JP5068600B2 - 給湯装置 - Google Patents

Description

この発明は、複数の熱源機を備えた給湯装置に関する。

圧縮機の吐出冷媒を水熱交換器、減圧器、室外熱交換器に通して圧縮機に戻し水熱交換器を凝縮器として機能させるヒートポンプ式冷凍サイクルを備えるとともに、水をタンクに供給し、タンクの水をポンプにより水熱交換器に通して循環させることによりタンクに湯水を貯える給湯装置がある（例えば特許文献１）。

このような給湯装置では、湯の使用量が多い施設での使用が可能なように、上記水熱交換器を有するヒートポンプ式冷凍サイクルおよびその水熱交換器に水を循環させる水サイクルからなる熱源機を複数台設置し、これら熱源機の運転台数を制御できるようにしたものがある。
特開２００５―３０８２５０号公報

複数台の熱源機を有する給湯装置の場合、据付け時や保守サービス時など、試運転を行ったり、その試運転の結果を作業員が的確に把握する必要がある。

この発明は上記の事情を考慮したもので、その目的は、運転パターンの容易な設定を可能とし、しかもその設定に基づく運転状況を作業員に的確に知らせることができる給湯装置を提供することである。

請求項１に係る発明の給湯装置は、水を各熱源機で加熱して温水とし、その温水を開放型タンクに供給して貯えるものであって、当該給湯装置の運転状況を表示し、当該給湯装置の運転パターンを設定するための操作表示器を備える。そして、この操作表示器は、上記運転パターンとして、上記各熱源機の全数同時試運転、半数交互試運転、個別試運転を選択的に設定する機能を有する。

この発明の給湯装置によれば、運転パターンの容易な設定を可能とし、しかもその設定に基づく運転状況を作業員に的確に知らせることができる。

以下、この発明の一実施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、複数台の熱源機１が給水側主配管２と給湯側主配管３との間に並列に接続されるとともに、その給水側主配管２および給湯側主配管３との間にシステムタンクユニット４が接続されている。

システムタンクユニット４は、給水側主配管２の水を密閉型タンク４ａに取込み、その密閉型タンク４ａ内の水を給水側主配管２により各熱源機１に供給するとともに、給湯側主配管３の温水を上記密閉型タンク４ａに取込んで一旦貯え、その貯えた温水を流量調整弁４ｂを介して開放型タンク５に供給する。開放型タンク５は、温水配管６を介して給湯負荷に接続されている。

給水側主配管２は、水源（図示しない）の水を密閉型タンク４ａに供給するとともに、その密閉型タンク４ａ内の水を各熱源機１に供給する働きをする。給湯側主配管３は、各熱源機１から流出する温水を密閉型タンク４ａに供給するとともに、密閉型タンク４ａ内の温水を開放型タンク５に供給する働きをする。

開放型タンク５は、給湯側主配管３から供給される温水を貯えて給湯負荷へ供給する。

各熱源機１の具体的な構成を図２に示す。
すなわち、圧縮機１１から吐出される冷媒が四方弁１２を介して水熱交換器１３に流れ、その水熱交換器１３を経た冷媒が減圧器である膨張弁１４、室外熱交換器１５、および上記四方弁１２を通って圧縮機１１に吸込まれる。室外熱交換器１５に外気を供給するための室外ファン１６がその室外熱交換器１５の近傍に設けられている。これら圧縮機１１から室外ファン１６までの機器により、ヒートポンプ式冷凍サイクルが構成されている。
上記給水側主配管２から第１三方弁２２の第１流路の一端に第１配管２１が接続され、その第１三方弁２２の第１流路および第２流路のそれぞれ他端から上記水熱交換器１３の水入口にポンプ２４を介して第２配管２３が接続されている。さらに、水熱交換器１３の水出口から第２三方弁２６の第３流路および第４流路のそれぞれ一端に第３配管２５が接続され、その第３流路の他端から第１三方弁２２の第２流路の一端に第４配管２７が接続されている。また、第４配管２７の中途部から給湯側主配管３に第５配管２８が接続されるとともに、第２三方弁２６の第４流路の他端から上記第１配管２１に第６配管２９が接続されている。これら第１配管２１から第６配管２９までの部品により、水サイクルが構成されている。

なお、第１三方弁２２は選択的な開閉が可能な第１流路および第２流路を有し、第２三方弁２６は選択的な開閉が可能な第３流路および第４流路を有している。

水熱交換器１３に熱交換器温度センサ３１が取付けられ、第２配管２３における水熱交換器１３の水入口近傍に流入側温度センサ３２が取付けられ、第３配管２５における水熱交換器１３の水出口近傍に流出側温度センサ３３が取付けられている。熱交換器温度センサ３１は、水熱交換器１３の温度（凝縮温度）Ｔc（℃）を検知する。流入側温度センサ３２は、水熱交換器１３に流入する水（または温水）の温度Ｔwi（℃）を検知する。流出側温度センサ３３は、水熱交換器１３から流出する温水（または水）の温度Ｔwo（℃）を検知する。

圧縮機１１と四方弁１２との間の高圧側冷媒配管に吐出冷媒温度センサ４１および高圧スイッチ４２が取付けられ、室外熱交換器１５に熱交換器温度センサ４３が取付けられている。吐出冷媒温度センサ４１は、圧縮機１１の吐出冷媒温度Ｔdを検知する。高圧スイッチ４２は、圧縮機１１の吐出冷媒圧力（高圧側圧力）Ｐｄの異常上昇時に作動する。熱交換器温度センサ４３は、室外熱交換器１５の温度（蒸発温度）Ｔe（℃）を検知する。

このような給湯装置の各熱源機１の外観、システムタンクユニット４の外観、開放型タンク５の構成、制御ユニット７の配置、操作表示器８の外観などを図３に示す。
まず、開放型タンク５の上部に電極棒検出ユニット５０が設けられている。この電極棒検出ユニット５０は、開放型タンク５の深さ方向に沿って互いに長さが異なる複数の電極棒５０ａ,５０ｂ,…５０ｅを有し、これら電極棒５０ａ,５０ｂ,…５０ｅの相互間の液体を通した通電により開放型タンク５内の水位を段階的に検出する。このうち、最短の電極棒５０ａが満水レベルＬ４検出用、電極棒５０ｂが減水レベルＬ３検出用、電極５０ｃが渇水レベルＬ２検出用、電極５０ｄが渇水レベルＬ１（＜Ｌ２）検出用、最長の電極棒５０ｅがアース水位検出用となっている。なお、実際に給湯に使用できる制御水位として、渇水レベルＬ１と同じ位置の０（％）制御水位Ｓ１、満水レベルＬ４より少し下の位置の１００（％）制御水位Ｓ２が定められている。

また、開放型タンク５内の下部に、圧力センサ５１および温度センサ５２が取り付けられている。圧力センサ５１は、開放型タンク５内の水の圧力を検知する。温度センサ５２は、開放型タンク５内の水の温度を検知する。さらに、開放型タンク５の側壁に渇水時給水用の緊急給水管９が連通され、その緊急給水管９に二方弁５３が設けられている。

そして、システムタンクユニット４の側壁に制御ユニット７が取り付けられ、その制御ユニット７に各熱源機１、操作表示器８、電極棒検出ユニット５０、圧力センサ５１、温度センサ５２、二方弁５３などが配線接続されている。
操作表示器８は、前面にタッチパネル式液晶表示部８ａを有し、当該給湯装置の運転パターンを設定するとともに、その設定に基づく当該給湯装置の運転状況をモニタするためのものである。

制御ユニット７は、主要な機能として、次の（１）〜（４）の手段を有する。
（１）操作表示器８で設定される運転パターンに応じて当該給湯装置の運転を制御するとともに、当該給湯装置の運転状況（開放型タンク５における水位検出を含む）を操作表示器８のタッチパネル式液晶表示部８ａで表示せしめる制御手段。

（２）各熱源機１の運転開始に際し、ヒートポンプ式冷凍サイクルの運転およびポンプ２４の運転を開始し、熱交換器温度センサ３１の検知温度Ｔcまたは流入側温度センサ３２の検知温度Ｔwiが設定値に達するまで、第２三方弁２６の第３流路を閉じて第４流路を開き、かつ第１三方弁２２の第１流路を開いて第２流路を閉じることにより、ポンプ２４、水熱交換器１３、第３配管２５、第２三方弁２６の第４流路、第６配管２９、第１配管２１、第１三方弁２２の第１流路を通して水が循環する初期循環回路を形成する初期制御手段。

（３）上記初期制御手段による初期循環回路の形成後、熱交換器温度センサ３１の検知温度Ｔcまたは流入側温度センサ３２の検知温度Ｔwiが設定値を超えると、第１三方弁２２の第１流路を開いて第２流路を閉じ、かつ第２三方弁２６の第３流路を開いて第４流路を閉じることにより、給水側主配管２の水を第１配管２１、第１三方弁２２の第１流路、第２配管２３、ポンプ２４を通して水熱交換器１３に送り、その水熱交換器１３から流出する温水を第３配管２５、第２三方弁２６の第３流路、第４配管２７、第５配管２８を通して給湯側主配管３に送る出湯回路を形成する出湯制御手段。

（４）圧力センサ５１の検知圧力に基づき開放型タンク５内の水位を検出する水位検出手段。

つぎに、上記の構成の作用について説明する。
（ａ）初期循環回路および出湯回路
熱源機１の運転開始に際し、ヒートポンプ式冷凍サイクルの運転およびポンプ２４の運転が開始され、図４に示す条件に基づき、熱交換器温度センサ３１の検知温度Ｔcが設定値Ｔcsに達するまで、または流入側温度センサ３２の検知温度Ｔwiが設定値Ｔwisに達するまで、第２三方弁２６の第３流路が閉じられて第４流路が開かれ、かつ第１三方弁２２の第１流路が開かれて第２流路が閉じられる。これにより、図２に矢印で示すように、ヒートポンプ式冷凍サイクルにおいて、圧縮機１１の吐出冷媒が四方弁１２、水熱交換器１３、膨張弁１４、室外熱交換器１５、四方弁１２を通って圧縮機１１に吸込まれる流れが生じて水熱交換器が凝縮器として機能する。水サイクルでは、水がポンプ２４、水熱交換器１３、第３配管２５、第２三方弁２６の第４流路、第６配管２９、第１配管２１、第１三方弁２２の第１流路を通って循環する初期循環回路が形成される。

この初期循環回路の形成後、図４に示す条件に基づき、熱交換器温度センサ３１の検知温度Ｔcが設定値Ｔcsを超えたとき、または流入側温度センサ３２の検知温度Ｔwiが設定値Ｔwisを超えたとき、第１三方弁２２の第１流路が開かれて第２流路が閉じられ、かつ第２三方弁２６の第３流路が開かれて第４流路が閉じられる。これにより、図５に矢印で示すように、給水側主配管２の水が第１配管２１、第１三方弁２２の第１流路、第２配管２３、ポンプ２４を通って水熱交換器１３に送られ、その水熱交換器１３から流出する温水が第３配管２５、第２三方弁２６の第３流路、第４配管２７、第５配管２８を通って給湯側主配管３に送られる出湯回路が形成される。

このように、運転開始時は、先ず初期循環回路を形成して水熱交換器１３を温め、水熱交換器１３が十分に温まってから給湯側主配管３への出湯を行うことにより、給湯側主配管３を流れる温水の不要な温度低下を回避することができて、十分に温度上昇した高温水が給湯側主配管３および密閉型タンク４ａに供給される。

とくに、複数台の熱源機１を備え、その各熱源機１の運転台数を変えることができるので、全体の給湯能力を増大できるとともに、その給湯能力を広範囲で調節することができ
（ｂ）停止中の熱源機１への温水の流入阻止
停止中の熱源機１では、第２三方弁２６の第３流路が閉じられて第４流路が開かれ、かつ第１三方弁２２の第１流路が開かれて第２流路が閉じられ、給湯回路が解除されて図２の初期循環回路が準備される。これにより、運転中の熱源機１で作られた給湯側主配管３内の温水が停止中の熱源機１の水サイクルに流入することがなくなり、運転中の熱源機１で作られた温水およびその熱エネルギを無駄なく密閉型タンク４ａに供給して貯えることができ、省エネルギ性および信頼性の向上が図れる。

（ｃ）水位検出および運転台数制御
圧力センサ５１の検知圧力に基づいて開放型タンク５内の水位（％）が検出され、その検出水位（％）に応じて、各熱源機１の運転台数および流量調整弁４ｂの開度が制御される。なお、圧力センサ５１の検知圧力に基づく検出水位のことを、以下、圧力センサ５１の検出水位という。

この制御により、密閉型タンク４ａに温水が貯まり、その温水が開放型タンク５に供給される。圧力センサ５１の検出水位は無段階で細かいので、開放型タンク５内の水位を常に最適な状態に維持することができる。

なお、圧力センサ５１の検出水位（％）の誤差を補償するため、定期的に、電極棒検出ユニット５０の検出水位を基準にして圧力センサ５１の検出水位（％）が校正される。
たとえば、図６に示すように、圧力センサ５１の検出水位（％）が電極棒検出ユニット５０の検出水位より低い側にずれている場合には、定期的に、電極棒検出ユニット５０の検出水位が満水レベルＬ４となるまで開放型タンク５内の水位が増やされ、そのときの圧力センサ５１の検出水位（％）と電極棒検出ユニット５０の検出水位との差に基づいて、圧力センサ５１の検出水位（％）が校正される。

圧力センサ５１の検出水位（％）が電極棒検出ユニット５０の検出水位より高い側にずれている場合には、通常制御時に電極棒検出ユニット５０の検出水位が満水レベルＬ４に達した時点で、そのときの圧力センサ５１の検出水位（％）と電極棒検出ユニット５０の検出水位との差に基づいて、圧力センサ５１の検出水位（％）が校正される。

一方、圧力センサ５１に何らかの異常があった場合には、そのバックアップとして、電極棒検出ユニット５０の検出水位に応じて各熱源機１の運転台数および流量調整弁４ｂの開度が制御される。

（ｄ）操作表示器８の画面表示
操作表示器８は、試運転パターンの設定用として、各熱源機１の全数同時試運転を設定するための全数同時試運転画面、各熱源機１の半数交互試運転を設定するための半数交互試運転設定画面、各熱源機１の個別試運転を設定するための個別試運転画面を選択的に表示する機能を有するとともに、当該給湯装置の運転状況として、水位検出に関わる情報画面をタッチパネル式液晶表示部８ａで表示する機能を有している。

試運転用の各画面表示の階層を図７に示し、その各画面表示の具体例を図８に示している。
初めに“試運転画面１”があって、その“試運転画面１”の操作によって“全数同時試運転画面２”“半数交互試運転画面３”“個別試運転画面４”のいずれかが選択的に表示される。また、“全数同時試運転画面２”の操作により、熱源機１の運転状況を表す“ヒートポンプユニット運転状況画面６”、システムタンクユニット４の運転状況を表す“システムタンクユニット運転状況画面７”、電極棒検出ユニット５０の動作状況を表す“電極棒確認画面８”のいずれかが選択的に表示される。

“半数交互試運転画面３”の操作によっても、“ヒートポンプユニット運転状況画面６”“システムタンクユニット運転状況画面７”“電極棒確認画面８”のいずれかが選択的に表示される。

“個別試運転画面４”の操作により、熱源機１の運転状況を表すとともに熱源機１の運転設定を行う“ヒートポンプユニット運転状況および運転設定画面５”“システムタンクユニット運転状況画面７”“電極棒確認画面８”のいずれかが選択的に表示される。

“全数同時試運転画面２”には、試運転の“開始”と“中止”のボタン、最大１２台の熱源機１に対応する“１ボタン”〜“１２ボタン”、システムタンクユニット４に対応する “０ボタン”、電極棒検出ユニット５０に対応する “０ボタン”などがある。実際に設置されている熱源機１が例えば１０台で、“１ボタン”〜“１２ボタン”のうち、緑地表示（右斜めの斜線で示す）の“１ボタン”〜“１０ボタン”は１台目から１０台目の熱源機１が試運転中であることを表している。また、システムタンクユニット４および電極棒検出ユニット５０に対応する“０ボタン”も緑地表示（左斜め斜線で示す）で表示され、試運転中であることを表している。“全数同時試運転画面２”の“１ボタン”がタッチ操作されると、“ヒートポンプユニット運転状況画面６”に切換わり、１台目の熱源機１の運転状況が表示される。システムタンクユニット４に対応する“０ボタン”がタッチ操作された場合は、“システムタンクユニット運転状況画面７”に切換わり、システムタンクユニット４の運転状況が表示される。電極棒検出ユニット５０に対応する“０ボタン”がタッチ操作された場合は、“電極棒検出ユニット運転状況画面８”に切換わり、システムタンクユニット４の運転状況が表示される。

“半数交互試運転画面３”にも、試運転の“開始”と“中止”のボタン、最大１２台の熱源機１に対応する“１ボタン”〜“１２ボタン”、システムタンクユニット４に対応する “０ボタン”、電極棒検出ユニット５０に対応する “０ボタン”などがある。実際に設置されている熱源機１が例えば１０台で、そのうちの１台目から５台目の熱源機１と６台目から１０台目の熱源機１とが１時間ずつ交互に試運転される場合、１台目から５台目の熱源機１の試運転中に“１ボタン”〜“５ボタン”が図示のように緑地表示（右斜めの斜線で示す）となり、次の６台目から１０台目の熱源機１の試運転中に“６ボタン”〜“１０ボタン”が緑地表示となる。また、システムタンクユニット４および電極棒検出ユニット５０に対応する“０ボタン”も緑地表示（左斜め斜線で示す）で表示され、試運転中であることを表している。電力会社との契約により昼間の一定時間帯の電力消費量を抑える必要がある場合は、この半数交互試運転により対応できる。

“個別試運転画面４”にも試運転の“開始”と“中止”のボタン、最大１２台の熱源機１に対応する“１ボタン”〜“１２ボタン”、システムタンクユニット４に対応する “０ボタン”、電極棒検出ユニット５０に対応する “０ボタン”などがある。実際に設置されている熱源機１が例えば１０台で、そのうちの１台目の熱源機１が試運転される場合、 “１ボタン”が図示のように緑地表示（右斜めの斜線で示す）となる。また、システムタンクユニット４および電極棒検出ユニット５０に対応する“０ボタン”も緑地表示（左斜め斜線で示す）で表示され、試運転中であることを表している。

“個別試運転画面４”の“１ボタン”がタッチ操作されると、“ヒートポンプユニット運転状況および運転設定画面５”に切換わり、１台目の熱源機１の運転状況が表示される。この画面は、全数同時試運転および半数交互試運転における“ヒートポンプユニット運転状況画面６”とは異なり、表示中の熱源機１に対する“運転”と“停止”のボタン、表示中の熱源機１のポンプ２４のみを試運転させる“止＋ポンプ”のボタンなどがある。例えば熱源機１の１台が故障した場合は、個別試運転により対応できる。また、熱源機１の圧縮機１１等は運転させずにポンプ２４のみの試運転もできる。

この操作表示器８を備えることにより、当該給湯装置の運転パターンの容易な設定が可能になり、特に試運転においてその設定に基づく運転状況を作業員に的確に知らせることができる。作業員にとっては、据付け時や保守サービス時の試運転の実施作業および確認作業にかかる時間と負担が大幅に軽減されることになり、作業効率が向上する。

（ｅ）変形例
なお、上記実施形態では、システムタンクユニット４に１つの流量調整弁を用いたが、その数に限定はなく、複数の流量調整弁を互いに並列に接続して設けてもよい。その他、この発明は上記実施形態に限定されるものではなく、要旨を変えない範囲で種々変形実施可能である。

一実施形態の構成を示す図。 一実施形態における熱源機の具体的な構成および初期循環回路を示す図 一実施形態における各熱源機の外観、システムタンクユニットの外観、開放型タンクの構成、制御ユニットの配置、操作表示器の外観などを示す図。 一実施形態における初期循環回路と出湯回路との切換条件を示す図。 一実施形態における熱源機の出湯回路を示す図。 一実施形態における圧力センサの検出水位が電極棒検出ユニットの検出水位より低い側にずれている例を示す図。 一実施形態の操作表示器における試運転用の各画面表示の階層を示す図。 一実施形態の操作表示器における各画面表示の具体例を示す図。

符号の説明

１…熱源機、２…給水側主配管、３…給湯側主配管、４…システムタンクユニット、４ａ…密閉型タンク、４ｂ…流量調整弁、５…開放型タンク、６…温水配管、７…制御ユニット、８…操作表示器、８ａ…タッチパネル式液晶表示部、１１…圧縮機、１３…水熱交換器、１４…膨張弁（減圧器）、１５…室外熱交換器、２１…第１配管、２２…第１三方弁、２３…第２配管、２４…ポンプ、２５…第３配管、２６…第２三方弁、２７…第４配管、２８…第５配管、２９…第６配管

Claims (6)

1. 水を各熱源機で加熱して温水とし、その温水を開放型タンクに供給して貯える給湯装置において、
   当該給湯装置の運転状況を表示し、当該給湯装置の運転パターンを設定するための操作表示器を備え、
   前記操作表示器は、前記運転パターンとして、前記各熱源機の全数同時試運転、半数交互試運転、個別試運転を選択的に設定する機能を有する、
   ことを特徴とする給湯装置。
2. 前記給湯装置は、水が供給される密閉型タンクを有し、その密閉型タンク内の水を各熱源機で加熱して温水とし、その温水を前記密閉型タンクに一旦貯え、その密閉型タンク内の温水を開放型タンクに供給する、
   前記操作表示器は、タッチパネル式液晶表示部を有する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の給湯装置。
3. 前記操作表示器は、前記運転パターンの設定用として、前記各熱源機の全数同時試運転を設定するための全数同時試運転画面、前記各熱源機の半数交互試運転を設定するための半数交互試運転設定画面、前記各熱源機の個別試運転を設定するための個別試運転画面を選択的に表示する機能を有することを特徴とする請求項１に記載の給湯装置。
4. 前記タンク内の水の圧力を検知する圧力センサと、
   前記圧力センサの検知圧力に基づき前記タンク内の水位を検出する水位検出手段と、
   前記タンクの深さ方向に沿って互いに長さが異なる複数の電極棒を有しこれら電極棒の相互間の液体を通した通電により前記タンク内の水位を検出する電極棒検出ユニットと、
   をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の給湯装置。
5. 前記操作表示器は、前記運転パターンとして、前記各熱源機の全数同時試運転、半数交互試運転、個別試運転を前記タッチパネル式液晶表示部の操作に応じて選択的に設定する機能を有するとともに、当該給湯装置の運転状況として、前記水位検出手段および前記電極棒検出ユニットの検出に関わる情報を前記タッチパネル式液晶表示部で表示する機能を有することを特徴とする請求項４に記載の給湯装置。
6. 前記操作表示器は、前記運転パターンの設定用として、前記各熱源機の全数同時試運転を設定するための全数同時試運転画面、前記各熱源機の半数交互試運転を設定するための半数交互試運転設定画面、前記各熱源機の個別試運転を設定するための個別試運転画面を選択的に表示する機能を有するとともに、当該給湯装置の運転状況として、前記水位検出手段および前記電極棒検出ユニットの検出に関わる情報画面を前記タッチパネル式液晶表示部で表示する機能を有することを特徴とすることを特徴とする請求項４に記載の給湯装置。

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