(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
温水を貯留させる貯湯タンクと、
前記貯湯タンクの下部に第１流入口が接続され、且つ、前記貯湯タンクの第１中部に第２流入口が接続された第１流路切替手段と、
前記第１流路切替手段の流出口に吸込口が接続された循環ポンプと、
前記循環ポンプの吐出口に流入口が接続され、所定の加熱手段を利用して前記貯湯タンク内の湯水を加熱して高温水とする沸き上げ用熱交換器と、
前記沸き上げ用熱交換器の流出口に第１流入口が接続され、前記循環ポンプの吐出口に第２流入口が接続され、且つ、前記貯湯タンクの第２中部に第１流出口が接続された第２流路切替手段と、
前記第２流路切替手段の第２流出口と前記貯湯タンクの上部とを接続するタンク上部流路と、
前記タンク上部流路の途中と給湯先とを接続する給湯流路と、を備え、
前記第１流路切替手段は、当該第１流路切替手段の前記第１流入口から前記流出口へ連通する第１流路形態と、前記第２流入口から前記流出口へ連通する第２流路形態と、を選択可能に構成され、
前記第２流路切替手段は、当該第２流路切替手段の前記第１流入口から前記第２流出口へ連通する第１流路形態と、前記第１流入口から前記第１流出口へ連通する第２流路形態と、前記第２流入口から前記第２流出口へ連通する第３流路形態と、を選択可能に構成されることを特徴とする貯湯式給湯機。
【請求項２】
前記給湯先に湯水を供給する給湯運転時に、前記第２流路形態が選択されるように前記第１流路切替手段を制御し、前記第３流路形態が選択されるように前記第２流路切替手段を制御し、且つ、前記循環ポンプが作動するように制御する給湯運転時制御手段を更に備えることを特徴とする請求項１記載の貯湯式給湯機。
【請求項３】
前記給湯先に湯水を供給する給湯運転時に、前記第２流路形態が選択されるように前記第１流路切替手段を制御し、前記第１流路形態が選択されるように前記第２流路切替手段を制御し、且つ、前記循環ポンプが作動するように制御する第２の給湯運転時制御手段を更に備えることを特徴とする請求項１または２に記載の貯湯式給湯機。
【請求項４】
前記給湯運転時制御手段は、前記循環ポンプの回転数を制御することにより、前記給湯先に供給される湯水の温度を調整する温度調整手段を含むことを特徴とする請求項２または３に記載の貯湯式給湯機。
【請求項５】
一端が前記タンク上部流路の途中に接続された熱源側流路と、  
前記熱源側流路の途中に配設され、当該熱源側流路を流通する温水と所定の加熱対象水とを熱交換させる利用側熱交換器と、を更に備え、
前記第１流路切替手段は、前記熱源側流路の他端に接続された第３流入口を更に有し、当該第１流路切替手段の前記第３流入口から前記流出口へ連通する第３流路形態を更に選択可能に構成され、
前記第２流路切替手段は、前記第２流入口から前記第１流出口へ連通する第４流路形態を更に選択可能に構成され、
前記貯湯タンク内の高温水を用いて前記加熱対象水を加熱させる加熱運転時に、前記第３流路形態が選択されるように前記第１流路切替手段を制御し、前記第４流路形態が選択されるように前記第２流路切替手段を制御し、且つ、前記循環ポンプが作動するように制御する加熱運転時制御手段を更に備えることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項記載の貯湯式給湯機。
【請求項６】
前記加熱手段は、圧縮機、前記沸き上げ用熱交換器、膨張弁および空気熱交換器を環状に構成したヒートポンプサイクルであって、
前記ヒートポンプサイクルの起動時の立ち上げ運転時に、前記第１流路形態が選択されるように前記第１流路切替手段を制御し、前記第２流路形態が選択されるように前記第２流路切替手段を制御し、且つ、前記循環ポンプが作動するように制御する立ち上げ運転時制御手段を更に備えることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項記載の貯湯式給湯機。
【請求項７】
前記沸き上げ水循環回路の凍結予防運転時に、前記第１流路形態が選択されるように前記第１流路切替手段を制御し、前記第２流路形態が選択されるように前記第２流路切替手段を制御し、且つ、前記循環ポンプが作動するように制御する凍結予防運転時制御手段を更に備えることを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項記載の貯湯式給湯機。
【請求項８】
前記沸き上げ用熱交換器によって加熱された高温水を用いて前記加熱対象水を加熱させる加熱運転時に、前記第３流路形態が選択されるように前記第１流路切替手段を制御し、前記第１流路形態が選択されるように前記第２流路切替手段を制御し、且つ、前記循環ポンプが作動するように制御する第２の加熱運転時制御手段を更に備えることを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項記載の貯湯式給湯機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、貯湯式給湯機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、貯湯式給湯機として、給湯タンク内の湯水を沸き上げ用熱交換器に循環させる回路と、貯湯タンク内の湯水を浴槽湯の追焚きや暖房ユニットでの暖房を行う利用側熱交換器に循環させる回路と、を１台の循環ポンプにより循環させるシステムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。このシステムでは、具体的には、貯湯タンクの高温湯を利用した浴槽の追焚き運転を行う場合に、該貯湯タンクの上部から利用熱交換器を通過して貯湯タンクの下部へと戻る熱源回路が形成される。利用熱交換器では、熱源回路を流れる高温湯から浴槽循環回路を流れる浴槽の湯水への熱伝達が行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−６８７６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した貯湯タンク内の高温湯を利用した追焚き運転では、熱源回路を流れて利用側熱交換器で熱を奪われた温水が３０〜５０℃程度の中温水となり、貯湯タンク下部へ戻されることとなる。この中温水は、暖房或いは追焚きの熱源として利用するには温度が低いため適していない。また、貯湯タンク内の中温水層は高温水層の下に形成されるため、湯切れするまで給湯を行わないと、容量当たりの保有熱量が少ない中温水がいつまでも貯湯タンク内に残留してしまう。更に、貯湯タンク内の水の沸き上げを行う場合、中温水をヒートポンプ回路で再加熱するには温度が高いため効率が悪く、ヒートポンプ給湯機のエネルギ消費効率を低下させてしまうという課題がある。このように、上記従来のシステムでは、貯湯タンク内の中温水を有効に利用してシステムのエネルギ効率を高める点で、未だ改善の余地を残すものであった。
【０００５】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、中温水を給湯に最大限利用することで、貯湯タンク内の中温水の層の低減が見込める高効率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】
【０００６】
この発明に係る貯湯式給湯機は、温水を貯留させる貯湯タンクと、貯湯タンクの下部に第１流入口が接続され、且つ、貯湯タンクの第１中部に第２流入口が接続された第１流路切替手段と、第１流路切替手段の流出口に吸込口が接続された循環ポンプと、循環ポンプの吐出口に流入口が接続され、所定の加熱手段を利用して貯湯タンク内の湯水を加熱して高温水とする沸き上げ用熱交換器と、沸き上げ用熱交換器の流出口に第１流入口が接続され、循環ポンプの吐出口に第２流入口が接続され、且つ、貯湯タンクの第２中部に第１流出口が接続された第２流路切替手段と、第２流路切替手段の第２流出口と貯湯タンクの上部とを接続するタンク上部流路と、タンク上部流路の途中と給湯先とを接続する給湯流路と、を備え、第１流路切替手段は、当該第１流路切替手段の第１流入口から流出口へ連通する第１流路形態と、第２流入口から流出口へ連通する第２流路形態と、を選択可能に構成され、第２流路切替手段は、当該第２流路切替手段の第１流入口から第２流出口へ連通する第１流路形態と、第１流入口から第１流出口へ連通する第２流路形態と、第２流入口から第２流出口へ連通する第３流路形態と、を選択可能に構成されることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、中温水を給湯に最大限利用することで、貯湯タンク内の中温水の層の低減が見込める高効率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】
【０００８】
【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である。
【図２】本発明の実施の形態１における貯湯式給湯機の待機状態での回路構成図である。
【図３】本発明の実施の形態１における貯湯式給湯機のＨＰ立ち上げ運転時（および凍結予防運転時）の回路構成図である。
【図４】本発明の実施の形態１における貯湯式給湯機の沸き上げ単独運転時の回路構成図である。
【図５】本発明の実施の形態１における貯湯式給湯機の浴槽水追焚き単独運転時の回路構成図である。
【図６】本発明の実施の形態１における貯湯式給湯機のヒートポンプユニットでの追焚運転時の回路構成図である。
【図７】本発明の実施の形態１における貯湯式給湯機の中温水を利用した給湯運転時の回路構成図である。
【図８】本発明の実施の形態１における貯湯式給湯機の中温水を利用した給湯運転時の回路構成図の変形例である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して、重複する説明を省略する。
【００１０】
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１００の構成図である。図１に示す貯湯式給湯機１００は、貯湯タンクユニット１と、ヒートポンプサイクルを利用するように構成されたヒートポンプユニット６０とを備えている。２つのユニット１、６０は、ヒートポンプ入口配管４１とヒートポンプ出口配管４２とによって接続されている。また、貯湯タンクユニット１には、制御部７０が内蔵されている。貯湯タンクユニット１およびヒートポンプユニット６０が備える各種の弁類、ポンプ類等の作動は、これらと電気的に接続された制御部７０により制御される。以下、貯湯式給湯機１００の各構成要素について説明する。
【００１１】
ヒートポンプユニット６０は、貯湯タンクユニット１から導かれた低温水を加熱する（沸き上げる）ための加熱手段として機能するものである。ヒートポンプユニット６０は、圧縮機６１、沸き上げ用熱交換器６２、膨張弁６３、空気熱交換器６４を冷媒循環配管６５にて環状に接続し、冷凍サイクル（ヒートポンプサイクル）を構成している。沸き上げ用熱交換器６２は、ヒートポンプサイクルを構成する冷媒循環配管６５を流れる冷媒と貯湯タンクユニット１から導かれた低温水との間で熱交換を行うためのものである。また、ＨＰ出口側サーミスタ６６は、沸き上げ用熱交換器６２で加熱した高温水の温度を検知するための温度センサであり、ヒートポンプ出口配管４２に設けられている。ヒートポンプユニット６０で高温水を得るためには、ヒートポンプサイクルは、冷媒として二酸化炭素を用い、臨界圧を越える圧力で運転することが好ましい。
【００１２】
一方、貯湯タンクユニット１には、以下の各種部品や配管などが内蔵されている。貯湯タンク１０は、湯水を貯留するためのものである。貯湯タンク１０の下部には、市水を供給するための給水配管２が接続されており、貯湯タンク１０の上部には、貯留した湯水を給湯機外部へ供給するための給湯配管３が接続されている。尚、貯湯タンク１０には、ヒートポンプユニット６０を用いて加熱された高温水がタンク上部から流入されるとともに、給水配管２を介して低温水をタンク下部から流入させることにより、タンク内の上部と下部で温度差が生じるように湯水が貯留される。また、貯湯タンク１０の表面には、貯湯タンク１０内の湯水の温度分布を検知するための残湯サーミスタ１１、１２が取り付けられている。これらの残湯サーミスタ１１、１２により取得された温度分布に基づいて、貯湯タンク１０内の残湯量が把握され、ヒートポンプユニット６０による貯湯タンク１０内の湯水の沸き上げ運転の開始および停止などが制御される。
【００１３】
また、貯湯タンクユニット１内には、循環ポンプ２１および利用側熱交換器２２が内蔵されている。循環ポンプ２１は、貯湯タンクユニット１内の後述する各種配管に湯水を循環させるためのポンプである。利用側熱交換器２２は、貯湯タンク１０やヒートポンプユニット６０から供給される高温水を利用して、２次側の加熱対象水（浴槽循環水や暖房用循環水など）を加熱するための熱交換器である。尚、本実施形態では、利用側熱交換器２２の２次側の構成として、浴槽５０内の湯水を循環させる浴槽水循環回路５１を例に挙げて説明する。上記利用側熱交換器２２は、浴槽水循環回路５１の途中に設置されている。また、浴槽水循環回路５１の途中には、浴槽水を循環させるための２次側循環ポンプ５２と、浴槽５０から出た浴槽水の温度を検知するための浴槽出口側サーミスタ５３とが設置されている。
【００１４】
次に、貯湯タンクユニット１が備える弁類および配管類について説明する。貯湯タンクユニット１は、２つの四方弁３１，３２を有している。四方弁３１は、湯水が流入する第１流入口（ａポート）、第２流入口（ｂポート）、および第３流入口（ｃポート）と、湯水が流出する１つの流出口（ｄポート）とを有する流路切替手段であり、３つの経路、すなわち、ａ−ｄ経路、ｂ−ｄ経路、およびｃ−ｄ経路の間で流路形態を切り替え可能に構成されている。また、四方弁３２は、湯水が流入する第１流入口（ｃポート）、および第２流入口（ｂポート）と、湯水が流出する第１流出口（ａポート）および第２流出口（ｄポート）とを有する流路切替手段であり、４つの経路、すなわち、ｃ−ａ経路、ｃ−ｄ経路、ｂ−ａ経路、およびｂ−ｄ経路の間で流路形態を切り替え可能に構成されている。
【００１５】
貯湯タンクユニット１は、タンク下部配管４０、上記ヒートポンプ入口配管４１、上記ヒートポンプ出口配管４２、タンク上部配管４３、タンク戻し配管４４、利用側熱交換器１次側（熱源側）入口配管４５、利用側熱交換器１次側出口配管４６、バイパス配管４７、および中温水取出し配管４８を有している。
【００１６】
より具体的には、タンク下部配管４０は、貯湯タンク１０の下部と四方弁３１のａポートとを接続する流路である。ヒートポンプ入口配管４１は、四方弁３１のｄポートとヒートポンプユニット６０の入口側とを接続する流路であり、その途中には、該四方弁３１側を吸込口とする向きで上記循環ポンプ２１が設置されている。ヒートポンプ出口配管４２は、ヒートポンプユニット６０の出口側と四方弁３２のｃポートとを接続する流路である。タンク上部配管４３は、一端が四方弁３２のｄポートに接続され、他端が給湯配管３における貯湯タンク１０上部の近傍に接続されている。また、給湯配管３におけるタンク上部配管４３との接続部下流には、給湯配管３内の温水の温度を検知するための給湯配管温度センサ１４が設置されている。タンク戻し配管４４は、四方弁３２のａポートと貯湯タンク１０の中央部から下部の間に設けられた戻し口（第２中部）７１とを接続する流路である。また、利用側熱交換器１次側入口配管４５は、タンク上部配管４３における貯湯タンク上部と四方弁３２との間から分岐し、利用側熱交換器２２の１次側入口に接続される流路であり、利用側熱交換器１次側出口配管４６は、利用側熱交換器２２の１次側出口と四方弁３１のｃポートとを接続する流路である。更に、バイパス配管４７は、ヒートポンプ入口配管４１における循環ポンプ２１の吐出口の部位と四方弁３２のｂポートとを接続する流路である。
【００１７】
中温水取り出し配管４８は、貯湯タンク１０の上部と下部との間から湯水を取り出すための配管であって、貯湯タンク１０の上部と下部の間の中間部（第１中部）７２と四方弁３１のｂポートとを接続する流路である。また、貯湯タンク１０の中間部７２の近傍には、中温水取出し配管４８から流出する湯水の温度を検知するための中間水温度センサ１３が設置されている。
【００１８】
本実施形態の貯湯式給湯機１００では、以下の図２〜８に示す運転状態に応じて上記四方弁３１を制御して、以下の第１、第２、および第３の３つの流路形態の間で、貯湯タンクユニット１内の湯水の流路を切り替えて使用するようになっている。より具体的には、四方弁３１により選択可能な「第１流路形態」とは、該四方弁３１のａポートとｄポートとが連通することにより、タンク下部配管４０からヒートポンプ入口配管４１へと連通する流路形態のことを、「第２流路形態」とは、該四方弁３１のｂポートとｄポートとが連通することにより、中温水取り出し配管４８からヒートポンプ入口配管４１へと連通する流路形態のことを、更に「第３流路形態」とは、該四方弁３１のｃポートとｄポートとが連通することにより、利用側熱交換器１次側出口配管４６からヒートポンプ入口配管４１へと連通する流路形態のことを、それぞれ示している。
【００１９】
更に、本実施形態の貯湯式給湯機１００では、以下の図２〜８に示す運転状態に応じて上記四方弁３２を制御して、以下の第１、第２、第３、および第４の４つの流路形態の間で、貯湯タンクユニット１内の湯水の流路を切り替えて使用するようになっている。より具体的には、四方弁３２により選択可能な「第１流路形態」とは、該四方弁３２のｃポートとｄポートとが連通することにより、ヒートポンプ出口配管４２からタンク上部配管４３へと連通する流路形態のことを、「第２流路形態」とは、該四方弁３２のｃポートとａポートとが連通することにより、ヒートポンプ出口配管４２からタンク戻し配管４４へと連通する流路形態のことを、「第３流路形態」とは、該四方弁３２のｂポートとｄポートとが連通することにより、バイパス配管４７からタンク上部配管４３へと連通する流路形態のことを、更に「第４流路形態」とは、該四方弁３２のｂポートとａポートとが連通することにより、バイパス配管４７からタンク戻し配管４４へと連通する流路形態のことを、それぞれ示している。
【００２０】
図２は、本発明の実施の形態１における貯湯式給湯機１００の待機状態での回路構成図である。この待機状態とは、後述する沸き上げ運転や浴槽水追焚き運転などの何れの運転も行っていない状態のことである。待機状態では、四方弁３１は、ａポートとｄポートとが連通し、ｂ，ｃポートが閉状態となるように（すなわち、四方弁３１の上記第１流路形態が選択されるように）制御される。これにより、タンク下部配管４０とヒートポンプ入口配管４１とが連通するとともに、利用側熱交換器１次側出口配管４６側および中温水取り出し配管４８側を閉として利用側熱交換器２２および貯湯タンク１０の中間部７２からの流路が遮断される。また、待機状態では、四方弁３２は、ａポートとｃポートとが連通し、ｂポートとｄポートとが閉状態となるように（すなわち、四方弁３２の上記第２流路形態が選択されるように）制御される。これにより、ヒートポンプ出口配管４２とタンク戻し配管４４とが連通するとともに、タンク上部配管４３側の流路が閉状態となる。尚、この待機状態では、循環ポンプ２１、ヒートポンプユニット６０および２次側循環ポンプ５２のいずれも停止状態である。
【００２１】
次に、図３は、本発明の実施の形態１における貯湯式給湯機１００のＨＰ立ち上げ運転時（および凍結予防運転時）の回路構成図である。ヒートポンプユニット６０は、その特性上、起動から所定の出力が出るまでに相応の時間を要する。そこで、本実施形態では、沸き上げ運転を開始する前に、図３に示す循環経路（上記図２と同様の経路で、ここでは、「第１の循環経路」と称する）を用いて、ヒートポンプユニット６０の立ち上げ運転（以下、「ＨＰ立ち上げ運転」と称する）を実施するようにした。
【００２２】
具体的には、ＨＰ立ち上げ運転は、図２に示す待機状態（すなわち、第１流路形態が選択されるように四方弁３１が制御され、第２流路形態が選択されるように四方弁３２が制御された状態）において、循環ポンプ２１とヒートポンプユニット６０の運転を開始することにより実行される。その結果、貯湯タンク１０の下部から流出する低温水は、タンク下部配管４０、四方弁３１、循環ポンプ２１およびヒートポンプ入口配管４１を経由してヒートポンプユニット６０に導かれ、沸き上げ用熱交換器６２において加熱された後、温水となってヒートポンプ出口配管４２、四方弁３２およびタンク戻し配管４４を経由して、貯湯タンク１０の戻し口７１に戻される。上述したように、ヒートポンプユニット６０は、その特性上、起動から所定の出力が出るまでに相応の時間を要するが、ＨＰ立ち上げ運転によれば、その間に沸き上げた中途半端な湯水は、貯湯タンク１０の中央部から下部までの間に設けられた戻し口７１（第２中部）に戻されるようになる。これにより、ヒートポンプユニット６０の起動初期段階において、貯湯タンク１０内の上部に中途半端な温水が供給されるのを回避することができるとともに、貯湯タンク１０の中間部に中温水層を有効に形成することができる。
【００２３】
また、本実施形態では、外気温度が低い場合に、ヒートポンプ入口配管４１およびヒートポンプ出口配管４２の凍結を予防するための凍結予防運転を実行するようになっている。具体的には、例えば、ヒートポンプユニットに設けられた外気温度センサ（図示せず）の検出値が、配管の凍結可能性のある所定温度以下となった場合に、凍結予防運転を所定の時間間隔をおいて定期的に実施する。尚、本実施形態では、この凍結予防運転においても、上記図３に示す第１の循環経路を選択することとしており、ＨＰ立ち上げ運転と基本的に同様の動作のため詳細の説明を省略する。
【００２４】
以上の図３に示す第１の循環経路を選択して行う制御によれば、ＨＰ立ち上げ運転および凍結予防運転時には、利用側熱交換器２２の回路への湯水の流入が遮断される。これにより、これらの運転時に、利用側熱交換器２２において熱源側の温水から浴槽水への意図しない熱交換を回避することができる。
【００２５】
次に、図４は、本発明の実施の形態１における貯湯式給湯機１００の沸き上げ単独運転時の回路構成図である。ここでいう沸き上げ単独運転とは、ヒートポンプユニット６０を利用して貯湯タンク１０内の水を沸き上げる沸き上げ運転が単独で行われるもののことである。この沸き上げ単独運転時には、四方弁３１は、ａポートとｄポートとが連通し、ｂ，ｃポートが閉状態となるように（すなわち、四方弁３１の上記第１流路形態が選択されるように）制御される。これにより、タンク下部配管４０とヒートポンプ入口配管４１とが連通するとともに、利用側熱交換器１次側出口配管４６側および中温水取り出し配管４８側を閉として利用側熱交換器２２および貯湯タンク１０の中間部７２からの流路が遮断される。また、沸き上げ単独運転時には、四方弁３２は、ｃポートとｄポートとが連通し、ａポートとｂポートとが閉状態となるように（すなわち、四方弁３２の上記第１流路形態が選択されるように）制御される。これにより、ヒートポンプ出口配管４２とタンク上部配管４３とが連通するとともに、タンク戻し配管４４側およびバイパス配管４７側を閉として貯湯タンク１０への他の流路が遮断される。
【００２６】
沸き上げ単独運転は、上記のように四方弁３１および四方弁３２が制御された状態で、循環ポンプ２１とヒートポンプユニット６０の運転を開始することにより実行される。その結果、貯湯タンク１０の下部から流出する低温水は、タンク下部配管４０、四方弁３１、循環ポンプ２１およびヒートポンプ入口配管４１を経由してヒートポンプユニット６０に導かれ、沸き上げ用熱交換器６２において加熱された後、高温水となってヒートポンプ出口配管４２、四方弁３２およびタンク上部配管４３を経由して、貯湯タンク１０の上部から当該貯湯タンク１０内に流入し貯えられる。ここでは、図４に示す湯水の循環経路を「第２の循環経路（沸き上げ水循環回路）」と称する。このような沸き上げ単独運転が実行されることで、貯湯タンク１０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る。
【００２７】
次に、図５は、本発明の実施の形態１における貯湯式給湯機１００の浴槽水追焚き単独運転時の回路構成図である。ここでいう浴槽水追焚き単独運転とは、貯湯タンク１０内の高温水を利用して浴槽水を加熱する追焚き運転が単独で行われるもののことである。この浴槽水追焚き単独運転時には、先ず、図２に示す待機状態から、四方弁３１のｃポートとｄポートとが連通し、ａポートとｂポートとが閉状態となるように（すなわち、四方弁３１の上記第３流路形態が選択されるように）制御される。これにより、利用側熱交換器１次側出口配管４６とヒートポンプ入口配管４１とが連通するとともに、タンク下部配管４０側および中温水取り出し配管４８側を閉状態として貯湯タンク１０の下部および中間部７２からの流路が遮断される。また、浴槽水追焚き単独運転時には、四方弁３２のｂポートとａ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（すなわち、四方弁３２の上記第４流路形態が選択されるように）制御される。これにより、バイパス配管４７とタンク戻し配管４４とが連通するとともに、ヒートポンプ出口配管４２側とタンク上部配管４３側とが閉状態となる。
【００２８】
浴槽水追焚き単独運転は、上記のように四方弁３１および四方弁３２が制御された状態で、循環ポンプ２１と２次側循環ポンプ５２の運転を開始することにより実行される。その結果、貯湯タンク１０の上部から流出する高温水は、タンク上部配管４３および利用側熱交換器１次側入口配管４５を経由して利用側熱交換器２２に導かれ、利用側熱交換器２２において浴槽水と熱交換する。熱交換後の温水は、利用側熱交換器１次側出口配管４６、四方弁３１、ヒートポンプ入口配管４１、循環ポンプ２１、バイパス配管４７、四方弁３２およびタンク戻し配管４４を経由して、貯湯タンク１０の中央部から下部の間に設けられた戻し口（第２中部）７１から貯湯タンク１０に戻される。尚、この浴槽水追焚き単独運転状態では、ヒートポンプユニット６０の運転が停止されている。ここでは、図５に示す湯水の循環経路を「第３の循環経路」と称する。一方、浴槽５０側の経路では、２次側循環ポンプ５２を運転することで、浴槽５０に張られた湯水が浴槽水循環回路５１内を循環する。その結果、利用側熱交換器２２の１次側を流れる高温水の熱が、利用側熱交換器２２の２次側を流れる湯水に伝達し、浴槽５０内に張られた湯水が温められる。
【００２９】
上記のような浴槽水追焚き単独運転が実行されることで、貯湯タンク１０の上部から流出した高温水は、利用側熱交換器２２で熱を奪われて３０〜５０℃の中温水となった後に、貯湯タンク１０の中央部から下部の間に設けられた戻し口（第２中部）７１から貯湯タンク１０に流入させられる。これにより、貯湯タンク１０内では、高温水層が徐々に薄くなり、戻し口７１付近に中温水層が形成される。
【００３０】
貯湯タンク１０内の中温水は、後述する中温水を利用した給湯運転によって、中間部７２に接続された中温水取り出し配管４８から取り出され給湯に利用される。但し、給湯動作などによって貯湯タンク１０上部から高温水を取り出すと、中温水層は徐々に貯湯タンク１０の上方へ移動する。このため、中温水取り出し配管４８が接続されている中間部７２の高さ位置は、タンク戻し配管４４と貯湯タンク１０との接続口である戻し口７１よりも高い位置に配置されることが望ましい。以上によれば、上方へ移動した中温水層から中温水を有効に取り出し給湯に利用することができるので、給湯時に中温水層を最大限利用することが可能となり効率が向上する。
【００３１】
次に、図６は、本発明の実施の形態１における貯湯式給湯機１００のヒートポンプユニットでの追焚運転時の回路構成図である。ここでいうヒートポンプユニットでの追焚運転とは、ヒートポンプユニット６０によって沸き上げた湯を熱源とした浴槽水追焚き運転のことである。具体的には、図４に示す沸き上げ単独運転の実行中において、浴槽水追焚き運転を行う際に実行される。この沸上追焚同時運転時には、図４に示す沸き上げ単独運転状態に対し、ｃポートとｄポートとが連通するように（すなわち、四方弁３１の上記第３流路形態が選択されるように）四方弁３１が制御される。これにより、利用側熱交換器１次側出口配管４６から導かれた湯水が四方弁３１を経由してヒートポンプ入口配管４１へと流れる経路が設けられる。一方、四方弁３２の制御については、沸き上げ単独運転状態から変更が無く、ｃポートとｄポートとが連通し、ａポートとｂポートとが閉状態とする制御が維持される。
【００３２】
ヒートポンプユニットでの追焚運転時は、上記のように四方弁３１および四方弁３２が制御された状態で、既に運転されている循環ポンプ２１とヒートポンプユニット６０に加え、２次側循環ポンプ５２の運転を開始することにより実行される。その結果、利用側熱交換器２２から流出する熱交換後の温水は、利用側熱交換器１次側出口配管４６、四方弁３１および循環ポンプ２１を経由してヒートポンプユニット６０に導かれ、沸き上げ用熱交換器６２において加熱された後、高温水となってヒートポンプ出口配管４２、四方弁３２、タンク上部配管４３および利用側熱交換器１次側入口配管４５を経由して利用側熱交換器２２に戻される。また、この場合には、貯湯タンク１０の上部への温水の循環が遮断されるようになる。ここでは、図６に示す湯水の循環経路を「第４の循環経路」と称する。
【００３３】
上記のような第４の循環経路を選択可能な本実施形態の貯湯式給湯機１００によれば、１つの循環ポンプ２１を用いて、沸き上げ単独運転中であっても沸き上げを停止することなく浴槽水追焚き運転を実施することが可能となる。また、浴槽水追焚き運転で必要とされる熱量をヒートポンプユニット６０による沸き上げ運転で補うことができるので、貯湯タンク１０内の高温水を浴槽追焚き運転で消費することが無い。従って、湯切れの危険性が抑制され、より使い勝手の良い貯湯式給湯機を提供することが可能となる。
【００３４】
次に、図７および図８を参照して、本発明の特徴である中温水を利用した給湯運転の動作について説明する。図７は、本発明の実施の形態１における貯湯式給湯機１００の中温水を利用した給湯運転時の回路構成図である。ここでいう中温水を利用した給湯運転とは、図３に示すＨＰ立ち上げ運転や図５に示す浴槽水追焚き単独運転等により貯湯タンク１０内に貯湯された中温水を高温水に混ぜて給湯する運転のことである。具体的には、この中温水を利用した給湯運転は、図２に示す待機状態において、蛇口やシャワーの出湯が行われたことを検出した場合、あるいは浴槽への給湯が開始されたことを判定するための信号（例えば、電磁弁などの流路開閉手段（図示しない）の開信号）が検出された場合等に実施される。
【００３５】
この中温水を利用した給湯運転時には、四方弁３１は、ｂポートとｄポートとが連通し、ａポートとｃポートとが閉状態となるように（すなわち、四方弁３１の上記第２流路形態が選択されるように）制御される。これにより、注温水取り出し配管４８とヒートポンプ入口配管４１とが連通するとともに、タンク下部配管４０側および利用側熱交換器１次側出口配管４６側を閉状態として貯湯タンク１０の下部および利用側熱交換器１次側出口配管４６からの流路が遮断される。また、中温水を利用した給湯運転時には、四方弁３２は、ｃポートとｄポートとが連通し、ａポートとｂポートとが閉状態となるように（すなわち、四方弁３２の上記第１流路形態が選択されるように）制御される。これにより、ヒートポンプ出口配管４２とタンク上部配管４３とが連通するとともに、タンク戻し配管４４側およびバイパス配管４７側の流路が遮断される。
【００３６】
上記のような中温水を利用した給湯動作が実行されることで、貯湯タンク１０内の中温水は、中温水取り出し配管４８、四方弁３１、ヒートポンプ入口配管４１、循環ポンプ２１、沸き上げ熱交換器６２、ヒートポンプ出口配管４２、タンク上部配管４３を経由して、貯湯タンク１０上部の高温水と合流して、給湯配管３から給湯先に供給される。これにより、中温水を給湯に有効に利用して消費することができる。
【００３７】
尚、この中温水を利用した給湯運転は、中温水取り出し配管４８が接続されている貯湯タンク１０の中間部７２近傍に中温水層が形成されているときに実施されることが望ましい。そこで、本実施の形態では、貯湯タンク１０の中間部７２の近傍に設けられた中間水温度センサ１３によって検出された温度が所定の中温水温度（たとえば約３０〜５０℃）の場合に、上記四方弁３１と四方弁３２の動作を実施することとする。また、上述したとおり、給湯を実施すると中温水層は貯湯タンク１０上部に移動する。このため、中間水温度センサ１３の配置は、中温水取り出し配管４８が接続されている中間部７２と同じ高さかそれより下の位置に取り付けられていることが好ましい。これにより、中温水層を精度良く検出することが可能となる。また、中温水温度センサ１３は中温水の温度を検出するためのセンサであるので、中温水取り出し配管４８に取り付けられてもよい。
【００３８】
更に、本実施の形態では、貯湯タンク１０上部から取り出される高温水と中間部７２から取り出される中温水の流量比率を調整することで、給湯先に供給される湯水の温度を所望の設定温度に調整することができる。具体的には、給湯配管３を流れる温水の温度を給湯配管温度センサ１４で検出し、その検出温度が、設定温度よりも高い場合には、制御部７０によって、循環ポンプ２１の回転数(或いは出力)を増大させることとする。これにより、貯湯タンク１０の中間部から取り出す中温水の流量を増大させることができるので、給湯配管３を流れる温水の温度を低く調整することが可能となる。また、貯湯タンク１０内の中温水を最大限活用したい場合は、循環ポンプ２１の回転数や出力を最大の状態で運転することが好ましい。これにより、中温水取り出し配管４８を流れる中温水の流量を最大にすることができるので、貯湯タンク１０内の中温水の層を有効に低減することが可能となる。
【００３９】
以上説明したとおり、貯湯式給湯機１００によれば、１つの循環ポンプ２１と２つの四方弁３１，３２を用いて、貯湯タンク１０内の水の沸き上げ運転、浴槽水の追焚き運転、貯湯式給湯機１００の運転に必要な動作（ヒートポンプサイクルの立ち上げ運転や凍結予防運転など）を効率良く行えるようになる。また、循環ポンプ２１を利用して貯湯タンク１０に貯湯された中温水の取り出し流量を調整することにより、貯湯された中温水を給湯に有効利用することができる。これにより、ヒートポンプユニット６０による沸き上げ効率が非常に高く、使用者が要求する運転を中断することなく実施できる、使い勝手の良い高効率な貯湯式給湯機を提供することができる。
【００４０】
次に、図７に示す中温水を利用した給湯運転における回路構成の変形例について説明する。図８は、本発明の実施の形態１における貯湯式給湯機１００の中温水を利用した給湯運転時の回路構成図の変形例である。尚、図８に示す中温水を利用した給湯運転では、四方弁３２の制御（流路形態の選択）以外の制御は図７に示す給湯運転のそれと同様であるため、重複する内容についてはその説明を省略乃至簡略化する。
【００４１】
図７に示す中温水を利用した給湯運転では、貯湯タンク１０内の中温水は、中温水取り出し配管４８、四方弁３１、ヒートポンプ入口配管４１、循環ポンプ２１、沸き上げ熱交換器６２、ヒートポンプ出口配管４２、タンク上部配管４３を経由して、貯湯タンク１０上部の高温水と合流して、給湯配管３から給湯先に供給される。しかしながら、タンクユニット１とヒートポンプユニット６０との設置状態によっては、ヒートポンプ入口配管４１およびヒートポンプ出口配管４２の配管長が長くなる（例えば１５ｍ）ことも想定される。この場合、それぞれの配管内に存在する温水の量が多いために、結果として中温水を有効に利用できないおそれがある。
【００４２】
そこで、本実施形態では、中温水を利用した給湯運転において、貯湯タンク１０から取り出された中温水がヒートポンプユニット６０をバイパスして給湯先へ流通するようにした。具体的には、図８に示す中温水を利用した給湯運転時には、四方弁３１は、図７の場合と同様に制御し、四方弁３２は、ｂポートとｄポートとが連通し、ａポートとｃポートとが閉状態となるように（すなわち、四方弁３２の上記第３流路形態が選択されるように）制御される。これにより、ヒートポンプ入口配管４１とタンク上部配管４３とがバイパス配管４７を介して連通するとともに、タンク戻し配管４４側およびヒートポンプ出口配管４２における沸き上げ熱交換器６２側の流路が遮断される。
【００４３】
上記のような中温水を利用した給湯動作が実行されることで、貯湯タンク１０内の中温水は、中温水取り出し配管４８、四方弁３１、ヒートポンプ入口配管４１、バイパス配管４７、四方弁３２、タンク上部配管４３を経由して、貯湯タンク１０上部の高温水と合流して、給湯配管３から給湯先に供給される。これにより、ヒートポンプユニット６０における沸き上げ熱交換器６２をバイパスする中温水流流通回路を形成することができるので、中温水が有する熱量を有効利用することができる。
【００４４】
以上説明した本実施形態の貯湯式給湯機１００によれば、１つの循環ポンプ２１と２つの四方弁３１，３２を用いて、貯湯タンク１０内の水の沸き上げ運転、浴槽水の追焚き運転、貯湯式給湯機１００の運転に必要な動作（ヒートポンプサイクルの立ち上げ運転や凍結予防運転など）を効率良く行えるようになる。また、貯湯タンク１０に貯湯された中温水を給湯に有効利用することにより、ヒートポンプユニット６０による沸き上げ効率が非常に高く、使用者が要求する運転を中断することなく実施できる、使い勝手の良い高効率な貯湯式給湯機を提供することができる。
【００４５】
ところで、上述した実施の形態１においては、加熱対象水を加熱させる加熱運転の一例として、浴槽水を追い焚きする浴槽水追焚き運転について説明した。しかしながら、本発明の加熱運転はこれに限定されるものではなく、例えば、暖房用循環水を加熱対象水とする暖房運転であってもよい。
【００４６】
また、上述した実施の形態１においては、ヒートポンプサイクルを、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たが、もちろん一般の臨界圧力以下のヒートポンプサイクルでもよい。またこの場合、冷媒としてはフロンガス、アンモニアなどを用いてもよい。
【符号の説明】
【００４７】
１  貯湯タンクユニット
３  給湯配管（給湯流路）
１０  貯湯タンク
２１  循環ポンプ
２２  利用側熱交換器
３１  四方弁（第１流路切替手段）
３２  四方弁（第２流路切替手段）
４３  タンク上部配管（タンク上部流路）
４５  利用側熱交換器１次側入口配管（熱源側流路）
４６  利用側熱交換器１次側出口配管（熱源側流路）
６０  ヒートポンプユニット
６１  圧縮機
６２  沸き上げ用熱交換器
６３  膨張弁
６４  空気熱交換器
７０  制御部
７１  戻し口（第２中部）
７２  中間部（第１中部）
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】
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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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