(57)【要約】【課題】貯湯タンク下部のぬるま湯の形成を防止し、かつ、沸き上げ時の加熱効率の低下を防止することができる貯湯式給湯器を提供すること。【解決手段】下部から給水され上部から出湯される貯湯タンク２と、貯湯タンク２の貯湯水を加熱させる加熱手段１４と、貯湯タンク２の上部から取り出した貯湯水を貯湯タンク２に戻すタンク循環回路７と、タンク循環回路７を循環する貯湯水と外部熱負荷８との間で熱交換を行なう熱交換器９と、熱交換器９の出口温度を検出する温度検出手段１８ｂ，１８ｄ等とを備えた貯湯式給湯器であって、タンク循環回路７に循環流量を調整する循環流量調整手段１１を設け、タンク循環回路７の循環流量を調整して貯湯タンク２に戻す貯湯水の温度を可変とし、この温度を所定温度より低くすると共に、貯湯水を貯湯タンク２に戻す位置を貯湯タンクの下方にした。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
下部から給水され上部から出湯される貯湯タンクと、該貯湯タンクの貯湯水を加熱する加熱手段と、前記貯湯タンクの上部から取り出した貯湯水を該貯湯タンクに戻すタンク循環回路と、前記タンク循環回路を循環する貯湯水と外部熱負荷との間で熱交換を行なう熱交換器と、該熱交換器の出口温度を検出する温度検出手段等とを備えた貯湯式給湯器において、
前記タンク循環回路に循環流量を調整する循環流量調整手段を設け、該タンク循環回路の循環流量を調整して前記貯湯タンクに戻す貯湯水の温度を可変とし、該温度を所定温度より低くすると共に、前記貯湯水を貯湯タンクに戻す位置を前記貯湯タンクの下方にしたことを特徴とする貯湯式給湯器。
【請求項２】
加熱手段にヒートポンプサイクルを用い、加熱された貯湯水を貯湯タンク上部に蓄えて該貯湯タンク下部より戻すヒートポンプ方式とし、所定温度を６０℃としたことを特徴とする請求項１記載の貯湯式給湯器。
【請求項３】
下部から給水され上部から出湯される貯湯タンクと、該貯湯タンクの貯湯水を加熱する加熱手段と、前記貯湯タンクの上部から取り出した貯湯水を該貯湯タンクに戻すタンク循環回路と、前記タンク循環回路を循環する貯湯水と外部熱負荷との間で熱交換を行なう熱交換器と、該熱交換器の出口温度を検出する温度検出手段等とを備えた貯湯式給湯器において、
前記タンク循環回路の貯湯水を前記貯湯タンクに戻す戻し経路を複数設けてそのいずれかに切り替える流路切換手段を設け、外部熱負荷に応じて前記流路切換手段を切り替えるようにしたことを特徴とする貯湯式給湯器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、貯湯タンクの外部で、貯湯水と外部熱負荷との間で熱交換する貯湯式給湯器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の浴槽追焚き機能を備えた貯湯式給湯器においては、浴槽の追焚き時に、循環ポンプを運転して貯湯タンクの上部より循環回路に高温水を取り出し、風呂用熱交換器で浴槽水と熱交換させ、温度の低くなった中温水を貯湯タンクの下部に戻すことで浴槽水の追焚きを行っている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−１０８２９２号公報（第４頁、図１）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような従来の構成では、循環回路を流れる高温水の流量調整は行われておらず、循環ポンプの循環能力と配管抵抗などによって一義的に循環流量が決定されてしまう。このため、浴槽水の追焚き能力は高くできるものの、風呂用熱交換器を通過して浴槽に戻る湯の温度をコントロールすることができない。この結果、タンク循環回路から貯湯タンクへの戻り温度が高くなり、蛇口等で湯が給湯されて貯湯タンク下部に供給された水と混ざり、貯湯タンクの下部に中途半端なぬるま湯が形成され、タンク循環回路からの戻り温度が高いにもかかわらず、湯として使用できないという問題があった。
【０００５】
また、加熱手段として発熱体の代わりにヒートポンプサイクルを用いた室外機を利用して、貯湯タンクの下部より水を取り出し、室外機にて湯を作り、貯湯タンクの上部に沸き上げた湯を順次貯めていくように沸き上げを行なうヒートポンプ給湯器においては、風呂用熱交換器から貯湯タンクヘ戻される湯の温度が高いと、ヒートポンプ沸き上げ時の加熱効率（成績係数）が低下してしまうという問題がある。なお、ここでいう加熱効率とは、沸き上げ能力を消費電力で割ったものをさす。
【０００６】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、貯湯タンク下部のぬるま湯の形成を防止し、かつ、ヒートポンプサイクルを用いた加熱方式においては、沸き上げ時の加熱効率（成績係数）の低下を防止できる貯湯式給湯器を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、下部から給水され上部から出湯される貯湯タンクと、貯湯タンクの貯湯水を加熱する加熱手段と、貯湯タンクの上部から取り出した貯湯水を貯湯タンクに戻すタンク循環回路と、タンク循環回路を循環する貯湯水と外部熱負荷との間で熱交換を行なう熱交換器と、熱交換器の出口温度を検出する温度検出手段等とを備えた貯湯式給湯器であって、タンク循環回路に循環流量を調整する循環流量調整手段を設け、タンク循環回路の循環流量を調整して貯湯タンクに戻す貯湯水の温度を可変とし、温度を所定温度より低くすると共に、貯湯水を貯湯タンクに戻す位置を貯湯タンクの下方にしたものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
［実施の形態１］
図１は本発明の実施の形態１に係るヒートポンプ給湯器の構成図、図２はヒートポンプ本体の構成図である。図１において、給湯本体１内に貯湯タンク２が配設され、この貯湯タンク２の下部には給水管３が接続されて給水管３には減圧弁４が設けられ、また、貯湯タンク２の上部には給湯管５が接続されて給湯管５には逃がし弁６が設けられている。貯湯タンク２の上下部にはタンク循環回路７が接続されており、タンク循環回路７は、貯湯タンク２内に貯湯された湯と外部熱負荷である浴槽８内の湯とを熱交換する風呂用熱交換器９と、貯湯タンク２内の湯をタンク循環回路７に循環させる循環ポンプ１０と、タンク循環回路７を通る湯の循環流量を調整する循環流量調整弁１１とによって構成されている。
浴槽８には風呂用熱交換器９の二次側である浴槽水循環回路１２が接続され、浴槽水循環回路１２には浴槽水を循環させる循環ポンプ１３が設けられている。ヒートポンプ本体１４（後述する）には加熱循環回路１５が接続され、この加熱回路１５は貯湯タンク２の上下部と接続されており、加熱循環回路１５には循環ポンプ１６が設けられている。
【０００９】
貯湯タンク２内の残湯温度は、温度センサ１７ａ，１７ｂで検出する。また、風呂用熱交換器９への貯湯水の入口温度は貯湯水入口温度センサ１８ａで検出し、風呂用熱交換器９からの貯湯水の出口温度は貯湯水出口温度センサ１８ｂで検出し、風呂用熱交換器９への浴槽水の入口温度は浴槽水入口温度センサ１８ｃで検出し、風呂用熱交換器９の浴槽水の出口温度は浴槽水出口温度センサ１８ｄで検出する。さらに、ヒートポンプ本体１４の加熱動作を停止するために、温度センサ１９で入水温度を検出する。
そして、制御部２０で、各温度センサ１７，１７ａ，１７ｂ，１８ａ〜１８ｄの検出値を読込み、操作部２１の設定に基づいて、各循環ポンプ１０，１３，１６、及び循環流量調整弁１１を制御する。
ここで、循環流量調整弁１１を絞り、貯湯水のタンク循環回路７における循環量を少なくして、貯湯タンク２への戻り温度を所定温度（例えば６０℃）以下とし、貯湯タンク２下方に戻す。
【００１０】
図２において、ヒートポンプ本体１４は、圧縮機２２、圧縮機２２より吐出された高圧ガス冷媒と給湯用の水を熱交換する貯湯用熱交換器２３、膨脹弁２４、室外熱交換器２５、アキュームレータ２６、室外熱交換器２５に吸熱するために取り付けられたファン２７、及び貯湯タンク２の上下部とヒートポンプ本体１４とを接続する加熱循環回路１５によって構成されている。そして、貯湯用熱交換器２３の出口温度を、沸き上げ温度センサ２８で検出する。
【００１１】
次に、本実施の形態１における貯湯式給湯器の動作について説明する。まず、給水管３から給水された水は減圧弁４で所定圧に減圧され、貯湯タンク２に給水される。ここで、貯湯タンク２は常に満水状態となっている。貯湯タンク２内の水は循環ポンプ１６の運転により、貯湯タンク２の下部から加熱循環回路１５に取り出されてヒートポンプ本体１４の貯湯用熱交換器２３に導かれ、貯湯用熱交換器２３で熱交換されて加熱昇温され、貯湯タンク２の上部に戻される。そして、加熱循環回路１５を流れる流量は、沸き上げ温度センサ２８が操作部２１で設定された温度（例えば９０℃）になるように、循環ポンプ１６で調整される。これにより、貯湯タンク２の上部より９０℃の湯が少量づつ貯湯されていく。
【００１２】
ヒートポンプ方式による沸き上げは、温度センサ１９の温度が一定温度（例えば６０℃）以上になったら、貯湯タンク２が全量沸き上がったと判断して、終了する。
このとき、ヒートポンプ方式による沸き上げ加熱性能は、貯湯用熱交換器２３に入る水の温度が低いときは沸き上げの加熱効率が高いが、給湯用熱交換器２３に入る水の温度が高いときは沸き上げの加熱効率は低下する特性を持っている。
なお、沸き上げ時の貯湯タンク２の膨脹水は逃し弁６より排出される。
【００１３】
一般の蛇口などに給湯する場合は、蛇口を開くことによって、給湯管５を通して水源水圧により給湯され、貯湯タンク２下部には水が供給される。
【００１４】
次に、浴槽水の追焚き動作について説明する。操作部２１により、制御部２０が浴槽８の追焚き開始の指示を受けると、追焚き動作が開始される。追焚き動作が開始されると、まず循環ポンプ１３が動作して浴槽８内の湯が浴槽循環回路１２に導かれ、風呂用熱交換器９を通って浴槽８内に戻される。一方、循環ポンプ１０も動作して、貯湯タンク２の上部より高温の貯湯水がタンク循環回路７に導かれ、風呂用熱交換器９を通って貯湯タンク２の下部に戻される。このとき、風呂用熱交換器９は、貯湯タンク２内に貯湯された高温の貯湯水から低温の浴槽水に熱交換（伝熱）することで、浴槽水を入浴に適した温度に加熱昇温させる。
【００１５】
風呂用熱交換器９の近傍には、貯湯水入口温度センサ１８ａ、貯湯水出口温度センサ１８ｂ、浴槽水入口温度センサ１８ｃ、浴槽水出口温度センサ１８ｄが設けられており、これらの温度センサ１８ａ〜１８ｄで各部の温度を検出し、この温度により、循環流量調整弁１１を調整して追焚き制御を行なう。
【００１６】
次に、浴槽８の追焚きの制御動作について詳細に説明する。ここで、以下の説明のため、風呂用熱交換器９の貯湯水入口温度センサ１８ａの検出温度である入力値をＴｈｉ、貯湯水出口温度センサ１８ｂの検出温度である入力値をＴｈｏ、浴槽水入口温度センサ１８ｃの検出温度である入力値をＴｃｉ、浴槽水出口温度センサ１８ｄの検出温度である入力値をＴｃｏと定義する。
【００１７】
操作部２１の操作により、浴槽追焚きが開始されると、循環流量調整弁１１を調節してタンク循環回路７の循環量を少なくし、貯湯タンク２ヘの戻り温度、すなわち、貯湯水出口温度センサ１８ｂの入力値Ｔｈｏを所定温度（例えば６０℃）以下に制御して追焚きを行なう。
風呂用熱交換器９の浴槽水入口温度センサ１８ｃの入力値Ｔｃｉが、操作部２１などであらかじめ設定されている浴槽８の設定温度以上か否かを確認する。Ｔｃｉが設定温度以上ならば、循環ポンプ１０及び循環ポンプ１３をＯＦＦにして、浴槽８の追焚きを終了する。
Ｔｃｉが設定温度未満ならば、追焚きを継続する。
【００１８】
ここで、循環流量調整弁１１を調整し、タンク循環回路７の流量を制限しているので、追焚き加熱能力は制限され、Ｔｃｏを一定温度以下に押さえることができ、浴槽８に高温水が供給されることがなく、不快感を与えることはない。また、Ｔｈｏを低く抑えることができ、貯湯タンク２下部の水温が高くなることを防ぐことにより追焚きの加熱能力が低くなるものの、貯湯タンク２下部の水温の上昇を防止し、ヒートポンプ方式による沸き上げ時の加熱効率の低下を軽減することができる。
【００１９】
ところで、循環流量調整弁１１を全開にし、循環ポンプ１０及び循環ポンプ１３をＯＮにして、浴槽８の追焚きを行なった場合も同様の動作になるが、循環流量調整弁１１を全開にしているので、追焚きの加熱能力は高くなる（すなわち、浴槽８の中の湯を設定温度まで上昇させる時間が短くなる）。一方、浴槽水出口温度センサ１８ｄの入力値Ｔｃｏが高くなり、浴槽８内に高温水が供給されたり、貯湯水出口温度センサ１８ｂの入力値Ｔｈｏが高くなるために、貯湯タンク２下部の水温が高くなってしまい、ヒートポンプ方式による沸き上げ時の加熱効率が低くなってしまう。
【００２０】
このように、実施の形態１によれば、循環流量調整弁１１を調節し、タンク循環回路７の流量を制限しているため、追焚き加熱能力が制限され、Ｔｃｏを一定温度以下に抑えることができ、Ｔｈｏを所定温度より低く抑えられるので、タンク循環回路７の貯湯タンク２の下方に接続しても、貯湯タンク２下部の水温が高くなることを防ぐことにより、追焚きの加熱能力が低くなるものの、ヒートポンプ方式による沸き上げ時の加熱効率の低下を軽減することができる。
【００２１】
［実施の形態２］
図３は本発明の実施の形態２に係るヒートポンプ給湯器の構成図である。本発明においては、実施の形態１で示した浴槽８が例えば暖房装置である外部熱負荷３０に、風呂用熱交換器９が外部熱負荷用熱交換器３１に、浴槽水循環回路１２が外部熱循環回路３２に、浴槽水入口温度センサ１８ｃが外部熱負荷入口温度センサ３３ｃに、浴槽水出口温度センサ１８ｄが外部熱負荷出口温度センサ３３ｄになっている。そして、タンク循環回路７に流路切換弁３４が取付けてあり、流路切替弁３４で分岐して貯湯タンク２下方に接続される第１の戻し管３５ａと、貯湯タンク２上方に接続される第２の戻し管３５ｂを構成している。
【００２２】
外部熱負荷３０が暖房装置の場合、外部熱負荷３０に送水する温度、すなわち、外部熱負荷入口温度センサ３３ｃの入力値Ｔｃｉは浴槽水の場合より高くしなければならないため、タンク循環回路７の循環量は最大で、貯湯タンク２への戻り温度は高く、Ｔｈｏは所定温度（例えば６０℃）以上になり、流路切換弁３４によりタンク循環回路７は第２の戻し配管３５ｂを介して貯湯タンク２の上方に接続され、貯湯タンク２上部の残湯と混ざっても湯として使用可能である。また、蛇口等で湯が給湯されて貯湯タンク２下部に供給された水と混ざることがないため、ヒートポンプ方式による沸き上げ時の加熱効率の低下を防止することができる。
【００２３】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係る貯湯式給湯器によれば、循環流量調整弁を調節して、タンク循環回路の貯湯タンクへの戻り温度を所定温度以下に制御して貯湯タンクの下方に戻し、貯湯タンク下部の水の温度上昇を抑制することで、ヒートポンプ方式による沸き上げ時の加熱効率の低下を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係るヒートポンプ式給湯器の構成図である。
【図２】図１のヒートポンプ本体の構成図である。
【図３】本発明の実施の形態２に係るヒートポンプ式給湯器の構成図である。
【符号の説明】
１　給湯器本体、２　貯湯タンク、７　タンク循環回路、８　浴槽、９　風呂用熱交換器、１０　循環ポンプ、１１　循環流量調整弁（循環流量調整手段）、１２　浴槽水循環回路、１４　ヒートポンプ本体（加熱手段）、１５　加熱循環回路、１８ａ〜１８ｄ　温度センサ、３０　外部熱負荷、３１　外部熱負荷用熱交換器、３２　外部熱負荷循環回路、３３ｃ〜３３ｄ　温度検出手段、３４流路切換弁（流路切換手段）、３５ａ，３５ｂ　戻し管。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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