JP3855942B2 - 貯湯式給湯装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【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)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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。
7. 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。
8. 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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