(57)【要約】【課題】給湯システムをを効率よく運転する。【解決手段】床暖房パネル３０に高温の温水を供給するとともに、床暖房パネル３０から流出する温水を第２給湯用熱交換器４２に循環させて給湯水を加熱する。これにより、第２給湯用熱交換器４２にて放熱を終えて温度が低下した戻り温水の温度は、第２給湯用熱交換器４２に供給される水道水の温度程度まで低下するので、第２給湯用熱交換器４２から流出する戻り温水を貯湯タンク１０の下方側に戻しても、貯湯タンク１０下方側の低温水の温度が上昇してしまうことを防止できる。したがって、貯湯タンク１０下方側の低温水をヒートポンプユニット２０（高圧側熱交換器２２）にて低温水を加熱する際に、低温水と高温冷媒との温度差が小さくなってしまうことを防止できるので、ヒートポンプユニット２０から温水に与えることができる熱量が減少してしまうことを防止できる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
温水を保温貯蔵する貯湯タンク（１０）と、
加熱されて高温になった温水を前記貯湯タンク（１０）に供給する温水生成手段（２０）と、
前記貯湯タンク（１０）内の温水から熱の供給を受けて作動する第１受熱機器（３０）と、
前記第１受熱機器（３０）にて熱を与えて温度が低下した温水から熱の供給を受けて作動する第２受熱機器（４２）とを備えることを特徴とする給湯装置。
【請求項２】
前記貯湯タンク（１０）及び前記第１、２受熱機器（３０、４２）を繋ぐ温水回路は閉回路であり、かつ、この閉回路に封入された温水は防錆作用を有する流体であることを特徴とする請求項１に記載の給湯装置。
【請求項３】
前記温水生成手段（２０）は、前記貯湯タンク（１０）内の温水のうち下方側に位置する低温の温水を加熱し、加熱されて高温になった温水を前記貯湯タンク（１０）の上方側に戻し、
前記第１、２受熱機器（３０、４２）のうち少なくとも一方の受熱機器に熱を与えて温度が低下した戻り温水の温度が、前記低温の温水の温度より高いときに、前記貯湯タンク（１０）内のうち前記戻り温水の温度と略等しい温度の温水が溜まっている温度層に前記戻り温水を戻す温水戻し手段（５１、５２、６１、６２）を備えることを特徴とする請求項１又は２に給湯装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、給湯装置に関するもので、温水を用いた床暖房等の暖房及び台所や風呂に温水を供給する給湯を行う給湯装置に適用して有効である。
【０００２】
【従来の技術】
従来の温水を用いた暖房システムは、貯湯タンクの上方側から高温の温水を取り出し、この高温の温水を熱源として暖房を行った後、温度の低下した温水を貯湯タンクの下方側に戻すとともに、貯湯タンク内の低温の温水、つまり貯湯タンクの下方側に溜まった温水を加熱することにより、再び高温の温水を生成している（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開昭５９−７７２３３号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、貯湯タンクには、約８０℃〜９０℃程度の高温の温水が保温貯蔵されており、この高温の温水を用いて例えば床暖房を行うと、床暖房用熱交換器にて放熱を終えた戻り温水の温度は、約４０℃〜５０℃となり、この戻り水の温度は、通常、貯湯タンク内の低温の温水温度より高い。
【０００５】
このため、ヒートポンプユニット等の加熱装置の加熱温度と加熱対象である温水との温度が小さくなり、加熱装置から温水に与えることができる熱量が減少してしまう。
【０００６】
また、加熱装置としてヒートポンプ装置を用いると、図４からも明らかなように、ヒートポンプ装置の高圧側熱交換器から温水に与えることができる熱量が減少しても圧縮機の動力は同じであるため、ヒートポンプ装置の運転効率が低下してしまう。
【０００７】
本発明は、上記点に鑑み、第１には、従来と異なる新規な給湯装置を提供し、第２には、給湯装置を効率よく運転することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明では、温水を保温貯蔵する貯湯タンク（１０）と、加熱されて高温になった温水を貯湯タンク（１０）に供給する温水生成手段（２０）と、貯湯タンク（１０）内の温水から熱の供給を受けて作動する第１受熱機器（３０）と、第１受熱機器（３０）にて熱を与えて温度が低下した温水から熱の供給を受けて作動する第２受熱機器（４２）とを備えることを特徴とする。
【０００９】
これにより、貯湯タンク（１０）に戻る温水の温度を十分に低下させるることができるので、温水と温水生成手段（２０）との温度差が小さくなってしまうことを防止でき、温水生成手段（２０）から温水に与えることができる熱量が減少してしまうことを防止できる。
【００１０】
請求項２に記載の発明では、貯湯タンク（１０）及び第１、２受熱機器（３０、４２）を繋ぐ温水回路は閉回路であり、かつ、この閉回路に封入された温水は防錆作用を有する流体であることを特徴とするものである。
【００１１】
請求項３に記載の発明では、温水生成手段（２０）は、貯湯タンク（１０）内の温水のうち下方側に位置する低温の温水を加熱し、加熱されて高温になった温水を貯湯タンク（１０）の上方側に戻し、第１、２受熱機器（３０、４２）のうち少なくとも一方の受熱機器に熱を与えて温度が低下した戻り温水の温度が、低温の温水の温度より高いときに、貯湯タンク（１０）内のうち戻り温水の温度と略等しい温度の温水が溜まっている温度層に戻り温水を戻す温水戻し手段（５１、５２、６１、６２）を備えることを特徴とする。
【００１２】
これにより、貯湯タンク（１０）の下方側に溜まった低温の温水と温水生成手段（２０）との温度差が小さくなってしまうことを確実に防止できるので、温水生成手段（２０）から温水に与えることができる熱量が減少してしまうことを防止できる。
【００１３】
因みに、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
本実施形態は、本発明に係る給湯装置を家庭用の給湯装置に用いたもので、図１は本実施形態に係る給湯装置の模式図である。
【００１５】
この給湯装置は、温水を保温貯蔵する貯湯タンク１０、貯湯タンク１０内の温水のうち下方側に位置する低温の温水を加熱し、加熱されて高温になった温水を貯湯タンク１０の上方側に戻す温水生成手段をなすヒートポンプユニット２０、貯湯タンク１０内の温水を熱源として室内の暖房を行う床暖房パネル３０、及び貯湯タンク１０内の温水を熱源として給湯水を加熱する給湯用の第１、２熱交換器４１、４２等からなるものである。
【００１６】
そして、貯湯タンク１０、床暖房パネル３０及び第２給湯用熱交換器４２を繋ぐ温水回路Ｌ１、及び貯湯タンク１０及び第１給湯用熱交換器４１を繋ぐ温水回路Ｌ２は、共に温水を他から供給されることなく温水が何度も循環する閉回路となっており、かつ、これらの閉回路Ｌ１、Ｌ２には、防錆作用を有する流体が所定量封入されている。
【００１７】
なお、本実施形態では、防錆作用を有する流体、つまり温水としてエチレングリコール系の不凍液が混入された水を採用している。
【００１８】
また、床暖房パネル３０は、貯湯タンク１０の上方側から取り出された下方側に位置する温水より温度の高い高温水にて床を加熱することにより室内の暖房を行う第１受熱機器であり、第２給湯用熱交換器４２は、床暖房パネル３０にて熱を与えて温度が低下した温水から熱の供給を受けて給湯水を加熱する第２受熱機器であり、第１給湯用熱交換器４１は、貯湯タンク１０の上方側から取り出された高温水から熱の供給を受けて給湯水を加熱する熱交換器である。
【００１９】
なお、ポンプ１１〜１３は温水を循環させるもので、第１、２熱交換器４１、４２では、温水と給湯水とが対向流れで熱交換される。
【００２０】
また、ヒートポンプユニット２０は、冷媒を吸入圧縮する圧縮機２１、圧縮機２１から吐出した高温の冷媒と給湯用の温水とを熱交換する高圧側熱交換器２２、高圧側熱交換器２２から流出した冷媒を減圧する減圧器２３、及び減圧された低温の冷媒と外気とを熱交換する低圧側熱交換器２４を有し、低温側の熱を高温側に移動させる周知の蒸気圧縮式ヒートポンプ装置である。なお、高圧側熱交換器２２は、ポンプ２５により冷媒流れと温水流れとが対向流れとなるように構成されている。
【００２１】
なお、本実施形態では、冷媒として二酸化炭素を用いて高圧側冷媒圧力を冷媒の臨界圧力以上まで上昇させるとともに、かつ、減圧器２３は高圧側熱交換器２２を流出した冷媒温度に基づいてヒートポンプユニット２０の成績係数が所定値以上となるようにその開度を調節して高圧側冷媒圧力を制御している。
【００２２】
また、圧縮機２１の回転数は、高圧側熱交換器２２にて所望の熱量が発生するように制御される。具体的には、低圧側熱交換器２４から吸熱できる熱量が小さいときには回転数を上昇させ、吸熱できる熱量が大きいときには回転数を低下させる。
【００２３】
さらに、本実施形態では、高圧側熱交換器２２に流入する冷媒の温度を８０℃〜９０℃以上とするとともに、高圧側熱交換器２２と貯湯タンク１０との間で温水を循環させるポンプ１３の回転数、つまり高圧側熱交換器２２と貯湯タンク１０との間で循環させる温水流量を制御することにより、８０℃〜９０℃以上の高温の温水が貯湯タンク１０の上部に供給されるようにしている。
【００２４】
また、第１バルブ５１は第１給湯用熱交換器４１から流出する戻り温水を、貯湯タンク２１内のうち中間温度相当の温水が溜まっている中間高さ部に戻す場合と、低温水が溜まった貯湯タンク１０の下方側に戻す場合とを切り替える弁手段である。
【００２５】
温度センサ６１は第１給湯用熱交換器４１から流出する戻り温水の温度を検出する温度検出手段であり、第１バルブ５１は温度センサ６１の検出温度に基づいて制御される。
【００２６】
また、第２バルブ５２は床暖房パネル３０から流出する戻り温水を、貯湯タンク２１内のうち中間温度相当の温水が溜まっている中間高さ部に戻す場合と、低温水が溜まった貯湯タンク１０の下方側に戻す場合とを切り替える弁手段である。
【００２７】
温度センサ６２は床暖房パネル３０から流出する戻り温水の温度を検出する温度検出手段であり、第２バルブ５２は温度センサ６２の検出温度に基づいて制御される。
【００２８】
なお、本実施形態では、第１、２バルブ５１、５２及び温度センサ６１、６２等が特許請求の範囲に記載された「温水戻し手段」に相当する。
【００２９】
因みに、両戻り水が戻る貯湯タンク１０の位置は、戻り温水の温度と略等しい温度の温水が溜まっている温度層に対応する位置であり、本実施形態では、予め試験により確認された位置に戻すように、その予め戻り位置が固定されているが、本実施形態は、これに限定されるものではなく、例えば特願２００１−３８９３１０号出願のごとく、複数箇所の戻り位置を予め設定しておき、戻り温水の温度に応じて実際に戻す戻し位置を変更してもよい。
【００３０】
次に、本実施形態に係る給湯装置の特徴的作動及びその効果を述べる。
【００３１】
１．床暖房のみを行う場合
ポンプ１２を停止した状態でポンプ１１を稼動させて床暖房パネル３０に高温（例えば、９０℃）の温水を供給するとともに、床暖房パネル３０にて放熱を終えて温度が低下した戻り温水の温度が、貯湯タンク１０下方側に溜まった低温水の温度より高いとき、又は所定温度より高いには、第２バルブ５２を開いて、貯湯タンク１０内のうち戻り温水の温度と略等しい温度の温水が溜まっている中間温度層に戻り温水を戻す。
【００３２】
逆に、低下した戻り温水の温度が、貯湯タンク１０下方側に溜まった低温水の温度以下のとき、又は所定温度以下のときには、第２バルブ５２を閉じて戻り温水を低温水が溜まった貯湯タンク１０の下方側に戻す。
【００３３】
これにより、貯湯タンク１０下方側の低温水をヒートポンプユニット２０（高圧側熱交換器２２）にて低温水を加熱する際に、低温水と高温冷媒との温度差が小さくなってしまうことを防止できるので、ヒートポンプユニット２０から温水に与えることができる熱量が減少してしまうことを防止でき、ヒートポンプユニット２０、つまり給湯装置を効率よく運転することができる。
【００３４】
２．床暖房を行いながら給湯を行う場合
２．１  第１モード
ポンプ１１を稼動させて床暖房パネル３０に高温の温水を供給するとともに、床暖房パネル３０から流出する温水を第２給湯用熱交換器４２に循環させて給湯水を加熱する。
【００３５】
このとき、床暖房パネル３０に供給する温水温度が例えば約９０℃であるとすると、床暖房パネル３０から流出して第２給湯用熱交換器４２に流入する温水の温度は約５０℃となるので、この５０℃の温水にて給湯水を加熱すれば、約４０℃〜５０℃の給湯水を供給することができる。
【００３６】
したがって、第２給湯用熱交換器４２にて放熱を終えて温度が低下した戻り温水の温度は、第２給湯用熱交換器４２に供給される水道水の温度、つまり加熱される前の温度（例えば、９℃〜１７℃）程度まで低下するので、第２給湯用熱交換器４２から流出する戻り温水を貯湯タンク１０の下方側に戻しても、貯湯タンク１０下方側の低温水の温度が上昇してしまうことを防止できる。
【００３７】
延いては、貯湯タンク１０下方側の低温水をヒートポンプユニット２０（高圧側熱交換器２２）にて低温水を加熱する際に、低温水と高温冷媒との温度差が小さくなってしまうことを防止できるので、ヒートポンプユニット２０から温水に与えることができる熱量が減少してしまうことを防止でき、ヒートポンプユニット２０、つまり給湯装置を効率よく運転することができる。
【００３８】
２．２  第２モード
ところで、最終的にユーザに供給される給湯水の温度は、混合栓により冷水（水道水）と加熱された給湯水との混合比率を調節するにより決定され、かつ、混合栓に供給される給湯水の温度は、給湯装置から供給される高温の給湯水の流量を調節することにより、例えば所定温度に維持される。
【００３９】
しかし、給湯水の流量を小さくしてもユーザが求める給湯温度を得ることができないとき、又は第２給湯用熱交換器４２から流出する給湯水の温度が所定温度以下のときには、ポンプ１２を稼動させて第２給湯用熱交換器４２から流出した給湯水を第１給湯用熱交換器４１にて更に加熱してユーザが求める給湯温度の給湯水を供給する。
【００４０】
因みに、ポンプ１２は、温度センサ６３により検出された給湯水の温度がユーザが求める給湯温度又は所定温度となるように第１給湯用熱交換器４１に供給する高温水、つまり貯湯タンク１０の上方側から第１給湯用熱交換器４１に供給する温水の流量を調節する。
【００４１】
このとき、第１給湯用熱交換器４１にて放熱を終えて温度が低下した戻り温水の温度が、貯湯タンク１０下方側に溜まった低温水の温度より高いとき、又は所定温度より高いには、第１バルブ５１を開いて、貯湯タンク１０内のうち戻り温水の温度と略等しい温度の温水が溜まっている中間温度層に戻り温水を戻す。
【００４２】
逆に、低下した戻り温水の温度が、貯湯タンク１０下方側に溜まった低温水の温度以下のとき、又は所定温度以下のときには、第１バルブ５１を閉じて戻り温水を低温水が溜まった貯湯タンク１０の下方側に戻す。
【００４３】
３．給湯のみ行う場合
ポンプ１１を停止した状態でポンプ１２を稼動させて第２給湯用熱交換器４２から流出した給湯水を第１給湯用熱交換器４１にて加熱してユーザが求める給湯温度の給湯水を供給する。
【００４４】
なお、ポンプ１２及び第１バルブ５１の制御は、床暖房を行いながら給湯を行う場合の第２モードと同じである。
【００４５】
（第２実施形態）
本実施形態は、図２に示すように、温度センサ６２を廃止し、床暖房のみを行う場合には、床暖房パネル３０から流出する戻り温水の温度によらず、床暖房パネル３０から流出する戻り温水を中間温度層に戻り温水を戻すものである。
【００４６】
（第３実施形態）
本実施形態は、図３に示すように、温度センサ６１を廃止し、第１給湯用熱交換器４１にて給湯水を加熱する場合には、第１給湯用熱交換器４１から流出する戻り温水の温度によらず、床暖房パネル３０から流出する戻り温水を中間温度層に戻り温水を戻すものである。
【００４７】
（第４実施形態）
本実施形態は、図５に示すように第１給湯用熱交換器４１と第２給湯用熱交換器４２を並列に配置し、ユーザが求める給水温度をコントロールするものである。
【００４８】
（その他の実施形態）
上述の実施形態では、貯湯タンク１０内の温水から熱の供給を受けて作動する受熱機器として床暖房パネル３０を例に本発明を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、受熱機器として浴槽内の温水の保温、追い炊きや浴室乾燥機等としてもよく、その用途は限定されるものではない。
【００４９】
また、上述の実施形態では、温水生成手段としてヒートポンプユニット２０を用いたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えばシーズヒータや燃焼器等を温水生成手段として採用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る給湯装置の模式図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係る給湯装置の模式図である。
【図３】本発明の第３実施形態に係る給湯装置の模式図である。
【図４】ヒートポンプ装置のｐ−ｈ線図である。
【図５】本発明の第５実施形態に係る給湯装置の模式図である。
【符号の説明】
１０…貯湯タンク１、２０…ヒートポンプユニット、
３０…床暖房パネル、４１…第１給湯用熱交換器、
４２…第２給湯用熱交換器。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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