(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-10-01
(45)【発行日】2024-10-09
(54)【発明の名称】給湯システム
(51)【国際特許分類】
F24H 4/02 20220101AFI20241002BHJP
F24H 1/18 20220101ALI20241002BHJP
F24H 15/225 20220101ALI20241002BHJP
F24H 15/305 20220101ALI20241002BHJP
F24H 15/375 20220101ALI20241002BHJP
【ＦＩ】
F24H4/02 F
F24H1/18 B
F24H15/225
F24H15/305
F24H15/375
【請求項の数】
5
(21)【出願番号】P 2021094086
(22)【出願日】2021-06-04
(65)【公開番号】P2022186061
(43)【公開日】2022-12-15
【審査請求日】2023-12-01
(73)【特許権者】
【識別番号】000148357
【氏名又は名称】株式会社前川製作所
(74)【代理人】
【識別番号】100165179
【弁理士】
【氏名又は名称】田▲崎▼ 聡
(74)【代理人】
【識別番号】100175824
【弁理士】
【氏名又は名称】小林 淳一
(74)【代理人】
【識別番号】100211122
【弁理士】
【氏名又は名称】白石 卓也
(72)【発明者】
【氏名】赤石 拓也
【審査官】大谷 光司
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１３－１７０７５０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１６－０３１１９９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００８－１２８５２７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１４－１１９２２９（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｆ２４Ｈ １５／００ － １５／４９３
Ｆ２４Ｈ ４／０２
Ｆ２４Ｈ １／１８
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
下端口、下位中間口、上位中間口、および上端口を順に備えた密閉型の貯湯槽と、入口と出口を有し、前記入口から供給された原水を加熱して前記出口から流出させるヒートポンプと、
流路を切り替えるための第１弁、第２弁、第３弁、および混合弁と、
給水源に接続可能とされ、前記貯湯槽の前記下端口、前記ヒートポンプの前記入口、および前記第１弁の一端をつなぐ給水管と、
前記ヒートポンプの前記出口、前記貯湯槽の前記上端口、および前記混合弁の第１ポートをつなぐ熱水管と、
前記第１弁の他端、前記第２弁の一端、前記第３弁の一端、および前記混合弁の第２ポートをつなぐ冷水管と、
前記第２弁の他端および前記貯湯槽の前記上位中間口をつなぐ中温管と、
前記混合弁の第３ポート、温水を供給すべき給湯設備、前記第３弁の他端、および前記貯湯槽の前記下位中間口をつなぐ供給管と、
前記貯湯槽の内部の温度分布に対応する信号を出力する温度センサーと、
前記温度センサーからの前記信号を受けて、前記第１弁、前記第２弁、前記第３弁、および前記ヒートポンプを制御する制御装置とを具備し、
前記制御装置は、前記温度センサーからの前記信号に対応して、下記の運転モード（Ａ）～（Ｆ）のいずれかを選択可能にプログラムされていることを特徴とする給湯システム。
（Ａ）循環／ＨＰ熱源モード
前記給水管からの原水の供給を停止し、前記ヒートポンプを稼働し、前記第1弁を閉じ、前記第２弁を閉じ、前記第３弁を開くことにより、前記貯湯槽の前記下端口から前記貯湯槽内の冷水を前記ヒートポンプへ供給し、前記ヒートポンプで加熱された熱水の一部を前記熱水管を通じて前記上端口から前記貯湯槽へ流入させるとともに、前記熱水の残部を前記混合弁を通じて前記供給管からの戻り温水の一部と混合して前記供給管へ供給し、前記供給管からの戻り温水の残部を前記下位中間口から前記貯湯槽内に戻す。
（Ｂ）循環／高温水＋中温水熱源モード
前記給水管からの原水の供給を停止し、前記ヒートポンプを停止し、前記第1弁を閉じ、前記第２弁を開き、前記第３弁を閉じることにより、前記貯湯槽の前記上端口から前記貯湯槽内の熱水を前記混合弁を通じて前記上位中間口から流出した前記貯湯槽内の温水と混合して前記供給管へ供給するとともに、前記供給管からの戻り温水を前記下位中間口を通じて前記貯湯槽内へ戻す。
（Ｃ）給湯／ＨＰ＋高温水熱源モード
前記給水管から原水を供給し、前記ヒートポンプを稼働し、前記第1弁を開き、前記第２弁を閉じ、前記第３弁を開くことにより、前記給水管から供給された原水を前記ヒートポンプ、前記下端口、および前記冷水管へ供給し、前記ヒートポンプで加熱された熱水を前記上端口から流出する熱水と混合して前記混合弁へ導き、前記冷水管からの原水および前記供給管からの戻り温水の一部と混合して前記供給管へ供給し、前記供給管からの戻り温水の残部を前記下位中間口から前記貯湯槽内に戻す。
（Ｄ）給湯／ＨＰ＋中温水熱源モード
前記給水管から原水を供給し、前記ヒートポンプを稼働し、前記第1弁を閉じ、前記第２弁を開き、前記第３弁を閉じることにより、前記給水管から供給された原水を前記ヒートポンプおよび前記下端口へ供給し、前記ヒートポンプで加熱された熱水の一部を前記上端口から前記貯湯槽へ流入させるとともに、前記熱水の残部を前記混合弁を通じて前記上位中間口から流出した温水と混合して前記供給管へ供給し、前記供給管からの戻り温水を前記下位中間口から前記貯湯槽内に戻す。
（Ｅ）給湯／高温水＋中温水熱源モード
前記給水管から前記下端口を通じて前記貯湯槽内に原水を供給し、前記ヒートポンプを停止し、前記第1弁を閉じ、前記第２弁を開き、前記第３弁を閉じることにより、前記貯湯槽の前記上端口から前記貯湯槽内の熱水を流出させ、この熱水を前記混合弁を通じて前記上位中間口から流出した前記貯湯槽内の温水と混合して前記供給管へ供給するとともに、前記供給管からの戻り温水を前記下位中間口を通じて前記貯湯槽内へ戻す。
（Ｆ）給湯／ＨＰ熱源モード
前記給水管から原水を供給し、前記ヒートポンプを稼働し、前記第1弁を開き、前記第２弁を閉じ、前記第３弁を開くことにより、前記給水管から供給された原水を前記ヒートポンプおよび前記冷水管へ供給し、前記ヒートポンプで加熱された熱水の一部を前記上端口から前記貯湯槽へ流入させるとともに、前記熱水の残部を前記混合弁を通じて前記冷水管からの原水および前記供給管からの戻り温水の一部と混合して前記供給管へ供給し、前記供給管からの戻り温水の残部を前記下位中間口から前記貯湯槽内に戻す。
【請求項2】
前記温度センサーは、前記下位中間口に対応する位置での水温を測定する下位中間温度センサーと、前記貯湯槽の前記上位中間口に対応する位置での水温を測定する上位中間温度センサーとを具備することを特徴とする請求項１に記載の給湯システム。
【請求項3】
前記温度センサーは、前記貯湯槽の前記下端口に対応する位置での水温を測定する下端部温度センサーと、前記上端口に対応する位置での水温を測定する上端部温度センサーとをさらに具備することを特徴とする請求項２に記載の給湯システム。
【請求項4】
前記供給管を通じて供給される温水の温度を測定する供給温度センサーと、前記供給温度センサーの信号を受けて、前記混合弁の前記第１ポートから第３ポートに到る弁開度、および前記混合弁の前記第２ポートから第３ポートに到る弁開度を制御する温度制御装置を具備することを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の給湯システム。
【請求項5】
前記貯湯槽は、低温貯湯槽、中温貯湯槽、高温貯湯槽を有し、前記低温貯湯槽の下端に前記下端口が形成され、
前記低温貯湯槽の上端と前記中温貯湯槽の下端がつながれて前記下位中間口が形成され、
前記中温貯湯槽の上端と前記高温貯湯槽の下端がつながれて前記上位中間口が形成され、
前記高温貯湯槽の上端に前記上端口が形成され、
前記温度センサーは、少なくとも前記中温貯湯槽の内部の温度分布に対応する信号を出力することを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の給湯システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ヒートポンプ（以下「ＨＰ」ともいう）および密閉型の貯湯槽を備えた給湯システムに関する。
【背景技術】
【0002】
給湯システムとして、二酸化炭素を熱媒として用いたヒートポンプで水を加熱し、得られた温水を密閉型の貯湯槽に温度成層を形成しつつ貯留して、給湯に用いるものが従来から知られており、ヒートポンプの利用により運転コストが安く、しかも、熱水を空気に触れさせずに貯留できることから衛生的である。
【0003】
例えば、特許文献１に記載された給湯システムは、密閉型の貯湯槽と、貯湯槽内の湯水を加熱するヒートポンプと、貯湯槽内の中間温度の残湯量を検出する残湯センサーと、貯湯槽の中部出湯口からの湯水と給水管からの水道水とを混合する第１の混合弁と、第１の混合弁を経由した湯と上部出湯口からの湯水とを混合する第２の混合弁と、端末から出湯する湯水の温度を設定する温度設定手段とを備えており、貯湯槽の上部出湯口近傍口から暖房用熱交換器に熱水を送り、暖房用熱交換器からの戻り温水を貯湯槽の下部に形成された下部戻し口から戻している。
【0004】
特許文献２の給湯システムは、密閉型の貯湯槽と、その下部から給水可能かつヒートポンプに接続された給水管と、貯湯槽の下部から取り出した低温水をヒートポンプで加熱して貯湯槽の上部に戻す加熱管と、一端が貯湯槽の上部に接続され他端が混合弁に接続された高温水配管と、一端が貯湯槽の中間部に接続され他端が混合弁に接続された中温水配管と、一端が混合弁に接続され他端が給湯先に接続された給湯管と、一端が給水管から分岐し、他端が中温水配管に接続された給水分岐管とを備えている。給湯管には、温水の温度を検出する給湯温度センサーが設けられ、給湯先に供給される給湯の温度が設定温度になるように、混合弁の開度を制御する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】特許第４４０３９８３号公報
【文献】特許第６３５１１０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
特許文献１の給湯システムは、熱水が供給される暖房用熱交換器からの戻り温水を貯湯槽の下部に形成された下部戻し口から貯湯槽内に戻しているが、この構成では貯湯槽の下端から暖まった水がヒートポンプへ供給されるため、ヒートポンプへの供給水とヒートポンプから出力すべき熱水との温度差が小さくなり、ヒートポンプにおける成績係数（ＣＯＰ）が悪化するという問題がある。特に、二酸化炭素を熱媒として用いるヒートポンプでは、温水入口と温水出口の温度差が大きければ高い効率で運転できるが、温度差が小さくなるに従い加熱効率が低下する。給湯システムにヒートポンプを利用する際はヒートポンプの成績係数により給湯システムの効率が左右されるため、ヒートポンプ性能が低い小温度差での運転をなるべく減らせるようにシステムを構築することが重要になる。
【0007】
また、特許文献２の給湯システムは、比較的小規模な給湯設備を対象としているため、供給管を流れる温水を常に循環させて給湯温度を安定化しつつ、戻り温水を再加熱することはできず、給湯先までの距離がある大規模なビルなどの給湯システムには適していない。
【課題を解決するための手段】
【0008】
前記課題を解決するために、本発明に係る給湯システムは、
下端口、下位中間口、上位中間口、および上端口を、下方から上方へ向けて順に備えた密閉型の貯湯槽と、
入口と出口を有し、前記入口から供給された原水を加熱して前記出口から流出させるヒートポンプと、
流路を切り替えるための第１弁、第２弁、第３弁、および混合弁と、
給水源に接続可能とされ、前記貯湯槽の前記下端口、前記ヒートポンプの前記入口、および前記第１弁の一端をつなぐ給水管と、
前記ヒートポンプの前記出口、前記貯湯槽の前記上端口、および前記混合弁の第１ポートをつなぐ熱水管と、
前記第１弁の他端、前記第２弁の一端、前記第３弁の一端、および前記混合弁の第２ポートをつなぐ冷水管と、
前記第２弁の他端および前記貯湯槽の前記上位中間口をつなぐ中温管と、
前記混合弁の第３ポート、温水を供給すべき給湯設備、前記第３弁の他端、および前記貯湯槽の前記下位中間口をつなぐ供給管と、
前記貯湯槽の内部の温度分布に対応する信号を出力する温度センサーと、
前記温度センサーからの前記信号を受けて、前記第１弁、前記第２弁、前記第３弁、および前記ヒートポンプを制御する制御装置とを具備する。
下端口、下位中間口、上位中間口、および上端口を、下方から上方へ向けて順に備えた密閉型の貯湯槽と、
入口と出口を有し、前記入口から供給された原水を加熱して前記出口から流出させるヒートポンプと、
流路を切り替えるための第１弁、第２弁、第３弁、および混合弁と、
給水源に接続可能とされ、前記貯湯槽の前記下端口、前記ヒートポンプの前記入口、および前記第１弁の一端をつなぐ給水管と、
前記ヒートポンプの前記出口、前記貯湯槽の前記上端口、および前記混合弁の第１ポートをつなぐ熱水管と、
前記第１弁の他端、前記第２弁の一端、前記第３弁の一端、および前記混合弁の第２ポートをつなぐ冷水管と、
前記第２弁の他端および前記貯湯槽の前記上位中間口をつなぐ中温管と、
前記混合弁の第３ポート、温水を供給すべき給湯設備、前記第３弁の他端、および前記貯湯槽の前記下位中間口をつなぐ供給管と、
前記貯湯槽の内部の温度分布に対応する信号を出力する温度センサーと、
前記温度センサーからの前記信号を受けて、前記第１弁、前記第２弁、前記第３弁、および前記ヒートポンプを制御する制御装置とを具備する。
【0009】
前記給湯システムによれば、前記温度センサーにより前記貯湯槽の内部の中温水が増加したことを検出した場合、前記第２弁を開いて貯湯槽の上位中間口からの温水を、前記ヒートポンプからの熱水および／または前記貯湯槽の上端口からの熱水と混合して、前記供給管へ供給することができる。これにより、前記貯湯槽内の多量の温水を有効に利用して温水域の拡大を防ぎ、温水が前記ヒートポンプへ流れることによる成績係数の低下を防ぐことができる。したがって、中温水を再加熱する動力を減らすことが可能であるとともに、温水域中で繁殖しやすいレジオネラ菌の増殖も抑制することが可能である。
【0010】
また、前記供給管からの戻り温水の少なくとも一部を、前記下位中間口から前記貯湯槽へ戻すため、前記下位中間口よりも下方には比較的多量の冷水が蓄えられた状態が維持され易く、前記上端口から前記貯湯槽内に熱水を蓄える場合にも、前記貯湯槽の前記下端口から冷水が流出するようにし、前記ヒートポンプにおける入口温度と出口温度の差を大きく確保して、この点からもヒートポンプの成績係数を高めることが可能である。
【発明の効果】
【0011】
本発明に係る給湯システムによれば、供給管からの戻り温水を前記貯湯槽の中温領域にバッファすることで給湯（温水消費）に有効利用できるから、ヒートポンプの成績係数の低下を防ぎ、高効率運転を維持できる利点を有する。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】本発明に係る給湯システムの第１実施形態を示すブロック図である。
【図2】第１実施形態における（Ａ）循環／ＨＰ熱源モードでの運転状態を示すブロック図である。
【図3】第１実施形態における（Ｂ）循環／高温水＋中温水熱源モードでの運転状態を示すブロック図である。
【図4】第１実施形態における（Ｃ）給湯／ＨＰ＋高温水熱源モードでの運転状態を示すブロック図である。
【図5】第１実施形態における（Ｄ）給湯／ＨＰ＋中温水熱源モードでの運転状態を示すブロック図である。
【図6】第１実施形態における（Ｅ）給湯／高温水＋中温水熱源モードでの運転状態を示すブロック図である。
【図7】第１実施形態における（Ｆ）給湯／ＨＰ熱源モードでの運転状態を示すブロック図である。
【図8】本発明に係る給湯システムの第２実施形態を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、図面を用いて本発明の給湯システムの実施形態を詳細に説明する。
図１は第１実施形態の給湯システム１を示し、この給湯システム１は単一の貯湯槽２を有する。この例の貯湯槽２は、鉛直方向に延びる円筒形の側板部と、この側板部の上端および下端をドーム状に塞ぐ天板部および底板部を有し、気密性と断熱性を有している。貯湯槽２の形状は図示のものに限らず、角柱状であってもよいし、内部に水平な層をなす温度成層を形成できれば傾いていてもよいし、複数の貯湯槽を並列または直列に連結したものであってもよい。
図１は第１実施形態の給湯システム１を示し、この給湯システム１は単一の貯湯槽２を有する。この例の貯湯槽２は、鉛直方向に延びる円筒形の側板部と、この側板部の上端および下端をドーム状に塞ぐ天板部および底板部を有し、気密性と断熱性を有している。貯湯槽２の形状は図示のものに限らず、角柱状であってもよいし、内部に水平な層をなす温度成層を形成できれば傾いていてもよいし、複数の貯湯槽を並列または直列に連結したものであってもよい。
【0014】
貯湯槽２の底板部の中央には下端口２Ａが設けられ、側板部には下位中間口２Ｂと上位中間口２Ｃが下から順に距離をあけて形成され、天板部の中央には上端口２Ｄが形成されている。貯湯槽２の内部において、下位中間口２Ｂよりも低い領域を低温領域Ｌ、下位中間口２Ｂから上位中間口２Ｃまでの領域を中温領域Ｍ、上位中間口２Ｃよりも高い領域を高温領域Ｈと便宜上呼ぶ。ただし、各領域Ｌ、Ｍ、Ｈは必ずしもその領域にある水温と一致するものではない。下位中間口２Ｂおよび上位中間口２Ｃのそれぞれに、高さ方向の幅がある場合には、高さ方向における中心位置を、下位中間口２Ｂおよび上位中間口２Ｃの高さと定義する。低温領域Ｌ、中温領域Ｍ、および高温領域Ｈの容積比は必ずしも限定はされず、実際の運転状況に応じて決定される。
【0015】
貯湯槽２には、低温領域Ｌの下部の温度を測る下端部温度センサー３Ａが設けられ、下位中間口２Ｂの高さ（低温領域Ｌと中温領域Ｍの境界）に対応して下位中間温度センサー３Ｂが設けられ、上位中間口２Ｃ（中温領域Ｍと高温領域Ｈの境界）に対応して上位中間温度センサー３Ｃが設けられ、さらに、高温領域Ｈの上部の温度を測る上端部温度センサー３Ｄが設けられている。本発明では、温度センサーの個数は上記のように４基には限定されず、下位中間温度センサー３Ｂと上位中間温度センサー３Ｃのみであっても実施は可能であるし、これらを含む３基または５基以上であってもよいし、貯湯槽２の内部全体の温度分布を連続的に捉えるラインセンサーや二次元画像センサーのようなものであってもよい。
【0016】
貯湯槽２の下端口２Ａには給水管４が接続され、給水管４の他端は図示しない給水源に接続されて原水が供給されるようにされている。給水管４は分岐して第１弁５４の一端に接続されるとともに、ヒートポンプ８の入口８Ａに接続されている。
【0017】
ヒートポンプ８は、この種の用途に使用される一般的なものであってよく、熱媒は二酸化炭素であることが環境問題や運転コストの点で現実的であるため以下では熱媒を二酸化炭素とした場合について説明するが、フロンや他の熱媒ガスであっても実施は可能である。ヒートポンプ８は、入口８Ａから供給された低温の水を出口８Ｂへ向けて図示しないポンプで加圧するとともに、図示しない熱媒流路内で断熱圧縮されて高温になった二酸化炭素と原水を熱交換させ、原水を例えば約９０℃に加熱する。以後、同様に各部の温度を具体的に記載するが、本発明はこれらの温度に限定されるものではなく、給湯システムの用途に応じて適宜設定されるべきである。
【0018】
ヒートポンプ８の出口８Ｂには熱水管２４が接続され、熱水管２４は貯湯槽２の上端口２Ｄおよび混合弁２６の第１ポートに接続されている。混合弁２６の第２ポートには冷水管２５が接続され、冷水管２５は第１弁５４の他端に接続されている。混合弁２６の第３ポートには供給管２８が接続され、この供給管２８は、例えばビル内などの給湯設備３６（給湯蛇口、温水シャワー、温水暖房設備など）を次々に経由し、その後にポンプ４０を経て、貯湯槽２の下位中間口２Ｂに接続されている。
【0019】
ポンプ４０と下位中間口２Ｂの間には還流管４５が接続され、還流管４５は第３弁４４を経て冷水管２５へ接続され、第３弁４４を開くと、供給管２８から戻り温水が冷水管２５へ流れこむようにされている。また、貯湯槽２の上位中間口２Ｃには中温管４７が接続され、第２弁５０を経て冷水管２５へ接続され、第２弁５０を開くと、上位中間口２Ｃから流出した温水が冷水管２５へ流れ込むようにされている。
【0020】
混合弁２６にはアクチュエータ３４が設けられ、アクチュエータ３４は温度制御装置３２で駆動される。温度制御装置３２には、第３ポート近くの供給管２８に設けられた供給温度センサー３０が接続され、供給温度センサー３０からの信号に応じて、混合弁２６の第１ポートから第３ポートに到る弁開度、および第２ポートから第３ポートに到る弁開度をそれぞれ連続的にフィードバック制御するようにされている。これにより、第１ポートに流れ込む約９０℃の熱水と、第２ポートに流れ込む冷水または温水の混合量を調整し、第３ポートから供給管２８へ約６０℃（約６５℃の場合もある）の温水が常に流出するようにされている。
【0021】
供給管２８の全長は、給湯システム１を設ける施設の規模によっては比較的長距離に達することもある。業務用の給湯では即時給湯が求められるため、給湯設備３６へ約６０℃（仮に熱媒を二酸化炭素とする場合）の温水を常時供給するために、ポンプ４０により常に温水を供給管２８に循環させて供給管２８内を暖めておく必要がある。温水の循環量は、供給管２８からの戻り温水の温度が約６０℃から例えば５℃程度低下して約５５℃（供給温度が約６５℃であれば約６０℃）になるように、供給温度や供給管２８での放熱量等に基づいてポンプ４０の出力が調整される。
【0022】
第１弁５４、第２弁５０、第３弁４４、ヒートポンプ８、およびポンプ４０は制御装置５によってそれぞれ制御され、制御装置５には、温度センサー３Ａ～３Ｄの信号が伝達されるようになっている。制御装置５は、例えば制御プログラムを記憶したコンピューターを備え、温度センサー３Ａ～３Ｄの信号に基づいて、第１弁５４、第２弁５０、第３弁４４、ヒートポンプ８、およびポンプ４０を動作させ、下記のような運転モードを実現するようにされている。なお、必要に応じては、下記の各運転モードの他の運転モードを設けてもよいし、下記の各運転モードでの流路を若干変更することも可能である。また、下記の運転モードを全て実行しなくてもよく、下記のうちｎ個（ｎは１～５の整数）のモードを実施する構成としてもよい。
【0023】
（Ａ）循環／ＨＰ熱源モード
給湯設備３６での温水の消費がなく、供給管２８を介して温水を循環させており、貯湯槽２内の熱水量を補う必要があり、中温水量も多くはない場合の運転モードである。図２に示すように、給水管４からの原水の供給を停止し、ヒートポンプ８を稼働し、第１弁５４を閉じ、第２弁５０を閉じ、第３弁４４を開く。これにより、貯湯槽２の下端口２Ａから貯湯槽２の低温領域Ｌ内の冷水をヒートポンプ８へ供給し、ヒートポンプ８で加熱された約９０℃の熱水の一部を熱水管２４を通じて上端口２Ｄから貯湯槽２へ流入させる。熱水の残部を混合弁２６を通じて、供給管２８からの約５５℃の戻り温水の一部と混合し、約６０℃の温水として供給管２８へ供給する。供給管２８からの約５５℃の戻り温水の残部を下位中間口２Ｂから貯湯槽２内に戻す。戻り温水の残部は、貯湯槽２内において中温領域Ｍの温水と混合されて蓄えられる。この運転モードによれば、貯湯槽２内の熱水量および中温水量を増やしつつ、供給管２８を介して温水を循環させることができる。ヒートポンプ８には、低温領域Ｌ内の冷水が供給され、ヒートポンプの成績係数が高く、高効率運転を維持できる。
給湯設備３６での温水の消費がなく、供給管２８を介して温水を循環させており、貯湯槽２内の熱水量を補う必要があり、中温水量も多くはない場合の運転モードである。図２に示すように、給水管４からの原水の供給を停止し、ヒートポンプ８を稼働し、第１弁５４を閉じ、第２弁５０を閉じ、第３弁４４を開く。これにより、貯湯槽２の下端口２Ａから貯湯槽２の低温領域Ｌ内の冷水をヒートポンプ８へ供給し、ヒートポンプ８で加熱された約９０℃の熱水の一部を熱水管２４を通じて上端口２Ｄから貯湯槽２へ流入させる。熱水の残部を混合弁２６を通じて、供給管２８からの約５５℃の戻り温水の一部と混合し、約６０℃の温水として供給管２８へ供給する。供給管２８からの約５５℃の戻り温水の残部を下位中間口２Ｂから貯湯槽２内に戻す。戻り温水の残部は、貯湯槽２内において中温領域Ｍの温水と混合されて蓄えられる。この運転モードによれば、貯湯槽２内の熱水量および中温水量を増やしつつ、供給管２８を介して温水を循環させることができる。ヒートポンプ８には、低温領域Ｌ内の冷水が供給され、ヒートポンプの成績係数が高く、高効率運転を維持できる。
【0024】
（Ｂ）循環／高温水＋中温水熱源モード
給湯設備３６での温水の消費がなく、供給管２８を介して温水を循環させており、貯湯槽２内の熱水量は十分にあり補う必要がなく、中温水量も多い場合の運転モードである。図３に示すように、給水管４からの原水の供給を停止し、ヒートポンプ８を停止し、第１弁５４を閉じ、第２弁５０を開き、第３弁４４を閉じる。これにより、貯湯槽２の上端口２Ｄから貯湯槽２内の約９０℃の熱水を混合弁２６を通じて、上位中間口２Ｃから流出した貯湯槽２内の温水と混合して供給管２８へ供給する。供給管２８からの約５５℃の戻り温水を下位中間口２Ｂを通じて貯湯槽２内へ戻す。戻り温水は、貯湯槽２内において中温領域Ｍの温水と混合されて蓄えられる。この運転モードによれば、貯湯槽２内の熱水量および中温水量を消費しつつ、供給管２８を介して温水を循環させることができる。
給湯設備３６での温水の消費がなく、供給管２８を介して温水を循環させており、貯湯槽２内の熱水量は十分にあり補う必要がなく、中温水量も多い場合の運転モードである。図３に示すように、給水管４からの原水の供給を停止し、ヒートポンプ８を停止し、第１弁５４を閉じ、第２弁５０を開き、第３弁４４を閉じる。これにより、貯湯槽２の上端口２Ｄから貯湯槽２内の約９０℃の熱水を混合弁２６を通じて、上位中間口２Ｃから流出した貯湯槽２内の温水と混合して供給管２８へ供給する。供給管２８からの約５５℃の戻り温水を下位中間口２Ｂを通じて貯湯槽２内へ戻す。戻り温水は、貯湯槽２内において中温領域Ｍの温水と混合されて蓄えられる。この運転モードによれば、貯湯槽２内の熱水量および中温水量を消費しつつ、供給管２８を介して温水を循環させることができる。
【0025】
（Ｃ）給湯／ＨＰ＋高温水熱源モード
給湯設備３６で温水が消費されており、貯湯槽２内の熱水量は十分にあり補う必要がないが、貯湯槽２からの熱水のみでは熱量が不足する場合の運転モードである。図４に示すように、給水管４から例えば１６℃の原水を供給し、ヒートポンプ８を稼働し、第１弁５４を開き、第２弁５０を閉じ、第３弁４４を開く。これにより、給水管４から供給された原水をヒートポンプ８、下端口２Ａ、および冷水管２５へ供給し、ヒートポンプ８で加熱された約９０℃の熱水を上端口２Ｄから流出する熱水と混合して混合弁２６へ導き、冷水管２５からの例えば１６℃の原水および供給管２８からの約５５℃の戻り温水の一部と混合し、約６０℃の温水として供給管２８へ供給する。供給管２８からの約５５℃の戻り温水の残部を下位中間口２Ｂから貯湯槽２内に戻す。戻り温水の残部は、貯湯槽２内において中温領域Ｍの温水と混合されて蓄えられる。この運転モードによれば、貯湯槽２内の熱水を消費しつつ、給湯設備３６での温水消費をまかなうことができる。ヒートポンプ８には、給水管４からの冷たい原水が供給されるので、ヒートポンプの成績係数が高く、高効率運転を維持できる。
給湯設備３６で温水が消費されており、貯湯槽２内の熱水量は十分にあり補う必要がないが、貯湯槽２からの熱水のみでは熱量が不足する場合の運転モードである。図４に示すように、給水管４から例えば１６℃の原水を供給し、ヒートポンプ８を稼働し、第１弁５４を開き、第２弁５０を閉じ、第３弁４４を開く。これにより、給水管４から供給された原水をヒートポンプ８、下端口２Ａ、および冷水管２５へ供給し、ヒートポンプ８で加熱された約９０℃の熱水を上端口２Ｄから流出する熱水と混合して混合弁２６へ導き、冷水管２５からの例えば１６℃の原水および供給管２８からの約５５℃の戻り温水の一部と混合し、約６０℃の温水として供給管２８へ供給する。供給管２８からの約５５℃の戻り温水の残部を下位中間口２Ｂから貯湯槽２内に戻す。戻り温水の残部は、貯湯槽２内において中温領域Ｍの温水と混合されて蓄えられる。この運転モードによれば、貯湯槽２内の熱水を消費しつつ、給湯設備３６での温水消費をまかなうことができる。ヒートポンプ８には、給水管４からの冷たい原水が供給されるので、ヒートポンプの成績係数が高く、高効率運転を維持できる。
【0026】
（Ｄ）給湯／ＨＰ＋中温水熱源モード
給湯設備３６で温水が消費されており、貯湯槽２内の熱水量は不足して補う必要があるが、中温水量は多い場合の運転モードである。図５に示すように、給水管４から原水を供給し、ヒートポンプ８を稼働し、第１弁５４を閉じ、第２弁５０を開き、第３弁４４を閉じる。これにより、給水管４から供給された例えば１６℃の原水をヒートポンプ８および下端口２Ａへ供給し、ヒートポンプ８で加熱された約９０℃の熱水の一部を上端口２Ｄから貯湯槽２へ流入させるとともに、熱水の残部を混合弁２６を通じて上位中間口２Ｃから流出した温水と混合して供給管２８へ供給し、供給管２８からの約５５℃の戻り温水を下位中間口２Ｂから貯湯槽２内に戻す。戻り温水は、貯湯槽２内において中温領域Ｍの温水と混合されて蓄えられる。この運転モードによれば、貯湯槽２内に熱水を補充しつつ、貯湯槽２の中温領域Ｍの中温水を減らして、給湯設備３６での温水消費をまかなうことができる。ヒートポンプ８には、給水管４からの冷たい原水が供給されるので、ヒートポンプ８の成績係数が高く、高効率運転を維持できる。
給湯設備３６で温水が消費されており、貯湯槽２内の熱水量は不足して補う必要があるが、中温水量は多い場合の運転モードである。図５に示すように、給水管４から原水を供給し、ヒートポンプ８を稼働し、第１弁５４を閉じ、第２弁５０を開き、第３弁４４を閉じる。これにより、給水管４から供給された例えば１６℃の原水をヒートポンプ８および下端口２Ａへ供給し、ヒートポンプ８で加熱された約９０℃の熱水の一部を上端口２Ｄから貯湯槽２へ流入させるとともに、熱水の残部を混合弁２６を通じて上位中間口２Ｃから流出した温水と混合して供給管２８へ供給し、供給管２８からの約５５℃の戻り温水を下位中間口２Ｂから貯湯槽２内に戻す。戻り温水は、貯湯槽２内において中温領域Ｍの温水と混合されて蓄えられる。この運転モードによれば、貯湯槽２内に熱水を補充しつつ、貯湯槽２の中温領域Ｍの中温水を減らして、給湯設備３６での温水消費をまかなうことができる。ヒートポンプ８には、給水管４からの冷たい原水が供給されるので、ヒートポンプ８の成績係数が高く、高効率運転を維持できる。
【0027】
（Ｅ）給湯／高温水＋中温水熱源モード
給湯設備３６で温水が消費されており、貯湯槽２内の熱水量および中温水量は十分にあり、補う必要がない場合の運転モードである。図６に示すように、給水管４から下端口２Ａを通じて貯湯槽２内に例えば１６℃の原水を供給し、ヒートポンプ８を停止し、第１弁５４を閉じ、第２弁５０を開き、第３弁４４を閉じる。これにより、貯湯槽２の上端口２Ｄから貯湯槽２内の約９０℃の熱水を流出させ、この熱水を混合弁２６を通じて上位中間口２Ｃから流出した貯湯槽２内の温水と混合し、約６０℃の温水として供給管２８へ供給する。供給管２８からの約５５℃の戻り温水は、下位中間口２Ｂを通じて貯湯槽２内へ戻す。戻り温水は、貯湯槽２内において中温領域Ｍの温水と混合されて蓄えられる。この運転モードによれば、貯湯槽２の高温領域Ｈの熱水および中温領域Ｍの中温水を消費しつつ、給湯設備３６での温水消費をまかなうことができる。
給湯設備３６で温水が消費されており、貯湯槽２内の熱水量および中温水量は十分にあり、補う必要がない場合の運転モードである。図６に示すように、給水管４から下端口２Ａを通じて貯湯槽２内に例えば１６℃の原水を供給し、ヒートポンプ８を停止し、第１弁５４を閉じ、第２弁５０を開き、第３弁４４を閉じる。これにより、貯湯槽２の上端口２Ｄから貯湯槽２内の約９０℃の熱水を流出させ、この熱水を混合弁２６を通じて上位中間口２Ｃから流出した貯湯槽２内の温水と混合し、約６０℃の温水として供給管２８へ供給する。供給管２８からの約５５℃の戻り温水は、下位中間口２Ｂを通じて貯湯槽２内へ戻す。戻り温水は、貯湯槽２内において中温領域Ｍの温水と混合されて蓄えられる。この運転モードによれば、貯湯槽２の高温領域Ｈの熱水および中温領域Ｍの中温水を消費しつつ、給湯設備３６での温水消費をまかなうことができる。
【0028】
（Ｆ）給湯／ＨＰ熱源モード
給湯設備３６で温水が消費されており、貯湯槽２内の熱水量が不足して補う必要があり、中温水量も多くない場合の運転モードである。図７に示すように、給水管４から原水を供給し、ヒートポンプ８を稼働し、第１弁５４を開き、第２弁５０を閉じ、第３弁４４を開く。これにより、給水管４から供給された例えば１６℃の原水をヒートポンプ８および冷水管２５へ供給し、ヒートポンプ８で加熱された約９０℃の熱水の一部を上端口２Ｄから貯湯槽２へ流入させるとともに、熱水の残部を混合弁２６を通じて冷水管２５からの原水および供給管２８からの約５５℃の戻り温水の一部と混合して約６０℃の温水として供給管２８へ供給し、供給管２８からの戻り温水の残部を下位中間口２Ｂから貯湯槽２内に戻す。戻り温水の残部は、貯湯槽２内において中温領域Ｍの温水と混合されて蓄えられる。この運転モードによれば、貯湯槽２に熱水を補いながら、給湯設備３６での温水消費をまかなうことができる。ヒートポンプ８には、給水管４および低温領域Ｌからの冷水が供給されるので、ヒートポンプ８の成績係数が高く、高効率運転を維持できる。
給湯設備３６で温水が消費されており、貯湯槽２内の熱水量が不足して補う必要があり、中温水量も多くない場合の運転モードである。図７に示すように、給水管４から原水を供給し、ヒートポンプ８を稼働し、第１弁５４を開き、第２弁５０を閉じ、第３弁４４を開く。これにより、給水管４から供給された例えば１６℃の原水をヒートポンプ８および冷水管２５へ供給し、ヒートポンプ８で加熱された約９０℃の熱水の一部を上端口２Ｄから貯湯槽２へ流入させるとともに、熱水の残部を混合弁２６を通じて冷水管２５からの原水および供給管２８からの約５５℃の戻り温水の一部と混合して約６０℃の温水として供給管２８へ供給し、供給管２８からの戻り温水の残部を下位中間口２Ｂから貯湯槽２内に戻す。戻り温水の残部は、貯湯槽２内において中温領域Ｍの温水と混合されて蓄えられる。この運転モードによれば、貯湯槽２に熱水を補いながら、給湯設備３６での温水消費をまかなうことができる。ヒートポンプ８には、給水管４および低温領域Ｌからの冷水が供給されるので、ヒートポンプ８の成績係数が高く、高効率運転を維持できる。
【0029】
以上説明したように、このような給湯システム１によれば、温度センサー３Ａ～３Ｄにより貯湯槽２の内部の中温水が増加したことを検出した場合、第２弁５０を開いて貯湯槽２の上位中間口２Ｃからの温水を、ヒートポンプ８からの熱水および／または貯湯槽２の上端口２Ｄからの熱水と混合して、供給管２８へ供給することができる。これにより、比較的に簡単な構成により、貯湯槽２内の多量の温水を有効に利用して温水域の拡大を防ぎ、温水がヒートポンプ８へ流れることによる成績係数の低下を防ぐことができる。したがって、中温水を再加熱する動力を減らすことが可能であるとともに、温水域中で繁殖しやすいレジオネラ菌の増殖も抑制することが可能である。
【0030】
また、供給管２８からの戻り温水の少なくとも一部を、下位中間口２Ｂから貯湯槽２へ戻すため、下位中間口２Ｂよりも下方には比較的多量の冷水が蓄えられた状態が維持され易く、上端口２Ｄから貯湯槽２内に熱水を蓄える場合にも、貯湯槽２の下端口から冷水が流出するようにし、ヒートポンプ８における入口温度と出口温度の差を大きく確保して、この点からもヒートポンプ８の成績係数を高めることが可能である。したがって、供給管２８からの戻り温水を貯湯槽２の中温領域にバッファすることで給湯（温水消費）に有効利用できるから、ヒートポンプ８の成績係数の低下を防ぎ、高効率運転を維持できる利点を有する。
【0031】
［第２実施形態］
次に、図８は、本発明に係る給湯システムの第２実施形態を示している。この第２実施形態では、第１実施形態で用いた単一の貯湯槽２の代わりに、直列に接続された低温貯湯槽６０、中温貯湯槽６２、および高温貯湯槽６４を有することを特徴としており、その他の構成は第１実施形態と同じ機能を果たすため同一の符号を付して説明を省略する。
次に、図８は、本発明に係る給湯システムの第２実施形態を示している。この第２実施形態では、第１実施形態で用いた単一の貯湯槽２の代わりに、直列に接続された低温貯湯槽６０、中温貯湯槽６２、および高温貯湯槽６４を有することを特徴としており、その他の構成は第１実施形態と同じ機能を果たすため同一の符号を付して説明を省略する。
【0032】
第２実施形態の低温貯湯槽６０、中温貯湯槽６２および高温貯湯槽６４は、互いにほぼ同形状をなし、鉛直方向に延びる円筒形の側板部と、この側板部の上端および下端をドーム状に塞ぐ天板部および底板部を有し、気密性と断熱性を有している。ただし、貯湯槽６０～６４の形状は図示のものに限らず、互いに容量や寸法が異なっていてもよいし、角柱状であってもよいし、内部に水平な層をなす温度成層を形成できれば傾いていてもよいし、３本が直線状に並べて配置されていてもよい。また、低温貯湯槽６０、中温貯湯槽６２および高温貯湯槽６４の他にサブタンクなどを設けてもよい。低温貯湯槽６０、中温貯湯槽６２および高温貯湯槽６４の容積比は必ずしも限定はされず、実際の運転状況に応じて決定される。
【0033】
低温貯湯槽６０の下端には下端口６０Ａが形成され、第１実施形態の貯湯槽２の下端口２Ａと同様に給水管４に接続されている。低温貯湯槽６０の上端口６０Ｂは低位中間管６６により中温貯湯槽６２の下端口６２Ａに接続されており、低位中間管６６は、第１実施形態の貯湯槽２の下位中間口２Ｂと同様に、供給管２８の下流端に接続されている。中温貯湯槽６２の上端口６２Ｂは、上位中間管６８により高温貯湯槽６４の下端口６４Ａに接続されており、上位中間管６８は、第１実施形態の貯湯槽２の上位中間口２Ｃと同様に、中温管４７に接続されている。
【0034】
低温貯湯槽６０には低温部温度センサー７０が設けられている。中温貯湯槽６２には下部、中央部、および上部のそれぞれに低位中間温度センサー７２Ａ、中位中間温度センサー７２Ｂ、上位中間温度センサー７２Ｃが設けられている。高温貯湯槽６４には高温部温度センサー７４が設けられている。これらの温度センサー７０、７２Ａ～７２Ｃ、７４は、制御装置５に接続されており、制御装置５はこれらからの信号に基づいて、第１実施形態と同様の制御を行う。
【0035】
低温貯湯槽６０の内部は低温領域Ｌに相当し、中温貯湯槽６２の内部は中温領域Ｍに相当し、高温貯湯槽６４の内部は高温領域Ｈに相当し、第１実施形態のそれらと同様の作用を果たす。
この第２実施形態においても、第１実施形態と同様に、（Ａ）循環／ＨＰ熱源モード、（Ｂ）循環／高温水＋中温水熱源モード、（Ｃ）給湯／ＨＰ＋高温水熱源モード、（Ｄ）給湯／ＨＰ＋中温水熱源モード、（Ｅ）給湯／高温水＋中温水熱源モード、（Ｆ）給湯／ＨＰ熱源モードを行うことができ、第１実施形態と同様の効果を奏する。
この第２実施形態においても、第１実施形態と同様に、（Ａ）循環／ＨＰ熱源モード、（Ｂ）循環／高温水＋中温水熱源モード、（Ｃ）給湯／ＨＰ＋高温水熱源モード、（Ｄ）給湯／ＨＰ＋中温水熱源モード、（Ｅ）給湯／高温水＋中温水熱源モード、（Ｆ）給湯／ＨＰ熱源モードを行うことができ、第１実施形態と同様の効果を奏する。
【0036】
また、第２実施形態によれば、貯湯槽が３本に分かれているから、貯湯槽の配置の自由度が高く、給湯システム全体の形状の自由度が高く、コンパクト化が図れる利点を有する。
【0037】
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明はこれらの実施形態のみに限定されることなく、特許請求の範囲内において構成の削除、既知の構成の付加、置換など自由に行うことが可能である。
【産業上の利用可能性】
【0038】
本発明に係る給湯システムによれば、供給管からの戻り温水を前記貯湯槽の中温領域にバッファすることで給湯（温水消費）に有効利用できるから、ヒートポンプの成績係数の低下を防ぎ、高効率運転を維持できる利点を有するから、産業上の利用が可能である。
【符号の説明】
【0039】
１： 給湯システム ２： 貯湯槽
２Ａ： 下端口 ２Ｂ： 下位中間口
２Ｃ： 上位中間口 ２Ｄ： 上端口
Ｌ： 低温領域 Ｍ： 中温領域
Ｈ： 高温領域 ３Ａ： 下端部温度センサー
３Ｂ： 下位中間温度センサー ３Ｃ： 上位中間温度センサー
３Ｄ： 上端部温度センサー ４： 給水路
５： 制御装置 ８： ヒートポンプ
８Ａ： 入口 ８Ｂ： 出口
２４： 熱水管 ２５： 冷水管
２６： 混合弁 ２８： 供給管
３０： 供給温度センサー ３２： 温度制御装置
３４： アクチュエータ ３６： 給湯設備
４０： ポンプ ４４： 第３弁
４５： 還流管 ４７： 中温管
５０： 第２弁 ５４： 第１弁
６０： 低温貯湯槽 ６２： 中温貯湯槽
６４： 高温貯湯槽 ６０Ａ： 下端口
６０Ｂ： 上端口 ６２Ａ： 下端口
６２Ｂ： 上端口 ６４Ａ： 下端口
６４Ｂ： 上端口 ６６： 低位中間管
６８： 上位中間管 ７０： 低温部温度センサー
７２Ａ： 低位中間温度センサー ７２Ｂ： 中位中間温度センサー
７２Ｃ： 上位中間温度センサー ７４： 高温部温度センサー
２Ａ： 下端口 ２Ｂ： 下位中間口
２Ｃ： 上位中間口 ２Ｄ： 上端口
Ｌ： 低温領域 Ｍ： 中温領域
Ｈ： 高温領域 ３Ａ： 下端部温度センサー
３Ｂ： 下位中間温度センサー ３Ｃ： 上位中間温度センサー
３Ｄ： 上端部温度センサー ４： 給水路
５： 制御装置 ８： ヒートポンプ
８Ａ： 入口 ８Ｂ： 出口
２４： 熱水管 ２５： 冷水管
２６： 混合弁 ２８： 供給管
３０： 供給温度センサー ３２： 温度制御装置
３４： アクチュエータ ３６： 給湯設備
４０： ポンプ ４４： 第３弁
４５： 還流管 ４７： 中温管
５０： 第２弁 ５４： 第１弁
６０： 低温貯湯槽 ６２： 中温貯湯槽
６４： 高温貯湯槽 ６０Ａ： 下端口
６０Ｂ： 上端口 ６２Ａ： 下端口
６２Ｂ： 上端口 ６４Ａ： 下端口
６４Ｂ： 上端口 ６６： 低位中間管
６８： 上位中間管 ７０： 低温部温度センサー
７２Ａ： 低位中間温度センサー ７２Ｂ： 中位中間温度センサー
７２Ｃ： 上位中間温度センサー ７４： 高温部温度センサー
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】