JP2009192156A - 貯湯式給湯システム - Google Patents

Abstract

【課題】貯湯タンクの高温層又は中温層の湯を給水と混合して混合給湯する貯湯式給湯システムにおいて、混合給湯する温度が変更されたとき、使用者が中温層の湯の沸上温度を毎度変更しなくても、中温層の湯が混合給湯に利用できる湯温になるようにする。
【解決手段】貯湯式給湯システム１０は、湯を熱源機１３で沸上げて貯湯タンク１１に高温層と中温層を共存させて貯湯し、給水と混合して混合給湯する。制御部１４は、湯温センサ１５により検知された湯温に基づいて熱源機１３による湯の沸上げを制御し、入力部１８により入力された混合給湯設定温度に応じて中温層の湯の沸上温度を設定する。これにより、混合給湯する温度が変更されたとき、中温層の湯が混合給湯に利用できる湯温になるように中温層の湯の沸上温度が自動的に設定され、中温層の湯の利用度が下がることがなくなり、混合給湯のエネルギー効率を高めることが可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、貯湯タンクの高温層又は中温層の湯を給水と混合して混合給湯する貯湯式給湯システムに関する。

従来から、ヒートポンプ等の熱源機により水を湯に沸上げて貯湯タンクに貯湯し、貯湯した湯を給湯する貯湯式給湯システムがある。貯湯タンク内の湯は、上層部が最も高温の高温層となり、高温層の高温湯を出湯して給水管からの低温の水と混合し、所定温度にして手洗いや風呂等に給湯している。貯湯タンクの上層部から出湯が行なわれると、貯湯タンクの下層部にその出湯分だけ給水される。ヒートポンプは、沸上温度が高くなるほど効率が低下するという特性を持つため、中温湯を給湯する場合、高温に沸上げた高温湯を低温の水と混合して中温に下げて給湯すると、給湯システムの総合的なエネルギー効率が低くなる。中温湯の給湯のエネルギー効率を高めるために、貯湯タンク内に高温層と中温層を共存させて貯湯するとともに、貯湯タンクの中温層から中温湯を出湯して給湯する貯湯式給湯システムが知られている（例えば、特許文献１参照）。

このような従来の貯湯式給湯システムは、例えば、高温層と中温層を共存させて貯湯する貯湯タンクと、貯湯タンクの湯を沸上げる熱源機とを備える。中温湯を出湯するために中温湯取出口が中層部に設けられている。熱源機が高温層の高温湯を高温沸上温度に、中温層の中温湯を中温沸上温度に沸上げ、高温湯又は中温湯が給水と混合され、混合給湯設定温度の混合湯が給湯される（混合給湯）。

使用者が使用する湯は、高温湯と混合湯であるので、使用者が必要とする湯温は、給湯される高温湯の湯温と混合湯の湯温の２つである。しかし、従来の貯湯式給湯システムでは、使用者は、高温湯の高温沸上温度と中温湯の中温沸上温度と混合湯の混合給湯設定温度の３つの設定温度をそれぞれ設定する必要がある。混合給湯設定温度は、混合湯の使用目的によって変更されるものである。混合給湯設定温度を変更したとき、中温沸上温度の設定も変更することがエネルギー効率の観点からは好ましい。なぜなら、中温沸上温度の設定が低過ぎると、貯湯タンク内の中温層の湯温が混合給湯設定温度よりも低くなって、混合給湯に中温層の湯が利用できない。その場合、高温湯が給水と混合されて混合給湯されるので、混合給湯のエネルギー効率が低下する。また、中温沸上温度の設定が高過ぎると、貯湯タンク内の中温層の湯温を混合給湯設定温度に対して不必要に高く沸上げ、沸上温度が高いため、沸上げのエネルギー効率が低下する。そして、混合給湯設定温度を変更するたびに中温沸上温度を使用者が変更することは、エネルギー効率の観点からは好ましいが、使用者にとっては、変更の操作が煩雑である。このため、中温沸上温度が適切に設定されないと、貯湯式給湯システムのエネルギー効率が低下することになる。
特開昭６０−２６９号公報

本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、貯湯タンクに貯湯された高温層又は中温層の湯を給水と混合して混合給湯する貯湯式給湯システムにおいて、混合給湯する温度が変更されたとき、使用者が中温層の湯の沸上温度を毎度変更しなくても、中温層の湯が混合給湯に利用できる湯温になるようにし、混合給湯のエネルギー効率を高めることを目的とする。

上記目的を達成するために請求項１に記載の発明は、内部に高温層と中温層を共存させて貯湯する貯湯タンクと、前記貯湯タンクの湯を沸上げる熱源機と、を備え、前記高温層又は前記中温層の湯を給水と混合して混合給湯する貯湯式給湯システムにおいて、前記貯湯タンクの湯温を検知する湯温検知手段と、前記湯温検知手段により検知された湯温に基づいて前記熱源機による湯の沸上げを制御する制御部と、混合給湯する混合給湯設定温度を前記制御部に入力する入力手段と、をさらに備え、前記制御部は、前記入力手段により入力された混合給湯設定温度に応じて前記中温層の湯の沸上温度を設定するものである。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の貯湯式給湯システムにおいて、前記湯温検知手段によって検知された前記中温層の湯温が前記混合給湯設定温度に満たないとき、前記熱源機は、高温湯を沸上げて前記中温層に送湯することにより該中温層の湯温を上げるものである。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の貯湯式給湯システムにおいて、前記湯温検知手段によって検知された前記中温層の湯温が前記混合給湯設定温度に満たないとき、前記熱源機は、該熱源機と前記中温層との間で湯を循環して沸上げることにより該中温層の湯温を上げるものである。

請求項１に記載の発明によれば、混合給湯する温度が変更されたとき、使用者が中温層の湯の沸上温度を毎度変更しなくても、中温層の湯が混合給湯に利用できる湯温になるように中温層の湯の沸上温度が自動的に設定されるので、中温層の湯の利用度が下がることがなくなり、従って、混合給湯のエネルギー効率を高めることができる。

請求項２に記載の発明によれば、中温層の湯温が混合給湯設定温度に満たないとき、少量の高温沸上を中温層に対して行うことにより中温層の湯温を上げるので、中温層の湯を混合給湯に利用できる湯温にすることができる。

請求項３に記載の発明によれば、中温層の湯温が混合給湯設定温度に満たないとき、中温層の湯を熱源機により追い炊き循環運転を行うことにより中温層の湯温を上げるので、中温層の湯を混合給湯に利用できる湯温にすることができる。

以下、本発明の第１の実施形態に係る貯湯式給湯システム（以下、給湯システムという）について図１を参照して説明する。給湯システム１０は、内部に高温層と中温層を共存させて貯湯する貯湯タンク１１と、貯湯タンク１１の湯を沸上げる熱源機１３を備え、高温層又は中温層の湯を給水と混合して混合給湯する。貯湯タンク１１は、湯の比重によって内部の湯に温度成層が形成される。すなわち、貯湯タンク１１内部の湯の上層部に最も高温の高温層、中層部にそれよりも低温の中温層が共存し、高温層に高温湯、中温層に中温湯がそれぞれ貯湯される。給湯システム１０は、貯湯タンク１１に加えてそれ以外の貯湯タンク、例えば、内部に高温層を形成して高温湯を貯湯する貯湯タンク１２を備えてもよい。貯湯タンク１２により、高温湯の給湯容量を増やすことができる。

貯湯タンク１１は、下層部において給水管５０ａと繋がり、低温の給水を受け、低温層が形成される。熱源機１３は、貯湯タンク１１の下層部と配管５１ａによって繋がっており、内蔵する送湯ポンプ１３Ｐによって低温層の低温湯を吸引して加熱する。熱源機１３の湯取り出し口は、配管５１ｃにより、切替弁１６ａに繋がっている。切替弁１６ａは、熱源機１３からの送湯先を貯湯タンク１１の中層部に繋がる配管５１ｄと、上層部に繋がる配管５１ｅに切り替える。貯湯タンク１１からの高温湯は、高温湯出湯配管５２ａに送湯される。高温湯出湯配管５２ａは、高温給湯口（図示せず）に高温給湯する。給湯システム１０が高温湯の貯湯タンク１２を備える場合は、切替弁１６ｃにより、高温湯の出湯元を貯湯タンク１１と貯湯タンク１２に切り替える。

貯湯タンク１１の中層部には、中温湯取出口１１ａが設けられており、中温湯取出口１１ａに中温湯出湯配管５２ｂが接続されている。中温湯出湯配管５２ｂは、切替弁１６ｄに繋がっている。切替弁１６ｄは、高温湯出湯配管５２ａから分岐した配管５１ｈとも繋がっており、中温湯と高温湯とを切り替えて混合弁１７に送湯する。混合弁１７は、切替弁１６ｄからの配管と、給水管５０ｃとに繋がっており、切替弁１６ｄからの湯と給水管５０ｃからの給水とを混合して混合湯を作り、中温給湯口（図示せず）に混合給湯する。

さらに、給湯システム１０は、貯湯タンク１１の湯温を検知する湯温検出手段としての湯温センサ１５と、湯温センサ１５により検知された湯温に基づいて熱源機１３を制御する制御部１４と、混合給湯する混合給湯設定温度を制御部１４に入力する入力手段としての入力部１８とを備える。湯温センサ１５は、例えば、貯湯タンク１１の内部又は表面に上下方向に配列された複数の温度センサ等からなり、貯湯タンク１１に貯湯された湯の高温層と中温層の湯温を検出する。給湯システム１０が貯湯タンク１２を備える場合は、湯温センサ１５は、貯湯タンク１２の高温層の湯温も検知する。湯温の検出結果は、制御部１４に入力される。制御部１４は、ＣＰＵ等からなり、熱源機１３及び切替弁１６ａ乃至１６ｄの制御を含む給湯システム１０全体の制御を行う。入力部１８は、例えば、ボタン等（図示せず）からなり、使用者は、ボタンを押すことによって所望の設定温度を制御部１４に入力することができる。設定温度は、例えば、ＣＰＵが読み出すメモリに記憶される。

次に、上記のように構成された給湯システム１０の制御について説明する。制御部１４は、高温湯の沸上げと、中温湯の沸上げと、混合湯の給湯の各々に設定温度を有し、熱源機１３により高温湯を高温沸上温度に中温湯を中温沸上温度に沸上げ、高温湯又は中温湯と給水とを混合して混合給湯設定温度の混合湯を作って給湯するように制御を行う。給湯システム１０の使用者は、入力部１８により所望の混合給湯設定温度を入力することができる。

制御部１４は、入力部１８により入力された混合給湯設定温度に応じて中温層の沸上温度（中温沸上温度）を設定する。制御部１４は、例えば、混合給湯設定温度が４０℃のとき、放熱などによる温度低下を加味し、中温沸上温度を６５℃と設定する。制御部１４は、例えば、混合給湯設定温度と中温沸上温度とを対応付けるテーブルを予めメモリに記憶しておき、ＣＰＵがメモリ内のテーブルを参照して、混合給湯設定温度に応じた中温沸上温度を設定する。また、混合給湯設定温度から中温沸上温度を算出する数式を予め用意し、ＣＰＵがその数式を用いて、混合給湯設定温度に応じた中温沸上温度を計算して設定してもよい。なお、高温沸上温度は、例えば、９０℃であり、制御部１４に予め設定されているが、入力部１８から入力して変更することもできる。

上記のように本実施形態の給湯システム１０は、混合給湯する温度が変更されたとき、使用者が中温層の湯の沸上温度を毎度変更しなくても、中温層の湯が混合給湯に利用できる湯温になるように中温層の湯の沸上温度が自動的に設定されるので、中温湯の利用度が下がることがなくなり、従って、混合給湯のエネルギー効率を高めることができる。また、混合給湯設定温度が下げられたとき、中温層の湯を混合給湯に不必要な高温に沸上げることを防いで、混合給湯のエネルギー効率を高めることができる。

次に、貯湯タンク１１の湯の沸上げについて説明する。湯温センサ１５によって検知された中温層の湯温が混合給湯設定温度に満たないとき、熱源機１３は、高温湯を沸上げて貯湯タンク１１の中温層に送湯する。

沸上げ時の送湯経路について説明する。制御部１４は、切替弁１６ａを貯湯タンク１１の中層部側（配管５１ｄ側）に切り替える。制御部１４は、熱源機１３の送湯ポンプ１３Ｐを駆動させ、貯湯タンク１１の下層部から低温湯を熱源機１３に吸引し、高温湯を沸上げ、高温湯を切替弁１６ａを介して、配管５１ｄへ送湯し、貯湯タンク１１の中層部に貯湯された中温層に送湯する（図１に太線で示す送湯経路を参照）。湯の沸上温度が高温であるので（高温沸上）、少量の沸上によって中温層の湯温を上げることができる。

給湯システム１０は、上記のように、中温層の湯温が混合給湯設定温度に満たないとき、少量の高温沸上を中温層に対して行うことにより、中温層の湯温を上げ、中温層の湯を混合給湯に利用できる湯温に上げることができる。

なお、貯湯タンク１１の高温湯を沸上げるときは、制御部１４は、切替弁１６ａを貯湯タンク１１の上層部側（配管５１ｅ）に切り替え、切替弁１６ｂを貯湯タンク１１側に切り替える。制御部１４は、熱源機１３の送湯ポンプ１３Ｐを駆動させ、貯湯タンク１１の下層部から低温湯を熱源機１３に吸引し、沸上げた高温湯を配管５１ｃにより切替弁１６ａへ送る。送られた高温湯は、切替弁１６ａを介して配管５１ｅに流れ、貯湯タンク１１の上層部の高温層へ送湯される。なお、貯湯タンク１２をの高温湯を沸上げるときは、切替弁１６ｂを貯湯タンク１２側に切り替える。

次に、給湯システム１０の給湯時の送湯経路について説明する。混合給湯するときは、湯温センサ１５によって検出された貯湯タンク１１内の中温層の湯温が混合給湯設定温度以上の場合、中温層から出湯する。制御部１４は、切替弁１６ｄを中温湯出湯配管５２ｂ側に切り替え、貯湯タンク１１の上層部からの出湯を止める。混合給湯口が開栓されると、給水圧により、給水が給水管５０ａから貯湯タンク１１の下層部に入り、中層部から中温湯が中温湯出湯配管５２ｂへ送られ、切替弁１６ｄを介して混合弁１７へ送られる。中温湯出湯配管５２ｂからの中温湯は、給水管５０ｃからの給水と混合弁１７によって混合されて混合給湯される。

なお、通常は中温層から出湯して混合給湯されるが、混合給湯の量が多いなどの原因により、貯湯タンク１１内の中温層の湯温が混合給湯設定温度よりも低下して混合給湯に中温層の湯が使用できない場合、貯湯タンク１１又は貯湯タンク１２の高温湯と給水とを混合弁１７で混合して混合給湯する。貯湯タンク１１の高温湯と給水とを混合する場合は、制御部１４は、切替弁１６ｄを配管５１ｈ側に切り替え、切替弁１６ｃを貯湯タンク１１側に切り替える。給水圧により、高温層の高温湯が、切替弁１６ｃを介して高温湯出湯配管５２ａ、配管５１ｈへ送られ、切替弁１６ｄを介して混合弁１７へ送られ、混合弁１７によって給水と混合されて混合給湯される。貯湯タンク１２の高温湯と給水とを混合する場合は、切替弁１６ｃを貯湯タンク１２側に切り替える。

貯湯タンク１１から高温湯を出湯して高温給湯するときは、制御部１４は、切替弁１６ｃを貯湯タンク１１側（配管５１ｇ側）に切り替えて高温湯を給湯する。高温出湯口が開かれると、給水圧により、給水が給水管５０ａから貯湯タンク１１の下層部に入り、貯湯タンク１１の高温層の高温湯が、切替弁１６ｃを介して高温湯出湯配管５２ａを通って高温出湯口へ給湯される。貯湯タンク１２から高温湯を出湯して給湯するときは、制御部１４は、切替弁１６ｃを貯湯タンク１２側（配管５１ｆ側）に切り替える。

次に、本発明の第２の実施形態に係る給湯システムについて図２を参照して説明する。本実施形態の給湯システム２０は、貯湯タンク１１の中層部から熱源機１３へ湯を戻すための戻り配管５３を備える点において第１の実施形態の給湯システム１０と相違し、その他の構成は、給湯システム１０と同様である。給湯システム２０は、内部に高温層と中温層を共存させて貯湯する貯湯タンク１１と、貯湯タンク１１の湯を沸上げる熱源機１３とを備え、高温層又は中温層の湯を給水と混合して混合給湯する。さらに、給湯システム２０は、貯湯タンク１１の湯温を検知する湯温検出手段としての湯温センサ１５と、湯温センサ１５により検出された湯温に基づいて熱源機１３を制御する制御部２４とを備える。制御部２４は、入力部１８により入力された混合給湯設定温度に応じて中温層の湯の設定温度を設定する。

給湯システム２０が備える戻り配管５３は、一端が貯湯タンク１１の中層部に、他端が切替弁１６ｅに繋がれ、中層部から湯を熱源機１３に戻すものである。切替弁１６ｅに中層部からの戻り配管５３と下層部からの配管５１ａが繋がれており、戻り配管５３からの中温湯と配管５１ａからの低温湯が切替弁１６ｅによって切り替えられ、熱源機１３に吸引される。

上記のように構成された給湯システム２０において、湯温センサ１５によって検知された中温層の湯温が混合給湯設定温度に満たないとき、熱源機１３は、熱源機１３と中温層との間で湯を循環して沸上げることにより中温層の湯温を上げる。

湯を循環して沸上げる時の送湯経路を説明する。制御部２４は、切替弁１６ａを貯湯タンク１１の中層部側（配管５１ｄ側）に切り替え、切替弁１６ｅを戻り配管５３側に切り替える。制御部２４は、熱源機１３の送湯ポンプ１３Ｐを駆動させ、貯湯タンク１１の中温層の湯を戻り配管５３から熱源機１３に吸引し、沸上げた湯を切替弁１６ａを介して、配管５１ｄへ送湯し、貯湯タンク１１内の中温層に送湯する（図２に太線で示す送湯経路を参照）。このように、中温層の湯は、熱源機１３と貯湯タンク１１の中温層との間で循環して追い炊きされる（追い炊き循環運転）。

上記のように本実施形態の給湯システム２０は、中温層の湯温が混合給湯設定温度に満たないとき、中温層の湯を熱源機１３により追い炊き循環運転を行うことにより中温層の湯温を上げるので、中温層の湯を混合給湯に利用できる湯温にすることができる。

なお、本発明は、上記の各実施形態の構成に限られず、発明の要旨を変更しない範囲で種々の変形が可能である。例えば、熱源機１３はヒートポンプに限られず、燃焼式の湯沸器であってもよい。

本発明の第１の実施形態に係る貯湯式給湯システムの構成図。 本発明の第２の実施形態に係る貯湯式給湯システムの構成図。

符号の説明

１０、２０ 貯湯式給湯システム
１１ 貯湯タンク
１３ 熱源機
１４、２４ 制御部
１５ 湯温センサ
１８ 入力部
５３ 戻り配管

Claims (3)

1. 内部に高温層と中温層を共存させて貯湯する貯湯タンクと、
   前記貯湯タンクの湯を沸上げる熱源機と、を備え、
   前記高温層又は前記中温層の湯を給水と混合して混合給湯する貯湯式給湯システムにおいて、
   前記貯湯タンクの湯温を検知する湯温検知手段と、
   前記湯温検知手段により検知された湯温に基づいて前記熱源機による湯の沸上げを制御する制御部と、
   混合給湯する混合給湯設定温度を前記制御部に入力する入力手段と、をさらに備え、
   前記制御部は、前記入力手段により入力された混合給湯設定温度に応じて前記中温層の湯の沸上温度を設定することを特徴とする貯湯式給湯システム。
2. 前記湯温検知手段によって検知された前記中温層の湯温が前記混合給湯設定温度に満たないとき、前記熱源機は、高温湯を沸上げて前記中温層に送湯することにより該中温層の湯温を上げることを特徴とする請求項１に記載の貯湯式給湯システム。
3. 前記湯温検知手段によって検知された前記中温層の湯温が前記混合給湯設定温度に満たないとき、前記熱源機は、該熱源機と前記中温層との間で湯を循環して沸上げることにより該中温層の湯温を上げることを特徴とする請求項１に記載の貯湯式給湯システム。

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