JP2004101134A - 貯湯式給湯装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】貯湯タンク内の湯水を熱源とする熱交換器を備えた貯湯式給湯装置に関し、熱交換により生成された中温水を給湯に利用可能とする。
【解決手段】給水管６と出湯管７の間に並列に設けられ、湯水を貯湯する第１および第２の貯湯タンク２と、各貯湯タンク２内の湯水を高温に加熱する加熱手段２２と、各貯湯タンク２からの出湯比率を調整可能な混合弁８と、熱交換器２８と熱交循環ポンプ２９を備え第１貯湯タンク２Ａ上部と第２貯湯タンク２Ｂ上部を連通し且つ第１貯湯タンク２Ａ下部と第２貯湯タンク２Ｂ下部を連通し、第２貯湯タンク２Ｂ上部から取り出した高温水を熱交換器２８で放熱させ、生成された中温水を第１貯湯タンク２Ａ上部に戻すようにした熱交循環回路３７とを備え、給湯時は第１貯湯タンク２Ａの高温水あるいは中温水を第２貯湯タンク２Ｂの高温水よりも優先して使用するように混合弁８の開度を調整するようにした。
【選択図】 図１
【解決手段】給水管６と出湯管７の間に並列に設けられ、湯水を貯湯する第１および第２の貯湯タンク２と、各貯湯タンク２内の湯水を高温に加熱する加熱手段２２と、各貯湯タンク２からの出湯比率を調整可能な混合弁８と、熱交換器２８と熱交循環ポンプ２９を備え第１貯湯タンク２Ａ上部と第２貯湯タンク２Ｂ上部を連通し且つ第１貯湯タンク２Ａ下部と第２貯湯タンク２Ｂ下部を連通し、第２貯湯タンク２Ｂ上部から取り出した高温水を熱交換器２８で放熱させ、生成された中温水を第１貯湯タンク２Ａ上部に戻すようにした熱交循環回路３７とを備え、給湯時は第１貯湯タンク２Ａの高温水あるいは中温水を第２貯湯タンク２Ｂの高温水よりも優先して使用するように混合弁８の開度を調整するようにした。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は貯湯タンク内の湯水を熱源とする熱交換器を備えた貯湯式給湯装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来よりこの種の貯湯式給湯装置では、本願出願人が先に出願した特願２００２−３９４７８号で開示した貯湯タンク内に貯湯された高温水を熱源として風呂の追焚きや暖房に用いるようにしたものがあった。
【０００３】
この従来のものを図７に基づいて説明すると、１０１は加熱手段としてのヒートポンプ回路、１０２は貯湯タンクで、この貯湯タンク１０２下部から取り出した低温水をヒートポンプ回路１０１で高温に加熱して貯湯タンク１０２の上部から積層貯湯していくものである。
【０００４】
前記貯湯タンク１０２には、その下端に給水管１０３が接続され、また上端には出湯管１０４が接続されているものである。１０５は電動ミキシング弁で、出湯管１０４からの高温水と給水管１０３からの低温水をリモコン（図示せず）等で設定された任意の給湯設定温度に混合して給湯栓１０６から出湯するものである。
【０００５】
１０７は暖房あるいは風呂の追焚きあるいは保温の熱源としての熱交換器で、出湯管１０４から分岐した熱交往き管１０８および給水管１０３に合流する熱交戻り管１０９により貯湯タンク１０２と循環可能に接続されており、貯湯タンク１０２内の高温水を熱交換器１０７に流入させて暖房回路、風呂の追焚き回路あるいは保温回路等の２次側回路（図示せず）の温水を加熱するものである。
【０００６】
そして、貯湯タンク１０２の上部から取り出された高温水は、前記熱交換器１０７で熱交換されて温度低下して中温水となって貯湯タンク１０２の下部から貯湯タンク１０２内に戻るものである。
【０００７】
なお、このような従来の貯湯式給湯装置にかかる公知の刊行物を本願出願人は発見することができないが、貯湯タンク内に貯湯された高温水を熱源として暖房を行うものとして例えば特許文献１が挙げられる。
【０００８】
【特許文献１】
特許第２６６３６３７号公報（図１）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この従来のものでは、熱交換器１０７での熱交換により中温水が貯湯タンク１０２に貯まっていくが、この中温水は暖房あるいは追焚きの熱源として利用するには温度が低いため適さず、しかも湯切れするまで給湯を行わないと容量当たりの保有熱量が少ない中温水がいつまでも貯湯タンク１０２内に残留し、貯湯タンク１０２の保有熱量を減らしてしまい貯湯タンク容量の有効利用ができないという課題があった。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明はこれらの課題を解決するために、請求項１では、給水管と出湯管との間に並列に設けられ、湯水を貯湯する第１および第２の貯湯タンクと、前記第１および第２貯湯タンク内の湯水を高温に加熱する加熱手段と、前記第１、第２貯湯タンクの出湯側の合流点あるいは給水側の分岐点に設けられ、前記第１、第２貯湯タンクからの出湯比率を調整可能な混合弁と、熱交換器と熱交循環ポンプを備え前記第１貯湯タンクの上部と前記第２貯湯タンクの上部を連通し、且つ前記第１貯湯タンク下部と前記第２貯湯タンク下部を連通し、前記第２貯湯タンク上部から取り出した高温水を前記熱交換器で放熱させ、生成された中温水を前記第１貯湯タンク上部に戻すようにした熱交循環回路とを備え、給湯時は前記第１貯湯タンクの高温水あるいは中温水を前記第２貯湯タンクの高温水よりも優先して使用するように前記混合弁の開度を調整するようにした。
【００１１】
これにより、加熱手段により第１および第２の貯湯タンク内の湯水が高温に沸き上げられ、混合弁によって第１貯湯タンク側の開度が全開あるいは第２貯湯タンク側よりも大きく開かれ、第１貯湯タンクに貯められた高温水が第２貯湯タンクよりも優先して給湯に使用される。そして、貯湯タンク内の高温水を熱源として二次側を加熱するときは、熱交循環ポンプの駆動により第２貯湯タンク上部から取り出した高温水を熱交循環回路を介して熱交換器に循環させ、二次側との熱交換により生成された中温水を第１貯湯タンク上部に戻すようにしている。そして、第１貯湯タンクに高温水あるいは中温水がある間は、混合弁の開度を調整して第１貯湯タンク内の高温水あるいは中温水を第２貯湯タンクの高温水よりも先に優先して給湯に使用されるものである。このとき、もしも中温水の温度が給湯に利用できない温度まで低下したとしても、混合弁の開度の調整によりこの中温水を第２貯湯タンクの高温水と混合して給湯に有効に利用可能な温度まで昇温して中温水を優先的に給湯に用いるものである。しかも、給湯に利用可能な中温水があるにもかかわらず第２貯湯タンクの高温水をムダに給湯してしまうことがなく、熱源としての能力を確保できる。
【００１２】
また、請求項２では、給水管と出湯管との間に並列に設けられ、湯水を貯湯する第１および第２の貯湯タンクと、前記第１および第２貯湯タンク内の湯水を高温に加熱する加熱手段と、前記第１、第２貯湯タンクの出湯側の合流点あるいは給水側の分岐点に設けられ、前記第１または第２貯湯タンクの一方から出湯させるよう流路を切換える出湯切換弁と、熱交換器と熱交循環ポンプを備え前記第１貯湯タンクの上部と前記第２貯湯タンクの上部を連通し、且つ前記第１貯湯タンク下部と前記第２貯湯タンク下部を連通し、前記第２貯湯タンク上部から取り出した高温水を前記熱交換器で放熱させ、生成された中温水を前記第１貯湯タンク上部に戻すようにした熱交循環回路とを備え、給湯時は前記第１貯湯タンクの高温水あるいは中温水を前記第２貯湯タンクの高温水よりも優先して使用するように前記出湯切換弁を切換えるようにした。
【００１３】
これにより、これにより、加熱手段により第１および第２の貯湯タンク内の湯水が高温に沸き上げられ、出湯切換弁によって第１貯湯タンク側を選択し、第１貯湯タンクに貯められた高温水が第２貯湯タンクよりも優先して給湯に使用される。そして、貯湯タンク内の高温水を熱源として二次側を加熱するときは、熱交循環ポンプの駆動により第２貯湯タンク上部から取り出した高温水を熱交循環回路を介して熱交換器に循環させ、二次側との熱交換により生成された中温水を第１貯湯タンク上部に戻すようにしている。そして、第１貯湯タンクに高温水あるいは中温水があるときは、出湯切換弁を第１貯湯タンク側に切換えて第１貯湯タンク内の高温水あるいは中温水を第２貯湯タンクの高温水よりも先に優先して給湯に使用されるものである。しかも、給湯に利用可能な中温水があるにもかかわらず第２貯湯タンクの高温水をムダに給湯してしまうことがなく、熱源としての能力を確保できる。
【００１４】
また、請求項３では、前記給水管から前記第１、第２の貯湯タンクをバイパスして前記出湯管に合流するバイパス管を設け、前記バイパス管と前記出湯管の合流点あるいは前記バイパス管と前記給水管の分岐点に、前記バイパス管および前記出湯管を流れる湯水の混合比率を調節して給湯管へ流出させる温調ミキシング弁を設けた。
【００１５】
これにより、貯湯タンクから出湯されてくる湯が高温あるいは中温であったとしても温調ミキシング弁によって給水管からの低温水と混合して任意の給湯温度で給湯を行うことができる。
【００１６】
また、請求項４では、前記加熱手段を二酸化炭素冷媒を用いたヒートポンプ回路として超臨界ヒートポンプサイクルを構成すると共に、前記第１および第２貯湯タンクと前記ヒートポンプ回路とをヒーポン循環回路にて並列かつ湯水が循環可能に接続し、前記第１および第２の貯湯タンク下部からの湯水を前記ヒートポンプ回路で加熱して前記第１および第２の貯湯タンク上部へ戻すよう構成した。
【００１７】
これにより、ヒートポンプ回路に対して並列に設けられた第１および第２の貯湯タンクの下部には給湯の使用によって低温水が流入するものであり、この低温水をヒーポン循環回路を介して循環して二酸化炭素冷媒を用いた超臨界ヒートポンプサイクルのヒートポンプ回路で加熱するので、高効率で高温の沸き上げが可能となるものである。
【００１８】
また、請求項５では、前記ヒーポン循環回路途中に、このヒーポン循環回路を前記第１貯湯タンクあるいは第２貯湯タンクの一方に選択的に連通させて加熱する貯湯タンクを選択する加熱切換弁を設けた。
【００１９】
これにより、ヒートポンプ回路に対して並列に設けた第１および第２の貯湯タンクのどちらを加熱するかを切換える加熱切換弁を設けることによって、一方の貯湯タンクを選択して沸き上げることができ、第１および第２の貯湯タンクのそれぞれの上部に高温水および中温水が残っている場合などにおいて、各貯湯タンクの下部に貯められている低温水だけを選択して沸き上げることが可能となると共に、各貯湯タンクへの配管の流通抵抗の差によって一方の貯湯タンクへ偏って沸き上げられてしまうなどの不都合がないものである。
【００２０】
また、請求項６では、前記ヒートポンプ回路による湯水の沸き上げ動作時において、前記ヒートポンプ回路の出力が安定するまでは、前記加熱切換弁が前記第１貯湯タンク側に切換えられているようにした。
【００２１】
これにより、沸き上げ動作時にヒートポンプ回路の出力が安定するまでに生成される中温水は、加熱切換弁が第１貯湯タンク側に切換えられていることによって第１貯湯タンクに貯められ、その後の給湯時に第１貯湯タンクの湯水が第２貯湯タンクよりも優先して給湯に使用されることとなり、この中温水も全て使い切ることが可能となって沸き上げ初期に消費したエネルギーも無駄にすることなく有効に利用することができるものである。
【００２２】
また、請求項７では、前記熱交循環ポンプ作動中での前記ヒートポンプ回路による湯水の沸き上げ動作時においては、前記加熱切換弁が前記第２貯湯タンク側へ切換えられ、第２貯湯タンク側の湯水を沸き上げるようにした。
【００２３】
これにより、熱交循環ポンプが作動している二次側との熱交換中の間に第２貯湯タンク内の高温水が足りなくなるなどして沸き増しが必要になった場合では、加熱切換弁を第２貯湯タンク側に切換えて、第２貯湯タンクの下部から取り出した低温水を沸き上げて同第２貯湯タンクの上部に戻し、熱源となる高温水の供給源となる第２貯湯タンクに貯めるようにすることで、沸き上げられた熱交換効率の高い高温水を直ぐに熱源として用い、そして熱交換により生成された中温水を第１貯湯タンクを介して給湯することができ、効率的に湯水の熱を分配できて熱の使用効率がよいものである。
【００２４】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の一実施形態の貯湯式給湯装置を図面に基づいて説明する。なお、図２〜図５中の貯湯タンク２にハッチングした斜線は低温水、二重斜線は中温水、三重斜線は高温水を示し、矢印は湯水の流れ方向を示すものである。
【００２５】
この貯湯式給湯装置は、時間帯別契約電力の電力単価が安価な深夜時間帯に湯水を沸き上げて貯湯し、この貯湯した湯水を給湯に用いるもので、１は温水を貯湯する貯湯タンク２を備えた貯湯タンクユニット、３は貯湯タンク内の湯水を加熱するヒートポンプユニット、４は台所や浴室等に設けられた給湯栓、５は浴槽である。
【００２６】
前記貯湯タンクユニット１には、給水管６と出湯管７との間に、湯水を貯湯する第１貯湯タンク２Ａおよび第２貯湯タンク２Ｂが並列に設けられており、第１貯湯タンク２Ａ下部に第１給水管６Ａ、上部に第１出湯管７Ａが、第２貯湯タンク２Ｂ下部に第２給水管６Ｂ、上部に第２出湯管７Ｂがそれぞれ接続され、前記第１出湯管７Ａと第２出湯管７Ｂとの合流点には、前記第１貯湯タンク２Ａまたは第２貯湯タンク２Ｂからの出湯比率を調整可能な混合弁８が設けられると共に、この混合弁８の下流側に混合された出湯温度を検出する出湯温度センサ９が設けられているものである。なお、この混合弁８は前記第１給水管６Ａと第２給水管６Ｂの分岐点に設けても良く、この場合では出湯温度センサ９は混合弁８の下流側ではなく、前記第１給水管６Ａと第２給水管６Ｂの合流点の下流側に設けることで混合された出湯温度を検出して混合弁８の混合比率を適切に調整可能とすることができる。
【００２７】
１０は前記給水管６から前記第１貯湯タンク２Ａおよび第２貯湯タンク２Ｂをバイパスして前記出湯管７に合流するバイパス管で、このバイパス管１０と前記出湯管６の合流点に設けられたバイパス管１０および出湯管７を流れる湯水の混合比を調節してリモコン（図示せず）等で設定される任意の給湯設定温度の湯を給湯栓４に接続された給湯管１１に流出させる温調ミキシング弁１２を介して連通されているものである。
【００２８】
１３は前記温調ミキシング弁１２の出口側の給湯管１１に設けられこの給湯管１１から給湯される湯水の温度を検出する給湯温度センサで、検出された温度に応じて前記温調ミキシング弁１２の混合比率の調節が行われるものである。１４は給湯管１１に設けられ給湯流量をカウントする給湯流量カウンタである。１５は給水管６に設けられ給水圧を減圧する減圧弁である。１６は前記減圧弁１５よりも下流側の給水管６に設けられ給水の温度を検出する給水温度センサである。
【００２９】
前記第１貯湯タンク２Ａおよび第２貯湯タンク２Ｂには垂直方向にそれぞれ複数個の貯湯温度センサ１７Ａおよび１７Ｂが設けられており、各貯湯タンク２Ａ、２Ｂに貯湯されている湯水の温度を検出して各貯湯タンク２Ａ、２Ｂ内の残り湯量および垂直方向の温度分布を概略検知するものである。
【００３０】
次に、前記ヒートポンプユニット３は、圧縮機１８と凝縮器としての冷媒−水熱交換器１９と電子膨張弁２０と蒸発器としての空気熱交換器２１で構成された加熱手段としてのヒートポンプ回路２２と、各貯湯タンク２Ａ、２Ｂ内の被加熱水たる湯水をヒーポン循環回路２３を介して冷媒−水熱交換器１９に循環させるヒーポン循環ポンプ２４とを備えており、ヒートポンプ回路２２の冷媒回路内には冷媒として二酸化炭素が充填されて超臨界ヒートポンプサイクルを構成しているものである。なお、冷媒に二酸化炭素を用いているので、低温水を電熱ヒータなしで約９０℃の高温まで沸き上げることが可能なものである。
【００３１】
ここで、前記冷媒−水熱交換器１９は冷媒と被加熱水たる湯水とが対向して流れる対向流方式を採用しており、超臨界ヒートポンプサイクルでは熱交換時において冷媒は超臨界状態のまま凝縮されるため効率良く高温まで被加熱水を加熱することができ、被加熱水の冷媒−水熱交換器１９入口温度と冷媒の出口温度との温度差ΔＴが一定になるように前記電子膨張弁２０または圧縮機１８を制御することで、被加熱水の冷媒−水熱交換器１９の入口温度が１５℃程度の温度であるとＣＯＰ（エネルギー消費効率）が３．０以上の高効率での加熱を行うことが可能なものである。
【００３２】
そして、前記貯湯タンクユニット１側の前記ヒーポン循環回路２３のヒーポン往き管２５とヒーポン戻り管２６との間に、第１貯湯タンク２Ａおよび第２貯湯タンク２Ｂが並列に設けられており、第１貯湯タンク２Ａ下部に第１ヒーポン往き管２５Ａ、上部に第１ヒーポン戻り管２６Ａが、第２貯湯タンク２Ｂ下部に第２ヒーポン往き管２５Ｂ、上部に第２ヒーポン戻り管２６Ｂがそれぞれ接続され、前記第１ヒーポン戻り管２６Ａと第２ヒーポン戻り管２６Ｂの分岐点には、第１貯湯タンク２Ａまたは第２貯湯タンク２Ｂの一方を選択的に前記冷媒−水熱交換器１９の水側と連通させる三方弁より成る加熱切換弁２７が設けられているものである。なお、この加熱切換弁２７は第１ヒーポン往き管２５Ａと第２ヒーポン往き管２５Ｂとの合流点に設けても良く、また、第１ヒーポン戻り管２６Ａと第２ヒーポン戻り管２６Ｂあるいは第１ヒーポン往き管２５Ａと第２ヒーポン往き管２５Ｂにそれぞれ設けた開閉弁により構成しても良いものである。
【００３３】
次に、２８は浴槽５内の湯水を加熱するための熱交換器、２９はこの熱交換器２８の一次側に熱源となる貯湯タンク２内の高温水を循環させる熱交循環ポンプ、３０は上流側から第２貯湯タンク２Ｂ上部、熱交換器２８、熱交循環ポンプ２９、第１貯湯タンク２Ａ上部を順に連通すると共に、第１貯湯タンク２Ａ下部と第２貯湯タンク２Ｂ下部とを連通する熱交循環回路で、第２貯湯タンク２Ｂ上部から取り出した高温水を熱交換器２８に流入させ、浴槽水と熱交換して生成される中温水を第１貯湯タンク２Ａ上部に戻すようにしているものである。
【００３４】
ここで、熱交循環回路３０の第１貯湯タンク２Ａ下部と第２貯湯タンク２Ｂ下部とを連通する側は、前記ヒーポン循環回路２４の第１ヒーポン往き管２５Ａと第２ヒーポン往き管２５Ｂとで兼用されているもので、ヒーポン循環回路２４の一部と兼用することで配管の本数および各貯湯タンク２Ａ、２Ｂへの接続部の数を少なくすることができコストダウンを計っているものである。なお、熱交循環回路３０の第１貯湯タンク２Ａ下部と第２貯湯タンク２Ｂ下部とを連通する側は、第１給水管６Ａと第２給水管６Ｂとで兼用するようにしても良いし、また専用の配管を設けても良いものである。
【００３５】
また、前記熱交換器２８の二次側には浴槽５内の湯水を循環可能に接続する風呂循環回路３１が接続され、浴槽５内の湯水を風呂循環ポンプ３２で熱交換器２８へ循環させるようにし、第２貯湯タンク２Ｂからの高温水を熱源として浴槽水の追焚きあるいは保温を行うようにしているものである。
【００３６】
そして、前記風呂循環回路３１には前記給湯管１１から分岐した湯張り管３３が接続されており、この湯張り管３３に設けられた湯張り弁３４を開弁して浴槽５への所定水量または所定水位の湯張りを行うものである。
【００３７】
３５はこの貯湯式給湯装置の各センサの検出値あるいはリモコン（図示せず）からの指令が入力され、予め記憶されているプログラムに従って各アクチュエータを駆動制御する制御手段である。
【００３８】
ここで、深夜時間帯になって貯湯タンク２内の湯水を沸き上げる際の動作について説明すると、前記制御手段３５により前記ヒートポンプユニット３の圧縮機１８が作動されると共に、加熱切換弁２７が第１貯湯タンク２Ａ側に切換えられ、第１貯湯タンク２Ａ内に満たされている水を下部の第１ヒーポン往き管２４Ａを介してヒーポン循環ポンプ２４によりヒートポンプユニット３の冷媒−水熱交換器１９へ流入させて加熱し、加熱された高温水は第１ヒーポン戻り管２５Ａを流れて第１貯湯タンク２Ａの上部から戻されて積層状に貯湯される。
【００３９】
そして、第１貯湯タンク２Ａが沸き上げられたことを貯湯温度センサ１７Ａで検出すると、前記加熱切換弁２７が第２貯湯タンク２Ｂ側に切換えられ、第２貯湯タンク２Ｂ内に満たされている水を下部の第２ヒーポン往き管２５Ｂを介して第１貯湯タンク２Ａの沸き上げと同じくヒートポンプユニット３にて沸き上げるものである。
【００４０】
このように、一方の貯湯タンク２を先に沸き上げるようにしているので、簡単に貯湯タンク２内の湯水を必要な量だけ管理しながら沸き上げることができ、第１ヒーポン往き管２５Ａと第２ヒーポン往き管２５Ｂ、あるいは第１ヒーポン戻り管２６Ａと第２ヒーポン戻り管２６Ｂとの間の流通抵抗の微差によって意図しない一方の貯湯タンク２に偏って沸き上げられてしまうなど不都合がない。そして、必要な量が沸き上げられると第１貯湯タンク２Ａの湯水を第２貯湯タンク２Ｂの湯水よりも優先的に使用するため前記第１出湯管７Ａと第２出湯管７Ｂとの合流点に設けられている混合弁８が第１貯湯タンク２Ａ側の開度を全開にされて給湯が開始されるのを待機する。
【００４１】
なお、ここでは第１貯湯タンク２Ａを先に沸き上げる構成について説明したが、先に第２貯湯タンク２Ｂを沸き上げてから第１貯湯タンク２Ａを沸き上げるようにしても良いし、前記加熱切換弁２７を第１貯湯タンク２Ａと第２貯湯タンク２Ｂの中間位置に切換えて両方を一度に沸き上げるようにすることを妨げるものではない。
【００４２】
そして、貯湯タンク２が沸き上げられている状態で給湯あるいは浴槽５への湯張りを行う場合は、図２に示すように、給湯栓４あるいは湯張り弁３４が開かれると、前記制御手段３５によって前記混合弁８が第１貯湯タンク２Ａ側の開度を全開にされているので、給水管６からの給水は第１給水管６Ａを流れて第１貯湯タンク２Ａへ下部から流入し、上部の第１出湯管７Ａから高温水が出湯管７に流出する。そして、前記温調ミキシング弁１２にてバイパス管１０からの水と混合されてリモコン等によって設定される給湯設定温度あるいは風呂設定温度に調整されて給湯管１１を流れて給湯栓４から給湯され、あるいは湯張り管３３を流れ、風呂循環回路３１を介して浴槽５に湯張りされるものである。
【００４３】
このとき、前記混合弁８の第２貯湯タンク２Ｂ側の開度が全閉とされて流路が閉じられているので、この第２貯湯タンク２Ｂ内に低温水が流入することはなく、高温水が貯湯された状態を継続し、前記第１貯湯タンク２Ａの下部には流出した高温水と同じ量だけの低温水が貯湯されるものである。ここで、第１貯湯タンク２Ａには上部に高温水、下部に低温水が貯められているが、その温度差により比重差が発生し、温度境界層を形成して比重の軽い高温水が上部に、比重の重い低温水が下部に位置するので、互いに混じり合うことはないものである。
【００４４】
そして、給湯栓４が閉じられるかあるいは給湯流量カウンタ１４がリモコン等によって設定される湯張り量をカウントするかまたは風呂循環回路３１途中に設けられた水位センサ（図示せず）が所定の水位を検出して湯張り弁３４が閉じられると、給湯あるいは湯張りが停止する。
【００４５】
ここで、第１貯湯タンク２Ａの貯湯量が少ないか給湯量あるいは湯張り量が多く、第１貯湯タンク２Ａ内の高温水を使い切ってしまい第１貯湯タンク２Ａの側面に設けられた貯湯温度センサ１７Ａの最上部のセンサが所定温度以下の低温水を検出したら、前記制御手段３５により前記混合弁８が第２貯湯タンク２Ｂ側の開度を全開にして、第２貯湯タンク２Ｂに貯められた高温水を用いて給湯あるいは湯張りを行うものである。
【００４６】
次に、浴槽５に湯張りされた湯を保温あるいは追焚きする場合は、図３に示すように、前記制御手段３５が風呂循環ポンプ３２を駆動して浴槽５内の湯を熱交換器２８へ循環させると共に、熱交循環ポンプ２９を駆動して第２貯湯タンク２Ｂの上部に貯められている高温水を熱交循環回路３０を介して熱交換器２８へ循環させ、浴槽５内の湯水と第２貯湯タンク２Ｂに貯湯されていた高温水とを熱交換させて保温あるいは追焚きを行う。
【００４７】
そして、第２貯湯タンク２Ｂから熱交換器２８に流入した高温水は浴槽水との熱交換により温度低下し、生成された中温水は熱交循環ポンプ２９の作動によって第１貯湯タンク２Ａの上部に戻されると同時に、第１貯湯タンク２Ａの下部の給湯または湯張りによって流入していた低温水が熱交循環回路３０の一部を構成するヒーポン循環回路２４の第１ヒーポン往き管２５Ａと第２ヒーポン往き管２５Ｂを介して第２貯湯タンク２Ｂの下部に流入するようにして熱源となる温水を循環させるようにしているものである。ここで、第２貯湯タンク２Ｂには、上部に高温水、下部に低温水が貯められることになるが、その温度差により比重差が発生し、温度境界層を形成して比重の軽い高温水が上部に、比重の重い低温水が下部に位置するので、互いに混じり合うことはないものである。
【００４８】
また、第１貯湯タンク２Ａの上部に流れ込んだ中温水は、第１貯湯タンク２Ａの上部に高温水が残っている場合はこの高温水と混合され、また、第１貯湯タンク２Ａの高温水を全部使い切った後は中温水のままで第１貯湯タンク２Ａの上部に貯められることとなる。この場合でも、上部の中温水と下部の低温水との間の温度差により比重差が発生し、温度境界層を形成して互いに混じり合うことがないものである。このように、熱交換により生成された中温水は給湯に有効に利用できる温度のままで全て第１貯湯タンク２Ａに貯められることとなるものである。
【００４９】
次に、第１貯湯タンク２Ａに中温水が貯められている状態で給湯する場合は、図４に示すように、給湯栓４が開かれると、前記制御手段３５によって前記混合弁８が第１貯湯タンク２Ａ側の開度を全開にされているので、給湯の開始によって第１給水管６Ａからの低温水が第１貯湯タンク２Ａの下部に流入し、第１貯湯タンク２Ａの上部に貯められている中温水が第１出湯管７Ａから出湯する。そして、前記温調ミキシング弁１２にてバイパス管１０からの低温水と混合されて給湯設定温度に調整されて給湯されるものである。
【００５０】
ここで、もしも給湯設定温度が高温に設定され第１貯湯タンク２Ａに貯められている中温水が給湯に利用できない温度である場合は、前記出湯温度センサ９の検出温度に基づいて前記混合弁８の混合比率を調整し、第１貯湯タンク２Ａからの中温水と第２貯湯タンク２Ｂからの高温水を給湯設定温度よりも高い温度の出湯温度となるように適切な混合比率に調整するものである。このとき、混合弁８で調整する出湯温度を給湯設定温度よりも少しだけ高い一定温度に調整するようにして、第１貯湯タンク２Ａの中温水を第２貯湯タンク２Ｂの高温水よりも優先してなるべく多く使用するようにしていると共に、一定温度の出湯を行うようにしているので、その下流に設けられた温調ミキシング弁１２で給湯設定温度に調整するときの温調動作が安定するものである。
【００５１】
そして、第１貯湯タンク２Ａ内から中温水を全て給湯しきってしまった後は、図５に示すように、前記制御手段３４によって前記混合弁８が第２貯湯タンク２Ｂ側の開度を全開にされて、第２貯湯タンク２Ｂに貯められた高温水を用いて給湯が行われるようにしているものである。このように、給湯に利用可能な中温水があるにもかかわらず第２貯湯タンク２Ｂの高温水をムダに給湯してしまうことがなく、熱源としての能力を確保できる。
【００５２】
なお、もしも保温あるいは追焚き中に第２貯湯タンク２Ｂの高温水を使い切ってしまった場合は、前記制御手段３５がヒーポン循環回路２４の加熱切換弁２７を第２貯湯タンク２Ｂ側に切換えると共にヒートポンプ回路２２を駆動して、第２貯湯タンク２Ｂの下部から取り出した低温水を沸き上げて同第２貯湯タンク２Ｂの上部に戻し、保温あるいは追焚きの熱源となる高温水の供給源となる第２貯湯タンク２Ｂに貯めるようにすることで、沸き上げられた熱交換効率の高い高温水を保温あるいは追焚きの熱源として用い、そして熱交換により生成された中温水を第１貯湯タンク２Ａの上部に貯めて給湯が行われたときに用いるので、効率的に湯水の熱を分配しながら保温あるいは追焚きを行えるようにしているものである。
【００５３】
また、保温あるいは追焚き中に、同時に給湯が行われた場合は、第２貯湯タンク２Ｂ上部の高温水を保温あるいは追焚きの熱源として用い、そして熱交換により生成された中温水を第１貯湯タンク２Ａを中継して給湯することができ、熱交換効率の高い高温水を保温あるいは追焚きに用い、それによって生成された中温水を４０℃程度の給湯設定温度にされることが多い給湯に用いるので、効率的に貯湯されている湯水の熱を分配できて熱の使用効率がよいものである。
【００５４】
このように、安価な深夜の電力により沸き上げた高温水を熱源として使用することができ、そして熱交換により生成された中温水は第１貯湯タンク２Ａに貯められるので第２貯湯タンク２Ｂに貯められている高温水と混じることがなくなって、残っている高温水の温度を低下させることがないと共に、第１貯湯タンク２Ａに貯められた中温水は、その下方に貯められた低温水と混じり合うことがなく出湯に有効に使用できる温度のままで貯めておくことができ、そして、この第１貯湯タンク２Ａの上部に接続されている第１出湯管７Ａから出湯させることができるので、この貯められた中温水を全て使い切ることが可能となるものである。
【００５５】
さらに、並列に設けた２つの貯湯タンク２の内、第１貯湯タンク２Ａ中温水を貯めると共に、混合弁８によって第１貯湯タンク２Ａに貯湯されている高温水あるいは中温水を第２貯湯タンク２Ｂに貯湯されている高温水よりも優先して給湯に使用するので、第２貯湯タンク２Ｂに高温水を残したままの状態で中温水を使い切ることができて、容量当たりの保有熱量が少ない中温水を長期にわたって貯めておくことがないものである。
【００５６】
また、貯湯されている量を全て使い切らなかったときでも、第１貯湯タンク２Ａおよび第２貯湯タンク２Ｂの下部には低温水が貯められることになるため、ヒートポンプ回路２２により沸き上げを行う際に、低温の湯水を冷媒−水熱交換器１９に流入させることができるために高効率でかつ高温の沸き上げを行うことができて省エネを促進できるものである。しかも、ヒーポン循環回路２３に加熱切換弁２７を備えているため、前記貯湯温度センサ１７Ａ、１７Ｂで各貯湯タンク２Ａ、２Ｂで検出した温度分布にもとづいて各貯湯タンク２Ａ、２Ｂの下部に貯められている低温水だけを選択して沸き上げることが可能となる。
【００５７】
また、沸き上げ開始を開始する際は第１貯湯タンク２Ａ側から行うようにして、ヒートポンプ回路２２の出力が安定するまでの間に生成される中温水を第１貯湯タンク２Ａ側に貯めるようにしているので、その後の給湯時に第１貯湯タンク２Ａ側の湯水が第２貯湯タンク２Ｂよりも優先して先に給湯に使用されることとなるので、この中温水も全て使い切ることが可能となって沸き上げ初期に消費したエネルギーも無駄にすることなく有効に利用することができるものである。ここでは先に第１貯湯タンク２Ａ内の湯水を全て沸き上げるようにしているが、これに限らず、少なくともヒートポンプ回路２２の出力が安定するまでの間は前記加熱切換弁２７を第１貯湯タンク２Ａ側に切換えておくようにしておけばよいものである。
【００５８】
次に、本発明の他の一実施形態について図６に基づいて説明する。なお、先の一実施形態と同じものは同一の符号を付してその説明を省略することとする。
【００５９】
この一実施形態では先の一実施形態の混合弁８の代わりに、前記第１貯湯タンク２Ａまたは第２貯湯タンク２Ｂの一方から出湯させるよう流路を切換える出湯切換弁３６が設けられているものである。なお、この出湯切換弁３６は前記第１給水管６Ａと第２給水管６Ｂの分岐点に設けても良いものである。
【００６０】
また、風呂機能の代わりに暖房機能を備え、前記熱交換器２８の二次側には暖房循環回路３７が設けられ、この暖房循環回路３７途中に暖房循環ポンプ３８および暖房端末３９を備えているものである。なお、この暖房端末３９は多様の形態が考えられるもので、例えば床暖房パネル、温水式温風暖房機、温水式バス暖房乾燥機（温風式）、バス床暖房、パネルコンベクタなどが挙げられる。
【００６１】
そして、先の一実施形態と同じく、給湯栓４が開かれると、前記制御手段３５によって前記出湯切換弁３６が第１貯湯タンク２Ａ側に切換えられているので、、給水管６からの給水は第１給水管６Ａを流れて第１貯湯タンク２Ａへ下部から流入し、上部の第１出湯管７Ａから高温水が出湯管７に流出する。そして、前記温調ミキシング弁１２にてバイパス管１０からの水と混合されてリモコン等によって設定される給湯設定温度に調整されて給湯管１１を流れて給湯栓４から給湯される。
【００６２】
また、第１貯湯タンク２Ａの貯湯量が少ないか給湯量あるいは湯張り量が多く、第１貯湯タンク２Ａ内の高温水を使い切ってしまい第１貯湯タンク２Ａの側面に設けられた貯湯温度センサ１７Ａの最上部のセンサが所定温度以下の低温水を検出したら、前記制御手段３５により前記出湯切換弁３６が第２貯湯タンク２Ｂ側に切換えられて、第２貯湯タンク２Ｂに貯められた高温水を用いて給湯を行う。
【００６３】
次に、暖房を行う場合は、前記制御手段３５が暖房循環ポンプ３８を駆動して暖房循環回路３７内の循環液を熱交換器２８へ循環させると共に、熱交循環ポンプ２９を駆動して第２貯湯タンク２Ｂの上部に貯められている高温水を熱交循環回路３０を介して熱交換器２８へ循環させ、暖房循環回路３７の循環液とと第２貯湯タンク２Ｂに貯湯されていた高温水とを熱交換させて暖房を行う。
【００６４】
そして、第２貯湯タンク２Ｂから熱交換器２８に流入した高温水は暖房側との熱交換により温度低下し、生成された中温水は熱交循環ポンプ２９の作動によって第１貯湯タンク２Ａの上部に戻されると同時に、第１貯湯タンク２Ａの下部の給湯または湯張りによって流入していた低温水が熱交循環回路３０の一部を構成するヒーポン循環回路２４の第１ヒーポン往き管２５Ａと第２ヒーポン往き管２５Ｂを介して第２貯湯タンク２Ｂの下部に流入するようにして熱源となる温水を循環させるようにしているものである。また、第１貯湯タンク２Ａの上部に流れ込んだ中温水は、第１貯湯タンク２Ａの上部に高温水が残っている場合はこの高温水と混合され、また、第１貯湯タンク２Ａの高温水を全部使い切った後は中温水のままで第１貯湯タンク２Ａの上部に貯められることとなる。
【００６５】
次に、第１貯湯タンク２Ａに中温水が貯められている状態で給湯する場合は、給湯栓４が開かれると、前記制御手段３５によって前記出湯切換弁３６が第１貯湯タンク２Ａ側に切換えられているので、給湯の開始によって第１給水管６Ａからの低温水が第１貯湯タンク２Ａの下部に流入し、第１貯湯タンク２Ａの上部に貯められている中温水が第１出湯管７Ａから出湯する。そして、前記温調ミキシング弁１２にてバイパス管１０からの低温水と混合されて給湯設定温度に調整されて給湯されるものである。
【００６６】
ここで、もしも給湯設定温度が高温に設定され第１貯湯タンク２Ａに貯められている中温水が給湯に利用できない温度である場合あるいは第１貯湯タンク２Ａ内の中温水を全て使い切った後は、前記出湯切換弁３６を第２貯湯タンク２Ｂ側に切換えて第２貯湯タンク２Ｂに貯湯されている高温水を用いて給湯を行うようにしているものである。このように、給湯に利用可能な中温水があるにもかかわらず第２貯湯タンク２Ｂの高温水をムダに給湯してしまうことがなく、熱源としての能力を確保できる。
【００６７】
また、暖房動作中に、同時に給湯が行われた場合は、第２貯湯タンク２Ｂ上部の高温水を暖房の熱源として用い、そして熱交換により生成された中温水を第１貯湯タンク２Ａを中継して給湯することができ、熱交換効率の高い高温水を暖房に用い、それによって生成された中温水を４０℃程度の給湯設定温度にされることが多い給湯に用いるので、効率的に貯湯されている湯水の熱を分配できて熱の使用効率がよいものである。
【００６８】
このように、安価な深夜の電力により沸き上げた高温水を熱源として使用することができ、そして熱交換により生成された中温水は第１貯湯タンク２Ａに貯められるので第２貯湯タンク２Ｂに貯められている高温水と混じることがなくなって、残っている高温水の温度を低下させることがないと共に、第１貯湯タンク２Ａに貯められた中温水は、その下方に貯められた低温水と混じり合うことがなく出湯に有効に使用できる温度のままで貯めておくことができ、そして、この第１貯湯タンク２Ａの上部に接続されている第１出湯管７Ａから出湯させることができるので、この貯められた中温水を全て使い切ることが可能となるものである。
【００６９】
さらに、並列に設けた２つの貯湯タンク２の内、第１貯湯タンク２Ａ中温水を貯めると共に、出湯切換弁３６によって第１貯湯タンク２Ａに貯湯されている高温水あるいは中温水を第２貯湯タンク２Ｂに貯湯されている高温水よりも優先して給湯に使用するので、第２貯湯タンク２Ｂに高温水を残したままの状態で中温水を使い切ることができて、容量当たりの保有熱量が少ない中温水を長期にわたって貯めておくことがないものである。
【００７０】
なお、本発明はこれまで説明してきた実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を変更することなく設計変形可能な範囲に及ぶものであって、例えば熱交換器２８を熱交換器の一種として考えられる暖房端末して、この暖房端末に第２貯湯タンク２Ｂの高温水を直接循環させるようにしても良い。
【００７１】
また、請求項１〜３にかかる発明においては、加熱手段２２として例えば各貯湯タンク２Ａ、２Ｂ内に電熱ヒータをそれぞれ設けるようにしても良いものであり、また、加熱手段２２として貯湯タンク２外に電熱ヒータユニット等を設けるようにしても良いものであるが、実施形態中に示したように二酸化炭素冷媒を用いたヒートポンプ回路を加熱手段２２とすることによって、電気的な入力以上の熱エネルギーを取り出すことができると共に、高温の沸き上げができるという優れた効果を有している。
【００７２】
【発明の効果】
以上のように、本発明の請求項１によれば、貯湯タンク内に貯められた高温水を熱源として用いることができると共に、熱交換により生成された中温水が低温水と混じり合うことなく給湯に有効に利用できる温度のままで貯めておくことができ、しかも、この貯められた中温水を第２貯湯タンクの高温水よりも優先して給湯に用いるので、中温水を全て使い切ることが可能となるものであると共に、第１貯湯タンクに貯められた中温水が給湯に利用できない温度まで低下したとしても、第２貯湯タンクに貯められた高温水と混合して給湯に有効に利用可能な温度まで昇温して給湯に使用することが可能となり、給湯に不向きな温度の中温水であっても全て使い切ることが可能となるものである。しかも、給湯に利用可能な中温水があるにもかかわらず第２貯湯タンクの高温水をムダに給湯してしまうことがなく、熱源としての能力を確保できる。
【００７３】
また、請求項２によれば、貯湯タンク内に貯められた高温水を熱源として用いることができると共に、熱交換により生成された中温水が低温水と混じり合うことなく給湯に有効に利用できる温度のままで貯めておくことができ、しかも、この貯められた中温水を第２貯湯タンクの高温水よりも優先して給湯に用いるので、中温水を全て使い切ることが可能となるものである。しかも、給湯に利用可能な中温水があるにもかかわらず第２貯湯タンクの高温水をムダに給湯してしまうことがなく、熱源としての能力を確保できる。
【００７４】
また、請求項３によれば、貯湯タンクから出湯されてくる湯が高温あるいは中温であったとしても温調ミキシング弁によって給水管からの低温水と混合して任意の給湯温度で給湯を行うことができ、熱交換により生成された中温水を使い勝手良く給湯に用いることが可能となるものである。
【００７５】
また、請求項４によれば、第１および第２の貯湯タンクの下部には低温水が流入するものであり、この低温水を二酸化炭素冷媒を用いた超臨界ヒートポンプサイクルのヒートポンプ回路で加熱するので、高効率で高温の沸き上げが可能となるものである。
【００７６】
また、請求項５によれば、加熱切換弁を切換えることによって一方の貯湯タンクを選択して沸き上げることができ、第１および第２の貯湯タンクのそれぞれの上部に高温水および中温水が残っている場合などにおいて、各貯湯タンクの下部に貯められている低温水だけを選択して沸き上げることが可能となると共に、各貯湯タンクへの配管の流通抵抗の差によって一方の貯湯タンクへ偏って沸き上げられてしまうなどの不都合がないものである。
【００７７】
また、請求項６によれば、沸き上げ動作時にヒートポンプ回路の出力が安定するまでに生成される中温水は第１貯湯タンクに貯められ、その後の給湯時に第１貯湯タンクの湯水が第２貯湯タンクよりも優先して給湯に使用されることとなり、この中温水も全て使い切ることが可能となって沸き上げ初期に消費したエネルギーも無駄にすることなく有効に利用することができるものである。
【００７８】
また、請求項７によれば、第２貯湯タンクの下部から取り出した低温水を沸き上げて同第２貯湯タンクの上部に戻し、熱源となる高温水の供給源となる第２貯湯タンクに貯めるようにすることで、沸き上げられた熱交換効率の高い高温水を直ぐに熱源として用い、そして熱交換により生成された中温水を第１貯湯タンクを介して給湯することができ、効率的に湯水の熱を分配できて熱の使用効率がよいものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の概略構成図。
【図２】同一実施形態の給湯運転の作動を説明する図。
【図３】同一実施形態の風呂保温あるいは追焚き運転の作動を説明する図。
【図４】同一実施形態の中温水を用いた給湯運転の作動を説明する図。
【図５】同一実施形態の第１貯湯タンクに高温水および中温水がなくなってからの給湯運転の作動を説明する図。
【図６】本発明の他の一実施形態の概略構成図。
【図７】従来例の概略構成図。
【符号の説明】
２ 貯湯タンク
２Ａ 第１貯湯タンク
２Ｂ 第２貯湯タンク
６ 給水管
７ 出湯管
８ 混合弁
１０ バイパス管
１１ 給湯管
１２ 温調ミキシング弁
２２ ヒートポンプ回路（加熱手段）
２３ ヒーポン循環回路
２７ 加熱切換弁
２８ 熱交換器
２９ 熱交循環ポンプ
３０ 熱交循環回路
３６ 出湯切換弁
【発明の属する技術分野】
本発明は貯湯タンク内の湯水を熱源とする熱交換器を備えた貯湯式給湯装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来よりこの種の貯湯式給湯装置では、本願出願人が先に出願した特願２００２−３９４７８号で開示した貯湯タンク内に貯湯された高温水を熱源として風呂の追焚きや暖房に用いるようにしたものがあった。
【０００３】
この従来のものを図７に基づいて説明すると、１０１は加熱手段としてのヒートポンプ回路、１０２は貯湯タンクで、この貯湯タンク１０２下部から取り出した低温水をヒートポンプ回路１０１で高温に加熱して貯湯タンク１０２の上部から積層貯湯していくものである。
【０００４】
前記貯湯タンク１０２には、その下端に給水管１０３が接続され、また上端には出湯管１０４が接続されているものである。１０５は電動ミキシング弁で、出湯管１０４からの高温水と給水管１０３からの低温水をリモコン（図示せず）等で設定された任意の給湯設定温度に混合して給湯栓１０６から出湯するものである。
【０００５】
１０７は暖房あるいは風呂の追焚きあるいは保温の熱源としての熱交換器で、出湯管１０４から分岐した熱交往き管１０８および給水管１０３に合流する熱交戻り管１０９により貯湯タンク１０２と循環可能に接続されており、貯湯タンク１０２内の高温水を熱交換器１０７に流入させて暖房回路、風呂の追焚き回路あるいは保温回路等の２次側回路（図示せず）の温水を加熱するものである。
【０００６】
そして、貯湯タンク１０２の上部から取り出された高温水は、前記熱交換器１０７で熱交換されて温度低下して中温水となって貯湯タンク１０２の下部から貯湯タンク１０２内に戻るものである。
【０００７】
なお、このような従来の貯湯式給湯装置にかかる公知の刊行物を本願出願人は発見することができないが、貯湯タンク内に貯湯された高温水を熱源として暖房を行うものとして例えば特許文献１が挙げられる。
【０００８】
【特許文献１】
特許第２６６３６３７号公報（図１）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この従来のものでは、熱交換器１０７での熱交換により中温水が貯湯タンク１０２に貯まっていくが、この中温水は暖房あるいは追焚きの熱源として利用するには温度が低いため適さず、しかも湯切れするまで給湯を行わないと容量当たりの保有熱量が少ない中温水がいつまでも貯湯タンク１０２内に残留し、貯湯タンク１０２の保有熱量を減らしてしまい貯湯タンク容量の有効利用ができないという課題があった。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明はこれらの課題を解決するために、請求項１では、給水管と出湯管との間に並列に設けられ、湯水を貯湯する第１および第２の貯湯タンクと、前記第１および第２貯湯タンク内の湯水を高温に加熱する加熱手段と、前記第１、第２貯湯タンクの出湯側の合流点あるいは給水側の分岐点に設けられ、前記第１、第２貯湯タンクからの出湯比率を調整可能な混合弁と、熱交換器と熱交循環ポンプを備え前記第１貯湯タンクの上部と前記第２貯湯タンクの上部を連通し、且つ前記第１貯湯タンク下部と前記第２貯湯タンク下部を連通し、前記第２貯湯タンク上部から取り出した高温水を前記熱交換器で放熱させ、生成された中温水を前記第１貯湯タンク上部に戻すようにした熱交循環回路とを備え、給湯時は前記第１貯湯タンクの高温水あるいは中温水を前記第２貯湯タンクの高温水よりも優先して使用するように前記混合弁の開度を調整するようにした。
【００１１】
これにより、加熱手段により第１および第２の貯湯タンク内の湯水が高温に沸き上げられ、混合弁によって第１貯湯タンク側の開度が全開あるいは第２貯湯タンク側よりも大きく開かれ、第１貯湯タンクに貯められた高温水が第２貯湯タンクよりも優先して給湯に使用される。そして、貯湯タンク内の高温水を熱源として二次側を加熱するときは、熱交循環ポンプの駆動により第２貯湯タンク上部から取り出した高温水を熱交循環回路を介して熱交換器に循環させ、二次側との熱交換により生成された中温水を第１貯湯タンク上部に戻すようにしている。そして、第１貯湯タンクに高温水あるいは中温水がある間は、混合弁の開度を調整して第１貯湯タンク内の高温水あるいは中温水を第２貯湯タンクの高温水よりも先に優先して給湯に使用されるものである。このとき、もしも中温水の温度が給湯に利用できない温度まで低下したとしても、混合弁の開度の調整によりこの中温水を第２貯湯タンクの高温水と混合して給湯に有効に利用可能な温度まで昇温して中温水を優先的に給湯に用いるものである。しかも、給湯に利用可能な中温水があるにもかかわらず第２貯湯タンクの高温水をムダに給湯してしまうことがなく、熱源としての能力を確保できる。
【００１２】
また、請求項２では、給水管と出湯管との間に並列に設けられ、湯水を貯湯する第１および第２の貯湯タンクと、前記第１および第２貯湯タンク内の湯水を高温に加熱する加熱手段と、前記第１、第２貯湯タンクの出湯側の合流点あるいは給水側の分岐点に設けられ、前記第１または第２貯湯タンクの一方から出湯させるよう流路を切換える出湯切換弁と、熱交換器と熱交循環ポンプを備え前記第１貯湯タンクの上部と前記第２貯湯タンクの上部を連通し、且つ前記第１貯湯タンク下部と前記第２貯湯タンク下部を連通し、前記第２貯湯タンク上部から取り出した高温水を前記熱交換器で放熱させ、生成された中温水を前記第１貯湯タンク上部に戻すようにした熱交循環回路とを備え、給湯時は前記第１貯湯タンクの高温水あるいは中温水を前記第２貯湯タンクの高温水よりも優先して使用するように前記出湯切換弁を切換えるようにした。
【００１３】
これにより、これにより、加熱手段により第１および第２の貯湯タンク内の湯水が高温に沸き上げられ、出湯切換弁によって第１貯湯タンク側を選択し、第１貯湯タンクに貯められた高温水が第２貯湯タンクよりも優先して給湯に使用される。そして、貯湯タンク内の高温水を熱源として二次側を加熱するときは、熱交循環ポンプの駆動により第２貯湯タンク上部から取り出した高温水を熱交循環回路を介して熱交換器に循環させ、二次側との熱交換により生成された中温水を第１貯湯タンク上部に戻すようにしている。そして、第１貯湯タンクに高温水あるいは中温水があるときは、出湯切換弁を第１貯湯タンク側に切換えて第１貯湯タンク内の高温水あるいは中温水を第２貯湯タンクの高温水よりも先に優先して給湯に使用されるものである。しかも、給湯に利用可能な中温水があるにもかかわらず第２貯湯タンクの高温水をムダに給湯してしまうことがなく、熱源としての能力を確保できる。
【００１４】
また、請求項３では、前記給水管から前記第１、第２の貯湯タンクをバイパスして前記出湯管に合流するバイパス管を設け、前記バイパス管と前記出湯管の合流点あるいは前記バイパス管と前記給水管の分岐点に、前記バイパス管および前記出湯管を流れる湯水の混合比率を調節して給湯管へ流出させる温調ミキシング弁を設けた。
【００１５】
これにより、貯湯タンクから出湯されてくる湯が高温あるいは中温であったとしても温調ミキシング弁によって給水管からの低温水と混合して任意の給湯温度で給湯を行うことができる。
【００１６】
また、請求項４では、前記加熱手段を二酸化炭素冷媒を用いたヒートポンプ回路として超臨界ヒートポンプサイクルを構成すると共に、前記第１および第２貯湯タンクと前記ヒートポンプ回路とをヒーポン循環回路にて並列かつ湯水が循環可能に接続し、前記第１および第２の貯湯タンク下部からの湯水を前記ヒートポンプ回路で加熱して前記第１および第２の貯湯タンク上部へ戻すよう構成した。
【００１７】
これにより、ヒートポンプ回路に対して並列に設けられた第１および第２の貯湯タンクの下部には給湯の使用によって低温水が流入するものであり、この低温水をヒーポン循環回路を介して循環して二酸化炭素冷媒を用いた超臨界ヒートポンプサイクルのヒートポンプ回路で加熱するので、高効率で高温の沸き上げが可能となるものである。
【００１８】
また、請求項５では、前記ヒーポン循環回路途中に、このヒーポン循環回路を前記第１貯湯タンクあるいは第２貯湯タンクの一方に選択的に連通させて加熱する貯湯タンクを選択する加熱切換弁を設けた。
【００１９】
これにより、ヒートポンプ回路に対して並列に設けた第１および第２の貯湯タンクのどちらを加熱するかを切換える加熱切換弁を設けることによって、一方の貯湯タンクを選択して沸き上げることができ、第１および第２の貯湯タンクのそれぞれの上部に高温水および中温水が残っている場合などにおいて、各貯湯タンクの下部に貯められている低温水だけを選択して沸き上げることが可能となると共に、各貯湯タンクへの配管の流通抵抗の差によって一方の貯湯タンクへ偏って沸き上げられてしまうなどの不都合がないものである。
【００２０】
また、請求項６では、前記ヒートポンプ回路による湯水の沸き上げ動作時において、前記ヒートポンプ回路の出力が安定するまでは、前記加熱切換弁が前記第１貯湯タンク側に切換えられているようにした。
【００２１】
これにより、沸き上げ動作時にヒートポンプ回路の出力が安定するまでに生成される中温水は、加熱切換弁が第１貯湯タンク側に切換えられていることによって第１貯湯タンクに貯められ、その後の給湯時に第１貯湯タンクの湯水が第２貯湯タンクよりも優先して給湯に使用されることとなり、この中温水も全て使い切ることが可能となって沸き上げ初期に消費したエネルギーも無駄にすることなく有効に利用することができるものである。
【００２２】
また、請求項７では、前記熱交循環ポンプ作動中での前記ヒートポンプ回路による湯水の沸き上げ動作時においては、前記加熱切換弁が前記第２貯湯タンク側へ切換えられ、第２貯湯タンク側の湯水を沸き上げるようにした。
【００２３】
これにより、熱交循環ポンプが作動している二次側との熱交換中の間に第２貯湯タンク内の高温水が足りなくなるなどして沸き増しが必要になった場合では、加熱切換弁を第２貯湯タンク側に切換えて、第２貯湯タンクの下部から取り出した低温水を沸き上げて同第２貯湯タンクの上部に戻し、熱源となる高温水の供給源となる第２貯湯タンクに貯めるようにすることで、沸き上げられた熱交換効率の高い高温水を直ぐに熱源として用い、そして熱交換により生成された中温水を第１貯湯タンクを介して給湯することができ、効率的に湯水の熱を分配できて熱の使用効率がよいものである。
【００２４】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の一実施形態の貯湯式給湯装置を図面に基づいて説明する。なお、図２〜図５中の貯湯タンク２にハッチングした斜線は低温水、二重斜線は中温水、三重斜線は高温水を示し、矢印は湯水の流れ方向を示すものである。
【００２５】
この貯湯式給湯装置は、時間帯別契約電力の電力単価が安価な深夜時間帯に湯水を沸き上げて貯湯し、この貯湯した湯水を給湯に用いるもので、１は温水を貯湯する貯湯タンク２を備えた貯湯タンクユニット、３は貯湯タンク内の湯水を加熱するヒートポンプユニット、４は台所や浴室等に設けられた給湯栓、５は浴槽である。
【００２６】
前記貯湯タンクユニット１には、給水管６と出湯管７との間に、湯水を貯湯する第１貯湯タンク２Ａおよび第２貯湯タンク２Ｂが並列に設けられており、第１貯湯タンク２Ａ下部に第１給水管６Ａ、上部に第１出湯管７Ａが、第２貯湯タンク２Ｂ下部に第２給水管６Ｂ、上部に第２出湯管７Ｂがそれぞれ接続され、前記第１出湯管７Ａと第２出湯管７Ｂとの合流点には、前記第１貯湯タンク２Ａまたは第２貯湯タンク２Ｂからの出湯比率を調整可能な混合弁８が設けられると共に、この混合弁８の下流側に混合された出湯温度を検出する出湯温度センサ９が設けられているものである。なお、この混合弁８は前記第１給水管６Ａと第２給水管６Ｂの分岐点に設けても良く、この場合では出湯温度センサ９は混合弁８の下流側ではなく、前記第１給水管６Ａと第２給水管６Ｂの合流点の下流側に設けることで混合された出湯温度を検出して混合弁８の混合比率を適切に調整可能とすることができる。
【００２７】
１０は前記給水管６から前記第１貯湯タンク２Ａおよび第２貯湯タンク２Ｂをバイパスして前記出湯管７に合流するバイパス管で、このバイパス管１０と前記出湯管６の合流点に設けられたバイパス管１０および出湯管７を流れる湯水の混合比を調節してリモコン（図示せず）等で設定される任意の給湯設定温度の湯を給湯栓４に接続された給湯管１１に流出させる温調ミキシング弁１２を介して連通されているものである。
【００２８】
１３は前記温調ミキシング弁１２の出口側の給湯管１１に設けられこの給湯管１１から給湯される湯水の温度を検出する給湯温度センサで、検出された温度に応じて前記温調ミキシング弁１２の混合比率の調節が行われるものである。１４は給湯管１１に設けられ給湯流量をカウントする給湯流量カウンタである。１５は給水管６に設けられ給水圧を減圧する減圧弁である。１６は前記減圧弁１５よりも下流側の給水管６に設けられ給水の温度を検出する給水温度センサである。
【００２９】
前記第１貯湯タンク２Ａおよび第２貯湯タンク２Ｂには垂直方向にそれぞれ複数個の貯湯温度センサ１７Ａおよび１７Ｂが設けられており、各貯湯タンク２Ａ、２Ｂに貯湯されている湯水の温度を検出して各貯湯タンク２Ａ、２Ｂ内の残り湯量および垂直方向の温度分布を概略検知するものである。
【００３０】
次に、前記ヒートポンプユニット３は、圧縮機１８と凝縮器としての冷媒−水熱交換器１９と電子膨張弁２０と蒸発器としての空気熱交換器２１で構成された加熱手段としてのヒートポンプ回路２２と、各貯湯タンク２Ａ、２Ｂ内の被加熱水たる湯水をヒーポン循環回路２３を介して冷媒−水熱交換器１９に循環させるヒーポン循環ポンプ２４とを備えており、ヒートポンプ回路２２の冷媒回路内には冷媒として二酸化炭素が充填されて超臨界ヒートポンプサイクルを構成しているものである。なお、冷媒に二酸化炭素を用いているので、低温水を電熱ヒータなしで約９０℃の高温まで沸き上げることが可能なものである。
【００３１】
ここで、前記冷媒−水熱交換器１９は冷媒と被加熱水たる湯水とが対向して流れる対向流方式を採用しており、超臨界ヒートポンプサイクルでは熱交換時において冷媒は超臨界状態のまま凝縮されるため効率良く高温まで被加熱水を加熱することができ、被加熱水の冷媒−水熱交換器１９入口温度と冷媒の出口温度との温度差ΔＴが一定になるように前記電子膨張弁２０または圧縮機１８を制御することで、被加熱水の冷媒−水熱交換器１９の入口温度が１５℃程度の温度であるとＣＯＰ（エネルギー消費効率）が３．０以上の高効率での加熱を行うことが可能なものである。
【００３２】
そして、前記貯湯タンクユニット１側の前記ヒーポン循環回路２３のヒーポン往き管２５とヒーポン戻り管２６との間に、第１貯湯タンク２Ａおよび第２貯湯タンク２Ｂが並列に設けられており、第１貯湯タンク２Ａ下部に第１ヒーポン往き管２５Ａ、上部に第１ヒーポン戻り管２６Ａが、第２貯湯タンク２Ｂ下部に第２ヒーポン往き管２５Ｂ、上部に第２ヒーポン戻り管２６Ｂがそれぞれ接続され、前記第１ヒーポン戻り管２６Ａと第２ヒーポン戻り管２６Ｂの分岐点には、第１貯湯タンク２Ａまたは第２貯湯タンク２Ｂの一方を選択的に前記冷媒−水熱交換器１９の水側と連通させる三方弁より成る加熱切換弁２７が設けられているものである。なお、この加熱切換弁２７は第１ヒーポン往き管２５Ａと第２ヒーポン往き管２５Ｂとの合流点に設けても良く、また、第１ヒーポン戻り管２６Ａと第２ヒーポン戻り管２６Ｂあるいは第１ヒーポン往き管２５Ａと第２ヒーポン往き管２５Ｂにそれぞれ設けた開閉弁により構成しても良いものである。
【００３３】
次に、２８は浴槽５内の湯水を加熱するための熱交換器、２９はこの熱交換器２８の一次側に熱源となる貯湯タンク２内の高温水を循環させる熱交循環ポンプ、３０は上流側から第２貯湯タンク２Ｂ上部、熱交換器２８、熱交循環ポンプ２９、第１貯湯タンク２Ａ上部を順に連通すると共に、第１貯湯タンク２Ａ下部と第２貯湯タンク２Ｂ下部とを連通する熱交循環回路で、第２貯湯タンク２Ｂ上部から取り出した高温水を熱交換器２８に流入させ、浴槽水と熱交換して生成される中温水を第１貯湯タンク２Ａ上部に戻すようにしているものである。
【００３４】
ここで、熱交循環回路３０の第１貯湯タンク２Ａ下部と第２貯湯タンク２Ｂ下部とを連通する側は、前記ヒーポン循環回路２４の第１ヒーポン往き管２５Ａと第２ヒーポン往き管２５Ｂとで兼用されているもので、ヒーポン循環回路２４の一部と兼用することで配管の本数および各貯湯タンク２Ａ、２Ｂへの接続部の数を少なくすることができコストダウンを計っているものである。なお、熱交循環回路３０の第１貯湯タンク２Ａ下部と第２貯湯タンク２Ｂ下部とを連通する側は、第１給水管６Ａと第２給水管６Ｂとで兼用するようにしても良いし、また専用の配管を設けても良いものである。
【００３５】
また、前記熱交換器２８の二次側には浴槽５内の湯水を循環可能に接続する風呂循環回路３１が接続され、浴槽５内の湯水を風呂循環ポンプ３２で熱交換器２８へ循環させるようにし、第２貯湯タンク２Ｂからの高温水を熱源として浴槽水の追焚きあるいは保温を行うようにしているものである。
【００３６】
そして、前記風呂循環回路３１には前記給湯管１１から分岐した湯張り管３３が接続されており、この湯張り管３３に設けられた湯張り弁３４を開弁して浴槽５への所定水量または所定水位の湯張りを行うものである。
【００３７】
３５はこの貯湯式給湯装置の各センサの検出値あるいはリモコン（図示せず）からの指令が入力され、予め記憶されているプログラムに従って各アクチュエータを駆動制御する制御手段である。
【００３８】
ここで、深夜時間帯になって貯湯タンク２内の湯水を沸き上げる際の動作について説明すると、前記制御手段３５により前記ヒートポンプユニット３の圧縮機１８が作動されると共に、加熱切換弁２７が第１貯湯タンク２Ａ側に切換えられ、第１貯湯タンク２Ａ内に満たされている水を下部の第１ヒーポン往き管２４Ａを介してヒーポン循環ポンプ２４によりヒートポンプユニット３の冷媒−水熱交換器１９へ流入させて加熱し、加熱された高温水は第１ヒーポン戻り管２５Ａを流れて第１貯湯タンク２Ａの上部から戻されて積層状に貯湯される。
【００３９】
そして、第１貯湯タンク２Ａが沸き上げられたことを貯湯温度センサ１７Ａで検出すると、前記加熱切換弁２７が第２貯湯タンク２Ｂ側に切換えられ、第２貯湯タンク２Ｂ内に満たされている水を下部の第２ヒーポン往き管２５Ｂを介して第１貯湯タンク２Ａの沸き上げと同じくヒートポンプユニット３にて沸き上げるものである。
【００４０】
このように、一方の貯湯タンク２を先に沸き上げるようにしているので、簡単に貯湯タンク２内の湯水を必要な量だけ管理しながら沸き上げることができ、第１ヒーポン往き管２５Ａと第２ヒーポン往き管２５Ｂ、あるいは第１ヒーポン戻り管２６Ａと第２ヒーポン戻り管２６Ｂとの間の流通抵抗の微差によって意図しない一方の貯湯タンク２に偏って沸き上げられてしまうなど不都合がない。そして、必要な量が沸き上げられると第１貯湯タンク２Ａの湯水を第２貯湯タンク２Ｂの湯水よりも優先的に使用するため前記第１出湯管７Ａと第２出湯管７Ｂとの合流点に設けられている混合弁８が第１貯湯タンク２Ａ側の開度を全開にされて給湯が開始されるのを待機する。
【００４１】
なお、ここでは第１貯湯タンク２Ａを先に沸き上げる構成について説明したが、先に第２貯湯タンク２Ｂを沸き上げてから第１貯湯タンク２Ａを沸き上げるようにしても良いし、前記加熱切換弁２７を第１貯湯タンク２Ａと第２貯湯タンク２Ｂの中間位置に切換えて両方を一度に沸き上げるようにすることを妨げるものではない。
【００４２】
そして、貯湯タンク２が沸き上げられている状態で給湯あるいは浴槽５への湯張りを行う場合は、図２に示すように、給湯栓４あるいは湯張り弁３４が開かれると、前記制御手段３５によって前記混合弁８が第１貯湯タンク２Ａ側の開度を全開にされているので、給水管６からの給水は第１給水管６Ａを流れて第１貯湯タンク２Ａへ下部から流入し、上部の第１出湯管７Ａから高温水が出湯管７に流出する。そして、前記温調ミキシング弁１２にてバイパス管１０からの水と混合されてリモコン等によって設定される給湯設定温度あるいは風呂設定温度に調整されて給湯管１１を流れて給湯栓４から給湯され、あるいは湯張り管３３を流れ、風呂循環回路３１を介して浴槽５に湯張りされるものである。
【００４３】
このとき、前記混合弁８の第２貯湯タンク２Ｂ側の開度が全閉とされて流路が閉じられているので、この第２貯湯タンク２Ｂ内に低温水が流入することはなく、高温水が貯湯された状態を継続し、前記第１貯湯タンク２Ａの下部には流出した高温水と同じ量だけの低温水が貯湯されるものである。ここで、第１貯湯タンク２Ａには上部に高温水、下部に低温水が貯められているが、その温度差により比重差が発生し、温度境界層を形成して比重の軽い高温水が上部に、比重の重い低温水が下部に位置するので、互いに混じり合うことはないものである。
【００４４】
そして、給湯栓４が閉じられるかあるいは給湯流量カウンタ１４がリモコン等によって設定される湯張り量をカウントするかまたは風呂循環回路３１途中に設けられた水位センサ（図示せず）が所定の水位を検出して湯張り弁３４が閉じられると、給湯あるいは湯張りが停止する。
【００４５】
ここで、第１貯湯タンク２Ａの貯湯量が少ないか給湯量あるいは湯張り量が多く、第１貯湯タンク２Ａ内の高温水を使い切ってしまい第１貯湯タンク２Ａの側面に設けられた貯湯温度センサ１７Ａの最上部のセンサが所定温度以下の低温水を検出したら、前記制御手段３５により前記混合弁８が第２貯湯タンク２Ｂ側の開度を全開にして、第２貯湯タンク２Ｂに貯められた高温水を用いて給湯あるいは湯張りを行うものである。
【００４６】
次に、浴槽５に湯張りされた湯を保温あるいは追焚きする場合は、図３に示すように、前記制御手段３５が風呂循環ポンプ３２を駆動して浴槽５内の湯を熱交換器２８へ循環させると共に、熱交循環ポンプ２９を駆動して第２貯湯タンク２Ｂの上部に貯められている高温水を熱交循環回路３０を介して熱交換器２８へ循環させ、浴槽５内の湯水と第２貯湯タンク２Ｂに貯湯されていた高温水とを熱交換させて保温あるいは追焚きを行う。
【００４７】
そして、第２貯湯タンク２Ｂから熱交換器２８に流入した高温水は浴槽水との熱交換により温度低下し、生成された中温水は熱交循環ポンプ２９の作動によって第１貯湯タンク２Ａの上部に戻されると同時に、第１貯湯タンク２Ａの下部の給湯または湯張りによって流入していた低温水が熱交循環回路３０の一部を構成するヒーポン循環回路２４の第１ヒーポン往き管２５Ａと第２ヒーポン往き管２５Ｂを介して第２貯湯タンク２Ｂの下部に流入するようにして熱源となる温水を循環させるようにしているものである。ここで、第２貯湯タンク２Ｂには、上部に高温水、下部に低温水が貯められることになるが、その温度差により比重差が発生し、温度境界層を形成して比重の軽い高温水が上部に、比重の重い低温水が下部に位置するので、互いに混じり合うことはないものである。
【００４８】
また、第１貯湯タンク２Ａの上部に流れ込んだ中温水は、第１貯湯タンク２Ａの上部に高温水が残っている場合はこの高温水と混合され、また、第１貯湯タンク２Ａの高温水を全部使い切った後は中温水のままで第１貯湯タンク２Ａの上部に貯められることとなる。この場合でも、上部の中温水と下部の低温水との間の温度差により比重差が発生し、温度境界層を形成して互いに混じり合うことがないものである。このように、熱交換により生成された中温水は給湯に有効に利用できる温度のままで全て第１貯湯タンク２Ａに貯められることとなるものである。
【００４９】
次に、第１貯湯タンク２Ａに中温水が貯められている状態で給湯する場合は、図４に示すように、給湯栓４が開かれると、前記制御手段３５によって前記混合弁８が第１貯湯タンク２Ａ側の開度を全開にされているので、給湯の開始によって第１給水管６Ａからの低温水が第１貯湯タンク２Ａの下部に流入し、第１貯湯タンク２Ａの上部に貯められている中温水が第１出湯管７Ａから出湯する。そして、前記温調ミキシング弁１２にてバイパス管１０からの低温水と混合されて給湯設定温度に調整されて給湯されるものである。
【００５０】
ここで、もしも給湯設定温度が高温に設定され第１貯湯タンク２Ａに貯められている中温水が給湯に利用できない温度である場合は、前記出湯温度センサ９の検出温度に基づいて前記混合弁８の混合比率を調整し、第１貯湯タンク２Ａからの中温水と第２貯湯タンク２Ｂからの高温水を給湯設定温度よりも高い温度の出湯温度となるように適切な混合比率に調整するものである。このとき、混合弁８で調整する出湯温度を給湯設定温度よりも少しだけ高い一定温度に調整するようにして、第１貯湯タンク２Ａの中温水を第２貯湯タンク２Ｂの高温水よりも優先してなるべく多く使用するようにしていると共に、一定温度の出湯を行うようにしているので、その下流に設けられた温調ミキシング弁１２で給湯設定温度に調整するときの温調動作が安定するものである。
【００５１】
そして、第１貯湯タンク２Ａ内から中温水を全て給湯しきってしまった後は、図５に示すように、前記制御手段３４によって前記混合弁８が第２貯湯タンク２Ｂ側の開度を全開にされて、第２貯湯タンク２Ｂに貯められた高温水を用いて給湯が行われるようにしているものである。このように、給湯に利用可能な中温水があるにもかかわらず第２貯湯タンク２Ｂの高温水をムダに給湯してしまうことがなく、熱源としての能力を確保できる。
【００５２】
なお、もしも保温あるいは追焚き中に第２貯湯タンク２Ｂの高温水を使い切ってしまった場合は、前記制御手段３５がヒーポン循環回路２４の加熱切換弁２７を第２貯湯タンク２Ｂ側に切換えると共にヒートポンプ回路２２を駆動して、第２貯湯タンク２Ｂの下部から取り出した低温水を沸き上げて同第２貯湯タンク２Ｂの上部に戻し、保温あるいは追焚きの熱源となる高温水の供給源となる第２貯湯タンク２Ｂに貯めるようにすることで、沸き上げられた熱交換効率の高い高温水を保温あるいは追焚きの熱源として用い、そして熱交換により生成された中温水を第１貯湯タンク２Ａの上部に貯めて給湯が行われたときに用いるので、効率的に湯水の熱を分配しながら保温あるいは追焚きを行えるようにしているものである。
【００５３】
また、保温あるいは追焚き中に、同時に給湯が行われた場合は、第２貯湯タンク２Ｂ上部の高温水を保温あるいは追焚きの熱源として用い、そして熱交換により生成された中温水を第１貯湯タンク２Ａを中継して給湯することができ、熱交換効率の高い高温水を保温あるいは追焚きに用い、それによって生成された中温水を４０℃程度の給湯設定温度にされることが多い給湯に用いるので、効率的に貯湯されている湯水の熱を分配できて熱の使用効率がよいものである。
【００５４】
このように、安価な深夜の電力により沸き上げた高温水を熱源として使用することができ、そして熱交換により生成された中温水は第１貯湯タンク２Ａに貯められるので第２貯湯タンク２Ｂに貯められている高温水と混じることがなくなって、残っている高温水の温度を低下させることがないと共に、第１貯湯タンク２Ａに貯められた中温水は、その下方に貯められた低温水と混じり合うことがなく出湯に有効に使用できる温度のままで貯めておくことができ、そして、この第１貯湯タンク２Ａの上部に接続されている第１出湯管７Ａから出湯させることができるので、この貯められた中温水を全て使い切ることが可能となるものである。
【００５５】
さらに、並列に設けた２つの貯湯タンク２の内、第１貯湯タンク２Ａ中温水を貯めると共に、混合弁８によって第１貯湯タンク２Ａに貯湯されている高温水あるいは中温水を第２貯湯タンク２Ｂに貯湯されている高温水よりも優先して給湯に使用するので、第２貯湯タンク２Ｂに高温水を残したままの状態で中温水を使い切ることができて、容量当たりの保有熱量が少ない中温水を長期にわたって貯めておくことがないものである。
【００５６】
また、貯湯されている量を全て使い切らなかったときでも、第１貯湯タンク２Ａおよび第２貯湯タンク２Ｂの下部には低温水が貯められることになるため、ヒートポンプ回路２２により沸き上げを行う際に、低温の湯水を冷媒−水熱交換器１９に流入させることができるために高効率でかつ高温の沸き上げを行うことができて省エネを促進できるものである。しかも、ヒーポン循環回路２３に加熱切換弁２７を備えているため、前記貯湯温度センサ１７Ａ、１７Ｂで各貯湯タンク２Ａ、２Ｂで検出した温度分布にもとづいて各貯湯タンク２Ａ、２Ｂの下部に貯められている低温水だけを選択して沸き上げることが可能となる。
【００５７】
また、沸き上げ開始を開始する際は第１貯湯タンク２Ａ側から行うようにして、ヒートポンプ回路２２の出力が安定するまでの間に生成される中温水を第１貯湯タンク２Ａ側に貯めるようにしているので、その後の給湯時に第１貯湯タンク２Ａ側の湯水が第２貯湯タンク２Ｂよりも優先して先に給湯に使用されることとなるので、この中温水も全て使い切ることが可能となって沸き上げ初期に消費したエネルギーも無駄にすることなく有効に利用することができるものである。ここでは先に第１貯湯タンク２Ａ内の湯水を全て沸き上げるようにしているが、これに限らず、少なくともヒートポンプ回路２２の出力が安定するまでの間は前記加熱切換弁２７を第１貯湯タンク２Ａ側に切換えておくようにしておけばよいものである。
【００５８】
次に、本発明の他の一実施形態について図６に基づいて説明する。なお、先の一実施形態と同じものは同一の符号を付してその説明を省略することとする。
【００５９】
この一実施形態では先の一実施形態の混合弁８の代わりに、前記第１貯湯タンク２Ａまたは第２貯湯タンク２Ｂの一方から出湯させるよう流路を切換える出湯切換弁３６が設けられているものである。なお、この出湯切換弁３６は前記第１給水管６Ａと第２給水管６Ｂの分岐点に設けても良いものである。
【００６０】
また、風呂機能の代わりに暖房機能を備え、前記熱交換器２８の二次側には暖房循環回路３７が設けられ、この暖房循環回路３７途中に暖房循環ポンプ３８および暖房端末３９を備えているものである。なお、この暖房端末３９は多様の形態が考えられるもので、例えば床暖房パネル、温水式温風暖房機、温水式バス暖房乾燥機（温風式）、バス床暖房、パネルコンベクタなどが挙げられる。
【００６１】
そして、先の一実施形態と同じく、給湯栓４が開かれると、前記制御手段３５によって前記出湯切換弁３６が第１貯湯タンク２Ａ側に切換えられているので、、給水管６からの給水は第１給水管６Ａを流れて第１貯湯タンク２Ａへ下部から流入し、上部の第１出湯管７Ａから高温水が出湯管７に流出する。そして、前記温調ミキシング弁１２にてバイパス管１０からの水と混合されてリモコン等によって設定される給湯設定温度に調整されて給湯管１１を流れて給湯栓４から給湯される。
【００６２】
また、第１貯湯タンク２Ａの貯湯量が少ないか給湯量あるいは湯張り量が多く、第１貯湯タンク２Ａ内の高温水を使い切ってしまい第１貯湯タンク２Ａの側面に設けられた貯湯温度センサ１７Ａの最上部のセンサが所定温度以下の低温水を検出したら、前記制御手段３５により前記出湯切換弁３６が第２貯湯タンク２Ｂ側に切換えられて、第２貯湯タンク２Ｂに貯められた高温水を用いて給湯を行う。
【００６３】
次に、暖房を行う場合は、前記制御手段３５が暖房循環ポンプ３８を駆動して暖房循環回路３７内の循環液を熱交換器２８へ循環させると共に、熱交循環ポンプ２９を駆動して第２貯湯タンク２Ｂの上部に貯められている高温水を熱交循環回路３０を介して熱交換器２８へ循環させ、暖房循環回路３７の循環液とと第２貯湯タンク２Ｂに貯湯されていた高温水とを熱交換させて暖房を行う。
【００６４】
そして、第２貯湯タンク２Ｂから熱交換器２８に流入した高温水は暖房側との熱交換により温度低下し、生成された中温水は熱交循環ポンプ２９の作動によって第１貯湯タンク２Ａの上部に戻されると同時に、第１貯湯タンク２Ａの下部の給湯または湯張りによって流入していた低温水が熱交循環回路３０の一部を構成するヒーポン循環回路２４の第１ヒーポン往き管２５Ａと第２ヒーポン往き管２５Ｂを介して第２貯湯タンク２Ｂの下部に流入するようにして熱源となる温水を循環させるようにしているものである。また、第１貯湯タンク２Ａの上部に流れ込んだ中温水は、第１貯湯タンク２Ａの上部に高温水が残っている場合はこの高温水と混合され、また、第１貯湯タンク２Ａの高温水を全部使い切った後は中温水のままで第１貯湯タンク２Ａの上部に貯められることとなる。
【００６５】
次に、第１貯湯タンク２Ａに中温水が貯められている状態で給湯する場合は、給湯栓４が開かれると、前記制御手段３５によって前記出湯切換弁３６が第１貯湯タンク２Ａ側に切換えられているので、給湯の開始によって第１給水管６Ａからの低温水が第１貯湯タンク２Ａの下部に流入し、第１貯湯タンク２Ａの上部に貯められている中温水が第１出湯管７Ａから出湯する。そして、前記温調ミキシング弁１２にてバイパス管１０からの低温水と混合されて給湯設定温度に調整されて給湯されるものである。
【００６６】
ここで、もしも給湯設定温度が高温に設定され第１貯湯タンク２Ａに貯められている中温水が給湯に利用できない温度である場合あるいは第１貯湯タンク２Ａ内の中温水を全て使い切った後は、前記出湯切換弁３６を第２貯湯タンク２Ｂ側に切換えて第２貯湯タンク２Ｂに貯湯されている高温水を用いて給湯を行うようにしているものである。このように、給湯に利用可能な中温水があるにもかかわらず第２貯湯タンク２Ｂの高温水をムダに給湯してしまうことがなく、熱源としての能力を確保できる。
【００６７】
また、暖房動作中に、同時に給湯が行われた場合は、第２貯湯タンク２Ｂ上部の高温水を暖房の熱源として用い、そして熱交換により生成された中温水を第１貯湯タンク２Ａを中継して給湯することができ、熱交換効率の高い高温水を暖房に用い、それによって生成された中温水を４０℃程度の給湯設定温度にされることが多い給湯に用いるので、効率的に貯湯されている湯水の熱を分配できて熱の使用効率がよいものである。
【００６８】
このように、安価な深夜の電力により沸き上げた高温水を熱源として使用することができ、そして熱交換により生成された中温水は第１貯湯タンク２Ａに貯められるので第２貯湯タンク２Ｂに貯められている高温水と混じることがなくなって、残っている高温水の温度を低下させることがないと共に、第１貯湯タンク２Ａに貯められた中温水は、その下方に貯められた低温水と混じり合うことがなく出湯に有効に使用できる温度のままで貯めておくことができ、そして、この第１貯湯タンク２Ａの上部に接続されている第１出湯管７Ａから出湯させることができるので、この貯められた中温水を全て使い切ることが可能となるものである。
【００６９】
さらに、並列に設けた２つの貯湯タンク２の内、第１貯湯タンク２Ａ中温水を貯めると共に、出湯切換弁３６によって第１貯湯タンク２Ａに貯湯されている高温水あるいは中温水を第２貯湯タンク２Ｂに貯湯されている高温水よりも優先して給湯に使用するので、第２貯湯タンク２Ｂに高温水を残したままの状態で中温水を使い切ることができて、容量当たりの保有熱量が少ない中温水を長期にわたって貯めておくことがないものである。
【００７０】
なお、本発明はこれまで説明してきた実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を変更することなく設計変形可能な範囲に及ぶものであって、例えば熱交換器２８を熱交換器の一種として考えられる暖房端末して、この暖房端末に第２貯湯タンク２Ｂの高温水を直接循環させるようにしても良い。
【００７１】
また、請求項１〜３にかかる発明においては、加熱手段２２として例えば各貯湯タンク２Ａ、２Ｂ内に電熱ヒータをそれぞれ設けるようにしても良いものであり、また、加熱手段２２として貯湯タンク２外に電熱ヒータユニット等を設けるようにしても良いものであるが、実施形態中に示したように二酸化炭素冷媒を用いたヒートポンプ回路を加熱手段２２とすることによって、電気的な入力以上の熱エネルギーを取り出すことができると共に、高温の沸き上げができるという優れた効果を有している。
【００７２】
【発明の効果】
以上のように、本発明の請求項１によれば、貯湯タンク内に貯められた高温水を熱源として用いることができると共に、熱交換により生成された中温水が低温水と混じり合うことなく給湯に有効に利用できる温度のままで貯めておくことができ、しかも、この貯められた中温水を第２貯湯タンクの高温水よりも優先して給湯に用いるので、中温水を全て使い切ることが可能となるものであると共に、第１貯湯タンクに貯められた中温水が給湯に利用できない温度まで低下したとしても、第２貯湯タンクに貯められた高温水と混合して給湯に有効に利用可能な温度まで昇温して給湯に使用することが可能となり、給湯に不向きな温度の中温水であっても全て使い切ることが可能となるものである。しかも、給湯に利用可能な中温水があるにもかかわらず第２貯湯タンクの高温水をムダに給湯してしまうことがなく、熱源としての能力を確保できる。
【００７３】
また、請求項２によれば、貯湯タンク内に貯められた高温水を熱源として用いることができると共に、熱交換により生成された中温水が低温水と混じり合うことなく給湯に有効に利用できる温度のままで貯めておくことができ、しかも、この貯められた中温水を第２貯湯タンクの高温水よりも優先して給湯に用いるので、中温水を全て使い切ることが可能となるものである。しかも、給湯に利用可能な中温水があるにもかかわらず第２貯湯タンクの高温水をムダに給湯してしまうことがなく、熱源としての能力を確保できる。
【００７４】
また、請求項３によれば、貯湯タンクから出湯されてくる湯が高温あるいは中温であったとしても温調ミキシング弁によって給水管からの低温水と混合して任意の給湯温度で給湯を行うことができ、熱交換により生成された中温水を使い勝手良く給湯に用いることが可能となるものである。
【００７５】
また、請求項４によれば、第１および第２の貯湯タンクの下部には低温水が流入するものであり、この低温水を二酸化炭素冷媒を用いた超臨界ヒートポンプサイクルのヒートポンプ回路で加熱するので、高効率で高温の沸き上げが可能となるものである。
【００７６】
また、請求項５によれば、加熱切換弁を切換えることによって一方の貯湯タンクを選択して沸き上げることができ、第１および第２の貯湯タンクのそれぞれの上部に高温水および中温水が残っている場合などにおいて、各貯湯タンクの下部に貯められている低温水だけを選択して沸き上げることが可能となると共に、各貯湯タンクへの配管の流通抵抗の差によって一方の貯湯タンクへ偏って沸き上げられてしまうなどの不都合がないものである。
【００７７】
また、請求項６によれば、沸き上げ動作時にヒートポンプ回路の出力が安定するまでに生成される中温水は第１貯湯タンクに貯められ、その後の給湯時に第１貯湯タンクの湯水が第２貯湯タンクよりも優先して給湯に使用されることとなり、この中温水も全て使い切ることが可能となって沸き上げ初期に消費したエネルギーも無駄にすることなく有効に利用することができるものである。
【００７８】
また、請求項７によれば、第２貯湯タンクの下部から取り出した低温水を沸き上げて同第２貯湯タンクの上部に戻し、熱源となる高温水の供給源となる第２貯湯タンクに貯めるようにすることで、沸き上げられた熱交換効率の高い高温水を直ぐに熱源として用い、そして熱交換により生成された中温水を第１貯湯タンクを介して給湯することができ、効率的に湯水の熱を分配できて熱の使用効率がよいものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の概略構成図。
【図２】同一実施形態の給湯運転の作動を説明する図。
【図３】同一実施形態の風呂保温あるいは追焚き運転の作動を説明する図。
【図４】同一実施形態の中温水を用いた給湯運転の作動を説明する図。
【図５】同一実施形態の第１貯湯タンクに高温水および中温水がなくなってからの給湯運転の作動を説明する図。
【図６】本発明の他の一実施形態の概略構成図。
【図７】従来例の概略構成図。
【符号の説明】
２ 貯湯タンク
２Ａ 第１貯湯タンク
２Ｂ 第２貯湯タンク
６ 給水管
７ 出湯管
８ 混合弁
１０ バイパス管
１１ 給湯管
１２ 温調ミキシング弁
２２ ヒートポンプ回路（加熱手段）
２３ ヒーポン循環回路
２７ 加熱切換弁
２８ 熱交換器
２９ 熱交循環ポンプ
３０ 熱交循環回路
３６ 出湯切換弁
Claims (7)
- 給水管と出湯管との間に並列に設けられ、湯水を貯湯する第１および第２の貯湯タンクと、前記第１および第２貯湯タンク内の湯水を高温に加熱する加熱手段と、前記第１、第２貯湯タンクの出湯側の合流点あるいは給水側の分岐点に設けられ、前記第１、第２貯湯タンクからの出湯比率を調整可能な混合弁と、熱交換器と熱交循環ポンプを備え前記第１貯湯タンクの上部と前記第２貯湯タンクの上部を連通し、且つ前記第１貯湯タンク下部と前記第２貯湯タンク下部を連通し、前記第２貯湯タンク上部から取り出した高温水を前記熱交換器で放熱させ、生成された中温水を前記第１貯湯タンク上部に戻すようにした熱交循環回路とを備え、給湯時は前記第１貯湯タンクの高温水あるいは中温水を前記第２貯湯タンクの高温水よりも優先して使用するように前記混合弁の開度を調整するようにしたことを特徴とする貯湯式給湯装置。
- 給水管と出湯管との間に並列に設けられ、湯水を貯湯する第１および第２の貯湯タンクと、前記第１および第２貯湯タンク内の湯水を高温に加熱する加熱手段と、前記第１、第２貯湯タンクの出湯側の合流点あるいは給水側の分岐点に設けられ、前記第１または第２貯湯タンクの一方から出湯させるよう流路を切換える出湯切換弁と、熱交換器と熱交循環ポンプを備え前記第１貯湯タンクの上部と前記第２貯湯タンクの上部を連通し、且つ前記第１貯湯タンク下部と前記第２貯湯タンク下部を連通し、前記第２貯湯タンク上部から取り出した高温水を前記熱交換器で放熱させ、生成された中温水を前記第１貯湯タンク上部に戻すようにした熱交循環回路とを備え、給湯時は前記第１貯湯タンクの高温水あるいは中温水を前記第２貯湯タンクの高温水よりも優先して使用するように前記出湯切換弁を切換えるようにしたことを特徴とする貯湯式給湯装置。
- 前記給水管から前記第１、第２の貯湯タンクをバイパスして前記出湯管に合流するバイパス管を設け、前記バイパス管と前記出湯管の合流点あるいは前記バイパス管と前記給水管の分岐点に、前記バイパス管および前記出湯管を流れる湯水の混合比率を調節して給湯管へ流出させる温調ミキシング弁を設けたことを特徴とする請求項１または２記載の貯湯式給湯装置。
- 前記加熱手段を二酸化炭素冷媒を用いたヒートポンプ回路として超臨界ヒートポンプサイクルを構成すると共に、前記第１および第２貯湯タンクと前記ヒートポンプ回路とをヒーポン循環回路にて並列かつ湯水が循環可能に接続し、前記第１および第２の貯湯タンク下部からの湯水を前記ヒートポンプ回路で加熱して前記第１および第２の貯湯タンク上部へ戻すよう構成したことを特徴とする請求項１〜３記載の貯湯式給湯装置。
- 前記ヒーポン循環回路途中に、このヒーポン循環回路を前記第１貯湯タンクあるいは第２貯湯タンクの一方に選択的に連通させて加熱する貯湯タンクを選択する加熱切換弁を設けたことを特徴とする請求項４記載の貯湯式給湯装置。
- 前記ヒートポンプ回路による湯水の沸き上げ動作時において、前記ヒートポンプ回路の出力が安定するまでは、前記加熱切換弁が前記第１貯湯タンク側に切換えられているようにしたことを特徴とする請求項５記載の貯湯式給湯装置。
- 前記熱交循環ポンプ作動中での前記ヒートポンプ回路による湯水の沸き上げ動作時においては、前記加熱切換弁が前記第２貯湯タンク側へ切換えられ、第２貯湯タンク側の湯水を沸き上げるようにしたことを特徴とする請求項５記載の貯湯式給湯装置。
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