JP4236194B2

JP4236194B2 - 給湯装置

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Publication number: JP4236194B2
Application number: JP2004291382A
Authority: JP
Inventors: 正彦矢口; 馨片山; 嘉一猪熊
Original assignee: 東芝機器株式会社
Priority date: 2004-10-04
Filing date: 2004-10-04
Publication date: 2009-03-11
Anticipated expiration: 2024-10-04
Also published as: JP2006105460A

Description

本発明は、沸き上げた湯を貯湯タンクに貯湯する給湯装置に関する。

従来、貯湯タンクに沸き上げた湯を貯湯し、この貯湯タンクの上部から湯を取り出して給湯する給湯装置では、貯湯タンク内の上部に熱交換器を配置し、浴槽に湯張りされた湯水を熱交換器に循環させ、貯湯タンク内の上部に貯湯された湯との熱交換によって浴槽の湯水を追い焚きする追焚き機能付きの給湯装置が知られている。

貯湯タンク内に貯湯する湯を沸き上げる沸上手段としては、冷媒回路を用いたヒートポンプユニットがある。このヒートポンプユニットでは、沸上時に、貯湯タンクの下部の取出口から貯湯タンク内の下部の水を取り出してヒートポンプユニットの熱交換器を通じて沸き上げ、この沸き上げた湯を貯湯タンクの上部の取入口に取り入れることにより、湯と水との比重の差を利用して貯湯タンクの上部から湯を貯湯させている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００３−１６１５１８号公報（第４−５頁、図１）

しかしながら、従来の給湯装置では、ヒートポンプユニットで沸き上げた湯を貯湯タンクの上部にしか取り入れることができないため、貯湯タンク内に湯を貯湯する貯湯方法が貯湯タンクの上部からに限られ、次のような問題がある。

すなわち、ヒートポンプユニットの沸上開始時には、ヒートポンプユニットの圧縮機が立ち上がり始めて安定していないことや熱交換器の温度が高くなっていないことなどからヒートポンプユニットから出る湯の温度が低く、この低い温度の湯を貯湯タンクの上部に取り入れ、貯湯タンクの上部の湯の温度が低下する問題がある。

貯湯タンク内の全量沸上時などにおいて、沸上開始時には貯湯タンクの下部の水の温度が給水温度程度に低くても、全量沸き上がり近くなると貯湯タンクの下部の水の温度が給水温度よりも高い中温水となり、この中温水を取り出してヒートポンプユニットで沸き上げるため、ヒートポンプユニットの沸上効率（ＣＯＰ）が低下し、実際の沸上温度が設定されている沸上目標温度より低くなり、つまり貯湯タンクの上部に貯湯された湯の温度より低くなり、この低い温度の湯を貯湯タンクの上部に取り入れ、貯湯タンクの上部の湯の温度が低下する問題がある。

ヒートポンプユニットの室外機の除霜後の沸上再開時には、圧縮機を逆サイクルで運転していたため、熱交換器から除霜で使用した水が出るとともに、サイクルを戻した圧縮機が安定するまでは熱交換器から出る湯の温度が低く、この低い温度の湯を貯湯タンクの上部に取り入れ、貯湯タンクの上部の湯の温度が低下する問題がある。

また、浴槽の湯水の追い焚きによって、貯湯タンク内の浴槽用熱交換器付近の湯の温度が低下した場合、追焚能力が低下してしまうため、ヒートポンプユニットを運転して浴槽用熱交換器付近の湯の温度を上昇させることになるが、沸き上げた湯を貯湯タンクの上部の取入口から取り入れるので、この取入口より下側に位置する浴槽用熱交換器付近の湯の温度が上昇するのに時間がかかる問題がある。

また、夏場などの湯の使用量が少ない場合には、省エネルギを目的として、ヒートポンプユニットによる沸上温度を低くし、貯湯タンク内の貯湯温度を低くすることが一般的である。しかし、貯湯タンクの上部にしか湯を取り入れることができないため、貯湯タンク内の貯湯温度を一律に下げることしかできず、浴槽の湯水を追い焚きする場合に追焚能力が低下し、追焚き目標温度まで追い焚きするのに時間がかかる問題がある。

さらに、最近の傾向では、自動食器洗い機が普及してきているために、貯湯タンクから７０℃や８０℃程度の湯を取り出したいという要望も増えてきている。しかし、貯湯タンクの上部にしか湯を取り入れることができないため、貯湯タンク全体を９０℃程度に沸上しなければならず、夏場などの湯の使用量が少ない状況でも、省エネルギを目的としてヒートポンプユニットによる沸上温度を低くすることができなくなってしまう問題がある。

本発明は、このような点に鑑みなされたもので、貯湯タンクの上部に貯湯する湯の温度確保、省エネルギへの対応など、貯湯の各種態様に容易に対応できる給湯装置を提供することを目的とする。

請求項１記載の給湯装置は、下部に取出口が設けられ、少なくとも上部に上部取入口が設けられるとともにこれら取出口と上部取入口との間の中間部に中間取入口が設けられた貯湯タンクと、この貯湯タンクの取出口から水を取り出すとともに各取入口のいずれか１つに取り入れるように循環させる循環手段と、この循環手段で貯湯タンクの取出口から取り出される水を沸き上げる沸上手段と、この沸上手段で沸き上げられて前記循環手段で循環される湯を前記貯湯タンクの各取入口のいずれか１つに切り換えて取り入れさせる取入口切換手段と、前記貯湯タンクの上部取入口と中間取入口との間に貯湯される湯と熱交換する熱交換手段と、この熱交換手段で熱交換する湯の温度を検知する温度検知手段と、前記循環手段、沸上手段および取入口切換手段を制御し、前記熱交換手段による熱交換時に前記温度検知手段で検知する湯の温度が熱交換対応温度より低いときには前記取入口切換手段で前記中間取入口に切り換えて前記沸上手段で沸き上げられた湯を前記中間取入口に取り入れさせる制御手段とを具備しているものである。

そして、貯湯タンクの下部の取出口から取り出した水を沸上手段で沸き上げ、沸き上げた湯を貯湯タンクの各取入口のいずれにも切り換えて取り入れることが可能となるため、貯湯タンクの上部に貯湯する湯の温度確保、省エネルギへの対応など、貯湯の各種態様への対応が容易になる。しかも、貯湯タンクの上部取入口と中間取入口との間に貯湯される湯と熱交換する熱交換手段を備えている場合、熱交換手段の熱交換能力の確保が確実になる。さらに、熱交換手段による熱交換時に、熱交換手段で熱交換する湯の温度が熱交換対応温度より低いときには、沸上手段で沸き上げた湯を中間取入口に取り入れることにより、上部取入口から取り入れるときよりも熱交換手段で熱交換する湯の温度が早く上昇し、熱交換手段の熱交換能力を迅速に確保可能になる。

請求項２記載の給湯装置は、請求項１記載の給湯装置において、沸上手段で沸き上げた湯の出湯温度を検知する出湯温度検知手段を備え、制御手段は、前記出湯温度検知手段で検知される出湯温度が沸上目標温度以上のときには取入口切換手段で上部取入口に切り換えて沸上手段で沸き上げられた湯を上部取入口に取り入れさせ、出湯温度が沸上目標温度より低いときには取入口切換手段で中間取入口に切り換えて沸上手段で沸き上げられた湯を中間取入口に取り入れさせるものである。

そして、沸上手段で沸き上げた湯の出湯温度が沸上目標温度以上のときには沸上手段で沸き上げた湯を上部取入口に取り入れ、出湯温度が沸上目標温度より低いときには沸上手段で沸き上げた湯を中間取入口に取り入れることにより、貯湯タンクの上部に沸上目標温度の湯が確実に貯湯される。

請求項３記載の給湯装置は、請求項１または２記載の給湯装置において、貯湯タンクの上下方向の複数の高さ位置で湯水の温度を検知する複数の温度検知手段を備え、制御手段は、前記温度検知手段の検知に基づいて、前記貯湯タンクの上部取入口を通じてこの上部取入口と中間取入口との間に第１の設定温度の湯を貯湯させ、中間取入口を通じてこの中間取入口より下側に第１の設定温度より低い第２の設定温度の湯を貯湯させるものである。

そして、貯湯タンクの上部取入口を通じてこの上部取入口と中間取入口との間に第１の設定温度の湯を貯湯させ、中間取入口を通じてこの中間取入口より下側に第１の設定温度より低い第２の設定温度の湯を貯湯させることにより、熱交換手段による熱交換能力が確保されるとともに、第２の設定温度の湯の沸上効率が向上して省エネルギに対応可能となる。

請求項４記載の給湯装置は、請求項１ないし３いずれか記載の給湯装置において、貯湯タンクは、中間取入口と下部の取出口との間に設けられた下部の取入口を有し、沸上手段は、室外機および熱交換器が配置される冷媒回路を有していてこの熱交換器を通じて貯湯タンクの取出口から取り出される水を沸き上げるヒートポンプユニットを備え、制御手段は、前記ヒートポンプユニットによる沸上開始時および室外機の除霜後の沸上再開時に取入口切換手段で下部の取入口に切り換えて前記熱交換器を出る湯水を下部の取入口に取り入れさせるものである。

そして、ヒートポンプユニットによる沸上開始時および室外機の除霜後の沸上再開時に、熱交換器から出る温度の低い湯や水を貯湯タンクの下部の取入口に取り入れることにより、貯湯タンクの下部の取入口より上側に貯湯されている湯の温度低下が防止される。

請求項５記載の給湯装置は、請求項１ないし４いずれか記載の給湯装置において、貯湯タンクの中間部取入口は、貯湯タンク内の湯を取り出す給湯用と共用するものである。

請求項１記載の給湯装置によれば、貯湯タンクの下部の取出口から取り出した水を沸上手段で沸き上げ、沸き上げた湯を貯湯タンクの各取入口のいずれにも切り換えて取り入れることができるため、貯湯タンクの上部に貯湯する湯の温度確保、省エネルギへの対応など、貯湯の各種態様に容易に対応できる。しかも、貯湯タンクの上部取入口と中間取入口との間に貯湯される湯と熱交換する熱交換手段を備えている場合、熱交換手段の熱交換能力を確実に確保できる。さらに、熱交換手段による熱交換時に、熱交換手段で熱交換する湯の温度が熱交換対応温度より低いときには、沸上手段で沸き上げた湯を中間取入口に取り入れることにより、上部取入口から取り入れるときよりも熱交換手段で熱交換する湯の温度を早く上昇させることができ、熱交換手段の熱交換能力を迅速に確保できる。

請求項２記載の給湯装置によれば、請求項１記載の給湯装置の効果に加えて、沸上手段で沸き上げた湯の出湯温度が沸上目標温度以上のときには沸上手段で沸き上げた湯を上部取入口に取り入れ、出湯温度が沸上目標温度より低いときには沸上手段で沸き上げた湯を中間取入口に取り入れることにより、貯湯タンクの上部に沸上目標温度の湯を確実に貯湯できる。

請求項３記載の給湯装置によれば、請求項１または２記載の給湯装置の効果に加えて、貯湯タンクの上部取入口を通じてこの上部取入口と中間取入口との間に第１の設定温度の湯を貯湯させ、中間取入口を通じてこの中間取入口より下側に第１の設定温度より低い第２の設定温度の湯を貯湯させることにより、熱交換手段による熱交換能力を確保できるとともに、第２の設定温度の湯の沸上効率を向上できて省エネルギに対応できる。

請求項４記載の給湯装置によれば、請求項１ないし３いずれか記載の給湯装置の効果に加えて、ヒートポンプユニットによる沸上開始時および室外機の除霜後の沸上再開時に、熱交換器から出る温度の低い湯や水を貯湯タンクの下部取入口に取り入れることにより、貯湯タンクの下部取入口より上側に貯湯されている湯の温度低下を防止できる。

請求項５記載の給湯装置によれば、請求項１ないし４いずれか記載の給湯装置の効果に加えて、貯湯タンクの中間部取入口は、貯湯タンク内の湯を取り出す給湯用と共用できる。

以下、本発明の一実施の形態を図面を参照して説明する。

図１は給湯装置の沸上貯湯に関する構成図、図２は給湯装置の給湯に関する構成図、図３は給湯装置のブロック図である。

図１および図２に示すように、給湯装置11は、本体ユニット12、沸上手段としてのヒートポンプユニット13を備え、浴槽14に自動湯張りする自動湯張り機能および浴槽14に湯張りされた湯を追い焚きする追焚き機能などを有している。

本体ユニット12は湯を貯湯する貯湯タンク21を有し、この貯湯タンク21には、下部に給水口22が、上部に上部接続口23が、中間部に中間接続口24が、下部で給水口22より上側に下部接続口25が、それぞれ設けられている。そして、沸上貯湯時においては、給水口22は取出口として、上部接続口23は上部取入口として、中間接続口24は中間取入口として、下部接続口25は下部取入口として、それぞれ機能する。一方、給湯時においては、上部接続口23は上部取出口として、中間接続口24は中間取出口として、それぞれ機能する。

貯湯タンク21の側面には、貯湯タンク21の上から例えば６０Ｌ、１２０Ｌ、１８０Ｌの湯水の各高さ位置、および貯湯タンク21の下から例えば３０Ｌ、６０Ｌの湯水の各高さ位置に、貯湯タンク21内の湯水温度を検知する温度検知手段としてのサーミスタ26a〜26eが配設されている。サーミスタ26aは中間接続口24より高く貯湯タンク21の上部の湯水の温度を検知し、サーミスタ26bは中間接続口24の高さで湯水の温度を検知し、サーミスタ26cは中間接続口24より低い高さで湯水の温度を検知する。

貯湯タンク21の給水口22には水道管などの給水源に配管される給水管27が減圧弁28を介して接続され、上部接続口23には上部配管29が接続され、中間接続口24には中間配管30が接続され、下部接続口25には下部配管31が接続されている。

また、貯湯タンク21とヒートポンプユニット13との間には、貯湯タンク21内の下部の水をヒートポンプユニット13に対して循環させる循環手段34の沸上循環路35が形成されている。この沸上循環路35は、貯湯タンク21の給水口22に接続されて貯湯タンク21内の下部の水がヒートポンプユニット13に入る往き配管36、ヒートポンプユニット13で沸き上げられた湯が出湯されて貯湯タンク21に戻る戻り配管37、これら往き配管36および戻り配管37で湯水を循環させる循環ポンプ38を備えている。

戻り配管37と各配管29，30，31との間には、ヒートポンプユニット13で沸き上げられて戻り配管37から貯湯タンク21に戻る湯を貯湯タンク21の各接続口23，24，25のいずれか１つに切り換えて取り入れさせる取入口切換手段としての取入口切換用三方弁39が配設されている。この取入口切換用三方弁39は、戻り配管37が接続される流入口39a、上部配管29が接続される上部流出口39b、中間配管30が接続される中間流出口39c、下部配管31が接続される下部流出口39dを有し、流入口39aに対して各流出口39b〜39dのいずれか１つを開放させて残りを閉止するように構成されている。

また、ヒートポンプユニット13は、冷媒が充填された冷媒回路42を有し、この冷媒回路42には圧縮機43、凝縮器として機能する熱交換器44、蒸発器45などが含まれ、圧縮機43の運転時に熱交換器44を通じて沸上循環路35を循環する水を沸き上げる。圧縮機43および蒸発器45などは本体ユニットとは別の室外機46に配置され、また、熱交換器44などは本体ユニット12に配置される。

圧縮機43の吐出側には冷媒吐出温度を検知する冷媒吐出温度検知センサ47が、熱交換器44には冷媒の凝縮温度を検知する冷媒凝縮温度検知センサ48が、往き配管36には給水温度を検知する給水温度センサ49が、戻り配管37には出湯温度を検知する出湯温度検知手段としての出湯温度センサ50がそれぞれ配設されている。

また、上部配管29および中間配管30は、貯湯タンク21の上部接続口23および中間接続口24からの湯の取り出しを切り換えて給湯する給湯切換用三方弁53に接続されている。この給湯切換用三方弁53は、上部配管29が接続される上部流入口53a、中間配管30が接続される中間流入口53b、給湯配管54が接続される流出口53cを有し、流出口53cに対して各流入口53a，53bのいずれか一方を開放させて他方を閉止するように構成されている。

給水管27および給湯配管54は、給湯用電動ミキシングバルブ55および風呂用電動ミキシングバルブ56にそれぞれ接続されている。これら給湯用電動ミキシングバルブ55および風呂用電動ミキシングバルブ56は、給水管27からの水と給湯配管54からの湯とを混合して、例えば台所などに設置される第１の温度設定部としてのメインリモコン57、および浴室に設置される第２の温度設定部としての浴室リモコン58によりそれぞれ設定される給湯設定温度の湯水を給湯する。浴室リモコン58で設定可能とする給湯設定温度としては、シャワーなどの湯の温度である給湯設定温度とともに、浴槽に湯張りする湯の温度である風呂設定温度があり、風呂設定温度に応じて風呂用電動ミキシングバルブ56を制御する。

給湯用電動ミキシングバルブ55から台所などに給湯するための給湯管59には、湯水の流量を検知する流量センサ60および湯水の温度を検知する給湯温度センサ61が配設されている。また、風呂用電動ミキシングバルブ56から浴槽14に給湯するための給湯管62には、湯水の流量を検知する流量センサ63を有するホッパ64、および湯水の温度を検知する給湯温度センサ65が配設されている。

また、貯湯タンク21内の上部であって上部接続口23と中間接続口24との間に熱交換手段としての熱交換器68が配置され、この熱交換器68と浴槽14とが循環路69の往路70および復路71で接続されている。往路70には浴槽湯水を循環させる循環ポンプ72が配設されている。この循環路69には給湯管62が接続され、浴槽14への自動湯張りおよび自動足し湯が可能となっている。

また、図３に、給湯装置11を制御する制御手段81を示し、この制御手段81は、メインリモコン57、浴室リモコン58、各サーミスタ26a〜26e、冷媒吐出温度検知センサ47、冷媒凝縮温度検知センサ48、給水温度センサ49、出湯温度センサ50、流量センサ60，63、給湯温度センサ61，65などから信号を入力し、循環ポンプ38、圧縮機43、取入口切換用三方弁39、給湯切換用三方弁53、給湯用電動ミキシングバルブ55、風呂用電動ミキシングバルブ56、循環ポンプ72などを制御する。

制御手段81は、出湯温度センサ50で検知される出湯温度が沸上目標温度以上のときには取入口切換用三方弁39で上部接続口23に切り換えてヒートポンプユニット13で沸き上げられた湯を上部接続口23から貯湯タンク21の上部に取り入れさせ、出湯温度が沸上目標温度より低いときには取入口切換用三方弁39で中間接続口24に切り換えてヒートポンプユニット13で沸き上げられた湯を中間接続口24から貯湯タンク21の中間部に取り入れさせ、ヒートポンプユニット13による沸上開始時および室外機46の除霜後の沸上再開時には取入口切換用三方弁39で下部接続口25に切り換えてヒートポンプユニット13の熱交換器44を通過しても温度が低いままの水を下部接続口25に取り入れさせる機能を有している。

制御手段81は、浴槽14の湯水の追焚き時に、サーミスタ26aで検知により熱交換器68が位置する貯湯タンク21の上部の湯の温度が予め設定された熱交換対応温度より低いときには、取入口切換用三方弁39で中間接続口24に切り換えてヒートポンプユニット13で沸き上げられた湯を中間接続口24に取り入れさせる機能、サーミスタ26a〜26eの検知に基づいて、貯湯タンク21の上部接続口23を通じてこの上部接続口23と中間接続口24との間に第１の設定温度の湯を貯湯させ、中間接続口24を通じてこの中間接続口24より下側に第１の設定温度より低い第２の設定温度の湯を貯湯させる機能を有している。

また、制御手段81は、各サーミスタ26a，26bで検知する温度と給湯設定温度（風呂設定温度）の湯を給湯するのに必要な貯湯タンク21からの湯の取出温度（給湯設定温度＋α）とに応じて給湯切換用三方弁53を制御し、各サーミスタ26a，26bで検知する温度の差が所定値以内であれば上部接続口23からの湯の取り出しに切り換え、各サーミスタ26a，26bで検知する温度の差が所定値以上でかつ取出温度（給湯設定温度＋α）より中間のサーミスタ26bで検知する温度が高ければ中間接続口24からの湯の取り出しに切り換え、各サーミスタ26a，26bで検知する温度の差が所定値以上でかつ取出温度（給湯設定温度＋α）より中間のサーミスタ26bで検知する温度が低ければ上部接続口23からの湯の取り出しに切り換えさせる機能を有している。

制御手段81は、各流量センサ60，63が出湯を検知した給湯箇所の給湯設定温度に対応した取出温度（給湯設定温度＋α）を設定して給湯切換用三方弁53を制御し、さらに、両流量センサ60，63が同時に出湯を検知する場合には、最も高い給湯設定温度に対応した取出温度（給湯設定温度＋α）を設定して給湯切換用三方弁53を制御する機能を有している。

次に、本実施の形態の作用を説明する。

まず、制御手段81の制御による貯湯タンク21への湯の貯湯動作について説明する。

ヒートポンプユニット13の圧縮機43の運転中において、循環ポンプ38を駆動し、貯湯タンク21の給水口22から取り出した貯湯タンク21の下部の水をヒートポンプユニット13の熱交換器44を通じて沸き上げ、取入口切換用三方弁39で切り換えられる上部接続口23、中間接続口24および下部接続口25のいずれか１つから貯湯タンク21に取り入れて貯湯する。

ヒートポンプユニット13からの出湯温度を出湯温度センサ50で検知して監視し、ヒートポンプユニット13からの出湯温度が例えば９０℃の沸上目標温度以上のときには、取入口切換用三方弁39で上部接続口23に切り換え、ヒートポンプユニット13で沸き上げられた湯を上部接続口23から貯湯タンク21の上部に取り入れ、貯湯タンク21の上部から下方に向かって湯を順次貯湯する。このヒートポンプユニット13からの出湯温度が例えば９０℃の沸上目標温度以上となる場合は、貯湯タンク21の下部に貯留された水の温度が給水温度程度に低く、この温度の低い水をヒートポンプユニット13で沸き上げるために、ヒートポンプユニット13の沸上効率（ＣＯＰ）が高くなるときである。

また、ヒートポンプユニット13による沸上開始時には、圧縮機43が立ち上がり始めて安定していないことや熱交換器44の温度が高くなっていないことなどから、熱交換器44から出る湯水の温度が低い。さらに、ヒートポンプユニット13の室外機46の蒸発器45を除霜した後の沸上再開時には、圧縮機43を逆サイクルで運転していたため、熱交換器44から除霜で使用した水が出るとともに、サイクルを戻した圧縮機43が安定するまでは熱交換器44から出る湯水の温度が低い。このように低い温度の湯水や水を貯湯タンク21の上部に取り入れてしまうと、貯湯タンク21の上部の湯の温度が低下してしまう。

そこで、ヒートポンプユニット13による沸上開始時、および室外機46の除霜後の沸上再開時には、例えば一定時間あるいは出湯温度センサ50の検知に基づいてヒートポンプユニット13からの出湯温度が所定温度（給水温度より高く沸上目標温度より低い温度）に達するまでは、取入口切換用三方弁39で下部接続口25に切り換え、ヒートポンプユニット13の熱交換器44から出る温度が低い湯水や水を下部接続口25に取り入れることにより、貯湯タンク21の上部の湯の温度低下を防止できる。

一定時間が経過するか、出湯温度センサ50の検知に基づいてヒートポンプユニット13からの出湯温度が所定温度以上に上昇すれば、取入口切換用三方弁39で中間接続口24に切り換え、所定温度以上に沸き上げられた湯を中間接続口24から貯湯タンク21の中間部に取り入れ、さらに、ヒートポンプユニット13からの出湯温度が沸上目標温度以上に達すれば、取入口切換用三方弁39で上部接続口23に切り換え、沸上目標温度以上に沸き上げられた湯を上部接続口23から貯湯タンク21の上部に取り入れる。

また、貯湯タンク21内の全量沸上時などにおいて、沸上開始時には貯湯タンク21の下部の水の温度が給水温度程度に低くても、全量沸き上がり近くなると貯湯タンク21の下部の水の温度が給水温度よりも高い中温水となり、この中温水を取り出してヒートポンプユニット13で沸き上げるため、ヒートポンプユニット13の沸上効率が低下し、実際の沸上温度が例えば８０℃となって設定されている例えば９０℃の沸上目標温度より低くなり、つまり貯湯タンク21の上部に貯湯された湯の温度より低くなり、この低い温度の湯を貯湯タンク21の上部に取り入れてしまうと、貯湯タンク21の上部の湯の温度が低下してしまう。

そこで、ヒートポンプユニット13で沸き上げた湯の出湯温度が沸上目標温度より例えば−１０℃程度低いときには、取入口切換用三方弁39で中間接続口24に切り換え、ヒートポンプユニット13で沸き上げた湯を中間接続口24から貯湯タンク21の中間部に取り入れ、貯湯タンク21の上部の湯の温度低下を防止できる。

なお、貯湯タンク21の上部のサーミスタ26aで検知する貯湯温度と出湯温度センサ50で検知する出湯温度とを比較し、出湯温度が貯湯温度より低いときに、取入口切換用三方弁39で中間接続口24に切り換えるようにしてもよい。

このように、ヒートポンプユニット13で沸き上げた湯を貯湯タンク21の上部接続口23、中間接続口24、下部接続口25のいずれにも切り換えて取り入れることができるため、貯湯タンク21の上部にはできるだけ高い温度の湯を確実に貯湯できる。

そのため、浴槽14の湯水を追い焚きする場合には、熱交換器68を通じて貯湯タンク21の上部の高い温度の湯と熱交換でき、追い焚き効率がよく、追い焚き時間を短くできる。

この追い焚き時には、貯湯タンク21の上部のサーミスタ26aで熱交換器68が配置された貯湯タンク21の上部の湯の温度を監視し、湯の温度が予め設定されている熱交換対応温度（例えば沸上目標温度より少し低い温度）より低いときや追い焚きにより低くなって追い焚き効率が低い場合には、ヒートポンプユニット13を運転する。このとき、取入口切換用三方弁39で中間接続口24に切り換え、ヒートポンプユニット13で沸き上げた湯を中間接続口24から貯湯タンク21の中間部に取り入れることにより、上部接続口23から取り入れるときよりも熱交換器68の近傍の湯の温度を早く上昇させ、熱交換器68の熱交換能力つまり追い焚き効率を迅速に向上させることができる。

また、夏場などの湯の使用量が少ない場合には、省エネルギを目的として、ヒートポンプユニット13による沸上温度を低くし、貯湯タンク21内の貯湯温度を低くすることが一般的である。しかし、貯湯タンク21内の貯湯温度を一律に下げてしまうと、浴槽14の湯水を追い焚きする場合に追焚能力が低下し、追焚き目標温度まで追い焚きするのに時間がかかってしまう。

そこで、貯湯タンク21の上部接続口23を通じて、この上部接続口23と中間接続口24との間つまり熱交換器68が配置される貯湯タンク21の上部には例えば９０℃の第１の設定温度の湯を貯湯し、一方、中間接続口24を通じて、この中間接続口24より下側には第１の設定温度より低い例えば５０℃の第２の設定温度の湯を貯湯する。これにより、熱交換器68による熱交換能力を確保できるとともに、第２の設定温度の湯の沸上効率を向上できて省エネルギにも対応できる。

また、最近の傾向では、自動食器洗い機が普及してきているために、貯湯タンク21から７０℃や８０℃程度の湯を取り出したいという要望も増えてきているが、この場合には、貯湯タンク21全体を９０℃程度に沸き上げなければならず、夏場などの湯の使用量が少ない状況でも、省エネルギを目的としてヒートポンプユニット13による沸上温度を低くすることができなくなってしまう。

そこで、貯湯タンク21の上部接続口23を通じて、この上部接続口23と中間接続口24との間つまり貯湯タンク21の上部には例えば９０℃の第１の設定温度の湯を貯湯し、一方、中間接続口24を通じて、この中間接続口24より下側には第１の設定温度より低い例えば５０℃の第２の設定温度の湯を貯湯することにより、貯湯タンク21の上部接続口23から８０℃程度の湯を給湯できるとともに、第２の設定温度の湯の沸上効率を向上できて省エネルギにも対応できる。なお、この場合、４０℃前後の温度の湯を給湯するときには中間接続口24から給湯し、貯湯タンク21の上部に自動食器洗い機で利用する７０℃や８０℃程度の湯を残しておくことができる。

ところで、ヒートポンプユニット13による沸上時においては、貯湯タンク21とヒートポンプユニット13との間の沸上循環路35で循環ポンプ38によって所定流量で湯水を循環させ、冷媒吐出温度検知センサ47で検知する冷媒吐出温度と冷媒凝縮温度検知センサ48で検知する冷媒凝縮温度を監視しながら、圧縮機43の周波数を制御して最適な冷媒吐出温度と冷媒凝縮温度とで運転させるようにしている。そして、冷媒吐出温度検知センサ47で検知する冷媒吐出温度と冷媒凝縮温度検知センサ48で検知する冷媒凝縮温度とがある温度以上に上昇すると、圧縮機43の保護のために圧縮機43の運転を停止するように制御している。

しかし、沸上循環路35の材質、長さ、形状や、貯湯タンク21から取り出す湯水の温度や、ヒートポンプユニット13の個体差などの影響により実際の流量が適切流量より多くなったり少なくなる現象が生じる。

実際の流量が適切流量より多い場合には、冷媒吐出温度検知センサ47で検知する冷媒吐出温度が高く、冷媒凝縮温度検知センサ48で検知する冷媒凝縮温度が低い現象が見られる。この場合、冷媒凝縮温度を上げようとして圧縮機43の周波数を上げるが、冷媒吐出温度が高いために再度下げようとし、ヒートポンプユニット13から貯湯タンク21に出湯する湯の出湯温度が安定しない。逆に、冷媒吐出温度を下げようとして圧縮機43の周波数を下げると、冷媒凝縮温度が低いため再度上げようとし、出湯温度が安定しない。

そこで、冷媒吐出温度検知センサ47で検知する冷媒吐出温度が高く、冷媒凝縮温度検知センサ48で検知する冷媒凝縮温度が低い現象が所定時間継続したら、実際の流量が減少するように循環ポンプ38の出力値を変化させる。これにより、冷媒凝縮温度が上昇し、最適な冷媒吐出温度と冷媒凝縮温度とで運転させることができ、出湯温度を安定させることができる。

一方、実際の流量が所定流量より少ない場合は、冷媒吐出温度検知センサ47で検知する冷媒吐出温度が低く、冷媒凝縮温度検知センサ48で検知する冷媒凝縮温度が高い現象が見られ、同様に出湯温度を安定させることができないため、このような冷媒吐出温度が低く、冷媒凝縮温度が高い現象が所定時間継続したら、実際の流量が増加するように、循環ポンプ38の出力値を変化させる。これにより、冷媒凝縮温度が低下し、最適な冷媒吐出温度と冷媒凝縮温度とで運転させることができ、出湯温度を安定させることができる。

このように、沸上循環路35の材質、長さ、形状や、貯湯タンク21から取り出す湯水の温度や、ヒートポンプユニット13の個体差などの影響を低減し、安定した沸上温度にできる。

次に、貯湯タンク21からの給湯動作について説明する。

台所や浴室のシャワーなどで湯を使用すると、給湯管59から出湯し、給湯用電動ミキシングバルブ55で貯湯タンク21から取り出される湯と給水管27から給水される水とを混合して給湯設定温度の湯を給湯する。このとき、給湯用電動ミキシングバルブ55は、メインリモコン57または浴室リモコン58のうちの優先状態にある一方で設定されている給湯設定温度となるように制御する。

浴槽14に湯張りしたり足し湯すると、給湯管62から出湯し、風呂用電動ミキシングバルブ56で貯湯タンク21から取り出される湯と給水管27から給水される水とを混合して風呂設定温度の湯を浴槽14に給湯する。このとき、風呂用電動ミキシングバルブ56は、浴室リモコン58で設定されている風呂設定温度となるように制御する。

また、制御手段81は、貯湯タンク21のサーミスタ26a〜26eの検知に基づき、貯湯タンク21内の残湯量や、上部のサーミスタ26aと中間部のサーミスタ26bとの温度差を監視する。そして、上部のサーミスタ26aと中間部のサーミスタ26bとの温度差、メインリモコン57や浴室リモコン58で設定された給湯設定温度、浴室リモコン58で設定された風呂設定温度、流量センサ60，63の検知などに応じて、給湯切換用三方弁53を制御する。

例えば貯湯タンク21内の全量沸上後など、上部のサーミスタ26aと中間部のサーミスタ26bとの温度差が例えば３℃の所定値以内であれば、給湯切換用三方弁53を上部接続口23からの湯の取り出しに切り換える。

この状態で、給湯管59，62のいずれか一方から出湯、あるいは両方から同時に出湯すると、貯湯タンク21の上部の湯を上部接続口23から上部配管29、給湯切換用三方弁53および給湯配管54を通じて給湯用電動ミキシングバルブ55や風呂用電動ミキシングバルブ56に取り出し、給湯用電動ミキシングバルブ55や風呂用電動ミキシングバルブ56で湯と水とを混合して給湯設定温度や風呂設定温度の湯を給湯する。

また、貯湯タンク21の上部からの湯の使用により湯が減少し、貯湯タンク21の上部に高温の湯が移動し、貯湯タンク21の中間部から下側に高温湯より温度が低い中温の湯が移動してくると、上部のサーミスタ26aと中間部のサーミスタ26bとの温度差が例えば３℃の所定値以上となる。

この状態で、給湯管59から出湯すると、この給湯管59からの出湯を流量センサ60が検知するため、給湯設定温度を基準として給湯切換用三方弁53の切り換えを判断する。給湯設定温度の湯を給湯するのに必要とする貯湯タンク21からの取出温度（給湯設定温度＋α）より中間部のサーミスタ26bで検知する温度が高ければ、給湯切換用三方弁53を中間接続口24からの湯の取り出しに切り換える。また、給湯管62から出湯すると、この給湯管62からの出湯を流量センサ63が検知するため、風呂設定温度を基準として給湯切換用三方弁53の切り換えを判断する。風呂設定温度の湯を給湯するのに必要とする貯湯タンク21からの取出温度（風呂設定温度＋α）より中間部のサーミスタ26bで検知する温度が高ければ、給湯切換用三方弁53を中間接続口24からの湯の取り出しに切り換える。なお、貯湯タンク21の上部接続口23から中間接続口24に切り換える際の取出温度を求めるための＋αは、沸上中と沸上停止中とで異なり、例えば沸上中には＋１０℃、沸上停止中には＋７．５℃とし、湯温が安定していない沸上中の＋αを湯温が安定している沸上停止中の＋αより大きい値にしている。

なお、給湯管59，62の両方から同時に出湯し、流量センサ60，63が同時に検知する場合には、高い方の温度を基準として給湯切換用三方弁53の切り換えを判断する。例えば、台所の給湯設定温度が３５℃で、浴槽14に湯張りや足し湯する風呂設定温度が４２℃のとき、台所だけで湯を使用している場合には３５℃の給湯設定温度を基準として給湯切換用三方弁53の切り換えを判断し、浴槽14への給湯だけで湯を使用している場合には４２℃の風呂設定温度を基準として給湯切換用三方弁53の切り換えを判断する。台所と浴槽14とで同時に湯を使用している場合には、高い方の温度つまり４２℃の風呂設定温度を基準として給湯切換用三方弁53の切り換えを判断する。

給湯切換用三方弁53を中間接続口24からの湯の取り出しに切り換えることにより、貯湯タンク21の中間部の湯を中間接続口24から中間配管30、給湯切換用三方弁53および給湯配管54を通じて給湯用電動ミキシングバルブ55や風呂用電動ミキシングバルブ56に取り出し、給湯用電動ミキシングバルブ55や風呂用電動ミキシングバルブ56で湯と水とを混合して給湯設定温度や風呂設定温度の湯を給湯する。

したがって、貯湯タンク21の上部には高温の湯を残すことができ、自動食器洗い機で利用する７０℃や８０℃程度の湯を確保しておくことができる。そのため、自動食器洗い機で利用する７０℃や８０℃程度の給湯設定温度を設定し、給湯管59から自動食器洗い機に出湯した場合には、給湯管59からの出湯を流量センサ60が検知すると、給湯切換用三方弁53を上部接続口23からの湯の取り出しに切り換える。すなわち、７０℃や８０℃程度の給湯設定温度の湯を給湯するのに必要とする貯湯タンク21からの取出温度（給湯設定温度＋α）より中間部のサーミスタ26bで検知する温度が低いため、給湯切換用三方弁53を上部接続口23からの湯の取り出しに切り換える。給湯切換用三方弁53を上部接続口23からの湯の取り出しに切り換えることにより、貯湯タンク21の上部の高温の湯を上部接続口23から取り出し、自動食器洗い機に給湯できる。

また、貯湯タンク21の中間部からの湯の使用によりその中間部から下側の湯が減少し、貯湯タンク21の上部には高温の湯が貯湯されているが、中間部から下側に中温の湯より温度が低い湯水が移動してくる。このときも、上部のサーミスタ26aと中間部のサーミスタ26bとの温度差が例えば３℃の所定値以上ある。

この状態で、給湯管59から出湯すると、この給湯管59からの出湯を流量センサ60が検知するため、給湯設定温度を基準として給湯切換用三方弁53の切り換えを判断する。給湯設定温度の湯を給湯するのに必要とする貯湯タンク21からの取出温度（給湯設定温度＋α）より中間部のサーミスタ26bで検知する温度が低くなるため、給湯切換用三方弁53を上部接続口23からの湯の取り出しに切り換える。また、給湯管62から出湯すると、この給湯管62からの出湯を流量センサ63が検知するため、風呂設定温度を基準として給湯切換用三方弁53の切り換えを判断する。風呂設定温度の湯を給湯するのに必要とする貯湯タンク21からの取出温度（風呂設定温度＋α）より中間部のサーミスタ26bで検知する温度が低くなるため、給湯切換用三方弁53を上部接続口23からの湯の取り出しに切り換える。なお、給湯管59，62の両方から同時に出湯し、流量センサ60，63が同時に検知する場合には、高い方の温度を基準として給湯切換用三方弁53の切り換えを判断する。なお、貯湯タンク21の中間接続口24から上部接続口23に切り換える際の取出温度を求めるための＋αは、貯湯タンク21の上部接続口23から中間接続口24に切り換える際の取出温度を求めるための＋αの値より小さく、例えば＋５℃とし、貯湯タンク21の中間部から下側の湯水をできるだけ多く使用できるようにしている。

給湯切換用三方弁53を上部接続口23からの湯の取り出しに切り換えることにより、貯湯タンク21の上部の湯を上部接続口23から上部配管29、給湯切換用三方弁53および給湯配管54を通じて給湯用電動ミキシングバルブ55や風呂用電動ミキシングバルブ56に取り出し、給湯用電動ミキシングバルブ55や風呂用電動ミキシングバルブ56で湯と水とを混合して給湯設定温度や風呂設定温度の湯を給湯する。

このように、各サーミスタ26a，26bで検知する温度と給湯設定温度（風呂設定温度）の湯を給湯するのに必要な貯湯タンク21からの湯の取出温度（給湯設定温度＋α）とに応じて給湯切換用三方弁53を制御し、各サーミスタ26a，26bで検知する温度の差が所定値以内であれば上部接続口23からの湯の取り出しに切り換え、各サーミスタ26a，26bで検知する温度の差が所定値以上でかつ取出温度（給湯設定温度＋α）より中間部のサーミスタ26bで検知する温度が高ければ中間接続口24からの湯の取り出しに切り換え、各サーミスタ26a，26bで検知する温度の差が所定値以上でかつ取出温度（給湯設定温度＋α）より中間部のサーミスタ26bで検知する温度が低ければ上部接続口23からの湯の取り出しに切り換えることにより、給湯設定温度の湯を給湯するのに必要な取出温度以上の湯が貯湯タンク21内に貯湯される場合にはその湯を確実に取り出すことができる。

各流量センサ60，63が出湯を検知した給湯箇所の給湯設定温度に対応した取出温度（給湯設定温度＋α）を設定して給湯切換用三方弁53を制御することにより、実際に出湯しようとしている給湯設定温度に対応して給湯切換用三方弁53を切り換えることができる。さらに、両流量センサ60，63が同時に出湯を検知する場合には、最も高い給湯設定温度に対応した取出温度（給湯設定温度＋α）を設定して給湯切換用三方弁53を制御することにより、複数の給湯箇所からの同時出湯にも対応できる。

貯湯タンク21の中間部から下側の中温の湯を優先して使用するため、貯湯タンク21の中間部から下側には中温の湯をできるだけ少なくして貯湯タンク21の下部からの給水により水温をできるだけ下げることができ、沸上時におけるヒートポンプユニット13による沸上効率（ＣＯＰ）を向上できる。

なお、給湯方法としては、上部接続口23と中間接続口24とのいずれか１つから取出温度（給湯設定温度＋α）よりも高い温度の湯を取り出して使用する場合に限らず、上部接続口23と中間接続口24との両方から湯水を取り出して混合使用するようにしてもよい。

この場合、制御手段81は、各サーミスタ26a，26bで検知する温度の差が所定値以内であれば上部接続口23からの湯の取り出しに切り換え、各サーミスタ26a，26bで検知する温度の差が所定値以上でかつ取出温度（給湯設定温度＋α）より上部接続口23および中間接続口24から混合取り出しする湯の温度が高ければ混合取り出しに切り換え、各サーミスタ26a，26bで検知する温度の差が所定値以上でかつ取出温度（給湯設定温度＋α）より上部接続口23および中間接続口24から混合取り出しする温度が低ければ上部接続口23からの湯の取り出しに切り換えることにより、同様の作用効果が得られる。

例えば、上部接続口23と中間接続口24とからの湯を取り出す流量比を１：２とし、上部のサーミスタ26aの検知温度が９０℃、中間部のサーミスタ26bの検知温度が３０℃、混合後の毎分流量を１２Ｌと仮定して混合後の温度を求めると、｛（９０℃×４Ｌ）＋（３０℃×８Ｌ）｝÷１２＝６０℃となり、給湯設定温度（風呂設定温度）が５０℃以下であれば、上部接続口23と中間接続口24との両方から湯を取り出して混合使用できる。また、混合後の温度が給湯設定温度より低くなる場合には、上部接続口23のみからの湯の取り出しに切り換えればよい。

このように、貯湯タンク21の上部接続口23と中間接続口24とから湯水を取り出して混合使用する場合には、貯湯タンク21の中間部から下側の湯水の温度が３０℃であっても混合後の温度が６０℃となるので、給湯設定温度が４２℃でも、貯湯タンク21の中間部から下側の３０℃の湯水を使用できる。そのため、上部接続口23と中間接続口24とのいずれか１つから湯を取り出す場合よりも、貯湯タンク21の中間部から下側の中温の湯水を多く使用でき、沸上時におけるヒートポンプユニット13による沸上効率（ＣＯＰ）を向上できる。

なお、熱交換手段としては、貯湯タンク21の内部に配置した熱交換器68に限らず、貯湯タンク21の外部に外部熱交換器を配置し、この外部熱交換器に貯湯タンク21の上部の湯を循環させて熱交換するようにしてもよい。また、熱交換手段は、浴槽の追い焚きに限らず、床暖房などの暖房にも利用できる。

また、貯湯タンク21にはヒートポンプユニット13から湯水を貯湯タンク21に取り入れる取入口として上部接続口23、中間接続口24、下部接続口25の３つを設けたが、上部接続口23、中間接続口24の２つだけでもよく、この場合には、ヒートポンプユニット13による沸上開始時および室外機46の除霜後の沸上再開時のヒートポンプユニット13から出る温度が低い湯水や水を中間接続口24に取り入れるようにすればよい。

また、沸上手段としては、ヒートポンプユニット13に限らず、ヒータや燃焼器などでもよい。

本発明の一実施の形態を示す給湯装置の沸上貯湯に関する構成図である。同上給湯装置の給湯に関する構成図である。同上給湯装置のブロック図である。

符号の説明

11 給湯装置
13 沸上手段としてのヒートポンプユニット
21 貯湯タンク
22 取出口としての給水口
23 上部取入口としての上部接続口
24 中間取入口としての中間接続口
25 下部取入口としての下部接続口
26a〜26e 温度検知手段としてのサーミスタ
34 循環手段
39 取入口切換手段としての取入口切換用三方弁
42 冷媒回路
44 熱交換器
46 室外機
50 出湯温度検知手段としての出湯温度センサ
68 熱交換手段としての熱交換器
81 制御手段

Claims

下部に取出口が設けられ、少なくとも上部に上部取入口が設けられるとともにこれら取出口と上部取入口との間の中間部に中間取入口が設けられた貯湯タンクと、
この貯湯タンクの取出口から水を取り出すとともに各取入口のいずれか１つに取り入れるように循環させる循環手段と、
この循環手段で貯湯タンクの取出口から取り出される水を沸き上げる沸上手段と、
この沸上手段で沸き上げられて前記循環手段で循環される湯を前記貯湯タンクの各取入口のいずれか１つに切り換えて取り入れさせる取入口切換手段と、
前記貯湯タンクの上部取入口と中間取入口との間に貯湯される湯と熱交換する熱交換手段と、
この熱交換手段で熱交換する湯の温度を検知する温度検知手段と、
前記循環手段、沸上手段および取入口切換手段を制御し、前記熱交換手段による熱交換時に前記温度検知手段で検知する湯の温度が熱交換対応温度より低いときには前記取入口切換手段で前記中間取入口に切り換えて前記沸上手段で沸き上げられた湯を前記中間取入口に取り入れさせる制御手段と
を具備していることを特徴とする給湯装置。
沸上手段で沸き上げた湯の出湯温度を検知する出湯温度検知手段を備え、
制御手段は、前記出湯温度検知手段で検知される出湯温度が沸上目標温度以上のときには取入口切換手段で上部取入口に切り換えて沸上手段で沸き上げられた湯を上部取入口に取り入れさせ、出湯温度が沸上目標温度より低いときには取入口切換手段で中間取入口に切り換えて沸上手段で沸き上げられた湯を中間取入口に取り入れさせる
ことを特徴とする請求項１記載の給湯装置。
貯湯タンクの上下方向の複数の高さ位置で湯水の温度を検知する複数の温度検知手段を備え、
制御手段は、前記温度検知手段の検知に基づいて、前記貯湯タンクの上部取入口を通じてこの上部取入口と中間取入口との間に第１の設定温度の湯を貯湯させ、中間取入口を通じてこの中間取入れ口より下側に第１の設定温度より低い第２の設定温度の湯を貯湯させる
ことを特徴とする請求項１または２記載の給湯装置。
貯湯タンクは、中間取入口と下部の取出口との間に設けられた下部取入口を有し、
沸上手段は、室外機および熱交換器が配置される冷媒回路を有していてこの熱交換器を通じて貯湯タンクの取出口から取り出される水を沸き上げるヒートポンプユニットを備え、
制御手段は、前記ヒートポンプユニットによる沸上開始時および室外機の除霜後の沸上再開時に取入口切換手段で下部取入口に切り換えて前記熱交換器を出る湯水を下部取入口に取り入れさせる
ことを特徴とする請求項１ないし３いずれか記載の給湯装置。
貯湯タンクの中間部取入口は、貯湯タンク内の湯を取り出す給湯用と共用する
ことを特徴とする請求項１ないし４いずれか記載の給湯装置。