JP2010019477A

JP2010019477A - 貯湯式給湯暖房装置

Info

Publication number: JP2010019477A
Application number: JP2008179675A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Nomura; 佳広野村; Masanori Ueda; 真典上田
Original assignee: Corona Corp
Current assignee: Corona Corp
Priority date: 2008-07-10
Filing date: 2008-07-10
Publication date: 2010-01-28
Anticipated expiration: 2028-07-10
Also published as: JP5087484B2

Abstract

【課題】貯湯式給湯暖房装置において、加熱手段の凍結予防運転を最小の熱ロスで確実に完遂できるようにする。
【解決手段】暖房用熱交換器３で放熱した湯水を加熱手段２を経由せずに貯湯タンク１に戻す主暖房戻し経路２１と、加熱手段２を経由して戻す副暖房戻し経路１４、１６、２４と、放熱後の湯水を主暖房戻し経路２１経由で戻すか、副暖房戻し経路１４、１６、２４を経由して戻すかを切り換える切換弁２３、２５とを備え、制御手段２８は、暖房運転中は切換弁２３、２５を主暖房戻し経路２１側に切り換えると共に、暖房運転中に凍結予防運転を行う必要が生じた時には切換弁２３、２５を副暖房戻し経路１４、１６、２４側に切り換えて、放熱後の湯水を加熱手段２に循環させ、所定の循環時間経過後に切換弁２３、２５を主暖房戻し経路２１側に戻すように制御し、所定の循環時間を暖房循環ポンプ１５の回転数に応じて変更するようにした。
【選択図】図８

Description

本発明は、給湯用の貯湯温水を暖房用の熱源とした貯湯式給湯暖房装置の凍結予防運転に関するものである。

従来より、この種の貯湯式給湯暖房装置においては、本願出願人が先に出願した図１５に示すようなものが提案されている（特許文献１の図１２参照）。
この貯湯式給湯暖房装置においては、給湯用の湯水を貯湯する貯湯タンク１０１と、この貯湯タンク１０１内の湯水を循環して加熱する加熱手段１０２と、前記貯湯タンク１０１の湯水を１次側の熱源として２次側の暖房循環水を加熱するための暖房用熱交換器１０３と、前記貯湯タンク１０１上部の湯水を前記暖房用熱交換器１０３へ循環させる暖房循環ポンプ１０４と、前記暖房用熱交換器１０３で放熱した１次側の湯水を前記加熱手段１０２を経由せずに前記貯湯タンク１０１に戻す主暖房戻し経路１０５と、前記暖房用熱交換器１０３で放熱した１次側の湯水を前記加熱手段１０２を経由して前記貯湯タンク１０１に戻す副暖房戻し経路１０６と、前記暖房用熱交換器１０３で放熱した１次側の湯水を前記加熱手段１０２を経由せず前記主暖房戻し経路１０５経由で前記貯湯タンク１０１に戻すか、前記副暖房戻し経路１０６と前記加熱手段１０２を経由して前記貯湯タンク１０１へ戻すかを切り換える切換弁１０７と、これらを制御する制御手段１０８とを備え、前記制御手段１０８は、暖房運転中は前記切換弁１０７を前記主暖房戻し経路１０５を経由する側に切り換えて前記貯湯タンク１０１内の湯水を前記暖房用熱交換器１０３へ循環させるようにすると共に、暖房運転中に前記加熱手段１０２の凍結予防運転を行う必要が生じた時には前記切換弁１０７を前記加熱手段１０２と前記副暖房戻し経路１０６とを経由する側に切り換えて、前記暖房用熱交換器１０３で放熱した後の湯水を前記加熱手段１０２に循環させ、一定時間経過後に前記切換弁１０７を前記主暖房戻し経路１０５を経由する側に戻すように制御するようにしたものであった。
特願２００７−６８８７７号

この従来のものでは、加熱手段１０２の凍結予防運転において、暖房用熱交換器１０３で温度低下した一次側の湯水を加熱手段１０２へ流すことによって、比較的暖かい湯水を循環させることで効率的に凍結予防運転を行おうとしているものであるが、凍結予防運転のために加熱手段１０２へ循環を行う時間が一定時間で固定されており、凍結予防運転に本当に必要な循環時間を超えて湯水が循環されるため、無駄な放熱を行うこととなり、貯湯タンク１０１の貯湯熱量を無駄に消費してしまうという課題があった。

そのため、この一定時間を必要最小限の循環時間になるように予め実験等によって決定しておけば無駄な放熱をなくせるが、加熱手段１０２へ湯水を循環させる暖房用循環ポンプ１０４の回転数が変われば必要最小限の循環時間が変わり、過剰に循環して熱ロスを多く発生したり、過小に循環して凍結予防運転を完遂できない場合が発生したりすることが考えられた。

そこで、本発明は、加熱手段の凍結予防運転を最小の熱ロスで確実に完遂できるようにすることを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するために、請求項１では、給湯用の湯水を貯湯する貯湯タンクと、この貯湯タンク内の湯水を循環して加熱する加熱手段と、前記貯湯タンクの湯水を１次側の熱源として２次側の暖房循環水を加熱するための暖房用熱交換器と、前記貯湯タンク上部の湯水を前記暖房用熱交換器へ循環させる暖房循環ポンプと、前記暖房用熱交換器で放熱した１次側の湯水を前記加熱手段を経由せずに前記貯湯タンクに戻す主暖房戻し経路と、前記暖房用熱交換器で放熱した１次側の湯水を前記加熱手段を経由して前記貯湯タンクに戻す副暖房戻し経路と、前記暖房用熱交換器で放熱した１次側の湯水を前記加熱手段を経由せず前記主暖房戻し経路経由で前記貯湯タンクに戻すか、前記副暖房戻し経路と前記加熱手段を経由して前記貯湯タンクへ戻すかを切り換える切換弁と、これらを制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、暖房運転中は前記切換弁を前記主暖房戻し経路を経由する側に切り換えて前記貯湯タンク内の湯水を前記暖房用熱交換器へ循環させるようにすると共に、暖房運転中に前記加熱手段の凍結予防運転を行う必要が生じた時には前記切換弁を前記加熱手段と前記副暖房戻し経路とを経由する側に切り換えて、前記暖房用熱交換器で放熱した後の湯水を前記加熱手段に循環させ、所定の循環時間経過後に前記切換弁を前記主暖房戻し経路を経由する側に戻すように制御し、前記所定の循環時間を前記暖房循環ポンプの回転数に応じて変更するようにした。

また、請求項２では、前記制御手段は、前記暖房循環ポンプの回転数毎に対応した所定時間を予め記憶しており、暖房運転中に前記加熱手段の凍結予防運転を行う必要が生じて前記切換弁を前記加熱手段と前記副暖房戻し経路を経由する側に切り換えた後に前記暖房循環ポンプの回転数が変更された場合は、変更前の回転数での所定時間の進捗度合を算出し、変更後の回転数での所定時間に進捗度合を乗じた値を変更後の回転数での所定時間から差し引いた残り時間を所定の循環時間とするようにした。

以上のように本発明によれば、暖房負荷の変動等によって暖房循環ポンプの回転数が変動しても、この回転数に応じた所定の循環時間だけ加熱手段に湯水が循環されるため、暖房循環ポンプの回転数が変更可能なものであっても、加熱手段の凍結予防運転を最小の熱ロスで確実に完遂できる。

また、加熱手段へ湯水を循環する凍結予防運転中に暖房負荷の変動等によって暖房循環ポンプの回転数が変動しても、それまでの回転数での進捗度合からそれ以後の残り時間を算出するため、回転数の途中変更があっても、加熱手段の凍結予防運転を最小の熱ロスで確実に完遂できる。

次に、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１に示すように、１は湯水を貯湯する貯湯タンク、２は貯湯タンク１内の湯水を加熱するヒートポンプ式の加熱手段、３は貯湯タンク１内の湯水を用いて２次側の暖房用循環水を加熱するための暖房用熱交換器、４は床暖房パネル等の暖房負荷（図示せず）に暖房用循環水が循環可能に接続された暖房用熱交換器３の２次側の２次側暖房循環回路、５は２次側暖房循環回路４に設けられた２次側暖房循環ポンプである。

ここで、前記ヒートポンプ式加熱手段２について詳述すると、圧縮機（図示せず）、貯湯タンク１内の温水を加熱するガスクーラとしての水冷媒熱交換器（図示せず）、減圧器（図示せず）、蒸発器としての空気熱交換器（図示せず）が環状に接続され、冷媒として二酸化炭素が封入され、高圧側で超臨界状態となる超臨界蒸気圧縮ヒートポンプサイクルを形成しているものである。

６は貯湯タンク１の底部へ市水を供給する入水管、７は貯湯タンク１の上部から湯水を出湯する出湯管、８は貯湯タンク１の中間部から湯水を出湯する中間出湯管、９は出湯管７と中間出湯管８の湯水を適温に混合する中間混合弁、１０は中間混合弁９からの湯水を給湯する中間給湯管、１１は入水管６から分岐された給水管、１２は中間給湯管１０からの湯水と給水管１１からの市水を設定温度に混合する給湯混合弁、１３は給湯混合弁１２からの湯水を給湯する給湯管である。

１４は貯湯タンク１の下部とヒートポンプ式加熱手段２の入口とを接続する第１管路、１５は第１管路１４途中に設けられ、貯湯タンク１下部の湯水をヒートポンプ式加熱手段２へ流通させると共に貯湯タンク１上部の湯水を暖房用熱交換器３へ流通させる循環ポンプ、１６はヒートポンプ式加熱手段２の出口と貯湯タンク２の上部とを接続する第２管路、１７は第２管路１６途中と暖房用熱交換器３の入口とを接続する第３管路である。なお、前記循環ポンプ１５は、ヒートポンプ式加熱手段２へ湯水を循環させる加熱用循環ポンプの役目と暖房用熱交換器３へ湯水を循環させる暖房用循環ポンプの役目を兼用する構成としている。

１８は第２管路１６と第３管路１７との接続点に設けられた第１三方弁で、前記第１三方弁１８は第３管路１７側のａポートか第２管路１６の貯湯タンク１側のｂポートの何れか一方を第２管路１６のヒートポンプ式加熱手段１２側のｃポートに選択的に接続可能とする構成とし、好ましくはｃポートからの温水をａポートとｂポートに任意に調節される比率でその流量を分配できる構成の分配弁とすることが望ましい。

１９は暖房用熱交換器３の出口と第１管路１４の循環ポンプ１５よりも貯湯タンク１側とを接続する第４管路、２０は第４管路１９と第１管路１４との接続点に設けられた第２三方弁である。前記第２三方弁２０は第４管路１９側のａポートか第１管路１４の貯湯タンク１側のｂポートの何れか一方を第１管路１４の循環ポンプ１５の吸入側のｃポートに選択的に接続可能とする構成としている。

２１は第１管路１４の循環ポンプ１５よりもヒートポンプ式加熱手段２側と貯湯タンク１の下部とを接続する第５管路、２２は第４管路１９途中と第５管路２１途中とを接続する第６管で、前記第５管路２１は暖房用熱交換器３で放熱した１次側の湯水を加熱手段２を経由せずに貯湯タンク１に戻す主暖房戻し経路として機能しているものである。

２３は第５管路２１と第６管路２２との接続点に設けられた第３三方弁で、前記第３三方弁２３は第６管路２２側のａポートか第５管路２１の貯湯タンク１側のｂポートの何れか一方を第５管路２１の循環ポンプ１５の吐出側のｃポートに選択的に接続可能とすると共に、ａポート、ｂポート、ｃポートの全てを同時に閉鎖可能な構成としている。

２４は第２管路１６途中から貯湯タンク１の下部と接続する第７管路、２５は第２管路１６と第７管路２４の接続点に設けられた第４三方弁である。前記第４三方弁２５は第２管路１６の貯湯タンク１側のａポートか第７管路２４側のｂポートの何れか一方を第２管路１６のヒートポンプ式加熱手段２側のｃポートに選択的に接続可能とすると共に、ａポート、ｂポート、ｃポートの全てを同時に閉鎖可能な構成としている。なお、前記第７管路２４は前記入水管６と一部共用した構成としていることが望ましい。

前記第１管路１４の循環ポンプ１５より下流側の第５管路２１との分岐点より加熱手段２側と、前記第２管路１６の加熱手段２から第４三方弁２５の間と、前記第７管路２４で暖房用熱交換器３で放熱した１次側の湯水を加熱手段２を経由して貯湯タンク１に戻す副暖房戻し経路として機能しているものである。

そして、前記第３三方弁２３および第４三方弁２５が、暖房用熱交換器３で放熱した１次側の湯水を加熱手段２を経由せず主暖房戻し経路経由で貯湯タンク１に戻すか、副暖房戻し経路と加熱手段２を経由して貯湯タンク２へ戻すかを切り換える切換弁として機能しているものである。

２６は第２管路１６の第１三方弁１８よりも貯湯タンク１側から分岐され貯湯タンク１の中間部に接続される第８管路、２７は第２管路１６と第８管路２６との接続点に設けられた第５三方弁である。前記第５三方弁２７は第２管路１６のヒートポンプ式加熱手段２側のｃポートを第２管路１６の貯湯タンク１側のａポートか第８管路２６側のｂポートの何れか一方に選択的に接続すると共に、ａポートとｂポートの両方を同時に閉鎖可能な構成としている。

２８は、記憶演算可能なマイクロコンピュータを備え、予め記憶されたプログラムに基づいてこれらの構成を制御する制御手段で、後述する貯湯運転、給湯運転、暖房運転、凍結予防運転を行わせるものである。

次に、この一実施形態の作動について説明する。
図２はヒートポンプ式加熱手段２の起動時（ＨＰ立上げ運転）の作動を説明する図であり、第２三方弁２０をｂポートとｃポートが連通するようにし、第３三方弁２３を全てのポートが閉じる全閉状態とし、第４三方弁２５をｃポートとｂポートが連通するようにすると共に、ヒートポンプ式加熱手段２と循環ポンプ１５を駆動して、貯湯タンク１から取り出した湯水を第１管路１４を介して循環加熱し、第２管路１６と第７管路２４を介して貯湯タンク１の下部へ戻す。このＨＰ立上げ運転時においては、ヒートポンプ式加熱手段２の圧縮機を起動してからヒートポンプサイクルが安定してヒートポンプ式加熱手段２から出る実際に沸き上げた温水の温度が所望の温度まで上昇するのに５〜１０分程度の時間を要するが、その間に沸き上げた中途半端な温度の温水は貯湯タンク１の下部に戻される。このようにすることで貯湯タンク１内の上部に中途半端な温度の温水を供給することがない。

そして沸き上げた温水の温度が所望の温度になると、ＨＰ立上げ運転を終了し、図３に示す貯湯運転を行う。この貯湯運転では、ＨＰ立上げ運転状態から第４三方弁２５をｃポートとａポートが連通するようにし、第１三方弁１８をｃポートとｂポートが連通するようにし、第５三方弁２７をｃポートとａポートが連通するようにする。そして、循環ポンプ１５の作動により貯湯タンク１下部の低温水がヒートポンプ式加熱手段２によって所望の高温まで沸き上げられ、高温水は貯湯タンク１の上部から積層状に順次貯湯されていく。

次に、暖房運転を行う場合を説明する。図４は深夜時間帯に沸き上げられた貯湯タンク１内の高温水を用いて暖房を行う蓄暖運転を説明する図であり、第５三方弁２７をａポートとｃポートが連通するようにし、第１三方弁１８をａポートとｂポートが連通するようにし、第２三方弁２０をａポートとｃポートが連通するようにし、第３三方弁２３をｂポートとｃポートが連通するようにすると共に、循環ポンプ１５を駆動して、貯湯タンク１の上部の高温水を第２管路１６、第３管路１７、第４管路１９、第１管路１４、循環ポンプ１５、第５管路２１の順で流通させて貯湯タンク１の下部（あるいは中間部）へ戻し、暖房用熱交換器３の２次側の２次側暖房循環回路４へ熱を供給することで蓄暖運転を行う。

なお、当該運転に関係のない温水が循環してしまうことを防止するために、その運転に関連しない三方弁を適切な位置に設定しておくことが望ましく、ここでは、第４三方弁２５を全閉状態とすることで、不要な温水の循環を防ぐことが可能となり、効率の良い蓄暖運転を行うことが可能と共に、貯湯タンク１内の温水の温度成層状態を余計に乱してしまうことを防止することが可能となる。

ここで、制御手段２８は、暖房用熱交換器３の２次側の暖房循環水の温度が所定の往き温度になるように、循環ポンプ１５の回転数を制御するようにしており、実際の往き温度が所定の往き温度より高い場合は循環ポンプ１５の回転数を下げ、実際の往き温度が所定の往き温度より低い場合は循環ポンプ１５の回転数を上げるようにしている。すなわち、循環ポンプ１５の回転数は暖房負荷の変動に応じて変動するようにしているものである。

そして貯湯タンク１の側面に多数設けられた貯湯温度センサ（図示せず）によって検出される貯湯タンク１内の蓄熱量が所定値よりも少なくなると、ヒートポンプ式加熱手段２を起動して沸き上げた高温水を利用して暖房を行うようにしている。その際に、ヒートポンプ式加熱手段２の起動に時間がかかるため、ヒートポンプサイクルが立上がるまでの間は図５に示す蓄暖運転＋ＨＰ立上げ運転を行う。前記の蓄暖運転の状態から、第３三方弁１８をａポートとｂポートが連通するようにし、第４三方弁２５をｃポートとｂポートが連通するようし、第３三方弁２３を全てのポートが閉じる全閉状態にすると共に、ヒートポンプ式加熱手段２を起動する。

これにより、貯湯タンク１の上部の高温水は第２管路１６、第３管路１７、暖房用熱交換器３、第４管路１９、循環ポンプ１５、第１管路１４、ヒートポンプ式加熱手段２、第２管路１６、第７管路２４の順で流通して貯湯タンク１の下部へ戻され、暖房用熱交換器３で放熱した後の温水がヒートポンプ式加熱手段２に流入されて沸き上げられるため、ヒートポンプ式加熱手段２の入水温度が低くなってヒートポンプサイクルの高圧異常を引き起こすことなく、蓄暖運転とＨＰ立上げ運転が同時に効率よく行うことが可能となる。

そして、ヒートポンプ式加熱手段２で沸き上げた温水の温度が所定の温度以上に達すると蓄暖運転＋ＨＰ立上げ運転を終了し、図６に示すようにヒートポンプ式加熱手段２で沸き上げた高温水を直接暖房用熱交換器３へ流通させつつ貯湯運転を行う直暖運転＋貯湯運転を行う。

この図６に示す直暖運転＋貯湯運転では、先の蓄暖運転＋ＨＰ立上げ運転の状態から、第２三方弁２０をｂポートとｃポートが連通するようにし、第３三方弁２３をａポートとｃポートが連通するようにし、第４三方弁２５をｃポートとａポートが連通するようにして、貯湯タンク１下部の低温水を第１管路１４、循環ポンプ１５を流通してヒートポンプ式加熱手段２において所定の高温に沸き上げ、第２管路１６、第３管路１７、暖房用熱交換器３、第４管路１９、第６管路２２、第５管路２１の順で直接暖房用熱源として用いた後に貯湯タンク１の下部（あるいは中間部）に戻す一方で、ヒートポンプ式加熱手段２において所定の高温に沸き上げられた高温水は、前記第１三方弁１８によってその一部が分流して第１管路１６を貯湯タンク１の上部へ向かって流通し、貯湯タンク１の上部から積層状に貯湯される。

ここで、前記第１三方弁１８はａポート側の流量とｂポート側の流量の比率を調整できる分配弁としており、貯湯タンク１内の残熱量と暖房負荷の状態に応じてヒートポンプ式加熱手段２において沸き上げた高温水の分配の割合を変更可能とし、例えば、暖房負荷が比較的小さく、かつ残湯量が少ない場合には、第１三方弁１８のｂポート側の流量比率を大きくしてヒートポンプ式加熱手段２は定格能力で稼働しつつ、暖房出力は小さくして貯湯する熱量を多くすることができ、効率のよい運転が可能となる。

また、貯湯タンク１内の残湯量が最低量（給湯に必要な分）は確保されているものの暖房用としては貯湯タンク１内に熱量が確保されておらず、かつ暖房負荷が大きい場合には、図７に示すように直暖運転のみを行う。ここでは第１三方弁１８のｂポートを全閉、ａポートを全開とし、ヒートポンプ式加熱手段２で沸き上げた高温水が全て暖房用熱交換器３へ流通するようにしている。もし、暖房負荷が減少し、ヒートポンプ式加熱手段２の定格能力よりも下回った場合は、第１三方弁１８のｂポート側を開き、図６に示したように直暖運転＋貯湯運転を行うようにすると効率のよい運転が行える。

また、ここで、ヒートポンプ式加熱手段２は外気と熱交換可能に配置されるため、外気温度が低い場合にヒートポンプ式加熱手段２への湯水の循環回路が凍結する恐れがある。そのため、図４に示した蓄暖運転においては、凍結予防運転を行う必要が生じた時に定期的に所定循環時間だけ図８に示す蓄暖運転＋ＨＰ凍結予防運転を行うようにしている。

この蓄暖運転＋ＨＰ凍結予防運転について図４、図８、および図９のフローチャートに基づいて説明すると、図４の蓄暖運転の状態から、凍結予防運転の要求が発生すると（ステップＳ１）、第３三方弁２３を全てのポートを閉じる全閉状態とし、第４三方弁２５をｃポートとｂポートが連通するようにして、切換弁を副暖房戻し経路側へ切り換え（ステップＳ２）、図８に示す蓄暖運転＋ＨＰ凍結予防運転状態に切り換えて、暖房用熱交換器３で暖房に供されて温度低下した温水が第４管路１９、第１管路１４を流通してヒートポンプ式加熱手段２へ流入し、第２管路１６、第７管路２４を流通して貯湯タンク１の下部（あるいは中間部）へ戻されることによってヒートポンプ式加熱手段２およびそこへ至るまでの管路の凍結予防運転が行われる。

このように、暖房用熱交換器３で熱交換して温度低下した温水を用いてヒートポンプ式加熱手段２の凍結予防を行えるため、蓄暖運転を停止することなく、また暖房熱交換器３への供給残熱量によってＨＰ凍結予防運転が行えると共に、貯湯タンク１へ戻す温水の温度が低下し、次回の貯湯運転においてヒートポンプ式加熱手段２への供給水温を抑制できるため、沸き上げ効率も向上するものである。

そして、このとき、前記制御手段２８は、ステップＳ３で循環ポンプ１５の回転数からＨＰ凍結予防運転を継続する所定の循環時間を決定するもので、表１に示すような循環ポンプ１５の回転数毎に対応した所定時間を予め記憶しており、循環ポンプ１５の回転数が高いときは、所定の循環時間を短く、循環ポンプ１５の回転数が低いときには、所定の循環時間を長く設定している。このように、循環ポンプ１５の回転数に応じて所定の循環時間を変更することで、ヒートポンプ式加熱手段２へ温水を過不足なく一周させることができ、凍結予防運転を最小の熱ロスで確実に完遂できる。

なお、循環ポンプ１５の回転数に応じた所定時間は、表１に示したように、貯湯タンク１とヒートポンプ式加熱手段２の設置状況に応じてそれぞれ記憶されており、貯湯タンク１とヒートポンプ式加熱手段２の接続距離が所定距離以内で、所定の高低差以内に設置された場合を標準設置状態、接続距離が所定距離以上あるいは所定の高低差以上である場合を延長設置とし、この設置状況を制御手段２８へ予め入力することで、より確実に過不足なく温水を一周させることができ、凍結予防運転を最小の熱ロスで完遂できる。

そして、蓄暖運転＋ＨＰ凍結予防運転の開始から所定の循環時間が経過すると（ステップＳ４でＹｅｓ）、第３三方弁をｂポートとｃポートが連通するようにし、第４三方弁２５を全てのポートを閉じる全閉状態に戻して、切換弁を主暖房戻し経路側へ切り換え
（ステップＳ５）、図４に示す蓄暖運転に戻るようにしている。

また、凍結予防運転を行っている最中に暖房負荷が変化し、循環ポンプ１５の回転数が変更された場合は（ステップＳ６でＹｅｓ）、変更前の回転数での所定時間の進捗度合を算出し、変更後の回転数での所定時間に進捗度合いを乗じた値を変更後の回転数での所定時間から差し引いた残り時間を所定の循環時間とし（ステップＳ７）、残りの循環時間が経過するまでＨＰ凍結予防運転を継続するようにしている。

ここで、具体的な状況を想定して説明する。いま、標準設置状態の貯湯式給湯暖房装置の蓄暖運転中に、循環ポンプ１５の回転数が「低」の状況において凍結予防運転に入り、５分経過後に循環ポンプ１５の回転数が「中」に変化し、さらに２分経過後に循環ポンプ１５の回転数が「高」に変化した状況を説明する。

「低」の所定時間１０分間のうち、５分間が経過しているため、「中」に変更した時点では、５／１０＝０．５の進捗度合であるため、６×（１−０．５）＝３分間の残り時間となる。ここから、２分経過すると、０．５＋（２／６）≒０．８３の進捗度合となるため、４×（１−０．８３）＝０．６８分間≒４１秒の残り時間となり、循環ポンプ１５の回転数が変化せずに４１秒が経過すると凍結予防運転を終了し、蓄暖運転に戻すようにしている。

次に、蓄暖運転あるいは直暖運転を行っていないときのＨＰ凍結予防運転について、図１０を基に説明すると、図２に示した前記ＨＰ立上げ運転と同様の配管経路をたどり、ヒートポンプ式加熱手段２を起動しない状態で貯湯タンク１下部の湯水をヒートポンプ式加熱手段２へ循環させて貯湯タンク１の下部（あるいは中間部）へ戻すようにして定期的に一定時間だけヒートポンプ式加熱手段３２の凍結予防を行っている。

この場合の一定時間は、ＨＰ凍結予防運転だけのために循環ポンプ１５を作動でき、固定の回転数で作動させることができるため、予め実験等で求めた固定の一定時間とすることができる。ただし、設置状態が延長設置の場合は、固定の一定時間を長く補正することとしてもよい。

さらに、ＨＰ凍結予防運転としては、図１１に示すように、貯湯タンク１内部の中温水を用いて行うことも可能である。第５三方弁２７をｂポートとｃポートが連通するようにし、第１三方弁１８をｂポートとａポートが連通するようにし、第２三方弁２０をａポートとｃポートが連通するようにし、第３三方弁２３を全てのポートが閉じる全閉状態とし、第４三方弁２５をｃポートとｂポートが連通するようにし、貯湯タンク１の中間部に貯まっている中温水を、第８管路２６、第２管路１６、第３管路１７、第１管路１４、循環ポンプ１５、ヒートポンプ式加熱手段２、第２管路１６、第７管路２４、貯湯タンク１の下部の順で流通させ、ヒートポンプ式加熱手段２の凍結予防を行うことができると共に、貯湯タンク１内の中温水が温度低下して貯湯タンク１内に戻るため、ヒートポンプ式加熱手段２での加熱効率の悪い中温水を有効利用して貯湯運転時の加熱効率も向上することができるものである。

なお、この一実施形態における直暖運転の他の形態について図１２に基づいて説明する。図６あるいは図７に示した直暖運転においては、暖房用熱交換器３で放熱した温水は貯湯タンク１の下部（あるいは中間部）に戻され、ヒートポンプ式加熱手段２では貯湯タンク１の下部から流出した湯水を加熱するようにしているが、図１２に示す直暖運転の他の形態のように、暖房用熱交換器３で放熱した温水を直接ヒートポンプ式加熱手段２に循環させて加熱するようことも可能である。ここでは、第３三方弁２３を全てのポートが閉じる全閉状態とし、第４三方弁２５をｃポートとａポートを連通するようにし、第１三方弁１８をｃポートとａポートが連通するようにし、第２三方弁２０をａポートとｃポートが連通するようにすると共に、循環ポンプ１５を駆動して、循環ポンプ１５、第１管路１４、ヒートポンプ式加熱手段２、第２管路１６、第３管路１７、暖房用熱交換器３、第４管路１９、循環ポンプ１５の順で循環加熱して直暖運転を行うようにしている。

そして、給湯を行う際は、図１３に示すように、給湯管１３の端部の蛇口（図示せず）が開放されると、入水管６から市水が貯湯タンク１の下部に流入し、出湯管７から高温水が出湯され、中間混合弁９を介して中間給湯管１０を流通し、給湯混合弁１２にて給水管１１からの市水と混合されて設定温度に調節されて、給湯管１３を介して蛇口から流出する。ここで、貯湯タンク１の中間部に中温水が多量に貯湯されている状況であれば、前記中間混合弁９を用いて中温水と高温水を混合させる、あるいは中温水をそのまま出湯させる等して中温水を優先的に出湯することが望ましい。

そして、直暖運転の際にヒートポンプ式加熱手段２が連続稼働していると、気候条件によっては空気熱交換器に霜が付着することがある。このような場合は、除霜運転を行うが、一時的に蓄暖運転を行うことで、暖房の欠損を防げ、連続暖房を継続できるものである。しかも、その際に、蓄暖運転によって放熱した湯水をヒートポンプ式加熱手段２を経由して貯湯タンク１へ戻すようにすることで、空気熱交換器の除霜運転を素早く完了させることが可能になるものである。

なお、本発明は上記一実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を変更しない範囲での種々の改変が可能なものであり、例えば、図１４に示すように、暖房用循環ポンプ３０とＨＰ循環ポンプ３１を個別に設けたシステムであってもよく、切換弁３２も１つで役目を果たせる場合は、１つでよいものである。また、主暖房戻し経路３３および副暖房戻し経路３４も、実質的に役目を果たすものであれば、上記一実施形態とは別の構成であってもよい。

また、表１に示した時間は上記の一実施形態における一例であり、暖房用循環ポンプの能力、回転数および配管条件等の設置条件等に応じて、温水が加熱手段をちょうど一周するのに必要な時間を予め実験により求めて記憶させればよいものである。

本発明の一実施形態のシステム図。同一実施形態のＨＰ立上げ運転を説明する図。同一実施形態の貯湯運転を説明する図。同一実施形態の蓄暖運転を説明する図。同一実施形態の蓄暖運転＋ＨＰ立上げ運転を説明する図。同一実施形態の直暖運転＋貯湯運転を説明する図。同一実施形態の直暖運転を説明する図。同一実施形態の蓄暖運転＋ＨＰ凍結予防運転を説明する図。同一実施形態の蓄暖運転＋ＨＰ凍結予防運転の作動を説明するフローチャート。同一実施形態のＨＰ凍結予防運転を説明する図。同一実施形態のＨＰ凍結予防運転の別形態を説明する図。同一実施形態の直暖運転の別形態を説明する図。同一実施形態の給湯運転を説明する図。本発明の他の実施形態のシステム図。従来の貯湯式給湯暖房装置のシステム図。

符号の説明

１貯湯タンク
２加熱手段
３暖房用熱交換器
１４第１管路（一部が副暖房戻し経路）
１５循環ポンプ（暖房用循環ポンプ）
１６第２管路（一部が副暖房戻し経路）
２１第５管路（主暖房戻し経路）
２３第３三方弁（切換弁）
２４第７管路（副暖房戻し経路）
２５第４三方弁（切換弁）
２８制御手段

Claims

給湯用の湯水を貯湯する貯湯タンクと、この貯湯タンク内の湯水を循環して加熱する加熱手段と、前記貯湯タンクの湯水を１次側の熱源として２次側の暖房循環水を加熱するための暖房用熱交換器と、前記貯湯タンク上部の湯水を前記暖房用熱交換器へ循環させる暖房循環ポンプと、前記暖房用熱交換器で放熱した１次側の湯水を前記加熱手段を経由せずに前記貯湯タンクに戻す主暖房戻し経路と、前記暖房用熱交換器で放熱した１次側の湯水を前記加熱手段を経由して前記貯湯タンクに戻す副暖房戻し経路と、前記暖房用熱交換器で放熱した１次側の湯水を前記加熱手段を経由せず前記主暖房戻し経路経由で前記貯湯タンクに戻すか、前記副暖房戻し経路と前記加熱手段を経由して前記貯湯タンクへ戻すかを切り換える切換弁と、これらを制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、暖房運転中は前記切換弁を前記主暖房戻し経路を経由する側に切り換えて前記貯湯タンク内の湯水を前記暖房用熱交換器へ循環させるようにすると共に、暖房運転中に前記加熱手段の凍結予防運転を行う必要が生じた時には前記切換弁を前記加熱手段と前記副暖房戻し経路とを経由する側に切り換えて、前記暖房用熱交換器で放熱した後の湯水を前記加熱手段に循環させ、所定の循環時間経過後に前記切換弁を前記主暖房戻し経路を経由する側に戻すように制御し、前記所定の循環時間を前記暖房循環ポンプの回転数に応じて変更するようにしたことを特徴とする貯湯式給湯暖房装置。
前記制御手段は、前記暖房循環ポンプの回転数毎に対応した所定時間を予め記憶しており、暖房運転中に前記加熱手段の凍結予防運転を行う必要が生じて前記切換弁を前記加熱手段と前記副暖房戻し経路を経由する側に切り換えた後に前記暖房循環ポンプの回転数が変更された場合は、変更前の回転数での所定時間の進捗度合を算出し、変更後の回転数での所定時間に進捗度合を乗じた値を変更後の回転数での所定時間から差し引いた残り時間を所定の循環時間とするようにしたことを特徴とする請求項１記載の貯湯式給湯暖房装置。