JP2007040556A - 貯湯式給湯装置 - Google Patents

Abstract

【課題】中温水をより多く給湯することができる貯湯式給湯装置を提供する。
【解決手段】貯湯タンク１６の中間部から出湯する中間出湯管３６と、出湯管１２からの湯と中間出湯管３６からの湯とを混合する中間混合弁３５と、中間混合弁３５からの湯と給水分岐管２８からの水とを混合する給湯混合弁２７と、中間混合弁３５および給湯混合弁２７の作動を制御する制御手段３９とを備え、前記制御手段３９には、中間混合弁３５を中間温度センサ３７の検出温度に基づいて制御する中間温度制御部３７１と、中間混合弁３５を給湯温度センサ３０の検出温度に基づいて制御する中間給湯温度制御部３９２とが設けられている。
【選択図】図２

Description

本発明は、貯湯された湯水を給湯に用いる貯湯式給湯装置に関するものである。

従来、この種の貯湯式給湯装置においては、図３に示すように、湯水を貯湯する貯湯タンク１０１と、貯湯タンク１０１内の湯水を加熱する加熱手段１０２と、貯湯タンク１０１の下部に給水する給水管１０３と、貯湯タンク１０１の上部から出湯する出湯管１０４と、貯湯タンク１０１の中間部から出湯する中間出湯管１０５と、出湯管１０４からの湯と中間出湯管１０５からの湯とを混合する中間混合弁１０６と、給水管１０３から分岐された給水分岐管１０７と、中間混合弁１０６からの湯と給水分岐管１０７からの水とを混合する給湯混合弁１０８と、中間混合弁１０６からの出湯温度を検出する中間温度センサ１０９と、給湯混合弁１０８からの出湯温度を検出する給湯温度センサ１１０と、中間温度センサ１０９で検出する温度が給湯設定温度より一定温度高い中間目標温度になるように中間混合弁１０６を制御すると共に、給湯温度センサ１１０で検出する温度が給湯設定温度になるように給湯混合弁１０８を制御する制御手段１１１とを備えたものであった。（例えば特許文献１参照）
特開２００３−２４０３４２号公報

しかし、この従来のものでは、中間混合弁１０６で給湯設定温度より一定温度分高い温度に混合し、これを給湯混合弁１０８で給水を混ぜて給湯設定温度まで温度を下げて給湯しているため、貯湯タンク１０１中間部に貯められた中温水の温度が給湯設定温度より低い場合などにおいては、中間混合弁１０６で一旦給湯設定温度より一定温度分高い温度になるよう貯湯タンク１０１上部の高温水を混ぜて昇温したところへ給湯混合弁１０８で給水を混合して給湯設定温度まで降温することとなり、一定温度分の熱量を無駄に消費していた。

そこで、発明は前記課題を解決するため、請求項１では、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加熱手段と、前記貯湯タンクの下部に給水する給水管と、前記貯湯タンクの上部から出湯する出湯管と、前記貯湯タンクの中間部から出湯する中間出湯管と、前記出湯管からの湯と前記中間出湯管からの湯とを混合する中間混合弁と、前記給水管から分岐された給水分岐管と、前記中間混合弁からの湯と前記給水分岐管からの水とを混合する給湯混合弁と、前記中間混合弁からの出湯温度を検出する中間温度センサと、前記給湯混合弁からの出湯温度を検出する給湯温度センサと、前記中間混合弁および前記給湯混合弁の作動を制御する制御手段とを備え、前記制御手段には、前記中間混合弁を前記中間温度センサの検出温度に基づいて制御する中間温度制御部と、前記中間混合弁を前記給湯温度センサの検出温度に基づいて制御する中間給湯温度制御部とが設けられているものとした。

また、請求項２では、給湯開始直後は前記中間温度制御部の作動に基づいて前記中間混合弁が制御され、その後前記中間給湯温度制御部の作動に基づいて前記中間混合弁が制御されるようにした。

また、請求項３では、前記中間給湯温度制御部は、前記貯湯タンク中間部の貯湯温度が給湯設定温度以下である場合に作動するようにした。

また、請求項４では、前記中間給湯制御部は、前記中間温度センサの検出温度が給湯設定温度に近い温度で安定した場合に作動するようにした。

また、請求項５では、前記加熱手段が、二酸化炭素冷媒を用いたヒートポンプ回路である。

本発明によると、中間混合弁を給湯混合弁下流の給湯温度センサの検出温度で制御するようにしたので、給湯混合弁で冷水のリークがあっても最終的な給湯温度を希望の給湯設定温度にすることができ、中間混合弁で混合する目標温度を給湯設定温度とすることが可能となり、貯湯タンク上部の高温水を無駄に消費することがなく、貯湯タンク中間部の中温水をより多く消費することができるものである。

さらに、加熱手段として二酸化炭素冷媒を用いたヒートポンプ回路を用いていても、沸き上げ効率の不利な中間温度の中温水が減り、沸き上げ時の効率が向上して省エネルギーとなるものである。

次に、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
１はヒートポンプユニット、２は貯湯タンクユニット、３は給湯混合水栓、４は床暖房パネル等の暖房負荷端末である。

前記ヒートポンプユニット１は、圧縮機５と凝縮器としての冷媒−水熱交換器６と減圧器７と蒸発器８で構成されたヒートポンプ回路９と、被加熱水を冷媒−水熱交換器６に循環させるヒーポン循環ポンプ１０と、それらの駆動を制御するヒーポン制御部１１とを備えており、ヒートポンプ回路９内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。なお、冷媒に二酸化炭素を用いているので、低温水を電熱ヒータなしで約９０℃の高温まで沸き上げることが可能なものである。

前記貯湯タンクユニット２は、上端に出湯管１２と連なる出湯口１３を有し、下端に給水管１４と連なる給水口１５を有した貯湯タンク１６を備えている。この貯湯タンク１６の下部にはヒーポン往き口１７が、上部にはヒーポン戻り口１８が設けられ、前記ヒートポンプユニット１の冷媒−水熱交換器６の２次側に連通するヒーポン循環回路１９によって貯湯タンク１６内の湯水が循環可能に接続されている。

２０は前記床暖パネル４の加熱源としての熱交換器で、その一次側には貯湯タンク１６上部に連通する高温水取出し口２１と貯湯タンク１６下部の中温水戻り口２２とを熱利用循環ポンプ２３を備えた熱利用循環回路２４で貯湯タンク１６内の湯水が循環可能に接続されており、また、二次側には床暖パネル４と循環可能に接続する二次側回路２５と二次側循環ポンプ２６が備えられているものである。

次に、２７は出湯管１２からの湯水と給水管１４から分岐された給水分岐管２８からの低温水を混合する電動ミキシング弁より構成された給湯混合弁であり、その下流の給湯管２９に設けた給湯温度センサ３０で検出した湯温がリモコン３１でユーザーが設定した給湯設定温度になるように混合比率が制御されるものである。前記リモコン３１は給湯温度設定スイッチ３２を有しており、給湯温度を３５〜６０℃の範囲で任意に設定可能としていると共に、暖房を開始させる暖房スイッチ３３を有しているものである。

３４は貯湯タンク１６の中間高さ位置に設けた中間出湯口で、出湯管１２の出湯口１３と給湯混合弁２７との間に設けた中間混合弁３５の入力側に中間出湯管３６を介して接続されている。この中間出湯口３４および中間出湯管３６は前記熱交換器２０で二次側と熱交換して温度低下した中温水を貯湯タンク１６から出湯するもので、この中温水を前記中間混合弁３５にて出湯管１２を流れる高温水と混合して給湯混合弁２７に供給するものである。

前記中間混合弁３５は、出湯管１２の給湯混合弁２７と出湯口１３の間に設けた電動ミキシング弁よりなるもので、その下流に設けた中間温度センサ３７の検出する温度に応じてリモコン３１で設定した任意の給湯設定温度より所定温度高い温度になるよう混合比率が調節されるものである。

３８は貯湯タンク１６の上下方向に複数個配置された貯湯温度センサで、この貯湯温度センサ３８がどの高さ位置まで所定温度（例えば５０℃）以上を検出しているかによって、貯湯タンク１６内にどれだけの熱量が残っているかを検知するものである。

３９は貯湯タンクユニット内のセンサの入力を受けアクチュエータの駆動を制御するマイコンを有した制御手段であり、中間温度センサ３７の検出温度に基づいて中間混合弁３５を制御する中間温度制御部３９１と、給湯温度センサ３０の検出温度に基づいて中間混合弁３５を制御する中間給湯温度制御部３９２と、給湯温度センサ３０の検出温度に基づいて給湯混合弁２７を制御する給湯温度制御部３９３とを備えているものである。また、この制御手段３９に前記リモコン３１が無線または有線により接続されユーザーが任意の給湯設定温度を設定できるようにしているものである。

そして、４０は貯湯タンク１６の過圧を防止する過圧防止弁、４１は給水の温度を検出する給水温度センサ、４２は給水の圧力を減圧する減圧弁、４３は給湯する温水の量をカウントする流量カウンタである。

次に、この第１の実施形態の作動を説明する。
まず沸き上げ運転について説明すると、深夜電力時間帯になって貯湯温度センサ３８が貯湯タンク１６内に翌日に必要な熱量が残っていないことを検出すると、制御手段３９はヒーポン制御部１１に対して沸き上げ開始指令を発する。指令を受けたヒーポン制御部１１は圧縮機５を起動した後にヒーポン循環ポンプ１０を駆動開始し、貯湯タンク１６下部のヒーポン往き口１７から取り出した５〜２０℃程度の低温水を冷媒−水熱交換器６で７０〜９０℃程度の高温に加熱し、ヒーポン循環回路１９を介して貯湯タンク１６上部のヒーポン戻り口１８から貯湯タンク１６内に戻し、貯湯タンク１６の上部から順次積層して高温水を貯湯していく。貯湯温度センサ３８が必要な熱量が貯湯されたことを検出すると、制御手段３９はヒーポン制御部１１に対して沸き上げ停止指令を発し、ヒーポン制御部１１は圧縮機５を停止すると共にヒーポン循環ポンプ１０も停止して沸き上げ動作を終了するものである。

次に暖房運転について説明すると、リモコン３１の暖房スイッチ３３をＯＮすると、制御手段３９は熱利用循環ポンプ２３および二次側循環ポンプ２６を駆動開始し、高温水取出し口２１から取り出した７０〜９０℃程度の高温水を熱交換器２０に流入させ、二次側回路２５の温水と熱交換させ、熱交換により３０〜５０℃程度に温度低下した中温水が中温水戻り口２２から貯湯タンク１６下部に戻り、高温水と入れ替わる形で高温水と中温水の境界面を押し上げるようにして中温水が貯湯されるものである。二次側では、熱交換器２０にて加熱された温水が床暖房パネル４に流入し、被暖房空間を暖房して再度熱交換器２０に循環するものである。そして、リモコン３１の暖房スイッチ３３２をＯＦＦすると、制御手段３９は熱利用循環ポンプ２３および二次側循環ポンプ２６を駆動停止して暖房運転を停止する。

次に、貯湯タンク１６内に中温水が貯められている場合の給湯運転について説明する。まず、給湯混合水栓３を開くと、給水管１４からの給水圧により貯湯タンク１６内の高温水が上端部の出湯口１３から押し出されると同時に中温水が中間出湯口３４より押し出される。押し出された７０〜９０℃程度の高温水および３０〜５０℃程度の中温水はそれぞれ出湯管１２および中間出湯管３６を介して中間混合弁３５へ流入し、中間温度制御部３９１の作動により中間温度センサ３８で検出する温度が給湯設定温度より所定温度α高い温度になるよう混合される。なお、ここで、貯湯タンク１６の中温水が給湯設定温度＋所定温度αよりも高い温度である場合は、中間混合弁３５は中間出湯管３６側が全開とされ、中温水が出湯されるものである。

そして、中間混合弁３５で混合された温水は給湯混合弁２７へ流入し、給湯温度制御部３９３の作動により給水管１４からの５〜２０℃程度の低温水と混合されてユーザーがリモコン３１で設定した給湯設定温度に調節され、給湯混合水栓３から給湯される。

その後、中間温度制御部３９１は前記所定温度αを徐々に（段階的あるいは比例的に）減少させると共に、給湯設定温度よりこの変化する所定温度α高い温度になるように中間混合弁３５を制御する。

このように所定温度αを徐々に減少させることにより中間混合弁３５では貯湯タンク１６中間部の中温水の使用量が増え出湯管１２からの高温水の使用量が減る。従って給湯熱源としても加熱源としても優位な高温水が多く確保されることとなるものである。

そして、所定温度αが所定値まで小さくなって中間温度センサ３７で検出する温度が安定すると、前記制御手段３９は、中間混合弁３５を前記中間給湯温度制御部３９２で制御するよう切り換える。すると中間混合弁３５は、中間給湯温度制御部３９２の作動により給湯温度センサ３０で検出する温度が給湯設定温度になるようにその混合比率が制御される。なお、この時、給湯混合弁２７は前記給湯制御部３９３の作動により水側全閉となるように制御される。

このようにすることで、給湯混合弁２７で水のリークがあったとしても中間混合弁３５を制御するだけで給湯設定温度の湯を得ることができると共に、貯湯タンク１６中間部の中温水の使用量が増え出湯管１２からの高温水の使用量が減り、給湯熱源としても加熱源としても優位な高温水がより一層多く確保されることとなるものである。

なお、中間給湯温度制御部３９２は中温水の温度が給湯設定温度以下である場合に作動するようにしており、中温水の温度が給湯設定温度以上である時は、従来通り中間温度制御部３９１で中間混合弁３５を制御し、給湯温度制御部３９３で給湯混合弁２７を制御しているものである。

また、この一実施形態では、中間温度制御部３９１は給湯設定温度＋αに制御するようにすると共に、このαを徐々に小さくするようにしているが、最初からこのαを小さい値としていてもよいもので、この場合、制御手段３９は中間温度センサ３７で検出する温度が安定したら中間混合弁３５を中間給湯温度制御部３９２で制御するように切り換えればよいものである。

また、給湯開始直後は中間温度制御部３９１の作動により中間混合弁３５を制御し、その後、一定時間が経過したり、給湯温度が安定したりしたら中間給湯温度制御部３９２の作動により中間混合弁３５を制御するようにしてもよい。

本発明の一実施形態の貯湯式給湯装置の概略構成図。 同一実施形態の要部のブロック図。 従来の貯湯式給湯装置の概略構成図。

符号の説明

９ ヒートポンプ回路（加熱手段）
１２ 出湯管
１４ 給水管
１６ 貯湯タンク
２７ 給湯混合弁
２８ 給水分岐管
２９ 給湯管
３０ 給湯温度センサ
３５ 中間混合弁
３６ 中間出湯管
３７ 中間温度センサ
３９ 制御手段
３９１ 中間温度制御部
３９２ 中間給湯温度制御部

Claims (5)

1. 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加熱手段と、前記貯湯タンクの下部に給水する給水管と、前記貯湯タンクの上部から出湯する出湯管と、前記貯湯タンクの中間部から出湯する中間出湯管と、前記出湯管からの湯と前記中間出湯管からの湯とを混合する中間混合弁と、前記給水管から分岐された給水分岐管と、前記中間混合弁からの湯と前記給水分岐管からの水とを混合する給湯混合弁と、前記中間混合弁からの出湯温度を検出する中間温度センサと、前記給湯混合弁からの出湯温度を検出する給湯温度センサと、前記中間混合弁および前記給湯混合弁の作動を制御する制御手段とを備え、前記制御手段には、前記中間混合弁を前記中間温度センサの検出温度に基づいて制御する中間温度制御部と、前記中間混合弁を前記給湯温度センサの検出温度に基づいて制御する中間給湯温度制御部とが設けられていることを特徴とする貯湯式給湯装置。
2. 給湯開始直後は前記中間温度制御部の作動に基づいて前記中間混合弁が制御され、その後前記中間給湯温度制御部の作動に基づいて前記中間混合弁が制御されるようにしたことを特徴とする請求項１記載の貯湯式給湯装置。
3. 前記中間給湯温度制御部は、前記貯湯タンク中間部の貯湯温度が給湯設定温度以下である場合に作動するようにしたことを特徴とする請求項１または２記載の貯湯式給湯装置。
4. 前記中間給湯制御部は、前記中間温度センサの検出温度が給湯設定温度に近い温度で安定した場合に作動するようにしたことを特徴とする請求項１または２記載の貯湯式給湯装置。
5. 前記加熱手段が、二酸化炭素冷媒を用いたヒートポンプ回路であることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の貯湯式給湯装置。

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