(57)【要約】【課題】風呂追い焚き等で貯湯槽の下部に中温水が流入すると、それによる温度上昇が起こり、沸き上げ時に加熱手段の効率が低下する。【解決手段】貯湯槽１と、前記貯湯槽１の水を加熱する加熱手段２と、前記貯湯槽１内を第一の領域９と第二の領域１０とに縦に仕切り、かつ上下が開放された隔壁１１と、前記貯湯槽上部に設けられた出湯口３と、前記貯湯槽１に貯えられた高温の湯を取り出し、その熱量を利用するための熱利用手段５と、前記熱利用手段５から前記貯湯槽１に熱利用後の湯を戻す前記貯湯槽１の第二の領域１０に臨んで設けられた流入口８とを設ける。【選択図】図１
2008196730.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
貯湯槽と、前記貯湯槽の水を加熱する加熱手段と、前記貯湯槽内を第一の領域と第二の領域とに縦に仕切り、かつ上下が開放された隔壁と、前記貯湯槽上部に設けられた出湯口と、前記貯湯槽に貯えられた高温の湯を取り出し、その熱量を利用するための熱利用手段と、前記熱利用手段から前記貯湯槽に熱利用後の湯を戻す前記貯湯槽の第二の領域に臨んで設けられた流入口とから構成された給湯装置。
【請求項２】
前記隔壁は、断熱機能を有する請求項１記載の給湯装置。
【請求項３】
前記加熱手段は、ヒートポンプサイクルを用いた請求項１または２記載の給湯装置。
【請求項４】
前記ヒートポンプサイクルは、圧力が臨界圧力以上となる超臨界冷媒回路であり、前記臨界圧力以上に昇圧された冷媒により水を加熱する構成とした請求項３記載の給湯装置。
【請求項５】
前記貯湯槽の前記第二の領域に臨んで設けられた前記流入口より上方に第二の出湯口を設けた構成とした請求項１〜４のいずれか一項記載の給湯装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、貯湯槽を有し、この貯湯槽内の湯の熱量を利用して風呂の追い焚きや床暖房などの機能を持つ給湯装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の給湯装置は、例えば図７のようなものがある。
【０００３】
図７に示すように、従来の給湯装置は、貯湯槽１０１と、この貯湯槽１０１の水を加熱するヒートポンプユニット１０２と、前記貯湯槽１０１上部に設けられた出湯口１０３と、前記貯湯槽１０１に貯えられた高温の湯を取り出し、その熱量を利用して浴槽１０４の湯を加熱するための熱交換器１０５と、給水口１０６およびヒートポンプ往き口１０７より上に設けられ、熱交換器１０５を通過した湯を貯湯槽１０１に戻す流入口１０８とから構成されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００４−１０１１３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前記従来の構成では、流入口１０８から上側の水温は中温水と混合して温度が上昇してしまうことに変わりはなく、流入口１０８の位置が低いと低温に保たれる水の量は少ないので、ヒートポンプユニット１０２で沸き上げる際の効率向上の効果は少ない。一方、低温の水を確保するために流入口１０８を高い位置にすると、高温の湯が比較的多く残っているときには高温の湯の温度を低下させてしまうという課題があった。
【０００５】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、貯湯槽内の中温水の増大を最小限とし、沸き上げにおける効率を損なわない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】
前記従来の課題を解決するために、本発明の給湯装置は、貯湯槽と、前記貯湯槽の水を加熱する加熱手段と、前記貯湯槽内を第一の領域と第二の領域とに縦に仕切り、かつ上下が開放された隔壁と、前記貯湯槽上部に設けられた出湯口と、前記貯湯槽に貯えられた高温の湯を取り出し、その熱量を利用してするための熱利用手段と、前記熱利用手段から前記貯湯槽に熱利用後の湯を戻す前記貯湯槽の第二の領域に臨んで設けられた流入口とから構成したものである。
【０００７】
これによって、流入口から流入した中温水は貯湯槽内の低温水と混合しつつ第二の領域にいったん留まるので、第一の領域内の低温水量は確保される。加熱手段による沸き上げが開始されると第二の領域の中温水は隔壁の下端から低流速の上昇水流となって貯湯槽の第一の領域を隔壁に沿って上方へ向かうので、貯湯槽下部の低温水との混合は少なく、貯湯槽全体として中温水の増加を最小限に抑えることが可能になる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の給湯装置は、熱利用手段から貯湯槽に戻る中温水を上下が開放された隔壁で縦に仕切られた貯湯槽内の第二の領域に流入させ、中温水の増大を第二の領域内に抑えることで第一の領域内の低温水を確保するとともに、加熱手段による沸き上げが開始されて第二の領域内の中温水が貯湯槽下部に下がってきた際には、隔壁の下端から第一の領域に移動する中温水が低流速の上昇水流を形成して混合による低温水の温度上昇を抑えるという作用を有するので、流入する中温水が貯湯槽下部にある低温水に対して及ぼす影響度合いを極力小さく抑え、加熱手段による沸き上げ時の効率を高く保つことができるという効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
第１の発明は、貯湯槽と、前記貯湯槽の水を加熱する加熱手段と、前記貯湯槽内を第一の領域と第二の領域とに縦に仕切り、かつ上下が開放された隔壁と、前記貯湯槽上部に設けられた出湯口と、前記貯湯槽に貯えられた高温の湯を取り出し、その熱量を利用するための熱利用手段と、前記熱利用手段から前記貯湯槽に熱利用後の湯を戻す前記貯湯槽の第二の領域に臨んで設けられた流入口とから構成するものである。
【００１０】
この構成により、熱利用手段から貯湯槽に戻る中温水を貯湯槽内の第二の領域に流入させ、中温水の増大を第二の領域内に抑えることで第一の領域内の低温水を確保するとともに、加熱手段による沸き上げが開始されて第二の領域内の中温水が貯湯槽下部に下がってきた際には、隔壁の下端から第一の領域に移動する中温水が低流速の上昇水流を形成して混合による低温水の温度上昇を抑えるという作用を有するので、流入する中温水が貯湯槽下部にある低温水に対して及ぼす影響度合いを極力小さく抑え、加熱手段による沸き上げ時の効率を高く保つことが可能になる。
【００１１】
第２の発明は、特に、第１の発明の隔壁が断熱機能を有することにより、貯湯槽の第一の領域と第二の領域の間の熱交換を抑制するので、第二の領域に貯えてある中温水の熱が低温水に移動しにくく、第一の領域内の低温水の温度上昇を抑制できる。
【００１２】
第３の発明は、特に、第１または第２の発明の加熱手段として、ヒートポンプサイクルを用いた構成とすることにより、沸き上げ前の水温が高くなるほど効率が低下するヒートポンプを用いた構成において、最も大きな効率低下抑制効果が得られる。
【００１３】
第４の発明は、特に、第３の発明のヒートポンプサイクルを圧力が臨界圧力以上となる超臨界冷媒回路とし、前記臨界圧力以上に昇圧された冷媒により水を加熱する構成としたことにより、沸き上げ温度を高温にできるので、利用できる熱量の増大と湯切れ防止性を向上することができる。
【００１４】
第５の発明は、特に、第１〜第４の発明のいずれか１つの発明の給湯装置の貯湯槽の第二の領域に臨んで設けられた流入口より上方に第二の出湯口を設けた構成とすることにより、第二の領域内の中温水を優先的に給湯に利用し、第二の領域に貯えられる中温水を増やすことで、第一の領域内の低温水の確保がよりしやすくなる。
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
（実施の形態１）
図１および図２は本発明の第１の実施の形態における給湯装置の構成を示す図である。
【００１６】
図１に示すように、本発明の第１の実施の形態における給湯装置は、貯湯槽１と、この貯湯槽１の水を加熱する加熱手段としてのヒートポンプユニット２と、貯湯槽１内を第一の領域９と第二の領域１０とに縦に仕切り、かつ上下が開放された隔壁１１と、貯湯槽１上部に設けられた出湯口３と、前記貯湯槽１に貯えられた高温の湯を取り出し、その熱量を利用して浴槽４の湯を加熱するための熱利用手段としての熱交換器５と、この熱交換器５から貯湯槽１に熱交換後の湯を戻すように貯湯槽１の第二の領域１０に臨んで設けられた流入口８を有する。
【００１７】
また、貯湯槽１には給水口６、沸き上げ時にヒートポンプユニット２に貯湯槽１内の湯を送り出すヒートポンプ往き口７、沸き上げた湯が戻るヒートポンプ戻り口１２および給湯口１３を設ける。
【００１８】
さらに、ヒートポンプユニット２に貯湯槽１内の湯を循環させる沸き上げ用循環ポンプ１４、風呂追い焚き時に貯湯槽１内の湯を循環させる風呂追い焚き用循環ポンプ１５、浴槽４の湯を循環させる風呂水循環ポンプ１６、給湯時に給湯口１３からの湯と給水管１７からの水を混合して所望の給湯設定温度の湯を給湯栓１８に供給する混合弁１９を設ける。
【００１９】
図２は貯湯槽１の構造を示す。図に示すように貯湯槽１は、隔壁１１により縦に仕切られ、第一の領域９と第二の領域１０が形成されている。隔壁１１の上下は開放されており、第一の領域９と第二の領域１０は上下で連通している。また、貯湯槽１の胴体には、隔壁１１の下端よりやや上側であって第二の領域１０に臨む位置に流入口８を設けている。さらに、第一の領域９は第二の領域１０よりも容積を大きくしてある。
【００２０】
以上のように構成された給湯装置について、以下その動作、作用を説明する。
【００２１】
沸き上げ動作を開始すると、沸き上げ用循環ポンプ１４により貯湯槽１内の水がヒートポンプ往き口７からヒートポンプユニット２に送出され、そこで加熱されて高温の湯がヒートポンプ戻り口１２から貯湯槽１に戻される。
【００２２】
沸き上げが完了すると、貯湯槽１内は高温の湯で満たされる。その後、給湯利用されると、給湯口１３から湯が供給され、混合弁１９で給水管１７からの水と混合し、所望の設定温度となって給湯栓１８から給湯される。また同時に、給湯された湯量に応じて給水口６から貯湯槽１に給水される。
【００２３】
図３により、貯湯槽１内に蓄えられている湯水の温度分布を説明する。図３（ａ）は給湯利用された後の貯湯槽１内の温度分布を示しているが、上部に高温の湯が残り、下部には給湯時に給水口６から供給された低温水が満たされ、それらの中間に、熱伝導と熱対流によってつくられる高温水と低温水との中間の温度となる中温水が存在する。
【００２４】
この状態で浴槽４（図示せず）の追い焚きを開始すると、風呂追い焚き用循環ポンプ１５（図示せず）と風呂水循環ポンプ１６（図示せず）が起動し、貯湯槽１上部の出湯口３から熱交換器５（図示せず）に高温水が送られ、浴槽４（図示せず）から送られてきた湯と熱交換して風呂水を加熱する。
【００２５】
熱交換器５（図示せず）を出た貯湯槽１からの湯は風呂水と同程度の中温水となって流入口８より貯湯槽１に戻り、概ね流入口より上側にある貯湯槽１の第二の領域１０内の低温水と混合する。
【００２６】
このときの状態を図3（ｂ）に示しており、追い焚きに利用された分だけ高温水が減少して第一の領域９では低温水が増え、中温水の位置は上がる。第二の領域１０は、隔壁１１の上部が開放されているので第一の領域９と同じように高温水が減少するが、中温水の位置より下では流入口８からの中温水が低温水と混合し、もともとあった低温水と流入した中温水との間の温度の水となる。
【００２７】
なお、熱交換器５（図示せず）からの中温水が流入口８よりも上側の水と混合するのは、中温水の低温水に対する浮力の作用である。
【００２８】
次に、図３（ｂ）の温度分布となった状態から再び沸き上げが開始された場合について図４を用いて説明する。
【００２９】
図４（ａ）に示すように、ヒートポンプ往き口７から貯湯槽１下部の低温水がヒートポンプユニット２（図示せず）で加熱され、ヒートポンプ戻り口１２を介して貯湯槽１上部に戻る。そのとき貯湯槽１内の湯が全体に押し下げられる結果、第二の領域１０にある中温水もそれにつれて下がってくる。
【００３０】
その後、中温水が隔壁１１の下端に達すると、第一の領域９内の低温水との密度差により、この中温水は矢印Ａのように隔壁１１の下端を回り込んで隔壁１１に沿って同等の温度の中温水のところまで上昇する。この間、第二の領域１０を出た中温水と第一の領域９内の低温水とは多少混合するが、この種の給湯装置における沸き上げ用循環ポンプ１４（図示せず）の流量は通常比較的小さく、故に隔壁１１の下端からの流速は非常に小さいので混合の度合いは少ない。
【００３１】
その結果、図４（ｂ）のように、第一の領域９の中温水は第二の領域１０から流れ出た分増加するが、第一の領域９の低温水はほぼそのまま確保され、ヒートポンプ往き口７からヒートポンプユニット２（図示せず）に送られる中温水は少なく抑えられるので、効率の低い中温水の沸き上げ運転が回避できる。
【００３２】
以上のように、中温水の増大を第二の領域１０内に抑えることで第一の領域９内の低温水を確保するとともに、ヒートポンプユニット２（図示せず）による沸き上げが開始されて第二の領域１０内の中温水が貯湯槽１下部に下がってきた際には、隔壁１１の下端から第一の領域９に移動する中温水が低流速の上昇水流を形成して混合による低温水の温度上昇を抑えるという作用を有するので、流入する中温水が貯湯槽１下部にある低温水に対して及ぼす影響度合いを極力小さく抑え、ヒートポンプユニット２（図示せず）による沸き上げ効率を高く保つことが可能になる。
【００３３】
なお、ヒートポンプユニット２（図示せず）の冷凍サイクルは冷媒として二酸化炭素を用い、臨界圧を越える圧力で運転することが好ましい。二酸化炭素を冷媒として用いることで沸き上げ温度を高温にできるので、利用できる熱量の増大と湯切れ防止性を向上することができる。
（実施の形態２）
図５は本発明の第２の実施の形態における給湯装置の構成を示す図である。
【００３４】
図５において、第一の実施の形態と異なる点として、貯湯槽１の第二の領域１０に臨んで流入口８より上方に第二の出湯口２０を設け、さらに、隔壁１１を、断熱性を有する発泡樹脂材料としている。また、給湯利用時に第二の出湯口２０と給湯口１３との二ヶ所からの湯を混合する第二の混合弁２１を設けている。なお、第二の混合弁２１の混合温度は、混合弁１９による所望の給湯設定温度よりも高めに設定されている。
【００３５】
以上のように構成された給湯装置について、以下、その動作、作用を説明する。
【００３６】
図６（ａ）は、風呂の追い焚きがおこなわれて第二の領域１０に中温水が満たされた状態を示しているが、この状態から給湯要求があると、第二の出湯口２０と給湯口１３の両方からの湯を使って給湯される。
【００３７】
第二の混合弁２１（図示せず）でその設定温度になった湯は、混合弁１９（図示せず）で給水と混合されて所望の給湯設定温度になる。第二の出湯口２０がない場合は、給湯口１３からの給湯で貯湯槽１内の湯は温度分布を保ったまま一様に上に押し上げられるだけであるが、第二の出湯口２０から湯を出すことによって、第二の領域１０の中温水はより早く使われ、図４（ｂ）に示すように、給水からの低温水で再び満たされる。したがって、再沸き上げ時に第一の実施の形態で説明した隔壁１１下端からの中温水の上昇水流が起こる機会が減り、より低温水が確保されやすくなる。
【００３８】
以上のように、本実施の形態においては、貯湯槽１の第二の領域１０に貯えられた中温水をより早く給湯で使うことにより排出してしまって貯湯槽１下部の低温水を加熱する作用を抑えることで、沸き上げ運転における効率低下をより効果的に抑制することができる。
【００３９】
なお、本実施の形態においては、隔壁１１は断熱性を持たせるために発泡樹脂材料の板としたが、金属板の間に空気層を設けて中空に構成したものなどでもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
以上のように、本発明にかかる給湯装置は、加熱手段が効率の良い条件で運転できるように貯湯槽の温度分布を意図する状態に近づけるので、前述した家庭用の給湯装置の貯湯槽に適用できるほか、熱源と貯湯槽を有するシステムにおいて業務用などの規模の大きい用途にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施の形態１における給湯装置の構成図
【図２】（ａ）は同貯湯槽の垂直段面図、（ｂ）は同貯湯槽の水平段面図
【図３】同中温水流入時の貯湯槽内温度分布を示した図
【図４】同再沸き上げ時の貯湯槽内温度分布を示した図
【図５】本発明の実施の形態２における給湯装置の構成図
【図６】同給湯時の貯湯槽内温度分布を示した図
【図７】従来の給湯装置の構成図
【符号の説明】
【００４２】
１    貯湯槽
２    ヒートポンプユニット（加熱手段）
３    出湯口
５    熱交換器（熱利用手段）
８    流入口
９    第一の領域
１０    第二の領域
１１    隔壁
２０    第二の出湯口
【図１】
2008196730.tif 000003
【図２】
2008196730.tif 000004
【図３】
2008196730.tif 000005
【図４】
2008196730.tif 000006
【図５】
2008196730.tif 000007
【図６】
2008196730.tif 000008
【図７】
2008196730.tif 000009