JP2004125307A - 貯湯式給湯器 - Google Patents

Abstract

【課題】貯湯タンク下部のぬるま湯の形成を防止し、かつ、沸き上げ時の加熱効率の低下を防止することができる貯湯式給湯器を提供すること。
【解決手段】貯湯タンク２と、タンク循環回路７と、循環ポンプ１０と、熱交換器９と、温度検出手段２０ａ〜２０ｄ等とを備えた貯湯式給湯器であって、貯湯タンク２に戻る側のタンク循環回路７を分岐させてその分岐路１３ｂ，１３ｃのいずれかに切り換える流路切り換え手段１２と、タンク循環回路６の循環流量を調整する循環流量調整手段１１とをタンク循環回路７に設け、タンク循環回路７の循環流量を調整して貯湯タンク２に戻す貯湯水の温度を可変とし、前記温度が所定温度より低い場合はタンク循環回路７が貯湯タンク２に戻る位置をタンク２の下方にし、前記温度が所定温度より高い場合は貯湯タンク２に戻る位置をタンク２の上方にするように流路切換手段１２を制御する。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、貯湯タンクの外部で、貯湯水と外部熱負荷との間で熱交換する貯湯式給湯器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の浴槽追焚き機能を備えた貯湯式給湯器においては、浴槽の追焚き時に、循環ポンプを運転して貯湯タンクの上部より循環回路に高温水を取り出し、風呂用熱交換器で浴槽水と熱交換させ、温度の低くなった中温水を貯湯タンクの下部に戻すことで浴槽水の追焚きを行っている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−１０８２９２号公報（第４頁、図１）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような従来の構成では、循環回路を流れる高温水の流量調整は行われておらず、循環ポンプの循環能力と配管抵抗などによって一義的に循環流量が決定されてしまう。このため、浴槽水の追焚き能力は高くできるものの、風呂用熱交換器を通過して浴槽に戻る湯の温度をコントロールすることができない。この結果、タンク循環回路から貯湯タンクへの戻り温度が高くなり、蛇口等で湯が給湯されて貯湯タンク下部に供給された水と混ざり、貯湯タンクの下部に中途半端なぬるま湯が形成され、タンク循環回路からの戻り温度が高いにもかかわらず、湯として使用できないという問題があった。
【０００５】
また、加熱手段として発熱体の代わりにヒートポンプサイクルを用いた室外機を利用して、貯湯タンクの下部より水を取り出し、室外機にて湯を作り、貯湯タンクの上部に沸き上げた湯を順次貯めていくように沸き上げを行なうヒートポンプ給湯器においては、風呂用熱交換器から貯湯タンクヘ戻される湯の温度が高いと、ヒートポンプ沸き上げ時の加熱効率（成績係数）が低下してしまうという問題がある。なお、ここでいう加熱効率とは、沸き上げ能力を消費電力で割ったものをさす。
【０００６】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、貯湯タンク下部のぬるま湯の形成を防止し、かつ、ヒートポンプサイクルを用いた加熱方式においては、沸き上げ時の加熱効率（成績係数）の低下を防止できる貯湯式給湯器を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、下部から給水され加熱手段で加熱されて上部から出湯される貯湯タンクと、貯湯タンクの上部から取り出した貯湯水を貯湯タンクに戻すタンク循環回路と、貯湯タンクから取り出した貯湯水をタンク循環回路に循環させる循環ポンプと、貯湯タンクから取り出した貯湯水を外部熱負荷との間で熱交換させる熱交換器と、熱交換器の出口温度を検出する温度検出手段等とを備えた貯湯式給湯器であって、貯湯タンクに戻る側のタンク循環回路を分岐させてその分岐路のいずれかに切り換える流路切り換え手段と、タンク循環回路の循環流量を調整する循環流量調整手段とをタンク循環回路に設け、タンク循環回路の循環流量を循環流量調整手段により調整して貯湯タンクに戻す貯湯水の温度を可変とし、該温度が所定温度より低い場合はタンク循環回路が貯湯タンクに戻る位置をタンク下方にし、該温度が所定温度より高い場合は貯湯タンクに戻る位置をタンク上方にするように流路切換手段を制御するようにする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一実施の形態に係るヒートポンプ給湯器の構成図、図２はヒートポンプ本体の構成図である。図１において、給湯器本体１内に貯湯タンク２が配設され、この貯湯タンク２の下部には給水管３が接続されて給水管３には減圧弁４が設けられ、また、貯湯タンク２の上部には給湯管５が接続されて給湯管５には逃がし弁６が設けられている。貯湯タンク２の上下部にはタンク循環回路７が接続されており、タンク循環回路７は、貯湯タンク２内に貯湯された湯と外部熱負荷である浴槽８内の湯とを熱交換する風呂用熱交換器９と、貯湯タンク２内の湯をタンク循環回路７に循環させる循環ポンプ１０と、タンク循環回路７を通る湯の循環流量を調整する循環流量調整弁１１と、流路切換弁１２と、貯湯タンク２上部に接続されて流路切換弁１２に至る出口管１３ａと、流路切換弁１２から分岐して貯湯タンク２の下方に接続される第１の戻し管１３ｂと、貯湯タンク２の上方に接続される第２の戻し管１３ｃとによって構成されている。
浴槽８には風呂用熱交換器９の二次側である浴槽水循環回路１４が接続され、浴槽水循環回路１４には浴槽水を循環させる循環ポンプ１５が設けられている。ヒートポンプ本体１６（後述する）には加熱循環回路１７が接続され、この加熱循環回路１７は貯湯タンク２の上下部に接続されており、加熱循環回路１７には循環ポンプ１８が設けられている。
【０００９】
貯湯タンク２内の残湯温度は、温度センサ１９ａ，１９ｂで検出する。また、風呂用熱交換器９への貯湯水の入口温度は貯湯水入口温度センサ２０ａで検出し、風呂用熱交換器９からの貯湯水の出口温度は貯湯水出口温度センサ２０ｂで検出し、風呂用熱交換器９への浴槽水の入口温度は浴槽水入口温度センサ２０ｃで検出し、風呂用熱交換器９の浴槽水の出口温度は浴槽水出口温度センサ２０ｄで検出する。さらに、ヒートポンプ本体１６の加熱動作を停止するために、温度センサ２１で入水温度を検出する。
そして、制御部２２で、各温度センサ１９ａ，１９ｂ，２０ａ〜２０ｄ，２１の検出値を読込み、操作部２３の設定に基づいて、各循環ポンプ１０，１５，１８、及び循環流量調整弁１１を制御する。
【００１０】
ここで、以下の説明のため、風呂用熱交換器９の貯湯水入口温度センサ２０ａの検出温度である入力値をＴｈｉ、貯湯水出口温度センサ２０ｂの検出温度である入力値をＴｈｏ、浴槽水入口温度センサ２０ｃの検出温度である入力値をＴｃｉ、浴槽水出口温度センサ２０ｄの検出温度である入力値をＴｃｏと定義する。
【００１１】
浴槽追焚き加熱能力を変化させるには、循環流量調整弁１１を調整すると、タンク循環回路７の循環量が変化し、同時に貯湯タンク２への戻り温度も変化する。例えば、浴槽追焚き加熱能力を最大（約１５ＫＷ）にする場合は、循環流量調整弁１１を全開にすると、タンク循環回路７の循環流量が最大になるので（約１０Ｌ／分）、貯湯タンク２への戻り温度、すなわち、Ｔｈｏが高くなる。一方、浴槽追焚き加熱能力を低くする（約６ＫＷにする）場合は、循環流量調整弁１１を絞ると、タンク循環回路７の循環流量は少なくなり（約４Ｌ／分）、貯湯タンク２への戻り温度、すなわち、Ｔｈｏが低くなる。
【００１２】
図２において、ヒートポンプ本体１６は、圧縮機２４、圧縮機２４より吐出された高圧ガス冷媒と給湯用の水を熱交換する貯湯用熱交換器２５、膨脹弁２６、室外熱交換器２７、アキュームレータ２８、室外熱交換器２７に吸熱するために取り付けられたファン２９、及び貯湯タンク２の上下部とヒートポンプ本体１６とを接続する加熱循環回路１７によって構成されている。そして、貯湯用熱交換器２５の出口温度は、沸き上げ温度センサ３０で検出する。
【００１３】
次に、本実施の形態における貯湯式給湯器の動作について説明する。まず、給水管３から給水された水は減圧弁４で所定圧に減圧され、貯湯タンク２に給水される。ここで、貯湯タンク２は常に満水状態となっている。貯湯タンク２内の水は循環ポンプ１８の運転により、貯湯タンク２の下部から加熱循環回路１７に取り出されて貯湯用熱交換器２５に導かれ、貯湯用熱交換器２５で熱交換されて加熱昇温され、貯湯タンク２の上部に戻される。ここで、加熱循環回路１７を流れる流量は、沸き上げ温度センサ３０が操作部２３で設定された温度（例えば９０℃）になるように、循環ポンプ１８で調整される。これにより、貯湯タンク２の上部より９０℃の湯が少量づつ貯湯されていく。
【００１４】
ヒートポンプ方式による沸き上げは、温度センサ２１の検出温度が一定温度（例えば６０℃）以上になったら、貯湯タンク２が全量沸き上がったと判断して、終了する。
このとき、ヒートポンプ方式による沸き上げ加熱性能は、貯湯用熱交換器２５に入る水の温度が低いときは沸き上げの加熱効率が高いが、貯湯用熱交換器２５に入る水の温度が高いときは沸き上げの加熱効率は低下する特性を持っている。
なお、沸き上げ時の貯湯タンク２の膨脹水は逃し弁６より排出される。
【００１５】
一般の蛇口などに給湯する場合は、蛇口を開くことによって、給湯管５を通して水源水圧により給湯され、貯湯タンク２下部には水が供給される。
【００１６】
次に、浴槽水の追焚き動作について説明する。操作部２３により、制御部２２が浴槽８の追焚き開始の指示を受けると、追焚き動作が開始される。追焚き動作が開始されると、まず循環ポンプ１５が動作して浴槽８内の湯が浴槽循環回路１４に導かれ、風呂用熱交換器９を通って浴槽８内に戻される。一方、循環ポンプ１０も動作して、貯湯タンク２の上部より高温の貯湯水がタンク循環回路７に導かれ、出口管１３ａ、風呂用熱交換器９、循環流路調整弁１１、流路切換弁１２を通り、第２の戻し管１３ｃ又は第１の戻し管１３ｂを通って貯湯タンク２の上方又は下方に戻される。このとき、風呂用熱交換器９は、貯湯タンク２内に貯湯された高温の貯湯水から低温の浴槽水に熱交換（伝熱）することで、浴槽水を入浴に適した温度に加熱昇温させる。
【００１７】
風呂用熱交換器９の近傍には、貯湯水入口温度センサ２０ａ、貯湯水出口温度センサ２０ｂ、浴槽水入口温度センサ２０ｃ、浴槽水出口温度センサ２０ｄが設けられており、これらの温度センサ２０ａ〜２０ｄで各部の温度を検出し、この温度により、循環流量調整弁１１を調整して追焚き制御を行なう。
【００１８】
次に、浴槽８の追焚きの制御動作について図３のフローチャートにより詳細に説明する。操作部２３の操作により、浴槽８の追焚きが開始されると（ステップＳ−１）、循環ポンプ１５を運転して浴槽８内の浴槽水温度Ｔｃｉを浴槽水入口温度センサ２０ｃで検出する（ステップＳ−２）。Ｔｃｉが操作部２３で設定された設定温度以上であるか否かが確認され（ステップＳ−３）、設定温度以上の場合は追焚き動作を終了し（ステップＳ−１２）、設定温度以下の場合は浴槽８の加熱動作を開始する（ステップＳ−４）。浴槽８の加熱動作が開始された場合（ステップＳ−４）、浴槽８の追焚き加熱能力に基づいて循環流量調整弁１１を制御し（ステップＳ−５）、これによりタンク循環回路７の循環量が変化して、貯湯タンク２への戻り温度、すなわち、貯湯水出口温度センサ２０ｂの入力値Ｔｈｏが変化する。
【００１９】
ついで、タンク戻し温度Ｔｈｏを検出して（ステップＳ−６）、Ｔｈｏが所定温度（例えば６０℃）以下か否かが確認され（ステップＳ−７）、Ｔｈｏが所定温度以下の場合は、流路切換弁１２を制御し、タンク循環回路７を第１の戻し管１３ｂ側にして貯湯タンク２下方に戻す（ステップＳ−８）。
Ｔｈｏが所定温度（例えば６０℃）以上の場合は、流路切換弁１２を制御し、タンク循環回路７を第２の戻し管１３ｃ側にして貯湯タンク２上方に戻す（ステップＳ−９）。
【００２０】
風呂用熱交換器９の浴槽水入口温度センサ２０ｃの入力値Ｔｃｉが、操作部２３などであらかじめ設定されている浴槽８の設定温度以上か否かを確認する（ステップＳ−１０）。Ｔｃｉが設定温度以上ならば、循環ポンプ１０を及び循環ポンプ１５をＯＦＦにして、浴槽８の加熱動作を停止し（ステップＳ−１１）、浴槽８内の追焚きを終了する（ステップＳ−１２）。
Ｔｃｉが設定温度未満ならば、追焚きを継続する（ステップＳ−６）。
【００２１】
このように、本発明によれば、追焚き加熱能力を最大とする場合は、循環流量調整弁１１を全開にして、タンク循環回路７の流量を最大としているため、追焚き時間を短くでき、Ｔｈｏが高くても貯湯タンク２上方に熱交換後の湯を戻しているので、貯湯タンク２上部の残湯と混ざっても湯として使用可能である。また、蛇口等で湯が給湯されて貯湯タンク２下部に供給された水と混ざることがないため、ヒートポンプ沸き上げ時の加熱効率の低下を防止することができる。
【００２２】
一方、追焚き加熱能力を低くする場合は、循環流量調整弁１１を調節して、タンク循環回路７の流量を制限しているので、Ｔｃｏを一定温度以下に抑えることができ、浴槽８に高温水が供給されることがなく、不快感を与えることはない。また、Ｔｈｏを低く抑えることができ、貯湯タンク２下部の水温が高くなることを防ぐことにより、追焚きの加熱能力が低くなるものの、ヒートポンプ沸き上げ時の加熱効率の低下を軽減することができる。
【００２３】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係る貯湯式給湯器によれば、追焚き加熱能力を最大にする場合は、循環流量調整弁を全開にして、タンク循環回路の流量を最大にしているため、追焚き時間を短くでき、貯湯水出口温度センサの検出温度である入力値が高くても貯湯タンク上方に熱交換後の湯を戻しているので、貯湯タンク上部の残湯と混ざっても湯として使用可能である。また、蛇口等で湯が給湯されて貯湯タンク下部に供給された水と混ざることがないため、ヒートポンプ沸き上げ時の加熱効率の低下を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係るヒートポンプ式給湯器の構成図である。
【図２】図１のヒートポンプ本体の構成図である。
【図３】本発明の実施の形態に係るヒートポンプ式給湯器の浴槽追焚き制御動作のフローチャートである。
【符号の説明】
１　給湯器本体、２　貯湯タンク、７　タンク循環回路、８　浴槽（外部熱負荷）、９　風呂用熱交換器（熱交換器）、１０　循環ポンプ、１１　循環流量調整弁（循環流量調整手段）、１２　流路切換弁（流路切り換え手段）、１３ｂ，１３ｃ　戻し管（分岐路）、１６　ヒートポンプ本体（加熱手段）、２０ａ〜２０ｄ　温度センサ（温度検出手段）。

Claims (3)

1. 下部から給水され加熱手段で加熱されて上部から出湯される貯湯タンクと、該貯湯タンクの上部から取り出した貯湯水を該貯湯タンクに戻すタンク循環回路と、前記貯湯タンクから取り出した貯湯水を前記タンク循環回路に循環させる循環ポンプと、前記貯湯タンクから取り出した貯湯水を外部熱負荷との間で熱交換させる熱交換器と、該熱交換器の出口温度を検出する温度検出手段等とを備えた貯湯式給湯器において、
   前記貯湯タンクに戻る側のタンク循環回路を分岐させてその分岐路のいずれかに切り換える流路切り換え手段と、前記タンク循環回路の循環流量を調整する循環流量調整手段とを前記タンク循環回路に設け、該タンク循環回路の循環流量を循環流量調整手段により調整して前記貯湯タンクに戻す貯湯水の温度を可変とし、該温度が所定温度より低い場合は前記タンク循環回路が貯湯タンクに戻る位置をタンク下方にし、前記温度が所定温度より高い場合は前記貯湯タンクに戻る位置をタンク上方にするように前記流路切換手段を制御することを特徴とする貯湯式給湯器。
2. 加熱手段を、ヒートポンプサイクルを用いて貯湯水を加熱し、その加熱された貯湯水を貯湯タンク上部に蓄え、該貯湯タンク下部より加熱手段に戻すヒートポンプ方式としたことを特徴とする請求項１記載の貯湯式給湯器。
3. 加熱手段を、ヒートポンプサイクルを用いて貯湯水を加熱し、その加熱された貯湯水を貯湯タンク上部に蓄え、該貯湯タンク下部より加熱手段に戻すヒートポンプ方式とし、所定温度を６０℃とすることを特徴とする請求項１記載の貯湯式給湯器。

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