JP4749945B2 - 貯湯式暖房装置 - Google Patents
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Description
この発明は、貯湯タンク内の温水を熱源とする貯湯式暖房装置に関するものである。
従来よりこの種のものでは、貯湯タンク内の高温水を暖房用熱交換器に流通させ、二次側の熱媒と熱交換して放熱器で暖房を行わせ、暖房用熱交換器で温度降下した温水を貯湯タンク下部に戻すことを繰り返すことにより、貯湯タンクの中間部には暖房の熱交換で温度低下した４０?〜６０?の中温水が貯湯され、この中温水をヒートポンプで再加熱すると、エネルギー消費効率ＣＯＰが低下するのを防止するために、貯湯タンク中央部に中温水出湯管を接続して、混合弁で高温水と中温水とを混合して給湯に使用することで、出来るだけ中温水を減らし給水と置き換えＣＯＰの向上を図るものであった。（特許文献１参照。）
特開２００４−２４５５１２号公報
ところでこの従来のものを寒冷地で使用した場合、暖房は一日の内に長時間使用されることになり、大量の中温水が発生するが、これに比較して給湯の使用は短時間で使用量も少ないことから、使用量を発生量が大きく上回り、ヒートポンプでの再加熱時にはやはり中温水が加熱されることとなって、ＣＯＰの向上は望めないと言う大きな問題点を有するものであった。
この発明は上記課題を解決するために、特に請求項１ではその構成を、貯湯タンク内の湯水を高温に加熱する加熱手段と、前記貯湯タンク上部の出湯口からの高温水を暖房熱交換器に供給する高温水供給管と、熱交換後の温度低下した温水を戻し管を介して貯湯タンク下部の戻し口より該貯湯タンクに戻す一次側循環ポンプを備えた一次循環回路と、前記暖房熱交換器を通過して加熱された熱媒を、暖房用放熱器で放熱させた後に再び暖房熱交換器に循環させる二次側循環ポンプを備えた二次循環回路とを備え、室内の暖房を行うようにしたものに於いて、前記出湯口から戻し口までの間の貯湯タンクには複数の中温水の取り出し口と、該取り出し口に連通する複数の取り出し管を備え、各取り出し口からの中温水の取り出しを第２切替弁で切替えると共に、取り出し管と高温水供給管との接続部分には、温水の取り出しを出湯口と取り出し口とで切替える切替弁或いは出湯口からの高温水と取り出し口からの中温水とを所定温度にミキシングする混合弁を備えたものである。
又請求項２では、貯湯タンク内の湯水を高温に加熱する加熱手段と、前記貯湯タンク上部の出湯口からの高温水を暖房熱交換器に供給する高温水供給管と、熱交換後の温度低下した温水を戻し管を介して貯湯タンク下部の戻し口より該貯湯タンクに戻す一次側循環ポンプを備えた一次循環回路と、前記暖房熱交換器を通過して加熱された熱媒を、暖房用放熱器で放熱させた後に再び暖房熱交換器に循環させる二次側循環ポンプを備えた二次循環回路とを備え、室内の暖房を行うようにしたものに於いて、前記出湯口から戻し口までの間の貯湯タンクには複数の中温水の取り出し口と、該取り出し口に連通する複数の取り出し管を備え、各取り出し口から中温水を取り出して第２混合弁でミキシングすると共に、取り出し管と高温水供給管との接続部分には、温水の取り出しを出湯口と取り出し口とで切替える切替弁或いは出湯口からの高温水と取り出し口からの中温水とを所定温度にミキシングする混合弁を備えたものである。
この発明の請求項１によれば、暖房使用で発生した中温水を、暖房で使用出来る温度では、切替弁の場合は切替えで優先して暖房に使用して使い切ることが出来、又混合弁の場合は、高温水とミキシングしながら暖房に優先して使用し切ることで、効率の良い暖房を行うと共に、中温水の温度を下げてヒートポンプでの再加熱時のＣＯＰを向上させることが出来るものである。
更に複数の取り出し管により貯湯タンク内でも保有温度が違う中温水を、各温度毎に切替弁で切替えて暖房に使用出来るので、より多くの中温水をより低い温度まで暖房に利用して、効率の良い暖房を行うと共に、中温水の温度を下げてヒートポンプでの再加熱時のＣＯＰを向上させることが出来るものである。
更に複数の取り出し管により貯湯タンク内でも保有温度が違う中温水を、各温度毎に切替弁で切替えて暖房に使用出来るので、より多くの中温水をより低い温度まで暖房に利用して、効率の良い暖房を行うと共に、中温水の温度を下げてヒートポンプでの再加熱時のＣＯＰを向上させることが出来るものである。
又請求項２よれば、暖房使用で発生した中温水を、暖房で使用出来る温度では、切替弁の場合は切替えで優先して暖房に使用して使い切ることが出来、又混合弁の場合は、高温水とミキシングしながら暖房に優先して使用し切ることで、効率の良い暖房を行うと共に、中温水の温度を下げてヒートポンプでの再加熱時のＣＯＰを向上させることが出来るものである。
更に複数の取り出し管により貯湯タンク内でも保有温度が違う中温水を、各温度毎に混合弁でミキシングして暖房に使用出来るので、更により多くの中温水を更により低い温度まで暖房に利用して、効率の良い暖房を行うと共に、中温水の温度を下げてヒートポンプでの再加熱時のＣＯＰを向上させることが出来るものである。
更に複数の取り出し管により貯湯タンク内でも保有温度が違う中温水を、各温度毎に混合弁でミキシングして暖房に使用出来るので、更により多くの中温水を更により低い温度まで暖房に利用して、効率の良い暖房を行うと共に、中温水の温度を下げてヒートポンプでの再加熱時のＣＯＰを向上させることが出来るものである。
次にこの発明の一実施形態の貯湯式暖房装置を図１に基づき説明する。
この貯湯式暖房装置は、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暖房に用いるものである。
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２内の温水を加熱する加熱手段を構成するヒートポンプユニット、４は貯湯タンク２の温水と熱媒が熱交換する暖房熱交換器、５は適宜室内に設置された暖房用放熱器である。
この貯湯式暖房装置は、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暖房に用いるものである。
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２内の温水を加熱する加熱手段を構成するヒートポンプユニット、４は貯湯タンク２の温水と熱媒が熱交換する暖房熱交換器、５は適宜室内に設置された暖房用放熱器である。
前記貯湯タンクユニット１の貯湯タンク２は、上端に出湯口６を設けこの出湯口６と暖房熱交換器４入口とは高温水供給管７で連通されており、該暖房熱交換器４下部の出口と貯湯タンク２側面下部の戻り口８とは一次側循環ポンプ９を備えた戻り管１０で連通しており、この高温水供給管７と暖房熱交換器４及び一次側循環ポンプ９を備えた戻り管１０とで一次循環回路１１を構成するものである。
１２はヒーポン循環回路で、貯湯タンク２底部とヒートポンプユニット３とを結び該貯湯タンク２内の湯水をヒートポンプユニット３に供給するヒーポン往き管１３と、ヒートポンプユニット３と貯湯タンク２上端とを連通し、該ヒートポンプユニット３で沸き上げられた温水を貯湯タンク２上部に戻すヒーポン戻し管１４と、前記ヒーポン往き管１３途中に備えられたヒーポン循環ポンプ１５とから構成されている。
１６は暖房を行う二次循環回路で、暖房熱交換器４で加熱された熱媒を、二次側循環ポンプ１７の駆動により暖房用放熱器５に循環させて、ここで放熱させることで室内の暖房を行い温度低下した熱媒を、再び暖房熱交換器４に循環して加熱する循環を順次繰り返すものである。
１８は前記暖房熱交換器４で熱媒と熱交換し温度降下して貯湯タンク２に戻された４０?〜６０?の中温水を取り出す取り出し口で、出湯口６と戻り口８のほぼ中間の貯湯タンク２側面に形成されており、この取り出し口１８には取り出し管１９が接続され、該取り出し管１９の他端は高温水供給管７に接続されるが、この接続部分には暖房熱交換器４へ供給する温水を、高温水供給管７からの高温水と取り出し管１９からの中温水のどちらかを選択する切替弁２０が備えられている。
２１はマイコンから成る制御回路で、貯湯タンク２内の上下方向各層での温度を検知する上部の温度検知用としての第１貯湯温度センサ２２、中間部の温度検知用としての第２貯湯温度センサ２３、下部の温度検知用としての第３貯湯温度センサ２４、二次循環回路１６の温度を検知するように暖房熱交換器４に入り口に備えられた暖房温度センサ２５がそれぞれ入力側に接続されており、出力側には切替弁２０、一次側循環ポンプ９、二次側循環ポンプ１７、更に適宜沸き増しを指示するためにヒートポンプユニット３が接続されている。
又前記制御回路２１では、暖房温度センサ２５による暖房用放熱器５に流入する前の加熱温度に、所定値（３?〜１０?）ここでは３?をプラスした温度より、第２貯湯温度センサ２３による中温水温度が同じいか高い時には、切替弁２０を取り出し管１９側を連通状態として、中温水を暖房用の熱源として使用するものであり、又加熱温度プラス３?より中温水温度が低い時には、切替弁２０を高温水供給管７側を連通状態として、高温水を暖房用の熱源として使用するものである。
次に図１に示す一実施形態の作動について説明すれば、貯湯タンク２内には深夜時間帯中にヒートポンプユニット３の駆動で高温の温水を貯湯するものであり、そしてこの温水を暖房用に使用するものであるが、当初中温水はないために、切替弁２０は高温水供給管７側と連通状態であって、この高温水が一次側循環ポンプ９の駆動で暖房熱交換器４を流通し、ここで二次側循環ポンプ１７の駆動で循環する熱媒と熱交換して昇温させ、この温度上昇した熱媒を暖房用放熱器５で放熱させることで、良好な室内暖房を行うものである。
一方この暖房で熱媒と熱交換して温度降下した温水は、戻り管１０を介して貯湯タンク２の中間部に戻されて中温水となるが、この時切替弁２０は、図３のフローチャートに示すように、ステップ２６で暖房温度センサ２５による加熱温度Ｔｆ＋３?と、第２貯湯温度センサ２３による中温水温度Ｔｍ２とを比較し、加熱温度Ｔｆ＋３?より中温水温度Ｔｍ２が同じいか高い時には、ＹＥＳでステップ２７に進み切替弁２０を取り出し管１９側を連通状態として、中温水を暖房用の熱源とし優先して使用することにより、中温水温度を下げてＣＯＰを向上させることが出来るものである。
又ステップ２６でＮＯの時には、すでに中温水温度が低下しているで、ステップ２８に進んで切替弁２０を高温水供給管７側を連通状態として、高温水を暖房用の熱源として使用するものであり、暖房は継続して行われ常に安心して使用出来るものである。
次に図４に示す他の実施形態について説明するが、図１と同一部分には同一符号を付し説明を省略し、相違部分のみを説明すると、中温水の取り出し管を複数本とし、その取り出し位置を上下方向で細かく分けたもので、より戻し口８側の第１取り出し管２９と出湯口６側の第２取り出し管３０とを有し、この第１取り出し管２９に対応する中温水温度を検知する第４貯湯温度センサ３１と、第２取り出し管３０に対応する中温水温度を検知する第５貯湯温度センサ３２とを備え、この第４、第５貯湯温度センサ３１、３２の検知温度と、暖房温度センサ２５の検知温度に所定値３?をプラスした温度とを比較した結果から、どちらの取り出し管から中温水を取り出すかを、切替える第２切替弁３３を備えたものである。
そしてその作動は、高温水供給管７からの高温水の供給による暖房が継続し、貯湯タンク２内に中温水が形成されると、図５のフローチャートに示すように、ステップ３４で暖房温度センサ２５による加熱温度Ｔｆ＋３?と、第４貯湯温度センサ３１による中温水温度Ｔｍ４とを比較し、加熱温度Ｔｆ＋３?より中温水温度Ｔｍ４が同じいか高い時には、ＹＥＳでステップ３５に進み第２切替弁３３を第１取り出し管２９側を連通状態として、戻し口８寄りの中温水を暖房用の熱源として使用するものである。
又この戻し口８側の中温水を暖房用の熱源として使用することで、徐々に温度低下するとステップ３４でＮＯとなり、ステップ３６に進み暖房温度センサ２５による加熱温度Ｔｆ＋３?と、第５貯湯温度センサ３２による中温水温度Ｔｍ５とを比較し、加熱温度Ｔｆ＋３?より中温水温度Ｔｍ５が同じいか高い時には、ＹＥＳでステップ３７に進み第２切替弁３３を第２取り出し管３０側を連通状態として、出湯口６寄りの中温水を暖房用の熱源として使用することで、貯湯タンク２の上下方向で異なる中温水温度に関係なく、確実に中温水全てを使い切ることが出来、無駄がなく効率の良い暖房が行われると共に、中温水温度を確実に低下させることで、再沸き上げ時のＣＯＰを向上させることが出来るものである。
更に暖房が進み第２取り出し管３０からの中温水温度が低下すれば、ステップ３７での判定がＮＯとなり、ステップ２８に進んで切替弁２０を高温水供給管７側を連通状態として、高温水を暖房用の熱源として使用するものであり、暖房は継続して行われ常に安心して使用出来るものである。
次に図６に示す他の実施形態について説明するが、図１と同一部分には同一符号を付し説明を省略し、相違部分のみを説明すると、高温水供給管７と中温水の取り出し管１９との接続部分に切替弁ではなく、高温水と中温水とをミキシングして供給出来る混合弁３８を備えたものである。
前記混合弁３８は、ミキシング後の混合水温度を検知する暖房温度センサ２５が、予め設定された設定温度を検知するように、第１貯湯温度センサ２２による高温水温度と、第２貯湯温度センサ２３による中温水温度とから、混合弁３８の駆動を制御して、この混合水を暖房熱交換器４に流入させることで、暖房用放熱器５での暖房を行わせるものである。
これにより、中温水が暖房可能な温度を維持している場合には、混合弁３８を取り出し管１９側１００％の開口状態として中温水のみ供給し、その後中温水温度が低下して単独では、暖房用の熱源として使用出来なくなることを、第２貯湯温度センサ２３で検知すると、上記のように混合弁３８による高温水と中温水とのミキシングした温水の供給を開始して、切替弁２０による切替方式に比べて高温水の使用量を低減して、沸き増しなしの暖房時間を延ばすことが出来ると同時に、ヒートポンプユニット３による再沸き上げ運転までの時間も延ばして、結果的にＣＯＰの向上は勿論、効率の良い暖房運転を得ることが出来るものである。
次に図７に示す他の実施形態について説明するが、図２及び図５と同一部分には同一符号を付し説明を省略し、相違部分のみを説明すると、第１取り出し管２９と第２取り出し管３０の接続部分に、第２切替弁３３の替わりに第２混合弁３９を備えたもので、その下流には前記説明した混合弁３８をそのまま有したものである。
そしてその作動は、暖房温度センサ２５の検知温度と、第４、第５貯湯温度センサ３１、３２の検知温度から、第１取り出し管２９からの中温水が暖房可能温度の場合には、この第１取り出し管２９側を１００％の開口状態に混合弁３８、第２混合弁３９を駆動して保持し、その後この中温水が温度低下した時には、第２取り出し管３０からの中温水にこの第１取り出し管２９からの中温水をミキシングして暖房用に使用するものであり、更に第２取り出し管３０からの中温水が温度低下した時は、混合弁３８によって高温水供給管７からの高温水に、第１取り出し管２９及び第２取り出し管３０からの中温水をミキシングして暖房用の熱源として使用するものである。
これにより、更に沸き増しなしの暖房時間を延ばすことが出来、中温水の有効利用が可能で、極めて効率の良い暖房が行われるものであり、勿論ＣＯＰの向上も図られるものである。
次に図８に示す他の実施形態について説明するが、他の実施形態と同一部分には同一符号を付し説明を省略し、相違部分のみを説明すると、第１取り出し管２９と第２取り出し管３０の接続部分に、切替弁４０を備えたもので、その下流の高温水供給管７には前記説明した混合弁３８をそのまま有したものである。
そしてその作動は、暖房温度センサ２５の検知温度と、第４、第５貯湯温度センサ３１、３２の検知温度から、第１取り出し管２９からの中温水が暖房可能温度の場合には、この第１取り出し管２９側連通状態に切替弁４０を切替え、その後第１取り出し管２９からの中温水が暖房可能温度以下に低下すれば、第２取り出し管３０側の連通状態に切替弁４０を切替えて、更にこの中温水温度が低下すれば、混合弁３８によって高温水と温度低下した中温水とをミキシングして、暖房用の熱源として使用するものであり、この構成でも、沸き増しなしの暖房時間の延長及び、中温水の温度低下によるＣＯＰの向上と言う効果を得ることが出来るものである。
次に図９に示す他の実施形態について説明するが、他の実施形態と同一部分には同一符号を付し説明を省略し、相違部分のみを説明すると、第１取り出し管２９と第２取り出し管３０の接続部分に、混合弁４１を備えたもので、その下流の高温水供給管７には前記説明した切替弁２０をそのまま有したものである。
そしてその作動は、暖房温度センサ２５の検知温度と、第４、第５貯湯温度センサ３１、３２の検知温度から、第１取り出し管２９からの中温水１００％使用から、第２取り出し管３０からの中温水とのミキシング使用までを混合弁４１で行い、その後は切替弁２０による切替えで、高温水供給管７からの高温水の暖房用の熱源としての使用に替わるものであり、この構成でも、沸き増しなしの暖房時間の延長及び、中温水の温度低下によるＣＯＰの向上と言う効果を得ることが出来るものである。
２ 貯湯タンク
３ 加熱手段（ヒートポンプユニット）
４ 暖房熱交換器
５ 暖房用放熱器
６ 出湯口
７ 高温水供給管
８ 戻し口
９ 一次側循環ポンプ
１０ 戻し管
１１ 一次循環回路
１６ 二次循環回路
１７ 二次側循環ポンプ
１８ 取り出し口
１９ 取り出し管
２０ 切替弁
３ 加熱手段（ヒートポンプユニット）
４ 暖房熱交換器
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１７ 二次側循環ポンプ
１８ 取り出し口
１９ 取り出し管
２０ 切替弁
Claims (2)
- 貯湯タンク内の湯水を高温に加熱する加熱手段と、前記貯湯タンク上部の出湯口からの高温水を暖房熱交換器に供給する高温水供給管と、熱交換後の温度低下した温水を戻し管を介して貯湯タンク下部の戻し口より該貯湯タンクに戻す一次側循環ポンプを備えた一次循環回路と、前記暖房熱交換器を通過して加熱された熱媒を、暖房用放熱器で放熱させた後に再び暖房熱交換器に循環させる二次側循環ポンプを備えた二次循環回路とを備え、室内の暖房を行うようにしたものに於いて、前記出湯口から戻し口までの間の貯湯タンクには複数の中温水の取り出し口と、該取り出し口に連通する複数の取り出し管を備え、各取り出し口からの中温水の取り出しを第２切替弁で切替えると共に、取り出し管と高温水供給管との接続部分には、温水の取り出しを出湯口と取り出し口とで切替える切替弁或いは出湯口からの高温水と取り出し口からの中温水とを所定温度にミキシングする混合弁を備えた事を特徴とする貯湯式暖房装置。
- 貯湯タンク内の湯水を高温に加熱する加熱手段と、前記貯湯タンク上部の出湯口からの高温水を暖房熱交換器に供給する高温水供給管と、熱交換後の温度低下した温水を戻し管を介して貯湯タンク下部の戻し口より該貯湯タンクに戻す一次側循環ポンプを備えた一次循環回路と、前記暖房熱交換器を通過して加熱された熱媒を、暖房用放熱器で放熱させた後に再び暖房熱交換器に循環させる二次側循環ポンプを備えた二次循環回路とを備え、室内の暖房を行うようにしたものに於いて、前記出湯口から戻し口までの間の貯湯タンクには複数の中温水の取り出し口と、該取り出し口に連通する複数の取り出し管を備え、各取り出し口から中温水を取り出して第２混合弁でミキシングすると共に、取り出し管と高温水供給管との接続部分には、温水の取り出しを出湯口と取り出し口とで切替える切替弁或いは出湯口からの高温水と取り出し口からの中温水とを所定温度にミキシングする混合弁を備えた事を特徴とする貯湯式暖房装置。
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