JP6567351B2 - 熱源装置 - Google Patents

Description

本発明は、貯湯槽を備え、該貯湯槽内の湯を給湯に利用したり貯湯槽内の湯の熱を暖房等に利用したりする熱源装置に関するものである。

図６には、熱源装置の一例が模式的な側面図により示されている。この熱源装置３は、湯水を貯留する貯湯槽（貯湯タンク）１と、発熱体２と、補助熱源装置２７と、これらを接続する通路とを有しており、同図において、通路を示す部位は、通路を流れる水（湯または湯水と称することもある）の流通方向の矢印により示されている。

同図に示されるように、貯湯タンク１には、貯湯タンク１の外部に配置された発熱体２が水供給通路１２と熱回収通路１３とを介して接続されている。発熱体２は、貯湯タンク１内に貯留されている水を加熱する加熱手段として機能するものであり、水供給通路１２は貯湯タンク１の下部側から発熱体２に水を供給し、熱回収通路１３は、発熱体２により加熱された湯を貯湯タンク１側に送って該貯湯タンク１の上部側から該貯湯タンク１に導入する。発熱体２としては、例えば発電装置や太陽熱を集熱する集熱器を備えた太陽熱温水ユニットやヒートポンプユニット等が適用される。

発熱体２を発電装置により形成した場合は、貯湯タンク１から水供給通路１２を通して発熱体２（発電装置）に供給される水は冷却水として機能し、発電装置の排熱により水を加熱して熱回収用通路１３から貯湯タンク１に導入して貯湯タンク１に貯湯することが行われる。なお、発電装置は、例えば固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）や固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）等の燃料電池（ＦＣ）や、ガスエンジン等により形成されるものであり、燃料電池は、水の電気分解の逆反応で、都市ガス等の燃料から取り出された水素と空気中の酸素とを反応させて発電する発電装置である。

また、貯湯タンク１には、その下部側に、給水供給源（図示せず）からの水を貯湯タンク１に供給する給水通路１１が接続され、上部側には、湯の通路１４が接続されている。湯の通路１４は、貯湯タンク１の上部側から給湯先に湯を供給するための通路であり、貯湯タンク１内に貯留されている水を貯湯タンク１の上端側から導出する。湯の通路１４には、混合弁１５を介し、給水通路１１から分岐した分岐通路１７と湯水流通通路１６とが接続されており、湯水流通通路１６には補助熱源装置２７が接続され、例えば補助熱源装置２７と貯湯タンク１とが同じケース（図示せず）内に収容されている。なお、補助熱源装置２７は、バーナ等（同図には図示せず）を備えた給湯器等により形成される。

例えば同図に示されているように、貯湯タンク１には上下方向に温度の層が形成されるものであり、貯湯タンク１の上部側の層（高温層Ｈ）には（図の線Ａの上部側、斜線部分、参照）、発熱体２により加熱された高温Ｔａ（例えば６５℃程度）の湯が貯湯される。また、貯湯タンク１の下部側の層（低温層Ｃ）には（図の線Ｂの下部側、参照）、貯湯タンク１内に給水される給水温度と同じ温度Ｔｃ（例えば１５℃程度）の水が貯水され、その間に、例えば温度Ｔａから温度Ｔｃまでの温度勾配を持つ層（温度中間層）が形成される。

なお、貯湯タンク１は、例えばステンレス等により形成されており、同図には図示されていないが、貯湯タンク１には、貯湯タンク１内の湯水温を検出する温度検出手段（サーミスタ）が、例えば貯湯タンク１の側壁の外側に互いに上下方向に間隔を介して複数設けられている。そして、このサーミスタによって、貯湯タンク１内の湯水の水位（液位）に応じた温度を検出することにより、例えば図６の線Ａに示されているような、高温層Ｈと温度中間層との境界が大旨把握できる。

また、この高温層Ｈと温度中間層との境界を把握し、図６の線Ａの上側に貯留された実質的に給湯に利用されている高温層Ｈの水（湯）の量を把握することによって、貯湯タンク１内の蓄熱量を知ることができ、貯湯タンク１から補助熱源装置２７を介しての給湯における給湯温度（出湯温度）制御を行うことができる。

例えば、貯湯タンク１から湯の通路１４を通して導出される湯水の温度が給湯設定温度よりも低いときには（つまり、最上部に設けられるサーミスタの検出温度が給湯設定温度よりも低いときには）、その湯水を補助熱源装置２７によって加熱（追い加熱）し、給湯設定温度の湯を給湯通路１８から給湯先に供給できるようにすることが行われる。

一方、貯湯タンク１内の湯水温が給湯設定温度以上の時には補助熱源装置２７による湯水の加熱は行われず、湯の通路１４を通して導出される例えば６５℃といった高温の湯と給水供給源から分岐通路１７を通して導出される水とが必要に応じて混合弁１５の制御より混合され、湯水流通通路１６と補助熱源装置２７内の給湯回路とを通して非加熱のまま給湯先に供給される。

なお、前記のような熱源装置においては、発熱体２による貯湯タンク１内の湯水の加熱によっては貯湯タンク１内に温度中間層の湯が極力形成されないように、例えば、水供給通路１２から導出した水を発熱体２により加熱して熱回収用通路１３から貯湯タンク１に導入して貯湯タンク１に貯湯する際、貯湯タンク１からの水の導出や貯湯タンク１への水の導入を穏やかに行うように工夫されている。

そして、図７の（ａ）〜（ｆ）に示されるように、高温層Ｈと低温層Ｃとの間に殆ど温度中間層が生じない状態で、貯湯タンク１内の水が次第に加熱されていくにつれて図の線Ａの上部側の高温層が順次増えていくように、貯湯タンク１内の蓄熱量増加が行われることが望ましい態様とされている。

その理由の一つとして、温度中間層の湯水は、水位によって温度勾配を有していることから利用しにくいことがある。なお、前記の如く、貯湯タンク１の水を給湯に利用する際には、高温層の容量がどのくらいあるかを把握し、湯の通路１４から導出される高温層の湯（水）に給水通路からの水を混合させて給湯設定温度として給湯することが行われており、貯湯タンク１における蓄熱量とは、一般に、高温層Ｈが保有する熱量を示し、その熱量に応じて給湯利用が行われている。

また、温度中間層が極力形成されないことが望ましい理由として、発熱体２を発電装置により形成した場合等には、低温層Ｃの水を発電装置の冷却水として利用することから、低温層の水は冷たい方が望ましく、冷たくもなく熱くもない温度中間層の水は、この点においても利用しにくいことが挙げられる。

さらに、温度中間層が極力形成されないことが望ましい理由として、貯湯タンク１内の湯水温が３０〜４５℃といった温度であると雑菌が繁殖しやすいので、このような湯水温の温度中間層が形成されることは好ましくないことが挙げられる。なお、前記サーミスタにより検出される検出温度に基づき、この検出温度が例えば３０〜４５℃といった温度のときには雑菌が繁殖しやすく水質が良好でないと判断され、このような温度近傍で貯湯タンク１内に貯湯されていた湯は、そのまま給湯することは衛生上好ましくないために、再加熱等を行って利用するしかない。そして、再加熱してから低温の水を混合して給湯設定温度となるようにするといった手法をとることは省エネ化を妨げることになり、問題である。

さらに、温度中間層が極力形成されないことが望ましい理由として、以下のことも挙げられる。つまり、利用者が例えば給湯設定温度を４２℃として利用していた場合に貯湯タンク１内の湯温が４５℃であった場合には、熱源装置に信号接続されているリモコン装置の表示は、貯湯タンク１内に「蓄熱がある」といった内容の表示となる。また、その状態で利用者が給湯設定温度を５０℃に切り替えると、リモコン装置の表示は、貯湯タンク１内に「蓄熱がない」といった内容の表示に切り替えなければならず、給湯設定温度を少し切り替えるだけで「蓄熱あり」と「蓄熱なし」の表示が切り替わるため、利用者が混乱するおそれがある。

以上のようなことから、貯湯タンク１にはできるだけ温度中間層が形成されないように、前記工夫がされている。

特開２０１４−１４２１４０号公報

ところで、前記のように、補助熱源装置として適用される給湯装置として、近年は、暖房用の熱媒体を暖房装置に供給可能な暖房回路を有する装置が広く利用されるようになった。また、風呂の追い焚き用の回路を備えた給湯装置も従来から広く用いられており、中には、暖房回路と風呂の追い焚き用の回路とを水−水熱交換器等の液−液熱交換器を介して接続し、暖房回路を通る熱媒体の熱を利用して風呂の追い焚きを行うタイプの補助熱源装置も用いられるようになっている。

そこで、貯湯タンク１に貯湯されている湯の熱を暖房や風呂の追い焚き等にも利用できれば、例えば発熱体２として発電装置を適用した場合の発電装置の排熱利用量が多くなり、省エネ性が向上すると考えられるが、貯湯タンク１内の湯の熱を暖房回路内の熱媒体加熱用に利用する構成を備えた熱源装置は提案されていなかった。

なお、例えば貯湯タンク１内の湯の熱を風呂の追い焚き回路内の熱媒体加熱用に利用する構成として、図８に示されるような構成が考えられるが、このような構成においては、熱利用に伴って、熱利用の初期から容量が大きい温度中間層が形成されてしまい、好ましくない。

つまり、例えば、図８に示される構成は、貯湯タンク１の側壁に、貯湯タンク１内の湯の熱を外部に取り出すための熱交換器２１を設け、ポンプ３５の駆動に伴って熱交換器２１と通路３９を通して貯湯タンク１内に湯水を循環させるとともに、熱交換器２１を風呂の追い焚き回路２３に設けた熱交換器２２と熱的に接続し、熱交換器２１，２２同士で互いに熱交換を行うように構成して、貯湯タンク１内の湯の熱を風呂の追い焚き用として利用するものであるが、以下のようなことが考えられる。

風呂の浴槽湯水温度は、例えば１０℃〜４５℃程度であり、貯湯タンク１側の熱交換器２１に貯湯タンク１側から導入される湯水の温度が一定温度であれば、浴槽湯水温度が低いほど熱交換器２２側に戻る湯水温は低くなり、この熱交換器２２内の湯水と熱交換されて熱交換器２１から貯湯タンク１側に戻る湯水の温度も低くなる。

利用者の使い勝手を考慮すると、貯湯タンク１側から熱交換器２１に導入される湯水温は一定温度が好ましく、貯湯タンク１側では熱交換器２１を通って戻される湯水温が何度であっても、ある程度の温度成層を保てることが好ましいが、例えば図９（ａ）に示されるように、貯湯タンク１内に、高温層Ｈ（例えば温度６５℃の水の層）と低温層Ｃ（例えば温度１５℃の水の層）が形成されている状態から、Ｍの部分において貯湯タンク１内の高温層Ｈから熱が取り出されると（Ｍの部分の水の温度が例えば１５℃より高く６５℃未満になると）、以下に述べるように温度成層を保つことができなくなる。

つまり、Ｍの部分の水は、水の比重の関係から、本来、高温層Ｈと低温層Ｃの間の高さに存在するはずであるから、例えば図９（ｂ）に示されるように、その本来存在する位置に向けて沈降する。そして、その沈降過程で高温層Ｈの水と攪拌され、温度が平均化されて図９（ｃ）に示されるようになり、高温層Ｈと低温層Ｃとの間の平均的な温度を有する大きな容量を持つ温度中間層（図のドット部分、参照）が形成される。

ここで形成される温度中間層は、層内の温度分布はあまり無いものの、例えば６５℃の高温層Ｈと例えば１５℃の低温層Ｃとの間の平均的な温度の温度範囲内の温度であるために、例えば前記の如く、発熱体２を発電装置により形成した場合の冷却水としては利用できない温度となったり、雑菌が繁殖しやすい温度となったりすることがある。そのような水が貯湯タンク１内に大量に存在し、本来、給湯利用として好ましい高温層Ｈの水や冷却水として利用しやすい低温層Ｃの水が非常に少ない容量であることは非常に好ましくない状態である。

なお、図９（ｄ）〜（ｆ）は、貯湯タンク１内の湯水温の温度平均化現象を補足するための参考図であり、図９（ｄ）に示されるように、貯湯タンク１内において、高温層Ｈ（例えば温度６５℃の水の層）の下側に形成されている低温層Ｃ（例えば温度１５℃の水の層）に、Ｍの部分において何らかの方法で熱を加えた場合にも大きな容量の温度中間層が形成される状態を示している。

つまり、図９（ｄ）において、例えばＭの部分の水の温度が例えば１５℃より高く６５℃未満になると、Ｍの部分の水は、水の比重の関係から、本来、高温層Ｈと低温層Ｃの間の高さに存在するはずであるから、例えば図９（ｅ）に示されるように、その本来存在する位置に向けて上昇する。そして、その上昇過程で低温層Ｃの水と攪拌され、温度が平均化されて図９（ｆ）に示されるようになり、この場合も、同様に、例えば６５℃の高温層Ｈと例えば１５℃の低温層Ｃとの間の平均的な温度をもつ大きな容量の温度中間層（図のドット部分、参照）が形成され、前記と同様の問題が生じることになる。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、貯湯槽に貯湯されている湯を給湯に利用できることに加えて湯の熱を暖房や風呂の追い焚き等に利用することもでき、使い勝手が良好で衛生的で省エネ性も向上可能な熱源装置を提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために、次の構成をもって課題を解決する手段としている。すなわち、第１の発明は、外部配置の加熱手段によって加熱された湯を貯湯する貯湯槽を有し、該貯湯槽内に貯留されている湯を該貯湯槽の上部側から導出する湯の通路が設けられ、前記貯湯槽内には該貯湯槽の略円筒形状の側壁の内側近傍に、該側壁がわに向けて凸となる態様で湾曲する湾曲形状部位を有する仕切りが前記貯湯槽の上下方向に伸設されて設けられ、該仕切りによって前記貯湯槽内が側壁側の小容積空間室と該小容積空間室以外の大容積空間室とに区分けされ、該大容積空間室と前記小容積空間室とは前記仕切りの上端側と下端側においてそれぞれ連通されており、前記貯湯槽には該貯湯槽内の湯の熱を外部に取り出すための貯湯槽熱的接続熱交換器が設けられ、該貯湯槽熱的接続熱交換器はその熱的接続面を前記小容積空間室を構成する前記貯湯槽の上部側の側壁外周面に沿わせ接触させて設けられて、該貯湯槽熱的接続熱交換器は前記小容積空間室内に貯湯されている湯との熱交換によって該小容積空間室内に貯湯されている湯の熱を外部に取り出す構成と成しており、前記仕切りは前記貯湯槽熱的接続熱交換器による熱交換動作時に生じる小容積空間室内の湯水の温度分布の乱れによる影響が前記大容積空間室に貯湯されている湯側に及ぶことを遮断する遮断壁と成している構成をもって課題を解決する手段としている。

また、第２の発明は、前記第１の発明の構成に加え、前記加熱手段は発電装置により形成され、該発電装置が熱供給用通路を介して貯湯槽に熱的に接続されていることを特徴とする。

本発明によれば、貯湯槽内に貯留されている湯を、該貯湯槽の上部側から湯の通路を通して導出して利用できることに加え、以下のように、湯の熱を暖房や風呂の追い焚き等に利用することもでき、使い勝手が良好で衛生的な熱源装置とすることができる。つまり、本発明においては、貯湯槽内には該貯湯槽の側壁の近傍に該貯湯槽の上下方向に伸設された仕切りが設けられて、該仕切りによって前記貯湯槽内が側壁側の小容積空間室と該小容積空間室以外の大容積空間室とに区分けされている。なお、大容積空間室と前記小容積空間室とは前記仕切りの上端側と下端側においてそれぞれ連通されている。

そして、前記貯湯槽には該貯湯槽内の湯の熱を外部に取り出すための貯湯槽熱的接続熱交換器が設けられて、該貯湯槽熱的接続熱交換器は前記小容積空間室内に貯湯されている湯との熱交換によって該小容積空間室内に貯湯されている湯の熱を外部に取り出す構成と成しているので、貯湯槽熱的接続熱交換器による熱交換動作時には、小容積空間室内の湯から熱が外部に取り出され、小容積空間室内は湯の温度の平均化が生じる。

また、このとき、大容積空間室側の高温の湯が仕切りの上端側から小容積空間室内に入り込み、温度平均化された湯が小容積空間室側から大容積空間室側に移動することが生じ、小容積空間室内に導入された高温の湯の熱が外部に取り出されて温度平均化が生じる、といったことが繰り返される。そのため、貯湯槽内の湯の熱の外部への取り出しは良好に行われ、かつ、大容積空間室と小容積空間室とは仕切りによって仕切られて仕切りの上端側と下端側でのみ連通されているので、前記のような湯（水）の移動が行われても、大容積空間室側の温度成層が大きく崩れることはない。

つまり、本発明においては、前記仕切りが、貯湯槽熱的接続熱交換器による熱交換動作時に生じる小容積空間室内の湯水の温度分布の乱れによる影響が前記大容積空間室に貯湯されている湯側に及ぶことを遮断する遮断壁と成しているため、大容積空間室には、熱の取り出しの初期から大容量の温度中間層が形成されることはなく、大容積空間室側は、温度成層が殆ど崩れないままで、貯湯槽内の湯の熱の外部への取り出しが行われる。そして、温度成層が殆ど崩れないまま、前記熱の取り出しに伴う蓄熱量の減少に伴って高温層の容量が徐々に小さくなっていく態様をとるため、例えば前記湯の熱の取り出し途中において貯湯槽内の湯が湯の通路から導出されて給湯への利用が行われる場合でも、その湯の利用を適切に行え、また、湯の熱を利用した暖房等の熱利用も有効に行うことができる。

また、貯湯槽熱的接続熱交換器による熱交換動作（熱の取り出し）開始時に高温層の容量が例えば貯湯槽の全容量の半分程度であるといったように少なめのときには、その容量によっては、熱交換動作によって形成される温度中間層の温度が低めとなり、熱の取り出し量によっては温度中間層の温度が衛生上好ましくない温度（３０〜４５℃程度）とならずにすむ状態にできる。なお、このような状態についての詳細は後述する。

また、加熱手段を発電装置により形成し、該発電装置を熱供給用通路を介して貯湯槽に熱的に接続することにより、発電装置の排熱を利用して貯湯槽内の湯水を加熱し、その湯を給湯に利用したり湯の熱を暖房等に利用したりできる。そして、このような発電装置の排熱を利用する熱源装置を本発明の構成を有する熱源装置とすることによって、貯湯槽に温度中間層が形成されにくく、低温層の水の温度を低く保ちやすいことから、発電装置の発電効率も向上でき、省エネ性の高い熱源装置を実現できる。

本発明に係る熱源装置の一実施例の模式的なシステム構成図である。 実施例の熱源装置に設けられている貯湯タンクの模式的な横断面図（ａ）と、その貯湯タンクを上部側の一部を省略して模式的に示す斜視図（ｂ）である。 その他の実施例の熱源装置に設けられている貯湯タンクの構成を、貯湯タンク上部側の一部を省略して模式的に示す斜視図である。 実施例の熱源装置に設けられている貯湯タンクにおいて湯の熱を外部に取り出すことにより生じる貯湯タンク内湯水温変化例を説明するための模式的な縦断面説明図である。 実施例の熱源装置に設けられている貯湯タンクにおいて湯の熱を外部に取り出すことにより生じる貯湯タンク内湯水温変化の別の例を説明するための模式的な縦断面説明図である。 貯湯タンクを備えた熱源装置のシステム構成例を示す模式的な説明図である。 貯湯タンク内の湯水が加熱されることによる温度成層形成状態を説明するための模式的な説明図である。 貯湯タンク内の湯の熱を利用して風呂の追い焚きを行う構成案を示す模式的なシステム図である。 貯湯タンク内の高温層または低温層に、高温層と低温層との間の温度の領域が形成された際の、温度中間層形成状態を説明するための模式的な説明図である。 比較例の熱源装置に設けられている貯湯タンクにおいて湯の熱を外部に取り出すことにより生じる貯湯タンク内湯水温変化例を説明するための模式的な縦断面説明図である。 別の比較例の熱源装置に設けられている貯湯タンクにおいて湯の熱を外部に取り出すことにより生じる貯湯タンク内湯水温変化の別の例を説明するための模式的な縦断面説明図である。 図１０に示す構成の熱源装置に設けられている貯湯タンクにおいて湯の熱を外部に取り出すことにより生じる貯湯タンク内湯水温変化の別の例を説明するための模式的な縦断面説明図である。 図１１に示す構成の熱源装置に設けられている貯湯タンクにおいて湯の熱を外部に取り出すことにより生じる貯湯タンク内湯水温変化例を説明するための模式的な縦断面説明図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。なお、本実施例の説明において、これまでの説明の例と同一構成要素には同一符号を付し、その重複説明は省略または簡略化する。

図１には、本発明に係る熱源装置の一実施例のシステム構成が模式的な断面図により示されている。同図に示されている熱源装置３は、従来例と同様に、貯湯槽（貯湯タンク）１と、補助熱源装置２７と、発熱体２と、これらを接続する通路とを有しているが、同図において、例えば発電装置により形成される発熱体２および発熱体２と貯湯タンク１とを接続する通路の図示は省略している。

補助熱源装置２７には、暖房回路２５が設けられており、暖房回路２５には、例えば同図に示されている温水マット３７等の適宜の暖房装置に接続される。なお、温水マット３７は床等に配設されるものであるが、図を分かりやすくするために、同図では立てかけた形状により図示されている。暖房回路２５は暖房用熱交換器２６と通路８，９とを有し、給湯回路１９は、給湯熱交換器２０と湯水供給通路１７と給湯通路１８とを有している。また、同図における符号１０は循環ポンプ、符号２８は暖房用バーナ、符号２９は給湯バーナを示す。

本実施例は、貯湯タンク１内に仕切り４を設けたことと、貯湯タンク１の側壁に、貯湯タンク１内の湯の熱を外部に取り出すための貯湯槽熱的接続熱交換器５を設けたことを特徴としている。図１および図２に示されるように、仕切り４は貯湯タンク１の側壁の近傍に設けられて、貯湯タンク１の上下方向に伸設されており、該仕切り４によって貯湯タンク１内が側壁側の小容積空間室６と該小容積空間室６以外の大容積空間室７とに区分けされている。なお、仕切り４は貯湯タンク１の上端側と下端側には設けられておらず、この構成によって、大容積空間室６と小容積空間室７とは、仕切り４の上端側と下端側においてそれぞれ連通されている。

また、本実施例において、仕切り４は樹脂により形成されて断熱性を有しており、図２（ａ）の横断面図に示される仕切り４の両側端部３０，３１は、それぞれ、貯湯タンク１の側壁内側に液密に固定されている。同図における角度θは約１２０度に形成されており、仕切り４の中央部と貯湯タンク１の側壁内側との間隔Ｓが仕切り４の両側端部と貯湯タンク１の側壁内側との間隔よりも広く形成されている。例えば貯湯タンク１の内径３００ｃｍに対し、Ｓ＝２ｃｍに形成されている。

貯湯槽熱的接続熱交換器５は、図１および図２（ａ）に示されるように、例えば貯湯タンク１の上部側に設けられ、貯湯タンク１の外周面と熱的に接続される曲面形状の熱的接続面を有して側壁外周側に沿って設けられて上下方向に伸されている。なお、暖房回路２５や風呂の追い焚き回路２３等、熱媒体を回路内で循環させる構成においては、貯湯タンク１内の湯水を暖房や追い焚きの回路２３内に直接導入することは好ましくないため、本実施例では、このような貯湯槽熱的接続熱交換器５を設けて貯湯タンク１内の湯の熱を暖房回路２５側に伝える構成を設け、貯湯槽熱的接続熱交換器５は、小容積空間室６内に貯湯されている湯との熱交換によって該小容積空間室６内に貯湯されている湯の熱を外部に取り出す構成と成している。

また、本実施例では、仕切り４が貯湯槽熱的接続熱交換器５による熱交換動作時に生じる小容積空間６内の湯水の温度分布の乱れによる影響が大容積空間室７に貯湯されている湯側に及ぶことを遮断する遮断壁と成す構成としており、本実施例において仕切り板４を設けることによる作用効果について、仕切り板４を有していない従来の貯湯タンク１を備えた比較例と比較して、以下に具体的に説明する。

図４、図５および図１０〜図１３には、本実施例の熱源装置と比較例の熱源装置とにおける貯湯槽内の湯の熱の取り出し状況と貯湯槽内の温度変化例をシミュレーションにより求めた結果がそれぞれ示されている。

図４、図５は、本実施例における状態を示し、図１０、図１１、図１２、図１３は、比較例における状態を示している。比較例は何れも本実施例において貯湯タンク１内に設けられている仕切り４が設けられていないものであり、図１０、図１２は、貯湯タンク１の側壁に熱交換器２１，２２を熱的に接続し、図１１、図１３は、貯湯タンク１の外周壁に熱交換器２２を直接的に設けている。熱交換器２２は、本実施例における貯湯槽熱的接続熱交換器５と同様に、暖房回路２５に設けられており、図１１、図１３では、その熱交換器２２が本実施例のように貯湯タンク１の側周壁の外壁に設けられている。なお、これらの例においては、いずれも、熱の取り出し位置は貯湯タンク１の上から約１０リットルの水位位置で、上から約１０リットルの水位から約６０リットルの水位の範囲にある５０リットルの容量の領域から熱の取り出しが行われるものである。

例えば図１０（ａ）に示されるように、比較例において、１５０リットルの容量の貯湯タンク１内に、１２０リットルの高温層Ｈ（水温６５℃）と３０リットルの低温層Ｃ（水温１５℃）が形成されていて、熱交換器２１と熱交換器２２とによる熱交換によって、熱の取り出しが行われる場合には、図１０（ａ）〜（ｅ）に順に示されるような現象が生じることが分かった。

図１０に示される例においては、熱交換器２１は図８に示したような貯湯タンク１内の湯を循環させる通路３９に設けられているものとし、熱交換器２２は暖房回路に設けられていると仮定し、暖房回路側に６５℃で熱を供給し、暖房回路を循環した水は、５５℃で熱交換器２２に戻ってくるものとしている。図１０（ａ）および、後述する図１１（ａ）の状態において、貯湯タンク１内における全蓄熱量は、（６５−１５）×１２０＝６０００ｋｃａｌであるから、暖房回路側に供給できる熱量は、（６５−５５）×（１２０−１０）＝１１００ｋｃａｌ（式Ａ）となり、図４（ａ）においても同様である。なお、前記（式Ａ）中の「１０」の値は、図４、１０、１１の各図の（ｅ）における高温層Ｈ部分の容積である１０リットルに対応する。

貯湯タンク１側から暖房回路側に熱を供給すると、３００ｋｃａｌ取り出し後の貯湯タンク１内の状態が図１０（ｂ）に示すようになり、６００ｋｃａｌ取り出し後の貯湯タンク１内の状態が図１０（ｃ）に示すようになり、９００ｋｃａｌ取り出し後の貯湯タンク１内の状態が図１０（ｄ）に示すようになり、１１００ｋｃａｌ取り出し後の貯湯タンク１内の状態が図１０（ｅ）に示すようになる。なお、高温層Ｈと低温層Ｃとの間に形成される温度中間層の温度はＤ、Ｅ、Ｆ、Ｇとなるにつれて６５℃よりも徐々に低くなり、最後のＧは、Ｇ＝５５℃となる

また、図１１に示される例では、図１０に示した例よりもさらに初期の段階（３００ｋｃａｌ取り出し後、図１１（ｂ）参照）から高温層Ｈの容量が非常に小さくなって温度中間層の容量が大きくなる。この温度中間層の温度は徐々に低くなり、例えば、同図におけるＤ〜Ｇの各温度は、同図におけるＤ＝６２．３℃、Ｅ＝５９．５℃、Ｆ＝５６．８℃、Ｇ＝５５℃である。

それに対し、図４に示される本実施例における状態では、貯湯槽熱的接続熱交換器５は小容積空間室６内に貯湯されている湯との熱交換によって小容積空間室６内に貯湯されている湯の熱を外部に取り出す構成と成しているので、貯湯槽熱的接続熱交換器５による熱交換動作時には、小容積空間６内の湯から熱が外部に取り出され、小容積空間室６内は湯の温度の平均化が生じるが、大容量空間室側の温度成層が殆ど崩れることない。

つまり、図１０、図１１に示される比較例のように熱の取り出しの初期から大容量の温度中間層が形成されることはなく、大容積空間室７側では温度成層を維持したまま、熱の取り出しに伴う蓄熱量の減少に伴い高温層Ｈの容量が徐々に小さくなっていくので、高温層Ｈの湯を利用した給湯や湯の熱を利用した暖房等の熱利用を有効に行うことができる。なお、図４においてもＧ＝５５℃であり、Ｅは５５℃より高く６５℃未満の範囲内の温度である。

また、貯湯槽熱的接続熱交換器５による熱の取り出しが行われる際、大容積空間室７側の湯が仕切り４の上端側から小容積空間６内に入り込み、小容積空間室６内の冷たい湯（水）が大容積空間室７側に移動するので、ポンプ無しで小容積空間室６内の湯からの熱の取り出し動作を行って貯湯タンク１内の湯から熱の取り出しが行える態様となり、図１０のようにポンプ３５を設ける構成に比べてコスト的に有利であり、しかも、前記の如く、大容積空間室７側の温度成層は大きく崩れることがない。

さらに、図１１に示した態様では、熱交換器２１，２２で取り出す温度（熱交換器２１，２２と熱交換する貯湯タンク１内の湯の温度）は次第に下がってしまうが、これに対し、図４に示す本実施例においては、大容積空間室７側から小容積空間６内に仕切り４の上端側から順次入り込む例えば６５℃といった一定の温度の湯が貯留されている領域から熱を取り出すことができるので、貯湯槽熱的接続熱交換器５を熱交換器２１，２２のように大きく形成しなくともよく、小さい貯湯槽熱的接続熱交換器５で効率的に熱を取り出すことができる。

また、図１２、図１３にはそれぞれ、前記と同様に、比較例において、１５０リットルの容量の貯湯タンク１内に、７５リットルの高温層Ｈ（水温６５℃）と７５リットルの低温層Ｃ（水温１５℃）を有する場合におけるシミュレーション結果が示されている。これらの例においても、熱交換器２１，２２あるいは熱交換器２２のみを設けており、高温層Ｈと低温層Ｃの容量以外は前記と同様である。例えば、熱交換器２１は図８に示したような貯湯タンク１内の湯を循環させる通路３９に設けられているものとし、熱交換器２２は暖房回路に設けられていると仮定している。また、暖房回路側に６５℃で熱を供給し、暖房回路を循環した水は、５５℃で熱交換器２２に戻ってくるものとしている。

図１２（ａ）、図１３（ａ）の状態において、貯湯タンク１内における全蓄熱量は、（６５−１５）×７５＝３７５０ｋｃａｌであるから、暖房回路側に供給できる熱量は、（６５−５５）×（７５−１０）＝６５０ｋｃａｌ（式Ｂ）となる。図５（ａ）においても同様である。なお、前記（式Ｂ）中の「１０」の値は、図５、１２、１３の各図の（ｅ）における高温層Ｈ部分の容積である１０リットルに対応する。

貯湯タンク１側から暖房回路側に熱を供給すると、図１２、図１３のそれぞれにおいて、２００ｋｃａｌ取り出し後の貯湯タンク１内の状態が（ｂ）に示すようになり、３５０ｋｃａｌ取り出し後の貯湯タンク１内の状態が（ｃ）に示すようになり、５００ｋｃａｌ取り出し後の貯湯タンク１内の状態が（ｄ）に示すようになり、６５０ｋｃａｌ取り出し後の貯湯タンク１内の状態が（ｅ）に示すようになる。なお、この温度中間層の温度は徐々に低くなり、図１２においては、Ｅについては６５℃〜５５℃の間の温度となり、Ｇ＝５５℃となり、図１３においては、温度中間層の温度は、それぞれ、Ｄ＝６２．３℃、Ｅ＝５９．５℃、Ｆ＝５６．８℃、Ｇ＝５５℃となる。

それに対し、図５に示される本実施例における状態では、図４に示した例と同様に、小容積空間室６内は湯の温度の平均化が生じるが、大容量空間室側の温度成層が殆ど崩れることなく（図１２、図１３に示される比較例のように熱の取り出しの初期から大容量の温度中間層が形成されることはなく）、大容積空間室７側では温度成層を維持したまま、熱の取り出しに伴う蓄熱量の減少に伴い高温層Ｈの容量が徐々に小さくなっていく。

また、図５の例では、大容積空間室７側に形成される温度中間層の温度は、貯湯タンク１の湯の熱の取り出し量が３５０ｋｃａｌ以下であれば非常に低い。例えば同図におけるＩ＝２３℃、Ｊ＝２９℃、Ｋ＝３４℃、Ｌ＝３９℃であり、図５（ｃ）までの状態ならば、温度中間層の温度は３０℃未満である（図５（ａ）では温度中間層無し、図５（ｂ）では温度中間層Ｉ＝２３℃、図５（ｃ）では温度中間層Ｊ＝２９℃）。そのため、図５（ａ）における低温層Ｃはもちろんのこと、図５（ｂ）や図５（ｃ）における温度中間層（ＩやＪ）の水を発熱体２である発電装置の冷却水として利用できるし、雑菌の繁殖による衛生上の問題も懸念されない。

なお、例えば、貯湯タンク１内の湯の熱の取り出し量が３５０ｋｃａｌを超えても温度中間層の温度は比較的低めであり、最も高くなる図５（ｅ）であっても温度中間層Ｌの温度は３９℃である。このため、温度中間層の水を発電装置の冷却水として利用することができる。また、温度中間層の水の温度が３０℃以上となると雑菌が繁殖しやすくなるものの、雑菌繁殖には例えば３０℃を超える程度（例えば４０℃未満）の温度では１００時間以上放置されることが必要である。つまり、温度中間層の温度が３０℃以上になっても短時間では雑菌繁殖の問題は懸念されず、例えば１００時間といったような長い時間放置されると懸念されるので、このような雑菌繁殖の懸念を払拭するためには、以下のような構成を設けるとよい。

例えば、図５に示されるような例においては、貯湯タンク１の湯の熱の取り出し量が３５０ｋｃａｌを超える使用量となるような事態が発生した際に、例えばその使用の翌日と２日後（明日、明後日）に例えば不在となるかどうかを確認する手段を設ける。例えば貯湯タンク１の湯の熱の取り出し量が３５０ｋｃａｌを超える使用量となりそうなときには、その旨を例えばリモコン装置により報知し、その使用の翌日と２日後に使用予定があるか否かの入力を利用者が例えばリモコン装置の操作によって行えるように促す。

利用者が不在とならなければ、発電装置による発電動作時に温度中間層の水が冷却水として使用されて減少していき、高温層Ｈの湯の量が増えるといった動作が行われるので、温度中間層の水に雑菌が繁殖して問題となる前に冷却水として使用されてしまうことから問題はない。そのため、不在とならないならば、貯湯タンク１の湯の熱の取り出し量を、３５０ｋｃａｌを超えての取り出しとなることを許可するようにし、不在となるようであれば、貯湯タンク１からの湯の熱の取り出しを停止させるようにしてもよい。

このようにすると、貯湯タンク１の湯の熱の取り出し量が３５０ｋｃａｌを超える使用量となるような事態が発生しても、雑菌の繁殖の懸念が生じる前に次の使用が生じるため衛生上の懸念が無く、より一層、安心して利用できる熱源装置を実現できる。なお、１００時間経過には４日以上必要になるので、不在となる日数が４日以内の場合、あるいは３日以内の場合に貯湯タンク１からの湯の熱の取り出しを許可してもよいが、前記のように２日間不在となるようなときには貯湯タンク１からの湯の熱の取り出しを停止させるようにすると、より一層、雑菌の繁殖の懸念が発生することを防止できる。

また、利用者の発電装置の利用状況等を学習する手段を設け、３日以上留守にするような利用の仕方であるかどうかを判断するようにしてもよい。そのようなことが無い場合には、貯湯タンク１の湯の熱の取り出し量が３５０ｋｃａｌを多少超える使用量となっても前記のような雑菌繁殖による懸念は心配せずに利用できるはずであり、前記のような制御をしなくても大丈夫である可能性もあるが、３日以上留守にするような場合には利用者が例えばリモコン装置の操作によってその旨を入力できるようにし、取扱説明書に記載したり熱源装置の使用初期時にリモコン装置から報知したりしてもよい。

なお、図５の例において、図５（ｅ）のＬの領域の温度は以下のようにして求められる。この状態は、６５０ｋｃａｌの熱を取り出した後の状態であるから、全熱量は、３７５０−６５０＝３１００ｋｃａｌであり、そのうち、高温層Ｈの湯の熱量を引くと、３１００−（１０×５０）＝２６００ｋｃａｌとなる。仕切り４の下端は貯湯タンク１の上から１２０リットルの位置にあり、貯湯タンク１の上から１０リットルの位置（高温層Ｈの下端）から１２０リットルの位置（仕切り４の下端）までに貯水されている（Ｌの領域の）１１０リットルの水は、温度が、低温層Ｃの温度であって給水温度である１５℃よりも前記熱量分だけ高くなるので、２６００÷１１０＋１５＝３８．６℃（約３９℃）となる。

なお、本発明は、前記実施例に限定されるものでなく、本発明の技術的範囲を逸脱しない範囲において様々な態様を採り得る。例えば、前記実施例では仕切り４を樹脂により形成したが、仕切り４を樹脂により形成する代わりに、例えば金属板の表面と裏面とに断熱性のある樹脂を塗布したり樹脂フィルムを設けたりして形成することや、金属を複数枚、隙間を設けて重ねるように構成することもできる。

また、貯湯タンク１内に設けられる仕切り４は、貯湯タンク１の側壁の近傍において貯湯タンク１の上下方向に伸設され、仕切り４によって区分けされる大容積空間室７と小容積空間室６とが仕切り４の上端側と下端側においてそれぞれ連通されるように設けられれば、仕切り４と貯湯タンク１の側壁内側との間隔や仕切り４の配設態様は特に限定されるものでなく、適宜設定されるものであり、例えば図３（ａ）〜（ｃ）に示されるような筒状の仕切り４としてもよい。

図３（ａ）に示される例は、仕切り４の底部を貯湯タンク１の底部側に固定する例であり、図３（ｂ）は、仕切り４に外側に突出する突起部３３を設け、突起部３３をスポット溶接等により貯湯タンク１の側壁内面に固定する例であり、図３（ｃ）は、仕切り４を貯湯タンク１内に偏心状に設けて仕切り４と貯湯タンク１内壁とが接する部分３４を溶接等により固定する例である。なお、このように溶接固定を行う構成においては、その固定部に対応させて貯湯タンク１にサーミスタを設けて、大容積室７側の温度を測れるようにしてもよい。

これらの例のように、仕切り４を筒状に形成する場合は、仕切り４によって区分けされる小容積空間室６と大容積空間室７が仕切り４の上端側と下端側とで連通するようにするためには、筒状の仕切り４を貯湯タンク１内で浮かせたような状態とすることが必要である。そのため、例えば図３（ａ）に示されるように、仕切り４の底部を貯湯タンク１の底部側に固定する場合には、仕切り４の下部側に貫通孔４０を形成する等して湯水の通り道を形成し、例えば図の矢印に示されるように湯が通るようにするとよい。

さらに、前記実施例では、貯湯槽熱的接続熱交換器５を貯湯タンク１の側壁外周側に設けたが、貯湯槽熱的接続熱交換器５を貯湯タンク１内の貯湯タンク１内周壁と仕切り４との間に設けてもよく、また、貯湯槽熱的接続熱交換器５を貯湯タンク１の外周壁に接する態様とせずに離れた位置に設けて貯湯タンク１と熱的に接続してもよい。

さらに、発熱体２は発電装置とは限らず、太陽熱温水ユニットやヒートポンプユニット等としてもよい。

さらに、補助熱源装置２７は、暖房回路２５を有するとは限らず、追い焚き用の回路を有して、その追い焚き用に貯湯タンク１内の湯の熱を利用できるようにしてもよく、補助熱源装置２７の詳細な構成は特に限定されるものではなく、適宜設定されるものである。

本発明の熱源装置は、貯湯槽の湯を給湯に利用できることに加えて、湯の熱を暖房等にも利用できるので、例えば家庭用の熱源装置として利用できる。

１ 貯湯タンク
２ 発熱体
３ 熱源装置
４ 仕切り
５ 貯湯槽熱的接続熱交換器
６ 小容積空間室
７ 大容積空間室
８，９ 通路
１４ 湯の通路
１９ 給湯回路
２５ 暖房回路
２７ 補助熱源装置
３０，３１ 端部
３３ 突起部

Claims (2)

1. 外部配置の加熱手段によって加熱された湯を貯湯する貯湯槽を有し、該貯湯槽内に貯留されている湯を該貯湯槽の上部側から導出する湯の通路が設けられ、前記貯湯槽内には該貯湯槽の略円筒形状の側壁の内側近傍に、該側壁がわに向けて凸となる態様で湾曲する湾曲形状部位を有する仕切りが前記貯湯槽の上下方向に伸設されて設けられ、該仕切りによって前記貯湯槽内が側壁側の小容積空間室と該小容積空間室以外の大容積空間室とに区分けされ、該大容積空間室と前記小容積空間室とは前記仕切りの上端側と下端側においてそれぞれ連通されており、前記貯湯槽には該貯湯槽内の湯の熱を外部に取り出すための貯湯槽熱的接続熱交換器が設けられ、該貯湯槽熱的接続熱交換器はその熱的接続面を前記小容積空間室を構成する前記貯湯槽の上部側の側壁外周面に沿わせ接触させて設けられて、該貯湯槽熱的接続熱交換器は前記小容積空間室内に貯湯されている湯との熱交換によって該小容積空間室内に貯湯されている湯の熱を外部に取り出す構成と成しており、前記仕切りは前記貯湯槽熱的接続熱交換器による熱交換動作時に生じる小容積空間室内の湯水の温度分布の乱れによる影響が前記大容積空間室に貯湯されている湯側に及ぶことを遮断する遮断壁と成していることを特徴とする熱源装置。
2. 加熱手段は発電装置により形成され、該発電装置が熱供給用通路を介して貯湯槽に熱的に接続されていることを特徴とする請求項１記載の熱源装置。

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