JPH0718928Y2 - ヒートポンプ式給湯装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この考案は複数の貯湯タンクを有するヒートポンプ式給
湯装置に関するものである。

（従来の技術） 上記のようなヒートポンプ式給湯装置の従来例として、
例えば本出願人による実開平2-85945号の貯湯式給湯装
置を挙げることができる。その装置においては、給水配
管と給湯配管との間に並設された湯沸し兼用貯湯タンク
と湯溜め専用貯湯タンクとに、ヒートポンプシステムで
の凝縮器として機能する給湯加熱用熱交換器と、循環ポ
ンプとの介設された回流配管が、三方弁を介して接続さ
れている。この三方弁の切換によって、湯沸し兼用貯湯
タンク内の貯湯水を上記回流配管を通して循環させる第
１径路と、湯沸し兼用貯湯タンク及び湯溜め専用貯湯タ
ンク内の各貯湯水の置換を上記回流配管を通して行う第
２径路との切換を行い得るように構成されており、上記
第１径路での循環湯水に上記給湯加熱用熱交換器で凝縮
する冷媒の凝縮熱を付与する運転によって湯沸し兼用貯
湯タンク内の貯湯水を昇温させる運転、すなわち沸上げ
運転が行われる。

そして上記沸上げ運転の完了時点で、湯溜め専用貯湯タ
ンク内に低温湯水の貯溜状態が検出される場合に、上記
ヒートポンプシステムの運転と循環ポンプとの運転を継
続したまま三方弁を切換え、上記第２径路での循環運
転、すなわち移送運転を行うことによって、湯溜め専用
貯湯タンク内の低温湯水を湯沸し兼用貯湯タンク側の沸
上げ湯と置換し、湯溜め専用貯湯タンク側の高温湯の貯
溜状態を維持し得るようになされている。

ところで上記のように循環ポンプの運転を継続して径路
の切換えを行う場合、上記では三方弁の切換を例えば30
秒程度の時間をかけて行い、これによって切換時におけ
る配管内での急激な水流変化を生じさせないようにし
て、いわゆるウォータハンマ（水撃作用）等によるトラ
ブルを防止するようになされている。

（考案が解決しようとする課題） しかしながら上記のようにある程度時間をかけて行われ
る三方弁の切換期間中には、回流配管を通して循環する
湯水の流量が低下し、このため給湯加熱用熱交換器内で
の流通冷媒と流量の低下した湯水との間の熱交換量の低
下によって冷媒凝縮圧力が上昇する。そしてこの圧力上
昇によって、ヒートポンプシステムにおける高圧異常上
昇を防止するための安全装置が作動し、運転の強制停止
を生じるために安定した運転状態を維持できなくなると
いう問題を生じている。

この考案は上記に鑑みなされたものであって、その目的
は、上記のような径路の切換時における給湯加熱用熱交
換器での圧力上昇を防止して、より安定した運転状態を
維持し得るヒートポンプ式給湯装置を提供することにあ
る。

（課題を解決するための手段） そこでこの考案のヒートポンプ式給湯装置は、第１図に
示すように、給水配管３と給湯配管７との間に第１貯湯
タンク１と第２貯湯タンク２とを並設し、またヒートポ
ンプシステムにおける給湯加熱用熱交換器15と循環ポン
プ14との介設された回流配管10を上記第１貯湯タンク１
と第２貯湯タンク２とに接続すると共に、上記回流配管
10に、上記循環ポンプ14を作動して上記給湯加熱用熱交
換器15を介して回流する湯水の上記第１貯湯タンク１と
第２貯湯タンク２側での径路を切換えるための切換弁13
を介設し、上記第１貯湯タンク１と第２貯湯タンク２と
に加熱湯を貯溜すべく上記給湯加熱用熱交換器15を凝縮
器として機能させるヒートポンプシステムの運転と上記
循環ポンプ14の運転と上記切換弁13の切換制御とを行う
運転制御手段31を設けて成るヒートポンプ式給湯装置で
あって、さらに上記ヒートポンプシステムと循環ポンプ
14との運転中における上記切換弁13の切換作動の期間、
上記ヒートポンプシステムの運転を中断する切換時制御
手段41を上記運転制御手段31が備えている。

（作用） 上記構成のヒートポンプ式給湯装置においては、切換弁
13の切換作動の期間、ヒートポンプシステムの運転を中
断する制御が行われ、したがってこの期間に回流配管10
を通して循環する湯水の量が低下しても給湯加熱用熱交
換器15での圧力上昇を生じさせずに切換を行うことがで
きる。

（実施例） 次にこの考案のヒートポンプ式給湯装置の具体的な実施
例について、図面を参照しつつ詳細に説明する。

第２図は、この考案の一実施例におけるヒートポンプ式
給湯装置の貯湯タンクユニットの構成模式図であり、こ
の貯湯タンクユニット内には、複数、図の場合には２基
の円筒状密閉形の第１、第２貯湯タンク（以下、第１タ
ンク、第２タンクと略記する）１、２が据付けられてい
る。これらのタンク１、２の各底部には、給水配管３か
ら第１三方弁４を介して分岐された第１給水支管５と第
２給水支管６とがそれぞれ接続されると共に、各タンク
１、２の上端に給湯配管７が接続されている。この給湯
配管７先端側の混合栓（図示せず）等が開弁されて湯の
使用が行われる場合、図中実線矢印、或いは破線矢印で
示すように、このときの上記第１三方弁４の切換位置に
応じて、給水配管３から作用する水道水の圧力によっ
て、いずれかのタンク１、２内の上部側の湯が押上げ式
に給湯配管７を通して出湯され、同時に出湯量と同量の
水がそのタンクの底部側に補給される。このように上記
第１三方弁４は、第１タンク１と第２タンク２とのいず
れか一方を出湯タンクとして選択する機能を有してお
り、その制御については、優先順位を定めた例を挙げて
後で説明する。なお使用状況によっては優先順位の低い
側のタンクの使用頻度が大幅に低下して、このタンク内
の湯が長時間に渡って滞留状態のまま放置され、いわゆ
る死水となって、貯湯水から消毒剤が消失し殺菌効果が
低下する等の不具合を生じるおそれがある。そこで第１
三方弁４をバイパスすると共に許容流量の小さな給水バ
イパス管８、９によって、第１、第２給水支管５、６を
それぞれ給水配管３に直接的に接続している。これによ
り、湯の使用が行われる毎に、上記第１三方弁４で選択
されていないタンク側においても、若干量の出湯及び給
水が逐次生じることとなり、上記不具合が防止される。

一方、同図において、10は回流配管であって、この回流
配管10は、第１給水支管５の中途部に接続された第１取
水管11、第２タンク２の底部に接続された第２取水管1
2、これらの第１、第２取水管11、12が入口側の各切換
ポートにそれぞれ接続された第２三方弁（切換弁）13、
この第２三方弁13の出口側ポートと第１タンク１の底部
とを相互に接続すると共に循環ポンプ14と給湯加熱用熱
交換器（以下、熱交換器と略記する）15との介設された
循環配管16から構成されている。上記熱交換器15は、ヒ
ートポンプシステムにおける凝縮器として機能する熱交
換器であって、外側に冷媒流路、内側に水用流路を有す
る漏洩検知付二重管で構成され、外側の冷媒流路の両端
は、ガス側及び液側冷媒配管17、18によって、圧縮機や
熱源側熱交換器を有するヒートポンプシステムの熱源側
ユニット（図示せず）に接続されている。

上記第２三方弁13を、循環配管16に第１取水管11が連通
する第１切換位置に位置させた場合、循環ポンプ14の作
動によって、図中一点鎖線矢印で示すように、第１タン
ク１内の底部側の湯水が第１給水支管５の途中から第１
取水管11、第２三方弁13、循環配管16を経て上記第１タ
ンク１の底部側に戻る第１の循環径路が形成され、この
とき上記熱交換器15を凝縮器として機能させるヒートポ
ンプシステムの運転（以下、ヒートポンプ加熱運転とい
う）を同時に行うことによって、上記第１循環径路に沿
って循環する第１タンク１内の貯湯水に冷媒凝縮熱が付
与され、湯水の加熱が行われる。この運転、すなわち沸
上げ運転を継続することによって、第１タンク１内に返
流される加熱湯は上部側の低温湯と対流を生じて順次置
換され、したがって第１タンク１内の貯湯水はその上部
側から徐々に高温湯に置き換えられていく。このよう
に、第１タンク１は内部の湯水を加熱する加熱手段を備
えた湯沸し兼用貯湯タンクとして構成されている。

一方、上記から第２三方弁13を、循環配管16に第２取水
管12が連通する第２切換位置に切換えた場合、図中二点
鎖線矢印で示すように、第２タンク２内の底部側の湯水
が第２取水管12から第２三方弁13、循環配管16を経て第
１タンク１の底部側に至ると共に、同時にこの第１タン
ク１内の上部側の湯水が押出されて、給湯配管７におけ
る両タンク１、２の相互連結部を介して、第２タンク２
の上部側に移動する第２の循環径路に変更される。この
第２循環径路に沿わせて循環させる運転、すなわち移送
運転の継続によって、両タンク１、２の貯湯水の置換が
行われる。つまり第２タンク２は内部の湯水を直接的に
加熱する加熱手段を備えていない湯溜め専用貯湯タンク
として構成されており、このタンク２内には、第１タン
ク１内の沸上げ湯を上記移送運転によって移送して貯溜
するようになされている。

さらに上記装置においては、上記した出湯タンクの切
換、沸上げ・移送運転の制御を行うために、各タンク
１、２の外壁面に、サーミスタ等より成る湯温センサが
取付けられている。まず第１タンク１における外壁面の
底部側に第１センサ21、上部側に第２センサ22が、また
第２タンク２における外壁面の底部側に第３センサ23、
中央部に第４センサ24、上部側に第５センサ25がそれぞ
れ取付けられている。これらの湯温センサ21〜25によっ
て、それぞれ各取付位置に応ずる水位での湯水の温度が
検出されるようになされており、次にこれらの検出温度
に基づく制御について説明する。なお第１タンク１内に
は、その底部側にさらに深夜ヒータ26が配設されてお
り、電力コストの安価な深夜電力を併用して、この第１
タンク１内の貯湯水の加熱を行い得るようにもなされて
いる。ます第２図中、27は各タンク１、２の底部に接続
されている排水配管、28・29は上記排水配管27に介設さ
れている手動式排水弁をそれぞれ示している。

第３図は上記装置の運転制御ブロック図であり、同図に
おいて、31は、上記貯湯タンクユニット内に設けられて
いる給湯制御装置を示している。この給湯制御装置31に
は、上記５個の湯温センサ21〜25が接続されると共に、
さらに台所等に設置されるリモコンボックス32が接続さ
れており、このリモコンボックス32は運転スイッチ33や
湯温設定スイッチ34等を備えている。上記給湯制御装置
31内には、ヒートポンプシステムにおけるヒートポンプ
運転制御装置35に加熱指令信号を出力することによっ
て、前記ヒートポンプ加熱運転を行わせる加熱運転制御
部36と、循環ポンプ14の作動と第２三方弁13の切換えを
制御する循環運転制御部37と、第１三方弁４の切換えを
制御する出湯タンク切換制御部38とが設けられており、
初めに、上記運転スイッチ33がONであることを前提に、
上記加熱運転制御部36と循環運転制御部37とが協同して
行う沸上げ・移送運転の制御について説明する。

まず第４図には、上記加熱運転制御部36での制御フロー
チャートを示しており、この加熱運転制御部36では、ス
テップS1で第１タンク１の底部側の第１センサ21での検
出温度T1を湯温設定スイッチ34での設定温度Dsと比較
し、またステップS2で第２三方弁13が切換作動中か否か
を判別する。上記T1がDsよりも低く、かつ第２三方弁13
が切換作動中でない場合に、ステップS1〜S3の繰返し処
理が行われ、この間、ステップS3でのヒートポンプ運転
制御装置35への加熱指令信号の出力状態が保持され、こ
れにより前記ヒートポンプ加熱運転が行われる。一方、
上記T1がDsを超えているとき、また第２三方弁13が切換
作動中のときには、それぞれステップS1及びステップS2
からステップS4を経る繰返し処理によって、ステップS4
での加熱指令信号の出力停止状態が保持され、これによ
りヒートポンプ加熱運転は停止される。

次に循環運転制御部35での制御について第５図を参照し
て説明する。

第５図のステップS11は、第２三方弁13をOFFに、すなわ
ち前記第１切換位置に維持する初期設定のステップであ
り、次のステップS12において、上記と同様に、第１セ
ンサ21での検出温度T1を設定温度Dsと比較する。T1がDs
よりも低いことが判別されると、次いでステップS13に
おいて、循環ポンプ14の作動を開始する。この時、加熱
運転制御36からヒートポンプ運転制御装置38への加熱指
令信号の出力も開始され、これにより前記した沸上げ運
転が開始される。この運転は、第１タンク１内の貯湯水
全体が設定湯温に達するまで、すなわちステップS14に
おいて、第１センサ21での検出温度T1が設定湯温Dsに達
したことが判別されるまで継続される。

上記T1がDsに達し、したがって第１タンク１内の沸上げ
を終了すると、加熱運転制御部36により、ヒートポンプ
加熱運転は停止される。一方、循環運転制御部35では、
ステップS15において、この時点での第２タンク２の底
部側の第３センサ23での検出温度T3を移送開始設定温度
（Ds−α）と比較する。T3が（Ds−α）よりも低い場
合、すなわち第２貯湯タンク２内の少なくとも底部側が
低温湯水の貯溜状態である場合には、ステップS16にお
いて、第２三方弁13をONにする切換信号を出力し、これ
により前記第２切換位置に切換えることによって、前記
移送運転を続けて行う。

この移送運転は、ステップS17における上記第３センサ2
3での検出温度T3と移送終了第１設定温度（Ds−β）と
の比較によって、第２タンク２内全体が高温湯の貯溜状
態となったことが判別されるまで、或いはこれにより先
に、ステップS18における第１タンク１の上部側の第２
センサ22での検出温度T2と移送終了第２設定温度（Ds−
γ）との比較によって、第１タンク１における先の沸上
げ湯のほぼ全量が第２タンク２側に移送されたことが判
別されるまで行われる。そしてこの移送運転の過程で、
第１タンク１の底部側には、第２タンク２側から低温湯
水が流入し、これにより第１センサ21での検出温度T1が
設定温度Dsよりも低下した時、加熱運転制御部36では第
２三方弁13の切換動作の完了を待って、加熱指令信号の
出力が再開され、したがってヒートポンプ加熱運転によ
る冷媒凝縮熱を付与しながら移送運転が継続される。

上記ステップS17或いはS18の判別条件が満足されて移送
運転を終了すると、次いでステップS19において、第２
三方弁13をOFFにする切換信号を出力し、第１切換位置
への切換を行った後、ステップS14に戻る処理を行う。
これにより、上記移送運転によって第２タンク２側から
第１タンク１に流入した低温湯に対する沸上げ運転が続
けて行われるが、この場合に、加熱運転制御部36側で
は、上記第２三方弁13の切換作動期間中、ヒートポンプ
加熱運転を一旦中断させる制御が行われる。

以降、第１タンク１内の湯の沸上げ運転を終了した段階
で、第２タンク２全体にすでに高温湯が貯溜されている
状態となるまで沸上げ運転と移送運転とが交互に行わ
れ、両タンク１、２全体が高温湯の貯溜状態となった時
に、ステップS14、S15からステップS20に移行し、循環
ポンプ14が停止される。

その後、ステップS12に戻る処理が行われることによっ
て、以降、湯の使用によって、第１温度センサ21での検
出温度T1が設定温度Dsよりも低くなったことがステップ
S12において新たに判別された場合、上記の処理が繰返
される。

このように、第２タンク２内に低温湯水が貯溜されてい
る場合、第１タンク１内の貯湯水に対する沸上げ運転に
続けて、循環ポンプ14の運転を継続したまま、移送運転
と再度の沸上げ運転との切換えが第２三方弁13の切換に
より行われる。ところで、このような切換に伴って、例
えば沸上げ運転から移送運転への切換時には、第１タン
ク１の底部に接続されている第１給水配管５と第１取水
管11内の湯水は流動状態から静止状態に変化する一方、
第２タンク２の底部に接続されている第２取水管12内、
及び第１、第２タンク１、２の各上部に接続されている
給湯配管７における相互連結部内の湯水は、静止状態か
ら流動状態に変化する。これらが急激な流速変化を伴う
切換がなされる場合には、いわゆるウォータハンマ（水
撃作用）等によるトラブルが生じることとなるため、上
記では、ステップS16及びS19における切換信号の出力時
における第２三方弁13の切換は、それまでの連通流路が
徐々に閉弁状態となった後、他方の閉状態の流路が徐々
に開状態へと変化するように、例えば30秒程度の時間を
かけて行われるように構成している。

そしてこのような第２三方弁13の切換作動中にヒートポ
ンプ運転を継続する場合には、前記したように、熱交換
器15での凝縮圧力の上昇を生じることとなるので、上記
では、第４図のステップS2において第２三方弁13が切換
作動期間中か否かを判別し、切換作動期間中はヒートポ
ンプ加熱運転を中断する制御を行っている。この判別は
例えば第２三方弁13に、その内部の切換弁体の位置を検
出するリミットスイッチを取付け、第１切換位置、或い
は第２切換位置に応ずる位置信号のいずれもが入力され
ていない場合を第２三方弁13の切換作動中として判別す
るように構成することができる。

このように上記においては、沸上げ運転と移送運転とを
交互に繰返す場合に、移送運転中にも極力ヒートポンプ
加熱運転を継続することによって、貯湯水全体をより迅
速に沸上げることを可能にすると共に、第２三方弁13の
切換作動中を検出してこの間はヒートポンプ運転を中断
するように制御しているので、従来、凝縮圧力の異常上
昇による強制停止を生じた後、正常圧力状態への復帰を
待って運転の再開が行われていた場合に比べてヒートポ
ンプ加熱運転の停止時間が少なくなり、より短時間での
沸上げが行われると共に、安定した運転状態を維持し得
るものとなっている。

なお上記出湯タンク切換制御部37では、第１タンク１の
上部側の第２センサ22での検出温度を出湯基準温度と比
較し、この出湯基準温度よりも高い場合には、第１タン
ク１を出湯タンクとし、上記出湯基準温度よりも低い場
合、すなわち第１タンク１内に高温湯が充分にない場合
には、続いて第２タンク２の上部側の第５センサ25での
検出温度を出湯基準温度と比較し、この出湯基準温度を
超えていることを確認して、出湯タンクを第２タンク２
とする切換えを第１三方弁４によって行う。すなわち第
１タンク１側を優先的に出湯タンクとして選択する制御
を行い、この第１タンク１側から高温湯の出湯ができな
い場合にのみ、第２タンク２側に切換える。この場合に
第２タンク２側にも高温湯がない場合には、第１タンク
１を出湯タンクとして選択し、上記沸上げ運転を行いな
がらこの第１タンク１から出湯させる制御を行うように
している。

以上、この考案の具体的な実施例についての説明を行っ
たが、この考案は上記実施例に限定されるものではな
く、この考案の範囲内で種々の変更が可能であり、例え
ば上記実施例においては、第４図のステップS2、S4で切
換時制御手段41を構成しているが、同様の機能を有する
その他の構成とすることができる。また回流配管の流入
端、流出端双方をそれぞれ切換弁を介して第１、第２タ
ンクに接続して、両タンク内の貯湯水を独立に上記回流
配管を通して加熱する等のその他の構成とすることも可
能である。

（考案の効果） 上記のようにこの考案のヒートポンプ式給湯装置におい
ては、切換弁の切換作動の期間、ヒートポンプシステム
の運転を中断する制御を行うことによって、給湯加熱用
熱交換器での圧力上昇を生じさせずに切換が行われるの
で、従来、高圧異常上昇によって強制的な停止を生じて
いた場合に比べて、より安定した運転状態を維持するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの考案の機能ブロック図、第２図はこの考案
の一実施例におけるヒートポンプ式給湯装置の貯湯タン
クユニットの構成模式図、第３図は上記装置の運転制御
ブロック図、第４図は上記装置における加熱運転制御で
なされる制御フローチャート、第５図は上記装置におけ
る循環運転制御部でなされる制御フローチャートであ
る。 １……第１貯湯タンク、２……第２貯湯タンク、３……
給水配管、７……給湯配管、10……回流装置、13……第
２三方弁（切換弁）、14……循環ポンプ、15……給湯加
熱用熱交換器、31……給湯制御装置（運転制御手段）、
41……切換時制御手段。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】給水配管（３）と給湯配管（７）との間に
   第１貯湯タンク（１）と第２貯湯タンク（２）とを並設
   し、またヒートポンプシステムにおける給湯加熱用熱交
   換器（15）と循環ポンプ（14）との介設された回流配管
   （10）を上記第１貯湯タンク（１）と第２貯湯タンク
   （２）とに接続すると共に、上記回流配管（10）に、上
   記循環ポンプ（14）を作動して上記給湯加熱用熱交換器
   （15）を介して回流する湯水の上記第１貯湯タンク
   （１）と第２貯湯タンク（２）側での径路を切換えるた
   めの切換弁（13）を介設し、上記第１貯湯タンク（１）
   と第２貯湯タンク（２）とに加熱湯を貯溜すべく上記給
   湯加熱用熱交換器（15）を凝縮器として機能させるヒー
   トポンプシステムの運転と上記循環ポンプ（14）の運転
   と上記切換弁（13）の切換制御とを行う運転制御手段
   （31）を設けて成るヒートポンプ式給湯装置であって、
   さらに上記ヒートポンプシステムと循環ポンプ（14）と
   の運転中における上記切換弁（13）の切換作動の期間、
   上記ヒートポンプシステムの運転を中断する切換時制御
   手段（41）を上記運転制御手段（31）が備えていること
   を特徴とするヒートポンプ式給湯装置。