JP2009068761A - 貯湯式給湯機 - Google Patents

Abstract

【課題】１台のタンク循環ポンプにより、貯湯タンクの沸き上げ運転と、浴槽の追焚き運転や暖房ユニットでの暖房運転と、を同時に行うことができる貯湯式給湯機を得ること。
【解決手段】貯湯タンクの下部に第１の流入口が接続された第１の三方弁と、第１の三方弁の流出口に吸込口が接続されたタンク循環ポンプと、タンク循環ポンプの吐出口に流入口が接続された第２の三方弁と、第２の三方弁の第１の流出口に流入口が接続され流出口が貯湯タンクの上部に接続された沸き上げ用熱交換器と、を含んで成る沸き上げ回路と、貯湯タンクの上部に第２の流入口が接続された第１の三方弁と、第１の三方弁の流出口に吸込口が接続されたタンク循環ポンプと、タンク循環ポンプの吐出口に流入口が接続され第２の流出口が貯湯タンクの下部に接続された第２の三方弁と、を含んで成る熱源回路と、熱源回路中に直列に接続された利用側熱交換器と、を備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ヒートポンプユニットの沸き上げ用熱交換器によって加熱された湯を貯湯タンクの上部に戻し、貯湯タンクの下部へ給水することにより、上部と下部とで温度差が生じるように貯湯タンクに湯及び水を貯える貯湯式給湯機に関するものである。

従来、冷凍サイクルを用いたヒートポンプ貯湯式給湯機において、貯湯タンク内の温水を沸き上げ用熱交換器に循環させる回路と、貯湯タンク内の湯を浴槽湯の追い炊きや暖房ユニットでの暖房を行う利用側熱交換器に循環させる回路とを、１台の循環ポンプにより循環させるものがある。

この貯湯式給湯器は、温水を貯留させる貯湯タンクと、前記貯湯タンク内の温水を加熱する給湯用熱交換器と、前記貯湯タンク内の湯を用いて浴槽での追い炊きや暖房ユニットでの暖房を行なう利用側熱交換器と、を備えた給湯機であって、一端が前記貯湯タンクの下部に、他端が前記貯湯タンクの上部に接続され、前記給湯用熱交換器の利用側配管を構成する給湯用配管と、一端が前記貯湯タンクの上部に、他端が前記貯湯タンクの下部に接続され、前記利用側熱交換器の熱源側配管を構成する熱源側配管と、前記給湯用配管の一端と熱源側配管の他端との接続部に設けた第１の制御弁と、一端が前記給湯用配管の他端側に第２の制御弁を介して接続され、他端が前記貯湯タンクの下部に接続された下部戻し管とを有し、前記第１の制御弁から前記第２の制御弁までの間の前記給湯用配管に、循環ポンプを設け、前記給湯タンクの沸き上げ運転では、前記循環ポンプを運転することにより、前記貯湯タンクの下部から流出させた水を、前記第１の制御弁、前記循環ポンプ、前記給湯用熱交換器、前記第２の制御弁を経由させ、前記貯湯タンクの上部から戻し、前記浴槽の追い炊きや暖房では、前記循環ポンプを運転することにより、前記利用側熱交換器で放熱させた湯を、前記第１の制御弁、前記循環ポンプ、前記給湯用熱交換器、前記第２の制御弁を経由させ、前記戻し管から前記貯湯タンクに戻す（例えば、特許文献１参照）。

特開２００４−２１８９０７号公報

しかしながら、上記従来の技術によれば、浴槽湯の追焚きや暖房ユニットでの暖房時に、循環ポンプを運転すると、必ず、利用側熱交換器で放熱した後の温水が、沸き上げ用配管及び沸き上げ用熱交換器を経由して貯湯タンクに戻る。そのため、貯湯式給湯機の据付場所によっては、非常に配管が長くなったり、戻り温水の放熱ロスが大きくなる、という問題があった。また、貯湯タンクの沸き上げ運転と、浴槽湯の追焚きや暖房ユニットでの暖房運転とを同時に行うことができない、という問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、１台のタンク循環ポンプにより、貯湯タンクの沸き上げ運転と、浴槽湯の追焚き運転や暖房ユニットでの暖房運転と、を効率よく行うことができ、かつ、貯湯タンクの沸き上げ運転と、浴槽湯の追焚き運転や暖房ユニットでの暖房運転と、を同時に行うことができる貯湯式給湯機を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、加熱された湯及び給水された水を貯える貯湯タンクと、該貯湯タンクの下部に第１の流入口が接続された第１の三方弁と、該第１の三方弁の流出口に吸込口が接続されたタンク循環ポンプと、該タンク循環ポンプの吐出口に流入口が接続された第２の三方弁と、該第２の三方弁の第１の流出口に流入口が接続され流出口が前記貯湯タンクの上部に接続された沸き上げ用熱交換器と、を含んで成る沸き上げ回路と、前記貯湯タンクの上部に第２の流入口が接続された前記第１の三方弁と、該第１の三方弁の流出口に吸込口が接続された前記タンク循環ポンプと、該タンク循環ポンプの吐出口に流入口が接続され第２の流出口が前記貯湯タンクの下部に接続された前記第２の三方弁と、を含んで成る熱源回路と、該熱源回路中に直列に接続された利用側熱交換器と、を備えることを特徴とする。

この発明によれば、１台のタンク循環ポンプにより、貯湯タンクの沸き上げ運転と、浴槽湯の追焚き運転や暖房ユニットでの暖房運転と、を効率よく行うことができ、かつ、貯湯タンクの沸き上げ運転と、浴槽湯の追焚き運転や暖房ユニットでの暖房運転と、を同時に行うことができる貯湯式給湯機が得られる、という効果を奏する。

以下に、本発明にかかる貯湯式給湯機の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明にかかる貯湯式給湯機の実施の形態１を示す回路図であり、図２は、実施の形態１の貯湯式給湯機の沸き上げ運転時の温水の流れを示す図であり、図３は、実施の形態１の貯湯式給湯機の浴槽追焚き運転時の湯の流れを示す図であり、図４は、実施の形態１の貯湯式給湯機の、浴槽追焚き及び沸き上げ同時運転時の温水の流れを示す図である。図１に示すように、実施の形態１の貯湯式給湯機１００は、給湯ユニット１と、ヒートポンプユニット６０と、浴槽５０と、を備えている。

給湯ユニット１は、加熱された湯及び給水管３から給水された水を貯え、給湯管５を介して外部に給湯する貯湯タンク１０と、貯湯タンク１０の下部に貯えられた温水を吸出してヒートポンプユニット６０に送水し、ヒートポンプユニット６０で加熱された湯を貯湯タンク１０の上部に戻すタンク循環ポンプ１１と、貯湯タンク１０の上部に貯えられた湯を浴槽５０の追い炊きに利用するための利用側熱交換器１２と、を備えている。

ヒートポンプユニット６０は、圧縮機６１と、沸き上げ用熱交換器６２と、膨張弁６３と、蒸発器６４と、をヒートポンプ回路６５として環状に接続して成り、冷凍サイクルを構成している。

沸き上げ用熱交換器６２は、冷凍サイクルを構成するヒートポンプ回路６５と、給湯ユニット１の沸き上げ回路４１との間で熱交換を行う。沸き上げ回路４１の温水を湯に沸き上げるために、冷凍サイクルは、冷媒として二酸化炭素を用い、臨界圧を越える圧力で運転される。

浴槽５０は、利用側熱交換器１２と浴槽循環ポンプ５２とを、環状に接続して成る浴槽循環回路５１を備えている。

沸き上げ回路４１は、貯湯タンク１０の下部（底部）に第１の流入口３１ａが接続された第１の三方弁３１と、第１の三方弁３１の流出口３１ｃに吸込口が接続されたタンク循環ポンプ１１と、タンク循環ポンプ１１の吐出口に流入口３２ａが接続された第２の三方弁３２と、第２の三方弁３２の第１の流出口３２ｃに流入口が接続され流出口が貯湯タンク１０の上部に接続されたヒートポンプユニット６０の沸き上げ用熱交換器６２と、を含んで成る。

熱源回路４５は、貯油タンク１０の上部に流入口が接続された利用側熱交換器１２と、利用側熱交換器１２の流出口に第２の流入口３１ｂが接続された第１の三方弁３１と、第１の三方弁３１の流出口３１ｃに吸込口が接続されたタンク循環ポンプ１１と、タンク循環ポンプ１１の吐出口に流入口３２ａが接続され第２の流出口３２ｂが貯湯タンク１０の下部に接続された第２の三方弁３２と、を含んで成る。

実施の形態１の貯湯式給湯器１００においては、上記のように、利用側熱交換器１２は、第１の三方弁３１の上流側に直列に接続されている。第２の三方弁３２は、第１、第２の流出口３２ｃ、３２ｂの分配比率を調整可能なものを用いる。

次に、図２を参照して、沸き上げ回路４１による貯湯タンク１０の温水の沸き上げ運転について説明する。まず、第１の三方弁３１を操作して、第１の流入口３１ａと流出口３１ｃとを連通させ、第２の流入口３１ｂを閉じる。また、第２の三方弁３２を操作して、流入口３２ａと第１の流出口３２ｃとを連通させ、第２の流出口３２ｂを閉じる。

上記の第１、第２の三方弁３１、３２の操作、設定の後、タンク循環ポンプ１１を運転すると、貯湯タンク１０の下部（底部）から吸出された温水は、第１の三方弁３１、循環ポンプ１１、第２の三方弁３２、沸き上げ用熱交換器６２を経由して、貯湯タンク１０の上部に戻される。

同時に、ヒートポンプユニット６０が運転され、圧縮機６１で圧縮された冷媒が、沸き上げ用熱交換器６２で放熱し、膨張弁６３で減圧され、蒸発器６４で吸熱し、ガス状態で圧縮機６１に吸入される。

沸き上げ用熱交換器６２では、沸き上げ用熱交換器６２内を流れる冷媒の熱が、沸き上げ回路４１を流れる温水を加熱し、加熱された温水は高温湯となり、貯湯タンク１０の上部に戻されて蓄えられる。

高温湯が、貯湯タンク１０の上部に貯えられ、温水が、貯湯タンク１０の下部（底部）から吸出されるので、貯湯タンク１０内では、上層部に高温湯が蓄えられ、この高温湯層が徐々に厚くなる。貯湯タンク１０の下部側に設置した温度センサ（図示せず）により、貯湯タンク１０内に十分な高温湯が貯えられたことを検出したら、沸き上げ運転を終了する。

次に、図３を参照して、熱源回路４５による貯湯タンク１０の高温湯を利用した浴槽５０の追焚き運転について説明する。この浴槽５０の追焚き運転では、第１の三方弁３１は、第１の流入口３１ａを閉じ、第２の流入口３１ｂと流出口３１ｃとを連通させる。また、第２の三方弁３２は、流入口３２ａと第２の流出口３２ｂとを連通させ、第１の流出口３２ｃを閉じる。

上記の第１、第２の三方弁３１、３２の操作、設定の後、タンク循環ポンプ１１を運転すると、貯湯タンク１０の上部から吸出された高温湯は、利用側熱交換器１２、第１の三方弁３１、タンク循環ポンプ１１及び第２の三方弁３２を経由して、貯湯タンク１０の下部に戻される。なお、このとき、ヒートポンプユニット６０は、運転しない。一方、浴槽循環ポンプ５２を運転し、利用側熱交換器１２で、熱源回路４５を流れる高温湯の熱を、浴槽循環回路５１を流れる浴槽５０の湯に伝達し、浴槽５０を追い炊きする。

貯湯タンク１０の上部に貯えられた高温湯を吸出し、利用側熱交換器１２で熱を奪われた温水を貯湯タンク１０の下部に戻すので、貯湯タンク１０内では、上部高温湯層が徐々に薄くなる。貯湯タンク１０の上部側に設置した温度センサ（図示せず）により、貯湯タンク１０の高温湯量が所定量以下となったことが検出されると、浴槽５０の追焚き運転と貯湯タンク１０の沸き上げ運転とを同時に行い、貯湯タンク１０の蓄熱量を維持するようにする。

次に、図４を参照して、熱源回路４５及び沸き上げ回路４１による浴槽５０の追焚き運転及び貯湯タンク１０の沸き上げ運転の同時運転について説明する。浴槽５０の追焚き運転及び貯湯タンク１０の沸き上げ運転の同時運転では、第２の三方弁３２を分配弁として機能させる。分配弁３２は、１つの流入口３２ａと、第１、第２の２つの流出口３２ｃ、３２ｂとを有し、２つの流出口３２ｃ、３２ｂに流出させる流量の分配比率を任意に変えることができる。

同時運転を行なうときは、第１の三方弁３１は、第１の流入口３１ａを閉じ、第２の流入口３１ｂと流出口３１ｃとを連通させる。第２の三方弁３２は、流入口３２ａと第１、第２の２つの流出口３２ｃ、３２ｂとを連通させる。

タンク循環ポンプ１１を運転し、高温湯が、貯湯タンク１０上部から利用側熱交換器１２、第１の三方弁３１、タンク循環ポンプ１１及び第２の三方弁３２の第２の流出口３２ｂを経由して貯湯タンク１０の下部に戻る熱源回路４５と、高温湯が、貯湯タンク１０上部から利用側熱交換器１２、第１の三方弁３１、タンク循環ポンプ１１、第２の三方弁３２の第１の流出口３２ｃ及び沸き上げ用熱交換器６２を経由して貯湯タンク１０の上部に戻る沸き上げ回路４１と、の２回路に流れる流量配分を、第２の三方弁３２の分配比率を調整することにより調整する。

浴槽５０の追焚きの必要加熱能力と、ヒートポンプユニット６０の加熱能力と、に基づいて２回路の流量配分を調整し、浴槽循環ポンプ１２の回転数を調整し、第２の三方弁３２で分配比率を調整する。

以上のように、実施の形態１の貯湯式給湯機１００は、貯湯タンク１０の沸き上げ運転と、浴槽５０の追焚き運転とを１つのタンク循環ポンプ１１で効率的に行なうことができ、また、貯湯タンク１０の沸き上げ運転と浴槽５０の追焚き運転を同時に行うこともでき、使い勝手がよい。

実施の形態２．
図５は、本発明にかかる貯湯式給湯機の実施の形態２を示す回路図であり、図６は、実施の形態２の貯湯式給湯機の浴槽湯の熱回収運転時の温水の流れを示す図である。図５において、実施の形態１の貯湯式給湯機１００と同等の構成部分については、同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。

図５に示すように、実施の形態２の貯湯式給湯機２００が実施の形態１の貯湯式給湯機１００と異なるところは、利用側熱交換器１２を、第１の三方弁３１の下流側に接続していることであり、これにより、貯湯タンク１０の沸き上げ運転及び浴槽５０の追焚き運転が行なえるとともに、浴槽５０の熱の回収運転が可能となる。

浴槽５０の熱の回収運転時は、第１の三方弁３１は、第２の流入口３１ｂを閉じ、第１の流入口３１ａを開いて熱源回路４５を熱回収回路に切替え、利用側熱交換器１２に接続された浴槽循環回路５１から浴槽５０の湯の熱を貯湯タンク１０に回収する。

第２の三方弁３２は、流入口３２ａと第２の流出口３２ｂとを連通させ、第１の流出口３２ｃを閉じる。図６に示すように、タンク循環ポンプ１１を運転すると、貯湯タンク１０下部（底部）から吸出された温水は、第１の三方弁３１、利用側熱交換器１２、タンク循環ポンプ１１及び第２の三方弁３２を経由して、貯湯タンク１０の下部へ戻される。

このとき、浴槽循環ポンプ５２を運転し、浴槽循環回路５１に設置された温度センサ（図示せず）の検出温度と貯湯タンク１０の下部に設置された温度センサ（図示せず）の検出温度との比較を行なう。浴槽５０の湯の温度の方が高い場合には、浴槽５０の湯から熱回収を行なうことが可能であり、利用側熱交換器１２で、浴槽循環回路５１の湯の熱を熱回収回路側４５へ伝達し、浴槽５０の湯の熱を、タンク循環ポンプ１１及び第２の三方弁３２を経由して、貯湯タンク１０に回収することができる。

なお、実施の形態１及び実施の形態２の貯湯式給湯機１００、２００では、ヒートポンプサイクルを、冷媒の圧力が臨界圧力以上となる超臨界ヒートポンプサイクルとしたが、ヒートポンプサイクルは、一般の、臨界圧力以下のヒートポンプサイクルとしてもよい。この場合、冷媒として、フロンガス、アンモニア等を用いてもよい。

また、利用側熱交換器１２に、浴槽循環回路５１を介して浴槽５０を接続する替わりに、暖房ユニットを接続してもよいし、別の利用側熱交換器を設け、これに暖房ユニットを接続してもよい。

以上のように、本発明にかかる貯湯式給湯装置は、１台のタンク循環ポンプにより、貯湯タンクの沸き上げ運転と、浴槽の追焚き運転や暖房ユニットでの暖房運転と、を効率よく行なえるものとして有用である。

本発明にかかる貯湯式給湯機の実施の形態１を示す回路図である。 実施の形態１の貯湯式給湯機の沸き上げ運転時の温水の流れを示す図である。 実施の形態１の貯湯式給湯機の浴槽追焚き運転時の湯の流れを示す図である。 実施の形態１の貯湯式給湯機の、浴槽追焚き及び沸き上げ同時運転時の温水の流れを示す図である。 本発明にかかる貯湯式給湯機の実施の形態２を示す回路図である。 実施の形態２の貯湯式給湯機の浴槽湯の熱回収運転時の温水の流れを示す図である。

符号の説明

１ 給湯ユニット
３ 給水管
５ 給湯管
１０ 貯湯タンク
１１ タンク循環ポンプ
１２ 利用側熱交換器
３１ 三方弁
３１ａ 第１の流入口
３１ｂ 第２の流入口
３１ｃ 流出口
３２ 三方弁（分配弁）
３２ａ 流入口
３２ｂ 第２の流出口
３２ｃ 第１の流出口
４１ 沸き上げ回路
４５ 熱源回路
５０ 浴槽
５１ 浴槽循環回路
５２ 浴槽循環ポンプ
６０ ヒートポンプユニット
６１ 圧縮機
６２ 沸き上げ用熱交換器
６３ 膨張弁
６４ 蒸発器
６５ ヒートポンプ回路
１００，２００ 貯湯式給湯機

Claims (5)

1. 加熱された湯及び給水された水を貯える貯湯タンクと、
   該貯湯タンクの下部に第１の流入口が接続された第１の三方弁と、該第１の三方弁の流出口に吸込口が接続されたタンク循環ポンプと、該タンク循環ポンプの吐出口に流入口が接続された第２の三方弁と、該第２の三方弁の第１の流出口に流入口が接続され流出口が前記貯湯タンクの上部に接続された沸き上げ用熱交換器と、を含んで成る沸き上げ回路と、
   前記貯湯タンクの上部に第２の流入口が接続された前記第１の三方弁と、該第１の三方弁の流出口に吸込口が接続された前記タンク循環ポンプと、該タンク循環ポンプの吐出口に流入口が接続され第２の流出口が前記貯湯タンクの下部に接続された前記第２の三方弁と、を含んで成る熱源回路と、
   該熱源回路中に直列に接続された利用側熱交換器と、
   を備えることを特徴とする貯湯式給湯機。
2. 前記熱源回路の、前記第１の三方弁の上流側に、前記利用側熱交換器を接続したことを特徴とする請求項１に記載の貯湯式給湯機。
3. 前記熱源回路の、前記第１の三方弁の下流側に、前記利用側熱交換器を接続したことを特徴とする請求項１に記載の貯湯式給湯機。
4. 前記貯湯タンクの沸き上げ運転と、前記利用側熱交換器による熱利用運転とを同時に行なうときは、前記第２の三方弁は、前記沸き上げ回路と前記熱源回路との流量分配率を調整することを特徴とする請求項１〜３の何れか一つに記載の貯湯式給湯機。
5. 前記第１の三方弁は、前記第２の流入口を閉じ前記第１の流入口を開いて前記熱源回路を熱回収回路に切替え、前記利用側熱交換器に接続された浴槽循環回路から浴槽の湯の熱を前記貯湯タンクに回収することを特徴とする請求項３に記載の貯湯式給湯機。

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