JP6498133B2 - 貯湯式給湯機、および貯湯式給湯機での給湯方法 - Google Patents
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Description
図1は、本発明の実施の形態1に係る貯湯式給湯機を説明するための構成図である。図1に示す貯湯式給湯機は、ヒートポンプ式の加熱部を備える貯湯式ヒートポンプ給湯機35である。なお、本実施の形態1に係る貯湯式給湯機の加熱部は、ヒートポンプ式以外のガスバーナーや灯油バーナー等の燃焼バーナーなどの他の加熱部を用いてもよい。貯湯式ヒートポンプ給湯機35は、タンクユニット33と、ヒートポンプサイクルを利用するヒートポンプユニット(HPユニット6)と、リモコン43とを備えている。HPユニット6とタンクユニット33とは、HP往き配管13およびHP戻り配管14を介して接続されるとともに、図示しない配線を介して電気的に接続されている。
HPユニット6は、貯湯タンク7の下部から供給される湯水を加熱する(沸上げる)加熱部で、ヒートポンプ式の加熱部である。なお、HPユニット6は、給水配管8から供給される湯水を直接加熱することができるように配管を接続してもよい。HPユニット6で加熱された湯水(高温水)は、運転形態に応じて、貯湯タンク7の上部に貯湯されるか、または、給湯対象に供給される。HPユニット6は、圧縮機1、水冷媒熱交換器2、膨張弁3および空気熱交換器5を冷媒配管4により環状に接続したもので、ヒートポンプサイクルを構成している。水冷媒熱交換器2は、冷媒配管4を流れる冷媒と、貯湯タンク7から供給される低温水との間で熱交換を行うためのものである。なお、水冷媒熱交換器2は、冷媒配管4を流れる冷媒と、水道等の水源から直接供給される低温水との熱交換を行う構成としてもよい。
図3は、本発明の実施の形態1に係る貯湯式給湯機で沸き上げ運転を行う場合の動作を説明するための構成図である。図3に示す貯湯式ヒートポンプ給湯機35の沸き上げ運転では、HPユニット6により貯湯タンク7内の湯水を加熱する運転を行うものである。まず、沸き上げ運転では、三方弁10の経路を経路acに保持し、四方弁17の経路を経路cdに保持する。つまり、三方弁10は、水導出口配管9とHP往き配管13とを連通させ、四方弁17は、HP戻り配管14と送湯配管12とを連通させる。
次に、貯湯式ヒートポンプ給湯機35の一般給湯運転について説明する。ここで、一般給湯運転とは、貯湯タンク7に貯留されている温水と、水道等の水源から供給される低温水とを第1給湯用混合弁21で混合して、ユーザがリモコン43で設定した設定温度の湯水を給湯栓34の先に連結された給湯端末から供給する運転である。なお、一般給湯運転は、ユーザが給湯端末の蛇口を解放した場合に実行される運転である。貯湯式ヒートポンプ給湯機35では、貯湯タンク7の中温導出口7fから中温水を出湯することができる構成であるため、中温水を利用して高温水と中温水とを混合する給湯様式A(高温水+中温水での給湯)と、中温水を利用せず高温水と低温水とを混合する給湯様式B(高温水+低温水での給湯)との2つの運転様式を有する。なお、給湯様式Aと給湯様式Bとの運転様式を切替えることは、給湯に利用する配管(出湯配管)を、貯湯タンク7の中温導出口7fから中温水を出湯する中温配管47と、水道等の水源から低温水を供給する給水配管8とで切替えることでもある。
図5は、本発明の実施の形態1に係る貯湯式給湯機で給湯様式Aによる一般給湯運転を行う場合の動作を説明するための構成図である。図5に示す貯湯式ヒートポンプ給湯機35の給湯様式Aによる一般給湯運転では、第1給湯用混合弁21のaポートを全閉状態で保持し、第2給水配管8bから第2給湯用混合弁23に向かう流路を遮断している。
図6は、本発明の実施の形態1に係る貯湯式給湯機で給湯様式Bによる一般給湯運転を行う場合の動作を説明するための構成図である。図6に示す貯湯式ヒートポンプ給湯機35の給湯様式Bによる一般給湯運転では、第2給湯用混合弁23のbポートを全閉状態で保持し、中温導出口7fから中温配管47を経由し第2給湯用混合弁23に向かう流路を遮断している。
次に、本実施の形態1に係る貯湯式ヒートポンプ給湯機35での給湯待機状態について説明する。貯湯式ヒートポンプ給湯機35では、給湯端末に湯水を供給していない場合でも、給湯開始時に給湯する湯水の温度が早く設定温度に至るよう応答性を向上させるため、および停電時において湯水を確保するため、第1給湯用混合弁21、ふろ用混合弁22、第2給湯用混合弁23に対してフィードフォワード制御により適当な開度を与えている。給湯端末に湯水を供給していない状態を給湯待機状態と呼び、この状態における第1給湯用混合弁21、ふろ用混合弁22、第2給湯用混合弁23の開度を起動開度と呼ぶ。給湯待機状態においても、設定温度に比べ中温水の温度が低い時、第1給湯用混合弁21のaポートを全閉にして、第2給湯用混合弁23を起動開度にしておくことで、給湯様式Aの給湯待機状態となり、設定温度に比べ中温水の温度が高い時、第1給湯用混合弁21を起動開度にし、第2給湯用混合弁23のbポートを全閉にしておくことで、給湯様式Bの給湯待機状態となる。
次に、本実施の形態1に係る貯湯式ヒートポンプ給湯機35で沸き上げ運転と一般給湯運転とを同時に行う場合について説明する。図7は、本発明の実施の形態1に係る貯湯式給湯機で沸き上げ・一般給湯の同時運転を行う場合の動作を説明するための構成図である。なお、図7に示す沸き上げ・一般給湯の同時運転では、図3に示す沸き上げ運転と同様に三方弁10の経路を経路acに保持し、四方弁17の経路を経路cdに保持する。また、図7に示す沸き上げ・一般給湯の同時運転では、給湯様式Aによる一般給湯運転を行うので、第1給湯用混合弁21のaポートが全閉状態で給湯端末の蛇口が解放されると、第2給湯用混合弁23で貯湯タンク7上部の高温水と貯湯タンク7中部の中温水とが混合される。
上述したように、本実施の形態1に係る貯湯式ヒートポンプ給湯機35では、一般給湯に中温水を利用するため、一般給湯運転を行う場合に給湯様式Aと給湯様式Bとの2つの運転様式を切替えることが可能である。運転様式の切替えは、図4で説明したように、ユーザがリモコン43で設定した設定温度と中温水の温度との関係により行う。つまり、運転様式の切替えは、貯湯タンク7の湯水の温度変化により判断される。例えば、貯湯式ヒートポンプ給湯機35は、設定温度に比べ中温水の温度が高い時、給湯様式Bによる一般給湯運転を実施する。しかし、貯湯式ヒートポンプ給湯機35は、給湯により貯湯タンク7内の高温水が減少すると、中温水の温度が低下するので、設定温度に比べ中温水の温度が低くなり給湯様式Aによる一般給湯運転に切替えることが可能になる。
本実施の形態1に係る貯湯式ヒートポンプ給湯機35では、給湯端末に供給する湯水の温度を安定化させる運転制御の一つとして、給湯中の運転様式の切替えを禁止する。給湯様式Bは、中温水の温度が設定温度以上の時に実施される。しかし、給湯により貯湯タンク7内の高温水が減少すると、中温水の温度が低下して設定温度未満となることがある。この時、貯湯式ヒートポンプ給湯機35は、給湯様式Aへ運転様式を切替えることが可能となる。
次に、制御装置36が、一般給湯運転の運転様式を給湯様式Aに切替え、運転を実施している場合について説明する。給湯様式Aは、中温水の温度が設定温度未満の時に実施される。しかし、沸き上げ運転により貯湯タンク7内の高温水が増加すると、中温水の温度が上昇して設定温度以上となることがある。この時、貯湯式ヒートポンプ給湯機35は、給湯様式Bへ運転様式を切替えることが必要となる。逆に、貯湯式ヒートポンプ給湯機35は、給湯様式Bによる一般給湯運転に切替えない場合、設定温度に比べて高い中温水と高温水とを混合したのでは、設定温度の湯水を給湯することができなくなる。
上記で説明した運転制御では、給湯端末から湯水を給湯中に運転様式の切替えを禁止することで、給湯端末に供給する湯水の温度を安定化させている。しかし、貯湯タンク7内の蓄熱量が小さく、給湯時に沸き上げ運転の中止や制限した沸き上げ運転が困難な場合、給湯様式Aと給湯様式Bとの2つの運転様式を切替える必要がある。給湯端末から湯水を給湯中に運転様式の切替えを禁止できない場面において、混合弁を開閉する動作を制御することで、給湯様式Aと給湯様式Bとの2つの運転様式を切替え時に、給湯端末に供給する湯水の温度を安定化させる運転制御について説明する。
図11は、本発明の実施の形態1に係る貯湯式給湯機で給湯様式Aから給湯様式Bへ切替える際の、混合弁の開閉、給湯端末に供給する湯水の温度の時間変化を説明するための図である。図11には、第1給湯用混合弁21のaポートの開閉状態、第2給湯用混合弁23のbポートの開閉状態、および給湯用温度センサ48の検出温度の時間変化が図示されている。まず、貯湯式ヒートポンプ給湯機35は、時刻0〜時刻t1の間を給湯様式Aで運転を実施している場合、第1給湯用混合弁21のaポートは全閉となる。時刻t1に運転様式を給湯様式Aから給湯様式Bに運転を切替える場合、貯湯式ヒートポンプ給湯機35は、第2給湯用混合弁23のbポートを全閉すべく、一定速度で開度を変更する。さらに、貯湯式ヒートポンプ給湯機35は、給湯用温度センサ48の検出温度が設定温度を満足するように、第1給湯用混合弁21のaポートの開度を調整する。つまり、貯湯式ヒートポンプ給湯機35は、第2給湯用混合弁23のbポートの開度を一定速度で変更することにより、第2給湯用混合弁23による給湯温度への影響を単純化して、第1給湯用混合弁21のaポートの開度のみで給湯温度を調整している。また、貯湯式ヒートポンプ給湯機35は、第2給湯用混合弁23のbポートにおける開度の変更速度の上限を第1給湯用混合弁21のaポートにおける開度の変更速度の上限に比べ小さくすることで、第2給湯用混合弁23のbポートの開度変更による給湯温度への影響を小さくしている。そのため、貯湯式ヒートポンプ給湯機35は、第1給湯用混合弁21のaポートの開度および第2給湯用混合弁23のbポートの開度を同時に調整する必要がないので、給湯様式Aから給湯様式Bへの切替え制御が単純化でき、給湯端末に供給する湯水の温度の安定化を図ることができる。図11からも分かるように、時刻t1後の給湯用温度センサ48の検出温度が設定温度を満足している。なお、第2給湯用混合弁23のbポートの開度の変更速度は、例えば、製品出荷前に予め記憶部52に記憶してある。もちろん、制御が複雑化するが貯湯式ヒートポンプ給湯機35は、第2給湯用混合弁23のbポートの開度を一定速度で変更せずに、第1給湯用混合弁21のaポートの開度および第2給湯用混合弁23のbポートの開度を同時に調整してもよい。
図12は、本発明の実施の形態1に係る貯湯式給湯機で給湯様式Bから給湯様式Aへ切替える際の、混合弁の開閉、給湯端末に供給する湯水の温度の時間変化を説明するための図である。図12には、第1給湯用混合弁21のaポートの開閉状態、第2給湯用混合弁23のbポートの開閉状態、および給湯用温度センサ48の検出温度の時間変化が図示されている。なお、貯湯式ヒートポンプ給湯機35は、一般給湯運転の運転様式を給湯様式Bから給湯様式Aに切替えなくても、給湯端末に供給する湯水の温度が設定温度を満足しないという状態は生じないが、当該切替えにより、一度給湯の終了を待つことなく中温水の利用する給湯が可能となるため、より運転効率を高めることができる。まず、貯湯式ヒートポンプ給湯機35は、時刻0〜時刻t2の間を給湯様式Bで運転を実施している場合、第2給湯用混合弁23のbポートは全閉となる。時刻t2に運転様式を給湯様式Bから給湯様式Aに運転を切替える場合、貯湯式ヒートポンプ給湯機35は、第1給湯用混合弁21のaポートを全閉すべく、一定速度で開度を変更する。さらに、貯湯式ヒートポンプ給湯機35は、給湯用温度センサ48の検出温度が設定温度を満足するように、第2給湯用混合弁23のbポートの開度を調整する。つまり、貯湯式ヒートポンプ給湯機35は、第1給湯用混合弁21の開度を一定速度で変更することにより、第1給湯用混合弁21による給湯温度への影響を単純化して、第2給湯用混合弁23のbポートの開度のみで給湯温度を調整している。また、貯湯式ヒートポンプ給湯機35は、第1給湯用混合弁21のaポートにおける開度の変更速度の上限を第2給湯用混合弁23のbポートにおける開度の変更速度の上限に比べ小さくすることで、第1給湯用混合弁21のaポートの開度変更により給湯温度への影響を小さくしている。そのため、貯湯式ヒートポンプ給湯機35は、第1給湯用混合弁21のaポートの開度および第2給湯用混合弁23のbポートの開度を同時に調整する必要がないので、給湯様式Bから給湯様式Aへの切替え制御を単純化でき、給湯端末に供給する湯水の温度の安定化を図ることができる。図12からも分かるように、時刻t2後の給湯用温度センサ48の検出温度が設定温度を満足している。なお、第1給湯用混合弁21のaポートの開度の変更速度は、例えば、製品出荷前に予め記憶部52に記憶してある。もちろん、制御が複雑化するが貯湯式ヒートポンプ給湯機35は、第1給湯用混合弁21のaポートの開度を一定速度で変更せずに、第1給湯用混合弁21のaポートの開度および第2給湯用混合弁23のbポートの開度を同時に調整してもよい。
<装置構成>
本実施の形態1に係る貯湯式ヒートポンプ給湯機35では、図1に示すように中温配管47が第2給湯用混合弁23のbポートに接続される構成であったが、これに限られない。本実施の形態2に係る貯湯式ヒートポンプ給湯機では、中温配管が第1給湯用混合弁のbポートに接続される構成である。図13は、本発明の実施の形態2に係る貯湯式給湯機を説明するための構成図である。図13に示す貯湯式ヒートポンプ給湯機35aでは、第1給湯用混合弁21bのaポートに一般給湯配管19が接続され、第1給湯用混合弁21bのbポートに中温配管47bが接続され、第1給湯用混合弁21bのcポートに第2給湯用混合弁23bのbポートが接続されている。第2給湯用混合弁23bは、aポートに第2給水配管8bが、cポートに第1給湯配管24がそれぞれ接続されている。なお、本実施の形態2に係る貯湯式ヒートポンプ給湯機35aにおいて、実施の形態1に係る貯湯式ヒートポンプ給湯機35と同じ構成については同じ符号を付して詳細な説明を省略する。以下、本実施の形態2に係る貯湯式ヒートポンプ給湯機35aの運転制御について説明する。
本実施の形態2に係る貯湯式ヒートポンプ給湯機35aでも、実施の形態1と同様、貯湯タンク7内の湯水の温度分布に応じて、給湯様式Aと給湯様式Bとの2つの運転様式を有する。
図14は、本発明の実施の形態2に係る貯湯式給湯機で給湯様式Aによる一般給湯運転を行う場合の動作を説明するための構成図である。図14に示す貯湯式ヒートポンプ給湯機35aの給湯様式Aによる一般給湯運転では、第2給湯用混合弁23bのaポートを全閉状態で保持し、第2給水配管8bから第2給湯用混合弁23bに向かう流路を遮断している。
図15は、本発明の実施の形態2に係る貯湯式給湯機で給湯様式Bによる一般給湯運転を行う場合の動作を説明するための構成図である。図15に示す貯湯式ヒートポンプ給湯機35aの給湯様式Bによる一般給湯運転では、第1給湯用混合弁21bのbポートを全閉状態で保持し、中温導出口7fから中温配管47bを経由し第1給湯用混合弁21bに向かう流路を遮断している。
次に、本実施の形態2に係る貯湯式ヒートポンプ給湯機35aでの給湯待機状態について説明する。貯湯式ヒートポンプ給湯機35aでは、給湯端末に湯水を供給していない場合でも、給湯開始時に給湯する湯水の温度が早く設定温度に至るよう応答性を向上させるため、および停電時において湯水を確保するため、第1給湯用混合弁21b、ふろ用混合弁22、第2給湯用混合弁23bに対してフィードフォワード制御により適当な開度を与えている。給湯端末に湯水を供給していない状態を給湯待機状態と呼び、この状態における第1給湯用混合弁21b、ふろ用混合弁22、第2給湯用混合弁23bの開度を起動開度と呼ぶ。給湯待機状態においても、設定温度に比べ中温水の温度が低い時、第2給湯用混合弁23bのaポートを全閉にして、第1給湯用混合弁21bを起動開度にしておくことで、給湯様式Aの給湯待機状態となり、設定温度に比べ中温水の温度が高い時、第2給湯用混合弁23bを起動開度にし、第1給湯用混合弁21bのbポートを全閉にしておくことで、給湯様式Bの給湯待機状態となる。
上述したように、本実施の形態2に係る貯湯式ヒートポンプ給湯機35aでは、一般給湯に中温水を利用するため、一般給湯運転を行う場合に給湯様式Aと給湯様式Bとの2つの運転様式を切替えることが可能である。例えば、貯湯式ヒートポンプ給湯機35aは、設定温度に比べ中温水の温度が高い時、給湯様式Bによる一般給湯運転を実施する。しかし、貯湯式ヒートポンプ給湯機35aは、給湯により貯湯タンク7内の高温水が減少すると、中温水の温度が低下するので、設定温度に比べ中温水の温度が低くなり給湯様式Aによる一般給湯運転に切替えることが可能になる。
本実施の形態2に係る貯湯式ヒートポンプ給湯機35aでは、給湯端末に供給する湯水の温度を安定化させる運転制御の一つとして、給湯中の運転様式の切替えを禁止する。給湯様式Bは、中温水の温度が設定温度以上の時に実施される。しかし、給湯により貯湯タンク7内の高温水が減少すると、中温水の温度が低下して設定温度未満となることがある。この時、貯湯式ヒートポンプ給湯機35aは、給湯様式Aへ運転様式を切替えることが可能となる。
次に、制御装置36が、一般給湯運転の運転様式を給湯様式Aに切替え、運転を実施している場合について説明する。給湯様式Aは、中温水の温度が設定温度未満の時に実施される。しかし、沸き上げ運転により貯湯タンク7内の高温水が増加すると、中温水の温度が上昇して設定温度以上となることがある。この時、貯湯式ヒートポンプ給湯機35aは、給湯様式Bへ運転様式を切替えることが必要となる。逆に、貯湯式ヒートポンプ給湯機35aは、給湯様式Bによる一般給湯運転に切替えない場合、設定温度に比べて高い中温水と高温水とを混合したのでは、設定温度の湯水を給湯することができなくなる。
Claims (10)
- 湯水を加熱する加熱部と、
前記加熱部で加熱した温水を貯湯する貯湯タンクと、
前記貯湯タンクから高温水の湯水を取り出す第1の出湯配管と、
前記貯湯タンクから中温水の湯水を取り出す第2の出湯配管と、
低温水を供給する給水配管と、
前記貯湯タンクから給湯対象へと至る配管の経路の途中に設けられ、前記第1の出湯配管、前記第2の出湯配管および前記給水配管のうち少なくとも2つの配管から供給される異なる温度の湯水を混合する複数の混合弁と、
前記貯湯タンク内の湯水の温度を検出する複数の貯湯温度検出部と、
前記複数の混合弁の開閉を制御して運転様式を切替える制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記複数の貯湯温度検出部で検出した前記貯湯タンク内の中温水が設定温度未満か否かに応じて、前記給湯対象に供給する湯水に前記第2の出湯配管から供給される中温水を含む前記運転様式に切替えるか否かの制御が行われる場合に、前記給湯対象への給湯中においては当該運転様式の切替えを制限する、貯湯式給湯機。 - 前記運転様式の切替えを制限する動作には、前記複数の混合弁を開閉する動作、前記貯湯タンク内より、前記第2の出湯配管が取り出す湯水の温度上昇を抑える動作が含まれる、請求項1に記載の貯湯式給湯機。
- 前記制御部は、前記複数の混合弁の開閉を制御して、
前記第2の出湯配管から前記給湯対象に中温水が供給されない配管の経路の場合に、前記第2の出湯配管から供給される中温水の温度が前記給湯対象に給湯する設定温度より低くなっても、前記第2の出湯配管から前記給湯対象に中温水が供給される配管の経路に切替えることを制限する、請求項2に記載の貯湯式給湯機。 - 前記制御部は、
前記貯湯タンク内より、前記第2の出湯配管が取り出す湯水の温度上昇を抑えるため前記加熱部での加熱を制限する、請求項2に記載の貯湯式給湯機。 - 前記加熱部は、
前記貯湯タンク内より、前記第2の出湯配管が取り出す湯水の温度上昇を抑えるため稼動を制限する、請求項4に記載の貯湯式給湯機。 - 前記加熱部は、
前記貯湯タンク内より、前記第2の出湯配管が取り出す湯水の温度上昇を抑えるため温水を加熱する能力を制限する、請求項4に記載の貯湯式給湯機。 - 前記制御部は、
前記貯湯タンク内より、前記第2の出湯配管が取り出す湯水の温度上昇を抑えるため、前記貯湯タンクから前記加熱部へ供給される温水の量を制限する、請求項2に記載の貯湯式給湯機。 - 前記給湯対象へ給湯する湯水の温度を検出する給湯温度検出部をさらに備え、
前記制御部は、
前記第2の出湯配管から前記給湯対象に中温水が供給されない配管の経路に切替える場合に、前記第2の出湯配管に接続された混合弁の閉動作を予め規定された速度で行い、前記給湯温度検出部で検出した温度に基づき、前記第1の出湯配管に接続された混合弁の開動作の速度を制限し、
前記第2の出湯配管から前記給湯対象に中温水が供給される配管の経路に切替える場合に、前記第1の出湯配管に接続された混合弁の閉動作を予め規定された速度で行い、前記給湯温度検出部で検出した温度に基づき、前記第2の出湯配管に接続された混合弁の開動作の速度を制限する、請求項2に記載の貯湯式給湯機。 - 前記複数の混合弁は、
前記第1の出湯配管から供給される湯水と、前記給水配管から供給される低温水とを混合する第1混合弁と、
前記第1混合弁から供給される湯水と、前記第2の出湯配管から供給される湯水とを混合する第2混合弁とを含み、
前記制御部は、
前記給湯対象に給湯する設定温度より前記第1の出湯配管から供給される湯水の温度が高く、前記第2の出湯配管から供給される湯水の温度が低い場合、前記第1混合弁を閉じ、前記第2混合弁を開いて、前記第1の出湯配管から供給される湯水と前記第2の出湯配管から供給される湯水とを混合する前記運転様式に制御し、
前記貯湯タンク内の湯水の温度変化によって、前記給湯対象に給湯する設定温度より前記第1の出湯配管および前記第2の出湯配管から供給される湯水の温度がともに高くなった場合、前記第1混合弁を開き、前記第2混合弁を閉じて、前記第1の出湯配管から供給される湯水と前記給水配管から供給される低温水とを混合する前記運転様式に制御する、請求項1〜請求項8のいずれか1項に記載の貯湯式給湯機。 - 湯水を加熱する加熱部と、
前記加熱部で加熱した温水を貯湯する貯湯タンクと、
前記貯湯タンクから高温水の湯水を取り出す第1の出湯配管と、
前記貯湯タンクから中温水の湯水を取り出す第2の出湯配管と、
低温水を供給する給水配管と、
前記貯湯タンクから給湯対象へと至る配管の経路の途中に設けられ、前記第1の出湯配管、前記第2の出湯配管および前記給水配管のうち少なくとも2つの配管から供給される異なる温度の湯水を混合する複数の混合弁と、
前記貯湯タンク内の湯水の温度を検出する複数の貯湯温度検出部と、
前記複数の混合弁の開閉を制御して運転様式を切替える制御部とを備える貯湯式給湯機での給湯方法であって、
前記複数の貯湯温度検出部で検出した前記貯湯タンク内の湯水の温度変化を検出する検出ステップと、
検出した前記貯湯タンク内の中温水が設定温度未満か否かに応じて、前記給湯対象に供給する湯水に前記第2の出湯配管から供給される中温水を含む前記運転様式に切替えるか否かの制御を判定する判定ステップと、
前記判定ステップで前記運転様式の切替えを行うと判定した場合に、前記給湯対象への給湯中においては当該運転様式の切替えを制限する制限ステップとを含む、貯湯式給湯機での給湯方法。
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