JP4037781B2

JP4037781B2 - 貯湯式給湯装置

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Publication number: JP4037781B2
Application number: JP2003084214A
Authority: JP
Inventors: 誠本間
Original assignee: Corona Corp
Current assignee: Corona Corp
Priority date: 2003-03-26
Filing date: 2003-03-26
Publication date: 2008-01-23
Anticipated expiration: 2023-03-26
Also published as: JP2004293837A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は貯湯タンク内の湯水を熱源とする熱交換器を備えた貯湯式給湯装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来よりこの種のものにおいては、図１２に示すようなものがあった。
ここで、１０１はヒートポンプ回路、１０２は貯湯タンクで、この貯湯タンク１０２下部から取り出した５〜２５℃程度の低温水をヒートポンプ回路１０１で７０〜９０℃程度に加熱して貯湯タンク１０２の上部から積層貯湯していくものである。
【０００３】
前記貯湯タンク１０２には、その下端に給水管１０３が接続され、また上端には出湯管１０４が接続されているものである。１０５は電動ミキシング弁で、出湯管１０４からの高温水と給水管１０３からの低温水をリモコン（図示せず）等で設定された任意の給湯設定温度に混合して給湯栓１０６から出湯するものである。
【０００４】
１０７は暖房あるいは風呂の追焚き／保温の熱源としての熱交換器で、出湯管１０４から分岐した熱交往き管１０８および給水管１０３に合流する熱交戻り管１０９により貯湯タンク１０２と循環可能に接続されており、貯湯タンク１０２内の高温水を熱交換器１０７に流入させて暖房回路あるいは風呂の追焚き／保温回路等の２次側回路（図示せず）の温水を加熱するものである。
【０００５】
そして、貯湯タンク１０２の上部から取り出された高温水は、前記熱交換器１０７で熱交換されて温度低下し、３０〜５０℃程度の中温水となって貯湯タンク１０２の下部から貯湯タンク１０２内に戻るものである。
【０００６】
なお、このような従来の貯湯式給湯装置にかかる公知の刊行物を本願出願人は発見することができないが、貯湯タンク内に貯湯された高温水を熱源として暖房を行うものとして例えば特許文献１が挙げられる。
【０００７】
【特許文献１】
特許２６６３６３７号
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この従来のものでは、熱交換器１０７での熱交換により３０〜５０℃程度の中温水が貯湯タンク１０２に貯まっていくが、この中温水は暖房あるいは追焚きの熱源として利用するには温度が低いため適さず、しかも湯切れするまで給湯を行わないと容量当たりの保有熱量が少ない中温水がいつまでも貯湯タンク１０２内に残留し、貯湯タンク１０２の保有熱量を減らしてしまい貯湯タンク容量の有効利用ができず、さらに貯湯タンク１０２内の水の沸き上げを行う場合、中温水をヒートポンプ回路１０１で再加熱するには温度が高いため効率が悪く、ヒートポンプ式給湯装置のＣＯＰ（エネルギー消費効率）を低下させてしまうという課題があった。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明はこれらの課題を解決するために、請求項１では、給水管が下端部に接続されていると共に貯湯している湯水を流出させる出湯管が上端部に接続されている貯湯タンクと、この貯湯タンク側面上下に複数設けられ貯湯タンク内の湯水の温度を検出する貯湯温度センサと、この貯湯タンク内の湯水を高温に加熱する加熱手段と、前記貯湯タンクの前記給水管よりも高く且つ前記出湯管よりも低い中間位置の上下に設けられている上中温水出湯口および下中温水出湯口と、この上下の中温水出湯口の何れか一方を選択する切換手段と、前記出湯管からの高温水と前記切換手段で選択された中温水出湯口からの湯水とを任意の所定温度に混合する中温水混合弁と、前記中温水混合弁で混合された湯と前記給水管から分岐されたバイパス管からの低温水とを任意の給湯設定温度に混合して給湯させる給湯混合弁と、前記各中温水出湯口高さ近傍の前記貯湯温度センサで検出する温度が入力され、上中温水出湯口高さ近傍の検出温度が第１所定温度以下である場合は前記切換手段を上中温水出湯口側に切換え、下中温水出湯口高さ近傍の検出温度が第１所定温度より低い第２所定温度以下である場合は前記切換手段を上中温水出湯口側に切換え、上中温水出湯口高さ近傍の検出温度が前記第１所定温度以上で且つ下中間水出湯口高さ近傍の検出温度が第２所定温度以上の場合は前記切換手段を下中温水出湯口側に切換えるよう前記切換手段に切換信号を出力する制御手段とを備えたものとした。
【００１０】
これにより、貯湯タンクの中間部の多数の中温水出湯口の何れかから出湯するので、貯湯タンク上部に貯められた高温水を貯めたままで、その下に貯まっている温度の低下した中温水を優先して給湯することができ、しかも、高温水の下に貯まっている中温水の貯められている高さが上下しても、貯湯温度センサを利用して第１所定温度以下、第２所定温度以上の湯水を中温水とみなし、この中温水の貯められた高さに近い中温水出湯口を切換手段により選択して出湯させることが可能で、貯湯タンク内の中温水を余すことなく給湯に用いることが可能となる。
【００１３】
また、請求項２では、前記加熱手段を二酸化炭素冷媒を用いたヒートポンプ回路として超臨界ヒートポンプサイクルを構成すると共に、前記貯湯タンクと前記ヒートポンプ回路とをヒーポン循環回路にて湯水が循環可能に接続し、前記貯湯タンク下部からの湯水を前記ヒートポンプ回路で加熱して前記貯湯タンク上部へ戻すよう構成したものとした。
【００１４】
これにより、貯湯タンク内の中温水は優先的に給湯されて、貯湯タンク下部には給水管からの低温水が貯められることとなるので、必ず低温水から沸き上げることができ、沸き上げの効率が向上しヒートポンプ回路のＣＯＰ（エネルギー消費効率）が良くなるものであると共に、ヒートポンプ回路によって高効率に高温まで沸き上げることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の一実施形態の貯湯式給湯装置を図１〜図１１に基づき説明する。なお、図３〜図１１中の貯湯タンク内にハッチングした斜線は低温水、二重斜線は中温水、三重斜線は高温水を示し、矢印は湯水の流れ方向を示すものである。
【００１６】
この貯湯式給湯装置は、時間帯別契約電力の電力単価が安価な深夜時間帯に湯水を沸き上げて貯湯し、この貯湯した湯水を給湯に用いるもので、１は湯水を貯湯する貯湯タンク２を備えた貯湯タンクユニット、３は貯湯タンク内の湯水を加熱するヒートポンプユニット、４は台所や洗面所等に設けられた給湯栓、５はこの給湯栓４の近傍に設けられた給湯リモコン、６は浴槽、７は浴室に設けられたふろリモコンである。
【００１７】
前記貯湯タンクユニット１の貯湯タンク２は、上端に出湯管８と、下端に給水管９とが接続され、さらに、下部にヒーポン循環回路を構成するヒーポン往き管１０と、上部にヒーポン循環回路を構成するヒーポン戻り管１１とが接続され、前記ヒートポンプユニット３によってヒーポン往き管１０から取り出した貯湯タンク２内の湯水を沸き上げてヒーポン戻り管１１から貯湯タンク２内に戻して貯湯され、給水管９からの給水により貯湯タンク２内の湯水が押し上げられて貯湯タンク２内上部の高温水が出湯管８から押し出されて給湯されるものである。
【００１８】
前記ヒートポンプユニット３は、圧縮機１２と凝縮器としての冷媒−水熱交換器１３と電子膨張弁１４と強制空冷式の蒸発器１５で構成された加熱手段としてのヒートポンプ回路１６と、貯湯タンク２内の湯水を前記ヒーポン往き管１０およびヒーポン戻り管１１を介して冷媒−水熱交換器１３に循環させるヒーポン循環ポンプ１７と、それらの駆動を制御するヒーポン制御部１８とを備えており、ヒートポンプ回路１６内には冷媒として二酸化炭素が用いられて超臨界ヒートポンプサイクルを構成しているものである。なお、冷媒に二酸化炭素を用いているので、低温水を電熱ヒータなしで約９０℃の高温まで沸き上げることが可能なものである。
【００１９】
ここで、前記冷媒−水熱交換器１３は冷媒と被加熱水たる貯湯タンク２内の湯水とが対向して流れる対向流方式を採用しており、超臨界ヒートポンプサイクルでは熱交換時において冷媒は超臨界状態のまま凝縮されるため効率良く高温まで被加熱水を加熱することができ、被加熱水の冷媒−水熱交換器１３入口温度と冷媒の出口温度との温度差が一定になるように前記減圧器１４または圧縮機１２を制御することで、被加熱水の冷媒−水熱交換器１３の入口温度が５〜２０℃程度の低い温度であるとＣＯＰ（エネルギー消費効率）が３．０以上のとても良い状態で被加熱水を加熱することが可能なものである。
【００２０】
１９は前記浴槽６の湯水を加熱するための熱交換器で、その一次側には貯湯タンク２上部に接続された高温水往き管２０と貯湯タンク２下部に接続された中温水戻り管２１とが接続されて熱交循環回路２２を構成し、中温水戻り管２１途中に設けられた熱交循環ポンプ２３の作動により貯湯タンク２から取り出した高温水を熱交換器１９に循環させ、熱交換により温度低下した中温水を再び貯湯タンク２内に戻すものである。
【００２１】
前記熱交換器１９の二次側には、浴槽６の湯水を循環可能にふろ往き管２４とふろ戻り管２５より構成されるふろ循環回路２６が接続され、ふろ戻り管２５途中に設けられたふろ循環ポンプ２７の作動により浴槽６の湯水が熱交換器１９に循環されて、一次側の高温水により加熱されて浴槽６内の湯水の保温あるいは追焚きが行われるものである。なお、２８はふろ戻り管２５を循環する浴槽６の湯水の温度を検出するふろ温度センサである。
【００２２】
次に、２９は前記中温水戻り管２１より高く前記出湯管８より低い貯湯タンク２の中間位置に接続された中温水出湯管で、前記熱交換器１９で二次側と熱交換して温度低下した中温水を貯湯タンク２から出湯するものである。
【００２３】
３０は、前記中温水出湯管２９の下流に設けられた中温水混合弁で、貯湯タンク２中間位置付近の中温水と貯湯タンク２上端に接続された出湯管８からの高温水とを、その下流の第１出湯管３１に設けた出湯温度センサ３２で検出する湯温が、給湯リモコン５またはふろリモコン７でユーザーが設定した給湯設定温度またはふろ設定温度（第２給湯設定温度）より一定温度高い温度である任意の所定温度になるように混合比率を制御するものである。
【００２４】
ここで、前記中温水出湯管２９は切換手段たる出湯口切換弁３３を介して貯湯タンク２の中間位置の上下に設けられた上中温水出湯口３４と下中温水出湯口３５に接続され、出湯口切換弁３３によって何れか一方の出湯口から貯湯タンク２の中間位置付近に貯められている中温水を中温水混合弁３０に向けて出湯するものである。
【００２５】
次に、３７は第１出湯管３１からの湯水と給水管９から分岐された第１バイパス管３８からの低温水を混合する電動ミキシング弁より構成された給湯混合弁であり、その下流の給湯管３９に設けた給湯温度センサ４０で検出した湯温が給湯リモコン５またはふろリモコン７でユーザーが設定した給湯設定温度になるように混合比率を制御するものである。
【００２６】
また、４１は前記第１出湯管３１から分岐された第２出湯管４２からの湯水と、給水管９から分岐された第２バイパス管４３からの低温水とを混合する電動ミキシング弁より構成されたふろ混合弁であり、その下流側の前記ふろ循環回路２６に連通された第２給湯端たる湯張り管４４に設けた湯張り温度センサ４５で検出した湯温がふろリモコン７でユーザーが設定したふろ設定温度になるように混合比率を制御するものである。
【００２７】
そして、前記湯張り管４４には、ふろ循環回路２６を介した浴槽６への湯張りの開始／停止を行う湯張り弁４６と、浴槽６への湯張り量をカウントするふろ流量カウンタ４７が設けられているものである。
【００２８】
次に、４８は貯湯タンク２の上下方向に複数個配置された貯湯温度センサで、この実施形態では５つの貯湯温度センサが配置され上から４８ａ、４８ｂ、４８ｃ、４８ｄ、４８ｅと呼び、この貯湯温度センサ４８が検出する温度情報によって、貯湯タンク２内にどれだけの熱量が残っているかを検知し、そして貯湯タンク２内の上下方向の温度分布を検知するものである。
【００２９】
前記給湯リモコン５およびふろリモコン７には、給湯設定温度を設定する給湯温度設定スイッチ４９、５０、およびふろ設定温度を設定するふろ温度設定スイッチ５１、５２がそれぞれ設けられていると共に、浴槽６へふろ設定温度の湯をふろリモコン７の湯張り量設定スイッチ（図示せず）で設定された湯張り量だけ湯張りし所定時間保温させるふろ自動スイッチ５３、５４がそれぞれ設けられているものである。
【００３０】
５５は貯湯タンクユニット１内の各センサの入力を受け各アクチュエータの駆動を制御するマイコンを有した給湯制御部で、機能の１つとして前記貯湯温度センサ４８で検出する各温度に応じて前記出湯口切換弁３３を上下の中温水出湯口３４、３５の何れか一方側に切換えるよう前記出湯口切換弁３３に切換信号を出力するプログラムが組まれているものである。この給湯制御部５５に前記給湯リモコン５およびふろリモコン７が無線または有線により接続されユーザーが任意の給湯設定温度およびふろ設定温度を設定できるようにしているものである。
【００３１】
なお、５６は貯湯タンク２の過圧を逃す過圧逃し弁、５７は給水の温度を検出する給水温度センサ、５８は給水の圧力を減圧する減圧弁、５９は給湯する湯水の量をカウントする給湯流量カウンタである。
【００３２】
ここで、前記給湯制御部５５による前記出湯口切換弁３３の切換動作について図２に基づき説明すると、前記給湯制御部５５には上中温水出湯口３４の高さ位置と近い高さ位置に配置されている貯湯温度センサ４８ｃで検出する温度と下中温水出湯口３５の高さ位置と近い高さ位置に配置されている貯湯温度センサ４８ｄで検出する温度とが入力され、ステップ１で貯湯温度センサ４８ｃで検出する温度Ｔｃが第１所定温度（ここでは高温水とみなせる６０℃）以上かどうかを判定し、Ｔｃが第１所定温度以上であるならば上中温水出湯口３４の高さ付近には高温水があるとみなし、ステップ２で貯湯温度センサ４８ｄで検出する温度Ｔｄが第２所定温度（ここでは中温水とみなせる給水温度＋１０℃）以上かどうかを判定し、Ｔｄが第２所定温度以上であるならば下中温水出湯口３５の高さ付近には中温水があるとみなし、ステップ３で出湯口切換弁３３を下中温水出湯口３５側に切換えるよう切換信号を出力し、また、ステップ１で貯湯温度センサ４８ｃで検出する温度Ｔｃが第１所定温度以下であった場合は、上中温水出湯口３４の高さ付近に中温水があるとみなし、ステップ４で出湯切換弁３３を上中温水出湯口３４側に切換えるよう切換信号を出力し、また、ステップ２で貯湯温度センサ４８ｄで検出する温度Ｔｄが第２所定温度以下であった場合は、下中温水出湯口３５の高さ付近に低温水があるとみなし、ステップ４で出湯切換弁３３を上中温水出湯口３４側に切換えるよう切換信号を出力するようにしている。
【００３３】
次に、この一実施形態の作動を説明する。
まず、図３に示す沸き上げ運転について説明すると、深夜電力時間帯になって貯湯温度センサ４８が貯湯タンク２内に翌日に必要な熱量が残っていないことを検出すると、給湯制御部５５はヒーポン制御部１８に対して沸き上げ開始指令を発する。指令を受けたヒーポン制御部１８は圧縮機１２を起動した後にヒーポン循環ポンプ１７を駆動開始し、貯湯タンク２下部に接続されたヒーポン往き管１０から取り出した５〜２０℃程度の低温水を冷媒−水熱交換器１３で７０〜９０℃程度の高温に加熱し、貯湯タンク２上部に接続されたヒーポン戻り管１１から貯湯タンク２内に戻し、貯湯タンク２の上部から順次積層して高温水を貯湯していく。貯湯温度センサ４８が必要な熱量が貯湯されたことを検出すると、給湯制御部５５はヒーポン制御部１８に対して沸き上げ停止指令を発し、ヒーポン制御部１８は圧縮機１２を停止すると共にヒーポン循環ポンプ１７も停止して沸き上げ動作を終了するものである。
【００３４】
次に、図４に示す給湯運転について説明すると、給湯栓４を開くと、給水管９からの給水が貯湯タンク２内に流れ込む。そしてこのとき、貯湯タンク２内には沸き上げられた高温水が満たされているので、給湯制御部５５によって中温水切換弁３３が下中温水出湯口３４側に切換えられて、下中温水出湯口３４から中温水出湯管２９を介して中温水混合弁３０へ高温水が押し出される。なお、貯湯タンク２内には上部に高温水、下部に低温水が貯められているが、その温度差により比重差が発生し、温度境界層を形成して比重の軽い高温水が上部に、比重の重い低温水が下部に位置するので、互いに混じり合うことはないものである。
【００３５】
ここで、給湯制御部５５は中温水出湯管２９からの湯水と出湯管８からの湯水を混合して中温水混合弁３０にて給湯リモコン５またはふろリモコン７で設定された給湯設定温度より一定温度以上高い温度となるように中温水混合弁３０を適当な比率に調整する。なお、ここでは、中温水出湯管２９から流入する湯が高温で給湯設定温度より高いため、中温水混合弁３０の出湯管８側を閉じることとなる。
【００３６】
そして、中温水混合弁３０から流出した湯は第１出湯管３１を介して給湯混合弁３６へ流入し、第１バイパス管３８からの低温水と混合され、給湯制御部５５が給湯混合弁３６の混合比率を調整し給湯設定温度の湯が給湯栓４から給湯される。そして、給湯栓４の閉止によって給湯が終了するものである。
【００３７】
ここで、給湯により高温水が消費されて貯湯温度センサ４８ｃが第１所定温度以上で貯湯温度センサ４８ｄが第２所定温度以下を検出すると、図５に示すように給湯制御部５５が出湯口切換弁３３を上中温水出湯口３４側に切換え、上中温水出湯口３４から高温水を出湯するようにしている。
【００３８】
また、前記中温水混合弁３０は給湯設定温度よりも一定温度以上高い温度の湯を第１出湯管３１に供給するようにしているので、上中温水出湯口３４および下中温水出湯口３５から出湯する湯水の温度が給湯設定温度よりも低い場合は、図６に示すように給湯制御部５５により中温水混合弁３０の混合比率が調整されて出湯管８からの高温水を用いて給湯設定温度よりも一定温度高い温度の湯を第１出湯管３１に供給するようにし、貯湯タンク２の中間位置からの出湯を優先し、貯湯タンク２の上部に貯められている高温水の使用を最小限に留め、熱源となる高温水をより多く確保することが可能となる。
【００３９】
次に、図７に示す浴槽６への湯張り運転について説明すると、給湯リモコン５またはふろリモコン７のふろ自動スイッチ５３、５４の何れかが操作されると、給湯制御部５５が湯張り弁４６を開弁する。そして、給水管９からの給水が貯湯タンク２内に流れ込む。そしてこのとき、貯湯温度センサ４８ｃが第１所定温度以上で貯湯温度センサ４８ｄが第２所定温度以上を検出し、給湯制御部５５によって中温水切換弁３３が下中温水出湯口３５側に切換えられて、下中温水出湯口３５から中温水出湯管２９を介して中温水混合弁３０へ高温水が押し出される。
【００４０】
ここで、給湯制御部５５はふろ自動スイッチ５３、５４の入力を受けると、中温水出湯管２９からの湯水と出湯管８からの湯水を混合して中温水混合弁３０にて給湯リモコン５またはふろリモコン７で設定されたふろ設定温度より一定温度以上高い温度となるように中温水混合弁３０を適当な比率に調整するようにしている。なお、ここでは、中温水出湯管２９から流入する湯が高温でふろ設定温度より高い温度であるため、中温水混合弁３０の出湯管８側を閉じることとなる。
【００４１】
そして、中温水混合弁３０から流出した湯は第２出湯管４２へ出湯される。そして第２出湯管４２からの高温水はふろ混合弁４１へ流入し、第２バイパス管４３からの低温水と混合され、給湯制御部５５がふろ混合弁４１の混合比率を調整し、ふろ設定温度の湯が湯張り管４４からふろ循環回路２６を介して浴槽６へ湯張りされる。
【００４２】
そして、湯張り管４４途中に設けられたふろ流量カウンタ４７が所定の湯張り量をカウントすると給湯制御部５５が湯張り弁４６を閉弁して湯張り運転を終了し、中温水混合弁３０での任意の混合温度を給湯設定温度よりも一定温度高い温度となるようにするものである。
【００４３】
次に、図８に示すふろの保温運転あるいは追焚き運転について説明すると、前記の浴槽６への湯張り運転に引き続き、給湯制御部５５は一定時間毎にふろ循環ポンプ２７を駆動し、浴槽６内の湯温をふろ温度センサ２８により検出する。そしてふろ温度センサ２８の検出する温度がふろ設定温度より所定値以上低下していると、給湯制御部５５は熱交循環ポンプ２３およびふろ循環ポンプ２６を駆動開始し、高温水往き管２０から取り出した高温水を熱交換器１９に流入させ、二次側の浴槽水と熱交換させふろの保温運転あるいは追焚き運転を行う。そして、熱交換により温度低下した中温水が中温水戻り管２１を介して貯湯タンク２下部に戻り、高温水と入れ替わる形で高温水と中温水の境界面を押し上げるようにして中温水が貯湯されるものである。なお、貯湯タンク２内には上部に高温水、中間部に中温水、下部に低温水が貯められているが、その温度差が２０℃程度あれば比重差が発生し、温度境界層を形成して比重の軽い高温水が上部に、中間の中間水が中間部に、比重の重い低温水が下部に位置するので、互いに混じり合うことはないものである。
【００４４】
そして、二次側では、熱交換器１９にて加熱された浴槽水が浴槽６へ戻って浴槽６内を昇温し、ふろ温度センサ２８で検出する温度がふろ設定温度に達すると、給湯制御部５５は熱交循環ポンプ２３およびふろ循環ポンプ２６を駆動停止して保温運転あるいは追焚き運転を停止する。
【００４５】
次に、貯湯タンク２内に中温水が貯められた後の給湯運転について説明する。図９に示すように、上中温水出湯口３４付近に高温水が貯められて下中温水出湯口３５付近に中温水が貯められている場合には、貯湯温度センサ４８ｃが第１所定温度以上を検出し、貯湯温度センサ４８ｄが第２所定温度以上を検出しているので、給湯制御手段５５により出湯口切換弁３３は下中温水出湯口３５側に切換えられ、給湯混合水栓３の開栓により、給水管９からの給水が貯湯タンク２内に流れ込むと同時に、下中温水出湯口３５から中温水が押し出されて中温水出湯管２９を介して中温水混合弁３０へ流入する。
【００４６】
ここで、下中温水出湯口３５から押し出される湯水の温度が給湯設定温度よりも低い場合は、中温水混合弁３０の混合比率が調整されて貯湯タンク２上端部の出湯管８からの高温水と混合されて給湯設定温度より一定温度高い温度の湯を供給するようにしている。
【００４７】
そして、中温水混合弁３０から流出した湯は第１出湯管３１を介して給湯混合弁３６へ流入し、第１バイパス管３８からの低温水と混合され、給湯制御部５５が給湯混合弁３６の混合比率を調整し給湯設定温度の湯が給湯栓４から給湯される。そして、給湯栓４の閉止によって給湯が終了するものである。
【００４８】
ここで、図１０に示すように、上中温水出湯口３４付近に中温水が貯められて下中温水出湯口３５付近に低温水が貯められている場合には、貯湯温度センサ４８ｃが第１所定温度以下を検出しているので、給湯制御部５５が出湯口切換弁３３を上中温水出湯口３４側に切換え、上中温水出湯口３４から中温水を出湯するようにしている。よって、下中温水出湯口３５付近に高温水あるいは中温水が貯められている場合には下中温水出湯口３５から出湯し、下中温水出湯口３５付近に給水管９からの低温水が貯められている場合は上中温水出湯口３４から出湯されることとなり、貯湯タンク２内の中温水を余すことなく給湯に用いることが可能となるものである。
【００４９】
また、前記中温水混合弁３０は給湯設定温度よりも一定温度以上高い温度の湯を第１出湯管３１に供給するようにしているので、上中温水出湯口３４および下中温水出湯口３５から出湯する湯水の温度が給湯設定温度よりも低い場合は、給湯制御部５５により中温水混合弁３０の混合比率が調整されて出湯管８からの高温水を用いて給湯設定温度よりも一定温度高い温度の湯を第１出湯管３１に供給するようにし、貯湯タンク２の中間位置からの出湯を優先し、貯湯タンク２の上部に貯められている高温水の使用を最小限に留め、熱源となる高温水をより多く確保することが可能となる。
【００５０】
次に、図１１に示す給湯動作中に湯張り運転が開始されるかまたは湯張り運転中に給湯動作が開始される同時給湯時は、給湯制御部５５が給湯設定温度とふろ設定温度を比較し、高い方の温度よりも一定温度高い温度を中温水混合弁３０での任意の所定温度とするようにしている。
【００５１】
このように、その時々の任意の給湯設定温度に応じて熱源として利用した中温水を可能な限り多く使って給湯を行うことができ、給湯が行われていない側の給湯設定温度が高い場合であっても、中温水混合弁で混合される任意の所定温度を、給湯設定温度の実際に給湯されている側の給湯設定温度よりも一定温度高い温度としているので、中温水を可能な限り多く使って給湯を行うことができると共に、複数の給湯端から同時給湯の要求がある時であっても、中温水を有効に使いつつ、各々の設定温度の湯を同時に給湯できるもので、熱源となる高温水を無駄に使用することを抑制して熱源としての能力を多く確保できるものである。
【００５２】
なお、前記中温水戻り管２１は貯湯タンク２最下端の給水管９および下部のヒーポン往き管１０よりも高い位置に接続されているため、貯湯タンク２内に熱源として使われた中温水が戻されても、給湯の使用により貯湯タンク２下端から給水管からの低温水が流入することで貯湯タンク２の最下端には低温水が確保されることとなり、次回の沸き上げの際には必ず低温水から沸き上げることができるという効果がある。
【００５３】
また、上中温水出湯口３４および下中温水出湯口３５が中温水戻り管２１よりも高い位置に設けられているので、中温水戻り管２１と上中温水出湯口３４および下中温水出湯口３５との間にある程度の容量を確保でき、熱交換器１９で温度低下した中温水をその容量分だけ一時的に貯めておくことができることとなり、中温水出湯管２９から出湯させることができない中温水を極力少なくすることができるもので、しかも、上中温水取出し口３４及び下中温水取出し口３５を上下に設けているため、下中温水取出し口３５よりも上に中温水が貯められても、上中温水取出し口３４で中温水を出湯させることができ、熱源として利用されてできた中温水を貯湯タンク２内に無駄に貯めてしまうことなく給湯に有効に利用することができる。
【００５４】
ここで、もし中温水戻り管２１と上中温水出湯口３４または下中温水出湯口３５とが同じ高さにあった場合には、中温水が中温水戻り管２１より高い位置に貯められてしまう場合があり、これを中温水戻り管２１と同じ高さにある上中温水出湯口３４または下中温水出湯口３５から取り出すことができないため、中温水が発生すると全く同時にこの中温水を給湯に用いる必要があり、さもなければ多量に給湯を行って中温水が貯湯タンク２上端部に接続された出湯管８にまで押し上げられるまで貯湯タンク２内に中温水が貯湯されてしまうこととなる。しかし、この一実施形態では上記のように中温水戻り管２１よりも高い位置に上中温水出湯口３４または下中温水出湯口３５が設けられているため、この高さの差分の容量だけ中温水の発生から利用までの容量的あるいは時間的余裕ができ、中温水をある程度の容量分発生させてから時間的間隔をおいて給湯を行っても中温水を給湯に用いることができる効果がある。
【００５５】
このように、給湯の際に熱源として利用された中温水を高温水よりも優先して貯湯タンク２の途中から取り出して給湯するので、高温水を給湯しきるまで中温水を給湯できないと行った不具合がなく、給湯を行う度に貯湯タンク２内の中温水が減って給水管９からの低温水に入れ替わって、深夜の沸き上げ動作を行う時には沸き上げ効率の悪い中温水ではなく、温度の低い低温水をヒートポンプ回路１６で沸き上げることとなり、沸き上げの効率が向上しヒートポンプ式給湯装置としてのＣＯＰ（エネルギー消費効率）が良くなるものである。
【００５６】
なお、この一実施形態では、熱交換器１９と熱交循環ポンプ２３とふろ循環ポンプ２７とを貯湯タンクユニット１内に設けているが、貯湯タンクユニット１とは別体のユニット体に設けるようにしても良く、本発明の要旨を変更しない範囲での実施形態の変更をすることを妨げるものではない。
【００５７】
また、この一実施形態では、熱交換器１９の二次側にふろ循環回路２６を設けているが、床暖房パネルや温水式温風暖房器や温水式パネルコンベクタ、温水式パネルラジエータ等の暖房循環回路を設けても良く、要は貯湯タンク１６内の高温水の熱を熱交換器１９で熱交換して利用する熱機器であれば何でも良いものである。
【００５８】
さらに、貯湯タンク２内の湯水を加熱する手段としてヒートポンプ回路１６を例示しているが、これに限られず、貯湯タンク２内に直接配置した電熱ヒータや、貯湯タンク２内の湯水を循環させて電熱ヒータで加熱するようにしても良いものである。
【００５９】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、貯湯タンクの中間部上下の中間出湯口の何れかから出湯するので、貯湯タンク上部に貯められた高温水を貯めたままで、その下に貯まっている温度の低下した中温水を優先して給湯することができ、しかも、高温水の下に貯まっている中温水の貯められている高さが上下しても、貯湯温度センサを利用して中温水の貯められた高さに近い中温水出湯口を切換手段により選択して出湯させることが可能で、貯湯タンク内の中温水を余すことなく給湯に用いることが可能となる。
【００６０】
また、貯湯タンク内の中温水は優先的に給湯されて、貯湯タンク下部には給水管からの低温水が貯められることとなるので、必ず低温水から沸き上げることができ、沸き上げの効率が向上しヒートポンプ回路のＣＯＰ（エネルギー消費効率）が良くなるものであると共に、ヒートポンプ回路によって高効率に高温まで沸き上げることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の概略構成図。
【図２】同一実施形態の切換手段の切換え方を説明するフローチャート。
【図３】同一実施形態の沸き上げ運転の作動を説明する図。
【図４】同一実施形態の給湯運転の作動を説明する図。
【図５】同一実施形態の給湯運転の作動を説明する図。
【図６】同一実施形態の給湯運転の作動を説明する図。
【図７】同一実施形態の湯張り運転の作動を説明する図。
【図８】同一実施形態の保温／追焚き運転の作動を説明する図。
【図９】同一実施形態の貯湯タンク内に中温水が存在する場合の給湯運転の作動を説明する図。
【図１０】同一実施形態の貯湯タンク内に中温水が存在する場合の給湯運転の作動を説明する図。
【図１１】同一実施形態の貯湯タンク内に中温水が存在する場合の給湯／湯張り同時運転の作動を説明する図。
【図１２】従来の貯湯式給湯装置の概略構成図。
【符号の説明】
２貯湯タンク
８出湯管
９給水管
１０ヒーポン往き管（ヒーポン循環回路）
１１ヒーポン戻り管（ヒーポン循環回路）
１６ヒートポンプ回路（加熱手段）
３０中温水混合弁
３３出湯口切換弁（切換手段）
３４上中温水出湯口
３５下中温水出湯口
３７給湯混合弁
３８第１バイパス管
４８ａ〜ｅ貯湯温度センサ
５５給湯制御部（制御手段）

Claims

給水管が下端部に接続されていると共に貯湯している湯水を流出させる出湯管が上端部に接続されている貯湯タンクと、この貯湯タンク側面上下に複数設けられ貯湯タンク内の湯水の温度を検出する貯湯温度センサと、この貯湯タンク内の湯水を高温に加熱する加熱手段と、前記貯湯タンクの前記給水管よりも高く且つ前記出湯管よりも低い中間位置の上下に設けられている上中温水出湯口および下中温水出湯口と、この上下の中温水出湯口の何れか一方を選択する切換手段と、前記出湯管からの高温水と前記切換手段で選択された中温水出湯口からの湯水とを任意の所定温度に混合する中温水混合弁と、前記中温水混合弁で混合された湯と前記給水管から分岐されたバイパス管からの低温水とを任意の給湯設定温度に混合して給湯させる給湯混合弁と、前記各中温水出湯口高さ近傍の前記貯湯温度センサで検出する温度が入力され、上中温水出湯口高さ近傍の検出温度が第１所定温度以下である場合は前記切換手段を上中温水出湯口側に切換え、下中温水出湯口高さ近傍の検出温度が第１所定温度より低い第２所定温度以下である場合は前記切換手段を上中温水出湯口側に切換え、上中温水出湯口高さ近傍の検出温度が前記第１所定温度以上で且つ下中間水出湯口高さ近傍の検出温度が第２所定温度以上の場合は前記切換手段を下中温水出湯口側に切換えるよう前記切換手段に切換え信号を出力する制御手段とを備えたことを特徴とする貯湯式給湯装置。
前記加熱手段を二酸化炭素冷媒を用いたヒートポンプ回路として超臨界ヒートポンプサイクルを構成すると共に、前記貯湯タンクと前記ヒートポンプ回路とをヒーポン循環回路にて湯水が循環可能に接続し、前記貯湯タンク下部からの湯水を前記ヒートポンプ回路で加熱して前記貯湯タンク上部へ戻すよう構成したことを特徴とする請求項１記載の貯湯式給湯装置。