JP2006153383A - Storage type water heater - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ヒートポンプサイクルからなる熱源装置で沸き上げた給湯用水を蓄える貯湯タンクを備える貯湯式給湯装置に関するものであり、特に、給湯用水の一部を太陽熱で加熱する給湯制御手段に関する。 The present invention relates to a hot water storage type hot water supply apparatus including a hot water storage tank that stores hot water supply water boiled by a heat source device composed of a heat pump cycle, and particularly relates to hot water supply control means for heating a part of hot water supply water by solar heat.
従来、太陽熱を利用した貯湯式給湯装置として、例えば、特許文献1に示すように、太陽熱集熱器と、送風手段と、能力可変圧縮機を有したヒートポンプ回路と、太陽熱集熱器を通過した空気と熱交換するヒートポンプ回路の蒸発器と、集熱器入口空気温度センサーと、蒸発器出口空気温度センサーと、蒸発器出口空気温度を集熱器入口空気温度と略同一とするように圧縮機の回転数設定を行なう圧縮機能力可変制御手段とから構成している。 Conventionally, as a hot water storage type hot water supply apparatus using solar heat, for example, as shown in Patent Document 1, a solar heat collector, a blowing means, a heat pump circuit having a variable capacity compressor, and a solar heat collector are passed. Heat pump circuit evaporator that exchanges heat with air, collector inlet air temperature sensor, evaporator outlet air temperature sensor, and compressor so that the evaporator outlet air temperature is substantially the same as the collector inlet air temperature And a compression function force variable control means for setting the number of rotations.
そして、天気の良い晴天日には、太陽熱集熱器により太陽熱を受けた高温の空気が蒸発器へ供給されることにより蒸発温度が高くなりヒートポンプサイクルの効率を向上させている。 Then, on a sunny day with good weather, high temperature air that has received solar heat from the solar heat collector is supplied to the evaporator, so that the evaporation temperature becomes high and the efficiency of the heat pump cycle is improved.
また、天気の悪い曇天日や雨天日などでは、上記圧縮機能力可変制御手段を、予め設定した圧縮機回転数に従って圧縮機を運転させる構成としている。これにより、日射量が少ないか、または全くない場合でも、必要な加熱能力、効率の良い最適な状態における圧縮機の回転数を予め設定して運転させることができるため、ヒートポンプ回路の加熱能力を確保して、かつ効率の良い加熱運転ができるようにしている(例えば、特許文献1参照。)。
しかしながら、上記特許文献1によれば、太陽熱を蒸発器にあてる温風に変換させて蒸発器を小型化にしてヒートポンプサイクルの効率を向上させるとともに、日射量が全くない場合にも圧縮機の回転数を変更して上記効率の良い蓄熱運転をさせて省エネ・低維持費が得られるようにしている。 However, according to the above-mentioned Patent Document 1, solar heat is converted into warm air applied to the evaporator to reduce the size of the evaporator to improve the efficiency of the heat pump cycle, and the rotation of the compressor even when there is no solar radiation. The number is changed so that the above efficient heat storage operation is performed, so that energy saving and low maintenance cost can be obtained.
ところが、蓄えられた給湯用水を使用する前日の料金設定の安い深夜時間帯に蓄熱運転するヒートポンプサイクルからなる熱源装置においては、日射量が全くない深夜時間帯に運転するために太陽熱を利用することができない問題がある。 However, in a heat source device that consists of a heat pump cycle that stores heat during the midnight hours when the stored price of the hot water supply is low and the price setting is low the day before, use solar heat to operate during the midnight hours when there is no solar radiation. There is a problem that can not be.
さらに、この種の貯湯式給湯装置では、翌日に使用する給湯用必要熱量分相当の貯湯量を確保するように前日の深夜時間帯に蓄熱運転をしているが、翌日の昼間に太陽熱で給湯用水を加熱するようにすると、深夜時間帯では太陽熱で得られる集熱熱量相当の貯湯量を沸き上げしないように蓄熱運転を行ない、その後、昼間に太陽熱で加熱することとなる。 Furthermore, in this type of hot water storage type hot water supply device, heat storage operation is performed at midnight on the previous day so as to secure a hot water storage amount equivalent to the required heat amount for hot water supply to be used on the next day. When the irrigation water is heated, the heat storage operation is performed so that the amount of stored hot water corresponding to the amount of collected heat obtained by solar heat is not boiled in the midnight time zone, and then it is heated by solar heat in the daytime.
しかし、太陽熱はその日の天候に左右されるため集熱熱量がばらついてしまう。つまり、集熱熱量相当の貯湯量が大きいときに、曇り、雨降りなど日射がなければ給湯用必要熱量が不足することで料金設定の高い昼間での蓄熱運転が必要である。逆に、集熱熱量相当の貯湯量が小さいときに、充分な日射があれば太陽熱を有効に利用することができない。 However, the amount of heat collected varies because solar heat depends on the weather of the day. In other words, when the amount of stored hot water corresponding to the amount of heat collected is large, if there is no sunlight, such as cloudy weather or rain, the heat storage operation in the daytime with a high charge setting is necessary because the necessary amount of heat for hot water supply is insufficient. Conversely, when the amount of stored hot water corresponding to the amount of heat collected is small, solar heat cannot be used effectively if there is sufficient solar radiation.
そこで、本発明の目的は、上記点を鑑みたものであり、給湯用水を集熱熱量で加熱可能に構成し、その集熱熱量を減じた必要沸き上げ熱量で蓄熱運転する給湯制御手段を配設させることで省エネ・低維持費が図れる貯湯式給湯装置を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to take the above-described points into consideration, and is configured to provide hot water supply control means for performing hot water storage operation with a required boiling heat amount obtained by reducing the heat collection heat amount so that the hot water supply water can be heated with the heat collection heat amount. The purpose is to provide a hot water storage type hot water supply device that can save energy and low maintenance costs.
上記、目的を達成するために、請求項1ないし請求項8に記載の技術的手段を採用する。すなわち、請求項1に記載の発明では、給湯用水を蓄える貯湯タンク(21)と、この貯湯タンク(21)内の給湯用水を循環させて蓄熱運転する熱源装置(22)と、給湯の用途に供するための給湯用必要熱量に応じて、熱源装置(22)を制御して蓄熱運転を行なう給湯制御手段(25)とを備える貯湯式給湯装置において、
集熱媒体を太陽熱で加熱する太陽熱集熱器(11)を有し、その太陽熱集熱器(11)で熱せられた集熱媒体により貯湯タンク(21)内の給湯用水を加熱する太陽熱加熱装置(10)が設けられ、
給湯制御手段(25)は、蓄えられた給湯用水を使用する前日の所定時間帯に蓄熱運転するときに、給湯用必要熱量から太陽熱加熱装置(10)で得られた集熱熱量を減じた必要沸き上げ熱量に応じて蓄熱運転することを特徴としている。
In order to achieve the above object, the technical means described in claims 1 to 8 are employed. That is, in the invention described in claim 1, the hot water storage tank (21) for storing hot water supply water, the heat source device (22) for performing the heat storage operation by circulating the hot water supply water in the hot water storage tank (21), and the use of hot water supply In a hot water storage type hot water supply apparatus provided with hot water supply control means (25) for controlling the heat source device (22) and performing a heat storage operation according to the required amount of heat for hot water supply to be provided,
A solar heating apparatus having a solar heat collector (11) for heating a heat collection medium with solar heat, and heating hot water in the hot water storage tank (21) with the heat collection medium heated by the solar heat collector (11) (10) is provided,
The hot water supply control means (25) needs to subtract the heat collection heat amount obtained by the solar heating device (10) from the necessary heat amount for hot water supply when performing a heat storage operation in a predetermined time zone the day before using the stored hot water supply water The heat storage operation is performed according to the amount of heating heat.
請求項1に記載の発明によれば、給湯用水を加熱するのに、必要沸き上げ熱量を出力する熱源装置(22)と、集熱熱量を出力する太陽熱加熱装置(10)とに分けて給湯用必要熱量が得られるので、熱源装置(22)側の蓄熱運転が短縮されるので省エネおよび低維持費が図れる。 According to the first aspect of the present invention, hot water supply is divided into the heat source device (22) that outputs the amount of heat required for heating the hot water supply water and the solar heating device (10) that outputs the amount of collected heat. Since the required heat quantity is obtained, the heat storage operation on the heat source device (22) side is shortened, so that energy saving and low maintenance cost can be achieved.
請求項2に記載の発明では、貯湯タンク(21)内には、太陽熱集熱器(11)で熱せられた集熱媒体と給湯用水とを熱交換する熱交換器(12)が設けられ、太陽熱加熱装置(10)は、熱交換器(12)に太陽熱集熱器(11)で熱せられた集熱媒体を循環させて給湯用水を加熱するように構成したことを特徴としている。 In the invention according to claim 2, the hot water storage tank (21) is provided with a heat exchanger (12) for exchanging heat between the heat collecting medium heated by the solar heat collector (11) and hot water supply water, The solar heating device (10) is characterized in that the hot water supply water is heated by circulating the heat collection medium heated by the solar heat collector (11) through the heat exchanger (12).
請求項2に記載の発明によれば、この種の貯湯タンク(21)内には上方から下方にかけて、高温の湯、中温の湯、低温の湯の順に給湯用水が貯湯されているので、例えば、中温の湯と低温の湯との境界近傍に熱交換器(12)を配設することで太陽熱集熱器(11)で集熱した集熱熱量で比較的湯温の低い温度層の給湯用水の加熱ができる。 According to the invention described in claim 2, since hot water supply water is stored in this kind of hot water storage tank (21) in the order of high temperature hot water, medium temperature hot water and low temperature hot water from the upper side to the lower side, Hot water supply in a temperature layer in which the hot water temperature is relatively low by the amount of heat collected by the solar heat collector (11) by disposing a heat exchanger (12) in the vicinity of the boundary between the medium temperature hot water and the low temperature hot water Water can be heated.
また、太陽熱集熱器(11)で熱せられた集熱媒体を蓄えるための貯湯タンクがないことでその設置スペースが小さくできる。 Moreover, since there is no hot water storage tank for storing the heat collection medium heated by the solar heat collector (11), the installation space can be reduced.
請求項3に記載の発明では、必要沸き上げ熱量は、少なくとも給湯用必要熱量から貯湯タンク(21)内の残熱量と集熱熱量とを減じて求めていることを特徴としている。請求項3に記載の発明によれば、必要最小限の蓄熱運転が可能となる。これにより、熱源装置(22)の蓄熱運転が短縮されるので省エネおよび低維持費が図れる。 The invention according to claim 3 is characterized in that the required amount of heating heat is obtained by subtracting the amount of residual heat and the amount of heat collected in the hot water storage tank (21) from at least the necessary amount of heat for hot water supply. According to the third aspect of the present invention, the minimum necessary heat storage operation is possible. Thereby, since the heat storage operation of the heat source device (22) is shortened, energy saving and low maintenance cost can be achieved.
請求項4に記載の発明では、給湯用必要熱量は、貯湯タンク(21)から出湯する給湯用水の出湯熱量を所定期間内に学習して記憶する学習制御に基づいて求めるとともに、集熱熱量は、熱交換器(12)から給湯用水に出力される集熱熱量を所定期間内に学習して記憶する学習制御に基づいて求めることを特徴としている。 In the invention according to claim 4, the required amount of heat for hot water supply is obtained based on learning control for learning and storing the amount of hot water for hot water discharged from the hot water storage tank (21) within a predetermined period, and the amount of heat collected is The heat collection heat amount output to the hot water supply water from the heat exchanger (12) is obtained based on learning control for learning and storing within a predetermined period.
請求項4に記載の発明によれば、給湯用必要熱量および集熱熱量を、例えば、最近1週間における実績データから求めることで、これら熱量の変動のばらつきを小さくすることができる。これにより、安定した熱源装置(22)の蓄熱運転ができる。 According to the fourth aspect of the present invention, by obtaining the necessary amount of heat for hot water supply and the amount of heat collected from actual data for the last one week, for example, variations in the amount of heat can be reduced. Thereby, the heat storage driving | operation of the stable heat-source apparatus (22) can be performed.
請求項5に記載の発明では、太陽熱加熱装置(10)は、熱交換器(12)から給湯用水に出力される集熱熱量を測定する集熱熱量測定手段(12a、12b、12c)を有していることを特徴としている。請求項5に記載の発明によれば、熱交換器(12)に流通する集熱媒体の温度、流量情報などで集熱熱量を容易に測定することができる。 In the invention according to claim 5, the solar heating device (10) has a heat collecting heat quantity measuring means (12a, 12b, 12c) for measuring the heat collecting heat quantity output from the heat exchanger (12) to the hot water supply water. It is characterized by that. According to the fifth aspect of the present invention, the amount of heat collected can be easily measured based on the temperature and flow rate information of the heat collecting medium flowing through the heat exchanger (12).
請求項6に記載の発明では、熱交換器(12)に太陽熱集熱器(11)で熱せられた集熱媒体を循環させて給湯用水を加熱する制御を行なう集熱制御手段(15)が設けられ、この集熱制御手段(15)は、少なくとも集熱熱量測定手段(12a、12b、12c)で測定された流量情報、および温度情報に基づいて集熱熱量を求める集熱熱量演算手段が設けられていることを特徴としている。 In the invention described in claim 6, the heat collection control means (15) for controlling the heating water by circulating the heat collection medium heated by the solar heat collector (11) in the heat exchanger (12). The heat collection control means (15) is provided with a heat collection heat quantity calculation means for obtaining the heat collection heat quantity based on at least the flow rate information and temperature information measured by the heat collection heat quantity measurement means (12a, 12b, 12c). It is characterized by being provided.
請求項6に記載の発明によれば、太陽熱加熱装置(10)で給湯用水を加熱するときに、正確な集熱熱量を求めることができる。 According to the invention described in claim 6, when the hot water supply water is heated by the solar heating device (10), an accurate amount of collected heat can be obtained.
請求項7に記載の発明では、給湯制御手段(25)には、蓄えられた給湯用水を使用する日時における天気予測情報入力手段(25b)と、その天気予測情報入力手段(25b)で入力された天気予測情報を判定する天気予測情報判定手段とが設けられ、給湯制御手段(25)は、天気予測情報判定手段で判定された天気予測情報に基づいて集熱熱量を補正することを特徴としている。 In the invention according to claim 7, the hot water supply control means (25) is inputted by the weather prediction information input means (25b) at the date and time when the stored hot water supply water is used, and the weather prediction information input means (25b). Weather prediction information determination means for determining the weather prediction information, and the hot water supply control means (25) corrects the heat collection heat amount based on the weather prediction information determined by the weather prediction information determination means. Yes.
請求項7に記載の発明によれば、集熱熱量は天候によって左右されるので、天気予測情報に基づいて集熱熱量を補正することにより、精度の高い集熱熱量を求めることができる。これにより、必要沸き上げ熱量の過不足の変動を小さくすることができる。 According to the seventh aspect of the present invention, the amount of collected heat depends on the weather. Therefore, the amount of collected heat can be obtained with high accuracy by correcting the amount of collected heat based on the weather prediction information. Thereby, the fluctuation | variation of the excess and deficiency of required boiling-up heat quantity can be made small.
請求項8に記載の発明では、熱源装置(22)は、冷媒が二酸化炭素を用いられたヒートポンプサイクルであることを特徴としている。請求項8に記載の発明によれば、二酸化炭素を用いる熱源装置(22)は、超臨界ヒートポンプサイクルであるため給湯水を高温(例えば、85〜90℃程度)にすることができるとともに、周知のフロン、代替フロンの冷媒を用いたヒートポンプサイクルよりも貯湯タンク(21)の小型化が図れ、かつ経済性が優れる。 The invention according to claim 8 is characterized in that the heat source device (22) is a heat pump cycle in which carbon dioxide is used as a refrigerant. According to the invention described in claim 8, since the heat source device (22) using carbon dioxide is a supercritical heat pump cycle, the hot water can be brought to a high temperature (for example, about 85 to 90 ° C.) and is well known. Therefore, the hot water storage tank (21) can be made smaller and more economical than a heat pump cycle using a refrigerant of CFC or alternative CFC.
なお、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。 In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each said means shows a corresponding relationship with the specific means of embodiment mentioned later.
(第1実施形態)
以下、本発明の第1実施形態による貯湯式給湯装置を図1ないし図3に基づいて説明する。図1は貯湯式給湯装置の全体構成を示す模式図、図2は給湯制御装置25の温調給湯制御プログラム25aの制御処理を示すフローチャートである。
(First embodiment)
Hereinafter, a hot water storage type hot water supply apparatus according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3. FIG. 1 is a schematic diagram showing an overall configuration of a hot water storage type hot water supply apparatus, and FIG. 2 is a flowchart showing a control process of a temperature-controlled hot water
本実施形態の貯湯式給湯装置は、図1に示すように、太陽熱によって熱せられた集熱媒体(例えば、不凍液)で貯湯タンク21内の給湯用水を加熱する太陽熱加熱装置10と、熱源装置であるヒートポンプサイクルからなるヒートポンプユニット22により沸き上げられた給湯用水を出湯するヒートポンプ給湯装置20とから構成している。
As shown in FIG. 1, the hot water storage type hot water supply apparatus of the present embodiment includes a
太陽熱加熱装置10は、建物の屋根などに設置される太陽熱集熱器11、貯湯タンク21内の給湯用水と集熱媒体とを熱交換する熱交換器12、太陽熱で熱せられた集熱媒体を太陽熱集熱器11より熱交換器12に循環させる水回路を形成する循環水回路14、および集熱制御手段である集熱制御装置15から構成している。
The
太陽熱集熱器11は、内部に日射により熱せられる水回路が形成されており、吸入口11aから吸い込んだ集熱媒体を流通させることで加熱されるようになっている。なお、水回路の水温を検出する図示しない水温サーミスタが設けられており、太陽熱集熱器11の水温情報を後述する集熱制御装置15に出力するようになっている。
The
熱交換器12は、貯湯タンク21内の下方に配設されたスパイラル状のチューブであって,そのチューブの内部に集熱媒体が循環するように構成している。そして、循環水回路14には、集熱媒体を圧送する循環ポンプ14aが設けられており、後述する集熱制御装置15に電気的に接続して制御される。
The
なお、この種の貯湯タンク21内には上方から下方にかけて、高温の湯、中温の湯、低温の湯の順に給湯用水が貯湯されているので、熱交換器12を中温の湯と低温の湯との境に配設すると低温の湯を集熱媒体により加熱することができる。
In this type of hot
また、その熱交換器12の出入口近傍に、熱交換器12に流通する出入口水温を検出する水温センサ12a、12bと、熱交換器12に流通する集熱媒体の流量を検出する流量カウンタ12cとが設けられ、それぞれ水温センサ12a、12bで検出された温度情報、および流量カウンタ12cで検出された流量情報が後述する集熱制御装置15に出力するように電気的に接続されている。なお、詳しくは後述するが、これらの水温センサ12a、12bおよび流量カウンタ12cを請求項で称する集熱熱量測定手段である。
Further, in the vicinity of the inlet / outlet of the
集熱制御手段である集熱制御装置15は、マイクロコンピュータを主体として構成され、内蔵のROM(図示せず)には、予め設定された集熱制御プログラム15aが設けられており、図示しない水温サーミスタ、水温センサ12a、12bからの温度情報、流量カウンタ12cからの流量情報および図示しない操作盤に設けられた操作スイッチからの操作信号等に基づいて循環ポンプ14aを制御するように構成されている。
The heat
次に、ヒートポンプ給湯装置20は、給湯用水を蓄える貯湯タンク21、ヒートポンプサイクルからなり貯湯タンク21内の給湯用水を循環させて沸き上げ運転するヒートポンプユニット22、貯湯タンク21の下部から吸い込んだ水道水をヒートポンプユニット22に循環させて、貯湯タンク21の上部に戻す水回路を形成する循環水回路23、および給湯制御手段である給湯制御装置25から構成されている。
Next, the heat pump hot
貯湯タンク21は、耐食性に優れた金属製(例えば、ステンレス製)のタンクであり、外周部に図示しない断熱材が配置されており、高温の給湯水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。また、貯湯タンク21は縦長形状であり、その底面には導入口21aが設けられ、この導入口21aには貯湯タンク21内に水道水を導入する給水配管13が接続されている。
The hot
給水配管13の上端には、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とともに、断水などにおける湯の逆流を防止する図示しない減圧逆止弁が設けられている。さらに、給水配管13には温度検出手段である給水サーミスタ13aが設けられており、給水配管13内の温度情報を後述する給湯制御装置25に出力するようになっている。
At the upper end of the
一方、貯湯タンク21の最上部には導出口21bが設けられ、この導出口21bには貯湯タンク21内に蓄えられた給湯用水のうち、高温の給湯用水を導出するための高温取り出し管26が接続されている。
On the other hand, a lead-out
そして、この高温取り出し管26の経路途中には、図示しない逃がし弁が設けられた排出配管を接続しており、貯湯タンク21内の圧力が所定圧以上に上昇した場合には、貯湯タンク21内の給湯用水を外部に排出して、貯湯タンク21などにダメージを与えないようになっている。
A discharge pipe provided with a relief valve (not shown) is connected in the middle of the path of the high temperature take-out
また、図中に示す27は、貯湯タンク21内に蓄えられた給湯用水のうち、高温の給湯用水よりも湯温の低い中温の給湯用水を取り出すための中温取り出し配管であり、貯湯タンク21の略中央部から取り出すようにしている。
In addition,
さらに、図中に示す29は高温取り出し管26と中温取り出し管27との下流側合流部位に設けられた高中温混合弁であって、下流側の給湯用配管28に流通する給湯用水の湯温を調節する温度調節弁である。つまり、それぞれの開口面積比を調節することで、高温取り出し管26から取り出した高温の給湯用水と中温取り出し管27から取り出した中温の給湯用水との混合比を調節するようにしている。
Furthermore, 29 shown in the figure is a high / medium temperature mixing valve provided at the downstream junction of the high temperature take-out
因みに、この高中温混合弁29は、図示しない操作盤で操作された設定温度に対して、+約5℃程度高い湯温の給湯用水を給湯用配管28に流通させるようにしている。給湯用配管28は、下流端が台所、浴室などの図示しない給湯水栓に通ずる給湯用配管であり、その中途に給湯用混合弁30、給湯サーミスタ28a、流量カウンタ28bが設けられている。
Incidentally, the high / medium
給湯サーミスタ28aは給湯用配管28内の温度情報、流量カウンタ28bは給湯用配管28内の流量情報を後述する給湯制御装置25に出力するようにしている。また、給湯用混合弁30は、図示しない給湯水栓に出湯させる給湯用水の湯温を調節する温度調節弁であり、それぞれの開口面積比を調節することで、高中温混合弁29で温度調節された給湯用水と水道水との混合比を調節して操作盤で操作された設定温度に調節するように制御される。
The hot
なお、給湯用混合弁30は、給湯サーミスタ28bにより検出される給湯用水の湯温に基づいてフィードバック制御を行なうようにしている。また、高中温混合弁29および給湯用混合弁30は、後述する給湯制御装置25に電気的に接続されており、上記、給水サーミスタ13a、給湯サーミスタ28a、および各サーミスタにより検出される温度情報に基づいて制御される。
The hot
一方、導入口21aの近傍には、貯湯タンク21内の水道水を吸入するための吸入口21cが設けられ、貯湯タンク21の上部には、貯湯タンク21内に湯を吐出する吐出口21dが設けられている。この吸入口21cと吐出口21dとは循環水回路23で接続されており、循環水回路23の一部は熱源装置であるヒートポンプユニット22内に配置されている。
On the other hand, a
また、循環水回路23のヒートポンプユニット22内に配置された部分には、図示しない熱交換器が設けられており、吸入口21cから吸入した貯湯タンク21内の水道水を高温冷媒との熱交換により加熱し、吐出口21dから貯湯タンク21内に戻すことにより貯湯タンク21内の給湯用水を沸き上げることができるようになっている。
In addition, a heat exchanger (not shown) is provided in a portion of the circulating
なお、本実施形態のヒートポンプユニット22は、図示しない圧縮機、凝縮器、減圧器、蒸発器などのヒートポンプサイクルを構成する冷媒機能部品からなる超臨界ヒートポンプである。この超臨界ヒートポンプとは、高圧側の冷媒圧力が冷媒の臨界圧力以上となるヒートポンプサイクルを言い、例えば、二酸化炭素、エチレン、エタン、酸化窒素などを冷媒とするヒートポンプサイクルである。
The
因みに、超臨界ヒートポンプによれば、一般的なヒートポンプサイクルよりも高温(例えば、85℃〜90℃程度)の給湯水を沸き上げることができる。 Incidentally, according to the supercritical heat pump, hot water can be boiled at a higher temperature (for example, about 85 ° C. to 90 ° C.) than a general heat pump cycle.
また、ヒートポンプユニット22は後述する給湯制御装置25からの制御信号により作動するとともに、作動状態を給湯制御装置25に出力するようになっている。さらに、貯湯タンク21の上部外壁面には、貯湯タンク21内の上部の湯温を検出する出湯温度センサ21eが設けられており、導出口21bから導出される湯温の温度情報を後述する給湯制御装置25に出力するようになっている。
The
また、貯湯タンク21の外壁面には、複数の水位サーミスタ24が縦方向にほぼ等間隔に配置され、貯湯タンク21内に満たされた水の各水位レベルでの温度情報を後述する給湯制御装置25に出力するようになっている。これは、水位サーミスタ24からの温度情報に基づいて、貯湯タンク21内上方の沸き上げられた給湯用水と貯湯タンク21内下方の沸き上げられる前の水との温度境界位置を検出できるようになっている。
A plurality of
給湯制御装置25は、マイクロコンピュータを主体として構成され、内蔵のROM(図示せず)には、予め設定された給湯制御プログラムが設けられており、給水サーミスタ13a、給湯サーミスタ28a、出湯温度センサ21e、図示しない各種サーミスタなどからの温度情報および図示しない操作パネルからの操作信号等に基づいてヒートポンプユニット20内のアクチュエータ類、高中温混合弁29および給湯用混合弁30などを制御する。
The hot water
なお、給湯制御装置25は、通信もしくは電気的のいずれか一方で上述した集熱制御装置15に接続されて太陽熱加熱装置10側の集熱情報が入力されるように構成している。
In addition, the hot water
ところで、本実施形態の給湯制御装置25では、給湯制御プログラムの他に、貯湯タンク21内の給湯用水の沸き上げ運転を行なう温調給湯制御プログラム25aが設けられており、電力料金が最も安い深夜時間帯(例えば、午後10:00〜翌朝7:00)に沸き上げ運転を行なうようにしている。
By the way, in the hot water
その沸き上げ運転は、深夜時間帯に達すると各水位サーミスタ24、温度センサからの温度情報に基づいて、ヒートポンプユニット22を作動させて貯湯タンク21内の水道水を加熱して高温(例えば85℃の湯)の給湯用水を蓄えておく。従って、深夜時間帯終了後(例えば、午前7:00)には、一日に使用する給湯用必要熱量に応じた貯湯量が貯湯タンク21内に蓄えられる。
In the boiling operation, when the midnight time zone is reached, the
ただし、上記深夜時間帯以外において、予め設定した貯湯量を超過して使用したときは、所定の最低貯湯量以下となったときに沸き増し運転がなされるように設定されている。 However, when the hot water storage amount set in advance is used outside the above-mentioned midnight time zone, it is set so that the reheating operation is performed when the hot water storage amount is below a predetermined minimum hot water storage amount.
次に、本発明の要部となる図2に示す温調給湯制御プログラム25aの制御処理に基づいて作動を説明する。図2に示すように、まず、ステップ210にて、所定時刻になったか否かを判定する。例えば、現在時刻が午後10:00に達すると温調給湯制御プログラム25aの制御処理を開始する。
Next, the operation will be described based on the control processing of the temperature-controlled hot water
そして、ステップ220にて各水位サーミスタ24からの温度、水位情報および集熱制御装置15から集熱情報のうち、集熱熱量SQを読み込む。ここで、集熱熱量SQは、太陽熱集熱器11で集熱した集熱媒体で貯湯タンク21内の給湯用水を加熱した熱量を示すものであり、太陽熱加熱装置10を制御する集熱制御装置15内に設けられた集熱熱量演算手段により求められた集熱熱量SQが読み込まれるものである。
In
例えば、太陽熱で熱せされた集熱媒体の水温が、貯湯タンク21内の熱交換器12近傍の湯温との温度差が所定温度以上になると、循環ポンプ14aが作動して太陽熱集熱器11で熱せされた集熱媒体が熱交換器12に循環される。これにより、貯湯タンク21内の給湯用水が加熱される。そして、その温度差が所定温度以下に達すると循環ポンプ14aが停止して集熱媒体での加熱を停止するようになっている。
For example, when the temperature difference between the water temperature of the heat collection medium heated by solar heat and the hot water temperature in the vicinity of the
このときに、集熱制御装置15では、水温センサ12a、12bおよび流量カウンタ12cで検出された温度、流量情報に基づいて、熱交換器12から出力される単位時間当たりの加熱量を集熱熱量演算手段により求めて累積して、一日あたりの集熱熱量SQとして学習して記憶している。
At this time, in the heat
そして、少なくとも過去一週間分の一日あたりの集熱熱量SQを記憶しておいて、ステップ220にて、集熱熱量SQを読み込むときに、過去一週間分のデータに基づいて平均値を求めて読み込まれるようにしている。
Then, at least the heat collection heat amount SQ per day for the past week is stored, and when the heat collection heat amount SQ is read in
次に、ステップ230にて、給湯用必要熱量Q2を求める。この給湯用必要熱量Q2は翌日に使用する給湯の用途に供した給湯用水の必要熱量を求めるものであり、本実施形態では、給湯用配管28から出湯される温度調節された給湯用水の熱量を給水サーミスタ13a、給湯サーミスタ28a、出湯温度センサ21e、流量カウンタ28bなどで検出された温度、流量情報に基づいて単位時間当たりの給湯熱量を求めて累積して、一日あたりの給湯必要熱量Q2として給湯制御装置25で学習して記憶している。
Next, in
そして、少なくとも過去一週間分の一日あたりの給湯必要熱量Q2を記憶しておいて、ステップ230にて、給湯必要熱量Q2を求めるときに、過去一週間分のデータに基づいて平均値を求めるようにしている。
And at least the hot water required heat quantity Q2 per day for the past week is stored, and when the hot water required heat quantity Q2 is obtained in
次に、ステップ240にて、残熱量Q1を求める。この残熱量Q1は前日に蓄えた給湯用水の未使用分の貯湯量であって、例えば、所定温度(例えば、60℃程度)以上の給湯用水の熱量を求めるものであり、各水位サーミスタ24からの温度、水位情報に基づいて求める。
Next, in
次に、ステップ250にて、必要沸き上げ熱量Qを求める。この必要沸き上げ熱量Qを、本実施形態では、Q=給湯必要熱量Q2−残熱量Q1−集熱熱量SQから求める。つまり、必要沸き上げ熱量Qを給湯必要熱量Q2から集熱媒体で加熱する集熱熱量SQを減じた熱量で沸き上げ運転(ステップ260)を実行している。
Next, in
これにより、必要沸き上げ熱量Qが小さくなることで、ヒートポンプユニット22の蓄熱運転が大幅に短縮されるので省エネおよび低維持費が図れる。
As a result, the required amount of heating heat Q is reduced, so that the heat storage operation of the
そして、翌日に太陽熱で熱せされた集熱媒体の水温が、貯湯タンク21内の熱交換器12近傍の湯温との温度差が所定温度以上になると、循環ポンプ14aが作動して太陽熱集熱器11で熱せされた集熱媒体が熱交換器12に循環される。これにより、集熱熱量SQ相当分の貯湯量が太陽熱で加熱されることになる。
When the temperature difference between the water temperature of the heat collection medium heated by solar heat the next day and the hot water temperature in the vicinity of the
なお、本実施形態では、集熱熱量SQを集熱制御装置15側で求めて給湯制御装置25では、集熱熱量SQを読み込むように構成したが、これに限らず、図3に示すように、集熱制御装置15側で、集熱熱量測定手段である水温センサ12a、12bおよび流量カウンタ12cで検出された温度、流量情報をそのまま、給湯制御装置25に読み込むようにして(ステップ220参照)、読み込まれた温度、流量情報に基づいて、単位時間当たりの加熱量を求めて累積して、一日あたりの集熱熱量SQとして学習して記憶するようにしても良い。
In the present embodiment, the heat collection heat amount SQ is obtained on the heat
そして、給湯制御装置25側で少なくとも過去一週間分の一日あたりの集熱熱量SQを記憶しておいて、ステップ242にて、過去一週間分のデータに基づいて平均値を求めても良い。
And at the hot water
以上の第1実施形態による貯湯式給湯装置によれば、給湯制御装置25は、蓄えられた給湯用水を使用する前日の所定時間帯に蓄熱運転するときに、給湯用必要熱量Q2から太陽熱加熱装置10で得られた集熱熱量SQを減じた必要沸き上げ熱量Qに応じて蓄熱運転することにより、必要沸き上げ熱量Qを出力するヒートポンプユニット22と、集熱熱量SQを出力する太陽熱加熱装置10とに分けて給湯用必要熱量Q2が得られるので、ヒートポンプユニット22の蓄熱運転が短縮されるので省エネおよび低維持費が図れる。
According to the hot water storage type hot water supply device according to the first embodiment described above, the hot water
また、太陽熱加熱装置10は、熱交換器12に太陽熱集熱器11で熱せられた集熱媒体を循環させて貯湯タンク21内の給湯用水を加熱するように構成したことにより、この種の貯湯タンク21内には上方から下方にかけて、高温の湯、中温の湯、低温の湯の順に給湯用水が貯湯されているので、例えば、中温の湯と低温の湯との境界近傍に熱交換器12を配設すれば、太陽熱集熱器11で集熱した集熱熱量SQで比較的湯温の低い温度層の給湯用水の加熱ができる。
In addition, the
また、太陽熱集熱器11で熱せられた集熱媒体を蓄えるための貯湯タンクを別体に設ける必要がないことでその設置スペースが小さくできる。
Moreover, since it is not necessary to provide the hot water storage tank for storing the heat collecting medium heated with the
また、必要沸き上げ熱量Qは、少なくとも給湯用必要熱量Q2から貯湯タンク21内の残熱量Q1と集熱熱量SQとを減じて求めていることにより、必要最小限の蓄熱運転が可能となる。これにより、ヒートポンプユニット22の蓄熱運転が短縮されるので省エネおよび低維持費が図れる。
Further, the required boiling heat quantity Q is obtained by subtracting the residual heat quantity Q1 in the hot
また、給湯用必要熱量Q2は、貯湯タンク21から出湯する給湯用水の出湯熱量を所定期間内に学習して記憶する学習制御に基づいて求めるとともに、集熱熱量SQは、熱交換器12から給湯用水に出力される集熱熱量SQを所定期間内に学習して記憶する学習制御に基づいて求めることにより、例えば、最近1週間における実績データから給湯用必要熱量Q2および集熱熱量SQを求めることで、これら熱量の変動のばらつきを小さくすることができる。これにより、安定したヒートポンプユニット22の蓄熱運転ができる。
The required amount of heat Q2 for hot water supply is obtained based on learning control for learning and storing the amount of hot water for hot water discharged from the hot
また、太陽熱加熱装置10は、熱交換器12から給湯用水に出力される集熱熱量SQを測定する集熱熱量測定手段である水温センサ12a、12bおよび流量カウンタ12cを有していることにより、熱交換器12に流通する集熱媒体の温度、流量情報などで集熱熱量を容易に測定することができる。
Further, the
また、熱交換器12に太陽熱集熱器11で熱せられた集熱媒体を循環させて給湯用水を加熱する制御を行なう集熱制御装置15が設けられ、この集熱制御装置15は、少なくとも集熱熱量測定手段である水温センサ12a、12bおよび流量カウンタ12cで測定された流量情報、および温度情報に基づいて集熱熱量SQを求める集熱熱量演算手段が設けられていることにより、太陽熱加熱装置10で給湯用水を加熱するときに、正確な集熱熱量を求めることができる。
In addition, a heat
また、ヒートポンプユニット22は、冷媒が二酸化炭素を用いられたヒートポンプサイクルであることにより、二酸化炭素を用いるヒートポンプユニット22は、超臨界ヒートポンプサイクルであるため給湯水を高温(例えば、85〜90℃程度)にすることができるとともに、周知のフロン、代替フロンの冷媒を用いたヒートポンプサイクルよりも貯湯タンク21の小型化が図れ、かつ経済性が優れる。
Moreover, since the
(第2実施形態)
以上の第1実施形態では、集熱熱量SQを水温センサ12a、12bおよび流量カウンタ12cで検出された温度、流量情報に基づいて、熱交換器12から出力される単位時間当たりの加熱量を集熱熱量演算手段により求めて累積して、一日あたりの集熱熱量SQとして学習して記憶し、少なくとも過去一週間分の一日あたりの集熱熱量SQを記憶して、給湯制御装置25により集熱熱量SQを読み込むときに、過去一週間分のデータに基づいて平均値を求めるように構成した。
(Second Embodiment)
In the above first embodiment, the amount of heat collected per unit time output from the
ところが、この集熱熱量SQは、蓄熱運転を行なう翌日の天気により左右されるので、これに限らず、この集熱熱量SQを天気予測手段25bで天気情報を入力し、その天気情報を判定してその判定された天気情報に基づいて集熱熱量SQを補正するように構成しても良い。 However, the amount of heat collected SQ depends on the weather of the next day when the heat storage operation is performed. However, the present invention is not limited to this, and weather information is input to the heat collected heat amount SQ by the weather prediction means 25b to determine the weather information. The heat collection heat quantity SQ may be corrected based on the determined weather information.
具体的には、図3および図4に示すように、インターネットもしくはFM多重などのデコーダからなる天気予測手段25bで翌日の天気予測情報を取得して、給湯制御装置25に入力するように接続する。そして、図5に示すステップ225にて、天気予測手段25bから入力される天気予測情報を読み込んで、ステップ245にて集熱熱量SQの補正を求める。
Specifically, as shown in FIG. 3 and FIG. 4, the weather prediction means 25 b composed of a decoder such as the Internet or FM multiplexing is used to acquire the next day's weather prediction information and input it to the hot water
例えば、入力される天気予測情報が、晴れのときは補正係数K=1、曇りのときはK=0.5、雨降りのときはK=0として、判定および補正係数Kを決定する。そして、ステップ250aにおける必要沸き上げ熱量Qの集熱熱量SQに補正係数を掛けて必要沸き上げ熱量Qを補正する。 For example, the determination and correction coefficient K is determined by setting the correction coefficient K = 1 when the weather forecast information is sunny, K = 0.5 when it is cloudy, and K = 0 when it is raining. Then, the required boiling heat quantity Q is corrected by multiplying the collected heat quantity SQ of the required boiling heat quantity Q in step 250a by a correction coefficient.
これによれば、集熱熱量SQは天候によって左右されるので、天気予測情報に基づいて集熱熱量SQを補正することにより、第1実施形態よりも精度の高い集熱熱量SQを求めることができる。これにより、必要沸き上げ熱量Qの過不足の変動を小さくすることができる。 According to this, since the heat collection heat amount SQ depends on the weather, the heat collection heat amount SQ with higher accuracy than the first embodiment can be obtained by correcting the heat collection heat amount SQ based on the weather prediction information. it can. Thereby, the fluctuation | variation of the excess and deficiency of the required boiling heat quantity Q can be made small.
(他の実施形態)
以上の実施形態では、冷媒に二酸化炭素を用いたヒートポンプユニット22を熱源装置として説明したが、これに限らず、フロン、代替フロンなどの冷媒を用いる一般的なヒートポンプサイクルでも良い。
(Other embodiments)
In the above embodiment, the
10…太陽熱加熱装置
11…太陽熱集熱器
12…熱交換器
12a、12b…水温センサ(集熱熱量測定手段)
12c…流量カウンタ(集熱熱量測定手段)
15…集熱制御装置(集熱制御手段)
21…貯湯タンク
22…ヒートポンプユニット(熱源装置)
25…給湯制御装置(給湯制御手段)
25b…天気予測情報入力手段
DESCRIPTION OF
12c ... Flow rate counter (heat collecting calorie measuring means)
15 ... Heat collection control device (heat collection control means)
21 ... Hot
25 ... Hot water supply control device (hot water supply control means)
25b ... Weather forecast information input means
Claims (8)
前記貯湯タンク(21)内の給湯用水を循環させて蓄熱運転する熱源装置(22)と、
給湯の用途に供するための給湯用必要熱量に応じて、前記熱源装置(22)を制御して蓄熱運転を行なう給湯制御手段(25)とを備える貯湯式給湯装置において、
集熱媒体を太陽熱で加熱する太陽熱集熱器(11)を有し、その太陽熱集熱器(11)で熱せられた集熱媒体により前記貯湯タンク(21)内の給湯用水を加熱する太陽熱加熱装置(10)が設けられ、
前記給湯制御手段(25)は、蓄えられた給湯用水を使用する前日の所定時間帯に蓄熱運転するときに、給湯用必要熱量から前記太陽熱加熱装置(10)で得られた集熱熱量を減じた必要沸き上げ熱量に応じて蓄熱運転することを特徴とする貯湯式給湯装置。 A hot water storage tank (21) for storing hot water supply water,
A heat source device (22) for performing a heat storage operation by circulating the hot water supply water in the hot water storage tank (21);
In a hot water storage type hot water supply apparatus provided with hot water supply control means (25) for controlling the heat source device (22) to perform a heat storage operation according to the required amount of heat for hot water supply for use in hot water supply,
Solar heating that has a solar heat collector (11) that heats the heat collection medium with solar heat, and that heats hot water in the hot water storage tank (21) with the heat collection medium heated by the solar heat collector (11) A device (10) is provided;
The hot water supply control means (25) subtracts the heat collection heat amount obtained by the solar heating device (10) from the necessary heat amount for hot water supply when performing a heat storage operation in a predetermined time zone on the day before using the stored hot water supply water. A hot water storage type hot water supply device that performs a heat storage operation according to the required amount of boiling heat.
前記太陽熱加熱装置(10)は、前記熱交換器(12)に前記太陽熱集熱器(11)で熱せられた集熱媒体を循環させて給湯用水を加熱するように構成したことを特徴とする請求項1に記載の貯湯式給湯装置。 In the hot water storage tank (21), a heat exchanger (12) for exchanging heat between the heat collection medium heated by the solar heat collector (11) and hot water supply water is provided,
The solar heating device (10) is configured to heat the hot water supply water by circulating the heat collection medium heated by the solar heat collector (11) through the heat exchanger (12). The hot water storage type hot water supply apparatus according to claim 1.
前記集熱熱量は、前記熱交換器(12)から給湯用水に出力される集熱熱量を所定期間内に学習して記憶する学習制御に基づいて求めることを特徴とする請求項3に記載の貯湯式給湯装置。 The required amount of heat for hot water supply is obtained based on learning control for learning and storing the amount of discharged hot water for hot water discharged from the hot water storage tank (21) within a predetermined period,
The said heat collection heat amount is calculated | required based on the learning control which learns and memorize | stores the heat collection heat amount output to the water for hot water supply from the said heat exchanger (12) within a predetermined period. Hot water storage water heater.
前記集熱制御手段(15)は、少なくとも前記集熱熱量測定手段(12a、12b、12c)で測定された流量情報、および温度情報に基づいて集熱熱量を求める集熱熱量演算手段が設けられていることを特徴とする請求項5に記載の貯湯式給湯装置。 The heat exchanger (12) is provided with heat collection control means (15) for performing control for circulating the heat collection medium heated by the solar heat collector (11) to heat the hot water supply water,
The heat collection control means (15) is provided with heat collection heat amount calculation means for obtaining heat collection heat quantity based on at least the flow rate information and temperature information measured by the heat collection heat quantity measurement means (12a, 12b, 12c). The hot water storage type hot water supply apparatus according to claim 5, wherein
前記給湯制御手段(25)は、前記天気予測情報判定手段で判定された天気予測情報に基づいて前記集熱熱量を補正することを特徴とする請求項1ないし請求項6のいずれか一項に記載の貯湯式給湯装置。 In the hot water supply control means (25), weather prediction information input means (25b) at the date and time when the stored hot water supply water is used, and weather for determining the weather prediction information input by the weather prediction information input means (25b) Prediction information determination means is provided,
The said hot water supply control means (25) correct | amends the said heat collection heat amount based on the weather prediction information determined by the said weather prediction information determination means, The Claim 1 thru | or 6 characterized by the above-mentioned. The hot water storage type hot water supply apparatus described.
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