JP6013264B2 - 貯湯システム - Google Patents

Description

本発明は、底部に給水路が接続された貯湯タンクと、貯湯タンクの底部から頂部に循環ポンプによりタンク水を循環させるタンク水循環回路と、タンク水循環回路に介設したタンク水用熱交換器でタンク水を加熱するヒートポンプ等の加熱手段とを備える貯湯システムに関する。

この種の貯湯システムでは、貯湯タンク内のタンク水の温度が低下したときに、循環ポンプを作動させてタンク水をタンク水循環回路に循環させつつ加熱手段を作動させて、タンク水をタンク水用熱交換器で加熱する沸き上げ運転を実行するようにしている。

このような貯湯システムにおいて、従来、タンク水循環回路内のタンク水の温度を検出することで、タンク水循環回路の詰りや循環ポンプの異常を判別するものは知られている(例えば、特許文献１参照)。

ところで、給水路やタンク水循環回路の配管が凍結によって破損し、この破損個所から貯湯タンク内の水が抜け出てしまうことがある。然し、従来、このような貯湯タンクからの水抜けを検知する手段は設けられていない。そのため、水抜けに気づかずに放置されて、多量の水が浪費されてしまい、また、貯湯タンク内に水がないのに沸き上げ運転が行われて、循環ポンプや加熱手段といった機器の故障を生ずることもあった。

特開２００２−２１３８１６号公報

本発明は、以上の点に鑑み、貯湯タンクからの水抜けを生じた場合にこれを判別して適切な対策を講ずることができるようにした貯湯システムを提供することをその課題としている。

上記課題を解決するために、本発明は、底部に給水路が接続された貯湯タンクと、貯湯タンクの底部から頂部に循環ポンプによりタンク水を循環させるタンク水循環回路と、タンク水循環回路に介設したタンク水用熱交換器でタンク水を加熱する加熱手段と、暖房端末を介して熱媒体を循環させる暖房回路と、異常報知手段と、制御手段とを備え、暖房回路に、加熱手段により熱媒体を加熱する暖房用熱交換器が介設され、循環ポンプを作動させてタンク水をタンク水循環回路に循環させつつ加熱手段を作動させて、タンク水をタンク水用熱交換器で加熱する沸き上げ運転を実行可能とすると共に、暖房回路に熱媒体を循環させつつ加熱手段を作動させて、熱媒体を暖房用熱交換器で加熱する暖房運転を実行可能とした貯湯システムであって、制御手段は、貯湯タンクから水が抜けたか否かを判別する水抜け判別処理を実行し、水抜け判別処理で貯湯タンクから水が抜けたと判断した場合、循環ポンプと加熱手段のうち少なくとも循環ポンプの作動を禁止する沸き上げ運転禁止制御と、異常報知手段を作動させる異常報知制御とを行い、沸き上げ運転禁止制御は、沸き上げ運転のみの実行時は、循環ポンプと加熱手段の両者の作動を禁止することで行い、沸き上げ運転と暖房運転の同時実行時は、循環ポンプの作動のみを禁止することで行うことを特徴とする。

本発明によれば、貯湯タンクからの水抜けを生じた場合は、異常報知手段が作動するため、水抜けの発生を使用者に知らせて、配管破損個所の修理を促すことができる。更に、水抜けを生じた場合は、沸き上げ運転禁示制御で少なくとも循環ポンプの作動が禁止されるため、循環ポンプが無負荷運転で過回転する等して故障することを未然に防止できる。また、沸き上げ運転のみの実行時は、沸き上げ運転禁止制御として、上記の如く循環ポンプだけでなく加熱手段の作動も禁止するため、加熱手段の故障も防止できる。

一方、沸き上げ運転と暖房運転の同時実行時は、加熱手段を作動させたままでも、熱媒体の加熱に加熱手段の発生熱量が消費されるため、加熱手段の故障は生じない。従って、使用者に無用の不便をかけることを回避するためにも、沸き上げ運転と暖房運転の同時実行時は、上記の如く循環ポンプの作動のみを禁止して加熱手段は作動させ、暖房運転を継続して実行できるようにした方がよい。

ところで、水抜け判別処理の具体的手順としては、以下のものを挙げることができる。例えば、貯湯タンクの底部に水が存在するか否かを検出する水位検出手段を備え、水位検出手段で貯湯タンクの底部に水が存在しないと検出されたときに、水抜け判別処理で貯湯タンクから水が抜けたと判断することである。

また、貯湯タンクの上部のタンク水の温度を検出するタンク上部温度センサと、タンク水循環回路のタンク水用熱交換器の出口側のタンク水の温度を検出する熱交換器出口温度センサとの少なくとも一方の温度センサを備え、沸き上げ運転時における前記一方の温度センサの検出温度の上昇度合が所定の基準値よりも低い場合に、水抜け判別処理で貯湯タンクから水が抜けたと判断してもよい。

また、貯湯システムの設置場所の環境温度を検出する環境温度センサと、前記タンク水循環回路の前記タンク水用熱交換器の入口側のタンク水の温度を検出する熱交換器入口温度センサと、タンク水循環回路のタンク水用熱交換器の出口側のタンク水の温度を検出する熱交換器出口温度センサとを備え、沸き上げ運転を所定時間実行した後の環境温度センサの検出温度と熱交換器入口温度の検出温度と熱交換器出口温度の検出温度とが同等である場合に、水抜け判別処理で貯湯タンクから水が抜けたと判断してもよい。

また、タンク水循環回路にタンク水が流れているか否かを検出する水流検出手段を備え、沸き上げ運転時に水流検出手段がタンク水の流れを検出しない場合に、水抜け判別処理で貯湯タンクから水が抜けたと判断するようにしてもよい。

本発明の実施形態の貯湯システムの概略的な構造を示す説明図。 実施形態の貯湯システムのコントローラが行う制御内容を示すフロー図。 図２に示す制御中に行う水抜け判別処理の第１の例の手順を示すフロー図。 図２に示す制御中に行う水抜け判別処理の第２の例の手順を示すフロー図。 図２に示す制御中に行う水抜け判別処理の第３の例の手順を示すフロー図。 図２に示す制御中に行う水抜け判別処理の第４の例の手順を示すフロー図。

図１を参照して、本発明の実施形態の貯湯システムは、貯湯タンク１と、貯湯タンク１の底部から頂部に循環ポンプ２によりタンク水(貯湯タンク１内の水)を循環させるタンク水循環回路３と、図示省略した床暖房等の暖房端末を介して熱媒体(水や不凍液等)を循環させる暖房回路４と、タンク水循環回路３に介設したタンク水用熱交換器３１でタンク水を加熱すると共に暖房回路４に介設した暖房用熱交換器４１で熱媒体を加熱する加熱手段５とを備えている。そして、循環ポンプ２を作動させてタンク水をタンク水循環回路３に循環させつつ加熱手段５を作動させて、タンク水をタンク水用熱交換器３１で加熱する沸き上げ運転を実行可能とすると共に、暖房回路４に熱媒体を循環させつつ加熱手段５を作動させて、熱媒体を暖房用熱交換器４１で加熱する暖房運転を実行可能としている。貯湯システムは、更に、ブザー等の異常報知手段６と、制御手段たるコントローラ７とを備えている。

貯湯タンク１には、底部に給水路１１が接続され、頂部に出湯路１２が接続されている。出湯路１２は給水路１１から分岐した分岐給水路１１ａと共に湯水混合弁１３に接続され、この湯水混合弁１３に給湯路１４が接続されている。そして、給湯路１４の下流端の給湯栓１４ａを開いたとき、給水路１１からの給水圧に押されて貯湯タンク１の頂部から高温水が出湯路１２を介して湯水混合弁１３に供給され、分岐給水路１１ａからの水と混合されて、設定温度の温水が給湯栓１４ａに供給されるようにしている。

加熱手段５は、冷媒を蒸発器５１からコンプレッサ５２と放熱器５３と膨張弁５４とを介して蒸発器５１に戻す閉回路から成るヒートポンプで構成されている。蒸発器５１にはファン５１ａが付設されており、冷媒がファン５１ａにより送風される大気の熱を吸熱して蒸発する。蒸発した冷媒はコンプレッサ５２で圧縮されて高温高圧になり、放熱器５３で放熱した後、膨張弁５４で減圧されて蒸発器５１に戻される。そして、タンク水用熱交換器３１は、放熱器５３との熱交換でタンク水を加熱するように構成され、また、暖房用熱交換器４１も、放熱器５３との熱交換で熱媒体を加熱するように構成されている。

ところで、給水路１１やタンク水循環回路３の配管が凍結によって破損し、この破損個所から貯湯タンク１内の水が抜け出てしまうことがある。そして、水抜けに気づかずに放置されて、多量の水が浪費されてしまうことがある。また、水抜けで貯湯タンク１内に水がないのに沸き上げ運転が行われた場合、循環ポンプ２や加熱手段５といった機器の故障を生ずることもある。

そこで、本実施形態では、コントローラ７により図２に示す制御を行うようにした。即ち、沸き上げ運転の要求があったとき(ＳＴＥＰ１)、貯湯タンク１から水が抜けたか否かを判別する水抜け判別処理を実行し(ＳＴＥＰ２)、水抜け判別処理で貯湯タンク１から水が抜けた(水抜け発生)と判断した場合(ＳＴＥＰ３)、暖房運転の要求があるか否かを判別し(ＳＴＥＰ４)、暖房運転の要求がない場合、即ち、沸き上げ運転のみの実行時は、沸き上げ運転禁止制御として循環ポンプ２と加熱手段５の両者の作動を禁止すると共に(ＳＴＥＰ５)、異常報知手段６を作動させる異常報知制御を行う(ＳＴＥＰ７)。また、ＳＴＥＰ４で暖房運転の要求があると判別された場合、即ち、沸き上げ運転と暖房運転の同時実行時は、沸き上げ運転禁止制御として循環ポンプ２の作動のみを禁止すると共に (ＳＴＥＰ６)、異常報知手段６を作動させる異常報知制御を行う(ＳＴＥＰ７)。尚、水抜け判別処理で貯湯タンク１から水が抜けていない(水抜け無し)と判別された場合は、循環ポンプ２及び加熱手段５の作動を禁止せずに沸き上げ運転を実行する(ＳＴＥＰ８)。

本実施形態によれば、貯湯タンク１からの水抜けを生じた場合は、異常報知手段６が作動するため、水抜けの発生を使用者に知らせて、配管破損個所の修理を促すことができる。

また、水抜けを生じた場合、沸き上げ運転のみの実行時は、循環ポンプ２と加熱手段４の両者の作動を禁止することで沸き上げ運転禁止制御が行われ、沸き上げ運転と暖房運転の同時実行時は、循環ポンプ２の作動のみを禁止することで沸き上げ運転禁止制御が行われる。ここで、沸き上げ運転と暖房運転の同時実行時にも、循環ポンプ２と加熱手段４の両者の作動を禁止することで沸き上げ運転禁止制御を行うことは可能である。但し、沸き上げ運転と暖房運転の同時実行時は、加熱手段５を作動させたままでも、暖房用熱交換器４１での熱媒体の加熱に加熱手段５の発生熱量（放熱器５３での放熱量）が消費されるため、加熱手段５の故障は生じない。従って、使用者に無用の不便をかけることを回避するためにも、循環ポンプ２の作動のみを禁止して加熱手段５は作動させ、暖房運転を継続して実行できるようにした方がよい。

次に、水抜け判別処理の具体的手順について説明する。第１の具体例は、貯湯タンク１の底部に水が存在するか否かを検出する水位検出手段７１を用いて、図３に示す手順で行うものである。即ち、ＳＴＥＰ１１において、水位検出手段７１でタンク底部に水が存在しないと検出されたか否か、即ち、検出水位が継続して零であるか否かを判別し、検出水位が継続して零であるときに、ＳＴＥＰ１２で水抜け発生と判断し、そうでないときに、ＳＴＥＰ１３で水抜け無しと判断する。尚、水位検出手段７１は、貯湯タンク１の底部に接続したフロートスイッチや水圧スイッチで構成することができる。

水抜け判別処理の第２の具体例は、貯湯タンク１の上部のタンク水の温度を検出するタンク上部温度センサ７２と、タンク水循環回路３のタンク水用熱交換器３１の出口側(下流側)のタンク水の温度を検出する熱交換器出口温度センサ７３との少なくとも一方の温度センサを用いて、図４に示す手順で行うものである。即ち、ＳＴＥＰ２１で循環ポンプ２と加熱手段５を起動させてから、ＳＴＥＰ２２で上記一方の温度センサの検出温度を初期温度Ｔ１として読み込む。次に、ＳＴＥＰ２３で所定時間経過したか否かを判別して、所定時間経過したときに、ＳＴＥＰ２４で上記一方の温度センサの検出温度を加熱後温度Ｔ２として読み込んだ後、ＳＴＥＰ２５に進み、沸き上げ運転時における上記一方の温度センサの検出温度の上昇度合いを表すパラメータとして加熱後温度Ｔ２と初期温度Ｔ１との偏差を求め、この偏差が所定の基準値ＹＴよりも低いか否かを判別する。

ここで、貯湯タンク１から水が抜けた場合には、循環ポンプ２を作動させてもタンク水循環回路３に水が流れないためタンク水を加熱できず、タンク上部温度センサ７２や熱交換器出口温度センサ７３の検出温度が上昇しにくくなる。そこで、Ｔ２−Ｔ１＜ＹＴであれば、ＳＴＥＰ２６で水抜け発生と判断し、Ｔ２−Ｔ１≧Ｔであれば、ＳＴＥＰ２７で水抜け無しと判断する。

水抜け判別処理の第３の具体例は、上記熱交換器出口温度センサ７３と、タンク水循環回路３のタンク水用熱交換器３１の入口側(上流側)のタンク水の温度を検出する熱交換器入口温度センサ７４と、貯湯システムの設置場所の環境温度(システム設置場所が屋外であれば屋外の気温、システム設置場所が屋内であれば屋内の気温)を検出する環境温度センサ７５とを用いて、図５に示す手順で行うものである。即ち、ＳＴＥＰ３１で循環ポンプ２と加熱手段５を起動させてから、ＳＴＥＰ３２で所定時間経過したか否かを判別して、所定時間経過したときに、ＳＴＥＰ３３で熱交換器出口温度センサ７３の検出温度Ｔｈｏｔと、熱交換器入口温度センサ７４の検出温度Ｔｃｏｌｄと、環境温度センサ７５の検出温度Ｔｅｎｖとを読み込んだ後、ＳＴＥＰ３４に進み、ＴｈｏｔとＴｃｏｌｄとＴｅｎｖとが同等であるか否か、即ち、Ｔｈｏｔ≒Ｔｃｏｌｄ≒Ｔｅｎｖであるか否かを判別する。

ここで、貯湯タンク１から水が抜けた場合には、循環ポンプ２を作動させてもタンク水循環回路３に水が流れないためタンク水を加熱できず、タンク水用熱交換器３１の出口側の温度が入口側の温度及び環境温度と同等になる。そこで、Ｔｈｏｔ≒Ｔｃｏｌｄ≒Ｔｅｎｖであれば、ＳＴＥＰ３５で水抜け発生と判断し、そうでなければ、ＳＴＥＰ３６で水抜け無しと判断する。

水抜け判別処理の第４の具体例は、タンク水循環回路３にタンク水が流れているか否かを検出する水流検出手段７６を用いて、図６に示す手順で行うものある。即ち、ＳＴＥＰ４１で循環ポンプ２と加熱手段５を起動させ、次に、ＳＴＥＰ４２で水流検出手段７６がタンク水の流れ(水流)を検出しているか否かを判別する。そして、水流を検出しなければ、ＳＴＥＰ４３で水抜け発生と判断し、水流を検出すれば、ＳＴＥＰ４４で水抜け無しと判断する。

尚、水流検出手段７６としては、水が流れているときにオンする水流スイッチを用いることができるが、循環ポンプ２の駆動電流(ポンプ電流)を検出する電流検出器で水流検出手段を構成することも可能である。即ち、タンク水循環回路３にタンク水が流れないと、循環ポンプ２が仕事をしなくなり、ポンプ電流が所定の基準値よりも低くなる。従って、ポンプ電流が基準値以上か否かでタンク水循環回路３にタンク水が流れているか否かを判別できる。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、加熱手段５は、太陽熱集熱器等のヒートポンプ以外のものであってもよい。

１…貯湯タンク、１１…給水路、２…循環ポンプ、３…タンク水循環回路、３１…タンク水用熱交換器、４…暖房回路、４１…暖房用熱交換器、５…加熱手段、６…異常報知手段、７…コントローラ(制御手段)、７１…水位検出手段、７２…タンク上部温度センサ、７３…熱交換器出口温度センサ、７４…熱交換器入口温度センサ、７５…環境温度センサ、７６…水流検出手段。

Claims (5)

1. 底部に給水路が接続された貯湯タンクと、貯湯タンクの底部から頂部に循環ポンプによりタンク水を循環させるタンク水循環回路と、タンク水循環回路に介設したタンク水用熱交換器でタンク水を加熱する加熱手段と、暖房端末を介して熱媒体を循環させる暖房回路と、異常報知手段と、制御手段とを備え、暖房回路に、加熱手段により熱媒体を加熱する暖房用熱交換器が介設され、循環ポンプを作動させてタンク水をタンク水循環回路に循環させつつ加熱手段を作動させて、タンク水をタンク水用熱交換器で加熱する沸き上げ運転を実行可能とすると共に、暖房回路に熱媒体を循環させつつ加熱手段を作動させて、熱媒体を暖房用熱交換器で加熱する暖房運転を実行可能とした貯湯システムであって、
   制御手段は、貯湯タンクから水が抜けたか否かを判別する水抜け判別処理を実行し、水抜け判別処理で貯湯タンクから水が抜けたと判断した場合、循環ポンプと加熱手段のうち少なくとも循環ポンプの作動を禁止する沸き上げ運転禁止制御と、異常報知手段を作動させる異常報知制御とを行い、
   沸き上げ運転禁止制御は、沸き上げ運転のみの実行時は、循環ポンプと加熱手段の両者の作動を禁止することで行い、沸き上げ運転と暖房運転の同時実行時は、循環ポンプの作動のみを禁止することで行うことを特徴とする貯湯システム。
2. 前記貯湯タンクの底部に水が存在するか否かを検出する水位検出手段を備え、
   水位検出手段で貯湯タンクの底部に水が存在しないと検出されたときに、前記水抜け判別処理で貯湯タンクから水が抜けたと判断することを特徴とする請求項１記載の貯湯システム。
3. 前記貯湯タンクの上部のタンク水の温度を検出するタンク上部温度センサと、前記タンク水循環回路の前記タンク水用熱交換器の出口側のタンク水の温度を検出する熱交換器出口温度センサとの少なくとも一方の温度センサを備え、
   沸き上げ運転時における前記一方の温度センサの検出温度の上昇度合が所定の基準値よりも低い場合に、前記水抜け判別処理で貯湯タンクから水が抜けたと判断することを特徴とする請求項１記載の貯湯システム。
4. 貯湯システムの設置場所の環境温度を検出する環境温度センサと、前記タンク水循環回路の前記タンク水用熱交換器の入口側のタンク水の温度を検出する熱交換器入口温度センサと、タンク水循環回路のタンク水用熱交換器の出口側のタンク水の温度を検出する熱交換器出口温度センサとを備え、
   沸き上げ運転を所定時間実行しても環境温度センサの検出温度と熱交換器入口温度の検出温度と熱交換器出口温度の検出温度とが同等である場合に、前記水抜け判別処理で貯湯タンクから水が抜けたと判断することを特徴とする請求項１記載の貯湯システム。
5. 前記タンク水循環回路にタンク水が流れているか否かを検出する水流検出手段を備え、
   沸き上げ運転時に水流検出手段がタンク水の流れを検出しない場合に、前記水抜け判別処理で貯湯タンクから水が抜けたと判断することを特徴とする請求項１記載の貯湯システム。
   

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