JP2003185271A - 温水器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 タンク内の蓄熱用流体とポンプ手段の駆動な
しで熱交換する水道直圧式の蓄熱式温水器を提供し、給
湯時の電動ポンプ駆動電力をなくし給湯にかかる光熱費
の低減を図る。 【解決手段】 蓄熱用流体Ｗを貯留するタンク２２を備
え、水道直結されタンク２２上部に出口２７を有する熱
交換管路２５をタンク２２内に設けたものである。給湯
使用時には、水道からの給湯用水が熱交換管路２５を流
通し、蓄熱用流体Ｗは自然対流によって給湯用水と熱交
換し、給湯は水道直圧式で出湯されるので、給湯にかか
る光熱費を低減することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、蓄熱式の温水器に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の温水器としては、例え
ば、特開２００１−１５３４５８公報に記載されている
ような温水器があった。図４は、前記公報に記載された
従来の温水器を示すものである。給湯装置１は、蓄熱用
流体を貯留するタンク２の内部に給湯用熱交換器３が配
置されている。給湯用熱交換器３は、電動ポンプ４によ
って汲み上げられた蓄熱用流体が流れる一次側通路３ａ
と、給湯用配管（給水管５と給湯管６）に接続された二
次側通路３ｂとを有し、一次側通路３ａを形成する外側
管の内部に二次側通路３ｂを形成する内側管が挿通する
二重管構造である。この給湯用熱交換器３は、タンク２
の内部で上下方向に配置されて、一次側通路３ａを上か
ら下へ向かって流れる蓄熱用流体の流れ方向と二次側通
路３ｂを下から上へ向かって流れる水の流れ方向とが対
向する対向流型として構成されている。７は蓄熱用流体
の加熱装置、８は加熱用ポンプ、９は流入管、１０は流
出管である。この構成において、加熱用ポンプ８を駆動
し、蓄熱用流体をタンク２から取り出して加熱装置７で
加熱し、タンク２内へ戻すことで蓄熱用流体に蓄熱す
る。そして、電動ポンプ４により流量を制御されつつ一
次側通路３ａへ圧送される蓄熱用流体と、給水管５を流
通してきた給湯用水は、対向流式の給湯用熱交換器３で
熱交換し、給湯用水は加熱されて給湯管６から出湯され
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来の温水器は、給湯が行われる間は必ず電動ポンプ４が
駆動されることになるので、給湯時の電力の消費に伴い
給湯の光熱費を節約できない。特に、料金の安い深夜電
力を利用するためにタンクを設けて蓄熱式の温水器とし
ても、給湯利用が集中する深夜以外の時間帯に電動ポン
プ４が駆動されることになるので、深夜電力の何倍か料
金の高い電力が消費されることになり、給湯にかかる光
熱費が高くなるという課題を有していた。

【０００４】本発明は、前記従来の課題を解決するもの
で、給湯時に電動ポンプの駆動なしで蓄熱用流体と給湯
用水の熱交換を行い、昼間の電動ポンプの駆動電力を必
要としないので、給湯にかかる光熱費の節約効果が大き
い温水器を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】前記従来の課題を解決す
るために、本発明の温水器は、蓄熱用流体を貯留するタ
ンクを備え、入口側を水道に直結され前記タンク上部に
出口を有する熱交換管路を前記タンク内に設け、前記熱
交換管路を流通する給湯用の水道水が前記蓄熱用流体と
熱交換し加熱されて給湯に利用するように構成されたも
のである。

【０００６】これによって、タンク上部の高温に蓄熱さ
れた蓄熱用流体は、熱交換管路の出口近傍から下方にわ
たる熱交換による温度低下でタンク下方へ移動し、熱交
換に寄与せず高温のままの蓄熱用流体は比重差で上方へ
移動するという現象が繰り返される。このようにして、
蓄熱用流体は自然対流によって給湯用水と熱交換し、熱
交換にポンプ手段の駆動を必要としないので、給湯時に
ポンプ手段として一般的な電動ポンプの駆動電力が不要
となる。

【０００７】

【発明の実施の形態】請求項１に記載の発明は、蓄熱用
流体を貯留するタンクと、蓄熱用流体を加熱する加熱手
段と、入口側を水道に直結されタンク上部に出口を有し
タンク内に設けられて給湯用水が蓄熱用流体と熱交換す
る熱交換管路とを備え、熱交換管路で熱交換により加熱
された水道水を給湯するように構成したことにより、給
湯は水道直圧式で出湯され、蓄熱用流体は自然対流によ
って給湯用水と熱交換し、蓄熱用流体と給湯用水の熱交
換には電動ポンプの駆動を必要としないので、給湯時の
電動ポンプ駆動電力が不要となり、給湯にかかる光熱費
を低減することができる。

【０００８】請求項２に記載の発明は、特に、請求項１
に記載の熱交換管路のタンクへの入口をタンクの下部に
設けたことにより、タンクの下部から熱交換が促進され
るので、給湯使用による放熱でタンク全体の蓄熱用流体
の温度が低下し、次の給湯に必要な高温度を下回って給
湯が不可能になることを防ぎ、タンク上部は比較的高温
のまま保たれて下部は給水温度に近づくようになるの
で、蓄熱用流体を再度高温化することなどなく、タンク
内の熱量を効率よく給湯に利用可能となり、給湯にかか
る光熱費を低減することができる。

【０００９】請求項３に記載の発明は、特に請求項１〜
２記載の発明において、タンク内の下部から蓄熱用流体
を取り出して加熱手段へ供給し、加熱手段で加熱された
蓄熱用流体をタンク内の上部へ戻す流体加熱用通路を備
えたことにより、蓄熱用流体が放熱しタンク内が冷めた
状態からタンク内を加熱し蓄熱していく過程において、
蓄熱用流体をタンク内の下部から取り出して加熱手段で
加熱しタンク内の上部へ戻すことで、タンク内に高温の
上部層と低温の下部層に分かれる温度成層を形成するこ
とができるので、蓄熱量よりも給湯使用量が上回ってタ
ンク内が放熱し尽くした、いわゆる湯切れが生じた場合
でも、タンク内全域を加熱・高温化せずに必要量だけ上
部から高温化できるので、蓄熱に必要なエネルギーを節
約でき、給湯にかかる光熱費を低減することができる。

【００１０】請求項４に記載の発明は、特に請求項１〜
３に記載の温水器を、深夜電気料金制度を利用して深夜
時間帯にタンク内の蓄熱用流体に給湯熱量を蓄熱するよ
うに加熱手段を運転する夜間蓄熱式の温水器としたこと
により、昼間の給湯使用時にもポンプ手段として一般的
な電動ポンプの駆動電力が不要となり、深夜電力のみで
給湯に必要な電力を賄うことも可能となるので、深夜電
気料金制度により給湯にかかる光熱費を低減することが
できる。

【００１１】請求項５に記載の発明は、特に請求項１〜
４に記載の加熱手段を、圧縮機、放熱器、減圧手段、蒸
発器である大気熱交換器を有するヒートポンプユニット
としたことにより、ヒートポンプサイクルにおいては、
成績係数（ＣＯＰ＝加熱能力／消費電力）が少なくとも
１以上で運転することができ、条件によっては３程度の
成績係数にできるので、蓄熱用流体の加熱に必要な電力
は電気ヒーターを用いた場合の１／３にすることがで
き、大幅な光熱費の節約を実現することができる。ま
た、蓄熱用流体を給湯用の温度（例えば６５〜９０℃）
までヒートポンプサイクルで加熱する場合、加熱前の蓄
熱用流体の温度が低いほど高圧圧力を低くできるので成
績係数が向上する。従って、給湯用水道水の温度近傍ま
で温度低下しタンク下部に貯められた蓄熱用流体をヒー
トポンプサイクルにて加熱することにより成績係数がさ
らに向上し、よりいっそうの省電力運転を行い光熱費の
低減を図ることができる。

【００１２】請求項６に記載の発明は、特に請求項１〜
５記載の発明において、熱交換管路をタンク下部の入口
から上部の出口にわたりタンク壁面に近接して略平行に
設けるとともに、熱交換管路のタンク壁面と反対側に拡
散防止手段を備え、放熱した蓄熱用流体の拡散を防止し
タンク内を熱交換領域と蓄熱領域に略分割したことによ
り、拡散防止手段により熱交換管路の近傍の熱交換領域
のみで熱交換が促進されるので、タンク全体が均一に温
度低下するのを防ぎ、タンク内の蓄熱領域の温度成層を
保持し、タンク内の熱の給湯利用効率を向上し、給湯に
かかる光熱費を低減することができる。

【００１３】請求項７に記載の発明は、特に請求項６記
載の発明において、熱交換領域と蓄熱領域とを連通する
ように上部および下部の両方を開口した拡散防止板を備
え、拡散防止板の上部開口部と下部開口部の少なくとも
一方の開口面積を変化可能に構成したことにより、開口
面積を変化させることで、上部開口部からタンク内の熱
交換領域を経て下部開口部へ対流により流れる蓄熱用流
体の流通抵抗を変えることができるので、熱交換領域の
自然循環の流量を制御し、熱交換後に下部開口部を通っ
て蓄熱領域に流入する蓄熱用流体の温度を加熱前の給湯
用水の温度近傍まで低減できる。これにより、タンク内
の蓄熱領域の温度成層を保持するとともに上下温度差を
大きくすることができ、タンク内の熱の給湯利用効率を
向上し、給湯にかかる光熱費を低減することができる。

【００１４】請求項８に記載の発明は、特に請求項７記
載の発明において、給湯温度よりも高く設定した目標温
度を有する制御手段と、熱交換管路から流出する給湯用
水の温度を検出する温度検出手段と、加熱され熱交換管
路から流出した給湯用水と未加熱の給湯用水とを混合す
る混合手段とを備え、制御手段は温度検出手段の温度信
号に基づき目標温度以上となるように拡散防止板の開口
面積を変化させて給湯用水を加熱するとともに、前記給
湯用水を混合手段によって未加熱の給湯用水と混合する
ことにより、給湯用水の温度を給湯温度に低下する構成
としたことにより、熱交換管路から流出する給湯用水の
温度を検出してタンク内熱交換領域の自然循環流量を制
御手段の作用によって調節することにより、給湯用水を
目標温度以上まで加熱するために必要十分な流量の蓄熱
用流体を熱交換領域に流通させることができる。その結
果、蓄熱用流体が下部開口部を通って蓄熱領域に流入す
るときには、この蓄熱用流体の温度を加熱前の給湯用水
の温度近傍まで確実に低下させることができるので、タ
ンク内の熱の給湯利用効率を向上し、給湯にかかる光熱
費を低減することができる。

【００１５】

【実施例】以下本発明の実施例について、図面を参照し
ながら説明する。

【００１６】（実施例１）図１は、本発明の第１の実施
例における温水器の構成の模式図を示すものである。

【００１７】図１において、２１は一般家庭用として使
用される深夜電力利用夜間蓄熱式の電気温水器で、蓄熱
用流体Ｗを貯留するタンク２２、このタンク２２内の蓄
熱用流体Ｗを加熱する加熱手段２３（後述する）、給水
源２４に水道直結されこの中を流通する水道水（給湯用
水）と蓄熱用流体Ｗとを熱交換させる熱交換管路２５等
により構成されている。蓄熱用流体Ｗは、主成分が水で
あり、防腐剤、凍結防止剤、ＬＬＣ等が必要に応じて添
加されている。タンク２２は例えば金属製の圧力タンク
であり、タンク２２内の蓄熱用流体Ｗに蓄えられた熱が
タンク２２の壁面より大気中へ放出されることを低減す
るために、タンク２２の外周をグラスウールやウレタン
等の断熱材で覆っても良い。熱交換管路２５は給水源２
４からつながり入口２６からタンク２２に挿入され、タ
ンク２２内で螺旋状に巻かれて蓄熱用流体Ｗとの十分な
熱交換面積を確保し、タンク２２上部に設けた出口２７
からタンク外へ延びている。加熱手段２３は、内部に電
気ヒーター２８を有する筒体によって形成され、筒体の
一方は流入管２９、他方は流出管３０に接続されて、流
体加熱用通路である流入管２９および流入管２９の途中
に設けた電動ポンプ３１と流出管３０とを介してタンク
２２に接続されている。そして、流入管２９の上流端は
タンク２２内の略底部に開口し、流出管３０の下流端は
タンク２２内の略頂部に開口している。

【００１８】以上のように構成された温水器について、
以下その動作、作用を説明する。

【００１９】まず、深夜時間に深夜電力を利用して電動
ポンプ３１を運転し、流入管２９に設けられた電動ポン
プ３１が作動することでタンク２２内の蓄熱用流体Ｗが
循環し、電気ヒーター２８に通電して蓄熱用流体Ｗを加
熱する。流入管２９はタンク２２内の底部に開口し流出
管３０はタンク２２内の上部に開口しているので、加熱
手段２３の電気ヒーター２８により加熱された蓄熱用流
体Ｗが流出管３０を通じてタンク２２内の上部へ送り込
まれるため、タンク２２内の上部側から下部側へ向かっ
て順次蓄熱用流体Ｗに蓄熱されていく。なお、タンク２
２内の蓄熱用流体Ｗは、家庭の一日分の給湯使用量に応
じた蓄熱量を確保できれば良いため、必ずしもタンク２
２内の蓄熱用流体全体が高温に維持されている必要はな
い。従って、給湯使用量が少ない家庭では、例えばタン
ク２２内の半分程度の蓄熱用流体Ｗに蓄熱されていれば
良い。この場合、タンク２２内では、図１に示すよう
に、蓄熱用流体Ｗの温度による比重差によって、タンク
２２内の上部側から下部側へ向かって温度の高い蓄熱用
流体Ｗ１、中間温度の蓄熱用流体Ｗ２、加熱手段２３で
加熱されず給湯用水道水の温度である給水温度と同程度
の低温の蓄熱用流体Ｗ３に自然に分離され、中間温度の
蓄熱用流体Ｗ２は、温度の高い蓄熱用流体Ｗ１と温度の
低い蓄熱用流体Ｗ３との間を断熱する役割も果たしてお
り、その厚みは蓄熱用流体全体に比べれば僅かである。

【００２０】深夜時間に料金の安い深夜電力を利用して
タンク２２内に蓄熱した後、使用者が給湯栓（図示せ
ず）を開くと、給水源２４から給湯用水が熱交換管路２
５に流通し、蓄熱用流体Ｗの熱エネルギーを受けて加熱
され給湯利用される。このとき、タンク２２上部の高温
に蓄熱された蓄熱用流体Ｗ１は、出口２７近傍の高さか
ら下方にわたり配設された熱交換管路２５との熱交換に
よる温度低下でタンク２２下方へ移動し、熱交換に寄与
せず高温のままの蓄熱用流体Ｗ１は比重差で上方へ移動
するという現象が繰り返される。このようにして、給湯
は水道直圧式で出湯され、蓄熱用流体は自然対流によっ
て給湯用水と熱交換し、蓄熱用流体Ｗと給湯用水の熱交
換にポンプ手段の駆動を必要としないので、給湯時にポ
ンプ手段として一般的な電動ポンプの駆動電力が不要と
なり、給湯にかかる光熱費を低減することができる。さ
らに、蓄熱用流体Ｗと給湯用水の熱交換に電動ポンプを
用いると、電動ポンプには蓄熱した高温の蓄熱用流体Ｗ
が流れることになり、電動ポンプを形成する材料の耐熱
性や内蔵モーターの耐熱性といった信頼性に十分な注意
が必要となるが、そういった問題も生じることがない。
また、水道直圧式となることによりタンク貯湯による給
湯圧力の制限（小型ボイラーの規制）がなくなり、２階
や３階給湯といった利用範囲も広がる。

【００２１】さらに給湯を続けると、蓄熱用流体Ｗ１は
熱エネルギーを奪われて温度低下するが、給湯用水道水
の温度である給水温度よりも低温にはならないので、タ
ンク２２内の蓄熱用流体Ｗ１の領域で自然対流による温
度低下が進む。万一、給湯に必要な温度と同程度まで蓄
熱用流体Ｗ１の温度低下が進むと給湯は不可能となる、
いわゆる「湯切れ」が発生するので、その場合は再度加
熱手段２３による加熱蓄熱運転を開始することもでき
る。この場合も深夜時間の運転と同様に蓄熱用流体Ｗを
タンク２２内の下部から電動ポンプ３１により取り出し
て電気ヒーター２８で加熱しタンク２２内の上部へ戻
す。したがって、タンク２２内に高温の上部層と低温か
ら中温の加熱していない下部層に分かれる温度成層を形
成することができるので、湯切れが生じた場合でも再度
タンク内全域を加熱・高温化せずに必要量だけ上部から
高温化できるので、蓄熱に必要な加熱用電力を節約で
き、給湯にかかる光熱費を低減することができる。

【００２２】そして一日の給湯使用が終了すると、深夜
時間帯に次の日の一日分の給湯量を賄うだけの給湯熱量
を蓄熱するように加熱手段２３を運転する。このよう
に、料金の安い深夜時間帯に一日分の給湯量を賄うだけ
加熱蓄熱する夜間蓄熱式の電気温水器２１とし、昼間の
給湯使用時にも電動ポンプなどを駆動せず給水源２４の
圧力で出湯できるので、湯切れが生じない家庭では深夜
電力のみで給湯に必要な電力を賄うことも可能となり、
深夜電気料金制度により給湯にかかる光熱費を低減する
ことができる。

【００２３】（実施例２）図２は、本発明の第２の実施
例における温水器の構成の模式図を示すものである。

【００２４】図２において、夜間蓄熱式電気温水器２１
は、タンク３２と加熱手段であるヒートポンプユニット
３３、熱交換管路３４等により構成されている。タンク
３２は、空気孔３２ａを通じて大気に開放され、タンク
３２内部が大気圧に保たれている。このタンク３２は、
例えば樹脂材料で構成され、直方体形状に形成されてい
る。そして、タンク３２内の蓄熱用流体Ｗに蓄えられた
熱がタンク３２の壁面より大気中へ放出されることを低
減するために、タンク３２の外周をグラスウールやウレ
タン等の断熱材で覆っても良い。このタンク３２内には
熱交換管路３４と拡散防止板３５が設けられ、熱交換管
路３４は給水源２４につながりタンク３２の下部に設け
た入口２６からタンク３２に挿入され、タンク３２内で
蛇行状に上方に延びて蓄熱用流体Ｗとの十分な熱交換面
積を確保し、タンク３２壁面に近接して略平行に設けら
れ、タンク２２上部に設けた出口２７からタンク外へと
配管されている。拡散防止板３５は板状の断熱材であ
り、蛇行状の熱交換管路３４から見て近接するタンク壁
面と反対側に対向し、拡散防止板３５の上方には蓄熱用
流体通路上３６を形成するようにタンク３２内天面との
間隙を設け、拡散防止板３５の下方にはタンク３２底面
との間隙に蓄熱用流体通路下３７を形成するように配設
され、タンク３２内を熱交換管路３４を有する熱交換領
域Ａ１と蓄熱領域Ａ２に分割している。

【００２５】ヒートポンプユニット３３は、例えば炭酸
ガスを冷媒として使用することにより、高圧側の冷媒圧
力が冷媒の臨界圧力以上となる超臨界ヒートポンプサイ
クルを使用している。このヒートポンプユニット３３
は、圧縮機３８、放熱器３９、膨張弁４０、蒸発器４１
を順に冷媒配管で環状に接続したヒートポンプサイクル
と、タンク３２内の蓄熱用流体Ｗを循環させる電動ポン
プ３１から構成されている。圧縮機３８は、内蔵する電
動モータ（図示しない）によって駆動され、蒸発器４１
より吸引した気相冷媒を臨界圧力以上まで圧縮して吐出
する。放熱器３９は、冷媒と蓄熱用流体Ｗとを熱交換す
るもので、例えば冷媒が流れる冷媒通路（図示せず）と
蓄熱用流体Ｗが流れる蓄熱用流体通路（図示せず）とが
二重管構造に設けられ、且つ冷媒の流れ方向と蓄熱用流
体Ｗの流れ方向とが対向するように構成された対向流式
の熱交換器である。膨張弁４０は、放熱器３９から流出
する冷媒を減圧して蒸発器４１に供給する。蒸発器４１
は、膨張弁４０で減圧された冷媒を大気との熱交換によ
って蒸発させ、気相冷媒を圧縮機３８に吸引させる。

【００２６】放熱器３９の蓄熱用流体通路は、流入管２
９と流出管３０を介してタンク３２に接続され、流入管
２９に設けられた電動ポンプ３１が作動することでタン
ク３２内の蓄熱用流体Ｗが循環する。但し、流入管２９
の上流端はタンク３２内の略底部に開口し、流出管３０
の下流端はタンク３２内の略頂部に開口している。これ
により、放熱器３９で冷媒との熱交換により加熱された
蓄熱用流体Ｗが流出管３０を通じてタンク３２内の上部
へ送り込まれるため、タンク３２内の上部側から下部側
へ向かって順次蓄熱用流体Ｗに蓄熱されていく。

【００２７】以上のように構成された温水器について、
以下その動作、作用を説明する。

【００２８】タンク３２内の蓄熱用流体Ｗは、例えば深
夜電力を利用して加熱手段であるヒートポンプユニット
３３を運転し、その内部の圧縮機３８と電動ポンプ３１
を作動させることにより、必要量だけ加熱されて蓄熱さ
れる。その後、使用者が給湯栓（図示しない）を開く
と、給水源２４から給湯用水が熱交換管路３４に流通
し、蓄熱用流体Ｗの熱エネルギーを受けて加熱され給湯
利用される。このとき、タンク３２上部の高温に蓄熱さ
れた蓄熱用流体Ｗ１のうち熱交換領域Ａ１にあるもの
は、縦長の熱交換領域Ａ１にある熱交換管路３４と、上
部から下部にわたって熱交換し温度低下する。温度低下
した熱交換領域Ａ１の蓄熱用流体Ｗ１は比重差によりタ
ンク３２下方へ移動し、さらに蓄熱用流体通路下３７を
通ってタンク底面に拡がる。この作用により蓄熱領域に
Ａ２あった蓄熱用流体Ｗ１が蓄熱用流体通路上３６から
熱交換領域Ａ１に引き込まれ、給湯用水との熱交換で温
度低下してタンク底面に移動し、蓄熱用流体通路下３７
を経て蓄熱領域Ａ２に流入するという自然循環を繰り返
し、蓄熱用流体Ｗの循環用に電動ポンプを設けることな
く運転できる。

【００２９】このとき、熱交換管路３４の入口２６はタ
ンク下部にあり出口２７はタンク上部にあるので、給湯
用水はタンクの下部から上部にかけて順に熱交換が促進
されて水道水温から給湯に必要な温度まで上昇し、蓄熱
用流体Ｗはタンク上部の高温から熱交換して下部へ移動
するうちに給水温度近傍まで温度低下し、蓄熱領域Ａ２
の蓄熱用流体Ｗ３とほぼ等しい温度になる。よって、タ
ンク上部は比較的高温のまま保たれて下部は給水温度に
近づくようになるので、給湯使用による放熱でタンク全
体の蓄熱用流体Ｗの温度が低下し、次の給湯に必要な高
温度を下回って給湯が不可能になることを防ぎ、タンク
内の熱量を効率よく給湯に利用可能となり、給湯にかか
る光熱費を低減することができる。

【００３０】また、タンク３２内に断熱材料でできた拡
散防止板３５を設けて熱交換領域Ａ１と蓄熱領域Ａ２に
分離し、熱交換領域Ａ１に熱交換管路３４を配設してそ
の下部から上部へと給湯用水を流通させるので、拡散防
止板３５が前述の蓄熱用流体Ｗの熱交換領域Ａ１と蓄熱
領域Ａ２との自然循環を促し、熱交換管路３４近傍の熱
交換領域Ａ１のみで熱交換が行われるので、タンク３２
全体が均一に温度低下するのを防ぎ、タンク３２内の蓄
熱領域Ａ２の温度成層を保持し、タンク内の熱の給湯利
用効率を向上し、給湯にかかる光熱費を低減することが
できる。

【００３１】そして一日の給湯使用が終了すると、深夜
時間帯にヒートポンプユニット３３を運転して蓄熱用流
体Ｗを加熱しタンク３２内に蓄熱する。このときヒート
ポンプサイクルにおいては、成績係数（ＣＯＰ＝加熱能
力／消費電力）が少なくとも１以上で運転することがで
き、条件によっては３程度の成績係数にできるので、蓄
熱用流体Ｗの加熱に必要な電力は電気ヒーターを用いた
場合の１／３にすることができ、大幅な光熱費の節約を
実現することができる。また、蓄熱用流体Ｗを給湯用の
温度（例えば６５〜９０℃）までヒートポンプサイクル
で加熱する場合、加熱前の蓄熱用流体Ｗの温度が低いほ
ど高圧圧力を低くできるので成績係数が向上する。従っ
て、前述の自然循環作用により給水温度近傍まで温度低
下されてタンク下部に貯められた蓄熱用流体Ｗをヒート
ポンプサイクルにて加熱することにより成績係数がさら
に向上し、よりいっそうの省電力運転を行い光熱費の低
減を図ることができる。

【００３２】また、本実施例では大気開放型のタンク３
２を使用しているので、有圧タンク（密閉型タンク）の
ような耐圧設計が不要となるため、タンク３２を樹脂に
よって成形することができる。この場合、通常タンク材
料として用いられるステンレス鋼加工に必要なプレス工
程や溶接工程が不要となり、従来より製作コストを低く
抑えることができる。また、有圧タンクを使用する構成
に必要となる減圧弁、圧力逃がし弁、負圧作動弁、缶体
保護弁等の部品が不要となる。更に、有圧タンクのよう
に、耐圧上から円筒形状とする必要がなく、タンク形状
の設計自由度を高くできる。

【００３３】（実施例３）図３は、本発明の第３の実施
例における温水器の構成の模式図を示すものである。

【００３４】図３において、拡散防止板３５の上方には
上部開口部である蓄熱用流体通路上３６を形成するよう
にタンク３２内天面との間隙を設けるとともに、拡散防
止板３５の下方にはタンク３２底面との間隙に下部開口
部である蓄熱用流体通路下３７を形成している。この蓄
熱用流体通路下３７の開口面積を変化することができる
ようにラック４２を有する可動板４３、ピニオン４４を
有するモータ４５とが設けられて、ラック＆ピニオン機
構を構成している。給水源２４につながる熱交換管路３
４の入口２６上流には、熱交換管路３４に分岐接続され
た分岐配管４６を有し、この分岐配管４６の下流端は熱
交換管路３４の出口２７下流に設けられた混合手段であ
る混合弁４７に接続され、加熱され熱交換管路３４から
流出した給湯用水と、未加熱の分岐配管４６より流入す
る給湯用水とを混合弁４７で混合し出湯するように構成
されている。さらに熱交換管路３４には、出口２７下流
に熱交換管路３４から流出する給湯用水の温度を検出す
る温度検出手段であるサーミスタ４８が設けられてい
る。制御手段４９は、サーミスタ４８およびモータ４５
と電気的に接続され、伝送されたサーミスタ４８の温度
信号に基づき、モータ４５を駆動して可動板４３を上下
させ拡散防止板３５の開口面積を変化させるようになっ
ている。

【００３５】以上のように構成された温水器について、
以下その動作、作用を説明する。

【００３６】使用者が給湯栓（図示せず）を開くと、給
水源２４から給湯用水が熱交換管路３４に流通し、蓄熱
用流体Ｗの熱エネルギーを受けて加熱され混合弁４７に
流入する。混合弁４７では流入した高温湯と分岐配管４
６より流入する水の流量比を可変し、３５〜５０℃程度
の給湯の適温（例えば４０℃）まで給湯用水の温度を給
湯すべき温度まで低下し出湯する。同時にタンク３２内
では、タンク３２上部の高温に蓄熱された蓄熱用流体Ｗ
１のうち熱交換領域Ａ１にあるものは、熱交換管路３４
と上部から下部にわたって熱交換し温度低下する。温度
低下した熱交換領域Ａ１の蓄熱用流体Ｗ１は比重差によ
りタンク３２下方へ移動し、さらに蓄熱用流体通路下３
７を通ってタンク底面に拡がる。この拡散防止板３５の
下部開口部である蓄熱用流体通路下３７を蓄熱用流体Ｗ
が通るとき、その開口面積によって流通抵抗が異なるの
で、熱交換領域Ａ１を下方へ移動する蓄熱用流体Ｗの移
動量を開口面積によって変化させることができる。そし
て、この蓄熱用流体Ｗの下方への移動作用により蓄熱領
域にＡ２あった蓄熱用流体Ｗ１が蓄熱用流体通路上３６
から熱交換領域Ａ１に引き込まれ、蓄熱用流体Ｗの自然
循環が繰り返される。このとき、制御手段４９は給湯の
適温（４０℃）より高い温度（例えば５５℃）を目標温
度として有しており、サーミスタ４８の温度信号に基づ
いて熱交換管路３４から流出する給湯用水の温度を最低
５５℃以上になるようにモータ４５を駆動し、蓄熱用流
体通路下３７の開口面積をモータ４５駆動による可動板
４３の上下移動により変化させることで、タンク３２内
熱交換領域Ａ１の自然循環流量を調節する。

【００３７】このように、蓄熱用流体通路下３７の開口
面積をモータ４５駆動による可動板４３の上下移動によ
り変化させることで、蓄熱用流体Ｗの自然循環の流通抵
抗を変えることができるので、熱交換領域Ａ１の自然循
環流量を制御し、熱交換後に蓄熱用流体通路下３７を通
って蓄熱領域Ａ２に流入する蓄熱用流体Ｗの温度を加熱
前の給湯用水の温度近傍まで低減できる。これにより、
タンク内の蓄熱領域の温度成層を保持するとともに上下
温度差を大きくすることができ、タンク内の熱の給湯利
用効率を向上し、給湯にかかる光熱費を低減することが
できる。

【００３８】さらに、制御手段４９がサーミスタ４８の
温度信号に基づいてモータ４５を駆動し、開口面積を変
化させるので、熱交換管路３４から流出する給湯用水の
温度を給湯に必要な５５℃を下回らない限度まで循環流
量を低下させることができる。したがって、蓄熱用流体
Ｗが蓄熱用流体通路下３７を通って蓄熱領域Ａ２に流入
するときには、この蓄熱用流体の温度を加熱前の給湯用
水の温度近傍まで確実に低下させることができるので、
タンク内の熱の給湯利用効率を向上し、給湯にかかる光
熱費を低減することができる。

【００３９】なお、本実施例では拡散防止板３５の下部
開口部である蓄熱用流体通路下３７の開口面積を可動板
４３とそのラック＆ピニオン機構により可変する構成を
例に挙げて説明したが、下部開口部でなく上部開口部で
あっても、あるいは上部開口部と下部開口部の両方でも
同様の作用、効果が得られ、ラック＆ピニオン機構以外
の開口面積可変手段を用いてもよい。

【００４０】また、本実施例では混合手段である混合弁
４７を電気温水器２１を構成する要素として説明した
が、端末である給湯栓に混合手段を備えたものでも同様
の作用、効果が得られることは明らかである。

【００４１】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、蓄熱用
流体と給湯用水の熱交換にポンプ手段の駆動を必要とし
ないので、給湯時にポンプ手段として一般的な電動ポン
プの駆動電力が不要となり、給湯にかかる光熱費を低減
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１の温水器の構成図

【図２】本発明の実施例２の温水器の構成図

【図３】本発明の実施例３の温水器の構成図

【図４】従来の温水器の構成図

【符号の説明】

２１ 電気温水器（夜間蓄熱式温水器） ２２、３２ タンク ２３ 加熱手段 ２５、３４ 熱交換管路 ２６ 入口 ２７ 出口 ２９ 流入管（流体加熱用通路） ３０ 流出管（流体加熱用通路） ３３ ヒートポンプユニット（加熱手段） ３５ 拡散防止板 ３６ 蓄熱用流体通路上（上部開口部） ３７ 蓄熱用流体通路下（下部開口部） ３８ 圧縮機 ３９ 放熱器 ４０ 膨張弁（減圧手段） ４１ 蒸発器 ４７ 混合弁（混合手段） ４８ サーミスタ（温度検出手段） ４９ 制御手段 Ａ１ 熱交換領域 Ａ２ 蓄熱領域 Ｗ 蓄熱用流体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 渡辺 竹司 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 今林 敏 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 松本 聡 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 3L036 AB07

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 蓄熱用流体を貯留するタンクと、前記蓄
   熱用流体を加熱する加熱手段と、入口側を水道に直結さ
   れ前記タンク上部に出口を有し前記タンク内に設けられ
   て給湯用水が前記蓄熱用流体と熱交換する熱交換管路と
   を備え、前記熱交換管路で熱交換により加熱された水道
   水を給湯する温水器。
2. 【請求項２】 熱交換管路のタンクへの入口を前記タン
   クの下部に設けた請求項１記載の温水器。
3. 【請求項３】 タンク内の下部から蓄熱用流体を取り出
   して加熱手段へ供給し、前記加熱手段で加熱された前記
   蓄熱用流体を前記タンク内の上部へ戻す流体加熱用通路
   を備えた請求項１または２記載の温水器。
4. 【請求項４】 加熱手段は深夜電気料金制度を利用して
   深夜時間帯に運転する請求項１〜３のいずれか１項記載
   の温水器。
5. 【請求項５】 加熱手段は、圧縮機、放熱器、減圧手
   段、蒸発器である大気熱交換器を有するヒートポンプユ
   ニットとした請求項１〜４のいずれか１項記載の温水
   器。
6. 【請求項６】 熱交換管路をタンク下部の入口から上部
   の出口にわたりタンク壁面に近接して略平行に設けると
   ともに、前記熱交換管路の前記タンク壁面と反対側に拡
   散防止板を備え、放熱した蓄熱用流体の拡散を防止しタ
   ンク内を熱交換領域と蓄熱領域に略分割した請求項１〜
   ５のいずれか１項記載の温水器。
7. 【請求項７】 熱交換領域と蓄熱領域とを連通するよう
   に上部および下部の両方を開口した拡散防止板を備え、
   前記拡散防止板の上部開口部と下部開口部の少なくとも
   一方の開口面積を変化可能に構成した請求項６に記載の
   温水器。
8. 【請求項８】 給湯温度よりも高く設定した目標温度を
   有する制御手段と、熱交換管路から流出する給湯用水の
   温度を検出する温度検出手段と、加熱され熱交換管路か
   ら流出した給湯用水と未加熱の給湯用水とを混合する混
   合手段とを備え、前記制御手段は前記温度検出手段の温
   度信号に基づき前記目標温度以上となるように拡散防止
   板の開口面積を変化させて給湯用水を加熱するととも
   に、前記給湯用水を前記混合手段によって未加熱の給湯
   用水と混合することにより、給湯用水の温度を給湯温度
   に低下する請求項７に記載の温水器。