JP6283984B2 - 貯湯給湯装置 - Google Patents

Description

本発明は貯湯給湯装置に関し、特に貯湯タンクと外部熱源機とを接続する加熱循環回路に貯湯タンクをバイパスするバイパス通路が設けられたものに関する。

従来から、高温水を生成して貯湯し、所望の給湯先に供給可能な貯湯給湯装置が実用に供されている。この種の貯湯給湯装置は、湯水を貯留する為の貯湯タンクを備えたタンクユニットと、貯湯タンク内の湯水を加熱する為の外部熱源機と、タンクユニットと外部熱源機とを接続する加熱循環回路等を備えている。

上記の加熱循環回路は、貯湯タンクの下部から導出した湯水を外部熱源機に導入する往き側通路と、外部熱源機で加熱された湯水を貯湯タンクの上部に戻す戻り側通路とから閉回路に構成され、循環ポンプの駆動を介して、貯湯タンクの下部から低温の湯水が外部熱源機に送られ、外部熱源機で加熱された高温の湯水が貯湯タンクの上部に戻される。

また、加熱循環回路は、戻り側通路から分岐され往き側通路に接続されたバイパス通路が設けられ、往き側通路とバイパス通路との接続部に三方弁が設置された構造のものがある。特許文献１のヒートポンプ給湯機においては、戻り側通路から分岐されたバイパス通路が貯湯タンクの下部に接続され、戻り側通路の分岐部に三方弁が設置された構造のものもある。

ところで、外部熱源機による湯水加熱運転の開始時に、外部熱源機の出力が安定せずに湯水の加熱が不足する場合がある。この場合、外部熱源機で加熱された湯水の温度が貯湯タンクの上部湯水の温度より低くなるので、貯湯タンクの温度成層を維持する為に、上述した加熱循環回路にバイパス通路を設けた構造では、三方弁をバイパス通路側に切換え、湯水を加熱循環回路を循環させて外部熱源機で再加熱した後に、貯湯タンクの上部に戻している。

特開２０１３−１１７３４３号公報

しかし、貯湯タンクの下部から外部熱源機に送られた湯水を、外部熱源機の出力が安定するまで、バイパス通路を通して加熱循環回路を循環させながら加熱すると、外部熱源機により加熱された湯水を同じ外部熱源機で再度加熱することになるので、外部熱源機の加熱効率が悪化するという問題がある。

本発明の目的は、貯湯給湯装置において、外部熱源機による加熱効率の向上を図ったもの、等を提供することである。

請求項１の貯湯給湯装置は、貯湯タンクと、この貯湯タンクの湯水を加熱する為のヒートポンプ式熱源機からなる外部熱源機と、前記貯湯タンクの下部から導出した湯水を前記外部熱源機に導入し、前記外部熱源機で加熱した湯水を前記貯湯タンクに戻す為の加熱循環回路と、加熱後の湯水を前記貯湯タンクの上部に戻すか又は前記外部熱源機に再度循環させるかを択一的に切換え可能な切換手段と、前記貯湯タンクの上部から取り出した湯水の温度が設定温度以下の場合にその湯水を再加熱して出湯する補助熱源機とを備えた貯湯給湯装置において、前記貯湯タンクの上部の湯水温度を検知する為の温度検知手段と、前記補助熱源機により再加熱する場合、前記外部熱源機による湯水加熱運転の開始時に前記温度検知手段によって検知された湯水温度が前記設定温度以下であるときには前記外部熱源機で加熱された湯水温度が前記設定温度以下であっても、前記切換手段を前記貯湯タンクの上部側に切換える切換制御手段とを備えたことを特徴としている。

請求項２の貯湯給湯装置は、請求項１の発明において、前記設定温度は、ユーザーにより設定された給湯設定温度であることを特徴としている。

請求項１の発明によれば、貯湯タンクの上部の湯水温度を検知する為の温度検知手段と、
前記補助熱源機により再加熱する場合、外部熱源機による湯水加熱運転の開始時に前記温度検知手段によって検知された湯水温度が設定温度以下であるときには前記外部熱源機で加熱された湯水温度が前記設定温度以下であっても、切換手段を貯湯タンクの上部側に切換える切換制御手段とを備えたので、湯水加熱運転の開始時に、貯湯タンクの上部の湯水温度が設定温度以下の場合には、貯湯タンク内の湯水の温度成層を維持する必要がなく、外部熱源機で加熱された湯水を貯湯タンクの上部に戻すことができる。

従って、前記補助熱源機により再加熱する場合、湯水加熱運転の開始直後から、外部熱源機で加熱された湯水を貯湯タンクの上部に戻して、貯湯タンク内の湯水の温度成層を崩しても良いので、加熱後の湯水を加熱循環回路から外部熱源機に戻して再度加熱する必要がなくなり、外部熱源機に貯湯タンクの下部から低温の湯水を供給するため外部熱源機による湯水の加熱効率が向上する。加熱後の湯水を加熱循環回路に循環させることで発生する無駄な放熱を防止することができる。

請求項２の発明によれば、設定温度は、ユーザーにより設定された給湯設定温度であるので、給湯設定温度以下の場合に給湯運転が実行されると、貯湯タンク内の湯水の補助熱源機による再加熱が必須となる。この場合、貯湯タンク内の湯水の温度成層を崩しても給湯に影響がでないので、湯水加熱運転の開始直後から、外部熱源機で加熱された湯水を貯湯タンクの上部に戻すことができる。

本発明の実施例に係る貯湯給湯装置の概略構成図である。 湯水加熱運転開始時における湯水加熱運転制御のフローチャートである。 部分変更形態に係る貯湯給湯装置の概略構成図である。

以下、本発明を実施するための形態について実施例に基づいて説明する。

先ずは、本発明の貯湯給湯装置１の全体構成について説明する。
図１に示すように、貯湯給湯装置１は、貯湯、給湯、床暖房パネル等の温水暖房端末への温水の供給等の機能を有するものであり、貯湯タンク２を備えたタンクユニット１Ａ、貯湯タンク２内の湯水を加熱する為の外部熱源機１０、タンクユニット１Ａと外部熱源機１０とを接続する加熱循環回路６等を備えている。

タンクユニット１Ａは、貯湯タンク２、補助熱源機３、暖房用熱交換器４、給水経路５、加熱循環回路６、給湯経路７、暖房水を床暖房パネル等に供給する温水暖房回路８、温水暖房回路８の暖房水を加熱する熱利用循環回路９等を備え、これら大部分は外装ケース１１内に一体的に収納されている。尚、外部熱源機１０としては、本実施例ではヒートポンプ式熱源機が活用されているが、ガスエンジンや燃料電池発電ユニットの排熱回収熱交換器等を活用しても良い。

次に、貯湯タンク２について説明する。
図１に示すように、貯湯タンク２は、外部熱源機１０で加熱された高温水（例えば、６５〜９０℃）を貯留可能な密閉タンクで構成され、貯留された湯水の放熱を防ぐ為にタンク周囲は断熱材で覆われている。

貯湯タンク２の外周部には、下側から上側に向かって等間隔に湯水温度検知センサ２ａ〜２ｄが順に設けられ、これら複数の湯水温度検知センサ２ａ〜２ｄにより貯湯タンク２内の複数の貯留層の湯水の温度が検出される。尚、複数の湯水温度検知センサ２ａ〜２ｄのうちの最上段の湯水温度検知センサ２ｄが、本発明の貯湯タンク２の上部の湯水温度を検知する為の温度検知手段に相当するものである。

補助熱源機３は、バーナーや熱交換器等を内蔵した公知のガス給湯器で構成されている。補助熱源機３は、貯湯槽貯湯タンク２内の湯水温度が低下した場合等の特別な場合に限り、制御ユニット３５から指令が送信されて燃焼作動され、湯水を加熱するものである。

暖房用熱交換器４は、温水暖房回路８を流れる暖房水を加熱するものであり、熱利用循環回路９の一部となる熱交換通路部４ａと、温水暖房回路８の一部となる熱交換通路部４ｂとを有している。この暖房用熱交換器４において、熱利用循環回路９を流れる高温水と温水暖房回路８を流れる暖房水との間で熱交換され、暖房水が加熱される。

次に、給水経路５について説明する。
図１に示すように、給水経路５は、上水源から低温の上水を貯湯タンク２に供給するものであり、上流端が上水源に接続され、下流端が貯湯タンク２の下部に接続されている。給水経路５の上流側から給湯経路７に接続するバイパス通路部１２が分岐されている。

給水経路５の下流側から熱利用循環回路９に接続するバイパス通路部１４が分岐され、この分岐部には、蓄熱切換弁１５が設置されている。このバイパス通路部１４により、低温の上水を熱利用循環回路９に供給することができ、また逆に、熱利用循環回路９から湯水を貯湯タンク２に戻すことができる。

次に、加熱循環回路６について説明する。
図１に示すように、加熱循環回路６は、貯湯タンク２と外部熱源機１０との間に湯水を循環させて加熱する閉回路であり、貯湯タンク２の下部から外部熱源機１０に至る往き側通路６ａと、外部熱源機１０で加熱された湯水を貯湯タンク２の上部に戻す戻り側通路６ｂと、戻り側通路６ｂから分岐され往き側通路６ａに接続されたバイパス通路１６とを備えている。往き側通路６ａの上流端が貯湯タンク２の下部に接続され、戻り側通路６ｂの下流端が貯湯タンク２の上部に接続されている。

往き側通路６ａのバイパス通路１６が接続された合流部には、貯湯タンク２を含めた循環回路と貯湯タンク２をバイパスする循環回路とを択一的に選択可能な三方弁１７（切換手段に相当する）が設置されている。即ち、三方弁１７は、加熱後の湯水を戻り側通路６ｂを通して貯湯タンク２の上部に戻すか又は外部熱源機１０にバイパス通路１６を介して再度循環させるかを択一的に切換え可能である。往き側通路６ａの三方弁１７の下流側に循環ポンプ１８が設置され、戻り側通路６ｂの分岐部の上流側に湯水温度検知センサ６ｃが設置されている。往き側通路６ａと戻り側通路６ｂとの間に外部熱源機１０の熱交換器１０ａが設けられている。

次に、給湯経路７について説明する。
図１に示すように、給湯経路７は、貯湯タンク２内に貯湯された湯水を風呂等の所望の給湯先に供給するものであり、給湯栓に接続される給湯通路２１、貯湯タンク２の上部から給湯通路２１に接続されるタンク出湯通路２２、このタンク出湯通路２２から分岐され燃焼式の補助熱源機３に接続される補助加熱通路２３、補助熱源機３から給湯通路２１に接続される補助熱源機出湯通路２４等を有している。

給湯通路２１には、混合弁２５が設置されている。この混合弁２５に給水経路５から分岐したバイパス通路部１２が接続されている。補助加熱通路２３にタンク出湯通路２２と補助加熱通路２３とを切り換え可能な三方弁２６が設置されている。三方弁２６には、熱利用循環回路９の湯水戻り側通路部９ｂが接続されている。補助加熱通路２３には、圧送ポンプ２７が設置されている。補助熱源機出湯通路２４にタンク水比例弁２８が設置されている。

次に、温水暖房回路８について説明する。
図１に示すように、温水暖房回路８は、床暖房パネルや浴室乾燥機等に供給される暖房水を循環させる回路であり、暖房戻り側通路部８ａ、暖房往き側通路部８ｂを有している。暖房戻り側通路部８ａと暖房往き側通路部８ｂとの間に暖房用熱交換器４の熱交換通路部４ｂが設置されている。

次に、熱利用循環回路９について説明する。
図１に示すように、熱利用循環回路９は、湯水を循環させて温水暖房回路８との間で熱交換を行う閉回路であり、湯水往き側通路部９ａ、湯水戻り側通路部９ｂ、補助加熱通路２３の下流側部分、補助熱源機出湯通路２４の上流側部分を有している。湯水往き側通路部９ａと湯水戻り側通路部９ｂとの間に、暖房用熱交換器４の熱交換通路部４ａが接続されている。

次に、制御ユニット３５について説明する。
図１に示すように、貯湯給湯装置１は、制御ユニット３５によって制御される。各種のセンサの検知信号が制御ユニット３５に送信され、この制御ユニット３５により、貯湯給湯装置１の動作、各種のポンプの作動・停止、各種の弁の開閉状態の切り換え及び開度調整等を制御し、各種運転（給湯運転、湯水加熱運転、暖房運転等）を実行する。

制御ユニット３５は、ユーザーが操作可能な操作リモコン３６との間でデータ通信可能であり、操作リモコン３６のスイッチ操作により各種の運転が設定されると、その指令信号が操作リモコン３６から制御ユニット３５に送信される。例えば、操作リモコン３６のスイッチ操作により目標給湯温度が設定されると、その目標給湯温度データが操作リモコン３６から制御ユニット３５に送信される。

次に、本発明に係る切換制御手段について説明する。
貯湯給湯装置１は、外部熱源機１０による湯水加熱運転の開始時に湯水温度検知センサ２ｄによって検知された湯水温度が設定温度以下である場合には、三方弁１７を貯湯タンク２の上部側に切換える制御ユニット３５等からなる切換制御手段を備えている。設定温度としては、ユーザーにより操作リモコン３６を介して設定された給湯設定温度が適用される。

次に、湯水加熱運転に設定された際に、制御ユニット３５により自動的に実行される、三方弁１７の切換制御が伴う外部熱源機１０により湯水を加熱する湯水加熱運転制御について、図２のフローチャートに基づいて説明する。尚、図中の符号Ｓｉ（ｉ=１，２，・・）は各ステップを示す。この湯水加熱運転時おける湯水加熱運転制御プログラムは、制御ユニット３５に予め格納されている。

図２のフローチャートにおいて、この制御が開始されると、最初にＳ１にて、各種のセンサの検知信号に基づいて湯水加熱運転開始条件成立か否か判定される。湯水加熱運転を開始する為の条件が成立している場合は、つまり、Ｓ１の判定がＹｅｓの場合、Ｓ２に移行し、Ｓ１の判定がＮｏのうちはＳ１を繰り返す。

次に、Ｓ２において、貯湯給湯装置１は、湯水加熱運転を開始する。即ち、制御ユニット３５は、貯湯給湯装置１の各種機器（外部熱源機１０、循環ポンプ１８等）を駆動することで貯湯給湯装置１を湯水加熱運転状態に切換え、Ｓ３に移行する。

次に、Ｓ３において、制御ユニット３５は、操作リモコン３６からの指令信号や各種のセンサの検知信号を読み込む。つまり、制御ユニット３５は、操作リモコン３６からの指令信号に基づいて給湯設定温度Ｔ（例えば４０℃）を設定し、湯水温度検知センサ２ｄの検知信号を読み込み、この検知信号に基づいて貯湯タンク２内の上部湯水温度Ｔａを算出し、Ｓ４に移行する。

次に、Ｓ４において、貯湯タンク２内の上部湯水温度Ｔａが、給湯設定温度Ｔ以下か否かを判定し、Ｓ４の判定がＹｅｓの場合、つまり、貯湯タンク２内の上部湯水温度Ｔａが給湯設定温度Ｔより低い場合は、Ｓ５に移行し、Ｓ４の判定がＮｏの場合、つまり、貯湯タンク２内の上部湯水温度Ｔａが給湯設定温度Ｔより高い場合は、Ｓ６に移行する。

次に、Ｓ５において、制御ユニット３５は、加熱後の湯水を貯湯タンク２の上部に戻す為に、三方弁１７をバイパス側からタンク側に切り換え、Ｓ１０に移行する。尚、三方弁１７は、湯水加熱運転の開始時にはバイパス側に設定されている。三方弁１７は、湯水加熱運転が実行されていない場合、貯湯タンク２内の下部の低温の湯水が加熱循環回路６の往き側通路６ａを通って外部熱源機１０へ流れ込まないようにバイパス側に設定されている。

ここで、Ｓ４の判定がＮｏの場合、Ｓ６に移行し、このＳ６において制御ユニット３５は、三方弁１７のバイパス側設定を維持して、Ｓ７に移行する。このＳ６の段階では、外部熱源機１０で加熱された後の湯水は、貯湯タンク２の上部に戻されずにバイパス通路１６を通って外部熱源機１０に送られ、外部熱源機１０で再加熱される。

次に、Ｓ７において、湯水温度検知センサ６ｃの検知信号を読み込み、この検知信号に基づいて、加熱循環回路６の戻り側通路６ｂを流れる湯水温度Ｔｂを算出し、Ｓ８に移行する。

次に、Ｓ８において、戻り側通路６ｂを流れる湯水温度Ｔｂが、貯湯タンク２内の上部湯水温度Ｔａ以下か否かを判定し、Ｓ８の判定がＹｅｓの場合、つまり、戻り側通路６ｂを流れる湯水温度Ｔｂが、貯湯タンク２内の上部湯水温度Ｔａより高い場合は、Ｓ９に移行し、制御ユニット３５は、三方弁１７をバイパス側からタンク側に切り換え、加熱後の湯水を貯湯タンク２の上部に戻すように設定し、Ｓ１０に移行する。Ｓ８の判定がＮｏの場合は、つまり、戻り側通路６ｂを流れる湯水温度Ｔｂが、貯湯タンク２内の上部湯水温度Ｔａより低い場合は、Ｓ７に戻り、戻り側通路６ｂを流れる湯水温度Ｔｂが、貯湯タンク２内の上部湯水温度Ｔａより高くなるまで、Ｓ７とＳ８を繰り返す。

次に、Ｓ１０において、湯水加熱運転を継続し、Ｓ１１において、各種のセンサの検知信号に基づいて湯水加熱運転終了条件成立か否か判定される。湯水加熱運転を終了する為の条件が成立している場合、つまり、Ｓ１１の判定がＹｅｓの場合は、湯水加熱運転を終了し、Ｓ１１の判定がＮｏのうちはＳ１１を繰り返す。尚、制御ユニット３５や湯水加熱運転制御プログラムのＳ３〜Ｓ９等が、本発明の切換制御手段に相当する。

次に、本発明の貯湯給湯装置１の作用及び効果について説明する。
貯湯給湯装置１は、外部熱源機１０による湯水加熱運転の開始時に、湯水温度検知センサ２ｄによって検知された湯水温度に応じて三方弁１７を制御することで、外部熱源機１０で加熱された湯水を貯湯タンク２の上部に戻すか又は外部熱源機１０に再度循環させるかを切り換えることができ、例えば、貯湯タンク２に高温の湯水が貯留されていない場合等で、加熱後の湯水を貯湯タンク２をバイパスさせずに貯湯タンク２の上部に戻すことができる。

以上説明したように、貯湯タンク２の上部の湯水温度を検知する為の湯水温度検知センサ２ｄと、外部熱源機１０による湯水加熱運転の開始時に湯水温度検知センサ２ｄによって検知された湯水温度が設定温度以下である場合には、三方弁１７を貯湯タンク２の上部側に切換える切換制御手段とを備えたので、湯水加熱運転の開始時に、貯湯タンク２の上部の湯水温度が設定温度以下の場合には、貯湯タンク２内の湯水の温度成層を維持する必要がなく、外部熱源機１０で加熱された湯水を貯湯タンク２の上部に戻すことができる。

従って、湯水加熱運転の開始直後から、外部熱源機１０で加熱された湯水を貯湯タンク２の上部に戻して、貯湯タンク２内の湯水の温度成層を崩しても良いので、加熱後の湯水を再度加熱する必要がなくなり、外部熱源機１０による湯水の加熱効率が向上する。加熱後の湯水を加熱循環回路６に循環させることで発生する無駄な放熱を防止することができる。

また、上記の設定温度は、ユーザーにより設定された給湯設定温度であるので、給湯設定温度以下の場合に給湯運転が実行されると、貯湯タンク２内の湯水の再加熱が必須となり、故に、貯湯タンク２内の湯水の温度成層を崩しても給湯に影響がでないので、湯水加熱運転の開始直後から、外部熱源機１０で加熱された湯水を貯湯タンク２の上部に戻すことができる。

次に、前記実施例を部分的に変更した形態について説明する。
［１］前記実施例において、戻り側通路６ｂから分岐されたバイパス通路１６は、往き側通路６ａに接続されているが、特にこの構造に限定する必要はなく、図３に示すように、戻り側通路６ｂから分岐されたバイパス通路１６Ａが、貯湯タンク２の下部に接続された構造であっても良い。この構造の場合、三方弁１７Ａは、戻り側通路６ｂからバイパス通路１６Ａが分岐された分岐部に設置される。

上記の構造の場合、制御ユニット３５（切換制御手段）は、外部熱源機１０による湯水加熱運転の開始時に湯水温度検知センサ２ｄによって検知された湯水温度が設定温度以下である場合に、三方弁１６Ａを貯湯タンク２の上部側に切換える制御を行う。

［２］前記実施例では、設定温度としてユーザーにより操作リモコン３６を介して設定された給湯設定温度が適用されているが、特にこの温度に限定する必要はなく、例えば、給湯設定温度±２，３℃の温度を設定温度として適用しても良い。

［３］その他、当業者であれば、本発明の趣旨を逸脱することなく、前記実施例に種々の変更を付加した形態で実施可能であり、本発明はそのような変更形態を包含するものである。

１ 貯湯給湯装置
２ 貯湯タンク
２ｄ 湯水温度検知センサ
６ 加熱循環回路
１０ 外部熱源機
１７，１７Ａ 三方弁
３５ 制御ユニット

Claims (2)

1. 貯湯タンクと、この貯湯タンクの湯水を加熱する為のヒートポンプ式熱源機からなる外部熱源機と、前記貯湯タンクの下部から導出した湯水を前記外部熱源機に導入し、前記外部熱源機で加熱した湯水を前記貯湯タンクに戻す為の加熱循環回路と、加熱後の湯水を前記貯湯タンクの上部に戻すか又は前記外部熱源機に再度循環させるかを択一的に切換え可能な切換手段と、前記貯湯タンクの上部から取り出した湯水の温度が設定温度以下の場合にその湯水を再加熱して出湯する補助熱源機とを備えた貯湯給湯装置において、
   前記貯湯タンクの上部の湯水温度を検知する為の温度検知手段と、
   前記補助熱源機により再加熱する場合、前記外部熱源機による湯水加熱運転の開始時に前記温度検知手段によって検知された湯水温度が前記設定温度以下であるときには前記外部熱源機で加熱された湯水温度が前記設定温度以下であっても、前記切換手段を前記貯湯タンクの上部側に切換える切換制御手段とを備えたことを特徴とする貯湯給湯装置。
2. 前記設定温度は、ユーザーにより設定された給湯設定温度であることを特徴とする請求項１に記載の貯湯給湯装置。