JP6610943B2 - 貯湯給湯装置 - Google Patents

Description

本発明は、外部熱源機で加熱された湯水を貯湯タンクに貯留し、貯留した湯水を給湯可能な貯湯給湯装置に関する。

従来から、ヒートポンプ給湯装置や燃料電池等の外部熱源機で加熱された高温の湯水を貯湯タンクに貯留し、この高温の湯水を給湯先に供給可能な貯湯給湯装置が広く使用されている。このような貯湯給湯装置は、貯湯タンクの湯水の温度が給湯温度より低い場合等に加熱するための補助熱源機を有する。

補助熱源機で湯水を加熱する場合、貯湯タンクと給湯通路を直接接続する通路から補助熱源機を経由する通路に出湯通路が切換えられる。出湯通路が切換えられると補助熱源機を作動させて湯水を加熱して給湯する。

特許文献１の貯湯給湯装置では、貯湯タンクの高温の湯水が出湯されると貯湯タンクの上部湯水温度を監視し、この湯水温度が所定温度以下になった場合に補助熱源機を経由する出湯通路に切換える。この切換えの判定条件は、給湯温度の安定性を保つため、最大給湯流量での貯湯タンク内の湯水の出湯を基準にして設定される。

特開２０１５−２１７１６号公報

しかし、小流量出湯時には貯湯タンクからの出湯量が少ないので、貯湯タンクの上部湯水温度が所定温度以下になっても貯湯タンク上部の高温の湯水が多く残っており、高温の湯水が残っているにも関わらず補助熱源機を経由する通路に切替わることになるので、貯湯給湯装置のシステム効率が低下してしまう。

本発明の目的は、給湯温度の安定性を保ちながら、出湯流量の大小に応じて出湯通路を切換える条件を変えて貯湯タンクの高温の湯水の残量を少なくすることが可能な切換え制御手段を有する貯湯給湯装置を提供することである。

請求項１の発明は、湯水を貯留する貯湯タンクと、湯水を給湯先に供給する給湯通路と、貯湯タンクの上端部と給湯通路を接続するタンク出湯通路と、タンク出湯通路から分岐して補助熱源機を介して給湯通路に接続する補助加熱通路と、タンク出湯通路と補助加熱通路とを切換える切換手段とを備え、前記貯湯タンクの湯水温度が低下した場合に前記補助熱源機を利用して貯湯タンクの湯水を再加熱して給湯する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上部温度検知手段と、前記給湯通路の給湯流量を検知する流量検知手段とを備え、前記流量検知手段で検知される給湯流量が所定流量以上である場合には前記上部温度検知手段で所定温度以下を検知した後に前記貯湯タンクからの出湯量が第１積算量となった場合に前記切換手段を補助加熱通路側に切換え、前記流量検知手段で検知される給湯流量が所定流量未満である場合には、前記上部温度検知手段で所定温度以下を検知した後に前記貯湯タンクからの出湯量が前記第１積算量より多い第２積算量となった場合に前記切換手段を補助加熱通路側に切換えることを特徴としている。

請求項１の発明によれば、貯湯タンクから直接給湯通路へ流入して給湯される給湯流量が所定の流量以上の場合には、貯湯タンクの上部に貯留された湯水の温度が所定温度以下であることを上部温度検知手段が検知した後、貯湯タンク出湯量の積算を開始し、この積算量が第１積算量に達すると出湯通路を補助熱源機を経由する補助加熱通路側に切換え、給湯流量が所定の流量未満である場合には、貯湯タンクの上部に貯留された湯水の温度が所定温度以下であることを上部温度検知手段が検知した後、貯湯タンク出湯量の積算を開始し、この積算量が第１積算量より大きい第２積算量に達したら補助加熱通路側に切換えるので、大流量出湯時には切換え遅れによる出湯温度の変動が回避できると共に少流量出湯時には貯湯タンク高温の湯水の残量を少なくすることができる。

本発明の貯湯給湯装置の概略図である。 貯湯タンクからの出湯を示す図である。 貯湯タンクの出湯通路を補助加熱通路側に切換えた出湯を示す図である。 貯湯タンクの出湯通路を補助加熱通路側に切換える制御を示すフローチャートである。

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。

最初に本発明の貯湯給湯装置１の概略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、補助熱源機４等を有する貯湯給湯ユニット２と、外部熱源機３を有する。貯湯給湯ユニット２は湯水を貯留する貯湯タンク５と、湯水を給湯先へ供給する給湯通路６と、貯湯タンク５の上端部と給湯通路６を接続するタンク出湯通路７と、タンク出湯通路７から分岐する上流補助加熱通路部８ａを有し補助熱源機４を経由して給湯通路６に接続する補助熱源通路８と、貯湯タンク５の湯水を外部熱源機３で加熱して貯湯タンク５に貯留するように接続する加熱循環回路９と、貯湯タンク５に上水を供給する給水通路１０と、各種制御を行う制御ユニット１１と、浴槽２９の湯水を加熱するための風呂追焚熱交換器１２を備えている。

加熱循環回路９は、貯湯タンク５の下端部から外部熱源機３へ向かう加熱循環通路部９ａに循環ポンプ１３を有し、外部熱源機３から貯湯タンク５の上端部へ向かう加熱循環通路部９ｂには循環温度センサ１４が設けられている。加熱循環通路部９ａ，９ｂの間にバイパス通路部９ｃが設けられ、バイパス通路側と貯湯タンク側とを切換える循環切換弁１５をバイパス通路側に切換えることにより外部熱源機３で加熱された湯水を外部熱源機３に送って再加熱可能に構成されている。

貯湯タンク５の外周には、複数の温度センサ５ａ〜５ｄが下から順に所定の位置に設けられ、貯留された湯水の温度を検知する。貯湯タンク５に設けられる温度センサの数は、貯湯給湯装置１の仕様等に応じて適宜変更可能である。また、図示を省略するが、貯留された湯水の降温を防ぐために、貯湯タンク５の周囲は断熱材で覆われている。

タンク出湯通路７は、貯湯タンク５に貯留された湯水を給湯通路６に供給するものであり、上流端が貯湯タンク５の上端部分に接続され下流端が混合弁１６を介して給湯通路６に接続されている。タンク出湯通路７の途中から分岐された上流補助加熱通路部８ａは切換手段に相当する三方弁１７に接続されている。

給水通路１０は、上水源から低温の上水を貯湯タンク５等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５の下端部に接続されている。給水通路１０から給水バイパス通路１８が分岐され混合弁１６に接続されている。給水通路１０には給水温度センサ１９、逆止弁２０が設けられ、給水バイパス通路１８には逆止弁２１が設けられている。給水バイパス通路１８から分岐され給湯通路６に接続された高温出湯回避通路２２が、高温出湯を回避可能に設けられている。

混合弁１６は、使用者が設定した温度（給湯設定温度）の湯水を給湯通路６から供給するために、給水バイパス通路１８から供給される低温の上水とタンク出湯通路７から供給される高温の湯水との混合比を調節する。上水と混合されて給湯設定温度に調節された湯水は給湯通路６から給湯栓等に供給される。給湯通路６には、給湯温度センサ２３及び給湯流量センサ２４（流量検知手段に相当）が設けられ、給湯温度及び給湯流量を検知する。

補助熱源機４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、給湯運転時に貯湯タンク５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１１からの指令により燃焼作動して湯水を加熱する。上流補助加熱通路部８ａと補助加熱通路８の補助熱源機４の入口側の中間補助加熱通路部８ｂとが三方弁１７を介して接続されている。中間補助加熱通路部８ｂには、補助熱源機４に湯水を送るポンプ２５が設けられている。

補助熱源機４の出口側の下流補助加熱通路部８ｃの下流端はタンク出湯通路７に接続され、補助加熱通路８を通る湯水をタンク出湯通路７を介して給湯通路６から給湯可能に構成されている。下流補助加熱通路部８ｃには開閉弁２６と、補助熱源機４で加熱された湯水の温度を検知する温度センサ２７が設けられている。

風呂追焚熱交換器１２は、下流補助加熱通路部８ｃから分岐した熱交換器往き通路部３２ａを流れる湯水との熱交換により風呂追焚通路２８を流れる浴槽２９の湯水を加熱する。風呂追焚熱交換器１２の出口側の熱交換器戻り通路部３２ｂの下流端は三方弁１７に接続され、給水通路１０から分岐された分岐通路部１０ａが熱交換器戻り通路部３２ｂへ給水可能に接続されている。熱交換器戻り通路部３２ｂには開閉弁３３が設けられ、風呂追焚運転時以外は風呂追焚熱交換器１２に湯水が流れないように閉止されている。

風呂追焚通路２８は、浴槽２９の湯水を循環させて風呂追焚熱交換器１２において加熱するものであり、風呂追焚熱交換器１２から加熱された湯水を浴槽２９に送る風呂往き通路部２８ａと、浴槽２９の湯水を風呂追焚熱交換器１２に送る追焚用ポンプ３０を備えた風呂戻り通路部２８ｂを有する。給湯通路６から分岐され風呂往き通路部２８ａに接続される給湯分岐通路部６ａには開閉弁３１が設けられ、風呂往き通路部２８ａを介して浴槽２９に給湯設定温度の湯水を供給可能に構成されている。

次に、外部熱源機３について説明する。
外部熱源機３は、補助制御ユニット３４を介して制御ユニット１１に制御され、圧縮機３５、凝縮熱交換器３６、膨張弁３７、蒸発熱交換器３８を冷媒配管３９により接続することでヒートポンプ回路を構成し、冷媒配管３９に封入された冷媒と外気の熱を利用して湯水を加熱するヒートポンプ給湯装置である。外部熱源機３はヒートポンプ給湯装置に限らず、燃料電池の排熱を利用する給湯装置等であってもよい。

次に、制御ユニット１１について説明する。
制御ユニット１１は、貯湯温度センサ５ａ〜５ｄ、循環温度センサ１４、給水温度センサ１９、給湯温度センサ２３、給湯流量センサ２４等により各部の温度や流量等を取得し、加熱循環回路９や給湯通路６等に設けられた循環切換弁１５、混合弁１６、循環ポンプ１３等を作動させ、外部熱源機３を運転して給湯設定温度での給湯が可能なように貯湯運転、給湯運転等を制御する。

次に、貯湯運転について説明する。
制御ユニット１１は外部熱源機３を作動させると共に、循環切換弁１５を貯湯タンク側に切換え、循環ポンプ１３を駆動させ、貯湯タンク５の下部から低温の湯水を外部熱源機３に供給し、外部熱源機３で加熱された貯湯設定温度の湯水を貯湯タンク５の上部に貯留する。貯湯運転の継続により、貯湯タンク５の上部に貯留された貯湯設定温度の湯水の層が下方に拡大し、低温の湯水の層が縮小する。貯湯タンク５に設けられた複数の温度センサ５ａ〜５ｄが検知する温度により、制御ユニット１１は貯湯タンク５に貯留された高温の湯水の量を検知可能である。

次に、給湯運転について説明する。
図２に示すように、使用者が操作リモコン４０から給湯温度を設定すると、この給湯設定温度が制御ユニット１１に送信される。給湯栓等が開放されると、貯湯タンク５の下端部に給水通路１０を通って低温の上水が流入し、この給水圧によって貯湯タンク５の上端部から貯留された高温の湯水がタンク出湯通路７通って混合弁１６に流入する。制御ユニット１１は混合弁１６を調節して給湯設定温度の湯水を給湯通路６から供給する。

給湯が継続されると、貯湯タンク５の下部の低温の湯水の層が上方へ拡大し、高温の湯水の層が縮小する。このとき、貯湯タンク５に設けられた複数の温度センサ５ａ〜５ｄが検知する温度により、制御ユニット１１は供給可能な高温の湯水の量を検知可能である。

後述する所定の条件が成立すると、図３に示すように、制御ユニット１１は三方弁１７を補助加熱通路側に切換えてポンプ２５を駆動し、開閉弁２６を開放して貯湯タンク５の高温の湯水を上流補助加熱通路部８ａから補助熱源機４を通る補助加熱通路８を経由して混合弁１６に送り出し、給湯設定温度の湯水を給湯通路６から給湯する。この時の制御ユニット１１による三方弁１７の切換え制御について、図４のフローチャートに基づいて説明する。尚、フローチャート中のＳｉ（ｉ＝１，２，・・・）は各ステップを表す。

Ｓ１において、貯湯タンク５に貯留された高温の湯水を出湯し混合弁１６で給湯設定温度に調節されて給湯が開始される。次にＳ２において、給湯通路６に設けられた給湯流量センサ２４により給湯流量を取得する。

次にＳ３において、Ｓ２で取得した給湯流量が所定流量以上か否か判定する。所定流量は、例えば１２Ｌ／ｍｉｎが設定されるが、これに限定されるものではなく、貯湯給湯装置１の仕様等に応じて適宜設定される。判定がＹｅｓの場合はＳ４に進み、Ｎｏの場合はＳ１１に進む。

次にＳ４において、貯湯タンク５の上部に貯留された湯水の温度を、貯湯タンク５に設けられた上部温度検知手段により取得する。

次にＳ５において、Ｓ４で取得した温度が所定温度未満か否か判定する。所定温度は、例えば、給湯設定温度＋３℃または５７℃のうちの低い方の温度が設定されるが、これに限定されるものではなく、貯湯給湯装置１の仕様等に応じて適宜設定される。判定がＹｅｓの場合はＳ６に進み、Ｎｏの場合はＳ４に戻る。

次にＳ６において、給湯流量センサ２４や給水温度センサ１９等により流量や温度を取得し、貯湯タンク５から出湯されるタンク出湯量の積算を開始する。貯湯温度の湯水を上水と混合して給湯設定温度の湯水を給湯するので、取得した流量、温度等からタンク出湯積算量が算出される。

次にＳ７において給湯が停止されたか否か判定する。判定がＹｅｓの場合はＳ１０に進んで切換え制御を終了し、判定がＮｏの場合はＳ８に進む。

Ｓ８において、タンク出湯積算量が第１積算量に到達しているか否か判定する。第１積算量は、例えば１Ｌに設定されるが、これに限定されるものではなく、貯湯給湯装置１の仕様等に応じて適宜設定される。判定がＹｅｓの場合はＳ９に進み、Ｎｏの場合はＳ７に戻る。

次にＳ９において、三方弁１７を補助加熱通路側に切換えて、Ｓ１０に進んで切換え制御を終了する。

一方、Ｓ３の判定がＮｏの場合、即ち給湯流量が所定流量未満の場合は、Ｓ１１において、貯湯タンク５の上部に貯留された湯水の温度を、貯湯タンク５に設けられた上部温度検知手段により取得する。

次にＳ１２において、Ｓ１１で取得した温度が所定温度未満か否か判定する。所定温度は、例えば、給湯設定温度＋３℃または５７℃のうちの低い方の温度が設定されるが、これに限定されるものではなく、貯湯給湯装置１の仕様等に応じて適宜設定される。判定がＹｅｓの場合はＳ１３に進み、Ｎｏの場合はＳ１１に戻る。

次にＳ１３において、給湯流量センサ２４や給水温度センサ１９等により流量や温度を取得し、タンク出湯量の積算を開始する。

次にＳ１４において、給湯が停止されたか否か判定する。判定がＹｅｓの場合はＳ１０に進んで切換え制御を終了し、判定がＮｏの場合はＳ１５に進む。

次にＳ１５において、給湯流量が所定流量以上か否か判定する。所定流量は、例えば１２Ｌ／ｍｉｎが設定されるが、これに限定されるものではなく、貯湯給湯装置１の仕様等に応じて適宜設定される。判定がＹｅｓの場合、即ち流量が所定流量以上に増加した場合はＳ８に進み、これ以降は上述のとおりである。判定がＮｏの場合はＳ１６に進む。

次にＳ１６において、タンク出湯積算量が第１積算量より多い第２積算量に到達しているか否か判定する。第２積算量は、例えば５Ｌに設定されるが、これに限定されるものではなく、貯湯給湯装置１の仕様等に応じて適宜設定される。判定がＹｅｓの場合はＳ９に進み、これ以降は上述のとおりである。判定がＮｏの場合はＳ１４に戻る。

次に、本発明の貯湯給湯装置１の作用、効果について説明する。
貯湯給湯装置１は、給湯流量が所定流量以上の場合に貯湯タンク５の最も上方の温度センサ５ｄが所定温度未満の温度を検知した後、給湯を継続してタンク出湯積算量が第１積算量に到達すると、三方弁１７を補助加熱通路側に切換える。また、給湯流量が所定の流量未満の場合に貯湯タンク５の最も上方の温度センサ５ｄが所定温度未満の温度を検知した後、給湯が継続してタンク出湯積算量が第２積算量に到達すると、三方弁１７を補助加熱通路側に切換える。但し、給湯流量が所定の流量未満の場合において第２積算量に到達する前に給湯流量が所定流量以上に増加したときは、タンク出湯積算量の判定基準を第１積算量に変更する。

以上説明したように、給湯流量の大小に応じてタンク出湯積算量の判定基準が設定され、判定基準に従って三方弁１７を補助加熱通路側に切換えることができるので、給湯温度の安定性を保ちながら小流量出湯時に貯湯タンク５からの出湯量を増やして高温の湯水の残量を少なくすることができ、補助熱源機４で加熱される湯水の量を減らして貯湯給湯装置１のシステム効率の低下を改善することができる。

尚、給湯流量の大小２つの判定基準に対応するタンク出湯積算量の２つの判定基準を設定した例を説明したが、給湯流量の判定基準を３つ以上設け、これに対応するタンク出湯積算量の判定基準を設定して切換え制御を行ってもよい。

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 貯湯給湯ユニット
３ 外部熱源機
４ 補助熱源機
５ 貯湯タンク
５ｄ 温度センサ（上部温度検知手段）
６ 給湯通路
７ タンク出湯通路
８ 補助加熱通路
９ 加熱循環回路
１０ 給水通路
１１ 制御ユニット
１２ 風呂追焚熱交換器
１６ 混合弁
１７ 三方弁（切換手段）
１８ 給水バイパス通路
１９ 給水温度センサ
２３ 給湯温度センサ
２４ 給湯流量センサ（流量検知手段）
２５ ポンプ
２６ 開閉弁

Claims (1)

1. 湯水を貯留する貯湯タンクと、湯水を給湯先に供給する給湯通路と、貯湯タンクの上端部と給湯通路を接続するタンク出湯通路と、タンク出湯通路から分岐して補助熱源機を介して給湯通路に接続する補助加熱通路と、タンク出湯通路と補助加熱通路とを切換える切換手段とを備え、前記貯湯タンクの湯水温度が低下した場合に前記補助熱源機を利用して貯湯タンクの湯水を再加熱して給湯する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上部温度検知手段と、前記給湯通路の給湯流量を検知する流量検知手段とを備え、前記流量検知手段で検知される給湯流量が所定流量以上である場合には前記上部温度検知手段で所定温度以下を検知した後に前記貯湯タンクからの出湯量が第１積算量となった場合に前記切換手段を補助加熱通路側に切換え、前記流量検知手段で検知される給湯流量が所定流量未満である場合には、前記上部温度検知手段で所定温度以下を検知した後に前記貯湯タンクからの出湯量が前記第１積算量より多い第２積算量となった場合に前記切換手段を補助加熱通路側に切換えることを特徴とする貯湯給湯装置。