JP2010266186A - 貯湯式給湯装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】湯水を貯める給湯タンク7と、給湯タンク7の湯水を加熱する加熱手段となる水冷媒熱交換器4と、給湯タンク7の湯水と熱交換させて被加熱媒体を加熱する追いだき熱交換器9とを備え、追いだき熱交換器9を通過した給湯タンク7の湯水の一部又は全部を、水冷媒熱交換器4が加熱した湯水と合流させて給湯タンク7の上部から流入させる追いだき回路Bを形成する。
【選択図】図1
Description
図1は本発明の実施の形態1に係る貯湯式給湯装置を中心とする構成を表す図である。図1に基づいて、本発明に係る貯湯式給湯装置の構成等について説明する。図1の貯湯式給湯装置は、ヒートポンプユニット1とタンクユニット2とで構成する。ヒートポンプユニット1内には圧縮機3、放熱器である水冷媒熱交換器4、膨張弁5、蒸発器である空気熱交換器6が搭載される。そして、圧縮機3、水冷媒熱交換器4、膨張弁5及び空気熱交換器6を環状に配管接続して冷凍サイクル回路(冷媒回路)を構成する。
図3は本発明の実施の形態2に係る貯湯式給湯装置の構成を表す図である。図3において、図1と同じ符号を付している手段等は、実施の形態1で説明したことと同様の動作を行う。図1では追いだき回路Bと沸上げ回路Aとを循環する湯を合流させて給湯タンク7上部から戻すように構成としていた。図3では、給湯タンク7上部の近傍部に独立して流入口30及び31を設け、それぞれ独立して給湯タンク7に流入させる構成としてもよい。この場合、給湯タンク7に流入後に直ぐに中温水と沸上げ運転で生成された湯が混合することになるので、図1の場合と同様の効果を得ることができ、高効率の装置とすることができる。
上述の実施の形態では、三方弁10を設け、開度を制御して、給湯タンク7上部から戻す中温水と中温水流入部から戻す中温水都に分岐させるようにした。ここで、例えばヒートポンプユニット1における沸上げ能力が追いだき運転に必要な給湯負荷よりも大きい場合には、中温水の全量を、給湯タンク7上部から戻しても、合流等した湯水の温度が給湯タンク7上部の高温水の温度となるようにすることができる。このような場合には、三方弁10を設けずに、中温水を全量、給湯タンク7上部から戻すようにしてもよい。
図4〜7は本発明の実施の形態4に係る貯湯式給湯装置の構成を表す図である。図4〜7において、図1等と同じ符号を付している手段等は、実施の形態1で説明したことと同様の動作を行う。
次に本実施の形態の貯湯式給湯装置の詳細な構成について説明する。本実施の形態では、出湯管20を追いだき回路B上の配管と接続している。そして、沸上げ回路Aから出湯管20への湯水を供給する際の湯水の流路として追いだき回路Bの一部を利用する。これにより、例えば浴槽11の浴槽水について追いだきを行うために追いだき熱交換器9において熱交換した後の湯水を出湯管20から出湯させることができる。また、追いだき回路Bを流れる湯水を給湯タンク7側に流すかどうかを制御するための切り替え手段(開閉弁)となる電磁弁33aを給湯タンク7側の流路となる配管Eに設けている。また、混合弁32a、32bは、出湯設定温度(例えば42℃。図示しないリモートコントローラなどによりユーザーが設定する温度など)に基づいて、出湯管20を通過した湯水と給水管21からの湯水とを混合するための弁である。混合した湯水は、それぞれ浴槽11、混合栓34(シャワー、蛇口などに繋がる)にユーザーの要求に合わせて供給される。浴槽11へは電磁弁33bを開くことで、混合栓34からはユーザーの蛇口開動作により最終的に出湯が行われる。
図4は追いだきと貯湯のための運転を同時に行うことが可能な、「ヒートポンプ貯湯追いだきモード」における装置の動作と貯湯式給湯装置における水の流れとを表す図である。本実施の形態の動作制御については、上記の実施の形態と同様に計測制御装置14b等が行う(以下、同じ)。ヒートポンプユニット1における沸上げ運転にて生成される湯水(高温水)と給湯タンク7上部の湯水(高温水)とが混合されて追いだき熱交換器9へ流入する。追いだき熱交換器9では、流入した湯水とポンプ8cの循環に係る浴槽11の浴槽水との熱交換が行われる。これにより浴槽水が昇温し追いだきが行われる。一方、追いだき熱交換器9の熱交換により放熱した(冷却された)湯水はポンプ8b、開いている電磁弁33aを経て給湯タンク7上部へ流入する。ここで、沸上げ回路Aを流れる湯水の流量はポンプ8aにて調整され、追いだき回路Bの流量はポンプ8bにて調整される。このとき、ヒートポンプユニット1の沸上げ温度(温度センサ13cの検出に係る温度)を目標値に合わせるようにポンプ8aを駆動制御するようにする。また、給湯タンク7へ戻る湯水の温度(温度センサ13mの検出に係る温度)を目標値に合わせるようにポンプ8bを駆動制御する。
例えば、給湯タンク7上部における湯水の温度が65℃であった場合、ヒートポンプユニット1の沸上げに係る湯水の温度を75℃に設定する。そして、給湯タンク7へ戻る湯水の温度(温度センサ13mの検出に係る温度)を65℃に設定することで、75℃と65℃との差となる10℃分の熱を、浴槽11の浴槽水を昇温するために与え、かつ給湯タンク7へは貯湯温度と同じ65℃での貯湯が可能となる。これにより追いだきと、中温水を生成させずに温度を維持したまま給湯タンク7に湯水を戻す貯湯と同時に行う運転が可能となる。ここで、前述のように温度差が10℃分であるため、追いだき能力は大きくないが、浴槽11が温度低下したときに自動的に昇温を行い、所定温度での保温を維持する、大きな追いだき能力を必要としない自動保温運転には適する。以上のように、図4に示すような運転モードでは、給湯タンク7内に中温水を生成しないため、中温水沸上げによるヒートポンプ運転効率低下を防ぐことが可能となり、貯湯システム効率(給湯、追いだきなどの給湯システム全体での運転効率)の向上が可能となる。
図5はヒートポンプを利用した追いだきと給湯のための運転を同時に行うことが可能な、「ヒートポンプ追いだき+給湯モード」のときの装置の動作と貯湯式給湯装置における水の流れとを表す図である。ヒートポンプユニット1における沸上げ運転にて生成される湯水(高温水)と給湯タンク7上部の湯水(高温水)とが混合されて追いだき熱交換器9へ流入する。追いだき熱交換器9では、追いだき回路B側の湯水とポンプ8cによる浴槽循環回路C側の湯水である浴槽水との熱交換が行われる。これにより浴槽水が昇温し追いだきが行われる。一方、追いだき熱交換器9の熱交換により放熱した(冷却された)追いだき回路B側の湯水はポンプ8b、混合弁32を経て出湯端末へ出湯される。図5では混合弁32aを介して混合栓34側へ出湯されるようにしている。また、混合弁32bを介して浴槽11側へ出湯することもできる。このとき電磁弁33aは閉じている。
図5に示す運転モードでは、追いだき熱交換器9を通過した湯水(中温水)を出湯管20から出湯端末側に直接出湯させるようにしたので、中温水が給湯タンク7に戻ることがない。このため、給湯タンク7内における中温水の沸上げ等によるヒートポンプユニット1の運転効率低下を防ぎ、貯湯システム効率(給湯、追いだきなどの給湯システム全体での運転効率)を向上させることができる。また、追いだき熱交換器9において、浴槽循環回路Cを循環する浴槽水に多くの熱量を与えることができ、追いだき回路Bを流れる湯水の温度を、図4において説明した「ヒートポンプ貯湯追いだきモード」よりも下げることができる(例えば65→45℃)。このため、「ヒートポンプ貯湯追いだきモード」に比べて追いだき能力を大きくすることが可能となる。また、追いだき熱交換器9通過後の追いだき回路B側における湯水の温度(温度センサ13mの検出に係る温度)の制御を、ポンプ8cにより浴槽水の流量を制御することで行っている。このため、例えば過渡状態のヒートポンプユニット1において沸上げ温度変更制御が追従できない場合などであっても、出湯管20から混合弁32a、32b側に供給する湯水の温度を安定させることができる。さらに、ヒートポンプユニット1における湯水の沸上げ温度を、貯湯のための沸上げ運転よりも低く抑えられるため、ヒートポンプの高効率運転が可能となる。加えて、本運転モードではヒートポンプユニット1が沸き上げた湯水を直接出湯させることができるため、一旦給湯タンク7に貯めるために生じる貯湯式給湯装置特有の放熱ロスがない。このため、ヒートポンプユニット1の沸き上げに係る熱量をロスすることなく利用することができる。
図6は追いだきと給湯のための運転を同時に行うことが可能な、「追いだき+給湯モード」のときの装置の動作と貯湯式給湯装置における水の流れとを表す図である。図5に示す「ヒートポンプ追いだき+給湯モード」との違いは、ヒートポンプユニット1がオフしており、また、ポンプ8aが停止して沸上げ回路Aに湯水が流れていない点である。その他、基本的な動作等については、前述した「ヒートポンプ追いだき+給湯モード」と同じである。このため、追いだき熱交換器9通過後の追いだき回路B側における湯水の温度(温度センサ13mの検出に係る温度)の制御を、ポンプ8cにより浴槽水の流量を制御することで行う。
本運転モードでは、図5に示す「ヒートポンプ追いだき+給湯モード」と同様に、追いだき熱交換器9を通過した湯水(中温水)を出湯管20から出湯端末側に直接出湯させるようにしたので、中温水が給湯タンク7に戻ることがない。このため、給湯タンク7内における中温水の沸上げ等によるヒートポンプユニット1の運転効率低下を防ぎ、貯湯システム効率(給湯、追いだきなどの給湯システム全体での運転効率)を向上させることができる。本運転モードでは、ヒートポンプユニット1を動作させずに運転を行うため、ヒートポンプユニット1の運転の立上がり遅れ(沸上げ温度が安定するまでの過渡状態)を気にすることなく、追いだきと給湯のための運転を同時に行うことができる。このため、ユーザー動作による出湯管20からの出湯又は出湯停止が頻繁に行われる場合などにおいても対応が容易である。
図7は図6に示すモードにおいて給湯を行わない「追いだきモード」のときの装置の動作と貯湯式給湯装置における水の流れとを表す図である。図6に示す「追いだき+給湯モード」との違いは、出湯管20からの湯水の流れがないこと、電磁弁33aを開にすることで、追いだき熱交換器9を通過した湯水を給湯タンク7上部へ戻すことである。本運転モードでは、給湯タンク7上部からの湯水(高温水)を追いだき回路Bにより追いだき熱交換器9へ導き、浴槽循環回路Cの浴槽水と熱交換して冷却された後に給湯タンク7上部へ戻す。このため、追いだき熱交換器9通過後の追いだき回路B側における湯水の温度(給湯タンク7に戻る湯水の温度)は給湯タンク7の上部における湯水の温度より低くなる。給湯タンク7に戻る湯水の温度を、出湯目的に利用可能な45℃以上とすることで、給湯タンク7内の有効貯湯量を大きく減らすことなく追いだき運転を行うことが可能となる。例えば、45℃以下の水を給湯タンク7に戻すと、給湯タンク7で混合した後の温度が給湯有効温度以下となり、給湯有効蓄熱量を大きく減らす可能性がある(30℃の湯水と65℃の湯水を混合すれば、給湯タンク7の残湯量によっては給湯タンク7上部における湯水の温度が45℃以下になってしまう可能性がある)。一方、45℃以上であれば、混合しても、湯水の温度は給湯有効温度以上となるため、混合により給湯有効蓄熱量が大きく下がることはない(45℃の湯水と65℃の湯水が混合しても45℃以下になることはない)。
前述した各モードについては、給湯の有無により容易に切り替えることが可能である。例えば、ヒートポンプユニット1による追いだきを行っている場合に、給湯がなければ図4に示す「ヒートポンプ貯湯追いだきモード」を行い、給湯があれば図5に示す「ヒートポンプ追いだき+給湯モード」を行う。また、ヒートポンプユニット1による追いだきを行わない場合に、給湯がなければ図7に示す「追いだきモード」を行い、給湯があれば図6に示す「追いだき+給湯モード」を行う。
例えば「ヒートポンプ追いだきモード」と「ヒートポンプ追いだき+給湯モード」を組み合わせることにより、同一熱量の追いだきを行う場合でも、給湯連動による高効率運転の比率を高めることが可能となりシステム効率の向上が可能となる。このような運転方法は追いだきのオンオフを機器(浴槽11)側で制御することができる自動保温運転に適している。
図9は本発明の実施の形態5に係る貯湯式給湯装置の構成を表す図である。図9において、図4〜7と同じ符号を付している手段等は、実施の形態1、4で説明したことと同様の動作を行う。
図10は本発明の実施の形態6に係る貯湯式給湯装置の構成を表す図である。図10において、図4〜7と同じ符号を付している手段等は、実施の形態1、4で説明したことと同様の動作を行う。
Claims (18)
- 湯水を貯める給湯タンクと、
該給湯タンクの湯水を加熱する加熱手段と、
前記給湯タンクの湯水と熱交換させて被加熱媒体を加熱する追いだき熱交換器と
を備え、
前記追いだき熱交換器を通過した前記給湯タンクの湯水の一部又は全部を、前記加熱手段が加熱した湯水と合流させた湯水を前記給湯タンクの上部から流入させる追いだき回路を形成することを特徴とする貯湯式給湯装置。 - 前記加熱手段は、圧縮機、膨張弁及び蒸発器とともに、冷媒を循環させる冷凍サイクル回路を構成し、前記給湯タンクの湯水と前記冷媒とを熱交換させる水冷媒熱交換器であることを特徴とする請求項1記載の貯湯式給湯装置。
- 前記加熱手段が加熱した湯水の温度が給湯タンク上部における湯水の温度よりも高くなるように、前記加熱手段の加熱制御を行う計測制御装置をさらに備えることを特徴とする請求項1又は2記載の貯湯式給湯装置。
- 前記追いだき熱交換器を通過した湯水を、前記加熱手段が加熱した湯水と合流させるための流路と、前記給湯タンクの中央部分又は該中央部分より下方から流入させる流路とに分岐させる三方弁をさらに備えることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の貯湯式給湯装置。
- 前記合流させた湯水の温度が、給湯タンクの上部における湯水の温度と同じになるように、前記三方弁の開度を制御する計測制御装置をさらに備えることを特徴とする請求項4記載の貯湯式給湯装置。
- 前記追いだき熱交換器を通過した前記給湯タンクの湯水と前記加熱手段が加熱した湯水とを合流させる代わりに、
前記追いだき熱交換器を通過した前記給湯タンクの湯水と、前記加熱手段が加熱した湯水とをそれぞれ独立して前記給湯タンクの上部から流入させることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の貯湯式給湯装置。 - 湯水を貯める給湯タンクと、
圧縮機、膨張弁及び蒸発器とともに、冷媒を循環させる冷凍サイクル回路を構成し、前記給湯タンクの湯水と前記冷媒とを熱交換させて加熱する水冷媒熱交換器と、
前記給湯タンクの湯水と熱交換させて被加熱媒体を加熱する追いだき熱交換器と
該追いだき熱交換器を通過した湯水を、前記水冷媒熱交換器が加熱した湯水と合流させて前記給湯タンクの上部から流入させるための流路と、前記給湯タンクの中央部分又は該中央部分より下方から流入させる流路とに分岐させる三方弁と
を備えることを特徴とする貯湯式給湯装置。 - 湯水を貯める給湯タンクと、
該給湯タンクの湯水を加熱する加熱手段と、
前記給湯タンクの湯水との熱交換により被加熱媒体を加熱する追いだき熱交換器と、
前記加熱手段を通過する前記湯水の流量と前記追いだき熱交換器を通過する前記湯水の流量の比を変化させる流量比制御手段と
を備え、
前記給湯タンクの下部から前記加熱手段を通過させて加熱した湯水と前記給湯タンク上部から導いた湯水とを混合させて前記追いだき熱交換器を通過させ、前記貯湯タンクの上部から流入させる追いだき回路を形成することを特徴とする貯湯式給湯装置。 - 前記流量比制御手段は、
前記追いだき熱交換器を通過させる湯水の流量を制御するための追いだき用ポンプと、
前記加熱手段を通過させる湯水の流量を制御するための加熱用ポンプと
を有することを特徴とする請求項8記載の貯湯式給湯装置。 - 前記流量比制御手段は、
前記追いだき熱交換器に湯水を通過させるための追いだき用ポンプと、
前記給湯タンクの下部から前記加熱手段を通過させて加熱した湯水と前記給湯タンク上部から導いた湯水とを比率を制御しながら混合させるための混合弁と
を有することを特徴とする請求項8記載の貯湯式給湯装置。 - 前記流量比制御手段を制御して前記給湯タンクに流入させる湯水の温度を制御する計測制御装置をさらに備えることを特徴とする請求項8〜10記載の貯湯式給湯装置。
- 少なくとも前記給湯タンクの上部の温度に基づく温度及び出湯端末に送る湯水に設定される出湯設定温度を、前記給湯タンクに流入させる湯水の温度の目標温度として、切り換え可能に設定できることを特徴とする請求項11記載の貯湯式給湯装置。
- 前記計測制御装置は、
前記出湯端末に前記湯水を送るか否かに基づいて、前記給湯タンクに流入させる湯水の温度の目標温度を判定することを特徴とする請求項12記載の貯湯式給湯装置。 - 前記追いだき熱交換器の湯水の流出口側と前記貯湯タンクの上部との間の流路から分岐し、出湯端末へ湯水を送るための出湯管と、
前記追いだき熱交換器を通過した湯水を出湯管に流すか又は前記給湯タンクに流入させるかを切り替えるための切り替え手段と
をさらに備えることを特徴とする請求項9〜13のいずれかに記載の貯湯式給湯装置。 - 前記追いだき熱交換器の湯水の流出口側と前記貯湯タンクの上部との間の流路から分岐し、出湯端末へ湯水を送るための出湯管と、
前記給湯タンクに流入させるか、前記加熱手段に流すか又は前記追いだき熱交換器を通過した湯水を出湯管に流すかを切り替えるための切り替え手段と
をさらに備えることを特徴とする請求項9〜13のいずれかに記載の貯湯式給湯装置。 - 前記切り替え手段は三方弁であり、前記追いだき熱交換器の湯水の流出口側と前記貯湯タンクの上部への流路、前記追いだき熱交換器の湯水の流出口側と前記加熱手段への流路、又は三方を閉じて前記追いだき熱交換器の湯水の流出口側と前記出湯管への流路を選択的可能にすることを特徴とする請求項15記載の貯湯式給湯装置。
- 前記出湯端末に前記湯水を送るか否かに基づいて、前記切り替え手段の切替え制御を行う計測制御装置をさらに備えることを特徴とする請求項14〜16のいずれかに記載の貯湯式給湯装置。
- 湯水を貯める給湯タンクと、
該給湯タンクの湯水と熱交換させて被加熱媒体を加熱する追いだき熱交換器と、
該追いだき熱交換器に前記給湯タンクの湯水をを通過させるための追いだき用ポンプと、
前記追いだき熱交換器に前記被加熱媒体を通過させるための媒体用ポンプと、
出湯端末へ湯水を送るための出湯管と、
前記給湯タンクの上部の湯水を所定の温度にして前記出湯管に送るため、前記媒体用ポンプにより前記追いだき熱交換器を通過する前記被加熱媒体の流量を制御する計測制御装置と
を備えることを特徴とする貯湯式給湯装置。
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