JP2009068818A - 貯湯式給湯装置 - Google Patents

Abstract

【課題】貯湯タンク内の中温水を給湯開始時に出来るだけ使用することで、ＣＯＰの向上を図った貯湯式給湯装置を提供する。
【解決手段】中温水混合弁は中温水温度が任意の給湯設定温度より高い所定温度以上の場合は、中温水側を全開とし、中温水温度が任意の給湯設定温度より高い所定温度未満の場合は、湯温の安定を待つことなく混合湯温が任意の給湯設定温度より高い所定温度になるように中温水混合弁をフィードバック制御するようにしたので、給湯開始時に給湯湯温の安定に関係なく、中温水戻し管側全開状態の中温水混合弁を中温水温度により、そのまま全開状態にしたり、直ぐにフィードバック制御して少しでも多くの中温水を使用するようにし、ヒートポンプユニットによる湯水の加熱を低温水から行わせることで、ＣＯＰを向上させることが出来るものである。
【選択図】 図１

Description

この発明は貯湯タンク内の中温水を効率よく使用してＣＯＰ（エネルギー消費効率）を向上させる貯湯式給湯装置に関するものである。

従来よりこの種のものでは、貯湯タンク内に貯湯された高温水を取り出して暖房やふろの追焚きの熱源として用いるものが提案されており、熱交換によって温度低下した中温水が貯湯タンク内に戻されると共に、貯湯タンクの中間部からこの中温水を取り出して給湯に用いるものがあった。そして、この中温水は貯湯タンク上部からの高温水と合流し給湯設定温度以上の温度に混合されて給湯されるものであった。（例えば、特許文献１参照。）
特許第３８５４１６９号公報

しかし、この従来のものは、給湯温度が安定するまで待ってから中温水混合弁が駆動を開始するものであり、又中温水混合弁より下流側の第１混合弁は、上流側の中温水混合弁による混合湯水の温度がある程度安定するまでは、混合湯水側を絞った状態のまま大きく動くことが出来ず、これにより給湯開始当初はどうしても中温水の使用量が少なく、即ち、給湯開始当初は湯温が安定しないのが常識であり、ここで中温水を多く使用しても問題ならないのであるが、素早い湯温の安定を得ようとするものであった。

この発明はこの点に着目し上記欠点を解決する為、特にその構成を請求項１では、給水管が下端部に接続されていると共に貯湯している高温水を流出させる出湯管が上端部に接続されている貯湯タンクと、この貯湯タンク内の湯水を高温に加熱するヒートポンプユニットと、前記貯湯タンクの上部に接続された高温水往き管から取り出した高温水を循環させて熱交換器で放熱させ、生成された中温水を前記貯湯タンク下部に接続された中温水戻し管から戻すようにした熱交循環回路と、前記貯湯タンクの前記中温水戻し管よりも高く且つ前記出湯管よりも低い位置に接続され、熱交換により生成された中温水を前記貯湯タンクから流出させるための中温水出湯管と、前記出湯管からの高温水と前記中温水出湯管からの中温水を任意の給湯設定温度より所定温度高い湯温に混合する中温水混合弁と、前記中温水混合弁で混合された湯と前記給水管から分岐された第１バイパス管からの低温水とを任意の給湯設定温度に混合して第１給湯端から給湯させる第１混合弁とを備え、更に前記中温水混合弁は中温水温度が任意の給湯設定温度より高い所定温度以上の場合は、中温水側を全開とし、中温水温度が任意の給湯設定温度より高い所定温度未満の場合は、湯温の安定を待つことなく混合湯温が任意の給湯設定温度より高い所定温度になるように中温水混合弁をフィードバック制御するようにしたものである。

又請求項２では、前記第１混合弁は、前記中温水混合弁のフィードバック制御中で、混合湯温の目標温度と検出温度との差が所定温度以上の時には、フィードバック定数を大きくしてフィードバック制御されるものである。

以上のようにこの発明によれば、中温水混合弁を中温水温度が任意の給湯設定温度より高い所定温度以上の場合は、中温水側を全開とし、中温水温度が任意の給湯設定温度より高い所定温度未満の場合は、湯温の安定を待つことなく混合湯温が任意の給湯設定温度より高い所定温度になるように中温水混合弁をフィードバック制御するようにしたので、給湯開始時に給湯湯温の安定に関係なく、中温水戻し管側全開状態の中温水混合弁を中温水温度により、そのまま全開状態にしたり、直ぐにフィードバック制御して少しでも多くの中温水を使用するようにし、ヒートポンプユニットによる湯水の加熱を低温水から行わせることで、ＣＯＰを向上させることが出来るものである。

又請求項２では、前記第１混合弁は、前記中温水混合弁のフィードバック制御中で、混合湯温の目標温度と検出温度との差が所定温度以上の時には、フィードバック定数を大きくしてフィードバック制御することで、多少給湯温度は変動するが、上記中温水混合弁の制御と併用すれば、第１混合弁も給湯開始からしかも大きく駆動して、中温水の流出が更に大量になるものである。

次に、本発明の一実施形態の貯湯式給湯装置を図面に基づき説明する。
この貯湯式給湯装置は、時間帯別契約電力の電力単価が安価な深夜時間帯に湯水を沸き上げて貯湯し、この貯湯した湯水を給湯に用いるもので、１は湯水を貯湯する貯湯タンク２を備えた貯湯タンクユニット、３は貯湯タンク内の湯水を加熱するヒートポンプユニット、４は台所や洗面所等に設けられた第１給湯端たる給湯栓、５はこの給湯栓４の近傍に設けられた給湯リモコン、６は浴槽、７は浴室に設けられたふろリモコンである。

前記貯湯タンクユニット１の貯湯タンク２は、上端に出湯管８と、下端に給水管９とが接続され、さらに、下部にヒーポン往き管１０と、上部にヒーポン戻り管１１とか接続され、前記ヒートポンプユニット３によってヒーポン往き管１０から取り出した貯湯タンク２内の湯水を沸き上げてヒーポン戻り管１１から貯湯タンク２内に戻して貯湯され、給水管９からの給水により貯湯タンク２内の湯水が押し上げられて貯湯タンク２内上部の高温水が出湯管８から押し出されて給湯されるものである。

前記ヒートポンプユニット３は、圧縮機１２と凝縮器としての冷媒−水熱交換器１３と電子膨張弁１４と強制空冷式の蒸発器１５で構成されたヒートポンプ回路１６と、貯湯タンク２内の湯水を前記ヒーポン往き管１０およびヒーポン戻り管１１を介して冷媒−水熱交換器１３に循環させるヒーポン循環ポンプ１７と、それらの駆動を制御するヒーポン制御部１８とを備えており、ヒートポンプ回路１６内には冷媒として二酸化炭素が用いられて超臨界ヒートポンプサイクルを構成しているものである。なお、冷媒に二酸化炭素を用いているので、低温水を電熱ヒータなしで約９０℃の高温まで沸き上げることが可能なものである。

ここで、前記冷媒−水熱交換器１３は冷媒と被加熱水たる貯湯タンク２内の湯水とが対向して流れる対向流方式を採用しており、超臨界ヒートポンプサイクルでは熱交換時において冷媒は超臨界状態のまま凝縮されるため効率良く高温まで被加熱水を加熱することができ、被加熱水の冷媒−水熱交換器１３入口温度と冷媒の出口温度との温度差が一定になるように前記減圧器１４または圧縮機１２を制御することで、被加熱水の冷媒−水熱交換器１３の入口温度が５〜２０℃程度の低い温度であるとＣＯＰが３．０以上のとても良い状態で被加熱水を加熱することが可能なものである。

１９は前記浴槽６の湯水を加熱するための熱交換器で、その一次側には貯湯タンク２上部に接続された高温水往き管２０と貯湯タンク２下部に接続された中温水戻り管２１とが接続されて熱交循環回路２２を構成し、中温水戻り管２１途中に設けられた熱交循環ポンプ２３の作動により貯湯タンク２から取り出した高温水を熱交換器１９に循環させ、熱交換により温度低下した中温水を再び貯湯タンク２内に戻すものである。

前記熱交換器１９の二次側には、浴槽６の湯水を循環可能にふろ往き管２４とふろ戻り管２５より構成されるふろ循環回路２６が接続され、ふろ戻り管２５途中に設けられたふろ循環ポンプ２７の作動により浴槽６の湯水が熱交換器１９に循環されて、一次側の高温水により加熱されて浴槽６内の湯水の保温あるいは追焚きが行われるものである。なお、２８はふろ戻り管２５を循環する浴槽６の湯水の温度を検出するふろ温度センサである。

２９は前記中温水戻り管２１より高く前記出湯管８より低い貯湯タンク２の中間位置に接続された中温水出湯管で、前記熱交換器１９で二次側と熱交換して温度低下した中温水を貯湯タンク２から出湯するものである。

３０は前記中温水出湯管２９の下流に設けられた中温水混合弁で、貯湯タンク２中間位置付近の中温水と貯湯タンク２上端に接続された出湯管８からの高温水とを、その下流の第１出湯管３１に設けた出湯温度センサ３２で検出する湯温が、給湯リモコン５またはふろリモコン７でユーザーが設定した給湯設定温度（第１給湯設定温度）またはふろ設定温度（第２給湯設定温度）より一定温度（例えば５℃）高い温度である任意の所定温度になるように混合比率をフィードバック制御するものである。

ここで、前記中温水出湯管２９が接続している貯湯タンク２の中間位置付近に貯められいる中温水温度を検出する中温水温度センサ３３が備えられており、この中温水温度センサ３３が給湯開始時、給湯リモコン５またはふろリモコン７でユーザーが設定した給湯設定温度（第１給湯設定温度）またはふろ設定温度（第２給湯設定温度）より一定温度（例えば５℃）高い温度である任意の所定温度以上を検出する場合は、中温水混合弁３０を中温水出湯管２９側全開状態とし、又給湯リモコン５またはふろリモコン７でユーザーが設定した給湯設定温度（第１給湯設定温度）またはふろ設定温度（第２給湯設定温度）より一定温度（例えば５℃）高い温度である任意の所定温度未満を検出する場合は、湯温の安定を待つことなく混合湯温が任意の給湯設定温度より高い所定温度になるように中温水混合弁３０を上記のようにフィードバック制御するものである。

次に、３４は第１出湯管３１からの湯水と給水管９から分岐された第１バイパス管３５からの低温水を混合する電動ミキシング弁より構成された給湯混合弁（第１混合弁）であり、その下流の給湯管３６に設けた給湯温度センサ３７で検出した湯温が給湯リモコン５またはふろリモコン７でユーザーが設定した給湯設定温度になるように混合比率をフィードバック制御するものであるが、前記中温水混合弁３０のフィードバック制御中では、混合湯温の目標温度と給湯温度センサ３７による検出温度との差が所定温度以上ここでは２℃以上の時には、フィードバック定数を大きくしてフィードバック制御するようにして、中温水を更に多く使用されるようにしたものである。

また、３８は前記第１出湯管３１から分岐された第２出湯管３９からの湯水と、給水管９から分岐された第２バイパス管４０からの低温水とを混合する電動ミキシング弁より構成されたふろ混合弁（第２混合弁）であり、その下流側の前記ふろ循環回路２６に連通された第２給湯端たる湯張り管４１に設けた湯張り温度センサ４２で検出した湯温がふろリモコン７でユーザーが設定したふろ設定温度になるように混合比率をフィードバック制御するものである。

そして、前記湯張り管４１には、ふろ循環回路２６を介した浴槽６への湯張りの開始／停止を行う湯張り弁４３と、浴槽６への湯張り量をカウントするふろ流量カウンタ４４が設けられているものである。

次に、４５は貯湯タンク２の上下方向に複数個配置された貯湯温度センサで、この貯湯温度センサ４５が検出する温度情報によって、貯湯タンク２内にどれだけの熱量が残っているかを検知し、そして貯湯タンク２内の上下方向の温度分布を検知するものである。

前記給湯リモコン５およびふろリモコン７には、給湯設定温度（第１給湯設定温度）を設定する給湯温度設定スイッチ４６、４７、およびふろ設定温度（第２給湯設定温度）を設定するふろ温度設定スイッチ４８、４９がそれぞれ設けられていると共に、浴槽６へふろ設定温度（第２給湯設定温度）の湯をふろリモコン７の湯張り量設定スイッチ（図示せず）で設定された湯張り量だけ湯張りし所定時間保温させるふろ自動スイッチ５０、５１がそれぞれ設けられているものである。

５２は貯湯タンクユニット１内の各センサの入力を受け各アクチュエータの駆動を制御するマイコンを有した給湯制御部である。この給湯制御部５２に前記給湯リモコン５およびふろリモコン７が無線または有線により接続されユーザーが任意の給湯設定温度（第１給湯設定温度）およびふろ設定温度（第２給湯設定温度）を設定できるようにしているものである。

なお、５３は貯湯タンク２の過圧を逃す過圧逃し弁、５４は給水の温度を検出する給水温度センサ、５５は給水の圧力を減圧する減圧弁、５６は給湯する湯水の量をカウントする給湯流量カウンタである。

次に、この一実施形態の作動を説明する。
まず、図２に示す沸き上げ運転について説明すると、深夜電力時間帯になって貯湯温度センサ４５が貯湯タンク２内に翌日に必要な熱量が残っていないことを検出すると、給湯制御部５２はヒーポン制御部１８に対して沸き上げ開始指令を発する。指令を受けたヒーポン制御部１８は圧縮機１２を起動した後にヒーポン循環ポンプ１７を駆動開始し、貯湯タンク２下部に接続されたヒーポン往き管１０から取り出した５〜２０℃程度の低温水を冷媒−水熱交換器１３で７０〜９０℃程度の高温に加熱し、貯湯タンク２上部に接続されたヒーポン戻り管１１から貯湯タンク２内に戻し、貯湯タンク２の上部から順次積層して高温水を貯湯していく。貯湯温度センサ４５が必要な熱量が貯湯されたことを検出すると、給湯制御部５２はヒーポン制御部１８に対して沸き上げ停止指令を発し、ヒーポン制御部１８は圧縮機１２を停止すると共にヒーポン循環ポンプ１７も停止して沸き上げ動作を終了するものである。

次に、貯湯タンク２内に中温水が貯められた後の給湯運転について、図２のフローチャートに従って説明すれば、貯湯タンク２内の中間部分に中温水が貯められて中温水温度センサ３３が、この中温水温度をステップ５７で検出し、給湯リモコン５またはふろリモコン７でユーザーが設定した給湯設定温度（第１給湯設定温度）またはふろ設定温度（第２給湯設定温度）より一定温度（例えば５℃）高い温度である任意の所定温度以上を検出すれば、ＹＥＳでステップ５８に進み中温水混合弁３０を中温水出湯管２９側全開状態の１００％とし、又前記ステップ５７で給湯リモコン５またはふろリモコン７でユーザーが設定した給湯設定温度（第１給湯設定温度）またはふろ設定温度（第２給湯設定温度）より一定温度（例えば５℃）高い温度である任意の所定温度未満を検出した場合は、ＮＯでステップ５９に進み給湯の継続を確認し、ＹＥＳでステップ６０に進んで湯温の安定を待つことなく混合湯温が任意の給湯設定温度より高い所定温度になるように中温水混合弁３０を上記のようにフィードバック制御するものであり、ＮＯではステップ６１で中温水混合弁３０を湯１００％で停止させる。

更にこの中温水混合弁３０の下流側にある第１混合弁３４では図３のフローチャートに示す如く、ステップ６２で給湯中かを判断し、ＮＯではステップ６３に進み水１００％で駆動停止し、給湯継続中のＹＥＳではステップ６４に進んで中温水混合弁３０がフィードバック制御中かを判断して、ＹＥＳではステップ６５に進み混合湯温の目標温度と給湯温度センサ３７による検出温度との差が２℃以上かを判断し、ＹＥＳでステップ６６に進みフィードバック定数を大きくして、ステップ６７でフィードバック制御するものであり、又ステップ６４でフィードバック制御中止のＮＯ、及びステップ６５で温度差がそれ程無い時のＮＯで、ステップ６８に進み通常のフィードバック定数が選択されて、ステップ６７でフィードバック制御されるものである。

この発明の一実施形態の概略構成図。 中温水混合弁の駆動フローチャート。 第１混合弁の駆動フローチャート。

符号の説明

２ 貯湯タンク
３ ヒートポンプユニット
４ 給湯栓（第１給湯端）
８ 出湯管
９ 給水管
１９ 熱交換器
２０ 高温水往き管
２１ 中温水戻り管
２２ 熱交循環回路
２９ 中温水出湯管
３０ 中温水混合弁
３４ 第１混合弁
３５ 第１バイパス管

Claims (2)

1. 給水管が下端部に接続されていると共に貯湯している高温水を流出させる出湯管が上端部に接続されている貯湯タンクと、この貯湯タンク内の湯水を高温に加熱するヒートポンプユニットと、前記貯湯タンクの上部に接続された高温水往き管から取り出した高温水を循環させて熱交換器で放熱させ、生成された中温水を前記貯湯タンク下部に接続された中温水戻し管から戻すようにした熱交循環回路と、前記貯湯タンクの前記中温水戻し管よりも高く且つ前記出湯管よりも低い位置に接続され、熱交換により生成された中温水を前記貯湯タンクから流出させるための中温水出湯管と、前記出湯管からの高温水と前記中温水出湯管からの中温水を任意の給湯設定温度より所定温度高い湯温に混合する中温水混合弁と、前記中温水混合弁で混合された湯と前記給水管から分岐された第１バイパス管からの低温水とを任意の給湯設定温度に混合して第１給湯端から給湯させる第１混合弁とを備え、更に前記中温水混合弁は中温水温度が任意の給湯設定温度より高い所定温度以上の場合は、中温水側を全開とし、中温水温度が任意の給湯設定温度より高い所定温度未満の場合は、湯温の安定を待つことなく混合湯温が任意の給湯設定温度より高い所定温度になるように中温水混合弁をフィードバック制御する事を特徴とする貯湯式給湯装置。
2. 前記第１混合弁は、前記中温水混合弁のフィードバック制御中で、混合湯温の目標温度と検出温度との差が所定温度以上の時には、フィードバック定数を大きくしてフィードバック制御される事を特徴とする請求項１記載の貯湯式給湯装置。

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