(57)【要約】【課題】貯湯槽の湯を利用する構成において、中温水を取り出す配管内部の対流による放熱ロス増大を防止しながら、中温水が発生することによる利用可能湯量の減少と、沸き上げ時の効率低下とを抑えた貯湯式給湯装置を提供すること。【解決手段】貯湯槽１と、前記貯湯槽１の上部に接続された第１の出湯管３と、前記貯湯槽１内部に配設され、少なくとも高さ方向において前記貯湯槽１内の略中央部の湯水を入水する入水部を有する第２の出湯管４と、前記第１の出湯管３からの湯水と前記第２の出湯管４からの湯水とを混合する混合弁６とを備えたことを特徴とする貯湯式給湯装置である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
貯湯槽と、前記貯湯槽の上部に接続された第１の出湯管と、前記貯湯槽内部に配設され、少なくとも高さ方向において前記貯湯槽内の略中央部の湯水を入水する入水部を有する第２の出湯管と、前記第１の出湯管からの湯水と前記第２の出湯管からの湯水とを混合する混合弁とを備えたことを特徴とする貯湯式給湯装置。
【請求項２】
前記貯湯槽の高さ方向に複数の湯温検出手段を備え、前記第２の出湯管に、前記貯湯槽の高さ方向において、前記湯温検出手段と略同一高さの位置に、入水部を設けた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】
前記入水部に、開閉手段を設けたことを特徴とする請求項２に記載の貯湯式給湯装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、貯湯槽に貯湯して利用する貯湯式給湯装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の給湯装置は、加熱手段によって貯湯槽の底部から供給される水を高温に加熱し、断熱材で被覆された貯湯槽の上部へ貯留する一連のサイクルを繰り返すことにより、貯湯槽の全体または一部に高温の湯を蓄える。使用者が湯を使用する給湯時には、加熱されていない水と混合することで所定温度にして給湯端末で使用する。
【０００３】
ここで用いるヒートポンプ式加熱手段の運転効率は、外気温と沸き上げ温度と加熱手段に供給される水の温度である入水温度とに依存し、外気温が高い場合や沸き上げ温度が低い場合、入水温度が低い場合に運転効率が向上する。外気温は季節や稼動時刻によって変動し、それに加えて入水温度は貯湯槽の温度状態によっても変動する。
【０００４】
特に、風呂追い焚きやラジエター等の貯湯槽内の熱を利用する端末を使用する場合は、熱利用端末内の湯と貯湯槽の湯を熱交換器によって熱交換した後の湯を貯湯槽下部へ戻す構成となっている。
【０００５】
本来は、貯湯槽の底部には給水温度と同程度の温度の水が存在しているが、熱利用端末の利用が発生する場合は、熱交換器からの湯が下部の低い水と混合されるため、給水温度よりも高い中間的な温度となった中温水が貯湯槽の下部に生じる。その中温水が、沸き上げの際に加熱手段へ供給されるため、入水の温度が上昇することになり効率は著しく低下する。
【０００６】
従来、熱利用端末によって生じる中温水を取り除くために、貯湯槽の上下方向の中間的な位置に第２の出湯口を設け、中間位置に存在する湯を優先的に使用する構成としていた（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
図１２は、特許文献１に記載された従来の給湯装置を示すものである。図１２に示すように、貯湯槽１と、この貯湯槽１の湯水を加熱する加熱手段２と、貯湯槽１の上部に接続された第１の出湯管３と、貯湯槽１の中間部分に接続された第２の出湯管４と、貯湯槽１の第１の出湯管３からの湯と第２の出湯管４からの湯を混合させる第１の混合弁６と、第２の出湯管４が接続された位置で貯湯槽表面に設けられ、貯湯槽１内の湯温を検知する湯温検知手段１２と、給湯温度を設定する給湯温度設定手段３０を設け、湯温検知手段１２により検知された湯温が給湯温度設定手段３０で設定された給湯設定温度以上であれば第２の出湯管４から出湯し、給湯設定温度未満であれば第１の出湯管３から出湯するように、第１の混合弁６の流路を切り換える。
【０００８】
また、熱利用端末２３と、貯湯槽１の熱と熱利用端末２３内の熱を交換する熱交換器２０と、貯湯槽１の上部に接続された熱利用出湯管２１と、熱交換器２０と貯湯槽１の下部に接続された熱利用戻り管２２と、貯湯槽１から熱交換器２０へ湯を搬送するためのポンプ２５と、熱利用端末２３での利用熱温度を検知する熱利用温度検知手段２４と、熱利用端末２３での利用温度を設定する熱利用温度設定手段３１を設け、熱利用端末２３による熱の利用が発生する場合は、熱利用温度検知手段２４の検知する温度と熱利用温度設定手段３１で設定された温度に従ってポンプ２５を制御して流量を制御する。熱利用戻り管２２から戻る中温水は、貯湯槽１の下部から入水され、湯の利用に従って上昇し、第２の出湯管４から出湯して利用される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００３−２４０３４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、第２の出湯管４の位置の温度が中温よりも高い（例えば４０℃以上）場合には、第２の出湯管４の内部で対流が発生する。すなわち、第２の出湯管４の管内にある高温の湯が周囲空気に冷やされて温度が低下すると、比重が大きくなるために下方向に流動して貯湯槽１内へと移動する。
【００１１】
この時、貯湯槽１内の高温の湯が、入れ替わるように第２の出湯管４の管内を上方向へと移動する。この対流により貯湯槽１からの放熱ロスが増大するために効率の低下を招くという課題があった。
【００１２】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、貯湯槽の湯を利用する構成において、中温水を取り出す配管内部の対流による、放熱ロス増大を防止できる省エネルギー性に優れた貯湯式給湯装置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】
【００１３】
前記従来の課題を解決するために、本発明の貯湯式給湯装置は、貯湯槽と、前記貯湯槽の上部に接続された第１の出湯管と、前記貯湯槽内部に配設され、少なくとも高さ方向において前記貯湯槽内の略中央部の湯水を入水する入水部を有する第２の出湯管と、前記第１の出湯管からの湯水と前記第２の出湯管からの湯水とを混合する混合弁とを備えたことを特徴とするものである。
【００１４】
これによって、熱利用端末で湯の使用がある場合、熱交換器から貯湯槽に戻る湯により発生した中温水を、第２の出湯管を通じて有効に利用することができる。
【００１５】
また、熱利用端末や給湯口で湯の使用がない場合においては、第２の出湯管を貯湯槽内部に設けたことにより、外気に直接配管が冷やされることがないため、配管内での対流防止が可能となり、放熱ロスの増大による運転効率の低下を防止することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、貯湯槽の湯を利用する構成において、中温水を取り出す配管内部の対流による、放熱ロス増大を防止できる省エネルギー性に優れた貯湯式給湯装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施の形態１における貯湯式給湯装置の構成図
【図２】同給湯が発生する場合の制御ブロック図
【図３】同給湯が発生する場合の制御のフローチャート
【図４】同貯湯槽内の温度分布の変化を示す図
【図５】同熱利用端末での熱利用が発生する場合の制御ブロック図
【図６】同熱利用端末での熱利用が発生する場合の制御のフローチャート
【図７】（ａ）同熱利用端末での熱利用が発生する前の温度分布を示す図（ｂ）同熱利用端末での熱利用が発生した直後の温度分布を示す図（ｃ）同熱利用端末での熱利用が発生した後、給湯が発生した後の温度分布を示す図
【図８】本発明の実施の形態２における貯湯式給湯装置の構成図
【図９】本発明の実施の形態３における貯湯式給湯装置の構成図
【図１０】同他の貯湯式給湯装置の構成図
【図１１】同他の貯湯式給湯装置の構成図
【図１２】従来の給湯装置の構成図
【発明を実施するための形態】
【００１８】
第１の発明は、貯湯槽と、前記貯湯槽の上部に接続された第１の出湯管と、前記貯湯槽内部に配設され、少なくとも高さ方向において前記貯湯槽内の略中央部の湯水を入水する入水部を有する第２の出湯管と、前記第１の出湯管からの湯水と前記第２の出湯管からの湯水とを混合する混合弁とを備えたことを特徴とする貯湯式給湯装置である。
【００１９】
これによって、熱利用端末で湯の使用がある場合、熱交換器から貯湯槽に戻る湯により発生した中温水を、第２の出湯管を通じて有効に利用することができる。
【００２０】
また、第２の出湯管を貯湯槽内部に設けたことにより、外気に直接配管が冷やされることがないため、配管内での対流防止が可能となり、放熱ロスの増大による運転効率の低下を防止することができる。
【００２１】
第２の発明は、前記貯湯槽の高さ方向に複数の湯温検出手段を備え、前記第２の出湯管に、前記貯湯槽の高さ方向において、前記湯温検出手段と略同一高さの位置に、入水部を設けたことを特徴とするもので、貯湯槽内部において、高さの異なる各入水部から高温、中湯、低温の湯を取り出すことができる。
【００２２】
第３の発明は、前記入水部に、開閉手段を設けたことを特徴とするもので、各開閉手段の開閉状態を調整することで、貯湯槽内部において、高さの異なる各入水部から高温、中湯、低温の湯を必要に応じて取り出すことができる。
【００２３】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００２４】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における貯湯式給湯装置の構成を示す図である。
【００２５】
図１において、給湯装置は、貯湯槽１と、この貯湯槽１の水を加熱する加熱手段２であるヒートポンプ装置と、貯湯槽１の上部に接続された第１の出湯管３と、第１の出湯管３と給水管５とが接続された位置の間、すなわち、高さ方向において貯湯槽１内略中央部に貯湯されている中温水を、配管の先端開口部である入水部から入水し、貯湯槽１外へ出湯できるように接続された第２の出湯管４とを備えている。
【００２６】
また、給水管５から分岐された給水分岐管１０と、第１の出湯管３と第２の出湯管４とが入口側に接続された第１の混合弁６と、この第１の混合弁６の出口側に接続された出湯管合流管８と給水分岐管１０とが入口側に接続された第２の混合弁７と、この第２の混合弁７の出口側に接続された混合水管９とを備えている。
【００２７】
そして、第２の出湯管４を、貯湯槽内部に設置することにより、外気に管内の湯が冷やされ対流し、エネルギーがロスすることを防止している。
【００２８】
この形態において、第１の混合弁を、第１の出湯管と第２の出湯管が貯湯槽から出た直後に配置し、さらに両配管を断熱材で覆うことにより、さらに対流による放熱ロスを防ぐことができる。
【００２９】
さらに、この混合水管９に接続された給湯口１１と、第２の出湯管４下端位置の湯温を検知する湯温検知手段１２と、出湯管合流管８を流れる湯温を検知する合流温検知手段１３と、混合水管９を流れる湯温を検知する給湯温度検知手段１４と、貯湯槽１の上部に接続された熱利用出湯管２１と、熱利用出湯管２１に接続された熱交換器２０と、貯湯槽１上部と貯湯槽１と第２の出湯管４とが接続された位置の間に接続された熱利用戻り管２２と、熱交換器２０に接続された熱利用端末２３と、熱利用戻り管２２に流れる湯量を調整するポンプ２５と、熱利用端末２３に流れる湯温を検知する熱利用温度検知手段２４と、を備えている。
【００３０】
さらに、給湯口１１の給湯温度を設定する給湯温度設定手段３０と、熱利用端末２３の熱利用温度を設定する熱利用温度設定手段３１と、湯温検知手段１２と合流温検知手段１３と給湯温度検知手段１４の出力ならびに給湯温度設定手段３０の設定に基づいて第１の混合弁６と第２の混合弁７とを制御し、熱利用温度設定手段３１と熱利用温度検知手段２４の出力、ならびに熱利用温度設定手段３１の設定に基づいてポンプ２５を制御する制御手段３２を有する制御装置３３とを備えている。
【００３１】
図２は制御のブロック図を示し、湯温検知手段１２と、合流温検知手段１３、および給湯温度検知手段１４の出力と給湯温度設定手段３０の設定に基づいて、第１の混合弁６と第２の混合弁７の制御を行う制御手段３２からなる。
【００３２】
以上のように構成された貯湯式給湯装置について、以下その動作、作用を説明する。
【００３３】
基本的な動作としては、沸き上げ前は貯湯槽１に低温の水が多く満たされており、運転を開始すると、貯湯槽１の水がヒートポンプ装置２に送出され、そこで加熱されて高温の湯が貯湯槽１に戻される。これによって貯湯槽１には高温の湯が貯えられていく。
【００３４】
沸き上げ後の給湯利用の際には、まず、第１の出湯管３と第２の出湯管４を通じて出湯される貯湯槽１の湯は、第１の混合弁６によって混合され、出湯管合流管８を通る。その後、給水分岐管１０からの給水と第２の混合弁７によって給湯設定温度に混合されて給湯口１１へ供給される。また、給湯に使用された湯量相当の水が給水管５を通じて貯湯槽１下部から流入する。
【００３５】
ここで、この給湯利用時の動作と熱利用端末利用時の動作を、図３〜図７を用いて詳細に説明する。
【００３６】
給湯温度は給湯温度設定手段３０で給湯設定温度として設定され、ｔｓを給湯口１１の給湯設定温度とし、ｔｓ２を例えば＋５℃といった給湯設定温度から所定温度高い温度とし、ｔｍを湯温検知手段１２で検知した温度とする。また、ｔｅを熱利用温度検知手段２４で検出する温度とし、ｔｓ３を熱利用設定温度手段で設定される温度とする。
【００３７】
図３は、給湯が発生した場合の制御のフローチャートである。給湯が開始されると、ｔｍとｔｓ２の大小関係を判断し（ステップ１）、ｔｍがｔｓ２よりも高い場合は、第２の出湯管４からのみ出湯するように、第１の混合弁６を第２の出湯管４側に全開にする（ステップ２）。
【００３８】
ｔｍがｔｓ以下である場合は、合流温検知手段１３で検知する湯温に基づいて、合流温検知手段１３がｔｓ２になるように第１の混合弁６の開度を調整する（ステップ３）。その後、給湯温度検知手段１４からの出力がｔｓになるように、第２の混合弁７によって出湯管合流管８の湯と給水分岐管１０の水を混合する（ステップ４）。設定温度ｔｓに調整
された湯は、混合水管９を通じて給湯口１１から給湯される。
【００３９】
図４は、貯湯槽１内の温度分布の変化を示した図である。横軸に温度、縦軸に貯湯槽１の高さを示し、４５の温度分布は、中間的な温度帯である中温層の上端が第２の出湯管４の貯湯槽１との接続位置にある場合、つまり、中温層の給湯利用が開始される直前の様子である。第１の出湯管３と第２の出湯管４の両方から出湯される間、中温層は縮小しながら貯湯槽１の上方へ移動する。
【００４０】
両方から出湯したときの出湯管合流管８での湯温がｔｓ以下になると、第２の出湯管４からの出湯は停止し、中温層はそのまま貯湯槽１の上方へ移動する。この結果、中温層の大きさは当初は１５ｆであったものが１５ｇまで縮小する。４６は、中温層１５ｇが第２の出湯管４の接続位置を通過した時点の温度分布である。
【００４１】
図５は、熱利用端末２３での熱利用があった場合の制御のブロック図を示し、熱利用温度検知手段２４の出力と、熱利用温度設定手段３１の設定に基づいて、ポンプ２５の制御を行う制御手段３２からなる。
【００４２】
図６は、熱利用端末２３での熱利用があった場合の制御のフローチャートである。熱利用端末での利用が開始されると、熱利用温度検知手段２４で熱利用端末の温度ｔｅを検知し、ｔｅと熱利用端末設定温度ｔｓ３との比較を行う（ステップ５）。ｔｅがｔｓ３よりも低い場合は、ポンプの駆動を開始し（ステップ６）、高い場合は、ポンプの駆動を停止する（ステップ７）。
【００４３】
図７は、貯湯槽１内の熱利用戻り管からの湯による温度変化と、給湯が発生した場合の温度変化について説明したものであり、横軸に温度、縦軸に貯湯槽１高さをとって温度分布を示す。Ｔ１は給水温度であり、Ｔ３は貯湯槽１上部の温度、Ｔ２は熱利用戻り管２２からの湯の流入により生じた中温水の温度である。
【００４４】
図７（ａ）の６１は初期の温度分布であり、その状態から貯湯槽１の上部に熱利用戻り管２２からの湯が流入した場合、図７（ｂ）の６２に示すような温度分布となる。Ｔ２は、熱利用戻り管２２から流入する温度とＴ３によって変化するが、必ず、貯湯槽１の熱利用戻り管２２が接続されている位置より下の湯が中温水となる。
【００４５】
その後、給湯が発生した場合、第２の出湯管４が熱利用戻り管よりも下の位置に接続されているため、熱利用戻り管２２により生じた中温水が、優先的に利用され、熱利用戻り管２２による温度分布変化の影響を取り除くことができる。
【００４６】
また、熱利用戻り管２２は貯湯槽１の上部に接続されており、貯湯槽１下部の温度が給水温度Ｔ１に保たれているため、沸き上げ時に加熱装置に中温水が循環して効率が低下することはない。
【００４７】
また、熱利用端末２３や給湯口１１で湯の使用がない場合においては、第２の出湯管４直後に第１の混合弁６を設置することで、外気に冷やされる配管を最短にし、かつ断熱材で覆うことが可能であるため、第２の出湯管４内で温度が低下した水が貯湯槽１内に流れ込むような対流が発生することがなく、放熱ロスの増大を防止できる。
【００４８】
このように、本発明の実施の形態１によれば、第２の出湯管４を貯湯槽１内に設置することにより、第２の出湯管４と貯湯槽１との間の対流による放熱ロスの増大を防止できる。
【００４９】
（実施の形態２）
図８は、本発明の実施の形態２における貯湯式給湯装置の構成を示す図である。本発明の実施の形態２が実施の形態１と異なる点は、図１で示された第２の出湯管４に、湯温検出手段と、高さ方向にて対向する位置に、入水部である同数個の穴１７を設けている点である。
【００５０】
すなわち、高さ方向において貯湯槽１内に貯湯されている高温、中温、低温の複数の温度領域の湯水を、第２の出湯管４から出湯できるように、入水部である同数個の穴１７を設けてある。これにより、高温の湯に加え、各穴位置からの中湯、低温の湯も取り出すことができる。
【００５１】
また、各穴の大きさを必要に応じて変えることにより、各位置からの給湯量を制御することで、必要以上に高温の湯を使うことなく、給湯をすることができる。
【００５２】
（実施の形態３）
図９は、本発明の実施の形態３における貯湯式給湯装置の構成を示す図である。本発明の実施の形態３が実施の形態１と異なる点は、図１で示された第２の出湯管４の、湯温検出手段と同位置にそれぞれ入水配管を分岐させ、各位置に開閉手段である弁１８を設けている点である。
【００５３】
すなわち、高さ方向において貯湯槽１内に貯湯されている高温、中温、低温の複数の温度領域の湯水を、各弁の開閉を調整することで、必要に応じて第２の出湯管４から出湯できるようしてある。
【００５４】
なお、この弁１８は、形状記憶合金で作動するものでも良い。予め定められた温度領域でのみ弁１８が開くように設定することで、最適温度の湯を取り出すことができ、必要以上に高温の湯を使うことなく、中温を利用できる。
【００５５】
また、この弁１８は、電磁弁を用いても良い。湯温検知手段で検知された湯温が、必要温度以上かつその中で最小となる弁１８を選択し開くことで、必要以上に高温の湯を使うことなく、中温を使用することができる。
【００５６】
さらに、図１０においては、図９で示された第２の出湯管４の下端をＬ字型にしている。これにより、第２の出湯管４から水平方向に湯を取り出すことができる。そのため、図９の第２の出湯管４の下端形状のように、鉛直方向に温度勾配のある湯を利用し、貯湯槽１内の湯を乱して中温領域を広げることなく、湯温検知手段１２で検知した温度の湯を取り出すことができる。
【００５７】
また、図１１においては、第２の出湯管４を、貯湯槽内の外壁近傍に設けている。これにより、第２の出湯管先端と貯湯槽の反対側壁面との距離が長くなり、貯湯槽内の湯の乱れを抑えつつ、中温を取り出すことができる。
【００５８】
以上、本発明において、熱利用戻り管２２の貯湯槽１との接続位置を第２の出湯管４の貯湯槽１との接続位置よりも高い位置にする構成により、熱利用戻り管２２によって生じる中温水の影響を取り除き、沸き上げ時の効率低下を防ぐことができるので、良好な使い勝手と高い省エネルギー性とを実現できる。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
以上のように、本発明にかかる貯湯式給湯装置は、貯湯槽内の湯の熱を利用する場合において熱利用端末利用による効率の低下を減少させるので、前記したような家庭用の給湯
装置に適用できるほか、熱源と貯湯槽を有するシステムにおいて業務用などの規模の大きい用途にも適用し、優れた省エネルギー性を提供できる。
【符号の説明】
【００６０】
１  貯湯槽
２  加熱手段（ヒートポンプ装置）
３  第１の出湯管
４  第２の出湯管
５  給水管
６  第１の混合弁
７  第２の混合弁
８  出湯管合流管
９  混合水管
１０  給水分岐管
１１  給湯口
１２  湯温検知手段
１３  合流温検知手段
１４  給湯温度検知手段
１６  沸き上げ管
１７  穴（入水部）
１８  弁（開閉手段）
２０  熱交換器
２１  熱利用出湯管
２２  熱利用戻り管
２３  熱利用端末
２４  熱利用温度検知手段
２５  ポンプ
３０  給湯温度設定手段
３１  熱利用温度設定手段
３２  制御手段
３３  制御装置
【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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