JP4005031B2

JP4005031B2 - 貯湯式給湯装置

Info

Publication number: JP4005031B2
Application number: JP2004049543A
Authority: JP
Inventors: 隆志眞柄; 正喜高地
Original assignee: Corona Corp
Current assignee: Corona Corp
Priority date: 2004-02-25
Filing date: 2004-02-25
Publication date: 2007-11-07
Anticipated expiration: 2024-02-25
Also published as: JP2005241088A

Description

本発明は、貯湯タンクの貯湯温水を用いて浴槽の湯水を追い焚きする貯湯式給湯装置に関するものである。

従来よりこの種の電気温水器やヒートポンプ貯湯式給湯装置においては、貯湯タンクの貯湯温水を用いて浴槽の湯水を追い焚き可能とし、追い焚き指令があると、貯湯タンクに貯められた温水の温度を検出し、この温度が所定温度以上であれば、ふろ循環ポンプを駆動して浴槽水を熱交換器に循環させて貯湯タンクの高温水との熱交換により追い焚き運転を行うものがあった。
特開２００３−５００４８号公報

しかし、この従来のものでは、深夜電力時間帯になって貯湯温度センサが貯湯タンク内に翌日に必要な熱量が残っていないことを検出すると、炊き上げ運転が開始され、一定の回転数で圧縮機が運転され、一定の流量で循環ポンプを駆動される。例えば、図４のように、前提条件として貯湯タンク２の容量が４５０リットルで残り湯が２２５リットルで５０℃の中温水とすれば、貯湯タンク下部に接続された入水管から取り出した約１７℃程度の低温水を冷媒−水熱交換器で６５℃程度の高温に加熱し、貯湯タンク２上部に接続された出湯管から貯湯タンク内に戻し、貯湯タンクの上部から順次積層して高温水を貯湯していく。この時のエネルギー消費効率（以後ＣＯＰと称す）は約３．２３であるが、ふろ追い炊き運転によって発生した中温水（約５０℃とする）が存在する場合は、入水温度の上昇（約５０℃）によりＣＯＰが著しく低下する（この場合２．２２）欠点があった。

そこで、本発明は上記課題を解決するため、請求項１では、給水管と給湯管が接続され湯水を貯湯する貯湯タンクを内部に備えた貯湯タンクユニットと、能力可変の圧縮機と冷媒−水熱交換器と膨脹弁と空気熱交換器等を備え、前記貯湯タンク内の湯水を加熱する加熱手段と、前記貯湯タンクと冷媒−水熱交換器とを入水管と出湯管で接続して循環回路を形成し、前記循環回路途中に湯水を循環させる能力可変の循環ポンプとを備え、前記貯湯タンク内の湯水を前記循環ポンプの駆動により前記循環回路を介して前記加熱手段の冷媒−水熱交換器に循環させて加熱し、再び貯湯タンクに戻す事で貯湯タンク内の温水を加熱すると共に、前記貯湯タンク内にふろ循環ポンプを備え、浴槽の湯水を循環させるふろ循環回路と、このふろ循環回路途中に設けられ浴槽水を前記貯湯タンクに貯められた温水で加熱するふろ熱交換器とを備え、前記ふろ循環ポンプを駆動して浴槽水を前記ふろ熱交換器に循環させて追い焚き運転するようにした貯湯式給湯装置に於いて、前記加熱手段の電流値ｄ１を検知する電流センサを設けると共に、前記冷媒−水熱交換器入り口又は入水管に入水温センサを、前記冷媒−水熱交換器出口又は出湯管に出湯温センサを設け、前記入水温センサの値ｂと出湯温センサの値ａの温度差ｔを算出し、ｔ×ｃ／ｄ１を所定値ｘに保つＣＯＰ制御手段を設け、このＣＯＰ制御手段によって前記圧縮機の回転数と膨脹弁の開度を制御するようにしたものである。

また、請求項２では、前記加熱手段と貯湯タンクユニットの電流値ｄ２を検知する電流センサを設けると共に、前記冷媒−水熱交換器入り口又は入水管に入水温センサを、前記冷媒−水熱交換器出口又は出湯管に出湯温センサを設け、前記入水温センサの値ｂと出湯温センサの値ａの温度差ｔを算出し、ｔ×ｃ／ｄ２を所定値ｙに保つＣＯＰ制御手段を設け、このＣＯＰ制御手段によって前記圧縮機の回転数と膨脹弁の開度を制御するものである。

以上のように、本発明によれば、ふろ追い焚き運転によって、中温水が発生した場合でも自動的に循環ポンプの流量や圧縮機の回転数等を調節し極めて高効率な給湯機を提供することができるものである。

また、設定湯温と入水温度の温度差と消費電力から、簡易的にＣＯＰを計算し、自動的に循環ポンプの流量や圧縮機の回転数等を調節し、高いＣＯＰを維持し極めて効率的な給湯機を提供することができるものである。

次に、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。

この貯湯式給湯装置は、時間帯別契約電力の電力単価が安価な深夜時間帯に湯水を沸き上げて貯湯し、この貯湯した湯水を給湯に用いるもので、１は湯水を貯湯する貯湯タンク２を備えた貯湯タンクユニット、３は貯湯タンク内の湯水を加熱する加熱手段としてのヒートポンプユニット、４は台所や洗面所等に設けられた給湯栓、５はこの貯湯式給湯装置を遠隔操作するリモコン、６は浴槽である。

前記貯湯タンクユニット１の貯湯タンク２は、上端に給湯管７と、下端に給水管８とが接続され、さらに、下部にヒーポン循環回路を構成する入水管９と、上部にヒーポン循環回路を構成する出湯管１０とが接続され、前記ヒートポンプユニット３によって入水管９から取り出した貯湯タンク２内の湯水を沸き上げて出湯管１０から貯湯タンク２内に戻して貯湯され、給水管８からの給水により貯湯タンク２内の湯水が押し上げられて貯湯タンク２内上部の高温水が給湯管７から押し出されて給湯されるものである。

前記ヒートポンプユニット３は、回転数可変の圧縮機１１と凝縮器としての冷媒−水熱交換器１２と膨張弁１３と強制空冷式の蒸発器１４で構成されたヒートポンプ回路１５と、貯湯タンク２内の湯水を前記入水管９および出湯管１０を介して冷媒−水熱交換器１２に循環させる循環ポンプ１６と、それらの駆動を制御するヒーポン制御部１７とを備えており、ヒートポンプ回路１５内には冷媒として二酸化炭素が用いられて超臨界ヒートポンプサイクルを構成しているものである。なお、冷媒に二酸化炭素を用いているので、低温水を電熱ヒータなしで約９０℃の高温まで沸き上げることが可能なものである。
前記圧縮機１１又はヒートポンプユニット３の電源には電流センサ１８が設けられ圧縮機１１又はヒートポンプユニット３全体の電流値ｄ１を常に検出するものである。

１９は前記入水管９又は冷媒−水熱交換器１２入り口に取り付けられた入水温センサで、冷媒−水熱交換器１２で加熱する前の水温をサーミスタセンサ等により検知するものである。
２０は前記出湯管１０又は冷媒−水熱交換器１２出口に取り付けられた出湯温センサで、冷媒−水熱交換器１２で加熱後の湯温をサーミスタセンサ等によって検知するものである。

ここで、前記冷媒−水熱交換器１２は冷媒と被加熱水たる貯湯タンク２内の湯水とが対向して流れる対向流方式を採用しており、超臨界ヒートポンプサイクルでは熱交換時において冷媒は超臨界状態のまま凝縮されるため効率良く高温まで被加熱水を加熱することができ、被加熱水の冷媒−水熱交換器１２入口温度ｂと冷媒の出口温度ａとの温度差ｔに応じて前記膨張弁１２または圧縮機１１の回転数を制御すると共に、前記循環ポンプ１６の流量ｃを制御するＣＯＰ制御手段２１を設けたことで、ＣＯＰがとても良い状態で被加熱水を加熱することが可能なものである。

次に、２２は前記浴槽６の湯水を加熱するためのステンレス製の蛇管よりなる熱交換器で、貯湯タンク２内の上部に配置されていると共に、この熱交換器２２にはふろ往き管２３およびふろ循環ポンプ２４を備えたふろ戻り管２５よりなるふろ循環回路２６が接続されて浴槽６の湯水が循環可能にされ、浴槽６内の湯水が貯湯タンク２内の高温水により加熱されて保温あるいは追い焚きが行われるものである。

２７はふろ戻り管２５を介して熱交換器２２に流入する浴槽水の温度を検出するふろ戻り温度センサ、２８は熱交換器２２を流出してふろ往き管２３を介して浴槽６へ流れる浴槽水の温度を検出するふろ往き温度センサ２８である。

次に、２９は給湯管７からの湯と給水管８から分岐された給水バイパス管３０からの低温水を混合する電動ミキシング弁より構成された給湯混合弁であり、その下流の給湯管３１に設けた給湯温度センサ３２で検出した湯温がリモコン５でユーザーが設定した給湯設定温度になるように混合比率が制御されるものである。

３３は給湯管３１から分岐されてふろ戻り管２５に連通された湯張り管で、この湯張り管３３には、浴槽６への湯張りの開始／停止を行う湯張り弁３４と、浴槽６への湯張り量をカウントするふろ流量カウンタ３５と、浴槽水が給湯管３１へ逆流するのを防止する逆止弁３６とが設けられているものである。

次に、３７は貯湯タンク２の上下方向に複数個配置された貯湯温度センサで、この実施形態では５つの貯湯温度センサが配置され上から３７ａ、３７ｂ、３７ｃ、３７ｄ、３７ｅと呼び、この貯湯温度センサ３７が検出する温度情報によって、貯湯タンク２内にどれだけの熱量が残っているかを検知し、そして貯湯タンク２内の上下方向の温度分布を検知するものである。

３８は貯湯タンクユニット１内の各センサの入力を受け各アクチュエータの駆動を制御するマイコンを有し制御部を構成する給湯制御部である。この給湯制御部３８に前記リモコン５が無線または有線により接続されユーザーが任意の給湯設定温度およびふろ設定温度を設定できるようにしているものである。

また、前記給湯制御部３８には、前記複数の貯湯温度センサ３７ａ〜３７ｅの出力が入力され、これらの検出温度を基に貯湯タンク２内の残熱量が足りているかを判断する残熱量判断部３９が設けられている。

前記リモコン５には、給湯設定温度を設定する給湯温度設定スイッチ４０、およびふろ設定温度を設定するふろ温度設定スイッチ４１がそれぞれ設けられていると共に、浴槽６へふろ設定温度の湯をリモコン５の湯張り量設定スイッチ（図示せず）で設定された湯張り量だけ湯張りし所定時間保温させるふろ自動スイッチ４２と、浴槽水を追い焚きさせる追い焚きスイッチ４３と、貯湯タンク２内の湯水を昼間時間帯においても一定量沸き増しさせる沸き増しスイッチ４４とが設けられているものである。また、このリモコン５にはドットマトリクスの表示部４５と、ブザー音や音声案内を出力するスピーカ４６と、これらを制御するリモコン制御部４７とが設けられているものである。

また、前記表示部４５の一部領域には、貯湯タンク２内の残湯量を視覚的に表示する貯湯量表示部４８が設けられているもので、前記残熱量判断部３９にて算出される残湯量に応じて貯湯タンク２を模した図形内に残湯を示すバー表示の点灯数を変化させるものである。

そして、前記リモコン制御部４７には表示部４５に表示させる文字情報を記憶した文字情報メモリ４９と、スピーカ４６から報知する音声案内の音声を記憶した音声合成ＩＣ５０が設けられているものである。

なお、５１は貯湯タンク２の過圧を逃す過圧逃し弁、５２は給水の圧力を減圧する減圧弁、５３は給湯する湯水の量をカウントする給湯流量カウンタ、５４は給水の温度を検出する給水温度センサである。

前記ＣＯＰ制御手段２１は加熱手段としてのヒートポンプユニット３の電流値ｄ１や、出湯温センサ２０の値ａと入水温センサ１９の値ｂとの温度差ｔ、前記循環ポンプ１６の流量ｃからｔ×ｃ／ｄ１の演算を行う事で概略のＣＯＰを算出して所定値ｘを維持するべく、圧縮機１１の回転数と膨脹弁１３の開度をコントロールするものである。

なお、この種の貯湯式給湯装置のＣＯＰは｛（出湯温度ａ−入水温度ｂ）×循環流量ｃ÷消費電力｝の式により求める事ができるものであるが、電源を交流２００Ｖの商用電源を使用するので、前記の演算式（ｔ×ｃ／ｄ１）では消費電力に変え電流値ｄ１を用い、且つ所定値ｘを定めることで簡易的に計算を行うものである。

次に、この実施例１の作動を説明する。
まず、ふろの追い焚き運転について説明すれば、リモコン５の追い焚きスイッチ４３がＯＮされると、追い焚き運転の開始条件チェックを行い、給湯制御部３８の残熱量判断部３９は貯湯タンク２に取り付けられている貯湯温度センサ３７が検出する貯湯温度をチェックし、熱交換器２２近傍の貯湯温度が所定温度（ここでは５０℃）以上であれば、残熱量が追い焚き運転が可能な量残っていると判断して開始条件を満たしているためふろ循環ポンプ２４を駆動開始し、貯湯タンク２内の上部に貯められた高温水と浴槽水とを熱交換させる。そして、ふろ戻り温度センサ２７で検出する温度が追い焚き目標温度に達すると、給湯制御部３８はふろ循環ポンプ２４を駆動停止して、追い焚き運転を終了するものである。

そして、追い焚き運転が中止された後は、ユーザーはリモコン５からのブザー音および音声案内により追い焚き運転が中止したことを離れた場所においても認識することができると共に、リモコン５の表示部４５にも追い焚き運転が中止された旨が文字情報により表示され、更に貯湯量表示部４８が点滅していることによって、貯湯熱量が不足して追い焚き運転が中止されていることを視覚から直感的に認識することができる。

この時、貯湯タンク２内の湯温は熱交換器２２より上方の最上部の６５〜９０℃の高温水領域と、ふろの追い炊き運転よって熱を奪われ温度の下がった中温水領域と、給水温度（５〜２０℃）の低温水領域の三層に分離し、追い炊き運転により使用される熱量が多ければ、中温水の温度は最終的に約５０℃になり、最上部の高温水から順に給湯に使用されていくものである。

次に、深夜電力時間帯になって貯湯温度センサ３７が貯湯タンク２内に翌日に必要な熱量が残っていないことを検出すると、給湯制御部３８はヒーポン制御部１７に対して沸き上げ開始指令を発する。指令を受けたヒーポン制御部１７は圧縮機１１を起動した後に循環ポンプ１６を駆動開始し、貯湯タンク２下部に接続された入水管９から取り出した５〜２０℃程度の低温水を冷媒−水熱交換器１２で６５〜９０℃程度の高温に加熱し、貯湯タンク２上部に接続された出湯管１０から貯湯タンク２内に戻し、貯湯タンク２の上部から順次積層して高温水を貯湯していく。貯湯温度センサ３７や出湯温センサ２０が必要な熱量が貯湯されたことを検出すると、給湯制御部３８はヒーポン制御部１７に対して沸き上げ停止指令を発し、ヒーポン制御部１７は圧縮機１１を停止すると共に循環ポンプ１６も停止して沸き上げ動作を終了するものである。

図３のタイミングチャートについて説明する、ふろ追い炊き運転によって４５０リットルの貯湯タンク２の中間の水位（２２５リットル）まで５０℃の中温水の残り湯が存在する場合を示すもので、まず、貯湯タンク２下部に接続された入水管９から取り出した約１７℃程度の低温水を冷媒−水熱交換器１２で６５℃程度の高温に加熱し、貯湯タンク２上部に接続された出湯管１０から貯湯タンク２内に戻し、貯湯タンク２の上部から順次積層して高温水を貯湯していく。この時の循環ポンプ１６の流量ｃを１．１リットル／min、圧縮機１１の電流値を５．７ＡとすればＣＯＰは約３．２３になり、このままの運転を低温水が無くなるまで約３．４時間継続するれば、５０℃の中温水が入水管９に達する。

入水温センサ１９にて中温水を感知すれば、ＣＯＰ制御手段２１によってｔ×ｃ／ｄ１の演算を行い、低温水を加熱する場合と同じレベルのＣＯＰを維持するために、圧縮機１１の回転数が上昇して８．４Ａの電流値に変化すると共に、圧縮機１１の回転数に応じて膨脹弁１３の開度が自動的に最適の開度に調節され、循環ポンプ１６の流量も１．６リットル／minに上昇するものである。
また循環流量が多く成るために沸かし上げ時間も約５．７時間と従来例に比較して１．１時間短縮されるものである。

次に、給湯運転について説明すると、給湯栓４を開くと、給水管８からの給水が貯湯タンク２内に流れ込む。そして貯湯タンク２に貯められた高温水が給湯管７を介して給湯混合弁２９へ流入し、給水バイパス管３０からの低温水と混合され、給湯制御部３８により給湯混合弁２９の混合比率が調整されて給湯設定温度の湯が給湯栓４から給湯される。そして、給湯栓４の閉止によって給湯が終了するものである。

次に、浴槽６への湯張り運転について説明すると、リモコン５のふろ自動スイッチ４２が操作されると、給湯制御部３８が湯張り弁３４を開弁する。そして、給湯混合弁２９によってふろ設定温度に調整された湯水が湯張り管３３からふろ戻り管２５を介して浴槽６へ湯張りされ、湯張り管３３途中に設けられたふろ流量カウンタ３５が所定の湯張り量をカウントすると給湯制御部３８が湯張り弁３４を閉弁して湯張り運転を終了するものである。

なお、本発明の上記の実施例１に限定されるものではなく、入水温センサ１８に変えて貯湯温度センサ３２の検知温度を値ｂに応用しても同じ効果を得る事ができるものである。

また、加熱手段の電流値ｄ１に変えて、加熱手段であるヒートポンプユニット３と貯湯タンクユニット１の合計の運転電流値ｄ２を使用してもＣＯＰ制御手段２１によって所定値をｙに定める事で同じ効果を得ることができるものである。

本発明の実施例の貯湯式給湯装置の概略構成図。同実施例の要部ブロック図。同実施例の作動を説明するタイミングチャート図。従来例の作動を説明するタイミングチャート図。

符号の説明

１貯湯タンクユニット
２貯湯タンク
３ヒートポンプユニト
６浴槽
１１圧縮機
１２冷媒−水熱交換器
１３膨脹弁
１６循環ポンプ
１９入水温センサ
２０出湯温センサ
２１ＣＯＰ制御手段

Claims

給水管と給湯管が接続され湯水を貯湯する貯湯タンクを内部に備えた貯湯タンクユニットと、能力可変の圧縮機と冷媒−水熱交換器と膨脹弁と空気熱交換器等を備え、前記貯湯タンク内の湯水を加熱する加熱手段と、前記貯湯タンクと冷媒−水熱交換器とを入水管と出湯管で接続して循環回路を形成し、前記循環回路途中に湯水を循環させる能力可変の循環ポンプとを備え、前記貯湯タンク内の湯水を前記循環ポンプの駆動により前記循環回路を介して前記加熱手段の冷媒−水熱交換器に循環させて加熱し、再び貯湯タンクに戻す事で貯湯タンク内の温水を加熱すると共に、前記貯湯タンク内にふろ循環ポンプを備え、浴槽の湯水を循環させるふろ循環回路と、このふろ循環回路途中に設けられ浴槽水を前記貯湯タンクに貯められた温水で加熱するふろ熱交換器とを備え、前記ふろ循環ポンプを駆動して浴槽水を前記ふろ熱交換器に循環させて追い焚き運転するようにした貯湯式給湯装置に於いて、前記加熱手段の電流値ｄ１を検知する電流センサを設けると共に、前記冷媒−水熱交換器入り口又は入水管に入水温センサを、前記冷媒−水熱交換器出口又は出湯管に出湯温センサを設け、前記入水温センサの値ｂと出湯温センサの値ａの温度差ｔを算出し、ｔ×ｃ／ｄ１を所定値ｘに保つＣＯＰ制御手段を設け、このＣＯＰ制御手段によって前記圧縮機の回転数と膨脹弁の開度を制御することを特徴とする貯湯式給湯装置。
給水管と給湯管が接続され湯水を貯湯する貯湯タンクを内部に備えた貯湯タンクユニットと、能力可変の圧縮機と冷媒−水熱交換器と膨脹弁と空気熱交換器等を備え、前記貯湯タンク内の湯水を加熱する加熱手段と、前記貯湯タンクと冷媒−水熱交換器とを入水管と出湯管で接続して循環回路を形成し、前記循環回路途中に湯水を循環させる能力可変の循環ポンプとを備え、前記貯湯タンク内の湯水を前記循環ポンプの駆動により前記循環回路を介して前記加熱手段の冷媒−水熱交換器に循環させて加熱し、再び貯湯タンクに戻す事で貯湯タンク内の温水を加熱すると共に、前記貯湯タンク内にふろ循環ポンプを備え、浴槽の湯水を循環させるふろ循環回路と、このふろ循環回路途中に設けられ浴槽水を前記貯湯タンクに貯められた温水で加熱するふろ熱交換器とを備え、前記ふろ循環ポンプを駆動して浴槽水を前記ふろ熱交換器に循環させて追い焚き運転するようにした貯湯式給湯装置に於いて、前記加熱手段と貯湯タンクユニットの電流値ｄ２を検知する電流センサを設けると共に、前記冷媒−水熱交換器入り口又は入水管に入水温センサを、前記冷媒−水熱交換器出口又は出湯管に出湯温センサを設け、前記入水温センサの値ｂと出湯温センサの値ａの温度差ｔを算出し、ｔ×ｃ／ｄ２を所定値ｙに保つＣＯＰ制御手段を設け、このＣＯＰ制御手段によって前記圧縮機の回転数と膨脹弁の開度を制御することを特徴とする貯湯式給湯装置。