給湯装置
【課題】熱回収運転をおこなう際に、貯湯槽底部の湯水の温度の上昇を防止することにより、システム効率を向上させ省エネルギー性を高めた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の上下方向において第１の出湯管３が接続された位置と給水管５が接続された位置との間に接続された第２の出湯管４と、貯湯槽１に接続された風呂往配管２１と、風呂往配管２１に接続され、貯湯槽１外に蓄えられた熱を回収する熱交換器２０と、熱交換器２０と貯湯槽１に接続され、回収した熱を熱交換器２０から貯湯槽１へ搬送する熱回収戻配管２２とを備え、熱回収戻配管２２は、貯湯槽１の上下方向において、第２の出湯管４の貯湯槽１の接続位置よりも高い位置で貯湯槽１に接続されていることを特徴とする給湯装置。
【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の上下方向において第１の出湯管３が接続された位置と給水管５が接続された位置との間に接続された第２の出湯管４と、貯湯槽１に接続された風呂往配管２１と、風呂往配管２１に接続され、貯湯槽１外に蓄えられた熱を回収する熱交換器２０と、熱交換器２０と貯湯槽１に接続され、回収した熱を熱交換器２０から貯湯槽１へ搬送する熱回収戻配管２２とを備え、熱回収戻配管２２は、貯湯槽１の上下方向において、第２の出湯管４の貯湯槽１の接続位置よりも高い位置で貯湯槽１に接続されていることを特徴とする給湯装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、貯湯槽の水を加熱する給湯装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の給湯装置は、例えば図１１の様なものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図１１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。
【０００４】
図１１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の貯湯槽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。
【０００５】
また、浴槽２３と、貯湯槽１の熱と浴槽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風呂往配管２１と、熱交換器２０と貯湯槽１の下部に接続された風呂戻配管２２と、風呂戻配管２２と貯湯槽１との接続位置付近に設置された戻位置温度検出手段２６と、貯湯槽１から熱交換器２０へ湯を搬送するための風呂熱回収ポンプ２５と、浴槽２３での浴槽温度を検知する浴槽温度検知手段２４と、浴槽２３での利用温度を設定する浴槽温度設定手段３１を設け、戻位置温度検出手段２６で検出される温度が沸き上げ温度と同一の温度を検出すると夜間の沸き上げを終了し、浴槽２３内の熱の回収動作を開始する。これによって、貯湯槽１の下部に浴槽２３の熱を回収することができ、熱回収により上昇した３０℃程度の湯は、翌日の湯使用時に、第２の出湯管４から出湯することで利用することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−１９８１１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、一般的な浴槽における湯の温度は６時間で約６℃低下し、夜間の沸き上げが終了する時刻は、深夜電力時間帯が終了する７：００である。そのため、その間に浴槽２３内の熱量は約２０％も放熱によって失われ、風呂の熱回収が十分にできない。
【０００８】
また、従来のように風呂戻配管２２が第２の出湯管４よりも下に接続される構成では、午前中に湯張りがされる場合、湯張り終了後に回収を行うと、存在している低温の水全体を一様に上昇させることになり、貯湯槽中間部に接続している第２の出湯管を用いても回収した熱を使い切れずに残り、次回に沸き上げを行う場合、上昇した水により加熱装置の入水温度が上昇してシステム効率が悪化する状態を招きかねない。
【０００９】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、熱回収運転をおこなう際に、貯湯槽底部の湯水の温度の上昇を防止することにより、システム効率を向上させ省エネルギー性を高
めた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】
【００１０】
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、前記貯湯槽に接続された風呂往配管と、前記風呂往配管に接続され、前記貯湯槽外に蓄えられた熱を回収する熱交換器と、前記熱交換器と前記貯湯槽に接続され、回収した熱を前記熱交換器から前記貯湯槽へ搬送する熱回収戻配管とを備え、前記熱回収戻配管は、前記貯湯槽の上下方向において、前記第２の出湯管の前記貯湯槽の接続位置よりも高い位置で前記貯湯槽に接続されていることを特徴とするものである。
【００１１】
これにより、熱回収運転をおこなう際に、貯湯槽底部の湯水の温度の上昇を防止することにより、システム効率を向上させ省エネルギー性を高めた給湯装置を提供できる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、熱回収運転をおこなう際に、貯湯槽底部の湯水の温度の上昇を防止することにより、システム効率を向上させ省エネルギー性を高めた給湯装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【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】同給湯装置の熱回収運転制御手段のブロック図
【図３】同給湯装置の熱回収運転による貯湯槽内の温度分布の変化を示した図
【図４】同給湯装置の第１の加熱手段としてのヒートポンプ装置の効率を示した図
【図５】同給湯装置の熱回収量とヒートポンプ装置の入力の関係を示した図
【図６】同給湯装置の熱回収運転制御動作のフローチャート
【図７】本発明の実施の形態２における給湯装置の構成図
【図８】本発明の実施の形態３における給湯装置の構成図
【図９】同熱回収運転時の水および湯の流れ方向を示した回路構成図
【図１０】同沸き上げ運転時の水および湯の流れ方向を示した回路構成図
【図１１】従来の給湯装置の構成図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
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、前記貯湯槽に接続された風呂往配管と、前記風呂往配管に接続され、前記貯湯槽外に蓄えられた熱を回収する熱交換器と、前記熱交換器と前記貯湯槽に接続され、回収した熱を前記熱交換器から前記貯湯槽へ搬送する熱回収戻配管とを備え、前記熱回収戻配管は、前記貯湯槽の上下方向において、前記第２の出湯管の前記貯湯槽の接続位置よりも高い位置で前記貯湯槽に接続されていることを特徴とする給湯装置である。
【００１５】
これにより、熱回収により発生した中程度の湯温である水（以下、中温水）を貯湯槽の上部に流入させ、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により、貯湯された湯の熱量を最大限有効に利用することができ、かつ、ヒートポンプの沸き上げ効率の低下を招く中温水が減少することにより、システム全体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という効果がある。
【００１６】
第２の発明は、前記貯湯槽内の湯水を加熱するヒートポンプ装置を備え、前記熱交換器による熱回収運転停止後の、前記ヒートポンプ装置による加熱運転時における入力が略最小となるように、前記熱交換器による熱回収運転を停止させることを特徴とするものである。
【００１７】
これにより、熱回収運転中の貯湯槽の温度分布に基づき、加熱手段によって所定の貯湯量を沸き上げるための消費熱量（消費電力）が最小となる時点を判断して、熱回収運転を停止するので、本来の目的であるシステム全体としての効率向上を実現し、省エネルギー性を高める効果がある。
【００１８】
第３の発明は、前記貯湯槽内の湯水を加熱するヒートポンプ装置を備え、前記貯湯槽下部から取り出した湯水を、前記ヒートポンプ装置にて加熱した後、前記貯湯槽上部に戻す構成としたことを特徴とするもので、より省エネルギー効果の高い給湯装置を実現することができる効果がある。
【００１９】
第４の発明は、前記貯湯槽内の略上部の湯が前記熱交換器に流れるように切換手段を介して前記熱交換器に接続された熱交往き管と、前記ヒートポンプ装置にて加熱された湯水が前記貯湯槽内に戻るように、前記切換手段から前記貯湯槽に接続された沸き上げ戻り管と、制御手段とを備え、前記風呂往配管は、前記貯湯槽の略下部の湯水が前記熱交換器に流れるように、前記ヒートポンプ装置、前記切換手段を順に介して前記熱交換器に接続されるとともに、前記熱交換器により前記浴槽の湯の有する熱を前記貯湯槽の湯水に回収する熱回収運転を行うときには、前記風呂往配管、前記ヒートポンプ装置、前記切換手段、前記熱交換器、前記熱回収戻配管の順に前記貯湯槽からの湯水が流れるように、また、前記ヒートポンプ装置により前記貯湯槽内の湯水を加熱する沸き上げ運転を行うときには、前記風呂往配管、前記ヒートポンプ装置、前記切換手段、前記沸き上げ戻り管の順に前記貯湯槽からの湯が流れるように、前記制御手段が前記切換手段を切り換える構成としたことを特徴とするものである。
【００２０】
これにより、熱回収時に使用する配管の一部を貯湯槽内の湯水の沸き上げ運転時にも使用する構成とすることができ、低コスト化を実現した給湯装置を提供できる。
【００２１】
第５の発明は、前記熱交換器は、プレート式の熱交換器であることを特徴とするもので、熱交換効率が高く、コンパクトであるため熱交換器自体からの放熱ロスが少ないプレート式の熱交換器を使用することにより、熱回収の効率を向上させるという効果がある。
【００２２】
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。
【００２３】
（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。
【００２４】
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、貯湯槽１の下部に接続された給水管５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の胴部略中央部に接続された第２の出湯管４と、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。
【００２５】
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を流れる湯温を検知する中温検知手段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の下部に接続された風呂往配管２１と、風呂往配管２１に接続された熱交換器２０と、貯湯槽１に第１の出湯管３が接続された位置と貯湯槽１に第２の出湯管４とが接続された位置との間である貯湯槽１上部に接続された風呂戻配管２２と、熱交換器２０に接続された浴槽２３と、風呂戻配管２２に流れる湯量を調整する風呂熱回収ポンプ２５と、浴槽２３に流れる湯温を検知する浴槽温度検知手段２４とを備えている。
【００２６】
加えて、給湯口１１の給湯温度を設定する給湯温度設定手段３０と、中温検知手段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とを制御する給湯制御手段３１と、風呂熱回収ポンプ２５と風呂循環ポンプ２６と、貯湯槽１内の水温を検知する複数の貯湯温検知手段１ａ〜１ｅと、これら複数の貯湯温検知手段１ａ〜１ｅの出力に基づいて、風呂熱回収ポンプ２５、風呂循環ポンプ２６を制御する熱回収運転制御手段３２とを備えている。
【００２７】
図２は、熱回収運転制御手段３２のブロック図を示す。熱回収運転制御手段３２は、熱回収開始から湯の使用が終了するまでの負荷を予測する負荷予測部１０１、ヒートポンプ装置２による沸上運転を制御する沸上運転制御手段（図示せず）から貯湯後の給湯利用に必要な貯湯熱量を取得する所要貯湯熱量取得部１０３と、貯湯温検知手段１ａ〜１ｅと負荷予測部１０１で得られた負荷量とから湯の使用が終了した時点での貯湯温度分布を推定する測定する貯湯温度分布測定部１０３とを有している。
【００２８】
また、熱回収運転制御手段３２は、これら所要貯湯熱量取得部１０３と貯湯温度分布測定部１０３で得られた結果に基づいて必要な沸上熱量を算出する必要沸上熱量算出部１０４と、貯湯温度分布測定部１０３による現在の温度分布と必要沸上熱量算出部１０４から沸上完了時の温度分布を推定する沸上完了時貯湯温度分布推定部１０５と、さらに貯湯温度分布測定部１０３による温度分布から沸上完了時貯湯温度分布推定部１０５での沸き上げ完了時の推定温度分布に至る間のヒートポンプ装置２への入力を推定する沸上所要入力推定部１０６と、この沸上所要入力推定部１０６による入力推定値の時間変化に基づいて風呂熱回収ポンプ２５、風呂循環ポンプ２６とを制御するポンプ制御部１０７とを有している。
【００２９】
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。
【００３０】
一般的な家庭での湯の利用における基本的な動作として、朝には貯湯槽１にその日使う分の湯が貯えられており、活動している時間帯に順次給湯に利用される。
【００３１】
給湯利用中に貯湯量が不足する場合には必要に応じてヒートポンプ装置２を運転し、追加で貯湯運転をおこなうこともある。一日の給湯利用が終わる時点で貯湯槽１内の湯は大部分が給水と置換され、その後の深夜に再び次の利用のための貯湯運転がおこなわれる。
【００３２】
このとき、入浴のために浴槽２３に供給された湯は、給湯利用終了時には貯湯槽１内の水温に対して比較的高温で残されていることが多いので、ヒートポンプ装置２による深夜の貯湯運転の前、あるいは運転中に貯湯槽１に熱回収をおこなう。
【００３３】
ここで、この浴槽２３に残された湯の熱回収の動作を、図３〜図５を用いて説明する。
【００３４】
熱回収運転は、風呂熱回収ポンプ２５と風呂循環ポンプ２６の稼動により、貯湯槽１下部の水と浴槽２３内の湯とが熱交換器２０に送られ、この貯湯槽１下部の水を浴槽２３の
水で加熱して貯湯槽１上部に戻すことによって行う。
【００３５】
熱回収運転により貯湯槽１内の温度分布は図３に示す２００、２０１、２０２の順に変化する。つまり、浴槽２３内の湯は貯湯槽１上部の温度よりも低いため、混合して中温水となった水は貯湯槽１の下方に移動する。
【００３６】
特に、第２の出湯管４が風呂戻配管２２の貯湯槽１への接続口である熱回収戻口よりも下部にある場合は、下がってきた中温水を効果的に利用することができる。
【００３７】
図３に示す２０３は、熱回収後に給湯が発生した場合の温度分布を示している。第２の出湯管４が熱回収戻口の下部にあることで、高い湯よりも中温水を先に使用することができ、無駄なく回収した熱を利用することができる。
【００３８】
次に、ヒートポンプ装置２の運転効率は、図４に示すように加熱前の水温が高いほど低下する。
【００３９】
図３に示した貯湯槽１の温度分布からわかるように、熱回収運転後のヒートポンプ装置２による加熱量は浴槽２３からの回収熱量が増加するほど少なくなるが、それと同時にヒートポンプ装置２で加熱する前の水温は高くなって再加熱時の運転効率は低下するので、できるだけ多くの熱回収をおこなうことが必ずしも省エネルギーにつながらない。
【００４０】
すなわち、ヒートポンプ装置２への入力（消費熱量あるいは消費電力）は、所要貯湯熱量を得るための熱回収前の必要加熱量から熱回収運転によって得られた回収熱量を減じたものを、ヒートポンプ装置２による貯湯運転中の平均効率で除したものとなり、この値は図５に示すように、回収熱量に対して最小値を有する場合がある。
【００４１】
したがって、浴槽２３からの熱回収運転を、熱回収運転停止後に行われる再加熱運転において、ヒートポンプ装置２への入力が略最小となる時点で停止することが、より高い省エネルギー効果を得るために必要である。
【００４２】
略最小値となる時点を見つける具体的な方法としては、所定の時間間隔で測定される貯湯槽１の温度分布に基づいて予想されるヒートポンプ装置２への入力値の刻々の変化の推移を求めて、その値の減少度合いが小さいか減少しなくなる、あるいは増加に転じることで判断する。
【００４３】
先にも述べたが、図４に示すように、貯湯槽１内の湯水をヒートポンプ装置２にて加熱する場合、貯湯槽１からヒートポンプ装置２に水を搬送させる部位の温度（本実施の形態においては、貯湯槽１の下部の温度）が低くなるにつれて、ヒートポンプ装置２の運転効率は高くなるが、浴槽２３からの熱回収運転時、浴槽２３からの熱回収した湯水が貯湯槽１内に入湯してくることで、貯湯槽１からヒートポンプ装置２に水を搬送させる部位の温度が上昇し始める状態が存在する。
【００４４】
従って、浴槽２３からの熱回収運転時に、貯湯槽１のヒートポンプ装置２に水を搬送させる部位の温度を測定し、その温度の上昇度合いが増加に転じる付近で、浴槽２３からの熱回収運転動作を停止させることで、熱回収運転後の加熱運転時におけるヒートポンプ装置２の運転効率の略最大を実現できるのである。
【００４５】
図６は、熱回収運転制御手段３２の動作のフローチャートである。熱回収運転中の動作は、まず、負荷予測部１０１で求められた負荷終了までの負荷予測と貯湯温検知手段１ａ〜１ｅにより測定された貯湯槽の温度分布に基づいて、貯湯温度分布測定部１０２で求め
た湯の使用が終了した時点での貯湯槽１の温度分布を予測する（ステップ０）。
【００４６】
次に、所要貯湯熱量取得部１０３で取得された所要貯湯熱量と、ステップ０により求められた湯の使用が終了した時点での温度分布予測、およびヒートポンプ装置２の沸き上げ温度等の運転条件から貯湯運転完了時の貯湯槽１内の温度分布を予測し、それを現在の温度分布と比較して、その時点からヒートポンプ装置２で加熱する場合の残りの加熱量Ｑｒを求める（ステップ１）。
【００４７】
次に、測定された現在の温度分布から、予測された貯湯運転完了時の温度分布に達するまでの間にヒートポンプ装置２で沸き上げる前の平均水温を推定する（ステップ２）。
【００４８】
さらにステップ２で求めた平均水温と図４で示したヒートポンプ装置２の特性とから貯湯運転時の平均効率を求め、ステップ１で求めた残りの加熱量Ｑｒをこの平均効率で除して、貯湯運転時の入力Ｑｉｎを推定する（ステップ３）。
【００４９】
Ｑｉｎは前回の評価時刻において求めた値であるＱｉｎ−ｆとの差を求め、それがあらかじめ定めた偏差ｑより小さい場合、すなわち推定入力の変化が次第に小さくなって最小値と判断されたら、ステップ５で貯湯槽水搬送ポンプ５ａと浴槽水搬送ポンプ５ｂとを停止して熱回収運転を終了する。ＱｉｎとＱｉｎ−ｆとの差がｑ以上の場合は熱回収運転を継続し、次の評価時刻になれば（ステップ７）、以上の動作を繰り返す。
【００５０】
なお、補足として熱回収運転開始後一回目の動作時は、ステップ４での比較はおこなわずにステップ６を実行する。
【００５１】
ここでは、最小値の判断を減少度合いが小さくなったことでおこなっているが、評価時刻間の入力の差ｑが０となる場合、またはｑの符号が前回の評価時刻と逆になる場合、すなわち推定入力が増加に転じるときを最小値として、熱回収運転を停止してもよい。
【００５２】
また、測定される貯湯槽１の温度の値の測定誤差等により、推定入力は最小値に至る間に増減のあることも多い。
【００５３】
したがって、最近の数回の評価時刻における推定入力を記憶しておき、その移動平均値を用いて最小値に達したかどうかを判断することによって、最小値に達したかどうかの判定精度をより高められる場合もある。
【００５４】
このように、本発明の第１の実施の形態によれば、風呂戻配管２２よりも下方に第２の出湯管４を配置することで、浴槽２３から回収熱した熱を優先的に使用することができ、また、回収所要貯湯熱量を沸き上げるためのヒートポンプ装置２への入力が最小となる時点で熱回収運転を停止することによって、本来の目的であるシステム全体としての効率向上を実現し、省エネルギー性を高めることができる。
【００５５】
構成としては、貯湯槽１下部の水を取り出して熱交換器２０で加熱し、貯湯槽１上部へ戻しているが、熱回収運転による貯湯槽１内の温度分布はこの取り出し位置や戻し位置の違いによって変わる。
【００５６】
さらに、風呂熱回収ポンプ２５の能力制御によって熱回収の速度なども制御でき、これら構成や制御の違いに応じて運転効率も変化する。
【００５７】
したがって、この実施の形態では、使われ方や貯湯槽１の容量、その後の湯の使用状況などを考慮して適切な取り出し位置や戻り位置を設定したり、風呂熱回収ポンプ２５の能
力制御をおこなえるといった最適化設計の自由度が高いために複数の異なる機種に適用しやすく、その結果、多くの使用者に提供することによって大きな省エネルギー効果を得ることができる。
【００５８】
（実施の形態２）
図７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。
【００５９】
第１の実施の形態における出湯管合流管８が分岐した注湯用出湯合流管４０と給水管５から分岐した注湯用給水分岐管４１が、第３の混合弁４２の入口に接続され、第３の混合弁４２の出口側には注湯用混合水管４３が接続され、風呂用混合水管４３から分岐する注湯配管４４を通じて浴槽２３へ注湯される。
【００６０】
第１の実施の形態における風呂往配管２１は、給水管５と注湯用水分岐管４１、および、注湯用混合水管４３と共有されている構成としている。
【００６１】
給湯制御手段３１や熱回収運転制御手段３２による制御は第１の実施の形態における制御と同一であり、給水管５と注湯用水分岐管４１、および、注湯用混合水管４３から貯湯槽１底部の水を熱交換器２０へ流出させても、第２の出湯管４から中温水を優先的に使用する効果や、中温水の影響による効率低下を防ぐ効果は同等である。
【００６２】
加えて、貯湯槽１の上部に新たに接続口を設ける必要がないため、強度を保つ効果がある。
【００６３】
このように、本発明の第２の実施の形態によれば、貯湯槽１の強度を落とすことなく、風呂戻配管２２による効率低下を防ぐことができる。
【００６４】
（実施の形態３）
図８は本発明の第３の実施の形態における給湯装置の構成を示す図である。
【００６５】
図８において、第１の実施の形態と異なる点は、切換手段５２を設け、熱交換器２０の一次側入口に、切換手段５２を介して、第１の出湯管３から分岐された追い焚き運転の流路となる熱交往き管５３を接続するとともに、貯湯槽１の下部と切換手段５２とを、ヒートポンプ装置２を介して、風呂往配管２１にて接続している。
【００６６】
さらには、貯湯槽１の上部と切換手段５２とを沸き上げ戻り管５４にて接続し、風呂熱回収ポンプ２５を風呂戻配管２２に配設している。
【００６７】
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。動作全体については第１の実施の形態で説明したものと同様であり、回路の違いによる湯水の経路が異なる部分について説明する。
【００６８】
熱交換器２０により浴槽２３の湯の有する熱を貯湯槽１の湯水に回収する熱回収運転を行うときには、図９に示すように、浴槽２３の湯を熱交換器２０の二次側流路に搬送するために風呂循環ポンプ２６を運転する。
【００６９】
その後、貯湯槽１の下部から、風呂往配管２１、ヒートポンプ装置２、切換手段５２、熱交換器２０の一次側流路、風呂戻配管２２、貯湯槽１の略中央部へと順に貯湯槽１からの湯水を流すよう、風呂熱回収ポンプ２５を運転する。これにより、浴槽２３の湯が有する熱が貯湯槽１の湯水に回収される。
【００７０】
なお、風呂循環ポンプ２６による湯の搬送量を風呂熱回収ポンプ２５による湯水の搬送量より大きくすることで、風呂循環ポンプ２６による必要流量が確保されて、浴槽２３内の温度分布が均一化され、浴槽２３から安定的に熱回収を行うことができるとともに、風呂熱回収ポンプ２５による搬送流量が過大になって、貯湯槽１内の湯水が攪拌されることなく、温度成層を保持できるため、後述する貯湯槽１内の湯水の沸き上げ運転を効率的に行うことが可能となる。
【００７１】
また、ヒートポンプ装置２により、貯湯槽１内の湯水を加熱する沸き上げ運転を行うときには、図１０に示すように、熱回収運転制御手段３２によって切換手段５２の流路方向を上述した熱回収運転時とは異なる方向に切り換えて、風呂往配管２１に設けたポンプを運転することで、貯湯槽１の下部から、風呂往配管２１、ヒートポンプ装置２、切換手段５２、沸き上げ戻り管５４、貯湯槽１の上部へと順に貯湯槽１からの湯水を流し、ヒートポンプ装置２通過後の湯が、所定の沸き上げ温度になるように、風呂往配管２１に設けたポンプによる湯水の搬送量を制御する。
【００７２】
これにより、貯湯槽１下部の水がヒートポンプ装置２で加熱されて、貯湯槽１の上部に戻され、高温湯が貯湯槽１内で貯湯される。
【００７３】
なお、熱回収運転の場合には、熱交換器２０の一次側に貯湯槽１の下部の湯水を搬送するために、風呂戻配管２２に設けた風呂熱回収ポンプ２５を用いたが、風呂往配管２１に設けたポンプを用いてもよい。
【００７４】
この実施の形態では、切換手段５２を用いることで熱回収運転と沸き上げ運転の流路のかなりの部分を共用できるため、使用する配管部材を少なくできることから、省資源化、低コスト化が実現できるという効果がある。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
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】
【００７６】
１ 貯湯槽
１ａ〜１ｅ 貯湯温検知手段
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 中温検知手段
１３ 合流温検知手段
１４ 給湯温度検知手段
１５ 風呂循環回路
１６ 沸き上げ管
２０ 熱交換器
２１ 風呂往配管
２２ 風呂戻配管（熱回収戻配管）
２３ 浴槽
２４ 浴槽温度検知手段
２５ 風呂熱回収ポンプ
２６ 風呂循環ポンプ
３０ 給湯温度設定手段
３１ 給湯制御手段
３２ 熱回収運転制御手段
５２ 切換手段
５３ 熱交往き管
５４ 沸き上げ戻り管
【技術分野】
【０００１】
本発明は、貯湯槽の水を加熱する給湯装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の給湯装置は、例えば図１１の様なものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図１１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。
【０００４】
図１１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の貯湯槽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。
【０００５】
また、浴槽２３と、貯湯槽１の熱と浴槽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風呂往配管２１と、熱交換器２０と貯湯槽１の下部に接続された風呂戻配管２２と、風呂戻配管２２と貯湯槽１との接続位置付近に設置された戻位置温度検出手段２６と、貯湯槽１から熱交換器２０へ湯を搬送するための風呂熱回収ポンプ２５と、浴槽２３での浴槽温度を検知する浴槽温度検知手段２４と、浴槽２３での利用温度を設定する浴槽温度設定手段３１を設け、戻位置温度検出手段２６で検出される温度が沸き上げ温度と同一の温度を検出すると夜間の沸き上げを終了し、浴槽２３内の熱の回収動作を開始する。これによって、貯湯槽１の下部に浴槽２３の熱を回収することができ、熱回収により上昇した３０℃程度の湯は、翌日の湯使用時に、第２の出湯管４から出湯することで利用することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−１９８１１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、一般的な浴槽における湯の温度は６時間で約６℃低下し、夜間の沸き上げが終了する時刻は、深夜電力時間帯が終了する７：００である。そのため、その間に浴槽２３内の熱量は約２０％も放熱によって失われ、風呂の熱回収が十分にできない。
【０００８】
また、従来のように風呂戻配管２２が第２の出湯管４よりも下に接続される構成では、午前中に湯張りがされる場合、湯張り終了後に回収を行うと、存在している低温の水全体を一様に上昇させることになり、貯湯槽中間部に接続している第２の出湯管を用いても回収した熱を使い切れずに残り、次回に沸き上げを行う場合、上昇した水により加熱装置の入水温度が上昇してシステム効率が悪化する状態を招きかねない。
【０００９】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、熱回収運転をおこなう際に、貯湯槽底部の湯水の温度の上昇を防止することにより、システム効率を向上させ省エネルギー性を高
めた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】
【００１０】
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、前記貯湯槽に接続された風呂往配管と、前記風呂往配管に接続され、前記貯湯槽外に蓄えられた熱を回収する熱交換器と、前記熱交換器と前記貯湯槽に接続され、回収した熱を前記熱交換器から前記貯湯槽へ搬送する熱回収戻配管とを備え、前記熱回収戻配管は、前記貯湯槽の上下方向において、前記第２の出湯管の前記貯湯槽の接続位置よりも高い位置で前記貯湯槽に接続されていることを特徴とするものである。
【００１１】
これにより、熱回収運転をおこなう際に、貯湯槽底部の湯水の温度の上昇を防止することにより、システム効率を向上させ省エネルギー性を高めた給湯装置を提供できる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、熱回収運転をおこなう際に、貯湯槽底部の湯水の温度の上昇を防止することにより、システム効率を向上させ省エネルギー性を高めた給湯装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【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】同給湯装置の熱回収運転制御手段のブロック図
【図３】同給湯装置の熱回収運転による貯湯槽内の温度分布の変化を示した図
【図４】同給湯装置の第１の加熱手段としてのヒートポンプ装置の効率を示した図
【図５】同給湯装置の熱回収量とヒートポンプ装置の入力の関係を示した図
【図６】同給湯装置の熱回収運転制御動作のフローチャート
【図７】本発明の実施の形態２における給湯装置の構成図
【図８】本発明の実施の形態３における給湯装置の構成図
【図９】同熱回収運転時の水および湯の流れ方向を示した回路構成図
【図１０】同沸き上げ運転時の水および湯の流れ方向を示した回路構成図
【図１１】従来の給湯装置の構成図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
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、前記貯湯槽に接続された風呂往配管と、前記風呂往配管に接続され、前記貯湯槽外に蓄えられた熱を回収する熱交換器と、前記熱交換器と前記貯湯槽に接続され、回収した熱を前記熱交換器から前記貯湯槽へ搬送する熱回収戻配管とを備え、前記熱回収戻配管は、前記貯湯槽の上下方向において、前記第２の出湯管の前記貯湯槽の接続位置よりも高い位置で前記貯湯槽に接続されていることを特徴とする給湯装置である。
【００１５】
これにより、熱回収により発生した中程度の湯温である水（以下、中温水）を貯湯槽の上部に流入させ、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により、貯湯された湯の熱量を最大限有効に利用することができ、かつ、ヒートポンプの沸き上げ効率の低下を招く中温水が減少することにより、システム全体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という効果がある。
【００１６】
第２の発明は、前記貯湯槽内の湯水を加熱するヒートポンプ装置を備え、前記熱交換器による熱回収運転停止後の、前記ヒートポンプ装置による加熱運転時における入力が略最小となるように、前記熱交換器による熱回収運転を停止させることを特徴とするものである。
【００１７】
これにより、熱回収運転中の貯湯槽の温度分布に基づき、加熱手段によって所定の貯湯量を沸き上げるための消費熱量（消費電力）が最小となる時点を判断して、熱回収運転を停止するので、本来の目的であるシステム全体としての効率向上を実現し、省エネルギー性を高める効果がある。
【００１８】
第３の発明は、前記貯湯槽内の湯水を加熱するヒートポンプ装置を備え、前記貯湯槽下部から取り出した湯水を、前記ヒートポンプ装置にて加熱した後、前記貯湯槽上部に戻す構成としたことを特徴とするもので、より省エネルギー効果の高い給湯装置を実現することができる効果がある。
【００１９】
第４の発明は、前記貯湯槽内の略上部の湯が前記熱交換器に流れるように切換手段を介して前記熱交換器に接続された熱交往き管と、前記ヒートポンプ装置にて加熱された湯水が前記貯湯槽内に戻るように、前記切換手段から前記貯湯槽に接続された沸き上げ戻り管と、制御手段とを備え、前記風呂往配管は、前記貯湯槽の略下部の湯水が前記熱交換器に流れるように、前記ヒートポンプ装置、前記切換手段を順に介して前記熱交換器に接続されるとともに、前記熱交換器により前記浴槽の湯の有する熱を前記貯湯槽の湯水に回収する熱回収運転を行うときには、前記風呂往配管、前記ヒートポンプ装置、前記切換手段、前記熱交換器、前記熱回収戻配管の順に前記貯湯槽からの湯水が流れるように、また、前記ヒートポンプ装置により前記貯湯槽内の湯水を加熱する沸き上げ運転を行うときには、前記風呂往配管、前記ヒートポンプ装置、前記切換手段、前記沸き上げ戻り管の順に前記貯湯槽からの湯が流れるように、前記制御手段が前記切換手段を切り換える構成としたことを特徴とするものである。
【００２０】
これにより、熱回収時に使用する配管の一部を貯湯槽内の湯水の沸き上げ運転時にも使用する構成とすることができ、低コスト化を実現した給湯装置を提供できる。
【００２１】
第５の発明は、前記熱交換器は、プレート式の熱交換器であることを特徴とするもので、熱交換効率が高く、コンパクトであるため熱交換器自体からの放熱ロスが少ないプレート式の熱交換器を使用することにより、熱回収の効率を向上させるという効果がある。
【００２２】
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。
【００２３】
（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。
【００２４】
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、貯湯槽１の下部に接続された給水管５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の胴部略中央部に接続された第２の出湯管４と、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。
【００２５】
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を流れる湯温を検知する中温検知手段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の下部に接続された風呂往配管２１と、風呂往配管２１に接続された熱交換器２０と、貯湯槽１に第１の出湯管３が接続された位置と貯湯槽１に第２の出湯管４とが接続された位置との間である貯湯槽１上部に接続された風呂戻配管２２と、熱交換器２０に接続された浴槽２３と、風呂戻配管２２に流れる湯量を調整する風呂熱回収ポンプ２５と、浴槽２３に流れる湯温を検知する浴槽温度検知手段２４とを備えている。
【００２６】
加えて、給湯口１１の給湯温度を設定する給湯温度設定手段３０と、中温検知手段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とを制御する給湯制御手段３１と、風呂熱回収ポンプ２５と風呂循環ポンプ２６と、貯湯槽１内の水温を検知する複数の貯湯温検知手段１ａ〜１ｅと、これら複数の貯湯温検知手段１ａ〜１ｅの出力に基づいて、風呂熱回収ポンプ２５、風呂循環ポンプ２６を制御する熱回収運転制御手段３２とを備えている。
【００２７】
図２は、熱回収運転制御手段３２のブロック図を示す。熱回収運転制御手段３２は、熱回収開始から湯の使用が終了するまでの負荷を予測する負荷予測部１０１、ヒートポンプ装置２による沸上運転を制御する沸上運転制御手段（図示せず）から貯湯後の給湯利用に必要な貯湯熱量を取得する所要貯湯熱量取得部１０３と、貯湯温検知手段１ａ〜１ｅと負荷予測部１０１で得られた負荷量とから湯の使用が終了した時点での貯湯温度分布を推定する測定する貯湯温度分布測定部１０３とを有している。
【００２８】
また、熱回収運転制御手段３２は、これら所要貯湯熱量取得部１０３と貯湯温度分布測定部１０３で得られた結果に基づいて必要な沸上熱量を算出する必要沸上熱量算出部１０４と、貯湯温度分布測定部１０３による現在の温度分布と必要沸上熱量算出部１０４から沸上完了時の温度分布を推定する沸上完了時貯湯温度分布推定部１０５と、さらに貯湯温度分布測定部１０３による温度分布から沸上完了時貯湯温度分布推定部１０５での沸き上げ完了時の推定温度分布に至る間のヒートポンプ装置２への入力を推定する沸上所要入力推定部１０６と、この沸上所要入力推定部１０６による入力推定値の時間変化に基づいて風呂熱回収ポンプ２５、風呂循環ポンプ２６とを制御するポンプ制御部１０７とを有している。
【００２９】
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。
【００３０】
一般的な家庭での湯の利用における基本的な動作として、朝には貯湯槽１にその日使う分の湯が貯えられており、活動している時間帯に順次給湯に利用される。
【００３１】
給湯利用中に貯湯量が不足する場合には必要に応じてヒートポンプ装置２を運転し、追加で貯湯運転をおこなうこともある。一日の給湯利用が終わる時点で貯湯槽１内の湯は大部分が給水と置換され、その後の深夜に再び次の利用のための貯湯運転がおこなわれる。
【００３２】
このとき、入浴のために浴槽２３に供給された湯は、給湯利用終了時には貯湯槽１内の水温に対して比較的高温で残されていることが多いので、ヒートポンプ装置２による深夜の貯湯運転の前、あるいは運転中に貯湯槽１に熱回収をおこなう。
【００３３】
ここで、この浴槽２３に残された湯の熱回収の動作を、図３〜図５を用いて説明する。
【００３４】
熱回収運転は、風呂熱回収ポンプ２５と風呂循環ポンプ２６の稼動により、貯湯槽１下部の水と浴槽２３内の湯とが熱交換器２０に送られ、この貯湯槽１下部の水を浴槽２３の
水で加熱して貯湯槽１上部に戻すことによって行う。
【００３５】
熱回収運転により貯湯槽１内の温度分布は図３に示す２００、２０１、２０２の順に変化する。つまり、浴槽２３内の湯は貯湯槽１上部の温度よりも低いため、混合して中温水となった水は貯湯槽１の下方に移動する。
【００３６】
特に、第２の出湯管４が風呂戻配管２２の貯湯槽１への接続口である熱回収戻口よりも下部にある場合は、下がってきた中温水を効果的に利用することができる。
【００３７】
図３に示す２０３は、熱回収後に給湯が発生した場合の温度分布を示している。第２の出湯管４が熱回収戻口の下部にあることで、高い湯よりも中温水を先に使用することができ、無駄なく回収した熱を利用することができる。
【００３８】
次に、ヒートポンプ装置２の運転効率は、図４に示すように加熱前の水温が高いほど低下する。
【００３９】
図３に示した貯湯槽１の温度分布からわかるように、熱回収運転後のヒートポンプ装置２による加熱量は浴槽２３からの回収熱量が増加するほど少なくなるが、それと同時にヒートポンプ装置２で加熱する前の水温は高くなって再加熱時の運転効率は低下するので、できるだけ多くの熱回収をおこなうことが必ずしも省エネルギーにつながらない。
【００４０】
すなわち、ヒートポンプ装置２への入力（消費熱量あるいは消費電力）は、所要貯湯熱量を得るための熱回収前の必要加熱量から熱回収運転によって得られた回収熱量を減じたものを、ヒートポンプ装置２による貯湯運転中の平均効率で除したものとなり、この値は図５に示すように、回収熱量に対して最小値を有する場合がある。
【００４１】
したがって、浴槽２３からの熱回収運転を、熱回収運転停止後に行われる再加熱運転において、ヒートポンプ装置２への入力が略最小となる時点で停止することが、より高い省エネルギー効果を得るために必要である。
【００４２】
略最小値となる時点を見つける具体的な方法としては、所定の時間間隔で測定される貯湯槽１の温度分布に基づいて予想されるヒートポンプ装置２への入力値の刻々の変化の推移を求めて、その値の減少度合いが小さいか減少しなくなる、あるいは増加に転じることで判断する。
【００４３】
先にも述べたが、図４に示すように、貯湯槽１内の湯水をヒートポンプ装置２にて加熱する場合、貯湯槽１からヒートポンプ装置２に水を搬送させる部位の温度（本実施の形態においては、貯湯槽１の下部の温度）が低くなるにつれて、ヒートポンプ装置２の運転効率は高くなるが、浴槽２３からの熱回収運転時、浴槽２３からの熱回収した湯水が貯湯槽１内に入湯してくることで、貯湯槽１からヒートポンプ装置２に水を搬送させる部位の温度が上昇し始める状態が存在する。
【００４４】
従って、浴槽２３からの熱回収運転時に、貯湯槽１のヒートポンプ装置２に水を搬送させる部位の温度を測定し、その温度の上昇度合いが増加に転じる付近で、浴槽２３からの熱回収運転動作を停止させることで、熱回収運転後の加熱運転時におけるヒートポンプ装置２の運転効率の略最大を実現できるのである。
【００４５】
図６は、熱回収運転制御手段３２の動作のフローチャートである。熱回収運転中の動作は、まず、負荷予測部１０１で求められた負荷終了までの負荷予測と貯湯温検知手段１ａ〜１ｅにより測定された貯湯槽の温度分布に基づいて、貯湯温度分布測定部１０２で求め
た湯の使用が終了した時点での貯湯槽１の温度分布を予測する（ステップ０）。
【００４６】
次に、所要貯湯熱量取得部１０３で取得された所要貯湯熱量と、ステップ０により求められた湯の使用が終了した時点での温度分布予測、およびヒートポンプ装置２の沸き上げ温度等の運転条件から貯湯運転完了時の貯湯槽１内の温度分布を予測し、それを現在の温度分布と比較して、その時点からヒートポンプ装置２で加熱する場合の残りの加熱量Ｑｒを求める（ステップ１）。
【００４７】
次に、測定された現在の温度分布から、予測された貯湯運転完了時の温度分布に達するまでの間にヒートポンプ装置２で沸き上げる前の平均水温を推定する（ステップ２）。
【００４８】
さらにステップ２で求めた平均水温と図４で示したヒートポンプ装置２の特性とから貯湯運転時の平均効率を求め、ステップ１で求めた残りの加熱量Ｑｒをこの平均効率で除して、貯湯運転時の入力Ｑｉｎを推定する（ステップ３）。
【００４９】
Ｑｉｎは前回の評価時刻において求めた値であるＱｉｎ−ｆとの差を求め、それがあらかじめ定めた偏差ｑより小さい場合、すなわち推定入力の変化が次第に小さくなって最小値と判断されたら、ステップ５で貯湯槽水搬送ポンプ５ａと浴槽水搬送ポンプ５ｂとを停止して熱回収運転を終了する。ＱｉｎとＱｉｎ−ｆとの差がｑ以上の場合は熱回収運転を継続し、次の評価時刻になれば（ステップ７）、以上の動作を繰り返す。
【００５０】
なお、補足として熱回収運転開始後一回目の動作時は、ステップ４での比較はおこなわずにステップ６を実行する。
【００５１】
ここでは、最小値の判断を減少度合いが小さくなったことでおこなっているが、評価時刻間の入力の差ｑが０となる場合、またはｑの符号が前回の評価時刻と逆になる場合、すなわち推定入力が増加に転じるときを最小値として、熱回収運転を停止してもよい。
【００５２】
また、測定される貯湯槽１の温度の値の測定誤差等により、推定入力は最小値に至る間に増減のあることも多い。
【００５３】
したがって、最近の数回の評価時刻における推定入力を記憶しておき、その移動平均値を用いて最小値に達したかどうかを判断することによって、最小値に達したかどうかの判定精度をより高められる場合もある。
【００５４】
このように、本発明の第１の実施の形態によれば、風呂戻配管２２よりも下方に第２の出湯管４を配置することで、浴槽２３から回収熱した熱を優先的に使用することができ、また、回収所要貯湯熱量を沸き上げるためのヒートポンプ装置２への入力が最小となる時点で熱回収運転を停止することによって、本来の目的であるシステム全体としての効率向上を実現し、省エネルギー性を高めることができる。
【００５５】
構成としては、貯湯槽１下部の水を取り出して熱交換器２０で加熱し、貯湯槽１上部へ戻しているが、熱回収運転による貯湯槽１内の温度分布はこの取り出し位置や戻し位置の違いによって変わる。
【００５６】
さらに、風呂熱回収ポンプ２５の能力制御によって熱回収の速度なども制御でき、これら構成や制御の違いに応じて運転効率も変化する。
【００５７】
したがって、この実施の形態では、使われ方や貯湯槽１の容量、その後の湯の使用状況などを考慮して適切な取り出し位置や戻り位置を設定したり、風呂熱回収ポンプ２５の能
力制御をおこなえるといった最適化設計の自由度が高いために複数の異なる機種に適用しやすく、その結果、多くの使用者に提供することによって大きな省エネルギー効果を得ることができる。
【００５８】
（実施の形態２）
図７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。
【００５９】
第１の実施の形態における出湯管合流管８が分岐した注湯用出湯合流管４０と給水管５から分岐した注湯用給水分岐管４１が、第３の混合弁４２の入口に接続され、第３の混合弁４２の出口側には注湯用混合水管４３が接続され、風呂用混合水管４３から分岐する注湯配管４４を通じて浴槽２３へ注湯される。
【００６０】
第１の実施の形態における風呂往配管２１は、給水管５と注湯用水分岐管４１、および、注湯用混合水管４３と共有されている構成としている。
【００６１】
給湯制御手段３１や熱回収運転制御手段３２による制御は第１の実施の形態における制御と同一であり、給水管５と注湯用水分岐管４１、および、注湯用混合水管４３から貯湯槽１底部の水を熱交換器２０へ流出させても、第２の出湯管４から中温水を優先的に使用する効果や、中温水の影響による効率低下を防ぐ効果は同等である。
【００６２】
加えて、貯湯槽１の上部に新たに接続口を設ける必要がないため、強度を保つ効果がある。
【００６３】
このように、本発明の第２の実施の形態によれば、貯湯槽１の強度を落とすことなく、風呂戻配管２２による効率低下を防ぐことができる。
【００６４】
（実施の形態３）
図８は本発明の第３の実施の形態における給湯装置の構成を示す図である。
【００６５】
図８において、第１の実施の形態と異なる点は、切換手段５２を設け、熱交換器２０の一次側入口に、切換手段５２を介して、第１の出湯管３から分岐された追い焚き運転の流路となる熱交往き管５３を接続するとともに、貯湯槽１の下部と切換手段５２とを、ヒートポンプ装置２を介して、風呂往配管２１にて接続している。
【００６６】
さらには、貯湯槽１の上部と切換手段５２とを沸き上げ戻り管５４にて接続し、風呂熱回収ポンプ２５を風呂戻配管２２に配設している。
【００６７】
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。動作全体については第１の実施の形態で説明したものと同様であり、回路の違いによる湯水の経路が異なる部分について説明する。
【００６８】
熱交換器２０により浴槽２３の湯の有する熱を貯湯槽１の湯水に回収する熱回収運転を行うときには、図９に示すように、浴槽２３の湯を熱交換器２０の二次側流路に搬送するために風呂循環ポンプ２６を運転する。
【００６９】
その後、貯湯槽１の下部から、風呂往配管２１、ヒートポンプ装置２、切換手段５２、熱交換器２０の一次側流路、風呂戻配管２２、貯湯槽１の略中央部へと順に貯湯槽１からの湯水を流すよう、風呂熱回収ポンプ２５を運転する。これにより、浴槽２３の湯が有する熱が貯湯槽１の湯水に回収される。
【００７０】
なお、風呂循環ポンプ２６による湯の搬送量を風呂熱回収ポンプ２５による湯水の搬送量より大きくすることで、風呂循環ポンプ２６による必要流量が確保されて、浴槽２３内の温度分布が均一化され、浴槽２３から安定的に熱回収を行うことができるとともに、風呂熱回収ポンプ２５による搬送流量が過大になって、貯湯槽１内の湯水が攪拌されることなく、温度成層を保持できるため、後述する貯湯槽１内の湯水の沸き上げ運転を効率的に行うことが可能となる。
【００７１】
また、ヒートポンプ装置２により、貯湯槽１内の湯水を加熱する沸き上げ運転を行うときには、図１０に示すように、熱回収運転制御手段３２によって切換手段５２の流路方向を上述した熱回収運転時とは異なる方向に切り換えて、風呂往配管２１に設けたポンプを運転することで、貯湯槽１の下部から、風呂往配管２１、ヒートポンプ装置２、切換手段５２、沸き上げ戻り管５４、貯湯槽１の上部へと順に貯湯槽１からの湯水を流し、ヒートポンプ装置２通過後の湯が、所定の沸き上げ温度になるように、風呂往配管２１に設けたポンプによる湯水の搬送量を制御する。
【００７２】
これにより、貯湯槽１下部の水がヒートポンプ装置２で加熱されて、貯湯槽１の上部に戻され、高温湯が貯湯槽１内で貯湯される。
【００７３】
なお、熱回収運転の場合には、熱交換器２０の一次側に貯湯槽１の下部の湯水を搬送するために、風呂戻配管２２に設けた風呂熱回収ポンプ２５を用いたが、風呂往配管２１に設けたポンプを用いてもよい。
【００７４】
この実施の形態では、切換手段５２を用いることで熱回収運転と沸き上げ運転の流路のかなりの部分を共用できるため、使用する配管部材を少なくできることから、省資源化、低コスト化が実現できるという効果がある。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
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】
【００７６】
１ 貯湯槽
１ａ〜１ｅ 貯湯温検知手段
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 中温検知手段
１３ 合流温検知手段
１４ 給湯温度検知手段
１５ 風呂循環回路
１６ 沸き上げ管
２０ 熱交換器
２１ 風呂往配管
２２ 風呂戻配管（熱回収戻配管）
２３ 浴槽
２４ 浴槽温度検知手段
２５ 風呂熱回収ポンプ
２６ 風呂循環ポンプ
３０ 給湯温度設定手段
３１ 給湯制御手段
３２ 熱回収運転制御手段
５２ 切換手段
５３ 熱交往き管
５４ 沸き上げ戻り管
【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、前記貯湯槽に接続された風呂往配管と、前記風呂往配管に接続され、前記貯湯槽外に蓄えられた熱を回収する熱交換器と、前記熱交換器と前記貯湯槽に接続され、回収した熱を前記熱交換器から前記貯湯槽へ搬送する熱回収戻配管とを備え、前記熱回収戻配管は、前記貯湯槽の上下方向において、前記第２の出湯管の前記貯湯槽の接続位置よりも高い位置で前記貯湯槽に接続されていることを特徴とする給湯装置。
【請求項２】
前記貯湯槽内の湯水を加熱するヒートポンプ装置を備え、前記熱交換器による熱回収運転停止後の、前記ヒートポンプ装置による加熱運転時における入力が略最小となるように、前記熱交換器による熱回収運転を停止させ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】
前記貯湯槽内の湯水を加熱するヒートポンプ装置を備え、前記貯湯槽下部から取り出した湯水を、前記ヒートポンプ装置にて加熱した後、前記貯湯槽上部に戻す構成としたことを特徴とする請求項１に記載の給湯装置。
【請求項４】
前記貯湯槽内の略上部の湯が前記熱交換器に流れるように切換手段を介して前記熱交換器に接続された熱交往き管と、前記ヒートポンプ装置にて加熱された湯水が前記貯湯槽内に戻るように、前記切換手段から前記貯湯槽に接続された沸き上げ戻り管と、制御手段とを備え、前記風呂往配管は、前記貯湯槽の略下部の湯水が前記熱交換器に流れるように、前記ヒートポンプ装置、前記切換手段を順に介して前記熱交換器に接続されるとともに、前記熱交換器により前記浴槽の湯の有する熱を前記貯湯槽の湯水に回収する熱回収運転を行うときには、前記風呂往配管、前記ヒートポンプ装置、前記切換手段、前記熱交換器、前記熱回収戻配管の順に前記貯湯槽からの湯水が流れるように、また、前記ヒートポンプ装置により前記貯湯槽内の湯水を加熱する沸き上げ運転を行うときには、前記風呂往配管、前記ヒートポンプ装置、前記切換手段、前記沸き上げ戻り管の順に前記貯湯槽からの湯が流れるように、前記制御手段が前記切換手段を切り換える構成としたことを特徴とする請求項２または３に記載の給湯装置。
【請求項５】
前記熱交換器は、プレート式の熱交換器であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の給湯装置。
【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、前記貯湯槽に接続された風呂往配管と、前記風呂往配管に接続され、前記貯湯槽外に蓄えられた熱を回収する熱交換器と、前記熱交換器と前記貯湯槽に接続され、回収した熱を前記熱交換器から前記貯湯槽へ搬送する熱回収戻配管とを備え、前記熱回収戻配管は、前記貯湯槽の上下方向において、前記第２の出湯管の前記貯湯槽の接続位置よりも高い位置で前記貯湯槽に接続されていることを特徴とする給湯装置。
【請求項２】
前記貯湯槽内の湯水を加熱するヒートポンプ装置を備え、前記熱交換器による熱回収運転停止後の、前記ヒートポンプ装置による加熱運転時における入力が略最小となるように、前記熱交換器による熱回収運転を停止させ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】
前記貯湯槽内の湯水を加熱するヒートポンプ装置を備え、前記貯湯槽下部から取り出した湯水を、前記ヒートポンプ装置にて加熱した後、前記貯湯槽上部に戻す構成としたことを特徴とする請求項１に記載の給湯装置。
【請求項４】
前記貯湯槽内の略上部の湯が前記熱交換器に流れるように切換手段を介して前記熱交換器に接続された熱交往き管と、前記ヒートポンプ装置にて加熱された湯水が前記貯湯槽内に戻るように、前記切換手段から前記貯湯槽に接続された沸き上げ戻り管と、制御手段とを備え、前記風呂往配管は、前記貯湯槽の略下部の湯水が前記熱交換器に流れるように、前記ヒートポンプ装置、前記切換手段を順に介して前記熱交換器に接続されるとともに、前記熱交換器により前記浴槽の湯の有する熱を前記貯湯槽の湯水に回収する熱回収運転を行うときには、前記風呂往配管、前記ヒートポンプ装置、前記切換手段、前記熱交換器、前記熱回収戻配管の順に前記貯湯槽からの湯水が流れるように、また、前記ヒートポンプ装置により前記貯湯槽内の湯水を加熱する沸き上げ運転を行うときには、前記風呂往配管、前記ヒートポンプ装置、前記切換手段、前記沸き上げ戻り管の順に前記貯湯槽からの湯が流れるように、前記制御手段が前記切換手段を切り換える構成としたことを特徴とする請求項２または３に記載の給湯装置。
【請求項５】
前記熱交換器は、プレート式の熱交換器であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の給湯装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１３−３２９００（Ｐ２０１３−３２９００Ａ）
【公開日】平成２５年２月１４日（２０１３．２．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−２５７７４（Ｐ２０１２−２５７７４）
【出願日】平成２４年２月９日（２０１２．２．９）
【特許番号】特許第５１２６４３２号（Ｐ５１２６４３２）
【特許公報発行日】平成２５年１月２３日（２０１３．１．２３）
【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２５年２月１４日（２０１３．２．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年２月９日（２０１２．２．９）
【特許番号】特許第５１２６４３２号（Ｐ５１２６４３２）
【特許公報発行日】平成２５年１月２３日（２０１３．１．２３）
【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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