JP2018017439A - 貯湯式給湯機 - Google Patents

Abstract

【課題】低コストで、確実に低温の膨張水を排出することができる貯湯式給湯機を提供すること。
【解決手段】貯湯タンク４と、貯湯タンク４の下部と水を供給する入水管５とを減圧弁６の下流側で接続するタンク入水管８と、貯湯タンク４内の圧力が所定圧力以上になった場合に、貯湯タンク４内の湯水を排出する圧力逃し弁２１と、入水管５からの水と貯湯タンク４の上部に接続されたタンク出湯管９からの湯とを混合し、出湯管１１から給湯端末３へ出湯させる給湯混合弁１０と、出湯管１１と接続され、圧力逃し弁２１を途中に配する排出管２２とを備え、貯湯タンク４内の圧力が所定圧力以上のとき、貯湯タンク４内の湯水は、タンク入水管８、給湯混合弁１０、出湯管１１、排出管２２から排出される貯湯式給湯機。
【選択図】図３

Description

本発明は、貯湯式給湯機に関するものである。

従来、この種の貯湯式給湯機において、高温の膨張水を排出しないような構成として、以下のものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、図８は、特許文献１に記載された従来の構成を示す図である。

貯湯タンク７１内の低温水を沸き上げる際に、湯水の熱膨張に応じて貯湯タンク７１から排水するための圧力逃し弁７２と、沸き上げ時には前記圧力逃し弁７２への経路を貯湯タンク７１底部に切り替えるための切替弁７３とを備えている。

そして、この切替弁７３と圧力逃し弁７２は、高温出湯配管から分岐し、タンク内の温水の熱膨張時に温水を逃すための逃し配管７４に設けられ、出湯のための配管経路には設けられていないことを特徴としており、沸き上げ時には逃し弁７２への経路を貯湯タンク７１底部に切り替え、沸き上げ時を除く時には圧力逃し弁７２への経路を貯湯タンク７１上部に切り替えるように切替弁７３を制御することを特徴とするものである。

特許第５６２０７２７号公報

しかしながら、前記特許文献１においては、切替弁７３という新たなアクチュエータを取り付けることで、そのアクチュエータを駆動する制御部品も必要となり、コストアップにつながるという課題を有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、低コストで、確実に低温の膨張水を排出することができる貯湯式給湯機を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の貯湯式給湯機は、加熱手段にて加熱された湯水を温度成層状態にて蓄える貯湯タンクと、水を供給する入水管と、前記入水管に配置され、水の圧力を減圧する減圧弁と、前記貯湯タンクの下部と前記入水管とを前記減圧弁の下流側で接続するタンク入水管と、前記貯湯タンクの上部に接続されたタンク出湯管と、前記貯湯タンク内の圧力が所定圧力以上になった場合に、前記貯湯タンク内の湯水を前記貯湯タンク外に排出する圧力逃し弁と、前記入水管からの水と前記タンク出湯管からの湯とを混合し、出湯管を介して給湯端末へ出湯する湯の温度を調節する給湯混合弁と、前記出湯管と接続され、途中に前記圧力逃し弁を配する排出管と、を備え、前記貯湯タンク内の圧力が所定圧力以上になった場合には、前記貯湯タンク内の湯水は、前記タンク入水管、前記給湯混合弁、前記出湯管、前記排出管を流れ、前記貯湯タンク外に排出される構成としたことを特徴するものである。

これにより、機外へ排出される膨張水を、低温の状態で排出することができ、熱損失の低減が図ることができ、低コストで、確実に低温の膨張水を排出することができる貯湯式
給湯機を提供できる。

本発明によれば、低コストで、確実に低温の膨張水を排出することができる貯湯式給湯機を提供できる。

本発明の実施の形態１における貯湯式給湯機の構成図 同貯湯式給湯機における貯湯タンク内への貯水動作時の水の流れを示す図 同貯湯式給湯機における沸き上げ運転時の水の流れを示す図 同貯湯式給湯機における給湯運転時の水の流れを示す図 同貯湯式給湯機における風呂湯張り運転時の水の流れを示す図 同貯湯式給湯機における貯湯タンク内の排水時の水の流れを示す図 同電源遮断後駆動回路を示す図 従来の貯湯式給湯機貯湯タンクユニットの構成図

第１の発明は、加熱手段にて加熱された湯水を温度成層状態にて蓄える貯湯タンクと、水を供給する入水管と、前記入水管に配置され、水の圧力を減圧する減圧弁と、前記貯湯タンクの下部と前記入水管とを前記減圧弁の下流側で接続するタンク入水管と、前記貯湯タンクの上部に接続されたタンク出湯管と、前記貯湯タンク内の圧力が所定圧力以上になった場合に、前記貯湯タンク内の湯水を前記貯湯タンク外に排出する圧力逃し弁と、前記入水管からの水と前記タンク出湯管からの湯とを混合し、出湯管を介して給湯端末へ出湯する湯の温度を調節する給湯混合弁と、前記出湯管と接続され、途中に前記圧力逃し弁を配する排出管と、を備え、前記貯湯タンク内の圧力が所定圧力以上になった場合には、前記貯湯タンク内の湯水は、前記タンク入水管、前記給湯混合弁、前記出湯管、前記排出管を流れ、前記貯湯タンク外に排出される構成としたことを特徴する貯湯式給湯機である。

これにより、機外へ排出される膨張水を、低温の状態で排出することができ、熱損失の低減が図ることができ、低コストで、確実に低温の膨張水を排出することができる貯湯式給湯機を提供できる。

第２の発明は、特に、第１の発明において、前記入水管、前記減圧弁、前記タンク入水管を流れ、前記貯湯タンク内に水が給水される構成としたことを特徴するものである。

この構成においては、給湯混合弁はタンク出湯管接続側と、出湯管側に接続側とを主として流通する構成としていることから、入水管が接続されている給湯混合弁側は閉塞されており、ほとんど流通しないため、貯湯タンクが満水となる前に、入水管から流入した水道水が、そのまま排出管を通り、圧力逃し弁へ流通し、排出されてしまうことがないため、余分な水道水が必要となることがなく、スムーズに貯湯タンク内に貯水できるとともに、水道水の使用量の削減が実現できる。

第３の発明は、特に、第１または第２の発明において、前記タンク出湯管に接続された頂部接続管と、前記頂部接続管と前記排出管とを接続する排出接続管と、前記貯湯タンクの下部に接続された配水管と、前記配水管に接続された排水バルブと、を備え、前記圧力逃し弁は、前記排出接続管と前記排出管との接続部より下流側に設けられており、また、前記頂部接続管には、前記貯湯タンクからの出湯を規制する頂部接続管逆止弁が設けられており、前記排水バルブ、前記圧力逃し弁を開状態にすると、前記貯湯タンク内に蓄えられている湯水が、前記配水管より排水される構成としたことを特徴するものである。

これにより、使用者が圧力逃し弁、排水バルブを開放すると、排出管、圧力逃し弁、排出接続管、頂部接続管、頂部逆止弁、タンク出湯管と機外の空気が貯湯タンクに流入し、その空気と置換される形で貯湯タンク内に貯水されている湯水は、貯湯タンクの下部に接続された配水管から排水バルブを通り機外に排出されるため、スムーズに貯湯タンク内から排水でき、使用性の向上を実現できる。

第４の発明は、特に、第１〜第３のいずれかの発明において、電源部と、前記電源部が遮断された後に、前記給湯混合弁を強制的に駆動させる電源遮断後駆動回路とを備えたことを特徴するものである。

これにより、沸き上げ運転、風呂湯張り中に電源がＯＦＦされた際には、給湯混合弁の弁体位置がどこにあるか不確定である。その状態で、貯湯タンク内の水を抜き、再度注水しようとした際に、入水管から圧力逃し弁に流通し、貯湯タンク内に溜まらない場合がある。そこで、電源ＯＦＦされた際にも、給湯混合弁の弁体位置を規制することで、どのような状態で電源ＯＦＦされても、貯湯タンク内への貯水がスムーズに行うようにできることで、貯湯タンク内への給水がスムーズに行われ、漏水量の軽減を図れる。

第５の発明は、特に、第４の発明において、前記電源遮断後駆動回路は、電源が切られた後には、前記給湯混合弁を、前記タンク出湯管側と、前記出湯管側とに連通させる位置に駆動させることを特徴するものである。

これにより、例えば、沸き上げ運転、風呂湯張り中に電源がＯＦＦされた際には、給湯混合弁の流路がどの様になっているかは、その際の貯湯タンク内の温度や使用者の設定温度に左右されて、不確定である。その状態で、貯湯タンク内の水を抜き、再度注水しようとした際に、入水管から圧力逃し弁に流通し、貯湯タンク内に溜まらない場合がある。そこで、電源ＯＦＦされた際にも、電源遮断後駆動回路にて、給湯混合弁の流路を規制することができる。

これにより、どのような状態で電源ＯＦＦあるいは停電しても、貯湯タンク内への給水がスムーズに行うようにでき、貯湯タンク内への給水がスムーズに行われ、漏水量の軽減を図れる。

第６の発明は、特に、第４の発明において、前記電源遮断後駆動回路は、ＤＣ−ＤＣコンバータとコンデンサとから構成されることを特徴とするものである。

これにより、給湯混合弁は主としてステッピングモータで駆動される。ステッピングモータの駆動電源は１２Ｖである。それに対して、低圧回路で主として用いられるのは５Ｖ電源である。そのため、ＤＣ−ＤＣコンバータを用いて昇圧させることで、電源ＯＦＦ後に、ステッピングモータを駆動させることが可能となる。その際に、ＤＣ−ＤＣコンバータを用いることで、回路の簡素化を図れ、電源遮断後駆動回路のコストを削減でき、コンパクト化も図ることができる。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における貯湯タンクユニットを含む貯湯式給湯機の構成図である。

貯湯式給湯機は、貯湯タンクユニット１と、加熱手段２とから構成されている。加熱手段は、例えば、二酸化炭素を冷媒として利用したヒートポンプ回路を有するヒートポンプユニット２である。

ヒートポンプユニット２は、圧縮機２ａ、空気冷媒熱交換器２ｂ、膨張弁２ｃ、水冷媒熱交換器２ｄが環状に接続してあり、冷媒が循環するようになっている。冷媒としては、温暖化係数が低い二酸化炭素冷媒が用いられるケースが多いが、これについて決まったものではなく、それ以外の冷媒でも構わない。

また、貯湯タンクユニット１の加熱手段としては、ヒートポンプユニットではなく、電気ヒータや太陽熱、ガス（都市ガス、ＬＰＧ）を利用したものでも構わないが、ここではヒートポンプユニット２を用いた例として説明を行う。

貯湯タンクユニット１と加熱手段であるヒートポンプユニット２とは、２本の水配管２ｅ（往き水配管２ｆ、戻り水配管２ｇ）で接続されている。３は、貯湯タンクユニット１機外にある、給湯端末であり、蛇口やシャワーなどの水道用品となっている。

貯湯タンクユニット１内部には、ヒートポンプユニット２で加熱された温水を、温度成層状態にて貯めておく貯湯タンク４があり、水道水をヒートポンプユニット２で加熱して温水として貯めておき、必要な際に、低温の水道水と混合して、所定の温度にして給湯端末３などに給湯することができる。

この貯湯タンク４は、薄板の耐腐食性に優れたステンレス製のプレス部品で構成され、略円筒状になっており、貯湯タンク４の外方には保温性を高めるための断熱材が設けられている。

５は水道水を入水する入水管であり、この入水管５の下流には入水管５を流れる水の圧力を減少させ、貯湯タンク４にかかる圧力を減ずるための減圧弁６が設けられている。そして、減圧弁６の下流の入水管５には入水側への逆流を避けるための減圧弁下流逆止弁７が設けられている。

８はタンク入水管であり、減圧弁下流逆止弁７の下流にある入水管５の入水管分岐部５ａで分岐して貯湯タンク４の底部へと接続されている。９は貯湯タンク４の略頂部に設けられたタンク出湯管であり、略円筒状の貯湯タンク４の略頂部から高温の温水を出湯する。

１０は、減圧弁６、減圧弁下流逆止弁７の下流に設けられた給湯三方混合弁であり、入水管５、減圧弁６、減圧弁下流逆止弁７、入水管分岐部５ａを流通し流入する低温の水道水と、貯湯タンク４略頂部から、タンク出湯管９を流通する高温の温水を混合して、所定の温度の温水として、出湯管１１を通して、蛇口などの給湯端末３から出湯する。

そのため、給湯三方混合弁１０には、貯湯タンク４の頂部から出ているタンク出湯管９の下流にある給湯三方混合弁上流管１２と接続されている給湯三方混合弁高温側入口１０ａ、入水管５と接続されている給湯三方混合弁低温側入口１０ｂ、出湯管１１と接続されている給湯三方混合弁出口１０ｃがある。つまり、この給湯三方混合弁１０は、入水管５、タンク出湯管９、出湯管１１の三方向と接続されていることとなる。

１０ｄは、給湯三方混合弁１０の給湯三方混合弁低温側入口１０ｂに設けられた入水逆止弁であり、入水管５から、給湯三方混合弁１０（給湯三方混合弁低温側入口１０ｂ）に向けてのみ流通するようになっており、入水管５側への高温水の逆流を防いでいる。

１２ａは、給湯三方混合弁の給湯三方混合弁高温側入口１０ａ側の給湯三方混合弁上流管１２に設けられたタンク給湯逆止弁であり、タンク出湯管９から、給湯三方混合弁上流管１２から、給湯三方混合弁１０（給湯三方混合弁高温側入口１０ａ）に向けてのみ流通
するようにしてあり、低温水が貯湯タンク４上方に流入し、貯湯タンク４内の温度がするのを防いでいる。

１３は、タンク出湯管９とタンク出湯管接続部９ａで接続されているタンク出湯接続管であり、このタンク出湯接続管１３は、給湯三方混合弁上流管１２と、タンク出湯接続管接続部１３ａで接続されており、給湯三方混合弁１０の給湯三方混合弁高温側入口１０ａに貯湯タンク４内の高温水を供給する。

１４は、入水管５と入水管分岐部５ａで接続されている入水風呂分岐管であり、１５はタンク出湯管９からタンク出湯接続管１３を介して、タンク出湯接続管接続部１３ａで分岐した出湯風呂分岐管である。

この入水風呂分岐管１４と出湯風呂分岐管１５が合流する位置に置かれているのが、風呂三方混合弁１６である。この風呂三方混合弁１６は、入水管５から入水風呂分岐管１４を流通してくる低温の水道水と、貯湯タンク４略頂部からタンク出湯管９、タンク出湯接続管１３、出湯風呂分岐管１５を流通してくる高温水をミキシングし、所定の温度の温水として流出する。

そのため、出湯風呂分岐管１５と接続風呂三方混合弁高温側入口１６ａ、入水風呂分岐管１４と接続風呂三方混合弁低温側入口１６ｂ、そして、風呂三方混合弁高温側入口１６ａから流入した高温水と、風呂三方混合弁低温側入口１６ｂから流入した低温水をミキシングして、所定の温度の温水として流出する、風呂三方混合弁出口１６ｃが設けてある。

１６ｄは、出湯風呂分岐管１５の風呂三方混合弁高温側入口１６ａの手前に設けられた風呂三方混合弁高温側逆止弁であり、タンク出湯管９から風呂三方混合弁１６（風呂三方混合弁高温側入口１６ａ）へ向けてのみ流通するようになっており、入水管５、入水風呂分岐管１４を流入してきた低温の水道水が、出湯風呂分岐管１５側へ流入するのを防いでいる。

また、給湯三方混合弁１０は、製造業者により工場で作成され、市場へと出荷される段階では、その流路は給湯三方混合弁高温側入口１０ａ側と、給湯三方混合弁出口１０ｃ側とを主として流通するように、給湯三方混合弁１０の内部の弁体（図示せず）を位置決めされている。

１７は、風呂三方混合弁１６の下流にある、風呂注湯弁であり、風呂側の給湯端末である浴槽１８に注湯する際に「開」となり、注湯を止める際に「閉」となる様に制御され、浴槽１８からの逆流を防止する複数の風呂注湯逆止弁１７ａ、１７ｂが備えられている。

１９は、風呂三方混合弁１６の風呂三方混合弁出口１６ｃと、風呂注湯弁１７と接続している風呂三方混合弁出口管である。また、給湯三方混合弁１０、風呂三方混合弁１６は、タンク出湯管９と接続されていることから、接続される配管での放熱を減らすためにも、また配管のコストを安価にするためにも、短くする方がよく、そのため、貯湯タンク４の頂部に近い、貯湯タンク４の上方にレイアウトされている。

２０は、排出接続管であり、その先にあるのは圧力逃し弁２１である。この圧力逃し弁２１は、貯湯タンク４内の圧力が所定圧力以上になった場合に貯湯タンク４内の湯水を外部に膨張水として排出する。そのため、開放する圧力設定は、減圧弁６の圧力設定よりも高くしてあり、例えば、減圧弁６が１９０ｋＰａ±１０ｋＰａであれば、圧力逃し弁２１は、その機器公差による上限である２００ｋＰａよりも高い値となるように設定してあり、例えば２２０ｋＰａ±１０ｋＰａなどとなっている。

この圧力逃し弁２１は、図１で示すように、実機においても貯湯タンク４より上方になるような位置にレイアウトされている。

２２は、出湯管１１より分岐され、圧力逃し弁２１を途中に配し、貯湯タンクユニット１機外へ貯湯タンク４から出る膨張水を排出する排出管である。

２３は、タンク出湯管９と排出接続管２０とを接続する頂部接続管であり、この頂部接続管２３には、圧力逃し弁２１より、タンク出湯管９、貯湯タンク４へと流通を付勢する頂部接続管逆止弁２３ａがあり、頂部接続管２３より、タンク出湯管９に向けて、流通するようにしている。

２４は、風呂熱交換器であり、タンク出湯管９とタンク出湯管接続部９ａで風呂熱交換器一次側管２４ａと接続されており、風呂熱交換器２４の下流には追炊きポンプ２５がある。この追炊きポンプ２５を駆動することで、貯湯タンク４内の高温の温水が、タンク出湯管９、風呂熱交換器一次側管２４ａを通り、風呂熱交換器２４へと流通し、貯湯タンク４へと戻される。

２６は、風呂ポンプであり、浴槽１８内のお湯を風呂熱交換機２４に流通させるために駆動させ、浴槽１８内の湯が、風呂熱交換器二次側管２４ｂを流通し、風呂熱交換器２４で熱交換され昇温した後、再び浴槽１８に戻される。

つまり、追炊きポンプ２５と風呂ポンプ２６を駆動させることで、浴槽１８内の湯を風呂熱交換器二次側管２４ｂに流通させ、風呂熱交換器２４を通し、この風呂熱交換器２４で、貯湯タンク４から送られてきた高温の湯と熱交換し、再び浴槽１８に戻すことで、浴槽１８内の湯を追炊きして温度を上げることができることとなる。

２７は、貯湯タンク４下方とヒートポンプユニット２とを接続している水配管２ｅ（往き水配管２ｆ）に設けられた沸き上げポンプであり、貯湯タンク４下方から低温の水をヒートポンプユニット２に送り、加熱手段であるヒートポンプユニット２で加熱した後、戻り水配管２ｇで貯湯タンク４に戻される。

そのヒートポンプユニット２から貯湯タンク４に高温となった温水を戻す戻り水配管２ｇには、三方弁２８が設けられており、戻ってくる温水の温度の低い際には貯湯タンク４下方に、高温となった際には貯湯タンク４の頂部に戻すように切り替える。

２９は、貯湯タンク４の下端に接続されている配水管２９ａに接続されており、貯湯タンク内の水（湯）を排水する排水バルブである。

３０は、貯湯タンクユニット１の制御を行う制御回路ユニットであり、前述した電気部品である給湯三方混合弁１０や、沸き上げポンプ７などを駆動させるための制御回路が組みこまれている。

３１は、制御回路ユニット３０に電源を供給するための、電源ユニットであり、電源ブレーカー３１ａがあり、制御回路ユニット３０への電源供給を行う。電源ブレーカー３１ａがＯＮされた際には、デフォルト位置として、給湯三方混合弁１０の流路は、給湯三方混合弁高温側入口１０ａ側と、給湯三方混合弁出口１０ｃ側とを主として流通するようにしてある。その後の運転動作で、給湯三方混合弁１０の流路は、それに合った位置に切り替わることとなる。

次に、本実施の形態１における貯湯式給湯機の動作を説明する。

まず、貯湯タンク４内の水を加熱する沸き上げ運転や、給湯端末３への給湯や、浴槽１８への注湯などの運転開始を行う前に、貯湯タンク４及び全ての配管を水道水で満たすための給水運転が行われる。

まず、図２に基づいて、貯湯タンク内への貯水動作について説明する。

貯湯タンク４内への貯水動作の際には、給湯三方混合弁１０は三方のうち、給湯三方混合弁高温側入口１０ａ側と、給湯三方混合弁出口１０ｃ側とを主として流通するように、給湯三方混合弁１０の内部の弁体（図示せず）を調整する。図２ではこの主となる流通経路を太い矢印で記載している。

貯湯タンク４内へ貯水される際は、給湯端末３は閉じられており、浴槽１８への給水も行われないのは当然である。

また、ヒートポンプユニット２が動作しないように、電源ブレーカー３１ａもＯＦＦにしておくことが必要である。

使用者が圧力逃し弁２１を開放すると、貯湯タンク４内の空気が、タンク出湯管９、タンク出湯接続管１３、給湯三方混合弁１０、出湯管１１、排出管２２、圧力逃し弁２１、排出管２２を通り大気に放出される。

その放出される空気と置換されることで、入水管５、減圧弁６、減圧弁下流逆止弁７、タンク入水管８を通り水道水が流通し、貯湯タンク４下方から、貯湯タンク４内に水道水が送られ給水される。この流れを太い線と矢印（→）で記載しており、図２の様に貯湯タンク内に貯水される。

貯湯タンク４内に水道水が貯まり、それと共に貯湯タンク４と繋がっている各種配管にも水道水がたまっていく。

この際に、圧力逃し弁２１は貯湯タンク４の頂部より上方にあるので、貯湯タンク４上方に空気が残ってしまう様なことはなく、貯湯タンク４全体が水で満たされ満水となる。

これにより、圧力逃し弁２１側へ満水となる前に流通し、給水量が増し、余分な水道水が必要となることを防ぐことができ、貯湯タンク４に貯水する水道水の量を最小限として、節水を図ることができるとともに、貯湯タンク４内への貯水時間の短時間化が図れ、設置工事の効率化を実現できる。

以上の貯湯タンク内の貯水動作は、給湯三方混合弁１０の弁体の位置決めを行うことが必要である。そこで、上で記載したように、給湯三方混合弁高温側入口１０ａ側と、給湯三方混合弁出口１０ｃ側とが、主として流通するように、給湯三方混合弁１０の内部の弁体（図示せず）を調整することが必要となる。

そのために、次の方法を行う。

（１）メーカーが貯湯タンクユニット１を作成し、出荷する際には、給湯三方混合弁１０の流路は、給湯三方混合弁高温側入口１０ａ側と、給湯三方混合弁出口１０ｃ側とが主として流通するように、給湯三方混合弁１０の内部の弁体の位置決めを行っておく。

（２）使用者が使用していて、その際に貯湯タンク貯水動作を行おうとした際には、使用者は電源ブレーカー３１ａをＯＮし、その際には、デフォルト位置として、給湯三方混合弁１０の流路は、給湯三方混合弁高温側入口１０ａ側と、給湯三方混合弁出口１０ｃ側とが主として流通するようになり、その後、貯湯タンク内貯水動作のために、電源ブレーカー３１ａをＯＦＦにすることで、給湯三方混合弁１０の流路は、給湯三方混合弁高温側入口１０ａ側と、給湯三方混合弁出口１０ｃ側とが、主として流通するように位置となすることができる。

（３）後述する各種運転を行った後で、貯湯タンクユニット１が停止している際には、デフォルト位置として、給湯三方混合弁１０の流路は、給湯三方混合弁高温側入口１０ａ側と、給湯三方混合弁出口１０ｃ側とが主として流通するように給湯三方混合弁１０の内部の弁体（図示せず）を、調整していることで実現している。後述する給島運転を行う後には、給湯三方混合弁１０の弁体位置は、所定の温度が出るように調整されるので、弁体位置がどこにあるかは不定である。その後、貯湯タンク４内の水を抜いて、再度貯水しようとする際には、給湯三方混合弁１０の流路が規制されているので、スムーズに貯水することができる。

また、給湯運転などの動作が終了した後に、電源ＯＦＦされた、あるいは停電となり、その後で、貯湯タンクの水を抜いて、再度貯水する必要があるケースがあるが、その際にも、給湯三方混合弁１０はデフォルト位置として、給湯三方混合弁１０の流路は、給湯三方混合弁高温側入口１０ａ側と、給湯三方混合弁出口１０ｃ側とが主として流通するような給湯三方混合弁１０の内部の弁体（図示せず）が位置決めされていることとなる。

それにより、どのような状態で電源ＯＦＦされても、貯湯タンク４内への貯水がスムーズに行われ、漏水量の軽減を図れ、水量の削減、設置工事の短時間化が図れ、省エネ、省資源となる。

以上のように、使用者に操作してもらう必要な面もあるが、どのような状態であっても貯湯タンク４内への貯水はスムーズに行われ、貯湯タンク４に貯水する水道水の量を最小限として、節水を図ることができるとともに、貯湯タンク４内への貯水時間の短時間化が図れ、設置工事の効率化を実現できる。

次に、貯湯タンク４に貯まった低温水である水道水を高温の温水の貯湯とするための、沸き上げ運転（貯湯運転）が行われる。

これについては図３にある、本発明の実施の形態１における貯湯タンクユニットの沸き上げ運転時の動作に図示している。

この際の、給湯三方混合弁１０については、先ほどの貯湯タンク内貯水動作の際とは流路を切り替え、三方のうち、給湯三方混合弁低温側入口１０ｂ側と、給湯三方混合弁出口１０ｃ側を主として流通するように、給湯三方混合弁１０の内部の弁体（図示せず）を調整しておく。（図２では太い矢印で記載している）
電源が入り、沸き上げポンプ２７が動作すると、貯湯タンク４底部の低温水は、往き水配管２ｆを通り、ヒートポンプユニット２に送られる。ヒートポンプユニット２内では、圧縮機２ａが起動して、二酸化炭素冷媒を高圧まで圧縮する。冷媒は、圧縮機２ａ、水冷媒熱交換器２ｄ、膨張弁２ｃ、空気冷媒熱交換器２ｂと循環し、その際に、圧縮機２ａで圧縮されて高温高圧になった冷媒はヒートポンプユニット２内の水と冷媒を熱交換する水冷媒熱交換器２ｄにて放熱することで、供給された低温水は高温水となり、戻り水配管２ｇを通り、沸き上げ三方弁２８を通り、貯湯タンク４に戻される。

その際に、ヒートポンプユニット２から戻ってくる温水の温度が比較的低い時は、沸き上げ三方弁２８にて、貯湯タンク４の下方に、比較的高い時は貯湯タンク４の上方に戻るように制御される。それにより、貯湯タンク４内に給水された低温水は徐々に高温水へとなっていき、貯湯タンク４内の上方には高温水が、中間には中温水が、下方には低温水が貯湯され、徐々に中間の中温水が高温水へと変わり、貯湯タンク４の下方を除きほぼ均一な高温水となる。

貯湯タンク４下方から、ヒートポンプユニット２へ送られる、貯湯タンク４底部の低温水が、徐々に温度が上がり、ある温度となると、貯湯タンク４が沸きあがったと判断して、圧縮機２ａを停止する。その際に、貯湯タンク４内の低温水が高温水へと変わることで、貯湯タンク４内に蓄えられている温水の体積が膨張する。

たとえば、１０℃の水が８０℃となると、その体積は約２．９％膨張する。略円筒状の貯湯タンク４も若干膨らみ、その膨張分を吸収するが、それにも限界があり、貯湯タンク４内の圧力が上昇する。

貯湯タンク４内の低温水が高温水になるにつれ、貯湯タンク４内の圧力は上昇し続け、その圧力が圧力逃し弁２１の設定圧力（減圧弁６より若干高めに設定されている圧力）以上になると、貯湯タンク４内から、タンク入水管８を通り、給湯三方混合弁低温側入口１０ｂ、給湯三方混合弁出口１０ｃ、出湯管１１を流通し、圧力逃し弁２１が配されている排出管２２を通り、貯湯タンクユニット１機外へ、貯湯タンク４の底部の低温水が排出される。

その際に、貯湯タンク４頂部から出ようとする高温水は、タンク出湯管９を通り、頂部接続管２３より、排出接続管２０へ流出しようとするが、頂部接続管２３には、タンク出湯管９にのみ流通するようにした、頂部接続管逆止弁２３ａが配置されているため、排出接続管２０へ、貯湯タンク４の上方の高温の温水が流入することはない。

以上の様に、高温水が、排出接続管２０を介して圧力逃し弁２１へと流入することはないので、圧力逃し弁２１より排出管２２を通り、機外へ排出される膨張水に高温の温水が混じることはなく、低温のまま排出される。それにより、貯湯タンク４の膨張水が低温の状態で機外へ排出されるため、熱損失の低減が図ることがでる。

排出される量は、３７０Ｌお貯湯タンク４で、７０℃沸き上げであれば、約１８ｍｌ／ｍｉｎ程度の量であるが、通常３７０Ｌの貯湯タンク４を全量沸き上げようとすれば、５時間程度を要するので、機外へ排出される膨張水の量としては５．４Ｌとなってしまう。この量を高温で排出するか、低温では排出するかで、機器の効率は大きく変わることとなる。

つまり、低温で排出することで、ヒートポンプユニット２で沸き上げ貯湯タンク４に貯める温水の量を軽減すことも可能となることであり、ヒートポンプユニット２の運転時間や、能力を下げることができることで、電気入力を低減することができるからである。それにより、省エネ性に優れた貯湯タンクユニット１とすることができる。

また、給湯三方混合弁１０、風呂三方混合弁１６共に、通常の沸き上げ運転、給湯運転で使用する部品であり、追加のアクチュエータはないので、コスト面でアップすることはない。

各種運転としては、出湯管１１から給湯端末３（蛇口など）へ給湯する「給湯運転」と、浴槽１８へ注湯する「風呂湯はり運転」と、浴槽１８の湯を追炊きする「風呂追炊き運
転」があり、さらに、先ほど記載した貯湯タンク４への貯水動作とは逆の、貯湯タンク排水動作がある。

それについては、以下の各種運転の中で説明を行う。

給湯運転においては、貯湯タンク４の略頂部にあるタンク出湯管９にて高温水を流出し、タンク出湯接続管１３、給湯三方混合弁上流管１２、タンク給湯逆止弁１２ａより、高温水が給湯三方混合弁高温側入口１０ａに送られる。対して、入水管５、減圧弁６、減圧弁下流逆止弁７を介して、低温水である水道水が、給湯三方混合弁低温側入口１０ｂに送られる。そして、給湯三方混合弁１０にて、高温水と低温水を混合して所定の温度として、出湯管１１より給湯端末３へ給湯される。

これは、図４に、本発明の実施の形態１における貯湯タンクユニットの給湯運転時の動作として、太い線と矢印（→）でその流れを記載している。

上述した沸き上げ運転中に給湯運転へ切り替えられた際には、給湯三方混合弁１０の流路は、給湯三方混合弁低温側入口１０ｂと給湯三方混合弁出口１０ｃが流通している状態から、給湯三方混合弁高温側入口１０ａ、給湯三方混合弁低温側入口１０ｂ、給湯三方混合弁出口１０ｃが流通した状態となり、所定の温度の給湯を行う。

給湯三方混合弁低温側入口１０ｂと給湯三方混合弁出口１０ｃとを、当初流通している状態としているのは、給湯温度のオーバーシュートを防ぎ、やけどを負うような高温の給湯がされるのを防ぐためであり、給湯三方混合弁低温側入口１０ｂとしていることで、アンダーシュートは許容しているためである。これは、オーバーシュートであれば、危険性があるが、アンダーシュートであれば、冷めた温度が気になるかもしれないが、不安全とはならないからである。

その際にも、給湯端末３を操作する使用者にとっては、最初は低温水が出るが徐々に所定温度となる状態であり、高温水がいきなり出てきて火傷を負うような不安全な状態となる不具合を生じることもなく、安全な状態で使用できることとなる。

もともと、貯湯タンクユニット１から給湯端末３までの間の配管は、使用しない間は徐々に温度が下がってくるので、通常は給湯運転を行った最初は低温水が出てくる。その状態となんら変わらないわけであるから、特に使用者にとって問題となることはない。

そのため、給湯運転を開始した直後は、低温水が流出する状態であり、内部の弁体（図示せず）が動作して、高温水も混じってくることで所定の温度となってくることになり、給湯三方混合弁高温側入口１０ａ、給湯三方混合弁低温側入口１０ｂ、給湯三方混合弁出口１０ｃが流通した状態となり、所定の温度の給湯を行う。

その際は、沸き上げ運転を継続していても、上述したように給湯運転が行われた際には、貯湯タンク４から出湯管１１にかけて開放された状態となるため、貯湯タンク４内の圧力は減圧弁６の設定圧力よりも低くなるため、膨張水の排出は出ない状態となる。

なお、沸き上げ運転中に使用者が給湯運転を行った場合、この貯湯タンク４に頂部に溜まった空気がお湯と一緒に混ざって出てきて、大きな音がしつつ、給湯される湯が振動することとなり、使用者に不快感を与える恐れがあるが、前述したように、沸き上げ運転から給湯運転へ切り替えられた際には、給湯三方混合弁１０の流路は、給湯三方混合弁低温側入口１０ｂと給湯三方混合弁出口１０ｃが流通している状態から、給湯三方混合弁高温側入口１０ａ、給湯三方混合弁低温側入口１０ｂ、給湯三方混合弁出口１０ｃが流通した
状態に徐々に切り替わっていき、内部の弁体が所定の開度となり、所定の温度となる。

そのため、貯湯タンク４頂部に溜まった空気を含んだ高温水は、給湯三方混合弁高温側入口１２ａで閉止されていたものが、徐々に開放されて、出湯管１１より流出する。使用者が給湯端末３を操作しても、徐々に、高温水が混じってくることとなり、その際に、空気の溜まった高温水も少量づつ流出することができ、使用者が不快感を持つような、大きな音がしたり、給湯される湯が振動したりせず、溜まった空気を流出することができ、使用性に優れた貯湯タンクユニットとすることができる。

次に、浴槽１８へ注湯する風呂湯はり運転の際の動作については、図５の本発明の実施の形態１における貯湯タンクユニットの風呂湯はり運転時の動作を元に説明する。

貯湯タンク４の略頂部にあるタンク出湯管９にて高温水を流出し、タンク出湯接続管１３、出湯風呂分岐管１５より、高温水が風呂三方混合弁高温側入口１６ａに送られる。それに対して、入水管５、減圧弁６、減圧弁下流逆止弁７、入水風呂分岐管１４を介して、低温水である水道水が、風呂三方混合弁低温側入口１６ｂに送られる。そして、風呂三方混合弁１６にて、高温水と低温水を混合して所定の温度として、風呂三方混合弁出口１６ｃより、風呂注湯弁１７に送られ、風呂注湯弁１７が開放されると、風呂注湯逆止弁１７ａ、１７ｂを介して、浴槽１８へ注湯される。

その際に、風呂三方混合弁出口管１９中途から分岐された排出接続管２０から圧力逃し弁２１に向かっての流れは生じないため、圧力逃し弁２１から排出管２２を通り、機外へ排出されることはない。

排水動作の際の動きを、図６の本発明の実施の形態１における貯湯タンクユニットの貯湯タンク内排水動作、に記している。

排水動作の場合には、沸き上げ運転や貯湯運転が行われると、貯湯タンク４内の湯（水）がなくなりつつあり、沸き上げポンプ２７にエアー噛みが生じたりする不具合が生じる恐れがあるので、電源ブレーカー３１ａは使用者にＯＦＦしてもらう。

また、貯湯タンク４内を排水する場合には、新たな水道水が入らないように、入水管５上流の給水バルブ（図示せず）を閉塞する。その後、排水バルブ２９を開状態にする。その状態では、貯湯タンク４内に空気は置換されないので、排水はできない。

そこで、貯水動作と同じように、使用者が圧力逃し弁２１を開放すると、排出管２２、圧力逃し弁２１、排出接続管２０、頂部接続管２３、頂部接続管逆止弁２３ａ、タンク出湯管９と機外の空気が貯湯タンク４に流入し、その空気と置換される形で貯湯タンク４内に貯水されている湯（水）は、貯湯タンク４下部に接続された配水管２９ａから排水バルブ２９を通り機外に排出され、貯湯タンク４内は湯（水）がなくなり、空気となる。

また、給湯三方混合弁１０などの電気部品を駆動する制御回路ユニット３０を設け、この制御回路ユニット３０には、商用電源からの電源供給が遮断された際には、給湯三方混合弁１０を強制的に駆動することが必要となる。

そして、そのためには、給湯三方混合弁１０を駆動しているモータ（ほとんどはステッピングモータ）を一定時間駆動させることと、それを制御している制御回路ユニット３０に搭載されたマイコンを一定時間動作させておくことが必要である。

そのための貯湯タンクユニット１の制御回路ユニット３０には、電源遮断後駆動回路３
４が設けてあり、その回路図を示したのが、図７である。

３５は、給湯三方混合弁１０などの駆動部品を駆動するための、その部品を駆動しているモータであり、ほとんどはステッピングモータである。給湯三方混合弁１０などの電気部品を駆動する制御回路ユニット３０を設け、この制御回路ユニット３０には、商用電源からの電源供給が遮断された際には、給湯三方混合弁１０を強制的に駆動する電源遮断後駆動回路３４としての蓄電手段３６を組み込んでいる。また、安定電源回路３７を経由させて、マイコン３８やモータ駆動回路３９に適切な電源を供給する。この際のマイコン３８やモータ駆動回路３９は、電源遮断後駆動回路３４専用ではなく、制御回路ユニット３０内の、各種混合弁を駆動させる際のものと同一である。

安定電源回路３７は、マイコン３８やモータ駆動回路３９に適切な電圧を発生するものであり、例えば、マイコン３８では５Ｖ、給湯三方混合弁１０を駆動するためのモータ駆動回路３９では１２Ｖなどの安定した電圧を出力する。

機器への電源が遮断された後に、給湯三方混合弁１０などの駆動部品を駆動するには、その部品を駆動しているモータ３５（ほとんどはステッピングモータ）を一定時間駆動させることと、それを制御している制御回路ユニット３０に搭載されたマイコン３８を一定時間動作させておくことが必要である。

そこで、制御回路ユニット３０内の、電源遮断後駆動回路３４には、蓄電手段３６として、電気二重層コンデンサ３７ａと抵抗３７ｂを組み込んでいる。そして、電源ブレーカー３１ａがＯＦＦとされた際や、停電となった際には、制御回路ユニット３０の蓄電手段３６にて、マイコン３８を生かしつつ、給湯三方混合弁１０のモータ３５を一定時間駆動させることし、給湯三方混合弁１０の場合には、弁体を駆動し、流路を給湯三方混合弁高温側入口１０ａ側と、給湯三方混合弁出口１０ｃ側とが、主として流通する位置まで駆動するのである。

そのために、商用電源から交流側の電源回路４０とダイオード４１を経由して、蓄電手段３６に充電および放電できる経路を設けている。これにより、マイコン３８では、電圧検出手段４２により電源の遮断を検出して、運転時に蓄電手段３６の電気二重層コンデンサ３６ａに蓄えられた電気エネルギーにて、電源が遮断された時に直ちにモータ３５を駆動させることが出来る。

それにより、不意に電源が切れる、あるいは運転中に使用者が電源を落とした後で、貯湯タンク４内の水（湯）を抜き、再度貯湯タンク内貯水動作をしようとした際に、給湯三方混合弁１０の流路の位置規制が自然と出来るため、貯水動作がスムーズに行えることなり、使用性が向上する。

さらに、蓄電手段３６の電圧は蓄電状況により変化する場合があり、交流側の電源回路４０との電圧が一致しない場合には、双方向のＤＣ−ＤＣコンバータなどにより安定電源回路３６への入力電圧を所望値に保つようにして、蓄電手段の電圧が低下した場合でもマイコン３８やモータ駆動回路３９へ電力供給ができるようにすることも可能である。

以上のことより、運転状態に関係なく、使用者が貯湯タンクユニット１の、電源ブレーカー３１ａをＯＦＦにした後や、あるいは停電となった後に、貯湯タンク４内の湯（水）を抜いて、再度貯水しようとする際に、スムーズに貯水ができることとなり、余分な水が不要であり、貯水動作の短時間化も図れ、使用性が大幅に向上するものである。

以上のように、各運転動作において、問題なく、低温の膨張水を、圧力逃し弁２１を介
して、排出管２２より貯湯タンクユニット１機外へ排出することができ、機器効率の向上を、低コストで実現できる。

また、沸き上げ運転にて低温の膨張水が排出されている際に、色々な運転がなされても使用者に不快感や危険な状態を与えない、使用性に優れた貯湯タンクユニット１とすることができる。

以上の内容は加熱装置として、ヒートポンプユニットを用いた場合について説明を行ったが、低温水を高温水にして貯湯する貯湯タンクを用いた機器であれば、加熱装置にはこだわらないので、電気ヒータであっても、ガス給湯機であっても良い。

また、蓄電手段として、電気二重層コンデンサを用いる例で説明したが、蓄電池などの別手段であっても同様の機能を実現することができることは明白である。

本発明によれば、低コストで、確実に低温の膨張水を排出することができる貯湯式給湯機を実現できるので、家庭用、業務用の貯湯式給湯機として適用することができる。

１ 貯湯タンクユニット
２ 加熱手段（ヒートポンプユニット）
３ 給湯端末（蛇口、シャワー）
４ 貯湯タンク
５ 入水管
５ａ 入水管分岐部
６ 減圧弁
８ タンク入水管
９ タンク出湯管
１０ 給湯三方混合弁（給湯混合弁）
１１ 出湯管
１３ タンク出湯接続管
１４ 入水風呂分岐管
１５ 出湯風呂分岐管
１６ 風呂三方混合弁（風呂混合弁）
１７ 風呂注湯弁
１８ 浴槽
１９ 風呂三方混合弁出口管（風呂混合弁出口管）
２０ 排出接続管
２１ 圧力逃し弁
２２ 排出管
２３ 頂部接続管
２３ａ 頂部接続管逆止弁
２９ 排水バルブ
２９ａ 配水管
３４ 電源遮断後駆動回路

Claims (6)

1. 加熱手段にて加熱された湯水を温度成層状態にて蓄える貯湯タンクと、
   水を供給する入水管と、
   前記入水管に配置され、水の圧力を減圧する減圧弁と、
   前記貯湯タンクの下部と前記入水管とを前記減圧弁の下流側で接続するタンク入水管と、前記貯湯タンクの上部に接続されたタンク出湯管と、
   前記貯湯タンク内の圧力が所定圧力以上になった場合に、前記貯湯タンク内の湯水を前記貯湯タンク外に排出する圧力逃し弁と、
   前記入水管からの水と前記タンク出湯管からの湯とを混合し、出湯管を介して給湯端末へ出湯する湯の温度を調節する給湯混合弁と、
   前記出湯管と接続され、途中に前記圧力逃し弁を配する排出管と、を備え、
   前記貯湯タンク内の圧力が所定圧力以上になった場合には、前記貯湯タンク内の湯水は、前記タンク入水管、前記給湯混合弁、前記出湯管、前記排出管を流れ、前記貯湯タンク外に排出される構成としたことを特徴する貯湯式給湯機。
2. 前記入水管、前記減圧弁、前記タンク入水管を流れ、前記貯湯タンク内に水が給水される構成としたことを特徴する前記請求項１に記載の貯湯式給湯機。
3. 前記タンク出湯管に接続された頂部接続管と、前記頂部接続管と前記排出管とを接続する排出接続管と、前記貯湯タンクの下部に接続された配水管と、前記配水管に接続された排水バルブと、を備え、前記圧力逃し弁は、前記排出接続管と前記排出管との接続部より下流側に設けられており、また、前記頂部接続管には、前記貯湯タンクからの出湯を規制する頂部接続管逆止弁が設けられており、前記排水バルブ、前記圧力逃し弁を開状態にすると、前記貯湯タンク内に蓄えられている湯水が、前記配水管より排水される構成としたことを特徴する前記請求項１または２に記載の貯湯式給湯機。
4. 電源部と、前記電源部が遮断された後に、前記給湯混合弁を強制的に駆動させる電源遮断後駆動回路とを備えたことを特徴する前記請求項１〜３のいずれか１項に記載の貯湯式給湯機。
5. 前記電源遮断後駆動回路は、電源が切られた後には、前記給湯混合弁を、前記タンク出湯管側と、前記出湯管側とに連通させる位置に駆動させることを特徴する前記請求項４に記載の貯湯式給湯機。
6. 前記電源遮断後駆動回路は、ＤＣ−ＤＣコンバータとコンデンサとから構成されることを特徴とする前記請求項４に記載の貯湯式給湯機。
   

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