JP2007271163A - 戻り温水の回収方法および給湯システム - Google Patents

Abstract

【課題】高温出湯能力を低下させることなく、タンク焚き上げ時におけるヒートポンプユニットの運転効率を高く維持し得る給湯システムを提供する。
【解決手段】ヒートポンプユニット１で加熱昇温された温水を貯湯タンク２に貯湯する給湯システムにおいて、貯湯タンク２の側面に、高さ方向の位置を異ならせて複数の温水回収口Ｄを設ける。そして、液々熱交換器３からの戻り温水を貯湯タンク２に戻すに際して、戻り温水の温度と貯湯タンク２内の温水の温度分布とに基づき、戻り温水を複数の温水回収口Ｄに分配して貯湯タンク２内に戻す。
【選択図】 図１

Description

この発明は戻り温水の回収方法および給湯システムに関し、より詳細には、ヒートポンプにより生成した温水を貯湯タンク内に貯湯するタイプの給湯システムにおいて、液々熱交換器で放熱した温水を貯湯タンクに戻す技術に関する。

近時、一般家庭用の給湯システムとして、自然冷媒（ＣＯ_２）を利用した電動ヒートポンプを熱源として加熱昇温した温水を貯湯タンクに貯湯しておくタイプの給湯システムが提案されている。そして、この種の給湯システムでは、タンク内に貯えられた温水を、カランやシャワー等の給湯栓からの出湯用として供給する（一般給湯に用いる）他、暖房や風呂の追い焚きのために設けられた液々熱交換器に循環させることによって暖房や風呂の追い焚きも行えるように構成したものが提案されている。

ところで、このように貯湯タンクに液々熱交換器への温水循環路が設けられた給湯システムでは、ヒートポンプの運転によるタンクの焚き上げ時に、該ヒートポンプの運転効率を示す成績係数（ＣＯＰ）が低下するのを抑制するため、液々熱交換器で放熱して温度が低下した温水（以下、これを「戻り温水」と称する）を貯湯タンクに戻すにあたり、タンク内に形成されている温度成層（タンク内の温水の温度差によって自然形成される温水の層）を壊さないような工夫がなされている。

特許文献１および特許文献２は、このような温度成層を壊さないように温水を貯湯タンクに戻す技術を開示している。すなわち、これらはいずれも、貯湯タンクの異なる高さ位置に、それぞれタンク内の温水の温度を検出する温度センサと戻り温水をタンク内に戻すための戻り配管とを設けておき、温度センサでタンク内の温度成層の状況を検出する一方で、戻り温水の温度を検出して、タンク内の戻り温水の温度に最も近い温度成層にある戻り配管から戻り温水をタンク内に回収させるように構成されている。

特開２００３−１１４０５３公報 特開２００４−２１８９２０公報

しかしながら、このように戻り温水の温度に応じて一つの戻り配管を選択する構成では、戻り温水の温度と温度成層の温度が一致しない場合に以下のような問題があり、その改善が望まれていた。

すなわち、戻り温水の温度と温度成層の温度が一致しない場合、戻り温水はその温度よりも高温側又は低温側のいずれか一方の温度成層に戻されることになるが、ここで、高温側に戻すのを選択すると、タンク下部にある低温の温水は戻り温水と混ざらないので低温を維持でき、タンクの焚き上げ時におけるヒートポンプユニットの運転効率を高く維持できる（省エネルギーで焚き上げができる）利点があるが、その反面、タンク上部にある高温の温水が戻り温水と混ざることによってぬるめられ、高温出湯能力が低下する。

一方、戻り温水を低温側に戻すのを選択すると、タンク上部には高温の温水が多く残り高温出湯能力は維持できるものの、タンク下部にある低温の温水は戻り温水と混ざって温度が上昇し低温を維持できなくなり、タンクの焚き上げ時におけるヒートポンプユニットの運転効率が低下してしまう。

本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、高温出湯能力を低下させることなく、タンクの焚き上げ時におけるヒートポンプユニットの運転効率を高く維持し得る戻り温水の回収方法および給湯システムを提供することを主たる目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の請求項１に係る戻り温水の回収方法は、ヒートポンプユニットで加熱昇温された温水を貯湯タンクに貯湯するタイプの給湯システムであって、上記貯湯タンクに液々熱交換器に温水を供給するための温水往き配管を有するものにおいて、上記液々熱交換器からの戻り温水を上記貯湯タンクに回収する方法であって、上記貯湯タンクに、高さ方向の位置を異ならせて複数の温水回収口を設けておき、上記液々熱交換器からの戻り温水を上記貯湯タンクに戻すに際して、上記戻り温水の温度と上記貯湯タンク内の温水の温度分布とをそれぞれ検出し、この検出した戻り温水の温度と貯湯タンク内の温水の温度分布とに応じて、上記戻り温水を複数の温水回収口に分配して戻すことを特徴とする。

すなわち、請求項１の発明では、液々熱交換器からの戻り温水を貯湯タンクに戻すに際して、戻り温水の温度と貯湯タンク内の温水の温度分布とに応じて、戻り温水を複数の温水回収口から貯湯タンクに分配回収させることから、戻り温水が、タンク上部にある高温の温水やタンク下部にある低温の温水と混ざりにくくなるので、高温出湯能力の低下を防止できるとともに、焚き上げ時のヒートポンプユニットの運転効率を高く維持することができ、従来のように、高温出湯能力またはヒートポンプユニットの運転効率のいずれか一方を犠牲にすることなく、双方のバランスを保ち得る給湯システムを提供できる。

また、本発明の請求項２に係る戻り温水の回収方法は、請求項１に記載の戻り温水の回収方法において、上記戻り温水の分配は、上記貯湯タンク内で上記戻り温水の温度に最も近い高低両側の温度成層に所定の分配比率で分配するように設定されることを特徴とする。

すなわち、請求項２に係る発明では、液々熱交換器からの戻り温水を貯湯タンクに分配回収させるにあたり、貯湯タンク内で戻り温水の温度に最も近い高低両側の温度成層に戻すため、戻り温水と貯湯タンク内の温水とが混ざることによって生ずる中温水を少なくすることができる。しかも、戻り温水を分配する際の分配比率を、たとえば、戻り温水の温度に最も近い方の温度成層により多くの戻り温水が戻るように設定することで、中温水の発生を極めて少なくすることができる。

また、請求項３に係る給湯システムは、ヒートポンプユニットで加熱昇温された温水を貯湯タンクに貯湯するタイプの給湯システムであって、上記貯湯タンクに液々熱交換器に温水を供給するための温水往き配管を有するものにおいて、上記貯湯タンクに、一般給湯用の温水取出口を兼ねた温水回収口が高さ方向の位置を異ならせて複数設けられ、これら各温水回収口が流量調整弁を備えたヘッダ配管を介してそれぞれ混合ヘッダに接続されるとともに、上記液々熱交換器からの温水戻り配管が流量調整弁を介して上記混合ヘッダに接続され、上記各温水回収口の近傍にそれぞれ貯湯タンク内の温水の温度を検出するタンク温度センサが配設されるとともに、上記温水戻り配管にも上記戻り温水の温度を検出する戻り温度センサが設けられ、上記液々熱交換器からの戻り温水を貯湯タンクに戻すに際して、制御手段が、上記戻り温度センサとタンク温度センサとによって検出される戻り温水の温度と貯湯タンク内の温水の温度分布とに応じて上記戻り温水が複数の温水回収口を通じて貯湯タンクに回収されるように上記流量調整弁を制御する制御構成を備えていることを特徴とする。

すなわち、請求項３に係る発明では、上記貯湯タンクに、一般給湯用の温水取出口を兼ねた温水回収口が高さ方向の位置を異ならせて複数設けられ、これら各温水回収口が流量調整弁を備えたヘッダ配管を介してそれぞれ混合ヘッダに接続され、さらに、液々熱交換器からの温水戻り配管が上記混合ヘッダに接続されているので、ヘッダ配管に設けられた流量制御弁を制御することで、液々熱交換器からの戻り温水を複数の温水回収口に分配回収させることができる。しかも、その際の分配比率も流量制御弁の弁開度や開弁時間を調節することで自由に設定できるため、請求項１または２の発明の実施に適した給湯システムを提供できる。

また、請求項４に係る給湯システムは、請求項３に記載の給湯システムにおいて、上記液々熱交換器からの温水戻り配管に設けられる流量調整弁の上流側に上記貯湯タンクに直結されたバイパス配管が設けられるとともに、このバイパス配管に該バイパス配管を流れる戻り温水の流量を調節するバイパス弁が設けられていることを特徴とする。

すなわち、請求項４に係る発明では、液々熱交換器からの温水戻り配管に、貯湯タンクに直結されたバイパス配管が設けられ、このバイパス配管に流量を調節するバイパス弁が設けられていることから、混合ヘッダから一般給湯用の温水を取り出すように構成した場合でもバイパス弁を開くことで貯湯タンクへの戻り温水を確保できるので、液々熱交換器の能力低下を防止できる。

また、請求項５に係る給湯システムは、ヒートポンプユニットで加熱昇温された温水を貯湯タンクに貯湯するタイプの給湯システムにおいて、上記貯湯タンクに液々熱交換器に温水を供給するための温水往き配管を有するものにおいて、上記貯湯タンクに、高さ方向の位置を異ならせて２個の温水回収口が設けられ、上記温水往き配管が、温水取込経路として２系統の温水取込口を有する第一の流路切替弁の一方の温水取込口に接続されるとともに、該第一の流路切替弁の温水出口が上記液々熱交換器と接続され、上記液々熱交換器からの温水戻り配管が、２系統の温水吐出口を備えた第二の流路切替弁の温水入口に接続され、上記温水吐出口の一方が上記第一の流路切替弁の他方の温水取込口と上記貯湯タンクの一方の温水回収口に接続されるとともに、上記温水吐出口の他方が上記貯湯タンクの他方の温水回収口と接続されていることを特徴とする。

すなわち、請求項５に係る発明では、貯湯タンクに高さ方向の位置を異ならせて２個の温水回収口が設けられる。そして、貯湯タンクから液々熱交換器に温水を供給するための温水往き配管が、温水取込経路として２系統の温水取込口を有する第一の流路切替弁の一方の温水取込口に接続されるとともに、該第一の流路切替弁の温水出口が上記液々熱交換器と接続され、上記液々熱交換器からの温水戻り配管が、２系統の温水吐出口を備えた第二の流路切替弁の温水入口に接続され、上記温水吐出口の一方が上記第一の流路切替弁の他方の温水取込口と上記貯湯タンクの一方の温水回収口に接続されるとともに、上記温水吐出口の他方が上記貯湯タンクの他方の温水回収口と接続されることから、上記第一および第二の流路切替弁の流路を切り替えることで、液々熱交換器からの戻り温水を２個の温水回収口に分配回収させることができる。また、この分配回収にあたり、第二の流路開切替弁を制御することで、各温水回収口への戻り温水の分配比率を自由に設定できるため、請求項１または２の発明の実施に適した給湯システムを提供できる。

本発明によれば、液々熱交換器からの戻り温水を貯湯タンクに戻すに際して、戻り温水の温度と貯湯タンク内の温水の温度分布とに応じて、戻り温水を貯湯タンクに高さ方向の位置を異ならせて設けられた複数の温水回収口に分配して戻すようにしているため、液々熱交換器で放熱して温度が低下した戻り温水が、タンク上部にある高温の温水やタンク下部にある低温の温水と混ざりにくくなるので、高温出湯能力の低下を防止できるとともに、焚き上げ時のヒートポンプユニットの運転効率を高く維持することができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
実施形態１
図１は、本発明を適用した給湯システムの一例を示す概略構成図である。この給湯システムは、熱源で加熱昇温された温水を貯湯タンク内に貯湯するタイプの給湯システムであって、図示例では、一般給湯（カラン等の給湯栓への出湯または風呂への温水の落とし込み）と風呂の追い焚きの双方を同時に行い得る給湯システムが示されている。

具体的には、図示の給湯システムは、熱源としてのヒートポンプユニット１と、このヒートポンプユニット１で加熱昇温される温水を貯湯する貯湯タンク２と、風呂追い焚き用の液々熱交換器３と、一般給湯用の配管が接続された混合ヘッダ４と、システム全体を制御するコントローラ（制御手段）５とを主要部として備えている。

上記ヒートポンプユニット１は、自然冷媒（ＣＯ_２）を用いた周知の構成よりなる電動ヒートポンプであって、ここではその詳細な説明は省略するが、大気の熱を冷媒に吸収させるための熱交換器４１と、冷媒を圧縮して高温にするための電動コンプレッサ４２と、昇温された冷媒の熱で水を加熱昇温させるための熱交換器４３と、圧縮された冷媒の圧力を下げるための膨張弁４４とを主要部として構成されている。

そして、このヒートポンプユニット１の熱交換器４３には、市水道と上記貯湯タンク２のタンク下部とに連結された入水管６と、熱交換器４３で加熱昇温される温水を上記貯湯タンク２に供給するための出湯管７とが接続されるとともに、これら入水管６または出湯管７のいずれか一方に循環ポンプ８が設けられ（図示例では入水管６側に設けられた場合を示す）、貯湯タンク２の焚き上げ時にこの循環ポンプ８を駆動させることによって、貯湯タンク２とヒートポンプユニット１との間で湯水の強制循環ができるように構成されている。

一方、貯湯タンク２は、密閉構造のタンクであって、タンク上部に上記ヒートポンプユニット１で加熱昇温された温水を取り込むための温水入口Ａと上記風呂追い焚き用の液々熱交換器３に供給する温水を取り出すための温水取出口Ｂとが設けられ、上記温水入口Ａには上記出湯管７が、上記温水取出口Ｂには液々熱交換器３と連通する温水往き配管９がそれぞれ接続されている。また、タンク下部には水出入口Ｃが設けられ、この水出入口Ｃと上記入水管６の間にはこれらを連通させる下部配管１０が配設されるとともに、この下部配管１０には水量センサ２８が設けられている。

そして、本実施形態では、この貯湯タンク２には、一般給湯用の温水取出口を兼ねた温水回収口Ｄが高さ方向の位置を異ならせて複数（図示例では４箇所に）開設されている。具体的には、図示の給湯システムでは、この温水回収口Ｄとして、貯湯タンク２の上部に１箇所、タンク側面に２箇所、さらにタンク下部に上記水出入口Ｃと兼用する形で１箇所の合計４箇所に温水回収口Ｄが設けられている。

これら各温水回収口Ｄは、それぞれ流量調整弁１２を備えたヘッダ配管１１を介して上記混合ヘッダ４と配管接続される。そして、各温水回収口Ｄの近傍には、それぞれ貯湯タンク２内の温水の温度を検出するためのタンク温度センサ（温度センサ）１３が配設され、各温度センサ１３の検出値が上記コントローラ５に入力されるように構成されている。

なお、以下の説明では、個々の温水回収口Ｄ並びに各温水回収口Ｄに接続されるヘッダ配管１１や流量調整弁１２、タンク温度センサ１３を他のものと区別するために、タンク上部側に設けられたものから順に符号の末尾にａ〜ｄを付すものとする。

液々熱交換器３は、風呂追い焚き用の熱交換器であって、一次側の温水入り側には上記温水往き配管９が接続されるとともに、放熱後の温水（戻り温水）の出側には流量調整弁１５を備えた温水戻り配管１４が接続され、この温水戻り配管１４の先端が上記混合ヘッダ４に接続されている。そして、上記温水往き配管９には、風呂追い焚き用の循環ポンプ１６が設けられており、この循環ポンプ１６を駆動させることによって、貯湯タンク２の温水取出口Ｂから取り出した温水を、液々熱交換器３の温水入側に供給できるように構成されている。

一方、上記温水戻り配管１４には、液々熱交換器３からの戻り温水の温度を検出するための戻り温度センサ（温度センサ）１７が設けられ、この戻り温度センサ１７の検出値も温度情報として上記コントローラ５に入力される。また、この温水戻り配管１４には、上記流量調整弁１５の上流側から分岐したバイパス配管１８が設けられており、このバイパス配管１８が流量調整弁１９を介して貯湯タンク２に連通するように配設されている。

なお、液々熱交換器３の二次側は、該液々熱交換器３によって追い焚きされる浴槽２０内の湯水（浴槽水）が循環するように構成されている。具体的には、液々熱交換器３の二次側の一端には、浴槽２０の内側面に設けられる循環アダプタ（図示せず）と接続され、液々熱交換器３で加熱昇温された浴槽水を循環アダプタ（浴槽２０）に供給する追い焚き往き配管２１が接続され、他端には浴槽水を液々熱交換器３へ戻す追い焚き戻り配管２２が接続される。そして、この追い焚き戻り配管２２には浴槽水循環用の循環ポンプ２３が設けられ、この循環ポンプ２３を駆動することによって、浴槽２０内の湯水を液々熱交換器３の二次側に強制循環させることができるように構成されている。

混合ヘッダ４は、後述するように、上記液々熱交換器３からの戻り温水を貯湯タンク２に戻すための温水戻り経路の一部を構成するとともに、一般給湯時には管内に流入する湯水を混合して湯水の温度を安定させる働きを有するヘッダ装置であって、上述したように、貯湯タンク２からのヘッダ配管１１ａ〜１１ｄと液々熱交換器３からの温水戻り配管１４とが接続されるとともに、給湯栓（給湯バルブ）２４を備えた一般給湯用の配管２５が接続されている。なお、この配管２５にも、該配管２５内を流れる温水の温度を検出するための給湯温度センサ２６が設けられており、この給湯温度センサ２６の検出値も温度情報として上記コントローラ５に供給される。

コントローラ５は、このシステム全体の制御を行う制御装置であって、所定の制御プログラムを搭載したマイクロコンピュータを主要部として備えている。より詳細には、このコントローラ５は、所定の操作部を備えた操作装置（リモコン）２７を有しており、このリモコン２７で入力される操作情報や上記タンク温度センサ１３ａ〜１３ｄや戻り温度センサ１７、さらには給湯温度センサ２６から入力される温度情報に基づいて上記流量調整弁１２ａ〜１２ｄ、１５、１９を制御する他、ヒートポンプユニット１の運転／停止などの動作制御を行う（詳細は後述する）。

しかして、このように構成された給湯システムの動作について説明する。
Ａ：風呂追い焚き並びに戻り温水の回収について
本実施形態の給湯システムでは、風呂の追い焚きを行う場合、リモコン２７での風呂追い焚き操作を受け付けたコントローラ５が、風呂追い焚き用の循環ポンプ１６と浴槽水循環用の循環ポンプ２３を駆動させて液々熱交換器３の一次側および二次側のそれぞれに湯水を循環させる。すなわち、循環ポンプ１６の駆動により、貯湯タンク２の上部に貯えられている高温の温水が温水取出口Ｂから温水往き配管９を通じて液々熱交換器３の一次側に供給されるとともに、循環ポンプ２３の駆動によって、浴槽２０内の浴槽水が追い焚き戻り配管２２から液々熱交換器３の二次側に供給され、液々熱交換器３で加熱昇温（追い焚き）され、追い焚き往き配管２１を介して浴槽２０に戻される。

一方、液々熱交換器３の一次側の戻り温水について、本発明の給湯システムでは、液々熱交換器３からの戻り温水を貯湯タンク２に回収させるにあたり、戻り温水の温度と貯湯タンク２内の温水の温度分布とに応じて、戻り温水を、貯湯タンク２に高さ方向の位置を異ならせて設けられた複数の温水回収口Ｄに分配して戻すように構成されている。

そこで、この戻り温水の回収手順の一例を図２に基づいて説明する。以下の説明にあたり、貯湯タンク２内の温度成層が図２に示すように形成され、また、液々熱交換器３からの戻り温水の温度が５５℃であると仮定する。

この場合、上記タンク温度センサ１３ａ〜１３ｄは、１３ａが８０℃、１３ｂが６０℃、１３ｃが３０℃、１３ｄが１５℃を検出し、上記戻り温度センサ１７は５５℃を検出し、これらの温度情報が上記コントローラ５に入力される。

コントローラ５は、上記戻り温水を貯湯タンク２に戻すにあたり、上記タンク温度センサ１３ａ〜１３ｄで検出されたタンク内の温水の温度分布と、戻り温度センサ１７で検出された戻り温水の温度とに応じて、上記戻り温水を複数の温水回収口Ｄに分配して貯湯タンク２内に戻す。具体的には、コントローラ５は、上記戻り温度センサ１７の検出値（戻り温水の温度）に対して高低双方につき最も近い温度を示すタンク温度センサ（この場合、１３ｂ，１３ｃ）を割り出し、これらの温度センサ１３ｂ，１３ｃの近傍にある流量制御弁１２ｂ，１２ｃを開いて（他の流量調整弁１２ａ，１２ｄは全閉）、ヘッダ配管１１ｂ，１１ｃおよび温水回収口Ｄｂ，Ｄｃを通じて、これらに所定の分配比率Ｐで戻り温水を分配回収させる。

このように、本発明の給湯システムでは、液々熱交換器３からの戻り温水を、該戻り温水の温度に最も近い温度を示す高低２層の温度成層に分配して回収させることから、戻り温水を貯湯タンク２内に戻すことによって、高温出湯能力またはヒートポンプユニット１の運転効率の一方が著しく損なわれることが防止される。

ここで、上記配分比率Ｐは、たとえば、戻り温水の温度と、該戻り温水の温度に最も近い温度を示す高低２層の温度成層の各温度との温度差に基づいて、以下のように決定される。すなわち、上述したように戻り温水の温度が５５℃である場合、高温側の温度成層の温度（６０℃）から戻り温水の温度（５５℃）を減算して得た値ｘと、戻り温水の温度（５５℃）から低温側の温度成層の温度（３０℃）を減算して得た値ｙの比（ｘ：ｙ＝１：５）に応じて、戻り温水との温度差の小さい方の温度成層側（この場合、高温側）への配分比率が多くなるように設定される。つまり、この場合であれば、高温側対低温側の配分比率Ｐは５対１となるように設定される。

なお、この配分比率Ｐについては、上述したように、予め定めた計算式に基づいてコントローラ５が一律に決定するように構成することも可能であるが、たとえば、計算式に基づいて得られた配分比率Ｐをリモコン２７などの操作によって修正できるように構成することも可能である。

すなわち、上述した例では、戻り温水との温度差の小さい方の温度成層に戻り温水を多く戻すように配分比率Ｐを設定したが、戻り温水を高温側、低温側のいずれに多く戻すかによって高温出湯能力やヒートポンプユニット１の運転効率に影響が出るため、高温出湯能力を重視するか（機能重視）、それともヒートポンプユニット１の運転効率を重視するか（省エネ重視）をリモコン２７の操作によってユーザに選択させ、この選択に基づいて、上記計算によって得られた配分比率Ａを修正可能に構成しておくことも可能である。

たとえば、計算によって得られた高温側対低温側の配分比率Ｐが５対１である場合に、ユーザが機能重視を選択していると、この配分比率Ｐの高温側への比率を下げて低温側への比率を上げ（たとえば４対２に修正する）、反対に、省エネ重視が選択されている場合には、高温側への比率を上げて低温側への比率を下げる構成を採用することができる。

また、戻り温水の分配回収の具体的な手順については、上述したように、６０℃と３０℃の温度成層に５対１の割合で戻り温水を戻す場合、上記コントローラ５は、６０℃の温度成層にある温水回収口Ｄｂと３０℃の温度成層にある温水回収口Ｄｃに接続されたヘッダ配管１１ｂ、１１ｃの流量調整弁１２ｂ、１２ｃを開き（他の流量調整弁１２ａ，１２ｄは全閉）、その弁開度または開弁時間を調節して温水回収口Ｄｂ，Ｄｃへの配分比率が５対１となるように流量調整弁１２ｂ、１２ｃを制御する。

このように、本発明の給湯システムでは、液々熱交換器３からの戻り温水を複数の温水回収口Ｄから貯湯タンク２に戻すにあたり、戻り温水の温度に最も近い高低２層の温度成層に対して、戻り温水との温度差に応じて温度差の小さい温度成層に戻り温水の多くを戻すように分配比率Ｐを決定することから、貯湯タンク２に形成されている温度成層に与える影響が少ない状態で、戻り温水を貯湯タンク２内に戻すことができる。

Ｂ：一般給湯について
次に、給湯栓２４からの一般給湯について説明する。一般給湯における給湯設定温度はリモコン２７により設定され、その情報がコントローラ５に与えられる。コントローラ５は、このリモコン２７での設定に基づいて、給湯栓２４から給湯設定温度の温水が出湯されるように上記流量調整弁１２ａ〜１２ｄを制御する。

この制御にあたり、コントローラ５は、貯湯タンク２内にあるいわゆる中温水（具体的には、２０℃乃至６０℃程度の温水）を積極的に一般給湯に利用するように構成される。具体的には、たとえばリモコン２７で設定された給湯設定温度が４０℃であり、貯湯タンク２内の温水の温度分布が図２に示すように分布しているとした場合、コントローラ５は、給湯設定温度である４０℃の温水を生成するにあたり、この給湯設定温度（４０℃）に最も近い温度を示す高低２層の温度成層（この場合、６０℃と３０℃）の温水を用いる。

すなわち、コントローラ５は、タンク温度センサ１３ａ〜１３ｄから得た温度情報に基づいて、給湯設定温度（４０℃）に対して高低双方につき最も近い温度を示すタンク温度センサ１３ｂ，１３ｃを割り出し、これらの温度センサ１３ｂ，１３ｃの近傍にある流量制御弁１２ｂ，１２ｃを開いて（他の流量調整弁１２ａ，１２ｄは全閉）、それらの弁開度を調節し、混合ヘッダ４内で上記給湯設定温度（４０℃）の温水が生成されるようにする。これにより、上記給湯栓２４からは、混合ヘッダ４内で生成された温水、つまり給湯設定温度の温水が出湯される。

一方、リモコン２７で設定される給湯設定温度が中温水の温度範囲を超えて高温または低温に設定された場合にも、上記コントローラ５は、上述した制御と同様の制御を行う。すなわち、たとえば、給湯設定温度が６５℃の場合を例に説明すると、この場合、給湯設定温度（６５℃）に対して高低双方につき最も近い温度を示すタンク温度センサ１３ａ，１３ｂを割り出し、これらの温度センサ１３ａ，１３ｂの近傍にある流量制御弁１２ａ，１２ｂを開いて（他の流量調整弁１２ｃ，１２ｄは全閉）、それらの弁開度を調節し、混合ヘッダ４内で上記給湯設定温度（６５℃）の温水が生成されるようにする。これにより、上記給湯栓２４からは、混合ヘッダ４内で生成された温水、つまり給湯設定温度の温水が出湯される。

なお、上述した一般給湯における制御は、風呂の追い焚き運転が行われていない場合（一般給湯単独の場合）について説明したが、風呂の追い焚き運転が同時に行われている場合には、温水戻り配管１４から戻り温水が混合ヘッダ４内に戻ってくるので、コントローラ５は、上述した給湯設定温度とタンク温度センサ１３ａ〜１３ｄからの温度情報に加え、戻り温度センサ１７からの温度情報も用いて流量制御弁１５の弁開度も調節して混合ヘッダ４内の温水の温度が給湯設定温度となるように制御を行う。その際、流量制御弁１５で戻り温水の流量を絞りすぎると風呂の追い焚き能力が低下するので、かかる場合にはバイパス配管１８の流量調整弁１９を開いて（流量調整弁１９の弁開度を制御して）、風呂追い焚きの能力が低下しないよう調節する。

なお、この風呂追い焚き運転に関しては、他の実施形態として、風呂の追い焚き運転中に給湯栓が開かれ、一般給湯を行う場合には、一旦、風呂の追い焚き運転を停止させ、一般給湯が終了した後に風呂の追い焚き運転を再開するように構成してもよい。また、一般給湯中に風呂の追い焚き運転が要求された場合にｈ、一旦、風呂の追い焚き運転を待機させ、一般給湯が終了した後に風呂の追い焚き運転を開始するように構成してもよい。

また、上述した実施形態では、液々熱交換器３の二次側に風呂追い焚き用の循環回路を接続した場合を示したが、液々熱交換器３の二次側に接続する負荷として温水暖房器具（温水暖房用の循環回路）を用いることもできる。図３は、液々熱交換器３の二次側に温水暖房用の循環回路を接続した一例を示しており、図示の場合、液々熱交換器３の二次側には、暖房用のヘッダ２９と接続された暖房往き配管３０と暖房戻り配管３１とが接続され、このヘッダ２９に個々の温水暖房器具（図示例では、浴室乾燥機３２と床暖房パネル３３）が配管接続され、暖房用の循環ポンプ３４により、これら温水暖房器具３２，３３と液々熱交換器３の二次側との間で熱媒の強制循環ができるように構成される。

実施形態２
次に、本発明の第二の実施形態について図４に基づいて説明する。図４は、第二の実施形態に係る給湯システムの一例を示す概略構成図である。

図示のように、この給湯システムは、ヒートポンプユニットで加熱昇温された温水を貯湯タンクに貯湯するタイプの給湯システムであって、貯湯タンクに液々熱交換器に温水を供給するための温水往き配管を有する点、及び貯湯タンクに高さ方向の位置を異ならせて複数の温水回収口を備える点で上述した実施形態１と構成が共通するが、一般給湯用の温水取出口が独立して設けられている点、及び液々熱交換器からの戻り温水の経路等については実施形態１と相違する。

具体的には、図示の給湯システムは、熱源としてのヒートポンプユニット１０１と、このヒートポンプユニット１０１で加熱昇温される温水を貯湯する貯湯タンク１０２と、暖房熱媒加熱用の液々熱交換器１０３と、システム全体を制御するコントローラ（制御手段）１０４とを主要部として備えている。

上記ヒートポンプユニット１０１は、自然冷媒（ＣＯ_２）を用いた周知の構成よりなる電動ヒートポンプであって、ここではその詳細な説明は省略するが、大気の熱を冷媒に吸収させるための熱交換器１３１と、冷媒を圧縮して高温にするための電動コンプレッサ１３２と、昇温された冷媒の熱で水を加熱昇温させるための熱交換器１３３と、圧縮された冷媒の圧力を下げるための膨張弁１３４とを主要部として構成されている。

そして、このヒートポンプユニット１０１の熱交換器１３３には、市水道と上記貯湯タンク１０２のタンク下部とに連結された入水管１０５と、熱交換器１３３で加熱昇温される温水を上記貯湯タンク１０２に供給するための出湯管１０６とが接続されるとともに、これら入水管１０５または出湯管１０６のいずれか一方に循環ポンプ１０７が設けられ（図示例では入水管１０５側に設けられている）、貯湯タンク１０２の焚き上げ時にこの循環ポンプ１０７を駆動させることによって、貯湯タンク１０２とヒートポンプユニット１０１との間で湯水の強制循環ができるように構成されている。

一方、貯湯タンク１０２は、密閉構造のタンクであって、タンク上部に上記ヒートポンプユニット１０１で加熱昇温された温水をタンク内に取り込むための温水入口Ｅと、一般給湯用の温水を取り出すための温水取出口Ｆと、暖房熱媒加熱用の液々熱交換器１０３の熱源となる温水を取り出すための温水取出口Ｇとが設けられている。

そして、上記温水入口Ｅには上記出湯管１０６が、上記温水取出口Ｆには図示しない給湯栓と接続された給湯配管１０８が接続されるとともに、上記温水取出口Ｇには液々熱交換器１０３と連通する温水往き配管１０９が接続されている（詳細は後述する）。

また、タンク下部には水出入口Ｈが設けられ、この水出入口Ｈと上記入水管１０５の間にはこれらを連通させる下部配管１１０が配設されるとともに、この下部配管１１０には水量センサ１１１が設けられている。

そして、本実施形態では、この貯湯タンク１０２には、液々熱交換器１０３からの戻り温水を貯湯タンク１０２に回収するための温水回収口Ｉが高さ方向の位置を異ならせて複数開設されている。具体的には、図示の給湯システムでは、この温水回収口Ｉとして、貯湯タンク１０２の側面に２箇所の温水回収口Ｉａ，Ｉｂが設けられている。

これら温水回収口Ｉａ，Ｉｂは、貯湯タンク１０２においていわゆる中温水（具体的には、２０℃乃至６０℃程度の温水）が溜まりやすい高さ位置、すなわちタンクの中ほどに開設される。本実施形態では、上方の温水回収口Ｉａは、タンクの中間よりやや上方（具体的には、タンク全長に対して２／３程度の高さ位置）に開設され、下方の温水回収口Ｉｂは、タンクの下方（具体的には、タンク全長に対して１／３程度の高さ位置）に開設されている。

また、この貯湯タンク１０２の各部にはタンク内の温水の温度（温度分布）を検出するための温度センサ１２０が複数配置される。具体的には、上記温水取出口Ｇの近傍に１２０ａ、上記温水回収口Ｉａ，Ｉｂの近傍にそれぞれ１２０ｂ、１２０ｃ、水出入口Ｈの近傍に１２０ｄで示す温度センサ１２０が配設されている。なお、これらの各温度センサ１２０の検出値は温度情報として上記コントローラ１０４に与えられる。

そこで次に、上記貯湯タンク１０２と液々熱交換器１０３との接続について詳しく説明する。

すなわち、上記温水往き配管１０９は、２系統の温水取込口ａ，ｂと１の温水出口ｃとを有する第一の流路切替弁１１２の一方の温水取込口ａに接続される。この第一の流路切替弁１１２は、コントローラ１０４の制御により、温水取込口ａ，ｂの切替が可能に構成された弁装置であって、その温水出口ｃが暖房熱媒加熱用の循環ポンプ１１３を介して配管１１４により上記液々熱交換器１０３の一次側の温水入り側に接続されている。

そして、液々熱交換器１０３の一次側の温水出側は、配管１１５を介して１の温水入口ｄと２系統の温水吐出口ｅ，ｆとを備えた第二の流路切替弁１１６の温水入口ｄと接続される。この第二の流路切替弁１１６も上述した第一の流路切替弁１１２と同様に、コントローラ１０４の制御によって温水吐出口ｅ，ｆの切替が可能に構成された弁装置で構成されている。

そして、上記吐出口の一方（吐出口ｅ）が、上記第一の流路切替弁１１２の他方の温水取込口ｂと配管１１７により接続されている。この第一の流路切替弁１１２と第二の流路切替弁１１６とを接続する配管１１７には、その途中に分岐配管１１８が設けられており、この分岐配管１１８が上記貯湯タンク１０２に設けられた二つの温水回収口Ｉのうちの上方の温水回収口Ｉａに接続される。また、上記吐出口の他方（吐出口ｆ）は、配管１１９を介して下方の温水回収口Ｉｂと接続される。

液々熱交換器１０３は、温水暖房用の熱媒を加熱するための熱交換器であって、一次側に供給される温水を熱源として二次側を流れる暖房用の熱媒を加熱昇温させる。

なお、液々熱交換器１０３の二次側には、暖房用のヘッダ１２１と接続された暖房往き配管１２２と暖房戻り配管１２３とが接続され、このヘッダ１２１に個々の温水暖房器具（図示例では、浴室乾燥機１２４と床暖房パネル１２５）が配管接続され、暖房用の循環ポンプ１２６により、これら温水暖房器具１２４，１２５と液々熱交換器１０３の二次側との間で熱媒の強制循環ができるように構成される。

コントローラ１０４は、このシステム全体の制御を行う制御装置であって、所定の制御プログラムを搭載したマイクロコンピュータを主要部として備えている。より詳細には、このコントローラ１０４は、所定の操作部を備えた操作装置（リモコン）１２７を有しており、このリモコン１２７で入力される操作情報や上記タンク温度センサ１２０ａ〜１２０ｄから入力される温度情報に基づいて上記第一及び第二の流路切替弁１１２，１１６を制御する他、ヒートポンプユニット１０１の運転／停止などの動作制御を行う（詳細は後述する）。

次に、このように構成された本実施形態の給湯システムの動作について説明する。
Ｃ：暖房運転について
本実施形態に示す給湯システムでは、上記リモコン１２７において暖房運転の開始を指示する操作が行われると、当該操作を受け付けたコントローラ１０４は、上記第一の流路切替弁１１２の流路をａ−ｃ（ｂは全閉）、上記第二の流路切替弁１１６の流路をｄ−ｆ（ｅは全閉）に設定し、この状態で循環ポンプ１１３を駆動させる。

これにより、暖房運転が開始された当初、すなわち暖房運転の初期段階においては、貯湯タンク１０２の上部に貯えられている高温の温水（たとえば、８０℃の温水）が温水取出口Ｇから温水往き配管１０９、第一の流路切替弁１１２を介して液々熱交換器１０３の一次側に供給され、二次側を流れる熱媒の加熱昇温が開始される。

ところで、このような暖房運転の初期段階においては、液々熱交換器１０３の二次側を流れる暖房用の熱媒の温度は十分に上昇していないことから、貯湯タンク１０２から液々熱交換器１０３に供給される温水は液々熱交換器１０３で多くの熱を放熱することとなり、戻り温水の温度は著しく低下する。そのため、コントローラ１０４は、暖房運転の初期段階では、このような低温の戻り温水がタンク上部に貯えられている高温の温水と混ざらないように、上記第二の流路切替弁１１６の流路をｄ−ｆ（ｅは全閉）に設定し、低温の戻り温水を温水回収口Ｉｂからタンクの下部に戻すようにしている。

そして、暖房運転が開始されて暫くすると、液々熱交換器１０３の二次側を流れる暖房用の熱媒の温度が上昇し、液々熱交換器１０３の熱負荷が減少し、液々熱交換器１０３からの戻り温水の温度が上昇する。そのため、コントローラ１０４は、次の段階として、このような戻り温水の温度上昇に伴って上記第二の流路切替弁１１６の流路をｄ−ｆ，ｄ−ｅの双方に設定（ｅ，ｆともに全開）して、第二の流路切替弁１１６の２系統の流路を双方ともに開く。

これにより、液々熱交換器１０３からの戻り温水は、上記温水回収口Ｉａ，Ｉｂの双方から貯湯タンク１０２に戻る。つまり、戻り温水の温度が上昇したことにより、戻り温水の全てをタンク下部に戻すとタンク下部にある低温の温水の温度が上昇して、焚き上げ時のヒートポンプユニット１０１の運転効率を低下させるので、コントローラ１０４は、第二の段階として、そのような運転効率の低下を防止するため、タンク下部に戻る戻り温水が少なくなるようにしている。

ここで、これら第一および第二の流路切替弁１１２，１１６の流路切替のタイミングについては、たとえば、温水戻り配管１１５内に戻り温水の温度を検出する温度センサ（図示せず）を配置しておき、この温度センサの検出結果に基づいてコントローラ１０４が判断（具体的には、上記戻り温水が所定の温度に達したか否かを判断）するように構成することができる他、リモコン１２７での暖房運転開始操作からの経過時間をコントローラに計測させ、所定時間の経過によって切り替えるように構成することも可能である。

また、上述した例では、この第二の段階として、第二の流路切替弁１１６のｄ，ｅ双方ともに全開とした場合を示したが、上述した実施形態１に示したように、戻り温水の温度と貯湯タンク１０２内の温度分布とに基づいて所定の分配比率で温水回収口Ｉａ，Ｉｂから戻り温水を回収させるように構成することもできる。すなわち、本実施形態の給湯システムにおいても、ｄ，ｅ各弁の開度を調節したり、ｄ，ｅ各弁の開時間を調節したりすることによって、温水回収口Ｉａ，Ｉｂへの分配比率を設定することが可能である。

そして、暖房運転が継続されることにより、液々熱交換器１０３の熱負荷がさらに減少すると、コントローラ１０４は、次の段階として、上記第一の流路切替弁１１２の流路をｂ−ｃ（ａは全閉）に設定するとともに。上記第二の流路切替弁１１６の流路をｄ−ｆ（ｅは全閉）に設定する。

すなわち、暖房運転開始からある程度時間が経過して暖房回路側がいわゆる平衡状態になると、コントローラ１０４は貯湯タンク１０２の上部から高温の温水を取り出すのを止めて貯湯タンク１０２の中ほどにたまっている中温水を暖房熱媒加熱用の熱源として使用する。換言すれば、この段階では、温水回収口Ｉａを液々熱交換器１０３への温水の取出口として用いる。そしてその一方で、液々熱交換器１０３に供給する温水の温度が下がることに伴って戻り温水の温度も下がるので、戻り温水をタンク下部に戻すようにしている。

なお、ここで暖房回路が平衡状態になったか否かの判断も、上述したのと同様に、温水戻り配管１１５内に戻り温水の温度を検出する温度センサ（図示せず）を配置しておき、この温度センサの検出結果に基づいてコントローラ１０４が判断（より具体的には、戻り温水の温度の経時変化が少なくなると暖房回路は平衡状態にあると判断）するように構成できる他、リモコン１２７での暖房運転開始操作からの経過時間をコントローラに計測させ、所定時間の経過によって平衡状態にあると判断することも可能である。

そして、さらに液々熱交換器１０３の熱負荷が減少すると、最後の段階として、コントローラ１０４は、上記第二の流路切替弁１１６の流路をｄ−ｅ（ｆは全閉）に設定する。つまり、この最後の段階では、液々熱交換器１０３による熱負荷が極めて小さく、熱交換器による放熱が殆どないので、液々熱交換器１０３からの戻り温水を第二、第一の流路切替弁１１６，１１２を経由して再び液々熱交換器１０３に戻すようにしている。つまり、この場合、上記温水回収口Ｉａは温水の取出しも回収も行わずに、戻り温水は、第一の流路切替弁１１２に流れ、第一の流路切替弁１１２、液々熱交換器１０３、第二の流路切替弁１１６の間で循環する。

このように、本実施形態に示す給湯システムでは、液々熱交換器１０３の二次側に接続される負荷の使用状況や液々熱交換器１０３からの戻り温水の温度等に応じて第一および第二の流路切替弁１１２，１１６の流路を切り替えるように構成されているので、貯湯タンク１０２にある中温水が積極的に利用できるとともに、戻り温水による温度成層の破壊が少ないので、高温出湯に対応可能で、しかもヒートポンプユニット１０１の運転効率の低下の少ない給湯システムを提供できる。

Ｄ：一般給湯について
本実施形態の給湯システムでは、一般給湯用の温水取出口Ｆは貯湯タンク１０２の上部に設けられ、この取出口Ｆに給湯配管１０８が接続されているので、給湯配管１０８には常に高温の温水が供給可能とされている。したがって、この給湯配管１０８の先端に混合水栓等の給湯栓を設けておけば、所望の温度での出湯が可能とされる。

なお、上述した実施形態は本発明の好適な実施態様を示すものであって、本発明はこれらに限定されることなくその範囲内で種々の設計変更が可能である。

たとえば、上述した実施形態では、給湯システムの熱源として、自然冷媒を用いたヒートポンプユニットを用いた場合を示したが、本発明は、熱源で加熱昇温された温水を貯湯タンクに貯湯するタイプの給湯システムであれば、熱源として他の冷媒を用いたヒートポンプユニットやコージェネレーション等を用いることも可能である。

また、上述した実施形態１では、タンク下部の温水回収口Ｄを、水出入口Ｃと兼用するように設けた場合を示したが、もちろん水出入口Ｃとは別に温水回収口Ｄを設けることも可能である。また、貯湯タンク２に設けられる温水回収口Ｄは、高さ方向の位置を異ならせて複数設けられていればよく、図示例のように４箇所限定されるものではない。

なお、上述した実施形態２は、液々熱交換器１０３の負荷として温水暖房器具を用いた場合を示したが、液々熱交換器１０３の負荷としては、実施形態１に示すような風呂追い焚き回路を用いることも可能である。その場合、通常の風呂追い焚きを行うときは、貯湯タンク１０２の上部にある温水取出口Ｇから取り出した温水を液々熱交換器１０３に供給する。そして、たとえば、入浴者に不快感を与えないように緩やかな追い焚きをするような場合には、上記第一および第二の流路切替弁１１２，１１６の流路を切り替えて温水回収口Ｉａからの温水を利用して液々熱交換器１０３を加熱する。つまり、この場合、第一の流路切替弁１１２の流路をｂ−ｃとし、第二の流路切替弁１１６の流路をｄ−ｆとして追い焚きを行う。

本発明に係る給湯システムの一例を示す概略構成図である。 同給湯システムにおける戻り温水の回収手順を説明するための説明図である。 同給湯システムにおける液々熱交換器の二次側の改変例を示す概略構成図である。 同給湯システムの第二の実施形態を示す概略構成図である。

符号の説明

１，１０１ ヒートポンプユニット
２，１０２ 貯湯タンク
３，１０３ 液々熱交換器
４ 混合ヘッダ
５，１０４ コントローラ
１１ａ〜１１ｄ ヘッダ配管
１２ａ〜１２ｄ 流量調整弁
１３ａ〜１３ｄ 温度センサ
２７，１２７ リモコン
１１２ 第一の流路切替弁
１１６ 第二の流路切替弁
Ａ，Ｅ 温水入口
Ｂ，Ｆ，Ｇ 温水取出口
Ｃ，Ｈ 水出入口
Ｄ，Ｉ 温水回収口

Claims (5)

1. ヒートポンプユニットで加熱昇温された温水を貯湯タンクに貯湯するタイプの給湯システムであって、前記貯湯タンクに液々熱交換器に温水を供給するための温水往き配管を有するものにおいて、前記液々熱交換器からの戻り温水を前記貯湯タンクに回収する方法であって、
   前記貯湯タンクに、高さ方向の位置を異ならせて複数の温水回収口を設けておき、
   前記液々熱交換器からの戻り温水を前記貯湯タンクに戻すに際して、前記戻り温水の温度と前記貯湯タンク内の温水の温度分布とをそれぞれ検出し、
   この検出した戻り温水の温度と貯湯タンク内の温水の温度分布とに応じて、前記戻り温水を複数の温水回収口に分配して戻すことを特徴とする戻り温水の回収方法。
2. 前記戻り温水の分配は、前記貯湯タンク内で前記戻り温水の温度に最も近い高低両側の温度成層に所定の分配比率で分配するように設定されることを特徴とする請求項１に記載の戻り温水の回収方法。
3. ヒートポンプユニットで加熱昇温された温水を貯湯タンクに貯湯するタイプの給湯システムであって、前記貯湯タンクに液々熱交換器に温水を供給するための温水往き配管を有するものにおいて、
   前記貯湯タンクに、一般給湯用の温水取出口を兼ねた温水回収口が高さ方向の位置を異ならせて複数設けられ、
   これら各温水回収口が流量調整弁を備えたヘッダ配管を介してそれぞれ混合ヘッダに接続されるとともに、前記液々熱交換器からの温水戻り配管が流量調整弁を介して前記混合ヘッダに接続され、
   前記各温水回収口の近傍にそれぞれ貯湯タンク内の温水の温度を検出するタンク温度センサが配設されるとともに、前記温水戻り配管にも前記戻り温水の温度を検出する戻り温度センサが設けられ、
   前記液々熱交換器からの戻り温水を貯湯タンクに戻すに際して、制御手段が、前記戻り温度センサとタンク温度センサとによって検出される戻り温水の温度と貯湯タンク内の温水の温度分布とに応じて前記戻り温水が複数の温水回収口を通じて貯湯タンクに回収されるように前記流量調整弁を制御する制御構成を備えていることを特徴とする給湯システム。
4. 前記液々熱交換器からの温水戻り配管に設けられる流量調整弁の上流側に前記貯湯タンクに直結されたバイパス配管が設けられるとともに、このバイパス配管に該バイパス配管を流れる戻り温水の流量を調節するバイパス弁が設けられていることを特徴とする請求項３に記載の給湯システム。
5. ヒートポンプユニットで加熱昇温された温水を貯湯タンクに貯湯するタイプの給湯システムにおいて、前記貯湯タンクに液々熱交換器に温水を供給するための温水往き配管を有するものにおいて、
   前記貯湯タンクに、高さ方向の位置を異ならせて２個の温水回収口が設けられ、
   前記温水往き配管が、温水取込経路として２系統の温水取込口を有する第一の流路切替弁の一方の温水取込口に接続されるとともに、該第一の流路切替弁の温水出口が前記液々熱交換器と接続され、
   前記液々熱交換器からの温水戻り配管が、２系統の温水吐出口を備えた第二の流路切替弁の温水入口に接続され、前記温水吐出口の一方が前記第一の流路切替弁の他方の温水取込口と前記貯湯タンクの一方の温水回収口に接続されるとともに、前記温水吐出口の他方が前記貯湯タンクの他方の温水回収口と接続されていることを特徴とする給湯システム。

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