(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水を加熱して湯水を生成するヒートポンプと、
前記ヒートポンプで生成された湯水を貯湯する密閉式の給湯用貯湯槽と、
複数の水栓が接続され前記湯水が循環する循環経路と、
前記循環経路上に配置された密閉式の返湯用貯湯槽と、
前記返湯用貯湯槽の上下の湯を混合する三方弁と、
を備え、
前記給湯用貯湯槽は、下部に水が給水され、
前記ヒートポンプは、前記給湯用貯湯槽の下部から水を抜いて上部に湯を供給し、
前記返湯用貯湯槽は、前記給湯用貯湯槽の湯が上部に供給され、
前記循環経路は、往路が前記三方弁に接続され、復路が前記返湯用貯湯槽の下部に接続されていることを特徴とするヒートポンプ供給システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒートポンプにおいて生成した湯水を循環させながら水栓に供給するヒートポンプ給湯システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ホテル等の商業施設において、水栓に湯水を供給するシステムとしてヒートポンプ給湯システムが採用されている。例えば特許文献１では、ヒートポンプ給湯器（以下、単にヒートポンプと称する）において生成した湯水を貯湯する貯湯タンク、貯湯タンクに貯湯された湯水を給湯端末に供給する給湯配管、および給湯配管の湯水をヒートポンプに返湯する返湯配管を設けている。そして、給湯配管および返湯配管によって貯湯タンクの湯水を循環させている。かかる構成によれば、ヒートポンプの上部に貯湯された湯水を迅速に給湯端末（水栓とも称される）に供給することができるため、給湯時の待ち時間を大幅に短縮することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−０７５２７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般にヒートポンプは、入水温度が高くなるにしたがってＣＯＰ（Coefficient Of Performance：成績係数）が低下する傾向になる。すなわち温度が低い給水を加熱する場合にはＣＯＰがいいが、高温の湯水を加熱する際にはＣＯＰが悪い。したがって、ヒートポンプでは、中温水を高温水に加熱するよりも、低温水を高温水に加熱するほうがＣＯＰを向上可能であることが知られている。
【０００５】
特許文献１の構成では、貯湯タンクの上部に貯湯された高温の湯水が給湯配管から出湯される。そして、仮に給湯端末において湯水が使用されない場合には、その高温の湯水は、返湯として返湯配管から貯湯タンクの下部に戻るため、貯湯タンクの下部に貯留されている水の温度が上昇する。特許文献１では、貯湯タンクの下部に貯留されている水（ぬるま湯または湯水）をヒートポンプに供給して湯水を生成していることから、給湯端末において使用される湯水の量が少ない場合には、ヒートポンプのＣＯＰが悪化してしまうことが懸念される。
【０００６】
上述した問題を解決するために、貯湯タンクと水栓との間に返湯タンクを設けることが検討されている。これによれば、水栓において使用されなかった湯水（返湯）は貯湯タンクではなく返湯タンクに戻るため、貯湯タンクの下部に貯留されている水の温度上昇を防ぎ、ヒートポンプの効率の低下を防ぐことができると考えられる。
【０００７】
しかしながら、上述したように返湯タンクを設ける場合、水栓における湯水の使用量が少ないと、貯湯タンクから出湯された湯水は水栓と返湯タンクとの間を循環し続けることとなる。すると、湯水の温度が徐々に低下してしまうため、返湯タンクを循環する湯水を加熱する設備が必要となり、設備コストが増大してしまうおそれがある。
【０００８】
本発明は、このような課題に鑑み、返湯タンクを設ける場合であっても設備コストを増大させることがなく、ヒートポンプのＣＯＰの低下を抑制することが可能なヒートポンプ給湯システムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明にかかるヒートポンプ給湯システムの代表的な構成は、水を加熱して湯水を生成するヒートポンプと、ヒートポンプで生成された湯水を貯湯する給湯用貯湯槽と、複数の水栓が接続され湯水が循環する循環経路と、循環経路上に配置された返湯用貯湯槽と、給湯用貯湯槽の湯水と返湯用貯湯槽との湯水を混合する三方弁とを備えることを特徴とする。
【００１０】
上記構成では、循環経路上に返湯用貯湯槽を設けることにより、水栓において使用されず循環経路を循環している湯水（返湯）が給湯用貯湯槽に戻らず、返湯用貯湯槽と水栓とを循環する。したがって、返湯の戻りに起因するヒートポンプのＣＯＰの低下を抑制することができる。
【００１１】
そして上記構成では、水栓で使用されずに返湯用貯湯槽を循環している湯水（返湯）を、三方弁において給湯用貯湯槽の湯水と混合する。給湯用貯湯槽に貯湯されている湯水はヒートポンプにおいて生成された高温の湯水であるため、これを混合することにより、返湯用貯湯槽を循環している返湯の温度を高温にすることができる。このとき、必要な装置は三方弁のみであり、返湯用貯湯槽に高価な加熱設備を設置する必要がない。したがって、設備コストを抑制しつつ、上述した効果が得られる。
【００１２】
上記返湯用貯湯槽は密閉式であって、給湯用貯湯槽からの湯水は、返湯用貯湯槽の上部を経由して三方弁に供給されることを特徴とするとよい。かかる構成のように、返答用貯湯槽の上部を経由した給湯用貯湯槽からの湯水を混合する場合であっても、上記と同様の効果を得ることが可能である。
【００１３】
上記課題を解決するために、本発明にかかるヒートポンプ給湯システムの代表的な構成は、水を加熱して湯水を生成するヒートポンプと、ヒートポンプで生成された湯水を貯湯する開放式の給湯用貯湯槽と、複数の水栓が接続され湯水が循環する循環経路と、循環経路上に配置された開放式の返湯用貯湯槽と、給湯用貯湯槽からの湯水と返湯用貯湯槽からの湯水を混合して循環経路に供給する三方弁とを備えることを特徴とする。かかる構成によれば、給湯用貯湯槽および返湯用貯湯槽に開放式のタンクを採用した場合においても上記と同様の効果を得ることが可能となる。
【００１４】
上記課題を解決するために、本発明にかかるヒートポンプ給湯システムの代表的な構成は、水を加熱して湯水を生成するヒートポンプと、ヒートポンプで生成された湯水を貯湯する密閉式の給湯用貯湯槽と、複数の水栓が接続され前記湯水が循環する循環経路と、循環経路上に配置された密閉式の返湯用貯湯槽と、返湯用貯湯槽の上下の湯を混合する三方弁と、を備え、給湯用貯湯槽は、下部に水が給水され、ヒートポンプは、給湯用貯湯槽の下部から水を抜いて上部に湯を供給し、返湯用貯湯槽は、給湯用貯湯槽の湯が上部に供給され、循環経路は、往路が三方弁に接続され、復路が返湯用貯湯槽の下部に接続されていることを特徴とする。かかる構成によれば、給湯用貯湯槽および返湯用貯湯槽に密閉式のタンクを採用した場合においても上記と同様の効果を得ることが可能となる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、返湯タンクを設ける場合であっても設備コストを増大させることがなく、ヒートポンプのＣＯＰの低下を抑制することが可能なヒートポンプ給湯システムを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１実施形態にかかるヒートポンプ給湯システムの構成を説明する図である。
【図２】第２実施形態にかかるヒートポンプ給湯システムの構成を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。
【００１８】
図１は、第１実施形態にかかるヒートポンプ給湯システム（以下、給湯システム１００と称する）の構成を説明する図である。図１では、給湯用貯湯槽１２０および返湯用貯湯槽１３０を開放式の貯湯槽とする場合を例示する。なお、以下に説明する給湯システム１００では複数の水栓が接続されているが、図１ではそのうちの１つを水栓１０２として示している。
【００１９】
図１に示す給湯システム１００は、ヒートポンプ式給湯装置（以下、ヒートポンプ１１０と称する）において生成した湯を給湯用貯湯槽１２０に貯湯し、かかる給湯用貯湯槽１２０から水栓１０２に供給する。ヒートポンプ１１０は、水（給水）を加熱して湯水を生成する。生成された湯水は、貯湯経路１４２を通じて開放式の給湯用貯湯槽１２０に貯湯される。なお開放式の給湯用貯湯槽１２０、返湯用貯湯槽１３０では、原則として内部に温度成層は形成されず、全体的に同じ温度であると考える。給湯用貯湯槽１２０に貯湯された湯水は、供給経路１５０を通じて水栓１０２に供給される。
【００２０】
図１に示すように、本実施形態の給湯システム１００では、湯水が循環する循環経路１６０の経路上に複数の水栓１０２が設けられていて、かかる循環経路１６０上には返湯用貯湯槽１３０が配置されている。なお、本実施形態では、循環経路１６０のうち、返湯用貯湯槽１３０から三方弁１７０に向かう経路を往路循環経路１６２と称し、供給経路１５０（厳密には第２供給経路１５４）から返湯用貯湯槽１３０に向かう経路を復路循環経路１６４と称する。
【００２１】
本実施形態の給湯システム１００の特徴として、供給経路１５０上には、給湯用貯湯槽１２０の湯水と返湯用貯湯槽１３０との湯水を混合する三方弁１７０が配置されている。なお、説明の便宜上、供給経路１５０のうち、給湯用貯湯槽１２０から三方弁１７０までの経路を第１供給経路１５２と称し、三方弁１７０から水栓１０２までの経路を第２供給経路１５４と称する。
【００２２】
図１に示す給湯システム１００によれば、ヒートポンプ１１０において生成されて給湯用貯湯槽１２０に貯湯された湯水は、供給経路１５０（第１供給経路１５２および第２供給経路１５４）を通過して水栓１０２に供給される。このとき、水栓１０２を通過した湯水、すなわち返湯は復路循環経路１６４を通過して返湯用貯湯槽１３０に貯湯に貯湯される。
【００２３】
水栓１０２の返湯を返湯用貯湯槽１３０に戻すことから、給湯用貯湯槽１２０の温度低下がなく、給湯用貯湯槽１２０を追加で加熱する必要がない。したがってヒートポンプ１１０は常に冷たい給水を加熱することができ、給湯用貯湯槽１２０のぬるま湯を加熱することがない。したがって、ヒートポンプ１１０のＣＯＰの低下を抑制することができる。
【００２４】
ここで、返湯用貯湯槽１３０および循環経路１６０を循環している湯水の温度は放熱により少しずつ低下する（このときの温度を中温とする）。このため、循環する湯水の温度を上昇させる必要がある。
【００２５】
そこで本実施形態では、給湯用貯湯槽１２０からの湯水が通過する供給経路１５０と、返湯用貯湯槽１３０からの湯水が循環する循環経路１６０とを三方弁１７０によって接続している。これにより、第１供給経路１５２を通過した給湯用貯湯槽１２０からの高温の湯水と、返湯用貯湯槽１３０を循環している中温の湯水とを三方弁１７０において混合し、適正な温度に調整することができる。
【００２６】
したがって給湯システム１００では、返湯用貯湯槽１３０の湯水を再加熱する加熱装置を必要とすることなく、三方弁１７０のみで湯水の温度を調整することができる。したがって、安価な設備コストで給湯システム１００を運用することが可能となる。
【００２７】
（第２実施形態）
図２は、第２実施形態にかかるヒートポンプ給湯システム（以下、給湯システム２００と称する）の構成を説明する図である。図２では、給湯用貯湯槽２２０および返湯用貯湯槽２３０を密閉式の貯湯槽とする場合を例示する。なお、第１実施形態と説明の重複する部分については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００２８】
密閉式の給湯用貯湯槽２２０、返湯用貯湯槽２３０では槽内に水が充満されている。図２に示すように、第２実施形態の給湯システム２００では、冷たい水（給水）が密閉式の給湯用貯湯槽２２０の下部に供給される。ヒートポンプ１１０は、ヒートポンプ給水経路２４４を通じて給湯用貯湯槽２２０の下部から水を抜いて加熱し、ヒートポンプ給湯経路２４２を通じて生成した湯水を給湯用貯湯槽２２０の上部に供給する。これにより、ヒートポンプ１１０で生成された湯水が給湯用貯湯槽２２０に貯湯される。
【００２９】
給湯用貯湯槽２２０では、上述したように下部に水が供給され、上部にヒートポンプ１１０からの湯水が供給されることにより、温度成層が形成される。すなわち給湯用貯湯槽２２０では、下部には低温の水が貯水され、上方になるにしたがって温度が上昇し、上部には高温の湯水が貯湯される。
【００３０】
給湯用貯湯槽２２０と返湯用貯湯槽２３０は上部において連結経路２４８によって接続されている。これにより、給湯用貯湯槽２２０の上部に貯湯された高温の湯水が、連結経路２４８を通じて返湯用貯湯槽２３０の上部に供給される。
【００３１】
給湯システム２００においても、湯水が循環する循環経路２６０の経路上に複数の水栓１０２が設けられていて、上述した返湯用貯湯槽２３０がかかる循環経路２６０上に配置されている。以下、循環経路のうち、返湯用貯湯槽２３０から湯水を供給する経路を往路循環経路２６２と称し、返湯用貯湯槽２３０に湯水（返湯）を戻す経路を復路循環経路２６４と称する。
【００３２】
本実施形態の給湯システム２００の特徴として、循環経路２６０上には返湯用貯湯槽２３０の上下の湯を混合する三方弁２７０が配置される。詳細には、三方弁２７０には、２３０の下部の湯水を供給する往路循環経路２６２と、返湯用貯湯槽２３０の上部の湯水を供給する高温循環経路２７２が接続されている。そして、返湯用貯湯槽２３０の上下の湯水を三方弁２７０で混合して温度調整された湯水が供給経路２５０を通過して水栓１０２に供給される。
【００３３】
水栓１０２を通過した湯水は、復路循環経路２６４を通過して返湯として返湯用貯湯槽２３０の下部に戻る。返湯は水栓１０２に供給した温度より、放熱により若干低下している（このときの温度を中温とする）。すなわち返湯用貯湯槽２３０には、上部にヒートポンプ１１０からの湯水が貯湯されて高温の温度成層が形成され、下部には返湯による中温の温度成層が形成される。
【００３４】
返湯用貯湯槽２３０の下部の中温は出湯する温度より下がってしまっている。しかし返湯用貯湯槽２３０の上部の高温の湯水と混合して出湯することにより、適正な温度に調整することができる。すなわち返湯用貯湯槽２３０には再加熱する加熱装置を必要とすることなく、三方弁２７０のみで温度調節することができる。したがって安価な設備コストで給湯システム２００を運用することが可能となる。
【００３５】
また、水栓１０２の返湯を返湯用貯湯槽２３０に戻すことから、給湯用貯湯槽２２０の下部の温度上昇がない。給湯用貯湯槽２２０の下部の温度成層は給水の低温が保たれるため、ヒートポンプ１１０のＣＯＰの低下を抑制することができる。
【００３６】
なお、本実施形態では、給湯用貯湯槽２２０と返湯用貯湯槽２３０とが連結経路２４８で連結されることにより、給湯用貯湯槽２２０からの湯水は、返湯用貯湯槽２３０の上部を経由して三方弁２７０に供給される構成を例示したが、これに限定するものではない。例えば、給湯用貯湯槽２２０と三方弁２７０とを接続する経路を設け、給湯用貯湯槽２２０の上部の高温の湯水を三方弁２７０に直接供給する構成とすることも可能である。
【００３７】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明は、ヒートポンプにおいて生成した湯水を循環させながら水栓に供給するヒートポンプ給湯システムに利用することができる。
【符号の説明】
【００３９】
１００…給湯システム、１０２…水栓、１１０…ヒートポンプ、１２０…給湯用貯湯槽、１３０…返湯用貯湯槽、１４２…貯湯経路、１５０…供給経路、１５２…第１供給経路、１５４…第２供給経路、１６０…循環経路、１６２…往路循環経路、１６４…復路循環経路、１７０…三方弁、２００…給湯システム、２２０…給湯用貯湯槽、２３０…返湯用貯湯槽、２４２…ヒートポンプ給湯経路、２４４…ヒートポンプ給水経路、２４８…連結経路、２５０…供給経路、２６０…循環経路、２６２…往路循環経路、２６４…復路循環経路、２７０…三方弁、２７２…高温循環経路
【図１】
0006686502.tif 000002
【図２】
0006686502.tif 000003