JP2009115329A - 給湯暖房装置 - Google Patents

Abstract

【課題】太陽熱を利用して、熱源である熱媒を加熱する給湯暖房装置に関し、より簡易な構成で熱効率を向上させ、低コスト化を実現する他、天候等に応じた集熱制御により、集熱処理の適正化を図ることにある。
【解決手段】太陽熱を加熱源に利用する給湯暖房装置２であって、上水路（給湯管路７４）に流れる上水を熱媒４との熱交換により加熱する第１の熱交換器（熱交換器１２）と、浴槽水路に流れる浴槽水を前記熱媒との熱交換により加熱する第２の熱交換器（ふろ用熱交換器２０）と、前記熱媒が持つ熱を放熱させる暖房負荷（高温端末１４、低温端末１６）と、太陽熱と前記熱媒との熱交換により、前記熱媒を加熱する第１の加熱手段と、前記熱媒を循環ポンプ３２の駆動により前記第１の熱交換器、前記第２の熱交換器及び／又は前記暖房負荷に循環させる熱媒循環路（給湯予熱回路６０、暖房回路６２、追焚予熱回路６４）とを備える構成である。
【選択図】図１

Description

本発明は、加熱した熱媒を利用して、給湯、暖房、追焚を行う給湯暖房装置に関し、特に、太陽熱を熱媒の加熱源として利用する給湯暖房装置に関する。

従来、太陽熱温水器で集熱した太陽熱で貯湯槽にある水を加熱して貯め、この貯湯槽内の水で暖房等の熱媒を加熱している。そして、貯湯槽内の水の温度が設定値以下である場合には、外部の熱源であるボイラ等により暖房等の熱媒を必要温度まで加熱する給湯暖房装置として、特開昭５９−１３４４３２号「太陽熱給湯暖房装置」がある。また、太陽熱パネル又は熱源器との間で熱媒を循環させて貯湯槽に熱を受ける下熱交換器を貯湯槽の下部に配置し、暖房器との間で熱媒を循環させて貯湯槽から熱を与える上熱交換器を貯湯槽の上部に配置し、上熱交換器の下部、かつ下熱交換器の上部にヒータを配置した、特開２００２−３３３２００「暖房給湯器」が開示されている。
特開昭５９−１３４４３２号公報 特開２００２−３３３２００公報

ところで、従来の給湯暖房装置では、太陽熱温水器で加熱した熱媒を貯湯槽側へと循環させ、貯湯槽内に貯められた上水と熱交換させ、この熱交換した上水を給湯用に利用するとともに、暖房等の熱媒としても使用している。従って、一定量の暖房等の熱媒を確保するために貯湯槽が大型化し、これに伴って給湯暖房装置が大型化するという不都合がある。

また、機器の設置スペース等の問題への対応として、太陽熱を集熱する太陽熱温水器を小型化するために熱媒を少なくする場合、太陽熱温水器で暖められた熱媒を貯湯槽へと効率よく運ぶために、別途、循環ポンプを設置する必要が生じ、その分コスト高になるという不都合がある。

また、太陽熱で加熱した温水を熱源とする機器では、雨天の日や冬季に熱量が不足することになるので、この温水を確保するために貯湯槽に別途専用のヒータを設ける必要があり、コスト高になるという不都合がある。

斯かる要求や課題について、特許文献１、２には開示や示唆は無く、それを解決する構成等についての記載もない。

そこで、本発明の目的は、太陽熱を利用した給湯暖房装置において、機器を大型化せずに給湯、暖房の熱効率を上げることにある。

また、本発明の他の目的は、太陽熱を利用した給湯暖房装置において、太陽熱温水器から貯湯槽へと熱媒を循環させるポンプや、貯湯槽内を加熱する加熱手段等が不要であり、簡易な構成で熱効率を向上させつつ、低コスト化を実現することにある。

また、本発明の他の目的は、天候や外気温度等の条件に応じて、給湯暖房装置の集熱制御条件を変えることで、集熱処理の適正化を図ることにある。

上記目的を達成するため、本発明の給湯暖房装置は、太陽熱と熱媒を熱交換させる加熱手段を暖房回路に平行に配置して接続し、暖房負荷用の熱媒を太陽熱で加熱する構成である。また、太陽熱の集熱処理に関し、集熱状況に応じて、集熱運転の制御を行う構成である。斯かる構成により、上記目的を達成することができる。

そこで、上記目的を達成するため、本発明の第１の側面は、太陽熱を熱媒の加熱源に利用する給湯暖房装置であって、上水路に流れる上水を前記熱媒との熱交換により加熱する第１の熱交換手段と、浴槽水路に流れる浴槽水を前記熱媒との熱交換により加熱する第２の熱交換手段と、前記熱媒が持つ熱を放熱させる暖房負荷と、太陽熱と前記熱媒との熱交換により、前記熱媒を加熱する第１の加熱手段と、前記熱媒を循環ポンプの駆動により前記第１の熱交換手段、前記第２の熱交換手段及び／又は前記暖房負荷に循環させる熱媒循環路とを備える構成である。斯かる構成によれば、太陽熱との熱交換で暖房用の熱媒を加熱し、この熱媒を熱源として給湯、暖房、追焚きを行うことで、集熱した熱エネルギーを効率よく利用することができ、上記目的を達成することができる。

上記目的を達成するためには、給湯暖房装置において、好ましくは、前記熱媒循環路上の前記熱媒の温度を検出する第１の温度検出手段と、前記第１の加熱手段での加熱後の前記熱媒の温度を検出する第２の温度検出手段と、太陽熱の集熱動作の際に、前記第１の温度検出手段による検出温度と前記第２の温度検出手段による検出温度との温度差に応じて前記循環ポンプの動作制御を行う制御部とを備える構成としてもよい。斯かる構成によっても、上記目的を達成することができる。

上記目的を達成するためには、給湯暖房装置において、好ましくは、前記制御部には、給湯暖房装置の処理時間を計時する計時手段を備え、前記第１の温度検出手段及び前記第２の温度検出手段の検出温度により、前記第１の温度検出手段による検出温度と前記第２の温度検出手段による検出温度との温度差が所定値以下の場合、前記循環ポンプを停止させ、所定時間が経過したら前記循環ポンプを作動させる構成としてもよい。斯かる構成によっても、上記目的を達成することができる。

上記目的を達成するためには、給湯暖房装置において、好ましくは、前記制御部は、前記第１の温度検出手段による検出温度と前記第２の温度検出手段による検出温度との温度差が所定値以下であることを所定回数検出した場合には、前記循環ポンプの動作制御時間を変化させる構成としてもよい。斯かる構成によっても、上記目的を達成することができる。

上記目的を達成するためには、給湯暖房装置において、好ましくは、前記熱媒循環路上に設置され、前記第１の加熱手段への前記熱媒の流入を制御する二方弁を備え、前記制御部は、給湯運転及び／又は暖房運転時に、前記第１の温度検出手段による検出温度と前記第２の温度検出手段による検出温度との温度差が所定値以下の場合、前記二方弁を閉状態にし、所定時間が経過したら前記二方弁を開状態にする構成としてもよい。斯かる構成によっても、上記目的を達成することができる。

上記目的を達成するためには、給湯暖房装置において、好ましくは、燃焼排気により、前記熱媒循環路内の前記熱媒を加熱する第２の加熱手段と、前記熱媒循環路上に設置され、前記第２の加熱手段による加熱後の前記熱媒の温度を検出する第３の温度検出手段とを備え、前記制御部は、給湯、暖房及び／又は追焚き機能への設定温度と前記第３の温度検出手段による検出温度との温度差に応じて、前記第２の加熱手段の燃焼を制御する構成としてもよい。斯かる構成によっても、上記目的を達成することができる。

上記目的を達成するためには、給湯暖房装置において、好ましくは、前記熱媒循環路に循環する前記熱媒は、暖房負荷用の熱媒を共用した構成としてもよい。斯かる構成によっても、上記目的を達成することができる。

本発明によれば、次の効果が得られる。

(1) 本発明によれば、太陽熱を利用した給湯暖房装置に関し、太陽熱と熱媒を熱交換させる加熱手段を暖房負荷に並行に配置して暖房用の熱媒を加熱することで、集熱した熱エネルギーを効率よく利用することができる。

(2) 本発明によれば、熱媒の温度により太陽熱の集熱状態を判断することで、循環ポンプ等を無駄に動作させることが無くなり、コストの低減を図ることができる。

(3) 暖房負荷用の熱媒と太陽熱とを熱交換させ、給湯、追焚機能の熱源に利用することで、各機能部との熱媒間による熱交換が不要であるので、熱効率を高めることができるとともに、太陽熱回収のみに要する循環ポンプ等を別途備える必要が無いので、機器の小型化やコストダウン等を図ることができる。

〔第１の実施の形態〕

本発明の第１の実施の形態に係る給湯暖房装置ついて、図１を参照する。図１は第１の実施の形態に係る給湯暖房装置の構成を示す図である。図１に示された給湯暖房装置は、一例であって、この構成に限定されるものではない。

この給湯暖房装置２は、加熱した熱媒４を熱源として、給湯、暖房、浴槽水の追焚きを行う熱源装置である。給湯機能部６、暖房機能部８、追焚機能部１０に循環する熱媒４は、暖房負荷用の熱媒４を共用したものであり、給湯機能部６や追焚機能部１０では、この熱媒４と液−液熱交換することで、上水Ｗや浴槽水ＢＷを加熱している。

給湯暖房装置２の給湯機能部６には、上水Ｗと熱媒４とを熱交換させる第１の熱交換手段として、給湯用の熱交換器１２を備えている。暖房機能部８には、熱媒４を放熱させる高温端末１４や低温端末１６を備えている。また、追焚機能部１０には、浴槽１８内の浴槽水ＢＷを追焚きする第２の熱交換手段として、ふろ用熱交換器２０を備えている。また、熱媒４の第１の加熱手段として、熱媒４と太陽熱とを熱交換させる温水器２２と、第２の加熱手段として、燃焼排気２４により熱媒４を加熱するバーナ２６等を備えた燃焼室２８を設置している。その他、蓄熱手段として、熱媒４を貯める温水タンク３０や温水器２２の下流側に設置され、加熱後の熱媒４を貯める貯湯槽３１を備えている。給湯機能部６、暖房機能部８、追焚機能部１０や、温水器２２は、給湯暖房装置２内に配置された熱媒循環路に接続されている。この熱媒循環路は、後述する給湯、暖房、追焚、集熱動作を行う複数の熱媒用の循環路から構成されており、循環ポンプ３２により、加熱した熱媒４を循環させる。また、給湯暖房装置２内には、循環ポンプ３２の動作制御や熱媒４の温度管理等を行う制御装置３４を備えた電装基板３６を備えている。この制御装置３４には、給湯暖房装置２への設定操作を行うための操作部や、状態表示をする表示部を備えたリモコン装置３８が接続されている。

なお、給湯暖房装置２の熱源である暖房用の熱媒４は、例えば上水Ｗや不凍液等、暖房負荷用の熱源として熱の伝達が可能な液体であれば何を使用してもよい。

太陽熱を集熱して熱媒４を加熱する温水器２２は、暖房機能部８の高温端末１４及び低温端末１６に対して並列に配置されている。温水器２２は、例えば太陽熱を集熱するためのソーラーパネル等からなり、集熱した太陽熱と熱媒４とを熱交換して温水回路４０側へと循環させている。なお、図１に示す貯湯槽３１は、温水器２２と別に構成されているが、これに限られず、温水器２２と一体で構成してもよい。

燃焼室２８内には、熱媒４を加熱するバーナ２６を備えており、このバーナ２６は、燃料ガスＧを燃焼させて燃焼排気２４を発生させている。従って、燃焼量がガスの供給量によって調整可能であり、熱媒４の温度を調節して、所望の温度に調整した上水Ｗを供給することが可能である。この燃料ガスＧの供給手段として、例えば、ガス管４２が設置されており、このガス管４２には、ガス比例弁４４、ガス電磁弁４６、ガス切替電磁弁４８、５０、元ガス電磁弁５１等が設置され、燃料ガスＧの切替及び調整を行う。その他、バーナ２６の火炎検出を行うフレームロッド５２やイグナイタ５４、バーナ２６への給気を行う給気ファン５６等も設置されている。この加熱手段の種類としては、燃焼ガスＧの他、例えば石油等の化石燃料を燃焼させるものでもよく、また、電熱やエンジン、燃料電池の排熱等を利用してもよい。

次に、給湯暖房装置２に配置され、熱媒４を各機能部に循環させる熱媒循環路について説明する。

熱媒循環路は、複数の管路で構成されており、図１に示すように、温水タンク３０と循環ポンプ３２とを接続するポンプ入路５８、循環ポンプ３２に接続されて熱媒４を燃焼室２８に導くとともに、加熱した熱媒４を低温端末１６側へと流す温水管路４０、加熱した熱媒４を給湯機能部６側へと流す給湯予熱回路６０、熱媒４を暖房運転に利用する暖房回路６２、熱媒４を浴槽水ＢＷの追焚きに利用する追焚予熱回路６４、後述する集熱動作において熱媒４を温水器２２側へと循環させる温水器回路８２等で構成されている。また、これら給湯予熱回路６０、暖房回路６２、追焚予熱回路６４は、熱媒４の供給先を切替える切替手段として設置された高温分配弁６６に接続されている。

温水回路４０に接続した管路６７は、その一部を燃焼室２８内に配置し、バーナ２６で発生した燃焼排気２４の内、主として顕熱を回収する温水用一次熱交換器６８を形成し、熱媒４を加熱している。また、温水回路４０は、管路の一部を燃焼室２８内に通過させて、燃焼排気２４の主として潜熱と熱媒４とを熱交換する温水用二次熱交換器７０を形成している。この温水回路４０上には、燃焼室２８での熱交換後の熱媒４の温度を検出する第１の温度検出手段として、温度センサ７２が設置されている。その他 燃焼室２８内には、後述する給湯機能部６の上水路である給湯回路７４の一部を配置して、燃焼排気２４の主として潜熱を回収して熱媒４を加熱する給湯用二次熱交換器７６が形成されている。

温水器回路８２は、加熱手段である温水器２２に接続した温水器往管７８及び温水器戻管８０で構成されている。この温水器往管７８は循環ポンプ３２直後の温水回路４０に接続し、また、温水器戻管８０は温水タンク３０及びポンプ入管５８と接続している。この温水器往管７８には温水回路４０からの熱媒４の流入を制御する二方弁８４が設置されているとともに、温水器戻管８０には、温水器２２での熱交換後の熱媒４の温度を検出する第２の温度検出手段である温水器センサ８６の他、熱媒４の蓄熱手段として貯湯槽３１が設置されている。

給湯予熱回路６０を構成する管路８７には、温水用一次熱交換器６８で加熱された熱媒４が、高温分配弁６６を通じて供給され、給湯用の熱交換器１２で上水Ｗと熱交換させ、温水タンク３０側へと循環される。この温水用一次熱交換器６８と、高温分配弁６６とを接続する管路８８上には、第３の温度検出手段である温水センサ９０が設置されており、バーナ２６による加熱後の熱媒４の温度を検出している。これにより、例えば、制御装置３４において、給湯要求で設定された温度に応じて加熱制御を行う。この温水用一次熱交換器６８に接続された管路８８は、管路６７と一体に構成してもよい。

また、高温分配弁６６に接続し、熱媒４を高温端末１４に流す暖房回路６２は、分岐管９２で構成されている。高温端末１４に対する暖房要求があると、設定温度に調整された熱媒４を循環させる。即ち、高温端末１４への動作要求に応じて、温水用一次熱交換器６８で加熱された高温の熱媒４が分岐管９２、高温端末往管路９３を通じて、高温端末１４側に送られる。また、低温端末１６に動作要求がされた場合には、温水タンク３０に貯められている熱媒４を温水用二次熱交換器７０及び／又は温水用一次熱交換器６８で加熱し、もしくは、温水用二次熱交換器７０で加熱した熱媒４と温水用一次熱交換器６８で加熱した熱媒１４とを混合させることにより、設定温度に調節して温水回路４０、低温端末往管路９４を通じて低温端末１６へと送られる。そして、高温端末１４又は低温端末１６で放熱した熱媒４は、共通の暖房戻管路９６を通じて温水タンク３０へと送られる。

この場合、高温分配弁６６は、温水用一次熱交換器６８側及び温水用二次熱交換器７０側への熱媒４の流入量を切り替える。即ち、高温分配弁６６は熱媒４の温度を調整する調整手段として機能する。

熱媒４を浴槽水ＢＷの追焚機能部１０へと導く追焚予熱回路６４は、管路９７で構成され、温水用一次熱交換器６８で加熱された熱媒４をふろ用熱交換器２０に流し、温水タンク３０へと循環させている。追焚機能部１０への熱媒４の流入制御も、既述の高温分配弁６６によって行われる。

次に、高温分配弁の構成について、図２を参照する。図２は、高温分配弁の構成を示す断面図である。

既述のように高温分配弁６６は、温水用一次熱交換器６８で加熱された熱媒４の流入先を切替える切替手段であるとともに、給湯機能部６、暖房機能部８、追焚機能部１０に分配する分配手段であって、その構成は、例えば複数の流出口を持つ切替弁等で構成されている。

高温分配弁６６の内部には、例えば、その中心部分に管路８８の一端が接続され、温水用一次熱交換器６８で加熱された熱媒４が供給され、内部の空洞部９８に導かれる。この高温分配弁６６の空洞部９８は、周囲を覆う壁面部材１００、１０２、１０４、１０６により形成されており、これらの壁面部材１００、１０２、１０４、１０６は、それぞれ所定の間隔１０８、１１０、１１２、１１４を持って配置されている。また、高温分配弁６６の外周部分には、図示しない弁の外壁部材があり、熱媒４の供給を受ける管路８７、９７が接続されている。そして、この間隔１０８、１１０、１１２、１１４から熱媒４が供給される。即ち、この高温分配弁６６の内部に形成された間隔１０８、１１０、１１２、１１４の位置を切替えることで、接続された各管路８７、９７への熱媒４の供給量、供給先を変更させる。

この場合、図２に示すＡ〜Ｆは、高温分配弁６６に定めた制御位置例を示している。例えば、高温分配弁６６に設けられた位置設定手段をＡの位置に合わせると、ふろ単独動作状態として給湯側が閉状態、ふろ側のみが開状態となる。また、Ｂの位置に合わせると、給湯側は開状態で流れる量が少なく、ふろ側はそのまま開状態であり、Ｃの位置に合わせると、給湯側に多く流れる状態となり、ふろ側はそのまま開状態である。また、Ｄの位置に合わせると、給湯側が最大の状態となり、ふろ側は閉状態となる。Ｅの位置に合わせると、給湯単独運転や低温暖房単独運転等として、給湯側が大きく開状態となり、ふろ側は閉状態となる。また、Ｆの位置に合わせると、高温単独動作状態として、給湯側に流れる量が少なくなり、また、ふろ側は閉状態とする。後述する温水器２２による太陽熱の集熱では、例えば、高温分配弁６６を、Ｆの高温単独動作の位置にして行えば、温水タンク３０内の熱媒４をより多く温水器回路８２側に循環させることができ、効率よく集熱処理を行える。

次に、給湯暖房装置内の各機能部の構成と給湯動作、暖房動作、追焚動作における熱媒の制御処理について、図３、図４、図５及び図６を参照する。図３は、給湯動作時における上水Ｗ及び熱媒の流れの状態を示す図、図４は、高温暖房動作における熱媒の流れを示す図、図５は、低温暖房動作における熱媒の流れを示す図、図６は、追焚動作における熱媒の流れを示す図である。図３〜図６に示された給湯暖房装置内に熱媒を流す手順や流路は、一例であって、この構成に限定されるものではない。また、図３〜図６において、図１と同一部分には同一符号を付し、説明を省略している。

図３に示すように、給湯暖房装置２の給湯機能部６には、給湯暖房装置２に上水Ｗを供給、熱交換させて給湯する上水路として、給湯回路７４が設置されている。この給湯回路７４は、熱媒４を循環させる回路とは独立した循環路である。給湯回路７４は、給湯用二次熱交換器７６においてバーナ２６が発する燃焼排気２４中の主として潜熱と上水Ｗとを熱交換させる。また、この給湯回路７４は、熱交換器１２において、上水Ｗと熱媒４とを熱交換する。また、給湯回路７４には、入水側にバイパス管路１１８、ミキシング弁１２０が設置されており、また、上水Ｗの流量を制御するための水制御弁１２２、上水Ｗの流入を感知するとともにその流量を検出する水流センサ１２４、流入した上水Ｗの温度を検出するための入水温センサ１２６、熱交換後の上水Ｗの温度を検出するための出湯温センサ１２８、出湯直前の温度を検出する混合温センサ１３０が備えられている。

給湯動作では、例えば、制御装置３４に接続したリモコン装置３８に対して給湯運転を要求し、図示しない給湯栓を開くと、給湯回路７４内に上水Ｗが流入する。給湯機能部６内に上水Ｗが一定量流入したことを水流センサ１２４が感知すると、給湯暖房装置２の動作が開始される。即ち、循環ポンプ３２や給気ファン５６等が始動するとともに、バーナ２６へと燃料ガスＧを供給する、ガス電磁弁４６、ガス切替電磁弁４８、５０、元ガス電磁弁５１を開いて、バーナ２６を点火して熱媒４を加熱する。

この場合、給湯暖房装置２内の熱媒４については、高温分配弁６６の制御位置を、例えば、流入した上水Ｗの流量や入水温センサ１２６による検出温度、給湯要求温度等から必要な熱媒４の量を算出して、図２に示すＤ、Ｅ、Ｆの制御位置に設定する。これにより、温水タンク３０、温水用二次熱交換器７０、温水用一次熱交換器６８、熱交換器１２の間で熱媒４の循環路を構成している。

そして、給湯用二次熱交換器７６や熱交換器１２で熱交換した上水Ｗを設定温度に調整するため、出湯温センサ１２８で検出した熱交換後の検出温度情報を参照して、ミキシング弁１２０の開度を制御し、バイパス管路１１８から低温の上水Ｗの一部を出湯側の給湯回路７４に流入させ、混合して出湯する。このとき、給湯回路７４の出湯側に設置した混合温センサ１３０による検出温度を利用して、高温の上水Ｗとバイパス管路１１８から流入させる低温の上水Ｗの流入比率を調整したり、バーナ２６の燃焼量を調整するようにしてもよい。

また、暖房機能部８を構成する高温端末１４及び低温端末１６には、図４及び図５に示すように、温水回路４０、分岐管９２から、加熱された熱媒４の供給を受ける構成である。これらの高温端末１４及び低温端末１６は、単一又は複数で構成されている。高温端末１４と分岐管９２との接続部分には、高温端末１４への往き側ヘッダ１３２、戻り側ヘッダ１３４が配置されており、例えば、高温端末１４からの動作要求が無い場合には、高温端末１４内の熱動弁１３６が閉状態になっており、高温端末１４や分岐管９２側へと熱媒４の流入を防止している。また、低温端末１６と温水回路４０との接続部分には、熱動弁１３８を備えた往き側ヘッダ１４０が設置されており、温水回路４０から低温端末１６への熱媒４の流入を制御している。

暖房動作では、例えば、高温端末１４又は低温端末１６への動作要求を受けると、制御装置３４では、給湯動作と同様に、循環ポンプ３２等を動作させて、熱媒４の循環を開始させるとともに、燃焼室２８内のバーナ２６や給気ファン５６等の動作を開始させる。

高温端末１４への動作要求では、高温分配弁６６を例えば、高温単独動作として設定されている給湯小ふろ閉の状態のＦ（図２）の位置に制御する。これにより、温水タンク３０、温水回路４０、温水用二次熱交換器７０、温水用一次熱交換器６８、高温分配弁６６、分岐管９２との間で循環路を構成する。この場合、暖房要求の設定温度等に応じるため、温水用一次熱交換器６８の出口側に設置した温度センサ９０による検出温度に応じて、燃焼ガスの供給量を比例制御する。また、例えば、要求温度が低い場合等においては、高温端末１４自体をＯＮ−ＯＦＦして制御してもよい。高温端末１４自体をＯＦＦにすれば、燃焼制御により、バーナ２６もＯＦＦとなる。

また、低温端末１６への動作要求では、高温分配弁６６を低温単独に設定する給湯大ふろ閉状態にするＥ（図２）の位置に設定する。これにより、温水タンク３０、温水回路４０、温水用二次熱交換器７０、温水用一次熱交換器６８、高温分配弁６６との間で循環路を構成する。この場合、暖房要求の設定温度等に応じて、温度センサ９０の検出温度や温水回路４０上の温度センサ７２の検出温度に応じてバーナ２６の燃焼制御を行う。

なお、図３及び図４では、高温端末１４及び低温端末１６の単独運転の場合においても、加熱された熱媒４の一部を熱交換器１２を介して温水タンク３０へと流している。これは、例えば、温水タンク３０内の熱媒４の温度を一定温度以下にしないようにするためである。また、温水タンク３０内には、例えば、長さの異なる電極を利用した水位検出器１４２が設置されており、給湯暖房装置２の熱源として共用する熱媒４である上水Ｗが、蒸発等により減り、温水タンク３０内の水位が所定量以下となった場合には、給湯回路７４に接続した補給管路１４４から上水Ｗを補給している。

また、追焚機能部１０には、図６に示すように、浴槽１８内の浴槽水ＢＷを循環させて熱媒４と熱交換させる浴槽水路であるふろ回路１４６が設置されている。このふろ回路１４６上には、浴槽水ＢＷと熱媒４を熱交換させるふろ用熱交換器２０や、浴槽水ＢＷを循環させるふろポンプ１４８、浴槽水ＢＷの循環水流を感知するふろ流水スイッチ１５０、浴槽水ＢＷの温度を検知する温度センサ１５２が設置されている。また、このふろ回路１４６は、既述の給湯回路７４に接続する注湯管路１５４が設置されており、給湯機能部６から浴槽１８への注湯することも可能である。

追焚機能部１０への追焚動作要求では、高温分配弁６６をふろ単独に設定するため、給湯小ふろ開であるＢ（図２）の位置へと移動させる。これにより、温水タンク３０、温水回路４０、温水用二次熱交換器７０、温水用一次熱交換器６８、高温分配弁６６、ふろ用熱交換器２０の間で循環路を構成する。そして、追焚動作では、暖房動作等に対して、温度センサ９０等の検出温度に応じて、バーナ２６のＯＮ−ＯＦＦ制御を行う。

次に、太陽熱の集熱時の循環路について図７を参照する。図７は、太陽熱温水器による集熱動作における熱媒の流れを示す図である。図７に示された給湯暖房装置内に熱媒を流す手順や流路は、一例であって、この構成に限定されるものではない。また、図７において、図１、図３〜図６と同一部分には同一符号を付し、説明を省略している。

集熱動作では、高温分配弁６６を高温端末１４単独動作の場合と同様の位置に制御する。そして、既述の温水器往管７８に設置された二方弁８４を開状態にする。これにより、温水タンク３０、温水回路４０の一部、温水器往管７８、温水器戻管８０の間で温水器回路８２を構成する。

集熱処理では、循環ポンプ３２を動作させることにより、温水器２２で集熱した太陽熱で熱媒４を加熱する。そして、温水器戻管８０上の温水器センサ８６により、温水器２２での加熱後の熱媒４の温度を検出し、温水管路上の熱媒４の温度と比較することで、集熱が適正に行われているか否か等の判断を行う。

また、この給湯暖房装置２の一部には、外気温を検出する外気温センサ１５６（図１）が設置されており、この外気温センサ１５６による検出温度は、後述する集熱動作の制御に利用してもよい。

次に、給湯暖房装置の動作制御を行う制御装置の構成について図８を参照する。図８は、給湯暖房装置の制御装置の構成を示すブロック図である。

この制御装置３４は、例えば、マイクロコンピュータで構成され、各機能部の動作を制御するとともに演算手段であるＣＰＵ（Central Processing Unit ）２００、ＲＯＭ（Read-Only Memory）２０２、ＲＡＭ（Random-Access Memory）２０４、タイマ２０６、カウンタ２０８を備えている。また、この制御装置３４は、リモコン装置３８の制御部３００と有線、又は無線により接続されている。

また、制御装置３４は、温水器センサ８６、温度センサ７２、９０、水位検出器１４２、水流センサ１２４、外気温センサ１５６等の各種検出手段に接続されており、これらの検出手段からの検出情報を取り込むとともに、給湯暖房装置２内の機能部である、二方弁８４、循環ポンプ３２、高温分配弁６６、熱動弁１３８、加熱手段である給気ファン５６、バーナ２６、元ガス電磁弁５１、ガス電磁弁４６、ガス切替電磁弁４８、５０、ガス比例弁４４やその他の機能部品として、例えば、ふろポンプ１４８等へと動作指示を送信する。

ＲＯＭ２０２は記憶手段として、例えば、ＯＳ（Operating System）やガス使用量算出、熱媒４の温度比較制御等を実行するアプリケーションプログラムが格納されている。ＲＡＭ２０４は、各種演算処理を行う処理領域として機能する。タイマ２０６は、現在時刻情報を有する他、経過時間を計時する機能を備えている。また、カウンタ２０８は、動作処理の回数をカウントしている。

また、リモコン装置３８には、制御部３００、操作部３０２、表示部３０４が備えられている。制御部３００は、例えばＣＰＵ３０６、ＲＯＭ３０８、ＲＡＭ３１０で構成されており、操作部３０２で入力された動作指示に応じて制御装置３４へとその指示を送信する他、表示部３０４に動作状態の表示等の表示指示を送る。

次に、給湯暖房装置における太陽熱の集熱処理に関する動作制御について図９を参照する。図９は、太陽熱の集熱に関する動作制御のフローチャートである。

この太陽熱の集熱処理では、給湯暖房装置２内に流れる熱媒４の温度と温水器２２での熱交換後の熱媒４の温度との温度差により、例えば、雨や曇り状態であって、太陽熱の集熱に適さない天候状態であることが判別でき、このような天候状態に応じた集熱処理を行っている。

なお、この実施の形態では、集熱動作中は単独動作を行う構成であり、集熱動作中に給湯、暖房、追焚きの要求があった場合には、集熱動作を中断している。

太陽熱の集熱動作では、まず、集熱動作処理の開始条件になったか否かの判断を行う（ステップＳ１）。集熱処理の開始条件として、例えば、所定の時間帯であるか否かを判断する。即ち、太陽熱の集熱が可能な時間帯の判断として、制御装置３４に設置したタイマ２０６により、例えば、現在の時刻が８時から１６時の間であるか否かを判断する。

集熱処理の開始条件を満たしている場合（ステップＳ１のＹＥＳ）には、給湯要求、暖房要求があるか否かの判断を行う（ステップＳ２）。集熱処理の開始条件にならない場合（ステップＳ１のＮＯ）や、給湯等の要求がある場合（ステップＳ２のＹＥＳ）には、集熱動作を行わない。

また、給湯等の運転要求が無い場合（ステップＳ２のＮＯ）には、集熱処理動作として、高温分配弁６６を高温単独運転の位置に移動させる（ステップＳ３）とともに、高温端末１４へと熱媒４が流入するのを防止するため、高温端末１４が停止しているか、及び低温端末１６用の往き側ヘッダ１４０の熱動弁１３８が閉状態か否かの判断を行う（ステップＳ４）。高温端末１４が動作中の場合（ステップＳ４のＮＯ）には、動作が停止するまで待機する。この場合、例えば、所定時間が経過しても閉状態とならない場合には、リモコン装置３８の表示部３０４に警告表示を出すようにしてもよい。

高温端末１４が停止している場合（ステップＳ４のＹＥＳ）には、循環ポンプ３２を稼動させる（ステップＳ５）とともに、二方弁８４を開く（ステップＳ６）。

次に、太陽熱の集熱状況の判断として、温水器センサ８６の検出温度と、温度センサ７２の検出温度との温度差が所定値Ｔ１以上あるか否かの判断を行う（ステップＳ７）。即ち、温水器２２で加熱した熱媒４の温度と給湯暖房装置２内の熱媒４の温度との温度差が所定値Ｔ１以上無ければ、現在の天候等の条件が、例えば雨天や曇りである等、太陽熱の集熱に適さない状態であると判断することができる。

この判断により、温度差が所定値Ｔ１以上の場合（ステップＳ７のＹＥＳ）には、ステップＳ１に戻り、集熱処理を継続し、温度差が所定値Ｔ１に達しない場合（ステップＳ７のＮＯ）、集熱処理を中断するため、循環ポンプ３２を停止させ（ステップＳ８）、二方弁８４を閉状態にする（ステップＳ９）。

次に、天候状態等に応じた集熱動作の調整処理として、制御装置３４にあるカウンタ２０８を参照し、カウント数Ｎが、所定数Ｘとして例えば、２より少ないか否かの判断を行う（ステップＳ１０）。カウント数Ｎが所定数Ｘより少ない場合（ステップＳ１０のＹＥＳ）には、カウント数Ｎに１を足す（ステップＳ１１）。そして、タイマ２０６を参照して、循環ポンプ３２を停止してから所定時間Ｐ１が経過したか否かを判断する（ステップＳ１２）。所定時間Ｐ１が経過している場合（ステップＳ１２のＹＥＳ）には、ステップＳ１に戻り、集熱処理を再開する。

また、カウント数Ｎが所定数Ｘ以上の場合（ステップＳ１０のＮＯ）には、集熱処理の中断時間として設定されている循環ポンプ３２を停止させる所定時間をＰ１からＰ２に変更し（ステップＳ１３）、循環ポンプ３２を停止させてから所定時間Ｐ２が経過したか否かを判断する（ステップＳ１４）。このＰ２は、例えば所定時間Ｐ１を延長させたものであり、集熱処理を複数回中断しても集熱環境が適正状態にならない場合に、無駄な集熱再開処理を回避するための処理である。

そして、所定時間Ｐ２が経過した場合（ステップＳ１４のＹＥＳ）には、カウント数Ｎをリセットして（ステップＳ１５）、集熱処理を再開する。

斯かる構成により、太陽熱を熱源として利用した給湯暖房装置において、暖房負荷用の熱媒４を太陽熱加熱して、給湯、追焚機能の熱源として共有するので、回収した太陽熱を、より効率よく利用できる。また、太陽熱回収のための循環路や、貯熱槽等を別途備える必要が無い他、機器の小型化やコストダウンを図ることができる。さらに、熱媒の温度に応じて太陽熱の集熱状態を判断することで、循環ポンプ等を無駄に動作させることが無くなり、コストの低減を図ることができる。

〔第２の実施の形態〕

次に、本発明の第２の実施の形態に係る給湯暖房装置について、図１０を参照する。図１０は、第２の実施の形態に係る暖房機能と集熱処理の同時運転における熱媒の流れを示す図である。図１０において、図１、図３〜図７と同一部分には同一符号を付し、説明を省略する。

第１の実施の形態のおける太陽熱の集熱処理では、集熱動作中に給湯等の動作要求がされた場合、集熱処理を中断したのに対し、この実施の形態では、集熱処理と給湯等の運転動作を同時に行う構成である。

集熱運転時に暖房運転の要求があった場合、熱媒４を流す回路構成は、図１０に示すように、集熱運転時の熱媒４の流れ（図７）を維持しつつ、例えば、高温分配弁６６の制御位置はそのままで、高温端末１４は動作継続し、低温端末１６用の往き側ヘッダ１４０にある熱動弁１３８を開くことで、高温端末１４及び／又は低温端末１６側へと熱媒４を流す構成である。

なお、低温端末１６のみへと熱媒４を流す場合には、例えば、高温分配弁６６の制御位置を既述の低温端末単独運転時の位置へと移動させるようにしてもよい。また、同様に、集熱運転中に給湯運転や、追焚運転の要求があった場合にも、既述の各運転制御を行うようにしてもよい。

次に、集熱運転中に他の機能部への運転要求があった場合の制御処理について、図１１を参照する。図１１は、他の機能部への運転要求があった場合の集熱処理を示すフローチャートである。なお、図１１において、図９と同一処理については、説明を省略する。

集熱運転中に暖房、給湯等への運転要求があった場合には、集熱運転と同時に、暖房や給湯機能を動作させる。この場合、例えば、天候条件や他の機能部への熱媒供給により、温水器センサ８６の検出温度と、温度センサ７２の検出温度との温度差が所定値以下の場合には、集熱運転を中断させる。

この集熱運転処理では、第１の実施の形態と同様に、集熱処理の開始条件の判断をし（ステップＳ２１）、開始条件を満たしている場合（ステップＳ２１のＹＥＳ）には、給湯要求、暖房要求があるか否かの判断を行う（ステップＳ２２）。給湯要求や暖房要求が無い場合には、第１の実施の形態におけるステップＳ３〜ステップＳ９と同様の処理を行う（ステップＳ２３〜ステップＳ２９）。そして、循環ポンプ３２を停止させてから所定時間Ｐ１が経過した場合には、再び集熱処理を再開させる（ステップＳ３０）。

また、集熱処理中に給湯や暖房の運転要求があった場合（ステップＳ２２のＹＥＳ）には、給湯要求、暖房要求に応じた制御処理を行う（ステップＳ３１）。この場合、給湯運転や暖房運転を実行するために、高温分配弁６６や熱動弁１３８やバーナ２６等を動作させて、給湯機能部６や暖房機能部８へと熱媒４を循環させる。

次に、太陽熱の集熱状況の判断として、温水器センサ８６の検出温度と、温度センサ７２の検出温度との温度差が所定値Ｔ１以上であるか否かの判断を行う（ステップＳ３２）。温度差が所定値Ｔ１より小さい場合には、二方弁８４を閉じて、集熱運転を中断させる。この場合、給湯や暖房、もしくは追焚機能の運転は継続しているので、循環ポンプ３２は稼動させておく。

そして、制御装置３４のタイマ２０６を参照して、二方弁８４を閉じてから所定時間Ｐ１が経過したか否かの判断に移行し（ステップＳ３４）、所定時間Ｐ１が経過している場合（ステップＳ３４のＹＥＳ）には、ステップＳ２１に戻って集熱運転を再開する。

なお、上記の集熱処理においても、第１の実施の形態にある集熱処理の中断回数による制御（図９のステップＳ１０〜ステップＳ１５）を行うようにしてもよい。

斯かる構成によっても、暖房負荷用の熱媒を太陽熱加熱して、給湯、追焚機能の熱源として共有することにより、回収した太陽熱を、効率よく利用できる他、集熱と他の機能部との同時運転が可能であり、また、天候条件や他の機能部動作に伴って集熱能力の低下した場合には、集熱運転を中断させることで、効率よく熱エネルギーを使用することができる。
〔他の実施の形態〕

上記実施の形態では、熱媒４の温度差に基づく集熱処理の中断において、循環ポンプ３２の停止や二方弁８４を閉状態にしてからの経過時間を集熱処理の再開条件としているが、これに限られるものではなく、例えば、給湯暖房装置２の外部側に設置した外気温センサ１５６による検出温度により、外気温度が所定値以上となれば、集熱する構成としてもよい。斯かる構成によれば、例えば、熱媒４の温度が外気温よりも高い場合に、温水器２２で放熱するのを防止できる。また、外気温が所定温度以上になれば天候が回復して、太陽熱による集熱が可能となると判断することもできる。

以上説明したように、本発明の最も好ましい実施の形態等について説明したが、本発明は、上記記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載され、又は明細書に開示された発明の要旨に基づき、当業者において様々な変形や変更が可能であることは勿論であり、斯かる変形や変更が、本発明の範囲に含まれることは言うまでもない。

本発明は、熱源である熱媒の加熱に太陽熱を利用する給湯暖房機に関し、温水器を暖房負荷に並行に配置して暖房用の熱媒を加熱することで、集熱した熱エネルギーを効率よく利用できる。また、暖房負荷用の熱媒を利用して、給湯、暖房、追焚を行うので、貯熱槽等を別途備える必要が無く、機器の小型化やコストダウンできる他、熱媒の温度に応じて太陽熱の集熱状態を判断して運転制御することで、循環ポンプ等を無駄に動作させることが無くなり、コストの低減を図ることができ、有用である。

第１の実施の形態に係る給湯暖房装置の構成を示す図である。 高温分配弁の構成を示す断面図である。 給湯動作時における上水Ｗ及び熱媒の熱交換を示す図である。 高温暖房動作における熱交換を示す図である。 低温暖房動作における熱交換を示す図である。 追焚動作における熱交換を示す図である。 太陽熱温水器による集熱動作を示す図である。 給湯暖房装置の制御装置の構成を示すブロック図である。 太陽熱の集熱に関する動作制御のフローチャートである。 第２の実施の形態に係る暖房機能と集熱処理の同時運転における熱交換を示す図である。 他の機能部への運転要求があった場合の集熱処理を示すフローチャートである。

符号の説明

２ 給湯暖房装置
１２ 熱交換器
１４ 高温端末
１６ 低温端末
２２ 温水器
２６ バーナ
３４ 制御装置
６６ 高温分配弁
７２ 温度センサ
８４ 二方弁
８６ 温水器センサ
９０ 温度センサ

Claims (7)

1. 太陽熱を熱媒の加熱源に利用する給湯暖房装置であって、
   上水路に流れる上水を前記熱媒との熱交換により加熱する第１の熱交換手段と、
   浴槽水路に流れる浴槽水を前記熱媒との熱交換により加熱する第２の熱交換手段と、
   前記熱媒が持つ熱を放熱させる暖房負荷と、
   太陽熱と前記熱媒との熱交換により、前記熱媒を加熱する第１の加熱手段と、
   前記熱媒を循環ポンプの駆動により前記第１の熱交換手段、前記第２の熱交換手段及び／又は前記暖房負荷に循環させる熱媒循環路と、
   を備えることを特徴とする給湯暖房装置。
   
2. 請求項１記載の給湯暖房装置において、
   前記熱媒循環路上の前記熱媒の温度を検出する第１の温度検出手段と、
   前記第１の加熱手段での加熱後の前記熱媒の温度を検出する第２の温度検出手段と、
   太陽熱の集熱動作の際に、前記第１の温度検出手段による検出温度と前記第２の温度検出手段による検出温度との温度差に応じて前記循環ポンプの動作制御を行う制御部と、
   を備えることを特徴とする給湯暖房装置。
   
3. 請求項２記載の給湯暖房装置において、
   前記制御部には、給湯暖房装置の処理時間を計時する計時手段を備え、前記第１の温度検出手段及び前記第２の温度検出手段の検出温度により、前記第１の温度検出手段による検出温度と前記第２の温度検出手段による検出温度との温度差が所定値以下の場合、前記循環ポンプを停止させ、所定時間が経過したら前記循環ポンプを作動させることを特徴とする給湯暖房装置。
   
4. 請求項２又は３記載の給湯暖房装置において、
   前記制御部は、前記第１の温度検出手段による検出温度と前記第２の温度検出手段による検出温度との温度差が所定値以下であることを所定回数検出した場合には、前記循環ポンプの動作制御時間を変化させることを特徴とする給湯暖房装置。
   
5. 請求項２、３又は４記載の給湯暖房装置において、
   前記熱媒循環路上に設置され、前記第１の加熱手段への前記熱媒の流入を制御する二方弁を備え、
   前記制御部は、給湯運転及び／又は暖房運転時に、前記第１の温度検出手段による検出温度と前記第２の温度検出手段による検出温度との温度差が所定値以下の場合、前記二方弁を閉状態にし、所定時間が経過したら前記二方弁を開状態にすることを特徴とする給湯暖房装置。
   
6. 請求項１記載の給湯暖房装置において、
   燃焼排気により、前記熱媒循環路内の前記熱媒を加熱する第２の加熱手段と、
   前記熱媒循環路上に設置され、前記第２の加熱手段による加熱後の前記熱媒の温度を検出する第３の温度検出手段と、
   を備え、
   前記制御部は、給湯、暖房及び／又は追焚き機能への設定温度と前記第３の温度検出手段による検出温度との温度差に応じて、前記第２の加熱手段の燃焼を制御することを特徴とする給湯暖房装置。
7. 請求項１、２、３、４、５及び６記載の給湯暖房装置において、
   前記熱媒循環路に循環する前記熱媒は、暖房負荷用の熱媒を共用したことを特徴とする給湯暖房装置。

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