(57)【要約】【課題】簡単な構成で、貯湯量が低下した際に、短時間で多量の湯を供給して湯切れ発生を防止することが可能な給湯機を提供する。【解決手段】底部から水が供給され頂部より貯留された湯が取出される貯湯タンク１１と、貯湯タンク１１の下部に接続され貯湯タンク１１内の水を取出す第１の取水路１２と、第１の取水路１２と接続し第１の取水路１２を介して供給された水を加熱し湯にして貯湯タンク１１の上部の湯受入口に戻す加熱手段１３とを有する給湯機１０において、前記湯受入口より低い貯湯タンク１１の上位置にある温水取出口と加熱手段１３とを接続する第２の取水路１４と、第１の取水路１２を閉じて第２の取水路１４を開け、第２の取水路１４を介して取出された温水を加熱手段１３に供給する水路切換え手段１５とを設け、第２の取水路１４を介して供給された温水を加熱手段１３で加熱し湯にして貯湯タンク１１の前記湯受入口に戻す。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
底部から水が供給され頂部より貯留された湯が取出される貯湯タンクと、該貯湯タンクの下部に接続され該貯湯タンク内の水を取出す第１の取水路と、該第１の取水路と接続し該第１の取水路を介して供給された水を加熱し湯にして該貯湯タンクの上部の湯受入口に戻す加熱手段とを有する給湯機において、
前記湯受入口より低い前記貯湯タンクの上位置にある温水取出口と前記加熱手段とを接続する第２の取水路と、前記第１の取水路を閉じて前記第２の取水路を開け、該第２の取水路を介して取出された温水を前記加熱手段に供給する水路切換え手段とを設け、
前記第２の取水路を介して供給された温水を前記加熱手段で加熱し湯にして前記貯湯タンクの前記湯受入口に戻すことを特徴とする給湯機。
【請求項２】
請求項１記載の給湯機において、前記水路切換え手段は、前記第１の取水路及び前記第２の取水路を前記加熱手段と接続する三方弁を備えることを特徴とする給湯機。
【請求項３】
請求項１及び２のいずれか１項に記載の給湯機において、前記水路切換え手段は、前記貯湯タンク内で前記温水取出口の位置より低い位置に設けられた温度検出器と、前記貯湯タンクから湯が取出されていることを検知して出湯信号を出力する出湯検出器と、前記温度検出器で測定された温度が予め設定された温度まで低下し前記出湯信号が出力されていることを検知し、前記第１の取水路を閉じて前記第２の取水路を開けることを知らせる信号を出力する報知器が設けられていることを特徴とする給湯機。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の給湯機において、前記温水取出口の位置は、前記貯湯タンクの上端から該貯湯タンクの全貯留量の５％以上で２０％以下の水位レベル範囲に相当する高さ位置であることを特徴とする給湯機。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の給湯機において、前記加熱手段は、ヒートポンプ又は電熱ヒータを有することを特徴とする給湯機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、湯切れが生じない給湯機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の給湯機、例えば、ヒートポンプ式給湯機には、給水口から供給された水をヒートポンプで加熱し湯にしてそのまま給湯口へ供給（ダイレクト給湯）する瞬間式給湯機（例えば、特許文献１、２参照）と、ヒートポンプにより加熱された湯を貯湯タンクに一旦貯留し、貯湯タンク内の湯を必要に応じて給湯口に供給する貯湯式給湯機（例えば、特許文献３参照）、瞬間式と貯湯式の両機能を備えた複合式給湯機（例えば、特許文献４、５参照）がある。
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１６７５５号公報
【特許文献２】特開２００５−９７２４号公報
【特許文献３】特開２００５−８３５８５号公報
【特許文献４】特開２００３−２７９１３３号公報
【特許文献５】特開２００８−３２３３３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、２に記載された発明では、供給された湯を貯めずに使用するので、ヒートポンプの運転状態が安定するまでは、供給される湯の温度に変動が生じることが多く、湯温が高過ぎたり、低過ぎたりするという問題がある。また、特許文献３に記載された発明では、貯湯タンクに貯留していた湯を使い切ってしまった場合、湯の供給が停止する（湯切れが生じる）という問題がある。更に、特許文献４、５に記載された発明では、ダイレクト給湯用の水回路を設ける必要があり、装置構成が複雑になると共に、製造コストが増大するという問題も生じる。
【０００５】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、簡単な構成で、貯湯量が低下した際に、短時間で多量の湯を供給して湯切れ発生を防止することが可能な給湯機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記目的に沿う本発明に係る給湯機は、底部から水が供給され頂部より貯留された湯が取出される貯湯タンクと、該貯湯タンクの下部に接続され該貯湯タンク内の水を取出す第１の取水路と、該第１の取水路と接続し該第１の取水路を介して供給された水を加熱し湯にして該貯湯タンクの上部の湯受入口に戻す加熱手段とを有する給湯機において、
前記湯受入口より低い前記貯湯タンクの上位置にある温水取出口と前記加熱手段とを接続する第２の取水路と、前記第１の取水路を閉じて前記第２の取水路を開け、該第２の取水路を介して取出された温水を前記加熱手段に供給する水路切換え手段とを設け、
前記第２の取水路を介して供給された温水を前記加熱手段で加熱し湯にして前記貯湯タンクの前記湯受入口に戻している。
ここで、水道管等の水源から供給されるものを水、水を加熱手段によって加熱したものを湯という。また、貯湯タンクに貯留されている水を加熱し湯にして貯湯タンクに戻した際に、貯湯タンク内の水と湯の境界層の上下に存在し、水より温度が高く湯より温度が低いものを温水という。
【０００７】
本発明に係る給湯機において、前記水路切換え手段は、前記第１の取水路及び前記第２の取水路を前記加熱手段と接続する三方弁を備えることが好ましい。
そして、前記水路切換え手段は、前記貯湯タンク内で前記温水取出口の位置より低い位置に設けられた温度検出器と、前記貯湯タンクから湯が取出されていることを検知して出湯信号を出力する出湯検出器と、前記温度検出器で測定された温度が予め設定された温度まで低下し前記出湯信号が出力されていることを検知し、前記第１の取水路を閉じて前記第２の取水路を開けることを知らせる信号を出力する報知器が設けられていることが好ましい。
【０００８】
本発明に係る給湯機において、前記温水取出口の位置は、前記貯湯タンクの上端から該貯湯タンクの全貯留量の５％以上で２０％以下（より好ましくは、５％以上で１０％以下）の水位レベル範囲に相当する高さ位置とすることができる。
また、前記加熱手段は、ヒートポンプ又は電熱ヒータを有することができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る給湯機においては、湯受入口より低い貯湯タンクの上位置にある温水取出口に接続した第２の取水路を介して取出された温水を加熱手段に供給する水路切換え手段が設けられているので、温水を加熱手段に供給して湯にする場合は、水を加熱手段に供給して湯にする場合と比較して加熱による温度上昇は小さくなる。このため、第２の取水路を介して加熱手段に供給する温水の量を、第１の取水路を介して加熱手段に供給する水の量より多くしても、湯にすることができ、貯湯タンク内の貯湯量が減少した際に、貯湯量の増加を短時間で行うことができ（沸き上げ時間を短縮することができ）、湯切れを防止できる。
【００１０】
本発明に係る給湯機において、水路切換え手段が、第１の取水路及び第２の取水路を加熱手段と接続する三方弁を有している場合、簡単な機構で第１の取水路を閉じて第２の取水路を開ける動作を同時に行うことができる。
【００１１】
本発明に係る給湯機において、水路切換え手段に、貯湯タンク内で温水取出口の位置より低い位置に設けられた温度検出器と、貯湯タンクから湯が取出されていることを検知して出湯信号を出力する出湯検出器と、温度検出器で測定された温度が予め設定された温度まで低下し出湯信号が出力されていることを検知し、第１の取水路を閉じて第２の取水路を開けることを知らせる信号を出力する報知器が設けられている場合、湯切れが発生する前に貯湯タンク内の貯湯量の減少を検知して、貯湯タンク内の貯湯量の増加を図ることができる。
【００１２】
本発明に係る給湯機において、温水取出口の位置が、貯湯タンクの上端から貯湯タンクの全貯留量の５％以上で２０％以下の水位レベル範囲に相当する高さ位置である場合、湯切れが発生する前に第２の取水路を介して取出された温水を加熱手段で加熱して湯にして貯湯タンクに戻すことができるので、貯湯タンク内の湯を使用しながら貯湯タンク内の貯湯量の増加を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
ここで、図１は本発明の一実施の形態に係る給湯機の説明図である。
【００１４】
図１に示すように、本発明の一実施の形態に係る給湯機１０は、底部から水が供給され頂部より貯留された湯が取出される貯湯タンク１１と、貯湯タンク１１の下部に接続され貯湯タンク１１内の水を取出す第１の取水路１２と、第１の取水路１２と接続し第１の取水路１２を介して供給された水を加熱し湯にして貯湯タンク１１の上部の湯受入口に戻す加熱手段１３とを有している。更に、給湯機１０は、貯湯タンク１１の湯受入口より低い貯湯タンク１１の上位置にある温水取出口と加熱手段１３とを接続する第２の取水路１４と、第１の取水路１２を閉じて第２の取水路１４を開け、第２の取水路１４を介して取出された温水を加熱手段１３に供給する水路切換え手段１５とを有している。以下、詳細に説明する。
【００１５】
貯湯タンク１１の底部には、貯湯タンク１１に水を補給する給水配管１６が図示しない減圧弁を介して接続され、貯湯タンク１１の頂部には、貯湯タンク１１から湯を取出す給湯配管１７が接続されている。また、給湯配管１７の下流側には混合弁１８が設けられ、混合弁１８を介して給水配管１６から分岐した第２の給水配管１９が接続されている。
【００１６】
また、貯湯タンク１１の下部で給水配管１６の接続位置と異なる位置には、第１の取水路１２の基側が接続され、第１の取水路１２の先側は水路切換え手段１５に設けられた電動式の三方弁２０の第１の受入口と接続している。そして、三方弁２０の排出口は加熱手段１３に設けられた水循環ポンプ２１を介して加熱手段１３に設けられたヒートポンプ２２の熱交換器２３の入側と接続し、熱交換器２３の出側は貯湯配管２４を介して貯湯タンク１１の上部で給湯配管１７の接続位置とは異なる位置と接続している。
【００１７】
これによって、給水配管１６により貯湯タンク１１内に供給された水を、第１の取水路１２を介して水循環ポンプ２１でヒートポンプ２２の熱交換器２３に供給し、湯にして貯湯配管２４を介し貯湯タンク１１の上部（湯受入口）に戻すことができる。その結果、貯湯タンク１１内の水は、上部から下部に向けて順次湯に変化し、貯湯タンク１１内に湯が貯留されることになる。そして、貯湯タンク１１の頂部から給湯配管１７を介して取出された貯湯タンク１１内の湯は、混合弁１８で第２の給水配管１９から供給される水と混合して温度が調整され、図示しない給湯端末（例えば、シャワー、カラン）に供湯される。
【００１８】
貯湯タンク１１の温水取出口の位置、例えば、貯湯タンク１１の上端から貯湯タンク１１の全貯留量の５％以上で２０％以下（好ましくは、５％以上で１０％以下）の水位レベル範囲に相当する高さ位置には、第２の取水路１４の基側が接続され、第２の取水路１４の先側は三方弁２０の第２の受入口と接続している。ここで、水路切換え手段１５は、貯湯タンク１１内で第２の取水路１４の接続位置(温水取出口)より低い位置（例えば、全貯留量の２０％以上で３０％以下の水位レベル範囲に相当する高さ位置）に設けられた温度検出器の一例である第１のサーミスタ２５と、給湯配管１７の混合弁１８より下流側に設けられ、貯湯タンク１１から湯が取出されていることを検知して出湯信号を出力する出湯検出器の一例である水流計２６と、第１のサーミスタ２５で測定された温度が予め設定された温度（貯湯タンク１１内に湯と水が貯留されている場合の湯層と水層の境界層の上下近傍に位置する温水の温度で、例えば、３０〜４０℃）に到達し水流計２６から出湯信号が出力されていることを検知し、第１の取水路１２を閉じて第２の取水路１４を開けることを知らせる第２の取水路開信号を出力する機能を備えた報知器２７を有している。なお、報知器２７には、水流計２６から出湯信号が出力されていない場合、第２の取水路１４を閉じて第１の取水路１２を開けることを知らせる第１の取水路開信号を出力する機能が設けられている。
【００１９】
従って、報知器２７から出力された第２の取水路開信号が三方弁２０の切換え駆動部（図示せず）に入力されると切換え駆動部が作動して、三方弁２０の開いていた第１の受入口が閉じると共に、閉じていた第２の受入口が開いて、第２の取水路１４を介して貯湯タンク１１内の温水を水循環ポンプ２１でヒートポンプ２２の熱交換器２３に供給し、湯にして貯湯配管２４を介し貯湯タンク１１の上部に戻すことができる。このため、湯切れが発生する前に第２の取水路１４を介して取出された温水をヒートポンプ２２で加熱して湯にして貯湯タンク１１に戻すことができ、貯湯タンク１１内の湯を使用しながら貯湯タンク１１内の貯湯量の増加を図ることができる。
【００２０】
また、貯湯タンク１１内で、第１のサーミスタ２５より下方位置には、複数の温度検出器、例えば、第２〜第５のサーミスタ２８〜３１が上下方向に並べて設けられ、貯湯タンク１１内の上下方向に異なる複数位置での水温が測定されるようになっており、第２〜第５のサーミスタ２８〜３１で測定された温度は、報知器２７に入力される。ここで、第２〜第５のサーミスタ２８〜３１の設置位置はそれぞれ、例えば、貯湯タンク１１の上端から貯湯タンク１１の全貯留量の３５％以上で４０％以下、５０％以上で６０％以下、６５％以上で７０％以下、７５％以上で８５％以下の水位レベル範囲に相当する高さ位置である。
【００２１】
そして、報知器２７には、第１〜第５のサーミスタ２５、２８〜３１でそれぞれ測定された温度が、予め決められた設定温度（湯と水の中間温度で、例えば、３０〜４０℃）以下であるか否かを判定し、温度が設定温度を超えている（すなわち、湯の温度を測定している）場合は湯検知信号を、温度が設定温度以下（すなわち、温水又は水の温度を測定している）場合は湯非検知信号を出力する湯検知機能が設けられている。これによって、給湯機１０の図示しない操作盤に、第１〜第５のサーミスタ２５、２８〜３１でそれぞれ測定された温度に対して湯検知機能から出力される湯検知信号及び湯非検知信号に応答する表示器（例えば、湯検知信号の入力で点灯し、湯非検知信号の入力で消灯するランプ）を設けることで、貯湯タンク１１内の湯のレベル（残湯量）を把握することができる。
【００２２】
更に、操作盤には、貯湯タンク１１内の残湯量が予め決められた設定貯湯量未満の場合にヒートポンプ２２を運転して沸き上げを行い、貯湯タンク１１内の湯量が設定貯湯量に到達するとヒートポンプ２２の運転を停止するヒートポンプ運転操作手段が設けられている。従って、ヒートポンプ運転操作手段に、ヒートポンプ２２の運転を行う時間帯（沸き上げ運転時間帯で、通常電気料金の安い深夜電力時間帯）、沸き上げ温度、及び設定貯湯量を予め入力しておくと、沸き上げ運転時間帯において、貯湯タンク１１内の残湯量が設定貯湯量未満の場合、ヒートポンプ２２が稼動して、貯湯タンク１１内の水が第１の取水路１２を介して水循環ポンプ２１でヒートポンプ２２の熱交換器２３に供給されて湯にすることができ、生成した湯は貯湯配管２４を介し貯湯タンク１１の上部に戻すことができる。その結果、貯湯タンク１１内の水は、上部から下部に向けて順次湯に変化し、貯湯タンク１１内には設定貯湯量の湯が貯留されることになる。
【００２３】
続いて、本発明の一実施の形態に係る給湯機１０の作用について説明する。
貯湯タンク１１内に設定貯湯量の湯が貯留されている状態から湯が使用され始めると、貯湯タンク１１内の湯量は徐々に減少し、貯湯タンク１１内には使用された湯量に相当する水が下部から供給される。このため、湯の使用に伴って、湯層と水層の間に形成される境界層は徐々に上方に向けて移動し、第５のサーミスタ３１で境界層の上下近傍に位置する温水の温度が測定された時点で、報知器２７の湯検知機能からは湯非検知信号が出力され、第５のサーミスタ３１の測温結果に応答するランプが消灯する。これによって、貯湯タンク１１内の湯が減少していることがわかる。そして、貯湯タンク１１内の湯が更に使用され続けると、第４〜第２のサーミスタ３０、２９、２８の測温結果に応答するランプが順次消灯し、最終的に第１のサーミスタ２５の測温結果に応答するランプが消灯する。
【００２４】
第１のサーミスタ２５の測温結果に応答するランプが消灯した時点で、すなわち、第１のサーミスタ２５で測定している温度が温水の温度まで低下した時点で、貯湯タンク１１内の湯が使用中であると、報知器２７から第２の取水路開信号が出力され、三方弁２０の切換え駆動部が作動して三方弁２０の第１の受入口が閉じ、閉じていた第２の受入口が開く。これによって、第２の取水路１４を介して貯湯タンク１１内の温水、すなわち、境界層の上下近傍に存在し水より温度が高く湯より温度の低い温水を水循環ポンプ２１でヒートポンプ２２の熱交換器２３に供給することができ、湯にして給湯配管１７を介し貯湯タンク１１の上部に戻すことができる。ここで、温水の温度は、例えば３０〜４０℃であるので、第２の取水路開信号が出力された際にヒートポンプ２２で加熱して調整する湯の温度を、給湯端末に供湯されている湯温（操作盤で設定する給湯温度）に対して、例えば１５〜１０℃高めに設定するようにすると、温水を湯にする際の温度上昇を小さくできる。これによって、第２の取水路１４を介してヒートポンプ２２に供給する温水量を、第１の取水路１２を介してヒートポンプ２２に供給する水量より増加させても、温水を湯にすることができ、貯湯タンク１１内の湯を使用しながら、貯湯タンク１１内の貯湯量の増加を短時間で行うことができ（沸き上げ時間を短縮することができ）、湯切れを防止できる。
【００２５】
なお、第１のサーミスタ２５の測温結果に応答するランプが消灯したときに、貯湯タンク１１内の湯が使用されていないと、給湯機１０は給湯待機状態になる。そして、貯湯タンク１１内の湯が使用される場合は、報知器２７から第２の取水路開信号が出力されるので、第２の取水路１４を介して貯湯タンク内の温水をヒートポンプ２２に供給し湯にして貯湯タンク１１の上部に戻しながら、貯湯タンク１１からは給湯配管１７を介して湯が出湯される。一方、給湯待機状態の給湯機１０において、時間が沸き上げ運転時間帯に進入するとヒートポンプ２２が稼動し、貯湯タンク１１内の水が第１の取水路１２を介して水循環ポンプ２１でヒートポンプ２２の熱交換器２３に供給されて湯になり、貯湯配管２４を介して貯湯タンク１１の上部に戻っていく。その結果、貯湯タンク１１内には、沸き上げ温度の湯が設定貯湯量まで貯留されることになる。
【００２６】
以上、本発明を、実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は何ら上記した実施の形態に記載した構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。
例えば、ヒートポンプの代わりに電熱ヒータを使用することができる。また、三方弁を使用する代わりに、第１、第２の取水路にそれぞれ第１、第２の電磁弁を設け、第１の電磁弁の切り入りと第２の電磁弁の入り切りを連動させて行うようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の一実施の形態に係る給湯機の説明図である。
【符号の説明】
【００２８】
１０：給湯機、１１：貯湯タンク、１２：第１の取水路、１３：加熱手段、１４：第２の取水路、１５：水路切換え手段、１６：給水配管、１７：給湯配管、１８：混合弁、１９：第２の給水配管、２０：三方弁、２１：水循環ポンプ、２２：ヒートポンプ、２３：熱交換器、２４：貯湯配管、２５：第１のサーミスタ、２６：水流計、２７：報知器、２８：第２のサーミスタ、２９：第３のサーミスタ、３０：第４のサーミスタ、３１：第５のサーミスタ
【図１】
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