貯湯式給湯機
【課題】給湯動作中に沸き上げ水循環流路の凍結予防運転を実行した場合に、急激な給湯湯温の変動を防止することができる貯湯式給湯機を提供する。
【解決手段】給湯動作中に沸き上げ水循環流路の凍結予防運転を行う場合、弁体３２ｈを沸き上げ用熱交換器６２とタンク戻し配管４４とが沸き上げ水循環回路を介して連通する位置（弁体位置９０°）から沸き上げ用熱交換器６２と貯湯タンク１０とが沸き上げ水循環回路を介して連通する位置（弁体位置Ａ°）を経て、沸き上げ用熱交換器６２とタンク戻し配管４４とが沸き上げ水循環回路を介して連通する位置（弁体位置９０°）まで回動するように四方弁３２を制御する。この際、給湯動作の非実行中に沸き上げ水循環流路の凍結予防運転の要求が出された場合に比して、弁体３２ｈを開始位置から終了位置まで回動するために要する時間を長期化する。
【解決手段】給湯動作中に沸き上げ水循環流路の凍結予防運転を行う場合、弁体３２ｈを沸き上げ用熱交換器６２とタンク戻し配管４４とが沸き上げ水循環回路を介して連通する位置（弁体位置９０°）から沸き上げ用熱交換器６２と貯湯タンク１０とが沸き上げ水循環回路を介して連通する位置（弁体位置Ａ°）を経て、沸き上げ用熱交換器６２とタンク戻し配管４４とが沸き上げ水循環回路を介して連通する位置（弁体位置９０°）まで回動するように四方弁３２を制御する。この際、給湯動作の非実行中に沸き上げ水循環流路の凍結予防運転の要求が出された場合に比して、弁体３２ｈを開始位置から終了位置まで回動するために要する時間を長期化する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、貯湯式給湯機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の貯湯式給湯機は、給湯中に湯張りが行われた場合などに、四方弁の流路切替時間を制御することによって、給湯湯温変動の抑制を図るものが知られている（例えば特許文献１）。この装置は、貯湯タンク内の湯を、給湯用混合弁を介し出湯する経路と、風呂用混合弁と四方弁を介し浴槽へ湯張りする経路を備えている。当該四方弁は、弁体の回動により通水経路を切り換えることができる。このような装置によれば、給湯中に湯はり指令が発生した時は、四方弁の開度切替を低速で動作させ、湯張り流量を増加、減少速度を遅くすることで、湯はり開始、停止時に給湯湯温変動が生じる事態を防止できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−９２３０４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、上述した構成を用いても、給湯機のシステム構成によっては、以下のような課題が生じる。例えば給湯動作中（図３の状態）に、自然放熱などにより配管内の湯水の温度低下が生じて凍結予防運転が必要な状態となりヒートポンプ配管凍結予防運転が動作した場合、ヒートポンプユニット６０への往き戻り配管内の湯水は循環加熱される一方、タンク上部配管４３内の湯水は低温のままとなる。この状態から従来技術と同様に四方弁３２を低速で回路切替（循環していたヒートポンプユニット６０からの温水をタンク上部配管４３側に出湯）し凍結予防をしようとすると、まずタンク上部配管４３に残留していた低温水が給湯湯側配管３に流入してその流量を増やしながら、ついで四方弁３２が全開となり、循環加熱されていた温水が流入することになる。すると短時間で給湯湯側配管３内の湯温の上下変動と流量の変動が同時に発生し、結果、給湯混合弁３３による湯温補正制御で追従することができず、ユーザーの所望する湯温が給湯できなくなり極端な給湯湯温の変動が生じる可能性がある。
【０００５】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、極端な給湯湯温の変動を防止可能であ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】
貯湯タンクと、貯湯タンクに給水する給水流路と、貯湯タンク内の水を加熱して高温水とする沸き上げ用熱交換器と、一端が貯湯タンクの上部に接続され、途中に流路切替手段と沸き上げ用熱交換器を介して貯湯タンクの第１下部に接続された沸き上げ水循環流路と、沸き上げ水循環流路における沸き上げ用熱交換器と貯湯タンクの第１下部の間に設置された循環ポンプと、流路切替手段と貯湯タンクの第２下部とを接続する下部戻し流路と、流路切替手段は、沸き上げ用熱交換器と貯湯タンクの上部とが沸き上げ水循環流路を介して連通する第１流路形態と、沸き上げ用熱交換器と下部戻し流路とが沸き上げ水循環流路を介して連通する第２流路形態とを、内蔵する弁体の回動によって切替可能な手段であって、沸き上げ水循環流路における流路切替手段と貯湯タンクの上部との接続部の間から分岐し、湯水混合手段に接続される混合湯側流路と、給水流路から分岐し、湯水混合手段に接続される混合水側流路と、湯水混合手段から外部水栓に接続される給湯流路と、湯水混合手段を制御し、混合湯側流路と混合水側流路の湯水を混合させ所定温度の湯水を外部水栓に供給する給湯動作を実行する給湯時制御手段と、沸き上げ水循環流路の凍結予防運転時に、弁体を第２流路形態を形成する回動開始位置から、第１流路形態を形成する回動終了位置よりも手前で流路切替手段内の弁体によって流れる湯水の流量が少なくなるように規制される流量規制位置まで回動するように、流路切替手段を制御する凍結予防運転時制御手段と、を備え、凍結予防時制御手段は、給湯動作実行中に凍結予防運転を行う場合には、給湯動作非実行中に行う場合に比して、弁体を開始位置から流量規制位置までの間を回動するための時間を長期化する制御手段を備えるものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、極端な給湯湯温の変動を防止することが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】本発明の実施の形態１における貯湯式給湯機の構成図である。
【図２】本発明の実施の形態１における沸き上げ水循環流路の凍結予防運転時の回路構成図である。
【図３】本発明の実施の形態１における給湯動作時の回路構成図である。
【図４】本発明の実施の形態１における給湯動作と沸き上げ水循環流路の凍結予防運転の同時運転時の回路構成図である。
【図５】本発明の実施の形態１における四方弁の斜視図である。
【図６】四方弁のａ、ｃポート連通状態（弁体位置９０°）の水平断面図である。
【図７】四方弁のｃ、ｄポート連通状態（弁体位置１８０°）の水平断面図である。
【図８】四方弁のｃ、ｄポート連通状態（弁体位置Ａ°）の水平断面図である。
【図９】四方弁のａ、ｃ、ｄポート連通状態（弁体位置Ｂ°）の水平断面図である。
【図１０】四方弁の弁体位置に対する、ａポートの流量特性図（Ａ）、ｄポートの流量特性図（Ｂ）、である。
【図１１】通常切替時の四方弁の弁体位置と経過時間の特性を示す図である。
【図１２】給湯動作中での流路切替時の四方弁の弁体位置と経過時間の特性を示す図である。
【図１３】四方弁を断続的に複数回に分けて回動させた場合の弁体位置と経過時間の特性を示す図である。
【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。また、動作の説明で湯水の流れる配管を太線で示し、流れ方向を各配管の近傍に矢印を付して示す。
【００１０】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１における貯湯式給湯機１００の構成図である。図１に示す貯湯式給湯機１００は、貯湯ユニット１と、ヒートポンプサイクルを利用するように構成されたヒートポンプユニット６０とを備えている。２つのユニット１、６０は、ヒートポンプ入口配管４１とヒートポンプ出口配管４２とによって接続されている。また、貯湯ユニット１には、制御部７０が内蔵されている。貯湯ユニット１およびヒートポンプユニット６０が備える各種の弁類、ポンプ類等の作動は、これらと電気的に接続された制御部７０により制御される。以下、貯湯式給湯機１００の各構成要素について説明する。
【００１１】
ヒートポンプユニット６０は、貯湯ユニット１から導かれた低温水を加熱する（沸き上げる）ための加熱手段として機能するものである。ヒートポンプユニット６０は、圧縮機６１、沸き上げ用熱交換器６２、膨張弁６３、空気熱交換器６４を冷媒循環配管６５にて環状に接続し、ヒートポンプサイクルを構成している。沸き上げ用熱交換器６２は、ヒートポンプサイクルを構成する冷媒循環配管６５を流れる冷媒と貯湯ユニット１から導かれた低温水との間で熱交換を行うためのものである。また、ヒートポンプ出口側サーミスタ６６は、沸き上げ用熱交換器６２で加熱した高温水の温度を検知するための温度センサであり、ヒートポンプ出口配管４２に設けられている。ヒートポンプユニット６０で高温水を得るためには、ヒートポンプサイクルは、冷媒として二酸化炭素を用い、臨界圧を越える圧力で運転することが好ましい。
【００１２】
一方、貯湯ユニット１には、以下の各種部品や配管などが内蔵されている。貯湯タンク１０は、湯水を貯留するためのものである。貯湯タンク１０の下部には、市水を供給するための給水配管２が接続されており、貯湯タンク１０の上部には、貯留した湯水を給湯機外部へ供給するための給湯湯側配管３がタンク上部配管４３から分岐されて接続されている。なお、貯湯タンク１０には、ヒートポンプユニット６０を用いて加熱した高温水がタンク上部から流入されるとともに、給水配管２を介して低温水をタンク下部から流入させることにより、タンク内の上部と下部で温度差が生じるように湯水が貯留される。また、貯湯タンク１０の表面には、取付高さを変えて貯湯タンク１０内の湯水の温度分布を検知するための残湯サーミスタ１１、１２が取り付けられている。これらの残湯サーミスタ１１、１２により取得された温度分布に基づいて、貯湯タンク１０内の残湯量が把握され、ヒートポンプユニット６０による貯湯タンク１０内の湯水の沸き上げ運転の開始および停止などが制御される。
【００１３】
タンク上部配管４３から分岐した給湯湯側配管３は、給水配管２から分岐した給湯水側配管４とともに給湯混合弁３３に接続されている。給湯混合弁３３は、給湯湯側配管３を流れる湯と給湯水側配管４を流れる水を混合し、所定の温度に調整された湯として給湯配管５を経由して外部水栓等へ供給する。また、給湯配管５には、混合された湯の温度を検知する給湯温度サーミスタ６が取り付けられている。
【００１４】
また、貯湯ユニット１内には、循環ポンプ２１および風呂側熱交換器２２が内蔵されている。循環ポンプ２１は、貯湯ユニット１内の後述する三方弁３１と沸き上げ用熱交換器６２との間のヒートポンプ入口配管４１上に設けられ、各配管に湯水を循環させるためのポンプである。風呂側熱交換器２２は、貯湯タンク１０やヒートポンプユニット６０から供給される高温水を利用して、２次側の加熱対象水（浴槽循環水や暖房用循環水など）を加熱するための熱交換器である。なお、本実施形態では、風呂側熱交換器２２の２次側の構成として、浴槽５０内の湯水を循環させる浴槽水循環回路５１を例に挙げて説明する。風呂側熱交換器２２は、浴槽水循環回路５１の途中に設置されている。また、浴槽水循環回路５１の途中には、浴槽水を循環させるための２次側循環ポンプ５２と、浴槽５０から出た浴槽水の温度を検知するための浴槽出口側サーミスタ５３とが設置されている。
【００１５】
次に、貯湯ユニット１が備える弁類および配管類について説明する。貯湯ユニット１は、三方弁３１、四方弁３２を有している。三方弁３１は、湯水が流入する２つの入口（ａポート、ｂポート）と、湯水が流出する１つの出口（ｃポート）とを有する流路切替手段であり、ａポートもしくはｂポートのどちらかから湯水が流入するように湯水の経路を切り替え可能に構成されている。四方弁３２は、湯水が流入する２つの入口（ｂポート、ｃポート）と、湯水が流出する２つの出口（ａポート、ｄポート）とを有する流路切替手段であり、３つの経路、すなわち、ａ−ｂ経路、ａ−ｃ経路、ｃ−ｄ経路の間で流路形態を切替可能に構成されている。
【００１６】
また、貯湯ユニット１は、タンク下部配管４０、ヒートポンプ入口配管４１、ヒートポンプ出口配管４２、タンク上部配管４３、タンク戻し配管４４、風呂側熱交換器１次側（熱源側）入口配管４５、風呂側熱交換器１次側出口配管４６およびバイパス配管４７を有している。
【００１７】
タンク下部配管４０は、貯湯タンク１０の第１下部と三方弁３１のａポートとを接続する流路である。ヒートポンプ入口配管４１は、三方弁３１のｃポートとヒートポンプユニット６０の入口側とを接続する流路であり、ヒートポンプ出口配管４２は、ヒートポンプユニット６０の出口側と四方弁３２のｃポートとを接続する流路である。タンク上部配管４３は、四方弁３２のｄポートと貯湯タンク１０上部とを接続する流路であり、タンク戻し配管４４は、四方弁３２のａポートと貯湯タンク１０の中央部から下部の間に設けられた戻し口（第２下部）とを接続する流路である。また、風呂側熱交換器１次側入口配管４５は、タンク上部配管４３における貯湯タンク１０上部と四方弁３２との間から分岐し、風呂側熱交換器２２の１次側入口に接続される流路であり、風呂側熱交換器１次側出口配管４６は、風呂側熱交換器２２の１次側出口と三方弁３１のｂポートとを接続する流路である。さらに、バイパス配管４７は、ヒートポンプ出口配管４１における循環ポンプ２１とヒートポンプユニット６０の入口側との間から分岐し、四方弁３２のｂポートに接続される流路である。
【００１８】
図２は、本発明の実施の形態１における貯湯式給湯機１００の沸き上げ水循環流路の凍結予防運転時の回路構成図である。ここでいう沸き上げ水循環流路の凍結予防運転とは、ヒートポンプユニット６０を利用して貯湯タンク１０内の水を沸き上げ、循環させることで、主にタンク上部配管４３内の湯水の凍結予防を行う運転である。この沸き上げ水循環流路の凍結予防運転時には、三方弁３１は、ａポートとｃポートとが連通し、ｂポートが閉状態となるように制御される。これにより、タンク下部配管４０とヒートポンプ入口配管４１とが連通するとともに、風呂側熱交換器１次側出口配管４６側を閉として風呂側熱交換器２２からの流路が遮断される。また、沸き上げ水循環流路の凍結予防運転時には、四方弁３２は、ｃポートとｄポートとが連通し、ａポートとｂポートが閉状態となるように制御される。これにより、ヒートポンプ出口配管４２とタンク上部配管４３とが連通するとともに、バイパス配管４４側を閉として貯湯タンク１０の第２下部への流路が遮断される。
【００１９】
この沸き上げ水循環流路の凍結予防運転は単独で、あるいは、ヒートポンプ配管凍結予防運転（三方弁３１をａポートとｃポートが連通、ｂポートが閉となるように制御し、四方弁３２をａポートとｃポートとが連通、ｂポートとｄポートが閉状態となるように制御した状態で循環ポンプ２１とヒートポンプユニット６０を動作させ湯水を貯湯タンク１０の第１下部からヒートポンプユニット６０を経由して貯湯タンク１０の第２下部まで循環させ、ヒートポンプ入口配管４１からヒートポンプ出口配管４２までの凍結予防を実施する運転）のあとに、所定の短時間行われる。
【００２０】
その結果、貯湯タンク１０の第１下部から流出する低温水は、タンク下部配管４０、三方弁３１、循環ポンプ２１およびヒートポンプ入口配管４１を経由してヒートポンプユニット６０に導かれ、沸き上げ用熱交換器６２において加熱された後、湯となってヒートポンプ出口配管４２、四方弁３２、タンク上部配管４３を経由することで、当該タンク上部配管４３の凍結予防を行う。
【００２１】
図３は、本発明の実施の形態１における貯湯式給湯機１００の給湯動作時の回路構成図である。給湯動作とは、貯湯タンク１０に貯えた高温水と給水配管２から給水された水とをそれぞれ給湯湯側配管３と給湯水側配管４を通じて給湯混合弁３３に供給し、給湯混合弁３３からユーザーの所望湯温に調整した湯を給湯配管５を通じて外部の水栓やシャワーに給湯する動作のことである。この給湯動作は、ユーザーが任意の水栓を開くことで開始され、ユーザーが設定した給湯温度に従い、給湯混合弁３３に流入する高温水と水の混合比率を制御することで、給湯する湯温がユーザーの所望する湯温に調整される。なお、給湯動作中は、外部の水栓やシャワーに給湯する湯温を給湯温度サーミスタ６により常に監視し、給湯する湯水の給湯量の変動や貯湯タンク１０から供給される高温水の低下、給水配管２から供給される水の温度変動に併せて給湯混合弁３３の混合比率を常に制御することで、一定の湯温に調整された湯水が外部の水栓やシャワーへ供給される。
【００２２】
また、給湯動作中は、貯湯タンク１０に貯えた高温水の供給量と同量の水が給水配管２から貯湯タンク１０の下部に供給される構成となっている。給湯動作時の三方弁３１は、ａポートとｃポートとが連通し、ｂポートが閉状態となるように制御される。また、給湯動作時の四方弁３２は、ａポートとｃポートとが連通し、ｂポートとｄポートとが閉状態となるように制御される。これにより、風呂側熱交換器２２や貯湯タンク１０の上部への湯水流入を防止している。
【００２３】
次に図４は本発明の実施の形態１における貯湯式給湯機１００の給湯動作と沸き上げ水循環流路の凍結予防運転の同時運転時の回路構成図である。ここでいう給湯動作と沸き上げ水循環流路の凍結予防運転の同時運転とは、図３に示した給湯動作と図２に示した沸き上げ水循環流路の凍結予防運転とが同時に行われる運転動作であって、例えば、給湯動作中に、低外気環境においてヒートポンプ出口側サーミスタ６６が所定の温度より低くなり、これを検出した制御部７０が、前述のヒートポンプ配管凍結予防運転から沸き上げ水循環流路の凍結予防運転を実施した場合である。この給湯動作と沸き上げ水循環流路の凍結予防運転の同時運転時には、三方弁３１はａ、ｃポート連通、ｂポート閉となるように制御され、四方弁３２は、ａ、ｃ、ｄポートが連通し、ｂポートが閉状態となるように制御される。これにより、ヒートポンプ出口配管４２とタンク戻し配管４４とタンク上部配管４３とが、流路を完全に切替えた場合に比して少ない流路断面積をもって連通するとともに、バイパス配管４７側の流路が遮断される。なお、この場合の四方弁３２内の弁体３２ｈの動作による流路の調整の詳細については、後述する。
【００２４】
この給湯動作と沸き上げ水循環流路の凍結予防運転の同時運転では、図３に示した給湯動作と異なり、給湯湯側配管には貯湯タンク１０からの高温水とタンク上部配管４３の残水およびヒートポンプユニット６０からの循環水との混合水が供給される。なお、給湯動作と沸き上げ水循環流路の凍結予防運転との同時運転中であっても、給湯動作を単独で実行している時と同様に給湯混合弁３３が制御されて、給湯水を所望の湯温に調整する動作は実行される。
【００２５】
ここで、四方弁３２の構成について、図５〜図９に基づいて詳細に説明する。図５は本発明の実施形態１における四方弁３２の斜視図であり、図６乃至図９は図５に示す四方弁３２の水平断面図である。図５に示すとおり、四方弁３２はａ、ｂ、ｃ、ｄポートの配管３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ、弁枠３２ｅ、ステッピングモーター３２ｆ、回転軸３２ｇ、および弁体３２ｈによって構成されている。弁枠３２ｅの上部にステッピングモーター３２ｆが回転軸３２ｇを介して弁体３２ｈに接続されている。よって、ステッピングモーター３２ｆの回動により回転軸３２ｇを中心として弁体３２ｈが回動して、弁体３２ｈ内に形成された連通部３２ｉを通じて四方弁３２内の流路の切替えを行う構成となっている。なお、図６に示す弁体位置は、四方弁３２のａポートとｃポートとが連通し、ｂポートとｄポートとが閉状態となる位置（以下、この弁体位置を「弁体位置９０°」と称する）を表し、例えば、単独給湯動作時はこの弁体位置となる。また、図７に示す弁体位置は、四方弁３２のｃポートとｄポートとが連通し、ａポートとｂポートとが閉状態となる位置（以下、この弁体位置を「弁体位置１８０°」と称する）を表し、例えば、給湯動作中でない沸き上げ水循環流路の凍結予防運転時は、図６に示す弁体位置９０°から図７に示す弁体位置１８０°へと弁体３２ｈが回動される。
【００２６】
また、図８に示す弁体位置は、四方弁３２のｃポートとｄポートとが図７の弁体位置１８０°の場合に比して小さな流路断面積の状態で連通し、aポートとｂポートが閉状態となる位置（以下、この弁体位置を「Ａ°」と称する）を表し、例えば、沸き上げ水循環流路の凍結予防運転時は弁体位置９０°から弁体位置Ａ°まで断続的に複数回に分けて回動し、その後断続的に複数回に分けて弁体位置Ａ°から弁体位置９０°へ戻る制御となる。この弁体位置Ａ°の状態においては、上述のとおり流路断面積が弁体位置１８０°の場合に比して小さいので、四方弁３２をｃポートからｄポートへ流れる湯水の量を、全開状態となる弁体位置１８０°の場合より少なく制御することが可能となる。さらに、弁体位置９０°から弁体位置Ａ°までを断続的に複数回に分けて回動させることにより、さらにｃポートからｄポートへ流れる湯水の量を、より少なく制御することが可能となる。
【００２７】
更に、図９に示す弁体位置は、弁体位置９０°から弁体位置Ａ°に至る途中の弁体位置（以下、この弁体位置を「Ｂ°」と称する。９０°＜Ｂ°＜Ａ°＜１８０°である。）を表している。弁体位置Ｂ°では、ａポート、ｃポート、ｄポートが部分的に連通し、ｂポートが閉状態となる。この弁体位置Ｂ°の状態においても、流路断面積が弁体位置Ａ°の場合に比して小さいので、四方弁３２をｃポートからｄポートへ流れる湯水の量を、全開状態となる弁体位置１８０°の場合や弁体位置Ａ°の場合より少なくなる。
【００２８】
図１０（Ａ）は、非給湯動作時など四方弁３２を通常に回路切替した場合の、ａポートを経由する湯水の流量と弁体位置との関係を示す特性図であり、図１０（Ｂ）は、ｄポートを経由する湯水の流量と弁体位置との関係を示す特性図である。四方弁３２は、例えば図６に示す弁体位置９０°から図７に示す弁体位置１８０°へ回路切替えを実施した場合、ａポートの循環流量は図１０（Ａ）に示すように９０°から１８０°までの初期と１８０°に近い位置での弁体位置の変化量に対する流量変化に対して、中間の位置での変化量が大きくなる傾向となり、最終的に弁体位置１８０°までに閉塞状態、逆にｄポートの循環流量は増加傾向となり、最終的に弁体位置１８０°で最大流量に達する。
【００２９】
次に、本発明の実施の形態１における貯湯式給湯機１００の特徴的動作について説明する。図１１は、四方弁３２の弁体位置の変化とそれに要する時間（経過時間）の関係を示す図であり、弁体位置９０°から弁体位置１８０°への通常の回路切替時の特性を示している。この図のとおり、非給湯動作中に制御部７０からの沸き上げ水循環流路の凍結予防運転指示があった場合には、四方弁３２を弁体位置９０°から弁体位置１８０°へ通常の流路切替えを実施する。この時、四方弁３２は弁体位置９０°から弁体位置１８０°へ素早く（例えば１５秒）切り替わる通常流路切替が実施され、短時間で必要充分な流量を確保可能となる。
【００３０】
一方、図１２は、給湯動作中の場合の流路切替えにおける四方弁３２の弁体位置の変化とそれに要する時間の関係を示す図である。図１２のとおり、制御部７０からの沸き上げ水循環流路の凍結予防運転指示があった場合、給湯動作が行われているので、図１１に示す通常流路切替時に比して弁体３２ｈの回動を遅らせて、切り替えに要する時間を長期化（例えば５０秒）するとともに、弁体位置を図８のＡ°の状態までの回動とし、ｄポートからの流量が弁体位置１８０°の場合に比して少なくなるようにする。図１２に示すとおり、四方弁３２の弁体３２ｈの回動速度を通常流路切替の時と比較して遅くし、かつ、弁体位置をＡ°の位置までの回動となるようにすることで、四方弁３２のｄポート側への流量の時間当たりの極端な変動を抑制することが可能となる。これにより、タンク上部配管４３に残留していた低温水やヒートポンプユニット６０で沸き上げられた循環水が給湯湯側配管３内に短時間に多量に流れ込むことによる当該給湯湯側配管３内の急激な湯温変動を抑制することができるので、給湯混合弁３３の湯温補正制御で十分に追従することができ、使用中の給湯温度変動は極めて小さく抑えることが可能となる。また、四方弁３２の切替は図１１の場合に比して長時間となるので、弁体位置がＡ°で流路が狭く時間当たりの流量は少ないが、トータルとして凍結防止に必要充分な流量を確保可能となる。
【００３１】
なお、これらの凍結予防のための四方弁３２の切替動作のあと、四方弁３２を元の位置（弁体位置９０°）に戻すように制御しても良い。また、図１２では、給湯動作時の流路切り替え動作を連続的に行う場合について述べたが、後述の図１３のように断続的に行ってもよい。
【００３２】
また、給湯動作中に、ヒートポンプ配管凍結予防運転から沸き上げ水循環流路の凍結予防運転制御へ移行した場合は、図１３に示すとおり、四方弁３２の弁体位置Ａ°から弁体位置Ｂ°への弁体３２ｈの回動を、断続的に複数回に分けて行うことで、四方弁３２のｄポートの循環流量の極端な流量変動をさらに抑制することが可能となる。これにより、タンク上部配管４３に残留していた低温水やヒートポンプユニット６０で沸き上げられた循環水が給湯湯側配管３内に流れ込み始める状態から流れ込みが終わる状態までの間、その流量が急激に変化することがないので、給湯湯側配管３内の湯水の急激な湯温変動を抑制することができ、給湯混合弁３３の湯温補正制御で十分に追従することが可能となり、使用中の給湯温度変動は極めて小さく抑えることができる。
【００３３】
なお、四方弁３２の弁体３２ｈの回動は、給湯動作時の給湯流量に応じて変化させることとしてもよい。例えば、給湯動作時の給湯流量が１０リットル／分時の場合には弁体３２ｈの回動時間を６０秒とし、給湯流量が５リットル／分時の場合には弁体３２ｈの回動時間を９０秒としてもよい。これは、給湯流量全体に対するヒートポンプユニット６０側からタンク上部配管４３を経由して流れ込む湯水の割合を、出湯側の流量が少ない場合と多い場合とで大きく変わらないよう（給湯流量が少ない場合に、タンク上部配管４３側から流れ込む湯水の量が多く支配的とならないように）にして給湯湯側配管３内を流れる湯水の温度変動を抑えて給湯温度を安定させるようにするためである。
【００３４】
さらに、図１０で示すように、四方弁３２は、弁体３２ｈの回動位置によって極端に流量が増加する開度領域と極端に流量が変化しない開度領域がある。そこで、このような四方弁３２を用いて給湯動作時の流路切り替え動作を実施する場合には、四方弁３２の弁体３２ｈの開度による流量特性に応じて所定時間毎(例えば１０秒)の動作開度を可変とし、１度の回動（開度の変化量）を、極端に流量が増加する開度領域は小さく（例えば５°）、極端に流量が変化しない開度領域は大きく（例えば２０°）に設定してもよい。これにより、四方弁３２の回動による給湯湯側配管３内を流れる湯水の温度変動をより抑えることができ給湯温度を安定させることができる。
【００３５】
また、四方弁３２の弁体３２ｈの回動位置による流量特性を利用して断続動作の回数を可変に設定してもよい。極端に流量が増加する開度領域と極端に流量が変化しない開度領域がある場合は、図１３に示すように切替開始から完了までの動作を複数の領域に分割し、切替初期から極端な流量変動が発生するまでの領域を第一領域（例えば９０°からＢ°）とし、１回の動作（例えば２０°）で弁体３２ｈを動作させ、動作後は一定時間（例えば７．５秒）待機する。次に、第一領域の終点（ここではＢ°）から極端な流量変動が発生する領域を第二領域（例えばＢ°からＡ°に至り、Ｂ°まで）とし、第一領域よりも小さい開度（例えば１０°）で複数回に分けて断続的に動作させ、動作後は各々一定時間（例えば３秒）待機する。次に、第二領域の終点（ここではＢ°）から切替完了までの開度までを第三領域（ここではＢ°から９０°）とし、第二領域の動作開度よりも大きい開度で第三領域の終点（ここでは９０°）まで１回の動作（ここでは２０°）で切替える。これにより、四方弁３２の回動による給湯時の温度変動影響が大きい領域のみ細かく動作させることで、給湯湯側配管３内を流れる湯水の温度変動をより抑えることができる。また、温度変動影響が小さい領域は、すばやく回動させることができるので、四方弁３２の動作時間を短縮することができる。
【符号の説明】
【００３６】
１ 貯湯ユニット
２ 給水配管
３ 給湯湯側配管
４ 給湯水側配管
５ 給湯配管
６ 給湯温度サーミスタ
１０ 貯湯タンク
２１ 循環ポンプ
２２ 風呂側熱交換器
３１ 三方弁
３２ 四方弁（流路切替手段）
３２ｈ 弁体
３３ 給湯混合弁
４０ タンク下部配管
４１ ヒートポンプ入口配管
４２ ヒートポンプ出口配管
４３ タンク上部配管
４４ タンク戻し配管
４７ バイパス配管
６０ ヒートポンプユニット
６２ 沸き上げ用熱交換器
７０ 制御部
【技術分野】
【０００１】
この発明は、貯湯式給湯機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の貯湯式給湯機は、給湯中に湯張りが行われた場合などに、四方弁の流路切替時間を制御することによって、給湯湯温変動の抑制を図るものが知られている（例えば特許文献１）。この装置は、貯湯タンク内の湯を、給湯用混合弁を介し出湯する経路と、風呂用混合弁と四方弁を介し浴槽へ湯張りする経路を備えている。当該四方弁は、弁体の回動により通水経路を切り換えることができる。このような装置によれば、給湯中に湯はり指令が発生した時は、四方弁の開度切替を低速で動作させ、湯張り流量を増加、減少速度を遅くすることで、湯はり開始、停止時に給湯湯温変動が生じる事態を防止できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−９２３０４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、上述した構成を用いても、給湯機のシステム構成によっては、以下のような課題が生じる。例えば給湯動作中（図３の状態）に、自然放熱などにより配管内の湯水の温度低下が生じて凍結予防運転が必要な状態となりヒートポンプ配管凍結予防運転が動作した場合、ヒートポンプユニット６０への往き戻り配管内の湯水は循環加熱される一方、タンク上部配管４３内の湯水は低温のままとなる。この状態から従来技術と同様に四方弁３２を低速で回路切替（循環していたヒートポンプユニット６０からの温水をタンク上部配管４３側に出湯）し凍結予防をしようとすると、まずタンク上部配管４３に残留していた低温水が給湯湯側配管３に流入してその流量を増やしながら、ついで四方弁３２が全開となり、循環加熱されていた温水が流入することになる。すると短時間で給湯湯側配管３内の湯温の上下変動と流量の変動が同時に発生し、結果、給湯混合弁３３による湯温補正制御で追従することができず、ユーザーの所望する湯温が給湯できなくなり極端な給湯湯温の変動が生じる可能性がある。
【０００５】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、極端な給湯湯温の変動を防止可能であ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】
貯湯タンクと、貯湯タンクに給水する給水流路と、貯湯タンク内の水を加熱して高温水とする沸き上げ用熱交換器と、一端が貯湯タンクの上部に接続され、途中に流路切替手段と沸き上げ用熱交換器を介して貯湯タンクの第１下部に接続された沸き上げ水循環流路と、沸き上げ水循環流路における沸き上げ用熱交換器と貯湯タンクの第１下部の間に設置された循環ポンプと、流路切替手段と貯湯タンクの第２下部とを接続する下部戻し流路と、流路切替手段は、沸き上げ用熱交換器と貯湯タンクの上部とが沸き上げ水循環流路を介して連通する第１流路形態と、沸き上げ用熱交換器と下部戻し流路とが沸き上げ水循環流路を介して連通する第２流路形態とを、内蔵する弁体の回動によって切替可能な手段であって、沸き上げ水循環流路における流路切替手段と貯湯タンクの上部との接続部の間から分岐し、湯水混合手段に接続される混合湯側流路と、給水流路から分岐し、湯水混合手段に接続される混合水側流路と、湯水混合手段から外部水栓に接続される給湯流路と、湯水混合手段を制御し、混合湯側流路と混合水側流路の湯水を混合させ所定温度の湯水を外部水栓に供給する給湯動作を実行する給湯時制御手段と、沸き上げ水循環流路の凍結予防運転時に、弁体を第２流路形態を形成する回動開始位置から、第１流路形態を形成する回動終了位置よりも手前で流路切替手段内の弁体によって流れる湯水の流量が少なくなるように規制される流量規制位置まで回動するように、流路切替手段を制御する凍結予防運転時制御手段と、を備え、凍結予防時制御手段は、給湯動作実行中に凍結予防運転を行う場合には、給湯動作非実行中に行う場合に比して、弁体を開始位置から流量規制位置までの間を回動するための時間を長期化する制御手段を備えるものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、極端な給湯湯温の変動を防止することが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】本発明の実施の形態１における貯湯式給湯機の構成図である。
【図２】本発明の実施の形態１における沸き上げ水循環流路の凍結予防運転時の回路構成図である。
【図３】本発明の実施の形態１における給湯動作時の回路構成図である。
【図４】本発明の実施の形態１における給湯動作と沸き上げ水循環流路の凍結予防運転の同時運転時の回路構成図である。
【図５】本発明の実施の形態１における四方弁の斜視図である。
【図６】四方弁のａ、ｃポート連通状態（弁体位置９０°）の水平断面図である。
【図７】四方弁のｃ、ｄポート連通状態（弁体位置１８０°）の水平断面図である。
【図８】四方弁のｃ、ｄポート連通状態（弁体位置Ａ°）の水平断面図である。
【図９】四方弁のａ、ｃ、ｄポート連通状態（弁体位置Ｂ°）の水平断面図である。
【図１０】四方弁の弁体位置に対する、ａポートの流量特性図（Ａ）、ｄポートの流量特性図（Ｂ）、である。
【図１１】通常切替時の四方弁の弁体位置と経過時間の特性を示す図である。
【図１２】給湯動作中での流路切替時の四方弁の弁体位置と経過時間の特性を示す図である。
【図１３】四方弁を断続的に複数回に分けて回動させた場合の弁体位置と経過時間の特性を示す図である。
【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。また、動作の説明で湯水の流れる配管を太線で示し、流れ方向を各配管の近傍に矢印を付して示す。
【００１０】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１における貯湯式給湯機１００の構成図である。図１に示す貯湯式給湯機１００は、貯湯ユニット１と、ヒートポンプサイクルを利用するように構成されたヒートポンプユニット６０とを備えている。２つのユニット１、６０は、ヒートポンプ入口配管４１とヒートポンプ出口配管４２とによって接続されている。また、貯湯ユニット１には、制御部７０が内蔵されている。貯湯ユニット１およびヒートポンプユニット６０が備える各種の弁類、ポンプ類等の作動は、これらと電気的に接続された制御部７０により制御される。以下、貯湯式給湯機１００の各構成要素について説明する。
【００１１】
ヒートポンプユニット６０は、貯湯ユニット１から導かれた低温水を加熱する（沸き上げる）ための加熱手段として機能するものである。ヒートポンプユニット６０は、圧縮機６１、沸き上げ用熱交換器６２、膨張弁６３、空気熱交換器６４を冷媒循環配管６５にて環状に接続し、ヒートポンプサイクルを構成している。沸き上げ用熱交換器６２は、ヒートポンプサイクルを構成する冷媒循環配管６５を流れる冷媒と貯湯ユニット１から導かれた低温水との間で熱交換を行うためのものである。また、ヒートポンプ出口側サーミスタ６６は、沸き上げ用熱交換器６２で加熱した高温水の温度を検知するための温度センサであり、ヒートポンプ出口配管４２に設けられている。ヒートポンプユニット６０で高温水を得るためには、ヒートポンプサイクルは、冷媒として二酸化炭素を用い、臨界圧を越える圧力で運転することが好ましい。
【００１２】
一方、貯湯ユニット１には、以下の各種部品や配管などが内蔵されている。貯湯タンク１０は、湯水を貯留するためのものである。貯湯タンク１０の下部には、市水を供給するための給水配管２が接続されており、貯湯タンク１０の上部には、貯留した湯水を給湯機外部へ供給するための給湯湯側配管３がタンク上部配管４３から分岐されて接続されている。なお、貯湯タンク１０には、ヒートポンプユニット６０を用いて加熱した高温水がタンク上部から流入されるとともに、給水配管２を介して低温水をタンク下部から流入させることにより、タンク内の上部と下部で温度差が生じるように湯水が貯留される。また、貯湯タンク１０の表面には、取付高さを変えて貯湯タンク１０内の湯水の温度分布を検知するための残湯サーミスタ１１、１２が取り付けられている。これらの残湯サーミスタ１１、１２により取得された温度分布に基づいて、貯湯タンク１０内の残湯量が把握され、ヒートポンプユニット６０による貯湯タンク１０内の湯水の沸き上げ運転の開始および停止などが制御される。
【００１３】
タンク上部配管４３から分岐した給湯湯側配管３は、給水配管２から分岐した給湯水側配管４とともに給湯混合弁３３に接続されている。給湯混合弁３３は、給湯湯側配管３を流れる湯と給湯水側配管４を流れる水を混合し、所定の温度に調整された湯として給湯配管５を経由して外部水栓等へ供給する。また、給湯配管５には、混合された湯の温度を検知する給湯温度サーミスタ６が取り付けられている。
【００１４】
また、貯湯ユニット１内には、循環ポンプ２１および風呂側熱交換器２２が内蔵されている。循環ポンプ２１は、貯湯ユニット１内の後述する三方弁３１と沸き上げ用熱交換器６２との間のヒートポンプ入口配管４１上に設けられ、各配管に湯水を循環させるためのポンプである。風呂側熱交換器２２は、貯湯タンク１０やヒートポンプユニット６０から供給される高温水を利用して、２次側の加熱対象水（浴槽循環水や暖房用循環水など）を加熱するための熱交換器である。なお、本実施形態では、風呂側熱交換器２２の２次側の構成として、浴槽５０内の湯水を循環させる浴槽水循環回路５１を例に挙げて説明する。風呂側熱交換器２２は、浴槽水循環回路５１の途中に設置されている。また、浴槽水循環回路５１の途中には、浴槽水を循環させるための２次側循環ポンプ５２と、浴槽５０から出た浴槽水の温度を検知するための浴槽出口側サーミスタ５３とが設置されている。
【００１５】
次に、貯湯ユニット１が備える弁類および配管類について説明する。貯湯ユニット１は、三方弁３１、四方弁３２を有している。三方弁３１は、湯水が流入する２つの入口（ａポート、ｂポート）と、湯水が流出する１つの出口（ｃポート）とを有する流路切替手段であり、ａポートもしくはｂポートのどちらかから湯水が流入するように湯水の経路を切り替え可能に構成されている。四方弁３２は、湯水が流入する２つの入口（ｂポート、ｃポート）と、湯水が流出する２つの出口（ａポート、ｄポート）とを有する流路切替手段であり、３つの経路、すなわち、ａ−ｂ経路、ａ−ｃ経路、ｃ−ｄ経路の間で流路形態を切替可能に構成されている。
【００１６】
また、貯湯ユニット１は、タンク下部配管４０、ヒートポンプ入口配管４１、ヒートポンプ出口配管４２、タンク上部配管４３、タンク戻し配管４４、風呂側熱交換器１次側（熱源側）入口配管４５、風呂側熱交換器１次側出口配管４６およびバイパス配管４７を有している。
【００１７】
タンク下部配管４０は、貯湯タンク１０の第１下部と三方弁３１のａポートとを接続する流路である。ヒートポンプ入口配管４１は、三方弁３１のｃポートとヒートポンプユニット６０の入口側とを接続する流路であり、ヒートポンプ出口配管４２は、ヒートポンプユニット６０の出口側と四方弁３２のｃポートとを接続する流路である。タンク上部配管４３は、四方弁３２のｄポートと貯湯タンク１０上部とを接続する流路であり、タンク戻し配管４４は、四方弁３２のａポートと貯湯タンク１０の中央部から下部の間に設けられた戻し口（第２下部）とを接続する流路である。また、風呂側熱交換器１次側入口配管４５は、タンク上部配管４３における貯湯タンク１０上部と四方弁３２との間から分岐し、風呂側熱交換器２２の１次側入口に接続される流路であり、風呂側熱交換器１次側出口配管４６は、風呂側熱交換器２２の１次側出口と三方弁３１のｂポートとを接続する流路である。さらに、バイパス配管４７は、ヒートポンプ出口配管４１における循環ポンプ２１とヒートポンプユニット６０の入口側との間から分岐し、四方弁３２のｂポートに接続される流路である。
【００１８】
図２は、本発明の実施の形態１における貯湯式給湯機１００の沸き上げ水循環流路の凍結予防運転時の回路構成図である。ここでいう沸き上げ水循環流路の凍結予防運転とは、ヒートポンプユニット６０を利用して貯湯タンク１０内の水を沸き上げ、循環させることで、主にタンク上部配管４３内の湯水の凍結予防を行う運転である。この沸き上げ水循環流路の凍結予防運転時には、三方弁３１は、ａポートとｃポートとが連通し、ｂポートが閉状態となるように制御される。これにより、タンク下部配管４０とヒートポンプ入口配管４１とが連通するとともに、風呂側熱交換器１次側出口配管４６側を閉として風呂側熱交換器２２からの流路が遮断される。また、沸き上げ水循環流路の凍結予防運転時には、四方弁３２は、ｃポートとｄポートとが連通し、ａポートとｂポートが閉状態となるように制御される。これにより、ヒートポンプ出口配管４２とタンク上部配管４３とが連通するとともに、バイパス配管４４側を閉として貯湯タンク１０の第２下部への流路が遮断される。
【００１９】
この沸き上げ水循環流路の凍結予防運転は単独で、あるいは、ヒートポンプ配管凍結予防運転（三方弁３１をａポートとｃポートが連通、ｂポートが閉となるように制御し、四方弁３２をａポートとｃポートとが連通、ｂポートとｄポートが閉状態となるように制御した状態で循環ポンプ２１とヒートポンプユニット６０を動作させ湯水を貯湯タンク１０の第１下部からヒートポンプユニット６０を経由して貯湯タンク１０の第２下部まで循環させ、ヒートポンプ入口配管４１からヒートポンプ出口配管４２までの凍結予防を実施する運転）のあとに、所定の短時間行われる。
【００２０】
その結果、貯湯タンク１０の第１下部から流出する低温水は、タンク下部配管４０、三方弁３１、循環ポンプ２１およびヒートポンプ入口配管４１を経由してヒートポンプユニット６０に導かれ、沸き上げ用熱交換器６２において加熱された後、湯となってヒートポンプ出口配管４２、四方弁３２、タンク上部配管４３を経由することで、当該タンク上部配管４３の凍結予防を行う。
【００２１】
図３は、本発明の実施の形態１における貯湯式給湯機１００の給湯動作時の回路構成図である。給湯動作とは、貯湯タンク１０に貯えた高温水と給水配管２から給水された水とをそれぞれ給湯湯側配管３と給湯水側配管４を通じて給湯混合弁３３に供給し、給湯混合弁３３からユーザーの所望湯温に調整した湯を給湯配管５を通じて外部の水栓やシャワーに給湯する動作のことである。この給湯動作は、ユーザーが任意の水栓を開くことで開始され、ユーザーが設定した給湯温度に従い、給湯混合弁３３に流入する高温水と水の混合比率を制御することで、給湯する湯温がユーザーの所望する湯温に調整される。なお、給湯動作中は、外部の水栓やシャワーに給湯する湯温を給湯温度サーミスタ６により常に監視し、給湯する湯水の給湯量の変動や貯湯タンク１０から供給される高温水の低下、給水配管２から供給される水の温度変動に併せて給湯混合弁３３の混合比率を常に制御することで、一定の湯温に調整された湯水が外部の水栓やシャワーへ供給される。
【００２２】
また、給湯動作中は、貯湯タンク１０に貯えた高温水の供給量と同量の水が給水配管２から貯湯タンク１０の下部に供給される構成となっている。給湯動作時の三方弁３１は、ａポートとｃポートとが連通し、ｂポートが閉状態となるように制御される。また、給湯動作時の四方弁３２は、ａポートとｃポートとが連通し、ｂポートとｄポートとが閉状態となるように制御される。これにより、風呂側熱交換器２２や貯湯タンク１０の上部への湯水流入を防止している。
【００２３】
次に図４は本発明の実施の形態１における貯湯式給湯機１００の給湯動作と沸き上げ水循環流路の凍結予防運転の同時運転時の回路構成図である。ここでいう給湯動作と沸き上げ水循環流路の凍結予防運転の同時運転とは、図３に示した給湯動作と図２に示した沸き上げ水循環流路の凍結予防運転とが同時に行われる運転動作であって、例えば、給湯動作中に、低外気環境においてヒートポンプ出口側サーミスタ６６が所定の温度より低くなり、これを検出した制御部７０が、前述のヒートポンプ配管凍結予防運転から沸き上げ水循環流路の凍結予防運転を実施した場合である。この給湯動作と沸き上げ水循環流路の凍結予防運転の同時運転時には、三方弁３１はａ、ｃポート連通、ｂポート閉となるように制御され、四方弁３２は、ａ、ｃ、ｄポートが連通し、ｂポートが閉状態となるように制御される。これにより、ヒートポンプ出口配管４２とタンク戻し配管４４とタンク上部配管４３とが、流路を完全に切替えた場合に比して少ない流路断面積をもって連通するとともに、バイパス配管４７側の流路が遮断される。なお、この場合の四方弁３２内の弁体３２ｈの動作による流路の調整の詳細については、後述する。
【００２４】
この給湯動作と沸き上げ水循環流路の凍結予防運転の同時運転では、図３に示した給湯動作と異なり、給湯湯側配管には貯湯タンク１０からの高温水とタンク上部配管４３の残水およびヒートポンプユニット６０からの循環水との混合水が供給される。なお、給湯動作と沸き上げ水循環流路の凍結予防運転との同時運転中であっても、給湯動作を単独で実行している時と同様に給湯混合弁３３が制御されて、給湯水を所望の湯温に調整する動作は実行される。
【００２５】
ここで、四方弁３２の構成について、図５〜図９に基づいて詳細に説明する。図５は本発明の実施形態１における四方弁３２の斜視図であり、図６乃至図９は図５に示す四方弁３２の水平断面図である。図５に示すとおり、四方弁３２はａ、ｂ、ｃ、ｄポートの配管３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ、弁枠３２ｅ、ステッピングモーター３２ｆ、回転軸３２ｇ、および弁体３２ｈによって構成されている。弁枠３２ｅの上部にステッピングモーター３２ｆが回転軸３２ｇを介して弁体３２ｈに接続されている。よって、ステッピングモーター３２ｆの回動により回転軸３２ｇを中心として弁体３２ｈが回動して、弁体３２ｈ内に形成された連通部３２ｉを通じて四方弁３２内の流路の切替えを行う構成となっている。なお、図６に示す弁体位置は、四方弁３２のａポートとｃポートとが連通し、ｂポートとｄポートとが閉状態となる位置（以下、この弁体位置を「弁体位置９０°」と称する）を表し、例えば、単独給湯動作時はこの弁体位置となる。また、図７に示す弁体位置は、四方弁３２のｃポートとｄポートとが連通し、ａポートとｂポートとが閉状態となる位置（以下、この弁体位置を「弁体位置１８０°」と称する）を表し、例えば、給湯動作中でない沸き上げ水循環流路の凍結予防運転時は、図６に示す弁体位置９０°から図７に示す弁体位置１８０°へと弁体３２ｈが回動される。
【００２６】
また、図８に示す弁体位置は、四方弁３２のｃポートとｄポートとが図７の弁体位置１８０°の場合に比して小さな流路断面積の状態で連通し、aポートとｂポートが閉状態となる位置（以下、この弁体位置を「Ａ°」と称する）を表し、例えば、沸き上げ水循環流路の凍結予防運転時は弁体位置９０°から弁体位置Ａ°まで断続的に複数回に分けて回動し、その後断続的に複数回に分けて弁体位置Ａ°から弁体位置９０°へ戻る制御となる。この弁体位置Ａ°の状態においては、上述のとおり流路断面積が弁体位置１８０°の場合に比して小さいので、四方弁３２をｃポートからｄポートへ流れる湯水の量を、全開状態となる弁体位置１８０°の場合より少なく制御することが可能となる。さらに、弁体位置９０°から弁体位置Ａ°までを断続的に複数回に分けて回動させることにより、さらにｃポートからｄポートへ流れる湯水の量を、より少なく制御することが可能となる。
【００２７】
更に、図９に示す弁体位置は、弁体位置９０°から弁体位置Ａ°に至る途中の弁体位置（以下、この弁体位置を「Ｂ°」と称する。９０°＜Ｂ°＜Ａ°＜１８０°である。）を表している。弁体位置Ｂ°では、ａポート、ｃポート、ｄポートが部分的に連通し、ｂポートが閉状態となる。この弁体位置Ｂ°の状態においても、流路断面積が弁体位置Ａ°の場合に比して小さいので、四方弁３２をｃポートからｄポートへ流れる湯水の量を、全開状態となる弁体位置１８０°の場合や弁体位置Ａ°の場合より少なくなる。
【００２８】
図１０（Ａ）は、非給湯動作時など四方弁３２を通常に回路切替した場合の、ａポートを経由する湯水の流量と弁体位置との関係を示す特性図であり、図１０（Ｂ）は、ｄポートを経由する湯水の流量と弁体位置との関係を示す特性図である。四方弁３２は、例えば図６に示す弁体位置９０°から図７に示す弁体位置１８０°へ回路切替えを実施した場合、ａポートの循環流量は図１０（Ａ）に示すように９０°から１８０°までの初期と１８０°に近い位置での弁体位置の変化量に対する流量変化に対して、中間の位置での変化量が大きくなる傾向となり、最終的に弁体位置１８０°までに閉塞状態、逆にｄポートの循環流量は増加傾向となり、最終的に弁体位置１８０°で最大流量に達する。
【００２９】
次に、本発明の実施の形態１における貯湯式給湯機１００の特徴的動作について説明する。図１１は、四方弁３２の弁体位置の変化とそれに要する時間（経過時間）の関係を示す図であり、弁体位置９０°から弁体位置１８０°への通常の回路切替時の特性を示している。この図のとおり、非給湯動作中に制御部７０からの沸き上げ水循環流路の凍結予防運転指示があった場合には、四方弁３２を弁体位置９０°から弁体位置１８０°へ通常の流路切替えを実施する。この時、四方弁３２は弁体位置９０°から弁体位置１８０°へ素早く（例えば１５秒）切り替わる通常流路切替が実施され、短時間で必要充分な流量を確保可能となる。
【００３０】
一方、図１２は、給湯動作中の場合の流路切替えにおける四方弁３２の弁体位置の変化とそれに要する時間の関係を示す図である。図１２のとおり、制御部７０からの沸き上げ水循環流路の凍結予防運転指示があった場合、給湯動作が行われているので、図１１に示す通常流路切替時に比して弁体３２ｈの回動を遅らせて、切り替えに要する時間を長期化（例えば５０秒）するとともに、弁体位置を図８のＡ°の状態までの回動とし、ｄポートからの流量が弁体位置１８０°の場合に比して少なくなるようにする。図１２に示すとおり、四方弁３２の弁体３２ｈの回動速度を通常流路切替の時と比較して遅くし、かつ、弁体位置をＡ°の位置までの回動となるようにすることで、四方弁３２のｄポート側への流量の時間当たりの極端な変動を抑制することが可能となる。これにより、タンク上部配管４３に残留していた低温水やヒートポンプユニット６０で沸き上げられた循環水が給湯湯側配管３内に短時間に多量に流れ込むことによる当該給湯湯側配管３内の急激な湯温変動を抑制することができるので、給湯混合弁３３の湯温補正制御で十分に追従することができ、使用中の給湯温度変動は極めて小さく抑えることが可能となる。また、四方弁３２の切替は図１１の場合に比して長時間となるので、弁体位置がＡ°で流路が狭く時間当たりの流量は少ないが、トータルとして凍結防止に必要充分な流量を確保可能となる。
【００３１】
なお、これらの凍結予防のための四方弁３２の切替動作のあと、四方弁３２を元の位置（弁体位置９０°）に戻すように制御しても良い。また、図１２では、給湯動作時の流路切り替え動作を連続的に行う場合について述べたが、後述の図１３のように断続的に行ってもよい。
【００３２】
また、給湯動作中に、ヒートポンプ配管凍結予防運転から沸き上げ水循環流路の凍結予防運転制御へ移行した場合は、図１３に示すとおり、四方弁３２の弁体位置Ａ°から弁体位置Ｂ°への弁体３２ｈの回動を、断続的に複数回に分けて行うことで、四方弁３２のｄポートの循環流量の極端な流量変動をさらに抑制することが可能となる。これにより、タンク上部配管４３に残留していた低温水やヒートポンプユニット６０で沸き上げられた循環水が給湯湯側配管３内に流れ込み始める状態から流れ込みが終わる状態までの間、その流量が急激に変化することがないので、給湯湯側配管３内の湯水の急激な湯温変動を抑制することができ、給湯混合弁３３の湯温補正制御で十分に追従することが可能となり、使用中の給湯温度変動は極めて小さく抑えることができる。
【００３３】
なお、四方弁３２の弁体３２ｈの回動は、給湯動作時の給湯流量に応じて変化させることとしてもよい。例えば、給湯動作時の給湯流量が１０リットル／分時の場合には弁体３２ｈの回動時間を６０秒とし、給湯流量が５リットル／分時の場合には弁体３２ｈの回動時間を９０秒としてもよい。これは、給湯流量全体に対するヒートポンプユニット６０側からタンク上部配管４３を経由して流れ込む湯水の割合を、出湯側の流量が少ない場合と多い場合とで大きく変わらないよう（給湯流量が少ない場合に、タンク上部配管４３側から流れ込む湯水の量が多く支配的とならないように）にして給湯湯側配管３内を流れる湯水の温度変動を抑えて給湯温度を安定させるようにするためである。
【００３４】
さらに、図１０で示すように、四方弁３２は、弁体３２ｈの回動位置によって極端に流量が増加する開度領域と極端に流量が変化しない開度領域がある。そこで、このような四方弁３２を用いて給湯動作時の流路切り替え動作を実施する場合には、四方弁３２の弁体３２ｈの開度による流量特性に応じて所定時間毎(例えば１０秒)の動作開度を可変とし、１度の回動（開度の変化量）を、極端に流量が増加する開度領域は小さく（例えば５°）、極端に流量が変化しない開度領域は大きく（例えば２０°）に設定してもよい。これにより、四方弁３２の回動による給湯湯側配管３内を流れる湯水の温度変動をより抑えることができ給湯温度を安定させることができる。
【００３５】
また、四方弁３２の弁体３２ｈの回動位置による流量特性を利用して断続動作の回数を可変に設定してもよい。極端に流量が増加する開度領域と極端に流量が変化しない開度領域がある場合は、図１３に示すように切替開始から完了までの動作を複数の領域に分割し、切替初期から極端な流量変動が発生するまでの領域を第一領域（例えば９０°からＢ°）とし、１回の動作（例えば２０°）で弁体３２ｈを動作させ、動作後は一定時間（例えば７．５秒）待機する。次に、第一領域の終点（ここではＢ°）から極端な流量変動が発生する領域を第二領域（例えばＢ°からＡ°に至り、Ｂ°まで）とし、第一領域よりも小さい開度（例えば１０°）で複数回に分けて断続的に動作させ、動作後は各々一定時間（例えば３秒）待機する。次に、第二領域の終点（ここではＢ°）から切替完了までの開度までを第三領域（ここではＢ°から９０°）とし、第二領域の動作開度よりも大きい開度で第三領域の終点（ここでは９０°）まで１回の動作（ここでは２０°）で切替える。これにより、四方弁３２の回動による給湯時の温度変動影響が大きい領域のみ細かく動作させることで、給湯湯側配管３内を流れる湯水の温度変動をより抑えることができる。また、温度変動影響が小さい領域は、すばやく回動させることができるので、四方弁３２の動作時間を短縮することができる。
【符号の説明】
【００３６】
１ 貯湯ユニット
２ 給水配管
３ 給湯湯側配管
４ 給湯水側配管
５ 給湯配管
６ 給湯温度サーミスタ
１０ 貯湯タンク
２１ 循環ポンプ
２２ 風呂側熱交換器
３１ 三方弁
３２ 四方弁（流路切替手段）
３２ｈ 弁体
３３ 給湯混合弁
４０ タンク下部配管
４１ ヒートポンプ入口配管
４２ ヒートポンプ出口配管
４３ タンク上部配管
４４ タンク戻し配管
４７ バイパス配管
６０ ヒートポンプユニット
６２ 沸き上げ用熱交換器
７０ 制御部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
温水を貯留させる貯湯タンクと、
前記貯湯タンクに給水するための給水流路と、
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して高温水とする沸き上げ用熱交換器と、
一端が前記貯湯タンクの上部に接続され、途中に流路切替手段と前記沸き上げ用熱交換器を介して前記貯湯タンクの第１下部に接続された沸き上げ水循環流路と、
前記沸き上げ水循環流路における前記沸き上げ用熱交換器と前記貯湯タンクの第１下部の間に設置された循環ポンプと、
前記流路切替手段と前記貯湯タンクの第２下部とを接続する下部戻し流路と、
前記流路切替手段は、前記沸き上げ用熱交換器と前記貯湯タンクの上部とが前記沸き上げ水循環流路を介して連通する第１流路形態と、前記沸き上げ用熱交換器と前記下部戻し流路とが前記沸き上げ水循環流路を介して連通する第２流路形態とを、内蔵する弁体の回動によって切替可能な手段であって、
前記沸き上げ水循環流路における前記流路切替手段と前記貯湯タンクの前記上部との接続部の間から分岐し、湯水混合手段に接続される混合湯側流路と、
前記給水流路から分岐し、前記湯水混合手段に接続される混合水側流路と、
前記湯水混合手段から外部水栓に接続される給湯流路と、
前記湯水混合手段を制御し、前記混合湯側流路と前記混合水側流路の湯水を混合させ所定温度の湯水を前記外部水栓に供給する給湯動作を実行する給湯時制御手段と、
前記沸き上げ水循環流路の凍結予防運転時に、前記弁体を前記第２流路形態を形成する回動開始位置から、前記第１流路形態を形成する回動終了位置よりも手前で前記流路切替手段内の前記弁体によって流れる湯水の流量が少なくなるように規制される流量規制位置まで回動するように、前記流路切替手段を制御する凍結予防運転時制御手段と、
を備え、
前記凍結予防時制御手段は、前記給湯動作の実行中に前記凍結予防運転を行う場合には、前記給湯動作の非実行中に前記凍結予防運転を行う場合に比して、前記弁体を前記開始位置から前記流量規制位置までの間を回動するために要する時間を長期化する制御手段を備えることを特徴とする貯湯式給湯機。
【請求項２】
前記制御手段は、
前記沸き上げ水循環流路の凍結予防運転時に、
前記弁体を前記第２流路形態を形成する回動開始位置から、前記第１流路形態を形成する回動終了位置よりも手前で前記流路切替手段内の前記弁体によって流れる湯水の流量が少なくなるように規制される流量規制位置まで回動し、続いて前記弁体を前記第２流路形態を形成する前記回動開始位置まで戻すように、
前記流路切替手段を制御することを特徴とする請求項１に記載の貯湯式給湯機。
【請求項３】
前記制御手段は、前記給湯動作の実行中にのみ、
前記沸き上げ水循環流路の凍結予防運転時に、
前記弁体を前記第２流路形態を形成する回動開始位置から、前記第１流路形態を形成する回動終了位置よりも手前で前記流路切替手段内の前記弁体によって流れる湯水の流量が少なくなるように規制される流量規制位置まで回動し、続いて前記弁体を前記第２流路形態を形成する前記回動開始位置まで戻すように、
前記流路切替手段を制御することを特徴とする請求項１に記載の貯湯式給湯機。
【請求項４】
前記制御手段は、前記給湯動作の実行中に前記凍結予防運転を行う場合に、
前記流路切替手段における前記弁体を、前記開始位置から前記流量規制位置まで断続的に複数回に分けて回動させることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１つに記載の貯湯式給湯機。
【請求項５】
前記制御手段は、前記流路切替手段における前記弁体を断続的に複数回に分けて回動させる場合に、
前記弁体の位置に応じて１回あたりの回動幅を可変に設定することを特徴とする請求項４に記載の貯湯式給湯機。
【請求項６】
前記制御手段は、前記給湯動作の給湯量に応じて、
前記弁体を前記開始位置から前記流量規制位置まで回動するために要する時間を可変に設定することを特徴とする請求項１乃至５の何れか１つに記載の貯湯式給湯機。
【請求項７】
前記制御手段は、前記流路切替手段における前記弁体を断続的に複数回に分けて回動させる場合に、
前記流路切替手段から前記貯湯タンクの上部へ流れる湯水の湯量と前記第２下部へ流れる湯水の流量との比率に応じて、比率の変化量が一定となるように１回あたりの回動幅を可変に設定することを特徴とする請求項４に記載の貯湯式給湯機。
【請求項１】
温水を貯留させる貯湯タンクと、
前記貯湯タンクに給水するための給水流路と、
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して高温水とする沸き上げ用熱交換器と、
一端が前記貯湯タンクの上部に接続され、途中に流路切替手段と前記沸き上げ用熱交換器を介して前記貯湯タンクの第１下部に接続された沸き上げ水循環流路と、
前記沸き上げ水循環流路における前記沸き上げ用熱交換器と前記貯湯タンクの第１下部の間に設置された循環ポンプと、
前記流路切替手段と前記貯湯タンクの第２下部とを接続する下部戻し流路と、
前記流路切替手段は、前記沸き上げ用熱交換器と前記貯湯タンクの上部とが前記沸き上げ水循環流路を介して連通する第１流路形態と、前記沸き上げ用熱交換器と前記下部戻し流路とが前記沸き上げ水循環流路を介して連通する第２流路形態とを、内蔵する弁体の回動によって切替可能な手段であって、
前記沸き上げ水循環流路における前記流路切替手段と前記貯湯タンクの前記上部との接続部の間から分岐し、湯水混合手段に接続される混合湯側流路と、
前記給水流路から分岐し、前記湯水混合手段に接続される混合水側流路と、
前記湯水混合手段から外部水栓に接続される給湯流路と、
前記湯水混合手段を制御し、前記混合湯側流路と前記混合水側流路の湯水を混合させ所定温度の湯水を前記外部水栓に供給する給湯動作を実行する給湯時制御手段と、
前記沸き上げ水循環流路の凍結予防運転時に、前記弁体を前記第２流路形態を形成する回動開始位置から、前記第１流路形態を形成する回動終了位置よりも手前で前記流路切替手段内の前記弁体によって流れる湯水の流量が少なくなるように規制される流量規制位置まで回動するように、前記流路切替手段を制御する凍結予防運転時制御手段と、
を備え、
前記凍結予防時制御手段は、前記給湯動作の実行中に前記凍結予防運転を行う場合には、前記給湯動作の非実行中に前記凍結予防運転を行う場合に比して、前記弁体を前記開始位置から前記流量規制位置までの間を回動するために要する時間を長期化する制御手段を備えることを特徴とする貯湯式給湯機。
【請求項２】
前記制御手段は、
前記沸き上げ水循環流路の凍結予防運転時に、
前記弁体を前記第２流路形態を形成する回動開始位置から、前記第１流路形態を形成する回動終了位置よりも手前で前記流路切替手段内の前記弁体によって流れる湯水の流量が少なくなるように規制される流量規制位置まで回動し、続いて前記弁体を前記第２流路形態を形成する前記回動開始位置まで戻すように、
前記流路切替手段を制御することを特徴とする請求項１に記載の貯湯式給湯機。
【請求項３】
前記制御手段は、前記給湯動作の実行中にのみ、
前記沸き上げ水循環流路の凍結予防運転時に、
前記弁体を前記第２流路形態を形成する回動開始位置から、前記第１流路形態を形成する回動終了位置よりも手前で前記流路切替手段内の前記弁体によって流れる湯水の流量が少なくなるように規制される流量規制位置まで回動し、続いて前記弁体を前記第２流路形態を形成する前記回動開始位置まで戻すように、
前記流路切替手段を制御することを特徴とする請求項１に記載の貯湯式給湯機。
【請求項４】
前記制御手段は、前記給湯動作の実行中に前記凍結予防運転を行う場合に、
前記流路切替手段における前記弁体を、前記開始位置から前記流量規制位置まで断続的に複数回に分けて回動させることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１つに記載の貯湯式給湯機。
【請求項５】
前記制御手段は、前記流路切替手段における前記弁体を断続的に複数回に分けて回動させる場合に、
前記弁体の位置に応じて１回あたりの回動幅を可変に設定することを特徴とする請求項４に記載の貯湯式給湯機。
【請求項６】
前記制御手段は、前記給湯動作の給湯量に応じて、
前記弁体を前記開始位置から前記流量規制位置まで回動するために要する時間を可変に設定することを特徴とする請求項１乃至５の何れか１つに記載の貯湯式給湯機。
【請求項７】
前記制御手段は、前記流路切替手段における前記弁体を断続的に複数回に分けて回動させる場合に、
前記流路切替手段から前記貯湯タンクの上部へ流れる湯水の湯量と前記第２下部へ流れる湯水の流量との比率に応じて、比率の変化量が一定となるように１回あたりの回動幅を可変に設定することを特徴とする請求項４に記載の貯湯式給湯機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１３−８８０４３（Ｐ２０１３−８８０４３Ａ）
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２２９４８１（Ｐ２０１１−２２９４８１）
【出願日】平成２３年１０月１９日（２０１１．１０．１９）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月１９日（２０１１．１０．１９）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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