JP2010019477A - 貯湯式給湯暖房装置 - Google Patents

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【課題】貯湯式給湯暖房装置において、加熱手段の凍結予防運転を最小の熱ロスで確実に完遂できるようにする。
【解決手段】暖房用熱交換器3で放熱した湯水を加熱手段2を経由せずに貯湯タンク1に戻す主暖房戻し経路21と、加熱手段2を経由して戻す副暖房戻し経路14、16、24と、放熱後の湯水を主暖房戻し経路21経由で戻すか、副暖房戻し経路14、16、24を経由して戻すかを切り換える切換弁23、25とを備え、制御手段28は、暖房運転中は切換弁23、25を主暖房戻し経路21側に切り換えると共に、暖房運転中に凍結予防運転を行う必要が生じた時には切換弁23、25を副暖房戻し経路14、16、24側に切り換えて、放熱後の湯水を加熱手段2に循環させ、所定の循環時間経過後に切換弁23、25を主暖房戻し経路21側に戻すように制御し、所定の循環時間を暖房循環ポンプ15の回転数に応じて変更するようにした。
【選択図】図8

Description

本発明は、給湯用の貯湯温水を暖房用の熱源とした貯湯式給湯暖房装置の凍結予防運転に関するものである。

従来より、この種の貯湯式給湯暖房装置においては、本願出願人が先に出願した図15に示すようなものが提案されている(特許文献1の図12参照)。
この貯湯式給湯暖房装置においては、給湯用の湯水を貯湯する貯湯タンク101と、この貯湯タンク101内の湯水を循環して加熱する加熱手段102と、前記貯湯タンク101の湯水を1次側の熱源として2次側の暖房循環水を加熱するための暖房用熱交換器103と、前記貯湯タンク101上部の湯水を前記暖房用熱交換器103へ循環させる暖房循環ポンプ104と、前記暖房用熱交換器103で放熱した1次側の湯水を前記加熱手段102を経由せずに前記貯湯タンク101に戻す主暖房戻し経路105と、前記暖房用熱交換器103で放熱した1次側の湯水を前記加熱手段102を経由して前記貯湯タンク101に戻す副暖房戻し経路106と、前記暖房用熱交換器103で放熱した1次側の湯水を前記加熱手段102を経由せず前記主暖房戻し経路105経由で前記貯湯タンク101に戻すか、前記副暖房戻し経路106と前記加熱手段102を経由して前記貯湯タンク101へ戻すかを切り換える切換弁107と、これらを制御する制御手段108とを備え、前記制御手段108は、暖房運転中は前記切換弁107を前記主暖房戻し経路105を経由する側に切り換えて前記貯湯タンク101内の湯水を前記暖房用熱交換器103へ循環させるようにすると共に、暖房運転中に前記加熱手段102の凍結予防運転を行う必要が生じた時には前記切換弁107を前記加熱手段102と前記副暖房戻し経路106とを経由する側に切り換えて、前記暖房用熱交換器103で放熱した後の湯水を前記加熱手段102に循環させ、一定時間経過後に前記切換弁107を前記主暖房戻し経路105を経由する側に戻すように制御するようにしたものであった。
特願2007−68877号

この従来のものでは、加熱手段102の凍結予防運転において、暖房用熱交換器103で温度低下した一次側の湯水を加熱手段102へ流すことによって、比較的暖かい湯水を循環させることで効率的に凍結予防運転を行おうとしているものであるが、凍結予防運転のために加熱手段102へ循環を行う時間が一定時間で固定されており、凍結予防運転に本当に必要な循環時間を超えて湯水が循環されるため、無駄な放熱を行うこととなり、貯湯タンク101の貯湯熱量を無駄に消費してしまうという課題があった。

そのため、この一定時間を必要最小限の循環時間になるように予め実験等によって決定しておけば無駄な放熱をなくせるが、加熱手段102へ湯水を循環させる暖房用循環ポンプ104の回転数が変われば必要最小限の循環時間が変わり、過剰に循環して熱ロスを多く発生したり、過小に循環して凍結予防運転を完遂できない場合が発生したりすることが考えられた。

そこで、本発明は、加熱手段の凍結予防運転を最小の熱ロスで確実に完遂できるようにすることを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するために、請求項1では、給湯用の湯水を貯湯する貯湯タンクと、この貯湯タンク内の湯水を循環して加熱する加熱手段と、前記貯湯タンクの湯水を1次側の熱源として2次側の暖房循環水を加熱するための暖房用熱交換器と、前記貯湯タンク上部の湯水を前記暖房用熱交換器へ循環させる暖房循環ポンプと、前記暖房用熱交換器で放熱した1次側の湯水を前記加熱手段を経由せずに前記貯湯タンクに戻す主暖房戻し経路と、前記暖房用熱交換器で放熱した1次側の湯水を前記加熱手段を経由して前記貯湯タンクに戻す副暖房戻し経路と、前記暖房用熱交換器で放熱した1次側の湯水を前記加熱手段を経由せず前記主暖房戻し経路経由で前記貯湯タンクに戻すか、前記副暖房戻し経路と前記加熱手段を経由して前記貯湯タンクへ戻すかを切り換える切換弁と、これらを制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、暖房運転中は前記切換弁を前記主暖房戻し経路を経由する側に切り換えて前記貯湯タンク内の湯水を前記暖房用熱交換器へ循環させるようにすると共に、暖房運転中に前記加熱手段の凍結予防運転を行う必要が生じた時には前記切換弁を前記加熱手段と前記副暖房戻し経路とを経由する側に切り換えて、前記暖房用熱交換器で放熱した後の湯水を前記加熱手段に循環させ、所定の循環時間経過後に前記切換弁を前記主暖房戻し経路を経由する側に戻すように制御し、前記所定の循環時間を前記暖房循環ポンプの回転数に応じて変更するようにした。

また、請求項2では、前記制御手段は、前記暖房循環ポンプの回転数毎に対応した所定時間を予め記憶しており、暖房運転中に前記加熱手段の凍結予防運転を行う必要が生じて前記切換弁を前記加熱手段と前記副暖房戻し経路を経由する側に切り換えた後に前記暖房循環ポンプの回転数が変更された場合は、変更前の回転数での所定時間の進捗度合を算出し、変更後の回転数での所定時間に進捗度合を乗じた値を変更後の回転数での所定時間から差し引いた残り時間を所定の循環時間とするようにした。

以上のように本発明によれば、暖房負荷の変動等によって暖房循環ポンプの回転数が変動しても、この回転数に応じた所定の循環時間だけ加熱手段に湯水が循環されるため、暖房循環ポンプの回転数が変更可能なものであっても、加熱手段の凍結予防運転を最小の熱ロスで確実に完遂できる。

また、加熱手段へ湯水を循環する凍結予防運転中に暖房負荷の変動等によって暖房循環ポンプの回転数が変動しても、それまでの回転数での進捗度合からそれ以後の残り時間を算出するため、回転数の途中変更があっても、加熱手段の凍結予防運転を最小の熱ロスで確実に完遂できる。

次に、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図1に示すように、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ヒートポンプ式の加熱手段、3は貯湯タンク1内の湯水を用いて2次側の暖房用循環水を加熱するための暖房用熱交換器、4は床暖房パネル等の暖房負荷(図示せず)に暖房用循環水が循環可能に接続された暖房用熱交換器3の2次側の2次側暖房循環回路、5は2次側暖房循環回路4に設けられた2次側暖房循環ポンプである。

ここで、前記ヒートポンプ式加熱手段2について詳述すると、圧縮機(図示せず)、貯湯タンク1内の温水を加熱するガスクーラとしての水冷媒熱交換器(図示せず)、減圧器(図示せず)、蒸発器としての空気熱交換器(図示せず)が環状に接続され、冷媒として二酸化炭素が封入され、高圧側で超臨界状態となる超臨界蒸気圧縮ヒートポンプサイクルを形成しているものである。

6は貯湯タンク1の底部へ市水を供給する入水管、7は貯湯タンク1の上部から湯水を出湯する出湯管、8は貯湯タンク1の中間部から湯水を出湯する中間出湯管、9は出湯管7と中間出湯管8の湯水を適温に混合する中間混合弁、10は中間混合弁9からの湯水を給湯する中間給湯管、11は入水管6から分岐された給水管、12は中間給湯管10からの湯水と給水管11からの市水を設定温度に混合する給湯混合弁、13は給湯混合弁12からの湯水を給湯する給湯管である。

14は貯湯タンク1の下部とヒートポンプ式加熱手段2の入口とを接続する第1管路、15は第1管路14途中に設けられ、貯湯タンク1下部の湯水をヒートポンプ式加熱手段2へ流通させると共に貯湯タンク1上部の湯水を暖房用熱交換器3へ流通させる循環ポンプ、16はヒートポンプ式加熱手段2の出口と貯湯タンク2の上部とを接続する第2管路、17は第2管路16途中と暖房用熱交換器3の入口とを接続する第3管路である。なお、前記循環ポンプ15は、ヒートポンプ式加熱手段2へ湯水を循環させる加熱用循環ポンプの役目と暖房用熱交換器3へ湯水を循環させる暖房用循環ポンプの役目を兼用する構成としている。

18は第2管路16と第3管路17との接続点に設けられた第1三方弁で、前記第1三方弁18は第3管路17側のaポートか第2管路16の貯湯タンク1側のbポートの何れか一方を第2管路16のヒートポンプ式加熱手段12側のcポートに選択的に接続可能とする構成とし、好ましくはcポートからの温水をaポートとbポートに任意に調節される比率でその流量を分配できる構成の分配弁とすることが望ましい。

19は暖房用熱交換器3の出口と第1管路14の循環ポンプ15よりも貯湯タンク1側とを接続する第4管路、20は第4管路19と第1管路14との接続点に設けられた第2三方弁である。前記第2三方弁20は第4管路19側のaポートか第1管路14の貯湯タンク1側のbポートの何れか一方を第1管路14の循環ポンプ15の吸入側のcポートに選択的に接続可能とする構成としている。

21は第1管路14の循環ポンプ15よりもヒートポンプ式加熱手段2側と貯湯タンク1の下部とを接続する第5管路、22は第4管路19途中と第5管路21途中とを接続する第6管で、前記第5管路21は暖房用熱交換器3で放熱した1次側の湯水を加熱手段2を経由せずに貯湯タンク1に戻す主暖房戻し経路として機能しているものである。

23は第5管路21と第6管路22との接続点に設けられた第3三方弁で、前記第3三方弁23は第6管路22側のaポートか第5管路21の貯湯タンク1側のbポートの何れか一方を第5管路21の循環ポンプ15の吐出側のcポートに選択的に接続可能とすると共に、aポート、bポート、cポートの全てを同時に閉鎖可能な構成としている。

24は第2管路16途中から貯湯タンク1の下部と接続する第7管路、25は第2管路16と第7管路24の接続点に設けられた第4三方弁である。前記第4三方弁25は第2管路16の貯湯タンク1側のaポートか第7管路24側のbポートの何れか一方を第2管路16のヒートポンプ式加熱手段2側のcポートに選択的に接続可能とすると共に、aポート、bポート、cポートの全てを同時に閉鎖可能な構成としている。なお、前記第7管路24は前記入水管6と一部共用した構成としていることが望ましい。

前記第1管路14の循環ポンプ15より下流側の第5管路21との分岐点より加熱手段2側と、前記第2管路16の加熱手段2から第4三方弁25の間と、前記第7管路24で暖房用熱交換器3で放熱した1次側の湯水を加熱手段2を経由して貯湯タンク1に戻す副暖房戻し経路として機能しているものである。

そして、前記第3三方弁23および第4三方弁25が、暖房用熱交換器3で放熱した1次側の湯水を加熱手段2を経由せず主暖房戻し経路経由で貯湯タンク1に戻すか、副暖房戻し経路と加熱手段2を経由して貯湯タンク2へ戻すかを切り換える切換弁として機能しているものである。

26は第2管路16の第1三方弁18よりも貯湯タンク1側から分岐され貯湯タンク1の中間部に接続される第8管路、27は第2管路16と第8管路26との接続点に設けられた第5三方弁である。前記第5三方弁27は第2管路16のヒートポンプ式加熱手段2側のcポートを第2管路16の貯湯タンク1側のaポートか第8管路26側のbポートの何れか一方に選択的に接続すると共に、aポートとbポートの両方を同時に閉鎖可能な構成としている。

28は、記憶演算可能なマイクロコンピュータを備え、予め記憶されたプログラムに基づいてこれらの構成を制御する制御手段で、後述する貯湯運転、給湯運転、暖房運転、凍結予防運転を行わせるものである。

次に、この一実施形態の作動について説明する。
図2はヒートポンプ式加熱手段2の起動時(HP立上げ運転)の作動を説明する図であり、第2三方弁20をbポートとcポートが連通するようにし、第3三方弁23を全てのポートが閉じる全閉状態とし、第4三方弁25をcポートとbポートが連通するようにすると共に、ヒートポンプ式加熱手段2と循環ポンプ15を駆動して、貯湯タンク1から取り出した湯水を第1管路14を介して循環加熱し、第2管路16と第7管路24を介して貯湯タンク1の下部へ戻す。このHP立上げ運転時においては、ヒートポンプ式加熱手段2の圧縮機を起動してからヒートポンプサイクルが安定してヒートポンプ式加熱手段2から出る実際に沸き上げた温水の温度が所望の温度まで上昇するのに5〜10分程度の時間を要するが、その間に沸き上げた中途半端な温度の温水は貯湯タンク1の下部に戻される。このようにすることで貯湯タンク1内の上部に中途半端な温度の温水を供給することがない。

そして沸き上げた温水の温度が所望の温度になると、HP立上げ運転を終了し、図3に示す貯湯運転を行う。この貯湯運転では、HP立上げ運転状態から第4三方弁25をcポートとaポートが連通するようにし、第1三方弁18をcポートとbポートが連通するようにし、第5三方弁27をcポートとaポートが連通するようにする。そして、循環ポンプ15の作動により貯湯タンク1下部の低温水がヒートポンプ式加熱手段2によって所望の高温まで沸き上げられ、高温水は貯湯タンク1の上部から積層状に順次貯湯されていく。

次に、暖房運転を行う場合を説明する。図4は深夜時間帯に沸き上げられた貯湯タンク1内の高温水を用いて暖房を行う蓄暖運転を説明する図であり、第5三方弁27をaポートとcポートが連通するようにし、第1三方弁18をaポートとbポートが連通するようにし、第2三方弁20をaポートとcポートが連通するようにし、第3三方弁23をbポートとcポートが連通するようにすると共に、循環ポンプ15を駆動して、貯湯タンク1の上部の高温水を第2管路16、第3管路17、第4管路19、第1管路14、循環ポンプ15、第5管路21の順で流通させて貯湯タンク1の下部(あるいは中間部)へ戻し、暖房用熱交換器3の2次側の2次側暖房循環回路4へ熱を供給することで蓄暖運転を行う。

なお、当該運転に関係のない温水が循環してしまうことを防止するために、その運転に関連しない三方弁を適切な位置に設定しておくことが望ましく、ここでは、第4三方弁25を全閉状態とすることで、不要な温水の循環を防ぐことが可能となり、効率の良い蓄暖運転を行うことが可能と共に、貯湯タンク1内の温水の温度成層状態を余計に乱してしまうことを防止することが可能となる。

ここで、制御手段28は、暖房用熱交換器3の2次側の暖房循環水の温度が所定の往き温度になるように、循環ポンプ15の回転数を制御するようにしており、実際の往き温度が所定の往き温度より高い場合は循環ポンプ15の回転数を下げ、実際の往き温度が所定の往き温度より低い場合は循環ポンプ15の回転数を上げるようにしている。すなわち、循環ポンプ15の回転数は暖房負荷の変動に応じて変動するようにしているものである。

そして貯湯タンク1の側面に多数設けられた貯湯温度センサ(図示せず)によって検出される貯湯タンク1内の蓄熱量が所定値よりも少なくなると、ヒートポンプ式加熱手段2を起動して沸き上げた高温水を利用して暖房を行うようにしている。その際に、ヒートポンプ式加熱手段2の起動に時間がかかるため、ヒートポンプサイクルが立上がるまでの間は図5に示す蓄暖運転+HP立上げ運転を行う。前記の蓄暖運転の状態から、第3三方弁18をaポートとbポートが連通するようにし、第4三方弁25をcポートとbポートが連通するようし、第3三方弁23を全てのポートが閉じる全閉状態にすると共に、ヒートポンプ式加熱手段2を起動する。

これにより、貯湯タンク1の上部の高温水は第2管路16、第3管路17、暖房用熱交換器3、第4管路19、循環ポンプ15、第1管路14、ヒートポンプ式加熱手段2、第2管路16、第7管路24の順で流通して貯湯タンク1の下部へ戻され、暖房用熱交換器3で放熱した後の温水がヒートポンプ式加熱手段2に流入されて沸き上げられるため、ヒートポンプ式加熱手段2の入水温度が低くなってヒートポンプサイクルの高圧異常を引き起こすことなく、蓄暖運転とHP立上げ運転が同時に効率よく行うことが可能となる。

そして、ヒートポンプ式加熱手段2で沸き上げた温水の温度が所定の温度以上に達すると蓄暖運転+HP立上げ運転を終了し、図6に示すようにヒートポンプ式加熱手段2で沸き上げた高温水を直接暖房用熱交換器3へ流通させつつ貯湯運転を行う直暖運転+貯湯運転を行う。

この図6に示す直暖運転+貯湯運転では、先の蓄暖運転+HP立上げ運転の状態から、第2三方弁20をbポートとcポートが連通するようにし、第3三方弁23をaポートとcポートが連通するようにし、第4三方弁25をcポートとaポートが連通するようにして、貯湯タンク1下部の低温水を第1管路14、循環ポンプ15を流通してヒートポンプ式加熱手段2において所定の高温に沸き上げ、第2管路16、第3管路17、暖房用熱交換器3、第4管路19、第6管路22、第5管路21の順で直接暖房用熱源として用いた後に貯湯タンク1の下部(あるいは中間部)に戻す一方で、ヒートポンプ式加熱手段2において所定の高温に沸き上げられた高温水は、前記第1三方弁18によってその一部が分流して第1管路16を貯湯タンク1の上部へ向かって流通し、貯湯タンク1の上部から積層状に貯湯される。

ここで、前記第1三方弁18はaポート側の流量とbポート側の流量の比率を調整できる分配弁としており、貯湯タンク1内の残熱量と暖房負荷の状態に応じてヒートポンプ式加熱手段2において沸き上げた高温水の分配の割合を変更可能とし、例えば、暖房負荷が比較的小さく、かつ残湯量が少ない場合には、第1三方弁18のbポート側の流量比率を大きくしてヒートポンプ式加熱手段2は定格能力で稼働しつつ、暖房出力は小さくして貯湯する熱量を多くすることができ、効率のよい運転が可能となる。

また、貯湯タンク1内の残湯量が最低量(給湯に必要な分)は確保されているものの暖房用としては貯湯タンク1内に熱量が確保されておらず、かつ暖房負荷が大きい場合には、図7に示すように直暖運転のみを行う。ここでは第1三方弁18のbポートを全閉、aポートを全開とし、ヒートポンプ式加熱手段2で沸き上げた高温水が全て暖房用熱交換器3へ流通するようにしている。もし、暖房負荷が減少し、ヒートポンプ式加熱手段2の定格能力よりも下回った場合は、第1三方弁18のbポート側を開き、図6に示したように直暖運転+貯湯運転を行うようにすると効率のよい運転が行える。

また、ここで、ヒートポンプ式加熱手段2は外気と熱交換可能に配置されるため、外気温度が低い場合にヒートポンプ式加熱手段2への湯水の循環回路が凍結する恐れがある。そのため、図4に示した蓄暖運転においては、凍結予防運転を行う必要が生じた時に定期的に所定循環時間だけ図8に示す蓄暖運転+HP凍結予防運転を行うようにしている。

この蓄暖運転+HP凍結予防運転について図4、図8、および図9のフローチャートに基づいて説明すると、図4の蓄暖運転の状態から、凍結予防運転の要求が発生すると(ステップS1)、第3三方弁23を全てのポートを閉じる全閉状態とし、第4三方弁25をcポートとbポートが連通するようにして、切換弁を副暖房戻し経路側へ切り換え(ステップS2)、図8に示す蓄暖運転+HP凍結予防運転状態に切り換えて、暖房用熱交換器3で暖房に供されて温度低下した温水が第4管路19、第1管路14を流通してヒートポンプ式加熱手段2へ流入し、第2管路16、第7管路24を流通して貯湯タンク1の下部(あるいは中間部)へ戻されることによってヒートポンプ式加熱手段2およびそこへ至るまでの管路の凍結予防運転が行われる。

このように、暖房用熱交換器3で熱交換して温度低下した温水を用いてヒートポンプ式加熱手段2の凍結予防を行えるため、蓄暖運転を停止することなく、また暖房熱交換器3への供給残熱量によってHP凍結予防運転が行えると共に、貯湯タンク1へ戻す温水の温度が低下し、次回の貯湯運転においてヒートポンプ式加熱手段2への供給水温を抑制できるため、沸き上げ効率も向上するものである。

そして、このとき、前記制御手段28は、ステップS3で循環ポンプ15の回転数からHP凍結予防運転を継続する所定の循環時間を決定するもので、表1に示すような循環ポンプ15の回転数毎に対応した所定時間を予め記憶しており、循環ポンプ15の回転数が高いときは、所定の循環時間を短く、循環ポンプ15の回転数が低いときには、所定の循環時間を長く設定している。このように、循環ポンプ15の回転数に応じて所定の循環時間を変更することで、ヒートポンプ式加熱手段2へ温水を過不足なく一周させることができ、凍結予防運転を最小の熱ロスで確実に完遂できる。

なお、循環ポンプ15の回転数に応じた所定時間は、表1に示したように、貯湯タンク1とヒートポンプ式加熱手段2の設置状況に応じてそれぞれ記憶されており、貯湯タンク1とヒートポンプ式加熱手段2の接続距離が所定距離以内で、所定の高低差以内に設置された場合を標準設置状態、接続距離が所定距離以上あるいは所定の高低差以上である場合を延長設置とし、この設置状況を制御手段28へ予め入力することで、より確実に過不足なく温水を一周させることができ、凍結予防運転を最小の熱ロスで完遂できる。

そして、蓄暖運転+HP凍結予防運転の開始から所定の循環時間が経過すると(ステップS4でYes)、第3三方弁をbポートとcポートが連通するようにし、第4三方弁25を全てのポートを閉じる全閉状態に戻して、切換弁を主暖房戻し経路側へ切り換え
(ステップS5)、図4に示す蓄暖運転に戻るようにしている。

また、凍結予防運転を行っている最中に暖房負荷が変化し、循環ポンプ15の回転数が変更された場合は(ステップS6でYes)、変更前の回転数での所定時間の進捗度合を算出し、変更後の回転数での所定時間に進捗度合いを乗じた値を変更後の回転数での所定時間から差し引いた残り時間を所定の循環時間とし(ステップS7)、残りの循環時間が経過するまでHP凍結予防運転を継続するようにしている。

ここで、具体的な状況を想定して説明する。いま、標準設置状態の貯湯式給湯暖房装置の蓄暖運転中に、循環ポンプ15の回転数が「低」の状況において凍結予防運転に入り、5分経過後に循環ポンプ15の回転数が「中」に変化し、さらに2分経過後に循環ポンプ15の回転数が「高」に変化した状況を説明する。

「低」の所定時間10分間のうち、5分間が経過しているため、「中」に変更した時点では、5/10=0.5の進捗度合であるため、6×(1−0.5)=3分間の残り時間となる。ここから、2分経過すると、0.5+(2/6)≒0.83の進捗度合となるため、4×(1−0.83)=0.68分間≒41秒の残り時間となり、循環ポンプ15の回転数が変化せずに41秒が経過すると凍結予防運転を終了し、蓄暖運転に戻すようにしている。

次に、蓄暖運転あるいは直暖運転を行っていないときのHP凍結予防運転について、図10を基に説明すると、図2に示した前記HP立上げ運転と同様の配管経路をたどり、ヒートポンプ式加熱手段2を起動しない状態で貯湯タンク1下部の湯水をヒートポンプ式加熱手段2へ循環させて貯湯タンク1の下部(あるいは中間部)へ戻すようにして定期的に一定時間だけヒートポンプ式加熱手段32の凍結予防を行っている。

この場合の一定時間は、HP凍結予防運転だけのために循環ポンプ15を作動でき、固定の回転数で作動させることができるため、予め実験等で求めた固定の一定時間とすることができる。ただし、設置状態が延長設置の場合は、固定の一定時間を長く補正することとしてもよい。

さらに、HP凍結予防運転としては、図11に示すように、貯湯タンク1内部の中温水を用いて行うことも可能である。第5三方弁27をbポートとcポートが連通するようにし、第1三方弁18をbポートとaポートが連通するようにし、第2三方弁20をaポートとcポートが連通するようにし、第3三方弁23を全てのポートが閉じる全閉状態とし、第4三方弁25をcポートとbポートが連通するようにし、貯湯タンク1の中間部に貯まっている中温水を、第8管路26、第2管路16、第3管路17、第1管路14、循環ポンプ15、ヒートポンプ式加熱手段2、第2管路16、第7管路24、貯湯タンク1の下部の順で流通させ、ヒートポンプ式加熱手段2の凍結予防を行うことができると共に、貯湯タンク1内の中温水が温度低下して貯湯タンク1内に戻るため、ヒートポンプ式加熱手段2での加熱効率の悪い中温水を有効利用して貯湯運転時の加熱効率も向上することができるものである。

なお、この一実施形態における直暖運転の他の形態について図12に基づいて説明する。図6あるいは図7に示した直暖運転においては、暖房用熱交換器3で放熱した温水は貯湯タンク1の下部(あるいは中間部)に戻され、ヒートポンプ式加熱手段2では貯湯タンク1の下部から流出した湯水を加熱するようにしているが、図12に示す直暖運転の他の形態のように、暖房用熱交換器3で放熱した温水を直接ヒートポンプ式加熱手段2に循環させて加熱するようことも可能である。ここでは、第3三方弁23を全てのポートが閉じる全閉状態とし、第4三方弁25をcポートとaポートを連通するようにし、第1三方弁18をcポートとaポートが連通するようにし、第2三方弁20をaポートとcポートが連通するようにすると共に、循環ポンプ15を駆動して、循環ポンプ15、第1管路14、ヒートポンプ式加熱手段2、第2管路16、第3管路17、暖房用熱交換器3、第4管路19、循環ポンプ15の順で循環加熱して直暖運転を行うようにしている。

そして、給湯を行う際は、図13に示すように、給湯管13の端部の蛇口(図示せず)が開放されると、入水管6から市水が貯湯タンク1の下部に流入し、出湯管7から高温水が出湯され、中間混合弁9を介して中間給湯管10を流通し、給湯混合弁12にて給水管11からの市水と混合されて設定温度に調節されて、給湯管13を介して蛇口から流出する。ここで、貯湯タンク1の中間部に中温水が多量に貯湯されている状況であれば、前記中間混合弁9を用いて中温水と高温水を混合させる、あるいは中温水をそのまま出湯させる等して中温水を優先的に出湯することが望ましい。

そして、直暖運転の際にヒートポンプ式加熱手段2が連続稼働していると、気候条件によっては空気熱交換器に霜が付着することがある。このような場合は、除霜運転を行うが、一時的に蓄暖運転を行うことで、暖房の欠損を防げ、連続暖房を継続できるものである。しかも、その際に、蓄暖運転によって放熱した湯水をヒートポンプ式加熱手段2を経由して貯湯タンク1へ戻すようにすることで、空気熱交換器の除霜運転を素早く完了させることが可能になるものである。

なお、本発明は上記一実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を変更しない範囲での種々の改変が可能なものであり、例えば、図14に示すように、暖房用循環ポンプ30とHP循環ポンプ31を個別に設けたシステムであってもよく、切換弁32も1つで役目を果たせる場合は、1つでよいものである。また、主暖房戻し経路33および副暖房戻し経路34も、実質的に役目を果たすものであれば、上記一実施形態とは別の構成であってもよい。

また、表1に示した時間は上記の一実施形態における一例であり、暖房用循環ポンプの能力、回転数および配管条件等の設置条件等に応じて、温水が加熱手段をちょうど一周するのに必要な時間を予め実験により求めて記憶させればよいものである。

本発明の一実施形態のシステム図。 同一実施形態のHP立上げ運転を説明する図。 同一実施形態の貯湯運転を説明する図。 同一実施形態の蓄暖運転を説明する図。 同一実施形態の蓄暖運転+HP立上げ運転を説明する図。 同一実施形態の直暖運転+貯湯運転を説明する図。 同一実施形態の直暖運転を説明する図。 同一実施形態の蓄暖運転+HP凍結予防運転を説明する図。 同一実施形態の蓄暖運転+HP凍結予防運転の作動を説明するフローチャート。 同一実施形態のHP凍結予防運転を説明する図。 同一実施形態のHP凍結予防運転の別形態を説明する図。 同一実施形態の直暖運転の別形態を説明する図。 同一実施形態の給湯運転を説明する図。 本発明の他の実施形態のシステム図。 従来の貯湯式給湯暖房装置のシステム図。

符号の説明

1 貯湯タンク
2 加熱手段
3 暖房用熱交換器
14 第1管路(一部が副暖房戻し経路)
15 循環ポンプ(暖房用循環ポンプ)
16 第2管路(一部が副暖房戻し経路)
21 第5管路(主暖房戻し経路)
23 第3三方弁(切換弁)
24 第7管路(副暖房戻し経路)
25 第4三方弁(切換弁)
28 制御手段

Claims (2)

  1. 給湯用の湯水を貯湯する貯湯タンクと、この貯湯タンク内の湯水を循環して加熱する加熱手段と、前記貯湯タンクの湯水を1次側の熱源として2次側の暖房循環水を加熱するための暖房用熱交換器と、前記貯湯タンク上部の湯水を前記暖房用熱交換器へ循環させる暖房循環ポンプと、前記暖房用熱交換器で放熱した1次側の湯水を前記加熱手段を経由せずに前記貯湯タンクに戻す主暖房戻し経路と、前記暖房用熱交換器で放熱した1次側の湯水を前記加熱手段を経由して前記貯湯タンクに戻す副暖房戻し経路と、前記暖房用熱交換器で放熱した1次側の湯水を前記加熱手段を経由せず前記主暖房戻し経路経由で前記貯湯タンクに戻すか、前記副暖房戻し経路と前記加熱手段を経由して前記貯湯タンクへ戻すかを切り換える切換弁と、これらを制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、暖房運転中は前記切換弁を前記主暖房戻し経路を経由する側に切り換えて前記貯湯タンク内の湯水を前記暖房用熱交換器へ循環させるようにすると共に、暖房運転中に前記加熱手段の凍結予防運転を行う必要が生じた時には前記切換弁を前記加熱手段と前記副暖房戻し経路とを経由する側に切り換えて、前記暖房用熱交換器で放熱した後の湯水を前記加熱手段に循環させ、所定の循環時間経過後に前記切換弁を前記主暖房戻し経路を経由する側に戻すように制御し、前記所定の循環時間を前記暖房循環ポンプの回転数に応じて変更するようにしたことを特徴とする貯湯式給湯暖房装置。
  2. 前記制御手段は、前記暖房循環ポンプの回転数毎に対応した所定時間を予め記憶しており、暖房運転中に前記加熱手段の凍結予防運転を行う必要が生じて前記切換弁を前記加熱手段と前記副暖房戻し経路を経由する側に切り換えた後に前記暖房循環ポンプの回転数が変更された場合は、変更前の回転数での所定時間の進捗度合を算出し、変更後の回転数での所定時間に進捗度合を乗じた値を変更後の回転数での所定時間から差し引いた残り時間を所定の循環時間とするようにしたことを特徴とする請求項1記載の貯湯式給湯暖房装置。
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