JP4956731B2

JP4956731B2 - 給湯システム

Info

Publication number: JP4956731B2
Application number: JP2006028771A
Authority: JP
Inventors: 尚希今任; 将人堀; 靖二大越; 吉隆藁科; 康博新間; 智明田邉; 陵太郎舘山; 大輔久保井
Original assignee: Toshiba Carrier Corp
Current assignee: Toshiba Carrier Corp
Priority date: 2006-02-06
Filing date: 2006-02-06
Publication date: 2012-06-20
Anticipated expiration: 2026-02-06
Also published as: JP2007205697A

Description

本発明は例えば病院、老人福祉施設、ホテルなどの比較的多量の湯を使用する大容量給湯システムに係り、特に開放型貯湯タンクから給湯栓を備えた給湯循環管路に湯を供給し、循環管路からいつでも所定温度の湯の供給が可能な給湯システムに関する。

一般に洗面所への給湯、浴槽への給湯などを行なう給湯システムは、加熱手段により設定温度の沸き上げられた湯を貯湯タンクに貯え、必要に応じて貯湯タンクから湯を供給するように構成されている。

このような給湯システムは、水要求があってから所望の温度の湯が給湯されるまで、温度の高い貯湯タンクからの湯が蛇口などの給水栓に至るまでの湯待ち時間が必要であり、また、その間の配管に存在する冷水を捨てる捨て水が必要であった。

そこで、貯湯タンクに内装した熱交換器を用いて湯の熱量を利用して給水栓から給水される湯を再加熱し、湯待ち時間および捨て水の低減を図る給湯システムが提案されている（例えば、特許文献１）。

しかし、特許文献１の給湯システムは、給湯用配管内に滞留する湯を貯湯タンク内部に循環させ、貯湯タンクの湯の熱量を利用して再加熱するため、貯湯タンク内の貯湯の温度が低下し、また、貯湯タンクに熱交換器を内装するため、長年の使用によりこの熱交換器に湯垢などが付着し、熱交換効率が低下するとともに不衛生になり、さらに配管構造、貯湯タンクの構造が複雑になる。
特開２００５−１３４０４１号公報

本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、貯湯タンクから供給され、給湯栓が接続された循環管路内に滞留する湯を、ヒートポンプ式加熱装置を使用して常に所定温度に保持するようにすることで、システムを簡素化し、省エネルギー性に優れ、貯湯タンクに起因する問題がない給湯システムを提供することを目的とする。

上述した目的を達成するため、本発明に係る給湯システムは、加熱手段により沸き上げられた湯を貯える貯湯タンクと、この貯湯タンクに接続され貯湯タンクの湯を供給する給湯用ポンプを有する給湯用管路と、この給湯用管路に接続されてこの給湯用管路を介して貯湯タンクの湯が供給される給湯栓を備えた循環管路と、この循環管路に介設され前記循環管路内に滞留する湯を循環させる循環ポンプおよび循環された湯を加熱するヒートポンプ式加熱装置の水熱交換器とを備え、前記循環用ポンプの流量を一定にするとともに、外気温に応じて、給湯栓からの出湯温度の上限を制限することを特徴とする。

本発明に係る給湯システムによれば、貯湯タンクから供給され、給湯栓の接続された循環管路内に滞留する湯を、循環ポンプで循環しヒートポンプ式加熱装置で常に所定温度に保持するように加熱することで、貯湯タンクからの配管を供給配管のみとし、システムを簡素化し、省エネルギー性に優れ、貯湯タンク内の貯湯温度の低下がなく、貯湯タンクに起因する問題がない給湯システムを提供することができる。

本発明の一実施形態に係る給湯システムについて添付図面を参照して説明する。

図１は本発明の一実施形態に係る給湯システムの概念図である。

図１に示すように、本実施形態に係る給湯システム１は、図示しないヒートポンプ式加熱装置で沸き揚げた湯を密閉タンク２に供給し、この密閉タンク２内を高温水とする。そして、この高温水が所定量貯まった時点で、密閉タンク２内の湯を開放型貯湯タンク４に送り貯めるようにしている。

この開放型貯湯タンク４には給湯用管路５を設け、この給湯用管路５の下流側には給湯用ポンプ６を介して多数の給湯栓７を接続した環状の循環管路８を設ける。

この循環管路８には、循環用ポンプ９、ストレーナ１０を設け、さらに、ヒートポンプ式加熱装置１１の水熱交換器１２および流量調整弁１３を設ける。

また、水熱交換器１２の湯入口に入口温度センサＴ１、水熱交換器１２に水熱交温度センサＴ２、湯出口に出口温度センサＴ３が設けられる。

ヒートポンプ式加熱装置１１に組み込まれる冷凍サイクルは、水熱交換器１２、例えばパルスモータバルブのような減圧機構１４、熱源側熱交換器である室外熱交換器１５、四方弁１６、圧縮機１７を備え、これらの各部品が通常、圧縮機１７、四方弁１６、水熱交換器１２、減圧機構１４、室外熱交換器１５を順次接続した冷媒回路を構成するよう配管接続される。これら構成要素および、循環用ポンプ９を除くストレーナ１０、流量調整弁１３は、ヒートポンプ式加熱装置１１の筐体１８に収容される。

さらに、水熱交換器１２と減圧機構１４間には、減圧機構１４から水熱交換器１２側への冷媒流通を阻止する第１の逆止弁１９が設けられ、この第１の逆止弁１９と減圧機構１４の間から水熱交換器１２と四方弁１６の間には、水熱交換器１２と並列に四方弁１５側からの冷媒の流れを阻止する第２の逆止弁２０を介在したバイパス路２１が設けられる。

これは、室外熱交換器１５に着霜した場合の、除霜運転を行なうための構成で、室外熱交換器１５の除霜運転時、四方弁１６を切換え、圧縮機１７の高圧冷媒が室外熱交換器１５に送られるようにすると共に、減圧機構１４を出た冷媒が水熱交換器１２をバイパスするバイパス路２１を通して圧縮機１７に戻る冷媒回路を構成する。これにより、除霜運転時において、低温冷媒が水熱交換器１２に流れ込むことで、循環管路８内の湯の温度を低下させることを防止している。

また、室外熱交換器１５の冷媒入口に入口温度センサＴ４、室外熱交換器１５の近傍に外気温度センサＴ５が設けられ、圧縮機１７の冷媒入口に入口温度センサＴ６、冷媒出口に出口温度センサＴ７が設けられる。

図２は本給湯システム１を病院や老人福祉施設、ホテルなど大型の施設に設置した例を示し、循環用ポンプ９を建物の最上階に設置した場合であるが、最上階の設置に限らず、地下室などに設置する場合など多様化が予測されるため、循環用ポンプ９をヒートポンプ式加熱装置１１の筐体１８外に別設置することで、施工性が向上する。

次に本実施形態の給湯システム１の給湯作用について説明する。

図１に示すように、ヒートポンプ式加熱装置で沸き揚げた湯が充填される密閉タンク２から供給される湯は、開放型貯湯タンク４に貯湯される。開放型貯湯タンク４に貯湯された湯は、給湯用ポンプ６により給湯用管路５を介して、循環管路８に給湯され、この循環管路８に湯が充満した状態で給湯要求を待つ。

この待機中、循環管路８内の湯の温度は低下する。循環管路８内の湯は、循環用ポンプ９の働きで循環管路８を循環する。

図３に示すように、循環管路８を循環する湯の温度を入口温度センサＴ１で検知し、この湯温が設定温度より低いと、ヒートポンプ式加熱装置１１を作動させ、高温、高圧になった冷媒が流れる水熱交換器１２により循環する湯を再加熱する。

このように比較的湯収容容量の小さい循環管路８の湯をヒートポンプにより再加熱するので、湯の再加熱時間が短縮されて、待ち時間が短く、捨て湯が低減し、また、ヒートポンプは効率ＣＯＰ１．０以上が確保できるため、ヒータあるいはガスを用いるよりも省エネルギーになる。

なお、給水栓７から給湯要求があり、湯を使用した場合は、開放型貯湯タンク４に貯湯された湯が、給湯用ポンプ６により給湯用管路５を介して、循環管路８に供給され、給水栓７に送られるため、温度の高い湯を不足なく供給できる。

また外気温が低い時期にヒートポンプ式加熱装置１１の運転を継続した場合、熱源側熱交換器の室外熱交換器１４に着霜が生じる。この室外熱交換器１４の除霜運転を行う場合には、図４に示すように、四方弁１６を逆サイクルになるように切換え運転を行なう。即ち、圧縮機１７で圧縮され、高温、高圧になった冷媒を、四方弁１６を介して室外熱交換器１５に流して加熱し、着霜している室外熱交換器１５を除霜する。室外熱交換器１５と熱交換して比較的低温、低圧になった冷媒は、開放状態にある減圧機構１４側に送られるが、第１の逆止弁１９により水熱交換器１２への流れは阻止されるため、バイパス路２０を介して、四方弁１６を通り、圧縮機１７に戻る。この冷媒の流れを繰り返して、室外熱交換器１５を除霜する。第１の逆止弁１９および第２の逆止弁２０を設けることで、比較的低温になった冷媒が水熱交換器１２に流れるのを阻止し、除霜中に循環管路８を循環する湯の温度を低下させることがない。

さらに、湯の再加熱過程において、循環用ポンプ９により、湯の流量を一定にして循環するよう制御する場合には、外気温に応じて、給湯栓７からの出湯温度あるいは出湯の昇温幅を制限するのが好ましい。

例えば、図５（ａ）、（ｂ）は湯の流量一定で制御した場合の基本的な外気温とヒートポンプ式加熱装置の特性関係であり、外気温がある温度以下となると、ヒートポンプの能力は低下することがわかる。そこで外気温度センサＴ５の検知温度によって、出湯温度上限あるいは出湯の昇温幅を制限する。これにより、循環流量を一定とし安定した給湯ができるとともに、冷凍サイクルを保護でき、信頼性も向上する。

また、湯の再加熱過程において、流量調整弁１３により、出湯温度が一定となるように循環流量を制御するのが好ましい。

例えば、図６は湯の温度一定で制御した場合の基本的な外気温とヒートポンプ式加熱装置の特性関係であり、外気温がある温度以下となるとヒートポンプの能力は低下することがわかる。そこで外気温度センサＴ５によって循環流量を制御して昇温幅を一定に保つ。これにより、一定の温度上昇が実現でき利用者に設定温度どおりの湯を提供できる。

上記実施形態の給湯システムによれば、給湯栓から給湯される湯を再加熱するヒートポンプ式加熱装置を設け、省エネルギー性に優れ、貯湯タンク内の貯湯温度の低下がなく、貯湯タンクに起因する問題がない給湯システムが実現する。

本発明の一実施形態の給湯システムの概念図。本発明の一実施形態の給湯システムの設置例の概念図。本発明の一実施形態の給湯システムのヒートポンプ加熱装置の制御説明図。本発明の一実施形態の給湯システムの除霜運転時の概念図。（ａ）および（ｂ）は本発明の一実施形態の給湯システムの流量一定のときの外気温とヒートポンプ式加熱装置の特性関係を示す図。本発明の一実施形態の給湯システムの温度一定のときの外気温とヒートポンプ式加熱装置の特性関係を示す図。

符号の説明

１…給湯システム、２…密閉タンク２、４…開放型貯湯タンク、５…給湯用管路、６…給湯用ポンプ、７…給湯栓、８…循環管路、９…循環用ポンプ、１１…ヒートポンプ式加熱装置、１２…水熱交換器、１３…流量調整弁、１４…減圧機構、１５…室外熱交換器、１６…四方弁、１７…圧縮機、１８…筐体、１９…第１の逆止弁、２０…第２の逆止弁、２１…バイパス路。

Claims

加熱手段により沸き上げられた湯を貯える貯湯タンクと、この貯湯タンクに接続され貯湯タンクの湯を供給する給湯用ポンプを有する給湯用管路と、この給湯用管路に接続されてこの給湯用管路を介して貯湯タンクの湯が供給される給湯栓を備えた循環管路と、この循環管路に介設され前記循環管路内に滞留する湯を循環させる循環ポンプおよび循環された湯を加熱するヒートポンプ式加熱装置の水熱交換器とを備え、
前記循環用ポンプの流量を一定にするとともに、外気温に応じて、給湯栓からの出湯温度の上限を制限することを特徴とする給湯システム。
上記ヒートポンプ式加熱装置は、圧縮機、四方弁、水熱交換器、減圧機構、熱源側熱交換器を順次配管接続した冷媒回路を構成すると共に、熱源側熱交換器の除霜運転時、四方弁を切換え、圧縮機の高圧冷媒が熱源側熱交換器に送られるようにすると共に、減圧機構を出た冷媒が水熱交換器をバイパスして圧縮機に戻る冷媒回路を構成することを特徴とする請求項１に記載の給湯システム。
前記水熱交換器をヒートポンプ式加熱装置の筐体に収容するとともに、循環ポンプを前記筐体外に分離して設置することを特徴とする請求項１に記載の給湯システム。