JP4101190B2 - 貯湯式給湯装置 - Google Patents

Description

本発明は、加熱手段により加熱された蓄熱用流体を貯える貯湯タンクと、この貯湯タンク内に貯えられた蓄熱用流体と給湯用水とを熱交換する給湯用熱交換器とを備える貯湯式給湯装置に関するものであり、特に、その蓄熱用流体を給湯の他に浴水の追い焚きに用いたときにおける貯湯タンク内に貯えられた蓄熱用流体のうち、中温の蓄熱用流体の消費に関する。

この種の貯湯式給湯装置として、発明者らは、図６に示すように、蓄熱用流体を貯える貯湯タンク１０と、蓄熱用流体を加熱する加熱手段２０と、蓄熱用流体が流通する第１の流通部３０ａと給湯用水が流通する第２の流通部３０ｂとが熱交換を行なう給湯用熱交換器３０と、貯湯タンク１０から中温および高温の少なくとも一方の蓄熱用流体を取り出し第１の流通部３０ａを流通させた後貯湯タンク１００の下部に戻すための給湯用一次側循環回路１１と、蓄熱用流体が流通する第３の流通部６０ａと浴水が流通する第４の流通部６０ｂとが熱交換を行なう追い焚き用熱交換器６０と、貯湯タンク１０から高温の蓄熱用流体を取り出し第３の流通部６０ａを流通させた後貯湯タンク１００の中央部に戻すための追い焚き用一次側循環回路１１ａとを備え、浴水を追い焚きすることで追い焚き用熱交換器６０により浴水温程度の中温の蓄熱用流体が貯湯タンク１０内に戻されるが、貯湯タンク１０内の蓄熱用流体のうち、高温の蓄熱用流体、もしくは追い焚き用熱交換器６０により熱交換された蓄熱用流体を含む中温の蓄熱用流体、もしくは高温と中温の蓄熱用流体の両方を第１の流通部３０ａに流通させることにより、第１の流通部３０ａを通過した後の蓄熱用流体の温度を加熱前の給湯用水の温度近傍まで低減できることを特徴とした貯湯式給湯装置を出願している（例えば、特許文献１参照。）。
特願２００４−０１４８２７号

しかしながら、上記特許文献１によれば、給湯用一次側循環回路１１および追い焚き用一次側循環回路１１ａには、給湯用熱交換器３０および追い焚き用熱交換器６０に蓄熱用流体を流通させるための循環ポンプ１７、１７ａがそれぞれに設けられている。そして、給湯および追い焚きの少なくとも一方の運転モードに応じてそれぞれの循環ポンプ１７、１７ａを作動させている。これにより、制御が複雑になるとともに部品点数が多くなり部品コストが大きい問題がある。

また、加熱手段として、例えば、ヒートポンプサイクルからなるヒートポンプ方式の加熱手段においては、加熱前の蓄熱用流体の湯温が低いほど高圧圧力が低くなることで運転効率（ＣＯＰ＝加熱能力／消費電力）が向上するため、低温の蓄熱用流体が貯湯タンク１０内に戻されるように一次側循環回路を構成させることが望ましい。

そこで、本発明の目的は、上記点を鑑みたものであり、蓄熱用流体を給湯用熱交換器、追い焚き用熱交換器に流通する一次側循環回路を簡素に構成させることで、部品コストが安くかつ運転効率の向上が図れることができる貯湯式給湯装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、以下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、蓄熱用流体を内部に貯える貯湯タンク（１０）と、この貯湯タンク（１０）内の最下部の蓄熱用流体を貯湯タンク（１０）内の最上部に送る流体加熱用流路（２１）と、この流体加熱用流路（２１）に設けられ、流体加熱用流路（２１）を流れる蓄熱用流体を加熱する加熱手段（２０）と、貯湯タンク（１０）内の蓄熱用流体が流通する第１の流通部（３０ａ）と給湯用水が流通する第２の流通部（３０ｂ）とが隣接して設けられ、かつ蓄熱用流体と給湯用水とが対向流となるように構成され、両者間で熱交換を行なう給湯用熱交換器（３０）と、貯湯タンク（１０）内の蓄熱用流体が流通する第３の流通部（６０ａ）と浴槽内の浴水が流通する第４の流通部（６０ｂ）とが隣接して設けられ、熱交換を行なう追い焚き用熱交換器（６０）と、貯湯タンク（１０）から高温の蓄熱用流体を取り出し、第１の流通部（３０ａ）および第３の流通部（６０ａ）に接続される高温取り出し配管（１２）と、貯湯タンク（１０）に接続され、追い焚き用熱交換器（６０）により熱交換された中温の蓄熱用流体を取り出し、第１の流通部（３０ａ）中途および第３の流通部（６０ａ）の下流端に接続される中温取り出し配管（１３）と、高温取り出し配管（１２）から取り出される高温の蓄熱用流体を第３の流通部（６０ａ）に流通させ、第３の流通部（６０ａ）で熱交換された蓄熱用流体を第１の流通部（３０ａ）の中途に流通させて貯湯タンク（１０）内に戻るように構成した追い焚き用一次側循環回路（１１ａ）と、高温取り出し配管（１２）から取り出される高温の蓄熱用流体を第１の流通部（３０ａ）の上流端に流通させるとともに、中温取り出し配管（１３）から取り出される中温の蓄熱用流体を第１の流通部（３０ａ）の中途に流通させて貯湯タンク（１０）の下方部に戻るように構成した給湯用一次側循環回路（１１）と、追い焚き用一次側循環回路（１１ａ）と給湯用一次側循環回路（１１）に設けられた、第３の流通部（６０ａ）および第１の流通部（３０ａ）のうち少なくとも一方に貯湯タンク（１０）内の蓄熱用流体を流通させるための共用の送水手段（１７）とを備えることを特徴としている。

請求項１に記載の発明によれば、追い焚き用熱交換器（６０）により浴水を追い焚きすることで、熱交換された湯温の低いほぼ中温の蓄熱用流体が増加するが、この中温の蓄熱用流体を第１の流通部（３０ａ）に流通するように構成されたことにより、中温の蓄熱用流体を積極的に消費するとともに、第１の流通部（３０ａ）を流通した後の蓄熱用流体の湯温を中温よりもさらに低下することができる。これにより、加熱前の蓄熱用流体の湯温を低下させることで沸き上げ運転時における加熱手段（２０）の運転効率の低下が防止できる。

また、より具体的には、追い焚き用熱交換器（６０）により熱交換された湯温の低いほぼ中温の蓄熱用流体を中温取り出し配管（１３）から取り出して給湯用熱交換器（３０）に流通するように構成されたことにより、中温の蓄熱用流体を積極的に消費するとともに、さらに、この中温の蓄熱用流体よりも温度低下した湯温の蓄熱用流体を貯湯タンク（１０）に戻すことができるため沸き上げ運転時における加熱手段（２０）の運転効率の低下が防止できる。
また、追い焚き用一次側循環回路（１１ａ）と給湯用一次側循環回路（１１）には、必要に応じて第３の流通部（６０ａ）および第１の流通部（３０ａ）の少なくとも一方に貯湯タンク（１０）内の蓄熱用流体を流通させるための共用の送水手段（１７）が設けられたことにより、給湯用一次側循環回路（１１）および追い焚き用一次側循環回路（１１ａ）を先願（特許文献１参照）よりも簡素化できることで部品点数が削減されて低コストが図れる。

請求項２に記載の発明では、追い焚き用熱交換器（６０）において、第３の流通部（６０ａ）を流れる蓄熱用流体は、第４の流通部（６０ｂ）を流れる浴水と対向する向きで流れることを特徴としている。

請求項２に記載の発明によれば、対向流式の熱交換器を用いることで、第３の流通部（６０ａ）を流通した後の蓄熱用流体を熱交換前の浴水の湯温程度まで低下してしまうが、この湯温の蓄熱用流体を積極的に給湯用熱交換器（３０）により消費することで、中温よりも低い湯温の蓄熱用流体を貯湯タンク（１０）に戻すことができる。これにより、沸き上げ運転時における加熱手段（２０）の運転効率の低下が防止できる。

請求項３に記載の発明では、追い焚き用熱交換器（６０）は、給湯用熱交換器（３０）の第１の流通部（３０ａ）と浴槽内の浴水が流通する第４の流通部（６０ｂ）とを隣接して設け、かつ第１の流通部（３０ａ）を流通する蓄熱用流体と浴槽内の浴水とが対向流となるように構成されることを特徴としている。

請求項３に記載の発明によれば、上述の請求項２において、第３の流通部（６０ａ）が第１の流通部（３０ａ）で代用できるため、上記請求項２で述べた構成よりも貯湯タンク（１０）から貯湯タンク（１０）に蓄熱用流体を戻すための一次側循環回路が簡素化され、かつ追い焚き用熱交換器（６０）が給湯用熱交換器（３０）に一体で形成されるため部品点数が削減できるとともに、低コストが図れる。

請求項４に記載の発明では、高温取り出し配管（１２）には、高温の蓄熱用流体を第３の流通部（６０ａ）および第１の流通部（３０ａ）に流通するそれぞれの流通比を必要に応じて調節可能な流量比調節手段（１６ｃ）が設けられたことを特徴としている。請求項４に記載の発明によれば、給湯時、追い焚き時、追い焚き中に給湯するときなどの運転モードにおいて、流量比調節手段（１６ｃ）により必要に応じて流量比が調節できることで、温度低下した湯温の蓄熱用流体を貯湯タンク（１０）に戻すことが容易にできる。

請求項５に記載の発明では、第３の流通部（６０ａ）および第１の流通部（３０ａ）により熱交換された蓄熱用流体の湯温を検出する熱交換後水温センサ（５６）が設けられ、追い焚き用一次側循環回路（１１ａ）と給湯用一次側循環回路（１１）には、熱交換後水温センサ（５６）により検出された湯温に基づいて熱交換された蓄熱用流体を、中温取り出し配管（１３）に取り出されるように貯湯タンク（１０）内に戻すか、または貯湯タンク（１０）の下方部に戻すかのいずれか一方に流れ方向を切り換える切換弁（１６ｅ）が設けられたことを特徴としている。請求項５に記載の発明によれば、熱交換後水温センサ（５６）および切換弁（１６ｅ）により、熱交換された蓄熱用流体を貯湯タンク（１０）内の適所に戻すことができる。

請求項６に記載の発明では、第３の流通部（６０ａ）および第１の流通部（３０ａ）により熱交換された蓄熱用流体の湯温を検出する熱交換後水温センサ（５６）が設けられ、追い焚き用一次側循環回路（１１ａ）と給湯用一次側循環回路（１１）には、熱交換後水温センサ（５６）により検出された湯温に基づいて、第１の流通部（３０ａ）の中途に流通する中温の蓄熱用流体の流量を調節する第１流量調節手段（１６ａ）が設けられたことを特徴としている。請求項６に記載の発明によれば、熱交換後水温センサ（５６）および第１流量調節手段（１６ａ）により、貯湯タンク（１０）の下方部に戻す蓄熱用流体の湯温が所定温度以上とならないように容易に制御することができる。

請求項７に記載の発明では、中温取り出し配管（１３）の上流端近傍には、蓄熱用流体の湯温を検出する水温センサ（５５）が設けられ、給湯用熱交換器（３０）は、水温センサ（５５）により検出された湯温が所定温度未満のときに高温取り出し配管（１２）から取り出される高温の蓄熱用流体を第１の流通部（３０ａ）に流通させ、水温センサ（５５）により検出された湯温が所定温度以上のときに中温取り出し配管（１３）から取り出される中温の蓄熱用流体、もしくは中温取り出し配管（１３）から取り出される中温の蓄熱用流体と高温取り出し配管（１２）から取り出される高温の蓄熱用流体との両方を第１の流通部（３０ａ）に流通するように構成されたことを特徴としている。

請求項７に記載の発明によれば、貯湯タンク（１０）内に貯えられた蓄熱用流体のうち、中温の蓄熱用流体を積極的に取り出すことができるとともに温度低下した湯温の蓄熱用流体を貯湯タンク（１０）に戻すことができる。これにより、低温の蓄熱用流体の貯えが多量となって、沸き上げ運転時における加熱手段（２０）の運転効率の低下が防止できる。

請求項８に記載の発明では、中温取り出し配管（１３）には、この中温取り出し配管（１３）内を流通する中温の蓄熱用流体の流量を調節する第１流量調節手段（１６ａ）が設けられ、この第１流量調節手段（１６ａ）は、水温センサ（５５）により検出された湯温が所定温度以上のときに、中温取り出し配管（１３）から取り出される中温の蓄熱用流体、もしくは中温取り出し配管（１３）から取り出される中温の蓄熱用流体と高温取り出し配管（１２）から取り出される高温の蓄熱用流体との両方を第１の流通部（３０ａ）に流通するように調節されたことを特徴としている。

請求項８に記載の発明によれば、水温センサ（５５）と第１流量調節手段（１６ａ）とにより貯湯タンク（１０）内に貯えられた蓄熱用流体のうち、中温の蓄熱用流体を積極的に取り出すことができるとともに温度低下した湯温の蓄熱用流体を貯湯タンク（１０）に戻すことが容易にできる。

請求項９に記載の発明では、中温取り出し配管（１３）は、少なくとも二つ以上の複数個設けられ、そのうちのいずれか一つの中温の蓄熱用流体を選択して第１の流通部（３０ａ）に流通するように構成されたことを特徴としている。請求項９に記載の発明によれば、中温の蓄熱用流体が貯えられる部位は、貯湯タンク（１０）の垂直方向に一様でないため複数個の中温取り出し配管（１３）が設けられることにより、的確にかつ積極的に
中温の蓄熱用流体を積極的に取り出すことができる。

請求項１０に記載の発明では、加熱手段（２０）は、冷媒の高圧側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、臨界圧力以上に昇圧された冷媒により蓄熱用流体を加熱することを特徴としている。

請求項１０に記載の発明によれば、超臨界ヒートポンプサイクルにおいては、蓄熱用流体を目標温度（例えば、６５〜９０℃）まで加熱する場合、加熱前の蓄熱用流体の湯温が低いほど、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。従って、加熱前の給湯用水の温度近傍まで低減された蓄熱用流体を超臨界ヒートポンプサイクルにて加熱することにより、サイクル効率が向上し、省動力運転を行なうことができる。

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。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態による貯湯式給湯装置を図１ないし図３に基づいて説明する。図１は本発明を適用させた貯湯式給湯装置の全体構成を示す模式図であり、図２は給湯用熱交換器３０および追い焚き用熱交換器６０の構成を示す断面図である。また、図３は本実施形態の変形例である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、一般家庭用として使用されるものであり、貯湯タンク１０内に貯えられた蓄熱用流体を熱源として、この蓄熱用流体と給湯用水とを熱交換させて台所、洗面所、浴室などへの給湯機能の他に、浴槽内へのお湯張りおよびお湯張りされた浴水を追い焚きする機能を有するものである。

まず、給湯機能は、図１に示すように、蓄熱用流体を内部に貯える貯湯タンク１０と、この貯湯タンク１０内の最下部の蓄熱用流体を貯湯タンク１０内の最上部に送る流体加熱用流路２１と、この流体加熱用流路２１を流れる蓄熱用流体を加熱する加熱手段であるヒートポンプユニット２０と、貯湯タンク１０内の蓄熱用流体が流通する第１の流通部である一次側流通部３０ａと給湯用水が流通する第２の流通部である二次側流通部３０ｂとを隣接して設け、かつ蓄熱用流体と給湯用水とが対向流となるように構成され、両者間で熱交換を行なう給湯用熱交換器３０と、高温取り出し配管１２から取り出される高温の蓄熱用流体を給湯用熱交換器３０の一次側流通部３０ａの上流端に流通させるとともに、中温取り出し配管１３から取り出される中温の蓄熱用流体を一次側流通部３０ａの中途に流通させて貯湯タンク１０内に戻るように構成した給湯用一次側循環回路１１と、給湯用熱交換器３０の二次側流通部３０ｂの上流側に接続される給水用配管３１と、二次側流通部３０ｂの下流側に接続される給湯用配管３２、３３と、本給湯システムの作動を制御する制御装置（給湯制御部４１、熱源制御部４２）とから構成されている。

そして、お湯張りおよび追い焚き機能は、貯湯タンク１０内の蓄熱用流体が流通する第３の流通部である一次側流通部６０ａと浴槽内の浴水が流通する第４の流通部である二次側流通部６０ｂとを隣接して設け、かつ蓄熱用流体と浴水とが対向流となるように構成され、両者間で熱交換を行なう追い焚き用熱交換器６０と、高温取り出し配管１２から取り出される高温の蓄熱用流体を追い焚き用熱交換器６０の一次側流通部６０ａに流通させ、この一次側流通部６０ａで熱交換された蓄熱用流体を給湯用熱交換器３０の一次側流通部３０ａの中途に流通させて貯湯タンク１０内に戻るように構成した追い焚き用一次側循環回路１１ａと、浴槽内の浴水を追い焚き用熱交換器６０の二次側流通部６０ｂに循環させて浴槽内に戻す浴水循環回路６１と、浴槽へのお湯張りのための給湯用配管３２ａ、３３ａと、浴水追い焚きシステムの作動を制御する制御装置（給湯制御部４１）から構成されている。

そして、給湯機能を構成する構成部品についてより具体的に説明すると、本実施形態の貯湯タンク１０は、空気孔１０ａを通じて大気に開放され、貯湯タンク１０内部が大気圧に保たれている。この貯湯タンク１０は、例えば、樹脂材料で形成され直方体形状に設けられている。また、貯湯タンク１０内の蓄熱用流体に蓄えられた熱が貯湯タンク１０の壁面より大気中へ放出されることを低減するために、貯湯タンク１０の外周をグラスウールやウレタン等の断熱材で覆っても良い。

また、使用される蓄熱用流体は主成分が水であり、防腐剤、凍結防止剤、ＬＬＣ等が必要に応じて添加されている。なお、これらの他に高比熱を有する蓄熱材料をマイクロカプセルなどの手法にて封入し、それを水に分散混合させるか、またはスリラー化させて流動可能な蓄熱材を用いても良い。

また、貯湯タンク１０の外壁面には、蓄熱用流体の貯湯量、もしくは貯湯温度を検出するための水温センサである複数（本例では７つ）の貯湯サーミスタ５５が縦方向（貯湯タンク１０の高さ方向）にほぼ等間隔に配置され、貯湯タンク１０内に満たされた蓄熱用流体の各水位レベルでの温度情報を後述する給湯制御部４１に出力するようになっている。

従って、給湯制御部４１は複数の貯湯サーミスタ５５からの温度情報に基づいて、貯湯タンク１０内上方の沸き上げられた湯温と貯湯タンク１０内下方の沸き上げられる前の低温の蓄熱用流体との境界位置を検出できるとともに、各水位レベルでの蓄熱用流体の湯温を検出できる。なお、複数の貯湯サーミスタ５５のうち、最上部に設けられた貯湯サーミスタ５５は高温の蓄熱用流体を出湯する出湯温度を検出する機能を有している。

ヒートポンプユニット２０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力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、周知のように図示しない圧縮機、加熱用熱交換器、膨張弁、蒸発器、およびアキュムレータ等の冷凍サイクル機能部品より構成されている。因みに、圧縮機（図示しない）は、内蔵する電動モータ（図示しない）によって駆動され、アキュムレータより吸引した気相冷媒を臨界圧力以上まで圧縮して吐出する。

加熱用熱交換器（図示しない）は、冷媒と蓄熱用流体とを熱交換するもので、例えば、冷媒が流れる冷媒通路（図示しない）と蓄熱用流体が流れる蓄熱用流体通路（図示しない）とが二重管構造に設けられ、かつ冷媒の流れ方向と蓄熱用流体の流れ方向とが対向するように構成された対向流式の加熱用熱交換器（図示しない）である。膨張弁（図示しない）は、加熱用熱交換器から流出する冷媒を減圧して蒸発器（図示しない）に供給する。蒸発器（図示しない）は、膨張弁（図示しない）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。アキュムレータ（図示しない）は、蒸発器より流出する冷媒を気液分離して、気相冷媒のみ圧縮機に吸引させるとともに、サイクル中の余剰冷媒を蓄えている。

また、加熱用熱交換器の蓄熱用流体通路（図示しない）は、上述した流体加熱用流路２１を介して貯湯タンク１０に接続され、図示しない電動ポンプが作動することで、貯湯タンク１０内の蓄熱用流体が循環する。なお、流体加熱用流路２１の上流端が貯湯タンク１０の底部１０ｂに接続され、流体加熱用流路２１の下流端が貯湯タンク１０の上部１０ｃに接続されている。これにより、加熱用熱交換器（図示せず）で冷媒との熱交換により加熱された蓄熱用流体が貯湯タンク１０の上部１０ｃへ送り込まれるため、貯湯タンク１０内の上部側から下部側へ向かって順次蓄熱用流体に蓄熱されていく。

なお、ヒートポンプユニット２０は後述する熱源制御部４２からの制御信号により作動するとともに、作動状態を熱源制御部４２に出力するようになっている。また、これらの動力源として交流電力を用い、主に料金設定の最も安い深夜時間帯における深夜電力を用いて、貯湯タンク１０内の蓄熱用流体を沸き上げる蓄熱運転を行なっているが、昼間時間帯においても蓄熱用流体の湯温が低下してくると沸き上げ運転を行なうよう制御される。因みに、超臨界ヒートポンプサイクルによれば、一般的なヒートポンプサイクルよりも高温（例えば、８５〜９０℃）の蓄熱用流体を内部に貯えることができる。

次に、給湯用一次側循環回路１１は、貯湯タンク１０内の蓄熱用流体を後述する給湯用熱交換器３０の一次側流通部３０ａに流通させて貯湯タンク１０内に戻すための循環回路であり、追い焚き用一次側循環回路１１ａは、貯湯タンク１０内の蓄熱用流体を後述する追い焚き用熱交換器３０の一次側流通部６０ａに流通させて貯湯タンク１０内に戻すための循環回路であり、本実施形態では一つの送水手段である第１循環ポンプ１７を後述する運転モードに応じて作動させるようにしている。

従って、給湯用一次側循環回路１１および追い焚き用一次側循環回路１１ａは、高温取り出し管１２、中温取り出し管１３、往き管１４、１４ａ、戻し管１５、１５ａ、中温戻し管１９、流量比調節手段である流量比調節弁１６ｃ、切換弁である第１、第２三方弁１６ｄ、１６ｅおよび送水手段である第１循環ポンプ１７から構成されている。

ここで、本実施形態の運転モードは、給湯単独運転、追い焚き単独運転、給湯・追い焚き同時運転があり、給湯単独運転のときは、高温取り出し配管１２から取り出される高温の蓄熱用流体を給湯用熱交換器３０の一次側流通部３０ａの上流端に流通させるとともに、中温取り出し配管１３から取り出される中温の蓄熱用流体を一次側流通部３０ａの中途に流通させて貯湯タンク１０内に戻るように構成した給湯用一次側循環回路１１を蓄熱用流体が循環する。

追い焚き単独運転のときは、高温取り出し配管１２から取り出される高温の蓄熱用流体を追い焚き用熱交換器６０の一次側流通部６０ａに流通させ、この一次側流通部６０ａで熱交換された蓄熱用流体を給湯用熱交換器３０の一次側流通部３０ａの中途に流通させて貯湯タンク１０内に戻るように構成した追い焚き用一次側循環回路１１ａを蓄熱用流体が循環する。

そして、給湯・追い焚き同時運転のときは、高温取り出し配管１２から取り出される高温の蓄熱用流体を給湯用熱交換器３０側と追い焚き用熱交換器６０側の両方に流通させて貯湯タンク１０内に戻るようになっている。高温取り出し管１２は、貯湯タンク１０内に貯えられる蓄熱用流体のうち、高温の蓄熱用流体を取り出すための配管であり、上流端が貯湯タンク１０内の上方部１０ｄに接続され下流端が後述する流量比調節弁１６ｃの入口側に接続されている。

中温取り出し管１３は、貯湯タンク１０内に貯えられる蓄熱用流体のうち、高温の蓄熱用流体よりも湯温の低い中温の蓄熱用流体を取り出すための配管であり、貯湯タンク１０内の上方部１０ｄと下方部１０ｅとの間の中間部１０ｆに上流端が接続され、下流端が給湯用熱交換器３０の一次側流通部３０ａの中途に接続されている。

なお、中温取り出し管１３の中途には、第１三方弁１６ｄが設けられ、運転モードに応じて流れ方向を切り換える切換弁である。因みに、給湯制御部４１により給湯単独運転のときに、貯湯タンク１０から一次側流通部３０ａに中温の蓄熱用流体を流通させるとともに、追い焚き単独および給湯・追い焚き同時運転のときに、追い焚き用熱交換器６０からの熱交換された蓄熱用流体が一次側流通部３０ａに流通させるように制御される。

往き管１４は上流端が後述する流量比調節弁１６ｃの出口側に接続され、下流端が給湯用熱交換器３０の一次側流通部３０ａの上流端に接続されている。戻し管１５は上流端が一次側流通部３０ａの上流端に接続され、下流端が貯湯タンク１０内の下方部１０ｅに接続されている。また、戻し管１５の下流側には、第２三方弁１６ｅを介して中温戻し管１９が設けられ、その下流端が貯湯タンク１０の中間部１０ｆに接続されている。

また、戻り管１５の上流側には熱交換された蓄熱用流体の湯温を検出する熱交換後水温センサである熱交換後サーミスタ５６が設けられ、熱交換後の蓄熱用流体の温度情報を後述する給湯制御部４１に出力するようにしている。ここで、往き管１４ａは追い焚き用熱交換器６０の一次側流通部６０の上流端と流量比調節弁１６ｃとの間を接続する接続管であり、戻り管１５ａは追い焚き用熱交換器６０の一次側流通部６０の下流端と第１三方弁１６ｄとの間を接続する接続管である。

第２三方弁１６ｅは、熱交換後サーミスタ５６により検出された温度情報に基づいて流れ方向を切り換える切換弁であり、因みに、熱交換後サーミスタ５６により検出された熱交換後の蓄熱用流体の湯温が所定温度（例えば、給水温度＋１０℃）以上のときに、熱交換後の蓄熱用流体を中温戻し管１９側に戻し、所定温度（例えば、給水温度＋１０℃）未満のときに、熱交換後の蓄熱用流体を戻し管１５側に戻すように流れ方向が給湯制御部４１により切り換えられる。

さらに、往き管１４には、給湯用熱交換器３０の一次側流通部３０ａに流通させる高温の蓄熱用流体の湯温を検出する熱交換前水温センサである熱交換前サーミスタ５４が設けられ、熱交換前の高温の蓄熱用流体の温度情報を後述する給湯制御部４１に出力するようにしている。また、中温取り出し管１３の下流側には、一次側流通部３０ａの中途に流通させる中温の蓄熱用流体の湯温を検出する熱交換前水温センサである熱交換前サーミスタ５４ａが設けられ、熱交換前の中温の蓄熱用流体の温度情報を後述する給湯制御部４１に出力するようにしている。

流量比調節弁１６ｃは、高温取り出し配管１２、と往き配管１４、１４ａとの分岐部に設けられ、運転モードに応じて高温取り出し管１２から取り出した高温の蓄熱用流体を給湯用熱交換器３０と追い焚き用熱交換器６０へ流通させる流量比を調節する弁であるとともに、上述した第１三方弁１６ｄと組み合わせて貯湯サーミスタ５５、熱交換前サーミスタ５４、５４ａおよび熱交換後サーミスタ５６により検出される温度情報に基づいて給湯制御部４１により制御されるようにしている。

因みに、運転モードが給湯単独運転のときは、高温取り出し配管１２から取り出した高温の蓄熱用流体を給湯用熱交換器３０側に全量流通させ、追い焚き単独運転のときは高温の蓄熱用流体を追い焚き用熱交換器６０側に全量流通させ、給湯・追い焚き同時運転のときは給湯用熱交換器３０と追い焚き用熱交換器６０とに流量比を調節して流通させる。そして、給湯単独運転のときにおいて、貯湯サーミスタ５５（中温取り出し配管１３の近傍）により検出された蓄熱用流体の湯温が所定温度（例えば、３０℃）未満のときに、高温取り出し配管１２から取り出される高温の蓄熱用流体を一次側流通部３０ａに流通するように制御される。

一方、貯湯サーミスタ５５（中温取り出し配管１３の近傍）により検出された蓄熱用流体の湯温が所定温度（例えば、３０℃）以上のときに、中温取り出し配管１３から取り出される中温の蓄熱用流体、もしくは中温取り出し配管１３から取り出される中温の蓄熱用流体と高温取り出し配管１２から取り出される高温の蓄熱用流体との両方から混合させて一次側流通部３０ａに流通するように制御される。

このときには、第１三方弁１６ｄが貯湯タンク１０の中間部１０ｆと一次側流通部３０ａとが連通するように制御されるとともに、流量比調節弁１６ｃが一次側流通部３０ａに流通する高温の蓄熱用流体の流量を熱交換後の湯温が所定温度（給水温度＋５℃）以上とならない流量となるように制御される。ここで、流量比調節弁１６ｃは、熱交換前サーミスタ５４、５４ａにより検出される熱交換前の湯温に基づいてフィードバック制御を行なうようにしている。

次に、送水手段である第１循環ポンプ１７は、戻し管１５の中途に配置されており、貯湯タンク１０内の蓄熱用流体を給湯用熱交換器３０と追い焚き用熱交換器６０に流通させるポンプである。そして、後述する熱交換後サーミスタ５２および追い焚きサーミスタ７１により検出された温度情報に基づいて回転数が制御されるように後述する給湯制御部４１に電気的に接続されている。因みに、給湯運転のときは、熱交換後サーミスタ５２により検出された給湯用水の湯温が所定温度（例えば、設定温度＋５℃）以上となるように第１循環ポンプ１７の回転数を制御して給湯用熱交換器３０に流通させる蓄熱流体の流量を調整している。

さらに、追い焚き運転のときは、追い焚きサーミスタ７１により検出された追い焚き温度が異常高温（例えば、６０℃）を超えないように第１循環ポンプ１７の回転数を制御して追い焚き用熱交換器６０に流通させる高温の蓄熱流体の流量を調整している。なお、図中に示す１８は排水栓であり、必要に応じて貯湯タンク１０内および給湯および追い焚き用一次側循環回路１１、１１ａ内の蓄熱用流体を手動により排水することができるようにしている。

次に、給湯用熱交換器３０は、給湯用一次側循環回路１１に接続されて貯湯タンク１０内の蓄熱用流体が流れる第１の流通部である一次側流通部３０ａと給水用配管３１および給湯用配管３２に接続された第２の流通部である二次側流通部３０ｂとを有し、例えば、図２に示すように、複数の流通部３０Ａ、３０Ｂを有する一次側流通部３０ａ、および二次側流通部３０ｂを接合した対向流式の熱交換器であり、熱伝導率の高いアルミニウム材、銅材などの金属製で形成されている。また、図中に示す３０ｃは蓄熱用流体の放熱を防止するための断熱材である。

そして、その給湯用熱交換器３０は、図１に示すように、貯湯タンク１０の外部に上下方向に配置されて一次側流通部３０ａの下流端が戻り管１５に接続されている。一方、二次側流通部３０ｂは、その上流端が給水用配管３１に接続され、下流端が給湯用配管３２に接続されている。従って、給湯用熱交換器３０は、図１に矢印で示すように、一次側流通部３０ａを上から下へ向かって流れる蓄熱用流体の流れ方向と、二次側流通部３０ｂを下から上へ向かって流れる給湯用水の流れ方向とが対向する対向流式の熱交換器である。

なお、本実施形態では、一次側流通部３０ａと二次側流通部３０ｂを接合する構成としたが、これに限らず、例えば、一次側流通部３０ａを内部に形成する外側管と、その外側管内に内部に二次側流通部３０ｂを形成する内側管が挿通する二重管構造であっても良い。また、二次側流通部３０ｂを外側管として、その外側管内に内部に一次側流通部３０ａを形成する内側管を挿通しても良い。

そして、二次側流通部３０ｂの上流端と接続される給水用配管３１は、その上流側が水道配管に接続されて水道水が給湯用熱交換器３０に導水されるようにしている。また、給水用配管３１には給水サーミスタ５１が設けられており、水道水の温度情報を後述する給湯制御部４１に出力するようにしている。また、二次側流通部３０ｂの下流端に接続される給湯用配管３２には、二次側流通部３０ｂにて熱交換された給湯用水の流量を調節する流量調節弁３４と、給湯用配管３２の下流端と給水用配管３１の合流部位において給湯温度調節手段である給湯用混合弁３５が設けられている。そして、この給湯用混合弁３５の出口側に給湯用配管３３が接続されている。

給湯用配管３３は台所、洗面所、浴室などの図示しない給湯水栓に通ずる給湯配管である。そして、その中途に給湯サーミスタ５３および流量カウンタ５８が設けられ、給湯サーミスタ５３は給湯用配管３３内の温度情報を、流量カウンタ５８は給湯用配管３３内の流量情報を後述する給湯制御部４１に出力するようにしている。なお、給湯用配管３２には、給湯用熱交換器３０により熱交換された蓄熱用流体の湯温を検出する熱交換後サーミスタ５２が設けられ、給湯用配管３３内の温度情報を後述する給湯制御部４１に出力するようにしている。

流量調節弁３４は、二次側流通部３０ｂを流通する流量を調節する弁であり、二次側流通部３０ｂを流通する流量が所定流量以下となるように後述する給湯制御部４１により制御される。つまり、給水される水道圧および給湯経路の圧力損失のばらつきにより流量が過大とならないように熱交換後サーミスタ５２により検出される給湯用水の湯温に基づいて制御される。

給湯用混合弁３５は、給湯用配管３３に出湯させる給湯用水の湯温を調節する温度調節弁であり、それぞれの開口面積比を調節することで、二次側流通部３０ｂで熱交換された給湯用水と水道水との混合比を調節して設定温度に調節するように制御される。そして、給湯用混合弁３５は、後述する給湯制御部４１に電気的に接続されており、上記、給水サーミスタ５１、熱交換後サーミスタ５２、および給湯サーミスタ５３により検出される給湯用水の温度情報に基づいて制御される。

因みに、給湯用混合弁３５に流通される二次側流通部３０ｂで熱交換された給湯用水の湯温は、例えば、設定温度＋５℃程度となるようにしている。つまり、給湯用一次側循環回路１１を循環する流量とその熱交換前サーミスタ５４により検出される蓄熱用流体の湯温を制御させている。なお、給湯用混合弁３５は、給湯サーミスタ５３により検出される給湯用水の湯温に基づいてフィードバック制御を行なうようにしている。

次に、追い焚き機能の構成部品について説明する。本実施形態の追い焚き用熱交換器６０は、追い焚き用一次側循環回路１１ａに接続されて貯湯タンク１０内の蓄熱用流体が流れる第３の流通部である一次側流通部６０ａと、浴水循環回路６１に接続された第４の流通部である二次側流通部６０ｂとを有し、上述した給湯用熱交換器３０と同様な構成となっており、図２に示すように、複数の流通部６０Ａ、６０Ｂを有する一次側流通部６０ａ、および二次側流通部６０ｂを接合した対向流式の熱交換器であり、熱伝導率の高いアルミニウム材、銅材などの金属製で形成されている。また、図中に示す６０ｃは蓄熱用流体の放熱を防止するための断熱材である。

そして、その追い焚き用熱交換器６０は、図１に示すように、貯湯タンク１０の外部に上下方向に配置されて一次側流通部６０ａの下流端が戻り管１５ａに接続されている。一方、二次側流通部３０ｂは浴水循環回路６１に接続されている。従って、追い焚き用熱交換器６０は、図１に矢印で示すように、一次側流通部６０ａを上から下へ向かって流れる蓄熱用流体の流れ方向と、二次側流通部６０ｂを下から上へ向かって流れる浴水の流れ方向とが対向する対向流式の熱交換器である。

浴水循環回路６１は、浴槽内の浴水を二次側流通部６０ｂの上流端に導く往き管６２、二次側流通部６０ｂで熱交換された浴水を浴槽内に導く戻り管６３およびバイパス管６４から構成されている。その往き管６２には、上流側から順に、水圧スイッチ６５、開閉弁６６、第３循環ポンプ６７、浴水温サーミスタ６８、流水スイッチ６９、および追い焚き三方弁７０が設けられている。また、戻り管６３には、下流側に追い焚きサーミスタ７１が設けられている。

水圧スイッチ６５は、浴槽内にお湯張りされた浴水の湯量、言い換えれば浴槽内の水位レベルを求めるための水圧を検出するセンサである。開閉弁６６は浴水循環回路６１を開閉する電磁弁であり、第３循環ポンプ６７は浴槽内の浴水を追い焚き用熱交換器６０に圧送する電動ポンプである。浴水温サーミスタ６８は、往き管６２を流通する浴水の湯温を検出する水温センサである。

流水スイッチ６９は、追い焚き三方弁７０側の方向に浴水および後述する給湯用水が流通しているか否かを検出するための流水センサである。追い焚き三方弁７０は、浴水を追い焚き用熱交換器６０に流通させるか、追い焚き用熱交換器６０を迂回するバイパス管６４のいずれか一方に流通方向を切り換えるための切換弁である。追い焚きサーミスタ７１は、戻り管６３を流通する浴水の湯温を検出する水温センサであり、浴槽内に戻される浴水温度である。

なお、水圧スイッチ６５、流水スイッチ６９、浴水温サーミスタ６８および追い焚きサーミスタ７１は、それぞれの容積情報、流水情報および温度情報を後述する給湯制御部４１に出力するようにされ、開閉弁６６、第３循環ポンプ６７および追い焚き三方弁７０は後述する給湯制御部４１により制御される。また、お湯張り後に浴槽内の浴水の温度を検出するときは、追い焚き三方弁７０をバイパス管６４側に流れ方向を切り換えるとともに、第３循環ポンプ６７を作動させることで、浴槽内の浴水が往き管６２、バイパス管６４、戻り管６３、浴槽内の順に循環されて浴水温サーミスタ６８により浴水の湯温を検出するようにしている。

また、追い焚き運転するときは、追い焚き三方弁７０の流れ方向を追い焚き用熱交換器６０側に切り換えることで、浴槽内の浴水が往き管６２、追い焚き用熱交換器６０、戻り管６３、浴槽内の順に循環されて、浴水温サーミスタ６８により検出された浴水の湯温が所定温度になるまで循環させるように制御される。

次に、お湯張り機能における構成部品について説明する。このお湯張り機能は給湯用配管３２ａ、３３ａを介して給湯用水と水道水とを混合させて浴槽へ出湯するものであり、お湯張りを含めて差し湯およびたし湯することができるようにしている。具体的には、給湯用配管３２から分岐した給湯用配管３２ａ、３３ａを浴水循環回路６１に設けられた分岐点６２ａに接続している。

そして、給湯用配管３２ａの下流端と給水用配管３１の合流部位において給湯温度調節手段であるお湯張り用混合弁３５ａが設けられ、そのお湯張り用混合弁３５ａの出口側に給湯用配管３３ａが接続されている。そして、その給湯用配管３３ａには、上流側から順に、お湯張り用給湯サーミスタ５３ａ、お湯張り用開閉弁５７、お湯張り用流量カウンタ５８ａ、逆止弁５９が設けられている。

お湯張り用混合弁３５ａは、上述した給湯用混合弁３５と同じように、給湯用配管３３ａに出湯させる給湯用水の湯温を調節する温度調節弁であり、それぞれの開口面積比を調節することで、二次側流通部３０ｂで熱交換された給湯用水と水道水との混合比を調節して設定温度に調節するように制御される。さらに、お湯張り用混合弁３ａは、後述する給湯制御部４１に電気的に接続されており、上述した給水サーミスタ５１、熱交換後サーミスタ５２、およびお湯張り用給湯サーミスタ５３ａにより検出される給湯用水の温度情報に基づいて制御される。

また、お湯張り用開閉弁５７は、後述する給湯制御部４１により制御され、給湯用配管３３ａに流れる混合湯を開閉する電磁弁である。お湯張り用流量カウンタ５８ａは給湯用配管３３ａ内に流れる混合湯流量を検出するものであり、このお湯張り用流量カウンタ５８ａにより検出された流量情報を後述する給湯制御部４１に出力するようにしている。そして、逆止弁５９は浴水循環回路６１内の浴水が給湯用配管３３ａ内に流通させないための弁である。

なお、お湯張り用開閉弁５７を開弁させて浴槽にお湯張り、差し湯、たし湯をするときは、開閉弁６６も開弁するように制御されるとともに、水圧スイッチ６５により検出された水位レベルが所定レベルに達したときに、お湯張り用開閉弁５７および開閉弁６６が閉弁されて設定流量の混合湯が浴槽内にお湯張りされることになる。また、差し湯、たし湯は、お湯張り用流量カウンタ５８ａにより検出された流量情報に基づいて所定の流量の混合湯が出湯されるように制御される。

次に、給湯制御部４１は、マイクロコンピュータを主体として構成され、内蔵のＲＯＭ（図示せず）には、予め設定された制御プログラムが設けられており、各サーミスタ５１〜５６、５３ａ、５４ａ、６８、７１からの温度情報、各流量カウンタ５８、５８ａ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、循環回路１１、１１ａ内、浴水循環回路６１内、給湯用配管３２、３２ａ、３３、３３ａ内の各種アクチュエータ類を制御するように構成されている。

また、熱源制御部４２は、給湯制御部４１と同じように、マイクロコンピュータを主体として構成され、内蔵のＲＯＭ（図示せず）には、予め設定された制御プログラムが設けられており、図示しない各種サーミスタからの温度情報などに基づいてヒートポンプユニット２０内のアクチュエータ類を制御する。この熱源制御部４２では、加熱用熱交換器（図示しない）で加熱された蓄熱用流体の湯温を一定温度に保つために、加熱後の蓄熱用流体温度を検出する貯湯サーミスタ（最上部）５５の検出温度に基づいて電動ポンプ（図示しない）の回転数制御を行っている。

なお、本実施形態では、給湯用一次側循環回路１１において、貯湯タンク１０内の上方部１０ｄと下方部１０ｅとの間に中温取り出し管１３を一つ設けたが、これに限らず、図３に示すように、複数の中温取り出し管１３を設けるとともに、そのうちのいずれか一つを選択するための切換弁１６ｆを設けても良い。これによれば、貯湯タンク１０内に貯えられる蓄熱用流体のうち、中温の蓄熱用流体を容易に検出でき、かつ取り出すことができる。

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。まず、図示しない電源スイッチがオンされると、例えば、深夜時間帯に達すると、熱源制御部４２によりヒートポンプユニット２０内のヒートポンプサイクル部品（図示しない）と電動ポンプ（図示しない）などのアクチュエータ類を制御させて貯湯タンク１０内の蓄熱用流体を加熱して高温（例えば８５℃）の蓄熱用流体が貯えられる。

そして、貯えられた高温の蓄熱用流体を熱源として、給湯用熱交換器３０により熱交換された給湯用水と水道水とを混合させて台所、洗面所、浴槽などの給湯対象個所に給湯するとともに、追い焚き用熱交換器６０により浴水を追い焚きするものである。ここでは、運転モードうち、給湯単独運転、追い焚き単独運転および給湯・追い焚き同時運転における循環回路１１、１１ａ内、浴水循環回路６１内、給湯用配管３２、３３内に設けられたのアクチュエータ類の作動について説明する。

まず、給湯単独運転において、使用者が給湯用配管３３の末端にある給湯水栓（図示しない）を開くと、流量カウンタ５８により流量情報が給湯制御部４１に出力されて給湯運転を開始する。そして、貯湯サーミスタ５５により検出された貯湯温度が所定温度（例えば、３０℃）以上であれば、流量比調整弁１６ｃが貯湯タンク１０内の蓄熱用流体が一次側流通部３０側に流通するように流れ方向を切り換えるとともに、第１三方弁１６ｄが貯湯タンク１０内の中温の蓄熱用流体が一次側流通部３０の中途に流入するように流れ方向を切り換えた後に第１循環ポンプ１７が作動する。

この第１循環ポンプ１７が作動すると、貯湯タンク１０内の蓄熱用流体が給湯用熱交換器３０の一次側流通部３０ａに流通される。これにより、給湯用熱交換器３０の二次側流通部３０ｂを流れる給湯用水が蓄熱用流体の熱エネルギーを受けて加熱される。なお、このときに、第２三方弁１６ｅは、熱交換後サーミスタ５６により検出された湯温に基づいて流れ方向が切り換えられる。因みに、所定温度（例えば、給水温度＋１０℃）以上であれば、中温戻り管１９側に、所定温度（例えば、給水温度＋１０℃）未満であれば戻り管１５側に戻るように切り換えられる。

ここで、給湯制御部４１は、熱交換後サーミスタ５２により検出される給湯用水の湯温が所定温度（例えば、設定温度＋５℃程度）になるように第１循環ポンプ１７の駆動状態（回転数）を制御する。つまり、熱交換後サーミスタ５２により検出される湯温が所定温度（例えば、設定温度＋５℃程度）より低いときは、第１循環ポンプ１７の回転数を大きくして一次側流通部３０ａを流れる蓄熱用流体の循環量を増加させる。これにより、一次側流通部３０ａを流れる蓄熱用流体と二次側流通部３０ｂを流れる給湯用水との熱交換量が増加するため、給湯用水の湯温が上昇する。

また、逆に、熱交換後サーミスタ５２により検出される湯温が所定温度（例えば、設定温度＋５℃程度）より高いときは、第１循環ポンプ１７の回転数を小さくして一次側流通部３０ａを流れる蓄熱用流体の循環量を減少させる。これにより、一次側流通部３０ａを流れる蓄熱用流体と二次側流通部３０ｂを流れる給湯用水との熱交換量が減少するため、給湯用水の湯温が降下する。

そして、流量比調整弁１６ｃは、熱交換前サーミスタ５４、５４ａおよび熱交換後サーミスタ５６により検出された湯温に基づいて高圧取り出し管１２から取り出す高温の蓄熱用流体の流量を調節する。具体的には、熱交換後サーミスタ５６により検出された湯温が所定温度（例えば、給水温度＋５℃）を超えない流量になるよう制御される。これにより、中温取り出し配管１３から取り出される中温の蓄熱用流体、もしくは中温取り出し配管１３から取り出される中温の蓄熱用流体と高温取り出し配管１２から取り出される高温の蓄熱用流体との両方から混合させて一次側流通部３０ａで熱交換された湯温が所定温度（例えば、給水温度＋５℃）を超えない流量で循環される。

なお、貯湯タンク１０内の貯湯量が低減されて、貯湯サーミスタ５５により検出された貯湯タンク１０内の蓄熱用流体の湯温が所定温度（例えば、３０℃）未満のときは、第１三方弁１６ｄを一次側流通部３０ａと貯湯タンク１０の中間部１０ｆとを閉塞する流れ方向に切り換えられる。これにより、高温取り出し配管１２から取り出される高温の蓄熱用流体が一次側流通部３０ａに流通される。

一方、給湯用混合弁３５ａでは、二次側流通部３０ｂで熱交換された所定温度（設定温度＋５℃程度）の給湯用水と、給水用配管３１から給水される水とが混合されて設定温度に調節された給湯用水が給湯用配管３３から出湯される。この出湯により、給湯用熱交換器３０から戻り管１５を介して貯湯タンク１０内の下方部１０ｅに低温（例えば、給水温度＋５℃程度）の蓄熱用流体が戻されることになる。

ところで、貯湯タンク１０内に中温の蓄熱用流体が多く貯えられているときは、中温の蓄熱用流体が一次側流通部３０ａに流通されて、熱交換された低温（例えば、給水温度＋５℃程度）の蓄熱用流体が貯湯タンク１０内の下方部１０ｅに戻されることになる。これにより、沸き上げ運転時におけるヒートポンプユニット２０の運転効率の低下が防止できる。

次に、追い焚き単独運転において、追い焚きスイッチ（図示せず）を操作しておくと、所定時間毎に浴水温度を検出して、その浴水温度が追い焚き設定温度に対して未達であれば浴水を加熱するように作動する。つまり、給湯制御部４１により、所定時間毎に追い焚き三方弁７０、開閉弁６６、第３循環ポンプ６７が作動して浴槽内の浴水を往き管６２、バイパス管６４、戻り管６３の順に循環させる。

このときに、浴水温サーミスタ６８により浴水温を検出する。検出された浴水温が追い焚き設定温度以下であると、追い焚き三方弁７０の流れ方向を追い焚き用熱交換器６０側に切り換えて浴水を追い焚き用熱交換器６０に流通させる。これにより、浴水が蓄熱用流体の熱エネルギーを受けて加熱される。そして、浴水温が設定温度に達すると、追い焚き三方弁７０の流れ方向がバイパス管６４側に切り換えられるとともに、開閉弁６６が閉弁、第３循環ポンプ６７が停止する。これにより、浴水が追い焚き設定温度を維持するように保温されるものである。

なお、この追い焚き単独運転のときは、流量比調整弁１６ｃは、追い焚き用熱交換器６０側に流通するように流れ方向が切り換えられ、第１三方弁１６ｄは、追い焚き用熱交換器６０の一次側流通部６０ａが給湯用熱交換器３０の一次側流通部３０ａの中途に連通する流れ方向に切り換えられている。

そして、この浴水の追い焚きにより、追い焚き用一次側循環回路１１ａでは、追い焚き用熱交換器６０から第１三方弁１６ｄを介して給湯用熱交換器３０の一次側流通部３０ａの中途、およびその下流側の給湯用熱交換器３０の一部から戻り管１５を介して貯湯タンク１０内に浴水温と同程度のほぼ中温の蓄熱用流体が戻されることになるが、このときに、第２三方弁１０ｅが中温戻り管１９側に流れるように切り換っているので、貯湯タンク１０の中間部１０ｆ近傍に戻されることになる。従って、追い焚き終了後に、上述した給湯運転が行なわれることにより、中温取り出し管１３から中温の蓄熱用流体を取り出して給湯用熱交換器３０に流通されて給湯用水と熱交換させることで貯湯タンク１０内の下方部１０ｅに低温（例えば、給水温度＋５℃程度）の蓄熱用流体が戻されることになる。

次に、給湯・追い焚き同時運転において、このときは、給湯用熱交換器３０の二次側流通部３０ｂ側の給湯用水および追い焚き用熱交換器６０の二次側流通部６０ｂ側の浴水の温度制御については上述したように作動する。一次側循環回路１１、１１ａでは、流量比調節弁１６ｃが給湯用熱交換器３０と追い焚き用熱交換器６０の両方に高温の蓄熱用流体が流通するように流れ方向が切り換えられるとともに、第１三方弁１６ｄは、追い焚き用熱交換器６０の一次側流通部６０ａが給湯用熱交換器３０の一次側流通部３０ａの中途に連通する流れ方向に切り換えられている。そして、第２三方弁１６ｅは熱交換後サーミスタ５６により検出された湯温に基づいて流れ方向が切り換えられている。

そして、浴水の追い焚きにより、追い焚き用熱交換器６０から第１三方弁１６ｄを介して給湯用熱交換器３０の一次側流通部３０ａの中途に浴水温と同程度のほぼ中温の蓄熱用流体が流通されるが、給湯により給湯用熱交換器３０で熱交換された湯温が所定温度（例えば、給水温度＋１０℃）未満であれば、貯湯タンク１０の下部１０ｅに戻され、所定温度（例えば、給水温度＋１０℃）以上であれば、貯湯タンク１０の中間部１０ｆ近傍に戻されることになる。これにより、浴水の追い焚きによって中温の蓄熱用流体が増加することになるが、給湯運転により中温の蓄熱用流体を消費して低温（例えば、給水温度＋５℃程度）の蓄熱用流体が貯湯タンク１０の下部１０ｅ戻されることになる。なお、このときの第１循環ポンプ１７の回転数は、熱交換後サーミスタ５４により検出された湯温に基づいて制御される。

以上の第１実施形態の貯湯式給湯装置によれば、追い焚き用熱交換器６０により浴水を追い焚きすることで、熱交換された湯温の低いほぼ中温の蓄熱用流体が増加するが、この中温の蓄熱用流体を一次側流通部３０ａに流通するように構成されたことにより、中温の蓄熱用流体を積極的に消費するとともに、一次側流通部３０ａを流通した後の蓄熱用流体の湯温を中温よりもさらに低下することができる。これにより、加熱前の蓄熱用流体の湯温を低下させることで沸き上げ運転時におけるヒートポンプユニット２０の運転効率の低下が防止できる。

具体的には、追い焚き用熱交換器６０により熱交換された湯温の低いほぼ中温の蓄熱用流体を中温取り出し配管１３から取り出して給湯用熱交換器３０の一部に流通するように構成されたことにより、中温の蓄熱用流体を積極的に消費するとともに、さらに、この中温の蓄熱用流体よりも温度低下した湯温の蓄熱用流体を貯湯タンク１０に戻すことができるため沸き上げ運転時におけるヒートポンプユニット２０の運転効率の低下が防止できる。

また、給湯用熱交換器３０を一次側流通部３０ａの上流端が高温取り出し配管１２の下流側に接続され、かつ一次側流通部３０ａの中途が中温取り出し配管１３の下流側に接続するように構成したことにより、一次側流通部３０ａの中途から下流側は、特に給湯用水が流通する二次側流通部３０ｂの上流側と、中温の蓄熱用流体とが熱交換されることになるので、効率的に温度低下した湯温の蓄熱用流体を貯湯タンク１０に戻すことができる。

また、追い焚き用熱交換器６０を対向流式の熱交換器として構成され、さらに、一次側流通部３０ａの下流端が中温取り出し配管１３に取り出されるように構成されることにより、一次側流通部３０ａを流通した後の蓄熱用流体を熱交換前の浴水の湯温程度まで低下してしまうが、この湯温の蓄熱用流体を積極的に給湯用熱交換器３０により消費することで、中温よりも低い湯温の蓄熱用流体を貯湯タンク１０に戻すことができる。これにより、沸き上げ運転時におけるヒートポンプユニット２０の運転効率の低下が防止できる。

また、追い焚き用一次側循環回路１１ａと、給湯用一次側循環回路１１には、必要に応じて一次側流通部３０ａおよび一次側流通部６０ａの少なくとも一方に貯湯タンク１０内の蓄熱用流体を流通させるための共用の第１循環ポンプ１７が設けられたことにより、給湯用一次側循環回路１１および追い焚き用一次側循環回路１１ａを先願（特許文献１）よりも簡素化できることで部品点数が削減されて低コストが図れる。

また、高温の蓄熱用流体を一次側流通部６０ａおよび一次側流通部３０ａに流通するそれぞれの流通比を必要に応じて調節可能な流量比調節弁１６ｃが設けられたことにより、給湯時、追い焚き時、追い焚き中に給湯するときなどの運転モードにおいて、流量比調節弁１６ｃにより必要に応じて流量比が調節できることで、温度低下した湯温の蓄熱用流体を貯湯タンク１０に戻すことが容易にできる。

また、一次側流通部６０ａおよび一次側流通部３０ａにより熱交換された蓄熱用流体の湯温を検出する熱交換後サーミスタ５６が設けられ、この熱交換後サーミスタ５６により検出された湯温に基づいて、熱交換された蓄熱用流体を、中温取り出し配管１３に取り出されるように貯湯タンク１０内に戻すか、または貯湯タンク１０の下方部に戻すかのいずれか一方に流れ方向を切り換える第２三方弁１６ｅが設けられたことにより、熱交換後サーミスタ５６および第２三方弁１６ｅにより、熱交換された蓄熱用流体を貯湯タンク１０内の適所に戻すことができる。

また、中温取り出し配管１３の上流端近傍、つまり、貯湯タンク１０に複数の貯湯サーミスタ５５が設けられ、給湯用熱交換器３０は、この貯湯サーミスタ５５により検出された湯温が所定温度未満のときに高温取り出し配管１２から取り出される高温の蓄熱用流体を一次側流通部３０ａに流通させ、貯湯サーミスタ５５により検出された湯温が所定温度以上のときに中温取り出し配管１３から取り出される中温の蓄熱用流体、もしくは中温取り出し配管１３から取り出される中温の蓄熱用流体と高温取り出し配管１２から取り出される高温の蓄熱用流体との両方を一次側流通部３０ａに流通するように構成したことにより、貯湯タンク１０内に貯えられた蓄熱用流体のうち、中温の蓄熱用流体を積極的に取り出すことができるとともに温度低下した湯温の蓄熱用流体を貯湯タンク１０に戻すことができる。これにより、中温以下の蓄熱用流体の貯えが多量となって、沸き上げ運転時におけるヒートポンプユニット２０の運転効率の低下が防止できる。

また、図３に示すように、中温取り出し配管１３は、少なくとも二つ以上の複数個設けられ、そのうちのいずれか一つの中温の蓄熱用流体を選択して一次側流通部３０ａに流通するように構成されたことにより、中温の蓄熱用流体が貯えられる部位は、貯湯タンク１０の垂直方向に一様でないため複数個の中温取り出し配管１３が設けられることで、的確にかつ積極的に中温の蓄熱用流体を積極的に取り出すことができる。

また、ヒートポンプユニット２０は、冷媒の高圧側圧力が臨界圧力以上となる超臨界ヒートポンプであり、臨界圧力以上に昇圧された冷媒により蓄熱用流体を加熱することにより、超臨界ヒートポンプサイクルにおいては、蓄熱用流体を目標温度（例えば、６５〜９０℃）まで加熱する場合、加熱前の蓄熱用流体の湯温が低いほど、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。従って、加熱前の給湯用水の温度近傍まで低減された蓄熱用流体を超臨界ヒートポンプサイクルにて加熱することにより、サイクル効率が向上し、省動力運転を行なうことができる。

（第２実施形態）
以上の第１実施形態では、給湯用一次側循環回路１１および追い焚き用一次側循環回路１１ａに給湯用熱交換器３０と追い焚き用熱交換器６０とを別体で構成したが、これに限らず、給湯用熱交換器３０と追い焚き用熱交換器６０とが一体に構成しても良い。具体的には、図４および図５に示すように、給湯用熱交換器３０の一次側流通部３０ａと浴槽内の浴水が流通する二次側流通部６０ａとを隣接して設け、かつ一次側流通部３０ａに流通する蓄熱用流体と浴槽内の浴水とが対向流となるように構成されている。

つまり、蓄熱用流体が流通する一次側流通部３０ａを共用したものである。また、本実施形態の場合には、中温取り出し配管１３に第１流量調節手段である流量調節弁１６ａを設けて、一次側流通部３０ａの中途に流通する中温の蓄熱用流体の流量を調節している。この流量調節弁１６ａは給湯制御部４１により制御され、第１実施形態と同じように、貯湯サーミスタ５５により検出された湯温が所定温度未満のときに高温取り出し配管１２から取り出される高温の蓄熱用流体を一次側流通部３０ａに流通させ、貯湯サーミスタ５５により検出された湯温が所定温度以上のときに、中温取り出し配管１３から取り出される中温の蓄熱用流体、もしくは中温取り出し配管１３から取り出される中温の蓄熱用流体と高温取り出し配管１２から取り出される高温の蓄熱用流体との両方を一次側流通部３０ａに流通するようにしている。

また、熱交換後サーミスタ５６により検出された湯温に基づいて中温の蓄熱用流体の流量を調節させても良い。因みに、貯湯タンク１０の下方部に戻す蓄熱用流体の湯温が所定温度（例えば、給水温度＋１０℃）以上とならないように中温の蓄熱用流体の流量を容易に制御することができる。

以上の第２実施形態の貯湯式給湯装置によれば、追い焚き用熱交換器６０および給湯用熱交換器３０の蓄熱用流体が流通する一次側流通部３０ａ、６０ａと、浴槽内の浴水が流通する二次側流通部６０ａとを隣接して設け、かつ一次側流通部３０ａを流通する蓄熱用流体と浴槽内の浴水とが対向流となるように構成されることにより、第１実施形態よりも給湯用熱交換器３０から貯湯タンク１０に蓄熱用流体を戻すための一次側循環回路１１、１１ａが簡素化され、かつ追い焚き用熱交換器６０が給湯用熱交換器３０に一体で形成されるため部品点数が削減できるとともに、低コストが図れる。

また、一次側流通部３０ａの中途に流通する中温の蓄熱用流体の流量を調節する流量調節弁１６ａが設けられたことにより、貯湯タンク１０の下方部に戻す蓄熱用流体の湯温が所定温度以上とならないように容易に制御することができる。

さらに、貯湯サーミスタ５５と流量調節弁１６ａとにより貯湯タンク１０内に貯えられた蓄熱用流体のうち、中温の蓄熱用流体を積極的に取り出すことができるとともに温度低下した湯温の蓄熱用流体を貯湯タンク１０に戻すことが容易にできる。従って、沸き上げ運転時におけるヒートポンプユニット２０の運転効率の低下が防止できる。

（他の実施形態）
以上の第１実施形態では、給湯用熱交換器３０を一体で形成したが、これに限らず、別体に形成しても良い。また、第２実施形態で構成した流量調節弁１６ａを同じように、中温取り出し管１３に設けて、一次側流通部３０ａの中途に流通する中温の蓄熱用流体の流量を調節しても良い。

以上の実施形態では、冷媒に二酸化炭素を用いたヒートポンプユニット２０を熱源装置として説明したが、これに限らず、フロン、代替フロンなどの冷媒を用いる一般的なヒートポンプサイクルでも良い。

また、以上の実施形態では、貯湯タンク１０は、必ずしも樹脂材料を使用する必要はなく、金属材料で成形しても良い。また、貯湯タンク１０の形状は、直方体形状でなくても、例えば円筒形状でも良い。また、貯湯タンク１０を大気開放形に形成したが、密閉タイプ構造の貯湯タンクでも良い。ただしこの場合には、減圧弁、圧力逃がし弁などのタンクを保護するための部品が必要となる。

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。 本発明の第１実施形態における給湯用熱交換器３０および追い焚き用熱交換器６０を構成する一次側流通部と二次側流通部の断面形状を示す断面図である。 本発明の第１実施形態の変形例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。 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。 本発明の第２実施形態における給湯用熱交換器３０および追い焚き用熱交換器６０を構成する一次側流通部と二次側流通部の断面形状を示す断面図である。 特許文献１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

１０…貯湯タンク
１１…給湯用一次側循環回路
１１ａ…追い焚き用一次側循環回路
１２…高温取り出し配管
１３…中温取り出し配管
１６ａ…流量調節弁（第１流量調節手段）
１６ｃ…流量比調節弁（流量比調節手段）
１６ｅ…第２三方弁（切換弁）
１７…第１循環ポンプ（送水手段）
２０…ヒートポンプユニット（加熱手段）
２１…流体加熱用流路
３０…給湯用熱交換器
３０ａ…一次側流通部（第１の流通部）
３０ｂ…二次側流通部（第２の流通部）
５５…貯湯サーミスタ（水温センサ）
５６…熱交換後サーミスタ（熱交換後水温センサ）
６０…追い焚き用熱交換器
６０ａ…一次側流通部（第３の流通部）
６０ｂ…二次側流通部（第４の流通部）

Claims (10)

1. 蓄熱用流体を内部に貯える貯湯タンク（１０）と、
   前記貯湯タンク（１０）内の最下部の蓄熱用流体を前記貯湯タンク（１０）内の最上部に送る流体加熱用流路（２１）と、
   前記流体加熱用流路（２１）に設けられ、前記流体加熱用流路（２１）を流れる蓄熱用流体を加熱する加熱手段（２０）と、
   前記貯湯タンク（１０）内の蓄熱用流体が流通する第１の流通部（３０ａ）と給湯用水が流通する第２の流通部（３０ｂ）とが隣接して設けられ、かつ蓄熱用流体と給湯用水とが対向流となるように構成され、両者間で熱交換を行なう給湯用熱交換器（３０）と、
   前記貯湯タンク（１０）内の蓄熱用流体が流通する第３の流通部（６０ａ）と浴槽内の浴水が流通する第４の流通部（６０ｂ）とが隣接して設けられ、熱交換を行なう追い焚き用熱交換器（６０）と、
   前記貯湯タンク（１０）から高温の蓄熱用流体を取り出し、前記第１の流通部（３０ａ）および第３の流通部（６０ａ）に接続される高温取り出し配管（１２）と、
   前記貯湯タンク（１０）に接続され、前記追い焚き用熱交換器（６０）により熱交換された中温の蓄熱用流体を取り出し、前記第１の流通部（３０ａ）の中途および第３の流通部（６０ａ）の下流端に接続される中温取り出し配管（１３）と、
   前記高温取り出し配管（１２）から取り出される高温の蓄熱用流体を第３の流通部（６０ａ）に流通させ、前記第３の流通部（６０ａ）で熱交換された蓄熱用流体を前記第１の流通部（３０ａ）の中途に流通させて前記貯湯タンク（１０）内に戻るように構成した追い焚き用一次側循環回路（１１ａ）と、
   前記高温取り出し配管（１２）から取り出される高温の蓄熱用流体を前記第１の流通部（３０ａ）の上流端に流通させるとともに、前記中温取り出し配管（１３）から取り出される中温の蓄熱用流体を前記第１の流通部（３０ａ）の中途に流通させて前記貯湯タンク（１０）の下方部に戻るように構成した給湯用一次側循環回路（１１）と、
   前記追い焚き用一次側循環回路（１１ａ）と前記給湯用一次側循環回路（１１）に設けられた、前記第３の流通部（６０ａ）および前記第１の流通部（３０ａ）のうち少なくとも一方に前記貯湯タンク（１０）内の蓄熱用流体を流通させるための共用の送水手段（１７）とを備えることを特徴とする貯湯式給湯装置。
2. 前記追い焚き用熱交換器（６０）において、前記第３の流通部（６０ａ）を流れる蓄熱用流体は、前記第４の流通部（６０ｂ）を流れる浴水と対向する向きで流れることを特徴とする請求項１に記載の貯湯式給湯装置。
3. 前記追い焚き用熱交換器（６０）は、前記給湯用熱交換器（３０）の前記第１の流通部（３０ａ）と浴槽内の浴水が流通する第４の流通部（６０ｂ）とを隣接して設け、かつ前記第１の流通部（３０ａ）を流通する蓄熱用流体と浴槽内の浴水とが対向流となるように構成されることを特徴とする請求項１に記載の貯湯式給湯装置。
4. 前記高温取り出し配管（１２）には、高温の蓄熱用流体を前記第３の流通部（６０ａ）および前記第１の流通部（３０ａ）に流通するそれぞれの流通比を必要に応じて調節可能な流量比調節手段（１６ｃ）が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. 前記第３の流通部（６０ａ）および前記第１の流通部（３０ａ）により熱交換された蓄熱用流体の湯温を検出する熱交換後水温センサ（５６）が設けられ、前記追い焚き用一次側循環回路（１１ａ）と前記給湯用一次側循環回路（１１）には、前記熱交換後水温センサ（５６）により検出された湯温に基づいて熱交換された蓄熱用流体を、前記中温取り出し配管（１３）に取り出されるように前記貯湯タンク（１０）内に戻すか、または前記貯湯タンク（１０）の下方部に戻すかのいずれか一方に流れ方向を切り換える切換弁（１６ｅ）が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。
6. 前記第３の流通部（６０ａ）および前記第１の流通部（３０ａ）により熱交換された蓄熱用流体の湯温を検出する熱交換後水温センサ（５６）が設けられ、前記追い焚き用一次側循環回路（１１ａ）と前記給湯用一次側循環回路（１１）には、前記熱交換後水温センサ（５６）により検出された湯温に基づいて、前記第１の流通部（３０ａ）の中途に流通する中温の蓄熱用流体の流量を調節する第１流量調節手段（１６ａ）が設けられたことを特徴とする請求項１または請求項５に記載の貯湯式給湯装置。
7. 前記中温取り出し配管（１３）の上流端近傍には、蓄熱用流体の湯温を検出する水温センサ（５５）が設けられ、
   前記給湯用熱交換器（３０）は、前記水温センサ（５５）により検出された湯温が所定温度未満のときに前記高温取り出し配管（１２）から取り出される高温の蓄熱用流体を前記第１の流通部（３０ａ）に流通させ、前記水温センサ（５５）により検出された湯温が所定温度以上のときに前記中温取り出し配管（１３）から取り出される中温の蓄熱用流体、もしくは前記中温取り出し配管（１３）から取り出される中温の蓄熱用流体と前記高温取り出し配管（１２）から取り出される高温の蓄熱用流体との両方を前記第１の流通部（３０ａ）に流通するように構成されたことを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載の貯湯式給湯装置。
8. 前記中温取り出し配管（１３）には、前記中温取り出し配管（１３）内を流通する中温の蓄熱用流体の流量を調節する第１流量調節手段（１６ａ）が設けられ、
   前記第１流量調節手段（１６ａ）は、前記水温センサ（５５）により検出された湯温が所定温度以上のときに、前記中温取り出し配管（１３）から取り出される中温の蓄熱用流体、もしくは前記中温取り出し配管（１３）から取り出される中温の蓄熱用流体と前記高温取り出し配管（１２）から取り出される高温の蓄熱用流体との両方を前記第１の流通部（３０ａ）に流通するように調節されたことを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか一項に記載の貯湯式給湯装置。
9. 前記中温取り出し配管（１３）は、少なくとも二つ以上の複数個設けられ、そのうちのいずれか一つの中温の蓄熱用流体を選択して前記第１の流通部（３０ａ）に流通するように構成されたことを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか一項に記載の貯湯式給湯装置。
10. 前記加熱手段（２０）は、冷媒の高圧側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蓄熱用流体を加熱することを特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれか一項に記載の貯湯式給湯装置。

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