JP2011202882A

JP2011202882A - ヒートポンプ給湯システム

Info

Publication number: JP2011202882A
Application number: JP2010070485A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Niima; 康博新間; Tomoaki Tanabe; 智明田邊
Original assignee: Toshiba Carrier Corp
Current assignee: Toshiba Carrier Corp
Priority date: 2010-03-25
Filing date: 2010-03-25
Publication date: 2011-10-13

Abstract

【課題】貯湯タンクの湯温、出湯口の湯温、浴槽の湯温を適正に保ちつつ、ヒートポンプを効率よく動作させること。
【解決手段】熱交換方式で温水を生成し供給するヒートポンプユニット１１０と、ヒートポンプユニット１１０で生成された温水を貯留する密閉型タンク１２０と、密閉型タンク１２０に接続されるとともに、ヒートポンプユニット１１０に冷水を供給する冷水供給管１３０と、密閉型タンク１２０に一端が接続され密閉型タンク１２０の温水を蛇口１５１へ供給する給湯配管１４０と、給湯配管１４０から供給される温水を貯留する浴槽１６０と、一端側が給湯配管１４０に接続され、他端側が冷水供給管１３０に接続された分岐配管２００と、分岐配管２００の中途部を１次側とする水熱交換器１８０と、浴槽１６０の水または温水を水熱交換器１８０の２次側に送る循環配管１７０とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、貯湯機能と浴槽加温・保温機能を備えたヒートポンプ給湯システムに関し、特に高い効率での稼動を行うことができるものに関する。

業務用給湯分野においては、シャワー給湯の給湯機（ボイラ）と、浴槽加温・保温のための給湯機（ボイラ）とが別途に設置されていた。このように異なる給湯システムを設定すると、設置コストが高くなるとともに、設置スペースが広くなるという問題があった。このため、ファミリーレストラン、老人福祉施設あるいはビジネスホテルなど大量に湯を使用する業態に使用される給湯システムとして、ヒートポンプを用いて給湯を行うヒートポンプ給湯システムが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１には、ヒートポンプユニットで沸き上げられた湯を開放型の貯湯槽に貯え、貯湯槽の湯をヒートポンプユニットに戻してヒートポンプユニットで加温・保温するヒートポンプ給湯システムが開示されている。

特開２００９−８５５２４号公報

上述したヒートポンプ給湯システムでは、次のような問題があった。すなわち、温水内でのレジオネラ菌の繁殖防止のため、貯湯槽の湯温は６０℃以上、給湯配管の出湯口の湯温は５５℃以上を確保することが法令により要求されている。このため、ヒートポンプユニットは常に６０℃の湯を７０℃前後にまで再加熱する必要がある。ヒートポンプユニットはその原理上、高温水を更に高温にするときの効率は悪く、保温時のエネルギ効率が低下する。

そこで本発明は、貯湯タンクの湯温、出湯口の湯温、浴槽の湯温を適正に保ちつつ、ヒートポンプを効率よく動作させることができるヒートポンプ給湯システムを提供することを目的としている。

前記課題を解決し目的を達成するために、本発明のヒートポンプ給湯システムは次のように構成されている。

熱交換方式で温水を生成し供給するヒートポンプユニットと、前記ヒートポンプユニットで生成された温水を貯留する密閉型タンクと、この密閉型タンクに接続されるとともに、前記ヒートポンプユニットに冷水を供給する冷水供給管と、前記密閉型タンクに一端が接続され密閉型タンクの温水を利用端末へ供給する給湯配管と、前記給湯配管から供給される温水を貯留する温水槽と、一端側が前記給湯配管に接続され、他端側が前記冷水供給管に接続された分岐配管と、前記分岐配管の中途部を１次側とする水熱交換器と、前記温水槽の水または温水を前記水熱交換器の２次側に送る循環配管とを備えていることを特徴とする。

本発明によれば、貯湯タンクの湯温、出湯口の湯温、浴槽の湯温を適正に保ちつつ、ヒートポンプを効率よく動作させることが可能となる。

本発明の一実施の形態に係るヒートポンプ給湯システムの構成を示す説明図。同ヒートポンプ給湯システムの制御の一例を示す説明図。同ヒートポンプ給湯システムの制御の一例を示す説明図。

図１は本発明の一実施の形態に係るヒートポンプ給湯システム１００の構成を示す説明図である。なお、図１中３００は浴槽加温及び保温を制御するシステムコントローラを示している。また、図１中矢印は水或いは湯の流れ方向を示している。

ヒートポンプ給湯システム１００は、ヒートポンプ式の水熱交換部で温水を生成し供給する２台のヒートポンプユニット１１０と、これらヒートポンプユニット１１０に直結された密閉型タンク１２０とを備えている。密閉型タンク１２０には、５つの水温センサＴ１〜Ｔ５がタンクの高さ方向に沿って取り付けられている。

密閉型タンク１２０の入口側には、冷水を供給する冷水供給管１３０が接続され、出口側には温水を排出する給湯配管１４０とが接続されている。冷水供給管１３０には、外部の水道管から冷水が供給される。なお、冷水供給管１３０の入口側には減圧弁１３１が設けられている。

給湯配管１４０は、循環回路１５０と、分岐配管２００とに分岐されている。循環回路１５０には、出湯口としての蛇口１５１が設けられ、その下流側に定流量弁１５２、ポンプ１５３が接続され、さらに、ヒートポンプ式の循環回路保温用再加熱ユニット１５４を介して、循環回路１５０を循環する。

循環回路１５０は、さらに、浴槽１６０に温水を供給している。浴槽１６０は、循環配管１７０が接続され、この循環配管１７０には、ろ過器１７１と循環ポンプ１７２が設けられ、その下流側は水熱交換器１８０の２次側に設けられている。循環ポンプ１７２は湯のろ過を行うために常時運転されている。なお、水熱交換器１８０の下流側は浴槽１６０に接続されている。さらに、循環配管１７０には、水熱交換器１８０を挟んだ位置に水温センサ１７３，１７４が設けられている。水温センサ１７３，１７４の出力信号はシステムコントローラ３００に入力されている。水温センサ１７３によって検出された温度をＴＢ１、水温センサ１７４によって検出された温度をＴＢ２とする。

分岐配管２００には、流量調節弁２０１と、この流量調節弁２０１の下流側にポンプ２０２が取り付けられている。さらに、ポンプ２０２の下流側は水熱交換器１８０の一次側に接続されている。さらに分岐配管２００の水熱交換器１８０の下流側は逆止弁２０３を介して冷水供給管１３０に接続されている。流量調節弁２０１は開度が０（全閉），Ａ（２５％），Ｂ（５０％），Ｃ（７５％），Ｄ（１００％，全開）の５段階に調節することができ、最大開度はＤである。

さらに、分岐配管２００には、水熱交換器２１０を挟んだ位置に水温センサ２０４，２０５が設けられている。水温センサ２０４，２０５の出力信号はシステムコントローラ３００に入力されている。水温センサ２０４によって検出された温度をＴＨ１、水温センサ２０５によって検出された温度をＴＨ２とする。

なお、システムコントローラ３００には、浴室外遠隔操作装置３１０及び浴室内遠隔操作装置３２０が接続されている。システムコントローラ３００は、各水温センサからの水温ＴＨ１，ＴＨ２，ＴＢ１，ＴＢ２や、ユーザの入力した設定値等に基づいて、ヒートポンプユニット１１０、流量調整弁２０１の開度の調節とポンプ２０２のＯＮ／０ＦＦを制御する。

このように構成されたヒートポンプ給湯システム１００は、次のように動作する。すなわち、密閉型タンク１２０に温水を供給する場合には、浴室外遠隔操作装置３１０を用いて温度・水量をシステムコントローラ３００に設定する。この設定に基づいて各部が作動する。動作開始時には、冷水供給管１３０から冷水が各密閉型タンク１２０に供給される。密閉型タンク１２０に設けられた水温センサＴ１〜Ｔ５により、タンク下部の湯温ＴＳの値が所定温度以下（例えば７０℃以下）であればヒートポンプユニット１１０が駆動される。これにより、密閉型タンク１２０内の冷水が加熱されて所定温度以上の温水で満たされる。

密閉型タンク１２０から、蛇口１５１、浴槽１６０等への給湯を行う場合は、密閉型タンク１２０内の高温水を給湯配管１４０を介して、循環回路１５０に供給する。このとき、密閉型タンク１２０は外部の水道管（不図示）と直結しているため、水道管の圧力が直接、蛇口１５１に加わり、十分な水圧で高温水が供給される。

蛇口１５１から出湯されなかった温水は、少しずつ冷えながら（例えば６０℃から５５℃）、定流量弁１５２、ポンプ１５３を介して、循環回路保温用再加熱ユニット１５４に導入される。循環回路保温用再加熱ユニット１５４では、所定の温度（例えば６０℃）まで再加熱されて、再度、循環回路１５０内を循環する。この循環回路保温用再加熱ユニット１５４は５５℃の湯を６０℃に加温するので、背景技術で説明したヒートポンプユニットのように６０℃の湯を７０℃前後にまで再加熱するよりも効率が良い。また、循環回路１５０に供給された温水は密閉型タンク１２０には戻らないため、循環回路１５０内の温度低下は、密閉型タンク１２０内の水温には影響しない。

浴槽１６０の再加熱・保温用の加温を行う場合には、浴室内遠隔操作装置３２０を用いて、湯温をシステムコントローラ３００に設定する。これにより、ポンプ２０２が作動し、分岐配管２００を介して密閉型タンク１２０内の高温水が水熱交換器１８０の１次側に導入される。水熱交換器１８０内で熱交換された高温水は温度が下降し、中温水となって冷水供給管１３０に供給される。

冷水供給管１３０に供給された中温水は、水道水と混合されさらに温度が低下した状態で、密閉型タンク１２０に導入される。このため、ヒートポンプユニット１１０を用いた加熱を効率よく行うことができ、省エネルギに寄与することとなる。

一方、循環配管１７０には、浴槽１６０内の水または温水が供給され、ろ過器１７１でろ過した後、循環ポンプ１７２にて水熱交換器９０の２次側に供給する。これにより、循環配管１７０内の水または温水がろ過・加熱されて浴槽１６０内に戻される。さらに、水温センサ１７３，１７４によって水熱交換器１８０に入る高温水の水温（ＴＨ１）と、水熱交換器１８０から出る中温水の水温（ＴＨ２）とが検出され、システムコントローラ３００に入力される。

循環配管１７０により、浴槽１６０内の温水は常時循環していると考えると、浴槽１６０の水温は水熱交換器１８０の入口水温（ＴＢ１）となる。したがって、ユーザが設定する浴槽水温はＴＢ１を設定することになる。

システムコントローラ３００では、湯温の設定値ＴＢ０を４２℃にした場合、図２に示すように、ＴＢ１が設定温度に達すると、流量調整弁２０１の開度を０とし、ポンプ２０２をＯＦＦとし、分岐配管２００における浴槽加温・保温動作は停止する。一方、ＴＢ１が４１℃になると、流量調整弁２０１の開度をＡ〜Ｄのいずれかとし、ポンプ２０２をＯＮとし、分岐配管２００における浴槽加温・保温動作を再開する。すなわち、浴槽１６０の水温が設定の温度になった時点で流量調整弁２０１を閉じるとともに、ポンプ２０２を停止する。これにより、省エネルギが図られる。

なお、流量調整弁２０１は実際のＴＢ１の値と設定値ＴＢ０との差に応じて図３に示すように開度を調整する。つまり、湯温の設定値ＴＢ０と浴槽からの戻り温度ＴＢ１と差が大きい程、水熱交換器１８０に流す湯の流量が多くなるように流量調整弁２０１の開度を大きくなるように制御する。例えば、ＴＢ０とＴＢ１との差が１℃以上〜２℃未満から２℃以上〜３℃未満になったときは弁開度をＡ（２５％）からＢ（５０％）にする。逆にＴＢ０とＴＢ１との差が２℃以上〜３℃未満から１℃以上〜２℃未満になったときは弁開度をＢ（５０％）からＡ（２５％）にする。但し、所定の開度にて一定時間経過してもＴＢ１の値が上昇してこないときには所定時間ごとに更に弁開度をあける制御を加える。さらに、ＴＢ１とＴＢ０の差が一定値以上（例えば４℃以上）の時には弁開度を最大（例えばＤ）とする制御を行ってもよい。

上述したようにヒートポンプ給湯システム１００によれば、複数のヒートポンプユニット１１０で作った湯を複数の密閉型タンク１２０に貯めておき、蛇口１５１を開けることにより高温水を出すことができる。

また、密閉型タンク１２０を有するヒートポンプユニット１１０により、浴槽加温、保温が可能であることから、低価格・低維持費が可能である。また、ボイラ等の燃焼式の給湯装置に比べＣＯ_２排出量も低減できる。この際、密閉型タンク１２０内の６０℃以下の湯を昇温することで温水を加熱することができるため効率よい運転ができる。また、循環回路１５０内の保温は常時５５℃の湯を昇温しているため、効率がよい。

さらに、浴槽１６０の温度調節は、流量調整弁２０１の開度により加熱能力を調整できるため変動が少なく、浴槽１６０の温度を一定に保つことができ、快適である。また、水熱交換器１８０への入口湯温を浴槽１６０の湯温として直接検知して、加熱能力を決めるため精度よい加熱が可能となる。

なお、システムコントローラ３００には、浴室外遠隔操作装置３１０及び浴室内遠隔操作装置３２０にシステムコントローラ３００が接続されているため、浴槽加温、保温システムの運転操作は、浴室外・浴室内のいずれからでも制御が可能となる。このため、浴槽１６０の加温は浴室外遠隔操作装置３１０システムリモコンで行い、細かな湯温調整は浴室内遠隔操作装置３２０というように使い分けることができる。さらに、浴槽湯温設定、浴槽加温を開始する時間設定、浴槽１２０を保温しておく時間帯設定をするようにしてもよい。

なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能であるのは勿論である。

貯湯タンクの湯温、出湯口の湯温、浴槽の湯温を適正に保ちつつ、ヒートポンプを効率よく動作させることができるヒートポンプ給湯システムを提供できる。

１００…ヒートポンプ給湯システム、１１０…ヒートポンプユニット、１２０…密閉型タンク、１３０…冷水供給管、１４０…給湯配管、１５０…循環回路、１６０…浴槽、１７０…循環配管、１７３，１７４…水温センサ、１８０…水熱交換器、２００…分岐配管、２０１…流量調節弁、２０２…ポンプ、２０４，２０５…水温センサ、３００…システムコントローラ。

Claims

熱交換方式で温水を生成し供給するヒートポンプユニットと、
前記ヒートポンプユニットで生成された温水を貯留する密閉型タンクと、
この密閉型タンクに接続されるとともに、前記ヒートポンプユニットに冷水を供給する冷水供給管と、
前記密閉型タンクに一端が接続され密閉型タンクの温水を利用端末へ供給する給湯配管と、
前記給湯配管から供給される温水を貯留する温水槽と、
一端側が前記給湯配管に接続され、他端側が前記冷水供給管に接続された分岐配管と、
前記分岐配管の中途部を１次側とする水熱交換器と、
前記温水槽の水または温水を前記水熱交換器の２次側に送る循環配管と
を備えていることを特徴とするヒートポンプ給湯システム。
前記分岐配管には、流量調整弁が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ給湯システム。
前記分岐配管には、循環ポンプが設けられ、前記流量調整弁が閉とされた時に停止されることを特徴とする請求項２に記載のヒートポンプ給湯システム。
少なくとも前記流量調整弁、前記循環ポンプ、前記ヒートポンプユニットを制御するシステムコントローラと、
このシステムコントローラに前記温水槽の設定温度を入力する浴室内遠隔操作装置及び浴室外遠隔操作装置と、
前記分岐配管に取り付けられ、この分岐配管内の水温を検出する分岐配管内水温センサと、
前記循環配管に取り付けられ、この循環配管内の水温を検出する循環配管内水温センサとを具備し、
前記システムコントローラには、前記分岐配管内水温センサ及び前記循環配管内水温センサの出力が入力されていることを特徴とする請求項３に記載のヒートポンプ給湯システム。