JP2006010187A

JP2006010187A - 貯湯式給湯暖房装置

Info

Publication number: JP2006010187A
Application number: JP2004186983A
Authority: JP
Inventors: Naotaka Aizawa; 直孝藍沢; Satoru Tsurumaki; 悟鶴巻; Shigeki Murayama; 成樹村山; Makoto Honma; 誠本間
Original assignee: Corona Corp
Current assignee: Corona Corp
Priority date: 2004-06-24
Filing date: 2004-06-24
Publication date: 2006-01-12

Abstract

【課題】ヒートポンプ式加熱手段を暖房用の熱源とする貯湯式給湯暖房装置のエネルギー効率を向上させる。
【解決手段】ヒーポン循環回路３に循環切換手段１０を介して接続されヒーポン循環回路３をバイパスするバイパス管９と、バイパス管９途中に設けられ放熱部へ循環する循環水を加熱するための暖房用熱交換器１１とを備え、ヒートポンプ式加熱手段２で加熱された温水を暖房用熱交換器１１に循環させるようにした貯湯式給湯暖房装置において、バイパス管９の暖房用熱交換器１１の下流に貯湯タンク１の中間位置に連通する中間戻し管１２を接続すると共に、貯湯タンク１の中間位置に中間出湯管１４を接続した。
【選択図】図１

Description

本発明はヒートポンプ加熱式の貯湯式給湯暖房装置に関するものである。

従来よりこの種のものには、ヒートポンプ加熱手段により深夜時間帯に貯湯タンク内の水を循環加熱して昼間での給湯に必要な分量を貯湯し、暖房を行う場合は、ヒートポンプ加熱手段で加熱した温水を貯湯タンクと並列関係にある暖房用熱交換器に直接循環させて暖房を行うようにしたものがあった（例えば特許文献１）。
特開２００４−２８４１４号公報

ところが、この従来のものでは、暖房運転を行っている最中に給湯を行う場合、給湯には給湯温度よりも高い温度の高温の貯湯が利用される一方、ヒートポンプ加熱手段では暖房用熱交換器で熱交換して温度低下した例えば４０℃〜６０℃程度（暖房負荷の状態により変動する）の中温水が加熱されることとなる。一般にヒートポンプ加熱手段においては、中温水を加熱するよりは例えば１０℃〜２０℃程度の水道水を加熱した方がＣＯＰ（加熱効率）が向上することが知られている。従って、この従来のものでは給湯に用いることに適した温度帯の中温水があるにも関わらず貯湯式の給湯装置の性質上できる限り残しておきたい高温水を給湯に用いていると同時に、給湯に用いることに適した温度帯の中温水をヒートポンプ加熱手段によりＣＯＰが悪い状態で加熱することとなり、給湯と暖房のトータルで見た場合のエネルギー効率が悪いという問題があった。

そこで、本発明は前記課題を解決するため、請求項１では、入水管と出湯管が接続され湯水を貯湯する貯湯タンクと、前記貯湯タンク内の湯水を加熱するヒートポンプ式加熱手段と、前記貯湯タンクと前記ヒートポンプ式加熱手段とを湯水が循環可能に接続するヒーポン循環回路と、前記ヒーポン循環回路に設けられ湯水を循環させるヒーポン循環ポンプと、前記ヒーポン循環回路に循環切換手段を介して接続され前記ヒーポン循環回路をバイパスするバイパス管と、前記バイパス管途中に設けられ放熱部へ循環する循環水を加熱するための暖房用熱交換器とを備え、前記ヒートポンプ式加熱手段で加熱された温水を前記暖房用熱交換器に循環させるようにした貯湯式給湯暖房装置において、前記バイパス管の前記暖房用熱交換器の下流から分岐して前記貯湯タンクの中間位置に連通する中間戻し管を接続すると共に、前記貯湯タンクの中間位置に中間出湯管を接続したものとした。

また、請求項２では、入水管と出湯管が接続され湯水を貯湯する貯湯タンクと、前記貯湯タンク内の湯水を加熱するヒートポンプ式加熱手段と、前記貯湯タンクと前記ヒートポンプ式加熱手段とを湯水が循環可能に接続するヒーポン循環回路と、前記ヒーポン循環回路に設けられ湯水を循環させるヒーポン循環ポンプと、前記ヒーポン循環回路に循環切換手段を介して接続され前記ヒーポン循環回路をバイパスするバイパス管と、前記バイパス管途中に設けられ放熱部へ循環する循環水を加熱するための暖房用熱交換器とを備え、前記ヒートポンプ式加熱手段で加熱された温水を前記暖房用熱交換器に循環させるようにした貯湯式給湯暖房装置において、前記バイパス管の前記暖房用熱交換器の下流から分岐して前記貯湯タンクの中間位置に連通する中間戻し管を接続すると共に、前記貯湯タンクの中間位置に中間出湯管を接続し、貯湯運転時は前記循環切換手段を前記ヒートポンプ式加熱手段と前記貯湯タンクとで循環するように切換え、暖房運転時は前記循環切換手段を前記ヒートポンプ式加熱手段と前記暖房用熱交換器とで循環するように切換え、暖房と給湯とが同時に使用された時は前記中間戻し管から前記貯湯タンクに戻した湯水の少なくとも一部を前記中間出湯管から出湯させて給湯するようにした。

また、請求項３では、請求項１または２のものにおいて、前記中間戻し管に前記貯湯タンク側からの逆流を防止する逆流防止手段を設けたものとした。

また、請求項４では、請求項３のものにおいて、前記逆流防止手段として逆止弁を用いたものとした。

また、請求項５では、請求項３のものにおいて、前記逆流防止手段として、前記バイパス管と前記中間戻し管との分岐点に、温水の流通先を前記バイパス管の下流側か前記中間戻し管かを切換えるバイパス切換手段を用いたものとした。

また、請求項６では、請求項１〜５のものにおいて、前記ヒーポン循環ポンプは前記ヒートポンプ式加熱手段と前記バイパス管との間の前記ヒーポン循環回路途中に設けられているものとした。

また、請求項７では、前記請求項６のものに、さらに前記バイパス管途中に暖房用循環ポンプを設けたものとした。

また、請求項８では、前記請求項６のものに、さらに前記中間戻し管途中に暖房用循環ポンプを設けたものとした。

また、請求項９では、請求項１〜８のものにおいて、前記入水管から分岐された給水管からの給水と、前記出湯管からの出湯と、前記中間出湯管からの出湯とを任意に混合して給湯する混合手段を備えたものとした。

また、請求項１０では、請求項９のものにおいて、前記混合手段は、前記出湯管からの出湯と前記中間出湯管からの出湯とを混合する中間混合弁と、この中間混合弁からの出湯と前記給水管からの給水とを混合する給湯混合弁とからなるものとした。

また、請求項１１では、請求項１〜１０のものにおいて、前記中間戻し管よりも前記中間出湯管が前記貯湯タンクの高い位置に接続されているものとした。

本発明によれば、暖房運転ではヒートポンプ式加熱手段で加熱された温水を直接暖房運転の熱源として用いることができると共に、暖房と給湯が同時に使用された場合に、暖房用熱交換器で熱交換された温水を中間戻し管を介して貯湯タンクに戻し、中間出湯管を介して給湯に用いて暖房からの戻り温水の熱を有効に活用できると同時に、貯湯タンクの下部から取り出した冷水をヒートポンプ式加熱手段で加熱して暖房に用いることができるので、ヒートポンプ式加熱手段のＣＯＰが向上し、給湯と暖房のトータルで見た場合に省エネルギーとなる。

また、中間戻し管を介した貯湯タンクからの高温水の逆流を防止して、暖房運転時のヒートポンプ式加熱手段のＣＯＰ低下を抑える。

また、貯湯運転と暖房運転とを一つのヒーポン循環ポンプで行うことが可能となる。

さらに、暖房用循環ポンプを追加することで、貯湯タンク内の貯湯温水を暖房用循環ポンプの駆動により暖房用熱交換器に循環させることが可能となり、貯湯タンク内の貯湯温水も暖房運転の熱源として用いることが可能となる。

そして、中間出湯管からの中温水と出湯管からの高温水と給水管からの給水とを混合して給湯するので、暖房運転によって発生する中温水を最大限に利用することが可能となり、貯湯タンク内の高温水の使用量を抑えながら設定温度の給湯を行うことができる。

さらに、中間戻し管よりも中間出湯管が前記貯湯タンクの高い位置に接続されているので、中間戻し管から貯湯タンク内に戻る温水を効率的に中間出湯管から出湯させることが可能となり、中温水を給湯に有効利用することができる。

以下に本発明を実施するために好適な実施例を説明する。

次に、本発明の実施例１について説明する。
１は湯水を貯湯する貯湯タンク、２は貯湯タンク１内の湯水を加熱する加熱手段としてのヒートポンプ式加熱手段、３は前記貯湯タンク１の下部に接続されたヒーポン往き管４および前記貯湯タンク１の上部に接続されたヒーポン戻り管５よりなるヒーポン循環回路、６は前記ヒーポン循環回路３に設けられて貯湯タンク１の湯水を循環させるヒーポン循環ポンプ、７は前記貯湯タンク１の下部に接続され貯湯タンク１に水を給水する入水管、８は前記貯湯タンク１の上部に接続され貯湯されている高温水を出湯する出湯管である。

９は前記ヒーポン循環回路３に循環切換手段１０を介してバイパスするよう接続されたバイパス管、１１は前記バイパス管９途中に設けられ、その二次側に放熱部（図示せず）が接続された暖房用熱交換器、１２は前記バイパス管９途中で前記暖房用熱交換器１１の下流側に前記貯湯タンク１の中間位置に接続された中間戻し管である。前記循環切換手段１０はヒーポン往き管４のヒートポンプ式加熱手段２側を、ヒーポン往き管４の貯湯タンク１側に連通するかバイパス管９側に連通するかを切換える電動三方弁より構成されている。なお、この循環切換手段１０は前記ヒーポン循環回路３のヒーポン戻り管５側に設けてもよいものである。

１３は前記貯湯タンク１の中間位置に接続された中間出湯管、１４は前記出湯管８からの湯水と前記中間出湯管１３からの湯水とを任意の温度になるよう混合する中間混合弁、１５は前記入水管７から分岐された給水管、１６は前記中間混合弁１４からの湯水と前記給水管１５からの給水とを給湯設定温度に混合する給湯混合弁である。

ここで前記ヒートポンプ式加熱手段２は、圧縮機１７と凝縮器としての冷媒−水熱交換器１８と電子膨張弁１９と強制空冷式の蒸発器２０とで構成され、このヒートポンプ式加熱手段２には冷媒として二酸化炭素が用いられて超臨界ヒートポンプサイクルを構成しているものである。

２１は、前記循環切換手段１０の駆動を制御すると共に、前記中間混合弁１３および前記給湯混合弁１６の駆動を制御し、さらにヒートポンプ回路の構成要素と前記ヒーポン循環ポンプ６の駆動を制御することで冷媒−水熱交換器１８に流入してきた湯水を所望の沸き上げ温度まで沸き上げるようにしている制御手段であり、予めプログラミングされたマイクロコンピュータを主体として構成されている。

ここで、貯湯タンク１内にヒートポンプ式加熱手段２で加熱された高温水を貯湯する貯湯運転について説明する。
制御手段２１は深夜時刻になると電力単価が安価な深夜時間帯内で朝の所定時刻までに沸き上がるように貯湯運転を開始し、循環切換手段１０をヒートポンプ式加熱手段２と貯湯タンク１とが連通するように切換え、ヒーポン循環ポンプ６とヒートポンプ式加熱手段２を駆動および起動して、貯湯タンク１の下部から取り出した湯水をヒートポンプ式加熱手段２により沸き上げ温度まで沸き上げて貯湯タンク１の上部に積層させるように貯湯する。そして、所望の熱量を貯湯するとヒーポン循環ポンプ６およびヒートポンプ式加熱手段２の停止して貯湯運転を終了する。

次に、ユーザーが給湯栓を開いて給湯する時の給湯運転について説明する。
給湯栓が開かれると入水管７から貯湯タンク１内に給水されると同時に出湯管８から貯湯温水が出湯される。このとき、中間混合弁１４の混合比率により中間出湯管１３からも貯湯温水が出湯され、中間混合弁１４によってある温度に混合される。そして、この中間混合弁１４からの湯水は給湯混合弁１６に流入し、給水管からの給水と混合されて所望の給湯設定温度で給湯栓から給湯される。

次に、暖房運転について説明する。
暖房の要求が発生すると、前記制御手段２１は暖房の二次側の運転を開始すると共に、循環切換手段１０をバイパス管９とヒーポン循環回路３のヒートポンプ式加熱手段２側とが連通するように切換え、ヒーポン循環ポンプ６とヒートポンプ式加熱手段２を駆動及び起動して、ヒートポンプ式加熱手段２で沸き上げた高温水を暖房用熱交換器１１に直接供給し、二次側と熱交換して温度低下した温水を再度ヒートポンプ式加熱手段２に直接循環させて再度加熱して暖房を行う。

次に、暖房運転と給湯運転とが同時に行われる併用運転について説明する。
暖房運転中に給湯運転の要求が発生すると、前記制御手段２１は循環切換手段１０を貯湯タンク１とヒートポンプ式加熱手段２とが連通するように切換える。ヒートポンプ式加熱手段２で加熱された温水は暖房用熱交換器１１を通過し、二次側との熱交換により温度低下した温水が中間戻し管１２を介して貯湯タンク１の中間部に戻される。そして、貯湯タンク１の下部に貯められている湯水および入水管７から貯湯タンク１の下部に流入した冷水がヒーポン往き管４を介してヒートポンプ式加熱手段２に循環されて加熱される。一方、貯湯タンク１の中間部に戻された温水は、制御手段２１でコントロールされる中間混合弁１４の混合比率に応じた量が中間出湯管１３を介して出湯され、給湯混合弁１６によって給湯設定温度の湯として給湯される。

このように、暖房運転と給湯運転の併用運転時には、ヒートポンプ式加熱手段２では貯湯タンク１の下部から取り出した湯水を加熱することとなるので、暖房用熱交換器１１で温度低下した温水よりも温度の低い湯水を加熱することとなり、ヒートポンプ式加熱手段２でのＣＯＰが向上すると共に、暖房用熱交換器１１で温度低下した温水を中間戻し管１２を介して貯湯タンク１の中間部に戻し、暖房用熱交換器１１で温度低下した温水の少なくとも一部を中間出湯管１３を介して給湯に即利用することができ、熱交換後の温水の温度を有効に活用することで給湯と暖房のトータルで機器全体のエネルギー効率を向上させることができるものである。

また、この実施例１においては、ヒーポン循環ポンプ６がヒーポン循環回路３のバイパス管９よりもヒートポンプ式加熱手段２側に設けられているため、貯湯運転と暖房運転とを一つのヒーポン循環ポンプ６で行うことが可能となる。

また、入水管７から分岐された給水管１５からの給水と、出湯管８からの出湯と、中間出湯管１３からの出湯とを任意に混合して給湯する混合手段としての中間混合弁１４および給湯混合弁１６とを備えたので、暖房運転によって発生する中温水を最大限に利用することが可能となり、貯湯タンク内の高温水の使用量を抑えながら設定温度の給湯を行うことができる。なお、前記混合手段は中間混合弁１４と給湯混合弁１６に限定されるものではなく、中間混合弁１４としてワックスサーモで混合比が自動調節される混合弁を用いたり、中間混合弁１４の替わりに出湯管８および中間出湯管１３の一方を選択的に開放する切換弁や、中間混合弁１４と給湯混合弁１６とを一つの駆動手段で駆動し一つのボディに組み込んだ混合手段でもよいものである。

また、中間戻し管１２よりも中間出湯管１３が貯湯タンク１の高い位置に接続されているので、中間戻し管１２から貯湯タンク１内に戻った温水が給湯運転によって貯湯タンク１の下部に流入してくる冷水によって押し上げられ、中間戻し管１２から貯湯タンク１に戻った温水が効率的に中間出湯管１３から出湯させられ、中温水を給湯に有効利用することができる。

次に、本発明の実施例２について説明する。なお、先の実施例１と同一の構成については同一の符号を付してその説明を省略することとする。

この実施例２では、図２に示すように中間戻し管１２の途中に貯湯タンク１側からの逆流を防止する逆流防止手段としての逆止弁２２を設けたものである。この逆止弁２２を設けることによって、暖房運転時にヒーポン戻り管５から貯湯タンク１に流入して中間戻し管１２を逆流してヒートポンプ式加熱手段２に流通しようとする高温水の流れを阻害し、ヒートポンプ式加熱手段２に流入する温水温度の無駄な昇温を防止して、暖房運転時のヒートポンプ式加熱手段のＣＯＰ低下を抑えるものである。

なお、前記逆流防止手段としては図３に示すように、バイパス管９と中間戻し管１２との分岐点に設けたバイパス切換手段２３でもよいものである。このバイパス切換手段２３は前記制御手段２１によりコントロールされる電動三方弁より構成され、温水の流通先を前記バイパス管９の下流側か前記中間戻し管１２かを切換えるようしている。また、バイパス切換手段２３として、中間戻し管１２に開閉弁を設けるようにしてもよいものである。このようにバイパス切換手段２３を設けることで、確実に温水の流通方向をコントロールすることが可能となり、暖房運転時にヒーポン戻り管５から貯湯タンク１に流入して中間戻し管１２を逆流してヒートポンプ式加熱手段２に流通しようとする高温水の流れを阻害し、ヒートポンプ式加熱手段２に流入する温水温度の無駄な昇温を防止して、暖房運転時のヒートポンプ式加熱手段のＣＯＰ低下を抑えるものである。

次に、本発明の実施例３について説明する。なお、先の実施例１および２と同一の構成については同一の符号を付してその説明を省略することとする。

この実施例２では、図４に示すようにバイパス管９のバイパス切換手段２３よりも上流側に暖房用循環ポンプ２４を設けた。そして、この暖房用循環ポンプ２４の駆動により、ヒーポン戻り管５を介して取り出す貯湯タンク１の上部に貯まっている高温水を暖房用熱交換器１１に循環させることができ、ヒートポンプ式加熱手段２が何らかの理由にて停止している時などにも一時的に暖房を行うことが可能となる。ここで、暖房用熱交換器１１で熱交換して温度低下した温水は、バイパス切換手段２３および中間戻し管１２を介して貯湯タンク１の中間部に戻し、次回の給湯時に中間出湯管１３から出湯させることができるものである。

なお、前記暖房用循環ポンプ２４は図５に示すようにバイパス管９の暖房用熱交換器１１の上流側に設けてもよいものである。

次に、本発明の実施例４について説明する。なお、先の実施例１〜３と同一の構成については同一の符号を付してその説明を省略することとする。

この実施例４では、図６に示すように中間戻し管１２に暖房用循環ポンプ２４を設けた。そして、バイパス切換手段２３を中間戻し管１２側に切換えると共に、暖房用循環ポンプ２４を駆動することにより、ヒーポン戻り管５を介して取り出す貯湯タンク１の上部に貯まっている高温水を暖房用熱交換器１１に循環させることができ、ヒートポンプ式加熱手段２が何らかの理由にて停止している時などにも暖房を行うことが可能となる。ここで、暖房用熱交換器１１で熱交換して温度低下した温水は、バイパス切換手段２３および中間戻し管１２を介して貯湯タンク１の中間部に戻し、次回の給湯時に中間出湯管１３から出湯させることができるものである。

本発明の実施例１の概略構成図。本発明の実施例２の概略構成図。同実施例２の変形例の概略構成図。本発明の実施例３の概略構成図。同実施例３の変形例の概略構成図。本発明の実施例４の概略構成図。

符号の説明

１貯湯タンク
２ヒートポンプ式加熱手段
３ヒーポン循環回路
６ヒーポン循環ポンプ
７入水管
８出湯管
９バイパス管
１０循環切換手段
１１暖房用熱交換器
１２中間戻し管
１３中間出湯管
１４中間混合弁
１５給水管
１６給湯混合弁
２２逆止弁
２３バイパス切換手段
２４暖房用循環ポンプ

Claims

入水管と出湯管が接続され湯水を貯湯する貯湯タンクと、前記貯湯タンク内の湯水を加熱するヒートポンプ式加熱手段と、前記貯湯タンクと前記ヒートポンプ式加熱手段とを湯水が循環可能に接続するヒーポン循環回路と、前記ヒーポン循環回路に設けられ湯水を循環させるヒーポン循環ポンプと、前記ヒーポン循環回路に循環切換手段を介して接続され前記ヒーポン循環回路をバイパスするバイパス管と、前記バイパス管途中に設けられ放熱部へ循環する循環水を加熱するための暖房用熱交換器とを備え、前記ヒートポンプ式加熱手段で加熱された温水を前記暖房用熱交換器に循環させるようにした貯湯式給湯暖房装置において、前記バイパス管の前記暖房用熱交換器の下流から分岐して前記貯湯タンクの中間位置に連通する中間戻し管を接続すると共に、前記貯湯タンクの中間位置に中間出湯管を接続したことを特徴とする貯湯式給湯暖房装置。
入水管と出湯管が接続され湯水を貯湯する貯湯タンクと、前記貯湯タンク内の湯水を加熱するヒートポンプ式加熱手段と、前記貯湯タンクと前記ヒートポンプ式加熱手段とを湯水が循環可能に接続するヒーポン循環回路と、前記ヒーポン循環回路に設けられ湯水を循環させるヒーポン循環ポンプと、前記ヒーポン循環回路に循環切換手段を介して接続され前記ヒーポン循環回路をバイパスするバイパス管と、前記バイパス管途中に設けられ放熱部へ循環する循環水を加熱するための暖房用熱交換器とを備え、前記ヒートポンプ式加熱手段で加熱された温水を前記暖房用熱交換器に循環させるようにした貯湯式給湯暖房装置において、前記バイパス管の前記暖房用熱交換器の下流から分岐して前記貯湯タンクの中間位置に連通する中間戻し管を接続すると共に、前記貯湯タンクの中間位置に中間出湯管を接続し、貯湯運転時は前記循環切換手段を前記ヒートポンプ式加熱手段と前記貯湯タンクとで循環するように切換え、暖房運転時は前記循環切換手段を前記ヒートポンプ式加熱手段と前記暖房用熱交換器とで循環するように切換え、暖房と給湯とが同時に使用された時は前記中間戻し管から前記貯湯タンクに戻した湯水の少なくとも一部を前記中間出湯管から出湯させて給湯するようにしたことを特徴とする貯湯式給湯暖房装置。
前記中間戻し管に前記貯湯タンク側からの逆流を防止する逆流防止手段を設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の貯湯式給湯暖房装置。
前記逆流防止手段として逆止弁を用いたことを特徴とする請求項３記載の貯湯式給湯暖房装置。
前記逆流防止手段として、前記バイパス管と前記中間戻し管との分岐点に、温水の流通先を前記バイパス管の下流側か前記中間戻し管かを切換える三方弁を用いたことを特徴とする請求項３記載の貯湯式給湯暖房装置。
前記ヒーポン循環ポンプは前記ヒートポンプ式加熱手段と前記バイパス管との間の前記ヒーポン循環回路途中に設けられていることを特徴とする請求項１〜５に記載の貯湯式給湯暖房装置。
前記請求項６のものに、さらに前記バイパス管途中に暖房用循環ポンプを設けたことを特徴とする貯湯式給湯暖房装置。
前記請求項６のものに、さらに前記中間戻し管途中に暖房用循環ポンプを設けたことを特徴とする貯湯式給湯暖房装置。
前記入水管から分岐された給水管からの給水と、前記出湯管からの出湯と、前記中間出湯管からの出湯とを任意に混合して給湯する混合手段を備えたことを特徴とする請求項１〜８の何れかに記載の貯湯式給湯暖房装置。
前記混合手段は、前記出湯管からの出湯と前記中間出湯管からの出湯とを混合する中間混合弁と、この中間混合弁からの出湯と前記給水管からの給水とを混合する給湯混合弁とからなることを特徴とする請求項９記載の貯湯式給湯暖房装置。
前記中間戻し管よりも前記中間出湯管が前記貯湯タンクの高い位置に接続されていることを特徴とする請求項１〜１０の何れかに記載の貯湯式給湯暖房装置。