JP2015068618A - 給湯暖房装置 - Google Patents

Abstract

【課題】熱ロスが少なく且つ小型化を図ることができる給湯暖房装置を提供する。【解決手段】給湯暖房装置は、熱交換器５１と、給水路６１と、給湯路７１と、暖房循環路３１と、給湯暖房切替第１三方弁４１および給湯暖房切替第２三方弁４５と、を備える。熱交換器５１では、その内部流路５１ｂを流れる流体が加熱される。三方弁４１，４５は、給湯状態と、暖房状態とを切り替える。給湯状態は、給水路６１と給湯路７１とが、熱交換器５１によって結ばれる状態である。暖房状態は、熱交換器５１が暖房循環路３１の一部となる状態である。【選択図】図１

Description

本発明は、給湯暖房装置に関する。

従来から、給湯機能と暖房機能とを併せ持った給湯暖房装置が存在している。例えば、特許文献１（特開２００７−１８７４１９号公報）には、バーナを内蔵する缶体の中に、暖房用の熱交換器と給湯用の熱交換器が設けられている。

また、バーナと熱交換器とを内蔵する缶体が２つ並ぶ給湯暖房装置も存在する。特許文献２（特開２００５−６１６７７号公報）では、給湯用のバーナーとは別に、暖房用のバーナーが配備されている。

上述の特許文献１（特開２００７−１８７４１９号公報）の装置では、給湯運転時に使っていない暖房運転用の熱交換器およびその内部の流体が加熱されるという熱ロスが生じ、給湯の加熱に要する時間が長くなるといったデメリットがある。

一方、給湯と暖房とで缶体を分けた特許文献２（特開２００５−６１６７７号公報）の装置では、装置のサイズや製造コストが大きくなる。

本発明の課題は、熱ロスが少なく且つ小型化を図ることができる給湯暖房装置を提供することにある。

本発明の第１観点に係る給湯暖房装置は、熱交換器と、給水路と、給湯路と、暖房循環路と、状態切替機構とを備えている。熱交換器は、内部流路を有している。熱交換器では、その内部流路を流れる流体が、熱源の熱によって加熱される。給水路には、給水源から水が供給される。給湯路は、給湯口へと延びる流路である。暖房循環路は、暖房用流体を循環させるためのループ状の流路である。状態切替機構は、給湯状態と、暖房状態とを切り替える機構である。給湯状態は、給水路と給湯路とが、熱交換器の内部流路によって結ばれる状態である。暖房状態は、熱交換器の内部流路が暖房循環路の一部となる状態である。

従来は給湯用、暖房用それぞれで配備していた熱交換器を、本発明では共用の熱交換器として１つだけ配備し、給湯状態と暖房状態とを切り替えている。すなわち、給水路と給湯路との間に熱交換器を挿入した給湯状態と、暖房循環路の一部に熱交換器を組み入れた暖房状態とを、本発明では状態切替機構によって切り替えるという考え方を採用している。これにより、使っていない給湯用の水あるいは暖房用の流体に無駄に熱源の熱を供与してしまうという熱ロスが生じなくなり、また、熱交換器の共用化によって、装置のサイズや製造コストも小さくなる。

本発明の第２観点に係る給湯暖房装置は、第１観点に係る装置であって、給湯状態においては、暖房用流体の循環が止まる。また、暖房状態においては、給水路と給湯路とが切り離される。

ここでは、熱交換器をバイパスする経路を暖房循環路に設けるのではなく、給湯状態においては熱交換器を暖房循環路から外して暖房用流体の循環を止めている。これにより、装置のサイズをさらにコンパクト化することができる。

また、暖房状態のときに熱交換器に代わって給水路と給湯路とを結ぶ経路を設けるのではなく、第２観点に係る給湯暖房装置では、暖房状態においては給水路と給湯路とを切り離している。ここでも、経路の数を減らすことができており、装置のサイズやコストを下げることができる。

本発明の第３観点に係る給湯暖房装置は、第１観点又は第２観点に係る装置であって、暖房循環路に接続されるタンクをさらに備えている。この給湯暖房装置では、暖房状態から給湯状態へと切り替わるときに、熱交換器の内部流路に存在している暖房用流体がタンクに移動する。

ここでは、熱交換器の内部流路に存在している暖房用流体がタンクに移動してから、給湯状態となって給水路から給湯路に向かう水が熱交換器の内部流路を流れることになるため、暖房用流体が給湯路に流れていってしまうことが回避され、給湯口へは給水源からの水だけが流れていく状態が維持される。

本発明の第４観点に係る給湯暖房装置は、第３観点に係る装置であって、給湯状態から暖房状態へと切り替わるときに、熱交換器の内部流路に存在している水が排出され、タンクに存在している暖房用流体が熱交換器の内部流路に移動する。

ここでは、暖房状態から給湯状態に切り替わり再び暖房状態に戻る際に、給湯用の水が排出され、一旦タンクに待避させた暖房用流体が熱交換器の内部流路に再び移動してくる。このため、暖房循環路を流れる暖房用流体の量を適切な量に保つことができる。

本発明の第５観点に係る給湯暖房装置は、第３観点又は第４観点に係る装置であって、ポンプをさらに備えている。ポンプは、暖房循環路に設けられ、暖房用流体を循環させる。そして、この給湯暖房装置では、熱交換器の内部流路からタンクへの暖房用流体の移動と、タンクから熱交換器の内部流路への暖房用流体の移動との少なくとも一方の移動が、ポンプの駆動によって行われる。

ここでは、暖房用流体の循環のために設けられているポンプを使って、熱交換器とタンクとの間の暖房用流体の移動を行っているため、ポンプの数を減らして装置のサイズやコストをさらに下げることができる。

本発明の第６観点に係る給湯暖房装置は、第５観点に係る装置であって、ポンプは、暖房用流体を循環させるときに正転し、熱交換器の内部流路とタンクとの間で暖房用流体を移動させるときに逆転する。

ここでは、上述のようにポンプを兼用してポンプの数を減らすことができ、且つ、ポンプの逆転を用いることでタンクや熱交換器の配置の自由度が高くなる。

本発明の第７観点に係る給湯暖房装置は、第１観点から第６観点のいずれかに係る装置であって、熱交換器は、開閉機構を有している。開閉機構は、開状態のときに内部流路と外部とを連通させる。また、開閉機構は、熱交換器の内部流路に存在している暖房用流体をタンクに移動させるときに開状態となり、給湯運転および暖房運転のときには閉状態となる。

ここでは、熱交換器の内部流路に存在している暖房用流体をタンクに移動させるときに、開閉機構が開状態となるため、暖房用流体が速やかにタンクに移動するようになり、暖房状態から給湯状態への切り替え時間が短くなる。

本発明の第８観点に係る給湯暖房装置は、第１観点から第７観点のいずれかに係る装置であって、排水弁をさらに備えている。排水弁は、給湯状態から暖房状態へと切り替わるときに、熱交換器の内部流路に存在している水を排出する。

ここでは、給湯状態から暖房状態へと切り替わる際、排水弁が開き、熱交換器内の水が排水されるため、タンクから熱交換器への暖房用流体の移動を早く行うことができ、給湯状態から暖房状態への切り替え時間が短くなる。

第１観点に係る給湯暖房装置によれば、給湯状態と暖房状態とを状態切替機構によって切り替えるという考え方を採用しているため、使っていない給湯用の水あるいは暖房用の流体に無駄に熱源の熱を供与してしまうという熱ロスが生じなくなり、装置のサイズや製造コストも小さくなる。

第２観点に係る給湯暖房装置によれば、装置のサイズをさらにコンパクト化することができる。

第３観点に係る給湯暖房装置によれば、暖房用流体が給湯路に流れていってしまうことが回避され、給湯口へは給水源からの水だけが流れていく状態が維持される。

第４観点に係る給湯暖房装置によれば、暖房循環路を流れる暖房用流体の量が極端に低減してしまうという不具合が抑制される。

第５観点に係る給湯暖房装置によれば、ポンプの数を減らして装置のサイズやコストをさらに下げることができる。

第６観点に係る給湯暖房装置によれば、ポンプの数を減らすことができ、且つ、ポンプの逆転を用いることでタンクや熱交換器の配置の自由度が高くなる。

第７観点に係る給湯暖房装置によれば、暖房用流体が速やかにタンクに移動するようになり、暖房状態から給湯状態への切り替え時間が短くなる。

第８観点に係る給湯暖房装置によれば、タンクから熱交換器への暖房用流体の移動を早く行うことができ、給湯状態から暖房状態への切り替え時間が短くなる。

本発明の第１実施形態に係る給湯暖房装置の回路図。 第１実施形態に係る給湯暖房装置の制御ブロック図。 第１実施形態に係る給湯暖房装置の暖房運転時の状態を示す図。 第１実施形態に係る給湯暖房装置の暖房運転から給湯運転への切り替え時の状態を示す図。 第１実施形態に係る給湯暖房装置の給湯運転時の状態を示す図。 第１実施形態に係る給湯暖房装置の給湯運転から暖房運転への切り替え時の、排水処理を示す図。 第１実施形態に係る給湯暖房装置の給湯運転から暖房運転への切り替え時の、膨張タンクから熱交換器へと暖房用流体を戻す処理を示す図。 変形例Ｄに係る給湯暖房装置の回路図。 変形例Ｄに係る給湯暖房装置の暖房運転から給湯運転への切り替え時の、洗浄運転を示す図。 変形例Ｄに係る給湯暖房装置の給湯運転から暖房運転への切り替え時の、排水処理を示す図。 本発明の第２実施形態に係る給湯暖房装置の回路図。 第２実施形態に係る給湯暖房装置の暖房運転時の状態を示す図。 第２実施形態に係る給湯暖房装置の暖房運転から給湯運転への切り替え時の状態を示す図。 第２実施形態に係る給湯暖房装置の暖房運転から給湯運転への切り替え時の、洗浄運転を示す図。 第２実施形態に係る給湯暖房装置の給湯運転時の状態を示す図。 第２実施形態に係る給湯暖房装置の給湯運転から暖房運転への切り替え時の、排水処理を示す図。 第２実施形態に係る給湯暖房装置の給湯運転から暖房運転への切り替え時の、膨張タンクから熱交換器へと暖房用流体を戻す処理を示す図。

＜第１実施形態＞
本発明の第１実施形態に係る給湯暖房装置について、以下、図面を参照しながら説明する。

（１）全体構成
給湯暖房装置は、給水源から供給された水を加熱して蛇口７２やシャワーヘッド７３（後述）の給湯口に湯を供給する給湯機能と、住宅の各部屋に設置された暖房用ラジエータ３３（後述）に熱い暖房用流体を流すことによって各部屋の暖房を行う暖房機能と、を兼ね備える装置である。給湯暖房装置は、主として、加熱バーナ（加熱源）５５と、給水路６１および給湯路７１を含む給湯ラインと、暖房循環路３１を含む暖房ラインと、状態切替機構として機能する給湯暖房切替第１三方弁４１および給湯暖房切替第２三方弁４５と、を備えている。

（２）詳細構成
（２−１）給湯ライン
給湯ラインは、給水源から水道の水が供給される給水路６１と、暖房循環路３１と共用の流路である共用流路４２および熱交換器５１の内部流路５１ｂと、熱交換器５１から蛇口７２およびシャワーヘッド７３の給湯口へと延びる給湯路７１とから構成されている。給水路６１と共用流路４２との間には、給湯暖房切替第１三方弁４１が配置されている。共用流路４２と熱交換器５１との間には、排水用三方弁４３が配置されている。熱交換器５１と給湯路７１との間には、給湯暖房切替第２三方弁４５が配置されている。

給水源から供給された水は、給水路６１、給湯暖房切替第１三方弁４１、共用流路４２、排水用三方弁４３、熱交換器５１の内部流路５１ｂ、給湯暖房切替第２三方弁４５、給湯路７１、を順に流れ、熱交換器５１で加熱されて湯となって、蛇口７２および／又はシャワーヘッド７３が開けられたときに、それらの給湯口から流れ出る。

（２−２）暖房ライン
暖房ラインは、主として、暖房循環路３１と、膨張タンク３５とから構成されている。暖房循環路３１は、暖房用流体を循環させるためのループ状の閉流路である。暖房循環路３１は、上述の共用流路４２および熱交換器５１の内部流路５１ｂ、給湯暖房切替第２三方弁４５から各部屋に設置された暖房用ラジエータ３３に向かって延びる往き流路３１ａ、暖房用ラジエータ３３同士を結ぶ連絡流路３３ａ、暖房用ラジエータ３３から給湯暖房切替第１三方弁４１へと延びる戻り流路３１ｂとから構成されている。

往き流路３１ａには、循環ポンプ３２、膨張タンク用三方弁３４、各室に設けられている流量調整弁３６、などが配備されている。また、膨張タンク用三方弁３４を介して、往き流路３１ａには膨張タンク３５が接続されている。

暖房用流体を循環させる循環ポンプ３２は、正転および逆転ができるポンプであり、逆転することにより、後述するように膨張タンク３５内の暖房用流体を給湯暖房切替第２三方弁４５を介して熱交換器５１の内部流路５１ｂへと戻す（逆流させる）ことができる。すなわち、循環ポンプ３２は、暖房運転時に暖房用流体を循環させるときには正転し、熱交換器５１の内部流路５１ｂと膨張タンク３５との間で暖房用流体を移動させるときには逆転する。

流量調整弁３６は、各部屋の暖房用ラジエータ３３に流す暖房用流体の流量を調整する。これらの流量調整弁３６の開度は、後述するコントローラ８０が、リモコン（あるいはサーモスタット）８１からの指令に応じて決定する。暖房の要求が強いときには、対応する部屋の流量調整弁３６が大きく開き、暖房の要求が弱いときには、対応する部屋の流量調整弁３６の開度が小さくなる。なお、暖房用ラジエータ３３は、パネルヒータとして設けられたり、床暖房機器として床下に埋め込まれたりする暖房機器である。

膨張タンク３５は、密閉型の隔膜式膨張タンクであり、その内部が隔膜３５ａによって暖房用流体が入っている空間と空気が入っている空間とに仕切られている。隔膜３５ａが動くことによって、膨張タンク３５内の暖房用流体の量が増減する。この膨張タンク３５は、給湯運転開始時および給湯運転時に、熱交換器５１の内部流路５１ｂから暖房用流体を移動させ一時的に貯留する役割を果たす。

（２−３）状態切替機構
給湯運転の給湯状態と暖房運転の暖房状態とを切り替える状態切替機構として、給湯暖房切替第１三方弁４１と、給湯暖房切替第２三方弁４５とが設けられている。給湯暖房切替第１三方弁４１には、給水路６１、共用流路４２および戻り流路３１ｂが接続されている。給湯暖房切替第２三方弁４５には、熱交換器５１の内部流路５１ｂ、給湯路７１および往き流路３１ａが接続されている。

給湯暖房切替第１三方弁４１は、給湯運転時には、図５に示すように、給湯ラインの給水路６１と共用流路４２とを連通させ、暖房運転時には、図３に示すように、暖房ラインの戻り流路３１ｂと共用流路４２とを連通させる。

給湯暖房切替第２三方弁４５は、給湯運転時には、図５に示すように、熱交換器５１の内部流路５１ｂと給湯ラインの給湯路７１とを連通させ、暖房運転時には、図３に示すように、熱交換器５１の内部流路５１ｂと暖房ラインの往き流路３１ａとを連通させる。

このように、給湯暖房切替第１三方弁４１および給湯暖房切替第２三方弁４５によって、給水路６１と給湯路７１とが熱交換器５１の内部流路５１ｂによって結ばれる給湯状態と、戻り流路３１ｂと往き流路３１ａとを結んで熱交換器５１の内部流路５１ｂが暖房循環路３１の一部となる暖房状態と、が切り替わることになる。

（２−４）加熱ユニット
加熱バーナ５５は、燃焼室５０において熱交換器５１を加熱する、ブロワー一体型のガスバーナである。加熱バーナ５５は、点火プラグ、イグナイタ、燃焼用ブロア、燃焼ガス供給管、ガス電磁弁、ガス比例弁、などを有している。ガス供給源から供給されたガスが燃焼し、燃焼室５０内の雰囲気温度が上がる。

なお、燃焼室５０には、燃焼したガス・空気を排気するための排気路（図示せず）が接続されている。

内部流路５１ｂが燃焼室５０の中に配置される熱交換器５１は、その内部流路５１ｂを流れる給湯用の水あるいは暖房用流体が、加熱バーナ５５による燃焼ガスの燃焼の熱によって加熱される。また、熱交換器５１は、内部流路５１ｂから燃焼室５０の外部に枝管が延びており、その枝管の先端に電磁式の開閉弁５１ａが取り付けられている。この開閉弁５１ａは、開状態のときに、熱交換器５１の内部流路５１ｂと燃焼室５０の外部の空間とを連通させる。

（３）動作
上述の加熱バーナ５５、暖房ラインの屋内暖房用の循環ポンプ３２、各三方弁３４，４１，４３，４５、などは、コントローラ８０によって制御される。コントローラ８０には、図２に示すように、加熱バーナ５５、リモコン／サーモスタット８１、給水路６１に取り付けられた給水配管温度センサ６１ａ、給湯路７１に取り付けられた給湯配管温度センサ７１ａ、暖房循環路３１の往き流路３１ａに取り付けられた暖房往き温度センサ３８、暖房循環路３１の戻り流路３１ｂに取り付けられた暖房戻り温度センサ３９、などから各種の情報やセンサ検出値が入力される。

以下、コントローラ８０による暖房運転時、給湯運転時、暖房運転から給湯運転への切り替え時、および給湯運転から暖房運転への切り替え時の制御について説明する。

（３−１）暖房運転
図３に、給湯暖房装置の暖房運転時の状態を示す。ここでは、給湯暖房切替第１三方弁４１が暖房ラインの戻り流路３１ｂと共用流路４２とを連通させ、給湯暖房切替第２三方弁４５が熱交換器５１の内部流路５１ｂと暖房ラインの往き流路３１ａとを連通させた状態となる。また、排水用三方弁４３は共用流路４２と熱交換器５１の内部流路５１ｂとを連通させた状態となっている。熱交換器５１の枝管先端の開閉弁５１ａは閉められ、膨張タンク用三方弁３４は暖房循環路３１と膨張タンク３５とを切り離した状態となっている。

この図３に示す各弁の状態において、循環ポンプ３２が作動し、暖房用流体が、循環ポンプ３２、流量調整弁３６、暖房用ラジエータ３３、給湯暖房切替第１三方弁４１、排水用三方弁４３、熱交換器５１、給湯暖房切替第２三方弁４５の順に流れる。そして、熱交換器５１の内部流路５１ｂを流れる暖房用流体に対して、加熱バーナ５５で加熱された燃焼室５０内の雰囲気ガスから熱が供与され、暖房用流体が高温になる。燃焼室５０内の雰囲気ガスと熱交換して高温となった暖房用流体は、各部屋の暖房用ラジエータ３３において各部屋の室内空気に対して放熱を行い、各部屋を暖房する。暖房用ラジエータ３３で放熱して低温となった暖房用流体は、再び熱交換器５１に流入し、熱交換によって加熱される。

なお、この暖房運転においては、図３に示すように、給湯ラインの給水路６１と給湯路７１とが完全に切り離された状態となる。

（３−２）給湯運転
図５に、給湯暖房装置の給湯運転時の状態を示す。ここでは、給湯暖房切替第１三方弁４１が給湯ラインの給水路６１と共用流路４２とを連通させ、給湯暖房切替第２三方弁４５が熱交換器５１の内部流路５１ｂと給湯ラインの給湯路７１とを連通させた状態となる。また、排水用三方弁４３は共用流路４２と熱交換器５１の内部流路５１ｂとを連通させた状態となっている。熱交換器５１の枝管先端の開閉弁５１ａは閉められ、膨張タンク用三方弁３４は循環ポンプ３２と膨張タンク３５とを接続した状態となっている。

この図５に示す各弁の状態において、蛇口７２あるいはシャワーヘッド７３が開けられると、給水源の圧力によって、給水源から給水路６１に供給された水道の水が、給湯暖房切替第１三方弁４１、排水用三方弁４３、熱交換器５１、給湯暖房切替第２三方弁４５、蛇口７２あるいはシャワーヘッド７３の順に流れ、給湯口から湯となって流れ出てくる。水道の水は、熱交換器５１の内部流路５１ｂを流れているときに、加熱バーナ５５で加熱された燃焼室５０内の雰囲気ガスから熱を受け、高温の湯となって蛇口７２あるいはシャワーヘッド７３へと流れていく。

なお、ここでは図示を省略しているが、熱交換器５１で加熱された高温の湯と水道の水とを給湯要求温度に応じて混合する混合栓が、蛇口７２あるいはシャワーヘッド７３の近傍に配備されている。

また、図５に示すように、給湯運転時には、暖房循環路３１の往き流路３１ａと戻り流路３１ｂとが分断され、循環ポンプ３２も停止して、暖房用流体の循環が止まった状態となる。

（３−３）暖房運転から給湯運転への切り替え
図４に、給湯暖房装置の暖房運転から給湯運転への切り替え時の状態を示す。このときには、まず加熱バーナ５５が止まり、給湯暖房切替第１三方弁４１が給湯ラインの給水路６１と共用流路４２とを連通させる状態に変わるとともに、排水用三方弁４３が熱交換器５１の内部流路５１ｂと排水路４４とを連通させる状態に変わる。これにより、熱交換器５１には、暖房用流体も給水源からの水も流れ込まなくなる。また、熱交換器５１の枝管先端の開閉弁５１ａが開けられ、膨張タンク用三方弁３４が循環ポンプ３２と膨張タンク３５とを接続した状態に変わる。給湯暖房切替第２三方弁４５は、熱交換器５１の内部流路５１ｂと暖房ラインの往き流路３１ａとを連通させた状態のまま維持される。

この図４に示す状態では、暖房運転終了時に熱交換器５１の内部流路５１ｂに存在していた暖房用流体が、循環ポンプ３２によって膨張タンク３５へと流されることになる。これにより、熱交換器５１の内部流路５１ｂが空になり、その内部流路５１ｂにあった暖房用流体が膨張タンク３５の中に移動する。

その後、図５に示すように、熱交換器５１の枝管先端の開閉弁５１ａが閉められ、排水用三方弁４３が共用流路４２と熱交換器５１の内部流路５１ｂとを連通させた状態に変わり、給湯暖房切替第２三方弁４５が熱交換器５１の内部流路５１ｂと給湯ラインの給湯路７１とを連通させた状態に変わって、給湯運転が行われる。

（３−４）給湯運転から暖房運転への切り替え
図６に、給湯暖房装置の給湯運転から暖房運転への切り替えの第１段階の状態を示す。図７に、給湯暖房装置の給湯運転から暖房運転への切り替えの第２段階の状態を示す。

まず、給湯運転から暖房運転への切り替え要求が入ると、コントローラ８０は、給湯暖房切替第２三方弁４５を、熱交換器５１の内部流路５１ｂと暖房ラインの往き流路３１ａとを連通させる状態に変え、排水用三方弁４３を、熱交換器５１の内部流路５１ｂと排水路４４とを連通させる状態に変える。そして、熱交換器５１の枝管先端の開閉弁５１ａを開け、熱交換器５１の内部流路５１ｂにあった水（湯）を、重力によって給湯運転のときとは逆の方向に流し、排水路４４から排水させる。このとき、給湯ラインも暖房ラインも止まっており、暖房循環路３１の循環ポンプ３２も停止している。

排水開始から所定時間が経過すると、コントローラ８０は、図７に示すように、膨張タンク３５から熱交換器５１の内部流路５１ｂへと暖房用流体を移動させる状態に移行させる。ここでは、熱交換器５１の枝管先端の開閉弁５１ａを閉め、循環ポンプ３２を逆回転させる。そして、膨張タンク３５から熱交換器５１の内部流路５１ｂへと暖房用流体が流れ、熱交換器５１の内部流路５１ｂが暖房用流体で満たされた状態になったときに、排水用三方弁４３を共用流路４２と熱交換器５１の内部流路５１ｂとが連通する状態に変え、給湯暖房切替第１三方弁４１を暖房ラインの戻り流路３１ｂと共用流路４２とが連通する状態に変える。これらの排水用三方弁４３および給湯暖房切替第１三方弁４１の切り替えタイミングも、ここではタイマーの設定時間で決められている。

その後、コントローラ８０は、膨張タンク用三方弁３４を、暖房循環路３１と膨張タンク３５とが切り離された状態に変え、図３に示す暖房運転時の状態において、循環ポンプ３２を作動させる。

（４）特徴
（４−１）
従来の給湯暖房装置では、給湯用、暖房用それぞれで配備されることが多かった熱交換器を、上記の実施形態に係る給湯暖房装置では、共用の熱交換器５１として１つだけを配備し、給湯運転と暖房運転とを切り替えている。すなわち、給水路６１と給湯路７１との間に熱交換器５１を挿入した給湯状態と、暖房循環路３１の一部に熱交換器５１を組み入れた暖房状態とを、給湯暖房切替第１三方弁４１および給湯暖房切替第２三方弁４５によって切り替えるという方式を採用している。

これにより、給湯運転と暖房運転とを同時に行うことはできなくなるが、従来の給湯暖房装置のように使っていない給湯用の水あるいは暖房用の流体を無駄に加熱してしまうという熱ロスが生じなくなる。また、熱交換器５１の共用化によって、装置のサイズや製造コストも小さくなる。

（４−２）
本実施形態に係る給湯暖房装置では、暖房状態のときに熱交換器５１に代わって給水路６１と給湯路７１とを結ぶバイパス経路を設けるのではなく、暖房状態においては給水路６１と給湯路７１とを切り離している。また、熱交換器５１をバイパスする経路を暖房循環路３１に設けるのではなく、給湯状態においては熱交換器５１を暖房循環路３１から外して暖房用流体の循環を止めている。これにより、給湯暖房装置がコンパクトになっている。

（４−３）
本実施形態に係る給湯暖房装置では、暖房運転から給湯運転への切り替え時に、熱交換器５１の内部流路５１ｂに存在している暖房用流体が膨張タンク３５に移動し、熱交換器５１の内部流路５１ｂが空になってから、給水路６１から給湯路７１に向かう水が熱交換器５１の内部流路５１ｂに流れ込んで給湯運転が始まる。このため、暖房用流体が給湯路７１に流れていってしまう不具合が回避され、蛇口７２やシャワーヘッド７３の給湯口へは給水源からの水（湯）だけが流れていく状態が確保される。

（４−４）
本実施形態に係る給湯暖房装置では、暖房状態から給湯状態に切り替わり、再び暖房状態に戻る際に、熱交換器５１の内部流路５１ｂから給湯用の水が排出され、一旦膨張タンク３５に待避させていた暖房用流体が、熱交換器５１の内部流路５１ｂに再び移動してくる。このため、暖房循環路３１を流れる暖房用流体の量が、適切な量に保たれる。

（４−５）
本実施形態に係る給湯暖房装置では、暖房用流体の循環のために設けられている循環ポンプ３２を使って、熱交換器５１と膨張タンク３５との間の暖房用流体の移動を行っている。給湯運転から暖房運転への切り替え時には、循環ポンプ３２を逆回転させ、膨張タンク３５から熱交換器５１の内部流路５１ｂへと暖房用流体を移動させている。このような構成を採っているため、ポンプの数が減って給湯暖房装置のコストが下がっている。

また、循環ポンプ３２として、正転・逆転が可能なポンプを採用しているため、切替回路を設けることなく、膨張タンク３５から熱交換器５１の内部流路５１ｂへの暖房用流体の逆流移動（暖房運転時の暖房用流体の流れ方向に対して逆流）ができるようになっている。これによっても、給湯暖房装置のコンパクト化が図られている。

（４−６）
本実施形態に係る給湯暖房装置では、暖房運転から給湯運転への切り替えにおいて、熱交換器５１の内部流路５１ｂに存在している暖房用流体を膨張タンク３５に移動させるときに、熱交換器５１の枝管先端の開閉弁５１ａを開状態に変えている。この開閉弁５１ａの設置および開閉制御によって、暖房用流体が速やかに膨張タンク３５に移動するようになっており、暖房運転から給湯運転への切り替え時間が短い。

また、本実施形態に係る給湯暖房装置では、給湯運転から暖房運転へと切り替わる際、排水弁として機能する排水用三方弁４３が、熱交換器５１の内部流路５１ｂと排水路４４とを連通させる状態に変わる。これにより、熱交換器５１内の水（湯）が速やかに排水され、給湯運転から暖房運転への切り替え時間が短くなっている。

（５）第１実施形態の変形例
（５−１）変形例Ａ
上記の第１実施形態では、給湯運転から暖房運転への切り替え時の排水終了タイミングや、循環ポンプ３２を逆回転させてから熱交換器５１の内部流路５１ｂが暖房用流体で満たされる状態になったタイミングを、タイマーの設定時間で判断している。これに代えて、既存のセンサや新たな流量センサなどを利用して、これらのタイミングを検知してもよい。

（５−２）変形例Ｂ
上記の第１実施形態では、熱交換器５１を流れる流体（水または暖房用流体）の加熱源として、燃焼ガスを燃焼させる加熱バーナ５５を用いている。これに代えて、電気を用いた加熱源、例えばヒートポンプを加熱源として用いても良い。例えば、特開２０１３−１０８６５１号公報に開示されている床暖房ユニットの水熱交換器を含むヒートポンプユニットを、本発明において加熱源として用いても良い。

（５−３）変形例Ｃ
上記の第１実施形態では、循環ポンプ３２を逆回転させて暖房用流体を膨張タンク３５から熱交換器５１の内部流路５１ｂに戻しているが、これに代えて、膨張タンク３５を高所に配置し、膨張タンク３５と熱交換器５１とのヘッド差を利用して暖房用流体を移動させる構成を採っても良い。

（５−４）変形例Ｄ
上記の第１実施形態では、暖房運転から給湯運転に切り替えたときに、熱交換器５１の内部流路５１ｂの内壁に残ってしまう暖房用流体が、切り替え後しばらくは湯に混じって蛇口７２やシャワーヘッド７３の給湯口から流れ出る。この現象が許容されないような場合には、以下に示す洗浄運転が可能な給湯暖房装置の構成を採ることが好ましい。

図８に示す給湯暖房装置は、上記の第１実施形態の排水用三方弁４３および排水路４４に加え、さらに排水用三方弁９３および排水路９４を備えている。そして、暖房運転から給湯運転への切り替えにおいて、暖房運転終了時に熱交換器５１の内部流路５１ｂに存在していた暖房用流体が膨張タンク３５へと移された後に、一定時間の間、洗浄運転が行われる。この洗浄運転の状態を、図９に示す。ここでは、熱交換器５１の枝管先端の開閉弁５１ａが閉められ、排水用三方弁４３が給水路６１と熱交換器５１の内部流路５１ｂとを連通させた状態に切り替わり、排水用三方弁９３が排水路９４と熱交換器５１の内部流路５１ｂとを連通させた状態に切り替わる。これにより、給水源から給水路６１に供給された水道の水が、給湯暖房切替第１三方弁４１、排水用三方弁４３、熱交換器５１、排水用三方弁９３の順に流れ、そのまま排水路９４から排水される。この水道の水の流れにより、熱交換器５１の内部流路５１ｂの内壁に残っていた暖房用流体が洗い流され、熱交換器５１の内部流路５１ｂが洗浄される。

また、図８に示す排水用三方弁９３および排水路９４を備えた給湯暖房装置を採用する場合には、給湯運転から暖房運転への切り替えの際に、熱交換器５１の内部流路５１ｂにあった水（湯）を、重力だけによって確実に排水することが可能になる。すなわち、上記の第１実施形態の図６に示す状態では、排水路４４からの排水が不十分になる可能性があるが、排水用三方弁９３および排水路９４を設けた場合には、図１０に示すように両排水路４４，９４から確実に排水を行うことができる。

図１０に示すように、給湯運転から暖房運転への切り替え要求が入ると、コントローラ８０は、排水用三方弁４３を、熱交換器５１の内部流路５１ｂと排水路４４とを連通させる状態に切り替えるとともに、排水用三方弁９３を、熱交換器５１の内部流路５１ｂと排水路９４とを連通させる状態に切り替える。そして、熱交換器５１の枝管先端の開閉弁５１ａを開け、熱交換器５１の内部流路５１ｂにあった水（湯）を、重力によって排水用三方弁４３および排水用三方弁９３へと流し、排水路４４，９４から排水させる。このとき、給湯ラインも暖房ラインも止まっており、暖房循環路３１の循環ポンプ３２も停止している。

＜第２実施形態＞
本発明の第２実施形態に係る給湯暖房装置は、上記の第１実施形態に係る給湯暖房装置と基本構成は同じである。第１実施形態と同様の部材、部品には、同じ符号を付け、以下、図１１〜図１７を参照しながら第２実施形態を説明する。

（１）全体構成
給湯暖房装置は、給水源から供給された水を加熱して蛇口７２やシャワーヘッド７３の給湯口に湯を供給する給湯機能と、住宅の各部屋に設置された暖房用ラジエータ３３に熱い暖房用流体を流すことによって各部屋の暖房を行う暖房機能と、を兼ね備える装置である。給湯暖房装置は、主として、加熱バーナ５５と、給水路６１および給湯路７１を含む給湯ラインと、暖房循環路３１を含む暖房ラインと、状態切替機構として機能する給湯暖房切替第１三方弁１４１および給湯暖房切替第２三方弁１４５と、を備えている。

（２）詳細構成
（２−１）給湯ライン
給湯ラインは、給水源から水道の水が供給される給水路６１と、暖房循環路３１と共用の流路である熱交換器１５１の内部流路１５１ｂと、熱交換器１５１から蛇口７２およびシャワーヘッド７３の給湯口へと延びる給湯路７１とから構成されている。給水路６１と熱交換器１５１との間には、給湯暖房切替第１三方弁１４１および電磁式の開閉弁１４９が配置されている。熱交換器１５１と給湯路７１との間には、給湯暖房切替第２三方弁１４５が配置されている。

給水源から供給された水は、給水路６１、給湯暖房切替第１三方弁１４１、熱交換器１５１の内部流路１５１ｂ、給湯暖房切替第２三方弁１４５、給湯路７１、を順に流れ、熱交換器１５１で加熱されて湯となって、蛇口７２および／又はシャワーヘッド７３が開けられたときに、それらの給湯口から流れ出る。

（２−２）暖房ライン
暖房ラインは、主として、暖房循環路３１と、膨張タンク３５とから構成されている。暖房循環路３１は、暖房用流体を循環させるためのループ状の閉流路である。暖房循環路３１は、上述の熱交換器１５１の内部流路１５１ｂ、給湯暖房切替第２三方弁１４５および排水用三方弁１４３から各部屋に設置された暖房用ラジエータ３３に向かって延びる往き流路３１ａ、暖房用ラジエータ３３同士を結ぶ連絡流路３３ａ、暖房用ラジエータ３３から給湯暖房切替第１三方弁１４１へと延びる戻り流路３１ｂとから構成されている。

排水用三方弁１４３は、給湯暖房切替第２三方弁１４５と往き流路３１ａとの間に設けられている。排水用三方弁１４３は、給湯暖房切替第２三方弁１４５と往き流路３１ａとが連通する状態と、給湯暖房切替第２三方弁１４５と排水路１４４とが連通する状態とを切り替える。

往き流路３１ａ、循環ポンプ３２、膨張タンク用三方弁３４、膨張タンク３５および流量調整弁３６については、第１実施形態と同じなので説明を省略する。

（２−３）状態切替機構
給湯運転の給湯状態と暖房運転の暖房状態とを切り替える状態切替機構として、給湯暖房切替第１三方弁１４１と、給湯暖房切替第２三方弁１４５とが設けられている。給湯暖房切替第１三方弁１４１には、給水路６１、戻り流路３１ｂおよび開閉弁１４９が接続されている。給湯暖房切替第２三方弁１４５には、熱交換器１５１の内部流路１５１ｂ、給湯路７１および排水用三方弁１４３が接続されている。

給湯暖房切替第１三方弁１４１は、給湯運転時には、図１５に示すように、開閉弁１４９を介して給湯ラインの給水路６１と熱交換器１５１の内部流路１５１ｂとを連通させ、暖房運転時には、図１２に示すように、開閉弁１４９を介して暖房ラインの戻り流路３１ｂと熱交換器１５１の内部流路１５１ｂとを連通させる。

給湯暖房切替第２三方弁１４５は、給湯運転時には、図１５に示すように、熱交換器１５１の内部流路１５１ｂと給湯ラインの給湯路７１とを連通させ、暖房運転時には、図３に示すように、排水用三方弁１４３を介して熱交換器１５１の内部流路１５１ｂと暖房ラインの往き流路３１ａとを連通させる。

このように、給湯暖房切替第１三方弁１４１および給湯暖房切替第２三方弁１４５によって、給水路６１と給湯路７１とが熱交換器１５１の内部流路１５１ｂによって結ばれる給湯状態と、戻り流路３１ｂと往き流路３１ａとを結んで熱交換器１５１の内部流路１５１ｂが暖房循環路３１の一部となる暖房状態と、が切り替わることになる。

（２−４）加熱ユニット
加熱バーナ５５は、燃焼室５０において熱交換器１５１を加熱する、ブロワー一体型のガスバーナである。

内部流路１５１ｂが燃焼室５０の中に配置される熱交換器１５１は、その内部流路１５１ｂを流れる給湯用の水あるいは暖房用流体が、加熱バーナ５５による燃焼ガスの燃焼の熱によって加熱される。また、熱交換器１５１は、内部流路１５１ｂから燃焼室５０の外部に枝管が延びており、その枝管の先端に電磁式の開閉弁１５１ａが取り付けられている。この開閉弁１５１ａは、開状態のときに、熱交換器１５１の内部流路１５１ｂと燃焼室５０の外部の空間とを連通させる。

また、暖房用流体あるいは水道の水が流れ込む熱交換器１５１の内部流路１５１ｂの入口は、高い位置に配置されており、内部流路１５１ｂの出口は、内部流路１５１ｂの下端に配置されている。上述の開閉弁１４９および給湯暖房切替第１三方弁１４１は、熱交換器１５１の内部流路１５１ｂの入口と同じ高さ位置に配置されている。

（３）動作
上述の加熱バーナ５５、暖房ラインの屋内暖房用の循環ポンプ３２、各三方弁３４，１４１，１４３，１４５、などは、コントローラ８０によって制御される。

以下、コントローラ８０による暖房運転時、給湯運転時、暖房運転から給湯運転への切り替え時、および給湯運転から暖房運転への切り替え時の制御について説明する。

（３−１）暖房運転
図１２に、給湯暖房装置の暖房運転時の状態を示す。ここでは、給湯暖房切替第１三方弁１４１が、暖房ラインの戻り流路３１ｂと熱交換器１５１の内部流路１５１ｂとを、開状態の開閉弁１４９を介して連通させる。また、給湯暖房切替第２三方弁１４５は、熱交換器１５１の内部流路１５１ｂと暖房ラインの往き流路３１ａとを、排水用三方弁１４３を介して連通させた状態となる。排水用三方弁１４３は、給湯暖房切替第２三方弁１４５と往き流路３１ａとを連通させた状態となっている。熱交換器１５１の枝管先端の開閉弁１５１ａは閉められ、膨張タンク用三方弁３４は暖房循環路３１と膨張タンク３５とを切り離した状態となっている。

この図１２に示す各弁の状態において、循環ポンプ３２が作動し、暖房用流体が、循環ポンプ３２、流量調整弁３６、暖房用ラジエータ３３、給湯暖房切替第１三方弁１４１、開閉弁１４９、熱交換器１５１、給湯暖房切替第２三方弁１４５、排水用三方弁１４３の順に流れる。そして、熱交換器１５１の内部流路１５１ｂを流れる暖房用流体に対して、加熱バーナ５５で加熱された燃焼室５０内の雰囲気ガスから熱が供与され、暖房用流体が高温になる。暖房用流体は、各部屋の暖房用ラジエータ３３において各部屋の室内空気に対して放熱を行い、各部屋を暖房する。暖房用ラジエータ３３で放熱して低温となった暖房用流体は、再び熱交換器１５１に流入し、熱交換によって加熱される。

なお、この暖房運転においては、図１２に示すように、給湯ラインの給水路６１と給湯路７１とが完全に切り離された状態となる。

（３−２）給湯運転
図１５に、給湯暖房装置の給湯運転時の状態を示す。ここでは、給湯暖房切替第１三方弁１４１が、給湯ラインの給水路６１と熱交換器１５１の内部流路１５１ｂとを、開状態の開閉弁１４９を介して連通させる。また、給湯暖房切替第２三方弁１４５は、熱交換器１５１の内部流路１５１ｂと給湯ラインの給湯路７１とを連通させた状態となる。熱交換器１５１の枝管先端の開閉弁１５１ａは閉められた状態となっている。

この図１５に示す各弁の状態において、蛇口７２あるいはシャワーヘッド７３が開けられると、給水源の圧力によって、給水源から給水路６１に供給された水道の水が、給湯暖房切替第１三方弁１４１、開閉弁１４９、熱交換器１５１、給湯暖房切替第２三方弁１４５、蛇口７２あるいはシャワーヘッド７３の順に流れ、給湯口から湯となって流れ出てくる。水道の水は、熱交換器１５１の内部流路１５１ｂを流れているときに、加熱バーナ５５で加熱された燃焼室５０内の雰囲気ガスから熱を受け、高温の湯となって蛇口７２あるいはシャワーヘッド７３へと流れていく。

なお、図１５に示すように、給湯運転時には、暖房循環路３１の往き流路３１ａと戻り流路３１ｂとが分断され、循環ポンプ３２も停止して、暖房用流体の循環が止まった状態となる。

（３−３）暖房運転から給湯運転への切り替え
図１３に、給湯暖房装置の暖房運転から給湯運転への切り替え時の状態を示す。このときには、まず加熱バーナ５５が止まり、給湯暖房切替第１三方弁１４１が給湯ラインの給水路６１と開閉弁１４９とを連通させる状態に変わるとともに、熱交換器１５１の入口に設けられた開閉弁１４９が閉まる。これにより、熱交換器１５１には、暖房用流体も給水源からの水も流れ込まなくなる。そして、熱交換器１５１の枝管先端の開閉弁１５１ａが開けられ、膨張タンク用三方弁３４が循環ポンプ３２と膨張タンク３５とを接続した状態に変わる。給湯暖房切替第２三方弁１４５は、熱交換器１５１の内部流路１５１ｂと暖房ラインの往き流路３１ａとを、排水用三方弁１４３を介して連通させた状態のまま維持される。排水用三方弁１４３は、往き流路３１ａと給湯暖房切替第２三方弁１４５とを連通させた状態のままとなっている。

この図１３に示す状態では、暖房運転終了時に熱交換器１５１の内部流路１５１ｂに存在していた暖房用流体が、循環ポンプ３２によって膨張タンク３５へと流され移動することになる。これにより、熱交換器１５１の内部流路１５１ｂが空になり、その内部流路１５１ｂにあった暖房用流体が膨張タンク３５の中に移動する。

一定時間の循環ポンプ３２の運転によって、熱交換器１５１の内部流路１５１ｂが空になると、給湯運転を行う前に、図１４に示す洗浄運転が行われる。ここでは、まず排水用三方弁１４３が、給湯暖房切替第２三方弁１４５と排水路１４４とを連通させる状態に切り替わり、熱交換器１５１の枝管先端の開閉弁１５１ａが閉められる。そして、熱交換器１５１の入口に設けられた開閉弁１４９が開くと、給水源から給水路６１に供給された水道の水が、給湯暖房切替第１三方弁１４１、開閉弁１４９、熱交換器１５１、給湯暖房切替第２三方弁１４５、排水用三方弁１４３を経て、排水路１４４から排水される。この水道の水の流れにより、熱交換器１５１の内部流路１５１ｂの内壁に残っていた暖房用流体が洗い流され、熱交換器１５１の内部流路１５１ｂが洗浄される。

図１４に示す状態で洗浄運転が一定時間行われると、次に給湯運転に移行する。給湯運転では、図１５に示すように、給湯暖房切替第２三方弁１４５が熱交換器１５１の内部流路１５１ｂと給湯ラインの給湯路７１とを連通させる状態に切り替わり、給湯が可能な状態となる。

（３−４）給湯運転から暖房運転への切り替え
図１６に、給湯暖房装置の給湯運転から暖房運転への切り替えの第１段階の状態を示す。図１７に、給湯暖房装置の給湯運転から暖房運転への切り替えの第２段階の状態を示す。

まず、給湯運転から暖房運転への切り替え要求が入ると、コントローラ８０は、給湯暖房切替第２三方弁１４５を、熱交換器５１の内部流路５１ｂと排水用三方弁１４３とを連通させる状態に切り替える。また、熱交換器１５１の入口に設けられた開閉弁１４９が閉まり、熱交換器１５１の枝管先端の開閉弁１５１ａが開く。すると、熱交換器１５１の内部流路１５１ｂにあった水（湯）が、重力によって下に流れ、給湯暖房切替第２三方弁１４５と排水路１４４とが連通する状態になっている排水用三方弁１４３を通って排水路１４４へと流れる。所定時間後には、熱交換器５１の内部流路５１ｂにあった水（湯）は、全て排水路１４４から排水される。

なお、この排水時には、給湯ラインも暖房ラインも止まっており、暖房循環路３１の循環ポンプ３２も停止している。

排水開始から所定時間が経過すると、コントローラ８０は、図１７に示すように、膨張タンク３５から熱交換器１５１の内部流路１５１ｂへと暖房用流体を移動させる状態に移行させる。ここでは、排水用三方弁１４３を給湯暖房切替第２三方弁１４５と往き流路３１ａとが連通する状態に切り替え、循環ポンプ３２を逆回転させる。そして、膨張タンク３５から熱交換器１５１の内部流路１５１ｂへと暖房用流体が流れ、熱交換器１５１の内部流路１５１ｂが暖房用流体で満たされた状態になったときに、熱交換器１５１の枝管先端の開閉弁１５１ａを閉め、熱交換器１５１の入口に設けられた開閉弁１４９を開ける。

その後、コントローラ８０は、膨張タンク用三方弁３４を、暖房循環路３１と膨張タンク３５とが切り離された状態に変え、図１２に示す暖房運転時の状態に移行した後で、循環ポンプ３２を作動させる。

３１ 暖房循環路
３２ 循環ポンプ
３４ 膨張タンク用三方弁
３５ 膨張タンク
４１，１４１ 給湯暖房切替第１三方弁（状態切替機構）
４３，１４３ 排水用三方弁（排水弁）
４５，１４５ 給湯暖房切替第２三方弁（状態切替機構）
５１，１５１ 熱交換器
５１ａ，１５１ａ 開閉弁（開閉機構）
５１ｂ，１５１ｂ 内部流路
６１ 給水路
７１ 給湯路
５５ 加熱バーナ（熱源）
８０ コントローラ

特開２００７−１８７４１９号公報 特開２００５−６１６７７号公報

Claims (8)

1. 内部流路（５１ｂ，１５１ｂ）を有し、熱源（５５）の熱によって前記内部流路を流れる流体が加熱される、熱交換器（５１，１５１）と、
   給水源から水が供給される給水路（６１）と、
   給湯口へと延びる給湯路（７１）と、
   暖房用流体を循環させる暖房循環路（３１）と、
   前記給水路と前記給湯路とが前記熱交換器の前記内部流路によって結ばれる給湯状態と、前記熱交換器の前記内部流路が前記暖房循環路の一部となる暖房状態と、を切り替える、状態切替機構（４１，４５，１４１，１４５）と、
   を備えた給湯暖房装置。
2. 前記給湯状態においては、暖房用流体の循環が止まり、前記暖房状態においては、前記給水路と前記給湯路とが切り離される、
   請求項１に記載の給湯暖房装置。
3. 前記暖房循環路に接続されるタンク（３５）、をさらに備え、
   前記暖房状態から前記給湯状態へと切り替わるときに、前記熱交換器の前記内部流路に存在している暖房用流体が、前記タンクに移動する、
   請求項１又は２に記載の給湯暖房装置。
4. 前記給湯状態から前記暖房状態へと切り替わるときに、前記熱交換器の前記内部流路に存在している水が排出され、前記タンクに存在している暖房用流体が前記熱交換器の前記内部流路に移動する、
   請求項３に記載の給湯暖房装置。
5. 前記暖房循環路に設けられ暖房用流体を循環させるポンプ（３２）、をさらに備え、
   前記熱交換器の前記内部流路から前記タンクへの暖房用流体の移動、および／又は、前記タンクから前記熱交換器の前記内部流路への暖房用流体の移動が、前記ポンプの駆動によって行われる、
   請求項３又は４に記載の給湯暖房装置。
6. 前記ポンプは、暖房用流体を循環させるときに正転し、前記熱交換器の前記内部流路と前記タンクとの間で暖房用流体を移動させるときに逆転する、
   請求項５に記載の給湯暖房装置。
7. 前記熱交換器は、開状態のときに前記内部流路と外部とを連通させる開閉機構（５１ａ，１５１ａ）を有し、
   前記開閉機構は、前記熱交換器の前記内部流路に存在している暖房用流体を前記タンクに移動させるときに開状態となり、給湯運転および暖房運転のときには閉状態となる、
   請求項１から６のいずれかに記載の給湯暖房装置。
8. 前記給湯状態から前記暖房状態へと切り替わるときに前記熱交換器の前記内部流路に存在している水を排出するための排水弁（４３，１４３）、をさらに備えた、
   請求項１から７のいずれかに記載の給湯暖房装置。

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