JP2004324912A - 貯湯式給湯装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】必要熱量の少ない夏季等でも熱利用機器の熱源となる高温水を無駄なく貯めるようにする。
【解決手段】給水管８および出湯管７が接続された貯湯タンク２と、貯湯タンク２内の湯水を沸き上げる加熱手段３と、貯湯タンク２内の上部の湯水を熱源として利用する熱利用機器６と、貯湯タンク２の中間部に接続され中間部にある湯水を出湯可能とした中間出湯管２５と、貯湯タンク２内の湯水を加熱手段３で沸き上げる際に、貯湯タンク２下部の湯水を第１の温度Ｔ１、貯湯タンク２上部の湯水を第１の温度Ｔ１より高い第２の温度Ｔ２に沸き上げるように加熱手段３を制御するようにした制御手段３４とを備えた。
【選択図】 図１
【解決手段】給水管８および出湯管７が接続された貯湯タンク２と、貯湯タンク２内の湯水を沸き上げる加熱手段３と、貯湯タンク２内の上部の湯水を熱源として利用する熱利用機器６と、貯湯タンク２の中間部に接続され中間部にある湯水を出湯可能とした中間出湯管２５と、貯湯タンク２内の湯水を加熱手段３で沸き上げる際に、貯湯タンク２下部の湯水を第１の温度Ｔ１、貯湯タンク２上部の湯水を第１の温度Ｔ１より高い第２の温度Ｔ２に沸き上げるように加熱手段３を制御するようにした制御手段３４とを備えた。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、貯湯タンク内の上部の湯水を熱源として利用する熱利用機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においては、貯湯タンクと加熱手段と制御手段とが備えられ、深夜電力等により翌日に必要な湯水を沸き上げるようにしており、過去の使用湯量や給水温度等に基づいて翌日の沸き上げ温度を自動設定するようにしたものがあった。
【０００３】
【特許文献１】特開平５−８７４０４号
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この従来のものでは、夏季等において使用湯量が少なかったり給水温度が高かったりした場合、翌日の沸き上げ湯温が低く設定される。しかし、本件出願人が提案する貯湯タンク内の湯水を熱源として利用する温水式浴室乾燥機等の熱利用機器を設けた場合、熱源となる湯水の湯温が低いと出力が低下してしまうと共に熱交換効率が低下して非効率なシステムとなってしまう。逆に熱源としての能力を確保するために沸き上げ温度を高く設定すると予想される使用湯量に対して余剰な貯湯熱量が多くなり、沸き上げ動作に無駄な電力を消費してしまうという課題があった。
【０００５】
【課題を解決する為の手段】
そこで、本発明は上記課題を解決するため、請求項１では、給水管および出湯管が接続された貯湯タンクと、この貯湯タンク内の湯水を沸き上げる加熱手段と、前記貯湯タンク内の上部の湯水を熱源として利用する熱利用機器と、前記貯湯タンクの中間部に接続され中間部にある湯水を出湯可能とした中間出湯管と、前記貯湯タンク内の湯水を前記加熱手段で沸き上げる際に、前記貯湯タンク下部の湯水を第１の温度Ｔ１、前記貯湯タンク上部の湯水を第１の温度Ｔ１より高い第２の温度Ｔ２に沸き上げるように前記加熱手段を制御するようにした制御手段とを備えたものとした。
【０００６】
これにより、貯湯タンクの上部には熱源として利用しやすい第２の温度の高温水が貯められ、熱交換効率を向上して熱利用機器の出力を大きくすることができると共に、貯湯タンクの下部には給湯に用いる第１の温度の湯水が貯められ、貯湯タンクの中間部に設けられている中間出湯管から取り出して給湯に用いることができるため、余剰な貯湯熱量を極力少なくして沸き上げ動作に無駄な電力を消費することがなく省エネルギーとなると同時に、貯湯タンクの中間部から出湯可能であるので貯湯タンク上部に貯められた第２の温度の高温水を給湯の使用によっても長い間貯湯しておくことができる。
【０００７】
また、請求項２では、前記加熱手段は、前記貯湯タンク下部から取り出した湯水を循環して沸き上げて前記貯湯タンク上部に戻すように構成し、かつ、前記制御手段は、少なくとも必要熱量Ｑと前記貯湯タンクの容量Ａとから、第１の温度Ｔ１で沸き上げる湯量Ａ１および第１の温度Ｔ１よりも高い第２の温度Ｔ２で沸き上げる湯量Ａ２を算出する湯量算出手段を有し、前記貯湯タンク内の湯水を前記加熱手段に循環して沸き上げる際に、湯量Ａ１を第１の温度Ｔ１で沸き上げた後に、湯量Ａ２を第２の温度Ｔ２で沸き上げるように前記加熱手段を制御するようにしたものとした。
【０００８】
これにより、翌日の必要熱量に合致した沸き上げが可能となると同時に、熱利用機器用の第２の温度の高温水を確保でき、沸き上げに無駄な電力を消費せず省エネルギーとなる。
【０００９】
また、請求項３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たものである。
【００１０】
これにより、ヒートポンプ回路による高効率かつ高温度の沸き上げが可能となるものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の第１の一実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１２】
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は湯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加熱手段としてのヒートポンプユニット、４は台所や洗面所等に設けられた給湯栓、５はこの給湯栓４の近傍に設けられた給湯リモコン、６は貯湯タンク２内の高温水を熱源とする浴室暖房乾燥機等の熱利用機器である。
【００１３】
前記貯湯タンクユニット１の貯湯タンク２は、上端に出湯管７と、下端に給水管８とが接続され、さらに、下部に加熱循環回路を構成する加熱往き管９と、上部に加熱循環回路を構成する加熱戻り管１０とが接続され、前記ヒートポンプユニット３によって加熱往き管９から取り出した貯湯タンク２内の湯水を沸き上げて加熱戻り管１０から貯湯タンク２内に戻して貯湯され、給水管８からの給水により貯湯タンク２内の湯水が押し上げられて貯湯タンク２内上部の高温水が出湯管７から押し出されて給湯されるものである。
【００１４】
前記ヒートポンプユニット３は、圧縮機１１と凝縮器としての冷媒−水熱交換器１２と電子膨張弁１３と強制空冷式の蒸発器１４で構成されたヒートポンプ回路１５と、貯湯タンク２内の湯水を前記加熱往き管９および加熱戻り管１０を介して冷媒−水熱交換器１２に循環させる加熱循環ポンプ１６と、それらの駆動を制御する加熱制御部１７とを備え、貯湯タンク２内の湯水を循環して指示された沸き上げ温度まで沸かし上げるものである。なお、ヒートポンプ回路１５内には冷媒として二酸化炭素が用いられて超臨界ヒートポンプサイクルを構成しているので、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。
【００１５】
ここで、前記冷媒−水熱交換器１２は冷媒と被加熱水たる貯湯タンク２内の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１２入口温度と冷媒の出口温度との温度差が一定になるように前記電子膨張弁１３または圧縮機１１を制御することで、被加熱水の冷媒−水熱交換器１２の入口温度が５〜２０℃程度の低い温度であるとＣＯＰ（エネルギー消費効率）がとても良い状態で被加熱水を加熱することが可能なものである。
【００１６】
１８は前記熱利用機器６の湯水を加熱するための熱交換器で、その一次側には貯湯タンク２上部に接続された熱交往き管１９と貯湯タンク２下部に接続された熱交戻り管２０とが接続されて熱交循環回路を構成し、熱交戻り管２０途中に設けられた熱交循環ポンプ２１の作動により貯湯タンク２から取り出した高温水を熱交換器１８に循環させ、熱交換により温度低下した中温水を再び貯湯タンク２内に戻すものである。
【００１７】
前記熱交換器１８の二次側には、熱利用機器６の循環水を循環可能に暖房往き管２２と暖房戻り管２３より構成される暖房循環回路が接続され、暖房戻り管２３途中に設けられた暖房循環ポンプ２４の作動により熱利用機器６の循環水が熱交換器１８に循環されて、一次側の高温水により加熱されて暖房あるいは乾燥が行われるものである。
【００１８】
次に、２５は貯湯タンク２の前記熱交戻り管２０より高く前記出湯管７より低い中間位置に接続された中間出湯管で、前記熱交換器１８で二次側と熱交換して温度低下した中温水などの貯湯タンク２の中間位置に貯められている湯水を貯湯タンク２から出湯するものである。
【００１９】
２６は、前記出湯管７途中で前記中間出湯管２５の下流に設けられた電動ミキシング弁より構成された中間混合弁、２７はこの中間混合弁２６下流に設けた中間混合温度センサで、貯湯タンク２中間位置付近の中温水と貯湯タンク２上端に接続された出湯管７からの高温水とを給湯リモコン５でユーザーが設定した給湯設定温度より所定温度高い温度になるように混合比率が制御されるものである。
【００２０】
次に、２８は中間混合弁２６からの湯水と給水管８から分岐された給水バイパス管２９からの低温水を混合する電動ミキシング弁より構成された給湯混合弁であり、その下流の給湯管３０に設けた給湯温度センサ３１で検出した湯温が給湯リモコン５でユーザーが設定した給湯設定温度になるように混合比率を制御するものである。
【００２１】
次に、３２は貯湯タンク２の上下方向に複数個配置された貯湯温度センサで、この実施形態では５つの貯湯温度センサが配置され上から３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ、３２ｅと呼び、これらの貯湯温度センサ３２が検出する温度情報によって、貯湯タンク２内にどれだけの熱量が残っているかを検知し、そして貯湯タンク２内の上下方向の温度分布を検知するものである。
【００２２】
前記給湯リモコン５には、給湯設定温度を設定する給湯温度設定スイッチ３３が設けられ、給湯温度設定手段を構成しているものである。
【００２３】
３４は貯湯タンクユニット１内の各センサの入力を受け各アクチュエータの駆動を制御するマイコンを有した給湯制御部である。この給湯制御部３４に前記給湯リモコン５が無線または有線により接続されユーザーが任意の給湯設定温度を設定できるようにしているものであると共に、前記ヒーポン制御部１７と有線にて接続されて沸かし上げ温度および沸かし上げ動作の発停の指示を前記ヒーポン制御部１７へ送るものである。
【００２４】
この給湯制御部３４は、過去複数日分の使用熱量から翌日に必要な必要熱量Ｑを演算すると共に、通常は必要熱量Ｑと貯湯タンク容量Ａから沸き上げ温度Ｔを算出しているものである。
【００２５】
ここで、前記給湯制御部３４は夏季等で必要熱量Ｑが少ない場合に、必要熱量Ｑと予め記憶されている貯湯タンク容量Ａと給水温度センサ３５で検出する給水温度Ｔｗから、第１の温度Ｔ１で沸き上げる湯量Ａ１および第１の温度Ｔ１よりも高い第２の温度Ｔ２で沸き上げる湯量Ａ２を算出する湯量算出手段３６を有し、湯量算出手段３６はこの一実施形態では下記式より各沸き上げ温度Ｔ１、Ｔ２で沸き上げる湯量Ａ１、Ａ２を算出するようにしている。
【００２６】
（Ｔ１−Ｔｗ）・Ａ１＋（Ｔ２−Ｔｗ）・Ａ２＝Ｑ
※Ａ１＋Ａ２＝Ａ
【００２７】
ここで、第１の沸き上げ温度Ｔ１はヒートポンプ回路１６で沸き上げるのに効率的で消費電力の少ない比較的低い温度（例えば６５℃程度）で、第２の沸き上げ温度Ｔ２は熱源として有効な８０℃程度の温度としている。
【００２８】
次に、図２に示す沸き上げ運転時の作動について説明すると、深夜電力時間帯になると給湯制御部３４は翌日に必要な必要熱量Ｑと貯湯タンク容量Ａから沸き上げ温度Ｔを算出し、ヒーポン制御部１７に対して沸き上げ温度Ｔと沸き上げ開始指示を発する。
【００２９】
このとき、夏季等で必要熱量Ｑが少ない場合には、前記湯量算出手段３６が第１の温度Ｔ１で沸き上げる湯量Ａ１と、第１の温度Ｔ１よりも高い第２の温度Ｔ２で沸き上げる湯量Ａ２を算出し、給湯制御部３４がヒートポンプ制御部１７に対して先に第１の沸き上げ温度Ｔ１を湯量Ａ１だけ沸き上げるよう指示しする。
【００３０】
指示を受けたヒーポン制御部１７は圧縮機１１を起動した後に加熱循環ポンプ１６を駆動開始し、貯湯タンク２下部に接続された加熱往き管９から取り出した湯水を冷媒−水熱交換器１２で第１の沸き上げ温度Ｔ１に加熱し、貯湯タンク２上部に接続された加熱戻り管１０から貯湯タンク２内に戻し、貯湯タンク２の上部から順次積層して沸き上げた湯水を貯湯していく。
【００３１】
そして、指示された湯量Ａ１を第１の沸き上げ温度Ｔ１まで沸き上げると、給湯制御部１７は残りの湯量Ａ２を第１の沸き上げ温度Ｔ１より高い第２の沸き上げ温度Ｔ２まで沸き上げるよう指示する。指示を受けたヒーポン制御部１７は冷媒−水熱交換器１２で湯水を第２の沸き上げ温度Ｔ２になるよう圧縮機１１および電子膨張弁１３を制御し、温度Ｔ２に沸き上げられた湯水は加熱戻り管１０を介して貯湯タンク２の上部に戻され、先ほどの温度Ｔ１の湯水の上に順次積層して貯湯されていく。
【００３２】
必要熱量Ｑ相当の湯水が沸き上げられると給湯制御部３４はヒーポン制御部１７に対して沸き上げ停止指令を発し、これを受けたヒーポン制御部１７は圧縮機１１を停止すると共に加熱循環ポンプ１６も停止して沸き上げ動作を終了するもので、このようにして貯湯タンク２の上部に高い温度である第２の温度Ｔ２の湯を貯湯させ、その下部に第２の温度Ｔ２より低い温度である第１の温度Ｔ１の湯を貯湯させることができるものである。
【００３３】
次に、図３に示す給湯運転時の作動について説明すると、給湯栓４を開くと給水管８からの給水が貯湯タンク２下部に流れ込む。そして中間出湯管２４を介して中間混合弁２５に湯水が押し出される。なお、貯湯タンク２内に流れ込む給水と貯湯されている沸き上げられた湯水と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の湯水が上部に、比重の重い給水が下部に位置することとなるので互いに混じり合うことはないものである。
【００３４】
ここで、給湯制御部３４は中間出湯管２５からの湯水と出湯管７からの湯水を中間混合弁２６にて給湯リモコン５で設定された給湯設定温度より所定温度高い温度となるように中間混合弁２６を適当な比率に調整する。なお、ここでは、中間出湯管２５から流入する湯が沸き上げられた湯水であり、給湯設定温度より高いため、中間混合弁２６の出湯管７側が閉じられ、出湯管７からは湯水が流出せず中間出湯管２５からの湯水がそのまま給湯混合弁２８へ流入することとなる。
【００３５】
そして、中間混合弁２６から流出した湯は給湯混合弁２８へ流入し、給水バイパス管２９からの給水と混合され、給湯制御部３４が給湯混合弁２８の混合比率を調整し給湯設定温度の湯が給湯栓４から給湯される。そして、給湯栓４の閉止によって給湯が終了するものである。
【００３６】
このように、前記中間混合弁２６は給湯設定温度よりも所定温度高い温度の湯を供給するようにしているので、中間出湯管２５が接続されている部位付近の湯水の温度が給湯設定温度よりも低い場合は、給湯制御部３４により中間混合弁２６の混合比率が調整されて出湯管７からの高温水を用いて給湯設定温度よりも所定温度高い温度の湯を供給するようにし、貯湯タンク２の上部に貯められている高温水の使用を最小限に留めるようにしている。
【００３７】
次に、図４に示す熱利用機器による暖房／乾燥運転時の作動について説明すると、運転指示が入力されると給湯制御部３４は熱交循環ポンプ２１および暖房循環ポンプ２４を駆動し、熱交往き管１９から取り出した高温水を熱交換器１８に流入させ、二次側の循環水と熱交換させて暖房／乾燥運転を行う。そして、熱交換により温度低下した湯水が熱交戻り管２０を介して貯湯タンク２下部に戻り、貯湯されている湯水を押し上げる形で貯湯タンク２内に貯められるものである。
【００３８】
そして、二次側では、熱交換器１８にて加熱された循環水が熱利用機器６へ戻って暖房／乾燥等を行う。そして、運転停止の指示が入力されると給湯制御部３４は熱交循環ポンプ２１および暖房循環ポンプ２４の駆動を停止し、運転を終了するものである。
【００３９】
このように、夏季等の必要熱量Ｑが少ない場合においても、暖房／乾燥等の熱利用機器６の熱源となる高温水は貯湯タンク２の上部に貯められ、給湯に用いる湯水は主に中間出湯管２５から出湯するようにしているので、給湯をしても貯湯タンク２上部の第２の温度Ｔ２の湯水はあまり消費されず熱源となる高温水をより多く確保することが可能で、沸き上げから時間が経過しても熱利用機器の能力を確保できると共に、貯湯タンク２上部の熱源となる湯水の温度だけを高く沸き上げることが可能で、二次側との温度差を大きく取れるため熱交換効率が向上し熱利用機器６の出力を大きくすることができ、しかも下部にはそれより低い温度Ｔ１で沸き上げて貯湯するので必要熱量Ｑに対する余剰な熱量を極力少なくして沸き上げ動作に無駄な電力を消費することがなく省エネルギーとなる。
【００４０】
次に、本発明の第２の一実施形態を図５に基づき説明する。なお、前記第１の一実施形態と同一の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。
【００４１】
この第２の一実施形態では、熱利用機器６が浴槽水の保温／追焚きシステムとなっており、浴槽３７と貯湯タンク２内上部に設けられた蛇管３８がふろ循環ポンプ３９を有したふろ循環回路４０で接続されている。
【００４２】
また、加熱手段３は、通常のフロン系冷媒が用いられたヒートポンプ回路４１と、フロン系冷媒では冷水を６５℃程度までしか加熱できないため、ヒートポンプ回路４１で加熱された温水をさらに高温に加熱するために加熱戻り管１０途中に設けられた電熱ヒータ４２とで構成されている。
【００４３】
そして、中間混合弁２６は中間出湯管２５からの出湯と給水バイパス管２９からの給水とを混合して給湯設定温度より所定温度低い温度に混合し、給湯混合弁２８で出湯管７からの出湯と混合して給湯設定温度の湯を給湯するようにしている。
【００４４】
この第２の一実施形態の場合、夏季等で必要熱量Ｑが少ない場合には、前記湯量算出手段３６が第１の温度Ｔ１で沸き上げる湯量Ａ１と、第１の温度Ｔ１よりも高い第２の温度Ｔ２で沸き上げる湯量Ａ２を算出し、給湯制御部３４がヒートポンプ制御部１７に対して先に第１の沸き上げ温度Ｔ１を湯量Ａ１だけ沸き上げるよう指示しする。
【００４５】
指示を受けたヒーポン制御部１７は圧縮機１１を起動した後に加熱循環ポンプ１６を駆動開始し、貯湯タンク２下部に接続された加熱往き管９から取り出した湯水を冷媒−水熱交換器１２で第１の沸き上げ温度Ｔ１に加熱し、貯湯タンク２上部に接続された加熱戻り管１０から貯湯タンク２内に戻し、貯湯タンク２の上部から順次積層して沸き上げた湯水を貯湯していく。
【００４６】
そして、指示された湯量Ａ１を第１の沸き上げ温度Ｔ１まで沸き上げると、給湯制御部１７は残りの湯量Ａ２を第１の沸き上げ温度Ｔ１より高い第２の沸き上げ温度Ｔ２まで沸き上げるよう電熱ヒータ４２を通電開始してヒートポンプ回路４１で加熱された湯水をさらに加熱する。温度Ｔ２に沸き上げられた湯水は加熱戻り管１０を介して貯湯タンク２の上部に戻され、先ほどの温度Ｔ１の湯水の上に順次積層して貯湯されていく。
【００４７】
必要熱量Ｑ相当の湯水が沸き上げられると給湯制御部３４はヒーポン制御部１７に対して沸き上げ停止指令を発し、これを受けたヒーポン制御部１７は圧縮機１１を停止すると共に加熱循環ポンプ１６も停止し、電熱ヒータ４２も同様に通電停止して沸き上げ動作を終了するもので、このようにして貯湯タンク２の上部に高い温度である第２の温度Ｔ２の湯を貯湯させ、その下部に第２の温度Ｔ２より低い温度である第１の温度Ｔ１の湯を貯湯させることができるものである。
【００４８】
そして、給湯栓４を開くと給水管８からの給水が貯湯タンク２下部に流れ込む。そして中間出湯管２４を介して中間混合弁２５に湯水が押し出される。給湯制御部３４は中間出湯管２５からの湯水と給水バイパス管２９からの給水を中間混合弁２６にて給湯リモコン５で設定された給湯設定温度より所定温度低い温度となるように中間混合弁２６を適当な比率に調整する。
【００４９】
そして、中間混合弁２６から流出した湯は給湯混合弁２８へ流入し、出湯管７からの出湯と混合され、給湯制御部３４が給湯混合弁２８の混合比率を調整し給湯設定温度の湯が給湯栓４から給湯される。そして、給湯栓４の閉止によって給湯が終了するものである。
【００５０】
このように、前記中間混合弁２６は給湯設定温度よりも所定温度低い温度の湯を供給するようにしているので、中間出湯管２５が接続されている部位付近の湯水の温度が給湯設定温度よりも高い場合は、給湯制御部３４により中間混合弁２６の混合比率が調整されて給水バイパス管２９からの給水を用いて給湯設定温度よりも所定温度低い温度の湯を供給するようにし、貯湯タンク２の上部に貯められている高温水の使用を最小限に留めるようにしている。
【００５１】
そして、ふろの保温／追焚きを行う場合は、フロ循環ポンプ３９を駆動して浴槽水を蛇管３８に循環させる。この蛇管３８は貯湯タンク２内の高温水が貯湯されている上部に配置されているため高効率での熱交換が行われ、蛇管３８で加熱された浴槽水が浴槽３７に戻されるようにして保温／追焚き運転が行われるものである。
【００５２】
このように、夏季等の必要熱量Ｑが少ない場合においても、浴槽水の保温／追焚き等の熱利用機器６の熱源となる高温水は貯湯タンク２の上部に貯められ、給湯に用いる湯水は主に中間出湯管２５から出湯するようにしているので、給湯をしても貯湯タンク２上部の第２の温度Ｔ２の湯水はあまり消費されず熱源となる高温水をより多く確保することが可能で、特に浴槽水の保温／追焚きは８時〜１０時の夜間に行われることが多いが、沸き上げから時間が経過しているこの時間帯においても保温／追焚きの能力を確保できると共に、貯湯タンク２上部の熱源となる湯水の温度だけを高く沸き上げることが可能で、浴槽水との温度差を大きく取れるため熱交換効率が向上し熱利用機器６の出力を大きくすることができ、しかも下部にはそれより低い温度Ｔ１で沸き上げて貯湯するので必要熱量Ｑに対する余剰な熱量を極力少なくして沸き上げ動作に無駄な電力を消費することがなく省エネルギーとなる。
【００５３】
次に、本発明の第３の一実施形態を図６に基づき説明する。なお、前記第１、第２の一実施形態と同一の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。
【００５４】
この第３の一実施形態では、加熱手段３を貯湯タンク２内に配置された２本の電熱ヒータ４３、４４としている。上部に設けられた上電熱ヒータ４３は前記蛇管３８の直下に配置されているものである。
【００５５】
この第３の一実施形態の場合、夏季等で必要熱量Ｑが少ない場合には、上下の電熱ヒータ４３、４４で貯湯タンク２内の湯水を第１の温度Ｔ１まで沸き上げ、その後下電熱ヒータ４４を停止し、上電熱ヒータ４３でこの上電熱ヒータ４３よりも上方の湯水を第１の温度Ｔ１よりも高い第２の温度Ｔ２まで沸き上げるようにしているものである。
【００５６】
このように、夏季等の必要熱量Ｑが少ない場合においても、浴槽水の保温／追焚き等の熱利用機器６の熱源となる高温水は貯湯タンク２の上部に貯められ、給湯に用いる湯水は主に中間出湯管２５から出湯するようにしているので、給湯をしても貯湯タンク２上部の第２の温度Ｔ２の湯水はあまり消費されず熱源となる高温水をより多く確保することが可能で、沸き上げから時間が経過しても熱利用機器の能力を確保できると共に、貯湯タンク２上部の熱源となる湯水の温度だけを高く沸き上げることが可能で、浴槽水との温度差を大きく取れるため熱交換効率が向上し熱利用機器６の出力を大きくすることができ、しかも下部にはそれより低い温度Ｔ１で沸き上げて貯湯するので必要熱量Ｑに対する余剰な熱量を極力少なくして沸き上げ動作に無駄な電力を消費することがなく省エネルギーとなる。
【００５７】
次に、本発明の第４の一実施形態を図７に基づき説明する。なお、前記第１の一実施形態と同一の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。
【００５８】
この第４の一実施形態では、加熱手段２は貯湯タンクユニット１内に内蔵され、加熱循環回路９、１０の途中に電熱ヒータ４５および加熱循環ポンプ１６が設けられている。
【００５９】
そして、熱利用機器６は浴室暖房乾燥機であって、これに貯湯タンク２内の湯水が熱交換を経ずに直接循環されるよう循環回路４６および循環ポンプ４７を備えて構成されている。
【００６０】
この第４の一実施形態の場合、夏季等で必要熱量Ｑが少ない場合には、夏季等で必要熱量Ｑが少ない場合には、前記湯量算出手段３６が第１の温度Ｔ１で沸き上げる湯量Ａ１と、第１の温度Ｔ１よりも高い第２の温度Ｔ２で沸き上げる湯量Ａ２を算出し、給湯制御部３４が先に第１の沸き上げ温度Ｔ１を湯量Ａ１だけ沸き上げるように加熱循環ポンプ１６を駆動し、貯湯タンク２下部に接続された加熱往き管９から取り出した湯水を電熱ヒータ４５で第１の沸き上げ温度Ｔ１に加熱し、貯湯タンク２上部に接続された加熱戻り管１０から貯湯タンク２内に戻し、貯湯タンク２の上部から順次積層して沸き上げた湯水を貯湯していく。
【００６１】
そして、指示された湯量Ａ１を第１の沸き上げ温度Ｔ１まで沸き上げると、給湯制御部１７は残りの湯量Ａ２を第１の沸き上げ温度Ｔ１より高い第２の沸き上げ温度Ｔ２まで沸き上げるよう加熱循環ポンプ１６の循環量を低減し、温度Ｔ２に沸き上げられた湯水は加熱戻り管１０を介して貯湯タンク２の上部に戻され、先ほどの温度Ｔ１の湯水の上に順次積層して貯湯されていく。
【００６２】
必要熱量Ｑ相当の湯水が沸き上げられると給湯制御部３４は電熱ヒータ４５および加熱循環ポンプ１６を停止して沸き上げ動作を終了するもので、このようにして貯湯タンク２の上部に高い温度である第２の温度Ｔ２の湯を貯湯させ、その下部に第２の温度Ｔ２より低い温度である第１の温度Ｔ１の湯を貯湯させることができるものである。
【００６３】
このように、夏季等の必要熱量Ｑが少ない場合においても、熱利用機器６の熱源となる高温水は貯湯タンク２の上部に貯められ、給湯に用いる湯水は主に中間出湯管２５から出湯するようにしているので、給湯をしても貯湯タンク２上部の第２の温度Ｔ２の湯水はあまり消費されず熱源となる高温水をより多く確保することが可能で、沸き上げから時間が経過しても熱利用機器の能力を確保できると共に、貯湯タンク２上部の熱源となる湯水の温度だけを高く沸き上げることが可能で、被暖房／乾燥室の雰囲気温度との温度差を大きく取れるため熱交換効率が向上し熱利用機器６の出力を大きくすることができ、しかも下部にはそれより低い温度Ｔ１で沸き上げて貯湯するので必要熱量Ｑに対する余剰な熱量を極力少なくして沸き上げ動作に無駄な電力を消費することがなく省エネルギーとなる。
【００６４】
なお、本発明は上記した第１〜第４の実施形態に限定されるものではなく、これら実施形態の構成を相互に組み合わせた形でも良いもので、発明の本質を損なわない程度で多種の変形が可能なものである。
【００６５】
また、中間出湯管２５で出湯する湯水を給湯に用いる構成は、これら実施形態に示した構成に限られるものではなく、貯湯タンク２の中間部に接続された中間出湯管２５から出湯する湯水を給湯に用いるようにすればどのような構成であってもよいものである。
【００６６】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、夏季等の必要熱量Ｑが少ない場合においても、熱利用機器の熱源となる高温水は貯湯タンクの上部に貯められ、給湯に用いる湯水は主に中間出湯管から出湯するようにしているので、給湯をしても貯湯タンク上部の第２の温度Ｔ２の湯水はあまり消費されず熱源となる高温水をより多く確保することが可能であると共に、貯湯タンク上部の熱源となる湯水の温度だけを高く沸き上げることが可能で、熱交換効率が向上し熱利用機器の出力を大きくすることができ、しかも下部にはそれより低い温度Ｔ１で沸き上げて貯湯するので必要熱量Ｑに対する余剰な熱量を極力少なくして沸き上げ動作に無駄な電力を消費することがなく省エネルギーとなる。
【００６７】
また、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いるので、高効率かつ高温度の沸き上げが可能となるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態の概略構成図。
【図２】同第１の実施形態の沸き上げ運転の作動を説明する図。
【図３】同第１の実施形態の給湯運転の作動を説明する図。
【図４】同第１の実施形態の暖房／乾燥運転の作動を説明する図。
【図５】本発明の第２の実施形態の概略構成図。
【図６】本発明の第３の実施形態の概略構成図。
【図７】本発明の第４の実施形態の概略構成図。
【符号の説明】
２ 貯湯タンク
３ ヒートポンプユニット（加熱手段）
６ 熱利用機器
７ 出湯管
８ 給水管
１５ ヒートポンプ回路
２５ 中間出湯管
３４ 給湯制御部（制御手段）
３６ 湯量算出手段
【発明の属する技術分野】
本発明は、貯湯タンク内の上部の湯水を熱源として利用する熱利用機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においては、貯湯タンクと加熱手段と制御手段とが備えられ、深夜電力等により翌日に必要な湯水を沸き上げるようにしており、過去の使用湯量や給水温度等に基づいて翌日の沸き上げ温度を自動設定するようにしたものがあった。
【０００３】
【特許文献１】特開平５−８７４０４号
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この従来のものでは、夏季等において使用湯量が少なかったり給水温度が高かったりした場合、翌日の沸き上げ湯温が低く設定される。しかし、本件出願人が提案する貯湯タンク内の湯水を熱源として利用する温水式浴室乾燥機等の熱利用機器を設けた場合、熱源となる湯水の湯温が低いと出力が低下してしまうと共に熱交換効率が低下して非効率なシステムとなってしまう。逆に熱源としての能力を確保するために沸き上げ温度を高く設定すると予想される使用湯量に対して余剰な貯湯熱量が多くなり、沸き上げ動作に無駄な電力を消費してしまうという課題があった。
【０００５】
【課題を解決する為の手段】
そこで、本発明は上記課題を解決するため、請求項１では、給水管および出湯管が接続された貯湯タンクと、この貯湯タンク内の湯水を沸き上げる加熱手段と、前記貯湯タンク内の上部の湯水を熱源として利用する熱利用機器と、前記貯湯タンクの中間部に接続され中間部にある湯水を出湯可能とした中間出湯管と、前記貯湯タンク内の湯水を前記加熱手段で沸き上げる際に、前記貯湯タンク下部の湯水を第１の温度Ｔ１、前記貯湯タンク上部の湯水を第１の温度Ｔ１より高い第２の温度Ｔ２に沸き上げるように前記加熱手段を制御するようにした制御手段とを備えたものとした。
【０００６】
これにより、貯湯タンクの上部には熱源として利用しやすい第２の温度の高温水が貯められ、熱交換効率を向上して熱利用機器の出力を大きくすることができると共に、貯湯タンクの下部には給湯に用いる第１の温度の湯水が貯められ、貯湯タンクの中間部に設けられている中間出湯管から取り出して給湯に用いることができるため、余剰な貯湯熱量を極力少なくして沸き上げ動作に無駄な電力を消費することがなく省エネルギーとなると同時に、貯湯タンクの中間部から出湯可能であるので貯湯タンク上部に貯められた第２の温度の高温水を給湯の使用によっても長い間貯湯しておくことができる。
【０００７】
また、請求項２では、前記加熱手段は、前記貯湯タンク下部から取り出した湯水を循環して沸き上げて前記貯湯タンク上部に戻すように構成し、かつ、前記制御手段は、少なくとも必要熱量Ｑと前記貯湯タンクの容量Ａとから、第１の温度Ｔ１で沸き上げる湯量Ａ１および第１の温度Ｔ１よりも高い第２の温度Ｔ２で沸き上げる湯量Ａ２を算出する湯量算出手段を有し、前記貯湯タンク内の湯水を前記加熱手段に循環して沸き上げる際に、湯量Ａ１を第１の温度Ｔ１で沸き上げた後に、湯量Ａ２を第２の温度Ｔ２で沸き上げるように前記加熱手段を制御するようにしたものとした。
【０００８】
これにより、翌日の必要熱量に合致した沸き上げが可能となると同時に、熱利用機器用の第２の温度の高温水を確保でき、沸き上げに無駄な電力を消費せず省エネルギーとなる。
【０００９】
また、請求項３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たものである。
【００１０】
これにより、ヒートポンプ回路による高効率かつ高温度の沸き上げが可能となるものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の第１の一実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１２】
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は湯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加熱手段としてのヒートポンプユニット、４は台所や洗面所等に設けられた給湯栓、５はこの給湯栓４の近傍に設けられた給湯リモコン、６は貯湯タンク２内の高温水を熱源とする浴室暖房乾燥機等の熱利用機器である。
【００１３】
前記貯湯タンクユニット１の貯湯タンク２は、上端に出湯管７と、下端に給水管８とが接続され、さらに、下部に加熱循環回路を構成する加熱往き管９と、上部に加熱循環回路を構成する加熱戻り管１０とが接続され、前記ヒートポンプユニット３によって加熱往き管９から取り出した貯湯タンク２内の湯水を沸き上げて加熱戻り管１０から貯湯タンク２内に戻して貯湯され、給水管８からの給水により貯湯タンク２内の湯水が押し上げられて貯湯タンク２内上部の高温水が出湯管７から押し出されて給湯されるものである。
【００１４】
前記ヒートポンプユニット３は、圧縮機１１と凝縮器としての冷媒−水熱交換器１２と電子膨張弁１３と強制空冷式の蒸発器１４で構成されたヒートポンプ回路１５と、貯湯タンク２内の湯水を前記加熱往き管９および加熱戻り管１０を介して冷媒−水熱交換器１２に循環させる加熱循環ポンプ１６と、それらの駆動を制御する加熱制御部１７とを備え、貯湯タンク２内の湯水を循環して指示された沸き上げ温度まで沸かし上げるものである。なお、ヒートポンプ回路１５内には冷媒として二酸化炭素が用いられて超臨界ヒートポンプサイクルを構成しているので、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。
【００１５】
ここで、前記冷媒−水熱交換器１２は冷媒と被加熱水たる貯湯タンク２内の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１２入口温度と冷媒の出口温度との温度差が一定になるように前記電子膨張弁１３または圧縮機１１を制御することで、被加熱水の冷媒−水熱交換器１２の入口温度が５〜２０℃程度の低い温度であるとＣＯＰ（エネルギー消費効率）がとても良い状態で被加熱水を加熱することが可能なものである。
【００１６】
１８は前記熱利用機器６の湯水を加熱するための熱交換器で、その一次側には貯湯タンク２上部に接続された熱交往き管１９と貯湯タンク２下部に接続された熱交戻り管２０とが接続されて熱交循環回路を構成し、熱交戻り管２０途中に設けられた熱交循環ポンプ２１の作動により貯湯タンク２から取り出した高温水を熱交換器１８に循環させ、熱交換により温度低下した中温水を再び貯湯タンク２内に戻すものである。
【００１７】
前記熱交換器１８の二次側には、熱利用機器６の循環水を循環可能に暖房往き管２２と暖房戻り管２３より構成される暖房循環回路が接続され、暖房戻り管２３途中に設けられた暖房循環ポンプ２４の作動により熱利用機器６の循環水が熱交換器１８に循環されて、一次側の高温水により加熱されて暖房あるいは乾燥が行われるものである。
【００１８】
次に、２５は貯湯タンク２の前記熱交戻り管２０より高く前記出湯管７より低い中間位置に接続された中間出湯管で、前記熱交換器１８で二次側と熱交換して温度低下した中温水などの貯湯タンク２の中間位置に貯められている湯水を貯湯タンク２から出湯するものである。
【００１９】
２６は、前記出湯管７途中で前記中間出湯管２５の下流に設けられた電動ミキシング弁より構成された中間混合弁、２７はこの中間混合弁２６下流に設けた中間混合温度センサで、貯湯タンク２中間位置付近の中温水と貯湯タンク２上端に接続された出湯管７からの高温水とを給湯リモコン５でユーザーが設定した給湯設定温度より所定温度高い温度になるように混合比率が制御されるものである。
【００２０】
次に、２８は中間混合弁２６からの湯水と給水管８から分岐された給水バイパス管２９からの低温水を混合する電動ミキシング弁より構成された給湯混合弁であり、その下流の給湯管３０に設けた給湯温度センサ３１で検出した湯温が給湯リモコン５でユーザーが設定した給湯設定温度になるように混合比率を制御するものである。
【００２１】
次に、３２は貯湯タンク２の上下方向に複数個配置された貯湯温度センサで、この実施形態では５つの貯湯温度センサが配置され上から３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ、３２ｅと呼び、これらの貯湯温度センサ３２が検出する温度情報によって、貯湯タンク２内にどれだけの熱量が残っているかを検知し、そして貯湯タンク２内の上下方向の温度分布を検知するものである。
【００２２】
前記給湯リモコン５には、給湯設定温度を設定する給湯温度設定スイッチ３３が設けられ、給湯温度設定手段を構成しているものである。
【００２３】
３４は貯湯タンクユニット１内の各センサの入力を受け各アクチュエータの駆動を制御するマイコンを有した給湯制御部である。この給湯制御部３４に前記給湯リモコン５が無線または有線により接続されユーザーが任意の給湯設定温度を設定できるようにしているものであると共に、前記ヒーポン制御部１７と有線にて接続されて沸かし上げ温度および沸かし上げ動作の発停の指示を前記ヒーポン制御部１７へ送るものである。
【００２４】
この給湯制御部３４は、過去複数日分の使用熱量から翌日に必要な必要熱量Ｑを演算すると共に、通常は必要熱量Ｑと貯湯タンク容量Ａから沸き上げ温度Ｔを算出しているものである。
【００２５】
ここで、前記給湯制御部３４は夏季等で必要熱量Ｑが少ない場合に、必要熱量Ｑと予め記憶されている貯湯タンク容量Ａと給水温度センサ３５で検出する給水温度Ｔｗから、第１の温度Ｔ１で沸き上げる湯量Ａ１および第１の温度Ｔ１よりも高い第２の温度Ｔ２で沸き上げる湯量Ａ２を算出する湯量算出手段３６を有し、湯量算出手段３６はこの一実施形態では下記式より各沸き上げ温度Ｔ１、Ｔ２で沸き上げる湯量Ａ１、Ａ２を算出するようにしている。
【００２６】
（Ｔ１−Ｔｗ）・Ａ１＋（Ｔ２−Ｔｗ）・Ａ２＝Ｑ
※Ａ１＋Ａ２＝Ａ
【００２７】
ここで、第１の沸き上げ温度Ｔ１はヒートポンプ回路１６で沸き上げるのに効率的で消費電力の少ない比較的低い温度（例えば６５℃程度）で、第２の沸き上げ温度Ｔ２は熱源として有効な８０℃程度の温度としている。
【００２８】
次に、図２に示す沸き上げ運転時の作動について説明すると、深夜電力時間帯になると給湯制御部３４は翌日に必要な必要熱量Ｑと貯湯タンク容量Ａから沸き上げ温度Ｔを算出し、ヒーポン制御部１７に対して沸き上げ温度Ｔと沸き上げ開始指示を発する。
【００２９】
このとき、夏季等で必要熱量Ｑが少ない場合には、前記湯量算出手段３６が第１の温度Ｔ１で沸き上げる湯量Ａ１と、第１の温度Ｔ１よりも高い第２の温度Ｔ２で沸き上げる湯量Ａ２を算出し、給湯制御部３４がヒートポンプ制御部１７に対して先に第１の沸き上げ温度Ｔ１を湯量Ａ１だけ沸き上げるよう指示しする。
【００３０】
指示を受けたヒーポン制御部１７は圧縮機１１を起動した後に加熱循環ポンプ１６を駆動開始し、貯湯タンク２下部に接続された加熱往き管９から取り出した湯水を冷媒−水熱交換器１２で第１の沸き上げ温度Ｔ１に加熱し、貯湯タンク２上部に接続された加熱戻り管１０から貯湯タンク２内に戻し、貯湯タンク２の上部から順次積層して沸き上げた湯水を貯湯していく。
【００３１】
そして、指示された湯量Ａ１を第１の沸き上げ温度Ｔ１まで沸き上げると、給湯制御部１７は残りの湯量Ａ２を第１の沸き上げ温度Ｔ１より高い第２の沸き上げ温度Ｔ２まで沸き上げるよう指示する。指示を受けたヒーポン制御部１７は冷媒−水熱交換器１２で湯水を第２の沸き上げ温度Ｔ２になるよう圧縮機１１および電子膨張弁１３を制御し、温度Ｔ２に沸き上げられた湯水は加熱戻り管１０を介して貯湯タンク２の上部に戻され、先ほどの温度Ｔ１の湯水の上に順次積層して貯湯されていく。
【００３２】
必要熱量Ｑ相当の湯水が沸き上げられると給湯制御部３４はヒーポン制御部１７に対して沸き上げ停止指令を発し、これを受けたヒーポン制御部１７は圧縮機１１を停止すると共に加熱循環ポンプ１６も停止して沸き上げ動作を終了するもので、このようにして貯湯タンク２の上部に高い温度である第２の温度Ｔ２の湯を貯湯させ、その下部に第２の温度Ｔ２より低い温度である第１の温度Ｔ１の湯を貯湯させることができるものである。
【００３３】
次に、図３に示す給湯運転時の作動について説明すると、給湯栓４を開くと給水管８からの給水が貯湯タンク２下部に流れ込む。そして中間出湯管２４を介して中間混合弁２５に湯水が押し出される。なお、貯湯タンク２内に流れ込む給水と貯湯されている沸き上げられた湯水と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の湯水が上部に、比重の重い給水が下部に位置することとなるので互いに混じり合うことはないものである。
【００３４】
ここで、給湯制御部３４は中間出湯管２５からの湯水と出湯管７からの湯水を中間混合弁２６にて給湯リモコン５で設定された給湯設定温度より所定温度高い温度となるように中間混合弁２６を適当な比率に調整する。なお、ここでは、中間出湯管２５から流入する湯が沸き上げられた湯水であり、給湯設定温度より高いため、中間混合弁２６の出湯管７側が閉じられ、出湯管７からは湯水が流出せず中間出湯管２５からの湯水がそのまま給湯混合弁２８へ流入することとなる。
【００３５】
そして、中間混合弁２６から流出した湯は給湯混合弁２８へ流入し、給水バイパス管２９からの給水と混合され、給湯制御部３４が給湯混合弁２８の混合比率を調整し給湯設定温度の湯が給湯栓４から給湯される。そして、給湯栓４の閉止によって給湯が終了するものである。
【００３６】
このように、前記中間混合弁２６は給湯設定温度よりも所定温度高い温度の湯を供給するようにしているので、中間出湯管２５が接続されている部位付近の湯水の温度が給湯設定温度よりも低い場合は、給湯制御部３４により中間混合弁２６の混合比率が調整されて出湯管７からの高温水を用いて給湯設定温度よりも所定温度高い温度の湯を供給するようにし、貯湯タンク２の上部に貯められている高温水の使用を最小限に留めるようにしている。
【００３７】
次に、図４に示す熱利用機器による暖房／乾燥運転時の作動について説明すると、運転指示が入力されると給湯制御部３４は熱交循環ポンプ２１および暖房循環ポンプ２４を駆動し、熱交往き管１９から取り出した高温水を熱交換器１８に流入させ、二次側の循環水と熱交換させて暖房／乾燥運転を行う。そして、熱交換により温度低下した湯水が熱交戻り管２０を介して貯湯タンク２下部に戻り、貯湯されている湯水を押し上げる形で貯湯タンク２内に貯められるものである。
【００３８】
そして、二次側では、熱交換器１８にて加熱された循環水が熱利用機器６へ戻って暖房／乾燥等を行う。そして、運転停止の指示が入力されると給湯制御部３４は熱交循環ポンプ２１および暖房循環ポンプ２４の駆動を停止し、運転を終了するものである。
【００３９】
このように、夏季等の必要熱量Ｑが少ない場合においても、暖房／乾燥等の熱利用機器６の熱源となる高温水は貯湯タンク２の上部に貯められ、給湯に用いる湯水は主に中間出湯管２５から出湯するようにしているので、給湯をしても貯湯タンク２上部の第２の温度Ｔ２の湯水はあまり消費されず熱源となる高温水をより多く確保することが可能で、沸き上げから時間が経過しても熱利用機器の能力を確保できると共に、貯湯タンク２上部の熱源となる湯水の温度だけを高く沸き上げることが可能で、二次側との温度差を大きく取れるため熱交換効率が向上し熱利用機器６の出力を大きくすることができ、しかも下部にはそれより低い温度Ｔ１で沸き上げて貯湯するので必要熱量Ｑに対する余剰な熱量を極力少なくして沸き上げ動作に無駄な電力を消費することがなく省エネルギーとなる。
【００４０】
次に、本発明の第２の一実施形態を図５に基づき説明する。なお、前記第１の一実施形態と同一の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。
【００４１】
この第２の一実施形態では、熱利用機器６が浴槽水の保温／追焚きシステムとなっており、浴槽３７と貯湯タンク２内上部に設けられた蛇管３８がふろ循環ポンプ３９を有したふろ循環回路４０で接続されている。
【００４２】
また、加熱手段３は、通常のフロン系冷媒が用いられたヒートポンプ回路４１と、フロン系冷媒では冷水を６５℃程度までしか加熱できないため、ヒートポンプ回路４１で加熱された温水をさらに高温に加熱するために加熱戻り管１０途中に設けられた電熱ヒータ４２とで構成されている。
【００４３】
そして、中間混合弁２６は中間出湯管２５からの出湯と給水バイパス管２９からの給水とを混合して給湯設定温度より所定温度低い温度に混合し、給湯混合弁２８で出湯管７からの出湯と混合して給湯設定温度の湯を給湯するようにしている。
【００４４】
この第２の一実施形態の場合、夏季等で必要熱量Ｑが少ない場合には、前記湯量算出手段３６が第１の温度Ｔ１で沸き上げる湯量Ａ１と、第１の温度Ｔ１よりも高い第２の温度Ｔ２で沸き上げる湯量Ａ２を算出し、給湯制御部３４がヒートポンプ制御部１７に対して先に第１の沸き上げ温度Ｔ１を湯量Ａ１だけ沸き上げるよう指示しする。
【００４５】
指示を受けたヒーポン制御部１７は圧縮機１１を起動した後に加熱循環ポンプ１６を駆動開始し、貯湯タンク２下部に接続された加熱往き管９から取り出した湯水を冷媒−水熱交換器１２で第１の沸き上げ温度Ｔ１に加熱し、貯湯タンク２上部に接続された加熱戻り管１０から貯湯タンク２内に戻し、貯湯タンク２の上部から順次積層して沸き上げた湯水を貯湯していく。
【００４６】
そして、指示された湯量Ａ１を第１の沸き上げ温度Ｔ１まで沸き上げると、給湯制御部１７は残りの湯量Ａ２を第１の沸き上げ温度Ｔ１より高い第２の沸き上げ温度Ｔ２まで沸き上げるよう電熱ヒータ４２を通電開始してヒートポンプ回路４１で加熱された湯水をさらに加熱する。温度Ｔ２に沸き上げられた湯水は加熱戻り管１０を介して貯湯タンク２の上部に戻され、先ほどの温度Ｔ１の湯水の上に順次積層して貯湯されていく。
【００４７】
必要熱量Ｑ相当の湯水が沸き上げられると給湯制御部３４はヒーポン制御部１７に対して沸き上げ停止指令を発し、これを受けたヒーポン制御部１７は圧縮機１１を停止すると共に加熱循環ポンプ１６も停止し、電熱ヒータ４２も同様に通電停止して沸き上げ動作を終了するもので、このようにして貯湯タンク２の上部に高い温度である第２の温度Ｔ２の湯を貯湯させ、その下部に第２の温度Ｔ２より低い温度である第１の温度Ｔ１の湯を貯湯させることができるものである。
【００４８】
そして、給湯栓４を開くと給水管８からの給水が貯湯タンク２下部に流れ込む。そして中間出湯管２４を介して中間混合弁２５に湯水が押し出される。給湯制御部３４は中間出湯管２５からの湯水と給水バイパス管２９からの給水を中間混合弁２６にて給湯リモコン５で設定された給湯設定温度より所定温度低い温度となるように中間混合弁２６を適当な比率に調整する。
【００４９】
そして、中間混合弁２６から流出した湯は給湯混合弁２８へ流入し、出湯管７からの出湯と混合され、給湯制御部３４が給湯混合弁２８の混合比率を調整し給湯設定温度の湯が給湯栓４から給湯される。そして、給湯栓４の閉止によって給湯が終了するものである。
【００５０】
このように、前記中間混合弁２６は給湯設定温度よりも所定温度低い温度の湯を供給するようにしているので、中間出湯管２５が接続されている部位付近の湯水の温度が給湯設定温度よりも高い場合は、給湯制御部３４により中間混合弁２６の混合比率が調整されて給水バイパス管２９からの給水を用いて給湯設定温度よりも所定温度低い温度の湯を供給するようにし、貯湯タンク２の上部に貯められている高温水の使用を最小限に留めるようにしている。
【００５１】
そして、ふろの保温／追焚きを行う場合は、フロ循環ポンプ３９を駆動して浴槽水を蛇管３８に循環させる。この蛇管３８は貯湯タンク２内の高温水が貯湯されている上部に配置されているため高効率での熱交換が行われ、蛇管３８で加熱された浴槽水が浴槽３７に戻されるようにして保温／追焚き運転が行われるものである。
【００５２】
このように、夏季等の必要熱量Ｑが少ない場合においても、浴槽水の保温／追焚き等の熱利用機器６の熱源となる高温水は貯湯タンク２の上部に貯められ、給湯に用いる湯水は主に中間出湯管２５から出湯するようにしているので、給湯をしても貯湯タンク２上部の第２の温度Ｔ２の湯水はあまり消費されず熱源となる高温水をより多く確保することが可能で、特に浴槽水の保温／追焚きは８時〜１０時の夜間に行われることが多いが、沸き上げから時間が経過しているこの時間帯においても保温／追焚きの能力を確保できると共に、貯湯タンク２上部の熱源となる湯水の温度だけを高く沸き上げることが可能で、浴槽水との温度差を大きく取れるため熱交換効率が向上し熱利用機器６の出力を大きくすることができ、しかも下部にはそれより低い温度Ｔ１で沸き上げて貯湯するので必要熱量Ｑに対する余剰な熱量を極力少なくして沸き上げ動作に無駄な電力を消費することがなく省エネルギーとなる。
【００５３】
次に、本発明の第３の一実施形態を図６に基づき説明する。なお、前記第１、第２の一実施形態と同一の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。
【００５４】
この第３の一実施形態では、加熱手段３を貯湯タンク２内に配置された２本の電熱ヒータ４３、４４としている。上部に設けられた上電熱ヒータ４３は前記蛇管３８の直下に配置されているものである。
【００５５】
この第３の一実施形態の場合、夏季等で必要熱量Ｑが少ない場合には、上下の電熱ヒータ４３、４４で貯湯タンク２内の湯水を第１の温度Ｔ１まで沸き上げ、その後下電熱ヒータ４４を停止し、上電熱ヒータ４３でこの上電熱ヒータ４３よりも上方の湯水を第１の温度Ｔ１よりも高い第２の温度Ｔ２まで沸き上げるようにしているものである。
【００５６】
このように、夏季等の必要熱量Ｑが少ない場合においても、浴槽水の保温／追焚き等の熱利用機器６の熱源となる高温水は貯湯タンク２の上部に貯められ、給湯に用いる湯水は主に中間出湯管２５から出湯するようにしているので、給湯をしても貯湯タンク２上部の第２の温度Ｔ２の湯水はあまり消費されず熱源となる高温水をより多く確保することが可能で、沸き上げから時間が経過しても熱利用機器の能力を確保できると共に、貯湯タンク２上部の熱源となる湯水の温度だけを高く沸き上げることが可能で、浴槽水との温度差を大きく取れるため熱交換効率が向上し熱利用機器６の出力を大きくすることができ、しかも下部にはそれより低い温度Ｔ１で沸き上げて貯湯するので必要熱量Ｑに対する余剰な熱量を極力少なくして沸き上げ動作に無駄な電力を消費することがなく省エネルギーとなる。
【００５７】
次に、本発明の第４の一実施形態を図７に基づき説明する。なお、前記第１の一実施形態と同一の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。
【００５８】
この第４の一実施形態では、加熱手段２は貯湯タンクユニット１内に内蔵され、加熱循環回路９、１０の途中に電熱ヒータ４５および加熱循環ポンプ１６が設けられている。
【００５９】
そして、熱利用機器６は浴室暖房乾燥機であって、これに貯湯タンク２内の湯水が熱交換を経ずに直接循環されるよう循環回路４６および循環ポンプ４７を備えて構成されている。
【００６０】
この第４の一実施形態の場合、夏季等で必要熱量Ｑが少ない場合には、夏季等で必要熱量Ｑが少ない場合には、前記湯量算出手段３６が第１の温度Ｔ１で沸き上げる湯量Ａ１と、第１の温度Ｔ１よりも高い第２の温度Ｔ２で沸き上げる湯量Ａ２を算出し、給湯制御部３４が先に第１の沸き上げ温度Ｔ１を湯量Ａ１だけ沸き上げるように加熱循環ポンプ１６を駆動し、貯湯タンク２下部に接続された加熱往き管９から取り出した湯水を電熱ヒータ４５で第１の沸き上げ温度Ｔ１に加熱し、貯湯タンク２上部に接続された加熱戻り管１０から貯湯タンク２内に戻し、貯湯タンク２の上部から順次積層して沸き上げた湯水を貯湯していく。
【００６１】
そして、指示された湯量Ａ１を第１の沸き上げ温度Ｔ１まで沸き上げると、給湯制御部１７は残りの湯量Ａ２を第１の沸き上げ温度Ｔ１より高い第２の沸き上げ温度Ｔ２まで沸き上げるよう加熱循環ポンプ１６の循環量を低減し、温度Ｔ２に沸き上げられた湯水は加熱戻り管１０を介して貯湯タンク２の上部に戻され、先ほどの温度Ｔ１の湯水の上に順次積層して貯湯されていく。
【００６２】
必要熱量Ｑ相当の湯水が沸き上げられると給湯制御部３４は電熱ヒータ４５および加熱循環ポンプ１６を停止して沸き上げ動作を終了するもので、このようにして貯湯タンク２の上部に高い温度である第２の温度Ｔ２の湯を貯湯させ、その下部に第２の温度Ｔ２より低い温度である第１の温度Ｔ１の湯を貯湯させることができるものである。
【００６３】
このように、夏季等の必要熱量Ｑが少ない場合においても、熱利用機器６の熱源となる高温水は貯湯タンク２の上部に貯められ、給湯に用いる湯水は主に中間出湯管２５から出湯するようにしているので、給湯をしても貯湯タンク２上部の第２の温度Ｔ２の湯水はあまり消費されず熱源となる高温水をより多く確保することが可能で、沸き上げから時間が経過しても熱利用機器の能力を確保できると共に、貯湯タンク２上部の熱源となる湯水の温度だけを高く沸き上げることが可能で、被暖房／乾燥室の雰囲気温度との温度差を大きく取れるため熱交換効率が向上し熱利用機器６の出力を大きくすることができ、しかも下部にはそれより低い温度Ｔ１で沸き上げて貯湯するので必要熱量Ｑに対する余剰な熱量を極力少なくして沸き上げ動作に無駄な電力を消費することがなく省エネルギーとなる。
【００６４】
なお、本発明は上記した第１〜第４の実施形態に限定されるものではなく、これら実施形態の構成を相互に組み合わせた形でも良いもので、発明の本質を損なわない程度で多種の変形が可能なものである。
【００６５】
また、中間出湯管２５で出湯する湯水を給湯に用いる構成は、これら実施形態に示した構成に限られるものではなく、貯湯タンク２の中間部に接続された中間出湯管２５から出湯する湯水を給湯に用いるようにすればどのような構成であってもよいものである。
【００６６】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、夏季等の必要熱量Ｑが少ない場合においても、熱利用機器の熱源となる高温水は貯湯タンクの上部に貯められ、給湯に用いる湯水は主に中間出湯管から出湯するようにしているので、給湯をしても貯湯タンク上部の第２の温度Ｔ２の湯水はあまり消費されず熱源となる高温水をより多く確保することが可能であると共に、貯湯タンク上部の熱源となる湯水の温度だけを高く沸き上げることが可能で、熱交換効率が向上し熱利用機器の出力を大きくすることができ、しかも下部にはそれより低い温度Ｔ１で沸き上げて貯湯するので必要熱量Ｑに対する余剰な熱量を極力少なくして沸き上げ動作に無駄な電力を消費することがなく省エネルギーとなる。
【００６７】
また、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いるので、高効率かつ高温度の沸き上げが可能となるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態の概略構成図。
【図２】同第１の実施形態の沸き上げ運転の作動を説明する図。
【図３】同第１の実施形態の給湯運転の作動を説明する図。
【図４】同第１の実施形態の暖房／乾燥運転の作動を説明する図。
【図５】本発明の第２の実施形態の概略構成図。
【図６】本発明の第３の実施形態の概略構成図。
【図７】本発明の第４の実施形態の概略構成図。
【符号の説明】
２ 貯湯タンク
３ ヒートポンプユニット（加熱手段）
６ 熱利用機器
７ 出湯管
８ 給水管
１５ ヒートポンプ回路
２５ 中間出湯管
３４ 給湯制御部（制御手段）
３６ 湯量算出手段
Claims (3)
- 給水管および出湯管が接続された貯湯タンクと、この貯湯タンク内の湯水を沸き上げる加熱手段と、前記貯湯タンク内の上部の湯水を熱源として利用する熱利用機器と、前記貯湯タンクの中間部に接続され中間部にある湯水を出湯可能とした中間出湯管と、前記貯湯タンク内の湯水を前記加熱手段で沸き上げる際に、前記貯湯タンク下部の湯水を第１の温度Ｔ１、前記貯湯タンク上部の湯水を第１の温度Ｔ１より高い第２の温度Ｔ２に沸き上げるように前記加熱手段を制御するようにした制御手段とを備えたことを特徴とする貯湯式給湯装置。
- 前記加熱手段は、前記貯湯タンク下部から取り出した湯水を循環して沸き上げて前記貯湯タンク上部に戻すように構成し、かつ、前記制御手段は、少なくとも必要熱量Ｑと前記貯湯タンクの容量Ａとから、第１の温度Ｔ１で沸き上げる湯量Ａ１および第１の温度Ｔ１よりも高い第２の温度Ｔ２で沸き上げる湯量Ａ２を算出する湯量算出手段を有し、前記貯湯タンク内の湯水を前記加熱手段に循環して沸き上げる際に、湯量Ａ１を第１の温度Ｔ１で沸き上げた後に、湯量Ａ２を第２の温度Ｔ２で沸き上げるように前記加熱手段を制御するようにしたことを特徴とする請求項１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。
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