JP2019039595A - 貯湯給湯装置 - Google Patents

Abstract

【課題】湯張り運転時の補助熱源機の使用によるエネルギー効率の低下を抑えることが可能な貯湯給湯装置を提供する。【解決手段】湯水を貯留する貯湯タンクと、ヒートポンプ熱源機と、前記貯湯タンクと前記ヒートポンプ熱源機とを接続する循環加熱回路と、前記貯湯タンクの上部に接続された出湯通路と、浴槽の湯張りのために前記出湯通路から分岐された湯張り通路と、制御手段とを備え、前記制御手段が、予め設定された設定時刻に湯張りを完了させるように湯張り運転を制御すると共に、前記湯張り運転前に前記ヒートポンプ熱源機を駆動して前記湯張り運転に必要な熱量を前記貯湯タンクに貯留する貯湯運転を制御するように構成された貯湯給湯装置において、前記制御手段に、前記設定時刻より前又は後に湯張りを完了させる許可設定が可能な操作手段を設ける。【選択図】図２

Description

本発明は、ヒートポンプ熱源機で加熱した湯水を貯湯タンクに貯留し、貯留した湯水を浴槽の湯張りや給湯に使用する貯湯給湯装置に関する。

従来から、ヒートポンプ熱源機と燃焼式の補助熱源機を備え、ヒートポンプ熱源機により加熱された湯水を貯湯タンクに貯留し、この貯留された湯水の温度を調整して浴槽の湯張りや給湯に使用するエネルギー効率が高い貯湯給湯装置が広く使用されている。このような貯湯給湯装置は、例えば特許文献１のように、設定した時刻に浴槽の湯張りが完了するように湯張り運転を自動的に開始する機能を有するものが一般的である。

貯湯給湯装置のヒートポンプ熱源機は、燃焼式の補助熱源機と比べてエネルギー効率が高い反面、出力が小さい場合が多く、ヒートポンプ熱源機を作動させて必要な湯水を貯湯する貯湯運転が完了するまで時間を要する。また、浴槽の湯張りのための貯湯運転中に貯湯タンクからの出湯があると、その分だけ貯湯量が不足する。この場合、設定した時刻に浴槽の湯張りを完了するために補助熱源機も使用することになるが、エネルギー効率の観点から補助熱源機の使用を極力回避することが望まれている。

補助熱源機の使用を回避するため、既に過去の一定期間の出湯状況を学習記憶して将来の出湯を予測し、この予測に基づいて貯湯運転を行う貯湯給湯装置がある。この貯湯給湯装置は、浴槽の湯張りのための貯湯運転中の出湯分も含めて貯湯運転を行うことができるので、補助熱源機の使用を回避することが可能になっている。

特許第５８１６６４１号公報

出湯の予測に基づいてヒートポンプ熱源機を駆動して貯湯運転を行うので、実際の出湯量が予測を下回れば貯湯量が不足せず、設定時刻に浴槽の湯張りを完了することができる。しかし、実際の出湯量が予測を上回った場合には貯湯量が不足するので、設定時刻に浴槽の湯張りを完了するために補助熱源機を使用して不足分を供給することになり、貯湯給湯装置のエネルギー効率が低下する。

本発明の目的は、湯張り運転時の補助熱源機の使用によるエネルギー効率の低下を抑えることが可能な貯湯給湯装置を提供することである。

請求項１の発明は、湯水を貯留する貯湯タンクと、ヒートポンプ熱源機と、前記貯湯タンクと前記ヒートポンプ熱源機とを接続する循環加熱回路と、前記貯湯タンクの上部に接続された出湯通路と、浴槽の湯張りのために前記出湯通路から分岐された湯張り通路と、制御手段とを備え、前記制御手段が、予め設定された設定時刻に湯張りを完了させるように湯張り運転を制御すると共に、前記湯張り運転前に前記ヒートポンプ熱源機を駆動して前記湯張り運転に必要な熱量を前記貯湯タンクに貯留する貯湯運転を制御するように構成された貯湯給湯装置において、前記制御手段に、前記設定時刻より前又は後に湯張りを完了させる許可設定が可能な操作手段を設けたことを特徴としている。

上記構成により、設定時刻の前後に湯張りを完了することを許容する許可設定を行うことができる。従って、許可設定がされた場合に、設定時刻通りに湯張りが完了しないことを許容して、ヒートポンプ熱源機のみ使用して湯張りを完了することができ、エネルギー効率の低下を抑制可能である。

請求項２の発明は、請求項１において、前記操作手段により前記許可設定がされた状態で、前記貯湯運転中に前記貯湯タンクから出湯があった場合には、前記設定時刻より後に湯張りを完了させるように前記湯張り運転を制御することを特徴としている。

上記構成により、貯湯運転中の貯湯タンクからの出湯により貯湯量が不足して設定時刻に湯張りを完了することができない場合でも、操作手段により許可設定がされているのでヒートポンプ熱源機のみ使用して設定時刻より後に湯張りを完了することができ、エネルギー効率の低下を抑制可能である。

請求項３の発明は、請求項１において、前記貯湯運転で貯留される熱量には予め予測される予測出湯熱量を含み、前記操作手段により前記許可設定がされた状態で、前記貯湯運転中に前記貯湯タンクから出湯された熱量が前記予測出湯熱量と異なる場合には、前記設定時刻より前又は後に湯張りを完了させるように前記湯張り運転を制御することを特徴としている。

上記構成により、予測される貯湯タンクからの出湯熱量を含めて貯湯運転を行い、貯湯運転中の貯湯タンクからの出湯熱量が予測と一致せず設定時刻通りに湯張りを完了することができない場合でも、操作手段により許可設定がされているので、ヒートポンプ熱源機のみ使用して設定時刻より前又は後に湯張りを完了することができる。

本発明の貯湯給湯装置によれば、湯張り運転時に補助熱源機の使用を回避してエネルギー効率の低下を抑えることが可能である。

本発明の実施例に係る貯湯給湯装置の全体構成を示す図である。 学習記憶したデータに基づく目標貯湯熱量の設定の１例を示す図である。

以下、本発明を実施するための形態について実施例に基づいて説明する。

最初に、図１に基づいて貯湯給湯装置１の全体構成について説明する。
貯湯給湯装置１は、貯湯タンク２、補助熱源機３、ヒートポンプ熱源機４等を備えている。貯湯給湯装置１は、ヒートポンプ熱源機４を駆動して加熱した湯水を貯湯タンク２に貯留し、この貯留した湯水を給湯や浴槽２９の湯張りに使用する。また、貯湯給湯装置１は、補助熱源機３により加熱した湯水を給湯や風呂追焚等に使用可能である。補助熱源機３は、例えば燃料ガスの燃焼熱を利用して湯水を加熱する燃焼式の給湯装置である。

貯湯タンク２の上部には、貯湯タンク２に貯留した湯水を出湯するための出湯通路１１が接続されている。また、貯湯タンク２の下部には、貯湯タンク２に上水源から上水を供給するための給水通路１２が接続されている。この給水通路１２から分岐したバイパス通路１３が出湯通路１１に接続され、この接続部に出湯通路１１の湯水とバイパス通路１３の上水を混合する混合手段として混合比率を調整可能な湯水混合弁１４が配設されている。湯水混合弁１４には給湯通路１５が接続され、湯水混合弁１４で混合された湯水は、給湯通路１５を流通して図示外の給湯栓等に給湯可能であり、給湯通路１５から分岐して追焚回路２８に接続する湯張り通路１８を介して浴槽２９に湯張り可能である。

貯湯タンク２の下部にはヒートポンプ熱源機４に湯水を供給する上流加熱通路５ａが接続され、このヒートポンプ熱源機４で加熱された湯水を貯湯タンク２に供給する下流加熱通路５ｂが貯湯タンク２の上部に接続されて、貯湯タンク２とヒートポンプ熱源機４の間で湯水が循環可能な循環加熱回路５が形成されている。上流加熱通路５ａには、貯湯タンク２からヒートポンプ熱源機４に入水する湯水の入水温度を検知する入水温度センサ６ａと、沸き上げポンプ１６と切換弁１７が配設されている。下流加熱通路５ｂには、ヒートポンプ熱源機４で加熱された湯水の温度を検知する加熱温度センサ６ｂが配設され、下流加熱通路５ｂから分岐した戻り通路部５ｃが切換弁１７に接続されている。ヒートポンプ熱源機４の起動直後等の加熱を十分することができない場合に、切換弁１７を切換えて、ヒートポンプ熱源機４で加熱した湯水を再びヒートポンプ熱源機４に送るようにすることができる。

貯湯タンク２の外周には、貯留された湯水の温度を検知する複数の貯湯温度センサ２ａ〜２ｄが上下方向に所定の間隔を空けて設けられている。これら貯湯温度センサ２ａ〜２ｄ及び貯湯タンク２は、貯湯タンク２に貯留された湯水の降温を防ぐ図示外の保温材により覆われている。出湯通路１１には、出湯通路１１を流通して湯水混合弁１４に供給される湯水の出湯温度を検知するための出湯温度センサ１１ａが配設されている。給水通路１２には、上水源から供給される上水の温度を検知するための給水温度センサ１２ａが配設されている。給湯通路１５には、給湯温度を検知するための給湯温度センサ１５ａが配設されている。

貯湯タンク２の湯水を補助熱源機３で加熱するための補助加熱通路２１は、出湯通路１１から分岐されて補助熱源機３に接続されている。補助熱源機３で加熱した湯水を出湯するための補助加熱出湯通路２２は、補助加熱通路２１の分岐部より下流側の出湯通路１１に調整弁２３を介して接続されている。調整弁２３は、補助加熱出湯通路２２を通って出湯通路１１に供給される湯水量を調整する。補助加熱通路２１には、三方弁２４と補助熱源機３に湯水を送るためのポンプ２５が配設されている。

補助加熱出湯通路２２から分岐した熱交換器通路２６は、三方弁２４に接続されている。三方弁２４は、貯湯タンク２の湯水又は熱交換器通路２６の湯水を補助熱源機３に供給可能となるように切換えられる。熱交換器通路２６には熱交換器２６ａと開閉弁２６ｂが配設されている。熱交換器２６ａは、追焚ポンプ２７の作動により追焚回路２８を流れる浴槽２９の湯水を補助熱源機３で加熱した湯水との熱交換により加熱する追焚運転に使用される。

給水通路１２には、逆止弁１２ｂと、給水通路１２から分岐して熱交換器通路２６に接続する分岐通路部１２ｃが配設されている。バイパス通路１３には逆止弁１３ａが配設され、バイパス通路１３から分岐して給湯通路１５に接続された高温出湯回避通路３０には、高温出湯回避電磁弁３０ａが配設されている。

貯湯給湯装置１は、出湯温度センサ１１ａ等の検知信号に基づいて給湯運転等を制御する制御部７（制御手段）を備え、使用者が給湯設定温度の設定等の操作を行うための操作端末７ａ（操作手段）が制御部７に通信可能に接続されている。操作端末７ａは、湯張りスイッチや各種設定用のスイッチ等を複数備え、設定時刻より前又は後に湯張りを完了させることを許容する許可設定が可能なように構成されている。

ヒートポンプ熱源機４は、圧縮機３２、凝縮熱交換器３３、膨張弁３４、蒸発熱交換器３５を冷媒配管により接続したヒートポンプ回路３６を備えている。このヒートポンプ熱源機４は、冷媒配管に封入された冷媒を圧縮機３２で圧縮して昇温し、沸き上げポンプ１６を駆動して循環加熱回路５を流通する湯水を凝縮熱交換器３３において高温の冷媒との熱交換により加熱する。熱交換後の冷媒は、膨張弁３４で膨張して外気より低温になり、蒸発熱交換器３５で外気との熱交換により加熱された後、再び圧縮機３２に導入される。

蒸発熱交換器３５は、外気温度を検知する外気温センサ３５ａと送風機３５ｂを備えている。また、ヒートポンプ熱源機４は、圧縮機３２、膨張弁３４、送風機３５ｂ等を制御する補助制御部３７を備えている。補助制御部３７は、制御部７に通信可能に接続され、制御部７の指令に従ってヒートポンプ熱源機４を制御する。外気温センサ３５ａに検知された外気温度は、補助制御部３７を介して制御部７に送信される。

次に、給湯運転について説明する。
給湯通路１５には、図示を省略するが給湯流量センサと給湯流量調整弁が配設されている。給湯栓等が開栓されて給湯流量センサが所定の流量を検知すると、制御部７は出湯温度と給水温度に基づいて給湯通路１５を流通する湯水の給湯温度が給湯設定温度となるように湯水混合弁１４の混合比率を調整する。そして給湯温度センサ１５ａが検知した給湯温度に基づいて、制御部７は湯水混合弁１４の混合比率をさらに調整する。また、高温給湯時等、給湯設定温度の出湯が困難な場合に補助熱源機３を作動させて加熱した湯水を給湯する。

次に、湯張り運転について説明する。
操作端末７ａの操作により設定された時刻に浴槽２９の湯張りが完了するように、自動的に湯張り運転が開始される。湯張り運転は、貯湯タンク２に貯留された湯水を湯水混合弁１４において予め設定された湯張り温度に調整して給湯通路１５、湯張り通路１８、追焚回路２８を介して浴槽２９に供給する。ヒートポンプ熱源機４を駆動しながらの湯張り運転も可能である。浴槽２９に予め設定された量の湯水が湯張りされると給湯運転を終了する。尚、操作端末７ａの湯張り開始操作により湯張り運転を開始した場合等、貯湯タンク２に貯湯された熱量が不足している場合には、補助熱源機３も使用して湯張り可能である。

次に、貯湯運転について説明する。
制御部７は、湯水の使用状況として過去のヒートポンプ熱源機４の入水温度や外気温度、貯湯タンク２からの出湯熱量等の出湯状況データを更新しながら学習記憶している。そして制御部７は、例えば図２に示すように学習記憶された出湯状況データに基づいて将来必要となる出湯熱量を予測し、この予測した出湯熱量に基づいて目標貯湯熱量を設定する。尚、出湯熱量が多い時間帯には、予め貯湯量を増やすように設定することができる。

制御部７は、設定された目標貯湯熱量を貯湯タンク２の湯水に蓄えるための貯湯運転が貯湯タンク２からの出湯の直前に完了するように貯湯運転を開始する。貯湯運転中の貯湯タンク２からの出湯は可能である。貯湯運転の貯湯温度は、通常設定される給湯設定温度（例えば４２℃）の給湯が可能な、例えば４５℃以上の温度に設定される。基本的に貯湯温度が低温である程入水温度との温度差が小さくなるため、ヒートポンプ熱源機４のＣＯＰ（成績係数）が向上する。貯湯温度は、貯湯タンク２の容量や目標貯湯熱量に応じて変更可能であるが、ヒートポンプ熱源機４のＣＯＰが高くなる貯湯温度を設定して貯湯給湯装置１のエネルギー効率の向上を図っている。

本発明の貯湯給湯装置１の作用、効果について説明する。
貯湯給湯装置１は、学習記憶した出湯状況データに基づいて出湯熱量を予測する。この予測した出湯熱量に基づいて目標貯湯熱量を設定し、出湯直前に目標貯湯熱量を貯湯する貯湯運転が完了するように貯湯運転を開始する。例えば、図２において設定時刻の２０時に浴槽２９の湯張りが完了するように、１８時からの予測出湯熱量を含めて湯張り運転前の１７時に湯張りに必要な熱量を貯湯する貯湯運転を開始する。この貯湯運転中の出湯が予測と一致した場合又は予測より少なかった場合には、実線Ｌ１で示すように貯湯タンク２に貯湯した熱量で湯張り運転を設定時刻に完了することが可能である。

一方、貯湯運転中の出湯が予測を上回った場合には、破線Ｌ２で示すように貯湯タンク２内の熱量が少なくなるため、貯湯した熱量で湯張り運転を設定時刻に完了できない。このとき操作端末７ａにより設定時刻より前又は後に湯張りを完了させる許可設定がされた状態であれば、湯張りが完了するまでヒートポンプ熱源機４で湯水を加熱して湯張りし、設定時刻より後の例えば２０時１５分に湯張りが完了する。操作端末７ａによる許可設定がされていなければ、補助熱源機３も使用して設定時刻２０時に湯張りを完了する。

また、貯湯運転中の出湯が予測より少なかった場合には、操作端末７ａによる許可設定がされた状態であれば設定時刻より前に湯張りを完了することもでき、次の出湯のための貯湯運転を早く開始することができる。尚、許可設定により設定時刻に対して許容される時間範囲を操作端末７ａにより設定可能に構成することも可能であり、ヒートポンプ熱源機４のみの使用では湯張り完了時刻が許容される時間範囲を超えてしまう場合に、補助熱源機３も使用して許容される時間範囲内に湯張りが完了するように制御する。

以上のように、操作端末７ａにより設定時刻より前又は後に湯張りを完了させる許可設定をすることができるので、ヒートポンプ熱源機４の駆動のみでは設定時刻通りに湯張りが完了しないことを許容することができる。それ故、補助熱源機３を使用しないので、エネルギー効率の低下を抑制できる。その上、貯湯運転中の貯湯タンク２からの出湯により貯湯量が不足して設定時刻に湯張りを完了することができない場合でも、操作端末７ａにより許可設定がされた状態であればヒートポンプ熱源機４のみ駆動して設定時刻より後に湯張りを完了することができ、エネルギー効率の低下を抑制可能である。

また、予測される貯湯タンク２からの出湯を含めて貯湯運転で貯湯し、貯湯運転中の貯湯タンク２からの出湯が予測と一致せず設定時刻に湯張りを完了することができない場合でも、操作端末７ａにより許可設定がされた状態であればヒートポンプ熱源機４で加熱した湯水で設定時刻より前又は後に湯張りを完了することができ、エネルギー効率の低下を抑制可能である。

湯張りのための貯湯運転で貯留される熱量に貯湯運転中の出湯熱量を含めるように構成されていない貯湯給湯装置でも同様に、設定時刻より前又は後に湯張りを完了させることを許容するように構成してエネルギー効率の低下を抑制可能である。その他、当業者であれば、本発明の趣旨を逸脱することなく、前記実施例に種々の変更を付加した形態で実施可能であり、本発明はそのような変更形態を包含するものである。

１ 貯湯給湯装置
２ 貯湯タンク
３ 補助熱源機
４ ヒートポンプ熱源機
５ 循環加熱回路
７ 制御部（制御手段）
７ａ 操作端末（操作手段）
１１ 出湯通路
１８ 湯張り通路
２９ 浴槽

Claims (3)

1. 湯水を貯留する貯湯タンクと、ヒートポンプ熱源機と、前記貯湯タンクと前記ヒートポンプ熱源機とを接続する循環加熱回路と、前記貯湯タンクの上部に接続された出湯通路と、浴槽の湯張りのために前記出湯通路から分岐された湯張り通路と、制御手段とを備え、前記制御手段が、予め設定された設定時刻に湯張りを完了させるように湯張り運転を制御すると共に、前記湯張り運転前に前記ヒートポンプ熱源機を駆動して前記湯張り運転に必要な熱量を前記貯湯タンクに貯留する貯湯運転を制御するように構成された貯湯給湯装置において、
   前記制御手段に、前記設定時刻より前又は後に湯張りを完了させる許可設定が可能な操作手段を設けたことを特徴とする貯湯給湯装置。
2. 前記操作手段により前記許可設定がされた状態で、前記貯湯運転中に前記貯湯タンクから出湯があった場合には、前記設定時刻より後に湯張りを完了させるように前記湯張り運転を制御することを特徴とする請求項１に記載の貯湯給湯装置。
3. 前記貯湯運転で貯留される熱量には予め予測される予測出湯熱量を含み、
   前記操作手段により前記許可設定がされた状態で、前記貯湯運転中に前記貯湯タンクから出湯された熱量が前記予測出湯熱量と異なる場合には、前記設定時刻より前又は後に湯張りを完了させるように前記湯張り運転を制御することを特徴とする請求項１に記載の貯湯給湯装置。