JP7104343B2 - 給湯装置 - Google Patents
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Description
本開示の給湯装置(20)は、ヒートポンプ式の給湯ユニット(1)に適用される。給湯ユニット(1)は、水源(S)から供給された水を加熱し、加熱した温水をタンク(30)内に貯留する。タンク(30)内の温水は所定の給湯対象(T)へ供給される。水源(S)は、水が供給されるラインであり、上水道などを含む。給湯対象(T)は、温水が利用される対象であり、シャワー、蛇口、浴槽などを含む。
熱源装置(10)は、温水を生成するための熱源である。熱源装置(10)の冷媒回路(11)には、冷媒が充填される。冷媒としては、例えばフロン系の冷媒や、プロパンなどの自然冷媒が用いられる。冷媒回路(11)では、冷媒が循環することで蒸気圧縮式の冷凍サイクルが行われる。厳密にいうと、冷媒回路(11)では、高圧の冷媒の圧力が臨界圧力よりも低い、いわゆる亜臨界サイクルが行われる。
給湯装置(20)は、給湯流路(40)を備えている。給湯流路(40)は、水熱交換器(13)、タンク(30)、及びポンプ(21)を有する。
水熱交換器(13)の水流路(13b)は、給湯流路(40)に接続される。水熱交換器(13)では、放熱する冷媒によって水が加熱される。
タンク(30)は、中空状の容器である。タンク(30)は、縦長円筒状に形成される。タンク(30)は、円筒状の胴部(31)と、該胴部(31)の下端側を閉塞する底部(32)と、該胴部(31)の上端側を閉塞する頂部(33)とを有する。タンク(30)の内部には、水を貯留する貯留部が形成される。具体的には、タンク(30)の内部には、その底部(32)から頂部(33)に向かって順に、下部貯留部(34)、中間貯留部(35)、上部貯留部(36)が形成される。上部貯留部(36)は、タンク(30)の上部に位置する第1貯留部である。下部貯留部(34)は、タンク(30)の下部に位置する第2貯留部である。中間貯留部(35)は、下部貯留部(34)と上部貯留部(36)との間に位置する。
ポンプ(21)は、給湯流路(40)の水を搬送する搬送装置である。ポンプ(21)は、主加熱流路(47)に設けられる。
給湯流路(40)は、流入管(41)、流出管(42)、第1加熱管(43)、第2加熱管(44)、第1戻し管(45)、第2戻し管(46)、及び主加熱流路(47)、第1三方弁(51)、及び第2三方弁(52)を有する。
タンク(30)の内部には、第1温度センサ(71)と第2温度センサ(72)とが設けられる。第1温度センサ(71)は、高温層(H)に対応する上部貯留部(36)に配置される。第1温度センサ(71)は、上部貯留部(36)における水の温度(第1検出温度(T1))を検出する。第2温度センサ(72)は、中温層(M)に対応する中間貯留部(35)に配置される。第2温度センサ(72)は、中間貯留部(35)における水の温度(第2検出温度(T2))を検出する。
コントローラ(25)は、熱源装置(10)及び給湯装置(20)を制御する制御装置である。コントローラ(25)は、マイクロコンピュータと、該マイクロコンピュータを動作させるためのソフトウエアを格納するメモリディバイス(具体的には半導体メモリ)とを有する。
給湯ユニット(1)の運転動作について詳細に説明する。給湯ユニット(1)は、貯湯運転と給湯運転とを実行する。貯湯運転は、水熱交換器(13)で加熱した水をタンク(30)内に蓄える運転である。貯湯運転は、基本的には給湯対象(T)の需要がない状態で実行される。貯湯運転では、給湯対象(T)に温水が供給されない。貯湯運転は、詳細な後述する第1貯湯運転、第2貯湯運転、第3貯湯運転を含む。
給湯ユニット(1)では、タンク(30)の貯湯状態が適宜判定される。貯湯運転では、貯湯状態の判定結果に基づいて各貯湯運転が切り換えられる。貯湯状態の判定方法について、図1~図3を参照しながら説明する。
第1検出温度(T1)が第1設定温度(Ts1)未満であり、且つ第2検出温度(T2)が第2設定温度(Ts2)未満である場合、第1貯湯状態と判定される。第1貯湯状態は、タンク(30)の高温貯湯量が不足し、中温貯湯量が不足した状態である。従って、第1貯湯状態では、タンク(30)内に低温層(L)が形成される。
第1検出温度(T1)が第1設定温度(Ts1)以上であり、且つ第2検出温度(T2)が第2設定温度(Ts2)未満である場合、第2貯湯状態と判定される。第2貯湯状態は、タンク(30)の高温貯湯量が充足し、中温貯湯量が不足した状態である。従って、第2貯湯状態では、タンク(30)内に高温層(H)及び低温層(L)が形成される。
第1検出温度(T1)が第1設定温度(Ts1)未満であり、且つ第2検出温度(T2)が第2設定温度(Ts2)以上である場合、第3貯湯状態と判定される。第3貯湯状態は、タンク(30)の高温貯湯量が不足し、中温貯湯量が充足した状態である。従って、第3貯湯状態では、タンク(30)内に中温層(M)が形成される。
第1検出温度(T1)が第1設定温度(Ts1)以上であり、且つ第2検出温度(T2)が第2設定温度(Ts2)以上である場合、第4貯湯状態と判定される。第4貯湯状態は、タンク(30)の高温貯湯量が充足し、中温貯湯量が充足した状態である。従って、第4貯湯状態では、タンク(30)内に高温層(H)、中温層(M)、及び低温層(L)が形成される。
貯湯運転について詳細に説明する。貯湯運転は、第1貯湯運転、第2貯湯運転、及び第3貯湯運転のいずれか実行される。各貯湯運転では、図1に示す熱源装置(10)が運転され、且つポンプ(21)がONされる。
給湯対象(T)の需要がない状態において、タンク(30)が第1貯湯状態と判定されると、図4に示す第1貯湯運転が実行される。換言すると、タンク(30)の高温貯湯量及び中温貯湯量が不足する状態において、第1貯湯運転が実行される。第1貯湯運転は、低温水を高温水まで加熱し、加熱した高温水をタンク(30)に蓄える運転である。
給湯対象(T)の需要がない状態において、タンク(30)が第2貯湯状態と判定されると、図5に示す第2貯湯運転が実行される。換言すると、タンク(30)の高温貯湯量が充足し、中温貯湯量が不足する状態において、第2貯湯運転が実行される。第2貯湯運転は、低温水を中温水まで加熱し、加熱した中温水をタンク(30)に蓄える運転である。
給湯対象(T)の需要がない状態において、タンク(30)が第3貯湯状態と判定されると、図6に示す第3貯湯運転が実行される。換言すると、タンク(30)の高温貯湯量が不足し、中温貯湯量が充足する状態において、第3貯湯運転が実行される。第3貯湯運転は、中温水を高温水まで加熱し、加熱した高温水をタンク(30)に蓄える運転である。
給湯運転について詳細に説明する。給湯運転では、第1給湯運転、第2給湯運転、第3給湯運転、及び第4給湯運転のいずれかが実行される。各給湯運転は、給湯対象(T)の需要を示す信号が、コントローラ(25)の入力部(26)に入力されると実行される。各給湯運転では、少なくとも水源(S)の水圧によって、温水が給湯対象(T)へ供給される。
図7に示す第1給湯運転は、タンク(30)内の中温水を高温水まで加熱し、加熱した高温水を給湯対象(T)へ供給する運転である。第1給湯運転は、基本的にはタンク(30)が第3貯湯状態であるときに実行される。
図8に示す第2給湯運転は、タンク(30)内の中温水を加熱せずに給湯対象(T)へ供給する運転である。第2給湯運転は、基本的にはタンク(30)が第4貯湯状態であるときに実行される。第4貯湯状態において第2給湯運転が実行される場合、タンク(30)内の高温水も給湯対象(T)へ供給される。なお、第2給湯運転は、タンク(30)内の中間貯留部(35)に中温層(M)が存在する状態であれば、第4貯湯状態でないときに実行することもできる。
図9に示す第3給湯運転は、タンク(30)内の低温水を中温水まで加熱し、加熱した中温水を給湯対象(T)へ供給する運転である。第3給湯運転は、タンク(30)が第4貯湯状態、又は第2貯湯状態であるときに実行される。第4貯湯状態又は第2貯湯状態において第3給湯運転が実行される場合、タンク(30)内の高温水も給湯対象(T)へ供給される。
図10に示す第4給湯運転は、タンク(30)内の低温水を高温水まで加熱し、加熱した高温水を給湯対象(T)へ供給する運転である。第4給湯運転は、上述した第1貯湯運転(図4を参照)において、給湯対象(T)の需要を示す信号が入力部(26)に入力されたときに実行される。よって、第4給湯運転は、基本的にはタンク(30)が第1貯湯状態(図3を参照)のときに実行される。
実施形態では、水を加熱する水熱交換器(13)と、該水熱交換器(13)で加熱した水を貯留するタンク(30)とを有する給湯流路(40)を備えた給湯装置(20)であって、給湯流路(40)は、前記タンク(30)の内部に低温層(L)、中温層(M)、および高温層(H)を形成した第4貯湯状態において、中温層(M)の水を水熱交換器(13)で第1温度(第1目標温度(To1))まで加熱して給湯対象(T)へ供給する第1給湯運転を実行するように構成される。
図11に示す変形例は、上記実施形態の給湯流路(40)において、第2給水路(64)、第3給水路(66)、及び第3混合弁(55)が追加されている。
変形例の給湯運転は、基本的には、上述した実施形態と同様である。変形例の第1給湯運転、第2給湯運転、及び第3給湯運転では、タンク(30)の中間貯留部(35)の中温層(M)の中温水を、第2給水路(64)を経由して給湯対象(T)へ供給できる。この際、水源(S)の低温水を第3給水路(66)を経由して第2給水路(64)に供給できる。この場合、第3混合弁(55)において、中温水と低温水とが混合される。
上述した実施形態、及び変形例においては、以下のような構成としてもよい。
13 水熱交換器(加熱部)
29 判定部(需要判定部)
30 タンク
34 第2貯留部
35 中間貯留部
36 第1貯留部
40 給湯流路
41 流入管(流入流路)
42 流出管(流出流路)
43 第1加熱管(第1加熱流路)
44 第2加熱管(第2加熱流路)
45 第1戻し管(第1戻し流路)
46 第2戻し管(第2戻し流路)
51 第1切換機構(第1三方弁)
52 第2切換機構(第2三方弁)
53 第1調節機構(第1混合弁)
54 第2調節機構(第2混合弁)
55 第2調節機構(第3混合弁)
61 バイパス管(バイパス流路)
63 第1給水路
64 第2給水路
65 主給水路
66 第3給水路
Claims (4)
- 水を加熱する加熱部(13)と、該加熱部(13)で加熱した水を貯留するタンク(30)とを有する給湯流路(40)を備えた給湯装置であって、
前記給湯流路(40)は、前記タンク(30)の内部に低温層(L)、中温層(M)、および高温層(H)を形成した貯湯状態において、前記中温層(M)の水を前記加熱部(13)で第1温度まで加熱して給湯対象(T)へ供給する第1給湯運転を実行するように構成され、
前記給湯流路(40)は、
前記加熱部(13)で加熱した水を前記タンク(30)をバイパスさせて前記給湯対象(T)へ送るバイパス流路(61)と、
前記加熱部(13)で加熱した水を前記タンク(30)の前記高温層(H)へ送る分岐流路(62)とを有し、
前記第1給湯運転は、前記加熱部(13)で前記第1温度まで加熱した水の一部を、前記バイパス流路(61)を介して前記タンク(30)をバイパスさせて前記給湯対象(T)へ供給すると同時に、該加熱した水の残りを前記分岐流路(62)を介して前記タンク(30)の高温層(H)へ送る動作を含む ことを特徴とする給湯装置。 - 請求項1において、
前記第1給湯運転は、前記加熱部(13)で前記第1温度まで加熱した水の一部を、前記バイパス流路(61)を介して前記タンク(30)をバイパスさせ、前記タンク(30)の高温層(H)の水と混合させて前記給湯対象(T)へ供給すると同時に、該加熱した水の残りを前記分岐流路(62)を介して前記タンク(30)の高温層(H)へ送る動作を含むことを特徴とする給湯装置。 - 請求項2において、
前記給湯流路(40)は、
流入端が前記タンク(30)の高温層(H)と連通し、流出端が前記バイパス流路(61)の流出端と連通する流出流路(42)と、
前記バイパス流路(61)を流れる水の流量と、前記流出流路(42)を流れる水の流量とをそれぞれ調節する第1調節機構(53)とを有することを特徴とする給湯装置。 - 請求項1~3のいずれか1つにおいて、
前記第1給湯運転は、前記加熱部(13)で前記第1温度まで加熱した水を、優先的に前記タンク(30)をバイパスさせて前記給湯対象(T)へ供給すると同時に、該加熱した水が余る場合に余った水を前記タンク(30)の高温層(H)へ送る動作を含むことを特徴とする給湯装置。
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