(57)【要約】【課題】安定した温度の湯水を供給可能であって、製造コストの低減およびＣＯＰのさらなる向上を図ることが可能な貯湯式給湯装置を提供することを目的とする。【解決手段】水または湯水を加熱するヒートポンプ式の湯水生成装置（ヒートポンプユニット１１０）と、湯水を貯留する貯湯槽１３２と、風呂の浴水を加熱する風呂熱交換器１５０と、貯湯槽の上部から風呂熱交換器へ湯水を送る風呂行き配管１６０と、風呂熱交換器から貯湯槽の中部へ湯水を送る風呂戻り配管１６２と、貯湯槽の上部から出湯する第１出湯配管１８０と、貯湯槽の中部から出湯する第２出湯配管１８２と、貯湯槽の中部に設置された中部接続口１９０と、を備え、中部接続口には風呂戻り配管と第２出湯配管とが接続され、第１出湯配管からの湯水と第２出湯配管からの湯水、および給水を混合して外部に給湯することを特徴とする。【選択図】図１
2011257105.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水または湯水を加熱するヒートポンプ式の湯水生成装置と、
湯水を貯留する貯湯槽と、
風呂の浴水を加熱する風呂熱交換器と、
前記貯湯槽の上部から前記風呂熱交換器へ湯水を送る風呂行き配管と、
前記風呂熱交換器から前記貯湯槽の中部へ湯水を送る風呂戻り配管と、
前記貯湯槽の上部から出湯する第１出湯配管と、
前記貯湯槽の中部から出湯する第２出湯配管と、
前記貯湯槽の中部に設置された中部接続口と、を備え、
前記中部接続口には前記風呂戻り配管と前記第２出湯配管とが接続され、
前記第１出湯配管からの湯水と前記第２出湯配管からの湯水、および給水を混合して外部に給湯することを特徴とする貯湯式給湯装置。
【請求項２】
前記貯湯槽内に上下方向に配置された該貯湯槽内の湯水の温度を検知する複数の貯湯センサと、
前記湯水生成装置の動作を制御する制御部と、をさらに備え、
前記制御部は、前記貯湯センサから受ける信号に基づいて、風呂追いだきに必要な高い温度の湯水の量である第１貯湯量と、給湯に使用可能な中程度の温度以上の湯水の量である第２貯湯量とを判断し、第１貯湯量または第２貯湯量が所定量未満となった場合に前記湯水生成装置を動作させることを特徴とする請求項１に記載の貯湯式給湯装置。
【請求項３】
前記中部接続口は２重管であって、内側に前記風呂戻り配管を接続し、外側に前記第２出湯配管を接続していることを特徴とする請求項１または２に記載の貯湯式給湯装置。
【請求項４】
前記貯湯槽は縦長の略円筒形状であって、
前記中部接続口は、前記貯湯槽の円周方向に前記風呂戻り配管からの戻り湯水を流入させることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の貯湯式給湯装置。
【請求項５】
前記風呂戻り配管を前記貯湯槽の下部へ分岐させる低温戻り配管と、
前記風呂熱交換器の出口温度を検知する出口温度センサと、
前記風呂熱交換器を通過した戻り湯水を前記風呂戻り配管および前記低温戻り配管に選択的に導く戻り湯水切換弁と、
前記戻り湯水切換弁を制御することにより、前記風呂熱交換器の出口温度が前記中部接続口近傍の湯水の温度よりも所定値以下である場合に前記戻り湯水を前記低温戻り配管へ導く制御部と、をさらに備えることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の貯湯式給湯装置。
【請求項６】
前記湯水生成装置で加熱された湯水を前記風呂戻り配管の湯水に混合させる戻り湯調温配管をさらに備えることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の貯湯式給湯装置。
【請求項７】
前記湯水生成装置で加熱された湯水を前記風呂熱交換器の上流側に導く直接風呂加熱配管をさらに備えることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の貯湯式給湯装置。
【請求項８】
前記風呂行き配管または前記風呂戻り配管に逆止弁を設けたことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の貯湯式給湯装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水を加熱して生成した湯水を貯湯し、貯湯した湯水を浴槽などの給湯設備に供給する貯湯式給湯装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、住宅等における熱源の一つとして、湯水（温水）を貯湯槽に貯湯しておき、必要に応じて貯湯槽から給湯設備等に供給する貯湯式給湯装置の普及が進んでいる。このような給湯装置における湯水生成装置として、ヒートポンプの普及が進んでいる。
【０００３】
ヒートポンプは電力を利用して内部に熱媒体（冷媒）を循環させていて、空気熱とポンプ仕事をあわせた熱量で水を加熱するため、高い効率で湯水を生成することができる。また、水を蓄熱材として熱の受給に時間差を設けることができるため、例えば安価な夜間電力を利用して生成した湯水を貯湯槽に貯湯してその湯水を日中使用すれば、使用者（需要家）は電気に要するコストの削減が可能である。
【０００４】
ところで現在では、上記のように安価な夜間電力を利用可能な貯湯式給湯装置であっても、さらなる省エネルギー推進のためにＣＯＰ（Coefficient Of Performance：成績係数）の向上が要請されている。例えばヒートポンプにおいては、被加熱流体の出口温度が一定の場合、入口温度を低くするほどＣＯＰは向上する。このことから、貯湯式給湯装置の湯水生成装置では、中温水を高温水に加熱するよりも、低温水を高温水に加熱するほうがＣＯＰを向上可能であることが知られている。
【０００５】
ここで、家庭で用いられる貯湯式給湯装置においては、台所などへの給湯のほか、風呂への給湯も行われている。そして、貯湯式給湯装置の風呂での用途には、空の状態から湯張りする場合のほか、追いだきも含まれている。一般に貯湯式給湯装置における追いだきは、浴槽から抜き出した浴水と貯湯槽から抜き出した高温水とを、混ぜることなく熱交換することによって行われる。この際、貯湯槽上部の高温域から出た高温水は、浴水との熱交換によって温度が低下した戻り湯水となって貯湯槽下部の低温域へと戻される。そして戻り湯水は、貯湯槽下部からヒートポンプへと送られて加熱される。しかし、追いだき時の浴水は中温であるため戻り湯水は当然に中温にまでしか下がらず、貯湯槽下部には中温の戻り湯水が流入してしまう。すると以後ヒートポンプによって加熱を行う際に、貯湯槽下部の湯水の温度が上がっているためにＣＯＰが低下してしまう。
【０００６】
そこで、例えば特許文献１には、風呂の追焚用熱交換器（風呂熱交換器）を通過した戻り湯水を、貯湯タンク（貯湯槽）の中温域である上下方向の中部に戻す方式のヒートポンプ式の給湯装置が開示されている。さらに特許文献１の給湯装置では、貯湯槽中部の中温水の温度が浴槽の保温や追いだきをまかなえる温度である場合、貯湯槽上部の高温水よりも先に中部の中温水を使用し、貯湯槽内の中温水の量を削減している。これらによって特許文献１では、ヒートポンプによる中温水の沸上量を減少させてＣＯＰを向上させることが可能であるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−２１０２０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、特許文献１の給湯装置では、風呂熱交換器からの戻り湯水、貯湯槽中部の中温水および上部の高温水を同一の経路に合流させた後に、その経路から分岐させて風呂熱交換器と外部に供給している。すると、追いだきをしているときに給湯を開始または停止した場合、もしくは給湯中に追いだきが開始または停止した場合には、相手方の影響を受けて温度が上下するおそれがある。これに対しフィードバック制御をかければ所望の温度に収束させることはできるが、どうしてもタイムラグが生じるため、使用者にとって快適さが損なわれるおそれがある。またフィードバック制御を実現するためのセンサや制御装置が複雑であるため、装置が高価になってしまう。
【０００９】
また、追いだきに必要な温度は一般に給湯に必要な温度よりも高い。そのため、特許文献１のような配管構成で追いだきと給湯とを同時に行う場合には、貯湯層から出湯する湯水は追いだき用の温度に合わせる必要がある。したがって、このような場合には貯湯槽中部の中温水の利用率が減少するか、もしくは利用できない。このことは、ヒートポンプのＣＯＰ向上の観点から好ましくないと考えられる。
【００１０】
本発明は、このような課題に鑑み、安定した温度の湯水を供給可能であって、製造コストの低減およびＣＯＰのさらなる向上を図ることが可能な貯湯式給湯装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明にかかる貯湯式給湯装置の代表的な構成は、水または湯水を加熱するヒートポンプ式の湯水生成装置と、湯水を貯留する貯湯槽と、風呂の浴水を加熱する風呂熱交換器と、貯湯槽の上部から風呂熱交換器へ湯水を送る風呂行き配管と、風呂熱交換器から貯湯槽の中部へ湯水を送る風呂戻り配管と、貯湯槽の上部から出湯する第１出湯配管と、貯湯槽の中部から出湯する第２出湯配管と、貯湯槽の中部に設置された中部接続口と、を備え、中部接続口には風呂戻り配管と第２出湯配管とが接続され、第１出湯配管からの湯水と第２出湯配管からの湯水、および給水を混合して外部に給湯することを特徴とする。
【００１２】
上記構成によれば、風呂行き配管と第１給湯配管とは独立しており、また風呂戻り配管と第２出湯配管とは直接には接続されていない。そのため、追いだきと給湯とを同時に行ったとしても相互間の影響は少なく、安定した温度の湯水をそれぞれに供給することが可能である。また上記構成であれば、追いだき中であっても貯湯槽内に発生した中温水を給湯に利用して積極的に消費することが可能である。したがって、湯水生成装置が中温水を加熱する機会をさらに減らしてＣＯＰ向上を図ることが可能である。
【００１３】
また、上記構成であれば、中部接続口を風呂戻り配管と第２出湯配管とに共有させることで、貯湯槽の製造に必要となる工程数を最小限に抑えている。通常、貯湯槽は圧力容器であって、剛性の高いステンレス等で製作された密閉容器である。このため切削や穴あけ加工も容易ではない上、穴を設ければ厳重な水漏れ処理が必要になる。そのため、貯湯槽の製造における接続口の増加は、製造工程のさらなる複雑化を招いて製造コストを増加させてしまう。しかし、上記構成であれば、製造工程を簡易化させて製造コストの低減を図ることが可能である。
【００１４】
これらのように、上記構成によれば、安定した温度の湯水を供給可能であって、製造コストの低減およびＣＯＰのさらなる向上を図ることが可能な貯湯式給湯装置を提供可能である。
【００１５】
上記の貯湯式給湯装置は、貯湯槽内に上下方向に配置された貯湯槽内の湯水の温度を検知する複数の貯湯センサと、湯水生成装置の動作を制御する制御部と、をさらに備え、制御部は、貯湯センサから受ける信号に基づいて、風呂追いだきに必要な高い温度の湯水の量である第１貯湯量と、給湯に使用可能な中程度の温度以上の湯水の量である第２貯湯量とを判断し、第１貯湯量または第２貯湯量が所定量未満となった場合に湯水生成装置を動作させるとよい。
【００１６】
上記構成によれば、湯水生成装置（ヒートポンプ）の炊き上げの回数を大幅に削減することができる。例えば従来は、高温水が少なくなったことのみを条件として炊き上げを行っていた。しかし本発明の構成ではまず、追いだきにも使用可能な「高温水」と、給湯に使用できない温度域である「中温水」の間の湯水を、給湯に使用可能な中程度の温度以上の「準高温水」と定義する。そして、この準高温水を中部接続口から給湯に利用することにあわせて、高温水の第１貯湯量だけでなく、準高温水と高温水をあわせた第２貯湯量も炊き上げの判断基準とする。これにより保持すべき高温水（第１貯湯量）を少なく設定することができ、炊き上げの回数を削減することができる。
【００１７】
上記の中部接続口は２重管であって、内側に風呂戻り配管を接続し、外側に第２出湯配管を接続しているとよい。例えば追いだきと給湯とを同時に行った場合、追いだき後の戻り湯水は、いったん貯湯槽内の湯水と混ざった後に第２出湯配管へ流入する。この構成であれば、浴水の温度によって温度が変動する戻り湯水であっても、第２出湯配管から出湯される際には温度を安定させることが可能である。
【００１８】
上記の貯湯槽は縦長の略円筒形状であって、中部接続口は、貯湯槽の円周方向に風呂戻り配管からの戻り湯水を流入させるとよい。この構成によれば、戻り湯水の貯湯槽内の上下方向への拡散を最小限に抑えることができる。したがって、貯湯槽内の温度変化を抑えて高温水の熱量損失および低温水の温度上昇によるＣＯＰ低下を防止することが可能である。
【００１９】
上記の貯湯式給湯装置は、風呂戻り配管を貯湯槽の下部へ分岐させる低温戻り配管と、風呂熱交換器の出口温度を検知する出口温度センサと、風呂熱交換器を通過した戻り湯水を風呂戻り配管および低温戻り配管に選択的に導く戻り湯水切換弁と、戻り湯水切換弁を制御することにより、風呂熱交換器の出口温度が中部接続口近傍の湯水の温度よりも所定値以下である場合に戻り湯水を低温戻り配管へ導く制御部と、をさらに備えるとよい。
【００２０】
追いだきであれば戻り湯水は準高温水または中温水であるが、沸かし直しの場合は風呂の水が冷え切っているため、始めのうちは戻り湯水の温度が常温に近い低温水になる。本出願では、中部接続口近傍の湯水よりも所定値以下（中温水未満）の温度帯の湯水を、「準給水」と定義する。このような準給水を貯湯槽の中部に戻すと、温度成層をくずしてしまうおそれがある。しかし上記構成によれば、準給水を判断して貯湯槽の下部に戻すことから、風呂熱交換器からの戻り湯水による貯湯槽内の温度変化をさらに抑えることが可能である。
【００２１】
上記の貯湯式給湯装置は、湯水生成装置で加熱された湯水を風呂戻り配管の湯水に混合させる戻り湯調温配管をさらに備えるとよい。この構成によれば、風呂熱交換器からの戻り湯水をあらかじめ貯湯槽の中部に適した温度、例えば給湯に使用可能な準高温水にまで上昇させてから、貯湯槽の中部に戻すことができる。これにより、貯湯槽中部に給湯温度より低い温度の湯水が増加することを防止することができる。また、さらに高めの温度にしてから戻すことにより、貯湯槽の中部に温度が低めの中温水が貯留していた場合にも、給湯に使用可能な準高温水へと温度上昇させることが可能である。
【００２２】
上記の貯湯式給湯装置は、湯水生成装置で加熱された湯水を風呂熱交換器の上流側に導く直接風呂加熱配管をさらに備えるとよい。これによれば、湯水生成装置から得られる熱量を、損失することなく迅速かつ効率的に使用することが可能である。
【００２３】
上記の貯湯式給湯装置は、風呂行き配管または風呂戻り配管に逆止弁を設けるとよい。これにより、風呂熱交換器の不使用時の自然対流を防止し、貯湯槽内からの不測の熱量損失を防ぐことが可能である。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、安定した温度の湯水を供給可能であって、製造コストの低減およびＣＯＰのさらなる向上を図ることが可能な貯湯式給湯装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】第１実施形態にかかる貯湯式給湯装置の構成を説明する図である。
【図２】図１の断面図である。
【図３】第２実施形態にかかる貯湯式給湯装置の構成を説明する図である。
【図４】第３実施形態にかかる貯湯式給湯装置の構成を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。
【００２７】
[第１実施形態]
図１は第１実施形態にかかる貯湯式給湯装置の構成を説明する図である。図１に示すように、貯湯式給湯装置（以下、給湯装置１００と称する）は、湯水生成装置の例としてのヒートポンプユニット１１０と、貯湯ユニット１３０から構成される。
【００２８】
ヒートポンプユニット１１０は、内部に自然冷媒である二酸化炭素（以下、熱媒体と称する）が循環しており、熱媒体の熱を用いて水または湯水を加熱する。またヒートポンプユニット１１０は、貯湯槽１３２の下部から低温水を抜き出し、加熱して生成した高温水を貯湯槽１３２の上部へと戻す。かかるヒートポンプユニット１１０は熱交換サイクルを利用しているため、省エネルギーおよび二酸化炭素排出量の削減が可能である。したがって、当該給湯装置１００を、従来の燃焼式給湯装置よりも環境負荷が低減された給湯装置とすることができる。
【００２９】
上述したように、本実施形態では熱媒体として自然冷媒である二酸化炭素を用いるため、ヒートポンプユニット１１０は、圧縮機１１４による圧縮過程と、凝縮器１１６による放熱過程の間に、熱媒体が超臨界状態となる超臨界サイクルを行う。超臨界サイクルは高圧で動作し、動作温度範囲内で相変化（気液変化）を行わないために、自由で幅の広い温度範囲と大きな熱搬送を設定することができる。また二酸化炭素は自然冷媒であるため、環境に対して無害である。したがって、環境への負荷を低減することが可能となる。
【００３０】
かかるヒートポンプユニット１１０は、蒸発器１１２と、圧縮機１１４と、凝縮器１１６と、膨張弁１１８とを含んで構成される。
【００３１】
蒸発器１１２は、ヒートポンプユニット１１０内を循環する熱媒体と外気との熱交換を行う。かかる蒸発器１１２は空気熱交換器とも呼ばれる。これにより、熱媒体は、外気（大気中）の熱を吸熱して蒸発し、水を加熱するための熱を得ることができる。
【００３２】
圧縮機１１４は、外気の熱を吸熱して蒸発した熱媒体を電力を利用して圧縮する。これにより、熱媒体は高圧状態となり高熱を発生し、この熱を用いて後述する凝縮器１１６において水を加熱することが可能となる。
【００３３】
凝縮器１１６は、後述する貯湯槽１３２から供給された水と熱交換してこれを加熱し、高温の湯水（高温水）を生成する。かかる凝縮器１１６は水熱交換器とも呼ばれる。凝縮器１１６は、圧縮機１１４により圧縮されて高温となった熱媒体と、貯湯槽１３２から供給された水との熱交換を行う。これにより、熱媒体の熱を用いて水を加熱し湯水を生成することができる。
【００３４】
膨張弁１１８は、凝縮器１１６において水と熱交換を行った後の熱媒体を減圧状態とし、膨張冷却する。これにより、かかる熱媒体が再度外気の熱を吸収することが可能となり、熱媒体を再利用することができる。
【００３５】
貯湯ユニット１３０は、ヒートポンプユニット１１０により生成された湯水を貯湯し、使用者が必要とするときに、風呂１２０や、台所、洗面所等の給湯設備（図示せず）に湯水を供給する。かかる貯湯ユニット１３０は、貯湯槽１３２や風呂１２０の追いだき用の風呂熱交換器１５０、制御部１４０および複数の配管を含んで構成される。
【００３６】
貯湯槽１３２は、ヒートポンプユニット１１０によって水または湯水を加熱して生成された湯水を貯留する。貯湯槽１３２に貯湯される湯水には温度成層が形成される。例えば、貯湯槽１３２内の湯水の温度は上方になるにつれ高温となる。詳細には、貯湯槽１３２の上部には高温水の層、中部には中程度の中温水の層が形成される。また高温水と中温水との間には高温水未満かつ中温水以上の温度の準高温水の層が形成される。そして、貯湯槽１３２の下部には給水配管１２２からの給水によって給水の層が形成される。
【００３７】
表１は、温度域による湯水の区分の表である。高温水は湯張り温度付近の湯水を追いだき可能な温度（例えば５０℃以上）の湯水として例示する。また中温水とは、給湯温度を４０℃程度として、給湯温度未満（例えば２０℃以上かつ４０℃未満）の湯水を想定して説明する。さらに、準高温水とは給湯温度以上かつ追いだき温度未満（例えば４０以上かつ５０℃未満）とする。またさらに、給水（加熱していないなりゆきの温度）は１５℃未満とする。準給水とは中部接続口近傍の湯水よりも所定値以下（中温水未満）の温度帯の湯水であり、給水温度以上かつ中温水未満（例えば１５℃以上かつ２０℃未満）である。なお、これらの温度はあくまで説明を容易にするための例示であって湯張り温度、給湯温度、給水温度、および季節または地域によって適宜設定する。
【００３８】
【表１】
2011257105.tif 000003
【００３９】
給水配管１２２は、貯湯槽１３２の下部に接続され、貯湯槽１３２内に補充用の水（給水）を供給する。給水配管１２２による給水の供給量は、貯湯槽１３２の湯水の消費量に従う。そして貯湯槽１３２下部の貯留された給水は、蓄熱配管１２４によってヒートポンプユニット１１０の凝縮器１１６を通り、貯湯槽１３２の上部に戻る。蓄熱配管１２４上には循環ポンプ１２６が設けられており、ヒートポンプユニット１１０を稼働させながら循環ポンプ１２６によって水または湯水を循環させることにより、貯湯槽１３２内に高温の湯水が蓄積される。
【００４０】
貯湯槽１３２内には、湯水の温度を検知する複数の貯湯センサ１３４ａ〜１３４ｄが備えられている。これら貯湯センサ１３４ａ〜１３４ｅは、貯湯槽１３２内の上下方向に配置されていて、配置された位置（高さ）の湯水の温度を検知する。このような貯湯センサ１３４ａ〜１３４ｄを備えることで、貯湯槽１３２内の各温度成層における湯水量を把握することが可能である。
【００４１】
制御部１４０は、不図示のＣＰＵ（Central Processing Unit）や、プログラムを記憶させているＲＯＭ（Read Only Memory）、プログラムを動作させるためのＲＡＭ（Random Access Memory）などから構成される。制御部１４０は、給湯装置１００全体の動作を制御する。例えば、出湯する際に貯湯槽１３２上部の高温の湯水と給水との混合比を設定して設定温度の適温の湯を出湯する。また同様に、各種のポンプの動作と停止、弁の開閉や開度調整を行う。
【００４２】
風呂熱交換器１５０は、風呂１２０の浴水を追いだきして加熱するための熱交換器である。かかる風呂熱交換器１５０は、貯湯槽１３２の上部より送出された高温水と、風呂１２０の浴水とを対向方向に流通させることによって熱交換を行い、浴水を加熱する。
【００４３】
風呂１２０の浴水は、循環配管１５２によって風呂１２０と風呂熱交換器１５０とを循環する。循環配管１５２上には循環ポンプ１５４が設けられている。循環ポンプ１５４は、風呂１２０の浴水を風呂熱交換器１５０へと送出し循環させる。
【００４４】
貯湯槽１３２と風呂熱交換器１５０との間における湯水の循環は、風呂行き配管１６０と風呂戻り配管１６２とによって行われる。風呂行き配管１６０は貯湯槽１３２の上部と風呂熱交換器１５０とに接続されていて、貯湯槽１３２上部の高温水を風呂熱交換器１５０へと送出する。一方、風呂戻り配管１６２は風呂熱交換器１５０と貯湯槽１３２の中部の後述する中部接続口１９０とに接続されていて、風呂熱交換器１５０を通過して温度が低下した湯水（戻り湯水）を貯湯槽１３２の中部へと送出する。
【００４５】
風呂行き配管１６０上には逆止弁１６４が設けられている。逆止弁１６４を備えることによって、風呂熱交換器１５０の不使用時の自然対流を防止し、貯湯槽１３２内からの不測の熱量損失を防ぐことが可能である。なお、逆止弁１６４は風呂戻り配管１６２上に設けてもよく、この構成によって上記熱量損失を防ぐことも可能である。
【００４６】
風呂戻り配管１６２上には追いだきポンプ１６６が設けられている。追いだきポンプ１６６は、当該給湯装置１００が風呂１２０の湯水の追いだきをする際に、貯湯槽１３２に貯湯された湯水を風呂熱交換器１５０に流通させる。
【００４７】
上述したように、風呂戻り配管１６２は貯湯槽１３２の中部に接続されていて、風呂熱交換器１５０を通過した戻り湯水は貯湯槽１３２の中部へと流入する。したがって当該給湯装置１００は、ヒートポンプユニット１１０の加熱対象である貯湯槽１３２下部の温度成層を低い温度に保つことができ、ヒートポンプユニット１１０のＣＯＰ低下防止を図ることが可能である。
【００４８】
しかし、追いだきであれば戻り湯水は準高温水または中温水であるが、沸かし直しの場合は風呂１２０の水が冷え切っているため、戻り湯水の温度が給水温度に近い準給水になる（表１参照）。一方、貯湯槽１３２の中部では、中部接続口１９０よりも下の高さまで中温水の層が形成されている可能性が高い。そのような状態で準給水を貯湯槽１３２の中部に戻すと、温度成層をくずしてしまうおそれがある。そこで、本実施形態では、風呂戻り配管１６２から分岐する低温戻り配管１７０を設け、戻り湯水の温度に応じて貯湯槽１３２の中部または下部に戻り湯水を選択的に導く操作を行っている。
【００４９】
図１に示すように、低温戻り配管１７０は、風呂戻り配管１６２上に設けられた戻り湯水切換弁１７２と貯湯槽１３２下部との間に接続されている。戻り湯水切換弁１７２は、風呂熱交換器１５０を通過した戻り湯水を風呂戻り配管１６２および低温戻り配管１７０に選択的に導く弁である。また、風呂熱交換器１５０の出口付近には、出口温度を検知する出口温度センサ１７４が設けられている。
【００５０】
そして、前述の制御部１４０は、戻り湯水切換弁１７２を制御することにより、風呂熱交換器１５０の出口温度が、風呂戻り配管１６２が接続する中部接続口１９０近傍の湯水の温度よりも所定値以下である場合に（すなわち、準給水である場合に）、戻り湯水を低温戻り配管１７０へ導く。この構成によれば、風呂熱交換器１５０からの戻り湯水による貯湯槽１３２内の温度成層の乱れをさらに抑えることが可能である。なお、浴水が温まってきて風呂熱交換器１５０の出口温度が所定値を超えた場合には（準給水から中温水になった場合には）、制御部１４０は戻り湯水を貯湯槽１３２中部へ導くように戻り湯水切換弁１７２を制御し、貯湯層下部の温度上昇を防止する。
【００５１】
貯湯槽１３２から外部への給湯は、第１出湯配管１８０と第２出湯配管１８２とを利用して行われる。第１出湯配管１８０は貯湯槽１３２の上部に接続され、貯湯槽１３２上部から高温水を混合弁１８４ａへ出湯する。一方、第２出湯配管１８２は貯湯槽１３２の中部の中部接続口１９０に接続され、貯湯槽１３２中部の湯水、例えば準高温水または中温水を混合弁１８４ａへ出湯する。第１出湯配管１８０および第２出湯配管１８２は、貯湯槽１３２にかかる給水圧を利用して湯水を混合弁１８４ａへと送り出させることができる。
【００５２】
混合弁１８４ａは開度を調節することができる。これにより、第１出湯配管１８０からの高温水と第２出湯配管１８２からの湯水とを混合する比を調整可能である。混合弁１８４ａにおいては、第２出湯配管１８２からの出湯を優先する。仮に中部接続口１９０における湯水の温度が出湯温度以上であれば（貯湯槽１３２中部の湯水が準高温水である場合には）、もっぱら第２出湯配管１８２から給湯する。中部接続口１９０における湯水の温度が出湯温度以下であれば（貯湯槽１３２中部の湯水が中温水である場合には）、第１出湯配管１８０の湯水と第２出湯配管１８２の湯水を混合して適温の湯水を生成する。
【００５３】
そして、混合弁１８４ａに接続する給湯配管１８６には、さらに混合弁１８４ｂが設けられて給水配管１２２が接続されている。これにより、第２出湯配管１８２から出る湯水より低い温度にも調節が可能である。このときにも、もっぱら第２出湯配管１８２から出湯することにより、準高温水または中温水を優先的に消費することができる。このようにして混合弁１８４ａおよび混合弁１８４ｂによって適温に調節された湯水は、外部の様々な給湯設備に供給可能である。また例えば、適温に調節した湯水を湯張り配管から風呂１２０へ出湯し、湯張りや差し湯を行うことも可能である。
【００５４】
当該給湯装置１００では、第２出湯配管１８２と風呂戻り配管１６２とは、貯湯槽１３２の中部に設置された中部接続口１９０に共に接続されている。この中部接続口１９０を通じて、風呂戻り配管１６２からの戻り湯水は貯湯槽１３２中部に貯留され、貯湯槽１３２中部の湯水は第２出湯配管１８２から出湯される。
【００５５】
図２は図１のＡ−Ａ断面図である。図１および図２に示すように、貯湯槽１３２は縦長の略円筒形状である。図２に示すように、本実施形態では中部接続口１９０を２重管としていて、内側に風呂戻り配管１６２を接続し、外側に第２出湯配管１８２を接続している。したがって、例えば追いだきと給湯とを同時に行った場合、追いだき後の戻り湯水は、いったん貯湯槽１３２内の湯水と混ざった後に第２出湯配管１８２へ流入する。この構成であれば、浴水の温度によって温度が変動する戻り湯水であっても、第２出湯配管１８２から出湯される際には温度を安定させることが可能である。
【００５６】
上記構成では、中部接続口１９０を風呂戻り配管１６２と第２出湯配管１８２とに共有させることで、貯湯槽１３２の製造に必要となる工程数を最小限に抑えている。通常、貯湯槽１３２は圧力容器であって、剛性の高いステンレス等で製作された密閉容器である。このため切削や穴あけ加工も容易ではない上、穴を設ければ厳重な水漏れ処理が必要になる。そのため、貯湯槽１３２の製造における接続口の増加は、製造工程のさらなる複雑化を招いて製造コストを増加させてしまう。しかし、上記構成であれば風呂戻り配管１６２と第２出湯配管１８２が１つの中部接続口１９０を共用するため、製造工程を簡易化させて製造コストの低減を図ることが可能である。
【００５７】
さらに本実施形態においては、図２に示すように、中部接続口１９０は、貯湯槽１３２の円周方向に風呂戻り配管１６２からの戻り湯水を流入可能となっている。仮に風呂戻り配管１６２を貯湯槽１３２の外壁に法線方向に接続すると、流入した戻り湯水は反対側の内壁に衝突して四方に拡散する。しかし本実施形態の構成によれば、風呂戻り配管１６２から流入した戻り湯水が貯湯槽１３２の内壁に沿って周回するため、戻り湯水の貯湯槽１３２内の上下方向への拡散を最小限に抑えることができる。したがって、貯湯槽１３２内の温度変化を抑えて高温水の熱量損失および低温水の温度上昇によるＣＯＰ低下を防止することが可能である。
【００５８】
なお中部接続口１９０は、中部接続口１９０よりも貯湯槽１３２内の上方に、事前に想定される一日の高温水使用量よりも多くの水量が貯湯できるような位置に設けるとよい。これにより、例えば中部接続口１９０付近にまで高温水が存在していてそこへ戻り温水を混合させたとしても、中部接続口１９０よりも上方には最低限の量の高温水が確保できる。したがって、炊き上げの回数を削減することができる。
【００５９】
再び図１を参照する。さらに本実施形態において制御部１４０は、貯湯センサ１３４ａ〜１３４ｅから受ける信号に基づいて、風呂追いだきに必要な高い温度の湯水の量である第１貯湯量（高温水の量）と、給湯に使用可能な中程度の温度以上の湯水の量である第２貯湯量（高温水と準高温水との合計量）とを判断して、第１貯湯量または第２貯湯量が所定量未満となった場合にヒートポンプユニット１１０を動作させる。これによれば、ヒートポンプユニット１１０の炊き上げの回数を大幅に削減することができる。
【００６０】
すなわち、従来は高温水のみを有効な熱源として考えていたため、高温水が少なくなったことのみを条件として炊き上げ（追加運転）を行っていた。しかし本発明の構成では、中部接続口１９０から第２出湯配管１８２を通じて準高温水を出湯し、給湯に利用する。したがって、高温水よりも温度の低い準高温水をも熱源として考えることができる。そこで制御部１４０は、高温水の貯湯量である第１貯湯量だけでなく、準高温水と高温水をあわせた第２貯湯量も炊き上げの判断基準とする。これにより保持すべき高温水（第１貯湯量）を少なく設定することができ、炊き上げの回数を削減することができる。
【００６１】
これらのように、当該給湯装置１００は第１出湯配管１８０からの湯水と第２出湯配管１８２からの湯水、および給水を混合して外部に給湯可能である。このとき上記構成では、風呂行き配管１６０と第１給湯配管１８６とは独立しており、また風呂戻り配管１６２と第２出湯配管１８２とは直接には接続されていない。そのため、追いだきと給湯とを同時に行ったとしても相互間の影響は少なく、安定した温度の湯水をそれぞれに供給することが可能である。また上記構成であれば、追いだき中であっても貯湯槽１３２内に発生した中温水を給湯に利用して積極的に消費することが可能である。したがって、ヒートポンプユニット１１０が中温水を加熱する機会をさらに減らしてＣＯＰ向上を図ることが可能である。
【００６２】
上記説明した如く、本実施形態にかかる構成によれば、安定した温度の湯水を供給可能であって、製造コストの低減およびＣＯＰのさらなる向上を図ることが可能である。
【００６３】
［第２実施形態］
本発明にかかる貯湯式給湯装置の第２実施形態について説明する。図３は第２実施形態にかかる貯湯式給送装置の構成を説明する図である。なお、第１実施形態と説明の重複する部分については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００６４】
第２実施形態にかかる貯湯式給湯装置（以下、給湯装置２００と称する）は、ヒートポンプユニット１１０で加熱された湯水を風呂戻り配管１６２の湯水に混合させる戻り湯調温配管２０２を備える点において、第１実施形態と異なる。図３に示すように、戻り湯調温配管２０２は、ヒートポンプユニット１１０と貯湯槽１３２の間に設けられた三方弁２０４ａと、風呂戻り配管１６２上に設けられた三方弁２０４ｂとに接続されている。
【００６５】
第２実施形態の構成によれば、風呂熱交換器１５０からの戻り湯水をあらかじめ貯湯槽１３２の中部に適した温度、例えば給湯に使用可能な準高温水にまで上昇させてから貯湯槽１３２の中部に戻すことができる。これにより、貯湯槽中部に給湯温度より低い温度の湯水が増加することを防止することができる。
【００６６】
また、さらに高めの温度にしてから戻すことにより、貯湯槽１３２の中部に温度が低めの中温水が貯留していた場合にも、給湯に使用可能な準高温水へと温度上昇させることが可能である。例えば、中部接続口１９０付近に中温水が多く存在する場合、戻り湯調温配管２０２を通じて高温水を貯湯槽１３２中部に加えて、中温水を準高温水にまで温度上昇させる。これにより、ヒートポンプユニット１１０が中温水を加熱する機会を減少させ、ＣＯＰ向上を図ることが可能である。
【００６７】
またさらに、ヒートポンプユニット１１０による夜間蓄熱開始時に、貯湯槽１３２の中部に温度が低めの中温水が貯留していた場合にも、風呂の追いだきや沸かし直しとは無関係に、中温水を給湯に使用可能な準高温水へと温度上昇させることが可能である。例えば、中部接続口１９０付近に中温水が多く存在する場合、ヒートポンプユニット１１０が炊き上げた高温水を戻り湯調温配管２０２を通じて貯湯槽１３２中部に加えて、貯湯槽１３２内の中温水を準高温水にまで温度上昇させる。これによっても、ヒートポンプユニット１１０が中温水を加熱する機会を減少させ、ＣＯＰ向上を図ることが可能である。
【００６８】
［第３実施形態］
本発明にかかる貯湯式給湯装置の第３実施形態について説明する。図４は第３実施形態にかかる貯湯式給湯装置の構成を説明する図である。なお、上記各実施形態と説明の重複する部分については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００６９】
第３実施形態にかかる貯湯式給湯装置（以下、給湯装置３００と称する）は、ヒートポンプユニット１１０で加熱された湯水を風呂熱交換器１５０の上流側に導く直接風呂加熱配管３０２を備える点において、上記各実施形態と異なる。図４に示すように、直接風呂加熱配管３０２は、ヒートポンプユニット１１０と貯湯槽１３２の間に設けられた三方弁２０４ａと、風呂行き配管１６０上の三方弁３０４とに接続されている。
【００７０】
第３実施形態の構成によれば、湯水生生成装置と風呂熱交換器１５０とが同時に稼動している場合、ヒートポンプユニット１１０から得られる熱量を、損失することなく迅速かつ効率的に使用することが可能である。したがって、給湯装置３００の省エネ化を促進することが可能である。
【００７１】
上記のいずれの構成によっても、風呂熱交換器１５０と外部への給湯とに、それぞれ安定した温度の湯水を供給可能である。そして、製造コストの低減およびＣＯＰのさらなる向上を図ることが可能な貯湯式給湯装置を提供することが可能である。
【００７２】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
本発明は、水を加熱して生成した湯水を貯湯し、貯湯した湯水を給湯設備に供給する貯湯式給湯装置に利用することができる。
【符号の説明】
【００７４】
１００、２００、３００  …給湯装置、１１０  …ヒートポンプユニット、１１２  …蒸発器、１１４  …圧縮機、１１６  …凝縮器、１１８  …膨張弁、１２０  …風呂、１２２  …給水配管、１２４  …蓄熱配管、１２６  …循環ポンプ、１３０  …貯湯ユニット、１３２  …貯湯槽、１３４ａ  …貯湯センサ、１４０  …制御部、１５０  …風呂熱交換器、１５２  …循環配管、１５４  …循環ポンプ、１６０  …風呂行き配管、１６２  …風呂戻り配管、１６４  …逆止弁、１６６  …追いだきポンプ、１７０  …低温戻り配管、１７２  …戻り湯水切換弁、１７４  …出口温度センサ、１８０  …第１出湯配管、１８２  …第２出湯配管、１８４ａ  …混合弁、１８４ｂ  …混合弁、１８６  …給湯配管、１９０  …中部接続口、２００  …給湯装置、２０２  …戻り湯調温配管、２０４ａ、２０４ｂ、３０４  …三方弁、３００  …給湯装置、３０２  …直接風呂加熱配管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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