(57)【要約】【課題】貯湯タンクを小型化したときの湯切れリスクを回避でき、貯湯タンクの小型化を可能とした低コスト、省スペースの給湯装置を提供する【解決手段】外部に供給する高温の水を蓄える貯湯タンク１と、貯湯タンク１内の水温を検知するサーモスタット３，４と、サーモスタット３の検知水温に基づいて作動して貯湯タンク１の下部から入水する低温の水を加熱して貯湯タンク１の上部に戻すヒートポンプユニット２と、サーモスタット４の検知水温に基づいて作動して貯湯タンク１内の水を加熱する電気ヒータ５とを備え、貯湯タンク１の上部から下部へ、サーモスタット４、サーモスタット３、電気ヒータ５の順で配置する構成とした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部に供給する高温の水を蓄える貯湯タンクと、
該貯湯タンク内の水温を検知する第１及び第２温度検知手段と、
前記第１温度検知手段の検知水温に基づいて作動して前記貯湯タンクの下部から入水する低温の水を加熱して前記貯湯タンクの上部に戻すヒートポンプユニットと、
前記第２温度検知手段の検知水温に基づいて作動して前記貯湯タンク内の水を加熱する補助加熱手段と、
を備え、
前記貯湯タンクの上部から下部へ、前記第２温度検知手段、前記第１温度検知手段、前記補助加熱手段の順で配置することを特徴とする給湯装置。
【請求項２】
前記第２温度検知手段は、前記貯湯タンクの上部から高温の水を外部に供給する給湯管のタンク開口部近傍に配置した請求項１に記載の給湯装置。
【請求項３】
前記補助加熱手段は、前記貯湯タンクの下部で、且つ、貯湯タンク下部へ低温の水を供給する給水管のタンク開口部及び貯湯タンク下部の水を前記ヒートポンプユニットへ入水する接続配管のタンク開口部より上方に配置する請求項１又は２に記載の給湯装置。
【請求項４】
前記貯湯タンクの下部から前記ヒートポンプユニットへ入水する入水温に基づいて、前記補助加熱手段の加熱動作を停止制御する請求項１〜３のいずれか１つに記載の給湯装置。
【請求項５】
前記貯湯タンクの下部で前記補助加熱手段の近傍に第３温度検知手段を配置し、前記第３温度検知手段の検知水温に基づいて前記補助加熱手段の加熱動作を停止制御する請求項１〜３のいずれか１つに記載の給湯装置。
【請求項６】
前記第３温度検知手段は、前記補助加熱手段と同じ高さ又は前記補助加熱手段より下方に配置した請求項５に記載の給湯装置。
【請求項７】
前記ヒートポンプユニットと前記補助加熱手段は、それぞれ独立して駆動可能な構成である請求項５又は６に記載の給湯装置。
【請求項８】
外部に供給する高温の水を蓄える貯湯タンクと、
該貯湯タンク内の水温を検知する第１温度検知手段と、
前記第１温度検知手段の検知水温に基づいて作動して前記貯湯タンクの下部から入水する低温の水を加熱して前記貯湯タンクの上部に戻すヒートポンプユニットと、
前記貯湯タンクの下部から前記ヒートポンプユニットへ入水する入水温を検知する第４温度検知手段と、
前記第４温度検知手段の検知水温に基づいて作動して前記貯湯タンク内の水を加熱する補助加熱手段と、
を備え、
前記第１温度検知手段の検知温度に基づいて前記ヒートポンプユニットが加熱動作を開始してから所定時間経過するまでに、前記第４温度検知手段の検知水温が予め定めた所定入水温を超えないとき前記補助加熱手段の加熱動作を開始する構成としたことを特徴とする給湯装置。
【請求項９】
前記第４温度検知手段の検知水温に基づいて、前記補助加熱手段の加熱動作を停止制御する請求項８に記載の給湯装置。
【請求項１０】
前記補助加熱手段は、前記貯湯タンクの下部で、且つ、貯湯タンク下部へ低温の水を供給する給水管のタンク開口部及び貯湯タンク下部の水を前記ヒートポンプユニットへ入水する接続配管のタンク開口部より上方に配置する請求項８又は９に記載の給湯装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒートポンプを利用した給湯装置に関し、詳しくは、貯湯タンクを小型化したときの湯切れリスクを低減できる給湯装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近時、省エネルギーの観点からヒートポンプを利用した給湯装置の利用が拡大している。この種の給湯装置は、貯湯タンク、この貯湯タンクの下部に低温の水を供給する給水管、貯湯タンクと配管で接続されタンク下部からの水を加熱して高温の水（湯）にしてタンク上部に戻すヒートポンプユニット、貯湯タンク内に蓄えた湯を外部に供給する給湯管等を備えて構成される（例えば、特許文献１参照）。この給湯装置では、貯湯タンク内の湯が使用されると使用量に応じてタンク下部に低温の水が供給され、貯湯タンク内は、高温水層（湯の層）と低温水層（水の層）と両層の境界の混合層（湯と水の混合したぬるま湯状態の層）に分かれた状態になっており、湯の使用に従って低温水の量が増え混合層がタンク上部へ移動する。そこで、残湯検知も兼ねた温度検知器を貯湯タンクの適所に配置し、温度検知器が所定の湯温より低い温度を検知したときは、湯の残量が少ないと判断し、ヒートポンプユニットを作動して貯湯タンク下部の水を加熱して貯湯タンク上部に戻して湯がなくなる状態（湯切れ）が生じないようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１１６１３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、このような給湯装置を例えば戸建住宅や集合住宅の戸別に設置する場合、給湯装置の設置スペースを小さくするために、貯湯タンクの小型化が望まれる。しかしながら、貯湯タンクを小型化すると貯留可能な湯量が少なくなるため、湯の使用量が通常より多い場合、湯切れになり易いという問題が生じる。
【０００５】
本発明は上記問題点に着目してなされたもので、貯湯タンクを小型化したときの湯切れリスクを回避でき、貯湯タンクの小型化を可能とした給湯装置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】
このため、本発明の給湯装置の第１の態様は、外部に供給する高温の水を蓄える貯湯タンクと、該貯湯タンク内の水温を検知する第１及び第２温度検知手段と、前記第１温度検知手段の検知水温に基づいて作動して前記貯湯タンクの下部から入水する低温の水を加熱して前記貯湯タンクの上部に戻すヒートポンプユニットと、前記第２温度検知手段の検知水温に基づいて作動して前記貯湯タンク内の水を加熱する補助加熱手段と、を備え、前記貯湯タンクの上部から下部へ、前記第２温度検知手段、前記第１温度検知手段、前記補助加熱手段の順で配置することを特徴とする。
【０００７】
また、本発明の給湯装置の第２の態様は、外部に供給する高温の水を蓄える貯湯タンクと、該貯湯タンク内の水温を検知する第１温度検知手段と、前記第１温度検知手段の検知水温に基づいて作動して前記貯湯タンクの下部から入水する低温の水を加熱して前記貯湯タンクの上部に戻すヒートポンプユニットと、前記貯湯タンクの下部から前記ヒートポンプユニットへ入水する入水温を検知する第４温度検知手段と、前記第４温度検知手段の検知水温に基づいて作動して前記貯湯タンク内の水を加熱する補助加熱手段と、を備え、前記第１温度検知手段の検知温度に基づいて前記ヒートポンプユニットが加熱動作を開始してから所定時間経過するまでに、前記第４温度検知手段の検知水温が予め定めた所定入水温を超えないとき前記補助加熱手段の加熱動作を開始する構成としたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の給湯装置によれば、貯湯タンク内に貯留した高温の水（湯）の使用量が多くてヒートポンプユニットによる高温の水（湯）の生成が間に合わないときに、補助加熱手段を作動して貯湯タンク内の水を加熱するので、貯湯タンクの小型化したときの湯切れリスクを回避できる。従って、貯湯タンクを小型化でき、低コストで省スペースの給湯装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明に係る給湯装置の第１実施形態の概略構成図である。
【図２】同上第１実施形態の制御部の構成図である。
【図３】本発明に係る給湯装置の第２実施形態の概略構成図である。
【図４】同上第２実施形態の制御部の構成図である。
【図５】本発明に係る給湯装置の第３実施形態の概略構成図である。
【図６】同上第３実施形態の制御部の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の給湯装置の第１実施形態の概略構成図である。
図１において、本実施形態の給湯装置は、貯湯タンク１と、ヒートポンプユニット２と、第１及び第２温度検知手段であるサーモスタット３，４と、補助加熱手段である電気ヒータ５と、ヒータ制御部６と、を備える。
【００１１】
前記貯湯タンク１は、ヒートポンプユニット２で加熱された高温の水（例えば６５℃の湯）を蓄えるもので、低温の水（市水等）を貯湯タンク１下部へ供給する給水管７と、貯湯タンク１下部の低温水をヒートポンプユニット２の入水部へ入水する接続配管８とが、貯湯タンク１の底部近傍の略同じ高さ位置に接続されている。また、貯湯タンク１は、ヒートポンプユニット２の出水部から加熱された高温水（湯）を貯湯タンク１上部に戻す接続配管９と、貯湯タンク１内の高温水を外部の浴槽や台所等に供給する給湯管１０とが、貯湯タンク１の頂部近傍の略同じ高さ位置に接続されている。
【００１２】
前記ヒートポンプユニット２は、図２に示すように、貯湯タンク１から接続配管８を介して入水する低温水を加熱するヒートポンプ２Ａと、このヒートポンプ２Ａの駆動を制御するポンプ制御部２Ｂとを備える。前記ヒートポンプ２Ａは、冷媒（例えばＣＯ2等）の循環経路に圧縮機、凝縮器（熱交換器）、膨張弁、蒸発器（熱交換器）が介装され、蒸発器で空気の熱を取り込み、凝縮器で貯湯タンク１から接続配管８を介して入水した低温水を加熱し、接続配管９を介して貯湯タンク１に高温水を戻す構成である。ポンプ制御部２Ｂは、第１温度検知手段であるサーモスタット３の検知する貯湯タンク１内の検知水温に基づいてヒートポンプ２Ａを作動し、貯湯タンク１から接続配管８を介してヒートポンプユニット２へ入水する低温水の水温を例えば接続配管８の水温で検知するサーモスタット１１の検知水温に基づいてヒートポンプ２Ａの加熱動作を停止制御する。尚、サーモスタット１１は、本実施形態ではヒートポンプユニット２の外に配置しているが、ヒートポンプユニット２の一部としてヒートポンプユニット２内に組み込んで、ヒートポンプユニット２内の接続配管８部分で入水温を検知してもよい。
【００１３】
前記サーモスタット３，４は、貯湯タンク１内の水温を検知するものである。サーモスタット３は、予め設定した所定水温ｔ１（接続配管９から貯湯タンク１上部に供給される水温より低温）を検知するもので、例えば水温がｔ１以下になったことを検知するとオフからオンになる。サーモスタット４は、予め設定した所定水温ｔ２（接続配管９から貯湯タンク１上部に供給される水温より低温）を検知するもので、例えば水温がｔ２以下になったことを検知するとオフからオンとなる。そして、サーモスタット３，４が高温水の温度（例えば６５℃）より低い水温ｔ１、ｔ２を検出したときは高温水の量がサーモスタット３，４のそれぞれの取り付け位置まで減少していると判断できるので、サーモスタット３，４は残湯検出センサの役割も有している。接続配管８の水温を検知するサーモスタット１１は、検知水温が例えば予め設定した所定水温ｔ３以上になったことを検知するとオンからオフとなる。
【００１４】
前記電気ヒータ５は、ヒートポンプユニット２の加熱能力が不足する際の補助加熱手段であり、サーモスタット４の検知水温に基づいて作動して貯湯タンク１内の水を加熱する。
【００１５】
これらサーモスタット３，４及び電気ヒータ５は、貯湯タンク１に取り付けられており、図１に示すように、貯湯タンク１の上部から下部へ、サーモスタット４、サーモスタット３、電気ヒータ５の順で配置されている。具体的には、サーモスタット４は、貯湯タンク１上部において貯湯タンク１内で上方へ屈曲した給湯管１０先端のタンク開口部より下方に配置されている。サーモスタット３は、貯湯タンク１の略中央領域に配置されている。電気ヒータ５は、貯湯タンク１の下部で、且つ、貯湯タンク１下部に接続配管８と略同じ高さ位置で接続され貯湯タンク１内で下方へ屈曲した給水管７先端のタンク開口部より上方に配置されている。
【００１６】
前記ヒータ制御部６は、第２温度検知手段であるサーモスタット４の検知する貯湯タンク１内の検知水温に基づいて電気ヒータ５を駆動制御し、サーモスタット１１の検知する接続配管８の水温に基づいてポンプ制御部２Ｂから送信される停止指令信号により電気ヒータ５の加熱動作を停止制御する。
【００１７】
尚、図１中、符号１２は、ヒートポンプユニット２やヒータ制御部６の駆動電源を供給する電源ラインである。
【００１８】
次に、この給湯装置の動作について説明する。
貯湯タンク１内が高温水で満たされた状態では、ヒートポンプユニット２は停止状態にあり、サーモスタット３，４はオフである。この状態で、給湯管１０を介して貯湯タンク１の上部の高温水が外部に供給されて貯湯タンク１内の高温水の量が減少すると、その減少量に応じて給水管７から低温水が貯湯タンク１の下部に供給される。これにより、貯湯タンク１内は上側に高温水層、下側に低温水層、その境界領域に高温水と低温水が混ざったぬるま湯状態の混合層が形成される。そして、貯湯タンク１の上部の高温水が使用されてその量が減少するに従って高温水層と低温水層の境界領域の混合層の位置が上昇する。そして、サーモスタット３が高温水より低温の所定水温ｔ１を検知してオンすると、そのオン信号の入力でポンプ制御部２Ｂは残湯量が少なくなったと判断し、ヒートポンプ２Ａの圧縮機を駆動制御してヒートポンプ２Ａを作動する。これにより、接続配管９から貯湯タンク１上部に高温水が供給される。
【００１９】
ヒートポンプユニット２からの高温水の供給より給湯量が多く、高温水の量が更に減少しサーモスタット４が高温水より低温の所定水温ｔ２を検知してオンすると、そのオン信号の入力でヒータ制御部６によって電気ヒータ５を作動する。これにより、ヒートポンプユニット２からの高温水の供給に加えて電気ヒータ５によって貯湯タンク１内の水を加熱し、ヒートポンプ２Ａと電気ヒータ５とを併用することでユニット２貯湯タンク１から高温水がなくなる湯切れ状態のリスクを回避する。
【００２０】
その後、ヒートポンプユニット２と電気ヒータ５の加熱動作によって、貯湯タンク１内の高温水の量が増えて接続配管８内の水温が上昇し、貯湯タンク１から接続配管８を介してヒートポンプユニット２へ入水する（低温）水の水温が所定水温ｔ３以上になるとサーモスタット１１がオフになる。このオフ信号の入力でポンプ制御部２Ｂは、ヒートポンプ２Ａの圧縮機を停止制御してヒートポンプユニット２の加熱動作を停止すると共に、ヒータ制御部６へ電気ヒータ５の停止指令信号を送信する。ヒータ制御部６は、前記停止指令信号の入力により電気ヒータ５の作動を停止する。
【００２１】
かかる給湯装置によれば、貯湯タンク１内の湯の使用量が多くなってヒートポンプユニット２による湯の生成が間に合わないときに、電気ヒータ５を駆動してヒートポンプユニット２と電気ヒータ５とを併用して貯湯タンク１内の水を加熱するので、貯湯タンク１の容積が小さく湯の貯留量が少ない場合でも湯切れのリスクを回避できる。従って、貯湯タンクの小型化が可能となり、低コストで省スペースの給湯装置を提供することができる。また、ヒートポンプ２Ａと電気ヒータ５は、ポンプ制御部２Ｂとヒータ制御部６によってそれぞれ独立して駆動させるので、万が一、ヒートポンプ２Ａ側が故障した場合でも、電気ヒータ５により貯湯タンク１内の水を加熱でき、貯湯タンク１に高温水を溜めることができる。しかも、電気ヒータ５を貯湯タンク１の底部近傍に取り付けたので、電気ヒータ５だけでも貯湯タンク１に多くの高温水を溜めることができる。
【００２２】
図３及び図４に、本発明の給湯装置の第２実施形態を示し、図３は概略構成図であり、図４は制御部の構成図である。尚、第１実施形態と同一要素には同一符号を付して説明を省略する。
図３においてこの給湯装置は、貯湯タンク１の下部で電気ヒータ５の近傍、例えば図３に示すように電気ヒータ５の下方に第３温度検知手段としてサーモスタット２０を配置し、このサーモスタット２０の検知水温に基づいて電気ヒータ５の加熱動作を停止制御する構成としたことが第１実施形態と異なる。その他の構成は第１実施形態と同じである。尚、第３温度検知手段であるサーモスタット２０の位置は、電気ヒータ５の近傍であればよく、同じ高さ又は上方でもよい。
【００２３】
前記サーモスタット２０は、電気ヒータ５と同じ高さ又は付近の検知水温が例えば予め設定した所定水温ｔ４以上になったことを検知するとオンからオフとなる。尚、前記水温ｔ４は、第１実施形態のサーモスタット１１の検知水温ｔ３と同じでも異なってもよい。
【００２４】
この給湯装置は、電気ヒータ５の加熱停止制御が第１実施形態と異なる。即ち、ヒートポンプユニット２と電気ヒータ５の加熱動作によって貯湯タンク１の湯量が増えて貯湯タンク１の下部の水温が上昇して水温ｔ４以上になると、サーモスタット２０がオンからオフになる。サーモスタット２０のオフ信号の入力でヒータ制御部６は、電気ヒータ５の通電回路を開制御して電気ヒータ５の作動を停止する。尚、上述した電気ヒータ５の加熱停止制御以外の動作は、第１実施形態と同様であるので、ここでは説明を省略する。
【００２５】
かかる給湯装置によれば、電気ヒータ５の駆動制御においてサーモスタット１１の水温検知情報が不要となり、図４に示すように、ポンプ制御部２Ｂからヒータ制御部６への電気ヒータ５の停止指令信号の送信経路をなくすことができ、ヒートポンプユニット２側と電気ヒータ５側の制御を全く切り離すことができる。従って、サーモスタット１１の関連した故障がヒートポンプユニット２側に発生し、ヒートポンプユニット２が駆動できない状況が生じた場合でも、電気ヒータ５だけで貯湯タンク１に高温水を溜めることができる。
【００２６】
図５及び図６に、本発明の給湯装置の第３実施形態を示し、図５は概略構成図であり、図６は制御部の構成図である。尚、第１実施形態と同一要素には同一符号を付して説明を省略する。
この給湯装置は、サーモスタット４を取り付けず、接続配管８を介してヒートポンプユニット２に入水する水の温度を検知するサーモスタット１１の検知水温に基づいて電気ヒータ５を作動制御する構成である。具体的には、ヒートポンプユニット２が加熱動作を開始してから所定時間経過するまでに、サーモスタット１１の検知水温が予め定めた所定水温を超えないとき電気ヒータ５の加熱動作を開始する構成である。従って、本実施形態において、サーモスタット１１は第４温度検知手段の役割を有する。尚、電気ヒータ５の作動制御形態以外は、第１実施形態と同様であるので、ここでは、電気ヒータ５の作動制御について説明し、その他の動作については説明を省略する。
【００２７】
この給湯装置による電気ヒータの作動制御について説明する。
貯湯タンク１内の高温水で満たされた状態で、貯湯タンク１に貯留した高温水が減少してサーモスタット３が高温水より低温の所定水温ｔ１を検知してオンすると、そのオン信号の入力でポンプ制御部２Ｂはヒートポンプ２Ａを作動制御して、貯湯タンク１に高温水の供給を行う。同時に、ポンプ制御部２Ｂはサーモスタット３がオンしてからの経過時間の計測を開始する。そして、サーモスタット３がオンしてからの経過時間が予め設定した所定時間になったときに、サーモスタット１１がオフ状態か否かを判定する。前記所定時間は、例えばヒートポンプユニット２の能力や貯湯タンク１のサーモスタット３の取り付け位置から下側のタンク容積等に基づいて予め設定するもので、具体的には、例えばヒートポンプユニット２が加熱動作を開始してからサーモスタット１１の検知水温が予め定めた所定水温以上になるまでの時間を計算し、この計算値を前記所定時間として設定する。サーモスタット３がオンしてからの経過時間が所定時間になったときに、サーモスタット１１がオフ状態のとき、即ち、貯湯タンク１から接続配管８を介してヒートポンプユニット２へ入水する（低温）水の水温が未だ所定水温ｔ３より低い状態のときは、ポンプ制御部２Ｂは、貯湯タンク１への高温水の供給が不十分と判断して電気ヒータ５の作動指令信号をヒータ制御部６へ送信し、ヒータ制御部６は電気ヒータ５を作動する。
【００２８】
その後、ヒートポンプユニット２と電気ヒータ５との加熱動作によって、貯湯タンク１から接続配管８を介してヒートポンプユニット２に入水する（低温）水の水温が所定水温を超えてサーモスタット１１がオンになれば、ポンプ制御部２Ｂは、ヒートポンプユニット２の加熱動作を停止すると共に、ヒータ制御部６へ電気モータ５の停止指令信号を送信し、ヒータ制御部６は、停止指令信号の入力により電気ヒータ５の作動を停止する。
【００２９】
かかる給湯装置によれば、第１実施形態と同様の作用効果に加えて、サーモスタットの数を減らすことができ、部品点数を削減できるという利点がある。
【００３０】
尚、電気ヒータ５の取り付け位置は、サーモスタット３と略同じ高さでも良いが、上記各実施形態のようにサーモスタット３より下方の貯湯タンク１下部に取り付けることが望ましい。こうすることにより、電気ヒータ５でより多くの高温水を生成できる。
【００３１】
また、サーモスタット３，４の検知水温ｔ１、ｔ２は同じでも異なってもよい。
【００３２】
また、サーモスタット３，４の取り付け位置は、上述した実施形態に限るものではなく、例えば貯湯タンク１の容量やヒートポンプユニット２の能力等に応じて適切な位置を選択すればよい。
【００３３】
また、各実施形態では、温度検知手段としてサーモスタットを用いたが、各温度検知手段としてサーミスタ等その他の感温素子を用いてもよい。
【符号の説明】
【００３４】
１    貯湯タンク
２    ヒートポンプユニット
２Ａ    ヒートポンプ
２Ｂ    ポンプ制御部
３，４，１１，２０    サーモスタット
５    電気ヒータ
６    ヒータ制御部
【図１】
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【図２】
2014169807.tif 000004
【図３】
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【図４】
2014169807.tif 000006
【図５】
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【図６】
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