JP2006118752A - 貯湯式給湯装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 消費電力の無駄を無くして、寒冷時における凍結防止を可能とする貯湯式給湯装置を提供する。
【解決手段】 貯湯式給湯装置において、第２循環回路１４０の第２循環ポンプ１４１の吐出側から第１循環回路１２０への接続を可能とする接続手段１４３、１４４を設け、制御装置１５０のうち、タンク制御部１５１は、ヒートポンプ１３０停止中に、第１循環回路１２０内の給湯水が凍結に至るおそれがある時に、接続手段１４３、１４４によって第２循環回路１４０を第１循環回路１２０へ接続して、第２循環ポンプ１４１を作動させるようにする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ヒートポンプを加熱手段として加熱された高温の湯を貯えると共に、この高温の湯を蛇口、風呂等に給湯、あるいは暖房装置等の加熱源に使用可能とする貯湯式給湯装置に関するものである。

従来の貯湯式給湯装置として、例えば特許文献1に示されるものが知られている。即ち、この貯湯式給湯装置は、下側から給湯水が補充され、上側に高温の湯を貯湯する貯湯タンクと、加熱手段としてのヒートポンプサイクル（圧縮機、冷媒水熱交換器、膨張弁、蒸発器を環状に接続した回路）と、貯湯タンクの下側から冷媒水熱交換器を通り貯湯タンクの上側に接続される環状の給湯用水配管と、給湯用水配管中に配設される循環ポンプとを有している。湯の沸き上げが必要な時は、貯湯タンク内の給湯水は循環ポンプによって給湯用水配管を循環して冷媒水熱交換器によって加熱され、高温の湯として貯湯タンクに貯湯される。この時、ヒートポンプサイクル（圧縮機）、循環ポンプは制御器によって制御される。そして、貯湯タンク内の高温の湯が蛇口、風呂等の給湯部で使用されるようになっている。

ここでは、貯湯タンクを迂回して循環ポンプによって給湯用水配管と冷媒水熱交換器との間を給湯水が循環可能となるバイパス手段（バイパス管および三方弁）を設け、寒冷時においてヒートポンプサイクルの停止中で給湯用水配管中の給湯水が凍結するおそれが生ずると、制御器はバイパス手段、ヒートポンプサイクル（圧縮機）および循環ポンプを作動させ、短時間で給湯用水配管中の給湯水を加熱して、凍結を防止するようにしている。
特開２００３−１３９３９２号公報

通常、上記のような貯湯式給湯装置においては、制御器は、常時貯湯タンク側（給湯時の温度調節や暖房装置等への出湯）を制御するタンク制御ユニットと、湯の沸き上げ時（特に深夜時間帯）にヒートポンプサイクル（圧縮機）、循環ポンプを制御するヒートポンプ制御ユニットに分かれており、各部作動用の電力は、タンク制御ユニットに供給され、更にタンク制御ユニットからヒートポンプ制御ユニットに供給される。

よって、上記制御器を有するものにおいて、特許文献1に記載の凍結防止の制御を行おうとすると（給湯水の温度を監視し、必要に応じて圧縮機および循環ポンプを作動させようとすると）、ヒートポンプ制御ユニットには常時電力を供給させていなければならなくなるので（ヒートポンプ制御ユニットにおける待機電力が生ずるので）、電力の無駄が生ずる。

本発明の目的は、上記点に鑑みてなされたもので、消費電力の無駄を無くして、寒冷時における凍結防止を可能とする貯湯式給湯装置を提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために、以下の技術的手段を採用する。

請求項１に記載の発明では、高温の湯および補充される給湯水を貯えると共に、高温の湯を出湯する貯湯タンク（１１０）と、貯湯タンク（１１０）内の給湯水を外部に流出させ、貯湯タンク（１１０）内の高温の湯側に戻す第１循環回路（１２０）と、第１循環回路（１２０）に配設される第１循環ポンプ（１３１）を有し、この第１循環ポンプ（１３１）によって循環される給湯水を加熱して高温の湯とするヒートポンプ（１３０）と、貯湯タンク（１１０）内の高温の湯を所定流体の加熱用として外部に流出させ、貯湯タンク（１１０）内の給湯水側に戻す第２循環回路（１４０）と、第２循環回路（１４０）内の高温の湯を循環させる第２循環ポンプ（１４１）と、電源（１６０）から電力が供給され、貯湯タンク（１１０）からの出湯および第２循環ポンプ（１４１）を制御するタンク制御部（１５１）、およびタンク制御部（１５１）を経由して電力が供給され、ヒートポンプ（１３０）を制御するヒートポンプ制御部（１５２）から成る制御装置（１５０）とを備える貯湯式給湯装置において、第２循環回路（１４０）の第２循環ポンプ（１４１）の吐出側から第１循環回路（１２０）への接続を可能とする接続手段（１４３、１４４）を設け、制御装置（１５０）のうち、タンク制御部（１５１）は、ヒートポンプ（１３０）停止中に、第１循環回路（１２０）内の給湯水が凍結に至るおそれがある時に、接続手段（１４３、１４４）によって第２循環回路（１４０）を第１循環回路（１２０）へ接続して、第２循環ポンプ（１４１）を作動させることを特徴としている。

これにより、第２循環回路（１４０）の高温の湯を第１循環回路（１２０）に流し、第１循環回路（１２０）内の給湯水を短時間で加熱することができるので、第１循環回路（１２０）における給湯水の凍結を防止することができる。

この時、ヒートポンプ（１３０）に設けられる第１循環ポンプ（１３１）は使用せずに第２循環ポンプ（１４１）を使用するようにしているため、給湯水を加熱（沸き上げ）する時以外は完全にヒートポンプ（１３０）を停止させることができる。即ち、給湯水を加熱（沸き上げ）する時以外はヒートポンプ制御部（１５２）への電力供給を停止することができ、凍結防止のためにヒートポンプ制御部（１５２）で消費される電力（凍結監視のために消費される待機電力）を無くすことができる。

請求項２に記載の発明では、接続手段（１４３、１４４）による接続、および第２循環ポンプ（１４１）の作動は、定期的に行われることを特徴としている。

これにより、第２循環ポンプ（１４１）の実質的な作動時間を低減することができる。

尚、上記各手段に付した括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示す。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態を図１に基づいて説明する。尚、図１は第１実施形態における貯湯式給湯装置（以下、給湯装置）１００の概略構成を示す模式図である。

給湯装置１００は、ヒートポンプ１３０によって加熱された高温の湯を貯める貯湯タンク１１０を有し、蛇口、シャワー、風呂等への給湯を行うと共に、貯湯タンク１１０内の高温の湯を用いた床暖房や風呂の追い焚き機能を有するものとしている。

貯湯タンク１１０は、耐食性に優れた金属製（例えばステンレス製）のタンクであり、外周部に図示しない断熱材が配置されており、高温の湯を長時間に渡って保温することができるようにしている。貯湯タンク１１０は縦長形状であり、その底面には導入口１１１が設けられ、この導入口１１１には貯湯タンク１１０内の下側部に給湯水（水道水）を導入する導入管１１０ａが接続されている。

一方、貯湯タンク１１０の上面には導出口１１２が設けられ、導出口１１２には貯湯タンク１１０内の高温の湯を導出するための導出管１１０ｂが接続されている。そして、導出管１１０ｂの出口側は蛇口、シャワー、風呂等へ接続されている。

また、導出管１１０ｂには、導入管１１０ａから分岐する配管１１０ｃが接続されており、導出管１１０ｂおよび配管１１０ｃの合流点には混合弁１１０ｄが配設されている。混合弁１１０ｄは合流点における導出管１１０ｂと配管１１０ｃとの開口面積比を調節することにより、導出管１１０ｂからの高温の湯と配管１１０ｃからの給湯水との混合比を調節できるようにしている。

尚、混合弁１１０ｄはサーボモータ等の駆動源により弁体を駆動して導出管１１０ｂおよび配管１１０ｃの開度を調節する電動弁であり、後述するタンク制御部１５１からの制御信号により作動すると共に、作動状態をタンク制御部１５１に出力するようにしている。

貯湯タンク１１０の底面には、貯湯タンク１１０内の下側部の給湯水を吐出する低温吐出口１１３が設けられ、貯湯タンク１１０の上面には、貯湯タンク１１０内の給湯水の上側部に湯を吸入する（貯える）高温吸入口１１４が設けられている。低温吐出口１１３と高温吸入口１１４とはヒートポンプ循環回路（本発明における第１循環回路に対応）１２０によって接続されている。そして、ヒートポンプ循環回路１２０の低温吐出口１１３側には水温サーミスタ１２１が設けられており、内部を流通する給湯水の温度信号を後述するタンク制御部１５１に出力するようにしている。

ヒートポンプ１３０は、上記ヒートポンプ循環回路１２０に配設される第１ポンプ（第１循環ポンプ）１３１と、周知のヒートポンプサイクル（圧縮機、冷媒水熱交換器１３２、膨張弁、蒸発器が環状に接続された回路であり詳細図示省略）とを有している。そして、ヒートポンプ循環回路１２０が、ヒートポンプサイクルの冷媒水熱交換器１３２の水側を流通するようにしている。よって、第１ポンプ１３１によってヒートポンプ循環回路１２０を流通する給湯水は、冷媒水熱交換器１３２によって加熱され高温の湯となって（沸き上げされて）、高温吸入口１１４から貯湯タンク１１０内に貯められる。

尚、ヒートポンプ１３０の第１ポンプ１３１、圧縮機は、回転数可変のものであって、後述するヒートポンプ制御部１５２からの制御信号により作動すると共に、作動状態をヒートポンプ制御部１５２に出力するようにしている。

因みに、ヒートポンプサイクルは、ここでは冷媒として二酸化炭素を用いて、冷媒を臨界圧力以上に圧縮するようにしている。従って、この超臨界域を用いることで圧縮機からの冷媒吐出温度を高くすることができ、フロン冷媒等を採用した場合より高温の湯（例えば９０℃）を効率良く沸き上げることが可能である。

貯湯タンク１１０の上面および底面には、更に高温吐出口１１５、低温吸入口１１６がそれぞれ設けられており、この高温吐出口１１５と低温吸入口１１６とは加熱用循環回路（本発明における第２循環回路に対応）１４０によって接続されている。この加熱用循環回路１４０には第２ポンプ（第２循環ポンプ）１４１が設けられており、第２ポンプ１４１の作動によって、高温吐出口１１５から高温の湯が吐出され、低温吸入口１１６（給湯水側）に戻されるようにしている。

尚、第２ポンプ１４１は回転数可変式のポンプとしており、後述するタンク制御部１５１からの制御信号によって加熱用循環回路１４０内の循環流量を可変可能として作動すると共に、作動状態をタンク制御部１５１に出力するようにしている。

そして、加熱用循環回路１４０の途中には熱交換器１４２が配設されている。熱交換器１４２は対向流型の熱交換器としており、加熱用循環回路１４０を流れる高温の湯と、第３ポンプ１４６によって循環回路１４５を流れる床暖房用水あるいは風呂の残り湯（本発明における所定流体に対応）との間で熱交換を行い、床暖房用水あるいは残り湯を加熱するようにしている。

尚、第３ポンプ１４６は上記第２ポンプ１４１と同様に、回転数可変式のポンプとしており、後述するタンク制御部１５１からの制御信号によって循環回路１４５内の循環流量を可変可能として作動すると共に、作動状態をタンク制御部１５１に出力するようにしている。

本発明においては、上記加熱用循環回路１４０の第２ポンプ１４１の吐出側からヒートポンプ循環回路１２０に接続可能とする接続手段を設けている。ここでは、接続手段は分岐流路１４３と切替え弁１４４とから成るようにしている。

即ち、分岐流路１４３は、加熱用循環回路１４０の第２ポンプ１４１の吐出側から分岐してヒートポンプ循環回路１２０の低温吐出口１１３側に接続される流路としている。そして、分岐流路１４３の分岐点に切替え弁１４４を配設している。切替え弁１４４は、貯湯タンク１１０側とヒートポンプ循環回路１２０側との開口面積比（開度）を調節することにより、熱交換器１４２を通過した高温の湯の貯湯タンク１１０あるいはヒートポンプ循環回路１２０への流量比を調節できるものとしている。

制御装置１５０は、タンク制御部１５１、ヒートポンプ制御部１５２、リモコン１５３から成る。タンク制御部１５１は、電源１６０から供給される電力によって作動し、給湯および床暖房、風呂の追い焚き等の制御を行う。具体的には、ユーザがリモコン１５３に入力する給湯設定温度信号、床暖房設定温度信号、追い焚き設定温度信号等に基づいて、給湯時には混合弁１１０ｄの作動を、また、床暖房作動時あるいは風呂の追い焚き実施時には第２ポンプ１４１、第３ポンプ１４６の作動を制御するようにしている。加えて、水温サーミスタ１２１からの温度信号に基づいて、切替え弁１４４および第２ポンプ１４１の作動を制御（本発明の凍結防止制御であり、詳細後述）する。

また、ヒートポンプ制御部１５２は、電源１６０からタンク制御部１５１を経由して供給される電力によって作動し、沸き上げの制御を行う。具体的には、貯湯タンク１１０内の高温の湯の熱量に応じて、タンク制御部１５１から電力が供給され作動すると共に、ヒートポンプ１３０（第１ポンプ１３１、ヒートポンプサイクルの圧縮機）の作動を制御する。

次に、上記構成に基づく給湯装置１００の作動を説明する。まず、ユーザが蛇口、シャワー、風呂等で湯を使用すると、制御装置１５０のタンク制御部１５１は、混合弁１１０ｂの開口面積比を調節し、高温の湯と給湯水との混合比を調節して、導出管１１０ｂの先端部から出湯する湯の温度が給湯設定温度になるようにする。

また、ユーザが床暖房を使用、あるいは風呂の追い炊きを行うと、タンク制御部１５１は、切替え弁１４４の貯湯タンク１１０側を開き（ヒートポンプ循環回路１２０側を閉じる）、第２ポンプ１４１を作動させ、加熱用循環回路１４０（熱交換器１４２）に高温の湯を循環させる。そして、第３ポンプ１４６を作動させ、循環回路１４５内の床暖房用水あるいは残り湯を加熱して、床暖房あるいは風呂の追い焚きを行う。

上記のように貯湯タンク１１０内の高温の湯が使用される中で（高温の湯が使用された分、導入管１１０ａから給湯水が補充される）、タンク制御部１５１は、主に電力料金の安価な深夜の時間帯（例えば、当日の２３時から翌日の７時）に、ヒートポンプ制御部１５２に電力を供給して、ヒートポンプ制御部１５２を作動させる。すると、ヒートポンプ制御部１５２は、ヒートポンプ１３０（第１ポンプ１３１、圧縮機）を作動させ貯湯タンク１１０内の給湯水を加熱して高温の湯として貯湯タンク１１０内に貯える（湯の沸き上げを行う）。尚、深夜の時間帯外でも貯湯タンク１１０内の高温の湯の熱量が所定熱量以下になると、タンク制御部１５１は、上記と同様にヒートポンプ制御部１５２を作動させ、ヒートポンプ制御部１５２は、ヒートポンプ１３０を作動させ、湯の沸き増しを行う。

ところで、ヒートポンプ１３０は、内部の蒸発器によって外気から吸熱して、その熱を冷媒水熱交換器１３２に移動させるものであるので、通常屋外に設置される。よって、ヒートポンプ１３０（冷媒水熱交換器１３２）に接続されるヒートポンプ循環回路１２０の一部（あるいは大半）は、屋外に晒されることになり、寒冷時のヒートポンプ１３０停止中に内部給湯水の凍結のおそれが生ずる。本発明においては、タンク制御部１５１によって凍結防止の制御が行われる。

即ち、ヒートポンプ１３０停止中に、水温サーミスタ１２１によって得られるヒートポンプ循環回路１２０内の給湯水温度が、予め定めた所定温度（例えば３℃）以下となると、タンク制御部１５１は、切替え弁１４４の貯湯タンク１１０側を閉じ、ヒートポンプ循環回路１２０側を開くように開度を調節する。そして、第２ポンプ１４１を作動させる。

これにより、加熱用循環回路１４０はヒートポンプ循環回路１２０に接続され、第２ポンプ１４１の作動により加熱用循環回路１４０の高温の湯をヒートポンプ循環回路１２０に流すことができる。よって、凍結のおそれがある寒冷時でも、ヒートポンプ循環回路１２０内の給湯水を短時間で加熱することができるので、ヒートポンプ循環回路１２０における給湯水の凍結を防止することができる。

この時、ヒートポンプ１３０に設けられる第１ポンプ１３１は使用せずに第２ポンプ１４１を使用するようにしているため、給湯水の沸き上げ、あるいは沸き増しを行う時以外は完全にヒートポンプ１３０を停止させることができる。即ち、給湯水の沸き上げ、沸き増し時以外はヒートポンプ制御部１５２への電力供給を停止することができ、凍結防止のためにヒートポンプ制御部１５２で消費される電力（凍結監視のために消費される待機電力）を無くすことができる。

尚、上記凍結防止の制御において、切替え弁１４４、第２ポンプ１４１を作動させるタイミングを所定温度（例えば３℃）よりも高い側の値（例えば５℃〜７℃）にして、定期的に（所定間隔で）所定時間ずつ作動させるようにしても良く、所定間隔、所定時間の適切な設定により、第２ポンプ１４１の実質的な作動時間を低減することができる。

また、床暖房や風呂の追い焚きのために加熱用循環回路１４０を作動させている時に凍結防止制御が必要となった場合は、切替え弁１４４の貯湯タンク１１０側とヒートポンプ循環回路１２０側とが任意の開口面積比で開くように調節するようにすれば良い。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態を図２に示す。第２実施形態は、上記第１実施形態に対して、接続手段を変更したものである。

ここでは、上記第１実施形態における低温吸入口１１６を廃止して、加熱用循環回路１４０の第２ポンプ１４１下流側をヒートポンプ循環回路１２０の低温吐出口１１３側に接続し、ヒートポンプ循環回路１２０と加熱用循環回路１４０との接続点に切替え弁１４４ａを設けている。尚、本第２実施形態では切替え弁１４４ａが接続手段に対応する。

切替え弁１４４ａは、タンク制御部１５１によって制御され、以下のように作動するようにしている。即ち、図２中において各循環回路１２０、１４０の各部位をａ部、ｂ部、ｃ部とした時に、ヒートポンプ１３０作動時には、切替え弁１４４ａは、ａ、ｂ部側を開き、ｃ部側を閉じ、ヒートポンプ１３０による湯の沸き上げを可能とする。また、加熱用循環回路１４０作動時には、切替え弁１４４ａは、ａ、ｃ部側を開き、ｂ部側を閉じ、床暖房用水の加熱あるいは風呂の残り湯の追い焚きを可能とする。尚、ヒートポンプ１３０および加熱用循環回路１４０の同時作動時には、切替え弁１４４ａは、ａ、ｂ、ｃ部側の３者を開き、各部の開口面積比を任意に調節するように作動する。

そして、凍結防止制御時には、切替え弁１４４ａは、ｂ、ｃ部側を開き、ａ部側を閉じる（あるいは、ａ、ｂ、ｃ部側の３者を開き、各部の開口面積比を任意に調節する）ように作動する。即ち、加熱用循環回路１４０がヒートポンプ循環回路１２０に接続されるように作動する。併せて、タンク制御部１５１によって第２ポンプ１４１が作動される。

これにより、加熱用循環回路１４０の高温の湯をヒートポンプ循環回路１２０に流すことができ、上記第１実施形態と同様にヒートポンプ制御部１５２での待機電力を無くして、給湯水の凍結防止を防止できる。

また、上記第１実施形態における切替え弁１４４から低温吸入口１１６への配管を廃止でき、簡略化できる。

（その他の実施形態）
上記第１、第２実施形態に対して、加熱用循環回路１４０を循環する高温の湯は、床暖房や風呂の追い焚きに代えて浴室乾燥機等の加熱源として使用されるものとしても良い。

また、ヒートポンプ１３０の冷媒として二酸化炭素を用いるものとしたが、これに限らず、フロン冷媒（Ｒ４１０等）を用いるものとしても良い。

本発明の第１実施形態における貯湯式給湯装置の概略構成を示す模式図である。 本発明の第２実施形態における貯湯式給湯装置の概略構成を示す模式図である。

符号の説明

１００ 貯湯式給湯装置
１１０ 貯湯タンク
１２０ ヒートポンプ循環回路（第１循環回路）
１３０ ヒートポンプ
１３１ 第１ポンプ（第１循環ポンプ）
１４０ 加熱用循環回路（第２循環回路）
１４１ 第２ポンプ（第２循環ポンプ）
１４３ 分岐流路（接続手段）
１４４ 切替え弁（接続手段）
１５０ 制御装置
１５１ タンク制御部
１５２ ヒートポンプ制御部
１６０ 電源

Claims (2)

1. 高温の湯および補充される給湯水を貯えると共に、前記高温の湯を出湯する貯湯タンク（１１０）と、
   前記貯湯タンク（１１０）内の前記給湯水を外部に流出させ、前記貯湯タンク（１１０）内の前記高温の湯側に戻す第１循環回路（１２０）と、
   前記第１循環回路（１２０）に配設される第１循環ポンプ（１３１）を有し、この第１循環ポンプ（１３１）によって循環される前記給湯水を加熱して前記高温の湯とするヒートポンプ（１３０）と、
   前記貯湯タンク（１１０）内の高温の湯を所定流体の加熱用として外部に流出させ、前記貯湯タンク（１１０）内の前記給湯水側に戻す第２循環回路（１４０）と、
   前記第２循環回路（１４０）内の前記高温の湯を循環させる第２循環ポンプ（１４１）と、
   電源（１６０）から電力が供給され、前記貯湯タンク（１１０）からの出湯および前記第２循環ポンプ（１４１）を制御するタンク制御部（１５１）、および前記タンク制御部（１５１）を経由して前記電力が供給され、前記ヒートポンプ（１３０）を制御するヒートポンプ制御部（１５２）から成る制御装置（１５０）とを備える貯湯式給湯装置において、
   前記第２循環回路（１４０）の前記第２循環ポンプ（１４１）の吐出側から前記第１循環回路（１２０）への接続を可能とする接続手段（１４３、１４４）を設け、
   前記制御装置（１５０）のうち、前記タンク制御部（１５１）は、前記ヒートポンプ（１３０）停止中に、前記第１循環回路（１２０）内の前記給湯水が凍結に至るおそれがある時に、前記接続手段（１４３、１４４）によって前記第２循環回路（１４０）を前記第１循環回路（１２０）へ接続して、前記第２循環ポンプ（１４１）を作動させることを特徴とする貯湯式給湯装置。
2. 前記接続手段（１４３、１４４）による接続、および前記第２循環ポンプ（１４１）の作動は、定期的に行われることを特徴とする請求項１に記載の貯湯式給湯装置。

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