| 【発明の名称】 |
給湯装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】若田 武志
【氏名】朝倉 宏
【氏名】本岡 英典
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| 【要約】 |
【課題】貯湯槽の温度成層を崩すことなく、安定した温度の湯を給湯できるようにすることを目的とする。
【解決手段】ヒートポンプによる貯湯を行う際には、サーミスタ１９で貯湯槽２の上部の温度を検出し、その検出温度がヒートポンプの沸き上げ温度以上であるときには、循環ポンプ４を駆動して貯湯槽２の湯水を、下部の導入口３ａから導入して水−冷媒熱交換器５で熱交換して三方弁１８を介して貯湯槽２の電気ヒータ６よりも低い位置の還流口３ｃに還流させて貯湯するようにしている。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 貯湯槽の下部から該貯湯槽の上部に至る循環経路の途中に熱交換器を配設し、前記貯湯槽の下部からの湯水を、前記熱交換器で間接加熱して貯湯槽の上部に戻して貯湯する貯湯式の給湯装置において、貯湯槽内の湯水を加熱する補助熱源を備え、前記熱交換器で間接加熱された湯水を、前記貯湯槽に戻す別の循環経路を設けるとともに、循環経路を切り替える循環経路切り替え手段を設けたことを特徴とする給湯装置。
【請求項２】 請求項１記載の給湯装置において、前記別の循環経路は、前記熱交換器で間接加熱された湯水を、前記貯湯槽の前記上部よりも該貯湯槽の低い位置に戻すものであり、前記循環経路切り替え手段は、貯湯槽内の湯水の温度に応じて、循環経路を切り替えることを特徴とする給湯装置。
【請求項３】 請求項１または２記載の給湯装置において、前記貯湯槽内の所定の高さ位置に、前記補助熱源としてのヒータを配設するとともに、該ヒータの上方の貯湯槽内に、浴槽からの湯水を間接加熱する風呂用熱交換器を配設したことを特徴とする給湯装置。
【請求項４】 請求項１ないし３のいずれかに記載の給湯装置において、前記貯湯槽の上部の給湯口から給湯する給湯経路と、前記給湯口よりも低い位置の給湯口から給湯する給湯経路とを備えるとともに、給湯経路を切り替える給湯経路切り替え手段を備えることを特徴とする給湯装置。
【請求項５】 貯湯槽の下部から該貯湯槽の上部に至る循環経路の途中に熱交換器を配設し、前記貯湯槽の下部からの湯水を、前記熱交換器で間接加熱して貯湯槽の上部に戻して貯湯する貯湯式の給湯装置において、浴槽からの湯水を間接加熱する風呂用熱交換器を備え、前記貯湯槽の上部からの湯水を、前記風呂用熱交換器を介して前記貯湯槽の下部に戻す別の循環経路を設けるとともに、循環経路を切り替える循環経路切り替え手段を設けたことを特徴とする給湯装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、ヒートポンプ給湯装置のような給湯装置に関し、更に詳しくは、湯を貯湯槽に貯湯した後、給湯する貯湯式の給湯装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来のヒートポンプ給湯装置を、図３に示す。同図において、１は圧縮機や蒸発器等を備えたヒートポンプユニット、２は貯湯槽であり、この貯湯槽２には、その下部の導入口３ａから上部の還流口３ｂに至る循環管路３が接続されており、この循環管路３には、貯湯槽２の湯水を循環させる循環ポンプ４およびヒートポンプユニット１の冷媒と貯湯槽２からの湯水との熱交換を行なう水−冷媒熱交換器５がそれぞれ配設されている。
【０００３】貯湯槽２内の下部には、ヒートポンプの沸き上げ温度以上の温度で沸き上げて高温貯湯するための補助熱源としての電気ヒータ６が設けられる一方、上部には、浴槽７から風呂用循環ポンプ８、三方弁９を介して浴槽７に循環される湯水を、貯湯槽２内の高温の湯で間接加熱する風呂用熱交換器１０が設けられている。
【０００４】また、貯湯槽２の下部には、減圧弁１１が介装された給水配管１２が接続される一方、上部の給湯口１３ａには、給湯配管１３が接続されており、この給湯配管１３には、貯湯槽２の湯と給水配管１２が分岐されたパイパス配管１４からの水とを、設定温度になるように混合して給湯栓１５あるいは風呂電磁弁１６を介して浴槽７に給湯する出湯混合弁１７が設けられている。
【０００５】かかるヒートポンプ給湯装置による貯湯は、次のようにして行われる。すなわち、 安価な深夜電力を利用してヒートポンプユニット１で冷媒を循環させるとともに、循環ポンプ４を駆動して貯湯槽２の水を、下部の導入口３ａから上部の還流口３ｂに至る循環管路３で循環させ、水−冷媒熱交換器５で熱交換して貯湯槽２の湯水を加熱して貯湯槽２内に蓄える。
【０００６】例えば、冬季のように外気温度が低く、ヒートポンプユニット１の蒸発器からの吸熱量が減少して水−冷媒熱交換器５での加熱能力が低下して必要な湯量を確保できないような場合には、電気ヒータ６によって、貯湯槽２の湯を加熱して高温貯湯して必要な給湯量を確保する。
【０００７】一方、風呂の追い焚きを行う場合には、浴槽７内の湯を、風呂循環ポンプ８で循環させ、貯湯槽２内に配設された風呂用熱交換器１０で貯湯槽２内の高温の湯と熱交換して、風呂を追い焚きするものである。
【０００８】また、風呂の湯張りや給湯栓１５からの給湯は、給水配管１２から貯湯槽２の下部に水を供給する一方、貯湯槽２の給湯配管１３から出湯混合弁１７を介して給湯するものである。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】このようなヒートポンプ給湯装置では、冷媒の種類にもよるが、昇温できる湯の最高温度が、６０℃〜６５℃程度に制限されるため、必要に応じて上述のように電気ヒータ６によって、例えば、８０℃〜９０℃程度に昇温して高温貯湯している。
【００１０】このように高温貯湯されて、貯湯槽２の上部に８０℃〜９０℃程度の高温の湯が存在している状態において、ヒートポンプを駆動すると、ヒートポンプによる貯湯温度が、６０℃〜６５℃程度であるために、貯湯槽２の上部の高温の湯が低温の湯によって攪拌され、貯湯槽２の上部に高温の温度成層を形成することができなくなり、このため、貯湯槽２の上部の給湯口１３ａから給湯される湯の温度が安定しないという難点がある。
【００１１】本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであって、貯湯槽の温度成層を崩すことなく、安定した温度の湯を給湯できるようにすることを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明では、上述の目的を達成するために、次のように構成している。
【００１３】すなわち、請求項１に係る本発明の給湯装置は、貯湯槽の下部から該貯湯槽の上部に至る循環経路の途中に熱交換器を配設し、前記貯湯槽の下部からの湯水を、前記熱交換器で間接加熱して貯湯槽の上部に戻して貯湯する貯湯式の給湯装置において、貯湯槽内の湯水を加熱する補助熱源を備え、前記熱交換器で間接加熱された湯水を、前記貯湯槽に戻す別の循環経路を設けるとともに、循環経路を切り替える循環経路切り替え手段を設けている。
【００１４】請求項１に係る本発明によれば、貯湯槽の湯水を、該貯湯槽の下部から熱交換器を介して貯湯槽の上部に戻す従来の循環経路とは別の循環経路を設けているので、補助熱源によって貯湯槽内の湯水を加熱して高温貯湯した状態で、貯湯槽の湯水を、前記熱交換器で間接加熱して貯湯槽に戻す場合に、貯湯槽内の温度成層を崩さないように別の循環経路で戻すことができる。
【００１５】請求項２に係る本発明は。請求項１の発明において、前記別の循環経路は、前記熱交換器で間接加熱された湯水を、前記貯湯槽の前記上部よりも該貯湯槽の低い位置に戻すものであり、前記循環経路切り替え手段は、貯湯槽内の湯水の温度に応じて、循環経路を切り替えるものである。
【００１６】請求項２に係る本発明によれば、貯湯槽内の湯水の温度が、熱交換器で間接加熱されて貯湯槽に戻される湯水の温度よりも高いときには、その温度成層を崩さないように、別の循環経路を介して熱交換器で加熱された湯水を、貯湯槽の低い位置に戻すことができる。
【００１７】請求項３に係る本発明は、請求項１または２の発明において、前記貯湯槽内の所定の高さ位置に、前記補助熱源としてのヒータを配設するとともに、該ヒータの上方の貯湯槽内に、浴槽からの湯水を間接加熱する風呂用熱交換器を配設している。
【００１８】請求項３に係る本発明によれば、貯湯槽の湯水を加熱して高温貯湯するためのヒータの上方に、風呂用熱交換器を配設しているので、貯湯槽内の高温の湯によって、風呂の追い焚きや保温を行うことができる。
【００１９】請求項４に係る本発明は、請求項１ないし３のいずれかの発明において、前記貯湯槽の上部の給湯口から給湯する給湯経路と前記給湯口よりも低い位置の給湯口から給湯する給湯経路とを備えるとともに、給湯経路を切り替える給湯経路切り替え手段を備えている。
【００２０】請求項４に係る本発明によれば、給湯設定温度に応じて、給湯経路を切り替えることができるので、給湯設定温度が低いときには、貯湯槽の低い位置の給湯口からの給湯経路で比較的低温の湯水を給湯することにより、貯湯槽の上部の高温の湯水を蓄えておくことができる。
【００２１】請求項５に係る本発明の給湯装置は、貯湯槽の下部から該貯湯槽の上部に至る循環経路の途中に熱交換器を配設し、前記貯湯槽の下部からの湯水を、前記熱交換器で間接加熱して貯湯槽の上部に戻して貯湯する貯湯式の給湯装置において、浴槽からの湯水を間接加熱する風呂用熱交換器を備え、前記貯湯槽の上部からの湯水を、前記風呂用熱交換器を介して前記貯湯槽の下部に戻す別の循環経路を設けるとともに、循環経路を切り替える循環経路切り替え手段を設けている。
【００２２】請求項５に係る本発明によれば、貯湯槽の湯水を、該貯湯槽の下部から熱交換器を介して貯湯槽の上部に戻して貯湯する従来の循環経路とは別の循環経路を設けているので、風呂の追い焚きや保温を行う場合に、貯湯槽に貯湯された高温の湯水を、風呂用熱交換器で浴槽からの湯水と熱交換して貯湯槽に戻す場合に、貯湯槽の温度成層を崩さないように下部に戻すことができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の詳細を図面に示す実施形態に基づいて説明する。
【００２４】（実施の形態１）図１は、本発明の一つの実施の形態に係る給湯装置を備えるシステムの構成図であり、上述の従来例に対応する部分には、同一の参照符号を付す。
【００２５】同図において、１は圧縮機や蒸発器等を備えたヒートポンプユニット、２は貯湯槽であり、この貯湯槽２には、その下部の導入口３ａから上部の還流口３ｂに至る循環管路３が接続されており、この循環管路３には、貯湯槽２の湯水を循環させる循環ポンプ４およびヒートポンプユニット１の冷媒と貯湯槽２からの湯水との熱交換を行なう水−冷媒熱交換器５がそれぞれ配設されている。
【００２６】貯湯槽２内の所定の高さ位置、この実施の形態では、ほぼ中間位置には、ヒートポンプの沸き上げ温度以上の温度で沸き上げて高温貯湯するための補助熱源としての電気ヒータ６が設けられる一方、その上部には、浴槽７から風呂用循環ポンプ８、三方弁９を介して浴槽７に循環される湯水を、貯湯槽２内の高温の湯で間接加熱する風呂用熱交換器１０が設けられている。ここで、電気ヒータ６が設置される所定の高さ位置は、この電気ヒータ６で加熱してその上方に高温貯湯したい湯量に応じて決定されるものであり、この実施の形態のように、中間位置に限らないのは勿論である。
【００２７】貯湯槽２の下部には、減圧弁１１が介装された給水配管１２が接続される一方、上部の給湯口１３ａには、給湯配管１３が接続されており、この給湯配管１３には、貯湯槽２の湯と給水配管１２が分岐されたパイパス配管１４からの水とを、設定温度になるように混合して給湯栓１５あるいは風呂電磁弁１６を介して浴槽７に給湯する出湯混合弁１７が設けられている。
【００２８】以上の構成は、電気ヒータ６の設置個所を除いて基本的に従来例と同様である。
【００２９】この実施の形態では、貯湯槽２の下部の導入口３ａから上部の還流口３ｂに至る従来と同様の循環管路３とは別に、該循環管路３の途中に介装された三方弁１８から貯湯槽２の中間位置よりもやや低い位置の還流口３ｃに至る循環管路３’を設けるとともに、貯湯槽２内の上部の湯水の温度を検出する第１のサーミスタ１９を設けている。
【００３０】さらに、この実施の形態では、貯湯槽２の上部の給湯口１３ａから給湯する従来の給湯経路とは別に、貯湯槽２の電気ヒータ６よりも低い位置の給湯口１３ｂから給湯する給湯経路１３’を設けるとともに、給湯経路を切り替える給湯経路切り替え手段としての三方弁２０を設けている。また、給湯口１３ｂに対応する高さ位置の貯湯槽２の湯温を検出する第２のサーミスタ２１を設けている。
【００３１】次に、以上の構成を有する給湯装置の動作を説明する。
【００３２】図示しない制御ユニットは、貯湯槽２の加温制御について、日々の給湯使用量等を監視し、貯湯槽２の沸き上げ温度を、ヒートポンプ最高沸き上げ温度である６０℃〜６５℃で止めるか、電気ヒータ６で更に６５℃以上に沸き上げるかを、選択することができる。
【００３３】貯湯槽２に、ヒートポンプ最高沸き上げ温度以上で貯湯する場合には、深夜電力を利用して循環ポンプ４を駆動し、循環管路３で貯湯槽２の湯水を、下部の導入口３ａから導入して水−冷媒熱交換器５で熱交換して三方弁１８を介して貯湯槽２の上部の還流口３ｂに還流させて循環するとともに、電気ヒータ６で更に加熱して貯湯槽２全体を、所要温度まで沸き上げる。
【００３４】貯湯槽２に、ヒートポンプ最高沸き上げ温度で貯湯する場合は、深夜電力を利用して循環ポンプ４を駆動し、循環管路３で貯湯槽２の湯水を、下部の導入口３ａから導入して水−冷媒熱交換器５で熱交換して三方弁１８を介して貯湯槽２の上部の還流口３ｂに還流させて循環して６０℃〜６５℃に沸き上げる。その後、循環ポンプ４は動作させずに、電気ヒータ６で加温する。このとき、第２のサーミスタ２１がヒートポンプ最高沸き上げ温度＋２０℃（８０℃〜８５℃）程度まで上昇したときに加温を停止する。
【００３５】このようにして貯湯した後に、ヒートポンプによる貯湯槽２の再加熱が必要な場合には、第１のサーミスタ１９によって検出される貯湯槽２の上部の湯温が、ヒートポンプによる最高沸き上げ温度、例えば、６５℃以上でないときには、循環ポンプ４を駆動し、従来例と同様の循環管路３で貯湯槽２の湯水を、下部の導入口３ａから導入して水−冷媒熱交換器５で熱交換して三方弁１８を介して貯湯槽２の上部の還流口３ｂに還流させて貯湯する。
【００３６】一方、第１のサーミスタ１９によって検出される貯湯槽２の上部の湯温が、６５℃以上であるときには、電気ヒータ６によって加熱された高温、例えば、８０℃〜９０℃程度の湯が上部に存在するとして、制御ユニットは、循環経路切り替え手段としての三方弁１８を、別の循環管路３’側に切り替え、循環ポンプ４を駆動して貯湯槽２の湯水を、破線矢符Ａで示されるように、下部の導入口３ａから導入して水−冷媒熱交換器５で熱交換して三方弁１８を介して貯湯槽２の電気ヒータ６よりも低い位置の還流口３ｃに還流させて貯湯するのである。
【００３７】このように、貯湯槽２の上部に、ヒートポンプによる最高沸き上げ温度以上の高温の湯が存在している状態では、水−冷媒熱交換器５で熱交換された湯水を、貯湯槽２の電気ヒータ６よりも低い位置に戻すので、上部の高温の温度成層を崩すことなく、貯湯できることになる。
【００３８】また、貯湯槽２からの給湯については、制御ユニットに対して設定されている給湯設定温度よりも第２のサーミスタ２１で検出される温度が高いときには、破線矢符Ｂで示されるように貯湯槽２の電気ヒータ６よりも低い位置の給湯口１３ｂから給湯経路１３’、三方弁２０、出湯混合弁１７を介して給湯し、それ以外のとき、例えば、風呂の追い焚きによって、風呂用熱交換器１０の周辺の湯温が低下して第２のサーミスタ２１で検出される温度が、給湯設定温度あるいはヒートポンプ最高沸き上げ温度未満であるときには、従来と同様に、貯湯槽２の上部の高温の湯を給湯口１３ａから三方弁２０、出湯混合弁１７を介して給湯するものである。
【００３９】このように第２のサーミスタ２１で検出される温度が、給湯設定温度よりも高いときには、電気ヒータ６よりも低い位置の給湯口１３ｂから給湯するので、電気ヒータ６で加熱されて高温貯湯された湯を使用することなく、蓄えておくことができ、省エネルギーを図ることができる。
【００４０】以上のようにして貯湯槽２の上部の高温の温度成層を崩すことなく、貯湯あるいは給湯がなされるので、給湯負荷が少ないときでも風呂の追い焚きと高温出湯を両立できるとともに、温度成層を利用して、風呂の追い焚きのために必要最小限の湯量のみを加温することができ、省エネルギーを図ることができる。
【００４１】（実施の形態２）図２は、本発明の他の実施の形態の構成図であり、上述の従来例に対応する部分には、同一の参照符号を付す。
【００４２】同図において、１は圧縮機や蒸発器等を備えたヒートポンプユニット、２は貯湯槽であり、この貯湯槽２には、その下部の導入口３ａから上部の還流口３ｂに至る循環管路３が接続されており、この循環管路３には、貯湯槽２の湯水を循環させる循環ポンプ４およびヒートポンプユニット１の冷媒と貯湯槽２からの湯水との熱交換を行なう水−冷媒熱交換器５がそれぞれ配設されている。
【００４３】貯湯槽２内の下部には、ヒートポンプの沸き上げ温度以上の温度で沸き上げて高温貯湯するための補助熱源としての電気ヒータ６が設けられている。
【００４４】また、貯湯槽２の下部には、減圧弁１１が介装された給水配管１２が接続される一方、上部の給湯口１３ａには、給湯配管１３が接続されており、この給湯配管１３には、貯湯槽２の湯と給水配管１２が分岐されたパイパス配管１４からの水とを、設定温度になるように混合して給湯栓１５あるいは風呂電磁弁１６を介して浴槽７に給湯する出湯混合弁１７が設けられている。
【００４５】この実施の形態では、浴槽７から風呂用循環ポンプ８を介して浴槽７に循環される湯水を、貯湯槽２からの高温の湯で間接加熱する風呂用熱交換器２２が、貯湯槽２の外部に設けられているとともに、貯湯槽２内の貯湯された湯水を、風呂用熱交換器２２を介して循環させるための循環管路２３，２４が設けられ、さらに、循環管路を切り替えるための循環管路切り替え手段としての三方弁２５，２６が設けられている。
【００４６】三方弁２５は、ヒートポンプによる貯湯を行うための貯湯槽２の下部の導入口３ａから循環ポンプ４、水−冷媒熱交換器５および風呂用熱交換器２２を介して貯湯槽２の上部の還流口３ｂに至る循環管路３の導入口３ａ側に介装され、三方弁２６は、前記循環管路３の還流口３ｂ側に介装されている。
【００４７】循環管路２３は、貯湯槽２の上部の導入口２３ａから三方弁２５に至る管路であり、循環管路２４は、三方弁２６から貯湯槽２の下部の還流口２４ａに至る管路であり、循環管路２３、循環管路２４および循環管路３の一部を含めて、後述のように、貯湯槽２の上部の高温の湯水を、下部に還流する循環管路が構成される。
【００４８】この実施の形態の給湯装置では、貯湯槽２に貯湯する場合には、循環ポンプ４を駆動し、三方弁２５を介して貯湯槽２の下部の導入口３ａから湯水を、循環管路３に導入し、水−冷媒熱交換器５で熱交換して三方弁２６介して貯湯槽２の上部の還流口３ｂに還流して貯湯する。必要に応じて、電気ヒータ６で加熱して高温貯湯する。
【００４９】貯湯槽２に貯湯されたお湯は、給湯栓１５が開かれると、貯湯槽２の上部から給湯配管１３を介して出湯混合弁１７で設定温度に調整されて給湯され、また、風呂のお湯張りは、風呂電磁弁１６が開かれて設定された温度でお湯張りされる。
【００５０】風呂の保温あるいは追い焚きは、風呂循環ポンプ８によって浴槽７の湯を循環させるとともに、貯湯槽２の循環ポンプ４を動作させて矢符で示されるように、貯湯槽２の上部の導入口２３ａから貯湯槽２の上部の湯を導入し、循環管路２３、三方弁２５、循環ポンプ４、水−冷媒熱交換器５を介して風呂熱交換器２２に導いて浴槽７からの湯水を間接加熱し、三方弁２６を介して貯湯槽２の下部の還流口２４ａに還流させることによって行うものである。
【００５１】このとき、風呂用熱交換器２２は、貯湯槽２の下部に還流される水温を、水道水程度の温度まで下げられる能力を有している。
【００５２】このように貯湯槽２の上部の高温の湯を風呂用熱交換器２２に導入して浴槽７からの湯水を加熱して貯湯槽２の下部の戻すので、貯湯槽２内の温度成層を崩すことなく、高温湯を貯湯槽２の上部に確保できる。また、安価な深夜電力を利用して貯湯槽２に貯湯された高温の湯を利用して風呂の保温や追い焚きを行うので、ランニングコストが低減される。
【００５３】（その他の実施の形態）上述の実施の形態では、ヒートポンプを熱源としたけれども、本発明は、ヒートポンプに限るものではなく、他の熱源、例えば、エンジン発電機や燃料電池のような発電機を用いて廃熱を回収して給湯を行うようにしてもよい。
【００５４】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、貯湯槽の湯水を、該貯湯槽の下部から熱交換器を介して貯湯槽の上部に戻す従来の循環経路とは別の循環経路を設けているので、貯湯槽の上部の高温の温度成層を崩すことなく、貯湯できることになり、安定した温度の湯を給湯できる。
【００５５】また、本発明によれば、貯湯槽に貯湯された高温の湯水を、風呂用熱交換器で浴槽からの湯水と熱交換して風呂の追い焚きや保温を行う場合に、貯湯槽の上部の高温の温度成層を崩すことがなく、安定した温度の湯を給湯できるとともに、安価な深夜電力を利用して貯湯槽に貯湯された高温の湯で風呂の保温や追い焚きを行うので、ランニングコストが低減される。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００４７０９
【氏名又は名称】株式会社ノーリツ
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| 【出願日】 |
平成１２年１１月２８日（２０００．１１．２８） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００８６７３７
【弁理士】
【氏名又は名称】岡田 和秀
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| 【公開番号】 |
特開２００２−１６２１１６（Ｐ２００２−１６２１１６Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１４年６月７日（２００２．６．７） |
| 【出願番号】 |
特願２０００−３６１４２６（Ｐ２０００−３６１４２６） |
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