JP2003028508A - 加熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 加熱対象流体を目標加熱温度に加熱可能で、
かつ、熱交換式加熱部からの戻り熱媒が過冷却されるの
を防止する。 【解決手段】 運転制御手段Ｃが、第１設定温度、加熱
対象流体を目標加熱温度に加熱可能でかつ熱交換式加熱
部１９からの戻り熱媒温度を過冷却設定温度以上に維持
可能な第２設定温度、加熱対象流体の加熱前温度および
目標加熱温度との関係に応じて異なる熱交換特性を加味
した状態で、加熱対象流体を目標加熱温度に加熱可能な
第３設定温度を求めて、往き熱媒温度検出手段２２によ
る検出温度が、第１設定温度、第２設定温度、および、
第３設定温度以上であると、加熱許容条件が満たされた
と判別して、熱交換式加熱部１９への熱媒の供給を許容
し、往き熱媒温度検出手段２２による検出温度が第１設
定温度および第２設定温度以上のときに、第３設定温度
を求めるように構成されている加熱装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、加熱対象流体通流
路を通流する加熱対象流体を加熱する加熱手段と、その
加熱手段の作動を制御する運転制御手段とが設けられ、
前記加熱手段が、他熱源装置の熱媒を供給させて、前記
加熱対象流体を加熱する熱交換式加熱部を備えて構成さ
れている加熱装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】上記のような加熱装置は、加熱手段が、
他熱源装置としてのガスエンジンの冷却水を供給させ
て、加熱対象流体としての貯湯タンクなどの湯水を加熱
する熱交換式加熱部を備え、ガスエンジンの冷却水を熱
交換式加熱部に供給する加熱許容状態と供給しない加熱
阻止状態とに切換可能な切換機構が設けられ、この切換
機構を加熱許容状態に切り換えて、貯湯タンクなどの湯
水を目標加熱温度に加熱するようにしているものである
（例えば、特開２０００−１２１１６０号公報）。そし
て、この種の加熱装置では、加熱許容条件が設定されて
おり、この加熱許容条件が満たされると、切換機構を加
熱状態に切り換えるようにしており、従来、切換機構と
して、サーモスタットなどが用いられ、冷却水温度が許
容設定温度以上になると、加熱許容条件が満たされたと
して、熱交換式加熱部への熱媒の供給を許容するように
している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の加熱装置では、単純に、冷却水温度が許容設定温度
以上になると、加熱許容条件が満たされたとして、熱交
換式加熱部への熱媒の供給を許容しているので、加熱対
象流体の加熱前温度および加熱後温度や、熱交換式加熱
部からの戻り熱媒温度などが加味されておらず、加熱対
象流体を目標加熱温度に加熱できないときや、熱交換式
加熱部からの戻り熱媒温度が低い温度まで冷却されると
きにも、熱交換式加熱部への熱媒の供給を許容する虞が
ある。

【０００４】したがって、熱媒の熱が無駄に奪われた
り、他熱源装置に戻る熱媒を過冷却してしまって、他熱
源装置に戻る熱媒の温度が低くなり、加熱対象流体を目
標加熱温度に加熱できるまでに時間がかかったり、切換
機構による切り換えが頻繁に行われて、加熱対象流体を
目標加熱温度に加熱できない虞がある。ちなみに、上記
従来の加熱装置の如く、熱媒として、ガスエンジンなど
の冷却水を適応させた場合には、通常、エンジンに悪影
響を与えないために、冷却水の温度は設定温度範囲（例
えば、６０〜８０℃）に維持されているが、冷却水が過
冷却されると、その設定温度範囲よりも低い温度とな
り、エンジンに悪影響を与える虞がある。

【０００５】本発明は、かかる点に着目してなされたも
のであり、その目的は、加熱対象流体を目標加熱温度に
加熱可能で、かつ、熱交換式加熱部からの戻り熱媒が過
冷却されるのを防止することが可能となる加熱装置を提
供する点にある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、請求項１に記載の発明によれば、加熱対象流体通流
路を通流する加熱対象流体を加熱する加熱手段と、その
加熱手段の作動を制御する運転制御手段とが設けられ、
前記加熱手段が、他熱源装置の熱媒を供給させて、前記
加熱対象流体を加熱する熱交換式加熱部を備えて構成さ
れている加熱装置において、前記熱交換式加熱部への往
き熱媒温度を検出する往き熱媒温度検出手段が設けら
れ、前記運転制御手段が、前記加熱対象流体の目標加熱
温度に設定温度を加えた温度を第１設定温度として求
め、かつ、前記熱交換式加熱部における最小流量で前記
加熱対象流体を流動させた状態で、前記加熱対象流体の
加熱前温度および前記目標加熱温度の関係から、前記加
熱対象流体を前記目標加熱温度に加熱可能でかつ前記熱
交換式加熱部からの戻り熱媒温度を過冷却設定温度以上
に維持可能な温度を第２設定温度として求め、かつ、前
記加熱対象流体の加熱前温度および前記目標加熱温度と
の関係に応じて異なる熱交換特性を加味した状態で、前
記加熱対象流体を前記目標加熱温度に加熱可能な温度を
第３設定温度として求めて、前記往き熱媒温度検出手段
による検出温度が、前記第１設定温度、前記第２設定温
度、および、前記第３設定温度のすべての設定温度以上
であると、加熱許容条件が満たされたと判別して、前記
熱交換式加熱部への前記熱媒の供給を許容し、前記加熱
対象流体を前記目標加熱温度に加熱するように構成さ
れ、かつ、前記往き熱媒温度検出手段による検出温度が
前記第１設定温度および前記第２設定温度の両設定温度
以上のときに、前記第３設定温度を求めるように構成さ
れている。

【０００７】すなわち、運転制御手段が、加熱対象流体
を目標加熱温度に加熱可能でかつ熱交換式加熱部からの
戻り熱媒温度を過冷却設定温度以上に維持可能な加熱許
容条件として、目標加熱温度を加味した第１設定温度、
加熱対象流体の加熱前温度および目標加熱温度を加味し
た第２設定温度、熱交換特性までも加味した第３設定温
度の夫々を求めて、往き熱媒温度検出手段による検出温
度が、第１設定温度、第２設定温度、および、第３設定
温度のすべての設定温度以上であると、加熱許容条件が
満たされたと判別して、熱交換式加熱部への熱媒の供給
を許容することが可能となるので、加熱対象流体を目標
加熱温度に加熱可能で、かつ、熱交換式加熱部からの戻
り熱媒の過冷却を防止可能なときに、熱交換式加熱部へ
の熱媒の供給を許容することが可能となる。

【０００８】しかも、運転制御手段が、第３設定温度を
常時求めるのではなく、往き熱媒温度検出手段による検
出温度が第１設定温度および第２設定温度の両設定温度
以上のときに、第３設定温度を求めることが可能となる
ので、演算が複雑で演算負荷の大きい第３設定温度を求
めることを極力回避して、演算負荷の低減化を図りなが
ら、第１設定温度、第２設定温度、第３設定温度の夫々
を求めることが可能となる。

【０００９】第３設定温度の演算負荷が大きいことにつ
いて説明を加えると、第３設定温度を求めるには、ま
ず、総括熱伝達係数、伝熱面積、および、対数平均温度
（加熱対象流体の加熱前温度および加熱後温度や熱媒の
往き熱媒温度および戻り熱媒温度から求められる）か
ら、熱交換式加熱部の伝熱量を求める。そして、求めら
れた熱交換式加熱部の伝熱量が、加熱対象流体の加熱前
温度および加熱後温度、熱交換式加熱部に供給される加
熱対象流体の流量などから求められる熱交換式加熱部の
伝熱量、および、熱媒の往き熱媒温度および戻り熱媒温
度、熱交換式加熱部に供給される熱媒の流量などから求
められる熱交換式加熱部の伝熱量と同じになるような戻
り熱媒温度および湯水の加熱後温度を見出すために、収
束計算が必要となるので、演算が複雑化して演算負荷が
大きくなる。

【００１０】以上のことをまとめると、請求項１に記載
の発明によれば、加熱許容条件を求めるための演算負荷
の低減化を図りながら、加熱対象流体を目標加熱温度に
加熱可能で、かつ、熱交換式加熱部からの戻り熱媒が過
冷却されるのを防止することが可能となる加熱装置を提
供できるに到った。

【００１１】請求項２に記載の発明によれば、上部に給
湯路が接続されかつ下部に給水路が接続されている貯湯
タンクと、その貯湯タンクの底部から取り出した湯水を
前記加熱手段にて加熱したのち、その湯水を前記貯湯タ
ンクの上部に供給する形態で湯水を循環させる貯湯循環
状態と、その貯湯タンクの底部から取り出した湯水を前
記加熱手段にて加熱したのち、その湯水を貯湯タンクの
底部に戻す形態で湯水を循環させる非貯湯循環状態とに
切換可能な湯水循環手段と、前記運転制御手段が、前記
目標加熱温度を前記貯湯設定温度として、前記第１設定
温度、前記第２設定温度、および、前記第３設定温度を
求めて、前記第１設定温度、前記第２設定温度、およ
び、前記第３設定温度のいずれかが前記往き熱媒温度と
して許容されている上限許容温度よりも高いときには、
前記湯水循環手段を前記非貯湯循環状態に切り換え、か
つ、前記第１設定温度、前記第２設定温度、および、前
記第３設定温度のいずれもが前記上限許容温度以下のと
きに、前記湯水循環手段を前記貯湯循環状態に切り換え
て、前記湯水循環手段にて循環される湯水を前記加熱手
段にて貯湯設定温度の湯に加熱して、温度成層を形成す
る状態で前記貯湯タンク内に貯湯するように構成されて
いる。

【００１２】すなわち、第１設定温度、第２設定温度、
および、第３設定温度のいずれかが上限許容温度よりも
高いときにも、熱交換式加熱部にて加熱対象流体を貯湯
設定温度に加熱すると、他熱源装置において熱媒を上限
許容温度よりも高い温度にまで加熱する必要が生じるの
で、他熱源装置の機器や熱媒に上限許容温度よりも高温
に対する耐久性が要求されることになる。それに対し
て、運転制御手段が、第１設定温度、第２設定温度、お
よび、第３設定温度のいずれかが上限許容温度よりも高
いときには、湯水循環手段を非貯湯循環状態に切り換え
て、熱交換式加熱部に熱媒の一部を供給させて、湯タン
クの底部の湯水を加熱手段にて加熱したのち、その湯水
を貯湯タンクの底部に戻す形態で湯水を循環させること
が可能となるので、熱交換式加熱部にて加熱対象流体を
貯湯設定温度に加熱せずに、他熱源装置において熱媒を
上限許容温度よりも高い温度にまで加熱することを回避
することが可能となって、上述のような耐久性を要求さ
れるのを防止することが可能となる。

【００１３】また、求められる第１設定温度、第２設定
温度、および、第３設定温度は、湯水の加熱前温度が低
いほど高くなるが、第１設定温度、第２設定温度、およ
び、第３設定温度のいずれかが上限許容温度よりも高い
ときには、熱交換式加熱部に供給される貯湯タンクの底
部の湯水の温度を上昇させて、湯水の加熱前温度を上昇
させることが可能となるので、求められる第１設定温
度、第２設定温度、および、第３設定温度が上限許容温
度以下になるようにすることが可能となる。そして、運
転制御手段が、第１設定温度、第２設定温度、および、
第３設定温度のいずれもが上限許容温度以下になり、加
熱許容条件が満たされると、熱交換式加熱部への熱媒を
供給させるとともに、湯水循環手段を貯湯循環状態に切
り換えて、湯水循環手段にて循環される湯水を加熱手段
にて貯湯設定温度の湯に加熱して、温度成層を形成する
状態で貯湯タンク内に貯湯することが可能となる。

【００１４】請求項３に記載の発明によれば、上部に給
湯路が接続されかつ下部に給水路が接続されている貯湯
タンクと、その貯湯タンクの底部から取り出した湯水を
前記加熱手段にて加熱したのち、その湯水を前記貯湯タ
ンクに供給する形態で湯水を循環させる湯水循環手段と
が設けられ、前記運転制御手段が、前記目標加熱温度
を、加熱運転効率が設定効率を越える状態となることが
期待できる期待温度として、前記第１設定温度、前記第
２設定温度、および、前記第３設定温度を求めるように
構成されている。

【００１５】すなわち、運転制御手段が、湯水循環手段
などを作動させて、加熱手段にて加熱させる加熱運転を
実行したときに、その加熱運転効率が設定効率を越える
状態となることが期待できる期待温度を目標加熱温度と
して、加熱運転効率から考えて、有効であるときに、熱
交換式加熱部への熱媒の供給を許容することが可能とな
って、装置全体の効率の向上を図ることが可能となる。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明にかかる加熱装置をエンジ
ンヒートポンプ式冷暖房給湯システムに適応した例を図
面に基づいて説明する。このエンジンヒートポンプ式冷
暖房給湯システムは、図１および２に示すように、貯湯
タンク１内に温度成層を形成しながら貯湯したり、貯湯
タンク１内に貯湯された湯水を給湯する貯湯ユニットＡ
と、空調対象空間の空調運転を実行するエンジンヒート
ポンプ式冷暖房装置Ｂとから構成されている。

【００１７】前記貯湯ユニットＡは、この貯湯ユニット
Ａの運転を制御する貯湯ユニット制御部Ｃ、貯湯タンク
１、貯湯タンク１内の湯水を循環するための循環路３、
循環路３を通流する湯水を加熱する加熱手段としての加
熱部４などから構成され、循環ポンプＰ１を作動させて
貯湯タンク１内の湯水を循環路３にて循環しながら、加
熱部４にて加熱するようにしている。

【００１８】前記貯湯タンク１内には、その貯湯量が最
低確保量以上であるかを、その湯温を検出することによ
り検出する最上部サーミスタＳ１、その貯湯量が満以上
であるかを、その湯温を検出することにより検出する底
部サーミスタＳ２が設けられている。前記貯湯タンク１
には、その底部から貯湯タンク１に水道水圧を用いて給
水する給水路５が接続され、その上部から風呂場や台所
などに給湯するための給湯路６が接続され、風呂場や台
所などで使用された量だけの水を給水路５から貯湯タン
ク１に給水するように構成されている。

【００１９】前記給湯路６には、給水路５から分岐され
た混合用給水路７が接続され、その接続箇所に給湯路６
からの湯水と混合用給水路７からの水との混合比を調整
自在なミキシングバルブ８が設けられている。前記給水
路５と混合用給水路７との分岐箇所には、給水温度を検
出する給水サーミスタ９が設けられている。

【００２０】また、給湯路６におけるミキシングバルブ
８よりも上流側には、貯湯タンク１の上部から給湯路６
に給湯された湯水の温度を検出する貯湯出口サーミスタ
１０が設けられ、給湯路６におけるミキシングバルブ８
よりも下流側には、給湯路６の湯水の流量を検出する給
湯流量センサ１１、ミキシングバルブ８にて混合された
湯水の温度を検出するミキシングサーミスタ１２が設け
られている。

【００２１】前記ミキシングサーミスタ１２よりも下流
側の給湯路６が、台所や洗面所などの図外の給湯栓に給
湯する一般給湯路と、図外の浴槽に湯水を供給するため
の湯張り路とに分岐されている。そして、一般給湯路に
給湯するときには、給湯設定温度、貯湯出口サーミスタ
１０および給水サーミスタ９の検出情報などに基づい
て、給湯する湯水の温度が給湯設定温度になるようにミ
キシングバルブ８の開度を調整して、給湯設定温度の湯
水を給湯するように構成されている。また、浴槽に湯張
りするときにも、ミキシングバルブ８の開度を調整する
などして、湯張り設定温度の湯水を浴槽に供給し、湯張
り設定量の湯水を供給すると湯張りを終了するように構
成されている。給湯操作手段Ｇが、貯湯出口サーミスタ
１０、給水サーミスタ９、ミキシングバルブ８、およ
び、ミキシングサーミスタ１２などにより構成されてい
る。

【００２２】前記循環路３と貯湯タンク１とが、循環路
３を通流する湯水を貯湯タンク１内に戻す、または、貯
湯タンク１内の湯水を循環路３に取り出すために、貯湯
タンク１の上部と底部の合計３箇所で連通接続されてい
る。具体的に説明すると、貯湯タンク１の上部には、循
環路３の湯水を貯湯タンク１内に供給するための貯湯路
１３が連通接続され、その貯湯路１３には、貯湯開閉弁
４７が設けられている。また、貯湯タンク１の底部に
は、循環路３の両端部が各別に連通接続され、貯湯タン
ク１内の湯水は、循環路３の一端部から取り出されて、
他端部に向けて流動するように構成されている。

【００２３】そして、加熱対象流体通流路としての循環
路３には、湯水の循環方向に順に、循環路３の湯水の循
環量を検出する循環流量センサ１５、循環ポンプＰ１、
循環路３の湯水の循環量を調整する循環流量調整バルブ
１６、加熱部４、加熱部４にて加熱された湯水の温度を
検出する加熱温サーミスタ１７、貯湯タンク１の底部に
湯水を戻すための戻し開閉弁１８が設けられている。

【００２４】湯水循環手段Ｅが、循環路３、循環ポンプ
Ｐ１、循環流量センサ１５、循環流量調整バルブ１６、
加熱温サーミスタ１７、貯湯開閉弁４７、および、戻し
開閉弁１８などから構成されている。そして、湯水循環
手段Ｅは、循環ポンプＰ１を作動させた状態で、貯湯開
閉弁４７を開弁し、戻し開閉弁１８を閉弁させて、貯湯
タンク１の底部から取り出した湯水を貯湯タンク１の上
部に供給する形態で湯水を循環させる貯湯循環状態と、
循環ポンプＰ１を作動させた状態で、貯湯開閉弁４７を
閉弁し、戻し開閉弁１８を開弁させて、貯湯タンク１の
底部から取り出した湯水を貯湯タンク１の底部に戻す形
態で湯水を循環させる非貯湯循環状態とに切り換え可能
に構成されている。

【００２５】前記加熱部４は、エンジンヒートポンプ式
冷暖房装置Ｂのエンジン排熱を回収した冷却水を供給し
て湯水を加熱する熱交換式加熱部１９を備えて構成さ
れ、加熱供給路４５からの冷却水を熱交換式加熱部１９
に供給して熱交換式加熱部１９にて加熱する加熱許容状
態と、加熱供給路４５からの冷却水を冷却水用バイパス
路２０に供給して熱交換式加熱部１９を迂回させる加熱
阻止状態とに切り換える加熱状態切換機構２１が設けら
れている。また、加熱供給路４５には、冷却水の循環方
向において、熱交換式加熱部１９よりも上流側に、冷却
水の温度を検出する往き熱媒温度検出手段としての冷却
水温サーミスタ２２が設けられている。

【００２６】前記エンジンヒートポンプ式冷暖房装置Ｂ
は、複数の室内機３１、室外機３２、室内機３１および
室外機３２の運転を制御するヒートポンプ運転制御部Ｄ
とから構成され、複数の空調対象空間（例えば、各部
屋）を暖房または冷房などの空調を行うように構成され
ている。

【００２７】前記複数の室内機３１の夫々には、電子膨
張弁３３、室内熱交換器３４、その室内熱交換器３４で
温調した空気を空調対象空間へ送出する室内空調用送風
機３５が備えられ、室内熱交換器３４にて凝縮された冷
媒の温度を検出する冷媒サーミスタ４８の検出情報に基
づいて、電子膨張弁３３の開度を調整するようにしてい
る。

【００２８】前記室外機３２には、ガスエンジン３６、
圧縮機３７、アキュムレータ３８、四方弁３９、室外熱
交換器４０、その室外熱交換器４０に対し外気を通風す
る室外空調用送風機４１が備えられ、ガスエンジン３６
の排熱を外部に放熱するためのラジエーター４２、およ
び、ラジエーター用送風機４３も備えられている。ま
た、ガスエンジン３６の冷却用の冷却水をラジエーター
４２との間で循環させる冷却水路４４が設けられ、この
冷却水路４４にラジエーター用ポンプＰ３が設けられて
いる。そして、ガスエンジン排熱を回収した冷却水を、
加熱供給路４５に供給する加熱状態とラジエーター４２
に供給して排熱する排熱状態とに切り換え自在な排熱切
換機構４６が設けられている。

【００２９】ヒートポンプ運転手段Ｋが、電子膨張弁３
３、室内空調用送風機３５、ガスエンジン３６、圧縮機
３７、四方弁３９、室外空調用送風機４１などにより構
成されている。また、冷却水循環手段Ｌが、ラジエータ
ー用ポンプＰ３、排熱切換機構４６、ラジエーター用送
風機４３、および、エジエーター４２などにより構成さ
れている。

【００３０】前記エンジンヒートポンプ式冷暖房装置Ｂ
は、空調リモコンＲ１の指令に基づいてヒートポンプ運
転制御部Ｄにて運転が制御され、ガスエンジン３６によ
り圧縮機３７を作動させて、四方弁３９の切換え操作に
より冷房運転と暖房運転とを選択切換え自在に構成さ
れ、室内機３１の電子膨張弁３３の開閉制御により、空
調要求のある部屋の空調を行うように構成されている。

【００３１】前記貯湯ユニット制御部Ｃとヒートポンプ
運転制御部Ｄとは、エンジンヒートポンプ式冷暖房装置
Ｂが空調運転中であることや、熱交換式加熱部１９によ
る加熱要求などの制御信号を送受信可能に構成にされて
いる。そして、運転制御手段としての貯湯ユニット制御
部Ｃとヒートポンプ運転制御部Ｄは、空調対象空間とし
ての各部屋に設置されている空調リモコンＲ１や貯湯リ
モコンＲ２の指令に基づいて、空調対象空間への冷房運
転や暖房運転などの空調運転、貯湯タンク１内に湯水を
貯湯する貯湯運転、図外の給湯栓などに所望の湯水を供
給する給湯運転などの夫々の運転を実行するように構成
されている。

【００３２】以下、各運転について説明を加える。前記
冷房運転は、図２の実線矢印に示すように、圧縮機３
７、四方弁３９、室外熱交換器４１、室内熱交換器３
４、四方弁３９、アキュムレータ３８の順に冷媒を循環
させて、冷房対象となる部屋を冷房するように構成され
ている。前記暖房運転は、図２の点線矢印に示すよう
に、圧縮機３７、四方弁３９、室内熱交換器３４、室外
熱交換器４１、四方弁３９、アキュムレータ３８の順に
冷媒を循環させて、暖房対象となる部屋を暖房するよう
に構成されている。

【００３３】また、ヒートポンプ運転制御部Ｄは、冷房
運転および暖房運転において、ラジエーター用ポンプＰ
３を作動させ、ラジエーター用送風機４３を作動させラ
ジエーター４２にて放熱させるようにし、熱交換式加熱
部１９の加熱要求の制御信号を貯湯ユニット制御部Ｃか
ら受信している状態では、排熱切換機構４６を加熱状態
に切り換えて、冷却水を加熱供給路４５に供給するよう
にしている。

【００３４】前記貯湯運転は、貯湯リモコンＲ２から貯
湯要求があると、貯湯開閉弁４７を開弁させ、循環ポン
プＰ１を作動させて、貯湯タンク１の底部から水を循環
路３に取出し、加熱部４にて加熱したのち、貯湯路１３
を通して貯湯タンク１の上部に供給するように構成され
ている。前記貯湯運転における加熱部４の動作について
説明を加えると、排熱切換機構４６が加熱状態に切り換
えられ、冷却水が加熱供給路４５に供給されているの
で、熱交換式加熱部１９での加熱が可能であるが、加熱
許容条件が満たされたか否かを判別する判別処理を実行
して、加熱許容条件が満たされたと判別すると、加熱状
態切換機構２１を加熱許容状態に切り換えて、加熱供給
路４５からの冷却水を熱交換式加熱部１９に供給して熱
交換式加熱部１９にて加熱するように構成されている。
そして、加熱温サーミスタ１７による検出温度が加熱対
象流体の目標加熱温度としての貯湯設定温度（例えば、
６０℃）になるように、貯湯タンク１の底部から取り出
した湯水を熱交換式加熱部１９にて加熱するように構成
されている。

【００３５】ちなみに、貯湯ユニット制御部Ｃが、判別
処理や加熱状態切換機構２１の切換などを制御し、ヒー
トポンプ運転制御部Ｄは、貯湯ユニット制御部Ｃからの
加熱要求信号に伴って、排熱切換機構４６を加熱状態に
切り換えるように構成されている。

【００３６】前記判別処理について説明すると、第１設
定温度、第２設定温度、および、第３設定温度を求め
て、冷却水温サーミスタ２２による検出温度が、第１設
定温度、第２設定温度、および、第３設定温度のすべて
の設定温度以上であると、加熱許容条件が満たされたと
判別し、冷却水温サーミスタ２２による検出温度が第１
設定温度および第２設定温度の両設定温度以上のとき
に、第３設定温度を求めるように構成されている。

【００３７】また、前記判別処理において、目標加熱温
度を貯湯設定温度として、第１設定温度、第２設定温
度、および、第３設定温度を求めて、第１設定温度、第
２設定温度、第３設定温度のいずれかが往き熱媒温度と
しての往き冷却水温度として許容されている上限許容温
度（例えば、８０℃）よりも高いときには、湯水循環手
段Ｅを非貯湯状態に切り換えるとともに、加熱供給路４
５からの冷却水の一部を熱交換式加熱部１９に供給する
ように加熱状態切換機構２１を調整して、貯湯タンク１
の底部の湯水を熱交換式加熱部１９にて加熱したのち、
その湯水を貯湯タンク１の底部に戻して、湯水の加熱前
温度を上昇させるように構成されている。

【００３８】そして、第１設定温度、第２設定温度、第
３設定温度のいずれもが上限許容温度（例えば、８０
℃）以下のときには、加熱許容条件が満たされると、加
熱状態切換機構２１を加熱許容状態に切り換えて、加熱
供給路４５からの冷却水を熱交換式加熱部１９に供給し
て熱交換式加熱部１９にて加熱するとともに、湯水循環
手段Ｅを貯湯状態に切り換えて、加熱部４にて貯湯設定
温度の湯に加熱して、温度成層を形成する状態で貯湯タ
ンク１に貯湯するように構成されている。

【００３９】以下、第１設定温度、第２設定温度、およ
び、第３設定温度の求め方について説明する。湯水の目
標加熱温度としての貯湯設定温度に設定温度（例えば、
５℃）を加えた温度を第１設定温度として求める。そし
て、熱交換式加熱部１９における最小流量で湯水を流動
させた状態で、その湯水の加熱前温度および目標加熱温
度としての貯湯設定温度の関係から、湯水を貯湯設定温
度に加熱可能でかつ熱交換式加熱部１９からの戻り冷却
水温度を過冷却設定温度（例えば、６０℃）以上に維持
可能な温度を第２設定温度として求める。ちなみに、湯
水の加熱前温度は、底部サーミスタＳ２にて検出した
り、熱交換式加熱部１９にて加熱しない状態で、湯水循
環手段Ｅを非貯湯状態で作動させたときの加熱温サーミ
スタ１７にて検出される。

【００４０】第２設定温度の求め方について図４および
図５に基づいて説明を加えると、熱交換式加熱部１９に
供給される冷却水側では、その冷却水の温度が往き冷却
水温度Ｔ１から戻り冷却水温度Ｔ２に低下し、熱交換式
加熱部１９に供給される湯水側では、その湯水の温度が
加熱前温度Ｔ３から加熱後温度Ｔ４に上昇することにな
る。そして、湯水を貯湯設定温度に加熱可能でかつ熱交
換式加熱部１９からの戻り冷却水温度を過冷却設定温度
（例えば、６０℃）以上に維持可能するためには、冷却
水側の移動熱量Ｑ１が、湯水側の最小移動熱量Ｑ２ｍｉ
ｎ以上となる必要があることから、第２設定温度を求め
る。

【００４１】前記熱交換式加熱部１９に供給される冷却
水の往き冷却水温度をＴ１、熱交換式加熱部１９からの
戻り冷却水温度で過冷却設定温度をＴ２ｍｉｎ、熱交換
式加熱部１９に供給される冷却水量Ｇ１、湯水の加熱前
温度をＴ３、湯水の加熱後温度（貯湯設定温度）をＴ
４、熱交換式加熱部１９に供給される湯水の最小流量を
Ｇ２ｍｉｎとすると、冷却水側の移動熱量Ｑ１と、湯水
側の最小移動熱量Ｑ２ｍｉｎが下記〔数１〕から求めら
れる。

【００４２】

【数１】Ｑ１＝（Ｔ１−Ｔ２ｍｉｎ）×Ｇ１ Ｑ２ｍｉｎ＝（Ｔ４−Ｔ３）×Ｇ２ｍｉｎ

【００４３】そして、湯水を貯湯設定温度に加熱可能で
かつ熱交換式加熱部１９からの戻り冷却水温度を過冷却
設定温度（例えば、６０℃）以上に維持可能するために
は、Ｑ１≧Ｑ２ｍｉｎであり、この条件と上記〔数１〕
とから、下記〔数２〕が得られ、下記〔数２〕における
往き冷却水温度Ｔ１を第２設定温度として求める。

【００４４】

【数２】 Ｔ１≧（Ｔ４−Ｔ３）×Ｇ２ｍｉｎ／Ｇ１＋Ｔ２ｍｉｎ

【００４５】また、湯水の加熱前温度および貯湯設定温
度との関係に応じて異なる熱交換特性を加味した状態
で、湯水を貯湯設定温度に加熱可能な温度を第３設定温
度として求める。説明を加えると、熱交換式加熱部１９
の伝熱量Ｑは下記〔数３〕にて求められる。なお、前記
熱交換式加熱部１９に供給される冷却水の往き冷却水温
度をＴ１、熱交換式加熱部１９からの戻り冷却水温度を
Ｔ２、熱交換式加熱部１９に供給される冷却水量Ｇ１、
湯水の加熱前温度をＴ３、湯水の加熱後温度をＴ４、熱
交換式加熱部１９に供給される湯水の湯水供給量をＧ２
とする。

【００４６】

【数３】Ｑ＝Ｕ×Ａ×ΔＴｍ Ｕ：総括熱伝達係数 Ａ：伝熱面積（熱交換式加熱部１９の特性と与えられ
る） ΔＴｍ：対数平均温度差 ここで、ΔＴａ＝Ｔ１−Ｔ４，ΔＴｂ＝Ｔ２−Ｔ３

【００４７】そして、総括伝達係数Ｕ＝Ｆ（Ｇ１，Ｇ
２，Ｔ１，Ｔ３）で表され、往き冷却水温度Ｔ１、冷却
水量Ｇ１、湯水の加熱前温度Ｔ３、湯水供給量Ｇ２など
による関数として求められる。

【００４８】また、熱交換式加熱部１９の伝熱量Ｑは、
下記〔数４〕により演算にて求められる。

【００４９】

【数４】Ｑ＝Ｃ×（Ｔ１−Ｔ２）×Ｇ１ Ｑ＝Ｃ×（Ｔ３−Ｔ４）×Ｇ２ただし、Ｃは定数

【００５０】このようにして、上記〔数３〕から熱交換
式加熱部１９の伝熱量Ｑが求められ、この伝熱量Ｑと、
上記〔数４〕から求められる熱交換式加熱部１９の伝熱
量Ｑが等しくなるような戻り冷却水温度Ｔ２と加熱後温
度Ｔ４を見出すように、収束計算する。そして、加熱後
温度Ｔ４を貯湯設定温度とし、戻り冷却水温度Ｔ２を過
冷却設定温度としたときの往き冷却水温度Ｔ１を第３設
定温度として求める。

【００５１】前記貯湯運転における判別処理などの制御
動作について、図６のフローチャートに基づいて説明す
る。まず、貯湯要求があれば、排熱切換機構４６が加熱
状態に切り換えられ、冷却水が加熱供給路４５に供給し
て、第１設定温度Ｔｓ１および第２設定温度Ｔｓ２を求
めて（ステップ１，２）、冷却水温サーミスタ２２によ
る検出温度Ｔｋが第１設定温度Ｔｓ１および第２設定温
度Ｔｓ２の両設定温度以上であると、第３設定温度Ｔｓ
３を求める（ステップ３，４）。

【００５２】そして、第１設定温度Ｔｓ１、第２設定温
度Ｔｓ２、および、第３設定温度Ｔｓ３のいずれかが上
限許容温度Ｔｓｍａｘよりも高いときには、湯水循環手
段Ｅを非貯湯状態に切り換えるとともに、冷却水の一部
を熱交換式加熱部１９に供給するように加熱状態切換機
構２１を調整して、貯湯タンク１の底部の湯水を熱交換
式加熱部１９にて加熱したのち、その湯水を貯湯タンク
１の底部に戻すようにしている（ステップ５，６）。

【００５３】また、第１設定温度Ｔｓ１、第２設定温度
Ｔｓ２、および、第３設定温度Ｔｓ３のいずれもが上限
許容温度Ｔｓｍａｘ以下であれば、冷却水温サーミスタ
２２による検出温度Ｔｋが第１設定温度Ｔｓ１、第２設
定温度Ｔｓ２、および、第３設定温度Ｔｓ３のすべての
設定温度以上であると、加熱許容条件が満たされたと判
別する（ステップ７）。そして、加熱状態切換機構２１
を加熱許容状態に切り換えて、加熱供給路４５からの冷
却水を熱交換式加熱部１９に供給して熱交換式加熱部１
９にて加熱するとともに、湯水循環手段Ｅを貯湯状態に
切り換えて、加熱部４にて貯湯設定温度の湯に加熱し
て、温度成層を形成する状態で貯湯タンク１に貯湯する
（ステップ８，９）。

【００５４】前記給湯運転は、貯湯リモコンＲ２などに
て設定された給湯設定温度、貯湯出口サーミスタ１０お
よび給水サーミスタ９の検出情報に基づいて、給湯する
湯水の温度が給湯設定温度になるようにミキシングバル
ブ８の開度を調整するとともに、ミキシングサーミスタ
１２の検出情報に基づいて、その検出温度と給湯設定温
度との偏差に基づいてミキシングバルブ８の開度を微調
整することにより、給湯設定温度の湯水を給湯するよう
に構成されている。

【００５５】なお、この給湯運転において、最上部サー
ミスタＳ１による検出温度が貯湯設定温度以下になる
と、上述の貯湯運転を行って、貯湯タンク１に貯湯し、
その貯湯された湯を給湯するように構成されている。

【００５６】〔別実施形態〕 （１）上記実施形態では、加熱対象流体の目標加熱温度
を貯湯設定温度として、第１設定温度、第２設定温度、
および、第３設定温度を求めるようにしているが、加熱
対象流体の目標加熱温度を、加熱運転効率が設定効率を
越える状態となることが期待できる期待温度として、第
１設定温度、第２設定温度、および、第３設定温度を求
めるように構成して実施することも可能である。すなわ
ち、湯水循環手段Ｅなどを作動させて、加熱部４にて湯
水を加熱させる加熱運転を実行したときの加熱運転効率
が設定効率を越える状態となることが期待できるような
期待温度を目標加熱温度として、第１設定温度、第２設
定温度、および、第３設定温度を求めることによって、
加熱運転効率が設定効率を越える状態となることが期待
できるときに、加熱運転を実行させるようにして実施す
ることも可能である。

【００５７】以下、加熱目標温度の求めかたについて説
明するが、加熱部４に供給する熱媒がエンジンの排熱を
搬送する場合、加熱部４に供給する熱媒が新たに発生さ
れた熱を搬送する場合、加熱運転を実行する実行時間に
よって加熱運転効率が変化する場合の３つの場合がある
ので、夫々の場合について説明する。

【００５８】まず、加熱部４に供給する熱媒がエンジン
の排熱を搬送する場合には、上記〔数１〕における湯水
の最小移動熱量Ｑ２ｍｉｎが加熱運転時に必要なエネル
ギーＱｅ１よりも大きいことが期待温度の条件となるの
で、下記〔数５〕を満たす湯水の加熱後温度Ｔ４を加熱
目標温度として設定する。

【００５９】

【数５】Ｔ４≧Ｔ３＋Ｑｅ１／Ｇ２ｍｉｎ

【００６０】ちなみに、湯水の加熱前温度をＴ３、湯水
の加熱後温度をＴ４、熱交換式加熱部１９に供給される
湯水の最小流量をＧ２ｍｉｎ、加熱運転時に必要なエネ
ルギーをＱｅ１としている。

【００６１】次に、加熱部４に供給する熱媒が新たに発
生された熱を搬送する場合には、新たに熱を発生させる
ために必要なエネルギーＱｅ２と加熱運転時に必要なエ
ネルギーＱｅ１の和Ｑｅと、湯水の最小移動熱量Ｑ２ｍ
ｉｎの比が、設定効率［ＣＯＰ］以上であることが期待
温度の条件となるので、下記〔数６〕を満たす湯水の加
熱後温度Ｔ４を加熱目標温度として設定する。

【００６２】

【数６】 Ｔ４≧Ｔ３＋（Ｑｅ×［ＣＯＰ］）／Ｇ２ｍｉｎ

【００６３】ちなみに、湯水の加熱前温度をＴ３、湯水
の加熱後温度をＴ４、熱交換式加熱部１９に供給される
湯水の最小流量をＧ２ｍｉｎ、新たに熱を発生させるた
めに必要なエネルギーＱｅ２と加熱運転時に必要なエネ
ルギーＱｅ１の和をＱｅ、設定効率を［ＣＯＰ］として
いる。

【００６４】次に、加熱運転を実行する実行時間によっ
て加熱運転効率が変化する場合について説明するが、こ
の場合には、加熱運転効率が設定効率を越える状態とな
るための条件の対象が実行時間の長さとなるので、実行
時間の長さが条件を満たせば、加熱目標温度はどんな温
度でもよいことになる。例えば、加熱手段が、運転の開
始当初には、あまり運転効率がよくないが、定常状態に
なると、運転効率が良くなるものであると、その加熱手
段を作動させた実行時間が設定時間以上であると、加熱
運転効率が設定効率を越える状態となるので、期待温度
はどんな温度でもよいことになり、加熱目標温度を加熱
対象流体の加熱前の温度と同じ温度と設定する。

【００６５】（２）上記実施形態では、排熱切換機構４
６を加熱状態に切り換えている状態で、加熱状態切換機
構２１を加熱許容状態に切り換えることによって、熱交
換式加熱部１９への冷却水の供給を許容するようにして
いるが、加熱状態切換機構２１を設けずに、排熱切換機
構４６を加熱状態に切り換えることによって、熱交換式
加熱部１９への冷却水の供給を許容するように構成する
ことも可能である。この場合には、貯湯ユニット制御部
Ｃとヒートポンプ運転制御部Ｄとを、湯水の加熱前温度
および貯湯設定温度など、第１設定温度、第２設定温
度、第３設定温度を求めるための情報を送受信可能に構
成して、貯湯ユニット制御部Ｃまたはヒートポンプ運転
制御部Ｄが判別処理を行って、ヒートポンプ運転制御部
Ｄが、加熱許容条件が満たされると、排熱切換機構４６
を加熱状態に切り換えて、熱交換式加熱部１９への冷却
水の供給を許容するように構成する。

【００６６】（３）上記実施形態では、加熱部４とし
て、熱交換式加熱部１９のみを備える構成を示したが、
この熱交換式加熱部１９に加えて、バーナの燃焼により
加熱する補助加熱部やヒートポンプの冷媒にて加熱する
ヒートポンプ式加熱部を備えて構成することも可能であ
る。

【００６７】（４）上記実施形態では、他熱源装置とし
てガスエンジンを適応して、熱交換式加熱部１９にガス
エンジン３６の冷却水を供給するように構成したが、例
えば、他熱源装置として燃料電池などの熱源装置を適応
することも可能であり、他熱源装置としては各種の熱源
装置が適応可能である。

【００６８】（５）上記実施形態では、本発明にかかる
加熱装置を加熱対象流体が貯湯タンク１の湯水であるエ
ンジンヒートポンプ式冷暖房給湯システムに適応した例
を示したが、貯湯タンクを備えていないものなど、各種
の加熱装置に適応可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】貯湯ユニットの概略構成図

【図２】エンジンヒートポンプ式冷暖房装置の概略構成
図

【図３】エンジンヒートポンプ式冷暖房給湯システムの
制御ブロック図

【図４】熱交換式加熱部における温度変化を示す説明図

【図５】熱交換式加熱部を示す図

【図６】貯湯運転における制御動作を示すフローチャー
ト

【符号の説明】

１ 貯湯タンク ３ 加熱対象流体通流路 ４ 加熱手段 ５ 給水路 ６ 給湯路 １９ 熱交換式加熱部 ２２ 往き熱媒温度検出手段 Ｃ 運転制御手段 Ｅ 湯水循環手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 000196680 西部瓦斯株式会社 福岡県福岡市博多区千代１丁目17番１号 (71)出願人 000135416 株式会社ハーマン企画 大阪府大阪市此花区春日出南三丁目２番10 号 (72)発明者 鈴木 究 東京都港区海岸一丁目５番20号 東京瓦斯 株式会社内 (72)発明者 田之頭 健一 東京都港区海岸一丁目５番20号 東京瓦斯 株式会社内 (72)発明者 山口 和也 東京都港区海岸一丁目５番20号 東京瓦斯 株式会社内 (72)発明者 栢原 義隆 大阪府大阪市此花区北港白津１丁目１番３ 号 大阪瓦斯株式会社内 (72)発明者 岩田 伸 大阪府大阪市此花区北港白津１丁目１番３ 号 大阪瓦斯株式会社内 (72)発明者 滝本 桂嗣 大阪府大阪市此花区北港白津１丁目１番３ 号 大阪瓦斯株式会社内 (72)発明者 高木 博司 愛知県名古屋市熱田区桜田町19番18号 東 邦瓦斯株式会社内 (72)発明者 松本 和博 福岡県福岡市西区今宿青木421番地４ 西 部瓦斯株式会社内 (72)発明者 橋詰 康人 大阪府大阪市港区南市岡１丁目１番52号 株式会社ハーマン内 (72)発明者 河内 敏弘 大阪府大阪市港区南市岡１丁目１番52号 株式会社ハーマン内 (72)発明者 藤川 泰 大阪府大阪市港区南市岡１丁目１番52号 株式会社ハーマン内 (72)発明者 藤本 善夫 大阪府大阪市港区南市岡１丁目１番52号 株式会社ハーマン内 (72)発明者 崎石 智也 大阪府大阪市港区南市岡１丁目１番52号 株式会社ハーマン内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 加熱対象流体通流路を通流する加熱対象
   流体を加熱する加熱手段と、その加熱手段の作動を制御
   する運転制御手段とが設けられ、 前記加熱手段が、他熱源装置の熱媒を供給させて、前記
   加熱対象流体を加熱する熱交換式加熱部を備えて構成さ
   れている加熱装置であって、 前記熱交換式加熱部への往き熱媒温度を検出する往き熱
   媒温度検出手段が設けられ、 前記運転制御手段が、前記加熱対象流体の目標加熱温度
   に設定温度を加えた温度を第１設定温度として求め、か
   つ、 前記熱交換式加熱部における最小流量で前記加熱対象流
   体を流動させた状態で、前記加熱対象流体の加熱前温度
   および前記目標加熱温度の関係から、前記加熱対象流体
   を前記目標加熱温度に加熱可能でかつ前記熱交換式加熱
   部からの戻り熱媒温度を過冷却設定温度以上に維持可能
   な温度を第２設定温度として求め、かつ、 前記加熱対象流体の加熱前温度および前記目標加熱温度
   との関係に応じて異なる熱交換特性を加味した状態で、
   前記加熱対象流体を前記目標加熱温度に加熱可能な温度
   を第３設定温度として求めて、 前記往き熱媒温度検出手段による検出温度が、前記第１
   設定温度、前記第２設定温度、および、前記第３設定温
   度のすべての設定温度以上であると、加熱許容条件が満
   たされたと判別して、前記熱交換式加熱部への前記熱媒
   の供給を許容し、前記加熱対象流体を前記目標加熱温度
   に加熱するように構成され、かつ、 前記往き熱媒温度検出手段による検出温度が前記第１設
   定温度および前記第２設定温度の両設定温度以上のとき
   に、前記第３設定温度を求めるように構成されている加
   熱装置。
2. 【請求項２】 上部に給湯路が接続されかつ下部に給水
   路が接続されている貯湯タンクと、 その貯湯タンクの底部から取り出した湯水を前記加熱手
   段にて加熱したのち、その湯水を前記貯湯タンクの上部
   に供給する形態で湯水を循環させる貯湯循環状態と、そ
   の貯湯タンクの底部から取り出した湯水を前記加熱手段
   にて加熱したのち、その湯水を貯湯タンクの底部に戻す
   形態で湯水を循環させる非貯湯循環状態とに切換可能な
   湯水循環手段と、 前記運転制御手段が、前記目標加熱温度を前記貯湯設定
   温度として、前記第１設定温度、前記第２設定温度、お
   よび、前記第３設定温度を求めて、 前記第１設定温度、前記第２設定温度、および、前記第
   ３設定温度のいずれかが前記往き熱媒温度として許容さ
   れている上限許容温度よりも高いときには、前記湯水循
   環手段を前記非貯湯循環状態に切り換え、かつ、 前記第１設定温度、前記第２設定温度、および、前記第
   ３設定温度のいずれもが前記上限許容温度以下のとき
   に、前記湯水循環手段を前記貯湯循環状態に切り換え
   て、前記湯水循環手段にて循環される湯水を前記加熱手
   段にて貯湯設定温度の湯に加熱して、温度成層を形成す
   る状態で前記貯湯タンク内に貯湯するように構成されて
   いる請求項１に記載の加熱装置。
3. 【請求項３】 上部に給湯路が接続されかつ下部に給水
   路が接続されている貯湯タンクと、 その貯湯タンクの底部から取り出した湯水を前記加熱手
   段にて加熱したのち、その湯水を前記貯湯タンクに供給
   する形態で湯水を循環させる湯水循環手段とが設けら
   れ、 前記運転制御手段が、前記目標加熱温度を、加熱運転効
   率が設定効率を越える状態となることが期待できる期待
   温度として、前記第１設定温度、前記第２設定温度、お
   よび、前記第３設定温度を求めるように構成されている
   請求項１に記載の加熱装置。