(57)【要約】【課題】流路切替のための弁に関する構成を簡素化できる蓄熱システムを提供する。【解決手段】貯湯式給湯システム１は、貯湯タンク１０の上部と利用側熱交換器２２の一次流路２２ａの入口との間をつなぐ一次入口流路４５に配置された第一逆止弁８１と、利用側熱交換器２２の一次流路の出口と三方弁３１の第二入口３１ｂとの間をつなぐ一次出口流路４６の途中にある第一分岐部４６ａと貯湯タンク１０の中部との間をつなぐ回収流路４７に配置された第二逆止弁８２とを備える。三方弁３１は、下部流路４０を往き流路４１に連通させる流路形態と、一次出口流路４６を往き流路４１に連通させる流路形態とを切り替え可能である。四方弁３２は、戻り流路４２を第一出口流路４３に連通させる流路形態と、戻り流路４２を第二出口流路４４に連通させる流路形態と、戻り流路４２を第三出口流路４８に連通させる流路形態とを切り替え可能である。【選択図】図１
2018091504.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上部と、下部と、前記上部及び前記下部の間の高さにある中部とを有し、熱媒体を貯留する蓄熱槽と、
入口及び出口を有し、前記熱媒体を加熱する加熱手段と、
一次流路及び二次流路を有し、前記一次流路を通る前記熱媒体と、前記二次流路を通る利用側媒体との間で熱を交換する利用側熱交換器と、
第一入口、第二入口、及び出口を有する第一流路切替手段と、
入口、第一出口、第二出口、及び第三出口を有する第二流路切替手段と、
前記蓄熱槽の前記下部と、前記第一流路切替手段の前記第一入口との間をつなぐ下部流路と、
前記第一流路切替手段の前記出口と、前記加熱手段の前記入口との間をつなぐ往き流路と、
前記往き流路の途中に接続され、前記熱媒体を流れさせる循環ポンプと、
前記加熱手段の前記出口と、前記第二流路切替手段の前記入口との間をつなぐ戻り流路と、
前記蓄熱槽の前記上部と、前記利用側熱交換器の前記一次流路の入口との間をつなぐ一次入口流路と、
前記一次入口流路に配置され、前記熱媒体が前記利用側熱交換器から前記蓄熱槽へ向かって流れることを防止する第一逆止弁と、
前記利用側熱交換器の前記一次流路の出口と、前記第一流路切替手段の前記第二入口との間をつなぐ一次出口流路と、
前記一次出口流路の途中にある第一分岐部と、前記蓄熱槽の前記中部との間をつなぐ回収流路と、
前記回収流路に配置され、前記熱媒体が前記蓄熱槽から前記第一分岐部へ向かって流れることを防止する第二逆止弁と、
前記第二流路切替手段の前記第一出口と、前記蓄熱槽の前記上部との間をつなぐ第一出口流路と、
前記第二流路切替手段の前記第二出口と、前記蓄熱槽の前記中部との間をつなぐ第二出口流路と、
前記第二流路切替手段の前記第三出口と、前記一次入口流路において前記第一逆止弁と前記利用側熱交換器との間にある第二分岐部との間をつなぐ第三出口流路と、
を備え、
前記第一流路切替手段は、前記下部流路を前記往き流路に連通させる流路形態と、前記一次出口流路を前記往き流路に連通させる流路形態とを切り替え可能であり、
前記第二流路切替手段は、前記戻り流路を前記第一出口流路に連通させる流路形態と、前記戻り流路を前記第二出口流路に連通させる流路形態と、前記戻り流路を前記第三出口流路に連通させる流路形態とを切り替え可能である、
蓄熱システム。
【請求項２】
蓄熱運転において、前記第一流路切替手段が前記下部流路を前記往き流路に連通させ、前記第二流路切替手段が前記戻り流路を前記第一出口流路に連通させ、前記蓄熱槽から前記下部流路へ流出した前記熱媒体が前記第一流路切替手段及び前記循環ポンプを経由して前記加熱手段に流入し、前記加熱手段で加熱された前記熱媒体が前記第二流路切替手段及び前記第一出口流路を経由して前記蓄熱槽に流入する請求項１に記載の蓄熱システム。
【請求項３】
前記利用側媒体を加熱する運転において、前記第一流路切替手段が前記一次出口流路を前記往き流路に連通させ、前記第二流路切替手段が前記戻り流路を前記第二出口流路に連通させ、前記蓄熱槽から前記熱媒体が前記一次入口流路を通って前記利用側熱交換器に流入し、前記利用側熱交換器を通過した前記熱媒体が、前記一次出口流路、前記第一流路切替手段、前記循環ポンプ、前記第二流路切替手段、及び前記第二出口流路を経由して前記蓄熱槽に流入する請求項１または請求項２に記載の蓄熱システム。
【請求項４】
前記利用側媒体の廃熱を前記蓄熱槽に回収する熱回収運転において、前記第一流路切替手段が前記下部流路を前記往き流路に連通させ、前記第二流路切替手段が前記戻り流路を前記第三出口流路に連通させ、前記蓄熱槽から前記下部流路へ流出した前記熱媒体が、前記第一流路切替手段、前記循環ポンプ、前記第二流路切替手段、前記第三出口流路、前記利用側熱交換器、及び前記回収流路を経由して前記蓄熱槽に流入する請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の蓄熱システム。
【請求項５】
熱需要部へ供給される前記熱媒体を前記蓄熱槽の前記中部から取り出す中部取り出し流路を備え、
前記蓄熱槽から前記中部取り出し流路へ前記熱媒体が流出するときに、前記熱回収運転を実行する請求項４に記載の蓄熱システム。
【請求項６】
前記加熱手段で加熱された前記熱媒体を前記蓄熱槽に流入させる蓄熱運転と、中温加熱運転とを制御する制御手段を備え、
前記制御手段は、前記中温加熱運転のときの前記加熱手段の前記出口での前記熱媒体の温度が、前記蓄熱運転のときの前記加熱手段の前記出口での前記熱媒体の温度に比べて、低くなるように制御する請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の蓄熱システム。
【請求項７】
熱需要部へ供給される前記熱媒体を前記蓄熱槽の前記中部から取り出す中部取り出し流路を備え、
前記中温加熱運転において前記第二流路切替手段が前記戻り流路を前記第二出口流路に連通させ、
前記中温加熱運転により加熱された前記熱媒体を、前記中部取り出し流路により前記熱需要部へ供給可能である請求項６に記載の蓄熱システム。
【請求項８】
前記回収流路と前記第二出口流路とが共通の接続口にて前記蓄熱槽に接続している請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の蓄熱システム。
【請求項９】
熱需要部へ供給される前記熱媒体を前記蓄熱槽の前記中部から取り出す中部取り出し流路を備え、
前記回収流路、前記第二出口流路、及び前記中部取り出し流路のうちの少なくとも二つが、共通の接続口にて前記蓄熱槽に接続している請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の蓄熱システム。
【請求項１０】
熱需要部へ供給される前記熱媒体を前記蓄熱槽の前記中部から取り出す中部取り出し流路を備え、
前記蓄熱槽に対する前記中部取り出し流路の接続位置は、前記蓄熱槽に対する前記回収流路の接続位置に比べて高い位置にある請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の蓄熱システム。
【請求項１１】
第一入口、第二入口、第一出口、及び第二出口を有する第三流路切替手段と、
前記往き流路において前記循環ポンプと前記加熱手段との間にある第三分岐部と、前記第三流路切替手段の前記第二入口との間をつなぐバイパス流路と、
前記第三流路切替手段の前記第二出口と、前記蓄熱槽の前記下部との間をつなぐ下部戻し流路と、
を備え、
前記戻り流路は、前記加熱手段の前記出口と前記第三流路切替手段の前記第一入口との間をつなぐ第一戻り流路と、前記第三流路切替手段の前記第一出口と前記第二流路切替手段の前記入口との間をつなぐ第二戻り流路とを含み、
前記第三流路切替手段は、前記第一戻り流路を前記第二戻り流路に連通させる流路形態と、前記第一戻り流路を前記下部戻し流路に連通させる流路形態と、前記バイパス流路を前記第二戻り流路に連通させる流路形態と、前記バイパス流路を前記下部戻し流路に連通させる流路形態とを切り替え可能である請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の蓄熱システム。
【請求項１２】
前記利用側媒体の廃熱を前記蓄熱槽に回収する熱回収運転において、前記第三流路切替手段が前記バイパス流路を前記第二戻り流路に連通させる請求項１１に記載の蓄熱システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄熱システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１に開示された従来の貯湯式給湯システムは、蓄熱運転及び追い焚き運転のほか、浴槽水の廃熱を貯湯タンクに回収する熱回収運転を行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−２４５９１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１のシステムでは、流路切替弁として２個の三方弁（３１，３３）及び１個の四方弁（３２）を備え、流路を切り替えることで、蓄熱運転、追い焚き運転、及び熱回収運転のいずれにおいても循環ポンプ（２１）を共通に使用することができ、ポンプの台数を少なくできる。しかしながら、３個の流路切替弁を構成する部品点数が多くなるとともに、当該弁を作動させるための駆動装置及び制御装置の構成も複雑になり、製品コストが上昇しやすいという課題がある。
【０００５】
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、流路切替のための弁に関する構成を簡素化できる蓄熱システム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】
【０００６】
本発明に係る蓄熱システムは、上部と、下部と、上部及び下部の間の高さにある中部とを有し、熱媒体を貯留する蓄熱槽と、入口及び出口を有し、熱媒体を加熱する加熱手段と、一次流路及び二次流路を有し、一次流路を通る熱媒体と、二次流路を通る利用側媒体との間で熱を交換する利用側熱交換器と、第一入口、第二入口、及び出口を有する第一流路切替手段と、入口、第一出口、第二出口、及び第三出口を有する第二流路切替手段と、蓄熱槽の下部と、第一流路切替手段の第一入口との間をつなぐ下部流路と、第一流路切替手段の出口と、加熱手段の入口との間をつなぐ往き流路と、往き流路の途中に接続され、熱媒体を流れさせる循環ポンプと、加熱手段の出口と、第二流路切替手段の入口との間をつなぐ戻り流路と、蓄熱槽の上部と、利用側熱交換器の一次流路の入口との間をつなぐ一次入口流路と、一次入口流路に配置され、熱媒体が利用側熱交換器から蓄熱槽へ向かって流れることを防止する第一逆止弁と、利用側熱交換器の一次流路の出口と、第一流路切替手段の第二入口との間をつなぐ一次出口流路と、一次出口流路の途中にある第一分岐部と、蓄熱槽の中部との間をつなぐ回収流路と、回収流路に配置され、熱媒体が蓄熱槽から第一分岐部へ向かって流れることを防止する第二逆止弁と、第二流路切替手段の第一出口と、蓄熱槽の上部との間をつなぐ第一出口流路と、第二流路切替手段の第二出口と、蓄熱槽の中部との間をつなぐ第二出口流路と、第二流路切替手段の第三出口と、一次入口流路において第一逆止弁と利用側熱交換器との間にある第二分岐部との間をつなぐ第三出口流路と、を備え、第一流路切替手段は、下部流路を往き流路に連通させる流路形態と、一次出口流路を往き流路に連通させる流路形態とを切り替え可能であり、第二流路切替手段は、戻り流路を第一出口流路に連通させる流路形態と、戻り流路を第二出口流路に連通させる流路形態と、戻り流路を第三出口流路に連通させる流路形態とを切り替え可能であるものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の蓄熱システムによれば、流路切替のための弁に関する構成を簡素化することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施の形態１による貯湯式給湯システムを示す図である。
【図２】実施の形態１の貯湯式給湯システムにおける待機状態での回路構成図である。
【図３】実施の形態１の貯湯式給湯システムにおける蓄熱運転のときの回路構成図である。
【図４】実施の形態１の貯湯式給湯システムにおける貯湯利用の浴槽水追焚き運転のときの回路構成図である。
【図５】実施の形態１の貯湯式給湯システムにおける浴槽水廃熱回収運転のときの回路構成図である。
【図６】実施の形態２による貯湯式給湯システムを示す図である。
【図７】実施の形態２の貯湯式給湯システムにおける中温加熱運転のときの回路構成図である。
【図８】実施の形態２の貯湯式給湯システムにおける浴槽水廃熱回収運転のときの回路構成図である。
【図９】実施の形態３による貯湯式給湯システムを示す図である。
【図１０】実施の形態４による貯湯式給湯システムを示す図である。
【図１１】実施の形態４の貯湯式給湯システムにおける浴槽水廃熱回収運転のときの回路構成図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して実施の形態について説明する。各図において共通または対応する要素には、同一の符号を付して、重複する説明を簡略化または省略する。本開示は、以下の各実施の形態で説明する構成のうち、組み合わせ可能な構成のあらゆる組み合わせを含み得る。
【００１０】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１による貯湯式給湯システム１を示す図である。図１に示すように、実施の形態１の貯湯式給湯システム１は、貯湯タンクユニット２０、ヒートポンプユニット６０、制御装置７０、及びリモコン８０を備える。貯湯式給湯システム１は、蓄熱システムの例である。本実施の形態では貯湯タンクユニット２０とヒートポンプユニット６０とが別体である構成を例に説明するが、当該構成に代えて、この両者が一体化していてもよい。
【００１１】
貯湯タンクユニット２０とヒートポンプユニット６０との間は、往き流路４１、戻り流路４２、及び電気配線（図示省略）を介して接続されている。本実施の形態では、貯湯タンクユニット２０に制御装置７０が内蔵されている。貯湯タンクユニット２０及びヒートポンプユニット６０が備える各種の弁類、ポンプ類、圧縮機、などのアクチュエータの作動は、これらと電気的に接続された制御装置７０により制御される。以下、貯湯式給湯システム１の各構成要素について説明する。
【００１２】
ヒートポンプユニット６０は、熱媒体を加熱する加熱手段の例である。本実施の形態における熱媒体は、水である。熱媒体は、例えば塩化カルシウム水溶液、エチレングリコール水溶液、アルコール、などの、水以外の液状熱媒体でもよい。加熱手段は、ヒートポンプユニット６０に限定されない。加熱手段は、ガス、灯油、重油、石炭のような燃料の燃焼熱で加熱する燃焼式加熱装置でもよい。加熱手段は、太陽熱によって熱媒体を加熱する装置でもよい。加熱手段は、複数種類の加熱装置を組み合わせたものでもよい。
【００１３】
ヒートポンプユニット６０は、圧縮機６１、水−冷媒熱交換器６２、膨張弁６３、及び空気熱交換器６４を冷媒循環配管６５にて環状に接続した冷媒回路を備える。ヒートポンプユニット６０は、この冷媒回路の冷媒を循環させることで、冷凍サイクルすなわちヒートポンプサイクルの運転を行う。水−冷媒熱交換器６２では、圧縮機６１で圧縮された高温高圧の冷媒と、水との間で熱を交換することで、水が加熱される。
【００１４】
戻り流路４２に設置された出口温度センサ６６は、ヒートポンプユニット６０の水−冷媒熱交換器６２の水出口における水の温度を検出する。ヒートポンプユニット６０で高温水を得るためには、ヒートポンプサイクルは、冷媒として二酸化炭素を用い、臨界圧を超える圧力で運転することが好ましい。
【００１５】
貯湯タンクユニット２０には、以下の各種部品及び配管などが内蔵されている。貯湯タンク１０は、湯水を貯留する。貯湯タンク１０は、熱媒体を貯留する蓄熱槽の例である。貯湯タンク１０の内部では、温度による水の密度の差によって、上側が高温で下側が低温になる温度成層を形成することができる。
【００１６】
図１に示すように、貯湯タンク１０は、上部、中部、及び下部を備える。貯湯タンク１０の中部は、貯湯タンク１０の上部と、貯湯タンク１０の下部との間の高さの部分である。貯湯タンク１０の容量の１／３ずつに相当する部分をそれぞれ上部、中部、下部としてもよいし、それとは異なる位置を境に上部、中部、及び下部を定めてもよい。貯湯タンク１０において上側から順に上部、中部、下部の順になっていればよい。なお、本発明において、蓄熱槽が、直列に接続された複数のタンクを備える場合には、最上位のタンクから最下位のタンクまでの蓄熱槽全体の階層において、上部、中部、及び下部を定めればよい。
【００１７】
貯湯タンク１０の下部には、水道等の水源から低温水を供給する給水管２が連通している。貯湯タンク１０の上部には、給湯流路３及び第一出口流路４３が連通している。貯湯タンク１０の湯は、給湯流路３を通って、貯湯式給湯システム１の外部の給湯端末のような熱需要部へ送られる。図示の構成では、給湯流路３及び第一出口流路４３が、共通の接続口にて、貯湯タンク１０の上部に接続している。この構成に代えて、給湯流路３及び第一出口流路４３が別々に貯湯タンク１０の上部に接続されてもよい。
【００１８】
給湯流路３の下流側は、例えば、蛇口、シャワー、浴槽５０などの給湯端末に接続されている。貯湯タンク１０に貯留された湯を、給湯流路３を介して給湯端末へ供給できる。貯湯タンク１０内の湯が給湯流路３へ流出すると、給水管２から貯湯タンク１０内に低温水が流入することで、貯湯タンク１０は満水状態に維持される。給湯流路３の途中に、水源からの低温水を混合することで給湯温度を調節するための混合弁（図示省略）が備えられてもよい。
【００１９】
貯湯タンク１０の表面には、複数の貯湯温度センサ１１，１２，１３が、互いに異なる高さの位置に取り付けられている。貯湯タンク１０内の湯水の鉛直方向の温度分布を貯湯温度センサ１１，１２，１３により検出することで、貯湯タンク１０内の貯湯量及び蓄熱量を計算できる。制御装置７０は、その貯湯量または蓄熱量に基づいて、蓄熱運転の開始及び停止などを制御する。
【００２０】
貯湯タンクユニット２０内には、循環ポンプ２１及び利用側熱交換器２２が備えられている。循環ポンプ２１は、後述する各種の回路に水を循環させるためのポンプである。利用側熱交換器２２は、貯湯タンク１０またはヒートポンプユニット６０から供給される高温水と、二次側の利用側媒体との間で熱を交換することで、利用側媒体を加熱するための熱交換器である。利用側熱交換器２２は、熱媒体である水が通る一次流路２２ａと、利用側媒体が通る二次流路２２ｂとを有する。
【００２１】
利用側媒体は、例えば、浴槽５０から導かれる浴槽水でもよいし、暖房用の熱媒体でもよい。本実施の形態１では、利用側熱交換器２２の二次流路２２ｂは、浴槽５０から導かれる浴槽水を循環させる浴槽水循環回路５１に接続されている。浴槽水循環回路５１の途中には、浴槽水を循環させるための浴槽水ポンプ５２と、浴槽５０から出た浴槽水の温度を検出するための浴槽水温度センサ５３とが設置されている。浴槽水ポンプ５２は、利用側媒体を循環させる循環ポンプの例である。
【００２２】
貯湯タンクユニット２０内には、三方弁３１及び四方弁３２が備えられている。三方弁３１は、第一入口３１ａ、第二入口３１ｂ、及び出口３１ｃを有する。三方弁３１は、第一流路切替手段の例である。三方弁３１は、第一入口３１ａを出口３１ｃに連通させて第二入口３１ｂを閉鎖する第一流路形態と、第二入口３１ｂを出口３１ｃに連通させて第一入口３１ａを閉鎖する第二流路形態とを切り替え可能に構成されている。
【００２３】
四方弁３２は、入口３２ａ、第一出口３２ｂ、第二出口３２ｃ、及び第三出口３２ｄを有する。四方弁３２は、第二流路切替手段の例である。四方弁３２は、入口３２ａを第一出口３２ｂに連通させて第二出口３２ｃ及び第三出口３２ｄを閉鎖する第一流路形態と、入口３２ａを第二出口３２ｃに連通させて第一出口３２ｂ及び第三出口３２ｄを閉鎖する第二流路形態と、入口３２ａを第三出口３２ｄに連通させて第一出口３２ｂ及び第二出口３２ｃを閉鎖する第三流路形態とを切り替え可能に構成されている。
【００２４】
下部流路４０は、貯湯タンク１０の下部と、三方弁３１の第一入口３１ａとの間をつなぐ。往き流路４１は、三方弁３１の出口３１ｃと、ヒートポンプユニット６０の水−冷媒熱交換器６２の水入口との間をつなぐ。往き流路４１の一部は、貯湯タンクユニット２０及びヒートポンプユニット６０の外部にある。貯湯タンクユニット２０の内部における往き流路４１の途中に循環ポンプ２１が接続されている。
【００２５】
戻り流路４２は、ヒートポンプユニット６０の水−冷媒熱交換器６２の水出口と、四方弁３２の入口３２ａとの間をつなぐ。戻り流路４２の一部は、貯湯タンクユニット２０及びヒートポンプユニット６０の外部にある。第一出口流路４３は、四方弁３２の第一出口３２ｂと、貯湯タンク１０の上部との間をつなぐ。第二出口流路４４は、四方弁３２の第二出口３２ｃと、貯湯タンク１０の中部との間をつなぐ。
【００２６】
一次入口流路４５は、貯湯タンク１０の上部と、利用側熱交換器２２の一次流路２２ａの入口との間をつなぐ。一次入口流路４５の途中の位置に第一逆止弁８１が配置されている。第一逆止弁８１は、一次入口流路４５の水が、利用側熱交換器２２から貯湯タンク１０の上部へ向かって流れることを防止する。
【００２７】
一次出口流路４６は、利用側熱交換器２２の一次流路２２ａの出口と、三方弁３１の第二入口３１ｂとの間をつなぐ。一次出口流路４６の途中の位置に第一分岐部４６ａが形成されている。回収流路４７は、第一分岐部４６ａと、貯湯タンク１０の中部との間をつなぐ。回収流路４７の途中の位置に第二逆止弁８２が配置されている。第二逆止弁８２は、回収流路４７の水が、貯湯タンク１０の中部から第一分岐部４６ａへ向かって流れることを防止する。
【００２８】
本実施の形態では、貯湯タンク１０に対する回収流路４７の接続位置は、貯湯タンク１０に対する第二出口流路４４の接続位置に比べて、低い位置にある。
【００２９】
一次入口流路４５において第一逆止弁８１と利用側熱交換器２２との間の位置に第二分岐部４５ａが形成されている。第三出口流路４８は、四方弁３２の第三出口３２ｄと、第二分岐部４５ａとの間をつなぐ。
【００３０】
三方弁３１が第一流路形態になると、貯湯タンク１０の下部と水−冷媒熱交換器６２とが、下部流路４０及び往き流路４１を介して連通する。三方弁３１が第二流路形態になると、一次入口流路４５が往き流路４１に連通する。
【００３１】
四方弁３２が第一流路形態になると、水−冷媒熱交換器６２と貯湯タンク１０の上部とが、戻り流路４２及び第一出口流路４３を介して連通する。四方弁３２が第二流路形態になると、戻り流路４２が第二出口流路４４に連通する。四方弁３２が第三流路形態になると、戻り流路４２が第三出口流路４８に連通する。
【００３２】
リモコン８０は、運転動作指令及び設定値の変更に関するユーザーの操作を受け付ける機能を有する。リモコン８０は、操作端末またはユーザーインターフェース装置の例である。制御装置７０とリモコン８０の間は、有線または無線により、双方向にデータ通信可能に接続されている。リモコン８０には、貯湯式給湯システム１の状態等の情報を表示する表示部、ユーザーが操作するスイッチ等の操作部、スピーカ、マイク等が搭載されている。リモコン８０は、台所に設置されてもよい。リモコン８０は、浴室に設置されてもよい。貯湯式給湯システム１は、複数台のリモコン８０を備えてもよい。
【００３３】
図２は、実施の形態１の貯湯式給湯システム１における待機状態での回路構成図である。この待機状態とは、蓄熱運転、浴槽水追焚き運転などのいずれの運転も行っていない状態のことである。待機状態では、以下のようになる。循環ポンプ２１、ヒートポンプユニット６０及び浴槽水ポンプ５２のいずれも停止状態である。三方弁３１は、第一流路形態になるように制御される。これにより、下部流路４０が往き流路４１に連通するとともに、一次出口流路４６が閉鎖される。四方弁３２は、第三流路形態になるように制御される。これにより、戻り流路４２が第三出口流路４８に連通するとともに、第一出口流路４３及び第二出口流路４４が閉鎖される。
【００３４】
図３は、実施の形態１の貯湯式給湯システム１における蓄熱運転のときの回路構成図である。蓄熱運転は、ヒートポンプユニット６０で加熱された湯を貯湯タンク１０に流入させることで貯湯タンク１０に蓄熱する運転である。
【００３５】
蓄熱運転のときには、以下のようになる。循環ポンプ２１及びヒートポンプユニット６０が運転される。三方弁３１は、下部流路４０が往き流路４１に連通する第一流路形態になるように制御される。四方弁３２は、戻り流路４２が第一出口流路４３に連通する第一流路形態になるように制御される。
【００３６】
蓄熱運転では、以下のような回路に水が循環する。貯湯タンク１０の下部から流出した、例えば１０℃の低温水が、下部流路４０、三方弁３１、循環ポンプ２１、往き流路４１を経由して、ヒートポンプユニット６０に導かれ、水−冷媒熱交換器６２において加熱される。その加熱された、例えば９０℃の高温水は、戻り流路４２、四方弁３２、第一出口流路４３を経由して、貯湯タンク１０の上部に流入する。このような蓄熱運転が実行されることで、貯湯タンク１０の内部では、上層から高温水が貯えられていき、この高温水の層が下に向かって徐々に厚くなる。
【００３７】
図４は、実施の形態１の貯湯式給湯システム１における貯湯利用の浴槽水追焚き運転のときの回路構成図である。貯湯利用の浴槽水追焚き運転とは、貯湯タンク１０に貯えられた高温水を利用して、利用側熱交換器２２にて浴槽水を加熱する運転である。
【００３８】
貯湯利用の浴槽水追焚き運転のときには、以下のようになる。循環ポンプ２１及び浴槽水ポンプ５２が運転される。ヒートポンプユニット６０は運転を停止しておく。三方弁３１は、一次出口流路４６が往き流路４１に連通する第二流路形態になるように制御される。四方弁３２は、戻り流路４２が第二出口流路４４に連通する第二流路形態になるように制御される。
【００３９】
貯湯利用の浴槽水追焚き運転では、以下のような回路に水が循環する。貯湯タンク１０の上部から流出した高温水が、一次入口流路４５を通って利用側熱交換器２２に導かれる。この高温水は、利用側熱交換器２２内で浴槽水に熱を奪われることで、温度が低下して中温水になる。利用側熱交換器２２の一次流路２２ａを通過した中温水の温度は、例えば、３０℃〜４０℃程度となる。この中温水は、一次出口流路４６、三方弁３１、循環ポンプ２１、往き流路４１、ヒートポンプユニット６０の水−冷媒熱交換器６２、戻り流路４２、四方弁３２、第二出口流路４４を経由して、貯湯タンク１０の中部に流入する。貯湯タンク１０内では、高温水の層が徐々に薄くなり、中温水の層が徐々に厚くなる。浴槽水循環回路５１により、利用側熱交換器２２で加熱された浴槽水が浴槽５０に戻ることで、浴槽５０内の湯温が上昇する。
【００４０】
貯湯利用の浴槽水追焚き運転のとき、第二逆止弁８２が無いと仮定すると、貯湯タンク１０の中部から回収流路４７を通って一次出口流路４６へ湯が流れる可能性がある。これに対し、本実施の形態であれば、第二逆止弁８２を備えたことで、そのような流れの発生を確実に防止できる。
【００４１】
なお、浴槽水追焚き運転を開始するときには、まず浴槽水ポンプ５２の運転を開始し、浴槽５０から流出した浴槽水が利用側熱交換器２２に到達する時間が経過した後、循環ポンプ２１の運転を開始することが好ましい。
【００４２】
図５は、実施の形態１の貯湯式給湯システム１における浴槽水廃熱回収運転のときの回路構成図である。浴槽水廃熱回収運転とは、浴槽５０の残り湯すなわち浴槽水が有する廃熱を貯湯タンク１０内に回収する運転である。貯湯タンク１０の下部には、例えば５℃〜２０℃程度の水が給水管２から流入する。ユーザーが入浴を終了した後の浴槽水の温度は、例えば３０℃から４０℃程度である。浴槽水廃熱回収運転を行うことで、貯湯タンク１０の下部の低温水を、入浴終了後の浴槽水の廃熱により加熱して、貯湯タンク１０の中部に戻すことができる。
【００４３】
浴槽水廃熱回収運転のときには、以下のようになる。循環ポンプ２１及び浴槽水ポンプ５２が運転される。浴槽水循環回路５１に浴槽水が循環する。ヒートポンプユニット６０は運転を停止しておく。三方弁３１は、下部流路４０が往き流路４１に連通する第一流路形態になるように制御される。四方弁３２は、戻り流路４２が第三出口流路４８に連通する第三流路形態になるように制御される。
【００４４】
浴槽水廃熱回収運転では、以下のような回路に水が循環する。貯湯タンク１０の下部から流出した低温水が、下部流路４０、三方弁３１、循環ポンプ２１、往き流路４１、ヒートポンプユニット６０の水−冷媒熱交換器６２、戻り流路４２、四方弁３２、第三出口流路４８、第二分岐部４５ａを経由し、利用側熱交換器２２の一次流路２２ａに流入する。利用側熱交換器２２の二次流路２２ｂには、入浴終了後の浴槽５０から浴槽水が循環している。利用側熱交換器２２に流入した低温水は、浴槽水の熱を受け取ることで、温度が上昇し、例えば３０℃の中温水になる。この中温水は、利用側熱交換器２２から、第一分岐部４６ａ、回収流路４７を経由して、貯湯タンク１０の中部に流入し、貯留される。
【００４５】
浴槽水循環回路５１により、利用側熱交換器２２にて冷却された浴槽水が浴槽５０に戻ることで、浴槽５０内の浴槽水の温度は低下する。制御装置７０は、浴槽水温度センサ５３の検出温度が、基準の温度以下になった時点で、循環ポンプ２１及び浴槽水ポンプ５２を停止し、浴槽水廃熱回収運転を終了する。
【００４６】
浴槽水廃熱回収運転のとき、第一逆止弁８１が無いと仮定すると、第三出口流路４８を出た低温水が、第二分岐部４５ａから一次入口流路４５を逆流して貯湯タンク１０の上部に流入する可能性がある。これに対し、本実施の形態であれば、第一逆止弁８１を備えたことで、そのような逆流の発生を確実に防止できる。
【００４７】
制御装置７０は、浴槽水廃熱回収運転状態を実行するかどうか、すなわち浴槽水の廃熱回収が実施可能な状況であるかどうかを以下のようにして判定してもよい。制御装置７０は、浴槽水ポンプ５２を運転した後、浴槽水循環回路５１に設置された水流検出センサ（図示省略）が、所定時間内に水流ありを検出した場合に、浴槽水廃熱回収運転を開始してもよい。また、浴槽水ポンプ５２を運転して、浴槽５０内の浴槽水が浴槽水温度センサ５３に到達するまで時間（例えば３０秒間）が経過したときの浴槽水温度センサ５３の検出温度が、所定値（例えば３５℃）以上である場合に、浴槽水廃熱回収運転を開始してもよい。あるいは、当該検出温度が、貯湯温度センサ１２で検出される貯湯タンク１０の下部の水温に比べて高い場合に、浴槽水廃熱回収運転を開始してもよい。
【００４８】
本実施の形態であれば、貯湯式給湯システム１の基本的な機能である蓄熱運転及び浴槽水追焚き運転に使用する部品構成を利用して浴槽水廃熱回収運転を実行できる。すなわち、浴槽水廃熱回収運転を行うためだけの熱交換器または切替弁のような新たな部品を追加する必要がない。本実施の形態であれば、熱媒体である水の回路において循環ポンプ２１、三方弁３１、四方弁３２をそれぞれ１個ずつ使用した構成で、上述した複数の運転を切り替えることができる。このため、多様な機能を有する貯湯式給湯システム１を、低廉な製品原価にて実現できる。
【００４９】
本実施の形態であれば、第一逆止弁８１及び第二逆止弁８２を用いたことで、流路切替手段を簡易な構成にできる。第一逆止弁８１及び第二逆止弁８２は、流路切替弁に比べて低コストである。第一逆止弁８１及び第二逆止弁８２は自動的に作動するので、制御装置７０が第一逆止弁８１及び第二逆止弁８２を制御する必要がない。
【００５０】
貯湯式給湯システム１は、三方弁３１の流路形態及び四方弁３２の流路形態に応じて異なる、上述した複数種類の運転の状態に関する情報をユーザーに報知する手段を備えてもよい。例えば、上述した複数種類の運転のうちのいずれの運転が実行中であるかの情報を、リモコン８０の表示部に表示したり、リモコン８０から音声で案内してもよい。そのようにすることで、ユーザーが貯湯式給湯システム１の動作状態を容易に確認できるようになり、ユーザーの使い勝手が向上する。
【００５１】
実施の形態２．
次に、図６から図８を参照して、実施の形態２について説明するが、前述した実施の形態１との相違点を中心に説明し、前述した要素と共通または対応する要素には、同一の符号を付して、重複する説明を簡略化または省略する。図６は、実施の形態２による貯湯式給湯システム１Ａを示す図である。
【００５２】
図６に示すように、本実施の形態２の貯湯式給湯システム１Ａは、熱需要部へ供給される熱媒体を貯湯タンク１０の中部から取り出す中部取り出し流路８６を備える。貯湯タンク１０に対する中部取り出し流路８６の接続位置は、貯湯タンク１０に対する給湯流路３の接続位置に比べて、低い位置にある。以下の説明では、便宜上、貯湯タンク１０の中部から中部取り出し流路８６により取り出される湯を「中温水」と称し、貯湯タンク１０の上部から給湯流路３により取り出される湯を「高温水」と称する。
【００５３】
貯湯式給湯システム１Ａは、中温水切替制御弁８７及び混合弁８９を備える。中部取り出し流路８６により取り出された中温水は、中温水切替制御弁８７に流入する。給水管２から分岐した給水分岐管８５が中温水切替制御弁８７に接続されている。中温水切替制御弁８７は、流路８８を介して混合弁８９に接続されている。混合弁８９には給湯流路３及び混合給湯管９０がさらに接続されている。
【００５４】
中温水切替制御弁８７は、中部取り出し流路８６からの中温水と、給水分岐管８５からの低温水とのいずれかが、流路８８へ流れるように流路を制御する弁である。または、中温水切替制御弁８７は、給水分岐管８５からの低温水の流量と、中部取り出し流路８６からの中温水の流量との比率を調整可能な混合弁あるいは流量調整弁として構成されてもよい。
【００５５】
混合弁８９は、給湯流路３から流入する高温水と、流路８８から流入する水とを混合させた湯を混合給湯管９０へ流入させる。制御装置７０は、混合給湯管９０を流れる湯の温度が、ユーザーがリモコン８０にて設定した温度に等しくなるように、混合弁８９の動作を制御する。
【００５６】
本実施の形態２の貯湯式給湯システム１Ａは、実施の形態１で説明した図３の蓄熱運転のほかに、中温加熱運転を実行可能である。図７は、実施の形態２の貯湯式給湯システム１Ａにおける中温加熱運転のときの回路構成図である。図７では、中部取り出し流路８６により取り出した中温水を用いて給湯する経路を併せて示す。
【００５７】
中温加熱運転のときには、以下のようになる。制御装置７０は、出口温度センサ６６により検出される、ヒートポンプユニット６０の出口での水温が、蓄熱運転のときに比べて低い温度になるように、循環ポンプ２１及びヒートポンプユニット６０を運転する。これにより、蓄熱運転のときに比べてヒートポンプ効率を向上することができる。制御装置７０は、水の循環流量が蓄熱運転のときに比べて高い流量になるように、循環ポンプ２１を運転する。三方弁３１は、下部流路４０が往き流路４１に連通する第一流路形態になるように制御される。四方弁３２は、戻り流路４２が第二出口流路４４に連通する第二流路形態になるように制御される。
【００５８】
中温加熱運転では、以下のような回路に水が循環する。貯湯タンク１０の下部から流出した低温水が、下部流路４０、三方弁３１、循環ポンプ２１、往き流路４１を経由して、ヒートポンプユニット６０に導かれ、水−冷媒熱交換器６２において加熱される。その加熱された中温水は、戻り流路４２、四方弁３２、第二出口流路４４を経由して、貯湯タンク１０の中部に流入し、貯留される。
【００５９】
制御装置７０は、例えば、蓄熱運転のときの水の循環流量が毎分１Ｌである場合には、中温加熱運転のときの水の循環流量が毎分３Ｌになるように、循環ポンプ２１の動作速度を制御してもよい。制御装置７０は、中温加熱運転のときのヒートポンプユニット６０の出口での水温が、例えば４０℃になるように制御してもよい。
【００６０】
制御装置７０は、混合給湯管９０の下流側にあるシャワー、蛇口等（図示省略）が開かれてユーザーが湯を使用する給湯運転が実施されているときに、中部取り出し流路８６より中温水が取り出されるように中温水切替制御弁８７を制御し、混合弁８９にて高温水と混合した湯を混合給湯管９０を介して給湯するように制御する。これにより、高いヒートポンプ効率の中温加熱運転により生成された中温水を熱需要部に供給できるので、エネルギー効率を向上できる。また、貯湯タンク１０内の中温水を中部取り出し流路８６から流出させることで、貯湯タンク１０内の中温水の消費を促進できる。制御装置７０は、給湯運転が実行されていることを検出した場合に、中温加熱運転を実行するように制御してもよい。
【００６１】
図８は、実施の形態２の貯湯式給湯システム１Ａにおける浴槽水廃熱回収運転のときの回路構成図である。図８では、中部取り出し流路８６により取り出した中温水を用いて給湯する経路を併せて示す。図８に示すように、本実施の形態２の貯湯式給湯システム１Ａにおける浴槽水廃熱回収運転の回路構成は、図５により説明した実施の形態１と同様である。
【００６２】
本実施の形態２において、制御装置７０は、以下のようにしてもよい。制御装置７０は、給湯運転が実行されていることを検出した場合に、浴槽水の廃熱回収が実施可能な状況であるかどうかを前述のように判定し、実施可能である場合には浴槽水廃熱回収運転を実行する。浴槽水廃熱回収運転により加熱された、例えば３０℃の中温水が回収流路４７から貯湯タンク１０の中部に流入する。この中温水が中部取り出し流路８６により取り出され、熱需要部へ供給される。このようにして、本実施の形態であれば、浴槽水廃熱回収運転により生成された中温水を有効に利用して給湯できる。また、貯湯タンク１０内の中温水の増加を抑制できる。
【００６３】
本実施の形態において、中部取り出し流路８６と貯湯タンク１０との接続位置は、回収流路４７と貯湯タンク１０との接続位置に比べて高い位置にある。給湯運転において給水管２から貯湯タンク１０の下部に低温水が流入することで、回収流路４７から流入した中温水の層は貯湯タンク１０内で上方向に移動する。このため、上記のように配置することで、回収流路４７から流入した中温水を中部取り出し流路８６からより確実に流出させることが可能となる。
【００６４】
実施の形態３．
次に、図９を参照して、実施の形態３について説明するが、前述した実施の形態との相違点を中心に説明し、前述した要素と共通または対応する要素には、同一の符号を付して、重複する説明を簡略化または省略する。図９は、実施の形態３による貯湯式給湯システム１Ｂを示す図である。
【００６５】
図９に示すように、本実施の形態３の貯湯式給湯システム１Ｂでは、回収流路４７と第二出口流路４４とが、共通の接続口にて、貯湯タンク１０の中部に接続している。すなわち、回収流路４７と第二出口流路４４とが合流した一つの流路が貯湯タンク１０に接続されている。これにより、貯湯タンク１０に形成する接続口の数を減らせるので、製品コストを低減させることが可能となる。
【００６６】
本実施の形態３であれば、第二出口流路４４からの中温水と、回収流路４７からの中温水とが、貯湯タンク１０内の同じ位置に流入するので、貯湯タンク１０内に形成される中温水の層の温度及び位置が、より安定するという利点がある。
【００６７】
本実施の形態３では、さらに、中部取り出し流路８６が、回収流路４７及び第二出口流路４４と共通の接続口にて、貯湯タンク１０の中部に接続している。すなわち、回収流路４７、第二出口流路４４、及び中部取り出し流路８６の三者が合流した一つの流路が貯湯タンク１０に接続されている。これにより、貯湯タンク１０に形成する接続口の数をさらに減らせるので、製品コストをさらに低減させることが可能となる。また、第二出口流路４４からの中温水、あるいは回収流路４７からの中温水を、貯湯タンク１０に流入させることなく、中部取り出し流路８６へ流入させて給湯に使用することが可能となる。これにより、貯湯タンク１０内の温度成層を乱さないという効果を奏する。
【００６８】
図示の構成に代えて、回収流路４７、第二出口流路４４、及び中部取り出し流路８６のうちの二つが共通の接続口にて貯湯タンク１０に接続し、他の一つが別の接続口にて貯湯タンク１０に接続してもよい。回収流路４７、第二出口流路４４、及び中部取り出し流路８６のうちの少なくとも二つが、共通の接続口にて貯湯タンク１０に接続していれば、上述した効果に類似した効果が得られる。
【００６９】
実施の形態４．
次に、図１０及び図１１を参照して、実施の形態４について説明するが、前述した実施の形態との相違点を中心に説明し、前述した要素と共通または対応する要素には、同一の符号を付して、重複する説明を簡略化または省略する。図１０は、実施の形態４による貯湯式給湯システム１Ｃを示す図である。
【００７０】
図１０に示すように、本実施の形態４の貯湯式給湯システム１Ｃは、貯湯タンクユニット２０内に設置された四方弁３３をさらに備える。四方弁３３は、第一入口３３ａ、第二入口３３ｂ、第一出口３３ｃ、及び第二出口３３ｄを有する。四方弁３３は、第三流路切替手段の例である。戻り流路４２は、第一戻り流路４２ａ及び第二戻り流路４２ｂを含む。第一戻り流路４２ａは、ヒートポンプユニット６０の水−冷媒熱交換器６２の水出口と、四方弁３３の第一入口３３ａとの間をつなぐ。第二戻り流路４２ｂは、四方弁３３の第一出口３３ｃと、四方弁３２の入口３２ａとの間をつなぐ。
【００７１】
往き流路４１において循環ポンプ２１とヒートポンプユニット６０との間に、第三分岐部４１ａが形成されている。第三分岐部４１ａは、貯湯タンクユニット２０内にある。バイパス流路４９は、第三分岐部４１ａと、四方弁３３の第二入口３３ｂとの間をつなぐ。下部戻し流路３９は、四方弁３３の第二出口３３ｄと、貯湯タンク１０の下部との間をつなぐ。
【００７２】
四方弁３３は、第一入口３３ａを第一出口３３ｃに連通させて第二入口３３ｂ及び第二出口３３ｄを閉鎖する第一流路形態と、第一入口３３ａを第二出口３３ｄに連通させて第二入口３３ｂ及び第一出口３３ｃを閉鎖する第二流路形態と、第二入口３３ｂを第一出口３３ｃに連通させて第一入口３３ａ及び第二出口３３ｄを閉鎖する第三流路形態と、第二入口３３ｂを第二出口３３ｄに連通させて第一入口３３ａ及び第一出口３３ｃを閉鎖する第四流路形態とを切り替え可能に構成されている。
【００７３】
すなわち、四方弁３３によれば、第一戻り流路４２ａを第二戻り流路４２ｂに連通させる第一流路形態と、第一戻り流路４２ａを下部戻し流路３９に連通させる第二流路形態と、バイパス流路４９を第二戻り流路４２ｂに連通させる第三流路形態と、バイパス流路４９を下部戻し流路３９に連通させる第四流路形態とを切り替え可能である。
【００７４】
図１１は、実施の形態４の貯湯式給湯システム１Ｃにおける浴槽水廃熱回収運転のときの回路構成図である。本実施の形態４における浴槽水廃熱回収運転のときには、以下のようになる。三方弁３１は、下部流路４０が往き流路４１に連通する第一流路形態になるように制御される。四方弁３２は、戻り流路４２が第三出口流路４８に連通する第三流路形態になるように制御される。四方弁３３は、バイパス流路４９が第二戻り流路４２ｂに連通する第三流路形態になるように制御される。貯湯タンク１０の下部から流出した低温水が、下部流路４０、三方弁３１、循環ポンプ２１、第三分岐部４１ａ、バイパス流路４９、四方弁３３、第二戻り流路４２ｂ、四方弁３２、第三出口流路４８、第二分岐部４５ａを経由し、利用側熱交換器２２の一次流路２２ａに流入する。利用側熱交換器２２内で加熱された中温水は、利用側熱交換器２２から、第一分岐部４６ａ、回収流路４７を経由して、貯湯タンク１０の中部に流入し、貯留される。
【００７５】
本実施の形態４であれば、浴槽水廃熱回収運転において、貯湯タンク１０から流出した水がヒートポンプユニット６０を経由することなく貯湯タンクユニット２０内だけのルートを通れば済む。水−冷媒熱交換器６２は、例えばプレート形状、ねじり管形状等の複雑な形状を有するので、流路抵抗が大きく、圧力損失が大きい。本実施の形態４であれば、流路抵抗が大きい水−冷媒熱交換器６２を通らないルートで浴槽水廃熱回収運転を行うため、水の循環流量を高くでき、浴槽水廃熱回収運転を短時間で完了でき、熱回収の効率も向上する。
【００７６】
本実施の形態４であれば、貯湯利用の浴槽水追焚き運転においても、バイパス流路４９が第二戻り流路４２ｂに連通する第三流路形態になるように四方弁３３を制御することで、ヒートポンプユニット６０の水−冷媒熱交換器６２を通らないルートで運転可能となる。
【００７７】
本発明における第一流路切替手段、第二流路切替手段、第三流路切替手段は、上述した構成に限定されるものではなく、同様の機能を発揮し得る他の弁構成に置換可能である。
【００７８】
上述した実施の形態においては、ヒートポンプサイクルを、冷媒の圧力が臨界圧力以上となる超臨界ヒートポンプサイクルとしたが、臨界圧力以下のヒートポンプサイクルでもよいことは言うまでもない。この場合、冷媒としては、例えば、フロンガス、アンモニアなどを用いてもよい。
【符号の説明】
【００７９】
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ  貯湯式給湯システム、  １０  貯湯タンク、  ２０  貯湯タンクユニット、  ２１  循環ポンプ、  ２２  利用側熱交換器、  ３１  三方弁、  ３２，３３  四方弁、  ４０  下部流路、  ４１  往き流路、  ４２  戻り流路、  ４３  第一出口流路、  ４４  第二出口流路、  ４５  一次入口流路、  ４６  一次出口流路、  ４７  回収流路、  ４８  第三出口流路、  ４９  バイパス流路、  ５０  浴槽、  ５１  浴槽水循環回路、  ５２  浴槽水ポンプ、  ６０  ヒートポンプユニット、  ７０  制御装置、  ８０  リモコン、  ８１  第一逆止弁、  ８２  第二逆止弁、  ８６  中部取り出し流路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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