JP2003222397A - 多機能給湯装置 - Google Patents
多機能給湯装置Info
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Abstract
能な多機能給湯装置を提供する。 【解決手段】 貯湯タンク12内に蓄えられる温水を加
熱するための電気式ヒートポンプユニット11と、貯湯
タンク12内に蓄えられる温水を加熱するための燃焼式
加熱装置25、30と、貯湯タンク12内に蓄えられる
温水と熱交換するブライン加熱用熱交換器40と、貯湯
タンク12内の温水を第1機器37、39に供給する温
水供給経路22と、ブライン加熱用熱交換器40で加熱
されたブラインを第2機器49、52に供給するブライ
ン供給経路41とを備える。
Description
を同時に供給可能な多機能給湯装置に関するものであ
る。
報、特開2000−186856号公報には、温水の加
熱源としてヒートポンプユニットと燃焼ユニットとを備
え、ヒートポンプによる加熱能力の不足分を燃焼ユニッ
トで補うものが記載されている。
は、ヒートポンプユニットで作られた温水と燃焼ユニッ
トで作られた温水とを混合して、温度設定スイッチによ
り設定された温度の温水(湯)が最終の給湯栓で得られ
るようにしているので、例えば、床暖房に必要な60°
Cの温水と、浴室乾燥機等で必要な80°Cの温水を同
時に供給するというニーズを満足できない。
水を同時に供給することが可能な多機能給湯装置を提供
することを目的とする。
め、請求項1に記載の発明では、貯湯タンク(12)
と、貯湯タンク(12)内に蓄えられる温水を加熱する
ための加熱装置(11、25、30)と、加熱装置(1
1、25、30)により加熱された温水と熱交換するブ
ライン加熱用熱交換器(40)と、貯湯タンク(12)
内の温水を第1機器(37、39)に供給する温水供給
経路(22)と、ブライン加熱用熱交換器(40)で加
熱されたブラインを第2機器(49、52)に供給する
ブライン供給経路(41)とを備えることを特徴とす
る。
貯湯タンク(12)内に蓄えられる温水に基づいて所望
温度の温水を供給することができ、また、第2機器(4
9、52)に対しては、ブライン加熱用熱交換器(4
0)で加熱されたブライン、すなわち、貯湯タンク(1
2)内に蓄えられる温水よりも所定温度低いブラインを
供給できる。
2機器(49、52)の両方に、1つの貯湯タンク(1
2)を熱源として温水またはブラインを供給できできる
ので、全体システム構成を簡素化できる。
2)で放熱を行う熱媒体であり、具体的には水道水や、
不凍液を混合した水道水等を使用できる。
において、加熱装置を、電気式加熱装置(11)と燃焼
式加熱装置(25、30)により構成すれば、電気式加
熱装置(11)の加熱作用に対して燃焼式加熱装置(2
5、30)の加熱作用を補助的に組み合わせることによ
り、貯湯タンク(12)内に所定温度の温水を蓄えるこ
とができる。また、電気式加熱装置(11)と燃焼式加
熱装置(25、30)の同時運転をすれば、貯湯時間を
短縮できる。
いて、燃焼式加熱装置は、貯湯タンク(12)と連通す
る温水加熱室(30)および温水加熱室(30)を加熱
する燃焼装置(25)を有しており、温水加熱室(3
0)内にブライン加熱用熱交換器(40)を設けたこと
を特徴とする。
(30)内にブライン加熱用熱交換器(40)を設ける
ことにより、燃焼作動にて温度上昇した温水加熱室(3
0)内温水の熱をブライン加熱用熱交換器(40)内の
ブラインに直接伝熱できる。
熱装置は、具体的には、電動圧縮機(17)を有する電
気式ヒートポンプユニット(11)で構成できる。
の使用により、大気あるいは種々な廃熱源で吸熱した熱
量をも利用して温水加熱をすることができ、温水加熱の
ランニングコストを低減できる。
し4のいずれか1つにおいて、ブライン供給経路はブラ
インが循環する閉回路(41)であり、第2機器(4
9、52)は複数であり、複数の第2機器(49、5
2)の1つ(49)は、ブライン加熱用熱交換器(4
0)で加熱されたブラインが循環するようになってお
り、また、複数の機器(49、52)の他の1つ(5
2)は、ブライン加熱用熱交換器(40)で加熱される
前のブラインが循環するようになっていることを特徴と
する。
2)の1つ(49)にはブライン加熱用熱交換器(4
0)で加熱された高温のブラインを循環させて、高温の
ブラインに基づく放熱機能を発揮できる。
つ(52)は、ブライン加熱用熱交換器(40)で加熱
される前の低温ブラインが循環するようになっているの
で、低温ブライン基づく放熱機能を発揮できる。
いて、閉回路(41)内にブラインを溜めるブラインタ
ンク(43)を設け、ブラインタンク(43)内に、ブ
ラインと風呂(39)の温水との熱交換を行う風呂追い
焚き用の熱交換器(44)を設けることを特徴とする。
ブラインの持つ余剰熱量を活用して、風呂の追い焚きを
行うことができる。
は6において、閉回路(41)内に、圧損を調整する調
整手段(47、53)を備えることを特徴とする。
て圧損を調整することにより、閉回路(41)の機器
(49、52)へのブライン流量を調整して放熱能力を
調整することができる。
し7のいずれか1つにおいて、ブライン加熱用熱交換器
(40)にて熱交換した後の温水の熱を回収する温水熱
回収タンク(56)を備え、温水熱回収タンク(56)
内の温水を温水供給経路(22)を通して第1機器(3
7、39)に供給することを特徴とする。
内に、ブライン熱交換後の温水の熱を回収して比較的温
度の高い中間温度の温水を蓄えることができる。そし
て、この中間温度の温水を有効利用して、第1機器(3
7、39)への温水供給を行うことができる。そのた
め、貯湯タンク(12)内の温水の利用量を減少でき、
加熱装置(11、25、30)の稼働時間を減少でき
る。
いて、温水熱回収タンク(56)内の上部に、ブライン
加熱用熱交換器(40)にて熱交換した後の温水が流入
し、温水熱回収タンク(56)の底部に給水配管(2
1、21a、21c)からの水が流入し、温水熱回収タ
ンク(56)内の底部側に溜まる低温の温水を貯湯タン
ク(12)の底部に戻し、温水熱回収タンク(56)内
上部の中間温度の温水を温水供給経路(22)を通して
第1機器(37、39)に供給することを特徴とする。
に、その底部から上部側へと順次温度が上昇する温水の
温度勾配が形成され、そして、温水熱回収タンク(5
6)内上部の中間温度の温水を第1機器(37、39)
側へ供給するから、温水熱回収タンク(56)内の中間
温度の温水を第1機器(37、39)側へ効率よく供給
できる。
の温水を貯湯タンク(12)の底部に戻すことにより、
貯湯タンク(12)とブライン加熱用熱交換器(40)
と温水熱回収タンク(56)とを含む回路で温水を循環
させ、ブラインを加熱することができる。
おいて、温水熱回収タンク(56)の底部を貯湯タンク
(12)の底部に連通させる第1戻し経路(57,57
a)と、温水熱回収タンク(56)の底部を貯湯タンク
(12)の上下方向の中間部位に連通させる第2戻し経
路(57,57b)と、第1戻し経路(57,57a)
と第2戻し経路(57,57b)を切り替える切替手段
(64)とを備え、ブライン加熱用熱交換器(40)に
て熱交換した後の温水が温水熱回収タンク(56)内に
充満するまでは、切替手段(64)により第1戻し経路
(57,57a)を開いて第2戻し経路(57,57
b)を閉じることにより、温水熱回収タンク(56)内
の底部側に溜まる低温の温水を貯湯タンク(12)の底
部に戻し、ブライン加熱用熱交換器(40)にて熱交換
した後の温水が温水熱回収タンク(56)内に充満する
と、切替手段(64)により第2戻し経路(57,57
b)を開いて第1戻し経路(57,57a)を閉じるこ
とにより、温水熱回収タンク(56)内の温水を貯湯タ
ンク(12)の上下方向の中間部位に戻すことを特徴と
する。
後の中間温度の温水が温水熱回収タンク(56)内に充
満すると、温水熱回収タンク(56)内の中間温度の温
水を第2戻し経路(57,57b)から貯湯タンク(1
2)の上下方向の中間部位に戻すことができる。
間温度の温水をもし貯湯タンク(12)の底部に戻す
と、貯湯タンク(12)内底部の低温水と中間温度の温
水とが撹拌され、貯湯タンク(12)内の温水の温度勾
配が崩れて、貯湯タンク(12)内の温水の有効利用が
阻害されるが、請求項10によると、温水熱回収タンク
(56)内の中間温度の温水を貯湯タンク(12)の上
下方向の中間部位に戻すから、貯湯タンク(12)内底
部の低温水と中間温度の温水との撹拌を抑制して、貯湯
タンク(12)内の温水を有効利用できる。
において、貯湯タンク(12)の上下方向の中間部位
は、貯湯タンク(12)において温水熱回収タンク(5
6)の容量に相当する高さ近傍の位置であることを特徴
とする。
ブライン用熱交換器(40)通過後の中間温度の温水で
充満するということは、貯湯タンク(12)から温水熱
回収タンク(56)の容量相当分の高温温水が流出し、
その代わりに貯湯タンク(12)の下部に温水熱回収タ
ンク(56)の容量相当分の低温水が新たに流入するこ
とになる。
タンク(56)内が中間温度の温水で充満した時点で貯
湯タンク(12)への温水戻り位置を、温水熱回収タン
ク(56)の容量相当分の中間部位に切り替えることに
より、貯湯タンク(12)内の高温温水と低温水との境
界付近に温水熱回収タンク(56)からの中間温度の温
水を流入させることができる。このため、中間温度の温
水と低温水との撹拌をより確実に防止できる。
いし11のいずれか1つにおいて、温水熱回収タンク
(56)からの温水と、給水配管(21、21a、21
c)からの水とを混合して温度調整された温水を作る温
度調整手段(70)を備え、温度調整手段(70)通過
後の温水を、温水供給経路(22)を通して第1機器
(37、39)に供給することを特徴とする。
度が温水熱回収タンク(56)内の中間温度の温水より
低い場合でも、温度調整手段(70)にて中間温度の温
水と給水配管(21、21a、21c)からの低温の水
とを混合して、所望の給湯温度の温水を作り出すことが
できる。
8において、具体的には、ブライン加熱用熱交換器(4
0)にて熱交換した後の温水と、給水配管(21、21
a、21c)からの水との間で熱交換をするように温水
熱回収タンク(56)を構成してもよい。
おいて、加熱装置はヒートポンプユニット(11)であ
り、ブライン加熱用熱交換器(40)にて熱交換した後
の温水の熱を回収する温水熱回収タンク(56)を備
え、温水熱回収タンク(56)内の底部側に溜まる低温
の温水をヒートポンプユニット(11)の低圧側回路部
に導き、ヒートポンプユニット(11)の低圧側冷媒が
低温の温水から吸熱するようにし、低圧側冷媒により吸
熱された後の低温の温水を貯湯タンク(12)の底部に
戻し、貯湯タンク(12)の底部の水を電気式ヒートポ
ンプユニット(11)の高圧側熱交換器(13)にて加
熱することを特徴とする。
底部の低温の温水を貯湯タンク(12)に直接、戻さず
に、ヒートポンプユニット(11)の低圧側冷媒の吸熱
作用によって温水温度を更に低下させてから、温水を貯
湯タンク(12)の底部に戻すことができる。
高圧側熱交換器(13)に循環する温水温度も低くなる
ので、高圧側熱交換器(13)における高圧冷媒と水と
の温度差を拡大できる。そのため、サイクル高圧を上昇
させることなく、高圧側熱交換器(13)での熱交換量
を増大できる。これにより、ヒートポンプユニット(1
1)のCOPを向上できる。
において、第1機器(37、39)への温水供給開始時
における温度調整手段(70)の調整位置を、温水熱回
収タンク(56)からの温水よりも給水配管(21、2
1a、21c)からの水の量が多くなる位置に設定し、
その後に、温度調整手段(70)の出口温水温度が目標
温度となるように温度調整手段(70)を調整するフィ
ードバック制御を開始することを特徴とする。
ィードバック制御において、その制御開始時点(すなわ
ち、温水供給開始時点)では、温度調整手段(70)が
温水熱回収タンク(56)からの温水よりも給水配管か
らの水の量を多くした状態にて待機しているので、温度
調整手段(70)のフィードバック制御は必ず、この給
水配管からの水の量を多くした状態から開始することに
なる。従って、温度調整手段(70)の出口温水温度は
必ず、給水温度に近い低温状態から始まり、そして、フ
ィードバック制御により上記目標温度に向かって徐々に
上昇する。
(70)の出口温水温度が上記目標温度より高温側にオ
ーバーシュートするといった不具合は発生しない。
において、温水供給経路(22)に、温度調整手段(7
0)により温度調整された温水と貯湯タンク(12)か
らの温水とを混合して第1機器(37、39)への温水
温度を調整する主温度調整手段(23)を設け、温度調
整手段(70)の目標温度を、主温度調整手段(23)
の目標温度以下の温度とすることを特徴とする。
標温度、すなわち、使用者の設定する給湯目標温度が温
水熱回収タンク(56)内の中間温度の温水より低い場
合でも、温度調整手段(70)にて中間温度の温水と給
水配管からの低温の給水とを混合して、給湯目標温度の
温水を作り出すことができる。
15または16において、第1機器(37、39)への
温水供給開始時における温度調整手段(70)の調整位
置を、給水配管(21、21a、21c)からの水の量
を100%とする位置に設定すれば、温度調整手段(7
0)の出口温水温度は必ず、給水温度から始まるので、
この出口温水温度の高温側へのオーバーシュートをより
確実に防止できる。
8ないし17のいずれか1つにおいて、第2機器として
床暖房装置(52)を使用すれば、ブラインを熱源とし
て床暖房の機能を発揮できるとともに、ブライン熱交換
後の温水を有効利用して、第1機器(37、39)への
温水供給を行うことができる。
8ないし17のいずれか1つにおいて、第1機器として
風呂(39)を備え、風呂(39)の温水をブライン加
熱用熱交換器(40)に循環することにより、前記風呂
(39)を第2機器としても使用できるようにしてもよ
い。
0)を風呂(39)の追い焚きに使用できる。
する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すも
のである。
本発明による多機能ハイブリッド給湯装置を一般家庭用
の給湯装置に適用したものであって、図1は多機能ハイ
ブリッド給湯装置の全体構成図であり、給湯装置の構成
は、貯湯タンクユニット10とヒートポンプユニット1
1とに大別される。
ク12を有し、ヒートポンプユニット11の高圧側熱交
換器(放熱器)13で加熱された高温の温水が貯湯タン
ク12の最上部の給湯口14から貯湯タンク12内に流
入する。そして、貯湯タンク12の底部の出口15から
温水が電動ポンプ16によりヒートポンプユニット11
の高圧側熱交換器13に流入する。
縮機17にて圧縮された高圧冷媒を高圧側熱交換器13
に流入させ、ここで、高圧冷媒と温水とを熱交換して温
水を加熱し、高圧側熱交換器13を通過した放熱後の高
圧冷媒はその後、減圧装置18で低圧状態に減圧され
る。この低圧冷媒は蒸発器19で大気等から吸熱して蒸
発し、その後、電動圧縮機17に吸入され、再度圧縮さ
れる。ヒートポンプユニット11は料金の安い夜間電力
を利用して主に夜間に稼働される電気式温水器を構成す
る。
水するための給水入口20が設けてある。この給水入口
20に接続される給水配管21の途中から給水配管21
aを分岐している。また、貯湯タンク12最上部の給湯
口14から高温の温水が流れる給湯配管22と、給水配
管21aとを合流させ、その合流部に温度調整弁23を
配置している。
に貯湯された高温(60℃〜90℃程度)の温水と、給
水配管21aからの低温の水道水との混合比率を調整し
て給湯温水の温度を調整するものである。本例の温度調
整弁23は上記混合比率を調整する弁体をモータ等のア
クチュエータにより駆動するようになっており、給湯温
水の温度を検出する温度センサ(サーミスタ)24の検
出温度と給湯使用者の指示する目標温度とに基づいて弁
体位置を自動調整して、給湯温水の温度が給湯使用者の
指示する目標温度に維持されようになっている。
の燃焼装置25が備えられている。この燃焼装置25
は、ガス供給管26から燃焼室27内にガスを供給し、
このガスを点火装置28により点火させ、そして、電動
送風機29により燃焼室27内に送風される燃焼空気を
供給ガスに混合して強制燃焼を行わせる。
30が隣接して設置してある。この温水加熱室30は、
その内部の温水とガス式燃焼装置25の燃焼ガスとを熱
交換させて、内部の温水を加熱する熱交換室である。こ
のため、ガス式燃焼装置25の燃焼ガスが温水加熱室3
0の下側の外表面に沿って流れて温水と十分熱交換した
後に、燃焼ガスが燃焼装置25の外部へ排出されるよう
になっている。
断作用の安全性を高めるために、第1電磁弁(元ガス電
磁弁)31と第2電磁弁32とを直列に設けている。
差(高温温水の密度<低温温水の密度)を利用した自然
対流によって、温水加熱室30と貯湯タンク12との間
の温水循環を行うために、貯湯タンク12の下方部と連
通する温水入口34を温水加熱室30の下方部に設け、
貯湯タンク12の上方部と連通する温水出口35を温水
加熱室30の上方部に設けている。
の内部の温水温度を検出する温度センサ(サーミスタ)
36をタンク上下方向の異なる高さに複数(図示の例で
は5個)設けてある。このタンク上下方向の複数の温度
センサ36の検出信号により、上下方向の温水温度の勾
配を判定することができる。そして、この上下方向の温
水温度の勾配から、貯湯タンク12内上部に所定温度
(例えば60℃)以上の高温温水が必要量あるかどう
か、つまり、湯切れ状態の有無を判定できる。
えば60℃)以上の高温温水が必要量ないときは湯切れ
状態であると判定して、ガス式燃焼装置25の燃焼作動
を始動し、温水加熱室30にて温水を加熱して、湯切れ
を解消するようになっている。
弁23の下流部は2つの配管22a、22bに分岐さ
れ、第1配管22aは、台所、洗面台等のように湯使用
量が比較的少量の機器37に接続される。第2配管22
bは、逆止弁38を介して風呂39に接続される。
用熱交換器40が配置してある。このブライン加熱用熱
交換器40は、温水加熱室30内にて上下方向に蛇行す
る縦長の金属製熱交換チューブを有し、この蛇行状の熱
交換チューブ内を流れるブラインと温水加熱室30内の
温水との間で熱交換を行って、ブラインを加熱するもの
である。なお、ブラインは、温水加熱室30内で吸熱
し、後述の種々な機器にて放熱する熱媒体であり、具体
的には、水道水や、不凍液を混合した水道水等を使用で
きる。
40を含む閉回路からなるブライン循環回路41を電動
ブラインポンプ42により循環するようになっており、
このブライン循環回路41に、ブラインの温度上昇に伴
う膨張分を吸収可能な容積を持つブラインタンク43が
設置されている。
い焚き用の熱交換器44が配置してある。この追い焚き
用の熱交換器44も、ブライン加熱用熱交換器40と同
様に蛇行状の金属製熱交換チューブを用いて構成され、
風呂39内の温水を追い焚き用熱交換器44にてブライ
ンと熱交換して加熱し、その加熱された温水を電動ポン
プ45により風呂39内に再循環するようになってい
る。
路には逆止弁46を設けて、第2配管22bからの温水
が追い焚き用熱交換器44側へ流入するのを防止する。
また、第2配管22bの逆止弁38により追い焚き用熱
交換器44の出口側の温水が機器37への供給温水に混
入することを防止する。
加熱用熱交換器40の出口側流路は2つに分岐され、そ
の一方はブライン流量調整弁47を介してブラインタン
ク43の第1入口48に接続されている。ブライン流量
調整弁47はモータ等のアクチュエータ機構により弁体
が駆動されて弁開度(圧損)を調整するものである。
側の他方の分岐流路は温水暖房機(ファンコンベクタ)
49a、浴室乾燥機49b等の温水放熱機器49の入口
に接続され、この温水放熱機器49の出口はブラインタ
ンク43の第2入口50に接続されている。
ライン加熱用熱交換器40の入口側流路、換言すると、
ブラインタンク43から流出した温度上昇前のブライン
(温水)が流れる流路から流路51を分岐して床暖房装
置52の入口に接続している。床暖房装置52の出口は
温水放熱機器49の出口側流路に合流して、ブラインタ
ンク43の第2入口50に接続されている。
bおよび床暖房装置52にはそれぞれ専用の流量調整弁
49c、49d、52aが内蔵されており、この流量調
整弁49c、49d、52aにより、温水暖房機49
a、浴室乾燥機49bおよび床暖房装置52のブライン
流量をそれぞれ個別に調整できるようになっている。ま
た、各流量調整弁49c、49d、52aは各機器への
ブラインの流れをシャットする止水機能も果たすことが
できるようになっている。
給水配管21により水道水が貯湯タンク12の下部に供
給され、貯水される。そして、貯湯タンク12の下部の
温水がポンプ16によりヒートポンプユニット11の高
圧側熱交換器13に送られ、ここで、サイクル内の高圧
側冷媒からの放熱により温水が60〜90°Cに加熱さ
れ、貯湯タンク12の上部に還流して貯湯される。
温水は、給湯配管22の温度調整弁23において、給水
配管21aからの低温の水道水と混合されて目標温度の
温水となり、その後、台所、洗面台等の機器37あるい
は風呂39に供給される。
水を一度に多量に使用すると、貯湯タンク12内の所定
温度以上の高温水の貯湯量が低下して湯切れをおこすこ
とがある。
貯湯タンク12の内部の温水温度を検出する複数の温度
センサ36の検出信号により、タンク上下方向の温水温
度の勾配を判定し、この上下方向の温水温度の勾配か
ら、貯湯タンク12内上部に所定温度以上の高温温水が
必要量あるかどうか判定できる。そして、貯湯タンク1
2内に所定温度以上の高温温水が必要量だけないときは
湯切れ状態であると判定して、ガス式燃焼装置25の燃
焼作動を始動して、温水加熱室30内の温水を燃焼作動
により加熱し、湯切れを解消する。
上昇した温水は自然対流にて上部の温水出口35から貯
湯タンク12の上部に流入する。また、貯湯タンク12
の下部の低温の温水が温水入口34から温水加熱室30
の下部に流入して、加熱される。ガス式燃焼装置25の
作動停止時においても、温水加熱室30内は貯湯タンク
12との連通により貯湯タンク12の連通部と同一温度
の温水が蓄えられている。
は、ブラインポンプ42によりブラインを温水加熱室3
0内のブライン加熱用熱交換器40に循環させることに
より、温水加熱室30内の温水との熱交換によりブライ
ンを加熱できる。具体的には、温水加熱室30内の温水
温度が90°C程度であるときは、ブラインが80°C
程度まで加熱される。
49b等の温水放熱機器49を使用するために、温水放
熱機器49の内蔵の流量調整弁49c、49dが開弁し
ていると、80°C程度の高温のブラインが温水暖房機
49a、浴室乾燥機49b等の温水放熱機器49に流入
し、ここで、放熱して各機器49a、49bの暖房・乾
燥作用を果たす。そして、ブラインは40°C〜70°
C程度の温度に低下した後にブラインタンク43に戻
る。
された高温のブラインの一部は、分岐され、流量調整弁
47により調整された流量でもって、ブラインタンク4
3に直接戻る。さらに、床暖房装置52を同時運転する
ときは床暖房装置52の内蔵の流量調整弁52aも開弁
するため、温水加熱室30上流(ブラインタンク43直
後)の低温(例えば、60°C程度)のブラインが床暖
房装置52に流入して床暖房の作用を果たす。
のブライン流量とブラインタンク43に直接戻る高温の
ブライン流量との割合を流量調整弁47により調整する
ことができ、この流量割合の調整により温水放熱機器4
9の能力と床暖房装置52の能力を調整できる。
は、温水暖房機49a、浴室乾燥機49b内蔵の流量調
整弁49c、49dを閉弁して、温水放熱機器49への
ブライン流入を遮断するとともに、流量調整弁47およ
び床暖房装置52内蔵の流量調整弁52aを開き、温水
加熱室30内のブライン加熱用熱交換器40で加熱され
たブラインを流量調整弁47→ブラインタンク43→ポ
ンプ42→ブライン加熱用熱交換器40の回路で循環さ
せるとともに、ブラインタンク43→ポンプ42→床暖
房装置52→ブラインタンク43の回路で循環させ、床
暖房作用を果たす。
ンプ45を作動させて、風呂39の温水をブラインタン
ク43内の追い焚き用熱交換器44に循環して、ブライ
ンタンク43内の60°C程度のブラインと風呂39の
温水とを熱交換して、風呂39の温水を加熱する。
湯タンク12の内部の高温(例えば、90°C)の温水
を熱源として、次のように各種温度の温水(ブライン)
を同時に供給できる。 (1)台所、洗面台等の給湯対象機器37および風呂3
9には、温度調整弁23により温度調整された所望温度
の温水を供給できる。 (2)温水暖房機49a、浴室乾燥機49b等の温水放
熱機器49には、温水加熱室30内のブライン加熱用熱
交換器40で加熱された最も高温(例えば、80°C程
度)のブラインを供給できる。 (3)床暖房装置52には、ブライン加熱用熱交換器4
0上流の中間温度(例えば、60°C程度)のブライン
を供給できる。 (4)ブラインタンク43内の中間温度(例えば、60
°C程度)のブラインを熱源として風呂39の温水を追
い焚きすることができる。
て、次の作用効果が得られる。
給湯通路22は、温水暖房機49a、浴室乾燥機49b
等の温水放熱機器49および床暖房装置52を有するブ
ライン循環回路41とは全く別回路となっているから、
上記給湯対象機器37への給湯水は飲料水として使用で
きる。
ク12の湯切れを未然に防止できるので、貯湯タンク1
2の小型化を図ることができる。また、夜間電力による
電気式ヒートポンプユニット11の運転により貯湯機能
を発揮し、これに燃焼装置25の補助加熱作用を組み合
わせる構成であるから、昼間の湯切れ時に貯湯タンク1
2内の温水を電気ヒータにより加熱する電気式給湯器に
比較してランニングコストを大幅に低減できる。
て、台所、洗面台等の給湯対象機器37への給湯と、温
水暖房等の機器49、52への温水(ブライン)供給を
全て行っているから、これらの給湯対象機器37と、機
器49、52に対応して温水器を別々に設置する場合に
比較して、部品点数低減による低コスト化、省スペース
化を実現できる。
するときには、この両者の必要温水温度の違いから浴室
乾燥・温水暖房側の余剰熱を利用して床暖房を行うこと
ができ、効率的な給湯運転を行うことができる。
房等の余剰熱で行うから、追い焚き専用の電気ヒータを
用いる場合に比較して省エネルギーとなる。
その給水温度(高圧側熱交換器13への入口側水温度)
が高くなると、サイクル高圧が上昇して圧縮機動力が増
大し、その結果、COP(成績係数)が低下するが、本
実施形態によると、ヒートポンプユニット11による温
水加熱作用にガス燃焼による温水加熱作用を組み合わせ
ることにより湯切れを防止できるから、ヒートポンプユ
ニット11への給水温度を湯切れ防止のために高くする
必要がなく、そのため、ヒートポンプユニット11のC
OPを向上できる。
用し、高圧側の冷媒圧力が冷媒の臨界圧力以上となる超
臨界ヒートポンプサイクルにより、ヒートポンプユニッ
ト11を構成する場合には、高圧圧力が特に高いので、
ヒートポンプユニット11の給水温度低下によるCOP
の改善効果が大きい。 (第2実施形態)図2は第2実施形態であり、第1実施
形態に対してブライン循環回路41のブライン加熱用熱
交換器40の上流部に第2のブライン流量調整弁53を
追加した点が異なる。
量調整弁53の開度を減少すると、ポンプ42から吐出
されるブラインのうち、床暖房装置52へのブライン流
量を増加できる。従って、床暖房装置52への配管長さ
が温水暖房機、浴室乾燥機等の温水放熱機器49に比し
て長い場合とか、あるいは、床暖房装置52が2階等の
ブラインタンク43より高い位置に設置されて、床暖房
装置52へのブライン循環回路の圧損が特に大きい場合
でも、床暖房装置52へのブライン流量を確保して、床
暖房性能を確保できる。 (第3実施形態)図3は第3実施形態であり、第1、第
2実施形態に対して以下の点が相違している。先ず、第
1、第2実施形態では、貯湯タンク12内に蓄えられる
温水を加熱するための加熱装置として、電気式加熱装置
を構成するヒートポンプユニット11の他に、燃焼式加
熱装置を構成する燃焼装置25を備えており、そのた
め、加熱装置がハイブリッド式になっているが、第3実
施形態では燃焼式加熱装置を廃止して電気式加熱装置を
構成するヒートポンプユニット11のみを温水加熱装置
として備えている。
熱装置における温水加熱室30内にブライン加熱用熱交
換器40を配置しているが、第3実施形態では、給湯配
管54にブライン加熱用熱交換器40を電気式開閉弁5
5を介して接続している。ここで、給湯配管54には貯
湯タンク12内上部に溜まっている高温(例えば90
℃)の温水またはヒートポンプユニット11の高圧側熱
交換器(水冷媒熱交換器)13で加熱された高温の温水
が供給される。
ば2重管式熱交換器構造で構成され、ブライン循環回路
41のブラインと給湯配管54の高温温水との間で熱交
換を行ってブラインを例えば60℃程度に加熱する。電
気式開閉弁55は電磁弁、電動弁等からなり、給湯配管
54を開閉する。
の他にモータ駆動の電動ポンプ42、床暖房装置52が
設けられ、電動ポンプ42の作動によりブラインが床暖
房装置52を循環するようになっている。
ち、給湯配管54からの高温温水が流れる通路の出口側
に温水熱回収タンク56が設けてある。この温水熱回収
タンク56は、熱交換器40にて熱交換後の温水を溜め
て温水熱を回収するタンクであって、貯湯タンク12の
容量(例えば、300リットル程度)の1/2程度の容
量(例えば、150リットル程度)に設定してある。
向に自然対流に沿った温度勾配(上部側が高温で、底部
側が低温)を持つように、温水熱回収タンク56の上部
に、熱交換器40にて熱交換後の温水が流入する第1入
口56aを設け、そして、温水熱回収タンク56の底部
にタンク内の低温の水を排出する第1出口56bを設け
ている。
タ駆動の電動ポンプ58を介して貯湯タンク12の底部
の第2入口59に接続されている。そして、貯湯タンク
12の上部を接続配管60により給湯配管54に接続し
ている。これにより、給湯配管54→電気式開閉弁55
→熱交換器40→温水熱回収タンク56→接続配管57
→電動ポンプ58→貯湯タンク12→接続配管60→給
湯配管54に戻る閉回路が構成され、電動ポンプ58を
作動させると、この閉回路を温水が循環するようになっ
ている。
2入口56cが設けてあり、この第2入口56cには、
給水配管21から分岐された給水配管21aから逆止弁
61を介して水道水が導入されるようになっている。温
水熱回収タンク56の上部には第2出口56dを設け、
この第2出口56dを給水配管21bを介して温度調整
弁23の入口側に接続している。従って、第3実施形態
の温度調整弁23では、温水熱回収タンク56内の上部
に溜まる温水と給湯配管22からの高温温水とを混合し
て所望温度の温水を作り出すことができる。
下流側で2つの配管22a、22bに分岐され、その一
方の第1配管22aには台所、洗面台等の給湯対象機器
37が接続される。また、他方の第2配管22bには風
呂39が接続される。
床暖房装置52を使用する際には、図示しない制御装置
により電気式開閉弁55を開弁させるとともに、電動ポ
ンプ42、58を作動させる。電気式開閉弁55の開弁
により貯湯タンク12から高温(例えば、90℃)の温
水がブライン加熱用熱交換器40に流入する。また、電
動ポンプ42の作動によりブライン循環回路41のブラ
インがブライン加熱用熱交換器40に流入するので、熱
交換器40にて高温温水がブラインを60℃程度の温度
に加熱する。この加熱されたブラインが床暖房装置52
を循環して床面に放熱して床暖房を行う。この放熱後の
ブラインは40℃程度の温度に低下して熱交換器40に
戻る。
ンの循環流量(床暖房の放熱量)を制御できる。本第3
実施形態では、床暖房放熱後のブライン温度が所定温度
(例えば40℃程度)に維持されるように電動ポンプ4
2の回転数を自動制御している。
入する高温温水の流量は、電動ポンプ58の回転数制御
により制御できる。そこで、本第3実施形態では、熱交
換器40で熱交換後のブライン温度が所定温度(例えば
60℃程度)に維持されるように電動ポンプ58の回転
数を自動制御している。
り変更されれば、その目標温度の変更量に応じてブライ
ン温度の上記所定温度を変更し、電動ポンプ42、58
の回転数制御にフィードバックする。
交換器40から流出した中間温度の温水を温水熱回収タ
ンク56内に蓄えている。この中間温度の温水は第1入
口56aから温水熱回収タンク56内の上部に流入し、
また、給水配管21aからの低温水道水は第2入口56
cから温水熱回収タンク56内の底部に流入するので、
温水熱回収タンク56内の上下方向に温水の温度勾配が
発生する。
けた第2出口56dからタンク56内上部の温水(タン
ク内の最も高温の温水)を給水配管21bを通して温度
調整弁23の入口側に供給するから、温水熱回収タンク
56内の中間温度(例えば、20〜40℃程度)の温水
を、温度調整弁23を介して給湯対象機器37あるいは
風呂39に供給できる。
9にて必要な温水の温度域が温水熱回収タンク56内に
蓄えられる中間温度の温水でまかなうことができる場合
は、温水熱回収タンク56内からの給湯のみでよく、貯
湯タンク12内の高温温水を使用しなですむ。そのた
め、ヒートポンプユニット11の稼働時間を低減でき、
ヒートポンプユニット11の消費電力を低減できる。
熱回収タンク56内の底部の低温(例えば、20℃程
度)の水が貯湯タンク12内の底部に戻るので、電動ポ
ンプ16の作動によって貯湯タンク12内の底部の低温
の水がヒートポンプユニット11の高圧側熱交換器13
に送られる。
17の吐出冷媒(高圧冷媒)の温度と水との温度差が拡
大するので、サイクル高圧圧力を上昇させることなく、
水−冷媒間の熱交換量を増大できる。これにより、ヒー
トポンプユニット11のCOPを向上できる。 (第4実施形態)上記第3実施形態では、温水熱回収タ
ンク56内底部の低温の水を、接続配管57、電動ポン
プ58を介して貯湯タンク12内の底部に直接戻すよう
にしているが、第4実施形態では図4に示すように、温
水熱回収タンク56内底部の低温の水を先ず、ヒートポ
ンプユニット11の蒸発器19に流入させ、ここで、水
から吸熱して冷媒が蒸発するようにしている。
高圧側熱交換器13と同様に水冷媒熱交換器として構成
し、温水熱回収タンク56内底部の低温(例えば、20
℃程度)の水から冷媒が吸熱して蒸発するので、低温の
水は更に温度低下して例えば、10℃程度の温度になっ
て、貯湯タンク12内の底部に戻る。
圧側熱交換器13に送られる水の温度が第3実施形態よ
り更に低下して高圧側熱交換器13での熱交換量を増大
でき、より一層COPを向上できる。 (第5実施形態)図5は第5実施形態であり、ヒートポ
ンプユニット11において蒸発器19の出口側と圧縮機
17の吸入側との間にアキュムレータ62を設け、蒸発
器19の出口冷媒の気液をアキュムレータ62内で分離
し、アキュムレータ62内の上部のガス冷媒をアキュム
レータ62から圧縮機17の吸入側に流出させるように
なっている。
部の冷媒と、温水熱回収タンク56内底部の低温の水と
の間で熱交換を行う構造として、アキュムレータ62内
部の冷媒に温水熱回収タンク56内底部の低温の水から
吸熱させる。これによっても、温水熱回収タンク56内
底部の低温の水の温度、ひいては高圧側熱交換器13に
送られる水の温度を更に低下して高圧側熱交換器13で
の熱交換量を増大できる。
に、要は、ヒートポンプユニット11の低圧側冷媒が温
水熱回収タンク56内底部の低温の水から吸熱するよう
にすればよい。 (第6実施形態)第3〜第5実施形態では温水熱回収タ
ンク56を単純なタンク構造として、ブライン加熱用熱
交換器40から流出した中間温度の温水を温水熱回収タ
ンク56内の上部に直接流入させ、また、給水配管21
aからの低温の水道水は温水熱回収タンク56内の底部
に直接流入させているが、第6実施形態では図6に示す
ように、ブライン加熱用熱交換器40から流出した中間
温度の温水が流れる温水配管63を温水熱回収タンク5
6内に蛇行状に配置している。
いて、給水配管21aからの低温の水道水と、温水配管
63の温水との間で熱交換を行って、低温の水道水を加
熱し、温水熱の回収を行うことができる。すなわち、第
6実施形態では温水熱回収タンク56を熱交換器構造と
して、温水熱の回収を行うものである。
1aからの低温の水道水が流れる配管(図示せず)を温
水熱回収タンク56内に蛇行状に配置し、一方、ブライ
ン加熱用熱交換器40から流出した中間温度の温水は図
3、4と同様に温水熱回収タンク56内に直接流入さ
せ、これにより、配管内を流れる低温の水道水と中間温
度の温水との間で熱交換を行うようにしてもよい。 (第7実施形態)第3、第4実施形態ではブライン循環
回路41の温水放熱機器として、床暖房装置52を使用
する例について説明したが、図7に示す第7実施形態で
は、床暖房装置52を廃止し、その代わりに、風呂39
の温水をブライン循環回路41の熱交換器40に循環し
て、ブライン循環回路41の熱交換器40を風呂39の
追い焚き用に使用できるようにしている。 (第8実施形態)図8は第8実施形態であり、第3実施
形態による温水熱回収タンク56を備える多機能給湯装
置に関するものであり、以下第3実施形態との相違点を
主体として第8実施形態を説明する。
底部に設けた第1出口56bを接続配管57、モータ駆
動の電動ポンプ58を介して貯湯タンク12の底部の第
2入口59に接続しているが、第8実施形態では温水熱
回収タンク56の底部の第1出口56bに接続された接
続配管57に電気的に制御される三方切替弁64を設
け、この三方切替弁64により接続配管57を2つの配
管57a、57bに分岐している。
弁65を介して貯湯タンク12の底部の第2入口59に
接続している。他方の分岐配管57bは逆止弁66を介
して貯湯タンク12の上下方向の中間高さの部位に設け
られた第3入口67に接続している。より具体的には、
第3入口67の高さ位置は温水熱回収タンク56の容量
に相当する位置に設定してある。すなわち、貯湯タンク
12の容量は第3実施形態と同様に例えば、300リッ
トル程度であり、また、温水熱回収タンク56の容量も
第3実施形態と同様に例えば、150リットル程度であ
り、このように温水熱回収タンク56の容量を設定する
場合は、第3入口67の高さ位置は貯湯タンク12の全
高さの1/2付近に設定する。
ポンプ58を接続配管57の途中に配置しているが、第
8実施形態では、ブライン用熱交換器40にてブライン
と熱交換した後の温水を接続配管68を通して温水熱回
収タンク56上部の第1入口56aに流入させ、この接
続配管68に電動ポンプ58を配置し、この電動ポンプ
58の吐出側に逆止弁69aを配置している。
ク56上部の第2出口56dを給水配管21bにより温
度調整弁23の入口側に直接接続しているが、第8実施
形態では、給水配管21bの途中に補助温度調整弁70
を設けている。この補助温度調整弁70には給水配管2
1から逆止弁69bを介して分岐された給水配管21c
が接続されている。
回収タンク56上部から供給される中間温度(40℃)
付近の温水と、給水配管21cからの低温の水道水との
混合比率を調整して、主温度調整弁23への供給温水の
温度を調整できる。なお、補助温度調整弁70は主温度
調整弁23と同様に上記混合比率を調整する弁体をモー
タ等のアクチュエータにより駆動するようになってお
り、その弁体位置を自動調整して補助温度調整弁70の
出口側(主温度調整弁23の入口側)の温水温度を調整
できるようになっている。
熱回収タンク56内の上下方向の温水温度の勾配を検出
するために、温水熱回収タンク56の上下方向に所定間
隔にて複数(例えば、5個)の温度センサ71を設けて
いる。この温度センサ71は、第1、第2実施形態の図
1、2に示す貯湯タンク12の温度センサ36と同様の
ものである。なお、図8では図示の簡略化のために、温
度センサ36、71をともに1個のみ図示している。
口側および給水配管21に温度センサ72、73を設
け、温度センサ73により検出される水道水の温度と、
温水熱回収タンク56の温度センサ71のうち最上部の
温度センサにより検出される第2出口56dからの温水
温度と、温度センサ72により検出される補助温度調整
弁70の出口側温度と、使用者により設定される給湯目
標温度とに基づいて補助温度調整弁70の弁体位置を自
動調整するようになっている。ここで、補助温度調整弁
70の弁体位置を、使用者により設定される給湯目標温
度と補助温度調整弁70の出口側温水温度のみに基づい
て自動調整するようにしてもよい。
収タンク56の温度センサ71のうち最下部の温度セン
サにより検出される第1出口56bからの温水温度に基
づいて切替制御される。具体的には、温水熱回収タンク
56内に第1入口56aから流入する40℃程度の中間
温度の温水が充満して、温度センサ71のうち最下部の
温度センサの検出温度が第1入口56aからの流入温水
と同等の所定温度(例えば、40℃程度)まで上昇する
と、三方切替弁64が接続配管57a側の流路を閉じ
て、接続配管57b側の流路を開くようになっている。
にブラインを循環させるブライン循環回路41に、ブラ
インの温度上昇による体積膨張を吸収する専用の膨張タ
ンク74を設けている。
であり、上記センサ群24、36、71、72、73等
の検出信号、および給湯装置操作パネル75の操作信号
が電子制御装置76に入力され、この電子制御装置76
で入力信号に基づく所定の演算処理を行って、図8のヒ
ートポンプユニット11の各機器および貯湯ユニット1
0の各機器(ポンプ42、58、弁23、64、70)
の作動を制御するようになっている。
ヒートポンプユニット11は主に夜間(深夜)電力を利
用して運転され、貯湯タンク12内の水をポンプ16に
より高圧側熱交換器13に循環して、貯湯タンク12内
の水を90℃程度の高温温水に加熱する(沸き上げ
る)。このとき、ポンプ58は停止しており、温水熱回
収タンク56には貯湯タンク12内の高温温水が循環し
ないので、給水配管21aから低温の水道水が給水され
たままである。
ンプ42およびポンプ58を作動させる。一方のポンプ
42の作動により、床暖房装置52のブライン循環回路
41にブラインが循環すると同時に、他方のポンプ58
の作動により、貯湯タンク12内上部の高温温水が給湯
配管54からブライン用熱交換器40および温水熱回収
タンク56を通過して貯湯タンク12に戻る経路にて循
環する。
出口56bと貯湯タンク12との間の流路は三方切替弁
64により次のように設定される。すなわち、ポンプ5
8の起動当初は温水熱回収タンク56内に低温の水が溜
まっているので、温水熱回収タンク56の温度センサ7
1のうち最下部の温度センサの検出温度が所定温度(例
えば、40℃程度)より低い。
て、三方切替弁64を接続配管57b側の流路を閉じて
接続配管57a側の流路を開く状態に維持する。このた
め、温水熱回収タンク56底部の第1出口56bから低
温の水は接続配管57、57aを通過して貯湯タンク1
2の底部へ流入する。
イン用熱交換器40にて給湯配管54からの高温温水と
熱交換して60℃程度に加熱され、床暖房装置52にて
住宅の床面に放熱してブライン用熱交換器40に戻る。
一方、給湯配管54からの高温温水はブラインとの熱交
換で40℃程度の中間温度に低下して第1入口56aか
ら温水熱回収タンク56内の上部に流入する。
管21aから低温水道水が流入しないときは温水熱回収
タンク56内に徐々に40℃程度の中間温度の温水が溜
まっていく。そして、温水熱回収タンク56内がこの中
間温度の温水で充満すると、温度センサ71のうち最下
部の温度センサの検出温度が所定温度(例えば、40℃
程度)まで上昇する。
温度の上昇を電子制御装置76により判定して、三方切
替弁64を接続配管57a側の流路を閉じて接続配管5
7b側の流路を開く状態に切り替える。これにより、温
水熱回収タンク56底部の第1出口56bから中間温度
の温水が接続配管57、57bを通過して貯湯タンク1
2の上下方向の中間部位に流入する。
からの中間温度の温水が貯湯タンク12の底部に流入し
続けると、貯湯タンク12の底部にて中間温度の温水と
低温水との撹拌が生じて、貯湯タンク12の上下方向に
形成されている温水の温度勾配(境界層)が崩れるとい
う不具合が生じる。
水熱回収タンク56底部からの中間温度の温水が貯湯タ
ンク12の上下方向の中間部位に流入するため、貯湯タ
ンク12の底部における中間温度の温水と低温水との撹
拌を防止できる。
ン用熱交換器40通過後の中間温度の温水で充満すると
いうことは、貯湯タンク12から温水熱回収タンク56
の容量相当分の高温温水が流出し、その代わりに貯湯タ
ンク12の下部に温水熱回収タンク56の容量相当分の
低温水道水が流入することになる。
度の温水で充満した時点で貯湯タンク12への温水戻り
位置を貯湯タンク底部から貯湯タンク中間部位、具体的
には、温水熱回収タンク56の容量相当分の中間部位に
切り替えることにより、貯湯タンク12内の高温温水と
低温水道水との境界付近に温水熱回収タンク56からの
中間温度の温水を流入させることができ、中間温度の温
水と低温水との撹拌を防止できる。これにより、貯湯タ
ンク12の上下方向の温水温度勾配(境界層)を維持で
きるので、貯湯タンク12内の温水を有効利用できる。
された中間温度の温水は、給水配管21bにより主温度
調整弁23の水側に供給されるから、第3実施形態と同
様に、貯湯タンク12内の高温温水の使用量を減らすこ
とができる。
0を配置して、温水熱回収タンク56からの中間温度の
温水と給水配管21cからの低温水とを混合して、40
℃以下の中間温度の温水を作ることができるから、給湯
温度として40℃以下の任意の中間温度、例えば、35
℃が設定された場合でも、補助温度調整弁70によりこ
の35℃の中間温度の温水を作って主温度調整弁23を
介して、台所等の給湯対象機器39、風呂39等に供給
できる。
タンク56の底部を貯湯タンク12の底部に連通させる
第1戻し経路を接続配管57と分岐配管57aにより構
成し、また、温水熱回収タンク56の底部を貯湯タンク
12の上下方向の中間部位に連通させる第2戻し経路を
接続配管57と分岐配管57bにより構成している。
経路と第2戻し経路を切り替える切替手段を三方切替弁
64により構成し、更に、温水熱回収タンク56内の中
間温度の温水と給水配管21cからの低温水とを混合し
て温度調整された温水を作る温度調整手段を補助温度調
整弁70により構成している。 (第9実施形態)第9実施形態は上記第8実施形態にお
ける補助温度調整弁70の温水温度調整の自動制御に関
する。
る全体システム図であり、給湯配管22において主温度
調整弁23の出口側部位に給湯温水の流量を検出する流
量センサ77を設けている。なお、図10では、図8に
おける三方切替弁64、分岐配管57b等を廃止した温
水通路構成としているが、第9実施形態でも三方切替弁
64、分岐配管57b等を設けてもよい。
本的に第8実施形態の図9と同じでよく、図9におい
て、電子制御装置76の入力側に流量センサ77を追加
するだけでよい。
度調整の自動制御に際して、まず最初に、機器37、3
9への温水供給(以下給湯という)開始時における初期
弁体位置を前回の給湯終了時における弁体位置に設定す
るものについて検討してみた。
弁体位置を記憶保持しておき、この記憶した弁体位置を
次回の給湯開始時における初期弁体位置に設定するもの
であって、前回の給湯終了後次回の給湯開始時までの間
に、温水熱回収タンク56内の温水温度が上昇しないと
きは問題が生じないが、前回の給湯終了後に床暖房装置
52を使用すると、貯湯タンク12、ブライン加熱用熱
交換器40および温水熱回収タンク56を通る循環回路
により温水の循環が行われ、温水熱回収タンク56の上
部に溜まる温水温度が上昇する。
位置は前回の給湯終了時における弁体位置に設定されて
いるので、この初期弁体位置の想定する温水温度よりも
高温の温水が温水熱回収タンク56の上部から補助温度
調整弁70に供給され、補助温度調整弁70の出口温水
温度が目標温度に対して高温側に大きくオーバーシュー
トするという不具合が生じる。図11の破線Aはこの検
討案による給湯開始直後のオーバーシュートを示す。
開始後における経過時間を横軸にとり、縦軸に補助温度
調整弁70の出口温水温度をとったものであり、1点鎖
線Bは補助温度調整弁70の目標温度であり、35℃の
場合を例示している。
70の制御を図12により説明すると、図12は図9の
電子制御装置76により実行される制御ルーチンであ
り、先ず、ステップS10にて給湯流量の有無を流量セ
ンサ77の検出信号に基づいて判定する。給湯流量のな
いときはステップS20に進み、補助温度調整弁70の
弁体位置を給水配管21cからの水の量を100%とす
る位置に移動し、この弁体位置にて補助温度調整弁70
を待機させる。
有りを判定すると、ステップS30にて補助温度調整弁
70の弁体位置のフィードバック制御のための目標温度
T1を読み込む。ここで、この目標温度T1は、主温度
調整弁70の目標温度T0以下の温度であり、本例では
主温度調整弁70の目標温度T0の設定範囲の下限値、
例えば35℃を補助温度調整弁70の目標温度T1とし
て用いている。なお、主温度調整弁70の目標温度T0
は既述したように図9の操作パネル75に装備されてい
る給湯目標温度設定スイッチを給湯使用者が操作して設
定される温度である。
0の弁体位置をフィードバック制御する。このフィード
バック制御は、具体的には、温度センサ72により検出
される補助温度調整弁70の出口温水温度と上記目標温
度T1との偏差を算出し、この偏差に基づいて弁体位置
の移動量を決定し、これにより、補助温度調整弁70の
出口温水温度を上記目標温度T1と一致するように制御
する。このフィードバック制御はより具体的には周知の
比例積分微分制御(PID制御)、ファジィ制御等の制
御手法を使用できる。
バック制御において、その制御開始時点(すなわち、給
湯開始時点)では、補助温度調整弁70が給水配管21
cからの水の量を100%とする弁体位置にて待機して
いるので、弁体位置のフィードバック制御は必ず、この
水の量=100%の弁体位置から開始することになる。
従って、補助温度調整弁70の出口温水温度は図11の
実線Cに示すように、必ず、給水温度(図示例は5℃)
から始まり、そして、フィードバック制御により上記目
標温度T1に向かって徐々に上昇する。
温度が上記目標温度T1より高温側にオーバーシュート
するといった不具合は発生しない。
温度調整弁70の出口温水温度が給水温度から目標温度
T1に上昇するまでの時間は例えば、10秒程度であ
る。
弁体位置を給湯停止時の間に、水の量=100%の弁体
位置にて待機させ、給湯開始時には補助温度調整弁70
の弁体位置フィードバック制御を必ず水の量=100%
の弁体位置から開始しているが、第9実施形態の趣旨
は、給湯開始時における出口温水温度の高温側へのオー
バーシュートを防止することにあるから、上記水の量=
100%の弁体位置に限定するものではない。
オーバーシュートを防止するためには、給湯開始時にお
ける補助温度調整弁70の弁体位置を温水熱回収タンク
56からの温水よりも給水配管21cからの水の量が多
くなる位置に設定すればよいことが分かっている。 (他の実施形態)なお、第3、第4実施形態では床暖房
装置52の使用時に、電気式開閉弁55を開弁し、そし
て、電動ポンプ42、58の回転数制御により床暖房装
置52の放熱量を制御するようにしているが、例えば、
電動ポンプ58の回転数を一定回転数に固定し、その代
わりに、電気式開閉弁55の開度を連続的に制御し、こ
れにより、温水熱回収タンク40に流入する高温温水の
流量を制御して、熱交換器40の加熱後のブライン温度
を制御するようにしてもよい。
環回路41の温水放熱機器として、床暖房装置52を使
用する例について説明したが、床暖房装置52の代わり
に、第1、第2実施形態で説明した温水暖房機(ファン
コンベクタ)49aや浴室乾燥機49b等の温水放熱機
器49をブライン循環回路41の温水放熱機器として使
用してもよい。
としてヒートポンプユニット11を使用する場合につい
て説明したが、貯湯タンク12内に電気ヒータを配置し
て貯湯タンク12内の温水を電気ヒータにより直接加熱
する電気式温水器に対して本発明を適用してもよい。
燃焼装置25を用いて温水を加熱する例について説明し
たが、灯油等の液体燃料を用いる燃焼装置を用いて温水
を加熱してもよいことはもちろんである。
ある。
構成図である。
図である。
フである。
ローチャートである。
…貯湯タンク、22…給湯配管(温水供給経路)、25
…燃焼装置、30…温水加熱室、37…台所等の給湯対
象機器、39…風呂、40…ブライン加熱用熱交換器、
41…ブライン循環回路(ブライン供給経路)、49…
温水放熱機器、52…床暖房装置、56…温水熱回収タ
ンク。
Claims (19)
- 【請求項1】 貯湯タンク(12)と、 前記貯湯タンク(12)内に蓄えられる温水を加熱する
ための加熱装置(11、25、30)と、 前記加熱装置(11、25、30)により加熱された温
水と熱交換するブライン加熱用熱交換器(40)と、 前記貯湯タンク(12)内の温水を第1機器(37、3
9)に供給する温水供給経路(22)と、 前記ブライン加熱用熱交換器(40)で加熱されたブラ
インを第2機器(49、52)に供給するブライン供給
経路(41)とを備えることを特徴とする多機能給湯装
置。 - 【請求項2】 前記加熱装置は、電気式加熱装置(1
1)と燃焼式加熱装置(25、30)を包含しているこ
とを特徴とする請求項1に記載の多機能給湯装置。 - 【請求項3】 前記燃焼式加熱装置は、前記貯湯タンク
(12)と連通する温水加熱室(30)および前記温水
加熱室(30)を加熱する燃焼装置(25)を有してお
り、 前記温水加熱室(30)内に前記ブライン加熱用熱交換
器(40)を設けたことを特徴とする請求項2に記載の
多機能給湯装置。 - 【請求項4】 前記電気式加熱装置は、電動圧縮機(1
7)を有する電気式ヒートポンプユニット(11)であ
ることを特徴とする請求項2または3に記載の多機能給
湯装置。 - 【請求項5】 前記ブライン供給経路は前記ブラインが
循環する閉回路(41)であり、 前記第2機器(49、52)は複数であり、前記複数の
第2機器(49、52)の1つ(49)は、前記ブライ
ン加熱用熱交換器(40)で加熱されたブラインが循環
するようになっており、また、前記複数の機器(49、
52)の他の1つ(52)は、前記ブライン加熱用熱交
換器(40)で加熱される前のブラインが循環するよう
になっていることを特徴とする請求項1ないし4のいず
れか1つに記載の多機能給湯装置。 - 【請求項6】 前記閉回路(41)内にブラインを溜め
るブラインタンク(43)を設け、前記ブラインタンク
(43)内に、ブラインと風呂(39)の温水との熱交
換を行う風呂追い焚き用の熱交換器(44)を設けるこ
とを特徴とする請求項5に記載の多機能給湯装置。 - 【請求項7】 前記閉回路(41)内に、圧損を調整す
る調整手段(47、53)を備えることを特徴とする請
求項5または6に記載の多機能給湯装置。 - 【請求項8】 前記ブライン加熱用熱交換器(40)に
て熱交換した後の温水の熱を回収する温水熱回収タンク
(56)を備え、 前記温水熱回収タンク(56)内の温水を前記温水供給
経路(22)を通して前記第1機器(37、39)に供
給することを特徴とする請求項1ないし7のいずれか1
つに記載の多機能給湯装置。 - 【請求項9】 前記温水熱回収タンク(56)内の上部
に、前記ブライン加熱用熱交換器(40)にて熱交換し
た後の温水が流入し、 前記温水熱回収タンク(56)の底部に給水配管(2
1、21a、21c)からの水が流入し、 前記温水熱回収タンク(56)内の底部側に溜まる低温
の温水を前記貯湯タンク(12)の底部に戻し、 前記温水熱回収タンク(56)内上部の中間温度の温水
を前記温水供給経路(22)を通して前記第1機器(3
7、39)に供給することを特徴とする請求項8に記載
の多機能給湯装置。 - 【請求項10】 前記温水熱回収タンク(56)の底部
を前記貯湯タンク(12)の底部に連通させる第1戻し
経路(57,57a)と、 前記温水熱回収タンク(56)の底部を前記貯湯タンク
(12)の上下方向の中間部位に連通させる第2戻し経
路(57,57b)と、 前記第1戻し経路(57,57a)と前記第2戻し経路
(57,57b)を切り替える切替手段(64)とを備
え、 前記ブライン加熱用熱交換器(40)にて熱交換した後
の温水が前記温水熱回収タンク(56)内に充満するま
では、前記切替手段(64)により前記第1戻し経路
(57,57a)を開いて前記第2戻し経路(57,5
7b)を閉じることにより、前記温水熱回収タンク(5
6)内の底部側に溜まる低温の温水を前記貯湯タンク
(12)の底部に戻し、 前記ブライン加熱用熱交換器(40)にて熱交換した後
の温水が前記温水熱回収タンク(56)内に充満する
と、前記切替手段(64)により前記第2戻し経路(5
7,57b)を開いて前記第1戻し経路(57,57
a)を閉じることにより、前記温水熱回収タンク(5
6)内の温水を前記貯湯タンク(12)の上下方向の中
間部位に戻すことを特徴とする請求項9に記載の多機能
給湯装置。 - 【請求項11】 前記貯湯タンク(12)の上下方向の
中間部位は、前記貯湯タンク(12)において前記温水
熱回収タンク(56)の容量に相当する高さ近傍の位置
であることを特徴とする請求項10に記載の多機能給湯
装置。 - 【請求項12】 前記温水熱回収タンク(56)からの
温水と、前記給水配管(21、21a、21c)からの
水とを混合して温度調整された温水を作る温度調整手段
(70)を備え、 前記温度調整手段(70)通過後の温水を、前記温水供
給経路(22)を通して前記第1機器(37、39)に
供給することを特徴とする請求項9ないし11のいずれ
か1つに記載の多機能給湯装置。 - 【請求項13】 前記ブライン加熱用熱交換器(40)
にて熱交換した後の温水と、前記給水配管(21、21
a、21c)からの水との間で熱交換をするように前記
温水熱回収タンク(56)を構成したことを特徴とする
請求項8に記載の多機能給湯装置。 - 【請求項14】 前記加熱装置はヒートポンプユニット
(11)であり、 前記ブライン加熱用熱交換器(40)にて熱交換した後
の温水の熱を回収する温水熱回収タンク(56)を備
え、 前記温水熱回収タンク(56)内の底部側に溜まる低温
の温水を前記ヒートポンプユニット(11)の低圧側回
路部に導き、前記ヒートポンプユニット(11)の低圧
側冷媒が前記低温の温水から吸熱するようにし、 前記低圧側冷媒により吸熱された後の前記低温の温水を
前記貯湯タンク(12)の底部に戻し、 前記貯湯タンク(12)の底部の水を前記ヒートポンプ
ユニット(11)の高圧側熱交換器(13)にて加熱す
ることを特徴とする請求項1に記載の多機能給湯装置。 - 【請求項15】 前記第1機器(37、39)への温水
供給開始時における前記温度調整手段(70)の調整位
置を、前記温水熱回収タンク(56)からの温水よりも
前記給水配管(21、21a、21c)からの水の量が
多くなる位置に設定し、その後に、前記温度調整手段
(70)の出口温水温度が目標温度となるように前記温
度調整手段(70)を調整するフィードバック制御を開
始することを特徴とする請求項12に記載の多機能給湯
装置。 - 【請求項16】 前記温水供給経路(22)に、前記温
度調整手段(70)により温度調整された温水と前記貯
湯タンク(12)からの温水とを混合して前記第1機器
(37、39)への温水温度を調整する主温度調整手段
(23)を設け、 前記温度調整手段(70)の目標温度を、前記主温度調
整手段(23)の目標温度以下の温度とすることを特徴
とする請求項15に記載の多機能給湯装置。 - 【請求項17】 前記第1機器(37、39)への温水
供給開始時における前記温度調整手段(70)の調整位
置を、前記前記給水配管(21、21a、21c)から
の水の量を100%とする位置に設定することを特徴と
する請求項15または16に記載の多機能給湯装置。 - 【請求項18】 前記第2機器は床暖房装置(52)で
あることを特徴とする請求項8ないし17のいずれか1
つに記載の多機能給湯装置。 - 【請求項19】 前記第1機器として風呂(39)が備
えられ、前記風呂(39)の温水を前記ブライン加熱用
熱交換器(40)に循環することにより、前記風呂(3
9)を前記第2機器としても使用できるようにしたこと
を特徴とする請求項8ないし17のいずれか1つに記載
の多機能給湯装置。
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