(57)【要約】  給湯システム２００は、暖房用の湯を貯める第１タンク５と、給湯栓３に供給するべき湯を貯める第２タンク６と、第１タンク５の湯を暖房装置４に供給する暖房循環経路５１と、第２タンク６の第１タンク５内に露出した部分を取り囲む第１伝熱部１０ａを含み、第１タンク５の湯が第１伝熱部１０ａを経由して暖房装置４に供給されうるように、第１タンク５と暖房循環経路５１の往路部分とを接続する第１経路５３と、第１伝熱部１０ａに沿うように配置された第２伝熱部１１ａを含み、第２タンク６の湯を第２伝熱部１１ａに流通させることによって第２タンク６の湯と第１伝熱部１０ａを流通する湯とを熱交換させる第２経路５５とを備えている。
2009057303.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
暖房用の湯を貯める第１タンクと、
少なくとも一部が前記第１タンク内に露出する形で前記第１タンクに収容または組み付けられた、給湯栓に供給するべき湯を貯める第２タンクと、
前記第１タンクの湯を暖房装置に供給し、前記暖房装置からの湯を前記第１タンクに戻す暖房循環経路と、
前記第２タンクの前記第１タンク内に露出した部分を取り囲む第１伝熱部を含み、前記第１タンクの湯が前記第１伝熱部を経由して前記暖房装置に供給されうるように、前記第１タンクと前記暖房循環経路の往路部分とを接続する第１経路と、
前記第１伝熱部に沿うように配置された第２伝熱部を含み、前記第２タンクの湯を前記第２伝熱部に流通させることによって前記第２タンクの湯と前記第１伝熱部を流通する湯とを熱交換させる第２経路と、
を備えた、給湯システム。
【請求項２】
前記第１伝熱部が、前記第１経路を構成する第１伝熱管によって形成され、
前記第２伝熱部が、前記第２経路を構成する第２伝熱管によって形成され、
前記第２タンクと前記第２伝熱管とによって前記第１伝熱管が挟まれるように、前記第１伝熱管が前記第２タンクに巻き付けられ、前記第１伝熱管の上から前記第２伝熱管が前記第２タンクに巻き付けられている、請求項１に記載の給湯システム。
【請求項３】
前記第１伝熱管の外径と前記第２伝熱管の外径とが等しく、
前記第２タンクの高さ方向に関して隣り合う部分同士が互いに密着しあう形で前記第１伝熱管が螺旋状に前記第２タンクに巻き付けられ、
前記第１伝熱管と前記第２伝熱管とが径方向の複数箇所で接するように、前記第２伝熱管が前記第１伝熱管の上から螺旋状に前記第２タンクに巻き付けられている、請求項２に記載の給湯システム。
【請求項４】
前記第１伝熱部が、前記第１経路を構成する第１伝熱管によって形成され、
前記第２伝熱部が、前記第２経路を構成する第２伝熱管によって形成され、
前記第１伝熱管と前記第２伝熱管とが前記第２タンクの高さ方向に関して交互に並ぶように、前記第１伝熱管および前記第２伝熱管の各々が前記第２タンクに直接かつ螺旋状に巻き付けられている、請求項１に記載の給湯システム。
【請求項５】
前記第１タンクの湯を加熱する手段としてのヒートポンプと、
前記第１タンクの湯を前記ヒートポンプに導くためのヒートポンプ経路とをさらに備え、
前記ヒートポンプで加熱した湯を前記暖房装置に直接供給しうるように、前記第１経路と、前記ヒートポンプ経路と、前記暖房循環経路の往路部分とが相互に接続されている、請求項１に記載の給湯システム。
【請求項６】
前記ヒートポンプで加熱した湯を前記第１タンクに戻すための経路として、前記第１経路を利用可能である、請求項５に記載の給湯システム。
【請求項７】
前記第１経路、前記ヒートポンプ経路および前記暖房循環経路の往路部分の接続箇所に設けられた弁機構をさらに備え、
前記第１経路を経由して前記暖房装置に供給されるべき前記第１タンクの湯と、前記ヒートポンプで加熱された前記第１タンクの湯とを前記弁機構で合流させて前記暖房循環経路へと導くモードで運転できる、請求項５に記載の給湯システム。
【請求項８】
前記第２タンクの湯を前記第２経路に循環させることによって、前記第２タンクの湯と、前記第１経路を経由して前記暖房装置に供給されるべき前記第１タンクの湯との熱交換を促進する、請求項７に記載の給湯システム。
【請求項９】
前記暖房循環経路は、前記往路部分の一部を構成するように前記第１タンクと前記弁機構とを接続する第１往き管と、前記往路部分の残部を構成するように前記弁機構と前記暖房装置とを接続する第２往き管とを含み、
前記運転モードにおいて、前記第１往き管を経由して前記暖房装置に供給されるべき前記第１タンクの湯と、前記第１経路を経由して前記暖房装置に供給されるべき前記第１タンクの湯と、前記ヒートポンプで加熱された前記第１タンクの湯とを前記弁機構で合流させて前記暖房循環経路の前記第２往き管へと導く、請求項７に記載の給湯システム。
【請求項１０】
前記弁機構を制御することによって、前記ヒートポンプで加熱した湯の全量のみを前記暖房装置に直接供給するモードと、前記ヒートポンプで加熱した湯の一部を前記暖房装置に直接供給しつつ残部を前記第１経路によって前記第１タンクに戻すモードと、前記ヒートポンプで加熱した湯の全量を前記第１経路によって前記第１タンクに戻すモードとから選ばれる少なくとも１つのモードでの運転がさらに可能である、請求項７に記載の給湯システム。
【請求項１１】
前記暖房循環経路は、前記往路部分の一部を構成するように前記第１タンクと前記弁機構とを接続する第１往き管と、前記往路部分の残部を構成するように前記弁機構と前記暖房装置とを接続する第２往き管とを含み、
前記弁機構を制御することによって、前記第１経路を使用せず、前記第１往き管を経由して前記暖房装置に供給されるべき前記第１タンクの湯と、前記ヒートポンプで加熱された前記第１タンクの湯を前記弁機構で合流させて前記暖房循環経路の前記第２往き管へと導くモードでの運転がさらに可能である、請求項７に記載の給湯システム。
【請求項１２】
前記第２タンクは、上部が前記第１タンクから突出し、残部が前記第１タンク内に露出するように前記第１タンクに組み付けられており、
前記暖房循環経路が、前記第１タンクの側壁と前記第２タンクの側壁との間に形成された前記第１タンクの上部の空間に向かって開口する往き管を含み、
前記第１経路の端部が、前記往き管の開口よりも下方において、前記第１タンクの上部の空間に向かって開口している、請求項１に記載の給湯システム。
【請求項１３】
前記第１タンクの内部に配置された補助ヒータをさらに備え、
前記補助ヒータの位置が、前記第１タンクの側壁と前記第２タンクの側壁との間に形成された前記第１タンクの上部の空間に定められている、請求項１２に記載の給湯システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、給湯システムに関する。特に、貯湯タンクに貯めた湯を用いて暖房を行うことができる暖房給湯システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、暖房機能と給湯機能とを有する貯湯式給湯システムが知られている。例えば、特開２００４−１８３９３４号公報には、給湯用の湯を貯めるタンクと、そのタンクの外周面に互いに接するように巻き付けられた暖房用の配管および給湯用の配管とを備えた貯湯式給湯システムが記載されている。暖房用の配管を流通する熱媒体（通常は水）と給湯用の配管を流通する湯とが熱交換することにより、暖房用の熱媒体が加熱される。加熱された熱媒体を用いて、室内の暖房を行うことができる。ヒートポンプは、基本的に給湯用の湯を沸かすためにのみ用いられる。【０００３】
一方、例えば欧州では、図１１に示す構成の貯湯式給湯システムが普及している。図１１に示す貯湯式給湯システムは、暖房用の湯を貯める第１タンク３００と、給湯用の湯を貯める第２タンク３０２と、第１タンク３００の内部に配置されたヒータ３０８とを備えている。第２タンク３０２は、その一部が第１タンク３００の内部に露出するように第１タンク３００に組み付けられている。第１タンク３００の湯と第２タンク３０２の水とが熱交換することにより、第２タンク３０２の水が加熱される。給湯栓３０４には第２タンク３０２の湯が供給され、暖房用のラジエター３０６には第１タンク３００の湯が供給される。【０００４】
図１１に示すシステムによれば、第１タンク３００の湯をラジエター３０６に直接かつ大量に供給できるため、大きい暖房負荷に対しては、タンクを１つのみ有する特開２００４−１８３９３４号公報のシステムよりも対応しやすい。第２タンク３０２の容積は第１タンク３００の容積よりも少ないが、浴槽に湯を貯める等、短時間に大量の湯を使用する習慣のない地域では、この構成でも湯量不足の心配はほとんどない。なお、近年は、エネルギー消費効率を改善するために、ヒータ３０８に代えて、ヒートポンプが採用され始めている。【０００５】
ただし、図１１に示すシステムによってもなお、負荷変動および負荷量が大きい寒冷地では、ヒータやヒートポンプの加熱能力を上回る負荷が発生し、十分な暖房効果を得ることができなくなる可能性がある。この問題は、急速暖房が要求される時間帯（例えば朝晩）に特に起こりやすい。【０００６】
急激な負荷増大への対策としては、暖房用の湯を貯めるタンクの大容積化、タンクに貯める湯の設定温度調節（湯温を高くする）、ヒートポンプの加熱能力の向上、補助ヒータの使用などが挙げられる。しかしながら、タンクの容積を増やすと、タンクから外部への放熱量が増大し、エネルギー消費効率が悪くなる。タンクに貯める湯の設定温度を高くすることにも限界がある。ヒートポンプの加熱能力を大きくすると、コストの高騰が不可避である。補助ヒータは、システムの最大加熱能力を高くする観点からあった方がよいが、補助ヒータへの依存度が高くなればなるほど、エネルギー消費効率に優れるヒートポンプの利点が損なわれる。【０００７】
こうした事情に鑑み、本発明は、従来のシステムと比べてエネルギー消費効率やコストの面で遜色なく、急激な負荷増大にも対応できる給湯システムを提供することを目的とする。
【発明の開示】
【０００８】
すなわち、本発明は、
暖房用の湯を貯める第１タンクと、
少なくとも一部が第１タンク内に露出する形で第１タンクに収容または組み付けられた、給湯栓に供給するべき湯を貯める第２タンクと、
第１タンクの湯を暖房装置に供給し、暖房装置からの湯を第１タンクに戻す暖房循環経路と、
第２タンクの第１タンク内に露出した部分を取り囲む第１伝熱部を含み、第１タンクの湯が第１伝熱部を経由して暖房装置に供給されうるように、第１タンクと暖房循環経路の往路部分とを接続（中継）する第１経路と、
第１伝熱部に沿うように配置された第２伝熱部を含み、第２タンクの湯を第２伝熱部に流通させることによって第２タンクの湯と第１伝熱部を流通する湯とを熱交換させる第２経路と、
を備えた、給湯システムを提供する。
【０００９】
上記本発明の給湯システムによれば、第１経路および第２経路を設けたことにより、第１伝熱部を流通する第１タンクの湯と第２伝熱部を流通する第２タンクの湯との熱交換が促進される。したがって、ヒータやヒートポンプの加熱能力を超えるほど大きい暖房能力が要求される場合、第２タンクの湯を第２経路に循環させると同時に、第１経路を通じて暖房循環経路に第１タンクの湯を導くことにより、第２タンクの湯で暖房装置に供給されるべき第１タンクの湯の補助加熱を効率的に行うことができる。言い換えれば、第２タンクに貯められた給湯用の湯を補助加熱源として有効利用することにより、一時的に、給湯システムの暖房能力を底上げすることができる。したがって、本発明の給湯システムは、従来のシステムと比べてエネルギー消費効率やコストの面で遜色なく、急激な負荷増大にも対応できる。
【００１０】
なお、第１経路および第２経路が設けられておらず、第１伝熱部および第２伝熱部を有さない従来の給湯システム（図１１参照）においても、第１タンク３００の湯に第２タンク３０２が浸かっているので、第１タンク３００の湯と第２タンク３０２の湯との間で熱交換は起こる。しかしながら、熱交換を促進する工夫がなされていないので、その熱交換は本発明の場合に比べて緩やかである。そのため、第２タンク３０２の湯を補助加熱源として有効利用できず、第２タンク３０２の湯によってシステムの暖房能力を底上げすることは不可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態にかかる給湯システムの構成図
【図２Ａ】第１伝熱管および第２伝熱管の他の配列を示す拡大図
【図２Ｂ】第１伝熱管および第２伝熱管のさらに別の配列を示す拡大図
【図３】給湯時の湯の流通経路を説明する図
【図４】貯湯時の湯の流通経路を説明する図
【図５】暖房時の湯の流通経路を説明する図
【図６】暖房時（低負荷）の湯の流通経路を説明する図
【図７】暖房および給湯時（通常負荷）の湯の流通経路を説明する図
【図８】暖房時（高負荷）の湯の流通経路を説明する図
【図９】暖房時（急速負荷）の湯の流通経路を説明する図
【図１０】給湯システムの変形例の簡単な構成図
【図１１】従来の給湯システムの簡単な構成図
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態について、添付の図面を参照しながら説明する。【００１３】
図１は、本発明の一実施形態にかかる給湯システムの構成図である。給湯システム２００は、給湯タンクユニット１と、ヒートポンプ２（ヒートポンプユニット）とを備えている。ヒートポンプ２で加熱された湯は、給湯タンクユニット１の第１タンク５に貯められる。第１タンク５に貯められた湯が暖房装置４を循環する。第１タンク５に貯められた湯で間接的に加熱された第２タンク６の湯が給湯栓３に供給される。暖房装置４は、ラジエターや床暖房などの温水暖房機器によって構成されている。【００１４】
ただし、暖房装置４は、風呂の追炊き用途等の熱交換器によって構成されていてもよい。つまり、本明細書において、「暖房」は「室内の暖房」に限定されない。暖房装置４は、第１タンク５の湯の熱を水や空気などの対象物に与えることができる装置であればよい。【００１５】
ヒートポンプ２は、第１タンク５の湯を加熱する手段であって、圧縮機１０１、凝縮器またはガスクーラとしての水−冷媒熱交換器１０２、膨張機構としての電動膨張弁１０３および蒸発器１０４を備えている。圧縮機１０１、水−冷媒熱交換器１０２、電動膨張弁１０３および蒸発器１０４が冷媒配管によってこの順番で接続されることによって、冷媒回路が形成されている。ヒートポンプ２の冷媒回路には、二酸化炭素やハイドロフルオロカーボンのような冷媒が充填されている。二酸化炭素を冷媒に用いた場合、水−冷媒熱交換器１０２において冷媒は超臨界状態となる。ヒートポンプ２によれば、水を９０℃程度の高い温度まで加熱することが可能である。なお、電動膨張弁１０３に代えて、容積式の膨張機を採用し、冷媒の膨張エネルギーを回収しうる構成としてもよい。【００１６】
給湯タンクユニット１は、暖房用の湯を貯める第１タンク５と、給湯栓３に供給するべき湯を貯める第２タンク６と、それらを収容する筐体７とを備えている。第１タンク５の容積は、第２タンク６の容積よりも大きい。第２タンク６は、上部が第１タンク５から突出し、残部が第１タンク５内に露出する形で第１タンク５に組み付けられている。第１タンク５と第２タンク６とによって二重タンク構造が形成されている。第２タンク６の湯は、第１タンク５の湯によって保温および／または加熱される。第２タンク６は、その全部が第１タンク５に収容されていてもよいが、本実施形態のごとく、第２タンク６の上部が第１タンク５の上部から突出する配置によれば、第２タンク６への各種配管の接続作業が容易であり、製造コストを安くできる。【００１７】
第１タンク５の湯と第２タンク６の湯とは、基本的に混ざり合うことはない。給湯栓３に供給されるのは、第２タンク６の湯のみである。ヒートポンプ２によって直接加熱されるのは、第１タンク５の湯のみである。第２タンク６の湯は、第１タンク５の上部の空間に貯められた湯によって間接的に加熱される。そのため、市水が硬水の地域でも水−冷媒熱交換器１０２にスケールが蓄積しにくく、熱交換効率が経年低下しにくい。第１タンク５の湯にブラインが含まれていてもよい。【００１８】
筐体７の内部において、タンクや配管などの部品は断熱材（例えば耐熱性発泡ポリスチレン）によって被覆されており、放熱が防止されている。【００１９】
第１タンク５に組み付けられた第２タンク６の底面の高さは、第１タンク５の高さの中間付近にある。第１タンク５の上部の空間は、第１タンク５の側壁と第２タンク６の側壁との間に形成された円筒状の空間であり、この空間の容積が第１タンク５の容積に占める割合は少なく、例えば第１タンク５の容積の半分未満である。夏期等の負荷が小さい時期において、この円筒状の空間だけに高温の湯が貯められるようにすれば、第２タンク６の湯を高温に保ちつつ、第１タンク５の外表面からの放熱を極力抑制することができる。また、この円筒状の空間には、補助ヒータ１８が配置されている。特に高い加熱能力が必要となる場合には、この補助ヒータ１８を用いて第１タンク５の湯を加熱してもよい。【００２０】
第１タンク５の湯は、上部から底部に向かって温度成層を形成する。具体的に、第１タンク５の湯の温度は、システムの使用状況や季節にもよるが、上部（第２タンク６の周囲）で５０〜９０℃、底部で３０〜５０℃になる。第２タンク６は第１タンク５の上部の空間に貯められた湯で加熱および／または保温されるので、給湯栓３から短時間で大量に湯を出さない限り、第２タンク６の湯の温度は６０〜８０℃になる。【００２１】
給湯タンクユニット１は、さらに、暖房循環経路５１、第１経路５３、第２経路５５、ヒートポンプ経路５７、給湯経路５９および給水経路６１を備えている。暖房循環経路５１の往路部分、第１経路５３およびヒートポンプ経路５７は、第１弁機構８を介して相互に接続されている。同様に、第２経路５５、給湯経路５９および給水経路６１は、第２弁機構９を介して相互に接続されている。【００２２】
弁機構８，９は、湯の流通方向をある１つの方向から別の１つの方向に切り替えることができ、複数の流れを１つの流れに合わせることができ、１つの流れを複数の流れに分けることができる分配弁によって構成されている。本実施形態では、４本の配管が接続される４ＷＡＹ型の分配弁によって弁機構８，９が構成されているが、より一般的な３ＷＡＹ型の分配弁を複数個組み合わせることによって、弁機構８，９の各々が構成されていてもよい。なお、図７を参照して後に説明する運転モードを実行する必要がない場合、分配機能を有さない切り替え弁によって弁機構８，９が構成されていてもよい。【００２３】
暖房循環経路５１は、第１タンク５の湯を暖房装置４に供給し、暖房装置４からの湯を第１タンク５に戻すための経路であり、第１往き管２３、第２往き管２５、ポンプ１６および戻り管２６によって構成されている。第１タンク５の内部から外部へと延びる第１往き管２３によって、第１タンク５と第１弁機構８とが接続されている。第１往き管２３による暖房循環経路５１の入口は、第１タンク５の上部の空間に位置している。第２往き管２５によって、第１弁機構８と暖房装置４とが接続されている。第１往き管２３によって暖房循環経路５１の往路部分の一部（上流側部分）が構成され、第２往き管２５によって暖房循環経路５１の往路部分の残部（下流側部分）が構成されている。ポンプ１６は、第２往き管２５に設けられている。第１タンク５の外部から内部へと延びる戻り管２６によって、暖房装置４と第１タンク５とが接続されている。戻り管２６による暖房循環経路５１の出口は、第１タンク５の底部の空間に位置している。第１タンク５の上部の空間に貯められている湯は、第１往き管２３、第１弁機構８および第２往き管２５を経由して暖房装置４に供給されうる。暖房装置４で温度が低下した湯は、戻り管２６を経由して第１タンク５の底部の空間に戻る。【００２４】
第１経路５３は、第１往き管２３とは異なるルートで第１タンク５の湯を暖房循環経路５１の第２往き管２５に導くための経路である。さらに、第１経路５３は、ヒートポンプ２で加熱した湯を第１タンク５に戻すための経路でもある。第１経路５３は、第１伝熱管１０によって構成されている。第１伝熱管１０によって、第２タンク６の第１タンク５内に露出した部分を取り囲む第１伝熱部１０ａが形成されている。第１タンク５の湯が第１伝熱部１０ａを経由して暖房装置４に供給されうるように、第１タンク５と暖房循環経路５１の往路部分（第２往き管２５）とが第１経路５３によって接続されている。第１タンク５の内部における第１経路５３の開口の位置は、第１タンク５の側壁と第２タンク６の側壁との間における第１タンク５の上部の空間に定められている。第１タンク５の上部の空間に貯められた湯は、第１伝熱管１０、第１弁機構８および第２往き管２５を経由して暖房装置４に供給されうる。第１経路５３の第１タンク５の外部における部分に圧力逃がし弁１３が設けられている。【００２５】
第２経路５５は、第２タンク６の湯を循環させる経路であるとともに、第２タンク６の湯を給湯経路５９に導くための経路でもある。第２経路５５は、第２伝熱管１１、ポンプ１５および配管３４によって構成されている。第２伝熱管１１によって、第１伝熱部１０ａに沿うように配置された第２伝熱部１１ａが形成されている。第２伝熱管１１による第２経路５５の入口の位置は、第２タンク６の底部の空間に定められている。ポンプ１５は、第２伝熱部１１ａと第２弁機構９との間に位置するように、第２伝熱管１１に設けられている。第２タンク６の外部から内部へと延びる配管３４によって、第２弁機構９と第２タンク６とが接続されている。配管３４による第２経路５５の出口の位置は、第２タンク６の上部の空間に定められている。配管３４から分岐する形で圧力逃がし弁１２が設けられている。【００２６】
このように、第２経路５５は、第２タンク６の底部の空間に貯められた湯を第２伝熱部１１ａに流通させた後、第２タンク６の上部の空間へと戻す循環経路を形成している。第２弁機構９を介して、給湯経路５９と第２経路５５とが接続されているので、第２伝熱管１１を流通後の湯を給湯経路５９に供給することもできる。【００２７】
図１に示すように、第１経路５３の第１伝熱部１０ａと第２経路５５の第２伝熱部１１ａとは互いに接している。したがって、第１経路５３を流通する湯と、第２経路５５を流通する湯とを、これら伝熱部１０ａ，１１ａにおいて熱交換させることができる。つまり、第１伝熱管１０を流通する湯によって第２伝熱管１１を流通する湯を効率的に加熱できる。逆に、第２伝熱管１１を流通する湯によって第１伝熱管１０を流通する湯を効率的に加熱することもできる。前者の場合において、第１伝熱管１０を流通する湯は、ヒートポンプ２で加熱されて第１タンク５に戻る湯である。ヒートポンプ２で加熱された高温の湯で、第２伝熱管１１を流通する第２タンク６の湯を加熱できる。後者の場合において、第１伝熱管１０を流通する湯は、第１タンク５から暖房装置４に直接供給されるべき湯である。第２伝熱管１１を流通する第２タンク６の高温の湯で、第１タンク５から暖房装置４に向かう途中の湯を加熱できる。また、伝熱管１０，１１には、第２タンク６からの放熱を抑制する効果もある。【００２８】
図１の例において、第１伝熱管１０および第２伝熱管１１は、ともに一重管であり、第１伝熱管１０の外径と第２伝熱管１１の外径とは等しい。第２タンク６と第２伝熱管１１とによって第１伝熱管１０が挟まれるように、第１伝熱管１０が第２タンク６に巻き付けられ、さらに、第１伝熱管１０の上から第２伝熱管１１が第２タンク６に巻き付けられている。言い換えれば、第２伝熱管１１は、第１伝熱管１０を介して間接的に第２タンク６に巻き付けられている。【００２９】
より詳細には、第２タンク６の高さ方向に関して隣り合う部分同士が互いに密着しあう形で第１伝熱管１０が直接かつ螺旋状に第２タンク６に巻き付けられている。さらに、第１伝熱管１０と第２伝熱管１１とが径方向の複数箇所で接するように、第２伝熱管１１が第１伝熱管１０の上から螺旋状に第２タンク６に巻き付けられている。すなわち、第１伝熱管１０および第２伝熱管１１は、それぞれが密着巻の形態を有し、伝熱部１０ａ，１１ａを形成する部分が二重コイルの形になっている。このような構成によれば、伝熱面積を十分に確保することができるとともに、熱交換効率を高めることができる。【００３０】
第１伝熱管１０は、伝熱部１０ａを形成する部分が第２タンク６に溶接またはロウ付けされることによって第２タンク６に固定されていてもよい。これにより、熱抵抗を小さくすることができる。同様の理由により、第２伝熱管１１は、伝熱部１１ａを形成する部分が第１伝熱管１０に溶接またはロウ付けされることによって第１伝熱管１０に固定されていてもよい。【００３１】
第１伝熱管１０の外径と第２伝熱管１１の外径とが異なっていてもよい。第１伝熱管１０と第２伝熱管１１との位置関係も両者が接している限り特に限定されない。例えば、第２伝熱管１１が第２タンク６に直接かつ螺旋状に巻き付けられ、第２タンク６に巻き付けられた第２伝熱管１１の上から第１伝熱管１０が第２タンク６に間接的に巻き付けられていてもよい。【００３２】
また、図２Ａに示すように、第１伝熱管１０と第２伝熱管１１とが第１タンク５の高さ方向に関して交互に並ぶように、第１伝熱管１０および第２伝熱管１１の各々が第２タンク６に直接かつ螺旋状に巻き付けられていてもよい。このようにしても、上記と同様の効果が得られる。【００３３】
さらに、図２Ｂに示すように、大径の第１伝熱管１０の内部に小径の第２伝熱管１１が通された二重管が第２タンク６に螺旋状に巻き付けられていてもよい。このようにしても、上記と同様の効果が得られる。図２Ｂの例において、第１伝熱管１０と第２伝熱管１１との位置関係が内外で入れ替わってもよい。【００３４】
ただし、第２伝熱管１１と第２タンク６とによって第１伝熱管１０が挟まれる図１の例によれば、第１伝熱管１０が第２伝熱管１１および第２タンク６の両方に接している。そのため、第２伝熱管１１が内側で第１伝熱管１０が外側となる例（図示省略）よりも熱交換を効率よく行うことができる。図１の位置関係を採用すれば、第１伝熱管１０から第２伝熱管１１へと熱が移動する際には、第１伝熱管１０から第２タンク６の外壁にも熱が移動する。第２伝熱管１１から第１伝熱管１０へと熱が移動する際には、第２タンク６の外壁からも第１伝熱管１０へと熱が移動する。つまり、第２タンク６の外壁を伝熱面として積極的に利用することにより、熱交換効率の向上を図ることができる。また、図１の例によれば、第１伝熱管１０および第２伝熱管１１が高さ方向に最密に配列しているので、図２Ａの例よりも熱交換に寄与する伝熱部１０ａ，１１ａの長さを稼ぐのに有利である。また、図１の例によれば、二重管の例（図２Ｂ）よりもコスト面で有利である。【００３５】
なお、伝熱部１０ａ，１１ａは、それらの内部を湯が流通可能であり、かつ熱交換が効率よく行われるものであればよく、伝熱管１０，１１によって形成されることは必須ではない。ただし、コストや生産性を考慮すれば、本実施形態のようにするのがよい。【００３６】
次に、ヒートポンプ経路５７は、第１タンク５の湯をヒートポンプ２に導くための経路である。ヒートポンプ経路５７は、配管２４およびその配管２４に設けられたポンプ１４によって構成されている。配管２４の上流端は第１タンク５に接続されている。配管２４によるヒートポンプ経路５７の入口の位置は、第１タンク５の底部の空間に定められている。一方、配管２４の下流端は第１弁機構８に接続されている。つまり、第１経路５３と、ヒートポンプ経路５７の下流端と、暖房循環経路５１の往路部分とが相互に接続されている。これにより、ヒートポンプ２で加熱した湯を暖房装置４に直接供給しうる。ヒートポンプ２で加熱した湯を暖房装置４に直接供給する構成によれば、圧力損失を小さく抑えることができ、ポンプ１４，１６の省電力化を見込める。放熱ロスも少ない。【００３７】
さらに、ヒートポンプ２で加熱した湯を第１タンク５に戻すための経路として、第１経路５３を利用可能である。このような構成によれば、ヒートポンプ経路５７を第１タンク５の内部まで延ばす必要がないので、ヒートポンプ経路５７の長さの短縮化を図ることができる。また、第１タンク５を貫通する配管の数の増加を回避できる。【００３８】
具体的に、第１経路５３、ヒートポンプ経路５７および暖房循環経路５１の往路部分の接続箇所に第１弁機構８が設けられている。第１経路５３を経由して暖房装置４に供給されるべき第１タンク５の湯と、ヒートポンプ２で加熱された第１タンク５の湯とを第１弁機構８で合流させ、暖房循環経路５１（第２往き管２５）へと導くことができる。この運転モードによれば、ヒートポンプ２の加熱能力に第１タンク５に予め貯められた湯の暖房能力が上乗せされるので、ヒートポンプ２の加熱能力を超えるほど高い暖房能力が要求される場合に有効である。【００３９】
上記運転モードにおいて、第２タンク６の湯を第２経路５５に循環させることによって、第２タンク６の湯と、第１経路５３を経由して暖房装置４に供給されるべき第１タンク５の湯との熱交換を促進できる。これにより、第２タンク６の湯の熱を補助加熱源として利用でき、瞬間的な暖房能力をさらに高めることができる。【００４０】
さらに、上記運転モードにおいて、第１往き管２３を経由して暖房装置４に供給されるべき第１タンク５の湯と、第１経路５３を経由して暖房装置４に供給されるべき第１タンク５の湯と、ヒートポンプ２で加熱された第１タンク５の湯とを第１弁機構８で合流させ、暖房循環経路５１の第２往き管２５へと導くこともできる。【００４１】
また、第１弁機構８を制御することによって、第１往き管２３を経由して暖房装置４に供給されるべき第１タンク５の湯と、ヒートポンプ２で加熱された第１タンク５の湯のみを第１弁機構８で合流させて暖房循環経路５１の第２往き管２５へと導くモードでの運転も可能である。つまり、第１経路５３を使用しない。この運転モードにおいても、ヒートポンプ２の加熱能力に第１タンク５に予め貯められた湯の暖房能力が上乗せされる。【００４２】
次に、給水経路６１は、第２タンク６に市水を補給するとともに、給湯経路５９に供給されるべき湯の温度調節を行うための経路である。給水経路６１は、給水管３１、分岐給水管３２および減圧弁１９を有する。給水管３１によって、外部の水道管（図示せず）と第２弁機構９とが接続されている。分岐給水管３２は、給水管３１から分岐して第２タンク６の内部に延びており、先端の開口の位置が第２タンク６の底部の空間に定められている。給湯栓３を開いて第２タンク６の湯を消費すると、給水管３１および分岐給水管３２を経由して第２タンク６の底部の空間に市水が補給される。市水は、第２タンク６の湯が消費されると直ちに補給されてもよいし、ある程度消費されたらその消費分または所定量が補給されるようにしてもよい。配管３４の開口の位置を第２タンク６の中央部付近の空間に定めると、市水の補給をせずに第２タンク６の湯を相当量連続使用できる。【００４３】
給湯経路５９は、出湯管３５およびその出湯管３５に設けられたポンプ１７によって構成されている。出湯管３５により、第２弁機構９と給湯栓３とが接続されている。第２経路５５の第２伝熱管１１、第２弁機構９および給湯経路５９を経由して、第２タンク６の湯を給湯栓３に供給することができる。ポンプ１５を停止し、ポンプ１７を作動することにより、配管３４から第２タンク６の湯を給湯栓３に供給することもできる。さらに、給水経路６１を流れる市水と、第２タンク６の湯とを第２弁機構９において適切な比率で混合することにより、適切な温度に調節された湯を給湯栓３に供給することができる。給水経路６１を流れる市水のみを給湯栓３に供給することもできる。【００４４】
次に、給湯システム２００の制御回路について説明する。【００４５】
図１に示すように、給湯システム２００は、各種温度センサ３９〜５０、入力端末６３およびコントローラ６５を備えている。入力端末６３は、マイクロコンピュータ、ユーザーの入力操作によって給湯温度や暖房の強さを設定するための入力部、および、湯の使用状況や暖房の強さを表示するモニタ等によって構成されている。コントローラ６５は、システムの制御プログラムを実行するマイクロコンピュータあるいはＤＳＰ（digital signal processor）によって構成されている。入力端末６３とコントローラ６５とは、通信可能に接続されている。各種温度センサ３９〜５０の検出結果（検出信号）は、コントローラ６５に与えられる。コントローラ６５は、各種温度センサ３９〜５０の検出結果に基づき、給湯温度や暖房の強さが入力端末６３で予め設定された条件に近づくように、ＰＩ制御などの公知の手法によってポンプ１４〜１７、第１弁機構８、第２弁機構９、ヒートポンプ２および補助ヒータ１８の制御を行う。【００４６】
ヒートポンプ経路５７の水−冷媒熱交換器１０２への入口近傍には、入水温度センサ３９が設けられ、同出口近傍に出湯温度センサ４０が設けられている。入水温度センサ３９および出湯温度センサ４０の検出結果から、水−冷媒熱交換器１０２の入口の湯の温度と出口の湯の温度との差を算出できる。湯の温度差とポンプ１４の回転数とから、ヒートポンプ２の加熱能力をリアルタイムで算出できる。算出した加熱能力が必要とされる加熱能力に近づくように、ヒートポンプ２の制御を行ってもよい。【００４７】
ヒートポンプ２の蒸発器１０４には蒸発温度センサ４１が設けられ、圧縮機１０１の出口部には吐出温度センサ４２が設けられている。蒸発温度センサ４１および吐出温度センサ４２の検出結果に基づき、ヒートポンプ２の効率が最大化されるように電動膨張弁１０３の開度および圧縮機１０１の回転数が制御される。通常、ヒートポンプ２は、効率が最もよくなる定格能力またはその近傍の能力で運転される。【００４８】
第１タンク５の外壁面には、高さ方向に沿って複数のタンク温度センサ４５，４６，４７が設けられている。タンク温度センサ４５，４６，４７によって第１タンク５に貯められた湯の高さ方向の温度分布、言い換えれば、湯量（蓄熱量に対応する）を検出することができる。タンク温度センサ４５，４６，４７の検出結果に基づいてヒートポンプ２の運転を制御することにより、適温および適量の湯を第１タンク５に貯めることができ、第２タンク６の湯を適温に保つことができる。なお、このようなタンク温度センサ４５，４６，４７は、第１タンク５の内壁面に設けられていてもよいし、第１タンク５の内部において第２タンク６の外壁面に設けられていてもよい。【００４９】
給水経路６１には、市水の温度を検出する市水温度センサ４４が設けられている。給湯経路５９には、給湯栓３に供給される直前の湯の温度を検出する第１給湯温度センサ４３が設けられている。第２経路５５には、第２伝熱管１１を経由して第２弁機構９に入る直前の湯の温度を検出する第２給湯温度センサ４８が設けられている。給湯温度センサ４３，４８の検出結果に基づき、第２弁機構９が制御され、第２タンク６の湯と市水との混合比率が調節される。暖房循環経路５１の第２往き管２５には、暖房装置４に供給されるべき湯の温度を検出する第１暖房温度センサ４９が設けられている。暖房循環経路５１の戻り管２６には、暖房装置４から第１タンク５に戻される湯の温度を検出する第２暖房温度センサ５０が設けられている。暖房温度センサ４９，５０の検出結果は、予め設定された暖房の強さとともに、暖房負荷の大小を判断するためのデータとして用いることができる。【００５０】
次に、給湯システム２００のいくつかの運転モードについて説明する。ただし、これらの運転モードは一例にすぎず、本発明はこれらによって何ら限定されない。各運転モードにおいて、第１弁機構８および第２弁機構９のアクチュエータは、図示の流れが形成されるようにコントローラ６５によって制御される。【００５１】
<<給湯>>
図３に示す運転モードは、給湯負荷がヒートポンプ２の加熱能力の範囲内にあるときに実行されうる給湯モードである。図中の太線によって湯（または市水）の流れが示されている。暖房装置４はオフである。給湯栓３を開けると、第２経路５５の配管３４、第２弁機構９および給湯経路５９を経由して第２タンク６の湯が給湯栓３に供給される。第２タンク６の湯は、第２弁機構９において給水経路６１からの市水と混合され、入力端末６３で予め設定された温度に調節される。使用した湯と同量の市水が分岐給水管３２を通じて第２タンク６の底部の空間に補給される。なお、配管３４に代えて第２伝熱管１１を経由して第２タンク６の湯を給湯栓３に供給してもよいし、配管３４および第２伝熱管１１の両方を経由して第２タンク６の湯を給湯栓３に供給してもよい。給湯温度センサ４３，４８で湯温をモニタし、最適な経路で湯が供給されるように制御すればよい。【００５２】
第２タンク６に市水が補給されると、ヒートポンプ２が起動し、第１タンク５の湯を加熱する。ヒートポンプ２で加熱された湯は、第１経路５３を経由して第１タンク５の上部の空間に戻される。これにより、第２タンク６の湯が間接的に加熱される。給湯栓３が閉じられた場合、次に図４を参照して説明する貯湯モードに移行する。なお、第２タンク６の湯を大量に消費した場合には、給湯負荷が単独でヒートポンプ２の加熱能力を超える可能性がある。この場合は、加熱能力の不足分を補助ヒータ１８で補う高負荷給湯モードで運転を行ってもよい。【００５３】
<<貯湯>>
図４に示す運転モードは、ヒートポンプ２を作動して第１タンク５の湯を加熱する貯湯モードである。第１タンク５の湯を加熱することによって、第２タンク６の湯が間接的に加熱される。この貯湯モードは、給湯栓３が閉じられているときに実行されうる。例えば、第１タンク５の外壁面に設けられたタンク温度センサ４５，４６，４７の検出結果に基づいて、第１タンク５および／または第２タンク６の湯量（蓄熱量）を推定し、推定した湯量が所定値を下回った場合にヒートポンプ２を起動し、第１タンク５の湯の加熱を開始する。図４に示すように、ヒートポンプ２で加熱した湯を第１経路５３によって第１タンク５に戻しながら、第２タンク６の湯を第２経路５５に循環させる。第２経路５５を流通する湯と、ヒートポンプ２で加熱された湯とが、伝熱部１０ａ，１１ａにおいて熱交換し、第２タンク６の湯が迅速に適温まで加熱される。【００５４】
図１１に示す従来のシステムでは、第２タンク３０２の湯を大量に消費し、第２タンク３０２に市水が補給され、第２タンク３０２の湯の温度が低下すると、第２タンク３０２の湯の温度を再び適温まで加熱するのに長い時間を要する。つまり、湯を短時間で大量に消費した場合に湯切れが発生する可能性を否定できない。第２タンク３０２の湯を昇温するのに長い時間を要するという問題は、ヒートポンプやヒータの加熱能力の問題だけでなく、第２タンク３０２の湯を第１タンク３００の湯で間接的に加熱するという、二重タンク構造を採用した給湯システムの本質的な部分にも起因している。【００５５】
これに対し、本実施形態の給湯システム２００によれば、ヒートポンプ２で加熱した湯を第１経路５３によって第１タンク５に戻す。この際、第２経路５５に第２タンク６の湯を循環させると、第１経路５３を流通する湯と第２経路５５を流通する湯とが、伝熱部１０ａ，１１ａにおいて熱交換する。強制対流を生かした熱交換が行われることにより、従来のシステム（図１１）よりも短時間で第２タンク６の湯を昇温することができる。また、第２タンク６の湯が流通する第２伝熱部１１ａは、第１タンク５の上部の空間に貯められた湯に浸かっている。このことも、第２タンク６の湯の迅速な昇温に寄与する。【００５６】
<<暖房（通常負荷）>>
図５に示す運転モードは、第２タンク６の湯の量（蓄熱量）が十分にあり、暖房負荷がヒートポンプ２の加熱能力の範囲内（例えば定格能力の７０〜１３０％の範囲内）にあるときに実行されうる通常暖房モードである。この通常暖房モードでは、ヒートポンプ２で加熱した湯のみを用いて暖房が行われる。ヒートポンプ２の加熱能力が、要求される暖房能力に一致するように、ヒートポンプ２の電動膨張弁１０２の開度、圧縮機１０１の回転数が制御される。【００５７】
ヒートポンプ２で加熱された第１タンク５の湯は、第１弁機構８および暖房循環経路５１の第２往き管２５を経由して暖房装置４に供給される。暖房装置４を循環した湯は、暖房循環経路５１の戻り管２６を経由して第１タンク５の底部の空間に戻される。ヒートポンプ２で加熱した湯を第１タンク５に戻さずに暖房装置４に直接供給するので、より高温の湯を暖房装置４に供給できる。また、ポンプ１４，１６の負荷を小さくすることができる。【００５８】
なお、外気温が低い場合、ヒートポンプ２の蒸発器１０４が着霜するので、予め定めたタイミングで除霜処理を行う必要が生ずる。除霜処理の実行中は、ヒートポンプ２で湯を加熱することができない。したがって、除霜処理の実行中には、次に図６を参照して説明するように、第１タンク５に貯められた湯を暖房装置４に供給してもよい。このようにすれば、暖房効果が途切れず、ユーザーの快適性が向上する。【００５９】
<<暖房（低負荷）>>
図６に示す運転モードは、第１タンク５の湯の量（蓄熱量）が十分にあり、暖房負荷が非常に小さい場合に実行されうる低負荷暖房モードである。具体的に、この低負荷暖房モードは、暖房負荷がヒートポンプ２の定格能力の所定比率（例えば７０％）を下回った場合に実行されうる。さらに、ヒートポンプ２の除霜処理の実行中において実行してもよい。【００６０】
暖房負荷が非常に小さい場合に、図５に示す通常暖房モードを選択すると、ヒートポンプ２を定格能力から大きく外れた能力で運転する必要性が生じる。ヒートポンプ２にとって、定格能力から大きく外れた能力での運転は、効率がよくない。したがって、暖房負荷が十分に小さい場合には、ヒートポンプ２を停止し、第１タンク５に貯められた湯で暖房を賄うとよい。【００６１】
第１タンク５の湯は、第１往き管２３および第１伝熱管１０（第１経路５３）の少なくとも一方を経由して第２往き管２５に導かれる。第１タンク５の内部において、第１往き管２３の開口の位置と、第１伝熱管１０の開口の位置とは、高さ方向に関して差がある。したがって、暖房装置４に供給するべき湯の温度の微調節が必要なときは、第１往き管２３を経由して第２往き管２５に導かれる第１タンク５の湯と、第１伝熱管１０を経由して第２往き管２５に導かれる第１タンク５の湯とを、第１弁機構８において所定比率で混合してもよい。これにより、適切な温度に調節された湯が暖房装置４に供給されうる。【００６２】
具体的に、本実施形態においては、第１往き管２３の開口と、第１伝熱管１０（第１経路５３）の開口との位置関係が次のように定められている。すなわち、第１経路５３が、第１往き管２３の開口よりも下方において、第１タンク５の上部の空間に向かって開口している。第１タンク５の内部には、温度成層が形成されているので、第１往き管２３から取得する第１タンク５の湯と、第１経路５３を構成する第１伝熱管１０から取得する第１タンク５の湯との温度は相違する。したがって、暖房負荷の大きさに応じて、第１往き管２３のみから第１タンク５の湯を取得するのか、第１伝熱管１０（第１経路５３）のみから第１タンク５の湯を取得するのか、あるいは両方から取得して第１弁機構８で混合するのかを、選択することができる。言い換えれば、適切な温度の湯を暖房装置４に供給することができる。【００６３】
なお、第１タンク５の湯の量（蓄熱量）が所定値を下回った場合には、ヒートポンプ２の定格能力またはその近傍の能力での運転を開始し、第１タンク５の湯を加熱するとよい。このとき、暖房装置４には、次に図７を参照して説明するように、ヒートポンプ２で加熱した湯を第１弁機構８において分配し、分配された湯を供給することができる。また、暖房装置４から第１タンク５に戻される湯の温度が所定温度以下となった場合に、ヒートポンプ２を起動するようにしてもよい。【００６４】
あるいは、暖房装置４への湯の供給を一時的に停止してもよい。そして、第１タンク５の湯の量（蓄熱量）が十分になったら、ヒートポンプ２の運転を停止し、再び第１タンク５に貯められた湯で暖房を賄う。このようなＯＮ−ＯＦＦ制御を行うことにより、ヒートポンプ２をより多くの時間、定格能力で運転することができる。この結果、インバータで圧縮機１０１の回転数を制御することによって暖房負荷の大小に対応するよりもエネルギー消費効率がよくなる。【００６５】
<<暖房＋給湯（通常負荷）>>
図７に示す運転モードは、第２タンク６の湯の量（蓄熱量）が不十分であり、暖房負荷と給湯負荷の合計が、ヒートポンプ２の定格能力の近傍（例えば定格能力の７０〜１３０％の範囲内）にあるときに実行されうる通常負荷モードである。簡単にいえば、図３の給湯モードと、図６の暖房モードとの組み合わせである。給湯栓３への湯の供給は、図３を参照して説明した通りに行われる。【００６６】
ヒートポンプ２で加熱された湯は、第１弁機構８において、暖房装置４に直接供給される画分と、第１経路５３を経由して第１タンク５に戻される画分とに分配される。これにより、暖房装置４を作動させながら、第２タンク６の湯を積極的に加熱できる。分配比率は、例えば、要求される暖房能力に応じて定めるとよい。給湯栓３が閉じている場合には、図４を参照して説明したように、第２経路５５に第２タンク６の湯を循環させてもよい。そのようにすれば、伝熱部１０ａ，１１ａにおいて、第１経路５３を流通する湯と、第２経路５５を流通する湯とが熱交換し、第２タンク６の湯が迅速に昇温する。【００６７】
図４，図５および図７を参照して説明したように、本実施形態の給湯システム２００によれば、ヒートポンプ２で加熱した湯の全量を第１経路５３によって第１タンク５に戻すモード（図４）と、ヒートポンプ２で加熱した湯の全量のみを暖房装置４に直接供給するモード（図５）と、ヒートポンプ２で加熱した湯の一部を暖房装置４に直接供給しつつ残部を第１経路５３によって第１タンク５に戻すモード（図７）とから選ばれる少なくとも１つのモードでの運転がさらに可能である。各モードの利点は、各図を参照して説明した通りである。各モードの選択は、コントローラ６５が弁機構８，９を適切に制御することによって実現される。【００６８】
<<暖房（高負荷）>>
図８に示す運転モードは、暖房負荷がヒートポンプ２の最大加熱能力（例えば定格能力の１３０％）を超える場合に実行されうる高負荷暖房モードである。第１往き管２３を経由して暖房装置４に供給されるべき第１タンク５の湯と、ヒートポンプ２で加熱された第１タンク５の湯とが、第１弁機構８において適切な比率で混合され、暖房循環経路５１の第２往き管２５に導かれる。このようにすれば、ヒートポンプ２の最大加熱能力に第１タンク５の湯による加熱能力が上乗せされるので、一時的に、ヒートポンプ２の最大加熱能力を超える加熱能力が発揮されうる。【００６９】
なお、第１往き管２３に代えて、第１経路５３を経由して第１タンク５の湯を第２往き管２５に導くようにしてもよい。また、この高負荷暖房モードの実行中においても、図３を参照して説明した給湯モードを並列して実行でき、第２タンク６の湯を給湯栓３に供給することができる。【００７０】
<<暖房（急速負荷）>>
図９に示す運転モードは、暖房負荷がヒートポンプ２の最大加熱能力（例えば１３０％）を超え、かつ朝晩のような急速暖房を要する時間帯に実行されうる急速暖房モードである。第１往き管２３および第１経路５３（第１伝熱管１０）を経由して暖房装置４に供給されるべき第１タンク５の湯と、ヒートポンプ２で加熱された第１タンク５の湯とが、第１弁機構８において適切な比率で混合され、暖房循環経路５１の第２往き管２５に導かれる。これと同時に、第２経路５５に第２タンク６の湯を循環させる。【００７１】
すると、伝熱部１０ａ，１１ａにおいて、第１経路５３を流通する第１タンク５の湯と、第２経路５５を流通する第２タンク６の湯とが熱交換する。つまり、第２タンク６の湯で暖房装置４に供給されるべき第１タンク５の湯の補助加熱を行うことができる。ヒートポンプ２の最大加熱能力に、第１タンク５の湯による加熱能力と第２タンク６の湯による加熱能力とが上乗せされるので、一時的に、ヒートポンプ２の最大加熱能力を大幅に超える加熱能力が発揮されうる。なお、第１往き管２３を使用せず、第１経路５３（第１伝熱管１０）とヒートポンプ経路５７を使用して第１タンク５の湯を暖房装置４に供給してもよい（図示省略）。【００７２】
図９を参照して説明した急速暖房モードの実行中においても、第２タンク６の湯を給湯栓３に供給することができる。具体的には、第２伝熱管１１を経由して第２弁機構９に導かれた第２タンク６の湯を給湯経路５９に導くことができる。【００７３】
<<その他>>
図８を参照して説明した高負荷暖房モードでの運転が予め定められた時間を超えて継続する場合には、抵抗加熱式の補助ヒータ１８で第１タンク５の湯を加熱するようにしてもよい。同様に、図９を参照して説明した急速暖房モードでの運転が予め定められた時間を超えて継続する場合には、補助ヒータ１８で第１タンク５の湯を加熱するようにしてもよい。【００７４】
本実施形態において、第１タンク５の内部における補助ヒータ１８の位置は、第１タンク５の側壁と第２タンク６の側壁との間に形成された第１タンク５の上部の空間に定められている。そして、補助ヒータ１８の周囲において、第１往き管２３および第１経路５３を構成する第１伝熱管１０が開口している。第１往き管２３の開口は、高さ方向に関して補助ヒータ１８の上端と下端との間に位置している。第１伝熱管１０の開口は、補助ヒータ１８よりも下方に位置し、補助ヒータ１８と向かい合っている。このような位置関係によれば、第１往き管２３および／または第１伝熱管１０から第１タンク５の湯を取得するときに、補助ヒータ１８の周囲の対流が促進され、熱伝達率を高めることができる。この結果、補助ヒータ１８での熱効率を高めながら、第１往き管２３および／または第１伝熱管１０から第１タンク５の湯を取得できるので、給湯システム２００の最大暖房能力がより一層高まる。【００７５】
図８および図９を参照して説明した運転モードでは、負荷の大きさがヒートポンプ２の最大加熱能力を超える。したがって、こうした運転モードを適切に選択および実行できるように、給湯負荷と暖房負荷との合計がヒートポンプ２の加熱能力（好ましくは定格能力）に収まっている時間帯において、第１タンク５の湯および第２タンク６の湯を十分に加熱しておくとよい。そのような時間帯は、深夜から早朝の時間帯（例えばＡＭ２時〜ＡＭ６時）であってもよいし、コントローラ６５によって推定された時間帯であってもよい。例えば、一定期間（例えば過去数日間）の運転履歴に基づき、給湯負荷と暖房負荷との合計がヒートポンプ２の加熱能力（好ましくは定格能力）に収まっている時間帯を推定するプログラムがコントローラ６５によって実行されてもよい。【００７６】
また、負荷の大きさは、各種温度センサの検出結果、季節条件、時間帯、暖房の設定温度、給湯の設定温度などのデータに基づいて判断することができる。また、これらのデータ群から選ばれる少なくとも１つのデータを検索キーとして用い、コントローラ６５のメモリに予め記憶されたデータベースを参照することによって、種々の運転モードの中から１または複数の運転モードを選択し、実行するようにしてもよい。【００７７】
例えば、通常暖房モードで運転を行っているときに、暖房循環経路５１の戻り管２６に設けられた第２暖房温度センサ５０の検出結果が、所定条件を満足した（所定値を下回った）場合に、高負荷暖房モードへと移行することができる。また、例えば、第２伝熱管１１に設けられた第２給湯温度センサ４８の検出結果が所定条件を満足した（所定値を下回った）場合に、ヒートポンプ２を起動し、図３および図４を参照して説明した貯湯モードを実行することができる。ヒートポンプ２が既に作動中であり、ヒートポンプ２で加熱した湯が暖房装置４に直接供給されている場合には、ヒートポンプ２で加熱した湯の一部を第１弁機構８で分配して第１経路５３に供給し、第２タンク６の湯の昇温を促進することができる（図７の通常負荷モード）。暖房運転が停止中であれば、ヒートポンプ２で加熱した湯の全量を第１経路５３を経由して第１タンク５に戻すことができる（図４の貯湯モード）。【００７８】
<<変形例>>
図１０に示すように、第１経路５３は、第１弁機構８に接続された側とは反対側における第１伝熱管１０の端部が接続された第３弁機構３８と、第１タンク５の底部の空間の湯を第１伝熱管１０に導く下部配管３６と、第１タンク５の上部の空間の湯を第１伝熱管１０に導く上部配管３７と、をさらに有していてもよい。第１タンク５における上部配管３７の開口の位置は、暖房循環経路５１の第１往き管２３の開口と概ね同じ高さに設定するとよい。第３弁機構３８は、３ＷＡＹ式の分配弁であってもよいし、流通方向を切り替える機能のみを有する切り替え弁であってもよい。【００７９】
このような構成によれば、第１タンク５の上部の空間に貯められた高温の湯と、第１タンク５の底部の空間に貯められた低温の湯とのいずれかを、第１経路５３を経由して暖房循環経路５１に導くことができる。さらに、弁機構３８が分配弁であれば、高温の湯と低温の湯とを所望の比率で混合することにより、所望の温度の湯を第１伝熱管１０を経由して暖房循環経路５１に導くことができる。【００８０】
また、ヒートポンプ２で加熱した湯を第１タンク５の上部の空間に戻すこともできるし、底部の空間に戻すこともできる。例えば、第２タンク６の湯量（蓄熱量）が十分あり、第１タンク５の暖房用の湯の加熱を目的としてヒートポンプ２を作動する場合には、ヒートポンプ２で加熱した湯を第１タンク５の上部の空間に戻すようにしてもよい。一方、貯湯モード（図４参照）で第２タンク６の湯との熱交換によって温度が低くなった湯は、第１タンク５の底部の空間に戻すようにしてもよい。このようにすれば、第１タンク５の内部の温度勾配をなるべく急峻に保つことができる。第１タンク５の底部付近の湯温が低いと、水−冷媒熱交換器１０２での熱交換効率が高くなり、ヒートポンプ２の成績係数が高くなるので好ましい。【００８１】
また、第１タンク５に注水口と排水口とが設けられていてもよい。このようにすれば、第１タンク５の水量を調節することが可能となる。暖房装置４を使用しない期間（例えば夏期）において第２タンク６の放熱ロスを抑制するために、第１タンク５の水位を所定の高さ（例えば第２タンク６の底面よりも下）まで低下させることが可能となる。また、第１タンク５の水量を調節可能とするために、第１タンク５の水を一時的に退避させるバッファタンクが設けられていてもよい。例えば、ヒートポンプ経路５７に３方弁を設け、その３方弁にバッファタンクを接続すればよい。第１タンク５の水位を低くする場合、第１タンク５の底部に貯められた湯を第１経路５３に循環させることによって第２タンク６の湯を加熱してもよいし、第２タンク６の内部に専用の補助ヒータを設け、この補助ヒータによって第２タンク６の湯を加熱してもよい。
【図１】
2009057303.tif 000003
【図２Ａ】
2009057303.tif 000004
【図２Ｂ】
2009057303.tif 000005
【図３】
2009057303.tif 000006
【図４】
2009057303.tif 000007
【図５】
2009057303.tif 000008
【図６】
2009057303.tif 000009
【図７】
2009057303.tif 000010
【図８】
2009057303.tif 000011
【図９】
2009057303.tif 000012
【図１０】
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【図１１】
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【手続補正書】
【提出日】平成22年4月28日(2010.4.28)
【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】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、給湯システムに関する。特に、貯湯タンクに貯めた湯を用いて暖房を行うことができる暖房給湯システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、暖房機能と給湯機能とを有する貯湯式給湯システムが知られている。例えば、特開２００４−１８３９３４号公報には、給湯用の湯を貯めるタンクと、そのタンクの外周面に互いに接するように巻き付けられた暖房用の配管および給湯用の配管とを備えた貯湯式給湯システムが記載されている。暖房用の配管を流通する熱媒体（通常は水）と給湯用の配管を流通する湯とが熱交換することにより、暖房用の熱媒体が加熱される。加熱された熱媒体を用いて、室内の暖房を行うことができる。ヒートポンプは、基本的に給湯用の湯を沸かすためにのみ用いられる。
【０００３】
一方、例えば欧州では、図１１に示す構成の貯湯式給湯システムが普及している。図１１に示す貯湯式給湯システムは、暖房用の湯を貯める第１タンク３００と、給湯用の湯を貯める第２タンク３０２と、第１タンク３００の内部に配置されたヒータ３０８とを備えている。第２タンク３０２は、その一部が第１タンク３００の内部に露出するように第１タンク３００に組み付けられている。第１タンク３００の湯と第２タンク３０２の水とが熱交換することにより、第２タンク３０２の水が加熱される。給湯栓３０４には第２タンク３０２の湯が供給され、暖房用のラジエター３０６には第１タンク３００の湯が供給される。
【０００４】
図１１に示すシステムによれば、第１タンク３００の湯をラジエター３０６に直接かつ大量に供給できるため、大きい暖房負荷に対しては、タンクを１つのみ有する特開２００４−１８３９３４号公報のシステムよりも対応しやすい。第２タンク３０２の容積は第１タンク３００の容積よりも少ないが、浴槽に湯を貯める等、短時間に大量の湯を使用する習慣のない地域では、この構成でも湯量不足の心配はほとんどない。なお、近年は、エネルギー消費効率を改善するために、ヒータ３０８に代えて、ヒートポンプが採用され始めている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１８３９３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ただし、図１１に示すシステムによってもなお、負荷変動および負荷量が大きい寒冷地では、ヒータやヒートポンプの加熱能力を上回る負荷が発生し、十分な暖房効果を得ることができなくなる可能性がある。この問題は、急速暖房が要求される時間帯（例えば朝晩）に特に起こりやすい。
【０００７】
急激な負荷増大への対策としては、暖房用の湯を貯めるタンクの大容積化、タンクに貯める湯の設定温度調節（湯温を高くする）、ヒートポンプの加熱能力の向上、補助ヒータの使用などが挙げられる。しかしながら、タンクの容積を増やすと、タンクから外部への放熱量が増大し、エネルギー消費効率が悪くなる。タンクに貯める湯の設定温度を高くすることにも限界がある。ヒートポンプの加熱能力を大きくすると、コストの高騰が不可避である。補助ヒータは、システムの最大加熱能力を高くする観点からあった方がよいが、補助ヒータへの依存度が高くなればなるほど、エネルギー消費効率に優れるヒートポンプの利点が損なわれる。
【０００８】
こうした事情に鑑み、本発明は、従来のシステムと比べてエネルギー消費効率やコストの面で遜色なく、急激な負荷増大にも対応できる給湯システム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】
【０００９】
すなわち、本発明は、
暖房用の湯を貯める第１タンクと、
少なくとも一部が第１タンク内に露出する形で第１タンクに収容または組み付けられた、給湯栓に供給するべき湯を貯める第２タンクと、
第１タンクの湯を暖房装置に供給し、暖房装置からの湯を第１タンクに戻す暖房循環経路と、
第２タンクの第１タンク内に露出した部分を取り囲む第１伝熱部を含み、第１タンクの湯が第１伝熱部を経由して暖房装置に供給されうるように、第１タンクと暖房循環経路の往路部分とを接続（中継）する第１経路と、
第１伝熱部に沿うように配置された第２伝熱部を含み、第２タンクの湯を第２伝熱部に流通させることによって第２タンクの湯と第１伝熱部を流通する湯とを熱交換させる第２経路と、
を備えた、給湯システムを提供する。
【発明の効果】
【００１０】
上記本発明の給湯システムによれば、第１経路および第２経路を設けたことにより、第１伝熱部を流通する第１タンクの湯と第２伝熱部を流通する第２タンクの湯との熱交換が促進される。したがって、ヒータやヒートポンプの加熱能力を超えるほど大きい暖房能力が要求される場合、第２タンクの湯を第２経路に循環させると同時に、第１経路を通じて暖房循環経路に第１タンクの湯を導くことにより、第２タンクの湯で暖房装置に供給されるべき第１タンクの湯の補助加熱を効率的に行うことができる。言い換えれば、第２タンクに貯められた給湯用の湯を補助加熱源として有効利用することにより、一時的に、給湯システムの暖房能力を底上げすることができる。したがって、本発明の給湯システムは、従来のシステムと比べてエネルギー消費効率やコストの面で遜色なく、急激な負荷増大にも対応できる。
【００１１】
なお、第１経路および第２経路が設けられておらず、第１伝熱部および第２伝熱部を有さない従来の給湯システム（図１１参照）においても、第１タンク３００の湯に第２タンク３０２が浸かっているので、第１タンク３００の湯と第２タンク３０２の湯との間で熱交換は起こる。しかしながら、熱交換を促進する工夫がなされていないので、その熱交換は本発明の場合に比べて緩やかである。そのため、第２タンク３０２の湯を補助加熱源として有効利用できず、第２タンク３０２の湯によってシステムの暖房能力を底上げすることは不可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態にかかる給湯システムの構成図
【図２Ａ】第１伝熱管および第２伝熱管の他の配列を示す拡大図
【図２Ｂ】第１伝熱管および第２伝熱管のさらに別の配列を示す拡大図
【図３】給湯時の湯の流通経路を説明する図
【図４】貯湯時の湯の流通経路を説明する図
【図５】暖房時の湯の流通経路を説明する図
【図６】暖房時（低負荷）の湯の流通経路を説明する図
【図７】暖房および給湯時（通常負荷）の湯の流通経路を説明する図
【図８】暖房時（高負荷）の湯の流通経路を説明する図
【図９】暖房時（急速負荷）の湯の流通経路を説明する図
【図１０】給湯システムの変形例の簡単な構成図
【図１１】従来の給湯システムの簡単な構成図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について、添付の図面を参照しながら説明する。
【００１４】
図１は、本発明の一実施形態にかかる給湯システムの構成図である。給湯システム２００は、給湯タンクユニット１と、ヒートポンプ２（ヒートポンプユニット）とを備えている。ヒートポンプ２で加熱された湯は、給湯タンクユニット１の第１タンク５に貯められる。第１タンク５に貯められた湯が暖房装置４を循環する。第１タンク５に貯められた湯で間接的に加熱された第２タンク６の湯が給湯栓３に供給される。暖房装置４は、ラジエターや床暖房などの温水暖房機器によって構成されている。
【００１５】
ただし、暖房装置４は、風呂の追炊き用途等の熱交換器によって構成されていてもよい。つまり、本明細書において、「暖房」は「室内の暖房」に限定されない。暖房装置４は、第１タンク５の湯の熱を水や空気などの対象物に与えることができる装置であればよい。
【００１６】
ヒートポンプ２は、第１タンク５の湯を加熱する手段であって、圧縮機１０１、凝縮器またはガスクーラとしての水−冷媒熱交換器１０２、膨張機構としての電動膨張弁１０３および蒸発器１０４を備えている。圧縮機１０１、水−冷媒熱交換器１０２、電動膨張弁１０３および蒸発器１０４が冷媒配管によってこの順番で接続されることによって、冷媒回路が形成されている。ヒートポンプ２の冷媒回路には、二酸化炭素やハイドロフルオロカーボンのような冷媒が充填されている。二酸化炭素を冷媒に用いた場合、水−冷媒熱交換器１０２において冷媒は超臨界状態となる。ヒートポンプ２によれば、水を９０℃程度の高い温度まで加熱することが可能である。なお、電動膨張弁１０３に代えて、容積式の膨張機を採用し、冷媒の膨張エネルギーを回収しうる構成としてもよい。
【００１７】
給湯タンクユニット１は、暖房用の湯を貯める第１タンク５と、給湯栓３に供給するべき湯を貯める第２タンク６と、それらを収容する筐体７とを備えている。第１タンク５の容積は、第２タンク６の容積よりも大きい。第２タンク６は、上部が第１タンク５から突出し、残部が第１タンク５内に露出する形で第１タンク５に組み付けられている。第１タンク５と第２タンク６とによって二重タンク構造が形成されている。第２タンク６の湯は、第１タンク５の湯によって保温および／または加熱される。第２タンク６は、その全部が第１タンク５に収容されていてもよいが、本実施形態のごとく、第２タンク６の上部が第１タンク５の上部から突出する配置によれば、第２タンク６への各種配管の接続作業が容易であり、製造コストを安くできる。
【００１８】
第１タンク５の湯と第２タンク６の湯とは、基本的に混ざり合うことはない。給湯栓３に供給されるのは、第２タンク６の湯のみである。ヒートポンプ２によって直接加熱されるのは、第１タンク５の湯のみである。第２タンク６の湯は、第１タンク５の上部の空間に貯められた湯によって間接的に加熱される。そのため、市水が硬水の地域でも水−冷媒熱交換器１０２にスケールが蓄積しにくく、熱交換効率が経年低下しにくい。第１タンク５の湯にブラインが含まれていてもよい。
【００１９】
筐体７の内部において、タンクや配管などの部品は断熱材（例えば耐熱性発泡ポリスチレン）によって被覆されており、放熱が防止されている。
【００２０】
第１タンク５に組み付けられた第２タンク６の底面の高さは、第１タンク５の高さの中間付近にある。第１タンク５の上部の空間は、第１タンク５の側壁と第２タンク６の側壁との間に形成された円筒状の空間であり、この空間の容積が第１タンク５の容積に占める割合は少なく、例えば第１タンク５の容積の半分未満である。夏期等の負荷が小さい時期において、この円筒状の空間だけに高温の湯が貯められるようにすれば、第２タンク６の湯を高温に保ちつつ、第１タンク５の外表面からの放熱を極力抑制することができる。また、この円筒状の空間には、補助ヒータ１８が配置されている。特に高い加熱能力が必要となる場合には、この補助ヒータ１８を用いて第１タンク５の湯を加熱してもよい。
【００２１】
第１タンク５の湯は、上部から底部に向かって温度成層を形成する。具体的に、第１タンク５の湯の温度は、システムの使用状況や季節にもよるが、上部（第２タンク６の周囲）で５０〜９０℃、底部で３０〜５０℃になる。第２タンク６は第１タンク５の上部の空間に貯められた湯で加熱および／または保温されるので、給湯栓３から短時間で大量に湯を出さない限り、第２タンク６の湯の温度は６０〜８０℃になる。
【００２２】
給湯タンクユニット１は、さらに、暖房循環経路５１、第１経路５３、第２経路５５、ヒートポンプ経路５７、給湯経路５９および給水経路６１を備えている。暖房循環経路５１の往路部分、第１経路５３およびヒートポンプ経路５７は、第１弁機構８を介して相互に接続されている。同様に、第２経路５５、給湯経路５９および給水経路６１は、第２弁機構９を介して相互に接続されている。
【００２３】
弁機構８，９は、湯の流通方向をある１つの方向から別の１つの方向に切り替えることができ、複数の流れを１つの流れに合わせることができ、１つの流れを複数の流れに分けることができる分配弁によって構成されている。本実施形態では、４本の配管が接続される４ＷＡＹ型の分配弁によって弁機構８，９が構成されているが、より一般的な３ＷＡＹ型の分配弁を複数個組み合わせることによって、弁機構８，９の各々が構成されていてもよい。なお、図７を参照して後に説明する運転モードを実行する必要がない場合、分配機能を有さない切り替え弁によって弁機構８，９が構成されていてもよい。
【００２４】
暖房循環経路５１は、第１タンク５の湯を暖房装置４に供給し、暖房装置４からの湯を第１タンク５に戻すための経路であり、第１往き管２３、第２往き管２５、ポンプ１６および戻り管２６によって構成されている。第１タンク５の内部から外部へと延びる第１往き管２３によって、第１タンク５と第１弁機構８とが接続されている。第１往き管２３による暖房循環経路５１の入口は、第１タンク５の上部の空間に位置している。第２往き管２５によって、第１弁機構８と暖房装置４とが接続されている。第１往き管２３によって暖房循環経路５１の往路部分の一部（上流側部分）が構成され、第２往き管２５によって暖房循環経路５１の往路部分の残部（下流側部分）が構成されている。ポンプ１６は、第２往き管２５に設けられている。第１タンク５の外部から内部へと延びる戻り管２６によって、暖房装置４と第１タンク５とが接続されている。戻り管２６による暖房循環経路５１の出口は、第１タンク５の底部の空間に位置している。第１タンク５の上部の空間に貯められている湯は、第１往き管２３、第１弁機構８および第２往き管２５を経由して暖房装置４に供給されうる。暖房装置４で温度が低下した湯は、戻り管２６を経由して第１タンク５の底部の空間に戻る。
【００２５】
第１経路５３は、第１往き管２３とは異なるルートで第１タンク５の湯を暖房循環経路５１の第２往き管２５に導くための経路である。さらに、第１経路５３は、ヒートポンプ２で加熱した湯を第１タンク５に戻すための経路でもある。第１経路５３は、第１伝熱管１０によって構成されている。第１伝熱管１０によって、第２タンク６の第１タンク５内に露出した部分を取り囲む第１伝熱部１０ａが形成されている。第１タンク５の湯が第１伝熱部１０ａを経由して暖房装置４に供給されうるように、第１タンク５と暖房循環経路５１の往路部分（第２往き管２５）とが第１経路５３によって接続されている。第１タンク５の内部における第１経路５３の開口の位置は、第１タンク５の側壁と第２タンク６の側壁との間における第１タンク５の上部の空間に定められている。第１タンク５の上部の空間に貯められた湯は、第１伝熱管１０、第１弁機構８および第２往き管２５を経由して暖房装置４に供給されうる。第１経路５３の第１タンク５の外部における部分に圧力逃がし弁１３が設けられている。
【００２６】
第２経路５５は、第２タンク６の湯を循環させる経路であるとともに、第２タンク６の湯を給湯経路５９に導くための経路でもある。第２経路５５は、第２伝熱管１１、ポンプ１５および配管３４によって構成されている。第２伝熱管１１によって、第１伝熱部１０ａに沿うように配置された第２伝熱部１１ａが形成されている。第２伝熱管１１による第２経路５５の入口の位置は、第２タンク６の底部の空間に定められている。ポンプ１５は、第２伝熱部１１ａと第２弁機構９との間に位置するように、第２伝熱管１１に設けられている。第２タンク６の外部から内部へと延びる配管３４によって、第２弁機構９と第２タンク６とが接続されている。配管３４による第２経路５５の出口の位置は、第２タンク６の上部の空間に定められている。配管３４から分岐する形で圧力逃がし弁１２が設けられている。
【００２７】
このように、第２経路５５は、第２タンク６の底部の空間に貯められた湯を第２伝熱部１１ａに流通させた後、第２タンク６の上部の空間へと戻す循環経路を形成している。第２弁機構９を介して、給湯経路５９と第２経路５５とが接続されているので、第２伝熱管１１を流通後の湯を給湯経路５９に供給することもできる。
【００２８】
図１に示すように、第１経路５３の第１伝熱部１０ａと第２経路５５の第２伝熱部１１ａとは互いに接している。したがって、第１経路５３を流通する湯と、第２経路５５を流通する湯とを、これら伝熱部１０ａ，１１ａにおいて熱交換させることができる。つまり、第１伝熱管１０を流通する湯によって第２伝熱管１１を流通する湯を効率的に加熱できる。逆に、第２伝熱管１１を流通する湯によって第１伝熱管１０を流通する湯を効率的に加熱することもできる。前者の場合において、第１伝熱管１０を流通する湯は、ヒートポンプ２で加熱されて第１タンク５に戻る湯である。ヒートポンプ２で加熱された高温の湯で、第２伝熱管１１を流通する第２タンク６の湯を加熱できる。後者の場合において、第１伝熱管１０を流通する湯は、第１タンク５から暖房装置４に直接供給されるべき湯である。第２伝熱管１１を流通する第２タンク６の高温の湯で、第１タンク５から暖房装置４に向かう途中の湯を加熱できる。また、伝熱管１０，１１には、第２タンク６からの放熱を抑制する効果もある。
【００２９】
図１の例において、第１伝熱管１０および第２伝熱管１１は、ともに一重管であり、第１伝熱管１０の外径と第２伝熱管１１の外径とは等しい。第２タンク６と第２伝熱管１１とによって第１伝熱管１０が挟まれるように、第１伝熱管１０が第２タンク６に巻き付けられ、さらに、第１伝熱管１０の上から第２伝熱管１１が第２タンク６に巻き付けられている。言い換えれば、第２伝熱管１１は、第１伝熱管１０を介して間接的に第２タンク６に巻き付けられている。
【００３０】
より詳細には、第２タンク６の高さ方向に関して隣り合う部分同士が互いに密着しあう形で第１伝熱管１０が直接かつ螺旋状に第２タンク６に巻き付けられている。さらに、第１伝熱管１０と第２伝熱管１１とが径方向の複数箇所で接するように、第２伝熱管１１が第１伝熱管１０の上から螺旋状に第２タンク６に巻き付けられている。すなわち、第１伝熱管１０および第２伝熱管１１は、それぞれが密着巻の形態を有し、伝熱部１０ａ，１１ａを形成する部分が二重コイルの形になっている。このような構成によれば、伝熱面積を十分に確保することができるとともに、熱交換効率を高めることができる。
【００３１】
第１伝熱管１０は、伝熱部１０ａを形成する部分が第２タンク６に溶接またはロウ付けされることによって第２タンク６に固定されていてもよい。これにより、熱抵抗を小さくすることができる。同様の理由により、第２伝熱管１１は、伝熱部１１ａを形成する部分が第１伝熱管１０に溶接またはロウ付けされることによって第１伝熱管１０に固定されていてもよい。
【００３２】
第１伝熱管１０の外径と第２伝熱管１１の外径とが異なっていてもよい。第１伝熱管１０と第２伝熱管１１との位置関係も両者が接している限り特に限定されない。例えば、第２伝熱管１１が第２タンク６に直接かつ螺旋状に巻き付けられ、第２タンク６に巻き付けられた第２伝熱管１１の上から第１伝熱管１０が第２タンク６に間接的に巻き付けられていてもよい。
【００３３】
また、図２Ａに示すように、第１伝熱管１０と第２伝熱管１１とが第１タンク５の高さ方向に関して交互に並ぶように、第１伝熱管１０および第２伝熱管１１の各々が第２タンク６に直接かつ螺旋状に巻き付けられていてもよい。このようにしても、上記と同様の効果が得られる。
【００３４】
さらに、図２Ｂに示すように、大径の第１伝熱管１０の内部に小径の第２伝熱管１１が通された二重管が第２タンク６に螺旋状に巻き付けられていてもよい。このようにしても、上記と同様の効果が得られる。図２Ｂの例において、第１伝熱管１０と第２伝熱管１１との位置関係が内外で入れ替わってもよい。
【００３５】
ただし、第２伝熱管１１と第２タンク６とによって第１伝熱管１０が挟まれる図１の例によれば、第１伝熱管１０が第２伝熱管１１および第２タンク６の両方に接している。そのため、第２伝熱管１１が内側で第１伝熱管１０が外側となる例（図示省略）よりも熱交換を効率よく行うことができる。図１の位置関係を採用すれば、第１伝熱管１０から第２伝熱管１１へと熱が移動する際には、第１伝熱管１０から第２タンク６の外壁にも熱が移動する。第２伝熱管１１から第１伝熱管１０へと熱が移動する際には、第２タンク６の外壁からも第１伝熱管１０へと熱が移動する。つまり、第２タンク６の外壁を伝熱面として積極的に利用することにより、熱交換効率の向上を図ることができる。また、図１の例によれば、第１伝熱管１０および第２伝熱管１１が高さ方向に最密に配列しているので、図２Ａの例よりも熱交換に寄与する伝熱部１０ａ，１１ａの長さを稼ぐのに有利である。また、図１の例によれば、二重管の例（図２Ｂ）よりもコスト面で有利である。
【００３６】
なお、伝熱部１０ａ，１１ａは、それらの内部を湯が流通可能であり、かつ熱交換が効率よく行われるものであればよく、伝熱管１０，１１によって形成されることは必須ではない。ただし、コストや生産性を考慮すれば、本実施形態のようにするのがよい。
【００３７】
次に、ヒートポンプ経路５７は、第１タンク５の湯をヒートポンプ２に導くための経路である。ヒートポンプ経路５７は、配管２４およびその配管２４に設けられたポンプ１４によって構成されている。配管２４の上流端は第１タンク５に接続されている。配管２４によるヒートポンプ経路５７の入口の位置は、第１タンク５の底部の空間に定められている。一方、配管２４の下流端は第１弁機構８に接続されている。つまり、第１経路５３と、ヒートポンプ経路５７の下流端と、暖房循環経路５１の往路部分とが相互に接続されている。これにより、ヒートポンプ２で加熱した湯を暖房装置４に直接供給しうる。ヒートポンプ２で加熱した湯を暖房装置４に直接供給する構成によれば、圧力損失を小さく抑えることができ、ポンプ１４，１６の省電力化を見込める。放熱ロスも少ない。
【００３８】
さらに、ヒートポンプ２で加熱した湯を第１タンク５に戻すための経路として、第１経路５３を利用可能である。このような構成によれば、ヒートポンプ経路５７を第１タンク５の内部まで延ばす必要がないので、ヒートポンプ経路５７の長さの短縮化を図ることができる。また、第１タンク５を貫通する配管の数の増加を回避できる。
【００３９】
具体的に、第１経路５３、ヒートポンプ経路５７および暖房循環経路５１の往路部分の接続箇所に第１弁機構８が設けられている。第１経路５３を経由して暖房装置４に供給されるべき第１タンク５の湯と、ヒートポンプ２で加熱された第１タンク５の湯とを第１弁機構８で合流させ、暖房循環経路５１（第２往き管２５）へと導くことができる。この運転モードによれば、ヒートポンプ２の加熱能力に第１タンク５に予め貯められた湯の暖房能力が上乗せされるので、ヒートポンプ２の加熱能力を超えるほど高い暖房能力が要求される場合に有効である。
【００４０】
上記運転モードにおいて、第２タンク６の湯を第２経路５５に循環させることによって、第２タンク６の湯と、第１経路５３を経由して暖房装置４に供給されるべき第１タンク５の湯との熱交換を促進できる。これにより、第２タンク６の湯の熱を補助加熱源として利用でき、瞬間的な暖房能力をさらに高めることができる。
【００４１】
さらに、上記運転モードにおいて、第１往き管２３を経由して暖房装置４に供給されるべき第１タンク５の湯と、第１経路５３を経由して暖房装置４に供給されるべき第１タンク５の湯と、ヒートポンプ２で加熱された第１タンク５の湯とを第１弁機構８で合流させ、暖房循環経路５１の第２往き管２５へと導くこともできる。
【００４２】
また、第１弁機構８を制御することによって、第１往き管２３を経由して暖房装置４に供給されるべき第１タンク５の湯と、ヒートポンプ２で加熱された第１タンク５の湯のみを第１弁機構８で合流させて暖房循環経路５１の第２往き管２５へと導くモードでの運転も可能である。つまり、第１経路５３を使用しない。この運転モードにおいても、ヒートポンプ２の加熱能力に第１タンク５に予め貯められた湯の暖房能力が上乗せされる。
【００４３】
次に、給水経路６１は、第２タンク６に市水を補給するとともに、給湯経路５９に供給されるべき湯の温度調節を行うための経路である。給水経路６１は、給水管３１、分岐給水管３２および減圧弁１９を有する。給水管３１によって、外部の水道管（図示せず）と第２弁機構９とが接続されている。分岐給水管３２は、給水管３１から分岐して第２タンク６の内部に延びており、先端の開口の位置が第２タンク６の底部の空間に定められている。給湯栓３を開いて第２タンク６の湯を消費すると、給水管３１および分岐給水管３２を経由して第２タンク６の底部の空間に市水が補給される。市水は、第２タンク６の湯が消費されると直ちに補給されてもよいし、ある程度消費されたらその消費分または所定量が補給されるようにしてもよい。配管３４の開口の位置を第２タンク６の中央部付近の空間に定めると、市水の補給をせずに第２タンク６の湯を相当量連続使用できる。
【００４４】
給湯経路５９は、出湯管３５およびその出湯管３５に設けられたポンプ１７によって構成されている。出湯管３５により、第２弁機構９と給湯栓３とが接続されている。第２経路５５の第２伝熱管１１、第２弁機構９および給湯経路５９を経由して、第２タンク６の湯を給湯栓３に供給することができる。ポンプ１５を停止し、ポンプ１７を作動することにより、配管３４から第２タンク６の湯を給湯栓３に供給することもできる。さらに、給水経路６１を流れる市水と、第２タンク６の湯とを第２弁機構９において適切な比率で混合することにより、適切な温度に調節された湯を給湯栓３に供給することができる。給水経路６１を流れる市水のみを給湯栓３に供給することもできる。
【００４５】
次に、給湯システム２００の制御回路について説明する。
【００４６】
図１に示すように、給湯システム２００は、各種温度センサ３９〜５０、入力端末６３およびコントローラ６５を備えている。入力端末６３は、マイクロコンピュータ、ユーザーの入力操作によって給湯温度や暖房の強さを設定するための入力部、および、湯の使用状況や暖房の強さを表示するモニタ等によって構成されている。コントローラ６５は、システムの制御プログラムを実行するマイクロコンピュータあるいはＤＳＰ（digital signal processor）によって構成されている。入力端末６３とコントローラ６５とは、通信可能に接続されている。各種温度センサ３９〜５０の検出結果（検出信号）は、コントローラ６５に与えられる。コントローラ６５は、各種温度センサ３９〜５０の検出結果に基づき、給湯温度や暖房の強さが入力端末６３で予め設定された条件に近づくように、ＰＩ制御などの公知の手法によってポンプ１４〜１７、第１弁機構８、第２弁機構９、ヒートポンプ２および補助ヒータ１８の制御を行う。
【００４７】
ヒートポンプ経路５７の水−冷媒熱交換器１０２への入口近傍には、入水温度センサ３９が設けられ、同出口近傍に出湯温度センサ４０が設けられている。入水温度センサ３９および出湯温度センサ４０の検出結果から、水−冷媒熱交換器１０２の入口の湯の温度と出口の湯の温度との差を算出できる。湯の温度差とポンプ１４の回転数とから、ヒートポンプ２の加熱能力をリアルタイムで算出できる。算出した加熱能力が必要とされる加熱能力に近づくように、ヒートポンプ２の制御を行ってもよい。
【００４８】
ヒートポンプ２の蒸発器１０４には蒸発温度センサ４１が設けられ、圧縮機１０１の出口部には吐出温度センサ４２が設けられている。蒸発温度センサ４１および吐出温度センサ４２の検出結果に基づき、ヒートポンプ２の効率が最大化されるように電動膨張弁１０３の開度および圧縮機１０１の回転数が制御される。通常、ヒートポンプ２は、効率が最もよくなる定格能力またはその近傍の能力で運転される。
【００４９】
第１タンク５の外壁面には、高さ方向に沿って複数のタンク温度センサ４５，４６，４７が設けられている。タンク温度センサ４５，４６，４７によって第１タンク５に貯められた湯の高さ方向の温度分布、言い換えれば、湯量（蓄熱量に対応する）を検出することができる。タンク温度センサ４５，４６，４７の検出結果に基づいてヒートポンプ２の運転を制御することにより、適温および適量の湯を第１タンク５に貯めることができ、第２タンク６の湯を適温に保つことができる。なお、このようなタンク温度センサ４５，４６，４７は、第１タンク５の内壁面に設けられていてもよいし、第１タンク５の内部において第２タンク６の外壁面に設けられていてもよい。
【００５０】
給水経路６１には、市水の温度を検出する市水温度センサ４４が設けられている。給湯経路５９には、給湯栓３に供給される直前の湯の温度を検出する第１給湯温度センサ４３が設けられている。第２経路５５には、第２伝熱管１１を経由して第２弁機構９に入る直前の湯の温度を検出する第２給湯温度センサ４８が設けられている。給湯温度センサ４３，４８の検出結果に基づき、第２弁機構９が制御され、第２タンク６の湯と市水との混合比率が調節される。暖房循環経路５１の第２往き管２５には、暖房装置４に供給されるべき湯の温度を検出する第１暖房温度センサ４９が設けられている。暖房循環経路５１の戻り管２６には、暖房装置４から第１タンク５に戻される湯の温度を検出する第２暖房温度センサ５０が設けられている。暖房温度センサ４９，５０の検出結果は、予め設定された暖房の強さとともに、暖房負荷の大小を判断するためのデータとして用いることができる。
【００５１】
次に、給湯システム２００のいくつかの運転モードについて説明する。ただし、これらの運転モードは一例にすぎず、本発明はこれらによって何ら限定されない。各運転モードにおいて、第１弁機構８および第２弁機構９のアクチュエータは、図示の流れが形成されるようにコントローラ６５によって制御される。
【００５２】
<<給湯>>
図３に示す運転モードは、給湯負荷がヒートポンプ２の加熱能力の範囲内にあるときに実行されうる給湯モードである。図中の太線によって湯（または市水）の流れが示されている。暖房装置４はオフである。給湯栓３を開けると、第２経路５５の配管３４、第２弁機構９および給湯経路５９を経由して第２タンク６の湯が給湯栓３に供給される。第２タンク６の湯は、第２弁機構９において給水経路６１からの市水と混合され、入力端末６３で予め設定された温度に調節される。使用した湯と同量の市水が分岐給水管３２を通じて第２タンク６の底部の空間に補給される。なお、配管３４に代えて第２伝熱管１１を経由して第２タンク６の湯を給湯栓３に供給してもよいし、配管３４および第２伝熱管１１の両方を経由して第２タンク６の湯を給湯栓３に供給してもよい。給湯温度センサ４３，４８で湯温をモニタし、最適な経路で湯が供給されるように制御すればよい。
【００５３】
第２タンク６に市水が補給されると、ヒートポンプ２が起動し、第１タンク５の湯を加熱する。ヒートポンプ２で加熱された湯は、第１経路５３を経由して第１タンク５の上部の空間に戻される。これにより、第２タンク６の湯が間接的に加熱される。給湯栓３が閉じられた場合、次に図４を参照して説明する貯湯モードに移行する。なお、第２タンク６の湯を大量に消費した場合には、給湯負荷が単独でヒートポンプ２の加熱能力を超える可能性がある。この場合は、加熱能力の不足分を補助ヒータ１８で補う高負荷給湯モードで運転を行ってもよい。
【００５４】
<<貯湯>>
図４に示す運転モードは、ヒートポンプ２を作動して第１タンク５の湯を加熱する貯湯モードである。第１タンク５の湯を加熱することによって、第２タンク６の湯が間接的に加熱される。この貯湯モードは、給湯栓３が閉じられているときに実行されうる。例えば、第１タンク５の外壁面に設けられたタンク温度センサ４５，４６，４７の検出結果に基づいて、第１タンク５および／または第２タンク６の湯量（蓄熱量）を推定し、推定した湯量が所定値を下回った場合にヒートポンプ２を起動し、第１タンク５の湯の加熱を開始する。図４に示すように、ヒートポンプ２で加熱した湯を第１経路５３によって第１タンク５に戻しながら、第２タンク６の湯を第２経路５５に循環させる。第２経路５５を流通する湯と、ヒートポンプ２で加熱された湯とが、伝熱部１０ａ，１１ａにおいて熱交換し、第２タンク６の湯が迅速に適温まで加熱される。
【００５５】
図１１に示す従来のシステムでは、第２タンク３０２の湯を大量に消費し、第２タンク３０２に市水が補給され、第２タンク３０２の湯の温度が低下すると、第２タンク３０２の湯の温度を再び適温まで加熱するのに長い時間を要する。つまり、湯を短時間で大量に消費した場合に湯切れが発生する可能性を否定できない。第２タンク３０２の湯を昇温するのに長い時間を要するという問題は、ヒートポンプやヒータの加熱能力の問題だけでなく、第２タンク３０２の湯を第１タンク３００の湯で間接的に加熱するという、二重タンク構造を採用した給湯システムの本質的な部分にも起因している。
【００５６】
これに対し、本実施形態の給湯システム２００によれば、ヒートポンプ２で加熱した湯を第１経路５３によって第１タンク５に戻す。この際、第２経路５５に第２タンク６の湯を循環させると、第１経路５３を流通する湯と第２経路５５を流通する湯とが、伝熱部１０ａ，１１ａにおいて熱交換する。強制対流を生かした熱交換が行われることにより、従来のシステム（図１１）よりも短時間で第２タンク６の湯を昇温することができる。また、第２タンク６の湯が流通する第２伝熱部１１ａは、第１タンク５の上部の空間に貯められた湯に浸かっている。このことも、第２タンク６の湯の迅速な昇温に寄与する。
【００５７】
<<暖房（通常負荷）>>
図５に示す運転モードは、第２タンク６の湯の量（蓄熱量）が十分にあり、暖房負荷がヒートポンプ２の加熱能力の範囲内（例えば定格能力の７０〜１３０％の範囲内）にあるときに実行されうる通常暖房モードである。この通常暖房モードでは、ヒートポンプ２で加熱した湯のみを用いて暖房が行われる。ヒートポンプ２の加熱能力が、要求される暖房能力に一致するように、ヒートポンプ２の電動膨張弁１０２の開度、圧縮機１０１の回転数が制御される。
【００５８】
ヒートポンプ２で加熱された第１タンク５の湯は、第１弁機構８および暖房循環経路５１の第２往き管２５を経由して暖房装置４に供給される。暖房装置４を循環した湯は、暖房循環経路５１の戻り管２６を経由して第１タンク５の底部の空間に戻される。ヒートポンプ２で加熱した湯を第１タンク５に戻さずに暖房装置４に直接供給するので、より高温の湯を暖房装置４に供給できる。また、ポンプ１４，１６の負荷を小さくすることができる。
【００５９】
なお、外気温が低い場合、ヒートポンプ２の蒸発器１０４が着霜するので、予め定めたタイミングで除霜処理を行う必要が生ずる。除霜処理の実行中は、ヒートポンプ２で湯を加熱することができない。したがって、除霜処理の実行中には、次に図６を参照して説明するように、第１タンク５に貯められた湯を暖房装置４に供給してもよい。このようにすれば、暖房効果が途切れず、ユーザーの快適性が向上する。
【００６０】
<<暖房（低負荷）>>
図６に示す運転モードは、第１タンク５の湯の量（蓄熱量）が十分にあり、暖房負荷が非常に小さい場合に実行されうる低負荷暖房モードである。具体的に、この低負荷暖房モードは、暖房負荷がヒートポンプ２の定格能力の所定比率（例えば７０％）を下回った場合に実行されうる。さらに、ヒートポンプ２の除霜処理の実行中において実行してもよい。
【００６１】
暖房負荷が非常に小さい場合に、図５に示す通常暖房モードを選択すると、ヒートポンプ２を定格能力から大きく外れた能力で運転する必要性が生じる。ヒートポンプ２にとって、定格能力から大きく外れた能力での運転は、効率がよくない。したがって、暖房負荷が十分に小さい場合には、ヒートポンプ２を停止し、第１タンク５に貯められた湯で暖房を賄うとよい。
【００６２】
第１タンク５の湯は、第１往き管２３および第１伝熱管１０（第１経路５３）の少なくとも一方を経由して第２往き管２５に導かれる。第１タンク５の内部において、第１往き管２３の開口の位置と、第１伝熱管１０の開口の位置とは、高さ方向に関して差がある。したがって、暖房装置４に供給するべき湯の温度の微調節が必要なときは、第１往き管２３を経由して第２往き管２５に導かれる第１タンク５の湯と、第１伝熱管１０を経由して第２往き管２５に導かれる第１タンク５の湯とを、第１弁機構８において所定比率で混合してもよい。これにより、適切な温度に調節された湯が暖房装置４に供給されうる。
【００６３】
具体的に、本実施形態においては、第１往き管２３の開口と、第１伝熱管１０（第１経路５３）の開口との位置関係が次のように定められている。すなわち、第１経路５３が、第１往き管２３の開口よりも下方において、第１タンク５の上部の空間に向かって開口している。第１タンク５の内部には、温度成層が形成されているので、第１往き管２３から取得する第１タンク５の湯と、第１経路５３を構成する第１伝熱管１０から取得する第１タンク５の湯との温度は相違する。したがって、暖房負荷の大きさに応じて、第１往き管２３のみから第１タンク５の湯を取得するのか、第１伝熱管１０（第１経路５３）のみから第１タンク５の湯を取得するのか、あるいは両方から取得して第１弁機構８で混合するのかを、選択することができる。言い換えれば、適切な温度の湯を暖房装置４に供給することができる。
【００６４】
なお、第１タンク５の湯の量（蓄熱量）が所定値を下回った場合には、ヒートポンプ２の定格能力またはその近傍の能力での運転を開始し、第１タンク５の湯を加熱するとよい。このとき、暖房装置４には、次に図７を参照して説明するように、ヒートポンプ２で加熱した湯を第１弁機構８において分配し、分配された湯を供給することができる。また、暖房装置４から第１タンク５に戻される湯の温度が所定温度以下となった場合に、ヒートポンプ２を起動するようにしてもよい。
【００６５】
あるいは、暖房装置４への湯の供給を一時的に停止してもよい。そして、第１タンク５の湯の量（蓄熱量）が十分になったら、ヒートポンプ２の運転を停止し、再び第１タンク５に貯められた湯で暖房を賄う。このようなＯＮ−ＯＦＦ制御を行うことにより、ヒートポンプ２をより多くの時間、定格能力で運転することができる。この結果、インバータで圧縮機１０１の回転数を制御することによって暖房負荷の大小に対応するよりもエネルギー消費効率がよくなる。
【００６６】
<<暖房＋給湯（通常負荷）>>
図７に示す運転モードは、第２タンク６の湯の量（蓄熱量）が不十分であり、暖房負荷と給湯負荷の合計が、ヒートポンプ２の定格能力の近傍（例えば定格能力の７０〜１３０％の範囲内）にあるときに実行されうる通常負荷モードである。簡単にいえば、図３の給湯モードと、図６の暖房モードとの組み合わせである。給湯栓３への湯の供給は、図３を参照して説明した通りに行われる。
【００６７】
ヒートポンプ２で加熱された湯は、第１弁機構８において、暖房装置４に直接供給される画分と、第１経路５３を経由して第１タンク５に戻される画分とに分配される。これにより、暖房装置４を作動させながら、第２タンク６の湯を積極的に加熱できる。分配比率は、例えば、要求される暖房能力に応じて定めるとよい。給湯栓３が閉じている場合には、図４を参照して説明したように、第２経路５５に第２タンク６の湯を循環させてもよい。そのようにすれば、伝熱部１０ａ，１１ａにおいて、第１経路５３を流通する湯と、第２経路５５を流通する湯とが熱交換し、第２タンク６の湯が迅速に昇温する。
【００６８】
図４，図５および図７を参照して説明したように、本実施形態の給湯システム２００によれば、ヒートポンプ２で加熱した湯の全量を第１経路５３によって第１タンク５に戻すモード（図４）と、ヒートポンプ２で加熱した湯の全量のみを暖房装置４に直接供給するモード（図５）と、ヒートポンプ２で加熱した湯の一部を暖房装置４に直接供給しつつ残部を第１経路５３によって第１タンク５に戻すモード（図７）とから選ばれる少なくとも１つのモードでの運転がさらに可能である。各モードの利点は、各図を参照して説明した通りである。各モードの選択は、コントローラ６５が弁機構８，９を適切に制御することによって実現される。
【００６９】
<<暖房（高負荷）>>
図８に示す運転モードは、暖房負荷がヒートポンプ２の最大加熱能力（例えば定格能力の１３０％）を超える場合に実行されうる高負荷暖房モードである。第１往き管２３を経由して暖房装置４に供給されるべき第１タンク５の湯と、ヒートポンプ２で加熱された第１タンク５の湯とが、第１弁機構８において適切な比率で混合され、暖房循環経路５１の第２往き管２５に導かれる。このようにすれば、ヒートポンプ２の最大加熱能力に第１タンク５の湯による加熱能力が上乗せされるので、一時的に、ヒートポンプ２の最大加熱能力を超える加熱能力が発揮されうる。
【００７０】
なお、第１往き管２３に代えて、第１経路５３を経由して第１タンク５の湯を第２往き管２５に導くようにしてもよい。また、この高負荷暖房モードの実行中においても、図３を参照して説明した給湯モードを並列して実行でき、第２タンク６の湯を給湯栓３に供給することができる。
【００７１】
<<暖房（急速負荷）>>
図９に示す運転モードは、暖房負荷がヒートポンプ２の最大加熱能力（例えば１３０％）を超え、かつ朝晩のような急速暖房を要する時間帯に実行されうる急速暖房モードである。第１往き管２３および第１経路５３（第１伝熱管１０）を経由して暖房装置４に供給されるべき第１タンク５の湯と、ヒートポンプ２で加熱された第１タンク５の湯とが、第１弁機構８において適切な比率で混合され、暖房循環経路５１の第２往き管２５に導かれる。これと同時に、第２経路５５に第２タンク６の湯を循環させる。
【００７２】
すると、伝熱部１０ａ，１１ａにおいて、第１経路５３を流通する第１タンク５の湯と、第２経路５５を流通する第２タンク６の湯とが熱交換する。つまり、第２タンク６の湯で暖房装置４に供給されるべき第１タンク５の湯の補助加熱を行うことができる。ヒートポンプ２の最大加熱能力に、第１タンク５の湯による加熱能力と第２タンク６の湯による加熱能力とが上乗せされるので、一時的に、ヒートポンプ２の最大加熱能力を大幅に超える加熱能力が発揮されうる。なお、第１往き管２３を使用せず、第１経路５３（第１伝熱管１０）とヒートポンプ経路５７を使用して第１タンク５の湯を暖房装置４に供給してもよい（図示省略）。
【００７３】
図９を参照して説明した急速暖房モードの実行中においても、第２タンク６の湯を給湯栓３に供給することができる。具体的には、第２伝熱管１１を経由して第２弁機構９に導かれた第２タンク６の湯を給湯経路５９に導くことができる。
【００７４】
<<その他>>
図８を参照して説明した高負荷暖房モードでの運転が予め定められた時間を超えて継続する場合には、抵抗加熱式の補助ヒータ１８で第１タンク５の湯を加熱するようにしてもよい。同様に、図９を参照して説明した急速暖房モードでの運転が予め定められた時間を超えて継続する場合には、補助ヒータ１８で第１タンク５の湯を加熱するようにしてもよい。
【００７５】
本実施形態において、第１タンク５の内部における補助ヒータ１８の位置は、第１タンク５の側壁と第２タンク６の側壁との間に形成された第１タンク５の上部の空間に定められている。そして、補助ヒータ１８の周囲において、第１往き管２３および第１経路５３を構成する第１伝熱管１０が開口している。第１往き管２３の開口は、高さ方向に関して補助ヒータ１８の上端と下端との間に位置している。第１伝熱管１０の開口は、補助ヒータ１８よりも下方に位置し、補助ヒータ１８と向かい合っている。このような位置関係によれば、第１往き管２３および／または第１伝熱管１０から第１タンク５の湯を取得するときに、補助ヒータ１８の周囲の対流が促進され、熱伝達率を高めることができる。この結果、補助ヒータ１８での熱効率を高めながら、第１往き管２３および／または第１伝熱管１０から第１タンク５の湯を取得できるので、給湯システム２００の最大暖房能力がより一層高まる。
【００７６】
図８および図９を参照して説明した運転モードでは、負荷の大きさがヒートポンプ２の最大加熱能力を超える。したがって、こうした運転モードを適切に選択および実行できるように、給湯負荷と暖房負荷との合計がヒートポンプ２の加熱能力（好ましくは定格能力）に収まっている時間帯において、第１タンク５の湯および第２タンク６の湯を十分に加熱しておくとよい。そのような時間帯は、深夜から早朝の時間帯（例えばＡＭ２時〜ＡＭ６時）であってもよいし、コントローラ６５によって推定された時間帯であってもよい。例えば、一定期間（例えば過去数日間）の運転履歴に基づき、給湯負荷と暖房負荷との合計がヒートポンプ２の加熱能力（好ましくは定格能力）に収まっている時間帯を推定するプログラムがコントローラ６５によって実行されてもよい。
【００７７】
また、負荷の大きさは、各種温度センサの検出結果、季節条件、時間帯、暖房の設定温度、給湯の設定温度などのデータに基づいて判断することができる。また、これらのデータ群から選ばれる少なくとも１つのデータを検索キーとして用い、コントローラ６５のメモリに予め記憶されたデータベースを参照することによって、種々の運転モードの中から１または複数の運転モードを選択し、実行するようにしてもよい。
【００７８】
例えば、通常暖房モードで運転を行っているときに、暖房循環経路５１の戻り管２６に設けられた第２暖房温度センサ５０の検出結果が、所定条件を満足した（所定値を下回った）場合に、高負荷暖房モードへと移行することができる。また、例えば、第２伝熱管１１に設けられた第２給湯温度センサ４８の検出結果が所定条件を満足した（所定値を下回った）場合に、ヒートポンプ２を起動し、図３および図４を参照して説明した貯湯モードを実行することができる。ヒートポンプ２が既に作動中であり、ヒートポンプ２で加熱した湯が暖房装置４に直接供給されている場合には、ヒートポンプ２で加熱した湯の一部を第１弁機構８で分配して第１経路５３に供給し、第２タンク６の湯の昇温を促進することができる（図７の通常負荷モード）。暖房運転が停止中であれば、ヒートポンプ２で加熱した湯の全量を第１経路５３を経由して第１タンク５に戻すことができる（図４の貯湯モード）。
【００７９】
<<変形例>>
図１０に示すように、第１経路５３は、第１弁機構８に接続された側とは反対側における第１伝熱管１０の端部が接続された第３弁機構３８と、第１タンク５の底部の空間の湯を第１伝熱管１０に導く下部配管３６と、第１タンク５の上部の空間の湯を第１伝熱管１０に導く上部配管３７と、をさらに有していてもよい。第１タンク５における上部配管３７の開口の位置は、暖房循環経路５１の第１往き管２３の開口と概ね同じ高さに設定するとよい。第３弁機構３８は、３ＷＡＹ式の分配弁であってもよいし、流通方向を切り替える機能のみを有する切り替え弁であってもよい。
【００８０】
このような構成によれば、第１タンク５の上部の空間に貯められた高温の湯と、第１タンク５の底部の空間に貯められた低温の湯とのいずれかを、第１経路５３を経由して暖房循環経路５１に導くことができる。さらに、弁機構３８が分配弁であれば、高温の湯と低温の湯とを所望の比率で混合することにより、所望の温度の湯を第１伝熱管１０を経由して暖房循環経路５１に導くことができる。
【００８１】
また、ヒートポンプ２で加熱した湯を第１タンク５の上部の空間に戻すこともできるし、底部の空間に戻すこともできる。例えば、第２タンク６の湯量（蓄熱量）が十分あり、第１タンク５の暖房用の湯の加熱を目的としてヒートポンプ２を作動する場合には、ヒートポンプ２で加熱した湯を第１タンク５の上部の空間に戻すようにしてもよい。一方、貯湯モード（図４参照）で第２タンク６の湯との熱交換によって温度が低くなった湯は、第１タンク５の底部の空間に戻すようにしてもよい。このようにすれば、第１タンク５の内部の温度勾配をなるべく急峻に保つことができる。第１タンク５の底部付近の湯温が低いと、水−冷媒熱交換器１０２での熱交換効率が高くなり、ヒートポンプ２の成績係数が高くなるので好ましい。
【００８２】
また、第１タンク５に注水口と排水口とが設けられていてもよい。このようにすれば、第１タンク５の水量を調節することが可能となる。暖房装置４を使用しない期間（例えば夏期）において第２タンク６の放熱ロスを抑制するために、第１タンク５の水位を所定の高さ（例えば第２タンク６の底面よりも下）まで低下させることが可能となる。また、第１タンク５の水量を調節可能とするために、第１タンク５の水を一時的に退避させるバッファタンクが設けられていてもよい。例えば、ヒートポンプ経路５７に３方弁を設け、その３方弁にバッファタンクを接続すればよい。第１タンク５の水位を低くする場合、第１タンク５の底部に貯められた湯を第１経路５３に循環させることによって第２タンク６の湯を加熱してもよいし、第２タンク６の内部に専用の補助ヒータを設け、この補助ヒータによって第２タンク６の湯を加熱してもよい。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
暖房用の湯を貯める第１タンクと、
少なくとも一部が前記第１タンク内に露出する形で前記第１タンクに収容または組み付けられた、給湯栓に供給するべき湯を貯める第２タンクと、
前記第１タンクの湯を暖房装置に供給し、前記暖房装置からの湯を前記第１タンクに戻す暖房循環経路と、
前記第２タンクの前記第１タンク内に露出した部分を取り囲む第１伝熱部を含み、前記第１タンクの湯が前記第１伝熱部を経由して前記暖房装置に供給されうるように、前記第１タンクと前記暖房循環経路の往路部分とを接続する第１経路と、
前記第１伝熱部に沿うように配置された第２伝熱部を含み、前記第２タンクの湯を前記第２伝熱部に流通させることによって前記第２タンクの湯と前記第１伝熱部を流通する湯とを熱交換させる第２経路と、
を備えた、給湯システム。
【請求項２】
前記第１伝熱部が、前記第１経路を構成する第１伝熱管によって形成され、
前記第２伝熱部が、前記第２経路を構成する第２伝熱管によって形成され、
前記第２タンクと前記第２伝熱管とによって前記第１伝熱管が挟まれるように、前記第１伝熱管が前記第２タンクに巻き付けられ、前記第１伝熱管の上から前記第２伝熱管が前記第２タンクに巻き付けられている、請求項１に記載の給湯システム。
【請求項３】
前記第１伝熱管の外径と前記第２伝熱管の外径とが等しく、
前記第２タンクの高さ方向に関して隣り合う部分同士が互いに密着しあう形で前記第１伝熱管が螺旋状に前記第２タンクに巻き付けられ、
前記第１伝熱管と前記第２伝熱管とが径方向の複数箇所で接するように、前記第２伝熱管が前記第１伝熱管の上から螺旋状に前記第２タンクに巻き付けられている、請求項２に記載の給湯システム。
【請求項４】
前記第１伝熱部が、前記第１経路を構成する第１伝熱管によって形成され、
前記第２伝熱部が、前記第２経路を構成する第２伝熱管によって形成され、
前記第１伝熱管と前記第２伝熱管とが前記第２タンクの高さ方向に関して交互に並ぶように、前記第１伝熱管および前記第２伝熱管の各々が前記第２タンクに直接かつ螺旋状に巻き付けられている、請求項１に記載の給湯システム。
【請求項５】
前記第１タンクの湯を加熱する手段としてのヒートポンプと、
前記第１タンクの湯を前記ヒートポンプに導くためのヒートポンプ経路とをさらに備え、
前記ヒートポンプで加熱した湯を前記暖房装置に直接供給しうるように、前記第１経路と、前記ヒートポンプ経路と、前記暖房循環経路の往路部分とが相互に接続されている、請求項１に記載の給湯システム。
【請求項６】
前記ヒートポンプで加熱した湯を前記第１タンクに戻すための経路として、前記第１経路を利用可能である、請求項５に記載の給湯システム。
【請求項７】
前記第１経路、前記ヒートポンプ経路および前記暖房循環経路の往路部分の接続箇所に設けられた弁機構をさらに備え、
前記第１経路を経由して前記暖房装置に供給されるべき前記第１タンクの湯と、前記ヒートポンプで加熱された前記第１タンクの湯とを前記弁機構で合流させて前記暖房循環経路へと導くモードで運転できる、請求項５に記載の給湯システム。
【請求項８】
前記第２タンクの湯を前記第２経路に循環させることによって、前記第２タンクの湯と、前記第１経路を経由して前記暖房装置に供給されるべき前記第１タンクの湯との熱交換を促進する、請求項７に記載の給湯システム。
【請求項９】
前記暖房循環経路は、前記往路部分の一部を構成するように前記第１タンクと前記弁機構とを接続する第１往き管と、前記往路部分の残部を構成するように前記弁機構と前記暖房装置とを接続する第２往き管とを含み、
前記運転モードにおいて、前記第１往き管を経由して前記暖房装置に供給されるべき前記第１タンクの湯と、前記第１経路を経由して前記暖房装置に供給されるべき前記第１タンクの湯と、前記ヒートポンプで加熱された前記第１タンクの湯とを前記弁機構で合流させて前記暖房循環経路の前記第２往き管へと導く、請求項７に記載の給湯システム。
【請求項１０】
前記弁機構を制御することによって、前記ヒートポンプで加熱した湯の全量のみを前記暖房装置に直接供給するモードと、前記ヒートポンプで加熱した湯の一部を前記暖房装置に直接供給しつつ残部を前記第１経路によって前記第１タンクに戻すモードと、前記ヒートポンプで加熱した湯の全量を前記第１経路によって前記第１タンクに戻すモードとから選ばれる少なくとも１つのモードでの運転がさらに可能である、請求項７に記載の給湯システム。
【請求項１１】
前記暖房循環経路は、前記往路部分の一部を構成するように前記第１タンクと前記弁機構とを接続する第１往き管と、前記往路部分の残部を構成するように前記弁機構と前記暖房装置とを接続する第２往き管とを含み、
前記弁機構を制御することによって、前記第１経路を使用せず、前記第１往き管を経由して前記暖房装置に供給されるべき前記第１タンクの湯と、前記ヒートポンプで加熱された前記第１タンクの湯を前記弁機構で合流させて前記暖房循環経路の前記第２往き管へと導くモードでの運転がさらに可能である、請求項７に記載の給湯システム。
【請求項１２】
前記第２タンクは、上部が前記第１タンクから突出し、残部が前記第１タンク内に露出するように前記第１タンクに組み付けられており、
前記暖房循環経路が、前記第１タンクの側壁と前記第２タンクの側壁との間に形成された前記第１タンクの上部の空間に向かって開口する往き管を含み、
前記第１経路の端部が、前記往き管の開口よりも下方において、前記第１タンクの上部の空間に向かって開口している、請求項１に記載の給湯システム。
【請求項１３】
前記第１タンクの内部に配置された補助ヒータをさらに備え、
前記補助ヒータの位置が、前記第１タンクの側壁と前記第２タンクの側壁との間に形成された前記第１タンクの上部の空間に定められている、請求項１２に記載の給湯システム。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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