JP2012184857A - 貯湯式給湯機 - Google Patents

Abstract

【課題】循環回路の安定したエア抜きを実施することができる貯湯式給湯機を提供する。
【解決手段】第１流路切替手段３３をａ−ｃ経路、第２流路切替手段３４をａ−ｂ経路に制御することで形成される第１エア抜き回路と、第１流路切替手段３３をａ―ｂ−ｃ経路、第２流路切替手段３４をａ−ｂ経路に制御することで形成される第２エア抜き回路と、第１流路切替手段３３をｂ−ｃ経路、第２流路切替手段３４をａ−ｂ経路に制御することで形成される第３エア抜き回路と、を形成可能な貯湯式給湯機１００において、貯湯タンク１０内への初回給水が行われた後のエア抜きを実行する場合に、循環ポンプ２１が作動するように制御するとともに、第２エア抜き回路が選択されるように制御、または第１エア抜き回路と第３エア抜き回路とが交互に選択されるように制御する。
【選択図】図４

Description

この発明は、貯湯式給湯機に関する。

従来、貯湯式給湯機のエア抜き運転として、初回給水が行われた後の沸き上げ水循環回路内のエア抜き制御実行の為に、切替手段によって循環回路を形成し循環ポンプを作動させるシステムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００６−１１８７５３号公報

上述した特許文献１の構成では、形成された循環回路のエア抜き運転の為に循環ポンプを駆動させた時、空気が溜まりやすい貯湯タンク上側からの湯水を引いて循環ポンプを動作させる回路になっている。このため、循環ポンプにおいてエア噛みが発生して湯水を送水することができず、循環回路のエア抜きができないという問題が生じる可能性が高い。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、循環回路の安定したエア抜きを実施することができる貯湯式給湯機を提供することを目的とする。

この発明に係る貯湯式給湯機は、温水を貯留させる貯湯タンクと、所定の加熱手段を利用して貯湯タンク内の水を加熱して高温水とする沸き上げ用熱交換器と、貯湯タンク内の温水と、所定の加熱対象水とを熱交換させる利用側熱交換器と、一端が貯湯タンクの上部に接続され、途中に沸き上げ用熱交換器が設置され、他端が貯湯タンクの第１下部に接続された沸き上げ水循環流路と、一端が沸き上げ水循環流路における貯湯タンクの上部と沸き上げ用熱交換器との間に接続され、途中に利用側熱交換器が設置され、他端が沸き上げ水循環流路における貯湯タンクの第１下部と沸き上げ用熱交換器との間に接続され、利用側熱交換器の熱源側流路を構成する熱源側流路と、熱源側流路の他端に設置された第１流路切替手段と、沸き上げ水循環流路における第１流路切替手段と沸き上げ用熱交換器との間に設置された循環ポンプと、貯湯タンク内への初回給水が行われた後に、循環ポンプが作動するように制御することにより沸き上げ水循環流路および熱源側流路のエア抜きを行うエア抜き制御手段と、を備え、第１流路切替手段は、貯湯タンクの第１下部と沸き上げ用熱交換器とが沸き上げ水循環流路を介して連通する第１流路形態と、貯湯タンクの第１下部と利用側熱交換器とが、沸き上げ水循環流路および熱源側流路を介して連通する第２流路形態と、を選択可能な手段であって、エア抜き制御手段は、第１流路形態と第２流路形態とが、それぞれ循環ポンプが作動している間の少なくとも一時期に選択されるように第１流路切替手段を制御する流路切替制御手段を含むものである。

この発明によれば、エア抜きを行う場合に貯湯タンクの第１下部から循環ポンプへ水を送水することができるので、該循環ポンプのエア噛みを抑制して循環回路の安定したエア抜きを実施することができる貯湯式給湯機を提供することが可能となる。

本発明の実施の形態１における貯湯式給湯機１００の構成図である。 本発明の実施の形態１における貯湯式給湯機１００の初回給水回路を示す図である。 本発明の実施の形態１における貯湯式給湯機１００の第１エア抜き回路を示す図である。 本発明の実施の形態１における貯湯式給湯機１００の第２エア抜き回路を示す図である。 本発明の実施の形態１における貯湯式給湯機１００の第３エア抜き回路を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して、重複する説明を省略する。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１における貯湯式給湯機１００の構成図である。図１に示す貯湯式給湯機１００は、貯湯タンクユニット１と、ヒートポンプサイクルを利用するように構成されたヒートポンプユニット６０とを備えている。２つのユニット１、６０は、ヒートポンプ入口配管４１とヒートポンプ出口配管４２とによって接続されている。また、貯湯タンクユニット１には、制御部７０が内蔵されている。貯湯タンクユニット１およびヒートポンプユニット６０が備える各種の弁類、ポンプ類等の作動は、これらと電気的に接続された制御部７０により制御される。以下、貯湯式給湯機１００の各構成要素について説明する。

ヒートポンプユニット６０は、貯湯タンクユニット１から導かれた低温水を加熱する（沸き上げる）ための加熱手段として機能するものである。ヒートポンプユニット６０は、圧縮機（図示省略）、沸き上げ用熱交換器６２、膨張弁（図示省略）、空気熱交換器（図示省略）を冷媒循環配管（図示省略）にて環状に接続し、冷凍サイクル（ヒートポンプサイクル）を構成している。沸き上げ用熱交換器６２は、ヒートポンプサイクルを構成する冷媒循環配管を流れる冷媒と貯湯タンクユニット１から導かれた低温水との間で熱交換を行うためのものである。尚、ヒートポンプユニット６０で高温水を得るためには、ヒートポンプサイクルは、冷媒として二酸化炭素を用い、臨界圧を越える圧力で運転することが好ましい。

貯湯タンクユニット１には、以下の各種部品や配管が内蔵されている。貯湯タンク１０は、温水を貯留するためのものである。貯湯タンク１０の第３下部１３には、市水を供給するための給水配管２が接続されており、貯湯タンク１０の上部には、貯留した湯水を給湯機外部へ供給するための給湯配管５が、タンク上部から分岐されて接続されている。貯湯タンク１０には、ヒートポンプユニット６０を用いて加熱された高温水がタンク上部から流入されるとともに、給水配管２を介して低温水を減圧弁３で所定圧力に調圧した上で第３下部１３から流入させることにより、タンク内の上部と下部で温度差が生じるように湯水が貯留される。また、給湯配管５の途中には、配管内に混入した空気（エア）を排出するための逃し弁４が配設されている。

貯湯タンクユニット１内には、循環ポンプ２１および利用側熱交換器２２が内蔵されている。循環ポンプ２１は、貯湯タンクユニット１内の後述する各種配管に湯水を循環させるためのポンプである。利用側熱交換器２２は、貯湯タンク１０やヒートポンプユニット６０から供給される高温水を利用して、２次側の加熱対象水（浴槽循環水や暖房用循環水など）を加熱するための熱交換器である。

また、貯湯タンクユニット１は、第１流路切替手段３３（三方弁）、および第２流路切替手段３４（四方弁）を有している。第１流路切替手段３３は、湯水が流入或いは流出する３つの入口（ａ、ｂ、ｃポート）を有する流路切替手段であり、ａ−ｃ経路、ｂ−ｃ経路、およびａ−ｂ−ｃ経路の間で湯水の経路を切り替え可能に構成されている。第２流路切替手段３４は、湯水が流入或いは流出する４つの入口（ａ、ｂ、ｃ、ｄポート）を有する流路切替手段であり、ａ−ｂ経路、ｂ−ｃ経路およびｃ−ｄ経路の間で流路形態を切り替え可能に構成されている。

また、貯湯タンクユニット１は、タンク下部配管４０、上記ヒートポンプ入口配管４１、上記ヒートポンプ出口配管４２、タンク上部配管４３、追い焚き配管３５、バイパス配管３６、および熱源側配管１５を有している。より具体的には、タンク下部配管４０は、貯湯タンク１０の第１下部１１と第１流路切替手段３３のａポートとを接続する流路である。ヒートポンプ入口配管４１は、第１流路切替手段３３のｃポートとヒートポンプユニット６０の入口側とを接続し、その間に循環ポンプ２１を介する流路である。ヒートポンプ出口配管４２は、ヒートポンプユニット６０の出口側と四方弁３２のｂポートとを接続する流路である。タンク上部配管４３は、第２流路切替手段３４のａポートと貯湯タンク１０上部とを接続する流路である。追い焚き配管３５は、一端が循環ポンプ２１とヒートポンプユニット６０の入口側の間に接続され、他端が第２流路切替手段３４のｄポートとに接続する流路である。バイパス配管３６は、第２流路切替手段３４のｃポートと貯湯タンク１０の第２下部１２とを接続する流路である。熱源側配管１５は、一端が第２流路切替手段３４のａポートと貯湯タンク１０の上部の間に接続され、利用側熱交換器２２を介し、他端が第１流路切替手段３３のｂポートに接続する流路である。

貯湯タンクユニット１には、更に、給湯混合弁３１および湯張り混合弁３２が設けられている。給湯混合弁３１および湯張り混合弁３２には、上述した給湯配管５と給水配管２とが接続されている。浴槽５０に湯張りをする場合には、貯湯タンク１０の上部から給湯配管５を通って取り出された高温水と、給水配管２から供給される低温水とが湯張り混合弁３２で混合されて温度調節された温水が、浴槽循環回路５１の配管を通って浴槽５０に送られる。シャワー、流し台などの水栓に給湯する場合には、貯湯タンク１０の上部から給湯配管５を通って取り出された高温水と、給水配管２から供給される低温水とが給湯混合弁３１で混合されて温度調節された温水が、配管６を通って当該水栓に送られる。

図１に示す貯湯式給湯機１００は、制御部７０を有している。制御部７０は、各種センサ等からの入力情報や使用者のリモコン操作等を受けて、上述した給湯混合弁、湯張り混合弁３２、第１流路切替手段３３、第２流路切替手段３４、および循環ポンプ２１等の作動状態を制御する。

本実施の形態の貯湯式給湯機１００では、貯湯タンク１０内に初回給水が行われた後の各種配管のエア抜き制御に特徴を有している。以下、図２乃至図５を参照して、エア抜き制御の詳細について説明する。

図２は、本発明の実施の形態１における貯湯式給湯機１００の初回給水回路を示す図である。この図に示すとおり、初回給水回路は、例えば、第１流路切替手段３３をａ−ｃ経路、第２流路切替手段３４をａ−ｂ経路に制御することで形成することができる。このような初回給水回路において給水配管２から市水が供給されると、図２に太線で示すとおり、貯湯タンク１０の第３下部１３から市水がタンク内へ流入する。流入した市水はタンク内に貯留されるとともに、タンク下部配管４０からヒートポンプ入口配管４１へと流通する。また、貯湯タンク１０内が市水で満たされると、タンク上部から流出した水がタンク上部配管４３および給湯配管５内へ流通する。このように、初回給水動作が行われると、タンク内および配管内に滞留していたエアがヒートポンプ入口配管４１、ヒートポンプ出口配管４２、および熱源側配管１５へと移動し滞留することとなる。

そこで、本実施の形態１の貯湯式給湯機１００では、初回給水後にヒートポンプ入口配管４１、ヒートポンプ出口配管４２、および熱源側配管１５に移動して滞留しているエアを逃し弁４から抜くためのエア抜き動作を行うこととしている。具体的には、本実施の形態１における貯湯式給湯機１００では、初回給水後にタンク電源が投入されたことを自動で検出した場合、もしくは貯湯式給湯機１００の任意のスイッチ操作を検出した場合に、以下に示す３種のエア抜き回路が選択的に形成された上で、循環ポンプ２１が作動される。これにより、エア抜き回路の配管内に滞留していたエアを、タンク上部配管４３から給湯配管５を介して逃し弁４まで移動させることができるので、一定時間の経過後に当該逃し弁４を開弁することにより、エア抜き制御を完了することができる。

図３は、本発明の実施の形態１における貯湯式給湯機１００の第１エア抜き回路を示す図である。この図に示すとおり、第１エア抜き回路は、第１流路切替手段３３をａ−ｃ経路、第２流路切替手段３４をａ−ｂ経路に制御することで形成される。この第１エア抜き回路によれば、貯湯タンク１０内の湯水を循環ポンプ２１へ供給することができるので、当該循環ポンプ２１のエア噛みを有効に抑止して確実な送水を行うことができる。これにより、主にタンク下部配管４０、ヒートポンプ入口配管４１、ヒートポンプ出口配管４２、およびタンク上部配管４３で構成される循環流路（以下、「沸き上げ水循環流路」と称する）内に滞留するエアを逃し弁４から有効に排出することができる。

図４は、本発明の実施の形態１における貯湯式給湯機１００の第２エア抜き回路を示す図である。この図に示すとおり、第２エア抜き回路は、第１流路切替手段３３をａ―ｂ−ｃ経路、第２流路切替手段３４をａ−ｂ経路に制御することで形成される。この第２エア抜き回路によれば、第１流路切替手段３３をａ−ｂ−ｃ経路とすることで、循環ポンプ２１へ熱源側配管１５側からエアが供給されても、タンク下部配管４０側から確実に水が供給されるので、エア噛みを有効に抑止して確実な送水を行うことができる。これにより、ヒートポンプ入口配管４１、沸き上げ用熱交換器６２、ヒートポンプ出口配管４２、および沸き上げ水循環流路内に滞留するエアだけでなく、熱源側配管１５内に滞留するエアに関しても逃し弁４から有効に排出することができる。

図５は、本発明の実施の形態１における貯湯式給湯機１００の第３エア抜き回路を示す図である。この図に示すとおり、第３エア抜き回路は、第１流路切替手段３３をｂ−ｃ経路、第２流路切替手段３４をａ−ｂ経路に制御することで形成される。この第３エア抜き回路は、上述した第１エア抜き回路と断続的に切り替えながら循環ポンプ２１を作動させることが好ましい。これにより、第３エア抜き回路において熱源側配管１５側から循環ポンプ２１へエアが供給されても、その後の第１エア抜き回路においてタンク下部配管４０側から循環ポンプ２１へ確実に水が供給されるので、エア噛みを有効に抑止して確実な送水を行うことができる。これにより、熱源側配管１５内に滞留するエアを逃し弁４から有効に排出することができる。

尚、上述した第３エア抜き回路と第１エア抜き回路との切り替えは、例えば循環ポンプ２１の回転速度に基づいてそのタイミングを決定することとしてもよい。具体的には、第３エア抜き回路においてエア抜き制御を行っている場合においては、循環ポンプ２１の回転数が上昇したときにエア噛みが発生したと判断することができる。そこで、第３エア抜き回路においてエア抜き制御を行っている場合に循環ポンプ２１の回転数が所定の基準値を超えた場合に、第３エア抜き回路から第１エア抜き回路への切り替えを行うこととしてもよい。これにより、循環ポンプ２１のエア噛みを有効に解消して確実にエア抜きを完了することができる。

以上説明したとおり、本実施の形態１の貯湯式給湯機１００によれば、上述した第１乃至第３エア抜き回路によるエア抜き制御によって、貯湯タンク１０の第１下部１１から循環ポンプ２１へ水を送水することができるので、該循環ポンプ２１のエア噛みを抑制して循環回路の安定したエア抜きを実施することができる。

ところで、上述した実施の形態１の貯湯式給湯機１００においては、図２に示す初回給水回路における流路切替手段を、流路切替手段３３がａ−ｃ経路、第２流路切替手段３４がａ−ｂ経路としたが、これに限らず、何れの向きとなっていてもよい。

また、上述した実施の形態１の貯湯式給湯機１００においては、エア抜き制御の終了時期を一定時間経過後としたが、これに限らず、循環ポンプ２１の回転数が所定範囲内に安定した場合や、湯水温度を回路の２点以上で検出された温度が略同温度となった場合等、他のパラメータを用いることとしてもよい。

また、上述した実施の形態１の貯湯式給湯機１００においては、第１〜第３エア抜き回路における第２流路切替手段３４をａ−ｂ経路に制御することとしているが、これに限らず、ｂ−ｃ経路やｃ−ｄ経路との間で断続的に切り替えることとしてもよい。これにより、追い焚き配管３５やバイパス配管３６のエア抜きを有効に行うことができる。

また、上述した実施の形態１の貯湯式給湯機１００においては、第３エア抜き回路によるエア抜き制御は、第１エア抜き回路と断続的に切り替えながら循環ポンプ２１を作動させることとしているが、第２エア抜き回路と断続的に切り替えながら循環ポンプ２１を作動させることとしてもよい。

また、上述した実施の形態１の貯湯式給湯機１００においては、この貯湯式給湯機１００を操作するリモコン等や制御部７０に、上述の第１〜第３エア抜き回路と循環ポンプ２１の動作を単独で指示可能な操作手段を備え、必要に応じて単独動作可能に構成してもよい。

１ 貯湯タンクユニット
１０ 貯湯タンク
１１ 第１下部
１２ 第２下部
１５ 熱源側配管（熱源側流路）
２１ 循環ポンプ
３３ 第１流路切替手段（三方弁）
３４ 第２流路切替手段（四方弁）
３５ 追い焚き配管（追い焚き流路）
３６ バイパス配管（バイパス流路）
４０ タンク下部配管（沸き上げ循環流路）
４１ ヒートポンプ入口配管（沸き上げ循環流路）
４２ ヒートポンプ出口配管（沸き上げ循環流路）
４３ タンク上部配管（沸き上げ循環流路）
６０ ヒートポンプユニット（加熱手段）
７０ 制御部（エア抜き制御手段）
１００ 貯湯式給湯機

Claims (5)

1. 温水を貯留させる貯湯タンクと、
   所定の加熱手段を利用して前記貯湯タンク内の水を加熱して高温水とする沸き上げ用熱交換器と、
   前記貯湯タンク内の温水と、所定の加熱対象水とを熱交換させる利用側熱交換器と、
   一端が前記貯湯タンクの上部に接続され、途中に前記沸き上げ用熱交換器が設置され、他端が前記貯湯タンクの第１下部に接続された沸き上げ水循環流路と、
   一端が前記沸き上げ水循環流路における前記貯湯タンクの前記上部と前記沸き上げ用熱交換器との間に接続され、途中に前記利用側熱交換器が設置され、他端が前記沸き上げ水循環流路における前記貯湯タンクの前記第１下部と前記沸き上げ用熱交換器との間に接続され、前記利用側熱交換器の熱源側流路を構成する熱源側流路と、
   前記熱源側流路の前記他端に設置された第１流路切替手段と、
   前記沸き上げ水循環流路における前記第１流路切替手段と前記沸き上げ用熱交換器との間に設置された循環ポンプと、
   前記貯湯タンク内への初回給水が行われた後に、前記循環ポンプが作動するように制御することにより前記沸き上げ水循環流路および前記熱源側流路のエア抜きを行うエア抜き制御手段と、を備え、
   前記第１流路切替手段は、
   前記貯湯タンクの前記第１下部と前記沸き上げ用熱交換器とが前記沸き上げ水循環流路を介して連通する第１流路形態と、前記貯湯タンクの前記第１下部と前記利用側熱交換器とが前記沸き上げ水循環流路および前記熱源側流路を介して連通する第２流路形態と、を選択可能な手段であって、
   前記エア抜き制御手段は、前記第１流路形態と前記第２流路形態とが、それぞれ前記循環ポンプが作動している間の少なくとも一時期に選択されるように前記第１流路切替手段を制御する流路切替制御手段を含むことを特徴とする貯湯式給湯機。
2. 前記流路切替制御手段は、前記第１流路形態と前記第２流路形態とが択一的に交互に選択されるように前記第１流路切替手段を制御することを特徴とする請求項１記載の貯湯式給湯機。
3. 前記流路切替制御手段は、前記第１流路形態と前記第２流路形態とが同時に選択されるように前記第１流路切替手段を制御することを特徴とする請求項１または２記載の貯湯式給湯機。
4. 前記流路切替制御手段は、前記第２流路形態が択一的に選択されている状態で前記循環ポンプの回転数が所定の基準値を超えた場合に、前記第１流路形態が選択されるように前記第１流路切替手段を制御することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載の貯湯式給湯機。
5. 前記沸き上げ水循環流路における前記熱源側流路の前記一端と前記沸き上げ用熱交換器との間に設置された第２流路切替手段と、
   前記第２流路切替手段と前記貯湯タンクの第２下部とを接続する下部戻し流路と、
   一端が前記沸き上げ水循環流路における前記沸き上げ用熱交換器と前記循環ポンプとの間に接続され、他端が前記第２流路切替手段に接続された追い焚き流路と、を更に備え、
   前記エア抜き制御手段は、
   前記沸き上げ用熱交換器と前記貯湯タンクの上部とが前記沸き上げ水循環流路を介して連通する流路形態と、前記沸き上げ用熱交換器と前記下部戻し流路とが前記沸き上げ水循環流路を介して連通する流路形態と、前記追い焚き流路と前記下部戻し流路とが連通する流路形態とを選択的に切り替えるように前記第２流路切替手段を制御する第２の流路切替制御手段を含むことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項記載の貯湯式給湯機。

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