JP6223279B2

JP6223279B2 - 給湯装置

Info

Publication number: JP6223279B2
Application number: JP2014107730A
Authority: JP
Inventors: 耕司松澤
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2014-05-26
Filing date: 2014-05-26
Publication date: 2017-11-01
Anticipated expiration: 2034-05-26
Also published as: JP2015224796A; CN105318540A; US20150338129A1; CN105318540B; EP2950017A1; EP2950017B1; CN204705036U; US9897343B2

Description

本発明は、ヒートポンプからの冷媒と水とで熱交換を行った後、さらに水と水とで熱交換を行う間接給湯方式の給湯装置に関するものである。

欧州における給湯装置は、ヒートポンプからの冷媒と水とで熱交換を行った後、さらに水と水とで熱交換を行う間接給湯方式が一般的である。また、給湯タンクに温度サーミスタを取り付け、再沸き上げ（給湯運転）が必要と判断した場合は給湯タンクに高温水を流し、給湯タンク内の水を昇温させている。

従来の給湯装置として、給湯タンクの上部に電気ヒータを取り付け、給湯タンクの少なくとも中層部の温度検知が可能となる位置に温度検知器を取り付け、この温度検知器を入力要素として、単位時間当たりの給湯タンク内の水温変化量が設定値より大きく、かつ負性であるとき、これが給湯タンク内の平均水温の急激な低下に相応するものとして、信号を出力する指令回路により電気ヒータを加熱運転するものがある（たとえば、特許文献１参照）。

特許文献１に記載の給湯装置は、給湯タンク内の水温変化に対して負荷が大きいと判断した場合は補助熱源（電気ヒータ）を利用し、それ以外の場合は運転効率の高いヒートポンプを利用することで経済性の向上を図っている。

実公昭６２−２９８８０号公報

しかし、特許文献１に記載のような従来の給湯装置では、ヒートポンプは熱供給能力が低い（たとえば、１．５ｋＷ程度）ため、電気ヒータによる加熱（たとえば、３ｋＷ程度）を加えても一旦給湯タンク内の水温が低下したら、再沸き上げ開始後、目標タンク温度に到達するまでに時間を要してしまう。そのため、湯切れを起こし、ユーザーに不快感を与えてしまう可能性があった。

本発明は、以上のような課題を解決するためになされたもので、状況に応じて効率的な運転、またはユーザーの快適性を保つ運転を行うことができる給湯装置を提供することを目的としている。

本発明に係る給湯装置は、第一循環ポンプ、ヒートポンプ、および給湯タンク用熱交換器の熱源側が配管接続され、水が循環する熱源回路と、第二循環ポンプ、給湯タンク用熱交換器の利用側、および給湯タンクが配管接続され、水が循環する給湯回路と、給湯タンク温度と再沸き上げタンク温度とを比較し、前記給湯タンク温度が前記再沸き上げタンク温度を下回ったら、目標タンク温度となるように再沸き上げを行うと共に、前記給湯タンクの温度変化に基づいて前記第二循環ポンプの流量を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記温度変化が予め決められた第一基準値以上であると判定したら前記第二循環ポンプの流量を運転許容範囲内において最小となるように制御し、前記温度変化が予め決められた第二基準値未満であると判定したら前記第二循環ポンプの流量を運転許容範囲内において最大となるように制御するものである。

本発明に係る給湯装置によれば、給湯タンク温度が再沸き上げタンク温度を下回ったら、目標タンク温度となるように再沸き上げを行うと共に、給湯タンクの温度変化に基づいて第二循環ポンプの流量を制御するため、状況に応じて効率的な運転、またはユーザーの快適性を保つ運転を行うことができる。

本発明の実施の形態に係る給湯装置を示す図である。本発明の実施の形態に係る給湯装置に搭載された制御コントローラの接続構成を示す図である。本発明の実施の形態に係る給湯装置の制御コントローラによる制御を示すフローチャートである。本発明の実施の形態に係る給湯装置の給湯タンク温度サーミスタの温度変化を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、以下に説明する実施の形態によって本発明が限定されるものではない。また、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。

実施の形態．
図１は、本発明の実施の形態に係る給湯装置を示す図である。
給湯装置は、ヒートポンプ（熱源機）１００、第一循環ポンプ１０１、第二循環ポンプ１０２、切替弁１０３、給湯タンク１０４、給湯タンク用熱交換器１０５、放熱器１０６、冷媒／水熱交換器１０７、給湯配管１０８、および、給水配管１０９を備えている。

そして、第一循環ポンプ１０１、ヒートポンプ１００、および、給湯タンク用熱交換器１０５の熱源側が配管接続され、水が循環する熱源回路を構成しており、また、第二循環ポンプ１０２、給湯タンク用熱交換器１０５の利用側、および、給湯タンク１０４が配管接続され、水が循環する給湯回路を構成している。

ヒートポンプ１００は、冷媒／水熱交換器１０７を含む冷媒回路で構成され、空気と冷媒（液体、または気体）との冷凍サイクルにより、高温（または低温）の冷媒を生成する。そして、その冷媒は冷媒／水熱交換器１０７を流れる水（暖房：温水、冷房：冷水）との間で熱交換を行う。

第一循環ポンプ１０１および第二循環ポンプ１０２は、水を循環させるポンプであり、第二循環ポンプ１０２は水流量を可変できるものである。
第一循環ポンプ１０１は、冷媒／水熱交換器１０７と給湯タンク用熱交換器１０５、または冷媒／水熱交換器１０７と放熱器１０６との間を循環させ、第二循環ポンプ１０２は、給湯タンク１０４と給湯タンク用熱交換器１０５との間を循環させる。

切替弁１０３は、水の流路を切り替えるものであり、冷媒／水熱交換器１０７から流出した水の行き先を、給湯タンク用熱交換器１０５または放熱器１０６に切り替える。
給湯タンク１０４は、水を貯留しておくタンクであり、給湯配管１０８と給水配管１０９とが接続されている。給湯配管１０８は、いわゆるシャワーやサニタリ利用のための温水配管であり、給湯タンク１０４に高温水を供給する。給水配管１０９は、水道配管であり、給湯タンク１０４に冷水（たとえば、１０℃）を供給する。給湯タンク１０４は、給湯配管１０８と給水配管１０９とにより水が供給され、常時満水状態となる。

給湯タンク用熱交換器１０５は、給湯タンク１０４の外部に設置され、冷媒／水熱交換器１０７から流出した水と給湯タンク１０４から流出した水との間で熱交換を行うものである。
放熱器１０６は、たとえば床暖房などに用いられ、対象物（対象空間）を暖めるものである。

次に、給湯（温水）について説明する。なお、本実施の形態では、切替弁１０３は冷媒／水熱交換器１０７から流出した水の行き先が、給湯タンク用熱交換器１０５となるように切り替えられているものとする。
第一循環ポンプ１０１により冷媒／水熱交換器１０７に送られた水は、そこでヒートポンプ１００の冷媒と熱交換し、吸熱して温水となった後、給湯タンク用熱交換器１０５へ送られる。そして、給湯タンク用熱交換器１０５にて第二循環ポンプ１０２により給湯タンク１０４から流出した水と熱交換し、放熱した後、第一循環ポンプ１０１に戻る。
一方、給湯タンク１０４から流出した水は、給湯タンク用熱交換器１０５にて吸熱して温水となった後、給湯タンク１０４に戻る。

図２は、本発明の実施の形態に係る給湯装置に搭載された制御コントローラ２００の接続構成を示す図である。
図２に示すように、給湯装置には制御コントローラ２００が搭載されており、制御コントローラ２００は、データ収集部、条件判定部、および制御指令部を有している。そして、データ収集部にて各種データを収集し、それら情報に応じて条件判定部にて条件判定を行い、制御指令部にて第一循環ポンプ１０１のＯＮ／ＯＦＦ制御、第二循環ポンプ１０２の流量可変制御などの指令を行う。
なお、制御コントローラ２００は、本発明の「制御部」に相当する。

また、給湯装置には３つの温度サーミスタが設けられており、切替弁１０３とヒートポンプ１００（または冷媒／水熱交換器１０７）との間の配管には往き温度サーミスタ２０１が、第一循環ポンプ１０１とヒートポンプ１００（または冷媒／水熱交換器１０７）との間の配管には戻り温度サーミスタ２０２が、給湯タンク１０４には給湯タンク温度サーミスタ２０３が、それぞれ設けられている。

次に、給湯装置の動作について説明する。
図３は、本発明の実施の形態に係る給湯装置の制御コントローラ２００による制御を示すフローチャートである。
制御コントローラ２００のデータ収集部（Ｓ１）は、メインリモコン（図示せず）からの設定データ、温度サーミスタからの温度データ、および室外機情報（機種情報、周波数など）を受け取る。なお、メインリモコンからの設定データは、たとえば、給湯運転における目標タンク温度、再沸き上げタンク温度（給湯タンク１０４の昇温を開始する温度）、運転スケジュールなどが挙げられる。

次に、条件判定部（Ｓ２）は、給湯タンク温度サーミスタ２０３により検知した現在の給湯タンク温度（給湯タンク１０４内の水温）と、再沸き上げタンク温度（たとえば４０℃）とを比較し、再沸き上げ（給湯運転）が必要かどうかの判定を行う。そして、現在の給湯タンク温度が再沸き上げタンク温度を下回った場合は、目標タンク温度となるように給湯配管１０８から給湯タンク１０４に高温水を流して再沸き上げが行われるが、その際に所定時間（予め決められた時間）内の給湯タンク１０４の温度変化（傾き）も判定する。

なお、給湯タンク１０４の温度変化は、所定時間（たとえば１分）前から再沸き上げタンク温度を下回るまでの給湯タンク１０４内の水温の変化であり、所定時間前に検知した給湯タンク温度とその時間を用いることにより求められる。

そして、給湯タンク１０４の温度変化が予め決められた第二基準値未満（たとえば温度差１０℃未満）な場合、給湯タンク１０４からの放熱ロスによる水温低下、つまり「給湯タンク放熱ロス」による水温低下と判定する。一方、給湯タンク１０４の温度変化が予め決められた第一基準値以上（たとえば温度差１０℃以上）な場合、給湯タンク１０４の温水利用による水温低下、つまり「給湯利用」による水温低下と判定する。なお、本実施の形態では第一基準値および第二基準値を温度差１０℃としたが、それに限定されるものではない。また、第一基準値および第二基準値は同じ値であってもよいし、異なる値であってもよい。

上記判定結果により、制御指令部（Ｓ３）は、第二循環ポンプ１０２に対して運転許容範囲の最大流量運転、または最小流量運転を指令する。「給湯タンク放熱ロス」ならば給湯タンク１０４内の水を強制対流により目標タンク温度まで均一に沸き上げるために最大流量運転を指令する。そうすることで、効率的な運転を行うことができる。また、「給湯利用」ならば給湯タンク１０４内の水の温度成層をキープするため（給湯タンク１０４内の水の温度を下げないようにするため）、最小流量運転を指令する。そうすることで、ユーザーの快適性を保つことができる。

さらに、目標タンク温度（たとえば５５℃）に到達して所定時間以上経過、かつ第二循環ポンプ１０２が最小流量運転を行っている場合、条件判定部（Ｓ２）は、現在のユーザー給湯利用はほぼ無いと判断し、制御指令部（Ｓ３）は、第二循環ポンプ１０２に対して最大流量運転に切り替えるよう指令する。

図４は、本発明の実施の形態に係る給湯装置の給湯タンク温度サーミスタ２０３の温度変化を示す図である。なお、縦軸は温度、横軸は時刻を示している。
図４中の（ａ）は、「給湯利用」により給湯タンク温度が急激に低下しており、（ｂ）は、「給湯タンク放熱ロス」により給湯タンク温度が緩やかに低下している。

（ａ）に関して、給湯タンク温度サーミスタ２０３は約５０℃から１０℃まで低下しているが、給湯タンク１０４内の水には温度成層ができており、給湯タンク温度サーミスタ２０３が設けられている位置よりも上側には、給湯利用可能な湯量が残っている可能性が高い。つまり、給湯タンク温度サーミスタ２０３をタンクの縦方向に対して真ん中に設けた場合、給湯タンク温度サーミスタ２０３よりも上側が５０℃、給湯タンク温度サーミスタ２０３よりも下側が１０℃となる。

一方、（ｂ）は、「給湯タンク放熱ロス」による給湯タンク１０４内の水温の低下であるため、給湯タンク温度サーミスタ２０３の検知温度に対し、タンク全体の温度も大きな温度差がないことが想定される。

以上のように、再沸き上げが必要かどうかの判定を行う際に、給湯タンク１０４の温度変化（傾き）も判定することで、状況に応じて効率的な運転、またはユーザーの快適性を保つ運転を行うことができる。

１００ヒートポンプ、１０１第一循環ポンプ、１０２第二循環ポンプ、１０３切替弁、１０４給湯タンク、１０５給湯タンク用熱交換器、１０６放熱器、１０７水熱交換器、１０８給湯配管、１０９給水配管、２００制御コントローラ、２０１往き温度サーミスタ、２０２戻り温度サーミスタ、２０３給湯タンク温度サーミスタ。

Claims

第一循環ポンプ、ヒートポンプ、および給湯タンク用熱交換器の熱源側が配管接続され、水が循環する熱源回路と、
第二循環ポンプ、給湯タンク用熱交換器の利用側、および給湯タンクが配管接続され、水が循環する給湯回路と、
給湯タンク温度と再沸き上げタンク温度とを比較し、前記給湯タンク温度が前記再沸き上げタンク温度を下回ったら、目標タンク温度となるように再沸き上げを行うと共に、前記給湯タンクの温度変化に基づいて前記第二循環ポンプの流量を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記温度変化が予め決められた第一基準値以上であると判定したら前記第二循環ポンプの流量を運転許容範囲内において最小となるように制御し、
前記温度変化が予め決められた第二基準値未満であると判定したら前記第二循環ポンプの流量を運転許容範囲内において最大となるように制御する
ことを特徴とする給湯装置。
前記制御部は、
前記給湯タンク温度が目標タンク温度に到達して予め決められた時間以上経過した場合において、
前記第二循環ポンプの流量が運転許容範囲内において最小なら最大となるように制御する
ことを特徴とする請求項１に記載の給湯装置。
前記制御部は、
少なくとも前記目標タンク温度、前記再沸き上げタンク温度、および前記給湯タンク温度に関する情報を受け取るデータ収集部と、
少なくとも再沸き上げが必要かどうかと前記給湯タンクの温度変化とを判定する条件判定部と、
前記第二循環ポンプに対して少なくとも最大流量運転または最小流量運転を指令する制御指令部と、を備えた
ことを特徴とする請求項１または２に記載の給湯装置。