JP3958541B2

JP3958541B2 - 貯湯式給湯暖房装置

Info

Publication number: JP3958541B2
Application number: JP2001252214A
Authority: JP
Inventors: 彰伊藤; 敏雄広川; 佳之馬目
Original assignee: Corona Corp
Current assignee: Corona Corp
Priority date: 2001-08-23
Filing date: 2001-08-23
Publication date: 2007-08-15
Anticipated expiration: 2021-08-23
Also published as: JP2003065601A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、貯湯温水を用いて給湯と暖房を行う貯湯式給湯暖房装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来よりこの種のものにおいては、例えば特許２６６３６３７号公報のように、タンク下部に電熱ヒータを設けた貯湯タンクを２つ直列に接続したものにおいて、給水側の貯湯タンクの上部と中間部に暖房循環回路を循環可能に接続して給水側タンクの貯湯温水の熱を暖房熱源として用いた貯湯式給湯暖房装置があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この従来のものは、給水側タンクの半分程度しか暖房熱源とすることができないので、暖房の能力が小さいあるいは暖房可能な時間が短いものであって使い勝手が悪いものであった。家庭用の貯湯式給湯装置のタンク容量で考えると、例えば暖房熱源用の貯湯量が７５リットルと仮定して、ここから４０ｄｅｇの熱を取り出すとすると３０００ｋｃａｌ（約３．５ｋＷｈ）の熱量しか暖房に使えない。しかも暖房に使用されて放熱後の冷めた温水が給水側タンク上部に貯められてしまうものであるので、暖房用の貯湯領域の温度低下を検知して電熱ヒータで沸き上げようとしても、電熱ヒータは温度の高いタンク下部の貯湯領域内に配置されているため沸騰しないように加熱しなければならないと共に、温度低下した領域と電熱ヒータが離れていて沸き上げに時間がかかり効率が悪かった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明は上記課題を解決するため、複数個の貯湯タンクの給水側タンク上部と出湯側タンク下部とを連結管で直列に接続し、前記給水側タンク下部と前記出湯側タンク上部とを途中に加熱装置を備えた加熱循環回路で接続し、前記連結管と前記給水側タンクの下部に暖房用循環ポンプを有した暖房循環回路を接続し、暖房運転を行う時は前記連結管から前記給水側タンク上部の高温水を循環させて暖房用に供して放熱後の温度低下した温水を前記給水側タンク下部に戻すと共に、暖房運転時に前記給水側タンクの貯湯温水の温度が所定温度より低下すると、前記給水側タンクの下部から取り出した温水を前記加熱装置で加熱して前記出湯側タンクの上部に戻し、前記出湯側タンクから前記連結管に流入する高温の温水と前記給水側タンクから前記連結管に流入する温度低下した温水とが混合されて前記暖房循環回路に循環されるように構成したものとした。
【０００５】
これにより、給水側タンクの全量を暖房熱源として用いることができ暖房可能な時間を長くできると共に、給水側タンクの温水温度が低下して加熱装置で加熱する場合も給水側タンク下部の暖房に使用された後の温度低下した温水を直接加熱することができ、通常沸き上げ動作で用いる加熱装置と同一の加熱装置で効率よく沸き上げることができる。もし暖房負荷が大きく暖房運転中に給水側タンクの温水温度が暖房熱源に用いることができない程度まで低下しても、暖房運転を継続しながら加熱装置が給水側タンク下部の温水を加熱して出湯側タンクに戻し、これにより出湯側タンク下部の高温水が連結管に押し出され、給水側タンクから連結管を介して暖房循環回路に流れ込む低温水と混合されて暖房に供されるため、給湯用に確保していた出湯側タンクの温水の熱量を減らさないで暖房に用いる温水量を給水側タンクの容量よりも実質的に増やすことができ、しかも給水側タンクの温度低下した温水に残っている温水の熱量も有効に利用することができ、省エネルギーでかつ暖房可能な時間を大幅に長くすることができると共に給湯の使い勝手を損ねることがない。
【０００６】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
１は貯湯タンクユニット、２は加熱装置としてのヒートポンプユニット、３は暖房ユニット、４は浴室温水暖房器等の暖房負荷で、これらによって給湯および暖房を行うものである。
【０００７】
貯湯タンクユニット１は複数の貯湯タンクを有しているもので、給水管５側の給水側タンク６の上部と出湯管７側の出湯側タンク８の下部とが連結管９で直列に接続されている。１０は蛇口（図示せず）に接続される給湯管で、給水管５から分岐されバイパス管１１を通過する冷水と出湯管７からの高温の温水とがミキシング弁１２にて適温に調節されて給湯されるものである。
【０００８】
また、前記給水側タンク６および出湯側タンク８には貯湯量を検出するための温度センサ１３、１４がタンク上下方向にそれぞれ複数個ずつ設けられ、所定温度以上を検出することで温度センサが設けられた位置まで貯湯されていることを検出することができるものである。給水側タンク６の下端および連結管９の下端には、それぞれ貯湯タンク内の温水を排出するための排水管１５、１６と排水栓１７、１８を備えているものである。
【０００９】
この貯湯タンクユニット１とヒートポンプユニット２はヒーポン加熱循環回路１９にて循環可能に接続され、給水側タンク６の下部からの温水をヒートポンプユニット２で加熱して出湯側タンク８の上部へ戻し、高温の温水を出湯側タンク８から連結管９を介して給水側タンク６まで順次積層して貯湯するものである。ここで、貯湯タンクユニット１の温水の沸き上げは主に深夜時間に安価な深夜契約電力によって行われる。
【００１０】
ヒートポンプユニット２は圧縮機２０と冷媒−水熱交換器２１と膨張弁２２と蒸発器２３より構成されるヒートポンプサイクル２４と、給水側タンク６の冷水または温水をヒーポン加熱循環回路１９を介して冷媒−水熱交換器２１へ送り、加熱された高温の温水を出湯側タンク８へ送るためのヒーポン循環ポンプ２５とを備えており、冷媒−水熱交換器２１を出る高温の温水が所定の高温になるようにヒーポン循環ポンプ２５の回転数、圧縮機２０の駆動周波数、膨張弁２２の開度のいずれかが適宜調節されるものである。
【００１１】
そして、蛇口が開かれると、給水側タンク６の下部にに市水が流入して連結管９を介して給水側タンク６の上部の温水が出湯側タンク８の下部に押し出されて流入し、さらに出湯側タンク８の上部の高温の温水が出湯管７へ押し出されることで給湯される。そして給湯運転により温水と市水が入れ替わり、温度センサ１３、１４の検出する温度が低下して給水側タンク６および出湯側タンク８の貯湯量が所定量以下になると、ヒートポンプサイクル２４およびヒーポン循環ポンプ２５を駆動して再度沸き上げを行うようにしている。
【００１２】
次に、暖房ユニット３は、一次側暖房循環回路２６の温水と二次側暖房循環回路２７の温水とで熱交換を行う水−水熱交換器２８と、一次側に設けられ貯湯タンクユニット１の温水を循環させる一次側暖房循環ポンプ２９と、二次側に設けられ暖房負荷４の温水を循環させる二次側暖房循環ポンプ３０と、二次側暖房循環回路２７の熱膨張を吸収する膨張タンク３１により構成されているものである。
【００１３】
一次側暖房循環回路２６は貯湯タンクユニット１の排水管１５、１６の排水栓１７、１８を開栓してその下流に接続されており、給水側タンク６の上部から連結管９および排水管１５を介して温水を取り出し、排水管１６を介して給水側タンク６の下部に温度低下した温水を戻すようにしている。また、排水管１５、１６と一次側暖房循環回路２６との接続点より下流には、暖房排水栓３２、３３が設けられている。
【００１４】
夏期等で暖房を長期間使用しない場合は排水栓１７、１８を閉じ暖房排水栓３２、３３を開いて一次側暖房循環回路２６の温水を水抜きすることができるものである。なお、貯湯タンクユニット１の給水側タンク６および出湯側タンク８の水抜きを行う際は、排水栓１７、１８および暖房排水栓３２、３３の両方を開ければよいものであり、暖房ユニット３が接続されている場合は排水栓１７、１８は閉状態とすればよい。
【００１５】
そして、暖房運転の要求があると、一次側暖房循環ポンプ２９を駆動し連結管９を介して給水側タンク６の上部より高温の温水を水−水熱交換器２８へ供給する。水−水熱交換器２８では二次側暖房循環ポンプ３０の駆動により供給された暖房負荷側の低温水が熱交換されて加熱され、二次側と熱交換して温度低下した一次側温水は給水側タンク６の下部に戻る。
【００１６】
これにより単価の高い昼間電力を暖房循環ポンプの駆動に用いるのみでヒートポンプサイクル２４を駆動することなく電力使用量を極力減らし、単価の安い深夜電力により沸き上げた温水を熱源として用いて消費電力の少ない高効率の暖房を実現することができる。しかも給水側タンク６の貯湯量全部を暖房用熱源として用いることができるため、暖房能力を大きくできて暖房可能な時間を従来よりも大幅に長くすることができる。例えば給水側タンク６の容量が１５０リットルで４０ｄｅｇの熱を暖房熱源として用いる場合は６０００ｋｃａｌ（７ｋＷｈ）の熱量を暖房用に用いることができるものである。
【００１７】
また、暖房負荷が大きくて給水側タンク６全体の温水の温度が暖房熱源に用いることができない程度まで低下してもまだ暖房要求が継続する場合、あるいは暖房要求発生時に給水側タンク６の貯湯温水の温度が暖房熱源に用いることができない程度に低い場合は、給水側タンク６に設けられた温度センサ１４が所定の暖房熱源に用いることができる温度以下を検出する。すると、一次側暖房循環ポンプ２９の駆動継続あるいは駆動開始と同時にヒートポンプサイクル２４が駆動され、ヒーポン循環ポンプ２５の駆動により給水側タンク６の下部から低温水を循環加熱して高温になった温水が出湯側タンク８の上部に戻され、そしてこの出湯側タンク８の下部に貯湯されている高温の温水が連結管９へ押し出される。
【００１８】
そして、一次側暖房循環ポンプ２９の駆動により連結管９に流入した低温水は連結管９に押し出された出湯側タンク８の高温水と合流して暖房熱源として使用可能な温度になって一次側暖房循環回路２６へ流入し、暖房ユニット３の水−水熱交換器２８へ供給されて熱交換して温度低下され給水側タンク６の下部へ戻るものである。よって、暖房に使用できる温水の量が給水側タンク６の容量よりも多くなり、暖房可能時間を延ばすことが可能となる。
【００１９】
またこのとき、暖房ユニット３での熱交換によりさらに温度低下した温水が給水側タンク６に流入してその温水の一部がヒートポンプユニット２で加熱されるので、ヒートポンプユニット２に流入する温水の温度が低くなりヒートポンプサイクル２４の加熱効率が向上し、結果的に消費電力を抑制することができて省エネルギーとなる。
【００２０】
ここで例えば、給水側タンク６の温水温度が４５℃まで低下して、出湯側タンク８には８５℃の高温の温水が貯湯されているとし、また一次側暖房循環ポンプ２９の循環流量が２リットル／分でヒーポン循環ポンプ２５の循環流量が１リットル／分とすると、給水側タンク６からの温水と出湯側タンク８からの温水との比率は１対１となって暖房ユニット３の水−水熱交換器２８へ供給される暖房熱源の温水温度は６５℃となり、温水温度と温水循環流量共に暖房熱源として用いることができ、給水側タンク６が暖房に使用できる温度以下になっても出湯側タンク８の高温の温水を混ぜて暖房ユニット３に循環させるので、給水側タンク６の単独では暖房用の熱源として使用できない温水の熱量も有効に利用することができ省エネルギーである。
【００２１】
しかも、放熱後の戻り温水は６５℃から温度低下して３５℃程度まで下がることがあり、これによりヒートポンプサイクル２４の加熱効率が向上し、結果的に消費電力を抑制することができて省エネルギーとなる。
【００２２】
また、この例のようにヒートポンプユニット２の加熱循環能力（１リットル／分）が暖房に必要な循環能力（２リットル／分）に不足していて、ヒートポンプユニット２の加熱循環能力だけでは暖房に必要な熱量を供給できないが、出湯側タンク８の高温水と給水側タンク６の低温水を混合して一次側暖房循環ポンプ２９の駆動により暖房ユニット３に供給しているので、給水側タンク６に残った熱量も有効に利用して暖房に必要な熱量および循環流量を確実に確保できる。このように暖房に用いることが可能な熱量を実質的に増やし暖房可能な時間を大幅に長くすることができ、しかも給湯用に確保している出湯側タンク８の熱を奪うことがないので給湯の使い勝手を損ねることがない。
【００２３】
ここで、暖房ユニット３の一次側暖房循環ポンプ２９および二次側暖房循環ポンプ３０は、一次側暖房循環回路２６および二次側暖房循環回路２７のそれぞれの温水温度に応じて可変させることで、暖房負荷の大きさに応じた制御が可能となる。
【００２４】
また、一次側暖房循環回路２６に循環温水の温度を検知する温度センサ（図示せず）を設け、循環温水の温度が暖房熱源に用いることができない程度まで低下したことを検知した場合には、一次側暖房循環ポンプ２９を駆動停止して低温水が暖房用の水−水熱交換器２８に流入しないようにするとよい。これにより、暖房運転中に多量の給湯使用があって給水側タンク６が冷たい市水で満たされてしまった場合の冷水の暖房ユニット３への流入を阻止できる。
【００２５】
なお、本発明はこの一実施形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、加熱装置はヒートポンプサイクル２４でなく電熱ヒータや電磁誘導加熱装置でも置換可能で、また、給水側タンク６の温水を直接暖房負荷に供給してもよく、さらに、貯湯タンクは２個に限らず３、４個でも可能なものである。また、暖房負荷は温水式温風暖房や温水式床暖房あるいは温水式コンベクターといったものが採用可能である。
【００２６】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、給水側タンクの温水を全部暖房に用いることができるため、暖房能力を大きくすることができると共に暖房可能な時間を長くすることができ、暖房運転途中で熱を取り出せなくなって暖房できなくなるといった事態が起ることを少なくすることができる。また給水側タンクの温水温度が暖房熱源として適さない温度まで低下した場合には、温度低下した温水を給水側タンク下部から加熱装置に引き込んで加熱するので温度低下した温水だけを効率よく沸き上げることができ、しかも暖房運転中であれば出湯側タンクに貯められている高温水と給水側タンクの温度低下した温水とを混合して暖房に用いるので、暖房に用いることができる貯湯温水量を給水側タンクの容量よりも実質的に増やすことができると共に、給水側タンク内の温度低下した温水に残っている熱量も有効に利用することができエネルギーのムダを極力少なくできる。さらに出湯側タンクには新たに加熱された高温の温水が貯湯されていき給湯用に確保している温水の熱を奪うことがなく給湯の使い勝手を損ねることなく暖房可能な時間を大幅に長くすることができ、給湯暖房装置としての使い勝手が大幅に向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の構成図。
【符号の説明】
２ヒートポンプユニット（加熱装置）
６給水側タンク
８出湯側タンク
９連結管
１３、１４温度センサ
１９ヒーポン加熱循環回路
２４ヒートポンプサイクル
２６一次側暖房循環回路
２９一次側暖房循環ポンプ

Claims

複数個の貯湯タンクの給水側タンク上部と出湯側タンク下部とを連結管で直列に接続し、前記給水側タンク下部と前記出湯側タンク上部とを途中に加熱装置を備えた加熱循環回路で接続し、前記連結管と前記給水側タンクの下部に暖房用循環ポンプを有した暖房循環回路を接続し、暖房運転を行う時は前記連結管から前記給水側タンク上部の高温水を循環させて暖房用に供して放熱後の温度低下した温水を前記給水側タンク下部に戻すと共に、暖房運転時に前記給水側タンクの貯湯温水の温度が所定温度より低下すると、前記給水側タンクの下部から取り出した温水を前記加熱装置で加熱して前記出湯側タンクの上部に戻し、前記出湯側タンクから前記連結管に流入する高温の温水と前記給水側タンクから前記連結管に流入する温度低下した温水とが混合されて前記暖房循環回路に循環されるように構成したことを特徴とする貯湯式給湯暖房装置。