JP4374333B2 - 電気給湯機 - Google Patents

Description

本発明は、電気給湯機に関し、特に、ヒートポンプ式加熱方式で貯湯タンクに温水を貯留する電気給湯機において、ヒートポンプの入水温度を低くすることで、水を沸き上げる際の効率（ＣＯＰ）を向上させることができる電気給湯機に関するものである。

例えば、図６に示すように、給水配管６の水道水を貯湯タンク１の温水により間接的に加熱する給湯用熱交換器２を設けた電気給湯機においては、給湯は、タンク上部の取出配管９から高温水を循環ポンプ１５にて導出し、給湯用熱交換器２の１次側を通してタンク下部へ返還させ、この給湯用熱交換器２の２次側に水道水を通し所定の温度に加熱することにより行う（特許文献１）。
このとき、タンク上部の高温水は給湯用熱交換器２にて水道水と熱交換し、出口温度は熱交換器の能力に応じた温度まで低下してタンク下部に返還されるが、タンク下部に返還される湯の温度は、水道水の温度より高くなるため、タンク下部には水道水に比べ高い温度層が形成される。

また、湯はりは、タンク上部の高温水と給水配管６’の水道水とを混合弁２０にて所定の温度に混合し、湯はり回路１２を介して浴槽へ搬送する。このとき高温水側はタンク上部から取り出すため、取り出した量だけタンク下部の給水口より水道水が給水される。また混合弁２０には、貯湯タンク１を通過せずに直接混合弁２０に送られる給水配管６’があり、このときはタンク内に水道水は給水されない。
通常タンク内は７５〜９０℃と高温で貯湯しているため、湯はり時にタンク内から取り出す湯量は湯はり量の半分以下と多くない。また、取り出した量だけタンク下部に水道水を給水する際に、タンク内の温水と混ざるためタンク下部の温度は水道水とタンク内下方に残っている温水と混合した中間温度となる。

一方、貯湯タンク１の水をヒートポンプＨにより加熱するヒートポンプ加熱方式の電気給湯機では、タンク下部の水をヒートポンプの熱交換器に導入し、加熱した後タンク上部に返送することで行うが、一般的にヒートポンプ加熱方式の場合、この熱交換器の入水温度が高いほど、水を沸き上げる際の効率（ＣＯＰ）が低下する。
そのため、タンク下部の温度を低くする必要があるが、上記従来の電気給湯機の場合、給湯をしてもタンク下部の湯温を十分に下げることができない。
また、湯はり時のタンク下部への給水も多くないため、タンク内に混合層などの中温水が形成されやすくなり、ヒートポンプ式の加熱方式においては水を沸き上げる際の効率（ＣＯＰ）を低下させてしまう。
特願２００４−３５５２１９号

本発明は、上記従来の電気給湯機が有する問題点に鑑み、ヒートポンプ式加熱方式で貯湯タンクに温水を貯留する電気給湯機において、ヒートポンプの入水温度を低くすることにより、水を沸き上げる際の効率を向上させることができる電気給湯機を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の電気給湯機は、貯湯タンクの水を加熱するヒートポンプを備えるとともに、該貯湯タンクの温水により給水配管からの給水を間接的に加熱する給湯用熱交換器と、貯湯タンクの上部から高温水を取り出す取出配管と、貯湯タンクの中間部から中温水を取り出す中温水取出配管と、前記取出配管からの高温水と前記中温水取出配管からの中温水とを混合する第１混合弁と、前記給水配管からの給水とこの給水より高温の水とを混合する第２混合弁と、前記取出配管から分岐して設けられる給湯用熱交換器へ向かう配管及び浴槽へ向かう配管とを備え、前記第１及び第２混合弁は、前記取出配管から分岐した浴槽へ向かう配管に設けられることを特徴とする。

この場合において、貯湯タンクの温水を循環させて風呂水を追い焚きする追い焚き用熱交換器をさらに備え、該追い焚き用熱交換器は、前記取出配管から分岐した浴槽へ向かう配管のうち、前記第１及び第２混合弁より上流側の位置に設けることができる。

また、貯湯タンクの上方にシスターンタンクを配設し、該シスターンタンクの水を貯湯タンクに導入することができる。

本発明の電気給湯機によれば、中温水取出口から給湯や湯はりを行うことにより、タンク下部に発生する混合層などの中温水をタンク中間部から取り出すことができ、これにより、タンク下部の水温を下げ、ヒートポンプの入水温度を低くして、水を沸き上げる際の効率を向上させることができる。
この場合、中温水取出口近くに設けた温度センサによる検出温度が湯はり温度に十分な場合は、タンク下部の中温水を取り出せるだけでなく、高温の湯をタンク上部に残すことができ、これにより、給湯用熱交換器や追い焚き用熱交換器に必要な高温水を効率的に使用することができる。
また、前記温度センサによる検出温度が湯はり温度より低い場合には、混合温度が湯はり温度となるように混合弁の弁開度を制御することで、タンク下部の中温水を取り出すことができる。
さらに、第１混合弁又は第２混合弁の弁開度を制御して中温水の温度を調節することができる。
すなわち、温度センサによる検出温度が湯はり温度に十分な温度の場合は、第１混合弁の貯湯タンク側を全閉、中温水取出口側を全開とし、第２混合弁に中温水取出口から取り出した湯を送る。
また、前記温度センサによる検出温度が湯はり温度より低い場合には、第２混合弁の混合温度（湯はり目標温度）より若干高めになるように第１混合弁の弁開度を制御する。
このとき、第２混合弁では温度差が小さいため、低温側となる水道水を多く必要とせず、そのため、第１混合弁では低温側となる中温水をより多くタンクから取り出すことになり、結果として、温度の低い水道水をタンク下部に多く貯めることができる。

また、貯湯タンクの温水を循環させて風呂水を追い焚きする追い焚き用熱交換器をさらに備え、該追い焚き用熱交換器は、前記取出配管から分岐した浴槽へ向かう配管のうち、前記第１及び第２混合弁より上流側の位置に設けることにより、風呂水を追い焚きすることができる。

また、貯湯タンクの上方にシスターンタンクを配設し、該シスターンタンクの水を貯湯タンクに導入することにより、貯湯タンク内を大気に開放し、タンク内に圧力を掛けないシステムにも適用することができる。

以下、本発明の電気給湯機の実施の形態を、図面に基づいて説明する。

図１〜図２に、本発明の電気給湯機の第１実施例を示す。
この電気給湯機は、貯湯タンク１の水を加熱するヒートポンプＨを備えるとともに、該貯湯タンク１の温水により水道水を間接的に加熱する給湯用熱交換器２を備えている。
そして、この電気給湯機は、貯湯タンク１の中間部に中温水を導出する中温水取出口３を設け、該中温水取出口３付近に温度センサ４を配設するとともに、中温水取出口３から延設した中温水取出配管３１を、一方を貯湯タンク上部の取出配管９に接続した第１混合弁５に接続し、該第１混合弁５の下流側配管５１を、一方を給水配管６に接続した第２混合弁７に接続するようにしている。

貯湯タンク１の下部には、減圧弁８を介して給水配管（水道管）６が接続されるとともに、ヒートポンプＨの入湯配管Ｈ１が接続されている。この入湯配管Ｈ１は、ヒートポンプＨの加熱器を通り、出湯配管Ｈ２として貯湯タンク１の上部に接続されている。
給水配管６から貯湯タンク１に導入された水は、ヒートポンプＨにより加温されて貯湯タンク１に貯留されるが、貯湯タンク１の上ほど温度が高く、例えば、上部で約９０℃、中間部で約５０℃前後の中温水となっている。

一方、貯湯タンク１の上部には、高温水を取り出す取出配管９が設けられるとともに、該取出配管９と第１混合弁５の間には、風呂の追い焚き用熱交換器１０が設けられている。
第１混合弁５には、この取出配管９が高温側として接続されるとともに、中温水取出口３からの中温水取出配管３１が低温側として接続されている。
第２混合弁７には、この第１混合弁５の下流側配管５１が高温側として接続されるとともに、給水配管６が低温側として接続されている。
なお、第１混合弁５の下流側配管５１には、第１混合弁温度センサ５２が配設されるとともに、第２混合弁７の下流側配管７１には、第２混合弁温度センサ７２が配設されている。
また、第２混合弁７の下流側には、循環ポンプ１１と、湯はり回路１２をタンク戻り配管１３に切り替える切替弁１４とが設けられている。

次に、この電気給湯機の配管システムについて説明する。
給湯は、図２に示すように、貯湯タンク１の上部に貯留されている高温水を循環ポンプ１５にて導出し、給湯用熱交換器２を通して貯湯タンク１下部へ返還させるとともに、この給湯用熱交換器２に給水配管６から水道水を通して所定の温度に加熱することにより行う。

風呂回路は、タンク上部の取出配管９と第１混合弁５の高温側との間に追い焚き用熱交換器１０を設け、第２混合弁７の下流側には、循環ポンプ１１、湯はり回路１２を貯湯タンク１ヘ戻すタンク戻り配管１３に切り替える切替弁１４を設ける。
湯はり時は、切替弁１４を湯はり回路１２側に切り替える。

例えば、湯はり温度が４０℃で、タンク上部温度が８０℃、中温水取出口３近くに設けた温度センサ４の検出温度が６０℃の場合は、湯はりするには十分な温度のため、図３に示すように、第１混合弁５の低温側を全開にし、高温側を全閉にする。
これにより、第２混合弁７の高温側に６０℃の湯を供給し、第２混合弁７で４０℃になるように第２混合弁７の弁開度を制御する。
この場合、中温水取出口３からタンク内混合層の中温水を効率的に取り出せることができ、タンク下部に温度の低い水道水を供給することができるだけでなく、貯湯タンク１の上部は高温の湯が残るため、給湯用熱交換器２や追い焚き用熱交換器１０に必要な高温水を効率的に使用することができる。

また、湯はり温度が４０℃、タンク上部温度が８０℃、中温水取出口３近くに設けた温度センサ４の検出温度が３０℃の場合は、湯はりするには十分な温度ではない。
このため、図４に示すように、第１混合弁５の段階で、第２混合弁７で制御する４０℃より若干高めの温度（例えば、４５〜５０℃）に混合した後、第２混合弁７で水道水と混合し４０℃になるよう制御する。
このとき、第２混合弁７では温度差が小さいため、低温側となる水道水を多く必要とせず、そのため、第１混合弁５は低温側である３０℃の中温水をより多くタンクから取り出すことになり、これにより、温度の低い水道水を貯湯タンク１の下部に多く貯留することができる。
また、湯はり時に循環ポンプ１１を運転することで、湯はり回路１２の圧力が上昇し、湯はり時間を早くすることもできる。

追い焚きは、図５に示すように、切替弁１４をタンク戻り配管１３側に切り替え、循環ポンプ１１にて貯湯タンク１内の湯を循環させて追い焚き用熱交換器１０に追い焚き用の熱量を供給する。
そして、浴槽側は、循環ポンプ１６を駆動して、追い焚き用の入口側配管１７から出口側配管１８を通るように風呂水を循環させる。

かくして、本実施例の電気給湯機は、貯湯タンク１の水を加熱するヒートポンプＨを備えるとともに、該貯湯タンク１の温水により水道水等を間接的に加熱する熱交換器を備えた電気給湯機において、貯湯タンク１の中間部に中温水を導出する中温水取出口３を設け、該中温水取出口３付近に温度センサ４を配設するとともに、中温水取出口３から延設した中温水取出配管３１を、貯湯タンク１の上部の取出配管９と給水回路の給水配管６とに混合弁５、７を介して接続することから、中温水取出口３から給湯や湯はりを行うことにより、貯湯タンク１の下部に発生する混合層などの中温水を貯湯タンク１の中間部から取り出すことができ、これにより、貯湯タンク１の下部の水温を下げ、ヒートポンプＨの入水温度を低くして、水を沸き上げる際の効率を向上させることができる。
この場合、中温水取出口３近くに設けた温度センサ４による検出温度が湯はり温度に十分な場合は、貯湯タンク１の下部の中温水を取り出せるだけでなく、高温の湯を貯湯タンク１の上部に残すことができ、これにより、給湯用熱交換器２や追い焚き用熱交換器１０に必要な高温水を効率的に使用することができる。
また、前記温度センサ４による検出温度が湯はり温度より低い場合には、混合温度が湯はり温度となるように混合弁５、７の弁開度を制御することで、貯湯タンク１の下部の中温水を取り出すことができる。

また、中温水取出配管３１を、一方を取出配管９に接続した第１混合弁５に接続するとともに、該第１混合弁５の下流側配管５１を、一方を給水配管６に接続した第２混合弁７に接続することにより、第１混合弁５又は第２混合弁７の弁開度を制御して中温水の温度を調節することができる。
すなわち、温度センサ４による検出温度が湯はり温度に十分な温度の場合は、第１混合弁５の貯湯タンク１側を全閉、中温水取出口３側を全開とし、第２混合弁７に中温水取出口３から取り出した湯を送る。
また、前記温度センサ４による検出温度が湯はり温度より低い場合には、第２混合弁７の混合温度（湯はり目標温度）より若干高めになるように第１混合弁５の弁開度を制御する。
このとき、第２混合弁７では温度差が小さいため、低温側となる水道水を多く必要とせず、そのため、第１混合弁５では低温側となる中温水をより多く貯湯タンク１から取り出すことになり、結果として、温度の低い水道水を貯湯タンク１の下部に多く貯めることができる。

また、貯湯タンク１の上方にシスターンタンク（図示省略）を配設し、該シスターンタンクの水を貯湯タンク１に導入することにより、貯湯タンク１内を大気に開放し、貯湯タンク１の内に圧力を掛けないシステムにも適用することができる。

以上、本発明の電気給湯機について、その実施例に基づいて説明したが、本発明は上記実施例に記載した構成に限定されるものではなく、実施例に記載した構成を適宜組み合わせるなど、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができる。

本発明の電気給湯機は、貯湯タンク１の下部に発生する中温水を導出して給湯や湯はりを行うことから、貯湯タンク１の下部の水温を下げ、ヒートポンプの入水温度を低くして、水を沸き上げる際の効率を向上させるという特性を有していることから、ヒートポンプを用いた電気給湯機の用途に好適に用いることができる。

本発明の電気給湯機の一実施例を示す回路図である。 同電気給湯機の給湯の状態を示す回路図である。 中温水が高温時の同湯はりの状態を示す回路図である。 中温水が低温時の同湯はりの状態を示す回路図である。 追い焚きの状態を示す回路図である。 従来の電気給湯機を示す正面図である。

１ 貯湯タンク
２ 給湯用熱交換器
３ 中温水取出口
３１ 中温水取出配管
４ 温度センサ
５ 第１混合弁
５１ 下流側配管
５２ 第１混合弁温度センサ
６ 給水配管
７ 第２混合弁
７１ 下流側配管
７２ 第２混合弁温度センサ
８ 減圧弁
９ 取出配管
１０ 追い焚き用熱交換器
１１ 循環ポンプ
１２ 湯はり回路
１３ タンク戻り配管
１４ 切替弁
１５ 循環ポンプ
１６ 循環ポンプ
１７ 入口側配管
１８ 出口側配管
Ｈ ヒートポンプ
Ｈ１ 入湯配管
Ｈ２ 出湯配管

Claims (3)

1. 貯湯タンクの水を加熱するヒートポンプを備えるとともに、該貯湯タンクの温水により給水配管からの給水を間接的に加熱する給湯用熱交換器と、
   貯湯タンクの上部から高温水を取り出す取出配管と、
   貯湯タンクの中間部から中温水を取り出す中温水取出配管と、
   前記取出配管からの高温水と前記中温水取出配管からの中温水とを混合する第１混合弁と、
   前記給水配管からの給水とこの給水より高温の水とを混合する第２混合弁と、
   前記取出配管から分岐して設けられる給湯用熱交換器へ向かう配管及び浴槽へ向かう配管とを備え、前記第１及び第２混合弁は、前記取出配管から分岐した浴槽へ向かう配管に設けられることを特徴とする電気給湯機。
2. 貯湯タンクの温水を循環させて風呂水を追い焚きする追い焚き用熱交換器をさらに備え、該追い焚き用熱交換器は、前記取出配管から分岐した浴槽へ向かう配管のうち、前記第１及び第２混合弁より上流側の位置に設けられることを特徴とする請求項１記載の電気給湯機。
3. 貯湯タンクの上方にシスターンタンクを配設し、該シスターンタンクの水を貯湯タンクに導入するようにしたことを特徴とする請求項１又は２記載の電気給湯機。

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