JP5097624B2 - 温水供給システム - Google Patents

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本発明は、ヒートポンプと蓄熱タンクを備えており、ヒートポンプで加熱した温水を温水利用箇所に供給する温水供給システムに関する。

特許文献1には、ヒートポンプと蓄熱タンクを備えた温水供給システムが開示されている。蓄熱タンク内の水は、循環水路に導入され、ヒートポンプによって加熱された後に、蓄熱タンクに戻される。したがって、蓄熱タンクには、ヒートポンプにより加熱された温水が貯留される。蓄熱タンク内の温水は、浴槽や給湯栓等の温水利用箇所に供給される。
ヒートポンプは、水を高効率で加熱することができる。なお、ヒートポンプの効率とは、ヒートポンプへの入力電力に対して水に与えられる熱量(エネルギー量)をいう。一方、ヒートポンプは、加熱能力(単位時間当たりに水に与える熱量)はそれほど高くない。すなわち、短時間で多量の温水を生成することはできない。このため、特許文献1の温水供給システムは、ヒートポンプで加熱した温水を蓄熱タンクに貯留し、必要時に蓄熱タンク内の温水を温水利用箇所に供給する。したがって、浴槽に湯張りをする場合等のように、一度に多量の温水が必要とされる場合でも、十分な量の温水を供給できる。

特開2004−125226号公報

特許文献1の温水供給システムは、蓄熱タンクの下部から循環水路に水を導入し、導入した水をヒートポンプで加熱した後に蓄熱タンクの上部に戻す。したがって、蓄熱タンクの上部に高温の水の層が形成され、下部に低温の水の層が形成される。温水利用箇所には、蓄熱タンクの上部の高温の水が供給される。したがって、高温の水は、温水利用箇所で必要とされる温度(例えば、50℃前後)に維持されている必要がある。一方、蓄熱タンクの下部の低温の水の温度は、満蓄時を除けば、20℃前後であることが多い。したがって、ヒートポンプは、多くの場合、20℃前後の水を50℃前後まで加熱する運転を行うことになる。すなわち、ヒートポンプは、水を数十℃昇温させる。しかしながら、ヒートポンプが最高効率で作動するのは、水を数℃(例えば、2℃〜10℃程度)昇温させるときである。ヒートポンプによって蓄熱タンク内の水を加熱する運転は、ヒートポンプとしてはそれほど効率がよい運転ではない。
一方で、特許文献1の温水供給システムでは、全ての温水利用箇所に蓄熱タンク内の温水が供給される。すなわち、ヒートポンプで生成した温水が、蓄熱タンクを経由しないで温水利用箇所に供給されることがない。ヒートポンプは蓄熱タンク内の水の加熱にのみに用いられる。したがって、常に加熱効率が低い条件でヒートポンプが運転されるという問題があった。

本発明は、上述した実情に鑑みてなされたものであり、より高効率で運転する温水供給システムを提供することを目的とする。

本発明の温水供給システムは、温水利用箇所に温水を供給する。この温水供給システムは、熱媒体を循環させる熱媒体循環路を備えたヒートポンプと、バーナ加熱装置と、温水利用箇所に供給する水を貯留する蓄熱タンクと、蓄熱タンクの下部から蓄熱タンク内の水を導入し、導入した水を熱媒体循環路内の熱媒体との熱交換によって加熱し、加熱した水を蓄熱タンクの上部に戻すタンク水加熱水路と、浴槽と、熱媒体循環路内の熱媒体との熱交換によって浴槽内の水を加熱することが可能であるとともに、バーナ加熱装置によって浴槽内の水を加熱することが可能な浴槽水加熱水路と、浴槽水の温度を検出する温度検出手段と、浴槽水を加熱する追い焚き運転を制御する制御装置を備えている。追い焚き運転において、制御装置は、温度検出手段の検出温度が基準温度以上であるときに熱媒体循環路内の熱媒体との熱交換によって浴槽内の水を加熱し、温度検出手段の検出温度が基準温度未満であるときにバーナ加熱装置によって浴槽内の水を加熱する。
なお、上記の「浴槽水加熱水路」は、単一の熱交換器を介して熱媒体から浴槽内の水(以下では、浴槽水という場合がある)に熱を伝達する水路であってもよい。また、第1の熱交換器によって熱媒体から第2の熱媒体に熱を伝達し、第2の熱交換器によって第2の熱媒体から浴槽水に熱を伝達する水路であってもよい。すなわち、複数の熱交換器を介して熱媒体から浴槽水に熱が伝達される水路であってもよい。
また、上記の「温水利用箇所に温水を供給する」とは、給湯栓や浴槽等で出湯するために温水を供給する(すなわち、供給した水を回収しない)ことだけではなく、熱交換器や暖房機等に温水を供給し(すなわち、熱を供給し)、放熱後の温水を回収することも含む。

この温水供給システムは、ヒートポンプの熱媒体との熱交換によって、タンク水加熱水路内の水を加熱する。タンク水加熱水路は、蓄熱タンクの下部から水を導入し、蓄熱タンクの上部に水を戻すので、蓄熱タンク内には高温の水の層と低温の水の層が形成される。タンク水は、温水利用箇所に供給される。
また、この温水供給システムでは、タンク水を加熱するタンク水加熱水路とは別に、浴槽水を加熱する浴槽水加熱水路を備えている。浴槽水を加熱(すなわち、追い焚き)するときには、ヒートポンプの熱媒体の熱は、浴槽水加熱水路により浴槽水に伝達される。すなわち、タンク水の熱を利用することなく、浴槽水を加熱する。追い焚き運転は、通常は、浴槽水の温度を数℃程度上昇させる運転である(例えば、37℃前後の浴槽水を42℃前後に昇温させる)。したがって、ヒートポンプを非常に高効率で作動させることができる。
このように、この温水供給システムは、蓄熱タンクを備えているにも係わらず、浴槽水を追い焚きするときにタンク水の熱を利用しない。ヒートポンプの熱媒体の熱を、蓄熱タンクを経由しないで、浴槽水に伝達する。したがって、非常に高効率で浴槽水を加熱することが可能となる。

上述した温水供給システムは、熱媒体循環路とタンク水加熱水路の間、及び、熱媒体循環路と浴槽水加熱水路の間で熱交換可能な三流体熱交換器を備えていることが好ましい。また、上記の温水供給システムは、浴槽水加熱水路が、浴槽水を循環する浴槽水循環水路と、水を循環する水循環水路を有していてもよい。この場合、熱媒体循環路内の熱媒体と水循環水路内の水との熱交換によって水循環水路内の水を加熱可能であることが好ましい。バーナ加熱装置は、水循環水路内の水を加熱することが好ましい。また、水循環水路内の水と浴槽水循環水路内の浴槽水との熱交換によって浴槽水循環水路内の浴槽水を加熱可能であることが好ましい。また、水循環水路内の水の熱を利用して暖房する暖房機をさらに有することが好ましい。
このような構成によれば、熱媒体循環路とタンク水加熱水路の間の熱交換と、熱媒体循環路と浴槽水加熱水路の間の熱交換を1つの熱交換器で行うことができる。したがって、システムを小型化することができる。

本発明の温水供給システムによれば、浴槽水を加熱するときに、ヒートポンプをより高効率で作動できる。より高効率で運転する温水供給システムを提供することができる。

下記に詳細に説明する実施例の構成を最初に列記する。
(特徴1)温水供給システムは、
熱媒体を循環させる熱媒体循環路を備えたヒートポンプと、
温水利用箇所に供給する水を貯留する蓄熱タンクと、
蓄熱タンクの下部から蓄熱タンク内の水を導入し、導入した水を蓄熱タンクの上部に戻すタンク水加熱水路と、
熱媒体循環路内の熱媒体とタンク水加熱水路内の水との間で熱交換させて、タンク水加熱水路内の水を加熱するタンク熱交換器と、
浴槽と、
浴槽から水を導入し、導入した水を浴槽に戻す浴槽水加熱水路と、
熱媒体を循環させる第2熱媒体循環路と、
熱媒体循環路内の熱媒体と第2熱媒体循環路内の熱媒体との間で熱交換させて、第2熱媒体循環路内の熱媒体を加熱する第1浴槽熱交換器と、
第2熱媒体循環路内の熱媒体と浴槽循環路内の水との間で熱交換させて、浴槽循環路内の水を加熱する第2浴槽熱交換器
を備えている。
(特徴2)蓄熱タンク内の水、または、蓄熱タンク内の水により加熱された水を温水利用箇所に供給する供給水路をさらに備えている。

本発明の実施例に係る温水供給システムについて、図面を参照しながら説明する。図1は、温水供給システム10の概略構成を示す接続図である。温水供給システム10は、給湯栓100、浴槽102に温水を供給する。また、温水供給システム10は、浴槽102内の水(以下では、浴槽水という場合がある)を加熱(追い焚き)する。さらに、温水供給システム10は、低温暖房機104と高温暖房機106に温水を供給し、低温暖房機104と高温暖房機106を作動させる。

図示するように、温水供給システム10は、ヒートポンプ50と、タンク水系統20と、追い焚き・暖房系統60を備えている。ヒートポンプ50は、外気を利用して高温を生成する熱源である。タンク水系統20は、蓄熱タンク22と、蓄熱タンク22に接続されている各水路により構成されている。タンク水系統20は、ヒートポンプ50により加熱された水を蓄熱タンク22に貯留するとともに、蓄熱タンク22内の水を給湯栓100及び浴槽102に供給する。追い焚き・暖房系統60は、ヒートポンプ50で生じる熱を浴槽102、低温暖房機104及び高温暖房機106に伝達する。また、温水供給システム10は、制御装置90を備えている。制御装置90は、温水供給システム10の各部の動作を制御する。

ヒートポンプ50は、熱媒体(本実施例ではフロン)を循環させる熱媒体循環路51と、熱媒体循環路51に配設されている熱交換器(蒸発器)52、圧縮器53、三流体熱交換器(凝縮器)54、膨張弁55を備えている。圧縮器53が熱媒体循環路51内の熱媒体を送り出すので、熱媒体が、熱交換器52、圧縮器53、三流体熱交換器54、膨張弁55の順に熱媒体循環路51内を循環する。

熱交換器52は、外気を送風するファンを備えており、送風した外気と熱媒体循環路51内の熱媒体との間で熱交換させる。後に説明するように、熱交換器52には、膨張弁55を通過後の低圧低温の液体状態にある熱媒体が供給される。熱交換器52は、熱媒体と外気とを熱交換させることによって、熱媒体を加熱する。熱媒体は、加熱されることにより気化して、比較的高温であり、低圧の気体状態となる。

圧縮器53は、熱媒体循環路51内の熱媒体を圧縮して三流体熱交換器54側に送り出す。圧縮器53には、熱交換器52を通過後の熱媒体が供給される。すなわち、比較的高温であり、低圧の気体状態にある熱媒体が供給される。圧縮器53が熱媒体を圧縮すると、熱媒体は高温高圧の気体状態となる。

三流体熱交換器54は、熱媒体循環路51内の熱媒体と後述するタンク水加熱水路30内の水との間で熱交換させる運転、及び、熱媒体循環路51内の熱媒体と後述する熱回収水路63内の水との間で熱交換させる運転を実行することができる。三流体熱交換器54の熱媒体循環路51には、圧縮器53から送り出された熱媒体が供給される。すなわち、高温高圧の気体状態にある熱媒体が供給される。三流体熱交換器54では、熱媒体からタンク水加熱水路30内の水、または、熱回収水路63内の水に熱が伝達される。すなわち、三流体熱交換器54でタンク水加熱水路30内の水、または、熱回収水路63内の水が加熱される。熱媒体は、三流体熱交換器54で熱を奪われて凝縮する。これによって、熱媒体は、比較的低温であり、高圧の液体状態となる。

膨張弁55には、三流体熱交換器54を通過後の熱媒体が供給される。すなわち、比較的低温であり、高圧の液体状態の熱媒体が供給される。熱媒体は、膨張弁55を通過することによって、減圧される。これによって、低温低圧の液体状態となる。膨張弁55を通過した熱媒体は、上述したように熱交換器52に供給される。

以上のように、ヒートポンプ50が作動すると、熱媒体循環路51内を熱媒体が循環し、三流体熱交換器54によってタンク水加熱水路30内の水、または、熱回収水路63内の水が加熱される。

タンク水系統20は、蓄熱タンク22と、タンク水加熱水路30と、水道水導入水路34と、供給水路36と、バーナ加熱装置38を備えている。

タンク水加熱水路30は、上流端が蓄熱タンク22の下部に接続されており、下流端が蓄熱タンク22の上部に接続されている。タンク水加熱水路30には、循環ポンプ32が介装されている。循環ポンプ32は、タンク水加熱水路30内の水を上流側から下流側へ送り出す。また、上述したように、タンク水加熱水路30は、ヒートポンプ50の三流体熱交換器54を通過している。ヒートポンプ50を作動させると、タンク水加熱水路30内の水が三流体熱交換器54で加熱される。したがって、循環ポンプ32とヒートポンプ50を作動させると、蓄熱タンク22の下部の水が三流体熱交換器54に送られて加熱され、加熱された水が蓄熱タンク22の上部に戻される。すなわち、タンク水加熱水路30は、蓄熱タンク22に蓄熱するための水路である。

水道水導入水路34は、上流端が水道水供給源110に接続されている。水道水導入水路34の下流側は、第1導入水路34aと第2導入水路34bに分岐している。第1導入水路34aの下流端は、蓄熱タンク22の下部に接続されている。第2導入水路34bの下流端は、供給水路36の途中に接続されている。第1導入水路34aには、逆止弁34cが介装されている。第2導入水路34bには、逆止弁34dと流量調整弁34eが介装されている。流量調整弁34eは、第2導入水路34b内を流れる水道水の流量を調整する。

供給水路36は、上流端が蓄熱タンク22の上部に接続されている。上述したように、供給水路36の途中には、水道水導入水路34の第2導入水路34bが接続されている。第2導入水路34bとの接続部より上流側の供給水路36には、流量調整弁36aが介装されている。流量調整弁36aは、供給水路36内を流れる水の流量を調整する。第2導入水路34bとの接続部より下流側の供給水路36には、バーナ加熱装置38が介装されている。バーナ加熱装置38は、供給水路36内の水を加熱する。バーナ加熱装置38より下流側の供給水路36は、給湯栓水路36bと浴槽水路36cに分岐している。給湯栓水路36bの下流端は給湯栓100に接続されている。浴槽水路36cの下流端は、後述する浴槽水加熱水路80の循環ポンプ82に接続されている。浴槽水路36cには、開閉弁36dが介装されている。

蓄熱タンク22内には、満水まで水が貯留されている。図1に示すように、蓄熱タンク22には、サーミスタ23〜26が、高さ方向に略均等間隔で取り付けられている。各サーミスタ23〜26は、その取付位置の水の温度を測定する。

追い焚き・暖房系統60は、熱供給循環水路62と、浴槽水加熱水路80を備えている。

熱供給循環水路62は、後述する浴槽熱交換器84と、低温暖房機104と、高温暖房機106に熱を供給する水路である。熱供給循環水路62は、熱回収水路63と、シスターン64と、ポンプ水路65と、低温暖房水路66と、バーナ加熱水路67と、熱交換水路68と、第1高温暖房水路69と、第2高温暖房水路70と、バイパス水路71を備えている。

シスターン64は、上部が開放されている容器であり、内部に水を貯留している。シスターン64には、熱回収水路63の下流端と、ポンプ水路65の上流端が接続されている。シスターン64内には、熱回収水路63から水が流入する。シスターン64内の水は、ポンプ水路65に導入される。

ポンプ水路65は、下流端が低温暖房水路66の上流端とバーナ加熱水路67の上流端に接続されている。ポンプ水路65には、循環ポンプ65aが介装されている。循環ポンプ65aは、ポンプ水路65内の水を下流側へ送り出す。

低温暖房水路66は、その下流端が、熱回収水路63の上流端及び第2高温暖房水路70の下流端に接続されている。低温暖房水路66には、低温暖房機104と、開閉弁66aが介装されている。低温暖房機104は、低温暖房水路66内を流れる水の熱を利用して、居室を暖房する。開閉弁66aは、低温暖房水路66を開閉する。
また、低温暖房水路66には、開閉弁66aの上流側と低温暖房水路66の下流側とを接続するバイパス水路66bが形成されている。バイパス水路66bには、開閉弁66cが介装されている。開閉弁66cは、バイパス水路66bを開閉する。

熱回収水路63は、その下流端が、シスターン64に接続されている。熱回収水路63は、三流体熱交換器54を通過している。
また、熱回収水路63には、三流体熱交換器54の上流側と下流側とを接続するバイパス水路63aが形成されている。バイパス水路63aは、流路の直径が大きく、三流体熱交換器54を通過する水路(熱回収水路63の一部)より通水抵抗が非常に小さい。バイパス水路63aには、開閉弁63bが介装されている。開閉弁63bは、バイパス水路63aを開閉する。

バーナ加熱水路67は、その下流端が、熱交換水路68の上流端及び第1高温暖房水路69の上流端に接続されている。バーナ加熱水路67には、バーナ加熱装置67aが介装されている。バーナ加熱装置67aは、バーナ加熱水路67内を流れる水を加熱する。

熱交換水路68は、その下流端が、熱回収水路63の最下流部に接続されている。熱交換水路68は、浴槽熱交換器84を通過している。熱交換水路68には、開閉弁68aが介装されている。開閉弁68aは、熱交換水路68を開閉する。

第1高温暖房水路69は、その下流端が、第2高温暖房水路70の上流端及びバイパス水路71の上流端に接続されている。第1高温暖房水路69には、開閉弁69aが介装されている。開閉弁69aは、第1高温暖房水路69を開閉する。

第2高温暖房水路70は、その下流端が、熱回収水路63の上流端及び低温暖房水路66の下流端に接続されている。第2高温暖房水路70には、高温暖房機106と開閉弁70aが介装されている。高温暖房機106は、第2高温暖房水路70内を流れる水の熱を利用して、居室を暖房する。開閉弁70aは、第2高温暖房水路70を開閉する。

バイパス水路71は、その下流端が熱回収水路63の途中(バイパス水路63aの下流端の接続部より下流側)に接続されている。

浴槽水加熱水路80は、その上流端と下流端の双方が浴槽102に接続されている。浴槽水加熱水路80は、浴槽熱交換器84を通過している。浴槽水加熱水路80の浴槽熱交換器84より上流側には、循環ポンプ82とサーミスタ86が介装されている。
循環ポンプ82は、浴槽水加熱水路80内の水を下流側へ送り出す。また、上述したように、循環ポンプ82には、浴槽水路36cの下流端が接続されている。浴槽水路36cから水が供給されている状態で作動すると、循環ポンプ82は浴槽水路36cからの水を浴槽水加熱水路80の下流側に送り出す。
サーミスタ86は、循環ポンプ82の下流側に介装されている。サーミスタ86は、浴槽水加熱水路80内の水の温度を検出する。

次に、温水供給システム10の動作について説明する。温水供給システム10は、蓄熱運転、湯張り運転、給湯運転、低温暖房運転、高温暖房運転、追い焚き運転を実行することができる。以下に、各運転について説明する。

(蓄熱運転)
蓄熱運転は、ヒートポンプ50で生成した熱により、蓄熱タンク22内の水を加熱する運転である。図1中の実線矢印は、蓄熱運転中の熱媒体及び蓄熱タンク22内の水の流れを示している。蓄熱運転では、制御装置90がヒートポンプ50と循環ポンプ32を作動させる。ヒートポンプ50を作動させると、熱媒体循環路51内を熱媒体が循環して、三流体熱交換器54に熱が供給される。また、循環ポンプ32を作動させると、タンク水加熱水路30内を蓄熱タンク22内の水が循環する。すなわち、蓄熱タンク22の下部に存在する水がタンク水加熱水路30内に導入され、導入された水が三流体熱交換器54で加熱され、加熱された水が蓄熱タンク22の上部に戻される。したがって、蓄熱タンク22に高温の水が貯められる。
このように、タンク水加熱水路30は、加熱された水を蓄熱タンク22の上部に供給する。また、後に詳述するが、蓄熱タンク22内の水を給湯栓100または浴槽102に供給すると、水道水導入水路34から蓄熱タンク22の下部に水道水(冷水)が供給される。したがって、蓄熱タンク22内には、その上部に高温の水の層が形成され、その下部に低温の水の層が形成される。このように、高温の層と低温の層が形成されている状態を、温度成層という。通常、蓄熱タンク22の下部に存在する水の温度は20℃前後である。また、蓄熱タンク22の上部には50℃前後の温水を供給する必要がある。蓄熱タンク22の上部に比較的温度の低い水(例えば、40℃未満の水)を供給すると、蓄熱タンク22内の温度成層が破壊されてしまうためである。したがって、蓄熱運転では、蓄熱タンク22の下部からタンク水加熱水路30に導入された20℃前後の水が、三流体熱交換器54で50℃前後まで加熱される。

(湯張り運転)
湯張り運転は、蓄熱タンク22内の水を浴槽102に供給して、浴槽102に湯張りする運転である。図1中の点線矢印は、湯張り運転中のタンク水系統20及び浴槽水加熱水路80内の水の流れを示している。湯張り運転では、制御装置90は、流量調整弁36aと開閉弁36dを開く。すると、水道水供給源110からの水圧によって、水道水導入水路34(第1導入水路34a)から蓄熱タンク22の下部に水道水が流入する。それと同時に、蓄熱タンク22の上部の水が、供給水路36(浴槽水路36c)を介して循環ポンプ82に供給される。また、制御装置90は、循環ポンプ82を作動させる。すると、循環ポンプ82に供給された水が浴槽水加熱水路80内を下流側へ送り出され、浴槽102に供給される。これによって、湯張りが行われる。
なお、制御装置90は、蓄熱タンク22から供給水路36に供給される水の温度(すなわち、サーミスタ23の検出温度)が浴槽102に供給する水の設定温度より高い場合には、流量調整弁34eを開いて第2導入水路34bから供給水路36に水道水を導入する。したがって、蓄熱タンク22から供給された水と第2導入水路34bから供給された水道水とが供給水路36内で混合される。制御装置90は、浴槽102に供給される水の温度(すなわち、サーミスタ86の検出温度)が設定温度と一致するように、流量調整弁34eの開度を調整する。
また、蓄熱タンク22から供給水路36に供給される水の温度が設定温度より低い場合には、制御装置90はバーナ加熱装置38を作動させる。制御装置90は、浴槽102に供給される水の温度が設定温度と一致するように、バーナ加熱装置38の出力を制御する。

(給湯運転)
給湯運転は、蓄熱タンク22内の水を給湯栓100に供給する運転である。給湯栓100が開かれると、制御装置90は、流量調整弁36aを開く。すると、水道水供給源110からの水圧によって、水道水導入水路34(第1導入水路34a)から蓄熱タンク22の下部に水道水が流入する。それと同時に、蓄熱タンク22の上部の水が、供給水路36(給湯栓水路36b)を介して給湯栓100に供給される。
なお、制御装置90は、湯張り運転時と同様に、流量調整弁34eまたはバーナ加熱装置38を制御して、給湯栓100に供給される水の温度を設定温度に調整する。

(低温暖房運転)
低温暖房運転は、低温暖房機104を作動させて居室を暖房する運転である。
制御装置90は、最初に、開閉弁63b、66a、69aを開くとともに、循環ポンプ65aを作動させ、バーナ加熱装置67aを作動させる。これによって、熱供給循環水路62内に水を循環させるとともに、その循環させる水を加熱する。図2は、低温暖房運転開始時の温水供給システム10を示している。図2中の矢印に示すように、上記の制御を実行すると、熱供給循環水路62内に、シスターン64から、ポンプ水路65、低温暖房水路66、及び、熱回収水路63を経てシスターン64に戻る第1低温暖房循環経路と、シスターン64から、ポンプ水路65、バーナ加熱水路67、第1高温暖房水路69、バイパス水路71、及び、熱回収水路63の下流部を経てシスターン64に戻る第2低温暖房循環経路が形成される。
第1低温暖房循環経路及び第2低温暖房循環経路内を流れる水(以下では、単に循環水という場合がある)は、バーナ加熱装置67aにより加熱される。これによって、低温暖房機104に高温の循環水が供給される。低温暖房機104は、供給された循環水の熱を利用して、居室を暖房する。バーナ加熱装置67aの加熱能力は高いので、循環水は急速に加熱される。したがって、低温暖房機104は、短時間で適切な温度の暖房運転を実行可能となる(すなわち、立ち上がりが早い)。
なお、第1低温暖房循環経路の熱回収水路63では、開閉弁63b(すなわち、バイパス水路63a)が開かれている。したがって、熱回収水路63内をバイパス水路63aの上流端まで流れた水のほとんどは、バイパス水路63aへ流れ、三流体熱交換器54にはほとんど水が流れない。これによって、三流体熱交換器54で循環水と熱媒体循環路51内の熱媒体との熱交換が生じ、循環水が温度低下することが防止されている。

バーナ加熱装置67aの加熱後に循環水の温度が安定したら、制御装置90は、バーナ加熱装置67aを停止する。その後、制御装置90は、開閉弁63b、69aを閉じるとともに、ヒートポンプ50を作動させる。開閉弁69aを閉じるので、第2低温暖房循環経路に水が流れなくなり、第1低温暖房循環経路内にのみ循環水が流れるようになる。また、開閉弁63bを閉じるので、第1低温暖房循環経路内の循環水が、三流体熱交換器54を通過するようになる。また、ヒートポンプ50の作動により、高温の熱媒体が三流体熱交換器54内の熱媒体循環路51内を通過するようになる。したがって、三流体熱交換器54で、熱媒体との熱交換により循環水が加熱される。すなわち、ヒートポンプ50(すなわち、三流体熱交換器54)で循環水が加熱され、加熱された循環水が第1低温暖房循環経路を介して低温暖房機104に供給される。これによって、低温暖房機104が作動する。
ヒートポンプ50の加熱能力はそれほど高くないが、バーナ加熱装置67aの加熱によって既に循環水の温度が上昇されているので、ヒートポンプ50は循環水の温度を維持する程度に加熱すればよい。したがって、ヒートポンプ50の加熱能力でも好適に暖房運転を実行することができる。また、ヒートポンプ50によれば、循環水を非常に高効率で加熱することができる。

また、温水供給システム10は、低温暖房運転と同時に蓄熱運転を実行することもできる。この場合、制御装置90は、蓄熱運転(図1参照)と、バーナ加熱装置67aを熱源とした低温暖房運転(図2参照)を実行する。図2に示すように、開閉弁63bが開かれるので、三流体熱交換器54にはほとんど循環水が流れない。すなわち、熱供給循環水路62内の水はバーナ加熱装置67aでのみ加熱し、ヒートポンプ50の熱を蓄熱運転のみに利用する。

(高温暖房運転)
高温暖房運転は、高温暖房機106を作動させて居室を暖房する運転である。
制御装置90は、最初に、開閉弁63b、69a、70aを開くとともに、循環ポンプ65aを作動させ、バーナ加熱装置67aを作動させる。これによって、熱供給循環水路62内に水を循環させるとともに、その循環させる水を加熱する。図3は、高温暖房運転開始時の温水供給システム10を示している。図3中の矢印に示すように、上記の制御を実行すると、熱供給循環水路62内に、シスターン64から、ポンプ水路65、バーナ加熱水路67、第1高温暖房水路69、第2高温暖房水路70及び熱回収水路63を経てシスターン64に戻る高温暖房循環経路が形成される。なお、第1高温暖房水路69の下流端に達した水の一部は、バイパス水路71を通って熱回収水路63に流入する。
高温暖房循環経路内を流れる水(以下では、単に循環水という場合がある)は、バーナ加熱装置67aによって加熱される。高温暖房機106は、循環水の熱を利用して、居室を暖房する。バーナ加熱装置67aの加熱能力は高いので、循環水は急速に加熱される。したがって、高温暖房機106は、短時間で適切な温度の暖房運転を実行可能となる(すなわち、立ち上がりが早い)。
また、熱回収水路63では、開閉弁63bが開いているので、ほとんどの水がバイパス水路63aを流れ、三流体熱交換器54にはほとんど水が流れない。これによって、三流体熱交換器54で循環水と熱媒体循環路51内の熱媒体との熱交換が生じ、循環水が温度低下することが防止されている。

バーナ加熱装置67aの加熱後に循環水の温度が安定したら、制御装置90は、バーナ加熱装置67aを停止する。その後、制御装置90は、開閉弁63bを閉じるとともに、ヒートポンプ50を作動させる。開閉弁63bを閉じるので、循環水は三流体熱交換器54を通過するようになる。ヒートポンプ50の作動により、三流体熱交換器54で、循環水が加熱される。これによって、高温暖房機106を高効率で作動させることができる。

また、温水供給システム10は、高温暖房運転と同時に蓄熱運転を実行することもできる。この場合、制御装置90は、蓄熱運転(図1参照)と、バーナ加熱装置67aを熱源とした高温暖房運転(図3参照)を実行する。図3に示すように、開閉弁63bが開かれるので、三流体熱交換器54にはほとんど循環水が流れない。すなわち、熱供給循環水路62内の水はバーナ加熱装置67aでのみ加熱し、ヒートポンプ50の熱を蓄熱運転のみに利用する。

(追い焚き運転)
追い焚き運転は、浴槽水を加熱する運転である。図4は、追い焚き運転時に制御装置90が実行する処理を示すフローチャートである。

制御装置90は、最初に、ステップS2で循環ポンプ82を作動させる。これによって、浴槽水加熱水路80内に浴槽水が循環する。

ステップS4では、制御装置90は、サーミスタ86の検出温度を読み取る。サーミスタ86の検出温度は、浴槽102内の水の温度と略等しい。ステップS4では、制御装置90は、サーミスタ86の検出温度が基準温度以上であるか否かを判定する。基準温度は、追い焚き運転の設定温度(本実施例では42℃前後)より所定温度(例えば、15℃)低い温度である。

サーミスタ86の検出温度が基準温度以上である場合(すなわち、ステップS4でYESの場合)、制御装置90は、開閉弁66c及び68aを開き、循環ポンプ65aを作動させる(ステップS6)。これによって、熱供給循環水路62内に水を循環させる。図5は追い焚き運転時の温水供給システム10を示している。図5中の矢印に示すように、追い焚き運転では、熱供給循環水路62内に、シスターン64から、ポンプ水路65、バーナ加熱水路67及び熱交換水路68を経てシスターン64に戻る第1追い焚き循環経路と、シスターン64から、ポンプ水路65、低温暖房水路66及び熱回収水路63を経てシスターン64に戻る第2追い焚き循環経路が形成される。なお、低温暖房水路66では、水はバイパス水路66bを流れ、低温暖房機104を通過しない。

ステップS8では、制御装置90は、ヒートポンプ50を作動させる。すると、三流体熱交換器54で、熱媒体循環路51内の熱媒体との熱交換によって、熱回収水路63内を流れる水が加熱される。熱回収水路63内の水が加熱されると、熱交換水路68に温水が流入するようになる。したがって、浴槽熱交換器84で、熱交換水路68内を流れる水と浴槽水加熱水路80内を流れる水との間で熱交換が行われ、浴槽水加熱水路80内の水が加熱される。すなわち、浴槽102から浴槽水加熱水路80内に導入された水が浴槽熱交換器84で加熱され、加熱された水が浴槽102に戻される。これによって、浴槽水が加熱される。
このように、ステップS8を実行すると、第1追い焚き循環経路及び第2追い焚き循環経路を循環する水が、三流体熱交換器54で熱を回収し、浴槽熱交換器84で浴槽水加熱水路80内の水に熱を放出する。すなわち、ヒートポンプ50で生成した熱により浴槽水が加熱される。

ステップS10に示すように、制御装置90は、サーミスタ86の検出温度が設定温度以上となるまで、ステップS8を継続する。そして、サーミスタ86の検出温度が設定温度以上となると、ヒートポンプ50を停止して(ステップS12)、追い焚き運転を終了する。

追い焚き運転は、多くの場合、浴槽水の温度が入浴に最適な温度(すなわち、設定温度)より若干低い温度のときに実行される(例えば、37℃前後の浴槽水を42℃前後(設定温度)まで加熱するために実行される)。この場合、ステップS4でYESと判定され、ステップS6及びS8が実行される。
このため、ステップS8では、浴槽熱交換器84によって、浴槽水加熱水路80内を流れる水を数℃(例えば、5℃程度)昇温させることになる。この場合、熱交換水路68内を流れる水は浴槽熱交換器84を通過するときに数℃、温度低下する。したがって、三流体熱交換器54は、熱回収水路63内の水を数℃昇温させることになる。このように、ステップS8では、各熱交換器を流れる水が、その前後で数℃の温度変化が生じるように、各水路の水の流量(すなわち、循環ポンプ65a、82の回転数、及び、各開閉弁の開度)が設定されている。
三流体熱交換器54で熱回収水路63内の水を数度昇温させる場合、ヒートポンプ50の加熱効率は最も高くなる。したがって、ステップS8では、非常に高効率で浴槽水を加熱することができる。

一方、前日の残り湯を追い焚きする場合等は、追い焚き前の浴槽水の温度は基準温度より低温である。この場合、ステップS4でNOと判定される。すると、制御装置90は、ステップS14を実行する。ステップS14では、開閉弁68aを開き、循環ポンプ65aを作動させる。したがって、上記のステップS6で説明した第1追い焚き循環経路が形成される。

ステップS16では、制御装置90は、バーナ加熱装置67aを作動させる。すなわち、第1追い焚き循環経路内の水を、バーナ加熱装置67aによって加熱する。すると、バーナ加熱装置67aで加熱後の水が熱交換水路68に流入する。バーナ加熱装置67aの加熱能力が高いので、上述したステップS8に比べて熱交換水路68に流入する水の温度は高温となる。このため、浴槽熱交換器84で浴槽水加熱水路80内の水がより大きく昇温される。すなわち、浴槽水が急速に加熱される。

ステップS18に示すように、制御装置90は、サーミスタ86の検出温度が設定温度以上となるまで、ステップS16を継続する。そして、サーミスタ86の検出温度が設定温度以上となると、バーナ加熱装置67aを停止して(ステップS20)、追い焚き運転を終了する。

以上に説明したように、本実施例の温水供給システム10は、追い焚き運転を実行するときに、蓄熱タンク22の蓄熱(すなわち、蓄熱タンク22内の温水の熱)を利用せずに、ヒートポンプ50で生成した熱を利用する。すなわち、蓄熱タンク22を介さずに、ヒートポンプ50で生成した熱を浴槽水に伝達する。したがって、ヒートポンプ50を高効率で作動させることが可能となる。
仮に、蓄熱タンク22の蓄熱を浴槽水に伝達して加熱すると、蓄熱タンク22の蓄熱が減少する。この場合、蓄熱運転によって蓄熱タンク22に熱を補給する必要がある。上述したように、蓄熱運転では、三流体熱交換器54によって、蓄熱タンク22の下部の20℃前後の水を50℃前後まで昇温させる。このように、水を数十℃昇温させる場合、ヒートポンプ50の加熱効率はそれほど高くない。
このように、本実施例の温水供給システム10は、蓄熱タンク22を備えているにも関わらず、追い焚き運転においては、蓄熱タンク22を介さずにヒートポンプ50で生成した熱を浴槽水に伝達することを特徴とする。これによって、温水供給システム10の高効率化を実現している。
また、このように蓄熱タンク22の蓄熱を追い焚き運転に利用しなければ、蓄熱タンク22に追い焚き運転用の熱を蓄熱する必要が無くなる。したがって、蓄熱タンク22を小型化することができる。すなわち、温水供給システム10を小型化することができる。

また、上述した温水供給システム10は、1つの三流体熱交換器54により、熱媒体循環路51と熱供給循環水路62の間の熱交換と、熱媒体循環路51とタンク水加熱水路30の間の熱交換を行う。これによっても、温水供給システム10が小型化されている。

なお、温水供給システム10を小型化する必要性が低い場合には、熱媒体循環路51と熱供給循環水路62の間で熱交換する熱交換器と、熱媒体循環路51とタンク水加熱水路30の間で熱交換する熱交換器とをそれぞれ別個に設けてもよい。

また、上述した温水供給システム10では、ヒートポンプ50で生成された高温の熱媒体の熱が、三流体熱交換器54、熱供給循環水路62、浴槽熱交換器84を介して、浴槽水加熱水路80内の水(すなわち、浴槽水)に伝達される。すなわち、熱媒体の熱が、三流体熱交換器54と浴槽熱交換器84の2つの熱交換器を介して浴槽水に伝達される。しかしながら、単一の熱交換器によって、熱媒体循環路51内の熱媒体と浴槽水加熱水路80内の水との間で熱交換するようにしてもよい。また、熱媒体の熱を、3つ以上の熱交換器を介して浴槽水に伝達してもよい。

また、上述した温水供給システム10では、熱供給循環水路62内に水を循環するように構成されていたが、他の流体(熱媒体)を循環するように構成してもよい。熱供給循環水路62内の流体は、使用者の手に直接触れるものではないので、種々の流体を採用することができる。

また、上述した温水供給システム10は、蓄熱タンク22内の水を温水利用箇所(給湯栓100及び浴槽102)に供給したが、蓄熱タンク22内の温水の熱により水道水を加熱し、加熱した水道水を温水利用箇所に供給してもよい。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例をさまざまに変形、変更したものが含まれる。
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

蓄熱運転時及び湯張り運転時の状態を示す温水供給システム10の接続図。 低温暖房運転開始時の状態を示す温水供給システム10の接続図。 高温暖房運転開始時の状態を示す温水供給システム10の接続図。 追い焚き運転時に制御装置90が実行する処理を示すフローチャート。 追い焚き運転時の状態を示す温水供給システム10の接続図。

符号の説明

10:温水供給システム
20:タンク水系統
22:蓄熱タンク
30:タンク水加熱水路
32:循環ポンプ
34:水道水導入水路
36:供給水路
38:バーナ加熱装置
50:ヒートポンプ
51:熱媒体循環路
52:熱交換器
53:圧縮器
54:三流体熱交換器
55:膨張弁
60:追い焚き・暖房系統
62:熱供給循環水路
63:熱回収水路
64:シスターン
65:ポンプ水路
65a:循環ポンプ
66:低温暖房水路
67:バーナ加熱水路
67a:バーナ加熱装置
68:熱交換水路
69:第1高温暖房水路
70:第2高温暖房水路
71:バイパス水路
80:浴槽水加熱水路
82:循環ポンプ
84:浴槽熱交換器
90:制御装置
100:給湯栓
102:浴槽
104:低温暖房機
106:高温暖房機
110:水道水供給源

Claims (2)

  1. 温水利用箇所に温水を供給する温水供給システムであり、
    熱媒体を循環させる熱媒体循環路を備えたヒートポンプと、
    バーナ加熱装置と、
    温水利用箇所に供給する水を貯留する蓄熱タンクと、
    蓄熱タンクの下部から蓄熱タンク内の水を導入し、導入した水を熱媒体循環路内の熱媒体との熱交換によって加熱し、加熱した水を蓄熱タンクの上部に戻すタンク水加熱水路と、
    浴槽と、
    熱媒体循環路内の熱媒体との熱交換によって浴槽内の水を加熱することが可能であるとともに、バーナ加熱装置によって浴槽内の水を加熱することが可能な浴槽水加熱水路
    浴槽水の温度を検出する温度検出手段と、
    浴槽水を加熱する追い焚き運転を制御する制御装置、
    を備えており、
    追い焚き運転において、制御装置は、温度検出手段の検出温度が基準温度以上であるときに熱媒体循環路内の熱媒体との熱交換によって浴槽内の水を加熱し、温度検出手段の検出温度が基準温度未満であるときにバーナ加熱装置によって浴槽内の水を加熱する、
    ことを特徴とする温水供給システム。
  2. 熱媒体循環路とタンク水加熱水路の間、及び、熱媒体循環路と浴槽水加熱水路の間で熱交換可能な三流体熱交換器を備えており、
    浴槽水加熱水路が、浴槽水を循環する浴槽水循環水路と、水を循環する水循環水路を有しており、
    熱媒体循環路内の熱媒体と水循環水路内の水との熱交換によって水循環水路内の水を加熱可能であり、
    バーナ加熱装置は、水循環水路内の水を加熱し、
    水循環水路内の水と浴槽水循環水路内の浴槽水との熱交換によって浴槽水循環水路内の浴槽水を加熱可能であり、
    水循環水路内の水の熱を利用して暖房する暖房機をさらに有している、
    ことを特徴とする請求項1の温水供給システム。
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