(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水を加熱する加熱手段と、
上部側が高温、下部側が低温になるように、温度の異なる水を成層して貯留する貯湯タンクと、
前記貯湯タンクから流出させた水を前記加熱手段に送り、前記加熱手段により加熱された温水を前記貯湯タンクの上部に設けられた上部流入口から前記貯湯タンクに流入させる第１の貯湯経路と、
前記貯湯タンクから流出させた水を前記加熱手段に送り、前記加熱手段により加熱された温水を前記貯湯タンクの前記上部流入口よりも低い位置に設けられた中間部流入口から前記貯湯タンクに流入させる第２の貯湯経路と、
前記貯湯タンクの上部に設けられた上部流出口から流出する温水と、前記貯湯タンクの前記上部流出口よりも低い位置に設けられた中間部流出口から流出する温水と、前記貯湯タンクの下部または外部から供給される低温水とのうちの少なくとも二つを混合させて出湯可能な出湯経路と、
前記出湯経路による出湯温度を使用者により設定可能とする出湯温度設定手段と、
を備え、
前記第１の貯湯経路で貯湯運転を行う場合には前記加熱手段の出口側での温水の温度を前記出湯温度設定手段の設定温度よりも高くし、前記第２の貯湯経路で貯湯運転を行う場合には前記加熱手段の出口側での温水の温度を前記設定温度よりも低くする貯湯式給湯装置。
【請求項２】
前記第１の貯湯経路で貯湯運転を行う場合には、前記貯湯タンク内の高温水の領域が、前記中間部流入口よりも低い高さに達するように運転し、
前記第１の貯湯経路での貯湯運転の実施後、前記第２の貯湯経路で貯湯運転を行う場合には、前記貯湯タンク内の前記中間部流入口以下の高さの領域にある高温水と、前記中間部流入口から流入する温水とが前記貯湯タンクの内部で混合して生成される温水の温度が、前記設定温度と同等、または前記設定温度以上になるように運転する請求項１記載の貯湯式給湯装置。
【請求項３】
前記中間部流出口と同等の高さ位置の前記貯湯タンク内の温度を計測する中間部温度計測手段と、
前記出湯経路により出湯する際に、前記中間部温度計測手段により計測される温度が前記設定温度以上である場合には、前記中間部流出口から流出する温水と前記低温水とを混合させることによって前記設定温度の温水を生成して出湯する請求項１または２記載の貯湯式給湯装置。
【請求項４】
１日の中で電力コストの低い時間帯に前記第１の貯湯経路で貯湯運転を行い、１日の中で集中的な出湯がある時間帯の前に前記第２の貯湯経路で貯湯運転を行う請求項１乃至３の何れか１項記載の貯湯式給湯装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、貯湯式給湯装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、深夜にはヒートポンプ装置で加熱した高温の湯を貯湯タンク内の上部に貯湯し、昼間にはヒートポンプ装置で加熱した中温の湯を貯湯タンク内の中間部に貯湯し、湯の使用時に貯湯タンクから出湯するときにはこの中間部の中温の湯から出湯するヒートポンプ式給湯装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２３０６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
冷凍サイクルで温水を生成する運転を行う場合、一般に、加熱後の温水の温度（以下、「加熱後温度」と称する）が低いほど運転効率が高く、加熱後温度が高いほど運転効率が低下する。特許文献１の装置では、昼間には中温水を貯湯する運転を行うことで、深夜に比べて加熱後温度を低くすることにより、貯湯タンク内への貯湯をすべて高温の湯で行う場合に比べて、効率を改善している。
【０００５】
特許文献１の装置では、深夜には高温の湯を貯湯タンク内の上部のみに貯湯し、昼間には貯湯タンク内の上部に貯められた高温の湯と下部に貯められた水との間に中温の湯を貯湯していくので、上部から順に高温の湯、中温の湯、水からなる層を乱すことなく貯湯することができる、としている（特許文献１の段落００５９参照）。しかしながら、特許文献１の装置では、深夜には高温の湯を貯湯タンク内の上部のみに貯湯するので、電力コストの安い深夜の間に貯湯タンク内に貯えることのできる蓄熱量が小さくなる。このため、電力コストの高い昼間に生成しなければならない熱量が多くなるので、電力料金が高くなる。
【０００６】
また、特許文献１の装置では、昼間に生成する中温水の温度を５０℃〜６５℃としている（特許文献１の段落００６８参照）。このように、加熱後温度が５０℃〜６５℃程度の場合には、効率の改善幅は必ずしも十分に大きくはない。
【０００７】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、貯湯タンクに多くの熱量を蓄熱できるとともに、装置の運転効率を向上させることができ、低コストで運転することのできる貯湯式給湯装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る貯湯式給湯装置は、水を加熱する加熱手段と、上部側が高温、下部側が低温になるように、温度の異なる水を成層して貯留する貯湯タンクと、貯湯タンクから流出させた水を加熱手段に送り、加熱手段により加熱された温水を貯湯タンクの上部に設けられた上部流入口から貯湯タンクに流入させる第１の貯湯経路と、貯湯タンクから流出させた水を加熱手段に送り、加熱手段により加熱された温水を貯湯タンクの上部流入口よりも低い位置に設けられた中間部流入口から貯湯タンクに流入させる第２の貯湯経路と、貯湯タンクの上部に設けられた上部流出口から流出する温水と、貯湯タンクの上部流出口よりも低い位置に設けられた中間部流出口から流出する温水と、貯湯タンクの下部または外部から供給される低温水とのうちの少なくとも二つを混合させて出湯可能な出湯経路と、出湯経路による出湯温度を使用者により設定可能とする出湯温度設定手段と、を備え、第１の貯湯経路で貯湯運転を行う場合には加熱手段の出口側での温水の温度を出湯温度設定手段の設定温度よりも高くし、第２の貯湯経路で貯湯運転を行う場合には加熱手段の出口側での温水の温度を設定温度よりも低くするものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、貯湯タンクに多くの熱量を蓄熱できるとともに、装置の運転効率を向上させることができ、低コストで運転することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態１の貯湯式給湯装置を示す構成図である。
【図２】本実施の形態１の貯湯式給湯装置における、貯湯タンク内の温度分布の１日の変化を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において共通する要素には、同一の符号を付して、重複する説明を省略する。
【００１２】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１の貯湯式給湯装置を示す構成図である。図１に示すように、本実施の形態１の貯湯式給湯装置１は、水を加熱する加熱手段としてのヒートポンプユニット１０と、貯湯タンク７を内蔵したタンクユニット２とを有している。ヒートポンプユニット１０と、タンクユニット２とは、水配管および電気配線（図示せず）を介して、接続されている。
【００１３】
ヒートポンプユニット１０内には、冷媒を圧縮する圧縮機３と、冷媒の熱によって水を加熱する水冷媒熱交換器４と、冷媒を膨張させる膨張弁５と、空気の熱を冷媒に吸熱させる空気熱交換器６と、空気熱交換器６に送風する送風機１５とが搭載されている。圧縮機３、水冷媒熱交換器４、膨張弁５、空気熱交換器６は、冷媒配管を介して環状に接続され、冷凍サイクルを構成する。ヒートポンプユニット１０内には、ヒートポンプユニット１０における計測および制御を実施する計測制御装置１１ａが更に搭載されている。
【００１４】
圧縮機３は、インバータにより回転数が制御され容量制御されるタイプであることが好ましい。水冷媒熱交換器４は、プレート式あるいは二重管式などの熱交換器であることが好ましく、流入する冷媒と水とが熱交換を行う。膨張弁５は、開度が可変である電子膨張弁であることが好ましい。空気熱交換器６は、送風機１５により送風される外気と冷媒との間で熱交換を行う。
【００１５】
タンクユニット２内には、貯湯タンク７と、湯水を循環させるポンプ８と、流路切替弁９ａと、混合弁９ｂと、混合弁９ｃと、混合弁９ｄと、電磁弁１４と、タンクユニット２における計測および制御を実施する計測制御装置１１ｂとが搭載されている。貯湯タンク７内には、上部側が高温、下部側が低温になるように、湯水を成層して貯留可能である。ポンプ８は、インバータにより回転数が制御され容量制御されるタイプであることが好ましい。計測制御装置１１ｂは、ヒートポンプユニット１０の計測制御装置１１ａに対し相互に通信可能に接続されている。
【００１６】
貯湯タンク７の上部には、上部流出入口７ａが設けられている。貯湯タンク７の、上部流出入口７ａよりも低い位置には、中間部流入口７ｂと、中間部流出口７ｃとが設けられている。中間部流入口７ｂと、中間部流出口７ｃとは、貯湯タンク７の中間部の、ほぼ同程度の高さ位置に設けられている。貯湯タンク７の下部には、下部流出口７ｄと、下部流入口７ｅとが設けられている。貯湯タンク７の下部流出口７ｄと、ポンプ８の吸入口とは、配管１６を介して接続されている。ポンプ８の吐出口と、水冷媒熱交換器４の入水口とは、配管１７を介して接続されている。水冷媒熱交換器４の出水口と、流路切替弁９ａの流入口とは、配管１８を介して接続されている。流路切替弁９ａの第１流出口と、貯湯タンク７の上部流出入口７ａとは、配管１９を介して接続されている。流路切替弁９ａの第２流出口と、貯湯タンク７の中間部流入口７ｂとは、配管２０を介して接続されている。
【００１７】
本実施の形態１の貯湯式給湯装置１では、ヒートポンプユニット１０およびタンクユニット２を循環する第１の貯湯経路および第２の貯湯経路を形成可能になっている。第１の貯湯経路は、貯湯タンク７の下部流出口７ｄを起点とし、配管１６、ポンプ８、配管１７、水冷媒熱交換器４、配管１８、流路切替弁９ａ、配管１９を経て、貯湯タンク７の上部流出入口７ａに至る構成となる。第２の貯湯経路は、貯湯タンク７の下部流出口７ｄを起点とし、配管１６、ポンプ８、配管１７、水冷媒熱交換器４、配管１８、流路切替弁９ａ、配管２０を経て、貯湯タンク７の中間部流入口７ｂに至る構成となる。第１の貯湯経路と、第２の貯湯経路との切り替えは、流路切替弁９ａの流路の切り替えにより実施される。
【００１８】
タンクユニット２には、外部から市水等の低温水を供給する給水配管２１が接続されている。給水配管２１は、貯湯タンク７の下部流入口７ｅに接続されている。給水配管２１を通る水は、下部流入口７ｅから貯湯タンク７内に流入する。
【００１９】
また、本実施の形態１の貯湯式給湯装置１には、外部に出湯する出湯経路として、浴槽５０へ出湯する湯張り経路と、例えばシャワー、カラン、流し台、洗面台などの給湯端末６０に出湯する給湯経路とを有している。この湯張り経路および給湯経路の構成について説明する。配管１９の途中から分岐した配管２２は、混合弁９ｂの第１流入口に接続されている。混合弁９ｂの第２流入口と、貯湯タンク７の中間部流出口７ｃとは、配管２３を介して接続されている。混合弁９ｂの流出口には、配管２４の一端が接続されている。配管２４の他端は、二つに分岐し、混合弁９ｃの第１流入口と、混合弁９ｄの第１流入口とにそれぞれ接続されている。給水配管２１から分岐した給水分岐管２５の末端は、二つに分岐し、混合弁９ｃの第２流入口と、混合弁９ｄの第２流入口とにそれぞれ接続されている。混合弁９ｃの流出口は、配管２６を介して、浴槽５０に接続されている。配管２６の途中には、電磁弁１４が設けられている。混合弁９ｄの流出口は、配管２７を介して、給湯端末６０に接続されている。なお、本実施の形態１では、給水配管２１から分岐した給水分岐管２５からの低温水を混合弁９ｃおよび混合弁９ｄに供給するように構成しているが、貯湯タンク７内の下部の低温水を混合弁９ｃおよび混合弁９ｄに供給するように構成しても良い。
【００２０】
湯張り経路は、貯湯タンク７の上部流出入口７ａから流出する高温水と、中間部流出口７ｃから流出する中温水とを混合弁９ｂにて混合させた後、更に混合弁９ｃにて低温水と混合し、電磁弁１４を経て、浴槽５０に出湯することができる。湯張り経路では、混合弁９ｂにおける混合比、および、混合弁９ｃにおける混合比を調整することにより、浴槽５０への出湯温度を制御することができる。
【００２１】
給湯経路は、貯湯タンク７の上部流出入口７ａから流出する高温水と、中間部流出口７ｃから流出する中温水とを混合弁９ｂにて混合させた後、更に混合弁９ｄにて低温水と混合し、給湯端末６０に出湯することができる。給湯経路では、混合弁９ｂにおける混合比、および、混合弁９ｄにおける混合比を調整することにより、給湯端末６０への出湯温度を制御することができる。
【００２２】
ヒートポンプユニット１０には、圧縮機３の吐出側の圧力を計測する圧力センサ１２ａと、圧縮機３の吸入側の圧力を計測する圧力センサ１２ｂとが設けられている。また、ヒートポンプユニット１０には、圧縮機３の吐出側の温度を計測する温度センサ１３ａと、圧縮機３の吸入側の温度を計測する温度センサ１３ｂとが設けられている。
【００２３】
タンクユニット２には、配管１８を通る温水の温度を計測する温度センサ１３ｃと、混合弁９ｂの下流側の配管２４を通る温水の温度を計測する温度センサ１３ｄと、湯張り経路の混合弁９ｃの下流側の配管２６を通る温水の温度を計測する温度センサ１３ｅと、給湯経路の混合弁９ｄの下流側の配管２７を通る温水の温度を計測する温度センサ１３ｆとが設けられている。温度センサ１３ｃが計測する温度は、ヒートポンプユニット１０（水冷媒熱交換器４）の出口側での温水の温度に相当する。また、貯湯タンク７の上部から下部にかけて、複数の温度センサ１３ｇ〜１３ｋが互いに異なる高さ位置に設けられており、それぞれの設置高さ位置における貯湯タンク７内の水温を計測する。このうち、温度センサ１３ｈ（中間部温度計測手段）は、貯湯タンク７の中間部流入口７ｂおよび中間部流出口７ｃと同程度の高さに設けられている。
【００２４】
本実施の形態１の貯湯式給湯装置１には、ユーザーインターフェース装置として、リモコン装置３０が接続されている。リモコン装置３０は、浴室あるいは台所などに設置され、タンクユニット２内の計測制御装置１１ｂと相互に通信可能に接続されている。本貯湯式給湯装置１の使用者は、リモコン装置３０を操作することにより、運転内容等を指示することができる。例えば、使用者は、リモコン装置３０を操作することにより、浴槽５０の湯張り温度を設定したり、給湯端末６０への給湯温度を設定したり、浴槽５０に自動で湯張りを行う時刻を予約したりすることができる。
【００２５】
ヒートポンプユニット１０内の計測制御装置１１ａは、圧力センサ１２ａ，１２ｂ、温度センサ１３ａ，１３ｂの計測情報や、使用者から指示される運転内容などに基づいて、圧縮機３の運転方法、膨張弁５の開度、送風機１５の送風量などを制御する。
【００２６】
タンクユニット２内の計測制御装置１１ｂは、温度センサ１３ｃ〜１３ｋの計測情報や、使用者から指示される運転内容などに基づいて、ポンプ８の運転方法、流路切替弁９ａの流路切り替え、混合弁９ｂ〜９ｄの開度（混合比）、電磁弁１４の開閉などを制御する。
【００２７】
次に、本貯湯式給湯装置１の運転動作について説明する。本貯湯式給湯装置１では、第１の貯湯運転、第２の貯湯運転、湯張り運転、給湯運転を行うことができる。
【００２８】
まず、第１の貯湯運転、第２の貯湯運転の動作について説明する。第１の貯湯運転と、第２の貯湯運転とは、流路切替弁９ａの流路切り替えにより、選択的に実施される。第１の貯湯運転は、第１の貯湯経路により実施される。第２の貯湯運転は、第２の貯湯経路により実施される。第１の貯湯運転および第２の貯湯運転では、双方に共通する動作として、圧縮機３およびポンプ８を駆動し、ポンプ８により貯湯タンク７内の下部の低温水をヒートポンプユニット１０へ搬送し、ヒートポンプユニット１０内の水冷媒熱交換器４にて加熱する。ヒートポンプユニット１０では、圧縮機３により昇圧された高温高圧のガス冷媒が水冷媒熱交換器４に流入し、水冷媒熱交換器４に流入する低温水を加熱しながら、放熱冷却され、高圧低温の冷媒となる。その後、冷媒は膨張弁５で減圧され低圧の二相冷媒となり、空気熱交換器６にて外気より吸熱して蒸発し、低圧低温のガスとなった後で圧縮機３に吸入される。
【００２９】
貯湯タンク７内の下部にあった低温水は、下部流出口７ｄから流出してポンプ８により搬送され、水冷媒熱交換器４にて加熱された後で、貯湯タンク７に戻される。この貯湯タンク７に戻される過程が、第１の貯湯運転と、第２の貯湯運転とで異なる。第１の貯湯運転では、水冷媒熱交換器４にて加熱された温水が上部流出入口７ａから貯湯タンク７内に流入する。第２の貯湯運転では、水冷媒熱交換器４にて加熱された温水が中間部流入口７ｂから貯湯タンク７内に流入する。
【００３０】
第１の貯湯運転を実施した場合、貯湯タンク７内では、上部に高温水（湯）、下部に低温水が滞留して温度成層が形成され、高温水と低温水との間に温度境界層が生成される。第１の貯湯運転が進むにつれて、低温水の割合が減少し、高温水の割合が増加し、温度境界層は、貯湯タンク７の下方へ移動する。
【００３１】
第２の貯湯運転を実施した場合、貯湯タンク７内では、中間部流入口７ｂから流入する温水が中間部流入口７ｂから下方に滞留し、貯湯タンク７の下部に低温水が滞留して温度成層が形成され、温水と低温水との間に温度境界層が生成される。第２の貯湯運転が進むにつれて、低温水の割合が減少し、温水の割合が増加し、温度境界層は、貯湯タンク７の下方へ移動する。また、第２の貯湯運転を実施する前に中間部流入口７ｂより下方に既に高温水が貯留している場合には、第２の貯湯運転を実施すると、中間部流入口７ｂから流入する温水と貯湯タンク７内の高温水とが混合した混合温水が中間部流入口７ｂから下方に滞留する。そして、第２の貯湯運転が進むにつれて、混合温水の割合が増加し、貯湯タンク７の下部の低温水の割合が減少する。
【００３２】
本実施の形態１では、第１の貯湯運転と、第２の貯湯運転とで、ヒートポンプユニット１０（水冷媒熱交換器４）の出口側での水温（以下、「加熱後温度」と称する）の設定を異ならせる。本実施の形態１では、第１の貯湯運転での加熱後温度の下限を６５℃とし、第１の貯湯運転での加熱後温度の上限を９０℃とし、この範囲において、使用湯量などを勘案して、第１の貯湯運転での加熱後温度が設定される。加熱後温度が低いほど、ヒートポンプユニット１０の運転効率が高くなる。このため、最も効率のよい運転を実施させる場合には、第１の貯湯運転の加熱後温度を下限である６５℃に設定する。なお、６５℃以上の温度であれば、貯湯タンク７内に長時間貯留した場合であっても、レジオネラ菌の繁殖を確実に回避することができる。
【００３３】
第２の貯湯運転では、出湯温度設定手段としてのリモコン装置３０にて使用者が設定する湯張り温度（あるいは給湯端末６０への給湯温度）に応じ、この設定温度より低温となるように加熱後温度が設定される。例えば、湯張り温度（あるいは給湯端末６０への給湯温度）の設定温度が４２℃である場合は、第２の貯湯運転の加熱後温度は、それよりも低温である２５℃に設定される。
【００３４】
ポンプ８で搬送される水流量は、温度センサ１３ｃにより計測される水冷媒熱交換器４の出口側の水温が、加熱後温度の設定値になるように、流量制御される。例えば、水冷媒熱交換器４の出口側の水温が加熱後温度の設定値よりも低い場合には、ポンプ８で搬送される水流量が少なくなるようにポンプ８の運転容量を低く制御し、水冷媒熱交換器４の出口側の水温が加熱後温度の設定値よりも高い場合には、ポンプ８で搬送される水流量が多くなるようにポンプ８の運転容量を高く制御する。
【００３５】
ヒートポンプユニット１０では、加熱後温度の設定値に応じて、圧縮機３の容量制御および膨張弁５の開度制御がなされる。圧縮機３の容量制御は、冷凍サイクルの高圧が、加熱後温度の設定値に応じて設定される目標値となるように制御される。すなわち、圧力センサ１２ａで計測される冷凍サイクルの高圧が目標値よりも低い場合には圧縮機３の運転容量を高く制御し、圧力センサ１２ａで計測される冷凍サイクルの高圧が目標値よりも高い場合には圧縮機３の運転容量を低く制御する。膨張弁５の開度制御は、冷凍サイクルの吐出温度が、加熱後温度の設定値に応じて設定される目標値となるように制御される。すなわち、温度センサ１３ａで計測される冷凍サイクルの吐出温度が目標値よりも低い場合には膨張弁５の開度を小さく制御し、温度センサ１３ａで計測される冷凍サイクルの吐出温度が目標値よりも高い場合には膨張弁５の開度を大きく制御する。ヒートポンプユニット１０では、このようにして加熱後温度に応じた制御を行い、各加熱後温度で効率最大となる運転がなされるように制御される。
【００３６】
次に、浴槽５０に湯張りを行う湯張り運転の動作について説明する。湯張り運転では、通常時は閉にされている電磁弁１４の開度が、開にされる。次いで、貯湯タンク７の上部流出入口７ａから流出する高温水と、中間部流出口７ｃから流出する中温水とが混合弁９ｂで混合される。続いて、混合弁９ｂから流出した混合温水と、給水分岐管２５から供給される低温水とが混合弁９ｃにて混合される。そして、温度センサ１３ｅで計測される混合弁９ｃの下流の温水の温度が、使用者が設定した湯張り温度になるように、混合弁９ｂおよび混合弁９ｃの開度がそれぞれ調整される。この際、混合弁９ｂは、貯湯タンク７の上部流出入口７ａから供給される高温水と、中間部流出口７ｃから供給される中温水との何れか一方の混合比をゼロにしても良い。すなわち、混合弁９ｂは、上部流出入口７ａから供給される高温水と、中間部流出口７ｃから供給される中温水との何れか一方のみを下流側に流しても良い。また、混合弁９ｃは、給水分岐管２５から供給される低温水の混合比をゼロにしても良い。
【００３７】
次に、給湯端末６０に出湯する給湯運転の動作について説明する。給湯運転では、貯湯タンク７の上部流出入口７ａから流出する高温水と、中間部流出口７ｃから流出する中温水とが混合弁９ｂで混合される。続いて、混合弁９ｂから流出した混合温水と、給水分岐管２５から供給される低温水とが混合弁９ｄにて混合される。そして、温度センサ１３ｆで計測される混合弁９ｄの下流の温水の温度が、使用者が設定した給湯温度になるように、混合弁９ｂおよび混合弁９ｄの開度がそれぞれ調整される。この際、混合弁９ｂは、貯湯タンク７の上部流出入口７ａから供給される高温水と、中間部流出口７ｃから供給される中温水との何れか一方の混合比をゼロにしても良い。すなわち、混合弁９ｂは、上部流出入口７ａから供給される高温水と、中間部流出口７ｃから供給される中温水との何れか一方のみを下流側に流しても良い。また、混合弁９ｄは、給水分岐管２５から供給される低温水の混合比をゼロにしても良い。
【００３８】
湯張り運転、給湯運転では、貯湯タンク７内の湯が外部に供給され、その供給された湯と同量の低温水が給水配管２１を通って下部流入口７ｅから貯湯タンク７内に流入する。そのため、湯張り運転あるいは給湯運転を実施すると、貯湯タンク７内の湯と低温水との温度境界層が、出湯量に応じて、上方へ移動する。
【００３９】
次に、本実施の形態１の貯湯式給湯装置１における、第１の貯湯運転および第２の貯湯運転を組み合わせた１日の運転方法について説明する。図２は、本実施の形態１の貯湯式給湯装置１における、貯湯タンク７内の温度分布の１日の変化を模式的に示す図である。なお、図２においては、給水配管２１から流入する低温水の温度を９℃とする。
【００４０】
図２（ｅ）は、電力コストの低い時間帯である深夜電力料金適用時間帯（本実施の形態１では、深夜２３時から翌朝７時までとする）の直前の状態を示している。この状態は、１日の終わりの状態、すなわち、当日の出湯がほとんど終了した状態に相当している。この図２（ｅ）の状態では、貯湯タンク７内の温度分布は、少量の高温水が上部に残っているのみで、それ以外の領域は給水配管２１から流入した低温水によって占められている。
【００４１】
図２（ｅ）の状態から、深夜電力料金適用時間帯になった場合には、第１の貯湯運転を実施する。図２においては、第１の貯湯運転の加熱後温度が６５℃に設定されたものとする。この第１の貯湯運転により、貯湯タンク７の上部から高温水（６５℃）が貯えられていき、貯湯タンク７内の温度分布は、深夜電力料金適用時間帯の終了時までに、図２（ａ）の状態となる。すなわち、図２（ａ）は、深夜電力料金適用時間帯が終了する、朝７時頃の温度分布を示している。第１の貯湯運転は、少なくとも、貯湯タンク７内の高温水の領域が中間部流入口７ｂより低い高さにまで到達するように、実施される。これにより、図２（ａ）の状態では、貯湯タンク７内の高温水と低温水との温度境界層は、貯湯タンク７の中間部流入口７ｂより低い位置にある。
【００４２】
また、深夜電力料金適用時間帯における第１の貯湯運転により貯湯タンク７内に貯えられる蓄熱量は、使用者の過去所定期間の平均使用湯量の実績などに応じて設定されることが望ましい。その場合、例えば、平均使用湯量の８０〜９０％程度に相当する熱量が貯えられるように第１の貯湯運転を実施することが好ましい。また、貯湯タンク７内の蓄熱量は、温度センサ１３ｇ〜１３ｋの計測温度から把握される貯湯タンク７内の温度分布より推算することができる。
【００４３】
昼間時間帯には、通常、１日の全平均使用湯量の１０％程度が、給湯運転により、貯湯タンク７から出湯される。この出湯した分だけ貯湯タンク７内の高温水が減少し、給水配管２１から低温水が流入するため、貯湯タンク７内の温度分布は、図２（ｂ）のようになる。なお、この給湯運転では、貯湯タンク７の上部流出入口７ａから流出する高温水と、給水分岐管２５から供給される低温水とを混合して、使用者が設定した給湯温度の温水を出湯するように運転される。すなわち、この給湯運転では、混合弁９ｂの開度は、貯湯タンク７の上部流出入口７ａからの高温水が１００％下流側に流出し、中間部流出口７ｃからの温水は流出しないように開度制御される。また、混合弁９ｄは、温度センサ１３ｆで計測される温度が使用者が設定した給湯温度になるように、高温水と低温水との混合比を開度制御により調節する。
【００４４】
次に、湯張り運転の前に行われる第２の貯湯運転について説明する。一般に、入浴は、夕刻もしくは夜間に実施される。入浴前の浴槽５０への湯張りは、貯湯タンク７からの出湯量としては１日の中で最大となる集中的な出湯であり、全体の４０〜５０％程度を占める。本実施の形態１では、この湯張りの前に、第２の貯湯運転を実施する。第２の貯湯運転では、加熱後温度を、使用者が設定した湯張り温度（例えば４２℃程度）よりも低い温度に設定する。図２では、第２の貯湯運転の加熱後温度を２５℃とする。第２の貯湯運転を開始する時刻としては、使用者の過去所定期間の湯張り実績に基づいて、その平均的な時刻よりも所定時間（例えば１〜２時間）前に第２の貯湯運転を開始することが望ましい。また、自動湯張りの予約がなされている場合には、その予約時刻までに第２の貯湯運転が完了するように、第２の貯湯運転の開始時刻を決定しても良い。
【００４５】
第２の貯湯運転を行うと、貯湯タンク７の中間部流入口７ｂから２５℃の中温水が流入し、もともと貯湯タンク７内にある６５℃の高温水と混合する。これにより、貯湯タンク７内の中間部流入口７ｂ以下の高さの領域に、４５℃の中温水が生成される。そのため、貯湯タンク７内の温度分布は、図２（ｃ）のようになる。このように、本実施の形態１では、第２の貯湯運転の開始前に貯湯タンク７内の中間部流入口７ｂ以下の高さの領域にある高温水（図２では６５℃）と、第２の貯湯運転により中間部流入口７ｂから流入する中温水（図２では２５℃）とが貯湯タンク７の内部で混合して生成される温水の温度（図２では４５℃）が、使用者が設定した湯張り温度（例えば４２℃程度）と同等かそれ以上になるように、第２の貯湯運転の加熱後温度および運転時間等を制御する。
【００４６】
第２の貯湯運転の実施後、湯張り運転が実施される。湯張り運転では、第２の貯湯運転の実施により貯湯タンク７内に生成した４５℃の中温水を出湯するように運転する。すなわち、湯張り運転では、貯湯タンク７の中間部流出口７ｃから流出する４５℃の中温水と、給水分岐管２５から供給される低温水とを混合して、使用者が設定した湯張り温度の温水を出湯するように運転される。この際、混合弁９ｂの開度は、貯湯タンク７の中間部流出口７ｃからの中温水が１００％下流側に流出し、上部流出入口７ａからの高温水は流出しないように開度制御される。また、混合弁９ｃは、温度センサ１３ｅで計測される温度が使用者が設定した湯張り温度になるように、４５℃の中温水と低温水との混合比を開度制御により調節する。このような湯張り運転により、貯湯タンク７内の４５℃の中温水の領域が減少するため、湯張り運転終了後の貯湯タンク７内の温度分布は、図２（ｄ）のようになる。
【００４７】
次に、湯張り運転終了後の給湯運転について説明する。湯張り運転終了後の給湯運転では、湯張り運転前の第２の貯湯運転で貯湯タンク７内に生成した中温水がまだ残っている場合には、この中温水を優先して出湯するように運転する。具体的には、次のように運転する。まず、温度センサ１３ｈで計測される、中間部流出口７ｃの高さ位置の温水温度が、使用者が設定した給湯温度よりも高い場合（例えば、中間部流出口７ｃの高さ位置の温水温度が４３℃、使用者が設定した給湯温度が４２℃の場合）には、貯湯タンク７の中間部流出口７ｃから流出する中温水と、給水分岐管２５から供給される低温水を混合して、使用者が設定した給湯温度の温水を出湯するように運転する。この場合、混合弁９ｂの開度は、貯湯タンク７の中間部流出口７ｃから流出する中温水が１００％下流側に流出し、上部流出入口７ａからの高温水は流出しないように開度制御される。また、混合弁９ｄは、温度センサ１３ｆで計測される温度が使用者が設定した給湯温度になるように、中温水と低温水との混合比を開度制御により調節する。中間部流出口７ｃからの中温水の出湯に伴い、貯湯タンク７内の中温水量が減少すると、中間部流出口７ｃの高さ位置の温水温度が低下する。そこで、温度センサ１３ｈで計測される、中間部流出口７ｃの高さ位置の温水温度が、使用者が設定した給湯温度よりも低くなった場合には、上部流出入口７ａから流出する高温水と、中間部流出口７ｃから流出する温水とを混合して出湯し、給水分岐管２５から供給される低温水は混合しないようにする。この場合、混合弁９ｂの開度は、温度センサ１３ｆで計測される温度が使用者が設定した給湯温度になるように、上部流出入口７ａからの高温水と中間部流出口７ｃからの温水との混合比を開度制御により調節する。混合弁９ｄでは、混合弁９ｂからの温水がそのまま出湯されるように開度制御され、給水分岐管２５からの低温水は混合されないようにする。この運転に伴い、貯湯タンク７内の６５℃の高温水の量も減少するため、貯湯タンク７内の温度分布は図２（ｅ）のようになる。
【００４８】
以上のようにして、１日の運転が終了し、深夜電力料金適用時間帯になった場合には、再び第１の貯湯運転が実施される。
【００４９】
上述した本実施の形態１の貯湯式給湯装置１の効果について説明する。まず、本貯湯式給湯装置１では、第２の貯湯運転において使用者の設定温度より低い温度（例えば２５℃程度）に加熱した中温水と、貯湯タンク７内の高温水（例えば６５℃）とが混合することによって貯湯タンク７内に生成した中温水を、湯張り運転の大量出湯に用いることができる。ヒートポンプユニット１０の運転効率は、温水の加熱後温度が低いほど高くなる。第２の貯湯運転では、加熱後温度を使用者の設定温度より低い温度にするので、通常の沸き上げに比べて加熱後温度を極めて低い温度（例えば２５℃）にできることから、ヒートポンプユニット１０の運転効率を極めて高くすることができる。そして、本実施の形態１の貯湯式給湯装置１によれば、浴槽５０の湯張りに使用する熱量のうちの一部を、そのような極めて高効率の第２の貯湯運転で生成した熱量でまかなうことができる。このため、湯張りに使用する熱量を、第１の貯湯運転により生成した熱量（すなわち貯湯タンク７内の高温水）のみでまかなう場合に比べて、装置全体としての運転効率が高くなり、省エネルギーが図れ、コストも低減することができる。
【００５０】
また、深夜電力料金適用時間帯には、加熱後温度を使用者の設定温度より高い温度にする第１の貯湯運転を行うことにより、貯湯タンク７内に高温水を貯えることができるので、貯湯タンク７内に多くの熱量を蓄熱することができる。このように、電力コストの低い深夜電力料金適用時間帯に貯湯タンク７内に多くの熱量を蓄熱するので、電力コストの高い昼間時間帯に生成する熱量を抑制し、全体としての電力料金を十分に低減することができる。特に、本実施の形態１では、貯湯タンク７内の高温水の領域が中間部流入口７ｂより低い高さにまで到達するように第１の貯湯運転を実施するので、深夜電力料金適用時間帯に貯湯タンク７内に十分な熱量を蓄熱することができる。
【００５１】
また、本実施の形態１では、第２の貯湯運転の開始前に貯湯タンク７内の中間部流入口７ｂ以下の高さの領域にある高温水（図２では６５℃）と、第２の貯湯運転により中間部流入口７ｂから流入する中温水（図２では２５℃）とが貯湯タンク７の内部で混合して生成される温水の温度（図２では４５℃）が、使用者が設定した湯張り温度（例えば４２℃程度）と同等かそれ以上になるように、第２の貯湯運転の加熱後温度および運転時間等を制御する。これにより、使用者が設定した温度以上での大量出湯を可能にしつつ、第２の貯湯運転の効率をできる限り高くすることができる。
【００５２】
また、本実施形態１では、４５℃の中温水を貯湯タンク７内に生成する第２の貯湯運転が、集中的な出湯となる湯張り運転の直前に実施される。そのため、レジオネラ菌が繁殖し得る温度帯となる中温水が貯湯タンク７内に貯留される時間を極力短くすることができるので、レジオネラ菌の繁殖を確実に抑制することができ、より信頼性の高い装置とすることができる。
【００５３】
また、本実施形態１では、上述したように、湯張り運転終了後の給湯運転では、貯湯タンク７の中間部流出口７ｃより、貯湯タンク７内に残留する中温水を優先して排出する運転を実施する。これにより、深夜に行う第１の貯湯運転の開始前には、貯湯タンク７内の中温水を使い尽くし、高温水と低温水のみが貯湯タンク７内に残留する状態（図２（ｅ）の状態）を実現することができる。ヒートポンプユニット１０で水を加熱する際には、加熱対象の水の温度が低いほど、高効率な運転となる。このため、第１の貯湯運転の際に、貯湯タンク７内に中温水が残留し、その中温水をヒートポンプユニット１０で加熱する運転を行うと、低効率の運転となる。本実施の形態１によれば、このような運転を避けることができるため、より高効率の運転とすることができる。
【００５４】
なお、本実施の形態１では、ヒートポンプユニット１０で加熱された高温水を貯湯タンク７に流入させる上部流入口と、貯湯タンク７内の高温水を貯湯タンク７外に流出される上部流出口とを共通化した上部流出入口７ａを設ける構成にしているが、上部流入口と上部流出口とを別々に貯湯タンク７に設けても良い。また、本実施の形態１では、中間部流入口７ｂと中間部流出口７ｃとを別々に貯湯タンク７に設けているが、両者を共通化しても良い。
【符号の説明】
【００５５】
１  貯湯式給湯装置、２  タンクユニット、３  圧縮機、４  水冷媒熱交換器、５  膨張弁、６  空気熱交換器、７  貯湯タンク、７ａ  上部流出入口、７ｂ  中間部流入口、７ｃ  中間部流出口、７ｄ  下部流出口、７ｅ  下部流入口、８  ポンプ、９ａ  流路切替弁、９ｂ，９ｃ，９ｄ  混合弁、１０  ヒートポンプユニット、１１ａ，１１ｂ  計測制御装置、１２ａ，１２ｂ  圧力センサ、１３ａ〜１３ｋ  温度センサ、１４  電磁弁、１５  送風機、１６，１７，１８，１９，２０，２２，２３，２４，２６，２７  配管、２１  給水配管、２５  給水分岐管、３０  リモコン装置、５０  浴槽、６０  給湯端末
【図１】
0005617946.tif 000002
【図２】
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