【手続補正書】
【提出日】平成16年10月7日(2004.10.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】  明細書
【発明の名称】  給湯装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】  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、前記貯湯タンク内の湯水と熱交換を行う熱交換手段と、前記貯湯タンクの上部に設けた第１の出湯口と、前記貯湯タンクの中央部に設けた第２の出湯口と、前記貯湯タンク内の中間温度の残湯量を検出する残湯量センサを備え、前記残湯量センサの検出する中間温度の残湯量が所定量以上であれば、前記第２の出湯口から中間温度の残湯を出湯し、前記残湯量センサの検出する中間温度の残湯量が所定量以下であれば、前記第１の出湯口から出湯する給湯装置。
【請求項２】  熱交換手段は第２の出湯口より上部に設けた請求項１記載の給湯装置。
【請求項３】  貯湯タンク内の底部に設けた第１の取水口と、前記第１の取水口より上方でかつ熱交換手段より下方に設けた第２の取水口と、前記第１の取水口と前記第２の取水口とを切換える取水切換手段と、を備える請求項２記載の給湯装置。
【請求項４】  第２の取水口より上方でかつ熱交換手段より下方に貯湯タンクの湯温を検出する温度検知手段とを備え、取水切換手段は、前記温度検知手段が所定温度以下を検出した場合に第１の取水口から前記第２の取水口へ切り換える請求項３記載の給湯装置。
【請求項５】  加熱手段は、冷媒の圧力が臨界圧力以上となる超臨界ヒートポンプサイクルであり、前記臨界圧力以上に昇圧された冷媒により湯水循環手段による流水を加熱する請求項１〜４のいずれか１項に記載の給湯装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、貯湯式温水器の貯湯熱を利用して浴槽の加熱が可能な給湯装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
貯湯式温水器の貯湯熱を利用して浴槽水の追焚きや保温を行うものとして特開平１１−８３１５６号公報に記載されているような給湯装置があった。この給湯装置は図３に示すように、上部と下部にヒータ２，３を有する貯湯タンク１を備え、貯湯タンク１の上部に熱交換器４を設けると共に、熱交換器４と浴槽５の間に循環路６を設け、浴槽５の追焚きや保温をする給湯装置であって、熱交換器４により、循環路６内の浴槽水と貯湯タンク１の湯を熱交換させるようにしている。一般家庭において浴槽水の追焚きに必要な熱量は、入浴時にすぐに温度を上げたいという要望から１０ｋＷ程度必要と考えられる。これに対して貯湯タンク１の熱を利用して浴槽水の追焚きを行えば充分に満足できる熱量が得られる。しかし、貯湯タンク１の湯は浴槽５への湯張りやシャワー等に使われるので、貯湯タンク１内の残湯は一定でなく、この残湯が少なくなれば、浴槽水の追焚きが困難になる。また浴槽水の追焚きを行うと残湯温度が低下するため、追焚き回数を重ねると熱交換される熱量が減少し、追焚きに掛かる時間がながくなり、残湯温度が浴槽水温に近付くと最後は追焚きできなくなってしまう。
【０００３】
この問題を解決するために、特開平１１−８３１５６号公報では浴槽水が循環路６内を循環しているときに、貯湯タンク１内の上部ヒータ２に通電するようにしている。また、熱交換をする前に貯湯タンク１上部の湯温を検知しておき、熱交換後に上部ヒータ２に通電して貯湯タンク１上部の湯温を元の温度に戻すようにしている。
【０００４】
しかし、上部ヒータ２の貯湯タンク１への取り付け位置が固定され、ヒータ容量に制限があるため、たとえばヒータ２で加熱する貯湯タンク１の容量が大きい場合（ヒータ２が低い位置に設けらている場合）は素早く湯温を元の温度にもどせないために、やはり追焚きに時間が掛かっていまう。また、ヒータ２で加熱する貯湯タンク１の容量が小さい場合（ヒータ２が高い位置に設けらている場合）は湯温の上昇は早いが追焚きによる温度低下も早く、浴槽水が冷えきってしまっている場合に追焚きができなくなってしまう問題があった。
【０００５】
また浴槽水の追焚きに必要な熱量は、浴槽の大きさや入浴頻度、気温などによりさまざまであり、それに必要な熱量も変わってくるが、従来例では貯湯タンク１内の残湯が少なくなった場合に浴槽水の追焚きに必要な熱量を確保するためのヒータ２の位置が固定されているために、熱量の過不足が生じてしまう問題があった。とくに貯湯タンクに熱交換器を内設して熱を利用する場合は貯湯タンクの湯温を高温に維持しないと、熱交換が充分に行えない。したがって高温の湯を無駄に沸き上げてしまうと放熱ロスが多くなる問題も抱えていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、貯湯式温水器の貯湯熱を効率よく利用して浴槽水の追焚きや保温を行う給湯装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するために、本発明の給湯装置は、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、前記貯湯タンク内の湯水と熱交換を行う熱交換手段と、前記貯湯タンクの上部に設けた第１の出湯口と、前記貯湯タンクの中央部に設けた第２の出湯口と、前記貯湯タンク内の中間温度の残湯量を検出する残湯量センサを備え、前記残湯量センサの検出する中間温度の残湯量が所定量以上であれば、前記第２の出湯口から中間温度の残湯を出湯し、前記残湯量センサの検出する中間温度の残湯量が所定量以下であれば、前記第１の出湯口から出湯するものである。
【０００８】
上記発明によれば、第２の出湯口から先に出湯するので、中間温度の残湯が先に出湯され、第２の出湯口より下部の残湯が無くなるまで貯湯タンク上部の高温部の湯は使われないで、高温の貯湯が素早くでき、貯湯タンク全体の貯湯熱量が大きくできる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
請求項１に記載の発明は、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、前記貯湯タンク内の湯水と熱交換を行う熱交換手段と、前記貯湯タンクの上部に設けた第１の出湯口と、前記貯湯タンクの中央部に設けた第２の出湯口と、前記貯湯タンク内の中間温度の残湯量を検出する残湯量センサを備え、前記残湯量センサの検出する中間温度の残湯量が所定量以上であれば、前記第２の出湯口から中間温度の残湯を出湯し、前記残湯量センサの検出する中間温度の残湯量が所定量以下であれば、前記第１の出湯口から出湯するものである。
【００１０】
よって、第２の出湯口から先に出湯するので、中間温度の残湯が先に出湯され、第２の出湯口より下部の残湯が無くなるまで貯湯タンク上部の高温部の湯は使われないで、高温の貯湯が素早くでき、貯湯タンク全体の貯湯熱量が大きくできる。
【００１１】
また、第２の出湯口より下部の残湯が少なくなった場合に自動的に第１の出湯口から出湯するように切換えられるので、使用者は出湯口の切換を意識することなく自然に給湯できる。
【００１２】
また請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の熱交換手段を、第２の出湯口より上部に設けたものである。これにより、第２の出湯口より下部の残湯が無くなるまで貯湯タンク上部の高温部の湯は使われないで、この第２の出湯口より上部の熱交換手段近傍は高温に維持でき、浴槽水の追焚きを行う際に熱交換効率の高く素早い追焚きができる。
【００１３】
また請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の給湯装置において、貯湯タンク内の底部に設けた第１の取水口と、前記第１の取水口より上方でかつ熱交換手段より下方に設けた第２の取水口と、前記第１の取水口と前記第２の取水口とを切換える取水切換手段とを備えるものである。それによって、貯湯タンク内全体を沸き上げる場合は第１の取水口より水を取り出し、加熱手段により加熱した後供給口に戻すことで、貯湯タンクの残湯が再加熱されるのに時間はかかるが貯湯タンクの底部まで高温部が到達し貯湯タンク全体が高温部で満たされる。一方、切換手段により第２の取水口から水を取り出すようにすると、貯湯タンクの残湯が早い段階で第２の取水口に達し、再加熱されるので第２取水口より上方を高温に沸き上げるが素早くできる。したがって、貯湯タンクの残湯が少なく熱交換手段近傍の温度が低い状態でもすぐに高温に沸き増しできるので、浴槽水の追焚きも素早くできる。
【００１４】
また請求項４に記載の発明は、請求項２に記載の給湯装置において、第２の取水口より上方でかつ熱交換手段より下方に貯湯タンクの湯温を検出する温度検知手段とを備え、取水切換手段は、前記温度検知手段が所定温度以下を検出した場合に第１の取水口から前記第２の取水口へ切り換えるものである。それによって、熱交換手段の周辺の貯湯温度を所定温度以上に素早く加熱できるので、熱交換手段近傍の温度低下による浴槽水の追焚き熱量不足を未然に防止できる。
【００１５】
そしてまた請求項５に記載の発明は、加熱手段を、冷媒の圧力が臨界圧力以上となる超臨界ヒートポンプサイクルとし、前記臨界圧力以上に昇圧された冷媒により湯水循環手段による流水を加熱するように構成している。そして、超臨界ヒートポンプサイクルは、湯水循環手段の流水を高温（例えば９０℃）に加熱する場合、加熱前の流水温度が低いほど、高圧圧力が低くなることでサイクル効率（ＣＯＰ＝加熱能力／消費電力）が向上する。したがって、貯湯タンクに温度成層を形成し、低温部の水を超臨界ヒートポンプサイクルで加熱することにより、サイクル効率が向上し、省動力運転を行うことができる。また、中間温度の残湯も給湯により出湯してしまえば、超臨界ヒートポンプサイクルで加熱するのは低温部の水だけとなるので、より効率が向上する。
【００１６】
また、本発明は、上記構成に加え貯湯タンクに残湯量センサを設け、切換手段は、第２の出湯口より下部の残湯が所定量以下に減少した場合に、第１の出湯口から出湯するように切換えるようにしたものである。この発明によれば、第２の出湯口より下部の残湯が少なくなった場合に自動的に第１の出湯口から出湯するように切換えられるので、使用者は出湯口の切換を意識することなく自然に給湯できる。
【００１７】
【実施例】
以下本発明の実施例について、図面を参照しながら説明する。
【００１８】
（実施例１）
図１は本発明の実施例１における給湯装置の構成図を示す。本実施例は一般家庭用の給湯装置で、主に割安な深夜電力を利用して給湯の湯を貯留するもので、貯湯タンク１０と、浴槽１１と、ヒートポンプサイクルで構成される加熱手段１２から構成される。
【００１９】
給湯は、貯湯タンク１０底部の給水口１３から水道水が供給され、貯湯タンク１０上部に設けた第１の出湯口１４または中央部に設けた第２の出湯口１５からから出湯される。１６は出湯切換手段で、第１の出湯口１４と第２の出湯口１５を切換える３方弁１６ａと出湯切換制御手段１７より成っている。出湯切換制御手段１７は、残湯量センサ１８ａ，１８ｂ，１８ｃより貯湯タンク１０の残湯量を検出し、各残湯量センサ１８ａ，１８ｂ，１８ｃに残湯があれば第２の出湯口１５から出湯するように３方弁１６ａを制御し、第２の出湯口１５の直下の残湯量センサ１８ａが湯が無くなったことを検出した場合は、第１の出湯口１４から出湯するように３方弁１６ａを切換え制御する。これにより貯湯タンク１０内の湯は、まず第２の出湯口１５の下部が出湯され、その後上部が出湯される。
【００２０】
貯湯タンク１０内の沸き上げは、貯湯タンク１０の底部に設けた第１の取水口１９より水を取り出し、貯湯タンク１０上部の供給口２０より戻す湯水循環手段２１と、この湯水循環手段２１の流水を加熱する加熱手段１２により行う。具体的には、加熱手段１２の出口２１ａ近傍に設け、流水の加熱温度を検出する加熱センサ２１ｂの検出値を入力して、湯水循環手段２１の沸き上げポンプ２２と、加熱手段１２のヒートポンプサイクルを加熱制御手段２３により制御し、供給口２０に高温（例えば９０℃）の湯を戻すようにしている。これによって、貯湯タンク１０内が高温部２４と低温部２５に分かれ温度成層２６が形成され、沸き上げ運転にしたがって温度成層２６は貯湯タンク１０の下方に移動し、最終は貯湯タンク１０内が全て高温部２４になる。この貯湯タンク１０全体の沸き上げは主通電時間帯（例えば、時間帯別電灯の電気料金が安い２３時から翌朝の７まで）に予め設定し行うようにしている。そしてこの主通電時間帯以外の時間帯では貯湯タンク１０の残湯に応じて適宜沸き上げ運転が入るようになっている。
【００２１】
浴槽１１内の浴槽水２７の保温や追焚きをする場合は、貯湯タンク１０上部に内設した熱交換手段２８により吸熱し、浴水循環手段２９を介して熱交換手段２８からの熱を浴槽１１に供給する。
【００２２】
熱交換手段２８は、金属パイプをコイル状に成形した熱交換器を貯湯タンク１０内に配置したもので、この金属パイプ内を流れる浴槽水と貯湯タンク１０内の湯が熱交換する。
【００２３】
浴水循環手段２９は、浴槽１１と熱交換手段２８とをつなぎ循環回路を構成する往き管３０と、戻り管３１と、戻り管３１に設けた浴水ポンプ３２よりなり、浴槽水を熱交換手段２８に送り、加熱された浴槽水を浴槽１１に戻すように作用する。
【００２４】
３３は貯湯タンク１０の水を高い位置より取り出す第２の取水口で、第１の取水口１９より上方でかつ熱交換手段２８より下方に配置している。そして第１の取水口１９と第２の取水口３３とを切換える取水切換手段３４を設け、貯湯タンク１０上部だけを沸き上げたい場合に、湯水循環手段２１は第２の取水口３３より水を取り出し、加熱手段１２で高温に加熱した水を供給口２０に戻す。
【００２５】
３５は加熱切換制御手段、３６は第２の取水口３３より上方でかつ熱交換手段２８より下方の貯湯タンク１０内の湯温を検出する温度検知手段で、加熱切換制御手段３５は、温度検知手段３６の検出温度が所定温度（例えば６０℃）以下となった場合に、取水切換手段３４を駆動させて第２の取水口３３より取水できるように切換え、加熱制御手段２３を作動させて湯水循環手段２１を起動し、前記第２の取水口３３の上部の湯をを加熱するようにする。すなわち、貯湯タンク１０上部の残湯が少なくなった場合に、第２の取水口３３より上方だけを加熱できるので、温度上昇が早くなる。
【００２６】
加熱手段１２は、例えば炭酸ガスを冷媒として使用することにより、高圧側の冷媒圧力が冷媒の臨界圧以上となる超臨界ヒートポンプサイクルを使用している。このヒートポンプサイクルは圧縮機３７、水加熱用熱交換器３８、膨張弁３９、蒸発器４０等の機能部品により構成されている。圧縮機３７は、内蔵する電動モータ（図示しない）によって駆動され、吸引した冷媒を臨界圧力まで圧縮して吐出する。
【００２７】
水加熱用熱交換器３８は、冷媒と湯水循環手段２１を流れる水とを熱交換するもので、例えば冷媒が流れる冷媒通路４１と水が流れる流水通路４２とが２重管構造に設けられ、且つ冷媒の流れ方向と流水の流れ方向が対向するように構成された対向流式熱交換器である。膨張弁３９は、水加熱用熱交換器３８から流出する冷媒を減圧して蒸発器４０に供給する。蒸発器４０は、膨張弁３９で減圧された冷媒を大気との熱交換によって蒸発させる。
【００２８】
４３は３方弁１６ａから出湯される湯と給水管４４からの水道水を混合する混合弁で、混合温度を検出する混合温度センサ４５の検出値をフィードバックして所定の温度（例えば４０℃）に混合して出湯管４６に送出する。出湯管４６は蛇口４７やシャワー（図示せず）に接続される。
【００２９】
４８は出湯管４６と往き管３０を繋ぐ注湯管４９に設けられた開閉弁で、浴槽１１に湯張したり、差し湯する場合に、この混合弁４８を開放して行う。
【００３０】
以上実施例１の構成によれば、深夜の主通電時間帯に沸き上げられた貯湯タンク１０の湯が浴槽１１への湯張りやシャワー等に使われて残湯が少なくなっても、加熱制御手段２３により貯湯タンク１０内の温度成層２６を上部から下部に移動するように沸き増しできるので、熱交換手段２８の吸熱に必要な高温の湯を必要な量だけ沸き増しできる。したがって、熱交換手段２８の吸熱量が増し浴槽水２７の追焚きが素早くできる。
【００３１】
また、温度検知手段３６が所定温度（例えば６０℃）以下となった場合に、第２の取水口３３より取水して湯水循環手段２１を起動し、第２の取水口３３からの上の湯をを加熱するようにしているので、特に熱交換手段２８の周辺の貯湯温度を素早く加熱できる。したがって、たとえ貯湯タンク１０内の残湯が少なくなっても熱交換手段２８近傍に直ちに高温の湯が供給でき、温度低下による浴槽水の追焚き熱量不足を未然に防止できる。
【００３２】
つぎに、第２の出湯口１５と出湯切換手段１６の役割を説明する。一般の出湯形態において温度成層２６を形成して貯湯タンク内１０に水を沸き上げる場合に、熱交換手段２８で吸熱され冷やされた中間温度（図示せず例えば５０℃程度）の残湯は、高温部２４（例えば８０℃）と低温部２５（給水温度）の間に挟まれて貯湯タンク１０の下部に移動するが、貯湯タンク１０全体を高温に沸き上げる前に給湯が始まると、高温部２４から出湯され中間温度の残湯はまた上部に移動し、いつまでも貯湯タンク１０内にとどまってしまい、全体貯湯熱量を低下させていた。
【００３３】
また、この中間温度の残湯が出湯によって貯湯タンク１０の上部に移動した場合に、熱交換手段２８の周辺温度が低下するために充分な浴槽水の追焚ができなくなってしまう。
【００３４】
さらに、この中間温度の残湯を加熱手段で沸き上げようとした場合には、水加熱用熱交換器３８に例えば５０℃程度の湯が流入し、ヒートポンプサイクルの高圧圧力が上昇するためにサイクル効率が低下するなどの課題があった。
【００３５】
以上の課題を出湯切換手段１６は、貯湯タンク１０からの出湯をする場合に、先に第２の出湯口１５から行い、貯湯タンク１０の下部の中間温度の残湯を先に出湯するので、第２の出湯口より下部の残湯が無くなるまで貯湯タンク上部の高温部の湯は使われない。したがって、熱交換手段２８周辺の温度は高温が保たれる。また次に沸き上げる場合に、水加熱用熱交換器３８には給水温度の水を加熱するのでサイクル効率を高い状態で維持できる。
【００３６】
（実施例２）
図２は、本発明の実施例２の給湯装置の構成図である。なお、実施例１の給湯装置と同一構造のものは同一符号を付与し、説明を省略する。図において、実施例１の構成と異なるところは、５０の熱交換手段で、これは熱交換器５１と、熱交換ポンプ５２と熱交換水路５３ａ、５３ｂで構成している。熱交換器５１は２層構造で熱交換水路５３ａからの湯と戻り管３１からの浴槽水２７との熱交換を行うもので、例えば湯と浴槽水２７がそれぞれ流水する金属パイプを密着させたものを用いる。熱交換ポンプ５２は、熱交換水路５３ａに設けて浴水ポンプ３２と連動して駆動する循環ポンプで、貯湯タンク１０の湯を熱交換器５１に通水する。熱交換水路５３ａ、５３ｂは貯湯タンク１０上部と熱交換器５１を接続するものである。
【００３７】
また、２９の浴水循環手段は、実施例１同様の構成であるが、熱交換手段５０と浴槽１１の間で浴水２７を循環するようになっている。実施例２は熱交換手段５０が貯湯タンク１０の湯側も強制循環の構成になっているために熱伝達率が高いので、熱交換器を小さくできる。また、貯湯タンク１０の外側に熱交換器が構成されるので、貯湯タンクを製造しやすくコストが下げられる。
【００３８】
なお、実施例では加熱手段に超臨界ヒートポンプサイクルを用いたが、もちろん通常のヒートポンプサイクルでも良いし、一般のヒータや燃焼機でも同様の効果が得られる。
【００３９】
以上の説明から明らかなように本発明の給湯装置によれば、次の効果を奏する。
（１）貯湯タンクの湯が浴槽への湯張りやシャワー等に使われて残湯が少なくなっても、加熱制御手段により貯湯タンク内の温度成層を上部から下部に移動するように沸き増しできるので、熱交換手段の吸熱に必要な高温の湯を必要な量沸き増しできる。したがって、熱交換手段の吸熱量が増し浴槽水の追焚きが素早くできる。
（２）貯湯タンクの残湯が少なく熱交換手段近傍の温度が低い状態でもすぐに高温に沸き増しできるので、浴槽水の追焚きも素早くできる。
（３）熱交換手段の周辺の貯湯温度を所定温度以上に素早く加熱できるので、熱交換手段近傍の温度低下による浴槽水の追焚き熱量不足を未然に防止できる。
（４）第２の出湯口から先に出湯するので、中間温度の残湯を先に出湯するので、第２の出湯口より下部の残湯が無くなるまで貯湯タンク上部の高温部の湯は使われないで、高温の貯湯が素早くでき、貯湯タンク全体の貯湯熱量が大きくできる。
（５）第２の出湯口より下部の残湯が無くなるまで貯湯タンク上部の高温部の湯は使われないで、この第２の出湯口より上部の熱交換手段近傍は高温に維持でき、浴槽水の追焚きを行う際に熱交換効率の高く素早い追焚きができる。
（６）第２の出湯口より下部の残湯が少なくなった場合に自動的に第１の出湯口から出湯するように切換えられるので、使用者は出湯口の切換を意識することなく自然に給湯できる。
（７）貯湯タンクに温度成層を形成し、低温部の水を超臨界ヒートポンプサイクルで加熱することにより、サイクル効率が向上し、省動力運転を行うことができる。
【００４０】
【発明の効果】
以上のように、請求項１〜７に記載の発明によれば、貯湯式温水器の貯湯熱を効率よく利用して浴槽水の追焚きや保温を行う給湯装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明の実施例１における給湯装置の構成図
【図２】
本発明の同実施例２における給湯装置の構成図
【図３】
従来の給湯装置の構成図
【符号の説明】
１０  貯湯タンク
１１  浴槽
１２  加熱手段
１４  第１の出湯口
１５  第２の出湯口
１６  出湯切換手段
１８  残湯量センサ
１９  第１の取水口
２０  供給口
２１  湯水循環手段
２３  加熱制御手段
２８  熱交換手段
３３  第２の取水手段
３４  取水切換手段