(57)【要約】【課題】温水の使用状況に応じて容易に貯湯容量を可変することのできる貯湯タンク７・９および貯湯式給湯機１を提供する。【解決手段】連通路８の流通を断続する第１開閉弁１３と、第１貯湯タンク７の下部に加熱前の冷水が流出入して冷媒水熱交換器３に冷水を流出する小容量時冷水流出入部７ｄと、小容量時冷水流出入部７ｄの流通を断続する第２開閉弁１４とを設けた。これにより、温水の使用状況に応じて容易に貯湯容量を可変できる貯湯タンク１ｂとなり、例えば温水の使用量が少ない場合、貯湯容量を小さく可変し、使用されずに貯湯タンク７・９に残り温度の下がった大量の温水をも再度所定温度まで加熱し直すという無駄なエネルギーが省け、加熱に使う電力量を下げられる。また、従来の貯湯温度の可変に加えて貯湯量も可変できることから、給湯できる温水の量の調整幅を広げることができる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱手段（３）によって加熱された温水を貯湯する複数の第１・第２貯湯タンク（７、９）と、
前記第１貯湯タンク（７）の上部に設けられ前記温水が流出入する温水流出入部（７ｂ、７ｃ）と、
前記第２貯湯タンク（９）の下部に設けられ加熱前の冷水が流出入して前記加熱手段（３）に前記冷水を流出する冷水流出入部（９ｂ）と、
前記第１貯湯タンク（７）の下部に設けられた下部流出入部（７ａ）と前記第２貯湯タンク（９）の上部に設けられた上部流出入部（９ａ）とを連通する連通路（８）にて構成された前記貯湯タンク（７、９）において、
前記連通路（８）の流通を断続する第１開閉手段（１３）と、前記第１貯湯タンク（７）の下部に加熱前の冷水が流出入して前記加熱手段（３）に前記冷水を流出する小容量時冷水流出入部（７ｄ）と、前記小容量時冷水流出入部（７ｄ）の流通を断続する第２開閉手段（１４）とを設け、
貯湯容量を大きくする場合には前記第１開閉手段（１３）を開いて前記第２開閉手段（１４）を閉じ、前記貯湯容量を小さくする場合には前記第１開閉手段（１３）を閉じて前記第２開閉手段（１４）を開くことを特徴とする貯湯タンク。
【請求項２】
加熱手段（３）によって加熱された温水を貯湯する貯湯タンク（７、９）内にエアバッグ（１５）を備え、前記エアバッグ（１５）への気体の注入量を可変して貯湯容量を可変することを特徴とする貯湯タンク。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の貯湯タンクを備えたことを特徴とする貯湯式給湯機。
【請求項４】
加熱手段（３）にヒートポンプシステム（１ａ）を用いたことを特徴とする請求項３に記載の貯湯式給湯機。
【請求項５】
前記ヒートポンプシステム（１ａ）に、二酸化炭素冷媒による超臨界ヒートポンプサイクルを用いたことを特徴とする請求項４に記載の貯湯式給湯機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、加熱手段によって加熱された温水を貯湯する貯湯タンク、およびそれを用いた貯湯式給湯機に関し、特に貯湯タンクの貯湯容量を可変するものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図４は、従来の貯湯タンク１ｂおよび貯湯式給湯機１の構成を示す模式図である。従来、ヒートポンプサイクル１ａを用いた貯湯式給湯機１で給湯を行なう場合、圧縮機２で高圧高温に圧縮加熱された冷媒をガスクーラ（冷媒水熱交換器）３で放熱し、この熱を利用して給湯水を高温に加熱している。そして、この高温水は貯湯タンク７・９に貯湯される。
【０００３】
貯湯タンク７・９は本例では２缶で構成されており、第１貯湯タンク７の下部に設けられた下部流出入部７ａと第２貯湯タンク９の上部に設けられた上部流出入部９ａとを連通する連通路８にて直列に構成されている。よって、両貯湯タンク７・９が高温水で満たされると沸き上げ完了となる。
【０００４】
そして、貯湯されていた高温水が第１貯湯タンク７の上部に設けられた温水流出部７ｃから出湯され、水道から給水される冷水と温調用混合弁１０にて混合し、所定の温度の温水に調節して給湯している。尚、図４中の符号は、後述する本発明の実施形態に付した符号と対応するものである。
【０００５】
従って、給湯できる温水の量は、貯湯温度と貯湯量とによって決められる。無駄なエネルギーを省く手段として、温水の使用量が少ない場合など、貯湯温度を下げることにより加熱に使う電力量を下げることができる。また、貯湯量を変える従来技術として、特許文献１には、温水ボイラ（加熱手段と貯湯手段とを組み合わせたもの）を複数台備え、給湯負荷に応じて運転台数を切り替えるものが示されている。また、特許文献２には、主となる貯湯タンクに補助貯湯タンクを必要に応じた個数だけ接続して連通させることにより、貯湯タンクの容量を増減するものが示されている。
【０００６】
【特許文献１】
特公昭６２−３２３８２号公報
【０００７】
【特許文献２】
実公平２−２５０７９号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、省エネルギーの手段として、上記従来の貯湯温度を下げる方法では、下げる温度にも限界があり、この方法だけでは調節できない領域が発生してくる。そこで、貯湯量を変える手段の併用を考えることとなるが、上記特許文献１の温水ボイラを複数台備える方法は、アパートやマンション等の集合住宅のように、大量の給湯を必要とする給湯装置には好適であるが、家庭用等の比較的小型の給湯器では装置が大型化してコストが高くなるという問題があり、適用が難しい。
【０００９】
また、上記特許文献２の給湯タンクを継ぎ足す方法は、もともと多種類の容量の異なる貯湯タンクを作るうえでコスト低減の手段として考案されたものであり、設置された給湯器に対し温水の使用状況に応じて補助給湯タンクを着脱することは、現実的には難しいという問題がある。
【００１０】
本発明は、上記の問題に鑑みて成されたものであり、その目的は、温水の使用状況に応じて容易に貯湯容量を可変することのできる貯湯タンクおよび貯湯式給湯機を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明では以下の技術的手段を採用する。請求項１記載の発明では、加熱手段（３）によって加熱された温水を貯湯する複数の第１・第２貯湯タンク（７、９）と、第１貯湯タンク（７）の上部に設けられ温水が流出入する温水流出入部（７ｂ、７ｃ）と、第２貯湯タンク（９）の下部に設けられ加熱前の冷水が流出入して加熱手段（３）に冷水を流出する冷水流出入部（９ｂ）と、第１貯湯タンク（７）の下部に設けられた下部流出入部（７ａ）と第２貯湯タンク（９）の上部に設けられた上部流出入部（９ａ）とを連通する連通路（８）にて構成された貯湯タンク（７、９）において、
連通路（８）の流通を断続する第１開閉手段（１３）と、第１貯湯タンク（７）の下部に加熱前の冷水が流出入して加熱手段（３）に冷水を流出する小容量時冷水流出入部（７ｄ）と、小容量時冷水流出入部（７ｄ）の流通を断続する第２開閉手段（１４）とを設け、貯湯容量を大きくする場合には第１開閉手段（１３）を開いて第２開閉手段（１４）を閉じ、貯湯容量を小さくする場合には第１開閉手段（１３）を閉じて第２開閉手段（１４）を開くことを特徴とする。
【００１２】
これにより、温水の使用状況に応じて容易に貯湯容量を可変することのできる貯湯タンクとなり、例えば温水の使用量が少ない場合など貯湯容量を小さく可変することにより、使用されないで貯湯タンク（７、９）に残り温度の下がった大量の温水をも再度所定温度まで加熱し直すという無駄なエネルギーを省くことができることから、加熱に使う電力量を下げることができる。また、従来の貯湯温度の可変に加えて貯湯量も可変できることから、給湯できる温水の量の調整幅を広げることができる。
【００１３】
請求項２記載の発明では、貯湯タンク（７、９）内にエアバッグ（１５）を備え、エアバッグ（１５）への気体の注入量を可変して貯湯容量を可変することを特徴とする。これによっても、温水の使用状況に応じて容易に貯湯容量を可変することのできる貯湯タンクとなる。
【００１４】
請求項３記載の発明では、貯湯式給湯機として請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の貯湯タンクを備えたことを特徴とする。これにより、温水の使用量が少ない場合など貯湯容量を小さく可変することにより、使用されないで貯湯タンク（７、９）に残り温度の下がった大量の温水を、所定温度まで加熱し直すという無駄なエネルギーを省くことのできる貯湯式給湯機となる。
【００１５】
請求項４記載の発明では、加熱手段（３）にヒートポンプシステム（１ａ）を用いたことを特徴とし、請求項５記載の発明では、ヒートポンプシステム（１ａ）に、二酸化炭素冷媒による超臨界ヒートポンプサイクルを用いたことを特徴とする。これは、本発明がヒートポンプサイクル、特に二酸化炭素冷媒による超臨界ヒートポンプサイクルを用いた貯湯式給湯機に好適なことによる。尚、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。
【００１６】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
次に、本発明の貯湯タンクおよび貯湯式給湯機を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の第１実施形態における貯湯タンク１ｂおよび貯湯式給湯機１の構成を示す模式図である。本実施形態での貯湯式給湯機１は、超臨界ヒートポンプサイクルを用いて給湯用水を高温（本実施形態では約９０℃）に加熱すると共に、その加熱した高温水を貯湯タンク７・９に貯湯すると共に、貯湯されていた高温水と給水される冷水とを温調用混合弁１０にて混合し、所望する温度の温水にして給湯している。
【００１７】
尚、超臨界ヒートポンプサイクル（以下、ヒートポンプと略す）とは、高圧側の冷媒圧力が冷媒の臨界圧力以上となるヒートポンプサイクルを言い、本実施形態では二酸化炭素（ＣＯ２）を冷媒とするヒートポンプサイクルである。貯湯式給湯機１は大きく分けて、主に後述する冷凍サイクル機器が収納されたヒートポンプシステムとしての冷凍サイクルユニット１ａと、主に貯湯タンク７・９が収納されたタンクユニット１ｂとよりなる。
【００１８】
また、冷凍サイクルユニット１ａ内は、大きく分けてヒートポンプサイクル等の冷媒回路Ｒと、給湯関係の給湯水加熱回路Ｋとで構成されている。まず、ヒートポンプサイクルの冷媒回路Ｒは、冷媒を圧縮する圧縮機２と、給湯用水の加熱手段である冷媒水熱交換器（ガスクーラ）３と、減圧手段である減圧弁４と、大気から吸熱するための冷媒空気熱交換器５とを環状に接続して構成され、冷媒として臨界温度の低い二酸化炭素（ＣＯ２）が封入されている。
【００１９】
圧縮機２は、内蔵する駆動モータと、吸引したガス冷媒を臨界圧力以上の高圧にまで昇圧して吐出する高圧圧縮部とで構成しており、これらが密閉容器内に収納されている。冷媒水熱交換器３は、高圧圧縮部で昇圧された高温高圧のガス冷媒と給湯用水とを熱交換して給湯用水を加熱するもので、高圧冷媒通路３ａに隣接して給湯水通路３ｂが設けられ、その高圧冷媒通路３ａを流れる冷媒の流れ方向と給湯水通路３ｂを流れる給湯用水の流れ方向とが対向するように構成されている。
【００２０】
減圧弁４は、冷媒水熱交換器３と冷媒空気熱交換器５との間に設けられ、冷媒水熱交換器３で冷却された冷媒を高圧から低圧まで減圧して冷媒空気熱交換器５に供給する。また、この減圧弁４は、弁開度を電気的に調整可能な構成を有し、図示しない制御装置により通電制御される。冷媒空気熱交換器５は、図示しない送風ファンによる送風を受けて、減圧弁４で減圧された冷媒を大気との熱交換によって蒸発させ、ガスとなった冷媒は先の圧縮機２に吸引される。
【００２１】
次に、給湯関係の給湯水加熱回路Ｋは、給湯用水の加熱手段である上記冷媒水熱交換器３の給湯水通路３ｂと、給湯用水を循環させる給湯水循環ポンプ６と、給湯用水を貯留する貯湯タンク７・９とを環状に接続して構成される。貯湯タンク７・９は、第１貯湯タンク７の下部に設けられた下部流出入部７ａと第２貯湯タンク９の上部に設けられた上部流出入部９ａとを連通する連通路８にて直列に構成されている。
【００２２】
そして、給湯水循環ポンプ６は、図１に示すように、通常は第２貯湯タンク９内の下部に設けられた冷水流出入部９ｂから冷水を冷媒水熱交換器３の給湯水通路３ｂを通し、第１貯湯タンク７の上部に設けられた温水流入部７ｂから還流する様に水流を発生させる。この給湯水循環ポンプ６は、内蔵するモータ（図示しない）の回転数に応じて流水量を調節することができる。
【００２３】
貯湯タンク７・９は、耐蝕性に優れた金属製（例えばステンレス製）で断熱構造を有し、高温の給湯用水を長時間に渡って保温することができる。そして、貯湯タンク７・９に貯留された高温の給湯用水は、出湯時に温調用混合弁１０で水道からの冷水と混合して所定温度調節した後、主に台所や風呂等に給湯して使用される。尚、図１中の１１はエアー抜きを行なうための逃がし弁、図１中の１２は水道から給水される冷水の圧力を下げるための減圧弁である。
【００２４】
次に、本発明の要部に関する構成を説明する。両貯湯タンク７・９間の上記した連通路８の流通を断続する第１開閉手段としての第１開閉弁１３を設けている。また、第１貯湯タンク７の下部に加熱前の冷水が流出入して上記冷媒水熱交換器３に冷水を流出する小容量時冷水流出入部７ｄと、その小容量時冷水流出入部７ｄの流通を断続する第２開閉手段としての第２開閉弁１４とを設けている。
【００２５】
この構成において、貯湯容量を大きくする場合には第１開閉弁１３を開いて第２開閉弁１４を閉じることにより、両貯湯タンク７・９は従来と同様に連通路８を介して直列となり、貯湯容量が大きくなる。また、貯湯容量を小さくする場合には第１開閉弁１３を閉じて第２開閉弁１４を開くことにより、第２貯湯タンク９は給湯水加熱回路Ｋから切り離され、第１貯湯タンク７だけで下部に設けた小容量時冷水流出入部７ｄから冷水を流出して循環することから貯湯容量が略半分に小さくできる。
【００２６】
次に、本実施形態での特徴を述べる。上記のように、連通路８の流通を断続する第１開閉弁１３と、第１貯湯タンク７の下部に加熱前の冷水が流出入して冷媒水熱交換器３に冷水を流出する小容量時冷水流出入部７ｄと、小容量時冷水流出入部７ｄの流通を断続する第２開閉弁１４とを設け、貯湯容量を大きくする場合には第１開閉弁１３を開いて第２開閉弁１４を閉じ、貯湯容量を小さくする場合には第１開閉弁１３を閉じて第２開閉弁１４を開くようにしている。
【００２７】
これにより、温水の使用状況に応じて容易に貯湯容量を可変することのできる貯湯タンク１ｂとなり、貯湯式給湯機としてこの貯湯タンク１ｂを備えることにより、例えば温水の使用量が少ない場合など貯湯容量を小さく可変することにより、使用されないで両貯湯タンク７・９に残り温度の下がった大量の温水をも再度所定温度まで加熱し直すという無駄なエネルギーを省くことができることから、加熱に使う電力量を下げることができる。
【００２８】
また、従来の貯湯温度の可変に加えて貯湯量も可変できることから、給湯できる温水の量の調整幅を広げることができる。また、加熱手段に二酸化炭素冷媒による超臨界ヒートポンプサイクルを用いている。これは、本発明がヒートポンプサイクル、特に二酸化炭素冷媒による超臨界ヒートポンプサイクルを用いた貯湯式給湯機に好適なことによる。
【００２９】
（第２実施形態）
図２は、本発明の第２実施形態における貯湯タンク７の構成を示す模式図である。これは、貯湯タンク７内にエアバッグ１５を備え、このエアバッグ１５への気体の注入量を可変して貯湯容量を可変するものである。エアバッグ１５は耐熱性と防水性のある合成樹脂繊維製の袋等で、必要に応じ圧縮空気のボンベ等から気体を注入したり排出したりして貯湯容量を可変する。
【００３０】
これによっても、温水の使用状況に応じて容易に貯湯容量を可変することのできる貯湯タンクとなる。尚、エアバッグ１５を小分けして、気体を注入するエアバックの個数を可変して貯湯容量を可変するようにしても良いし、図３に示すように、第１実施形態の構成と組み合わせても良い。尚、図２・図３中の説明を省略した符号は、第１実施形態と同様である。
【００３１】
（その他の実施形態）
上述の第１・第２実施形態では、複数の貯湯タンクとして最小の第１・第２貯湯タンク７・９の２缶で構成しているが、本発明はこれに限るものではなく、３缶以上の貯湯タンクを直列に連ねると共に、各タンク間の連通路に開閉弁と、各タンクの下部に冷水流出入部と開閉弁とを設けて構成しても良い。
【００３２】
また、上述の実施形態では、給湯用水を加熱する冷凍サイクルに二酸化炭素（ＣＯ２）冷媒を用いた超臨界ヒートポンプサイクルを適用しているが、エチレン、エタン、酸化窒素等の冷媒を用いても良いし、従来一般的なフロン冷媒等による冷媒圧縮式冷凍サイクルに適用しても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態における貯湯タンクおよび貯湯式給湯機の構成を示す模式図である。
【図２】本発明の第２実施形態における貯湯タンクの構成を示す模式図である。
【図３】本発明のその他の実施形態における貯湯タンクの構成を示す模式図である。
【図４】従来の貯湯タンクおよび貯湯式給湯機の構成を示す模式図である。
【符号の説明】
１ａ  冷凍サイクルユニット（ヒートポンプシステム）
３  冷媒水熱交換器（加熱手段）
７  第１貯湯タンク
７ａ  下部流出入部
７ｂ  温水流入部（温水流出入部）
７ｃ  温水流出部（温水流出入部）
７ｄ  小容量時冷水流出入部
８  連通路
９  第２貯湯タンク
９ａ  上部流出入部
９ｂ  冷水流出入部
１３  第１開閉弁（第１開閉手段）
１４  第２開閉弁（第２開閉手段）
１５  エアバッグ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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