(57)【要約】【課題】貯湯タンク内において流入した低温水と貯留された高温水の混合を抑制可能な貯湯給湯装置を提供すること。【解決手段】貯湯タンクと、前記貯湯タンクの上部に接続された出湯通路と、前記貯湯タンクの下部に接続された給水通路と、前記貯湯タンクに貯留された高温水の量を検知可能な貯湯量検知手段と、前記出湯通路又は前記給水通路に配設された流量調整手段と、前記流量調整手段を制御する制御手段とを備えた貯湯給湯装置において、前記制御手段は、給湯運転の開始時に前記貯湯量検知手段の検知信号に基づいて高温水が前記貯湯タンク内に予め設定された基準量以上貯留されていると判定した場合には、前記流量調整手段により前記貯湯タンクに流入する低温水が高温水と混合しない流量となるように流量制限を行うように構成する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
貯湯タンクと、前記貯湯タンクの上部に接続された出湯通路と、前記貯湯タンクの下部に接続された給水通路と、前記貯湯タンクに貯留された高温水の量を検知可能な貯湯量検知手段と、前記出湯通路又は前記給水通路に配設された流量調整手段と、前記流量調整手段を制御する制御手段とを備えた貯湯給湯装置において、
前記制御手段は、給湯運転の開始時に前記貯湯量検知手段の検知信号に基づいて高温水が前記貯湯タンク内に予め設定された基準量以上貯留されていると判定した場合には、前記流量調整手段により前記貯湯タンクに流入する低温水が高温水と混合しない流量となるように流量制限を行うことを特徴とする貯湯給湯装置。
【請求項２】
前記貯湯量検知手段は、前記貯湯タンクの上下方向に複数配設された温度検知手段であることを特徴とする請求項１に記載の貯湯給湯装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記給湯運転の開始から予め設定された所定時間が経過したとき又は前記貯湯タンク内の高温水が前記基準量未満になったときに前記流量制限を解除することを特徴とする請求項１又は２に記載の貯湯給湯装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加熱した高温水を貯湯タンクに貯留し、貯留した高温水を給湯栓や浴槽への給湯に使用する貯湯給湯装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ヒートポンプ熱源機等の外部熱源機により加熱した高温水を貯湯タンクに貯留する貯湯運転を行い、貯湯タンクに貯留された高温水を給湯設定温度に調整して給湯する給湯運転を行う貯湯給湯装置が広く使用されている。給湯運転の給湯先は給湯栓や浴槽等であり、浴槽へ給湯して湯水を溜めることを湯張りとも呼んでいる。
【０００３】
貯湯運転では、貯湯タンク下部の低温水を外部熱源機に供給し、外部熱源機で加熱された高温水を貯湯タンク上部から貯留していく。この貯湯運転により貯湯タンク内には、上部側の高温水の層と下部側の低温水の層を有する温度成層が形成される。この温度成層は、上部側が高温のため自然対流による崩れは発生し難いが、貯湯タンクに流入する湯水によって崩れることがある。
【０００４】
例えば、貯湯運転により貯湯タンク下部まで高温水が満たされた状態で給湯運転が開始されると、貯湯タンク上部から出湯された高温水と同量の低温水が貯湯タンク下部に流入するので、貯留されている高温水に流入した低温水が混合される。このような貯湯タンク内での高温水と低温水の混合により、それらの中間の温度の中温水となってそのままでは出湯できなくなるため、出湯可能な高温水の量が減少すると共にその加熱に使用されたエネルギも無駄になる虞があり好ましくない。
【０００５】
そのため、特許文献１のように、貯湯タンク内の低温水が流入する部分に流入方向や流速を変える拡散ノズルを配設して貯湯タンク内の温度成層の崩れを抑制する技術が知られている。また、貯湯タンク内に流入方向を変えるバッフル板等を配設して貯湯タンク内の温度成層の崩れを抑制する技術も知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第６０７７３５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、貯湯タンク内に拡散ノズルやバッフル板等を配設することは、製造コストが上昇するため好ましくない。また、貯湯タンクに流入する低温水の流量や流速を予め小さい値で設計しておくことにより低温水と高温水の混合を防ぐことも考えられるが、貯湯タンクからの出湯が一律に規制されることになって給湯流量を増やすことができないため、給湯の使用感が悪くなる。
【０００８】
本発明の目的は、製造コストの上昇と給湯の使用感の悪化を抑えると共に、貯湯タンクに流入する低温水と貯留されている高温水の混合を抑制可能な貯湯給湯装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１の発明は、貯湯タンクと、前記貯湯タンクの上部に接続された出湯通路と、前記貯湯タンクの下部に接続された給水通路と、前記貯湯タンクに貯留された高温水の量を検知可能な貯湯量検知手段と、前記出湯通路又は前記給水通路に配設された流量調整手段と、前記流量調整手段を制御する制御手段とを備えた貯湯給湯装置において、前記制御手段は、給湯運転の開始時に前記貯湯量検知手段の検知信号に基づいて高温水が前記貯湯タンク内に予め設定された基準量以上貯留されていると判定した場合には、前記流量調整手段により前記貯湯タンクに流入する低温水が高温水と混合しない流量となるように流量制限を行うことを特徴としている。
【００１０】
上記構成により、貯湯タンク内に基準量以上の高温水が貯留されている場合に、貯湯タンクからの高温水の出湯に伴って貯湯タンクに流入する低温水が高温水と混合しない流量となるように流量制限を行うことにより、流入する低温水と貯留されている高温水の混合を抑制可能である。また、貯湯タンク内に基準量以上の高温水が貯留されていない場合には、前記流量制限を行わないので、給湯流量が少量に制限されない通常の給湯の使用感を維持してその悪化を抑えることができる。
【００１１】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記貯湯量検知手段は、前記貯湯タンクの上下方向に複数配設された温度検知手段であることを特徴としている。
【００１２】
上記構成により、貯湯タンク内に貯留された高温水の温度と共にその量を検知するので、貯留された高温水の量を検知する手段を別途設ける必要がなく、製造コストの上昇を抑えながら基準量を設定して判定を行うことができる。
【００１３】
請求項３の発明は、請求項１又は２の発明において、前記制御手段は、前記給湯運転の開始から予め設定された所定時間が経過したとき又は前記貯湯タンク内の高温水が前記基準量未満になったときに前記流量制限を解除することを特徴としている。
【００１４】
上記構成により、貯湯タンクからの出湯によって貯留されている高温水の量が減少し、その高温水と流入する低温水の混合が生じなくなったときに、前記流量制限を解除して給湯流量を増加させることができるので、給湯の使用感の悪化を抑えることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の貯湯給湯装置によれば、製造コストの上昇と給湯の使用感の悪化を抑えると共に、貯湯タンクに流入する低温水と貯留されている高温水の混合を抑制可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施例に係る貯湯給湯装置の全体構成を示す図である。
【図２】実施例に係るタンク入水流量制御のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明を実施するための形態について実施例に基づいて説明する。
【実施例】
【００１８】
最初に、貯湯給湯装置１の全体構成について説明する。
図１に示すように、貯湯給湯装置１は、貯湯タンク２、補助熱源機３等を備えている。貯湯給湯装置１は、例えばヒートポンプ式熱源機や、燃料電池等の発電時の排熱を利用する熱源機等の図示外の外部熱源機により加熱した高温水を貯湯タンク２に貯留して、この高温水を給湯に使用する。また、貯湯給湯装置１は、例えば燃料ガスの燃焼熱を利用する補助熱源機３により加熱した湯水を給湯等に使用する。
【００１９】
貯湯タンク２の上部には、貯湯タンク２に貯留した湯水を出湯するための出湯通路４が接続されている。また、貯湯タンク２の下部には、貯湯タンク２に低温水として上水を供給するための給水通路５が接続されている。この給水通路５から分岐したバイパス通路６が出湯通路４の途中部に配設された湯水混合弁７に接続され、湯水混合弁７は出湯通路４の高温水とバイパス通路６の低温水を混合して給湯すると共に、その混合比率を調整可能に構成されている。
【００２０】
湯水混合弁７より上流側の出湯通路４には、湯水混合弁７に供給される高温水の温度（出湯温度α１）を検知するための混合弁入口温度センサ１１が配設されている。湯水混合弁７より下流側の出湯通路４には、給湯温度γ１を検知する給湯温度センサ１３と、給湯流量γ２を検知する給湯流量センサ４ａと、給湯流量γ２を調整可能な給湯流量調整弁４ｂ（流量調整手段）が配設され、給湯流量調整弁４ｂより下流側の出湯通路４は給湯栓等の給湯先に接続されている。
【００２１】
また、給湯流量調整弁４ｂにおいて、出湯通路４から注湯通路９が分岐され、図示外の浴槽の湯張りが可能なように接続されている。注湯通路９には、浴槽の湯張りのときに開弁する注湯電磁弁９ａと湯張りの流量を検知する注湯流量センサ９ｂが配設されている。
【００２２】
給水通路５には、減圧弁５ａと逆止弁５ｂと低温水の流量を調整可能な給水流量調整弁５ｃと、上水道から供給される低温水の温度（入水温度β１）を検知するための入水温度センサ１２が配設されている。給水通路５は貯湯タンク２の手前で分岐されて熱交戻り通路２３に接続されている。
【００２３】
貯湯タンク２の外周には、温度検知手段として複数の貯湯温度センサ２ａ〜２ｅが上下方向に所定の間隔を空けて配設されている。これら貯湯温度センサ２ａ〜２ｅは、貯湯タンク２の上部側に貯留される高温水の温度を検知することによりその量を検知可能な貯湯量検知手段でもある。
【００２４】
貯湯タンク２の下部には図示外の外部熱源機に低温水を供給する上流加熱通路２４が接続され、この外部熱源機で加熱された高温水が流通する下流加熱通路２５が貯湯タンク２の上部に接続されている。
【００２５】
貯湯給湯装置１は、混合弁入口温度センサ１１等の各種センサの検知信号に基づいて給湯運転等を制御する制御部１４（制御手段）を備え、例えば給湯設定温度の設定等の各種操作を行うためのリモコン１５が制御部１４に接続されている。また、制御部１４は計時機能を備え、例えばリモコン１５から設定した時刻に浴槽の湯張りが完了するように貯湯運転や給湯運転（湯張り）を実行可能である。
【００２６】
補助加熱通路１６は、出湯通路４から分岐されて補助熱源機３に接続されると共に、その分岐部より下流側の調整弁１７を介して補助熱源機３で加熱した湯水を出湯通路４に供給可能なように接続されている。調整弁１７は、補助加熱通路１６を通って出湯通路４に供給される湯水の量を調整する。補助加熱通路１６には、補助熱源機３に湯水を送るためのポンプ１８と三方弁１９が配設されている。
【００２７】
補助加熱通路１６から分岐した熱交往き通路２０が、補助熱源機３で加熱した湯水を暖房用の熱交換器２１及び浴槽の湯水の追焚用の熱交換器２２に供給可能に接続され、これら熱交換器２１，２２で熱交換した湯水を補助熱源機３に戻すための熱交戻り通路２３が三方弁１９に接続されている。三方弁１９は、貯湯タンク２の湯水又は熱交戻り通路２３の湯水を補助熱源機３に供給可能となるように切換えられる。
【００２８】
バイパス通路６には逆止弁６ａが配設されている。バイパス通路６から分岐して出湯通路４に接続された高温出湯回避通路６ｂには電磁弁６ｃが配設され、停電等所定の場合に電磁弁６ｃを開弁して高温の給湯を防ぐように構成されている。
【００２９】
次に貯湯運転について説明する。
貯湯運転は、貯湯タンク２の下部の低温水を図示外の外部熱源機で加熱し、この加熱された高温水を貯湯タンク２の上部から貯留する。貯湯給湯装置１には、例えば、給湯使用量の予測に基づき貯湯タンク２に必要な熱量に相当する量の高温水を貯留するように構成されたものや、給湯使用のない深夜に貯湯運転を行って貯湯タンク２に高温水を満たすように構成されたもの、電力使用の際に高温水を貯留するように構成されたもの等がある。従って、給湯運転開始前の貯湯タンク２の高温水の量は一定ではない。
【００３０】
次に給湯運転について説明する。
給湯栓等の開栓により給湯流量センサ４ａが所定の流量を検知すると給湯運転が開始される。制御部１４は出湯温度α１と入水温度β１に基づいて給湯温度γ１が給湯設定温度となるように湯水混合弁７の混合比率を調整する。そして給湯温度センサ１３が検知した給湯温度γ１に基づいて、制御部１４は湯水混合弁７の混合比率をさらに調整する。
【００３１】
次に浴槽の湯張りについて説明する。
制御部１４は、リモコン１５の操作により、又はリモコン１５で設定された時刻に予め設定された浴槽設定温度の湯張りが完了するように、注湯電磁弁９ａを開けて給湯運転を開始する。このとき上記と同様に湯水混合弁７の混合比率を調整し、温度を調整した湯水を注湯通路９に流通させる。そして、例えば注湯流量センサ９ｂで検知した流量の積算値が予め設定された給湯量になると湯張りを終了する。
【００３２】
次に給湯運転におけるタンク入水流量制御について図２のフローチャートに基づいて説明する。図中のＳｉ（ｉ＝１，２，・・・）はステップを表す。
【００３３】
給湯運転が開始されると、最初にＳ１において貯湯タンク２に貯留されている高温水の量（貯湯量）を検知してＳ２に進む。そしてＳ２において、貯湯量が予め設定されている基準量Ｃ以上か否か判定する。この基準量Ｃは、例えば貯湯タンク２における高温水と流入する低温水の混合実験等に基づいて混合が生じない量に設定され、基準量Ｃに対応する位置に貯湯タンク２の最も下側の貯湯温度センサ２ｅを配設するが、他の貯湯温度センサに対応させることもできる。判定がＹｅｓの場合はＳ３に進み、判定がＮｏの場合は、貯湯タンク２に流入する低温水と貯留されている高温水の混合が生じないため低温水の流量制限の必要がないのでタンク入水流量制御を終了する。
【００３４】
次にＳ３において、出湯温度α１、入水温度β１、給湯温度γ１、給湯流量γ２を検知してＳ４に進み、Ｓ４において貯湯タンク２に流入する低温水の流量（タンク入水流量α２）を演算してＳ５に進む。タンク入水流量α２は、貯湯タンク２から出湯される高温水の流量（出湯流量）に等しく、湯水混合弁７における混合前後の温度と流量と熱量の関係から導出された下記の（１）式により演算される。
α２＝γ２×（γ１−β１）／（α１−β１）  ・・・（１）
【００３５】
次にＳ５において、タンク入水流量α２が制限流量α０以上か否か判定する。制限流量α０は、例えば高温水と低温水の混合実験等に基づいて混合が生じない流量に予め設定されている。判定がＹｅｓの場合はＳ６に進み、判定がＮｏの場合はＳ１に戻る。
【００３６】
次にＳ６において、給湯流量γ２を制限することによって、タンク入水流量α２を制限流量α０に制限する流量制限を実行してＳ７に進む。この給湯流量γ２の制限は、給湯流量調整弁４ｂを調整して行うが、流量調整手段として給水流量調整弁５ｃの調整により行うことも可能である。また、浴槽の湯張りの場合には、流量調整手段として湯水混合弁７の混合比率の調整により貯湯タンク２からの出湯流量を小さくして、タンク入水流量α２を制限することもできる。この場合、流量制限の実行中には浴槽設定温度より低温で給湯することになっても、流量制限が解除されれば湯水混合弁７の混合比率を調整して浴槽設定温度より高温で給湯することができるので、湯張り完了時に浴槽設定温度にすることができる。
【００３７】
次にＳ７において、給湯運転の開始後の経過時間が、予め設定された所定時間ｔ以上か否か判定する。この所定時間ｔは、貯湯タンク２に満たされた高温水が制限流量α０で出湯されたときに、高温水の貯湯量が基準量Ｃになるまでに要する時間である。判定がＹｅｓの場合は貯湯タンク２で低温水と高温水の混合が生じなくなっているので、Ｓ１０に進んで流量制限を解除し、タンク入水流量制御を終了する。判定がＮｏの場合はＳ８に進む。
【００３８】
次にＳ８において貯湯量を検知してＳ９に進み、Ｓ９において貯湯量が基準量Ｃ未満か否か判定する。給湯運転を開始したときに貯湯タンク２に貯留されていた高温水が基準量Ｃより多いが貯湯タンク２の容量一杯ではなかった場合に、所定時間ｔの経過前に基準量Ｃまで高温水が減少し得るので、この判定を行って給湯流量γ２の制限の解除を早く行う。判定がＹｅｓの場合はＳ１０に進み、Ｓ１０において流量制限を解除してタンク入水流量制御を終了する。判定がＮｏの場合はＳ６に戻る。尚、流量制限中に給湯運転を停止した場合には流量制限を解除してもよく、次回の給湯運転で流量制限を行うことも明らかなので流量制限を解除しなくてもよい。
【００３９】
本実施例に係る貯湯給湯装置１の作用、効果について説明する。
貯湯給湯装置１は、貯湯運転により貯湯タンク２に貯留した高温水を給湯に使用する。このとき、基準量Ｃ以上の高温水が貯湯タンク２に貯留されている場合に、貯湯タンク２に流入する低温水の流量を制限するので、貯湯タンク２内の高温水と貯湯タンク２に流入する低温水の混合を抑えることができる。また、高温水が基準量Ｃ以上貯留されていない場合には、貯湯タンク２に流入する低温水の流量を制限しないので、通常の給湯の使用感を維持してその悪化を抑えることができる。
【００４０】
また、貯湯タンク２に貯留された高温水の温度と共に高温水の量を複数の貯湯温度センサ２ａ〜２ｅによって検知するので、貯留された高温水の量を検知する手段を別途設ける必要がなく、製造コストの上昇を抑えながら基準量Ｃを設定して判定することができる。その上、給湯によって貯湯タンク２内の高温水の量が減少して流入する低温水の混合が生じなくなったときに、貯湯タンク２に流入する低温水の流量の制限を解除して給湯流量を増加させることができるので、給湯の使用感の悪化を抑えることができる。
【００４１】
その他、当業者であれば、本発明の趣旨を逸脱することなく前記実施例に種々の変更を付加した形態で実施可能であり、本発明はその種の変更形態をも包含するものである。
【符号の説明】
【００４２】
１    貯湯給湯装置
２    貯湯タンク
２ａ〜２ｅ  貯湯温度センサ（貯湯量検知手段、温度検知手段）
４    出湯通路
４ａ  給湯流量センサ
４ｂ  給湯流量調整弁（流量調整手段）
５    給水通路
５ｃ  給水流量調整弁
６    バイパス通路
７    湯水混合弁
９    注湯通路
１１  混合弁入口温度センサ
１２  入水温度センサ
１３  給湯温度センサ
１４  制御部（制御手段）
【図１】
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【図２】
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