(57)【要約】【課題】機器本体の奥行きを抑えると共に、メンテナンス性の高い貯湯式給湯機を提供する。【解決手段】湯水を貯湯する円筒形の貯湯タンク２を備え角形の外枠３６に収められた貯湯式給湯機において、貯湯タンク２内の湯水を熱源として二次側と熱交換する熱交換器１８と、この熱交換器１８を上部に載置するマウント枠３７と、貯湯タンク２内の湯水を熱交換器１８の一次側に循環させる一次側循環ポンプ２１と、二次側の被加熱水を熱交換器１８の二次側に循環させる二次側循環ポンプ２４とを備え、マウント枠３７および熱交換器１８を角形の外枠３６の前面側角部に配置すると共に、一次側循環ポンプ２１および二次側循環ポンプ２４をマウント枠３７の内部に配置するようにした。【選択図】  図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
湯水を貯湯する円筒形の貯湯タンクを備え角形の外枠に収められた貯湯式給湯機において、前記貯湯タンク内の湯水を熱源として二次側と熱交換する熱交換器と、この熱交換器を上部に載置するマウント枠と、前記貯湯タンク内の湯水を前記熱交換器の一次側に循環させる一次側循環ポンプと、二次側の被加熱水を前記熱交換器の二次側に循環させる二次側循環ポンプとを備え、前記マウント枠および熱交換器を前記角形の外枠の前面側角部に配置すると共に、前記一次側循環ポンプおよび二次側循環ポンプをマウント枠の内部に配置するようにしたことを特徴とする貯湯式給湯装置。
【請求項２】
前記マウント枠は前面側を開放し、かつ内部空間を上下に分割する仕切板を設けた形状とすると共に、前記一次側循環ポンプおよび二次側循環ポンプをこのマウント枠内部の上下に配置したことを特徴とする請求項１記載の貯湯式給湯装置。
【請求項３】
前記熱交換器を縦長形状とし、熱交換器下部を前記マウント枠に固定すると共に、熱交換器上部を前記外枠に固定するようにしたことを特徴とする請求項１または２記載の貯湯式給湯装置。
【請求項４】
前記外枠の前面の開放面の横手方向に架け渡した補強材に前記熱交換器上部を固定するようにしたことを特徴とする請求項３記載の貯湯式給湯装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、湯水を貯湯する貯湯タンクを備えた貯湯式給湯機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来よりこの種のものに於いては、湯水を貯湯する円筒形の貯湯タンクを備え角形の外枠に収められた貯湯式給湯機において、湯水を加熱するための熱交換器と、この熱交換器を上部に載置するマウント枠と、貯湯タンク内の湯水を熱交換器の一次側に循環させる一次側循環ポンプとを備え、マウント枠および熱交換器を機器本体の角形の外枠の前面側角部に配置し、一次側循環ポンプを機器本体の前面側中央部に配置したものがあった。（特許文献１の図６）
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−２２２６７号公報（図６）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この従来のものでは、一次側循環ポンプが円筒形の貯湯タンクの一番奥行きのある位置である機器本体の前面側中央部に配置されているため、機器本体の奥行きが長くなってしまい、機器本体の大型化を招くという課題があった。
【０００５】
【課題を解決する為の手段】
そこで、本発明は上記課題を解決するため、請求項１では、湯水を貯湯する円筒形の貯湯タンクを備え角形の外枠に収められた貯湯式給湯機において、前記貯湯タンク内の湯水を熱源として二次側と熱交換する熱交換器と、この熱交換器を上部に載置するマウント枠と、前記貯湯タンク内の湯水を前記熱交換器の一次側に循環させる一次側循環ポンプと、二次側の被加熱水を前記熱交換器の二次側に循環させる二次側循環ポンプとを備え、前記マウント枠および熱交換器を前記角形の外枠の前面側角部に配置すると共に、前記一次側循環ポンプおよび二次側循環ポンプをマウント枠の内部に配置するようにした。
【０００６】
これによって、貯湯式給湯装置の構成部品として比較的大きい熱交換器と一次側、二次側循環ポンプを角形の外枠の前面側角部に配置することで機器本体の奥行きを最小限に抑えてコンパクトな貯湯式給湯装置とすることが可能であると共に、熱交換器、一次側および二次側循環ポンプが機器前面側角部に集中的に配置され、他の構成部品が配置されるスペースを広く確保することができ、熱交換器、一次側および二次側循環ポンプを含めた各構成部品の調整、交換等のメンテナンス性を向上することができる。
【０００７】
また、請求項２では、前記マウント枠は前面側を開放し、かつ内部空間を上下に分割する仕切板を設けた形状とすると共に、前記一次側循環ポンプおよび二次側循環ポンプをこのマウント枠内部の上下に配置した。
【０００８】
また、請求項３では、前記熱交換器を縦長形状とし、熱交換器下部を前記マウント枠に固定すると共に、熱交換器上部を前記外枠に固定するようにした。
【０００９】
また、請求項４では、前記外枠の前面の開放面の横手方向に架け渡した補強材に前記熱交換器上部を固定するようにした。
【００１０】
これらによって、機器本体内のスペースの有効利用と熱交換器、一次側および二次側循環ポンプの確実で強固な保持が可能となる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１２】
この貯湯式給湯装置は、時間帯別契約電力の電力単価が安価な深夜時間帯に湯水を沸き上げて貯湯し、この貯湯した湯水を給湯に用いるもので、１は湯水を貯湯する円筒形の貯湯タンク２を備えた貯湯タンクユニット、３は貯湯タンク内の湯水を加熱する加熱手段としてのヒートポンプユニット、４は台所や洗面所等に設けられた給湯栓、５はこの給湯栓４の近傍に設けられた給湯リモコン、６は貯湯タンク１内の高温水を熱源とする床暖房パネル等の暖房端末である。
【００１３】
前記貯湯タンクユニット１の貯湯タンク２は、上端に出湯管７と、下端に給水管８とが接続され、さらに、下部にヒーポン循環回路を構成するヒーポン往き管９と、上部にヒーポン循環回路を構成するヒーポン戻り管１０とが接続され、前記ヒートポンプユニット３によってヒーポン往き管９から取り出した貯湯タンク２内の湯水を沸き上げてヒーポン戻り管１０から貯湯タンク２内に戻して貯湯され、給水管８からの給水により貯湯タンク２内の湯水が押し上げられて貯湯タンク２内上部の高温水が出湯管７から押し出されて給湯されるものである。
【００１４】
前記ヒートポンプユニット３は、圧縮機１１と凝縮器としての冷媒−水熱交換器１２と電子膨張弁１３と強制空冷式の蒸発器１４で構成されたヒートポンプ回路１５と、貯湯タンク２内の湯水を前記ヒーポン往き管９およびヒーポン戻り管１０を介して冷媒−水熱交換器１２に循環させるヒーポン循環ポンプ１６と、それらの駆動を制御するヒーポン制御部１７とを備えており、ヒートポンプ回路１５内には冷媒として二酸化炭素が用いられて超臨界ヒートポンプサイクルを構成しているものである。なお、冷媒に二酸化炭素を用いているので、低温水を電熱ヒータなしで約９０℃の高温まで沸き上げることが可能なものである。
【００１５】
ここで、前記冷媒−水熱交換器１２は冷媒と被加熱水たる貯湯タンク２内の湯水とが対向して流れる対向流方式を採用しており、超臨界ヒートポンプサイクルでは熱交換時において冷媒は超臨界状態のまま凝縮されるため効率良く高温まで被加熱水を加熱することができ、被加熱水の冷媒−水熱交換器１２入口温度と冷媒の出口温度との温度差が一定になるように前記電子膨張弁１３または圧縮機１１を制御することで、被加熱水の冷媒−水熱交換器１２の入口温度が５〜２０℃程度の低い温度であるとＣＯＰ（エネルギー消費効率）がとても良い状態で被加熱水を加熱することが可能なものである。
【００１６】
１８は前記暖房端末６の湯水を加熱するための熱交換器で、その一次側には貯湯タンク２上部に接続された一次側往き管１９と貯湯タンク２下部に接続された一次側戻り管２０とが接続されて一次側循環回路を構成し、一次側戻り管２０途中に設けられた一次側循環ポンプ２１の作動により貯湯タンク２から取り出した高温水を熱交換器１８に循環させ、熱交換により温度低下した湯水を再び貯湯タンク２内に戻すものである。
【００１７】
前記熱交換器１８の二次側には、暖房端末６の循環水を循環可能に二次側往き管２２と二次側戻り管２３より構成される二次側循環回路が接続され、二次側戻り管２３途中に設けられた二次側循環ポンプ２４の作動により暖房端末６の循環水が熱交換器１８に循環されて、一次側の高温水により加熱されて暖房が行われるものである。
【００１８】
次に、２５は貯湯タンク２の前記一次側戻り管２０より高く前記出湯管７より低い中間位置に接続された中間出湯管で、前記熱交換器１８で二次側と熱交換して温度低下した中温水などの貯湯タンク２の中間位置に貯められている湯水を貯湯タンク２から出湯するものである。
【００１９】
２６は、前記出湯管７途中で前記中間出湯管２７の下流に設けられた電動ミキシング弁より構成された中間混合弁、２７はこの中間混合弁２６下流に設けた中間混合温度センサで、貯湯タンク２中間位置付近の中温水と貯湯タンク２上端に接続された出湯管７からの高温水とを給湯リモコン５でユーザーが設定した給湯設定温度より所定温度高い温度になるように混合比率が制御されるものである。
【００２０】
次に、２８は中間混合弁２６からの湯水と給水管８から分岐された給水バイパス管２９からの低温水を混合する電動ミキシング弁より構成された給湯混合弁であり、その下流の給湯管３０に設けた給湯温度センサ３１で検出した湯温が給湯リモコン５でユーザーが設定した給湯設定温度になるように混合比率を制御するものである。
【００２１】
次に、３２は貯湯タンク２の上下方向に複数個配置された貯湯温度センサで、この実施形態では５つの貯湯温度センサが配置され上から３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ、３２ｅと呼び、この貯湯温度センサ３２が検出する温度情報によって、貯湯タンク２内にどれだけの熱量が残っているかを検知し、そして貯湯タンク２内の上下方向の温度分布を検知するものである。
【００２２】
前記給湯リモコン５には、給湯設定温度を設定する給湯温度設定スイッチ３３が設けられ、給湯温度設定手段を構成しているものである。
【００２３】
３４は貯湯タンクユニット１内の各センサの入力を受け各アクチュエータの駆動を制御するマイコンを有した給湯制御部である。この給湯制御部３４に前記給湯リモコン５が無線または有線により接続されユーザーが任意の給湯設定温度およびふろ設定温度を設定できるようにしているものである。
【００２４】
前記給湯制御部３４は、中間出湯管２５の直ぐ下方の高さに設けられている貯湯温度センサ３２ｄの検出する温度と出湯管７の下方の高さに設けられている貯湯温度センサ３２ａの検出する温度とに基づいて給湯設定温度より所定温度高い温度に混合するよう中間混合弁２６の開度をフィードフォワード制御すると同時に、中間混合温度センサ２７で検出する温度が給湯設定温度より所定温度高い温度になるよう中間混合弁２６の開度をフィードバック制御するようにしているものであると共に、中間混合温度センサ２７の検出する温度と給水管８途中に設けられた給水温度センサ３５の検出する温度とに基づいて給湯設定温度に混合するよう給湯混合弁２８の開度をフィードフォワード制御すると同時に、給湯温度センサ３１の検出する温度が給湯設定温度になるように給湯混合弁２８の開度をフィードバック制御するようにしているものである。
【００２５】
次に、この一実施形態の作動を説明する。
まず、図２に示す沸き上げ運転について説明すると、深夜電力時間帯になって貯湯温度センサ３２が貯湯タンク２内に翌日に必要な熱量が残っていないことを検出すると、給湯制御部３４はヒーポン制御部１７に対して沸き上げ開始指令を発する。指令を受けたヒーポン制御部１７は圧縮機１１を起動した後にヒーポン循環ポンプ１６を駆動開始し、貯湯タンク２下部に接続されたヒーポン往き管９から取り出した５〜２０℃程度の低温水を冷媒−水熱交換器１２で７０〜９０℃程度の高温に加熱し、貯湯タンク２上部に接続されたヒーポン戻り管１０から貯湯タンク２内に戻し、貯湯タンク２の上部から順次積層して高温水を貯湯していく。貯湯温度センサ３２が必要な熱量が貯湯されたことを検出すると、給湯制御部３４はヒーポン制御部１７に対して沸き上げ停止指令を発し、ヒーポン制御部１７は圧縮機１１を停止すると共にヒーポン循環ポンプ１６も停止して沸き上げ動作を終了するものである。
【００２６】
次に、図３に示す給湯運転について説明すると、給湯栓４を開くと、給水管８からの給水が貯湯タンク２内に流れ込む。そして中間出湯管２５を介して中間混合弁２６へ高温水が押し出される。なお、貯湯タンク２内には上部に高温水、下部に低温水が貯められているが、その温度差により比重差が発生し、温度境界層を形成して比重の軽い高温水が上部に、比重の重い低温水が下部に位置するので、互いに混じり合うことはないものである。
【００２７】
ここで、給湯制御部３６は中間出湯管２７からの湯水と出湯管７からの湯水を混合して中間混合弁２８にて給湯リモコン５で設定された給湯設定温度より所定温度高い温度となるように中間混合弁２８を適当な比率に調整する。なお、ここでは、中間出湯管２７から流入する湯が高温で給湯設定温度より高いため、中間混合弁２８の出湯管７側が閉じられることとなる。
【００２８】
そして、中間混合弁２６から流出した湯は給湯混合弁２８へ流入し、給水バイパス管２９からの低温水と混合され、給湯制御部３４が給湯混合弁２８の混合比率を調整し給湯設定温度の湯が給湯栓４から給湯される。そして、給湯栓４の閉止によって給湯が終了するものである。
【００２９】
このとき、前記中間混合弁２６は給湯設定温度よりも所定温度高い温度の湯を供給するようにしているので、中間出湯管２５が接続されている部位付近の温度が給湯設定温度よりも低い場合は、給湯制御部３４により中間混合弁２６の混合比率が調整されて出湯管７からの高温水を用いて給湯設定温度よりも所定温度高い温度の湯を供給するようにし、貯湯タンク２の中間位置からの出湯を優先し、貯湯タンク２の上部に貯められている高温水の使用を最小限に留め、熱源となる高温水をより多く確保することが可能となる。
【００３０】
次に、図４に示す暖房運転について説明すると、暖房運転指示が入力されると給湯制御部３４は一次側循環ポンプ２１および二次側循環ポンプ２４を駆動し、一次側往き管１９から取り出した高温水を熱交換器１８に流入させ、二次側の循環水と熱交換させ暖房運転を行う。そして、熱交換により温度低下した中温水が一次側戻り管２０を介して貯湯タンク２下部に戻り、高温水と入れ替わる形で高温水と中温水の境界面を押し上げるようにして中温水が貯湯されるものである。なお、貯湯タンク２内には上部に高温水、中間部に中温水、下部に低温水が貯められているが、その温度差が２０℃程度あれば比重差が発生し、温度境界層を形成して比重の軽い高温水が上部に、中間の中間水が中間部に、比重の重い低温水が下部に位置するので、互いに混じり合うことはないものである。
【００３１】
そして、二次側では、熱交換器１８にて加熱された循環水が暖房端末６へ戻って暖房を行う。そして、暖房停止の指示が入力されると給湯制御部３４は一次側循環ポンプ２１および二次側循環ポンプ２４の駆動を停止し、暖房運転を終了するものである。
【００３２】
このように、暖房運転を行うと熱交換によって温度低下した中温水が多量に貯湯タンク２内に貯められることとなる。この中温水は暖房の熱源として用いることができないと共に、ヒートポンプ回路１５で沸き上げるにも効率が悪い。そこで、この中温水を優先的に給湯に用いることが求められる。
【００３３】
そこで、貯湯タンク２内に中温水が貯められた後の給湯運転について説明する。図５に示すように、給湯栓４の開栓により、給水管８からの給水が貯湯タンク２内に流れ込むと同時に、中間出湯管２５から中温水が押し出されて中間混合弁２６へ流入する。ここで中間出湯管２５から押し出される中温水の温度が給湯設定温度よりも高い場合は、中間混合弁２６は出湯管７側が閉じられて中温水がそのまま給湯混合弁２８へ供給され、この給湯混合弁２８で給水バイパス管２９からの給水と混合されて給湯設定温度の湯水が給湯される。
【００３４】
ここで、中間出湯管２５から押し出される中温水の温度が給湯設定温度よりも低い場合は、中間混合弁２６の混合比率が調整されて貯湯タンク２上端部の出湯管７からの高温水と混合されて給湯設定温度より所定温度高い温度の湯が給湯混合弁２８に供給され、給水バイパス管２９からの低温水と混合され、給湯制御部３４が給湯混合弁２８の混合比率を調整し給湯設定温度の湯が給湯栓４から給湯される。そして、給湯栓４の閉止によって給湯が終了するものである。
【００３５】
このようにして、高温水と比べて容量当たりの保有熱量が少ない中温水を高温水よりも優先的に給湯に用いることができるので、ヒートポンプ回路で効率の良い沸き上げを行うことができＣＯＰ（エネルギー消費効率）を向上することができる。
【００３６】
そして、前記中間混合弁２６での混合動作は、中間出湯管２５の直ぐ下方の高さ位置に設けられている貯湯温度センサ３２ｄの検出する温度と出湯管７の下方の高さ位置に設けられている貯湯温度センサ３２ａの検出する温度とに基づいて給湯制御部３４が給湯設定温度より所定温度高い温度になるようにフィードフォワード制御されるので、図６に示すように貯湯温度センサ３２ｄが検出する温度と実際に中間出湯管２５から押し出される中温水の温度とが一致しない場合であっても、中間混合弁２６では出湯管７側の高温水が多く混合され中間混合弁２６からは必ず給湯設定温度より高い温度の湯水が出湯され、給湯混合弁２８にて給水バイパス管２９からの水が混合されて給湯設定温度の湯水が給湯されるので最終的な給湯温度がオーバーシュートしてしまうことがなくなり、そのため、中間出湯管２５から押し出される湯水の温度が給湯に伴って高温水から中温水（低温水）、中温水から低温水へと変化する過渡期にあっても安定した湯温の給湯を行うことができるものである。
【００３７】
ところで、この貯湯タンクユニット１は、図７に示すように、前面を開放し前面パネル（図示せず）が取り付けられた角形の外枠３６に円筒形の貯湯タンク２が収められて構成され、この外枠３６は前面パネル、底板３６ａ、左右の側板３６ｂ、３６ｃ、背面板３６ｄ、天板３６ｅおよび前方に突出した配管接続板３６ｆとから構成され、この配管接続板３６ｆに外部配管と機器内部の内部配管とを接続する接続口が設けられている。
【００３８】
そして、機器前面側には出湯管７や給湯混合弁２８等の内部配管や構成部品が集中的に配置されていると共に、配管接続板３６ｆ上で外枠３６の前面側角部に設けられた熱交換器１８を載置固定するマウント枠３７に二重螺旋構造で縦長な熱交換器１８の下部が固定され、外枠３６の前面側開放部に開放面の補強のために横手方向に架け渡して設けられている補強材３８に縦長な熱交換器１８の上部が固定部材３９を介して固定されている。
【００３９】
また、前記マウント枠３７は前面側が開放され、内部を上下に分割する仕切板４０が設けられており、上段に一次側循環ポンプ２１が、下段に二次側循環ポンプ２４が配置固定されているものである。
【００４０】
このように、機器の構成部品の中でも比較的大きい熱交換器１８、一次側循環ポンプ２１および二次側循環ポンプ２４を強固かつ確実に固定することができ、機器前面側で最も奥行きのスペースが広い角部に配置したので、機器本体の前面側への張り出しを最小限に抑えてコンパクトなサイズにすることができると共に、他の構成部品が配置されるスペースをも広く確保することができるため、熱交換器１８、一次側循環ポンプ２１および二次側循環ポンプ２４を含めた各構成部品や内部配管の組み立て、調整、交換等のメンテナンス性を向上することができる。
【００４１】
なお、本発明は上記の一実施形態に限定されるものではなく、例えば、二次側の暖房端末６の代わりに浴槽を設置し、浴槽内の湯水を追焚きあるいは保温可能な構成に変更しても良く、また、加熱手段としてのヒートポンプユニット２の代わりに電熱ヒータを貯湯タンク２内に直接配置した構成でも良く、さらにまた、この一実施形態では外枠３６の構成を配管接続板３６ｆを設けた構成としているが、配管接続板３６ｆを設けずにマウント枠３７を底板３６ａに配置するようにしても良く、本発明の要旨を変更しない範囲で様々な変形が可能である。
【００４２】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、貯湯式給湯装置の構成部品として比較的大きい熱交換器と一次側、二次側循環ポンプを角形の外枠の前面側角部に配置することで機器本体の奥行きを最小限に抑えてコンパクトな貯湯式給湯装置とすることが可能であると共に、熱交換器、一次側および二次側循環ポンプが機器前面側角部に集中的に配置され、他の構成部品が配置されるスペースを広く確保することができ、熱交換器、一次側および二次側循環ポンプを含めた各構成部品の調整、交換等のメンテナンス性を向上することができるという非常に優れた効果を奏するものである。
【００４３】
また、機器本体内のスペースの有効利用と熱交換器、一次側および二次側循環ポンプの確実で強固な保持が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の概略構成図。
【図２】同一実施形態の沸き上げ運転の作動を説明する図。
【図３】同一実施形態の給湯運転の作動を説明する図。
【図４】同一実施形態の暖房運転の作動を説明する図。
【図５】同一実施形態の貯湯タンク内に中温水が存在する場合の給湯運転の作動を説明する図。
【図６】同一実施形態の貯湯タンク内に中温水が存在する場合の給湯運転の作動を説明する図。
【図７】同一実施形態の貯湯タンクユニットを示し、（Ａ）は正面断面図、（Ｂ）は左側面断面図、（Ｃ）は上面断面図。
【符号の説明】
２  貯湯タンク
１８  熱交換器
２１  一次側循環ポンプ
２４  二次側循環ポンプ
３６  外枠
３７  マウント枠
３８  補強材
３９  固定部材
４０  仕切板
【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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【図６】
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【図７】
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