JP6687005B2 - 貯湯式給湯装置 - Google Patents

Description

本発明は、貯湯式給湯装置に関する。

入浴後に浴槽に残った浴水の熱を貯湯タンク内へ回収する風呂熱回収動作を実行可能な貯湯式給湯装置が知られている。熱回収運転により温度低下して密度が増した浴水が浴槽に戻ると、浴槽内に温度境界層が形成される場合がある。下記特許文献１に開示された従来の貯湯式給湯装置では、浴槽内を攪拌して温度境界層を壊すための攪拌運転と、熱回収運転とを繰り返す技術が開示されている。

特開２００１−２７２１０６号公報

特許文献１の装置では、攪拌運転を所定時間だけ行うと熱回収運転を再開するようにしている。しかしながら、浴槽内の浴水の量、あるいは浴槽の形状によっては、当該所定時間の攪拌運転では浴槽内を十分に攪拌できないことがある。逆に、当該所定時間よりも短い時間で浴槽内を十分に攪拌できる場合もある。その場合でも、当該所定時間が経過するまで攪拌運転が継続されるので、攪拌運転が必要以上に長く行われることになり、無駄に電力を消費したり、風呂熱回収動作全体の所要時間が長くなったりするという課題がある。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、風呂熱回収モードにおける攪拌運転の時間を適切な長さにすることに有利な貯湯式給湯装置を提供することを目的とする。

本発明に係る貯湯式給湯装置は、貯湯タンクと、浴槽からの浴水と、貯湯タンクからのタンク水との間で熱を交換する熱交換器と、タンク水を熱交換器に循環させるタンク水ポンプを有する第一流路と、浴水を熱交換器に循環させる浴水ポンプを有する第二流路と、第二流路の浴水温度を検出する温度検出手段と、タンク水ポンプ及び浴水ポンプを同時に動作させる熱交換運転と、タンク水ポンプを動作させることなく浴水ポンプを動作させる攪拌運転とを交互に行う風呂熱回収モードを有する制御手段と、を備え、制御手段は、攪拌運転の開始から所定時間が経過したときに、温度検出手段により検出される浴水温度の時間当たりの変化量が第一基準値に比べて小さい場合には、当該攪拌運転を終了するものである。

本発明によれば、風呂熱回収モードにおける攪拌運転の時間を適切な長さにすることに有利な貯湯式給湯装置を提供することが可能となる。

実施の形態１による貯湯式給湯装置を示す図である。 図１に示す貯湯式給湯装置における風呂熱回収モードのときの回路構成図である。 実施の形態１における風呂熱回収モードのときの風呂戻り温度及び風呂往き温度の時間的な変化の例を示す図である。 攪拌運転の実行中における風呂戻り温度の変化の例を示す図である。 攪拌終了判定において制御装置が風呂戻り温度の変化量を演算する処理の例を説明するための図である。

以下、図面を参照して実施の形態について説明する。各図において共通または対応する要素には、同一の符号を付して、重複する説明を簡略化または省略する。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１による貯湯式給湯装置３５を示す図である。図１に示すように、本実施の形態１の貯湯式給湯装置３５は、タンクユニット３３、ＨＰ（ヒートポンプ）ユニット７、及びリモコン装置４４を備える。ＨＰユニット７とタンクユニット３３との間は、ＨＰ往き配管１４とＨＰ戻り配管１５と図示しない電気配線とを介して接続されている。タンクユニット３３には、制御装置３６が内蔵されている。タンクユニット３３及びＨＰユニット７が備える各種弁類、ポンプ類等の作動は、これらと電気的に接続された制御装置３６により制御される。

リモコン装置４４は、運転動作指令及び設定値の変更などに関するユーザーの操作を受け付ける機能を有する。リモコン装置４４は、ユーザーインターフェースの例である。制御装置３６とリモコン装置４４の間は、有線または無線により、双方向にデータ通信可能に接続されている。リモコン装置４４には、図示を省略するが、貯湯式給湯装置３５の状態等の情報を表示する表示部、ユーザーが操作するスイッチ等の操作部、スピーカ、マイク等が搭載されている。リモコン装置４４の表示部は、ユーザーに情報を報知する報知手段としての機能を有する。本実施の形態におけるリモコン装置４４は、表示部を報知手段として備えるが、変形例として、例えば音声案内装置のような他の報知手段を備えてもよい。

本実施の形態において、リモコン装置４４は、例えば台所、リビング、浴室などの壁に設置されたものでもよい。複数のリモコン装置４４が制御装置３６に対して通信可能でもよい。また、例えばスマートフォンのような携帯端末がリモコン装置４４のようなユーザーインターフェースとしての機能を有するように構成してもよい。当該携帯端末と制御装置３６とが、ネットワークを介して通信してもよい。

ＨＰユニット７は、水を加熱する加熱手段の例である。ＨＰユニット７は、圧縮機１、水冷媒熱交換器３、膨張弁４、空気熱交換器６を冷媒配管５にて環状に接続した冷媒回路を備える。ＨＰユニット７は、この冷媒回路によりヒートポンプサイクルの運転を行う。水冷媒熱交換器３では、圧縮機１で圧縮された冷媒と、タンクユニット３３から導かれた水との間で熱を交換することで、水が加熱される。圧縮機１で圧縮された冷媒と、水道等の水源から直接供給される水とを水冷媒熱交換器３で熱交換させることができる構成を備えてもよい。

タンクユニット３３には、以下の各種部品及び配管などが内蔵されている。貯湯タンク８は、湯水を貯留する。貯湯タンク８の内部では、温度による水の密度の差によって、上側が高温で下側が低温になる温度成層を形成することができる。貯湯タンク８は、図示のような単一のタンクで構成されるものに限らず、直列に接続された複数のタンクを備えるものでもよい。直列に接続された複数の貯湯タンクでは、上位側のタンクの下部と、当該タンクに対して低位側となる次のタンクの上部とが管を介して順次連結される。以下の説明で、貯湯タンク８における高さ方向すなわち上下方向の位置に関して言及するが、貯湯タンク８が直列に接続された複数のタンクを備えるものである場合には、最上位のタンクから最下位のタンクまでの全体の階層において、上下方向の位置が特定されるものとする。

貯湯タンク８の下部に設けられた水導入口８ａには、第三給水配管９ｃが接続されている。水道等の水源から第一給水配管９ａを通って供給される水は、減圧弁３１で所定圧力に調圧された上で、第三給水配管９ｃを通って貯湯タンク８内に流入する。貯湯タンク８の上部には、貯湯タンク８内に貯留された湯を貯湯式給湯装置３５の外部へ供給するための温水導入出口８ｄと、ＨＰ戻り配管１５に連通可能な温水導入出口８ｅとが設けられている。貯湯タンク８の表面には、複数の貯湯温度センサ４１，４２，４３が高さを変えて取り付けられている。貯湯温度センサ４１は、中温水導入出口８ｆと同じ高さの位置、または中温水導入出口８ｆに近い高さの位置にある。貯湯温度センサ４２は、貯湯温度センサ４１より高い位置にある。貯湯温度センサ４３は、貯湯温度センサ４１より低い位置にある。これらの貯湯温度センサ４１，４２，４３で貯湯タンク８内の湯水の温度分布を検出することにより、貯湯タンク８内の残湯量または蓄熱量を把握できる。

制御装置３６は、ＨＰユニット７で加熱された湯を貯湯タンク８に流入させる貯湯運転を制御する。制御装置３６は、貯湯タンク８内の残湯量または蓄熱量に応じて、貯湯運転の開始及び停止などを制御する。貯湯運転では、以下のようになる。貯湯タンク８の下部から流出する低温水は、ＨＰ往き配管１４を経由してＨＰユニット７に導かれ、水冷媒熱交換器３において加熱され、湯すなわち高温水となる。この高温水は、ＨＰ戻り配管１５を経由して、貯湯タンク８の上部の温水導入出口８ｅから貯湯タンク８内に流入する。このような貯湯運転が実行されることで、貯湯タンク８の内部では、上層部から高温水が貯えられていき、この高温水層が徐々に厚くなっていく。制御装置３６は、貯湯温度センサ４１，４２，４３により把握される貯湯タンク８内の貯湯量または蓄熱量が所定量を超えると、貯湯運転を終了する。

タンクユニット３３には、タンク水ポンプ１２及び風呂用熱交換器２０が内蔵されている。タンク水ポンプ１２は、各種配管に湯水を循環させるためのポンプであり、第一送水配管１３ａ上に設けられている。風呂用熱交換器２０は、貯湯タンク８から供給されるタンク水と、浴槽３０からの浴水との間で熱を交換する。

風呂往き配管２７及び風呂戻り配管２８は、浴槽３０に設置された浴槽アダプタ８０に接続されている。風呂用熱交換器２０は、風呂往き配管２７及び風呂戻り配管２８の途中に設置されている。風呂往き配管２７の途中には、風呂用熱交換器２０を通過した浴水の温度を検出するための風呂往き温度センサ３７が設置されている。風呂戻り配管２８の途中には、浴水を循環させるための浴水ポンプ２９と、浴槽３０から出て風呂用熱交換器２０に入る前の浴水の温度を検出するための風呂戻り温度センサ３８と、浴槽３０内の水位レベルを検出するための水位センサ４６と、風呂戻り配管２８における水の循環を検出するためのフロースイッチ４７とが設置されている。以下の説明では、風呂戻り温度センサ３８により検出される温度を「風呂戻り温度」と称する。また、風呂往き温度センサ３７により検出される温度を「風呂往き温度」と称する。

三方弁１１は、入口となるａポート及びｂポートと、出口となるｃポートとを有する流路切替手段である。三方弁１１は、ａ−ｃ、ｂ−ｃの２つの経路の間で流路切替可能に構成されている。

四方弁１６は、入口となるａポート及びｂポートと、出口となるｃポート及びｄポートとを有する流路切替手段である。四方弁１６は、ａ−ｃ、ａ−ｄ、ｂ−ｃ、ｂ−ｄの４つの経路の間で流路切替可能に構成されている。

四方弁１８は、入口となるａポートと、出口となるｂポート、ｃポート、及びｄポートとを有する流路切替手段である。四方弁１８は、ａ−ｂ、ａ−ｃ、ａ−ｄの３つの経路の間で流路切替可能に構成されている。

タンクユニット３３は、低温配管１０、第一送水配管１３ａ、第一温水配管１７ａ、第二温水配管１７ｂ、第三温水配管１９ａ、第四温水配管１９ｂ、及び第五温水配管１９ｃを有している。低温配管１０は、貯湯タンク８の下部に設けられた水導出口８ｂと、三方弁１１のａポートとを接続する。第一送水配管１３ａは、三方弁１１のｃポートと、タンク水ポンプ１２の入口とを接続する。ＨＰ往き配管１４は、タンク水ポンプ１２の出口と、ＨＰユニット７の入口とを接続する。ＨＰ戻り配管１５は、ＨＰユニット７の出口と、四方弁１６のｂポートとを接続する。第一温水配管１７ａは、四方弁１６のｄポートと、四方弁１８のａポートとを接続する。第二温水配管１７ｂは、四方弁１６のｃポートと、貯湯タンク８の下部に設けられた水導入口８ｃとを接続する。第三温水配管１９ａは、四方弁１８のｂポートと、貯湯タンク８上部の温水導入出口８ｅとを接続する。第四温水配管１９ｂは、四方弁１８のｄポートと、貯湯タンク８の上部に設けられた温水導入出口８ｄとを接続する。第五温水配管１９ｃは、四方弁１８のｃポートと、貯湯タンク８の上部から中間部の間に設けられた温水導入口８ｇとを接続する。

第一タンク循環配管２０ａは、四方弁１８のｂポートと、風呂用熱交換器２０のタンク水の入口とを接続する。第二タンク循環配管２０ｃは、風呂用熱交換器２０のタンク水の出口と、三方弁１１のｂポートとを接続する。第二送水配管１３ｂは、ＨＰ往き配管１４におけるタンク水ポンプ１２とＨＰユニット７の入口との間から分岐し、四方弁１６のａポートに接続される。

さらに、タンクユニット３３は、中温配管７９、第一給水配管９ａ、第二給水配管９ｂ、第三給水配管９ｃ、第四給水配管９ｄ、給湯用混合弁２２、風呂用混合弁２３、中温水切替弁７８、給湯配管２４、風呂配管２５、戻り配管２０ｂ、及び逆止弁５０を有している。

中温水切替弁７８は、入口となるａポート及びｂポートと、出口となるｃポートとを有する流路切替手段である。中温水切替弁７８は、ａ−ｃ、ｂ−ｃの２つの経路の間で流路切替可能に構成されている。

給湯用混合弁２２は、第一入口、第二入口、及び出口を備える混合手段である。風呂用混合弁２３は、第一入口、第二入口、及び出口を備える混合手段である。

第一給水配管９ａの一端は水道等の水源に接続される。第一給水配管９ａの他端には減圧弁３１を介して第二給水配管９ｂ及び第三給水配管９ｃが接続される。第二給水配管９ｂは、中温水切替弁７８のａポートに接続されている。中温配管７９は、貯湯タンク８の中間部に設けられた中温水導入出口８ｆと中温水切替弁７８のｂポートとを接続している。戻り配管２０ｂは、第二タンク循環配管２０ｃの途中から分岐して、中温配管７９の途中に接続されている。逆止弁５０は、戻り配管２０ｂ上に設置されている。逆止弁５０は、貯湯タンク８の中間部から貯湯タンク８の下部へ向かう流れを阻害する。これにより、貯湯タンク８の中間部から貯湯タンク８の下部への熱の流出を確実に防止できる。第四給水配管９ｄの一端は、中温水切替弁７８のｃポートに接続されている。第四給水配管９ｄの他端は、給湯用混合弁２２及び風呂用混合弁２３のそれぞれの第一入口に接続されている。高温配管２１の一端は、貯湯タンク８の温水導入出口８ｄに連通する。高温配管２１の他端は、給湯用混合弁２２及び風呂用混合弁２３のそれぞれの第二入口に接続されている。

中温水切替弁７８は、第二給水配管９ｂと第四給水配管９ｄとが連通する第一流路状態と、中温配管７９と第四給水配管９ｄとが連通する第二流路状態の２つの流路状態を切替えて使用する。中温水切替弁７８を第一流路状態にすると、水源から供給される低温水が、第二給水配管９ｂ及び第四給水配管９ｄを通って、給湯用混合弁２２及び風呂用混合弁２３へ供給される状態になる。中温水切替弁７８の第一流路状態は、「低温水使用状態」に相当する。中温水切替弁７８を第二流路状態にすると、貯湯タンク８から中温配管７９を通って供給される中温水が、第四給水配管９ｄを通って、給湯用混合弁２２及び風呂用混合弁２３へ供給される状態になる。中温水切替弁７８の第二流路状態は、「中温水使用状態」に相当する。

給湯用混合弁２２は、貯湯タンク８から高温配管２１を通って供給される高温水と、第四給水配管９ｄから供給される低温水もしくは中温水との流量比を調整することにより、ユーザーがリモコン装置４４にて設定した設定温度の湯を生成し、給湯配管２４に流入させる。給湯用混合弁２２で温度調整された湯は、給湯配管２４から給湯栓３４を経由して、ユーザーが使用するシャワー、カラン等の蛇口（図示省略）に供給される。

風呂用混合弁２３は、貯湯タンク８から高温配管２１を通って供給される高温水と、第四給水配管９ｄから供給される低温水もしくは中温水との流量比を調整することにより、ユーザーがリモコン装置４４にて設定した設定温度の湯を生成可能である。風呂用混合弁２３で設定温度に調整された湯は、風呂配管２５により、風呂用流量センサ４５、風呂用電磁弁２６、風呂往き配管２７、風呂戻り配管２８を経て、浴槽３０へ流入する。

制御装置３６は、風呂用流量センサ４５及び水位センサ４６により検出される情報に基づいて湯張りの完了を判定することにより、湯張り完了時の浴槽３０内の浴水の量である湯張り湯量が、ユーザーがリモコン装置４４にて設定した湯量に等しくなるように制御できる。本実施の形態の貯湯式給湯装置３５は、風呂自動運転を実行可能なものでもよい。リモコン装置４４にて風呂自動運転が設定されると、制御装置３６は、湯張りの完了後、浴槽３０内の浴水の温度及び量が、リモコン装置４４で設定された温度及び量に維持されるように、必要に応じて、浴水の昇温、冷却、足し湯、さし水を行う。

本実施の形態における制御装置３６は、風呂熱回収モードを制御モードとして備えている。風呂熱回収モードは、入浴の終了後に、浴槽３０内に残った浴水の熱を貯湯タンク８内へ回収するためのモードである。図２は、図１に示す貯湯式給湯装置３５における風呂熱回収モードのときの回路構成図である。風呂熱回収モードのときには、以下のようになる。三方弁１１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、低温配管１０と第一送水配管１３ａとが連通するとともに、第二タンク循環配管２０ｃへの流路が遮断される。四方弁１６は、ａポートとｄポートとが連通し、ｂポートとｃポートとが閉状態となるように制御される。これにより、第二送水配管１３ｂと第一温水配管１７ａとが連通するとともに、第二温水配管１７ｂ側を閉として貯湯タンク８の下部への流路が遮断される。四方弁１８は、ａポートとｂポートとが連通し、ｃ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、第一温水配管１７ａと第三温水配管１９ａとが連通するとともに、第四温水配管１９ｂ及び第五温水配管１９ｃ側を閉として貯湯タンク８の中間部への流路が遮断される。

風呂熱回収モードを開始するときには、まず、浴水ポンプ２９が動作を開始することで浴水の循環が開始された後に、上記のように三方弁１１、四方弁１６、及び四方弁１８が制御された状態で、タンク水ポンプ１２の運転が開始される。タンク水は、以下のように循環する。貯湯タンク８の水導出口８ｂから低温配管１０を通って流出した低温のタンク水は、三方弁１１、第一送水配管１３ａ、タンク水ポンプ１２、第二送水配管１３ｂ、四方弁１６、第一温水配管１７ａ、四方弁１８、第三温水配管１９ａ、及び第一タンク循環配管２０ａを通って、風呂用熱交換器２０に流入する。風呂用熱交換器２０内で、タンク水は、浴槽３０からの浴水の熱により加熱され、浴槽３０内の浴水の温度に近い温度になる。この加熱されたタンク水を以下「熱回収温水」と呼ぶことがある。熱回収温水は、風呂用熱交換器２０から、戻り配管２０ｂ、逆止弁５０、及び中温配管７９を通って、中温水導入出口８ｆから貯湯タンク８内に流入する。本実施の形態では、上述したタンク水の流路が「第一流路」に相当する。風呂熱回収モードが実施されると、貯湯タンク８内の中温水導入出口８ｆの近くに、熱回収温水が貯留される。

浴水ポンプ２９が運転されると、浴槽３０内の浴水が、浴槽アダプタ８０から風呂戻り配管２８へ引き込まれ、風呂戻り配管２８を通って風呂用熱交換器２０に流入する。風呂用熱交換器２０を通過した浴水は、風呂往き配管２７を通り、浴槽アダプタ８０から浴槽３０内に流入する。本実施の形態では、上述した浴水の流路が「第二流路」に相当する。また、風呂戻り温度センサ３８が「第二流路の浴水温度を検出する温度検出手段」に相当する。

本実施の形態において、制御装置３６は、風呂熱回収モードのときに、熱交換運転と攪拌運転とを交互に行う。熱交換運転は、タンク水ポンプ１２及び浴水ポンプ２９を同時に動作させることにより、浴槽３０内の浴水の熱を貯湯タンク８内へ移送する運転である。攪拌運転は、タンク水ポンプ１２を動作させることなく浴水ポンプ２９を動作させることにより、浴槽３０内の浴水を攪拌する運転である。

風呂往き配管２７及び風呂戻り配管２８を流れる浴水の流量を以下「浴水流量」と称する。制御装置３６は、浴水ポンプ２９の回転速度を調整可能である。浴水ポンプ２９の回転速度が高いほど、浴水流量が高くなる。制御装置３６は、攪拌運転での浴水ポンプ２９の回転速度が、熱交換運転での浴水ポンプ２９の回転速度よりも高くなるように浴水ポンプ２９を制御することが望ましい。これにより、以下の効果が得られる。攪拌運転では、風呂往き配管２７から浴槽３０内に流入する浴水の流速が高くなるので、浴槽３０内をより効率良く攪拌できる。熱交換運転では、浴水流量が比較的低いことで、浴水ポンプ２９の消費電力を低くできる。また、浴水が風呂用熱交換器２０に入ってから出るまでの時間が長くなるので、浴水の熱をより多くタンク水へ伝えることができる。

制御装置３６は、リモコン装置４４に対するユーザー操作に応じて風呂熱回収モードを開始してもよい。例えば、リモコン装置４４の所定のボタンが押下された場合に制御装置３６が風呂熱回収モードを開始してもよい。

貯湯温度センサ４３により検出される貯湯タンク８の下部のタンク水の温度が、風呂戻り温度センサ３８により検出される風呂戻り温度よりも低ければ、風呂熱回収が可能である。このため、制御装置３６は、貯湯温度センサ４３の検出温度が風呂戻り温度よりも低い場合に、風呂熱回収モードの開始を許可してもよい。

熱交換運転が行われると、浴槽３０内の浴水に温度境界層が生成される。熱交換運転において、風呂用熱交換器２０から流出する浴水は、タンク水に熱を奪われ、温度低下することで、密度が高くなる。この浴水が浴槽３０内に流入すると、密度の低い比較的高温の浴水が浴槽３０内の上方に滞留し、密度の高い比較的低温の浴水が浴槽３０内の下方に滞留することで、浴槽３０内に、上側が高温で下側が低温の温度境界層が生成される。温度境界層が浴槽アダプタ８０の位置よりも高い位置にあると、上層側の高温の浴水を風呂戻り配管２８へ引き込めないので、風呂用熱交換器２０に流入する浴水の温度が低くなり、熱回収効率が低下する。

これに対し、浴槽３０内に温度境界層が形成された状態から攪拌運転を行うと、浴槽３０内の温度境界層が壊され、比較的高温の上層側の浴水と比較的低温の下層側の浴水とが混ざり合う。その結果、浴槽アダプタ８０の高さでの浴水の温度が上昇するので、風呂用熱交換器２０に流入する浴水の温度が上昇する。よって、攪拌運転の後に熱交換運転を行うことで、熱回収効率が向上する。

本実施の形態であれば、攪拌運転のときにタンク水ポンプ１２が停止していることで、以下の効果が得られる。風呂用熱交換器２０内で浴水が冷却されないので、風呂往き配管２７から浴槽３０内に流入する噴流の温度が低くなることを防止できる。よって、浴槽３０内の浴水全体の温度が均一化するまでに要する時間を短縮できるので、必要な攪拌運転の時間を短縮できる。その結果、風呂熱回収モード全体の所要時間を短縮できるので、ユーザーの使い勝手が向上する。さらに、タンク水ポンプ１２の消費電力を節約することもできる。

攪拌運転のときの浴水ポンプ２９の回転速度は、浴槽３０内の浴水を攪拌可能な所定回転速度以上となるように制御される。例えば、攪拌運転のときの浴水流量が８Ｌ／分であれば、浴槽３０内の浴水を十分に攪拌可能である。よって、制御装置３６は、攪拌運転のときの浴水流量が、８Ｌ／分または８Ｌ／分以上となるように、浴水ポンプ２９の回転速度を制御してもよい。一方、例えば３Ｌ／分またはそれ以下の浴水流量では浴槽３０内の浴水を効率良く攪拌することが困難となる場合がある。

図３は、実施の形態１における風呂熱回収モードのときの風呂戻り温度及び風呂往き温度の時間的な変化の例を示す図である。図３に示す例は、以下のようになっている。時刻ｔ０において風呂熱回収モードが開始される。風呂熱回収モードが開始されると、まず熱交換運転が行われる。この初回の熱交換運転は、時刻ｔ０から時刻ｔ１まで継続される。時刻ｔ１において、初回の熱交換運転を終了し、初回の攪拌運転に移行する。初回の攪拌運転は、時刻ｔ１から時刻ｔ２まで継続される。時刻ｔ２において、初回の攪拌運転を終了し、２回目の熱交換運転に移行する。２回目の熱交換運転は、時刻ｔ２から時刻ｔ３まで継続される。時刻ｔ３において、２回目の熱交換運転を終了し、２回目の攪拌運転に移行する。２回目の攪拌運転は、時刻ｔ３から時刻ｔ４まで継続される。時刻ｔ４において、２回目の攪拌運転を終了するとともに、３回目の熱交換運転に移行することなく、風呂熱回収モードの実行を終了する。

図３に示すように、熱交換運転の実行中には、時間の経過とともに風呂戻り温度及び風呂往き温度が低下していく。これは、風呂用熱交換器２０内でタンク水との熱交換により冷却された浴水が風呂往き配管２７から浴槽３０内に流入することで、浴槽３０内の浴水の温度が徐々に低下するためである。熱交換運転が行われると、浴槽３０内では、前述した温度境界層が生成される。その後、攪拌運転の実行中には、時間の経過とともに風呂戻り温度及び風呂往き温度が上昇していく。これは、攪拌運転により、浴槽３０内の温度境界層が壊され、比較的高温の上層側の浴水と比較的低温の下層側の浴水とが混ざり合うことで、浴槽アダプタ８０から風呂戻り配管２８へ引き込まれる浴水の温度が上昇するためである。

熱交換運転の実行中に、時間の経過とともに風呂戻り温度及び風呂往き温度が低下していくと、風呂用熱交換器２０の内部において浴水とタンク水との温度差が縮小していくので、熱交換量が低下する。その結果、浴槽３０から出る浴水の温度と浴槽３０に戻る浴水の温度との差が小さくなるので、風呂戻り温度及び風呂往き温度の時間当たりの変化量が小さくなる。図３中の矢印Ａ及び矢印Ｃで示す位置は、そのようにして風呂戻り温度及び風呂往き温度の時間当たりの変化量が小さくなった場合に相当する。

攪拌運転の実行中の風呂戻り温度は、通常、時間の経過とともに上昇していく。その場合の風呂戻り温度の上昇速度は、時間の経過とともに低下していく。これは、浴槽３０内の浴水の温度が均一な状態に近づいていくためである。図３中の矢印Ｂで示す位置は、そのようにして風呂戻り温度の上昇速度が低くなった場合に相当する。

制御装置３６は、攪拌運転の開始から所定時間が経過したときに、風呂戻り温度センサ３８により検出される風呂戻り温度の時間当たりの変化量が第一基準値に比べて小さい場合には、当該攪拌運転を終了する。以下の説明では、この「所定時間」を「標準攪拌時間」と称する。攪拌運転において風呂戻り温度の時間当たりの変化量が小さくなったことは、浴槽３０内の浴水の温度が均一な状態になったことを意味すると考えられる。本実施の形態であれば、風呂戻り温度の時間当たりの変化量が第一基準値よりも小さくなったときに攪拌運転を終了して熱交換運転へ移行することで、攪拌運転の時間を適切な長さにすることができる。すなわち、攪拌運転の時間が足らず浴槽３０内が十分に攪拌される前に攪拌運転が終了してしまったり、その反対に、攪拌運転を継続する時間が不必要に長くなったりすることを防止できる。その結果、熱回収効率を向上しつつ、浴水ポンプ２９の消費電力を節約できる。また、風呂熱回収モード全体の所要時間をなるべく短くでき、攪拌運転中に浴槽３０から熱が散逸することを抑制できる。また、本実施の形態であれば、風呂戻り温度の時間当たりの変化量に基づいて攪拌運転を終了するので、外乱による風呂戻り温度の一時的な変動の影響を受けないで済む。よって、不適切なタイミングで攪拌運転を終了してしまうことをより確実に防止できる。

以下の説明では、攪拌運転を終了するか否かを制御装置３６が風呂戻り温度に基づいて判定する処理を「攪拌終了判定」と称する。標準攪拌時間は、浴槽３０内に温度境界層が形成された状態から、攪拌運転によって浴槽３０内の温度が均一になるまでに要する標準的な時間として、予め設定されていてもよい。例えば、８Ｌ／分の浴水流量で攪拌運転を行う場合において、標準攪拌時間を５分間としてもよい。なお、「浴槽３０内の温度が均一」とは、例えば、浴槽３０内において、底部の水温と、水面での水温との差が２℃以下であることとしてもよい。

本実施の形態であれば、攪拌運転の開始から標準攪拌時間が経過したときに制御装置３６が攪拌終了判定をすることで、攪拌運転の時間が短くなりすぎてしまうことを確実に防止できる。

また、本実施の形態であれば、風呂往き温度ではなく風呂戻り温度に基づいて攪拌終了判定を行うので、風呂用熱交換器２０からの熱伝達の影響を受けることがない。このため、浴槽３０内が十分に攪拌されたかどうかをより高精度に判定することが可能になる。

図３の例では、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの時間が標準攪拌時間に相当し、時刻ｔ２において制御装置３６が攪拌終了判定を行った結果、初回の攪拌運転が時刻ｔ２にて終了している。

攪拌運転を終了して熱交換運転へ移行するときには、以下のようにしてもよい。制御装置３６は、浴水ポンプ２９を一時的に停止させることで攪拌運転を終了するとともに、停止させていたタンク水ポンプ１２の運転を再開させる。タンク水ポンプ１２の運転が開始した後、浴水ポンプ２９の運転を再開することで、熱交換運転へ移行する。あるいは、制御装置３６は、浴水ポンプ２９を一時停止することなく攪拌運転から熱交換運転へ移行してもよい。

図４は、攪拌運転の実行中における風呂戻り温度の変化の例を示す図である。図４中の実線で示す風呂戻り温度の変化が検出された場合には、制御装置３６は、攪拌運転の終了後、熱交換運転に再度移行し、風呂熱回収モードを継続する。これに対し、図４中の破線で示す風呂戻り温度の変化が検出された場合には、制御装置３６は、攪拌運転の終了後、熱交換運転に再度移行することなく、風呂熱回収モードを終了する。このように、制御装置３６は、攪拌運転の開始時の風呂戻り温度と、当該攪拌運転の終了時の風呂戻り温度との温度差が、所定の基準値以内（例えば、０．２５℃以内）のときには、熱交換運転に再度移行することなく、風呂熱回収モードを終了してもよい。これにより、回収可能な熱量が浴槽３０内に残っていない状態になった場合に、風呂熱回収モードを速やかに終了できるので、風呂熱回収モード全体の所要時間を短縮できるとともに、浴水ポンプ２９及びタンク水ポンプ１２の電力消費を低減できる。

攪拌終了判定において、制御装置３６は、例えば、１５秒間における風呂戻り温度の変化量を第一基準値（例えば、０．２５℃）と比較してもよい。攪拌終了判定における風呂戻り温度の変化量は、微少となる場合がある。例えば、攪拌終了判定において、１５秒間の風呂戻り温度の変化量は、０．２５℃〜０．５℃程度になる場合がある。そのような微小な風呂戻り温度の変化量に基づいて攪拌終了判定をより高精度に行うために、以下のような演算を制御装置３６が実施してもよい。

図５は、攪拌終了判定において制御装置３６が風呂戻り温度の変化量を演算する処理の例を説明するための図である。図５中の上段に示すサンプリングデータの例は、制御装置３６が例えば１００ミリ秒ごとに風呂戻り温度センサ３８から取得する温度データに相当する。制御装置３６は、このサンプリングデータを３０個使用し、それらの算術平均値を計算することで、３秒間における風呂戻り温度の平均値を算出する。その平均化された温度データは、その３秒間における風呂戻り温度の代表値とみなされる。図５中の下段に示す平均化データは、そのようにして計算された、３秒間ごとの風呂戻り温度の代表値に相当する。制御装置３６は、例えば１５秒間における風呂戻り温度の変化量を計算する場合には、３秒間ごとの風呂戻り温度の代表値を５個使用し、そのうちの最大値と最小値との差を１５秒間の風呂戻り温度の変化量とみなして、第一基準値と比較する。以上のようにすることで、攪拌終了判定の精度がさらに向上する。

制御装置３６は、攪拌運転の開始から標準攪拌時間が経過したときに、風呂戻り温度の時間当たりの変化量が、第一基準値よりも小さい第二基準値（例えば、０．１℃）に比べて小さい場合には、熱交換運転に移行することなく風呂熱回収モードの実行を終了してもよい。これにより、回収可能な熱量が浴槽３０内に残っていない状態になった場合に、風呂熱回収モードを速やかに終了できるので、風呂熱回収モード全体の所要時間を短縮できるとともに、浴水ポンプ２９及びタンク水ポンプ１２の電力消費を低減できる。

以下、浴槽３０内の浴水の量を「浴槽湯量」と称する。浴槽湯量が比較的多いときには、浴槽湯量が比較的少ないときに比べて、攪拌運転によって浴槽３０内の浴水の温度を均一化するために要する時間が長くなる傾向がある。そのような特性に鑑みて、制御装置３６は、浴槽湯量が比較的少ない場合の標準攪拌時間が、浴槽湯量が比較的多い場合の標準攪拌時間よりも短くなるように、浴槽湯量に応じて標準攪拌時間を設定してもよい。そのようにすることで、攪拌運転の時間を浴槽湯量に応じてより適切に制御できる。上記の制御において、制御装置３６は、ユーザーがリモコン装置４４で設定した湯張り湯量の値を浴槽湯量とみなして制御してもよいし、あるいは、水位センサ４６で検出される水位によって浴槽湯量を計算してもよい。また、制御装置３６は、浴槽湯量に応じて、標準攪拌時間を複数段階に変えてもよいし、あるいは標準攪拌時間を連続的に変えてもよい。

第一の所定時間は、標準攪拌時間よりも短い時間である。図３の例では、時刻ｔ３から時刻ｔ４までの時間が第一の所定時間に相当している。第一の所定時間は、例えば、９０秒間でもよい。制御装置３６は、攪拌運転の開始から第一の所定時間が経過したときに、風呂戻り温度の時間当たりの変化量が第三基準値に比べて小さい場合には、熱交換運転に移行することなく風呂熱回収モードの実行を終了してもよい。第三基準値は、第一基準値よりも小さい値である。第三基準値は、例えば、０．５℃でもよい。図３の例では、時刻ｔ４において、風呂戻り温度の時間当たりの変化量が第三基準値に比べて小さいために、風呂熱回収モードの実行が時刻ｔ４にて終了している。上記のようにすることで、回収可能な熱量が浴槽３０内に残っていない状態になった場合に、風呂熱回収モードを速やかに終了できるので、風呂熱回収モード全体の所要時間を短縮できるとともに、浴水ポンプ２９及びタンク水ポンプ１２の電力消費を低減できる。

第二の所定時間は、標準攪拌時間よりも短い時間である。第二の所定時間は、第一の所定時間よりも短い時間でもよい。第二の所定時間は、例えば、４５秒間でもよい。制御装置３６は、攪拌運転の開始から第一の所定時間が経過した後も当該攪拌運転を継続しているときに、第二の所定時間が経過するごとに、当該第二の所定時間内での風呂戻り温度の変化量を第四基準値と比較し、当該変化量が第四基準値に比べて小さい場合には、当該攪拌運転を終了してもよい。第四基準値は、例えば、０．２５℃でもよい。図３の例では、時刻ｔ１からの初回の攪拌運転の開始から第一の所定時間が経過した後も当該攪拌運転を継続しているため、制御装置３６は、第二の所定時間が経過するごとに、当該第二の所定時間内での風呂戻り温度の変化量を第四基準値と比較する。この例では、第二の所定時間内での風呂戻り温度の変化量が第四基準値に比べて小さくないために攪拌運転が継続されている。

攪拌運転前の浴槽３０内の温度分布状態、あるいは浴槽３０の形状などによっては、標準攪拌時間よりも短い時間の攪拌運転によって浴槽３０内の温度が均一化する場合がありうる。そのような場合において、上記のように、第一の所定時間の経過後に、第二の所定時間が経過するごとに、当該第二の所定時間内での風呂戻り温度の変化量を第四基準値と比較し、当該変化量が第四基準値に比べて小さい場合には、当該攪拌運転を終了するようにすることで、標準攪拌時間の経過を待つことなく攪拌運転を終了できる。このため、風呂熱回収モード全体の所要時間を短縮できるとともに、浴水ポンプ２９及びタンク水ポンプ１２の電力消費を低減できる。

第三の所定時間は、標準攪拌時間よりも短い時間である。第三の所定時間は、第一の所定時間よりも長い時間でもよい。第三の所定時間は、例えば、１３０秒間でもよい。制御装置３６は、初回の攪拌運転の開始から、第三の所定時間が経過するまでの間は、当該攪拌運転を終了するかどうかを判定しないようにしてもよい。初回の攪拌運転の前には、浴槽３０内の温度境界層が生成されている可能性が高いと考えられる。このため、上記のようにすることで、初回の攪拌運転の開始から、少なくとも第三の所定時間が経過するまでの間は攪拌運転が確実に継続されるので、浴槽３０内の攪拌が不十分になることをより確実に防止できる。

制御装置３６は、浴槽３０内の浴水が浴槽３０の底部に設けられた排水栓から排出され始めたことを検出した場合には、風呂熱回収モードの実行を終了することが望ましい。これにより、浴水ポンプ２９への空気流入を確実に防止することが可能となり、風呂戻り配管２８への空気流入も確実に防ぐことができるので、攪拌終了判定における誤判定をより確実に防止することが可能となる。制御装置３６は、例えば、水位センサ４６により浴槽３０内の水位の低下を検出することで、浴槽３０内の浴水が排水栓から排出され始めたことを検出可能である。また、自動で開閉可能な自動排水栓が浴槽３０に備えられている場合には、自動排水栓を制御する装置から、自動排水栓が開いたことを示す信号を制御装置３６が受信することで、浴槽３０内の浴水が排水栓から排出され始めたことを制御装置３６が検出可能である。

制御装置３６は、浴槽３０へ給湯を開始する場合には風呂熱回収モードの実行を終了することが望ましい。リモコン装置４４に対して浴槽３０への給湯指示がユーザーから入力された場合、すなわち、湯張りまたは足し湯などの指示が入力された場合には、浴槽３０が再び入浴に使用される可能性があると考えられる。よって、浴槽３０へ給湯を開始する場合に風呂熱回収モードの実行を終了することで、その後に入浴するユーザーの利便性を向上できる。

制御装置３６は、攪拌運転が連続した時間が所定の攪拌上限時間を超えると、当該攪拌運転を終了するようにしてもよい。攪拌上限時間は、標準攪拌時間よりも長い時間である。そのようにすることで、攪拌運転の時間が長くなりすぎることをより確実に防止できる。また、制御装置３６は、浴槽湯量が比較的多い場合には、浴槽湯量が比較的少ない場合に比べて、攪拌上限時間を長くしてもよい。

１ 圧縮機、 ３ 水冷媒熱交換器、 ４ 膨張弁、 ５ 冷媒配管、 ６ 空気熱交換器、 ７ ＨＰユニット、 ８ 貯湯タンク、 ８ａ 水導入口、 ８ｂ 水導出口、 ８ｃ 水導入口、 ８ｄ，８ｅ 温水導入出口、 ８ｆ 中温水導入出口、 ８ｇ 温水導入口、 ９ａ 第一給水配管、 ９ｂ 第二給水配管、 ９ｃ 第三給水配管、 ９ｄ 第四給水配管、 １０ 低温配管、 １１ 三方弁、 １２ タンク水ポンプ、 １３ａ 第一送水配管、 １３ｂ 第二送水配管、 １６ 四方弁、 １７ａ 第一温水配管、 １７ｂ 第二温水配管、 １８ 四方弁、 １９ａ 第三温水配管、 １９ｂ 第四温水配管、 １９ｃ 第五温水配管、 ２０ 風呂用熱交換器、 ２０ａ 第一タンク循環配管、 ２０ｂ 戻り配管、 ２０ｃ 第二タンク循環配管、 ２１ 高温配管、 ２２ 給湯用混合弁、 ２３ 風呂用混合弁、 ２４ 給湯配管、 ２５ 風呂配管、 ２６ 風呂用電磁弁、 ２９ 浴水ポンプ、 ３０ 浴槽、 ３１ 減圧弁、 ３３ タンクユニット、 ３４ 給湯栓、 ３５ 貯湯式給湯装置、 ３６ 制御装置、 ３７ 風呂往き温度センサ、 ３８ 風呂戻り温度センサ、 ４１，４２，４３ 貯湯温度センサ、 ４４ リモコン装置、 ４５ 風呂用流量センサ、 ４６ 水位センサ、 ４７ フロースイッチ、 ４８ 温度センサ、 ５０ 逆止弁、 ７８ 中温水切替弁、 ７９ 中温配管、 ８０ 浴槽アダプタ

Claims (9)

1. 貯湯タンクと、
   浴槽からの浴水と、前記貯湯タンクからのタンク水との間で熱を交換する熱交換器と、
   前記タンク水を前記熱交換器に循環させるタンク水ポンプを有する第一流路と、
   前記浴水を前記熱交換器に循環させる浴水ポンプを有する第二流路と、
   前記第二流路の浴水温度を検出する温度検出手段と、
   前記タンク水ポンプ及び前記浴水ポンプを同時に動作させる熱交換運転と、前記タンク水ポンプを動作させることなく前記浴水ポンプを動作させる攪拌運転とを交互に行う風呂熱回収モードを有する制御手段と、
   を備え、
   前記制御手段は、前記攪拌運転の開始から所定時間が経過したときに、前記温度検出手段により検出される浴水温度の時間当たりの変化量が第一基準値に比べて小さい場合には、当該攪拌運転を終了する
   貯湯式給湯装置。
2. 前記制御手段は、前記攪拌運転の開始から前記所定時間が経過したときに、前記浴水温度の時間当たりの変化量が、前記第一基準値よりも小さい第二基準値に比べて小さい場合には、前記熱交換運転に移行することなく前記風呂熱回収モードの実行を終了する請求項１に記載の貯湯式給湯装置。
3. 前記制御手段は、前記浴槽内の浴水が前記浴槽の排水栓から排出され始めたことを検出すると、前記風呂熱回収モードの実行を終了する請求項１または請求項２に記載の貯湯式給湯装置。
4. 前記制御手段は、前記浴槽へ給湯を開始する場合には前記風呂熱回収モードの実行を終了する請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の貯湯式給湯装置。
5. 前記制御手段は、前記攪拌運転の開始から前記所定時間よりも短い第一の所定時間が経過したときに、前記浴水温度の時間当たりの変化量が、前記第一基準値よりも小さい第三基準値に比べて小さい場合には、前記熱交換運転に移行することなく前記風呂熱回収モードの実行を終了する請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の貯湯式給湯装置。
6. 前記制御手段は、前記攪拌運転の開始から前記第一の所定時間が経過した後も当該攪拌運転を継続しているときに、前記所定時間よりも短い第二の所定時間が経過するごとに、当該第二の所定時間内での前記浴水温度の変化量を第四基準値と比較し、当該変化量が前記第四基準値に比べて小さい場合には、当該攪拌運転を終了する請求項５に記載の貯湯式給湯装置。
7. 前記浴槽内の前記浴水の量が比較的多い場合の前記所定時間は、前記浴槽内の前記浴水の量が比較的少ない場合の前記所定時間よりも長くなるように設定される請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の貯湯式給湯装置。
8. 前記制御手段は、初回の前記攪拌運転の開始から、第三の所定時間が経過するまでの間は、当該攪拌運転を終了するかどうかを判定しない請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の貯湯式給湯装置。
9. 前記温度検出手段は、前記熱交換器に入る前の前記浴水の温度を検出する請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の貯湯式給湯装置。

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