JP4046048B2 - 給湯システム - Google Patents

Description

この発明は、貯湯式給湯器を用いた給湯システム、特に、浴槽に貯留された湯水を追焚可能な給湯システムに関する。

貯湯式給湯器によって貯湯タンクに貯留された温水を利用して給湯を行う給湯システムには、浴槽に貯留された湯水を追い焚きすることができる追焚機能を備えているものがあり、こういった追焚機能付きの給湯システムでは、浴槽内の湯水を循環させる循環流路に、貯湯タンク内に設置される熱交換部を設け、追焚運転時には、循環流路に設置された循環ポンプによって浴槽内の湯水を循環させながら、熱交換部において貯湯タンクに貯留された温水と熱交換させることにより、浴槽内の湯水を昇温させるようになっている。

ところで、こういった給湯システムでは、通常、貯湯式給湯器が夜間に貯湯運転を行うことにより、１日分の温水を夜間に集中して貯湯タンクに貯留することになるが、１日に使用される温水は、必ずしも、一定であるというわけではないので、例えば、過去１週間における貯湯タンク内に貯留された温水の使用状況を実測することによって、１日における各時刻に必要な貯湯タンク内の平均的な貯湯熱量が最低貯湯熱量として設定されるようになっており、貯湯タンク内の実際の貯湯熱量が、その時刻における最低貯湯熱量を下回ると、その後に貯湯タンク内の温水が不足することが予想されるので、その時点で、貯湯式給湯器が貯湯運転を開始するようになっている。

このようにして、貯湯式給湯器が一旦貯湯運転を開始すると、貯湯タンク内の実際の貯湯熱量が最低貯湯熱量に到達しても、貯湯運転が即座に停止されることはなく、貯湯式給湯器が頻繁に運転と停止とを繰り返すことがないように、貯湯タンク内の実際の貯湯熱量が、最低貯湯熱量に所定の余裕分を上乗せした最大貯湯熱量以上に上昇した時点で、貯湯運転が停止されるようになっている。

特開２００２−０４８３９３号公報

ところで、こういった給湯システムでは、通常、追焚運転よりも給湯運転が優先されるようになっており、貯湯タンク内の貯湯熱量が最低貯湯熱量を下回っている状態では、給湯用の温水を確保するために、追焚運転を実行することができないようになっているので、浴槽に貯留された湯水を常に追い焚きすることができるとは限らないといった問題がある。

そこで、この発明の課題は、貯湯タンクに貯留されている温水が不足気味であっても、追焚運転を行うことができる給湯システムを提供することにある。

上記の課題を解決するため、請求項１にかかる発明は、貯湯タンクに温水を貯留する貯湯式給湯器と、浴槽内の湯水を、前記貯湯タンクに貯留された温水と熱交換させながら、循環させることによって、浴槽内の湯水の追い焚きを行う追焚系統とを備え、前記貯湯タンク内の貯湯熱量が、その時刻に必要な最低貯湯熱量を下回ると、前記貯湯式給湯器が貯湯運転を開始し、前記貯湯タンク内の貯湯熱量が、その時刻における最大貯湯熱量に到達すると、前記貯湯式給湯器が貯湯運転を停止するようになっている給湯システムにおいて、前記貯湯式給湯器が貯湯運転を行っている状態で追焚運転を実行する場合は、追焚能力が前記貯湯式給湯器の貯湯能力を上回らないように、浴槽内の湯水の循環流量が調整されるようになっていることを特徴とする給湯システムを提供するものである。

また、追焚運転を開始した後の給湯に与える影響を最小限に抑えるためには、請求項２にかかる発明の給湯システムのように、前記貯湯式給湯器が貯湯運転を行っている状態で追焚運転を実行する場合は、追焚能力が前記貯湯式給湯器の貯湯能力を所定比率で低減させた能力になるように、浴槽内の湯水の循環流量を調整するようにしておくことが望ましい。

また、追い焚きに要する時間を考慮すると、請求項３にかかる発明の給湯システムのように、前記貯湯式給湯器が貯湯運転を行っている状態で追焚運転を実行する場合は、追焚能力が、予め定められている最低追焚能力を下回らないように、浴槽内の湯水の循環流量を調整するようにしておくことが望ましい。

以上のように、請求項１にかかる発明の給湯システムでは、貯湯式給湯器が貯湯運転を行っている状態で追焚運転を実行する場合は、追焚能力が貯湯式給湯器の貯湯能力を上回らないように、追焚能力が制限されるようになっているので、追焚運転を開始しても貯湯タンク内の貯湯熱量が低下することがなく、少なくとも、追焚開始時点における貯湯タンク内の貯湯熱量を維持しながら、追い焚きが行われることになる。従って、追い焚きに要する時間は長くなるものの、その後の給湯に大きな影響を与えることがなく、貯湯タンクの貯湯熱量が不足気味であっても、確実に追い焚きを行うことが可能となる。

また、請求項２にかかる発明の給湯システムでは、追焚運転を開始した後も、貯湯タンク内の貯湯熱量が徐々に増えていくことになるので、追い焚きを行いながら、不足している貯湯熱量を補充することができる。

また、請求項３にかかる発明の給湯システムでは、最低追焚能力を適正に設定しておくと、追い焚きに要する時間が極端に長くなることがなく、ユーザが許容できる時間内に追い焚きを完了させることができる。

以下、実施の形態について図面を参照して説明する。図１に示すように、この給湯システム１は、カランやシャワー等への給湯や浴槽Ｂへの自動注湯を行うための温水を生成する直接加熱方式の貯湯式給湯器１０を備えており、この貯湯式給湯器１０によって生成された温水の熱を利用して間接加熱を行うことで、浴槽Ｂに貯留された湯水を追い焚きすることができるようになっている。

前記貯湯式給湯器１０は、低温の採熱源から蒸発器により吸熱し、高温の凝縮器からの放熱を利用して温水を生成するヒートポンプユニット１１と、このヒートポンプユニット１１によって生成された温水を貯留する貯湯タンク１２とが、貯湯循環ポンプ１４を有する貯湯循環配管１３を介して、相互に接続されたものであり、貯湯タンク１２の下部側に貯留されている湯水が、貯湯循環ポンプ１４によって送出され、ヒートポンプユニット１１によって貯湯設定温度（例えば、９０℃）まで昇温された後、貯湯タンク１２の上部側に導入されるようになっている。

また、貯湯タンク１２には、その下端部に水道水等の低温水を供給するための給水管１５が接続されていると共に、上端部には貯留された温水を送出するための温水送出管１６が接続されており、貯湯タンク１２の上部側に貯留された温水が温水送出管１６から送出されると、その温水の送出量に相当する量の低温水が給水管１５を介して貯湯タンク１２の下部側に導入されるようになっている。

また、貯湯タンク１２から貯湯設定温度の温水を送出する温水送出管１６には、混合調節弁１７を介して給水管１５ａが接続されており、貯湯タンク１２から送出される貯湯設定温度の温水に低温水を適宜混合することで、給湯設定温度や風呂設定温度の温水を生成して送出することができるようになっている。

また、貯湯タンク１２内には、その上部側に追焚用コイル２１が配設されており、この追焚用コイル２１と浴槽Ｂとが追焚往き配管２２ａ及び追焚戻り配管２２ｂを介して接続されることで、浴槽Ｂ内に貯留された湯水を循環させる循環流路が形成され、追焚往き配管２２ａに設置された、ＤＣポンプ等の可変流量タイプの追焚循環ポンプ２３によって、浴槽Ｂ内の湯水を、追焚用コイル２１を通して循環させることができるようになっている。

また、追焚戻り配管２２ｂには、温水送出管１６における混合調節弁１７の下流側で分岐した温水送出管１６ａが接続されており、この温水送出管１６ａには、その流路を開閉する電磁弁１８が設置されている。従って、この電磁弁１８を開弁させることにより、混合調節弁１７から送出される風呂設定温度の温水を、温水送出管１６ａ及び追焚戻り配管２２ｂを通して浴槽Ｂ内に自動注湯することが可能となる。なお、図示していないが、温水送出管１６ａにおける電磁弁１８の下流側には、浴槽Ｂに貯留されている湯水が、温水送出管１６側に逆流しないように、逆止弁（図示せず）が設置されている。

この貯湯式給湯器１０は、一日に使用される温水に相当する熱量の温水を貯湯タンク１２に貯留することができるように、貯湯設定温度及び貯湯タンク１２のタンク容量が設定されており、ヒートポンプユニット１１及び貯湯循環ポンプ１４を夜間運転させることによって、貯湯タンク１２内の湯水を、翌朝までに貯湯設定温度まで昇温させることができるようになっている。

しかしながら、１日の温水使用量は、必ずしも、一定であるというわけではないので、例えば、過去１週間における貯湯タンク１２内に貯留された温水の使用状況を実測することによって、図２（ａ）に一点鎖線で示すように、１日における各時刻に必要な貯湯タンク１２内の平均的な貯湯熱量が最低貯湯熱量Ｑｌとして設定されるようになっており、同図（ａ）、（ｂ）に示すように、貯湯タンク１２内の実際の貯湯熱量Ｑが、その時刻における最低貯湯熱量Ｑｌを下回ると、その時点で、貯湯式給湯器（ヒートポンプユニット１１及び貯湯循環ポンプ１４）１０が貯湯運転を開始するようになっている。

このようにして、貯湯式給湯器１０が一旦貯湯運転を開始すると、貯湯タンク１２内の実際の貯湯熱量Ｑが最低貯湯熱量Ｑｌに到達しても、貯湯運転が即座に停止されることはなく、貯湯式給湯器１０が頻繁に運転と停止とを繰り返すことがないように、同図（ａ）、（ｂ）に示すように、貯湯タンク１２内の実際の貯湯熱量Ｑが、最低貯湯熱量Ｑｌに所定の余裕分αを上乗せした最大貯湯熱量Ｑｕ以上に上昇した時点で、貯湯運転が停止されるようになっている。

また、貯湯式給湯器１０が貯湯運転を行っていない状態、即ち、貯湯タンク１２内の貯湯熱量に余裕がある状態において、追焚運転が実行された場合は、浴槽Ｂ内の湯水を追焚循環ポンプ２３の最大流量で循環させるが、貯湯式給湯器１０が貯湯運転を行っている状態、即ち、貯湯タンク１２内の貯湯熱量が不足気味である状態において、追焚運転が実行された場合は、追焚能力が、貯湯運転を行っている貯湯式給湯器１０の貯湯能力（ヒートポンプユニット１１から貯湯タンク１２に供給される単位時間当りの熱量）の８０％程度になるように、追焚循環ポンプ２３による浴槽Ｂ内の湯水の追焚循環流量を低下させるようになっている。具体的には、ヒートポンプ入口温度センサ３１によって検出されるヒートポンプ入口温度Ｔａ、ヒートポンプ出口温度センサ３２によって検出されるヒートポンプ出口温度Ｔｂ、貯湯循環流量ｑ１、追焚往き温度センサ３３によって検出される追焚往き温度Ｔｃ及び追焚戻り温度センサ３４によって検出される追焚戻り温度Ｔｄから、数１に示す演算式に従って、追焚循環流量ｑ２を算出するようになっている。

例えば、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、貯湯式給湯器１０が貯湯運転を行っている状態において、追焚運転を開始した時点ｔ１から、追焚運転を終了する時点ｔ２までの間は、貯湯運転を行っている貯湯式給湯器１０の貯湯能力の８０％分が追い焚きに使用され、残りの２０％分が貯湯タンク１２への貯湯に使用されることになるので、追焚運転の開始後も、貯湯タンク１２内の貯湯熱量が低下することがなく、徐々にではあるが、貯湯タンク１２内の貯湯熱量が増大していくことになる。

従って、浴槽Ｂ内の湯水を追焚循環ポンプ２３の最大流量で循環させる場合に比べて、追い焚きに要する時間は多少長くなるが、その後の給湯にほとんど影響を与えることがなく、貯湯タンク１２内の貯湯熱量が不足気味であっても、確実に追い焚きを行うことが可能となる。

なお、上述した実施形態では、貯湯式給湯器１０が貯湯運転を行っている状態において、追焚運転が実行された場合は、追焚能力が、貯湯運転を行っている貯湯式給湯器１０の貯湯能力の８０％程度になるように、追焚循環ポンプ２３による浴槽Ｂ内の湯水の追焚循環流量を低下させるようになっているが、これに限定されるものではなく、追焚能力が貯湯式給湯器１０の貯湯能力以下になるように、追焚循環流量を調整すればよい。

ただし、追焚能力が貯湯式給湯器１０の貯湯能力と等しくなるように、追焚循環流量を調整すると、追焚運転を実行している間は、貯湯タンク１２内の貯湯熱量を全く増やすことができないので、上述した実施形態のように、追焚能力が貯湯式給湯器１０の貯湯能力を所定比率で低減させた能力になるように、追焚循環流量を調整するようにしておくことが望ましい。

逆に、追焚能力を制限しすぎると、追い焚きに要する時間が極端に長くなって、実質的に追い焚きを行うことができないような状態になってしまうので、例えば、浴槽Ｂ内の湯水を１時間で１０℃上昇させることができるような追焚能力を最低追焚能力として予め設定しておき、この最低追焚能力を下回らないように、追焚循環流量を調整するようにしておくことが望ましい。

また、上述した実施形態では、追焚循環流量を調整するために、可変流量タイプの追焚循環ポンプ２３を使用しているが、これに限定されるものではなく、定流量タイプの追焚循環ポンプを使用し、流量調整弁等によって循環流路の流路抵抗を変化させることで追焚循環流量を調整することも可能である。

また、上述した実施形態では、ヒートポンプユニット１１によって温水を生成する貯湯式給湯器１０を使用した給湯システムについて説明したが、これに限定されるものではなく、ボイラーやコージェネレーションシステムにおけるガスエンジンやガスタービンの排熱によって温水を生成する種々の貯湯式給湯器を使用することも可能である。

この発明にかかる給湯システムの一実施形態を示す概略構成図である。 （ａ）は同上の給湯システムに使用されている貯湯式給湯器における貯湯タンク内の貯湯熱量の変化を示すグラフ、（ｂ）は同上の貯湯式給湯器の運転状況を示すタイミングチャートである。 （ａ）は同上の給湯システムにおいて、貯湯運転中に追焚運転が実行されたときの貯湯タンク内の貯湯熱量の変化を示すグラフ、（ｂ）は同上の貯湯式給湯器の運転状況を示すタイミングチャートである。

符号の説明

１ 給湯システム
１０ 貯湯式給湯器
１１ ヒートポンプユニット
１２ 貯湯タンク
１３ 貯湯循環配管
１４ 貯湯循環ポンプ
１５、１５ａ 給水管
１６、１６ａ 温水送出管
１７ 混合調節弁
１８ 電磁弁
２１ 追焚用コイル（追焚系統）
２２ａ 追焚往き配管（追焚系統）
２２ｂ 追焚戻り配管（追焚系統）
２３ 追焚循環ポンプ（追焚系統）
３１ ヒートポンプ入口温度センサ
３２ ヒートポンプ出口温度センサ
３３ 追焚往き温度センサ
３４ 追焚戻り温度センサ
Ｂ 浴槽

Claims (3)

1. 貯湯タンクに温水を貯留する貯湯式給湯器と、
   浴槽内の湯水を、前記貯湯タンクに貯留された温水と熱交換させながら、循環させることによって、浴槽内の湯水の追い焚きを行う追焚系統とを備え、
   前記貯湯タンク内の貯湯熱量が、その時刻に必要な最低貯湯熱量を下回ると、前記貯湯式給湯器が貯湯運転を開始し、
   前記貯湯タンク内の貯湯熱量が、その時刻における最大貯湯熱量に到達すると、前記貯湯式給湯器が貯湯運転を停止するようになっている給湯システムにおいて、
   前記貯湯式給湯器が貯湯運転を行っている状態で追焚運転を実行する場合は、追焚能力が前記貯湯式給湯器の貯湯能力を上回らないように、浴槽内の湯水の循環流量が調整されるようになっていることを特徴とする給湯システム。
2. 前記貯湯式給湯器が貯湯運転を行っている状態で追焚運転を実行する場合は、追焚能力が前記貯湯式給湯器の貯湯能力を所定比率で低減させた能力になるように、浴槽内の湯水の循環流量が調整されるようになっている請求項１に記載の給湯システム。
3. 前記貯湯式給湯器が貯湯運転を行っている状態で追焚運転を実行する場合は、追焚能力が、予め定められている最低追焚能力を下回らないように、浴槽内の湯水の循環流量が調整されるようになっている請求項１または２に記載の給湯システム。

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