JP2003161518A - 給湯装置 - Google Patents

給湯装置

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JP2003161518A
JP2003161518A JP2001362207A JP2001362207A JP2003161518A JP 2003161518 A JP2003161518 A JP 2003161518A JP 2001362207 A JP2001362207 A JP 2001362207A JP 2001362207 A JP2001362207 A JP 2001362207A JP 2003161518 A JP2003161518 A JP 2003161518A
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啓次郎 國本
Takeji Watanabe
竹司 渡辺
Ryuta Kondo
龍太 近藤
Satoshi Matsumoto
松本  聡
Satoshi Imabayashi
敏 今林
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 貯湯式温水器の貯湯熱を効率よく利用して浴
槽水の追焚きや保温を行う給湯装置を提供する。 【解決手段】 貯湯タンク10の上部より吸熱する熱交
換手段28からの熱を浴槽11に供給する構成に、湯水
循環手段21および加熱手段12を制御し貯湯タンク1
0内に高温部と低温部の温度成層26を形成させる加熱
制御手段23を設け、熱交換手段28の吸熱に必要な高
温の湯を必要な量沸き増しできるようにしている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、貯湯式温水器の貯
湯熱を利用して浴槽の加熱が可能な給湯装置に関するも
のである。
【0002】
【従来の技術】貯湯式温水器の貯湯熱を利用して浴槽水
の追焚きや保温を行うものとして特開平11−8315
6号公報に記載されているような給湯装置があった。こ
の給湯装置は図3に示すように、上部と下部にヒータ
2,3を有する貯湯タンク1を備え、貯湯タンク1の上
部に熱交換器4を設けると共に、熱交換器4と浴槽5の
間に循環路6を設け、浴槽5の追焚きや保温をする給湯
装置であって、熱交換器4により、循環路6内の浴槽水
と貯湯タンク1の湯を熱交換させるようにしている。一
般家庭において浴槽水の追焚きに必要な熱量は、入浴時
にすぐに温度を上げたいという要望から10kW程度必
要と考えられる。これに対して貯湯タンク1の熱を利用
して浴槽水の追焚きを行えば充分に満足できる熱量が得
られる。しかし、貯湯タンク1の湯は浴槽5への湯張り
やシャワー等に使われるので、貯湯タンク1内の残湯は
一定でなく、この残湯が少なくなれば、浴槽水の追焚き
が困難になる。また浴槽水の追焚きを行うと残湯温度が
低下するため、追焚き回数を重ねると熱交換される熱量
が減少し、追焚きに掛かる時間がながくなり、残湯温度
が浴槽水温に近付くと最後は追焚きできなくなってしま
う。
【0003】この問題を解決するために、特開平11−
83156号公報では浴槽水が循環路6内を循環してい
るときに、貯湯タンク1内の上部ヒータ2に通電するよ
うにしている。また、熱交換をする前に貯湯タンク1上
部の湯温を検知しておき、熱交換後に上部ヒータ2に通
電して貯湯タンク1上部の湯温を元の温度に戻すように
している。
【0004】しかし、上部ヒータ2の貯湯タンク1への
取り付け位置が固定され、ヒータ容量に制限があるた
め、たとえばヒータ2で加熱する貯湯タンク1の容量が
大きい場合(ヒータ2が低い位置に設けらている場合)
は素早く湯温を元の温度にもどせないために、やはり追
焚きに時間が掛かっていまう。また、ヒータ2で加熱す
る貯湯タンク1の容量が小さい場合(ヒータ2が高い位
置に設けらている場合)は湯温の上昇は早いが追焚きに
よる温度低下も早く、浴槽水が冷えきってしまっている
場合に追焚きができなくなってしまう問題があった。
【0005】また浴槽水の追焚きに必要な熱量は、浴槽
の大きさや入浴頻度、気温などによりさまざまであり、
それに必要な熱量も変わってくるが、従来例では貯湯タ
ンク1内の残湯が少なくなった場合に浴槽水の追焚きに
必要な熱量を確保するためのヒータ2の位置が固定され
ているために、熱量の過不足が生じてしまう問題があっ
た。とくに貯湯タンクに熱交換器を内設して熱を利用す
る場合は貯湯タンクの湯温を高温に維持しないと、熱交
換が充分に行えない。したがって高温の湯を無駄に沸き
上げてしまうと放熱ロスが多くなる問題も抱えていた。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来の
課題を解決するもので、貯湯式温水器の貯湯熱を効率よ
く利用して浴槽水の追焚きや保温を行う給湯装置を提供
することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するために、本発明の給湯装置は、貯湯タンクの上部よ
り吸熱する熱交換手段からの熱を浴槽に供給する構成
に、貯湯タンク内の水を前記貯湯タンクの上部に供給す
る湯水循環手段と、前記湯水循環手段による流水を加熱
する加熱手段と、前記湯水循環手段および加熱手段を制
御し前記貯湯タンク内に高温部と低温部の温度成層を形
成させる加熱制御手段を設けたものである。
【0008】上記発明によれば、貯湯タンクの湯が浴槽
への湯張りやシャワー等に使われて残湯が少なくなって
も、加熱制御手段により貯湯タンク内の温度成層を上部
から下部に移動するように沸き増しできるので、必要に
応じた温度の湯を必要な量だけ加熱できる。すなわち熱
交換手段の吸熱に必要な高温の湯を必要な量沸き増しで
きる。
【0009】
【発明の実施の形態】請求項1に記載の発明は、貯湯タ
ンク内の水を底部より取り出し、この水を前記貯湯タン
クの上部に供給する湯水循環手段と、湯水循環手段によ
る流水を加熱する加熱手段と、湯水循環手段および加熱
手段を制御し貯湯タンク内に高温部と低温部の温度成層
を形成させる加熱制御手段と、貯湯タンクの上部より吸
熱する熱交換手段と、熱交換手段からの熱を浴槽に供給
する浴水循環手段とにより構成するものである。これ
は、貯湯タンクの湯が浴槽への湯張りやシャワー等に使
われて残湯が少なくなっても、加熱制御手段により貯湯
タンク内の温度成層を上部から下部に移動するように沸
き増しできるので、熱交換手段の吸熱に必要な高温の湯
を必要な量沸き増しできる。したがって、熱交換手段の
吸熱量が増し浴槽水の追焚きが素早くできる。
【0010】また請求項2に記載の発明は、請求項1に
記載の湯水循環手段が、貯湯タンク内の水を底部より取
り出す第1の取水口と、貯湯タンク内の水を第1の取水
口より上方で熱交換手段より下方より取り出す第2の取
水口と、これら第1の取水口と第2の取水口とを切換え
る取水切換手段と、取り出された水を第2の取水口より
上方に供給する供給口より成ることにより、貯湯タンク
内全体を沸き上げる場合は第1の取水口より水を取り出
し、加熱手段により加熱した後供給口に戻すことで、貯
湯タンクの残湯が再加熱されるのに時間はかかるが貯湯
タンクの底部まで高温部が到達し貯湯タンク全体が高温
部で満たされる。一方、切換手段により第2の取水口か
ら水を取り出すようにすると、貯湯タンクの残湯が早い
段階で第2の取水口に達し、再加熱されるので第2取水
口より上方を高温に沸き上げるが素早くできる。したが
って、貯湯タンクの残湯が少なく熱交換手段近傍の温度
が低い状態でもすぐに高温に沸き増しできるので、浴槽
水の追焚きも素早くできる。
【0011】また請求項3に記載の発明は、請求項2に
記載の第2の取水口より上方でかつ熱交換手段より下方
に貯湯タンクの湯温を検出する温度検知手段を設け、温
度検知手段が所定温度以下となった場合に第2の取水口
より取水して湯水循環手段を起動し、第2の取水口の上
部の湯をを加熱するように構成することにより、熱交換
手段の周辺の貯湯温度を所定温度以上に素早く加熱でき
るので、熱交換手段近傍の温度低下による浴槽水の追焚
き熱量不足を未然に防止できる。
【0012】また請求項4に記載の発明は、貯湯タンク
は、底部に給水口、上部に第1の出湯口、中央部に第2
の出湯口を設け、まず第2の出湯口から出湯し、その後
第1の出湯口から出湯するように切換える出湯切換手段
を有するようにしている。
【0013】一般に温度成層を形成して貯湯タンク内に
水を沸き上げる場合、熱交換手段で吸熱された中間温度
の残湯は高温部と低温部の間に挟まれて貯湯タンクの下
部に移動するが、貯湯タンク全体を高温に沸き上げる前
に給湯が始まると、高温部から出湯され中間温度の残湯
はまた上部に移動し、いつまでも貯湯タンク内にとどま
ってしまい、全体貯湯熱量を低下させていた。よってこ
の構成においては、第2の出湯口から先に出湯するの
で、中間温度の残湯を先に出湯するので、第2の出湯口
より下部の残湯が無くなるまで貯湯タンク上部の高温部
の湯は使われないで、高温の貯湯が素早くでき、貯湯タ
ンク全体の貯湯熱量が大きくできる。
【0014】また請求項5に記載の発明は、熱交手段
を、請求項4に記載の第2の出湯口より上部に設けたこ
とにより、第2の出湯口より下部の残湯が無くなるまで
貯湯タンク上部の高温部の湯は使われないで、この第2
の出湯口より上部の熱交換手段近傍は高温に維持でき、
浴槽水の追焚きを行う際に熱交換効率の高く素早い追焚
きができる。
【0015】また請求項6に記載の発明は、請求項4ま
たは5に記載の構成に加え貯湯タンクに残湯量センサを
設け、切換手段は、第2の出湯口より下部の残湯が所定
量以下に減少した場合に、第1の出湯口から出湯するよ
うに切換えるようにしたものである。この発明によれ
ば、第2の出湯口より下部の残湯が少なくなった場合に
自動的に第1の出湯口から出湯するように切換えられる
ので、使用者は出湯口の切換を意識することなく自然に
給湯できる。
【0016】そしてまた請求項7に記載の発明は、加熱
手段を、冷媒の圧力が臨界圧力以上となる超臨界ヒート
ポンプサイクルとし、前記臨界圧力以上に昇圧された冷
媒により湯水循環手段による流水を加熱するように構成
している。そして、超臨界ヒートポンプサイクルは、湯
水循環手段の流水を高温(例えば90℃)に加熱する場
合、加熱前の流水温度が低いほど、高圧圧力が低くなる
ことでサイクル効率(COP=加熱能力/消費電力)が
向上する。したがって、貯湯タンクに温度成層を形成
し、低温部の水を超臨界ヒートポンプサイクルで加熱す
ることにより、サイクル効率が向上し、省動力運転を行
うことができる。また、請求項4の構成のように中間温
度の残湯も給湯により出湯してしまえば、超臨界ヒート
ポンプサイクルで加熱するのは低温部の水だけとなるの
で、より効率が向上する。
【0017】
【実施例】以下本発明の実施例について、、図面を参照
しながら説明する。
【0018】(実施例1)図1は本発明の実施例1にお
ける給湯装置の構成図を示す。本実施例は一般家庭用の
給湯装置で、主に割安な深夜電力を利用して給湯の湯を
貯留するもので、貯湯タンク10と、浴槽11と、ヒー
トポンプサイクルで構成される加熱手段12から構成さ
れる。
【0019】給湯は、貯湯タンク10底部の給水口13
から水道水が供給され、貯湯タンク10上部に設けた第
1の出湯口14または中央部に設けた第2の出湯口15
からから出湯される。16は出湯切換手段で、第1の出
湯口14と第2の出湯口15を切換える3方弁16aと
出湯切換制御手段17より成っている。出湯切換制御手
段17は、残湯量センサ18a,18b,18cより貯
湯タンク10の残湯量を検出し、各残湯量センサ18
a,18b,18cに残湯があれば第2の出湯口15か
ら出湯するように3方弁16aを制御し、第2の出湯口
15の直下の残湯量センサ18aが湯が無くなったこと
を検出した場合は、第1の出湯口14から出湯するよう
に3方弁16aを切換え制御する。これにより貯湯タン
ク10内の湯は、まず第2の出湯口15の下部が出湯さ
れ、その後上部が出湯される。
【0020】貯湯タンク10内の沸き上げは、貯湯タン
ク10の底部に設けた第1の取水口19より水を取り出
し、貯湯タンク10上部の供給口20より戻す湯水循環
手段21と、この湯水循環手段21の流水を加熱する加
熱手段12により行う。具体的には、加熱手段12の出
口21a近傍に設け、流水の加熱温度を検出する加熱セ
ンサ21bの検出値を入力して、湯水循環手段21の沸
き上げポンプ22と、加熱手段12のヒートポンプサイ
クルを加熱制御手段23により制御し、供給口20に高
温(例えば90℃)の湯を戻すようにしている。これに
よって、貯湯タンク10内が高温部24と低温部25に
分かれ温度成層26が形成され、沸き上げ運転にしたが
って温度成層26は貯湯タンク10の下方に移動し、最
終は貯湯タンク10内が全て高温部24になる。この貯
湯タンク10全体の沸き上げは主通電時間帯(例えば、
時間帯別電灯の電気料金が安い23時から翌朝の7ま
で)に予め設定し行うようにしている。そしてこの主通
電時間帯以外の時間帯では貯湯タンク10の残湯に応じ
て適宜沸き上げ運転が入るようになっている。
【0021】浴槽11内の浴槽水27の保温や追焚きを
する場合は、貯湯タンク10上部に内設した熱交換手段
28により吸熱し、浴水循環手段29を介して熱交換手
段28からの熱を浴槽11に供給する。
【0022】熱交換手段28は、金属パイプをコイル状
に成形した熱交換器を貯湯タンク10内に配置したもの
で、この金属パイプ内を流れる浴槽水と貯湯タンク10
内の湯が熱交換する。
【0023】浴水循環手段29は、浴槽11と熱交換手
段28とをつなぎ循環回路を構成する往き管30と、戻
り管31と、戻り管31に設けた浴水ポンプ32よりな
り、浴槽水を熱交換手段28に送り、加熱された浴槽水
を浴槽11に戻すように作用する。
【0024】33は貯湯タンク10の水を高い位置より
取り出す第2の取水口で、第1の取水口19より上方で
かつ熱交換手段28より下方に配置している。そして第
1の取水口19と第2の取水口33とを切換える取水切
換手段34を設け、貯湯タンク10上部だけを沸き上げ
たい場合に、湯水循環手段21は第2の取水口33より
水を取り出し、加熱手段12で高温に加熱した水を供給
口20に戻す。
【0025】35は加熱切換制御手段、36は第2の取
水口33より上方でかつ熱交換手段28より下方の貯湯
タンク10内の湯温を検出する温度検知手段で、加熱切
換制御手段35は、温度検知手段36の検出温度が所定
温度(例えば60℃)以下となった場合に、取水切換手
段34を駆動させて第2の取水口33より取水できるよ
うに切換え、加熱制御手段23を作動させて湯水循環手
段21を起動し、前記第2の取水口33の上部の湯をを
加熱するようにする。すなわち、貯湯タンク10上部の
残湯が少なくなった場合に、第2の取水口33より上方
だけを加熱できるので、温度上昇が早くなる。
【0026】加熱手段12は、例えば炭酸ガスを冷媒と
して使用することにより、高圧側の冷媒圧力が冷媒の臨
界圧以上となる超臨界ヒートポンプサイクルを使用して
いる。このヒートポンプサイクルは圧縮機37、水加熱
用熱交換器38、膨張弁39、蒸発器40等の機能部品
により構成されている。圧縮機37は、内蔵する電動モ
ータ(図示しない)によって駆動され、吸引した冷媒を
臨界圧力まで圧縮して吐出する。
【0027】水加熱用熱交換器38は、冷媒と湯水循環
手段21を流れる水とを熱交換するもので、例えば冷媒
が流れる冷媒通路41と水が流れる流水通路42とが2
重管構造に設けられ、且つ冷媒の流れ方向と流水の流れ
方向が対向するように構成された対向流式熱交換器であ
る。膨張弁39は、水加熱用熱交換器38から流出する
冷媒を減圧して蒸発器40に供給する。蒸発器40は、
膨張弁39で減圧された冷媒を大気との熱交換によって
蒸発させる。
【0028】43は3方弁16aから出湯される湯と給
水管44からの水道水を混合する混合弁で、混合温度を
検出する混合温度センサ45の検出値をフィードバック
して所定の温度(例えば40℃)に混合して出湯管46
に送出する。出湯管46は蛇口47やシャワー(図示せ
ず)に接続される。
【0029】48は出湯管46と往き管30を繋ぐ注湯
管49に設けられた開閉弁で、浴槽11に湯張したり、
差し湯する場合に、この混合弁48を開放して行う。
【0030】以上実施例1の構成によれば、深夜の主通
電時間帯に沸き上げられた貯湯タンク10の湯が浴槽1
1への湯張りやシャワー等に使われて残湯が少なくなっ
ても、加熱制御手段23により貯湯タンク10内の温度
成層26を上部から下部に移動するように沸き増しでき
るので、熱交換手段28の吸熱に必要な高温の湯を必要
な量だけ沸き増しできる。したがって、熱交換手段28
の吸熱量が増し浴槽水27の追焚きが素早くできる。
【0031】また、温度検知手段36が所定温度(例え
ば60℃)以下となった場合に、第2の取水口33より
取水して湯水循環手段21を起動し、第2の取水口33
からの上の湯をを加熱するようにしているので、特に熱
交換手段28の周辺の貯湯温度を素早く加熱できる。し
たがって、たとえ貯湯タンク10内の残湯が少なくなっ
ても熱交換手段28近傍に直ちに高温の湯が供給でき、
温度低下による浴槽水の追焚き熱量不足を未然に防止で
きる。
【0032】つぎに、第2の出湯口15と出湯切換手段
16の役割を説明する。一般の出湯形態において温度成
層26を形成して貯湯タンク内10に水を沸き上げる場
合に、熱交換手段28で吸熱され冷やされた中間温度
(図示せず例えば50℃程度)の残湯は、高温部24
(例えば80℃)と低温部25(給水温度)の間に挟ま
れて貯湯タンク10の下部に移動するが、貯湯タンク1
0全体を高温に沸き上げる前に給湯が始まると、高温部
24から出湯され中間温度の残湯はまた上部に移動し、
いつまでも貯湯タンク10内にとどまってしまい、全体
貯湯熱量を低下させていた。
【0033】また、この中間温度の残湯が出湯によって
貯湯タンク10の上部に移動した場合に、熱交換手段2
8の周辺温度が低下するために充分な浴槽水の追焚がで
きなくなってしまう。
【0034】さらに、この中間温度の残湯を加熱手段で
沸き上げようとした場合には、水加熱用熱交換器38に
例えば50℃程度の湯が流入し、ヒートポンプサイクル
の高圧圧力が上昇するためにサイクル効率が低下するな
どの課題があった。
【0035】以上の課題を出湯切換手段16は、貯湯タ
ンク10からの出湯をする場合に、先に第2の出湯口1
5から行い、貯湯タンク10の下部の中間温度の残湯を
先に出湯するので、第2の出湯口より下部の残湯が無く
なるまで貯湯タンク上部の高温部の湯は使われない。し
たがって、熱交換手段28周辺の温度は高温が保たれ
る。また次に沸き上げる場合に、水加熱用熱交換器38
には給水温度の水を加熱するのでサイクル効率を高い状
態で維持できる。
【0036】(実施例2)図2は、本発明の実施例2の
給湯装置の構成図である。なお、実施例1の給湯装置と
同一構造のものは同一符号を付与し、説明を省略する。
図において、実施例1の構成と異なるところは、50の
熱交換手段で、これは熱交換器51と、熱交換ポンプ5
2と熱交換水路53a、53bで構成している。熱交換
器51は2層構造で熱交換水路53aからの湯と戻り管
31からの浴槽水27との熱交換を行うもので、例えば
湯と浴槽水27がそれぞれ流水する金属パイプを密着さ
せたものを用いる。熱交換ポンプ52は、熱交換水路5
3aに設けて浴水ポンプ32と連動して駆動する循環ポ
ンプで、貯湯タンク10の湯を熱交換器51に通水す
る。熱交換水路53a、53bは貯湯タンク10上部と
熱交換器51を接続するものである。
【0037】また、29の浴水循環手段は、実施例1同
様の構成であるが、熱交換手段50と浴槽11の間で浴
水27を循環するようになっている。実施例2は熱交換
手段50が貯湯タンク10の湯側も強制循環の構成にな
っているために熱伝達率が高いので、熱交換器を小さく
できる。また、貯湯タンク10の外側に熱交換器が構成
されるので、貯湯タンクを製造しやすくコストが下げら
れる。
【0038】なお、実施例では加熱手段に超臨界ヒート
ポンプサイクルを用いたが、もちろん通常のヒートポン
プサイクルでも良いし、一般のヒータや燃焼機でも同様
の効果が得られる。
【0039】
【発明の効果】以上のように、請求項1〜7に記載の発
明によれば、貯湯式温水器の貯湯熱を効率よく利用して
浴槽水の追焚きや保温を行う給湯装置を提供することが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例1における給湯装置の構成図
【図2】本発明の同実施例2における給湯装置の構成図
【図3】従来の給湯装置の構成図
【符号の説明】
10 貯湯タンク 11 浴槽 12 加熱手段 14 第1の出湯口 15 第2の出湯口 16 出湯切換手段 18 残湯量センサ 19 第1の取水口 20 供給口 21 湯水循環手段 23 加熱制御手段 28 熱交換手段 33 第2の取水手段 34 取水切換手段
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 近藤 龍太 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 松本 聡 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 今林 敏 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Fターム(参考) 3L024 CC05 DD03 DD13 DD16 DD23 DD27 GG05 GG50 HH12 HH17 HH22 HH24 HH31

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 貯湯タンク内の水を取り出し、この水を
    前記貯湯タンクの上部に供給する湯水循環手段と、前記
    湯水循環手段による流水を加熱する加熱手段と、前記湯
    水循環手段および加熱手段を制御し前記貯湯タンク内に
    高温部と低温部の温度成層を形成させる加熱制御手段
    と、前記貯湯タンクの上部より吸熱する熱交換手段と、
    前記熱交換手段からの熱を浴槽に供給する浴水循環手段
    とを備えた給湯装置。
  2. 【請求項2】 湯水循環手段は、貯湯タンク内の水を底
    部より取り出す第1の取水口と、前記貯湯タンク内の水
    を前記第1の取水口より上方で熱交換手段より下方より
    取り出す第2の取水口と、これら第1の取水口と第2の
    取水口とを切換える取水切換手段と、取り出された水を
    前記第2の取水口より上方に供給する供給口より成る請
    求項1に記載の給湯装置。
  3. 【請求項3】 第2の取水口より上方でかつ熱交換手段
    より下方に貯湯タンクの湯温を検出する温度検知手段を
    設け、前記温度検知手段が所定温度以下となった場合に
    前記第2の取水口より取水して湯水循環手段を起動し、
    前記第2の取水口の上部の湯を加熱する請求項2に記載
    の給湯装置。
  4. 【請求項4】 貯湯タンクは、底部に給水口、上部に第
    1の出湯口、中央部に第2の出湯口を設け、まず前記第
    2の出湯口から出湯し、その後前記第1の出湯口から出
    湯するように切換える出湯切換手段を有する請求項1〜
    3のいずれか1項に記載の給湯装置。
  5. 【請求項5】 熱交手段は、第2の出湯口より上部に設
    けた請求項4に記載の給湯装置。
  6. 【請求項6】 貯湯タンクに残湯量センサを設け、切換
    手段は、第2の出湯口より下部の残湯が所定量以下に減
    少した場合に、第1の出湯口から出湯するように切換え
    る請求項4または5に記載の給湯装置。
  7. 【請求項7】 加熱手段は、冷媒の圧力が臨界圧力以上
    となる超臨界ヒートポンプサイクルであり、前記臨界圧
    力以上に昇圧された冷媒により湯水循環手段による流水
    を加熱する請求項1〜6のいずれか1項に記載の給湯装
    置。
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