JP6924966B2

JP6924966B2 - 給湯装置

Info

Publication number: JP6924966B2
Application number: JP2017215167A
Authority: JP
Inventors: 常子今川; 由樹山岡
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2017-11-08
Filing date: 2017-11-08
Publication date: 2021-08-25
Anticipated expiration: 2037-11-08
Also published as: JP2019086227A

Description

本発明は、加熱手段で加熱した湯水を貯湯槽へ貯湯して利用する貯湯式給湯装置に関する。

この種の給湯装置は、加熱手段によって貯湯槽の底部から供給される水を高温に加熱し、断熱材で被覆された貯湯槽の上部へ貯留する一連のサイクルを繰り返すことにより、貯湯槽の全体又は一部に高温の湯水を蓄える。使用者が湯水を使用する給湯時には、加熱されていない水と混合することで所定温度にして給湯端末で使用する。
ここで用いるヒートポンプ式加熱手段の運転効率は、外気温と沸き上げ温度と加熱手段に供給される水の温度である入水温度とに依存し、外気温が高い場合、沸き上げ温度が低い場合、又は入水温度が低い場合に運転効率が向上する。外気温は季節や稼動時刻によって変動し、それに加えて入水温度は貯湯槽の温度状態によっても変動する。
特に、風呂追い焚きやラジエータ等の貯湯槽内の熱を利用する端末を使用する場合は、熱利用端末内の湯水と貯湯槽の湯水を熱交換器によって熱交換した後の、給水温度よりも高いがそのままでは給湯には使えない中間的な温度の温水（中温湯水）を貯湯槽へ戻す構成となっている。また、他の構成としては、熱利用端末内の湯水を貯湯槽内部に備えられている熱交換器によって貯湯槽内の湯水と熱交換し、熱交換によって発生した中温湯水は貯湯槽内にとどまる構成となっている。
本来は、貯湯槽の下部には給水温度と同程度の低温の水が存在しているが、熱利用端末の利用が発生する場合は、貯湯槽の下部の中温湯水が、沸き上げの際に加熱手段へ供給されるため、入水温度が上昇することになり効率は著しく低下する。

図８は、特許文献１に記載された従来の給湯装置を示す構成図である。
貯湯槽１の上端部から下部に向かって縦に伸びる中温水取り出し配管（中温出湯部）６０を貯湯槽１の内部に設け、中温出湯部６０の取水には中温湯水温度で開動作する形状バルブ６１ａ、６１ｂ、６１ｃを設けることで中温湯水を取水する給湯装置を提案している。貯湯槽１の上部からの高温湯水の取り出しを行う開閉弁８と、中温湯水の取り出しを行う開閉弁９との開閉には、貯湯槽１の側面に備え付けられた温度センサ７０ａ、７０ｂ、７０ｃを用いる。

特開２００６−１２５６７７号公報

しかしながら、貯湯槽１内での中温出湯部６０の上部は周囲の温度によって高温となっているため、取水配管を中温出湯部６０に変更した後は、貯湯槽１外へはまず高温湯水が流出し、その後中温湯水が流出される。出湯位置の下流側にある混合弁７へは、取り出し口と混合弁７の間の配管内の冷えた湯水が通過し、次に中温出湯部６０の上部の高温湯水が到達し、次に中温湯水が到達する。流出される湯水の温度の変化は激しいため、混合弁７は所定の温度に調整する制御が追いつかず、給湯温度性能が悪化する可能性がある。

本発明は、中温出湯部からの中温湯水と低温湯水を混合する混合弁の駆動速度を変更することにより、給湯開始直後から安定した温度で給湯することを目的とするものである。

前記従来の課題を解決するために、本発明の給湯装置は、貯湯槽と、前記貯湯槽内の異なる高さから湯水を流入する複数の開口部を有する中温出湯部と、前記中温出湯部から流出する中温湯水を、前記中温湯水より温度の低い低温湯水と混合する混合弁とを備え、前記混合弁の、前記中温出湯部が前記中温湯水を流出し始めてから所定時間が経過するまでの駆動速度は、前記所定時間が経過した後の前記駆動速度よりも遅く、前記中温出湯部が前記中温湯水を流出し始めてから前記所定時間が経過するまでは、前記中温湯水を増加する方向に前記混合弁は動作し、前記所定時間が経過した後では、前記低温湯水を増加する方向に前記混合弁は動作することを特徴とするものである。
これにより、出湯開始直後の混合弁の駆動速度が低速になるため、混合弁から流出する混合湯水の温度のオーバーシュートとアンダーシュートを抑えることができ、給湯開始直後でも安定した温度で給湯することができ、利用者の快適性が確保されると共に、高温の湯水が給湯される不安全を回避することができる。また、混合弁を駆動させるために、混合弁は内部にステッピングモーターを内蔵しているが、混合弁を高速で駆動させる時間が少なくなるため、ステッピングモーターの耐久性も向上させることができる。

本発明によれば、中温出湯部を備えた給湯装置でも、給湯開始直後から安定した温度で給湯することができるため、省エネルギー性が高く利用者の利便性を損なわない給湯装置を提供できる。

本発明の実施の形態１による給湯装置を示す構成図横軸を温度、縦軸を貯湯槽高さとした温度分布図実施の形態１による中温出湯部の構成と動作を示す説明図実施の形態１による第２の混合弁から流出する混合湯水の温度の時間変化を表す図実施の形態１による第２の混合弁の駆動速度の時間変化を示す図実施の形態１による第２の混合弁の開度の時間変化を示す図本発明の実施の形態２による給湯装置を示す構成図従来の給湯装置を示す構成図

第１の発明は、貯湯槽と、前記貯湯槽内の異なる高さから湯水を流入する複数の開口部を有する中温出湯部と、前記中温出湯部から流出する中温湯水を、前記中温湯水より温度の低い低温湯水と混合する混合弁と備え、前記混合弁の、前記中温出湯部が前記中温湯水を流出し始めてから所定時間が経過するまでの駆動速度は、前記所定時間が経過した後の前記駆動速度よりも遅く、前記中温出湯部が前記中温湯水を流出し始めてから前記所定時間が経過するまでは、前記中温湯水を増加する方向に前記混合弁は動作し、前記所定時間が経過した後では、前記低温湯水を増加する方向に前記混合弁は動作することを特徴とする給湯装置である。
これにより、出湯開始直後に配管内の冷えた湯水と、その後の中温出湯部の上部の高温の湯水が、混合弁を通過するまでの混合弁の駆動速度を遅くし、その後、駆動速度を速くして湯水を所定の混合温度になるよう制御することになる。そのため、湯水の温度のオーバーシュート、アンダーシュートを抑えることができるようになり、利用者の快適性が確保される。また、混合弁の高速駆動の時間が少なくなるため、混合弁内蔵のステッピングモーターの耐久性も向上させることができる。また、中温出湯部の上部の高温の湯水が流出することによって、湯水の温度がオーバーシュートすることを防ぐことができる。

第２の発明は、貯湯槽と、前記貯湯槽内の異なる高さから湯水を流入する複数の開口部を有する中温出湯部と、前記中温出湯部から流出する中温湯水を、前記中温湯水より温度の低い低温湯水と混合する混合弁と、前記中温温水の流出を検知する流量検知手段と、前記混合弁から流出する混合湯水の温度を検知する温度検知手段と、前記混合弁の駆動速度及び動作方向を制御して、前記温度検知手段で検知される前記温度が、設定された目標給湯温度となるように前記混合弁を動作させる制御手段とを備え、前記混合弁の、前記中温出湯部が前記中温湯水を流出し始めてから所定時間が経過するまでの前記駆動速度は、前記所定時間が経過した後の前記駆動速度よりも遅く、前記所定時間は、前記流量検知手段で前記中温湯水の流出を検知した後から、前記温度検知手段で前記目標給湯温度を最初に検知する前までの間に設定されることを特徴とする給湯装置である。
これにより、出湯開始直後に配管内の冷えた湯水と、その後の中温出湯部の上部の高温の湯水が、混合弁を通過するまでの混合弁の駆動速度を遅くし、その後、駆動速度を速くして湯水を所定の混合温度になるよう制御することになる。そのため、湯水の温度のオーバーシュート、アンダーシュートを抑えることができるようになり、利用者の快適性が確保される。また、混合弁の高速駆動の時間が少なくなるため、混合弁内蔵のステッピングモーターの耐久性も向上させることができる。また、速度を変更するための所定時間を適切に設定でき、湯水の温度のオーバーシュート、アンダーシュートを抑えることができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は実施の形態１による給湯装置を示す構成図である。
本実施の形態１による給湯装置は、貯湯槽１と、この貯湯槽１の水を加熱する加熱手段２と、貯湯槽１内の高温の湯水（高温湯水）を流出させる給湯口３と、貯湯槽１外に配設され、貯湯槽１内の高温湯水を加熱源として用いる熱交換器４とを備えている。熱利用端末５は、熱交換器４によって加熱された熱媒体を利用する。

貯湯槽１の下部には、給水管１１が接続されている。貯湯槽１は、給水管１１から供給される水で常に一定の湯量を維持している。給水管１１の接続端１１ａは、給水管１１の貯湯槽接続位置となる。
加熱手段２には、例えばヒートポンプ装置を用いることができる。貯湯槽１と加熱手段２とは、出水管２１と戻り管２２とで接続される。出水管２１は、一端を貯湯槽１の下部に接続し、他端を加熱手段２に接続している。戻り管２２は、一端を加熱手段２に接続し、他端を貯湯槽１の上部に接続している。貯湯槽１の下部に存在する低温の湯水（低温湯水）は、出水管２１によって加熱手段２に導かれる。加熱手段２で加熱された高温湯水は、戻り管２２によって貯湯槽１の上部に戻され、温度成層状態にて貯湯される。
給湯口３は、第１の出湯管３１によって貯湯槽１と接続される。第１の出湯管３１は、一端３１ａを貯湯槽１の上部に接続し、他端を給湯口３に接続している。貯湯槽１の上部に存在する高温湯水は、第１の出湯管３１によって給湯口３に導かれる。第１の出湯管３１の一端３１ａは、第１の出湯管３１の貯湯槽接続位置となる。
第１の出湯管３１には、第１の混合弁６と第２の混合弁７とを設けている。第１の混合弁６は、第２の混合弁７より上流側、すなわち貯湯槽１側に設けている。

第１の混合弁６には、第２の出湯管３２が接続される。第２の出湯管３２は、一端を貯湯槽１の鉛直方向の中間部に接続し、他端を第１の混合弁６に接続している。貯湯槽１の鉛直方向の中間部に存在する中温の湯水（中温湯水）は、第２の出湯管３２によって第１の混合弁６に導かれる。
第２の混合弁７には、給水分岐管１２が接続される。給水分岐管１２は、一端を給水管１１に接続し、他端を第２の混合弁７に接続している。給水分岐管１２から供給される低温湯水は、第２の混合弁７に導かれる。
第１の混合弁６には、第１の出湯管３１から高温湯水が流入し、第２の出湯管３２から中温湯水が流入する。流入する高温湯水と中温湯水とは、第１の混合弁６で混合された後に、第２の混合弁７に導かれる。
第２の混合弁７には、第１の混合弁６からの湯水と、給水分岐管１２からの低温湯水とが流入する。第１の混合弁６からの湯水と低温湯水とは、第２の混合弁７で混合された後に、給湯口３に導かれる。

貯湯槽１と熱交換器４とは、熱利用出湯管４１と熱利用戻り管４２とで接続される。熱利用出湯管４１は、一端を貯湯槽１の上部に接続し、他端を熱交換器４に接続している。熱利用戻り管４２は、一端を熱交換器４に接続し、他端４２ａを貯湯槽１の鉛直方向の中間部に接続している。熱利用戻り管４２の他端４２ａは、熱利用戻り管４２の貯湯槽接続位置となる。熱利用戻り管４２には、循環ポンプ４３を設けている。貯湯槽１の上部に存在する高温湯水は、熱利用出湯管４１によって熱交換器４に導かれる。熱交換器４で放熱された中温湯水は、熱利用戻り管４２によって貯湯槽１の鉛直方向の中間部に戻される。
熱交換器４と熱利用端末５とは、熱媒体供給管５１と熱媒体戻り管５２とで接続される。熱媒体供給管５１は、一端を熱交換器４に接続し、他端を熱利用端末５に接続している。熱媒体戻り管５２は、一端を熱利用端末５に接続し、他端を熱交換器４に接続している。熱媒体戻り管５２には、循環ポンプ５３を設けている。熱利用端末５の熱媒体は、熱媒体戻り管５２によって熱交換器４に導かれる。熱交換器４で加熱された熱媒体は、熱媒体供給管５１によって熱利用端末５に供給される。

貯湯槽１内には、中温出湯部６０が配設されている。
中温出湯部６０は、複数の開口部６１ａ、６１ｂ、６１ｃと取出部６２とを有している。
複数の開口部６１ａ、６１ｂ、６１ｃは、貯湯槽１内に略鉛直方向に配設している。取出部６２は、第２の出湯管３２に接続される。
全ての開口部６１ａ、６１ｂ、６１ｃは、第１の出湯管３１の貯湯槽接続位置３１ａと給水管１１の貯湯槽接続位置１１ａとの間に配設している。複数の開口部６１ａ、６１ｂ、６１ｃを、貯湯槽１の鉛直方向の中間部に配設することで、異なる温度の中温湯水を取り出すことができる。
また、本実施の形態１によれば、複数の開口部６１ａ、６１ｂ、６１ｃを、貯湯槽１内に略鉛直方向に配設することで、貯湯槽１内の湯水を抜いた状態では、鉛直方向の最も低い位置にある開口部６１ｃから湯水が流出するため、中温出湯部６０内に湯水が残らない。従って、中温出湯部６０内に湯水が残留することによって生じる凍結破壊を防止できる。
複数の開口部６１ａ、６１ｂ、６１ｃの中で、少なくとも２つから異なる温度で流入した湯水は、混合されて取出部６２から第２の出湯管３２に流出する。

熱利用戻り管４２の貯湯槽接続位置４２ａは、最も高い位置にある開口部６１ａと最も低い位置にある開口部６１ｃとの間の高さとする。このように、熱利用戻り管４２から貯湯槽１内に戻る湯水の位置を、最も高い位置にある開口部６１ａと最も低い位置にある開口部６１ｃとの間の高さとすることで、熱利用戻り管４２から貯湯槽１内に流入して拡散する中温湯水を、高さの異なる開口部６１ａ、６１ｂ、６１ｃから取り出して給湯に利用できるため、特に加熱手段２としてヒートポンプ装置を用いる場合には、沸き上げ時に効率が低下する中温湯水の沸き上げ量を抑制し、省エネルギー性に優れた給湯装置を提供できる。
熱利用戻り管４２の貯湯槽接続位置４２ａは、最も高い位置にある開口部６１ａの次に高い位置にある開口部６１ｂの高さ以上とすることが好ましい。熱利用戻り管４２から貯湯槽１内に流入する中温湯水は、高温湯水よりも比重が大きいため、熱利用戻り管４２の貯湯槽接続位置より下方に、より多く拡散する。熱利用戻り管４２の貯湯槽接続位置より上方に配置する開口部６１ａよりも、熱利用戻り管４２の貯湯槽接続位置４２ａより下方に配置する開口部６１ｂ、６１ｃを多く設けることで、より多くの中温湯水を取り出すことができる。

全ての開口部６１ａ、６１ｂ、６１ｃは、取出部６２の高さ以下に配設している。全ての開口部６１ａ、６１ｂ、６１ｃを、取出部６２の高さ以下に配設することで、中温湯水の取出停止時には、取出部６２には開口部６１ａ、６１ｂ、６１ｃの位置にある湯水よりも高い温度の湯水で満たされているため、中温湯水の取出初期には、この高い温度の湯水を流出させることができる。従って、所定温度の湯水を早期に供給できる。

第１の出湯管３１には、第１の温度検知手段８１と、第２の温度検知手段８２と、流量検知手段８３とを設けている。第１の温度検知手段８１は、第１の混合弁６と第２の混合弁７との間に位置する第１の出湯管３１に設け、第１の混合弁６から流出する混合湯水の温度を検知する。第２の温度検知手段８２は、第２の混合弁７と給湯口３との間に位置する第１の出湯管３１に設け、第２の混合弁７から流出する混合湯水の温度を検知する。流量検知手段８３は、給湯口３の開放による第１の出湯管３１の湯水の流れを検知する。
第１の温度検知手段８１で検知される温度、第２の温度検知手段８２で検知される温度、及び流量検知手段８３で検知される湯水の流れは制御手段８４に入力される。
制御手段８４では、第１の混合弁６及び第２の混合弁７の駆動速度及び動作方向を制御して、第２の温度検知手段８２で検知される温度が、設定された目標給湯温度となるように第２の混合弁７を動作させる。なお、制御手段８４では、第１の温度検知手段８１で検知される温度が、設定された目標給湯温度より高い温度となるように第１の混合弁６を動作させる。

図２は、横軸を温度、縦軸を貯湯槽高さとした温度分布図を示し、図２（ａ）は本実施の形態１の場合であり、図２（ｂ）は開口部６１ｂだけから中温湯水を取り出し、開口部６１ｂの全開／全閉を所定温度（例えば、３５℃から４０℃の場合に開口部６１ｂを全開する）によって切り替える場合の例である。
Ｔ１は給水温度、Ｔ２は中温湯水の上限温度、Ｗｍａ、Ｗｍｂは給水温度Ｔ１から中温湯水上限温度Ｔ２までの中温湯水の層、実線は中温出湯部６０から出湯する前の温度分布、破線は中温出湯部６０から出湯した場合の温度分布である。

図２（ｂ）に示すように、温度による開閉の単純な切り替えでは、開口部６１ｂ付近に存在している湯水が所定の温度の場合にしか取り出されない。出湯されるとき、貯湯槽１の湯水は全体的に上方に移動するため、開口部６１ｂ付近に、所定温度、例えば、３５〜４０℃の湯水が差し掛かった場合にのみ取り出され、出湯した後の中温湯水の領域はＷｍｂとなる。
一方、図２（ａ）に示すように、本実施の形態１の場合は、開口部６１ｂ付近の湯水と開口部６１ｃの温水を混合するため、取り出される温度に制限がない。貯湯槽１の湯水が上部に移動しても、後述する形状記憶部によってそれぞれの開口部から湯水を吸い上げ、所定の温度で湯水を混合するためである。
その結果、出湯した後の中温湯水の領域はＷｍｂよりも中温湯水が少ないＷｍａとなり、中温水を有効に利用でき、沸き上げ時に効率が低下する中温湯水の沸き上げ量を抑制できることがわかる。

図３は実施の形態１による中温出湯部の構成と動作を示す説明図である。
図３（ａ）を用いて中温出湯部６０の構成を説明する。
中温出湯部６０は、複数の開口部６１ａ、６１ｂ、６１ｃ、６１ｄと、取出部６２と、複数の開口部６１ａ、６１ｂ、６１ｃ、６１ｄのそれぞれの開口面積を変更する切替部６３ａ、６３ｂと、周囲の湯温に基づいて切替部６３ａ、６３ｂを移動させる形状記憶部６４ａ、６４ｂとを有している。なお、開口部６１ｄは、開口部６１ｂ若しくは開口部６１ｃから流入する湯水、又は開口部６１ｂ及び開口部６１ｃから流入する湯水を流入して取出部６２に導く。
複数の開口部６１ａ、６１ｂ、６１ｃ、６１ｄは、筒状の中温出湯部本体６５に形成されている。開口部６１ｃは、中温出湯部本体６５の下端開口６５ａに連通させている。開口部６１ｂは、開口部６１ｃより上方に形成している。開口部６１ｄは、開口部６１ｂより上方に形成している。開口部６１ａは、開口部６１ｄより上方に形成している。
中温出湯部本体６５内には、混合部６６ａ、６６ｂを形成している。
混合部６６ａは、開口部６１ａより上方に形成している。混合部６６ｂは、開口部６１ｂより上方で開口部６１ｄより下方に形成している。

切替部６３ａは、高さ方向に移動することで、開口部６１ａと開口部６１ｄとの開口面積を変更する。
切替部６３ａの上方（下流側）には、形状記憶部６４ａが配置されている。形状記憶部６４ａは、周囲の湯温が所定温度より低くなると切替部６３ａを上方に移動する。なお、図示のように、形状記憶部６４ａとともに付勢バネ６７ａを用いて切替部６３ａを移動することが好ましい。形状記憶部６４ａとともに付勢バネ６７ａを用いることで、昇温時と降温時での動作温度を一致させることができる。
切替部６３ｂは、高さ方向に移動することで、開口部６１ｂと開口部６１ｃとの開口面積を変更する。
切替部６３ｂの上方（下流側）には、形状記憶部６４ｂが配置されている。形状記憶部６４ｂは、周囲の湯温が所定温度より低くなると切替部６３ｂを上方に移動する。なお、図示のように、形状記憶部６４ｂとともに付勢バネ６７ｂを用いて切替部６３ｂを移動することが好ましい。形状記憶部６４ｂとともに付勢バネ６７ｂを用いることで、昇温時と降温時での動作温度を一致させることができる。

以下に、取出部６２での湯温を４０℃に設定している場合の中温出湯部本体６５の動作を説明する。本実施の形態１では、形状記憶部６４ａ、６４ｂは、周囲の湯温が４０℃を下回ると、縮む方向に動作するように設定している。

図３（ａ）は、中温出湯部本体６５の下端開口６５ａでの湯温が４５℃の状態を示している。
下端開口６５ａでの湯温が４０℃より高いため、形状記憶部６４ｂは伸びた状態にあり、切替部６３ｂは下方に移動している。切替部６３ｂが下方に移動した状態では、開口部６１ｃは開口し、開口部６１ｂは閉塞している。
また、形状記憶部６４ａは、下端開口６５ａより高い位置であり、形状記憶部６４ａの周囲の湯温も４０℃より高いため、伸びた状態にあり、切替部６３ａは下方に移動している。切替部６３ａが下方に移動した状態では、開口部６１ｄは開口し、開口部６１ａは閉塞している。
図３（ａ）の状態では、下端開口６５ａにある湯水は、開口部６１ｃから流入し、混合部６６ｂ、開口部６１ｄ、混合部６６ａを順に通って取出部６２に導かれる。

図３（ｂ）は、中温出湯部本体６５の下端開口６５ａでの湯温が２０℃に低下した状態を示している。
中温出湯部本体６５の下端開口６５ａでの湯温が低下すると、形状記憶部６４ｂの周囲の湯温が降下するため、形状記憶部６４ｂは縮み、切替部６３ｂが上方に移動する。
切替部６３ｂが上方に移動することで、開口部６１ｃの開口面積は減少し、開口部６１ｂが開口を始める。開口部６１ｃの開口面積が減少することで２０℃の水の流入量は減少し、開口部６１ｂの開口面積が増加することで６０℃の湯水の流入量は増加する。開口部６１ｂの開口によって形状記憶部６４ｂの周囲の湯温が上昇し、形状記憶部６４ｂの周囲の湯温が４０℃となるように切替部６３ｂが移動する。
図３（ｂ）の状態では、湯水は、開口部６１ｃと開口部６１ｂから流入し、混合部６６ｂ、開口部６１ｄ、混合部６６ａを順に通って取出部６２に導かれる。

図３（ｃ）は、開口部６１ｂでの湯温が４０℃に低下した状態を示している。
開口部６１ｂでの湯温が４０℃に低下すると、開口部６１ａからの湯水の流入によって、形状記憶部６４ｂの周囲の湯温は４０℃を下回るため、形状記憶部６４ｂは縮み、切替部６３ｂが上方に移動する。
切替部６３ｂが上方に移動することで、開口部６１ｃは閉塞し、開口部６１ｂだけが開口する。
図３（ｃ）の状態では、湯水は、開口部６１ｂだけから開口部６１ｄに流入し、混合部６６ｂ、開口部６１ｄ、混合部６６ａを順に通って取出部６２に導かれる。

図３（ｄ）は、開口部６１ｂでの湯温が４０℃を下回り、例えば２０℃に低下した状態を示している。
開口部６１ｂでの湯温が２０℃に低下すると、形状記憶部６４ａの周囲の湯温は４０℃を下回るため、形状記憶部６４ａは縮み、切替部６３ａが上方に移動する。
切替部６３ａが上方に移動することで、開口部６１ｄの開口面積は減少し、開口部６１ａが開口を始める。開口部６１ｄの開口面積が減少することで２０℃の水の流入量は減少し、開口部６１ａの開口面積が増加することで６０℃の湯水の流入量は増加する。開口部６１ａの開口によって形状記憶部６４ａの周囲の湯温が上昇し、形状記憶部６４ａの周囲の湯温が４０℃となるように切替部６３ａが移動する。
図３（ｄ）の状態では、湯水は、開口部６１ｂと開口部６１ａから流入し、混合部６６ａを通って取出部６２に導かれる。

図３（ｅ）は、開口部６１ａでの湯温が４０℃に低下した状態を示している。
開口部６１ａでの湯温が４０℃に低下すると、開口部６１ｂからの湯水の流入によって、形状記憶部６４ａの周囲の湯温は４０℃を下回るため、形状記憶部６４ａは縮み、切替部６３ａが上方に移動する。
切替部６３ａが上方に移動することで、開口部６１ｄは閉塞し、開口部６１ａだけが開口する。
図３（ｅ）の状態では、湯水は、開口部６１ａだけから流入し、混合部６６ａを通って取出部６２に導かれる。

なお、本実施の形態１では、形状記憶部６４ａと形状記憶部６４ｂとの動作温度を同じ４０℃として説明したが、形状記憶部６４ｂの動作温度を、形状記憶部６４ａよりも低く設定してもよい。取出部６２が形状記憶部６４ｂよりも高い位置としている場合には、開口部６１ｂまた開口部６１ｃからの湯水の温度が４０℃であると、周囲の高温の湯水からの熱伝導により温まった混合部６６ａ内の湯水と混合され、取出部６２では４０℃を超える湯温になるため、形状記憶部６４ｂの動作温度を４０℃より低い温度とすることで、取出部６２での設定温度からの大きな温度変動を抑えることができる。また、形状記憶部６４ｂの動作温度を、形状記憶部６４ａよりも低く設定し、切替部６３ｂでは大まかな温度調整を行い、切替部６３ａで厳密な温度調整を行わせることができる。

図４、図５、図６を用いて、本実施の形態１における第２の混合弁７の動作と出口温度の変化、および、開度の変化を説明する。

図４は本実施の形態１における第２の混合弁７から流出する混合湯水の温度の時間変化を表す図であり、第２の温度検知手段８２で検出される温度である。Ｔｓは給湯口３で給湯する目標温度であり、設定された目標給湯温度であり、ｔ０は給湯開始時刻である。また、１０１と１０２は第２の混合弁７から流出する混合湯水の温度を示し、１０１は第２の混合弁７の速度を変化させる場合で、１０２は第２の混合弁７の速度を変化さない場合である。

図５は、本実施の形態による第２の混合弁７の駆動速度の時間変化を示す図であり、２０１は第２の混合弁７の駆動速度を変化させる場合の駆動速度の時間変化で、２０２は第２の混合弁７の駆動速度を変化さない場合の駆動速度の時間変化である。駆動速度ａは駆動速度ｂよりも速く、駆動速度ｂよりも駆動速度ｃの方が速いことを示し、２０１は時間の経過に伴って低速の駆動速度ａから駆動速度ｂ、駆動速度ｃに変化する。２０２は給湯開始時刻ｔ０から高速の駆動速度ｃで駆動させる。

また、図６は第２の混合弁７の開度の時間変化を示す図である。３０１は第２の混合弁７の駆動速度を変化させる場合の開度の時間変化で、３０２は第２の混合弁７の駆動速度を変化さない場合の開度の時間変化である。第２の混合弁７は給湯が発生する給湯開始時刻ｔ０より前の時間では、高温湯水と低温湯水のどちらが到達しても対応できるように中間的な開度で待機をしている。
図６に示すように、中温出湯部６０が中温湯水を流出し始めてから所定時間ｔ１が経過するまでは、中温湯水を増加する方向に第２の混合弁７を動作させ、所定時間ｔ１が経過した後では低温湯水を増加する方向に第２の混合弁７を動作させる。
ここで、所定時間ｔ１は、流量検知手段8３で中温湯水の流出を、すなわち湯水の流れを検知した後から、第２の温度検知手段８２で目標給湯温度を最初に検知する前までの間に設定される。

まず、給湯が開始されると、中温湯水を流出し始めてから所定時間が経過するまでの間、すなわち、給湯開始時刻ｔ０から所定時間ｔ１の間は、第１の混合弁６と第２の混合弁７の間の配管と第２の出湯管３２の中の冷えた湯水が第２の混合弁７に到達し、第２の混合弁７は、混合湯水の温度が目標給湯温度Ｔｓに近づくように中温湯水を増加（低温湯水を減少）する方向に開度を動作する。次に所定時間が経過した後、すなわち所定時間ｔ１から所定時間ｔ２の間は、取出部６２内の中温湯水が到達しており、第２の混合弁７は開度を反転させて給水分岐管１２からの低温湯水が増加（中温湯水が減少）する方向に開度を動作する。しかし、第１の混合弁６と第２の混合弁７との間の配管内の湯水と、取出部６２内の中温湯水との温度の差が大きいため、所定時間ｔ１の時間になると温度が急激に変化し、第２の混合弁７の開度を反転させて開度を調整するのが間に合わず、１０２の温度は目標給湯温度Ｔｓに対してかなり中温湯水上限温度Ｔ２まで上昇する。この時、本実施の形態１によれば、図５の２０１のように給湯開始時刻ｔ０から所定時間ｔ１の間を駆動速度ａにすることにより、温度の上昇を給水温度Ｔ１にまで抑えることができる。つまり、給湯開始時刻ｔ０から所定時間ｔ１の間の駆動速度が低速であるため、図６に示すように、所定時間ｔ１の時点での第２の混合弁７の開度は、駆動速度を変化させない３０２よりも低温湯水を多く混合する割合になっている。

このように、中温出湯部６０から中温湯水が流出され始めてから所定時間ｔ１内は、第２の混合弁７の駆動位置は、中温出湯部６０からの中温湯水よりも温度の低い低温湯水を混ぜる位置となり、出湯開始直後から所定時間ｔ１内は、必ず温度の低い低温湯水が混合されるため、中温出湯部６０の上部の高温の湯水が流出しても安全性を損なうことがない。
また、第２の混合弁７の駆動位置が給湯開始直後から低温湯水を混ぜる位置となっているため、中温出湯部６０の上部の高温の湯水が第２の混合弁７に到達する際に、所定温度に近づけるための制御時間を短縮することができ、快適性を向上させることができる。そのため、所定時間ｔ１に中温湯水が到達するときに低温湯水の混合割合を早く増加させることができ、中温湯水が到達する際のオーバーシュートを抑えることができる。

次に、中温湯水の到達後の所定時間ｔ２では、中温出湯部６０で目標給湯温度Ｔｓに温度調整された湯水が到達する。この時、第２の混合弁７では、中温湯水を低温にするために低温湯水を多く混ぜる方向に開度調整をしていたが、目標給湯温度Ｔｓに近い中温湯水が到達するために、逆に低温湯水をほとんど混ぜない開度に調整しなくてはならなくなる。第２の混合弁７は、給湯開始時刻ｔ０以降、最も高速の駆動速度が必要とされる。そのため、所定時間ｔ２になった時点で、第２の混合弁７の駆動速度を最速の駆動速度ｃに設定して、開度の調整を行なう。これによって目標給湯温度Ｔｓに調整された中温湯水が到達しても湯水のアンダーシュートを抑制することができる。

以上のように、第２の混合弁７は、中温出湯部６０が中温湯水を流出し始めてから所定時間が経過するまでの駆動速度を、所定時間が経過した後の駆動速度よりも遅くしたことによって、第２の混合弁７から流出する混合湯水の温度のオーバーシュートを抑制し、その後、駆動速度を速くことによって、混合湯水の温度のアンダーシュートを抑制することができ、利用者の快適性を確保すると共に、高温の湯水が給湯される不安全を回避することができる。また、第２の混合弁７の駆動速度を遅くすることによって、高速で駆動する時間を短縮することができるため、内蔵しているステッピングモーターの耐久性を高めることができる。

また、給湯開始時刻ｔ０から所定時間ｔ２の時間帯は第２の混合弁７の開度を低温湯水を混ぜる位置に固定することによって、取出部６２からの中温湯水の温度を必ず下げることができるため混合湯水の温度のオーバーシュートを抑えることができる。
以上のように、給湯開始時刻ｔ０から所定時間ｔ２の間の時間は開度調整をする必要がないため、第２の混合弁７の駆動動作を簡略化できる上に、混合温度のオーバーシュート、アンダーシュートも抑制できる効果を得ることができる。
なお、駆動速度の変更は、給湯開始から第２の混合弁７に到達する温度を検知して、変更してもよい。

（実施の形態２）
図７は実施の形態２による給湯装置を示す構成図である。実施の形態１と同一構成部材には同一符号を付して説明を省略する。
本実施の形態２における熱交換器４は、貯湯槽１内に配設されており、貯湯槽１内の高温湯水を加熱源として用いている。熱交換器４と熱利用端末５とは、熱媒体供給管５１と熱媒体戻り管５２とで接続される。熱媒体供給管５１は、一端を熱交換器４に接続し、他端を熱利用端末５に接続している。熱媒体戻り管５２は、一端を熱利用端末５に接続し、他端を熱交換器４に接続している。熱媒体戻り管５２には、循環ポンプ５３を設けている。熱利用端末５の熱媒体は、熱媒体戻り管５２によって熱交換器４に導かれる。熱交換器４で加熱された熱媒体は、熱媒体供給管５１によって熱利用端末５に供給される。
また本実施の形態２においては、熱交換器４の上下方向の設置位置を、最も高い位置にある開口部６１ａと最も低い位置にある開口部６１ｃとの間の高さとすることで、比較的高い温度が維持される開口部６１ａ付近の湯水と、熱交換器４との熱交換によって貯湯槽１内に中温湯水が生じ比較的温度の低くなる開口部６１ｂ、または、開口部６１ｃとを混合して給湯に利用できるため、特に加熱手段２としてヒートポンプ装置を用いる場合には、沸き上げ時に効率が低下する中温湯水の沸き上げ量を抑制し、省エネルギー性に優れた給湯装置を提供できる。
また本実施の形態２においては、熱交換器４の上下方向の最も高い部位の設置位置を、最も高い位置にある開口部６１ａの次に高い位置にある開口部６１ｂの高さ以上とすることが好ましい。熱交換器４との熱交換によって生じる中温湯水は、高温湯水よりも比重が大きいため、熱交換器４の上下方向の最も高い部位の設置位置より下方に、より多く拡散する。熱交換器４の上下方向の最も高い部位の設置位置より上方に配置する開口部６１ａよりも、熱利用戻り管４２の貯湯槽接続位置より下方に配置する開口部６１ｂ、６１ｃを多く設けることで、より多くの中温湯水を取り出すことができる。

本発明による給湯装置は、貯湯槽内の湯水の熱を熱利用端末で利用する場合に、熱利用端末での利用による効率の低下を減少させるので、家庭用の給湯装置に適用できるほか、業務用などの規模の大きい用途にも適用でき、優れた省エネルギー性を提供できる。

１貯湯槽
２加熱手段
３給湯口
４熱交換器
５熱利用端末
６第１の混合弁
７第２の混合弁
１１給水管
１１ａ貯湯槽接続位置
１２給水分岐管
２１出水管
２２戻り管
３１第１の出湯管
３１ａ一端
３２第２の出湯管
４１熱利用出湯管
４２熱利用戻り管
４２ａ他端
４３循環ポンプ
５１熱媒体供給管
５２熱媒体戻り管
５３循環ポンプ
６０中温出湯部
６１ａ、６１ｂ、６１ｃ、６１ｄ開口部
６２取出部
６３ａ、６３ｂ切替部
６４ａ、６４ｂ形状記憶部
６５中温出湯部本体
６５ａ下端開口
６６ａ、６６ｂ混合部
６７ａ、６７ｂ付勢バネ
８１第１の温度検知手段
８２第２の温度検知手段
８３流量検知手段
８４制御手段
ｔ０給湯開始時刻
ｔ１所定時間
ｔ２所定時間
Ｔ１給水温度
Ｔ２中温湯水上限温度
Ｔｓ目標給湯温度

Claims

貯湯槽と、
前記貯湯槽内の異なる高さから湯水を流入する複数の開口部を有する中温出湯部と、
前記中温出湯部から流出する中温湯水を、前記中温湯水より温度の低い低温湯水と混合する混合弁と
を備え、
前記混合弁の、前記中温出湯部が前記中温湯水を流出し始めてから所定時間が経過するまでの駆動速度は、前記所定時間が経過した後の前記駆動速度よりも遅く、
前記中温出湯部が前記中温湯水を流出し始めてから前記所定時間が経過するまでは、前記中温湯水を増加する方向に前記混合弁は動作し、前記所定時間が経過した後では、前記低温湯水を増加する方向に前記混合弁は動作することを特徴とする給湯装置。
貯湯槽と、
前記貯湯槽内の異なる高さから湯水を流入する複数の開口部を有する中温出湯部と、
前記中温出湯部から流出する中温湯水を、前記中温湯水より温度の低い低温湯水と混合する混合弁と、
前記中温温水の流出を検知する流量検知手段と、
前記混合弁から流出する混合湯水の温度を検知する温度検知手段と、
前記混合弁の駆動速度及び動作方向を制御して、前記温度検知手段で検知される前記温度が、設定された目標給湯温度となるように前記混合弁を動作させる制御手段と
を備え、
前記混合弁の、前記中温出湯部が前記中温湯水を流出し始めてから所定時間が経過するまでの前記駆動速度は、前記所定時間が経過した後の前記駆動速度よりも遅く、
前記所定時間は、前記流量検知手段で前記中温湯水の流出を検知した後から、前記温度検知手段で前記目標給湯温度を最初に検知する前までの間に設定されることを特徴とする給湯装置。