特許 7603803 給湯機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-12-12

(45)【発行日】2024-12-20

(54)【発明の名称】給湯機

(51)【国際特許分類】

   F24H 9/00 20220101AFI20241213BHJP

   F24H 1/18 20220101ALI20241213BHJP

   F24H 7/02 20220101ALI20241213BHJP

   F24H 4/04 20060101ALN20241213BHJP

【ＦＩ】

F24H9/00 E

F24H1/18 A

F24H7/02 601A

F24H1/18 G

F24H4/04

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2023522125

(86)(22)【出願日】2021-05-20

(86)【国際出願番号】 JP2021019178

(87)【国際公開番号】W WO2022244195

(87)【国際公開日】2022-11-24

【審査請求日】2023-08-01

(73)【特許権者】

【識別番号】000006013

【氏名又は名称】三菱電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001461

【氏名又は名称】弁理士法人きさ特許商標事務所

(72)【発明者】

【氏名】矢次 慶和

(72)【発明者】

【氏名】中園 純一

(72)【発明者】

【氏名】西村 有理子

(72)【発明者】

【氏名】篠▲崎▼ 健

(72)【発明者】

【氏名】中島 誠治

【審査官】柳本 幸雄

(56)【参考文献】

【文献】米国特許第６３６４００２（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】国際公開第２０１３／０３０３６０（ＷＯ，Ａ２）

【文献】特開２０１９－０２００１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－１８４４５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】欧州特許出願公開第２２０４６１８（ＥＰ，Ａ２）

【文献】特開２００６－２８４０７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－２０５７２５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ２４Ｈ ９／００

Ｆ２４Ｈ ７／０２－ ７／０４

Ｆ２８Ｄ ２０／００－２０／０２

Ｆ２４Ｈ １／１８

Ｆ２４Ｈ ４／０２－ ４／０４

Ｆ２４Ｈ １／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

流体を加熱する加熱装置と、前記加熱装置で加熱された前記流体を貯留することによって蓄熱する蓄熱タンクユニットとを備え、前記加熱装置で加熱された前記流体を前記蓄熱タンクユニットに貯留する沸き上げ運転と、前記蓄熱タンクユニットに蓄えられた熱を利用して給湯を行う給湯運転とを実行する給湯機であって、
前記蓄熱タンクユニットは、
加熱された前記流体を貯留する蓄熱部と、
前記蓄熱部の上部に設けられた上部配管と、
前記蓄熱部の下部に設けられた下部配管と、
前記蓄熱部の外部に設けられた熱交換器と、を備え、
前記蓄熱部は、
前記沸き上げ運転において加熱された前記流体が流入する第１の蓄熱タンクと、
前記流体とは異なる蓄熱材が収納され、前記第１の蓄熱タンクと別体で形成されるとともに、前記第１の蓄熱タンクと当接して配置される第２の蓄熱タンクと
を有し、
前記熱交換器は、前記第１の蓄熱タンクから流入した前記流体と、給水配管から流入した流体との間で熱交換を行わせるものであって、
前記沸き上げ運転において加熱された前記流体が前記蓄熱部に流入した際に、前記第１の蓄熱タンク内の前記流体と前記第２の蓄熱タンクの前記蓄熱材との間の熱交換により、前記第２の蓄熱タンクに蓄熱され、
前記第１の蓄熱タンク内に貯留された前記流体は、前記給湯運転において、前記上部配管から前記熱交換器に流入して温度が低下した後、前記下部配管を介して前記第１の蓄熱タンクの下部に流入して循環するものであって、
前記第１の蓄熱タンクは、
下部側に形成された第１段部と、
上部側に形成され、水平面で切断したときの切断面が前記第１段部よりも小さい第２段部と、を有し、
前記第２の蓄熱タンクは、
前記第２段部の側面を覆って当接するように配置される
給湯機。

【請求項2】

前記第２の蓄熱タンクは、
さらに、前記第２段部の上面を覆って当接するように配置される
請求項１に記載の給湯機。

【請求項3】

前記第１の蓄熱タンクの前記第２段部と前記第２の蓄熱タンクとの上面における当接面がテーパ状に形成されている
請求項２に記載の給湯機。

【請求項4】

前記第２の蓄熱タンクは、
潜熱蓄熱材が収納されている
請求項１～３のいずれか一項に記載の給湯機。

【請求項5】

前記第２の蓄熱タンクは、
前記潜熱蓄熱材としてパラフィンが収納されている
請求項４に記載の給湯機。

【請求項6】

前記第１の蓄熱タンクと前記第２の蓄熱タンクとの当接面に、熱伝導性材料が配置される
請求項１～５のいずれか一項に記載の給湯機。

【請求項7】

前記第１の蓄熱タンクと前記第２の蓄熱タンクとの当接面は、板厚が前記第１の蓄熱タンクおよび前記第２の蓄熱タンクにおける他の面よりも薄く形成されている
請求項１～６のいずれか一項に記載の給湯機。

【請求項8】

前記第２の蓄熱タンクは、
内部に内周側から外周側に向かって延びるフィン形状が形成されている
請求項１～７のいずれか一項に記載の給湯機。

【請求項9】

前記沸き上げ運転において、前記第１の蓄熱タンクに貯留された前記流体は、前記下部配管から流出して、前記加熱装置で加熱され、前記上部配管を介して前記第１の蓄熱タンクの上部に流入する
請求項１～８のいずれか一項に記載の給湯機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、熱源で生成した熱を蓄える蓄熱タンクを備えた給湯機に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、熱源機で生成した熱を給湯に利用する給湯機が知られている。このような給湯機は、給湯の際に、予め熱源で生成した熱を蓄熱タンクユニットに蓄え、蓄えた熱で給水を加熱して給湯する構成となっている。給湯機で用いられる蓄熱タンクユニットでは、耐圧を向上させることを主な目的として、タンク形状を円筒形状にする技術が知られている。

【0003】

一方、従来の給湯機では、狭いスペースへの設置に対応するために、蓄熱タンクユニットの小型化が望まれている。そこで、蓄熱タンクユニットの小型化に対応するため、種々の蓄熱タンクユニットが提案されている。例えば、特許文献１には、蓄熱タンクを複数枚のプレートで形成し、隣接するプレート間の間隔を一定に保つとともに、プレート間に蓄熱材を複数配置し、プレート間に給水が流れる流路部を形成する給湯機が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２００９－９７８２５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、腐食等によってプレート部分が破損した場合、蓄熱材が給水に混合する虞があるという課題があった。

【0006】

本開示は、上記従来の技術における課題に鑑みてなされたものであって、蓄熱材の給水への混入を防ぐことができる給湯機を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示に係る給湯機は、流体を加熱する加熱装置と、前記加熱装置で加熱された前記流体を貯留することによって蓄熱する蓄熱タンクユニットとを備え、前記加熱装置で加熱された前記流体を前記蓄熱タンクユニットに貯留する沸き上げ運転と、前記蓄熱タンクユニットに蓄えられた熱を利用して給湯を行う給湯運転とを実行する給湯機であって、前記蓄熱タンクユニットは、加熱された前記流体を貯留する蓄熱部と、前記蓄熱部の上部に設けられた上部配管と、前記蓄熱部の下部に設けられた下部配管と、前記蓄熱部の外部に設けられた熱交換器と、を備え、前記蓄熱部は、前記沸き上げ運転において加熱された前記流体が流入する第１の蓄熱タンクと、前記流体とは異なる蓄熱材が収納され、前記第１の蓄熱タンクと別体で形成されるとともに、前記第１の蓄熱タンクと当接して配置される第２の蓄熱タンクとを有し、前記熱交換器は、前記第１の蓄熱タンクから流入した前記流体と、給水配管から流入した流体との間で熱交換を行わせるものであって、前記沸き上げ運転において加熱された前記流体が前記蓄熱部に流入した際に、前記第１の蓄熱タンク内の前記流体と前記第２の蓄熱タンクの前記蓄熱材との間の熱交換により、前記第２の蓄熱タンクに蓄熱され、前記第１の蓄熱タンク内に貯留された前記流体は、前記給湯運転において、前記上部配管から前記熱交換器に流入して温度が低下した後、前記下部配管を介して前記第１の蓄熱タンクの下部に流入して循環するものであって、前記第１の蓄熱タンクは、下部側に形成された第１段部と、上部側に形成され、水平面で切断したときの切断面が前記第１段部よりも小さい第２段部と、を有し、前記第２の蓄熱タンクは、前記第２段部の側面を覆って当接するように配置されるものである。

【発明の効果】

【0008】

本開示によれば、加熱された流体を貯留する蓄熱部を構成する第１の蓄熱タンクと蓄熱材が収納された第２の蓄熱タンクとが別体で形成されている。そのため、第２の蓄熱タンクが破損して内部の蓄熱材が漏れ出す場合でも、蓄熱材の給水への混入を防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】実施の形態１に係る給湯機の構成の一例を示す概略図である。

【図2】図１の蓄熱部の構造の一例を示す斜視図である。

【図3】図１の蓄熱部の構造の一例を示す上面図である。

【図4】図３に示す蓄熱部のＡ－Ａ断面図である。

【図5】実施の形態２に係る蓄熱部の構造の一例を示す斜視図である。

【図6】実施の形態２に係る蓄熱部の構造の一例を示す上面図である。

【図7】図６に示す蓄熱部のＢ－Ｂ断面図である。

【図8】図６に示す蓄熱部の変形例のＢ－Ｂ断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本開示の実施の形態について、図面を参照して説明する。本開示は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、本開示の主旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、本開示は、以下の各実施の形態に示す構成のうち、組合せ可能な構成のあらゆる組合せを含むものである。また、各図において、同一の符号を付したものは、同一のまたはこれに相当するものであり、これは明細書の全文において共通している。

【0011】

実施の形態１．
本実施の形態１に係る給湯機について説明する。本実施の形態１に係る給湯機は、時間帯別契約電力の電力単価が安価な深夜時間帯にヒートポンプ等の加熱装置を用いて流体を加熱して蓄熱し、蓄えられた熱を給湯に用いるものである。

【0012】

［給湯機１００の構成］
図１は、本実施の形態１に係る給湯機の構成の一例を示す概略図である。図１に示すように、給湯機１００は、蓄熱タンクユニット１および加熱装置２を含んで構成されている。蓄熱タンクユニット１および加熱装置２は、現地で配管接続される。蓄熱タンクユニット１および加熱装置２は、配管３および配管４で接続されている。また、蓄熱タンクユニット１には、給水配管５および給湯配管６が接続されている。給水配管５および給湯配管６は、それぞれ現地でシャワーおよび蛇口等の端末に接続される。

【0013】

（加熱装置２）
加熱装置２は、蓄熱タンクユニット１から供給される流体を加熱する加熱手段である。加熱装置２として、例えば、電気ヒーター、ガスボイラーまたはヒートポンプユニット等が用いられる。この例では、加熱装置２としてヒートポンプユニットが用いられる場合について説明する。

【0014】

加熱装置２は、圧縮機２１、加熱熱交換器２２、減圧装置２３および吸熱熱交換器２４を備えている。加熱装置２では、圧縮機２１、加熱熱交換器２２、減圧装置２３および吸熱熱交換器２４が冷媒配管によって環状に接続されることにより、二酸化炭素等の冷媒が循環する冷媒回路が形成されている。

【0015】

圧縮機２１は、低温低圧の冷媒を吸入し、吸入した冷媒を圧縮し、高温高圧の冷媒を吐出する。圧縮機２１は、例えば、運転周波数を変化させることにより、単位時間あたりの冷媒の送出量である容量が制御されるインバータ圧縮機等からなる。

【0016】

加熱熱交換器２２は、その内部に、冷媒回路を循環する冷媒が流れる冷媒側流路と、後述する沸き上げ回路を循環する流体が流れる流体側流路との２つの流路が形成されている。加熱熱交換器２２は、冷媒側流路を流れる冷媒と、流体側流路を流れる流体との間で熱交換を行う。加熱熱交換器２２は、冷媒の熱を流体に放熱して冷媒を凝縮させる凝縮器として機能する。

【0017】

減圧装置２３は、例えば膨張弁であり、冷媒を減圧して膨張させる。減圧装置２３は、例えば、電子式膨張弁などの開度の制御を行うことができる弁で構成される。

【0018】

吸熱熱交換器２４は、近傍に設けられた図示しないファン等によって供給される空気と冷媒との間で熱交換を行う。吸熱熱交換器２４は、冷媒を蒸発させ、その際の気化熱により空気を冷却する。吸熱熱交換器２４として、例えばフィンアンドチューブ型の熱交換器が用いられる。

【0019】

（蓄熱タンクユニット１）
蓄熱タンクユニット１は、加熱装置２によって加熱された流体を貯留することによって蓄熱する。蓄熱タンクユニット１は、蓄熱部１０、加熱装置用ポンプ１１、給湯用ポンプ１２、熱交換器１３および混合弁１４を備え、外部の端末に接続された給水配管５および給湯配管６が接続されている。

【0020】

蓄熱タンクユニット１では、蓄熱部１０、加熱装置用ポンプ１１、加熱装置２の吸熱熱交換器２４および蓄熱部１０を流体が循環することにより、流体を加熱する沸き上げ回路が形成される。また、蓄熱タンクユニット１では、蓄熱部１０、熱交換器１３、給湯用ポンプ１２および蓄熱部１０を流体が循環することにより、市水等の水を加熱する給湯加熱回路が形成される。沸き上げ回路および給湯加熱回路を循環する流体として、水または不凍液が用いられる。なお、水は、不凍液と比較して安価であるため、流体として水を用いることが好ましい。

【0021】

蓄熱部１０は、配管４を介して加熱装置２から供給される加熱された流体を貯留する。詳細は後述するが、蓄熱部１０の上部には、上部配管３３が設けられ、蓄熱部１０の下部には、下部配管３４が設けられている（図２～図４参照）。蓄熱部１０は、第１の蓄熱タンク３０および第２の蓄熱タンク４０で構成されている。蓄熱部１０の詳細な構成については、後述する。

【0022】

加熱装置用ポンプ１１は、蓄熱部１０の下部配管３４から流出した流体を、配管３を介して加熱装置２の加熱熱交換器２２に対して送出するように、図示しないモータによって駆動される。給湯用ポンプ１２は、蓄熱部１０の上部配管３３から流出した流体を、熱交換器１３に対して送出するように、図示しないモータによって駆動される。

【0023】

熱交換器１３は、その内部に、蓄熱部１０から流出した流体が流れる一次側流路と、給水配管５から分岐した流体が流れる二次側流路との２つの流路が形成されている。熱交換器１３は、内部に形成された２つの流路を流れる流体の間で熱交換を行う。熱交換器１３は、例えばプレート式熱交換器であり、ステンレス、アルミニウムまたは銅等の金属を平板状に加工して積層することによって形成されている。

【0024】

混合弁１４は、例えば三方弁であり、熱交換器１３に接続された第１流入口と、給水配管５から分岐した流路に接続された第２流入口と、給湯配管６に接続された流出口とを有している。混合弁１４は、第１流入口に流入する高温の流体と、第２流入口に流入する給水配管５を介して供給された市水等の流体とを混合し、流出口から流出させる。混合弁１４の下流側には、図示しない温度センサが設けられており、温度センサで検出された混合された流体の温度が設定温度となるように、混合弁１４における流体の混合比が制御される。

【0025】

［蓄熱部１０の構造］
図２は、図１の蓄熱部の構造の一例を示す斜視図である。図３は、図１の蓄熱部の構造の一例を示す上面図である。図４は、図３に示す蓄熱部のＡ－Ａ断面図である。図２～図４に示すように、蓄熱部１０は、第１の蓄熱タンク３０と、第１の蓄熱タンク３０と別体で形成された第２の蓄熱タンク４０とで構成されている。

【0026】

第１の蓄熱タンク３０は、直方体の断面形状を有する中空の角柱状に形成され、例えばステンレスで形成されている。第１の蓄熱タンク３０における側壁の厚みは、例えば、２～３ｍｍ程度である。第１の蓄熱タンク３０は、高さ方向（ｚ方向）に段部を有し、下部側の第１段部３１と、上部側の第２段部３２とで形成されている。

【0027】

第１段部３１の高さは、第２段部３２の高さに対して１．５～２倍程度となっている。また、第１段部３１における幅方向（ｘ方向）および奥行き方向（ｙ方向）のそれぞれの辺は、第２段部３２における同方向のそれぞれの辺よりも、２００ｍｍ程度長く形成されている。すなわち、幅方向（ｘ方向）および奥行き方向（ｙ方向）によって形成される水平面で第２段部３２を切断した場合の切断面は、同様に水平面で切断した第１段部３１の切断面よりも小さい。さらに、第１段部３１および第２段部３２の同一側面において、第１段部３１の側面から第２段部３２の側面までの距離は、それぞれ１００ｍｍ程度となっている。

【0028】

このように第１段部３１および第２段部３２が形成されることにより、第１の蓄熱タンク３０を上面から見た場合、第１段部３１の対角線の交点と、第２段部３２の対角線の交点とが、幅方向（ｘ方向）および奥行き方向（ｙ方向）において同一位置となっている。

【0029】

第１段部３１の上面には、上方に突出する上部配管３３が形成されている。第２段部３２の底面には、下方に突出する下部配管３４が形成されている。上部配管３３および下部配管３４は、第１の蓄熱タンク３０の内部に貯留された流体が流入出可能に形成されている。上部配管３３および下部配管３４は、第１の蓄熱タンク３０を上面側から見た場合に、第２段部３２の対角線の交点と、幅方向（ｘ方向）および奥行き方向（ｙ方向）において略同位置に形成されると好ましい。

【0030】

第２の蓄熱タンク４０は、第１の蓄熱タンク３０における第２段部３２の側面を覆って当接するように形成されている。第２の蓄熱タンク４０の外周は、第１の蓄熱タンク３０の第１段部３１の外周と同寸法となるように形成されている。また、第２の蓄熱タンク４０の内周は、第１の蓄熱タンク３０の第２段部３２の外周と同寸法となるように形成されている。

【0031】

第２の蓄熱タンク４０は、例えばステンレスで形成された直方体の断面形状を有する中空の角柱状に形成されている。第２の蓄熱タンク４０における側壁の厚みは、例えば、２ｍｍ程度であり、第１の蓄熱タンク３０における側壁と同じ、あるいは薄く形成されている。第２の蓄熱タンク４０の高さは、第１の蓄熱タンク３０における第２段部３２の高さと同等である。

【0032】

第１の蓄熱タンク３０および第２の蓄熱タンク４０には、それぞれ蓄熱材が貯えられる。第１の蓄熱タンク３０には、蓄熱材として水が貯えられる。第２の蓄熱タンク４０には、第１の蓄熱タンク３０とは異なる蓄熱材が貯えられる。具体的には、第２の蓄熱タンク４０には、蓄熱材として潜熱蓄熱材が貯えられる。潜熱蓄熱材とは、融解による固体から液体への相変化に伴い、潜熱を蓄熱する蓄熱材を示す。

【0033】

また、蓄熱材として、潜熱蓄熱材と異なる顕熱蓄熱材が挙げられる。顕熱蓄熱材とは、相変化を伴わず温度変化を利用して顕熱を蓄熱する蓄熱材を示す。第１の蓄熱タンク３０に貯えられる水は、相変化を生じないため、本用途においては顕熱蓄熱材に分類される。

【0034】

潜熱蓄熱材は、例えば、酢酸ナトリウム３水和物やチオ硫酸ナトリウム５水和物などの水和物媒体や、パラフィンなどの有機系媒体であってもよい。酢酸ナトリウム３水和物の融点の一例は５８℃であり、チオ硫酸ナトリウム５水和物の融点の一例は４８℃であり、パラフィンの融点の一例は５６℃である。また、ある温度帯におけるこれらの潜熱蓄熱材の蓄熱密度の一例は、酢酸ナトリウム３水和物が０．５４ＭＪ／Ｌであるのに対し、パラフィンは０．２８ＭＪ／Ｌである。

【0035】

ここで、酢酸ナトリウム３水和物の方が、パラフィンに比べて蓄熱密度は高いが、融点において液体から固体に相変化しない過冷却現象が発生するため、相変化の安定性に欠ける。そのため、蓄熱密度だけでなく安定性の観点から、潜熱蓄熱材としては、パラフィンなどのように相変化が安定している蓄熱材を選定することが好ましい。また、潜熱蓄熱材は、顕熱蓄熱材よりも蓄熱量が多いため、潜熱蓄熱材を蓄熱材に用いることは、給湯機１００の小型化に有利となる。

【0036】

なお、第２の蓄熱タンク４０の内周は、外周よりも板厚が薄くなるように構成すると好ましい。これは、当接する第１の蓄熱タンク３０と第２の蓄熱タンク４０との間の伝熱性能を向上させるためである。また、第１の蓄熱タンク３０における第２段部３２の板厚が、それ以外の板厚よりも薄くなるように構成することでも、同様の効果を奏することができる。

【0037】

なお、第２の蓄熱タンク４０内に、複数のフィン形状の板材が内周から外周に向かって延びるように配置されてもよい。このとき、フィン形状の板材は、例えば、熱伝導率の高いアルミニウムが望ましい。このように、フィン形状の板材が第２の蓄熱タンク４０内に配置されることにより、潜熱蓄熱材同士の熱伝導性を向上させることができ、また、第１の蓄熱タンク３０と第２の蓄熱タンク４０との間の伝熱性能を向上させることができる。

【0038】

また、第２の蓄熱タンク４０の内壁には、フッ素コーティング等の潜熱蓄熱材であるパラフィンが付着しにくい加工が施されてもよい。これにより、壁面の周囲に位置する一部の潜熱蓄熱材のみが固相から液相に変化した際に、相変化したときの体積増により発生する圧力によるタンクへの応力を緩和することができる。

【0039】

図１において、蓄熱部１０から沸き上げ回路に流体が流出する際の流出口、すなわち、蓄熱部１０から加熱装置２に流体を供給する際の流出口が下部配管３４である。下部配管３４は、給湯加熱回路を介して蓄熱部１０に流体を流入させる流入口、すなわち、熱交換器１３で熱交換された流体が流入する流入口も兼ねている。

【0040】

また、沸き上げ回路を介して蓄熱部１０に流体が流入する際の流入口、すなわち、加熱装置２で加熱された流体が蓄熱部１０に流入する際の流入口が上部配管３３である。上部配管３３は、蓄熱部１０から給湯加熱回路に流体が流出する際の流出口、すなわち、蓄熱部１０から熱交換器１３に流体を供給する際の流出口も兼ねている。

【0041】

このように、上部配管３３および下部配管３４は、２つの循環経路を流体が循環する際に、それぞれ流入出口として機能する部品である。そのため、上部配管３３および下部配管３４に、例えばＴ型の継手が設けられ、流路が２つに分岐するようになっている。

【0042】

なお、この例では、上部配管３３および下部配管３４を２つの循環回路の共用部品としているが、これに限られず、例えば、第１の蓄熱タンク３０の上面および底面のそれぞれに、流体が流入出する流入出配管がさらに設けられてもよい。

【0043】

第１の蓄熱タンク３０および第２の蓄熱タンク４０が組み合わせられて蓄熱部１０が形成される場合、これら２つのタンクの当接面には、熱伝導性グリスまたは熱伝導シート等の熱伝導性材料を配置すると好ましい。これは、第１の蓄熱タンク３０と第２の蓄熱タンク４０との間の熱伝導を促進させ、伝熱性能を向上させるためである。

【0044】

また、蓄熱部１０の外周には、図示しない断熱材が配置されてもよい。これにより、蓄熱部１０からの自然放熱を抑制することができる。このとき使用する断熱材として、例えば、平板状の真空断熱材、真空断熱材と真空断熱材との隙間を塞ぐための発泡ポリスチレンまたは発泡ポリプロピレン等の発泡断熱材、あるいは、ウレタン断熱材などが用いられる。

【0045】

さらに、この例では、第２の蓄熱タンク４０の外周が第１段部３１の外周と同寸法となり、第２の蓄熱タンク４０の内周が第２段部３２の外周と同寸法となるように形成されているように説明したが、これはこの例に限られない。例えば、第１の蓄熱タンク３０を、段部を有さないように形成し、第２の蓄熱タンク４０は、第１の蓄熱タンク３０の側面の上部側を覆うように配置されてもよい。

【0046】

［給湯機１００の動作］
上記構成を有する給湯機１００の動作について説明する。本実施の形態１に係る給湯機１００では、給湯機１００における蓄熱動作である沸き上げ運転、および、給湯機１００における給湯動作である給湯運転が行われる。

【0047】

（沸き上げ運転（蓄熱動作））
給湯機１００による沸き上げ運転（蓄熱動作）について説明する。ここでは、蓄熱部１０に貯留される流体が水である場合を例にとって説明する。沸き上げ運転は、加熱装置２によって低温の水を高温に沸き上げ、沸き上げられた水を蓄熱部１０に貯留する運転である。沸き上げ運転は、主に、深夜電力時間帯などの電気料機が安価な時間帯、あるいは、蓄熱部１０の蓄熱量が減少した場合に実施される。

【0048】

沸き上げ運転が開始されると、加熱装置２では、低温低圧のガス冷媒が圧縮機２１によって圧縮され、高温高圧のガス冷媒となって吐出される。圧縮機２１から吐出された高温高圧のガス冷媒は、加熱熱交換器２２に流入し、沸き上げ回路を流れる水と熱交換して放熱しながら凝縮し、高圧の液冷媒となって加熱熱交換器２２から流出する。

【0049】

加熱熱交換器２２から流出した高圧の液冷媒は、減圧装置２３によって減圧されて低温低圧の気液二相冷媒となる。低温低圧の気液二相冷媒は、吸熱熱交換器２４に流入し、図示しないファンによって取り込まれた空気と熱交換して吸熱および蒸発し、低圧のガス冷媒となって圧縮機２１へ吸入される。

【0050】

一方、蓄熱タンクユニット１では、加熱装置用ポンプ１１が駆動され、それによって蓄熱部１０の第１の蓄熱タンク３０の下部に貯留された水が下部配管３４から流出する。第１の蓄熱タンク３０から流出した水は、加熱装置用ポンプ１１の吸入側に吸入され、加圧されて送水される。

【0051】

加熱装置用ポンプ１１から送水された水は、配管３を介して加熱装置２の加熱熱交換器２２に流入する。加熱熱交換器２２に流入した水は、冷媒側流路を流れる冷媒と熱交換して高温水となり、加熱熱交換器２２から流出する。加熱熱交換器２２から流出した高温水は、配管４および上部配管３３を介して第１の蓄熱タンク３０の上部に流入する。

【0052】

沸き上げ運転が実施される場合、第１の蓄熱タンク３０の下部に貯えられている水は、季節にも依存するが、市水が１０℃程度となる季節であれば、１０℃程度の低温水となっている。一方、加熱装置２において、圧縮機２１から吐出される冷媒の温度は、９０℃程度である。したがって、沸き上げ運転時に加熱熱交換器２２を通過する水は、冷媒との熱交換により６５℃程度まで昇温した状態で、第１の蓄熱タンク３０に流入する。

【0053】

第１の蓄熱タンク３０に流入した高温の水は、第１の蓄熱タンク３０の壁面を介して、第２の蓄熱タンク４０内の蓄熱材を加熱する。すなわち、第１の蓄熱タンク３０および第２の蓄熱タンク４０は、熱交換器として機能する。

【0054】

ここで、第２の蓄熱タンク４０に設けられた蓄熱材の蓄熱量が少ない場合、すなわち、蓄熱材の温度が低い場合は、第１の蓄熱タンク３０に流入した水の熱は、第２の蓄熱タンク４０の蓄熱材に多く奪われる。そのため、第１の蓄熱タンク３０に流入した水の温度は、大きく低下する。

【0055】

このようにして、第１の蓄熱タンク３０への加熱された水の流入が繰り返されることにより、第２の蓄熱タンク４０の蓄熱材の温度が徐々に上昇する。そして、蓄熱材の温度が融点近傍まで到達すると、第１の蓄熱タンク３０と第２の蓄熱タンク４０との間の熱交換量が低下する。したがって、第１の蓄熱タンク３０に流入した水は、高温を維持した状態で、第１の蓄熱タンク３０に貯えられる。

【0056】

ところで、沸き上げ運転が行われることにより、蓄熱部１０では、上部に高温水が貯留され、最下部に低温水が貯留される。また、上部と最下部との間には、温度成層が形成される。沸き上げ運転が進行すると、沸き上げ量が増加することによって高温水の領域が大きくなり、温度成層が最下部に近づく。そして、最下部に貯留された水の温度が上昇し、加熱装置２の加熱熱交換器２２に流入する水の入水温度が次第に上昇する。

【0057】

一般的な給湯機では、必要な熱量を貯える、もしくは加熱装置であるヒートポンプユニットへの入水温度が上昇すると、ヒートポンプユニットの性能が低下する。そして、ヒートポンプユニットの性能が低下すると、沸き上げ運転が停止される。

【0058】

これに対して、本実施の形態１に係る給湯機１００では、沸き上げ運転時に第１の蓄熱タンク３０に流入した水は、第２の蓄熱タンク４０に伝熱することによって温度が低下する。これにより、蓄熱部１０に蓄熱される熱量に対して、蓄熱部１０から流出する水の温度は、従来の蓄熱部から流出する水の温度と比較して低くなるため、加熱装置２の性能の低下を抑制することができる。

【0059】

（給湯運転（給湯動作））
給湯機１００による給湯運転（給湯動作）について説明する。給湯運転は、シャワー、風呂の湯張り、および洗面等で所望の温度の水（湯）を利用するために、設定された給湯温度の水（湯）を給湯配管６から送出するための運転である。

【0060】

使用者によって給湯運転が指示され、給湯温度が設定されると、混合弁１４の下流側に設けられた温度センサの温度が設定給湯温度となるように、混合弁１４における開度が調整される。そして、使用者が蛇口をひねる等して給水配管５から蓄熱タンクユニット１に対して市水等の水が流入すると、給湯用ポンプ１２が駆動される。

【0061】

給湯用ポンプ１２の駆動により、第１の蓄熱タンク３０に貯留された水は、上部配管３３から流出し、熱交換器１３の一次側流路に流入する。熱交換器１３の一次側流路に流入した水は、二次側流路を流れる水と熱交換して低温水または中温水となり、熱交換器１３から流出する。このとき、第１の蓄熱タンク３０から流出した水は、熱交換器１３での熱交換により、二次側流路を流れる水を、例えば４０℃以上の高温の水に昇温させる。熱交換器１３から流出した水は、給湯用ポンプ１２の吸入側に吸入され、加圧されて送水される。給湯用ポンプ１２から送水された水は、下部配管３４を介して第１の蓄熱タンク３０の下部に流入する。

【0062】

一方、給水配管５から流入した水は、蓄熱タンクユニット１内で分岐される。このとき、分岐された一方の水は、熱交換器１３を経由して混合弁１４の第２流入口に流入し、分岐された他方の水は、熱交換器１３の二次側流路に流入する。

【0063】

熱交換器１３の二次側流路に流入した水は、一次側流路を流れる水と熱交換して高温水となり、熱交換器１３から流出する。熱交換器１３から流出した水は、混合弁１４の第１流入口に流入する。混合弁１４では、第１流入口に流入した水と、第２流入口に流入した水とが混合され、混合水は、設定給湯温度となって流出口から流出する。

【0064】

給湯運転（給湯動作）時における蓄熱部１０の蓄熱状態について説明する。蓄熱動作が完了した場合、蓄熱部１０の第１の蓄熱タンク３０では、上部が６５℃程度となり、下部が市水の温度である１０℃程度となる温度成層が形成されている。すなわち、第１の蓄熱タンク３０内の水は、上部から下部に向かうにつれて低温となり、最下部は蓄熱動作終了時の加熱装置２への入水温度と略同一となっている。

【0065】

なお、ここでは、第２の蓄熱タンク４０に第１の蓄熱タンク３０内に貯留された水の熱が十分に伝達され、第２の蓄熱タンク４０内の蓄熱材が液状に相変化して６５℃に保たれている状態を給湯初期状態とするものとする。

【0066】

給湯初期状態において給湯動作を実行した場合、第１の蓄熱タンク３０の上部配管３３から流出する水は、概ね６５℃の高温水、すなわち蓄熱状態において最も高温となっている。このような給湯初期状態から給湯運転が継続されることにより、第１の蓄熱タンク３０内の水は、下部から上部に押し上げられる。したがって、第１の蓄熱タンク３０の上部の水の温度は、給湯運転の継続に伴い、低下する。

【0067】

しかしながら、本実施の形態１では、第１の蓄熱タンク３０の上部の水の温度が低下し、第２の蓄熱タンク４０の蓄熱材の温度以下となった場合に、第２の蓄熱タンク４０の蓄熱材の熱が第１の蓄熱タンク３０の水へ伝熱する。これにより、第１の蓄熱タンク３０の上部の水が昇温する。したがって、第１の蓄熱タンク３０の第２段部３２の領域では、水の温度の低下に伴い、第２の蓄熱タンク４０から熱が補充される。

【0068】

ここで、第１の蓄熱タンク３０と第２の蓄熱タンク４０とは、別体で形成されている。そのため、腐食により第１の蓄熱タンク３０あるいは第２の蓄熱タンク４０が破損し、穴が生じた場合でも両タンク内の流体が混合することはない。したがって、本実施の形態１では、第１の蓄熱タンク３０から流出する水への第２の蓄熱タンク４０の蓄熱材の混入を防ぐことができる。

【0069】

このように、本実施の形態１に係る給湯機１００では、蓄熱する蓄熱部１０が第１の蓄熱タンク３０および第２の蓄熱タンク４０で構成されており、流体による蓄熱に加えて、水等の流体よりも蓄熱密度の高い潜熱蓄熱材が適用される。そのため、従来と同程度の熱を蓄える際には、蓄熱部１０を小型化することができる。

【0070】

また、本実施の形態１では、第１の蓄熱タンク３０に蓄えられた熱が第２の蓄熱タンク４０に供給されるので、加熱装置２であるヒートポンプで加熱される流体の温度を低下させることができる。そのため、ヒートポンプの性能低下を抑制することができ、省エネ性能の低下を抑制することができる。

【0071】

以上のように、本実施の形態１に係る給湯機１００では、蓄熱部１０を構成する第１の蓄熱タンク３０と第２の蓄熱タンク４０とが別体で形成されている。そのため、第２の蓄熱タンク４０が腐食等によって破損して内部の蓄熱材が漏れ出す場合でも、第１の蓄熱タンク３０内の流体への蓄熱材の混入を防ぐことができる。さらには、蓄熱材の給水への混入を防ぐことができる。

【0072】

また、給湯機１００では、蓄熱部１０が第１の蓄熱タンク３０および第２の蓄熱タンク４０で形成され、加熱された流体が第１の蓄熱タンク３０に流入する際に、流体と、第２の蓄熱タンク４０の蓄熱材との間で熱交換が行われ、第２の蓄熱タンク４０内に蓄熱される。これにより、第１の蓄熱タンク３０内に貯留される流体の温度が低下するので、蓄熱動作を繰り返すことによって生じる、加熱装置２に供給される流体の温度上昇が、蓄熱しながらも抑制される。そのため、加熱装置２であるヒートポンプの性能の低下を抑制し、省エネ性能の低下を抑制することができる。

【0073】

実施の形態２．
次に、本実施の形態２について説明する。本実施の形態２に係る給湯機１００は、蓄熱部１０の構造が実施の形態１と相違する。なお、本実施の形態２において、実施の形態１と共通する部分には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。

【0074】

本実施の形態２に係る給湯機１００は、蓄熱タンクユニット１に設けられた蓄熱部１０の構造を除いて、上述した実施の形態１と共通する。そのため、以下では、給湯機１００の蓄熱タンクユニット１に設けられた蓄熱部１０の構造について説明する。

【0075】

［蓄熱部１０の構造］
図５は、本実施の形態２に係る蓄熱部の構造の一例を示す斜視図である。図６は、本実施の形態２に係る蓄熱部の構造の一例を示す上面図である。図７は、図６に示す蓄熱部のＢ－Ｂ断面図である。図５～図７に示すように、蓄熱部１０は、第１の蓄熱タンク３０と、第１の蓄熱タンク３０と別体で形成された第２の蓄熱タンク４０Ａとで構成されている。

【0076】

第２の蓄熱タンク４０Ａは、第１の蓄熱タンク３０における第２段部３２の側面および上面を覆って当接するように形成されている。第２の蓄熱タンク４０Ａの外周は、実施の形態１と同様に、第１の蓄熱タンク３０の第１段部３１の外周と同寸法となるように形成されている。また、第２の蓄熱タンク４０Ａの内周は、実施の形態１と同様に、第１の蓄熱タンク３０の第２段部３２の外周と同寸法となるように形成されている。

【0077】

第２の蓄熱タンク４０の上面中央には、第１の蓄熱タンク３０の上部配管３３に対応する位置に、高さ方向（ｚ方向）に貫通する孔部４１が形成されている。これにより、第１の蓄熱タンク３０および第２の蓄熱タンク４０が組み合わせられた際に、第１の蓄熱タンク３０の上部配管３３は、孔部４１を貫通するように上方に突出する。

【0078】

第２段部３２の上面は、放熱が最も多くなる部位である。そのため、このように第２の蓄熱タンク４０によって覆われることにより、従来と比較して断熱性能が向上し、蓄えられた熱の放熱を抑制することができる。

【0079】

［蓄熱部１０の変形例］
図８は、図６に示す蓄熱部の変形例のＢ－Ｂ断面図である。図８に示すように、本実施の形態２に係る蓄熱部１０の変形例では、第１の蓄熱タンク３０における第２段部３２Ｂの上面が、上面中央からテーパ状に形成されている。また、第２の蓄熱タンク４０Ｂにおける上面内周は、第１の蓄熱タンク３０の第２段部３２Ｂの上面に沿うようにテーパ状に形成されている。これらのテーパ形状は、幅方向（ｘ方向）および奥行き方向（ｙ方向）に対して５°程度傾斜するように形成されている。

【0080】

第２の蓄熱タンク４０内の潜熱蓄熱材は、第１の蓄熱タンク３０に流入する水と熱交換した際に、上部側から相変化する。そのため、第１の蓄熱タンク３０と第２の蓄熱タンク４０との上面における当接面がテーパ状に形成されることにより、タンクに生じる応力を緩和することができる。

【0081】

以上のように、本実施の形態２に係る給湯機１００において、第１の蓄熱タンク３０は、第２段部３２の側面に加えて上面が第２の蓄熱タンク４０によって覆われて当接されている。これにより、放熱が最も多くなる第２段部３２の上面の断熱性能が向上するため、蓄えられた熱の放熱を抑制することができる。

【0082】

以上、本実施の形態１および２について説明したが、本開示は、上述した実施の形態１および２に限定されるものではなく、本開示要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。例えば、第２の蓄熱タンク４０は、第１の蓄熱タンク３０の上部を覆うように配置されることが望ましいが、これに限られず、第１の蓄熱タンク３０の中間部または下部に配置させてもよい。このように第２の蓄熱タンク４０が配置されることによっても、本実施の形態１および２の効果を奏することができる。

【0083】

ただし、第１の蓄熱タンク３０内の流体は、上部が高温となり、下部が低温となるように温度成層が形成されており、給湯動作を行うことで、このような温度成層はさらに顕著となる。また、給湯時は、第１の蓄熱タンク３０の上部の流体が熱交換器１３に供給されるため、第１の蓄熱タンク３０の上部に第２の蓄熱タンク４０の熱を供給することが望ましい。

【0084】

また、実施の形態１および２の給湯機１００では、第２の蓄熱タンク４０の潜熱蓄熱材としてパラフィンが用いられる場合について説明したが、これに限られず、蓄熱温度近傍に融点がある材料であれば、その他の潜熱蓄熱材が適用されてもよい。

【0085】

さらに、蓄熱材として、潜熱蓄熱材に限られず、顕熱蓄熱材が適用されてもよい。この場合には、第１の蓄熱タンク３０内の流体に対して、蓄熱密度の高い温度であれば、同様の効果を奏することができる。

【0086】

さらにまた、蓄熱部１０は、直方体状に形成されるように説明したが、これに限られず、例えば円筒形状に形成されてもよい。形状以外の構成を実施の形態１および２と同等にすることにより、上述した効果を奏することができ、これにより、蓄熱部１０の設置スペースの自由度は低下するものの、耐圧性能を向上させることができる。

【0087】

また、実施の形態１および２では、第１の蓄熱タンク３０および第２の蓄熱タンク４０がステンレスで形成されるように説明したが、これはこの例に限られない。内部の蓄熱材によって腐食しない材料であれば、第１の蓄熱タンク３０および第２の蓄熱タンク４０は、ステンレス以外の材料で形成されてもよい。例えば、蓄熱材によって腐食しない材料として、鉄、ニッケルクロム合金および樹脂等が挙げられる。ただし、第１の蓄熱タンク３０と第２の蓄熱タンク４０とが互いに接触する部分は、熱伝導率の高い材料で構成することが望ましい。

【符号の説明】

【0088】

１ 蓄熱タンクユニット、２ 加熱装置、３、４ 配管、５ 給水配管、６ 給湯配管、１０ 蓄熱部、１１ 加熱装置用ポンプ、１２ 給湯用ポンプ、１３ 熱交換器、１４ 混合弁、２１ 圧縮機、２２ 加熱熱交換器、２３ 減圧装置、２４ 吸熱熱交換器、３０ 第１の蓄熱タンク、３１ 第１段部、３２、３２Ｂ 第２段部、３３ 上部配管、３４ 下部配管、４０、４０Ａ 第２の蓄熱タンク、４１ 孔部、１００ 給湯機。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】