(57)【要約】【課題】戻り湯の温度が低くてもラインヒータを使用することなく一定の温度で給湯することができ、性能係数（ＣＯＰ）が高いヒートポンプを使用した場合でも、この性能を落とすことなく循環システムに組み込むことが可能な貯湯式電気湯水混合昇温器を提供する。【解決手段】混合槽２０の内部に略筒状の混合ダクト３０を鉛直状に挿入し、前記熱源機２で加熱された熱湯と、温度調整用の水とを混合ダクト３０の内部で混合する。循環路４０に給湯すると共に、該循環路４０から混合槽２０に循環した戻り湯を混合ダクト３０内に給湯する湯で昇温せしめる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱源機で加熱された熱湯が混合槽に給湯され、該混合槽の内部で水と混合して温度調整後に循環路で給湯すると共に、給湯された未使用の温水が循環路から混合槽に循環する給湯循環システムに装着する貯湯式電気湯水混合昇温器において、前記混合槽の内部に略筒状の混合ダクトを鉛直状に挿入し、前記熱源機で加熱された熱湯と、温度調整用の水とを混合ダクトの内部で混合し、前記循環路に給湯すると共に、該循環路から混合槽に循環した戻り湯を混合ダクト内に給湯する湯で昇温せしめることを特徴とする貯湯式電気湯水混合昇温器。
【請求項２】
前記給湯循環システムの熱源機に、二酸化炭素を冷媒とするヒートポンプを使用した請求項１記載の貯湯式電気湯水混合昇温器。
【請求項３】
前記給湯循環システムの熱源機として、深夜電力で稼動する電気加熱機を使用し、混合槽に隣接する開放型の熱湯槽を設け、熱湯槽の下層部から熱源機を循環して加熱された熱湯が熱湯槽の上部に貯留されると共に、貯留された熱湯が熱湯槽の上部から前記混合槽の内の混合ダクトにオーバーフローするように設けた請求項１記載の貯湯式電気湯水混合昇温器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は熱源機によって高温に沸し上げた湯を一定の温度に調整後、給湯循環せしめる際に使用する貯湯式電気湯水混合昇温器に関する。
【背景技術】
【０００２】
一定温度の湯を給湯する給湯器において、熱源機で高温にした湯を混合槽にオーバーフローさせて温度調整を行う省エネタイプの給湯器が特許文献１に記載されている。
【０００３】
特許文献１の給湯器はヒートポンプを熱源とする密閉型の給湯器に関するものである。この給湯器では、給水装置とヒートポンプが接続される第１の貯湯槽と、ボイラー及び給湯ポンプが接続される第２の給湯槽とから構成するもので、給水装置から供給される水は、第１の貯湯槽に貯留されヒートポンプで加熱された後、第２の貯湯槽にオーバーフローで流入し、この第２の貯湯槽から給湯するものである。この給湯器によると、第１の貯湯槽からオーバーフローした湯は、第２の貯湯槽から第1の貯湯槽に逆流することはないので、ボイラーが作動した場合であっても、ボイラーによって加熱された湯がヒートポンプで再加熱されることがなく、ヒートポンプの性能係数が向上するというものである。
【０００４】
特許文献２は、二酸化炭素を冷媒としたヒートポンプに関するものである。このヒートポンプでは、二酸化炭素の冷媒を用いるとともに、冷却器内の冷媒を超臨界圧流体の状態とし、且つ該冷却器を冷媒の流れと給湯用の給湯水の流れが対向する向流形熱交換器とすることで、フロン−12の場合よりも性能係数が高く、温度変化を有効に利用でき、省エネルギー効果を有するものとしている。
【特許文献１】特開平４−２６０７５０号公報
【特許文献２】特許第２５４８９６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ヒートポンプを利用した給湯器を循環システムに用いると、循環した湯水を再加熱するために、例えば図４に示す如きラインヒータが必要になっていた。すなわち、熱源機２となるヒートポンプで高温にした熱湯を水と混合し、適温に調整した温水を給湯する装置において、この給湯された湯水が使用されない場合は、再び混合槽に戻り湯として循環する。この戻り湯が一定の温度より低くなっている場合は、ヒートポンプによる加熱ではなく、ラインヒータ１００で再加熱して循環せしめるもので、従来ではこのような循環システムが採用されていた。
【０００６】
特許文献１では、ラインヒータとしてボイラーを使用している。この給湯器では、ヒートポンプで高温になった湯を混合槽に貯湯し、水と混合して給湯する給湯路と、混合槽の湯水の温度をボイラーにて一定に保つ循環路とは別経路にて設定している。これは、混合槽内で熱等と水とを均一に混合して一定の温度調整をすることが困難であり、温水を循環路内で循環させながらボイラーにて温度調整する為である。ところが、このようにボイラーを装着することで、ヒートポンプの性能係数が向上したとしても、給湯器全体では、ボイラーに使用するエネルギーロスが増大することになる。
【０００７】
特許文献２のヒートポンプは、冷媒として二酸化炭素を使用したものである。このようなヒートポンプを使用した給湯器により、特に性能係数（ＣＯＰ）が３以上もある省エネタイプの給湯器が提供されている。ところが、ヒートポンプの給湯器を循環システムに取り入れると、戻り湯を摂氏５０度以下にしなければヒートポンプに戻せないシステムがある。一般の給湯器は、給湯温度をおよそ摂氏６０度の温度に設定しているので、戻り湯の温度が摂氏５０度以上で、しかも６０度より低い場合は、ラインヒータを使用して戻り湯の温度を上げる必要があった。この結果、性能係数（ＣＯＰ）が高いヒートポンプの給湯器を採用しても、このヒートポンプを循環システムに組み込むと、ヒートポンプとは別系統のラインヒータを使用しなければならず、ラインヒータに使用するエネルギーロスが大きくなる不都合があった。
【０００８】
そこで本発明は、上述の課題を解消すべく創出されたもので、循環システムに組み込んだ給湯器において、戻り湯の温度が低くてもラインヒータを使用することなく一定の温度で給湯することができ、性能係数（ＣＯＰ）が高いヒートポンプを使用した場合でも、この性能を落とすことなく循環システムに組み込むことが可能な貯湯式電気湯水混合昇温器の提供を目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述の目的を達成すべく本発明における第１の手段は、熱源機２で加熱された熱湯が混合槽２０に給湯され、該混合槽２０の内部で水と混合して温度調整後に循環路４０で給湯すると共に、給湯された未使用の温水が循環路４０から混合槽２０に循環する給湯循環システムに装着する貯湯式電気湯水混合昇温器において、前記混合槽２０の内部に略筒状の混合ダクト３０を鉛直状に挿入し、前記熱源機２で加熱された熱湯と、温度調整用の水とを混合ダクト３０の内部で混合し、前記循環路４０に給湯すると共に、該循環路４０から混合槽２０に循環した戻り湯を混合ダクト３０内に給湯する湯で昇温せしめることにある。
【００１０】
第２の手段は、前記給湯循環システムの熱源機２として、冷媒として二酸化炭素を使用したヒートポンプを使用するものである。
【００１１】
第３の手段は、前記給湯循環システムの熱源機２として、深夜電力で稼動する電気加熱機を使用し、混合槽２０に隣接する開放型の熱湯槽１０を設け、熱湯槽１０の下層部から熱源機２を循環して加熱された熱湯が熱湯槽１０の上部に貯留されると共に、貯留された熱湯が熱湯槽１０の上部から前記混合槽２０の内の混合ダクト３０にオーバーフローするように設けたことを課題解消の為の手段とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の請求項１によると、混合槽２０の内部に略筒状の混合ダクト３０を鉛直状に挿入し、前記熱源機２で加熱された熱湯と、温度調整用の水とを混合ダクト３０の内部で混合し、前記循環路４０に給湯すると共に、該循環路４０から混合槽２０に循環した戻り湯を混合ダクト３０内に給湯する湯で昇温せしめることにより、給湯負荷があるときは従来では別途設けていたラインヒータを必要とせずに、循環用の温水温度を一定に保つことが可能になった。この結果、ラインヒータで使用する電気料が少なくなり、省エネ効果を高めることができる。
【００１３】
また、請求項２の如く、冷媒に二酸化炭素を用いるヒートポンプ利用の給湯循環システムに、本発明を使用することで、性能係数（ＣＯＰ）が高いヒートポンプの性能を落とすことなく循環システムに組み込むことが可能になった。
【００１４】
請求項３により、給湯循環システムの熱源機２として、深夜電力で稼動する電気加熱機を使用し、混合槽２０に隣接する開放型の熱湯槽１０を設け、熱湯槽１０の下層部から熱源機２を循環して加熱された熱湯が熱湯槽１０の上部に貯留されると共に、貯留された熱湯が熱湯槽１０の上部から前記混合槽２０の内の混合ダクト３０にオーバーフローするように設けているので、熱湯槽１０及び混合槽２０からなる開放型の貯湯槽１により、密閉型のような負圧によるタンクの破壊がなく、しかも各槽内の清掃も容易である。また、混合槽２０にラインヒータの設置がないので、配管の設置も容易に行えるものである。さらに、改めて加熱する必要もなく、省エネタイプの給湯器から直接給湯利用することが可能になる。
【００１５】
このように本発明によると、循環システムに組み込んだ給湯器において、戻り湯の温度が低くてもラインヒータを使用することなく一定の温度で給湯することができ、性能係数（ＣＯＰ）が高いヒートポンプを使用した場合でも、この性能を落とすことなく循環システムに組み込むことが可能になるなどといった種々の効果を奏するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の最良の形態は、冷媒に二酸化炭素を使用したヒートポンプを熱源機２として加熱された熱湯を混合槽２０に給湯する。該混合槽２０の内部で水と混合して温度調整後に循環路４０で給湯する。給湯された未使用の温水が循環路４０から混合槽２０に循環する給湯循環システムを設ける。前記混合槽２０の内部に略筒状の混合ダクト３０を鉛直状に挿入し、前記熱源機２で加熱された熱湯と、温度調整用の水とを混合ダクト３０の内部で混合し、前記循環路４０に給湯する。該循環路４０から混合槽２０に循環した戻り湯を混合ダクト３０内に給湯する湯で昇温せしめることで当初の目的を達成する。
【実施例】
【００１７】
以下、本発明の一実施例を説明する。本発明混合昇温器の主要構成は、混合槽２０、混合ダクト３０、給水管とからなり、給湯循環システムに装着して使用する。この給湯循環システムは、本発明混合昇温器の他に、熱源機２と循環路４０とを備えている。すなわち、熱源機２で加熱された熱湯が混合槽２０に給湯され、該混合槽２０の内部で水と混合して温度調整後に循環路４０で給湯器に供給すると共に、供給された未使用の温水が循環路４０から混合槽２０に戻った戻り湯を再び昇温せしめて再び循環路４０供給する給湯循環システムである。
【００１８】
本発明湯水混合昇温器の概念図を図１に示している。すなわち、混合ダクト３０は、熱源機２で加熱された熱湯を注ぎ込む略筒体である。図示の混合ダクト３０は、上部が広く下部が狭くなっている。この混合ダクト３０の上部に、熱湯が注がれると共に、摂氏２０度の調整用の水が混合ダクト３０に注水され、混合ダクト３０の内部で摂氏９０度の熱湯と混合し、摂氏６０度の温水に調整されて混合ダクト３０の下端部から混合槽２０の内部に貯留される。この摂氏６０度の温水は、循環路４０から各給湯器へ給湯される。そして、使用されなかった温水は、循環路４０から再び混合槽２０に戻ることになる。この戻り湯を混合ダクト３０内に給湯する湯で摂氏６０度まで昇温せしめ、再び循環路４０から各給湯器へ給湯されるものである。
【００１９】
すなわち、図１に示す混合ダクト３０内には、熱湯用電磁弁７を開放することで熱湯が注ぎ込む。一方、給水用電磁弁４を開放すると流量調整弁５を介して水が流入し熱湯と混合するものである。この流量調整弁５は、温度センサ２４が感知する温度により、給水の流量を自動的にコントロールして混合槽２０内の温水の温度を調整する。特に、この流量調整弁５は、循環路４０から混合槽２０に戻った戻り湯を摂氏６０度に保つように機能するものである。
【００２０】
表１は、本発明混合ダクト３０及び流量調整弁５を使用して混合槽２０に貯留した場合と、本発明混合ダクト３０及び流量調整弁５を使用しないで貯留した場合の混合槽２０内の温度変化を示している。本発明混合ダクト３０及び流量調整弁５を使用した場合は、（Ａ）に示す如く、摂氏６０度で安定した温度で出湯することが可能になっている。また、混合ダクト３０を使用せず、熱湯と給水とを混合槽２０内で混合したものでは、（Ｂ）に示す如く、混合槽２０からの出湯温度に大きなバラツキが生じていた。このように、混合ダクト３０及び流量調整弁５を使用することで、温水の温度調整を極めて正確に行うことができる。
【００２１】
【表１】
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【００２２】
次に、図２に基づいて、給湯循環システムの熱源機２に、二酸化炭素を冷媒とするヒートポンプ５０を使用した給湯循環システムの実施例を説明する。この実施例では、ヒートポンプ５０で加熱した摂氏９０度の湯を直接混合ダクト３０に注ぎ込み、水道に直結した温度調整用の水と混合ダクト３０の内部で混合するものである。また、戻り湯を昇温せしめるときは、温度調整用の水を止めて摂氏９０度の湯を増加することで、温度調整するものである。図示のヒータ２１は、ヒートポンプ５０で加熱した摂氏９０度の湯が使用できない場合の予備のヒータ２１であり、通常は使用しない。また、この実施例では、ヒートポンプ５０の性能係数（ＣＯＰ）が高いほど、省エネ効果を反映できるので、現在実現しているＣＯＰ３以上のヒートポンプ５０を使用することで、極めて高い省エネ効果を実現することができる。
【００２３】
次に、図３に基づいて、給湯循環システムの熱源機２に、深夜電力で稼動する電気加熱機６０を使用した給湯循環システムの実施例を説明する。この実施例では、混合槽２０に隣接する開放型の熱湯槽１０を設け、これら熱湯槽１０と混合槽２０とからなる開放型の貯湯槽１を使用する。そして、熱湯槽１０の下層部から熱源機２を循環して加熱された熱湯が熱湯槽１０の上部に貯留されると共に、貯留された熱湯が熱湯槽１０の上部から前記混合槽２０の内の混合ダクト３０にオーバーフローするように設けたものである。
【００２４】
熱湯槽１０には、熱源機２を循環して加熱され有効貯湯とする摂氏９０度の熱湯が貯留されている。この熱湯は、熱湯槽１０の下層部から熱源機２に給水し、加熱後、熱湯槽１０の上層部に戻されたもので、熱湯として使用可能な有効貯湯は熱湯槽１０の上槽部から下層部にかけて順に貯留される。この熱湯槽１０を、少なくとも容量２５０〜３００Ｌ程度に設定し、有効貯湯を、熱湯槽１０内部の上部７０％〜８０％に貯留するように設定している。有効貯湯量をこのように設定することで、事業所や一般家庭などで使用するのに適した給湯器とすることができる。
【００２５】
そして、混合器３０を介して一定の温度、例えば摂氏６０度に調整された温水をこの混合槽２０に貯留し、この混合槽２０から循環路４０を介して各給湯器に給湯するものである。また、循環路４０から戻った戻り湯は、この混合槽２０に戻し、熱湯槽１０からの熱湯を混合器３０に注入して昇温せしめるものである。また、熱湯が熱湯槽１０内に十分貯湯されていない場合に備えて補助のヒータ２１を設けているが、このヒータ２１は通常使用しない。
【００２６】
この熱湯槽１０に給水する際に、給水ダクト１１を使用する（図３参照）。この給水ダクト１１は、略筒状を成し、熱湯槽１０の内部に鉛直状に挿入されたもので、給水ダクト１１の上部に注がれた水は、給水ダクト１１の下端部から熱湯槽１０の下層部に給水されるものである。熱湯槽１０の内部は、上層部に熱湯として使用可能な有効貯湯が貯留され、下層部に加熱される前の低温水が貯留されている。そこで、給水ダクト１１を利用して熱湯槽１０の下層部に給水することで、熱湯槽１０内部の温度差によって生じる対流現象をできるだけ抑止できる。この結果、熱湯槽１０の上層部に貯留した有効貯湯の温度を下げずに給水することが可能になるものである。
【００２７】
混合槽２０は、熱湯槽１０の上層部から混合槽２０へオーバーフローした熱湯の温度を調整しながら貯留するもので、貯湯槽１の中仕切りを介して熱湯槽１０と区画されている。高温の熱湯槽１０と低温の混合槽２０とが中仕切り部分で隣接しているので、この中仕切り部分に熱交換が生じる虞がある。そのため、中仕切り部分には、保温材を配して熱交換を防止している（図示せず）。
【００２８】
尚、本発明は、図示例に限定されるものではなく、各構成の設計変更や温度設定は任意に変更可能なものであり、本発明の要旨を変更しない範囲における用途の変更などは自由に行えるものである。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明湯水混合昇温器の一実施例を示す概略図である。
【図２】循環システムの一実施例を示す概略図である。
【図３】循環システムの他の実施例を示す概略図である。
【図４】従来の循環システムを示す概略図である。
【符号の説明】
【００３０】
１  貯湯槽
２  熱源機
３  減圧弁
４  給水用電磁弁
５  流量調整弁
６  循環ポンプ
７  熱湯用電磁弁
１０  熱湯槽
１１  給水ダクト
２０  混合槽
２１  ヒータ
２２  溢水口
２３  水位電極
２４  温度センサ
３０  混合ダクト
３１  混合板
４０  循環路
５０  ヒートポンプ
６０  電気加熱機
１００  ラインヒータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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