JP2016125800A - 貯湯式給湯装置 - Google Patents

Abstract

【課題】経済的な無駄を省きつつ、タンク内に貯湯された湯水に必要な保温機能を確保できる、最適な真空断熱材の配置を実現する貯湯式給湯装置を提供する。
【解決手段】貯湯タンク２内に貯湯された湯水を保温するために、タンク側面の上端近傍から有効高さＬ分にのみ真空断熱材Ｌを設ける際、事前に、ユーザーが浴槽６への給湯として湯水を使用する場合や給湯栓４において湯水を使用する場合の湯水使用パターンを想定しておき、その湯水使用パターンに基づく貯湯タンク２内の貯湯状況に対応して有効高さＬを設定することにより、経済的な無駄を省きつつ、タンク内に貯湯された湯水に必要な保温機能を確保できる、最適な真空断熱材２０１の配置を実現することができるものである。
【選択図】図１１

Description

この発明は、給湯用の湯水を貯湯した貯湯タンクの外周部を断熱材で保温する貯湯式給湯装置に関するものである。

従来よりこの種の貯湯式給湯装置においては、特許文献１に記載のように、貯湯タンクの外周部のうち上部（上半分）のみに真空断熱材を設けたものがあった。あるいは、特許文献２に記載のように、貯湯タンクの外周部の上部及び下部の両方に真空断熱材を設けたものもあった。

特許４４５８０４６号公報 特許４８５７９９９号公報

ところでこれら従来のものでは、加熱された湯水が貯湯タンク内に貯湯されており、その湯水がタンク上端部に接続された出湯管から出湯され、浴槽や給湯栓へと供給される。浴槽や給湯栓における湯水の使用により貯湯タンク内の湯水が消費されると、タンク下端部に接続された給水管により給水が行われることで、タンク内に貯湯される湯水が補給される。この結果、貯湯タンク内の上部には比較的高温の湯水が貯湯される一方、下部には比較的低温の湯水が貯湯される傾向となる。真空断熱材は高価なものであるが、特許文献２に記載のもののように湯水が比較的低温となる貯湯タンクの下部にまで真空断熱材を設けても効果が薄く、経済的な無駄が大きいという問題があった。逆に、特許文献１に記載のもののように貯湯タンクの上半分のみ真空断熱材を設けた場合、露出した下半分における湯水の保温効果が不足し、比較的高温の湯水の温度が低下するという問題があった。

上記課題を解決するために、本発明の請求項１では、湯水を出湯する出湯管が上端部に接続されるとともに給水管が下端部に接続され、加熱手段により加熱された湯水を貯湯する貯湯タンクを有し、前記貯湯タンクから前記出湯管を介し出湯された湯水を、浴槽及び給湯栓のうち少なくとも一方へ供給する貯湯式給湯装置において、前記貯湯タンクの側面の上端部近傍から下方に向かって、前記浴槽及び前記給湯栓で想定される湯水使用パターンに応じた有効高さＬの範囲を覆うように、前記貯湯タンクの外周部に設けられる真空断熱材を有するものである。

また、請求項２では、前記湯水使用パターンは、経時的に想定される、洗面用、台所用、及びシャワー用それぞれの給湯栓使用パターンと、前記浴槽への湯張り用の浴槽使用パターンとを含むものである。

また、請求項３では、前記湯水使用パターンは、ＪＩＳ Ｃ ９２２０で規定された、家庭用ヒートポンプ給湯機の給湯モード性能試験において想定されている使用パターンである。

また、請求項４では、前記有効高さＬは、前記給湯モード性能試験で想定される１日の使用パターンのうち、前記浴槽への湯張りが行われる時刻を含みそれ以降の夜間帯において消費される、前記貯湯タンク内の貯湯量に対応した高さ寸法である。

また、請求項５では、前記貯湯タンクは、高さがＬ_Ｔ［ｍ］、内部容量がＱ_Ｔ［リットル］となる略円筒形の形状を備えており、前記有効高さＬは、前記想定される１日の使用パターンの前記夜間帯において前記浴槽へ湯張りされる給湯量及び前記給湯栓から供給される給湯量の合計給湯量をＱ［リットル］、目標とする給湯温度をＴ［℃］、前記貯湯タンク内の前記貯湯の消費に応じ前記給水管から給水される給水温度をＴ_Ｗ［℃］、前記加熱手段による前記貯湯タンク内の貯湯の沸き上げ温度をＴ_Ｈ［℃］、としたときに、Ｌ＝｛Ｑ（Ｔ−Ｔ_Ｗ）／（Ｔ_Ｈ−Ｔ_Ｗ）｝×（Ｌ_Ｔ／Ｑ_Ｔ）で表される値である。

また、請求項６では、前記貯湯タンクから前記出湯管を介し出湯された前記湯水を前記浴槽及び前記給湯栓のうち少なくとも一方へ供給するように、前記貯湯タンクと前記浴槽と前記給湯栓とを接続する流路に設けた制御弁を制御する制御手段を有するものである。

また、上記課題を解決するために、本発明の請求項７では、湯水を出湯する出湯管が上端部に接続されるとともに給水管が下端部に接続され、加熱手段により加熱された湯水を貯湯する貯湯タンクと、前記貯湯タンクと浴槽と給湯栓とを接続する流路に設けた制御弁と、ＪＩＳ Ｃ ９２２０で規定された家庭用ヒートポンプ給湯機の給湯モード性能試験において経時的に想定されている１日の湯水使用パターンのうち、洗面用、台所用、及びシャワー用それぞれの給湯栓使用パターンの実行時には、前記貯湯タンクから前記出湯管を介し出湯された前記湯水を前記給湯栓に供給するように前記制御弁を制御するとともに、前記浴槽への湯張り用の浴槽使用パターンの実行時には、前記貯湯タンクから前記出湯管を介し出湯された前記湯水を前記浴槽へ供給するように前記制御弁を制御する制御手段と、前記貯湯タンクの側面の上端部近傍から下方に向かって、前記１日の湯水使用パターンのうち前記浴槽使用パターンが実行される時刻を含みそれ以降の夜間帯において消費される前記貯湯タンク内の貯湯量に対応した有効高さＬの範囲を覆うように、前記貯湯タンクの外周部に設けられる真空断熱材とを有するものである。

この発明の請求項１によれば、加熱手段により加熱された湯水が貯湯タンク内に貯湯されており、その湯水がタンク上端部に接続された出湯管から出湯され、浴槽や給湯栓へと供給される。貯湯タンク内に貯湯された湯水を保温するために、貯湯タンクの外周部には真空断熱材が設けられる。そして、タンク側面の上端近傍から一定高さ（有効高さＬ）分にのみ真空断熱材を設けるようにする。その際、事前に、ユーザーが浴槽への給湯として湯水を使用する場合や給湯栓において湯水を使用する場合の湯水使用パターンを想定しておき、その湯水使用パターンに基づく貯湯タンク内の貯湯状況（例えば、前記湯水の使用による前記高温の湯水と前記低温の湯水の境界水位の上下動）に対応して、前記有効高さＬを設定する。これにより、経済的な無駄を省きつつ、タンク内に貯湯された湯水に必要な保温機能を確保できる、最適な真空断熱材の配置を実現することができる。

また、請求項２によれば、ユーザーによる、洗顔するための湯水の使用や、台所仕事のための湯水の使用や、シャワーを浴びるための湯水の使用や、入浴前の浴槽への湯張りのための湯水の使用に対応した前記有効高さＬにより、最適な真空断熱材の配置を実現できる。

また、請求項３によれば、ＪＩＳ規格により想定された、一般の家庭ユーザーの使用パターンに対応した前記有効高さＬにより、最適な真空断熱材の配置を実現できる。

また、前記ＪＩＳ規格による想定によれば、１日における家庭ユーザーの湯水の使用においては、浴槽への湯張り以降の夜間帯において使用される湯水が、１日全体で使用される湯水の大部分を占めている。請求項４によれば、前記有効高さを、前記夜間帯において消費される貯湯タンク内の貯湯量に応じて設定する。これにより、経済的な無駄を省きつつ、前記大部分の湯水に対する、真空断熱材による確実な保温機能を実現することができる。

また、請求項５によれば、給湯温度、給水温度、沸き上げ温度の具体的な値と、貯湯タンクの具体的な大きさ・形状とに応じた、真空断熱材による最適な保温機能を確実に実現することができる。

また、請求項６によれば、ユーザーによる給湯栓使用の指示や浴槽湯張り実行の指示に応じて、貯湯タンクからの湯水を前記給湯栓及び前記浴槽の少なくとも一方に円滑かつ確実に供給することができる。

本発明の一実施形態の貯湯式給湯装置の全体概略構成図 沸き上げ運転の作動を説明する図 給湯運転の作動を説明する図 湯張り運転の作動を説明する図 保温／追焚き運転の作動を説明する図 貯湯タンク及びその周囲の断熱材を表す模式断面図 ＪＩＳ規格 Ｃ ９２２０で規定された１日の使用パターンを表す表 図７の内容について、同一用途の行為を集約して表す表 第１比較例による貯湯状況の推移を表す説明図 第２比較例による貯湯状況の推移を表す説明図 実施形態による貯湯状況の推移を表す説明図

次に、本発明の一実施形態を図１〜７に基づいて説明する。

本実施形態の貯湯式給湯装置の全体概略構成を図１に示す。図１において、この貯湯式給湯装置１００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、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１と、貯湯タンク２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３と、台所や洗面所等にそれぞれ設けられた給湯栓４と、例えば給湯栓４の近傍に設けられた給湯リモコン５と、浴槽６と、例えば浴室に設けられたふろリモコン７と、を有する。

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８が接続され、下端に給水管９が接続され、さらに下部にヒーポン循環回路を構成するヒーポン往き管１０が接続され、上部にヒーポン循環回路を構成するヒーポン戻り管１１が接続されている。前記ヒーポン往き管１０を介し取り出された貯湯タンク２内の湯水は前記ヒートポンプユニット３によって沸き上げられた後、前記ヒーポン戻り管１１から貯湯タンク２内に戻されて貯湯される。また、前記給水管９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ることで、貯湯タンク２内上部の高温水が前記出湯管８から押し出され、給湯される。このとき、前記給水管９には、給水の圧力を減圧する減圧弁４６と、給水の温度を検出する給水温度センサ４９とが設けられ、前記出湯管８には、貯湯タンク２の過圧を逃す過圧逃し弁４５が設けられている。なお、貯湯タンク２の外周部には保温用の断熱材が設けられている（図１〜図５では煩雑防止のために図示省略）が、これについては後に詳述する。

貯湯タンク２には、上下方向に沿って複数個の貯湯温度センサ３９が配置されている。本実施形態では、上から下へ向かって５つの貯湯温度センサ３９ａ，３９ｂ，３９ｃ，３９ｄ，３９ｅが配置されており、これらの貯湯温度センサ３９ａ〜ｄ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が検知され、さらに貯湯タンク２内の上下方向の温度分布が検知される。

前記ヒートポンプユニット３は、ヒートポンプ回路１６と、ヒーポン循環ポンプ１７と、それらの駆動を制御するヒーポン制御部１８とを備えている。前記ヒートポンプ回路１６は、圧縮機１２と、凝縮器としての冷媒−水熱交換器１３と、電子膨張弁１４と、強制空冷式の蒸発器１５とで構成されている。前記ヒーポン循環ポンプ１７は、貯湯タンク２内の湯水を前記ヒーポン往き管１０及びヒーポン戻り管１１を介して冷媒−水熱交換器１３内に循環させる。

前記ヒートポンプ回路１６内には冷媒として二酸化炭素が用いられ、これによって超臨界ヒートポンプサイクルが構成されている。一般に、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が、前記冷媒−水熱交換器１３で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、これによって効率良く高温まで被加熱水を加熱可能であり、例えば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できる。

前記ヒーポン制御部１８は、前記被加熱水の冷媒−水熱交換器１３の入口温度と冷媒の冷媒−水熱交換器１３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１４または圧縮機１２を制御する。これにより、特に、被加熱水の冷媒−水熱交換器１３の入口温度が例えば５〜２０℃程度の低い温度である場合に、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できる。

一方、前記貯湯タンク２内には、前記浴槽６の湯水を加熱するための、例えばステンレス製の蛇管よりなる熱交換器１９が設けられている。この熱交換器１９にはふろ往き管２０とふろ循環ポンプ２１を備えたふろ戻り管２２とが接続されており、浴槽６の湯水が循環可能となっている。すなわち、ふろ戻り管２２を介して導かれた浴槽６内の湯水が熱交換器１９内において貯湯タンク２内の高温水により加熱された後、ふろ往き管２０を介し浴槽６に戻されることで保温あるいは追焚きが行われる。なお、ふろ戻り管２２には、循環する浴槽６の湯水の温度を検出するふろ温度センサ２３が設けられている。

また、前記貯湯タンク２の中間位置（上下方向の略中央位置には限られない）には、中間出湯管２４が接続されている。この中間出湯管２４は、前記熱交換器１９で浴槽６からの湯水と熱交換して温度低下した中温水や、湯と水の境界層付近で温度低下した（あるいは温度上昇した）中温水などの、貯湯タンク２の中間位置（上下方向の略中央位置には限られない）に貯められている湯水を貯湯タンク２から出湯する。

さらに、前記中間出湯管２４と前記出湯管８との下流側合流位置には、貯湯タンク２の前記中間位置付近から中間出湯管２４を介し導かれる中温水と貯湯タンク２の上端に接続された出湯管８を介し導かれる高温水とを混合する、電動ミキシング弁からなる中間混合弁２５が設けられている。この中間混合弁２５の下流側には中間給湯管２７が接続されており、中間温度センサ２６が設けられている。中間混合弁２５における前記中温水と前記高温水との混合比率は、前記中間温度センサ２６の検出湯温が、給湯リモコン５やふろリモコン７でユーザーが設定した給湯設定温度よりも所定温度高い混合目標温度となるように制御される。

さらに、前記中間給湯管２７と前記給水管９から分岐された給水バイパス管２９との下流側合流位置には、中間混合弁２５から中間給湯管２７を介し導かれる湯水と前記給水バイパス管２９から導かれる低温水とを混合する、電動ミキシング弁からなる給湯混合弁２８が設けられている。この給湯混合弁２８の下流側には給湯管３０が接続されており、給湯温度センサ３１が設けられている。給湯混合弁２８における前記湯水と前記低温水との混合比率は、前記給湯温度センサ３１の検出湯温が給湯リモコン５やふろリモコン７でユーザーが設定した給湯設定温度となるように制御される。なお、給湯管３０にはさらに、給湯する湯水の量をカウントする給湯流量カウンタ４７が設けられている。

また、前記中間給湯管２７から分岐された分岐中間給湯管３３と前記給水管９から分岐された分岐給水バイパス管３４との下流側合流位置には、分岐中間給湯管３３を介し導かれる湯水と分岐給水バイパス管３４から導かれる低温水とを混合する、電動ミキシング弁からなるふろ混合弁３２が設けられている。このふろ混合弁３２の下流側には、ふろ戻り管２２に連通する湯張り管３５が接続されており、湯張り温度センサ３６が設けられている。ふろ混合弁３２における前記湯水と前記低温水との混合比率は、前記湯張り温度センサ３６の検出湯温が給湯リモコン５やふろリモコン７でユーザーが設定したふろ設定温度となるように制御される。なお、前記湯張り管３５には、浴槽６への湯張りの開始／停止を行う湯張り弁３７と、浴槽６への湯張り量をカウントするふろ流量カウンタ３８と、浴槽６の湯水が逆流するのを防止する二重の逆止弁４８とが設けられている。

前記給湯リモコン５及びふろリモコン７には、給湯設定温度を設定する給湯温度設定スイッチ４０と、ふろ設定温度を設定するふろ温度設定スイッチ４１と、前記ふろ設定温度の湯をふろリモコン７の湯張り量設定スイッチ（図示せず）で設定された湯張り量だけ浴槽６へ湯張りして所定時間保温させるふろ自動スイッチ４２とが設けられている。

また、前記給湯リモコン５及びふろリモコン７には、制御手段としての給湯制御部４４が無線通信または有線通信により接続されている。この給湯制御部４４は、貯湯タンクユニット１内の各センサ（前記貯湯温度センサ３９ａ〜ｅ、ふろ温度センサ２３、中間温度センサ２６、給湯温度センサ３１、湯張り温度センサ３６等）の入力を受け各アクチュエータ（電動ミキシング弁である中間混合弁２５、給湯混合弁２８、ふろ混合弁３２のアクチュエータや湯張り弁３７のアクチュエータ等）の駆動を制御するマイコンを有しており、給湯リモコン５及びふろリモコン７でのユーザーが任意に設定した給湯設定温度及びふろ設定温度が、前記各アクチュエータの駆動によって実現される。具体的には、前記給湯制御部４４は、中間温度センサ２６で検出する温度が前記給湯設定温度及びふろ設定温度のうち高い方の設定温度より所定温度高い混合目標温度になるよう中間混合弁２５の弁開度をフィードバック制御すると共に、給湯温度センサ３１の検出する温度が前記給湯設定温度になるように給湯混合弁２８の弁開度をフィードバック制御し、さらに、湯張り温度センサ３６の検出する温度が前記ふろ設定温度になるようにふろ混合弁３２の弁開度をフィードバック制御する。なお、前記中間混合弁２５、給湯混合弁２８、ふろ混合弁３２、及び湯張り弁３７が制御弁に相当している。

次に、図２〜図５を用いて、本実施形態の各種作動を説明する。なお、図２〜図５中の貯湯タンク２内にハッチングした斜線は低温水を示すとともに二重斜線は高温水を示す。また、各管路の矢印は湯水の流れ方向を示す。

まず、図２を用いて、沸き上げ運転について説明する。ある１日の深夜電力時間帯になって、貯湯温度センサ３９が貯湯タンク２内に翌日に必要な熱量が残っていないことを検出すると、給湯制御部４４は、ヒーポン制御部１８に対して沸き上げ開始指令を発する。指令を受けたヒーポン制御部１８は圧縮機１２を起動した後にヒーポン循環ポンプ１７を駆動開始する。これにより、貯湯タンク２下部に接続されたヒーポン往き管１０から取り出された５〜２０℃程度の低温水が冷媒−水熱交換器１３において凝縮する冷媒から受熱して７０〜９０℃程度の高温まで加熱された後、貯湯タンク２上部に接続されたヒーポン戻り管１１から貯湯タンク２内に戻され、この結果、貯湯タンク２の上部から順次積層して高温水が貯湯されていく。貯湯温度センサ３９ａ〜ｄにより必要な熱量が貯湯されたことが検出されると、給湯制御部４４は、ヒーポン制御部１８に対して沸き上げ停止指令を発する。これにより、ヒーポン制御部１８は圧縮機１２を停止すると共にヒーポン循環ポンプ１７も停止して沸き上げ動作を終了する。

次に、図３を用いて、給湯運転について説明する。例えばユーザーが洗顔や台所仕事やシャワー等に湯水を用いるために前記給湯栓４を開くと、給水管９からの給水が貯湯タンク２内に流れ込む。そして貯湯タンク２の中間部に貯められた高温水が中間出湯管２４を介して中間混合弁２５側へ押し出されるとともに出湯管８を介しても中間混合弁２５側へと押し出される。なお、貯湯タンク２内には上部に高温水、下部に低温水が貯められることとなるが、その温度差により比重差が発生して温度境界層が形成され、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。

前記給湯制御部４４は、中間混合弁２５において中間出湯管２４からの湯水と出湯管８からの湯水を混合するときに、給湯リモコン５（またはふろリモコン７）で設定された前記給湯設定温度より一定温度以上高い混合目標温度となるように、中間混合弁２５の混合比率を適宜に調整する。

そして、中間混合弁２５から流出した前記混合目標温度の湯は中間給湯管２７を介して給湯混合弁２８へ流入し、給湯混合弁２８において給水バイパス管２９からの低温水と混合される。このとき、給湯制御部４４が給湯混合弁２８の混合比率を調整することで、前記給湯設定温度の湯が給湯栓４へと給湯される。そして、ユーザーが給湯栓４を閉止することで、給湯が終了する。

次に、図４を用いて、浴槽６への湯張り運転について説明する。例えばユーザーが湯張りを意図して給湯リモコン５（またはふろリモコン７）のふろ自動スイッチ４２を操作すると、給湯制御部４４が湯張り弁３７を開弁する。そして、給水管９からの給水が貯湯タンク２内に流れ込む。この結果、前述と同様、貯湯タンク２内の湯水が中間出湯管２４を介して中間混合弁２５側へ押し出されるとともに出湯管８を介しても中間混合弁２５側へと押し出される。ここで、給湯制御部４４は、中間混合弁２５において中間出湯管２４からの湯水と出湯管８からの湯水を混合したときに、給湯リモコン５又はふろリモコン７で設定されたふろ設定温度及び給湯設定温度の高い方の温度よりも一定温度以上高い混合目標温度となるように、中間混合弁２５の混合比率を適宜に調整する。

そして、中間混合弁２５から流出した湯は中間給湯管２７から分岐する分岐中間給湯管３３へと出湯される。そして分岐中間給湯管３３からの高温水はふろ混合弁３２へ流入して、分岐給水バイパス管３４からの低温水と混合される。このとき、給湯制御部４４は、給湯リモコン５やふろリモコン７で設定されたふろ設定温度となるように、ふろ混合弁３２の混合比率を調整する。こうしてふろ設定温度となった湯は、湯張り管３５からふろ戻り管２２を介して浴槽６へと湯張りされる。そして、湯張り管３５途中に設けられたふろ流量カウンタ３８が所定の湯張り量をカウントしたとき、給湯制御部４４が湯張り弁３７を閉弁し湯張り運転が終了する。

次に、図５を用いて、ふろの保温運転（あるいは追焚き運転）について説明する。前記の浴槽６への湯張り運転に引き続き、給湯制御部４４は一定時間毎にふろ循環ポンプ２１を駆動し、浴槽６内の浴槽水をふろ戻り管２２を介して熱交換器１９に流入させる。そして、熱交換器１９において貯湯タンク２内の上部に貯められた高温水と熱交換して加熱された浴槽水は、ふろ往き管２０を介して再び浴槽６へと流入する（保温運転あるいは追焚き運転）。このような運転中に、ふろ温度センサ２３で検出する温度が前記ふろ設定温度に達すると、給湯制御部４４はふろ循環ポンプ２１を駆動停止し、これによって保温運転あるいは追焚き運転が終了する。

以上の基本構成及び作動である貯湯式給湯装置１００において、貯湯タンク２の外周部には、保温のための断熱材が設けられる。貯湯タンク２及びその周囲の断熱材を表す模式断面図を図６に示す。なお、図示の煩雑を避けるために、貯湯タンク２に接続される各種配管及び熱交換器１９等は省略している。図６に示すように、貯湯タンク２内に貯湯された湯水を保温するために、貯湯タンク２の側面の外周部に真空断熱材２０１が設けられ、さらにその径方向外側に、例えば適宜の発泡材により構成された成型断熱材２０２が設けられる。本実施形態の要部は、この真空断熱材２０１の設置範囲にある。以下、その詳細を順を追って説明する。

既に述べたように、浴槽６や給湯栓４における湯水の使用により貯湯タンク２内の湯水が消費されると、タンク下端部に接続された給水管９により給水が行われることで、タンク内に貯湯される湯水が補給される。この結果、貯湯タンク２内の上部には前記高温水が貯湯される一方、下部には前記低温水が貯湯される（前記図３、図４等参照）。低温水側の貯湯タンク２の下部にまで高価な真空断熱材２０１を設けても保温対象が既に低温であることから効果が薄く、むしろ経済的な無駄が大きい。しかしながら逆に、貯湯タンク２の下部の広い範囲で真空断熱材２０１の配置を省略すると、保温効果が不足し、高温水の温度まで低下してしまう恐れがある。

そこで、本願発明者等は、上記を回避し、経済的な無駄の防止と必要な保温性能の確保との両立を図るための、適正な真空断熱材２０１の配置範囲について検討し、貯湯タンク２の側面の上端近傍からある一定の高さ（以下、「有効高さ」という）Ｌの範囲にのみ真空断熱材２０１を設けることが有効であるという知見を得た。すなわち、予め、ユーザーが浴槽６への給湯として湯水を使用する場合や給湯栓４において湯水を使用する場合の湯水使用パターンを想定しておき、前記有効高さＬは、その湯水使用パターンに基づく貯湯タンク２内の貯湯状況（例えば、湯水の使用による高温水と低温水の境界水位の上下動）に対応して、設定するものである。

そして、本実施形態では、前記湯水使用パターンとして、ＪＩＳ規格Ｃ ９２２０で規定された「家庭用ヒートポンプ給湯機の給湯モード性能試験」において経時的に想定されている１日の使用パターンを用いた。図７にその使用パターンの内容を示す。

図７に示すように、この規格では、パターン番号１〜５６までの使用パターンのそれぞれについて、用途、使用開始時刻［時・分・秒］、給湯時の流量［リットル／分］、貯湯タンク２からの給湯量［リットル］、給湯熱量［メガジュール］、保温熱量［メガジュール］、が規定されている。この図７に示される全内容について同一用途の行為を集約したものを、図８に示す。

図８において、朝７：００など１日のうち複数のタイミングでの実行が想定されているパターン番号１，１５，１７，２０のパターンが、ユーザーが洗面所で湯水を使用する（例えば洗顔、手洗い、うがい等）ときのパターン（以下適宜、「洗面パターン」という）である。例えば前記貯湯式給湯装置１においてこの洗面パターンが行われる際には、前記図３を用いて説明したように、ユーザーが前記給湯栓４を開くことで、貯湯タンク２の中間部から中間出湯管２４を介し導かれた高温水と出湯管８を介して導かれた高温水とが中間混合弁２５で混合され、さらに給湯混合弁２８で給水バイパス管２９からの低温水と混合されて、洗面所の給湯栓４からユーザーの手元に給湯される。

また、朝８：２５など１日のうち複数のタイミングでの実行が想定されているパターン番号２，３，４，６，８，１１のパターンが、ユーザーが台所仕事（例えば調理、皿洗い等）を行うときのパターン（以下適宜、「台所パターン」という）である。例えば前記貯湯式給湯装置１においてこの台所パターンが行われる際には、上述と同様、ユーザーが前記給湯栓４を開くことで、貯湯タンク２の中間部から中間出湯管２４を介し導かれた高温水と出湯管８を介して導かれた高温水とが中間混合弁２５で混合され、さらに給湯混合弁２８において給水バイパス管２９からの低温水と混合されて、台所の給湯栓４からユーザーの手元に給湯される。

一方、夜の１９：４０での実行が想定されているパターン番号５のパターンが、ユーザーが浴槽６への湯張りを行うときのパターン（以下適宜、「湯張りパターン」という）である。例えば前記貯湯式給湯装置１においてこの湯張りパターンが行われる際には、前記図４を用いて説明したように、ユーザーがふろ自動スイッチ４２を操作することで、貯湯タンク２の中間部から中間出湯管２４を介し導かれた高温水と出湯管８を介して導かれた高温水とが中間混合弁２５で混合され、さらに中間給湯管２７及び分岐中間給湯管３３を経て、ふろ混合弁３２において分岐給水バイパス管３４からの低温水と混合されて、湯張り管３５及びふろ戻り管２２を介して浴槽６内へと供給される。

さらに、夜２０：０８など１日のうち複数のタイミングでの実行が想定されるパターン番号７，１０，１６，１９のパターンが、ユーザーが浴室でシャワーを使用するときのパターン（以下適宜、「シャワーパターン」という）である。例えば前記貯湯式給湯装置１においてこのシャワーパターンが行われる際には、上述と同様、ユーザーが前記給湯栓４を開くことで、貯湯タンク２の中間部から中間出湯管２４を介し導かれた高温水と出湯管８を介して導かれた高温水とが中間混合弁２５で混合され、さらに給湯混合弁２８において給水バイパス管２９からの低温水と混合されて、浴室のシャワー用の給湯栓４からユーザーの頭上又は手元に給湯される。

前記貯湯式給湯装置１においては、以上のようにして、例えばユーザーによる各パターンによる給湯栓４の使用の指示や浴槽６への湯張り実行の指示に応じて、給湯制御部４４が各混合弁における混合比率や各弁の開閉等を制御可能である。これにより、貯湯タンク２からの湯水を前記給湯栓４及び前記浴槽６の少なくとも一方に円滑かつ確実に供給することができる。

なお、夜２０：２７など１日のうち複数のタイミングでの実行が想定されているパターン番号９，１２，１３，１４，１８のパターンは、給湯がなく浴槽６内の湯水の保温運転が行われるときのパターン（以下適宜、「保温パターン」という）である。例えば前記貯湯式給湯装置１においてこの保温パターンが行われる際には、前記図５を用いて説明したように、給湯制御部４４の制御により、一定時間毎に、浴槽６内の浴槽水が、ふろ戻り管２２を介して熱交換器１９に流入されて加熱された後にふろ往き管２０を介し再び浴槽６へと流入することで循環する。

ここで、図８において、前記開始時刻及び前記給湯量が規定されている全パターンによる、１日の合計給湯量（言い替えれば、貯湯タンク２中の湯水の１日の合計消費量）は所定の給湯温度（この例では４０℃）の湯水に換算した換算値で約４６０［リットル］となっているが、その中でも、パターン番号５の前記湯張りパターンの給湯量が１８０［リットル］であり最大である。そして、それより以前のパターン番号１〜４のパターンにおいては、７：００から１９：４０直前までの１２時間余の間に、１３．３２［リットル］＋３４．１６［リットル］＋１９．１６［リットル］＋２２．４８［リットル］≒９０［リットル］程度しか使用されていない。これに対して、前記パターン番号５より後のパターン番号６〜２０のパターンにおいては、１２．５０［リットル］＋２０．００［リットル］＋７．４９［リットル］＋５０．００［リットル］＋３．３２［リットル］＋１２．４９［リットル］＋２０．００［リットル］＋１．６６［リットル］＋５０．００［リットル］＋９．１６［リットル］≒１９０［リットル］が使用されている。前記パターン５を含めたパターン番号５〜２０のパターン全体で見ると、１９：４０から２２：４３までのわずか３時間余の間に、前記約４６０リットル中の約３７０リットル（約８０％相当）が消費されることがわかる。

上記に鑑み、本願発明者等は、パターン番号１〜２０の全パターンのうち、１日の給湯量（貯湯タンク２内の湯水の消費量）の大部分（約８０％）を占める、前記パターン番号５〜２０のパターン（言い替えれば、湯張りパターンの実行時を含むそれ以降の夜間帯の使用パターン）に対応させて、前記有効高さＬを設定した。具体的には、以下の通りである。

まず、上述したように、貯湯タンク２内は、給湯栓４や浴槽６への給湯温度よりも高い温度の湯水が貯留されており、給湯時には混合により温度降下されて供給される。すなわち、給湯に必要な貯湯タンク２内の湯水量と、実際の給湯量とは異なる。したがって、実際の合計給湯量Ｑ［リットル］（前記の例では４６０リットル）の給湯を実現するために必要な貯湯タンク２内の湯水量Ｑ_Ｌは、目標とする給湯温度をＴ［℃］（例えば４０℃）、給水管９からの給水温度をＴ_Ｗ［℃］、ヒートポンプユニット３による貯湯タンク２内の貯湯の沸き上げ温度をＴ_Ｈ［℃］として、
Ｑ_Ｌ＝Ｑ（Ｔ−Ｔ_Ｗ）／（Ｔ_Ｈ−Ｔ_Ｗ） ・・ （式１）
で表される。なお、前記給水温度Ｔ_Ｗ及び前記沸き上げ温度Ｔ_Ｈは、Ｑ_Ｌの値が大きくなる冬期条件の値を用いることが好ましい。

そして、貯湯タンク２が略円筒形であるという前提にたつと、前記有効高さＬは、（式１）で算出した貯湯タンク２内の湯水量Ｑ_Ｌに対し、貯湯タンク２の高さをＬ_Ｔ［ｍ］（図６参照）、貯湯タンク２の内部容量をＱ_Ｔ［リットル］（図６参照）として、
Ｌ＝Ｑ_Ｌ×（Ｌ_Ｔ／Ｑ_Ｔ） ・・ （式２）
によって算出することができる。

なお、式（１）を式（２）に代入して１つの式でまとめると、
Ｌ＝｛Ｑ（Ｔ−Ｔ_Ｗ）／（Ｔ_Ｈ−Ｔ_Ｗ）｝×（Ｌ_Ｔ／Ｑ_Ｔ） ・・ （式３）
となる。

本実施形態では、上記のようにして算出した貯湯タンク２における前記有効高さＬの範囲に前記真空断熱材２０１を配置することにより、経済的な無駄を省きつつタンク内に貯湯された湯水に必要な保温機能を確保できる、最適な真空断熱材の配置を実現できるものである。以下、この効果を、前記「家庭用ヒートポンプ給湯機の給湯モード性能試験」の冬期条件での前記パターン番号１〜２０の全パターンが、経時的に実行される場合を例にとりつつ、比較例と対比させて具体的に説明する。なお、後述するように、第１比較例を図９を用いて説明し、第２比較例を図１０を用いて説明し、それらと対比させて本実施形態を図１１を用いて説明するが、説明の簡便化・貯湯特性の明確化のために、いずれの例でも、貯湯タンク２のタンク容量が前記１日の合計消費量（前述の例では、約４６０リットルに対応した貯湯量。約２００リットル）に等しい場合を例にとって説明する。この場合、本実施形態では、前述したように、前記１日の全使用パターン（前記パターン番号１〜２０の全パターン。以下単に「全パターン」という）が終了したときには、パターン番号１が始まる前の深夜時間帯に予め沸き上げが完了していた高温水を、すべて使い切ることとなる（後述の図１１（ｈ）参照）が、上記第１及び第２比較例では保温機能の差による湯水温度の違いによって貯湯タンク２内の湯水の消費量が本実施形態とは異なる結果、前記のような「ちょうど使い切る」状態とはならず、いわゆる「湯切れ」又は「湯余り」状態となる（後述の図９（ｈ）及び図１０（ｈ）参照）。また、説明の簡便化のため、一例として、真空断熱材２０１がない部分についてはタンク壁面を介した放熱による貯湯タンク２内の湯水の温度降下を１℃／３０分とし、真空断熱材２０１を介した放熱による貯湯タンク２内の湯水の温度降下は０℃／３０分（すなわち実質的に放熱なし）とする。さらに、以下に示す温度の数値は、発明を簡単に説明するための一例であり、それらの数値に限られるものではない。

まず、本実施形態に対する第１比較例を図９により説明する。本実施形態と同等の部分には同一の符号を付している。図９（ａ）〜（ｈ）に示すように、この第１比較例では、貯湯タンク２の側面の外周部のうち、上端部近傍から下方に向かって、タンク高さＬ_Ｔの１／２に等しい第１高さＬ１の範囲を覆うように（言い替えればタンク上半分を覆うように）、前記真空断熱材２０１が配置される。まず、図９（ａ）は、時刻０：００の状態を表しており、前日の２３：５９までに全パターンが終了したことで、貯湯タンク２内のすべてが、比較的低温（この例では１０℃。以下同様）である前記低温水の領域アとなっている。この状態から、前述のようにしてヒートポンプユニット３による沸き上げ運転が開始され、比較的高温（この例では８０℃。以下同様）である前記高温水の領域が貯湯タンク２内の上端部から徐々に広がっていく。

図９（ｂ）は前記のようにして広がった高温水の領域がちょうどタンク２の上下方向中央部まで達した時刻２：３０の状態を表しており、前記真空断熱材２０１で覆われた貯湯タンク２の上半分が８０℃の領域イとなっている。なお、貯湯タンク２の下半分については、引き続き１０℃の領域ウとなっている。

その後、沸き上げ運転の継続によりさらに高温水の領域は下方へと広がるが、前述のように真空断熱材２０１がタンクの上半分しか設けられていないことから、下半分側まで広がった部分の高温水は放熱により温度が前記８０℃よりも低下する。図９（ｃ）はそのような時刻４：００の状態を表しており、前記真空断熱材２０１で覆われた貯湯タンク２の上半分は引き続き８０℃の領域エとなっているものの、その下方に位置する高温水の領域はやや温度が低下した領域オ、カ、キとなっている。これら３つの領域オ、カ、キのうち、領域キは最も早いタイミングで前記真空断熱材２０１の範囲外に逸脱した湯水の領域に相当し、その分、８０℃から最も温度が低下して７７℃となっている。領域カは、その次のタイミングで前記真空断熱材２０１の範囲外に逸脱した湯水の領域に相当し、８０℃から温度が若干低下して７８℃となっている。領域オは、さらにその次のタイミング（すなわち比較的直近のタイミング）で前記真空断熱材２０１の範囲外に逸脱した湯水の領域に相当し、８０℃からわずかに温度が低下して７９℃となっている。なお、７７℃の領域キの下方には、引き続き１０℃の領域クが存在している。

その後、沸き上げ運転の継続によりさらに高温水の領域は下方へと広がり、ついには貯湯タンク２内部の全域に及ぶ（＝この例における沸き上げ運転の終了）。図９（ｄ）はそのような時刻５：００の状態を表しており、前記真空断熱材２０１で覆われた貯湯タンク２の上半分は引き続き８０℃の領域ケとなっているものの、下半分の高温水の領域は、タンク底部から上方に向かって、前記３つの領域キ、領域カ、領域オがそのまま温度降下しつつ下方へ移動した領域セ（７５℃）、領域ス（７６℃）、領域シ（７７℃）となり、さらにその上方が、比較的近いタイミングで前記真空断熱材２０１の範囲外に逸脱した湯水の領域に相当する領域サ（７８℃）と、それよりも遅れた比較的直近のタイミングで前記真空断熱材２０１の範囲外に逸脱した湯水の領域に相当する領域コ（７９℃）になっている。

そして、上記のように５：００で貯湯タンク２内の沸き上げが完了した状態で、前記使用パターンが経時的に順に実行される。図９（ｅ）は朝８：３０の状態を表しており、この時点では、前記図８に示したように、パターン番号１の洗面パターンとパターン番号２の台所パターンとが完了することで約４７リットルの給湯量に対応するタンク内湯量が消費され、対応する給水がタンク下方から行われる。この結果、真空断熱材２０１で覆われない貯湯タンク２の下半分のうちタンク下端近傍（例えばタンク全体の１／１０程度）は前記給水による１０℃の領域ナとなり、その上方は、タンク底部から上方に向かって、前記５つの領域セ、領域ス、領域シ、領域サ、領域コがそのまま温度降下しつつ上方へ移動した領域ト（６８℃）、領域テ（６９℃）、領域ツ（７０℃）、領域チ（７１℃）、領域タ（７３℃）となっている。なお、領域タについては、上記の上方移動により新たに真空断熱材２０１の内部に位置するようになったことから、他の領域よりも温度降下量が小さくなっている。一方、前記真空断熱材２０１で覆われた貯湯タンク２の上半分のうち、前記領域タの上方に位置する大部分（例えばタンク全体の２／５程度）は引き続き８０℃の領域ソとなる。

その後、さらに時間の経過と共に前記使用パターンが順に実行され、図９（ｆ）は、前記湯張りパターンが実行される直前の夜１９：３０の状態を表している。この時点では、前記図８に示したように、前記図９（ｅ）に示した状態から、さらにパターン番号３及び４の台所パターンが完了することでさらに約４２リットルの給湯量に対応するタンク内湯量が消費され、対応する給水がタンク下方から行われる。この結果、真空断熱材２０１で覆われない貯湯タンク２の下半分のうちタンク下端近傍から（タンク全体の）１／５程度の領域が前記１０℃の領域フとなる。その上方は、タンク底部から上方に向かって、前記５つの領域ト、領域テ、領域ツ、領域チ、領域タがそのまま温度降下しつつ上方へ移動した領域ヒ（４６℃）、領域ハ（４７℃）、領域ノ（４８℃）、領域ネ（５６℃）、領域ヌ（７３℃）となっている。なお、領域ネについては、上記の上方移動により新たに真空断熱材２０１の内部に位置するようになったことから、他の領域ヒ、ハ、ノよりも温度降下量が小さく、領域ヌについては、上記の上方移動中は常に真空断熱材２０１の内部に位置していることから、温度降下がなく７３℃が維持されている。一方、前記真空断熱材２０１で覆われた貯湯タンク２の上半分のうち、前記領域ヌの上方の領域（例えばタンク全体の３／１０程度）は引き続き８０℃の領域ニとなっている。

その後、さらに時間の経過と共に前記使用パターンが順に実行され、図９（ｇ）は、前記湯張りパターン及びその後の複数のパターンが実行された夜２２：００の状態を表している。この時点では、前記図８に示したように、前記図９（ｆ）に示した状態から、パターン番号５の湯張りパターンにより大きく貯湯量を消費し、さらにパターン番号６〜１４に含まれる２回の台所パターン、２回のシャワーパターンが完了することで、さらに約２７３リットルの給湯量に対応するタンク内湯量が消費され、対応する給水がタンク下方から行われる。この結果、前記真空断熱材２０１で覆われた貯湯タンク２のうち上端部近傍のみ（例えばタンク全体の１／１０程度）が高温水を含む４５℃の領域ヘ（領域ヒが温度降下しつつ上方へ移動したもの）となり、貯湯タンク２のうち残りの大部分は低温水からなる前記の１０℃の領域ホとなる。

このとき、この第１比較例では、後述する本実施形態よりも貯湯タンク２内の湯水の温度分布が低くなっていることから、４０℃換算での同一給湯量に対し消費するタンク内湯水の量が多い（比較的低温の湯水のため４０℃給湯時の水との混合比が大きくなる）。この結果、後述の本実施形態とは異なり、上記から３０分の時間が経過した夜２２：３０の状態で、図９（ｈ）に示すように貯湯タンク２内のすべての高温水を使い切り、タンク内すべての部分が前記１０℃の領域マとなる。この結果、これ以降のタイミングで実行される前記図８に示した残りのパターン番号１９，２０のシャワーパターン及び洗面パターンの実行時に、前記高温水を供給できない状態となる（いわゆる湯切れ状態）。

この第１比較例は、真空断熱材２０１が貯湯タンク２の上半分しか覆っていない構成である。この結果、前記図９（ｆ）に示したように、前記１日の合計消費量のうち８０％をこれから使用するという１９：３０のタイミングにおいて、高温水領域を構成する前記領域ニ、ヌ、ネ、ノ、ハ、ヒのうち、比較的長時間真空断熱材２０１の外に位置していた高温水による領域ネ、ノ、ハ、ヒの温度がそれぞれ５６℃、４８℃、４７℃、４６℃となり、沸き上げ完了時点の８０℃から大きく低下してしまうという問題がある。この場合、例えば高温水の全領域ニ、ヌ、ネ、ノ、ハ、ヒのうち、５０℃以上を維持しているのは領域ニ、ヌ、ネのみ（約６２．５％）であり、６０℃以上に限れば領域ニ、ヌのみ（約５０％）となってしまう。また前記のタンク構成例では、前記湯切れ状態が起こってしまう問題もある。

次に、本実施形態に対する第２比較例を図１０により説明する。本実施形態及び第１比較例と同等の部分には同一の符号を付している。図１０（ａ）〜（ｈ）に示すように、この第２比較例では、貯湯タンク２の側面の外周部のうち、上端部近傍から下端近傍までのほぼ全域となる高さＬ２の範囲に（言い替えればタンク側面の略全域を覆うように）、前記真空断熱材２０１が配置される。まず、図１０（ａ）は、前記図９（ａ）と同様、時刻０：００の状態を表しており、貯湯タンク２内のすべてが、例えば１０℃の領域ミとなっている。

図１０（ｂ）は、前記図９（ｂ）と同様、沸き上げ後の時刻２：３０の状態を表しており、前記真空断熱材２０１で覆われた貯湯タンク２の上半分が８０℃の領域ムとなり、貯湯タンク２の下半分については引き続き１０℃の領域メとなっている。

その後、前記図９（ｃ）と同様、沸き上げ運転の継続により高温水の領域がさらに下方へと広がるが、この第２比較例では前記第１比較例と異なり前述のように真空断熱材２０１がタンク側面の略全域に設けられていることから、下半分側まで広がった部分の高温水も保温され前記８０℃が維持される。図１０（ｃ）はそのような前記時刻４：００の状態を表しており、前記真空断熱材２０１で覆われた貯湯タンク２の大部分（例えば４／５程度）が８０℃の領域モとなり、その下方に、引き続き１０℃の領域ヤが存在している。

その後、前記図９（ｄ）と同様、沸き上げ運転の継続によりさらに高温水の領域は貯湯タンク２内部の全域に及ぶ（沸き上げ運転の終了）。図１０（ｄ）はそのような前記時刻５：００の状態を表しており、前記真空断熱材２０１で覆われた貯湯タンク２の全域が８０℃の領域ユとなっている。

そして、前述と同様、このように貯湯タンク２内の沸き上げが完了した状態で前記使用パターンが順に実行される。図１０（ｅ）は、前記図９（ｅ）と同様、朝８：３０の状態を表しており、前記約４７リットルの給湯量に対応するタンク内湯量が消費される結果、貯湯タンク２のタンク下端近傍は前記給水による１０℃の領域ラとなり、その上方の大部分（例えばタンク全体の９／１０程度）の領域が前記真空断熱材２０１の保温機能により引き続き８０℃の領域ヨとなる。

その後、前述と同様、前記使用パターンがさらに順に実行される。図１０（ｆ）は、前記図９（ｆ）と同様の夜１９：３０の状態（湯張りパターンが実行される直前）を表しており、前記約４２リットルの給湯量に対応するタンク内湯量の消費により、貯湯タンク２のタンク下端の例えばタンク全体の１／５程度までの領域は前記給水による１０℃の領域ルとなり、その上方のタンク全体の４／５程度の領域が前記真空断熱材２０１の保温機能により８０℃の領域リとなる。

その後、前述と同様、さらに前記使用パターンが順に実行される。図１０（ｇ）は、前記図９（ｇ）と同様の夜２２：００の状態を表しており、前記湯張りパターン等によりさらに約２７３リットルの給湯量に対応するタンク内湯量が消費されることにより、貯湯タンク２のうち上端の例えばタンク全体の１／５程度までの領域が前記真空断熱材２０１の保温機能により８０℃の領域レとなり、貯湯タンク２のうち残りの大部分は前記の１０℃の領域ロとなる。

このとき、この第２比較例では、前記第１比較例よりも貯湯タンク２内の湯水の温度分布が高くなっていることから、４０℃換算での同一給湯量に対し消費するタンク内湯水の量が少ない（比較的高温の湯水のため４０℃給湯時の水との混合比が小さくなる）。この結果、前記第１比較例のように上記から３０分の時間が経過した夜２２：３０の状態で貯湯タンク２内のすべての高温水を使い切ることはない。しかしながら、この第２比較例では、さらに後述する本実施形態よりも貯湯タンク２内の湯水の温度分布が高くなっている。この結果、２２：３０からさらに時間が経過して前記パターン番号１５〜１８に含まれる２回の洗面パターン、１回のシャワーパターンが完了し、約３４リットルの給湯量に対応するタンク内湯量がさらに消費された夜２３：００の状態（本実施形態ではこのタイミングですべての高温水を使い切る。後述を参照）において、図１０（ｈ）に示すように、貯湯タンク２のうち大部分は前記の１０℃の領域ヲとなるものの、貯湯タンク２のうち上端近傍（例えばタンク全体の１／１０程度までの領域）に高温水である８０℃の領域ワが残存してしまう（いわゆる湯余り状態）。

この第２比較例は、真空断熱材２０１が貯湯タンク２の側面の略全域を覆う構成である。この結果、前記第１比較例の前記図９（ｆ）とは異なり、前記１日の合計消費量のうち８０％をこれから使用するという１９：３０のタイミングにおいても、図１０（ｆ）に示すように、タンク内の大部分の領域を、８０℃が維持された領域リとすることができる。しかしながら、図１０（ｅ）に示す下端部近傍の領域ラについては、この時点（朝８：３０）で既に１０℃の低温となっているにも係わらず、それ以降の長時間（沸き上げ開始までの例えば十数時間）、真空断熱材２０１によってあまり意味のない（効果が薄い）保温が行われるようになっている。また図１０（ｆ）の１９：３０のタイミングで見ても、これから使用する前記１日の合計消費量の８０％分とはならない１０℃の領域ルについて、上記同様の効果が薄い保温が行われるようになっている。一般に、真空断熱材２０１は高価なものであるため、前記のような効果が薄い部位に配置しても、経済的な無駄が多くなるだけである。また前記のタンク構成例では、前記湯余り状態が起こってしまう問題もある。

これに対して、本実施形態の構成では、前記第１及び第２比較例の問題を回避することができる。このことを、前記図９（ａ）〜（ｈ）及び図１０（ａ）〜（ｈ）に対応する図１１（ａ）〜（ｈ）により説明する。なお、本実施形態では、前記有効高さＬが貯湯タンク２の前記高さＬ_Ｔの１／２よりも大きく、かつ前記高さＬ_Ｔよりは小さい場合を例に取っている。

まず、図１１（ａ）は、前記図９（ａ）及び図１０（ａ）と同様、時刻０：００の状態を表しており、貯湯タンク２内のすべてが、１０℃の領域Ａとなっている。

その後、前記沸き上げ運転により、時刻２：３０の状態では、前記図９（ｂ）及び図１０（ｂ）と同様、前記真空断熱材２０１で覆われた貯湯タンク２の上半分が８０℃の領域Ｂとなっている。なお、貯湯タンク２の下半分については、引き続き１０℃の領域Ｃとなっている。

本実施形態では、真空断熱材２０１が、図９（ｃ）や図１０（ｃ）とは異なり、タンク上端部から前記有効高さＬの範囲まで（言い替えれば、後述の１９：３０の時点での高温水領域の下端部と同じ高さまで）設けられている。前記図１１（ｂ）の状態の後、前記沸き上げ運転の継続により高温水の領域が下方へと広がり、その下端部が、ちょうど前記真空断熱材２０１の下端部の位置に達する。図１１（ｃ）はそのようなタイミング（この例では前記時刻４：００）の状態を表しており、前記真空断熱材２０１で覆われた、貯湯タンク２内の前記有効高さＬの範囲が、引き続き８０℃が維持された領域Ｄとなり、領域Ｄの下方に、引き続き１０℃の領域Ｅが存在している。

その後、さらに高温水の領域は真空断熱材２０１の下端を超えて下方へと広がり、前記沸き上げ運転の終了時に貯湯タンク２内部の全域に及ぶ。図１１（ｄ）は、図９（ｄ）及び図１０（ｄ）と同様、前記時刻５：００の状態を表している。前記真空断熱材２０１で覆われた部分は引き続き８０℃の領域Ｆとなり、その下方は高温水の領域である領域Ｇ，Ｈとなっている。これら２つの領域Ｇ，Ｈのうち、領域Ｈは最も早いタイミングで前記真空断熱材２０１の範囲外に逸脱した湯水の領域に相当し、その分、８０℃から温度が若干低下して７８℃となっている。領域Ｇは、その次のタイミングで前記真空断熱材２０１の範囲外に逸脱した湯水の領域に相当し、８０℃から温度がわずかに低下して７９℃となっている。

そして、前述と同様、貯湯タンク２内の沸き上げが完了した状態で前記使用パターンが順に実行される。図１１（ｅ）は、前記図９（ｅ）及び図１０（ｅ）と同様、朝８：３０の状態を表しており、前記約４７リットルの給湯量に対応するタンク内湯量が消費される結果、真空断熱材２０１で覆われない貯湯タンク２の下端近傍（例えばタンク全体の１／１０程度の領域）は前記給水による１０℃の領域Ｌとなり、その上方は、タンク底部から上方に向かって、前記２つの領域Ｈ、領域Ｇがそのまま温度降下しつつ上方へ移動した領域Ｋ（７１℃）、領域Ｊ（７３℃）となっている。なお、領域Ｊについては、上記の上方移動により新たに真空断熱材２０１の内部に位置するようになったことから、領域Ｋよりも温度降下量が小さくなっている。一方、前記真空断熱材２０１で覆われた貯湯タンク２内の前記有効高さＬの範囲のうち、前記領域Ｊの上方に位置する残りの大部分は引き続き８０℃が維持された領域Ｉとなる。

その後、前述と同様、前記使用パターンがさらに順に実行される。図１１（ｆ）は、前記図９（ｆ）及び図１０（ｆ）と同様の夜１９：３０の状態を表している。本実施形態では、前述の式（３）を用いた有効高さＬの設定により、前記約４２リットルの給湯量に対応するタンク内湯量の消費に対応して上方へ広がる、前記給水による前記１０℃の領域Ｑの上端部が、前記真空断熱材２０１の下端部に略一致する。この例では、貯湯タンク２のタンク下端近傍からタンク全体の１／５程度の領域（前述のタンク高さＬ_Ｔ−有効高さＬの範囲に相当）が、前記領域Ｑとなっている。一方、前記真空断熱材２０１で覆われた貯湯タンク２の前記有効高さＬの範囲のうち、前記領域Ｑの上方には、タンク底部から上方に向かって、前記２つの領域Ｋ、領域Ｊがそのまま温度降下しつつ上方へ移動した領域Ｐ（５６℃）、領域Ｎ（７３℃）となっている。なお、領域Ｎについては、上記の上方移動中において常に真空断熱材２０１の内部に位置していることから温度降下がなく温度が７３℃に維持されており、領域Ｐについては、上記の上方移動により新たに真空断熱材２０１の内部に位置するようになったことから、８：３０から長時間（１１時間）が経過している割には温度降下量が比較的小さくなっている。そして、前記真空断熱材２０１で覆われた貯湯タンク２の残りの部分（例えばタンク全体の３／５程度）は引き続き８０℃の領域Ｍとなる。

その後、前述と同様、さらに前記使用パターンが順に実行される。図１１（ｇ）は、前記図１０（ｇ）及び図９（ｇ）と同様の夜２２：００の状態を表しており、前記湯張りパターン等によりさらに約２７３リットルの給湯量に対応するタンク内湯量が消費されることにより、貯湯タンク２のうち上端部近傍のみが高温水の領域となる。すなわち、タンク頂部から下方に向かって、前記２つの領域Ｎ、領域Ｐがそのまま温度降下しつつ上方へ移動した領域Ｒ（７３℃）、領域Ｓ（５６℃）となっている。貯湯タンク２のうち残りの大部分（例えばタンク全体の４／５程度）は低温水からなる前記の１０℃の領域Ｔとなる。

そしてさらに時間が経過した夜２３：００の状態では、前記図１１（ｇ）に示した状態から、さらに前記約３４リットルの給湯量に対応するタンク内湯量が消費されることで、図１１（ｈ）に示すように、タンク内すべての部分がちょうど前記１０℃の領域Ｕとなる（前述の高温水を使い切った状態）。

本実施形態では、前記第１比較例の図９（ｆ）とは異なり、前記１日の合計消費量のうち８０％をこれから使用するという１９：３０のタイミングにおいても、図１１（ｆ）に示すように、前記合計消費量に対応した有効高さＬの範囲内の大部分を占める領域Ｍを８０℃で維持し、下方の残りの領域Ｎ，Ｐについても、比較的高い７３℃及び５６℃に維持することができる。例えば高温水の全領域Ｍ，Ｎ，Ｐのうち、５０℃以上を維持しているのは全領域Ｍ，Ｎ，Ｐ（１００％）であり、６０℃以上に限っても領域Ｍ，Ｎが該当する（約８７．５％）。また前記湯切れ状態や湯余り状態も起こらない。そしてこのとき、前記有効高さＬの範囲外には真空断熱材２０１を設けないようにすることにより、前記第２比較例の図１０（ｅ）及び図１０（ｆ）で説明したようなあまり意味のない保温を実行しないようにして経済的な無駄を回避することができる。

以上説明したように、本実施形態の貯湯式給湯装置１００によれば、貯湯タンク２の側面の上端近傍から有効高さＬ分にのみ、真空断熱材２０１を設ける。その際、ユーザーの湯水使用パターンに基づく貯湯タンク２内の貯湯状況に対応して、前記有効高さＬを設定する。これにより、経済的な無駄を省きつつ、貯湯タンク２内に貯湯された湯水に必要な保温機能を確保できる、最適な真空断熱材２０１の配置を実現することができる。

また、本実施形態では特に、前記湯水使用パターンとして、経時的に想定される、洗面用、台所用、及びシャワー用それぞれの給湯栓４の使用パターンと、前記浴槽６への湯張り用の使用パターンとを含む、ＪＩＳ Ｃ ９２２０で規定された、家庭用ヒートポンプ給湯機の給湯モード性能試験において想定されている使用パターンを用いる。これにより、ＪＩＳ規格により想定された、一般の家庭ユーザーによる、洗顔するための湯水の使用や、台所仕事のための湯水の使用や、シャワーを浴びるための湯水の使用や、入浴前の浴槽への湯張りのための湯水の使用に対応した前記有効高さＬにより、最適な真空断熱材２０１の配置を実現できる。

また、本実施形態では特に、前記有効高さＬを、前記給湯モード性能試験で想定される１日の使用パターンのうち、前記浴槽６への湯張りが行われる時刻（すなわち夜１９：４０）を含みそれ以降の夜間帯において消費される、貯湯タンク２内の貯湯量に対応した高さ寸法とする。これには以下の意義がある。すなわち、前記ＪＩＳ規格による想定によれば、１日における家庭ユーザーの湯水の使用においては、浴槽６への湯張り以降の夜間帯（１９：４０以降の時間帯）において使用される湯水が、１日全体で使用される湯水の大部分（約８０％）を占めている。そこで、前記有効高さＬを、前記夜間帯において消費される貯湯タンク２内の貯湯量に応じて設定する。具体的には、Ｌ＝｛Ｑ（Ｔ−Ｔ_Ｗ）／（Ｔ_Ｈ−Ｔ_Ｗ）｝×（Ｌ_Ｔ／Ｑ_Ｔ）の式を用いて設定する。これにより、給湯温度、給水温度、沸き上げ温度の具体的な値と、貯湯タンク２の具体的な大きさ・形状とに応じて、経済的な無駄を省きつつ、前記大部分の湯水に対する真空断熱材２０１による確実な保温機能を確実に実現することができる。

また、本実施形態では特に、前述の図６に示したように、前記真空断熱材２０１のない部分（前記有効高さＬの範囲よりも下方側の部分）には、単位厚さ当たりの断熱性能が劣る発泡材による成型断熱材２０２のみが配置されている。このとき、上述したように前記大部分の湯水に対して前記真空断熱材２０１によって確実な保温機能を実現できるため、その真空断熱材２０１のない部分の成形断熱材２０２の厚さ（貯湯タンク２の径方向における厚さ）を薄くすることができる。この結果、貯湯タンクユニット１全体の小型化を実現することができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、上記実施形態では、想定される湯水使用パターンとして、ＪＩＳ Ｃ ９２２０で規定された、家庭用ヒートポンプ給湯機の給湯モード性能試験において想定されている使用パターンを例にとって説明したが、これに限られない。ＪＩＳ規格の他の内容の使用パターンに対応させて前記有効高さＬを設定しても良いし、あるいはＪＩＳ規格ではない、ユーザーの給湯使用に関する何らかのモデルにおいて想定された使用パターンを用いて前記有効高さＬを設定しても良い。いずれの場合も、想定されるパターンにおいて、ユーザーによる湯水使用量が最も多くなる時間帯を特定し、その時間帯に突入する直前において確実に当該時間帯で使用されるのに十分な量の高温の湯水が確保できるよう、前記有効高さＬを設定すればよい。

また、上記実施形態では、熱交換器１９が貯湯タンク２内部に設置した内熱交方式である場合を例にとって説明したが、これに限られない。すなわち、貯湯タンク２の外部でタンク内の湯水と浴槽水とが熱交換する外熱交方式の熱交換器を用いてもよい。

また、上記実施形態では、加熱手段をヒートポンプユニット３で構成した場合を例にとって説明したが、これに限られない。すなわち、太陽熱、ガス、液体燃料による給湯機や、電熱ヒータによる電気温水器や、コージェネレーションシステムの廃熱回収装置等を前記加熱手段として用いても良い。

２ 貯湯タンク
３ ヒートポンプユニット（加熱手段）
４ 給湯栓
６ 浴槽
８ 出湯管
９ 給水管
２５ 中間混合弁（制御弁）
２８ 給湯混合弁（制御弁）
３２ ふろ混合弁（制御弁）
３７ 湯張り弁（制御弁）
４４ 給湯制御部（制御手段）
１００ 貯湯式給湯装置
２０１ 真空断熱材

Claims (7)

1. 湯水を出湯する出湯管が上端部に接続されるとともに給水管が下端部に接続され、加熱手段により加熱された湯水を貯湯する貯湯タンクを有し、
   前記貯湯タンクから前記出湯管を介し出湯された湯水を、浴槽及び給湯栓のうち少なくとも一方へ供給する貯湯式給湯装置において、
   前記貯湯タンクの側面の上端部近傍から下方に向かって、前記浴槽及び前記給湯栓で想定される湯水使用パターンに応じた有効高さＬの範囲を覆うように、前記貯湯タンクの外周部に設けられる真空断熱材を有することを特徴とする貯湯式給湯装置。
2. 前記湯水使用パターンは、
   経時的に想定される、洗面用、台所用、及びシャワー用それぞれの給湯栓使用パターンと、前記浴槽への湯張り用の浴槽使用パターンとを含むことを特徴とする請求項１記載の貯湯式給湯装置。
3. 前記湯水使用パターンは、
   ＪＩＳ Ｃ ９２２０で規定された、家庭用ヒートポンプ給湯機の給湯モード性能試験において想定されている使用パターンであることを特徴とする請求項２記載の貯湯式給湯装置。
4. 前記有効高さＬは、
   前記給湯モード性能試験で想定される１日の使用パターンのうち、前記浴槽への湯張りが行われる時刻を含みそれ以降の夜間帯において消費される、前記貯湯タンク内の貯湯量に対応した高さ寸法であることを特徴とする請求項３記載の貯湯式給湯装置。
5. 前記貯湯タンクは、
   高さがＬ_Ｔ［ｍ］、内部容量がＱ_Ｔ［リットル］となる略円筒形の形状を備えており、
   前記有効高さＬは、
   前記想定される１日の使用パターンの前記夜間帯において前記浴槽へ湯張りされる給湯量及び前記給湯栓から供給される給湯量の合計給湯量をＱ［リットル］、目標とする給湯温度をＴ［℃］、前記貯湯タンク内の前記貯湯の消費に応じ前記給水管から給水される給水温度をＴ_Ｗ［℃］、前記加熱手段による前記貯湯タンク内の貯湯の沸き上げ温度をＴ_Ｈ［℃］、としたときに、
   Ｌ＝｛Ｑ（Ｔ−Ｔ_Ｗ）／（Ｔ_Ｈ−Ｔ_Ｗ）｝×（Ｌ_Ｔ／Ｑ_Ｔ）
   で表される値であることを特徴とする請求項４記載の貯湯式給湯装置。
6. 前記貯湯タンクから前記出湯管を介し出湯された前記湯水を前記浴槽及び前記給湯栓のうち少なくとも一方へ供給するように、前記貯湯タンクと前記浴槽と前記給湯栓とを接続する流路に設けた制御弁を制御する制御手段を有することを特徴とする請求項１〜請求項５の何れか１項に記載の貯湯式給湯装置。
7. 湯水を出湯する出湯管が上端部に接続されるとともに給水管が下端部に接続され、加熱手段により加熱された湯水を貯湯する貯湯タンクと、
   前記貯湯タンクと浴槽と給湯栓とを接続する流路に設けた制御弁と、
   ＪＩＳ Ｃ ９２２０で規定された家庭用ヒートポンプ給湯機の給湯モード性能試験において経時的に想定されている１日の湯水使用パターンのうち、洗面用、台所用、及びシャワー用それぞれの給湯栓使用パターンの実行時には、前記貯湯タンクから前記出湯管を介し出湯された前記湯水を前記給湯栓に供給するように前記制御弁を制御するとともに、前記浴槽への湯張り用の浴槽使用パターンの実行時には、前記貯湯タンクから前記出湯管を介し出湯された前記湯水を前記浴槽へ供給するように前記制御弁を制御する制御手段と、
   前記貯湯タンクの側面の上端部近傍から下方に向かって、前記１日の湯水使用パターンのうち前記浴槽使用パターンが実行される時刻を含みそれ以降の夜間帯において消費される前記貯湯タンク内の貯湯量に対応した有効高さＬの範囲を覆うように、前記貯湯タンクの外周部に設けられる真空断熱材とを有することを特徴とする貯湯式給湯装置。

Images