水の温度を検出するヒーポン温度センサを設置して、前記切替管路追い焚き運転時に、前記ヒーポン温度センサで検出された温度が設定された所定温度以上となったら前記ヒーポン循環ポンプの駆動を停止するものである。
【発明の効果】
【００１１】
この発明の請求項１によれば、貯湯タンク内に設置された風呂熱交換器を二重管で構成し、内管の一端部がヒーポン戻り管と接続し他端部が貯湯タンク内に開口した開口部を形成して、外管の両端部が風呂循環回路に接続されるので、追い焚き運転時にヒーポン循環ポンプを駆動してヒートポンプ式加熱手段で加熱した湯水を内管に流動させることで、風呂熱交換器の内管を流動する高温水と風呂熱交換器の外管の外側にある高温水とで二重に浴槽水を加熱するので追い焚き運転に要する時間を短縮することができ、ヒーポン循環ポンプを駆動させなければ、貯湯タンク内の高温水による熱交換が可能な内熱交として浴槽水の加熱を可能とする。
【００１２】
また、請求項２によれば、風呂熱交換器の内管の開口部近傍に開口温度センサを設置し、追い焚き運転時に、ヒートポンプ式加熱手段による加熱動作を行いヒーポン循環ポンプを駆動させ、内管を流動する湯水の温度又は外管を流動する浴槽水の流量を制御して、開口温度センサでの検出温度が所定温度以上の高温水となるようにすることで、追い焚き運転時において所定温度よりも低温の中温水が発生して、貯湯タンク上部の貯湯温度を低下させてしまう事態を防止すると共に、中温水の発生を抑制するため、その後のヒートポンプ式加熱手段での沸き上げ時におけるＣＯＰが向上する。
【００１３】
また、請求項３によれば、貯湯タンク内の各温度層の温度を検出する貯湯温度センサと、浴槽水の温度を検出する風呂温度センサと、ヒーポン戻り管に貯湯タンク下部と接続する第１切替管路へ流路を切り替え可能な第１切替弁と、ヒーポン往き管に第１切替弁より下流側のヒーポン戻り管に接続する第２切替管路へ流路を切り替え可能な第２切替弁とを設置して、追い焚き運転時に、貯湯温度センサで検出された風呂熱交換器近傍の温度が高温であり、風呂温度センサで検出された浴槽水の温度が低温であれば、第１切替弁を第１切替管路方向に切り替え、第２切替弁を前記第２切替管路方向に切り替えて、ヒートポンプ式加熱手段による加熱動作を行わずヒーポン循環ポンプを駆動させる切替管路追い焚き運転を行うので、ヒートポンプ式加熱手段による加熱動作を行うことなく浴槽水の加熱が可能であり、風呂熱交換器の内管を流動する高温水と風呂熱交換器の外管の外側にある高温水とで二重に加熱することで追い焚き運転に要する時間が短縮することができる。
【００１４】
また、請求項４によれば、ヒーポン循環回路に湯水の温度を検出するヒーポン温度センサを設置して、切替管路追い焚き運転時に、ヒーポン温度センサで検出された温度が設定された所定温度以上になったらヒーポン循環ポンプの駆動を停止するので、貯湯タンク下部の貯湯温度を上昇させてしまう事態を防止すると共に、中温水の発生を抑制するため、その後のヒートポンプ式加熱手段での沸き上げ時におけるＣＯＰが向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】この発明の一実施形態を示すヒートポンプ式給湯機の概略構成図
【図２】同実施形態の要部拡大図
【図３】追い焚き運転時の動作を示すフローチャート
【図４】同運転時のフローチャート
【図５】同運転時のフローチャート
【図６】同運転時の流路を説明する図
【図７】同運転時の流路を説明する図
【図８】他の実施形態を説明する図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
次に、本発明を適用した一実施形態を図に基づいて説明する。
１は湯水を貯湯する貯湯タンク２を内部に備えた貯湯タンクユニット、３は貯湯タンク２内の湯水を加熱するヒートポンプ式加熱手段としてのヒートポンプユニット、４は台所や洗面所等に備えられた給湯栓、５は給湯栓４から出湯する湯水の温度を設定する給湯リモコン、６は浴槽、７は浴室に設けられた風呂リモコンである。
【００１７】
ヒートポンプユニット３は、冷媒を圧縮する圧縮機８と、凝縮器としての水冷媒熱交換器９と、冷媒を減圧する電子膨張弁１０と、強制空冷式の蒸発器としての空気熱交換器１１とで構成されたヒートポンプサイクル１２と、貯湯タンク２の下部と水冷媒熱交換器９とを接続するヒーポン往き管１３と、水冷媒熱交換器９と貯湯タンク２上部とを接続するヒーポン戻り管１４と、ヒーポン往き管１３とヒーポン戻り管１４とから構成されるヒーポン循環回路１５と、ヒーポン往き管１３に設置されヒーポン循環回路１５内の湯水を搬送するヒーポン循環ポンプ１６と、ヒーポン戻り管１４に設置され湯水の温度を検出するヒーポン温度センサ１７と、それらを制御するヒーポン制御部１８とを備えており、ヒートポンプサイクル１２内には冷媒として二酸化炭素が使用され超臨界ヒートポンプサイクルを構成している。
【００１８】
ここで、水冷媒熱交換器９は冷媒と被加熱水である貯湯タンク２内の湯水とが対向して流れる対向流方式を採用しており、超臨界ヒートポンプサイクルでは熱交換時において冷媒は超臨界状態のまま凝縮されるため効率よく高温まで被加熱水を加熱することができ、水冷媒熱交換器９に流入する冷媒の入口温度と流出する出口温度の温度差が一定になるように電子膨張弁１０または圧縮機８を制御して、水冷媒熱交換器９に流入する被加熱水の温度が５〜２０℃の低温であれば効率よく加熱することができるのでＣＯＰが向上する。
【００１９】
１９は貯湯タンク２上部と接続して高温水を出湯する出湯管、２０は貯湯タンク２下部と接続して低温水を供給する給水管、２１は給水管２０から分岐した給水バイパス管、２２は出湯管１９と給水バイパス管２１内の湯水を混合する電動ミキシング弁で構成された給湯混合弁であり、給湯混合弁２２の下流にある給湯管２３に設けた給湯温度センサ２４で検知した湯水の温度について、給湯リモコン５や風呂リモコン７で使用者が設定した給湯設定温度になるよう給湯混合弁２２の弁開度を調整して高温水と低温水の混合比率を制御する。
【００２０】
２５は貯湯タンク２内の上部に備えられた風呂熱交換器であり、この風呂熱交換器２５は内管２６と外管２７とで構成される二重管構造で、内管２６の一端がヒーポン戻り管１４に接続され他端が貯湯タンク２内の上部に開口した開口部２８を形成し、外管２７の両端が浴槽６内の浴槽水を流通させる風呂循環回路２９に接続しており、浴槽水を水冷媒熱交換器９で加熱された高温水と貯湯タンク２内の上部に貯湯された高温水とで配管の内外から加熱可能としたものである。
【００２１】
風呂循環回路２９は、配管途中に設置された風呂循環ポンプ３０によって浴槽６内の浴槽水を風呂熱交換器２５の外管２７の一端に搬送する風呂往き管３１と、外管２７の他端と接続して風呂熱交換器２５内で加熱された浴槽水を浴槽６内に戻す風呂戻り管３２とで構成されている。また、３３は配管内を流動する浴槽水の流量を検知する流量センサ、３４は風呂往き管３１に設置され風呂熱交換器２５と風呂戻り管３２に接続された風呂バイパス管３５の各方向に流入させる浴槽水の流量が可変可能な風呂バイパス弁である。
【００２２】
３６は風呂往き管３１に設置され配管内部を流動する浴槽水の温度を検出する往き管温度センサ、３７は風呂戻り管３２に設置され浴槽６内に流入する浴槽水の温度を検出する戻り管温度センサ、３８は風呂熱交換器２５で加熱された浴槽水の温度を検出する熱交出口温度センサであり、風呂リモコン７で使用者が設定した浴槽６内に貯める浴槽水の設定温度と往き管温度センサ３６で検出された温度を一致させるため、往き管温度センサ３６での検出値に基づいて風呂バイパス管３５の弁開度を調節し、風呂熱交換器２５の外管２７へ流入する浴槽水の流量を変化させることで温度を調整する。
【００２３】
３９は出湯管１９と給水バイパス管２１内の湯水を混合する電動ミキシング弁で構成された風呂混合弁であり、該風呂混合弁３９の下流には風呂往き管３１と接続された湯張り管４０が設置されている。この湯張り管４０には、浴槽６への注湯開始及び停止を行う湯張り弁４１と、浴槽６への注湯量をカウントする風呂流量カウンタ４２と、浴槽６へ流入する湯水が逆流するのを防止する二重に配設した逆止弁４３とが配管途中に設けられている。
【００２４】
４４は貯湯タンク２の上下方向に複数配置された貯湯温度検出手段としての貯湯温度センサで、この実施形態では貯湯温度センサ４４ａ、４４ｂ、４４ｃ、４４ｄ、４４ｅの５つが設置されているものであり、この貯湯温度センサ４４が検出する温度情報によって貯湯タンク２内の残熱量と、貯湯タンク２内の上下方向の温度分布が確認できる。
【００２５】
尚、貯湯温度センサ４４ｂで検出される温度が風呂熱交換器２５の近傍にある湯水の温度で貯湯タンク２の上部に貯湯された湯水の温度であるとし、貯湯温度センサ４４ｅで検出される温度が貯湯タンク２の下部の温度とする。
【００２６】
４５はヒーポン戻り管１４に設置され水冷媒熱交換器９から流出する湯水を内管２６と接続されたヒーポン戻り管１４と貯湯タンク２下部と接続された第１切替管路４６とに切り替え可能な第１切替弁、４７はヒーポン往き管１３に設置され水冷媒熱交換器９に流入する湯水を貯湯タンク２下部と接続されたヒーポン往き管１３とヒーポン戻り管１４の第１切替弁４５よりも下流側に接続した第２切替管路４８とに切り替え可能な第２切替弁であり、追い焚き運転時に貯湯温度センサ４４の検出温度に基づいて第１切替弁４５と第２切替弁４７とを切り替えて流路を変更し、効率よく追い焚き運転が可能となるようにする。
【００２７】
前記給湯リモコン５及び風呂リモコン７には、給湯設定温度を設定する給湯温度設定スイッチ４９、及び風呂設定温度を設定する風呂温度設定スイッチ５０がそれぞれ設けられており、浴槽６へ風呂設定温度の湯を風呂リモコン７の図示しない湯張り量設定スイッチで設定された湯張り量だけ注湯し、所定時間保温させる風呂自動スイッチ５１がそれぞれ設けられ、さらに、風呂リモコン７には浴槽６内の浴槽水の追い焚きを開始させる追い焚きスイッチ５２が設けられている。
【００２８】
５３は貯湯タンクユニット１内に設置された各センサの入力を受け、各アクチュエータの駆動を制御するマイコンを内蔵した制御手段としての給湯制御部である。この給湯制御部５３は給湯リモコン５及び風呂リモコン７と無線又は有線により接続され、ユーザーが任意の給湯設定温度及び風呂設定温度を設定でき、給湯運転や風呂の追い焚き運転等を制御するものである。
【００２９】
５４は貯湯タンク２上部に設置され内管２６の開口部２８から流出する湯水の温度を検出する開口温度センサであり、浴槽水の追い焚き時に水冷媒熱交換器９で加熱され風呂熱交換器２５内で浴槽水と熱交換された後の湯水の温度を検出し、検出した温度に基づいて給湯制御部５３は、高温水として使用可能となるようヒートポンプユニット３内の圧縮機８とヒーポン循環ポンプ１６の駆動を制御し、風呂バイパス弁３４の開度を調節する。
【００３０】
５５は貯湯タンク２内の過圧を逃がす過圧逃がし弁、５６は給水の圧力を減圧する減圧弁、５７は給水栓、５８は排水栓である。
【００３１】
次に、この一実施形態の作動を説明する。
まず、沸き上げ運転について説明すると、深夜電力時間帯になって貯湯温度センサ４４が貯湯タンク２内に貯湯された湯水の温度を検出し、翌日に必要な熱量が残っていないことを確認したら、給湯制御部５３はヒーポン制御部１８に対して沸き上げ開始命令を下す。指令を受けたヒーポン制御部１８は圧縮機８を起動させた後にヒーポン循環ポンプ１６を駆動開始し、貯湯タンク２下部に接続されたヒーポン往き管１３から取り出した５〜２０℃程度の低温水を水冷媒熱交換器９で７０〜９０℃程度の高温水に加熱し、ヒーポン戻り管１４から貯湯タンク２上部へ戻す。貯湯タンク２上部から順次積層して高温水を貯湯していき、必要な熱量が貯湯されたことを貯湯温度センサ４４で検出すると、給湯制御部５３はヒーポン制御部１８に対して沸き上げ停止命令を下し、ヒーポン制御部１８は圧縮機８を停止すると共にヒーポン循環ポンプ１６も停止して沸き上げ動作を終了するものである。
【００３２】
尚、沸き上げ運転を実行する際、貯湯タンク２下部からヒーポン往き管１３を流動し、水冷媒熱交換器９で加熱されてヒーポン戻り管１４から貯湯タンク２上部へ流入するヒーポン循環回路１５内を湯水が流通するよう、給湯制御部５３は第１切替弁４５及び第２切替弁４７を切り替える。
【００３３】
次に、浴槽６への湯張り運転について説明すると、給湯リモコン５又は風呂リモコン７の風呂自動スイッチ５１が操作されると、給湯制御部５３が湯張り弁４１を開弁する。すると、給水管２０からの給水が貯湯タンク２内に流入し、出湯管１９を介して風呂混合弁３９へ貯湯タンク２内の高温水が押し出される。
【００３４】
ここで、給湯制御部５３は風呂自動スイッチ５１の入力を受けると、出湯管１９内の高温水と給水バイパス管２１内の低温水を混合することで、給湯リモコン５又は風呂リモコン７で設定された風呂設定温度になるよう風呂混合弁３９の弁開度を調節し、風呂設定温度の湯が湯張り管４０から風呂往き管３１を介して浴槽６へ流入して湯張りが行われる。
【００３５】
そして、湯張り管４０の途中に設置された風呂流量カウンタ４２で所定の湯張り量をカウントしたら、給湯制御部５３は湯張り弁４１を閉弁して湯張り運転を終了する。
【００３６】
次に、風呂の追い焚き運転について図３から図５のフローチャートに基づいて説明する。
使用者が風呂リモコン７の追い焚きスイッチ５２を操作することで追い焚き運転が開始されると、貯湯温度センサ４４ｂによって貯湯タンク２内の風呂熱交換器２５近傍にある湯水の温度を検出し（Ｓ１０１）、給湯制御部５３は検出された温度が６５℃より低いか判断する（Ｓ１０２）。検出温度が６５℃より低ければ風呂熱交換器２５近傍に高温水が存在しないとして、ヒーポン循環ポンプ１６及び風呂循環ポンプ３０と圧縮機８を駆動させ（Ｓ１０３）、図６で示されるようにヒーポンユニット３内で加熱された湯水が風呂熱交換器２５の内管２６に流入し、風呂循環回路２９内を流動する浴槽水が風呂熱交換器２５の外管２７に流入して、内管２６を流動する高温水と熱交換することで、浴槽水を加熱することが可能となり貯湯タンク２内の熱量に関わらず追い焚き運転が可能となる。
【００３７】
Ｓ１０３でヒーポン循環ポンプ１６及び風呂循環ポンプ３０と圧縮機８を駆動させたら、開口温度センサ５４で内管２６の開口部２８から流出する湯水の温度を検出し（Ｓ１０４）、給湯制御部５３は熱交換された湯水の温度が６５℃以上か判断する（Ｓ１０５）。検出された温度が６５℃以上であれば、高温水が貯湯タンク２上部に貯湯されているとして次のステップに進み、６５℃よりも低ければ、圧縮機８の出力を増加させヒーポン循環ポンプ１６の回転数を上昇させるか、風呂バイパス弁３４の開度を調節して風呂熱交換器２５の外管２７に流入する浴槽水の量を減少させて開口部２８から流出する湯水の温度を上昇させ（Ｓ１０６）、再びＳ１０４で開口温度センサ５４で湯水の温度を検出する。
【００３８】
Ｓ１０６で開口部２８から流出する湯水の温度を上昇させる際、例えば、風呂リモコン７で追い焚き運転における優先事項を使用者が事前に選択して、追い焚き運転に要する時間の短縮を優先するなら圧縮機８の出力を増加させヒーポン循環ポンプ１６の回転数を上昇させる手段を実行し、消費電力を節約して電気料金を抑えることを優先するなら風呂バイパス弁３４の開度を調節して外管２７へ流入する浴槽水の量を減少させる手段を実行するよう制御可能にすることで最適な動作が行われるものである。
【００３９】
Ｓ１０５で開口部２８から流出する湯水の温度が６５℃以上であると判断されれば、熱交換により加熱された浴槽水の温度を往き管温度センサ３６で検出し（Ｓ１０７）、検出された浴槽水温度から給湯制御部５３は、浴槽水の温度が設定温度に達したか判断する（Ｓ１０８）。浴槽水の温度が設定温度に達していれば、ヒーポン循環ポンプ１６及び風呂循環ポンプ３０と圧縮機８の駆動を停止させて追い焚き運転を終了し（Ｓ１０９）、設定温度に達していなければ、再びＳ１０４で開口部２８から流出する湯水の温度を検出する。
【００４０】
また、Ｓ１０２で風呂熱交換器２５近傍に６５℃以上の高温水が存在すると判断されれば、浴槽水の温度を往き管温度センサ３６で検出して（Ｓ２０１）、給湯制御部５３は浴槽水の温度が３０℃以下の低温水であるか判断する（Ｓ２０２）。浴槽水の温度が３０℃以下であれば、図７で示されるように第１切替弁４５及び第２切替弁４７を切り替えて、ヒーポン戻り管１４から第１切替管路４６へ湯水が流入可能にし、第２切替管路４８からヒーポン往き管１３へ湯水を流入可能にしてヒーポン循環ポンプ１６を駆動させることで、開口部２８から内管２６へ流入した高温水がヒーポン戻り管１４、第２切替管路４８、ヒーポン往き管１３、水冷媒熱交換器９、ヒーポン戻り管１４、第１切替管路４６を循環して貯湯タンク２下部に流入する切替管路追い焚き運転を実行する。この際、ヒートポンプユニット３内の圧縮機８は駆動させず水冷媒熱交換器９内で湯水が加熱されないようにして風呂循環ポンプ３０を駆動することで（Ｓ２０３）、浴槽水を風呂熱交換器２５の内管２６を流動する高温水と風呂熱交換器２５の外管２７の外側にある高温水とで二重に加熱することができるため、追い焚き運転に要する時間を短縮できる。
【００４１】
Ｓ２０３での動作が完了したら、ヒーポン循環回路１５内を流動する湯水の温度をヒーポン温度センサ１７で検出し（Ｓ２０４）、給湯制御部５３は、湯水の温度が３０℃より低いか判断する（Ｓ２０５）。湯水の温度が３０℃より低ければ、貯湯タンク２下部に流入した際に温度層を壊さず中温水が発生しないとして次のステップに進み、湯水の温度が３０℃以上であれば、貯湯タンク２下部の温度層に対して高温であり中温水が発生するおそれがあるため、ヒーポン循環ポンプ１６の駆動を停止させてヒーポン循環回路１５内に湯水が流動しないようにする（Ｓ２０６）。
【００４２】
尚、ヒーポン温度センサ１７での検出値に基づくヒーポン循環ポンプ１６の駆動の制御は基準値の変更を可能とし、例えば、追い焚き運転に要する時間の短縮を最優先にするモードを風呂リモコン７で使用者が選択していれば、ヒーポン温度センサ１７での検出値が４０℃以上になるとヒーポン循環ポンプ１６の駆動を停止する制御に変更することで、より短時間で追い焚き運転を終了させることが可能となる。
【００４３】
Ｓ２０５でヒーポン循環回路１５内を流動する湯水の温度が３０℃より低いと判断されたかＳ２０６でヒーポン循環ポンプ１６の駆動を停止させた後に、熱交換により加熱された浴槽水の温度を往き管温度センサ３６で検出し（Ｓ２０７）、給湯制御部５３は浴槽水の温度が設定温度に達したか判断する（Ｓ２０８）。浴槽水の温度が設定温度に達していれば次のステップに進み、設定温度に達していなければ、再びＳ２０４でヒーポン循環回路１５内を流動する湯水の温度を検出するので、浴槽水を風呂熱交換器２５の内管２６を流動する高温水と風呂熱交換器２５の外管２７の外側にある高温水とで二重に加熱することができるため、追い焚き運転に要する時間を短縮できる。
【００４４】
Ｓ２０８で浴槽水の温度が設定温度に達していると判断されれば、第１切替弁４５及び第２切替弁４７を切り替えて元の状態に戻し、風呂循環ポンプ３０と駆動中であればヒーポン循環ポンプ１６の駆動を停止して切替管路追い焚き運転を終了する（Ｓ２０９）。
【００４５】
また、Ｓ２０２で浴槽水の温度が３０℃よりも高温であると判断されれば、風呂循環ポンプ３０のみを駆動させ（Ｓ３０１）、風呂熱交換器２５の外管２７を循環して貯湯タンク２内の高温水と熱交換することで浴槽水を加熱する通常の追い焚き運転を実行する。熱交換で加熱された浴槽水の温度を往き管温度センサ３６で検出して（Ｓ３０２）、給湯制御部５３は浴槽水の温度が設定温度に達したか判断する（Ｓ３０３）。浴槽水の温度が設定温度に達していれば次のステップに進み、設定温度に達していなければ、再びＳ３０２で風呂循環回路２９内を流動する浴槽水の温度を検出するので、ヒーポン循環ポンプ１６を駆動させる必要がないので消費電力を抑えることができ、更に貯湯タンク２下部の温度層を壊さず中温水の発生が抑えられるのでＣＯＰが向上する。
【００４６】
Ｓ３０３で浴槽水の温度が設定温度に達したと判断されれば、風呂循環ポンプ３０の駆動を停止させて追い焚き運転を終了する（Ｓ３０４）。
【００４７】
尚、本発明は上記内容に限定されるものではなく、例えば図８に示すように風呂熱交換器２５の内管２６を一旦貯湯タンク２の外部に出し、貯湯タンク２の上端近傍に内管２６の開口部２８を形成して、開口部２８近傍の内管２６に開口温度センサ５４を設置する構成が考えられ、このような構成にすることで、浴槽水と熱交換して低下した湯水の温度を正確に検出することが可能となり、貯湯タンク２上部に流入する湯水の温度が高温水以下になる事態を確実に防止できるので使用可能な高温水の確保を確実に行え、かつ中温水の発生を抑えることでＣＯＰが向上する
【００４８】
また、風呂熱交換器２５近傍の湯水が６５℃より低い場合の追い焚き運転において、内管２６を流動する湯水と外管２７を流動する浴槽水が並行流であることから、熱交換により加熱された浴槽水の温度を検出する熱交出口温度センサ３８での検出温度が６５℃以上であれば、内管２６の開口部２８から貯湯タンク２上部に流入する湯水の温度が６５℃以上となるので、熱交出口温度センサ３８で検出される浴槽水の温度によって圧縮機８とヒーポン循環ポンプ１６の駆動の制御、又は風呂バイパス弁３４の開度を調節することで貯湯タンク２上部に高温水を流入させることも可能である。
【００４９】
以上のように、風呂の追い焚き運転を行う際、貯湯タンク２内に設置された風呂熱交換器２５近傍の温度から高温水の有無を判断し、高温水が存在しない場合、ヒーポン循環ポンプ１６を駆動させ風呂熱交換器２５の内管２６にヒートポンプユニット３内で加熱された湯水を流入することで、貯湯タンク２内に貯湯された湯水の温度に関わらず浴槽水の加熱が可能となり、風呂熱交換器２５の内外から浴槽水を加熱することができるので追い焚き運転に要する時間を短縮することができ、更に、内管２６の開口部２８から貯湯タンク２上部に流入する湯水の温度を開口温度センサ５４で検出し、圧縮機８の出力やヒーポン循環ポンプ１６の駆動を制御する、又は風呂バイパス弁３４の開度を調節して高温水以下の温度にならないようにすることで、追い焚き運転に要する時間の短縮かＣＯＰの向上で使用者が優先する事項に合った動作を行うため利便性が向上する。
【００５０】
また、風呂熱交換器２５近傍に高温水が存在し浴槽水温度が低い場合、ヒーポン循環回路１５内に設置された第１切替弁４５と第２切替弁４７を切り替えてヒーポン循環ポンプ１６を駆動させる切替管路追い焚き運転を実行することで、内管２６を流動する貯湯タンク２上部の高温水と外管２７を流動する浴槽水との間で熱交換がなされるので、浴槽水を熱交換器の内外から加熱することで追い焚き運転に要する時間を短縮することができ、更に、ヒーポン温度センサ１７で検出される温度が所定温度以下になるようヒーポン循環ポンプ１６の駆動を制御することで、追い焚き運転に要する時間の短縮かＣＯＰの向上で使用者が優先する事項に合わせた動作を行うため利便性が向上する。
【符号の説明】
【００５１】
１ 貯湯タンクユニット
２ 貯湯タンク
３ ヒートポンプユニット
６ 浴槽
１３ ヒーポン往き管
１４ ヒーポン戻り管
１５ ヒーポン循環回路
１６ ヒーポン循環ポンプ
１７ ヒーポン温度センサ
２５ 風呂熱交換器
２６ 内管
２７ 外管
２８ 開口部
２９ 風呂循環回路
３０ 風呂循環ポンプ
３１ 風呂往き管
３２ 風呂戻り管
４４ 貯湯温度センサ
４５ 第１切替弁
４６ 第１切替管路
４７ 第２切替弁
４８ 第２切替管路
５４ 開口温度センサ
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ヒートポンプユニットで湯水を加熱し貯湯タンク内に貯湯するヒートポンプ式給湯機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種のものにおいて、ヒートポンプ式加熱手段で加熱した湯水を貯湯タンクに貯湯し、該貯湯タンク内の高温水と低温水を混合弁で設定温度に調節して浴槽内に注湯する湯張り管と、貯湯タンク内上部に設置され浴槽と風呂循環回路で接続された風呂熱交換器とを備え、浴槽水の追い焚き運転の開始指令を検知すると、浴槽水を風呂熱交換器へ循環させ、更に湯張り管から高温水を注湯することで追い焚き運転の時間を短縮し、風呂熱交換器付近の温度低下を防止するものがあった。（例えば、特許文献１）
【０００３】
また、貯湯タンクの外に設置した熱交換器内に貯湯タンク内の高温水と浴槽水を循環させて熱交換することで、浴槽水を設定温度まで昇温し、熱交換によって温度が低下した湯水を貯湯タンク下部に戻すことで効率よく追い焚き運転を行うものがあった。（例えば、特許文献２）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１３８９６６号公報
【特許文献２】特開２００６−９８０４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、この従来のものでは、例えば特許文献１で開示されている方法で追い焚き運転を行う場合、浴槽内の浴槽水が風呂熱交換器内を循環して貯湯タンク内に貯湯された９０℃程度の高温水と熱交換するので、浴槽水の温度が低温であれば風呂熱交換器付近の高温水から熱量が大量に奪われ、追い焚き運転終了時には４０〜５０℃程度の中温水が貯湯タンク上部に貯湯された状態となる。この状態から貯湯タンク内の湯水を沸き上げる沸き上げ運転を開始すると、中温水に対するヒートポンプ式加熱手段の加熱能力の低下が大きいため、エネルギー消費効率（以下、ＣＯＰとする）が低下する問題があり、更に、貯湯タンク上部に４０〜５０℃程度の中温水が貯湯された状態だと、６０℃程度の高温出湯要求に対応できない場合もあるため利便性を損ねている。また、風呂熱交換器付近に高温水が存在しなければ浴槽水の追い焚き運転に時間がかかる、もしくは追い焚き運転ができない問題があった。
【０００６】
また、特許文献２で開示されている方法で追い焚き運転が行われると、貯湯タンク内とは別にある熱交換器で浴槽水を昇温するため、貯湯タンク上部の中温水の発生は防止できるが、熱交換器を貯湯タンク内とは別位置に設置するので専用の回路を貯湯タンクに接続する必要があり、更には、貯湯タンク内の高温水を熱交換器に循環させるためのポンプが必要となるため、装置の大型化やコストアップを招く問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明の請求項１では湯水を貯湯する貯湯タンクと、該貯湯タンク内の湯水を加熱するヒートポンプ式加熱手段と、前記貯湯タンク下部と前記ヒートポンプ式加熱手段とを接続するヒーポン往き管と、前記ヒートポンプ式加熱手段と前記貯湯タンク上部とを接続するヒーポン戻り管と、前記ヒーポン往き管と前記ヒーポン戻り管とで構成されるヒーポン循環回路と、該ヒーポン循環回路に設置され湯水を搬送するヒーポン循環ポンプと、前記貯湯タンク内に設置され高温水と熱交換して浴槽水を昇温する風呂熱交換器と、前記浴槽内の浴槽水を前記風呂熱交換器内に流入させる風呂往き管と、該風呂熱交換器で熱交換された浴槽水を浴槽へ流入させる風呂戻り管と、前記風呂往き管と前記風呂戻り管とで構成される風呂循環回路と、前記風呂循環回路内に設置され浴槽水を搬送する風呂循環ポンプとを備え、前記風呂循環ポンプを駆動して前記浴槽水を前記風呂熱交換器内に循環させて昇温する追い焚き運転を行うヒートポンプ式給湯機において、前記風呂熱交換器は内管と外管とで構成された二重管構造であり、内管は前記ヒーポン戻り管と一端が接続し他端が前記貯湯タンク内に開口した開口部を形成し、外管は前記風呂循環回路に両端が接続しているものである。
【０００８】
また、請求項２では前記風呂熱交換器を構成する内管の前記開口部から前記貯湯タンク内に流入する湯水の温度を検出する開口温度センサを設置し、前記追い焚き運転時に、前記ヒートポンプ式加熱手段による加熱動作を行い前記ヒーポン循環ポンプを駆動させ、前記内管を流動する湯水の温度又は前記外管を流動する浴槽水の流量を制御して、前記開口温度センサでの検出温度が所定温度以上の高温水となるようにするものである。
【０００９】
また、請求項３では前記貯湯タンクの上下に所定の間隔で配置され各温度層の温度をそれぞれ検出する貯湯温度センサと、前記浴槽水の温度を検出する風呂温度センサと、前記ヒーポン戻り管に前記貯湯タンク下部と接続する第１切替管路へ流路を切り替え可能な第１切替弁と、前記ヒーポン往き管に前記第１切替弁より下流側の前記ヒーポン戻り管に接続する第２切替管路へ流路を切り替え可能な第２切替弁とを設置して、前記追い焚き運転時に、前記貯湯温度センサで検出された前記風呂熱交換器近傍の温度が高温であり、前記風呂温度センサで検出された浴槽水の温度が低温であれば、前記第１切替弁を前記第１切替管路方向に切り替え、前記第２切替弁を前記第２切替管路方向に切り替えて、前記ヒートポンプ式加熱手段による加熱動作を行わず前記ヒーポン循環ポンプを駆動する切替管路追い焚き運転を行うものである。
【００１０】
また、請求項４では前記ヒーポン循環回路に湯水の温度を検出するヒーポン温度センサを設置して、前記切替管路追い焚き運転時に、前記ヒーポン温度センサで検出された温度が設定された所定温度以上となったら前記ヒーポン循環ポンプの駆動を停止するものである。
【発明の効果】
【００１１】
この発明の請求項１によれば、貯湯タンク内に設置された風呂熱交換器を二重管で構成し、内管の一端部がヒーポン戻り管と接続し他端部が貯湯タンク内に開口した開口部を形成して、外管の両端部が風呂循環回路に接続されるので、追い焚き運転時にヒーポン循環ポンプを駆動してヒートポンプ式加熱手段で加熱した湯水を内管に流動させることで、風呂熱交換器の内管を流動する高温水と風呂熱交換器の外管の外側にある高温水とで二重に浴槽水を加熱するので追い焚き運転に要する時間を短縮することができ、ヒーポン循環ポンプを駆動させなければ、貯湯タンク内の高温水による熱交換が可能な内熱交として浴槽水の加熱を可能とする。
【００１２】
また、請求項２によれば、風呂熱交換器の内管の開口部近傍に開口温度センサを設置し、追い焚き運転時に、ヒートポンプ式加熱手段による加熱動作を行いヒーポン循環ポンプを駆動させ、内管を流動する湯水の温度又は外管を流動する浴槽水の流量を制御して、開口温度センサでの検出温度が所定温度以上の高温水となるようにすることで、追い焚き運転時において所定温度よりも低温の中温水が発生して、貯湯タンク上部の貯湯温度を低下させてしまう事態を防止すると共に、中温水の発生を抑制するため、その後のヒートポンプ式加熱手段での沸き上げ時におけるＣＯＰが向上する。
【００１３】
また、請求項３によれば、貯湯タンク内の各温度層の温度を検出する貯湯温度センサと、浴槽水の温度を検出する風呂温度センサと、ヒーポン戻り管に貯湯タンク下部と接続する第１切替管路へ流路を切り替え可能な第１切替弁と、ヒーポン往き管に第１切替弁より下流側のヒーポン戻り管に接続する第２切替管路へ流路を切り替え可能な第２切替弁とを設置して、追い焚き運転時に、貯湯温度センサで検出された風呂熱交換器近傍の温度が高温であり、風呂温度センサで検出された浴槽水の温度が低温であれば、第１切替弁を第１切替管路方向に切り替え、第２切替弁を前記第２切替管路方向に切り替えて、ヒートポンプ式加熱手段による加熱動作を行わずヒーポン循環ポンプを駆動させる切替管路追い焚き運転を行うので、ヒートポンプ式加熱手段による加熱動作を行うことなく浴槽水の加熱が可能であり、風呂熱交換器の内管を流動する高温水と風呂熱交換器の外管の外側にある高温水とで二重に加熱することで追い焚き運転に要する時間が短縮することができる。
【００１４】
また、請求項４によれば、ヒーポン循環回路に湯水の温度を検出するヒーポン温度センサを設置して、切替管路追い焚き運転時に、ヒーポン温度センサで検出された温度が設定された所定温度以上になったらヒーポン循環ポンプの駆動を停止するので、貯湯タンク下部の貯湯温度を上昇させてしまう事態を防止すると共に、中温水の発生を抑制するため、その後のヒートポンプ式加熱手段での沸き上げ時におけるＣＯＰが向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】この発明の一実施形態を示すヒートポンプ式給湯機の概略構成図
【図２】同実施形態の要部拡大図
【図３】追い焚き運転時の動作を示すフローチャート
【図４】同運転時のフローチャート
【図５】同運転時のフローチャート
【図６】同運転時の流路を説明する図
【図７】同運転時の流路を説明する図
【図８】他の実施形態を説明する図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
次に、本発明を適用した一実施形態を図に基づいて説明する。
１は湯水を貯湯する貯湯タンク２を内部に備えた貯湯タンクユニット、３は貯湯タンク２内の湯水を加熱するヒートポンプ式加熱手段としてのヒートポンプユニット、４は台所や洗面所等に備えられた給湯栓、５は給湯栓４から出湯する湯水の温度を設定する給湯リモコン、６は浴槽、７は浴室に設けられた風呂リモコンである。
【００１７】
ヒートポンプユニット３は、冷媒を圧縮する圧縮機８と、凝縮器としての水冷媒熱交換器９と、冷媒を減圧する電子膨張弁１０と、強制空冷式の蒸発器としての空気熱交換器１１とで構成されたヒートポンプサイクル１２と、貯湯タンク２の下部と水冷媒熱交換器９とを接続するヒーポン往き管１３と、水冷媒熱交換器９と貯湯タンク２上部とを接続するヒーポン戻り管１４と、ヒーポン往き管１３とヒーポン戻り管１４とから構成されるヒーポン循環回路１５と、ヒーポン往き管１３に設置されヒーポン循環回路１５内の湯水を搬送するヒーポン循環ポンプ１６と、ヒーポン戻り管１４に設置され湯水の温度を検出するヒーポン温度センサ１７と、それらを制御するヒーポン制御部１８とを備えており、ヒートポンプサイクル１２内には冷媒として二酸化炭素が使用され超臨界ヒートポンプサイクルを構成している。
【００１８】
ここで、水冷媒熱交換器９は冷媒と被加熱水である貯湯タンク２内の湯水とが対向して流れる対向流方式を採用しており、超臨界ヒートポンプサイクルでは熱交換時において冷媒は超臨界状態のまま凝縮されるため効率よく高温まで被加熱水を加熱することができ、水冷媒熱交換器９に流入する冷媒の入口温度と流出する出口温度の温度差が一定になるように電子膨張弁１０または圧縮機８を制御して、水冷媒熱交換器９に流入する被加熱水の温度が５〜２０℃の低温であれば効率よく加熱することができるのでＣＯＰが向上する。
【００１９】
１９は貯湯タンク２上部と接続して高温水を出湯する出湯管、２０は貯湯タンク２下部と接続して低温水を供給する給水管、２１は給水管２０から分岐した給水バイパス管、２２は出湯管１９と給水バイパス管２１内の湯水を混合する電動ミキシング弁で構成された給湯混合弁であり、給湯混合弁２２の下流にある給湯管２３に設けた給湯温度センサ２４で検知した湯水の温度について、給湯リモコン５や風呂リモコン７で使用者が設定した給湯設定温度になるよう給湯混合弁２２の弁開度を調整して高温水と低温水の混合比率を制御する。
【００２０】
２５は貯湯タンク２内の上部に備えられた風呂熱交換器であり、この風呂熱交換器２５は内管２６と外管２７とで構成される二重管構造で、内管２６の一端がヒーポン戻り管１４に接続され他端が貯湯タンク２内の上部に開口した開口部２８を形成し、外管２７の両端が浴槽６内の浴槽水を流通させる風呂循環回路２９に接続しており、浴槽水を水冷媒熱交換器９で加熱された高温水と貯湯タンク２内の上部に貯湯された高温水とで配管の内外から加熱可能としたものである。
【００２１】
風呂循環回路２９は、配管途中に設置された風呂循環ポンプ３０によって浴槽６内の浴槽水を風呂熱交換器２５の外管２７の一端に搬送する風呂往き管３１と、外管２７の他端と接続して風呂熱交換器２５内で加熱された浴槽水を浴槽６内に戻す風呂戻り管３２とで構成されている。また、３３は配管内を流動する浴槽水の流量を検知する流量センサ、３４は風呂往き管３１に設置され風呂熱交換器２５と風呂戻り管３２に接続された風呂バイパス管３５の各方向に流入させる浴槽水の流量が可変可能な風呂バイパス弁である。
【００２２】
３６は風呂往き管３１に設置され配管内部を流動する浴槽水の温度を検出する往き管温度センサ、３７は風呂戻り管３２に設置され浴槽６内に流入する浴槽水の温度を検出する戻り管温度センサ、３８は風呂熱交換器２５で加熱された浴槽水の温度を検出する熱交出口温度センサであり、風呂リモコン７で使用者が設定した浴槽６内に貯める浴槽水の設定温度と往き管温度センサ３６で検出された温度を一致させるため、往き管温度センサ３６での検出値に基づいて風呂バイパス管３５の弁開度を調節し、風呂熱交換器２５の外管２７へ流入する浴槽水の流量を変化させることで温度を調整する。
【００２３】
３９は出湯管１９と給水バイパス管２１内の湯水を混合する電動ミキシング弁で構成された風呂混合弁であり、該風呂混合弁３９の下流には風呂往き管３１と接続された湯張り管４０が設置されている。この湯張り管４０には、浴槽６への注湯開始及び停止を行う湯張り弁４１と、浴槽６への注湯量をカウントする風呂流量カウンタ４２と、浴槽６へ流入する湯水が逆流するのを防止する二重に配設した逆止弁４３とが配管途中に設けられている。
【００２４】
４４は貯湯タンク２の上下方向に複数配置された貯湯温度検出手段としての貯湯温度センサで、この実施形態では貯湯温度センサ４４ａ、４４ｂ、４４ｃ、４４ｄ、４４ｅの５つが設置されているものであり、この貯湯温度センサ４４が検出する温度情報によって貯湯タンク２内の残熱量と、貯湯タンク２内の上下方向の温度分布が確認できる。
【００２５】
尚、貯湯温度センサ４４ｂで検出される温度が風呂熱交換器２５の近傍にある湯水の温度で貯湯タンク２の上部に貯湯された湯水の温度であるとし、貯湯温度センサ４４ｅで検出される温度が貯湯タンク２の下部の温度とする。
【００２６】
４５はヒーポン戻り管１４に設置され水冷媒熱交換器９から流出する湯水を内管２６と接続されたヒーポン戻り管１４と貯湯タンク２下部と接続された第１切替管路４６とに切り替え可能な第１切替弁、４７はヒーポン往き管１３に設置され水冷媒熱交換器９に流入する湯水を貯湯タンク２下部と接続されたヒーポン往き管１３とヒーポン戻り管１４の第１切替弁４５よりも下流側に接続した第２切替管路４８とに切り替え可能な第２切替弁であり、追い焚き運転時に貯湯温度センサ４４の検出温度に基づいて第１切替弁４５と第２切替弁４７とを切り替えて流路を変更し、効率よく追い焚き運転が可能となるようにする。
【００２７】
前記給湯リモコン５及び風呂リモコン７には、給湯設定温度を設定する給湯温度設定スイッチ４９、及び風呂設定温度を設定する風呂温度設定スイッチ５０がそれぞれ設けられており、浴槽６へ風呂設定温度の湯を風呂リモコン７の図示しない湯張り量設定スイッチで設定された湯張り量だけ注湯し、所定時間保温させる風呂自動スイッチ５１がそれぞれ設けられ、さらに、風呂リモコン７には浴槽６内の浴槽水の追い焚きを開始させる追い焚きスイッチ５２が設けられている。
【００２８】
５３は貯湯タンクユニット１内に設置された各センサの入力を受け、各アクチュエータの駆動を制御するマイコンを内蔵した制御手段としての給湯制御部である。この給湯制御部５３は給湯リモコン５及び風呂リモコン７と無線又は有線により接続され、ユーザーが任意の給湯設定温度及び風呂設定温度を設定でき、給湯運転や風呂の追い焚き運転等を制御するものである。
【００２９】
５４は貯湯タンク２上部に設置され内管２６の開口部２８から流出する湯水の温度を検出する開口温度センサであり、浴槽水の追い焚き時に水冷媒熱交換器９で加熱され風呂熱交換器２５内で浴槽水と熱交換された後の湯水の温度を検出し、検出した温度に基づいて給湯制御部５３は、高温水として使用可能となるようヒートポンプユニット３内の圧縮機８とヒーポン循環ポンプ１６の駆動を制御し、風呂バイパス弁３４の開度を調節する。
【００３０】
５５は貯湯タンク２内の過圧を逃がす過圧逃がし弁、５６は給水の圧力を減圧する減圧弁、５７は給水栓、５８は排水栓である。
【００３１】
次に、この一実施形態の作動を説明する。
まず、沸き上げ運転について説明すると、深夜電力時間帯になって貯湯温度センサ４４が貯湯タンク２内に貯湯された湯水の温度を検出し、翌日に必要な熱量が残っていないことを確認したら、給湯制御部５３はヒーポン制御部１８に対して沸き上げ開始命令を下す。指令を受けたヒーポン制御部１８は圧縮機８を起動させた後にヒーポン循環ポンプ１６を駆動開始し、貯湯タンク２下部に接続されたヒーポン往き管１３から取り出した５〜２０℃程度の低温水を水冷媒熱交換器９で７０〜９０℃程度の高温水に加熱し、ヒーポン戻り管１４から貯湯タンク２上部へ戻す。貯湯タンク２上部から順次積層して高温水を貯湯していき、必要な熱量が貯湯されたことを貯湯温度センサ４４で検出すると、給湯制御部５３はヒーポン制御部１８に対して沸き上げ停止命令を下し、ヒーポン制御部１８は圧縮機８を停止すると共にヒーポン循環ポンプ１６も停止して沸き上げ動作を終了するものである。
【００３２】
尚、沸き上げ運転を実行する際、貯湯タンク２下部からヒーポン往き管１３を流動し、水冷媒熱交換器９で加熱されてヒーポン戻り管１４から貯湯タンク２上部へ流入するヒーポン循環回路１５内を湯水が流通するよう、給湯制御部５３は第１切替弁４５及び第２切替弁４７を切り替える。
【００３３】
次に、浴槽６への湯張り運転について説明すると、給湯リモコン５又は風呂リモコン７の風呂自動スイッチ５１が操作されると、給湯制御部５３が湯張り弁４１を開弁する。すると、給水管２０からの給水が貯湯タンク２内に流入し、出湯管１９を介して風呂混合弁３９へ貯湯タンク２内の高温水が押し出される。
【００３４】
ここで、給湯制御部５３は風呂自動スイッチ５１の入力を受けると、出湯管１９内の高温水と給水バイパス管２１内の低温水を混合することで、給湯リモコン５又は風呂リモコン７で設定された風呂設定温度になるよう風呂混合弁３９の弁開度を調節し、風呂設定温度の湯が湯張り管４０から風呂往き管３１を介して浴槽６へ流入して湯張りが行われる。
【００３５】
そして、湯張り管４０の途中に設置された風呂流量カウンタ４２で所定の湯張り量をカウントしたら、給湯制御部５３は湯張り弁４１を閉弁して湯張り運転を終了する。
【００３６】
次に、風呂の追い焚き運転について図３から図５のフローチャートに基づいて説明する。
使用者が風呂リモコン７の追い焚きスイッチ５２を操作することで追い焚き運転が開始されると、貯湯温度センサ４４ｂによって貯湯タンク２内の風呂熱交換器２５近傍にある湯水の温度を検出し（Ｓ１０１）、給湯制御部５３は検出された温度が６５℃より低いか判断する（Ｓ１０２）。検出温度が６５℃より低ければ風呂熱交換器２５近傍に高温水が存在しないとして、ヒーポン循環ポンプ１６及び風呂循環ポンプ３０と圧縮機８を駆動させ（Ｓ１０３）、図６で示されるようにヒーポンユニット３内で加熱された湯水が風呂熱交換器２５の内管２６に流入し、風呂循環回路２９内を流動する浴槽水が風呂熱交換器２５の外管２７に流入して、内管２６を流動する高温水と熱交換することで、浴槽水を加熱することが可能となり貯湯タンク２内の熱量に関わらず追い焚き運転が可能となる。
【００３７】
Ｓ１０３でヒーポン循環ポンプ１６及び風呂循環ポンプ３０と圧縮機８を駆動させたら、開口温度センサ５４で内管２６の開口部２８から流出する湯水の温度を検出し（Ｓ１０４）、給湯制御部５３は熱交換された湯水の温度が６５℃以上か判断する（Ｓ１０５）。検出された温度が６５℃以上であれば、高温水が貯湯タンク２上部に貯湯されているとして次のステップに進み、６５℃よりも低ければ、圧縮機８の出力を増加させヒーポン循環ポンプ１６の回転数を上昇させるか、風呂バイパス弁３４の開度を調節して風呂熱交換器２５の外管２７に流入する浴槽水の量を減少させて開口部２８から流出する湯水の温度を上昇させ（Ｓ１０６）、再びＳ１０４で開口温度センサ５４で湯水の温度を検出する。
【００３８】
Ｓ１０６で開口部２８から流出する湯水の温度を上昇させる際、例えば、風呂リモコン７で追い焚き運転における優先事項を使用者が事前に選択して、追い焚き運転に要する時間の短縮を優先するなら圧縮機８の出力を増加させヒーポン循環ポンプ１６の回転数を上昇させる手段を実行し、消費電力を節約して電気料金を抑えることを優先するなら風呂バイパス弁３４の開度を調節して外管２７へ流入する浴槽水の量を減少させる手段を実行するよう制御可能にすることで最適な動作が行われるものである。
【００３９】
Ｓ１０５で開口部２８から流出する湯水の温度が６５℃以上であると判断されれば、熱交換により加熱された浴槽水の温度を往き管温度センサ３６で検出し（Ｓ１０７）、検出された浴槽水温度から給湯制御部５３は、浴槽水の温度が設定温度に達したか判断する（Ｓ１０８）。浴槽水の温度が設定温度に達していれば、ヒーポン循環ポンプ１６及び風呂循環ポンプ３０と圧縮機８の駆動を停止させて追い焚き運転を終了し（Ｓ１０９）、設定温度に達していなければ、再びＳ１０４で開口部２８から流出する湯水の温度を検出する。
【００４０】
また、Ｓ１０２で風呂熱交換器２５近傍に６５℃以上の高温水が存在すると判断されれば、浴槽水の温度を往き管温度センサ３６で検出して（Ｓ２０１）、給湯制御部５３は浴槽水の温度が３０℃以下の低温水であるか判断する（Ｓ２０２）。浴槽水の温度が３０℃以下であれば、図７で示されるように第１切替弁４５及び第２切替弁４７を切り替えて、ヒーポン戻り管１４から第１切替管路４６へ湯水が流入可能にし、第２切替管路４８からヒーポン往き管１３へ湯水を流入可能にしてヒーポン循環ポンプ１６を駆動させることで、開口部２８から内管２６へ流入した高温水がヒーポン戻り管１４、第２切替管路４８、ヒーポン往き管１３、水冷媒熱交換器９、ヒーポン戻り管１４、第１切替管路４６を循環して貯湯タンク２下部に流入する切替管路追い焚き運転を実行する。この際、ヒートポンプユニット３内の圧縮機８は駆動させず水冷媒熱交換器９内で湯水が加熱されないようにして風呂循環ポンプ３０を駆動することで（Ｓ２０３）、浴槽水を風呂熱交換器２５の内管２６を流動する高温水と風呂熱交換器２５の外管２７の外側にある高温水とで二重に加熱することができるため、追い焚き運転に要する時間を短縮できる。
【００４１】
Ｓ２０３での動作が完了したら、ヒーポン循環回路１５内を流動する湯水の温度をヒーポン温度センサ１７で検出し（Ｓ２０４）、給湯制御部５３は、湯水の温度が３０℃より低いか判断する（Ｓ２０５）。湯水の温度が３０℃より低ければ、貯湯タンク２下部に流入した際に温度層を壊さず中温水が発生しないとして次のステップに進み、湯水の温度が３０℃以上であれば、貯湯タンク２下部の温度層に対して高温であり中温水が発生するおそれがあるため、ヒーポン循環ポンプ１６の駆動を停止させてヒーポン循環回路１５内に湯水が流動しないようにする（Ｓ２０６）。
【００４２】
尚、ヒーポン温度センサ１７での検出値に基づくヒーポン循環ポンプ１６の駆動の制御は基準値の変更を可能とし、例えば、追い焚き運転に要する時間の短縮を最優先にするモードを風呂リモコン７で使用者が選択していれば、ヒーポン温度センサ１７での検出値が４０℃以上になるとヒーポン循環ポンプ１６の駆動を停止する制御に変更することで、より短時間で追い焚き運転を終了させることが可能となる。
【００４３】
Ｓ２０５でヒーポン循環回路１５内を流動する湯水の温度が３０℃より低いと判断されたかＳ２０６でヒーポン循環ポンプ１６の駆動を停止させた後に、熱交換により加熱された浴槽水の温度を往き管温度センサ３６で検出し（Ｓ２０７）、給湯制御部５３は浴槽水の温度が設定温度に達したか判断する（Ｓ２０８）。浴槽水の温度が設定温度に達していれば次のステップに進み、設定温度に達していなければ、再びＳ２０４でヒーポン循環回路１５内を流動する湯水の温度を検出するので、浴槽水を風呂熱交換器２５の内管２６を流動する高温水と風呂熱交換器２５の外管２７の外側にある高温水とで二重に加熱することができるため、追い焚き運転に要する時間を短縮できる。
【００４４】
Ｓ２０８で浴槽水の温度が設定温度に達していると判断されれば、第１切替弁４５及び第２切替弁４７を切り替えて元の状態に戻し、風呂循環ポンプ３０と駆動中であればヒーポン循環ポンプ１６の駆動を停止して切替管路追い焚き運転を終了する（Ｓ２０９）。
【００４５】
また、Ｓ２０２で浴槽水の温度が３０℃よりも高温であると判断されれば、風呂循環ポンプ３０のみを駆動させ（Ｓ３０１）、風呂熱交換器２５の外管２７を循環して貯湯タンク２内の高温水と熱交換することで浴槽水を加熱する通常の追い焚き運転を実行する。熱交換で加熱された浴槽水の温度を往き管温度センサ３６で検出して（Ｓ３０２）、給湯制御部５３は浴槽水の温度が設定温度に達したか判断する（Ｓ３０３）。浴槽水の温度が設定温度に達していれば次のステップに進み、設定温度に達していなければ、再びＳ３０２で風呂循環回路２９内を流動する浴槽水の温度を検出するので、ヒーポン循環ポンプ１６を駆動させる必要がないので消費電力を抑えることができ、更に貯湯タンク２下部の温度層を壊さず中温水の発生が抑えられるのでＣＯＰが向上する。
【００４６】
Ｓ３０３で浴槽水の温度が設定温度に達したと判断されれば、風呂循環ポンプ３０の駆動を停止させて追い焚き運転を終了する（Ｓ３０４）。
【００４７】
尚、本発明は上記内容に限定されるものではなく、例えば図８に示すように風呂熱交換器２５の内管２６を一旦貯湯タンク２の外部に出し、貯湯タンク２の上端近傍に内管２６の開口部２８を形成して、開口部２８近傍の内管２６に開口温度センサ５４を設置する構成が考えられ、このような構成にすることで、浴槽水と熱交換して低下した湯水の温度を正確に検出することが可能となり、貯湯タンク２上部に流入する湯水の温度が高温水以下になる事態を確実に防止できるので使用可能な高温水の確保を確実に行え、かつ中温水の発生を抑えることでＣＯＰが向上する
【００４８】
また、風呂熱交換器２５近傍の湯水が６５℃より低い場合の追い焚き運転において、内管２６を流動する湯水と外管２７を流動する浴槽水が並行流であることから、熱交換により加熱された浴槽水の温度を検出する熱交出口温度センサ３８での検出温度が６５℃以上であれば、内管２６の開口部２８から貯湯タンク２上部に流入する湯水の温度が６５℃以上となるので、熱交出口温度センサ３８で検出される浴槽水の温度によって圧縮機８とヒーポン循環ポンプ１６の駆動の制御、又は風呂バイパス弁３４の開度を調節することで貯湯タンク２上部に高温水を流入させることも可能である。
【００４９】
以上のように、風呂の追い焚き運転を行う際、貯湯タンク２内に設置された風呂熱交換器２５近傍の温度から高温水の有無を判断し、高温水が存在しない場合、ヒーポン循環ポンプ１６を駆動させ風呂熱交換器２５の内管２６にヒートポンプユニット３内で加熱された湯水を流入することで、貯湯タンク２内に貯湯された湯水の温度に関わらず浴槽水の加熱が可能となり、風呂熱交換器２５の内外から浴槽水を加熱することができるので追い焚き運転に要する時間を短縮することができ、更に、内管２６の開口部２８から貯湯タンク２上部に流入する湯水の温度を開口温度センサ５４で検出し、圧縮機８の出力やヒーポン循環ポンプ１６の駆動を制御する、又は風呂バイパス弁３４の開度を調節して高温水以下の温度にならないようにすることで、追い焚き運転に要する時間の短縮かＣＯＰの向上で使用者が優先する事項に合った動作を行うため利便性が向上する。
【００５０】
また、風呂熱交換器２５近傍に高温水が存在し浴槽水温度が低い場合、ヒーポン循環回路１５内に設置された第１切替弁４５と第２切替弁４７を切り替えてヒーポン循環ポンプ１６を駆動させる切替管路追い焚き運転を実行することで、内管２６を流動する貯湯タンク２上部の高温水と外管２７を流動する浴槽水との間で熱交換がなされるので、浴槽水を熱交換器の内外から加熱することで追い焚き運転に要する時間を短縮することができ、更に、ヒーポン温度センサ１７で検出される温度が所定温度以下になるようヒーポン循環ポンプ１６の駆動を制御することで、追い焚き運転に要する時間の短縮かＣＯＰの向上で使用者が優先する事項に合わせた動作を行うため利便性が向上する。
【符号の説明】
【００５１】
１ 貯湯タンクユニット
２ 貯湯タンク
３ ヒートポンプユニット
６ 浴槽
１３ ヒーポン往き管
１４ ヒーポン戻り管
１５ ヒーポン循環回路
１６ ヒーポン循環ポンプ
１７ ヒーポン温度センサ
２５ 風呂熱交換器
２６ 内管
２７ 外管
２８ 開口部
２９ 風呂循環回路
３０ 風呂循環ポンプ
３１ 風呂往き管
３２ 風呂戻り管
４４ 貯湯温度センサ
４５ 第１切替弁
４６ 第１切替管路
４７ 第２切替弁
４８ 第２切替管路
５４ 開口温度センサ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
湯水を貯湯する貯湯タンクと、該貯湯タンク内の湯水を加熱するヒートポンプ式加熱手段と、前記貯湯タンク下部と前記ヒートポンプ式加熱手段とを接続するヒーポン往き管と、前記ヒートポンプ式加熱手段と前記貯湯タンク上部とを接続するヒーポン戻り管と、前記ヒーポン往き管と前記ヒーポン戻り管とで構成されるヒーポン循環回路と、該ヒーポン循環回路に設置され湯水を搬送するヒーポン循環ポンプと、前記貯湯タンク内に設置され高温水と熱交換して浴槽水を昇温する風呂熱交換器と、前記浴槽内の浴槽水を前記風呂熱交換器内に流入させる風呂往き管と、該風呂熱交換器で熱交換された浴槽水を浴槽へ流入させる風呂戻り管と、前記風呂往き管と前記風呂戻り管とで構成される風呂循環回路と、前記風呂循環回路内に設置され浴槽水を搬送する風呂循環ポンプとを備え、前記風呂循環ポンプを駆動して前記浴槽水を前記風呂熱交換器内に循環させて昇温する追い焚き運転を行うヒートポンプ式給湯機において、前記風呂熱交換器は内管と外管とで構成された二重管構造であり、内管は前記ヒーポン戻り管と一端が接続し他端が前記貯湯タンク内に開口した開口部を形成し、外管は前記風呂循環回路に両端が接続していることを特徴としたヒートポンプ式給湯機。
【請求項２】
前記風呂熱交換器を構成する内管の前記開口部から前記貯湯タンク内に流入する湯水の温度を検出する開口温度センサを設置し、前記追い焚き運転時に、前記ヒートポンプ式加熱手段による加熱動作を行い前記ヒーポン循環ポンプを駆動させ、前記内管を流動する湯水の温度又は前記外管を流動する浴槽水の流量を制御して、前記開口温度センサでの検出温度が所定温度以上の高温水となるようにすることを特徴とする請求項１記載のヒートポンプ式給湯機。
【請求項３】
前記貯湯タンクの上下に所定の間隔で配置され各温度層の温度をそれぞれ検出する貯湯温度センサと、前記浴槽水の温度を検出する風呂温度センサと、前記ヒーポン戻り管に前記貯湯タンク下部と接続する第１切替管路へ流路を切り替え可能な第１切替弁と、前記ヒーポン往き管に前記第１切替弁より下流側の前記ヒーポン戻り管に接続する第２切替管路へ流路を切り替え可能な第２切替弁とを設置して、前記追い焚き運転時に、前記貯湯温度センサで検出された前記風呂熱交換器近傍の温度が高温であり、前記風呂温度センサで検出された浴槽水の温度が低温であれば、前記第１切替弁を前記第１切替管路方向に切り替え、前記第２切替弁を前記第２切替管路方向に切り替えて、前記ヒートポンプ式加熱手段による加熱動作を行わず前記ヒーポン循環ポンプを駆動する切替管路追い焚き運転を行うことを特徴とする請求項１、２のいずれか１項に記載のヒートポンプ式給湯機。
【請求項４】
前記ヒーポン循環回路に湯水の温度を検出するヒーポン温度センサを設置して、前記切替管路追い焚き運転時に、前記ヒーポン温度センサで検出された温度が設定された所定温度以上となったら前記ヒーポン循環ポンプの駆動を停止することを特徴とする請求項３記載のヒートポンプ式給湯機。
【請求項１】
湯水を貯湯する貯湯タンクと、該貯湯タンク内の湯水を加熱するヒートポンプ式加熱手段と、前記貯湯タンク下部と前記ヒートポンプ式加熱手段とを接続するヒーポン往き管と、前記ヒートポンプ式加熱手段と前記貯湯タンク上部とを接続するヒーポン戻り管と、前記ヒーポン往き管と前記ヒーポン戻り管とで構成されるヒーポン循環回路と、該ヒーポン循環回路に設置され湯水を搬送するヒーポン循環ポンプと、前記貯湯タンク内に設置され高温水と熱交換して浴槽水を昇温する風呂熱交換器と、前記浴槽内の浴槽水を前記風呂熱交換器内に流入させる風呂往き管と、該風呂熱交換器で熱交換された浴槽水を浴槽へ流入させる風呂戻り管と、前記風呂往き管と前記風呂戻り管とで構成される風呂循環回路と、前記風呂循環回路内に設置され浴槽水を搬送する風呂循環ポンプとを備え、前記風呂循環ポンプを駆動して前記浴槽水を前記風呂熱交換器内に循環させて昇温する追い焚き運転を行うヒートポンプ式給湯機において、前記風呂熱交換器は内管と外管とで構成された二重管構造であり、内管は前記ヒーポン戻り管と一端が接続し他端が前記貯湯タンク内に開口した開口部を形成し、外管は前記風呂循環回路に両端が接続していることを特徴としたヒートポンプ式給湯機。
【請求項２】
前記風呂熱交換器を構成する内管の前記開口部から前記貯湯タンク内に流入する湯水の温度を検出する開口温度センサを設置し、前記追い焚き運転時に、前記ヒートポンプ式加熱手段による加熱動作を行い前記ヒーポン循環ポンプを駆動させ、前記内管を流動する湯水の温度又は前記外管を流動する浴槽水の流量を制御して、前記開口温度センサでの検出温度が所定温度以上の高温水となるようにすることを特徴とする請求項１記載のヒートポンプ式給湯機。
【請求項３】
前記貯湯タンクの上下に所定の間隔で配置され各温度層の温度をそれぞれ検出する貯湯温度センサと、前記浴槽水の温度を検出する風呂温度センサと、前記ヒーポン戻り管に前記貯湯タンク下部と接続する第１切替管路へ流路を切り替え可能な第１切替弁と、前記ヒーポン往き管に前記第１切替弁より下流側の前記ヒーポン戻り管に接続する第２切替管路へ流路を切り替え可能な第２切替弁とを設置して、前記追い焚き運転時に、前記貯湯温度センサで検出された前記風呂熱交換器近傍の温度が高温であり、前記風呂温度センサで検出された浴槽水の温度が低温であれば、前記第１切替弁を前記第１切替管路方向に切り替え、前記第２切替弁を前記第２切替管路方向に切り替えて、前記ヒートポンプ式加熱手段による加熱動作を行わず前記ヒーポン循環ポンプを駆動する切替管路追い焚き運転を行うことを特徴とする請求項１、２のいずれか１項に記載のヒートポンプ式給湯機。
【請求項４】
前記ヒーポン循環回路に湯水の温度を検出するヒーポン温度センサを設置して、前記切替管路追い焚き運転時に、前記ヒーポン温度センサで検出された温度が設定された所定温度以上となったら前記ヒーポン循環ポンプの駆動を停止することを特徴とする請求項３記載のヒートポンプ式給湯機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−１４９７９６（Ｐ２０１２−１４９７９６Ａ）
【公開日】平成２４年８月９日（２０１２．８．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−７４８４（Ｐ２０１１−７４８４）
【出願日】平成２３年１月１８日（２０１１．１．１８）
【出願人】（００００００５３８）株式会社コロナ (753)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月９日（２０１２．８．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月１８日（２０１１．１．１８）
【出願人】（００００００５３８）株式会社コロナ (753)
【Ｆターム（参考）】
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