(57)【要約】【課題】貯湯タンクに給水圧が掛かっていない状態であっても、いつでも沸き上げポンプの運転が可能な貯湯式給湯機を提供すること。【解決手段】本発明の貯湯式給湯機は、湯水を貯える貯湯タンク３と、貯湯タンク３内の湯水を加熱する加熱手段２と、貯湯タンク３から加熱手段２へ湯水を搬送する搬送手段１６と、貯湯タンク３の底部と搬送手段１６と加熱手段２と貯湯タンク３の上部とを順次環状に接続して構成される沸き上げ回路とを備え、搬送手段１６の出口側に逆止手段１７を設ける。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
湯水を貯える貯湯タンクと、前記貯湯タンク内の湯水を加熱する加熱手段と、前記貯湯タンクから前記加熱手段へ湯水を搬送する搬送手段と、前記貯湯タンクの底部と前記搬送手段と前記加熱手段と前記貯湯タンクの上部とを順次環状に接続して構成される沸き上げ回路とを備え、前記搬送手段の出口側に前記逆止手段を設けたことを特徴とする貯湯式給湯機。
【請求項２】
前記搬送手段の出口側と前記逆止手段との間には配管を介さないことを特徴とする請求項１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、湯水を貯える貯湯タンクを有する貯湯式給湯機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図３は、従来の貯湯式給湯機の構成を示す構成図である。図３において、従来の貯湯式給湯機は、タンクユニット１００とヒートポンプユニット１０５を有しており、タンクユニット１００とヒートポンプユニット１０５とは湯水が流れる配管で接続される（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
タンクユニット１００は、湯水を貯える貯湯タンク１０１を有し、貯湯タンク１０１の底部には給水源から低温水を供給する給水配管１０２が接続されている。給水配管１０２には湯水の流れの逆流を防止する逆止手段１０３が配設されており、貯湯タンク１０１からの湯水の逆流を防止している。
【０００４】
また、貯湯タンク１０１からヒートポンプユニット１０５へ低温水を搬送するための沸き上げポンプ１０４を有しており、沸き上げポンプ１０４を駆動することで貯湯タンク１０１の底部からヒートポンプユニット１０５へ湯水を搬送している。貯湯タンク１０１の上部には給湯端末１１１へ高温水を供給する出湯管１１２が接続されており、給水配管１０２から分岐した給水分岐配管１１５と出湯管１１２とが混合弁１１６に接続され、混合弁１１６で所望の温度に混合される。そして、混合された湯水は給湯配管１１７を通って給湯端末１１１へ供給される。
【０００５】
また、出湯管１１２から分岐して貯湯タンク１０１内の膨張水を排出するための排水管１１３が設けられており、排水管１１３には貯湯タンク１０１内の圧力を設定圧力に保つための逃し弁１１４が設けられている。
【０００６】
ヒートポンプユニット１０５は、冷媒を圧縮する圧縮機１０６、冷媒と水とが熱交換を行う冷媒水熱交換器１０７、冷媒を減圧する減圧装置１０８、冷媒と大気とが熱交換を行う蒸発器１０９を順次冷媒配管１１０で環状に接続して構成されるヒートポンプ回路を有している。
【０００７】
また、貯湯タンク１０１の底部には給水配管１０２から給水圧が掛かっており、貯湯タンク１０１の底部から冷媒水熱交換器１０７へ接続される配管内は、常時、湯水で満たされているので、沸き上げポンプ１０４には、低コストで簡単な構成の非自吸式ポンプが採用されている。そして、非自吸式ポンプにおいては水を貯める構造が無いため、貯湯タンク１０１の底部から給湯配管を上方向に立ち上げて、上方向に立ち上がった給湯配管の途中に非自吸式ポンプを配設するようにしている。そのため、沸き上げポンプ１０４には常時水で満たされている状態となり、沸き上げポンプ１０４からの水抜けを防止している。
【０００８】
以上のように構成される従来の貯湯式給湯機の沸き上げ運転について説明する。通常、深夜時間帯（２３時〜翌７時）に沸き上げポンプ１０４が駆動することで、貯湯タンク１０１の底部からヒートポンプユニット１０５内の冷媒水熱交換器１０７へ低温水が搬送される。そして、搬送された低温水は、冷媒水熱交換器１０７で高温高圧の冷媒より熱を受け取り高温水となり、貯湯タンク１０１の上部から貯えられていく。なお、通常の沸き上げ運転時には、給水管１０２から貯湯タンク１０１の底部へは常時給水圧が掛かっている状態となっている。
【０００９】
一方、冬季に外気温度が低くなる寒冷地においては、寒冷地の水道設備として不凍水抜栓がある。図４は、不凍水抜栓を介して貯湯式給湯機を設置した時の構成図である。図４に示すように、寒冷地に上述した貯湯式給湯機を設置する場合には、不凍水抜栓を介して貯湯式給湯機を設置しなければならない。不凍水抜栓とは、夜間等に外気温度が低温になってしまった時でも、給水配管等が凍結してしまわないように、予め給水配管から水を抜き取ってしまい、給水源からの水の供給をカットするものである。
【００１０】
図５および図６は、不凍水抜栓を介して設置された貯湯式給湯機の要部拡大図である。図５に示すように、昼間など給湯端末１１１を使用する時には、タンクユニット１００から給湯配管１１７を経て給水端末１１１へ湯が供給されている。そして給水源から給水配管１１８が給湯端末１１１へ接続されており、給湯端末１１１で湯と水とが使用者によって混合される。この時、給湯配管１１７および給水配管１１８内の湯水の流れは、図５に矢印で示す方向に流れており、湯はタンクユニット１００から給湯端末１１１へ向かう方向、水は給水源から給湯端末１１１へ向かう方向に流れている。
【００１１】
また、給水源からタンクユニット１００および給湯端末１１１へ水を供給する給水配管には、不凍水抜栓１２０が設けられている。そして、給湯端末１１１へ湯を供給する給湯配管１１７にも、給湯配管１１７に連通するように不凍水抜栓１２０が設けられている。ちなみに図５および図６では、湯側の不凍水抜栓と水側の不凍水抜栓が一体となったものを使用しているが、それぞれ別体に構成されている不凍水抜栓もある。
【００１２】
そして、外気温度が低温になる夜間には、使用者が不凍水抜栓を操作して、給水配管１１８および給湯配管１１７内の湯水を抜く。この時、図６に示すように、不凍水抜栓１２０を操作すると、給湯配管１１７および給水配管１１８内を流れていた湯水が、図６に示す矢印の方向に流れ、不凍水抜栓１２０に設けられた排水吐出口１２１から外部へ排水される。その結果、給湯配管１１７および給水配管１１８には湯水が無くなり、配管等の凍結を防止することができる。
【００１３】
このように水道設備として不凍水抜栓がある寒冷地では、配管の凍結防止のために、不凍水抜栓１２０を介して給湯端末１１１やタンクユニット１００を設置しなければならない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２００２−１４７８４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、不凍水抜栓１２０を操作して配管内の水を抜いた時や、給水源からの断水時には、給水配管１０２から貯湯タンク１０１の底部には給水圧が掛からない状況になってしまう。その結果、配管内に空気が溜まってしまい、沸き上げポンプの運転ができないという課題を有していた。
【００１６】
次に、貯湯タンク１０１の底部に給水圧が掛かっていなければ、上記課題が発生する理由について図７および図８を用いて説明する。図７は、給湯配管１１７および給水配管１１８から湯水が抜けた時の状態を示す図である。図７に示すように、不凍水抜栓１２０を操作することにより、不凍水抜栓１２０に設けた排水吐出口１２１から、給湯配管１１７および給湯配管１１８内の湯水が抜けていく。そしてそれに伴い、貯湯タンク１０１の上部にある僅かな湯水が給湯配管１１７を通してサイフォン効果で抜けてしまい、逃し弁１１４から外部の空気が入り込んできて貯湯タンク１０１の上部に空気層ができる。
【００１７】
図８は、沸き上げポンプ１０４の取り付け位置の上流および下流の配管の状態を示す図である。図８（ａ）に示すように、不凍水抜栓１２０を操作して給水配管１０２から貯湯タンク１０１への水の供給を停止した時には、まだ貯湯タンク１０１の底部から冷媒水熱交換器１０７へ接続される配管内は湯水で満たされている。
【００１８】
しかしながら、深夜時間帯の貯湯タンク１０１内の湯水の沸き上げ運転時には、不凍水抜栓１２０を操作して給水源からの給水を停止している状態なので、給水配管１０２から貯湯タンク１０１の底部には給水圧が掛かっていない状態である。そのため沸き上げ運転時に沸き上げポンプ１０４を駆動する時には、沸き上げポンプ１０４の上流側は負圧状態であるので、図８（ｂ）に示すように、沸き上げポンプ１０４内に空気が発生してしまい、配管内に空気が溜まってしまう。これは、一般的に圧力が高いほど、また温度が低いほど水中に酸素が溶け込んでいるが、給水圧が掛かっていないため、水中の酸素が出てきやすくなっていることに起因する。
【００１９】
このように、不凍水抜栓１２０を操作した直後の配管内は、湯水で満たされているので沸き上げ運転は可能であるが、沸き上げポンプ１０４を駆動することによって空気が発生し、徐々に配管内に溜まることになる。そして沸き上げ運転が終了後に、沸き上げポンプ１０４の駆動が停止すると、配管内の空気層を挟む水面の圧力バランスがとれ、図８（ｃ）に示すような沸き上げポンプ１０４が空気層に位置してしまうことがある。
【００２０】
一旦、図８（ｃ）の状態になってしまうと、翌朝、使用者が不凍水抜栓を操作して給水源からの給水を再開すると貯湯タンク１０１の底部から水が供給されるので、配管内に溜まった空気層が押し出されて、沸き上げポンプ１０４の運転に支障がでることはないが、例えば、使用者が数日間外出するために、不凍水抜栓１２０を操作しないまま沸き上げポンプ１０４が何度も駆動したり、夜間の配管内の湯水の凍結防止のために沸き上げポンプ１０４が何日にも渡って駆動したりすると、図８（ｃ）の状態のまま沸き上げポンプ１０４が駆動してしまうことになり、沸き上げポンプ１０４が空回りしてしまい、故障してしまう可能性がある。
【００２１】
このように本発明は、前記従来の課題を解決するもので、貯湯タンクに給水圧が掛かっていない状態であっても、いつでも沸き上げポンプの運転が可能な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】
【００２２】
前記従来の課題を解決するために、本発明の貯湯式給湯機は、湯水を貯える貯湯タンクと、前記貯湯タンク内の湯水を加熱する加熱手段と、前記貯湯タンクから前記加熱手段へ湯水を搬送する搬送手段と、前記貯湯タンクの底部と前記搬送手段と前記加熱手段と前記貯湯タンクの上部とを順次環状に接続して構成される沸き上げ回路とを備え、前記搬送手段の出口側に前記逆止手段を設けたことにより、搬送手段への空気層の滞留を防ぐことができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明は、貯湯タンクに給水圧が掛かっていない状態であっても、いつでも沸き上げポンプの運転が可能な貯湯式給湯機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【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
【図２】（ａ）同実施の形態１における配管状態（沸き上げ時）図（ｂ）同実施の形態１における配管状態（沸き上げ完了時）図
【図３】従来の貯湯式給湯機の構成図
【図４】従来の不凍水抜栓を介して貯湯式給湯機を設置した時の構成図
【図５】従来の不凍水抜栓を介して設置された貯湯式給湯機の要部拡大図
【図６】従来の不凍水抜栓を介して設置された貯湯式給湯機の要部拡大図
【図７】従来の給湯配管および給水配管から湯水が抜けた時の状態図
【図８】（ａ）沸き上げポンプの上流および下流の配管状態（通常時）図（ｂ）沸き上げポンプの上流および下流の配管状態（沸き上げ時）図（ｃ）沸き上げポンプの上流および下流の配管状態（沸き上げ完了時）図
【発明を実施するための形態】
【００２５】
第１の発明の貯湯式給湯機は、湯水を貯える貯湯タンクと、前記貯湯タンク内の湯水を加熱する加熱手段と、前記貯湯タンクから前記加熱手段へ湯水を搬送する搬送手段と、前記貯湯タンクの底部と前記搬送手段と前記加熱手段と前記貯湯タンクの上部とを順次環状に接続して構成される沸き上げ回路とを備え、前記搬送手段の出口側に前記逆止手段を設けたことにより、搬送手段への空気層の滞留を防ぐことができる。
【００２６】
第２の発明の貯湯式給湯機は、特に第１の発明において、前記搬送手段の出口側と前記逆止手段との間には配管を介さないことにより、確実に搬送手段が配設されている位置が空気層となることを防止することができる。
【００２７】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００２８】
（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の構成図である。本実施の形態の貯湯式給湯機は、タンクユニット１およびヒートポンプユニット２を有している。なお、本実施の形態の貯湯式給湯機の構成には、ヒートポンプ式給湯機の構成を例にとって説明するが、これに限定されることはなく、ヒートポンプユニット２に代えて外加熱方式の電気ヒータ等の加熱手段を使用しても問題はない。
【００２９】
次にタンクユニット１の構成について説明する。タンクユニット１の筐体内には、高温水を貯える貯湯タンク３が配設されている。そして貯湯タンク３の底部には給水口４が設けられ、給水源から水が供給される構成になっている。また、貯湯タンク３の上部には出湯口５が設けられており、貯湯タンク内の高温水が給湯端末へ供給される構成となっている。
【００３０】
また、出湯口５に接続される出湯管１１から分岐して貯湯タンク３内の膨張水を排出するための排水管１２が設けられており、排水管１２には貯湯タンク３内の圧力を設定圧力に保つための逃し弁１３が設けられている。
【００３１】
また、貯湯タンク３の底部に設けた給水口４には給水配管１４が接続されている。給水配管１４には湯水の流れの逆流を防止する逆止手段１５が配設されており、貯湯タンク３からの湯水の逆流を防止している。
【００３２】
また、不凍水抜栓６とは、湯水を抜くための排水吐出口３０を有しており、不凍水抜栓６を閉めることによって配管内の湯水を排水吐出口３０から出し、配管での湯水の凍結を防止するものである。
【００３３】
また、出湯口５から出た高温水は、電動式混合弁７にて給水源から供給される低温水と適温に混合され、給湯端末８へ供給される。給湯端末８には給水源からは低温水が供給さ
れ、貯湯タンク３からは電動式混合弁７を経て高温水が供給されている。そして使用者は、給湯端末８から湯水を出したときに、実際に湯水に手で触れて温度調節可能な構成となっている。なお、給湯端末８へ高温水を供給する給湯配管９および低温水を供給する給水配管１０も、不凍水抜栓６と連通する構成となっている。
【００３４】
次にヒートポンプユニット２について説明する。図１に示すように、ヒートポンプユニット２は、ヒートポンプサイクルを有している。ヒートポンプサイクルは、冷媒を圧縮する圧縮機２１、冷媒と水とを熱交換し高温水を生成する冷媒水熱交換器２２、冷媒を減圧する減圧装置２３、空気と冷媒とを熱交換する蒸発器２４を順次環状に冷媒配管２５で接続して構成される。そして冷媒水熱交換器２２では、圧縮機２１で高温高圧になった冷媒と、貯湯タンク３から送られてきた低温水とを熱交換して高温水を生成し、貯湯タンク３の上部から積層状態で高温水を貯える構成となっている。なお、冷媒には二酸化炭素を用いており、高温の湯を得ることができる構成であるが、冷媒を二酸化炭素に限定するものではない。
【００３５】
また、加熱手段であるヒートポンプユニット２に送る搬送手段である沸き上げポンプ１６が設けられており、沸き上げポンプ１６には非自吸式ポンプを用いている。そして、貯湯タンク３の底部と冷媒水熱交換器２２とは配管４１で接続されており、配管４１上には沸き上げポンプ１６と、沸き上げポンプ１６の出口側に逆止手段１７が設けられている。
【００３６】
さらに、冷媒水熱交換器２２と貯湯タンク３の上部とは配管４２で接続されており、沸き上げポンプ１６を駆動することによって、貯湯タンク３の底部から冷媒水熱交換器２２へ湯水が送られ、冷媒水熱交換器２２で高温水となり、貯湯タンク３の上部へ返流される沸き上げ回路が形成されている。なお、逆止手段１７は冷媒水熱交換器２２から沸き上げポンプ１６へと流れる方向を規制するように設けられている。
【００３７】
次に、本実施の形態における貯湯式給湯機において、不凍水抜栓６によって閉栓された状態での沸き上げ運転について説明する。
【００３８】
寒冷地では夜間等の気温が極端に下がる時には、不凍水抜栓６を閉栓することで、給水配管１０および給湯配管９内の湯水、さらには貯湯タンク３へ低温水を供給している給水配管で逆止手段１５よりも上流側の水を、排水吐出口３０から外部へ排水することで配管内の湯水をなくしてしまい、配管内での凍結を防止する。そして不凍水抜栓６を閉栓している限り、給水源から貯湯タンク３および給湯端末へは低温水が供給されることはなく、さらに貯湯タンク３の底部には給水圧が掛からない状態なので、給湯端末８へ給湯配管９を通って高温水が供給されることもない。
【００３９】
一方、貯湯式給湯機は夜間の安い電気代を利用して高温水を沸き上げることが多く、寒冷地においても不凍水抜栓６を閉栓した状態で貯湯タンク３内の湯水を高温に沸き上げなければならない。しかしながら、従来の貯湯式給湯機で示したように、不凍水抜栓６を閉栓すると、貯湯タンク３内の上方部の湯水は、サイフォン効果により給湯配管９を通って外部へ排水されてしまい、その結果、貯湯タンク３内の上方部に空気が入り込んでしまった状態で、沸き上げ運転を開始しなければならない。
【００４０】
そして、貯湯タンク３の上方部に空気が入り込んでしまった状態で、沸き上げポンプ１６を駆動して沸き上げを行うと、沸き上げポンプ１６の上流側は負圧状態であり、貯湯タンク３内に溶存している酸素が発生してしまい、配管内に空気が溜まってしまう。さらに、給水口４からは給水圧が掛かっていない状態なので、掛かっているときに比べて溶存可能な酸素が少なくなっている。その結果、沸き上げポンプ１６を駆動するたびに酸素が発生してしまう。
【００４１】
そして沸き上げ運転が完了時には、沸き上げポンプ１６から冷媒水熱交換器２２へ至る配管内に空気が発生してしまう。図２は、沸き上げ運転が終了した時の沸き上げポンプ１６から冷媒水熱交換器２２へ至る配管内の状態を模式的に表した図である。
【００４２】
図２に示すように、配管４１は、貯湯タンク３の底部と沸き上げポンプ１６とを接続している配管４１ａと、沸き上げポンプ１６と冷媒水熱交換器２２の入口側とを接続している配管４１ｂとに分けられる。そして沸き上げポンプ１６から送られる湯水は、一旦、上方向に持ち上げた上で、冷媒水熱交換器２２の入口側へ送られる。このように一旦上方向に湯水を送る理由は、沸き上げポンプ１６内に湯水を満たしておく必要があるためであり、もし、沸き上げポンプ１６の湯水出口が下側を向いていると、湯水が重力によって落ちていってしまい、沸き上げポンプ１６の内部には湯水がたまらない状態になってしまう可能性があるからである。
【００４３】
そして、不凍結水栓を閉栓したままで沸き上げ運転を行うと、図２（ａ）に示すように、沸き上げポンプ１６から空気が発生してしまい、配管内に空気が溜まってしまう。これは、上述したように給水圧が掛かっていないため、水中の酸素が出てきやすくなっていることに起因する。
【００４４】
そして、沸き上げ運転が終了すると、図２（ｂ）に示すように配管内の空気層を挟む水面の圧力バランスがとれる。この時、逆止手段１７を設けていることによって、空気及び水の逆流を防ぐことができるので、沸き上げポンプ１６側へ空気が逆流せず、従来のように水面の高さ方向の位置が釣り合わない状態でバランスすることとなる。
【００４５】
その結果、沸き上げポンプ１６は空気層に位置することがなくなるので、使用者が数日間外出するために、不凍水抜栓を操作しないまま沸き上げポンプ１６が何度も駆動しても正常に運転することができる。
【００４６】
また、沸き上げポンプ１６と逆止手段１７との間には配管を介さない方がよい。すなわち、沸き上げポンプ１６の出口側すぐに逆止手段１７を接続するか、もしくは沸き上げポンプ１６の出口側と逆止手段１７とが一体となった沸き上げポンプを使用することで、沸き上げポンプ１６と逆止手段１７との間には配管が不要になる。
【００４７】
沸き上げポンプ１６と逆止手段１７との間に配管を設けてしまうと、沸き上げ運転中に沸き上げポンプ１６と逆止手段１７との間にある配管内に空気が発生してしまうことになり、場合によっては沸き上げ運転が終了した時に、沸き上げポンプ１６と逆止手段１７との間にある配管内に発生した空気が、沸き上げポンプ１６へと逆流し、沸き上げポンプ１６が空気層に位置してしまうことがあるからである。
【００４８】
以上のように、従来の貯湯式給湯機では、逆止手段１７が設けられていなかったため、沸き上げポンプ１６が空気層に位置してしまって空運転をしてしまい、沸き上げポンプ１６が故障してしまうが、本発明のように逆止手段１７を設けたことで、沸き上げポンプ１６が空気層に位置することなく、再度沸き上げポンプ１６を駆動してしまっても、内部は水で満たされているので、沸き上げ運転を行うことができる。
【００４９】
なお、本実施の形態において給水源から給水口４へは、不凍水抜栓６を介して水が供給されるように構成されている。これは寒冷地等にある水道設備であり、本発明は、不凍水抜栓がある地域において発生する課題を例にとって説明しているが、不凍水抜栓６が無い地域で本発明の貯湯式給湯機が使用されてもよい。その場合、何らかの原因で沸き上げポンプ１６の上流および下流側が空気で満たされたとしても、逆止手段１７を設けているの
で、沸き上げポンプ１６の空運転を防止することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
以上のように、本発明に係る貯湯式給湯機は、ヒートポンプサイクルと給湯サイクルが一体に構成された一体型ヒートポンプ式給湯機、別体に構成された分離型ヒートポンプ式給湯機、給湯用熱交換器で加熱したお湯をそのまま出湯できる直接出湯型ヒートポンプ式給湯機などの各種ヒートポンプ給湯機、さらには熱源に電気ヒータを用いて沸き上げポンプを有する電気温水器にも適用できる。
【符号の説明】
【００５１】
１  ヒートポンプユニット
２  タンクユニット
３  貯湯タンク
４  給水口
５  出湯口
６  不凍水抜栓
７  電動式混合弁
８  給湯端末
９  給湯配管
１０  給水配管
１１  出湯管
１２  排水管
１３  逃し弁
１４  給水配管
１５  逆止手段
１６  沸き上げポンプ
１７  逆止手段
２１  圧縮機
２２  冷媒水熱交換器
２３  減圧装置
２４  蒸発器
２５  冷媒配管
３０  排水吐出口
４１  配管
４２  配管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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