(57)【要約】【課題】貯湯タンク内の中温水を取り出して利用する貯湯式給湯機に用いることに適した流路切替弁、及び当該流路切替弁を備えた貯湯式給湯機を提供する。【解決手段】流路切替弁１は、弁ボディ２と、弁ボディ２内に配置され、回転可能な弁体３と、弁体３を回転駆動するモータ４とを備える。弁ボディ２は、弁体３の回転軸に平行な方向を向く第一流入口５と、回転軸に対して垂直な方向を向く第二流入口６と、流出口７とを備える。弁体３の回転位置が第一角度のときと、回転位置が第二角度のときと、回転位置が第三角度のときには、第一流入口５から流入した流体が流出口７から流出可能となる第一連通路が形成される。回転位置が第四角度のときには、第二流入口６から流入した流体が流出口７から流出可能となる第二連通路が形成される。【選択図】図１
2020070898.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
弁ボディと、
前記弁ボディ内に配置され、回転可能な弁体と、
前記弁体を回転駆動するモータと、
を備え、
前記弁ボディは、前記弁体の回転軸に平行な方向を向く第一流入口と、前記回転軸に対して垂直な方向を向く第二流入口と、流出口とを備え、
前記弁体の回転位置が第一角度のときと、前記回転位置が第二角度のときと、前記回転位置が第三角度のときには、前記第一流入口から流入した流体が前記流出口から流出可能となる第一連通路が形成され、
前記回転位置が第四角度のときには、前記第二流入口から流入した流体が前記流出口から流出可能となる第二連通路が形成される流路切替弁。
【請求項２】
前記弁体の内部に弁体第一流路と、弁体第二流路と、弁体第三流路と、弁体第四流路と、弁体第五流路と、弁体第六流路とが形成されており、
前記弁体第一流路は、前記第一流入口と同じ方向を向いた開口を前記弁体の表面に有し、
前記弁体第二流路は、前記回転位置が前記第一角度のときに前記流出口と連通し、
前記弁体第三流路は、前記回転位置が前記第三角度のときに前記流出口と連通し、
前記弁体第四流路は、前記回転位置が前記第二角度のときに前記流出口と連通し、
前記弁体第五流路は、前記回転位置が前記第四角度のときに前記流出口と連通し、
前記弁体第六流路は、前記回転位置が前記第四角度のときに前記第二流入口と連通し、
前記弁体第一流路と前記弁体第二流路と前記弁体第三流路と前記弁体第四流路とは、前記弁体の内部において相互に連通することにより第一弁体内通路を形成しており、
前記弁体第五流路と前記弁体第六流路とは、前記弁体の内部において相互に連通することにより第二弁体内通路を形成しており、
前記第一弁体内通路と前記第二弁体内通路とは、前記弁体の内部において相互に連通しておらず、
前記回転位置が前記第一角度のときには、前記弁体第一流路及び前記弁体第二流路によって前記第一連通路が形成されるとともに、前記第二流入口に設けられた閉止部が前記弁体の表面の前記弁体第三流路の開口を塞ぎ、
前記回転位置が前記第二角度のときには、前記弁体第一流路及び前記弁体第四流路によって前記第一連通路が形成されるとともに、前記閉止部が前記弁体の表面の前記弁体第五流路の開口を塞ぎ、
前記回転位置が前記第三角度のときには、前記弁体第一流路及び前記弁体第三流路によって前記第一連通路が形成されるとともに、前記閉止部が前記弁体の表面の前記弁体第二流路の開口を塞ぎ、
前記回転位置が前記第四角度のときには、前記弁体第五流路及び前記弁体第六流路によって前記第二連通路が形成されるとともに、前記閉止部が前記弁体の表面の前記弁体第四流路の開口を塞ぐ請求項１に記載の流路切替弁。
【請求項３】
前記弁体第一流路の前記開口の位置において前記弁体に接続され、前記弁体と共に回転する管状部材を備え、
前記管状部材は、前記第一流入口を通って前記弁ボディの外部へ延びた突出部を有し、
前記突出部は、前記回転軸に対して非平行な方向へ曲がった形状を有する請求項２に記載の流路切替弁。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の流路切替弁と、
水を加熱する加熱手段と、
前記加熱手段により加熱された湯を貯留する貯湯タンクと、
を備える貯湯式給湯機。
【請求項５】
請求項３に記載の流路切替弁と、
水を加熱する加熱手段と、
前記加熱手段により加熱された湯を貯留する貯湯タンクと、
外部へ供給するための温水が流れる出水配管と、
水源から供給される水が流れる給水配管と、
を備え、
前記流路切替弁の前記第一流入口は、前記貯湯タンクの側面に接続され、
前記流路切替弁の前記管状部材の前記突出部は、前記貯湯タンクの内部へ延びており、
前記流路切替弁の前記流出口は、前記出水配管に接続され、
前記流路切替弁の前記第二流入口は、前記給水配管に接続されている貯湯式給湯機。
【請求項６】
互いに異なる高さの位置において前記貯湯タンク内の温度を検出する複数の貯湯温度センサと、
前記複数の貯湯温度センサで検出された温度に応じて前記流路切替弁の前記弁体の前記回転位置を切り替える制御手段と、
を備える請求項５に記載の貯湯式給湯機。
【請求項７】
前記制御手段は、前記複数の貯湯温度センサのうちで最も低い位置にある貯湯温度センサで検出された温度が基準よりも高いときには前記回転位置が前記第四角度になるようにする請求項６に記載の貯湯式給湯機。
【請求項８】
前記複数の貯湯温度センサは、
前記回転位置が前記第一角度のときの前記管状部材の前記突出部の先端と同じ高さの位置の温度を検出する貯湯温度センサと、
前記回転位置が前記第二角度のときの前記管状部材の前記突出部の先端と同じ高さの位置の温度を検出する貯湯温度センサと、
前記回転位置が前記第三角度のときの前記管状部材の前記突出部の先端と同じ高さの位置の温度を検出する貯湯温度センサと、
を含む請求項６または請求項７に記載の貯湯式給湯機。
【請求項９】
前記貯湯式給湯機内の水を抜くための水抜きモードを設定可能な制御手段を備え、
前記制御手段は、前記水抜きモードが設定されると、前記管状部材の前記突出部の先端の位置が前記弁体の位置よりも低くなるように前記弁体を回転させる請求項５から請求項８のいずれか一項に記載の貯湯式給湯機。
【請求項１０】
前記加熱手段は、二酸化炭素を冷媒として用いるヒートポンプを備える請求項４から請求項９のいずれか一項に記載の貯湯式給湯機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流路切替弁及び貯湯式給湯機に関する。
【背景技術】
【０００２】
種々の温度を有した湯を積層状態で貯湯タンクに貯湯する給湯機の１つとして、加熱源にヒートポンプサイクルを利用して湯を沸かし、沸かした湯を貯湯タンク上部側から積層貯湯するヒートポンプ式の給湯機がある。加熱源にヒートポンプサイクルを用いた給湯機は、温水と冷媒との間で熱交換して湯水を加熱する冷媒−水熱交換器への入水温度が高くなると冷媒と温水との温度差が減少して加熱能力が低下する。
【０００３】
このため、貯湯タンク内の中温水を優先的に給湯に利用することで、冷媒−水熱交換器への入水温度を抑える方法が提案されている。貯湯タンク内の中温水を採取する機構として、Ｌ字型に曲がった回転可能な管状部材を貯湯タンクの内部に配置した中温水取水機構を備え、管状部材を回転させることで、貯湯タンク内の異なる高さの位置から中温水を取り出すことのできる給湯機が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１７５１８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示された貯湯式給湯機における中温水取水機構は、貯湯タンク内の温水を取り出すことしかできない。このため、例えば、中温水取水機構とは別に、低温水と中温水を混合するための混合弁を追加する必要があるなど、製品コストが上昇するという課題がある。
【０００６】
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、貯湯タンク内の中温水を取り出して利用する貯湯式給湯機に用いることに適した流路切替弁、及び当該流路切替弁を備えた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】
【０００７】
本発明に係る流路切替弁は、弁ボディと、弁ボディ内に配置され、回転可能な弁体と、弁体を回転駆動するモータと、を備え、弁ボディは、弁体の回転軸に平行な方向を向く第一流入口と、回転軸に対して垂直な方向を向く第二流入口と、流出口とを備え、弁体の回転位置が第一角度のときと、回転位置が第二角度のときと、回転位置が第三角度のときには、第一流入口から流入した流体が流出口から流出可能となる第一連通路が形成され、回転位置が第四角度のときには、第二流入口から流入した流体が流出口から流出可能となる第二連通路が形成されるものである。
また、本発明に係る貯湯式給湯機は、上記流路切替弁と、水を加熱する加熱手段と、加熱手段により加熱された湯を貯留する貯湯タンクと、を備えるものである。
また、本発明に係る貯湯式給湯機は、上記流路切替弁と、水を加熱する加熱手段と、加熱手段により加熱された湯を貯留する貯湯タンクと、外部へ供給するための温水が流れる出水配管と、水源から供給される水が流れる給水配管と、を備え、流路切替弁の第一流入口は、貯湯タンクの側面に接続され、流路切替弁の管状部材の突出部は、貯湯タンクの内部へ延びており、流路切替弁の流出口は、出水配管に接続され、流路切替弁の第二流入口は、給水配管に接続されているものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、貯湯タンク内の中温水を取り出して利用する貯湯式給湯機に用いることに適した流路切替弁、及び当該流路切替弁を備えた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】
【０００９】
【図１】実施の形態１による流路切替弁の断面図である。
【図２】図１に示す流路切替弁を貯湯タンクの側面に取り付けた状態を示す断面図である。
【図３】図１に示す流路切替弁を貯湯タンクの側面に取り付けた状態を示す断面図である。
【図４】図１に示す流路切替弁を貯湯タンクの側面に取り付けた状態を示す断面図である。
【図５】図１に示す流路切替弁を貯湯タンクの側面に取り付けた状態を示す断面図である。
【図６】図２から図５に示す流路切替弁を備えた貯湯式給湯機を模式的に示す構成図である。
【図７】図２から図５に示す流路切替弁を備えた貯湯式給湯機を模式的に示す構成図である。
【図８】図２から図５に示す流路切替弁を備えた貯湯式給湯機を模式的に示す構成図である。
【図９】図２から図５に示す流路切替弁を備えた貯湯式給湯機を模式的に示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
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。
【００１１】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１による流路切替弁の断面図である。図１に示すように、本実施の形態の流路切替弁１は、弁ボディ２と、弁ボディ２内に配置され、回転可能な弁体３と、弁体３を回転駆動するモータ４とを備える。弁ボディ２は、流体が出入りするための三つの開口として、第一流入口５と、第二流入口６と、流出口７とを有している。
【００１２】
モータ４は、弁ボディ２の外部に配置されている。弁ボディ２に形成されたシャフト挿通穴を貫通するシャフト１０は、弁体３をモータ４に連結する。モータ４が動作すると、シャフト１０と共に弁体３が回転する。弁体３の回転軸は、図１中の左右方向に平行である。モータ４は、例えばステッピングモータである。モータ４により、弁体３の回転角度を制御可能である。
【００１３】
第一流入口５は、弁体３の回転軸に平行な方向を向いて開口している。第一流入口５は、シャフト１０の反対側に位置する。第一流入口５は、図１中の右方向を向いて開口している。第二流入口６は、弁体３の回転軸に対して垂直な方向を向いて開口している。第二流入口６は、図１中の下方向を向いて開口している。流出口７は、弁体３の回転軸に対して垂直な方向であって、第二流入口６とは反対の方向を向いて開口している。すなわち、流出口７は、図１中の上方向を向いて開口している。
【００１４】
弁体３は、球形に近い外形を有する。すなわち、弁体３は、球面状の表面を有する。弁体３の内部に弁体第一流路１１と、弁体第二流路１２と、弁体第三流路１３と、弁体第四流路１４と、弁体第五流路１５と、弁体第六流路１６とが形成されている。弁体第一流路１１、弁体第二流路１２、弁体第三流路１３、弁体第四流路１４、弁体第五流路１５、及び弁体第六流路１６は、それぞれ、弁体３の表面に開口を形成している。なお、図１では、弁体３の回転位置の関係上、弁体第五流路１５が見えていない。
【００１５】
弁ボディ２と弁体３との間にパッキン８が設置されている。パッキン８は、例えばゴムのような弾性材料で作られたシール部材に相当する。パッキン８は、弁ボディ２の内面と弁体３の表面との間の隙間を封止することにより、流体の漏れを防止する。パッキン８に代えて、樹脂製または金属製のシール部材が用いられてもよい。
【００１６】
第二流入口６に閉止部９が設けられている。閉止部９は、第二流入口６に位置するパッキン８が形成する開口のほぼ１／２の領域を塞ぐよう構成されている。閉止部９は、弁体３の表面に接する球面状の凹曲面を有する。図示の例では、第二流入口６に位置するパッキン８が形成する開口のうち、第一流入口５に近い方のほぼ１／２の領域を閉止部９が塞いでいる。
【００１７】
図２から図５は、図１に示す流路切替弁１を貯湯タンク２０の側面に取り付けた状態を示す断面図である。図２から図５では、貯湯タンク２０の側面を形成する壁、すなわち貯湯タンク２０の円筒状の胴部を形成する壁の断面が示されている。流路切替弁１の第一流入口５は、貯湯タンク２０の側面に接続されている。弁ボディ２及びモータ４は、貯湯タンク２０の外側に位置する。弁体３の回転軸は、水平になる。図示の例では、第一流入口５を形成する部分の弁ボディ２が、固定部３０により、貯湯タンク２０の側面の壁に接続されている。固定部３０は、第一流入口５につながる穴を有する。固定部３０は、貯湯タンク２０の側面の壁に形成された穴と、第一流入口５との間の隙間を液密に封止する。
【００１８】
以下の説明では、弁体３の回転位置を、基準位置から弁体３が所定方向に回転した角度によって表す。本実施の形態では、図１及び図２は、弁体３の回転位置が基準位置であるときの状態を示す。すなわち、図１及び図２に示す弁体３の回転位置は、０度である。この０度は、第一角度に相当する。図３は、弁体３の回転位置が９０度のときの状態を示す。この９０度は、第二角度に相当する。第二角度は、弁体３が第一角度から上記所定方向に所定角度回転した回転位置に相当する。図４は、弁体３の回転位置が１８０度のときの状態を示す。この１８０度は、第三角度に相当する。第三角度は、弁体３が第二角度から上記所定方向に所定角度回転した回転位置に相当する。図５は、弁体３の回転位置が２７０度のときの状態を示す。この２７０度は、第四角度に相当する。第四角度は、弁体３が第三角度から上記所定方向に所定角度回転した回転位置に相当する。
【００１９】
弁体第一流路１１は、第一流入口５と同じ方向を向いた開口を弁体３の表面に有する。弁体３の表面の弁体第一流路１１の開口は、弁体３の回転位置にかかわらず、第一流入口５と同じ方向を向いている。
【００２０】
図２から図５に示す流路切替弁１は、弁体３と共に回転する管状部材１８を備える。管状部材１８の一端は、弁体３の表面の弁体第一流路１１の開口の位置において弁体３に接続されている。管状部材１８は、第一流入口５を通って弁ボディ２の外部へ延びた突出部１８ａを有する。弁ボディ２の内部に位置する部分の管状部材１８は、弁体３の回転軸と同心に設けられており、弁体３の回転軸と平行に延びる。これに対し、管状部材１８の突出部１８ａは、弁体３の回転軸に対して非平行な方向へ曲がった形状を有する。管状部材１８の突出部１８ａは、貯湯タンク２０の内部へ延びている。すなわち、管状部材１８は、貯湯タンク２０の側面の壁を貫通するように配置されている。弁体第一流路１１は、弁体３の回転位置にかかわらず、管状部材１８の内腔を介して貯湯タンク２０の内部に連通している。
【００２１】
図２及び図３に示すように、弁体第一流路１１と弁体第二流路１２と弁体第三流路１３と弁体第四流路１４とは、弁体３の内部において相互に連通することにより第一弁体内通路を形成している。図３に示すように、弁体第五流路１５と弁体第六流路１６とは、弁体３の内部において相互に連通することにより第二弁体内通路を形成している。弁体３の内部には、第一弁体内通路と第二弁体内通路とを隔てる隔壁１７が設けられている。これにより、第一弁体内通路と第二弁体内通路とは、弁体３の内部において相互に連通しないようになっている。
【００２２】
図２に示すように、弁体３の表面の弁体第二流路１２の開口は、弁体３の回転位置が０度のときに流出口７の方を向く。これにより、弁体第二流路１２は、弁体３の回転位置が０度のときに流出口７と連通する。その結果、弁体３の回転位置が０度のときには、第一流入口５内に配置された管状部材１８を通って弁体３内に流入した流体が流出口７から流出可能となる第一連通路が弁体第一流路１１及び弁体第二流路１２によって形成される。
【００２３】
弁体３の表面の弁体第三流路１３の開口は、弁体３の回転位置が０度のときに第二流入口６の方を向く。このとき、弁体３の表面の弁体第三流路１３の開口は、閉止部９によって塞がれる位置にある。これにより、管状部材１８を通って弁体３内に流入した流体が第二流入口６へ流れることが阻止されるとともに、第二流入口６から流出口７へ流体が流れることが阻止される。
【００２４】
弁体３の回転位置が０度のときには、管状部材１８の突出部１８ａは、上方向に向かって曲がるので、突出部１８ａの先端開口の位置は、弁体３よりも高い位置になる。このため、弁体３の回転位置が０度のときには、弁体３よりも高い位置の、貯湯タンク２０内の温水が管状部材１８に流入する。
【００２５】
図３に示すように、弁体３の表面の弁体第四流路１４の開口は、弁体３の回転位置が９０度のときに流出口７の方を向く。これにより、弁体第四流路１４は、弁体３の回転位置が９０度のときに流出口７と連通する。その結果、弁体３の回転位置が９０度のときには、第一流入口５内に配置された管状部材１８を通って弁体３内に流入した流体が流出口７から流出可能となる第一連通路が弁体第一流路１１及び弁体第四流路１４によって形成される。
【００２６】
弁体３の回転位置が９０度のときには、管状部材１８の突出部１８ａは、水平な面内で曲がるので、突出部１８ａの先端開口の位置は、弁体３と同じ高さの位置になる。このため、弁体３の回転位置が９０度のときには、弁体３と同じ高さの位置の、貯湯タンク２０内の温水が管状部材１８に流入する。
【００２７】
弁体３の表面の弁体第五流路１５の開口は、弁体３の回転位置が９０度のときに第二流入口６の方を向く。このとき、弁体３の表面の弁体第五流路１５の開口は、閉止部９によって塞がれる位置にある。これにより、第二流入口６から流出口７へ流体が流れることが阻止される。
【００２８】
図４に示すように、弁体３の表面の弁体第三流路１３の開口は、弁体３の回転位置が１８０度のときに流出口７の方を向く。これにより、弁体第三流路１３は、弁体３の回転位置が１８０度のときに流出口７と連通する。その結果、弁体３の回転位置が１８０度のときには、第一流入口５内に配置された管状部材１８を通って弁体３内に流入した流体が流出口７から流出可能となる第一連通路が弁体第一流路１１及び弁体第三流路１３によって形成される。
【００２９】
弁体３の表面の弁体第二流路１２の開口は、弁体３の回転位置が１８０度のときに第二流入口６の方を向く。このとき、弁体３の表面の弁体第二流路１２の開口は、閉止部９によって塞がれる位置にある。これにより、管状部材１８を通って弁体３内に流入した流体が第二流入口６へ流れることが阻止されるとともに、第二流入口６から流出口７へ流体が流れることが阻止される。
【００３０】
弁体３の回転位置が１８０度のときには、管状部材１８の突出部１８ａは、下方向に向かって曲がるので、突出部１８ａの先端開口の位置は、弁体３よりも低い位置になる。このため、弁体３の回転位置が１８０度のときには、弁体３よりも低い位置の、貯湯タンク２０内の温水が管状部材１８に流入する。
【００３１】
図５に示すように、弁体３の表面の弁体第五流路１５の開口は、弁体３の回転位置が２７０度のときに流出口７の方を向く。これにより、弁体第五流路１５は、弁体３の回転位置が２７０度のときに流出口７と連通する。また、弁体３の表面の弁体第六流路１６の開口は、弁体３の回転位置が２７０度のときに第二流入口６の方を向く。このとき、弁体３の表面の弁体第六流路１６の開口は、閉止部９によって塞がれない位置にある。その理由は、弁体３の表面の弁体第六流路１６の開口が、弁体第二流路１２、弁体第三流路１３、弁体第四流路１４、及び弁体第五流路１５の開口に比べて、第一流入口５から遠い位置にあるためである。このようにして、弁体３の回転位置が２７０度のときには、第二流入口６から流入した流体が流出口７から流出可能となる第二連通路が弁体第五流路１５及び弁体第六流路１６によって形成される。
【００３２】
弁体３の表面の弁体第四流路１４の開口は、弁体３の回転位置が２７０度のときに第二流入口６の方を向く。このとき、弁体３の表面の弁体第四流路１４の開口は、閉止部９によって塞がれる位置にある。これにより、第一流入口５と第二流入口６との間で流体が流れることが阻止される。
【００３３】
以上説明したように、本実施の形態の流路切替弁１によれば、弁体３の回転位置が０度のときと、弁体３の回転位置が９０度のときと、弁体３の回転位置が１８０度のときには、第一流入口５から流入した流体が流出口７から流出可能となる第一連通路を形成し、弁体３の回転位置が２７０度のときには、第二流入口６から流入した流体が流出口７から流出可能となる第二連通路を形成することが可能となる。
【００３４】
また、本実施の形態であれば、曲がった形状の突出部１８ａを有する管状部材１８が弁体３と共に回転することにより、弁体３の回転位置に応じて、流体が管状部材１８に流入する位置を変更することが可能となる。すなわち、弁体３の回転位置が０度のときには、弁体３よりも高い位置の、貯湯タンク２０内の温水が管状部材１８に流入し、弁体３の回転位置が９０度のときには、弁体３と同じ高さの位置の、貯湯タンク２０内の温水が管状部材１８に流入し、弁体３の回転位置が１８０度のときには、弁体３よりも低い位置の、貯湯タンク２０内の温水が管状部材１８に流入する。
【００３５】
図６から図９は、図２から図５に示す流路切替弁１を備えた貯湯式給湯機１００を模式的に示す構成図である。図６は弁体３の回転位置が０度のときの状態を示し、図７は弁体３の回転位置が９０度のときの状態を示し、図８は弁体３の回転位置が１８０度のときの状態を示し、図９は弁体３の回転位置が２７０度のときの状態を示す。
【００３６】
これらの図に示すように、本実施の形態の貯湯式給湯機１００は、以下に説明する各種の機器、部品、及び配管などを備える。貯湯タンク２０は、湯水を貯留するための容器である。貯湯タンク２０の下部には、市水を供給するための給水配管２２が接続されている。本明細書において、低温水とは、市水などの水源から供給される水と同程度の温度の水を意味する。給水配管２２は、水源から供給される低温水が流れる配管に相当する。貯湯タンク２０の上部には、貯留した湯水を貯湯式給湯機１００の外部へ供給するための給湯配管２３が接続されている。
【００３７】
前述したように、流路切替弁１は、貯湯タンク２０の側面、すなわち貯湯タンク２０の円筒状の胴部に対して取り付けられている。図示の例では、貯湯タンク２０の１／２の高さの位置よりもやや高い位置に流路切替弁１が配置されている。このような構成に限らず、貯湯タンク２０の１／２の高さ以下の高さの位置に流路切替弁１が配置されていてもよい。
【００３８】
制御装置５０は、貯湯式給湯機１００の動作を制御する制御手段に相当する。貯湯式給湯機１００が備えるアクチュエータ類及びセンサ類は、制御装置５０に対して電気的に接続されている。
【００３９】
ヒートポンプユニット６０は、水を加熱する加熱手段に相当する。本実施の形態におけるヒートポンプユニット６０は、二酸化炭素を冷媒として用いる冷媒回路を備える。図示を省略するが、冷媒回路は、冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮機で圧縮された高温高圧の冷媒と水との間で熱を交換する冷媒−水熱交換器と、冷媒−水熱交換器を通過した高圧冷媒を減圧させる例えば膨張弁のような減圧装置と、減圧装置を通過した低圧冷媒を蒸発させる蒸発器とを備える。蒸発器は、例えば外気の熱によって冷媒を蒸発させる。ヒートポンプユニット６０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ことで、水を加熱して高温の湯を生成する。
【００４０】
なお、本明細書において、高温水とは、ヒートポンプユニット６０で加熱された高温の湯と同程度の温度の水を意味する。また、中温水とは、高温水と低温水の間の温度の水を意味する。
【００４１】
貯湯タンク２０内の水を加熱する運転である沸き上げ運転のときには、以下のように湯水が循環する。貯湯タンク２０内の下部にある水が、タンク下部配管２５を通って、ヒートポンプユニット６０に送られる。タンク下部配管２５には、湯水を循環させるための循環ポンプ（図示省略）が設置されている。ヒートポンプユニット６０にて加熱された高温水は、タンク上部配管２４を通って貯湯タンク２０へ戻り、貯湯タンク２０内の上部に流入する。このような沸き上げ運転が行われることにより、貯湯タンク２０内では、上側が高温で下側が低温となる温度成層が形成されて湯水が貯留される。
【００４２】
貯湯タンク２０の表面には、貯湯タンク２０内の湯水の鉛直方向の温度分布を検知するための複数の貯湯温度センサ３１，３２，３３が、互いに異なる高さの位置に取り付けられている。複数の貯湯温度センサ３１，３２，３３は、互いに異なる高さの位置において貯湯タンク２０内の温度を検出する。貯湯温度センサ３１，３２，３３のうち、貯湯温度センサ３１は最も高い位置にあり、貯湯温度センサ３２はその次に高い位置にあり、貯湯温度センサ３３は最も低い位置にある。制御装置５０は、貯湯温度センサ３１，３２，３３により取得された温度分布に基づいて、貯湯タンク２０内の蓄熱量及び残湯量を把握し、その蓄熱量あるいは残湯量に基づいて、沸き上げ運転の開始及び停止などを制御する。なお、図示された三つの貯湯温度センサ３１，３２，３３以外の貯湯温度センサがさらに貯湯タンク２０に取り付けられていてもよい。
【００４３】
給水配管２６は、給水配管２２から分岐して、流路切替弁１の第二流入口６に接続されている。給水配管２２からの低温水が給水配管２６を通って第二流入口６に流入可能である。
【００４４】
給湯混合弁２７は、第一入口２７ａと、第二入口２７ｂと、出口２７ｃとを有する。第一入口２７ａは、給湯配管２３により貯湯タンク２０の上部に接続されている。第二入口２７ｂは、出水配管１９により、流路切替弁１の流出口７に接続されている。出水配管１９は、貯湯式給湯機１００の外部へ供給するための温水が流れる配管に相当する。
【００４５】
混合給湯管２８は、出口２７ｃと、貯湯式給湯機１００の外部に設けられた蛇口２９との間を接続している。給湯配管２３から第一入口２７ａに流入した高温水と、出水配管１９から第二入口２７ｂに流入した中温水または低温水とが、給湯混合弁２７にて混合され、その混合された湯が、出口２７ｃ及び混合給湯管２８を通って蛇口２９へ供給される。給湯混合弁２７は、第一入口２７ａに流入する高温水と、第二入口２７ｂに流入する中温水または低温水との混合比を調整することにより、蛇口２９への給湯温度を調整する機能を有する。貯湯式給湯機１００は、蛇口２９のほかに、例えばシャワー、浴槽などの給湯先へ給湯可能に構成されていてもよい。
【００４６】
使用者は、例えばリモコン装置のようなユーザーインターフェース（図示省略）を用いて、蛇口２９への給湯温度を設定可能である。制御装置５０は、混合給湯管２８を流れる湯の温度が、設定給湯温度に等しくなるように、給湯混合弁２７による混合比を調整する。
【００４７】
本実施の形態では、貯湯タンク２０内の中温水を流路切替弁１を用いて取り出して給湯混合弁２７へ供給することにより、中温水を給湯に有効利用することができる。蛇口２９へ供給される湯の温度を設定給湯温度に等しくするためには、流路切替弁１により取り出される中温水の温度が設定給湯温度以下であることが必要となる。
【００４８】
本実施の形態において、制御装置５０は、貯湯温度センサ３１，３２，３３で検出された温度の情報に応じて流路切替弁１の弁体３の回転位置を切り替えることができる。これにより、貯湯タンク２０内の鉛直方向の温度分布の状態に応じて、適切な温度の中温水を流路切替弁１により取り出すことが可能となる。この点に関して、以下に説明する。
【００４９】
弁体３の回転位置が０度のときには、図６に示すように、管状部材１８の突出部１８ａの先端１８ｂの位置は、最も高くなる。よって、弁体３の回転位置を０度にすることにより、貯湯タンク２０内のなるべく高い位置から中温水を取り出すことができる。貯湯タンク２０内の残湯量が少ないときには、貯湯タンク２０内の上部領域に中温水の層が位置する。制御装置５０は、貯湯タンク２０内の残湯量が少ないことが検知された場合に、弁体３の回転位置を０度にする。これにより、適切な温度の中温水を取り出すことが可能となる。
【００５０】
図６の状態における給湯動作は、例えば以下のようになる。貯湯タンク２０内の上部領域にある中温水（例えば３０℃）が、突出部１８ａの先端１８ｂの開口から管状部材１８に流入し、第一流入口５、弁体３、流出口７、及び出水配管１９を経て、給湯混合弁２７に流入する。この中温水と、貯湯タンク２０から給湯配管２３により取り出された高温水（例えば８０℃）とが、設定給湯温度（例えば４０℃）に等しい温度の湯になるように給湯混合弁２７により混合され、その湯が混合給湯管２８を経て蛇口２９から出湯される。以上により、貯湯タンク２０内の上部領域に中温水の層が存在するときに、中温水を取り出し、給湯への利用が可能となる。
【００５１】
弁体３の回転位置が９０度のときには、図７に示すように、管状部材１８の突出部１８ａの先端１８ｂは、流路切替弁１とほぼ同じ高さの位置となり、貯湯タンク２０内の中間高さ領域に位置する。よって、弁体３の回転位置を９０度にすることにより、貯湯タンク２０内の中間高さ領域から中温水を取り出すことができる。貯湯タンク２０内の残湯量が中程度の量のときには、貯湯タンク２０内の中間高さ領域に中温水の層が位置する。制御装置５０は、貯湯タンク２０内の残湯量が中程度の量であることが検知された場合に、弁体３の回転位置を９０度にする。これにより、適切な温度の中温水を取り出すことが可能となる。
【００５２】
図７の状態における給湯動作は、例えば以下のようになる。貯湯タンク２０内の中間高さ領域にある中温水（例えば３０℃）が、突出部１８ａの先端１８ｂの開口から管状部材１８に流入し、第一流入口５、弁体３、流出口７、及び出水配管１９を経て、給湯混合弁２７に流入する。この中温水と、貯湯タンク２０から給湯配管２３により取り出された高温水（例えば８０℃）とが、設定給湯温度（例えば４０℃）に等しい温度の湯になるように給湯混合弁２７により混合され、その湯が混合給湯管２８を経て蛇口２９から出湯される。以上により、貯湯タンク２０内の中間高さ領域に中温水の層が存在するときに、中温水を取り出し、給湯への利用が可能となる。
【００５３】
弁体３の回転位置が１８０度のときには、図８に示すように、管状部材１８の突出部１８ａの先端１８ｂの位置は、最も低くなる。よって、弁体３の回転位置を１８０度にすることにより、貯湯タンク２０内のなるべく低い位置から中温水を取り出すことができる。貯湯タンク２０内の残湯量が多いときには、貯湯タンク２０内の下部領域に中温水の層が位置する。制御装置５０は、貯湯タンク２０内の残湯量が多いことが検知された場合に、弁体３の回転位置を１８０度にする。これにより、適切な温度の中温水を取り出すことが可能となる。
【００５４】
図８の状態における給湯動作は、例えば以下のようになる。貯湯タンク２０内の下部領域にある中温水（例えば３０℃）が、突出部１８ａの先端１８ｂの開口から管状部材１８に流入し、第一流入口５、弁体３、流出口７、及び出水配管１９を経て、給湯混合弁２７に流入する。この中温水と、貯湯タンク２０から給湯配管２３により取り出された高温水（例えば８０℃）とが、設定給湯温度（例えば４０℃）に等しい温度の湯になるように給湯混合弁２７により混合され、その湯が混合給湯管２８を経て蛇口２９から出湯される。以上により、貯湯タンク２０内の下部領域に中温水の層が存在するときに、中温水を取り出し、給湯への利用が可能となる。
【００５５】
弁体３の回転位置が２７０度のときには、図９に示すように、管状部材１８の突出部１８ａの先端１８ｂは、流路切替弁１とほぼ同じ高さの位置となり、貯湯タンク２０内の中間高さ領域に位置する。このときの流路切替弁１は、第二流入口６から流入した流体が流出口７から流出可能となる第二連通路を形成する状態であるので、管状部材１８から流路切替弁１へ流体は流れない。
【００５６】
図９の状態における給湯動作は、例えば以下のようになる。給水配管２２からの低温水（たとえば２０℃）が、給水配管２６、流路切替弁１の第二流入口６、弁体３、流出口７、及び出水配管１９を経て、給湯混合弁２７に流入する。この低温水と、貯湯タンク２０から給湯配管２３により取り出された高温水（例えば８０℃）とが、設定給湯温度（例えば４０℃）に等しい温度の湯になるように給湯混合弁２７により混合され、その湯が混合給湯管２８を経て蛇口２９から出湯される。
【００５７】
貯湯タンク２０内の残湯量が特に多いとき、例えば貯湯タンク２０内がすべて高温水で満たされているときなど、適切な温度の中温水を貯湯タンク２０内から管状部材１８により取り出すことができない場合がある。そのような場合に、制御装置５０は、弁体３の回転位置を２７０度にする。これにより、給水配管２２からの低温水を給湯混合弁２７に供給することができるので、給湯設定温度に等しい温度の湯を給湯混合弁２７にて生成することが可能となる。
【００５８】
以上説明したように、本実施の形態であれば、貯湯タンク２０内の異なる高さ位置の中温水を取り出すことと、中温水に代えて水源からの低温水を供給することとの両方を、一つの流路切替弁１によって達成可能となる。このため、貯湯タンク２０内の中温水を取り出して利用する貯湯式給湯機１００を、簡便な部品構成で達成することができ、製品コストの上昇を抑制する上で有利になる。
【００５９】
次に、貯湯式給湯機１００における流路切替弁１の制御動作の例について説明する。沸き上げ運転の終了後は、貯湯タンク２０内の温度は、全体が６５℃から９０℃程度の高温の状態になる。このとき、貯湯温度センサ３１，３２，３３の検出温度は、いずれも６５℃以上になる。このような場合には、制御装置５０は、中温水を取り出すことができないと判断し、弁体３の回転位置が２７０度になるように流路切替弁１を動作させて、図９の状態にする。これにより、給水配管２６からの低温水が流路切替弁１及び出水配管１９を通って給湯混合弁２７に供給される状態となる。
【００６０】
図９の状態から、使用者が蛇口２９を開くことで給湯動作が行われると、貯湯タンク２０の上部から高温水が給湯配管２３へ取り出され、給水配管２２からの低温水が貯湯タンク２０の下部に流入する。その結果、貯湯タンク２０内には、上部の高温水の層と、下部の低温水の層と、上部と下部の中間部の中温水の層とが形成される。貯湯温度センサ３１及び貯湯温度センサ３２が高温（６５℃以上）を検出し、貯湯温度センサ３３が中温（例えば３０℃）を検出すると、制御装置５０は、弁体３の回転位置が１８０度になるように流路切替弁１を動作させて、図８の状態にする。この状態で給湯動作が行われると、貯湯温度センサ３３とほぼ同じ高さにある中温水が管状部材１８を通って取り出され、給湯に利用される。
【００６１】
図８の状態からさらに給湯動作が行われると、貯湯タンク２０内の中温水の層が徐々に上へ移動していく。貯湯温度センサ３１が高温（６５℃以上）を検出し、貯湯温度センサ３２が中温（例えば３０℃）を検出すると、制御装置５０は、弁体３の回転位置が９０度になるように流路切替弁１を動作させて、図７の状態にする。この状態で給湯動作が行われると、貯湯温度センサ３２とほぼ同じ高さにある中温水が管状部材１８を通って取り出され、給湯に利用される。
【００６２】
図７の状態からさらに給湯動作が行われると、貯湯タンク２０内の中温水の層がさらに上へ移動する。貯湯温度センサ３１が中温（例えば３０℃）を検出すると、制御装置５０は、弁体３の回転位置が０度になるように流路切替弁１を動作させて、図６の状態にする。この状態で給湯動作が行われると、貯湯温度センサ３１とほぼ同じ高さにある中温水が管状部材１８を通って取り出され、給湯に利用される。
【００６３】
以上のようにして、本実施の形態であれば、貯湯タンク２０内の中温水を給湯に有効利用することが可能となる。このため、沸き上げ運転のときに中温水がヒートポンプユニット６０に流入することを抑制できるので、ヒートポンプユニット６０への入水温度を低い温度に維持することができる。その結果、ヒートポンプユニット６０の効率を向上することができる。
【００６４】
次に、配管の凍結を防止するための水抜きモードについて説明する。貯湯式給湯機１００を冬期に長期間使用しない場合などにおいて、貯湯式給湯機１００の電源を切る場合には、貯湯式給湯機１００内の配管内の水の凍結による部品破損あるいは機能低下などを防止する必要がある。そのような場合に備えて、制御装置５０は、貯湯式給湯機１００内の水を抜くための水抜きモードを設定可能になっている。使用者は、例えばリモコン装置のようなユーザーインターフェース（図示省略）を操作することにより、水抜きモードを設定することができる。
【００６５】
制御装置５０は、水抜きモードが設定されると、管状部材１８の突出部１８ａの先端１８ｂの位置が弁体３の位置よりも低くなるように弁体３を回転させる。これにより、管状部材１８内の水が突出部１８ａの先端１８ｂの開口から確実に排出される。よって、管状部材１８内に水が残ることを確実に防止できるので、水の凍結による管状部材１８の破損を確実に防止できる。この場合、制御装置５０は、管状部材１８の突出部１８ａの先端１８ｂの位置が最も低くなるように、弁体３の回転位置を１８０度にしてもよい。
【００６６】
貯湯温度センサ３１，３２，３３の高さ位置については、弁体３の回転位置が０度のときの管状部材１８の突出部１８ａの先端１８ｂと同じ高さの位置の温度を検出するように貯湯温度センサ３１を配置し、弁体３の回転位置が９０度のときの先端１８ｂと同じ高さの位置の温度を検出するように貯湯温度センサ３２を配置し、弁体３の回転位置が１８０度のときの先端１８ｂと同じ高さの位置の温度を検出するように貯湯温度センサ３３を配置することが望ましい。これにより、弁体３の回転位置が０度、９０度、１８０度のいずれのときにも、管状部材１８へ流入する中温水の温度をより正確に検出することができるので、中温水をより適切に給湯に利用することが可能となる。
【００６７】
制御装置５０は、複数の貯湯温度センサ３１，３２，３３のうちで最も低い位置にある貯湯温度センサ３３で検出された温度が基準温度よりも高いときには弁体３の回転位置が２７０度になるように流路切替弁１を動作させる。基準温度は、予め決められた温度（例えば３０℃）でもよいし、設定給湯温度に等しい温度、または設定給湯温度よりも低い温度としてもよい。上記のようにすることで、適切な温度よりも高い温度の中温水が給湯に利用されることをより確実に防止できる。
【００６８】
ヒートポンプ式給湯機、特に二酸化炭素を冷媒として用いるヒートポンプ式給湯機は、外気温度が同程度ならば、ヒートポンプユニット６０の冷媒−水熱交換器に流入する水の温度、すなわち貯湯タンク２０内の下部の水温が高いほど、成績係数が低下する。本実施の形態によれば、貯湯タンク２０内の中温水を給湯に十分に利用でき、貯湯タンク２０内の中温水が冷媒−水熱交換器に流入することを抑制できる。このため、本実施の形態であれば、二酸化炭素を冷媒としたヒートポンプ給湯機において、高効率の製品を提供することが可能となる。
【００６９】
本実施の形態では、流路切替弁１の弁体３の回転位置について、０度、９０度、１８０度のときに第一連通路が形成され、２７０度のときに第二連通路が形成されるものとして説明したが、これらの角度については適宜変更してもよい。また、０度、９０度、１８０度、２７０度の４つの角度に弁体３の回転位置を切り替える例について説明したが、弁体３の回転位置の切り替えの数を増減させてもよい。また、弁体３の回転位置が０度のときに第二連通路が形成され、弁体３の回転位置が９０度、１８０度、２７０度のときに第一連通路が形成されるような流路構成としてもよい。
【００７０】
また、本実施の形態では、流路切替弁１の第二流入口６に水源からの低温水が流入する構成を例に説明したが、貯湯タンク２０の上部から取り出された高温水が第二流入口６に流入するように構成してもよい。その場合には、貯湯タンク２０内の異なる高さ位置の中温水を取り出すことと、中温水に代えて高温水を供給することとの両方を、一つの流路切替弁１によって達成可能となる。その結果、貯湯式給湯機１００の構成の簡素化に有利になる。
【符号の説明】
【００７１】
１  流路切替弁
２  弁ボディ
３  弁体
４  モータ
５  第一流入口
６  第二流入口
７  流出口
８  パッキン
９  閉止部
１０  シャフト
１１  弁体第一流路
１２  弁体第二流路
１３  弁体第三流路
１４  弁体第四流路
１５  弁体第五流路
１６  弁体第六流路
１７  隔壁
１８  管状部材
１８ａ  突出部
１８ｂ  先端
１９  出水配管
２０  貯湯タンク
２２  給水配管
２３  給湯配管
２４  タンク上部配管
２５  タンク下部配管
２６  給水配管
２７  給湯混合弁
２７ａ  第一入口
２７ｂ  第二入口
２７ｃ  出口
２８  混合給湯管
２９  蛇口
３０  固定部
３１，３２，３３  貯湯温度センサ
５０  制御装置
６０  ヒートポンプユニット
１００  貯湯式給湯機
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2020070898.tif 000006
【図５】
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【図６】
2020070898.tif 000008
【図７】
2020070898.tif 000009
【図８】
2020070898.tif 000010
【図９】
2020070898.tif 000011