WO2015136891A1

WO2015136891A1 - 給湯用熱交換装置及びそれを備えた給湯装置

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Publication number: WO2015136891A1
Application number: PCT/JP2015/001163
Authority: WO
Inventors: 繁男青山; 山本　照夫; 明広重田; 俊二森脇; 裕史柴田; 浩孝金子
Original assignee: パナソニックＩｐマネジメント株式会社
Priority date: 2014-03-14
Filing date: 2015-03-05
Publication date: 2015-09-17
Also published as: EP3118538A4; JP2015175540A; EP3118538A1; CN105960566A

Abstract

　熱媒体と水とが熱交換を行う給湯熱交換器２と、給湯熱交換器２に接続されて、熱媒体が流れる熱媒体経路５と、給湯熱交換器２に接続されて、給水源から給湯端末へと水が流れる給湯経路６と、給湯熱交換器２、熱媒体経路５、給湯経路６が収納された筐体４０と、を備え、筐体４０に、熱媒体が熱媒体経路５へと流入する第１ポート６１と、熱媒体が熱媒体経路５から流出する第２ポート６２と、水が給湯経路６へと流入する給水ポート７１と、水が給湯経路６から流出する給湯ポート７２とを設けることにより、高温の熱媒体の供給源（タンク等）と、給湯用熱交換装置１とを別体として設けることができ、設置を行う際の自由度を増大させることができる。

Description

給湯用熱交換装置及びそれを備えた給湯装置

　本発明は、給湯端末に湯を供給する給湯用の熱交換装置及びそれを備えた給湯装置に関するものである。

　従来、この種の給湯装置として、貯湯槽に貯めた高温の熱媒体を用いて湯を生成し、生成した湯を給湯に用いるものがある（例えば、特許文献１参照）。

　この給湯装置は、高温の熱媒体が貯えられたタンクと、高温の熱媒体が循環する給湯用加熱回路と、水道管などの給水源から給湯端末へと水が流れる一般給湯回路と、給湯用加熱回路を流れる熱媒体と一般給湯回路を流れる水とが熱交換する給湯用熱交換器と、を備え、給湯用加熱回路、一般給湯回路、給湯用熱交換器、を第１の筐体に収容する。

　給湯用加熱回路には、熱媒体を循環させるためのポンプが設けられている。また、この給湯装置は、タンク内の熱媒体を加熱する加熱手段としてのヒートポンプユニットが収容された、第２の筐体備えている。タンクとヒートポンプユニットとは、熱媒体配管によって環状に接続され、加熱回路を形成する。なお、タンク、給湯用加熱回路、加熱回路を流れる熱媒体には、給水源から供給される水が用いられている。

　この構成により、加熱回路と給湯用加熱回路とが閉回路となる。すなわち、この給湯装置は、給湯端末へと供給される湯水を、加熱手段によって直接的に加熱する、直接加熱方式ではなく、給湯端末へと供給される湯水を、加熱手段により加熱された熱媒体によって加熱する、間接加熱方式の給湯装置である。したがって、この閉回路の内部には、熱媒体を補充する場合を除き、新たな水は流入しない。したがって、タンク、給湯用加熱回路、加熱回路を流れる熱媒体に含まれる硬度成分は、一定量に限定される。

　硬度成分が多く含まれる水（熱媒体）が高温まで加熱されると、スケールが析出し、配管内に堆積して詰まりを発生させる。しかし、前述のように、タンク、給湯用加熱回路、加熱回路を流れる熱媒体に含まれる硬度成分が一定量に限定される。その結果、硬水が用いられる地域でも、長期に使用可能な給湯装置を実現することができる。

特開２０１２－７８０２号公報

　しかしながら、前記従来の構成では、タンク、給湯用加熱回路、一般給湯回路が１つの筐体に収容されている。その結果、この筐体が大型になり、設置箇所が限定されてしまう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ためのもので、間接加熱方式の給湯装置の設置の自由度を増大させることを目的とする。

　前記課題を解決するために、本発明の給湯用熱交換装置は、熱媒体と給湯端末に供給される水とが熱交換を行う給湯熱交換器と、前記給湯熱交換器に接続されて、前記熱媒体が流れる熱媒体経路と、前記給湯熱交換器に接続されて、給水源から前記給湯端末へと水が流れる給湯経路と、前記給湯熱交換器、前記熱媒体経路、前記給湯経路が収納された筐体とを備え、前記筐体に、前記熱媒体が前記筐体外から前記熱媒体経路へと流入する第１ポートと、前記熱媒体が前記熱媒体経路から前記筐体外へと流出する第２ポートと、前記水が前記筐体外から前記給湯経路へと流入する給水ポートと、前記水が前記給湯経路から前記筐体外へと流出する給湯ポートと、を設けたことを特徴とするものである。

　これにより、高温の熱媒体を生成または供給する手段（加熱装置、タンク等）と、給湯用熱交換装置とを別体として設けることができる。その結果、設置の自由度が増大する。

　本発明によれば、高温の熱媒体を生成または供給する手段（加熱装置、タンク等）と、給湯用熱交換装置とを別体として設けることができる。よって、給湯用熱交換装置と高温の熱媒体を生成または供給する手段とを組み合わせて給湯装置を構成し、給湯装置の設置を行う際の自由度を増大させることができる。

本発明の実施の形態１における給湯用熱交換装置及び給湯装置の概略構成図同給湯用熱交換装置及び給湯装置の他の概略構成図炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）の溶解度を示すグラフ同給湯装置の斜視図同給湯用熱交換装置の内部構造を示す斜視図同給湯用熱交換装置の内部構成を示す正面図同給湯用熱交換装置の内部構成を示す上面図本発明の実施の形態２における給湯用熱交換装置及び給湯装置の概略構成図

　第１の発明は、熱媒体と給湯端末に供給される水とが熱交換を行う給湯熱交換器と、前記給湯熱交換器に接続されて、前記熱媒体が流れる熱媒体経路と、前記給湯熱交換器に接続されて、給水源から前記給湯端末へと水が流れる給湯経路と、前記給湯熱交換器、前記熱媒体経路、前記給湯経路が収納された筐体とを備え、前記筐体に、前記熱媒体が前記筐体外から前記熱媒体経路へと流入する第１ポートと、前記熱媒体が前記熱媒体経路から前記筐体外へと流出する第２ポートと、前記水が前記筐体外から前記給湯経路へと流入する給水ポートと、前記水が前記給湯経路から前記筐体外へと流出する給湯ポートと、を設けたことを特徴とする給湯用熱交換装置である。

　これにより、高温の熱媒体を生成または供給する手段（加熱装置、タンク等）と、給湯用熱交換装置とを別体として設けることができる。よって、給湯用熱交換装置と高温の熱媒体を生成または供給する手段とを組み合わせて給湯装置を構成し、給湯装置の設置を行う際の自由度を増大させることができる。

　なお、熱媒体経路には、熱媒体を流すための搬送手段を設けてもよい。また、給湯用熱交換装置には、給湯経路と熱媒体経路とを接続するバイパス経路を設けてもよい。これにより、熱媒体経路を流れる熱媒体の量が減少した場合に、給湯経路を流れる水を、バイパス経路を介して熱媒体経路に流入させることができる。すなわち、熱媒体経路の熱媒体の補充が容易になる。また、熱媒体経路には、熱媒体が温度変動して体積が増大した場合に、その増大した体積分の熱媒体が流入するバッファタンクが設けられていてもよい。

　第２の発明は、特に、第１の発明において、前記熱媒体経路に、前記熱媒体を送る搬送手段を設け、前記搬送手段を、前記第１ポート及び前記第２ポートよりも高い位置に配設したことを特徴とするものである。

　これにより、第１ポート及び第２ポートよりも上方側に搬送手段が配置されているので、搬送手段の内部に滞留する熱媒体を、第１ポート及び第２ポートを介して容易に排出させることができる。

　なお、搬送手段には、搬送手段の下方側に設けられた第１排出口を有する第１排出路が設けられていることが好ましい。これにより、搬送手段の内部に滞留する熱媒体を容易に排出することができる。なお、搬送手段の吸入口は、搬送手段の吐出口よりも下方側に設けられていることが好ましい。また、搬送手段の吐出口に接続された熱媒体配管は、上方に延設された後、搬送手段よりも下方側の第２ポートに接続されていることが好ましい。これにより、熱媒体経路に流入した空気を容易に排出することができる。よって、搬送手段内に空気が滞留することを防止して破損を防止できる。

　なお、熱媒体経路において、第１ポート及び第２ポートは、給湯熱交換器の熱媒体流入部及び熱媒体流出部よりも下方に設けられていることが好ましい。これにより、給湯用熱交換器の内部に滞留する熱媒体を容易に排出することができる。

　なお、熱媒体経路には、熱媒体配管から分岐して、第１ポートと第２ポートと搬送手段よりも下方側に設けられた第２排出口に接続される第２排出路が設けられていることが好ましい。これにより、熱媒体経路に滞留する熱媒体の排出が容易になる。ここで、第２排出路は、給湯熱交換器を基準として、搬送手段が設けられている側とは反対側の熱媒体経路に設けられていることが好ましい。

　なお、第１排出路と第２排出路とをどちらも設けてもよく、また、いずれか一方のみを設けてもよい。

　第３の発明は、特に、第１または第２の発明において、前記給湯熱交換器よりも上流側の前記給湯経路に流量検出手段を設けたことを特徴とするものである。

　これにより、流量検出手段によって、給湯熱交換器で加熱される前の水の流量を検出することができる。水中の硬度成分は、高温環境下でスケールとして析出しやすいが、給湯熱交換器の上流側の給湯経路に流量検出手段を配設し、加熱される前の水の流量を検出することで、スケールの影響を受けることなく、給湯経路を流れる水の流量を正確に検出することができる。

　なお、流量検出手段としては、所定の流量の流体が流れた場合を検出するフローセンサや、所定の流量を検出する流量センサを用いることができる。

　第４の発明は、特に、第１から第３のいずれか１項の発明において、前記第１ポート及び前記第２ポートよりも高い位置に、前記給水ポート及び前記給湯ポートを配設したことを特徴とするものである。

　給湯用熱交換装置は、ボイラー室など地下に設けられることが多いため、給湯熱交換器で加熱した水を、地上にある給湯端末へと送る必要がある。ここで、給水ポート及び給湯ポートが第１ポート及び第２ポートよりも上方に設けられているので、給湯熱交換器と給湯端末とを接続する配管を短くすることができる。その結果、水が配管内を流れる際の圧力損失を低減することができ、また、配管からの放熱ロスを低減することができる。

　一方、給湯用熱交換装置は、熱媒体を貯留するタンクの上方に配設することができる。このとき、タンクと熱媒体配管によって接続される第１ポート及び第２ポートがより下方側に設けられているので、タンクと接続される熱媒体配管を短くすることができる。これにより、熱媒体が配管内を流れる際の圧力損失を低減することができ、また、熱媒体配管からの放熱ロスを低減することができる。

　なお、給水ポートと給湯ポートとは、上述した理由から、筐体の上方に設けられていることがより好ましい。

　第５の発明は、特に、第１から第４の発明において、前記給湯熱交換器では、前記熱媒体の流通方向と、前記水の流通方向とを対向流としたことを特徴とするものである。

　熱媒体と水とが並行して流れる場合は、給湯熱交換器の入口側で双方の温度差が大きく、給湯熱交換器の出口側で双方の温度差が小さくなる。一方、熱媒体と水とを対向して流す構成とすることで、給湯熱交換器の入口側から出口側の全体にわたって、双方の温度差を一定温度差に保つことができる。その結果、給湯熱交換器において、熱媒体と水との熱交換効率を向上させることができる。

　なお、熱媒体と水とは、少なくとも、給湯端末に供給する水を加熱する給湯運転において、給湯熱交換器内を対向して流れるように構成されていればよい。

　第６の発明は、特に、第１から５のいずれかの発明において、前記給湯端末に送られる水の温度を調整する機能を有する操作手段を備え、前記操作手段と前記第１ポートと前記第２ポートとが、前記筐体の上面視において、前記筐体の中心を通る直線によって区分される２つの領域のうち、いずれか一方の領域に配置されることを特徴とするものである。

　給湯用熱交換装置は、給湯熱交換器で加熱する水の温度を変更するための操作手段を備えていることが好ましい。また、給湯用熱交換装置は、タンクや加熱手段と別体として設けることが可能なように、第１ポートと第２ポートとを備える。また、給湯用熱交換装置及び給湯装置は、壁面に沿って設置される場合が多い。したがって、操作手段に加えて、第１ポート及び第２ポートを適切に配置して、給湯用熱交換器及び給湯装置の設置の自由度を向上させる必要がある。

　ここで、熱媒体配管が接続される第１ポート及び第２ポートと操作手段とが、同一の領域内に配置されるので、操作手段と第１ポート及び第２ポートとが同一の方向に露出する。その結果、給湯用熱交換装置と熱媒体配管との接続作業を容易にしながら、使用者による操作手段の操作を容易にすることができる。

　なお、第１ポート及び第２ポートは、筐体の側面に設けられ、操作手段は、筐体の側面側に向くように、すなわち、筐体の内側面と対向するように設けられていることが好ましい。

　なお、給水ポート及び給湯ポートを筐体の側面に設ける場合には、操作手段、第１ポート及び第２ポート、給水ポート及び給湯ポート、を同一の領域内に配置することが好ましい。これにより、すべてのポートと配管との接続作業、及び、操作手段の操作の双方を容易にすることができる。

なお、１つの領域内に設けられたポートと操作手段とは、筐体の上面視において同一の方向に設けられていないことが好ましい。すなわち、ポートと操作手段とが、上下に位置するように配置されていないことが好ましい。

　第７の発明は、特に、第１から第６のいずれかの給湯用熱交換装置と、前記筐体外に設けられ、熱媒体配管により前記第１ポート及び前記第２ポートと接続されるタンクと、前記筐体外に設けられ、前記熱媒体を加熱する加熱手段と、を備えたことを特徴とする給湯装置である。

　これにより、熱媒体経路が閉回路となる。閉回路の内部には、熱媒体を補充する場合を除き、新たな熱媒体は流入しない。したがって、タンク及び熱媒体経路に存在する熱媒体に含まれる硬度成分は、一定量に限定される。

　硬度成分が多く含まれる水を熱媒体として用いた場合に、熱媒体が高温まで加熱されると、スケールが析出し、配管内に堆積して詰まりを発生させる。しかし、前述のように、タンク、熱媒体経路に存在する熱媒体に含まれる硬度成分が一定量に限定される。その結果、硬水が用いられる地域でも、長期に使用可能な給湯装置を実現することができる。

　なお、加熱手段としては、電気ヒータ、ヒートポンプ装置、燃焼機を用いることができる。

　第８の発明は、特に、第７の発明において、前記タンクの上方に、前記給湯用熱交換装置を配設したことを特徴とするものである。

　これにより、給湯装置の設置面積を小さくすることができる。また、タンクと給湯用熱交換装置とが上下に隣接して設置されるため、タンクと給湯用熱交換装置とを接続する熱媒体配管の長さを短くすることができる。したがって、熱媒体が配管内を流れる際の圧力損失を低減して、搬送手段の動力を抑制することができ、また、熱媒体配管からの放熱ロスを低減することができる。

　第９の発明は、特に、第７または第８の発明において、前記加熱手段は、冷媒を圧縮する圧縮機、前記冷媒と前記熱媒体とが熱交換する放熱器、前記冷媒を減圧する膨張手段、及び前記冷媒を蒸発させる蒸発器が、冷媒配管により環状に接続された冷媒回路を有するヒートポンプ装置であることを特徴とするものである。これにより、省エネルギー性に優れた給湯装置を提供することができる。

　なお、冷媒としては二酸化炭素（ＣＯ_２）を用いることが好ましい。これにより、フロン系の冷媒を使用する場合に比べて、熱媒体をより高温（例えば、９０℃）まで加熱することができ、また、地球温暖化係数も低い。したがって、フロン系の冷媒を使用する場合に比べて、タンクの蓄熱量が増大し、高い効率で水を加熱することが可能な、省エネルギー性に優れた給湯装置を実現できる。
　以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

　（実施の形態１）
　図１は、本実施の形態における給湯用熱交換装置１及びこれを備えた給湯装置１００の概略構成図である。

　給湯装置１００は、給水源から供給された水を高温の熱媒体によって加熱して給湯端末へと供給する給湯用熱交換装置１と、給湯用熱交換装置１に高温の熱媒体を供給する供給源とを備えている。供給源は、高温の熱媒体を貯留するタンク３と、タンク３の内部の熱媒体を加熱する加熱手段７とを有している。本実施の形態では、加熱手段７として電気ヒータを用いる。本実施の形態では、熱媒体として給水源から供給される水を用いる。

　給湯用熱交換装置１は、供給源から供給される高温の熱媒体と、給水源から供給される水とで熱交換させる給湯熱交換器２を備えている。また、給湯熱交換器２に接続されて熱媒体が流れる熱媒体経路５と、給湯熱交換器２に接続されて水が流れる給湯経路６とを備えている。給湯熱交換器２と、熱媒体経路５と、給湯経路６とは、筐体４０の内部に配設されている。

　熱媒体経路５は、第１熱媒体配管５ａと第２熱媒体配管５ｂとから構成されている。熱媒体経路５の一端は、第１ポート６１に接続されている。第１熱媒体配管５ａは、第１ポート６１と給湯熱交換器２とを接続している。熱媒体経路５の他端は、第２ポート６２に接続されている。第２熱媒体配管５ｂは、第２ポート６２と給湯熱交換器２とを接続している。

　第１ポート６１と第２ポート６２とは、筐体４０に設けられ、筐体４０の外部に配置される熱媒体配管６５ａ、６５ｂを接続する。熱媒体配管６５ａと第１ポート６１、熱媒体配管６５ｂと第２ポート６２とはそれぞれ着脱自在に構成されている。

　本実施の形態において、熱媒体経路５は、熱媒体配管６５ａ、６５ｂによって、熱媒体の供給源を構成するタンク３と接続されている。熱媒体経路５と熱媒体配管６５ａ、６５ｂとによって、タンク３と給湯熱交換器２とは環状に接続され、熱媒体回路６０を形成する。熱媒体配管６５ａは、第１ポート６１とタンク３の上部とを接続している。また、熱媒体配管６５ｂは、第２ポート６２とタンク３の下部とを接続している。

　タンク３の内部には、タンク３の内部の熱媒体を加熱する加熱手段７として電気ヒータが設けられている。電気ヒータによって、タンク３の内部の熱媒体が加熱され、高温の熱媒体が生成される。

　熱媒体回路６０には、熱媒体回路６０に熱媒体を流すポンプ（搬送手段）４が設けられている。本実施の形態では、搬送手段４は、熱媒体配管６５ｂに設けられている。搬送手段４は、図１に示す破線矢印の方向に熱媒体を流す。すなわち、熱媒体は、タンク３の上部から流出し、熱媒体配管６５ａ、第１ポート６１、第１熱媒体配管５ａ、給湯熱交換器２、第２熱媒体配管５ｂ、第２ポート６２、熱媒体配管６５ｂ、搬送手段４、を順に流れ、タンク３の下部からタンク３の内部に流入する。

　これにより、タンク３の内部に貯えられた高温の熱媒体は、熱媒体経路５を、第１ポート６１から第２ポート６２に向かって流れる。搬送手段４は、熱媒体回路６０のうち、相対的に低温となる部分、すなわち、給湯熱交換器２からタンク３の下部までの熱媒体回路６０に設けられていることが好ましい。なお、搬送手段４は、図２に示すように、給湯用熱交換装置１の構成要素として、第２熱媒体配管５ｂに設けることが好ましく、熱媒体経路５のどの位置に設けられていてもよい。

　また、搬送手段４には、搬送手段４の下方側に設けられた第１排出口５１ａを有する第１排出路５１が接続されている。さらに、熱媒体経路５には、熱媒体経路５の内部に残存する熱媒体及び空気を排出するための第２排出路５２が設けられている。

　また、熱媒体回路６０には、バッファタンク５０が設けられている。バッファタンク５０には、熱媒体が温度変動して体積が増大した場合に、その増大した体積分の熱媒体が流入する。本実施の形態において、バッファタンク５０は、熱媒体配管６５ａに設けられている。バッファタンク５０は、熱媒体回路６０のうち、相対的に高温となる部分、すなわち、タンク３の上部から給湯熱交換器２までの熱媒体回路６０に設けられていることが好ましい。なお、バッファタンク５０は、熱媒体経路５のどの位置に設けられていてもよい。

　給湯経路６は、第１水配管６ａと第２水配管６ｂとから構成している。給湯経路６の一端は、給水ポート７１に接続されている。第１水配管６ａは、給水ポート７１と給湯熱交換器２とを接続している。また、給湯経路６の他端は、給湯ポート７２に接続されている。第２水配管６ｂは、給湯ポート７２と給湯熱交換器２とを接続している。第１水配管６ａには、給湯端末へと流れる水の流量を検出する流量検出手段１１が設けられている。これにより、後述のようにスケールが析出しても、給湯経路６を流れる水の流量を正しく検出することができる。

　給水ポート７１には、筐体４０の外部に設けられた水配管７５ｂから、水が流入する。水配管７５ｂには、給水源から供給される水が流れる。給水ポート７１と水配管７５ｂとは着脱自在に構成されている。給湯ポート７２から筐体４０の外部に設けられた水配管７５ａに、水が流出する。水配管７５ａは、シャワーやカランなどの給湯端末に水を供給する。給湯ポート７２と水配管７５ａとは着脱自在に構成されている。これにより、給湯経路６には、給水ポート７１から給湯ポート７２に向かって、つまり、図１に示す実線矢印の方向に水が流れる。

　給湯熱交換器２では、熱媒体と水とは対向流となる。熱媒体と水とが同じ方向に流れる場合は、給湯熱交換器２の入口側で熱媒体と水との温度差が大きく、給湯熱交換器２の出口側で熱媒体と水との温度差が小さくなる。一方、熱媒体と水とを対向流とすることで、給湯熱交換器２の全域にわたって、熱媒体と水との温度差を一定に保つことができる。その結果、給湯熱交換器２において、熱媒体と水との熱交換効率を向上させることができる。

　給湯用熱交換装置１は、熱媒体経路５と給湯経路６とを接続するバイパス路８０を備えている。バイパス路８０には、バイパス路８０の開閉を行うバイパス弁８１が設けられている。熱媒体回路６０内に存在する熱媒体の量が減少した場合には、バイパス弁８１を開くことで、熱媒体回路６０に容易に水を補充することができる。なお。バイパス弁８１は、所定の圧力になると自動的に開閉を行う圧力調整弁であってもよい。

　以上の構成により、給湯用熱交換装置１を、タンク３の高温の熱媒体を供給する供給源から独立して構成することができる。したがって、さまざまな供給源と組み合わせて給湯装置１００を実現することができる。その結果、給湯装置１００の設置の自由度を増大させることができる。

　また、熱媒体経路５と熱媒体配管６５ａ、６５ｂとを接続して形成される熱媒体回路６０は閉回路となる。したがって、この閉回路の内部には、熱媒体を補充する場合を除き、新たな水は流入しない。したがって、熱媒体回路６０を流れる熱媒体に含まれる硬度成分は、一定量に限定される。

　硬度成分を多く含有する水（硬水）を使用すると、水中の硬度成分がスケールとして析出し、配管の内部に付着する場合がある。また、スケールが配管の内表面に堆積すると、最終的には配管の詰まりを生じさせる。水中に含まれる硬度成分のなかで、主にスケールとして析出するものとして炭酸カルシウムがある。炭酸カルシウムは、Ｃａ（ＨＣＯ_３）_２→ＣＯ_２＋Ｈ_２Ｏ＋ＣａＣＯ_３で示される反応により、スケールとして析出する。

　炭酸カルシウム（ＣａＣＯ_３）の水中への溶解度は、図３に示すように、温度の上昇とともに低下する傾向がある。すなわち、水が高温になると、低温の場合と比較して炭酸カルシウムが析出し、配管内部に堆積しやすくなる。なお、炭酸カルシウムは、配管内部の水の流れが乱れた場合には、スケールとして析出して配管内部に付着しやすい。

　このように、硬度成分（特に炭酸カルシウム）が多く含まれる水（熱媒体）が加熱されると、スケールが析出し、配管内に堆積して詰まりを発生させる。しかしながら、前述のように、タンク３、熱媒体回路６０を流れる熱媒体に含まれる硬度成分が一定量に限定される。その結果、硬水が用いられる地域でも、長期に使用可能な給湯装置１００を実現することができる。

　なお、熱媒体と水との熱交換を行うとき、給湯熱交換器２には、常に給水源から水が供給される。しかしながら、給湯熱交換器２で生成される湯の温度は、シャワーに用いる場合であれば、例えば、４２℃程度、食器洗浄を行う場合であれば、例えば５５℃程度である。スケールの析出は、水の温度が８０℃程度の高温まで上昇した場合に多い。したがって、給湯熱交換器２で生成される湯の温度帯ではスケールの析出は比較的生じにくい。

　なお、本実施の形態では、熱媒体を加熱する加熱手段７として電気ヒータを用いたが、加熱手段７は電気ヒータ以外を用いてもよい。例えば、図２に示すように、加熱手段７として、ヒートポンプ装置を用いることができる。以下、加熱手段７として、ヒートポンプ装置を用いた給湯装置について詳細に説明する。

　ヒートポンプ装置は、冷媒を圧縮する圧縮機２２、圧縮された高温高圧の冷媒と熱媒体とを熱交換する放熱器（水冷媒熱交換器）２３、冷媒を減圧する膨張手段２４、及び冷媒を蒸発させる蒸発器２５が冷媒配管で環状に接続されている。蒸発器２５としては、空気熱交換器を用いることができる。このとき、蒸発器２５の近傍には、蒸発器２５に空気を送風するファン２５ａが設けられる。冷媒としては二酸化炭素を用いることが好ましい。

　加熱手段７の内部に設けられる熱媒体流路２３ａとタンク３とは、熱媒体配管６５ｃ、６５ｄによって互いに接続される。熱媒体配管６５ｃは、タンク３の下部と、加熱手段（ヒートポンプ装置）７に熱媒体が流入する第３ポート６３とを接続する。熱媒体配管６５ｄは、加熱手段（ヒートポンプ装置）７から熱媒体が流出する第４ポート６４と、タンク３の上部とを接続する。第３ポートと熱媒体配管６５ｃとは着脱自在に構成される。第４ポートと熱媒体配管６５ｄとは着脱自在に構成される。熱媒体配管６５ｄには、熱媒体を搬送する搬送手段（ポンプ）６９が設けられている。これにより、熱媒体は、タンク３の下部、搬送手段６９、水冷媒熱交換器２３、及びタンク３の上部の順に流れる。

　このように、タンク３の下部、搬送手段６９、水冷媒熱交換器２３、タンク３の上部を熱媒体配管６５ｃ、６５ｄによって接続して加熱回路９０を形成することで、加熱手段（ヒートポンプ装置）７によって熱媒体を加熱することができる。また、フロン系の冷媒を使用する場合に比べて、熱媒体をより高温（例えば、９０℃）まで加熱することができ、また、地球温暖化係数も低い。したがって、フロン系の冷媒を使用する場合に比べて、タンクの蓄熱量が増大し、高い効率で水を加熱することが可能な、省エネルギー性に優れた給湯装置を実現できる。

　なお、加熱手段７としては、例えば、ヒートポンプ装置ではなく、燃焼機を用いてもよい。また、本実施の形態では、供給源としてタンク３及びタンク３の内部の熱媒体を加熱する加熱手段７を組み合わせて用いたが、供給源がこれ以外の構成であってもよい。すなわち、タンク３を用いることなく、給湯用熱交換装置１に接続される熱媒体配管６５ａ、６５ｂを加熱手段７と直接的に接続することで、加熱手段７のみによって供給源が構成されてもよい。

　次に、給湯用熱交換装置１を用いて構成した給湯装置１００の具体的な構成について説明する。図４に示すように、本実施の形態の給湯装置１００は、タンク３の上方に給湯用熱交換装置１を配設したものである。これにより、給湯装置１００の設置に必要な面積を小さくすることができる。

　本実施の形態では、タンク３の周囲を断熱材で覆い、さらに断熱材の外方を筐体で覆うことでタンクユニット３ａを構成している。給湯用熱交換装置１は、タンクユニット３ａの上方に配置されている。断熱材としては、例えばウレタンフォームや真空断熱材を用いることができる。

　図５は、タンクユニット３ａの上方に配置された給湯用熱交換装置１の内部構造を示す斜視図、図６は、正面図、図７は、上面図を示すものである。なお、説明のため、筐体４０のうち、底板４０ａ、ポート６１、６２、７１、７２が配置された側方板４０ｂ及び上面板４０ｃ以外を図示していない。

　図５及び図６に示すように、給湯用熱交換装置１は、筐体４０を構成する底板４０ａ、側方板４０ｂ、上面板４０ｃを備えている。なお、給湯用熱交換装置１を円柱形状に形成しない場合には、側方板４０ｂを複数有していてもよい。

　底板４０ａには、操作盤３１、給湯熱交換器２、搬送手段４が固定されている。第１ポート６１及び第２ポート６２は側方板４０ｂに固定されている。給水ポート７１及び給湯ポート７２は上面板４０ｃに固定されている。

　操作盤３１には、給湯端末に送られる水の温度を調整する機能を有する操作手段３１ａが配置されている。操作手段３１ａには表示部が設けられ、操作手段３１ａは、この表示部が側方板４０ｂ側に向くように配置されている。

　本実施の形態では、給湯熱交換器２としてプレート式の熱交換器を用いている。給湯熱交換器２には、熱媒体が流入する熱媒体流入部２ａ、熱媒体が流出する熱媒体流出部２ｂが設けられている。第１ポート６１及び第２ポート６２は、熱媒体流入部２ａ及び熱媒体流出部２ｂよりも低い位置に設けられている。さらに、第１ポート６１及び第２ポート６２は、搬送手段４よりも低い位置に設けられている。これにより、熱媒体流入部２ａ及び熱媒体流出部２ｂ、搬送手段４、第１ポート６１及び第２ポート６２が、高さ方向において上方からこの順に配置される。これにより、熱媒体経路５の内部の熱媒体を容易に排出することができる。

　なお、搬送手段４には、搬送手段４よりも低い位置に第１排出口５１ａを有する第１排出路５１が接続されていることが好ましい。これにより、搬送手段４の内部に滞留する熱媒体を容易に第１排出口５１ａから排出することができる。なお、搬送手段４の吸入口４ａは、搬送手段４の吐出口４ｂよりも低い位置に設けられていることが好ましい。また、搬送手段４の吐出口４ｂに接続された熱媒体配管５は、搬送手段４よりも高い位置に延設された後、搬送手段４よりも低い位置にある第２ポート６２に接続されていることが好ましい。これにより、熱媒体経路５に流入した空気を、熱媒体の流れによって容易に排出することができる。よって、搬送手段４内に空気が滞留することを防止して破損を防止できる。

　なお、熱媒体経路５には、第２排出路５２が設けられていることが好ましい。第２排出路５２は、第１ポート６１及び第２ポート６２よりも高い位置にある熱媒体経路５から分岐して、第１ポート６１及び第２ポート６２より低い位置に設けられた第２排出口５２ａに接続される。これにより、熱媒体経路５に滞留する熱媒体の排出が容易になる。ここで、第２排出路５２は、給湯熱交換器２を基準として、搬送手段４が設けられている側とは反対側の熱媒体経路５に設けられていることが好ましい。

　さらに、熱媒体経路５には、第３排出路５３が設けられていることが好ましい。第３排出路５３は、第１ポート６１及び第２ポート６２よりも高い位置にある熱媒体経路５から分岐して、第１ポート６１及び第２ポート６２より低い位置に設けられた第３排出口５３ａに接続される。ここで、第３排出路５３は、給湯熱交換器２を基準として、搬送手段４が設けられている側の熱媒体経路５に設けられていることが好ましい。これにより、熱媒体が流れていない場合に熱媒体経路５内の高い位置へと移動する空気を、ポンプ４よりも高い位置にある熱媒体経路５から分岐した第３排出路５３を介して、容易に排出させることができる。

　次に、操作盤３１（操作手段３１ａ）と第１ポート６１及び第２ポート６２との位置関係について、図７を用いて説明する。図７は、給湯用熱交換装置１の上面図である。

　給湯用熱交換装置１は、給湯熱交換器２で加熱する水の温度を変更するための操作手段３１ａを備えていることが好ましい。また、給湯用熱交換装置１は、タンク３や加熱手段７とは別に設けることが可能なように、第１ポート６１と第２ポート６２とを備える。また、給湯用熱交換装置１及び給湯装置１００は、壁面に沿って設置される場合が多い。したがって、操作手段３１ａに加えて、第１ポート６１及び第２ポート６２を適切に配置して、給湯用熱交換装置１及び給湯装置１００の設置の自由度を向上させる必要がある。

　ここで、図７に示すように、第１ポート６１及び第２ポート６２と操作手段３１ａとは、給湯用熱交換装置１の上面視における中心Ｚを通る任意の直線によって区分された領域のうち、一方の領域（第１の領域）に配置される。すなわち、第１ポート６１及び第２ポート６２と操作手段３１ａとは、中心Ｚ周りの１８０度の範囲内に配置される。

　これにより、操作手段３１ａと第１ポート６１及び第２ポート６２とが同一の方向に露出する。その結果、給湯用熱交換装置１と熱媒体配管６５ａ、６５ｂとの接続作業を容易にしながら、使用者による操作手段３１ａの操作を容易にすることができる。

　なお、第１ポート６１及び第２ポート６２と操作手段３１ａとは、中心Ｚ周りの１２０度の範囲内に配置されることがより好ましい。これにより、給湯装置１００が室内や障害物の角に配置された場合でも、給湯用熱交換装置１と熱媒体配管６５ａ、６５ｂとの接続作業を容易にしつつ、使用者による操作手段３１ａの操作を容易にすることができる。

　なお、操作盤３１は、第１ポート６１、第２ポート６２、給水ポート７１、給湯ポート７２より前方側に設けていることが好ましい。第１ポート６１及び第２ポート６２に接続される配管や、給水ポート７１及び給湯ポート７２に接続される配管が操作盤３１と同一方向（同一面）にないために、交錯することがない。その結果、使用者が、操作手段３１ａによって、例えば給湯装置１００の設定変更を行う際に、第１ポート６１、第２ポート６２、給水ポート７１、給湯ポート７２が邪魔にならず、容易に操作を行うことができる。

　なお、給水ポート７１及び給湯ポート７２を筐体４０の側面（側方板４０ｂ）に設ける場合には、操作手段３１ａ、第１ポート６１及び第２ポート６２、給水ポート７１及び給湯ポート７２、を同一の領域内に配置することが好ましい。これにより、ポートと配管との接続作業、及び、操作手段３１ａの操作の双方を容易にすることができる。

　なお、１つの領域内に設けられたポートと操作手段３１ａとは、筐体４０の上面視において同一の方向に設けられていないことが好ましい。すなわち、ポートと操作手段３１ａとが、上下に位置するような関係で配置されていないことが好ましい。これにより、ポートに接続される配管と操作手段３１ａとが同一方向（同一面）に位置することがなく、接続作業と操作手段３１ａの操作を容易にすることができる。

　以上のように構成された給湯装置１００について、動作、及び作用を説明する。本実施の形態の給湯装置１００は、熱媒体を加熱して高温の熱媒体を生成する加熱運転と、給湯端末に供給する水を加熱して湯を生成する給湯運転とを実行することができる。

　図示しない制御装置は、加熱手段７によって熱媒体を加熱して、タンクに蓄える加熱運転を実行する。加熱手段７としてタンク３内に設けられた電気ヒータを用いる場合には、電気ヒータによってタンク３内の熱媒体を加熱することができる。加熱手段７としてヒートポンプ装置を用いる場合には、ポンプ６９、圧縮機２２、ファン２５ａ、減圧手段２４を動作させ、放熱器２３において熱媒体を冷媒によって加熱する。燃焼機などを用いる場合も同様である。

　制御装置は、給湯運転において、ポンプ４を動作させて、熱媒体回路６０に高温の熱媒体を循環させる。熱媒体経路５を流れる熱媒体と、給湯経路６を流れる水とは、給湯熱交換器２で熱交換する。給湯熱交換器２において、加熱手段７によって生成され、熱媒体経路５を流れる高温の熱媒体は、給湯経路６を流れる水を加熱する。これにより、湯が生成される。生成された湯は、給湯経路６を流れ、給湯端末へと供給される。

　（実施の形態２）
　図８は、本実施の形態の給湯用熱交換装置１及びそれを備えた給湯装置１００の概略構成図である。本実施の形態において、実施の形態１と同一の箇所には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。

　本実施の形態における給湯用熱交換装置１は、熱媒体経路５に、熱媒体の流れる方向を切り換える切換手段１０を有している。切換手段１０は、タンク３の下部と給湯熱交換器２との間の熱媒体経路５を形成する第２熱媒体配管５ｂに設けられていることが好ましい。本実施の形態において、切換手段１０には、四方弁を用いている。なお、切換手段１０としては、例えば、正逆双方に熱媒体を搬送可能な可逆ポンプを用いることもできる。

　本実施の形態における給湯装置１００は、給湯用熱交換装置１、タンク３、及び加熱手段７を備えている。本実施の形態において加熱手段７には、ヒートポンプ装置を用いている。加熱手段（ヒートポンプ装置）７とタンク３とは、給湯用熱交換装置１に高温の熱媒体を供給する供給源を構成する。

　本実施の形態において、タンク３の下部と給湯用熱交換装置１の熱媒体経路５の一端（第２ポート６２）とは、熱媒体配管６５ｂにより接続されている。熱媒体経路５の他端（第１ポート６１）は、熱媒体配管６５ａによって、加熱手段７の熱媒体流路２３ａの一端（第３ポート６３）と接続されている。熱媒体流路２３ａの他端（第４ポート６４）は、熱媒体配管６５ｃによって、タンク３の上部と接続されている。すなわち、タンク３の下部、熱媒体経路５、加熱手段７の熱媒体流路２３ａ、及びタンク３の上部が、熱媒体配管６５ａ～６５ｃによって環状に接続されて熱媒体回路６０及び加熱回路９０が同一の回路として形成されている。すなわち、給湯用熱交換装置１の熱媒体経路５は、タンク３の下部と加熱手段７との間の熱媒体回路６０（加熱回路９０）に設けられる。

　高温の熱媒体を生成する加熱運転時には、加熱手段７を動作させるとともに、熱媒体回路６０（加熱回路９０）に熱媒体を循環させる。

　加熱運転では、熱媒体は、図８で示す一点鎖線矢印の方向に流れる。すなわち、タンク３の下部から流出した熱媒体が、熱媒体経路５及び水冷媒熱交換器２３を通って、タンク３の上部に戻るように、切換手段１０によって、熱媒体の流れる方向を切り換える。タンク３の下部から流出した熱媒体は、熱媒体経路５を流れて水冷媒熱交換器２３ａに流入する。水冷媒熱交換器２３に流入した熱媒体は、圧縮機２２で圧縮された高温高圧の冷媒と熱交換して加熱され、高温の熱媒体となる。水冷媒熱交換器２３から流出した熱媒体は、熱媒体配管６５ｃを流れ、タンク３の上部に戻る。これにより、タンク３の内部には、上部に高温の熱媒体が貯留され、下部になるにつれて低温の熱媒体が貯留される。

　一方、給湯端末に供給するための湯を生成する給湯運転では、熱媒体は、図８で示す点線矢印の方向に流れる。すなわち、タンク３の上部から流出した高温の熱媒体が、熱媒体経路５の給湯熱交換器２を通ってタンク３の下部に戻るように、切換手段１０によって、熱媒体の流れる方向を切り換える。タンク３の上部から流出した熱媒体は、加熱手段（ヒートポンプ装置）７を介して、給湯熱交換器２に流入する。給湯熱交換器２に流入した熱媒体は、給湯経路６を流れる水を加熱する。これにより、湯が生成される。給湯熱交換器２から流出した熱媒体は、熱媒体配管６５ｂを流れ、タンク３の下部に戻る。給湯熱交換器２にて生成された湯は、給湯ポート７２を介して給湯端末へと供給される。なお、給湯運転において、熱媒体の保有する熱量や温度が、水を加熱するのに十分でない場合には、加熱手段７を動作させ、熱媒体の加熱を行いながら、給湯熱交換器２における湯の生成を行ってもよい。

　以上のように、本実施の形態の給湯用熱交換装置１は、切換手段１０を備えている。これにより、熱媒体経路５が、タンク３と加熱手段７との間の熱媒体回路６０（加熱回路９０）に設けられた場合には、切換手段１０によって熱媒体回路６０（加熱回路９０）を流れる熱媒体の流れる方向を切り換えることができる。

　したがって、加熱運転と給湯運転との双方において、熱交換器２、２３ａを流れる流体の流れをそれぞれ対向流にすることができる。すなわち、切換手段１０により、加熱運転においては、水冷媒熱交換器２３における冷媒の流れと熱媒体の流れとを対向流とし、給湯運転においては、給湯熱交換器２における熱媒体の流れと水の流れとを対向流とすることができる。これにより、それぞれの運転において、熱交換器２、２３ａでの熱交換量を増大させることができる。

　以上のように、本発明によれば、高温の熱媒体を生成または供給する手段（加熱装置、タンク等）と、給湯用熱交換装置とを別体として設けることができる。よって、給湯用熱交換装置と高温の熱媒体を生成または供給する手段とを組み合わせて、給湯装置、温水暖房システム等への適用が可能である。

　１　給湯用熱交換装置
　２　給湯熱交換器
　３　タンク
　４、６９　搬送手段（ポンプ）
　５　熱媒体経路
　６　給湯経路
　７　加熱手段
　１０　切換手段
　１１　流量検出手段
　４０　筐体
　６１　第１ポート
　６２　第２ポート
　７１　給水ポート
　７２　給湯ポート
　１００　給湯装置

Claims

　熱媒体と給湯端末に供給される水とが熱交換を行う給湯熱交換器と、
前記給湯熱交換器に接続されて前記熱媒体が流れる熱媒体経路と、
前記給湯熱交換器に接続されて給水源から前記給湯端末へと水が流れる給湯経路と、
前記給湯熱交換器、前記熱媒体経路、前記給湯経路が収納された筐体とを備え、
前記筐体に、
前記熱媒体が前記筐体外から前記熱媒体経路へと流入する第１ポートと、
前記熱媒体が前記熱媒体経路から前記筐体外へと流出する第２ポートと、
前記水が前記筐体外から前記給湯経路へと流入する給水ポートと、
前記水が前記給湯経路から前記筐体外へと流出する給湯ポートと、
を設けたことを特徴とする給湯用熱交換装置。
　前記熱媒体経路に、前記熱媒体を送る搬送手段を設け、
前記搬送手段を、前記第１ポート及び前記第２ポートよりも高い位置に配設したことを特徴とする請求項１に記載の給湯用熱交換装置。
　前記給湯熱交換器よりも上流側の前記給湯経路に流量検出手段を設けたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の給湯用熱交換装置。
　前記第１ポート及び前記第２ポートよりも高い位置に、前記給水ポート及び前記給湯ポートを配設したことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の給湯装置。
　前記給湯熱交換器では、前記熱媒体の流通方向と、前記水の流通方向とを対向流としたことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の給湯用熱交換装置。
　前記給湯端末に送られる水の温度を調整する機能を有する操作手段を備え、
前記操作手段と前記第１ポートと前記第２ポートとが、前記筐体の上面視において、前記筐体の中心を通る直線によって区分される２つの領域のうち、いずれか一方の領域に配置されることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の給湯用熱交換装置。
　前記請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の給湯用熱交換装置と、
前記筐体外に設けられ、熱媒体配管により前記第１ポート及び前記第２ポートと接続されるタンクと、
前記筐体外に設けられ、前記熱媒体を加熱する加熱手段と、
を備えたことを特徴とする給湯装置。
　前記タンクの上方に、前記給湯用熱交換装置を配設したことを特徴とする請求項７に記載の給湯装置。
　前記加熱手段は、冷媒を圧縮する圧縮機、前記冷媒と前記熱媒体とが熱交換する放熱器、前記冷媒を減圧する膨張手段、及び前記冷媒を蒸発させる蒸発器が、冷媒配管により環状に接続された冷媒回路を有するヒートポンプ装置であることを特徴とする請求項７または請求項８に記載の給湯装置。