JP4290659B2 - 給湯システムの運転方法 - Google Patents

Description

本発明は、給湯システムの運転方法に関し、特に、加熱源にヒートポンプを用いた給湯システムに有効な給湯システムの運転方法に関する。

給湯システムの一例として、貯湯槽と加熱源とを直列に連結した閉路を形成し、この閉路内の貯湯槽と加熱源との間で水を循環させることにより、所定の温度（８５〜９０℃）に加熱した湯水を貯湯槽内に貯留し、貯湯槽内に冷水（６〜２５℃）を供給することにより、冷水の圧力によって貯湯槽から湯水を押し出し、適度な温度に調整して各所に給湯するように構成したものが知られている。

このような構成の給湯システムにおいては、給湯量の少ない時間帯に貯湯槽内の湯水又は水を加熱源で加熱して所定の温度（８５〜９０℃）の湯水とし、この湯水を貯湯槽内に戻して貯留し、給湯量の多い時間帯に不足することなく各所に給湯している（例えば、特許文献１、特許文献２参照。）。
特許第３５３９５０４号公報 特許第３５３９５０５号公報

ところで、上記のような構成の給湯システムにあっては、１日の給湯が終了して次の日の給湯に備えた貯湯運転を行う際に、貯湯槽内に、貯湯運転中に消費される総給湯量よりもかなり多い量の湯水が残湯しているため、時間の経過に伴って貯湯槽内の残湯量が増加し、それに伴って貯湯槽内に形成される混合層の範囲が増大してしまう。このため、加熱源にヒートポンプを使用した場合に、混合層内の湯水を加熱することが困難になり、その分だけ貯湯槽に貯湯できる湯水の総量が少なくなってしまう。

本発明は、上記のような従来の問題に鑑みなされたものであって、１日の給湯が終了したときの貯湯槽内の残湯量を必要最低限に減らすことにより、貯湯槽内の残湯量が時間の経過に伴って増大して混合層の範囲が増大するのを防止することができる給湯システムの運転方法を提供することを目的とするものである。

上記のような課題を解決するために、本発明は、以下のような手段を採用している。
すなわち、請求項１に係る発明は、冷水を加熱源によって加熱することにより温水とし、この温水を貯湯槽に貯留する加熱系統と、前記貯湯槽内に貯留されている温水を貯湯槽外に圧送し、この温水を水栓を介して給湯する給湯系統と、該給湯系統の温水を前記貯湯槽とは別に設けられた循環槽を介して循環させる循環系統と、該循環系統の温水を加熱系統に導いて加熱手段によって加熱し循環系統に戻すことにより、当該循環系統内の温水を所定の温度に保つ追い焚き系統と、を備えた給湯システムの運転方法であって、１日の給湯が終了して次の日の給湯に備えた貯湯運転に入る直前に残湯量を検出し、該残湯量に基づいて貯湯運転による前記貯湯槽内への貯湯量を制御することを特徴とする。
本発明による給湯システムの運転方法によれば、１日の給湯が終了したときの貯湯槽内の残湯量に基づいて、次の日の給湯に備えた貯湯運転による貯湯槽内への貯湯量が制御されることになる。
従って、貯湯槽内に時間の経過に伴って残湯量が増大し、貯湯槽内に形成される混合層の範囲が拡大するのを防止できる。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の給湯システムの運転方法であって、前記残湯量が貯湯運転中に消費される総給湯量よりも僅かに多くなるように、貯湯運転による前記貯湯槽内への貯湯量を制御することを特徴とする。
本発明による給湯システムの運転方法によれば、１日の給湯が終了したときに、貯湯槽内には貯湯運転の際に消費される総給湯量よりも僅かに多い量の湯水が残湯することになり、この湯水は貯湯運転の際に殆ど消費されることになる。
従って、貯湯槽内に時間の経過に伴って残湯量が増大し、貯湯槽内に形成される混合層の範囲が拡大するのをより効果的に防止できる。

請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載の給湯システムの運転方法であって、前記貯湯槽には、残湯量を検出する残湯量検出用の温度センサと、貯湯量を検出する貯湯量検出用の温度センサとが設けられ、これらの温度センサからの検出信号から次の日の給湯に備えた貯湯運転による貯湯量が設定されることを特徴とする。
本発明による給湯システムの運転方法によれば、残湯量用の温度センサが検出した温度により貯湯槽内の残湯量が検出され、貯湯量用の温度センサが検出した温度により貯湯槽内の貯湯量が検出されることになり、これらの検出信号から貯湯槽内に貯湯運転の際に消費される総給湯量よりも僅かに多い量の湯水が残湯されることになる。

請求項４に係る発明は、請求項１から３の何れかに記載の給湯システムの運転方法であって、前記加熱源は、冷媒としてＣＯ _２ を用いたヒートポンプであることを特徴とする。
本発明による給湯システムの運転方法によれば、１日の給湯が終了して次の日の給湯に備えて貯湯運転を行うことにより、貯湯槽内に残湯している前日の湯水を殆ど消費することができるので、貯湯槽内を新たに作り出した湯水で充満することができる。

以上、説明したように、本発明の給湯システムの運転方法によれば、１日の給湯が終了したときの貯湯槽内の残湯量に基づいて、次の日の給湯に備えた貯湯運転による貯湯槽内への貯湯量が制御されることになる。
従って、貯湯槽内の残湯量が時間の経過に伴って増大して、貯湯槽内に形成される混合層の範囲が拡大するようなことはなく、貯湯槽内の湯水の総貯湯量が混合層の分だけ少なくなるようなことはなく、各所に湯水を不足することなく給湯することができる。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
図１〜図３には、本発明による給湯システムの運転方法一実施の形態が示されていて、この給湯システムの運転方法は、加熱源３０にヒートポンプを用いた給湯システム１に適用したものであって、この給湯システム１は、加熱系統２と給湯系統２５と循環系統４０と追い炊き系統５０とを備えている。

加熱系統２は、図１に示すように、閉路内に第１、第２の二つの貯湯槽３、７と加熱手段３０とを直列に設けて構成したものであって、第１、第２貯湯槽３、７と加熱手段３０との間で水又は湯水を循環させることにより、水又は湯水を所定の温度に加熱し、第１、第２貯湯槽３、７内に所定の温度（８５〜９０℃）の湯水を貯留する。

第１、第２貯湯槽３、７は同一形状の縦長に形成され、第１貯湯槽３の上部には流入口４が設けられ、底部には流入口５と流出口６が設けられ、第２貯湯槽７の上部には流入口８と流出口９が設けられ、底部には流出口１０が設けられている。

第１貯湯槽３の上部の流入口４と第２貯湯槽７の底部の流出口１０との間は配管３５を介して接続され、第１貯湯槽３の底部の流出口６と第２貯湯槽７の上部の流入口８との間は配管３５を介して接続され、この配管３５の途中に加熱手段３０が設けられる。

第１貯湯槽３の底部の流出口６には開閉弁１１が設けられ、この開閉弁１１の作動により第1貯湯槽３の底部の流出口６が開閉される。第２貯湯槽７の上部の流入口８には開閉弁１２が設けられ、この開閉弁１２の作動により第２貯湯槽７の上部の流入口８が開閉される。なお、両開閉弁１１、１２の代わりに逆止弁を用いて、閉路内の水の流通方向を規制しても良い。

第１貯湯槽３の底部の流入口５には給水系統１３が接続されている。給水系統１３は、水道等の給水源１４と、給水源１４と第1貯湯槽３の底部の流入口５との間を接続する給水用の配管３５とから構成されている。給水系統１３の作動により、給水用の配管３５、流入口５を介して第1貯湯槽３内にその下側から６〜２５℃の冷水が供給される。第1貯湯槽３内に供給された冷水は、第1貯湯槽３内を充満した後に配管３５を介して第２貯湯槽７内に流入し、第２貯湯槽７内を充満する。

第２貯湯槽７には、上から下に向かって第１、第２、第３、第４温度センサ１５〜１８が設けられ、第１貯湯槽３には、上から下に向かって第５、第６、第７、第８温度センサ１９〜２２が設けられ、これらの第１〜第８温度センサ１５〜２２により、第１貯湯槽３内の温度及び第２貯湯槽７内の温度が検出される。第１〜第８温度センサ１５〜２２としては、例えば、挿入型又は表面貼付型のサーモスタット等が挙げられる。

加熱手段３０としては、例えば、冷媒にＣＯ２ガスを用いたヒートポンプ（エコキュート（登録商標））が有効である。ヒートポンプは、水加熱用の熱交換器、膨張弁、空気用の熱交換器、コンプレッサー、循環ポンプ３１等からなり、水加熱用の熱交換器の上流側に第１貯湯槽３の底部の流出口６が開閉弁１１及び配管３５を介して接続され、下流側に第２貯湯槽７の上部の流入口８が開閉弁１２及び配管３５を介して接続される。

両開閉弁１１、１２を開いた状態で加熱手段３０の循環ポンプ３１を作動させることにより、第１、第２貯湯槽３、７と水加熱用の熱交換器との間で水（冷水又は湯水）が循環され、水加熱用の熱交換器において、水と（冷水又は湯水）と冷媒との間で熱交換が行なわれ、空気用の熱交換器において、冷媒と空気との間で熱交換が行なわれ、水又は湯水が所定の温度（８５〜９０℃）の湯水となり、この湯水は、第１貯湯槽３内及び第２貯湯槽層７内に貯湯される。両貯湯槽３、７内に湯水が充満されたのを第１〜第８温度センサ１５〜２２で検出することにより、加熱手段３０の作動が停止される。両貯湯槽３、７内の湯水の温度が所定の値以下になった場合には、それを第１〜第８温度センサ１５〜２２で検出することにより、加熱手段３０が作動して湯水が所定の温度に加熱される。

加熱手段３０としては、ヒートポンプに限らず、電力、液体燃料（灯油等）、気体燃料（都市ガス、天然ガス、ＬＰＧガス等）を熱源とする熱源機であっても良い。要は、第１、第２の貯湯槽３、７及び給水源からの冷水又は湯水を加熱して所定の温度の湯水にすることができるものであれば良い。

給湯系統２５は、配管３５を介して直列に接続される第１貯湯槽３と第２貯湯槽７と、第１貯湯槽３の底部の流入口５に接続される前述した給水系統１３と、第２貯湯槽７の上部の流出口９に接続される給湯用の配管３５と、給湯用の配管３５の先端部に設けられる各種の水栓２６と、給水系統１３の給水用の配管３５と給湯用の配管３５との間を接続するバイパス用の配管３５とを備えている。給湯用の配管３５とバイパス用の配管３５との接続部には比例三方向弁２７が設けられている。

このような構成の給湯系統２５によれば、水栓２６を開くことにより、給水系統１３の給水源１４から６〜２５℃の冷水が給水用の配管３５及び流入口５を介して第１貯湯槽３の底部に供給され、この冷水の圧力によって第１貯湯槽３内の湯水が押し上げられ、押し上げられた分量に相当する湯水が第２貯湯槽７の上部の流出口９から給湯用の配管３５内に押し出され、バイパス用の配管３５を介して給湯用の配管３５内に供給される冷水と混合され、６０±５℃の湯水となって水栓２６に導かれ、水栓２６から給湯される。

循環系統４０は、給湯用の配管３５の比例三方向弁２７の下流側の部分に循環用の配管３５を接続して閉路を形成し、この閉路内に循環槽４１を設けたものであって、循環槽４１の流入口側には循環ポンプ４２が設けられている。

循環系統４０は、例えば、水栓２６からの給湯量が少ない夜間等に作動し、給湯用の配管３５内において６５℃の湯水を循環させている。ここで循環する湯水は、配管３５からの放熱により温度が低下（５５±５℃）し、循環槽４１の流入口側に戻ることとなる。循環系統４０により、湯水の使用量が少ない夜間等に必要以上にエネルギーを消費するのを防止でき、省エネルギー化を図ることができる。循環系統４０は、単独で作動させても良いし、給湯系統２５と一緒に作動させても良い。

循環槽４１には、上から下に向かって第1温度センサ４３、第２温度センサ４４、第３温度センサ４５がそれらの順に設けられ、これらの温度センサ４３〜４５からの検出信号により、後述する追い焚き系統５０が作動するように構成されている。

追い焚き系統５０は、循環槽４１と加熱手段３０との間を配管３５を介して接続して閉路を形成したものであって、循環系統４０で循環槽４１を循環する湯水が所定の温度以下に下がった場合に、それを第１〜第３温度センサ４３〜４５で検出し、第１〜第３温度センサ４４〜４５からの検出信号により加熱手段３０の循環ポンプ３１を作動させ、循環槽４１と加熱手段３０との間で循環槽４１内の湯水を循環させ、湯水を所定の温度（８５〜９０℃）の湯水とし、この湯水を循環槽４１内に導き、循環槽４１内の温度の低下した湯水と混合させることにより、循環槽４１内の湯水を所定の温度に保っている。

循環槽４１の上流側及び下流側にはそれぞれ開閉弁４６、４７が設けられ、この開閉弁４６、４７を開いた状態で加熱手段３０を作動させることにより、循環槽４１内の湯水が所定の温度に保たれる。

なお、図１中、７０は給水温度を検出する温度センサ、７１は加熱源３０の入口温度を検出する温度センサ、７２は加熱源３０の出口温度を検出する温度センサ、７３は給湯の往き温度を検出する温度センサ、７４は給水流量を計測する流量計、７５は給湯流量を計測する流量計である。

本実施の形態においては、上記のような構成の給湯システム１の運転を行う場合に、１日の当たりの第１、第２貯湯槽３、７内の残湯量をできるだけ少なくして、省エネルギー化を図るとともに、第１、第２貯湯槽３、７内に形成される混合層の範囲をできるだけ少なくする運転方法を採っている。

具体的には、１日の給湯が終了して次の日の給湯に備えた貯湯運転に入る直前に第１、第２貯湯槽３、７内の残湯量を検出し、この残湯量が次の日の給湯に備えた貯湯運転中に消費される総給湯量よりも僅かに多くなるように、貯湯運転による第１、第２貯湯槽３、７内への貯湯量を制御している。

すなわち、図２及び図３に示すように、第２貯湯槽７の０Ｌ、５００Ｌ、７００Ｌ、９００Ｌ、……１９００Ｌ、２１００Ｌの位置にそれぞれ温度センサＴ１〜Ｔ１０を設け、第１貯湯槽３の２６００Ｌ、３１００Ｌ、……４５００Ｌ、４７００Ｌの位置にそれぞれ温度センサＴ１１〜Ｔ２０を設ける。

そして、基準貯湯量をＸ０＝４５００Ｌ、基準残湯量をＹ０＝９００、貯湯量の調整幅をＸ１とし、給湯システムを運転して給湯を行い、１日の給湯終了直前（例えば、２２時）にＹ０（９００Ｌ）の位置の温度を温度センサＴ４により検出し、この検出温度が６５℃以上あるか否かの判断を行い、この検出温度により残湯量を推定する（ステップＳ１）。

ここで、温度センサＴ４によるＹ０の位置の検出温度が６５℃以下であった場合には、残湯量が基準残湯量よりも少ないと判断して、給湯システム全体のリセットを行い、給水温度Ｐ０が６０℃になるまで貯湯運転を行い、第１、第２貯湯槽３、７内の全体を湯水で充満させる。

また、温度センサＴ４によるＹ０の位置の検出温度が６５℃以上あった場合には、次の日の給湯に備えて行う貯湯運転を基準貯湯量Ｘ０よりも１レベル（Ｘ１＝６００Ｌ）下げて行い、第１、第２貯湯槽内３、７内に１レベル下げた量の湯水を貯湯する。そして、１レベル下げた貯湯量Ｘ０が最低レベルか否かの判断を行い、最低レベルであった場合にはその状態を維持する貯湯運転を継続する（ステップＳ２）。

一方、Ｘ０が最低レベルでなかった場合には、さらに１レベル（Ｘ１＝６００Ｌ）下げた貯湯運転を行う（ステップＳ３）。

そして、上記のような制御を毎日行うことにより、１日の給湯が終了して次の日の給湯に備えた貯湯運転を行った際に、第１、第２貯湯槽３、７内の残湯量を殆どなくすことができるので、第１、第２貯湯槽３、７内の残湯量が時間の経過に伴って増大するようなことはなく、第１、第２貯湯槽３、７内に形成される混合層の範囲が増大するのを防止できる。従って、加熱源３０にヒートポンプを用いた場合であっても、貯湯槽３、７内の湯水の総量が少なくなるようなことはなく、各所に湯水を不足することなく給湯することができる。

また、第１、第２貯湯槽３、７内には、前日の湯水が殆ど残湯することがないので、給湯システム１を効率良く運転することができ、省エネルギー化を図ることができる。

さらに、上記のような制御を毎日行うことにより、１日の給湯量にばらつきが生じても、次の日の給湯に備えた貯湯運転による貯湯量によってばらつきを吸収することができるので、時期的な要因によって給湯量に変化が生じても、第１、第２貯湯槽３、７内の残湯量を次の日の給湯に備えた貯湯運転によって殆ど消費することができる。従って、第１、第２貯湯槽３、７内の残湯量が時間の経過に伴って増大して、第１、第２貯湯槽３、７内に形成される混合層の範囲が増大するのを阻止できる。

上記のように構成したこの実施の形態による給湯システムの運転方法にあっては、１日の給湯が終了したときの第１、第２貯湯槽３、７内の残湯量が、次の日の給湯に備えた貯湯運転を行う際に消費する総給湯量よりも僅かに多くなるように制御しているので、第１、第２貯湯槽３、７内の残湯量が時間の経過に伴って増大するようなことはない。従って、第１、第２貯湯槽３、７内に形成される混合層の範囲が増大するようなことがないので、加熱源３０にヒートポンプを使用した場合であっても、貯湯槽内の湯水の総量が少なくなるようなことはなく、各所に湯水を不足することなく供給することができる。

また、時期的な要因によって１日の給湯量に変化が生じても、第１、第２貯湯槽３、７内の残湯量を次の日の給湯に備えた貯湯運転において殆ど消費できるので、残湯量が増大して混合層の範囲が増大するようなことはない。

さらに、第１、第２貯湯槽３、７内の残湯量を殆どなくすことができるので、給湯システムを効率良く運転することができ、省エネルギー化を図ることができる。

なお、上記の説明においては、第１貯湯槽３及び第２貯湯槽７の２つの貯湯槽によって給湯システム１を構成したが、図示はしないが、１つの貯湯槽によって給湯システムを構成した場合に本発明を適用しても良いものであり、その場合にも同様の作用効果を奏するのは勿論のことである。

また、上記の実施の形態においては、貯湯運転開始時点の残湯量に基づいて、貯湯量を設定することとしたが、過去数日の貯湯運転開始時点の残湯量の平均値に基づいて、貯湯量を設定してもよい。また、例えば、曜日によって昼間の給湯量が変動する場合には、曜日によって貯湯量を増減させても良い。

本発明による給湯システムの運転方法の一実施の形態の全体を示した説明図である。 図１に示す給湯システムの運転方法の貯湯槽の温度検出位置を示した説明図である。 図１に示す給湯システムの運転方法のフロー図である。

符号の説明

１ 給湯システム ２ 加熱系統
３ 第１貯湯槽 ４、５、８ 流入口
６、９、１０ 流出口 ７ 第２貯湯槽
１１、１２、４６、４７、５１、５２、６６ 開閉弁
１３ 給水系統 １４ 給水源
１５、４３ 第１温度センサ １６、４４ 第２温度センサ
１７、４５ 第３温度センサ １８ 第４温度センサ
１９ 第５温度センサ ２０ 第６温度センサ
２１ 第７温度センサ ２２ 第８温度センサ
２５ 給湯系統 ２６ 水栓
２７ 比例三方向弁 ３０ 加熱手段
３１ 循環ポンプ ３５ 配管
４０ 循環系統 ４１ 循環槽
４２ 循環ポンプ ５０ 追い炊き系統
Ｔ１〜Ｔ２０ 温度センサ

Claims (4)

1. 貯湯槽と加熱源との間で水又は湯水を循環させることにより貯湯槽内に所定の温度の湯水を貯湯する加熱系統と、
   前記貯湯槽内に貯留されている温水を貯湯槽外に圧送し、この温水を水栓を介して給湯する給湯系統と、
   該給湯系統の温水を前記貯湯槽とは別に設けられた循環槽を介して循環させる循環系統と、
   該循環系統の温水を加熱系統に導いて加熱手段によって加熱し循環系統に戻すことにより、当該循環系統内の温水を所定の温度に保つ追い焚き系統と、
   を備えた給湯システムの運転方法であって、
   １日の給湯が終了して次の日の給湯に備えた貯湯運転に入る直前に残湯量を検出し、該残湯量に基づいて貯湯運転による前記貯湯槽内への貯湯量を制御することを特徴とする給湯システムの運転方法。
2. 前記残湯量が貯湯運転中に消費される総給湯量よりも僅かに多くなるように、貯湯運転による前記貯湯槽内への貯湯量を制御することを特徴とする請求項１に記載の給湯システムの運転方法。
3. 前記貯湯槽には、残湯量を検出する残湯量検出用の温度センサと、貯湯量を検出する貯湯量検出用の温度センサとが設けられ、これらの温度センサからの検出信号から次の日の給湯に備えた貯湯運転による貯湯量が設定されることを特徴とする請求項１又は２に記載の給湯システムの運転方法。
4. 前記加熱源は、冷媒としてＣＯ _２ を用いたヒートポンプであることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の給湯システムの運転方法。

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