説明

ヒートポンプ式ふろ給湯機

【課題】貯湯タンクからの放熱ロスを低減してエネルギー効率を向上したヒートポンプ式ふろ給湯機を提供する。
【解決手段】複数の貯湯温度センサ22を有した貯湯タンク1下部から取り出した湯をヒートポンプ式加熱手段23で目標沸き上げ温度Tsetに沸き上げて貯湯タンク1上部に戻すと共に、貯湯タンク1内の湯を熱源として浴槽水を加熱するふろ加熱動作を行うようにしたヒートポンプ式ふろ給湯機において、給湯負荷に応じた給湯分必要熱量Qkを深夜時間帯に沸き上げ、給湯分必要熱量Qkのうち深夜時間帯に沸き上げられなかった分を給湯分沸き増し必要熱量Qkmとして算出し、この給湯分沸き増し必要熱量Qkmにふろ加熱実績に応じて所定のふろ分沸き増し必要熱量Qfmを加算した総沸き増し必要熱量Qmを昼間時間帯に沸き増しする制御手段を備えた。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、貯湯タンク下部から取り出した湯をヒートポンプ式加熱手段で目標沸き上げ温度に沸き上げて貯湯タンク上部に戻すと共に、貯湯タンク内の湯を熱源として浴槽水を加熱するふろ加熱動作を行うようにしたヒートポンプ式ふろ給湯機およびその沸き上げ制御方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来よりこの種の貯湯タンク下部から取り出した湯をヒートポンプ式加熱手段で目標沸き上げ温度に沸き上げて貯湯タンク上部に戻すと共に、貯湯タンク内の湯を熱源として浴槽水を加熱するふろ加熱動作を行うようにしたヒートポンプ式ふろ給湯機においては、給湯分必要熱量とふろ加熱分必要熱量の合計熱量を貯湯タンクの容量で除して目標沸き上げ温度を算出決定し、深夜時間帯に目標沸き上げ温度の湯を貯湯タンク満タンに沸き上げるようにしたものがあった(特許文献1)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開2004−20013号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ところがこの従来のものでは、給湯分必要熱量とふろ加熱分必要熱量の合計熱量から目標沸き上げ温度を決定し、可能な限り深夜時間帯に沸き上げるようにしているので、目標沸き上げ温度が高く決定されてしまい、ヒートポンプ式加熱手段のCOP(加熱効率)が悪化することに加え、貯湯温度が高い状態で給湯されない時間が長期間続くと共に、ふろ加熱分必要熱量を深夜時間帯に沸き上げてからふろ加熱に実際に利用されるまでの時間が長く貯湯タンクからの放熱ロスが大きいものであった。
【課題を解決するための手段】
【0005】
そこで、本発明は上記課題を解決するため、請求項1では、複数の貯湯温度センサを有した貯湯タンク下部から取り出した湯をヒートポンプ式加熱手段で目標沸き上げ温度Tsetに沸き上げて前記貯湯タンク上部に戻すと共に、前記貯湯タンク内の湯を熱源として浴槽水を加熱するふろ加熱動作を行うようにしたヒートポンプ式ふろ給湯機において、給湯負荷に応じた給湯分必要熱量Qkを深夜時間帯に沸き上げ、給湯分必要熱量Qkのうち深夜時間帯に沸き上げられなかった分を給湯分沸き増し必要熱量Qkmとして算出し、この給湯分沸き増し必要熱量Qkmにふろ加熱実績に応じて所定のふろ加熱分必要熱量Qfmを加算した沸き増し必要熱量Qmを昼間時間帯に沸き増しする制御手段を備えたものとした。
【0006】
また、請求項2では、請求項1のものにおいて、前記制御手段は、所定のふろ分沸き増し必要熱量Qfmをヒートポンプ式加熱手段の所定の加熱能力でのふろ分沸き増し必要時間tfmとして記憶していると共に、給湯分沸き増し必要熱量Qkmを前記ヒートポンプ式加熱手段の加熱能力で除して給湯分沸き増し必要時間tkmとして換算し、給湯分沸き増し必要時間tkmにふろ加熱実績に応じて所定のふろ分沸き増し必要時間tfmを加算した沸き増し必要時間tmを昼間時間帯に沸き増しするようにした。
【0007】
また、請求項3では、請求項1または2のものにおいて、前記制御手段は、給湯負荷に対する余裕分を多めに設定して給湯分必要熱量Qkを決定する多めモードと、給湯負荷に対する余裕分を少なめに設定して給湯必要熱量Qkを決定する少なめモードの少なくとも2種類の沸き上げモードを有し、多めモードでの所定のふろ分沸き増し必要熱量Qfm1またはふろ分沸き増し必要時間tfm1を、少なめモードでの所定のふろ分沸き増し必要熱量Qfm2またはふろ分沸き増し必要時間tfm2よりも多くした。
【0008】
また、請求項4では、請求項1〜3のいずれかのものにおいて、前記制御手段は、外気温度Taと給水温度Twのいずれか一方とふろ加熱実績の有無に基づいて目標沸き上げ温度Tsetを決定するようにした。
【0009】
また、請求項5では、請求項4のものにおいて、前記制御手段は、給湯分必要熱量Qkと目標沸き上げ温度Tsetと給水温度Twとから算出される目標沸き上げ量Vに応じて沸き上げ完了判定を行う前記貯湯温度センサを変更するようにした。
【発明の効果】
【0010】
本発明によれば、ふろ加熱のために必要な熱量を含まない給湯分必要熱量Qkを深夜時間帯に沸き上げるため、目標沸き上げ温度Tsetを低めに設定することが可能で、ヒートポンプ式加熱手段のCOP(加熱効率)を向上することができることに加え、貯湯タンクからの放熱ロスを抑制でき、さらにふろ分沸き増し必要熱量Qfmを昼間時間帯に沸き増すので、ふろ分沸き増し必要熱量Qfmを沸き増してからふろ加熱に実際に利用されるまでの時間が短縮されて貯湯タンクからの放熱ロスをより一層抑制でき、トータルでのエネルギー効率を向上することができる。
【0011】
また、総沸き増し必要熱量Qmを沸き増し時間tmに換算することで、総沸き増し必要熱量Qmを過不足なく沸き増しすることができ、簡易に沸き増し量をコントロールすることができて湯余りや湯切れの可能性を低減することができる。
【0012】
また、ふろ分沸き増し必要熱量Qfmまたはふろ加熱分沸き増し時間tfmを沸き上げモードが多めモード時には多く、少なめモード時には少なくしているため、多めモードではふろ加熱の使用感が高く満足度を高めることができると共に湯切れの心配がなく、少なめモードでは最小限のふろ加熱を行うことができると共に湯余りを抑制して省エネルギーとすることができる。
【0013】
また、外気温度Taと給水温度Twのいずれか一方とふろ加熱実績の有無に基づいて目標沸き上げ温度Tsetを決定することで、ふろ加熱実績がある場合は、外気温度Taまたは給水温度Twから推測されるふろの放熱度合いに応じて必要な目標沸き上げ温度Tsetを定めることができ、目標沸き上げ温度Tsetを低めに設定することが可能となるものである。
【0014】
また、給湯分必要熱量Qkが貯湯タンク満タン以下で貯湯できる場合は、深夜時間帯の沸き上げでは給湯分必要熱量Qk分に相当する満タン以下の目標沸き上げ量Vを沸き上げるため、貯湯タンク内に残っている中温水をヒートポンプ式加熱手段で沸き上げる量が減少しCOP(加熱効率)が向上すると共に、昼間時間帯にふろ分沸き増し必要熱量Qfmまたはふろ加熱分沸き増し時間tfmを沸き増すため、ふろ分沸き増し必要熱量Qfmを沸き増してからふろ加熱に実際に利用されるまでの時間が短縮されて貯湯タンクからの放熱ロスをより一層抑制でき、トータルでのエネルギー効率を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【図1】本発明の一実施形態のヒートポンプ式ふろ給湯機の概略構成図
【図2】同一実施形態の沸き上げ動作を説明するフローチャート
【図3】同一実施形態の沸き増し動作を説明するフローチャート
【発明を実施するための形態】
【0016】
次に、本発明の一実施形態のヒートポンプ式ふろ給湯機を図面に基づいて説明する。
1は湯水を貯湯する貯湯タンク(ここではタンク容量370L)、2は貯湯タンク1に給水する給水管、3は給水管2に設けられ給水圧を減圧する減圧弁、4は貯湯タンク1上部から出湯する出湯管、5は出湯管4に設けられ過圧を逃がす過圧逃がし弁、6は減圧弁3の下流側の給水管2から分岐した給水バイパス管、7は出湯管4からの湯水と給水バイパス管6からの水とを混合する給湯混合弁、8は給湯混合弁7からの湯水を給湯する給湯管、9は給湯管8に設けられた給湯温度センサ、10は給湯管8を流れる流量を検出する給湯流量センサ、11は給水温度を検出する給水温度センサ、12は給湯栓である。
【0017】
13は浴槽、14は貯湯タンク1内の上部に設けたふろ熱交換器、15は浴槽13とふろ熱交換器14とを浴槽水が循環可能に接続しているふろ循環回路、16はふろ循環回路15途中に設けられたふろ循環ポンプ、17は浴槽13からふろ熱交換器14へ戻る浴槽水の温度を検出するふろ戻り温度センサ、18はふろ熱交換器14から浴槽13へ往く浴槽水の温度を検出するふろ往き温度センサ、19は浴槽13内の水位を圧力により検出する水位センサ、20は給湯管8から分岐されてふろ循環回路15へ接続された湯張り管、21は湯張り管20の開閉を行う湯張り電磁弁である。
【0018】
22は貯湯タンク1の側面上下に複数設けられ各部の貯湯温度を検出する貯湯温度センサであり、ここでは、貯湯温度センサ22aは30L、貯湯温度センサ22bは80L、貯湯温度センサ22cは130L、貯湯温度センサ22dは180L、貯湯温度センサ22eは230L、貯湯温度センサ22fは280L、貯湯温度センサ22gは330Lの容量の貯湯温度を検出するものである。
【0019】
23は貯湯タンク1内の湯水を加熱するヒートポンプ式加熱手段で、冷媒を圧縮する圧縮機24と、圧縮された高温冷媒と貯湯タンク1からの湯水とを熱交換する冷媒水熱交換器25と、冷媒水熱交換器25で放熱された冷媒を減圧する膨張弁26と、低温低圧の冷媒を蒸発される蒸発器としての空気熱交換器27とを冷媒配管28で環状に接続して構成され、一定の加熱能力で作動するように制御されるもので、貯湯タンク1下部から取り出した湯を加熱して貯湯タンク1上部に戻すようにしているため沸き上げる湯量を自在にコントロールできるものである。なお、29は空気熱交換機27に熱源となる外気を送風する送風ファンである。
【0020】
30は貯湯タンク1の下部と冷媒水熱交換器25の入口とを接続し、冷媒水熱交換機25の出口と貯湯タンク1の上部とを接続する加熱循環回路、31は冷媒水熱交換機25入口側の加熱循環回路30に設けられ貯湯タンク1下部から取り出した湯水を冷媒水熱交換機25を介して貯湯タンク1上部に循環させる加熱循環ポンプ、32は冷媒水熱交換機25に流入する湯水の温度を検出する入水温度センサ、33は冷媒水熱交換機25から流出する湯水の温度を検出する沸き上げ温度センサ、34は外気温度を検出する外気温度センサである。
【0021】
35は給湯温度や各種必要な設定を行うためのリモートコントローラで、給湯設定温度やふろ設定温度を表示する表示部36と、給湯設定温度およびふろ設定温度を設定する温度設定スイッチ37と、浴槽13への所定湯量の湯張りに続いて所定の保温時間だけ保温運転を行わせるフロスイッチ38と、浴槽水を加熱する追焚き動作を行わせる追焚きスイッチ39と、給湯使用量の実績に対する余裕分を多めにして給湯分に必要な熱量(給湯分必要熱量Qk)を設定する多めモードと給湯使用量の実績に対する余裕分を少なめにして給湯分必要熱量Qkを設定する少なめモードの少なくとも2種類の沸き上げモードを手動操作によって切り替える沸き上げモード切替スイッチ40とを備えている。
【0022】
41はこのヒートポンプ式ふろ給湯機の作動を制御する制御手段で、予め作動を制御するためのプログラムが記憶されていると共に、演算、比較、記憶機能、カウント機能を有し、給湯温度センサ9、給湯流量センサ10、給水温度センサ11、ふろ戻り温度センサ17、ふろ往き温度センサ18、水位センサ19、貯湯温度センサ22a〜e、入水温度センサ32、沸き上げ温度センサ33、外気温度センサ34にて検出される値が入力され、給湯混合弁7、ふろ循環ポンプ16、湯張り電磁弁21、圧縮機24、膨張弁26、送風ファン29、加熱循環ポンプ31の駆動を制御し、沸き上げ動作、給湯動作やふろ加熱動作等を制御するもので、リモートコントローラ35と通信可能に接続されているものである。
【0023】
<給湯動作>
次に、給湯栓12が開かれ、給湯流量センサ10が給湯開始と見なせる量以上の流量を検出すると、制御手段41は給湯温度センサ9で検出する給湯温度がリモートコントローラ35で設定した給湯設定温度となるように給湯混合弁7の開度を調節し、出湯管4からの湯と給水バイパス管6からの水とを混合して給湯設定温度の湯を給湯する。
【0024】
このとき、制御手段41は、給水温度センサ11で検出する給水温度と給湯流量センサ11で検出する給湯流量と給湯設定温度とから給湯使用量を算出し、積算記憶する。
【0025】
そして、給湯栓12が閉じられる等して給湯流量センサ10が検出する流量が給湯停止と見なせる量未満の流量まで低下すると、制御手段41は給湯混合弁7の開度調節を終了し、給湯を終了する。
【0026】
<湯張り動作>
また、リモートコントローラ35のふろスイッチ38がオンされた場合について説明すると、制御手段41は湯張り電磁弁21を開き、給湯温度センサ9で検出する給湯温度がリモートコントローラ35で設定したふろ設定温度となるように給湯混合弁7の開度を調節してふろ設定温度の湯を湯張りし、給湯流量センサ10が検出する湯張り電磁弁21を開いてからの流量積算値が予めリモートコントローラ35等で設定した湯張り湯量に達すると湯張り電磁弁21を閉じる。
【0027】
このとき、制御手段41は、給水温度センサ11で検出する給水温度と給湯流量センサ11で検出する給湯流量とふろ設定温度とから浴槽13へ給湯された給湯使用量を算出し、積算記憶する。
【0028】
そして、湯張り運転を完了すると制御手段41は所定の保温時間(例えば2時間)の保温運転を行う。この保温運転では、定期的にふろ循環ポンプ16を駆動して浴槽水温度をチェックし、ふろ設定温度未満であればふろ加熱要求ありとしてふろ循環ポンプ16の工藤を継続して浴槽水をふろ設定温度まで加熱するようにしている。そして、ふろ加熱要求ありとされてふろ加熱動作が行われると、制御手段41は、ふろ加熱実績ありの旨を記憶し、そして、湯張り運転の完了から所定の保温時間が経過すると、浴槽水の保温運転を行わないようにしている。
【0029】
<追い焚き動作>
また、リモートコントローラ35の追い焚きスイッチ39がオンされると、制御手段41は、ふろ加熱要求ありとしてふろ設定温度まで加熱する追い焚き運転を行うようにしており、追い焚き運転によってふろ加熱要求が発生すると、制御手段41は、ふろ循環ポンプ16を駆動開始し、浴槽水をふろ熱交換器14に循環させて、貯湯タンク1内の貯湯熱によって浴槽水を加熱するふろ加熱動作を開始すると共にふろ加熱実績ありの旨を記憶し、そして、ふろ戻り温度センサ17がふろ設定温度以上を検出すると、ふろ循環ポンプ16を駆動停止してふろ加熱動作を終了する。
【0030】
<沸き上げ動作>
次に、電力料金単価の安価な深夜の沸き上げ動作について、図2のフローチャートに基づいて説明する。ここでは、23時から翌朝7時までの深夜時間帯がそれ以外の昼間時間帯よりも電力料金単価が安価な料金制度に基づいて説明するが、これに限られず、例えば22時から翌朝8時までを安価な深夜時間帯とする料金制度でもよいものである。
【0031】
現在時刻が23時になり深夜時間帯の開始時刻となると(ステップS1でYes)、制御手段41は設定されている沸き上げモードと、給湯負荷として積算記憶している過去数日分の1日単位の給湯使用量とに基づいて給湯分必要熱量Qkを算出、決定する(ステップS2)。ここでは、過去一週間の給湯使用量の平均値と、その標準偏差に基づく値と、沸き上げモードの種類に応じた余裕分(例えば多めモードでは43℃換算100L分の熱量、少なめモードでは43℃換算50L分の熱量)との和から給湯分必要熱量Qkを算出、決定するようにしている。
【0032】
次に、制御手段41は、外気温度センサ34で検出する外気温度Taと記憶されているふろ加熱実績の有無に応じ、予め記憶されている外気温度Taとふろ加熱実績の有無に応じたテーブルデータから目標沸き上げ温度Tsetを決定する(ステップS3)。ここでは、ふろ加熱実績がなしの場合は、目標沸き上げ温度Tsetを外気温度Taに関係なく65℃とし、ふろ加熱実績がある場合は、目標沸き上げ温度Tsetを外気温度Taが10℃未満で75℃、外気温度Taが10℃以上では70℃する。
【0033】
なお、ふろ加熱実績の有無と外気温度Taと目標沸き上げ温度Tsetの関係テーブルデータの代わりに、ふろ加熱実績の有無と給水温度Twと目標沸き上げ温度Tsetのテーブルデータを制御手段41に予め記憶し、ステップS3では、給水温度センサ11、最下部の貯湯温度センサ22gあるいは入水温度センサ32で検出される給水温度Twとふろ加熱実績の有無に基づいて目標沸き上げ温度Tsetを決定する構成としてもよい。
【0034】
このように、外気温度Taと給水温度Twのいずれか一方とふろ加熱実績の有無に基づいて目標沸き上げ温度Tsetを決定することで、ふろ加熱実績がある場合は、外気温度Taまたは給水温度Twから推測されるふろの放熱度合いに応じて必要な目標沸き上げ温度Tsetを定めることができ、目標沸き上げ温度Tsetを低めに設定することが可能となるものである。
【0035】
そして、制御手段41は、給湯分必要熱量Qkを目標沸き上げ温度Tsetから給水温度Twを引いた値で除して、目標沸き上げ量Vを算出する(ステップS4)。このとき、目標沸き上げ量Vは、貯湯温度センサ22a〜gの位置に応じて補正され、算出された値が、130L以下では130L、130L超180L以下では180L、180L超230L未満では230L、230L超280L以下では280L、280L超では330Lを目標沸き上げ量Vとなるように補正して決定していると共に、決定された目標沸き上げ量Vに対応する貯湯温度センサ22c〜gのいずれか一つを沸き上げ完了を判定する貯湯温度センサとする。
【0036】
次に、制御手段41は、貯湯温度センサ22a〜gの検出温度に基づき、残湯判定温度(例えば50℃)以上の残湯量Vzを算出し(ステップS5)、目標沸き上げ量Vから残湯量Vzを減じて沸き上げ必要量Vpを算出する(ステップS6)。
【0037】
そして、制御手段41は、沸き上げ必要量Vpをヒートポンプ式加熱手段29の一定の加熱能力で除して沸き上げ時間を算出し、深夜時間帯の終了時刻から逆算して沸き上げ開始時刻(ピークシフト時刻)を算出する(ステップS7)。
【0038】
現在時刻がピークシフト時刻となると(ステップS8でYes)、前記ステップS3で決定した目標沸き上げ温度Tsetでの沸き上げ動作を開始すべく、ヒートポンプ式加熱手段23および加熱循環ポンプ31を駆動開始し、貯湯タンク1下部から取り出した水を目標沸き上げ温度Tsetの湯に加熱して貯湯タンク1上部から戻して積層状に貯湯する(ステップS9)。
【0039】
前記ステップS4で決定した目標沸き上げ量Vに対応する貯湯温度センサ22c〜gが規定の沸き上げ完了温度(例えば目標沸き上げ温度Tset)を検出するか、または入水温度センサ32が加熱上限温度(例えば55℃)以上を検出するかして沸き上げが完了されるか(ステップS10)、現在時刻が深夜時間帯の終了時刻である7時に到達すると(ステップS11)、ヒートポンプ式加熱手段23および加熱循環ポンプ31を駆動停止して沸き上げ動作を終了し(ステップS12)、沸き上げ動作のフローを終了するようにしている(ステップS13)。
【0040】
このように、深夜時間帯では給湯分必要熱量Qkのみを沸き上げするようにしており、給湯分必要熱量Qkが少なく、目標沸き上げ温度Tsetで沸き上げて満タンに満たないような場合には、貯湯タンク1を満タンまで沸き上げず、算出された目標沸き上げ量V以上で最も近い各貯湯温度センサ22c〜gの容量まで沸き上げるようにして、貯湯タンク1内に残る中温水をヒートポンプ式加熱手段23で沸き上げる量を減らしていると共に、給湯分必要熱量Qkが多い場合は、深夜時間帯に沸き上げ切れなかった不足分をこの後に説明する昼間時間帯の沸き増し動作で沸き上げるようにしている。
【0041】
<沸き増し動作>
次に、電力料金単価が深夜時間帯に比べて高価な昼間時間帯の沸き増し動作について図3に示すフローチャートに基づいて説明する。
【0042】
深夜時間帯が終了して昼間時間帯が開始されると(ステップS21)、制御手段41は、貯湯温度センサ22a〜gの検出温度とそれぞれの貯湯温度センサ22a〜gに割り当てられた貯湯容量とから深夜時間帯の沸き上げ動作で沸き上げた結果となる沸き上げ貯湯熱量Qeを算出する(ステップS22)。
【0043】
次に、制御手段41は、図2のステップS2で求めた給湯分必要熱量Qkから沸き上げ貯湯熱量Qeを減算して、給湯分必要熱量Qkのうち深夜時間帯で沸き上げ切れずに昼間時間帯で沸き増す必要のある熱量(給湯分沸き増し必要熱量Qkm)を算出し(ステップS23)、給湯分沸き増し必要熱量Qkmをヒートポンプ式加熱手段23の一定の加熱能力Wで除して熱量を沸き増し時間に換算して給湯分沸き増し必要時間tkmを算出する(ステップS24)。
【0044】
そして、制御手段41は、過去の所定期間(例えば一週間)以内にふろ保温動作またはふろ追い焚き動作によるふろ加熱実績があったか否かを判定し(ステップS25)、ふろ加熱実績ありが記憶されている場合は、沸き上げモード設定スイッチ40で設定されている沸き上げモードの種類(多めモード、少なめモード)に応じて、予め記憶されている沸き上げモードの種類とふろ分沸き増し必要時間tfmのテーブルデータからふろ分沸き増し必要時間tfmを決定する(ステップS26)。ここでは、多めモードが設定されている場合はふろ分沸き増し必要時間tfmを70分間(tfm1)、少なめモードが設定されている場合はふろ分沸き増し必要時間tfmを40分間(tfm2)としている。
【0045】
一方、ふろ加熱実績ありが記憶されていない場合は、制御手段41は、ふろ加熱のために予め沸き増す必要がないため、ふろ分沸き増し必要時間tfmを0としている(ステップS27)。
【0046】
このように、ふろ加熱分沸き増し時間tfmを沸き上げモードが多めモード時には多く、少なめモード時には少なくし、ふろ加熱実績がない場合は、ふろ加熱分沸き増し時間を0としているため、多めモードではふろ加熱の使用感が高く満足度を高めることができると共に湯切れの心配がなく、少なめモードでは最小限のふろ加熱を行うことができると共に湯余りを抑制して省エネルギーとすることができ、ふろ加熱実績がない場合は、不要な沸き増しを抑制することができる。
【0047】
次に、制御手段41は、給湯分沸き増し必要時間tkmとふろ分沸き増し必要時間tfmの和をとって、総沸き増し必要時間tmを算出する(ステップS28)。このように、沸き増しが必要な熱量を沸き増しが必要な時間に換算することで、沸き増しが必要な熱量を過不足なく沸き増しすることができ、簡易に沸き増し量をコントロールすることができるものである。
【0048】
そして、ステップS29では、制御手段41は、昼間時間帯開始からの沸き増し運転の積算時間が沸き増し必要時間tm未満かどうかを判別し、ステップS29でYesとなるとステップS30へ進み、給湯動作やふろ加熱動作に伴って貯湯温度センサ22a〜gで検出する貯湯量が予め定められた沸き増し開始貯湯量以下まで低下したかどうかを判別する。なお、ここでは、貯湯タンク1の中間上部付近に設けられている貯湯温度センサ22cが所定の沸き増し開始温度(例えば50℃)以下まで低下すると、沸き増し開始貯湯量以下となったと判別するようにしている。
【0049】
貯湯量が沸き増し開始貯湯量以下となると(ステップS30でYes)、制御手段41は、ヒートポンプ式加熱手段23と加熱循環ポンプ31を駆動して、貯湯タンク1下部から取り出した水を目標沸き上げ温度Tsetの湯に加熱して貯湯タンク1上部から戻して積層状に貯湯する沸き増し運転を開始する(ステップS31)。また、このとき、制御手段41は、昼間時間帯開始からの沸き増し運転時間を積算して記憶するようにしている。
【0050】
そして、沸き増し運転に伴って貯湯温度センサ22a〜gで検出する貯湯量が予め定められた沸き増し停止貯湯量以上まで増加したか(ステップS32)、沸き増し積算時間が沸き増し必要時間tmに達したか(ステップS33)を判別し、それぞれYesとなった時点でヒートポンプ式加熱手段23と加熱循環ポンプ31の駆動を停止して沸き増し運転を停止する(ステップS34)。なお、ここでは、貯湯タンク1の中間下部付近の貯湯温度センサ22dが所定の沸き増し停止温度(例えば55℃)以上まで上昇すると、沸き増し停止貯湯量以上となったと判別するようにすると共に、沸き増し運転を一旦開始すると、最低継続時間(30分間)はヒートポンプ式加熱手段23を停止することなく駆動継続するようにしている。
【0051】
沸き増し運転を停止した後は、ステップS29へ戻り、沸き増し積算時間が沸き増し必要時間tm以上となると(ステップS29でNo)、沸き増し動作のフローを終了し、当日は沸き増し運転を行わないようにしている。
【0052】
なお、この実施形態では、ステップS24にて給湯分沸き増し必要熱量Qkmを給湯分沸き増し必要時間tkmに換算して、予め記憶されている所定のふろ分沸き増し必要時間tfm1またはtfm2を加算して総沸き増し必要時間tmを算出して、沸き増しを時間でコントロールしているが、ヒートポンプ式加熱手段23は一定の加熱能力Wに制御されることから熱量を時間に換算しても実質的に同一で、制御手段41に予め沸き上げモードに対応した所定のふろ分沸き増し必要熱量Qfm1、Qfm2をテーブルデータとして記憶しておき、給湯分沸き増し必要熱量Qkmを時間換算せずに、ふろ分沸き増し必要熱量Qfm1またはQfm2を加算して総沸き増し必要熱量Qmを算出し、昼間時間帯に実際に沸き増した沸き増し積算熱量を管理することで、過不足なく沸き増しすることも可能である。
【0053】
このように、ふろ加熱のために必要な熱量を含まない給湯分必要熱量Qkを深夜時間帯に沸き上げるため、目標沸き上げ温度Tsetを低めに設定することが可能で、ヒートポンプ式加熱手段のCOP(加熱効率)を向上することができることに加え、貯湯タンクからの放熱ロスを抑制でき、さらにふろ分沸き増し必要熱量Qfmを昼間時間帯に沸き増すので、ふろ分沸き増し必要熱量Qfmを沸き増してからふろ加熱に実際に利用されるまでの時間が短縮されて貯湯タンクからの放熱ロスをより一層抑制でき、トータルでのエネルギー効率を向上することができる。
【0054】
また、給湯分必要熱量Qkが貯湯タンク満タン以下で貯湯できる場合は、深夜時間帯の沸き上げでは給湯分必要熱量Qk分に相当する満タン以下の目標沸き上げ量Vを沸き上げるため、貯湯タンク内に残っている中温水をヒートポンプ式加熱手段で沸き上げる量が減少しCOP(加熱効率)が向上すると共に、昼間時間帯にふろ分沸き増し必要熱量Qfmまたはふろ加熱分沸き増し時間tfmを沸き増すため、ふろ分沸き増し必要熱量Qfmを沸き増してからふろ加熱に実際に利用されるまでの時間が短縮されて貯湯タンクからの放熱ロスをより一層抑制でき、トータルでのエネルギー効率を向上することができる。
【0055】
<計算例1>
次に、この一実施形態の第1の計算例と従来例のほぼ同条件での第1の計算例を表1に示す。ここでは、一実施形態の計算例、従来例の計算例共に、貯湯タンク1の容量のうち計算に用いる有効貯湯量を330L、給湯分必要熱量Qkを21642kcal、外気温度Taを7℃、給水温度Twを9℃、ふろ加熱実績ありとし、従来例のふろ加熱分必要熱量を2040kcalとしている。
【0056】
【表1】

【0057】
この一実施形態の第1計算例では、図2、図3のフローチャートに基づき計算し、従来例では、給湯分必要熱量にふろ加熱分必要熱量を加算した値を貯湯タンク1の満タン容量(有効貯湯量の330L)で除した値を5℃刻みの温度に繰り上げて目標沸き上げ温度とし、満タン(330L)まで沸き上げるようにしている。また、従来例の第1計算例では深夜時間帯に沸き上げ切れなかった熱量(沸き増し分熱量)は計算上234kcalでしかないが、ヒートポンプ式加熱手段23の最低継続時間である30分間は沸き増しする都合上、1838kcal沸き増すこととなる。
【0058】
この計算例に示すように、この一実施形態の計算例では、従来に比較して低めの目標沸き上げ温度で沸き上げるため、ヒートポンプ式加熱手段で沸き上げる際のCOP(加熱効率)が向上すると共に、深夜時間帯終了時の貯湯熱量も従来より少なく、ふろ分沸き増し必要熱量Qfmを沸き増してからふろ加熱に実際に利用されるまでの時間が短縮されるため、貯湯タンク1からの放熱ロスをより一層抑制でき、さらには、沸き上げ総熱量も従来例より少なく湯余りを低減できる。
【0059】
<計算例2>
次に、給湯分必要熱量Qkが少なく、ふろ加熱に多くの熱量が消費される場合についての一実施形態の第2の計算例と従来例のほぼ同条件での第2の計算例を表2に示す。ここでは、一実施形態の計算例、従来例の計算例共に、貯湯タンク1の容量のうち計算に用いる有効貯湯量を330L、給湯分必要熱量Qkを14960kcal、外気温度Taを7℃、給水温度Twを9℃、ふろ加熱実績ありとし、従来例のふろ加熱分必要熱量を3264kcalとしている。
【0060】
【表2】

【0061】
この一実施形態の第2計算例では、図2、図3のフローチャートに基づき計算し、従来例では、給湯分必要熱量にふろ加熱分必要熱量を加算した値を貯湯タンク1の満タン容量(有効貯湯量の330L)で除した値を5℃刻みの温度に繰り上げて目標沸き上げ温度とし、満タン(330L)まで沸き上げるようにしている。
【0062】
この計算例に示すように、給湯分必要熱量Qkが少なく、ふろ加熱に必要な熱量が多い条件では、従来例の計算例では目標沸き上げ温度Tsetが低くふろ加熱に支障を来す恐れがあるのに対し、この一実施形態の計算例では、目標沸き上げ温度Tsetをふろ加熱を十分に行える温度としても目標沸き上げ量Vが満タン以下の量となるため、浴槽水の加熱により発生した中温水をヒートポンプ式加熱手段で沸き上げる量が減少しCOP(加熱効率)が向上すると共に、深夜時間帯終了時の貯湯熱量も従来より少なく、ふろ分沸き増し必要熱量Qfmを沸き増してからふろ加熱に実際に利用されるまでの時間が短縮されるため、貯湯タンク1からの放熱ロスをより一層抑制できる。
【0063】
また、表2中の比較例は、従来例の計算例において、目標沸き上げ温度Tsetをふろ加熱を十分に行える温度に上げた場合の計算例である。この場合は、目標沸き上げ温度Tsetが上げられた分だけふろ加熱が十分に行えるものの、深夜時間帯終了時の沸き上げ総熱量が必要な熱量に対して大幅にオーバーし、多量の残湯が発生して無駄であると共に、沸き上げ時のヒートポンプ式加熱手段23の残湯加熱量が増加しCOP(加熱効率)を悪化させ、トータルのエネルギー効率を低下させることとなる。
【0064】
一方、この一実施形態の計算例では、目標沸き上げ温度Tsetをふろ加熱を十分に行える温度としても目標沸き上げ量Vが満タン以下の量となるため、浴槽水の加熱により発生した中温水をヒートポンプ式加熱手段で沸き上げる量が減少しCOP(加熱効率)が向上すると共に、深夜時間帯終了時の貯湯熱量も従来より少なく、ふろ分沸き増し必要熱量Qfmを沸き増してからふろ加熱に実際に利用されるまでの時間が短縮されるため、貯湯タンク1からの放熱ロスをより一層抑制でき、比較例と比較して沸き上げ総熱量も従来例より少なく湯余りを低減できる。
【0065】
なお、本発明は上記の一実施形態にのみ限定されるものではなく、例えば、ふろ熱交換器14をプレート式熱交換器等の一次流路と二次流路とを有した構成として貯湯タンク1の外部に設け、貯湯タンク1から取り出した湯水をふろ熱交換器の一次流路に流通させ、浴槽水をふろ熱交換器の二次流路に流通させるようにしてもよく、また、例えば、ふろ加熱実績に応じたふろ分沸き増し必要熱量Qfmやふろ分沸き増し必要時間tfmは、ふろ加熱実績の有無のみならず、ふろ加熱に実際に利用された熱量や、浴槽13内の中低温の残湯を加熱した実績等に応じて変更するようにしてもよいものである。
【符号の説明】
【0066】
1 貯湯タンク
22 貯湯温度センサ
23 ヒートポンプ式加熱手段
40 沸き上げモード設定スイッチ
41 制御手段

【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数の貯湯温度センサを有した貯湯タンク下部から取り出した湯をヒートポンプ式加熱手段で目標沸き上げ温度Tsetに沸き上げて前記貯湯タンク上部に戻すと共に、前記貯湯タンク内の湯を熱源として浴槽水を加熱するふろ加熱動作を行うようにしたヒートポンプ式ふろ給湯機において、給湯負荷に応じた給湯分必要熱量Qkを深夜時間帯に沸き上げ、給湯分必要熱量Qkのうち深夜時間帯に沸き上げられなかった分を給湯分沸き増し必要熱量Qkmとして算出し、この給湯分沸き増し必要熱量Qkmにふろ加熱実績に応じて所定のふろ分沸き増し必要熱量Qfmを加算した総沸き増し必要熱量Qmを昼間時間帯に沸き増しする制御手段を備えたことを特徴とするヒートポンプ式ふろ給湯機。
【請求項2】
前記制御手段は、所定のふろ分沸き増し必要熱量Qfmをヒートポンプ式加熱手段の所定の加熱能力でのふろ分沸き増し必要時間tfmとして記憶していると共に、給湯分沸き増し必要熱量Qkmを前記ヒートポンプ式加熱手段の加熱能力で除して給湯分沸き増し必要時間tkmとして換算し、給湯分沸き増し必要時間tkmにふろ加熱実績に応じて所定のふろ分沸き増し必要時間tfmを加算した総沸き増し必要時間tmを昼間時間帯に沸き増しするようにしたことを特徴とする請求項1記載のヒートポンプ式ふろ給湯機。
【請求項3】
前記制御手段は、給湯負荷に対する余裕分を多めに設定して給湯分必要熱量Qkを決定する多めモードと、給湯負荷に対する余裕分を少なめに設定して給湯必要熱量Qkを決定する少なめモードの少なくとも2種類の沸き上げモードを有し、多めモードでの所定のふろ分沸き増し必要熱量Qfm1またはふろ分沸き増し必要時間tfm1を、少なめモードでの所定のふろ分沸き増し必要熱量Qfm2またはふろ分沸き増し必要時間tfm2よりも多くしたことを特徴とする請求項1または2記載のヒートポンプ式ふろ給湯機。
【請求項4】
前記制御手段は、外気温度Taと給水温度Twのいずれか一方とふろ加熱実績の有無に基づいて目標沸き上げ温度Tsetを決定するようにしたことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載のヒートポンプ式ふろ給湯機。
【請求項5】
前記制御手段は、給湯分必要熱量Qkと目標沸き上げ温度Tsetと給水温度Twとから算出される目標沸き上げ量Vに応じて沸き上げ完了判定を行う前記貯湯温度センサを変更するようにしたことを特徴とする請求項4記載のヒートポンプ式ふろ給湯機。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【公開番号】特開2012−220090(P2012−220090A)
【公開日】平成24年11月12日(2012.11.12)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−85940(P2011−85940)
【出願日】平成23年4月8日(2011.4.8)
【出願人】(000000538)株式会社コロナ (753)