(57)【要約】【課題】貯湯タンクの容量を確保しつつ、給湯システム全体の熱効率の低下を防止することができる。【解決手段】温水を生成する温水生成手段１０と、温水生成手段１０により生成された温水を貯留する下流側貯湯タンク２１、中間貯湯部２２及び上流側貯湯タンク２３と、下流側貯湯タンク２１及び中間貯湯部２２に貯留された温水を給湯するための給湯配管６４、６５と、中間貯湯部２２の温水の温度を検出する中間水温センサ３２と、中間水温センサ３２により検出された水温に基づいて、下流側貯湯タンク２１の温水が前記貯湯配管に供給される第１の給湯状態、中間貯湯部２２の温水が中間配管で給湯配管６４に供給される第２の給湯状態、又は下流側貯湯タンク２１及び中間貯湯部２２の双方の温水が給湯配管６４に供給される第３の給湯状態、を選択的に実現する制御部６０を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
温水を生成する温水生成手段と、
前記温水生成手段により生成された温水を貯留する貯湯手段と、
前記貯湯手段に貯留された温水を給湯するための給湯配管と、を備え、
前記貯湯手段は、前記温水生成手段の冷水入口に直接接続された第１の貯湯タンクと、前記給湯配管に直接接続された第２の貯湯タンクと、前記第１の貯湯タンクと前記第２の貯湯タンクとの間に直列に接続された一つ又は複数の中間貯湯タンクからなる中間貯湯部とにより構成され、
前記貯湯システムは、さらに、
前記中間貯湯部に貯留された温水を前記給湯配管に供給するための中間配管と、
前記中間貯湯部の水温を検出する中間水温センサと、
前記中間水温センサが検出した水温に基づいて、前記第２の貯湯タンクの温水が前記貯湯配管に供給される第１の給湯状態、前記中間貯湯部の温水が前記中間配管で前記給湯配管に供給される第２の給湯状態、又は前記第２の貯湯タンク及び前記中間貯湯部の双方の温水が前記給湯配管に供給される第３の給湯状態を選択的に実現する制御部を備えることを特徴とする給湯システム。
【請求項２】
前記第２の貯湯タンクから前記給湯配管に接続する箇所に設置された第１給湯弁と、
前記中間配管に設置された第２給湯弁と、
を備え、
前記制御部は、前記第１給湯弁及び前記第２給湯弁の開度を調節することにより前記第２の貯湯タンク及び前記中間貯湯部のそれぞれから前記給湯配管へ供給される温水の量を制御す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】
前記制御部は、前記中間水温センサが検出する水温が所定の第１の水温以上である場合又は前記第１の水温より低い所定の第２の水温未満である場合、前記第１の給湯状態を実現することを特徴とする請求項１又は２に記載の給湯システム。
【請求項４】
前記制御部は、前記中間水温センサが検出する水温が所定の第１の水温未満であって前記第１の水温より低く前記第２の水温より高い所定の第３の水温以上である場合、前記第２の給湯状態を実現することを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の給湯システム。
【請求項５】
前記制御部は、前記中間水温センサが検出する水温が前記第３の水温未満であって前記第２の水温以上である場合、前記第３の給湯状態を実現することを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の給湯システム。
【請求項６】
前記給湯配管内の温水の温度を検出する給湯水温センサと、
前記給湯配管の第１の所定箇所を、前記給湯配管の前記第１の所定箇所よりも上流側の第２の所定箇所又は前記貯湯手段に選択的に接続する循環系統と、
前記給湯水温センサにより検出された水温に基づいて、前記循環系統による前記第１の所定箇所の接続先を、前記第２の所定箇所又は前記貯湯手段に切り換える制御部と、
を備えることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の給湯システム。
【請求項７】
前記制御部は、
前記給湯水温センサにより検出された水温が第４の所定温度以上の場合は、前記第１の所定箇所の接続先を前記第２の所定箇所とし、
前記給湯水温センサにより検出された水温が前記第４の所定温度を下回った場合は、前記循環系統による前記第１の所定箇所の接続先を前記貯湯手段とし、その後、前記水温が前記第４の所定温度よりも高い所定の上限温度に達したら、前記循環系統による前記第１の所定箇所の接続先を前記第２の所定箇所とすることを特徴とする請求項６に記載の給湯システム。
【請求項８】
前記循環系統は、前記第２の所定箇所に接続する第１の分岐管と前記貯湯手段に接続する第２の分岐管とに分岐し、
前記第１の分岐管に第１の開閉弁が設けられ、
前記第２の分岐管に第２の開閉弁が設けられ、
前記制御部は、
前記第１の開閉弁を開くと共に前記第２の開閉弁を閉じることにより前記循環系統による前記第１の所定箇所の接続先を前記第２の所定箇所とし、
前記第１の開閉弁を閉じると共に前記第２の開閉弁を開くことにより前記循環系統による前記第１の所定箇所の接続先を前記貯湯手段とすることを特徴とする請求項６又は７に記載の給湯システム。
【請求項９】
第１貯湯タンクの水温を検出する貯湯水温センサを備え、
前記制御部は、前記循環系統の接続先が前記貯湯手段である場合に、前記貯湯水温センサにより検出された水温に基づいて、前記第２の貯湯タンクに貯留された温水が前記給湯配管へ供給される第１の循環状態と、前記第１の貯湯タンク内の冷水が前記循環系統からの温水によって押出されることにより前記温水生成手段の冷水入口へ供給される第２の循環状態とを切り替えることを特徴とする請求項６〜８の何れかに記載の給湯システム。
【請求項１０】
前記制御部は、
前記循環系統による前記第１の所定箇所の接続先を前記貯湯手段とする場合であって、前記貯湯水温センサが前記第５の所定温度を上回った場合、前記第１の循環状態に切換え、
前記循環系統による前記第１の所定箇所の接続先を前記貯湯手段とする場合であって、前記貯湯水温センサが第５の所定温度を下回った場合、前記第２の循環状態に切換えることを特徴とする請求項９に記載の給湯システム。
【請求項１１】
前記第１の貯湯タンクと前記温水生成手段の冷水入口を接続する配管には第３の開閉弁が設けられ、
前記制御部は、前記第３の開閉弁を閉じ前記第１の給湯弁を開くことにより前記第１の循環状態を実現し、前記第３の開閉弁を開き前記温水生成手段を運転することにより前記第２の循環状態を実現することを特徴とする請求項９又は１０に記載の給湯システム。
【請求項１２】
前記循環系統は、前記給湯配管の途中に設けられた循環槽を備え、前記第２の所定箇所は、前記給湯配管の前記循環槽よりも上流側の箇所であることを特徴とする請求項１〜１１のうち何れかに記載の給湯システム。
【請求項１３】
前記給湯水温センサは、前記循環槽に設けられることを特徴とする請求項１２に記載の給湯システム。
【請求項１４】
前記循環槽は、前記給湯配管を流れる温水がその下部から流入して上部から流出するように設けられていることを特徴とする請求項１〜１３のうち何れかに記載の給湯システム。
【請求項１５】
前記温水生成手段は冷媒に二酸化炭素を用いたヒートポンプであることを特徴とする請求項１〜１４のうち何かに記載の給湯システム。
【請求項１６】
温水を生成するステップと、
前記温水生成手段の冷水入口に直接接続された第１の貯湯タンクと、前記給湯配管に直接接続された第２の貯湯タンクと、前記第１の貯湯タンクと前記第２の貯湯タンクとの間に直列に接続された一つ又は複数の中間貯湯タンクからなる中間貯湯部とにより構成される貯湯手段に前記生成した温水を貯留するステップと、
前記貯湯手段に貯留された温水を給湯配管を介して給湯するステップと、
前記中間貯湯部に貯留された温水を前記貯湯配管に中間配管で供給するステップと、
前記中間貯湯部の水温を中間水温センサで検出するステップと、
前記中間水温センサが検出した水温に基づいて、前記第２の貯湯タンクの温水が前記貯湯配管に供給される第１の給湯状態、前記中間貯湯部の温水が前記中間配管で前記給湯配管に供給される第２の給湯状態、又は前記第１の貯湯タンク及び前記中間貯湯部の双方の温水が前記給湯配管に供給される第３の給湯状態、を選択的に実現するステップと、
を含むことを特徴とする給湯システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
温水生成手段により加熱した温水を貯湯タンクに貯留し、貯留した温水を給湯するようにした給湯システム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ヒートポンプ式給湯器は、熱源に冷媒の状態変化を利用しているので電気ヒータで水を加熱する給湯器よりも一般にエネルギー効率が良く、またガス等を燃焼しないので空気中に二酸化炭素などを排出せず地球環境にやさしい給湯器と言われている。このため、様々なヒートポンプ式給湯器が開発されている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
ところで、二酸化炭素を冷媒とするヒートポンプ式給湯器は、電気ヒータやガス焚きによる給湯器と異なり、取り込む水の温度が高いと加熱効率が低下するという問題がある。したがって、一旦暖められて貯湯タンクに貯留された温水が冷めてぬるくなった場合、ぬるい温水をヒートポンプ式給湯器で追焚きすると加熱効率が低下する。
【０００４】
一方、従来から多く用いられている密閉型の貯湯タンクでは、給湯した量だけ貯湯タンクに下部より給水することで常にタンクレベルを一定に保持しながら給湯する。また、ヒートポンプで沸き上げて蓄熱する場合、貯湯タンクに下部から常温の冷水を取り込んでヒートポンプで加熱し、加熱された温水は貯湯タンクに上部から注ぎ込まれる。そして、貯湯タンク内の温水と冷水とは、比重差により温水層と冷水層とに上下に分離される。しかし、実際には、温水層と冷水層との境界付近には温水と冷水との混合が生じ、中温の混合水層が形成され、給湯と蓄熱の繰り返しによって混合水層は拡大する。
【０００５】
このように、混合水層が拡大すると、その分だけ貯湯タンクの実質的容量は更に減少することとなる。また、中温の混合水を二酸化炭素冷媒のヒートポンプ式給湯器で追焚きすると、ヒートポンプの特性上、加熱効率が低下する。さらに混合水層の発生を放置すれば混合水層は拡大する。したがって、貯湯タンク内に発生する中温の混合水層の分量を最小限に留めておくかが課題となる。
【特許文献１】特開２００３−１４８８０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、このような課題に対して、貯湯タンク内で温水と冷水との混合によって生じる混合水を給湯に使用することにより、貯湯タンクの容量を確保しつつ、給湯システム全体の熱効率の低下を防止することができる給湯システム及び方法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】
【０００７】
第１の発明は、温水を生成する温水生成手段と、
前記温水生成手段により生成された温水を貯留する貯湯手段と、
前記貯湯手段に貯留された温水を給湯するための給湯配管と、を備え、
前記貯湯手段は、前記温水生成手段の冷水入口に直接接続された第１の貯湯タンクと、前記給湯配管に直接接続された第２の貯湯タンクと、前記第１の貯湯タンクと前記第２の貯湯タンクとの間に直列に接続された一つ又は複数の中間貯湯タンクからなる中間貯湯部とにより構成され、
前記貯湯システムは、さらに、
前記中間貯湯部に貯留された温水を前記給湯配管に供給するための中間配管と、
前記中間貯湯部の水温を検出する中間水温センサと、
前記中間水温センサが検出した水温に基づいて、前記第２の貯湯タンクの温水が前記貯湯配管に供給される第１の給湯状態、前記中間貯湯部の温水が前記中間配管で前記給湯配管に供給される第２の給湯状態、又は前記第２の貯湯タンク及び前記中間貯湯部の双方の温水が前記給湯配管に供給される第３の給湯状態を選択的に実現する制御部を備えることを特徴とする給湯システムである。
【０００８】
第２の発明は、前記第２の貯湯タンクから前記給湯配管に接続する箇所に設置された第１給湯弁と、
前記中間配管に設置された第２給湯弁と、
を備え、
前記制御部は、前記第１給湯弁及び前記第２給湯弁の開度を調節することにより前記第２の貯湯タンク及び前記中間貯湯部のそれぞれから前記給湯配管へ供給される温水の量を制御することを特徴とする第１の発明に記載の給湯システムである。
【０００９】
第３の発明は、前記制御部が、前記中間水温センサが検出する水温が所定の第１の水温以上である場合又は前記第１の水温より低い所定の第２の水温未満である場合、前記第１の給湯状態を実現することを特徴とする第１又は２の発明に記載の給湯システムである。
【００１０】
第４の発明は、前記制御部が、前記中間水温センサが検出する水温が所定の第１の水温未満であって前記第１の水温より低く前記第２の水温より高い所定の第３の水温以上である場合、前記第２の給湯状態を実現することを特徴とする第１〜３の発明の何れかに記載の給湯システムである。
【００１１】
第５の発明は、前記制御部が、前記中間水温センサの検出する水温が前記第３の水温未満であって前記第２の水温以上である場合、前記第３の給湯状態を実現することを特徴とする第１〜４の発明の何れかに記載の給湯システムである。
【００１２】
第６の発明は、前記給湯配管内の温水の温度を検出する給湯水温センサと、
前記給湯配管の第１の所定箇所を、前記給湯配管の前記第１の所定箇所よりも上流側の第２の所定箇所又は前記貯湯手段に選択的に接続する循環系統と、
前記給湯水温センサにより検出された水温に基づいて、前記循環系統による前記第１の所定箇所の接続先を、前記第２の所定箇所又は前記貯湯手段に切り換える制御部と、
を備えることを特徴とする第１〜５の発明の何れかに記載の給湯システムである。
【００１３】
第７の発明は、前記制御部が、
前記給湯水温センサにより検出された水温が第４の所定温度以上の場合は、前記第１の所定箇所の接続先を前記第２の所定箇所とし、
前記給湯水温センサにより検出された水温が前記第４の所定温度を下回った場合は、前記循環系統による前記第１の所定箇所の接続先を前記貯湯手段とし、その後、前記水温が前記第４の所定温度よりも高い所定の上限温度に達したら、前記循環系統による前記第１の所定箇所の接続先を前記第２の所定箇所とすることを特徴とする第６の発明に記載の給湯システムである。
【００１４】
第８の発明は、前記循環系統において前記第２の所定箇所に接続する第１の分岐管と前記貯湯手段に接続する第２の分岐管とに分岐し、
前記第１の分岐管に第１の開閉弁が設けられ、
前記第２の分岐管に第２の開閉弁が設けられ、
前記制御部は、
前記第１の開閉弁を開くと共に前記第２の開閉弁を閉じることにより前記循環系統による前記第１の所定箇所の接続先を前記第２の所定箇所とし、
前記第１の開閉弁を閉じると共に前記第２の開閉弁を開くことにより前記循環系統による前記第１の所定箇所の接続先を前記貯湯手段とすることを特徴とする第６又は７の発明に記載の給湯システムである。
【００１５】
第９の発明は、第１貯湯タンクの水温を検出する貯湯水温センサを備え、
前記制御部は、前記循環系統の接続先が前記貯湯手段である場合に、前記貯湯水温センサにより検出された水温に基づいて、前記第２の貯湯タンクに貯留された温水が前記給湯配管へ供給される第１の循環状態と、前記第１の貯湯タンク内の冷水が前記循環系統からの温水によって押出されることにより前記温水生成手段の冷水入口へ供給される第２の循環状態とを切り替えることを特徴とする第６〜８の発明の何れかに記載の給湯システムである。
【００１６】
第１０の発明は、前記制御部が、
前記循環系統による前記第１の所定箇所の接続先を前記貯湯手段とする場合であって、前記貯湯水温センサが前記第５の所定温度を上回った場合、前記第１の循環状態に切換え、
前記循環系統による前記第１の所定箇所の接続先を前記貯湯手段とする場合であって、前記貯湯水温センサが第５の所定温度を下回った場合、前記第２の循環状態に切換えることを特徴とする第９の発明に記載の給湯システムである。
【００１７】
第１１の発明は、前記第１の貯湯タンクと前記温水生成手段の冷水入口を接続する配管には第３の開閉弁が設けられ、
前記制御部は、前記第３の開閉弁を閉じ前記第１の給湯弁を開くことにより前記第１の循環状態を実現し、前記第３の開閉弁を開き前記温水生成手段を運転することにより前記第２の循環状態を実現することを特徴とする第９又は１０の発明に記載の給湯システムである。
【００１８】
第１２の発明は、前記循環系統が、前記給湯配管の途中に設けられた循環槽を備え、前記第２の所定箇所は、前記給湯配管の前記循環槽よりも上流側の箇所であることを特徴とする第１〜１１の発明のうち何れかに記載の給湯システム。
【００１９】
第１３の発明は、前記給湯水温センサが、前記循環槽に設けられることを特徴とする第１２の発明に記載の給湯システムである。
【００２０】
第１４の発明は、前記循環槽が、前記給湯配管を流れる温水がその下部から流入して上部から流出するように設けられていることを特徴とする第１〜１３の発明のうち何れかに記載の給湯システムである。
【００２１】
第１５の発明は、前記温水生成手段が、冷媒に二酸化炭素を用いたヒートポンプであることを特徴とする第１〜１４の発明のうち何れかに記載の給湯システムである。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、貯湯タンクの容量を確保しつつ、給湯システム全体の熱効率の低下を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
図１は、本発明の一実施形態である給湯システム１の全体構成図である。同図に示すように、本実施形態の給湯システム１は、温水生成手段１０、貯湯手段２０、循環槽３０、第１循環弁５４、第２循環弁５５、制御部６０、ポンプ７０などを主たる構成要素として備えている。
【００２４】
温水生成手段１０は、例えば冷媒にＣＯ２ガスを用いたヒートポンプ等であって、常温の冷水（例えば、１０〜２５℃程度）を加熱して温水（例えば、９０℃程度）とする。温水生成手段１０の温水出口は、貯湯配管６１を介して、下流側貯湯タンク２１（特許請求の範囲の「第２の貯湯タンクに相当」）に接続されている。貯湯配管６１には貯湯弁５１が設けられている。また、温水生成手段１０の冷水入口には、給水配管６２が接続されている。給水配管６２には給水弁５６が設けられている。
【００２５】
貯湯手段２０は、下流側貯湯タンク２１、中間貯湯部２２、上流側貯湯タンク２３（特許請求の範囲の「第１の貯湯タンクに相当」）を備え、これらは直列的に接続されたタンクであって、温水生成手段１０で生成された温水が貯留される。下流側貯湯タンク２１の最下部と中間貯湯部２２の最上部とは、第１タンク接続管７１で接続され、中間貯湯部２２の最下部と上流側貯湯タンク２３の最上部とは第２タンク接続管７２で接続される。温水生成手段１０で生成された温水は、貯湯配管６１を介して、まず下流側貯湯タンク２１にその最上部から貯留される。下流側貯湯タンク２１に温水が満たされると、温水は下流側貯湯タンク２１と第１タンク接続管７１とを介して中間貯湯部２２にその最上部から徐々に満たされる。さらに、中間貯湯部２２に温水が満たされると、温水は下流側貯湯タンク２１と中間貯湯部２２と第２タンク接続管７２とを介して上流側貯湯タンク２３にその最上部から満たされる。また、下流側貯湯タンク２１及び中間貯湯部２２は、それらの最上部から給湯配管６４を介して循環槽３０の下部に接続される。さらに、循環槽３０の上部には各住戸の給湯口４０へ給湯するための給湯配管６５が接続されている。なお、下流側貯湯タンク２１は下流配管７４を介して給湯配管６４と接続しており、下流配管７４に第１給湯弁５２が設けられている。また、貯湯配管６１は下流配管７４を介して下流側貯湯タンク２１と接続している。一方、中間貯湯部２２は、中間配管７３を介して給湯配管６４に接続し、中間配管７３には第２給湯弁５８が設けられている。
【００２６】
上流側貯湯タンク２３は、上流側貯湯タンク２３の最下部において給水配管６２に接続しており、この接続箇所よりも下流側（温水生成手段１０に近い側）には給水弁５６（特許請求の範囲の「第３の開閉弁」に相当）が設置されている。さらにこの接続箇所より上流側（給水側）において、給湯配管６４へ至る給水分岐管６３が分岐している。
【００２７】
なお、図１においては、貯湯タンクは３つ記載されているが、貯湯タンクは３つ以上であればいくつでもよい。４つ以上ある場合には、給湯配管６４に直接接続され、温水生成手段１０の温水出口に最も近くに位置する貯湯タンクが第１貯湯タンクであり、温水生成手段１０の冷水入口の最も近くに位置する貯湯タンクが第２貯湯タンクであって、その間に位置する貯湯タンクのうち何れかが中間貯湯部にあたる。
【００２８】
第１貯湯温水センサ３１は、下流側貯湯タンク２１の最上部に設けられ、下流側貯湯タンク２１の最上部の水温（以下、貯湯水温Ｔ１という）を検出する。貯湯水温センサ３１により検出された循環水温Ｔ１を示す信号は、制御部６０へ供給される。
【００２９】
また、第２貯湯温水センサ３２は、中間貯湯部２２の最上部に設けられ、中間貯湯部２２の最上部の水温（以下、貯湯水温Ｔ２という）を検出する。第２貯湯温水センサ３２により検出された循環水温Ｔ２を示す信号は、制御部６０へ供給される。
【００３０】
同様に、上流温水センサ３３は、上流側貯湯タンク２３の最下部に設けられ、上流側貯湯タンク２３の最下部の水温（以下、貯湯水温Ｔ３という）を検出する。第３貯湯温水センサ３３により検出された循環水温Ｔ３を示す信号は、制御部６０へ供給される。
【００３１】
さらに、下流側貯湯タンク２１と中間貯湯部２２とから供給された温水の合流箇所より下流であって後述する混合弁５３よりも上流に、混合温水センサ３４が設けられ、下流側貯湯タンク２１と中間貯湯部２２から供給された温水が混ざった温水の水温（以下、貯湯水温Ｔ４という）を検出する。混合温水センサ３４により検出された循環水温Ｔ４を示す信号は、制御部６０へ供給される。
【００３２】
給湯配管６４には、３方弁である混合弁５３が設けられており、この混合弁５３に給水分岐管６３が接続されている。混合弁５３は、下流側貯湯タンク２１又は中間貯湯部２２から供給された高温の温水に、給水分岐管６３から供給された冷水を、制御部６０により制御された混合比で混合する機能を有している。なお、混合弁５３に代えて給水分岐管６３に開閉弁を設けてもよい。この開閉弁と第１給湯弁５２及び第２給湯弁５８とによって、制御部６０で制御された混合比で温水と水とを混合することができる。
【００３３】
給湯配管６４の混合弁５３近傍下流側の部位には、給湯水温センサ３５が設けられている。給湯水温センサ３５により給湯配管６４内の温水水温（以下、給湯水温Ｔ５という）を示す信号は制御部６０に供給される。
【００３４】
給湯配管６５の給湯口４０近傍には、循環配管６６が接続されている。循環配管６６は、循環槽３０の下部に接続される第１分岐管６７と、貯湯手段２０に接続される第２分岐管６８とに分岐している。そして、第１分岐管６７に第１循環弁５４（特許請求の範囲の「第１の開閉弁」に相当）が設けられ、第２分岐管６８に第２循環弁５５（特許請求の範囲の「第２の開閉弁」に相当）が設けられている。また、循環配管６６にはポンプ７０が、その吸入口が給湯配管６５側、吐出口が第１分岐管６７及び第２分岐管６８側となるように設けられている。なお、上記した循環配管６６、循環槽３０、第１分岐管６７、第２分岐管６８、第１循環弁５４、及び第２循環弁５５が、本発明の「循環系統」に相当している。
【００３５】
また、第２分岐管６８は、第２循環弁５５の手前でさらに分岐する第３分岐管６９を介して温水生成手段１０に接続する。さらに、第３分岐管６９は、開閉弁５７を備える。
【００３６】
循環槽３０には、その内部の水温（以下、循環水温Ｔ６という）を検出する給湯水温センサ３６が設けられている。給湯水温センサ３６により検出された循環水温Ｔ６を示す信号は、制御部６０へ供給される。なお、給湯水温センサ３６が、特許請求の範囲で言う給湯水温センサに相当する。
【００３７】
上記した温水生成手段１０及びポンプ７０の運転・停止は、制御部６０により制御される。また、貯湯弁５１、第１給湯弁５２、第２給湯弁５８、第１循環弁５４、第２循環弁５５、及び給水弁５６は何れも開閉弁であり、それらの開閉状態は制御部６０により制御される。さらに、上記のように、３方弁である混合弁５３の動作も制御部６０により制御される。
【００３８】
本実施形態の給湯システム１は、電気料金が安く、かつ、温水使用量が少ない深夜時間帯に、温水生成手段１０により加熱した温水を各貯湯タンク２１〜２３に貯留し、各貯湯タンク２１〜２３に貯留された温水を各住戸の給湯口４０に給湯する。
【００３９】
まず、給湯時の動作について説明する。制御部６０は、深夜時間帯以外の時間帯であって、貯湯水温Ｔ２が所定温度Ｔｘ（例えば７５℃；特許請求の範囲の「所定の第１の温度」に相当）以上であって、貯湯水温Ｔ４が所定温度Ｔｙ（＜Ｔｘ；例えば、７０℃）以上である場合、図２に示すように、貯湯弁５１及び給水弁５６を閉状態とし、給湯弁５２を開状態とし、温水生成手段１０の運転を停止させると共に、給湯水温Ｔ５に基づいて、この給湯水温Ｔ５が所定温度Ｔｈ（例えば６５℃）となるように混合弁５３を制御する。ただし、後述するように、循環配管６６内の温水を第１タンク接続管７１へ循環させる場合には、この制御は行わない（つまり、給水分岐管６３側を全閉にして、下流側貯湯タンク２１又は中間貯湯部２２の温水を、冷水と混合することなくそのまま給湯配管６５に供給する）ものとする。給湯口４０が開けられると、下流側貯湯タンク２１から排出された温水が混合弁５３により冷水と混合されて上記所定温度Ｔｈとされたうえで、給湯口４０へ供給される。各住戸の利用者は、給湯口４０に設けられた不図示の混合栓を操作して冷水を混合することにより給湯温度を所望の温度に調整する。
【００４０】
こうして下流側貯湯タンク２１から温水が排出されると、それと等量の冷水が給水配管６２を介して上流側貯湯タンク２３の最下部から流入し、上流側貯湯タンク２３に貯留されていた温水が中間貯湯部２２へ押出され、さらに中間貯湯部２２に貯留されていた温水が下流側貯湯タンク２１へ押出される。したがって、各貯湯タンク２１〜２３の内部は、上流側貯湯タンク２３の下部には冷水が、下流側貯湯タンク２１と中間貯湯部２２とに温水が、それぞれ貯留された状態となる。なお、貯湯タンク内の温水と冷水とは、比重差により温水層と冷水層とに上下に分離されるが、実際には、貯湯タンク内の上下流により温水層と冷水層の境界付近には温水と冷水との混合が生じ、中温の混合水層が徐々に拡大していく。
【００４１】
このように給湯を続けると、冷水は、上流側貯湯タンク２３の給水口付近から温水を徐々に押し上げ、上流側貯湯タンク２３は冷水で満たされるようになる。さらに、上流側貯湯タンク２３が冷水で満たされると、中間貯湯部２２には第２タンク接続管７２を介してその最下部から冷水が流入してくる。
【００４２】
さて、冷水が中間貯湯部２２に流入し、中温の混合層が中間貯湯部２２内で拡大し結果、貯湯水温Ｔ２が所定温度Ｔｘ未満であって所定温度Ｔｙ（＜Ｔｘ；例えば７０℃；特許請求の範囲の「所定の第２の温度」に相当）以上となった場合、図３に示すように、中間貯湯部２２の温水を給湯口４０に供給する。これは、中間貯湯部２２に生じている中温の混合層を給湯に用いるものである。具体的には、貯湯弁５１、給水弁５６及び第１給湯弁５２を閉状態とし、第２給湯弁５８を開状態として温水生成手段１０の運転を停止させると共に、給湯水温Ｔ５に基づいて、この給湯水温Ｔ５が所定温度Ｔｈとなるように混合弁５３を制御する。
【００４３】
また、貯湯水温Ｔ２が所定温度Ｔｘ（例えば７５℃；特許請求の範囲の「所定の第１の温度」に相当）以上であるが、貯湯水温Ｔ４が所定温度Ｔｙ（＜Ｔｘ；例えば、７０℃）未満である場合も、上記と同様、図３に示すように、中間貯湯部２２の温水を給湯口４０に供給する。
【００４４】
なお、中間貯湯部２２への冷水の流入量が多くなり、混合層が拡大した結果、貯湯水温Ｔ２が所定温度Ｔｙ未満であって所定温度Ｔｚ（＜Ｔｙ；例えば２５℃；特許請求の範囲の「所定の第３の温度」に相当）以上となった場合、図４に示すように、下流側貯湯タンク２１の温水と中間貯湯部２２の温水とを混ぜて給湯口４０に供給する。これは、中間貯湯部２２に生じている混合層を給湯に用いるが、混合層の水温が低いために、下流側貯湯タンク２１の高温の温水を混ぜることで必要な水温を確保するものである。具体的には、貯湯弁５１及び給水弁５６を閉状態とし、第１給湯弁５２及び第２給湯弁５８を開状態として温水生成手段１０の運転を停止させると共に、給湯水温Ｔ４に基づいて、この給湯水温Ｔ４が所定温度Ｔｈとなるように第１給湯弁５２及び第２給湯弁５８を制御する。
【００４５】
さらに、中間貯湯部２２が冷水で満たされた結果、貯湯水温Ｔ２が所定温度Ｔｚ未満となった場合、図２に示すように、下流側貯湯タンク２１の温水を給湯口４０に供給する。これは、中間貯湯部２２の水は水温が低いので利用できないから、下流側貯湯タンク２１の高温の温水のみを利用するものである。具体的には、貯湯弁５１、給水弁５６及び第２給湯弁５８を閉状態とし、第１給湯弁５２として温水生成手段１０の運転を停止させると共に、給湯水温Ｔ５に基づいて、この給湯水温Ｔ５が所定温度Ｔｈとなるように混合弁５３を制御する。
【００４６】
以上の通り、給湯は、下流側貯湯タンク２１の温水による場合、中間貯湯部２２の温水による場合、下流側貯湯タンク２１及び中間貯湯部２２の温水による場合、の３通りあるが、これらの選択処理についてフロー図にまとめたのが図５である。まず、中間貯湯部２２の最上部の貯湯水温Ｔ２が所定温度Ｔｘ以上であって（Ｓ５０２：ＹＥＳ）、貯湯水温Ｔ４が所定温度Ｔｙ以上であれば（Ｓ５０４：ＹＥＳ）、第１給湯弁５２を開状態、第２給湯弁５８を閉状態とすることにより、下流側貯湯タンク２１から給湯する（Ｓ５０６）。次に、貯湯水温Ｔ２が、所定温度Ｔｘ未満であっても（Ｓ５０２：ＮＯ）、Ｔｙ以上であれば（Ｓ５０８：ＹＥＳ）、第１給湯弁５２を閉状態、第２給湯弁５８を開状態とすることにより、中間貯湯部２２から給湯する（Ｓ５１０）。また、貯湯水温Ｔ２が所定温度Ｔｘ以上であって（Ｓ５０２：ＹＥＳ）、貯湯水温Ｔ４が所定温度Ｔｙ未満であれば（Ｓ５０４：ＮＯ）、第１給湯弁５２を閉状態、第２給湯弁５８を開状態とすることにより、中間貯湯部２２から給湯する（Ｓ５１０）。そして、貯湯水温Ｔ２が、所定温度Ｔｙ未満であっても（Ｓ５０８：ＮＯ）、Ｔｚ以上であれば（Ｓ５１２：ＹＥＳ）、第１給湯弁５２を開状態、第２給湯弁５８も開状態とすることにより、下流側貯湯タンク２１及び中間貯湯部２２の両方の温水を混ぜて給湯する（Ｓ５１４）。さらに、貯湯水温Ｔ２が、所定温度Ｔｚ未満である場合（Ｓ５１２：ＮＯ）、第１給湯弁５２を開状態、第２給湯弁５８を閉状態とすることにより、下流側貯湯タンク２１から給湯する（Ｓ５１６）。
【００４７】
次に、貯湯時の動作について説明する。深夜時間帯には、図６に示すように、制御部６０は、貯湯弁５１、給水弁５６、及び第１給湯弁５２を開状態とし、温水生成手段１０を運転させる。これにより、上流側貯湯タンク２３の最下部から冷水が温水生成手段１０に供給されて加熱され、温水となって、貯湯配管６１を介して下流側貯湯タンク２１の最上部へ流入する。
【００４８】
すると、まず下流側貯湯タンク２１は温水生成手段１０から供給された高温の温水で上部から流入する。その温水が下流側貯湯タンク２１の最下部に達すると、次に第１タンク接続管７１を介して中間貯湯部２２の最上部からその温水が流入する。同様に、その温水が中間貯湯部２２の最下部に達すると、次に第２タンク接続管７２を介して上流側貯湯タンク２３の最上部からその温水が流入する。上流側貯湯タンク２３の最下部には上流水温センサ３３が設けられており、制御部６０はこの上流水温センサ３３により検出した水温Ｔ３に基づき上流側貯湯タンク２３に所定の高温（例えば９０℃）の温水が最下部に達したことを検知すると、温水生成手段１０を停止させると共に、貯湯弁５１及び給水弁５６を閉状態とする。なお、深夜時間帯の貯湯中に給湯口４０が開けられて給湯が行われる場合には、温水生成手段１０からの温水が直接、給湯配管６４へ供給されることになる。
【００４９】
また、時間帯にかかわらず、制御部６０はポンプ７０を動作させ、循環水温Ｔ６に基づいて、給湯配管６５の温水を第１分岐管６７を介して循環槽３０へ、若しくは、第２分岐管６８を介して下流側貯湯タンク２１又は中間貯湯部２２に循環させる。以下、循環系統の動作について説明する。
【００５０】
先ず、循環水温Ｔ６が第４の所定温度Ｔａ（例えば５５℃）以上の場合は、図７に示すように、第１循環弁５４を開状態とし、第２循環弁５５を閉状態とする。これにより、給湯配管６５の温水は、循環配管６６及び第１分岐管６７を介して循環槽３０へ循環する。その際、循環槽３０により循環する温水の量が多くなっていることで、温水は冷めにくくなっているものの、外部からの熱供給がないため、水温は次第に低下する。なお、この場合、給湯口４０で温水の使用が開始されれば直ちに給湯できるようにするため、第１給湯弁５２と第２給湯弁５８のうち少なくとも一方は必ず開状態としておく。
【００５１】
そして、循環水温Ｔ６が第４の所定温度Ｔａ未満になると、制御部６０は、図８に示すように、第１循環弁５４を閉状態とし、第２循環弁５５を開状態とすると共に、上記した給湯温度Ｔ５に基づく混合弁５３の制御を停止し給水分岐管６３側を全閉にして、貯湯手段２０の下流側貯湯タンク２１の高温の温水に冷水が混合されないようにする。これにより、給湯配管６５の温水は、循環配管６６及び第２分岐管６８を介して下流側貯湯タンク２１へ戻され、下流側貯湯タンク２１の高温の温水が、給湯配管６４を介して循環槽３０へ供給される。その際、循環槽３０にはその下部から高温温水が供給されるため、自然対流により循環槽３０内の温水は攪拌され、内部の水温はほぼ均一となる。
【００５２】
こうして循環槽３０に下流側貯湯タンク２１の高温温水が供給されることにより循環水温Ｔ６は上昇し、第５の所定温度Ｔｂ（＞Ｔａ；例えば６５℃）に達すると、制御部６０は再び図２に示すように、第１循環弁５４を開状態とし、第２循環弁５５を閉状態とすると共に、給湯水温Ｔ５に基づく混合弁５３の制御を再開する。
【００５３】
しかしながら、上流側貯湯タンク２１に循環系統の温水が供給されるとその内部の水温は次第に低下し、貯湯水温Ｔ３が第６の所定温度Ｔｃ（例えば６５℃）未満になると、上流側貯湯タンク２１の温水によっては循環水温Ｔ６を十分に上昇させることができなくなる。
【００５４】
この場合、制御部６０は、図９に示すように、第１循環弁５４を閉状態とし、第２循環弁５５及び給水弁５６を開状態とすると共に、上記した給湯温度Ｔ１に基づく混合弁５３の制御を停止し給水分岐管６３側を全閉にした状態を維持する。これにより、給湯配管６５の温水は、循環配管６６及び第２分岐管６８を介して中間貯湯部２２へ戻される。その結果、上流側貯湯タンク２３に貯留されている冷水が押出されて温水生成手段１０の冷水入口へ供給され、温水生成手段１０で加熱されて高温の温水となり貯湯配管６１及び給湯配管６４を介して循環槽３０へ供給される。なお、混合弁５３の制御を停止し給水分岐管６３側を全閉にしたままであるので、温水生成手段１０で生成された高温の温水に冷水が混合されない。また、この際、循環槽３０にはその下部から高温温水が供給されるため、自然対流により循環槽３０内の温水は攪拌され、内部の水温はほぼ均一となる。
【００５５】
また、この場合も、給湯口４０で温水の使用が開始されれば直ちに給湯できるようにするため、第１給湯弁５２と第２給湯弁５８のうち少なくとも一方は必ず開状態としておく。なお、循環する温水について、ポンプ７０から吐出される量と温水生成手段１０に吸入される量はほぼ同量であるとし、また温水生成手段１０から吐出される量とポンプ７０に吸入される量はほぼ同量であるとするので、第１給湯弁５２が開状態であっても下流側貯湯タンク２１には温水はほとんど流入しない。
【００５６】
こうして循環槽３０に温水生成手段１０で生成された高温温水が供給されることにより循環水温Ｔ６は上昇し、第５の所定温度Ｔｂに達すると、制御部６０は再び図７に示すように、第１循環弁５４を開状態とし、第２循環弁５５を閉状態とすると共に、給湯水温Ｔ５に基づく混合弁５３の制御を再開する。
【００５７】
なお、下流側貯湯タンク２１の温水は、所定温度Ｔｃ未満であるが、上流側貯湯タンク２３には所定の温度（例えば、６０℃）以上の温水が貯留されている場合、温水生成手段１０で加熱すると熱効率が下がるため、従来通り、循環系統の温水を温水生成手段１０で加熱することとしてもよい。すなわち、開閉弁５７を開き、第３分岐管６９を介して、循環系統の温水を温水生成手段１０に供給し、そこで加熱して再び循環系統へ戻すこととしてもよい。この場合以外は、開閉弁５７は閉じているものとする。
【００５８】
ところで、上記のような温水の循環が成り立つためには、貯湯手段２０には高温（例えば、８５℃程度）の温水が貯留され、循環槽３０には給湯口４０に供給する温水温度である中温（例えば、６５℃程度）の温水が貯留されていることが前提となる。
【００５９】
図１０は、以上に説明した制御の処理をフロー図にまとめたものである。まず、循環水温Ｔ２が温度Ｔａを上回れば（Ｓ１００２：ＹＥＳ）、第１循環弁５４を開き、第２循環弁５５を閉じることにより（Ｓ１００４）、給湯配管６５の温水が、循環配管６６及び第１分岐管６７を介して循環槽３０へ循環する状態（図７）とする。
【００６０】
また、循環水温Ｔ２が温度Ｔａ以下であれば（Ｓ１００２：ＮＯ）、第１循環弁５４を閉じ、第２循環弁５５を開くことにより（Ｓ１００６）、給湯配管６５の温水は、循環配管６６及び第２分岐管６８を介して貯湯手段２０へ送られる。さらに、貯湯水温Ｔ３がＴｃを上回れば（Ｓ１００８：ＹＥＳ）、給湯弁５２を開き（Ｓ１０１０）、給湯配管６５の温水が、循環配管６６及び第２分岐管６８を介して下流側貯湯タンク２１へ戻され、下流側貯湯タンク２１の高温の温水が、給湯配管６４を介して循環槽３０へ供給される状態（図８）とする。なお、この場合は、給湯温度Ｔ１に基づく混合弁５３の制御を停止し給水分岐管６３側を全閉にして、貯湯手段２０の下流側貯湯タンク２１の高温の温水に冷水が混合されないようにする（Ｓ１０１０）。
【００６１】
一方、給湯配管６５の温水が貯湯手段２０へ送られている場合であって（Ｓ１００６）貯湯水温Ｔ３がＴｃ以下である場合は（Ｓ１００８：ＮＯ）、貯湯弁５１及び給水弁５６を開き、温水生成手段１０を運転させることにより（Ｓ１０１４）、給湯配管６５の温水が、循環配管６６及び第２分岐管６８を介して中間貯湯部２２へ戻され、さらに、上流側貯湯タンク２３に貯留されている冷水は、押出されて温水生成手段１０へ供給され、ここで加熱されて高温の温水となり貯湯配管６１と給湯配管６４とを介して循環槽３０へ供給される状態（図９）となる。なお、この場合は、給湯温度Ｔ１に基づく混合弁５３の制御を停止し給水分岐管６３側を全閉にして、貯湯手段２０の下流側貯湯タンク２１の高温の温水に冷水が混合されないようにする（Ｓ１０１４）。
【００６２】
さらに、Ｓ１０１０又はＳ１０１４の処理の後も、循環水温Ｔ２がＴｂ以下であれば（Ｓ１０１２：ＮＯ）、Ｓ１００８に戻る。一方、循環水温Ｔ２がＴｂを上回れば（Ｓ１０１２：ＹＥＳ）、上記Ｓ１００４へ進み、給湯配管６５の温水は、循環配管６６及び第１分岐管６７を介して循環槽３０へ循環する状態（図７）とする。
【００６３】
このように、本実施形態では、貯湯時において、貯湯タンク内で温水と水との混合によって生じる混合水を給湯に使用することにより、貯湯タンクの容量を確保しつつ、給湯システム全体の熱効率の低下を防止することができる。すなわち、給湯システム１では、貯湯タンクを３つ以上備えこれらを直列に配置しており、給湯や貯湯の繰り返し等により中間に位置する貯湯タンクに生ずる温水と冷水の混合した中温の混合水を、その中間に位置する貯湯タンクから取り出して別の貯湯タンクの高温の温水と混ぜて給湯に使用することにより、混合水層の拡大を抑制することができる。従来は、混合水を給湯にも再加熱にも用いることができず、この混合水層が拡大すると、貯湯タンクの実質的な容量が減少することとなっていたが、本実施形態では、混合水を有効に使用することができるので、貯湯タンクの容量を確保しつつ、給湯システム全体の熱効率の低下を防止することが可能となる。
【００６４】
また、本実施形態では、給湯配管６５の温水を循環槽３０を介して循環させている間に循環水温Ｔ６が第４の所定温度Ｔａ未満に低下すると、循環水温Ｔ６が第５の所定温度Ｔｂに達するまで、給湯配管６５の温水を下流側貯湯タンク２１を介して循環させることにより、循環水温Ｔ６を第４の所定温度Ｔａと第２に所定温度Ｔｂとの間に維持することができる。さらに、下流側貯湯タンク２１内の温水温度が低下した場合であっても、上流側貯湯タンク２３内の冷水を温水生成手段１０で加熱して高温となった温水を循環させることにより、循環水温Ｔ６を第４の所定温度Ｔａと第２に所定温度Ｔｂとの間に維持することができる。これにより、例えば深夜等のように給湯口４０からの給湯量が少なく、給湯配管６４，６５内の温水が冷めやすい場合にも、給湯口４０が開けられたときに直ちに所望温度の温水を給湯することが可能となる。
【００６５】
そして、循環配管６６の温水の加熱を、上記特許文献１に記載された従来技術のようにヒートポンプである温水生成手段１０により直接行うのではなく、まずは下流側貯湯タンク２１に循環させることにより行っているため、冷め切っていない循環温水をヒートポンプで加熱することによる熱効率の低下を招くことなく、効率的に循環配管６６の温水を加熱することができ、システム全体の熱効率が向上する。
【００６６】
さらに、上記従来技術のように、循環槽内の温水が冷めた場合にヒートポンプで加熱する場合は、循環槽内の温水をその下部から排出してヒートポンプへ供給し、ヒートポンプで加熱された温水を循環槽の上部から供給する構成となる。このため、循環槽内の水温を均一にするために、例えば、循環槽の下部配管から上部配管へポンプで温水を強制的に供給するなどにより循環槽内部を攪拌する手段が必要になる。これに対して、本実施形態では、上記のとおり、下流側貯湯タンク２１の高温温水又は温水生成手段１０で生成された高温温水が循環槽３０へその下部から供給されることで循環槽３０内部の温水が自然対流により攪拌される。このため、循環槽３０の内部を攪拌するための手段を別途設けることが不要となり、その分、コスト削減を図ることが可能となる。
【００６７】
なお、以上の実施形態の説明は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明はその趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に本発明にはその等価物が含まれることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の実施形態である給湯システム１の全体構成図である。
【図２】本発明の実施形態である給湯システム１における温水の給湯の一例を示す図である。
【図３】本発明の実施形態である給湯システム１における温水の給湯の別の一例を示す図である。
【図４】本発明の実施形態である給湯システム１における温水の給湯の別の一例を示す図である。
【図５】本発明の実施形態である給湯システム１における温水の給湯における貯湯タンク選択に係るフロー図である。
【図６】本発明の実施形態である給湯システム１における温水の貯湯の一例を示す図である。
【図７】本発明の実施形態である給湯システム１における温水の循環の一例を示す図である。
【図８】本発明の実施形態である給湯システム１における温水の循環の別の一例を示す図である。
【図９】本発明の実施形態である給湯システム１における温水の循環の別の一例を示す図である。
【図１０】本発明の実施形態である給湯システム１における温水の循環における循環経路選択に係るフロー図である。
【符号の説明】
【００６９】
１  給湯システム                １０  温水生成手段
２０  貯湯手段                  ２１  下流側貯湯タンク
２２  中間貯湯部                ２３  上流側貯湯タンク
３０  循環槽                    ３１  貯湯水温センサ
３２  中間水温センサ            ３３  上流水温センサ
３４  混合水温センサ            ３５、３６  給湯水温センサ
４０  給湯口                    ５１  貯湯弁
５２  第１給湯弁                ５３  混合弁
５４  第１循環弁                ５５  第２循環弁
５６  給水弁                    ５７  開閉弁
５８  第２給湯弁                ６０  制御部
６１  貯湯配管                  ６２  給水配管
６３  給水分岐管                ６４、６５  給湯配管
６６  循環配管                  ６７  第１分岐管
６８  第２分岐管                ６９  第３分岐管
７０  ポンプ                    ７１  第１タンク接続管
７２  第２タンク接続管          ７３  中間配管
７４  下流配管
【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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