JP3855942B2 - 貯湯式給湯装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、加熱手段により加熱した給湯用の湯を貯える貯湯タンクを備える貯湯式給湯装置に関するものであり、特に貯えられた湯の熱量を用いて浴槽内の浴水を追い焚きに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、この種の貯湯式給湯装置では、ヒートポンプを構成する凝縮器に貯湯タンク内の給湯水を循環させて沸き上げて、この給湯水を貯湯タンク内に貯め、かつ少なくとも浴槽に給湯可能に構成したヒートポンプ式給湯装置において、浴槽内の浴水を循環させて追い焚き可能に構成した追い焚き用熱交換器を貯湯タンク内に設け、この貯湯タンク内の給湯水の熱を浴水の追い焚きの熱源としている。
【0003】
しかも、上記追い焚き用熱交換器を二重管構造として、外管または内管のいずれか一方に浴槽内の浴水を循環させ、他方に上記給湯水の熱の他に、ガスまたは石油を燃料とした別体の熱源機で生成される温水を循環させる構成としている。これにより、貯湯タンク内の給湯水の熱量が低下したときや冬場などの外気温度の低いときにも、ヒートポンプを構成する凝縮器以外からの熱源装置によって、浴水の水温を高めることができるので能力不足がなく充分な追い焚きが実行できるようになっている(例えば、特許文献1参照。)。
【0004】
【特許文献1】
特開2002−22266号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献1によれば、浴水の追い焚きの熱源として、ヒートポンプを構成する凝縮器以外にガスまたは石油を燃料とした熱源装置を設けることは、給湯装置が複雑、かつ大掛かりとなるとともに、設備費および維持費が高くなる問題がある。
【0006】
そこで、貯湯タンク内に追い焚き用熱交換器を設けて貯湯タンク内の湯の熱量を利用する簡素な構成が望ましい。ところが、浴水を追い焚きするときは、概して浴槽への湯張りなどによる多量の給湯水を出湯した後に実行されることが多い。このときの貯湯タンク内は、貯湯量が低下してくることで湯と水との境界をなす温度境界位置が追い焚き用熱交換器近傍に達すると、貯湯熱量が不十分となり追い焚き時間が非常に長くなることや給湯水の湯温の低下による給湯水の湯切れを起こすなどの問題がある。
【0007】
そこで、本発明の目的は、上記点に鑑みたものであり、浴水の追い焚き負荷に応じた貯湯タンク内の貯湯熱量を有効に用いる浴水追い焚き手段を配設させることで、湯切れを起こすことなく浴水の追い焚きが可能な貯湯式給湯装置を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
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、内部に給湯用の湯を貯える貯湯タンク(1)と、この貯湯タンク(1)内の水を沸き上げ運転する加熱手段(2)と、貯湯タンク(1)内に熱交換器(41a、41b)を配設し、この熱交換器(41a、41b)に浴槽内の浴水を循環させて追い焚きする浴水追い焚き手段(40)とを備える貯湯式給湯装置において、
熱交換器(41a、41b)は、少なくとも二つに分けられて貯湯タンク(1)内に配設されるとともに、浴水追い焚き手段(40)は、浴水の追い焚き負荷に基づいて運転区分された複数の追い焚き運転モードを有し、かつ追い焚き運転モードに応じて熱交換器(41a、41b)を使い分けて浴水を追い焚きするように構成した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、浴水を追い焚きするときは、概して浴槽への湯張りなどによる多量の給湯水を出湯した後に実行されることが多い。このときの貯湯タンク(1)内は、貯湯量が低下してくることで湯と水との境界をなす温度境界位置が熱交換器(41a、41b)近傍に達すると、貯湯熱量が不十分となり追い焚き時間が非常に長くなることや湯温の低下による給湯水の湯切れを起こすなどの問題がある。
【0010】
そこで、本発明では、二つの熱交換器(41a、41b)を貯湯タンク(1)内に設けるとともに、浴水の追い焚き負荷に基づいて運転区分された複数の追い焚き運転モードを有し、かつこの追い焚き運転モードに応じて熱交換器(41a、41b)を使い分けて浴水を追い焚きするように構成したことにより、浴水の追い焚き負荷に応じて貯湯タンク(1)内の貯湯熱量を有効に用いることができる。これにより、追い焚き中に給湯水の湯切れなく確実に浴水の追い焚きが可能となる。しかも、その追い焚き時間が短縮できる。
【0011】
請求項2に記載の発明では、熱交換器(41a、41b)は、そのうちの一方が貯湯タンク(1)内の高温部に配設されるとともに、追い焚き運転モードは、冷めた浴水を急速に追い焚きする急速追い焚き運転モードであって、浴水追い焚き手段(40)は、急速追い焚き運転モードのときに、二つの熱交換器(41a、41b)に浴水を循環させて浴水を追い焚きするように構成したことを特徴としている。
【0012】
請求項2に記載の発明によれば、この種の貯湯タンク(1)は、湯と水との比重関係により貯湯タンク(1)内の最上部には高温の給湯水が貯えられている。そこで、本発明では、一方が高温部に配設された熱交換器(41a)と、さらに、もう一方の熱交換器(41b)とに浴水を循環させることにより、浴水を急速に追い焚きすることができる。これにより、追い焚き時間が短縮できる。
【0013】
請求項3に記載の発明では、熱交換器(41a、41b)は、もう一方が貯湯タンク(1)内の高温部下方に配設されるとともに、追い焚き運転モードは、浴水を所定温度に保温する保温運転モードであって、浴水追い焚き手段(40)は、保温運転モードのときに、二つの熱交換器(41a、41b)のうち、貯湯タンク(1)内の高温部下方に配設された熱交換器(41b)に浴水を循環させて浴水を追い焚きするように構成したことを特徴としている。
【0014】
請求項3に記載の発明によれば、上記保温運転モードは、追い焚き運転モードのうち、追い焚き負荷が極めて小さい。従って、このときに高温部下方に配設された熱交換器(41b)に浴水を循環させて浴水を追い焚きするように構成したことにより、高温部に高温の給湯水を確保することができるため、追い焚きによる給湯水の湯切れを起こすことがない。
【0015】
請求項4に記載の発明では、加熱手段(2)は、電気ヒータであり貯湯タンク(1)内に設けられ、二つの熱交換器(41a、41b)のうち、一方が電気ヒータの上方近傍に設けられたことを特徴としている。
【0016】
請求項4に記載の発明によれば、例えば、電気温水器などのように、一方の熱交換器(41a)を電気ヒータの上方近傍に設けられたことにより、高温部に配設された熱交換器(41a)の近傍の温度を高めることで熱交換効率が上昇し、より追い焚き時間の短縮ができる。しかも、このときには、給湯水の湯切れを起こすことなく追い焚きが可能となる。
【0017】
請求項5に記載の発明では、内部に給湯用の湯を貯える貯湯タンク(1)と、この貯湯タンク(1)内の水を沸き上げ運転する加熱手段(2)と、貯湯タンク(1)内の給湯水を1次側に流通させて2次側の浴水と熱交換する熱交換器(41)を有し、貯湯タンク(1)内の給湯水を熱交換器(41)に循環する1次側温水回路(49a)と熱交換器(41)の2次側に浴槽内の浴水を循環する2次側温水回路(49b)とを有して、浴水を追い焚きする浴水追い焚き手段(40)とを備える貯湯式給湯装置において、
貯湯タンク(1)には、少なくとも二つ以上複数の貯湯タンク(1)内の給湯水を熱交換器(41)に導出する導出口(49c、49f)が配設されるとともに、浴水追い焚き手段(40)は、浴水の追い焚き負荷に基づいて運転区分された複数の追い焚き運転モードを有し、かつこの追い焚き運転モードに応じて熱交換器(41)に流通する給湯水が複数の導出口(49c、49f)から選択されて浴水を追い焚きするように構成したことを特徴としている。
【0018】
請求項5に記載の発明によれば、上記請求項1においては、浴水を加熱する熱交換器(41a、41b)を少なくとも二つに分けて貯湯タンク(1)内に設けたが、本発明では、貯湯タンク(1)内の給湯水を1次側に流通させて2次側の浴水と熱交換する熱交換器(41)を貯湯タンク(1)の外部に設けた浴水追い焚き手段(40)であって、追い焚き運転モードに応じて熱交換器(41)に流通する給湯水が複数の導出口(49c、49f)から選択されて浴水を追い焚きするように構成したことにより、上述した請求項1と同様に浴水の追い焚き負荷に応じて貯湯タンク(1)内の貯湯熱量を有効に用いることができる。これにより、追い焚き中に給湯水の湯切れなく確実に浴水の追い焚きが可能となる。しかも、その追い焚き時間が短縮できる。
【0019】
請求項6に記載の発明では、複数の導出口(49c、49f)のうち、そのうちの一つは貯湯タンク(1)内の高温部に、もう一つは高温部の下方に配設されるとともに、追い焚き運転モードは、冷めた浴水を急速に追い焚きする急速追い焚き運転モードであって、浴水追い焚き手段(40)は、急速追い焚き運転モードのときに、二つの導出口(49c、49f)から導出させた給湯水が熱交換器(41)に流通させて浴水を追い焚きするように構成したことを特徴としている。
【0020】
請求項6に記載の発明によれば、上述した請求項2と同じように、この種の貯湯タンク(1)は、湯と水との比重関係により貯湯タンク(1)内の最上部には高温の給湯水が貯えられている。そこで、本発明では、複数の導出口(49c、49f)のうち、そのうちの一つは貯湯タンク(1)内の高温部に、もう一つは高温部の下方に配設されるとともに、二つの導出口(49c、49f)から導出させた給湯水が熱交換器(41)に流通させて浴水を追い焚きするように構成したことにより、浴水を急速に追い焚きすることができる。これにより、追い焚き時間が短縮できる。
【0021】
請求項7に記載の発明では、浴水追い焚き手段(40)および加熱手段(2)を制御する制御手段(200)が設けられ、制御手段(200)は、急速追い焚き運転モードのときに、加熱手段(2)を制御して貯湯タンク(1)内の高温部が沸き上げられるように制御することを特徴としている。
【0022】
請求項7に記載の発明によれば、熱交換器(41a、41b)の熱交換効率は、熱交換器(41a、41b)近傍の温度が高いほど熱交換効率が良い。そこで、加熱手段(2)を制御して貯湯タンク(1)内の高温部が沸き上げられるように制御することにより、高温部に配設された熱交換器(41a)の近傍の温度を高めることで熱交換効率が上昇し、より追い焚き時間の短縮ができる。しかも、このときには、給湯水の湯切れを起こすことなく追い焚きが可能となる。
【0023】
請求項8に記載の発明では、加熱手段(2)は、ヒートポンプサイクルからなるヒートポンプユニット(2)であって、冷媒が二酸化炭素であることを特徴ととしている。
【0024】
請求項8に記載の発明によれば、冷媒に二酸化炭素を用いることで、超臨界ヒートポンプサイクルを形成できる。これによれば、フロン系の冷媒を用いる一般的なヒートポンプサイクルよりも高温(例えば、80〜90℃程度)の給湯水を沸き上げることができる。
【0025】
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。
【0026】
【発明の実施の形態】
(第1実施形態)
以下、本発明を適用した第1実施形態の貯湯式給湯装置を図1ないし図4に基づいて説明する。図1は、貯湯式給湯装置の全体構成を示す模式図である。本実施形態の貯湯式給湯装置は、図1に示すように、1は耐食性に優れた金属製(例えば、ステンレス製)の貯湯タンクであり、外周部に図示しない断熱材が配置されており、高温の給湯用の湯を長時間に渡って保温することができるようになっている。貯湯タンク1は縦長形状であり、その底面には導入口11が設けられ、この導入口11には貯湯タンク1内に水道水を導入する給水経路である導入管12が接続されている。
【0027】
導入管12には温度検出手段である給水サーミスタ21が設けられており、導入管12内の温度情報を後述する制御装置200に出力するようになっている。また、導入管12には導入される水道水の水圧が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減圧逆止弁51が設けられている。そして、導入管12の給水サーミスタ21および減圧逆止弁51が設けられた位置より下流の給水分岐点12aと後述する混合弁16とはバイパス経路である給水配管15により繋がれている。
【0028】
一方、貯湯タンク1の最上部には導出口13が設けられ、導出口13には貯湯タンク1内の湯を導出するための給湯経路である導出管14が接続されている。なお、導出管14の経路途中には、図示しない逃がし弁が配設された排出配管が接続されており、貯湯タンク1内の圧力が所定圧以上に上昇した場合には、貯湯タンク1内の湯を外部に排出して、貯湯タンク1等にダメージを与えないようになっている。
【0029】
16は混合手段である混合弁であり、導出管14と給水配管15との合流点に配置されている。そして、混合弁16は開口面積比(導出管14に連通する湯側の開度と給水配管15に連通する水側の開度の比率)を調節することにより、導出管14からの湯と給水配管15からの水道水との混合比を調節できるようになっている。
【0030】
なお、混合弁16はサーボモータ等の駆動源により弁体を駆動して各経路の開度を調節する電動弁であり、後述する制御装置200からの制御信号により作動するとともに、作動状態を制御装置200に出力するようになっている。
【0031】
混合弁16の出口側には、混合湯経路である配管17が接続されている。この配管17は図示しない給湯水栓、シャワー水栓および浴槽3等へ混合された給湯水を導く配管である。そして、配管17には温度検出手段である給湯サーミスタ71と給湯検出手段である流量カウンタ72が設けられており、給湯サーミスタ71は配管17内の温度情報を、流量カウンタ72は配管17内の流量情報を後述する制御装置200に出力するようになっている。
【0032】
なお、流量カウンタ72が配管17内の水の流れを検出したときには、給湯水栓、シャワー水栓および浴槽3等のいずれかで湯が使用されようとしているということである。このとき制御装置200は、給湯設定温度に応じて、まず給水サーミスタ21からの温度情報と後述する出湯サーミスタ32からの温度情報とから混合弁16の開口面積比を概略調節し、その後給湯サーミスタ71からの温度情報に基づいて給湯温度が設定温度となるように混合弁16の開口面積比を微細制御するようになっている。
【0033】
また、貯湯タンク1の下部には、貯湯タンク1内の水を吸入するための吸入口18が設けられ、貯湯タンク1の上部には、貯湯タンク1内に湯を吐出する吐出口19が設けられている。吸入口18と吐出口19とは循環回路20で接続されており、循環回路20の一部はヒートポンプユニット2内に配置されている。
【0034】
循環回路20のヒートポンプユニット2内に配置された部分には、図示しない熱交換器が設けられており、吸入口18から吸入した貯湯タンク1内の水を高温冷媒との熱交換により加熱し、吐出口19から貯湯タンク1内に戻すことにより貯湯タンク1内の水を沸き上げることができるようになっている。
【0035】
なお、本実施形態の加熱手段であるヒートポンプユニット2は、図示しない圧縮機、凝縮器、減圧器、蒸発器などのヒートポンプサイクルを構成する冷媒機能部品からなる超臨界ヒートポンプである。この超臨界ヒートポンプとは、高圧側の冷媒圧力が冷媒の臨界圧力以上となるヒートポンプサイクルを言い、例えば、二酸化炭素、エチレン、エタン、酸化窒素などを冷媒とするヒートポンプサイクルである。
【0036】
因みに、超臨界ヒートポンプによれば、一般的なヒートポンプサイクルよりも高温(例えば、85℃〜90℃程度)の給湯水を沸き上げることができる。また、ヒートポンプユニット2は後述する制御装置200からの制御信号により作動するとともに、作動状態を制御装置200に出力するようになっている。
【0037】
次に、貯湯タンク1の上部外壁面には、貯湯タンク1内上部の水温を検出する出湯サーミスタ32が設けられており、導出口13から導出される水の温度情報を後述する制御装置200に出力するようになっている。
【0038】
また、貯湯タンク1の外壁面には複数の(本例では6つの)水位サーミスタ33が縦方向にほぼ等間隔に配置され、貯湯タンク1内に満たされた水の各水位レベルでの温度情報を後述する制御装置200に出力するようになっている。従って、後述する制御装置200は、水位サーミスタ33からの温度情報に基づいて、貯湯タンク1内上方の沸き上げられた湯と貯湯タンク1内下方の沸き上げられる前の水との温度境界位置を検出できるようになっている。
【0039】
次に、本発明の要部である浴水追い焚き手段40は、二つの第1、第2熱交換器41a、41b、循環ポンプ43、および浴槽3内の浴水を第1、第2熱交換器41a、41bに循環させて浴槽3内に戻す浴水循環水経路49から構成されている。
【0040】
熱交換器である二つの第1、第2熱交換器41a、41bは、そのうちの一方が貯湯タンク1内の高温部、つまり、高温(例えば、85℃〜90℃程度)の給湯水が貯えられる部位に配設され、もう一方が高温部下方に配設されている。この二つの熱交換器41a、41bは、浴水を加熱するための熱交換器であって、浴水の追い焚き負荷に基づいて設定された追い焚き運転モードに応じて、詳しくは後述するが、使い分けて浴水を循環するように構成している。なお、本実施形態の二つの熱交換器41a、41bは、貯湯タンク1内の上方に設けられ、かつヒートポンプユニット2によって沸き上げられた給湯水の熱量を熱源としている。
【0041】
循環ポンプ43は電動ポンプであり、後述する制御装置200により制御され、ハウジング内のインペラを回転させることにより浴水を浴槽3から第1、第2熱交換器41a、41bに圧送して浴槽3内に戻すために用いられている。また、浴水循環水経路49の上流側には、浴槽3内に湯張りされた浴水の湯量、言い換えれば、浴槽3内の浴水の水位レベルを求めるために、水圧を検出する水圧スイッチ48が設けられている。この水圧スイッチ48は、浴槽3内の浴水の流量情報として後述する制御装置200に出力されるように構成している。
【0042】
そして、水圧スイッチ48の下流側には、浴水循環水経路49に流れる浴水温を検出する温度検出手段である浴水温サーミスタ46が設けられている。この浴水温サーミスタ46は浴槽3内の浴水の温度情報として後述する制御装置200に出力されるように構成している。
【0043】
また、浴水循環水経路49には、二つの熱交換器41a、41bの手前に、流れ方向を切り換えるための3個の第1、第2、第3三方弁42a、42b、42cが配設されている。第1三方弁42aは、二つの熱交換器41a、41bのいずれか一方、または、両方に流通する流れ方向(図中に示す矢印a)と、二つの熱交換器41a、41bを迂回する流れ方向(図中に示す矢印b)とのいずれか一方に切り換えるための三方弁である。
【0044】
第2三方弁42aは、二つの熱交換器41a、41bのうち、いずれか一方に流通させるように切り換える三方弁であり、第1熱交換器41aに流通する流れ方向(図中に示す矢印c)と、第2熱交換器41bに流通する流れ方向(図中に示す矢印d)とのいずれか一方に切り換える。
【0045】
第3三方弁42cは、第2熱交換器41bに流通した浴水を第1熱交換器41aに流通する流れ方向(図中に示す矢印f)と、第2熱交換器41bに流通した浴水を浴槽3側に戻す流れ方向(図中に示す矢印e)とのいずれか一方に切り換える三方弁であり、二つの熱交換器41a、41bに流通させるか、または第2熱交換器41bのみに流通させるかのいずれか一方に切り換えることができる。
【0046】
なお、第1三方弁42aの流れ方向がbのときには、第2三方弁42bおよび第3三方弁42cの流れ方向がそれぞれdおよびeとなるようにしている。これにより、二つの熱交換器41a、41bを迂回する循環水経路が形成される。つまり、浴槽3内の浴水が二つの熱交換器41a、41bを流通せずに循環される。
【0047】
これは、追い焚きをするときにおいて、加熱する前の浴水温を浴水温サーミスタ46により検出するとき、および浴水温が追い焚き設定温度に達したときに浴槽3内の浴水が循環される。また、これらの第1、第2、第3三方弁42a、42b、42cは、後述する追い焚きの運転モードに応じて後述する制御装置200により制御される。
【0048】
次に、200は制御手段である制御装置であり、各サーミスタ21、32、33、46、71からの温度情報、流量カウンタ72、水圧スイッチ48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、ヒートポンプユニット2、混合弁16、第1、第2、第3三方弁42a、42b、42c、および循環ポンプ43等を制御するように構成されている。
【0049】
また、図示しない操作盤には、操作スイッチとして、電源スイッチ、給湯設定温度スイッチ、湯張りスイッチ、追い焚きスイッチ、追い焚き設定温度スイッチなどが設けられている。なお、追い焚きスイッチには、追い焚き負荷に応じた追い焚きの運転モードが選択するように構成されている。因みに本実施形態では、急速追い焚きモード、追い焚きモード、保温モードの3種の運転モードから選択するように構成されている。急速追い焚きモードは、浴水が所定温度以上に冷めたときに、浴水を短時間に追い焚き設定温度に加熱するモードである。
【0050】
追い焚きモードは、冷めた浴水を追い焚き設定温度に加熱するモードであり、保温モードは追い焚き設定温度を維持するように浴水を加熱するモードである。従って、保温モード、追い焚きモード、急速追い焚きモードの順に追い焚き負荷が増大している。なお、図示しない操作盤は、浴室内や台所等の湯を使用する場所の近傍に設置され、操作盤以外は、屋外等の適所に設置されている。
【0051】
次に、上記構成による貯湯式給湯装置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、制御装置200は、ヒートポンプユニット2を制御させて通常の温調給湯制御を行なう。この温調給湯制御が実行されると、制御装置200は、貯湯タンク1に設けられた各サーミスタ32、33からの温度情報等や、図示しない操作盤により設定された時刻情報等に基づいて、適宜ヒートポンプサイクル2を作動させ貯湯タンク1内の水を加熱して高温(例えば85℃の湯)の給湯水を貯えておく。
【0052】
そして、貯えられた高温の給湯水を水と混合させて台所、洗面所、浴槽3などの給湯対象個所に給湯するとともに、給湯水の熱量を用いて浴水を追い焚きするものである。ところで、貯湯式給湯装置の作動は、給湯の用途に供するときと、浴水を追い焚きするときでは制御装置200および各構成部品の作動が異なるため、給湯の用途に供する一例として、給湯水栓を開弁して給湯するときと、上述の運転モードの作動について述べる。
【0053】
まず、給湯水栓を開弁して給湯するときは、流量カウンタ72が配管17内の水の流れを検出することにより、制御装置200は、給湯設定温度に応じて、給水サーミスタ21からの温度情報と出湯サーミスタ32からの温度情報とから混合弁16の開口面積比を概略調節し、その後、給湯サーミスタ71からの温度情報に基づいて出湯温度が給湯設定温度となるように混合弁16の開口面積比を微細制御する。
【0054】
これにより、貯湯タンク1内の高温の給湯水と給水配管15からの水との混合された混合湯が配管17を介して出湯する。そして、貯湯タンク1内上部から高温の給湯水が導出されることにより、導入管12より水道水が貯湯タンク1の下方に導入される。従って、温度境界位置が貯湯タンク1内上方に移動する。つまり、給湯の用途に供するときには、順次温度境界位置が上方に変動するとともに、貯湯タンク1内の残湯量が低下していく。
【0055】
次に、浴水を追い焚きする急速追い焚きモードにおける作動を図2に基づいて説明する。図2は、急速追い焚きモードにおける浴槽3内の浴水を二つの熱交換器41a、41bに流通させたときの形態図である。追い焚きスイッチのうちで、急速追い焚きモードを選択すると、まず、第1、第2、第3三方弁42a、42b、42cがそれぞれ流れ方向がb、d、e方向に制御装置200により切り換えられ、かつ循環ポンプ43が作動される。これにより、浴水が二つの熱交換器41a、41bを迂回して浴槽3内に戻るように循環される。従って、加熱前の浴水温が浴水温サーミスタ46により検出される。
【0056】
検出された浴水温が追い焚き設定温度以下であれば、図2に示すように、制御装置200により、第1、第2、第3三方弁42a、42b、42cの流れ方向がそれぞれa、d、f方向に切り換えられる。これにより、浴水は図中の実線で示すように、第1、第2熱交換器41a、41bに循環される。従って、浴水が二つの熱交換器41a、41bを流通することで短時間に追い焚き設定温度まで加熱できる。しかも、高温部に設けられた第1熱交換器41aは、高温の給湯水が貯えられているため熱交換効率が高い。
【0057】
なお、貯湯タンク1内の貯湯量が低下して、温度境界位置が第2熱交換器41b近傍に上昇したとき、もしくは、出湯サーミスタ32近傍の貯湯温度が低下したときには、ヒートポンプユニット2を作動させて沸き上げ運転を行なうことで、第1熱交換器41a近傍の貯湯温度を高める(例えば、85〜90℃程度)ことができる。
【0058】
ところで、浴水が追い焚き設定温度に達したときには、第1、第2、第3三方弁42a、42b、42cの流れ方向が上述したb、d、e流れ方向に切り換えられて、二つの熱交換器41a、41bを迂回するように浴水が循環される。
【0059】
次に、冷めた浴水を追い焚き設定温度まで追炊きする追い焚きモードのときには、図3に示すように、この運転モードを選択することにより、第1、第2、第3三方弁42a、42b、42cの流れ方向がa、c、e方向に切り換えられる。これにより、浴水は図中の実線で示すように、高温部に設けられた第1熱交換器41aのみに循環される。従って、浴水が第1熱交換器41aを流通することで、高温の給湯水が貯えられている側の熱量によって追い焚き設定温度まで加熱できる。
【0060】
次に、浴水を追い焚き設定温度に維持する保温モードのときには、図4に示すように、この運転モードを選択することにより、第1、第2、第3三方弁42a、42b、42cの流れ方向がa、d、e方向に切り換えられる。これにより、浴水は図中の実線で示すように、第2熱交換器41bのみに循環される。
【0061】
従って、浴水が第2熱交換器41bを流通することで、第1熱交換器41aよりも若干低い温度の給湯水が貯えられている側の熱量によって追い焚き設定温度を維持することが加熱できる。なお、このときには、第1熱交換器41a側に貯えられた給湯水の熱量は確保されているので追い焚きによる給湯水の湯切れを起こすことがない。
【0062】
なお、追い焚きモードおよび保温モードのときに、浴水が追い焚き設定温度に達したとき、および、加熱前の浴水温の検出するときは、上述したように、二つの熱交換器41a、41bを迂回するように各三方弁42a、42b、42cが切り換えられる。
【0063】
以上の第1実施形態の貯湯式給湯装置によれば、浴水を追い焚きするときは、概して浴槽3への湯張りなどによる多量の給湯水を出湯した後に実行されることが多い。このときの貯湯タンク1内は、貯湯量が低下してくることで湯と水との境界をなす温度境界位置が二つの熱交換器41a、41bの近傍に達すると、貯湯熱量が不十分となり追い焚き時間が非常に長くなることや湯温の低下による給湯水の湯切れを起こすなどの問題がある。
【0064】
そこで、本発明では、二つの熱交換器41a、41bを、貯湯タンク1配設されるとともに、浴水の追い焚き負荷に基づいて運転区分された複数の追い焚き運転モードを有し、かつこの追い焚き運転モードに応じて二つの熱交換器41a、41bを使い分けて浴水を追い焚きするように構成したことにより、浴水の追い焚き負荷に応じて貯湯タンク1内の貯湯熱量を有効に用いることができるため追い焚き中に給湯水の湯切れなく確実に浴水の追い焚きが可能となる。しかも、その追い焚き時間が短縮できる。
【0065】
また、この種の貯湯タンク1は、湯と水との比重関係により貯湯タンク1内の最上部には高温の給湯水が貯えられている。そこで、本発明では、一方が高温部に配設された第1熱交換器41aと、さらに、もう一方の第2熱交換器41bの両方に浴水を循環させることにより、浴水を急速に追い焚きすることができる。これにより、追い焚き時間が短縮できる。
【0066】
また、第1、第2熱交換器41a、41bの熱交換効率は、その熱交換器41a、41b近傍の温度が高いほど熱交換効率が良い。そこで、ヒートポンプユニット2を制御して貯湯タンク1内の高温部が沸き上げられるように制御することにより、高温部に配設された第1熱交換器41aの近傍の温度を高める(85〜90℃程度)ことで熱交換効率が上昇し、より追い焚き時間の短縮ができる。しかも、このときには、給湯水の湯切れを起こすことなく追い焚きが可能となる。
【0067】
また、保温モードは、追い焚きの運転モードのうち、追い焚き負荷が極めて小さい。従って、このときに高温部下方に配設された第2熱交換器41bに浴水を循環させて浴水を追い焚きするように構成したことにより、高温部に高温の給湯水を確保することができるため、追い焚きによる給湯水の湯切れを起こすことがない。
【0068】
また、ヒートポンプユニット2おいて、冷媒に二酸化炭素を用いることで、超臨界ヒートポンプサイクルを形成できる。これによれば、フロン系の冷媒を用いる一般的なヒートポンプサイクルよりも高温(例えば、80〜90℃程度)の給湯水を沸き上げることができる。
【0069】
(第2実施形態)
以上の第1実施形態では、浴水を加熱する熱交換器41a、41bを少なくとも二つに分けて貯湯タンク1内に設けたが、これに限らず、浴水を加熱する熱交換器を外部に設けて、この熱交換器に高温の給湯水を循環させても良い。具体的には、図5に示すように、浴水追い焚き手段40は、貯湯タンク1内の高温の給湯水を一次側に流通させて2次側の浴水と熱交換する熱交換器41を有し、貯湯タンク1内の給湯水を熱交換器41に循環する1次側循環水経路49aと、浴槽3から浴水を熱交換器41の2次側に循環させて浴槽3内に戻す2次側循環水経路49bから構成されている。
【0070】
そして、貯湯タンク1の最上部側面に設けられた導出口49c、導入口dおよびこれらの下方に導出口49e、導入口fを設けて1次側循環水経路49aに繋げられている。上部の導出口49c、導入口dは、急速追い焚きモードおよび追い焚きモードのときに、貯湯タンク1内高温部の給湯水を導出させ熱交換器41に循環させて貯湯タンク1内に戻す導出入口である。
【0071】
一方、それよりも下方に設けられた導出口49e、導入口fは、急速追い焚きモードおよび保温モードのときに、高温の給湯水よりも若干低い温度の給湯水を熱交換器41に循環させて貯湯タンク1内に戻す導出入口である。
【0072】
また、43は、循環ポンプであり、制御装置200により制御され、ハウジング内のインペラを回転させることにより貯湯タンク1内の給湯水を導出口49c、49eから熱交換器41に圧送して導入口d、fに戻すために用いられている。
【0073】
また、熱交換器41は、一次側に貯湯タンク1内の給湯水を流通させて2次側に浴水を流通させて一次側の給湯水の熱量を受熱させるように形成された対向流の水−水熱交換器である。なお、第2および第3三方弁42b、42cなど、第1実施形態と同様の構成部品は第1実施形態と同様の符号を付して説明は省略する。
【0074】
次に、以上の構成による貯湯式給湯装置の作動について説明する。追い焚き運転モードのうち、急速追い焚きモードのときには、制御装置200により、第2、第3三方弁42b、42cの流れ方向がそれぞれd、f方向に切り換えられる。これにより、二つの導出口49c、49eから貯湯タンク1内の高温の給湯水が導出されて、熱交換器41に流通されて二つの導入口49d、49fに戻る。従って、2次側循環水経路49bを循環する浴水が熱交換器41を流通することで短時間に追い焚き設定温度まで加熱できる。
【0075】
次に、追い焚きモードのときには、制御装置200により、第2、第3三方弁42b、42cの流れ方向がそれぞれc、e方向に切り換えられる。これにより、上方の導出口49cから貯湯タンク1内の高温の給湯水が導出されて、熱交換器41に流通されて導入口49dに戻る。従って、2次側循環水経路49bを循環する浴水が熱交換器41を流通することで追い焚き設定温度まで加熱できる。
【0076】
次に、保温モードのときには、制御装置200により、第2、第3三方弁42b、42cの流れ方向がそれぞれd、e方向に切り換えられる。これにより、導出入口49c、よりも下方に設けられた導出口49eから貯湯タンク1内のやや低い高温の給湯水が導出されて、熱交換器41に流通されて導入口49fに戻る。従って、2次側循環水経路49bを循環する浴水が熱交換器41を流通することで追い焚き設定温度まで加熱できる。
【0077】
以上の第2実施形態の貯湯式給湯装置によれば、浴水の追い焚き負荷に基づいて運転区分された複数の追い焚き運転モードを有し、かつこの追い焚き運転モードに応じて1次側に流通する給湯水の熱量を少なくとも高温部とその高温部下方の2個所から導出させて、2次側に流通する浴水を追い焚きするように構成したことにより、第1実施形態と同じように、浴水の追い焚き負荷に応じて貯湯タンク1内の貯湯熱量を有効に用いることができるため追い焚き中に給湯水の湯切れなく確実に浴水の追い焚きが可能となる。しかも、その追い焚き時間が短縮できる。
【0078】
なお、本実施形態では二つの導出口49c、49fを設けたが、これに限らず、二つ以上複数個設けても良い。また、熱交換器41に循環させる給湯水の貯湯温度が追い焚き運転に応じて可変できるように構成しても良い。
【0079】
(他の実施形態)
以上の実施形態では、本発明を圧縮機、凝縮器、減圧器、蒸発器などのヒートポンプサイクルを構成する冷媒機能部品からなる超臨界ヒートポンプからなるヒートポンプユニット2に適用したが、これに限らず、一般のヒートポンプサイクルを構成する加熱手段に適用しても良い。さらに、貯湯タンク1内に電気ヒータが配設され、深夜電力を用いて給湯水を蓄える電気温水器に適用しても良い。
【図面の簡単な説明】
【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実施形態における急速追い焚きモードのときの第1、第2熱交換器41a、41bに循環する浴水の流れを示す形態図である。
【図3】本発明の第1実施形態における追い焚きモードのときの第1、第2熱交換器41a、41bに循環する浴水の流れを示す形態図である。
【図4】本発明の第1実施形態における保温モードのときの第1、第2熱交換器41a、41bに循環する浴水の流れを示す形態図である。
【図5】本発明の第2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。
【符号の説明】
1…貯湯タンク
2…ヒートポンプユニット(加熱手段)
40…浴水追い焚き手段
41…熱交換器
41a…第1熱交換器(熱交換器)
41b…第2熱交換器(熱交換器)
49a…1次側循環水経路
49b…2次側循環水経路
49c、49f…導出口
200…制御装置(制御手段)
Claims (8)
- 内部に給湯用の湯を貯える貯湯タンク(1)と、
前記貯湯タンク(1)内の水を沸き上げ運転する加熱手段(2)と、
前記貯湯タンク(1)内に熱交換器(41a、41b)を配設し、前記熱交換器(41a、41b)に浴槽内の浴水を循環させて追い焚きする浴水追い焚き手段(40)とを備える貯湯式給湯装置において、
前記熱交換器(41a、41b)は、少なくとも二つに分けられて前記貯湯タンク(1)内に配設されるとともに、
前記浴水追い焚き手段(40)は、浴水の追い焚き負荷に基づいて運転区分された複数の追い焚き運転モードを有し、かつ前記追い焚き運転モードに応じて前記熱交換器(41a、41b)を使い分けて浴水を追い焚きするように構成したことを特徴とする貯湯式給湯装置。 - 前記熱交換器(41a、41b)は、そのうちの一方が前記貯湯タンク(1)内の高温部に配設されるとともに、
前記追い焚き運転モードは、冷めた浴水を急速に追い焚きする急速追い焚き運転モードであって、前記浴水追い焚き手段(40)は、前記急速追い焚き運転モードのときに、前記二つの熱交換器(41a、41b)に浴水を循環させて浴水を追い焚きす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。 - 前記熱交換器(41a、41b)は、もう一方が前記貯湯タンク(1)内の高温部下方に配設されるとともに、
前記追い焚き運転モードは、浴水を所定温度に保温する保温運転モードであって、前記浴水追い焚き手段(40)は、前記保温運転モードのときに、前記二つの熱交換器(41a、41b)のうち、前記貯湯タンク(1)内の高温部下方に配設された前記熱交換器(41b)に浴水を循環させて浴水を追い焚きす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。 - 前記加熱手段(2)は、電気ヒータであり前記貯湯タンク(1)内に設けられ、前記二つの熱交換器(41a、41b)のうち、一方が前記電気ヒータの上方近傍に設けられたことを特徴とする請求項1に記載の貯湯式給湯装置。
- 内部に給湯用の湯を貯える貯湯タンク(1)と、
前記貯湯タンク(1)内の水を沸き上げ運転する加熱手段(2)と、
前記貯湯タンク(1)内の給湯水を1次側に流通させて2次側の浴水と熱交換する熱交換器(41)を有し、前記貯湯タンク(1)内の給湯水を前記熱交換器(41)に循環する1次側温水回路(49a)と前記熱交換器(41)の2次側に浴槽内の浴水を循環する2次側温水回路(49b)とを有して、浴水を追い焚きする浴水追い焚き手段(40)とを備える貯湯式給湯装置において、
前記貯湯タンク(1)には、少なくとも二つ以上複数の前記貯湯タンク(1)内の給湯水を前記熱交換器(41)に導出する導出口(49c、49f)が配設されるとともに、
前記浴水追い焚き手段(40)は、浴水の追い焚き負荷に基づいて運転区分された複数の追い焚き運転モードを有し、かつ前記追い焚き運転モードに応じて前記熱交換器(41)に流通する給湯水が前記複数の導出口(49c、49f)から選択されて浴水を追い焚きするように構成したことを特徴とする貯湯式給湯装置。 - 前記複数の導出口(49c、49f)のうち、そのうちの一つは前記貯湯タンク(1)内の高温部に、もう一つは前記高温部の下方に配設されるとともに、
前記追い焚き運転モードは、冷めた浴水を急速に追い焚きする急速追い焚き運転モードであって、前記浴水追い焚き手段(40)は、前記急速追い焚き運転モードのときに、前記二つの導出口(49c、49f)から導出させた給湯水が前記熱交換器(41)に流通させて浴水を追い焚きするように構成したことを特徴とする請求項5に記載の貯湯式給湯装置。 - 前記浴水追い焚き手段(40)および前記加熱手段(2)を制御する制御手段(200)が設けられ、
前記制御手段(200)は、前記急速追い焚き運転モードのときに、前記加熱手段(2)を制御して前記貯湯タンク(1)内の高温部が沸き上げられるように制御することを特徴とする請求項2または請求項6に記載の貯湯式給湯装置。 - 前記加熱手段(2)は、ヒートポンプサイクルからなるヒートポンプユニット(2)であって、冷媒が二酸化炭素であることを特徴とする請求項1ないし請求項7のいずれか1つに記載の貯湯式給湯装置。
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