WO2017094124A1

WO2017094124A1 - 貯湯式給湯機

Info

Publication number: WO2017094124A1
Application number: PCT/JP2015/083793
Authority: WO
Inventors: 修平内藤; 利幸佐久間
Original assignee: 三菱電機株式会社
Priority date: 2015-12-01
Filing date: 2015-12-01
Publication date: 2017-06-08

Abstract

　水を加熱する熱交換器内でのスケールの析出を抑制することができる貯湯式給湯機を提供する。このため貯湯式給湯機（１００）は、貯湯タンク（８）と、第１熱交換器（７）と第２熱交換器（９）と、昇温手段（３）と、第１熱交換器（７）の二次側と第２熱交換器（９）の一次側との間で熱媒体を循環させる熱媒体回路と、水を冷却する冷却器（１０）と、貯湯タンク（８）から取り出された水が第２熱交換器（９）の二次側を通して貯湯タンク（８）へ戻る第１回路と第２熱交換器（９）の二次側と冷却器（１０）との間で水が循環する第２回路とを選択して形成する回路形成装置と、第１回路に水を流す蓄熱運転と第２回路に水を流す冷却運転とを制御する制御手段（２９）と、を備える。

Description

貯湯式給湯機

　本発明は、貯湯式給湯機に関する。

　特許文献１に、熱交換器によって水を加熱する給湯装置が記載されている。熱交換器内の水には、例えばカルシウム等のスケール成分が含まれる。水に含まれるスケール成分は、一定以上の高温になると過飽和状態になる。熱交換器内に含まれるスケール成分は過飽和状態になると、スケールとして析出してしまう。特許文献１に記載の給湯装置は、スケール除去運転を行う。スケール除去運転は、熱交換器内に析出したスケールを剥がす運転である。

日本特開２０１０―９１１７８号公報

　上記特許文献１に記載のスケール除去運転は、貯湯タンク内の水を熱交換器へ流すことによってスケールを剥がす運転である。貯湯タンク内には、例えばスケール成分が大量に含まれた水が貯留される。このため、上記特許文献１に記載のスケール除去運転では、大量のスケール成分が熱交換器内へ供給されてしまう。熱交換器内へ供給されたスケール成分は、スケールが新たに析出する要因となる。上記特許文献１のスケール除去運転は、熱交換器内でのスケールの析出を促してしまう。

　本発明は、上記のような課題を解決するためになされた。本発明の目的は、水を加熱する熱交換器内でのスケールの析出を抑制することができる貯湯式給湯機を提供することである。

　本発明に係る貯湯式給湯機は、水が貯留される貯湯タンクと、一次側を流れる第１熱媒体によって二次側を流れる第２熱媒体を加熱する第１熱交換器と、一次側を流れる第２熱媒体によって二次側を流れる水を加熱する第２熱交換器と、第１熱媒体の温度を上昇させて第１熱交換器の一次側へ供給する昇温手段と、第１熱交換器の二次側と第２熱交換器の一次側との間で第２熱媒体を循環させる熱媒体回路と、水を冷却する冷却器と、貯湯タンクから取り出された水が第２熱交換器の二次側を通して貯湯タンクへ戻る第１回路と第２熱交換器の二次側と冷却器との間で水が循環する第２回路とを選択して形成する回路形成装置と、第１回路に水を流す蓄熱運転と第２回路に水を流す冷却運転とを制御する制御手段と、を備える。

　本発明に係る貯湯式給湯機であれば、水を加熱する熱交換器内でのスケールの析出を抑制することができる。

本発明の実施の形態１の貯湯式給湯機を示す概略図である。本発明の実施の形態１の貯湯式給湯機の蓄熱運転を示す図である。本発明の実施の形態１の貯湯式給湯機の冷却運転を示す図である。第３ポンプによって流される水の流れの向きが逆である場合の貯湯式給湯機を示す図である。冷却配管を備える貯湯式給湯機を示す図である。本発明の実施の形態２の貯湯式給湯機の冷却運転を示す図である。制御装置のハードウェア構成図である。

　以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。各図において同一部分または相当部分は、同一の符号を付して、重複する説明を省略する。なお、本発明は以下に説明する実施の形態に限定されるものではない。

実施の形態１．
　図１は、本発明の実施の形態１の貯湯式給湯機１００を示す概略図である。貯湯式給湯機１００は、ヒートポンプユニット１及び貯湯タンクユニット２を備える。ヒートポンプユニット１と貯湯タンクユニット２とは、例えば配管及び図示しない電気配線を介して接続される。

　本実施の形態のヒートポンプユニット１には、貯湯タンクユニット２から水が導かれる。ヒートポンプユニット１は、貯湯タンクユニット２から導かれた水を加熱する装置である。ヒートポンプユニット１は、ヒートポンプサイクルを利用することによって水を加熱する。

　ヒートポンプユニット１は、圧縮機３、ヒートポンプ熱交換器４、膨張弁５及び空気熱交換器６を備える。またヒートポンプユニット１は、熱媒体循環配管７を備える。圧縮機３、ヒートポンプ熱交換器４の一次側、膨張弁５及び空気熱交換器６は、熱媒体循環配管７によって順に環状に接続される。圧縮機３、ヒートポンプ熱交換器４、膨張弁５、空気熱交換器６及び熱媒体循環配管７は、ヒートポンプサイクルを形成する。

　ヒートポンプ熱交換器４は、一次側を流れる熱媒体と二次側を流れる熱媒体との間で熱交換を行う装置である。ヒートポンプ熱交換器４は、一次側を流れる第１熱媒体によって二次側を流れる第２熱媒体を加熱する第１熱交換器の一例である。第１熱媒体は、例えば二酸化炭素等の自然冷媒である。

　熱媒体循環配管７には、第１熱媒体が循環する。熱媒体循環配管７を循環する第１熱媒体は、圧縮機３、膨張弁５及び空気熱交換器６によって温度が上昇させられる。温度が上昇した第１熱媒体は、ヒートポンプ熱交換器４の一次側へ供給される。圧縮機３、膨張弁５及び空気熱交換器６は、本発明が備える昇温手段の一例である。

　本実施例においてヒートポンプ熱交換器４の二次側には、貯湯タンクユニット２から導かれた水が流れる。貯湯タンクユニット２からヒートポンプ熱交換器４の二次側に導かれる水は、第２熱媒体の一例である。本実施例のヒートポンプ熱交換器４は、一次側を流れる第１熱媒体によって、二次側を流れる水を加熱する。

　貯湯タンクユニット２は、貯湯タンク８を備える。貯湯タンク８の内部には、水が貯留される。貯湯タンク８の内部には、例えば上部と下部とで温度差が生じるように水が貯留される。貯湯タンク８の内部の上部には、高温の水が貯留される。貯湯タンク８の内部の下部には、低温の水が貯留される。

　貯湯タンクユニット２は、例えば蓄熱用熱交換器９を備える。蓄熱用熱交換器９は、一次側を流れる水と二次側を流れる水との間で熱交換を行う。蓄熱用熱交換器の一次側を流れる水は、第２熱媒体の一例である。蓄熱用熱交換器９は、一次側を流れる第２熱媒体によって二次側を流れる水を加熱する第２熱交換器の一例である。本実施例の蓄熱用熱交換器９は、一次側を流れる高温の水によって、二次側を流れる低温の水を加熱する。

　また貯湯タンクユニット２は、一例として冷却用熱交換器１０を備える。冷却用熱交換器１０は、一次側を流れる水と二次側を流れる水との間で熱交換を行う装置である。冷却用熱交換器１０は、例えば一次側を流れる低温の水によって、二次側を流れる水を冷却する。また冷却用熱交換器１０は、例えば対向流式の熱交換器である。対向流式の熱交換器は、一次側の水の流れと二次側の水の流れとが対向流である。

　また貯湯タンクユニット２は、三方弁１１を備える。三方弁１１は、３つのポートを有する。三方弁１１が有する３つのポートはそれぞれ、流入口１１ａと第１流出口１１ｂと第２流出口１１ｃとである。

　三方弁１１は、例えば第１状態と第２状態とに切り替わる。第１状態は、流入口１１ａから流入した水が第１流出口１１ｂから流出する状態である。第２状態は、流入口１１ａから流入した水が第２流出口１１ｃから流出する状態である。三方弁１１は、流路を切り替える装置である。

　貯湯タンク８は第１接続口８ａ及び第２接続口８ｂを有する。第１接続口８ａは、貯湯タンク８の下部に形成される。第２接続口８ｂは、貯湯タンク８の上部に形成される。

　また貯湯タンク８は、第３接続口８ｃ及び第４接続口８ｄを有する。第３接続口８ｃは、貯湯タンク８の下部に形成される。第３接続口８ｃは、第１接続口８ａと異なる位置に形成される。第４接続口８ｄは、貯湯タンク８の上部に形成される。第４接続口８ｄは、第２接続口８ｂと異なる位置に形成される。

　また貯湯タンク８は、第５接続口８ｅ及び第６接続口８ｆを有する。第５接続口８ｅは、貯湯タンク８の下部に形成される。第５接続口８ｅは、第１接続口８ａ及び第３接続口８ｃと異なる位置に形成される。第６接続口８ｆは、貯湯タンク８の下部に形成される。第６接続口８ｆは、第１接続口８ａ、第３接続口８ｃ及び第５接続口８ｅと異なる位置に形成される。

　本実施例において第３接続口８ｃは、一例として第６接続口８ｆよりも下方の位置に形成される。また第５接続口８ｅは、一例として第６接続口８ｆよりも下方の位置に形成される。

　第１接続口８ａには、給水配管１２の一端が接続される。給水配管１２の他端は、例えば図示しない外部の水源に接続される。給水配管１２には、水源から供給される低温の水が流れる。給水配管１２を流れる低温の水は、第１接続口８ａから貯湯タンク８の内部へ流入する。

　第２接続口８ｂには、給湯配管１３の一端が接続される。給湯配管１３の他端は、例えば図示しない配管あるいは給湯端末等に接続される。貯湯タンク８の上部に貯留された高温の水は、第２接続口８ｂから給湯配管１３へ流出する。給湯配管１３を流れる高温の水は、図示しない配管あるいは給湯端末等へ供給される。

　第３接続口８ｃには、タンク下部配管１４の一端が接続される。タンク下部配管１４の他端は、熱交換器入口配管１５の一端に接続される。本実施例においてタンク下部配管１４の他端と熱交換器入口配管１５の一端との接続部分を、配管接続部１６と呼称する。

　熱交換器入口配管１５の他端は、蓄熱用熱交換器９の二次側の流入口に接続される。蓄熱用熱交換器９の二次側の流出口には、熱交換器出口配管１７の一端が接続される。熱交換器出口配管１７の他端は、三方弁１１の流入口１１ａに接続される。また第１流出口１１ｂには、タンク上部配管１８の一端が接続される。タンク上部配管１８の他端は、第４接続口８ｄに接続される。

　第２流出口１１ｃには、第１バイパス配管１９の一端が接続される。第１バイパス配管１９の他端は、冷却用熱交換器１０の一次側の流入口に接続される。冷却用熱交換器１０の一次側の流出口には、第２バイパス配管２０の一端が接続される。第２バイパス配管２０の他端は、配管接続部１６に接続される。第１バイパス配管１９及び第２バイパス配管２０は、バイパス経路を形成する。本実施例において三方弁１１は、熱交換器出口配管１７を、タンク上部配管１８あるいはバイパス経路のどちらか一方と連通させる。

　第５接続口８ｅには、冷却用熱交換器入口配管２１の一端が接続される。冷却用熱交換器入口配管２１の他端は、冷却用熱交換器１０の二次側の流入口に接続される。冷却用熱交換器１０の二次側の流出口には、冷却用熱交換器出口配管２２の一端が接続される。冷却用熱交換器出口配管２２の他端は、第６接続口８ｆに接続される。

　また蓄熱用熱交換器９の一次側の流出口には、ヒートポンプ入口配管２３の一端が接続される。ヒートポンプ入口配管２３の他端は、ヒートポンプ熱交換器４の二次側の流入口に接続される。ヒートポンプ熱交換器４の二次側の流出口には、ヒートポンプ出口配管２４の一端が接続される。ヒートポンプ出口配管２４の他端は、蓄熱用熱交換器９の一次側の流入口に接続される。本実施の形態のヒートポンプユニット１と貯湯タンクユニット２とは、ヒートポンプ入口配管２３及びヒートポンプ出口配管２４を介して接続される。

　また貯湯タンクユニット２は、第１ポンプ２５を備える。第１ポンプ２５は、例えばヒートポンプ入口配管２３に設けられる。第１ポンプ２５は、ヒートポンプ入口配管２３及びヒートポンプ出口配管２４に第２熱媒体の一例である水を流す装置である。

　ヒートポンプ入口配管２３、ヒートポンプ出口配管２４及び第１ポンプ２５は、加熱回路を形成する。加熱回路は、ヒートポンプ熱交換器４の二次側と蓄熱用熱交換器９の一次側とを環状に接続する。加熱回路は、本発明が備える熱媒体回路の一例である。なお第１ポンプ２５は本実施例以外にも、例えばヒートポンプ出口配管２４に設けられてもよい。

　また貯湯タンクユニット２は、第２ポンプ２６を備える。第２ポンプ２６は、一例として熱交換器入口配管１５に設けられる。第２ポンプ２６は、水を流す装置である。なお第２ポンプ２６は本実施例以外にも、例えば熱交換器出口配管１７等に設けられてもよい。

　また貯湯タンクユニット２は、一例として第３ポンプ２７を備える。第３ポンプ２７は、例えば冷却用熱交換器入口配管２１に設けられる。冷却用熱交換器入口配管２１、冷却用熱交換器出口配管２２及び第３ポンプ２７は、一例として冷却回路を形成する。冷却回路は、第５接続口８ｅ、第６接続口８ｆ及び冷却用熱交換器１０の二次側を環状に接続する。

　本実施例の第５接続口８ｅは、貯湯タンク８から水が取り出される取出し口の一例である。また第６接続口８ｆは、貯湯タンク８へ水を戻す戻し口の一例である。第３ポンプ２７は、貯湯タンク８内の下部に貯留された低温の水を第５接続口８ｅから取り出して第６接続口８ｆへ戻す。また冷却用熱交換器１０、冷却用熱交換器入口配管２１、冷却用熱交換器出口配管２２及び第３ポンプ２７は、本発明が備える冷却器の一例である。

　貯湯タンクユニット２は、一例としてスケールトラップ２８を備える。スケールトラップ２８は、例えば第１バイパス配管１９に設けられる。スケールトラップ２８は、流れる水に含まれるスケールを捕捉するものである。スケールは、スケールトラップ２８を透過しない。水は、スケールトラップ２８を透過する。スケールトラップ２８は、スケール捕捉手段の一例である。スケールトラップ２８は、例えば小型のスケールを捕捉する。小型のスケールは、成長することによって大型のスケールを析出させる要因となる。なおスケールトラップ２８は本実施例以外にも、例えば熱交換器入口配管１５あるいは熱交換器出口配管１７等に設けられてもよい。

　また本実施例の貯湯式給湯機１００は、制御装置２９を備える。制御装置２９は、本発明が備える制御手段の一例である。制御装置２９は、例えば貯湯タンクユニット２の内部に設けられる。なお制御装置２９は本例以外にも、例えばヒートポンプユニット１等、貯湯タンクユニット２の外部に設けられてもよい。

　制御装置２９は、貯湯式給湯機１００に備えられた各機器に接続される。制御装置２９は、貯湯式給湯機１００に備えられた各機器を制御する。制御装置２９は、例えばヒートポンプユニット１、三方弁１１、第１ポンプ２５及び第２ポンプ２６に接続される。制御装置２９は、例えばヒートポンプユニット１、三方弁１１、第１ポンプ２５、第２ポンプ２６及び第３ポンプ２７を制御する。

　貯湯タンク８の表面には、例えば複数のタンク温度センサ３０が設けられてもよい。貯湯タンク８の表面には、例えば図１に示すように２つのタンク温度センサ３０が設けられる。なおタンク温度センサ３０は本例以外にも、例えば３つ以上設けられてもよい。複数のタンク温度センサ３０は、例えばそれぞれ異なる高さに設けられる。

　複数のタンク温度センサ３０は、制御装置２９に電気的に接続される。複数のタンク温度センサ３０は、貯湯タンク８に貯留された水の温度分布を検出する。複数のタンク温度センサ３０は、検出した温度分布の情報を制御装置２９へ送信する。制御装置２９は、例えば複数のタンク温度センサ３０から受信した情報に基づいて貯湯タンク８内の水の蓄熱量を算出する。これにより制御装置２９は、貯湯タンク８内の水の蓄熱量を監視する。また制御装置２９は、例えば算出した蓄熱量に基づいてヒートポンプユニット１、三方弁１１、第１ポンプ２５、第２ポンプ２６及び第３ポンプ２７を制御する。

　また貯湯式給湯機１００は、リモートコントローラ３１を備える。リモートコントローラ３１は、制御装置２９に接続される。制御装置２９とリモートコントローラ３１とは、相互通信を行うことができる。

　リモートコントローラ３１は、例えば図示しない表示部及び操作部を備える。表示部は、一例として貯湯式給湯機１００の情報を表示する。貯湯式給湯機１００の情報には、例えば貯湯式給湯機１００の動作状態等が含まれる。操作部は、使用者によって操作される部位である。操作部は、例えばスイッチ等である。またリモートコントローラ３１は、例えばスピーカ及びマイク等を備えてもよい。

　リモートコントローラ３１は、例えば使用者からの操作に応じた運転動作指令を制御装置２９へ送信する。運転動作指令は、貯湯式給湯機１００を動作させるためのものである。制御装置２９は、例えば受信した運転動作指令に基づいて三方弁１１、第１ポンプ２５第２ポンプ２６及び第３ポンプ２７を制御する。

　またリモートコントローラ３１は、例えば使用者からの操作に応じた設定値変更指令を制御装置２９へ送信する。制御装置２９には、例えば各種の設定値が予め設定される。制御装置２９は、受信した設定値変更指令に応じて、各種の設定値を変更する。

　次に、貯湯式給湯機１００の動作のうち、本発明に関連する動作として、蓄熱運転及び冷却運転について説明する。まず、蓄熱運転について説明する。図２は、本実施の形態の貯湯式給湯機１００の蓄熱運転を示す図である。図２中の太線及び矢印は、蓄熱運転の際の水の流れを示す。蓄熱運転は、貯湯タンク８の内部に貯留された低温の水を、加熱してから貯湯タンク８へ戻す運転である。

　制御装置２９は、上述のように貯湯タンク８内の水の蓄熱量を監視する。制御装置２９は、例えば貯湯タンク８内の水の蓄熱量が蓄熱運転開始基準を下回ると、三方弁１１を第１状態にする。蓄熱運転開始基準は、例えば制御装置２９に予め設定される。制御装置２９は、三方弁１１を第１状態にすると、ヒートポンプユニット１、第１ポンプ２５及び第２ポンプ２６を動作させる。これにより、蓄熱運転が開始する。

　なお蓄熱運転が開始する時点は、本実施例に限られない。蓄熱運転は、例えば制御装置２９が蓄熱運転を開始させる運転動作指令をリモートコントローラ３１から受信することによって開始するとしてもよい。

　ヒートポンプユニット１が動作すると、温度が上昇した第１熱媒体がヒートポンプ熱交換器４の一次側に供給される。第１ポンプ２５が動作すると、ヒートポンプ入口配管２３からヒートポンプ熱交換器４の二次側へ水が流れる。ヒートポンプ熱交換器４は、一次側を流れる第１熱媒体によって、二次側を流れる水を加熱する。ヒートポンプ熱交換器４の二次側を流れる水は、加熱されて高温の水になる。

　ヒートポンプ熱交換器４によって加熱された高温の水は、ヒートポンプ出口配管２４を流れる。ヒートポンプ出口配管２４を流れる高温の水は、蓄熱用熱交換器９の一次側へ流れる。蓄熱用熱交換器９の一次側を通過した水は、ヒートポンプ入口配管２３を流れる。蓄熱運転の際、第１ポンプ２５は、ヒートポンプ入口配管２３及びヒートポンプ出口配管２４に水を循環させる。

　また三方弁１１が第１状態であるときに第２ポンプ２６が動作すると、貯湯タンク８内の下部に貯留された低温の水が第３接続口８ｃから取り出される。第３接続口８ｃから取り出された低温の水は、タンク下部配管１４、熱交換器入口配管１５及び第２ポンプ２６を介し、蓄熱用熱交換器９の二次側へ流れる。

　蓄熱用熱交換器９は、一次側を流れる高温の水と二次側を流れる低温の水との間で熱交換する。これにより蓄熱用熱交換器９の二次側を流れる低温の水は加熱される。蓄熱用熱交換器９の二次側を流れる水は、高温の水になる。蓄熱用熱交換器９の二次側で加熱された高温の水は、熱交換器出口配管１７へ流れる。

　熱交換器出口配管１７を流れる高温の水は、三方弁１１の流入口１１ａへ流入する。流入口１１ａへ流入した高温の水は、第１流出口１１ｂから流出する。第１流出口１１ｂから流出した高温の水は、タンク上部配管１８を流れる。タンク上部配管１８を流れる高温の水は、第４接続口８ｄから貯湯タンク８内の上部へ供給される。

　蓄熱運転の際に第３接続口８ｃから取り出された水は、蓄熱用熱交換器９の二次側を通って第４接続口８ｄへ戻される。蓄熱運転の際、タンク下部配管１４、熱交換器入口配管１５、蓄熱用熱交換器９の二次側、熱交換器出口配管１７、タンク上部配管１８及び第２ポンプ２６に水が流れる。タンク下部配管１４、熱交換器入口配管１５、蓄熱用熱交換器９の二次側、熱交換器出口配管１７、タンク上部配管１８及び第２ポンプ２６により、蓄熱回路が形成される。蓄熱回路は、貯湯タンク８と蓄熱用熱交換器９の二次側とを環状に接続する。本実施例の三方弁１１は、第１状態になることによって蓄熱回路を形成する。蓄熱回路は、本発明の第１回路の一例である。

　制御装置２９は、例えば貯湯タンク８内の水の蓄熱量が蓄熱運転停止基準を上回ると、ヒートポンプユニット１を停止させる。これにより、蓄熱運転が終了する。なお蓄熱運転が終了する時点は、本実施例に限られない。蓄熱運転は、例えば蓄熱運転の開始から一定時間経過後に終了してもよい。

　次に、冷却運転について説明する。図３は、本実施の形態の貯湯式給湯機１００の冷却運転を示す図である。図３中の太線及び矢印は、冷却運転の際の水の流れを示す。冷却運転は、蓄熱用熱交換器９の二次側内の水を冷却する運転である。

　制御装置２９は、例えば蓄熱運転の終了と同時に三方弁１１を第２状態する。制御装置２９は、三方弁１１を第２状態にすると、第２ポンプ２６及び第３ポンプを動作させる。これにより、冷却運転が開始する。なお冷却運転が開始する時点は、本実施例に限られない。冷却運転は、例えば蓄熱運転が終了してから一定時間経過後に開始してもよい。

　三方弁１１が第２状態であるときに第２ポンプ２６が動作すると、熱交換器入口配管１５から蓄熱用熱交換器９の二次側へ水が流れる。本実施例の冷却運転においてヒートポンプユニット１は停止している。このため蓄熱用熱交換器９の二次側を流れる水は、ヒートポンプユニット１によって加熱されない。

　蓄熱用熱交換器９の二次側を通った水は、三方弁１１の流入口１１ａへ流入する。流入口１１ａへ流入した水は、第２流出口１１ｃから流出する。第２流出口１１ｃから流出した水は、第１バイパス配管１９を流れる。スケールトラップ２８は、第１バイパス配管１９を流れる水に含まれるスケールを捕捉する。

　第１バイパス配管１９及びスケールトラップ２８を通過した水は、冷却用熱交換器１０の二次側へ流れる。冷却用熱交換器１０の二次側を通過した水は、第２バイパス配管２０へ流れる。第２バイパス配管２０を流れる水は、熱交換器入口配管１５及び第２ポンプ２６へ流れる。

　冷却運転の際、第２ポンプ２６は、蓄熱用熱交換器９の二次側と冷却用熱交換器１０の二次側との間で水を循環させる。冷却運転の際には、熱交換器入口配管１５、蓄熱用熱交換器９の二次側、熱交換器出口配管１７、第１バイパス配管１９、冷却用熱交換器１０の二次側、第２バイパス配管２０及び第２ポンプ２６によってバイパス回路が形成される。

　バイパス回路は、蓄熱用熱交換器９の二次側と冷却用熱交換器１０の二次側とを環状に接続する。本実施例の三方弁１１は、第２状態になることによってバイパス回路を形成する。バイパス回路は、本発明の第２回路の一例である。本実施の形態の貯湯式給湯機１００は、蓄熱回路すなわち第１回路と、バイパス回路すなわち第２回路とを、三方弁１１により選択して形成可能な回路形成装置を備える。

　また第３ポンプ２７が動作すると、貯湯タンク８内の下部に貯留された低温の水が第５接続口８ｅから取り出される。第５接続口８ｅから取り出された低温の水は、冷却用熱交換器入口配管２１及び第３ポンプ２７を介して、冷却用熱交換器１０の二次側へ流れる。

　冷却用熱交換器１０は、一次側を流れる低温の水と二次側を流れる水との間で熱交換をする。これにより、冷却用熱交換器１０の二次側を流れる水は冷却される。冷却用熱交換器１０の一次側を通過した水は、中温の水になる。中温の水は、冷却用熱交換器出口配管２２へ流れる。冷却用熱交換器出口配管２２を流れる中温の水は、第６接続口８ｆから貯湯タンク８内へ戻される。

　冷却運転は、一定時間実行される。これによりバイパス回路内の水が冷却される。すなわち、蓄熱用熱交換器９の二次側内の水が冷却される。制御装置２９は、例えば冷却運転が開始してから一定時間経過後に、第３ポンプを停止させる。これにより冷却運転が終了する。

　スケール成分が含まれる水の過飽和度は、スケール成分の量が同一の場合、温度が低いほど低くなる。上記実施例の貯湯式給湯機１００は、蓄熱運転が行われた後に冷却運転を行う。これにより、蓄熱用熱交換器９の二次側の温度が低下する。蓄熱用熱交換器９の二次側内の水に含まれるスケール成分の過飽和度は、温度低下に伴って低下する。これにより、蓄熱用熱交換器９内でのスケールの析出が抑制される。

　上記実施例の冷却運転の際、蓄熱用熱交換器９の一次側内の水はヒートポンプユニットによって加熱されない。上記実施例の冷却運転であれば、蓄熱用熱交換器９の二次側の温度が効果的に低下する。

　また上記実施例において三方弁１１は、貯湯タンク８に対して閉回路となるようにバイパス回路を形成する。バイパス回路は、貯湯タンク８に接続されない。冷却運転の際、貯湯タンク８に貯留されたスケール成分を含む水はバイパス回路へ供給されない。冷却運転において、バイパス回路内のスケールの総量は上昇しない。このため上記実施例であれば、蓄熱用熱交換器９内でのスケールの析出が効果的に抑制される。

　なお本発明が備える回路形成装置は、上記実施例の三方弁１１に限定されない。例えば貯湯式給湯機１００は、回路形成装置の一例として、流路を開閉する弁を備えてもよい。流路を開閉する弁は、例えばタンク下部配管１４及びタンク上部配管１８に設けられる。バイパス回路及び蓄熱回路は、例えばタンク下部配管１４及びタンク上部配管１８が開閉されることによって形成されてもよい。

　また本実施の形態であれば、蓄熱用熱交換器９が第２熱媒体によって水を加熱することで、以下の効果が得られる。第２熱媒体の最高温度は、第１熱媒体の最高温度より低い。蓄熱運転の際の蓄熱用熱交換器９内の温度は、例えば貯湯タンク８から導かれた水と第１熱媒体との間で熱交換をする熱交換器に比べて低温になる。これにより、蓄熱用熱交換器９内でのスケールの析出が抑制される。なお第２熱媒体は、上記実施例における水に限られない。第２熱媒体は、例えばブライン等の不凍液であってもよい。

　本発明は、上記構成を備えるため、熱交換器内でのスケールの析出を抑制することができる。これにより、熱交換器の性能低下及び熱交換器内の流路の閉塞が防止される。本発明であれば、熱交換器を長期に渡って使用することができる。

　また上記実施例の貯湯式給湯機１００は、ヒートポンプユニット１と貯湯タンクユニット２とを備える。ヒートポンプユニット１は、一例として第１筐体１０１を備えてもよい。ヒートポンプユニット１に備えられる各機器は、例えば第１筐体１０１の内部に設けられる。第１筐体１０１の内部に設けられる各機器には、ヒートポンプ熱交換器４が含まれる。

　貯湯タンクユニット２は、一例として第２筐体１０２を備えてもよい。第２筐体１０２は、第１筐体１０１の外部に設けられる。貯湯タンクユニット２に備えられる各機器は、例えば第２筐体１０２の内部に設けられる。第２筐体１０２の内部に設けられる各機器には、蓄熱用熱交換器９、冷却用熱交換器１０及び三方弁１１が含まれる。これにより、第２筐体１０２の内部にバイパス回路が形成される。

　第１筐体１０１は、第２筐体１０２から離れた場所に配置されることがある。第１筐体１０１と第２筐体１０２との間の距離に応じて、ヒートポンプ入口配管２３及びヒートポンプ出口配管２４の長さが長くなる。本実施の形態であれば、第１筐体１０１と第２筐体１０２との間の距離が大きくても、バイパス回路は長くならない。

　本例のバイパス回路は、第１筐体１０１から第２筐体１０２に渡って形成される場合に比べて短くなる。このため、バイパス回路内の水の総量が少なくなる。これにより、バイパス回路内のスケールの総量が少なくなる。本例であれば、蓄熱用熱交換器９内でのスケールの析出がより効果的に抑制される。

　また冷却運転の際にバイパス回路を流れる水の流量は、例えば蓄熱運転の際に蓄熱回路を流れる水の流量よりも大きいことが望ましい。冷却運転の際にバイパス回路を流れる流量が大きくなることにより、蓄熱用熱交換器９の二次側の冷却速度が上がる。

　冷却運転の際には、蓄熱用熱交換器９の二次側に水が流れる。蓄熱用熱交換器９の二次側を流れる水は、蓄熱用熱交換器９の二次側に析出したスケールを剥がす。これにより、蓄熱用熱交換器９の二次側でのスケールの成長が抑制される。

　また冷却運転の際にバイパス回路を流れる水の流量が大きいほど、蓄熱用熱交換器９の二次側から多くのスケールが剥がされる。冷却運転の際にバイパス回路を流れる水の流量は、一例として蓄熱運転の際に蓄熱回路を流れる水の流量よりも大きいことが望ましい。

　上記実施例の貯湯式給湯機１００は、一例としてスケールトラップ２８を備える。スケールトラップ２８は、冷却運転によって剥がされたスケールを捕捉する。上記実施例の冷却運転であれば、バイパス回路の温度低下とバイパス回路内のスケールの捕捉とが同時に行われることにより、スケールの析出及びスケールの成長が効果的に抑制される。

　スケールトラップ２８によって捕捉されたスケールは、蓄熱用熱交換器９の二次側に再付着しない。また上記実施例のスケールトラップ２８は、バイパス回路において蓄熱用熱交換器９の下流かつ冷却用熱交換器１０の上流となるように設けられる。このため、冷却運転によって蓄熱用熱交換器９の二次側から剥がされたスケールは、冷却用熱交換器１０の二次側に付着しない。また上記実施例であれば、冷却運転によって剥がされたスケールは、蓄熱用熱交換器９及び冷却用熱交換器１０の内部に堆積しない。

　上記実施例の第２ポンプ２６は、バイパス回路において蓄熱用熱交換器９の上流かつ冷却用熱交換器１０の下流に設けられる。このため冷却運転の際に第２ポンプ２６には、冷却用熱交換器１０によって冷却された後の水が流入する。第２ポンプ２６の温度上昇が抑制されることにより、第２ポンプ２６の短寿命化が防止される。

　また冷却運転が終了する時点は、上記実施例に限られない。貯湯式給湯機１００は、例えばバイパス回路を流れる水の温度を検出する温度センサ３２を備えてもよい。温度センサ３２は、例えば熱交換器出口配管１７に設けられる。制御装置２９は、例えば温度センサ３２によって検出された温度が停止基準温度以下になると、第３ポンプを停止させてもよい。すなわち貯湯式給湯機１００は、温度センサ３２によって検出された温度が基準に比べて低くなると冷却運転が終了する構成であってもよい。本例の冷却運転は、バイパス回路内の温度が基準を下回るまで続けられる。これにより、バイパス回路は、十分に冷却される。本例であれば、バイパス回路の冷却不足が防止される。

　上記実施例の冷却用熱交換器１０は、一次側を流れる水によって二次側を流れる水を冷却する。冷却用熱交換器１０の一次側には、貯湯タンク８の内部の下部に貯留された低温の水が流れる。冷却用熱交換器１０は、例えばガス冷媒を必要としない。上記実施例であれば、例えばガス冷媒の使用による環境への影響がない。また冷却用熱交換器１０は、電気的に冷却を行う装置ではない。上記実施例であれば、電気料金が抑えられる。

　上記実施例の冷却運転の際、冷却用熱交換器１０の一次側を通った後の中温の水は、第６接続口８ｆから貯湯タンク８内へ戻される。第６接続口８ｆは、第５接続口８ｅよりも上方にある。このため、第６接続口８ｆから貯湯タンク８内へ戻される中温の水と貯湯タンク８内の下部に貯留された低温の水との混合が抑制される。

　また上記実施例の冷却用熱交換器１０の一次側の水の流れと二次側の水の流れとは対向流である。このため冷却用熱交換器１０は、二次側を流れる水を効率よく冷却することができる。

　また第３ポンプ２７によって流される水の流れの向きは、上記実施例と逆であってもよい。すなわち、第５接続口８ｅが戻し口の一例であってもよい。また第６接続口８ｆが取出し口の一例であってもよい。

　図４は、第３ポンプ２７によって流される水の流れの向きが逆である場合の貯湯式給湯機１００を示す図である。本例において戻し口の一例である第５接続口８ｅは、取出し口の一例である第６接続口８ｆよりも下方にある。また第３接続口８ｃは、第６接続口８ｆよりも下方にある。

　蓄熱運転の際には、第３接続口８ｃから水が取り出される。本例であれば、例えば冷却運転の後に蓄熱運転を行った際、第５接続口８ｅから戻された中温の水が第３接続口８ｃから取り出される。これにより、蓄熱運転によって高温の水を得るために必要なエネルギーが、第３接続口８ｃから低温の水が取り出される場合に比べて削減される。

　また冷却用熱交換器１０の一次側の水の流れと二次側の水の流れとは、例えば図４に示すように並流であってもよい。冷却用熱交換器１０の一次側の水の流れと二次側の水の流れとが並流である場合には、冷却用熱交換器１０内に生じる温度差が小さくなる。これにより、冷却用熱交換器１０の短寿命化が防止される。

　上記実施例の貯湯式給湯機１００は、冷却器の一例として、冷却用熱交換器１０、冷却用熱交換器入口配管２１、冷却用熱交換器出口配管２２及び第３ポンプ２７を備える。貯湯式給湯機１００は、冷却器の一例として冷却配管３３を備えていてもよい。

　図５は、冷却配管３３を備える貯湯式給湯機１００を示す図である。第１バイパス配管１９の一端は、上記実施例と同様に、第２流出口１１ｃに接続される。本例の第１バイパス配管１９の他端は、例えば図５に示すように、第６接続口８ｆで冷却配管３３の一端に接続される。冷却配管３３は貯湯タンク８の内部の下部を通る。貯湯タンク８内部の下部のうち、冷却配管３３が通っている場所には低温の水が貯留されている。

　冷却配管３３の他端は、例えば図５に示すように、第５接続口８ｅで第２バイパス配管２０の一端に接続される。第２バイパス配管２０の他端は、上記実施例と同様に、配管接続部１６に接続される。冷却運転が行われると、貯湯タンク８の内部の下部を通る冷却配管３３に水が流れる。これにより、バイパス回路内の水が冷却される。本例であれば、冷却運転は、第３ポンプ２７を必要とすることなく実行される。これにより、第３ポンプ２７のコスト及び第３ポンプ２７を動作させるコストが削減される。

実施の形態２．
　次に、本発明の実施の形態２について説明する。本実施の形態の貯湯式給湯機１００の基本的な構成は、実施の形態１と同様に図１で示される。また本実施の形態の貯湯式給湯機１００は、実施の形態１と同様に、図２で示される蓄熱運転を行う。

　図６は、本実施の形態の貯湯式給湯機１００の冷却運転を示す図である。図６中の太線及び、矢印は、本実施の形態の冷却運転の際の水の流れを示す。本実施の形態では、冷却運転の際にヒートポンプユニット１及び第１ポンプ２５が停止しない。

　本実施の形態の冷却運転では、実施の形態１と同様に、バイパス回路を水が循環する。バイパス回路を循環する水は、冷却される。実施の形態１と同様に、蓄熱用熱交換器９の二次側が冷却される。本実施の形態によっても、実施の形態１と同様の効果が得られる。

　蓄熱運転が行われている間、蓄熱用熱交換器９の二次側の温度は高温になる。蓄熱運転が行われている間は、蓄熱用熱交換器９の二次側でのスケールの析出のリスクが高い。本実施の形態において蓄熱運転は、例えば１分から６０分までの短い時間だけ行われる。蓄熱運転の時間が短くなることにより、スケールの析出のリスクが低くなる。

　また析出したスケールは、高温環境下では時間経過と共に析出した場所に強固に固着する。このため、冷却運転の開始と蓄熱運転の終了との時間の間隔は、短時間であることが望ましい。本実施の形態の冷却運転は、例えば蓄熱運転の終了と同時に行われる。これにより、例えば蓄熱用熱交換器９の二次側に析出したスケールは、強固に固着する前に冷却運転によって剥がされる。

　また蓄熱運転の時間が短くなることにより、冷却運転の時間を短くすることができる。冷却運転は、一例として５秒から３分までの時間だけ行われる。本実施の形態では、短時間の蓄熱運転と短時間の冷却運転とが交互に繰り返される。短時間の冷却運転は、例えば上記のように短時間の蓄熱運転の終了と同時に開始される。これにより、スケールの析出が抑制される。また短時間の蓄熱運転は、例えば短時間の冷却運転の終了と同時に開始される。

　また図６に示すように、本実施の形態の冷却運転の際にヒートポンプユニット１及び第１ポンプ２５は停止しない。本実施の形態では、圧縮機３の動作の開始及び停止が繰り返されない。これにより、圧縮機３への負荷が抑えられる。本実施の形態であれば、圧縮機３の短寿命化が防止される。同様に第１ポンプ２５の短寿命化が防止される。

　図６に示すように、本実施の形態の冷却運転の際には、加熱回路及びバイパス回路に水が流れる。冷却運転において、加熱回路を流れる水の流量は、バイパス回路を流れる水の流量よりも小さいことが望ましい。

　冷却運転の際に制御装置２９は、例えば加熱回路を流れる水の流量がバイパス回路を流れる水の流量よりも小さくなるように、第１ポンプ２５及び第２ポンプ２６を制御する。制御装置２９は、例えば加熱回路を流れる水の流量が１Ｌ／ｍｉｎになるように、第１ポンプ２５を制御する。制御装置２９は、例えばバイパス回路を流れる水の流量が１０Ｌ／ｍｉｎから２０Ｌ／ｍｉｎまでの範囲内に収まるように第２ポンプ２６を制御する。なお加熱回路を流れる水の流量及びバイパス回路を流れる水の流量は、本例に限定されるものではない。

　本例であれば、蓄熱用熱交換器９内部の温度が蓄熱用熱交換器９の一次側を流れる水によって大きく上昇することがない。このため、冷却運転の際に蓄熱用熱交換器９の一次側を流れる水によってスケールの析出が促進されることがない。

　また本実施の形態の貯湯式給湯機１００は、実施の形態１の図４と同様に、第３ポンプ２７によって流される水の流れの向きが逆であってもよい。すなわち、戻し口の一例である第５接続口８ｅ及び第３接続口８ｃは、第６接続口８ｆよりも下方にあってもよい。

　本実施の形態の冷却運転ではヒートポンプユニット１及び第１ポンプ２５が停止しない。このため、貯湯タンク８へ戻される中温の水の温度は、実施の形態１に比べて高くなる。また本実施の形態では、上述のように、例えば冷却運転の終了と同時に蓄熱運転が開始される。本実施の形態に図４で示される構成を適用することにより、蓄熱運転によって高温の水を得るために必要なエネルギーがより効率的に削減される。

　上記実施の形態１及び実施の形態２の貯湯式給湯機１００が備える制御装置２９は、本発明の制御手段の一例である。図７は、制御装置２９のハードウェア構成図である。

　制御装置２９の機能は、処理回路により実現される。処理回路は、専用ハードウェア６０であってもよい。処理回路は、プロセッサ６１及びメモリ６２を備えていてもよい。処理回路は、一部が専用ハードウェア６０として形成され、更にプロセッサ６１及びメモリ６２を備えていてもよい。図７は、処理回路が、その一部が専用ハードウェア６０として形成され、プロセッサ６１及びメモリ６２を備えている場合の例を示している。

　処理回路の少なくとも一部が、少なくとも１つの専用ハードウェア６０である場合、処理回路は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ、又はこれらを組み合わせたものが該当する。

　処理回路が少なくとも１つのプロセッサ６１及び少なくとも１つのメモリ６２を備える場合、制御装置２９の機能は、ソフトウェア、ファームウェア、又はソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェア及びファームウェアはプログラムとして記述され、メモリ６２に格納される。プロセッサ６１は、メモリ６２に記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、各部の機能を実現する。プロセッサ６１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータあるいはＤＳＰともいう。メモリ６２は、例えば、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリー、ＥＰＲＯＭ及びＥＥＰＲＯＭ等の不揮発性又は揮発性の半導体メモリ、又は磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク及びＤＶＤ等が該当する。

　このように、処理回路は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、又はこれらの組み合わせによって、制御装置２９の機能を実現することができる。また本発明は、単一の制御装置２９により動作が制御される構成に限定されるものではなく、複数の装置が連携することで動作を制御する構成にしても良い。

　なお本発明は、上記の実施の形態１及び実施の形態２に限定されない。例えば熱媒体回路の途中に流路を切り替えるバルブが設けられても良い。熱媒体回路には、例えばバルブを介して暖房用の配管が接続されてもよい。上記のように本発明は、例えば熱媒体回路を流れる第２熱媒体によって暖房を行う構成であってもよい。また本発明が備える昇温手段は上記実施例の圧縮機３、膨張弁５及び空気熱交換器６以外にも、例えば電熱ヒータ等であってもよい。

　この発明は、例えば熱交換器によって水を加熱する貯湯式給湯機に利用できる。

　１　ヒートポンプユニット、　２　貯湯タンクユニット、　３　圧縮機、　４　ヒートポンプ熱交換器、　５　膨張弁、　６　空気熱交換器、　７　熱媒体循環配管、　８　貯湯タンク、　８ａ　第１接続口、　８ｂ　第２接続口、　８ｃ　第３接続口、　８ｄ　第４接続口、　８ｅ　第５接続口、　８ｆ　第６接続口、　９　蓄熱用熱交換器、　１０　冷却用熱交換器、　１１　三方弁、　１１ａ　流入口、　１１ｂ　第１流出口、　１１ｃ　第２流出口、　１２　給水配管、　１３　給湯配管、　１４　タンク下部配管、　１５　熱交換器入口配管、　１６　配管接続部、　１７　熱交換器出口配管、　１８　タンク上部配管、　１９　第１バイパス配管、　２０　第２バイパス配管、　２１　冷却用熱交換器入口配管、　２２　冷却用熱交換器出口配管、　２３　ヒートポンプ入口配管、　２４　ヒートポンプ出口配管、　２５　第１ポンプ、　２６　第２ポンプ、　２７　第３ポンプ、　２８　スケールトラップ、　２９　制御装置、　３０　タンク温度センサ、　３１　リモートコントローラ、　３２　温度センサ、　３３　冷却配管、　６０　専用ハードウェア、　６１　プロセッサ、　６２　メモリ、　１００　貯湯式給湯機、　１０１　第１筐体、　１０２　第２筐体

Claims

　水が貯留される貯湯タンクと、
　一次側を流れる第１熱媒体によって二次側を流れる第２熱媒体を加熱する第１熱交換器と、
　一次側を流れる前記第２熱媒体によって二次側を流れる水を加熱する第２熱交換器と、
　前記第１熱媒体の温度を上昇させて前記第１熱交換器の一次側へ供給する昇温手段と、
　前記第１熱交換器の二次側と前記第２熱交換器の一次側との間で前記第２熱媒体を循環させる熱媒体回路と、
　水を冷却する冷却器と、
　前記貯湯タンクから取り出された水が前記第２熱交換器の二次側を通して前記貯湯タンクへ戻る第１回路と前記第２熱交換器の二次側と前記冷却器との間で水が循環する第２回路とを選択して形成する回路形成装置と、
　前記第１回路に水を流す蓄熱運転と前記第２回路に水を流す冷却運転とを制御する制御手段と、
　を備える貯湯式給湯機。
　第１筐体及び前記第１筐体の外部にある第２筐体を備え、
　前記第１熱交換器は、前記第１筐体の内部にあり、
　前記第２熱交換器及び前記冷却器は、前記第２筐体の内部にある請求項１に記載の貯湯式給湯機。
　前記昇温手段を停止した状態で前記冷却運転を行う請求項１または請求項２に記載の貯湯式給湯機。
　前記昇温手段を運転した状態で前記蓄熱運転と前記冷却運転とを交互に行う請求項１または請求項２に記載の貯湯式給湯機。
　前記制御手段は、前記冷却運転の際に前記熱媒体回路に前記第２熱媒体を循環させ、
　前記冷却運転の際に前記熱媒体回路を流れる前記第２熱媒体の流量は、前記第２回路を流れる水の流量よりも少ない請求項４に記載の貯湯式給湯機。
　前記貯湯タンクは、前記貯湯タンクの下部に形成される取出し口と前記貯湯タンクの下部に形成される戻し口とを備え、
　前記冷却器は、一次側を流れる水によって二次側を流れる水を冷却する冷却用熱交換器と前記取出し口から取り出された水が前記冷却用熱交換器の一次側を通して前記戻し口へ戻る冷却回路とを備える請求項１から請求項５の何れか１項に記載の貯湯式給湯機。
　前記戻し口は、前記取出し口よりも上方にある請求項６に記載の貯湯式給湯機。
　前記第１回路によって前記貯湯タンクから水が取り出される位置及び前記戻し口は、前記取出しよりも下方にある請求項６に記載の貯湯式給湯機。
　前記冷却用熱交換器の一次側の水の流れと二次側の水の流れとが対向流である請求項６から請求項８の何れか１項に記載の貯湯式給湯機。
　前記冷却用熱交換器の一次側の水の流れと二次側の水の流れとが並流である請求項６から請求項８の何れか１項に記載の貯湯式給湯機。
　前記冷却器は、前記貯湯タンクの内部の下部を通る配管を備える請求項１から請求項５の何れか１項に記載の貯湯式給湯機。
　前記冷却運転のときに前記第２回路を流れる水の流量は、前記蓄熱運転のときに前記第１回路を流れる水の流量よりも大きい請求項１から請求項１１の何れか１項に記載の貯湯式給湯機。
　前記第２回路を流れる水の温度を検出する温度センサを備え、
　前記制御手段は、前記冷却運転のときに前記温度センサによって検出された温度が基準に比べて低くなると前記冷却運転を終了させる請求項１から請求項１２の何れか１項に記載の貯湯式給湯機。
　前記第２回路を流れる水に含まれるスケールを捕捉するスケール捕捉手段を備える請求項１から請求項１３の何れか１項に記載の貯湯式給湯機。
　前記スケール捕捉手段は、前記第２熱交換器の下流かつ前記冷却器の上流の位置にある請求項１４に記載の貯湯式給湯機。
　前記第２回路は、前記第２熱交換器の上流かつ前記冷却器の下流の位置にあるポンプを備える請求項１から請求項１５の何れか１項に記載の貯湯式給湯機。