(57)【要約】【課題】膨張水の熱損失を低減できる貯湯式給湯機を提供する。【解決手段】貯湯タンク底部３ｂ、沸き上げ低温配管４、沸き上げポンプ５、ヒートポンプユニット１、沸き上げ高温配管６とその流路を貯湯タンク３の頂部または底部に切り替える四方弁７を環状に接続し、四方弁７と貯湯タンク頂部３ａを接続する第一頂部配管８と、貯湯タンク３上部から高温の湯または空気を取り出す高温出湯配管１１、開閉弁１２、膨張水排出管１３、圧力逃がし弁１４を順次連通した高温排出経路１５と、四方弁７と貯湯タンク底部３ｂを接続する底部配管１０、四方弁７、四方弁７と膨張水排出管１３とを接続する第二頂部配管９、膨張水排出管１３、圧力逃がし弁１４を順次連通した低温排出経路１７を備え、貯湯運転時、四方弁７が沸き上げ高温配管６と第一頂部配管８及び底部配管１０と第二頂部配管９を連通するときに開閉弁１２を開する時間を設けた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
貯湯タンク底部、沸き上げ低温配管、沸き上げポンプ、加熱手段、沸き上げ高温配管、前記沸き上げ高温配管の流路を貯湯タンクの頂部または底部に切り替える四方弁を順次環状に接続して構成される沸き上げ回路と、前記沸き上げ回路により前記加熱手段で生成された湯を前記貯湯タンク内に貯湯する貯湯運転モードとを備えた貯湯式給湯機において、前記四方弁と前記貯湯タンク頂部とを接続する第一頂部配管、前記四方弁と前記貯湯タンク底部とを接続する底部配管、前記四方弁と膨張水排出管とを接続する第二頂部配管とを備え、前記四方弁は、前記沸き上げ高温配管と前記底部配管及び前記第一頂部配管と前記第二頂部配管とが連通する四方弁第一モードと、前記沸き上げ高温配管と前記第一頂部配管及び前記底部配管と前記第二頂部配管とが連通する四方弁第二モードを備え、前記貯湯タンクの上部から高温の湯または空気を取り出す高温出湯配管、開閉手段、前記膨張水排出管、圧力逃がし弁を順次連通して構成される高温排出経路と、前記開閉手段に対して並列接続した逆流防止手段と、前記底部配管、前記四方弁、前記第二頂部配管、前記膨張水排出管、前記圧力逃がし弁を順次連通して構成される低温排出経路とを備え、前記貯湯運転モードかつ前記四方弁第二モードの場合に、前記開閉手段を開する時間を設けたことを特徴とする貯湯式給湯機。  
【請求項２】
加熱手段をヒートポンプユニットとすることを特徴とする請求項１に記載の貯湯式給湯機。
【請求項３】
ヒートポンプユニットの冷媒に二酸化炭素を使用することを特徴とする請求項２に記載の貯湯式給湯機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、貯湯式給湯機に関するもので、特に、貯湯式給湯機の膨張水処理構成に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、図４に示すような電気温水器などの貯湯式給湯機においては、加熱手段１０７で水を加熱して温水にする過程において、熱膨張のために水の体積が増大する（以下、もとの水の体積より増えた分の水を膨張水と称する）（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
上記特許文献１に記載された従来の貯湯式給湯機は、貯湯タンク１０１の上部に接続され、貯湯タンク１０１内の圧力が予め定められた値以上になると弁が開放される圧力逃がし弁１０５によって、貯湯タンク１０１内上部の湯を膨張水として貯湯タンク１０１の外部に排出するようになっており、貯湯タンク１０１の破損を防止している。
【０００４】
また、液体（水）に対する気体（空気）の溶解度は、高温になるほど小さくなるため、貯湯タンク１０１内の水を高温の湯に加熱した場合、水中に溶けきれなくなった空気（以下、この空気をタンク内空気と称する）が、貯湯タンク１０１内の上部に溜まる。タンク内空気が多量に滞留すると、湯を使用する際に、湯とタンク内空気とが混合して排出されるため、蛇口（図示せず）から湯が飛散してユーザーの不快感を招くことがあるが、タンク内空気は、膨張水と一緒に圧力逃がし弁１０５から排出されるので、この問題も解消できるようになっている。
【０００５】
また、従来の他の貯湯式給湯機の例として、図５に示すようなものがある（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
図５は、上記特許文献２に記載された従来の貯湯式給湯機の構成図である。従来の貯湯式給湯機は、図５に示すように、貯湯タンク２０１の上部に設けた空気溜め部２０２、第１逆止弁２０７、第２逆止弁２０８、熱交換部２０３、ポンプ２０４を備えたバイパス路２０５と、バイパス路２０５の途中に配置した圧力逃がし弁２０６とにより、貯湯タンク２０１の上部、および下部から圧力逃がし弁２０６を介して膨張水を排出する経路を備えている。
【０００７】
これにより、膨張水をバイパス路２０５、圧力逃がし弁２０６を介して低温の水として貯湯タンク２０１の外部に排出することで、熱損失の低減を図ると共に、タンク内空気を空気溜め部２０２、圧力逃がし弁２０６を介して貯湯タンク２０１の外部に排出している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第２９１７７９６号公報
【特許文献２】特許第４２７４２７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記特許文献１に記載されたような従来の貯湯式給湯機のように膨張水を貯湯タンク１０１の外部へ排出すると、わざわざ加熱した湯を捨てることになり、加熱に要したエネルギーが無駄になる、という課題があった。  例えば、貯湯タンク１０１の
容量が４６０Ｌであって、５℃の水を９０℃まで加熱した場合、水の熱膨張率変化から単純計算すると、４６０Ｌの水は約４７８Ｌの湯となり、約９０℃、約１８Ｌの湯が利用されずに圧力逃がし弁１０５から貯湯タンク１０１の外部に排出されることになる。
【００１０】
また、上記特許文献２に記載されたような従来の貯湯式給湯機では、膨張水を、貯湯タンク２０１の底部から低温の水として排出するため熱損失を低減できるが、配管経路が複雑な上に、第１逆止弁２０７または第２逆止弁２０８が弁漏もれを起こした場合には、膨張水が高温の湯として排出されるため熱損失低減効果が無くなるだけでなく、バイパス路２０５を介した自然対流により、貯湯タンク２０１の湯と水が混合して水の温度が上昇し、ヒートポンプユニット（図示していない）で貯湯タンク２０１内の水を沸き上げる際の運転効率が低下するという課題があった。
【００１１】
本発明は、前記従来の課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、高温の膨張水が貯湯タンク外に排出されるのを防止して、熱損失が少ない高効率で信頼性の高い貯湯式給湯機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記従来の課題を解決するために、本発明の貯湯式給湯機は、貯湯タンク底部、沸き上げ低温配管、沸き上げポンプ、加熱手段、沸き上げ高温配管、前記沸き上げ高温配管の流路を貯湯タンクの頂部または底部に切り替える四方弁を順次環状に接続して構成される沸き上げ回路と、前記沸き上げ回路により前記加熱手段で生成された湯を前記貯湯タンク内に貯湯する貯湯運転モードとを備えた貯湯式給湯機において、前記四方弁と前記貯湯タンク頂部とを接続する第一頂部配管、前記四方弁と前記貯湯タンク底部とを接続する底部配管、前記四方弁と膨張水排出管とを接続する第二頂部配管とを備え、前記四方弁は、前記沸き上げ高温配管と前記底部配管及び前記第一頂部配管と前記第二頂部配管とが連通する四方弁第一モードと、前記沸き上げ高温配管と前記第一頂部配管及び前記底部配管と前記第二頂部配管とが連通する四方弁第二モードを備え、前記貯湯タンクの上部から高温の湯または空気を取り出す高温出湯配管、開閉手段、前記膨張水排出管、圧力逃がし弁を順次連通して構成される高温排出経路と、前記開閉手段に対して並列接続した逆流防止手段と、前記底部配管、前記四方弁、前記第二頂部配管、前記膨張水排出管、前記圧力逃がし弁を順次連通して構成される低温排出経路とを備え、前記貯湯運転モードかつ前記四方弁第二モードの場合に、前記開閉手段を開する時間を設けたもので、前記貯湯運転モードにおいて前記開閉手段が閉の場合は前記貯湯タンク内で発生する膨張水を低温の水として前記貯湯タンクの外部に排出すると共に、前記開閉手段が開の場合にはタンク内空気を貯湯タンクの外部に排出することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、貯湯タンク内で発生する膨張水を低温の水として貯湯タンクの外部に排出するため熱損失が低減でき、エネルギー効率の高い貯湯式給湯機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態１における貯湯式給湯機の構成図
【図２】同貯湯式給湯機の四方弁の制御フローチャート
【図３】同貯湯式給湯機の開閉弁の制御フローチャート
【図４】従来の貯湯式給湯機の構成図
【図５】従来の他の貯湯式給湯機の構成図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
第１の発明は、貯湯タンク底部、沸き上げ低温配管、沸き上げポンプ、加熱手段、沸き
上げ高温配管、前記沸き上げ高温配管の流路を貯湯タンクの頂部または底部に切り替える四方弁を順次環状に接続して構成される沸き上げ回路と、前記沸き上げ回路により前記加熱手段で生成された湯を前記貯湯タンク内に貯湯する貯湯運転モードとを備えた貯湯式給湯機において、前記四方弁と前記貯湯タンク頂部とを接続する第一頂部配管、前記四方弁と前記貯湯タンク底部とを接続する底部配管、前記四方弁と膨張水排出管とを接続する第二頂部配管とを備え、前記四方弁は、前記沸き上げ高温配管と前記底部配管及び前記第一頂部配管と前記第二頂部配管とが連通する四方弁第一モードと、前記沸き上げ高温配管と前記第一頂部配管及び前記底部配管と前記第二頂部配管とが連通する四方弁第二モードを備え、前記貯湯タンクの上部から高温の湯または空気を取り出す高温出湯配管、開閉手段、前記膨張水排出管、圧力逃がし弁を順次連通して構成される高温排出経路と、前記開閉手段に対して並列接続した逆流防止手段と、前記底部配管、前記四方弁、前記第二頂部配管、前記膨張水排出管、前記圧力逃がし弁を順次連通して構成される低温排出経路とを備え、前記貯湯運転モードかつ前記四方弁第二モードの場合に、前記開閉手段を開する時間を設けたもので、前記貯湯運転モードにおいて前記開閉手段が閉の場合は前記貯湯タンク内で発生する膨張水を低温の水として前記貯湯タンクの外部に排出すると共に、前記開閉手段が開の場合にはタンク内空気を貯湯タンクの外部に排出することができる。
【００１６】
第２の発明は、特に、第１の発明の加熱手段をヒートポンプユニットとするもので、高効率な沸き上げ運転が可能となり、更にエネルギー効率が向上する。
【００１７】
第３の発明は、特に、第２の発明のヒートポンプユニットの冷媒に二酸化炭素を使用するもので、比較的安価でかつ安定した二酸化炭素を冷媒に使用することで製品コストを抑えると共に信頼性を向上させることができる。また、二酸化炭素はオゾン破壊係数がゼロであり、地球温暖化係数も代替冷媒ＨＦＣ−４０７Ｃの約１７００分の１と非常に小さいため、地球環境に優しい貯湯式給湯機を提供できる。
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００１９】
（実施の形態１）
本発明の第１の実施の形態における貯湯式給湯機について図１〜３を用いて説明する。図１は、本実施の形態における貯湯式給湯機の構成図であり、加熱手段としてヒートポンプユニット１を用いている。
【００２０】
図１において、本実施の形態における貯湯式給湯機のヒートポンプユニット１の冷媒回路内には、二酸化炭素が封入されている。貯湯運転モード時には、貯湯タンク底部３ｂ、沸き上げ低温配管４、沸き上げポンプ５、ヒートポンプユニット１、沸き上げ高温配管６、沸き上げ高温配管６の流路を貯湯タンク頂部３ａまたは貯湯タンク底部３ｂに切り替える四方弁７を順次環状に接続して構成される沸き上げ回路により貯湯タンク３内に湯が蓄えられる。
【００２１】
四方弁７と貯湯タンク頂部３ａとを接続する第一頂部配管８、四方弁７と貯湯タンク底部３ｂとを接続する底部配管１０、四方弁７と膨張水排出管１３とを接続する第二頂部配管９とを備え、四方弁７は、沸き上げ高温配管６と底部配管１０及び第一頂部配管８と第二頂部配管９とが連通する四方弁第一モードと、沸き上げ高温配管６と第一頂部配管８及び底部配管１０と第二頂部配管９とが連通する四方弁第二モードを備えている。
【００２２】
また、貯湯タンク３の上部から高温の湯または空気を取り出す高温出湯配管１１、開閉手段としての開閉弁１２、膨張水排出管１３、圧力逃がし弁１４を順次連通して構成される高温排出経路１５と、開閉手段１２に対して並列接続した逆流防止手段としての逆止弁
１６と、底部配管１０、四方弁７、第二頂部配管９、膨張水排出管１３、圧力逃がし弁１４を順次連通して構成される低温排出経路１７とを備えている。
【００２３】
万一、何らかの原因で貯湯タンク３内の圧力が貯湯タンク３外の圧力よりも低くなった場合、すなわち貯湯タンク３内が負圧になった場合、貯湯タンク３の外部から圧力逃がし弁１４、膨張水排出管１３、逆止弁１６、高温出湯配管１１を介して速やかに空気を貯湯タンク３内部に導入することができ、貯湯タンク３の負圧破壊を防止することができ、信頼性の向上を図ることができる。
【００２４】
膨張水排出管１３の途中に設置された圧力逃がし弁１４は、貯湯タンク３内の圧力が所定圧力（例えば３２０ｋＰａ）以上になった場合に開き、高温排出経路１５または低温排出経路１７を介して、膨張水または貯湯タンク３内空気を貯湯タンク３の外部に排出することにより貯湯タンク３内の圧力上昇を防止している。
【００２５】
２は、貯湯タンク３を収納する貯湯タンクユニットである。１８は、途中に減圧弁１９を有し、貯湯タンク３に給水するための給水配管である。２０は、混合弁２１を介して高温出湯配管１１に接続され、図示しない蛇口などの給湯端末に給湯するための給湯配管である。
【００２６】
以上のように構成された本実施の形態における貯湯式給湯機について、以下、図２、図３のフローチャートを用いてその動作、作用を説明する。
【００２７】
まず、四方弁７の制御を図２のフローチャートで説明する。
【００２８】
貯湯運転モードになると、Ｓｔｅｐ１で四方弁第一モードに切り替える。貯湯運転開始してからヒートポンプユニット１の出口水温（以下、出湯温度と呼ぶ）が目標温度に到達するまでには数分間が必要になる。この間、ヒートポンプユニット１で生成された比較的低温の湯は、沸き上げ高温配管６、四方弁７、底部配管１０、貯湯タンク底部３ｂを経由して貯湯タンク３内に蓄えられる。一方、四方弁７を介して第一頂部配管８と第二頂部配管９とが連通されており、貯湯タンク３上部に溜まったタンク内空気と若干量の湯とが第一頂部配管８、四方弁７、第二頂部配管９、圧力逃がし弁１４、膨張水排出管１３を介して膨張水として貯湯タンク３の外部に排出される。
【００２９】
貯湯運転モードをさらに継続して出湯温度が所定値よりも高くなった場合には、Ｓｔｅｐ３からＳｔｅｐ４に移行して四方弁７を四方弁第二モードに切り替える。この間、ヒートポンプユニット１で生成された高温の湯は、沸き上げ高温配管６、四方弁７、第一頂部配管８、貯湯タンク頂部３ａを経由して貯湯タンク３内に蓄えられる。一方、四方弁７を介して底部配管１０と第二頂部配管９とが連通されており、貯湯タンク底部３ｂから低温の水が底部配管１０、四方弁７、第二頂部配管９、圧力逃がし弁１４、膨張水排出管１３を介して膨張水として貯湯タンク３の外部に排出される。この時、膨張水が高温の湯として排出されることがないため熱損失低減が図れて運転効率が向上するのである。
【００３０】
次に、貯湯運転モード、かつ四方弁第二モードにおける開閉弁１２の制御を、図３のフローチャートで説明する。
【００３１】
ヒートポンプユニット１が沸き上げ運転を開始して貯湯運転モードとなり、四方弁７が四方弁第二モードになった場合、Ｓｔｅｐ１からＳｔｅｐ２に移行して開閉弁１２を開くと共にＳｔｅｐ３では、開閉弁１２を開いている時間の計測を開始する。
【００３２】
貯湯タンク３内の水が加熱されるために体積が膨張しようとするが、貯湯タンク３自身
の容積はほとんど変化しないため、貯湯タンク３内の圧力が上昇する。沸き上げ運転継続と共に貯湯タンク３内の圧力は上昇し続けるが、圧力が圧力逃がし弁１４の設定圧力（例えば、３２０ｋＰａ）以上になると、貯湯タンク３上部に溜まったタンク内空気と若干量の湯とが高温排出経路１５、即ち、貯湯タンク頂部３ａ、高温出湯配管１１、開閉弁１２、膨張水排出管１３、圧力逃がし弁１４を介して貯湯タンク３の外部に排出される。
【００３３】
Ｓｔｅｐ４において開閉弁１２を開いている時間が所定時間を経過すると、Ｓｔｅｐ５に移行して開閉弁１２を閉じる。開閉弁１２を閉じた以降も沸き上げ運転を継続すると、膨張水は、低温排出経路１７、即ち、貯湯タンク底部３ｂ、底部配管１０、四方弁７、第二頂部配管９、膨張水排出管１３、圧力逃がし弁１４を介して低温の水として貯湯タンク３の外部に排出される。この時、膨張水が高温の湯として排出されることがないため熱損失低減が図れて運転効率が向上するのである。
【００３４】
開閉弁１２を閉じたまま貯湯運転モードを継続すると、タンク内空気が貯湯タンク３の上部に溜まり始めるため、開閉弁１２を閉じている時間が所定時間を経過した場合にＳｔｅｐ７、Ｓｔｅｐ１を経由してＳｔｅｐ２で開閉弁１２を開いてタンク内空気を排出するという動作を繰り返すのである。
【００３５】
尚、開閉弁１２を開いている時間、開閉弁１２を閉じている時間の設定は、沸き上げ温度や給水温度に応じて変化させてもよい。例えば、水に対する空気の溶解度の特性より、給水温度が低く沸き上げ温度が高い場合にタンク内空気の発生量が増大する傾向があるため、沸き上げ温度が高い場合に開閉弁１２を開く時間を長く設定すれば、タンク内空気を確実に排出することが可能となる。
【００３６】
なお、上記実施の形態では、加熱源にヒートポンプユニット１を用いて説明したが、燃焼機や電気ヒータを加熱源としても、同様の効果を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
以上のように、本発明にかかる貯湯式給湯機は、膨張水を貯湯タンクの底部から水として排出することにより熱損失を低減して省エネを図ることができるものであり、膨張水の発生を伴う機器全般に適用できる。
【符号の説明】
【００３８】
１  ヒートポンプユニット（加熱手段）
２  貯湯タンクユニット
３  貯湯タンク
３ａ  貯湯タンク頂部
３ｂ  貯湯タンク底部
４  沸き上げ低温配管
５  沸き上げポンプ
６  沸き上げ高温配管
７  四方弁
８  第一頂部配管
９  第二頂部配管
１０  底部配管
１１  高温出湯配管
１２  開閉弁（開閉手段）
１３  膨張水排出管
１４  圧力逃がし弁
１５  高温排出経路
１６  逆止弁（逆流防止手段）
１７  低温排出経路
１８  給水配管
１９  減圧弁
２０  給湯配管
【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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