JP5311128B2 - 貯湯式給湯システム - Google Patents

Description

本発明は、ガスエンジンもしくは燃料電池等の冷却水排熱、ヒートポンプの冷媒が有する熱や、自然エネルギーの太陽熱等の外部熱源からの熱回収によって貯湯にして蓄熱し、蓄熱された貯湯を給湯に用いるようにした貯湯式給湯システムに関し、特に蓄熱された貯湯を最大限に有効活用し得るようにした技術に係る。

従来、貯湯式給湯システムとして、エンジンヒートポンプ式冷暖房装置の冷媒を循環させてその冷媒からの熱回収により加熱した湯を貯湯槽に貯湯するものが知られている（例えば特許文献１参照）。特許文献１では、貯湯槽の頂部から湯を取り出して給湯する給湯路と、貯湯槽の底部の一端から取り出されて同じ底部の他端に戻される循環路とが配管され、この循環路の途中に上記冷媒からの熱回収部と補助熱源機とからなる加熱手段が介装され、さらに、加熱手段の下流側位置から分岐して上記給湯路に合流しこの給湯路を共用することで循環路内の湯を貯湯槽に戻したり、給湯路内の給湯用の湯に混合したりし得るようにしている。そして、貯湯温度が設定給湯温度を基準にして定めた加熱開始用温度以上であれば、貯湯槽の頂部から取り出した湯と給水とを混合することにより設定給湯温度に温調した上で給湯する一方、貯湯温度が上記加熱開始用温度からそれより低い混合用下限温度までの間であれば、上記冷媒からの熱回収部及び補助熱源機により構成される加熱手段で加熱した湯水に貯湯槽の頂部から取り出した湯を混合した上で給湯用に供給するという給湯形態が開示されている。

特開２００３−２８５０４号公報

ところが、上記の従来の貯湯式給湯システムでの給湯形態によると、排熱を回収して貯湯として貯湯槽内に蓄熱された熱の有効利用が十分ではなく、無駄に消費されているおそれがある。すなわち、貯湯温度が設定給湯温度よりも十分に高い場合は問題なくそのまま給湯用に使用し得るものの、給湯用に貯湯槽の頂部から順次取り出していくと、貯湯温度が次第に低下して設定給湯温度に近づいていくことになる。そして、ついには貯湯槽内の湯を加熱手段により加熱した上で、その加熱した後の湯を、貯湯槽の頂部から給湯路に取り出されている湯に対し混合するという給湯形態に移行される。この際、循環路内の加熱された湯と、給湯路内の貯湯槽からの湯とが成り行きで合流・混合されるため、設定給湯温度への温調のために、下流側位置でさらに給水との混合部を経て給湯されることになる。要するに、貯湯槽内の蓄熱量が僅かでも不足することになると、その不足分を大きく上回る熱エネルギー消費により補うという手法に他ならず、排熱回収により蓄熱された熱の有効利用が十分ではないという不都合を生じている。

かかる不都合は貯湯槽内の貯湯を外部熱負荷（例えば暖房温水回路や、風呂追い焚き回路等）の加熱用熱源として用いる場合にも、同様に生じ得る。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、外部熱源からの熱回収により蓄熱された貯湯槽の貯湯の熱量を最大限に有効活用し得るようにした貯湯式給湯システムを提供することにある。

上記目的を達成するために、第１の発明では、外部熱源からの排熱回収により貯湯として蓄熱するための貯湯槽と、貯湯槽の底部から取り出した湯水を貯湯槽の頂部に戻すように循環させる循環回路とを備え、この循環回路には、上記外部熱源から排熱回収して循環湯水を加熱する熱回収部と、循環湯水を循環作動させる循環ポンプと、循環湯水に対し燃焼熱により補助加熱する補助熱源機とが上流側からこの順に介装される一方、上記補助熱源機よりも下流側位置の循環回路から給湯路が分岐接続されている、貯湯式給湯システムを対象にして次の特定事項を備えるようにした。すなわち、上記貯湯槽の頂部に上流端が接続されて貯湯槽内の頂部側から貯湯を取り出すための取り出し路を、上記熱回収部と循環ポンプとの間の位置の循環回路に対し接続し、かつ、この接続点に対し、上記循環回路により取り出される貯湯槽の底部側の貯湯と、上記取り出し路により取り出される貯湯槽の頂部側の貯湯とを互いに混合した上で補助熱源機側の循環回路に供給し得る混合手段を配設することとした（請求項１）。

この発明の場合、混合手段の混合比を０〜１００％の間で変更させることで、補助熱源機側の循環回路に対し、循環回路により貯湯槽の底部側から取り出した貯湯と、取り出し路により貯湯槽の頂部側から取り出した貯湯とのいずれか一方を選択的に供給切換したり、所定量ずつ混合したりした上で給湯等として流すことが可能になる。このため、給湯路を介して給湯させる際も、貯湯槽内の貯湯温度の状況如何に応じて貯湯槽内の蓄熱を最適に使用し得ることになる。外部熱源からの熱回収により蓄熱された貯湯槽の貯湯の熱量を最大限に有効活用することが可能になる。

上記発明の貯湯式給湯システムにおいて、上記取り出し路と、循環回路とを貯湯槽の頂部近傍位置で互いに合流させ、その合流点と貯湯槽の頂部とを共通の流路により接続させるようにすることができる（請求項２）。このようにすることで、貯湯槽内に頂部から温度成層状態を容易に形成し得ることとなり、温度成層を形成することで少ない蓄熱量であっても貯湯槽内の蓄熱の有効利用がより容易になる。

又、上記補助熱源機よりも下流側位置であって上記給湯路への分岐点よりも上流側位置の循環回路から分岐されて循環回路内の湯を外部熱源負荷に対する熱源として循環供給する熱源供給路と、この熱源供給路に対する熱源供給を制御する外部熱負荷制御手段とをさらに備えるようにすることもできる。この場合、上記外部熱負荷制御手段として、貯湯槽内の貯湯を単独で上記熱源供給路に対する熱源として循環供給する貯湯単独モードと、上記貯湯槽をバイパスして循環回路内の湯水を上記熱回収部で排熱回収により加熱しつつ循環回路及び熱源供給路に循環供給する排熱利用モードとを選択実行可能に切換える構成とすることができる（請求項３）。このようにすることにより、例えば貯湯槽内の蓄熱が十分にあるときには貯湯単独モードにより貯湯槽内の蓄熱を有効利用し、例えば蓄熱が不十分のときには排熱利用モードにより排熱の有効利用が可能となる。

さらに、その際に、上記外部熱負荷制御手段として、上記取り出し路から取り出した貯湯槽内の貯湯と、貯湯槽をバイパスして熱回収部で加熱した循環回路内の湯水とを上記混合手段により混合した上で上記熱源供給路に熱源として循環供給する貯湯混合モードをさらに備えるようにすることができる（請求項４）。このようにすることにより、貯湯槽内の蓄熱がそれほど十分ではない場合であっても、熱回収部で加熱した循環回路内の湯水との混合により、貯湯槽内の蓄熱を十分に有効利用することが可能となる。

第２の発明では、外部熱源からの排熱回収により貯湯として蓄熱するための貯湯槽と、貯湯槽の底部から取り出した湯水を貯湯槽の頂部に戻すように循環させる循環回路とを備え、この循環回路には、上記外部熱源から排熱回収して循環湯水を加熱する熱回収部と、循環湯水を循環作動させる循環ポンプと、循環湯水に対し燃焼熱により補助加熱する補助熱源機とが上流側からこの順に介装される一方、上記補助熱源機よりも下流側位置の循環回路から給湯路が分岐接続されている貯湯式給湯システムを対象にして次の特定事項を備えることとした。すなわち、上記貯湯槽の頂部に上流端が接続されて貯湯槽内の頂部側から貯湯を取り出すための取り出し路を、上記熱回収部と循環ポンプとの間の位置の循環回路に対し接続させ、かつ、この接続点に対し、上記補助熱源機側の循環回路に供給する対象を上記循環回路により取り出される貯湯槽の底部側の貯湯と、上記取り出し路により取り出される貯湯槽の頂部側の貯湯とのいずれかに切換える切換手段を配設するようにした（請求項５）。

この発明の場合、第１の発明の混合手段に代えて簡易な切換手段を適用したとしても、混合手段を用いた第１の発明の場合と殆ど同じ作用を得ることが可能となる。

又、この場合にも、上記補助熱源機よりも下流側位置であって上記給湯路への分岐点よりも上流側位置の循環回路から分岐されて循環回路内の湯を外部熱源負荷に対する熱源として循環供給する熱源供給路と、この熱源供給路に対する熱源供給を制御する外部熱負荷制御手段とを備えるようにし、上記外部熱負荷制御手段として、貯湯槽内の貯湯を単独で上記熱源供給路に対する熱源として循環供給する貯湯単独モードと、上記貯湯槽をバイパスして循環回路内の湯水を上記熱回収部で排熱回収により加熱しつつ循環回路及び熱源供給路に循環供給する排熱利用モードとを選択実行可能に切換える構成とすることができる（請求項６）。このようにすることにより、切換手段を切換えることで、例えば貯湯槽内の蓄熱が十分にあるときには貯湯単独モードにより貯湯槽内の蓄熱を有効利用し、例えば蓄熱が不十分のときには排熱利用モードにより排熱の有効利用が可能となる。

以上、説明したように、請求項１〜請求項４の貯湯式給湯システムによれば、混合手段の混合比を０〜１００％の間で変更させることで、補助熱源機側の循環回路に対し、循環回路により貯湯槽の底部側から取り出した貯湯と、取り出し路により貯湯槽の頂部側から取り出した貯湯とのいずれか一方を選択的に供給切換したり、所定量ずつ混合したりした上で給湯等として流すことが容易に行うことができるようになる。これにより、給湯路を介して給湯させる際も、貯湯槽内の貯湯温度の状況如何に応じて貯湯槽内の蓄熱を最適に使用することができ、外部熱源からの熱回収により蓄熱された貯湯槽の貯湯の熱量を最大限に有効活用することができるようになる。

特に請求項２によれば、貯湯槽内に頂部から温度成層状態を容易に形成することができ、温度成層を形成することで少ない蓄熱量であっても貯湯槽内の蓄熱の有効利用をより容易に実現させることができるようになる。

請求項３によれば、外部熱源負荷に対する熱源供給路と、この熱源供給路に対する熱源供給を制御する外部熱負荷制御手段とをさらに備え、外部熱負荷制御手段として、貯湯単独モードと、排熱利用モードとを選択実行可能に切換えるようにすることで、例えば貯湯槽内の蓄熱が十分にあるときには貯湯単独モードにより貯湯槽内の蓄熱を有効利用したり、例えば蓄熱が不十分のときには排熱利用モードにより排熱を有効利用したりするということを容易に実現させることができるようになる。

請求項４によれば、さらに、貯湯混合モードを備えるようにすることで、貯湯槽内の蓄熱がそれほど十分ではない場合であっても、熱回収部で加熱した循環回路内の湯水との混合により、貯湯槽内の蓄熱を十分に有効利用することができるようになる。

請求項５又は請求項６の貯湯給湯システムによれば、上記注湯給湯システムにおける混合手段に代えて簡易な切換手段を適用することができ、切換手段を適用したとしても、混合手段を用いた上記の発明の場合と殆ど同じ効果を得ることができるようになる。

特に請求項６によれば、上記の請求項３の場合と同様に、切換手段を切換えることで、例えば貯湯槽内の蓄熱が十分にあるときには貯湯単独モードにより貯湯槽内の蓄熱を有効利用し、又、例えば蓄熱が不十分のときには排熱利用モードにより排熱を有効利用することが容易に実現させることができるようになる。

本発明の実施形態を示す模式図である。 作動制御に係るブロック図である。 蓄熱モードの場合の作動を説明するための図１対応図である。 貯湯単独給湯モードの場合の作動を説明するための図１対応図である。 補助加熱給湯モードの場合の作動を説明するための図１対応図である。 貯湯単独暖房モードの場合の作動を説明するための図１対応図である。 排熱利用暖房モードの場合の作動を説明するための図１対応図である。 貯湯混合暖房モードの場合の作動を説明するための図１対応図である。 他の形態を示す図１対応図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る貯湯式給湯システムを示す。同図中の符号１は外部熱源としてのガスエンジン、２は貯湯槽３内の湯水を底部から取り出して頂部に戻す間にガスエンジンのエンジン冷却水の排熱を熱回収し貯湯として蓄熱するための循環回路、４は外部から水道水等を給水する給水回路、５は貯湯槽３からの貯湯又は補助熱源機６からの補助加熱後の湯を用いて給湯栓７に給湯する給湯回路、８は循環回路２からの湯を暖房熱源とする外部熱負荷としての暖房回路、９は同様に循環回路２からの湯を追い焚き熱源とする他の外部熱負荷としての風呂追い焚き回路、１０はこの貯湯式給湯システムの作動制御を行うコントローラである。

ガスエンジン１には、内部のエンジン冷却水を熱源熱媒として液−液熱交換器２１との間で循環させる熱媒循環路１１が接続され、この熱媒循環路１１には循環ポンプ１２と、膨張タンク１３とが介装されている。

貯湯槽３は密閉式に構成され、適所（少なくとも頂部位置）に貯湯の温度を検出するための貯湯温度センサ３１が設けられている。そして、循環回路２は、この貯湯槽３の底部３２から内部の湯水を取り出して熱回収部としての液−液熱交換器２１に通し、さらに補助熱源機６を通過して貯湯槽３の頂部３３に戻すように配設されている。液−液熱交換器２１と補助熱源機６との間の循環回路２には循環ポンプ２２が介装され、補助熱源機６を出た後、閉止機能付きの流量調整弁２３を介して貯湯槽３の頂部３３に至るようになっている。又、補助熱源機６と流量調整弁２３との間には後述の分岐点２４、分岐点２５が配設され、流量調整弁２３の下流側位置には分岐点２６が配設されている。以下、この分岐点２６から貯湯槽３の頂部３３までの循環回路２の一部を頂部側回路部２７と呼ぶことにする。さらに、液−液熱交換器２１と循環ポンプ２２との間の循環回路２には貯湯槽３の頂部３４から湯水を取り出す取り出し路５１の下流端が混合手段としての第１混合弁５２を介して接続されている。すなわち、循環回路２により貯湯槽３の底部から取り出した湯水と、取り出し路５１により貯湯槽３の頂部から取り出した湯水とを第１混合弁５２において所定の混合比（０〜１００％：１００〜０％）で混合した上で、下流側である補助熱源機６の側に流し得るようになっている。なお、図１の符号６１は補助熱源機６から出た直後の循環回路２内の湯水温度を検出する補助熱源機下流側の温度センサである。

給水回路４は、主給水路４１の上流端が外部の水道管等に接続され、下流端が逆止弁４２を介して貯湯槽３の底部３２近傍位置の循環回路２に接続されて、貯湯槽３の底部３２に対し給水したり、循環回路２の下流側に給水したりすることができるようになっている。又、主給水路４１の上流側から逆止弁４３を介して分岐した混水用給水路４４が給湯回路５の後述の第２混合弁５４に対し給水可能に接続されている。なお、図１の符号４６は給水回路４により給水される水の温度を検出する給水温度センサである。

給湯回路５は、循環回路２の上記の分岐点２６に上流端が接続されて循環回路２から分岐するように接続されて下流端側が給湯栓７まで延びるように接続された給湯路５３と、この給湯路５３に介装された第２混合弁５４と、第２混合弁５４の下流側位置に配設された給湯温度センサ５５とを備えている。上記の第２混合弁５４は、給湯路５３の上流側から供給される湯水と、上記の混水用給水路４４から給水とを所定の混合比で混合（混水）させることにより所定の設定給湯温度に温調した上で、給湯栓７に給湯するものである。そして、上記の給湯温度センサ５５は、温調後に最終的に給湯させる湯の温度を検出してコントローラ１０に出力するようになっており、この給湯温度センサ５５からの出力に基づいて第２混合弁５４による温調制御がコントローラ１０により行われるようになっている。

上記の給湯路５３に対しては、後述の貯湯単独給湯モードでは貯湯槽３の頂部３３から湯水が頂部側回路部２７及び分岐点２６を通して給湯用の湯として供給され、補助加熱給湯モードでは貯湯槽３の頂部３４から湯水が取り出し路５１及び第１混合弁５２を通して補助熱源機６に供給されて補助加熱後の湯が分岐点２６を介して給湯用の湯として供給されるようになっている。なお、図１中の符号５６は機器異常の発生等に起因する高温水の給湯を阻止して回避するための回避弁である。

補助熱源機６は、例えば瞬間式湯沸器により構成され、循環回路２の途中に介装されたものである。コントローラ１０からの指令により燃焼作動されると、循環回路２の一方から流入する湯水を熱交換加熱して、加熱後の湯水を循環回路２の他方に出湯させることにより、循環回路２を流れる湯水を補助加熱するようになっている。

暖房回路８は、暖房循環路８１内の暖房用の循環熱媒を熱交換器８２で液−液熱交換により加熱し、加熱した循環熱媒を高温暖房端末（例えば浴室乾燥機）８３や、低温暖房端末（例えば床暖房）８４に対し循環供給するようになっている。そして、上記の熱交換器８２での液−液熱交換の加熱源（暖房用熱源）として、循環回路２から所定の湯が熱交換器８２の熱源側に循環供給されるようになっている。すなわち、補助熱源機６の下流側の循環回路２の分岐点２４から分岐した熱源供給路８５を通して所定の湯が熱交換器８２に暖房用熱源として供給され、液−液熱交換により温度低下した湯が三方切換弁８６を経て、貯湯槽３の底部３２と液−液熱交換器２１との間の循環回路２に対し導出され、この循環回路２を介して次の３通りの経路を経て循環されることになる。すなわち、後述の貯湯単独暖房モードであれば貯湯槽３の底部３２の側に対し、排熱利用暖房モードであれば液−液熱交換器２１を介して補助熱源機６の側に対し、あるいは貯湯混合暖房モードであれば上記の双方の側に対し、上記の温度低下した湯が切換選択可能に戻されて循環されることになる。そして、暖房回路８の側では、熱交換器８２での液−液熱交換により加熱された循環熱媒が、高温暖房端末８３又は低温暖房端末８４に供給されて放熱された後、膨張タンク８７及び暖房ポンプ８８を経て上記熱交換器８２に戻されて再加熱されることになるようになっている。

風呂追い焚き回路９は、追い焚きポンプ９１を作動させることにより浴槽９２内の湯水を追い焚き循環路９３を通して熱交換器９４との間で循環させ、この熱交換器９４での液−液熱交換により追い焚き加熱するようになっている。熱交換器９４の熱源側には、補助熱源機６の下流側の循環回路２の分岐点２５から分岐した熱源供給路９５を通して所定の湯が風呂追い焚き加熱用熱源として供給され、液−液熱交換により温度低下した湯が三方切換弁８６を経て、暖房回路８と同様に、貯湯槽３の底部３２と液−液熱交換器２１との間の循環回路２に対し導出され、この循環回路２を介して上記と同様の３通りの経路を経て循環されることになる。すなわち、貯湯単独追い焚きモードであれば貯湯槽３の底部３２の側に対し、排熱利用追い焚きモードであれば液−液熱交換器２１を介して補助熱源機６の側に対し、あるいは貯湯混合追い焚きモードであれば上記の双方の側に対し、上記の温度低下した湯が切換選択可能に戻されて循環されることになる。

以上の各回路２，５，８，９の運転作動は、リモコン１０１からの入力設定信号や操作信号の出力や、種々の温度センサ３１，４６，５５，６１等からの検出信号の出力を受けて、コントローラ１０により作動制御されるようになっている。コントローラ１０は、そのような作動制御のために、蓄熱制御部１０２（図２参照）や、給湯制御部１０３に加え、外部熱負荷制御手段としての暖房制御部１０４又は／及び追い焚き制御部１０５等の種々の制御を備えている。

以下、主として本実施形態の特徴的な給湯制御について図２以降を参照しつつ説明する。図２はコントローラ１０を構成する各種制御部を部分的に図示したものであり、給湯制御部１０３は２種類の給湯モードとして貯湯単独給湯モードと補助加熱給湯モードとを備え、暖房制御部１０４は３種類の暖房モードとして貯湯単独暖房モードと貯湯混合暖房モードと排熱利用暖房モードとを備え、追い焚き制御部１０５も３種類の追い焚きモードとして貯湯単独追い焚きモードと貯湯混合追い焚きモードと排熱利用追い焚きモードとを備え、各制御部１０３，１０４，１０５は貯湯槽３内の貯湯温度（貯湯温度センサ３１の検出温度）に応じてモード切換えを行うようになっている。又、各制御部１０２，１０３，１０４，１０５は必要に応じて２以上の組み合わせで同時作動状態での運転作動も行い得るようになっている。

蓄熱制御部１０２による蓄熱制御はガスエンジン１が駆動中でエンジン冷却水が所定温度以上の高温状態になっていることを条件に開始され、図３（流れが生じる部分を太線で表示）に示すように、第１混合弁５２の取り出し路５１側を０％、つまり閉止し、貯湯槽３の底部３２からの循環回路２の側を１００％の開度とし、熱媒循環路１１の循環ポンプ１２と、循環回路２の循環ポンプ２２とを共に作動させる。すると、貯湯槽３内の湯水は、底部３２から循環回路２により取り出され、液−液熱交換器２１を通過して、補助熱源機６を素通りし頂部側回路部２７を経て貯湯槽３の頂部３３に戻されるという循環を繰り返すことになる。一方、上記の液−液熱交換器２１には、熱媒循環路１１を通してガスエンジン１から高温状態のエンジン冷却水が供給されため、液−液熱交換器２１において循環回路２の循環湯水はエンジン冷却水との液−液熱交換によって熱交換加熱され、加熱された湯水が貯湯槽３の頂部３３に順次戻されて貯湯槽３内の貯湯温度が上昇することになり、これが繰り返されて蓄熱されることになる。

給湯制御部１０３による貯湯単独給湯モードは、給湯栓７がユーザにより開操作されて給水回路４から所定流量以上の給水の流れが生じた際、つまり給湯使用要求が生じた際に、貯湯槽３内に設定給湯温度よりも高温の高温水が貯湯されている場合、換言すれば十分な蓄熱量を有している場合に、貯湯槽３内の貯湯を単独かつ直接に給湯として出湯するものである。この貯湯単独給湯モードでは、図４（流れが生じる部分を太線で表示）に示すように、流量調整弁２３を閉状態に維持したままにすることで、給湯栓７がユーザにより開操作されると、給水回路４の主給水路４１から貯湯槽３の底部３２に給水され、この給水により貯湯槽３内の貯湯が頂部から押し出されて頂部側回路部２７及び分岐点２６を通して第２混合弁５４に出湯されることになる。貯湯温度センサ３１からの貯湯温度などに基づいて第２混合弁５４での混水用給水路４４からの給水との混合比を設定し、給水との混合により、リモコン１０１に設定された設定給湯温度に温調した上で給湯栓７に給湯する。なお、上記混合比については給湯温度センサ５５の給湯温度に基づいてフィードバック制御すればよい。

補助加熱給湯モードは、貯湯槽３内の貯湯温度が設定給湯温度よりも低温である場合、換言すれば蓄熱量が不足している場合に適用される給湯モードのことであり、補助熱源機６を燃焼作動させて補助加熱する。すなわち、図５（流れが生じる部分を太線で表示）に示すように、第１混合弁５２の取り出し路５１側を１００％の開度とし、貯湯槽３の底部３２からの循環回路２側を０％、つまり閉止させる。給湯栓７がユーザにより開操作されると、給水回路４の主給水路４１から貯湯槽３の底部に給水され、この給水により貯湯槽３内の貯湯が頂部から押し出されて取り出し路５１及び第１混合弁５２を通して補助熱源機６に供給されることになる。図示省略の流量センサにより所定流量以上の給水の流れを検知した上で循環ポンプ２２を作動させて補助熱源機６を燃焼作動させ、供給されたぬるま湯状態の貯湯が所定温度以上まで補助加熱される。この補助加熱された湯が開状態の流量調整弁２３及び給湯路５３を通して第２混合弁５４に出湯され、第２混合弁５４において温度センサ６１からの給湯温度と、給水温度センサ４６からの給水温度などに基づく所定の混合比での混水により設定給湯温度に温調されて給湯栓７に給湯されることになる。

次に、暖房制御部１０４による貯湯単独暖房モードは、ユーザのリモコン１０１の操作により暖房要求指令が出力された際に、貯湯槽３内に暖房用熱源として要求される温度よりも高温の高温水が貯湯されている場合、つまり十分な蓄熱量を有している場合に、貯湯槽３内の貯湯を単独で暖房用熱源として供給して循環させるものである。この貯湯単独暖房モードでは、図６（流れが生じる部分を太線で表示）に示すように、流量調整弁２３を閉状態に維持し、第１混合弁５２の取り出し路５１側を１００％の開度とし、貯湯槽３の底部３２からの循環回路２の側を０％、つまり閉止させ、三方切換弁８６を熱源供給路８５側に連通するように切換える一方、暖房回路８側の循環ポンプ８８を作動させる。

すると、熱源側では貯湯槽３内の湯が頂部３４から取り出し路５１及び第１混合弁５２を通して、又、補助熱源機６を素通りして分岐点２４から熱源供給路８５に流入して熱交換器８２に供給されることになる。この熱交換器８２において暖房回路８側の循環熱媒が熱交換加熱され、加熱後の循環熱媒が高温暖房端末８３や低温暖房端末８４に対し循環供給され、暖房端末８２，８４で放熱後の循環熱媒が再び熱交換器８２に戻されて熱交換加熱される。この熱交換により熱交換器８２の熱源側に供給された湯が低温となり、これが三方切換弁８６を通して貯湯槽３の底部３２から内部に戻されることになる。

一方、貯湯槽３内の貯湯温度が暖房用熱源として要求される温度よりも低温である場合、つまり十分な蓄熱量を有していない場合には、貯湯槽３内の蓄熱ではなくて外部熱源であるガスエンジン１からの排熱回収により加熱した湯を上記の熱交換器８２に供給する排熱利用暖房モードを選択実行させることになる。この排熱利用暖房モードでは、図７（流れが生じる部分を太線で表示）に示すように、第１混合弁５２の取り出し路５１側を０％、つまり閉止し、貯湯槽３の底部３２からの循環回路２の側を１００％の開度とし、熱媒循環路１１の循環ポンプ１２と、循環回路２の循環ポンプ２２とを共に作動させる。すると、循環回路２内の湯が液−液熱交換器２１でエンジン冷却水により液−液熱交換加熱され、加熱された湯が第１混合弁５２を通り、補助熱源機６を素通りして分岐点２４から熱源供給路８５に流入して熱交換器８２に供給されることになる。この熱交換器８２で暖房回路８の側の循環熱媒を熱交換加熱した後、三方切換弁８６を通して循環回路２に戻されて液−液熱交換器２１で再び加熱されることになる。

以上の貯湯単独暖房モードと、排熱利用暖房モードとの間の過渡期には、双方のモードの中間的なモードである貯湯混合暖房モードを選択実行することになる。すなわち、貯湯温度が暖房用熱源として十分ではないものの、排熱利用暖房モードにしなければならない程度まで低温ではないという段階に、あるいは、ガスエンジン１の側のエンジン冷却水の温度がさほど高くはない段階に、この貯湯混合暖房モードを選択実行させることで、貯湯槽３内の蓄熱の有効活用をより一層十分に図ることができるようになる。この貯湯混合暖房モードでは、上記の排熱利用暖房モードによる制御における第１混合弁５２の開度設定を取り出し路５１側の開度をより大きくし、液−液熱交換器２１からの循環回路２側をより小さく絞り、大半の熱源を貯湯槽３内の蓄熱に負担させるようにする。このようにすることにより、熱交換器８２に供給される湯は、取り出し路５１から取り出される貯湯槽３の貯湯と、液−液熱交換器２１を通過することにより多少熱交換加熱された循環回路２内の湯とが混合されたものとなる。もちろん、この貯湯混合暖房モードと、上記の排熱利用暖房モードとにおいて、ガスエンジン１の運転状況等により熱不足に陥る場合には、補助熱源機６を燃焼作動させて補助加熱を併用させるようにすればよい。

風呂追い焚き制御部１０５における各制御は、三方切換弁８６を熱源供給路９５が連通状態になるように切換える点のみ異なる他、貯湯単独追い焚きモードは上記の貯湯単独暖房モードと同じであり、排熱利用追い焚きモードは上記の排熱利用暖房モードと同じであり、貯湯混合追い焚きモードは上記の貯湯混合暖房モードと同じである。

以上の各制御部１０３，１０４，１０５による運転制御においては、取り出し路５１を通して貯湯槽３の頂部からの貯湯を第１混合弁５２に取り出すことができるため、給湯においては補助熱源機６での補助加熱対象を貯湯槽３の底部３２から取り出す場合よりも高温のものとすることができ、貯湯槽３の蓄熱を有効利用して補助加熱に要するエネルギー消費を低減化させることができる。又、外部熱負荷（暖房回路８や風呂追い焚き回路９）に対しそれらの熱源として供給する場合には、熱源として取り出し路５１からより高温の頂部３３側の貯湯を取り出して利用することができ、貯湯槽３の蓄熱の有効利用を図ることができる。さらに、貯湯混合暖房モードや貯湯混合追い焚きモードにおいては、貯湯槽３に残る蓄熱を少しでも有効利用することができるようになる。

そして、上記の如く貯湯槽３内の蓄熱の有効利用を図り得る取り出し路５１を、液−液熱交換器２１と循環ポンプ２２との間に第１混合弁５２を介して合流させるようにしているため、取り出し路５１を通した頂部３３側からの貯湯の取り出しと、循環回路２を通した底部３２側からの貯湯の取り出しとの双方を、１台の共通の循環ポンプ２２で行うことができ、それぞれの取り出し用に個別に循環ポンプを設置することを省略することができるようになる。この点においても、省エネルギー化や省力化を図ることができる。

＜他の実施形態＞
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その他種々の実施形態を包含するものである。すなわち、上記実施形態では貯湯槽３に貯湯して蓄熱する熱回収の対象である外部熱源をガスエンジン（エンジン冷却水排熱）にした場合を示したが、これに限らず、外部熱源として、太陽熱（太陽熱集熱）、燃料電池（冷却水排熱）、あるいは、ヒートポンプ（冷媒の排熱）を用いて、貯湯にして蓄熱するようにしてもよく、このような場合においても本発明を適用することができる。

又、以上の実施形態では取り出し路５１を、第１混合弁５２によって循環回路２に合流させているが、これに限らず、切換弁５２ａによって循環回路２に合流させるようにしてもよい。要するに、第１混合弁５２の取り出し路５１側の開度を０％にして循環回路２側を１００％の開度にしたり、逆に循環回路２側の開度を０％にして取り出し路５１側の開度１００％の開度にしたりする作動制御と同じ作動を切換弁５２ａによって実現させることができる。このように切換弁５２ａを用いることで、簡易な部品構成にしたり簡易な制御にしたりすることができ、それでいて混合弁を用いた場合と殆ど同じ作用効果を得ることができる。但し、貯湯混合暖房モード等の混合を行う制御は不能とはなる。

図９に示すように、貯湯槽３の頂部側において、頂部側回路部２７と取り出し路５１とを合流点２８で合流させ、この合流点２８を頂部３３と連通させるようにしてもよい。このようにすることで、貯湯槽３の頂部側からの貯湯において温度成層状態の形成を容易に行うことができるようになる。

外部熱源からの熱回収の手段としては実施形態の如く液−液熱交換器２１を用いずとも、貯湯槽３内に配設した例えばコイル式の熱交換器を用いるようにしてもよい。この場合は、そのコイル式の熱交換器に対し外部熱源の排熱媒体を循環させて、貯湯槽３内で湯水を直接に熱交換加熱することにより蓄熱させるようにすればよい。

上記実施形態の貯湯式給湯システムでは、流量調整弁２３を閉止機能付きにしているが、暖房回路８や風呂追い焚き回路９が附属しない場合には、閉止機能付きである必要はなく、通常の流量調整機能を有するものでよい。すなわち、熱源循環路８５，９５に対し熱源を循環供給する必要が無ければ閉止機能は不要になるからである。なお、貯湯単独給湯モードの実行の際には、補助熱源機６の存在等に基づく流路抵抗が生じているため、流量調整弁２３を閉止しなくても絞るだけで、貯湯槽３内の貯湯は頂部側回路部２７及び給湯路５３の側に流れるようになる。このため、流量調整弁２３は必ずしも閉止機能付きである必要はなく、必須事項ではない。

１ ガスエンジン（外部熱源）
２ 循環回路
３ 貯湯槽
６ 補助熱源機
８ 暖房回路（外部熱負荷）
９ 風呂追い焚き回路（外部熱負荷）
１０ コントローラ
２１ 液−液熱交換器（熱回収部）
２８ 合流点
３２ 底部
３３ 頂部
５１ 取り出し路
５２ 第１混合弁（混合手段）
５２ａ 切換弁（切換手段）
５３ 給湯路
８５，９５ 熱源供給路
１０４ 暖房制御部（外部熱負荷制御手段）
１０５ 風呂追い焚き制御部（外部熱負荷制御手段）

Claims (6)

1. 外部熱源からの排熱回収により貯湯として蓄熱するための貯湯槽と、貯湯槽の底部から取り出した湯水を貯湯槽の頂部に戻すように循環させる循環回路とを備え、この循環回路には、上記外部熱源から排熱回収して循環湯水を加熱する熱回収部と、循環湯水を循環作動させる循環ポンプと、循環湯水に対し燃焼熱により補助加熱する補助熱源機とが上流側からこの順に介装される一方、上記補助熱源機よりも下流側位置の循環回路から給湯路が分岐接続されている、貯湯式給湯システムであって、
   上記貯湯槽の頂部に上流端が接続されて貯湯槽内の頂部側から貯湯を取り出すための取り出し路が、上記熱回収部と循環ポンプとの間の位置の循環回路に対し接続され、かつ、この接続点に対し、上記循環回路により取り出される貯湯槽の底部側の貯湯と、上記取り出し路により取り出される貯湯槽の頂部側の貯湯とを互いに混合した上で補助熱源機側の循環回路に供給し得る混合手段が配設されている、
   ことを特徴とする貯湯式給湯システム。
2. 請求項１に記載の貯湯式給湯システムであって、
   上記取り出し路と、循環回路とが貯湯槽の頂部近傍位置で互いに合流され、その合流点と貯湯槽の頂部とが共通の流路により接続されている、貯湯式給湯システム。
3. 請求項１又は請求項２に記載の貯湯式給湯システムであって、
   上記補助熱源機よりも下流側位置であって上記給湯路への分岐点よりも上流側位置の循環回路から分岐されて循環回路内の湯を外部熱源負荷に対する熱源として循環供給する熱源供給路と、この熱源供給路に対する熱源供給を制御する外部熱負荷制御手段とを備え、
   上記外部熱負荷制御手段は、貯湯槽内の貯湯を単独で上記熱源供給路に対する熱源として循環供給する貯湯単独モードと、上記貯湯槽をバイパスして循環回路内の湯水を上記熱回収部で排熱回収により加熱しつつ循環回路及び熱源供給路に循環供給する排熱利用モードとを選択実行可能に切換えるように構成されている、貯湯式給湯システム。
4. 請求項３に記載の貯湯式給湯システムであって、
   上記外部熱負荷制御手段は、上記取り出し路から取り出した貯湯槽内の貯湯と、貯湯槽をバイパスして熱回収部で加熱した循環回路内の湯水とを上記混合手段により混合した上で上記熱源供給路に熱源として循環供給する貯湯混合モードをさらに備えている、貯湯式給湯システム。
5. 外部熱源からの排熱回収により貯湯として蓄熱するための貯湯槽と、貯湯槽の底部から取り出した湯水を貯湯槽の頂部に戻すように循環させる循環回路とを備え、この循環回路には、上記外部熱源から排熱回収して循環湯水を加熱する熱回収部と、循環湯水を循環作動させる循環ポンプと、循環湯水に対し燃焼熱により補助加熱する補助熱源機とが上流側からこの順に介装される一方、上記補助熱源機よりも下流側位置の循環回路から給湯路が分岐接続されている、貯湯式給湯システムであって、
   上記貯湯槽の頂部に上流端が接続されて貯湯槽内の頂部側から貯湯を取り出すための取り出し路が、上記熱回収部と循環ポンプとの間の位置の循環回路に対し接続され、かつ、この接続点に対し、上記補助熱源機側の循環回路に供給する対象を上記循環回路により取り出される貯湯槽の底部側の貯湯と、上記取り出し路により取り出される貯湯槽の頂部側の貯湯とのいずれかに切換える切換手段が配設されている、
   ことを特徴とする貯湯式給湯システム。
6. 請求項５に記載の貯湯式給湯システムであって、
   上記補助熱源機よりも下流側位置であって上記給湯路への分岐点よりも上流側位置の循環回路から分岐されて循環回路内の湯を外部熱源負荷に対する熱源として循環供給する熱源供給路と、この熱源供給路に対する熱源供給を制御する外部熱負荷制御手段とを備え、
   上記外部熱負荷制御手段は、貯湯槽内の貯湯を単独で上記熱源供給路に対する熱源として循環供給する貯湯単独モードと、上記貯湯槽をバイパスして循環回路内の湯水を上記熱回収部で排熱回収により加熱しつつ循環回路及び熱源供給路に循環供給する排熱利用モードとを選択実行可能に切換えるように構成されている、貯湯式給湯システム。

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