JPH0460383A - 蓄熱式給湯器の制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は蓄熱部を熱源とした給湯器の制御方法に関し
、特に蓄熱部と温水を得る熱交換部との間をヒートパイ
プで連結した構成の給湯器の制御方法に関するものであ
る。

従来の技術 個人住宅や中小規模集合住宅などにおける各戸の給湯設
備としては、小型であること、エネルギ−コストが装置
であることなどの要・請があり、本出願人等はそれらの
要請を満たすことのできる給湯設備を特願昭６３−２５
３５７５号によって既に提案した。その基本構成は、熱
源である蓄熱器と水を加熱する熱交換器とをループヒー
トパイプによって連結したものであり、これを概略的に
説明すると以下のとおりである。すなわち第３図におい
て符号２０は全体としてループヒートパイプを示し、こ
れは真空排気した密閉循環路の内部に、水やフロン、ア
ルコールなどの潜熱として熱の輸送を行なう凝縮性の流
体を作動流体として封入したものであり、そのヒートパ
イプの一部が低い位置において蓄熱器２１を貫通してお
り、これに対して高い位置において熱交換器２２を貫通
している。蓄熱器２１はセラミック材料や有機材料など
の適宜の材料を蓄熱材とするものであって、外部から熱
を与えるために電気ヒータ２３が取り付けられている。

また熱交換器２２は外部から供給した水を加熱して温水
とするものであり、その給水管路２４は厨房や浴室など
の適宜の給湯箇所に接続されている。さらにまたループ
ヒートパイプ２０のうち熱交換器２２から蓄熱器２１に
至る管路の部分には、液相の作動流体の流量を調整する
調整弁２５が設けられている。

したがって上述した給湯設備では、電気ヒータ２３によ
って蓄熱材を加熱することにより熱エネルギーを蓄熱器
２１に蓄えておき、出湯の必要があるときは、調整弁２
５を介して液相の作動流体を蓄熱器２１側に送る一方、
熱交換器２２に水を供給すれば、ヒートパイプ２０のう
ち蓄熱器２１の部分で作動流体が加熱されて蒸発し、そ
の蒸気が熱交換器２２の部分に流れた後に水に熱を与え
て凝縮し、その結果、温水が得られる。このように第３
図に示す給湯設備では、出湯の必要があるとき以外の任
意のときに電気ヒータ２３をオンにして熱エネルギーを
蓄えておくことができるため、安価な深夜電力を利用で
き、また貯湯タンクが要らないので、小型のものとする
ことができる。

発明が解決しようとする課題 上記の給湯設備においては蓄熱器２１が大きい容積を占
めるので、より小型化するには蓄熱器２１を小型化する
必要があり、そのため小さい容積で多量の熱を蓄えるよ
うにするべく蓄熱温度を高くすることが行なわれている
。一方、蓄熱器２１における作動流体への単位時間当り
の熱伝達量は、両者の温度差に比例する。したがって蓄
熱器２１の温度が高い状態で出湯を行なうべく調整弁２
５を開いて液相の作動流体を蓄熱器２１側に供給すると
、作動流体は直ちに蒸発し、高温の蒸気となって熱交換
器２２側に洸れるので、温度の高い温水が得られる。こ
れは蓄熱器２１から多量の熱を取出しているからである
が、温水の温度が必要以上に高ければ、水を混合して温
水の温度を下げることができるものの、給湯設備は必要
以上に高温状態で動作していることになるため、熱効率
が悪く、また安定した熱出力を行ない得ない問題があっ
た。さらに蓄熱器２１からの熱の取出しが安定しないた
めに、熱交換器２２から得られる温水の温度が大きく変
動する問題があった。

この発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、熱効率
の良い給湯を行なうことのできる制御方法を提供するこ
とを目的とするものである。

課題を解決するための手段 この発明は、上記の目的を達成するために、水を加熱し
て温水とする熱交換部と、得るべき温水の温度より高い
温度で蓄熱を行なう蓄熱部とをヒートパイプによって連
結し、かつそのヒートパイプのうち前記熱交換部側で凝
縮した作動流体の蓄熱部側への供給量を調整する調整弁
をヒートパイプに介装した蓄熱式給湯器を制御するにあ
たり、出湯開始時に前記調整弁を一時的に全開にした後
に、前記調整弁を全開と全閉とに交互に切換えるととも
に、全開の時間と全閉の時間との割り合いを蓄熱部の温
度に応じて変えることを特徴とするものである。

またこの出願の他の発明は、水を加熱して温水とする熱
交換部と、得るべき温水の温度より高い温度で蓄熱を行
なう蓄熱部とをヒートパイプによって連結し、かつその
ヒートパイプのうち前記熱交換部側で凝縮した作動流体
の蓄熱部側への供給量を調整する調整弁をヒートパイプ
に介装した蓄熱式給湯器を制御するにあたり、得るべき
温水温度に対して高温側と低温側とに基準温度を設定し
、前記熱交換部から送り出される給湯水温度が前記低温
側基準温度を低温側から高温側に越えた場合に前記調節
弁を全閉にし、また給湯水温度が前記高温側基準温度を
高温側から低温側に越えた場合に前記調整弁を所定開度
まで開放することを特徴とするものである。

作　　　　　用 この出願の第１の発明では、出湯開始時には調整弁を一
時的に全開とするので、給湯温度が迅速に目的温度に達
する。その後は調整弁を全開と全閉とに交互に切換え、
かつその全開時間と全閉時間とを蓄熱部の温度に応じて
変える。例えば蓄熱部の温度が高い場合には、全開の時
間を短くし、かつ全開の時間を長くし、また反対に蓄熱
部の温度が低い場合には、全開の時間を長くし、かつ全
開の時間を短くする。その結果、ヒートパイプのうち蓄
熱部側への作動流体の供給量が蓄熱部の温度に応じたも
のとなって熱出力が安定し、給湯温度が一定化されると
ともに、異常に高温になることによる熱効率の低下が防
止される。

またこの出願の第２の発明によれば、温水温度が高温側
の基準温度に達する以前に調整弁を閉じて蓄熱部に対す
る作動流体の供給を止め、また温水温度が低温側の基準
温度にまで降下する以前に調整弁を開いて蓄熱部に対す
る作動流体の供給を再開することになるから、調整弁の
操作に対して蓄熱部からの熱出力が遅れることに伴う温
水温度の変動を防止できる。その結果、蓄熱部からの一
時的な急激な熱出力が生じないことにより、熱効率の向
上を図ることができる。

実　　施　　例 つぎにこの発明を実施例に基づいて説明する。

先ずこの発明で対象とする蓄熱式給湯器の一例を説明す
ると、第１図において符号１は全体としてループヒート
パイプを示し、その蒸発部２は、上下のヘッダ管３，４
の間に複数本の垂直管５を設けた構成であり、また凝縮
部６も同様に、上下のヘッダ管７．８の間に複数本の垂
直管９を設けた構成である。この凝縮部６は蒸発部２よ
り高い位置に設けられており、その蒸発部２と凝縮部６
との上部ヘッダ管３．７同士は蒸気管１０によって連通
され、また各下部ヘッダ管４．８同士は液戻り管１１に
よって連通され、その結果、全体として循環路を形成し
ている。この循環路は密閉された状態にあり、その内部
には、真空排気した状態で水やフロンなどの使用温度範
囲で蒸発および凝縮する流体が作動流体１２として封入
されている。この作動流体１２は、液相の状態において
前記液戻り管１１の内部に溜り、その水頭圧によって前
記蒸発部２に流入するようになっており、その作動流体
１２の蒸発部２に対する供給を調整する調整弁１３が液
戻り管１１の途中に設けられている。

蒸発部２の外側には、鋳鉄ブロックやセラミックブロッ
クなどの顕熱蓄熱材あるいは状態変化に伴う潜熱として
熱を蓄える潜熱蓄熱材等の蓄熱材１４が熱授受可能に配
置されており、その下部には電気ヒータ等の加熱器１５
が設けられている。

また凝縮部６は、その外側に通水できるよう熱交換シェ
ル１６の内部に配置され、その熱交換シェル１６の流入
口１７は適宜の給水源（図示せず）に接続され、また流
出口１８は開閉弁１９を介して適宜の給湯箇所に接続さ
れている。

上記の給湯器では、蓄熱材１４の温度を充分高くした状
態で開閉弁１９を開いて熱交換シェル１６の外側に通水
すると、蒸発部２においては、蓄熱材１４からの入熱に
よって作動流体１２が蒸発するとともに、その蒸気が蒸
気管１０を通って凝縮部６に流れ、ここで放熱して水を
加熱することにより凝縮する。そしてその液化した作動
流体１２は液戻り管１１を通って蒸発部２に向けて還流
する。すなわち作動流体１２が熱を輸送して水を加熱す
るので、温水の温度が迅速に上昇する。

蓄熱材１４からの熱出力は、蒸発部２での作動流体１２
の蒸発によって行なわれるので、必要とする温水に応じ
て前記調整弁１３を制御する。すなわち前記開閉弁１９
を閉じ、また調整弁１３を閉じた停止状態から開閉弁１
９をあけて出湯を行なう際には、各部分の温度が下がっ
ていることを考慮して、調整弁１３を全開にすることに
より一時的に多量の作動流体１２を蒸発部２に供給する
。

その結果、多量の熱出力が生じるので蒸気管１０や熱交
換シェル１６等の各部分の温度が上昇するとともに、必
要温度の温水が得られる。調整弁１３の開度をそのまま
全開にしておくと熱出力が過剰となって各部分を不必要
に加熱することになるので、温水温度が必要となる温度
になった直後は、調整弁１３を交互に全閉と全開とに一
定時間ごとに切換えて蒸発部２に対する作動流体１２の
供給と停止とを繰り返す。その場合、蓄熱材１４の温度
が高いほど短時間に多量の熱が作動流体１２に伝達され
て作動流体１２が蒸発するので、蓄熱材１４の温度が高
い状態では、調整弁１３の全開時間を短くし、かつ全閉
時間を長くして少量ずつ作動流体１２を蒸発部２に供給
して熱出力を一定レベルに維持する。また反対に蓄熱材
１４の温度が低い状態では、調整弁１３の全開時間を長
くし、かつ全閉時間を短くすることにより、作動流体１
２を比較的連続して蒸発部２に供給し、熱出力を一定レ
ベルに維持する。

なおここで、作動流体１２の蒸発部２への供給量の調整
を、調整弁１３の全閉・全開の繰り返しによって行なう
こととしたのは以下の理由からである。すなわち調整弁
１３は、気密構造のヒートパイプ１の内部での作動流体
１２の流れを調整するものであるから、流量の調整精度
が高いことよりも第一義的には気密性に優れていること
が必要であり、また調整弁１３の開度と作動流体１２の
流量とは単純な比例関係にはなく、わずかな開度の増大
によって流量が急激に増大する。したがって作動流体１
２の供給量を調整弁１３の開度を増減することによって
正確に行なうことは極めて難しく、また調整弁１３の開
度の増減と熱出力の増減とには時間的な遅れがあるため
、調整弁１３の開度を調整して熱出力を一定にしようと
しても熱出力の周期的な変動を生じさせて一定化させる
ことが殆んどできないからである。

ところで調整弁１３の全開時間の累計によって熱出力の
量がほぼ決まるので、具体的な全開時間は必要とする出
湯量等に基づいて決めることができる。

したがって上述のように調整弁１３を制御することによ
り、蓄熱材１４の温度の高低に拘らず一定した熱出力を
得ることができ、給湯の安定化を図ることができる。

つぎにこの出願の第２の発明の詳細な説明する。この第
２の発明は、温水の温度を安定化させるよう熱出力を制
御することによって熱効率を良好にするものであって、
第１図に示す給湯設備について実施する場合、先ず開閉
弁１９を開いて出湯を開始する時点では、上記の例にお
けると同様に一時的に調整弁１３を全開にして熱出力を
多くする。その後は調整弁１３の一定開度までの開放と
全閉とを行なって熱出力の一定化を図る。すなわち目標
温度’１１に対して一定の温度幅の高温側基準温度ＴＩ
（と低温側基準温度ＴＬとを設定する（第２図参照）。

この温度幅は給湯器の構造によって決めることができ、
実験的に求め、あるいは調整弁１３と蒸発部２との距離
やその間の管径などに基づいて求めることができる。

調整弁１３の開度を最初に全開にすることにより、凝縮
部６側での温水の温度が高くなり、その温度が第２図に
示すように低温側の基準温度ＴＬを越えた時点で調整弁
１３を全閉にする。それに伴って蒸発部２に対する作動
流体１２の供給が止まるが、蒸発部２やこれに至る液戻
り管１１に残っている液相の作動流体１２が蒸発部２に
流入して加熱されて蒸発するので、調整弁１３を全閉に
した後、しばらくの間は熱出力が継続して生じ、したが
って温水温度は上昇しつづける。その温度が目標温度Ｔ
Ｖを越え、更に高温側の基準温度ＴＨをも越えるが、こ
れは所謂残存作動流体によって熱出力が続いた結果であ
って、その残存作動流体が無くなってしまえば熱出力が
止まるので温水温度はやがて下降する。そして温水温度
が高温側の基準温度ＴＨより低くなった時点で調整弁１
３を所定開度まで開き、蒸発部２に作動流体１２を供給
する。この場合、調整弁１３の開放から蒸発部２での作
動流体１２の蒸発開始までに時間的な遅れがあるから、
温水温度は下降しつづけ、作動流体１２が蒸発し始めて
熱出力が再開された後、温度降下が止まって、温水温度
が上昇し始める。

そして温水温度が低温側の基準温度ＴＬを上回った時点
で、再度、調整弁１３を全閉にする。以降同様な制御を
行なう。

なお、上記の二つの基準温度ＴＬ、ＴＨの目標温度ＴＶ
からの幅を狭くして調整弁１３の開閉を顯繁に行なえば
、温水温度の変動幅が更に小さくなることは勿論である
。

したがって上記の方法では、熱出力の開始の遅れや停止
の遅れを見込んで調整弁１３の開閉を行ない、かつその
タイミングを、目標温度を挟んで設定した二つの基準温
度に基づいて決めるから、温水の温度を目標温度に近い
温度に安定させることができ、換言すれば蓄熱材１４か
らの熱出力を全体として安定化できるので、熱効率が良
好になる。

発明の詳細 な説明したようにこの出願の各発明によれば、蓄熱材の
温度の高低に拘らず、蓄熱材からの熱出力を一定にでき
、また給湯温度を一定にでき、熱出力が過剰になって不
必要に高温とすることがないので、給湯温度の安定化と
同時に熱効率の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の方法で対象とする給湯器の一例を示
す模式図、第２図はこの出願の第２の発明の一実施例に
おける温水温度の変化を説明するための線図、第３図は
本出願人等が既に提案したループヒートパイプ式給湯器
の系統図である。 １・・・ループヒートパイプ、　２・・・蒸発部、　６
・・・凝縮部、　　１０・・・蒸気管、１１・・・液戻
り管、１２・・・作動流体、　１３・・・調整弁、　１
４・・・蓄熱材、　１６・・・熱交換シェル。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）水を加熱して温水とする熱交換部と、得るべき温
   水の温度より高い温度で蓄熱を行なう蓄熱部とをヒート
   パイプによって連結し、かつそのヒートパイプのうち前
   記熱交換部側で凝縮した作動流体の蓄熱部側への供給量
   を調整する調整弁をヒートパイプに介装した蓄熱式給湯
   器を制御するにあたり、 出湯開始時に前記調整弁を一時的に全開にした後に、前
   記調整弁を全開と全閉とに交互に切換えるとともに、全
   開の時間と全閉の時間との割り合いを蓄熱部の温度に応
   じて変えることを特徴とする蓄熱式給湯器の制御方法。
2. （２）水を加熱して温水とする熱交換部と、得るべき温
   水の温度より高い温度で蓄熱を行なう蓄熱部とをヒート
   パイプによって連結し、かつそのヒートパイプのうち前
   記熱交換部側で凝縮した作動流体の蓄熱部側への供給量
   を調整する調整弁をヒートパイプに介装した蓄熱式給湯
   器を制御するにあたり、 得るべき温水温度に対して高温側と低温側とに基準温度
   を設定し、前記熱交換部から送り出される給湯水温度が
   前記低温側基準温度を低温側から高温側に越えた場合に
   前記調節弁を全閉にし、また給湯水温度が前記高温側基
   準温度を高温側から低温側に越えた場合に前記調整弁を
   所定開度まで開放することを特徴とする蓄熱式給湯器の
   制御方法。