JP2005315524A - Heat storage device of hot water storage tank - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ヒートポンプなどを利用して加熱された湯を貯湯タンクに貯留させることにより蓄熱を行なうタイプの貯湯タンク蓄熱装置に関する。 The present invention relates to a hot water storage tank heat storage device of a type that stores heat by storing hot water heated using a heat pump or the like in a hot water storage tank.
従来の貯湯タンク蓄熱装置の基本的な構成の一例を図7に示す(たとえば、特許文献1,2を参照)。同図に示された貯湯タンク蓄熱装置Bは、貯湯タンク90内の湯を、循環ポンプ91を利用して取出口92aから循環路92に流出させ、その後この湯を還元口92bから貯湯タンク90内に戻すことができるように構成されている。循環路92は、ヒートポンプ93の熱交換器(凝縮器)93aを通過するように設けられている。
An example of a basic configuration of a conventional hot water storage tank heat storage device is shown in FIG. 7 (see, for example,
このような構成によれば、貯湯タンク90内から循環路92に湯を流出させながら、この湯をヒートポンプ93によって加熱し、貯湯タンク90内に戻すことができる。したがって、貯湯タンク90内には、ヒートポンプ93によって加熱された湯をこの貯湯タンク90の上部から下部に向けて順次貯留させてゆき、蓄熱を図ることが可能である。このような蓄熱を図るための沸き上げ運転は、一般的には、電力料金の安い夜間に行なわれ、貯留された湯の使用は昼間に行なわれる。
According to such a configuration, the hot water can be heated by the
従来において、前記沸き上げ運転を行なう場合、ヒートポンプ93による湯の加熱温度は、湯の沸き上げ目標温度と同一とされ、かつその温度は運転開始時から終了時まで一定とされていた。より具体的には、湯の沸き上げ目標温度が、たとえば80°Cであると、ヒートポンプ93による湯の加熱温度もそれと同一の80°Cであり、その加熱温度は、沸き上げ運転期間中一定のままとされていた。
Conventionally, when the boiling operation is performed, the heating temperature of the hot water by the
しかしながら、上記従来技術においては、次に述べるような問題点を生じていた。 However, the above-described prior art has the following problems.
第1に、ヒートポンプ93によって加熱された湯が貯湯タンク90内に戻された場合、この湯は時間の経過とともに放熱により温度低下を来たす。したがって、従来技術においては、沸き上げ運転の終了直前に加熱された湯については、沸き上げ目標温度またはそれに近い温度とすることはできるものの、沸き上げ運転の初期に加熱された湯は、貯湯タンク90内において沸き上げ目標温度よりもかなり低い温度になる場合があった。貯湯タンク90は、たとえば断熱材によって覆われるなどしてその断熱性が高められた構造とされているが、蓄熱を行なうための沸き上げ運転は、たとえば数時間あるいはそれ以上の長時間に及んでなされるのが通常であり、また冬季などにおいては外気温が非常に低くなる場合もあるため、上記したような湯の温度低下を避けることは難しい場合が多い。その結果、従来においては、貯湯タンク90内の実際の蓄熱量が、予定していた蓄熱量を下回り、使用に際してその蓄熱量に不足を生じる場合があった。
First, when hot water heated by the
第2に、貯湯タンク90内に湯を貯留させておく場合、好ましくは、図8(a)に示すように、加熱された湯(網点模様の部分)の温度分布が均一であって、この湯と非加熱の低温水との間には、温度の境界層Raが明確に形成されることが望まれる。貯湯タンク90から出湯を行なわせる場合には、この貯湯タンク90の下部に接続された入水管94aから入水を行なわせ、この水が貯湯タンク90内の湯を上方に押し上げる作用によって貯湯タンク90の上部から出湯管94bに出湯を行なわせようにされており、前記図8(a)に示した状態であれば、低温水の入水作用により、高温の湯のみを適切に出湯させることが可能である。これに対し、上記従来技術においては、沸き上げ運転の開始時期に近い時期に加熱された湯ほど放熱による温度降下量が大きくなるため、たとえば図8(b)に示すように、加熱された湯(網点模様の部分)の温度は、上部ほど高く、下部ほど低くなる。これでは、それら加熱された湯と非加熱の低温水との間に、それらの混合層Rbが幅広い状態に形成されてしまい、温度の境界層が明確に形成されない。したがって、上記従来技術においては、貯湯タンク90内から高温の湯のみを適切に、かつ効率よく出湯させることが困難となる場合があった。また、上記したように、貯湯タンク90内に貯留された湯の温度分布が不均一であると、それらの湯の温度や量を計測して、それらの値を表示させるいわゆる残湯量表示を行なう場合に、その計測誤差が大きくなり、正確な表示が行なえなくなるといった不具合も生じる。
本発明は、このような事情のもとで考え出されたものであって、沸き上げ運転期間中の放熱に起因して沸き上げ運転後の貯湯タンク内の蓄熱量が予定量よりも少なくなったり、蓄熱用の湯の温度に大きなばらつきが生じるといった問題点を解消し、または抑制することが可能な貯湯タンク蓄熱装置を提供することを課題としている。 The present invention has been conceived under such circumstances, and the amount of heat stored in the hot water storage tank after the boiling operation is less than the expected amount due to heat dissipation during the boiling operation period. It is an object of the present invention to provide a hot water storage tank heat storage device that can eliminate or suppress the problem of large variations in the temperature of hot water for heat storage.
本発明は、湯を沸き上げ目標温度で一律に加熱するのではなく、加熱される湯についてのその後の沸き上げ運転期間中における温度降下量を勘案し、その温度降下量に見合った分だけ沸き上げ目標温度よりも高めの温度で湯を加熱することにより、放熱に起因する蓄熱量の不足や温度分布の不均一化を解消させるという新規な発想のもとになされたものである。本発明は、具体的には、次の技術的手段を講じている。 The present invention does not uniformly heat the hot water at the target boiling temperature, but considers the amount of temperature drop during the subsequent boiling operation of the hot water, and boiles the amount corresponding to the temperature drop. This is based on a new idea of heating the hot water at a temperature higher than the target temperature to eliminate the shortage of heat storage due to heat dissipation and the uneven temperature distribution. Specifically, the present invention takes the following technical means.
本発明の第1の側面により提供される貯湯タンク蓄熱装置は、貯湯タンクと、この貯湯タンク内の湯を取り出してから前記貯湯タンク内に戻す循環路と、この循環路を流れる湯を加熱する加熱手段と、前記貯湯タンク内の湯に対する沸き上げ目標温度および沸き上げ所要時間のデータに基づいて、前記貯湯タンク内への蓄熱を行なうための沸き上げ運転が実行されるように、前記加熱手段による湯の加熱制御を行なう制御手段と、を備えている貯湯タンク蓄熱装置であって、前記制御手段は、前記沸き上げ運転が行なわれるときには、前記加熱手段によって加熱される湯の加熱時から前記沸き上げ運転の終了時までの温度降下量を一定または不定の周期で求め、かつこの温度降下量に対応した温度を前記沸き上げ目標温度に加算した温度で湯を加熱させるように加熱温度の変更制御を行なう構成とされていることを特徴としている。 The hot water storage tank heat storage device provided by the first aspect of the present invention heats the hot water storage tank, a circulation path for taking out the hot water in the hot water storage tank and returning it to the hot water storage tank, and hot water flowing through the circulation path. The heating means and a heating operation for performing heat storage in the hot water storage tank based on data of a target boiling temperature and a required boiling time for hot water in the hot water storage tank are executed. And a control means for controlling the heating of the hot water by the hot water storage tank heat storage device, wherein the control means, when the boiling operation is performed, from the time of heating the hot water heated by the heating means The amount of temperature drop until the end of the boiling operation is obtained at a constant or indefinite period, and the temperature corresponding to this amount of temperature drop is added to the boiling target temperature. It is characterized by being configured to perform the change control of the heating temperature so as to heat.
このような構成によれば、湯が加熱手段によって加熱されるときには、その加熱時から沸き上げ運転終了時までに放熱により温度低下を来たす量に対応する温度だけ沸き上げ目標温度よりも高めの温度で加熱されるために、沸き上げ運転が終了した時点において、前記加熱された湯が放熱に起因して沸き上げ目標温度よりもかなり低い温度になることはなく、その温度を沸き上げ目標温度と略同一の温度にすることができる。したがって、従来技術とは異なり、貯湯タンクへの蓄熱量が目標となる蓄熱量を大きく下回ることが適切に回避される。また、上記構成によれば、加熱手段により加熱されて貯湯タンク内に貯留された湯の全体が、沸き上げ目標温度またはこれに近い温度に均一化される。したがって、貯湯タンク内においては、加熱がなされた高温の湯と非加熱の低温水との間に温度の境界層を適切に形成することが可能であり、貯湯タンクから外部に出湯を行なわせる際に、高温の湯のみを適切に、かつ効率良く出湯させることもできる。さらに、上記したように加熱された湯の温度の均一化が図られると、出湯温度の安定化も図られ、また湯の温度や貯留量の計測も正確に行なうことが可能となって、いわゆる残湯量表示なども適正に行なうことができる。 According to such a configuration, when hot water is heated by the heating means, a temperature that is higher than the boiling target temperature by a temperature corresponding to the amount of temperature decrease due to heat radiation from the heating time to the end of the boiling operation. Therefore, when the boiling operation is finished, the heated hot water does not become a temperature considerably lower than the boiling target temperature due to heat radiation, and the temperature is set as the boiling target temperature. The temperature can be substantially the same. Therefore, unlike the prior art, it is appropriately avoided that the amount of heat stored in the hot water storage tank is significantly lower than the target amount of stored heat. Moreover, according to the said structure, the whole hot water heated by the heating means and stored in the hot water storage tank is equalized to the boiling target temperature or a temperature close thereto. Therefore, in the hot water storage tank, it is possible to appropriately form a temperature boundary layer between the heated hot water and the non-heated low temperature water, and when the hot water is discharged from the hot water tank to the outside. Moreover, only hot water can be appropriately and efficiently discharged. Furthermore, when the temperature of the heated hot water is made uniform as described above, the temperature of the hot water is stabilized, and the temperature of the hot water and the amount of storage can be accurately measured. The amount of remaining hot water can be displayed properly.
本発明の好ましい実施の形態においては、前記制御手段は、前記温度降下量を求めるときには、前記湯の加熱時から前記沸き上げ運転の終了予定時刻までの残り時間、前記貯湯タンクの放熱係数、および前記沸き上げ目標温度と前記貯湯タンクの外部温度との差のデータに基づいて、前記貯湯タンク内における湯の温度降下量を求め、この値を前記湯の加熱時から前記沸き上げ運転の終了時までの温度降下量に含めるように構成されている。このような構成によれば、加熱された湯が貯湯タンク内に貯留されてから沸き上げ運転終了時までの温度降下量をかなり正確に求めることが可能であり、沸き上げ運転の終了時における湯の実際の温度を沸き上げ目標温度に近づけるのに好適となる。 In a preferred embodiment of the present invention, when the control means obtains the amount of temperature drop, the remaining time from the time of heating the hot water to the scheduled end time of the boiling operation, the heat dissipation coefficient of the hot water storage tank, and Based on data of the difference between the boiling target temperature and the external temperature of the hot water storage tank, a temperature drop amount of hot water in the hot water storage tank is obtained, and this value is calculated from the time of heating the hot water to the end of the boiling operation. It is configured to be included in the temperature drop amount up to. According to such a configuration, it is possible to determine the amount of temperature drop from when the heated hot water is stored in the hot water storage tank to the end of the boiling operation fairly accurately, and the hot water at the end of the boiling operation is obtained. It is suitable to bring the actual temperature of the water closer to the boiling target temperature.
本発明の好ましい実施の形態においては、前記制御手段は、前記循環路における湯の温度降下量をさらに求め、この値を前記湯の加熱時から前記沸き上げ運転の終了時までの温度降下量に含めるように構成されている。このような構成によれば、湯が貯湯タンク内に貯留された後の温度降下量のみならず、湯が循環路を通過することに起因して生じる温度降下量をも勘案して湯の温度降下量が求められるために、沸き上げ運転の終了時における湯の実際の温度をより正確に沸き上げ目標温度に近づけることが可能となる。 In a preferred embodiment of the present invention, the control means further obtains a temperature drop amount of the hot water in the circulation path, and sets this value as a temperature drop amount from the heating time of the hot water to the end of the boiling operation. Is configured to include. According to such a configuration, not only the temperature drop after hot water is stored in the hot water storage tank, but also the temperature drop caused by the hot water passing through the circulation path is taken into account. Since the amount of descent is obtained, the actual temperature of hot water at the end of the boiling operation can be brought closer to the boiling target temperature more accurately.
本発明の好ましい実施の形態においては、前記貯湯タンクとして、複数の貯湯タンクが設けられており、これら複数の貯湯タンクは、それらの内部の湯が前記循環路を介して循環可能に直列に接続されている。このような構成によれば、貯湯タンクが複数設けられていることにより、蓄熱量を増やすことができる。また、それら複数の貯湯タンクは、直列に接続されており、これらの貯湯タンク内に加熱された湯が貯留された後の温度降下量を求める場合には、それら複数の貯湯タンクを1つの貯湯タンクとみなし、温度降下量を求める処理を簡単に行なうこともできる。 In a preferred embodiment of the present invention, a plurality of hot water storage tanks are provided as the hot water storage tanks, and the plurality of hot water storage tanks are connected in series so that hot water inside them can be circulated through the circulation path. Has been. According to such a structure, the heat storage amount can be increased by providing a plurality of hot water storage tanks. The plurality of hot water storage tanks are connected in series, and when the amount of temperature drop after the heated hot water is stored in these hot water storage tanks, the plurality of hot water storage tanks are combined into one hot water storage tank. It can be regarded as a tank, and the process for obtaining the temperature drop can be easily performed.
本発明の第2の側面により提供される貯湯タンク蓄熱装置は、貯湯タンクと、この貯湯タンク内の湯を取り出してから前記貯湯タンク内に戻す循環路と、この循環路を流れる湯を加熱する加熱手段と、前記貯湯タンク内の湯に対する沸き上げ目標温度および沸き上げ所要時間のデータに基づいて、前記貯湯タンク内への蓄熱を行なうための沸き上げ運転が実行されるように、前記加熱手段による湯の加熱制御を行なう制御手段と、を備えている貯湯タンク蓄熱装置であって、前記制御手段は、前記沸き上げ運転の開始時には、この運転の開始時に加熱される湯の前記沸き上げ運転の終了時までの温度降下量に対応した温度を前記沸き上げ目標温度に加算した温度で前記湯の加熱を行なわせ、かつその後は前記沸き上げ運転の終了予定時刻に近づくにしたがって前記湯の加熱温度を前記沸き上げ目標温度に近づけていく加熱温度制御を行なうように構成されていることを特徴としている。 The hot water storage tank heat storage device provided by the second aspect of the present invention heats the hot water storage tank, a circulation path for taking out the hot water in the hot water storage tank and returning it to the hot water storage tank, and hot water flowing through the circulation path. The heating means and a heating operation for performing heat storage in the hot water storage tank based on data of a target boiling temperature and a required boiling time for hot water in the hot water storage tank are executed. A hot water tank heat storage device comprising: a control means for performing heating control of hot water using the hot water heating tank, wherein the control means is configured to start the boiling operation of hot water heated at the start of the heating operation. The hot water is heated at a temperature obtained by adding a temperature corresponding to the temperature drop until the end of the heating to the boiling target temperature, and thereafter, it is close to the scheduled end time of the boiling operation. Is characterized by being configured to perform the heating temperature control of the heating temperature of the hot water is brought close to the boiling target temperature according to Ku.
このような構成においても、湯が加熱手段によって加熱されるときには、その加熱時から沸き上げ運転終了時までに放熱により温度低下を来たす量に対応する温度だけ沸き上げ目標温度よりも高めの温度で加熱される。したがって、本発明の第1の側面によって提供される貯湯タンク蓄熱装置の場合と同様に、沸き上げ運転が終了した時点において、加熱された湯の温度を沸き上げ目標温度と同一または略同一とし、貯湯タンクへの蓄熱量が目標量を大きく下回らないようにすることができる。また、貯湯タンク内に貯留された湯の温度が沸き上げ目標温度またはこれに近い温度に均一化されることとなって、加熱された湯の出湯を適切に行なわせることができ、さらには出湯時の温度の安定化や、いわゆる残湯量表示の適正化なども図られる。 Even in such a configuration, when hot water is heated by the heating means, the temperature is higher than the boiling target temperature by a temperature corresponding to the amount of temperature decrease due to heat radiation from the heating to the end of the boiling operation. Heated. Therefore, as in the case of the hot water storage tank heat storage device provided by the first aspect of the present invention, when the boiling operation is completed, the temperature of the heated hot water is the same as or substantially the same as the boiling target temperature, It is possible to prevent the amount of heat stored in the hot water storage tank from significantly lowering the target amount. In addition, the temperature of the hot water stored in the hot water storage tank is equalized to the boiling target temperature or a temperature close thereto, so that the heated hot water can be properly discharged. It is also possible to stabilize the temperature of the hot water and optimize the so-called residual hot water display.
本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行なう発明の実施の形態の説明から、より明らかになるであろう。 Other features and advantages of the present invention will become more apparent from the following description of embodiments of the present invention with reference to the accompanying drawings.
以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照して具体的に説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明に係る貯湯タンク蓄熱装置の一実施形態を示している。本実施形態の貯湯タンク蓄熱装置Aは、貯湯タンク1、循環ポンプ20を備えた循環路2、ヒートポンプ3、および主制御部4を備えている。
FIG. 1 shows an embodiment of a hot water storage tank heat storage device according to the present invention. The hot water storage tank heat storage device A of this embodiment includes a hot
貯湯タンク1は、湯を貯留するためのものであり、その周囲が断熱材(図示略)により覆われるなどして放熱ができる限り抑制されるように構成されている。この貯湯タンク1の下部には入水管50が接続され、また上部には出湯管51が接続されており、入水管50から貯湯タンク1内に入水がなされることにより、貯湯タンク1内に貯留されている湯が出湯管51に流出するようになっている。出湯管51には、入水管50の分岐配管50aが接続された混合弁52が設けられており、この混合弁52の作用により貯湯タンク1からの湯と分岐配管50aからの水とが所望の割合で混合され、出湯管51の下流に供給されるようになっている。
The hot
循環路2は、貯湯タンク1の下部の取出口21aと上部の還元口21bとに両端が接続され、循環ポンプ20の駆動により、貯湯タンク1内の湯を一定の経路で循環させることが可能な配管路である。この循環路2の一部はヒートポンプ3の熱交換器(凝縮器)30を通過しており、この熱交換器30を介して循環路2を流れる湯が加熱され、その後貯湯タンク1に流入するようになっている。
Both ends of the
ヒートポンプ3は、本発明でいう加熱手段の一例に相当する。このヒートポンプ3としては、従来既知のものを用いることが可能であり、その詳細は省略するが、前記した熱交換器(凝縮器)30に加えて、圧縮機31、膨張弁32、蒸発器33を備えている。このヒートポンプ3は、主制御部4からの指令に応じてこのヒートポンプ3の稼働状態を制御するための補助制御部34を有している。この補助制御部34は、熱交換器30の出口部分における湯の温度を計測するための温度センサSa、および外気温を計測するための温度センサSbと接続されており、これらの温度センサSa,Sbを利用して計測される温度データを主制御部4に送信するようになっている。これらの温度センサSa,Sbは、たとえばサーミスタを利用して構成されており、この点については後述する他の温度センサSc〜Seも同様である。温度センサSaを利用して計測される温度は、ヒートポンプ3による湯の加熱温度に相当する。
The
主制御部4は、本発明でいう制御手段の一例に相当するものであり、CPUやこれに付属するメモリなどを備えたマイクロコンピュータにより構成されている。この主制御部4は、メモリに記録されているプログラムやその他のデータ、およびこの主制御部4に接続されて屋内などの適当な箇所に設置されるリモコン用操作盤49のスイッチ操作などに応じて、この貯湯タンク蓄熱装置Aの全体の動作制御や所定の演算処理を実行するように構成されている。この主制御部4には、貯湯タンク1内の複数箇所において湯の温度を計測するための複数の温度センサSc、循環路2の取出口21aの近傍において循環路2に導入される湯の温度を計測するための温度センサSd、および還元口21bの近傍において貯湯タンク1内に戻される湯の温度を計測するための温度センサSeが接続され、これらを利用して所定の温度を判断できるようになっている。この主制御部4は、たとえば料金の安いいわゆる深夜電力を利用して蓄熱を行なうための沸き上げ運転を実行する際には、循環ポンプ20およびヒートポンプ3の駆動を制御することにより、沸き上げ目標温度の湯を所定の目標時刻までに目標量蓄える制御を行なうように構成されている。ただし、本実施形態においては、後述するように、この主制御部4は、沸き上げ運転中における放熱による湯の温度降下量を周期的に演算し、その温度降下量に対応させて湯の加熱温度を変更制御するようになっており、この点に特徴を有している。湯の加熱温度の変更は、たとえば循環ポンプ20の駆動を制御し、循環路2における湯の流量を調整することにより行なわれる。
The main control unit 4 corresponds to an example of the control means in the present invention, and is constituted by a microcomputer including a CPU and a memory attached to the CPU. The main control unit 4 responds to programs and other data recorded in the memory, and switch operation of a remote
次に、上記した構成の貯湯タンク蓄熱装置Aの作用、ならびに主制御部4の動作手順の一例について、図2に示したフローチャートを参照しつつ説明する。 Next, the operation of the hot water storage tank heat storage device A having the above-described configuration and an example of the operation procedure of the main control unit 4 will be described with reference to the flowchart shown in FIG.
まず、主制御部4は、蓄熱を行なうための沸き上げ運転がオン設定にされると(S1:YES)、沸き上げ条件を確認する(S2)。この沸き上げ条件の項目としては、沸き上げ目標温度Taや、沸き上げ量Lなどがあり、これらの条件は、たとえばユーザがリモコン用操作盤49を操作することにより設定される。また、これに代えて、たとえば主制御部4に学習機能をもたせておき、過去における貯湯タンク蓄熱装置Aの使用状況に基づいて主制御部4に決定させるようにすることもできる。次いで、主制御部4は、外気温Tbおよび貯湯タンク1内の湯の温度(水温)Tcを検出する(S3)。この検出処理は、補助制御部34から温度センサSbを利用した外気温のデータを受信することや、複数の温度センサScを利用して貯湯タンク1内の湯の各部の温度を検出してその平均値を演算するなどして行なうことができる。
First, when the boiling operation for storing heat is set to ON (S1: YES), the main control unit 4 confirms the boiling condition (S2). The items of the heating condition include a boiling target temperature Ta, a heating amount L, and the like. These conditions are set, for example, when the user operates the remote
その後、主制御部4は、前記したデータに基づき、沸き上げ所要時間H1を計算する(S4)。ここで、沸き上げ所要時間H1とは、前記沸き上げ条件を満たす蓄熱を行なうのに必要とされる時間であり、ヒートポンプ3の能力が大きいほど、この時間は短いものとなる。この沸き上げ所要時間H1の計算は、たとえばH1=(Ta−Tc)×L/Cの式を用いて行なう。ここで、Cは、ヒートポンプ3の仕事量である。具体例を挙げると、沸き上げ目標温度Taが80°C、湯の温度Tcが15°C、沸き上げ量Lが300リットル、ヒートポンプ3の仕事量Cが4.5KWh(4.5×860Kcal)の場合、これらを上記の式に当てはめると、沸き上げ所要時間H1は、約5時間となる。この沸き上げ所要時間H1が定まると、沸き上げ運転の終了予定時刻に基づき、沸き上げ運転開始の予定時刻も定まることとなる。沸き上げ運転の終了予定時刻は、スイッチ操作などによって適宜変更することが可能であるが、その具体例を挙げると、深夜電力の終了時刻(たとえば午前7時)、あるいはそれよりもやや早めの時刻とされる。沸き上げ予定時刻が仮に午前7時であるとすると、上記した例においては、午前2時が沸き上げ運転の開始予定時刻となる。ただし、実際には、放熱要因やその他の種々の事情を考慮し、適当な余裕時間をみて開始予定時刻を多少早めに設定してもかまわない。
Thereafter, the main control unit 4 calculates the required boiling time H1 based on the above data (S4). Here, the boiling required time H1 is a time required to perform heat storage satisfying the above-mentioned boiling condition, and this time becomes shorter as the capacity of the
主制御部4は、沸き上げ運転の開始予定時刻になると(S5:YES)、ヒートポンプ3や循環ポンプ20の駆動を開始させて沸き上げ運転を開始するが、その運転中には、後に詳述するように、図2のステップS6〜S8の手順を踏み、加熱された湯の貯湯タンク1内における温度降下量ΔT1、および循環路2に起因する温度降下量ΔT2を演算し、これらの値に基づいて、ヒートポンプ3による湯の加熱温度Txを算出する(S9)。そして、主制御部4は、この算出した加熱温度Txで湯が加熱されるように、循環ポンプ20を駆動制御して循環路2の流量調整を行なう(S10)。
The main control unit 4 starts the heating operation by starting driving the
上記の点を詳細に説明すると、湯の加熱温度Txを算出するには、予め湯の貯湯タンク1内における温度降下量ΔT1、および循環路2における温度降下量ΔT2を求めておくが(S7,S8)、温度降下量ΔT1を求める場合には、それに先立ち、ヒートポンプ3によって加熱される湯の放熱時間H2を計算しておく(S6)。この放熱時間H2は、湯が実際に加熱された時点からこの沸き上げ運転が終了するまでの時間である。すなわち、この放熱時間H2は、H2=H1−H3の式で求められる(H3は、実際の沸き上げ運転時間である)。沸き上げ運転の開始時においては、H3がゼロであるから、沸き上げ運転の開始時における放熱時間H2は、沸き上げ所要時間H1と同一である。この放熱時間H2は、沸き上げ運転が進み、時間が経過するのにしたがって徐々に減少することとなる。主制御部4は、前記放熱時間H2に基づき、温度降下量ΔT1を計算する。この温度降下量ΔT1は、たとえば、ΔT1=(Ta−Tb)×H2×γ1の式により求める。ここで、γ1は、放熱係数であり、この貯湯タンク蓄熱装置Aの貯湯タンク1およびこれと同型式の貯湯タンクに固有の定数である。この値は、たとえば実験などによって求めておくことができる。具体的な数値の一例を挙げると、沸き上げ目標温度Taが80°C、外気温Tbが16°C、放熱時間H2が5時間、放熱係数γ1が0.006であるとすると、温度降下量ΔT1は、約1.9degとなる。この値は、沸き上げ運転開始時に加熱された湯が沸き上げ運転終了時刻までに貯湯タンク1内において低下する温度である。
The above point will be described in detail. In order to calculate the hot water heating temperature Tx, the temperature drop ΔT1 in the hot
循環路2における温度降下量ΔT2は、たとえば、ΔT2=(Ta−Tb)×γ2の式により求める。ここで、γ2は、γ1と同様に放熱係数であるが、この放熱係数γ2は、循環路2の配管長など、この貯湯タンク蓄熱装置Aの施工条件に左右されるものであり、この貯湯タンク蓄熱装置Aに固有の定数である。この放熱係数γ2は、好ましくは、主制御部4の学習機能やリモコン用操作盤49のスイッチ操作などによって変更可能となっている(この点は、放熱係数γ1についても同様である)。具体的な数値の一例を挙げると、沸き上げ目標温度Taが80°C、外気温Tbが16°C、放熱係数γ2が0.02であるとすると、温度降下量ΔT2は、約1.2degとなる。この温度降下量ΔT2の算出に際しては、放熱時間H2を考慮する必要はない。
The temperature drop amount ΔT2 in the
上記した温度降下量ΔT1,ΔT2の合計値は、加熱された湯が沸き上げ運転終了時までに温度低下する量に相当する。主制御部4は、沸き上げ目標温度Taにそれらの合計値を加えた値を、湯の加熱温度Txとする。すなわち、Tx=Ta+ΔT1+ΔT2の式により、加熱温度Txを求める。前述した具体例に当てはめてこれを説明すると、沸き上げ目標温度Taが80°C、温度降下量ΔT1,ΔT2がそれぞれ1.9deg、1.2degであると、加熱温度Txは、83.1°Cとなる。したがって、沸き上げ運転の開始初期においては、その加熱温度Txで湯を加熱するように制御を行なう。この制御を終えると、主制御部4は、実際の沸き上げ運転時間H3を積算し(S11)、その後上記したような一連の処理を周期的に繰り返し(S12:NO,S6〜S11)、前記積算時間H3が沸き上げ所要時間H1になると、計算上は、沸き上げ完了としてその制御を終了する(S12:YES)。図2においては省略しているが、所定量(たとえば300リットル)の湯が実際に沸き上げられていることを確認するステップを設けることが望ましい。沸き上げ量が所定量に達していない場合には、ΔT1=0として、所定量になるまで運転を続ける。所定量沸き上げられているか否かの判断は、貯湯タンクの温度センサSc、あるいは循環路の温度センサSdを利用した温度検出により容易に行なうことができる。また、別の判断手法として、加熱能力と加熱源30の入出口温度差から算出した循環量の積算値から循環加熱量を確認し、これに基づいて判断する手法を用いることもできる。
The total value of the temperature drop amounts ΔT1 and ΔT2 described above corresponds to the amount by which the heated hot water drops by the end of the boiling operation. The main control unit 4 sets a value obtained by adding the total value to the boiling target temperature Ta as the hot water heating temperature Tx. That is, the heating temperature Tx is obtained by the equation Tx = Ta + ΔT1 + ΔT2. This will be explained by applying to the above-described specific example. When the boiling target temperature Ta is 80 ° C. and the temperature drop amounts ΔT1 and ΔT2 are 1.9 deg and 1.2 deg, respectively, the heating temperature Tx is 83.1 °. C. Therefore, at the beginning of the boiling operation, control is performed so that hot water is heated at the heating temperature Tx. When this control is finished, the main control unit 4 accumulates the actual boiling operation time H3 (S11), and then periodically repeats the series of processes described above (S12: NO, S6 to S11), When the accumulated time H3 becomes the required boiling time H1, the calculation is terminated as a completion of boiling (S12: YES). Although omitted in FIG. 2, it is desirable to provide a step of confirming that a predetermined amount (for example, 300 liters) of hot water is actually boiled. When the amount of boiling has not reached the predetermined amount, ΔT1 = 0 and the operation is continued until the predetermined amount is reached. Whether or not a predetermined amount has been boiled can be easily determined by temperature detection using the temperature sensor Sc of the hot water storage tank or the temperature sensor Sd of the circulation path. Further, as another determination method, it is also possible to use a method in which the circulation heating amount is confirmed from the integrated value of the circulation amount calculated from the heating capacity and the inlet / outlet temperature difference of the
上記した一連の処理において、主制御部4によって算出される貯湯タンク1内における温度降下量ΔT1は、沸き上げ運転が開始されてから時間が経過するにしたがって徐々に少なくなる。たとえば、沸き上げ運転の終了直前においては、加熱される湯の放熱時間H2がほとんどゼロとなるため、その際に算出される温度降下量ΔT1もそれと同様にほとんどゼロとなる。このようなことから、図3に示すように、加熱温度Txは、たとえば当初83.1°Cであるのに対し、その後時間の経過に伴って徐々に低下し、沸き上げ運転の終了直前には、循環路2における温度降下量ΔT2に対応する温度分だけ沸き上げ目標温度Ta(80°C)よりも高い温度となる。
In the series of processes described above, the temperature drop amount ΔT1 in the hot
上記した沸き上げ運転により貯湯タンク1内に貯留された湯は、いずれも加熱時から沸き上げ運転の終了時までの温度降下量に対応する温度だけ沸き上げ目標温度Taよりも高い温度で加熱されたものであるため、沸き上げ運転の終了時点においては、その加熱時期を問わず、加熱された湯の全量が沸き上げ目標温度Taと同一または略同一温度に揃うこととなる。したがって、予定された蓄熱量と比較して、実際の蓄熱量に不足を生じる虞れが無くなる。また、加熱された湯の温度が均一化されれば、図8(a)に示した好ましい湯の貯留態様またはこれに近い態様となって、加熱された高温の湯と非加熱の低温水との間に温度の境界層が明確に形成されることとなり、出湯を行なうときに高温水と低温水との混合水が多量に出湯されるといった不具合も生じ難いものとなる。
All the hot water stored in the hot
また、本実施形態においては、加熱された湯の温度降下量として、貯湯タンク1内における温度降下量ΔT1のみならず、循環路2における温度降下量ΔT2をも考慮している。このため、主制御部4によって求める湯の温度降下量の値が、実際の温度降下量にかなり近い正確なものとなり、沸き上げ運転終了時における実際の蓄熱量が目標蓄熱量に対して大きな誤差を生じないようにすることができる。
Further, in the present embodiment, not only the temperature drop amount ΔT1 in the hot
ただし、本発明においては、循環路2における温度降下量ΔT2を考慮することなく、たとえば貯湯タンク1内における温度降下量ΔT1のみを湯の温度降下量とみなして加熱温度Txを決定してもかまわない。この場合、図2に示したステップS8の計算処理は行なわれないこととなり、またステップS9の加熱温度Txの演算においては、温度降下量ΔT2=0となる。このような制御によれば、たとえば図4に示すように、沸き上げ運転終了直前の加熱温度Txが、沸き上げ目標温度Taと同一なり、この点が図3に示した場合とは相違するものの、やはり加熱温度Txは、貯湯タンク1内における放熱が考慮されてその温度降下量に対応する分だけ沸き上げ目標温度Taに加算されているために、実際の蓄熱量が目標蓄熱量を大きく下回ることが適切に回避される。また、貯湯タンク1内に貯留された高温の湯の温度の均一化なども図られる。
However, in the present invention, the heating temperature Tx may be determined by considering only the temperature drop amount ΔT1 in the hot
本発明においては、温度降下量ΔT1,ΔT2の算出処理や、加熱温度Txの算出処理を周期的に行なう場合、その周期の具体的なスパンはとくに限定されない。そのスパンを比較的長くとると(たとえば数分間〜十数分間のスパン)、たとえば図5に示すように、加熱温度Txは段階的に制御されることとなる。この場合には、図3および図4に示すように、加熱温度Txが略直線的に制御される場合と比較すると、その精度は低くなるものの、やはり従来技術と比較すると、蓄熱量の不足抑制ならびに加熱された高温の湯の温度分布の均一化を図ることが可能であり、本発明はこのような制御内容であってもかまわない。また、上記した湯の温度降下量や加熱温度Txの算出およびこの加熱温度Txに対応するための制御は、一定の周期で行なうことが好ましいものの、やはりこれに限定されない。たとえば、主制御部4に他の制御処理を実行させる時間を確保するなどの理由により、不定の周期で実行させるようにしてもかまわない。さらに、本発明においては、加熱温度Txは、必ずしも演算により算出された湯の温度降下量ΔT1(またはこれにΔT2を加えた値)と沸き上げ目標温度Taとを単純に合計した値とする必要はない。たとえば、貯湯タンク蓄熱装置における湯の加熱温度の調整能力を超える範囲で加熱温度Txを細かく指定しても、そのような細かな指定に対応した温度制御は困難であるため、加熱温度Txについては、そのような加熱温度の調整能力などを考慮して、概算的な値とすることもできる。 In the present invention, when the calculation process of the temperature drop amounts ΔT1 and ΔT2 and the calculation process of the heating temperature Tx are periodically performed, the specific span of the period is not particularly limited. If the span is relatively long (for example, span of several minutes to several tens of minutes), for example, as shown in FIG. 5, the heating temperature Tx is controlled stepwise. In this case, as shown in FIG. 3 and FIG. 4, although the accuracy is lower than the case where the heating temperature Tx is controlled substantially linearly, the heat storage amount is insufficiently suppressed as compared with the conventional technique. In addition, the temperature distribution of the heated hot water can be made uniform, and the present invention may have such control contents. Further, although the above-described calculation of the temperature drop of the hot water and the heating temperature Tx and the control for responding to the heating temperature Tx are preferably performed at a constant cycle, they are not limited to this. For example, the main control unit 4 may be executed at an indefinite period for securing a time for executing another control process. Furthermore, in the present invention, the heating temperature Tx is not necessarily limited to the sum of the hot water temperature drop ΔT1 (or a value obtained by adding ΔT2) calculated by calculation and the boiling target temperature Ta. There is no. For example, even if the heating temperature Tx is finely specified within a range exceeding the adjustment capability of the hot water heating temperature in the hot water storage tank storage device, it is difficult to control the temperature corresponding to such a fine specification. In consideration of the ability to adjust the heating temperature, an approximate value can be obtained.
図6は、本発明に係る貯湯タンク蓄熱装置の他の実施形態を示している。なお、同図において、図1に示した先の実施形態と同一または類似の要素には、先の実施形態と同一の符号を付している。 FIG. 6 shows another embodiment of the hot water storage tank heat storage device according to the present invention. In the figure, the same or similar elements as those of the previous embodiment shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals as those of the previous embodiment.
図6に示す貯湯タンク蓄熱装置Aaは、2つの貯湯タンク1A,1Bを備えており、貯湯量を多くできるように構成されている。貯湯タンク1Aの下部と貯湯タンク1Bの上部とは、配管部19を介して接続されており、これら2つの貯湯タンク1A,1B内の湯が循環路2を介して循環し得る閉ループをなすように構成されている。貯湯タンク1A,1Bのそれぞれの内部には、湯の温度を計測するための複数の温度センサScが設けられている。
The hot water storage tank heat storage device Aa shown in FIG. 6 includes two hot
この貯湯タンク蓄熱装置Aaにおいては、貯湯タンク1Bの下部の取出口21aから循環路2に流出した湯がヒートポンプ3によって加熱された後に、貯湯タンク1Aの上部の還元口21bから貯湯タンク1A内に供給される。したがって、加熱された湯は、貯湯タンク1Aの上部から下部に向かって貯留されていき、貯湯タンク1Aが満杯になると、配管部19を経て貯湯タンク1Bに貯留されていくこととなる。このようなことから、本実施形態においては、2つの貯湯タンク1A,1Bとこれを連結する配管部19の全体を1つの貯湯タンクとしてみなして前記した放熱係数γ1の値を決定した上で、それらの内部に湯が貯留された場合の温度降下量を算出し、これに基づいてヒートポンプ3による湯の加熱温度を求めて制御を行なえば、本発明の意図する効果が得られる。これは、貯湯タンクが2つの場合に限らず、3以上設けられている場合も同様である。
In the hot water storage tank heat storage device Aa, hot water flowing out from the
本発明の内容は、上述した実施形態に限定されない。本発明に係る貯湯タンク蓄熱装置の各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。 The content of the present invention is not limited to the embodiment described above. The specific configuration of each part of the hot water storage tank heat storage device according to the present invention can be varied in design in various ways.
たとえば、上述した実施形態においては、加熱された湯が沸き上げ運転終了時に至るまでの温度降下量を周期的に求めているが、これとは異なる制御を行なうこともできる。すなわち、本発明においては、沸き上げ運転の開始時には、この運転の開始時に加熱された湯の前記沸き上げ運転の終了時までの温度降下量に対応した温度と前記沸き上げ目標温度とを加算した温度で前記湯の加熱を行なわせ、その後は温度降下量の算出処理を行なうことなく、前記沸き上げ運転の終了予定時刻に近づくにしたがって前記湯の加熱温度を前記沸き上げ目標温度に近づけていく加熱温度制御を行なうように構成してもかまわない。このような制御を行なった場合であっても、結果的には、湯の加熱温度の変化は、図3および図4に示した湯の加熱温度Txの変化と同様なものとすることができ、本発明が意図する効果が得られることとなる。 For example, in the above-described embodiment, the temperature drop amount until the heated hot water reaches the end of the boiling operation is periodically obtained, but control different from this can be performed. That is, in the present invention, at the start of the boiling operation, the temperature corresponding to the temperature drop amount of the hot water heated at the start of the operation until the end of the boiling operation and the boiling target temperature are added. The hot water is heated at a temperature, and then the heating temperature of the hot water is brought closer to the boiling target temperature as the boiling operation is scheduled to end without performing a temperature drop calculation process. You may comprise so that heating temperature control may be performed. Even when such control is performed, as a result, the change in the hot water heating temperature can be the same as the change in the hot water heating temperature Tx shown in FIGS. Thus, the effect intended by the present invention can be obtained.
本発明においては、加熱された湯の温度降下量、あるいは湯の加熱温度は、必ずしも演算処理によって求める必要はない。たとえば、種々の沸き上げ運転条件に対応する温度降下量あるいは湯の加熱温度のデータを記憶させたデータテーブルを主制御部4に具備させておき、このデータテーブルを参照することによって湯の温度降下量、あるいは湯の加熱温度を決定するようにしてもかまわない。 In the present invention, the temperature drop amount of the heated hot water or the heating temperature of the hot water does not necessarily have to be obtained by arithmetic processing. For example, the main control unit 4 is provided with a data table in which data of the temperature drop amount or hot water heating temperature data corresponding to various boiling operation conditions is stored, and the temperature drop of the hot water is referred to by referring to this data table. The amount or the heating temperature of hot water may be determined.
上述した実施形態においては、制御手段(主制御部4)が貯湯タンク内の湯に対する沸き上げ所要時間を演算したが、やはりこれに限定されない。本発明においては、沸き上げ所要時間をユーザがスイッチ操作などによって設定してもよい。沸き上げ所要時間や沸き上げ目標温度のデータは、制御手段が演算により求めたもの、および外部からスイッチ操作などによって入力設定されたもののいずれであってもよい。 In the embodiment described above, the control means (main control unit 4) calculates the required boiling time for the hot water in the hot water storage tank, but it is not limited to this. In the present invention, the user may set the required boiling time by operating a switch or the like. The boiling time required and the boiling target temperature data may be either those obtained by calculation by the control means or those input and set by a switch operation or the like from the outside.
加熱手段としては、電力を動力源とするヒートポンプに限らず、それ以外のたとえばガスエンジンを動力源とするものなど、種々の加熱手段を用いることができる。また、本発明に係る貯湯タンク蓄熱装置は、沸き上げ運転により貯湯タンクに貯留された湯を給湯や暖房用途などに用いることが可能であるものの、その具体的な用途も問うものではない。 The heating means is not limited to a heat pump using electric power as a power source, and other various heating means such as those using a gas engine as a power source can be used. Moreover, although the hot water storage tank thermal storage apparatus which concerns on this invention can use the hot water stored by the hot water storage tank by boiling operation for hot water supply, a heating use, etc., the specific use is not ask | required.
A,Aa 貯湯タンク蓄熱装置
Ta 沸き上げ目標温度
Tx 加熱温度
ΔT1,ΔT2 温度降下量
1,1A,1B 貯湯タンク
2 循環路
3 ヒートポンプ(加熱手段)
4 主制御部(制御手段)
A, Aa Hot water storage tank thermal storage device Ta Boiling target temperature Tx Heating temperature ΔT1,
4 Main control unit (control means)
Claims (5)
この貯湯タンク内の湯を取り出してから前記貯湯タンク内に戻す循環路と、
この循環路を流れる湯を加熱する加熱手段と、
前記貯湯タンク内の湯に対する沸き上げ目標温度および沸き上げ所要時間のデータに基づいて、前記貯湯タンク内への蓄熱を行なうための沸き上げ運転が実行されるように、前記加熱手段による湯の加熱制御を行なう制御手段と、
を備えている、貯湯タンク蓄熱装置であって、
前記制御手段は、前記沸き上げ運転が行なわれるときには、前記加熱手段によって加熱される湯の加熱時から前記沸き上げ運転の終了時までの温度降下量を一定または不定の周期で求め、かつこの温度降下量に対応した温度を前記沸き上げ目標温度に加算した温度で湯を加熱させるように加熱温度の変更制御を行なう構成とされていることを特徴とする、貯湯タンク蓄熱装置。 A hot water storage tank,
A circulation path for removing hot water from the hot water storage tank and returning it to the hot water storage tank;
Heating means for heating the hot water flowing through the circulation path;
Heating of hot water by the heating means so that a boiling operation for performing heat storage in the hot water storage tank is executed based on the data of the target boiling temperature and the required boiling time for the hot water in the hot water storage tank Control means for performing control;
A hot water storage tank heat storage device comprising:
When the boiling operation is performed, the control means obtains a temperature drop amount from the time of heating the hot water heated by the heating means to the end of the boiling operation at a constant or indefinite period, and this temperature A hot water storage tank heat storage device characterized in that heating temperature change control is performed so that hot water is heated at a temperature obtained by adding a temperature corresponding to the amount of drop to the boiling target temperature.
この貯湯タンク内の湯を取り出してから前記貯湯タンク内に戻す循環路と、
この循環路を流れる湯を加熱する加熱手段と、
前記貯湯タンク内の湯に対する沸き上げ目標温度および沸き上げ所要時間のデータに基づいて、前記貯湯タンク内への蓄熱を行なうための沸き上げ運転が実行されるように、前記加熱手段による湯の加熱制御を行なう制御手段と、
を備えている、貯湯タンク蓄熱装置であって、
前記制御手段は、前記沸き上げ運転の開始時には、この運転の開始時に加熱される湯の前記沸き上げ運転の終了時までの温度降下量に対応した温度を前記沸き上げ目標温度に加算した温度で前記湯の加熱を行なわせ、かつその後は前記沸き上げ運転の終了予定時刻に近づくにしたがって前記湯の加熱温度を前記沸き上げ目標温度に近づけていく加熱温度制御を行なうように構成されていることを特徴とする、貯湯タンク蓄熱装置。 A hot water storage tank,
A circulation path for removing hot water from the hot water storage tank and returning it to the hot water storage tank;
Heating means for heating the hot water flowing through the circulation path;
Heating of the hot water by the heating means so that a boiling operation for performing heat storage in the hot water storage tank is executed based on the data of the target boiling temperature and the required boiling time for the hot water in the hot water storage tank Control means for performing control;
A hot water storage tank heat storage device comprising:
The control means, at the start of the boiling operation, is a temperature obtained by adding a temperature corresponding to a temperature drop amount of hot water heated at the start of the operation until the end of the boiling operation to the boiling target temperature. The hot water is heated, and thereafter, the heating temperature is controlled so as to bring the hot water heating temperature closer to the boiling target temperature as it approaches the scheduled end time of the boiling operation. A hot water storage tank heat storage device.
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