(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定方向の位置によって物理的性質が異なる状態の流体を蓄えるタンクと、タンク内部で上記所定方向に延び、流体を取り出すための流通路を構成する内筒と、この内筒を相対回転可能に挿入した外筒が収容され、上記内筒の外径と上記外筒の内径がほぼ等しいことにより、これら内外の筒どうしの間への上記流体の侵入が阻止され、これら内外の筒には、上記所定方向に沿って延びるスリットがそれぞれ形成され、少なくとも一方の筒のスリットが、螺旋状をなして、上記内外の筒どうしの相対回転角度により定まる上記所定方向の一箇所で他方のスリットと重なり、この重なり部分が流体を取り込む上流端となっており、上記上流端の位置を上記所定方向に沿って換える位置換え手段は、上記内外の筒を相対回転させ、ひいては上記重なり部分を上記所定方向に移動させる回転手段を有していることを特徴とする流体供給装置。
【請求項２】
請求項１に記載の流体供給装置を備えた給湯システムであって、上記流体が、給湯用の水であり、上記所定方向が、上下方向であり、上記物理的性質が、温度であり、上記タンク内の高さ位置にある水ほど高温になっていることを特徴とする給湯システム。
【請求項３】
上記タンクに、上記水を加温するヒートポンプ又は太陽熱集熱器が接続されていることを特徴とする請求項２に記載の給湯システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、タンクに蓄えられた水等の流体のうち温度等の物理的性質がなるべく所望に近いものを取り出し供給できる流体供給装置、及び該装置を適用した給湯システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、給湯用のタンクには、水（流体）が蓄えられている。この水は、タンク内の上下方向（所定方向）の位置が高くなるにしたがって温度（物理的性質）が高くなり、タンクの上側部では熱湯になっている。タンクの上側部から給湯管（流通路）が延びている。給湯管は、混合器において給水管と合流している。この混合器で、給湯管から送られて来た熱湯と給水管から送られて来た常温の水とが混合されることによって所望の温度の温水が作られ、利用に供される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記の従来構造では、比較的低い温度の温水を利用する場合でもタンクから熱湯を取り出し常温の水と混ぜるので、タンクからの取水（湯）量が少なく、タンク内の水の新陳代謝があまり良好でない。また、熱湯だけを取り出しているので、本当に熱湯が欲しいときに供給量が足らなくなることもある。本願発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、タンクに蓄えられた水等の流体のうち温度等の物理的性質がなるべく所望に近いものを取り出し供給できる流体供給装置や、該装置を適用した給湯システムを提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本願発明は、上記課題を解決するために提案されたものであり、その第１の特徴は、所定方向の位置によって物理的性質が異なる状態の流体を蓄えるタンクと、上記タンクの内部に、上記流体が取り込まれる上流端が配され、この上流端から上記タンクの外に延び、上記流体を取り出すための流通路と、上記取り出した流体が有しているべき物理的性質に応じて、上記上流端の位置を上記所定方向に沿って換える位置換え手段とを備えた流体供給装置にある。
【０００５】
本発明の第２の特徴は、上記第１の特徴において、上記タンク内における上記流体の物理的性質の分布を検出する分布検出手段を備え、この分布検出手段の検出結果に基づいて上記位置換え手段が上記上流端の位置を定めることにある。
【０００６】
本発明の第３の特徴は、上記第２の特徴において、上記分布検出手段が、上記流通路を流れる流体の上記物理的性質を検出する性質検出部を有し、上記位置換え手段で上記上流端の位置を変えながら、上記性質検出部で性質検出を行うことにより、上記分布を求めることを特徴とにある。
【０００７】
本発明の第４の特徴は、上記第３の特徴において、上記分布検出手段が、上記流通路での流体の流量を検出する流量検出部を有し、この流量検出部と上記性質検出部との両方の検出結果に基づいて上記分布を求めることにある。
【０００８】
本発明の第５の特徴は、上記第１〜第４の特徴の何れかにおいて、上記タンクに、上記所定方向に延び、上記流通路を構成する内筒と、この内筒を相対回転可能に挿入した外筒とが収容され、上記内筒の外径と上記外筒の内径がほぼ等しいことにより、これら内外の筒どうしの間への上記流体の侵入が阻止され、これら内外の筒には、上記所定方向に沿って延びるスリットがそれぞれ形成され、少なくとも一方の筒のスリットが、螺旋状をなして、上記内外の筒どうしの相対回転角度により定まる上記所定方向の一箇所で他方のスリットと重なり、この重なり部分が上記上流端となっており、上記位置換え手段が、上記内外の筒を相対回転させ、ひいては上記重なり部分を上記所定方向に移動させる回転手段を有していることにある。
【０００９】
本発明の第６の特徴は、上記第１又は第２の特徴において、上記流通路が、共通路部分と、この共通路部分の上流側に連なる複数の分岐路部分とを有し、これら分岐路部分の上流端が、上記タンク内において上記所定方向に互いに離れて配されており、上記位置換え手段が、これら分岐路部分の１つを選択的に開き、他のすべての分岐路部分を閉じる開閉手段を有していることにある。
【００１０】
本発明の第７の特徴は、上記第１〜第６の何れかの特徴を有する流体供給装置を適用した給湯システムであって、上記流体が、給湯用の水であり、上記所定方向が、上下方向であり、上記物理的性質が、温度であり、上記タンク内の高い位置にある水ほど高温になっていることにある。
【００１１】
本発明の第８の特徴は、上記第７の特徴において、上記タンクに、上記水を加温するヒートポンプ又は太陽熱集熱器が接続されていることにある。この場合、タンクにヒートポンプと太陽熱集熱器の両方を接続したものも含む。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係る給湯システムを示したものである。給湯システムは、水（流体）の供給装置２０を備えている。
【００１３】
供給装置２０は、貯湯タンク２１を有している。貯湯タンク２１の下側部に給水管１０が連なっている。この給水管１０から供給された水で貯湯タンク２１内が満たされている。
【００１４】
貯湯タンク２１には、ヒートポンプ３０と太陽熱集熱器４０が接続されている。すなわち、貯湯タンク２１の下側部に、加温通路３１の上流端が連なっている。この加温通路３１の中途部にヒートポンプ３０が設けられている。加温通路３１の下流端は、貯湯タンク２１の上側部に連なっている。これによって、水が、貯湯タンク２１の下側部から加温通路３１でヒートポンプ３０に導かれ、加熱された後、貯湯タンク２１の上側部に戻されるようになっている。
【００１５】
また、貯湯タンク２１の下側部には、上記加温通路３１の上流端よりも低い位置に、伝熱管からなる放熱器４１が収容されている。この放熱器４１が、往路４２及び復路４３を介して太陽熱集熱器４０に連なっている。そして、熱媒が、集熱器４０、往路４２、放熱器４１、及び復路４３の順に循環され、太陽熱が集熱器４０で熱媒に与えられ、放熱器４１で放熱されるようになっている。これによって、貯湯タンク２１の下側部の水が加温される。加温された水は、対流により上方へ移動する。
【００１６】
これらヒートポンプ３０及び集熱器４０による熱供給の結果、貯湯タンク２１内の高い位置にある水ほど温度（物理的性質）が高くなっている。すなわち、貯湯タンク２１の上側部は、例えば８０℃前後の熱湯領域になり、中間部は、４０℃前後の温水領域になり、下側部は、常温領域（冬季には１０℃前後の冷水領域）になっている。
【００１７】
なお、加温通路３１は、ヒートポンプ３０より上流側が、貯湯タンク２１の下板に接続され、この接続部より上流側が貯湯タンク２１の内部に突出されているが、これに限定されるものではなく、上流端が貯湯タンク２１の円筒形状をなす周壁に接続されていてもよい。また、加温通路３１の下流端は、貯湯タンク３１の上板に接続されているが、上記と同様に貯湯タンク２１の周壁に接続されていてもよい。
【００１８】
供給装置２０は、貯湯タンク２１から水を取り出すための取水管２２（流通路）を有している。取水管２２は、貯湯タンク２１の上方に配された共通管２２ａ（共通路部分）と、この共通管２２ａから分岐し貯湯タンク２１に挿入された６本（複数本）の分岐管２２ｂ（分岐路部分）とで構成されている。
【００１９】
共通管２２ａには、取水ポンプ２３が設けられている。共通管２２ａは、この取水ポンプ２３の下流で、上記給水管１０から分岐された管１１と合流している。この合流部に混合器１２が設けられ、取水管２２からの水と給水管１１からの水とを適量ずつ混合して、出水できるようになっている。取水管２２から取り出された水の分だけ、給水管１０から貯湯タンク２１に新たな水が供給される。なお、給水管１０から貯湯タンク２１への供給水圧が十分に大きい場合は、取水ポンプ２３は不要である。
【００２０】
各分岐管２２ｂの上端部（共通管２２ａとの接続部）には、電磁開閉弁２５が設けられている。これら６つの開閉弁２５全体で、特許請求の範囲の「開閉手段」が構成されている。６本の分岐管２２ｂは、長さが互いに異なり、下端（上流端）が貯湯タンク２１内の互いに異なる高さに配されている。すなわち、短尺の分岐管２２ｂの上流端は、貯湯タンク２１の上側部の熱湯領域に位置し、中尺の分岐管２２ｂの上流端は、中間部の温水領域に位置し、長尺の分岐管２２ｂの上流端は、下側部の常温領域（又は冷水領域）に位置している。６本の分岐管２２ｂの下端部には、水温センサ２６がそれぞれ設けられている。
【００２１】
さらに、給湯システムには、コントローラ５０（制御手段）が備えられている。このコントローラ５０と６つ（複数）の開閉弁２５とによって、特許請求の範囲の「位置換え手段」が構成されている。コントローラ５０と６つ（複数）の水温センサ２６によって、特許請求の範囲の「分布検出手段」が構成されている。
【００２２】
上記構成の給湯システムにおいて、コントローラ５０による制御動作を説明する。
コントローラ５０は、６つの水温センサ２６による検出信号を受信する。これによって、貯湯タンク２１内の水温分布が把握される。一方、コントローラ５０には、給湯の使用者によって、所望の出水温度が設定入力される。コントローラ５０は、この設定温度に一番近い検出値を出した水温センサ２６、ひいてはその水温センサ２６が付けられた分岐管２２ｂの開閉弁２５を特定する。そして、この特定された１つの開閉弁２５だけを開き、他の５つの開閉弁２５をすべて閉じる（分岐路部分の１つを選択的に開き、他のすべての分岐路部分を閉じる）。その後、取水ポンプ２３を駆動する。
【００２３】
これによって、貯湯タンク２１の熱湯領域から常温領域（又は冷水領域）にわたる水のうち温度がなるべく所望に近いものを、上記特定された分岐管２２ｂを通して取り出すことができる。そのため、貯湯タンク２１の上側部の熱湯だけを取り出して給水管１１の水と混ぜて所望温度にする場合よりも、貯湯タンク２１からの取水量を多くすることができる。その分だけ多量の新しい水を給水管１０から貯湯タンク２１に補給することができ、タンク２１内の水の新陳代謝を良好にすることができる。これによって、貯湯タンク２１の中間部の温水領域に細菌が繁殖するのを防止でき、衛生を保つことができる。なお、貯湯タンク２１の上側部の熱湯領域だけを見ると取水量が減ることになるが、熱湯であるので、細菌が繁殖するおそれはない。しかも、熱湯の蓄え量が増え、本当に熱湯が欲しいときに十分な供給量を確保することができる。
【００２４】
また、貯湯タンク２１の下側部を給水管１１からの新たな水で低温に維持することができるので、ヒートポンプ３０による加温効率を向上させることができ、放熱器４１からの放熱効率ひいては太陽熱集熱器４０の集熱効率を向上させることができる。
【００２５】
次に、本発明の第２実施形態を図２及び図３にしたがって説明する。この実施形態において上記第１実施形態と同様の構成に関しては、図面に同一符号を付して説明を簡略化する。
【００２６】
図２に示すように、第２実施形態に係る給湯システムでは、流通路の構成が第１実施形態のそれと異なっている。すなわち、貯湯タンク２１の外部の取水管２２に、単一の水温センサ２６（性質検出部）と流量センサ２７（流量検出部）が設けられている。これらセンサ２６，２７とコントローラ５０とによって、特許請求の範囲の「分布検出手段」が構成されている。
【００２７】
貯湯タンク２１内には、上記外部の取水管２２に連なり流通路の一部を構成する内筒２８と、この内筒２８を挿通する外筒２９とが収容されている。これら筒２８，２９は、貯湯タンク２１の中心軸に沿ってタンク２１のほぼ全長にわたるように上下（所定方向）に延びている。
【００２８】
外筒２９の上端部は、貯湯タンク２１の上板に固定されている。外筒２９には、ほぼ全長にわたって上下に延びる直線状のスリット２９ａが形成されている。
【００２９】
詳細な図示は省略するが、内筒２８の下端部は、閉塞されている。内筒２８の外径は、外筒２９の内径とほぼ等しくなっており、内筒２８の外周面と外筒２９の内周面との間に貯湯タンク２１の水が侵入しないようになっている。
なお、図２及び図３では、筒２８，２９の太さ（径）を長さに対して誇張して大きく示してある。実際の寸法比は、例えば、太さ：軸長≒１：１００である。
【００３０】
図３に示すように、内筒２８には、ほぼ全長にわたって上下に延びるスリット２８ａが形成されている。このスリット２８ａは、上下方向の位置に応じて周方向の位置が変移し、螺旋状になっている。しかも、上端から下端までの間の周方向の変移量が、一周未満の螺旋状をなしている。したがって、図２に示すように、螺旋状のスリット２８ａは、上下方向の一箇所でだけ直線状のスリット２９ａと重なり合う。この重なり部分２０ａが、流通路の上流端となり、貯湯タンク２１内の水が、重なり部分２０ａを通って内筒２８の内部に取り込まれるようになっている。
【００３１】
内筒２８は、貯湯タンク２１の上板に載設されたモータ２４（回転手段）に連結されている。このモータ２４によって内筒２８が軸線回りに回転され、角度調節されるようになっている。この内筒２８の回転によってスリット２８ａ，２９ａどうしの重なり部分２０ａが上下に移動する。
【００３２】
上記モータ２４は、コントローラ５０で制御される。モータ２４とコントローラ５０とによって、特許請求の範囲の「位置換え手段」が構成されている。
【００３３】
コントローラ５０は、給湯にあたって先ず、取水ポンプ２３を駆動するとともに、モータ２４で内筒２８をほぼ一回転させ、重なり部分２０ａを貯湯タンク２１のほぼ全長にわたって上下に等速で移動させる。この移動中の重なり部分２０ａから内筒２８に水が取り込まれる。そして、取水管２２の水温センサ２６で温度検出され、さらに流量センサ２７で流量が検出される。これら検出結果は、上記コントローラ５０に送られる。
【００３４】
これによって、コントローラ５０は、貯湯タンク２１内の水温分布を解析することができる。この解析に際し、流量センサ２７の検出流量は、水温センサ２６で検温された水がタンク２１内のどの高さから取られたものであるかを正確に特定するのに用いる。すなわち、取水ポンプ２３の駆動力が一定（流量センサ２７の検出流量が一定）に維持されているときは、水温センサ２６による経時的な検出温度の変化を、そのままタンク２１内の高さに対する水温の変化に置き換えることができ、流量を考慮する必要はない。一方、水が重なり部分２０ａから取り込まれる時のポンプ駆動力よりも、その水が水温センサ２６で検温される時のポンプ駆動力が大きくなった場合（検出流量が増大した場合）には、検出温度の経時変化が急になる。そこで、検出流量の増大分だけ上記変化を緩やかになるように補正することによって、タンク２１内の高さに対する水温変化に置き換えることができる。これによって、取水ポンプ２３の駆動力（流量）が変動した場合でも、水の温度分布を正確に求めることができる。
【００３５】
その後、コントローラ５０は、上記得られた温度分布に基づいて、内筒２８の回転角度を調節し、重なり部分２０ａを所望の設定温度に対応する高さに位置させる。これによって、貯湯タンク２１から所望の温度の水を取り出すことができる。
【００３６】
この第２実施形態によれば、内筒２８の回転によって重なり部分２０ａ（すなわち流通路の上流端）を上下動させることができ、第１実施形態における複数本の分岐管２２ｂや開閉弁２５が不要であり、流通路全体を上下動させる必要もないので、構成がコンパクトになる。さらに、水温センサ２６も１個でよいので、より一層コンパクトになる。
【００３７】
本発明は、上記実施形態に限定されず、種々の形態を採用可能である。
例えば、特許請求の範囲の「流体」は、水溶液等の液体の他、気体を含む。「物理的性質」は、温度の他、粘度や溶解度等でもよい。位置換え手段が、流通路を構成する管自体を所定方向に移動させることにより、上流端の位置換えを行ってもよい。
【００３８】
水温センサ２６を貯湯タンク２１内で上下動させて温度分布を求めてもよい。第１実施形態において、共通路２２ａに１個の水温センサ２６を設け、開閉弁２５を１つずつ開いて水温検出することにより、貯湯タンク２１内の温度分布を求めてもよい。第２実施形態において、貯湯タンク２１内の複数の高さに水温センサ２６を設置し、温度分布を求めてもよい。
【００３９】
第２実施形態において、外筒２９を回転させることにより、重なり部分２０ａを上下動させてもよい。内筒２８のスリット２８ａが直線状であり、外筒２９のスリット２９ａが螺旋状であってもよい。また、両方の筒２８，２９のスリット２８ａ，２９ａが、螺旋状であってもよく、その場合、スリット２８，２９ａどうしの螺旋のピッチを互いに異ならせるか、ねじれ方向を逆にする。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の第１の特徴によれば、タンクから所望の物理的性質を有する流体を取り出すことができる。
本発明の第２の特徴によれば、上記所望の流体を確実に取り出すことができる。
本発明の第３の特徴によれば、性質検出部が１個で足りる。また、流通路の下流端に、より近い位置で性質検出を行うことができる。
本発明の第４の特徴によれば、流量が変動する場合でも、性質分布を確実に求めることができる。
本発明の第５の特徴によれば、流通路の上流端の位置調節を、コンパクトな構成で行うことができる。
本発明の第６の特徴によれば、流通路の上流端の位置換えを、開閉手段によって簡単に行うことができる。
本発明の第７の特徴によれば、タンクから所望の温度の水を取り出すことができ、タンク内の水の新陳代謝を良好にすることができ、衛生を保つことができる。また、熱湯の供給量を十分に確保することができる。
本発明の第８の特徴によれば、タンク内の水をヒートポンプや太陽熱集熱器で効率的に加温することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る給湯システムを示す概念図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係る給湯システムを示す概念図である。
【図３】図２の給湯システムの内筒の斜視図である。
【符号の説明】
２０  供給装置
２１  貯湯タンク
２２  取水管（流通路）
２２ａ  共通管（共通路部分）
２２ｂ  分岐管（分岐路部分）
２４  モータ（回転手段）
２５  開閉弁
２６  水温センサ（性質検出部）
２７  流量センサ
２８  内筒
２８ａ  スリット
２９  外筒
２９ａ  スリット
３０  ヒートポンプ
４０  太陽熱集熱器
【図１】
0004230103.tif 000002
【図２】
0004230103.tif 000003
【図３】
0004230103.tif 000004