(57)【要約】【課題】混合層の形成を抑えて、貯湯タンク内での熱損失を抑え、高効率化かつ省エネルギー化を実現できる貯湯式給湯器を提供する。【解決手段】貯湯式給湯器１は、貯湯タンク２と、貯湯タンク２の下部空間２１に設けられた入水口２Ｂと、貯湯タンク２の上部空間２２に設けられた出湯口２Ｄとの間に接続され、入水口２Ｂから取り入れられた水を加熱して出湯口２Ｄから貯湯タンク２に戻すＨ／Ｐユニット５と、貯湯タンク２の内部に設けられ、貯湯タンク２の上部空間２２と下部空間２１との間を封止すると共に、上部空間２２及び下部空間２１の容積を調整する容積調整部としての断熱フィルムシート３と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
貯湯式給湯器（１）であって、
貯湯タンク（２）と、
前記貯湯タンクの下部空間（２１）に設けられた入水口（２Ｂ）と、前記貯湯タンクの上部空間（２２）に設けられた出湯口（２Ｄ）との間に接続され、前記入水口から取り入れられた水を加熱して前記出湯口から前記貯湯タンクに戻す加熱源（５）と、
前記貯湯タンクの内部に設けられ、前記貯湯タンクの前記上部空間と前記下部空間との間を封止すると共に、前記上部空間及び前記下部空間の容積を調整する容積調整部（３）と、
を備える貯湯式給湯器。
【請求項２】
前記貯湯タンクの前記上部空間に貯留されている湯水を前記加熱源に導入する導入部（４，１９）を備える、
請求項１に記載の貯湯式給湯器。
【請求項３】
前記容積調整部は、断熱フィルムシートである、
請求項１または２に記載の貯湯式給湯器。
【請求項４】
前記断熱フィルムシートが二重構造である、
請求項３に記載の貯湯式給湯器。
【請求項５】
前記導入部は、
前記貯湯タンクの前記上部空間と前記加熱源とを接続する導入配管（１９）と、
前記導入配管から前記上部空間の内部に延び、その先端が前記容積調整部の上面に配置され、前記貯湯タンクの前記上部空間の湯水を前記導入配管へ送るホース（４）と、
を有する、
請求項２に記載の貯湯式給湯器。
【請求項６】
前記貯湯タンクの前記下部空間の水の前記加熱源への水の導入と、前記貯湯タンクの前記上部空間の湯水の前記加熱源への導入とを切り替える切替部（６，２３，２４）を備える、
請求項２〜５のいずれか１項に記載の貯湯式給湯器。
【請求項７】
前記切替部は、前記入水口と前記加熱源とが連通する状態と、前記貯湯タンクの前記上部空間と前記加熱源とが連通する状態とを切り替える三方弁（６）を含む、
請求項６に記載の貯湯式給湯器。
【請求項８】
前記切替部は、前記入水口と前記加熱源との間の連通／遮断を切り替える第１電磁弁（２３）と、前記貯湯タンクの前記上部空間と前記加熱源との間の連通／遮断を切り替える第２電磁弁（２４）とを含む、
請求項６に記載の貯湯式給湯器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、貯湯式給湯器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、湯を沸き上げる加熱源と、その湯を貯める貯湯タンクとを備える貯湯式給湯器が知られている。この貯湯式給湯器では、加熱源により加熱された湯は貯湯タンクの上部に蓄えられ、貯湯タンクの上部の高温の湯を供給することにより給湯が行われる。貯湯タンクの内部に貯留される湯水は、上部側になるほど高温の湯となり、下部側になるほど低温の水となる。貯湯タンクにおいて、給湯に用いる湯を所定の温度に保つには、貯湯タンク内の高温の湯と低温の水とが混合しないようにすることが望ましい。このような技術としては、貯湯タンク内の給水口に整流板を設け、水流の勢いを抑制してタンクに導入する構成や、さらには、貯湯タンク内に湯水分離板を設け、湯と水を分離させる構成が提案されている（特許文献１参照）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平５−２５６５１３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、貯湯タンク内に整流板を設ける構成では、タンク内の湯と水の撹拌を完全に抑制することはできず、また、湯と水が直接に接する。このため、湯と水との境界には熱の授受による混合層ができ、対流もあいまって、この混合層が時間と共に拡大していく。混合層が拡大すると、湯と水とが物理的に接触、撹拌することによる熱損失が増大する。また、湯水分離板を設ける構成では、湯量と水量の変動に応じて湯水分離板を給湯タンク内で上下させるため、湯水分離板とタンク内壁との間にある程度の隙間を設ける必要がある。このため、この隙間を介して、湯と水との間で対流が起き、混合層が形成されるという課題がある。
【０００５】
本開示は、混合層の形成を抑えて、貯湯タンク内での熱損失を抑え、高効率化かつ省エネルギー化を実現できる貯湯式給湯器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】
本開示は、貯湯式給湯器（１）であって、貯湯タンク（２）と、前記貯湯タンクの下部空間（２１）に設けられた入水口（２Ｂ）と、前記貯湯タンクの上部空間（２２）に設けられた出湯口（２Ｄ）との間に接続され、前記入水口から取り入れられた水を加熱して前記出湯口から前記貯湯タンクに戻す加熱源（５）と、前記貯湯タンクの内部に設けられ、前記貯湯タンクの前記上部空間と前記下部空間との間を封止すると共に、前記上部空間及び前記下部空間の容積を調整する容積調整部（３）と、を備える貯湯式給湯器である。
【０００７】
この構成により、容積調整部によって貯湯タンクの上部空間と下部空間とを物理的に区分できるので、上部空間の湯と下部空間の水とが貯湯タンク内で物理的に接触、撹拌することを防止でき、貯湯タンク内の湯と水との境界部分において混合層が形成されるのを抑制できる。
【発明の効果】
【０００８】
本開示によれば、混合層の形成を抑えて、貯湯タンク内での熱損失を抑え、高効率化かつ省エネルギー化を実現できる貯湯式給湯器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、実施形態に係る貯湯式給湯器の概略構成を示す図であり、貯湯タンクにおいて水量に対して湯量が多い状態を示す図である。
【図２】図２は、貯湯タンクにおいて湯量に対して水量が多い状態を示す図である。
【図３】図３は、実施形態の三方弁を電磁弁に置き換えた構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、添付図面を参照しながら本実施形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。
【００１１】
図１及び図２を参照して実施形態に係る貯湯式給湯器１の構成について説明する。なお、以下の説明では、図１及び図２の上下方向を「上下方向」と表記する。この上下方向とは、上下方向の上側が、下側に対して相対的に高い位置であればよく、必ずしも鉛直方向を意味しない。
【００１２】
貯湯式給湯器１は、主な要素として、貯湯タンク２と、ヒートポンプ（Ｈ／Ｐ）ユニット５（加熱源）と、給水配管１５と、給湯配管１６と、入水配管１７と、出湯配管１８とを備える。
【００１３】
貯湯タンク２は、給水配管１５を介して導入される低温の水と、Ｈ／Ｐユニット５により生成される高温の湯とを貯留し、貯留した湯を給湯対象に供給する。貯湯タンク２には、その内部空間のうち上下方向下側に位置する下部空間２１に給水口２Ａと入水口２Ｂとが設けられ、また、上下方向上側に位置する上部空間２２に給湯口２Ｃと出湯口２Ｄとが設けられる。
【００１４】
Ｈ／Ｐユニット５は、貯湯タンク２から供給される湯水を加熱して高温の湯を生成する加熱源である。Ｈ／Ｐユニット５には、入水配管１７と出湯配管１８とが接続されている。また、Ｈ／Ｐユニット５は、ポンプ１４を有し、ポンプ１４の駆動によって入水配管１７ら水を導入して出湯配管１８に湯を吐出できるよう構成される。
【００１５】
給水配管１５は、貯湯タンク２の給水口２Ａに接続され、貯湯タンク２の下部空間２１に水を供給する。
【００１６】
給湯配管１６は、貯湯タンク２の給湯口２Ｃに接続され、貯湯タンク２の上部空間２２に貯留されている高温の湯を給湯対象に供給する。図１の例では、シャワー７と浴槽８が給湯対象として例示されている。給湯配管１６は、給湯対象の数に応じて途中で分岐し、各給湯対象に個別に湯を供給できるようになっている。
【００１７】
また、分岐後の給湯配管１６には、給水配管１５から水が導入されるようになっており、その給水配管１５との合流部には、それぞれ混合弁１０，１１が設けられている。混合弁１０、１１の開閉を調整することにより、貯湯タンク２の湯と給水配管１５の水とが混合して所望の温度の湯水をシャワー７及び浴槽８に供給できる。また、浴槽８への給湯配管１６には、混合弁１１と浴槽８との間に電磁弁９が設けられ、電磁弁９の開閉によって浴槽８への湯の供給／停止が制御されている。
【００１８】
入水配管１７は、その一端が貯湯タンク２の入水口２Ｂに接続され、他端がＨ／Ｐユニット５に接続されている。入水配管１７は、貯湯タンク２の下部空間２１に貯留されている低温の水をＨ／Ｐユニット５に供給する。
【００１９】
出湯配管１８は、その一端が貯湯タンク２の出湯口２Ｄに接続され、他端がＨ／Ｐユニット５に接続されている。出湯配管１８は、Ｈ／Ｐユニット５により生成された高温の湯を貯湯タンク２の上部空間２２に供給する。
【００２０】
また、貯湯式給湯器１は、給湯対象の１つの浴槽８に対して、浴槽８の湯水を加温する追い炊き熱交換器２０を備える。追い炊き熱交換器２０は、出湯配管１８の途中から分岐して追い炊き熱交換器２０を通り、貯湯タンク２の上部空間２２に接続する加熱側配管２０Ａと、浴槽８から追い炊き熱交換器２０を通り、浴槽８への給湯配管１６の途中に接続する被加熱側配管２０Ｂとの間で熱交換を行うよう構成されている。加熱側配管２０Ａには熱交換用ポンプ１２が設置されており、熱交換用ポンプ１２を駆動することによって、出湯配管１８側から貯湯タンク２への湯の流れが発生するように構成される。被加熱側配管２０Ｂには風呂ポンプ１３が設置されており、風呂ポンプ１３を駆動することによって、浴槽８側から給湯配管１６への湯の流れが発生するように構成される。
【００２１】
そして、特に本実施形態では、貯湯タンク２の内部空間に断熱フィルムシート３（容積調整部）が設けられている。断熱フィルムシート３は、その縁端が貯湯タンク２の内壁と周方向全体に亘って接合されており、これにより貯湯タンク２の内部空間を上部空間２２と下部空間２１とに区分し、上部空間２２と下部空間２１との間で湯水の移動がないように構成されている。断熱フィルムシートと貯湯タンク２の内壁との接合部は、貯湯タンク２の上下方向の略中央の位置が好ましい。
【００２２】
また、断熱フィルムシート３は、図１及び図２に示すように、その中央部が縁端部に対して上下方向に突出するすりばち状に形成されている。断熱フィルムシート３は、この形状により、貯湯タンク２の中心側の中央部近傍の上下方向位置が、内壁と縁端との接合部よりも上方または下方に変動自在とされ、これにより貯湯タンク２の上部空間２２及び下部空間２１の容積を変更できるよう構成されている。例えば図１に示すように、断熱フィルムシート３の中央部が貯湯タンク２の下方側にすすむほど、貯湯タンク２の上部空間２２の容積が増大すると共に下部空間２１の容積が減少する。同様に、図２に示すように、断熱フィルムシート３の中央部が貯湯タンク２の上方側にすすむほど、貯湯タンク２の下部空間２１の容積が増大すると共に上部空間２２の容積が減少する。
【００２３】
つまり、断熱フィルムシート３は、貯湯タンク２の上部空間２２と下部空間２１との間を封止すると共に、上部空間２２及び下部空間２１の容積を調整する容積調整部として機能するものである。
【００２４】
また、貯湯式給湯器１は、貯湯タンク２の上部空間２２と入水配管１７とを接続する導入配管１９を備える。導入配管１９と入水配管１７との合流部には、三方弁６が設けられている。三方弁６の開閉を調整することにより、入水配管１７を介して貯湯タンク２の下部空間２１（入水口２Ｂ）とＨ／Ｐユニット５とが連通する状態（図１に示すａ→ｃ方向）と、導入配管１９を介して貯湯タンク２の上部空間２２とＨ／Ｐユニット５とが連通する状態（図１に示すｂ→ｃ方向）とを切り替えることができる。
【００２５】
貯湯タンク２の上部空間２２には、導入配管１９から延びるフレキシブルホース４（単に「ホース」とも表記する場合がある）が設けられている。フレキシブルホース４は、その先端が断熱フィルムシート３の上面に配置され、好ましくは、その先端が断熱フィルムシート３の上面の中央部にくるように配置されている。フレキシブルホース４は、例えばその先端部を断熱フィルムシート３の上面に固定され、断熱フィルムシート３の上下方向への変位に応じて、その先端部を断熱フィルムシート３の上面の中央部に維持しつつ、先端部の上下方向位置を変更できるよう構成されている。
【００２６】
本実施形態では、導入配管１９及びフレキシブルホース４が、貯湯タンク２の上部空間２２に貯留されている湯水をＨ／Ｐユニット５に導入する導入部として機能する。
【００２７】
次に、本実施形態に係る貯湯式給湯器１の動作について説明する。
【００２８】
貯湯タンク２に湯が無いときの状態では、図２に示すように、断熱フィルムシート３の中央部が貯湯タンク２の上部空間２２側に入り込んでおり、貯湯タンク２の下部空間２１の容積が最大となって給水配管１５から供給された水が貯留されている。この状態から貯湯タンク２を沸き上げる（湯を貯める）には、三方弁６をａ→ｃ方向とし、Ｈ／Ｐユニット５を動作させる。これにより、貯湯タンク２の下部空間２１の水が入水配管１７を経てＨ／Ｐユニット５に送られる。Ｈ／Ｐユニット５に送られた水は、加熱されて湯となって、出湯配管１８を経て貯湯タンク２の上部空間２２に送り込まれる。
【００２９】
この動作を続けることにより、貯湯タンク２の上部空間２２に湯が貯まって行き、これに伴い断熱フィルムシート３も、上部空間２２の容積を増やすように形状を変えて行く。最終的には図１に示すように、断熱フィルムシート３の中央部が貯湯タンク２の下部空間２１側に入り込み、貯湯タンク２の上部空間２２の容積が最大となって、Ｈ／Ｐユニット５により加熱された湯が貯留されている状態になる。
【００３０】
ここで、貯湯タンク２の下部空間２１には、給水配管１５を介して水道水からの水圧が印加されている。給湯対象のシャワー７や浴槽８に給湯するときは、シャワー７のコックや電磁弁９を開にすると、貯湯タンク２の下部空間２１に印加されている水圧によって、断熱フィルムシート３を介して上部空間２２の湯が押し出されるので、このように給湯配管１６に押し出された湯が給湯に利用される。その際、上部空間２２から押し出された湯の分の水道水が、給水配管１５から貯湯タンク２の下部空間２１に補給される。
【００３１】
また、貯湯タンク２の上部空間２２に貯留されている湯は、時間の経過と共に外気に放熱していくために冷めていく。貯湯タンク２の上部空間２２の湯温が給湯に利用できない場合には、三方弁６をｂ→ｃ方向とし、Ｈ／Ｐユニット５を作動させる。これにより、貯湯タンク２の上部空間２２の湯水が、フレキシブルホース４及び導入配管１９を経てＨ／Ｐユニット５に送られる。Ｈ／Ｐユニット５に送られた湯水は、再度加熱されて出湯配管１８を経て貯湯タンク２の上部空間２２に送り込まれる。このような動作を行うことで、貯湯タンク２の上部空間２２の湯を加熱し、再び給湯に利用できる湯温に戻すことができる。
【００３２】
次に、本実施形態に係る貯湯式給湯器１の効果について説明する。
【００３３】
本実施形態の貯湯式給湯器１は、貯湯タンク２と、貯湯タンク２の下部空間２１に設けられた入水口２Ｂと、貯湯タンク２の上部空間２２に設けられた出湯口２Ｄとの間に接続され、入水口２Ｂから取り入れられた水を加熱して出湯口２Ｄから貯湯タンク２に戻すＨ／Ｐユニット５と、貯湯タンク２の内部に設けられ、貯湯タンク２の上部空間２２と下部空間２１との間を封止すると共に、上部空間２２及び下部空間２１の容積を調整する容積調整部としての断熱フィルムシート３と、を備える。
【００３４】
この構成により、断熱フィルムシート３によって貯湯タンク２の上部空間２２と下部空間２１とを物理的に区分できるので、上部空間２２の湯と下部空間２１の水とが貯湯タンク２内で物理的に接触、撹拌することを防止でき、貯湯タンク２内の湯と水との境界部分において混合層が形成されるのを抑制できる。上記の貯湯タンク２の沸き上げ、給湯対象のシャワー７や浴槽８への給湯、及び、貯湯タンク２の上部空間２２の再加熱の各動作のように、貯湯タンク２内の湯量と水量が頻繁に変動する状況であっても、混合層の形成を抑制できるので熱損失を好適に低減できる。このため、貯湯タンク２の上部空間２２の湯は、従来と比べて長時間、高温状態を保つことが可能になり、給湯機システムとして省エネかつ高効率となる。また、貯湯タンク２内で混合層が少ないと、加熱源であるＨ／Ｐユニット５が中温水を吸い込まないようにできるので、ポンプ効率も向上できる。したがって、本実施形態の貯湯式給湯器１は、混合層の形成を抑えて、貯湯タンク２内での熱損失を抑え、これにより高効率化かつ省エネルギー化を実現できる。
【００３５】
また、本実施形態の貯湯式給湯器１は、貯湯タンク２の上部空間２２に貯留されている湯水をＨ／Ｐユニット５に導入する導入部として導入配管１９とフレキシブルホース４とを備える。導入配管１９は、貯湯タンク２の上部空間２２とＨ／Ｐユニット５とを接続する。フレキシブルホース４は、導入配管１９から上部空間２２の内部に延び、その先端が断熱フィルムシート３の上面に配置され、貯湯タンク２の上部空間２２の湯水を導入配管１９へ送る。
【００３６】
この構成により、貯湯タンク２の上部空間２２に貯留されている湯水を、フレキシブルホース４及び導入配管１９を介してＨ／Ｐユニット５に供給することが可能となるので、上部空間２２の湯温が低下した場合でも、貯湯タンク２の上部空間２２の湯を加熱し、再び給湯に利用できる湯温に戻すことができる。これにより、貯湯タンク２の上部空間２２の湯をさらに長時間にわたって高温状態に保つことが可能となり、さらに省エネかつ高効率のシステムとすることができる。また、上部空間２２に湯が貯留されている状態では、図１に示すように断熱フィルムシート３の中央部が下部空間２１側に入り込み、この中央部が上部空間２２の最下部になって最も温度低下が大きくなる可能性が高い。フレキシブルホース４の先端部を断熱フィルムシート３の上面（好ましくは上面の中央部）に配置することで、上部空間２２に貯留される湯水のうち比較的温度低下が大きくぬるくなったものを、Ｈ／Ｐユニット５に導入して再加熱させることができる。これにより、湧き上げに必要なエネルギを小さくすることができ、貯湯タンク２の上部空間２２の湯温を効率良く高温に維持できる。
【００３７】
また、本実施形態の貯湯式給湯器１は、入水口２ＢからＨ／Ｐユニット５への貯湯タンク２の下部空間２１の水の導入と、導入配管１９からＨ／Ｐユニット５への貯湯タンク２の上部空間２２の湯水の導入とを切り替える切替部としての三方弁６を備える。三方弁６は、入水口２ＢとＨ／Ｐユニット５とが連通する状態（図１のａ→ｃ）と、貯湯タンク２の上部空間２２とＨ／Ｐユニット５とが連通する状態（図１のｂ→ｃ）とを切り替えることができる。
【００３８】
この構成により、貯湯タンク２の下部空間２１の水の加熱と、上部空間２２の湯水の再加熱とを、単一の加熱源としてのＨ／Ｐユニット５を用いて共に行うことができるので、装置規模の小型化を図ることができる。
【００３９】
次に、図３を参照して本実施形態の変形例を説明する。上記実施形態では、図１及び図２に示すように、入水口２ＢからＨ／Ｐユニット５への貯湯タンク２の下部空間２１の水の導入と、導入配管１９からＨ／Ｐユニット５への貯湯タンク２の上部空間２２の湯水の導入とを切り替える切替部として、入水配管１７と導入配管１９との合流部に三方弁６を設ける構成を例示したが、切替部として機能するものであれば他の構成でもよい。例えば図３に示すように、三方弁６の代わりに、入水配管１７に第１電磁弁２３を設け、導入配管１９に第２電磁弁２４を設ける構成とすることもできる。第１電磁弁２３は、入水口２ＢとＨ／Ｐユニット５との間の連通／遮断を切り替えることができ、第２電磁弁２４は、貯湯タンク２の上部空間２２とＨ／Ｐユニット５との間の連通／遮断を切り替えることができる。
【００４０】
また、断熱フィルムシート３を二重構造とし、二重構造の間に断熱効果の高いジェル等を充填する構成としてもよい。この構成により、貯湯タンク２の上部空間２２の湯と下部空間２１の水との間の熱伝達をさらに抑制でき、混合層が形成されるのをより一層抑制できるので、省エネ効果を好適に発揮することができる。
【００４１】
以上、具体例を参照しつつ本実施形態について説明した。しかし、本開示はこれらの具体例に限定されるものではない。これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本開示の特徴を備えている限り、本開示の範囲に包含される。前述した各具体例が備える各要素およびその配置、条件、形状などは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。前述した各具体例が備える各要素は、技術的な矛盾が生じない限り、適宜組み合わせを変えることができる。
【００４２】
上記実施形態では、貯湯タンク２の内部空間の上部と下部との間を封止すると共に、上部及び下部の容積を調整する容積調整部として断熱フィルムシート３を適用する構成を例示したが、容積調整部として機能するものであれば他の構成を適用してもよい。このような構成としては、例えば、貯湯タンク２の中央側の中央部から内壁側の縁端側へ同心円状に形成される蛇腹構造や、ゴム材などの伸縮自在な材料を適用する構成などが挙げられる。
【００４３】
また、上記実施形態では、断熱フィルムシート３の形状をすりばち状とする構成を例示したが、上記の容積調整部としての機能を発揮できれば他の形状でもよい。また、断熱性能を有しないフィルムシートを適用することもできる。
【符号の説明】
【００４４】
１：貯湯式給湯器
２：貯湯タンク
２１：下部空間
２２：上部空間
２Ｂ：入水口
２Ｄ：出湯口
３：断熱フィルムシート（容積調整部）
４：フレキシブルホース（導入部）
５：Ｈ／Ｐユニット（加熱源）
６：三方弁（切替部）
１９：導入配管（導入部）
２３：第１電磁弁（切替部）
２４：第２電磁弁（切替部）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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