JP3772837B2 - 給湯装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、貯湯タンクの温水を熱源とする放熱端末を有する給湯装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の給湯装置として、例えば特許文献１に記載されているようなものが一般的であった。この給湯装置は図６に示すように、１は加熱手段（図示せず）によって加熱された湯を貯留する貯湯タンク、２は貯湯タンク１から湯を取出す温水行路、３は温水行路２と連通し温水を貯湯タンク１に戻す温水復路、４は温水行路２と温水復路３との間に位置し温水を駆動する循環ポンプである。５は床暖房６を含む熱媒回路で、７はこの熱媒回路中の熱媒を駆動する暖房ポンプ、８は温水行路２からの湯と熱媒回路の熱媒とを熱交換を行う熱交換器である。また、熱交換器８は加熱手段（図示せず）によって熱媒回路の
熱媒も加熱できるような構成になっている。
【０００３】
そして、このように、貯湯タンク１の湯は循環ポンプ４によって、温水行路２から流れて熱交換器８にて熱媒と熱交換して温度低下し温水復路３から貯湯タンク１に戻される。一方、熱交換器８で貯湯タンク１の湯から熱を受けた熱媒は所定の暖房温度となり、熱媒回路５を介して床暖房６へ供給され放熱し、ユーザーに床暖房機能を提供できるようになっていた。また、熱交換器８で加熱手段（図示せず）より熱を受けた熱媒は所定の暖房温度となり、熱媒回路５を介して床暖房６へ供給され放熱し、ユーザーに床暖房機能も提供できるようになっていた。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−８９８６７号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来の給湯装置では、熱媒回路５に対して、貯湯タンク１からの湯よりも加熱手段よりも熱交換を行うことができるので、熱交換器８の構成は複雑となり、さらに、複数の熱媒回路を備え、それぞれ要求する暖房温度が異なる場合、上記従来の給湯装置では、加熱手段による熱媒回路加熱は非常に複雑な熱交換構成もしくは複数の加熱手段で対応する必要があるので、コスト増加と装置複雑化という課題があった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するため給湯装置が加熱手段と、加熱手段で加熱した温水を貯留する貯湯タンクと、貯湯タンクから温水を取出す行き管段と前記貯湯タンクの温水を循環する温水ポンプと中間熱交換器と貯湯タンクへ温水を戻す戻り管段とを含む温水回路と、中間熱交換器で上記温水から吸熱し放熱端末で放熱する熱媒を循環する熱媒回路とを備え、中間熱交換器を複数個設置したものである。
【０００７】
上記発明によれば、給湯装置が複数の中間熱交換器を備え、それぞれの中間熱交換器に対応する熱媒回路は中間熱交換器にて貯湯タンクからの湯と熱交換を行い、ぞれぞれの熱媒回路の熱媒が上記貯湯タンクからの湯から熱を受け取り、それぞれ所定の暖房温度となり、放熱端末へ流れ放熱するため、ユーザーの様々な用途に応じてそれぞれ異なる暖房温度に対応でき、簡単な構成で低コストの多機能給湯装置を提供することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の多機能給湯装置は、温水を貯留する貯湯槽と、貯湯槽の下部から給水される水を加熱する加熱手段と、加熱手段により加熱さえた湯水を貯湯槽の上部へ戻す貯湯管と、貯湯槽の上部から温水を取出す行き管と第１中間熱交換器と貯湯槽下部へ温水を戻す戻り管とを含む温水回路と、温水回路内において第１中間熱交換器と並列接続される第２中間熱交換器と、熱媒を循環させて第１中間熱交換器からの熱を放熱する第１放熱端末を備える第１熱媒回路と、熱媒を循環させて第２中間熱交換器からの熱を放熱する第２放熱端末を備える第２熱媒回路と、第１放熱端末が所望の温度となるように第１中間熱交換器を流れる湯水の流量を調整する第１流量調整手段と、第２放熱端末が所望の温度となるように第２中間熱交換器を流れる湯水の流量を調整する第２流量調整手段とを備えたものである。
【０００９】
そのため、給湯装置が複数個並列設置の中間熱交換器を備え、それぞれの中間熱交換器に対応する熱媒回路は中間熱交換器にて貯湯タンクからの湯と熱交換を行い、ぞれぞれの熱媒回路の熱媒が上記貯湯タンクからの湯から熱を受け取り、それぞれ所望の暖房温度となり、放熱端末へ流れ放熱するため、ユーザーの様々な用途に応じてそれぞれ異なる暖房温度に対応でき、簡単な構成で低コストの給湯装置を提供することができる。
【００１０】
また、中間熱交換器を流れる温水流量を可変にする第１及び第２流量調節手段を設けたことによって、この流量調節手段を用い、それぞれの中間熱交換器を流れる温水流量をコントロールできるため。中間熱交換器に対応する熱媒回路の放熱端末の負荷が変わるとき、温水流量を可変にすることでこの負荷変動へ対応することができる。
【００１１】
また、本発明の給湯装置は、加熱手段は圧縮機と放熱器と減圧手段と吸熱器とを含むヒートポンプサイクルとした構成を有する。
【００１２】
そして、加熱手段をヒートポンプとすることによって、高能力省エネ化が図れる。
【００１３】
また、本発明の給湯装置は、ヒートポンプサイクルに封入する冷媒は二酸化炭素としたものである。
【００１４】
そして、ヒートポンプサイクルに封入する冷媒を二酸化炭素とすることによって、地球環境保全を実現するとともに、貯湯タンクへ貯留する湯は高温まで沸き上げられるため、貯湯タンクから中間熱交換器へ高温の湯を供給でき、熱媒温度が高い高温暖房を提供することができる。
【００１５】
【実施例】
以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。
【００１６】
（実施例１）
図１は本発明の実施例１の多機能給湯装置を示す構成図である。図１において、１０は加熱手段であり、圧縮機１１と放熱器１２と減圧手段１３と吸熱器１４からなるヒートポンプサイクルを構成したヒートポンプ熱源である。そして、このヒートポンプサイクルには、高圧側の冷媒圧力が臨界圧力以上となる冷媒例えば二酸化炭素を封入している。１５は循環ポンプ、１６は放熱器１２を流れる冷媒と熱交換して高温となった湯を輸送する貯湯管、１７は貯湯管１６と連通する貯湯タンクで、下部から給水管１７ａを通って給水し、上部の出湯管１７ｂから出湯する。そして、貯湯タンク１６の下部から循環ポンプ１５によって水が送られ放熱器１２で冷媒と熱交換し所定高温となり貯湯管１６を経由し貯湯タンク１７へ輸送される。１８は給湯管１７ｂからの湯と給水管１７ａからの給水を混合する混合弁であり、この混合弁１８を通って所定の流量と温度の温水が給湯端末１９へ送られる。
【００１７】
２０は貯湯タンク１７の上部に設けた貯湯タンク１７の内部と連通し高温湯が貯湯タンク１７から流れ出す行き管段、２１はこの高温湯が温度低下した後貯湯タンク１７へ戻る戻り管段、２２と２３はこの行き管段２０と戻り管段２１の間に設けた中間熱交換器である。そして、貯湯タンク１７と行き管段２０と中間熱交換器２２、２３と戻り管段２１とが温水回路２４を構成し、中間熱交換器２２、２３は温水回路２４の中に並設され、２２ａと２３ａはそれぞれ中間熱交換器２２と２３に対応する流量調節手段である電磁弁である。２５はこの温水回路２４に設けた温水ポンプであり、貯湯タンク１７から高温湯を行き管段２０を経て取出し、中間熱交換器２２と２３へ送り、中間熱交換器２２と２３で熱交換した後温度低下した温水を戻り管段２１から貯湯タンク１７へ戻すようになっている。
【００１８】
２６は中間熱交換器２２に対応する熱媒回路、２７は中間熱交換器２３に対応する熱媒回路である。熱媒回路２６は熱媒例えば水を駆動循環する暖房ポンプ２８と放熱端末である温風機２９とを有している。熱媒回路２７は熱媒を循環する暖房ポンプ３０と放熱端末である床暖房パネル３１とを有している。つまり、本発明は、給湯機能の他に床暖房機能
を備えた多機能給湯装置である。
【００１９】
次に動作、作用について説明すると、温風機２９が単独運転する場合、温水回路２４において、流量調節手段である電磁弁２２ａが所定の開度で開き、電磁弁２３ａが全閉状態となり、温水ポンプ２５が中間熱交換器２２のみへ高温湯を送るようになっている。そして、暖房ポンプ２８が作動し、熱媒回路２６の熱媒は中間熱交換器２２で温水ポンプ２５から送ってきた高温湯から吸熱し所定の温風機暖房温度となり温風機２９へ流れる。この熱媒は温風機２９で風を熱交換して温度低下し中間熱交換器２２へ再び流入する。一方、温風機２９で風が熱媒から熱を受け温風となり、所定の場所へ送られ温風暖房を実現する。
【００２０】
床暖房パネル３１が単独運転する場合、温水回路２４において、流量調節手段である電磁弁２３ａが所定の開度で開き、電磁弁２２ａが全閉状態となり、温水ポンプ２５が中間熱交換器２３のみへ高温湯を送るようになっている。そして、暖房ポンプ３０が作動し、熱媒回路２７の熱媒は中間熱交換器２３で温水ポンプ２５から送ってきた高温湯から吸熱し所定の床暖房温度となり床暖房パネル３１へ流れる。この熱媒は床暖房パネル３１で放熱して温度低下し中間熱交換器２３へ再び流入する。一方、床暖房パネル３１は熱媒の放熱によって暖められ所定の温度となり床暖房を実現する。
【００２１】
温風機２９と床暖房パネル３１が同時に運転する場合、温水回路２４において、流量調節手段である電磁弁２２ａと２３ａがそれぞれ所定の開度で開き、温水ポンプ２５がそれぞれ中間熱交換器２２と２３へ高温湯を送る。そして、中間熱交換器２２において、熱媒回路２６を循環する熱媒が加熱され所定の温風暖房温度となり温風機２９へ輸送される。中間熱交換器２３において、熱媒回路２７を循環する熱媒が加熱され所定の床暖房温度となり床暖房パネル３１へ輸送される。用途によって所望の暖房温度が異なり、例えば上記の温風暖房温度は８０℃、床暖房温度は６０℃以下が好まれるため、電磁弁２２ａと２３ａの開度を調節しそれぞれ中間熱交換器２２と２３を流れる高温湯流量を制御調節することによって、所望の温風暖房温度と床暖房温度が得られる。
【００２２】
このように、温水回路２４において、中間熱交換器２２と２３を並列設置することによって、熱媒回路２６と２７を流れる熱媒はそれぞれ中間熱交換器２２と２３にて貯湯タンク１７からの湯と熱交換を行い、ぞれぞれの熱媒回路２６と２７の熱媒が上記貯湯タンク１７からの湯から熱を受け取り、それぞれ所望の暖房温度となり、放熱端末２９と３１へ流れ放熱するため、ユーザーの様々な用途に応じてそれぞれ異なる暖房温度に対応でき、簡単な構成で低コストの多機能給湯装置を提供することができる。
【００２３】
また、中間熱交換器２２と２３を並列設置とすることによって、中間熱交換器２２と２３を流れる高温湯の湯量または湯温はそれぞれ個別に調節できるため、熱媒回路２６と２７はお互いに干渉することなく温風暖房と床暖房を提供することができる。放熱端末において、一方の暖房負荷が変動する時も、他方の暖房運転に影響を及ぼすことがない。
【００２４】
また、中間熱交換器２２と２３を流れる温水流量を可変にする流量調節手段である電磁弁２２ａと２３ａとをそれぞれ設けたことによって、電磁弁２２ａと２３ａの開度を用いて、それぞれの中間熱交換器２２と２３を流れる温水流量をコントロールできるため、この温水流量を調節することで、所望の暖房温度を達成することができる。また、中間熱交換器２２あるいは２３に対応する熱媒回路２６あるいは２７の放熱端末の負荷が変わるとき、上記温水流量を可変にすることでこの負荷変動へ対応することができる。
【００２５】
また、加熱手段をヒートポンプサイクルとすることによって、高能力省エネ化が図れる。
【００２６】
また、ヒートポンプサイクルの冷媒を二酸化炭素とすることによって、地球環境保全を実現するとともに、貯湯タンク１７へ貯留する湯は高温まで沸き上げられるため、貯湯タンク１７から中間熱交換器２２または２３へ高温の湯を供給でき、熱媒温度が高い高温暖房を提供することができる。
【００２７】
（実施例２）
図２は本発明の実施例２の多機能給湯装置を示す構成図である。
【００２８】
本実施例２において、実施例１と異なる点は、温水回路２４において、中間熱交換器２２と２３が直列設置されることと温水回路２４を流れる温水の流量をコントロールする流量調節手段の電磁弁３２を新設したことである。なお、実施例１で用いた流量調節手段の電磁弁２２ａと２３ａは本実施例で廃棄する。なお、実施例１と同一符号のものは同一構造を有し、説明は省略する。
【００２９】
次に動作、作用を説明すると、温風機２９または床暖房パネル３１が単独運転する場合、電磁弁３２は温風機モード開度または床暖房モード開度を開き、温水ポンプ２５の駆動によって、高温湯は貯湯タンク１７から行き管段２０、電磁弁３２、中間熱交換器２２、中間熱交換器２３、戻り管段２１、貯湯タンク１７の順に温水回路２４を循環する。そして、運転している熱媒回路２６または２７を流れる熱媒は中間熱交換器２２または２３で上記の貯湯タンク１７からの高温湯と熱交換し、所定の温風暖房温度または床暖房温度となり、温風機２９または床暖房パネル３１で放熱し、温風暖房または床暖房を実現する。
【００３０】
温風機２９と床暖房パネル３１が同時に運転する場合、電磁弁３２は同時運転モード開度を開き、温水ポンプ２５の駆動によって、高温湯は貯湯タンク１７から行き管段２０、電磁弁３２、中間熱交換器２２、中間熱交換器２３、戻り管段２１、貯湯タンク１７の順に温水回路２４を循環する。そして、熱媒回路２６の熱媒は中間熱交換器２２を流れる上記の高温湯と熱交換し、所定の温風暖房温度となり温風機２９へ流れる。温風機２９でこの熱媒の放熱によって温風暖房を実現する。
【００３１】
一方、中間熱交換器２２を流れる高温湯は熱媒回路２６への放熱によって温度低下し中間熱交換器２３へ流入する。そして、熱媒回路２７の熱媒は中間熱交換器２３を流れる上記の温度低下した温水と熱交換し、所定の床暖房温度となり床暖房パネル３１へ流れる。床暖房パネル３１でこの熱媒の放熱によって床暖房を実現する。
【００３２】
このように、温水回路２４に中間熱交換器２２と２３とを直列設置することによって、上流側熱交換後の温水を有効利用し、一つの温水回路で異なる温度レベルの熱媒回路２６と２７の加熱源を提供することができるため、ユーザーの様々な用途に応じて異なる暖房温度に対応でき、より細かな負荷調整ができる多機能給湯装置を提供することができる。
【００３３】
（実施例３）
図３は本発明の実施例３の多機能給湯装置を示す構成図である。本実施例３において、実施例２と異なる点は、温水回路２２において、中間熱交換器２２の入口部と出口部とを連通する熱交バイパス管路３３と、熱交バイパス管路３３を流れる流量を可変にする熱交バイパス管路調節手段である電磁弁３３ａと、中間熱交換器２３の入口部と出口部とを連通する熱交バイパス管路３４と、熱交バイパス管路３４を流れる流量を可変にする熱交バイパス管路調節手段である電磁弁３４ａとを新設したことである。なお、実施例２と同一符号のものは同一構造を有し、説明は省略する。
【００３４】
次に動作、作用を説明すると、温風機２９が単独運転する場合、電磁弁３２は温風機モ
ード開度で開き、中間熱交換器２３をバイパスする電磁弁３４ａが開となり、温水ポンプ２５の駆動によって、高温湯は貯湯タンク１７から行き管段２０、電磁弁３２、中間熱交換器２２、熱交バイパス管路３４、戻り管段２１、貯湯タンク１７の順に温水回路２４を循環する。そして、運転している熱媒回路２６を流れる熱媒は中間熱交換器２２で上記の貯湯タンク１７からの高温湯と熱交換し、所定の温風暖房温度となり、温風機２９で放熱し、温風暖房を実現する。
【００３５】
床暖房パネル３１が単独運転する場合、中間熱交換器２２をバイパスする電磁弁３３ａは床暖房モード開度で開き、電磁弁３２と電磁弁３４ａが閉となり、温水ポンプ２５の駆動によって、高温湯は貯湯タンク１７から行き管段２０、熱交バイパス管路３３、中間熱交換器２３、戻り管段２１、貯湯タンク１７の順に温水回路２４を循環する。そして、運転している熱媒回路２７を流れる熱媒は中間熱交換器２３で上記の貯湯タンク１７からの高温湯と熱交換し、所定の床暖房温度となり、床暖房パネル３１で放熱し、床暖房を実現する。
【００３６】
このように、床暖房パネル３１が単独運転時、熱交バイパス管路３３によって、高温湯が停止している中間熱交換器２２を流れないようにして、または、温風機２９が単独運転時、熱交バイパス管路３４によって、温水が停止している中間熱交換器２３を流れないようにして、無駄な熱損失を防ぎ高効率な暖房運転を実現することができる。
【００３７】
温風機２９と床暖房パネル３１が同時に運転する場合、熱交バイパス管路３３を流れる高温湯の流量を調節することで、下流側の中間熱交換器２３を流れる温水の温度または流量を調節することが可能となるため、熱媒回路２７の暖房負荷変動に対応することができる。このように、一方の暖房運転に影響を及ばずに他方の暖房負荷変動対応が可能となるとともに、ユーザーに提供する暖房負荷の幅と暖房温度の幅を広げることができる。
【００３８】
なお、本実施例において、中間熱交換器２２と２３が直列設置の場合を説明したが、中間熱交換器２２と２３が並列設置した場合においても、それぞれの中間熱交換器２２と２３に熱交バイパス管路を設けて、同様な効果が得られる。
【００３９】
（実施例４）
図４は本発明の実施例４の多機能給湯装置を示す構成図である。本実施例４において、実施例２と異なる点は、温水回路２２において、行き管段２０と戻り管段２１と連通する温調バイパス管路３５を新設したことである。なお、実施例２と同一符号のものは同一構造を有し、説明は省略する。
【００４０】
次に動作、作用を説明すると、温水回路２４が運転している時、必要に応じて、中間熱交換器２２と２３で放熱し温度低下した温水の一部は温調バイパス管路３５を通して行き管段２０へ流れ貯湯タンク１７からの高温湯と混合する。そして、中間熱交換器２２と２３へ流れる温水の温度を貯湯タンク１７で貯留する高温湯の温度のままでなく、所望の低い温度レベルまで下げることができるため、より温度レベル幅の広い暖房を供給することができる。
【００４１】
なお、本実施例において、中間熱交換器２２と２３が直列設置の場合を説明したが、中間熱交換器２２と２３が並列設置した場合においても、同様な効果が得られる。
【００４２】
（実施例５）
図５は本発明の実施例５の多機能給湯装置を示す部分構成図である。本実施例５において、実施例１と異なる点は、温風機２９へ流れる熱媒の温度を検知する温度検知手段の温度センサー３６と、床暖房パネル３１へ流れる熱媒の温度を検知する温度検知手段の温度
センサー３７と、この温度センサー３６または３７の検知温度は所望の温風暖房温度または床暖房温度となるように、電磁弁２２ａ、２３ａを制御する温調制御手段３８とを新設したことである。なお、実施例１と同一符号のものは同一構造を有し、説明は省略する。
【００４３】
次に動作、作用を説明すると、温度センサー３６または３７はそれぞれ温風機２９と床暖房パネル３１へ流れる熱媒の温度を検知し、これら検知した温度結果を温調制御手段３８へ送る。そして、温調制御手段３８はこれらの検知した温度結果に基づきこれらの温度が所望の温風暖房温度または床暖房温度となるように、電磁弁２２ａまたは２３ａの開度を制御して、中間熱交換器２２または２３を流れる温水流量を調節する。
【００４４】
このように、例えば貯湯タンク１７から流れてくる高温湯の温度が不安定の場合においても、温風機２９または床暖房端末３１へ供給する熱媒の温度を所望の温風暖房温度または床暖房温度に維持することができ、安定した暖房負荷を提供することができる。
【００４５】
なお、本実施例において、中間熱交換器２２と２３が直列設置の場合を説明したが、中間熱交換器２２と２３が並列設置した場合においても、同様な効果が得られる。
【００４６】
なお、本実施例において、電磁弁２２ａと２３ａの開度を制御するようとしたが、実施例３から４に開示した温調バイパス調節手段、熱交バイパス調節手段など制御して、中間熱交換器２２と２３へ流れる温水の温度も調節できるため、より高自由度の制御ができる。
【００４７】
なお、前記各実施例において加熱手段はヒートポンプサイクルとしたが、他の形態の加熱手段例えば電気ヒータ、廃熱利用などとすることもできるものである。
【００４８】
なお、前記各実施例において放熱端末は温風機と床暖房パネルとしたが、用途に応じて他の形態の放熱端末とすることもできるものである。例えば、放熱端末を風呂追い焚きに使用しても良い。この場合でも給湯機能と風呂追い焚き機能の２つの機能を備えた多機能給湯装置となる。給湯機能、暖房機能、風呂追い焚き機能の３つの機能が備わっていてもよい。この場合は放熱手段が複数個存在することになる。
【００４９】
なお、前記各実施例において流量調節手段は電磁弁としたが、温水ポンプの回転数を変えて流量調節手段とすることもできるものである。
【００５０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ユーザーの様々な用途に応じて異なる温度レベルの暖房温度に対応でき、簡単な構成で低コストの給湯装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施例１における多機能給湯装置の構成図
【図２】 同発明の実施例２における多機能給湯装置の構成図
【図３】 本発明の実施例３における多機能給湯装置の構成図
【図４】 本発明の実施例４における多機能給湯装置の構成図
【図５】 本発明の実施例５における多機能給湯装置の部分構成図
【図６】 従来の給湯装置の構成図
【符号の説明】
１０ ヒートポンプサイクル（加熱手段）
１１ 圧縮機
１２ 放熱器
１３ 減圧手段
１４ 吸熱器
１７ 貯湯タンク
２０ 行き管段
２１ 戻り管段
２２，２３ 中間熱交換器
２４ 温水回路
２５ 温水ポンプ
２６、２７ 熱媒回路
２９ 温風機（放熱端末）
３１ 床暖房パネル（放熱端末）
２０ 行き管段
２１ 戻り管段
２２，２３ 中間熱交換器
３２ 電磁弁３２（流量調節手段）
３３、３４ 熱交バイパス管路
３３ａ、３４ａ 電磁弁３２（熱交バイパス調節手段）
３５ 温調バイパス管路
３５ａ 電磁弁（温調バイパス調節手段）
３６、３７ 温度センサー（温度検知手段）
３８ 温調制御手段

Claims (3)

1. 温水を貯留する貯湯槽と、前記貯湯槽の下部から給水される水を加熱する加熱手段と、前記加熱手段により加熱された湯水を前記貯湯槽の上部へ戻す貯湯管と、前記貯湯槽の上部から温水を取出す行き管と第１中間熱交換器と前記貯湯槽の略中央部へ温水を戻す戻り管とを含む温水回路と、前記温水回路内において前記第１中間熱交換器と並列接続される第２中間熱交換器と、熱媒を循環させて前記第１中間熱交換器からの熱を放熱する第１放熱端末を備える第１熱媒回路と、熱媒を循環させて前記第２中間熱交換器からの熱を放熱する第２放熱端末を備える第２熱媒回路と、前記第１放熱端末が所望の温度となるように前記第１中間熱交換器を流れる湯水の流量を調整する第１流量調整手段と、前記第２放熱端末が所望の温度となるように前記第２中間熱交換器を流れる湯水の流量を調整する第２流量調整手段とを備えた給湯装置。
2. 加熱手段は圧縮機と放熱器と減圧手段と吸熱器とを含むヒートポンプサイクルとした請求項１記載の給湯装置。
3. ヒートポンプサイクルに封入する冷媒は二酸化炭素とした請求項２記載の給湯装置。

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