(57)【要約】【課題】  貯湯タンク内の加熱された給湯用水を加熱元に流通させて複数の加熱先を加熱する熱交換器を構成させることで、加熱された熱媒体を給湯の他の用途に利用するとともに、製造コストの低減および省スペースが図れることを可能とする貯湯式給湯装置の熱交換器ユニットを実現する。【解決手段】  熱交換器３０は、貯湯タンク１０内の給湯用水が流れる一次側チューブ３１と、熱媒体が流れる追い焚き用熱交換器３２および暖房用熱交換器３３とがそれぞれ略同一のコイル形状に巻かれ、一次側チューブ３１と追い焚き用熱交換器３２および暖房用熱交換器３３とが交互に配置されるように構成した。これにより、加熱された熱媒体を給湯の他の用途に利用するとともに、製造コストの低減および省スペースが図れる。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱装置（２０）によって加熱される給湯用水を内部に貯える貯湯タンク（１０）と、前記貯湯タンク（１０）内の給湯用水を一次側に流通させて二次側に流通する熱媒体と熱交換する熱交換器（３０）とを備える貯湯式給湯装置の熱交換器ユニットであって、
前記熱交換器（３０）は、加熱側である一次側が１回路で形成され、加熱される二次側が少なくとも２回路もしくは２回路以上で構成されることを特徴とする貯湯式給湯装置の熱交換器ユニット。
【請求項２】
前記熱交換器（３０）は、前記貯湯タンク（１０）内の給湯用水が流れる一次側チューブ（３１）と、熱媒体が流れる二次側チューブ（３２、３３）とがそれぞれ略同一のコイル形状に巻かれ、前記一次側チューブ（３１）と前記二次側チューブ（３２、３３）とが交互に配置されるように構成したことを特徴とする請求項１に記載の貯湯式給湯装置の熱交換器ユニット。
【請求項３】
前記二次側チューブ（３２、３３）は、前記一次側チューブ（３１）の縦方向に対して上方から下方に向けて、１回路、２回路の順に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の貯湯式給湯装置の熱交換器ユニット。
【請求項４】
前記熱交換器（３０）は、前記一次側チューブ（３１）と前記二次側チューブ（３２、３３）とがろう付けで接合されることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の貯湯式給湯装置の熱交換器ユニット。
【請求項５】
前記二次側チューブ（３２、３３）は、そのうちの一方が熱媒体として浴槽内の浴水を流通するようにその浴水を追い焚きする浴水追い焚き装置（８０）に接続され、もう一方が加熱された熱媒体と被加熱流体もしくは被加熱物のいずれか一方とが熱交換する暖房装置（６０、７０）に接続されていることを特徴とする請求項２ないし請求項４に記載の貯湯式給湯装置の熱交換器ユニット。
【請求項６】
前記暖房装置（６０、７０）に接続される前記二次側チューブ（３３）の方が前記浴水追い焚き装置（８０）に接続される前記二次側チューブ（３２）よりもコイル巻き数が多く形成されていることを特徴とする請求項５に記載の貯湯式給湯装置の熱交換器ユニット。
【請求項７】
前記浴水追い焚き装置（８０）に接続される前記二次側チューブ（３２）は、前記暖房装置（６０、７０）に接続される前記二次側チューブ（３３）よりも先に前記一次側チューブ（３１）と熱交換するように構成したことを特徴とする請求項５または請求項６に記載の貯湯式給湯装置の熱交換器ユニット。
【請求項８】
前記一次側チューブ（３１）は、接続口が設けられるコイル形状の巻き始め、巻き終わりとなる上端および下端近傍における前記二次側チューブ（３２、３３）との接合部が未接合であることを特徴とする請求項２ないし請求項７のいずれか一項に記載の貯湯式給湯装置の熱交換器ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、貯湯タンクで貯えられた給湯用水を一次側に流通して二次側に流通する熱媒体を加熱する熱交換器を備える貯湯式給湯装置の熱交換器ユニットに関するものであり、給湯用水を加熱元として加熱される二次側を複数個配設する熱交換器の構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の貯湯式給湯装置の熱交換器ユニットとして、例えば、特許文献１に示すものが知られている。この特許文献１では、冷媒を凝縮するときの凝縮熱により熱媒体を加熱させる熱交換器であり、熱源ユニットに設けられた圧縮機で圧縮された高温高圧の冷媒を一次側に流通させて二次側に流通する貯湯タンク内の給湯用水を加熱するコイル形状からなる給湯用熱交換器と、これと同じように、圧縮機で圧縮された高温高圧の冷媒を一次側に流通させて二次側に流通する浴槽内の浴水を加熱するコイル形状からなる追い焚き用熱交換器とを備え、追い焚き用熱交換器を給湯用熱交換器の略直上に配置した熱交換器ユニットを構成している。
【０００３】
そして、この熱交換器ユニットは、ヒートポンプサイクルからなる加熱装置である熱源ユニット、および貯湯タンクと分離して給湯ユニット内に収容して設置されている。これにより、追い焚き用熱交換器と給湯用熱交換器とを縦方向に組み合わせることで給湯ユニットの設置空間を有効に利用するとともに、給湯ユニットの省スペース化を図っている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００２−２２２６８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、特許文献１によれば、給湯用熱交換器および追い焚き用熱交換器の一次側である加熱元に冷媒を用いることで、これらの熱交換器ユニットと熱源ユニットとが分離された構成となることで、冷媒を充填した冷媒接続配管が必要であるとともに給湯装置を設置するときに熱交換器ユニットと熱源ユニットとを接続する施工工事が必要となる。これにより、部品点数が多い、施工工事費、部品費が伴うなどの問題がある。
【０００５】
しかも、これら熱交換器の一次側チューブは、高圧冷媒が流通することにより、例えば、板厚を厚くするなどのチューブ強度が要求されることで熱交換器の製造コストが高くなり、かつ製品重量が増加する問題がある。
【０００６】
また、追い焚き用熱交換器を、例えば、コイル状に形成して貯湯タンク内に配設させて設置空間の省スペースを図る方法もあるが、この方法によれば、貯湯タンク内の上下で給湯用水の温度分布が発生することで二次側の熱媒体に十分な加熱量を得ることが困難である問題がある。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、上記点を鑑みたものであり、貯湯タンク内の加熱された給湯用水を加熱元に流通させて複数の加熱先を加熱する熱交換器を構成させることで、加熱された熱媒体を給湯の他の用途に利用するとともに、製造コストの低減および省スペースが図れることを可能とする貯湯式給湯装置の熱交換器ユニットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記、目的を達成するために、請求項１ないし請求項８に記載の技術的手段を採用する。すなわち、請求項１に記載の発明では、加熱装置（２０）によって加熱される給湯用水を内部に貯える貯湯タンク（１０）と、この貯湯タンク（１０）内の給湯用水を一次側に流通させて二次側に流通する熱媒体と熱交換する熱交換器（３０）とを備える貯湯式給湯装置の熱交換器ユニットであって、熱交換器（３０）は、加熱側である一次側が１回路で形成され、加熱される二次側が少なくとも２回路もしくは２回路以上で構成されることを特徴としている。
【０００９】
請求項１に記載の発明によれば、貯えられた給湯用水を加熱元として、２回路もしくは２回路以上の加熱先に加熱された熱媒体を利用することができる。また、貯えられた給湯用水を加熱元にしているため冷媒を用いる従来よりも製造コストおよび製品重量の低減が図れる。
【００１０】
請求項２に記載の発明では、熱交換器（３０）は、貯湯タンク（１０）内の給湯用水が流れる一次側チューブ（３１）と、熱媒体が流れる二次側チューブ（３２、３３）とがそれぞれ略同一のコイル形状に巻かれ、一次側チューブ（３１）と二次側チューブ（３２、３３）とが交互に配置されるように構成したことを特徴としている。請求項２に記載の発明によれば、具体的には、これらのチューブ（３１、３２、３３）が一体構成にすることができることで設置空間の省スペースが図れる。
【００１１】
請求項３に記載の発明では、二次側チューブ（３２、３３）は、一次側チューブ（３１）の縦方向に対して上方から下方に向けて、１回路、２回路の順に配置されていることを特徴としている。請求項３に記載の発明によれば、より具体的には、二次側チューブ（３２、３３）を複数個縦方向に配置可能なため設置面積を大きく広げなくても良い。これにより、熱交換器ユニットの省スペースが図れる。
【００１２】
請求項４に記載の発明では、熱交換器（３０）は、一次側チューブ（３１）と二次側チューブ（３２、３３）とがろう付けで接合されることを特徴としている。請求項４に記載の発明によれば、接合加工が最も確実で製造コストも安い。また、一次側チューブ（３１）と二次側チューブ（３２、３３）との熱交換効率も良い。
【００１３】
請求項５に記載の発明では、二次側チューブ（３２、３３）は、そのうちの一方が熱媒体として浴槽内の浴水を流通するようにその浴水を追い焚きする浴水追い焚き装置（８０）に接続され、もう一方が加熱された熱媒体と被加熱流体もしくは被加熱物のいずれか一方とが熱交換する暖房装置（６０、７０）に接続されていることを特徴としている。
【００１４】
請求項５に記載の発明によれば、貯湯タンク（１０）内に貯えられた給湯用水が浴水を加熱する浴水追い焚き装置（８０）に利用されることで好適であるとともに、さらに、暖房装置（６０、７０）、例えば、洗面所、台所、浴室などの給湯を欲する箇所の床暖房や浴室乾燥機などの暖房装置にも好適である。
【００１５】
請求項６に記載の発明では、暖房装置（６０、７０）に接続される二次側チューブ（３３）の方が浴水追い焚き装置（８０）に接続される二次側チューブ（３２）よりもコイル巻き数が多く形成されていることを特徴としている。請求項６に記載の発明によれば、用途の熱負荷に応じて二次側チューブ（３２、３３）が形成できる。ここでは、浴水追い焚き装置（８０）よりも暖房装置（６０、７０）側の伝熱面積を大とすることが容易にできる。
【００１６】
請求項７に記載の発明では、浴水追い焚き装置（８０）に接続される二次側チューブ（３２）は、暖房装置（６０、７０）に接続される二次側チューブ（３３）よりも先に一次側チューブ（３１）と熱交換するように構成したことを特徴としている。請求項７に記載の発明によれば、暖房装置（６０、７０）よりも優先して貯湯タンク（１０）内に貯えられた高温の給湯用水を加熱元として利用できることで浴水の追い焚き機能が確実にできる。
【００１７】
請求項８に記載の発明では、一次側チューブ（３１）は、接続口が設けられるコイル形状の巻き始め、巻き終わりとなる上端および下端近傍における二次側チューブ（３２、３３）との接合部が未接合であることを特徴としている。請求項８に記載の発明によれば、熱交換器（３０）を貯湯タンク（１０）に一体構成が可能となる。
【００１８】
言い換えれば、一次側チューブ（３１）の両末端が貯湯タンク（１０）に接合された状態で輸送したときに、輸送振動に対して未接合の箇所で振動が吸収されることで、一次側チューブ（３１）に掛かるストレスが緩和されて一次側チューブ（３１）の破損を防止できる。
【００１９】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態の具体的手段との対応関係を示すものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態による貯湯式給湯装置の熱交換器ユニットを図１ないし図４に基づいて説明する。図１は本発明を適用させた貯湯式給湯装置の全体構成を示す模式図であり、貯湯タンク１０内に貯えられた給湯用水を台所、洗面所、浴槽などへの給湯機能に用いるとともに、貯えられた給湯用水を熱源として二次側に流通する熱媒体を加熱する熱交換器を備えて浴水の追い焚き機能や暖房機能に利用したものである。
【００２１】
まず、給湯機能は、図１に示すように、給湯用水を内部に貯える貯湯タンク１０と、この貯湯タンク１０内の最下部（低温）の給湯用水を貯湯タンク１０内の最上部に送る流体加熱用流路２１と、この流体加熱用流路２１を流れる給湯用水を加熱する加熱装置であるヒートポンプユニット２０と、貯湯タンク１０内に水道水を導水する給水用配管１２と、貯湯タンク１０内の給湯用水を導出する導出管１３、給湯用配管１４、１４ａと、本給湯システムの作動を制御する制御装置（給湯制御部４１、熱源制御部４２）とから構成されている。
【００２２】
一方、追い焚き機能および暖房機能においては、貯湯タンク１０内の給湯用水が一次側に流通する一次側チューブ３１と、二次側に熱媒体が流通する２回路の二次側チューブ３２、３３からなる熱交換器３０と、浴水追い焚き装置８０と、暖房装置である床暖房ユニット６０、暖房ユニット７０と、これらを接続する接続配管３４、３５、３６、３７、および制御装置（給湯制御部４１）から構成されている。なお、本実施形態では、２回路の二次側チューブ３２、３３のうち、一つを追い焚き用熱交換器３２と称し、もう一つを暖房用熱交換器３３と称している。
【００２３】
次に、給湯機能を構成する構成部品についてより具体的に説明すると、貯湯タンク１０は、縦長形状の耐食性に優れた金属製（例えば、ステンレス製）の容器で形成され、外周部に図示しない断熱材が配設され、高温の給湯用水を長時間に渡って保温できるようになっている。また、貯湯タンク１０内の底面には導入口１０ａが設けられ、この導入口１０ａに給水経路である給水用配管１２が接続されている。
【００２４】
そして、給水用配管１２には、給水温度を検出する給水サーミスタ５１が設けられており、給水用配管１２内の温度情報を後述する給湯制御部４１に出力するようになっている。また、給水用配管１２には、導入口１０ａに導入される水道水の水圧を所定圧となるように調節するとともに、断水などにおける湯の逆流を防止する図示しない減圧逆止弁が設けられている。さらに、給水用配管１２の下流端は、給湯用混合弁１５およびお湯張り用混合弁１５ａの一方の入口側に繋がれている。
【００２５】
また、貯湯タンク１０の最上部には導出口１０ｂが設けられ、この導出口１０ｂには貯湯タンク１０内に貯えられた給湯用水のうち、高温の給湯用水を導出するための給湯経路である導出管１３が接続されている。なお、この導出管１３の経路途中には空気逃がし弁１９が配設された排出配管１３ａを接続しており、貯湯タンク１０内の圧力が所定圧以上に上昇した場合には、貯湯タンク１０内の給湯用水を外部に排出して、貯湯タンク１０等にダメージを与えないようになっている。
【００２６】
そして、この導出管１３の下流端には給湯用混合弁１５およびお湯張り用混合弁１５ａが設けられ、これらの下流側には混合湯経路である給湯用配管１４、１４ａが接続されている。また、この給湯用配管１４、１４ａには、導出される給湯用水の湯温を検出する出湯サーミスタ５２、５２ａ、および給湯用配管１４、１４ａ内を導出する給湯用水の流量情報を検出する流量カウンタ５７、５７ａが設けられ、出湯サーミスタ５２、５２ａ、および流量カウンタ５７、５７ａにより検出された温度情報および流量情報を後述する給湯制御部４１に出力するようになっている。
【００２７】
また、給湯用配管１４、１４ａの下流端は台所、洗面、浴室などに配置された図示しない給湯水栓、シャワー水栓などに通じており、それらの給湯水栓、シャワー水栓が開弁したときに、使用者が設定した設定温度に調節された給湯用水が出湯される。なお、流量カウンタ５７、５７ａが給湯用配管１４、１４ａ内の給湯用水の流れを検出したときは、給湯水栓、シャワー水栓等のいずれかで給湯用水が使用されていることである。また、一方の給湯用配管１４ａは浴槽内に浴水をお湯張りするための給湯用配管であって、お湯張り用開閉弁５８、流量カウンタ５７ａおよび逆止弁５９が設けられている。
【００２８】
このお湯張り用開閉弁５８は、後述する給湯制御部４１により制御され、給湯用配管１４ａに流れる混合湯を開閉する電磁弁である。流量カウンタ５７ａは給湯用配管１４ａ内に流れるお湯張り流量を検出するものである。そして、逆止弁５９は浴水追い焚き装置８０内の浴水が給湯用配管１４ａ内に流通させないための弁である。
【００２９】
なお、お湯張り用開閉弁５８を開弁させて浴槽にお湯張り、差し湯、たし湯をするときは、後述する開閉弁８５も開弁するように制御されるとともに、水圧スイッチ８４により検出された水位レベルが所定レベルに達したときに、お湯張り用開閉弁５８および開閉弁８５が閉弁されて設定流量の混合湯が浴槽内にお湯張りされることになる。また、差し湯、たし湯は、お湯張り用流量カウンタ５７ａにより検出された流量情報に基づいて所定の流量の混合湯が出湯されるように制御される。
【００３０】
ところで、給湯用混合弁１５およびお湯張り用混合弁１５ａは、給湯用配管１４、１４ａに導出する給湯用水の湯温を調節する温度調節弁であり、導出管１３側、給水用配管１２側の開口面積比を調節することで、給湯用水と水道水との混合比を調節するようにしている。つまり、ここで、使用者が設定した設定温度となるように温度調節されている。
【００３１】
なお、これらの混合弁１５，１５ａは、後述する給湯制御部４１に電気的に接続されており、上記出湯サーミスタ５２、５２ａ、給水サーミスタ５１および後述する貯湯サーミスタ５４により検出される温度情報に基づいて制御される。また、これらの混合弁１５，１５ａは出湯サーミスタ５２、５２ａにより検出される温度情報に基づいてフィードバック制御を行なうように制御される。
【００３２】
そして、貯湯タンク１０の外壁面には、給湯用水の貯湯量、もしくは貯湯温度を検出するための水温センサである複数（本例では、５箇所）の貯湯サーミスタ５４が縦方向（タンクの高さ方向）にほぼ等間隔に配置され、貯湯タンク１０内に満たされた給湯用水の各水位レベルでの温度情報を後述する給湯制御部４１に出力するようにしている。
【００３３】
従って、給湯制御部４１は、複数の貯湯サーミスタ５４からの温度情報に基づいて、貯湯タンク１０内上方の沸き上げられた湯温と、貯湯タンク１０内下方の沸き上げられる前の低温の給湯用水との境界位置を検出することができるとともに、各水位レベルでの給湯用水の湯温が検出できる。なお、複数の貯湯サーミスタ５４のうち、最上部に設けられた貯湯サーミスタ５４は高温の給湯用水を出湯する出湯温度を検出する機能を有している。
【００３４】
次に、貯湯タンク１０内の給湯用水を加熱するヒートポンプユニット２０は、例えば、炭酸ガスを冷媒として使用することにより、高圧側の冷媒圧力が冷媒の臨界圧力以上となる超臨界ヒートポンプサイクルを使用している。このヒートポンプサイクルは、周知のように図示しない圧縮機、蓄熱用熱交換器、膨張弁、蒸発器、およびアキュムレータ等の冷凍サイクル機能部品より構成されている。因みに、圧縮機（図示しない）は、内蔵する電動モータ（図示しない）によって駆動され、アキュムレータより吸引した気相冷媒を臨界圧力以上まで圧縮して吐出する。
【００３５】
加熱用熱交換器（図示しない）は、冷媒と給湯用水とを熱交換するもので、例えば、冷媒が流れる冷媒通路（図示しない）と給湯用水が流れる加熱用流体通路（図示しない）とが二重管構造に設けられ、かつ冷媒の流れ方向と給湯用水の流れ方向とが対向するように構成された対向流式の加熱用熱交換器（図示しない）である。膨張弁（図示しない）は、加熱用熱交換器から流出する冷媒を減圧して蒸発器（図示しない）に供給する。蒸発器（図示しない）は、膨張弁（図示しない）で減圧された冷媒を大気との熱交換によって蒸発させる。アキュムレータ（図示しない）は、蒸発器より流出する冷媒を気液分離して、気相冷媒のみ圧縮機に吸引させるとともに、サイクル中の余剰冷媒を蓄えている。
【００３６】
また、加熱用熱交換器の加熱用流体通路（図示しない）は、上述した流体加熱用流路２１を介して貯湯タンク１０に接続され、図示しない電動ポンプが作動することで、貯湯タンク１０内の給湯用水が循環する。なお、流体加熱用流路２１の上流端が貯湯タンク１０の底部１０ｃに接続され、流体加熱用流路２１の下流端が貯湯タンク１０の上部１０ｄに接続されている。これにより、加熱用熱交換器（図示せず）で冷媒との熱交換により加熱された給湯用水が貯湯タンク１０の上部１０ｄへ送り込まれるため、貯湯タンク１０の上部側から下部側へ向かって順次給湯用水に蓄熱されていく。
【００３７】
なお、ヒートポンプユニット２０は後述する熱源制御部４２からの制御信号により作動されるとともに、作動状態を熱源制御部４２に出力するようになっている。また、これらの動力源として交流電力を用い、主に料金設定の最も安い深夜時間帯における深夜電力を用いて、貯湯タンク１０内の給湯用水を沸き上げる蓄熱運転を行なっているが、昼間時間帯においても給湯用水の湯温が低下してくると沸き上げ運転を行なうよう制御される。因みに、超臨界ヒートポンプサイクルによれば、一般的なヒートポンプサイクルよりも高温（例えば、８５〜９０℃）の給湯用水を内部に貯えることができる。
【００３８】
次に、追い焚き機能を構成する構成部品についてより具体的に説明する。浴水追い焚き装置８０は、浴槽内の浴水を熱交換器３０の二次側チューブである追い焚き用熱交換器３２に循環させて浴水を追い焚きする装置であり、往き管８２、戻り管８１、およびバイパス管８３から構成された循環回路に、熱交換器３０の追い焚き用熱交換器３２とを接続する接続配管３４、３５に接続されている。
【００３９】
因みに、往き管８２側が接続配管３４に接続され、戻り管８１側が接続配管３５に接続されている。また、往き管８２には、上流側から順に、水圧スイッチ８４、開閉弁８５、第２循環ポンプ８６、浴水温サーミスタ５５、流水スイッチ８７、および追い焚き三方弁８８が設けられている。また、戻り管８１には、下流側に追い焚きサーミスタ５６が設けられている。
【００４０】
水圧スイッチ８４は、浴槽内にお湯張りされた浴水の湯量、言い換えれば、浴槽内の水位レベルを求めるための水圧を検出するセンサである。開閉弁８５は浴水循環回路を開閉する電磁弁であり、第２循環ポンプ８６は浴槽内の浴水を追い焚き用熱交換器３２に圧送する電動ポンプである。浴水温サーミスタ５５は、往き管８２を流通する浴水の湯温を検出する水温センサである。
【００４１】
流水スイッチ８７は、追い焚き三方弁８８側の方向に浴水および後述する給湯用水が流通しているか否かを検出するための流水センサである。この追い焚き三方弁８８は、浴水を追い焚き用熱交換器３２に流通させるか、追い焚き用熱交換器３２を迂回するバイパス管８３のいずれか一方に流通方向を切り換えるための切換弁である。追い焚きサーミスタ５６は、戻り管８１を流通する浴水の湯温を検出する水温センサであり、浴槽内に戻される浴水温度である。
【００４２】
なお、水圧スイッチ８４、流水スイッチ８７、浴水温サーミスタ５５および追い焚きサーミスタ５６は、それぞれの容積情報、流水情報および温度情報を後述する給湯制御部４１に出力するようにされ、開閉弁８５、第２循環ポンプ８６および追い焚き三方弁８８は後述する給湯制御部４１により制御される。また、お湯張り後に浴槽内の浴水の温度を検出するときは、追い焚き三方弁８８をバイパス管８３側に流れ方向を切り換えるとともに、第２循環ポンプ８６を作動させることで、浴槽内の浴水が往き管８２、バイパス管８３、戻り管８１、浴槽内の順に循環されて浴水温サーミスタ５５により浴水の湯温を検出するようにしている。
【００４３】
また、追い焚きするときは、追い焚き三方弁８８の流れ方向を追い焚き用熱交換器３２側に切り換えることで、浴槽内の浴水が往き管８２、追い焚き用熱交換器３２、戻り管８１、浴槽内の順に循環されて、浴水温サーミスタ５５により検出された浴水の湯温が所定温度になるまで循環させるように制御される。なお、熱交換器３０、および追い焚き用熱交換器３２については後述する。
【００４４】
次に、暖房機能を構成する構成部品についてより具体的に説明する。まず、床暖房ユニット６０は、例えば、洗面室や台所などの床に設置し、床パネル６１内の配管６１ａに熱媒体を流通させて被加熱物である床パネル６１を暖める暖房装置であり、配管６１ａに流通する熱媒体を開閉する熱動弁６２、床パネル６１の出口側水温を検出する水温センサ（図示せず）およびその水温センサにより検出された出口側水温に基づいて熱動弁６２を制御する床暖制御部（図示せず）から構成されている。なお、本実施形態では、床暖房ユニット６０を１台のみ設置したが、二つ以上の複数個それぞれが暖房用熱交換器３３に対して並列に設けても良い。
【００４５】
また、暖房ユニット７０は、例えば、浴室内や洗面室内の被加熱流体である室内の空気を吸い込んで放熱器７１で加熱させて、温風を吹き出して室内を暖房する暖房装置であり、放熱器７１、送風機７２、放熱器７１に流通する二次側流体を開閉する開閉弁７３、吸い込み温度を検出する吸い込み温度センサ（図示せず）、および吸い込み温度センサにより検出された吸い込み温度に基づいて送風機７２および開閉弁７３を制御する暖房制御部（図示せず）などから構成されている。なお、本実施形態では暖房ユニット７０を１台のみ設置したが、二つ以上の複数個それぞれが暖房用熱交換器３３に対して並列に設けても良い。
【００４６】
接続配管３６、３７は、暖房用熱交換器３３で熱交換された熱媒体を床暖房ユニット６０、暖房ユニット７０に流通させる循環回路であり、接続配管３６が往き管であり、接続配管３７が戻り管である。そして、接続配管３６、３７には、バイパス通路３６ａ、第３循環ポンプ３８、および熱交換後サーミスタ５３などが設けられている。バイパス通路３６ａは、熱動弁６２、開閉弁７３がすべて閉弁したときに床暖房ユニット６０、暖房ユニット７０を迂回するバイパス回路である。
【００４７】
第３循環ポンプ３９は、熱媒体を暖房用熱交換器３３から床暖房ユニット６０、暖房ユニット７０に流通させる圧送手段であり、床暖房ユニット６０、および暖房ユニット７０の使用台数に基づいて、後述する給湯制御部４１により回転数が制御される。そして、熱交換後サーミスタ５３は、暖房用熱交換器３３を流通した熱交換後の熱媒体の水温を検出する水温センサであり、熱交換後サーミスタ５３により検出された温度情報を後述する給湯制御部４１に出力するようになっている。
【００４８】
ここで、本発明の要部である熱交換器３０について図２ないし図４に基づいて説明する。本実施形態の熱交換器３０は、加熱側である一次側が１回路で形成され、加熱される側である二次側が２回路もしくは２回路以上で構成された対向流式の熱交換器である。具体的には、図３に示すように、貯湯タンク１０内の貯えられた給湯用水が流通する一次側チューブと熱媒体が流通する複数個（本実施形態では二つ）の二次側チューブ３２、３３から構成されている。
【００４９】
ここで、図中に示す３１ａが一次側チューブ３１の流入部で、３１ｂが一次側チューブ３１の流出部であり、３２ａが二次側チューブ３２の流入部で、３２ｂが二次側チューブ３２の流出部であり、３３ａが二次側チューブ３３の流入部で、３３ｂが二次側チューブ３３の流出部である。
【００５０】
そして、これらのチューブ３１、３２、３３は、図４に示すように、断面形状が略長円状のチューブ（例えば、外径が１２ｍｍ程度）からなり、略同一のコイル状（例えば、内径が１２０ｍｍ程度）に複数に巻かれて形成したもので、図２（ｂ）に示すように、一次側チューブ３１の上方から下方に向けて、一つの二次側チューブ３２、もう一つの二次側チューブ３３の順に配置するとともに、それぞれの二次側チューブ３２、３３と一次側チューブ３１とが交互に配置するように構成されている。
【００５１】
言い換えれば、一次側チューブ３１の上方に一つの二次側チューブ３２を構成し、その下方にもう一つの二次側チューブ３３を構成したものである。さらに、一次側チューブ３１と二次側チューブ３２、３３とが交互に配置される接合部３１ｃには、図４に示すように、ろう付け接合により接合されている。なお、接合面３１ｃのろう付け接合は、チューブ３１、３２、３３の末端、つまり、コイル形状の巻き始め、巻き終わりの近傍では、後述するが、ろう付け接合させない未接合部３１ｄを形成している。
【００５２】
ところで、本実施形態の貯湯式給湯装置では、上述したように、上方に配置した二次側チューブ３２を追い焚き用熱交換器３２と称して浴水追い焚き装置８０に接続し、下方に配置した二次側チューブ３３を暖房用熱交換器３３と称して暖房装置６０、７０に接続している。従って、下方に配置した暖房用熱交換器３３の方が上方に配置した追い焚き用熱交換器３２よりも一次側チューブ３１との伝熱面積を多くするためにコイル形状の巻き数を多くしてある。
【００５３】
以上の構成による熱交換器３０は、図１に示すように、一次側チューブ３１に貯湯タンク１０内の貯えられた給湯用水が流通するように１次側循環回路が往き管１６、戻り管１７および第１循環ポンプ１８などから構成されている。この往き管１６は、上流端が貯湯タンク１０の上方部１０ｅに接続され、下流端が一次側チューブ３１の流入部３１ａに接続されている。
【００５４】
戻し管１７は、上流端が一次側チューブ３１の流出部３１ｂに接続され、下流端が第２貯湯タンク１０の下方部１０ｆに接続されている。第１循環ポンプ１８は、戻し管１７の中途に配置されており、貯湯タンク１０内の給湯用水を一次側チューブ３１に流通させるポンプである。なお、この第１循環ポンプ１８は、上述した追い焚きサーミスタ５６および熱交換後サーミスタ５３により検出された温度情報に基づいて回転数が制御されるように後述する給湯制御部４１に電気的に接続されている。
【００５５】
一方、追い焚き用熱交換器３２は、その流入部３２ａが接続配管３５に接続され、その流出部３２ｂが接続配管３４に接続されて、一次側チューブ３１の流れ方向と対向する方向に浴水が流れることになる。暖房用熱交換器３３においても、同じように、その流入部３３ａと流出部３３ｂとが接続配管３６、３７に接続されて一次側チューブ３１の流れ方向と対向する方向に熱媒体が流れることになる。これにより、熱交換器３０は、図１に矢印で示すように、対向流式の熱交換器を形成している。
【００５６】
次に、給湯制御部４１は、マイクロコンピュータを主体として構成され、内蔵のＲＯＭ（図示せず）には、予め設定された制御プログラムが設けられており、各サーミスタ５１〜５６からの温度情報、各流量カウンタ５７、５７ａからの流量情報および図示しない操作盤に設けられた操作スイッチからの操作信号等に基づいて、導出管１３、給湯用配管１４、１４ａ、浴水追い焚き装置８０、接続配管３６、３７および戻り管１７内の各種アクチュエータ類を制御するように構成されている。
【００５７】
また、熱源制御部４２は、給湯制御部４１と同じように、マイクロコンピュータを主体として構成され、内蔵のＲＯＭ（図示せず）には、予め設定された制御プログラムが設けられており、図示しない各種サーミスタからの温度情報などに基づいてヒートポンプユニット２０内のアクチュエータ類を制御する。この熱源制御部４２では、加熱用熱交換器（図示しない）で加熱された給湯用水の湯温を一定温度に保つために、加熱後の給湯用水の温度を検出する貯湯サーミスタ（最上部）５４の検出温度に基づいて電動ポンプ（図示しない）の回転数制御を行っている。
【００５８】
次に、以上の構成による貯湯式給湯装置の熱交換ユニットの作動について説明する。まず、図示しない電源スイッチがオンされると、例えば、深夜時間帯に達すると、熱源制御部４２によりヒートポンプユニット２０内のヒートポンプサイクル部品（図示しない）と電動ポンプ（図示しない）などのアクチュエータ類を制御させて貯湯タンク１０内の給湯用水を加熱して高温（例えば８５℃）の給湯用水が貯えられる。
【００５９】
そして、貯湯タンク１０内に貯えられた給湯用水が台所、洗面所、浴室などへ給湯の用途に供されるとともに、熱交換器３０の一次側チューブ３１に貯えられた高温の給湯用水を流通させて、追い焚き用熱交換器３２を流通する浴水、および暖房用熱交換器３３を流通する熱媒体を加熱させて追い焚き機能および暖房機能の用途に供するものである。
【００６０】
まず、浴水を追い焚きする作動について説明する。追い焚きスイッチ（図示せず）を操作しておくと、所定時間毎に浴水温度を検出して、その浴水温度が追い焚き設定温度に未達であれば浴水を加熱するように作動する。つまり、給湯制御部４１により、所定時間後に追い焚き三方弁８８、開閉弁８５、第２循環ポンプ８６が作動して浴槽内の浴水を往き管８２、バイパス管８３、戻り管８１の順に循環させる。
【００６１】
このときに、浴水温サーミスタ５５により浴水温を検出する。検出された浴水温が追い焚き設定温度以下であると、追い焚き三方弁８８の流れ方向を追い焚き用熱交換器３２側に切り換えられて浴水を追い焚き用熱交換器３２に流通させる。これにより、第１循環ポンプ１８が運転され、給湯用水が一次側チューブ３１に流通されて浴水が給湯用水熱エネルギーを受けて加熱される。また、浴水と熱交換された給湯用水は貯湯タンク１０内に戻される。
【００６２】
そして、浴水温が設定温度に達すると、追い焚き三方弁８８の流れ方向がバイパス管８３側に切り換えられるとともに、開閉弁８５が閉弁、第２循環ポンプ８６および第１ポンプ１８が停止する。これにより、貯湯タンク１０内の給湯用水を加熱元として浴水が追い焚き設定温度を維持するように保温されるものである。
【００６３】
次に、床暖ユニット６０および暖房ユニット７０を運転したときの暖房装置の作動について説明する。床暖ユニット６０は、図示しない運転スイッチを操作すると熱動弁６２が開弁され、第３循環ポンプ３８が運転する。これにより、配管６１ａに加熱された熱媒体が流通する。また、暖房ユニット７０は、図示しない運転スイッチを操作すると、開閉弁７３が開弁され、放熱器７１に加熱された熱媒体が流通され、その後に送風機７２が作動して放熱器７１で室内空気が加熱される。
【００６４】
そして、第３循環ポンプ３８の運転により暖房用熱交換器３３に熱媒体が流通すると、第１循環ポンプ１８が運転されて第１貯湯タンク１０内の高温の給湯用水が一次側チューブ３１に流通されて、熱媒体が給湯用水熱エネルギーを受けて加熱される。また、浴水と熱交換された給湯用水は貯湯タンク１０内に戻される。なお、ここでは、第１循環ポンプ１８および第３循環ポンプ３８は、熱交換後サーミスタ５５により検出された熱媒体の湯温が所定温度となるように回転数を制御される。
【００６５】
これにより、一次側チューブ３１に流通する流量が設定されるとともに、暖房用熱交換器３３内を流通する熱媒体の流量が設定される。因みに、熱交換後サーミスタ５５により検出された熱媒体の湯温の所定温度は、床暖ユニット６０と暖房ユニット７０では異なるように設定され、例えば、床暖ユニット６０が運転しているときは、約６０℃程度、暖房ユニット７０のみが運転しているときは約８０℃程度にしてある。これは、床暖房に最適となる温度帯の湯温を超えないようにしてある。
【００６６】
そして、設定温度に達すると、熱動弁６２もしくは開閉弁７３が閉弁し、このときに、熱動弁６２、開閉弁７３の両者が閉弁のときは、バイパス通路３６ａを流通するようにしている。これにより、貯湯タンク１０内の給湯用水を加熱元として、暖房用熱交換器３３を流通する熱媒体を加熱することで、床暖ユニット６０、暖房ユニット７０を暖房の用途に供することができる。
【００６７】
なお、本実施形態では、追い焚き用熱交換器３２を暖房用熱交換器３３の上方に配置したが、これに限らず、暖房用熱交換器３３を追い焚き用熱交換器３２の上方に配置しても良い。また、本実施形態では、暖房用熱交換器３３の方が追い焚き用熱交換器３２よりもコイル巻き数を多く設定されているが、これは熱負荷に基づいて適宜設定できる。また、本実施形態では、１回路からなる一次側チューブ３１に対して、追い焚き用熱交換器３２、暖房用熱交換器３３の２回路の二次側チューブを設定したが、これに限らず、２回路以上を組み合わせても良い。
【００６８】
以上の第１実施形態における貯湯式給湯装置の熱交換器ユニットによれば、貯えられた給湯用水を加熱元として、２回路もしくは２回路以上の加熱先に加熱された熱媒体を利用することができる。また、貯えられた給湯用水を加熱元にしているため冷媒を用いる従来よりも製造コストおよび製品重量の低減が図れる。
【００６９】
また、熱交換器３０は、貯湯タンク１０内の給湯用水が流れる一次側チューブ３１と、熱媒体が流れる二次側チューブである追い焚き用熱交換器３２と暖房用熱交換器３３とがそれぞれ略同一のコイル形状に巻かれ、一次側チューブ３１と追い焚き用熱交換器３２および暖房用熱交換器３３とが交互に配置されるように構成したことにより、これらのチューブが一体構成にすることができることで設置空間の省スペースが図れる。
【００７０】
また、追い焚き用熱交換器３２および暖房用熱交換器３３は、一次側チューブ３１の縦方向に対して上方から下方に向けて、１回路、２回路の順に配置されていることにより、複数個縦方向に二次側チューブを配置可能なため設置面積を大きく広げなくても良い。これにより、熱交換器ユニットの省スペースが図れる。
【００７１】
また、一次側チューブ３１と追い焚き用熱交換器３２および暖房用熱交換器３３とがろう付けで接合されることにより、接合加工が最も確実で製造コストも安い。さらに、一次側チューブ３１と追い焚き用熱交換器３２および暖房用熱交換器３３との熱交換効率も良い。
【００７２】
また、追い焚き用熱交換器３２および暖房用熱交換器３３は、そのうちの一方が熱媒体として浴槽内の浴水を流通するようにその浴水を追い焚きする浴水追い焚き装置８０に接続され、もう一方が加熱された熱媒体と被加熱流体もしくは被加熱物のいずれか一方とが熱交換する床暖ユニット６０、暖房ユニット７０に接続されていることにより、貯湯タンク１０内に貯えられた給湯用水が浴水を加熱する浴水追い焚き装置８０、床暖ユニット６０、暖房ユニット７０に利用されることで好適である。
【００７３】
しかも、床暖ユニット６０、暖房ユニット７０に接続される暖房用熱交換器３３の方が浴水追い焚き装置８０に接続される追い焚き用熱交換器３２よりもコイル巻き数が多く形成されていることにより、用途の熱負荷に応じて二次側チューブが形成できる。本実施形態では、浴水追い焚き装置８０よりも床暖ユニット６０、暖房ユニット７０側の伝熱面積を大とすることが容易にできる。
【００７４】
また、浴水追い焚き装置８０に接続される追い焚き用熱交換器３２は、床暖ユニット６０、暖房ユニット７０に接続される暖房用熱交換器３３よりも先に一次側チューブ３１と熱交換するように構成したことにより、床暖ユニット６０、暖房ユニット７０よりも優先して貯湯タンク１０内に貯えられた高温の給湯用水を利用できることで浴水の追い焚き機能が確実にできる。
【００７５】
（第２実施形態）
以上の第１実施形態では、熱交換器３０の一次側チューブ３１を往き管１６と戻り管１７を介して貯湯タンク１０に接続するように構成させたが、より具体的に、図５に示す形状の熱交換器３０を構成することで、縦長形状に形成された貯湯タンク１０に一体構成させることができる。
【００７６】
図５に示すように、熱交換器３０の縦長寸法は、貯湯タンク１０の縦長寸法とほぼ同等であり、上方から下方にかけて一次側チューブ３１がコイル状に形成している。そして、一次側チューブ３１の上方に二次側チューブである追い焚き用熱交換器３２が一次側チューブ３１と略同一径のコイル状に形成して、一次側チューブ３１と追い焚き用熱交換器３２とが交互に配置され、その下方に、同じように暖房用熱交換器３３が一次側チューブ３１と略同一径のコイル状に形成して、一次側チューブ３１と暖房用熱交換器３３とが交互に配置されている。
【００７７】
また、図中に示す３１ａは一次側チューブ３１の流入部であって、貯湯タンク１０の外壁面に螺合により結合されている。３１ｂは、一次側チューブ３１の流出部であって、図示していないが、貯湯タンク１０の外壁面に螺合により結合された第１ポンプ１８の接続口に螺合により結合されている。そして、一次側チューブ３１において、コイル形状の巻き始め、巻き終わりの近傍では、ろう付け接合させない未接合部３１ｄを形成している。
【００７８】
これにより、熱交換器３０が貯湯タンク１０に一体構成ができるとともに、熱交換器３０が一体構成された貯湯タンク１０を設置場所に施工するときにおいて、設置場所までの物流の輸送時に、未接合部３１ｄで振動吸収されることで、熱交換器３０の損傷を防止できる。
【００７９】
なお、図中に示す３２ａは追い焚き用熱交換器３２の流入部で、３２ｂは追い焚き用熱交換器３２の流出部であって、これらは、浴水追い焚き装置８０に接続するための接続配管３４、３５との接続口である。また、図中に示す３３ａは暖房用熱交換器３３の流入部で、３３ｂは暖房用熱交換器３３の流出部であって、これらは、床暖ユニット６０、暖房ユニット７０に接続するための接続配管３６、３７との接続口である。
【００８０】
そして、これらの流入部３２ａ、３３ａおよび流出部３２ｂ、３３ｂは、貯湯式給湯装置を施工するときに、接続配管３４、３５、３６、３７に接続される。
【００８１】
以上の第２実施形態の熱交換器３０によれば、一次側チューブ３１は、接続口が設けられるコイル形状の巻き始め、巻き終わりとなる上端および下端近傍における追い焚き用熱交換器３２および暖房用熱交換器３３との接合部が未接合３１ｄで形成したことにより、熱交換器３０を貯湯タンク１０に一体構成が可能となる。言い換えれば、一次側チューブ３１の両末端が貯湯タンク１０に接合された状態で輸送したときに、輸送振動に対して未接合の箇所で振動が吸収されることで、一次側チューブ３１に掛かるストレスが緩和されて一次側チューブ３１の破損を防止できる。
【００８２】
（他の実施形態）
以上の実施形態では、暖房ユニット７０を温風器で構成したが、これらの他に浴室乾燥器、衣類乾燥器にも適用できる。また、以上の実施形態では、暖房用熱交換器３３を床暖ユニット６０と暖房ユニット７０とに接続させたが、これに限らず、床暖ユニット６０に接続する暖房用熱交換器３３と暖房ユニット７０に接続する暖房用熱交換器３３とを別体に設けても良い。
【００８３】
また、以上の実施形態では、冷媒に二酸化炭素を用いたヒートポンプユニット２０を熱源装置として説明したが、これに限らず、フロン、代替フロンなどの冷媒を用いる一般的なヒートポンプサイクルでも良い。また、これらの他に、太陽熱、ガス、液体燃料による給湯器や湯沸かし器などの加熱手段と貯湯タンク１０とを備える給湯装置に適用される。また、水道水等を導入し、貯湯タンク１０内で電気ヒータ等により加熱して高温の給湯用水として貯えるものであっても良い。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】本発明の第１実施形態における貯湯式給湯装置の全体構成を示す模式図である。
【図２】本発明の第１実施形態における熱交換器３０の全体構成を示す（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。
【図３】本発明の第１実施形態における熱交換器３０の全体構成を示す分解斜視図である。
【図４】本発明の第１実施形態におけるチューブの断面形状を示す断面図である。
【図５】本発明の第２実施形態における熱交換器３０の全体構成を示す正面図である。
【符号の説明】
【００８５】
１０…貯湯タンク
２０…ヒートポンプユニット（加熱装置）
３０…熱交換器
３１…一次側チューブ
３２…追い焚き用熱交換器（二次側チューブ）
３３…暖房用熱交換器（二次側チューブ）
６０…床暖房ユニット（暖房装置）
７０…暖房ユニット（暖房装置）
８０…浴水追い焚き装置
【図１】
2005315553.tif 000003
【図２】
2005315553.tif 000004
【図３】
2005315553.tif 000005
【図４】
2005315553.tif 000006
【図５】
2005315553.tif 000007