給湯装置
【課題】中温層の湯を有効利用することにより、効率よく湯を利用でき、使用性の向上と高い省エネルギー性とを実現する給湯装置を提供すること。
【解決手段】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の第１の出湯管３と給水管１８との間に接続された第２の出湯管４と、混合弁２３の出口側に接続された給湯口２４とを備え、第１の出湯管３の貯湯槽１の近傍の湯温を検知する第１の湯温検知手段３１、第２の出湯管４の貯湯槽１の近傍の湯温を検知する第２の湯温検知手段３２の検知温度と、給湯口２４から給湯する給湯設定温度とに基づいて、第１の出湯管３に設けられた第１の流調弁２０と、第２の出湯管４に設けられた第２の流調弁２１と、第１の出湯管３と第２の出湯管４とを接続して合流させた出湯管合流管２２と給水管１８から分岐された給水分岐管１９とを入口側に接続した混合弁２３との動作を制御する給湯装置。
【解決手段】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の第１の出湯管３と給水管１８との間に接続された第２の出湯管４と、混合弁２３の出口側に接続された給湯口２４とを備え、第１の出湯管３の貯湯槽１の近傍の湯温を検知する第１の湯温検知手段３１、第２の出湯管４の貯湯槽１の近傍の湯温を検知する第２の湯温検知手段３２の検知温度と、給湯口２４から給湯する給湯設定温度とに基づいて、第１の出湯管３に設けられた第１の流調弁２０と、第２の出湯管４に設けられた第２の流調弁２１と、第１の出湯管３と第２の出湯管４とを接続して合流させた出湯管合流管２２と給水管１８から分岐された給水分岐管１９とを入口側に接続した混合弁２３との動作を制御する給湯装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、沸き上げた湯を貯湯槽に貯えて給湯利用する給湯装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の給湯装置は、例えば図７のようなものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図７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７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からの湯を第１の出湯管３を通じて出湯するか第２の出湯管４を通じて出湯するかを切り換える三方弁５と、第２の出湯管４が接続された位置での貯湯槽１内の湯温を検知する湯温検知手段６と、給湯温度を設定する給湯温度設定手段７を設け、湯温検知手段６により検知された湯温が給湯温度設定手段７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、三方弁５の流路を切り換える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１６１５１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、貯湯槽１の上部からの出湯と中間部分からの出湯を切り換える前記従来の構成では、給湯利用の過程で熱伝導と熱対流によって貯湯槽１内の残湯と給湯時に貯湯槽１下部から補給する給水との間にできる中間的な温度となる層（以下、中温層と呼ぶ）のうち給湯設定温度以上となっている部分の湯しか利用できず、給湯設定温度以下の中温層の湯はそのまま貯湯槽１上部へ移動する。
【０００６】
ここで、図８、図９を用いてこの作用を詳しく説明する。まず、図８は中温層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。使用中の貯湯槽１内は、高温の湯８と低温の水９が積み重なっている状態であるが、これら高温の湯８と低温の水９との間で熱伝導と熱対流により中間の温度となる中温層１０は時間の経過に伴って成長する。
【０００７】
中温層１０の大きさによる利用可能な湯量の違いとして、１１の温度分布は中温層１０ａの小さい状態、１２は中温層１０ｂの大きい状態であり、たとえば温度ｔｓを給湯利用可能な温度の下限とした場合、利用できる熱量の差を模式的に表わすと領域１３に相当する。つまり中温層１０が大きくなるほど湯切れが起こりやすく、また、貯湯槽１に貯えた湯のうち利用できる熱量が少ないということはすなわち省エネルギー性が低い。
【０００８】
そのため、貯湯槽１中間部の湯を第２の出湯管４から出湯することで中温層１０の減少を図ろうとするものであり、この動作を図９を用いて説明する。第２の出湯管４からの出湯位置として模式的に矢印１４で示し、１５の温度分布は中温層１０の上端が第２の出湯管４の位置にかかった時点である。中温層１０の大きさは１０ｃで示している。
【０００９】
この後、第２の出湯管４を通じて、中温層１０の湯が出湯されることで、温度分布は１
６となり、中温層１０の大きさは１０ｄまで減少する。第２の出湯管４の位置で貯湯槽１内の湯温が給湯に利用できる湯の下限温度ｔｓ以下になると三方弁５は第１の出湯管３から出湯するように切り換えるため、中温層１０はそのまま貯湯槽１の上方へ向かい、温度分布も１７となって減少することなく１０ｅに示すように時間経過とともに大きくなる。
【００１０】
このように、従来の構成の場合は中温層１０を減少させる効果が限定的であることから、貯湯槽１内の湯の熱量を有効に利用できないことに加え、次回の沸き上げ時に、中温層１０にあった比較的高い温度の水を加熱しなければならないことになり、加熱手段２にヒートポンプを使用している場合は水温が高いと運転効率が低下するという特性があることによって、効率的な運転に支障をきたすという問題がある。
【００１１】
すなわち、出湯位置を切り換える構成では、混合層の湯を排出できないことによる利用可能湯量の減少と、ヒートポンプによる沸き上げ時の効率低下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、中温層の湯を有効利用することにより、効率よく湯を利用でき、さらに加熱手段がヒートポンプである場合には、高い加熱効率を得られることで、使用性の向上と高い省エネルギー性とを実現する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、前記貯湯槽の下部に接続された給水管と、前記貯湯槽の上下方向において前記第１の出湯管が接続された位置と前記給水管が接続された位置との間に接続された第２の出湯管と、前記給水管から分岐された給水分岐管と、前記第１の出湯管に設けられた第１の流調弁と、前記第２の出湯管に設けられた第２の流調弁と、前記第１の出湯管と前記第２の出湯管とを接続して合流させた出湯管合流管と、前記出湯管合流管と前記給水分岐管とを入口側に接続した混合弁と、前記混合弁の出口側に接続された混合水管と、前記混合水管に接続された給湯口と、前記第１の出湯管が接続された前記貯湯槽の位置近傍の湯温を検知する第１の湯温検知手段と、前記第２の出湯管が接続された前記貯湯槽の位置近傍の湯温を検知する第２の湯温検知手段と、前記給湯口から給湯する給湯設定温度を設定する給湯温度設定手段と、制御手段とを備え、前記給湯温度設定手段で設定された給湯設定温度と前記第１および第２の湯温検知手段の検知温度とに基づいて、前記第１の流調弁と前記第２の流調弁と前記混合弁との動作を制御することを特徴とするものである。
【００１４】
これによって、給湯設定温度より低い中温層の湯を第２の出湯管を通じて有効に利用することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、中温層の湯を有効利用することにより、効率よく湯を利用でき、さらに加熱手段がヒートポンプである場合には、高い加熱効率を得られることで、使用性の向上と高い省エネルギー性とを実現する給湯装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施の形態１における給湯装置の構成図
【図２】同給湯装置の制御ブロック図
【図３】同流調弁の動作フローチャート
【図４】同給湯利用時の貯湯槽内の温度分布を示した図
【図５】本発明の実施の形態２における給湯装置の構成図
【図６】同流調弁の動作フローチャート
【図７】従来の給湯装置の構成図
【図８】同貯湯槽内の中温層の説明図
【図９】同給湯装置の貯湯槽内の温度分布を示した図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
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、前記貯湯槽の下部に接続された給水管と、前記貯湯槽の上下方向において前記第１の出湯管が接続された位置と前記給水管が接続された位置との間に接続された第２の出湯管と、前記給水管から分岐された給水分岐管と、前記第１の出湯管に設けられた第１の流調弁と、前記第２の出湯管に設けられた第２の流調弁と、前記第１の出湯管と前記第２の出湯管とを接続して合流させた出湯管合流管と、前記出湯管合流管と前記給水分岐管とを入口側に接続した混合弁と、前記混合弁の出口側に接続された混合水管と、前記混合水管に接続された給湯口と、前記第１の出湯管が接続された前記貯湯槽の位置近傍の湯温を検知する第１の湯温検知手段と、前記第２の出湯管が接続された前記貯湯槽の位置近傍の湯温を検知する第２の湯温検知手段と、前記給湯口から給湯する給湯設定温度を設定する給湯温度設定手段と、制御手段とを備え、前記給湯温度設定手段で設定された給湯設定温度と前記第１および第２の湯温検知手段の検知温度とに基づいて、前記第１の流調弁と前記第２の流調弁と前記混合弁との動作を制御することを特徴とする給湯装置である。
【００１８】
このようにすることにより、貯湯槽の中間部から中温層の湯を有効に出湯することで、貯湯された湯の熱量を最大限有効に利用し、かつ沸き上げ効率の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という効果がある。
【００１９】
第２の発明は、第２の湯温検知手段により検知された温度に基づいて得られた値が、給湯温度設定手段で設定された給湯設定温度より高く、その温度差が所定温度以上の場合には、第１の流調弁を遮断するとともに第２の流調弁を開放し、その温度差が所定温度差未満で、かつ、第１および前記第２の湯温検知手段により検知された温度に基づいて得られた値が、前記給湯温度設定手段で設定された給湯設定温度より高く、その温度差が所定温度以上の場合には、前記第１の流調弁および前記第２の流調弁を開放し、その温度差が所定温度差未満の場合には、前記第１の流調弁を開放するともに前記第２の流調弁を閉塞して、混合弁の出口温度が前記給湯設定温度に近づくように制御することを特徴とするもので、給湯温度の制御性を維持しつつ、中温層の湯を有効に利用できるという効果がある。
【００２０】
第３の発明は、給湯口以外に少なくとも一つ以上の追加給湯口を設け、給湯温度設定手段は前記追加給湯口毎に追加給湯設定温度を設定できるとともに、前記追加給湯口毎に、出湯管合流管から分岐された出湯管合流管分岐管と、給水分岐管から分岐された第２の給水分岐管と、前記出湯管合流管分岐管と前記第２の給水分岐管とを入口側に接続した追加混合弁と、前記追加混合弁の出口側に接続された追加混合水管とを備え、前記給湯温度設定手段で設定された給湯設定温度と前記追加給湯設定温度と第１および第２の湯温検知手段の検知温度とに基づいて、第１の流調弁と第２の流調弁と混合弁と前記追加混合弁との動作を制御することを特徴とするもので、複数の給湯口を有する場合にも中温層の湯を有効に利用できるという効果がある。
【００２１】
第４の発明は、第２の湯温検知手段により検知された温度に基づいて得られた値が、給湯温度設定手段で設定された給湯設定温度と追加給湯設定温度のうち最も高い値より高く、その温度差が所定温度以上の場合には、第１の流調弁を遮断するとともに第２の流調弁を開放し、その温度差が所定温度差未満で、かつ、第１および前記第２の湯温検知手段により検知された温度に基づいて得られた値が、前記給湯温度設定手段で設定された給湯設定温度と追加給湯設定温度のうち最も高い値より高く、その温度差が所定温度以上の場合には、前記第１の流調弁および前記第２の流調弁を開放し、その温度差が所定温度差未満
の場合には、前記第１の流調弁を開放するともに前記第２の流調弁を閉塞して、混合弁の出口温度が前記給湯設定温度に近づくように制御することを特徴とするもので、複数の給湯口を有する場合の制御性を確保しつつ、中温層の湯を有効に利用できるという効果がある。
【００２２】
第５の発明は、混合水管と追加混合水管とに給湯の有無を検知する給湯有無検知手段を設け、前記給湯有無検知手段によって給湯されていることが検知された給湯口および／または追加給湯口に対して、第２の湯温検知手段により検知された温度に基づいて得られた値が、給湯温度設定手段で設定された給湯設定温度と追加給湯設定温度のうち最も高い値より高く、その温度差が所定温度以上の場合には、第１の流調弁を遮断するとともに第２の流調弁を開放し、その温度差が所定温度差未満で、かつ、第１および前記第２の湯温検知手段により検知された温度に基づいて得られた値が、前記給湯温度設定手段で設定された給湯設定温度と追加給湯設定温度のうち最も高い値より高く、その温度差が所定温度以上の場合には、前記第１の流調弁および前記第２の流調弁を開放し、その温度差が所定温度差未満の場合には、前記第１の流調弁を開放するともに前記第２の流調弁を閉塞して、混合弁の出口温度が前記給湯設定温度に近づくように制御することを特徴とするもので、複数の給湯口がある場合に、給湯の有無に応じてきめ細かく制御することで、中温層の湯の利用効果を向上させるという効果がある。
【００２３】
また、複数の給湯口から同時に給湯されている場合に、給湯温度の制御性を維持しつつ、中温層の湯を有効に利用できるという効果がある。
【００２４】
第６の発明は、流調弁を、二方弁としたことを特徴とするもので、簡単な構成ならびに制御で所望の効果を得ることができる。
【００２５】
第７の発明は、貯湯槽内の水を加熱する加熱手段を設け、前記加熱手段をヒートポンプサイクルとしたことを特徴とするもので、貯湯槽内の湯の熱量を有効に利用できることによって低い沸き上げ温度を適用できる結果、高効率の特性を最大限に引き出せる。
【００２６】
第８の発明は、ヒートポンプサイクルは、運転時、高サイド圧力が臨界圧力以上に昇圧された冷媒により水を加熱する構成としたことを特徴とするもので、沸き上げ温度を高温にできるので、利用できる熱量の増大と湯切れ防止性を向上することができる。
【００２７】
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。
【００２８】
（実施の形態１）
図１は本発明の第１の実施の形態における給湯装置の構成を示す図である。
【００２９】
図１において、貯湯槽１と、この貯湯槽１の水を加熱する加熱手段としてのヒートポンプユニット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の下部に接続された給水管１８と、第１の出湯管３と給水管１８とが接続された位置の間すなわち貯湯槽１の胴部に接続された第２の出湯管４と、給水管１８から分岐された給水分岐管１９と、第１の出湯管３の中間に設けられた第１の二方弁２０と、第２の出湯管４の中間に設けられた第２の二方弁２１と、第１の出湯管３と第２の出湯管４とを接続して合流させた出湯管合流管２２と、この出湯管合流管２２と給水分岐管１９とが入口側に接続された混合弁２３と、この混合弁２３の出口側に接続された混合水管２４と、この混合水管２４に接続された給湯口２５と、出湯管合流管２２から分岐された出湯管合流管分岐管２６と、給水分岐管１９から分岐された第２の給水分岐管２７と、出湯管合流管分岐管２６と第２の給水分岐管２７とが入口側に接続された追加混合弁２８と、この追加混合弁２８の出口側
に接続された追加混合水管２９と、この追加混合水管２９に接続された追加給湯口３０とが設けられている。
【００３０】
また、第１の出湯管３が接続された位置における貯湯槽１内の湯温を検知する第１の湯温検知手段３１と、第２の出湯管４が接続された位置における貯湯槽１内の湯温を検知する第２の湯温検知手段３２と、給湯口２５および追加給湯口３０の給湯温度を設定する給湯温度設定手段７と、第１の湯温検知手段３１と第２の湯温検知手段３２の出力ならびに給湯温度設定手段７の設定に基づいて第１の二方弁２０と第２の二方弁２１と混合弁２３と追加混合弁２８とを制御する制御手段３３とを有する制御装置３４とを設けている。なお、混合弁２３と追加混合弁２８の出口側には湯温制御のための混合弁出口湯温検知手段３５と追加混合弁出口湯温検知手段３６とが設けられている。
【００３１】
図２は制御のブロック図を示し、第１の湯温検知手段３１と第２の湯温検知手段３２の出力と給湯温度設定手段７の設定に基づいて、第１の二方弁２０と第２の二方弁２１と混合弁２３と追加混合弁２８の制御をおこなう制御手段３３からなる。
【００３２】
以上のように構成された給湯装置について、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ユニット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、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の湯と給水管１８からの給水を混合弁２３および追加混合弁２８によってそれぞれの給湯設定温度に混合されて給湯口２５ないし追加給湯口３０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１８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を図３〜図４を用いて詳細に説明する。給湯温度は給湯口２５、追加給湯口３０ごとに給湯温度設定手段７でそれぞれ給湯設定温度と追加給湯設定温度として設定され、それらの高いほうの値は設定温度ｔｓである。ここではｔｓを給湯口２５の給湯設定温度とする。
【００３６】
また、第１の二方弁２０と第２の二方弁２１が共に開放されたときの第１の出湯管３と第２の出湯管４を流れる湯の流量が等しくなるように、それぞれの流路の圧力損失が設計されている。なお、この流量比は任意に設計できるものである。
【００３７】
図３は制御のフローチャートである。ｔ１とｔ２は、それぞれ第１の湯温検知手段３１と第２の湯温検知手段３２による測定値であり、制御手段３３は、これらの測定値に基づいて、第１の二方弁２０と第２の二方弁２１の開閉を制御する。
【００３８】
第２の湯温検知手段３２による測定値ｔ２が設定温度のｔｓよりも高い場合（ステップ１）、第１の二方弁２０を閉じて第２の二方弁２１を開放することにより（ステップ２）、第２の出湯管４からだけ出湯させる。ｔ２がｔｓ以下の場合は（ステップ１）、第１の湯温検知手段３１による測定値ｔ１と上記ｔｓの平均値が設定温度ｔｓよりも高いかどうかを判断し（ステップ３）、高い場合は第１の二方弁２０と第２の二方弁２１を共に開放して（ステップ４）、第１の出湯管３と第２の出湯管４の両方から出湯させる。
【００３９】
ｔ１とｔ２の平均値がｔｓ以下であれば（ステップ３）、第１の二方弁２０は開いて、第２の二方弁２１を閉じることによって（ステップ５）、第１の出湯管３からだけ出湯させる。
【００４０】
以上の動作によって出湯管合流管２２を流れる湯温は設定温度ｔｓよりも高くなり、制御手段３３は混合弁２３を制御して、この湯と給水分岐管１９からの給水とを混合して混合弁出口湯温検知手段３５が設定温度のｔｓになるように流量比を調整する（ステップ６）。
【００４１】
設定温度ｔｓに調整された湯は、混合水管２４を通じて給湯口２５から給湯される。なお、この説明において、設定温度ｔｓと、第１の湯温検知手段３１と第２の湯温検知手段３２による測定値の平均値との温度差は０℃を閾値として制御しているが、混合弁２３の制御性や配管での温度低下を考慮してステップ１の式のｔｓに任意の値を加えてもよい。
【００４２】
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、３７の温度分布は、中温層１０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１０の給湯利用が開始される直前の様子である。先に説明したとおり、第２の出湯管４の接続位置での湯温がｔｓより高ければ、第２の出湯管４からだけ出湯され、この湯温がｔｓ以下でかつ第１の出湯管３の接続位置である貯湯槽１の上端とこの湯温との平均湯温がｔｓより高い間は両方から出湯されることで、中温層１０は縮小しながら貯湯槽１の上方へ移動する。
【００４３】
このとき、第２の出湯管４からは、貯湯槽１の上端の温度とｔｓとの温度差をｔｓから減じた湯温まで出湯がおこなわれる。平均湯温が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１０はそのまま貯湯槽１の上方へ移動する。この結果、中温層１０の大きさは当初は１０ｆであったものが１０ｇまで縮小する。３８は、中温層１０ｇ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。
【００４４】
また、この実施の形態の場合は、より設定温度の低い追加給湯口３０からの給湯であっても第１の二方弁２０と第２の二方弁２１の制御はｔｓに基づいてなされる。
【００４５】
このように、本発明の第１の実施の形態によれば、給湯温度設定手段７で設定された給湯口２５の給湯設定温度と追加給湯口３０の追加給湯設定温度とのどちらか高い方の値と第１の湯温検知手段３１および第２の湯温検知手段３２の測定値に基づいて第１の出湯管３に設けた第１の二方弁２０と、第２の出湯管４に設けた第２の二方弁２１の開閉をおこなうという簡単な構成で中温層１０の効果的な縮小を実現し、利用可能湯量の減少とヒートポンプユニット２での沸き上げ効率の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。
【００４６】
さらに、ヒートポンプユニット２の冷凍サイクルは冷媒として二酸化炭素を用い、臨界圧を越える圧力で運転することが好ましい。二酸化炭素を冷媒として用いることで沸き上げ温度を高温にできるので、貯湯槽１内の湯温を自在に制御できる。
【００４７】
（実施の形態２）
図５は、本発明の第２の実施の形態における給湯装置の構成を示す図である。第１の実施の形態の構成に加えて、混合水管２４と追加混合水管２９にそれぞれ給湯有無検知手段としての第１の流量計３９と第２の流量計４０とを設けている。これにより、実際に給湯がおこなわれる設定温度に基づいて弁の制御がなされるので、より中温層１０を縮小させる効果が高い。
【００４８】
図６は、動作のフローチャートである。第１の流量計３９と第２の流量計４０との出力に基づいて設定温度ｔｓを決定する方法を示している。まず、給湯口２５における給湯設定温度ｔｓ１と追加給湯口３０における追加給湯設定温度ｔｓ２とを比較し（ステップ１
１）、高い方の値を設定温度ｔｓとする（ステップ１２、ステップ１３）。
【００４９】
次に第１の流量計３９で給湯口２５からの給湯が検出され（ステップ１４）、さらに第２の流量計４０で追加給湯口３０からの給湯も検出されると（ステップ１５）、給湯設定温度ｔｓ１と追加給湯設定温度ｔｓ２を比較して（ステップ１６）、高い方の値を設定温度ｔｓとする（ステップ１７、ステップ１８）。
【００５０】
追加給湯口３０からの給湯がなければ（ステップ１５）、給湯設定温度ｔｓ１を設定温度ｔｓとする（ステップ１９）。ステップ１４で給湯口２５からの給湯が検出されず、追加給湯口３０で給湯が検出されると（ステップ２０）、追加給湯設定温度ｔｓ２を設定温度ｔｓとする（ステップ２１）。
【００５１】
給湯口２５でも追加給湯口３０でも給湯が検出されない場合は（ステップ１４、ステップ２０）、ステップ１２またはステップ１３で採用された値がそのまま使われる。このようにして決定された設定温度ｔｓに基づき、第１の実施の形態で説明した弁制御（図３）と同じ動作がおこなわれる（ステップ２２）。
【００５２】
このように、本発明の第２の実施の形態によれば、給湯されている状態に応じてきめ細かく弁の制御がおこなわれ、中温層１０を減少させる効果がより大きくなって、さらに使い勝手と省エネルギー性に優れる。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
以上のように、本発明にかかる給湯装置は、貯湯槽内の湯の熱を利用する場合において給湯可能湯量の減少を最小限とするので、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】
【００５４】
１ 貯湯槽
２ 加熱手段（ヒートポンプユニット）
３ 第１の出湯管
４ 第２の出湯管
７ 給湯温度設定手段
１８ 給水管
１９ 給水分岐管
２０ 第１の二方弁（第１の流調弁）
２１ 第２の二方弁（第２の流調弁）
２２ 出湯管合流管
２３ 混合弁
２４ 混合水管
２５ 給湯口
２６ 出湯管合流管分岐管
２７ 第２の給水分岐管
２８ 追加混合弁
２９ 追加混合水管
３０ 追加給湯口
３１ 第１の湯温検知手段
３２ 第２の湯温検知手段
３３ 制御手段
３９ 給湯有無検知手段（第１の流量計）
４０ 給湯有無検知手段（第２の流量計）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、沸き上げた湯を貯湯槽に貯えて給湯利用する給湯装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の給湯装置は、例えば図７のようなものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図７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７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からの湯を第１の出湯管３を通じて出湯するか第２の出湯管４を通じて出湯するかを切り換える三方弁５と、第２の出湯管４が接続された位置での貯湯槽１内の湯温を検知する湯温検知手段６と、給湯温度を設定する給湯温度設定手段７を設け、湯温検知手段６により検知された湯温が給湯温度設定手段７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、三方弁５の流路を切り換える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１６１５１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、貯湯槽１の上部からの出湯と中間部分からの出湯を切り換える前記従来の構成では、給湯利用の過程で熱伝導と熱対流によって貯湯槽１内の残湯と給湯時に貯湯槽１下部から補給する給水との間にできる中間的な温度となる層（以下、中温層と呼ぶ）のうち給湯設定温度以上となっている部分の湯しか利用できず、給湯設定温度以下の中温層の湯はそのまま貯湯槽１上部へ移動する。
【０００６】
ここで、図８、図９を用いてこの作用を詳しく説明する。まず、図８は中温層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。使用中の貯湯槽１内は、高温の湯８と低温の水９が積み重なっている状態であるが、これら高温の湯８と低温の水９との間で熱伝導と熱対流により中間の温度となる中温層１０は時間の経過に伴って成長する。
【０００７】
中温層１０の大きさによる利用可能な湯量の違いとして、１１の温度分布は中温層１０ａの小さい状態、１２は中温層１０ｂの大きい状態であり、たとえば温度ｔｓを給湯利用可能な温度の下限とした場合、利用できる熱量の差を模式的に表わすと領域１３に相当する。つまり中温層１０が大きくなるほど湯切れが起こりやすく、また、貯湯槽１に貯えた湯のうち利用できる熱量が少ないということはすなわち省エネルギー性が低い。
【０００８】
そのため、貯湯槽１中間部の湯を第２の出湯管４から出湯することで中温層１０の減少を図ろうとするものであり、この動作を図９を用いて説明する。第２の出湯管４からの出湯位置として模式的に矢印１４で示し、１５の温度分布は中温層１０の上端が第２の出湯管４の位置にかかった時点である。中温層１０の大きさは１０ｃで示している。
【０００９】
この後、第２の出湯管４を通じて、中温層１０の湯が出湯されることで、温度分布は１
６となり、中温層１０の大きさは１０ｄまで減少する。第２の出湯管４の位置で貯湯槽１内の湯温が給湯に利用できる湯の下限温度ｔｓ以下になると三方弁５は第１の出湯管３から出湯するように切り換えるため、中温層１０はそのまま貯湯槽１の上方へ向かい、温度分布も１７となって減少することなく１０ｅに示すように時間経過とともに大きくなる。
【００１０】
このように、従来の構成の場合は中温層１０を減少させる効果が限定的であることから、貯湯槽１内の湯の熱量を有効に利用できないことに加え、次回の沸き上げ時に、中温層１０にあった比較的高い温度の水を加熱しなければならないことになり、加熱手段２にヒートポンプを使用している場合は水温が高いと運転効率が低下するという特性があることによって、効率的な運転に支障をきたすという問題がある。
【００１１】
すなわち、出湯位置を切り換える構成では、混合層の湯を排出できないことによる利用可能湯量の減少と、ヒートポンプによる沸き上げ時の効率低下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、中温層の湯を有効利用することにより、効率よく湯を利用でき、さらに加熱手段がヒートポンプである場合には、高い加熱効率を得られることで、使用性の向上と高い省エネルギー性とを実現する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、前記貯湯槽の下部に接続された給水管と、前記貯湯槽の上下方向において前記第１の出湯管が接続された位置と前記給水管が接続された位置との間に接続された第２の出湯管と、前記給水管から分岐された給水分岐管と、前記第１の出湯管に設けられた第１の流調弁と、前記第２の出湯管に設けられた第２の流調弁と、前記第１の出湯管と前記第２の出湯管とを接続して合流させた出湯管合流管と、前記出湯管合流管と前記給水分岐管とを入口側に接続した混合弁と、前記混合弁の出口側に接続された混合水管と、前記混合水管に接続された給湯口と、前記第１の出湯管が接続された前記貯湯槽の位置近傍の湯温を検知する第１の湯温検知手段と、前記第２の出湯管が接続された前記貯湯槽の位置近傍の湯温を検知する第２の湯温検知手段と、前記給湯口から給湯する給湯設定温度を設定する給湯温度設定手段と、制御手段とを備え、前記給湯温度設定手段で設定された給湯設定温度と前記第１および第２の湯温検知手段の検知温度とに基づいて、前記第１の流調弁と前記第２の流調弁と前記混合弁との動作を制御することを特徴とするものである。
【００１４】
これによって、給湯設定温度より低い中温層の湯を第２の出湯管を通じて有効に利用することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、中温層の湯を有効利用することにより、効率よく湯を利用でき、さらに加熱手段がヒートポンプである場合には、高い加熱効率を得られることで、使用性の向上と高い省エネルギー性とを実現する給湯装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施の形態１における給湯装置の構成図
【図２】同給湯装置の制御ブロック図
【図３】同流調弁の動作フローチャート
【図４】同給湯利用時の貯湯槽内の温度分布を示した図
【図５】本発明の実施の形態２における給湯装置の構成図
【図６】同流調弁の動作フローチャート
【図７】従来の給湯装置の構成図
【図８】同貯湯槽内の中温層の説明図
【図９】同給湯装置の貯湯槽内の温度分布を示した図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
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、前記貯湯槽の下部に接続された給水管と、前記貯湯槽の上下方向において前記第１の出湯管が接続された位置と前記給水管が接続された位置との間に接続された第２の出湯管と、前記給水管から分岐された給水分岐管と、前記第１の出湯管に設けられた第１の流調弁と、前記第２の出湯管に設けられた第２の流調弁と、前記第１の出湯管と前記第２の出湯管とを接続して合流させた出湯管合流管と、前記出湯管合流管と前記給水分岐管とを入口側に接続した混合弁と、前記混合弁の出口側に接続された混合水管と、前記混合水管に接続された給湯口と、前記第１の出湯管が接続された前記貯湯槽の位置近傍の湯温を検知する第１の湯温検知手段と、前記第２の出湯管が接続された前記貯湯槽の位置近傍の湯温を検知する第２の湯温検知手段と、前記給湯口から給湯する給湯設定温度を設定する給湯温度設定手段と、制御手段とを備え、前記給湯温度設定手段で設定された給湯設定温度と前記第１および第２の湯温検知手段の検知温度とに基づいて、前記第１の流調弁と前記第２の流調弁と前記混合弁との動作を制御することを特徴とする給湯装置である。
【００１８】
このようにすることにより、貯湯槽の中間部から中温層の湯を有効に出湯することで、貯湯された湯の熱量を最大限有効に利用し、かつ沸き上げ効率の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という効果がある。
【００１９】
第２の発明は、第２の湯温検知手段により検知された温度に基づいて得られた値が、給湯温度設定手段で設定された給湯設定温度より高く、その温度差が所定温度以上の場合には、第１の流調弁を遮断するとともに第２の流調弁を開放し、その温度差が所定温度差未満で、かつ、第１および前記第２の湯温検知手段により検知された温度に基づいて得られた値が、前記給湯温度設定手段で設定された給湯設定温度より高く、その温度差が所定温度以上の場合には、前記第１の流調弁および前記第２の流調弁を開放し、その温度差が所定温度差未満の場合には、前記第１の流調弁を開放するともに前記第２の流調弁を閉塞して、混合弁の出口温度が前記給湯設定温度に近づくように制御することを特徴とするもので、給湯温度の制御性を維持しつつ、中温層の湯を有効に利用できるという効果がある。
【００２０】
第３の発明は、給湯口以外に少なくとも一つ以上の追加給湯口を設け、給湯温度設定手段は前記追加給湯口毎に追加給湯設定温度を設定できるとともに、前記追加給湯口毎に、出湯管合流管から分岐された出湯管合流管分岐管と、給水分岐管から分岐された第２の給水分岐管と、前記出湯管合流管分岐管と前記第２の給水分岐管とを入口側に接続した追加混合弁と、前記追加混合弁の出口側に接続された追加混合水管とを備え、前記給湯温度設定手段で設定された給湯設定温度と前記追加給湯設定温度と第１および第２の湯温検知手段の検知温度とに基づいて、第１の流調弁と第２の流調弁と混合弁と前記追加混合弁との動作を制御することを特徴とするもので、複数の給湯口を有する場合にも中温層の湯を有効に利用できるという効果がある。
【００２１】
第４の発明は、第２の湯温検知手段により検知された温度に基づいて得られた値が、給湯温度設定手段で設定された給湯設定温度と追加給湯設定温度のうち最も高い値より高く、その温度差が所定温度以上の場合には、第１の流調弁を遮断するとともに第２の流調弁を開放し、その温度差が所定温度差未満で、かつ、第１および前記第２の湯温検知手段により検知された温度に基づいて得られた値が、前記給湯温度設定手段で設定された給湯設定温度と追加給湯設定温度のうち最も高い値より高く、その温度差が所定温度以上の場合には、前記第１の流調弁および前記第２の流調弁を開放し、その温度差が所定温度差未満
の場合には、前記第１の流調弁を開放するともに前記第２の流調弁を閉塞して、混合弁の出口温度が前記給湯設定温度に近づくように制御することを特徴とするもので、複数の給湯口を有する場合の制御性を確保しつつ、中温層の湯を有効に利用できるという効果がある。
【００２２】
第５の発明は、混合水管と追加混合水管とに給湯の有無を検知する給湯有無検知手段を設け、前記給湯有無検知手段によって給湯されていることが検知された給湯口および／または追加給湯口に対して、第２の湯温検知手段により検知された温度に基づいて得られた値が、給湯温度設定手段で設定された給湯設定温度と追加給湯設定温度のうち最も高い値より高く、その温度差が所定温度以上の場合には、第１の流調弁を遮断するとともに第２の流調弁を開放し、その温度差が所定温度差未満で、かつ、第１および前記第２の湯温検知手段により検知された温度に基づいて得られた値が、前記給湯温度設定手段で設定された給湯設定温度と追加給湯設定温度のうち最も高い値より高く、その温度差が所定温度以上の場合には、前記第１の流調弁および前記第２の流調弁を開放し、その温度差が所定温度差未満の場合には、前記第１の流調弁を開放するともに前記第２の流調弁を閉塞して、混合弁の出口温度が前記給湯設定温度に近づくように制御することを特徴とするもので、複数の給湯口がある場合に、給湯の有無に応じてきめ細かく制御することで、中温層の湯の利用効果を向上させるという効果がある。
【００２３】
また、複数の給湯口から同時に給湯されている場合に、給湯温度の制御性を維持しつつ、中温層の湯を有効に利用できるという効果がある。
【００２４】
第６の発明は、流調弁を、二方弁としたことを特徴とするもので、簡単な構成ならびに制御で所望の効果を得ることができる。
【００２５】
第７の発明は、貯湯槽内の水を加熱する加熱手段を設け、前記加熱手段をヒートポンプサイクルとしたことを特徴とするもので、貯湯槽内の湯の熱量を有効に利用できることによって低い沸き上げ温度を適用できる結果、高効率の特性を最大限に引き出せる。
【００２６】
第８の発明は、ヒートポンプサイクルは、運転時、高サイド圧力が臨界圧力以上に昇圧された冷媒により水を加熱する構成としたことを特徴とするもので、沸き上げ温度を高温にできるので、利用できる熱量の増大と湯切れ防止性を向上することができる。
【００２７】
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。
【００２８】
（実施の形態１）
図１は本発明の第１の実施の形態における給湯装置の構成を示す図である。
【００２９】
図１において、貯湯槽１と、この貯湯槽１の水を加熱する加熱手段としてのヒートポンプユニット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の下部に接続された給水管１８と、第１の出湯管３と給水管１８とが接続された位置の間すなわち貯湯槽１の胴部に接続された第２の出湯管４と、給水管１８から分岐された給水分岐管１９と、第１の出湯管３の中間に設けられた第１の二方弁２０と、第２の出湯管４の中間に設けられた第２の二方弁２１と、第１の出湯管３と第２の出湯管４とを接続して合流させた出湯管合流管２２と、この出湯管合流管２２と給水分岐管１９とが入口側に接続された混合弁２３と、この混合弁２３の出口側に接続された混合水管２４と、この混合水管２４に接続された給湯口２５と、出湯管合流管２２から分岐された出湯管合流管分岐管２６と、給水分岐管１９から分岐された第２の給水分岐管２７と、出湯管合流管分岐管２６と第２の給水分岐管２７とが入口側に接続された追加混合弁２８と、この追加混合弁２８の出口側
に接続された追加混合水管２９と、この追加混合水管２９に接続された追加給湯口３０とが設けられている。
【００３０】
また、第１の出湯管３が接続された位置における貯湯槽１内の湯温を検知する第１の湯温検知手段３１と、第２の出湯管４が接続された位置における貯湯槽１内の湯温を検知する第２の湯温検知手段３２と、給湯口２５および追加給湯口３０の給湯温度を設定する給湯温度設定手段７と、第１の湯温検知手段３１と第２の湯温検知手段３２の出力ならびに給湯温度設定手段７の設定に基づいて第１の二方弁２０と第２の二方弁２１と混合弁２３と追加混合弁２８とを制御する制御手段３３とを有する制御装置３４とを設けている。なお、混合弁２３と追加混合弁２８の出口側には湯温制御のための混合弁出口湯温検知手段３５と追加混合弁出口湯温検知手段３６とが設けられている。
【００３１】
図２は制御のブロック図を示し、第１の湯温検知手段３１と第２の湯温検知手段３２の出力と給湯温度設定手段７の設定に基づいて、第１の二方弁２０と第２の二方弁２１と混合弁２３と追加混合弁２８の制御をおこなう制御手段３３からなる。
【００３２】
以上のように構成された給湯装置について、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ユニット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、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の湯と給水管１８からの給水を混合弁２３および追加混合弁２８によってそれぞれの給湯設定温度に混合されて給湯口２５ないし追加給湯口３０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１８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を図３〜図４を用いて詳細に説明する。給湯温度は給湯口２５、追加給湯口３０ごとに給湯温度設定手段７でそれぞれ給湯設定温度と追加給湯設定温度として設定され、それらの高いほうの値は設定温度ｔｓである。ここではｔｓを給湯口２５の給湯設定温度とする。
【００３６】
また、第１の二方弁２０と第２の二方弁２１が共に開放されたときの第１の出湯管３と第２の出湯管４を流れる湯の流量が等しくなるように、それぞれの流路の圧力損失が設計されている。なお、この流量比は任意に設計できるものである。
【００３７】
図３は制御のフローチャートである。ｔ１とｔ２は、それぞれ第１の湯温検知手段３１と第２の湯温検知手段３２による測定値であり、制御手段３３は、これらの測定値に基づいて、第１の二方弁２０と第２の二方弁２１の開閉を制御する。
【００３８】
第２の湯温検知手段３２による測定値ｔ２が設定温度のｔｓよりも高い場合（ステップ１）、第１の二方弁２０を閉じて第２の二方弁２１を開放することにより（ステップ２）、第２の出湯管４からだけ出湯させる。ｔ２がｔｓ以下の場合は（ステップ１）、第１の湯温検知手段３１による測定値ｔ１と上記ｔｓの平均値が設定温度ｔｓよりも高いかどうかを判断し（ステップ３）、高い場合は第１の二方弁２０と第２の二方弁２１を共に開放して（ステップ４）、第１の出湯管３と第２の出湯管４の両方から出湯させる。
【００３９】
ｔ１とｔ２の平均値がｔｓ以下であれば（ステップ３）、第１の二方弁２０は開いて、第２の二方弁２１を閉じることによって（ステップ５）、第１の出湯管３からだけ出湯させる。
【００４０】
以上の動作によって出湯管合流管２２を流れる湯温は設定温度ｔｓよりも高くなり、制御手段３３は混合弁２３を制御して、この湯と給水分岐管１９からの給水とを混合して混合弁出口湯温検知手段３５が設定温度のｔｓになるように流量比を調整する（ステップ６）。
【００４１】
設定温度ｔｓに調整された湯は、混合水管２４を通じて給湯口２５から給湯される。なお、この説明において、設定温度ｔｓと、第１の湯温検知手段３１と第２の湯温検知手段３２による測定値の平均値との温度差は０℃を閾値として制御しているが、混合弁２３の制御性や配管での温度低下を考慮してステップ１の式のｔｓに任意の値を加えてもよい。
【００４２】
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、３７の温度分布は、中温層１０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１０の給湯利用が開始される直前の様子である。先に説明したとおり、第２の出湯管４の接続位置での湯温がｔｓより高ければ、第２の出湯管４からだけ出湯され、この湯温がｔｓ以下でかつ第１の出湯管３の接続位置である貯湯槽１の上端とこの湯温との平均湯温がｔｓより高い間は両方から出湯されることで、中温層１０は縮小しながら貯湯槽１の上方へ移動する。
【００４３】
このとき、第２の出湯管４からは、貯湯槽１の上端の温度とｔｓとの温度差をｔｓから減じた湯温まで出湯がおこなわれる。平均湯温が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１０はそのまま貯湯槽１の上方へ移動する。この結果、中温層１０の大きさは当初は１０ｆであったものが１０ｇまで縮小する。３８は、中温層１０ｇ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。
【００４４】
また、この実施の形態の場合は、より設定温度の低い追加給湯口３０からの給湯であっても第１の二方弁２０と第２の二方弁２１の制御はｔｓに基づいてなされる。
【００４５】
このように、本発明の第１の実施の形態によれば、給湯温度設定手段７で設定された給湯口２５の給湯設定温度と追加給湯口３０の追加給湯設定温度とのどちらか高い方の値と第１の湯温検知手段３１および第２の湯温検知手段３２の測定値に基づいて第１の出湯管３に設けた第１の二方弁２０と、第２の出湯管４に設けた第２の二方弁２１の開閉をおこなうという簡単な構成で中温層１０の効果的な縮小を実現し、利用可能湯量の減少とヒートポンプユニット２での沸き上げ効率の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。
【００４６】
さらに、ヒートポンプユニット２の冷凍サイクルは冷媒として二酸化炭素を用い、臨界圧を越える圧力で運転することが好ましい。二酸化炭素を冷媒として用いることで沸き上げ温度を高温にできるので、貯湯槽１内の湯温を自在に制御できる。
【００４７】
（実施の形態２）
図５は、本発明の第２の実施の形態における給湯装置の構成を示す図である。第１の実施の形態の構成に加えて、混合水管２４と追加混合水管２９にそれぞれ給湯有無検知手段としての第１の流量計３９と第２の流量計４０とを設けている。これにより、実際に給湯がおこなわれる設定温度に基づいて弁の制御がなされるので、より中温層１０を縮小させる効果が高い。
【００４８】
図６は、動作のフローチャートである。第１の流量計３９と第２の流量計４０との出力に基づいて設定温度ｔｓを決定する方法を示している。まず、給湯口２５における給湯設定温度ｔｓ１と追加給湯口３０における追加給湯設定温度ｔｓ２とを比較し（ステップ１
１）、高い方の値を設定温度ｔｓとする（ステップ１２、ステップ１３）。
【００４９】
次に第１の流量計３９で給湯口２５からの給湯が検出され（ステップ１４）、さらに第２の流量計４０で追加給湯口３０からの給湯も検出されると（ステップ１５）、給湯設定温度ｔｓ１と追加給湯設定温度ｔｓ２を比較して（ステップ１６）、高い方の値を設定温度ｔｓとする（ステップ１７、ステップ１８）。
【００５０】
追加給湯口３０からの給湯がなければ（ステップ１５）、給湯設定温度ｔｓ１を設定温度ｔｓとする（ステップ１９）。ステップ１４で給湯口２５からの給湯が検出されず、追加給湯口３０で給湯が検出されると（ステップ２０）、追加給湯設定温度ｔｓ２を設定温度ｔｓとする（ステップ２１）。
【００５１】
給湯口２５でも追加給湯口３０でも給湯が検出されない場合は（ステップ１４、ステップ２０）、ステップ１２またはステップ１３で採用された値がそのまま使われる。このようにして決定された設定温度ｔｓに基づき、第１の実施の形態で説明した弁制御（図３）と同じ動作がおこなわれる（ステップ２２）。
【００５２】
このように、本発明の第２の実施の形態によれば、給湯されている状態に応じてきめ細かく弁の制御がおこなわれ、中温層１０を減少させる効果がより大きくなって、さらに使い勝手と省エネルギー性に優れる。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
以上のように、本発明にかかる給湯装置は、貯湯槽内の湯の熱を利用する場合において給湯可能湯量の減少を最小限とするので、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】
【００５４】
１ 貯湯槽
２ 加熱手段（ヒートポンプユニット）
３ 第１の出湯管
４ 第２の出湯管
７ 給湯温度設定手段
１８ 給水管
１９ 給水分岐管
２０ 第１の二方弁（第１の流調弁）
２１ 第２の二方弁（第２の流調弁）
２２ 出湯管合流管
２３ 混合弁
２４ 混合水管
２５ 給湯口
２６ 出湯管合流管分岐管
２７ 第２の給水分岐管
２８ 追加混合弁
２９ 追加混合水管
３０ 追加給湯口
３１ 第１の湯温検知手段
３２ 第２の湯温検知手段
３３ 制御手段
３９ 給湯有無検知手段（第１の流量計）
４０ 給湯有無検知手段（第２の流量計）
【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、前記貯湯槽の下部に接続された給水管と、前記貯湯槽の上下方向において前記第１の出湯管が接続された位置と前記給水管が接続された位置との間に接続された第２の出湯管と、前記給水管から分岐された給水分岐管と、前記第１の出湯管に設けられた第１の流調弁と、前記第２の出湯管に設けられた第２の流調弁と、前記第１の出湯管と前記第２の出湯管とを接続して合流させた出湯管合流管と、前記出湯管合流管と前記給水分岐管とを入口側に接続した混合弁と、前記混合弁の出口側に接続された混合水管と、前記混合水管に接続された給湯口と、前記第１の出湯管が接続された前記貯湯槽の位置近傍の湯温を検知する第１の湯温検知手段と、前記第２の出湯管が接続された前記貯湯槽の位置近傍の湯温を検知する第２の湯温検知手段と、前記給湯口から給湯する給湯設定温度を設定する給湯温度設定手段と、制御手段とを備え、前記給湯温度設定手段で設定された給湯設定温度と前記第１および第２の湯温検知手段の検知温度とに基づいて、前記第１の流調弁と前記第２の流調弁と前記混合弁との動作を制御することを特徴とする給湯装置。
【請求項２】
第２の湯温検知手段により検知された温度に基づいて得られた値が、給湯温度設定手段で設定された給湯設定温度より高く、その温度差が所定温度以上の場合には、第１の流調弁を遮断するとともに第２の流調弁を開放し、その温度差が所定温度差未満で、かつ、第１および前記第２の湯温検知手段により検知された温度に基づいて得られた値が、前記給湯温度設定手段で設定された給湯設定温度より高く、その温度差が所定温度以上の場合には、前記第１の流調弁および前記第２の流調弁を開放し、その温度差が所定温度差未満の場合には、前記第１の流調弁を開放するともに前記第２の流調弁を閉塞して、混合弁の出口温度が前記給湯設定温度に近づくように制御することを特徴とする請求項１に記載の給湯装置。
【請求項３】
給湯口以外に少なくとも一つ以上の追加給湯口を設け、給湯温度設定手段は前記追加給湯口毎に追加給湯設定温度を設定できるとともに、前記追加給湯口毎に、出湯管合流管から分岐された出湯管合流管分岐管と、給水分岐管から分岐された第２の給水分岐管と、前記出湯管合流管分岐管と前記第２の給水分岐管とを入口側に接続した追加混合弁と、前記追加混合弁の出口側に接続された追加混合水管とを備え、前記給湯温度設定手段で設定された給湯設定温度と前記追加給湯設定温度と第１および第２の湯温検知手段の検知温度とに基づいて、第１の流調弁と第２の流調弁と混合弁と前記追加混合弁との動作を制御することを特徴とする請求項１に記載の給湯装置。
【請求項４】
第２の湯温検知手段により検知された温度に基づいて得られた値が、給湯温度設定手段で設定された給湯設定温度と追加給湯設定温度のうち最も高い値より高く、その温度差が所定温度以上の場合には、第１の流調弁を遮断するとともに第２の流調弁を開放し、その温度差が所定温度差未満で、かつ、第１および前記第２の湯温検知手段により検知された温度に基づいて得られた値が、前記給湯温度設定手段で設定された給湯設定温度と追加給湯設定温度のうち最も高い値より高く、その温度差が所定温度以上の場合には、前記第１の流調弁および前記第２の流調弁を開放し、その温度差が所定温度差未満の場合には、前記第１の流調弁を開放するともに前記第２の流調弁を閉塞して、混合弁の出口温度が前記給湯設定温度に近づくように制御することを特徴とする請求項３に記載の給湯装置。
【請求項５】
混合水管と追加混合水管とに給湯の有無を検知する給湯有無検知手段を設け、前記給湯有無検知手段によって給湯されていることが検知された給湯口および／または追加給湯口に対して、第２の湯温検知手段により検知された温度に基づいて得られた値が、給湯温度設定手段で設定された給湯設定温度と追加給湯設定温度のうち最も高い値より高く、その温度差が所定温度以上の場合には、第１の流調弁を遮断するとともに第２の流調弁を開放し
、その温度差が所定温度差未満で、かつ、第１および前記第２の湯温検知手段により検知された温度に基づいて得られた値が、前記給湯温度設定手段で設定された給湯設定温度と追加給湯設定温度のうち最も高い値より高く、その温度差が所定温度以上の場合には、前記第１の流調弁および前記第２の流調弁を開放し、その温度差が所定温度差未満の場合には、前記第１の流調弁を開放するともに前記第２の流調弁を閉塞して、混合弁の出口温度が前記給湯設定温度に近づくように制御することを特徴とする請求項４に記載の給湯装置。
【請求項６】
流調弁を、二方弁としたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の給湯装置。
【請求項７】
貯湯槽内の水を加熱する加熱手段を設け、前記加熱手段をヒートポンプサイクルとしたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の給湯装置。
【請求項８】
ヒートポンプサイクルは、運転時、高サイド圧力が臨界圧力以上に昇圧された冷媒により水を加熱する構成としたことを特徴とする請求項７に記載の給湯装置。
【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、前記貯湯槽の下部に接続された給水管と、前記貯湯槽の上下方向において前記第１の出湯管が接続された位置と前記給水管が接続された位置との間に接続された第２の出湯管と、前記給水管から分岐された給水分岐管と、前記第１の出湯管に設けられた第１の流調弁と、前記第２の出湯管に設けられた第２の流調弁と、前記第１の出湯管と前記第２の出湯管とを接続して合流させた出湯管合流管と、前記出湯管合流管と前記給水分岐管とを入口側に接続した混合弁と、前記混合弁の出口側に接続された混合水管と、前記混合水管に接続された給湯口と、前記第１の出湯管が接続された前記貯湯槽の位置近傍の湯温を検知する第１の湯温検知手段と、前記第２の出湯管が接続された前記貯湯槽の位置近傍の湯温を検知する第２の湯温検知手段と、前記給湯口から給湯する給湯設定温度を設定する給湯温度設定手段と、制御手段とを備え、前記給湯温度設定手段で設定された給湯設定温度と前記第１および第２の湯温検知手段の検知温度とに基づいて、前記第１の流調弁と前記第２の流調弁と前記混合弁との動作を制御することを特徴とする給湯装置。
【請求項２】
第２の湯温検知手段により検知された温度に基づいて得られた値が、給湯温度設定手段で設定された給湯設定温度より高く、その温度差が所定温度以上の場合には、第１の流調弁を遮断するとともに第２の流調弁を開放し、その温度差が所定温度差未満で、かつ、第１および前記第２の湯温検知手段により検知された温度に基づいて得られた値が、前記給湯温度設定手段で設定された給湯設定温度より高く、その温度差が所定温度以上の場合には、前記第１の流調弁および前記第２の流調弁を開放し、その温度差が所定温度差未満の場合には、前記第１の流調弁を開放するともに前記第２の流調弁を閉塞して、混合弁の出口温度が前記給湯設定温度に近づくように制御することを特徴とする請求項１に記載の給湯装置。
【請求項３】
給湯口以外に少なくとも一つ以上の追加給湯口を設け、給湯温度設定手段は前記追加給湯口毎に追加給湯設定温度を設定できるとともに、前記追加給湯口毎に、出湯管合流管から分岐された出湯管合流管分岐管と、給水分岐管から分岐された第２の給水分岐管と、前記出湯管合流管分岐管と前記第２の給水分岐管とを入口側に接続した追加混合弁と、前記追加混合弁の出口側に接続された追加混合水管とを備え、前記給湯温度設定手段で設定された給湯設定温度と前記追加給湯設定温度と第１および第２の湯温検知手段の検知温度とに基づいて、第１の流調弁と第２の流調弁と混合弁と前記追加混合弁との動作を制御することを特徴とする請求項１に記載の給湯装置。
【請求項４】
第２の湯温検知手段により検知された温度に基づいて得られた値が、給湯温度設定手段で設定された給湯設定温度と追加給湯設定温度のうち最も高い値より高く、その温度差が所定温度以上の場合には、第１の流調弁を遮断するとともに第２の流調弁を開放し、その温度差が所定温度差未満で、かつ、第１および前記第２の湯温検知手段により検知された温度に基づいて得られた値が、前記給湯温度設定手段で設定された給湯設定温度と追加給湯設定温度のうち最も高い値より高く、その温度差が所定温度以上の場合には、前記第１の流調弁および前記第２の流調弁を開放し、その温度差が所定温度差未満の場合には、前記第１の流調弁を開放するともに前記第２の流調弁を閉塞して、混合弁の出口温度が前記給湯設定温度に近づくように制御することを特徴とする請求項３に記載の給湯装置。
【請求項５】
混合水管と追加混合水管とに給湯の有無を検知する給湯有無検知手段を設け、前記給湯有無検知手段によって給湯されていることが検知された給湯口および／または追加給湯口に対して、第２の湯温検知手段により検知された温度に基づいて得られた値が、給湯温度設定手段で設定された給湯設定温度と追加給湯設定温度のうち最も高い値より高く、その温度差が所定温度以上の場合には、第１の流調弁を遮断するとともに第２の流調弁を開放し
、その温度差が所定温度差未満で、かつ、第１および前記第２の湯温検知手段により検知された温度に基づいて得られた値が、前記給湯温度設定手段で設定された給湯設定温度と追加給湯設定温度のうち最も高い値より高く、その温度差が所定温度以上の場合には、前記第１の流調弁および前記第２の流調弁を開放し、その温度差が所定温度差未満の場合には、前記第１の流調弁を開放するともに前記第２の流調弁を閉塞して、混合弁の出口温度が前記給湯設定温度に近づくように制御することを特徴とする請求項４に記載の給湯装置。
【請求項６】
流調弁を、二方弁としたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の給湯装置。
【請求項７】
貯湯槽内の水を加熱する加熱手段を設け、前記加熱手段をヒートポンプサイクルとしたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の給湯装置。
【請求項８】
ヒートポンプサイクルは、運転時、高サイド圧力が臨界圧力以上に昇圧された冷媒により水を加熱する構成としたことを特徴とする請求項７に記載の給湯装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１１−１６３６０９（Ｐ２０１１−１６３６０９Ａ）
【公開日】平成２３年８月２５日（２０１１．８．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２５０９９（Ｐ２０１０−２５０９９）
【出願日】平成２２年２月８日（２０１０．２．８）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年８月２５日（２０１１．８．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月８日（２０１０．２．８）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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