JP6940035B1 - 貯湯式給湯装置 - Google Patents
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Abstract
Description
<貯湯式給湯装置の構成>
図1は、本開示の実施の形態1に係る貯湯式給湯装置1の構成を示す構成図である。貯湯式給湯装置1は、大きく分けて、貯湯ユニット10と、ヒートポンプユニット200と、制御部300とを有する。貯湯ユニット10は、図1に点線で示す範囲で表わされている。また、貯湯式給湯装置1には、浴槽400、外部に温水を供給する給湯端124、および外部から水道水が供給される給水端120が接続されている。
ヒートポンプユニット200は、例えば、不図示の圧縮機、水冷媒熱交換器、膨張弁、および空気熱交換器を含んで構成される。これらは、環状に接続され、冷媒を循環させるための冷凍サイクル回路が形成されている。
なお、ここでは、加熱装置がヒートポンプユニット200である場合を例にとり説明するが、加熱装置は、ガス、油などの燃料を燃焼させることで加熱する燃焼式ヒータであってもよい。
貯湯タンク101の上部と下部とを接続する流路11は、貯湯タンク101の外部において、第1流路111、第2流路112、第3流路113、及び第4流路114を含む。これら第1流路111〜第4流路114は、湯水を送液する配管などからそれぞれ構成される。また、流路11には、循環ポンプ102、四方弁103、およびヒートポンプユニット200が設けられている。
還流運転は、循環ポンプ102を動作させることにより、貯湯タンク101の上部の第一入出口101aから流出する湯水を、流路11に経由させ、貯湯タンク101の下部の第二入出口101bに送液することで行う。制御部300は、これら沸き上げ運転と還流運転を選択的に切り替え、各運転における、後述する切替部、循環ポンプ102およびヒートポンプユニット200の動作を制御する。沸き上げ運転および還流運転の詳細については、後述する。
また、給水端120には、混合弁121と混合弁122とが接続されている。混合弁121は、入口1a、1b、および出口1cを有する。混合弁122は、入口2a、2b、および出口2cを有する。
混合弁121の出口1cは、第6流路116を経由して給湯端124に接続されている。第6流路116の途上には給湯端124に供給される温水の温度を検出する温水温度検出部として、サーミスタ131が設置されている。
混合弁122の出口2cは、第7流路117を経由して浴槽400に接続されている。第7流路117の途上には浴槽400に供給される温水の温度を検出する温水温度検出部として、サーミスタ132が設置されている。サーミスタ131、サーミスタ132の計測結果は制御部300に送られる。第6流路116および第7流路117は、温水を送液する配管などから構成される。
実施の形態1に係る貯湯式給湯装置1の沸き上げ運転について図2を用いて説明する。
沸き上げ運転の一例として、貯湯タンク101の下部から取り出した湯水を流路11上のヒートポンプユニット200により加熱してから、貯湯タンク101の上部に送液する場合について説明する。図2において、沸き上げ運転の際における、流路11および四方弁103における湯水の流れ方向は実線の矢印で示されている。
また、制御部300は、四方弁103をこのように制御した状態で、循環ポンプ102を動作させる。これにより、湯水は流路11において、貯湯タンク101の下部の第二入出口101bから第1流路111、四方弁103の第1の入出水口3a、第2の入出水口3b、第2流路112、循環ポンプ102、ヒートポンプユニット200、第3流路113、四方弁103の第3の入出水口3c、第4の入出水口3d、第4流路114、貯湯タンク101の上部の第一入出口101aへと順に導かれる。
また、制御部300は、ヒートポンプユニット200がヒートポンプユニット200の入口側に流入した湯水を加熱し、加熱した湯水をヒートポンプユニット200の出口側に流出する動作を行うように、ヒートポンプユニット200を制御する。
この沸き上げ運転により、貯湯タンク101内には、図2に示す貯湯タンク101の上下方向において、下部の低温の湯水上に、上部からの高温の湯水が徐々に積層された状態で貯留されていく。
実施の形態1に係る貯湯式給湯装置1の還流運転について図3を用いて説明する。
上述した沸き上げ運転の後に、浴槽400または給湯端124から湯水を使用するとき、貯湯タンク101の上部の第一入出口101aから流出した湯水は第4流路114を通り、給水端120からの水道水と混合弁121または混合弁122にて混合されることで温度調整され、温水として給湯端124または浴槽400に供給される。このように温水を外部に供給することで、給水端120から第5流路115を介して、給水口101cから貯湯タンク101に水道水が供給される。図3において、給水端120から貯湯タンク101への水道水の流れ方向は一点鎖線の矢印で示されている。
図3において、還流運転を実行する際の、流路11および四方弁103における湯水の流れ方向は点線の矢印で示されている。
また、制御部300は、四方弁103をこのように制御した状態で、循環ポンプ102を動作させる。これにより、湯水は流路11において、貯湯タンク101の上部の第一入出口101aから第4流路114、四方弁103の第4の入出水口3d、第2の入出水口3b、第2流路112、循環ポンプ102、ヒートポンプユニット200、第3流路113、四方弁103の第3の入出水口3c、第1の入出水口3a、第1流路111、貯湯タンク101の下部の第二入出口101bへと順に導かれる。
このようにして、貯湯タンク101の上部から取り出した湯水を貯湯タンク101の下部へと送液する。
また、貯湯式給湯装置1では、貯湯タンク101の上部から取り出した湯水を貯湯タンク101の下部へと送液する還流運転により、貯湯タンク101内の湯水の温度の均一性が高められ、貯湯タンクの下部の湯水の温度低下を抑制できる。
また、この還流運転により、貯湯タンク内の湯水の温度の均一性が高められ、貯湯タンクの下部の湯水の温度低下を抑制できる。
実施の形態2では、本開示の実施の形態1と同一の構成要素には同一の符号を使用し、同一または対応する部分についての説明は省略する。以下、図面を参照して、実施の形態2に係る貯湯式給湯装置2について説明する。
貯湯タンク101の上部と下部とを接続する流路12は、貯湯タンク101の外部において、第1流路111、第2流路112、第3流路113、第4流路114を含む。また、流路12に、循環ポンプ102、三方弁104、三方弁105、およびヒートポンプユニット200が設けられている。
三方弁105の第2の入出水口4bは第2流路112と接続されている。これにより、第2の入出水口4bは、循環ポンプ102を経由して、ヒートポンプユニット200の湯水の入口側に接続されている。三方弁105の第2の入出水口5eは、第3流路113と接続されている。これにより、第2の入出水口5eは、第3流路113を経由して、ヒートポンプユニット200の湯水の出口側に接続されている。
三方弁104の第3の入出水口4cと三方弁105の第3の入出水口5fとの双方は第4流路114と接続されている。これにより、第3の入出水口4cと第3の入出水口5fは、第4流路114および第4流路114の途中に設けられた分岐部114aを経由して、貯湯タンク101の上部の第一入出口101aに接続されている。
実施の形態2に係る貯湯式給湯装置2の沸き上げ運転について図5を用いて説明する。
沸き上げ運転の一例として、貯湯タンク101の下部から取り出した湯水を流路12に経由させ、ヒートポンプユニット200により加熱してから、貯湯タンク101の上部に送液する場合について説明する。図5において、沸き上げ運転を実行する際に、流路12、三方弁104および三方弁105における湯水の流れ方向は実線の矢印で示されている。
また、制御部302は、三方弁104と三方弁105をこのように制御した状態で、循環ポンプ102を動作させる。これにより、湯水は流路12において、貯湯タンク101の下部の第二入出口101bから第1流路111、三方弁104の第1の入出水口4a、第2の入出水口4b、第2流路112、循環ポンプ102、ヒートポンプユニット200、第3流路113、三方弁105の第2の入出水口5e、第3の入出水口5f、第4流路114、貯湯タンク101の上部の第一入出口101aへと順に導かれる。
このようにして、貯湯タンク101の下部から取り出した湯水を加熱装置であるヒートポンプユニット200にて加熱し、加熱した湯水を貯湯タンク101の上部へと送液する沸き上げ運転が実行される。
この沸き上げ運転により、貯湯タンク101内には、貯湯タンク101の上下方向において、下部の低温の湯水上に、高温の湯水が上部から徐々に積層された状態で貯留されていく。
実施の形態2に係る貯湯式給湯装置2の還流運転について図6を用いて説明する。
実施の形態1と同様に、実施の形態2に係る貯湯式給湯装置2においても、上述した沸き上げ運転の後に、浴槽400または給湯端124から湯水を使用するとき、貯湯タンク101の上部の第一入出口101aから取り出した湯水は第4流路114を介し、給水端120からの水道水と混合弁121または混合弁122にて混合して温水となり、給湯端124または浴槽400に供給される。この場合、混合された温水を外部に供給することで給水端120から第5流路115を介して、給水口101cから貯湯タンク101に水道水が供給される。図6において、給水端120から貯湯タンク101への水道水の流れ方向は一点鎖線の矢印で示されている。
貯湯式給湯装置2の還流運転においても、湯水を流路12に経由させる。図6において、還流運転を実行する際に、流路12上の第1流路111〜第4流路114、三方弁104、および三方弁105における湯水の流れる方向は点線の矢印で示されている。
また、制御部302は、三方弁104および三方弁105をこのように制御した状態で、循環ポンプ102を動作させる。これにより、湯水は流路12において、貯湯タンク101の上部の第一入出口101aから第4流路114、三方弁104の第3の入出水口4c、第2の入出水口4b、第2流路112、循環ポンプ102、ヒートポンプユニット200、第3流路113、三方弁105の第2の入出水口5e、第1の入出水口5d、第1流路111、貯湯タンク101の下部の第二入出口101bへと順に導かれる。
このようにして、貯湯タンク101の上部から取り出した湯水を貯湯タンク101の下部へと送液する。
実施の形態3では、本開示の実施の形態1と同一の構成要素には同一の符号を使用し、同一または対応する部分についての説明は省略する。以下、図面を参照して、実施の形態3に係る貯湯式給湯装置3について説明する。
また、給水端120に接続されている第5流路115の分岐部115aと貯湯タンク101の第二入出口101bとの間に流量センサ127が設置されている。貯湯タンク101に供給される水道水は第5流路115、分岐部115aを経由する。流量センサ127は、貯湯タンク101に注入された水道水の量を計測できれば、設置場所についてこの限りではない。
なお、流量センサ125、126、127は全て設置されても良いし、必要に応じていずれかの一つのみ設置されても良い。
貯湯式給湯装置3の沸き上げ運転は、実施の形態1に係る貯湯式給湯装置1と同様であるため省略する。
実施の形態3に係る貯湯式給湯装置3においても、実施の形態1と同様に、沸き上げ運転の後に、貯湯タンク101の上部から取り出した湯水を貯湯タンク101の下部へと送液する還流運転を実行する。以下実施の形態3に係る貯湯式給湯装置3の還流運転において、実施の形態1と異なる点について説明する。
実施の形態3に係る貯湯式給湯装置3において、制御部303は貯湯タンク101に供給される水道水の量に応じて、還流運転の動作を制御する。
すなわち、水量検出部として流量センサ125、126、および温水温度検出部としてサーミスタ131、132を用いることで、外部に供給する温水の量、および温度を計測できる。温水の量と温度の計測結果に基づいて外部に供給する温水の熱量を算出し、貯湯タンク101から取り出した湯水の量を演算できる。貯湯タンク101に供給される水道水の量は、貯湯タンク101から取り出した湯水の量より推算される。
なお、貯湯タンク101から取り出した湯水の量は、流量センサなどにより直接計測されても良い。
なお、制御部303は、流量センサ125、126、127の個別での計測情報により貯湯タンク101に供給される水道水の量を算出しても良いし、それぞれの計測結果を合わせてより精確に貯湯タンク101に供給される水道水の量を算出しても良い。
このため、循環し続ける必要がなく、実施の形態1に比べて、還流運転の時間を短くすることが可能である。また、制御部303は、貯湯タンク101に注入された水道水の量に応じて、ヒートポンプユニット200を動作させ、効率よく還流運転を実行できる。
さらに、貯湯タンクに供給される水道水の量に応じて、還流運転の動作を制御するため、還流運転の効率を高めることができる。
実施の形態4では、本開示の実施の形態1と同一の構成要素には同一の符号を使用し、同一または対応する部分についての説明は省略する。以下、図面を参照して、実施の形態4に係る貯湯式給湯装置4について説明する。
なお、図8に示すサーミスタ133、134,135は貯湯タンク101の内部に設置されているが、貯湯タンク101の外側の壁面に設置されてもよい。
貯湯式給湯装置4の沸き上げ運転は、実施の形態1に係る貯湯式給湯装置1と同様であるため省略する。
実施の形態4に係る貯湯式給湯装置4においても、実施の形態1と同様に、沸き上げ運転の後に、貯湯タンク101の上部から取り出した湯水を貯湯タンク101の下部へと送り、送液する還流運転を実行する。以下実施の形態4に係る貯湯式給湯装置4の還流運転において、実施の形態1と異なる点について説明する。
実施の形態4に係る貯湯式給湯装置4において、湯水温度検出部であるサーミスタ133、134,135により貯湯タンク101内に貯留された湯水の温度を検出し、制御部304に送る。制御部304は貯湯タンク101内に貯留された湯水の温度に応じて、還流運転の動作を制御する。
制御部304は、貯湯タンク101内に貯留された湯水の温度が所定の温度範囲外となるように還流運転の動作が続けるように制御する。事前に微生物が増殖しやすい温度範囲を定義し、貯留された湯水の温度が所定の温度範囲外となるように還流運転を実行する。例えば、サーミスタ133、134、135で検出された温度が20〜40℃の範囲外となるように、循環ポンプ102を動作させ続ける。
また、サーミスタ133、134の検出温度が低下して、還流運転を行っても貯湯タンク101下部のサーミスタ135の検出温度が40℃より高くならない場合、制御部304は、ヒートポンプユニット200を動作させ、効率よく還流運転を実行できる。
さらに、貯湯タンク内の湯水の温度に応じて、還流運転の動作を制御するため、還流運転の効率を高めることができる。
実施の形態5では、本開示の実施の形態1と同一の構成要素には同一の符号を使用し、同一または対応する部分についての説明は省略する。以下、図面を参照して、実施の形態5に係る貯湯式給湯装置5について説明する。
なお、貯湯タンク101に供給される水道水の温度を検出できれば、水道水温度検出部および設置位置はこの限りではない。
貯湯式給湯装置5の沸き上げ運転は、実施の形態1に係る貯湯式給湯装置1と同様であるため省略する。
実施の形態5に係る貯湯式給湯装置5においても、実施の形態1と同様に、沸き上げ運転の後に、貯湯タンク101の上部から取り出した湯水を貯湯タンク101の下部へと送り、送液する還流運転を実行する。以下実施の形態5に係る貯湯式給湯装置5の還流運転における実施の形態1と異なる点について説明する。
実施の形態5に係る貯湯式給湯装置5において、水道水温度検出部であるサーミスタ136により貯湯タンク101に供給される水道水の温度を検出し、制御部305に送る。制御部305は貯湯タンク101に供給される水道水の温度に応じて、還流運転の動作を制御する。
具体的に、制御部305は、季節などにより環境温度が高く、サーミスタ136で検出された水道水の温度が高いほど還流運転における循環ポンプ102の動作時間を短くし、季節などにより環境温度が低く、サーミスタ136で検出された水道水の温度が低いほど還流運転における循環ポンプ102の動作時間を長くするように制御する。このように、水道水の検出温度に応じて、還流運転の動作時間を制御し、還流運転の効率を高めることができる。
また、制御部305は、環境温度の変化に応じて、冬季など水道水の温度が所定の温度より低い場合にヒートポンプユニット200を動作させ、効率よく還流運転を実行できる。
さらに、供給される水道水の検出温度に応じて、還流運転の動作を制御するため、効率よく還流運転を実施できる。
混合弁、124 給湯端、125、126、127 流量センサ、131、132、133、134、135 サーミスタ、136 サーミスタ、200 ヒートポンプユニット
Claims (14)
- 加熱装置と、
湯水を貯留する貯湯タンクと、
前記貯湯タンクの下部に接続された第1流路と、
前記貯湯タンクの下部から流出する湯水を前記第1流路を介して前記加熱装置に送液し、前記加熱装置により加熱された湯水を前記貯湯タンクの上部に送液する沸き上げ運転、および前記貯湯タンクの上部から流出する湯水を前記第1流路を介して前記貯湯タンクの下部に送液する還流運転を選択的に切り替える制御部と、
切替部と、
前記切替部と前記加熱装置の入口側とを互いに接続する第2流路と、
前記加熱装置の出口側と前記切替部とを互いに接続する第3流路と、
前記切替部と前記貯湯タンクの上部とを互いに接続する第4流路と、
前記第2流路上または前記第3流路上に設けられ、前記加熱装置の入口側から前記加熱装置の出口側へ向かう湯水の流れを形成する循環装置と
を備え、
前記第1流路は前記貯湯タンクの下部と前記切替部とを互いに接続し、
前記切替部は、前記第1流路と前記第2流路が連通し、かつ、前記第3流路と前記第4流路が連通する沸き上げ運転状態と、前記第4流路と前記第2流路が連通し、かつ、前記第3流路と前記第1流路が連通する還流運転状態とを選択的に切り替え、
前記制御部は、前記沸き上げ運転において前記切替部を前記沸き上げ運転状態に制御し、前記還流運転において前記切替部を前記還流運転状態に制御する貯湯式給湯装置。 - 前記還流運転は、前記貯湯タンクの上部から流出する湯水を前記加熱装置により加熱してから前記第1流路を介して前記貯湯タンクの下部に送液する請求項1に記載の貯湯式給湯装置。
- 前記制御部は、前記沸き上げ運転および前記還流運転の双方において、前記加熱装置の入口側から前記加熱装置の出口側へ向かう湯水の流れが形成されるように、前記循環装置を動作させる請求項1または2に記載の貯湯式給湯装置。
- 前記切替部は、第1〜第4の入出水口を有する四方弁であり、
前記四方弁の第1の入出水口と前記第1流路とが互いに接続され、
前記四方弁の第2の入出水口と前記第2流路とが互いに接続され、
前記四方弁の第3の入出水口と前記第3流路とが互いに接続され、
前記四方弁の第4の入出水口と前記第4流路とが互いに接続される
請求項1から3のいずれか1項に記載の貯湯式給湯装置。 - 前記切替部は、第1〜第3の入出水口を有する2つの三方弁を有し、
前記2つの三方弁の双方の第1の入出水口と前記第1流路とが互いに接続され、
前記2つの三方弁のうちの一方の三方弁の第2の入出水口と前記第2流路とが互いに接続され、
前記2つの三方弁のうちの他方の三方弁の第2の入出水口と前記第3流路とが互いに接続され、
前記2つの三方弁の双方の第3の入出水口と前記第4流路とが互いに接続されている請求項1から3のいずれか1項に記載の貯湯式給湯装置。 - 前記貯湯タンクは、前記貯湯タンクに水道水を供給するための給水口を有し、
前記制御部は、前記貯湯タンクに前記給水口から供給される水道水の量に基づき、前記還流運転の動作時間を変化させる請求項1から5のいずれか1項に記載の貯湯式給湯装置。 - 前記制御部は、前記貯湯タンクに供給される前記水道水の量が多いほど、前記還流運転の動作時間を長くし、前記貯湯タンクに供給される前記水道水の量が少ないほど、前記還流運転の動作時間を短くする請求項6に記載の貯湯式給湯装置。
- 前記水道水の量は、前記貯湯タンクから取り出した湯水の量により推算される請求項6または7に記載の貯湯式給湯装置。
- 前記貯湯タンクから取り出した湯水の量は、外部に供給する温水の熱量に基づいて演算される請求項8に記載の貯湯式給湯装置。
- 前記温水の量を計測する水量検出部、および、前記温水の温度を計測する温水温度検出部を備え、
前記温水の熱量は、前記温水の量および前記温水の温度により計算される請求項9に記載の貯湯式給湯装置。 - 前記制御部は、前記貯湯タンク内に貯留された湯水の温度を検出する湯水温度検出部を備え、前記湯水温度検出部により検出された前記貯湯タンク内に貯留された湯水の温度に応じて、前記貯湯タンク内に貯留された湯水の温度が所定の温度範囲外となるように前記還流運転の動作が続けるように制御する請求項1から10のいずれか1項に記載の貯湯式給湯装置。
- 前記湯水温度検出部として、前記貯湯タンクの上下方向に並べて設置された複数のサーミスタにより前記貯湯タンク内に貯留された湯水の温度を検出する請求項11に記載の貯湯式給湯装置。
- 前記制御部は、前記貯湯タンクに供給される水道水の温度を検出する水道水温度検出部を備え、前記水道水の温度に応じて、前記水道水の温度が高いほど前記還流運転の動作時間を短くし、前記水道水の温度が低いほど前記還流運転の動作時間を長くするように制御する請求項1から12のいずれか1項に記載の貯湯式給湯装置。
- 前記水道水温度検出部として、前記水道水を供給する給水端と前記貯湯タンクとの間に設けられたサーミスタにより水道水の温度を検出する請求項13に記載の貯湯式給湯装置。
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