(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
湯水を貯える貯湯タンクと、
前記貯湯タンクに貯えられる湯水を加熱する加熱手段と、
一端が前記加熱手段の出口に接続された出湯流路と、
一端が前記貯湯タンクの上部に接続されたタンク上部流路と、
一端が前記貯湯タンクの中央よりも下方の部位に接続されたタンク下部流路と、
一端が圧力逃がし弁に接続された圧力逃がし流路と、
前記出湯流路と前記タンク上部流路とが連通し、かつ前記タンク下部流路と前記圧力逃がし流路とが連通する第１流路形態と、前記出湯流路と前記タンク下部流路とが連通し、かつ前記タンク上部流路と前記圧力逃がし流路とが連通する第２流路形態とを選択可能な流路切換手段と、
前記流路切換手段を制御する制御部と、
を備えることを特徴とする貯湯式給湯機。
【請求項２】
前記流路切換手段は、前記出湯流路の他端と接続された第１ポートと、前記タンク上部流路の他端と接続された第２ポートと、前記タンク下部流路の他端と接続された第３ポートと、前記圧力逃がし流路の他端と接続された第４ポートとを有する電動四方弁であることを特徴とする請求項１に記載の貯湯式給湯機。
【請求項３】
前記貯湯タンクの上部の温度を検出する第１温度検出手段と、
前記貯湯タンクの下部の温度を検出する第２温度検出手段と、
を更に備え、
前記制御部は、前記第１温度検出手段により検出される前記貯湯タンクの上部の温度と、前記第２温度検出手段により検出される前記貯湯タンクの下部の温度とに基づいて、前記電動四方弁を切り換えることを特徴とする請求項２に記載の貯湯式給湯機。
【請求項４】
前記制御部は、前記貯湯タンク内の湯水を前記加熱手段を用いて沸き上げる沸き上げ運転の開始時に、前記第１流路形態が選択されるように前記電動四方弁を制御する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】
前記制御部は、前記沸き上げ運転の実行中に、前記第２温度検出手段により検出される前記貯湯タンクの下部の温度が、前記第１温度検出手段により検出される前記貯湯タンクの上部の温度以上となった場合に、前記第２流路形態が選択されるように前記電動四方弁を切り換えることを特徴とする請求項４に記載の貯湯式給湯機。
【請求項６】
前記電動四方弁は、前記第１乃至第４ポートが形成された電動四方弁本体と、前記電動四方弁本体の内部に回転自在に配置されたボール弁と、前記ボール弁を回転駆動する電動機とを含み、
前記ボール弁は、前記第１流路形態と前記第２流路形態とを切り換えるべく回転する場合に、前記第１乃至第４ポートの各自がそれぞれに隣り合う２つのポートのどちらか一方と連通する状態が維持されるように構成されていることを特徴とする請求項２〜５のいずれかに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、加熱手段で加熱された湯を貯湯する貯湯式給湯機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の貯湯式給湯機として、沸き上げ運転の開始当初に、貯湯タンクの中間部に接続される中温水取り出し管と過圧逃がし弁とが連通するように流路を制御するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。これにより、膨張水として排出される水をまだ加熱されていない中温水とし、無駄がなく効率の良い圧力調整が行えるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−６４３４４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、従来の貯湯式給湯機において、中温水取り出し管が接続される貯湯タンク中間部の温度が高い場合、すなわち、貯湯タンクの半分程度の高温水が貯湯タンクの上部側に存在する場合には、膨張水として排出される湯の温度が高くなり、必ずしも効率の良い圧力調整が行われるとはいえなくなる。
【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、貯湯タンクの半分程度の高温水が貯湯タンクの上部側に存在する場合であっても、膨張水として排出される湯が貯湯タンク下部のまだ加熱されていない水となり、無駄なく効率の良い加熱（沸き上げ）運転を行うこと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】
【０００６】
この発明に係る貯湯式給湯機は、湯水を貯える貯湯タンクと、貯湯タンクに貯えられる湯水を加熱する加熱手段と、一端が加熱手段の出口に接続された出湯流路と、一端が貯湯タンクの上部に接続されたタンク上部流路と、一端が貯湯タンクの中央よりも下方の部位に接続されたタンク下部流路と、一端が圧力逃がし弁に接続された圧力逃がし流路と、出湯流路とタンク上部流路とが連通し、かつタンク下部流路と圧力逃がし流路とが連通する第１流路形態と、出湯流路とタンク下部流路とが連通し、かつタンク上部流路と圧力逃がし流路とが連通する第２流路形態とを選択可能な流路切換手段と、流路切換手段を制御する制御部と、を備えたものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、貯湯タンクの半分程度の高温水が貯湯タンクの上部側に存在する場合であっても、膨張水として排出される湯が貯湯タンク下部のまだ加熱されていない水となり、無駄なく効率の良い加熱（沸き上げ）運転を行うことが可能となる。
【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】電動四方弁５の詳細な構造を示す図（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）である。
【図３】沸き上げ運転を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態について、図面に基づき詳細に説明する。
【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の構成図である。図１に示すように、本実施形態の貯湯式給湯機は、貯湯タンクユニット１００と、貯湯タンクユニット１００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ヒートポンプユニット２００とを備えている。
【００１１】
貯湯タンクユニット１００には、湯水を貯え、所望の給湯先（シャワー、蛇口、浴槽など）へ給湯可能な貯湯タンク１を備えている。貯湯タンク１の下部（底部）には、他端が水源と接続される給水配管２の一端が接続されている。また、貯湯タンク１の下部（底部）には、他端がヒートポンプユニット２００（内の水冷媒用熱交換器）の入口と接続される入水配管３の一端が接続されている。入水配管３の途中には、貯湯タンク１の下部の湯水をヒートポンプユニット２００に搬送する循環ポンプ４が設置されている。
【００１２】
ヒートポンプユニット２００（内の水冷媒熱交換器）の出口には、他端が電動四方弁５の第１ポート５ａに接続される出湯配管（出湯流路）６の一端が接続されている。電動四方弁５は、４つのポート、すなわち、第１〜第４ポート５ａ〜５ｄを有している。第２ポート５ｂには、他端が貯湯タンク１の上部に接続されるタンク上部配管（タンク上部流路）７の一端が接続されている。第３ポート５ｃには、他端が貯湯タンク１の下部に接続されるバイパス配管（タンク下部流路）８の一端が接続されている。このバイパス配管８の上記他端が接続される部位は、貯湯タンク１の長手方向の中央よりも下方の部位で、前述の入水配管３の接続位置よりも上方の部位とされている。
【００１３】
また、第４ポート５ｄには、他端が圧力逃がし弁９に接続される圧力逃がし配管（圧力逃がし流路）１０の一端が接続されている。圧力逃がし配管１０の他端は、大気に開放されている。また、タンク上部配管７の途中には、給湯配管１１の一端が接続されている。貯湯タンク１の上部から給湯配管１１に供給された湯は、混合弁１２または１３において給水配管２側から供給される水と任意の割合で混合されたうえで、シャワー、蛇口または浴槽に供給されるようになっている。
【００１４】
貯湯タンクユニット１００の内部には、制御部１４が内蔵されている。また、貯湯タンク１の上部には、貯湯タンク１の上部の温度を検出する温度検出手段１５が取り付けられており、バイパス配管８と貯湯タンク１とが接続される上記他端の近傍には、その部位において貯湯タンク１の下部の温度を検出する温度検出手段１６が取り付けられている。制御部１４は、これらの温度検出手段１５、１６により検出される温度に基づいて、電動四方弁５を切り換えることができるように構成されている。
【００１５】
図２は、電動四方弁５の詳細な構造を示す図である。より具体的には、図２（Ａ）は第１流路形態を示す図であり、図２（Ｂ）は第２流路形態を示す図であり、図２（Ｃ）はボール弁５ｆの途中固着時を示す図である。図２に示すように、電動四方弁５は、上記第１〜第４ポート５ａ〜５ｄが形成された電動四方弁本体５ｅを備えている。この電動四方弁本体５ｅの内部には、流路を切り換えるためのボール弁５ｆが回転自在に配置されている。ボール弁５ｆは、制御部１４により制御される電動機１７によって回転駆動される。
【００１６】
本実施形態の電動四方弁５は、図２（Ａ）に示す第１流路形態と図２（Ｂ）に示す第２流路形態とを選択可能に構成されている。図２（Ａ）に示すように、第１流路形態は、第１ポート５ａおよび第２ポート５ｂを介して出湯配管６とタンク上部配管７とが連通し、かつ、第３ポート５ｃおよび第４ポート５ｄを介してバイパス配管８と圧力逃がし配管１０とが連通する流路形態である。また、図２（Ｂ）に示すように、第２流路形態は、第１ポート５ａおよび第３ポート５ｃを介して出湯配管６とバイパス配管８とが連通し、かつ、第２ポート５ｂおよび第４ポート５ｄを介してタンク上部配管７と圧力逃がし配管１０とが連通する流路形態である。
【００１７】
また、電動四方弁５のボール弁５ｆは、第１流路形態と第２流路形態とを切り換える場合に、ボール弁５ｆが途中で固着して回転ができなくなった場合であっても、第１〜第４ポート５ａ〜５ｄの各自がそれぞれに隣り合う左右２つのポートのどちらか一方と連通する状態が必ず維持されるように構成されている。このように、電動四方弁５として利用する弁は、どのような切換状態であっても必ず貯湯タンク１と圧力逃し弁９とが連通状態となるような構成の弁を採用することが望ましい。
【００１８】
上記の構成を採用することにより、ボール弁５ｆが途中で固着して回転ができなくなった場合であっても、電動四方弁５に接続されて他端を大気に開放した圧力逃がし弁９は、貯湯タンク１と連通することが可能となる。これにより、膨張水を必ず排出することが可能となり、貯湯タンク１に過大な圧力が加わることを防止することできる。
【００１９】
次に、上述のように構成された貯湯式給湯機の沸き上げ運転について説明する。図３は、沸き上げ運転を示すフローチャートである。図３に示すように、ステップＳ１では、沸き上げ運転の開始指示の有無が判定される。沸き上げ運転の開始指示は、例えば、制御部１４に内蔵された時計により深夜電力の時間帯になったと判断されたときに制御部１４によってなされる。その結果、沸き上げ開始指示があった場合には、ステップＳ２に進み、循環ポンプ４およびヒートポンプユニット２００の運転が開始されることにより、沸き上げ運転が開始される。一方、ステップＳ１において沸き上げ開始指示がない場合は待機する。
【００２０】
次に、ステップＳ３では、上記第１流路形態（図１中の実線ａ）が得られるように電動四方弁５が制御される。第１流路形態が選択されると、ステップＳ４に示すように、ヒートポンプユニット２００により加熱されて高温になった湯が、出湯配管６、電動四方弁５およびタンク上部配管７を通って貯湯タンク１の上部から貯湯される。また、第１流路形態が選択されると、貯湯タンク１の下部からバイパス配管８、電動四方弁５、および圧力逃がし弁９が設けられた圧力逃がし配管１０を介して、貯湯タンク１上部の湯水よりも低温の膨張水が排出される。また、沸き上げ運転中に、水の中に溶け込んでいる空気を含む水がヒートポンプユニット２００により加熱された場合には、水に対する空気の溶解度が下がり、空気が気体として発生することになる。そして、発生した空気は、貯湯タンク１の上部に溜まることになる。
【００２１】
次に、ステップＳ５では、温度検出手段１６により検出される貯湯タンク１の下部の温度が温度検出手段１５により検出される貯湯タンク１の上部の温度以上であるか否かが判定される。または、温度検出手段１５で検出される温度から所定の値を引いた値までの範囲内に温度検出手段１６の検出値が入っているかどうかで判定してもよい（沸き上げ中の放熱による温度低下を加味しての運転）。その結果、本判定が成立した場合には、バイパス配管８と貯湯タンク１の下部とを接続する場所まで湯が貯められたと判断し、ステップＳ６に進む。一方、本判定が不成立である場合は待機する。
【００２２】
次に、ステップＳ６では、上記第２流路形態（図１中の破線ｂ）が得られるように電動四方弁５が制御される。第２流路形態が選択されると、ステップＳ７に示すように、ヒートポンプユニット２００により加熱されて高温になった湯が、出湯配管６、電動四方弁５およびバイパス配管８を通って貯湯タンク１の下部から貯湯される。また、第２流路形態が選択されると、貯湯タンク１の上部からタンク上部配管７、電動四方弁５、および圧力逃がし弁９が設けられた圧力逃がし配管１０を介して、貯湯タンク１の上部に溜まった空気が排出されるとともに、膨張水が排出される。
【００２３】
次に、ステップＳ８では、沸き上げ運転の停止指示の有無が判定される。その結果、沸き上げ停止指示があった場合には、ステップＳ９に進み、沸き上げ運転が停止される。この沸き上げ運転の停止指示は、例えば、図示しない入水配管３に備えられた温度センサによりヒートポンプユニット２００への入水温度が所定値以上となったと制御部１４が判断した場合に、制御部１４によってなされる。一方、ステップＳ８において沸き上げ停止指示がない場合は待機する。その後、ステップＳ１０に示すように、使用者によりシャワーや蛇口等からの給湯動作が行われた場合には、上記ステップＳ７に示すように貯湯タンク１上部の空気が排出されているので、空気を含まない湯水での給湯が行われる。
【００２４】
以上説明したように、本実施形態の貯湯式給湯機は、出湯配管６とタンク上部配管７とが連通し、かつ、バイパス配管８と圧力逃がし配管１０とが連通する第１流路形態と、出湯配管６とバイパス配管８とが連通し、かつ、タンク上部配管７と圧力逃がし配管１０とが連通する第２流路形態とを選択可能な電動四方弁５を備えている。そして、沸き上げ運転の開始時には、先ず、上記第１流路形態が選択される。これにより、貯湯タンク１の半分程度の湯があった場合であっても、膨張水として排出される湯は、貯湯タンク１の下部に存在する未加熱の水となる。このため、無駄なく効率の良い沸き上げ運転（加熱運転）を行うことが可能となる。
【００２５】
また、上記第１流路形態を選択して行う沸き上げ運転中に、貯湯タンク１の下部の温度が貯湯タンク１の上部の温度以上となった場合には、上記第２流路形態が選択されるように電動四方弁５が切り換えられる。これにより、貯湯タンク１の上部に溜まった空気を、膨張水とともに圧力逃がし弁９から排出させることができる。このため、シャワーや蛇口等から空気混じりの湯が排出されるのを防止し、給湯時の利便性を向上させることができる。
【００２６】
また、バイパス配管８の接続部位を、入水配管３の接続部位よりも貯湯タンク１の上方側としたので、沸き上げ中に貯湯タンク１からバイパス配管８を経由して排出される湯水の温度は、入水配管３からヒートポンプユニット２００に入水する湯水の温度より高くなる。このため、ヒートポンプユニット２００に入水する水温を低くすることができ、ヒートポンプユニット２００による沸き上げ効率を向上させることができる。
【符号の説明】
【００２７】
１  貯湯タンク
３  入水配管
４  循環ポンプ
５  電動四方弁
５ａ〜５ｄ  第１〜第４ポート
５ｅ  電動四方弁本体
５ｆ  ボール弁
６  出湯配管
７  タンク上部配管
８  バイパス配管
９  圧力逃がし弁
１０  圧力逃がし配管
１４  制御部
１５、１６  温度検出手段
１７  電動機
１００  貯湯タンクユニット
２００  ヒートポンプユニット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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