JP7037094B1

JP7037094B1 - 給湯装置

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Publication number: JP7037094B1
Application number: JP2020165038A
Authority: JP
Inventors: 泰大河野; 栄穂阪口
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 2020-09-30
Filing date: 2020-09-30
Publication date: 2022-03-16
Anticipated expiration: 2040-09-30
Also published as: JP2022057004A; CN116209863A; EP4202315A1; WO2022071207A1; US20230228458A1; CA3191758A1; EP4202315A4

Abstract

【課題】高温層が崩れてしまうことを抑制しながら、中温層の水を昇温できる給湯装置を提供する。【解決手段】給湯装置（20）は、中温層（M）の水を加熱部（13）に送る第１流路（41）と、加熱部（13）で加熱した水をタンク（30）に戻す第２流路（42）とを備える。第２流路（42）の流出口（42a）は、第１流路（41）の流入口（41a）よりも低い位置にある。【選択図】図５

Description

本開示は、給湯装置に関する。

加熱部によって温水を生成するとともに、生成した温水をタンクから対象へ供給する給湯装置が知られている。

特許文献１には、タンク内に低温層、中温層、および高温層を形成するように構成された給湯装置が開示されている。給湯装置では、低温層の水を加熱部で加熱した後、中温層へ戻す動作と、中温層の水を加熱部で加熱した後、高温層へ戻す動作とが実行される。これらの動作により、タンク内には、その下端部から上端部に向かって低温層、中温層、および高温層が形成される（同文献の図７を参照）。これにより、タンク内に高温層のみを形成する場合と比較して、タンクにおける放熱ロスが小さくなる。

国際公開第２０１６／００１９８０号

タンクに低温層、中温層、および高温層を形成するように構成された給湯装置において、本願発明者らは、中温層の水を加熱部で加熱し、中温層の水を昇温する動作を実行することを創出した。しかし、この場合には、中温層の戻り水によって高温層がかき混ぜられてしまい、高温層が崩れてしまうという問題が生じる。

本開示の目的は、高温層が崩れてしまうことを抑制しながら、中温層の水を昇温できる給湯装置を提供することである。

第１の態様は、水を加熱する加熱部（13）と、該加熱部（13）で加熱した水を貯留するタンク（30）とを備え、該タンク（30）の下端から上端に向かって低温層（L）、中温層（M）、および高温層（H）を形成するように構成された給湯装置であって、前記中温層（M）の水を前記加熱部（13）に送る第１流路（41）と、前記加熱部（13）で加熱した水を前記タンク（30）に戻す第２流路（42）とを備え、前記第２流路（42）の流出口（42a）が前記第１流路（41）の流入口（41a）よりも低い位置にある。

第１の態様では、中温層（M）の水を第１流路（41）を介して加熱部（13）に送り、加熱部（13）で加熱した水を第２流路（42）を介してタンク（30）へ戻すことができる。第２流路（42）の流出口（42a）は、第１流路（41）の流入口（41a）よりも低い位置にあるため、高温層（H）から第１流路（41）の流入口（41a）までの距離が比較的長くなる。したがって、第１流路（41）からの戻り水によって高温層（H）の水がかき混ぜられてしまうことを抑制できる。

第２の態様は、第１の態様の給湯装置において、前記加熱部（13）で加熱した水を前記タンク（30）の前記高温層（H）に戻す第３流路（43）を備える。

第２の態様では、第１流路（41）を介して加熱部（13）で加熱した中温層（M）の水を、第３流路（43）を介して高温層（H）に戻すことができる。第１流路（41）の流入口（41a）は、第２流路（42）の流出口（42a）よりも高い位置にあるため、比較的高い温度の水を第１流路（41）に送ることができる。このため、加熱部（13）の出入口の水の温度差を小さくできるため、加熱部（13）を流す水の流量を増大できる。この結果、高温層（H）の水を高速で作ることができる。

第３の態様は、第２の態様の給湯装置において、前記低温層（L）または水源の水を前記加熱部（13）へ送る第４流路（44）を備える。

第３の態様では、低温層（L）または水源の水を第４流路（44）を介して加熱部（13）へ送るとともに、加熱部（13）で加熱した水を第２流路（42）を介してタンク（30）における第１流路（41）の流入口（41a）よりも下側へ戻すことできる。第２流路（42）からの戻り水の温度が、第２流路（42）の流出口（42a）付近の温度よりも高い場合には、この戻り水により中温層（M）の熱量を増大できる。第２流路（42）からの戻り水の温度が、第２流路（42）の流出口（42a）付近の温度よりも低い場合には、この戻り水により低温層（L）の熱量を増大できる。

第４の態様は、第１の態様の給湯装置において、前記中温層（M）の水を前記第１流路（41）、前記加熱部（13）、前記第２流路（42）の順に流す第１動作を実行させる制御部（100）を備えている。

第４の態様では、制御部（100）が第１動作を実行させると、中温層（M）の水が第１流路（41）を介して加熱部（13）へ送られる。加熱部（13）で加熱された水は、第２流路（42）を介してタンク（30）内における第１流路（41）の流入口（41a）より下側へ戻る。これにより、第１の態様の作用効果を奏する。

第５の態様は、第２の態様の給湯装置において、前記中温層（M）の水を前記第１流路（41）、前記加熱部（13）、前記第３流路（43）の順に流す第２動作を実行させる制御部（100）を備えている。

第５の態様では、制御部（100）が第２動作を実行させると、中温層（M）の水が第１流路（41）を介して加熱部（13）へ送られる。加熱部（13）で加熱された水は、第３流路（43）を介してタンク（30）の高温層（H）へ戻る。これにより、第２の態様の作用効果を奏する。

第６の態様は、第３の態様の給湯装置において、前記低温層（L）または水源の水を前記第４流路（44）、前記加熱部（13）、前記第２流路（42）の順に流す第３動作を実行させる制御部（100）を備えている。

第６の態様では、制御部（100）が第３動作を実行させると、低温層（L）または水源の水が第１流路（41）を介して加熱部（13）へ送られる。加熱部（13）で加熱された水は、第２流路（42）を介してタンク（30）内における第１流路（41）の流入口（41a）より下側へ戻る。これにより、第３の態様の作用効果を奏する。

第７の態様は、第３の態様の給湯装置において、前記中温層（M）の水を前記第１流路（41）、前記加熱部（13）、前記第２流路（42）の順に流す第１動作と、前記中温層（M）の水を前記第１流路（41）、前記加熱部（13）、前記第３流路（43）の順に流す第２動作と、前記低温層（L）または水源の水を前記第４流路（44）、前記加熱部（13）、前記第２流路（42）の順に流す第３動作を実行させる制御部（100）を備えている。

第７の態様では、第１動作、第２動作、および第３動作を切り換えて実行できる。

第８の態様は、第７の態様の給湯装置において、前記制御部（100）は、前記低温層（L）または水源の水を前記第４流路（44）、前記加熱部（13）、前記第３流路（43）の順に流す第４動作を実行させる。

第８の態様では、第１動作、第２動作、および第３動作に加えて、第４動作を切り換えて実行できる。第４動作では、低温層（L）または水源の水を第４流路（44）を介して加熱部（13）へ送るとともに、加熱部（13）で加熱した水を第３流路（43）を介してタンク（30）の高温層（H）へ戻すことできる。

図１は、実施形態に係る給湯ユニットの全体構成を示す配管系統図である。図２は、コントローラ、およびコントローラに接続される機器を示したブロック図である。図３は、給湯装置の概略の配管系統図であり、第１準備運転を表している。図４は、給湯装置の概略の配管系統図であり、第２準備運転を表している。図５は、給湯装置の概略の配管系統図であり、第１動作を表している。図６は、給湯装置の概略の配管系統図であり、第２動作を表している。図７は、給湯装置の概略の配管系統図であり、第３動作を表している。図８は、給湯装置の概略の配管系統図であり、第４動作を表している。図９は、変形例１の給湯装置の概略の配管系統図である。図１０は、変形例２の給湯装置の概略の配管系統図である。図１１は、変形例３の給湯装置の概略の配管系統図である。図１２は、変形例４の給湯装置の概略の配管系統図である。

以下、本開示の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。

《実施形態》
本開示の給湯装置（20）について説明する。

〈全体構成〉
本開示の給湯装置（20）は、給湯ユニット（1）に備えられる。給湯ユニット（1）は、水源から供給された水を加熱し、加熱した水（温水）をタンク（30）内に貯留する。水源は、水が供給される流路であり、上水道を含む。タンク（30）内の温水は所定の対象へ供給される。対象は、シャワー、蛇口、浴槽などを含む。

図１に示すように、給湯ユニット（1）は、熱源装置（10）と給湯装置（20）とコントローラ（100）とを有する。

〈熱源装置〉
熱源装置（10）は、温水を生成するための熱源である。熱源装置（10）は、ヒートポンプ式の熱源ユニットである。熱源装置（10）は、冷媒回路（11）を有する。熱源装置（10）の冷媒回路（11）には、冷媒が充填される。冷媒としては、例えばフロン系の冷媒や、プロパンなどの自然冷媒が用いられる。冷媒回路（11）では、冷媒が循環することで蒸気圧縮式の冷凍サイクルが行われる。厳密にいうと、冷媒回路（11）では、高圧の冷媒の圧力が臨界圧力よりも低い、いわゆる亜臨界サイクルが行われる。

冷媒回路（11）は、圧縮機（12）、水熱交換器（13）、膨張弁（14）、および空気熱交換器（15）を有する。

圧縮機（12）は、低圧冷媒を吸入して圧縮する。圧縮機（12）は、高圧まで圧縮した冷媒を吐出する。

水熱交換器（13）は、水を加熱する加熱部である。水熱交換器（13）は、熱源装置（10）と給湯装置（20）に兼用される。水熱交換器（13）は、冷媒流路（13a）と水流路（13b）とを有する。水熱交換器（13）は、冷媒流路（13a）を流れる冷媒と、水流路（13b）を流れる水とを熱交換させる。水熱交換器（13）は、冷媒が放熱する放熱器（凝縮器）を構成する。

膨張弁（14）は、冷媒を減圧する減圧機構を構成する。膨張弁（14）は、高圧冷媒を低圧冷媒まで減圧する。膨張弁（14）は、例えば電子膨張弁で構成される。

空気熱交換器（15）は、空気と冷媒を熱交換させる。空気熱交換器（15）は、室外に設置される。空気熱交換器（15）の近傍には、室外ファン（16）が設置される。室外ファン（16）が搬送する空気が空気熱交換器（15）を通過する。空気熱交換器（15）では、冷媒が室外空気から吸熱して蒸発する。空気熱交換器（15）は、蒸発器を構成する。

〈給湯装置の全体構成〉
給湯装置（20）は、上述した水熱交換器（13）と、水熱交換器（13）で加熱した水を貯留するタンク（30）とを有する。給湯装置（20）は、水源の水をタンク（30）に送る給水路（21）と、水を加熱するための加熱流路（40）と、タンク（30）内の水を対象へ供給する供給路（22）とを有する。

〈タンク〉
タンク（30）は、中空状の容器である。タンク（30）は、縦長の円筒状に形成される。タンク（30）は、円筒状の胴部（31）と、該胴部（31）の下端側を閉塞する底部（32）と、該胴部（31）の上端側を閉塞する頂部（33）とを有する。タンク（30）の内部には、水を貯留する貯留部が形成される。具体的には、タンク（30）の内部には、底部（32）から頂部（33）に向かって順に、下部貯留部（34）、中間貯留部（35）、および上部貯留部（36）が形成される。上部貯留部（36）は、タンク（30）の上部に位置する。下部貯留部（34）は、タンク（30）の下部に位置する。中間貯留部（35）は、下部貯留部（34）と上部貯留部（36）との間に位置する。

給湯装置（20）は、タンク（30）の下端から上端に向かって、低温層（L）、中温層（M）、および高温層（H）を形成するように構成される。原則とし、下部貯留部（34）には低温層（L）が形成され、中間貯留部（35）には中温層（M）が形成され、上部貯留部（36）には高温層（H）が形成される。なお、低温層（L）、中温層（M）、および高温層（H）は、タンク（30）内の熱の自然対流により形成されるものではなく、給湯装置（20）が水を加熱することにより、能動的に形成される。

高温層（H）、中温層（M）、および低温層（L）では、それぞれ異なる温度の水が貯留される。高温層（H）の水（高温水ともいう）の温度は、例えば約６０℃である。中温層（M）の水（中温水ともいう）の温度は、例えば約４０℃である。低温層（L）の水（低温水ともいう）の温度は、例えば約１０℃である。タンク（30）に低温層（L）、中温層（M）、および高温層（H）が形成された状態を第１貯湯状態という。

〈給水路〉
給水路（21）は、水源の水をタンク（30）へ供給する。給水路（21）の流入側は水源と連通する。給水路（21）の流出口（21a）は、下部貯留部（34）に開口する。

〈加熱流路〉
加熱流路（40）は、複数の管と、ポンプ（50）と、流路切換機構（51,52）とを有する。

複数の管は、第１管（41）、第２管（42）、第３管（43）、第４管（44）、第１中継管（45）、および第２中継管（46）を含む。流路切換機構は、第１三方弁（51）および第２三方弁（52）を含む。第１三方弁（51）および第２三方弁（52）のそれぞれは、第１から第３までのポートを有する。

第１管（41）は、本開示の第１流路に対応する。第１管（41）は、タンク（30）が第１貯湯状態であるときに、中温層（M）の水を水熱交換器（13）に送るための流路を構成する。第１管（41）は、タンク（30）の胴部（31）に接続される。第１管（41）の流入口（41a）は、中間貯留部（35）に開口する。第１管（41）の流入口（41a）は、中間貯留部（35）の上部であって、高温層（H）寄りに位置する。第１管（41）の流出端は、第１三方弁（51）の第１ポートに接続する。

第２管（42）は、本開示の第２流路に対応する。第２管（42）は、タンク（30）が第１貯湯状態であるときに、水熱交換器（13）で加熱した水をタンク（30）へ戻すための流路を構成する。第２管（42）は、タンク（30）の胴部（31）に接続される。第２管（42）の流出口（42a）は、第１管（41）の流入口（41a）よりも低い位置にある。本例では、第２管（42）の流出口（42a）は、中間貯留部（35）に開口する。第２管（42）の流出口（42a）は、中間貯留部（35）の下部であって、低温層（L）寄りに位置する。第２管（42）の流入端は、第２三方弁（52）の第２ポートに接続する。

第３管（43）は、本開示の第３流路に対応する。第３管（43）は、タンク（30）が第１貯湯状態であるときに、水熱交換器（13）で加熱した水（高温水）をタンク（30）の高温層（H）に戻す流路を構成する。第３管（43）は、タンク（30）の頂部（33）に接続する。第３管（43）の流出口（43a）は、上部貯留部（36）に開口する。第３管（43）の流出口（43a）は、第１管（41）の流入口（41a）よりも高い位置にある。第３管（43）の流入端は、第２三方弁（52）の第１ポートに接続する。

第４管（44）は、本開示の第４流路に対応する。第４管（44）は、タンク（30）が第１貯湯状態であるときに、低温層（L）の水を水熱交換器（13）に送るための流路を構成する。第４管（44）は、タンク（30）の底部（32）に接続する。第４管（44）の流入口（44a）は、下部貯留部（34）に開口する。第４管（44）の流入口（44a）は、第２管（42）の流出口（42a）よりも低い位置にある。第４管（44）の流出端は、第１三方弁（51）の第２ポートに接続する。

第１中継管（45）は、水熱交換器（13）の上流側に設けられる。第１中継管（45）の流入端は、第１三方弁（51）の第３ポートに接続する。第１中継管（45）の流出端は、水熱交換器（13）の水流路（13b）の流入端に接続する。

第２中継管（46）は、水熱交換器（13）の下流側に設けられる。第２中継管（46）の流入端は、水熱交換器（13）の水流路（13b）の流出端に接続する。第２中継管（46）の流出端は、第２三方弁（52）の第３ポートに接続する。

ポンプ（50）は、加熱流路（40）の水を搬送する。ポンプ（50）は、第１中継管（45）に設けられる。ポンプ（50）は、可変容量式に構成される。コントローラ（100）がポンプ（50）を制御することで、水熱交換器（13）を流れる水の流量を調節できる。ポンプ（50）は、第２中継管（46）に設けられてもよい。ポンプ（50）は、固定容量式であってもよい。

第１三方弁（51）は、図１の実線で示す第１状態と、図１の破線で示す第２状態とに切り換わる。第１状態の第１三方弁（51）は、第１ポートと第３ポートとを連通させ、第２ポートを遮断する。第２状態の第１三方弁（51）は、第２ポートと第３ポートとを連通させ、第１ポートを遮断する。

第２三方弁（52）は、図１の実線で示す第１状態と、図１の破線で示す第２状態とに切り換わる。第１状態の第２三方弁（52）は、第１ポートと第３ポートとを連通させ、第２ポートを遮断する。第２状態の第２三方弁（52）は、第２ポートと第３ポートとを連通させ、第１ポートを遮断する。

タンク（30）の全体の高さをＨtとし、タンク（30）の底部（32）から第１管（41）の流入口（41a）までの高さをｈ１とし、タンク（30）の底部（32）から第２管（42）の流出口（42a）までの高さｈ２とする。ｈ１は、１／２×Ｈtよりも大きく、３／４×Ｈtよりも小さいのが好ましい。ｈ２は、１／４×Ｈｔよりも大きく、１／２×Ｈｔよりも小さいのが好ましい。

〈供給路〉
供給路（22）は、タンク（30）内の高温層（H）の水を対象へ送るための流路を構成する。なお、供給路（22）は、タンク（30）内の高温層（H）の水に加えて、タンク（30）内の中温層（M）の水を対象へ供給する流路を含んでいてもよい。供給路（22）は、高温層（H）の水と、中温層（M）の水を所定比率で混合し対象へ供給するように構成されてもよい。

〈センサ〉
図１および図２に示すように、給湯装置（20）は、第１温度センサ（61）、第２温度センサ（62）、第３温度センサ（63）、及び第４温度センサ（64）を有する。第１温度センサ（61）は、第２中継管（46）に設けられる。第１温度センサ（61）は、加熱流路（40）において水熱交換器（13）から流出した水の温度を検出する。第２温度センサ（62）は、タンク（30）の中間貯留部（35）の上部の水の温度を検出する。第２温度センサ（62）の高さ位置は、第１管（41）の流入口（41a）の高さ位置と概ね等しい。第３温度センサ（63）は、タンク（30）の上部貯留部（36）の水の温度を検出する。第４温度センサ（64）は、タンク（30）の中間貯留部（35）の下部の水の温度を検出する。第４温度センサ（64）の高さ位置は、第２管（42）の流出口（42a）の高さ位置と概ね等しい。

〈コントローラ〉
図２に示すように、制御部であるコントローラ（100）は、マイクロコンピュータと、該マイクロコンピュータを動作させるためのソフトウエアを格納するメモリディバイス（具体的には半導体メモリ）とを有する。

コントローラ（100）は、熱源装置（10）および給湯装置（20）を制御する。具体的には、コントローラ（100）は、圧縮機（12）、膨張弁（14）、および室外ファン（16）を制御する。コントローラ（100）は、ポンプ（50）、第１三方弁（51）、および第２三方弁（52）を制御する。

コントローラ（100）には、第１温度センサ（61）、第２温度センサ（62）、第３温度センサ（63）、および第４温度センサ（64）の検出温度が入力される。コントローラ（100）は、これらの検出温度に基づいて、熱源装置（10）および給湯装置（20）を制御する。

コントローラ（100）は、タンク（30）が第１貯湯状態であるときに、第１動作、第２動作、第３動作、および第４動作を実行させる。

－運転動作－
給湯ユニット（1）の運転動作について説明する。なお、図面において、冷媒および水の流れは破線矢印で表している。

〈熱源装置の動作〉
給湯ユニット（1）において水熱交換器（13）で水を加熱するときには、熱源装置（10）で以下の動作が行われる。

熱源装置（10）の動作時には、コントローラ（100）が圧縮機（12）および室外ファン（16）を運転し、膨張弁（14）を所定開度で開ける。冷媒回路（11）では、水熱交換器（13）が放熱器（凝縮器）として機能し、空気熱交換器（15）が蒸発器として機能する冷凍サイクルが行われる。

圧縮機（12）から吐出された冷媒は、水熱交換器（13）の冷媒流路（13a）を流れる。水熱交換器（13）では、冷媒流路（13a）の冷媒が水流路（13b）の冷媒に放熱する。水熱交換器（13）で放熱した冷媒は、膨張弁（14）で減圧された後、空気熱交換器（15）を流れる。空気熱交換器（15）では、冷媒が室外空気から吸熱して蒸発する。蒸発した冷媒は、圧縮機（12）に吸入される。

〈第１貯湯状態に至るまでの運転の一例〉
次に、タンク（30）内に低温層（L）のみが形成される状態（第２貯湯状態）から、第１貯湯状態とするまでの給湯装置（20）の運転例について説明する。

［第１準備運転］
第２貯湯状態のタンク（30）では、第２温度センサ（62）の検出温度、および第３温度センサ（63）の検出温度が、第１設定温度より低くなる。ここで、第１設定温度は、中温水の温度（例えば４０℃）に相当する。この場合、給湯装置（20）は、第１準備運転を行う。

図３に示す第１準備運転では、コントローラ（100）が、ポンプ（50）を運転させ、第１三方弁（51）を第２状態とし、第２三方弁（52）を第１状態とする。この結果、タンク（30）の下部貯留部（34）の低温水は、第４管（44）、第１中継管（45）を流れ、水熱交換器（13）で加熱される。

コントローラ（100）は、第１温度センサ（61）の検出温度が中温水に相当する温度になるように、圧縮機（12）の容量（回転数）を制御する。水熱交換器（13）で加熱された後の中温水は、第２中継管（46）、第３管（43）を流れ、上部貯留部（36）に戻る。第１準備運転を継続して行うことで、タンク（30）の内部は、低温層（L）および中温層（M）が形成された状態（図４に示す第３貯湯状態）となる。

［第２準備運転］
第３貯湯状態のタンク（30）では、第２温度センサ（62）の検出温度が第１設定温度以上となり、第３温度センサ（63）の検出温度が第２設定温度より低くなる。ここで、第２設定温度は、高温水の温度（例えば６０℃）に相当する。この場合、給湯装置（20）は、第２準備運転を行う。

図４に示す第２準備運転では、コントローラ（100）が、ポンプ（50）を運転させ、第１三方弁（51）を第１状態とし、第２三方弁（52）を第１状態とする。この結果、タンク（30）の中間貯留部（35）の中温水は、第１管（41）、第１中継管（45）を流れ、水熱交換器（13）で加熱される。

－第１貯湯状態での運転動作－
次いで、タンク（30）が第１貯湯状態であるときに実行される４つの動作について説明する。給湯装置（20）は、運転状況において、第１動作、第２動作、第３動作、および第４動作を切り換えて行う。

－第３貯湯状態での運転動作－
次いで、タンク（30）が第３貯湯状態であるときに実行される４つの動作について説明する。給湯装置（20）は、運転状況において、第１動作、第２動作、第３動作、および第４動作を切り換えて行う。

［第１動作］
図５に示す第１動作は、中温層（M）の中温水を加熱し、タンク（30）の中温層（M）に戻す動作である。

第１動作では、コントローラ（100）が、ポンプ（50）を運転させ、第１三方弁（51）を第１状態とし、第２三方弁（52）を第２状態とする。この結果、タンク（30）の中間貯留部（35）の中温水は、第１管（41）、第１中継管（45）を流れ、水熱交換器（13）で加熱される。

コントローラ（100）は、第１温度センサ（61）の検出温度が、例えば中温水に相当する温度、あるいは中温水と高温水の間の所定の温度となるように、圧縮機（12）の容量（回転数）を制御する。水熱交換器（13）で加熱された水は、第２中継管（46）、第２管（42）を流れ、中間貯留部（35）に戻る。これにより、中温層（M）の水を昇温でき、中温層（M）の温度を継続して維持できる。

第１動作では、水熱交換器（13）の水流路（13b）の出入口の水の温度差が比較的小さい。このため、加熱流路（40）の循環量を大きくしても、水熱交換器（13）により水を十分に加熱できる。その結果、中温層（M）の中温水を速やかに昇温できる。

第１動作では、水熱交換器（13）で加熱された水が第２管（42）の流出口（42a）からタンク（30）へ戻る。ここで、第２管（42）の流出口（42a）が高温層（H）から比較的近い場合、第２管（42）からの戻り水により、高温層（H）の水がかき混ぜられてしまうという問題が生じる。特に、第１動作では、加熱流路（40）の循環量、換言すると第２管（42）からの戻り水の流量が大きくなるため、この問題が顕著となる。

これに対し、本実施形態では、第２管（42）の流出口（42a）が、第１管（41）の流入口（41a）よりも低い位置にあり、高温層（H）から比較的離れている。このため、第２管（42）からの戻り水により、高温層（H）がかき混ぜられてしまうことを抑制でき、高温層（H）が崩れてしまうことを抑制できる。したがって、低温層（L）、中温層（M）、および高温層（H）を安定して形成できる。

［第２動作］
図６に示す第２動作は、中温層（M）の中温水を高温水まで加熱し、タンク（30）の高温層（H）に戻す動作である。

第２動作では、コントローラ（100）が、ポンプ（50）を運転させ、第１三方弁（51）を第１状態とし、第２三方弁（52）を第１状態とする。この結果、タンク（30）の中間貯留部（35）の中温水は、第１管（41）、第１中継管（45）を流れ、水熱交換器（13）で加熱される。

コントローラ（100）は、第１温度センサ（61）の検出温度が、高温水に相当する温度となるように、圧縮機（12）の容量（回転数）を制御する。水熱交換器（13）で加熱された水は、第２中継管（46）、第３管（43）を流れ、上部貯留部（36）に戻る。これにより、高温層（H）の高温水の量を増やすことができる。

第２動作では、中温層（M）のうち高温層（H）付近の中温水が、第１管（41）に流入する。このため、水熱交換器（13）には、中温層（M）の中温水のうち比較的高温の水が送られる。その結果、第２動作では、水熱交換器（13）の水流路（13b）の出入口の水の温度差が小さくなる。このため、加熱流路（40）の循環量を大きくしても、水熱交換器（13）により水を十分に加熱できる。その結果、高温層（H）の高温水を速やかに昇温できる。

［第３動作］
図７に示す第３動作は、低温層（L）の低温水を中温水まで加熱し、タンク（30）の中温層（M）に戻す動作である。

第３動作では、コントローラ（100）が、ポンプ（50）を運転させ、第１三方弁（51）を第２状態とし、第２三方弁（52）を第２状態とする。この結果、タンク（30）の下部貯留部（34）の低温水は、第４管（44）、第１中継管（45）を流れ、水熱交換器（13）で加熱される。

コントローラ（100）は、第１温度センサ（61）の検出温度が、中温水に相当する温度となるように、圧縮機（12）の容量（回転数）を制御する。水熱交換器（13）で加熱された水は、第２中継管（46）、第２管（42）を流れ、中間貯留部（35）に戻る。

第２管（42）の流出口（42a）は、低温層（L）から比較的近い位置にある。このため、第２管（42）からの戻り水の温度が、第２管（42）の流出口（42a）付近の水の温度よりも低い場合、戻り水によって低温層（L）の低温水を昇温できる。一方、第２管（42）からの戻り水の温度が、第２管（42）の流出口（42a）付近の水の温度よりも高い場合、戻り水の熱が上方へ対流することにより中温層（M）の中温水の量を増やすことができる。

［第４動作］
図４に示す第４動作は、低温層（L）の低温水を高温水まで加熱し、タンク（30）の高温層（H）に戻す動作である。

第４動作では、コントローラ（100）が、ポンプ（50）を運転させ、第１三方弁（51）を第２状態とし、第２三方弁（52）を第１状態とする。この結果、タンク（30）の下部貯留部（34）の低温水は、第４管（44）、第１中継管（45）を流れ、水熱交換器（13）で加熱される。

コントローラ（100）は、第１温度センサ（61）の検出温度が高温水に相当する温度となるように、圧縮機（12）の容量（回転数）を制御する。水熱交換器（13）で加熱された水は、第２中継管（46）、第２管（42）を流れ、上部貯留部（36）に戻る。これにより、中温層（M）の中温水を確保しながら、高温層（H）の高温水の量を増やすことができる。

－実施形態の効果－
第１動作では、中温層（M）の水が第１管（41）を介して加熱部（13）へ送られ、加熱部（13）で加熱された水が第２管（42）を介して中温層（M）へ戻る。このため、中温層（M）の中温水を昇温できる。

第１動作では、水熱交換器（13）の出入口の水の温度差が小さいため、加熱流路（40）の循環量を増大できる。このため、中温層（M）の中温水を速やかに昇温できる。

第２管（42）の流出口（42a）を第１管（41）の流入口（41a）よりも低い位置としているため、第２管（42）からの戻り水により、高温層（H）がかき混ぜられてしまうことを抑制できる。この結果、タンク（30）の第１貯湯状態を維持できる。

第２動作では、第１管（41）の流入口（41a）付近の比較的高温の中温水が第１管（41）を介して加熱部（13）へ送られ、加熱部（13）で加熱された水が第３管（43）を介して高温層（H）へ戻る。このため、水熱交換器（13）の出入口の水の温度差が小さくなり、加熱流路（40）の循環量を増大できる。その結果、高温層（H）の高温水を速やかに生成できる。

第３動作では、加熱部（13）で加熱された低温水が、第２管（42）からタンク（30）へ戻る。このため、加熱した中温水を低温層（L）に近い位置に戻すことができる。したがって、加熱後の水の温度に応じて、中温層（M）の熱量を増大させたり、低温層（L）の熱量を増大させたりできる。

第４動作では、低温水が加熱部（13）で高温水まで加熱され、高温水が高温層（H）に戻る。このため、中温層（M）の中温水を消費することなく、高温層（H）の高温水を生成できる。

制御部（100）は、上述した第１動作、第２動作、第３動作、および第４動作を切り換えて実行する。このため、給湯負荷や運転条件などに応じて、タンク（30）内を最適な貯湯状態とすることができる。

－実施形態の変形例－
上述した実施形態においては、以下の変形例としてもよい。

〈変形例１〉
図９に示す変形例１では、第１管（41）がタンク（30）の頂部（33）を貫通し、下方へ延びている。第１管（41）の流入口（41a）は下方を向きながら中間貯留部（35）に開口している。第１管（41）の流入口（41a）の高さ位置は、上述した実施形態１と同じである。

〈変形例２〉
図１０に示す変形例２では、第４管（44）がタンク（30）の胴部（31）を貫通し、タンク（30）の径方向に延びている。第４管（44）の流入口（44a）は側方を向きながら下部貯留部（34）に開口している。第４管（44）の流入口（44a）は、第１管（41）の流入口（41a）および第２管（42）の流出口（42a）よりも低い位置にある。

〈変形例３〉
図１１に示す変形例３では、給水路（21）と第４管（44）とが接続している。具体的には、給水路（21）の流出端は、第４管（44）の中途部に接続している。この構成では、水源の水を給水路（21）および第４管（44）を介してタンク（30）へ送ることができる。第３動作および第４動作では、水源の水を供給路（22）および第４管（44）を経由して、加熱部（13）へ送ることができる。

〈変形例４〉
図１２に示す変形例４では、第４管（44）がタンク（30）の頂部（33）を貫通して下方へ延びている。給水路（21）の流出端は、下方を向きながら下部貯留部（34）に開口している。第４管（44）の流入口（44a）は、第１管（41）の流入口（41a）および第２管（42）の流出口（42a）よりも低い位置にある。給水路（21）の流出端は、第４管（44）の中途部に接続している。

この構成では、変形例３と同様、水源の水を給水路（21）および第４管（44）を介してタンク（30）へ送ることができる。第３動作および第４動作では、水源の水を供給路（22）および第４管（44）を経由して、加熱部（13）へ送ることができる。

この構成では、タンク（30）の底部（32）に配管を接続しなくてもよいため、タンク（30）の設置の自由度を向上できる。

《その他の実施形態》
上述した実施形態、および変形例においては、以下のような構成としてもよい。

給湯装置（20）は、第１貯湯状態において、第１動作、第２動作、第３動作、および第４動作のうち少なくとも第１動作を実行できればよいが、第１動作、第２動作、および第３動作を実行するのが好ましい。

第１三方弁（51）及び第２三方弁（52）の少なくとも一方は、２つの開閉弁によって構成されてもよい。

加熱部は、ヒータや、冷凍サイクル以外の熱源を利用するものであってもよい。

熱源装置（10）は、ＣＯ_２を冷媒とし、冷媒の高圧圧力が臨界圧力以上となる、超臨界サイクルを行うものであってもよい。

以上、実施形態および変形例を説明したが、特許請求の範囲の趣旨および範囲から逸脱することなく、形態や詳細の多様な変更が可能なことが理解されるであろう。また、以上の実施形態、変形例、その他の実施形態は、本開示の対象の機能を損なわない限り、適宜組み合わせたり、置換したりしてもよい。以上に述べた「第１」、「第２」、「第３」…という記載は、これらの記載が付与された語句を区別するために用いられており、その語句の数や順序までも限定するものではない。

本開示は、給湯装置について有用である。

１３水熱交換器（加熱部）
２０給湯装置
３０タンク
４１第１管（第１流路）
４１ａ流入口
４２第２管（第２流路）
４２ａ流出口
４３第３管（第３流路）
４４第４管（第４流路）
１００コントローラ（制御部）

Claims

水を加熱する加熱部（13）と、該加熱部（13）で加熱した水を貯留するタンク（30）とを備え、該タンク（30）の下端から上端に向かって低温層（L）、中温層（M）、および高温層（H）を形成するように構成された給湯装置であって、
前記中温層（M）の水を前記加熱部（13）に送る第１流路（41）と、
前記加熱部（13）で加熱した水を前記タンク（30）に戻す第２流路（42）とを備え、
前記第２流路（42）の流出口（42a）が前記第１流路（41）の流入口（41a）よりも低い位置にあり、
前記タンク（30）内に前記低温層（L）、前記中温層（M）、および前記高温層（H）を形成する第１貯湯状態を形成するように給湯装置を制御する準備動作と、
前記準備動作の後、第１貯湯状態の前記タンク（30）の前記中温層（M）の水を前記第１流路（41）、前記加熱部（13）、前記第２流路（42）の順に流す第１動作とを
実行させる制御部（100）を備えている
給湯装置。
請求項１に記載の給湯装置において、
前記加熱部（13）で加熱した水を前記タンク（30）の前記高温層（H）に戻す第３流路（43）を備える
給湯装置。
請求項２に記載の給湯装置において、
前記低温層（L）または水源の水を前記加熱部（13）へ送る第４流路（44）を備える
給湯装置。
請求項２に記載の給湯装置において、
前記中温層（M）の水を前記第１流路（41）、前記加熱部（13）、前記第３流路（43）の順に流す第２動作を実行させる制御部（100）を備えている
給湯装置。
請求項３に記載の給湯装置において、
前記低温層（L）または水源の水を前記第４流路（44）、前記加熱部（13）、前記第２流路（42）の順に流す第３動作を実行させる制御部（100）を備えている
給湯装置。
請求項３に記載の給湯装置において、
前記中温層（M）の水を前記第１流路（41）、前記加熱部（13）、前記第２流路（42）の順に流す第１動作と、
前記中温層（M）の水を前記第１流路（41）、前記加熱部（13）、前記第３流路（43）の順に流す第２動作と、
前記低温層（L）または水源の水を前記第４流路（44）、前記加熱部（13）、前記第２流路（42）の順に流す第３動作を実行させる制御部（100）を備えている
給湯装置。
請求項６に記載の給湯装置において、
前記制御部（100）は、前記低温層（L）または水源の水を前記第４流路（44）、前記加熱部（13）、前記第３流路（43）の順に流す第４動作を実行させる
給湯装置。