JP2010065852A - 給湯装置及び、その耐圧熱交換ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】水質の異なる井戸水や水道水などの水源に適用することができ、コストの低い井戸水使用によるランニングコスト軽減、腐食に対する耐久性向上、スケール詰りに対する洗浄性向上及び部品交換対応性に優れる給湯装置を提供する。
【解決手段】ヒートポンプ１１により加熱された温水を貯留する貯湯槽１２を備え、貯湯槽１２に接続された給水管を介して給湯部に温水を供給する給湯装置１０において、ヒートポンプ１１に連絡する一次側循環流路１４と貯湯槽１２に連絡する二次側循環流路１５とを備えた耐圧熱交換ユニット１３がヒートポンプ１１と貯湯槽１２との間に設けられ、一次側循環流路１４を流れる熱媒体を介して給湯部に供給される二次側循環流路１５を流れる温水の熱交換を行うようにした。
【選択図】 図１

Description

本発明は給湯装置及び、その耐圧熱交換ユニットに関し、詳しくは即時給湯を可能とした貯湯槽を備える給湯装置に関するものである。

従来、ヒートポンプを用いた給湯装置が多々提案されている。ヒートポンプを用いた貯湯式の給湯装置は、家庭用の小型のものが一般的であったが、近年では大衆浴場や所謂スパ（温泉などを中心としたリラクゼーション施設）などの業務用にも採用されてきている。

このような業務用の給湯装置ではその通水当初から熱い湯が出るような即時給湯が求められるため、熱源となるヒートポンプと、このヒートポンプで加熱された温水を蓄える貯湯槽（貯湯タンク）と、この貯湯槽と給湯部との間を循環する循環流路とを備える循環式の給湯装置が採用されている（例えば特許文献１を参照）。
ヒートポンプを用いた循環式給湯装置の場合、循環流路内の温水は循環している間の放熱に対応させて所定の温度範囲に保持する必要が生じる。そこで、例えば、特許文献２には、ヒートポンプを介して加熱される貯湯槽に連通連結した給湯路と循環給湯回路とを混合弁を介して連通連結するとともに、前記循環給湯回路の中途から返湯路を分岐させて前記貯湯槽に連通連結し、前記返湯路から前記貯湯槽内に流入した分だけ、前記貯湯槽内に貯留した湯を前記循環給湯回路内に流入させ、当該循環給湯回路内の湯を所定温度範囲に保持可能とした給湯装置が記載されている。
特開２００５−３０６４２号公報 特開２００８−１５７４７１号公報

前記従来の給湯装置においては、ヒートポンプを介して加熱循環される温水（熱媒体）と、蛇口などの給湯部に供給される給湯水とが貯湯槽内で直接的に熱交換される構成となっている。このため、給湯装置に適用できる原水や補給水の水質やその供給水圧などに制限が付加され、井戸水や水道水といった各水源に対する汎用性や、腐食によるヒートポンプ内部熱交換器の減耗やスケール付着処理などに際してのメンテナンス性、ランニングコスト性などに欠けるという課題があった。
本発明は前記従来の課題を解決するためになされたもので、水質の異なる井戸水や水道水などの水源に適用することができ、コストの低い井戸水使用によるランニングコスト軽減、腐食に対する耐久性向上、スケール詰りに対する洗浄性向上及び部品交換対応性に優れるとともに、ユニットとして構成した熱交換部に高耐圧性を保持させることで適用可能な供給水圧の範囲を広くして設置場所の融通性に優れた給湯装置及び、給湯装置の耐圧熱交換ユニットを提供することを目的とする。

（１）本発明の給湯装置は、ヒートポンプにより加熱された温水を貯留する貯湯槽を備え、前記貯湯槽に接続された給水管を介して給湯部に温水を供給する給湯装置において、前記ヒートポンプに連絡する一次側循環流路と前記貯湯槽に連絡する二次側循環流路とを備えた耐圧熱交換ユニットが前記ヒートポンプと前記貯湯槽との間に設けられ、前記一次側循環流路を流れる熱媒体を介して前記給湯部に供給される前記二次側循環流路を流れる温水の熱交換を行うように構成される。

（２）本発明の給湯装置の耐圧熱交換ユニットは、給湯部に供給される温水を貯留する貯湯槽と、温水の加熱源となるヒートポンプとの間に着脱可能に配設される給湯装置の耐圧熱交換ユニットであって、前記ヒートポンプにより加熱された熱媒が循環供給される一次側循環流路と、前記貯湯槽に連絡する二次側循環流路と、前記一次側循環流路を流れる熱媒体を介して前記二次側循環流路を流れる温水を加熱する熱交換部と、を備えたことを特徴とする。

（３）本発明の給湯装置の耐圧熱交換ユニットは前記（２）において、前記一次側循環流路及び前記二次側循環流路を流れる流体の温度や流量を取得するセンサ類と、前記循環流路に流体を供給する循環ポンプと、前記センサ類からの検知信号に基づいて前記循環ポンプを駆動して設定温度中でエネルギー消費効率ＣＯＰ値が最大になるように前記一次側循環流路や前記二次側循環流路の循環量を制御する制御盤とを有して構成される。

（４）本発明の給湯装置の耐圧熱交換ユニットは前記（３）において、前記制御盤には前記一次側循環流路及び前記二次側循環流路を流れる流体温度を測定する温度センサが接続され、前記一次側循環流路及び前記二次側循環流路における各出湯温度の差温が規定時間内に設定差温に達しない場合に熱交換器洗浄サインを出力することを特徴とするように構成されている。

本発明によれば、ヒートポンプと貯湯槽との間に耐圧熱交換ユニットを設けることによって、ヒートポンプに連絡する一次側循環流路の熱媒体を介して二次側循環流路を流れる温水の熱交換を行うので、水質の異なる井戸水や水道水などの水源に適用することができ、低コストの井戸水使用によるランニングコスト軽減、腐食に対する耐久性向上、スケール詰りに対する洗浄性向上及び部品交換対応性、ユニットとして構成した熱交換部に高耐圧性を持たせることで供給水圧の適用範囲を広くして設置条件の融通性などに優れた給湯装置及び、その耐圧熱交換ユニットを提供することができる。さらに、一次側循環流路と二次側循環流路を流れる流体の温度差による出湯温度制御を可能にしているため、ヒートポンプのエネルギー消費効率ＣＯＰの値が最大になるように二次側循環流路における循環量を制御することができる。また、流路構成も簡単で流量調整なども容易に行えるために、メンテナンスコスト、イニシャルコスト、ランニングコストの増加が防止でき、低コストでの設備が可能となる。

本発明の実施形態に係る給湯装置は、ヒートポンプにより加熱された温水を貯留する貯湯槽を備え、前記貯湯槽に接続された給水管を介して給湯部に温水を供給する給湯装置において、前記ヒートポンプに連絡する一次側循環流路と前記貯湯槽に連絡する二次側循環流路とを備えた耐圧熱交換ユニットが前記ヒートポンプと前記貯湯槽との間に設けられ、前記一次側循環流路を流れる熱媒体を介して前記給湯部に供給される前記二次側循環流路を流れる温水の熱交換を行うように構成されている。すなわち、ヒートポンプと貯湯槽との間に耐圧熱交換ユニットを設けることによって、加熱される原水や補給水への水質や供給圧力などの制限条件を緩和して、低コストの井戸水使用を可能にするとともに汎用性の向上などを図ることができる。さらに、スケール詰りに対する洗浄性向上、着脱自在に設置した耐圧熱交換ユニットによる部品交換対応性、ユニットとして構成した熱交換部に高耐圧性を持たせることで供給水圧の適用範囲を広くし汎用性を高め、メンテナンス性などに優れた給湯装置を提供することができる

ヒートポンプは、熱媒体に起こる可逆な発熱現象と吸熱現象を利用する熱交換装置であり、その動力源により電気ヒートポンプ、ガスヒートポンプ、石油ヒートポンプなどに分類されるものである。このようなヒートポンプは、例えば化石燃料を燃焼させて加熱するボイラなどの加熱装置に比べて効率がよく、環境への負荷も低くすることが期待できる。また、ヒートポンプによれば、安価な夜間電力を利用して高温貯湯を行うことができ、貯湯して蓄えた熱を利用して貯湯温度よりも低い温度で循環給湯を行うため、ランニングコストの低減を図ることができる給湯装置の提供が可能となっている。

貯湯槽は、ヒートポンプにより加熱された温水を貯留して、この貯留した温水を蛇口などの給湯部に供給するためのタンク部であり、その周壁や底部などが断熱部材などで必要により被覆された容器体である。なお、貯湯槽内に貯留した高温湯を循環給湯回路内に流入させることによって、当該循環給湯回路内の湯を所定温度範囲に保持することもできる。この場合には、循環給湯回路に、回路内の湯温低下を防止するための他の専用熱源機器などを設けたりする必要がない。したがって、専用熱源機器のイニシャルコスト、ランニングコストの増加を防止でき、省スペースになるとともに設備のための設計自由度を向上させることができる。

耐圧熱交換ユニットは、ヒートポンプに連絡する一次側循環流路と前記貯湯槽に連絡する二次側循環流路とを備え、一次側循環流路と二次側循環流路とで熱交換を行う熱交換部などを具備した耐圧性能に優れたユニットである。この耐圧熱交換ユニットは前記ヒートポンプと前記貯湯槽との間に容易に着脱可能に配設されており、前記熱交換部において前記一次側循環流路を流れる熱媒体を介して前記給湯部に供給される前記二次側循環流路を流れる温水の熱交換を行うように構成されている。すなわち、一次側循環流路及び二次側循環流路を流れる流体同士が混合することなく熱交換が行なわれるようになっている。なお、二次側循環流路における配管部材や循環用ポンプは特にその耐圧性を高めるように構成されており、熱交換の効率性を高めるとともに、高温水の高圧処理を可能にして、多量かつ高速で高温水などを提供することを可能にしている。

本実施形態の給湯装置の耐圧熱交換ユニットは、給湯部に供給される温水を貯留する貯湯槽と、温水の加熱源となるヒートポンプとの間に着脱可能に配設される給湯装置の耐圧熱交換ユニットであって、前記ヒートポンプにより加熱された熱媒が循環供給される一次側循環流路と、前記貯湯槽に連絡する二次側循環流路と、前記一次側循環流路を流れる熱媒体を介して前記二次側循環流路を流れる温水を加熱する熱交換部と、を備えるように構成されている。このように構成された耐圧熱交換ユニットをヒートポンプと貯湯槽との間に着脱自在に設けることによって、ヒートポンプに連絡する一次側循環流路の熱媒体を介して二次側循環流路を流れる温水の熱交換を行うことができる。すなわち、一次側循環流路と二次側循環流路とを独立に制御するので、ヒートポンプ側での水質制限や耐圧制限が影響しないため、貯湯槽側ではスケール析出性の高い井戸水が使用できる他、高耐圧（約０．５ＭＰａ）での装置稼働が実現できる。
こうして、原水や補給水として使用する水による水質や供給水圧などの制約条件を緩和して、汎用性とメンテナンス性に優れた耐圧熱交換ユニットを提供することができる。さらに、水道水などに比較して低コストとなる井戸水などを使用できることによるランニングコストの軽減効果や、ユニット化により給湯装置本体からの取り外しや交換などを容易にしてスケール詰りに対する洗浄性効果、部品交換対応性効果などを得ることができる。また、給湯装置本体に対して着脱可能なユニットとして耐圧熱交換ユニットを構成することができ、その熱交換部やその配管部分に高耐圧性を持たせることで供給水圧の適用範囲を広くすることができる。こうして、設置場所の融通性などの特性に優れた耐圧熱交換ユニットを提供することができる。

さらに、本実施形態の給湯装置の耐圧熱交換ユニットは、前記一次側循環流路及び前記二次側循環流路を流れる流体の温度や流量を取得するセンサ類と、前記循環流路に流体を供給する循環ポンプと、前記センサ類からの検知信号に基づいて前記循環ポンプを駆動して設定温度中でエネルギー消費効率ＣＯＰ値が最大になるように前記一次側循環流路や前記二次側循環流路の循環量を制御する制御盤とを有するように構成することができる。これによって、一次側循環流路と二次側循環流路を流れる流体の温度差による出湯温度制御を可能にして、ヒートポンプのエネルギー消費効率ＣＯＰを適正値に維持させることができる。また、このような給湯装置の耐圧熱交換ユニットは、温度制御や流量調整を容易に行うための制御性に優れるとともに、低コストでの稼働が可能となる。

また、本実施形態の給湯装置の耐圧熱交換ユニットは、前記制御盤には前記一次側循環流路及び前記二次側循環流路を流れる流体温度を測定する温度センサが接続され、前記一次側循環流路及び前記二次側循環流路における各出湯温度の差温が規定時間内に設定差温に達しない場合に熱交換器洗浄サインを出力することもできる。これによって、ミネラル分を多量に含んだ井戸水を使用することにより発生する、熱交換器などにおける配管内のスケール付着を容易に検知して、スケール除去処理などのメンテナンス作業を迅速に行うことが可能となる。

温度センサは、前記一次側循環流路及び前記二次側循環流路の所定箇所に設けられ、その温度信号による温度データが常時制御盤に取り込まれる。こうして、その履歴データが制御盤に設けられた記憶部のデータベースに記憶されるようになっている。制御盤は例えば、スケール付着などが無視される所定の定常運転時における各出湯温度の差温データを保持しており、これらの統計データに基づいて無視できないスケール付着の有無を判定して、そのスケール付着状況などを表示するための表示パネルに警報サインを表示したり、警報ブザーなどの警報装置を介して警告音を発生したりするようになっている。例えば、耐圧熱交換ユニット稼働中の一定時間（例えば１時間）内に一次側循環流路と二次側循環流路との差温がこのような設定差温に達しない場合に、熱交換器に汚れがあると判断し、警報ランプなどを介して熱交換器洗浄サインを出力する。

（実施例）
続いて、本発明の実施例に係る給湯装置について図面を参照してさらに具体的に説明する。図１は実施例の給湯装置の全体構成を示す模式図である。図２〜図４はそれぞれ実施例に係る給湯装置の耐圧熱交換ユニットの正面図、平面図、側面図である。

本実施例の給湯装置１０は図示するように、熱源となるヒートポンプ１１と、所定温度に加熱された温水を貯留して蛇口やシャワーヘッドなどの出湯用端末を備えた給水部に供給するための貯湯槽１２と、ヒートポンプ１１に連絡する一次側循環流路１４と貯湯槽１２に連絡する二次側循環流路１５とを備えた耐圧熱交換ユニット１３とを備えて構成されている。

ヒートポンプ１１はジュール熱を発生させるための熱源１１ａを備え、この熱源１１ａにより一次側循環流路１４を流れる熱媒体となる水などを熱交換部１１ｂで加熱するとともに、この熱媒体を循環させるための循環ポンプ１１ｃを有している。例えば、ヒートポンプ１１の熱源１１ａはその定格加熱能力が１５〜４５ｋＷであり、電源規格として三相２００Ｖの仕様を備えている。なお、一次側循環流路１４における熱媒体の最高使用圧力は約０．１９ＭＰａに設定されている。
なお、ヒートポンプ１１は、周知の熱交換部１１ｂ及び循環ポンプ１１ｃを具備しており、これに接続する取水管及び注湯管によって耐圧熱交換ユニット１３の一次側循環流路１４が形成されている。

貯湯槽１２は図５の断面図に示すように、円筒状の貯湯槽本体部１２ａの上下端を湾曲した天井部１２ｂ及び底部１２ｃにより封止することによってその全体が竪型タンク状に形成されている。貯湯槽本体部１２ａの底部１２ｃ近傍の下部側側壁には、水道水等の原水を供給するための原水供給路となる補給水管１２ｇを連結している。この補給水管１２ｇから貯湯槽１２内に原水が加圧供給されることによって、貯湯槽１２内は所定の加圧状態に維持されている。
貯湯槽１２の天井部１２ｂには、二次側循環流路１５の上部循環配管１５ａに接続する循環上部配管１２ｉから流入する耐圧熱交換ユニット１３により加熱された湯水を上部側に向けて噴出させ、その一部の温水を蛇口などに連結した給湯部の給湯管１２ｆへ導くとともに残余の温水を貯湯槽本体部１２ａに供給するための上側筒状整流部材１２ｄが配設されている。
一方、貯湯槽１２の底部１２ｃ側には補給水管１２ｇから供給される冷水（原水）を受けて底部１２ｃ側に貯留した低温水を取り入れて混合させつつ二次側循環流路１５の下部循環配管１５ｂに接続される循環下部配管１２ｈに導出するための下側筒状整流部材１２ｅを配設している。

上側・下側筒状整流部材１２ｄ、１２ｅは、それぞれ有底筒状に形成されており、それぞれの開口を天井部１２ｂ側及び底部１２ｃ側に向けて配設されているとともに、その中心軸を貯湯槽１２の中心軸と略一致させて配設している。なお、上側筒状整流部材１２ｄの開口端と天井部１２ｂの内面との間及び下側筒状整流部材１２ｅの開口端と底部１２ｃの内面との間には適宜寸法の間隙がそれぞれ形成してある。

そして、貯湯槽本体部１２ａにおける天井部１２ｂ近傍位置に上側筒状整流部材１２ｄの口径より小さい口径を有する給湯管１２ｆを取付けている。一方、下側筒状整流部材１２ｅの底部（貯湯槽１２の天井部１２ｂ側をなす面）近傍には下側筒状整流部材１２ｅの口径より小さい口径を有する補給水管１２ｇの先端と循環下部配管１２ｈの始端とを貫通させて取付けている。

また、補給水管１２ｇの先端部分は斜断されるとともに、下側筒状整流部材１２ｅの周壁面にそれぞれ貫通させている。天井部１２ｂ側の上部循環配管１５ａから吐出される二次側循環流路１５内の加熱された湯水は、天井部１２ｂ側に衝突して一部が給湯管１２ｆに取り込まれるとともに、湾曲した天井部１２ｂに沿って緩やかに下降するようにしている。一方、補給水管１２ｇから貯湯槽本体部１２ａに向けて供給吐出された原水は、下側筒状整流部材１２ｅに供給されて、下部側から取り込まれて貯留水と混合した後、循環下部配管１２ｈを介して二次側循環流路１５内の下部循環配管１５ｂに供給される。
なお、二次側循環流路１５における水流が停止した場合には、原水と他の湯とが撹拌混合されることなく、冷たい原水は貯湯槽１２の底部１２ｃ側に層状に貯えられることになる。

また、貯湯槽１２の天井部１２ｂから流入する上部循環配管１５ａに接続する循環上部配管１２ｉからの高温湯は、上述の上側筒状整流部材１２ｄの底部に供給された後、その一部が天井部１２ｂに沿って下降して貯湯槽本体部１２ａ内に移動する。こうして、上部循環配管１５ａから流入してきた湯の流れが上側筒状整流部材１２ｄにより制御されて、貯湯槽本体部１２ａ内に貯留された湯が効果的に撹拌混合されるようになっている。

耐圧熱交換ユニット１３は図１〜図４に示すようにヒートポンプ１１に連結して一次側循環流路１４を構成する上部循環配管１４ａと下部循環配管１４ｂとを備えるとともに、二次側循環流路１５を構成する前述した上部循環配管１５ａと下部循環配管１５ｂとを備えている。一次側循環流路１４及び二次側循環流路１５は熱交換器１３ａにそれぞれ連通して、高温側から低温側への熱移動がなされるようになっている。

一次側循環流路１４となる上部循環配管１４ａには過剰圧力となった場合に作動する逃がし弁２０と、熱媒体となる流水温度を測定するための温度センサ２１、加熱により体積膨張した熱媒体を一時的に貯留して循環流路を保護するための密閉式膨張タンク２２などが配設され、下部循環配管１４ｂには一次側循環流路１４内の流速を測定するためのフローセンサ２３や一次側循環流路１４に熱媒体となる補給水を供給するための一次側補給水管２４、一次側補給水管２４に介挿された減圧弁２５などが設けられている。

二次側循環流路１５となる上部循環配管１５ａには温度センサ２６が設けられている。また、二次側循環流路１５の下部循環配管１５ｂには循環ポンプ２７が配置されており、これによって二次側循環流路１５内に所定流量の循環流が形成されるようにしている。

さらに耐圧熱交換ユニット１３は、前記温度センサ２１、２６やフローセンサ２３、循環ポンプ２７、及び一次側循環流路１４と二次側循環流路１５に設けられた各制御弁の駆動部に連結して、これらの入出力制御を行うための制御盤２８が設けられている。これによって、貯湯槽本体部１２内の蓄熱用流体と給湯用水とを熱交換するための熱交換器１３ａを有した給湯システムを作動させることができる。

次に以上のように構成された給湯装置１０に適用される温度制御の一例について説明する。本実施例の給湯装置１０における制御は、温度センサ２１、２６により測定される温度差に基づく出湯温度制御である。すなわち、一次側循環流路１４及び二次側循環流路１５を流れる流体の温度や流量を取得するフローセンサ２３と、前記循環流路に流体を供給する循環ポンプ１１ｃ、２７と、センサ類からの検知信号に基づいて循環ポンプ及び制御弁などを駆動して設定温度中でそのエネルギー消費効率ＣＯＰ値が最大になるように一次側循環流路１４や二次側循環流路１５の流体循環量を制御する。

エコキュート用となるヒートポンプ１１の制御では、エコキュート用ヒートポンプは設定温度（Ｔ１１）の中でエネルギー消費効率ＣＯＰの値が最大になるように循環量（Ｑ１）を制御している。
例えば、直接加熱の例を挙げると加熱能力１３ｋＷのヒートポンプで９０℃設定の場合１３ｋＷの出力の中で出湯温度（Ｔ１１）＝９０℃を保ち、かつＣＯＰが最大になるように循環水量（Ｑ１）を制御する。（給水温度（Ｔ１２）の変化により約１．５〜３．５Ｌ／ｍｉｎ）
ここでは原水として、例えば、そのｐＨが６．０〜８．５、導電率が３００μＳ／ｃｍ以下であって、その塩素イオン、硫酸イオンが約５０ｐｐｍ以下となるような井戸水などを適用した。この耐圧熱交換ユニット１３において、ヒートポンプ１１を一次側、貯湯槽１２との循環側を二次側として、（ａ）二次側制御無しと（ｂ）二次側制御ありとの場合についてそれぞれ図１を参照しながら以下に説明する。

（ａ）＜二次側制御無しの場合＞
二次側の循環量（Ｑ２）は成り行きであり、二次側の給水温度（Ｔ２２）が十分に低いときまたはヒートポンプの加熱能力に対し過大な水量が流れたとき熱交換器の能力は一次側の加熱能力をオーバーすることがある。このときに一次側（Ｔ１１）は９０℃の出湯温度を保とうとするため循環水量（Ｑ１）を絞る制御が働く。加熱能力（交換熱量）＝循環水量×温度差であるため、給水温度、流量の条件によっては加熱能力およびＣＯＰが低下する。また二次側出湯温度（Ｔ２１）も低下し、必要な貯湯温度が確保できない状況が発生する。次に二次側の給水温度（Ｔ２２）が高いときまたはヒートポンプの加熱能力に対し過小な水量が流れたときには一次側（Ｔ１１）は９０℃の出湯温度を保とうとするため循環水量（Ｑ１）を増やす制御が働く。さらに必要な循環水量が確保できないときにはヒートポンプの安全装置が働き設定温度（Ｔ１１）が低下する。その結果加熱能力およびＣＯＰが低下する。これにより貯湯槽への貯湯量が不足する状況が発生する。

（ｂ）＜二次側差温制御ありの場合＞
熱交換器を用いた間接加熱であるため一次側出湯温度（Ｔ１１）と二次側出湯温度（Ｔ２１）には差が生じる。制御はこの温度差を一定に保つよう二次側の循環水量（Ｑ２）を変化させる。そのため、熱交換が過不足することがない。その結果一次側は設定温度の範囲でＣＯＰが最大になるよう循環水量（Ｑ１）が制御され、それに追従して二次側の循環水量（Ｑ２）も変化するため、ＣＯＰの低下が殆どなく、かつ十分に高い出湯温度（Ｔ２１）を保つことができる。
なお、エネルギー消費効率ＣＯＰ（ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｏｆ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ）は、ＣＯＰ＝加熱能力（ｋＷ）÷消費電力（ｋＷ）で定義される。

このようにして差温に基づく温度制御を行うことができるので、スケール付着や腐食性の井戸水などを給湯装置への供給水源として用いることができ、水道水と比較したランニングコスト軽減、腐食に対する耐久性向上、配管内へのスケール詰りに対する洗浄性向上及び部品交換対応性を確保することができる。さらに、一次側循環流路１４及び二次側循環流路１５の熱交換部分やその配管部を耐圧構造としているので、水圧を例えば０．２ＭＰａ〜０．５ＭＰａの高圧に維持した装置稼働を可能にして、装置設置場所の融通性や供給水圧の確保の点で優れたメリットを有している。

また、温度センサ２１、２６によりそれぞれ取得される一次側出湯温度（Ｔ１１）と二次側出湯温度（Ｔ２１）との差温（Ｔ１１−Ｔ２１）に基づく温度制御の他に、耐圧熱交換ユニット１３における定格運転時の差温データと、耐圧熱交換ユニット稼働時点における差温（Ｔ１１−Ｔ２１）とに基づいて、配管内などにおけるスケール付着などの程度を判定して、図示しない液晶パネルなどに熱交換器１３ａにスケールなどによる汚れが発生していることがわかる。こうして、一次側循環流路及び二次側循環流路を流れる流体温度を温度センサにより測定して、各出湯温度の差温が規定時間内に設定差温に達しない場合に熱交換器洗浄サインを出力することができる。

図６は耐圧熱交換ユニット１３作動時における出湯温度特性を測定した実験例を示すグラフである。ここでは、運転時における外気温度を２５．７℃、給水温度を２２．８℃として、耐圧熱交換ユニット１３の一次側循環流路１４の入側温度（１）、出側温度（３）及び、二次側循環流路１５の入側温度（４）、出側温度（２）の時間変化がそれぞれ示されている。
図示するように、貯湯槽１２に温水を供給する二次側循環流路１５の出側温度Ｔ２（２）は、運転開始約１５分後には一次側循環流路１４の高温熱媒体の入側温度Ｔ１（１）が約８７℃となって安定供給されるため、約８０℃に維持された高温水が貯湯槽１２に供給されていることがわかる。

すなわち、給湯装置１０における耐圧熱交換ユニット１３の運転状態が安定化したとみなせる定格運転時においては、例えば一次側循環流路１４の入側温度Ｔ１（１）と二次側循環流路１５の出側温度Ｔ２（２）との差温はほぼ一定値の７℃に保持される。したがって、熱交換器１３ａや各循環流路におけるスケール付着の程度などによって、この差温（Ｔ１−Ｔ２）が変化する。
このため、差温（Ｔ１−Ｔ２）を耐圧熱交換ユニット１３に設けた温度センサ２１、２６により常時モニタして、差温（Ｔ１−Ｔ２）が規定値以上となってときに熱交換器の洗浄時期として判断して、これを制御盤により制御される図示しない表示パネル上に熱交換器洗浄サインとして表示させることができる。

図７は耐圧熱交換ユニットに適用される差温制御による熱交換器洗浄サイン表示処理のフロー図である。
図示するように最初のステップＳ１では、給湯装置１０における稼働後の経過時間や、各温度センサにより取得された温度データを取得して、制御盤２８に設けられた記憶部などに記憶する。
次のステップＳ２、及びステップＳ３ではこれら給湯装置１０の定格運転稼働後の経過時間や、耐圧熱交換ユニット１３各部の差温（例えばＴ１−Ｔ２）をそれぞれ予め定めた規定値（例えば１時間）や、設定値（例えば１０℃）と比較して、これらのスケール付着が無視できないような警告設定条件内のときには、次のステップＳ３やＳ４に移行する。一方この条件外のときには定常運転状態の表示処理を行うステップＳ５に移行する。

ステップＳ４の警告表示の処理においては、制御盤２８により制御される表示パネルや警告表示ランプを介して、熱交換器洗浄サインを表示して、給湯装置１０を操作するオペレータに警告情報を報知して、これらルーチンを終了させる。

こうして、制御盤２８などを介して以上のステップＳ１〜Ｓ５の処理を自動実行させ、一次側循環流路１４及び二次側循環流路１５における各出湯温度の差温（Ｔ１−Ｔ２）が規定時間内に設定差温に達しない場合に、熱交換器洗浄サインなどを出力することによって、給湯装置１０における耐圧熱交換ユニット１３を常時適正な運転状態に維持させることができるようにしている。

以上説明したように本発明は、熱源となるヒートポンプと貯湯槽との間に耐圧熱交換ユニットを設けて、ヒートポンプに連絡する一次側循環流路の熱媒体を介して、貯湯槽側の二次側循環流路を流れる温水の熱交換を行うようにしたことを要旨としたものであって、これに該当するものは本発明の権利範囲に属する。
例えば、本実施例においては、比較的腐食性やスケール析出性の高い井戸水を原水や補給水として適用したものについて説明したが、一次側循環流路と二次側循環流路とを独立に設けているので高圧下での供給圧力を要求されるような使用環境においても耐圧熱交換ユニットを給湯装置に容易に組み込んで適用でき、汎用性に優れた給湯システムを構築することができる。

実施例１の給湯装置の全体構成を示す模式図である。 同給湯装置の耐圧熱交換ユニットの正面図である。 同給湯装置の耐圧熱交換ユニットの平面図である。 同給湯装置の耐圧熱交換ユニットの側面図である。 同給湯装置における貯湯槽の正面断面図である。 耐圧熱交換ユニット作動時における出湯温度特性を示すグラフである。 耐圧熱交換ユニットの差温制御による警告表示のフロー図である。

符号の説明

１０ 給湯装置
１１ ヒートポンプ
１１ａ 熱源
１１ｂ 熱交換部
１１ｃ 循環ポンプ
１２ 貯湯槽
１２ａ 貯湯槽本体部
１２ｂ 天井部
１２ｃ 底部
１２ｄ 上側筒状整流部材
１２ｅ 下側筒状整流部材
１２ｆ 給湯管
１２ｇ 補給水管
１２ｈ 循環下部配管
１２ｉ 循環上部配管
１３ 耐圧熱交換ユニット
１３ａ 熱交換器
１４ 一次側循環流路
１４ａ 上部循環配管
１４ｂ 下部循環配管
１５ 二次側循環流路
１５ａ 上部循環配管
１５ｂ 下部循環配管
２０ 逃がし弁
２１ 温度センサ
２２ 密閉式膨張タンク
２３ フローセンサ
２４ 一次側補給水管
２５ 減圧弁
２６ 温度センサ
２７ 循環ポンプ
２８ 制御盤

Claims (4)

1. ヒートポンプにより加熱された温水を貯留する貯湯槽を備え、前記貯湯槽に接続された給水管を介して給湯部に温水を供給する給湯装置において、
   前記ヒートポンプに連絡する一次側循環流路と前記貯湯槽に連絡する二次側循環流路とを備えた耐圧熱交換ユニットが前記ヒートポンプと前記貯湯槽との間に設けられ、前記一次側循環流路を流れる熱媒体を介して前記給湯部に供給される前記二次側循環流路を流れる温水の熱交換を行うことを特徴とする給湯装置。
2. 給湯部に供給される温水を貯留する貯湯槽と、温水の加熱源となるヒートポンプとの間に着脱可能に配設される給湯装置の耐圧熱交換ユニットであって、
   前記ヒートポンプにより加熱された熱媒が循環供給される一次側循環流路と、前記貯湯槽に連絡する二次側循環流路と、前記一次側循環流路を流れる熱媒体を介して前記二次側循環流路を流れる温水を加熱する熱交換部と、を備えたことを特徴とする給湯装置の耐圧熱交換ユニット。
3. 前記一次側循環流路及び前記二次側循環流路を流れる流体の温度や流量を取得するセンサ類と、前記循環流路に流体を供給する循環ポンプと、前記センサ類からの検知信号に基づいて前記循環ポンプを駆動して設定温度中でエネルギー消費効率ＣＯＰ値が最大になるように前記一次側循環流路や前記二次側循環流路の循環量を制御する制御盤とを有したことを特徴とする請求項２記載の給湯装置の耐圧熱交換ユニット。
4. 前記制御盤には前記一次側循環流路及び前記二次側循環流路を流れる流体温度を測定する温度センサが接続され、前記一次側循環流路及び前記二次側循環流路における各出湯温度の差温が規定時間内に設定差温に達しない場合に熱交換器洗浄サインを出力することを特徴とする請求項３記載の耐圧熱交換ユニット。

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