JP2006010134A - 多機能給湯装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 暖房負荷が大きい場合に対し、暖房負荷が小さく、熱交換で必要な流体温度が低い場合への安定した対応が行えず、熱交換を断続的に停止したりすることで暖房が断続的に止まることを使用者が認識し、暖房の質が低下する。
【解決手段】 ヒートポンプユニット１４によって加熱された高温の温水を蓄える貯湯タンク１と、前記貯湯タンク１内に蓄えられた高温の温水が供給される暖房用熱交換器９と、前記暖房用熱交換器９で放熱した低温の温水を前記高温の温水とを混合して、前記高温の温水よりも低温の温水を作る暖房用混合弁１９とを備え、前記暖房用混合弁１９から前記低温の温水を前記暖房用熱交換器９に供給可能に構成した。
【選択図】 図１

Description

本発明は、貯湯タンク内に蓄えた高温の温水を利用する多機能給湯装置に関するものであり、さらに詳しくは該貯湯タンク内の高温の温水を熱源として外部熱負荷と熱交換を行なう暖房用熱交換器を備えた多機能給湯装置に関するものである。

従来、この種の多機能給湯装置として、暖房用熱交換器の２次側を循環する流体の温度により、前記暖房用熱交換器の１次側配管を流れる流体の流量を制御して、貯湯タンクの湯を効率的に利用するものがある（例えば、特許文献１参照）。

特開２００３−１９４３４７号公報（第２頁、図１）

しかしながら、上記特許文献１に示された従来の構成では、暖房負荷が大きい場合を含めて想定した暖房用熱交換器（放熱機器）の熱交換能力に対して、貯湯槽内の湯温が高く、暖房用熱交換器の２次側で必要な流体の温度が低い場合（たとえば４０℃以下程度など）に、１次側の循環流量を絞っても、暖房用熱交換器での熱交換量が過大となり、２次側配管で熱交換による安定した４０℃程度の流体の送水ができなくなる場合があり、結果として、１次側の流れを断続的に停止する、または２次側の流体温度が４０℃近辺で上下動を繰り返す現象（ハンチング）が生じるなどの状態となる。

これにより、２次側では、安定した温度での流体の送水が行われないので、近年の床暖房などに使われる高効率の床暖房パネル（送水温度が３５〜４０℃で動作、送水する流体の温度の床面への応答性が非常によい）を使用すると、暖房が断続的に止まることを使用者が認識でき、使用者に不信感を抱かせるとともに、暖房の質が低下する。
また、この現象を回避するために、暖房用熱交換器の能力の小さいものを併設、または暖房用熱交換器自体を小さくしたり、貯湯槽内に蓄える湯の温度を可変する（下げる）などの方策が考えられるが、暖房用熱交換器を複数設けると、コストが高くなり、暖房用熱交換器の能力を小さくすると、負荷が大きい場合に追従できなくなり、貯湯槽内に蓄える湯の温度を下げると、給湯側の負荷に対して蓄熱量が不足するなどの問題が生じるものであった。

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、貯湯タンク側の熱源温度に依存せず、また暖房用熱交換器自体の能力を変更せずに、２次側で熱交換による高温から低温まで安定した温度での流体の送水が行える多機能給湯装置を提供することを目的とする。

本発明に係わる多機能給湯装置は、ヒートポンプユニットによって加熱された高温の温水を蓄える貯湯タンクと、前記貯湯タンク内に蓄えられた高温の温水が供給される暖房用熱交換器と、前記暖房用熱交換器で放熱した低温の温水を前記高温の温水とを混合して、前記高温の温水よりも低温の温水を作る温水混合手段とを備え、前記温水混合手段から前記低温の温水を前記暖房用熱交換器に供給可能に構成したものである。

本発明によれば、暖房用熱交換器で放熱した低温の温水を前記高温の温水とを混合して、前記高温の温水よりも低温の温水を作る温水混合手段とを備えており、前記温水混合手段から前記低温の温水を前記暖房用熱交換器に供給可能に構成したことにより、貯湯タンク側の熱源温度に依存せず、また暖房用熱交換器自体の能力を変更せずに、２次側で熱交換後の流体が高温から低温まで安定した温度で送水することができる。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１を示す多機能給湯装置の構成図である。
図１において、貯湯タンク１の下部には給水配管２が接続されていて、また、貯湯タンク１の上部には給湯配管５が接続されている。前記給水配管２には第１，第２の給水分岐管３，４が接続され、前記給湯配管５には給湯分岐管６が接続されている。
前記貯湯タンク１の上下部には、放熱循環回路７が接続されており、この放熱循環回路７には、外部熱負荷である床暖房器８内のブラインと熱交換するための暖房用熱交換器９と、この暖房用熱交換器９に高温の温水から低温の温水まで供給を可能とする温水混合手段としての暖房用混合弁１９と、前記貯湯タンク１内の高温の温水を前記放熱循環回路７に循環させる循環ポンプ１０とが接続されて閉回路を構成している。

前記暖房用熱交換器９は、前記貯湯タンク１から高温の温水が温水混合手段１９を経て供給される１次側管９ａと、外部熱負荷である前記床暖房器８内のブラインが供給される２次側管９ｂを有している。
前記暖房用混合弁１９は、前記貯湯タンク１からの高温の温水と前記暖房用熱交換器９で放熱した低温の温水とを混合して、前記高温の温水よりも低温の温水を作るもので、前記放熱した低温の温水は前記暖房用熱交換器９の１次側管９ａの出口と貯湯タンク１との間に設けた分岐配管２０を通って前記暖房用混合弁１９に供給される。なお、前記循環ポンプ１０は、前記暖房用熱交換器９の下流側で前記分岐配管２０よりも上流側の位置に設けている。また、前記暖房用混合弁１９の出口部分には温度センサ２１が設けられていて、その出口部分の湯温を検出している。

前記床暖房器８には、前記暖房用熱交換器９の２次側配管９ｂと接続された暖房循環回路１２が接続されている。この暖房循環回路１２には、前記暖房用熱交換器９から床暖房器８へブラインを循環させる循環ポンプ１３が設けられている。
加熱源としてのヒートポンプユニット１４には、貯湯タンク１の上下部と接続された加熱循環回路１５が接続されており、前記ヒートポンプユニット１４内に配置された循環ポンプ（図示せず）により貯湯タンク１の下部から水を導き、ヒートポンプユニット１４内で外気との熱交換を行い、水を高温の湯に沸き上げて貯湯タンク１の上部に戻すように構成されている。加熱循環回路１５の貯湯タンク１下部側には温度センサ１５ａが設けられている。

給湯用混合弁１６は、前記第１の給水分岐管３と前記給湯配管５の間に接続され、前記第１の給水分岐管３からの市水と前記給湯配管５から供給される高温の温水とを適宜混合して、一般給湯配管１７を経由して蛇口１８等の出湯口から出湯する。

また、ふろ用混合弁２２は、前記第２の給水分岐管４と前記給湯分岐管６の間に接続され、前記給湯配管５から前記給湯分岐管６を経由して供給される高温の温水と第２の給水分岐管４から供給される市水とを混合して、ふろ配管２５に供給する。このふろ配管２５には、ふろ用混合弁２２の出口部分の湯温を検出する温度センサ２３と、浴槽２６へ所望の温度に混合された温水を供給または遮断する開閉弁２４と、該ふろ配管２５を通して浴槽２６へ供給した湯量を計測する流量センサ２７が設けられている。

制御装置３０は、操作部３１で設定された所望温度や所望量、及び前記温度センサ１１、１５ａ，２１，２３、流量センサ２７の検出値に基づいて前記循環ポンプ１０，１３，ヒートポンプユニット１４，給湯用混合弁１６，暖房用混合弁１９，ふろ用混合弁２２，開閉弁２４等の動作を制御して装置全体の運転を制御する。使用者が浴槽２６に給湯する場合、操作部３１により設定する所望温度は概ね３５〜４５℃程度である。

次に、上記実施の形態１に示す多機能給湯装置の動作を図１を用いて説明する。
まず、貯湯タンク１内に湯を沸き上げる場合の動作について説明する。
給水配管２から給水された市水は減圧弁（図示せず）で所定圧に減圧され、貯湯タンク１に給水される。これにより、貯湯タンク１内は常に満水状態となっている。
この状態で、操作部３１により制御装置３０が沸き上げ開始の指示を受けると、貯湯タンク１内の水はヒートポンプユニット１４に内蔵された循環ポンプ（図示せず）の運転により、貯湯タンク１の下部から加熱循環回路１５に取り出されて、ヒートポンプユニット１４で熱交換し、設定された沸き上げ温度（例えば９０℃）になるように加熱昇温され、貯湯タンク１の上部に戻される（図１中、矢印ａ）。これにより、貯湯タンク１の上部より９０℃の湯が少量づつ貯湯されていく。

前記ヒートポンプユニット１４による沸き上げは、温度センサ１５ａの温度が一定温度（例えば６０℃）以上になったら、制御装置３０は貯湯タンク１が全量沸き上がったと判断して、沸き上げを終了する。このとき、ヒートポンプ方式による沸き上げ加熱効率は、ヒートポンプユニット１４に入る水の温度が低いときは、沸き上げ加熱効率が高いが、入る水の温度が高いときは沸き上げ加熱効率は低下するという特性を持っている。

次に、蛇口１８からの一般給湯を行う場合の動作について説明する。
この場合は、蛇口１８を開くことによって、制御装置３０は給湯用混合弁１６を制御して第１の給水分岐管３を経由して供給される市水（図１中、矢印ｆ）と貯湯タンク１を経由して給湯配管５を経由して供給される高温の温水（図１中、矢印ｅ）とを混合し、温度センサ１１で温度を検出しながら、使用者が設定した所望温度になるよう給湯用混合弁１６を調整し、一般給湯配管１７を経由して給湯が行われる。（図１中、矢印ｈ）

次に、浴槽２６へ給湯を行う湯はり動作の場合について説明する。
この場合は、操作部３１により制御装置３０が湯はり開始の指示を受けると、湯はり動作が開始される。湯はり動作が開始されると、制御装置３０は開閉弁２４を開き、第２の給水分岐管４を経由して供給される市水（図１中、矢印ｆ）と貯湯タンク１を経由して給湯配管５から給湯分岐管６を経由して供給される高温の温水（図１中、矢印ｅ）とをふろ用混合弁２２で混合し、所望温度となるように温度センサ２３で温度を検出しながら、ふろ用混合弁２２を調整し、ふろ配管２５を経由して浴槽２６に湯はりを行う（図１中、矢印g）。湯はりの完了は、制御装置３０が流量センサ２７の積算流量をカウントし、所望量となった時点で、開閉弁２４を閉じるように制御することで完了となる。

次に、従来の床暖房器８を用いて床暖房を行う場合の動作について説明する。
この場合は、操作部３１により制御装置３０が床暖房開始の指示を受けると、床暖房動作が開始される。床暖房動作が開始されると、まず、循環ポンプ１３が動作して床暖房器８内のブラインが暖房循環回路１２を循環し、暖房用熱交換器９を通って床暖房器８内に戻される（図１中、矢印ｃ）。

一方、循環ポンプ１０も動作して、貯湯タンク１の上部より高温の温水が放熱循環回路７に導かれ、暖房用混合弁１９、暖房用熱交換器９を通って貯湯タンク１の下部に戻される（図１中、矢印ｂ）。このとき、暖房用熱交換器９は、貯湯タンク１内に蓄えられた高温の温水から低温のブラインに熱交換（伝熱）することで、ブラインを床暖房に適した温度（概ね５０〜６０℃程度）に加熱昇温させる。また、一方で、高温の温水は熱を奪われ、比較的低温の温水（概ね４０℃程度）となって貯湯タンク１に戻される。

従来の床暖房器８を用いた床暖房の動作は前述のとおりであるが、近年、開発が進んでいる高効率の床暖房器８を用いて床暖房を行う場合は、次のような動作を行う。

すなわち、高効率の床暖房器８を用いる場合には、貯湯タンク１から導かれた高温の温水と暖房用熱交換器９で熱交換後に得られる比較的低温の温水とを分岐配管２０を経由して暖房用混合弁１９で混合し、前記高温の温水よりも低温の温水を作り、この低温の温水を再び暖房用熱交換器９に供給する。このとき、同様に温度センサ２１により、ブライン温度を高効率の床暖房器８の求める４０℃程度に加熱昇温させるのに適当な温度（５０℃程度）になるように制御部３０により制御する。

このように、高効率の床暖房器８を用いる場合にも、貯湯タンク１側の熱源温度に依存せず、また暖房用熱交換器９自体の能力を変更せずに、２次側で熱交換後の流体が高温から低温まで安定した温度で送水することができる。
これにより、１つの暖房用熱交換器９を用いて、２次側で高温の温水からの熱交換と低温の温水からの熱交換のどちらも安定した温度で送水が行える多機能給湯装置の提供が可能となる。

また、このような暖房用混合弁１９を用いて比較的低温の温水での熱交換を行うことにより、放熱循環回路７により貯湯タンク１の下部に戻される温水の温度を従来よりも低減させることが可能となり、ヒートポンプユニット１４による貯湯タンク１内への湯の沸き上げ加熱効率の低下を抑制することが可能となる。

また、従来の床暖房器８を用いる場合にも、暖房負荷が小さいときなどには、前述の方法によってブラインの温度を調整できるので、貯湯タンク１内の高温の温水の使用量を減らすことが可能となり、結果として、前述と同様にヒートポンプユニット１４による沸き上げ加熱効率の低下を抑制することが可能となる。

さらに、従来の多機能給湯装置（特許文献１）では、暖房用熱交換器の１次側の熱交換量調整のため、循環ポンプ１０をモータ部がＤＣブラシレスにて形成され、回転数が複数段階に切換え可能な高価なポンプで構成するか、あるいは安価な誘導モータでに循環ポンプと流量調整弁を組み合わせる手法が挙げられているが、本実施の形態１における多機能給湯装置によれば、暖房用混合弁１９を設けて混合温度を調整することで、安価な誘導モータでの循環ポンプのみでの制御が可能となり、流量調整弁が不要となるので、安価に提供できる。

本発明の実施の形態１を示す多機能給湯装置の構成図である。

符号の説明

１ 貯湯タンク、２ 給水配管、３ 第１の給水分岐管、４ 第２の給水分岐管、５ 給湯配管、６ 給湯分岐管、７ 放熱循環回路、８ 床暖房器、９ 暖房用熱交換器、１０ 循環ポンプ、１１ 温度センサ、１２ 暖房循環回路、１３ 循環ポンプ、１４ ヒートポンプユニット、１５ 加熱循環回路、１５a 温度センサ、１６ 給湯用混合弁、１７ 一般給湯配管、１８ 蛇口、１９ 暖房用混合弁、２０ 分岐配管、２１ 温度センサ、２２ ふろ用混合弁、２３ 温度センサ、２４ 開閉弁、２５ ふろ配管、２６ 浴槽、３０ 制御装置、３１ 操作部。

Claims (3)

1. ヒートポンプユニットによって加熱された高温の温水を蓄える貯湯タンクと、前記貯湯タンク内に蓄えられた高温の温水が供給される暖房用熱交換器と、前記暖房用熱交換器で放熱した低温の温水を前記高温の温水とを混合して、前記高温の温水よりも低温の温水を作る温水混合手段とを備え、前記温水混合手段から前記低温の温水を前記暖房用熱交換器に供給可能に構成したことを特徴とする多機能給湯装置。
2. 前記貯湯タンク、前記温水混合手段、および前記暖房用熱交換器を包含する閉回路を温水が循環するように構成し、前記温水混合手段により前記暖房用熱交換器での放熱量の制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の多機能給湯装置。
3. 前記貯湯タンク、前記温水混合手段、および前記暖房用熱交換器を包含する閉回路に温水を循環させる循環ポンプが、前記暖房用熱交換器の下流側と前記温水混合手段との間に設けていることを特徴とする請求項１または２に記載の多機能給湯装置。

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