JP2005009713A

JP2005009713A - 給湯式暖房装置

Info

Publication number: JP2005009713A
Application number: JP2003172378A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Izumi; 哲哉和泉
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2003-06-17
Filing date: 2003-06-17
Publication date: 2005-01-13

Abstract

【課題】コストを抑えた方法で、暖房器５０・６０への給湯時はバイパス流路４４から戻り流路４６側へ流れ込む高温水を極力少なくし、給湯停止時はそこそこのバイパス流量を確保する。
【解決手段】バイパス流路４４に固定絞り手段４７を設けた。
これにより、暖房器５０・６０への給湯時は、圧損が高いことよりバイパス流路４４から戻り流路４６側へ流れ込む高温水の量は少なくなる。また給湯停止時は、固定絞り手段４７を通って流れるしかないことより、そこそこのバイパス流量を確保することができ、２次側循環ポンプ４２に高負荷を掛けて寿命を短くするということを防げる。また、固定絞り手段４７を設ける方法は、給湯状態を検出するための検出手段もこれらを制御する制御手段も不要なことから、コストを抑えることができる。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高温の湯で２次側流体を加熱すると共に、その加熱された流体を暖房器へ供給して室内暖房等を行なう給湯式暖房装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図４は、従来の給湯式暖房装置部分の構成を示す模式図である。従来の装置では、一般的に図４に示すような回路で給湯暖房が行われている（例えば、特許文献１）。これは、高温の湯を１次側温水回路３０に流通させ、熱交換器３１で加熱された２次側流体を供給流路４３から暖房器（例えば、床暖房器５０および浴室暖房乾燥器６０）へ供給するものである。４４は、暖房器５０・６０を迂回して供給流路４３と戻り水路４６とを短絡するバイパス流路であり、暖房器５０・６０の温度調節手段である図示しない熱動弁（開閉弁）が閉じた時、２次側流体はバイパス流路４４を流通して２次側循環ポンプ４２を保護するようになっている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−２２８１６７号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の給湯式暖房装置を、例えば貯湯式給湯装置に接続して用いると、バイパス流路４４があることにより暖房器５０・６０へ行く高温水が戻り流路４６側へ流れ込んで熱交換器３１へ戻る流体の温度が高くなる。すると、１次側温水回路３０の図示しない貯湯槽へ戻る温水の温度も高くなり、貯湯槽に貯湯する熱源装置の沸き上げ時の成績係数（ＣＯＰ）が悪化するという問題がある。
【０００５】
しかし、バイパス流路４４が無いと、熱動弁が閉じた時に２次側循環ポンプ４２に高負荷が掛かって寿命が短くなるという問題が生じる。そこで、バイパス流路４４に開閉手段を設け、暖房器５０・６０への給湯に応じてバイパス流路４４の流通を制御するという案もあるが、給湯状態を検出するための検出手段と開閉手段とこれらを制御する制御手段とが必要となり、コストが高くなるという問題がある。
【０００６】
本発明は上記従来の問題に鑑みて成されたものであり、その目的は、コストを抑えた方法で、暖房器５０・６０への給湯時はバイパス流路４４から戻り流路４６側へ流れ込む高温水を極力少なくし、暖房器５０・６０への給湯停止時はそこそこのバイパス流量を確保することのできる給湯式暖房装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１ないし請求項３に記載の技術的手段を採用する。すなわち、請求項１に記載の発明によれば、高温の湯を１次側に流通させて２次側の流体を加熱する熱交換手段（３１）を有し、高温の湯を熱交換手段（３１）に供給する１次側温水回路（３０）と、
熱交換手段（３１）で加熱された流体を暖房器（５０、６０）に供給する供給流路（４３）、暖房器（５０、６０）から戻る流体を熱交換手段（３１）へ供給する戻り流路（４６）、暖房器（５０、６０）を迂回して両流路（４３、４６）を短絡するバイパス流路（４４）とからなる２次側流体回路（４０）とを備える給湯式暖房装置において、
バイパス流路（４４）に固定絞り手段（４７）を設けたことを特徴としている。
【０００８】
これにより、暖房器（５０・６０）への給湯時は、圧損が高いことよりバイパス流路（４４）から戻り流路（４６）側へ流れ込む高温水の量は少なくなり、熱交換器（３１）へ戻る流体の温度も高くならない。よって、１次側温水回路（３０）の貯湯槽（１２）へ戻る温水の温度も抑えられ、貯湯槽（１２）に貯湯する熱源装置（１１）の沸き上げ時の成績係数（ＣＯＰ）が改善されてランニングコストを抑えることができる。
【０００９】
また、暖房器（５０・６０）への給湯停止時は、固定絞り手段（４７）を通って流れるしかないことより、そこそこのバイパス流量を確保することができ、２次側循環ポンプ（４２）に高負荷を掛けて寿命を短くするということを防げる。また、固定絞り手段（４７）を設ける方法は、給湯状態を検出するための検出手段もこれらを制御する制御手段も不要なことからコストを抑えることができる。
【００１０】
請求項２に記載の発明よれば、固定絞り手段（４７）としてオリフィス（４７ａ）を用いたことを特徴としている。これは、具体的な固定絞り手段（４７）として、例えばφ０．５ｍｍ程度のオリフィス（４７ａ）を用いるものである。このような簡単な構成によって請求項１に記述した効果を得ることができる。
【００１１】
請求項３に記載の発明よれば、固定絞り手段（４７）としてキャピラリーチューブ（４７ｂ）を用いたことを特徴としている。これは、具体的な固定絞り手段（４７）として、例えばφ２ｍｍ×２ｍ程度のキャピラリーチューブ（４７ｂ）を用いるものである。このような簡単な構成によっても請求項１に記述した効果を得ることができうえ、φ０．５ｍｍ程度のオリフィス（４７ａ）よりもごみの影響を回避することができる。尚、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態の具体的手段との対応関係を示すものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
以下、本発明の実施の形態を、図面に基づいて説明する。図１は本発明の実施形態に係る多機能給湯装置の全体構成を示す模式図であり、図２は本発明の第１実施形態における給湯式暖房装置部分の構成を示す模式図である。本実施形態の多機能給湯装置は、図に示すように、貯湯式給湯装置１０、給湯式暖房装置２０、および暖房器である床暖房ユニット５０と浴室暖房乾燥器６０等から構成されている。
【００１３】
貯湯式給湯装置１０は、ヒートポンプサイクルからなる熱源装置であるヒートポンプ式給湯装置１１、このヒートポンプ式給湯装置１１により加熱された給湯用の湯を貯える貯湯槽１２、貯えた湯を給湯対象個所へ導くための給湯配管１３、およびこれらを制御する給湯制御装置１００等から構成されている。ヒートポンプ式給湯装置１１は、当給湯装置１１の前後に、貯湯槽１２内の最下部の水を吸い込むための吸入管１４ｂ、加熱した高温の湯を貯湯槽１２内の最上部に吐出するための吐出管１４ａ、および貯湯槽１２からなる循環回路の一部である。
【００１４】
冷媒に二酸化炭素（ＣＯ_２）を用い、図示しない圧縮機、熱交換器などの冷凍サイクル機能部品より構成され、貯湯槽１２内最下部から吸入した水を高温のＣＯ_２冷媒との熱交換により加熱して貯湯槽１２内最上部に戻すことにより貯湯槽１２内の水を沸き上げることができるようになっている。尚、冷媒にＣＯ_２を採用すると、超臨界域を用いることで図示しない圧縮機からの冷媒吐出温度を高くすることができる。従って、フロン冷媒などを採用した場合よりも高温の湯（例えば、８０〜９０℃程度）を効率よく沸き上げることができる。
【００１５】
また、ヒートポンプ式給湯装置１１は、主に電気料金の安い深夜時間帯の深夜電力の交流電源を用いて貯湯槽１２内の水を沸き上げる蓄熱運転を行なっているが、昼間時間帯においても、貯湯槽１２内の貯えた湯が低下してくると、沸き上げ運転を行なうように制御されている。尚、ヒートポンプ式給湯装置１１は、給湯制御装置１００からの制御信号により作動すると共に、作動状態を給湯制御装置１００に出力するように接続されている。
【００１６】
次に、貯湯槽１２は、耐食性に優れた金属製（例えば、ステンレス製）の容器であり、外周部に図示しない断熱材が配置されており、高温の湯を長時間に渡って保温することができるようになっている。貯湯槽１２は縦長形状であり、その底面には導入口１２ｂが設けられ、この導入口１２ｂには貯湯槽１２内の下部に水道水を導入する給水経路である給水配管１５が接続されている。
【００１７】
給水配管１５には、給水配管１５内を流れる水道水の水温を検出する図示しない給水サーミスタが設けられ、検出された温度情報を給湯制御装置１００に出力するようになっている。また、給水配管１５には、導入される水道水の水圧が所定圧となるように調節する図示しない減圧弁が設けられている。
【００１８】
更に、給水配管１５の下流端は、導入口１２ｂの他に、後述する混合弁１６の一方の入口側にも接続されており、貯湯槽１２と混合弁１６に水道水を導入するように構成されている。一方、貯湯槽１２の最上部には導出口１２ａが設けられ、この導出口１２ａには貯湯槽１２内の湯を導出するための給湯経路である給湯配管１３が接続されている。
【００１９】
また、給湯配管１３には、使用者が設定した設定温度に温度調節する混合弁１６が設けられている。この混合弁１６は、給湯配管１３の下流端に設けられた図示しない給湯水栓が開弁した時に、開口面積比を調節することにより、導出口１２ａから導出された高温の湯と、給水配管１５から導入された水道水との混合比を調節できる温度調節弁である。
【００２０】
また、この混合弁１６は、サーボモータなどの駆動源により弁体を駆動して開度を調節する電動弁であり、給湯制御装置１００からの制御信号により作動すると共に、作動状態を給湯制御装置１００に出力するようになっている。また、混合弁１６の下流には出湯温度を検出する図示しない給湯サーミスタ、および給湯検出手段である図示しない流量カウンタが設けられ、検出された温度情報および流量情報を給湯制御装置１００に出力するようになっている。
【００２１】
尚、給湯配管１３の下流端は台所・洗面所・風呂等に配置された図示しない給湯水栓に通じており、給湯水栓を開弁した時に、設定温度に温度調節された湯が出湯されるものである。また、貯湯槽１２の外壁面には図示しない複数の水位サーミスタが縦方向（貯湯槽１２の高さ方向）にほぼ等間隔に配設され、貯湯槽１２内に満たされた水の各水位レベルでの温度情報を給湯制御装置１００に出力するようになっている。
【００２２】
従って、給湯制御装置１００は、水位サーミスタからの温度情報に基づいて、貯湯槽１２内上方の沸き上げた湯と、貯湯槽１２内下方の沸き上げられる前の水との境界位置を検出できるようになっている。尚、水位サーミスタの一つは、貯湯槽１２内の最上部外壁面に設けられており、導出口１２ａや後述する１次側温水回路３０に吸入される湯の温度である貯湯槽１２内最上部の湯温を検出する出湯サーミスタの機能も有している。
【００２３】
給湯制御装置１００は、ヒートポンプ式給湯装置１１および給水配管１５・貯湯槽１２・給湯配管１３に設けられた各サーミスタからの温度情報、流量カウンタからの流量情報、後述する給湯式暖房装置２０の運転信号、および操作パネル１０１からの操作信号に基づいて、ヒートポンプ式給湯装置１１および混合弁１６を制御するように構成されている。尚、操作パネル１０１は、浴室内や台所等湯を使用する場所の近傍に設置され、操作パネル１０１以外は屋外などの適所に配置されている。
【００２４】
次に、本発明の要部に係わる給湯式暖房装置２０の構成について説明する。１次側温水回路３０は、貯湯槽１２内に貯えられた温水を利用して、後述する暖房器としての床暖房ユニット５０および浴室暖房乾燥器６０に暖房のための流体を供給する循環回路である。
【００２５】
１次側温水回路３０は、熱交換手段である暖房用熱交換器３１と、この暖房用熱交換器３１の一次側に導出口１２ａから貯湯槽１２内の湯を流通させて貯湯槽１２の下方に戻すように配設された循環水通路３３と、この循環水通路３３に設けられた第１送水手段である第１循環ポンプ３２等により構成されている。
【００２６】
暖房用熱交換器３１は、対向流型の水―水熱交換器であり、循環水通路３３内に流れる貯湯槽１２内の高温の湯と、後述する２次側流体回路４０を循環する２次側流体とを熱交換するようになっている。また、第１循環ポンプ３２は、循環水通路３３内に貯湯槽１２の湯を循環するための送水ポンプであり、図示しない電動部がＤＣブラシレスモータにて形成され、回転数が複数段階に切り換え可能なポンプで、後述する温水制御手段である温水制御装置２２によりフィードバック制御（ＰＩＤ制御）により回転数が可変されるように制御される。
【００２７】
また、水温検出手段である水温サーミスタ３４は、暖房用熱交換器３１の下流側に設けられ、熱交換後の貯湯槽１２の下方に戻る水温を検出するセンサであって、検出された温度情報を温水制御装置２２に出力するようになっている。
【００２８】
２次側流体回路４０は、暖房用熱交換器３１から受熱した２次側流体の熱量を、暖房器である床暖房ユニット５０および浴室暖房乾燥器６０等に流通させる流体回路であって、上述した暖房用熱交換器３１と、この暖房用熱交換器３１で熱交換された２次側流体を暖房器５０・６０に供給する供給水路４３と、暖房器５０・６０からの戻り水を暖房用熱交換器３１に戻す戻り水路４６と、この戻り水路４６内に設けられた第２送水手段である第２循環ポンプ４２等により構成されている。
【００２９】
尚、第２循環ポンプ４２は、２次側流体を暖房用熱交換器３１から暖房器５０・６０に送水するための送水ポンプであって温水制御装置２２により制御される。４４は、暖房器５０・６０を迂回して両流路４３・４６を短絡するバイパス流路である。一般的に暖房中に暖房機側で設定温度になると、後述する熱動弁５３・６３を閉じる構造となっており、その時第２循環ポンプ４２は熱動弁５３・６３が再開したことを判別するため、運転を維持しておく。そのため、２次側の熱動弁５３・６３を閉じても温水が流れ、第２循環ポンプ４２に負荷を与えないようにバイパス流路４４を設けている。
【００３０】
尚、本発明の要部構成として、バイパス流路４４の流通を制限する固定絞り手段４７とを設けている。本実施形態では、具体的な固定絞り手段４７として、φ０．５ｍｍ程度のオリフィス４７ａを用いている。暖房用熱交換器３１の出口近傍には、高温側水温検出手段として水温サーミスタ４１が配設され、暖房用熱交換器３１から流出する２次側流体の温度情報を温水制御装置２２に出力するようになっている。
【００３１】
次に、暖房器の例として、床暖房ユニット５０と浴室暖房乾燥器６０について説明する。まず床暖房ユニット５０は、床暖パネル５１内の配管５１ａに２次側流体を流通させて床を暖める暖房器であって、床暖パネル５１、床暖パネル５１に設けられ暖房温度を検出する暖房温度検出手段である床暖温度センサ５２、配管５１ａに流通する２次側流体の流通を開閉する温度調節手段としての熱動弁５３および温度制御手段である床暖制御装置２３等より構成されている。
【００３２】
温度調節手段である熱動弁５３は、床暖パネル５１の暖房出力を調節する開閉弁であって、使用者が設定した設定温度と、暖房温度検出手段である床暖温度センサ５２により検出された暖房温度との温度情報に基づいて床暖制御装置２３からの閉閉信号により制御される。
【００３３】
また、温度制御手段である床暖制御装置２３は、床暖操作盤２４からの操作信号と床暖温度センサ５２からの温度情報を入力して熱動弁５３を開閉制御する制御プログラムを有すると共に、床暖操作盤２４からの操作信号のうち運転信号が温水制御装置２２に出力されるようになっている。尚、床暖房ユニット５０は、例えば、洗面室や更衣室の床に設置されて暖房の用途に供されるものである。
【００３４】
次に、浴室暖房乾燥器６０について説明する。浴室暖房乾燥器６０は、２次側流体回路４０の供給水路４３に配設して、浴室内や更衣室等の暖房や浴室内の乾燥を行なう暖房器である。よって浴室内や更衣室等に温風を吹き出して暖房（乾燥）を行なうものであり、放熱器６１ａ、送風機６１ｂ、暖房温度を検出する暖房温度検出手段としての室温センサ６２、放熱器６１ａの暖房出力を調節する温度調節手段としての熱動弁６３、および温度制御手段である浴室暖房制御装置２５から構成されている。
【００３５】
熱動弁６３は、具体的には開閉弁であり、使用者が設定した設定温度と、室温センサ６２により検出される暖房温度との温度情報に基づいて浴室暖房制御装置２５からの閉閉信号により制御される。また、浴室暖房制御装置２５は、操作盤２６からの操作信号と室温センサ６２からの温度情報を入力して熱動弁６３を開閉制御する制御プログラムを有すると共に、操作盤２６からの操作信号のうち運転信号が温水制御装置２２に出力されるようになっている。
【００３６】
温水制御装置２２は、１次側温水回路３０に供給する貯湯槽１２内の湯、および２次側流体回路４０内を循環する２次側流体を制御する制御装置であって、制御装置２３・２５から暖房器５０・６０の運転信号、貯湯槽１２最上部の水位サーミスタ、および水温サーミスタ３４・４１からの温度情報に基づいて第１循環ポンプ３２および第２循環ポンプ４２を制御するように構成されている。
【００３７】
次に、本実施形態での特徴について説明する。それは、バイパス流路４４に固定絞り手段４７を設けている。これにより、暖房器５０・６０への給湯時は、主流路配管（例えばφ１２．７ｍｍ）より圧損が高いことよりバイパス流路４４から戻り流路４６側へ流れ込む高温水の量は少なくなり、熱交換器３１へ戻る流体の温度も高くならない。よって、１次側温水回路３０の貯湯槽１２へ戻る温水の温度も抑えられ、貯湯槽１２に貯湯する熱源装置１１の沸き上げ時の成績係数（ＣＯＰ）が改善されてランニングコストを抑えることができる。
【００３８】
具体的な例で、２次側戻り水温が４６℃である時に、従来の単純なバイパス流路４４でバイパスさせると５１℃と約５℃の温度上昇がある。この５℃を本発明により限りなく０℃に近づけたとすると、貯湯槽１２へ戻る温度は従来より約４℃下げることができる。つまり、沸き上げ時のヒートポンプ式給湯装置１１への入水温度が下げられるため、沸き上げ効率を向上させる事ができる。
【００３９】
また、暖房器５０・６０への給湯停止時は、固定絞り手段４７を通って流れるしかないことより、そこそこのバイパス流量を確保することができ、２次側循環ポンプ４２に高負荷を掛けて寿命を短くするということを防げる。この時、図示しない水温サーミスタは、通常戻り水温よりも高い水温で戻ってくるため、これにより熱動弁５３・６３が閉じた事を検知する事ができる。
【００４０】
また、固定絞り手段４７を設ける方法は、給湯状態を検出するための検出手段もこれらを制御する制御手段も不要なことからコストを抑えることができる。そして、固定絞り手段４７としてオリフィス４７ａを用いている。このような簡単な構成によって効果を得ることができる。
【００４１】
（第２実施形態）
図３は、本発明の第２実施形態における給湯式暖房装置部分の構成を示す模式図であり、上述した第１実施形態とは、固定絞り手段４７をオリフィス４７ａの替わりにキャピラリーチューブ４７ｂで構成した点のみ異なる。それ以外のものは、第１実施形態で説明した構成と同じである。具体的には、例えばφ２ｍｍ×２ｍ程度のキャピラリーチューブ４７ｂを用いるものである。このような簡単な構成によっても第１実施形態と同様の効果を得ることができうえ、φ０．５ｍｍ程度のオリフィス４７ａよりもごみの影響を回避することができる。
【００４２】
（その他の実施形態）
上述の実施形態では、供給熱源を貯湯式給湯装置１０からとし、１次側流体は貯湯槽１２からの高温水、その貯湯槽１２に貯湯する熱源装置にはＣＯ_２冷媒を用いて超臨界ヒートポンプサイクルを構成するヒートポンプ式給湯装置１１を用いているが、本発明はこれらに限らず、高温水で２次側流体を加熱するものであればフロン冷媒を用いてヒートポンプサイクルを構成する熱源装置を適用しても良いし、ガス・石油給湯器等の熱源装置を適用しても良い。また、供給水路４３に一つの床暖房ユニット５０と一つの浴室暖房乾燥器６０とを接続しているが、暖房器の構成は異なるものであっても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る多機能給湯装置の全体構成を示す模式図である。
【図２】本発明の第１実施形態における給湯式暖房装置部分の構成を示す模式図である。
【図３】本発明の第２実施形態における給湯式暖房装置部分の構成を示す模式図である。
【図４】従来の給湯式暖房装置部分の構成を示す模式図である。
【符号の説明】
３０…１次側温水回路
３１…暖房用熱交換器（熱交換手段）
４０…２次側流体回路
４３…供給流路
４４…バイパス流路
４６…戻り流路
４７…固定絞り手段
４７ａ…オリフィス
４７ｂ…キャピラリーチューブ
５０…床暖房ユニット（暖房器）
６０…浴室暖房乾燥器（暖房器）

Claims

高温の湯を１次側に流通させて２次側の流体を加熱する熱交換手段（３１）を有し、高温の湯を前記熱交換手段（３１）に供給する１次側温水回路（３０）と、
前記熱交換手段（３１）で加熱された流体を暖房器（５０、６０）に供給する供給流路（４３）、前記暖房器（５０、６０）から戻る流体を前記熱交換手段（３１）へ供給する戻り流路（４６）、前記暖房器（５０、６０）を迂回して両流路（４３、４６）を短絡するバイパス流路（４４）とからなる２次側流体回路（４０）とを備える給湯式暖房装置において、
前記バイパス流路（４４）に固定絞り手段（４７）を設けたことを特徴とする給湯式暖房装置。
前記固定絞り手段（４７）としてオリフィス（４７ａ）を用いたことを特徴とする請求項１に記載の給湯式暖房装置。
前記固定絞り手段（４７）としてキャピラリーチューブ（４７ｂ）を用いたことを特徴とする請求項１に記載の給湯式暖房装置。