JP5208122B2 - 給湯システム - Google Patents
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Description
暖房用の湯を貯める第1タンクと、
少なくとも一部が第1タンク内に露出する形で第1タンクに収容または組み付けられた、給湯栓に供給するべき湯を貯める第2タンクと、
第1タンクの湯を暖房装置に供給し、暖房装置からの湯を第1タンクに戻す暖房循環経路と、
第2タンクの第1タンク内に露出した部分を取り囲む第1伝熱部を含み、第1タンクの湯が第1伝熱部を経由して暖房装置に供給されうるように、第1タンクと暖房循環経路の往路部分とを接続(中継)する第1経路と、
第1伝熱部に沿うように配置された第2伝熱部を含み、第2タンクの湯を第2伝熱部に流通させることによって第2タンクの湯と第1伝熱部を流通する湯とを熱交換させる第2経路と、
を備えた、給湯システムを提供する。
図3に示す運転モードは、給湯負荷がヒートポンプ2の加熱能力の範囲内にあるときに実行されうる給湯モードである。図中の太線によって湯(または市水)の流れが示されている。暖房装置4はオフである。給湯栓3を開けると、第2経路55の配管34、第2弁機構9および給湯経路59を経由して第2タンク6の湯が給湯栓3に供給される。第2タンク6の湯は、第2弁機構9において給水経路61からの市水と混合され、入力端末63で予め設定された温度に調節される。使用した湯と同量の市水が分岐給水管32を通じて第2タンク6の底部の空間に補給される。なお、配管34に代えて第2伝熱管11を経由して第2タンク6の湯を給湯栓3に供給してもよいし、配管34および第2伝熱管11の両方を経由して第2タンク6の湯を給湯栓3に供給してもよい。給湯温度センサ43,48で湯温をモニタし、最適な経路で湯が供給されるように制御すればよい。
図4に示す運転モードは、ヒートポンプ2を作動して第1タンク5の湯を加熱する貯湯モードである。第1タンク5の湯を加熱することによって、第2タンク6の湯が間接的に加熱される。この貯湯モードは、給湯栓3が閉じられているときに実行されうる。例えば、第1タンク5の外壁面に設けられたタンク温度センサ45,46,47の検出結果に基づいて、第1タンク5および/または第2タンク6の湯量(蓄熱量)を推定し、推定した湯量が所定値を下回った場合にヒートポンプ2を起動し、第1タンク5の湯の加熱を開始する。図4に示すように、ヒートポンプ2で加熱した湯を第1経路53によって第1タンク5に戻しながら、第2タンク6の湯を第2経路55に循環させる。第2経路55を流通する湯と、ヒートポンプ2で加熱された湯とが、伝熱部10a,11aにおいて熱交換し、第2タンク6の湯が迅速に適温まで加熱される。
図5に示す運転モードは、第2タンク6の湯の量(蓄熱量)が十分にあり、暖房負荷がヒートポンプ2の加熱能力の範囲内(例えば定格能力の70〜130%の範囲内)にあるときに実行されうる通常暖房モードである。この通常暖房モードでは、ヒートポンプ2で加熱した湯のみを用いて暖房が行われる。ヒートポンプ2の加熱能力が、要求される暖房能力に一致するように、ヒートポンプ2の電動膨張弁102の開度、圧縮機101の回転数が制御される。
図6に示す運転モードは、第1タンク5の湯の量(蓄熱量)が十分にあり、暖房負荷が非常に小さい場合に実行されうる低負荷暖房モードである。具体的に、この低負荷暖房モードは、暖房負荷がヒートポンプ2の定格能力の所定比率(例えば70%)を下回った場合に実行されうる。さらに、ヒートポンプ2の除霜処理の実行中において実行してもよい。
図7に示す運転モードは、第2タンク6の湯の量(蓄熱量)が不十分であり、暖房負荷と給湯負荷の合計が、ヒートポンプ2の定格能力の近傍(例えば定格能力の70〜130%の範囲内)にあるときに実行されうる通常負荷モードである。簡単にいえば、図3の給湯モードと、図6の暖房モードとの組み合わせである。給湯栓3への湯の供給は、図3を参照して説明した通りに行われる。
図8に示す運転モードは、暖房負荷がヒートポンプ2の最大加熱能力(例えば定格能力の130%)を超える場合に実行されうる高負荷暖房モードである。第1往き管23を経由して暖房装置4に供給されるべき第1タンク5の湯と、ヒートポンプ2で加熱された第1タンク5の湯とが、第1弁機構8において適切な比率で混合され、暖房循環経路51の第2往き管25に導かれる。このようにすれば、ヒートポンプ2の最大加熱能力に第1タンク5の湯による加熱能力が上乗せされるので、一時的に、ヒートポンプ2の最大加熱能力を超える加熱能力が発揮されうる。
図9に示す運転モードは、暖房負荷がヒートポンプ2の最大加熱能力(例えば130%)を超え、かつ朝晩のような急速暖房を要する時間帯に実行されうる急速暖房モードである。第1往き管23および第1経路53(第1伝熱管10)を経由して暖房装置4に供給されるべき第1タンク5の湯と、ヒートポンプ2で加熱された第1タンク5の湯とが、第1弁機構8において適切な比率で混合され、暖房循環経路51の第2往き管25に導かれる。これと同時に、第2経路55に第2タンク6の湯を循環させる。
図8を参照して説明した高負荷暖房モードでの運転が予め定められた時間を超えて継続する場合には、抵抗加熱式の補助ヒータ18で第1タンク5の湯を加熱するようにしてもよい。同様に、図9を参照して説明した急速暖房モードでの運転が予め定められた時間を超えて継続する場合には、補助ヒータ18で第1タンク5の湯を加熱するようにしてもよい。
図10に示すように、第1経路53は、第1弁機構8に接続された側とは反対側における第1伝熱管10の端部が接続された第3弁機構38と、第1タンク5の底部の空間の湯を第1伝熱管10に導く下部配管36と、第1タンク5の上部の空間の湯を第1伝熱管10に導く上部配管37と、をさらに有していてもよい。第1タンク5における上部配管37の開口の位置は、暖房循環経路51の第1往き管23の開口と概ね同じ高さに設定するとよい。第3弁機構38は、3WAY式の分配弁であってもよいし、流通方向を切り替える機能のみを有する切り替え弁であってもよい。
Claims (13)
- 暖房用の湯を貯める第1タンクと、
少なくとも一部が前記第1タンク内に露出する形で前記第1タンクに収容または組み付けられた、給湯栓に供給するべき湯を貯める第2タンクと、
前記第1タンクの湯を暖房装置に供給し、前記暖房装置からの湯を前記第1タンクに戻す暖房循環経路と、
前記第2タンクの前記第1タンク内に露出した部分を取り囲む第1伝熱部を含み、前記第1タンクの湯が前記第1伝熱部を経由して前記暖房装置に供給されうるように、前記第1タンクと前記暖房循環経路の往路部分とを接続する第1経路と、
前記第1伝熱部に沿うように配置された第2伝熱部を含み、前記第2タンクの湯を前記第2伝熱部に流通させることによって前記第2タンクの湯と前記第1伝熱部を流通する湯とを熱交換させる第2経路と、
を備えた、給湯システム。 - 前記第1伝熱部が、前記第1経路を構成する第1伝熱管によって形成され、
前記第2伝熱部が、前記第2経路を構成する第2伝熱管によって形成され、
前記第2タンクと前記第2伝熱管とによって前記第1伝熱管が挟まれるように、前記第1伝熱管が前記第2タンクに巻き付けられ、前記第1伝熱管の上から前記第2伝熱管が前記第2タンクに巻き付けられている、請求項1に記載の給湯システム。 - 前記第1伝熱管の外径と前記第2伝熱管の外径とが等しく、
前記第2タンクの高さ方向に関して隣り合う部分同士が互いに密着しあう形で前記第1伝熱管が螺旋状に前記第2タンクに巻き付けられ、
前記第1伝熱管と前記第2伝熱管とが径方向の複数箇所で接するように、前記第2伝熱管が前記第1伝熱管の上から螺旋状に前記第2タンクに巻き付けられている、請求項2に記載の給湯システム。 - 前記第1伝熱部が、前記第1経路を構成する第1伝熱管によって形成され、
前記第2伝熱部が、前記第2経路を構成する第2伝熱管によって形成され、
前記第1伝熱管と前記第2伝熱管とが前記第2タンクの高さ方向に関して交互に並ぶように、前記第1伝熱管および前記第2伝熱管の各々が前記第2タンクに直接かつ螺旋状に巻き付けられている、請求項1に記載の給湯システム。 - 前記第1タンクの湯を加熱する手段としてのヒートポンプと、
前記第1タンクの湯を前記ヒートポンプに導くためのヒートポンプ経路とをさらに備え、
前記ヒートポンプで加熱した湯を前記暖房装置に直接供給しうるように、前記第1経路と、前記ヒートポンプ経路と、前記暖房循環経路の往路部分とが相互に接続されている、請求項1に記載の給湯システム。 - 前記ヒートポンプで加熱した湯を前記第1タンクに戻すための経路として、前記第1経路を利用可能である、請求項5に記載の給湯システム。
- 前記第1経路、前記ヒートポンプ経路および前記暖房循環経路の往路部分の接続箇所に設けられた弁機構をさらに備え、
前記第1経路を経由して前記暖房装置に供給されるべき前記第1タンクの湯と、前記ヒートポンプで加熱された前記第1タンクの湯とを前記弁機構で合流させて前記暖房循環経路へと導くモードで運転できる、請求項5に記載の給湯システム。 - 前記第2タンクの湯を前記第2経路に循環させることによって、前記第2タンクの湯と、前記第1経路を経由して前記暖房装置に供給されるべき前記第1タンクの湯との熱交換を促進する、請求項7に記載の給湯システム。
- 前記暖房循環経路は、前記往路部分の一部を構成するように前記第1タンクと前記弁機構とを接続する第1往き管と、前記往路部分の残部を構成するように前記弁機構と前記暖房装置とを接続する第2往き管とを含み、
前記運転モードにおいて、前記第1往き管を経由して前記暖房装置に供給されるべき前記第1タンクの湯と、前記第1経路を経由して前記暖房装置に供給されるべき前記第1タンクの湯と、前記ヒートポンプで加熱された前記第1タンクの湯とを前記弁機構で合流させて前記暖房循環経路の前記第2往き管へと導く、請求項7に記載の給湯システム。 - 前記弁機構を制御することによって、前記ヒートポンプで加熱した湯の全量のみを前記暖房装置に直接供給するモードと、前記ヒートポンプで加熱した湯の一部を前記暖房装置に直接供給しつつ残部を前記第1経路によって前記第1タンクに戻すモードと、前記ヒートポンプで加熱した湯の全量を前記第1経路によって前記第1タンクに戻すモードとから選ばれる少なくとも1つのモードでの運転がさらに可能である、請求項7に記載の給湯システム。
- 前記暖房循環経路は、前記往路部分の一部を構成するように前記第1タンクと前記弁機構とを接続する第1往き管と、前記往路部分の残部を構成するように前記弁機構と前記暖房装置とを接続する第2往き管とを含み、
前記弁機構を制御することによって、前記第1経路を使用せず、前記第1往き管を経由して前記暖房装置に供給されるべき前記第1タンクの湯と、前記ヒートポンプで加熱された前記第1タンクの湯を前記弁機構で合流させて前記暖房循環経路の前記第2往き管へと導くモードでの運転がさらに可能である、請求項7に記載の給湯システム。 - 前記第2タンクは、上部が前記第1タンクから突出し、残部が前記第1タンク内に露出するように前記第1タンクに組み付けられており、
前記暖房循環経路が、前記第1タンクの側壁と前記第2タンクの側壁との間に形成された前記第1タンクの上部の空間に向かって開口する往き管を含み、
前記第1経路の端部が、前記往き管の開口よりも下方において、前記第1タンクの上部の空間に向かって開口している、請求項1に記載の給湯システム。 - 前記第1タンクの内部に配置された補助ヒータをさらに備え、
前記補助ヒータの位置が、前記第1タンクの側壁と前記第2タンクの側壁との間に形成された前記第1タンクの上部の空間に定められている、請求項12に記載の給湯システム。
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