(57)【要約】      （修正有）【課題】給湯システムにおいて、エネルギー効率の良い運転を行なう。【解決手段】給湯システムは、高温湯を貯湯する高温タンク３と中温湯を貯湯する中温タンク１と、ヒートポンプ２によって加熱された湯の送湯先を高温タンク３と中温タンク１のいずれかに切り替える切り替え弁３２とを備える。制御部４は、沸かし上げた湯の温度に応じて送湯先を高温タンク３と中温タンク１のいずれかに切り替える。高温湯と中温湯とを分けて沸かし上げるので、エネルギー効率の良い運転を行なうことができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高温湯の出湯、及び、高温湯と給水とを混合した混合湯の出湯が可能な給湯システムにおいて、
給水を加熱するヒートポンプと、
前記ヒートポンプにより加熱された高温湯を貯湯する高温タンクと、
前記ヒートポンプにより前記高温湯よりも低い温度に加熱された中温湯を貯湯する中温タンクと、
前記ヒートポンプに配管を介して接続され、該ヒートポンプより加熱された湯の送湯先を湯温に応じて前記高温タンクと前記中温タンクのいずれかに切り替える切り替え弁と、
前記高温タンクに接続され高温湯を出湯する出湯配管と、
前記出湯配管からの高温湯と給水とを混合する混合弁を介して混合湯を出湯する出湯配管と、を備えたことを特徴とする給湯システム。
【請求項２】
前記高温タンクが、大気開放型のタンクであることを特徴とする請求項１に記載の給湯システム。
【請求項３】
前記高温タンクが、圧力タンクであることを特徴とする請求項１に記載の給湯システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、貯湯式の給湯システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ヒートポンプにより水を沸かし、貯湯タンクに溜めた湯をカランや食洗機等の湯使用端末に供給する給湯システムがある。図３に、従来の給湯システムの一例を示す。この給湯システムは、湯を溜める貯湯タンク１０３と、貯湯タンク１０３の上部と下部において循環配管１００で連結されたヒートポンプ１０２とを備えている。また、貯湯タンク１０３は、下部において給水配管１０５と接続され、上部において給湯配管１１５と接続され、給湯配管１１５の端末は食洗機１２２等の湯使用端末に繋がっている。給水配管１０５からは分岐配管が分岐し、給湯配管１１５に接続され、湯と給水とが混合される。
【０００３】
このような給湯システムでは、市水である温度１５℃程度の水が給水配管１０５を通じて貯湯タンク１０３の下部より貯湯タンク１０３内部に供給され、この低温水が貯湯タンク１０３の下部より循環配管１００内に取り出され、ヒートポンプ１０２で沸かされて温度８０℃〜９０℃の高温水にされ、貯湯タンク１００に上部より入れられる。沸かし上げられた高温水は、湯使用端末に設けられた開閉弁を開けることにより、給湯配管１１５を通じて取り出され、市水と混合弁１１９において混合され、適温に調整されてカラン１２４等の湯使用端末より出湯される。このときに使用される混合弁１２４には、形状記憶合金により適温に調整するものがある。また、出湯温度をフィードバックして混合弁１２４を制御するものがある。業務用途の場合には食洗機１２２等で８０℃以上の高温を必要とする端末があるため、タンクの湯を直接取り出すための高温出湯経路が設けられることがある。
【０００４】
給湯システムにおいて、沸き上げる際の、（加熱量）／（消費電力）で示される値は、ＣＯＰ（成績係数）といわれ、エネルギー効率を表す指標となり、例えば電気ヒータのＣＯＰは１であるが、ヒートポンプでは３〜４にもなる。一般にヒートポンプは、その沸上温度が高くなるほど効率が低下するという特性を持つ。図４に、一般のヒートポンプにおける沸上温度とＣＯＰの関係を示す。環境条件は、外気温１６℃、水温１６℃である。沸上温度が７０℃のときは、ＣＯＰが３．７２であるが、沸上温度が９０℃のときは、ＣＯＰは２．９１になる。従来の技術の給湯システムでは、混合湯にも高温で沸き上げられた湯を水で希釈して出湯しているため、総合的なエネルギー効率が低い状態で運転していることとなる。
【０００５】
また、貯湯タンクの中腹に多数の湯取り出し口を設け、貯湯タンク内の中温水を有効的に使用することにより、総合的なエネルギー効率を高める給湯システムが知られている（例えば特許文献１参照）。
【０００６】
ところが、特許文献１に示されるような給湯システムにおいても、ヒートポンプは、高温湯のみを沸かし上げ、中温水を多量に使用するときは、高温湯と市水とを混合して出湯しており、総合的なエネルギー効率は低くなる。
【特許文献１】特開２００３−２９４２５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記従来例の問題を解消するものであり、エネルギー効率の良い運転を行なうことができる給湯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】
【０００８】
上記目的を達成するために請求項１の発明は、高温湯の出湯、及び、高温湯と給水とを混合した混合湯の出湯が可能な給湯システムにおいて、給水を加熱するヒートポンプと、前記ヒートポンプにより加熱された高温湯を貯湯する高温タンクと、前記ヒートポンプにより前記高温湯よりも低い温度に加熱された中温湯を貯湯する中温タンクと、前記ヒートポンプに配管を介して接続され、該ヒートポンプより加熱された湯の送湯先を湯温に応じて前記高温タンクと前記中温タンクのいずれかに切り替える切り替え弁と、前記高温タンクに接続され高温湯を出湯する出湯配管と、前記出湯配管からの高温湯と給水とを混合する混合弁を介して混合湯を出湯する出湯配管と、を備えたものである。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１に記載の給湯システムにおいて、前記高温タンクが、大気開放型のタンクであるものである。
【００１０】
請求項３の発明は、請求項１に記載の給湯システムにおいて、前記高温タンクが、圧力タンクであるものである。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１の発明によれば、高温タンクと中温タンクを備え、高温湯と中温湯とを分けて沸かし上げるので、エネルギー効率の良い運転を行なうことができる。
【００１２】
請求項２の発明によれば、高温タンクが、大気開放型のタンクであるので、設置場所に応じた任意の形状にすることができる。
【００１３】
請求項３の発明によれば、高温タンクが、圧力タンクであるので、ヒートポンプへの給水や高温湯の出湯を市水の給水圧力によって行なうことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
（第１の実施形態）  
本発明の第１の実施形態に係る給湯システムについて図１を参照して説明する。本実施形態の給湯システムは、給水を貯溜する中温タンク１と、中温タンク１の水を加熱するヒートポンプ２と、ヒートポンプ２で加熱された湯を貯湯する高温タンク３と、給湯システムの全体を制御する制御部４を備えている。中温タンク１は、給水管５と、給水弁６を介して接続されており、貯水量を測る水位センサ７ａと、水温を計る温度センサ８ａと、大気と通気している通気口９ａと、を有している。中温タンク１は、熱交換器１０を備えており、熱交換器１０の給水口が給水管５に繋がれ、吐出口が混合弁１１に繋がれている。
【００１５】
ヒートポンプ２は、中温タンク１と配管で接続されており、配管の途中には、中温タンク１の水をヒートポンプ２に送る給水ポンプ１２が配設されている。ヒートポンプ２は、炭酸ガス等の冷媒を圧縮して昇温させ、熱交換器を介して給水と熱交換を行い、給水を加熱する。ヒートポンプ２は、出湯側に送湯先を中温タンク１と高温タンク３に切り替える切り替え弁２５を備えており、また、ヒートポンプ２は、加熱した湯温を検出する温度センサ８ｅを有している。
【００１６】
高温タンク３は、ヒートポンプ２と接続され、貯湯量を測る水位センサ７ｂと、湯温を測る温度センサ８ｂと、大気と通気している通気口９ｂと、を有している。高温タンク３は、ヒートポンプ２から送られた湯が所定の水位を超えると、湯を中温タンク１にオーバーフローさせるオーバーフロー管１３を備えている。また、高温タンク３は、貯湯している湯を湯使用端末へ送る高温出湯配管１４を、下部に備えた湯取り出し口１５に接続されている。高温出湯配管１４には、湯を湯使用端末へ送る給湯ポンプ１６と、配管内の圧力により湯の使用を検知する圧力センサ１７が配設されている。高温出湯配管１４は、２方に分岐し、１方は、食洗機２０等の高温の湯を使用する端末に接続し、他方は、熱交換器１０からの配管と混合弁１１において結合され、混合出湯配管１８となって中温水を使用する端末に接続している。
【００１７】
高温出湯配管１４は、茹麺機１９と食洗機２０との接続の下流側において、中温タンク１と高温出湯戻り管２１ｂによって接続されており、高温出湯戻り管２１ｂは、途中に逆止弁２２ｂと即湯弁２３ｂを有している。混合出湯配管１８は、カラン２４との接続の下流側において、中温タンク１と混合出湯戻り管２１ａによって接続されており、混合出湯戻り管２１ａは、途中に逆止弁２２ａと即湯弁２３ａを有している。
【００１８】
次に、上記のように構成された本実施形態の給湯システムの動作について説明する。制御部４は、水位センサ７ａによって中温タンク１の水位を検出し、検出された水位に応じて、給水弁６を開き中温タンク１に給水を行ない、給水ポンプ１２によって、中温タンク１の下部から給水を取り入れヒートポンプ２へ送る。制御部４は、水位センサ７ａ及び７ｂの検出した水位に応じて、中温タンク１と高温タンク３の湯量が、設定湯量になるように、給水をヒートポンプ２において中温タンク１又は、高温タンク３に必要な温度に沸かし上げる。そして、制御部４は、温度センサ８ｅによって湯温を検出し、切り替え弁２５を切り替えて、湯温に応じて湯を中温タンク１又は、高温タンク３に送湯する。高温タンク３の貯湯量が、一定量を超えるとオーバーフロー管１３を通して中温タンク１へ送られる。
【００１９】
制御部４は、高温タンク３に繋がっている給湯ポンプ１６に、常時低速運転を行なわせるか、又は、給湯ポンプ１６の後段にアキュムレータを配して蓄圧することで、高温出湯配管１４中の圧力を一定に保つ。湯使用端末において湯が使用されると、制御部４は、圧力センサ１７によって高温出湯配管１４中の圧力低下を感知し、給湯ポンプ１６に高速運転を行なわせ、高温タンク３中の湯を出湯する。また、混合出湯のときは、制御部４は、使用温度に応じて混合弁１１を開き、高温湯と、熱交換器１０において中温タンク１と熱交換をした給水とを混合して出湯する。
【００２０】
温度センサ８ｃ、８ｄは、混合出湯配管１８及び高温出湯配管１４中の湯温を検出している。長い時間出湯されず、混合出湯配管１８又は高温出湯配管１４中の湯温が下がると、制御部４は、給湯ポンプ１６に高速運転を行なわせ、即湯弁２３ａ又は即湯弁２３ｂを開き、混合出湯配管１８又は高温出湯配管１４中の温度の下がった湯を中温タンク１に出湯する。このことにより、混合出湯配管１８及び高温出湯配管１４中の湯温は、常に保たれ、茹麺機１９や食洗機２０やカラン２４の湯使用端末で、湯を使用するときに、湯待ち時間が生じない。また、逆止弁２２ａ、２２ｂが配されているので、混合出湯戻り管２１ａ及び高温出湯戻り管２１ｂ中の湯が、混合出湯配管１８及び高温出湯配管１４に戻ることはない。
【００２１】
また、ヒートポンプ２によって中温湯と高温湯とを別に沸かし上げ、中温タンク１と高温タンク３とに分けて送湯できるようにし、高温湯を水で希釈する無駄をなくした。これにより、省エネルギーを図ることができる。混合出湯量が９０℃換算で３，０００ｌ／日、高温出湯湯量が同じく９０度換算で、１，５００ｌ／日の店舗において、中温タンクへ６５℃での沸かし上げを行なった。給水温は１６℃であった。このときのＣＯＰは、混合出湯が３．９で高温出湯が２．９であった。このときの消費電力は混合出湯分として６６．４ｋＷｈ／日、高温出湯分として４４．７ｋＷｈ／日で、合計１１１．１ｋＷｈ／日であった。これを全て高温の９０℃で沸上げたとして計算すると混合出湯分が８９．３ｋＷｈ／日となって合計１３４．０ｋＷｈ／日となる。従って沸上温度を切り替えることにより１７％の省エネルギーを達成することができる。
【００２２】
また、高温タンク３が大気開放型であるので、後述の高圧タンクのように、内圧に耐えるために形状を円筒としたり、上下端を半球形状にしたりする必要がなく、設置場所に応じた任意の形状にすることができ、狭い場所にも設置することができる。
【００２３】
（第２の実施形態）  
本発明の第２の実施形態に係る給湯システムについて図２を参照して説明する。本実施形態に係る給湯システムは、上記第１の実施形態に係る給湯システムにおいて、高温タンク３を大気開放型から高圧タンク３ｂに置き換えたものである。本実施形態に係る給湯システムは、高温湯の貯湯タンクとして高圧タンク３ｂを備えている。高圧タンク３ｂは、下部において給水管５とヒートポンプ２と繋がっている。また、高圧タンク３ｂは、上部において切り替え弁２５と繋がり、ヒートポンプ２から送られる高温湯が上部から入れられる。また、高圧タンク３ｂは、上部において高温出湯配管１４と繋がり、高温湯を出湯する。高圧タンク３ｂは、タンクの上部から下部にかけてｎ個の温度センサ８ｂ１乃至８ｂｎを有している。高温出湯配管１４は、茹麺機１９や食洗機２０と繋がると共に、高温出湯配管１４から分岐した配管は、補助弁２７に繋がる。また、高温出湯配管１４は、安全弁２８を介して中温タンク１と繋がっている。
【００２４】
中温タンク１は、混合弁１１と繋がる中温タンク出湯配管２９を備え、中温タンク出湯配管２９の途中には、給湯ポンプ１６ａ及び圧力センサ１７ａを有している。また、中温タンク出湯配管２９から分岐した配管は、補助弁２７と繋がっている。中温タンク出湯配管２９は、混合弁１１を介して給水管５からの分岐配管と繋がり、混合出湯配管１８になっている。
【００２５】
本実施形態の給湯システムにおいて、高圧タンク３ｂは、タンク下部において給水管５から給水を受ける。高圧タンク３ｂの下部の水は、給水管５の給水圧力によりヒートポンプ２へ送られる。制御部４は、水位センサ７ａ、温度センサ８ａ及び、温度センサ８ｂ１乃至８ｂｎが検出したデータから、貯湯量を把握し、ヒートポンプ２によって給水を必要な温度に加熱する。そして、加熱した湯温に応じて切り替え弁２５を切り替え、中温タンク１又は、高圧タンク３ｂへ送湯する。
【００２６】
茹麺機１９又は食洗機２０において高温湯が使用されると、高圧タンク３ｂの圧力によって高圧タンク３ｂから高温出湯配管１４を通して高温湯が出湯される。カラン２４において中温湯が使用されると、制御部４は、混合出湯配管１８内の圧力低下を圧力センサ１７ａが検出した圧力によって感知し、給湯ポンプ１６ａを駆動させて中温タンク１の中温湯を送湯し、混合弁１１を調整して給水と混合して出湯する。このときに、中温タンク１の中温湯が無い場合には、補助弁２７を開いて高温湯と給水とを混合して出湯する。
【００２７】
また、高温タンクを高圧タンクにしたことにより、ヒートポンプ２への給水や高温湯の出湯を市水の給水圧力によって行なえるので、例えば、ヒートポンプ２へ給水するためのポンプと、高温湯を出湯するためのポンプとが不要となる等、ポンプを適宜省略することができる。また、例えば、給湯ポンプ１６ａの故障時にも、高圧タンク３ｂの高温湯を給水と混合して混合湯を出湯することができる等、給湯ポンプ１６ａの故障時も使用することができる。また、第１の実施形態に比べて、沸かし上げに中温水を使用しない分、ＣＯＰが低下しない。また、中温水を直接出湯するため、中温水の利用効率が良く、熱交換器も省略することができる。
【００２８】
なお、本発明は、上記各種実施形態の構成に限られず、発明の趣旨を変更しない範囲で種々の変形が可能である。例えば高温出湯や混合出湯の配管経路や、出湯に係る構成は、使用状況に応じて自在に変えればよい。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る給湯システムの構成図。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る給湯システムの構成図。
【図３】従来の給湯システムの構成図。
【図４】一般のヒートポンプにおける沸上温度とＣＯＰの関係を示す図。
【符号の説明】
【００３０】
１  中温タンク
２  ヒートポンプ
３  高温タンク
３ｂ  高圧タンク
１１  混合弁
１４  高温出湯配管（出湯配管）
１８  混合出湯配管（出湯配管）
２５  切り替え弁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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