(57)【要約】【課題】  貯湯槽内の水の循環路を切替えることで、加熱効率を低下させずに貯湯槽内の一部の水のみを昇温させる。【解決手段】  貯湯槽６０内の水をヒートポンプ１２へ循環させる循環路を３つ形成する。第１循環路は貯湯槽の下部出水口１１２から貯湯槽内の水をヒートポンプへ導きヒートポンプによって加熱された水を貯湯槽の上部入水口１２０へ還流させる。第２循環路は貯湯槽の中間開口１１８から貯湯槽内の水をヒートポンプへ導きヒートポンプによって加熱された水を貯湯槽の上部入水口１２０へ還流させる。第３循環路は貯湯槽の下部出水口１１２から貯湯槽内の水をヒートポンプへ導きヒートポンプによって加熱された水を貯湯槽の中間開口１１８へ還流させる。流路切替え器１２２、１２４を切替えることによって３つの循環路を切替える。例えば貯湯槽６０の上部に設定温度の水が残っている場合には第３循環路を介して水を循環させる。【選択図】  図１
2007010213.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
貯湯槽内の水をヒートポンプで加熱して貯湯しておく装置であり、
貯湯槽内の水を貯湯槽の下部からヒートポンプへ導き、ヒートポンプで加熱した水を貯湯槽の上部へ戻す第１循環路と、
貯湯槽内の水を貯湯槽の中間高さからヒートポンプへ導き、ヒートポンプで加熱した水を貯湯槽の上部へ戻す第２循環路と、
第1循環路と第２循環路の共通部分に設けられているポンプと、
貯湯槽の複数の高さにおける温度を計測するセンサ群と、
センサ群が計測した貯湯槽内の水の高さ方向の温度分布パターンに基づいて、ポンプによって水を循環させる循環路を、第1循環路と第２循環路のいずれかに切替える第１切替え器と、
を備えることを特徴とする貯湯装置。
【請求項２】
貯湯槽内の水をヒートポンプで加熱して貯湯しておく装置であり、
貯湯槽内の水を貯湯槽の下部からヒートポンプへ導き、ヒートポンプで加熱した水を貯湯槽の上部へ戻す第１循環路と、
貯湯槽内の水を貯湯槽の下部からヒートポンプへ導き、ヒートポンプで加熱した水を貯湯槽の中間高さに戻す第３循環路と、
第１循環路と第３循環路の共通部分に設けられているポンプと、
貯湯槽の複数の高さにおける温度を計測するセンサ群と、
センサ群が計測した貯湯槽内の水の高さ方向の温度分布パターンに基づいて、ポンプによって水を循環させる循環路を、第１循環路と第３循環路のいずれかに切替える第２切替え器と、
を備えることを特徴とする貯湯装置。
【請求項３】
貯湯槽内の水をヒートポンプで加熱して貯湯しておく装置であり、
貯湯槽内の水を貯湯槽の下部からヒートポンプへ導き、ヒートポンプで加熱した水を貯湯槽の上部へ戻す第１循環路と、
貯湯槽内の水を貯湯槽の中間高さからヒートポンプへ導き、ヒートポンプで加熱した水を貯湯槽の上部へ戻す第２循環路と、
貯湯槽内の水を貯湯槽の下部からヒートポンプへ導き、ヒートポンプで加熱した水を貯湯槽の中間高さに戻す第３循環路と、
第１循環路と第２循環路と第３循環路の共通部分に設けられているポンプと、
貯湯槽の複数の高さにおける温度を計測するセンサ群と、
センサ群が計測した貯湯槽内の水の高さ方向の温度分布パターンに基づいて、ポンプによって水を循環させる循環路を、第１循環路と第２循環路と第３循環路のいずれかに切替える第３切替え器と、
を備えることを特徴とする貯湯装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、貯湯装置に関する。詳しくは貯湯槽内の水をヒートポンプで加熱して貯湯槽に貯湯しておく装置に関する。
なお本明細書では温水と冷水を区別せずに「水」と総称する。
【背景技術】
【０００２】
ヒートポンプで加熱した水を貯湯槽に貯湯しておく装置が開発されており、特許文献１に開示されている。ヒートポンプは、外気の熱を利用して水を加熱するので、加熱効率が高い。ヒートポンプは、１．０以上のＣＯＰ（ヒートポンプから水が得る熱エネルギー／ヒートポンプが消費するエネルギー）を得ることができる。ヒートポンプを利用することによって、ランニングコストの低い貯湯装置を実現できる。貯湯しておいた温水は各種の用途に利用される。通常は、給湯のために利用されることが多いが、なかには熱源として利用されることもある
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−４１５７４号公報
【０００４】
貯湯装置には、実質的な貯湯量を増大するために、高温の温水を貯湯しておくタイプも存在するが、シャワーや洗顔などに必要とされる４５℃程度の低温の温水を貯湯しておくタイプも存在する。
ヒートポンプは、加熱後の水の温度が低いほどＣＯＰが高いことが知られている。ヒートポンプで加熱した温水を貯湯しておく場合には、低温の温水を貯湯するタイプが有利である。貯湯槽に貯湯しておく温水の温度を以下では、設定温度という。貯湯槽に貯湯している水の全量が設定温度にまで加熱されると、フル貯湯状態となり、それ以上には加熱しない。少なくとも貯湯槽の上部に設定温度にまで加熱された温水が貯湯されていれば、シャワーや洗顔等のための給湯要求に対応することができる。
貯湯槽に貯湯されている設定温度の温水が貯湯槽容量に満たない場合（これは、加熱途中か、あるいは貯湯槽から出湯した場合に生じる）、設定温度に満たない温度の温水が貯湯槽に一様に貯湯されているよりも、設定温度に加熱された温水が貯湯槽の上部に貯湯され、その下部に冷水が存在している状態（いわゆる温度成層状態）で貯湯されているのが有利ある。すなわち、温水と冷水が混合されて貯湯されているよりも、温水と冷水が温度成層をなした状態で貯湯されている方が有利である。温水と冷水が混合されて設定温度に満たない水が貯湯されていれば、シャワーや洗顔に必要な温度の温水を出湯できないのに対し、温度成層をなした状態で貯湯されていれば、シャワーや洗顔に必要な温度の温水を出湯できるからである。
【０００５】
温度成層を維持しながら貯湯槽の貯湯量を増大させていくために、通常は、貯湯槽の下部から冷水を取出し、それを加熱し、加熱した温水を貯湯槽の上部へ戻す方式が採用される。特許文献１の貯湯装置でも、貯湯槽内の水を貯湯槽の下部からヒートポンプへ導き、ヒートポンプで加熱した水を貯湯槽の上部へ戻す循環路を備えている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
貯湯槽内の水を貯湯槽の下部からヒートポンプへ導き、ヒートポンプで加熱した水を貯湯槽の上部へ戻す方式で温度成層状態を維持するためには、ヒートポンプで設定温度にまで加熱して貯湯槽の上部へ戻す必要がある。例えば、設定温度が４５℃程度であれば、冷水をヒートポンプで４５℃程度に加熱する必要がある。
ヒートポンプの加熱効率（ＣＯＰ）には、加熱後の水の温度が影響する。例えば、５０リットルの１５℃の冷水を４５℃の温水に加熱する場合を考える。このとき、１５℃の冷水をヒートポンプで４５℃に加熱する運転を継続することによって、５０リットルの１５℃の冷水を４５℃の温水に加熱することができる（以下では前者という）。その一方において、最初に５０リットルの１５℃の冷水をヒートポンプで２５℃に加熱し、ついで５０リットルの２５℃の水をヒートポンプで３５℃に加熱し、その後に５０リットルの３５℃の水をヒートポンプで４５℃に加熱することもできる（以下では後者という)。
ヒートポンプの特性によって、前者の加熱方式による場合よりも、後者の加熱方式による場合の方が高い加熱効率（ＣＯＰ）を得ることができる。
しかしながら後者の加熱方式では、温度成層状態を維持することができない。例えば、貯湯槽の上半分に４５℃の温水が貯湯されており、その下部に１５℃の冷水が存在している状態で後者の加熱運転を開始すると、貯湯槽の上部に２５℃の水が戻され、温度成層状態が破られてしまう。
現状では、貯湯槽の温度成層状態を維持したという要求と、ヒートポンプによって効率的に加熱したい（高いＣＯＰを実現したい）という要求を両立させることができない。両者を両立させる技術が必要とされている。
【０００７】
ヒートポンプは加熱効率が高いという長所を持つ反面、ガスバーナ等の加熱手段に比較とすると、単位時間当たりの加熱量が小さく、水を加熱するのに時間を要するという短所を持っている。
ヒートポンプによる加熱効率を高めるために、徐々に昇温させていく方式（先に例示したように、１５℃の冷水を２５℃に加熱し、２５℃の水を３５℃に加熱し、３５℃の水を４５℃に加熱する方式）と、貯湯槽内の水を貯湯槽の下部からヒートポンプへ導き、ヒートポンプで加熱した水を貯湯槽の上部へ戻す方式を組み合わせて用いると、貯湯槽の上部に設定温度（例えば４５℃）の温水が貯湯されるまでに長時間を要するという問題が顕在化する。貯湯槽の水の全量を１５℃から２５℃に加熱し、２５℃から３５℃に加熱する必要があり、３５℃の水を加熱して４５℃になった水が貯湯槽の上部に戻り始めるまで待つ必要がある。
現状では、ヒートポンプによって効率的に加熱したい（高いＣＯＰを実現したい）という要求と、貯湯槽の上部に設定温度に加熱された温水を迅速に貯湯したいという要求を両立させることができない。両者を両立させる技術が必要とされている。
【０００８】
本発明では、ヒートポンプによって効率的に加熱するためには（高いＣＯＰを実現するためには）、貯湯槽内の水を徐々に昇温させていく方式が有利であるところ、それによって生じる問題、すなわち、貯湯槽内で温度成層状態を維持できないという問題、あるいは、貯湯槽の上部に設定温度にまで加熱された温水が貯湯されるまでに要する時間が長くなるという問題を解決し、ヒートポンプが持っている加熱効率の高さを活用可能とする技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１の貯湯装置は、ヒートポンプによって貯湯槽内の水を徐々に昇温させていく方式と、貯湯槽の上部に設定温度にまで加熱された温水が貯湯されるまでに要する時間を短くする点を両立させる。
請求項１の貯湯装置は、貯湯槽内の水を貯湯槽の下部からヒートポンプへ導き、ヒートポンプで加熱した水を貯湯槽の上部へ戻す第１循環路と、貯湯槽内の水を貯湯槽の中間高さからヒートポンプへ導き、ヒートポンプで加熱した水を貯湯槽の上部へ戻す第２循環路と、第1循環路と第２循環路の共通部分に設けられているポンプと、貯湯槽の複数の高さにおける温度を計測するセンサ群と、センサ群が計測した貯湯槽内の水の高さ方向の温度分布パターンに基づいて、ポンプによって水を循環させる循環路を、第１循環路と第２循環路のいずれかに切替える第１切替え器を備える。
なお「貯湯槽の上部」とは貯湯槽の上方のいずれかの位置であることを意味し、必ずしも貯湯部の最上部のみを意味するものではない。「貯湯槽の下部」についても同様に、貯湯槽の下方のいずれかの位置であることを意味し、必ずしも貯湯槽の最下部のみを意味するものではない。また、「貯湯槽の中間高さ」とは、第１循環路が貯湯槽に接続されている下部の出水口と上部の入水口の間の高さをいう。ここで「出水口」とは、貯湯槽の水を循環路へ出水するために貯湯槽に設けられた開口をいう。また「入水口」とは、ヒートポンプで加熱された水を循環路から貯湯槽へ戻すために貯湯槽に設けられた開口をいう。
【００１０】
上記構成によれば、貯湯槽の水は、第１循環路または第２循環路のいずれかによって、貯湯槽とヒートポンプの間を循環する。
第１循環路が選択されていると、貯湯槽の下部から吸い出された水がヒートポンプで加熱されて貯湯槽の上部に戻される。貯湯槽の水の全量を設定温度にまで加熱することができる。
第２循環路が選択されていると、貯湯槽の中間高さから吸い出された水がヒートポンプ内で加熱されて貯湯槽の上部に戻される。中間高さよりも上方に貯湯されている水のみを加熱することができる。貯湯槽全体の容量より少ない量の水を加熱することから、水は短時間で加熱され、貯湯槽の上部に設定温度にまで加熱された温水が貯湯されるまでに要する時間を短くすることができる。
【００１１】
第１循環路と第２循環路は、貯湯槽内の水の高さ方向の温度分布パターンに基づいて選択される。
例えば貯湯槽の上部の水温が低ければ、第２循環路が選択される。貯湯槽の上部に設定温度にまで加熱された温水が貯湯されるまでに要する時間を短くすることができる。上部の水温が高くて中間高さ水温が低い場合も第２循環路が選択される。中間高さよりも上方に貯湯されている水の温度を設定温度にまで加熱するのに要する時間を短くすることができる。上部の水温も中間高さ水温もともに高い場合には、第１循環路が選択される。貯湯槽の水の全量を設定温度にまで加熱することができる。
【００１２】
請求項２の貯湯装置は、ヒートポンプによって貯湯槽内の水を徐々に昇温させていく方式と、貯湯槽内を温度成層状態に維持する点を両立させる。
請求項２の貯湯装置は、貯湯槽内の水を貯湯槽の下部からヒートポンプへ導き、ヒートポンプで加熱した水を貯湯槽の上部へ戻す第１循環路と、貯湯槽内の水を貯湯槽の下部からヒートポンプへ導き、ヒートポンプで加熱した水を貯湯槽の中間高さに戻す第３循環路と、第１循環路と第３循環路の共通部分に設けられているポンプと、貯湯槽の複数の高さにおける温度を計測するセンサ群と、センサ群が計測した貯湯槽内の水の高さ方向の温度分布パターンに基づいて、ポンプよって水を循環させる循環路を、第１循環路と第３循環路のいずれかに切替える第２切替え器を備える。
【００１３】
上記構成によれば、貯湯槽の水は、第１循環路または第３循環路のいずれかによって、貯湯槽とヒートポンプの間を循環する。
第１循環路が選択されていると、貯湯槽の下部から吸い出された水がヒートポンプで加熱されて貯湯槽の上部に戻される。貯湯槽の水の全量を設定温度にまで加熱することができる。
第３循環路が選択されていると、貯湯槽の下部から吸い出された水がヒートポンプ内で加熱されて貯湯槽の中間高さに戻される。中間高さよりも下方に貯湯されている水のみを加熱することができる。貯湯槽に貯湯されている温水の全量が設定温度にまで加熱されている状態で給湯すると、貯湯槽の下部から冷水が送り込まれ、設定温度に加熱された温水は上方に貯湯される。上方に温水が貯湯されてその下方に冷水が存在する温度成層状態が得られる。この状態で、ヒートポンプで加熱することがある。このとき、第１循環路を利用すると（従来の技術では第１循環路しかない）、貯湯槽の下方に存在していた冷水がヒートポンプで加熱されて上部に戻される。このとき、ヒートポンプでは水を徐々に昇温するために、設定温度よりも低温の水が上部に戻され、温度成層が崩れてしまう。シャワーや洗願等に必要な設定温度に加熱されていた温水が出湯できる状態から出湯できない状態になってしまう。第３循環路が選択されていると、ヒートポンプで加熱された水（設定温度よりは低温である）が上部に戻されることがない。貯湯槽の上方に設定温度に加熱された温水が貯湯されている状態を維持しながら、ヒートポンプによって貯湯槽の下方に貯湯されている低温の水を加熱することができる。
第３循環路を選択可能とすることによって、ヒートポンプによって貯湯槽内の水を徐々に昇温させていく方式と、貯湯槽内を温度成層状態に維持する点を両立させることができる。
【００１４】
第１循環路と第３循環路は、貯湯槽内の水の高さ方向の温度分布パターンに基づいて選択される。
例えば貯湯槽の上部の水温が低ければ、第１循環路が選択される。貯湯槽の水の全量を設定温度にまで加熱することができる。上部の水温が高い場合は、第３循環路が選択される。温度成層状態を崩さないで、ヒートポンプによって貯湯槽内の水を徐々に昇温させていくことができる。
【００１５】
上記の２つの着想は、現実にはひとつの貯湯槽を、実質的には上下２つの貯湯槽に分けて利用するという技術的思想に帰着する。第２循環路を選択することよって、上側の貯湯槽の水だけを加熱することができ、ヒートポンプによって貯湯槽内の水を徐々に昇温させていく方式と、貯湯槽の上部に設定温度にまで加熱された温水が貯湯されるまでに要する時間を短くする点を両立させることができる。第３循環路を選択することよって、下側の貯湯槽の水だけを加熱することができ、ヒートポンプによって貯湯槽内の水を徐々に昇温させていく方式と、貯湯槽内を温度成層状態に維持する点を両立させることができる。
【００１６】
本発明は、上側の貯湯槽の水だけを加熱する状態と、下側の貯湯槽の水だけを加熱する状態と、上下の貯湯槽の水を加熱する状態の間で切換え可能な形態に具現化することもできる。
この貯湯装置は、貯湯槽内の水を貯湯槽の下部からヒートポンプへ導き、ヒートポンプで加熱した水を貯湯槽の上部へ戻す第１循環路と、貯湯槽内の水を貯湯槽の中間高さからヒートポンプへ導き、ヒートポンプで加熱した水を貯湯槽の上部へ戻す第２循環路と、貯湯槽内の水を貯湯槽の下部からヒートポンプへ導き、ヒートポンプで加熱した水を貯湯槽の中間高さに戻す第３循環路と、第１循環路と第２循環路と第３循環路の共通部分に設けられているポンプと、貯湯槽の複数の高さにおける温度を計測するセンサ群と、センサ群が計測した貯湯槽内の水の高さ方向の温度分布パターンに基づいて、ポンプによって水を循環させる循環路を、第１循環路と第２循環路と第３循環路のいずれかに切替える第３切替え器を備える。
【００１７】
上記構成によれば、第１循環路を選択することによって、貯湯槽に貯湯されている水の全量をヒートポンプに送って設定温度にまで加熱することができ、第２循環路を選択することによって、貯湯槽の上側に貯湯されている水のみをヒートポンプに送って設定温度にまで加熱することができ、第３循環路を選択することによって、貯湯槽の下側に貯湯されている水のみをヒートポンプに送って設定温度にまで加熱することができる。
第１循環路を選択することによって、貯湯槽に貯湯されている水の全量を設定温度にまで加熱することができ、第２循環路を選択することによって、貯湯槽の上側に設定温度に加熱された温水が貯湯されている状態が得られるまでの時間を短縮することができ、第３循環路を選択することによって、温度成層状態を維持しながらヒートポンプで加熱し続けることができる。
ヒートポンプによって貯湯槽内の水を徐々に昇温させていくことによってヒートポンプを効率的に利用する技術と、必要な温度の温水を早く得たいという要求、あるいは必要な温度の温水を蓄えている温度成層状態を崩したくないという要求を両立させることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本願発明によれば、ヒートポンプによって貯湯槽内の水を徐々に昇温させていくことによってヒートポンプを効率的に利用する技術（ヒートポンプによって一挙に設定温度にまで加熱する技術に対立する加熱技術であるということができる）と、必要な温度の温水を早く得たいという要求、あるいは必要な温度の温水を蓄えている温度成層状態を崩したくないという要求を両立させることができる。加熱効率が高く、使い勝手がよい貯湯装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
実施例の主要な特徴を列記する。
（第１形態）  第２循環路の出水口は、貯湯槽の上部と下部の略中間の高さに設けられている。貯湯槽の上側の約半分を容量の小さな仮想的な貯湯槽として利用できる。なお、「第２循環路の出水口」とは、貯湯槽内の水を第２循環路へ出水するために貯湯槽に設けられた開口をいう。
（第２形態）  第３循環路の入水口は、貯湯槽の上部と下部の略中間の高さに設けられている。貯湯槽の下側の約半分を容量の小さな仮想的な貯湯槽として利用できる。なお、「第３循環路の入水口」とは、ヒートポンプで加熱された水を第３循環路から貯湯槽へ戻すために貯湯槽に設けられた開口をいう。
（第３形態）  第１循環路と第２循環路と第３循環路は、共通部分を有する。
（第４形態）  共通部分にポンプが設けられている。第１循環路用ポンプと、第２循環路用ポンプと、第３循環路用ポンプを別々に設ける代わりに、共通ポンプを利用する。
（第５形態）  ヒートポンプは、ヒートポンプを通過する水が単位時間当りに受け取る熱エネルギー量が一定レベルに維持されるように制御され、ＣＯＰが高い状態で加熱運転を持続する。
ヒートポンプのＣＯＰは、ヒートポンプが単位時間当りに水に加える熱エネルギー量によって変動する。それを適値に維持することによって、ＣＯＰが高い状態で加熱運転を持続することができる。
（第６形態）  ヒートポンプを通過する単位時間当りの水の流量が一定に維持される。ポンプ効率、熱交換効率が高い状態でヒートポンプの運転を持続することができる。
（第７形態）  センサ群は、貯湯槽内の上部の水温を計測するための第１センサと、貯湯槽内の中間高さの水温を計測するための第２センサを少なくとも含み、第１センサが計測する水温と第２センサが計測する水温の少なくともいずれか一方の値が、設定範囲内である場合に流路を切替える。
（第８形態）  第２センサは、第２循環路の出水口付近の高さの水温を計測する。第２循環路へ切替えるか否かの判断を適正にすることができる。
（第９形態）  貯湯装置は、時計を備えており、時刻に応じて循環路を選択する。例えば深夜の１２：００から翌朝の４：００までは第１循環路を選択する。出湯要求が少ない時間帯は、貯湯槽に貯湯されている水の全量を設定温度に加熱する循環路を選択する。
【実施例】
【００２０】
本発明の貯湯装置に係る一実施例について、図面を参照しながら説明する。
図１に示すように、貯湯装置１０は、給水部１７、貯湯部１４、ヒートポンプ１２、バーナー部１５、出湯部１８、コントローラ１６等を備えている。
【００２１】
給水部１７は、貯湯部１４に水道水を補給し、出湯部１８に温水と混合する水道水を給水する。給水部第１パイプ５０の一端５１には、水道水が供給されている。給水部第１パイプ５０の他端５３は、給水部第２パイプ５２と循環路第１パイプ５４（後述）を介して貯湯槽６０の下部に連通している。後記する出湯パイプ８０に設けられている給湯栓が開かれると、水道水の圧力によって貯湯槽６０の下部に水道水が送り込まれ、貯湯槽６０の上部から温水が送りだされる。給水部第１パイプ５０に流量センサ４５が配置されており、給水部第１パイプ５０を流れる水の量を計測する。
給水部第１パイプ５０に、給水部第２パイプ５２が接続されており、給水部第２パイプ５２には、逃がし弁４６が取り付けられている。逃がし弁４６は、圧力が所定値以上になったときに開く。逃がし弁４６が設けられていることによって、循環路第１パイプ５４を介して連通している貯湯槽６０の内圧が過大になるのが防止されている。
給水部第２パイプ５２と循環路第１パイプ５４が接続されている第１配管接続部１１４から、給水部第３パイプ７３が分岐している。給水部第３パイプ７３は、後記する温水との混合部８２につながっている。給水第３パイプ７３には第２流量調整弁７６が介装されており、第２流量調整弁７６は、給水第３パイプ７３を流れる水の量を調整する。
【００２２】
貯湯部１４は、貯湯槽６０を備えている。貯湯槽６０は縦長状であり、円形状の長手直角方向断面を持っている。貯湯槽６０の容量は、５０リットルである。貯湯槽６０の上部に貯湯槽第１センサ１２６が配置されており、貯湯槽上部の水の温度を計測する。貯湯槽６０の下部に貯湯槽第３センサ１３０が配置されており、貯湯槽下部の水の温度を計測する。貯湯槽６０の中間高さに貯湯槽第２センサ１２８が配置されており、貯湯槽の中間高さの温度を計測する。貯湯槽第１センサ１２６と貯湯槽第２センサ１２８と貯湯槽第３センサ１３０によって、貯湯槽６０内の水の高さ方向の温度分布パターンを計測することができる。
貯湯部１４には貯湯槽６０内の水をヒートポンプ１２に循環させるためのパイプ群等を備える。このパイプ群等については後述する。
【００２３】
ヒートポンプ１２は、外気熱交換器２０、圧縮機２３、給湯熱交換器２１、減圧弁２４、循環往路管３０、循環復路管３１等を有している。
外気熱交換器２０は熱交換ファン２２を備えており、熱交換ファン２２は電動モータ２５と電動モータ２５の駆動軸に取り付けられたファン２６を持っている。ファン２６は、電動モータ２５に駆動されて回転する。ファン２６が回転すると、外気が外気熱交換器２０に吹き付けられる。外気熱交換器２０は、内部に設けられている熱媒体流路２７を通過する熱媒体と外気との間で熱交換を行う。本実施例のヒートポンプ１２は、熱媒体に代替フロンの一種であるＨＦＣ（ハイドロフルオロカーボン）を用いている。ＨＦＣ以外の熱媒体（例えば、ＨＦＣ以外の代替フロンや、二酸化炭素等）を用いることもできる。
循環往路管３０は、外気熱交換器２０の熱媒体流路２７の出口部３２と、給湯熱交換器２１の熱媒体流路３６の入口部３３とを接続している。圧縮機２３が、循環往路管３０に介装されており、外気熱交換器２０を出た熱媒体を圧縮し、給湯熱交換器２１に送り込む。ヒートポンプ第１センサ３７が循環往路管３０に装着されており、外気熱交換器２０から流出した熱媒体の温度を計測する。
循環復路管３１は、給湯熱交換器２１の熱媒体流路３６の出口部４０と外気熱交換器２０の熱媒体流路２７の入口部３４を接続している。減圧弁２４が、循環復路３１管に介装されており、開度を調整することによって上流側と下流側の圧力差を変化させる。減圧弁２４は、圧縮機２３で加圧された熱媒体の圧力を解放する。ヒートポンプ第２センサ４１とヒートポンプ第３センサ４２が、循環復路管３１に装着されている。ヒートポンプ第２センサ４１は、給湯熱交換器２１から流出した熱媒体の温度を計測する。ヒートポンプ第３センサ４２は、外気熱交換器２０に流入する熱媒体の温度を計測する。
【００２４】
貯湯部１４において、貯湯槽６０とヒートポンプ１２の間には、第１循環路、第２循環路、第３循環路が設けられている。以下で具体的に説明する。貯湯槽６０とヒートポンプ１２の間には、循環路第１パイプ５４、循環路第２パイプ１００、循環路第３パイプ１０２、循環路第４パイプ１０４、循環路第５パイプ１０６、循環路第６パイプ１０８、循環路第７パイプ１１０、第１流量調整弁４８、ポンプ４７、循環路第１センサ６１、循環路第２センサ６６、循環路第３センサ６５、第１流路切替え弁１２２、第２流路切替え弁１２４が設けられている。
循環路第１パイプ５４は一端が貯湯槽６０の下部に設けられた下部出水口１１２に接続されている。下部出水口１１２は、水道水が貯湯槽６０に送り込まれる場合には、入水口となるが、貯湯槽６０に貯湯されている水をヒートポンプ１２で加熱する場合には、出水口となる。循環路第１パイプ５４の他端は、第１配管接続部１１４で、給水部第２パイプ５２と、給水部第３パイプ７３と、循環路第２パイプ１００に接続されている。水道水が貯湯槽６０に送り込まれる場合には、水道水が循環路第１パイプ５４を貯湯槽６０に向けて流れるが、貯湯槽６０に貯湯されている水をヒートポンプ１２で加熱する場合には、貯湯槽６０に貯湯されている水が循環路第１パイプ５４を貯湯槽６０から流れる。
循環路第２パイプ１００の一端は、第１配管接続部１１４で循環路第１パイプ５４や他のパイプに接続されている。循環路第２パイプ１００の他端は、第１流路切替え弁１２２に接続されている。
循環路第３パイプ１０２の一端は、第１流路切替え弁１２２に接続されている。循環路第３パイプ１０２の他端は、ヒートポンプ１２に備えられた給湯熱交換器２１の水流路３８の入口部６８と接続されている。循環路第３パイプ１０２には、第１流量調整弁４８とポンプ４７が介装されている。ポンプ４７が駆動することによって、貯湯槽６０内の水がヒートポンプ１２へ流入し再び貯湯槽６０へ戻される。また循環路第３パイプ１０２には循環路第１センサ６１が配設されている。循環路第１センサ６１はヒートポンプ１２内の給湯熱交換器２１へ流入する水の温度を計測する。
循環路第４パイプ１０４の一端は、ヒートポンプ１２に備えられた給湯熱交換器２１の水流路３８の出口部７０と接続されている。循環路第４パイプ１０４の他端は、第２流路切替え弁１２４に接続されている。循環路第４パイプ１０４には、循環路第２センサ６６が配設されている。循環路第２センサ６６は、循環路第４パイプ１０４内の水の温度、即ちヒートポンプ１２によって加熱された水の温度を計測する。
循環路第５パイプ１０６の一端は、第２流路切替え弁１２４に接続されている。循環路第５パイプ１０６の他端は、貯湯槽６０の上部に設けられた上部入水口１２０に接続されている。後記するように、貯湯槽６０からバーナー部１５に向けて温水が送り出される場合には、上部入水口１２０は出水口となるが、貯湯槽６０に貯湯されている水をヒートポンプ１２で加熱する場合には、入水口となる。循環路第５パイプ１０６の途中には、バーナー部パイプ７１が接続されている。循環路第５パイプ１０６とバーナー部パイプ７１の接続部に循環路第３センサ６５が配設されている。循環路第３センサ６５は、水が循環路第５パイプ１０６を流れて貯湯槽６０の上部へ戻る場合には、その水の温度を計測する。また温水が貯湯槽６０から送り出されてバーナー部パイプ７１を通ってバーナー部１５へ送られる場合にはその温水の温度を計測する。
循環路第６パイプ１０８の一端は、第２流路切替え弁１２４に接続されている。循環路第６パイプ１０８の他端は、貯湯槽６０の中間開口１１８に接続されている。中間開口１１８の貯湯槽６０における配置高さと、貯湯槽第２センサ１２８の貯湯槽６０における配置高さはほぼ等しい。
循環路第７パイプ１１０の一端は、第２配管接続部１１６で循環路第６パイプ１０８に接続されている。循環路第７パイプ１１０の他端は、第１流路切替え弁１２２に接続されている。
【００２５】
第１流路切替え弁１２２は、循環路第２パイプ１００と循環路第３パイプ１０２を連通するか、循環路第７パイプ１１０と循環路第３パイプ１０２を連通するかを切替える。
第２流路切替え弁１２４は、循環路第４パイプ１０４と循環路第５パイプ１０６を連通するか、循環路第４パイプ１０４と循環路第６パイプ１０８を連通するかを切替える。流路切替え弁１２２、１２４はコントローラ１６からの指令によりその流路を切替える。
【００２６】
図１から図３では、ポンプ４７によって水が循環する循環路を黒く塗りつぶして示している。図１は、第１流路切替え弁１２２が循環路第２パイプ１００と循環路第３パイプ１０２を連通させ、第２流路切替え弁１２４が循環路第４パイプ１０４と循環路第５パイプ１０６を連通させている。この状態では、ポンプ４７が、貯湯槽６０内の水を貯湯槽６０の下部からヒートポンプ１２へ導き、ヒートポンプ１２で加熱した水を貯湯槽６０の上部へ戻す第１循環路を循環させる。図２は、第１流路切替え弁１２２が循環路第７パイプ１１０と循環路第３パイプ１０２を連通させ、第２流路切替え弁１２４が循環路第４パイプ１０４と循環路第５パイプ１０６を連通させている。この状態では、ポンプ４７が、貯湯槽６０内の水を貯湯槽６０の中間高さからヒートポンプ１２へ導き、ヒートポンプ１２で加熱した水を貯湯槽６０の上部へ戻す第２循環路を循環させる。なお、貯湯槽内の水は貯湯槽６０の中間高さに設けられた中間開口１１８からヒートポンプ１２へ導かれる。このとき中間開口１１８は出水口として機能する。図３は、第１流路切替え弁１２２が循環路第２パイプ１００と循環路第３パイプ１０２を連通させ、第２流路切替え弁１２４が循環路第４パイプ１０４と循環路第６パイプ１０８を連通させている。この状態では、ポンプ４７が、貯湯槽６０内の水を貯湯槽６０の下部からヒートポンプ１２へ導き、ヒートポンプ１２で加熱した水を貯湯槽６０の中間高さへ戻す第３循環路を循環させる。なお、ヒートポンプ１２で加熱された水は貯湯槽６０の中間高さに設けられた中間開口１１８から貯湯槽へと戻される。このとき中間開口１１８は入水口として機能する。
【００２７】
なお、貯湯槽６０に設けられた上部入水口１２０の位置は、貯湯槽の上方のいずれかの位置であればよく、必ずしも貯湯部の最上部でなくともよい。同様に貯湯槽６０に設けられた下部出水口１１２は貯湯槽の下方のいずれかの位置であればよく、必ずしも貯湯部の最下部でなくともよい。さらに中間開口１１８の位置は、上部入水口１２０と下部出水口１１２の間であればよい。但し、中間開口１１８の位置は、上部入水口１２０と下部出水口１１２の上下方向の略中間位置であることが好ましい。
また、貯湯槽第１センサ１２６の配設位置は、貯湯槽の上方のいずれかの位置であればよく、必ずしも貯湯部の最上部でなくともよい。貯湯槽第３センサ１３０の配設位置についても貯湯槽の下方のいずれかの位置であればよく、必ずしも貯湯部の最下部でなくともよい。貯湯槽第２センサ１２８の配設位置についても貯湯槽第１センサ１２６と貯湯槽第３センサ１３０の間であればよい。但し、貯湯槽第２センサ１２８の配置高さは、中間開口１１８と同程度の高さに配置されることが好ましい。
【００２８】
バーナー部１５は、バーナーファン７９と、バーナー７８と、バーナー熱交換器６９、とバーナー部パイプ７１を備えている。
バーナー熱交換器６９の一端６３は、バーナー部パイプ７１の一端に接続されている。
バーナー熱交換器６９の他端６４には配管が接続されており、その配管の他端は、混合部８２に接続されている。バーナー熱交換器６９の出口６４に接続された配管は、混合部８２において給水部第３パイプ７３と合流し、出湯パイプ８０に接続されている。前記したように、バーナー部パイプ７１の他端は循環路第５パイプ１０６の途中に接続されている。
バーナー７８は、ガスを燃焼することによって、バーナー熱交換器６９を流れる水を加熱する。バーナーファン７９は、バーナー７８に燃焼用の空気を送風する。
【００２９】
出湯部１８は、出湯パイプ８０と、出湯部第１センサ７５と、出湯部第２センサ８１を備える。出湯パイプ８０の一端は、給水部第３パイプ７３とバーナー熱交換器６９の出口６４に接続されている配管との合流箇所（混合部８２）に接続されている。出湯パイプ８０の他端は、給湯栓や風呂に連通している。給湯栓が開かれると、出湯パイプ８０に温水が出湯される。
出湯部第１センサ７５はバーナー交換器６９から送り出される温水の温度を計測する。出湯部第２センサ８１は出湯パイプ８０を流れる温水の温度、即ち最終的に出湯される温水の温度を計測する。出湯パイプ８０にはバーナー交換器６９から送られる高温の温水と給水部第３パイプ７３から送られる低温の水道水が混合して送られる。高温の温水と低温の水道水の混合比は、給水部第３パイプ７３に介装されている第２流量調整弁７６により制御される。高温の温水と低温の水道水との混合比を適切に調整することによって利用者が所望する温度の水を出湯することができる。
【００３０】
コントローラ１６には、リモコン１９が操作されたことによる操作信号と、流量センサ４５、センサ３７、４１、４２、６１、６５、６６、７５、８１、１２６、１２８、１３０の計測値が入力される。コントローラ１６の内部には時計１３２が内蔵されていて時刻を取得することができる。
コントローラ１６は、センサの入力および時刻を、格納している制御プログラムで処理することによって、ポンプ４７、熱交換ファン２２、圧縮機２３、減圧弁２４、流量調整弁４８、７６、バーナー７８、バーナーファン７９、流路切替え弁１２２、１２４を制御する。
【００３１】
次に流路切替え弁１２２、１２４の切替え状態によって、貯湯槽６０内の水がヒートポンプ１２を通って再び貯湯槽６０へ戻るときの水温の変化を図１から図３を用いて説明する。なお以下では、貯湯槽６０から出湯されておらず、貯湯槽６０へ給水されていない状態を説明する。図２と図３に示す貯湯装置１０の構成は、図１の貯湯装置１０の構成と同一である。図１から図３では、ポンプ４７によって水が循環する循環路を黒く塗りつぶして示している。
【００３２】
図１は、第１流路切替え弁１２２が循環路第２パイプ１００と循環路第３パイプ１０２を連通させるように切替えられており、第２流路切替え弁１２４が循環路第４パイプ１０４と循環路第５パイプ１０６を連通させるように切替えられている状態を示してある。
この状態でポンプ４７が作動すると貯湯槽６０内の水は、貯湯槽６０の下部出水口１１２から吸い出されて循環路第１パイプ５４へ流れ込む。そして循環路第２パイプ１００と循環路第３パイプ１０２を通ってヒートポンプ１２へと導かれる。ヒートポンプ１２から出た水は循環路第４パイプ１０４と循環路第５パイプ１０６を通って貯湯槽６０の上部入水口１２０から貯湯槽６０へと戻る。図１で黒く塗りつぶされたパイプがこのときの水の循環路である。矢印が水の流れる方向を示す。
図１の黒く塗りつぶされた循環路が第１循環路３００である。但し、ヒートポンプ１２に備えられた給湯熱交換器２１内の水流路３８は請求項にいう第１循環路には含まれない。この場合、循環路第１パイプ５４、循環路第２パイプ１００、循環路第３パイプ１０２、循環路第４パイプ１０４、循環路第５パイプ１０６のパイプ群（第１パイプ群）によって第１循環路３００が形成される。換言すれば、第１パイプ群によって、貯湯槽内の水を貯湯槽の下部からヒートポンプ１２へ導き、ヒートポンプ１２によって加熱された水を貯湯槽の上部へ戻す第１循環路３００が形成される。第１循環路３００を水が流れる場合には貯湯槽６０内の水全体がヒートポンプ１２を循環する。
【００３３】
次に図２により貯湯槽６０の上側の水のみを循環させる場合の循環路を説明する。図２には、第１流路切替え弁１２２が循環路第７パイプ１１０と循環路第３パイプ１０２を連通させるように切替えられており、第２流路切替え弁１２４が循環路第４パイプ１０４と循環路第５パイプ１０６を連通させるように切替えられている状態を示してある。
この状態でポンプ４７が作動すると貯湯槽６０内の水は、貯湯槽６０の中間開口１１８から吸い出されて循環路第６パイプ１０８へ流れ込む。なおこのとき中間開口１１８は貯湯槽内の水を循環路へと流出させる出水口となる。第２流路切替え弁１２４は循環路第４パイプ１０４と循環路第５パイプ１０６を連通させるように切替えられているので、循環路第６パイプ１０８の第２流路切替え弁１２４側の端部は行き止まり状態となっている。従って水は第２配管接続部１１６で循環路第７パイプ１１０へと導かれる。その後、水は循環路第３パイプ１０２を通ってヒートポンプ１２へと導かれる。ヒートポンプ１２から出た水は循環路第４パイプ１０４と循環路第５パイプ１０６を通って貯湯槽６０の上部入水口１２０から貯湯槽６０へと戻される。図２で黒く塗りつぶされたパイプがこのときの水の循環路である。矢印が水の流れる方向を示す。
図２の黒く塗りつぶされた循環路が第２循環路３０２である。但し、ヒートポンプ１２に備えられた給湯熱交換器２１内の水流路３８は請求項にいう第２循環路には含まれない。この場合、循環路第６パイプ１０８の一部（貯湯槽６０の中間開口１１８から第２配管接続部１１６までの部分）、循環路第７パイプ１１０、循環路第３パイプ１０２、循環路第４パイプ１０４、循環路第５パイプ１０６のパイプ群（第２パイプ群）によって第２循環路３０２が形成される。換言すれば、第２パイプ群によって、貯湯槽内の水を貯湯槽の中間高さからヒートポンプ１２へ導き、ヒートポンプ１２によって加熱された水を貯湯槽の上部へ還流させる第２循環路３０２が形成される。
第２循環路３０２を利用すると、貯湯槽６０の中間開口１１８から吸い出された水がヒートポンプ１２へと導かれる。ヒートポンプ１２を通って加熱された水は上部入水口１２０から貯湯槽６０へと戻される。貯湯槽６０へ戻された水は、中間開口１１８から吸い出された水よりも温度が高い。貯湯槽６０へ戻された温度の高い水とそれより下側の温度の低い水との間に境界層が形成される。即ち、温水と冷水が温度成層を形成した状態とすることができる。貯湯槽６０へ戻される水の量が増加すると境界層が貯湯槽６０の下方へ移動する。境界層が中間開口１１８まで下降すると、中間開口１１８からは境界層より上方の温度の高い水が吸い出される。中間開口１１８から境界層より上方の温度の高い水が吸い出されると貯湯槽６０の上部入水口１２０からはさらに温度が上昇した水が戻される。このように第２循環路３０２を利用すると、中間開口１１８から上側の水だけをヒートポンプ１２へ循環させることができる。貯湯槽６０の上側の水だけがヒートポンプ１２を循環して加熱されるので、貯湯槽６０に蓄えられた水の全部を加熱するより短時間で貯湯槽６０の上部に設定温度の水を貯湯することができる。
【００３４】
次に図３により貯湯槽６０の下側の水のみを循環させる場合の循環路を説明する。図３には、第１流路切替え弁１２２が循環路第２パイプ１００と循環路第３パイプ１０２を連通させるように切替えられており、第２流路切替え弁１２４が循環路第４パイプ１０４と循環路第６パイプ１０８を連通させるように切替えられている状態を示してある。
この状態でポンプ４７が作動すると貯湯槽６０内の水は、貯湯槽６０の下部出水口１１２を通って循環路第１パイプ５４へ流れ込む。そして循環路第２パイプ１００と循環路第３パイプ１０２を通ってヒートポンプ１２へと導かれる。ヒートポンプ１２から出た水は循環路第４パイプ１０４と循環路第６パイプ１０８を通って貯湯槽６０の中間開口１１８から貯湯槽６０へ戻される。なお、第１流路切替え弁１２２は循環路第２パイプ１００と循環路第３パイプ１０２を連通させるように切替えられているので、流路第７パイプ１１０の第１流路切替え弁１２２側の端部は行き止まり状態となっている。従って循環路第６パイプ１０８へ流れ込んだ水は第２配管接続部１１６で循環路第７パイプ１１０へは流れ込まずに中間開口１１８へと導かれる。また、このとき中間開口１１８はヒートポンプ１２を通った水を貯湯槽へと戻す入水口となる。図３で黒く塗りつぶされたパイプがこのときの水の循環路である。矢印が水の流れる方向を示す。
図３の黒く塗りつぶされた循環路が第３循環路３０４である。但し、ヒートポンプ１２に備えられた給湯熱交換器２１内の水流路３８は請求項にいう第３循環路には含まれない。この場合、循環路第１パイプ５４、循環路第２パイプ１００、循環路第３パイプ１０２、循環路第４パイプ１０４、循環路第６パイプ１０８のパイプ群（第３パイプ群）によって第３循環路３０４が形成される。換言すれば、第３パイプ群によって、貯湯槽の下部から貯湯槽内の水をヒートポンプ１２へ導き、ヒートポンプ１２によって加熱された水を貯湯槽６０の中間高さで貯湯槽６０へ戻す第３循環路３０４が形成される。
第３循環路３０４を利用すると、貯湯槽６０の下部出水口１１２から吸い出された水はヒートポンプ１２へと導かれる。ヒートポンプ１２を通って加熱された水は、中間開口１１８から貯湯槽６０へ戻される。ヒートポンプ１２へ流入した水はヒートポンプ１２で所定温度、例えば１０℃だけ昇温される。貯湯槽６０の下側に冷水が存在し、上側に設定温度の水が存在する場合には、ヒートポンプ１２を通って中間開口１１８から貯湯槽６０へ戻される水の温度は貯湯槽６０の上側の水の温度より低く、下側の水の温度よりは高い。従って中間開口１１８から貯湯槽６０へ戻された水は、貯湯槽６０の上側の設定温度の水と対流を起こすことなく貯湯槽６０の中間に貯湯される。貯湯槽６０の上側の設定温度の水と中間開口１１８から貯湯槽６０へ戻された水との間に境界層が形成される。即ち、貯湯槽６０上側の設定温度の水と中間開口１１８から貯湯槽６０へ戻された設定温度より低い水が温度成層をなした状態となる。貯湯槽６０へ戻された水は、下部出水口１１２から吸い出された水の分だけ中間開口１１８より下側へ溜まっていく。中間開口１１８から貯湯槽６０へ戻された水が下部出水口１１２まで達すると、下部出水口１１２からはそれまでより温度が１０℃だけ上昇した水がヒートポンプ１２へと送られる。こうして貯湯槽６０の下側の水だけを徐々に加熱することができる。貯湯槽６０の下側の水だけを加熱している間であっても前記温度成層の状態はそのまま維持される。このように第３循環路３０４を利用すると、中間開口１１８から下側の水だけをヒートポンプ１２へ循環させて加熱することができる。貯湯槽６０の上側の水の温度を低下させずに貯湯槽６０の下側の水のみを加熱することができる。
【００３５】
次に図４から図６に基づいて、循環路ごとに貯湯槽６０内の水がどのように昇温されるかについて説明する。
貯湯槽６０内の水がどのように昇温されるかを説明する前に本実施例におけるヒートポンプ１２の動作について説明しておく。
ヒートポンプ１２は、ヒートポンプ１２を通過する水が単位時間当りに受け取る熱エネルギー量が一定レベルに維持されるように制御され、ＣＯＰが高い状態で加熱運転を持続する。ヒートポンプ１２のＣＯＰは、ヒートポンプが単位時間当りに水に加える熱エネルギー量によって変動する。それを適値に維持することによって、ＣＯＰが高い状態で加熱運転を持続する。さらにヒートポンプ１２を通過する単位時間当りの水の流量が第１流量調整弁４８によって一定に維持される。ポンプ効率、熱交換効率が高い状態でヒートポンプの運転を持続する。
換言すればヒートポンプ１２は、ヒートポンプ１２を通過する水が単位時間当りに受け取る熱エネルギー量が一定レベルに維持されるように制御される。また、ポンプ４７は、第１流量調整弁４８によって流量が一定の状態で運転される。この結果、給湯熱交換器２１に流入する水温と給湯熱交換器２１から流出する水温の差は一定となる。昇温幅が一定に維持される。
なお、以下では「水がヒートポンプ１２の給湯熱交換器２１を通過する」との表現を単に「水がヒートポンプ１２を通過する」と表現することにする。本実施例では、水がヒートポンプ１２を通過することによる昇温幅が一定に維持される。例えば、ヒートポンプ１２を通過前後の水の温度差が１０℃となるように制御される。貯湯槽６０内の水はヒートポンプ１２を１回通過するたびにその温度が１０℃ずつ上昇する。ヒートポンプ１２を通過する前の水の温度は図１に示す循環路第１センサ６１によって計測される。ヒートポンプ１２を通過した後の水の温度は図１に示す循環路第２センサ６６によって計測される。ヒートポンプ１２が水に加える加熱量は、圧縮機２３の圧縮比を調整するか、あるいは減圧弁２４の開度を調整することによって行われる。
ヒートポンプ１２を通過する水が単位時間当りに受け取る熱エネルギー量が一定レベルに維持されるように制御されることで、貯湯槽６０内の水がヒートポンプ１２を循環する毎に一定の温度ずつ上昇させることができる。貯湯槽６０内の水がヒートポンプ１２を循環する毎に少しずつ温度を上昇させることによって、ヒートポンプ１２のＣＯＰが高い状態で運転し続けることができる。貯湯装置１０の加熱効率を向上できる。貯湯槽６０内の水の温度を徐々に上昇させる技術については本願発明者らが既に出願した特願２００５−１２６０６７号に詳しく記載されている。なお、圧縮機２３の圧縮比を調整するタイミングは、水が一巡する周期にあわせもよいが、小刻みな周期で調整してもよい。
【００３６】
次に第１循環路３００を利用した場合の貯湯槽内の水の温度変化について説明する。
図４に、図１で示した第１循環路３００を水が循環する際の貯湯槽６０内の水温の変化を示す。図４（Ａ）から図４（Ｇ）に向って貯湯槽６０内の水温の変化を経時的に示してある。また図４（Ａ）から（Ｇ）に示した矢印は水の流れる方向を示す。なおここでは貯湯槽６０内に貯湯しておく水の設定温度が４５℃に設定されている場合を例示している。
図４（Ａ）には図１の貯湯装置１０のうち、第１循環路３００に関係する部分のみを簡略化して示してある。第１循環路３００では、貯湯槽６０の下部出水口１１２から吸い出された水はヒートポンプ１２に送られる。ヒートポンプ１２を通過した水は上部入水口１２０から貯湯槽６０へ戻される。図４（Ａ）では第１循環路３００を形成する第１パイプ群を符号２００と２０２で代表して示す。パイプ群２００は、第１循環路３００を形成する第１パイプ群のうち、貯湯槽６０の下部出水口１１２からヒートポンプ１２へ水を送るパイプ群である。パイプ群２０２は、第１循環路３００を形成する第１パイプ群のうち、ヒートポンプ１２で加熱された水を貯湯槽６０の上部入水口１２０へ戻すパイプ群である。
【００３７】
図４（Ａ）の初期状態では貯湯槽６０内は１５℃の水で満たされている。貯湯槽６０内の１５℃の水はパイプ群２００によってヒートポンプ１２へ送られる。ヒートポンプ１２では水は１０℃だけ昇温される。ヒートポンプ１２を通過して２５℃となった水はパイプ群２０２によって貯湯槽６０の上部へと戻される。貯湯槽６０内の約半分の水がヒートポンプ１２を循環したときの様子を図４（Ｂ）に示す。貯湯槽６０の上側には２５℃の水の領域が形成される。貯湯槽の上側の温度の高い水の領域を上側領域１５２と称する。一方貯湯槽６０の下側の水は１５℃のままである。貯湯槽の下側の温度の低い水の領域を下側領域１５４と称する。上側領域１５２には下側領域１５４の水より温度の高い水が徐々に溜められる。従って貯湯槽６０内で水の対流が起こることはない。その結果、水温の高い上側領域１５２と水温の低い下側領域１５４の間に境界層１５０が形成される。即ち水温の高い上側領域１５２と水温の低い下側領域１５４で温度成層が形成される。なお、以下では「境界層が形成される」とはその境界層の上側の水温が境界層の下側の水温より高い状態、いわゆる温度成層が形成されることを意味する。
やがて貯湯槽６０内の水が全てヒートポンプ１２を通過すると貯湯槽内の水全体が２５℃となる（図４（Ｃ））。貯湯槽６０の下部の水まで２５℃となると、下部出水口１１２からは２５℃の水がヒートポンプ１２へと送られる。ヒートポンプ１２はヒートポンプ１２通過前後の水の温度差が常に１０℃となるように制御されている。従ってヒートポンプ１２から流出する水の温度は２５℃より１０℃高い３５℃となる。すると図４（Ｄ）に示すように貯湯槽６０には３５℃の水が蓄えられる上側領域１５２と水温が２５℃のままの下側領域１５４が形成される。上側領域１５２と下側領域１５４の間には境界層１５０が形成される。さらに水を循環させて貯湯槽６０内の全部の水がヒートポンプ１２を２巡すると貯湯槽６０内の水は全て３５℃となる（図４（Ｅ））。
同様に貯湯槽６０内の水の全部が３５℃となり貯湯槽６０内の水が３巡目の循環に移行すると貯湯槽６０の上側領域１５２には４５℃の水が溜まっていき下側領域１５４には３５℃の水が残る（図４（Ｆ））。こうして最終的には図４（Ｇ）に示すように貯湯槽６０内の水全体が４５℃の水で満たされる。
【００３８】
第１循環路３００を利用すると、貯湯槽６０内の全体の水を徐々に加熱することができる。
ところで貯湯槽の下部に溜められている低温の水をヒートポンプにより一挙に設定温度である４５℃まで加熱するにはヒートポンプ１２に備えられた圧縮機２３による熱媒体の圧縮比を非常に高くしなければならない。ヒートポンプが消費するエネルギーが増加する。ヒートポンプ１２のＣＯＰが低くなる。
これに対して第１循環路を利用して上記した方法により貯湯槽の水を徐々に加熱すると、低温の水を小さい温度差の水に昇温させる期間をできるだけ長くすることができる。ＣＯＰの高い範囲でのヒートポンプ１２の運転期間を長くできる。即ち、貯湯槽内の低温の水を一挙に設定温度まで加熱するよりも加熱効率よく貯湯槽６０内の水を加熱できる。
【００３９】
次に第２循環路３０２を利用した場合の貯湯槽内の水の温度変化について説明する。
図５に、図２で示した第２循環路３０２を水が循環する際の貯湯槽の温度の変化を示す。図５（Ａ）から図５（Ｇ）に向って貯湯槽６０内の水の温度変化を経時的に示してある。また図５（Ａ）から（Ｇ）に示した矢印は水の流れる方向を示す。なおここでも貯湯槽内に貯湯しておく水の設定温度が４５℃に設定されている場合を例示している。
図５（Ａ）には図２の貯湯装置１０のうち、第２循環路３０２に関係する部分を簡略化して示してある。第２循環路３０２では、貯湯槽６０の中間開口１１８から吸い出された水はヒートポンプ１２に送られる。ヒートポンプ１２を通過した水は貯湯槽の上部入水口１２０へ還流する。図５（Ａ）では第２循環路３０２を形成する第２パイプ群を符号２０２と２０４で代表して示す。パイプ群２０４は、第２循環路３０２を形成する第２パイプ群のうち貯湯槽６０の中間開口１１８からヒートポンプ１２へ水を送るパイプ群である。パイプ群２０２は、第２循環路３０２を形成する第２パイプ群のうちヒートポンプ１２で加熱された水を貯湯槽６０の上部入水口１２０へ戻すパイプ群である。なお第１循環路３００を形成する第１パイプ群と第２循環路３０２を形成する第２パイプ群のうち、図４と図５に示したパイプ群２０２は共通して利用される。
【００４０】
図５（Ａ）の初期状態では貯湯槽６０内は１５℃の水で満たされている。貯湯槽６０内の１５℃の水はパイプ群２０４によって貯湯槽６０の中間開口１１８から吸い出されてヒートポンプ１２へ送られる。ヒートポンプ１２では水は１０℃だけ加熱されて２５℃となる。２５℃となった水はパイプ群２０２によって貯湯槽６０の上部へと戻される。貯湯槽６０内の水の一部がヒートポンプ１２を循環したときの様子を図５（Ｂ）に示す。貯湯槽６０の上側領域１６２には２５℃の水が貯湯され、下側領域１６４には１５℃のままの水が残った状態となる。下側領域１６４の水より温度の高い水が上側領域１６２に徐々に溜められるので２５℃の水が貯湯されている上側領域１６２と１５℃の水が貯湯されている下側領域１６４の間に境界層１６０が形成される。
ヒートポンプ１２を通過する水の量が増加していくと、貯湯槽６０内の高温の水と低温の水との境界層１６０は徐々に下方へ移動する。図５（Ｃ）に示すように、境界層１６０が中間開口１１８より下側に達すると中間開口１１８からは２５℃の水が第２循環路３０２の一部を形成するパイプ群２０４に流れる。ヒートポンプ１２には２５℃の水が流入するのでヒートポンプ１２出口の水温は流入する水より１０℃高い３５℃となる。すると図５（Ｄ）に示すように、貯湯槽６０の上側領域１６２には３５℃の温度の水が貯湯されていく。その結果、貯湯槽６０内には３５℃の水が貯湯された上側領域１６２と、１５℃のままの水が貯湯されている下側領域１６４の間に２５℃の水が貯湯された中間領域１６８が形成される。水温の高い上側領域１６２とそれより水温の低い中間領域１６８の間にも境界層１６６が形成される。さらに水がヒートポンプ１２を循環すると、上側領域１６２と中間領域１６８の間の境界層１６６は徐々に下がっていく。やがて境界層１６６は中間領域１６８と下側領域１６４の間の境界層１６０と一体化する。即ち図５（Ｅ）に示すように、中間領域１６８がなくなって水温３５℃の上側領域１６２と水温１５℃の下側領域１６４とが形成される。下側領域１６４の水温は常にそれより上の領域の水温より低いので境界層１６０の上下で対流が生じることはない。
境界層１６６が中間開口１１８の下側に形成された境界層１６０と一体化すると、中間開口１１８からは３５℃の水がヒートポンプ１２へと送られる。するとヒートポンプ１２から流出する水の温度は４５℃となる。図５（Ｆ）に示すように、貯湯槽６０には４５℃の水が貯湯された上側領域１６２と３５℃の水が貯湯された中間領域１６８と水温が１５℃のままの下側領域１６４が形成される。さらに水を循環させると最終的に図５（Ｇ）に示すように４５℃の水が貯湯された上側領域１６２と水温が１５℃のままの下側領域１６４が形成される。第２循環路３０２を利用することで貯湯槽の上側だけに４５℃の水を貯湯することができる。
ここで、図５（Ｆ）の状態に達したところで設定温度である４５℃の水が貯湯槽６０から出湯可能となる。第１循環路３００を利用した場合のように貯湯槽６０の全体の水を４５℃に昇温する場合と比較して第２循環路３０２を利用すると短時間で４５℃の水を出湯可能とすることができる。これは、第２循環路３０２によって、貯湯槽６０の上側の水のみをヒートポンプ１２へ循環させるからである。従って第２循環路３０２を利用することによって、貯湯槽６０内の全部の水を循環させる場合よりも短時間に４５℃の水を貯湯槽６０の上部に準備することができる。
本実施例では、水を徐々に設定温度まで上昇させるように運転されるヒートポンプ１２を利用する場合であっても４５℃の水を出湯できるようにするまでの時間を短縮することができる。さらに貯湯槽の上側の水のみをヒートポンプ１２に循環させる場合であっても、ヒートポンプ１２の運転状況は第１循環路３００を利用する場合と同じである。即ち、時間を短縮する場合であってもヒートポンプ１２の加熱効率を低下させることはない。
また、貯湯槽下部の冷水をヒートポンプによって一挙に設定温度の４５℃まで加熱して貯湯槽上部へ戻せば短時間で設定温度の水を出湯可能にすることはできる。しかし冷水をヒートポンプによって一挙に設定温度の４５℃まで加熱するにはヒートポンプ１２に備えられた圧縮機２３を高圧縮比にして運転する必要がある。圧縮機２３を高圧縮比にしてヒートポンプ１２運転すると加熱効率が低下してしまう。第２循環路３０２を利用することによって、ヒートポンプ１２の加熱効率を低下させることなく、短時間で設定温度の水を出湯可能にすることができる。
なお、図５はあくまでも模式的な説明図であって、温度の異なる水の領域の境界層１６０、１６６はその上下の領域の水温の差による熱交換が全くないわけではない。しかし境界層１６０、１６６で多少の熱交換が生じても上記説明したように、貯湯槽６０の下側に１５℃（または１５℃に近い温度）の水を残したまま貯湯槽６０の上側の水だけを４５℃まで加熱することができる。即ち貯湯槽６０の上側に短時間で４５℃の水を準備することができる。
【００４１】
次に第３循環路３０４を利用した場合の貯湯槽内の水の温度変化について説明する。
図６に、図３で示した第３循環路３０４を水が循環する際の貯湯槽の温度の変化を示す。図６（Ａ）から図６（Ｇ）に向って貯湯槽６０内の水の温度変化を経時的に示してある。また図６（Ａ）から（Ｇ）に示した矢印は水の流れる方向を示す。なおここでも貯湯槽６０内に貯湯しておく水の設定温度が４５℃に設定されている場合を例示している。
図６（Ａ）には図３の貯湯装置１０のうち、第３循環路３０４に関係する部分のみを簡略化して示してある。第３循環路３０４では、貯湯槽６０の下部出水口１１２から吸い出された水はヒートポンプ１２に送られる。ヒートポンプ１２を通過した水は貯湯槽６０の中間開口１１８へ戻される。図６（Ａ）では第３循環路３０４を形成する第３パイプ群を符号２００と２０６で代表して示す。パイプ群２０６は、第３循環路３０４を形成する第３パイプ群のうちヒートポンプ１２で加熱された水を貯湯槽６０の中間開口１１８へ還流させるパイプ群である。パイプ群２００は、第３循環路３０４を形成する第３パイプ群のうち貯湯槽６０の下部出水口１１２から吸い出された水をヒートポンプ１２へ送るパイプ群である。なお第１循環路３００を形成する第１パイプ群と第３循環路３０４を形成する第３パイプ群のうち、図４と図６に示したパイプ群２００は共通して利用される。
【００４２】
図６（Ａ）は、貯湯槽６０の上側に４５℃の水が貯湯されている上側領域１７２と１５℃の水が貯湯されている下側領域１７４が形成されており、上側領域１７２と下側領域１７４の間に境界層１７０が形成されている場合を示している。即ち、４５℃の水が貯湯された上側領域１７２と１５℃の水が貯湯されている下側領域１７４とで温度成層状態が形成されている。このような状態は、下側領域１７４に相当する容量の水が出湯され、その分を補うように温度の低い水が図１に示す給水部第１パイプ５１を介して貯湯槽６０の下側領域１７４に供給された場合に生じる。図６（Ａ）では境界層１７０は中間開口１１８より上側に形成されている。
【００４３】
第３循環路３０４を利用する場合には、貯湯槽６０内の下側領域１７４に貯湯されている１５℃の水はパイプ群２００によって貯湯槽６０の下部出水口１１２から吸い出されてヒートポンプ１２へ送られる。ヒートポンプ１２によって流入した水より１０℃だけ昇温されて２５℃となった水がパイプ群２０６によって貯湯槽６０の中間開口１１８へと戻される。貯湯槽６０内の水の一部がヒートポンプ１２を循環したときの様子を図６（Ｂ）に示す。貯湯槽６０内には４５℃の水が貯湯された上側領域１７２と１５℃の水が残っている下側領域１７４の間に２５℃の水が貯湯される中間領域１７８が形成される。中間領域１７８と下側領域１７４の間には境界層１７６が形成される。図６（Ａ）の状態で形成されていた境界層１７０は、上側領域１７２と中間領域１７８の間の境界層として維持される。即ち、図６（Ａ）の状態における、４５℃の水が貯湯された上側領域１７２の下側に１５℃の水が貯湯されていた温度成層状態は、４５℃の水が貯湯された上側領域１７２の下側に２５℃の水が貯湯された温度成層状態として維持される。換言すれば、上側領域１７２は水温が４５℃に維持されたままとすることができる。下側領域１７４の水がさらに下部出水口１１２からヒートポンプ１２へ循環すると境界層１７６が下側へ移動する。その結果、図６（Ｃ）に示すように、貯湯槽６０内には４５℃に保たれた水が貯湯された上側領域１７２と２５℃の水が貯湯された下側領域１７４が形成される。下部出水口１１２付近の水の温度が２５℃になるとヒートポンプ１２へは２５℃となった水が送られる。ヒートポンプ１２を通過した後の水の温度は３５℃となる。その結果、図６（Ｄ）に示すように３５℃の水が貯湯される中間領域１７８と２５℃の水が貯湯される下側領域１７４が形成される。上側領域１７２には４５℃の水が貯湯されたままである。即ち温度成層状態が維持される。第３循環路３０４を介してさらに水を循環させると、貯湯槽６０内の境界層１７０の下側は全て３５℃の水となる（図６（Ｅ））。下側出水口１１２からは３５℃の水がヒートポンプ１２に送られて４５℃に加熱された水が中間開口１１８へ戻される。貯湯槽６０の上側領域１７２の水と同じ温度の水が中間開口１１８から戻るのでそれまでの境界層１７０は消失して境界層１７６だけが残る。（図６（Ｆ））。最後に４５℃の水が貯湯されている上側領域１７２と３５℃の水が貯湯されている下側領域１７４の境界層１７６も徐々に下側へ移動していく。最終的には図６（Ｇ）に示すように貯湯槽６０内の全ての水が４５℃となる。
【００４４】
第３循環路３０４を利用すると、図６で説明したように、貯湯槽６０の下側の水を徐々に昇温させている間でも４５℃の水が貯湯されている上側領域１７２に変化はない。即ち水温が４５℃である上側領域１７２の温度成層を維持することができる。
第３循環路３０４を利用すると、低温の水を徐々に昇温させる場合であっても上側領域１７２に貯湯されている４５℃の水の温度を低下させることはない。貯湯槽６０の下側の水を徐々に昇温させている間でも常に４５℃（設定温度）の水を出湯することができる。
また貯湯槽の下側の水のみをヒートポンプ１２に循環させる場合であっても、ヒートポンプ１２の運転状況は第１循環路３００を利用する場合と同じである。即ち、下側の水のみを昇温させる場合であってもヒートポンプ１２の加熱効率を低下させることはない。
【００４５】
次に、第１循環路３００と第２循環路３０２と第３循環路３０４の切り替えの判断処理の一例を説明する。まず次の表１に基づいて、どの循環路をどのような条件のときに用いるかを概説する。
【００４６】
【表１】
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【００４７】
第１循環路は、貯湯槽６０内の水全体を昇温させる循環路である。第１循環路を用いるのは、貯湯槽６０内の水のほぼ全部が低温であり、深夜又は外出時の時間帯の場合である。貯湯槽６０内の水のほぼ全部が低温の場合は、第１循環路を用いることによって、図４で説明したように低温の水を小さい温度差の水に昇温させる期間をできるだけ長くすることができる。ＣＯＰの高い範囲でのヒートポンプ１２の運転期間を長くできる。即ち高効率で貯湯装置１０を運転することができる。さらに深夜では、電気料金が低額となる場合があるので、この場合には低コストで貯湯装置１０を運転することができる。なお、外出時間帯であるか否かは、例えば給湯装置１０に外出するか否かのスイッチを設ける、あるいは長時間貯湯装置１０から出湯されない場合にコントローラ１６が外出時間帯であると判断してもよい。さらに毎日決まった時間帯において出湯がされない場合はその時間帯を「外出時間帯」（実際には外出していなくとも出湯されなければ貯湯装置１０にとってみれば「外出時間帯」と同じことである）と判断してもよい。
【００４８】
第２循環路は、貯湯槽６０内の上側の水を昇温させる循環路である。第２循環路を用いるのは、貯湯槽内の水のほぼ全部が低温であり、昼間の時間帯である場合である。但し前述した「外出時間帯」である場合を除く。昼間は出湯が要求される可能性が高いので、貯湯槽６０内の水のほぼ全部が低温となった場合には設定温度の水を素早く貯湯することが必要である。そのような場合には、図５で説明したように第２循環路を用いることによって、貯湯槽６０の上側に設定温度の水を素早く（短時間で）貯湯することができる。
【００４９】
第３循環路は、貯湯槽内の下側の水を昇温させる循環路である。第３循環路を用いるのは、貯湯槽６０内の下側の水のみが低温の場合である。すなわち貯湯槽６０の上側にまだ設定温度の水が残っている場合である。この場合は時間帯に関係なく第３循環路を用いる。理想的には貯湯槽６０の内部全体に常に設定温度の水が貯湯されていることが好ましい。設定温度の水を使い切ってしまうことがないようにするためである。そのため、貯湯槽６０の下側の水のみが低温の場合には、図６で説明したように第３循環路を用いて貯湯槽６０の下側の水のみを循環させる。貯湯槽６０の上側の水の温度に影響を与えることなく貯湯槽６０の下側の水のみを高効率で昇温させることができる。即ち貯湯槽６０内の水全体を高効率で設定温度の水にすることができる。
【００５０】
次に図７と図８のフローチャート図を用いて、表１に示した各循環路の使い分けを行うことのできるコントローラ１６での循環路切り替えの判断処理を説明する。
図７と図８はひとつのフローチャートであり、図７に示すＡが図８に示すＡと対応している。なお図７と図８に示す処理は所定時間毎に実行されてもよいし、出湯される毎に行ってもよい。また、流路切り替えの判断処理はコントローラ１６内で実行される。図７と図８のフローチャートは、貯湯槽第１センサと貯湯槽第２センサと貯湯槽第３センサによって取得される貯湯槽６０内の高さ方向における温度分布パターンによって水の循環路を切替えるものである。なお、「温度分布パターン」との用語は、貯湯槽第１センサと貯湯槽第２センサと貯湯槽第３センサのいずれかひとつのセンサが計測する貯湯槽の所定高さの一点の温度のみであっても「温度分布パターン」の概念に包含されるものとして用いる。
【００５１】
この判断処理ではまずステップＳ１０２により貯湯槽６０上部の水温が設定範囲内か否かが判断される。貯湯槽６０の上部の水温は図１に示す貯湯槽第１センサ１２６により計測される。ここで「設定範囲」とは設定温度（貯湯槽に貯湯しておく温水の温度）に対してある程度の幅を設けた範囲である。例えば設定温度が４５℃である場合、設定範囲は４０℃から５０℃の間として設定される。設定範囲は予めコントローラ１６に記憶されている。また貯湯槽６０の水温が設定範囲よりも高い温度になることは異常時以外には考えられない。ここでは異常時の判断は無視するので「設定範囲内」でない場合とは水温が設定範囲よりも低い（あるいは設定範囲以下である）場合を意味する。以下、いずれのステップにおいても「設定範囲」は同様の意味で用いる。
貯湯槽６０上部の水温が設定範囲内の場合（ステップＳ１０２：ＹＥＳ）にはステップＳ１０４で貯湯槽６０の中間部（貯湯槽の上部と下部の間）の水温が設定範囲内か否かが判断される。中間部の温度は図１に示す貯湯槽第２センサ１２８により計測される。
貯湯槽６０の中間部の水温が設定範囲内である場合（ステップＳ１０４：ＹＥＳ）にはステップＳ１０６で貯湯槽６０の下部の水温が設定範囲内か否かが判断される。貯湯槽６０の下部の水温が設定範囲内である場合（ステップＳ１０６：ＹＥＳ）には、貯湯槽６０の上部から下部まで水温が設定範囲内である。即ち貯湯槽６０内の水が全て設定範囲内である。この場合にはそれ以上貯湯槽６０内の水を昇温させる必要がないので処理を終了する。なお、貯湯槽６０の上部の水温が設定範囲外である場合（ステップＳ１０２：ＮＯ）の場合は図７に「Ａ」で示した続きの処理として図８を用いて後で説明する。
【００５２】
上部の水温は設定範囲内であっても（ステップＳ１０２：ＹＥＳ）、中間部の水温が設定範囲外（ステップＳ１０４：ＮＯ）又は下部の水温が設定範囲外（ステップＳ１０６：ＮＯ）の場合は、貯湯槽６０の上部に設定範囲内の水温が残っているが中間部より下側の水温が低い場合を意味する。この場合は第３循環路で運転する（ステップＳ１１４）。ここで「第３循環路で運転する」とは、コントローラ１６が、第３循環路３００が形成されるように第１流路切替え弁１２２と第２流路切替え弁１２４を制御して（切替え弁に接続されているパイプを所定の連通方向に切替えて）ポンプ４７とヒートポンプ１２を運転することを意味する。以下、「第１循環路で運転する」、「第２循環路で運転する」との表現も同様の意味で用いる。図１に示す貯湯槽第２センサ１２８が貯湯槽６０の中間開口１１８と上下方向の略同位置に配置されている場合には、中間部の水温が設定範囲外にある（ステップＳ１０４：ＮＯ）場合とは図６（Ａ）の状態を意味する。即ち中間開口１１８より上側で設定範囲内の水温が貯湯されている上側領域１７２が形成され、中間開口１１８を含む下側で低温の水が貯湯されている下側領域１７４が形成されている状態である。この場合は、図６を用いて説明したように、第３循環路を利用して運転することで貯湯槽６０の上側領域１７２の水温を低下させることなく下側領域１７４の水のみを昇温させることができる。
また中間部の水温が設定範囲内（ステップＳ１０４：ＹＥＳ）であり、下部の水温が設定範囲外にある（ステップＳ１０６：ＮＯ）場合とは、図６（Ａ）において境界層１７０が中間開口１１８より下側で形成されている状態を意味する。この場合でも、第３循環路を利用して運転することで、貯湯槽６０の上側領域１７２の少なくとも中間開口１１８より上側では水温を低下させることなく下側領域１７４に貯湯されている低温の水のみを昇温することができる。
ステップＳ１１４により第３循環路で運転された場合には、貯湯槽の下部の水温が設定範囲内となるまで運転が継続される（ステップＳ１１６：ＮＯ）。貯湯槽の下部の水温が設定範囲内となった時点（ステップＳ１１６：ＹＥＳ）で貯湯槽６０内の水全体が設定範囲内となるので運転を停止して（ステップＳ１１８）処理を終了する。
中間部の水温が設定範囲外である場合（ステップＳ１０４：ＮＯ）又は下部の水温が設定範囲外である場合（ステップＳ１０６：ＮＯ）の場合はいずれも第３循環路を用いて貯湯槽の下側の水のみが昇温される。第３循環路を用いることで加熱効率を低下させることなく貯湯槽全体の水を設定温度まで昇温することができる。
【００５３】
次に貯湯槽上部の水温が設定範囲外の場合（ステップＳ１０２：ＮＯ）の処理について説明する（図８参照）。上部の水温が設定範囲外である場合（ステップＳ１０２：ＮＯ）には、設定温度の水が貯湯槽６０に残っていないか、残っているにしても僅かの量が残っている状態である。このとき、設定温度の水がさらに出湯要求される可能性が高い場合には設定温度の水を素早く（短時間で）用意しなければならない。そこで設定温度の水がさらに必要とされる可能性が高いか否かをステップＳ１２０で判断する。
ステップＳ１２０では、深夜時間帯であるか、又は外出時間帯であるか否かが判断される。ここで深夜時間帯とは例えば夜の１２時から翌朝の４時と設定される。具体的な時間はどのように設定してもよい。時刻は図１に示したコントローラ１６が有する時計１３２によって取得される。また「外出時間帯」か否かは前述したように、例えば給湯装置に外出するか否かのスイッチを設け、利用者が「外出」のスイッチをＯＮとした場合、あるいは長時間貯湯装置から出湯されない場合にコントローラ１６が外出時間帯であると判断してもよい。
深夜時間帯又は外出時間帯である場合（ステップＳ１２０：ＹＥＳ）には、出湯が要求される可能性は低い。また深夜時間帯の場合には次の日に備えて貯湯槽６０全体の水を設定温度まで昇温させておく必要がある。外出時間帯であっても貯湯槽６０内の水全体が設定温度の水で満たされている方が好ましい。そこで第１循環路で運転する（ステップＳ１２２）。
ステップＳ１２２により第１循環路で運転された場合には、貯湯槽６０の下部の水温が設定範囲内となるまで運転が継続される（ステップＳ１２４：ＮＯ）。貯湯槽６０の下部の水温が設定範囲内となった時点（ステップＳ１２４：ＹＥＳ）で貯湯槽６０内の水全体が設定範囲内となるので運転を停止して（ステップＳ１２６）処理を終了する。
【００５４】
深夜時間帯又は外出時間帯でない場合（ステップＳ１２０：ＮＯ）には、設定温度の水が出湯される可能性が高いので、少なくとも貯湯槽６０の上側には設定温度の水を短時間で貯湯する必要がある。そこでステップＳ１２８により第２循環路で運転する。第２循環路を利用することで、貯湯槽６０の上側に設定温度の水を素早く貯湯することができる。第２循環路を利用すると、図５に示したように貯湯槽全体の水を設定温度まで昇温させるよりも短時間で設定温度の水を出湯可能とすることができる。短時間で貯湯槽の上側に設定温度の水を用意することができるので、図１に示したバーナー部１５を用いずとも設定温度の水を出湯することができる。貯湯槽６０に設定温度の水がない場合には、バーナー部１５を用いて低温の水を出湯要求の温度まで昇温させる必要がある。第２循環路を利用することによって短時間で設定温度の水を出湯可能とすることができるのでバーナー部１５を用いることによるランニングコストの低下を抑制することができる。
ステップＳ１２８により第２循環路で運転された場合は、貯湯槽６０の中間部の水温が設定範囲内となるまで運転が継続される（ステップＳ１３０：ＮＯ）。貯湯槽６０の中間部の水温が設定範囲内となった時点（ステップＳ１３０：ＹＥＳ）で貯湯槽６０の上側には設定範囲の水が貯湯できたので運転を停止して（ステップＳ１３２）処理を終了する。
【００５５】
図７と図８を用いて第１循環路、第２循環路、第３循環路の切替えの処理の一例を説明した。上記の処理では、貯湯槽上部の水の温度を計測する貯湯槽第１センサ１２６が計測する水温と、貯湯槽の中間高さの水の温度を計測する貯湯槽第２センサが計測する水温と、貯湯槽の下部の水の温度を計測する貯湯槽第３センサが計測する水温と、コントローラに内蔵された時計１３２（時刻を取得するための時計）により取得した時刻が設定範囲内であることを条件として流路切替え弁１２２、１２４を制御した。循環路の切替え処理は上記例に限られない。例えば図７のステップＳ１０６の処理を省略することもできる。その場合は、少なくとも流路切替え弁の制御に関しては貯湯槽第３センサを不要とすることができる（但し、運転を停止するか否かの判断には必要である）。
また、循環路を切替える処理は上記説明したフローチャートよりもさらに細分化してもよい。例えば、ステップＳ１０２で貯湯槽６０の上部の水温が設定範囲内（ステップＳ１０２：ＹＥＳ）であった場合、次に中間部の水温が第２設定範囲内であるか否かを判断する。ここで「第２設定範囲」とは前述の設定範囲よりは低く、水道から供給される水の温度よりは高い範囲に設定される。即ち、中間部の水温が設定温度よりは低いが供給される水の温度よりは高い場合である。この場合には中間部の水温が設定範囲となるまで第２循環路で運転するようにフローチャートを構成する。このフローチャートによれば、設定範囲の水温が不足しそうな場合に、貯湯槽６０の上側から中間開口１１８までの間の水温を設定温度とすることができる。
その他にも貯湯槽の上下方向の複数の位置の温度（貯湯槽６０内の温度分布パターン）によって様々にフローチャートを構成することができる。いずれの場合も貯湯槽６０の上下方向の複数の位置の温度によってもっとも効率よく貯湯槽の水温を昇温できる循環路を利用する。これにより加熱効率のよい貯湯装置を実現できる。
【００５６】
以上、本発明の実施例について説明した。上記実施例は第１循環路３００と第２循環路３０２と第３循環路３０４のいずれかに切替えることのできる貯湯装置を例とした。上記実施例では、貯湯槽第１センサ１２６と貯湯槽第２センサ１２８と貯湯槽第３センサ１３０が請求項に記載の「センサ群」の一態様に相当する。また第１流路切替え弁１２２と第２流路切替え弁１２４とコントローラ１６が請求項に記載の「第１循環路３００と第２循環路３０２と第３循環路３０４のいずれかに切り替える第３流路切替え器」の一態様に相当する。
【００５７】
また上記実施例において、貯湯槽６０の中間高さに設けられた中間開口１１８（即ち、第２循環路３０２の貯湯槽からの水の入水口）は、貯湯槽の上部と下部の略中間の高さに設けられていることが好ましい。貯湯槽の上側の約半分を容量の小さな仮想的な貯湯槽として利用できるからである。
さらに貯湯槽６０の中間高さ設けられた中間開口１１８（即ち、第３循環路３０４の貯湯槽への出水口）は、貯湯槽の上部と下部の略中間に設けられていることが好ましい。貯湯槽の下側の約半分を容量の小さな仮想的な貯湯槽として利用できるからである。
しかし中間開口１１８の貯湯槽上下方向の配置位置は、貯湯槽６０の上部入水口１２０と貯湯槽６０の下部出水口１１２の間であればよい。中間開口１１８の貯湯槽６０の上下方向の配置位置は、貯湯槽６０を仮想的に分割する際の貯湯槽６０全体の容量と分割された仮想的な貯湯槽の容量との比率を決定する。この比率は、貯湯装置の設計方針により適宜決定される。その比率に応じて中間開口１１８の貯湯槽６０の上下方向の配置位置を設定すればよい。
【００５８】
本願発明は、第１循環路３００と第２循環路３０２を有する貯湯装置であってもよい。図１に示した貯湯装置１０の構成を例にすると、循環路第６パイプ１０８のうち、第２流路切替え弁１２４と第２配管接続部１１６までのパイプと、第２流路切替え弁１２４を除いた構成が第１循環路３００と第２循環路３０２を有する貯湯装置の一態様に相当する。この場合には、循環路第１パイプ５４、循環路第２パイプ１００、循環路第３パイプ１０２、循環路第４パイプ１０４、循環路第５パイプ１０６のパイプ群が「第１循環路」の一態様に相当する。また循環路第６パイプ１０８の一部（貯湯槽６０の中間開口１１８から第２配管接続部１１６までの部分）、循環路第７パイプ１１０、循環路第３パイプ１０２、循環路第４パイプ１０４、循環路第５パイプ１０６のパイプ群が「第２循環路」の一態様に相当する。第１流路切替え弁１２２とコントローラ１６が「第１循環路と第２循環路のいずれかに切替える第１切替え器」の一態様に相当する。
【００５９】
また本願発明は、第１循環路３００と第３循環路３０４を有する貯湯装置であってもよい。図１に示した貯湯装置１０の構成を例にすると、循環路第７パイプ１１０と第１流路切替え弁１２２を除いた構成が第１循環路３００と第３循環路３０４を有する貯湯装置の一態様に相当する。この場合には、循環路第１パイプ５４、循環路第２パイプ１００、循環路第３パイプ１０２、循環路第４パイプ１０４、循環路第５パイプ１０６のパイプ群が「第１循環路」の一態様に相当する。また循環路第１パイプ５４、循環路第２パイプ１００、循環路第３パイプ１０２、循環路第４パイプ１０４、循環路第６パイプ１０８のパイプ群が「第３循環路」の一態様に相当する。さらに第２流路切替え弁１２４とコントローラ１６が「第１循環路と第３循環路のいずれかに切替える第２切替え器」の一態様に相当する。
【００６０】
また上記実施例では、貯湯槽６０にはその上部の水温と下部の水温と中間高さの水温を計測する３つのセンサが「貯湯槽の複数の高さにおける温度を計測するセンサ群」を構成する。センサの数は３個に限られない。少なくとも上部の水温と中間高さの水温を計測できれば、上記３つの循環路を切り替える制御ロジックを構成することができる。またセンサの数は貯湯槽６０の上下方向に４個以上設置してもよい。多くのセンサを設置することで、貯湯槽内の温度分布パターンをより正確に把握することができる。貯湯槽内の温度分布パターンに応じて３つの流路をきめ細かく制御することが可能となる。
【００６１】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】実施例の貯湯装置の構造を説明する図である。
【図２】実施例の貯湯装置の第２循環路を説明する図である。
【図３】実施例の貯湯装置の第３循環路を説明する図である。
【図４】第１循環路を利用した場合の貯湯槽内の水温の変化を説明する図である。
【図５】第２循環路を利用した場合の貯湯槽内の水温の変化を説明する図である。
【図６】第３循環路を利用した場合の貯湯槽内の水温の変化を説明する図である。
【図７】循環路の切替え処理を説明するフローチャート図である（１）。
【図８】循環路の切替え処理を説明するフローチャート図である（２）。
【符号の説明】
【００６３】
１０：貯湯装置
１２：ヒートポンプ
１４：貯湯部
１５：バーナー部
１６：コントローラ
１７：給水部
１８：出湯部
４６：逃がし弁
４７：ポンプ
４８：第１流量調整弁
５０：給水部第１パイプ
５２：給水部第２パイプ
５４：循環路第１パイプ
６０：貯湯槽
６１：循環路第１センサ
６６：循環路第２センサ
６５：循環路第３センサ
７３：給水部第３パイプ
７６：第２流量調整弁
７８：バーナー
７９：バーナーファン
１００：循環路第２パイプ
１０２：循環路第３パイプ
１０４：循環路第４パイプ
１０６：循環路第５パイプ
１０８：循環路第６パイプ
１１０：循環路第７パイプ
１１２：下部出水口
１１８：中間開口
１２０：上部入水口
１２２：第１流路切替え弁
１２４：第２流路切替え弁
１２６：貯湯槽第１センサ
１２８：貯湯槽第２センサ
１３０：貯湯槽第３センサ
１３２：時計
【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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【図８】
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