JP5312389B2 - 給湯システム - Google Patents

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Description

本発明は、貯湯タンクユニットに、瞬間加熱式の燃焼給湯器を接続した給湯システムに関する。
従来より、貯湯タンクの湯水をヒートポンプにより加熱する貯湯タンクユニットに、瞬間加熱式の燃焼給湯器を接続した給湯システムが知られている(例えば、特許文献1参照)。
一般に、ヒートポンプは、圧縮機、水熱交換器(凝縮器)、膨張弁(減圧器)、及び空気熱交換器(蒸発器)を冷媒循環路で接続することにより構成される。冷媒循環路では、圧縮機から吐出した冷媒が水熱交換器に流通した後、開度調整可能な膨張弁を介して空気熱交換器に流通し、空気熱交換器により大気から給熱した後、圧縮機に吸入される。そして、水熱交換器は、貯湯タンクの上部及び下部に接続されたタンク循環路に接続されており、冷媒循環路の冷媒とタンク循環路の湯水との熱交換によりタンク循環路の湯水が加熱される。
この種の給湯システムにおいては、貯湯タンクに貯めた湯を用いて給湯を行う場合、貯湯タンクの湯の温度が低下した状態が継続したときに、貯湯タンクの湯中にレジオネラ菌等の雑菌が繁殖し易い状況となる。そこで、貯湯タンクの湯を深夜時間帯に高温まで沸き上げて湯を滅菌し、清浄な湯が供給されるようにした給湯システムが提案されている(例えば、特許文献2参照)。
特開2000−329401号公報 特開2003−130452号公報
ところで、冬期において外気温が低いと、ヒートポンプの蒸発器に着霜することがあり、蒸発器が着霜状態にあると大気からの給熱が不十分となって、貯湯タンクの湯を高温まで沸き上げることができなくなる。
そこで、ヒートポンプにおいては、例えば、外気温度又は空気熱交換器における冷媒温度が極度に低い場合に、四方弁等により圧縮機の出口を空気熱交換器側に切換えて冷媒の流動方向を反転させ、圧縮機による高温冷媒を空気熱交換器へ送ることにより空気熱交換器を加熱して除霜する除霜運転が行われる。
しかし、空気熱交換器を加熱する除霜運転中は、水熱交換器に低温冷媒が流れてタンク循環路の湯水の温度が低下するのを防止するためにタンク循環路の湯水の循環を停止させておかなければならず、貯湯タンクの湯水の沸き上げ運転を行うことができない。そして、冬期における深夜時間帯には蒸発器に着霜する場合が多く、深夜時間帯に滅菌のための沸き上げ運転をしようとしても、ヒートポンプにおける除霜運転が行われるために、貯湯タンクの湯の滅菌が行えない。
本発明は上記背景を鑑みてなされたものであり、ヒートポンプが除霜運転中であっても貯湯タンクの湯水を滅菌することができる給湯システムを提供することを目的とする。
本発明は、内部に湯水を貯える貯湯タンクと、該貯湯タンクに接続されて該貯湯タンクに水を供給する給水管と、前記貯湯タンクに接続されて該貯湯タンクの湯水を導出する出湯管と、始端と終端とが前記貯湯タンクに接続されて前記貯湯タンクの湯水を循環させるタンク循環路と、該タンク循環路を介して前記貯湯タンクの湯水を加熱するヒートポンプと、前記貯湯タンクの湯水の温度を検出する貯湯温度センサと、前記出湯管に接続された給湯回路を備えて該出湯管を流通する湯水をバーナにより加熱する燃焼給湯器と、該燃焼給湯器に設けられてバーナにより加熱された暖房用水が循環する暖房回路と、該暖房回路に接続され、前記貯湯タンクの内部に設けられて前記暖房回路の暖房用水との熱交換により該貯湯タンクの湯水を加熱する加熱用水管と、屋外の気温を検出する外気温度センサと、前記ヒートポンプへの着霜に際して該ヒートポンプによる貯湯タンクの湯水の加熱を停止し該ヒートポンプに除霜運転を指示する除霜処理制御手段と、前記貯湯温度センサの検出温度が前記貯湯タンクの湯水内で雑菌が繁殖する温度を想定して設定された滅菌要否判定温度未満である状態が予め設定された滅菌要否判定時間以上継続したとき、前記ヒートポンプにより、前記貯湯タンクの湯水が滅菌される温度を想定して設定された滅菌温度以上となるように前記貯湯タンクの湯水の加熱を指示する第1の滅菌処理制御手段と、前記貯湯温度センサの検出温度が前記滅菌要否判定温度未満である状態が予め設定された滅菌要否判定時間以上継続し且つ前記外気温度センサの検出温度が、前記除霜処理制御手段による前記ヒートポンプの除霜運転が行われる外気温度を想定して設定された除霜処理判定温度以下であるとき、前記燃焼給湯器により加熱された暖房用水を暖房回路の前記加熱用水管に供給し、前記滅菌温度以上となるように前記貯湯タンクの湯水の加熱を指示する第2の滅菌処理制御手段とを備えることを特徴とする。
本発明によれば、第1の滅菌処理制御手段によって貯湯タンクの湯水の滅菌が行えるだけでなく、第1の滅菌処理制御手段による滅菌処理が行えない場合であっても、第2の滅菌処理制御手段によって貯湯タンクの湯水の滅菌が行えるので、貯湯タンクの湯水内での雑菌の繁殖を確実に防止することができ、貯湯タンクから清浄な湯を供給することができる。
即ち、前記除霜処理制御手段によりヒートポンプの除霜運転が行われているときには、ヒートポンプによる貯湯タンクの湯水の加熱を行うことができなくなるため、ヒートポンプを滅菌のために動作させることはできない。
そこで、本発明においては、貯湯温度センサの検出温度が前記滅菌要否判定温度未満である状態が滅菌要否判定時間以上継続したとき、第2の滅菌処理制御手段が、外気温度センサの検出温度からヒートポンプが除霜運転を行うか否かを判断する。次いで、第2の滅菌処理制御手段は、ヒートポンプが除霜運転を行うと想定した場合に、燃焼給湯器の暖房回路を作動させ、暖房回路に接続されている前記加熱用水管を介して貯湯タンクの湯水を前記滅菌温度以上に加熱する。こうすることにより、ヒートポンプが除霜運転中であっても貯湯タンクの湯水を滅菌することができる。
また、例えば、ヒートポンプの除霜運転が冷媒温度が極度に低いときに行われる場合、外気温度が低くても、冷媒温度が極度に低下していなければヒートポンプの除霜運転が行われない。一方、第2の滅菌処理制御手段は、外気温度センサの検出温度に基づいてヒートポンプの除霜運転の有無を判断している。これにより、外気温度が低いにもかかわらずヒートポンプが除霜運転を行っていない場合であっても、第2の滅菌処理制御手段は、貯湯タンクの湯水の温度が前記滅菌要否判定温度未満である状態が滅菌要否判定時間以上継続すれば、燃焼給湯器の暖房回路による貯湯タンクの湯水の加熱を指示する。
これによれば、ヒートポンプが除霜運転を行わずに第1の滅菌処理制御手段によってヒートポンプによる貯湯タンクの湯水の加熱が行われるとき、燃焼給湯器の暖房回路による加熱が同時に行われることになり、極めて迅速に貯湯タンクの湯水が前記滅菌温度以上に加熱され、貯湯タンクの湯水を速やかに滅菌することができて滅菌処理に要する時間を短縮することができる。
本発明の給湯システムの構成図。
本発明の実施の形態について、図1を参照して説明する。本実施形態の給湯システムは、ヒートポンプユニット1が接続されたタンクユニット2に、更に瞬間加熱式の燃焼給湯器3を接続することにより構成されている。
ヒートポンプユニット1は、圧縮機4、水熱交換器(凝縮器)5、膨張弁(減圧器)6、及び空気熱交換器(蒸発器)7を、冷媒循環路8により接続してなるヒートポンプ9を備えている。また、冷媒循環路8には、四方弁8aと電磁弁8bとが設けられている。水熱交換器5は、後述する貯湯タンク10の上部及び下部に接続されたタンク循環路11と接続され、冷媒循環路8の冷媒とタンク循環路11の湯水とを熱交換させることによって、タンク循環路11の湯水を加熱する。
タンク循環路11には、貯湯タンク10に貯められた湯水をタンク循環路11に循環させるための循環ポンプ12と、水熱交換器5から貯湯タンク10に向かう湯水の温度を検出するサーミスタ13と、貯湯タンク10から水熱交換器5に向かう湯水の温度を検出するサーミスタ14とが設けられている。
また、ヒートポンプユニット1は、マイクロコンピュータ等により構成されたヒートポンプコントローラ15を備え、ヒートポンプコントローラ15から出力される制御信号によって、ヒートポンプ9及び循環ポンプ12の作動が制御される。
ヒートポンプコントローラ15は、後述するタンクコントローラ16と通信可能に接続され、タンクコントローラ16から加熱指示信号を受信したときに、タンク循環路11に設けられているサーミスタ13,14の検出温度に基づいて、循環ポンプ12とヒートポンプ9を作動させ、貯湯タンク10の湯水を所定の沸き上げ設定温度(例えば60℃)に沸き上げる。
また、ヒートポンプコントローラ15は、ヒートポンプ9の空気熱交換器7に着霜して大気からの給熱が不十分となるのを防止するために除霜運転を行う除霜処理制御手段17を機能的に備えている。除霜処理制御手段17は、外気温度又は空気熱交換器7における冷媒温度が極度に低い場合に、四方弁8aにより圧縮機4の出口を空気熱交換器7側に切換えて冷媒の流動方向を反転させ、圧縮機4による高温冷媒を空気熱交換器7へ送って除霜する。このとき更に、電磁弁8bを開弁して水熱交換器5へ向かう低温冷媒を少量とする。そして、ヒートポンプコントローラ15は、除霜運転を行っているときには、タンクコントローラ16から加熱指示信号を受信しても、貯湯タンク10の湯水を加熱するための動作を行わない。
タンクユニット2は、湯水が充填された貯湯タンク10と、マイクロコンピュータ等により構成されたタンクコントローラ16とを備えている。貯湯タンク10の上部には出湯管18が接続されている。出湯管18は、その始端が貯湯タンク10に接続されて終端が図示しないカラン等の出湯栓に接続される。貯湯タンク10の下部には給水管19が接続されている。給水管19は始端が水道に接続され、下流側が2つに分岐して一方の終端が貯湯タンク10に接続されると共に、他方の終端が出湯管18の途中に接続されている。
出湯管18は給水管19との接続箇所Xの下流からタンクユニット2の外部に延びて燃焼給湯器3の後述する給湯回路20を経た後、再びタンクユニット2の内部に延びるが、その途中には出湯バイパス管21が接続されている。出湯バイパス管21にはバイパス弁22が設けられており、バイパス弁22が閉弁されているとき、貯湯タンク10からの湯水は燃焼給湯器3の給湯回路20を流れ、バイパス弁22が開弁されているとき、貯湯タンク10からの湯水は出湯バイパス管21を介して出湯管18の終端に向かう。
また、タンクユニット2は、出湯管18と給水管19との接続箇所Xの上流側に設けられた出湯サーミスタ23と、給水管19の通水流量を検出する水量センサ24と、出湯管18との接続箇所Xに向かって延びる給水管19に設けられた入水サーミスタ25と、貯湯タンク10から出湯管18に供給される湯水の流量を変更する湯量可変弁26と、給水管19から出湯管18に供給される水の流量を変更する水量可変弁27と、給水管19に設けられた逆止弁付きの減圧弁28と、出湯管18と給水管19との接続箇所Xと出湯バイパス管21の上流端との間に設けられた混合サーミスタ29と、出湯バイパス管21の下流端と出湯管18との接続箇所Yの下流側に供給される湯水の温度を検出する給湯出口サーミスタ30とを備えている。
貯湯タンク10の上部位置には、貯湯タンク10に貯められた湯水の温度を検出する貯湯サーミスタ31(本発明の貯湯温度センサに相当する)が設けられている。更に、貯湯タンク10の内部には、後述する暖房回路32に接続されて、暖房回路32の暖房用水との熱交換により貯湯タンク10の湯水を加熱する加熱用水管33が設けられている。
タンクコントローラ16は、貯湯サーミスタ31、出湯サーミスタ23、入水サーミスタ25、混合サーミスタ29、給湯出口サーミスタ30、及びタンク循環路11のサーミスタ14により検出された温度と、水量センサ24により検出された給水管19の通水流量とに基づいて、湯量可変弁26、水量可変弁27、及びバイパス弁22の作動が制御される。
そして、タンクコントローラ16は、貯湯サーミスタ31の検出温度を監視し、時間帯に応じて、ヒートポンプコントローラ15に対して加熱指示信号を送信する。
また、タンクコントローラ16は、貯湯タンク10の湯中の雑菌(レジオネラ菌等)を滅菌するための処理を行う第1の滅菌処理制御手段34と第2の滅菌処理制御手段35とを機能的に備えている。
また、タンクコントローラ16には、使用者の操作に応じて、希望する給湯温度(出湯管18の出口から供給される湯の温度)を設定するための温度スイッチ等の複数の操作スイッチ(図示しない)を備えたリモコン36が接続されている。
更に、タンクコントローラ16は、屋外に設置された外部サーミスタ37(本発明の外気温度センサに相当する)により外気温度が監視できるようになっている。
ここで、貯湯タンク10内部に充填された湯水の状態を説明すれば、出湯管18は貯湯タンク10の上部に接続され、給水管19は貯湯タンク10の下部に接続されているため、貯湯タンク10の湯水が給湯使用されると、出湯管18から湯が導出されて貯湯タンク10の湯が減少したぶん、貯湯タンク10の下部の給水管19から水が供給される。それに応じて、貯湯タンク10内では、上部に高温の湯の層ができると共に下部に水の層ができる。
そして、貯湯タンク10の上部の湯の層が減少して、水の層が貯湯タンク10の上部に来ると、貯湯サーミスタ31の検出温度がリモコン36により設定された目標給湯温度(リモコン36により設定された給湯設定温度)以下となり、こうなった場合に湯切れ状態となる。貯湯タンク10が湯切れ状態であるか否かの判断は、貯湯サーミスタ31の検出温度が目標給湯温度付近に設定された湯切れ判定温度以下であるときに、貯湯タンク10が湯切れ状態であると判断すればよい。
タンクコントローラ16は、貯湯サーミスタ31の検出温度が目標給湯温度よりも高いとき(湯切れが生じていない状態)に、水量センサ24により所定の下限流量以上の通水が検出されると、バイパス弁22を開弁し、混合サーミスタ29又は給湯出口サーミスタ30の検出温度が目標温度となるように、湯量可変弁26と水量可変弁27の開度を調節して湯と水とを混合する混合温調制御を実行する。
一方、貯湯サーミスタ31の検出温度が目標給湯温度以下であるとき(湯切れが生じている状態)に、水量センサ24により下限水量以上の通水が検出されると、タンクコントローラ16は、バイパス弁22を閉弁する。これにより、貯湯タンク10の湯水は燃焼給湯器3の給湯回路20を流れ、燃焼給湯器3によって加熱される。
燃焼給湯器3は、瞬間加熱式として周知の構成のものを採用することができる。本実施形態で採用した燃焼給湯器3は、出湯管18に接続された給湯回路20と、貯湯タンク10の内部の加熱用水管33に接続された暖房回路32とを備えている。なお、本実施形態においては、暖房回路32に暖房端末を接続せずに、貯湯タンク10の内部の加熱用水管33を接続しているが、暖房回路32を複数分岐させる構成を備えていれば、加熱用水管33と暖房端末とを並列に接続することにより温水暖房を行うことができる。
また、給湯回路20と暖房回路32とは夫々独立して設けられており、図示しないが、夫々にガスバーナと熱交換器とを備えている。そして、タンクユニット2のバイパス弁22が閉弁している場合には、貯湯タンク10の湯水が給湯回路20を流れて加熱される。
暖房回路32の内部には暖房用水が充填されている。この暖房用水は、燃焼給湯器3の内部に設けられた暖房循環ポンプ(図示せず)により暖房回路32を循環される。即ち、燃焼給湯器3で加熱された高温の暖房用水が、暖房往き管38を通って貯湯タンク10の内部の加熱用水管33に送り込まれ、加熱用水管33によって貯湯タンク10の湯水を加熱(液液熱交換)した後に、暖房戻り管39を通って燃焼給湯器3に戻る。
また、燃焼給湯器3は、マイクロコンピュータ等により構成された給湯コントローラ40を備えており、給湯コントローラ40によって給湯回路20における給湯用水(貯湯タンク10からの湯水)が目標給湯温度となるように給湯温調制御が行われると共に、暖房回路32における暖房用水が目標加熱温度となるように暖房温調制御が行われる。
更に、給湯コントローラ40は、タンクコントローラ16と通信可能に接続され、タンクコントローラ16によって給湯回路20における給湯用水の加熱許可又は加熱禁止が指示されるようになっている。
次に、本発明の要旨に係る前記第1の滅菌処理制御手段34及び前記第2の滅菌処理制御手段35の作動について説明する。
第1の滅菌処理制御手段34は、貯湯サーミスタ31の検出温度が53℃(滅菌要否判定温度)未満となっている状態が96時間(滅菌要否判定時間)以上継続したときに、ヒートポンプコントローラ15に対して滅菌加熱を指示する信号を送信する。この信号を受信したヒートポンプコントローラ15は、除霜運転中でなければ、ヒートポンプ9による貯湯タンク10の湯水の加熱を開始する。
そして、第1の滅菌処理制御手段34は、貯湯サーミスタ31の検出温度が58℃(滅菌温度)以上に加熱した状態を1時間(滅菌時間)維持した後、ヒートポンプコントローラ15に滅菌加熱の停止を指示する信号を送信し、ヒートポンプ9による滅菌処理を終了させる。
ここで、貯湯サーミスタ31の検出温度が53℃未満の状態が96時間以上継続したときという条件は、貯湯タンク10内に低温の湯水が長時間貯まっていたために、貯湯タンク10の湯水中に雑菌が繁殖するおそれがあると想定される条件である。
また、貯湯サーミスタ31の検出温度が58℃以上である状態を1時間以上維持する、という条件は、貯湯タンク10の湯中の雑菌が加熱により死滅すると想定される条件である。
なお、滅菌要否判定温度、滅菌要否判定時間、滅菌温度及び滅菌時間は、上記した具体的な数値に限られるものではなく、貯湯タンク10の湯水の使用状況等に応じて適宜選択し設定されるものである。
以上のように第1の滅菌処理制御手段34による滅菌処理が行われることにより、貯湯タンク10の湯水の滅菌が効率良く行え、貯湯タンク10から清浄な湯を供給することが可能となる。
第2の滅菌処理制御手段35は、第1の滅菌処理制御手段34と異なり、ヒートポンプ9が除霜運転を行っていると想定される場合にのみ滅菌処理を実行するものである。即ち、第2の滅菌処理制御手段35は、貯湯サーミスタ31の検出温度が前記滅菌要否判定温度未満の状態が前記滅菌要否判定時間以上継続し且つ外気サーミスタ37の検出温度が5℃(除霜処理判定温度)以下であるとき、給湯コントローラ40に対して滅菌加熱を指示する信号を送信する。この信号を受信した給湯コントローラ40は、暖房回路32における暖房用水を約80℃に加熱して加熱用水管33との間での循環を開始する。これにより、加熱用水管33内の高温の暖房用水により貯湯タンク10の湯水が加熱される。
ここで、外気サーミスタ37の検出温度が5℃(除霜処理判定温度)以下であるとき、という条件は、外気温度が極度に低いためにヒートポンプ9の空気熱交換器7に着霜する可能性があるためヒートポンプ9が除霜運転を行っていると想定される条件である。なお、除霜処理判定温度は、霜の発生温度に基づいて適宜設定されるものであり、通常は5℃〜−5℃の間の何れかの温度が選択される。
そして、第2の滅菌処理制御手段35は、貯湯サーミスタ31の検出温度が前記滅菌温度以上に加熱した状態を前記滅菌時間維持した後、給湯コントローラ40に滅菌加熱の停止を指示する信号を送信し、燃焼給湯器3による滅菌処理を終了させる。
こうすることにより、ヒートポンプ9が除霜運転を行っているために滅菌処理が実行できない場合であっても、貯湯タンク10の湯水の滅菌が行われるので、貯湯タンク10から清浄な湯を供給することが可能となる。
なお、第2の滅菌処理制御手段35における滅菌要否判定温度、滅菌要否判定時間、滅菌温度、及び滅菌時間は、第1の滅菌処理制御手段34と同一のものが用いられる。
また、第2の滅菌処理制御手段35は、外気サーミスタ37の検出温度に基づいて、滅菌処理を開始するので、第1の滅菌処理制御手段34がヒートポンプ9による滅菌処理を行っている場合(即ち、ヒートポンプが除霜運転を行っていない場合)であっても、同時に燃焼給湯器3による滅菌処理を実行する。これにより、燃焼給湯器3の暖房回路32とヒートポンプ9との両方によって、極めて迅速に貯湯タンク10の湯水を滅菌することができ、滅菌処理に要する時間を短縮することができる。
更に、本実施形態のように、燃焼給湯器3に備えられた既存の暖房回路32を利用して貯湯タンク10の湯水の滅菌を行うことができるので、比較的安価に構成することができる。
なお、本実施形態では、燃焼給湯器3をバイパスする出湯バイパス管21と出湯バイパス管21を開閉するバイパス弁22を備えた給湯システムを示したが、出湯バイパス管21及びバイパス弁22を備えていない給湯システムに対しても、本発明を適用してその効果を得ることができる。
また、本実施形態では、タンクユニット2に外気サーミスタ37を設けると共に、タンクコントローラ16が第2の滅菌処理制御手段35を備えて、タンクコントローラ16から給湯コントローラ40に対して滅菌加熱の開始及び停止を指示するようにした構成を示したが、この構成以外に、給湯コントローラ40がタンクコントローラ16との通信により貯湯サーミスタ31の検出温度を採取するように構成すれば、燃焼給湯器3に外気サーミスタ37を設け、給湯コントローラ40に第2の滅菌処理制御手段35を設けることも可能であり、この場合にも、本発明の効果を得ることができる。
3…燃焼給湯器、9…ヒートポンプ、10…貯湯タンク、11…タンク循環路、17…除霜処理制御手段、18…出湯管、19…給水管、20…給湯回路、31…貯湯サーミスタ(貯湯温度センサ)、32…暖房回路、33…加熱用水管、34…第1の滅菌処理制御手段、35…第2の滅菌処理制御手段、37…外気サーミスタ(外気温度センサ)。

Claims (1)

  1. 内部に湯水を貯える貯湯タンクと、
    該貯湯タンクに接続されて該貯湯タンクに水を供給する給水管と、
    前記貯湯タンクに接続されて該貯湯タンクの湯水を導出する出湯管と、
    始端と終端とが前記貯湯タンクに接続されて前記貯湯タンクの湯水を循環させるタンク循環路と、
    該タンク循環路を介して前記貯湯タンクの湯水を加熱するヒートポンプと、
    前記貯湯タンクの湯水の温度を検出する貯湯温度センサと、
    前記出湯管に接続された給湯回路を備えて該出湯管を流通する湯水をバーナにより加熱する燃焼給湯器と、
    該燃焼給湯器に設けられてバーナにより加熱された暖房用水が循環する暖房回路と、
    該暖房回路に接続され、前記貯湯タンクの内部に設けられて前記暖房回路の暖房用水との熱交換により該貯湯タンクの湯水を加熱する加熱用水管と、
    屋外の気温を検出する外気温度センサと、
    前記ヒートポンプへの着霜に際して該ヒートポンプによる貯湯タンクの湯水の加熱を停止し該ヒートポンプに除霜運転を指示する除霜処理制御手段と、
    前記貯湯温度センサの検出温度が前記貯湯タンクの湯水内で雑菌が繁殖する温度を想定して設定された滅菌要否判定温度未満である状態が予め設定された滅菌要否判定時間以上継続したとき、前記ヒートポンプにより、前記貯湯タンクの湯水が滅菌される温度を想定して設定された滅菌温度以上となるように前記貯湯タンクの湯水の加熱を指示する第1の滅菌処理制御手段と、
    前記貯湯温度センサの検出温度が前記滅菌要否判定温度未満である状態が予め設定された滅菌要否判定時間以上継続し且つ前記外気温度センサの検出温度が前記除霜処理制御手段による前記ヒートポンプの除霜運転が行われる外気温度を想定して設定された除霜処理判定温度以下であるとき、前記燃焼給湯器により加熱された暖房用水を暖房回路の前記加熱用水管に供給し、前記滅菌温度以上となるように前記貯湯タンクの湯水の加熱を指示する第2の滅菌処理制御手段とを備えることを特徴とする給湯システム。
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