JP5210195B2 - Hot water storage water heater - Google Patents
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Description
この発明は、貯湯する温水を太陽熱集熱器とヒートポンプ式の加熱手段とにより加熱する貯湯式給湯装置に関するものである。 The present invention relates to a hot water storage type hot water supply apparatus that heats hot water to be stored by a solar heat collector and a heat pump type heating means.
従来よりこの種のものに於いては、太陽熱を利用して熱媒を加熱し、加熱された熱媒を貯湯タンク内の水と熱交換して貯湯タンク内の水を加熱し、貯湯タンク内の湯を利用する一方、日々の天候や、季節による太陽熱エネルギー利用の変動に対応するため、他のエネルギー供給源との併用を図った給湯システムも種々知られており、例えば、日中は太陽熱集熱器により加熱された高温の熱媒を、貯湯タンク中央に設けた熱交換器に循環させることにより、貯湯タンク内の中温水を加熱し、夜間は料金設定の安い深夜時間帯の電力を使用してヒートポンプユニットにより貯湯タンク内の温水を設定温度まで沸き上げ、その沸き上げるまでの沸き上げ熱量を日中の太陽熱集熱器による加熱熱量分減じる給湯システムが、開示されている。(例えば、特許文献1参照)
また、日中は太陽熱集熱器により加熱された高温の熱媒を、貯湯タンク下部に設けた熱交換器に循環させることにより、貯湯タンク内の最下部付近の低温水を加熱し、夜間は料金設定の安い深夜時間帯の電力を使用してヒートポンプユニットにより貯湯タンク内の温水を設定温度まで沸き上げる給湯システムが、開示されている。(例えば、特許文献2参照)
ところでこの従来のものでは、貯湯タンク内の温水を加熱する加熱手段がヒートポンプユニットの場合、貯湯タンク下部の低温水を加熱して高温水にして貯湯タンクの上部に供給して貯湯していくが、貯湯タンクの中央又は下部に設けた熱交換器に、太陽熱集熱器により加熱された熱媒を循環させて貯湯タンク内の温水を加熱するが、熱交換器の位置が貯湯タンクの中央や下部では、熱交換器の周りの中温水や低温水を加熱して、結果として貯湯タンク内の温水全体を加熱することとなり、貯湯タンク上部の高温水を増やすことができないものであった。 By the way, in this conventional type, when the heating means for heating the hot water in the hot water storage tank is a heat pump unit, the low temperature water at the lower part of the hot water storage tank is heated to form hot water and supplied to the upper part of the hot water storage tank to store hot water. The hot water in the hot water tank is heated by circulating the heat medium heated by the solar heat collector in the heat exchanger provided at the center or lower part of the hot water tank. In the lower part, the medium temperature water and the low temperature water around the heat exchanger are heated, and as a result, the whole hot water in the hot water storage tank is heated, and the high temperature water in the upper part of the hot water storage tank cannot be increased.
又、熱交換器を貯湯タンクの上部に設けた場合、貯湯タンクの上部は高温水が貯湯されているので、熱交換器を循環する熱媒の温度が高温水の温度より高温でも温度差が小さいために熱交換の効率が悪く、貯湯タンク内の高温水を効率よく増加させることができず、貯湯タンクの中央又は下部の中温水や低温水を加熱することもできず、又熱交換器を循環する熱媒の温度が貯湯タンク上部の高温水の温度より低いと、逆に熱媒が貯湯タンク上部の高温水に加熱され、結果として貯湯タンク上部の高温水の温度が低下してしまうものであった。 In addition, when the heat exchanger is provided in the upper part of the hot water storage tank, high temperature water is stored in the upper part of the hot water storage tank. Therefore, even if the temperature of the heat medium circulating in the heat exchanger is higher than the temperature of the hot water, there is a temperature difference. Because of its small size, heat exchange efficiency is poor, the high-temperature water in the hot water storage tank cannot be increased efficiently, the middle or low temperature water in the middle or lower part of the hot water tank cannot be heated, and the heat exchanger If the temperature of the heat medium circulating in the hot water tank is lower than the temperature of the hot water in the upper part of the hot water tank, the heat medium is heated by the hot water in the upper part of the hot water tank, resulting in a decrease in the temperature of the hot water in the upper part of the hot water tank. It was a thing.
この発明はこの点に着目し上記課題を解決する為、特にその構成を請求項1では、温水を貯湯する貯湯タンクと、該貯湯タンク内の温水を加熱する加熱手段と、貯湯タンク下部の温水を往き管を介して加熱手段に供給し、加熱手段により加熱された高温水を戻り管を介して貯湯タンク上部に戻す循環ポンプと、貯湯タンク外周面の上下に備えられた複数の貯湯温度センサと、貯湯タンク内の温水を太陽熱により加熱する太陽熱集熱器とを有し、前記貯湯タンク略中央の温水温度が中温水で、且つ太陽熱集熱器の出口温度が貯湯タンク上部の温水温度以上の時、貯湯タンク略中央の温水を太陽熱集熱器に供給し、太陽熱集熱器により加熱された高温水を貯湯タンク上部に戻す太陽熱加熱運転を開始し、太陽熱加熱運転開始後に貯湯タンク略中央の温水が貯湯タンク上部の温水温度以上になった時、太陽熱加熱運転を停止する制御回路を備えたものである。
In order to solve the above-mentioned problems by focusing attention on this point, the present invention is particularly configured as claimed in
又請求項2に係る貯湯式給湯装置では、特にその構成を請求項1において、前記太陽熱集熱器と、貯湯タンク略中央と太陽熱集熱器の入水口側とを接続する中温水供給管と、該中温水供給管の貯湯タンク側に設けられた太陽熱回路入口開閉弁と、中温水供給管の太陽熱集熱器側に設けられた太陽熱循環ポンプと、太陽熱集熱器の出湯水口側と貯湯タンク上部とを接続する太陽熱加熱温水管と、太陽熱集熱器の出湯水口側の温水の温度を検知する太陽熱出湯温度センサとにより太陽熱加熱運転を行う太陽熱回路を構成するものである。
Further, in the hot water storage type hot water supply apparatus according to
又請求項3に係る貯湯式給湯装置では、特にその構成を請求項1において、前記太陽熱集熱器と、貯湯タンク略中央と太陽熱集熱器の入水口側とを接続する中温水供給管と、該中温水供給管の貯湯タンク側に設けられた太陽熱回路入口開閉弁と、中温水供給管の太陽熱集熱器側に設けられた太陽熱循環ポンプと、太陽熱集熱器の出湯水口側と貯湯タンク上部とを接続する太陽熱加熱温水管と、太陽熱集熱器の出湯水口側の温水の温度を検知する太陽熱出湯温度センサと、太陽熱加熱温水管の貯湯タンク上部との接続部分の近傍に設けられた太陽熱回路出口切替弁と、太陽熱加熱温水管の太陽熱回路出口切替弁手前に設け太陽熱回路出口切替弁に流入する温水の温度を検知する太陽熱回路出口温度センサと、一端を太陽熱回路出口切替弁に接続し他端を中温水供給管の太陽熱回路入口開閉弁と太陽熱循環ポンプとの間の位置に接続したバイパス管により太陽熱加熱運転を行う太陽熱回路を構成し、前記制御回路は、太陽熱加熱運転開始時は太陽熱回路出口切替弁をバイパス管側に切り替えて太陽熱集熱器からの温水をバイパス管を介して太陽熱集熱器に戻し、太陽熱加熱運転開始から所定時間太陽熱回路出口温度センサが貯湯タンク上部の温水温度以上を検知したら、太陽熱回路出口切替弁を貯湯タンク側に切り替えて太陽熱集熱器からの温水を貯湯タンク上部に戻し、太陽熱回路出口切替弁を貯湯タンク側に切り替えた後、太陽熱加熱運転中に太陽熱回路出口温度センサが貯湯タンク上部の温水温度未満を検知したら太陽熱加熱運転を停止するものである。
Moreover, in the hot water storage type hot water supply apparatus according to
この発明の請求項1によれば、夜間の深夜電力で貯湯タンクのお湯を設定温度まで沸き上げ運転をする時、熱交換の効率が悪くならないようにヒートポンプ式の室外機に供給される貯湯タンク1下部の温水が低温水であるようにしつつ、貯湯タンクのお湯を自然エネルギーの太陽熱にて加熱し、高温水を貯湯するので、深夜電力での沸き上げ運転による消費電力を低減することができるものである。
According to
また、太陽熱加熱運転を実施しても加熱された温水の温度が貯湯タンク最上部の貯湯温度以上にならないと判定された場合は、太陽熱加熱運転を行わないので、貯湯タンク最上部に温度の低い温水が供給されず、貯湯タンク最上部の貯湯温度を低下させることがないものである。 If it is determined that the temperature of the heated hot water does not exceed the hot water storage temperature at the top of the hot water storage tank even if the solar heating operation is performed, the solar heating operation is not performed, so the temperature at the top of the hot water storage tank is low. Hot water is not supplied, and the hot water storage temperature at the top of the hot water storage tank is not lowered.
又本発明の請求項2に記載の貯湯式給湯装置によれば、請求項1に於いて、前記貯湯タンク略中央と太陽熱集熱器の入水口側とを接続する中温水供給管の貯湯タンク側に太陽熱回路入口開閉弁を設けたので、太陽熱集熱器側が温度が低い時、貯湯タンク内の熱が太陽熱回路側に逃げるのを防止でき、又太陽熱集熱器の出湯水口側の温水の温度を太陽熱出湯温度センサにより検知することにより、太陽熱加熱運転を実施しても加熱された温水の温度が貯湯タンク最上部の貯湯温度以上にならないと確実に判定できるものである。
According to
又本発明の請求項3に記載の貯湯式給湯装置によれば、請求項1に於いて、前記太陽熱回路にバイパス管を設け、太陽熱回路により加熱された温水が所定時間貯湯タンク上部の温水温度以上を検知したら、太陽熱回路により加熱された温水をバイパス管による太陽熱回路内循環状態から貯湯タンク上部に戻すので、より確実に貯湯タンク最上部に温度の低い温水が供給されず、貯湯タンク最上部の貯湯温度を低下させることがないものである。
According to
更に、太陽熱加熱運転中に太陽熱回路出口温度センサが貯湯タンク上部の温水温度未満を検知したら太陽熱加熱運転を停止するので、太陽熱加熱運転中に天候が急変して太陽熱加熱運転で加熱された温水が貯湯タンク上部の温水温度未満になってもその温水が貯湯タンク最上部に供給されないので、太陽熱加熱運転中に天候が急変しても貯湯タンク最上部の貯湯温度を低下させることがないものである。 Furthermore, if the solar circuit outlet temperature sensor detects a temperature below the hot water temperature at the top of the hot water storage tank during the solar heating operation, the solar heating operation is stopped, so that the weather suddenly changes during the solar heating operation and the hot water heated by the solar heating operation is Even if the temperature of the hot water tank is below the hot water temperature, the hot water is not supplied to the uppermost part of the hot water tank, so that the hot water temperature at the uppermost part of the hot water tank is not lowered even if the weather changes suddenly during solar heating operation. .
次に、本発明に係る発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
1は円筒状の貯湯タンクで、ヒートポンプ式の室外機からなる加熱手段2を利用し、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するものであり、底部には給水を補給する給水管3が接続し、上部には貯湯した高温水を給湯栓(図示せず)等に出湯する出湯管4が接続されている。
Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
1 is a cylindrical hot water storage tank that uses heating means 2 comprising a heat pump type outdoor unit to boil and store hot water in the midnight hours when the unit price of contracted electric power by time zone is low. A
5は一方に出湯管4を、他方には給水管3から分岐した給水バイパス管6を、中央には給湯管7が接続した電動三方弁から成る混合弁で、出湯管4からの高温水と給水バイパス管6からの給水とを混合して、設定された給湯温度となるようにして供給する混合弁であり、出湯温度と給水温度と設定温度から、出湯管4の開度と給水バイパス管6の開度を調整するフィードフォワード制御するものである。
5 is a mixing valve comprising an electric three-way valve connected to a hot water supply pipe 4 on one side, a water
8は給水バイパス管6に備えられ給水温度を検知する給水サーミスタを兼ねる温度センサで、給湯時には給水温度を検知して混合弁5の開度を調整するものであり、又貯湯タンク1内の湯水境界層が、混合弁5より下方に位置する状態で、給湯停止して混合弁5を出湯管4と給水バイパス管6が連通する開度とした時に、貯湯タンク1内の高温水が釣り合おうとして直下対流を起こし、給水バイパス管6まで流入してしまう時には、この混合水温度を検知し、所定温度以上で水側である給水バイパス管6側を100%開口状態に混合弁5を駆動させ、後は上記のフィードフォワード制御で混合弁5を制御するようにしたものである。
A temperature sensor 8 is also provided in the water
9は貯湯タンク1と加熱手段2とを湯水が循環可能に接続する往き管10と戻り管11と循環ポンプ12とで構成された循環回路である。
13、14、15、16、17は貯湯タンク1外周面の上下に備えられた貯湯温度センサであり、18は給水管3途中に設けられた減圧弁であり、19は出湯管4に備えられた圧力逃がし弁である。
20はフローセンサで、給湯管7に備えられ、湯水の流れを検知することにより給湯の開始/停止を検知するものである。
13, 14, 15, 16, and 17 are hot water storage temperature sensors provided above and below the outer peripheral surface of the hot
A
21は太陽熱集熱器で、入水口側22は貯湯タンク1の略中央に設けられ、貯湯タンク1内の略中央の温水を太陽熱集熱器21にする中温水供給管23が接続され、該中温水供給管23には貯湯タンク1側に太陽熱回路入口開閉弁24が設けられ、太陽熱集熱器21側には太陽熱循環ポンプ25が設けられている。
21 is a solar heat collector, the
26は太陽熱加熱温水管で、一端が太陽熱集熱器21の出湯水口側27に接続され、他端が貯湯タンク1の天井部分に接続され、太陽熱集熱器21で加熱された高温水を貯湯タンク1の上部に供給するものである。
前記太陽熱加熱温水管26の他端は貯湯タンク1の天井部分に接続されているが、その接続部分の手前には太陽熱回路出口切替弁28が設けられ、更に一端が該太陽熱回路出口切替弁28に接続され、他端が中温水供給管23の太陽熱回路入口開閉弁24と太陽熱循環ポンプ25の間に接続されたバイパス管29が設けられている。
The other end of the solar heating
又、太陽熱集熱器21の出湯水口側27近傍には、太陽熱集熱器21により加熱された温水の温度を検知する太陽熱出湯温度センサ30が設けられ、又、太陽熱加熱温水管26の太陽熱回路出口切替弁28の手前の位置には、太陽熱回路出口切替弁28に流入する温水の温度を検知する太陽熱回路出口温度センサ31が設けられている。
Further, a solar hot
そして、前記太陽熱集熱器21と、中温水供給管23と、太陽熱循環ポンプ25と、太陽熱加熱温水管26と、バイパス管29とにより、太陽熱回路32が形成されているものである。
A solar
33はマイコンからなる制御回路で、入力側にはリモコン(図示せず)の給湯温度設定部34と、最上位置の貯湯温度センサ13が出湯温度センサとして接続すると共に、温度センサ8が給水温度センサ及び混合水温度センサとして接続し、更に給湯管7に備えられ湯水の流れを検知することにより給湯の開始/停止を検知するフローセンサ20が接続され、出力側には、混合弁5のステップモータ駆動量を制御することで、該混合弁5の開度を調整するようにしたものである。
33 is a control circuit composed of a microcomputer. On the input side, a hot water supply
又、制御回路33の入力側には、沸き上げ温度設定部35と、最下位置の貯湯温度センサ17が入水温度センサとして接続すると共に、貯湯温度センサ13〜17が沸き上げ温度に達した高温水の貯湯量を検知する貯湯センサとして接続し、出力側には、加熱手段2と循環ポンプ12を制御して、貯湯タンク1内に沸き上げ温度に加熱された高温水を貯湯するものである。
Further, a boiling
又、制御回路33の入力側には、太陽熱出湯温度センサ30と、太陽熱回路出口温度センサ31が接続し、出力側には、太陽熱回路入口開閉弁24と、太陽熱回路出口切替弁28と、太陽熱循環ポンプ25が接続され、貯湯タンク1略中央内の中温水を太陽熱循環ポンプ25により太陽熱集熱器21に送り、貯湯タンク1の上部の高温水以上の温度に加熱して、貯湯タンク1上部に高温水を貯湯するものである。
Further, a solar hot
次に、本発明の要部となる図3に示す太陽熱加熱運転の作動を説明する。
図3に示すように、まず、貯湯タンク1の略中央部分の温水の温度が30度以上で50度以下の中温水であるかを判定し(S1)、中温水である時、次に太陽熱集熱器21の出湯水口側27の出口温水の温度が、貯湯タンク1最上部の貯湯温度以上であるかを判定する。(S2)
Next, the operation of the solar heating operation shown in FIG. 3, which is a main part of the present invention, will be described.
As shown in FIG. 3, first, it is determined whether the temperature of the hot water in the substantially central portion of the hot
太陽熱集熱器21の出湯水口側27の出口温水の温度が貯湯タンク1最上部の貯湯温度以上でない場合は(S1)に戻り、太陽熱集熱器21の出湯水口側27の出口温水の温度が貯湯タンク1最上部の貯湯温度以上である場合は、太陽熱回路入口開閉弁24を開放し(S3)、太陽熱回路出口切替弁28を回路内循環側に動作させ(S4)、太陽熱循環ポンプ25をオンさせる。(S5)
If the temperature of the outlet hot water on the
それにより貯湯タンク1の略中央部分の中温水が太陽熱集熱器21に供給されるとともに、太陽熱回路32内の温水が太陽熱集熱器21に供給され、太陽熱集熱器21により貯湯タンク1最上部の貯湯温度以上に加熱された高温水が太陽熱加熱温水管26の太陽熱回路出口切替弁28の手前の位置に設けた太陽熱回路出口温度センサ31の位置まで達すると、太陽熱回路出口切替弁温水温度が貯湯タンク1最上部の貯湯温度以上であると判定され(S6)、貯湯タンク1最上部に供給しても貯湯タンク1最上部の貯湯温度を低下させることはないものとして、太陽熱回路出口切替弁28をタンク供給側に動作させ、太陽熱集熱器21により加熱された高温水を貯湯タンク1最上部に供給する。
この時、より確実に貯湯タンク1最上部の貯湯温度以上に加熱された高温水を貯湯タンク1最上部に供給するために、太陽熱回路出口温度センサ31が貯湯タンク1最上部の貯湯温度以上を所定時間検知した後に太陽熱回路出口切替弁28をタンク供給側に動作させてもよいものである。
Thereby, the middle temperature water in the substantially central portion of the hot
At this time, in order to supply the hot water heated above the hot water storage temperature at the uppermost part of the hot
そして太陽熱集熱器21により加熱された高温水を、貯湯タンク1最上部に供給していくと、貯湯タンク1内の上部の高温水層が貯湯タンク1内の上部から中央部へと貯湯量が増加し、貯湯タンク1略中央部分の温水の温度が貯湯タンク1最上部の貯湯温度以上になると(S8)、太陽熱回路出口切替弁28を回路内循環側に切り替え(S9)、太陽熱循環ポンプ25をオフさせ(S10)、そして太陽熱回路入口開閉弁24を閉じて(S11)、太陽熱加熱運転を終了する。(S12)
When hot water heated by the
また、(S6)で太陽熱回路出口切替弁温水温度が貯湯タンク1最上部の貯湯温度未満のままであった場合や、貯湯タンク1最上部の貯湯温度以上の温水温度だったものが貯湯タンク1最上部の貯湯温度未満に低下した場合は、当初は太陽熱集熱器21の出湯水口側27の出口温水の温度が貯湯タンク1最上部の貯湯温度以上であったものの、その後貯湯タンク1の略中央部分の中温水を太陽熱集熱器21に供給しても、その中温水を貯湯タンク1最上部の貯湯温度以上まで加熱できない気象状態と判断して、(S9)へと進むものである。
In (S6), when the hot water temperature of the solar thermal circuit outlet switching valve remains below the hot water storage temperature at the top of the hot
また、(S8)で貯湯タンク1略中央部分の温水の温度が貯湯タンク1最上部の貯湯温度以上になると太陽熱加熱運転を終了するのは、ヒートポンプ式の室外機からなる加熱手段2により、夜間の深夜電力で貯湯タンク1のお湯を設定温度まで沸き上げ運転をする時、ヒートポンプの性質上、入水温度が高くなると熱交換の効率が悪くなるので、ヒートポンプ式の室外機に供給される貯湯タンク1下部の温水が低温水であるようにするためである。
Also, in (S8), when the temperature of the hot water at the substantially central portion of the hot
以上のように、夜間の深夜電力で貯湯タンク1のお湯を設定温度まで沸き上げ運転をする時、熱交換の効率が悪くならないようにヒートポンプ式の室外機に供給される貯湯タンク1下部の温水が低温水であるようにしつつ、貯湯タンク1のお湯を自然エネルギーの太陽熱にて加熱し、高温水を貯湯することで深夜電力での沸き上げ運転による消費電力を低減することができるものである。
As described above, when the hot water of the hot
また、太陽熱加熱運転を実施しても加熱された温水の温度が貯湯タンク1最上部の貯湯温度以上にならないと判定された場合は、太陽熱加熱運転を行わないので、貯湯タンク1最上部に温度の低い温水が供給されず、貯湯タンク1最上部の貯湯温度を低下させることがないものである。
If it is determined that the temperature of the heated hot water does not exceed the hot water storage temperature at the top of the hot
1 貯湯タンク
2 加熱手段
10 往き管
11 戻り管
13、14、15、16、17 貯湯温度センサ
21 太陽熱集熱器
33 制御回路
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