JP6520802B2 - 蓄熱システム - Google Patents

Description

本発明は、蓄熱システムに関する。

下記特許文献１に開示された従来の貯湯式給湯システムは、沸き上げ運転及び追い焚き運転のほか、浴槽水の廃熱を貯湯タンクに回収する熱回収運転を行うことができる。

特開２０１３−２４５９１９号公報

特許文献１のシステムでは、沸き上げ運転、追い焚き運転、及び熱回収運転のいずれにおいても循環ポンプ（２１）を共通に使用することができるので、ポンプの台数を少なくできるという利点がある。しかしながら、循環ポンプ（２１）の上流側に二つの切替弁、すなわち三方弁（３１）及び三方弁（３３）を必要とする点において、製品コストが上昇する要因を有するという課題がある。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、切替弁の数が少ない構成で、多様な形態の運転を実行可能な蓄熱システムを提供することを目的とする。

本発明に係る蓄熱システムは、熱媒体を貯留する蓄熱槽と、熱媒体を加熱する加熱手段と、四方弁と、熱媒体と利用側媒体との間で熱を交換する利用側熱交換器と、循環ポンプと、蓄熱槽の下部と、四方弁との間をつなぐ低温配管と、蓄熱槽の上部と、四方弁との間をつなぐ高温配管と、四方弁から循環ポンプを経由して加熱手段の入口につながる入口側経路と、加熱手段の出口につながる出口側経路と、四方弁から利用側熱交換器を経由して入口側経路の循環ポンプの上流側につながるバイパス経路と、四方弁を制御する制御手段と、を備え、低温配管が四方弁を介して入口側経路に連通する第１流路形態と、高温配管が四方弁を介してバイパス経路に連通する第２流路形態と、低温配管が四方弁を介してバイパス経路に連通する第３流路形態と、を選択可能であるものである。

本発明の蓄熱システムによれば、切替弁の数が少ない構成で、多様な形態の運転を実行することが可能となる。

実施の形態１の貯湯式給湯システムを示す図である。 実施の形態１の貯湯式給湯システムにおける待機状態での回路構成図である。 実施の形態１の貯湯式給湯システムにおける蓄熱単独運転のときの回路構成図である。 実施の形態１の貯湯式給湯システムにおける貯湯利用の浴槽水追焚き単独運転のときの回路構成図である。 実施の形態１の貯湯式給湯システムにおける浴槽水廃熱回収運転のときの回路構成図である。 実施の形態１の貯湯式給湯システムが蓄熱運転及びふろ機能運転を同時に実行するときの回路構成図である。 実施の形態１の貯湯式給湯システムにおけるヒートポンプ配管の凍結予防運転のときの回路構成図である。 実施の形態１の貯湯式給湯システムにおける浴槽水の廃熱を利用したヒートポンプ配管凍結予防運転のときの回路構成図である。 実施の形態１の貯湯式給湯システムにおける浴槽水の廃熱を利用した蓄熱運転のときの回路構成図である。 実施の形態１の貯湯式給湯システムにおける貯湯タンクの高温水を利用したヒートポンプ配管凍結予防運転のときの回路構成図である。

以下、図面を参照して実施の形態について説明する。各図において共通する要素には、同一の符号を付して、重複する説明を簡略化または省略する。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１の貯湯式給湯システム１を示す図である。図１に示すように、実施の形態１の貯湯式給湯システム１は、貯湯タンクユニット２０、ヒートポンプユニット６０、制御装置７０、及びリモコン８０を備える。貯湯式給湯システム１は、蓄熱システムの例である。

貯湯タンクユニット２０とヒートポンプユニット６０との間は、ヒートポンプ入口配管４１、ヒートポンプ出口配管４２、及び電気配線（図示省略）を介して接続されている。本実施の形態では、貯湯タンクユニット２０に制御装置７０が内蔵されている。貯湯タンクユニット２０及びヒートポンプユニット６０が備える各種の弁類、ポンプ類等の作動は、これらと電気的に接続された制御装置７０により制御される。以下、貯湯式給湯システム１の各構成要素について説明する。

ヒートポンプユニット６０は、熱媒体を加熱する加熱手段の例である。本実施の形態における熱媒体は、水である。熱媒体は、例えば塩化カルシウム水溶液、エチレングリコール水溶液、アルコール、などの、水以外の液状熱媒体でもよい。加熱手段は、ヒートポンプユニット６０に限定されない。加熱手段は、ガス、灯油、重油、石炭のような燃料の燃焼熱で加熱する燃焼式加熱装置でもよい。加熱手段は、太陽熱によって熱媒体を加熱する装置でもよい。

ヒートポンプユニット６０は、圧縮機６１、水−冷媒熱交換器６２、膨張弁６３、及び空気熱交換器６４を冷媒循環配管６５にて環状に接続した冷媒回路を備える。ヒートポンプユニット６０は、この冷媒回路の冷媒を循環させることで、冷凍サイクルすなわちヒートポンプサイクルの運転を行う。水−冷媒熱交換器６２では、圧縮機６１で圧縮された高温高圧の冷媒と、水との間で熱を交換することで、水が加熱される。

ヒートポンプ出口配管４２に設置されたＨＰ出口側温度センサ６６は、水−冷媒熱交換器６２で加熱された高温水の温度を検知する温度センサの例である。ヒートポンプユニット６０で高温水を得るためには、ヒートポンプサイクルは、冷媒として二酸化炭素を用い、臨界圧を超える圧力で運転することが好ましい。

貯湯タンクユニット２０には、以下の各種部品及び配管などが内蔵されている。貯湯タンク１０は、湯水を貯留する。貯湯タンク１０は、熱媒体を貯留する蓄熱槽の例である。貯湯タンク１０の下部には、水道等の水源から低温水を供給する給水配管２が連通している。貯湯タンク１０の上部には、給湯配管３及びタンク上部配管４３が連通している。給湯配管３は、貯湯式給湯システム１の外部の給湯端末へ湯を送るための配管である。図示の構成では、給湯配管３及びタンク上部配管４３が合流して貯湯タンク１０の上部に接続されている。この構成に限らず、給湯配管３及びタンク上部配管４３が別々に貯湯タンク１０の上部に接続されてもよい。

貯湯式給湯システム１は、蓄熱運転を実行できる。蓄熱運転は、ヒートポンプユニット６０を用いて加熱された高温水を貯湯タンク１０に蓄積する運転である。蓄熱運転のときには、以下のようになる。貯湯タンク１０には、ヒートポンプユニット６０を用いて加熱された高温水がタンク上部配管４３から流入する。貯湯タンク１０の下部には、低温配管４０が連通している。貯湯タンク１０の下部に貯留された水は、低温配管４０を通って、ヒートポンプユニット６０へ送られる。貯湯タンク１０の内部では、温度による水の密度の差によって、上側が高温で下側が低温になる温度成層が形成される。

貯湯タンク１０の表面には、複数の貯湯温度センサ１１，１２，１３が、互いに異なる高さの位置に取り付けられている。貯湯タンク１０内の湯水の鉛直方向の温度分布を貯湯温度センサ１１，１２，１３により検知することで、貯湯タンク１０内の貯湯量及び蓄熱量を計算できる。制御装置７０は、その貯湯量または蓄熱量に基づいて、蓄熱運転の開始及び停止などを制御する。

貯湯タンクユニット２０内には、循環ポンプ２１及び利用側熱交換器２２が内蔵されている。循環ポンプ２１は、貯湯タンクユニット２０内の後述する各種配管に湯水を循環させるためのポンプである。利用側熱交換器２２は、貯湯タンク１０またはヒートポンプユニット６０から供給される高温水と、２次側の利用側媒体との間で熱を交換することで、利用側媒体を加熱するための熱交換器である。

利用側媒体は、例えば、浴槽５０から導かれる浴槽水でもよいし、暖房用の熱媒体でもよい。本実施の形態１では、利用側熱交換器２２の２次側の構成として、浴槽５０から導かれる浴槽水を循環させる浴槽水循環回路５１を例に挙げて説明する。利用側熱交換器２２は、浴槽水循環回路５１の途中に設置されている。浴槽水循環回路５１の途中には、浴槽水を循環させるための浴槽水循環ポンプ５２と、浴槽５０から出た浴槽水の温度を検知するための浴槽水温度センサ５３とが設置されている。浴槽水循環ポンプ５２は、利用側媒体を循環させる第２循環ポンプの例である。

次に、貯湯タンクユニット２０が備える弁類及び配管類について説明する。貯湯タンクユニット２０は、第１の四方弁３１及び第２の四方弁３２を備える。第１の四方弁３１は、湯水が流入する入口であるａポート及びｂポートと、湯水が流出する出口であるｃポート及びｄポートを備える流路切替手段である。第１の四方弁３１は、ａポート及びｂポートのどちらかから湯水が流入し、ｃポート及びｄポートのどちらかから流出するように湯水の経路を切り替え可能に構成されている。つまり、第１の四方弁３１は、４つの経路、すなわち、ａ−ｃ経路、ａ−ｄ経路、ｂ−ｃ経路、ｂ−ｄ経路の間で流路形態を切り替え可能に構成されている。

第２の四方弁３２は、湯水が流入する入口であるｂポート及びｃポートと、湯水が流出する出口であるａポート及びｄポートとを備える流路切替手段である。第２の四方弁３２は、３つの経路、すなわち、ａ−ｂ経路、ａ−ｃ経路、ｃ−ｄ経路の間で流路形態を切り替え可能に構成されている。第２の四方弁３２は、４つの経路、すなわち、ａ−ｂ経路、ａ−ｃ経路、ｃ−ｄ経路、ｂ−ｄ経路の間で流路形態を切り替え可能に構成されてもよい。

低温配管４０は、貯湯タンク１０の下部と、第１の四方弁３１のａポートとの間をつなぐ流路である。ヒートポンプ入口配管４１は、第１の四方弁３１のｃポートから、循環ポンプ２１を経由して、ヒートポンプユニット６０の入口につながる流路である。すなわち、ヒートポンプ入口配管４１は、第１の四方弁３１のｃポートと循環ポンプ２１の入口とをつなぐ流路と、循環ポンプ２１の出口とヒートポンプユニット６０の入口とをつなぐ流路とを備える。ヒートポンプ出口配管４２は、ヒートポンプユニット６０の出口と、第２の四方弁３２のｃポートとの間をつなぐ流路である。ヒートポンプ入口配管４１は、利用側熱交換器２２を経由しない入口側経路の例である。ヒートポンプ出口配管４２は、出口側経路の例である。

タンク上部配管４３は、第２の四方弁３２のｄポートと、貯湯タンク１０の上部との間をつなぐ流路である。タンク戻し配管４４は、第２の四方弁３２のａポートと、貯湯タンク１０の戻し口１４との間をつなぐ流路である。戻し口１４の位置は、貯湯タンク１０の上部と下部との間の高さにある。戻し口１４は、貯湯タンク１０の上端より下端に近い位置にある。

バイパス経路４５は、第１の四方弁３１のｄポートから、利用側熱交換器２２を経由して、分岐部３３につながる流路である。分岐部３３は、ヒートポンプ入口配管４１の循環ポンプ２１の上流側にある。バイパス経路４５及び利用側熱交換器２２を通過した湯水は、分岐部３３にてヒートポンプ入口配管４１に合流して、循環ポンプ２１に吸入される。

高温配管４８の一端は、貯湯タンク１０の上部に連通する。高温配管４８の他端は、第１の四方弁３１のｂポートに接続されている。バイパス配管４７は、分岐部３４と、第２の四方弁３２のｂポートとの間をつなぐ流路である。分岐部３４は、ヒートポンプ入口配管４１の循環ポンプ２１の下流側にある。

給湯配管３の下流側は、例えば、蛇口、シャワー、浴槽５０などの給湯端末に接続されている。貯湯タンク１０に貯留された湯を給湯配管３を介して給湯端末へ供給できる。貯湯タンク１０内の湯が給湯配管３へ流出すると、給水配管２から貯湯タンク１０内に低温水が流入することで、貯湯タンク１０は満水状態に維持される。給湯配管３の途中に、水源からの低温水を混合することで給湯温度を調節するための混合弁（図示省略）が備えられてもよい。

本実施の形態１の貯湯式給湯システム１において、制御装置７０は、図２〜図１０に示す状態に応じて第１の四方弁３１を制御して、第１流路形態、第２流路形態、第３流路形態、及び第４流路形態の４つの流路形態の間で、貯湯タンクユニット２０内の湯水の流路を切り替える。

第１の四方弁３１により選択可能な「第１流路形態」とは、低温配管４０が第１の四方弁３１のａポート及びｃポートを介してヒートポンプ入口配管４１に連通する流路形態である。第１の四方弁３１により選択可能な「第２流路形態」とは、高温配管４８が第１の四方弁３１のｂポート及びｄポートを介してバイパス経路４５に連通する流路形態である。第１の四方弁３１により選択可能な「第３流路形態」とは、低温配管４０が第１の四方弁３１のａポート及びｄポートを介してバイパス経路４５に連通する流路形態である。第１の四方弁３１により選択可能な「第４流路形態」とは、高温配管４８が第１の四方弁３１のｂポート及びｃポートを介してヒートポンプ入口配管４１に連通する流路形態である。

本実施の形態１の貯湯式給湯システム１において、制御装置７０は、図２〜図１０に示す状態に応じて第２の四方弁３２を制御して、第１流路形態、第２流路形態、及び第３流路形態の３つの流路形態の間で、貯湯タンクユニット２０内の湯水の流路を切り替える。

第２の四方弁３２により選択可能な「第１流路形態」とは、ヒートポンプ出口配管４２が第２の四方弁３２のｃポート及びｄポートを介してタンク上部配管４３に連通する流路形態である。第２の四方弁３２により選択可能な「第２流路形態」とは、ヒートポンプ出口配管４２が第２の四方弁３２のｃポート及びａポートを介してタンク戻し配管４４に連通する流路形態である。第２の四方弁３２により選択可能な「第３流路形態」とは、バイパス配管４７が第２の四方弁３２のａポート及びｂポートを介してタンク戻し配管４４に連通する流路形態である。

第２の四方弁３２は、バイパス配管４７が第２の四方弁３２のｂポート及びｄポートを介してタンク上部配管４３に連通する流路形態である「第４流路形態」をさらに選択可能に構成されてもよい。

図２は、実施の形態１の貯湯式給湯システム１における待機状態での回路構成図である。この待機状態とは、蓄熱運転、浴槽水追焚き運転などのいずれの運転も行っていない状態のことである。待機状態では、以下のようになる。循環ポンプ２１、ヒートポンプユニット６０及び浴槽水循環ポンプ５２のいずれも停止状態である。第１の四方弁３１は、第１流路形態になるように、制御される。第２の四方弁３２は、第２流路形態になるように、制御される。

図３は、実施の形態１の貯湯式給湯システム１における蓄熱単独運転のときの回路構成図である。蓄熱単独運転とは、ヒートポンプユニット６０で加熱された高温水を貯湯タンク１０に蓄積する蓄熱運転を単独で行う運転である。

蓄熱単独運転のときには、以下のようになる。循環ポンプ２１及びヒートポンプユニット６０が運転される。第１の四方弁３１は、第１流路形態になるように、制御される。第２の四方弁３２は、第１流路形態になるように、制御される。

蓄熱単独運転では、以下のような回路に水が循環する。貯湯タンク１０の下部から流出した水が、低温配管４０、第１の四方弁３１、ヒートポンプ入口配管４１及び循環ポンプ２１を経由して、ヒートポンプユニット６０に導かれ、水−冷媒熱交換器６２において加熱される。その加熱された高温水は、ヒートポンプ出口配管４２、第２の四方弁３２及びタンク上部配管４３を経由して、貯湯タンク１０の上部に流入する。このような蓄熱単独運転が実行されることで、貯湯タンク１０の内部では、上層部から高温水が貯えられていき、この高温水層が下に向かって徐々に厚くなる。

図４は、実施の形態１の貯湯式給湯システム１における貯湯利用の浴槽水追焚き単独運転のときの回路構成図である。貯湯利用の浴槽水追焚き単独運転とは、貯湯タンク１０に貯えられた高温水を利用して、利用側熱交換器２２にて浴槽水を加熱する運転を単独で行う運転である。

貯湯利用の浴槽水追焚き単独運転のときには、以下のようになる。循環ポンプ２１及び浴槽水循環ポンプ５２が運転される。ヒートポンプユニット６０は運転を停止しておく。第１の四方弁３１は、第２流路形態になるように、制御される。第２の四方弁３２は、第３流路形態になるように、制御される。

貯湯利用の浴槽水追焚き単独運転では、以下のような回路に水が循環する。貯湯タンク１０の上部から流出した高温水が、高温配管４８、第１の四方弁３１、及びバイパス経路４５を経由して、利用側熱交換器２２に導かれる。この高温水は、利用側熱交換器２２で浴槽水に熱を奪われることで、温度が低下して中温水になる。この中温水は、利用側熱交換器２２から、分岐部３３、循環ポンプ２１、ヒートポンプ入口配管４１、分岐部３４、バイパス配管４７、第２の四方弁３２、及びタンク戻し配管４４を経由して、戻し口１４から貯湯タンク１０内に流入する。貯湯タンク１０内では、高温水層が徐々に薄くなる。

貯湯利用の浴槽水追焚き単独運転では、浴槽水循環回路５１に浴槽水が循環し、利用側熱交換器２２で加熱された浴槽水が浴槽５０に戻ることで、浴槽５０内に張られた湯水が温められる。

図５は、実施の形態１の貯湯式給湯システム１における浴槽水廃熱回収運転のときの回路構成図である。浴槽水廃熱回収運転とは、浴槽５０の残り湯すなわち浴槽水が有する廃熱を貯湯タンク１０内に回収する運転である。

浴槽水廃熱回収運転のときには、以下のようになる。循環ポンプ２１及び浴槽水循環ポンプ５２が運転される。浴槽水循環回路５１に浴槽水が循環する。ヒートポンプユニット６０は運転を停止しておく。第１の四方弁３１は、第３流路形態になるように、制御される。第２の四方弁３２は、第３流路形態になるように、制御される。

浴槽水廃熱回収運転では、以下のような回路に水が循環する。貯湯タンク１０の下部から流出した低温水（例えば１０℃）が、低温配管４０、第１の四方弁３１、及びバイパス経路４５を経由して、利用側熱交換器２２に導かれる。この低温水は、利用側熱交換器２２で浴槽水（例えば４０℃）の熱を受け取ることで、温度が上昇して中温水（例えば３０℃）になる。この中温水は、利用側熱交換器２２から、分岐部３３、循環ポンプ２１、ヒートポンプ入口配管４１、分岐部３４、バイパス配管４７、第２の四方弁３２、及びタンク戻し配管４４を経由して、戻し口１４から貯湯タンク１０内に流入し、貯湯タンク１０内に貯留される。

制御装置７０は、浴槽水廃熱回収運転状態を実行するかどうか、すなわち浴槽水の廃熱回収が実施可能な状況であるかどうかを以下のようにして判定してもよい。制御装置７０は、浴槽水循環ポンプ５２を運転した後、浴槽水循環回路５１に設置された水流検知センサ（図示省略）が、所定時間内に水流ありを検知した場合に、浴槽水廃熱回収運転を開始してもよい。また、浴槽水循環ポンプ５２を運転して、浴槽５０内の浴槽水が浴槽水温度センサ５３に到達するまで時間（例えば３０秒間）が経過したときの浴槽水温度センサ５３の検知温度が、所定値（例えば３５℃）以上である場合に、浴槽水廃熱回収運転を開始してもよい。あるいは、当該検知温度が、貯湯温度センサ１２で検知される貯湯タンク１０の下部の水温に比べて高い場合に、浴槽水廃熱回収運転を開始してもよい。

本実施の形態であれば、以下の効果が得られる。貯湯式給湯システム１の基本的な機能である蓄熱運転及び浴槽水追焚き運転に使用する部品構成を利用して浴槽水廃熱回収運転を実行できる。すなわち、浴槽水廃熱回収運転を行うためだけの熱交換器または切替弁のような新たに部品を追加する必要がない。従来よりも切替弁の数が少ない構成、すなわち循環ポンプ２１の上流側にある切替弁が第１の四方弁３１の一つのみである構成で、浴槽水の廃熱を高効率に回収することが可能となる。

次に、蓄熱運転中のふろ機能運転について、図６を用いて説明する。ふろ機能運転とは、浴槽水循環ポンプ５２が運転する状態である。ふろ機能運転は、例えば、浴槽水有無検知運転、ふろ配管凍結予防運転、及び浴槽水温度検知運転のうちの少なくとも一つを含む。浴槽水有無検知運転は、浴槽５０内の浴槽水の有無を、浴槽水循環回路５１に設置された水流検知センサ（図示省略）で検知するために、浴槽水循環ポンプ５２が運転される状態である。浴槽水循環回路５１を形成する配管は、少なくとも部分的に、屋外を通っていることが多い。このため、冬季に、浴槽水循環回路５１の配管内の水が凍結する可能性がある。ふろ配管凍結予防運転は、浴槽水循環回路５１の配管内の水が凍結することを予防する目的で浴槽水循環ポンプ５２が運転される状態である。浴槽水温度検知運転は、浴槽５０内の浴槽水の温度を確認するために、浴槽５０内の浴槽水を浴槽水温度センサ５３まで引き込む目的で浴槽水循環ポンプ５２が運転される状態である。浴槽水温度検知運転は、例えば、浴槽５０内の浴槽水の温度を自動的に保温するふろ自動運転の実施中に実行される。

制御装置７０は、貯湯タンク１０内の貯湯量または蓄熱量と、ユーザーの過去の使用実績を学習した情報とに基づいて、蓄熱運転を制御してもよい。あるいは、制御装置７０は、深夜時間帯（例えば２３：００から翌日７：００）において、貯湯タンク１０内が全量高温湯となるまで蓄熱運転を実施してもよい。このとき、ふろ機能とは関係がなく蓄熱運転が行われる。

図６は、実施の形態１の貯湯式給湯システム１が蓄熱運転及びふろ機能運転を同時に実行するときの回路構成図である。図６の蓄熱運転の回路は、図３の蓄熱単独運転の回路と同じである。図３の蓄熱単独運転の実行中に、ふろ機能運転（例えば、浴槽水有無検知運転、ふろ配管凍結予防運転、または浴槽水温度検知運転）が必要になった場合に、浴槽水循環ポンプ５２が運転を開始することで、図６の状態になる。本実施の形態であれば、蓄熱単独運転のときの回路は利用側熱交換器２２を経由しない回路であるので、蓄熱運転とふろ機能運転とが互いに影響を及ぼすことなく、蓄熱運転及びふろ機能運転を同時に実行できる。

図７は、実施の形態１の貯湯式給湯システム１におけるヒートポンプ配管の凍結予防運転のときの回路構成図である。ヒートポンプ入口配管４１及びヒートポンプ出口配管４２は、少なくとも部分的に、屋外を通っていることが多い。このため、冬季に、ヒートポンプ入口配管４１及びヒートポンプ出口配管４２内の水が凍結する可能性がある。ヒートポンプ配管の凍結予防運転は、ヒートポンプ入口配管４１及びヒートポンプ出口配管４２内の水の凍結の予防を目的とする運転である。

ヒートポンプ配管の凍結予防運転のときには、以下のようになる。循環ポンプ２１が運転される。ヒートポンプユニット６０は、運転しなくてもよい。第１の四方弁３１は、第１流路形態になるように、制御される。第２の四方弁３２は、第２流路形態になるように、制御される。

制御装置７０は、室外の温度を検知する外気温センサ（図示省略）が、所定の温度以下（例えば５℃以下）を検知した場合に、ヒートポンプ配管の凍結予防運転を実行してもよい。

ヒートポンプ配管の凍結予防運転では、以下のような回路に水が循環する。貯湯タンク１０の下部から流出した水が、低温配管４０、第１の四方弁３１、ヒートポンプ入口配管４１及び循環ポンプ２１を経由して、ヒートポンプユニット６０の水−冷媒熱交換器６２に導かれる。水−冷媒熱交換器６２を通過した水が、ヒートポンプ出口配管４２、第２の四方弁３２、及びタンク戻し配管４４を経由して、戻し口１４から貯湯タンク１０内に流入する。

ヒートポンプ配管の凍結予防運転の運転中に、例えばＨＰ出口側温度センサ６６で検知される配管内の水温が所定温度（例えば３℃）よりも低い場合には、制御装置７０は、ヒートポンプユニット６０を起動し、水−冷媒熱交換器６２にて水を加熱することで、配管内の温度低下を予防してもよい。

次に、浴槽水の廃熱を利用したヒートポンプ配管凍結予防運転について図８を用いて説明する。制御装置７０は、図８に示す浴槽水の廃熱を利用したヒートポンプ配管凍結予防運転が実行可能かどうかを以下のようにして判断してもよい。制御装置７０は、浴槽水循環ポンプ５２を運転し、浴槽水温度センサ５３にて、浴槽５０内の浴槽水の温度を検知する。浴槽５０内の浴槽水の温度（例えば４０℃）が、ヒートポンプ入口配管４１及びヒートポンプ出口配管４２内の水温、例えばＨＰ出口側温度センサ６６で検知される水温（例えば５℃）より高い場合に、制御装置７０は、浴槽水の廃熱を利用したヒートポンプ配管凍結予防運転が実行可能と判定してもよい。そうでない場合には、制御装置７０は、浴槽水の廃熱を利用したヒートポンプ配管凍結予防運転が実行不能と判定してもよい。

図８は、実施の形態１の貯湯式給湯システム１における浴槽水の廃熱を利用したヒートポンプ配管凍結予防運転のときの回路構成図である。浴槽水の廃熱を利用したヒートポンプ配管凍結予防運転のときには、以下のようになる。循環ポンプ２１及び浴槽水循環ポンプ５２が運転される。浴槽水循環回路５１に浴槽水が循環する。ヒートポンプユニット６０は、運転しなくてもよい。第１の四方弁３１は、第３流路形態になるように、制御される。第２の四方弁３２は、第２流路形態になるように、制御される。

浴槽水の廃熱を利用したヒートポンプ配管凍結予防運転では、以下のような回路に水が循環する。貯湯タンク１０の下部から流出した低温水が、低温配管４０、第１の四方弁３１、及びバイパス経路４５を経由して、利用側熱交換器２２に導かれる。この低温水は、利用側熱交換器２２で浴槽水の熱を受け取ることで、温度が上昇して中温水になる。この中温水は、利用側熱交換器２２から、分岐部３３、循環ポンプ２１、及びヒートポンプ入口配管４１を経由して、ヒートポンプユニット６０の水−冷媒熱交換器６２に導かれる。水−冷媒熱交換器６２を通過した水が、ヒートポンプ出口配管４２、第２の四方弁３２、及びタンク戻し配管４４を経由して、戻し口１４から貯湯タンク１０内に流入する。

制御装置７０は、浴槽水の廃熱を利用したヒートポンプ配管凍結予防運転が実行可能と判定した場合には図８の凍結予防運転を実行し、浴槽水の廃熱を利用したヒートポンプ配管凍結予防運転が実行不能と判定した場合には図７の凍結予防運転を実行してもよい。図７の凍結予防運転の実行中に、浴槽水の廃熱を利用したヒートポンプ配管凍結予防運転が実行可能と判定した場合には、制御装置７０は、第１の四方弁３１を第１流路形態から第３流路形態へ切り替えるとともに、浴槽水循環ポンプ５２の運転を開始することで、図８の凍結予防運転へ移行してもよい。

本実施の形態であれば、浴槽水の廃熱を利用して、ヒートポンプ配管の凍結予防運転をすることが可能となり、熱エネルギーの有効利用が可能となる。

次に、浴槽水の廃熱を利用した蓄熱運転について、図９を用いて説明する。制御装置７０は、図３の蓄熱単独運転の実行中に、図９に示す浴槽水の廃熱を利用した蓄熱運転が実行可能かどうかを以下のようにして判断してもよい。制御装置７０は、浴槽水循環ポンプ５２を運転し、浴槽水温度センサ５３にて、浴槽５０内の浴槽水の温度を検知する。浴槽５０内の浴槽水の温度が、貯湯温度センサ１２で検知される貯湯タンク１０の下部の水温に比べて高い場合に、制御装置７０は、浴槽水の廃熱を利用した蓄熱運転が実行可能と判定してもよい。そうでない場合に、制御装置７０は、浴槽水の廃熱を利用した蓄熱運転が実行不能と判定してもよい。

図９は、実施の形態１の貯湯式給湯システム１における浴槽水の廃熱を利用した蓄熱運転のときの回路構成図である。浴槽水の廃熱を利用した蓄熱運転のときには、以下のようになる。循環ポンプ２１、浴槽水循環ポンプ５２、及びヒートポンプユニット６０が運転される。浴槽水循環回路５１に浴槽水が循環する。第１の四方弁３１は、第３流路形態になるように、制御される。第２の四方弁３２は、第１流路形態になるように、制御される。

図３の蓄熱単独運転の実行中に、浴槽水の廃熱を利用した蓄熱運転が実行可能と判定した場合には、制御装置７０は、第１の四方弁３１を第１流路形態から第３流路形態へ切り替えるとともに、浴槽水循環ポンプ５２の運転を開始することで、図９の浴槽水の廃熱を利用した蓄熱運転へ移行してもよい。

浴槽水の廃熱を利用した蓄熱運転では、以下のような回路に水が循環する。貯湯タンク１０の下部から流出した低温水が、低温配管４０、第１の四方弁３１、及びバイパス経路４５を経由して、利用側熱交換器２２に導かれる。この低温水は、利用側熱交換器２２で浴槽水の熱を受け取ることで、温度が上昇して中温水になる。この中温水は、利用側熱交換器２２から、分岐部３３、循環ポンプ２１、及びヒートポンプ入口配管４１を経由して、ヒートポンプユニット６０の水−冷媒熱交換器６２に導かれる。この中温水は、水−冷媒熱交換器６２においてさらに加熱されることで高温水となる。この高温水は、ヒートポンプ出口配管４２、第２の四方弁３２及びタンク上部配管４３を経由して、貯湯タンク１０の上部に流入する。このような浴槽水の廃熱を利用した蓄熱運転が実行されることで、貯湯タンク１０の内部では、上層部から高温水が貯えられていき、この高温水層が下に向かって徐々に厚くなる。

本実施の形態であれば、浴槽水の廃熱を利用した蓄熱運転を行うことで、以下の効果が得られる。浴槽水の廃熱を利用して、ヒートポンプユニット６０に供給される水を予熱することが可能となる。その結果、ヒートポンプユニット６０の消費電力を低減することができ、エネルギーの有効利用が可能となる。

次に、貯湯タンク１０の高温水を利用したヒートポンプ配管凍結予防運転について図１０を用いて説明する。図１０は、実施の形態１の貯湯式給湯システム１における貯湯タンク１０の高温水を利用したヒートポンプ配管凍結予防運転のときの回路構成図である。貯湯タンク１０の高温水を利用したヒートポンプ配管凍結予防運転のときには、以下のようになる。循環ポンプ２１が運転される。浴槽水循環ポンプ５２及びヒートポンプユニット６０は、停止状態とされる。第１の四方弁３１は、第４流路形態になるように、制御される。第２の四方弁３２は、第２流路形態になるように、制御される。

貯湯タンク１０の高温水を利用したヒートポンプ配管凍結予防運転では、以下のような回路に水が循環する。貯湯タンク１０の上部から流出した高温水が、高温配管４８、第１の四方弁３１、ヒートポンプ入口配管４１、及び循環ポンプ２１を経由して、ヒートポンプユニット６０の水−冷媒熱交換器６２に導かれる。水−冷媒熱交換器６２を通過した水が、ヒートポンプ出口配管４２、第２の四方弁３２、及びタンク戻し配管４４を経由して、戻し口１４から貯湯タンク１０内に流入する。

本実施の形態であれば、貯湯タンク１０の高温水を利用したヒートポンプ配管凍結予防運転を行うことで、以下の効果が得られる。ヒートポンプユニット６０を運転せずに、ヒートポンプ入口配管４１及びヒートポンプ出口配管４２の凍結を確実に予防できる。ヒートポンプユニット６０の運転時間及び起動停止回数を低減できるので、ヒートポンプユニット６０の長寿命化を図ることが可能となる。

制御装置７０は、図７のヒートポンプ配管凍結予防運転の実行中に、以下のようにして、凍結のおそれがあるかどうか、すなわち図１０の貯湯タンク１０の高温水を利用したヒートポンプ配管凍結予防運転が必要かどうかを判断してもよい。ＨＰ出口側温度センサ６６により、ヒートポンプ入口配管４１及びヒートポンプ出口配管４２を流れる水の温度を検知する。ＨＰ出口側温度センサ６６の検知温度が所定温度以下（例えば５℃以下）の場合に、制御装置７０は、貯湯タンク１０の高温水を利用したヒートポンプ配管凍結予防運転が必要と判定してもよい。制御装置７０が第１の四方弁３１を第１流路形態から第４流路形態へ切り替えることで、図７のヒートポンプ配管凍結予防運転から、図１０の貯湯タンク１０の高温水を利用したヒートポンプ配管凍結予防運転へ移行できる。

図１０の貯湯タンク１０の高温水を利用したヒートポンプ配管凍結予防運転へ移行した後、ＨＰ出口側温度センサ６６の検知温度が所定温度以上（例えば１０℃以上）に上昇した場合には、制御装置７０は、凍結のおそれが解消したと判定してもよい。その場合には、制御装置７０は、循環ポンプ２１の運転を停止するか、または第１の四方弁３１を第４流路形態から第１流路形態へ切り替えて図７のヒートポンプ配管凍結予防運転をさらに継続してもよい。

リモコン８０は、運転動作指令及び設定値の変更に関するユーザーの操作を受け付ける機能を有する。リモコン８０は、操作端末またはユーザーインターフェース装置の例である。制御装置７０とリモコン８０の間は、有線または無線により、双方向にデータ通信可能に接続されている。リモコン８０には、貯湯式給湯システム１の状態等の情報を表示する表示部、ユーザーが操作するスイッチ等の操作部、スピーカ、マイク等が搭載されている。リモコン８０は、台所に設置されてもよい。リモコン８０は、浴室に設置されてもよい。貯湯式給湯システム１は、複数台のリモコン８０を備えてもよい。

貯湯式給湯システム１は、第１の四方弁３１の流路形態及び第２の四方弁３２の流路形態に応じて異なる、上述した複数種類の運転の状態に関する情報をユーザーに報知する手段を備えてもよい。例えば、上述した複数種類の運転のうちのいずれの運転が実行中であるかの情報を、リモコン８０の表示部に表示したり、リモコン８０から音声で案内してもよい。そのようにすることで、ユーザーが貯湯式給湯システム１の動作状態を容易に確認できるようになり、ユーザーの使い勝手が向上する。

本実施の形態における第２の四方弁３２は、ヒートポンプ出口配管４２がタンク上部配管４３を介して貯湯タンク１０の上部に連通する流路形態と、ヒートポンプ出口配管４２が、タンク戻し配管４４を介して、貯湯タンク１０の当該上部より低い位置にある戻し口１４に連通する流路形態とを切り替え可能な流路切替手段の例である。また、本実施の形態における第２の四方弁３２は、循環ポンプ２１の下流の湯水が、ヒートポンプユニット６０を経由せずに、バイパス配管４７を経由して、貯湯タンク１０に戻る流路形態に切り替え可能な流路切替手段の例である。これらの流路切替手段を備えることで、より多様な形態の運転が実行可能になる。これらの流路切替手段は、第２の四方弁３２に限定されるものではなく、同様の機能を発揮し得る他の弁構成に置換可能である。

上述した実施の形態１においては、ヒートポンプサイクルを、冷媒の圧力が臨界圧力以上となる超臨界ヒートポンプサイクルとしたが、臨界圧力以下のヒートポンプサイクルでもよいことは言うまでもない。この場合、冷媒としてはフロンガス、アンモニアなどを用いてもよい。

貯湯式給湯システム１の制御装置７０、及びリモコン８０が備える制御装置、の各々は、以下のように構成されてもよい。制御装置の各機能は、処理回路により実現されてもよい。制御装置の処理回路は、少なくとも１つのプロセッサと少なくとも１つのメモリとを備えてもよい。処理回路が少なくとも１つのプロセッサと少なくとも１つのメモリとを備える場合、制御装置の各機能は、ソフトウェア、ファームウェア、またはソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現されてもよい。ソフトウェアおよびファームウェアの少なくとも一方は、プログラムとして記述されてもよい。ソフトウェアおよびファームウェアの少なくとも一方は、少なくとも１つのメモリに格納されてもよい。少なくとも１つのプロセッサは、少なくとも１つのメモリに記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、制御装置の各機能を実現してもよい。少なくとも１つのメモリは、不揮発性または揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク等を含んでもよい。

制御装置の処理回路は、少なくとも１つの専用のハードウェアを備えてもよい。処理回路が少なくとも１つの専用のハードウェアを備える場合、処理回路は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ−Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）、またはこれらを組み合わせたものでもよい。制御装置の各部の機能がそれぞれ処理回路で実現されても良い。また、制御装置の各部の機能がまとめて処理回路で実現されても良い。制御装置の各機能について、一部を専用のハードウェアで実現し、他の一部をソフトウェアまたはファームウェアで実現してもよい。処理回路は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはこれらの組み合わせによって、制御装置の各機能を実現しても良い。

単一の制御装置により動作が制御される構成に限定されるものではなく、複数の制御装置が連携することで動作を制御する構成にしてもよい。

１ 貯湯式給湯システム、 ２ 給水配管、 ３ 給湯配管、 １０ 貯湯タンク、 １１，１２，１３ 貯湯温度センサ、 １４ 戻し口、 ２０ 貯湯タンクユニット、 ２１ 循環ポンプ、 ２２ 利用側熱交換器、 ３１ 第１の四方弁、 ３２ 第２の四方弁、 ３３，３４ 分岐部、 ４０ 低温配管、 ４１ ヒートポンプ入口配管、 ４２ ヒートポンプ出口配管、 ４３ タンク上部配管、 ４４ タンク戻し配管、 ４５ バイパス経路、 ４７ バイパス配管、 ４８ 高温配管、 ５０ 浴槽、 ５１ 浴槽水循環回路、 ５２ 浴槽水循環ポンプ、 ５３ 浴槽水温度センサ、 ６０ ヒートポンプユニット、 ６１ 圧縮機、 ６２ 水−冷媒熱交換器、 ６３ 膨張弁、 ６４ 空気熱交換器、 ６５ 冷媒循環配管、 ６６ ＨＰ出口側温度センサ、 ７０ 制御装置、 ８０ リモコン

Claims (8)

1. 熱媒体を貯留する蓄熱槽と、
   前記熱媒体を加熱する加熱手段と、
   四方弁と、
   前記熱媒体と利用側媒体との間で熱を交換する利用側熱交換器と、
   循環ポンプと、
   前記蓄熱槽の下部と、前記四方弁との間をつなぐ低温配管と、
   前記蓄熱槽の上部と、前記四方弁との間をつなぐ高温配管と、
   前記四方弁から前記循環ポンプを経由して前記加熱手段の入口につながる入口側経路と、
   前記加熱手段の出口につながる出口側経路と、
   前記四方弁から前記利用側熱交換器を経由して前記入口側経路の前記循環ポンプの上流側につながるバイパス経路と、
   前記四方弁を制御する制御手段と、
   を備え、
   前記低温配管が前記四方弁を介して前記入口側経路に連通する第１流路形態と、
   前記高温配管が前記四方弁を介して前記バイパス経路に連通する第２流路形態と、
   前記低温配管が前記四方弁を介して前記バイパス経路に連通する第３流路形態と、
   を選択可能である蓄熱システム。
2. 前記利用側媒体を加熱する運転のときには、前記第２流路形態になるように前記四方弁を制御し、
   前記利用側媒体の廃熱を前記蓄熱槽に回収する運転のときには、前記第３流路形態になるように前記四方弁を制御する請求項１に記載の蓄熱システム。
3. 前記利用側媒体の温度を検知する手段を備え、
   凍結予防運転のときに、前記四方弁を前記第１流路形態にするか前記第３流路形態にするかを前記利用側媒体の温度に応じて制御する請求項１または請求項２に記載の蓄熱システム。
4. 前記加熱手段により加熱した前記熱媒体を前記蓄熱槽に蓄積する蓄熱運転のときに、前記四方弁を前記第３流路形態にすることで、前記利用側媒体の廃熱により予熱した前記熱媒体を前記加熱手段に供給可能である請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の蓄熱システム。
5. 前記高温配管が前記四方弁を介して前記入口側経路に連通する第４流路形態を選択可能であり、
   前記四方弁を前記第４流路形態とし、前記加熱手段を停止した状態で、前記蓄熱槽から前記高温配管へ流出した前記熱媒体を、前記入口側経路、前記加熱手段、及び前記出口側経路を経由して前記蓄熱槽に戻す運転を実行可能である請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の蓄熱システム。
6. 前記四方弁の流路形態に応じた複数種類の運転の状態に関する情報を報知する手段を備える請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の蓄熱システム。
7. 前記出口側経路が前記蓄熱槽の上部に連通する流路形態と、前記出口側経路が前記蓄熱槽の当該上部より低い位置に連通する流路形態とを切り替え可能な流路切替手段を備える請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の蓄熱システム。
8. 前記循環ポンプの下流の前記熱媒体が前記加熱手段を経由せずに前記蓄熱槽に戻る流路形態に切り替え可能な流路切替手段を備える請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の蓄熱システム。

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