給湯機
【課題】 熱源機を利用せずに熱交換器のみで水を加熱する場合でも、十分な水量を温水利用箇所に供給することができる給湯機を提供する。
【解決手段】 給湯機１０は、案内路８１と、蓄熱タンク２２と、第３熱交換器９２と、バーナ加熱装置９０と、第１バイパス水路８９と、分配弁９６と、第２バイパス水路９７を備えている。第２バイパス水路９７は、案内路８１に設けられた分配弁９６をパイパスするように設けられている。そのため、分配弁９６によって分配弁９６を通過して流れる案内路内の水が減少した場合でも、第２バイパス水路９７を設けることで、分配弁９６よりも下流へと流れる案内路８１内の水を増加させることができる。これによって、第３熱交換器９２によって加熱される水の量を増加させることができ、第３熱交換器９２のみで水を加熱する場合でも、十分な水量を温水利用箇所１００に供給することができる。
【解決手段】 給湯機１０は、案内路８１と、蓄熱タンク２２と、第３熱交換器９２と、バーナ加熱装置９０と、第１バイパス水路８９と、分配弁９６と、第２バイパス水路９７を備えている。第２バイパス水路９７は、案内路８１に設けられた分配弁９６をパイパスするように設けられている。そのため、分配弁９６によって分配弁９６を通過して流れる案内路内の水が減少した場合でも、第２バイパス水路９７を設けることで、分配弁９６よりも下流へと流れる案内路８１内の水を増加させることができる。これによって、第３熱交換器９２によって加熱される水の量を増加させることができ、第３熱交換器９２のみで水を加熱する場合でも、十分な水量を温水利用箇所１００に供給することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水を加熱して温水利用箇所に供給する給湯機に関する。特に、水を加熱するための手段として、外部の熱源により加熱された熱媒との熱交換を利用する給湯機に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、水を加熱して温水利用箇所に供給する給湯機が開示されている。特許文献１の給湯機は、供給源から供給された水を温水利用箇所まで案内する案内路と、ヒートポンプを循環する熱媒との熱交換によって案内路内の水を加熱する熱交換器と、熱交換器より温水利用箇所側の案内路内の水を燃料の燃焼によって加熱する熱源機を備えている。この給湯機では、温水利用箇所での設定温度が熱交換器の能力範囲以内である場合、熱交換器を用いて水を加熱し、温水利用箇所での設定温度が熱交換器の能力範囲以上である場合、熱交換器を経た水を熱源機によってさらに加熱する。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１２５２２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
燃料を燃焼させる熱源機は、加熱能力が高い。従って、熱交換器によってある程度昇温した水を熱源機でさらに加熱すると、温水利用箇所での設定温度以上の水になることが多い。この場合には、加熱された水に加熱されていない水を混ぜ合わせることによって、加熱された水を設定温度にまで冷やす必要がある。
給湯機を設置する環境によっては、加熱されていない水を供給する水の供給源が複数個用意できない場合も多い。本発明者らは、供給源から供給された水を熱交換器に至る前の案内路から分岐させて熱源機より下流側の案内路へと合流させるパイパス水路と、バイパス水路に流れ込む水の量を調整する調整手段とを設けた給湯機を考案した。本発明者らが考案した給湯機によれば、熱交換器を経た水を熱源機でさらに加熱する場合に、単数の供給源を用いて所望の設定温度に調整された水を温水利用箇所に供給することができる。
【０００５】
しかしながら、調整手段を案内路に設けた場合、調整手段の圧損が大きい。このために、調整手段を案内路に設けると、調整手段を設けない場合に比べて案内路を流れる水の量が減少する。
熱源機を利用しなければ温水利用箇所に設定温度の水を供給することができない場合、熱源機の高い加熱能力によって水が設定温度よりも十分に高い温度まで加熱される場合があるために、上記のバイパス水路の水量が多くなるように調整手段を調整する必要がある。バイパス水路を利用して水量を確保することができるために、温水利用箇所に十分な水量を供給することができる。
一方、熱交換器は、熱源機と比べて加熱能力が低い。従って、熱源機を利用しなくても温水利用箇所に設定温度の水を供給することができる場合、熱交換器のみでは設定温度よりも十分に高い温度まで加熱されない場合があるために、上記のバイパス水路の水量を多くすることができない。バイパス水路を利用して水量を確保することできないために、温水利用箇所に十分な水量を供給することができない。
熱源機を利用しなくても温水利用箇所に設定温度の水を供給することができる場合であっても、熱源機を利用して水を設定温度よりも十分に高い温度まで加熱し、上記のバイパス水路の水量を多くすることも考えられる。しかしながら、熱源機を利用する必要がないにもかかわらず熱源機を利用する手法を採用することは、エネルギー効率の観点から見て好ましくない。
【０００６】
本発明は上記の問題を解決する。すなわち本発明は、熱源機を利用せずに熱交換器のみで水を加熱する場合でも、十分な水量を温水利用箇所に供給することができる給湯機を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、水を加熱して温水利用箇所に供給する給湯機を提供する。この給湯機は、案内路と、蓄熱タンクと、熱交換器と、熱源機と、第１バイパス水路と、調整手段と、第２バイパス水路を備えている。案内路は、水の供給源から温水利用箇所まで水を案内する。蓄熱タンクは、外部の熱源により加熱された熱媒を貯留する。熱交換器は、蓄熱タンクに貯留された熱媒との熱交換によって案内路内の水を加熱する。熱源機は、熱交換器より温水利用箇所側の案内路内の水を燃料の燃焼によって加熱する。第１バイパス水路は、一端が熱交換器より供給源側の案内路に接続されているとともに、他端が熱源機より温水利用箇所側の案内路に接続されている。すなわち、第１バイパス水路は、熱交換器と熱源機をバイパスしている。調整手段は、第１バイパス水路の前記一端と案内路との間に配置されており、第１バイパス水路に流れ込む水の量を調整する。第２バイパス水路は、一端が調整手段より供給源側の案内路に接続されているとともに、他端が調整手段と熱交換器との間の案内路に接続されている。すなわち、第２バイパス水路は、調整手段をバイパスしている。
なお、上述した「調整手段」は、供給源から供給された水を案内路と第１バイパス水路に分岐する分配弁と言い換えることができる。なお、案内路と第１バイパス水路のそれぞれに調整弁を設置した構成としてもよい。この場合、一対の調整弁が調整手段として機能する。
【０００８】
本発明の給湯機は、調整手段をバイパスする第２バイパス水路を備えている。第２バイパス水路を利用すると、調整手段の圧損の影響を受けないために、多くの水を熱交換器に供給することができる。このために、熱源機を利用せずに熱交換器のみで水を加熱する場合に、十分な水量を温水利用箇所に供給することができる。
【０００９】
本発明の給湯機では、蓄熱タンクに貯留された熱媒の温度を検知する温度センサと、調整手段を制御する制御手段とをさらに備えていてもよい。制御手段は、温度センサによって検出された温度によって、次の２つの運転を選択して実行する。
（１）温度センサによって検出された温度が、温水利用箇所での設定温度に基づいた温度より高い間は、熱交換器を利用して水を加熱し、第１バイパス水路に流れ込む水の量が少なくなるように調整手段を制御し、第２バイパス水路に流れ込む水の量が多くなるように調整手段を制御する第１運転を実行する。
（２）温度センサによって検出された温度が、温水利用箇所での設定温度に基づいた温度より低い間は、熱源機を利用して水を加熱し、第１バイパス水路に流れ込む水の量が多くなるように調整手段を制御し、第２バイパス水路に水が流れ込まないように調整手段を制御する第２運転を実行する。
なお、温度センサは、蓄熱タンク内に設けられていてもよいし、他の部分（例えば熱媒の循環経路）に設けられていてもよい。また、上記の「温水利用箇所での設定温度に基づいた温度」は、設定温度そのものであってもよいし、設定温度に予め決められている値が加算された値であってもよい。
【００１０】
温度センサによって検出された温度が、温水利用箇所での設定温度に基づいた温度より高い場合には、熱交換器のみによって案内路内の水を設定温度に基づいた温度まで上昇させることができる。そのため、この場合には、熱交換器のみを用いて案内路内の水を加熱する。熱源機よりもエネルギー効率のよい熱交換器のみを用いて案内路内の水を加熱することで、給湯機のエネルギー効率を向上させることができる。その一方、熱交換器の出力が熱源機に比べて低いために、案内路内の水が温水利用箇所での設定温度よりも十分に高い温度まで昇温しない場合がある。この場合には、第１バイパス水路に流れ込む水の量が少なくなるように調整手段を制御する第１運転を実行する。これによって、設定温度に調整された水を温水利用箇所に供給することができる。
【００１１】
温度センサによって検出された温度が、温水利用箇所での設定温度に基づいた温度より低い場合には、熱交換器のみでは案内路内の水を設定温度に基づいた温度まで上昇させることができない。そのため、この場合には、熱交換器と熱源機を用いて案内路内の水を加熱する。熱源機を用いて水を加熱する場合、その高い出力によって案内路内の水が温水利用箇所での設定温度よりも十分に高い温度まで加熱される。第１バイパス水路に流れ込む水の量が多くなるように調整手段を制御する第１運転を実行することによって、第１バイパス水路に流れ込む水を用いて案内路内の水を温水利用箇所での設定温度にまで調整することができる。これによって、設定温度に調整された水を温水利用箇所に供給することができる。
【００１２】
本発明野の給湯機では、外部の熱源機としてヒートポンプを備えていることが好ましい。この場合、蓄熱タンクは、ヒートポンプによって加熱された熱媒を貯留する。
エネルギー効率が高いヒートポンプを用いて蓄熱タンクの熱媒を加熱することで、給湯機のエネルギー効率をさらに向上させることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、熱源機を利用せずに熱交換器のみで水を加熱する場合に、十分な水量を温水利用箇所に供給することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
下記に詳細に説明する実施例の構成を列記する。
（特徴１）調整手段と第２バイパス水路の上記の一端との間の案内路には、しぼり（例えば水流サーボ）が設けられている。その一方、第２バイパス水路には、しぼりが設けられていない。
（特徴２）蓄熱タンクと熱交換器の間には、蓄熱タンクと熱交換器の間で熱媒を案内する循環路と、循環路内の熱媒を循環させる循環ポンプが設けられている。
（特徴３）第２バイパス水路に流れ込む水の量を調整する第２調整手段（例えば開閉弁）がさらに設けられている。
（特徴４）第２調整手段は、制御手段によって制御されている。制御手段は、第１運転の間は、第２バイパス水路に流れ込む水の量が多くなるように第２調整手段を制御する（例えば開閉弁を開く）。また、制御手段は、第２運転の間は、第２バイパス水路に流れ込む水の量が少なくなるように第２調整手段を制御する（例えば開閉弁を閉じる）。
（特徴５）一端が熱交換器と熱源機との間の案内路に接続されているとともに、他端が熱源機と第１バイパス水路の他端との間の案内路に接続されている第３バイパス水路が設けられている。第３バイパス水路に流れ込む水の量を調整する第３調整手段が設けられている。
（特徴６）第３調整手段は、制御手段によって制御されている。制御手段は、第１運転の間は、第３バイパス水路に水の全量が流れ込むように第３調整手段を制御する。また、制御手段は、第２運転の間は、第３バイパス水路に流れ込まないように第３調整手段を制御する。
【実施例】
【００１５】
本発明の実施例に係る給湯機について、図面を参照しながら説明する。図１は、給湯機１０の概略構成を示す。給湯機１０は、温水利用箇所１００（例えば、蛇口、浴槽、シャワー等）に温水を供給する。ユーザは、温水利用箇所１００から供給される温水の温度Ｔａを設定することができる。以下では、温度Ｔａのことを設定温度と呼ぶ。
図示するように、給湯機１０は、ヒートポンプ５０と、タンク水系統２０と、給湯系統８０を備えている。ヒートポンプ５０は、外気を利用して高温を生成する熱源である。タンク水系統２０は、蓄熱タンク２２と、蓄熱タンク２２に接続されている各水路により構成されている。タンク水系統２０は、ヒートポンプ５０から熱を回収して蓄熱タンク２２に蓄熱するとともに、蓄熱タンク２２が蓄熱している熱を給湯系統８０に供給する。給湯系統８０は、水道水供給源１０５と温水利用箇所１００に接続されている。給湯系統８０は、タンク水系統２０から供給される熱を利用して水道水供給源１０５から供給される水を加熱し、加熱した水を温水利用箇所１００に供給する各水路により構成されている。また、給湯機１０は、制御装置６０を備えている。制御装置６０は、図示されない配線によって給湯機１０の各部と接続されており、給湯機１０の各部の動作を制御する。
【００１６】
ヒートポンプ５０は、熱媒体（本実施例では二酸化炭素）を循環させる熱媒体循環路５１と、熱媒体循環路５１に配設されている第１熱交換器（蒸発器）５２と、圧縮器５３と、第２熱交換器（凝縮器）５４と、膨張弁５５とを備えている。圧縮器５３が熱媒体循環路５１内の熱媒体を送り出すので、熱媒体が、第１熱交換器５２、圧縮器５３、第２熱交換器５４、膨張弁５５の順に熱媒体循環路５１内を循環する。
【００１７】
第１熱交換器５２は、外気を送風するファンを備えており、送風した外気と熱媒体循環路５１内の熱媒体との間で熱交換させる熱交換器である。後に説明するように、第１熱交換器５２には、膨張弁５５を通過後の低圧低温の液体状態にある熱媒体が供給される。第１熱交換器５２は、熱媒体と外気とを熱交換させることによって、熱媒体を加熱する。熱媒体は、加熱されることにより気化して、低圧高温の気体状態となる。
【００１８】
圧縮器５３は、熱媒体循環路５１内の熱媒体を圧縮して第２熱交換器５４側に送り出す。圧縮器５３には、第１熱交換器５２を通過後の熱媒体が供給される。すなわち、低圧高温の気体状態にある熱媒体が供給される。圧縮器５３が熱媒体を圧縮すると、熱媒体は圧縮されて、高温高圧の超臨界状態となる。
【００１９】
第２熱交換器５４は、熱媒体循環路５１内の熱媒体と後述する蓄熱循環水路３０内の水との間で熱交換させる熱交換器である。第２熱交換器５４の熱媒体循環路５１には、圧縮器５３から送り出された高温高圧の気体状態にある熱媒体が供給される。第２熱交換器５４では、熱媒体によって蓄熱循環水路３０内の水が加熱される。一方、熱媒体は、熱を奪われることによって冷却され、低温高圧の液体状態となる。
【００２０】
膨張弁５５には、第２熱交換器５４を通過後の熱媒体が供給される。すなわち、低温高圧の液体状態の熱媒体が供給される。熱媒体は、膨張弁５５を通過する際に、減圧されて膨張する。これによって、低温低圧の液体状態となる。膨張弁５５を通過した熱媒体は、上述したように第１熱交換器５２に供給される。
【００２１】
以上のように、ヒートポンプ５０が作動すると、熱媒体循環路５１内を熱媒体がその温度と圧力を変化させながら循環し、第１熱交換器５２によって吸収された熱が第２熱交換器５４によって蓄熱循環水路３０内の水へと供給され、蓄熱循環水路３０内の水が加熱される。
【００２２】
タンク水系統２０は、蓄熱タンク２２と、蓄熱循環水路３０と、熱供給循環水路３５と、シスターン４０を備えている。
【００２３】
蓄熱循環水路３０は、上流端が蓄熱タンク２２の下部に接続されており、下流端が蓄熱タンク２２の上部に接続されている。蓄熱循環水路３０には、循環ポンプ３２が介装されている。循環ポンプ３２は、蓄熱循環水路３０内の水を上流側から下流側へ送り出す。また、上述したように、蓄熱循環水路３０は、ヒートポンプ５０の第２熱交換器５４を通過している。ヒートポンプ５０を作動させると、蓄熱循環水路３０内の水が第２熱交換器５４によって加熱される。したがって、循環ポンプ３２とヒートポンプ５０を作動させると、蓄熱タンク２２の下部の水が第２熱交換器５４に送られて加熱され、加熱された水が蓄熱タンク２２の上部に戻される。すなわち、蓄熱循環水路３０は、蓄熱タンク２２内に蓄熱するための水路である。
【００２４】
熱供給循環水路３５は、上流端が蓄熱タンク２２の上部に接続されており、下流端が蓄熱タンク２２の下部に接続されている。熱供給循環水路３５には、循環ポンプ３６が介装されている。循環ポンプ３６は、熱供給循環水路３５内の水を上流側から下流側へ送り出す。また、熱供給循環水路３５は、第３熱交換器９２を備えている。第３熱交換器９２には、蓄熱タンク２２から蓄熱循環水路３０によって加熱された水が供給される。第３熱交換器９２は、熱供給循環水路３５内の水と給湯系統８０の案内路８１内の水との間で熱交換させる熱交換器である。通常、熱供給循環水路３５内を流れる水は案内路８１内を流れる水に比べて高温である。したがって、第３熱交換器９２では、案内路８１内の水が加熱されるとともに、熱供給循環水路３５内の水が冷却される。循環ポンプ３６を作動させると、蓄熱タンク２２の上部の水が第３熱交換器９２に送られて冷却され、冷却された水が蓄熱タンク２２の下部に戻される。すなわち、熱供給循環水路３５は、給湯系統８０に熱を供給するための水路である。
【００２５】
蓄熱タンク２２内には、満水まで水が貯留されている。上述したように、蓄熱循環水路３０は加熱された水を蓄熱タンク２２の上部に供給し、熱供給循環水路３５は冷却された水を蓄熱タンク２２の下部に供給する。したがって、蓄熱タンク２２内には、その上部に高温の水の層が形成され、その下部に低温の水の層が形成される。このように、高温の層と低温の層が形成されている状態を、温度成層という。また、以下では、高温の層と低温の層の境界部を温度成層境界部という。蓄熱循環水路３０により蓄熱が行われると、蓄熱タンク２２内の高温の水の量が増えるので、温度成層境界部の位置が下降する。熱供給循環水路３５により熱供給（放熱）が行われると、蓄熱タンク２２内の低温の水の量が増えるので、温度成層境界部の位置が上昇する。
蓄熱タンク２２には、サーミスタ２３〜２６が取り付けられている。サーミスタ２３〜２６は、蓄熱タンク２２内の水の温度を測定する。図１に示すように、サーミスタ２３〜２６は、蓄熱タンク２２の高さ方向に略均等間隔で取り付けられている。各サーミスタ２３〜２６は、その取付位置の水の温度を測定する。温度成層境界部の位置は、サーミスタ２３〜２６の検出値により特定できる。
【００２６】
シスターン４０は、蓄熱タンク２２の上方に設置されている。シスターン４０は、その上部が開放されている。シスターン４０は、給水路４４により水道水供給源１０５に接続されている。シスターン４０内には、水が貯留されている。シスターン４０は、シスターン水路４２によって蓄熱タンク２２に接続されている。シスターン４０は、蓄熱タンク２２に水を補給する。
【００２７】
給湯系統８０は、案内路８１と、第１バイパス水路８９と、第２バイパス水路９７と、第３バイパス水路８６と、バーナ加熱装置９０と、分配弁９４，９６と、開閉弁９８と、水量センサ８３，８７と、水量サーボ８８と、サーミスタ９１とを備えている。
【００２８】
案内路８１は、上流端が水道水供給源１０５に接続されており、下流端が温水利用箇所１００に接続されている。案内路８１は、水道水供給源１０５から供給された水を温水利用箇所１００まで案内する。
上述したように、案内路８１は、第３熱交換器９２を通過している。水道水供給源１０５から案内路８１に水が供給されると、案内路８１内の水が第３熱交換器９２によって加熱される。案内路８１のうち、第３熱交換器９２を通過する部分を第１加熱部８２と呼ぶ。
また、案内路８１は、第３熱交換器９２より温水利用箇所１００側においてバーナ加熱装置９０を通過している。バーナ加熱装置９０は、バーナ９０ａを備えている。バーナ加熱装置９０が作動すると、案内路８１内の水がバーナ９０ａによって加熱される。案内路８１のうち、バーナ加熱装置９０を通過する部分を第２加熱部８４と呼ぶ。
【００２９】
第１バイパス水路８９は、上流端が第３熱交換器９２より水道水供給源１０５側の案内路８１に接続されており、下流端がバーナ加熱装置９０より温水利用箇所１００側の案内路８１に接続されている。つまり、第１バイパス水路８９は、案内路８１のうちの第１加熱部８２と第２加熱部８４をバイパスしている水路である。
案内路８１には、分配弁９６が介装されている。分配弁９６には、第１バイパス水路８９の上流端が接続されている。分配弁９６は、第３熱交換器９２に流れ込む水の量と、第１バイパス水路８９に流れ込む水の量を調整する。
【００３０】
本実施例の給湯系統８０では、第１バイパス水路８９と分配弁９６を設けることによって、バーナ加熱装置９０によって加熱された水が流れる部分の案内路８１に、水道水供給源１０５から供給された加熱されていない水を注入することができる。これによって、バーナ加熱装置９０によって案内路８１内の水が温水利用箇所１００での設定温度Ｔａに比べて大幅に高い温度まで加熱された場合でも、案内路８１内の水を設定温度Ｔａまで冷却することができる。
【００３１】
第２バイパス水路９７は、上流端が分配弁９６より水道水供給源１０５側の案内路８１に接続されており、下流端が分配弁９６と第３熱交換器９２との間の案内路８１に接続されている。つまり、第２バイパス水路９７は、分配弁９６をバイパスしている。第２バイパス水路９７には、開閉弁９８が介装されている。
【００３２】
本実施例の給湯系統８０では、第２バイパス水路９７と開閉弁９８によって、分配弁９６を介さないで水道水供給源１０５から供給された水を第３熱交換器９２に案内することができる。これによって、第３熱交換器９２に案内される水の量を増加させることができる。
【００３３】
第２バイパス水路９７の上流端と分配弁９６との間の案内路８１には、水量サーボ８８が設けられている。水量サーボ８８は、分配弁９６に流れ込む水の量を調整する。その一方、第２バイパス水路９７には水量サーボ（しぼり）が設けられていない。第２バイパス水路９７に水量サーボが設けられていないために、第２バイパス水路９７を通過して水道水供給源１０５から第３熱交換器９２へと案内される水の流量を十分に確保することができる。
【００３４】
第３バイパス水路８６は、上流端が第３熱交換器９２とバーナ加熱装置９０との間の案内路８１に接続されており、下流端がバーナ加熱装置９０と第１バイパス水路８９の下流端との間の案内路８１に接続されている。つまり、第３バイパス水路８６は、案内路８１のうちの第２加熱部８４をバイパスしている。
案内路８１には、分配弁９４が介装されている。分配弁９４には、第３バイパス水路８６の上流端が接続されている。分配弁９４は、第２加熱部８４に流れ込む水の量と、第３バイパス水路８６に流れ込む水の量を調整する。
【００３５】
本実施例の給湯系統８０では、第３バイパス水路８６と分配弁９４によって、バーナ加熱装置９０を介さないで案内路８１内の水を温水利用箇所１００へと案内することができる。そのため、第３熱交換器９２のみを用いて案内路８１内の水を温水利用箇所１００での設定温度Ｔａまで加熱することができる場合には、案内路８１内の水がバーナ加熱装置９０を通過しないようにすることができる。案内路８１内の水が作動していないバーナ加熱装置９０内を通過すると、水が大幅に冷却されることがある。案内路８１内の水がバーナ加熱装置９０を通過しないようにすることで、案内路８１内の水が大幅に冷却されることが防止され、熱損失が少なくなる。
【００３６】
第１バイパス水路８９の下流端よりも温水利用箇所１００側の案内路８１には、サーミスタ９１が設けられている。サーミスタ９１は、その位置における案内路８１内の水の温度（すなわち、温水利用箇所１００に供給される水の温度）を測定する。
第２バイパス水路９７の上流端と水量サーボ８８との間の案内路８１には、水量センサ８３が設けられている。水量センサ８３は、その位置の案内路８１内を流れる水の流量（すなわち、水道水供給源１０５から供給される水の流量）を測定する。
第３バイパス水路８６には、水量センサ８７が設けられている。水量センサ８７は、その位置の第３バイパス水路８６内を流れる水の流量を測定する。
【００３７】
図２は、制御装置６０が実行する処理のフローチャートである。以下、図２を用いて、温水利用箇所１００に温水を供給するときの動作について説明する。
給湯機１０の制御装置６０では、水量センサ８３の流量ＳＱ１が規定値（本実施例では２Ｌ/min）以上である場合に（Ｓ２でＹＥＳ）、温水利用箇所１００において温水の供給が求められていることを検知し、温水利用箇所１００に供給される温水の温度と流量の制御を開始する。
制御装置６０は、蓄熱タンク２２に設けられたサーミスタ２３の温度Ｔｂと温水利用箇所１００での設定温度Ｔａに５が加算された値とを比較し（Ｓ４）、前者が後者より高い場合には（Ｓ４でＹＥＳ）、第１運転を実行する。一方、前者が後者より低い場合には（Ｓ４でＮＯ）、第２運転を実行する。
【００３８】
（第１運転）
第１運転では、制御装置６０は以下のように各部を制御する。
・開閉弁９８ ：第２バイパス水路９７への経路を全開（Ｓ１２）
・分配弁９４ ：第３バイパス水路８６への経路を全開
バーナ加熱装置９０への経路を全閉（Ｓ１４）
・循環ポンプ３６ ：循環ポンプ３６の制御を開始（Ｓ１６）
・分配弁９６ ：第１バイパス水路８９への経路の開度が小の状態で分配弁９６の制御を開始（Ｓ１８）
【００３９】
第１運転では、第３バイパス水路８６への経路を全開にし、バーナ加熱装置９０への経路を全閉にする（Ｓ１４）とともに、循環ポンプ３６の制御を開始（Ｓ１６）する。つまり、第１運転では、案内路８１に供給された水を第３熱交換器９２のみによって加熱する。第３熱交換器９２は、その出力がバーナ加熱装置９０に比べて低い一方、循環ポンプ３６を制御することでその出力を細かく制御することができる。そのため、第１運転では、第３熱交換器９２によって、案内路８１に供給された水が温水利用箇所１００での設定温度Ｔａへと調整される。
【００４０】
第１運転では、第３熱交換器９２によって案内路８１に供給された水が温水利用箇所１００での設定温度Ｔａへと調整されている。そのため、第３熱交換器９２によって加熱された水を第１バイパス水路８９内の水を用いて冷却する必要がほとんどない。第１運転では、分配弁９６の制御を開始し（Ｓ１８）、第１バイパス水路８９への経路の開度が小となる状態とする。
その一方、本実施例の案内路８１では、分配弁９６の圧損によって案内路８１内の水の量が制限されている。第１バイパス水路８９への経路の開度が小さくなると、第１バイパス水路８９を通過して流れる水の量が制限されてしまい、温水利用箇所１００で要求されている水の量を十分に確保することができない虞がある。
本実施例では、第１運転のときに、開閉弁９８によって第２バイパス水路９７への経路を全開にする（Ｓ１２）。これによって、第３熱交換器９２に供給される水の量を増加させることができる。温水利用箇所１００に供給可能な温水の量を増加させることができ、温水利用箇所１００で要求されている水の量を十分に確保することができる。
【００４１】
制御装置６０は、水量センサ８７の流量ＳＱ２を規定値（本実施例では２Ｌ/min）と比較する（Ｓ２０）。流量ＳＱ２が規定値よりも少ない場合には（Ｓ２０でＮＯ）、後述する温水利用箇所１００に供給される温水の制御を終了する終了過程へと移行する。一方、流量ＳＱ１が規定値以上である場合には（Ｓ２０でＹＥＳ）、再び蓄熱タンク２２に設けられたサーミスタ２３の温度Ｔｂと温水利用箇所１００での設定温度Ｔａに５が加算された値との比較を行う（Ｓ２２）。前者が後者より低く変化した場合には（Ｓ２２でＮＯ）、第２運転へと動作を変更する。一方、前者が後者より高い場合には（Ｓ２２でＹＥＳ）、第１運転を継続する。
【００４２】
（第２運転）
第２運転では、制御装置６０は以下のように各部を制御する。
・開閉弁９８ ：第２バイパス水路９７への経路を全閉（Ｓ３２）
・分配弁９４ ：第３バイパス水路８６への経路を全閉
バーナ加熱装置９０への経路を全開（Ｓ３４）
・循環ポンプ３６ ：循環ポンプ３６の制御を開始（Ｓ３６）
・バーナ加熱装置９０：バーナ９０ａを作動（Ｓ３６）
・分配弁９６ ：第１バイパス水路８９への経路の開度が大の状態で分配弁９６の制御を開始（Ｓ３８）
【００４３】
第２運転では、第３バイパス水路８６への経路を全閉にし、バーナ加熱装置９０への経路を全開にする（Ｓ３４）とともに、循環ポンプ３６の制御を開始し、バーナ９０ａを作動する（Ｓ３６）。つまり、第２運転では、案内路８１に供給された水を第３熱交換器９２とバーナ加熱装置９０によって加熱する。第３熱交換器９２でも加熱することで、蓄熱タンク２２の熱を使い切ることができ、ヒートポンプ５０の蓄熱効果が向上する。通常、バーナ加熱装置９０は、その出力が第３熱交換器９２に比べて高い一方、その出力を低温で細かく制御することが難しい。そのため、第２運転では、案内路８１に供給された水が温水利用箇所１００での設定温度Ｔａよりも大幅に高い温度まで加熱される場合がある。
本実施例では、第２運転のときに、分配弁９６の制御を開始し（Ｓ３８）、第１バイパス水路８９への経路の開度が大となる状態とする。これによって、バーナ加熱装置９０によって加熱された案内路８１内の水を、第１バイパス水路８９内の水を用いて冷却することができ、案内路８１内の水の温度を温水利用箇所１００での設定温度Ｔａへと調整することができる。なお、本実施例では、第２運転のときに、開閉弁９８によって第２バイパス水路９７への経路を全閉にする（Ｓ３２）。
【００４４】
第２運転では、第１バイパス水路８９への経路の開度が大きい。そのため、分配弁９６の圧損によって案内路８１内の水の量が制限された場合でも、第１バイパス水路８９を通過して流れる水の量によって、温水利用箇所１００で要求されている水の量を十分に確保することができる。
【００４５】
制御装置６０は、水量センサ８３の流量ＳＱ１を規定値と比較する（Ｓ４０）。流量ＳＱ１が規定値よりも少ない場合には（Ｓ４０でＮＯ）、バーナ９０ａを停止（Ｓ４４）し、後述する温水利用箇所１００に供給される温水の制御を終了する終了過程へと移行する。一方、流量ＳＱ１が規定値以上である場合には（Ｓ４０でＹＥＳ）、再び蓄熱タンク２２に設けられたサーミスタ２３の温度Ｔｂと温水利用箇所１００での設定温度Ｔａに５が加算された値との比較を行う（Ｓ４２）。前者が後者より低い場合には（Ｓ４２でＮＯ）、第２運転を継続する。一方、前者が後者より高く変化した場合には（Ｓ４２でＹＥＳ）、バーナ９０ａを停止（Ｓ４６）し、第１運転へと動作を変更する。
【００４６】
（終了過程）
制御装置６０は、第１運転の実施中に水量センサ８７の流量ＳＱ２が規定値よりも少なった場合（Ｓ２０でＮＯ）と第２運転の実施中に水量センサ８３の流量ＳＱ１が規定値よりも少なった場合（Ｓ４０でＮＯ）に、温水利用箇所１００において温水の供給が停止されたことを検知するとともに、温水利用箇所１００に供給される温水の温度と流量の制御を停止する。制御装置６０は、以下のように各部を制御する。
・分配弁９６ ：分配弁９６の制御を停止（Ｓ５２）
・循環ポンプ３６ ：循環ポンプ３６の制御を停止（Ｓ５４）
【００４７】
以上に説明したように、本実施例の給湯機１０では、分配弁９６をバイパスする第２バイパス水路９７を設けることで、第３熱交換器９２のみを用いて案内路８１に供給された水を加熱する場合に、温水利用箇所１００に十分な量の水を供給することが可能となる。
【００４８】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、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さまざまに変形、変更したものが含まれる。
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み合わ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み合わ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するものであり、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。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】給湯機１０の接続図。
【図２】制御装置６０が実行する処理のフローチャート。
【符号の説明】
【００５０】
１０ 給湯機
２０ タンク水系統
２２ 蓄熱タンク
２３ サーミスタ
３０ 蓄熱循環水路
３２ 循環ポンプ
３５ 熱供給循環水路
３６ 循環ポンプ
４０ シスターン
４２ シスターン水路
４４ 給水路
５０ ヒートポンプ
５１ 熱媒体循環路
５２ 第１熱交換器
５３ 圧縮器
５４ 第２熱交換器
５５ 膨張弁
６０ 制御装置
８０ 給湯系統
８１ 案内路
８２ 第１加熱部
８３ 水量センサ
８４ 第２加熱部
８６ 第３バイパス水路
８７ 水量センサ
８８ 水量サーボ
８９ 第１バイパス水路
９０ バーナ加熱装置
９０ａ バーナ
９１ サーミスタ
９２ 第３熱交換器
９４ 分配弁
９６ 分配弁
９７ 第２バイパス水路
９８ 開閉弁
１００ 温水利用箇所
１０５ 水道水供給源
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水を加熱して温水利用箇所に供給する給湯機に関する。特に、水を加熱するための手段として、外部の熱源により加熱された熱媒との熱交換を利用する給湯機に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、水を加熱して温水利用箇所に供給する給湯機が開示されている。特許文献１の給湯機は、供給源から供給された水を温水利用箇所まで案内する案内路と、ヒートポンプを循環する熱媒との熱交換によって案内路内の水を加熱する熱交換器と、熱交換器より温水利用箇所側の案内路内の水を燃料の燃焼によって加熱する熱源機を備えている。この給湯機では、温水利用箇所での設定温度が熱交換器の能力範囲以内である場合、熱交換器を用いて水を加熱し、温水利用箇所での設定温度が熱交換器の能力範囲以上である場合、熱交換器を経た水を熱源機によってさらに加熱する。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１２５２２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
燃料を燃焼させる熱源機は、加熱能力が高い。従って、熱交換器によってある程度昇温した水を熱源機でさらに加熱すると、温水利用箇所での設定温度以上の水になることが多い。この場合には、加熱された水に加熱されていない水を混ぜ合わせることによって、加熱された水を設定温度にまで冷やす必要がある。
給湯機を設置する環境によっては、加熱されていない水を供給する水の供給源が複数個用意できない場合も多い。本発明者らは、供給源から供給された水を熱交換器に至る前の案内路から分岐させて熱源機より下流側の案内路へと合流させるパイパス水路と、バイパス水路に流れ込む水の量を調整する調整手段とを設けた給湯機を考案した。本発明者らが考案した給湯機によれば、熱交換器を経た水を熱源機でさらに加熱する場合に、単数の供給源を用いて所望の設定温度に調整された水を温水利用箇所に供給することができる。
【０００５】
しかしながら、調整手段を案内路に設けた場合、調整手段の圧損が大きい。このために、調整手段を案内路に設けると、調整手段を設けない場合に比べて案内路を流れる水の量が減少する。
熱源機を利用しなければ温水利用箇所に設定温度の水を供給することができない場合、熱源機の高い加熱能力によって水が設定温度よりも十分に高い温度まで加熱される場合があるために、上記のバイパス水路の水量が多くなるように調整手段を調整する必要がある。バイパス水路を利用して水量を確保することができるために、温水利用箇所に十分な水量を供給することができる。
一方、熱交換器は、熱源機と比べて加熱能力が低い。従って、熱源機を利用しなくても温水利用箇所に設定温度の水を供給することができる場合、熱交換器のみでは設定温度よりも十分に高い温度まで加熱されない場合があるために、上記のバイパス水路の水量を多くすることができない。バイパス水路を利用して水量を確保することできないために、温水利用箇所に十分な水量を供給することができない。
熱源機を利用しなくても温水利用箇所に設定温度の水を供給することができる場合であっても、熱源機を利用して水を設定温度よりも十分に高い温度まで加熱し、上記のバイパス水路の水量を多くすることも考えられる。しかしながら、熱源機を利用する必要がないにもかかわらず熱源機を利用する手法を採用することは、エネルギー効率の観点から見て好ましくない。
【０００６】
本発明は上記の問題を解決する。すなわち本発明は、熱源機を利用せずに熱交換器のみで水を加熱する場合でも、十分な水量を温水利用箇所に供給することができる給湯機を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、水を加熱して温水利用箇所に供給する給湯機を提供する。この給湯機は、案内路と、蓄熱タンクと、熱交換器と、熱源機と、第１バイパス水路と、調整手段と、第２バイパス水路を備えている。案内路は、水の供給源から温水利用箇所まで水を案内する。蓄熱タンクは、外部の熱源により加熱された熱媒を貯留する。熱交換器は、蓄熱タンクに貯留された熱媒との熱交換によって案内路内の水を加熱する。熱源機は、熱交換器より温水利用箇所側の案内路内の水を燃料の燃焼によって加熱する。第１バイパス水路は、一端が熱交換器より供給源側の案内路に接続されているとともに、他端が熱源機より温水利用箇所側の案内路に接続されている。すなわち、第１バイパス水路は、熱交換器と熱源機をバイパスしている。調整手段は、第１バイパス水路の前記一端と案内路との間に配置されており、第１バイパス水路に流れ込む水の量を調整する。第２バイパス水路は、一端が調整手段より供給源側の案内路に接続されているとともに、他端が調整手段と熱交換器との間の案内路に接続されている。すなわち、第２バイパス水路は、調整手段をバイパスしている。
なお、上述した「調整手段」は、供給源から供給された水を案内路と第１バイパス水路に分岐する分配弁と言い換えることができる。なお、案内路と第１バイパス水路のそれぞれに調整弁を設置した構成としてもよい。この場合、一対の調整弁が調整手段として機能する。
【０００８】
本発明の給湯機は、調整手段をバイパスする第２バイパス水路を備えている。第２バイパス水路を利用すると、調整手段の圧損の影響を受けないために、多くの水を熱交換器に供給することができる。このために、熱源機を利用せずに熱交換器のみで水を加熱する場合に、十分な水量を温水利用箇所に供給することができる。
【０００９】
本発明の給湯機では、蓄熱タンクに貯留された熱媒の温度を検知する温度センサと、調整手段を制御する制御手段とをさらに備えていてもよい。制御手段は、温度センサによって検出された温度によって、次の２つの運転を選択して実行する。
（１）温度センサによって検出された温度が、温水利用箇所での設定温度に基づいた温度より高い間は、熱交換器を利用して水を加熱し、第１バイパス水路に流れ込む水の量が少なくなるように調整手段を制御し、第２バイパス水路に流れ込む水の量が多くなるように調整手段を制御する第１運転を実行する。
（２）温度センサによって検出された温度が、温水利用箇所での設定温度に基づいた温度より低い間は、熱源機を利用して水を加熱し、第１バイパス水路に流れ込む水の量が多くなるように調整手段を制御し、第２バイパス水路に水が流れ込まないように調整手段を制御する第２運転を実行する。
なお、温度センサは、蓄熱タンク内に設けられていてもよいし、他の部分（例えば熱媒の循環経路）に設けられていてもよい。また、上記の「温水利用箇所での設定温度に基づいた温度」は、設定温度そのものであってもよいし、設定温度に予め決められている値が加算された値であってもよい。
【００１０】
温度センサによって検出された温度が、温水利用箇所での設定温度に基づいた温度より高い場合には、熱交換器のみによって案内路内の水を設定温度に基づいた温度まで上昇させることができる。そのため、この場合には、熱交換器のみを用いて案内路内の水を加熱する。熱源機よりもエネルギー効率のよい熱交換器のみを用いて案内路内の水を加熱することで、給湯機のエネルギー効率を向上させることができる。その一方、熱交換器の出力が熱源機に比べて低いために、案内路内の水が温水利用箇所での設定温度よりも十分に高い温度まで昇温しない場合がある。この場合には、第１バイパス水路に流れ込む水の量が少なくなるように調整手段を制御する第１運転を実行する。これによって、設定温度に調整された水を温水利用箇所に供給することができる。
【００１１】
温度センサによって検出された温度が、温水利用箇所での設定温度に基づいた温度より低い場合には、熱交換器のみでは案内路内の水を設定温度に基づいた温度まで上昇させることができない。そのため、この場合には、熱交換器と熱源機を用いて案内路内の水を加熱する。熱源機を用いて水を加熱する場合、その高い出力によって案内路内の水が温水利用箇所での設定温度よりも十分に高い温度まで加熱される。第１バイパス水路に流れ込む水の量が多くなるように調整手段を制御する第１運転を実行することによって、第１バイパス水路に流れ込む水を用いて案内路内の水を温水利用箇所での設定温度にまで調整することができる。これによって、設定温度に調整された水を温水利用箇所に供給することができる。
【００１２】
本発明野の給湯機では、外部の熱源機としてヒートポンプを備えていることが好ましい。この場合、蓄熱タンクは、ヒートポンプによって加熱された熱媒を貯留する。
エネルギー効率が高いヒートポンプを用いて蓄熱タンクの熱媒を加熱することで、給湯機のエネルギー効率をさらに向上させることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、熱源機を利用せずに熱交換器のみで水を加熱する場合に、十分な水量を温水利用箇所に供給することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
下記に詳細に説明する実施例の構成を列記する。
（特徴１）調整手段と第２バイパス水路の上記の一端との間の案内路には、しぼり（例えば水流サーボ）が設けられている。その一方、第２バイパス水路には、しぼりが設けられていない。
（特徴２）蓄熱タンクと熱交換器の間には、蓄熱タンクと熱交換器の間で熱媒を案内する循環路と、循環路内の熱媒を循環させる循環ポンプが設けられている。
（特徴３）第２バイパス水路に流れ込む水の量を調整する第２調整手段（例えば開閉弁）がさらに設けられている。
（特徴４）第２調整手段は、制御手段によって制御されている。制御手段は、第１運転の間は、第２バイパス水路に流れ込む水の量が多くなるように第２調整手段を制御する（例えば開閉弁を開く）。また、制御手段は、第２運転の間は、第２バイパス水路に流れ込む水の量が少なくなるように第２調整手段を制御する（例えば開閉弁を閉じる）。
（特徴５）一端が熱交換器と熱源機との間の案内路に接続されているとともに、他端が熱源機と第１バイパス水路の他端との間の案内路に接続されている第３バイパス水路が設けられている。第３バイパス水路に流れ込む水の量を調整する第３調整手段が設けられている。
（特徴６）第３調整手段は、制御手段によって制御されている。制御手段は、第１運転の間は、第３バイパス水路に水の全量が流れ込むように第３調整手段を制御する。また、制御手段は、第２運転の間は、第３バイパス水路に流れ込まないように第３調整手段を制御する。
【実施例】
【００１５】
本発明の実施例に係る給湯機について、図面を参照しながら説明する。図１は、給湯機１０の概略構成を示す。給湯機１０は、温水利用箇所１００（例えば、蛇口、浴槽、シャワー等）に温水を供給する。ユーザは、温水利用箇所１００から供給される温水の温度Ｔａを設定することができる。以下では、温度Ｔａのことを設定温度と呼ぶ。
図示するように、給湯機１０は、ヒートポンプ５０と、タンク水系統２０と、給湯系統８０を備えている。ヒートポンプ５０は、外気を利用して高温を生成する熱源である。タンク水系統２０は、蓄熱タンク２２と、蓄熱タンク２２に接続されている各水路により構成されている。タンク水系統２０は、ヒートポンプ５０から熱を回収して蓄熱タンク２２に蓄熱するとともに、蓄熱タンク２２が蓄熱している熱を給湯系統８０に供給する。給湯系統８０は、水道水供給源１０５と温水利用箇所１００に接続されている。給湯系統８０は、タンク水系統２０から供給される熱を利用して水道水供給源１０５から供給される水を加熱し、加熱した水を温水利用箇所１００に供給する各水路により構成されている。また、給湯機１０は、制御装置６０を備えている。制御装置６０は、図示されない配線によって給湯機１０の各部と接続されており、給湯機１０の各部の動作を制御する。
【００１６】
ヒートポンプ５０は、熱媒体（本実施例では二酸化炭素）を循環させる熱媒体循環路５１と、熱媒体循環路５１に配設されている第１熱交換器（蒸発器）５２と、圧縮器５３と、第２熱交換器（凝縮器）５４と、膨張弁５５とを備えている。圧縮器５３が熱媒体循環路５１内の熱媒体を送り出すので、熱媒体が、第１熱交換器５２、圧縮器５３、第２熱交換器５４、膨張弁５５の順に熱媒体循環路５１内を循環する。
【００１７】
第１熱交換器５２は、外気を送風するファンを備えており、送風した外気と熱媒体循環路５１内の熱媒体との間で熱交換させる熱交換器である。後に説明するように、第１熱交換器５２には、膨張弁５５を通過後の低圧低温の液体状態にある熱媒体が供給される。第１熱交換器５２は、熱媒体と外気とを熱交換させることによって、熱媒体を加熱する。熱媒体は、加熱されることにより気化して、低圧高温の気体状態となる。
【００１８】
圧縮器５３は、熱媒体循環路５１内の熱媒体を圧縮して第２熱交換器５４側に送り出す。圧縮器５３には、第１熱交換器５２を通過後の熱媒体が供給される。すなわち、低圧高温の気体状態にある熱媒体が供給される。圧縮器５３が熱媒体を圧縮すると、熱媒体は圧縮されて、高温高圧の超臨界状態となる。
【００１９】
第２熱交換器５４は、熱媒体循環路５１内の熱媒体と後述する蓄熱循環水路３０内の水との間で熱交換させる熱交換器である。第２熱交換器５４の熱媒体循環路５１には、圧縮器５３から送り出された高温高圧の気体状態にある熱媒体が供給される。第２熱交換器５４では、熱媒体によって蓄熱循環水路３０内の水が加熱される。一方、熱媒体は、熱を奪われることによって冷却され、低温高圧の液体状態となる。
【００２０】
膨張弁５５には、第２熱交換器５４を通過後の熱媒体が供給される。すなわち、低温高圧の液体状態の熱媒体が供給される。熱媒体は、膨張弁５５を通過する際に、減圧されて膨張する。これによって、低温低圧の液体状態となる。膨張弁５５を通過した熱媒体は、上述したように第１熱交換器５２に供給される。
【００２１】
以上のように、ヒートポンプ５０が作動すると、熱媒体循環路５１内を熱媒体がその温度と圧力を変化させながら循環し、第１熱交換器５２によって吸収された熱が第２熱交換器５４によって蓄熱循環水路３０内の水へと供給され、蓄熱循環水路３０内の水が加熱される。
【００２２】
タンク水系統２０は、蓄熱タンク２２と、蓄熱循環水路３０と、熱供給循環水路３５と、シスターン４０を備えている。
【００２３】
蓄熱循環水路３０は、上流端が蓄熱タンク２２の下部に接続されており、下流端が蓄熱タンク２２の上部に接続されている。蓄熱循環水路３０には、循環ポンプ３２が介装されている。循環ポンプ３２は、蓄熱循環水路３０内の水を上流側から下流側へ送り出す。また、上述したように、蓄熱循環水路３０は、ヒートポンプ５０の第２熱交換器５４を通過している。ヒートポンプ５０を作動させると、蓄熱循環水路３０内の水が第２熱交換器５４によって加熱される。したがって、循環ポンプ３２とヒートポンプ５０を作動させると、蓄熱タンク２２の下部の水が第２熱交換器５４に送られて加熱され、加熱された水が蓄熱タンク２２の上部に戻される。すなわち、蓄熱循環水路３０は、蓄熱タンク２２内に蓄熱するための水路である。
【００２４】
熱供給循環水路３５は、上流端が蓄熱タンク２２の上部に接続されており、下流端が蓄熱タンク２２の下部に接続されている。熱供給循環水路３５には、循環ポンプ３６が介装されている。循環ポンプ３６は、熱供給循環水路３５内の水を上流側から下流側へ送り出す。また、熱供給循環水路３５は、第３熱交換器９２を備えている。第３熱交換器９２には、蓄熱タンク２２から蓄熱循環水路３０によって加熱された水が供給される。第３熱交換器９２は、熱供給循環水路３５内の水と給湯系統８０の案内路８１内の水との間で熱交換させる熱交換器である。通常、熱供給循環水路３５内を流れる水は案内路８１内を流れる水に比べて高温である。したがって、第３熱交換器９２では、案内路８１内の水が加熱されるとともに、熱供給循環水路３５内の水が冷却される。循環ポンプ３６を作動させると、蓄熱タンク２２の上部の水が第３熱交換器９２に送られて冷却され、冷却された水が蓄熱タンク２２の下部に戻される。すなわち、熱供給循環水路３５は、給湯系統８０に熱を供給するための水路である。
【００２５】
蓄熱タンク２２内には、満水まで水が貯留されている。上述したように、蓄熱循環水路３０は加熱された水を蓄熱タンク２２の上部に供給し、熱供給循環水路３５は冷却された水を蓄熱タンク２２の下部に供給する。したがって、蓄熱タンク２２内には、その上部に高温の水の層が形成され、その下部に低温の水の層が形成される。このように、高温の層と低温の層が形成されている状態を、温度成層という。また、以下では、高温の層と低温の層の境界部を温度成層境界部という。蓄熱循環水路３０により蓄熱が行われると、蓄熱タンク２２内の高温の水の量が増えるので、温度成層境界部の位置が下降する。熱供給循環水路３５により熱供給（放熱）が行われると、蓄熱タンク２２内の低温の水の量が増えるので、温度成層境界部の位置が上昇する。
蓄熱タンク２２には、サーミスタ２３〜２６が取り付けられている。サーミスタ２３〜２６は、蓄熱タンク２２内の水の温度を測定する。図１に示すように、サーミスタ２３〜２６は、蓄熱タンク２２の高さ方向に略均等間隔で取り付けられている。各サーミスタ２３〜２６は、その取付位置の水の温度を測定する。温度成層境界部の位置は、サーミスタ２３〜２６の検出値により特定できる。
【００２６】
シスターン４０は、蓄熱タンク２２の上方に設置されている。シスターン４０は、その上部が開放されている。シスターン４０は、給水路４４により水道水供給源１０５に接続されている。シスターン４０内には、水が貯留されている。シスターン４０は、シスターン水路４２によって蓄熱タンク２２に接続されている。シスターン４０は、蓄熱タンク２２に水を補給する。
【００２７】
給湯系統８０は、案内路８１と、第１バイパス水路８９と、第２バイパス水路９７と、第３バイパス水路８６と、バーナ加熱装置９０と、分配弁９４，９６と、開閉弁９８と、水量センサ８３，８７と、水量サーボ８８と、サーミスタ９１とを備えている。
【００２８】
案内路８１は、上流端が水道水供給源１０５に接続されており、下流端が温水利用箇所１００に接続されている。案内路８１は、水道水供給源１０５から供給された水を温水利用箇所１００まで案内する。
上述したように、案内路８１は、第３熱交換器９２を通過している。水道水供給源１０５から案内路８１に水が供給されると、案内路８１内の水が第３熱交換器９２によって加熱される。案内路８１のうち、第３熱交換器９２を通過する部分を第１加熱部８２と呼ぶ。
また、案内路８１は、第３熱交換器９２より温水利用箇所１００側においてバーナ加熱装置９０を通過している。バーナ加熱装置９０は、バーナ９０ａを備えている。バーナ加熱装置９０が作動すると、案内路８１内の水がバーナ９０ａによって加熱される。案内路８１のうち、バーナ加熱装置９０を通過する部分を第２加熱部８４と呼ぶ。
【００２９】
第１バイパス水路８９は、上流端が第３熱交換器９２より水道水供給源１０５側の案内路８１に接続されており、下流端がバーナ加熱装置９０より温水利用箇所１００側の案内路８１に接続されている。つまり、第１バイパス水路８９は、案内路８１のうちの第１加熱部８２と第２加熱部８４をバイパスしている水路である。
案内路８１には、分配弁９６が介装されている。分配弁９６には、第１バイパス水路８９の上流端が接続されている。分配弁９６は、第３熱交換器９２に流れ込む水の量と、第１バイパス水路８９に流れ込む水の量を調整する。
【００３０】
本実施例の給湯系統８０では、第１バイパス水路８９と分配弁９６を設けることによって、バーナ加熱装置９０によって加熱された水が流れる部分の案内路８１に、水道水供給源１０５から供給された加熱されていない水を注入することができる。これによって、バーナ加熱装置９０によって案内路８１内の水が温水利用箇所１００での設定温度Ｔａに比べて大幅に高い温度まで加熱された場合でも、案内路８１内の水を設定温度Ｔａまで冷却することができる。
【００３１】
第２バイパス水路９７は、上流端が分配弁９６より水道水供給源１０５側の案内路８１に接続されており、下流端が分配弁９６と第３熱交換器９２との間の案内路８１に接続されている。つまり、第２バイパス水路９７は、分配弁９６をバイパスしている。第２バイパス水路９７には、開閉弁９８が介装されている。
【００３２】
本実施例の給湯系統８０では、第２バイパス水路９７と開閉弁９８によって、分配弁９６を介さないで水道水供給源１０５から供給された水を第３熱交換器９２に案内することができる。これによって、第３熱交換器９２に案内される水の量を増加させることができる。
【００３３】
第２バイパス水路９７の上流端と分配弁９６との間の案内路８１には、水量サーボ８８が設けられている。水量サーボ８８は、分配弁９６に流れ込む水の量を調整する。その一方、第２バイパス水路９７には水量サーボ（しぼり）が設けられていない。第２バイパス水路９７に水量サーボが設けられていないために、第２バイパス水路９７を通過して水道水供給源１０５から第３熱交換器９２へと案内される水の流量を十分に確保することができる。
【００３４】
第３バイパス水路８６は、上流端が第３熱交換器９２とバーナ加熱装置９０との間の案内路８１に接続されており、下流端がバーナ加熱装置９０と第１バイパス水路８９の下流端との間の案内路８１に接続されている。つまり、第３バイパス水路８６は、案内路８１のうちの第２加熱部８４をバイパスしている。
案内路８１には、分配弁９４が介装されている。分配弁９４には、第３バイパス水路８６の上流端が接続されている。分配弁９４は、第２加熱部８４に流れ込む水の量と、第３バイパス水路８６に流れ込む水の量を調整する。
【００３５】
本実施例の給湯系統８０では、第３バイパス水路８６と分配弁９４によって、バーナ加熱装置９０を介さないで案内路８１内の水を温水利用箇所１００へと案内することができる。そのため、第３熱交換器９２のみを用いて案内路８１内の水を温水利用箇所１００での設定温度Ｔａまで加熱することができる場合には、案内路８１内の水がバーナ加熱装置９０を通過しないようにすることができる。案内路８１内の水が作動していないバーナ加熱装置９０内を通過すると、水が大幅に冷却されることがある。案内路８１内の水がバーナ加熱装置９０を通過しないようにすることで、案内路８１内の水が大幅に冷却されることが防止され、熱損失が少なくなる。
【００３６】
第１バイパス水路８９の下流端よりも温水利用箇所１００側の案内路８１には、サーミスタ９１が設けられている。サーミスタ９１は、その位置における案内路８１内の水の温度（すなわち、温水利用箇所１００に供給される水の温度）を測定する。
第２バイパス水路９７の上流端と水量サーボ８８との間の案内路８１には、水量センサ８３が設けられている。水量センサ８３は、その位置の案内路８１内を流れる水の流量（すなわち、水道水供給源１０５から供給される水の流量）を測定する。
第３バイパス水路８６には、水量センサ８７が設けられている。水量センサ８７は、その位置の第３バイパス水路８６内を流れる水の流量を測定する。
【００３７】
図２は、制御装置６０が実行する処理のフローチャートである。以下、図２を用いて、温水利用箇所１００に温水を供給するときの動作について説明する。
給湯機１０の制御装置６０では、水量センサ８３の流量ＳＱ１が規定値（本実施例では２Ｌ/min）以上である場合に（Ｓ２でＹＥＳ）、温水利用箇所１００において温水の供給が求められていることを検知し、温水利用箇所１００に供給される温水の温度と流量の制御を開始する。
制御装置６０は、蓄熱タンク２２に設けられたサーミスタ２３の温度Ｔｂと温水利用箇所１００での設定温度Ｔａに５が加算された値とを比較し（Ｓ４）、前者が後者より高い場合には（Ｓ４でＹＥＳ）、第１運転を実行する。一方、前者が後者より低い場合には（Ｓ４でＮＯ）、第２運転を実行する。
【００３８】
（第１運転）
第１運転では、制御装置６０は以下のように各部を制御する。
・開閉弁９８ ：第２バイパス水路９７への経路を全開（Ｓ１２）
・分配弁９４ ：第３バイパス水路８６への経路を全開
バーナ加熱装置９０への経路を全閉（Ｓ１４）
・循環ポンプ３６ ：循環ポンプ３６の制御を開始（Ｓ１６）
・分配弁９６ ：第１バイパス水路８９への経路の開度が小の状態で分配弁９６の制御を開始（Ｓ１８）
【００３９】
第１運転では、第３バイパス水路８６への経路を全開にし、バーナ加熱装置９０への経路を全閉にする（Ｓ１４）とともに、循環ポンプ３６の制御を開始（Ｓ１６）する。つまり、第１運転では、案内路８１に供給された水を第３熱交換器９２のみによって加熱する。第３熱交換器９２は、その出力がバーナ加熱装置９０に比べて低い一方、循環ポンプ３６を制御することでその出力を細かく制御することができる。そのため、第１運転では、第３熱交換器９２によって、案内路８１に供給された水が温水利用箇所１００での設定温度Ｔａへと調整される。
【００４０】
第１運転では、第３熱交換器９２によって案内路８１に供給された水が温水利用箇所１００での設定温度Ｔａへと調整されている。そのため、第３熱交換器９２によって加熱された水を第１バイパス水路８９内の水を用いて冷却する必要がほとんどない。第１運転では、分配弁９６の制御を開始し（Ｓ１８）、第１バイパス水路８９への経路の開度が小となる状態とする。
その一方、本実施例の案内路８１では、分配弁９６の圧損によって案内路８１内の水の量が制限されている。第１バイパス水路８９への経路の開度が小さくなると、第１バイパス水路８９を通過して流れる水の量が制限されてしまい、温水利用箇所１００で要求されている水の量を十分に確保することができない虞がある。
本実施例では、第１運転のときに、開閉弁９８によって第２バイパス水路９７への経路を全開にする（Ｓ１２）。これによって、第３熱交換器９２に供給される水の量を増加させることができる。温水利用箇所１００に供給可能な温水の量を増加させることができ、温水利用箇所１００で要求されている水の量を十分に確保することができる。
【００４１】
制御装置６０は、水量センサ８７の流量ＳＱ２を規定値（本実施例では２Ｌ/min）と比較する（Ｓ２０）。流量ＳＱ２が規定値よりも少ない場合には（Ｓ２０でＮＯ）、後述する温水利用箇所１００に供給される温水の制御を終了する終了過程へと移行する。一方、流量ＳＱ１が規定値以上である場合には（Ｓ２０でＹＥＳ）、再び蓄熱タンク２２に設けられたサーミスタ２３の温度Ｔｂと温水利用箇所１００での設定温度Ｔａに５が加算された値との比較を行う（Ｓ２２）。前者が後者より低く変化した場合には（Ｓ２２でＮＯ）、第２運転へと動作を変更する。一方、前者が後者より高い場合には（Ｓ２２でＹＥＳ）、第１運転を継続する。
【００４２】
（第２運転）
第２運転では、制御装置６０は以下のように各部を制御する。
・開閉弁９８ ：第２バイパス水路９７への経路を全閉（Ｓ３２）
・分配弁９４ ：第３バイパス水路８６への経路を全閉
バーナ加熱装置９０への経路を全開（Ｓ３４）
・循環ポンプ３６ ：循環ポンプ３６の制御を開始（Ｓ３６）
・バーナ加熱装置９０：バーナ９０ａを作動（Ｓ３６）
・分配弁９６ ：第１バイパス水路８９への経路の開度が大の状態で分配弁９６の制御を開始（Ｓ３８）
【００４３】
第２運転では、第３バイパス水路８６への経路を全閉にし、バーナ加熱装置９０への経路を全開にする（Ｓ３４）とともに、循環ポンプ３６の制御を開始し、バーナ９０ａを作動する（Ｓ３６）。つまり、第２運転では、案内路８１に供給された水を第３熱交換器９２とバーナ加熱装置９０によって加熱する。第３熱交換器９２でも加熱することで、蓄熱タンク２２の熱を使い切ることができ、ヒートポンプ５０の蓄熱効果が向上する。通常、バーナ加熱装置９０は、その出力が第３熱交換器９２に比べて高い一方、その出力を低温で細かく制御することが難しい。そのため、第２運転では、案内路８１に供給された水が温水利用箇所１００での設定温度Ｔａよりも大幅に高い温度まで加熱される場合がある。
本実施例では、第２運転のときに、分配弁９６の制御を開始し（Ｓ３８）、第１バイパス水路８９への経路の開度が大となる状態とする。これによって、バーナ加熱装置９０によって加熱された案内路８１内の水を、第１バイパス水路８９内の水を用いて冷却することができ、案内路８１内の水の温度を温水利用箇所１００での設定温度Ｔａへと調整することができる。なお、本実施例では、第２運転のときに、開閉弁９８によって第２バイパス水路９７への経路を全閉にする（Ｓ３２）。
【００４４】
第２運転では、第１バイパス水路８９への経路の開度が大きい。そのため、分配弁９６の圧損によって案内路８１内の水の量が制限された場合でも、第１バイパス水路８９を通過して流れる水の量によって、温水利用箇所１００で要求されている水の量を十分に確保することができる。
【００４５】
制御装置６０は、水量センサ８３の流量ＳＱ１を規定値と比較する（Ｓ４０）。流量ＳＱ１が規定値よりも少ない場合には（Ｓ４０でＮＯ）、バーナ９０ａを停止（Ｓ４４）し、後述する温水利用箇所１００に供給される温水の制御を終了する終了過程へと移行する。一方、流量ＳＱ１が規定値以上である場合には（Ｓ４０でＹＥＳ）、再び蓄熱タンク２２に設けられたサーミスタ２３の温度Ｔｂと温水利用箇所１００での設定温度Ｔａに５が加算された値との比較を行う（Ｓ４２）。前者が後者より低い場合には（Ｓ４２でＮＯ）、第２運転を継続する。一方、前者が後者より高く変化した場合には（Ｓ４２でＹＥＳ）、バーナ９０ａを停止（Ｓ４６）し、第１運転へと動作を変更する。
【００４６】
（終了過程）
制御装置６０は、第１運転の実施中に水量センサ８７の流量ＳＱ２が規定値よりも少なった場合（Ｓ２０でＮＯ）と第２運転の実施中に水量センサ８３の流量ＳＱ１が規定値よりも少なった場合（Ｓ４０でＮＯ）に、温水利用箇所１００において温水の供給が停止されたことを検知するとともに、温水利用箇所１００に供給される温水の温度と流量の制御を停止する。制御装置６０は、以下のように各部を制御する。
・分配弁９６ ：分配弁９６の制御を停止（Ｓ５２）
・循環ポンプ３６ ：循環ポンプ３６の制御を停止（Ｓ５４）
【００４７】
以上に説明したように、本実施例の給湯機１０では、分配弁９６をバイパスする第２バイパス水路９７を設けることで、第３熱交換器９２のみを用いて案内路８１に供給された水を加熱する場合に、温水利用箇所１００に十分な量の水を供給することが可能となる。
【００４８】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、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さまざまに変形、変更したものが含まれる。
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み合わ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み合わ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するものであり、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。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】給湯機１０の接続図。
【図２】制御装置６０が実行する処理のフローチャート。
【符号の説明】
【００５０】
１０ 給湯機
２０ タンク水系統
２２ 蓄熱タンク
２３ サーミスタ
３０ 蓄熱循環水路
３２ 循環ポンプ
３５ 熱供給循環水路
３６ 循環ポンプ
４０ シスターン
４２ シスターン水路
４４ 給水路
５０ ヒートポンプ
５１ 熱媒体循環路
５２ 第１熱交換器
５３ 圧縮器
５４ 第２熱交換器
５５ 膨張弁
６０ 制御装置
８０ 給湯系統
８１ 案内路
８２ 第１加熱部
８３ 水量センサ
８４ 第２加熱部
８６ 第３バイパス水路
８７ 水量センサ
８８ 水量サーボ
８９ 第１バイパス水路
９０ バーナ加熱装置
９０ａ バーナ
９１ サーミスタ
９２ 第３熱交換器
９４ 分配弁
９６ 分配弁
９７ 第２バイパス水路
９８ 開閉弁
１００ 温水利用箇所
１０５ 水道水供給源
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水を加熱して温水利用箇所に供給する給湯機であり、
水の供給源から温水利用箇所まで水を案内する案内路と、
外部の熱源により加熱された熱媒を貯留する蓄熱タンクと、
蓄熱タンクに貯留された熱媒との熱交換によって案内路内の水を加熱する熱交換器と、
熱交換器より温水利用箇所側の案内路内の水を燃料の燃焼によって加熱する熱源機と、
一端が熱交換器より供給源側の案内路に接続されているとともに、他端が熱源機より温水利用箇所側の案内路に接続されている第１バイパス水路と、
第１バイパス水路の前記一端と案内路との間に配置されており、第１バイパス水路に流れ込む水の量を調整する調整手段と、
一端が調整手段より供給源側の案内路に接続されているとともに、他端が調整手段と熱交換器との間の案内路に接続されている第２バイパス水路と
を備えた給湯機。
【請求項２】
蓄熱タンクに貯留された熱媒の温度を検知する温度センサと、調整手段を制御する制御手段とをさらに備え、
制御手段は、（１）温度センサによって検出された温度が、温水利用箇所での設定温度に基づいた温度より高い間は、熱交換器を利用して水を加熱し、第１バイパス水路に流れ込む水の量が少なくなるように調整手段を制御し、第２バイパス水路に流れ込む水の量が多くなるように調整手段を制御する第１運転を実行し、（２）温度センサによって検出された温度が、温水利用箇所での設定温度に基づいた温度より低い間は、熱源機を利用して水を加熱し、第１バイパス水路に流れ込む水の量が多くなるように調整手段を制御し、第２バイパス水路に水が流れ込まないように調整手段を制御する第２運転を実行する
ことを特徴とする請求項１に記載の給湯機。
【請求項３】
外部の熱源としてヒートポンプを備えており、
蓄熱タンクは、ヒートポンプによって加熱された熱媒を貯留する
ことを特徴とする請求項１又は２のいずれか１項に記載の給湯機。
【請求項１】
水を加熱して温水利用箇所に供給する給湯機であり、
水の供給源から温水利用箇所まで水を案内する案内路と、
外部の熱源により加熱された熱媒を貯留する蓄熱タンクと、
蓄熱タンクに貯留された熱媒との熱交換によって案内路内の水を加熱する熱交換器と、
熱交換器より温水利用箇所側の案内路内の水を燃料の燃焼によって加熱する熱源機と、
一端が熱交換器より供給源側の案内路に接続されているとともに、他端が熱源機より温水利用箇所側の案内路に接続されている第１バイパス水路と、
第１バイパス水路の前記一端と案内路との間に配置されており、第１バイパス水路に流れ込む水の量を調整する調整手段と、
一端が調整手段より供給源側の案内路に接続されているとともに、他端が調整手段と熱交換器との間の案内路に接続されている第２バイパス水路と
を備えた給湯機。
【請求項２】
蓄熱タンクに貯留された熱媒の温度を検知する温度センサと、調整手段を制御する制御手段とをさらに備え、
制御手段は、（１）温度センサによって検出された温度が、温水利用箇所での設定温度に基づいた温度より高い間は、熱交換器を利用して水を加熱し、第１バイパス水路に流れ込む水の量が少なくなるように調整手段を制御し、第２バイパス水路に流れ込む水の量が多くなるように調整手段を制御する第１運転を実行し、（２）温度センサによって検出された温度が、温水利用箇所での設定温度に基づいた温度より低い間は、熱源機を利用して水を加熱し、第１バイパス水路に流れ込む水の量が多くなるように調整手段を制御し、第２バイパス水路に水が流れ込まないように調整手段を制御する第２運転を実行する
ことを特徴とする請求項１に記載の給湯機。
【請求項３】
外部の熱源としてヒートポンプを備えており、
蓄熱タンクは、ヒートポンプによって加熱された熱媒を貯留する
ことを特徴とする請求項１又は２のいずれか１項に記載の給湯機。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１０−１３３６４１（Ｐ２０１０−１３３６４１Ａ）
【公開日】平成２２年６月１７日（２０１０．６．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３０９８０８（Ｐ２００８−３０９８０８）
【出願日】平成２０年１２月４日（２００８．１２．４）
【出願人】（０００１１５８５４）リンナイ株式会社 (1,534)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年６月１７日（２０１０．６．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１２月４日（２００８．１２．４）
【出願人】（０００１１５８５４）リンナイ株式会社 (1,534)
【Ｆターム（参考）】
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