貯湯式給湯装置
【課題】貯湯槽の湯を利用する構成において、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、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の上部に接続された熱利用出湯管２１、熱利用出湯管２１に接続された熱交換器２０、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に接続された熱利用戻り管２２と、熱利用出湯管２１と熱交換器２０と熱利用戻り管２２とからなる熱利用回路内の湯水を循環される循環手段２５とを備え、循環手段２５は、貯湯槽１の上下方向において、熱利用戻り管２２の貯湯槽１の接続位置以上の位置に配置されている貯湯式給湯装置。
【解決手段】貯湯槽１の上部に接続された第１の出湯管３、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の上部に接続された熱利用出湯管２１、熱利用出湯管２１に接続された熱交換器２０、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に接続された熱利用戻り管２２と、熱利用出湯管２１と熱交換器２０と熱利用戻り管２２とからなる熱利用回路内の湯水を循環される循環手段２５とを備え、循環手段２５は、貯湯槽１の上下方向において、熱利用戻り管２２の貯湯槽１の接続位置以上の位置に配置されている貯湯式給湯装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒートポンプ方式の加熱手段で加熱した水を貯湯槽へ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。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。
【０００５】
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）。
【０００６】
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。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中温検知手段１２と、給湯温度を設定する給湯温度設定手段３０を設け、中温検知手段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。
【０００７】
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】
【０００８】
【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】
【０００９】
しかしながら、熱利用戻り管２２の貯湯槽１との接続位置が、第２の出湯管４の接続位置よりも低い場合は、熱利用端末２３の利用によって生じる中温水を十分に取り除くことができず、効率の悪化を防ぐことができない。
【００１０】
ここで、図１２を用いて、この作用を詳しく説明する。まず、図１２は従来の構成における貯湯槽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の高さをとって温度分布を示す。図１２（ａ）の５１は初期温度分布であり、その状態から貯湯槽１の底部に熱利用戻り管２２からの湯が流入した場合、図１２（ｂ）の５２に示すように、貯湯槽１の底部にある温度の低い湯の温度Ｔ１が一様にＴ２まで上昇して中温水が生じる。
【００１１】
その後、シャワー等の給湯が発生すると、図１２（ｃ）の５３に示すように、第２の出湯管４より下の部分が押し上げられ、貯湯槽１の下部には、出湯量に相当する量の水が流入し温度はＴ１に戻る。しかし、最下部は低温であるが、それ以上の５４で示す部分の中温水は使い切れずに残ったままになる。
【００１２】
その後、貯湯槽１の底部から順番に加熱手段２へ湯を循環して夜間の沸き上げが行われるため、加熱手段２へＴ２まで上昇した中温水が送られ効率が低下する。そのため、熱利用戻り管２２からの湯の戻りによる温度分布変化を鑑みると、熱利用戻り管２２の接続位置が第２の出湯管４の下より低い位置にある場合では、効率の低下を十分に防止することはできないことがわかる。
【００１３】
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て、使用性と省エネルギー性に優れ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】
【００１４】
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、前記貯湯槽の上部に接続された熱利用出湯管と、前記熱利用出湯管に接続された熱交換器と、前記熱交換器と前記貯湯槽に接続され、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た熱利用戻り管と、前記熱利用出湯管と前記熱交換器と前記熱利用戻り管とから構成される熱利用回路内の湯水を循環される循環手段とを備え、前記循環手段は、前記貯湯槽の上下方向において、前記熱利用戻り管の前記貯湯槽の接続位置以上の位置に配置されていることを特徴とするものである。
【００１５】
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とともに、貯湯槽内の湯水を排水するときに、前記熱利用出湯管と前記熱交換器と前記熱利用戻り管とから構成される熱利用回路内に残水を発生させることなく、凍結破損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て、使用性と省エネルギー性に優れた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】（ａ）本発明の実施の形態１において貯湯槽の温度が高い場合に大きな温度勾配が発生する仕組みを示す図（ｂ）本発明の実施の形態１において貯湯槽の温度が低い場合に大きな温度勾配が発生する仕組みを示す図
【図９】本発明の実施の形態１において考え得る混合弁の他の接続構成を示す図
【図１０】（ａ）本発明の実施の形態１において貯湯槽からの第１の出湯管の出湯温度が急激に変化する場合の給湯温度を示す図（ｂ）本発明の実施の形態１において貯湯槽からの第２の出湯管の出湯温度が急激に変化する場合の給湯温度を示す図
【図１１】従来の給湯装置の構成図
【図１２】（ａ）従来の給湯装置において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）従来の給湯装置において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）従来の給湯装置において熱利用端末での熱利用が発生した後に給湯が発生した後の温度分布を示す図
【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、前記貯湯槽の上部に接続された熱利用出湯管と、前記熱利用出湯管に接続された熱交換器と、前記熱交換器と前記貯湯槽に接続され、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た熱利用戻り管と、前記熱利用出湯管と前記熱交換器と前記熱利用戻り管とから構成される熱利用回路内の湯水を循環される循環手段とを備え、前記循環手段は、前記貯湯槽の上下方向において、前記熱利用戻り管の前記貯湯槽の接続位置以上の位置に配置されている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とともに、貯湯槽内の湯水を排水するときに、前記熱利用出湯管と前記熱交換器と前記熱利用戻り管とから構成される熱利用回路内に残水を発生させることなく、凍結破損を防止することができる。
【００２０】
第２の発明は、前記給水管から分岐された給水分岐管と、前記第２の出湯管と前記第１の出湯管とが入口側に接続された第１の混合弁と、前記第１の混合弁の出口側に接続された出湯管合流管と、前記出湯管合流管と前記給水分岐管とが入口側に接続された第２の混合弁と、前記第２の混合弁の出口側に接続された混合水管とを備えたものである。
【００２１】
これにより、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。また、第１の出湯管の湯と第２の出湯管を混合した後に、給水管からの湯を混合する接続方法により、貯湯槽内に発生する急激な温度変化に対して比較的安定した給湯温度での温水の供給が可能となる。
【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、第１の出湯管３、熱利用出湯管２１が接続された貯湯槽１上部と第２の出湯管４が接続された貯湯槽１の胴部略中央部と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循環手段であるポンプ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。
【００２６】
なお、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、熱利用戻り管２２とで、熱利用回路を形成している。
【００２７】
そして、ポンプ２５は、貯湯槽１内の湯水を排水するときに、熱利用回路内に残水を発生させることなく、凍結破損を防止することができるように、貯湯槽１の上下方向において、熱利用戻り管２２の貯湯槽１の接続位置と熱利用出湯管２１の貯湯槽１の接続位置との間に配置されている。
【００２８】
すなわち、熱利用戻り管２２の貯湯槽１の接続位置より低い位置に配管が存在しないように熱利用回路形成し、その熱利用回路にポンプ２５を配置することで、貯湯槽１内の湯水を排水するときに、熱利用回路に自重で湯水が残ることがなく、凍結破損を防止することができるのである。
【００２９】
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、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をと有する制御装置３３とを備えている。
【００３０】
図２は制御のブロック図を示し、中温検知手段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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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の湯を第１の混合弁６によって混合された出湯管合流管８内の湯と、給水分岐管１０からの給水を第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。
【００３４】
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。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を中温検知手段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。
【００３５】
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）。
【００３６】
ｔｍがｔｓ２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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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２３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２３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）。
【００４１】
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高さをとった温度分布を示す。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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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無くなる。
【００４５】
次に、給湯温度ｔｓを生成するために、図１に示す第１の混合弁６と第２の混合弁７の接続構成によって、第１の出湯管３と第２の出湯管４と給水管５の湯水を混合する際の作用について述べる。
【００４６】
まず、熱利用戻り管２２から貯湯槽１へ湯が戻る場合、貯湯槽１内に部分的に大きな温度勾配が発生する現象について説明する。図８は、この現象についての説明を行う図である。横軸方向に貯湯槽１の温度を、縦軸に貯湯槽１の高さを示している。
【００４７】
図８（ａ）は、熱利用戻り管２２と貯湯槽１の接続位置の温度が、熱利用戻り管２２から戻る湯の温度よりも高い場合で、点線８１は、熱利用端末２３での熱利用開始直前の貯湯槽１の温度分布である。
【００４８】
この場合、熱利用が開始されると実線８２で示すように、貯湯槽１内の高温の湯が熱利用戻り管２２の湯と混合して温度が低めの湯となるため、接続位置の直下の部分に中温水が生成される。熱利用が進むと、実線８３で示す温度分布のように、接続位置直下の中温水はさらに温度が低く、かつ、領域も大きくなり、また、接続位置の上部には、温度勾配の大きな部分が形成される状態となる。
【００４９】
図８（ｂ）は、熱利用戻り管２２と貯湯槽１の接続位置の温度が、熱利用戻り管２２から戻る湯の温度よりも低い場合で、点線８４は、熱利用端末２３での熱利用開始直前の貯湯槽１の温度分布である。
【００５０】
この場合、熱利用が開始されると実線８５で示すように、貯湯槽１の低温の湯が熱利用戻り管２２の湯と混合して高めの湯となるため、接続位置の直上の部分に中温水が生成される。熱利用が進むと、実線８６で示す温度分布のように、接続位置直上の中温水はさらに温度が高く、かつ、領域も大きくなり、また、接続位置の下部には、温度勾配の大きな
部分が形成される状態となる。
【００５１】
以上のように形成された温度勾配の大きな部分は、給湯利用が進むにつれ貯湯槽１の上方向に上昇して給湯されたり、昼間に沸き上げが発生して、貯湯槽１内におけるその位置が下方向にずれて第２の出湯管４から給湯されたりする。
【００５２】
その際、温度勾配が大きいため、第１の混合弁６と第２の混合弁７の開度調整が温度変化に追いつかず、給湯温度よりも低い温度を給湯してしまう場合がある。
【００５３】
次に、図１で示す第１の混合弁６と第２の混合弁７の接続構成（高温先混）とすることで、温度のゆらぎを防止することができることについて説明する。
【００５４】
ここで、混合弁の他に考え得る接続構成には、図９に示すように、まず、第２の出湯管４からの湯と給水分岐管１０からの水を給湯温度よりも所定の温度低い温度に混合した後、第１の出湯管３からの湯と混合して給湯温度とする方法が考えられる（低温先混）。本実施の形態で第１の混合弁６での混合温度は、給湯温度より所定温度高い温度とするが、この接続構成の場合は、第１の混合弁６で給湯温度より所定温度低い温度に混合する。
【００５５】
なお、図９の構成においても、ポンプ２５は、貯湯槽１内の湯水を排水するときに、熱利用回路内に残水を発生させることなく、凍結破損を防止することができるように、貯湯槽１の上下方向において、熱利用戻り管２２の貯湯槽１の接続位置と熱利用出湯管２１の貯湯槽１の接続位置との間に配置されている。
【００５６】
すなわち、熱利用戻り管２２の貯湯槽１の接続位置より低い位置に配管が存在しないように、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、熱利用戻り管２２とで熱利用回路形成し、その熱利用回路にポンプ２５を配置することで、貯湯槽１内の湯水を排水するときに、熱利用回路に自重で湯水が残ることがなく、凍結破損を防止することができるのである。
【００５７】
一般的に、温度制御を行う場合は、貯湯槽１内の温度分布や、温度検知手段の制度のばらつきを考慮して、ある程度の温度幅を持たすのが通常用いられる方法であるが、混合弁の接続構成によって、前述のように混合温度に違いが発生し、これが、熱利用戻り管２２によって発生する温度勾配の大きな部分が出湯される場合の給湯温度のゆらぎに影響を及ぼす。
【００５８】
図１０は、配管の接続構成の違いによる給湯温度の違いを示したものである。図１０（ａ）は、図８（ａ）の温度分布が発生した時に対応しており、第２の出湯管からの温度が４５℃で、第１の出湯管から出湯する湯の温度が６５℃である状態から、第１の出湯管からの湯の温度が一気に低下して、混合弁の制御が追いつかない場合の給湯温度をグラフ化している。この時の設定温度は４０℃としている。
【００５９】
○印のグラフは、本実施の形態における配管接続構成の高温先混の給湯温度であり、×印のグラフは、低温を先に混ぜる配管接続構成（低温先混）の場合の給湯温度である。高温先混は、第２の出湯管の温度が給湯温度以上であるため、貯湯槽１の温度が急激に低下したとしても、第２の出湯管からのみ出湯するため影響はないが、低温先混は、高温を混合させることで最終的な給湯温度にするために、第１の出湯管の温度の低下の影響を受けやすい。
【００６０】
また、図１０（ｂ）は、図８（ｂ）の温度分布が発生した時に対応しており、第１の出湯管からの温度が６５℃で、第２の出湯管から出湯する湯の温度が３０℃である状態から
、第２の出湯管からの湯の温度が一気に低下して、混合弁の制御が追いつかない場合の給湯温度をグラフ化している。この時の設定温度は４０℃としている。
【００６１】
○印のグラフは、本実施の形態における配管接続構成の高温先混の給湯温度であり、×印のグラフは、低温を先に混ぜる配管接続構成（低温先混）の場合の給湯温度である。
【００６２】
第２の出湯管からの湯温が、例えば３０℃のように低めの温度である場合、低温先混は、第１の混合弁６での混合温度が給湯温度より所定温度低い温度であるため、給水配管からの給水とは混合しない。
【００６３】
そのため、第２の出湯管からの出湯流量は、高温先混の第２の出湯管の場合よりも多く、第２の出湯管の湯の急激な温度が低下の影響を受けやすい。
【００６４】
以上述べたように、図１に示す接続構成とすることにより、貯湯槽内に発生する大きな温度勾配に対して比較的安定した給湯温度での温水の供給が可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
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】
【００６６】
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 中温検知手段
１３ 合流温検知手段
１４ 給湯温度検知手段
１６ 沸き上げ管
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（循環手段）
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
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒートポンプ方式の加熱手段で加熱した水を貯湯槽へ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。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。
【０００５】
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）。
【０００６】
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。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中温検知手段１２と、給湯温度を設定する給湯温度設定手段３０を設け、中温検知手段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。
【０００７】
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】
【０００８】
【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】
【０００９】
しかしながら、熱利用戻り管２２の貯湯槽１との接続位置が、第２の出湯管４の接続位置よりも低い場合は、熱利用端末２３の利用によって生じる中温水を十分に取り除くことができず、効率の悪化を防ぐことができない。
【００１０】
ここで、図１２を用いて、この作用を詳しく説明する。まず、図１２は従来の構成における貯湯槽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の高さをとって温度分布を示す。図１２（ａ）の５１は初期温度分布であり、その状態から貯湯槽１の底部に熱利用戻り管２２からの湯が流入した場合、図１２（ｂ）の５２に示すように、貯湯槽１の底部にある温度の低い湯の温度Ｔ１が一様にＴ２まで上昇して中温水が生じる。
【００１１】
その後、シャワー等の給湯が発生すると、図１２（ｃ）の５３に示すように、第２の出湯管４より下の部分が押し上げられ、貯湯槽１の下部には、出湯量に相当する量の水が流入し温度はＴ１に戻る。しかし、最下部は低温であるが、それ以上の５４で示す部分の中温水は使い切れずに残ったままになる。
【００１２】
その後、貯湯槽１の底部から順番に加熱手段２へ湯を循環して夜間の沸き上げが行われるため、加熱手段２へＴ２まで上昇した中温水が送られ効率が低下する。そのため、熱利用戻り管２２からの湯の戻りによる温度分布変化を鑑みると、熱利用戻り管２２の接続位置が第２の出湯管４の下より低い位置にある場合では、効率の低下を十分に防止することはできないことがわかる。
【００１３】
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て、使用性と省エネルギー性に優れ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】
【００１４】
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、前記貯湯槽の上部に接続された熱利用出湯管と、前記熱利用出湯管に接続された熱交換器と、前記熱交換器と前記貯湯槽に接続され、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た熱利用戻り管と、前記熱利用出湯管と前記熱交換器と前記熱利用戻り管とから構成される熱利用回路内の湯水を循環される循環手段とを備え、前記循環手段は、前記貯湯槽の上下方向において、前記熱利用戻り管の前記貯湯槽の接続位置以上の位置に配置されていることを特徴とするものである。
【００１５】
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とともに、貯湯槽内の湯水を排水するときに、前記熱利用出湯管と前記熱交換器と前記熱利用戻り管とから構成される熱利用回路内に残水を発生させることなく、凍結破損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て、使用性と省エネルギー性に優れた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】（ａ）本発明の実施の形態１において貯湯槽の温度が高い場合に大きな温度勾配が発生する仕組みを示す図（ｂ）本発明の実施の形態１において貯湯槽の温度が低い場合に大きな温度勾配が発生する仕組みを示す図
【図９】本発明の実施の形態１において考え得る混合弁の他の接続構成を示す図
【図１０】（ａ）本発明の実施の形態１において貯湯槽からの第１の出湯管の出湯温度が急激に変化する場合の給湯温度を示す図（ｂ）本発明の実施の形態１において貯湯槽からの第２の出湯管の出湯温度が急激に変化する場合の給湯温度を示す図
【図１１】従来の給湯装置の構成図
【図１２】（ａ）従来の給湯装置において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）従来の給湯装置において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）従来の給湯装置において熱利用端末での熱利用が発生した後に給湯が発生した後の温度分布を示す図
【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、前記貯湯槽の上部に接続された熱利用出湯管と、前記熱利用出湯管に接続された熱交換器と、前記熱交換器と前記貯湯槽に接続され、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た熱利用戻り管と、前記熱利用出湯管と前記熱交換器と前記熱利用戻り管とから構成される熱利用回路内の湯水を循環される循環手段とを備え、前記循環手段は、前記貯湯槽の上下方向において、前記熱利用戻り管の前記貯湯槽の接続位置以上の位置に配置されている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とともに、貯湯槽内の湯水を排水するときに、前記熱利用出湯管と前記熱交換器と前記熱利用戻り管とから構成される熱利用回路内に残水を発生させることなく、凍結破損を防止することができる。
【００２０】
第２の発明は、前記給水管から分岐された給水分岐管と、前記第２の出湯管と前記第１の出湯管とが入口側に接続された第１の混合弁と、前記第１の混合弁の出口側に接続された出湯管合流管と、前記出湯管合流管と前記給水分岐管とが入口側に接続された第２の混合弁と、前記第２の混合弁の出口側に接続された混合水管とを備えたものである。
【００２１】
これにより、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。また、第１の出湯管の湯と第２の出湯管を混合した後に、給水管からの湯を混合する接続方法により、貯湯槽内に発生する急激な温度変化に対して比較的安定した給湯温度での温水の供給が可能となる。
【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、第１の出湯管３、熱利用出湯管２１が接続された貯湯槽１上部と第２の出湯管４が接続された貯湯槽１の胴部略中央部と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循環手段であるポンプ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。
【００２６】
なお、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、熱利用戻り管２２とで、熱利用回路を形成している。
【００２７】
そして、ポンプ２５は、貯湯槽１内の湯水を排水するときに、熱利用回路内に残水を発生させることなく、凍結破損を防止することができるように、貯湯槽１の上下方向において、熱利用戻り管２２の貯湯槽１の接続位置と熱利用出湯管２１の貯湯槽１の接続位置との間に配置されている。
【００２８】
すなわち、熱利用戻り管２２の貯湯槽１の接続位置より低い位置に配管が存在しないように熱利用回路形成し、その熱利用回路にポンプ２５を配置することで、貯湯槽１内の湯水を排水するときに、熱利用回路に自重で湯水が残ることがなく、凍結破損を防止することができるのである。
【００２９】
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、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をと有する制御装置３３とを備えている。
【００３０】
図２は制御のブロック図を示し、中温検知手段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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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の湯を第１の混合弁６によって混合された出湯管合流管８内の湯と、給水分岐管１０からの給水を第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。
【００３４】
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。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を中温検知手段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。
【００３５】
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）。
【００３６】
ｔｍがｔｓ２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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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２３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２３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）。
【００４１】
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高さをとった温度分布を示す。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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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無くなる。
【００４５】
次に、給湯温度ｔｓを生成するために、図１に示す第１の混合弁６と第２の混合弁７の接続構成によって、第１の出湯管３と第２の出湯管４と給水管５の湯水を混合する際の作用について述べる。
【００４６】
まず、熱利用戻り管２２から貯湯槽１へ湯が戻る場合、貯湯槽１内に部分的に大きな温度勾配が発生する現象について説明する。図８は、この現象についての説明を行う図である。横軸方向に貯湯槽１の温度を、縦軸に貯湯槽１の高さを示している。
【００４７】
図８（ａ）は、熱利用戻り管２２と貯湯槽１の接続位置の温度が、熱利用戻り管２２から戻る湯の温度よりも高い場合で、点線８１は、熱利用端末２３での熱利用開始直前の貯湯槽１の温度分布である。
【００４８】
この場合、熱利用が開始されると実線８２で示すように、貯湯槽１内の高温の湯が熱利用戻り管２２の湯と混合して温度が低めの湯となるため、接続位置の直下の部分に中温水が生成される。熱利用が進むと、実線８３で示す温度分布のように、接続位置直下の中温水はさらに温度が低く、かつ、領域も大きくなり、また、接続位置の上部には、温度勾配の大きな部分が形成される状態となる。
【００４９】
図８（ｂ）は、熱利用戻り管２２と貯湯槽１の接続位置の温度が、熱利用戻り管２２から戻る湯の温度よりも低い場合で、点線８４は、熱利用端末２３での熱利用開始直前の貯湯槽１の温度分布である。
【００５０】
この場合、熱利用が開始されると実線８５で示すように、貯湯槽１の低温の湯が熱利用戻り管２２の湯と混合して高めの湯となるため、接続位置の直上の部分に中温水が生成される。熱利用が進むと、実線８６で示す温度分布のように、接続位置直上の中温水はさらに温度が高く、かつ、領域も大きくなり、また、接続位置の下部には、温度勾配の大きな
部分が形成される状態となる。
【００５１】
以上のように形成された温度勾配の大きな部分は、給湯利用が進むにつれ貯湯槽１の上方向に上昇して給湯されたり、昼間に沸き上げが発生して、貯湯槽１内におけるその位置が下方向にずれて第２の出湯管４から給湯されたりする。
【００５２】
その際、温度勾配が大きいため、第１の混合弁６と第２の混合弁７の開度調整が温度変化に追いつかず、給湯温度よりも低い温度を給湯してしまう場合がある。
【００５３】
次に、図１で示す第１の混合弁６と第２の混合弁７の接続構成（高温先混）とすることで、温度のゆらぎを防止することができることについて説明する。
【００５４】
ここで、混合弁の他に考え得る接続構成には、図９に示すように、まず、第２の出湯管４からの湯と給水分岐管１０からの水を給湯温度よりも所定の温度低い温度に混合した後、第１の出湯管３からの湯と混合して給湯温度とする方法が考えられる（低温先混）。本実施の形態で第１の混合弁６での混合温度は、給湯温度より所定温度高い温度とするが、この接続構成の場合は、第１の混合弁６で給湯温度より所定温度低い温度に混合する。
【００５５】
なお、図９の構成においても、ポンプ２５は、貯湯槽１内の湯水を排水するときに、熱利用回路内に残水を発生させることなく、凍結破損を防止することができるように、貯湯槽１の上下方向において、熱利用戻り管２２の貯湯槽１の接続位置と熱利用出湯管２１の貯湯槽１の接続位置との間に配置されている。
【００５６】
すなわち、熱利用戻り管２２の貯湯槽１の接続位置より低い位置に配管が存在しないように、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、熱利用戻り管２２とで熱利用回路形成し、その熱利用回路にポンプ２５を配置することで、貯湯槽１内の湯水を排水するときに、熱利用回路に自重で湯水が残ることがなく、凍結破損を防止することができるのである。
【００５７】
一般的に、温度制御を行う場合は、貯湯槽１内の温度分布や、温度検知手段の制度のばらつきを考慮して、ある程度の温度幅を持たすのが通常用いられる方法であるが、混合弁の接続構成によって、前述のように混合温度に違いが発生し、これが、熱利用戻り管２２によって発生する温度勾配の大きな部分が出湯される場合の給湯温度のゆらぎに影響を及ぼす。
【００５８】
図１０は、配管の接続構成の違いによる給湯温度の違いを示したものである。図１０（ａ）は、図８（ａ）の温度分布が発生した時に対応しており、第２の出湯管からの温度が４５℃で、第１の出湯管から出湯する湯の温度が６５℃である状態から、第１の出湯管からの湯の温度が一気に低下して、混合弁の制御が追いつかない場合の給湯温度をグラフ化している。この時の設定温度は４０℃としている。
【００５９】
○印のグラフは、本実施の形態における配管接続構成の高温先混の給湯温度であり、×印のグラフは、低温を先に混ぜる配管接続構成（低温先混）の場合の給湯温度である。高温先混は、第２の出湯管の温度が給湯温度以上であるため、貯湯槽１の温度が急激に低下したとしても、第２の出湯管からのみ出湯するため影響はないが、低温先混は、高温を混合させることで最終的な給湯温度にするために、第１の出湯管の温度の低下の影響を受けやすい。
【００６０】
また、図１０（ｂ）は、図８（ｂ）の温度分布が発生した時に対応しており、第１の出湯管からの温度が６５℃で、第２の出湯管から出湯する湯の温度が３０℃である状態から
、第２の出湯管からの湯の温度が一気に低下して、混合弁の制御が追いつかない場合の給湯温度をグラフ化している。この時の設定温度は４０℃としている。
【００６１】
○印のグラフは、本実施の形態における配管接続構成の高温先混の給湯温度であり、×印のグラフは、低温を先に混ぜる配管接続構成（低温先混）の場合の給湯温度である。
【００６２】
第２の出湯管からの湯温が、例えば３０℃のように低めの温度である場合、低温先混は、第１の混合弁６での混合温度が給湯温度より所定温度低い温度であるため、給水配管からの給水とは混合しない。
【００６３】
そのため、第２の出湯管からの出湯流量は、高温先混の第２の出湯管の場合よりも多く、第２の出湯管の湯の急激な温度が低下の影響を受けやすい。
【００６４】
以上述べたように、図１に示す接続構成とすることにより、貯湯槽内に発生する大きな温度勾配に対して比較的安定した給湯温度での温水の供給が可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
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】
【００６６】
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 中温検知手段
１３ 合流温検知手段
１４ 給湯温度検知手段
１６ 沸き上げ管
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（循環手段）
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
【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、前記貯湯槽の上部に接続された熱利用出湯管と、前記熱利用出湯管に接続された熱交換器と、前記熱交換器と前記貯湯槽に接続され、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た熱利用戻り管と、前記熱利用出湯管と前記熱交換器と前記熱利用戻り管とから構成される熱利用回路内の湯水を循環される循環手段とを備え、前記循環手段は、前記貯湯槽の上下方向において、前記熱利用戻り管の前記貯湯槽の接続位置以上の位置に配置されていることを特徴とする貯湯式給湯装置。
【請求項２】
前記給水管から分岐された給水分岐管と、前記第２の出湯管と前記第１の出湯管とが入口側に接続された第１の混合弁と、前記第１の混合弁の出口側に接続された出湯管合流管と、前記出湯管合流管と前記給水分岐管とが入口側に接続された第２の混合弁と、前記第２の混合弁の出口側に接続された混合水管とを備えた請求項１に記載の貯湯式給湯装置。
【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、前記貯湯槽の上部に接続された熱利用出湯管と、前記熱利用出湯管に接続された熱交換器と、前記熱交換器と前記貯湯槽に接続され、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た熱利用戻り管と、前記熱利用出湯管と前記熱交換器と前記熱利用戻り管とから構成される熱利用回路内の湯水を循環される循環手段とを備え、前記循環手段は、前記貯湯槽の上下方向において、前記熱利用戻り管の前記貯湯槽の接続位置以上の位置に配置されていることを特徴とする貯湯式給湯装置。
【請求項２】
前記給水管から分岐された給水分岐管と、前記第２の出湯管と前記第１の出湯管とが入口側に接続された第１の混合弁と、前記第１の混合弁の出口側に接続された出湯管合流管と、前記出湯管合流管と前記給水分岐管とが入口側に接続された第２の混合弁と、前記第２の混合弁の出口側に接続された混合水管とを備えた請求項１に記載の貯湯式給湯装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１１】
【図１２】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１１】
【図１２】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−１０７７８５（Ｐ２０１２−１０７７８５Ａ）
【公開日】平成２４年６月７日（２０１２．６．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２５５４９８（Ｐ２０１０−２５５４９８）
【出願日】平成２２年１１月１６日（２０１０．１１．１６）
【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２４年６月７日（２０１２．６．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月１６日（２０１０．１１．１６）
【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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