JP2015014412A - 給湯機 - Google Patents

Abstract

【課題】中間温度の蓄熱流体を有効に活用し、貯留タンクに残留する中間温度の蓄熱流体の残留量を減少させる。
【解決手段】貯湯式給湯機１００は、給湯回路、沸き上げ循環回路、補助循環回路、加熱利用回路等を備える。制御装置９０は、ＨＰ立上げ運転、凍結予防運転及び浴槽水追焚き運転等により補助循環回路、加熱利用回路が使用されているときに、貯留タンク１０に戻される中間温度の蓄熱流体を用いて、第２熱交換器２２により給湯用の温水を加熱する。これにより、給湯、浴槽の湯張り等を行うときに、中間温度の蓄熱流体を有効に活用し、貯留タンク１０内に蓄えられた熱量の消費を抑制することができる。また、貯留タンク１０に残留する中間温度の蓄熱流体の残留量を減少させ、沸き上げ運転を効率よく実行することができる。従って、給湯機の運転効率を向上させることができる。
【選択図】図８

Description

本発明は、水等の蓄熱流体を貯湯する貯留タンクを搭載し、給湯対象に温水を供給する機能を備えた給湯機に関する。

従来技術として、例えば特許文献１（特開２００９−６８７６１号公報）に記載されているように、低温水を沸き上げる（加熱する）沸き上げ用熱交換器と、貯留タンク内の高温水を用いて浴槽水等の加熱対象水を加熱する利用側熱交換器とを備えた貯湯式給湯機が知られている。従来技術では、沸き上げ用熱交換器に湯水を循環させる回路と、利用側熱交換器に湯水を循環させる回路とを１個の循環ポンプにより作動させる構成としている。

具体的に述べると、沸き上げ運転時には、貯留タンクの下部から沸き上げ用熱交換器及び循環ポンプを経由して貯留タンクの上部に至る追焚き回路が形成される。一方、浴槽の追焚き運転等を行う場合には、貯留タンクの上部から利用側熱交換器及び循環ポンプを経由して貯留タンクの下部側に至る熱源回路が形成される。追焚き運転時には、熱源回路を介して利用側熱交換器の１次側流路に高温水が導入され、この高温水は、利用側熱交換器の２次側流路を流れる浴槽水を加熱する。

特開２００９−６８７６１号公報

上述した従来技術では、追焚き運転時において、利用側熱交換器で熱を奪われた高温水が３０〜５０℃程度の中間温度の温水（中温水）となり、この中温水が貯留タンクの下部に戻される。中温水がタンクの下部に戻されると、次のような問題が生じる。まず、中温水は、暖房または追焚きの熱源として利用するには温度が低いので、貯留タンクには、出来るだけ貯留しないのが好ましい。しかし、貯留タンク内の中温水層は高温水層の下に形成されるので、給湯により湯切れする程度までタンク内の温水を使い切らないと、容量当たりの保有熱量が少ない中温水がいつまでも貯留タンク内に残留することになる。

また、ヒートポンプ回路を用いて沸き上げ運転を行う場合には、中温水を使用すると、ヒートポンプ回路の加熱効率が低下し易い。従って、貯留タンク内に中温水が残留した状態で沸き上げ運転を行うと、給湯機のエネルギ効率が低下するという問題がある。このように、従来技術のシステムは、貯留タンク内の中温水を有効に利用して給湯機のエネルギ効率を向上させるという点で、改善の余地がある。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、中間温度の蓄熱流体を有効に活用し、貯留タンクに残留する中間温度の蓄熱流体の残留量を減少させることができ、運転効率を向上させることが可能な給湯機を提供することを目的とする。

本発明に係る給湯機は、蓄熱流体を貯留する貯留タンクと、蓄熱流体を加熱するための加熱装置と、上流側が水源に接続されると共に下流側が給湯対象に接続され、給湯運転時に給湯対象に温水を供給するための給湯回路と、貯留タンクの下部から取出した蓄熱流体を加熱装置を介して貯留タンクの上部に戻す沸き上げ循環回路と、貯留タンクの下部から取出した蓄熱流体を加熱装置を介して貯留タンクの下部に戻す補助循環回路と、貯留タンクの上部から取出した蓄熱流体を用いて加熱対象水を加熱し、加熱に用いた後の蓄熱流体を貯留タンクの下部に戻す加熱利用回路と、補助循環回路が使用されているときに、加熱装置から貯留タンクの下部に戻される中間温度の蓄熱流体を用いて、給湯回路を流れる湯水を加熱する第１の中温流体利用手段と、加熱利用回路が使用されているときに、加熱対象水を加熱した後の中間温度の蓄熱流体を用いて、給湯回路を流れる湯水を加熱する第２の中温流体利用手段と、を備えている。

本発明によれば、補助循環回路及び加熱利用回路により生成される中間温度の蓄熱流体を用いて、給湯用の温水を加熱することができる。この結果、貯留タンクに戻される蓄熱流体の温度を低下させることができる。従って、中間温度の蓄熱流体を有効に活用し、貯留タンクに残留する中間温度の蓄熱流体の残留量を減少させることができ、給湯機の運転効率を向上させることができる。

本発明の実施の形態１による貯湯式給湯機を示す構成図である。 本発明の実施の形態１において、貯湯式給湯機の待機状態を示す回路構成図である。 本発明の実施の形態１において、ＨＰ立上げ運転の実行状態を示す回路構成図である。 本発明の実施の形態１において、沸き上げ運転の実行状態を示す回路構成図である。 本発明の実施の形態１において、浴槽水追焚き運転の実行状態を示す回路構成図である。 本発明の実施の形態１において、ＨＰ追焚き運転の実行状態を示す回路構成図である。 本発明の実施の形態１において、給湯運転の実行状態を示す回路構成図である。 本発明の実施の形態１において、第１の中温熱源給湯運転の実行状態を示す回路構成図である。 本発明の実施の形態１において、第２の中温熱源給湯運転の実行状態を示す回路構成図である。

以下、図１乃至図９を参照して、本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において共通する要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略するものとする。また、実施の形態では、本発明の給湯機として貯湯式給湯機を例に挙げて説明する。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１による貯湯式給湯機を示す構成図である。この図に示すように、貯湯式給湯機１００は、タンクユニット１と、ヒートポンプサイクルを利用する加熱装置としてのヒートポンプユニット７０とを備えている。貯湯式給湯機１００は、後述の貯留タンク１０に貯留された蓄熱流体を熱源として市水から温水を生成し、生成した温水を台所、洗面所、浴室等の各所に給湯したり、浴槽への湯張り、浴槽水の追焚き等を実行するものである。タンクユニット１とヒートポンプユニット７０とは、ヒートポンプ入口配管４１とヒートポンプ出口配管４２とを介して互いに接続されている。以下、貯湯式給湯機１００の構成要素について説明する。

ヒートポンプユニット７０は、貯留タンク１０から導入された低温の蓄熱流体（低温水）を加熱して、高温の蓄熱流体（高温水）を生成するものである。なお、本実施の形態では、タンクユニット１及びヒートポンプユニット７０を循環する蓄熱流体として水を例示したが、本発明では、水以外の液体を使用してもよい。また、蓄熱流体には、必要に応じて防腐剤、不凍液等を添加してもよい。ヒートポンプユニット７０は、沸き上げ用熱交換器７１と、図示しない圧縮機、膨張弁及び空気熱交換器とを冷媒循環配管にて環状に接続したもので、冷凍サイクル（ヒートポンプサイクル）を構成している。

沸き上げ用熱交換器７１は、前記冷媒循環配管から当該交換器の１次側流路に流入する高温の冷媒と、ヒートポンプ出口配管４２から沸き上げ用熱交換器７１の２次側流路に流入する低温の蓄熱流体との間で熱交換を行うものである。なお、ヒートポンプ出口配管４２には、沸き上げ用熱交換器７１により加熱した高温の蓄熱流体の温度を検出するＨＰ出口側温度センサ７２が設けられている。ヒートポンプユニット７０により高温の蓄熱流体を得るためには、ヒートポンプサイクルの冷媒として二酸化炭素を用い、臨界圧を越える圧力で運転することが望ましい。

一方、タンクユニット１には、貯留タンク１０を含めて、以下に述べる各種の部品や配管等が内蔵されている。まず、貯留タンク１０は、蓄熱流体を貯湯する密閉型のタンクにより構成されている。貯留タンク１０の下部には、当該タンクの下部側に貯留された低温の蓄熱流体をヒートポンプユニット７０に送るタンク下部配管４０が接続されている。タンク下部配管４０は、後述の三方弁３１、第２循環ポンプ２５及びヒートポンプ入口配管４１を介して沸き上げ用熱交換器７１の２次側流路の流入口に接続されている。

貯留タンク１０の上部には、ヒートポンプユニット７０により加熱された高温の蓄熱流体を貯留タンク１０の上部側に戻すタンク上部配管４３が接続されている。このように、貯留タンク１０には、高温の蓄熱流体が上部側から流入するので、上部側と下部側とで温度差が生じ、上部側から下部側に向けて温度が低くなるような温度成層が形成される。また、貯留タンク１０の表面には、当該タンク内の蓄熱流体の温度分布を検出するためのタンク温度センサ１１，１２が設けられている。

また、タンクユニット１には、第１熱交換器２１、第２熱交換器２２、利用側熱交換器２３、第１循環ポンプ２４及び第２循環ポンプ２５が設けられている。第１熱交換器２１は、貯留タンク１０に貯留された高温の蓄熱流体を用いて、加熱対象水である低温の市水を加熱し、給湯用の温水を生成するものである。第１熱交換器２１の１次側流路には、後述の第１熱交換器１次側入口配管５０を介して貯留タンク１０の上部から高温の蓄熱流体が供給される。第１熱交換器２１の２次側流路には、後述の給水配管６０（給水分岐配管６０Ｃ）を介して市水が供給される。そして、第１熱交換器２１は、高温の蓄熱流体と市水との間で熱交換を行うことにより、市水から温水を生成し、生成した温水を給湯対象に供給する。給湯対象には、家屋の各所に設けられた給湯栓、浴槽等が含まれている。

第２熱交換器２２は、貯留タンク１０の上部に貯留された高温の蓄熱流体、または、後述のＨＰ立上げ運転時に貯留タンク１０の下部側に貯留された中間温度の蓄熱流体を用いて、低温の市水を加熱し、給湯用の温水を生成する熱交換器である。第２熱交換器２２の１次側流路の流入口は、後述の四方弁３２等を介して沸き上げ用熱交換器７１の２次側流路の流出口と接続されるように構成されている（図８参照）。また、第２熱交換器２２の１次側流路の流入口は、後述の三方弁３１及び四方弁３２等を介して貯留タンク１０の上部側と接続されるようにも構成されている（図９参照）。第２熱交換器２２の２次側流路には、後述の給水配管６０（給水分岐配管６０Ｂ）を介して市水が流通する。そして、第２熱交換器２２は、中温の蓄熱流体と市水との間で熱交換を行うことにより、市水から温水を生成し、生成した温水を給湯対象に供給する。

利用側熱交換器２３は、貯留タンク１０の上部に貯留された高温の蓄熱流体を用いて、浴槽水、暖房用循環水等を含む加熱対象水を加熱するものである。利用側熱交換器２３の１次側流路は、タンク上部配管４３を介して貯留タンク１０の上部に接続されている。利用側熱交換器２３の２次側流路は、浴槽水循環回路８１を介して浴槽８０と接続されている。そして、利用側熱交換器２３は、貯留タンク１０から１次側流路に導入される高温の蓄熱流体と、２次側流路を流れる浴槽水との間で熱交換を行い、浴槽水を加熱（追焚き）するものである。なお、本実施の形態では、利用側熱交換器２３により加熱する加熱対象水の一例として、浴槽水を例示している。

第１循環ポンプ２４は、貯留タンク１０と第１熱交換器２１の１次側流路との間で蓄熱流体を循環させるもので、例えば後述の第１熱交換器１次側出口配管５１に設けられている。一方、第２循環ポンプ２５は、例えばヒートポンプ入口配管４１の一部を構成する総合共通配管部４８に設けられ、ヒートポンプユニット７０及びバイパス配管４７側に向けて蓄熱流体を送出するように構成されている。第２循環ポンプ２５は、後述のように、沸き上げ循環回路、補助循環回路、加熱利用回路及び追焚き循環回路からなる４つの回路の何れに対しても、蓄熱流体を循環させることが可能な単一の循環ポンプである。なお、本発明では、第２循環ポンプ２５を、必ずしも４つの回路に共通な総合共通配管部４８に設ける必要はなく、少なくとも沸き上げ循環回路、補助循環回路及び加熱利用回路からなる３つの回路に共通な配管部を設け、この配管部に循環ポンプを設ける構成としてもよい。

次に、タンクユニット１に搭載された弁類および配管類について説明する。タンクユニット１は、三方弁３１、四方弁３２、給湯混合弁３３及びふろ混合弁３４を備えており、これらは電磁弁等により構成されている。また、三方弁３１及び四方弁３２は、後述の共通配管部よりも上流側に配置された流路切換手段を構成しており、蓄熱流体の流路を、沸き上げ循環回路、補助循環回路、加熱利用回路及び追焚き循環回路からなる４つの回路の何れかに切換えるものである。

三方弁３１は、蓄熱流体が流入する第１流入口（ａポート）及び第２流入口（ｂポート）と、蓄熱流体が流出する流出口（ｃポート）とを有している。三方弁３１は、蓄熱流体の流路をａ−ｃ経路とｂ−ｃ経路の何れかに切換可能に構成されている。一方、四方弁３２は、蓄熱流体が流入する第１流入口（ｃポート）及び第２流入口（ｂポート）と、蓄熱流体が流出する第１流出口（ａポート）及び第２流出口（ｄポート）とを有している。四方弁３２は、蓄熱流体の流路をｃ−ａ経路、ｃ−ｄ経路、ｂ−ａ経路及びｂ−ｄ経路の何れかに切換可能に構成されている。なお、上記説明において、ａ−ｃ経路とは、ａポートとｃポートとを連通する経路を意味しており、他の経路についても同様に、２つのポートを連通する経路を意味するものとする。

給湯混合弁３３及びふろ混合弁３４は、第１流入口（ａポート）、第２流入口（ｂポート）、第３流入口（ｃポート）及び流出口（ｄポート）を有する電磁駆動式の四方弁により構成されている。以下の説明では、給湯混合弁３３とふろ混合弁３４とをまとめて弁３３，３４と表記する場合がある。弁３３，３４のａポートは、後述の第２熱交換器２次側出口配管６２を介して第２熱交換器２２の２次側流路の流出口に接続されている。弁３３，３４のｂポートは、後述の給水配管６０（給水分岐配管６０Ｃ，６０Ｄ）を介して水源側に接続されている。

また、上記弁３３，３４のｃポートは、後述の第１熱交換器２次側出口配管６１を介して第１熱交換器２１の２次側流路の流出口に接続され、貯留タンク１０内の蓄熱流体を用いて加熱した温水が流入可能となっている。また、給湯混合弁３３のｄポートは、給湯配管６３を介して給湯対象である外部の給湯栓等に接続され、ふろ混合弁３４のｄポートは、後述の給湯配管６４を介して浴槽水循環回路８１に接続されている。給湯混合弁３３は、給湯栓等に供給する温水の温度を調整するもので、ふろ混合弁３４は、浴槽８０に供給する温水の温度を調整するものである。なお、上記各弁のａポート、ｂポート、ｃポート及びｄポートは、それぞれ第１ポート、第２ポート、第３ポート及び第４ポートに対応している。

続いて、タンクユニット１に搭載された各種の配管について説明する。まず、タンク下部配管４０は、貯留タンク１０の下部と三方弁３１のａポートとを接続している。ヒートポンプ入口配管４１は、三方弁３１のｃポートと沸き上げ用熱交換器７１の２次側流路の流入口とを接続している。ヒートポンプ入口配管４１の途中には、三方弁３１から沸き上げ用熱交換器７１に向けて蓄熱流体を送出する第２循環ポンプ２５が設けられている。また、ヒートポンプ出口配管４２は、沸き上げ用熱交換器７１の２次側流路の流出口と四方弁３２のｃポートとを接続している。タンク上部配管４３は、貯留タンク１０の上部と四方弁３２のｄポートとを接続している。第２熱交換器１次側入口配管４４は、四方弁３２のａポートと第２熱交換器２２の１次側流路の流入口とを接続し、タンク戻し配管４５は、第２熱交換器２２の１次側流路の流出口と貯留タンク１０の下部とを接続している。

利用側熱交換器１次側配管４６は、貯留タンク１０の上部からタンク上部配管４３に取出された高温の蓄熱流体を利用側熱交換器２３の１次側流路に流通させるものである。利用側熱交換器１次側配管４６の一端側は、タンク上部配管４３の途中に接続され、利用側熱交換器１次側配管４６の他端側は、三方弁３１のｂポートに接続されている。そして、利用側熱交換器２３の１次側流路は、利用側熱交換器１次側配管４６の途中部位に接続されている。バイパス配管４７は、ヒートポンプユニット７０をバイパスしてヒートポンプ入口配管４１と第２熱交換器１次側入口配管４４とを接続するための配管である。

バイパス配管４７の一端側は、第２循環ポンプ２５の吐出側となる位置でヒートポンプ入口配管４１の途中部位に接続され、バイパス配管４７の他端側は、四方弁３２のｂポートに接続されている。また、総合共通配管部４８は、沸き上げ循環回路、補助循環回路、加熱利用回路及び追焚き循環回路からなる４つの回路の共通部分を構成するものである。総合共通配管部４８は、ヒートポンプ入口配管４１のうち、三方弁３１のｃポートとバイパス配管４７の接続部との間に位置する部位により構成されている。

第１熱交換器１次側入口配管５０は、高温の蓄熱流体を貯留タンク１０の上部から第１熱交換器２１の１次側流路に流入させるための配管である。第１熱交換器１次側入口配管５０は、貯留タンク１０の上部と第１熱交換器２１の１次側流路の流入口とを接続している。第１熱交換器１次側出口配管５１は、第１熱交換器２１の１次側流路から流出した蓄熱流体を貯留タンク１０の下部に戻すための配管である。第１熱交換器１次側出口配管５１は、第１熱交換器２１の１次側流路の流出口と後述の給水分岐配管６０Ａとを接続している。第１熱交換器１次側出口配管５１の途中には、第１熱交換器２１から貯留タンク１０の下部に向けて蓄熱流体を送出する第１循環ポンプ２４が設けられている。

給水配管６０は、水道等の水源からタンクユニット１内の各機器に低温の市水を供給するもので、タンクユニット１内で分岐した４本の給水分岐配管６０Ａ，６０Ｂ，６０Ｃ，６０Ｄにより構成されている。第１の給水分岐配管６０Ａは、貯留タンク１０の下部に接続されている。第２の給水分岐配管６０Ｂは、第２熱交換器２２の２次側流路の流入口に接続されている。第３の給水分岐配管６０Ｃは、給湯混合弁３３のｂポートに接続されると共に、先端側が分岐して第１熱交換器２１の２次側流路の流入口にも接続されている。第４の給水分岐配管６０Ｄは、ふろ混合弁３４のｂポートに接続されている。

第１熱交換器２次側出口配管６１は、その一端側が第１熱交換器２１の２次側流路の流出口に接続されている。第１熱交換器２次側出口配管６１の他端側は、２手に分岐して弁３３，３４のｃポートに接続されている。第２熱交換器２次側出口配管６２は、一端側が第２熱交換器２２の２次側流路の流出口に接続され、他端側が２手に分岐して弁３３，３４のａポートに接続されている。給湯配管６３は、給湯混合弁３３により温度が調整された温水を外部の給湯対象（図示せず）に供給するもので、給湯混合弁３３のｄポートに接続されている。

一方、給湯配管６４は、ふろ混合弁３４により温度が調整された温水を浴槽８０に供給するもので、ふろ混合弁３４のｄポートと浴槽水循環回路８１とを接続している。ここで、給湯対象の一つである浴槽８０について説明する。浴槽８０と利用側熱交換器２３との間には、浴槽水循環回路８１が接続されている。浴槽水循環回路８１には、当該循環回路に浴槽水を循環させる利用側循環ポンプ８２が設けられている。

（本実施の形態と請求項との対応関係）
なお、本実施の形態において、給湯回路は、上流側が水源に接続されると共に下流側が給湯対象に接続され、給湯運転時に給湯対象に温水を供給するための回路である。給湯回路は、給水配管６０、第１熱交換器２次側出口配管６１、第２熱交換器２次側出口配管６２、給湯配管６３、第２熱交換器２２、給湯混合弁３３及びふろ混合弁３４により構成されている。また、沸き上げ循環回路は、貯留タンク１０の下部から取出した蓄熱流体をヒートポンプユニット７０を介して貯留タンク１０の上部に戻すものである。沸き上げ循環回路は、タンク下部配管４０、加熱装置入口配管であるヒートポンプ入口配管４１、加熱装置出口配管であるヒートポンプ出口配管４２、タンク上部配管４３、三方弁３１及び四方弁３２により構成されている。

補助循環回路は、貯留タンク１０の下部から取出した蓄熱流体をヒートポンプユニット７０を介して貯留タンク１０の下部に戻す回路である。補助循環回路は、タンク下部配管４０、ヒートポンプ入口配管４１、ヒートポンプ出口配管４２、熱交換器１次側入口配管である第２熱交換器１次側入口配管４４、タンク戻し配管４５、第２熱交換器２２、三方弁３１及び四方弁３２により構成されている。また、加熱利用回路は、貯留タンク１０の上部から取出した蓄熱流体を用いて加熱対象水を加熱し、加熱に用いた後の蓄熱流体を貯留タンク１０の下部に戻すものである。加熱利用回路は、タンク上部配管４３の一部、利用側熱交換器１次側配管４６、ヒートポンプ入口配管４１の一部（総合共通配管部４８）、バイパス配管４７、第２熱交換器１次側入口配管４４、タンク戻し配管４５、第２熱交換器２２、三方弁３１及び四方弁３２により構成されている。

また、追焚き循環回路は、利用側熱交換器２３とヒートポンプユニット７０との間で蓄熱流体を循環させるものである。追焚き循環回路は、ヒートポンプ入口配管４１、ヒートポンプ出口配管４２、タンク上部配管４３の一部、利用側熱交換器１次側配管４６、三方弁３１及び四方弁３２により構成されている。一方、共通配管部は、補助循環回路の最下流部と加熱利用回路の最下流部とを共通化したもので、具体的には、第２熱交換器１次側入口配管４４とタンク戻し配管４５とにより構成されている。

また、第２熱交換器２２は、第１及び第２の中温流体利用手段を構成する共通部品である。第２熱交換器２２は、１次側流路が共通配管部の途中、即ち、第２熱交換器１次側入口配管４４とタンク戻し配管４５との間に接続され、２次側流路が給湯回路の途中部位に接続されている。なお、本発明では、第１及び第２の中温流体利用手段を、それぞれ異なる熱交換器により構成してもよい。

（制御系統）
次に、貯湯式給湯機１００の制御系統について説明する。タンクユニット１には、制御装置９０が搭載されている。制御装置９０は、ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性メモリ等からなる記憶装置と、記憶装置に記憶されたデータに基いて演算処理を行う演算処理装置（ＣＰＵ）と、演算処理装置に対して信号の入出力を行う入出力回路とを備えている。制御装置９０の入力側には、タンク温度センサ１１，１２、給湯温度センサ３５、ＨＰ出口側温度センサ７２等を含むセンサ系統が接続されている。ここで、給湯温度センサ３５は給湯配管６３上に設けられ、給湯栓等に供給される温水の温度を検出するものである。

また、制御装置９０の出力側には、第１循環ポンプ２４、第２循環ポンプ２５、三方弁３１、四方弁３２、給湯混合弁３３、ふろ混合弁３４、利用側循環ポンプ８２等からなる各種のアクチュエータが接続されている。制御装置９０は、センサ系統からの入力及び図示しないリモコン等によるユーザの設定に基いて各アクチュエータを駆動し、貯湯式給湯機１００の運転形態を後述のように制御する。また、制御装置９０は、三方弁３１及び四方弁３２を切換えることにより、蓄熱流体の流路を沸き上げ循環回路、補助循環回路、加熱利用回路及び追焚き循環回路の間で切換える。

ここで、弁類により実現可能な流路形態について説明すると、三方弁３１により選択可能な「第１流路形態」とは、三方弁３１をａ−ｃ経路に切換えることにより、タンク下部配管４０とヒートポンプ入口配管４１とが三方弁３１を介して連通する流路形態を意味している。また、「第２流路形態」とは、三方弁３１をｂ−ｃ経路に切換えることにより、ヒートポンプ入口配管４１と利用側熱交換器１次側配管４６とが三方弁３１を介して連通する流路形態を意味している。なお、上記各流路形態では、タンク下部配管４０、ヒートポンプ入口配管４１及び利用側熱交換器１次側配管４６のうち、連通に関与しない配管の端部が三方弁３１により閉塞された状態となる。

一方、四方弁３２により選択可能な「第１流路形態」とは、四方弁３２をｃ−ｄ経路に切換えることにより、ヒートポンプ出口配管４２とタンク上部配管４３とが四方弁３２を介して連通する流路形態を意味している。また、「第２流路形態」とは、四方弁３２をｃ−ａ経路に切換えることにより、ヒートポンプ出口配管４２と第２熱交換器１次側入口配管４４とが四方弁３２を介して連通する流路形態を意味している。「第３流路形態」とは、四方弁３２をｂ−ｄ経路に切換えることにより、バイパス配管４７とタンク上部配管４３とが四方弁３２を介して連通する流路形態を意味している。さらに、「第４流路形態」とは、四方弁３２をｂ−ａ経路に切換えることにより、第２熱交換器１次側入口配管４４とバイパス配管４７とが四方弁３２を介して連通する流路形態を意味している。なお、上記各流路形態では、ヒートポンプ出口配管４２、タンク上部配管４３、第２熱交換器１次側入口配管４４及びバイパス配管４７のうち、連通に関与しない配管の端部が四方弁３２により閉塞された状態となる。

（待機状態）
次に、図２乃至図９を参照して、制御装置９０により実現される給湯機の運転形態について説明する。図２は、本発明の実施の形態１において、貯湯式給湯機の待機状態を示す回路構成図である。待機状態とは、後述の沸き上げ運転、浴槽水追焚き運転等を含む何れの運転も実行していない状態である。待機状態では、三方弁３１により第１流路形態が選択され、四方弁３２により第２流路形態が選択される。また、第２循環ポンプ２５、ヒートポンプユニット７０及び利用側循環ポンプ８２は、何れも停止状態に保持される。

（ＨＰ立上げ運転）
次に、図３は、本発明の実施の形態１において、ＨＰ立上げ運転の実行状態を示す回路構成図である。ヒートポンプユニット７０は、その性質上、起動から定格運転に移行するまでの間に相応の時間が必要となる。なお、定格運転とは、ヒートポンプユニット７０が所定の出力で運転される状態である。このため、ＨＰ立上げ運転では、沸き上げ運転を開始する前に、図３に示す循環経路に沿って蓄熱流体を循環させつつ、ヒートポンプユニット７０の定格運転が可能となるまで待機する。

詳しく述べると、ＨＰ立上げ運転では、まず、待機状態の場合と同様に、三方弁３１により第１流路形態を選択し、四方弁３２により第２流路形態を選択する。そして、第２循環ポンプ２５及びヒートポンプユニット７０を作動させる。この結果、貯留タンク１０の下部から低温の蓄熱流体が流出し、この蓄熱流体は、タンク下部配管４０、三方弁３１、第２循環ポンプ２５及びヒートポンプ入口配管４１を経由してヒートポンプユニット７０に流入する。そして、この蓄熱流体は、ヒートポンプユニット７０により加熱された後に、ヒートポンプ出口配管４２、四方弁３２、第２熱交換器１次側入口配管４４、第２熱交換器２２の１次側流路及びタンク戻し配管４５を順次経由して貯留タンク１０の下部に戻される。

このように、ＨＰ立上げ運転によれば、ヒートポンプユニット７０の起動から定格運転が開始されるまでの期間中に沸き上げた中間温度の蓄熱流体、即ち、高温とみなせる所定の温度よりも低温の蓄熱流体を貯留タンク１０の下部に戻すことができる。そして、ヒートポンプユニット７０の定格運転が可能となった後に、沸き上げ運転を実行することができる。これにより、ヒートポンプユニット７０の運転初期に沸き上げ運転が実行され、中間温度の蓄熱流体が貯留タンク１０の上部に戻されるのを回避することができる。

また、図３に示す回路構成及び運転形態は、配管の凍結を予防する凍結予防運転に用いてもよい。凍結予防運転は、例えば外気温度が低い場合に、図３に示す循環経路に蓄熱流体を循環させ続け、ヒートポンプ入口配管４１及びヒートポンプ出口配管４２の凍結を防止するものである。具体的には、例えばヒートポンプユニット７０に設けられた外気温度センサ等により外気温度を検出し、この外気温度が配管の凍結温度に対応する所定の温度以下である場合に、凍結予防運転を実行する。この場合には、所定の時間間隔をおいて凍結予防運転を定期的に実行する構成としてもよい。

（沸き上げ運転）
次に、図４は、本発明の実施の形態１において、沸き上げ運転（沸き上げ単独運転）の実行状態を示す回路構成図である。沸き上げ運転は、ヒートポンプユニット７０を利用して貯留タンク１０内の蓄熱流体を沸き上げる運転であり、この運転が単独で行われる場合を意味している。沸き上げ運転時には、図４に示すように、三方弁３１及び四方弁３２によりそれぞれ第１流路形態を選択する。そして、この状態で第２循環ポンプ２５及びヒートポンプユニット７０を作動させる。

この結果、貯留タンク１０の下部から低温の蓄熱流体が流出し、この蓄熱流体は、タンク下部配管４０、三方弁３１、第２循環ポンプ２５及びヒートポンプ入口配管４１を順次経由してヒートポンプユニット７０に流入し、沸き上げ用熱交換器７１により加熱される。沸き上げ用熱交換器７１から流出した高温の蓄熱流体は、ヒートポンプ出口配管４２、四方弁３２及びタンク上部配管４３を順次経由して貯留タンク１０の上部に流入し、当該タンク内に貯留される。このように、沸き上げ運転が実行されることにより、貯留タンク１０の内部では上層部から高温の蓄熱流体が貯えられていき、高温の蓄熱流体の層が徐々に厚くなる。

（浴槽水追焚き運転）
次に、図５は、本発明の実施の形態１において、浴槽水追焚き運転（浴槽水追焚き単独運転）の実行状態を示す回路構成図である。浴槽水追焚き運転は、貯留タンク１０内の高温の蓄熱流体を利用して浴槽水を加熱する運転であり、この運転が単独で行われる場合を意味している。浴槽水追焚き運転では、まず、図２に示す待機状態から、三方弁３１により第２流路形態を選択し、四方弁３２により第４流路形態を選択する。そして、この状態で第２循環ポンプ２５及び２次側循環ポンプ８２を作動させる。この結果、貯留タンク１０の上部から高温の蓄熱流体が取出され、この蓄熱流体は、タンク上部配管４３を経由して利用側熱交換器２３の１次側流路に流入する。

そして、利用側熱交換器２３から流出した蓄熱流体は、利用側熱交換器１次側配管４６、三方弁３１、ヒートポンプ入口配管４１、第２循環ポンプ２５、バイパス配管４７、四方弁３２、第２熱交換器１次側入口配管４４、第２熱交換器２２及びタンク戻し配管４５を順次経由して貯留タンク１０の下部に戻される。なお、浴槽水追焚き運転時には、ヒートポンプユニット７０が停止状態に保持される。一方、浴槽８０側の経路では、２次側循環ポンプ８２が駆動されることにより、浴槽８０に張られた湯水が浴槽水循環回路８１を循環する。

この結果、利用側熱交換器２３の１次側流路を流れる高温の蓄熱流体と、２次側流路を流れる浴槽水との間で熱交換が行われ、浴槽８０内の湯水が加熱される。このように、浴槽水追焚き運転時において、貯留タンク１０の上部から流出した高温の蓄熱流体は、利用側熱交換器２３で熱を奪われることにより、３０〜５０℃の中間温度の蓄熱流体となった状態で、貯留タンク１０の下部に戻される。

（ＨＰ追焚き運転）
次に、図６は、本発明の実施の形態１において、ＨＰ追焚き運転の実行状態を示す回路構成図である。ＨＰ追焚き運転は、ヒートポンプユニット７０により高温の蓄熱流体を沸き上げつつ、この蓄熱流体を熱源として利用することにより浴槽水の追焚き運転を行うものである。ＨＰ追焚き運転は、図４に示す沸き上げ運転の実行中に浴槽水の追焚きを行う場合に用いられる。ＨＰ追焚き運転は、三方弁３１により第２流路形態を選択し、四方弁３２により第１流路形態を選択すると共に、第２循環ポンプ２５、ヒートポンプユニット７０及び２次側循環ポンプ８２を作動させることにより実現される。即ち、沸き上げ運転中には、三方弁３１の選択流路を第１流路形態から第２流路形態に切換えて、２次側循環ポンプ８２を作動させれば、ＨＰ追焚き運転に移行することができる。

ＨＰ追焚き運転時には、利用側熱交換器２３から流出した熱交換後の蓄熱流体が利用側熱交換器１次側配管４６、三方弁３１及び第２循環ポンプ２５を順次経由してヒートポンプユニット７０に流入する。そして、この蓄熱流体は、沸き上げ用熱交換器７１により加熱されて高温の蓄熱流体となった後に、ヒートポンプ出口配管４２、四方弁３２、タンク上部配管４３及び利用側熱交換器１次側配管４６の一部を順次経由して利用側熱交換器２３に戻される。ＨＰ追焚き運転によれば、１個の第２循環ポンプ２５を用いて、沸き上げ運転中でも沸き上げを停止することなく、浴槽水を追焚きすることができる。また、浴槽水の追焚きに必要な熱量をヒートポンプユニット７０によって補うことができる。これにより、貯留タンク１０内の高温の蓄熱流体を浴槽水の追焚きにより消費せずに済むので、湯切れの発生を抑制し、利便性の高い給湯機を実現することができる。

（給湯運転）
次に、図７は、本発明の実施の形態１において、給湯運転の実行状態を示す回路構成図である。給湯機は、例えば給湯配管６３を流れる湯水の流量を検出するセンサ、給湯経路に設けた弁装置等の開閉状態を検出するセンサ（何れも図示せず）を備えている。制御装置９０は、これらのセンサの出力に基いて、蛇口、シャワー等の給湯栓で出湯操作が行われたことを検出した場合、即ち、給湯要求を検出した場合に、給湯運転を実行する。給湯運転では、第１循環ポンプ２４を作動させる。これにより、貯留タンク１０の上部から高温の蓄熱流体が取出され、この蓄熱流体は、第１熱交換器１次側入口配管５０を介して第１熱交換器２１の１次側流路に流入する。

一方、第１熱交換器２１の２次側流路には、給水分岐配管６０Ｃを介して低温の市水が流入し、この市水は、１次側流路を流れる蓄熱流体と熱交換することにより温水となる。そして、この温水は、第１熱交換器２次側出口配管６１、給湯混合弁３３及び給湯配管６３を順次経由して給湯栓に給湯される。なお、制御装置９０は、給湯混合弁３３のｃポートに流入してｄポートから流出する温水に対して、給水分岐配管６０Ｃから給湯混合弁３３のｂポートに供給される低温の市水を混合し、両者の混合比率に応じて給湯温度（給湯配管６３の湯温）を使用者がリモコン等で設定した目標温度に調整することもできる。一方、第１熱交換器２１の１次側流路を流れる高温の蓄熱流体は、市水との熱交換により熱を奪われて中間温度の蓄熱流体となる。この蓄熱流体は、第１熱交換器１次側出口配管５１、第１循環ポンプ２４及び給水分岐配管６０Ａの一部を順次経由して貯留タンク１０の下部に戻される。

（中温熱源給湯運転）
次に、図８及び図９を参照しつつ、本実施の形態の特徴である中温熱源給湯運転について説明する。中温熱源給湯運転とは、ＨＰ立上げ運転（図３）及び浴槽水追焚き運転（図５）により生じた中間温度の蓄熱流体（中温熱源）と、市水との間で熱交換することにより、市水を加熱して給湯用の温水を生成する運転である。

まず、図８は、本発明の実施の形態１において、第１の中温熱源給湯運転の実行状態を示す回路構成図である。第１の中温熱源給湯運転は、ＨＰ立上げ運転（または凍結予防運転）により補助循環回路が使用されている状態で、給湯要求を検出した場合に実行されるもので、第１の中温流体利用手段に相当している。即ち、第１の中温熱源給湯運転は、補助循環回路が使用されているときに、ヒートポンプユニット７０から貯留タンク１０の下部に戻される中間温度の蓄熱流体を用いて、給湯回路を流れる湯水を加熱する。

具体的に述べると、第１の中温熱源給湯運転では、ＨＰ立上げ運転が実行されている状態を維持しつつ、給湯混合弁３３のａポートとｄポートとを連通させる。これにより、第２熱交換器２次側出口配管６２と給湯配管６３とが給湯混合弁３３を介して連通されるので、給水分岐配管６０Ｂを流れる低温水は、第２熱交換器２２の２次側流路に流入するようになる。そして、この低温水は、第２熱交換器２２の１次側流路を流れる中間温度の蓄熱流体と熱交換することにより加熱されて中間温度の温水（中温水）となる。

このようにして生成された中間温度の温水は、第２熱交換器２次側出口配管６２を順次経由して給湯混合弁３３のａポートに流入し、同弁のｄポートから給湯対象に供給される。なお、第１の中温熱源給湯運転中において、第２熱交換器２２の１次側流路に流入する蓄熱流体の温度と、目標温度との差に応じて、制御装置９０は、図７に示す給湯運転の場合と同様に、第１熱交換器２１により加熱された高温の市水を給湯混合弁３３のｃポートに流入させたり、給湯温度センサ３５により給湯温度を検出しつつ、給湯混合弁３３のｃポートに流入する高温水と、同弁のａポートに流入する中温水と、同弁のｂポートに流入する低温水との流量比を調整することにより、給湯温度を適切に制御することができる。

次に、図９は、本発明の実施の形態１において、第２の中温熱源給湯運転の実行状態を示す回路構成図である。第２の中温熱源給湯運転は、浴槽水追焚き運転により加熱利用回路が使用されている状態で、給湯要求を検出した場合に実行されるもので、第２の中温流体利用手段に相当している。詳しく述べると、第２の中温熱源給湯運転は、加熱利用回路が使用されているときに、加熱対象水を加熱した後の中間温度の蓄熱流体、即ち、利用側熱交換器２３から流出した蓄熱流体を用いて、給湯回路を流れる湯水を加熱するものである。

具体的には、第１の中温熱源給湯運転の場合と同様に、給湯混合弁３３のａポートとｄポートとを連通させ、中間温度の温水を給湯混合弁３３のａポートに流入させる。ここで、第２熱交換器２２の１次側流路に流入する蓄熱流体の温度と、目標温度との差に応じて、前述したように、ｄポート、ｃポートに流入させる高温水と低温水との流量比を調整し給湯温度を制御してもよい。

以上詳述した通り、本実施の形態によれば、ＨＰ立上げ運転、凍結予防運転及び浴槽水追焚き運転等により生成される中間温度の蓄熱流体を用いて、給湯用の温水を加熱することができる。そして、貯留タンク１０に戻される蓄熱流体の温度を第２熱交換器２２により低下させることができる。これにより、給湯、浴槽の湯張り等を行うときに、中間温度の蓄熱流体を有効に活用し、貯留タンク１０内に蓄えられた熱量の消費を抑制することができる。また、貯留タンク１０に残留する中間温度の蓄熱流体の残留量を減少させ、沸き上げ運転を効率よく実行することができる。従って、給湯機の運転効率を向上させることができる。

また、１個の第２熱交換器２２を用いて、ＨＰ立上げ運転と浴槽水追焚き運転からなる２種類の運転時に中間温度の蓄熱流体を効率よく減少させることができ、給湯機の構成を簡略化して部品点数の増加を抑制することができる。さらに、総合共通配管部４８に第２循環ポンプ２５を配置することで、沸き上げ循環回路、補助循環回路、加熱利用回路及び追焚き循環回路からなる４つの回路を１個の第２循環ポンプ２５により作動させることができる。これにより、給湯機の構成を更に簡略化することができる。

なお、前記実施の形態１では、加熱対象水を加熱する運転の一例として、浴槽水追焚き運転を例示した。しかし、本発明はこれに限らず、暖房用循環水を加熱対象水とする暖房運転に適用してもよい。また、給湯栓等の給湯端末に対して温水を常に循環させ、給湯端末から即時に出湯可能な間接給湯方式の２次側流路に適用してもよい。また、実施の形態１においては、ヒートポンプサイクルとして、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を例示したが、本発明はこれに限らず、臨界圧力以下で用いられる一般のヒートポンプサイクルに適用してもよい。この場合、冷媒としては、フロンガス、アンモニアなどを用いてもよい。

１ タンクユニット，１１，１２ タンク温度センサ，２１ 第１熱交換器，２２ 第２熱交換器（熱交換器、給湯回路、補助循環回路、加熱利用回路），２３ 利用側熱交換器，２４ 第１循環ポンプ，２５ 第２循環ポンプ（循環ポンプ），３１ 三方弁（流路切換手段、沸き上げ循環回路、補助循環回路、加熱利用回路、追焚き循環回路），３２ 四方弁（流路切換手段、沸き上げ循環回路、補助循環回路、加熱利用回路、追焚き循環回路），３３ 給湯混合弁（給湯回路），３４ ふろ混合弁（給湯回路），３５ 給湯温度センサ，４０ タンク下部配管（沸き上げ循環回路、補助循環回路），４１ ヒートポンプ入口配管（加熱装置入口配管、沸き上げ循環回路、補助循環回路、追焚き循環回路），４２ ヒートポンプ出口配管（加熱装置出口配管、沸き上げ循環回路、追焚き循環回路），４３ タンク上部配管（沸き上げ循環回路、加熱利用回路、追焚き循環回路），４４ 第１熱交換器１次側入口配管（熱交換器１次側入口配管、補助循環回路、共通配管部），４５ タンク戻し配管（補助循環回路、加熱利用回路、共通配管部），４６ 利用側熱交換器１次側配管（加熱利用回路、追焚き循環回路），４７ バイパス配管（加熱利用回路），４８ 総合共通配管部，５０ 第１熱交換器１次側入口配管，５１ 第１熱交換器１次側出口配管，６０ 給水配管（給湯回路），６０Ａ，６０Ｂ，６０Ｃ，６０Ｄ 給水分岐配管，６１ 第１熱交換器２次側出口配管（給湯回路），６２ 第２熱交換器２次側出口配管（給湯回路），６３ 給湯配管（給湯回路），６４ 給湯配管，７０ ヒートポンプユニット（加熱装置），７１ 沸き上げ用熱交換器，７２ ＨＰ出口側温度センサ，８０ 浴槽，８１ 浴槽水循環回路，８２ 利用側循環ポンプ，９０ 制御装置，１００ 貯湯式給湯機（給湯機）

Claims (5)

1. 蓄熱流体を貯留する貯留タンクと、
   蓄熱流体を加熱するための加熱装置と、
   上流側が水源に接続されると共に下流側が給湯対象に接続され、給湯運転時に前記給湯対象に温水を供給するための給湯回路と、
   前記貯留タンクの下部から取出した蓄熱流体を前記加熱装置を介して前記貯留タンクの上部に戻す沸き上げ循環回路と、
   前記貯留タンクの下部から取出した蓄熱流体を前記加熱装置を介して前記貯留タンクの下部に戻す補助循環回路と、
   前記貯留タンクの上部から取出した蓄熱流体を用いて加熱対象水を加熱し、加熱に用いた後の蓄熱流体を前記貯留タンクの下部に戻す加熱利用回路と、
   前記補助循環回路が使用されているときに、前記加熱装置から前記貯留タンクの下部に戻される中間温度の蓄熱流体を用いて、前記給湯回路を流れる湯水を加熱する第１の中温流体利用手段と、
   前記加熱利用回路が使用されているときに、前記加熱対象水を加熱した後の中間温度の蓄熱流体を用いて、前記給湯回路を流れる湯水を加熱する第２の中温流体利用手段と、
   を備えた給湯機。
2. 前記補助循環回路の最下流部と前記加熱利用回路の最下流部とを共通化した配管部として構成され、前記貯留タンクの下部に接続された共通配管部と、
   前記共通配管部よりも上流側に配置され、蓄熱流体の流路を前記補助循環回路と前記加熱利用回路の何れかに切換える流路切換手段と、
   前記第１及び第２の中温流体利用手段を構成する共通部品であり、１次側流路が前記共通配管部の途中に接続されると共に、２次側流路が前記給湯回路の途中に接続された熱交換器と、
   を備えてなる請求項１に記載の給湯機。
3. 前記沸き上げ循環回路、前記補助循環回路及び前記加熱利用回路からなる少なくとも３つの回路の共通部分を構成する総合共通配管部を備え、
   前記総合共通配管部には、前記３つの回路の何れに対しても蓄熱流体を循環させることが可能な循環ポンプを設けてなる請求項１または２に記載の給湯機。
4. 加熱対象水を加熱する利用側熱交換器と前記加熱装置との間で蓄熱流体を循環させる追焚き循環回路と、
   前記沸き上げ循環回路、前記補助循環回路、前記加熱利用回路及び前記追焚き循環回路からなる４つの回路の共通部分を構成する総合共通配管部と、
   を備え、
   前記総合共通配管部には、前記４つの回路の何れに対しても蓄熱流体を循環させることが可能な循環ポンプを設けてなる請求項１または２に記載の給湯機。
5. 前記給湯回路は、前記熱交換器の２次側流路の流出口が接続された第１流入口、前記水源が接続された第２流入口、前記貯留タンク内の蓄熱流体を用いて加熱した温水が流入可能な第３流入口及び前記給湯対象側に接続された流出口を有する給湯混合弁を備え、
   前記熱交換器の１次側流路に流入する蓄熱媒体の温度に応じて、前記貯留タンク内の蓄熱流体を用いて前記給湯混合弁の第３流入口に温水を流入させつつ、当該給湯混合弁の第１流入口、第２流入口及び第３流入口に流入する湯水の流量比を調整する構成としてなる請求項２乃至４のうち何れか１項に記載の給湯機。

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