(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
湯水が貯留される貯湯タンクと、
前記貯湯タンクに配管を介して接続され前記貯湯タンクから送られた前記湯水を加熱する加熱手段と、
前記貯湯タンク内に鉛直方向に延在して設けられ前記湯水を外部に取り出す取水管と、
前記貯湯タンクの外部に取り出された湯水が導かれる給湯栓とを備え、
前記取水管は、前記貯湯タンク内から前記湯水を内部に取り入れる、高さの異なる複数の取水口を有し、
前記取水口の鉛直方向の位置を連続的に変化することを特徴とする貯湯式給湯装置。
【請求項２】
前記取水管は、鉛直方向の位置が固定されている位置固定取水口を有することを特徴とする請求項１に記載の貯湯式給湯装置。
【請求項３】
前記取水管は、側面に外筒連通口を有する外筒と、前記外筒の内側に設けられ側面に中筒連通口を有し上面に上側連通口を有する中筒とを有し、
前記外筒連通口および前記中筒連通口のうちの一方は、鉛直方向に延在して開口し、
前記外筒連通口および前記中筒連通口のうちの他方は、らせん状に開口し、
前記外筒または前記中筒の少なくとも一方が軸中心に回転することを特徴とする請求項１に記載の貯湯式給湯装置。
【請求項４】
前記取水管は、側面に外筒連通口を有する外筒と、前記外筒の内側に設けられ側面に中筒連通口を有し上面に上側連通口を有する中筒とを有し、
前記外筒連通口および前記中筒連通口は、らせん状に開口し、
前記外筒または前記中筒の少なくとも一方が軸中心に回転することを特徴とする請求項１に記載の貯湯式給湯装置。
【請求項５】
前記外筒連通口または前記中筒連通口が周方向に複数あることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の貯湯式給湯装置。
【請求項６】
前記外筒連通口または前記中筒連通口が鉛直方向に複数あることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の貯湯式給湯装置。
【請求項７】
らせん状の外筒連通口またはらせん状の中筒連通口の上方または下方に周方向に延在する周方向連通口を有することを特徴とする請求項３または請求項４に記載の貯湯式給湯装置。
【請求項８】
前記外筒または前記中筒が鉛直方向に移動することを特徴とする請求項７に記載の貯湯式給湯装置。
【請求項９】
前記周方向連通口の開口面積を調整することを特徴とする請求項８に記載の貯湯式給湯装置。
【請求項１０】
前記貯湯タンクは、側面に前記貯湯タンク内の湯水の温度を測定する湯温センサを有し、
前記温度センサで測定した温度に基づいて前記取水口の鉛直方向の位置を調整することを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の貯湯式給湯装置。
【請求項１１】
前記貯湯タンクの外部に取り出された湯水の温度を測定する湯水温度センサを有し、
前記湯水温度センサで測定した温度に基づいて前記取水口の鉛直方向の位置を調整することを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の貯湯式給湯装置。
【請求項１２】
前記取水管は、樹脂材料で構成されていることを特徴とする請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の貯湯式給湯装置。
【請求項１３】
前記加熱手段は、冷媒として二酸化炭素を用いたヒートポンプユニットであることを特徴とする請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載の貯湯式給湯装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えばヒートポンプサイクルを用いて湯水を加熱し、加熱した湯を貯湯タンクに貯留する貯湯式給湯装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の貯湯式給湯装置として、貯湯タンクの下側から低温水（例えば５℃）の湯水を取り出し、ヒートポンプサイクルを用いて加熱した高温水（例えば９０℃）の湯水を、貯湯タンクの上側から貯湯タンクに戻すとともに、貯湯タンク内の湯水が温度拡散して生じた中温水を、貯湯タンク内に上下方向に延びて設けられた取水管により外部に取り出して給湯へ利用したものが知られている（例えば特許文献１）。
このものの場合、取水管は外筒または中筒が回転自在な二重管構造であり、外筒及び中筒の周囲に所定の回動位置で互いに連通可能な取水口を異なる高さ位置に設け、外筒または中筒が回動することにより貯湯タンク内の所定高さに貯留する中温水を取り出すようになっている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−５７９１６号公報（第５頁〜第８頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、このような貯湯式給湯装置は、所定の高さに取水口を離散的に設けているため、貯湯タンク内の中温水の位置が取水口の位置と一致しない場合、取水口から高温水を取り出しながら、中温水が取水口の位置に到達するまで待つ必要があり、中温水取り出しまでに時間がかかるとともに、給湯の使用時間が短いと、そのまま密閉された貯湯タンク内に貯留されてしまう。そのため、貯湯タンク内では要求給湯温度以下の中温水の割合が占める割合が大きくなってしまい、それだけ貯湯タンク内に占める高温水の割合が低下し、高温水が不足するという問題点があった。
また、高温水の不足を低減すべく、この中温水をヒートポンプによりおよそ９０℃まで加熱するときには、加熱量／消費電力量で示されるエネルギー消費効率（ＣＯＰ）は、低温水を加熱する場合と比較して温度差が小さく、ＣＯＰが低いという問題点もあった。
【０００５】
この発明は、上記のような問題点を解決することを課題とするものであって、貯湯タンク内に発生した中温水が貯湯タンク内のどの高さにあっても、この中温水をすばやく外部に取り出して給湯水として利用でき、貯湯タンク内の高温水の不足を低減でき、またＣＯＰが高い貯湯式給湯装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明の貯湯式給湯装置は、湯水が貯留される貯湯タンクと、貯湯タンクに配管を介して接続され貯湯タンクから送られた湯水を加熱する加熱手段と、貯湯タンク内に鉛直方向に延在して設けられ湯水を外部に取り出す取水管と、貯湯タンクの外部に取り出された湯水が導かれる給湯栓とを備え、取水管は、貯湯タンク内から湯水を内部に取り入れる、高さの異なる複数の取水口を有し、取水口の鉛直方向の位置を連続的に変化するものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明に係る貯湯式給湯装置によれば、貯湯タンク内に発生した中温水が、貯湯タンク内のどの高さにあっても、この中温水をすばやく外部に取り出して給湯水として利用できるため、貯湯タンク内の高温水不足を低減でき、また高いＣＯＰが確保されるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、この発明の各実施の形態を図に基づいて説明するが、各図において同一、または相当部材、部位については、同一符号を付して説明する。
【０００９】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による貯湯式給湯装置を示す構成図である。
この貯湯式給湯装置は、湯水が貯留される貯湯タンク２を有する貯湯タンクユニット１と、貯湯タンク２内の湯水を加熱する加熱手段としてのヒートポンプユニット３と、台所や洗面所などで使用する給湯栓４とを備えている。
【００１０】
ヒートポンプユニット３のヒートポンプ冷媒回路は、圧縮機、凝縮機である冷媒−水熱交換器、電子膨張弁、及び強制空冷式の蒸発器で構成されている。
圧縮機で圧縮された自然冷媒である二酸化炭素は、冷媒−水熱交換器で放熱し、電子膨張弁で減圧膨張した後、蒸発器で大気熱により気化蒸発され、再び圧縮機に流入して１サイクルの運転となる。
貯湯タンク２の下部とヒートポンプユニット３との間は、低温水取り出し配管９で接続されている。また、貯湯タンク２の上部とヒートポンプユニット３との間は、高温水戻り配管１０で接続されている。高温水戻り配管１０には、沸き上げ温度センサ２３及び高温水流入弁６が取り付けられている。
ヒートポンプ冷媒回路では、低温水（例えば５℃）は、冷媒−水熱交換器を介して高温水（例えば９０℃）まで沸き上げられる。
【００１１】
貯湯タンク２内には、略鉛直方向に延びた下面が封止された円筒形状の取水管３８が設けられている。貯湯タンク２の外周面には、貯湯タンク２内の湯水の温度を検出する湯温センサ３４が貯湯タンク２の高さ方向（略鉛直方向）に複数設けられている。この実施の形態では５個の湯温センサ３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄ、３４ｅが貯湯タンク２の高さ方向に所定の間隔をおいて取り付けられている。
【００１２】
また、取水管３８の上端部には取水流通配管２７の一端部が接続されている。取水流通配管２７の他端部は高温水混合三方弁２８の第１の弁部と接続されている。この高温水混合三方弁２８の第２の弁部は出湯配管７の一端部と接続されている。出湯配管７の他端部は貯湯タンク２の上部に接続され、この出湯配管７を通じて貯湯タンク２内の高温水が外部に流出する。高温水混合三方弁２８の第３の弁部は第１の弁下流配管５の一端部と接続されている。この第１の弁下流配管５には、第１の弁下流配管５を流通する湯水の温度を検出する湯水温度センサ２９が取り付けられている。
この第１の弁下流配管５の他端部は低温水混合三方弁３０の第１の弁部と接続されている。低温水混合三方弁３０の第２の弁部は第２の弁下流配管３２と接続されている。この第２の弁下流配管３２の低温水混合三方弁３０近傍では、給湯温度センサ３３が取り付けられており、また下流には給湯栓４が取り付けられている。低温水混合三方弁３０の第３の弁部は給湯用給水管３１と接続されている。
【００１３】
この給湯用給水管３１は、貯湯タンクの底部に接続されている給水管８と連結されている。給水管８には加圧ポンプ（図示せず）が取り付けられており、この加圧ポンプの駆動により、低温水は、貯湯タンク２内に圧送されるともに、給湯用給水管３１内にも流れる。この低温水の温度は、給水管８に取り付けられた給水温度センサ３７で検知される。
【００１４】
図２は、この発明の実施の形態１による貯湯式給湯装置の取水管を示す斜視図である。また、図３は、図２に示す取水管の外筒を示す斜視図であり、図４は、図２に示す取水管の中筒を示す斜視図である。さらに、図５は、図２に示す取水管を示す断面図である。
【００１５】
図２〜図５に示すように、取水管３８は、円筒形状の外筒２５とこの外筒２５の内側に中心軸を同一に設けられた円筒形状の中筒８１とから構成されている。中筒２６は、側面に鉛直方向に延びるとともに周方向に３６０度より小さい角度で延びるらせん状の中筒連通口４１を有し、外筒２５は、鉛直方向に直線状に延びる外筒連通口３９を有しており、中筒連通口４１と外筒連通口３９との重なりによって、貯湯タンク内から湯水を内部に取り入れる取水管３８の取水口１２が形成される。中筒２６の上部は、上側連通穴４２が形成されるとともに、外周を上側連通部２１で覆われている。上側連通部２１の側面には、中温水上側配管２７の先端部が貫通している。また、中筒２６の天部には、駆動モータ３５が取り付けられている。この駆動モータ３５の駆動で中筒２６が周方向に回転し、回転角度が調整され、取水口１２の高さ方向（略鉛直方向）の位置を連続的に調整することができる。
【００１６】
次に、上記構成の貯湯式給湯装置の動作について説明する。
貯湯タンク２内には湯水が満たされており、上から高温水１５、中温水１６、低温水１７が貯留される。例えば、高温水１５の温度は、ヒートポンプユニット３によって加熱された温度でおよそ９０℃、低温水１７の温度は、給水管８を流通する湯水の温度でおよそ５℃である。中温水１６は、高温水１５からの熱拡散によって約５℃〜約９０℃の温度勾配を有する。
ここで、中温水１６は、低温水１７を高温水まで加熱する場合と比較して温度差が小さく、ヒートポンプユニット３のＣＯＰが低い。
そのため、中温水１６については、ヒートポンプユニット３に送られ、そこで加熱されるのではなく、給湯水として利用することによって高いＣＯＰが確保される。
【００１７】
給湯の利用者が要求する要求給湯温度を例えば４０℃に設定すると、貯湯タンク２の側面に、高さ方向に設けられた湯温センサ３４ａから３４ｅを用いて、中温水１６が貯湯タンク２のどの高さに存在するか調べる。
例えば、湯温センサ３４ｂが９０℃、湯温センサ３４ｃが５０℃、湯温センサ３４ｄが５℃であれば、湯温センサ３４ｃの温度が５℃より大きく、９０℃よりも小さいことから、湯温センサ３４ｃの高さ近くに中温水が存在すると判断できる。また、複数の温度センサ３４において、５℃より大きく、９０℃よりも小さい場合は、要求給湯設定温度に近い値を示す温度センサ３４の位置に、中温水が存在すると判断してもよい。さらに、湯温センサ３４ｃが９０℃で、湯温センサ３４ｄが５℃となるような場合で、温度が５℃よりも大きく、９０℃よりも小さい値を示す湯温センサ３４が存在しない場合には、温度差が最も大きくなる湯温センサ３４ｃと湯温センサ３４ｄの中間に中温水が存在すると判断してもよい。
その後、駆動モータ３５によって中筒２６を回転させて、外筒連通口３９と中筒連通口４１の重なりによってできる、取水管３８の取水口１２を、中温水１６が存在する位置に移動させ、すばやく取水口１２から中温水１６を取水し、中筒２６の上側連通穴４２、上側連通口２１を介して、貯湯タンク２から中温水を取り出す。
湯水温度センサ２９で、貯湯タンク２から取り出した湯水の温度を検知しながら、湯水の温度が要求給湯温度より低くならないように、駆動モータ３５によって中筒２６を回転させて、取水管３８の取水口１２の位置を貯湯タンク２内の高さ方向に連続的に移動させる。
【００１８】
例えば、貯湯タンク２内では、貯湯タンク２の上部から下部に向かって、高温水１５、中温水１６、低温水１７が形成されているため、湯水温度センサ２９で測定した温度が要求給湯温度よりも低い場合は、駆動モータ３５によって中筒２６を回転させて、取水管３８の取水口１２の位置を貯湯タンク内の上側へ連続的に変化させ、湯水温度センサ２９で測定した温度が要求給湯温度より高くなるように調整する。逆に、湯水温度センサ２９で測定した温度が要求給湯温度よりも高い場合は、駆動モータ３５によって中筒２６を回転させて、取水管３８の取水口１２の位置を貯湯タンク内の下側へ連続的に変化させ、湯水温度センサ２９で測定した温度が要求給湯温度に近づくように、また、要求給湯温度より低下しないように調整する。このとき、取水口１２の高さ方向の位置を連続的に変化させることができるため、取水管３８から取り出す湯水の温度を細かく調整することができる。
【００１９】
弁下流入配管５を通過する湯水は、低温水混合三方弁３０において、給湯用給水管８から供給される低温水と混合され、混合された湯水は、第２の弁下流配管３２、給湯栓４を通じて給湯水に供される。
なお、要求給湯温度の調整は、給湯温度センサ３３で測定した温度に基づいて低温水混合三方弁３０が作動し、湯水と低温水との混合比を変えることで行われる。
【００２０】
貯湯タンク２内には、貯湯タンク２から取り出された湯水の分だけ、給水管８により貯湯タンク２の下側から低温水１７が供給される。
また、所定の湯温センサ３４（例えば、湯温センサ３４ｂ）の温度が９０℃よりも低くなり、貯湯タンク２内の高温水１５の量が低下したと判断したとき、貯湯タンク２の下側から、低温水取り出し配管９を介して低温水１７を取り出し、ヒートポンプユニット３で加熱した高温水を、高温水戻り配管１０、高温水流入弁６を介して、貯湯タンク２の上側から戻す。
ここで、ヒートポンプユニット３には、自然冷媒である二酸化炭素が用いられており、ヒートポンプ冷媒回路に設けた冷媒−水熱交換器を介して低温水をおよそ９０℃の高温水まで加熱する。超臨界となる二酸化炭素をヒートポンプサイクルに用いることによって、エネルギー効率が高い状態で低温水を高温水まで加熱することができる。
【００２１】
以上のように、貯湯タンク２の内部に、貯湯タンク２の高さ方向に連続的に取水口１２の位置を変化させることが可能な取水管３８を設けることによって、貯湯タンク２内に発生した中温水１６をすばやく取り出すことができる。その結果、貯湯タンク２内に存在する中温水１６を短時間で減少させることができ、中温水１６の割合が増大することでその分高温水１５の割合が低下することはなく、貯湯タンク２内の高温水１５の不足が低減され、またヒートポンプユニット３は高いＣＯＰが確保される。
【００２２】
なお、この実施の形態１に示す貯湯式給湯装置では、湯温センサ３４で測定した貯湯タンク２内の湯水の温度と湯水温度センサ２９で測定した貯湯タンク２の外部に取り出された湯水の温度とに基づいて、取水管３８の取水口１２の位置を貯湯タンク２の高さ方向に連続的に調整したが、湯温センサ３４で測定した貯湯タンク２内の湯水の温度または湯水温度センサ２９で測定した貯湯タンク２の外部に取り出された湯水の温度のいずれか一方に基づいて、取水管３８の取水口１２の位置を貯湯タンク２の高さ方向に連続的に調整してもよい。また、この実施の形態１では、貯湯タンク２の外周面（側面）に設置した湯温センサ３４で測定した貯湯タンク２の壁面の温度を貯湯タンク２内の湯水の温度としたが、湯温センサ３４を貯湯タンク２の内周面（側面）に設置し、貯湯タンク２内の湯水の温度を直接的に測定してもよい。
【００２３】
なお、この実施の形態１に示す貯湯式給湯装置では、取水管３８を用いて貯湯タンク２から取り出す湯水を要求給湯温度以上にすることを説明したが、高温水混合三方弁２８の作動によって、取水管３８から取り出した湯水と、出湯配管７から取り出した高温水とを高温水混合三方弁２８で混合することで、要求給湯温度以上の給湯水を得ることもできる。この場合、取水管３８から取り出した湯水の温度が、要求給湯温度以下であっても、高温水混合三方弁２８の作動によって、出湯配管７からの高温水１５を増量させることで、要求給湯温度以上まで温度を上げることができる。そのため、貯湯タンク２内の中温水１６のほとんどを取り出して給湯水に利用することができ、貯湯タンク２内の高温水１５の不足がさらに低減され、ヒートポンプユニット３は高いＣＯＰがさらに確保される。
また、高温水混合三方弁２８、低温水混合三方弁３０などの三方弁を用いて、貯湯タンク２から取り出した湯水と高温水または低温水との流量比を調整することを説明したが、三方弁の変わりに、２つの弁を用いてそれぞれの流量比を調整してもよい。
【００２４】
また、この実施の形態１に示す貯湯式給湯装置の取水管３８では、駆動モータ３５によって中筒２６を回転させて、中筒２６と外筒２５とを相対移動させ、中筒連通口４１と外筒連通口３９との重なりによって形成される取水管３８の取水口１２の位置を貯湯タンク２の高さ方向に連続的に変化させたが、駆動モータ３５によって外筒２５を回転させて、中筒２６と外筒２５とを相対移動させて、中筒連通口４１と外筒連通口３９との重なりによって形成される取水管３８の取水口１２の位置を貯湯タンク２の高さ方向に連続的に変化させてもよい。
【００２５】
さらに、この実施の形態１に示す貯湯式給湯装置の取水管３８では、中筒連通口４１および外筒連通口３９を貯湯タンク２の上部から下部まで形成したが、中温水の存在する高さにのみに形成し、取水管３８の取水口１２の位置を中温水の存在する範囲でのみ貯湯タンク２の高さ方向に連続的に変化させてもよい。
【００２６】
図６〜図８は、この発明の実施の形態１による貯湯式給湯装置の取水管の他の例を示す斜視図である。
この実施の形態１に示す貯湯式給湯装置の取水管３８では、中筒２６の側面に、鉛直方向に延びるとともに周方向に延びるらせん状の中筒連通口４１を形成し、外筒２５の側面に鉛直方向に直線状に延びる外筒連通口３９を形成した。しかしながら、図６に示すように、外筒２５の側面に、鉛直方向に延びるとともに周方向に延びるらせん状の外筒連通口３９を形成し、中筒２６の側面に鉛直方向に直線状に延びる中筒連通口４１を形成してもよい。また、図７に示すように、外筒２５の側面に鉛直方向に延びるとともに周方向に延びるらせん状の外筒連通口３９を形成し、また、中筒２６の側面に鉛直方向に延びるとともに周方向に延びるらせん状の中筒連通口４１を形成してもよい。
さらに、中筒連通口４１または外筒連通口３９の幅を高さ方向に変化させてもよく、中筒連通口４１または外筒連通口３９の形状を楕円、三角形などの多角形としてもよい。
【００２７】
また、図８に示すように、外筒連通口３９または中筒連通口４１に上下方向に区切るリブ４３を設けてもよい。このとき、中筒２６と外筒２５とが相対移動することで、中筒連通口４１と外筒連通口３９との重なりによって形成される取水管３８の取水口１２の位置が、短い距離であっても、貯湯タンク２の高さ方向に連続的に変化すればよい。外筒連通口３９または中筒連通口４１に上下方向に区切るリブ４３を設けることによって、外筒２５または中筒２６の強度を向上することができる。
【００２８】
また、図１に示す貯湯式給湯装置では、貯湯タンク２の側面に５個の湯温センサ３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄ、３４ｅを設けた場合を示したが、より多くの湯温センサ３４を設けることで、中温水１６の位置と温度を精度よく検知することができる。例えば、代表的な中温水の層厚みであるおよそ１００ｍｍに合わせて、湯温センサ３４を１００ｍｍ以下の間隔で高さ方向に設置することで、中温水１６の位置と温度を精度よく検知することができる。また、湯温センサ３４を高さ方向に一定間隔で配置しても、高さ方向にランダムに配置してもかまわない。
【００２９】
また、取水管３８を、貯湯タンク２の底部まで延ばして、貯湯タンク２の底部で支持するようにしてもよい。さらに、貯湯タンク２の底部を貫通して、貯湯タンク２の外側で取水管３８を支持するようにしてもよい。
【００３０】
実施の形態２．
この実施の形態２に示す貯湯式給湯装置の取水管は、高さが異なる複数の取水口１２を有している点が、実施の形態１に示す取水管と異なっている。その他の構成及び機能は、実施の形態１に示す貯湯式給湯装置および取水管と同一である。
【００３１】
図９は、この発明の実施の形態２による貯湯式給湯装置の取水管を示す斜視図である。また、図１０は、図９に示す取水管の外筒を示す斜視図であり、図１１は、図９に示す取水管の中筒を示す斜視図である。
図９〜図１１に示すように、中筒２６は、側面に鉛直方向に延びるとともに周方向に延びるらせん状の中筒連通口４１を１個有し、外筒２５は、鉛直方向に直線状に延びる２個の外筒連通口３９ａ、３９ｂを周方向に並んで有する。駆動モータ３５の駆動によって、中筒２６が回転し、中筒連通口４１と外筒連通口３９ａの重なりによって形成される取水管３８の取水口１２ａの位置と、中筒連通口４１と外筒連通口３９ｂの重なりによって形成される取水管３８の取水口１２ｂの位置とを、貯湯タンク２の高さ方向に連続的に変化させることができる。ここでは、取水口１２ａは、取水口１２ｂよりも低い位置にある。
【００３２】
次に、上記構成の取水管３８を搭載した貯湯式給湯装置の動作について、図１を用いて説明する。湯温センサ３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄ、３４ｅによって、例えば、貯湯タンク２内の中温水１６が、湯温センサ３４ｄの位置に存在すると判断された場合、駆動モータ３５によって取水口１２ａを湯温センサ３４ｄと同じ高さの位置に移動させる。取水口１２ａから中温水１６を取水し、取水口１２ａより高い位置にある取水口１２ｂから、取水口１２ａよりも高い温度の湯水を取水して、中筒２６の上側連通口４２、上側連通口２１を介して貯湯タンク２から湯水を取り出す。
【００３３】
湯水温度センサ２９で、貯湯タンク２から取り出した湯水の温度を検知しながら、湯水の温度が要求給湯温度より低くならないように、駆動モータ３５によって取水口１２ａの位置と取水口１２ｂの位置とを貯湯タンク２内の高さ方向に連続的に変化させ、調整する。
取り出された湯水は、取水流通配管２７、高温水混合三方弁２８を通って低温水混合三方弁３０に達する。この低温水混合三方弁３０では、取り出された湯水と給湯用給水管８から供給される低温水と混合され、混合された湯水は、第２の弁下流配管３２、給湯栓４を通じて給湯水に供される。
なお、要求給湯温度の調整は、給湯温度センサ３３で測定した温度に基づいて低温水混合三方弁３０が作動し、湯水と低温水との混合比を変えることで行われる。
【００３４】
図１２は、この発明の実施の形態２による貯湯式給湯装置の湯水温度センサで測定した湯水の温度の経時変化を示す図である。
この実施の形態２に示す貯湯式給湯装置では、取水口１２ａから取り出す中温水１６よりも高い温度の湯水を取水口１２ｂから取り出すことで、図１２に示すように、取水口１２ａのみから中温水を取り出す場合に比べて、取水管３８を用いて取り出す湯温の経時変化をより小さくできるため、要求給湯温度に調整するための低温水混合三方弁３０による温度制御をさらに容易にすることができる。
【００３５】
図１３は、この発明の実施の形態２による貯湯式給湯装置の取水管の他の例を示す斜視図である。また、図１４は、図１３に示す取水管の外筒を示す斜視図であり、図１５は、図１３に示す貯湯式給湯装置の取水管の中筒を示す斜視図である。
また、図１３〜図１５に示すように、中筒２６の側面に鉛直方向に延びるとともに周方向に延びるらせん状の中筒連通口４１ａ、４１ｂを高さ位置が異なるように２個形成し、外筒２５の側面に鉛直方向に延びるとともに周方向に延びるらせん状の外筒連通口３９を１個形成してもよい。駆動モータ３５の駆動によって、中筒２６が回転し、中筒連通口４１ａと外筒連通口３９との重なりによって形成される取水管３８の取水口１２ａの位置と、中筒連通口４１ｂと外筒連通口３９との重なりによって形成される取水管３８の取水口１２ｂの位置とを、貯湯タンク２の高さ方向に連続的に変化することができる。
また、中筒２６に形成する中筒連通口４１および外筒２５に形成する外筒連通口３９の数や形状は任意であり、中筒２６と外筒２５とが相対移動することで、中筒連通口４１と外筒連通口３９との重なりによって、複数の取水口１２を形成し、貯湯タンク２の高さ方向に複数の取水口１２の位置を連続的に変化することができればよい。
【００３６】
なお、この発明の実施の形態２による貯湯式給湯装置の取水管３８においては、外筒連通口３９または中筒連通口４１を複数有することによって、高さの異なる複数の取水口を形成したが、らせん状の外筒連通口３９または中筒連通口４１の周方向に延びる角度を３６０度より大きくすることによって高さの異なる複数の取水口を形成してもよい。
【００３７】
実施の形態３．
この実施の形態３に示す貯湯式給湯装置の取水管は、らせん状の外筒連通口またはらせん状の中筒連通口の上方に周方向に延在する周方向連通口を有している点が、実施の形態１に示す取水管と異なっている。その他の構成及び機能は、実施の形態１に示す貯湯式給湯装置および取水管と同一である。
【００３８】
図１６は、この発明の実施の形態３による貯湯式給湯装置の取水管を示す斜視図である。また、図１７は、この発明の実施の形態３による貯湯式給湯装置の取水管の外筒を示す斜視図であり、図１８は、この発明の実施の形態２による貯湯式給湯装置の取水管の中筒を示す斜視図である。
この実施の形態３に示す貯湯式給湯装置の取水管３８では、中筒２６の側面に、鉛直方向に延びるとともに周方向に延びるらせん状の中筒連通口４１ａが形成され、この中筒連通口４１ａの上方であって、貯湯タンク２の上部に対応した位置に周方向に延びる中筒周方向連通口４１ｂが中筒連通口４１ａと連結して形成されている。また、外筒２５の側面には、鉛直方向に直線状に延びる外筒連通口３９が形成されている。駆動モータ３５の駆動によって中筒２６が回転し、回転角度が調整され、らせん状の中筒連通口４１ａと外筒連通口３９との重なりによって形成される取水管３８の取水口１２ａの位置を貯湯タンク２の高さ方向に連続的に変化させることができる。このとき、中筒周方向連通口４１ｂと外筒連通口３９との重なりによって形成される取水管３８の取水口１２ｂの高さは、一定である。
【００３９】
次に、上記構成の取水管３８を搭載した貯湯式給湯装置の動作について、図１を用いて説明する。湯温センサ３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄ、３４ｅによって、例えば、貯湯タンク２内の中温水１６が、湯温センサ３４ｃの位置に存在すると判断された場合には、駆動モータ３５によって取水口１２ａを湯温センサ３４ｃと同じ高さの位置に移動させる。取水口１２ａから中温水１６を取水し、貯湯タンク２の上部に位置する取水口１２ｂから、高温水１５を取水して、中筒２６の上側連通口４２、上側連通口２１を介して貯湯タンク２から湯水を取り出す。
【００４０】
湯水温度センサ２９で、貯湯タンク２から取り出した湯水の温度を検知しながら、湯水の温度が要求給湯温度より低くならないように、駆動モータ３５によって取水口１２ａの位置を貯湯タンク内の高さ方向に連続的に移動させ、調整する。
取り出された湯水は、取水流通配管２７、高温水混合三方弁２８を通って低温水混合三方弁３０に達する。この低温水混合三方弁３０では、取り出された湯水と給湯用給水管８から供給される低温水と混合され、混合された湯水は、第２の弁下流配管３２、給湯栓４を通じて給湯水に供される。
なお、要求給湯温度の調整は、給湯温度センサ３３で測定した温度に基づいて低温水混合三方弁３０が作動し、湯水と低温水との混合比を変えることで行われる。
【００４１】
この実施の形態３に示す貯湯式給湯装置では、取水口１２ａから中温水１６を取り出し、取水口１２ｂから高温水１５を取り出すことで、取水管３８を用いて取り出す湯温の経時変化をさらに小さくできる。そのため、要求給湯温度に調整するための低温水混合三方弁３０による温度制御をさらに容易にすることができる。
【００４２】
図１９は、この発明の実施の形態３による貯湯式給湯装置の取水管の他の例を示す斜視図であり、図２０は、この発明の実施の形態３による貯湯式給湯装置の取水管の中筒の他の例を示す斜視図である。
図１９および図２０に示すように、中筒２６の側面に、らせん状の中筒連通口４１ａと、中筒周方向連通口４１ｂを連結させず、分割して形成してもよい。
【００４３】
また、中筒２６の側面に形成する中筒連通口４１ａおよび外筒２５に形成する外筒連通口３９の数や形状は任意である。中筒２６と外筒２５とが相対移動ことで、中筒連通口４１ａおよび中筒周方向連通口４１ｂと外筒連通口３９との重なりによって、複数の取水口１２を形成し、少なくとも１つの取水口１２から高温水を取り出すことができるとともに、貯湯タンク２の高さ方向に取水口１２を連続的に変化できればよい。
また、取水口１２ｂから高温水１５を取り出すことが可能であるため、湯水温度センサ２９で検知される湯水の温度が要求給湯温度以上になるように、駆動モータによって取水口１２ａの位置を調整できれば、出湯配管７および高温水混合三方弁２８を省略することが可能となり、貯湯式給湯装置の簡素化、低コスト化を図ることができる。
【００４４】
なお、この実施の形態３に示す貯湯式給湯装置では、中筒２６の側面にらせん状の中筒連通口４１ａを形成し、この中筒連通口の上方に周方向に延びる中筒周方向連通口４１ｂを形成するとともに、外筒２５の側面に鉛直方向に直線状の外筒連通口３９を形成した。しかしながら、外筒２５の側面にらせん状の外筒連通口を形成し、この外筒連通口の上方に周方向に延びる外筒周方向連通口を形成するとともに、中筒２６の側面に鉛直方向に直線状の中筒連通口を形成してもよい。
【００４５】
実施の形態４．
この実施の形態４に示す貯湯式給湯装置の取水管は、らせん状の外筒連通口またはらせん状の中筒連通口の下方に周方向に延在する周方向連通口を有している点が、実施の形態１に示す取水管と異なっている。その他の構成及び機能は、実施の形態１に示す貯湯式給湯装置および取水管と同一である。
【００４６】
図２１は、この発明の実施の形態４よる貯湯式給湯装置の取水管を示す斜視図である。また、図２２は、この発明の実施の形態４による貯湯式給湯装置の取水管の外筒を示す斜視図であり、図２３は、この発明の実施の形態４による貯湯式給湯装置の取水管の中筒を示す斜視図である。
この実施の形態３に示す貯湯式給湯装置の取水管３８では、中筒２６の側面に、鉛直方向に延びるとともに周方向に延びるらせん状の中筒連通口４１ａが形成され、この中筒連通口４１ａの下方であって、貯湯タンク２の下部に対応した位置に周方向に延びる中筒周方向連通口４１ｃが中筒連通口４１ａと連結して形成されている。また、外筒２５の側面には、鉛直方向に直線状に延びる外筒連通口３９が形成されている。駆動モータ３５の駆動によって中筒２６が回転し、回転角度が調整され、らせん状の中筒連通口４１ａと外筒連通口３９との重なりによって形成される取水管３８の取水口１２ａの位置を貯湯タンク２の高さ方向に連続的に変化させることができる。このとき、中筒周方向連通口４１ｃと外筒連通口３９との重なりによって形成される取水管３８の取水口１２ｃの高さは、一定である。
【００４７】
次に、上記構成の取水管３８を搭載した貯湯式給湯装置の動作について、図１を用いて説明する。湯温センサ３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄ、３４ｅによって、例えば、貯湯タンク２内の中温水１６が、湯温センサ３４ｃの位置に存在すると判断された場合には、駆動モータ３５によって取水穴１２ａを湯温センサ３４ｃと同じ高さの位置に移動させる。取水穴１２ａから中温水１６を取水し、貯湯タンク２の下部に位置する取水穴１２ｃから、低温水１７を取水して、中筒２６の上側連通口４２、上側連通口２１を介して貯湯タンク２から湯水を取り出す。
【００４８】
湯水温度センサ２９で、貯湯タンク２から取り出した湯水の温度を検知しながら、湯水の温度が要求給湯温度より低くならないように、駆動モータ３５によって取水穴１２ａの位置を貯湯タンク２内の高さ方向に連続的に移動させるとともに、高温水混合三方弁２８を用いて、取水流通配管２７を通過する湯水と、出湯配管７を通過する高温水との量を調整する。
高温水混合三方弁２８で調整された湯水は、第１の弁下流配管５を通って，低温水混合三方弁３０に達する。この低温水混合三方弁３０では、取り出された湯水と給湯用給水管８から供給される低温水と混合され、混合された湯水は、第２の弁下流配管３２、給湯栓４を通じて給湯水に供される。
なお、要求給湯温度の調整は、給湯温度センサ３３で測定した温度に基づいて低温水混合三方弁３０が作動し、湯水と低温水との混合比を変えることで行われる。
この実施の形態４に示す貯湯式給湯装置では、取水穴１２ａから中温水１６を、取水穴１２ｃから低温水１７を取り出し、さらに、高温水混合三方弁２８を用いて、出湯配管７から取り出した高温水１５と混合することによって、高温水混合三方弁２８において、要求給湯温度に近い湯水の温度に調整することができるため、要求給湯温度に調整するための低温水混合三方弁３０による温度制御をさらに容易にすることができる。
【００４９】
図２４は、この発明の実施の形態４よる貯湯式給湯装置の取水管の他の例を示す斜視図であり、図２５は、この発明の実施の形態４による貯湯式給湯装置の取水管の中筒の他の例を示す斜視図である。
図２４および図２５に示すように、中筒２６の側面に、らせん状の中筒連通口４１ａと中筒周方向連通口４１ｃとを連結させず、分割して形成してもよい。
【００５０】
また、中筒２６に形成する中筒連通口４１および、外筒２５に形成する外筒連通口３９の数や形状は任意であり、中筒２６と外筒２５が相対移動ことで、中筒連通口４１ａおよび中筒周方向連通口４１ｃと該当連通口３９との重なりによって、複数の取水穴１２を形成し、少なくとも１つの取水穴１２から低温水を取り出すことができるとともに、貯湯タンク２の高さ方向に取水穴を連続的に変化できればよい。
また、取水穴１２ｃから低温水１７を取り出すことが可能であるため、湯水温度センサ２９で検知される湯水の温度を要求給湯温となるように制御できれば、給湯用給水管３１および低温水混合三方合弁３０を省略することが可能となり、貯湯式給湯装置の簡素化、低コスト化をはかることができる。
【００５１】
実施の形態５．
この実施の形態５に示す貯湯式給湯装置の取水管は、らせん状の外筒連通口またはらせん状の中筒連通口の上方および下方に周方向に延在する周方向連通口を有しており、外筒または中筒の少なくとも一方が鉛直方向に移動する点が、実施の形態１に示す取水管と異なっている。その他の構成及び機能は、実施の形態１に示す貯湯式給湯装置および取水管と同一である。
【００５２】
図２６は、この発明の実施の形態５による貯湯式給湯装置を示す構成図であり、図２７は、この発明の実施の形態５による貯湯式給湯装置の取水管を示す斜視図である。また、図２８は、この発明の実施の形態５による貯湯式給湯装置の取水管の外筒を示す斜視図であり、図２９は、この発明の実施の形態５による貯湯式給湯装置の取水管の中筒を示す斜視図である。
【００５３】
この実施の形態５による貯湯式給湯装置の取水管３８では、中筒２６の側面に、鉛直方向に延びるとともに周方向に延びるらせん状の中筒連通口４１ａが形成され、この中筒連通口４１ａの上方および下方に周方向に延びる中筒周方向連通口４１ｂおよび中筒周方向連通口４１ｃが形成されている。中筒連通口４１ａと中筒周方向連通口４１ｂとは連結して形成されているとともに、中筒連通口４１ａと中筒周方向連通口４１ｃとは連結して形成されている。また、外筒２５の側面に、鉛直方向に直線状に延びる外筒連通口３９が形成され、外筒連通口３９の高さＬ（鉛直方向の距離）は、中筒連通口４１ｂの下端から中筒連通口４１ｃの上端までの高さＨ（鉛直方向の距離）よりも短い。ここで、中筒２６を回転することで、らせん状の中筒連通口４１ａと外筒連通口３９との重なりによって形成される取水管３８の取水口１２ａの位置を、貯湯タンク２の高さ方向に連続的に変化させることができる。
【００５４】
また、取水管３８は、中筒２６を鉛直方向に移動できるスライド機構を有しており、中筒２６を鉛直下方向に移動することによって、中温水のみを取り出したり、中温水と高温水とを取り出したり、中温水と低温水とを取り出したりすることができる。
【００５５】
図３０は、この発明の実施の形態５による貯湯式給湯装置の取水管において、中筒を鉛直下方向に移動させた場合を示す斜視図である。また、図３１は、この発明の実施の形態５による貯湯式給湯装置の取水管において、中筒を鉛直上方向に移動させた場合を示す斜視図である。
次に、上記構成の取水管３８を搭載した貯湯式給湯装置の動作について、図２７、図３０および図３１を用いて説明する。湯温センサ３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄ、３４ｅによって、例えば、貯湯タンク２内の中温水１６が、湯温センサ３４ｃの位置に存在すると判断された場合には、図２７に示すように、駆動モータ３５によって取水口１２ａを湯温センサ３４ｃと同じ高さの位置に移動させ、取水口１２ａから中温水１６を取水し、中筒２６の上側連通口４２、上側連通口２１を介して貯湯タンク２から湯水を取り出す。
ここで、湯水温度センサ２９で測定した湯水の温度が、要求給湯温度より低い場合には、図３０に示すように、スライド機構を用いて、中筒２６を鉛直下方向に移動させ、取水口１２ｂから高温水１５を取り出し、取水口１２ａから取り出す湯水と混合する。湯水温度センサ２９で測定した湯水の温度が要求給湯温度となるように、中筒４２を鉛直方向に調整することで、適正な取水口１２ｂの開口面積を決定する。
一方、湯水温度センサ２９で測定した湯水の温度が、要求給湯温度より高い場合には、図３１に示すように、スライド機構を用いて、中筒２６を鉛直上方向に移動させ、取水口１２ｃから低温水１７を取り出し、取水口１２ａから取り出す湯水と混合する。湯水温度センサ２９で測定した湯水の温度が要求給湯温度となるように、中筒４２を鉛直方向に調整することで、適正な取水口１２ｃの開口面積を決定する。
取り出された湯水は、取水流通配管２７を通って、給湯栓４を通じて給湯水に供される。
【００５６】
ここで、中筒２６を鉛直下方向に移動させて、中筒周方向連通口４１ｂと外筒連通口３９とが重なる長さＴを変化させることで、中筒周方向連通口４１ｂと外筒連通口３９との重なりによって形成される取水口１２ｂの開口面積を変化させることができる。ここでは、取水口１２ｂの開口面積は、長さＴと外筒連通口の幅Ｗの積となる。
一方、中筒２６を鉛直上方向に移動させて、中筒周方向連通口４１ｃと外筒連通口３９とが重なる長さＢを変化させることで、中筒周方向連通口４１ｃと外筒連通口３９との重なりによって形成される取水口１２ｃの開口面積を変化させることができる。ここでは、取水口１２ｃの開口面積は、長さＢと外筒連通口の幅Ｗの積となる。
【００５７】
この実施の形態５に示す貯湯式給湯装置の取水管３８では、取水口１２ａから中温水１６を取り出しながら、取水口１２ｂから高温水１５を取り出すことができる。また、取水口１２ａから中温水１６を取り出しながら、取水口１２ｃから低温水１７を取り出すこともできる。さらに、取水口１２ｂから取り出す高温水１５の流量、または、取水口１２ｃから取り出す低温水１７の流量を調整することができるため、要求給湯温度となる湯水を取水管３８のみを用いて取り出すことができ、高温水混合三方弁２８や低温水混合三方弁３０を省略して、貯湯式給湯装置の簡素化、低コスト化を図ることができる。
【００５８】
なお、この実施の形態５に示す貯湯式給湯装置では、中筒２６の側面にらせん状の中筒連通口４１ａを形成し、この中筒連通口の上方および下方に周方向に延びる中筒周方向連通口４１ｂ，４１ｃを形成するとともに、外筒２５の側面に鉛直方向に直線状の外筒連通口３９を形成した。しかしながら、外筒２５の側面にらせん状の外筒連通口を形成し、この外筒連通口の上方および下方に周方向に延びる外筒周方向連通口を形成するとともに、中筒２６の側面に鉛直方向に直線状の中筒連通口を形成してもよい。
【００５９】
なお、上記各実施の形態では、加熱手段として、ヒートポンプユニット３を用いた場合について説明したが、加熱手段はヒートポンプユニット３に限定されるものではなく、ガス、或いは電気ヒータを用いてもよい。
また、ヒートポンプユニット３で使用する冷媒として、二酸化炭素を用いた場合について説明したが、冷媒は二酸化炭素に限定されるものではなく、その他の自然冷媒である炭化水素や、フロンなどを用いてもよい。
また、取水管３８を金属のような熱伝導率の高い材料ではなく、樹脂材料のような熱伝導性の低い材料で構成してもよい。取水管３８に樹脂材料を用いた場合には、取水管３８を介して、貯湯タンク２内の高温水４５、中温水４６、低温水４７のそれぞれの領域間を熱が移動しにくくなるので、高温水４５の温度低下を防ぐことができ、貯湯タンク２内の高温水不足を低減することができる。また、低温水４７の温度上昇を防ぐことができ、高いＣＯＰが確保される。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】この発明の実施の形態１による貯湯式給湯装置を示す構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１による貯湯式給湯装置の取水管を示す斜視図である。
【図３】この発明の実施の形態１による貯湯式給湯装置の取水管の外筒を示す斜視図である。
【図４】この発明の実施の形態１による貯湯式給湯装置の取水管の中筒を示す斜視図である。
【図５】この発明の実施の形態１による貯湯式給湯装置の取水管を示す断面図である。
【図６】この発明の実施の形態１による貯湯式給湯装置の取水管の他の例を示す斜視図である。
【図７】この発明の実施の形態１による貯湯式給湯装置の取水管の他の例を示す斜視図である。
【図８】この発明の実施の形態１による貯湯式給湯装置の取水管の他の例を示す斜視図である。
【図９】この発明の実施の形態２による貯湯式給湯装置の取水管を示す斜視図である。
【図１０】この発明の実施の形態２による貯湯式給湯装置の取水管の外筒を示す斜視図である。
【図１１】この発明の実施の形態２による貯湯式給湯装置の取水管の中筒を示す斜視図である。
【図１２】この発明の実施の形態２による貯湯式給湯装置の湯水温度センサで測定した湯水の温度の経時変化を示す図である。
【図１３】この発明の実施の形態２による貯湯式給湯装置の取水管の他の例を示す斜視図である。
【図１４】この発明の実施の形態２による貯湯式給湯装置の取水管の外筒の他の例を示す斜視図である。
【図１５】この発明の実施の形態２による貯湯式給湯装置の取水管の中筒の他の例を示す斜視図である。
【図１６】この発明の実施の形態３による貯湯式給湯装置の取水管を示す斜視図である。
【図１７】この発明の実施の形態３による貯湯式給湯装置の取水管の外筒を示す斜視図である。
【図１８】この発明の実施の形態３による貯湯式給湯装置の取水管の中筒を示す斜視図である。
【図１９】この発明の実施の形態３による貯湯式給湯装置の取水管の他の例を示す斜視図である。
【図２０】この発明の実施の形態３による貯湯式給湯装置の取水管の中筒の他の例を示す斜視図である。
【図２１】この発明の実施の形態４による貯湯式給湯装置の取水管を示す斜視図である。
【図２２】この発明の実施の形態４による貯湯式給湯装置の取水管の外筒を示す斜視図である。
【図２３】この発明の実施の形態４による貯湯式給湯装置の取水管の中筒を示す斜視図である。
【図２４】この発明の実施の形態４による貯湯式給湯装置の取水管の他の例を示す斜視図である。
【図２５】この発明の実施の形態４による貯湯式給湯装置の取水管の中筒の他の例を示す斜視図である。
【図２６】この発明の実施の形態５による貯湯式給湯装置を示す構成図である。
【図２７】この発明の実施の形態５による貯湯式給湯装置の取水管を示す斜視図である。
【図２８】この発明の実施の形態５による貯湯式給湯装置の取水管の外筒を示す斜視図である。
【図２９】この発明の実施の形態５による貯湯式給湯装置の取水管の中筒を示す斜視図である。
【図３０】この発明の実施の形態５による貯湯式給湯装置の取水管において、中筒を鉛直下方向に移動させた場合を示す斜視図である。
【図３１】この発明の実施の形態５による貯湯式給湯装置の取水管において、中筒を鉛直上方向に移動させた場合を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００６１】
１  貯湯タンクユニット、２  貯湯タンク、３  ヒートポンプユニット（加熱手段）、４  給湯栓、５  第１の弁下流配管（弁下流配管）、６  高温水流入弁、７  出湯配管、８  給水管、９  低温水取り出し配管、１０  高温水戻り配管、１２，１２ａ，１２ｂ，１２ｃ  取水口、１５  高温水、１６  中温水、１７  低温水、２１  上側連通口、２３  沸き上げ温度センサ、２５  外筒、２６  中筒、２７  取水流通配管、２８  高温水混合三方弁、２９  湯水温度センサ、３０  低温水混合三方合弁、３１  給湯用給水管、３２  第２の弁下流配管（弁下流配管）、３３  給湯温度センサ、３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄ，３４ｅ  湯温センサ、３５  駆動モータ、３７  給水温度センサ、３８  取水管、３９，３９ａ，３９ｂ  外筒連通口、４１，４１ａ  中筒連通口、４１ｂ，４１ｃ  中筒周方向連通口、４２  上側連通穴、４３  リブ。
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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