JP4261524B2 - 貯湯装置 - Google Patents

Description

本発明は、貯湯装置に関する。詳しくは、貯湯槽内の水をヒートポンプで加熱して貯湯槽に貯湯しておく装置に関する。
なお本明細書では温水と冷水を区別せずに「水」と総称する。

ヒートポンプで加熱した水を貯湯槽に貯湯しておく装置が開発されており、特許文献１に開示されている。ヒートポンプは、外気の熱を利用して水を加熱するので、加熱効率が高い。ヒートポンプは、１．０以上のＣＯＰ（ヒートポンプから水が得る熱エネルギー／ヒートポンプが消費するエネルギー）を得ることができる。ヒートポンプを利用することによって、ランニングコストの低い貯湯装置を実現できる。貯湯しておいた温水は各種の用途に利用される。通常は、給湯のために利用されることが多いが、なかには熱源として利用されることもある

特開２００１−４１５７４号公報

貯湯装置には、実質的な貯湯量を増大するために、高温の温水を貯湯しておくタイプも存在するが、シャワーや洗顔などに必要とされる４５℃程度の低温の温水を貯湯しておくタイプも存在する。

ヒートポンプは、加熱後の水の温度が低いほどＣＯＰが高いことが知られている。ヒートポンプで加熱した温水を貯湯しておく場合には、低温の温水を貯湯するタイプが有利である。貯湯槽に貯湯しておく温水の温度を、以下では設定温度という。貯湯槽に貯湯している水の全量が設定温度にまで加熱されると、フル貯湯状態となり、それ以上には加熱しない。少なくとも貯湯槽の上部に設定温度にまで加熱された温水が貯湯されていれば、シャワーや洗顔等のための給湯要求に対応することができる。

貯湯槽に貯湯されている設定温度の温水が貯湯槽容量に満たない場合（これは、加熱途中か、あるいは貯湯槽から出湯した場合に生じる）、設定温度に満たない温度の温水が貯湯槽に一様に貯湯されているよりも、設定温度に加熱された温水が貯湯槽の上部に貯湯され、その下部に冷水が存在している状態（いわゆる温度成層状態）で貯湯されている方が有利である。すなわち、温水と冷水が混合されて貯湯されているよりも、温水と冷水が温度成層をなした状態で貯湯されている方が有利である。温水と冷水が混合されて設定温度に満たない水が貯湯されていれば、シャワーや洗顔に必要な温度の温水を出湯できないのに対し、温度成層をなした状態で貯湯されていれば、シャワーや洗顔に必要な温度の温水を出湯できるからである。

温度成層を維持しながら貯湯槽の貯湯量を増大させていくために、通常は、貯湯槽の下部から冷水を取出し、それを加熱し、加熱した温水を貯湯槽の上部へ戻す方式が採用される。特許文献１の貯湯装置でも、貯湯槽内の水を貯湯槽の下部からヒートポンプへ導き、ヒートポンプで加熱した水を貯湯槽の上部へ戻す循環路を備えている。

貯湯槽内の水を貯湯槽の下部からヒートポンプへ導き、ヒートポンプで加熱した水を貯湯槽の上部へ戻す方式で温度成層状態を維持するためには、ヒートポンプで設定温度にまで加熱して貯湯槽の上部へ戻す必要がある。例えば、設定温度が４５℃程度であれば、冷水をヒートポンプで４５℃程度に加熱する必要がある。

ヒートポンプの加熱効率（ＣＯＰ）には、加熱後の水の温度が影響する。例えば、５０リットルの１５℃の冷水を４５℃の温水に加熱する場合を考える。このとき、１５℃の冷水をヒートポンプで４５℃に加熱する運転を継続することによって、５０リットルの１５℃の冷水を４５℃の温水に加熱することができる（以下では前者という）。その一方において、最初に５０リットルの１５℃の冷水をヒートポンプで２５℃に加熱し、ついで５０リットルの２５℃の水をヒートポンプで３５℃に加熱し、その後に５０リットルの３５℃の水をヒートポンプで４５℃に加熱することもできる（以下では後者という）。ヒートポンプの特性によって、前者の加熱方式による場合よりも、後者の加熱方式による場合の方が高い加熱効率（ＣＯＰ）を得ることができる。

しかしながら後者の加熱方式では、温度成層状態を維持することができない。例えば、貯湯槽の上半分に４５℃の温水が貯湯されており、その下部に１５℃の冷水が存在している状態で後者の加熱運転を開始すると、貯湯槽の上部に２５℃の水が戻され、温度成層状態が破られてしまう。
現状では、貯湯槽の温度成層状態を維持したという要求と、ヒートポンプによって効率的に加熱したい（高いＣＯＰを実現したい）という要求を両立させることができない。両者を両立させる技術が必要とされている。

ヒートポンプは加熱効率が高いという長所を持つ反面、ガスバーナ等の加熱手段に比較とすると、単位時間当たりの加熱量が小さく、水を加熱するのに時間を要するという短所を持っている。
ヒートポンプによる加熱効率を高めるために、徐々に昇温させていく方式（先に例示したように、１５℃の冷水を２５℃に加熱し、２５℃の水を３５℃に加熱し、３５℃の水を４５℃に加熱する方式）と、貯湯槽内の水を貯湯槽の下部からヒートポンプへ導き、ヒートポンプで加熱した水を貯湯槽の上部へ戻す方式を組み合わせて用いると、貯湯槽の上部に設定温度（例えば４５℃）の温水が貯湯されるまでに長時間を要するという問題が顕在化する。貯湯槽の水の全量を１５℃から２５℃に加熱し、２５℃から３５℃に加熱する必要があり、３５℃の水を加熱して４５℃になった水が貯湯槽の上部に戻り始めるまで待つ必要がある。

現状では、ヒートポンプによって効率的に加熱したい（高いＣＯＰを実現したい）という要求と、貯湯槽の上部に設定温度に加熱された温水を迅速に貯湯したいという要求を両立させることができない。両者を両立させる技術が必要とされている。

本発明では、ヒートポンプによって効率的に加熱するためには（高いＣＯＰを実現するためには）、貯湯槽内の水を徐々に昇温させていく方式が有利であるところ、それによって生じる問題、すなわち、貯湯槽内で温度成層状態を維持できないという問題、あるいは、貯湯槽の上部に設定温度にまで加熱された温水が貯湯されるまでに要する時間が長くなるという問題を解決し、ヒートポンプが持っている加熱効率の高さを活用可能とする技術を提供する。

本発明で具現化される装置は、貯湯槽の水をヒートポンプで加熱して貯湯槽に貯湯しておく装置である。その貯湯装置は、貯湯槽の内部に形成されており、貯湯槽の内部を上側領域と下側領域に分割するとともに、通過孔を備えている仕切り板と、貯湯槽内の水を下側領域の下部からヒートポンプへ導き、ヒートポンプで加熱した水を下側領域の上部へ戻す第１循環路と、貯湯槽内の水を下側領域の下部から上側領域の上部へ戻す第２循環路と、第１循環路と第２循環路の共通部分に設けられているポンプと、下側領域の温度を計測するセンサと、センサが計測した下側領域の温度が所定温度に満たない場合に、ポンプによって水を循環させる循環路を第１循環路に切り替え、センサが計測した下側領域の温度が所定温度を超える場合に、ポンプによって水を循環させる循環路を第２循環路に切替える切替え器とを備えている。

ここでいう「下側領域の下部」は、貯湯槽内の下側領域の下方のいずれかの位置であることを意味し、必ずしも貯湯部の下側領域の最下部のみを意味するものではない。同様に「下側領域の上部」も、貯湯槽の下側領域の上方のいずれかの位置であることを意味し、必ずしも貯湯槽の下側領域の最上部のみを意味するものではない。「上側領域の上部」についても同様であり、貯湯槽の上側領域の上方のいずれかの位置であることを意味する。

上記構成によれば、貯湯槽の水は、第１循環路または第２循環路のいずれかによって循環する。
第１循環路が選択されていると、貯湯槽の下側領域の下部から吸い出された水がヒートポンプ内で加熱されて貯湯槽の下側領域の上部に戻される。これによって、下側領域に貯湯されている水が加熱される。貯湯槽の上側領域の水の温度が、下側領域の水の温度より低い場合でも、仕切り板によって上側領域と下側領域の間での対流が抑制され、上側領域の水と下側領域の水の間で熱交換はほとんど行われない。これによって、下側領域に貯湯されている水のみを加熱することができる。貯湯槽全体の容量より少ない量の水を加熱することから、水は短時間で加熱され、短い時間で高温の水を得ることができる。
第２循環路が選択されていると、貯湯槽の下側領域の下部から吸い出された水が貯湯槽の上側領域の上部に戻される。第１循環路を循環して加熱された下側領域の水を上側領域の上部に戻すことで、貯湯槽の上部に設定温度にまで加熱された温水を短時間で貯湯することができる。

第１循環路と第２循環路は、貯湯槽の下側領域の温度に基づいて選択される。
例えば貯湯槽の下側領域の水温が低ければ、第１循環路が選択される。第１循環路を利用したヒートポンプによる加熱によって、短い時間で高温の水を得ることができる。第１循環路を用いた水の循環によって、貯湯槽の下側領域の水温が高温となれば、第２循環路が選択される。高温となった下側領域の水を上側領域の上部に戻すことで、貯湯槽の上部に設定温度にまで加熱された温水を貯湯することができる。

上記の貯湯装置において、前記第２循環路は、貯湯槽内の水を下側領域の下部からヒートポンプへ導き、ヒートポンプで加熱した水を上側領域の上部へ戻すことが好ましい。

上記構成によれば、第２循環路によって貯湯槽の下側領域の下部から上側領域の上部へ水を戻す際にも、ヒートポンプを用いて水を加熱することができる。これによって、第１循環路を利用した貯湯槽の下側領域の水の加熱において、設定温度まで水が加熱されていない場合でも、第２循環路を通過する間に加熱され、設定温度の水を貯湯槽の上側領域の上部へ貯湯することができる。第１循環路を利用した貯湯槽の下側領域の水の加熱に要する時間を短縮することが可能であり、設定温度の水を貯湯槽の上部へ貯湯するまでの時間をさらに短縮することができる。

上記の貯湯装置は、貯湯槽からの給湯に伴って貯湯槽へ給水する給水路を備え、その給水路を貯湯槽の上側領域の下部に接続していることが望ましい。

一般に、給湯に伴う貯湯槽への給水は水道水によって行われる。水道水は温度が低く、貯湯槽の水を循環して加熱している間に、貯湯槽から給湯がなされて、貯湯槽の下側領域へ水道水が給水されると、せっかく第１循環路を利用してヒートポンプによって加熱した水の温度が低下してしまう。
上記構成によれば、第１循環路を利用した貯湯槽の下側領域の水の加熱を行っている間に、貯湯槽の上側領域の上部からの給湯を行った場合でも、給湯に伴った給水は貯湯槽の上側領域の下部に対して行われ、貯湯槽の下側領域には給水がされない。また、仕切り板によって貯湯槽の上側領域と下側領域の間での対流が抑制されているため、貯湯槽の上側領域に水道水が給水された場合でも、下側領域の温度はほとんど低下しない。これによって、給湯に伴う貯湯槽への給水が行われた場合であっても、下側領域の水の温度がほとんど低下しないため、設定温度の水を貯湯槽の上部へ短時間で貯湯することができる。

上記した貯湯装置は、貯湯槽の内部に通過孔を備える仕切り板を配置することで、貯湯槽の内部を２つの空間に分割して、効率よく設定温度の水を貯湯可能としている。これと同様の構成を、２つの貯湯槽を用いて具現化することもできる。
本発明の他の１つの装置は、水をヒートポンプで加熱して貯湯しておく装置である。その貯湯装置は、第１貯湯槽と、第２貯湯槽と、第１貯湯槽の下部と第２貯湯槽の上部を連結する連結路と、第２貯湯槽内の水を第２貯湯槽の下部からヒートポンプへ導き、ヒートポンプで加熱した水を第２貯湯槽の上部へ戻す第１循環路と、第２貯湯槽内の水を第２貯湯槽の下部から第１貯湯槽の上部へ戻す第２循環路と、第１循環路と第２循環路の共通部分に設けられているポンプと、第２貯湯槽の温度を計測するセンサと、センサが計測した第２貯湯槽の温度が所定温度に満たない場合に、ポンプによって水を循環させる循環路を第１循環路に切り替え、センサが計測した第２貯湯槽の温度が所定温度を超える場合に、ポンプによって水を循環させる循環路を第２循環路に切替える切替え器とを備えている。

本願発明によれば、ヒートポンプによって貯湯槽内の水を徐々に昇温させていくことによってヒートポンプを効率的に利用する技術（ヒートポンプによって一挙に設定温度にまで加熱する技術に対立する加熱技術であるということができる）と、必要な温度の温水を早く得たいという要求、あるいは必要な温度の温水を蓄えている温度成層状態を崩したくないという要求を両立させることができる。加熱効率が高く、使い勝手がよい貯湯装置を実現することができる。

実施例の主要な特徴を列記する。
（第１形態） 切替え器は、下側領域の温度が所定温度に満たない場合に第１循環路に切り替え、下側領域の温度が所定温度を超える場合に第２循環路に切替える。
（第２形態） その所定温度は、貯湯槽に貯湯しておく温度として設定された設定温度から、ヒートポンプを通過することによる水の昇温幅を差し引いた温度である。
（第３形態） 貯湯槽の内部に設けられた仕切り板は、下側領域の容量が給湯において１回に使用される平均的な水量と一致するように配置されている。

（第１実施例）
本発明の貯湯装置に係る一実施例を、図面を参照しながら説明する。
図１に示すように、貯湯装置１０は、給水部１７、貯湯部１４、ヒートポンプ１２、バーナー部１５、出湯部１８、コントローラ１６等を備えている。

給水部１７は、貯湯部１４に水道水を補給し、出湯部１８に温水と混合する水道水を給水する。給水部第１パイプ５０の一端５１には、水道水が供給されている。給水部第１パイプ５０の他端５３は、給水部第２パイプ５２と循環路第１パイプ５４（後述）を介して貯湯槽６０の下部に連通している。後述する出湯パイプ８０に設けられている給湯栓が開かれると、水道水の圧力によって貯湯槽６０の下部に水道水が送り込まれ、貯湯槽６０の上部から温水が送りだされる。給水部第１パイプ５０に流量センサ４５が配置されており、給水部第１パイプ５０を流れる水の量を計測する。

給水部第１パイプ５０に、給水部第２パイプ５２が接続されており、給水部第２パイプ５２には、逃がし弁４６が取り付けられている。逃がし弁４６は、圧力が所定値以上になったときに開く。逃がし弁４６が設けられていることによって、循環路第１パイプ５４を介して連通している貯湯槽６０の内圧が過大になるのが防止されている。

給水部第２パイプ５２と循環路第１パイプ５４が接続されている第１配管接続部１１４から、給水部第３パイプ７３が分岐している。給水部第３パイプ７３は、後述する温水との混合部８２につながっている。給水部第３パイプ７３には第２流量調整弁７６が介装されており、第２流量調整弁７６は、給水部第３パイプ７３を流れる水の量を調整する。

貯湯部１４は、貯湯槽６０を備えている。貯湯槽６０は縦長状であり、円形状の長手直角方向断面を持っている。貯湯槽６０の容量は、５０リットルである。

貯湯槽６０の内部には、仕切り板６２が設けられている。仕切り板６２は、貯湯槽６０の内部で略水平に伸びる板状部材であり、貯湯槽６０の内部を上側領域６７と下側領域６８に間仕切っている。仕切り板６２の取り付け位置は、下側領域６８の容量が１７リットルとなるように調整されている。（なお、１７リットルは平均的な一回の給湯量である。）仕切り板６２の中央には通過孔６４が設けられており、通過孔６４を介して貯湯槽６０内の水は仕切り板６２を通過して移動することができる。仕切り板６２によって上側領域６７と下側領域６８に間仕切りされているため、上側領域６７と下側領域６８の間での対流による熱交換が抑制される。

貯湯槽６０の上部に貯湯槽第１センサ１２６が配置されており、貯湯槽６０の上側領域６７の上部の水の温度を計測する。貯湯槽６０の仕切り板６２の取り付け位置より上部に貯湯槽第２センサ１２８が配置されており、貯湯槽６０の上側領域６７の下部の水の温度を計測する。貯湯槽６０の下部に貯湯槽第３センサ１３０が配置されており、貯湯槽６０下側領域６８の下部の水の温度を計測する。

貯湯部１４は、貯湯槽６０内の水をヒートポンプ１２に循環させるためのパイプ群等を備える。このパイプ群等については後述する。

ヒートポンプ１２は、外気熱交換器２０、圧縮機２３、給湯熱交換器２１、減圧弁２４、循環往路管３０、循環復路管３１等を有している。

外気熱交換器２０は熱交換ファン２２を備えており、熱交換ファン２２は電動モータ２５と電動モータ２５の駆動軸に取り付けられたファン２６を持っている。ファン２６は、電動モータ２５に駆動されて回転する。ファン２６が回転すると、外気が外気熱交換器２０に吹き付けられる。外気熱交換器２０は、内部に設けられている熱媒体流路２７を通過する熱媒体と外気との間で熱交換を行う。本実施例のヒートポンプ１２は、熱媒体に代替フロンの一種であるＨＦＣ（ハイドロフルオロカーボン）を用いている。ＨＦＣ以外の熱媒体（例えば、ＨＦＣ以外の代替フロンや、二酸化炭素等）を用いることもできる。

循環往路管３０は、外気熱交換器２０の熱媒体流路２７の出口部３２と、給湯熱交換器２１の熱媒体流路３６の入口部３３とを接続している。圧縮機２３が、循環往路管３０に介装されており、外気熱交換器２０を出た熱媒体を圧縮し、給湯熱交換器２１に送り込む。ヒートポンプ第１センサ３７が循環往路管３０に装着されており、外気熱交換器２０から流出した熱媒体の温度を計測する。

循環復路管３１は、給湯熱交換器２１の熱媒体流路３６の出口部４０と外気熱交換器２０の熱媒体流路２７の入口部３４を接続している。減圧弁２４は循環復路管３１に介装されており、開度を調整することによって上流側と下流側の圧力差を変化させる。減圧弁２４は、圧縮機２３で加圧された熱媒体の圧力を解放する。ヒートポンプ第２センサ４１とヒートポンプ第３センサ４２が、循環復路管３１に装着されている。ヒートポンプ第２センサ４１は、給湯熱交換器２１から流出した熱媒体の温度を計測する。ヒートポンプ第３センサ４２は、外気熱交換器２０に流入する熱媒体の温度を計測する。

貯湯部１４において、貯湯槽６０とヒートポンプ１２の間には、第１循環路３０４と第２循環路３００が設けられている。図１では第１循環路３０４が黒色太線で表現されており、図２では第２循環路３００が黒色太線で表現されている。以下では第１循環路３０４と第２循環路３００について、具体的に説明する。貯湯槽６０とヒートポンプ１２の間には、循環路第１パイプ５４、循環路第２パイプ１００、循環路第３パイプ１０４、循環路第４パイプ１０６、循環路第５パイプ１０８、第１流量調整弁４８、ポンプ４７、循環路第１センサ６１、循環路第２センサ６６、循環路第３センサ６５、流路切替え弁１２４が設けられている。

循環路第１パイプ５４は一端が貯湯槽６０の下部に設けられた下部出水口１１２に接続されている。下部出水口１１２は、水道水が貯湯槽６０に送り込まれる場合には、入水口となるが、貯湯槽６０に貯湯されている水をヒートポンプ１２で加熱する場合には、出水口となる。循環路第１パイプ５４の他端は、第１配管接続部１１４で、給水部第２パイプ５２と、給水部第３パイプ７３と、循環路第２パイプ１００に接続されている。水道水が貯湯槽６０に送り込まれる場合には、水道水が循環路第１パイプ５４を貯湯槽６０に向けて流れるが、貯湯槽６０に貯湯されている水をヒートポンプ１２で加熱する場合には、貯湯槽６０に貯湯されている水が循環路第１パイプ５４を貯湯槽６０から流れる。

循環路第２パイプ１００の一端は、第１配管接続部１１４で循環路第１パイプ５４や他のパイプに接続されている。循環路第２パイプ１００の他端は、ヒートポンプ１２に備えられた給湯熱交換器２１の水流路３８の入口部６８と接続されている。循環路第２パイプ１００には、第１流量調整弁４８とポンプ４７が介装されている。ポンプ４７が駆動することによって、貯湯槽６０内の水がヒートポンプ１２へ流入し再び貯湯槽６０へ戻される。また循環路第２パイプ１００には循環路第１センサ６１が配設されている。循環路第１センサ６１はヒートポンプ１２内の給湯熱交換器２１へ流入する水の温度を計測する。

循環路第３パイプ１０４の一端は、ヒートポンプ１２に備えられた給湯熱交換器２１の水流路３８の出口部７０と接続されている。循環路第３パイプ１０４の他端は、流路切替え弁１２４に接続されている。循環路第３パイプ１０４には、循環路第２センサ６６が配設されている。循環路第２センサ６６は、循環路第３パイプ１０４内の水の温度、即ちヒートポンプ１２によって加熱された水の温度を計測する。

循環路第４パイプ１０６の一端は、流路切替え弁１２４に接続されている。循環路第４パイプ１０６の他端は、貯湯槽６０の上部に設けられた上部入水口１２０に接続されている。後述するように、貯湯槽６０からバーナー部１５に向けて温水が送り出される場合には、上部入水口１２０は出水口となるが、貯湯槽６０に貯湯されている水をヒートポンプ１２で加熱して貯湯槽６０へ戻す場合には、入水口となる。循環路第４パイプ１０６の途中には、バーナー部第１パイプ７１が接続されている。循環路第４パイプ１０６とバーナー部第１パイプ７１の接続部に循環路第３センサ６５が配設されている。循環路第３センサ６５は、水が循環路第４パイプ１０６を流れて貯湯槽６０の上部へ戻る場合には、その水の温度を計測する。また温水が貯湯槽６０から送り出されてバーナー部第１パイプ７１を通ってバーナー部１５へ送られる場合にはその温水の温度を計測する。

循環路第５パイプ１０８の一端は、流路切替え弁１２４に接続されている。循環路第５パイプ１０８の他端は、貯湯槽６０の中間開口１１８に接続されている。中間開口１１８は貯湯槽６０の仕切り板６２の取り付け位置より下側であって、下側領域６８の上部に水を供給する位置に設けられている。

流路切替え弁１２４は、循環路第３パイプ１０４と循環路第４パイプ１０６を連通するか、循環路第３パイプ１０４と循環路第５パイプ１０８を連通するかを切替える。流路切替え弁１２４はコントローラ１６からの指令によりその流路を切替える。

図１では、流路切替え弁１２４が循環路第３パイプ１０４と循環路第５パイプ１０８を連通させている。この状態では、ポンプ４７が、貯湯槽６０内の水を貯湯槽６０の下部出水口１１２から、すなわち下側領域６８の下部からヒートポンプ１２へ導き、ヒートポンプ１２で加熱した水を貯湯槽６０の中間開口１１８へ、すなわち下側領域６８の上部へ戻す第１循環路３０４を循環させる。

図２では、流路切替え弁１２４が循環路第３パイプ１０４と循環路第４パイプ１０６を連通させている。この状態では、ポンプ４７が、貯湯槽６０内の水を貯湯槽６０の下部出水口１１２から、すなわち下側領域６８の下部からヒートポンプ１２へ導き、ヒートポンプ１２で加熱した水を貯湯槽６０の上部入水口１２０へ、すなわち上側領域６７の上部へ戻す第２循環路３００を循環させる。

なお、貯湯槽６０に設けられた上部入水口１２０の位置は、上側領域６７の上部へ水を供給し、上側領域６７の上部から水を汲み出すことが可能であれば、どのような位置に設けられていてもよく、必ずしも貯湯槽６０の最上部でなくともよい。同様に貯湯槽６０に設けられた下部出水口１１２の位置は、下側領域６８の下部へ水を供給し、下側領域６８の下部から水を汲み出すことが可能であれば、どのような位置に設けられていてもよく、必ずしも貯湯槽６０の最下部でなくともよい。また貯湯槽６０に設けられた中間開口１１８の位置は、貯湯槽６０の仕切り板６２の取り付け位置より下側であって、下側領域６８の上部に水を供給することが可能であれば、どのような位置に設けられていてもよい。

貯湯槽第１センサ１２６の配設位置は、貯湯槽６０内の上側領域６７の上部の水の温度を計測可能であれば、どのような位置であってもよく、必ずしも貯湯槽６０の最上部でなくともよい。貯湯槽第２センサ１２８の配設位置は、貯湯槽６０の仕切り板６２の取り付け位置より上側であって、貯湯槽６０内の上側領域６７の下部の水の温度を計測可能であれば、どのような位置であってもよい。貯湯槽第３センサ１３０の配設位置は、貯湯槽６０内の下側領域６８の下部の水の温度を計測可能であれば、どのような位置であってもよく、必ずしも貯湯槽６０の最下部でなくともよい。

バーナー部１５は、バーナーファン７９と、バーナー７８と、バーナー熱交換器６９と、バーナー部第１パイプ７１を備えている。

バーナー部第１パイプ７１の一端は、循環路第４パイプ１０６に接続しており、バーナー部第１パイプ７１の他端は、バーナー熱交換器６９の入口１６３に接続している。バーナー熱交換器６９の出口１６４には、バーナー部第２パイプ７２の一端が接続されており、バーナー部第２パイプ７２の他端は、混合部８２に接続されている。バーナー部第２パイプ７２は、混合部８２において給水部第３パイプ７３と合流し、出湯パイプ８０に接続されている。

バーナー７８は、ガスを燃焼することによって、バーナー熱交換器６９を流れる水を加熱する。バーナーファン７９は、バーナー７８に燃焼用の空気を送風する。

出湯部１８は、出湯パイプ８０と、バーナー部センサ７５と、出湯部センサ８１を備える。出湯パイプ８０の一端は、バーナー部第２パイプ７２と給水部第３パイプ７３との合流箇所（混合部８２）に接続されている。出湯パイプ８０の他端は、給湯栓や風呂に連通している。図示しない給湯栓が開かれると、出湯パイプ８０から温水が出湯される。

バーナー部センサ７５はバーナー交換器６９から送り出される温水の温度を計測する。出湯部センサ８１は出湯パイプ８０を流れる温水の温度、即ち最終的に出湯される温水の温度を計測する。出湯パイプ８０にはバーナー交換器６９から送られる高温の温水と給水部第３パイプ７３から送られる低温の水道水が混合して送られる。高温の温水と低温の水道水の混合比は、給水部第３パイプ７３に介装されている第２流量調整弁７６により制御される。高温の温水と低温の水道水との混合比を適切に調整することによって利用者が所望する温度の水を出湯することができる。

コントローラ１６には、リモコン１９が操作されたことによる操作信号と、流量センサ４５、センサ３７、４１、４２、６１、６５、６６、７５、８１、１２６、１２８、１３０の計測値が入力される。コントローラ１６の内部には時計１３２が内蔵されていて時刻を取得することができる。

コントローラ１６は、センサの入力および時刻を、格納している制御プログラムで処理することによって、ポンプ４７、熱交換ファン２２、圧縮機２３、減圧弁２４、流量調整弁４８、７６、バーナー７８、バーナーファン７９、流路切替え弁１２４を制御する。

流路切替え弁１２４の切替え状態によって、貯湯槽６０内の水がヒートポンプ１２を通って再び貯湯槽６０へ戻るときの水温の変化を図１と図２を用いて説明する。なお以下では、貯湯槽６０から出湯されておらず、貯湯槽６０へ給水されていない状態を説明する。図２に示す貯湯装置１０の構成は、図１の貯湯装置１０の構成と同一である。

図１は、流路切替え弁１２４が循環路第３パイプ１０４と循環路第５パイプ１０８を連通させるように切替えられている状態を示している。この状態でポンプ４７が作動すると貯湯槽６０内の下側領域６８の水は、下部出水口１１２から吸い出されて循環路第１パイプ５４へ流れ込む。そして循環路第２パイプ１００を通ってヒートポンプ１２へと導かれる。ヒートポンプ１２を通って加熱された水は、循環路第３パイプ１０４と循環路第５パイプ１０８を通って貯湯槽６０の中間開口１１８から貯湯槽６０内の下側領域６８へ戻る。

中間開口１１８から貯湯槽６０の下側領域６８へ戻された水は、下部出水口１１２から吸い出された水より温度が高い。下側領域６８へ戻された温度の高い水とそれより下側の温度の低い水との間に境界層が形成される。即ち、温水と冷水が温度成層を形成した状態とすることができる。下側領域６８へ戻される温度の高い水の量が増加するにつれて、境界層が下側領域６８の下方へ移動する。境界層が下部出水口１１２まで下降すると、下側領域６８は温度の高い水が充満した状態となり、下部出水口１１２から温度の高い水が吸い出される。下部出水口１１２から温度の高い水が吸い出されると、中間開口１１８にはさらに温度が上昇した水が戻される。このように第１循環路３０４を利用すると、下側領域６８の水だけをヒートポンプ１２へ循環させて加熱することができる。貯湯槽６０の下側領域６８の水だけをヒートポンプ１２へ循環させて加熱するので、貯湯槽６０に蓄えられた水の全部を加熱するより短時間で水の温度を上昇させることができる。

貯湯槽６０の上側領域６７と下側領域６８は仕切り板６２で間仕切りされている。従って、下側領域６８の水の温度が上側領域６７の水の温度より高くなった場合でも、上側領域６７の水と下側領域６８の水の対流による熱交換が抑制されている。したがって、ヒートポンプ１２を利用した循環加熱によって、下側領域６８の水のみを短時間で加熱することができる。
なお、実際には仕切り板６２を介した熱伝導や、通過孔６４を介した対流によって、上側領域６７と下側領域６８の間でわずかに熱の移動が存在するが、その影響は小さいものであるから、本実施例ではそれらの影響を省略して説明する。

図２は、流路切替え弁１２４が循環路第３パイプ１０４と循環路第４パイプ１０６を連通させるように切替えられている状態を示している。この状態でポンプ４７が作動すると貯湯槽６０内の下側領域６８の水は、下部出水口１１２から吸い出されて循環路第１パイプ５４へ流れ込む。そして循環路第２パイプ１００を通ってヒートポンプ１２へと導かれて、加熱される。ヒートポンプ１２から出た水は循環路第３パイプ１０４と循環路第４パイプ１０６を通って貯湯槽６０の上部入水口１２０から貯湯槽６０内の上側領域６７へ流入する。貯湯槽６０の上側領域６７の水は、上部入水口１２０からの水の流入に伴い、仕切り板６２の通過孔６４を通って下側領域６８へ押し下げられる。

詳細については後述するが、図２の状態ではヒートポンプ１２によって設定温度まで加熱された水が上部入水口１２０へ流入する。上側領域６７へ流入した設定温度の水とそれより下側の温度の低い水との間に境界層が形成され、上側領域６７に温度成層が形成される。上側領域６７へ戻される設定温度の水の量が増加するにつれて、境界層が上側領域６７の下方へ移動する。境界層が仕切り板６２まで下降すると、上側領域６７は設定温度の水が充満した状態となる。上側領域６７の全体に設定温度の水が貯湯される。

図１に示す第１循環路３０４を利用した貯湯槽６０の水の昇温においても、図２に示す第２循環路３００を利用した貯湯槽６０の水の昇温においても、ヒートポンプ１２による加熱が利用される。ヒートポンプ１２は、ヒートポンプ１２を通過する水が単位時間当りに受け取る熱エネルギー量が一定レベルに維持されるように制御され、ＣＯＰが高い状態で加熱運転を持続する。ヒートポンプ１２のＣＯＰは、ヒートポンプ１２が単位時間当りに水に加える熱エネルギー量によって変動する。それを適値に維持することによって、ＣＯＰが高い状態で加熱運転を持続する。さらにヒートポンプ１２を通過する単位時間当りの水の流量は第１流量調整弁４８によって一定に維持される。ポンプ効率、熱交換効率が高い状態でヒートポンプの運転を持続する。

換言すればヒートポンプ１２は、ヒートポンプ１２を通過する水が単位時間当りに受け取る熱エネルギー量が一定レベルに維持されるように制御される。また、ポンプ４７は、第１流量調整弁４８によって流量が一定の状態で運転される。この結果、給湯熱交換器２１に流入する水温と給湯熱交換器２１から流出する水温の差は一定となる。昇温幅が一定に維持される。

なお、以下では「水がヒートポンプ１２の給湯熱交換器２１を通過する」との表現を単に「水がヒートポンプ１２を通過する」と表現することにする。本実施例では、水がヒートポンプ１２を通過することによる昇温幅が一定に維持される。例えば、ヒートポンプ１２を通過前後の水の温度差が１０℃となるように制御される。貯湯槽６０内の水はヒートポンプ１２を１回通過するたびにその温度が１０℃ずつ上昇する。ヒートポンプ１２を通過する前の水の温度は図１に示す循環路第１センサ６１によって計測される。ヒートポンプ１２を通過した後の水の温度は図１に示す循環路第２センサ６６によって計測される。ヒートポンプ１２が水に加える加熱量は、圧縮機２３の圧縮比を調整するか、あるいは減圧弁２４の開度を調整することによって行われる。

ヒートポンプ１２を通過する水が単位時間当りに受け取る熱エネルギー量が一定レベルに維持されるようにヒートポンプ１２が制御されることで、貯湯槽６０内の水がヒートポンプ１２を循環する毎に一定の温度ずつ上昇させることができる。貯湯槽６０内の水がヒートポンプ１２を循環する毎に少しずつ温度を上昇させることによって、ヒートポンプ１２のＣＯＰが高い状態で運転し続けることができる。貯湯装置１０の加熱効率を向上できる。貯湯槽６０内の水の温度を徐々に上昇させる技術については本願発明者らが既に出願した特願２００５−１２６０６７号に詳しく記載されている。なお、圧縮機２３の圧縮比を調整するタイミングは、水が一巡する周期にあわせてもよいが、小刻みな周期で調整してもよい。

図３を参照しながら、ヒートポンプ１２の加熱による貯湯槽６０内の水の温度変化について説明する。図３（Ａ）から（Ｆ）に向かって貯湯槽６０内の水温の変化を経時的に示している。図３（Ａ）から（Ｆ）では、貯湯槽６０、ヒートポンプ１２と、関係する配管群を簡略化して示しており、図中の実線の矢印は水の流れる方向を示す。なおここでは貯湯槽６０に供給される水道水の温度が１５℃であって、貯湯槽６０内に貯湯しておく水の設定温度が４５℃に設定されている場合を例示している。

図３（Ａ）の初期状態では貯湯槽６０内は１５℃の水で満たされている。貯湯槽６０内の１５℃の水は第１循環路３０４によってヒートポンプ１２へ送られる。ヒートポンプ１２では水は１０℃だけ昇温される。ヒートポンプ１２を通過して２５℃となった水は第１循環路３０４によって下側領域６８の上部へと戻される。下側領域６８の上部に戻された２５℃の水は、下側領域６８に残っている１５℃の水と温度成層を形成し、下側領域６８の上部に蓄えられる。下側領域６８の下部からさらに１５℃の水が吸い出され、ヒートポンプ１２で加熱されて、下側領域６８の上部に２５℃の水が戻される。やがて貯湯槽６０内の下側領域６８の水が全てヒートポンプ１２を通過すると下側領域６８の水全体が２５℃となる。下側領域６８の下部の水まで２５℃となると、下部出水口１１２からは２５℃の水がヒートポンプ１２へと送られる。ヒートポンプ１２はヒートポンプ１２通過前後の水の温度差が常に１０℃となるように制御されている。従ってヒートポンプ１２から流出する水の温度は２５℃より１０℃高い３５℃となる。ヒートポンプ１２から流出した水は下側領域６８の上部に戻される。水を循環させて下側領域６８の全部の水がヒートポンプ１２を２巡すると下側領域６８の水は全て３５℃となる（図３（Ｂ））。

下側領域６８の水が全て３５℃となると、この水をヒートポンプ１２で加熱すると１０℃高い４５℃の水となり、設定温度の水が得られる。この状態では、第２循環路３００を用いてヒートポンプ１２から流出する水を上部入水口１２０を介して貯湯槽６０の上側領域６７の上部に流入させる。上側領域６７の上部に流入した４５℃の水は、上側領域６７に残っている１５℃の水と温度成層を形成して、上側領域６７の上部に蓄えられる。上部入水口１２０からの水の流入に伴い、仕切り板６２の通過孔６４を介して上側領域６７から下側領域６８へ１５℃の水が押し下げられる。水を循環させて下側領域６８の３５℃の水が全てヒートポンプ１２へ送られると、上側領域６７の上部には下側領域６８の容量と同量（本実施例では１７リットル）の４５℃の水が貯湯される。上側領域６７の下部と、下側領域６８には１５℃の水が蓄えられる（図３（Ｃ））。

図３（Ｃ）に示すように、貯湯槽６０の下側領域６８の３５℃の水が全て加熱されて上側領域６７へ送られると、再び第１循環路３０４を用いて下側領域６８の循環加熱を行う。下側領域６８の水がヒートポンプ１２を２巡すると、下側領域６８の水は全て３５℃となる（図３（Ｄ））。

図３（Ｄ）に示すように、下側領域６８の水が全て３５℃に昇温すると、再び第２循環路３００を用いて、下側領域６８の下部から水を吸出し、ヒートポンプ１２によって４５℃まで加熱して、上側領域６７の上部へ流入させる。上部入水口１２０からの水の流入に伴い、仕切り板６２の通過孔６４を介して上側領域６７から下側領域６８へ１５℃の水が押し下げられる。水を循環させて下側領域６８の３５℃の水が全てヒートポンプ１２へ送られると、上側領域６７の上部には、それまで貯湯されていた４５℃の水に加えて、さらに下側領域６８の容量と同量（本実施例では１７リットル）の４５℃の水が貯湯される。本実施例の貯湯槽６０の容量は５０リットルであるから、これによって上側領域６７の全体に４５℃の水が蓄えられる。下側領域６８には、１５℃の水が蓄えられる（図３（Ｅ））。

下側領域６８の３５℃の水が全て加熱されて上側領域６７へ送られると、再び第１循環路３０４を用いて下側領域６８の水の循環加熱を行う。下側領域６８の水がヒートポンプ１２を３巡すると、図３の（Ｆ）に示すように、下側領域６８の水は全て４５℃となり、貯湯槽６０の全体に設定温度の水が蓄えられる。

本実施例の貯湯装置１０では、貯湯槽６０内の水をヒートポンプ１２で循環加熱する際に、設定温度まで加熱された水のみを上部入水口１２０から貯湯槽６０の上側領域６７へ流入させ、設定温度まで到達していない水は中間開口１１８から貯湯槽６０の下側領域６８へ流入する。これによって、貯湯槽６０の上側領域６７に形成された温度成層が崩れることがなく、貯湯槽６０の上部の水温を低下させることがない。循環加熱を行っている間に給湯要求があった場合でも、設定温度の水を即座に給湯することができる。

図４は循環加熱を行っている間に給湯があった場合の貯湯槽６０内の水の温度変化を示している。図４（Ａ）では、一例として、図３の（Ｃ）に示す循環加熱を行っている間に給湯があった状態を示している。給湯の要求があると、ポンプ４７の運転を停止する。貯湯槽６０の上部入水口１２０から４５℃の水が汲み出される。上部入水口１２０からの水の汲み出しに伴い、仕切り板６２の通過孔６４を介して下側領域６８から上側領域６７へ１５℃の水が押し上げられる。上側領域６７への水の押し上げに伴い、下部出水口１１２から１５℃の水道水が供給される。

給湯が終了して図４（Ｂ）の状態となると、下側領域６８の循環加熱を行う。下側領域６８の１５℃の水が全てヒートポンプ１２を２巡すると、下側領域６８には３５℃の水が蓄えられる（図４（Ｃ））。

下側領域６８に３５℃の水が蓄えられると、第２循環路３００を利用して、下側領域６８の水を下部出水口１１２からヒートポンプ１２へ送り、加熱されて４５℃になった水を上部入水口１２０から上部領域６７へ戻す。第２循環路３００を利用した水の循環に伴い、上側領域６７の水は仕切り板６２の通過孔６４を介して下側領域６８に押し下げられる（図４（Ｄ））。

その後、図４（Ｄ）から（Ｇ）に示すように、第１循環路３０４を利用した循環加熱と、第２循環路３００を利用した循環加熱を繰り返すことによって、貯湯槽６０内の全部に水が設定温度にまで昇温される。

本実施例の貯湯装置１０では、貯湯槽６０の上部から給湯を行って設定温度で蓄えられていた水の一部が汲み出された後に、貯湯槽６０の水を循環加熱する場合であっても、貯湯槽６０の上部の水温を低下させることなく、貯湯槽６０の水を昇温することができる。図４の（Ｂ）から（Ｇ）に示す循環加熱を行っている間に、さらなる給湯要求があった場合でも、設定温度の水を即座に給湯することができる。

（第２実施例）
図５を参照しながら、本実施例の貯湯装置１０１０について説明する。第１実施例の貯湯装置１０と同様の構成については、同一の参照符号を付し、説明を省略する。

本実施例の貯湯装置１０１０では、貯湯槽６０への水道水の供給を、下部出水口１１２から行わずに、仕切り板６２の取付け位置より上側に設けられた中間給水口１１１８から行う。給水部第２パイプ５２は循環路第１パイプ５４と接続することなく、給水配管接続部１１１４において給水部第３パイプ７３と給水部第４パイプ１０５２に接続している。給水部第４パイプ１０５２は中間給水口１１１８を介して貯湯槽６０の上側領域６７の下部へ接続している。

循環路第１パイプ５４と循環路第２パイプ１００は、給水部第２パイプ５２と接続することなく、互いに接続している。このような構成とすることによって、貯湯槽６０へ水道水を供給する経路と独立して、貯湯槽６０の水をヒートポンプ１２へ循環する経路を形成することができる。

貯湯装置１０１０は、第１実施例の貯湯装置１０と同様にして、貯湯槽６０内の水をヒートポンプ１２へ循環して加熱し、設定温度の水を貯湯槽６０の上部に蓄えることができる。すなわち、流路切替え弁１２４を循環路第３パイプ１０４と循環路第５パイプ１０８を連通する状態に切替えて、貯湯槽６０の下部出水口１１２から循環路第１パイプ５４、循環路第２パイプ１００、給湯熱交換器２１、循環路第３パイプ１０４、循環路第５パイプ１０８を経由して貯湯槽６０の中間開口１１８へ至る第１循環路３０４を形成する。この状態でポンプ４７を駆動し、ヒートポンプ１２の運転を行うことで、貯湯槽６０の下側領域６８の水を循環加熱することができる。

下側領域６８の水が十分に加熱されて、あと一回ヒートポンプ１２によって加熱されると設定温度に到達する温度となると、流路切替え弁１２４を循環路第３パイプ１０４と循環路第４パイプ１０６を連通する状態に切替えて、貯湯槽６０の下部出水口１１２から循環路第１パイプ５４、循環路第２パイプ１００、給湯熱交換器２１、循環路第３パイプ１０４、循環路第４パイプ１０６を経由して貯湯槽６０の上部入水口１２０へ至る第２循環路３００を形成する。この状態でポンプ４７を駆動し、貯湯槽６０の下側領域６８の水を全てヒートポンプ１２へ送り出し、ヒートポンプ１２で加熱した後に貯湯槽６０の上側領域６７の上部へ戻すことで、下側領域６８の容量と同量の設定温度の水を上側領域６７の上部へ蓄えることができる。このとき、下側領域６８には仕切り板６２の通過孔６４を介して上側領域６７の下部の水が押し下げられる。上記を繰り返すことによって、貯湯装置１０１０は貯湯槽６０の全体に設定温度の水を蓄えることができる。

図６の（Ａ）は貯湯装置１０１０が貯湯槽６０の下側領域６８の水を循環加熱している最中に貯湯槽６０の上部からの給湯があった場合を示している。図中では、給湯の要求があった時点で、上側領域６７の上部には４５℃の水が蓄えられており、上側領域６７の下部には１５℃の水が蓄えられており、下側領域６８には循環加熱によって２５℃の水が蓄えられている場合を示している。貯湯槽６０の上部入水口１２０から上側領域６７の上部に蓄えられた４５℃の水がバーナー部第１パイプ７１へ汲み出されると、上部入水口１２０からの水の汲み出しに伴い、中間給水口１１１８を介して給水部第４パイプ１０５２から上側領域６７へ水道水が流入する。中間給水口１１１８から流入した水道水は、上側領域６７の下部に蓄えられる。上側領域６７の上部から４５℃の水が汲み出され、上側領域６７の下部へ１５℃の水が供給されることによって、図６の（Ｂ）に示すように、上側領域６７の上部に蓄えられていた４５℃の水の量が減少し、上側領域６７の下部に蓄えられていた１５℃の水の量が増加する。

図６に示す例では、貯湯槽６０の上側領域６７の下部に流入する水道水の温度（１５℃）にくらべて、下側領域６８の水の温度（２５℃）の方が高いが、仕切り板６２によって上側領域６７の水と下側領域６８の水との間の対流による熱交換が抑制されている。これによって、下側領域６８の水と上側領域６７に流入した水道水はほとんど混合しない。

図１の第１実施例の貯湯装置１０では、貯湯槽６０の下側領域６８に水道水の温度より高い温度の水が蓄えられた状態（例えば図４の（Ｃ）や（Ｅ）の状態）で給湯が開始されると、上部入水口１２０からの水の汲み出しに伴って、仕切り板６２の通過孔６４を介して下側領域６８から上側領域６７へ水が押し上げられ、給水部第２パイプ５２から循環路第１パイプ５４や循環路第２パイプ１００へ水道水が供給される。水道水が供給されることで、せっかく加熱して水道水よりも高温となった下側領域６８の水の温度を低下させてしまう。給湯が終了した後に設定温度の水を貯湯槽６０の上部へ供給するまでの時間が長くなってしまう。

図５に示す本実施例の貯湯装置１０１０では、貯湯槽６０の下側領域６８に水道水の温度より高い温度の水が蓄えられた状態（例えば図６の（Ａ）の状態）で給湯が開始された場合でも、上部入水口１２０からの水の汲み出しに伴って、中間給水口１１１８から水道水が上側領域６７の下部へ供給され、下側領域６８には水道水が供給されない。水道水が供給されないため、給湯があった場合でも下側領域６８の水の温度が低下しない。給湯が終了した後に設定温度の水を貯湯槽６０の上部へ短時間で供給することができる。

また貯湯装置１０１０によれば、図５および図６の（Ａ）によく示すように、貯湯槽６０の上側領域６７の上部から設定温度の水を汲み出し、貯湯槽６０の上側領域６７の下部へ水道水を補給する経路と、貯湯槽６０の下側領域６８の下部から水を吸出し、ヒートポンプ１２を循環させて、貯湯槽６０の下側領域６８の上部へ戻す経路を、互いに独立して形成することができる。これによって、貯湯槽６０から給湯を行っている間も、下側領域６８の水を循環加熱することができる。このように給湯と同時に下側領域６８の水の循環加熱を行うことによって、給湯が終了した後に設定温度の水を貯湯槽６０の上部へさらに短時間で供給することができる。

（第３実施例）
図８を参照しながら、本実施例の貯湯装置２０１０について説明する。第１実施例の貯湯装置１０と同様の構成については、同一の参照符号を付し、説明を省略する。
本実施例の貯湯装置２０１０は、貯湯部１４、給水部１７、ヒートポンプ１２、バーナー部１５、出湯部１８、コントローラ１６等を備えている。

貯湯部１４は、第１貯湯槽２０６０、第２貯湯槽２０６８を備えている。第１貯湯槽２０６０は縦長状であり、円形状の長手直角方向断面を持っている。第２貯湯槽２０６８は球状である。第２貯湯槽２０６８の容量は１７リットルである。第１貯湯槽２０６０と第２貯湯槽２０６８を併せた容量は、５０リットルである。

第１貯湯槽２０６０の下部と第２貯湯槽２０６８の上部は、連結パイプ２１００によって連結されている。連結パイプ２１００は一端を第１貯湯槽２０６０の下部に設けられた第１下部出水口２１６２に接続され、他端を第２貯湯槽２０６８の上部に設けられた第２上部入水口２１６４に接続されている。

第１貯湯槽２０６０の上部に貯湯槽第１センサ１２６が配置されており、第１貯湯槽２０６０の上部の水の温度を計測する。第１貯湯槽２０６０の下部に貯湯槽第２センサ１２８が配置されており、第１貯湯槽２０６０の下部の水の温度を計測する。第２貯湯槽２０６８の下部に貯湯槽第３センサ１３０が配置されており、第２貯湯槽２０６８の下部の水の温度を計測する。

給水部１７は、貯湯部１４に水道水を補給し、出湯部１８に温水と混合する水道水を給水する。給水部第１パイプ５０の一端５１は、水道水が供給されている。給水部第１パイプ５０の他端５３は、給水部第２パイプ５２と循環路第１パイプ５４（後述）を介して第２貯湯槽２０６８の下部に連通している。後記する出湯パイプ８０に設けられている給湯栓が開かれると、水道水の圧力によって第２貯湯槽２０６８の下部に水道水が送り込まれ、連結パイプ２１００を介して第２貯湯槽２０６８から第１貯湯槽２０６０へ水が送り出され、第１貯湯槽２０６０の上部から温水が送りだされる。

循環路第１パイプ５４は一端が第２貯湯槽２０６８の下部に設けられた第２下部出水口２１１２に接続されている。第２下部出水口２１１２は、水道水が第２貯湯槽２０６８に送り込まれる場合には、入水口となるが、第２貯湯槽２０６８に貯湯されている水をヒートポンプ１２で加熱する場合には、出水口となる。循環路第１パイプ５４の他端は、第１配管接続部１１４で、給水部第２パイプ５２と、給水部第３パイプ７３と、循環路第２パイプ１００に接続されている。水道水が第２貯湯槽２０６８に送り込まれる場合には、水道水が循環路第１パイプ５４を第２貯湯槽２０６８に向けて流れるが、第２貯湯槽２０６８に貯湯されている水をヒートポンプ１２で加熱する場合には、第２貯湯槽２０６８に貯湯されている水が循環路第１パイプ５４を第２貯湯槽２０６８から流れる。

循環路第４パイプ１０６の一端は、流路切替え弁１２４に接続されている。循環路第４パイプ１０６の他端は、第１貯湯槽２０６０の上部に設けられた第１上部入水口２１２０に接続されている。第１貯湯槽２０６０からバーナー部１５に向けて温水が送り出される場合には、第１上部入水口２１２０は出水口となるが、第２貯湯槽２０６８に貯湯されている水をヒートポンプ１２で加熱して第１貯湯槽２０６０へ戻す場合には、入水口となる。

循環路第５パイプ１０８の一端は、流路切替え弁１２４に接続されている。循環路第５パイプ１０８の他端は、第１貯湯槽２０６０と第２貯湯槽２０６８を連通する連結パイプ２１００に接続されている。

流路切替え弁１２４は、循環路第３パイプ１０４と循環路第４パイプ１０６を連通するか、循環路第３パイプ１０４と循環路第５パイプ１０８を連通するかを切替える。流路切替え弁１２４はコントローラ１６からの指令によりその流路を切替える。

図７では、流路切替え弁１２４が循環路第３パイプ１０４と循環路第５パイプ１０８を連通させている。この状態では、ポンプ４７が、第２貯湯槽２０６８内の水を第２下部出水口２１１２からヒートポンプ１２へ導き、ヒートポンプ１２で加熱した水を第２貯湯槽２０６８の第２上部入水口２１６４へ戻す第１循環路２３０４を循環させる。

図８では、流路切替え弁１２４が循環路第３パイプ１０４と循環路第４パイプ１０６を連通させている。この状態では、ポンプ４７が、第２貯湯槽２０６８内の水を第２下部出水口２１１２からヒートポンプ１２へ導き、ヒートポンプ１２で加熱した水を第１貯湯槽２０６０の第１上部入水口２１２０へ戻す第２循環路２３００を循環させる。

図９を参照しながら、ヒートポンプ１２の加熱による第１貯湯槽２０６０内の水および第２貯湯槽２０６８の水の循環加熱の様子を説明する。ここでも第２貯湯槽２０６８に供給される水道水の温度が１５℃であって、第１貯湯槽２０６０および第２貯湯槽２０６８に貯湯しておく水の設定温度が４５℃に設定されている場合を例示している。

図９（Ａ）の初期状態では第１貯湯槽２０６０および第２貯湯槽２０６８の内部は１５℃の水で満たされている。第２貯湯槽２０６８内の１５℃の水は第２下部出水口２１１２から吸い出されて循環路第１パイプ５４、循環路第２パイプ１００を経由してヒートポンプ１２へ送られる。ヒートポンプ１２では水は１０℃だけ昇温される。ヒートポンプ１２を通過して２５℃となった水は循環路第３パイプ１０４、循環路第５パイプ１０８、連結パイプ２１００を経由して第２上部入水口２１６４から第２貯湯槽２０６８の上部へ戻される。第２貯湯槽２０６８の上部に戻された２５℃の水は、第２貯湯槽２０６８に残っている１５℃の水と温度成層を形成し、第２貯湯槽２０６８の上部に蓄えられる。第２貯湯槽２０６８の下部からさらに１５℃の水が吸い出され、ヒートポンプ１２で加熱されて、第２貯湯槽２０６８の上部に２５℃の水が戻される。やがて第２貯湯槽２０６８の水が全てヒートポンプ１２を通過すると第２貯湯槽２０６８の水全体が２５℃となる。第２貯湯槽２０６８の下部の水まで２５℃となると、下部出水口１１２からは２５℃の水がヒートポンプ１２へと送られる。ヒートポンプ１２はヒートポンプ１２通過前後の水の温度差が常に１０℃となるように制御されている。従ってヒートポンプ１２から流出する水の温度は２５℃より１０℃高い３５℃となる。ヒートポンプ１２から流出した水は第２貯湯槽２０６８の上部に戻される。水を循環させて第２貯湯槽２０６８の全部の水がヒートポンプ１２を２巡すると第２貯湯槽２０６８の水は全て３５℃となる（図９（Ｂ））。

第２貯湯槽２０６８の水が全て３５℃となると、この水をヒートポンプ１２で加熱すると１０℃高い４５℃の水となり、設定温度の水が得られる。この状態では、第２循環路２３００を用いてヒートポンプ１２から流出する水を循環路第３パイプ１０４、循環路第４パイプ１０６を経由して第１上部入水口２１２０から第１貯湯槽２０６０の上部へ流入させる。

第１貯湯槽２０６０の上部に流入した４５℃の水は、第１貯湯槽２０６０に残っている１５℃の水と温度成層を形成して、第１貯湯槽２０６０の上部に蓄えられる。第１上部入水口２１２０からの水の流入に伴い、第１貯湯槽２０６０の下部から連結パイプ２１００を経由して第２貯湯槽２０６８の上部へ１５℃の水が押し下げられる。水を循環させて第２貯湯槽２０６８の３５℃の水が全てヒートポンプ１２へ送られると、第１貯湯槽２０６０の上部には下側領域６８の容量と同量（本実施例では１７リットル）の４５℃の水が貯湯される。第１貯湯槽２０６０の下部と、第２貯湯槽２０６８には１５℃の水が蓄えられる（図９（Ｃ））。

図９（Ｃ）に示すように、第２貯湯槽２０６８の３５℃の水が全て加熱されて第１貯湯槽２０６０へ送られると、再び第１循環路２３０４を用いて第２貯湯槽２０６８の循環加熱を行う。第２貯湯槽２０６８の水がヒートポンプ１２を２巡すると、第２貯湯槽２０６８の水は全て３５℃となる（図９（Ｄ））。

図９（Ｄ）に示すように、第２貯湯槽２０６８の水が全て３５℃に昇温すると、再び第２循環路２３００を用いて、第２貯湯槽２０６８の下部から水を吸出し、ヒートポンプ１２によって４５℃まで加熱して、第１貯湯槽２０６０の上部へ流入させる。第１貯湯槽２０６０からの水の流入に伴い、第１貯湯槽２０６０の下部から連結パイプ２１００を経由して第２貯湯槽２０６８の上部へ１５℃の水が押し下げられる。水を循環させて第２貯湯槽２０６８の３５℃の水が全てヒートポンプ１２へ送られると、第１貯湯槽２０６０の上部には、それまで貯湯されていた４５℃の水に加えて、さらに第２貯湯槽２０６８の容量と同量（本実施例では１７リットル）の４５℃の水が貯湯される。本実施例の貯湯装置２０１０では、第１貯湯槽２０６０と第２貯湯槽２０６８を併せた容量は５０リットルであるから、これによって第１貯湯槽２０６０の全体に４５℃の水が蓄えられる。第２貯湯槽２０６８には、１５℃の水が蓄えられる（図９（Ｅ））。

第２貯湯槽２０６８の３５℃の水が全て加熱されて第１貯湯槽２０６０へ送られると、再び第１循環路２３０４を用いて第２貯湯槽２０６８の循環加熱を行う。第２貯湯槽２０６８の水がヒートポンプ１２を３巡すると、図９の（Ｆ）に示すように、第２貯湯槽２０６８の水は全て４５℃となり、第１貯湯槽２０６０と第２貯湯槽２０６８の全体に設定温度の水が蓄えられる。

上述のように、本実施例の貯湯装置２０１０は、第１実施例の貯湯装置１０における、仕切り板６２を備える貯湯槽６０を、第１貯湯槽２０６０と、第２貯湯槽２０６８と、連結パイプ２１００に置き換えたものである。上述のように、本実施例の貯湯装置２０１０によっても、第１貯湯槽２０６０の温度成層を崩すことなく、設定温度の水を第１貯湯槽２０６０の上部へ蓄えることができる。循環加熱を行っている間に給湯要求があった場合であっても、設定温度の水を即座に給湯することができる。

本実施例の貯湯装置２０１０によれば、第１貯湯槽２０６０と第２貯湯槽２０６８を離れた位置に設置することができる。貯湯装置２０１０を設置する際に、大型の貯湯槽を収容する空間が確保できない場合であっても、第１貯湯槽２０６０と第２貯湯槽２０６８を別個の位置に設置して、貯湯装置２０１０を無理なく設置することができる。

（第４実施例）
図１０を参照しながら本実施例の貯湯装置３０１０について説明する。第３実施例の貯湯装置２０１０と同様の構成については、同一の参照符号を付し、説明を省略する。

本実施例の貯湯装置３０１０では、給湯に伴う水道水の供給を、第２貯湯槽２０６８へ行わず、第１貯湯槽２０６０へ行う。給水部第２パイプ５２は循環路第１パイプ５４と接続することなく、給水配管接続部１１１４において給水部第３パイプ７３と給水部第４パイプ１０５２に接続している。給水部第４パイプ１０５２は第１給水口３１１８を介して第１貯湯槽２０６０の下部へ接続している。

循環路第１パイプ５４と循環路第２パイプ１００は、給水部第２パイプ５２と接続することなく、互いに接続している。このような構成とすることによって、第１貯湯槽２０６０へ水道水を供給する経路とは独立して、第２貯湯槽２０６８の水をヒートポンプ１２へ循環する経路を形成することができる。

貯湯装置３０１０は、第３実施例の貯湯装置２０１０と同様にして、第２貯湯槽２０６８内の水をヒートポンプ１２へ循環して加熱し、設定温度の水を第１貯湯槽２０６０の上部に蓄えることができる。

図７の第３実施例の貯湯装置２０１０では、第２貯湯槽２０６８に水道水の温度より高い温度の水が蓄えられた状態で給湯が開始されると、第１貯湯槽２０６０の上部からの水の汲み出しに伴って、連結パイプ２１００を介して第２貯湯槽２０６８から第１貯湯槽２０６０へ水が押し上げられ、給水部第２パイプ５２から循環路第１パイプ５４や循環路第２パイプ１００へ水道水が供給される。水道水が供給されることで、せっかく加熱して水道水よりも高温となった第２貯湯槽２０６８の水の温度を低下させてしまう。給湯が終了した後に設定温度の水を第１貯湯槽２０６０の上部へ供給するまでの時間が長くなってしまう。

図１０に示す本実施例の貯湯装置３０１０では、第２貯湯槽２０６８に水道水の温度より高い温度の水が蓄えられた状態で給湯が開始された場合でも、第１貯湯槽２０６０の上部からの水の汲み出しに伴って、第１給水口３１１８から水道水が第１貯湯槽２０６０の下部へ供給され、第２貯湯槽２０６８には水道水が供給されない。水道水が供給されないため、給湯があった場合でも第２貯湯槽２０６８の水の温度が低下しない。給湯が終了した後に設定温度の水を第１貯湯槽２０６０の上部へ短時間で供給することができる。

また貯湯装置３０１０によれば、図１０によく示すように、第１貯湯槽２０６０の上部から設定温度の水を汲み出し、第１貯湯槽２０６０の下部へ水道水を補給する経路と、第２貯湯槽２０６８の下部から水を吸出し、ヒートポンプ１２を循環させて、第２貯湯槽２０６８の上部へ戻す経路を、互いに独立して形成することができる。これによって、第１貯湯槽２０６０から給湯を行っている間も、第２貯湯槽２０６８の水を循環加熱することができる。このように給湯と同時に第２貯湯槽２０６８の水の循環加熱を行うことによって、給湯が終了した後に設定温度の水を第１貯湯槽２０６０の上部へさらに短時間で供給することができる。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

第１実施例の貯湯装置１０の第１循環路３０４を説明する図である。 第１実施例の貯湯装置１０の第２循環路３００を説明する図である。 第１実施例の貯湯装置１０の水温の変化を説明する図である。 第１実施例の貯湯装置１０の水温の変化を説明する図である。 第２実施例の貯湯装置１０１０の構成を説明する図である。 第２実施例の貯湯装置１０１０の水温の変化を説明する図である。 第３実施例の貯湯装置２０１０の第１循環路２３０４を説明する図である。 第３実施例の貯湯装置２０１０の第２循環路２３００を説明する図である。 第３実施例の貯湯装置２０１０の水温の変化を説明する図である。 第４実施例の貯湯装置３０１０の構成を説明する図である。

符号の説明

１０：貯湯装置（第１実施例）
１２：ヒートポンプ
１４：貯湯部
１５：バーナー部
１６：コントローラ
１７：給水部
１８：出湯部
３７：ヒートポンプ第１センサ
４１：ヒートポンプ第２センサ
４２：ヒートポンプ第３センサ
４６：逃がし弁
４７：ポンプ
４８：第１流量調整弁
５０：給水部第１パイプ
５２：給水部第２パイプ
５４：循環路第１パイプ
６０：貯湯槽
６１：循環路第１センサ
６２：仕切り板
６４：通過孔
６５：循環路第３センサ
６６：循環路第２センサ
６７：上側領域
６８：下側領域
７１：バーナー部第１パイプ
７２：バーナー部第２パイプ
７３：給水部第３パイプ
７５：バーナー部センサ
７６：第２流量調整弁
７８：バーナー
７９：バーナーファン
８１：出湯部センサ
１００：循環路第２パイプ
１０４：循環路第３パイプ
１０６：循環路第４パイプ
１０８：循環路第５パイプ
１１２：下部出水口
１１４：第１配管接続部
１１８：中間開口
１２０：上部入水口
１２４：流路切替え弁
１２６：貯湯槽第１センサ
１２８：貯湯槽第２センサ
１３０：貯湯槽第３センサ
１３２：時計
１６３：入口
１６４：出口
３０４：第１循環路
３００：第２循環路
１０１０：貯湯装置（第２実施例）
１０５２：給水部第４パイプ
１１１４：給水配管接続部
１１１８：中間給水口
２０１０：貯湯装置（第３実施例）
２０６０：第１貯湯槽
２０６８：第２貯湯槽
２１００：連結パイプ
２１１２：第２下部出水口
２１２０：第１上部入水口
２１６２：第１下部出水口
２１６４：第２上部入水口
２３００：第２循環路
２３０４：第１循環路
３０１０：貯湯装置（第４実施例）
３１１４：給水配管接続部
３１１８：第１給水口

Claims (4)

1. 貯湯槽の水をヒートポンプで加熱して貯湯槽に貯湯しておく装置であり、
   貯湯槽の内部に形成されており、貯湯槽の内部を上側領域と下側領域に分割するとともに、通過孔を備えている仕切り板と、
   貯湯槽内の水を下側領域の下部からヒートポンプへ導き、ヒートポンプで加熱した水を下側領域の上部へ戻す第１循環路と、
   貯湯槽内の水を下側領域の下部から上側領域の上部へ戻す第２循環路と、
   第１循環路と第２循環路の共通部分に設けられているポンプと、
   下側領域の温度を計測するセンサと、
   センサが計測した下側領域の温度が所定温度に満たない場合に、ポンプによって水を循環させる循環路を第１循環路に切り替え、センサが計測した下側領域の温度が所定温度を超える場合に、ポンプによって水を循環させる循環路を第２循環路に切替える切替え器と、
   を備えることを特徴とする貯湯装置。
2. 前記第２循環路は、貯湯槽内の水を下側領域の下部からヒートポンプへ導き、ヒートポンプで加熱した水を上側領域の上部へ戻すことを特徴とする請求項１の貯湯装置。
3. 貯湯槽からの給湯に伴って貯湯槽へ給水する給水路を備え、その給水路を貯湯槽の上側領域の下部に接続していることを特徴とする請求項１または２の貯湯装置。
4. 水をヒートポンプで加熱して貯湯しておく装置であり、
   第１貯湯槽と、
   第２貯湯槽と、
   第１貯湯槽の下部と第２貯湯槽の上部を連結する連結路と、
   第２貯湯槽内の水を第２貯湯槽の下部からヒートポンプへ導き、ヒートポンプで加熱した水を第２貯湯槽の上部へ戻す第１循環路と、
   第２貯湯槽内の水を第２貯湯槽の下部から第１貯湯槽の上部へ戻す第２循環路と、
   第１循環路と第２循環路の共通部分に設けられているポンプと、
   第２貯湯槽の温度を計測するセンサと、
   センサが計測した第２貯湯槽の温度が所定温度に満たない場合に、ポンプによって水を循環させる循環路を第１循環路に切り替え、センサが計測した第２貯湯槽の温度が所定温度を超える場合に、ポンプによって水を循環させる循環路を第２循環路に切替える切替え器と、
   を備えることを特徴とする貯湯装置。

Images