JPH0711360B2 - 蓄熱式温水器の制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は蓄熱器を熱源とした温水器の制御方法に関
し、特に蓄熱器と温水を得る熱交換器との間をヒートパ
イプで連結した構成の温水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、エネルギコストが低廉で
あることなどの要請があり、本出願人等はそれらの要請
を満すことのできる給湯設備を特願昭63−253575号とし
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型ヒートパイプによっ
て連結したものであり、これを略示すれば第３図の通り
である。すなわち第３図中符号１はループ型ヒートパイ
プを示し、これは真空排気した密閉循環路の内部に、水
やスロン、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１のうちの一部が低い位置において蓄
熱器２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３を貫通している。蓄熱器２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４が取付けら
れている。また熱交換器３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５には温水と
水とを混合して温水の温度を設定温度にする混合弁６が
介装されている。さらにまたループ型ヒートパイプ１の
うち熱交換器３から蓄熱器２に至る管路の部分には、液
相の作動流体の流量を制御する制御弁７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４によっ
て蓄熱材を加熱することにより熱エネルギを蓄熱器２に
蓄えておき、出湯の必要があるときは、制御弁７を介し
て液相の作動流体を蓄熱器２に送る一方、熱交換器３に
水を供給すれば、ヒートパイプ１のうち蓄熱器２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３
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４をオンにして熱エネルギ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 上述した給湯設備では、蓄熱材から水に対する熱の伝達
を、ヒートパイプ内の作動流体が媒介することになるか
ら、蛇口の開動作すなわち熱交換器３に対する水の供給
開始と同時にヒートパイプ１のうち蓄熱器２の部分に作
動液を供給することになるが、作動液を流し始めた時点
では蓄熱器２の温度が最も高くなっており、しかも制御
弁７の前後での圧力差が最も高くなっているから、高温
の作動流体蒸気が高速で熱交換器３の部分に流れ、しか
る後に蓄熱器２および作動流体蒸気の温度が次第に低下
する。その結果、熱交換器３に水を供給し始めた直後に
得られる温水の温度が一時的に高くなり、その後ヒート
パイプ１のコンテナや熱交換器３の熱容量により作動流
体蒸気の温度が低下して温水温度も設定温度程度に下が
る。ところで蓄熱器２の温度は得るべき温水温度より高
温である必要があり、また小型で安定性のある固体蓄熱
器を用いる場合には単位体積当りの蓄熱量を多くするた
めに、より高温で蓄熱を行なうことが好ましい。したが
ってこのような固体蓄熱器において前記制御弁７を大き
く開いている状態では、高温の作動流体蒸気が多量に発
生するため、熱交換器３で得られる温水温度が高くな
り、これを混合弁６で水を加えて設定温度に低下させる
ことになるが、その場合、ヒートパイプ１のコンテナや
熱交換器３などをも高温に維持することになるので、蓄
熱器２の熱が温水を得るため以外に多量に使用され、そ
の結果、熱効率が低くなる問題を生じる。

この発明は上記の事情を背景としてなされたもので、熱
応答性および熱効率を向上させることのできる蓄熱式温
水器の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器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器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器側で凝縮
した作動流体の蓄熱器側への供給量を制御する制御弁を
ヒートパイプに介装した蓄熱式温水器を制御するにあた
り、熱交換器に対する水の供給開始時に前記制御弁の開
度を一時的に大きくした後、その開度を所定の開度まで
絞り、ついで前記蓄熱器の温度降下に伴って制御弁の開
度を徐々に小さくすることを特徴とする方法である。

作用 この発明の方法では、温水用の蛇口を開くなどのことに
より熱交換器に対して水を供給し始めると、ヒートパイ
プに介装した制御弁が全開程度まで一時的に開かれ、多
量の作動液が蓄熱器側に送られる。その状態では蓄熱器
の温度が最も高く、またヒートパイプのうち蓄熱器側と
熱交換器側とでの圧力差が大きくなっているから、高温
の作動流体蒸気が多量に生じて蓄熱器から熱交換器に熱
を輸送し、その結果、熱交換器に供給された水は直ちに
目的温度に加熱され、必要な温度の温水が得られる。し
かる後、制御弁の開度が絞られ、さらにその開度が次第
に小さくなり、それに伴って蓄熱器側に供給される作動
液の量および作動流体蒸気の発生量が減少し、また作動
流体蒸気の温度が低下する。この状態での作動流体蒸気
の温度は得るべき温水の温度より若干高く、したがって
必要な温水を得られると同時に、ヒートパイプのコンテ
ナや熱交換器などの設備を不必要に高温に加熱すること
がないので、設備の熱容量として消費されまた放熱され
る熱量が少なくなり、全体としての熱効率が向上する。

実施例 つぎにこの発明を実施例に基づいて説明する。

この発明を実施するにあたって使用する温水器は従来の
ものとほぼ同様であって、これを略示すれば第１図の通
りである。第１図において第３図と同様の符号は、第３
図に示す部材と同一の部材を示しており、その蓄熱器２
には蓄熱材温度を検出して制御器８に信号を出力する蓄
熱器温度センサ９が設けられ、またその制御器８には温
水の温度を検出して信号を出力する温水温度センサ10が
接続されている。さらにヒートパイプ１のうち熱交換器
３から蓄熱器２に至る管路の中に介装した制御弁７は電
気的に開度調整されるものであって、前記制御器８に接
続されている。

上記の温水器を運転するには、先ず、深夜などに電気ヒ
ータ４を通電発熱させて蓄熱器２の温度を高くすること
により、蓄熱を行なっておく。その場合き蓄熱温度は得
るべき温水の温度より充分高く設定し、例えばセラミッ
クを蓄熱材とする場合には、500℃程度の温度にする。
この状態で温水用の蛇口（図示せず）を開くなどのこと
により熱交換器３に給水すると、これとほぼ同時に制御
器８から制御弁７に信号が出力されて制御弁７の開度が
全開程度まで大きくなる。それに伴いヒートパイプ１内
の作動液が蓄熱器２側に送られ、その作動液が蓄熱器２
から熱を受けて蒸発する。その場合、制御弁７の開度が
大きくて作動液の供給量を多いうえに、蓄熱器２の温度
が高くなっているから、高温かつ多量の作動流体蒸気が
発生し、その蒸気は熱交換器３側に急速に流れる。また
熱交換器３には水が供給されているから、ここで作動流
体蒸気と水との間で熱交換が生じ、水が加熱されて温水
になるとともに、作動流体は放熱して凝縮する。このよ
うにして生じた温水の温度は、作動流体蒸気の量が多く
かつその温度が高いから、必要とする温度よりも高く、
その結果、混合弁６において水が混合され、予め設定し
た温度に下げられる。したがって所謂出湯操作とほぼ同
時に所定の温度の温水を得ることができる。

予め定めた所定時間（例えば数秒間）、前記制御弁７の
開度を大きい開度に維持した後に、制御弁７の開度が絞
られ、蓄熱器２側に供給される作動液の量が減じられ
る。そのため、ヒートパイプ１のうち蓄熱器２の部分で
生じる作動流体蒸気の量が少なくなり、かつその温度が
低くなる。この場合の作動流体蒸気の温度は得るべき温
水の温度より高いので、熱交換器３で得られる温水の温
度は給湯初期よりも低いものの必要とする温度より高
く、したがって混合弁６で混入される水の量、すなわち
温水の温度補正量が少なくなる。また当然、ヒートパイ
プ１のコンテナや熱交換器３のケーシングなどの設備温
度が必要最小限程度に維持される。

以上のようにして給湯を行なうに伴って蓄熱器２の温度
が低下すると、その時々の温度が蓄熱器温度センサ９か
ら制御器８に出力され、そして制御器８から制御弁７に
信号が与えられて制御弁７の開度が蓄熱器２の温度に応
じて絞られる。すなわちヒートパイプ１のうち蓄熱器２
の部分に供給される作動液の量が蓄熱器２の温度の低下
に伴って減少させられるので、蓄熱器２からの放熱量が
抑制され、必要とする温度の温水を得るための作動流体
蒸気が発生するものの、不必要に高温の蒸気が発生せ
ず、蓄熱した熱エネルギの消費効率が良好な状態に維持
される。

なお、作動流体蒸気の温度および量が、必要とする温水
温度を得るのに不足する程度に低下すると、制御弁７の
開度が増大させられ、作動流体蒸気の温度および量の増
加が図られる。

上述した過程における温水温度および制御弁７の開度な
らびに蓄熱材２の温度の変化を略示すれば第２図の通り
である。

発明の効果 以上の説明から明らかなようにこの発明の方法によれ
ば、出湯開始時に一時的に作動流体の供給量を最大程度
に増加させるから、出湯操作とほぼ同時に目的とする温
度の温水を得ることができ、換言すれば、熱応答性の良
好なものとすることができる。またそれ以降は作動液の
蓄熱器側への供給量を蓄熱器の温度に応じて抑制して蓄
熱器からの出力を低下させるから、ヒートパイプの管路
や熱交換器の容器などの設備を不必要に高温に加熱昇温
させることがなく、その結果、設備の熱容量として消費
される熱量および放熱量が抑制されるために、熱効率を
向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明を実施するための温水器の一例を模式
的に示す系統図、第２図は温水温度および制御弁開度な
らびに蓄熱器温度の推移を示すグラフ、第３図は本出願
人が既に提案した温水器の模式的な系統図である。 １……ヒートパイプ、２……蓄熱器、３……熱交換器、
４……電気ヒータ、７……制御弁、８……制御器、９…
…蓄熱器温度センサ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 999999999 京セラ株式会社 京都府京都市山科区東野北井ノ上町５番地 の22 (72)発明者 望月 正孝 東京都江東区木場１丁目５番１号 藤倉電 線株式会社内 (72)発明者 益子 耕一 東京都江東区木場１丁目５番１号 藤倉電 線株式会社内 (72)発明者 置鮎 隆一 東京都江東区木場１丁目５番１号 藤倉電 線株式会社内 (72)発明者 鈴木 皓三 東京都千代田区内幸町１丁目１番３号 東 京電力株式会社内 (72)発明者 岡田 宗男 東京都千代田区内幸町１丁目１番３号 東 京電力株式会社内 (72)発明者 鈴木 康一 愛知県刈谷市朝日町２丁目１番地 アイシ ン精機株式会社内 (72)発明者 久松 明彦 愛知県常滑市港町３丁目77番地 株式会社 イナックス榎戸工場内 (72)発明者 長崎 浩一 鹿児島県国分市山下町１番１号 京セラ株 式会社鹿児島国分工場内 (56)参考文献 特開 平２−75852（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−252898（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】水を加熱して温水とする熱交換器と得るべ
   き温水の温度より高い温度で蓄熱を行なう蓄熱器とをヒ
   ートパイプによって連結し、かつそのヒートパイプのう
   ち前記熱交換器側で凝縮した作動流体の蓄熱器側への供
   給量を制御する制御弁をヒートパイプに介装した蓄熱式
   温水器を制御するにあたり、熱交換器に対する水の供給
   開始時に前記制御弁の開度を一時的に大きくした後にそ
   の開度を所定の開度まで絞り、ついで前記蓄熱器の温度
   降下に伴って制御弁の開度を徐々に小さくすることを特
   徴とする蓄熱式温水器の制御方法。