JPWO2019016845A1 - 給湯装置 - Google Patents
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Abstract
Description
以下、図面を参照しながら実施の形態1について説明する。なお、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。明細書全文に表わされている構成要素の形態は、あくまでも例示であって、これらの記載に限定されるものではない。
図1は、実施の形態1に係る給湯装置100の概要構成図である。図1に示すように、給湯装置100は、ヒートポンプユニット20と、タンクユニット30と、タンクユニット30に制御指令を出力するリモートコントローラ70とを備えている。ヒートポンプユニット20とタンクユニット30とはガス管P1及び液管P2を介して繋がっている。また、タンクユニット30は配管p1及び配管p5を介して暖房装置40に繋がっている。暖房装置40の一例は、床暖房機器、及び空気調和装置の室内機の放熱器である。
図4は、実施の形態1に係る給湯装置100の第1の沸上運転及び第2の沸上運転の動作説明図である。給湯装置100は、給湯負荷が小さい例えば深夜に実行する第1の沸上運転と、給湯負荷が大きい例えば夕方及び夜に実行する第2の沸上運転とを実行する。図4に示すように、第1の沸上運転及び第2の沸上運転において、冷媒が各構成を流れる順番は同じであり、熱媒体が各構成を流れる順番も同じである。まず、冷媒の流れについて説明する。冷媒は圧縮機1で圧縮された後に圧縮機1から吐出される。圧縮機1から吐出された冷媒は、冷媒流路2Bに流入し、第1の熱媒体流路2Aの熱媒体を加熱する。冷媒は冷媒流路2Bを通過する過程で液化する。第1の熱媒体流路2Aから流出した冷媒は、絞り装置3で減圧される。絞り装置3で減圧された冷媒は気液二相状態になっている。絞り装置3から流出した冷媒は、熱交換器4に流入し、空気から吸熱する。冷媒は熱交換器4を通過する過程でガス化する。
給湯装置100は上部温度センサSE7及び下部温度センサSE8を備えている。このため、制御装置Cnt1は、貯湯タンク9の放熱によって貯湯タンク9の熱媒体の温度が低下した第1の温度分布と、給湯の利用量の増大によって貯湯タンク9の熱媒体の温度が低下した第2の温度分布とをより精度よく判別することができる。
また、給湯の利用量の増大によって貯湯タンク9の熱媒体の温度が低下した状況では、貯湯タンク9に温度成層が形成されており、貯湯タンク9の下部の熱媒体の温度は、配管p11から供給される水道水の温度程度である。そこで、第2の沸上運転の開始の閾値には、貯湯タンク9の下部の熱媒体の温度の閾値である第3の沸上温度Tds2が含まれている。このため、制御装置Cnt1は第1の温度分布と第2の温度分布とをより精度よく判別することができる。
制御装置Cnt1は、第2の沸上運転のときの第2の過冷却度の方が第1の沸上運転のときの第1の過冷却度よりも大きくなるように絞り装置3を制御している。第2の沸上運転において、第2のポンプ5の回転数は抑えられており、例えば最小回転数である。第1の熱交換器2に流入する熱媒体の流量が抑えられるため、第1の熱交換器2の熱媒体の入口温度と第1の熱交換器2の熱媒体の出口温度との差が増大する傾向がある。そこで、制御装置Cnt1が第2の沸上運転において第1の熱交換器2の過冷却度を大きくする。これにより、第1の熱交換器2の冷媒の出口温度がより低下する。つまり、第1の熱交換器2の冷媒の入口温度と第1の熱交換器2の冷媒の出口温度との差が増大する。これにより、第1の熱交換器2における冷媒と熱媒体との熱交換効率が向上する。
図16は、実施の形態1に係る給湯装置100の変形例の概要構成図である。図17は、実施の形態1に係る給湯装置100の変形例の制御機能のブロック図である。給湯装置100のタンクユニット30の熱媒体回路Cは、1次回路C1及び2次回路C2を備えていた。変形例に係る給湯装置100Bのタンクユニット30の熱媒体回路C3は、複数の回路を備えていない。つまり、熱媒体回路Cには第1の熱交換器2と及び第1のポンプ8が設けられているが、熱媒体回路C3には第2のポンプ5、流路切替装置6及び第2の熱交換器7が設けられていない。給湯装置100Bであっても、実施の形態1に係る給湯装置100と同様の作用及び効果を得ることができる。
実施の形態2では実施の形態1と相違する部分を中心に説明をし、同じ構成については同じ符号を付し、説明を省略する。図18は、実施の形態2に係る給湯装置200の概要構成図である。図19は、実施の形態2に係る給湯装置200の制御機能のブロック図である。
給湯装置200の熱媒体回路C20の2次回路C22は、熱媒体の流路を切り替える流路切替装置10を備えている。また、2次回路C22の流入配管p8bは、貯湯タンク9に接続され、第1の沸上運転のときに熱媒体が流れる第1の流入配管p82と、貯湯タンク9に接続され、第2の沸上運転のときに熱媒体が流れる第2の流入配管p83とをそなえている。流路切替装置10は、第1のポンプ8の吐出部に繋がっている入口dと、第1の流入配管p82を介して貯湯タンク9に繋がっている第1の出口fと、第2の流入配管p83を介して貯湯タンク9に繋がっている第2の出口eとを備えている。第1の流入配管p82は実施の形態1で説明した流入配管p8と同様の構成である。第2の流入配管p83は、貯湯タンク9内に設けられている第4の開口部t5を含む。第1の流入配管p82の第2の開口部t1は、出湯配管p10の第1の開口部t3及び第2の流入配管p83の第4の開口部t5よりも下に設けられている。また、流出配管p9の第3の開口部t2は、第1の流入配管p82の第2の開口部t1よりも下に設けられている。図19に示すように、制御装置Cnt1の制御部50Cは、第1のポンプ8、第2のポンプ5及び流路切替装置6に加えて、流路切替装置10を制御する。
図20は、実施の形態2に係る給湯装置200の第1の沸上運転の動作説明図である。
制御装置Cnt1は、流路切替装置10の第1の出口fを開き且つ流路切替装置10の第2の出口eを閉じる。したがって、2次回路C22の熱媒体は、第1のポンプ8、入口d、第1の出口f及び第1の流入配管p82を介して、貯湯タンク9に流入する。
制御装置Cnt1は、流路切替装置10の第1の出口fを閉じ且つ流路切替装置10の第2の出口eを開く。したがって、2次回路C22の熱媒体は、第1のポンプ8、入口d、第2の出口e及び第2の流入配管p83を介して、貯湯タンク9に流入する。
第2の流入配管p83の第4の開口部t5は第1の流入配管p82の第2の開口部t1よりも上に設けられている。つまり、第2の流入配管p83の第4の開口部t5は貯湯タンク9内の上部に設けられている。このため、第2の流入配管p83の第4の開口部t5は温度成層の上に位置する。したがって、第2の沸上運転において、加熱された熱媒体は第4の開口部t5から、貯湯タンク9のうち温度成層よりも上側の部分に流入する。そして、温度成層の上の部分に流入した熱媒体は、温度が高い分、下方へ流動することが抑制されている。したがって、給湯装置200は貯湯タンク9の温度成層をより確実に保持することができる。つまり、給湯装置200は、温度成層よりも上に位置する、給湯に利用する熱媒体の温度が低下することを抑制することができる。
実施の形態3では実施の形態1,2と相違する部分を中心に説明をし、同じ構成については同じ符号を付し、説明を省略する。図22は、実施の形態3に係る給湯装置300の概要構成図である。図23は、実施の形態3に係る給湯装置300の貯湯タンク9及び流入配管p8cの説明図である。図24は、図23に示す流入配管p8cの拡大図である。
給湯装置300の熱媒体回路C30の2次回路C32の流入配管p8cは、実施の形態1で説明した熱媒体回路Cの2次回路C2の流入配管p8と構成が相違する。しかし、熱媒体回路C30のその他の構成は、給湯装置100の熱媒体回路Cの構成と同じである。図23及び図24に示すように、流入配管p8cは、貯湯タンク9内に設けられている第1の流入口t6と、貯湯タンク9内に設けられ、第1の流入口t6よりも熱媒体の流れ方向の下流側に設けられている第2の流入口t7とを備えている。第1の流入口t6及び第2の流入口t7は流入配管p8cに形成されている開口部である。第1の流入口t6の開口面積は第2の流入口t7の開口面積よりも狭い。また、流入配管p8cは、第1の流入口t6よりも熱媒体の流れ方向の下流側であって第2の流入口t7よりも熱媒体の流れ方向の上流側に設けられ、流入配管p8cを流れる熱媒体の流量に応じて開閉するように構成されている開閉機構部12を備えている。また、流入配管p8cは、開閉機構部12が設けられている空間Spと、空間Spよりも熱媒体の流れ方向の上流側に設けられ、開閉機構部12に開閉される流路ptと、が形成されている。空間Spは、第1の流入口t6よりも熱媒体の流れ方向の下流側であって第2の流入口t7よりも熱媒体の流れ方向の上流側に設けられている。開閉機構部12は流路ptを開閉する開閉部12Aと、開閉部12Aを回転自在に支持するヒンジ部12Bとを備えている。開閉部12Aは開閉部12Aの自重によって流路ptを閉じている。
図25は、第1の沸上運転における開閉機構部12を示している。第1の沸上運転における第1のポンプ8の回転数は、第2の沸上運転における第1のポンプ8の回転数よりも高い。このため、第1の沸上運転における流路ptの熱媒体の圧力は、第2の沸上運転における流路ptの熱媒体の圧力よりも高くなる。したがって、第1の沸上運転における流路ptの熱媒体は、開閉部12Aを押し上げる。その結果、流路ptの熱媒体は、空間Sp及び第2の流入口t7を介して、貯湯タンク9に流入する。また、流路ptを流れる熱媒体の一部は、第1の流入口t6から貯湯タンク9に流入する。
流入配管p8cには熱媒体の流量に応じて開閉するように構成されている開閉機構部12が設けられている。ここで、第1の沸上運転における、流入配管p8cの熱媒体の流量は、第2の沸上運転における、流入配管p8cの熱媒体の流量よりも大きい。このため、第1の沸上運転において、熱媒体は開閉機構部12の開閉部12Aを押し上げ、流路ptが開く。そして、流路ptを流れる熱媒体の一部は、第2の流入口t7から下向きに流れ、貯湯タンク9内に至る。これにより、第2の流入口t7から貯湯タンク9内に流入した熱媒体は、貯湯タンク9内の下部へ流動し、その後、浮力で貯湯タンク9内の上部へ流動する。その結果、貯湯タンク9の熱媒体全体の温度が上昇する。また、流路ptを流れる熱媒体の他部は、第1の流入口t6から上向きに流れ、貯湯タンク9内に至る。流路ptを流れる熱媒体の他部は、貯湯タンク9の上部の熱媒体の温度上昇に寄与する。
Claims (11)
- 熱媒体を貯留する貯湯タンクと、
前記貯湯タンクに供給される前記熱媒体を加熱する加熱用熱交換器と、
前記貯湯タンクに前記熱媒体を搬送する第1のポンプと、
前記貯湯タンク、前記第1のポンプ、及び前記加熱用熱交換器が設けられている熱媒体回路と、
前記貯湯タンクに設けられ、前記貯湯タンクに貯留されている前記熱媒体の下部温度を検出する下部温度センサと、
前記貯湯タンクに設けられ、前記下部温度センサよりも上に設けられ、前記貯湯タンクに貯留されている前記熱媒体の上部温度を検出する上部温度センサと、
前記第1のポンプを制御する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、
前記上部温度が第1の沸上温度よりも低い場合には、前記第1のポンプを第1のポンプ回転数で運転する第1の沸上運転を実行し、
前記上部温度が前記第1の沸上温度より高い第2の沸上温度よりも低く、且つ、前記下部温度が前記第1の沸上温度より低い第3の沸上温度よりも低い場合には、前記第1のポンプを前記第1のポンプ回転数よりも低い第2のポンプ回転数で運転する第2の沸上運転を実行する
給湯装置。 - 前記制御装置は、
前記第1の沸上運転を実行しているときに、前記下部温度が前記第1の沸上温度より高い第1の停止温度よりも高くなった場合には、前記第1のポンプを停止し、
前記第2の沸上運転を実行しているときに、前記上部温度が前記第1の停止温度より高い第2の停止温度よりも高くなった場合には、前記第1のポンプを停止する
請求項1に記載の給湯装置。 - 前記制御装置は、
前記第1の沸上運転を実行しているときに、前記下部温度が第1の停止温度よりも高くなった場合には、前記第1のポンプを停止する
請求項1に記載の給湯装置。 - 前記制御装置は、
前記第2の沸上運転を実行しているときに、前記上部温度が第2の停止温度よりも高くなった場合には、前記第1のポンプを停止する
請求項1に記載の給湯装置。 - 第1の熱媒体を搬送する第2のポンプを更に備え、
前記加熱用熱交換器は、前記第1の熱媒体を流す第1の熱媒体流路及び冷媒を流す冷媒流路を含み、前記第1の熱媒体と前記冷媒とを熱交換する第1の熱交換器と、前記第1の熱媒体を流す第2の熱媒体流路及び第2の熱媒体を流す第3の熱媒体流路を含み、前記第2の熱媒体流路の前記第1の熱媒体と前記第3の熱媒体流路の前記第2の熱媒体とを熱交換する第2の熱交換器とを備え、
前記熱媒体回路は、前記第2のポンプ、前記第1の熱交換器の前記第1の熱媒体流路、及び前記第2の熱交換器の前記第2の熱媒体流路が設けられ、前記第1の熱媒体が流れる1次回路と、前記第1のポンプ、前記貯湯タンク、及び前記第2の熱交換器の前記第3の熱媒体流路が設けられ、前記第2の熱媒体が流れる2次回路とを含み、
前記制御装置は、前記第1の沸上運転において、前記第2のポンプを第3のポンプ回転数で運転し、前記第2の沸上運転において、前記第2のポンプを前記第3のポンプ回転数よりも低い第4のポンプ回転数で運転する
請求項1〜4のいずれか一項に記載の給湯装置。 - 前記熱媒体回路は、前記貯湯タンクに接続され、前記熱媒体の利用部に前記熱媒体を供給する出湯配管と、前記貯湯タンクに接続され、前記第1のポンプの吐出部から前記貯湯タンク内へ前記熱媒体を流す流入配管と、前記貯湯タンクに接続され、前記貯湯タンク内から前記加熱用熱交換器へ前記熱媒体を流す流出配管とを含み、
前記出湯配管は、前記貯湯タンク内に設けられ、前記熱媒体が流れる第1の開口部を含み、
前記流入配管は、前記出湯配管の前記第1の開口部よりも下であって前記貯湯タンク内に設けられた、前記熱媒体が流れる第2の開口部を含み、
前記流出配管は、前記流入配管の前記第2の開口部よりも下であって前記貯湯タンク内に設けられた、前記熱媒体が流れる第3の開口部を含み、
前記上部温度センサは、前記出湯配管の前記第1の開口部よりも下であって前記流入配管の前記第2の開口部よりも上に設けられ、
前記下部温度センサは、前記流入配管の前記第2の開口部よりも下であって前記流出配管の前記第3の開口部よりも上に設けられている
請求項1〜5のいずれか一項に記載の給湯装置。 - 前記第1のポンプの吐出部に繋がっている入口、前記貯湯タンクに繋がっている第1の出口、及び前記貯湯タンクに繋がっている第2の出口を含む流路切替装置を更に備え、
前記熱媒体回路は、前記貯湯タンクに接続され、前記熱媒体の利用部に前記熱媒体を供給する出湯配管と、前記貯湯タンクに接続され、前記流路切替装置の前記第1の出口に繋がっている第1の流入配管と、前記貯湯タンクに接続され、前記流路切替装置の前記第2の出口に繋がっている第2の流入配管と、前記貯湯タンクに接続され、前記貯湯タンク内から前記加熱用熱交換器へ前記熱媒体を流す流出配管とを含み、
前記出湯配管は、前記貯湯タンク内に設けられ、前記熱媒体が流れる第1の開口部を含み、
前記第1の流入配管は、前記貯湯タンク内に設けられ、前記熱媒体が流れる第2の開口部を含み、
前記流出配管は、前記貯湯タンク内に設けられ、前記熱媒体が流れる第3の開口部を含み、
前記第2の流入配管は、前記貯湯タンク内に設けられ、前記熱媒体が流れる第4の開口部を含み、
前記第1の流入配管の前記第2の開口部は、前記出湯配管の前記第1の開口部及び前記第2の流入配管の前記第4の開口部よりも下に設けられ、
前記流出配管の前記第3の開口部は、前記第1の流入配管の前記第2の開口部よりも下に設けられている
請求項1〜5のいずれか一項に記載の給湯装置。 - 前記制御装置は、前記第1の沸上運転において、前記第1の出口を開き且つ前記第2の出口を閉じ、前記第2の沸上運転において、前記第1の出口を閉じ且つ前記第2の出口を開く
請求項7に記載の給湯装置。 - 前記熱媒体回路は、前記貯湯タンクに接続され、前記熱媒体の利用部に前記熱媒体を供給する出湯配管と、前記貯湯タンクに接続され、前記第1のポンプの吐出部から前記貯湯タンク内へ前記熱媒体を流す流入配管と、前記貯湯タンクに接続され、前記貯湯タンク内から前記加熱用熱交換器へ前記熱媒体を流す流出配管とを含み、
前記流入配管は、前記貯湯タンク内に設けられている第1の流入口と、前記貯湯タンク内に設けられ、前記第1の流入口よりも前記熱媒体の流れ方向の下流側に設けられている第2の流入口と、前記第1の流入口よりも前記熱媒体の流れ方向の下流側であって前記第2の流入口よりも前記熱媒体の流れ方向の上流側に設けられ、前記流入配管を流れる前記熱媒体の流量に応じて開閉するように構成されている開閉機構部とを含み、
前記開閉機構部は、前記第1の沸上運転において開いており、前記第2の沸上運転において閉じている
請求項1〜5のいずれか一項に記載の給湯装置。 - 圧縮機、前記加熱用熱交換器、絞り装置及び蒸発器が設けられている冷媒回路を更に備え、
前記第1の沸上運転を開始してから終了するまでにおける前記貯湯タンクの増加熱量を、前記第1の沸上運転を開始してから終了するまでの時間で割った値を第1の平均加熱能力とし、
前記第2の沸上運転を開始してから終了するまでにおける前記貯湯タンクの増加熱量を、前記第2の沸上運転を開始してから終了するまでの時間で割った値を第2の平均加熱能力としたとき、
前記制御装置は、
前記第2の平均加熱能力の方が前記第1の平均加熱能力よりも小さくなるように前記圧縮機を制御し、
前記第2の沸上運転のときの第2の過冷却度の方が前記第1の沸上運転のときの第1の過冷却度よりも大きくなるように前記絞り装置を制御する
請求項1〜9のいずれか一項に記載の給湯装置。 - 圧縮機、前記加熱用熱交換器、絞り装置及び蒸発器が設けられている冷媒回路を更に備えている
請求項1〜9のいずれか一項に記載の給湯装置。
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