(57)【要約】【課題】従来よりも熱効率を高めることが可能なヒートポンプ式給湯システムを提供する。【解決手段】湯水沸き上げ運転の終了後において、ヒートポンプ１内に残留する湯水を貯湯タンク２内に送り込む熱回収運転が可能な構成とされている、ヒートポンプ式給湯システムＡであって、湯水沸き上げ運転の終了時において、貯湯タンク２が満蓄熱状態またはこれに近い所定以上の蓄熱量であるときには、熱回収運転は開始されず、かつその後に貯湯タンク２からの所定条件の出湯がなされた場合には、これを契機として熱回収運転が行なわれる構成とされている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
貯湯タンクと、
この貯湯タンクに配管接続され、かつ前記貯湯タンクから送られてきた湯水を加熱してから前記貯湯タンクに戻す湯水沸き上げ運転を可能とするヒートポンプと、
を備えており、
前記湯水沸き上げ運転の終了後において、前記ヒートポンプ内に残留する湯水を前記貯湯タンク内に送り込む熱回収運転が可能な構成とされている、ヒートポンプ式給湯システムであって、
前記湯水沸き上げ運転の終了時において、前記貯湯タンクが満蓄熱状態またはこれに近い所定以上の蓄熱量であるときには、前記熱回収運転は開始されず、かつその後に前記貯湯タンクからの所定条件の出湯がなされた場合には、これを契機として前記熱回収運転が行なわれるように構成されていることを特徴とする、ヒートポンプ式給湯システム。
【請求項２】
請求項１に記載のヒートポンプ式給湯システムであって、
前記所定条件の出湯とは、前記湯水沸き上げ運転の終了時から所定時間以内になされた出湯であり、かつその出湯量が所定値以上の出湯である、ヒートポンプ式給湯システム。
【請求項３】
請求項１または２に記載のヒートポンプ式給湯システムであって、
前記貯湯タンクから前記ヒートポンプに湯水を送り込んでから前記貯湯タンクに戻すための湯水往き流路および湯水戻り流路が、バイパス流路を介して橋渡し接続され、かつ前記ヒートポンプから前記湯水戻り流路に流出する湯水が前記バイパス流路および前記湯水往き流路を経て前記ヒートポンプに戻るように循環させることが可能な湯水循環流路を設定可能とされており、
前記熱回収運転時において、前記ヒートポンプから前記湯水戻り流路を流れる湯水の温度が所定温度未満であるときには、この湯水が前記湯水循環流路を流れるようにされる一方、前記湯水の温度が所定温度以上であるときには、前記湯水循環流路は設定されず、前記湯水は前記貯湯タンクに戻されるように構成されている、ヒートポンプ式給湯システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒートポンプ式給湯システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ヒートポンプ式給湯システムの具体例として、特許文献１，２に記載のものがある。
これらの文献に記載された給湯システムは、貯湯タンクの湯水をヒートポンプに送り込んで凝縮熱交換器により加熱し、かつこの加熱された湯水を貯湯タンクに戻す湯水沸き上げ運転が可能とされている。また、湯水沸き上げ運転を終了した後には、ヒートポンプの凝縮熱交換器に残留する未だ高温の湯水を貯湯タンクに送り込む熱回収運転が行なわれるように構成されている。
このような熱回収運転を行なえば、ヒートポンプにおいて発生した熱を貯湯タンク側に有効に回収することができ、給湯システムの熱効率を高めることが可能である。
【０００３】
しかしながら、前記従来技術においては、次に述べるように、改善すべき余地があった。
【０００４】
すなわち、湯水沸き上げ運転を終了した場合、貯湯タンク内は満蓄熱状態となっている場合がある。これに対し、従来においては、このような場合においても、その後に熱回収運転がなされる。これでは、ヒートポンプから貯湯タンクに湯水が戻されるのと引き換えに、貯湯タンク内のより高温の湯水がヒートポンプ側に送り出されることとなり、熱のロスを生じる。また、その際には貯湯タンクから流出した高温の湯水が所定の配管を流通するため、この流通時における放熱ロスも生じる。したがって、給湯システムの熱効率をより高める観点からすると、未だ改善の余地がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−２６６１３５号公報
【特許文献２】特開２０１８−９１５２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、前記したような事情のもとで考え出されたものであり、従来よりも熱効率を高めることが可能なヒートポンプ式給湯システムを提供することを、その課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を講じている。
【０００８】
本発明により提供されるヒートポンプ式給湯システムは、貯湯タンクと、この貯湯タンクに配管接続され、かつ前記貯湯タンクから送られてきた湯水を加熱してから前記貯湯タンクに戻す湯水沸き上げ運転を可能とするヒートポンプと、を備えており、前記湯水沸き上げ運転の終了後において、前記ヒートポンプ内に残留する湯水を前記貯湯タンク内に送り込む熱回収運転が可能な構成とされている、ヒートポンプ式給湯システムであって、前記湯水沸き上げ運転の終了時において、前記貯湯タンクが満蓄熱状態またはこれに近い所定以上の蓄熱量であるときには、前記熱回収運転は開始されず、かつその後に前記貯湯タンクからの所定条件の出湯がなされた場合には、これを契機として前記熱回収運転が行なわれるように構成されていることを特徴としている。
【０００９】
このような構成によれば、次のような効果が得られる。
すなわち、湯水沸き上げ運転が終了した段階で、貯湯タンクが満蓄熱状態またはこれに近い所定以上の蓄熱量であるときには、熱回収運転は開始されないため、貯湯タンク内の高温の湯水が熱回収運転によって貯湯タンク外に流出して、多くの熱が無駄になることを適切に回避することが可能である。一方、その後に貯湯タンクからの所定条件の出湯がなされ、貯湯タンクの満蓄熱状態またはこれに近い状態が解消されたときには、ヒートポンプからの熱回収運転が行なわれるため、貯湯タンク内の高温の湯水が貯湯タンク外に流出する無駄を回避しつつ、ヒートポンプによって発生された熱を貯湯タンク内に回収してその有効利用を図ることができる。このようなことから、従来よりも熱効率を高めることができる。
【００１０】
本発明において、好ましくは、前記所定条件の出湯とは、前記湯水沸き上げ運転の終了時から所定時間以内になされた出湯であり、かつその出湯量が所定値以上の出湯である。
【００１１】
このような構成によれば、湯水沸き上げ運転の終了後に、ヒートポンプ内に残留する高温の湯水の温度が、時間の経過に伴って余り低下しておらず、しかも貯湯タンクが満蓄熱またはこれに近い状態であることが確実に解消されたタイミングで、ヒートポンプからの熱回収運転が実行されることとなる。したがって、ヒートポンプからの適切な熱回収と、貯湯タンクからの高温湯水の流出防止とを確実に図る上で、一層好ましいものとなる。
【００１２】
本発明において、好ましくは、前記貯湯タンクから前記ヒートポンプに湯水を送り込んでから前記貯湯タンクに戻すための湯水往き流路および湯水戻り流路が、バイパス流路を介して橋渡し接続され、かつ前記ヒートポンプから前記湯水戻り流路に流出する湯水が前記バイパス流路および前記湯水往き流路を経て前記ヒートポンプに戻るように循環させることが可能な湯水循環流路を設定可能とされており、前記熱回収運転時において、前記ヒートポンプから前記湯水戻り流路を流れる湯水の温度が所定温度未満であるときには、この湯水が前記湯水循環流路を流れるようにされる一方、前記湯水の温度が所定温度以上であるときには、前記湯水循環流路は設定されず、前記湯水は前記貯湯タンクに戻されるように構成されている。
【００１３】
このような構成によれば、熱回収運転時において、ヒートポンプから貯湯タンクに所定温度よりも低い湯水が戻されることを適切に回避し、所定温度以上の高温の湯水を貯湯タンクに適切に戻すことが可能となる。したがって、熱効率の向上の確実化を図る上で、より好ましい。
【００１４】
本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行なう発明の実施の形態の説明から、より明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係るヒートポンプ式給湯システムの一例を示す概略説明図である。
【図２】（ａ），（ｂ）は、図１に示すヒートポンプ式給湯システムにおける湯水の流通経路の例を示す要部概略説明図である。
【図３】図１に示すヒートポンプ式給湯システムにおける動作処理手順の一例を示すフローチャートである。
【図４】図１に示すヒートポンプ式給湯システムにおける動作処理手順の他の例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の好ましい実施の形態について、図面を参照して具体的に説明する。
【００１７】
図１に示すヒートポンプ式給湯システムＡは、ヒートポンプ１と、貯湯タンクユニットＵとを組み合わせて構成されている。
【００１８】
ヒートポンプ１は、従来既知のものと同様であり、たとえばＣＯ2などの冷媒の循環路に、ファン１０ａを利用して取り込まれる空気から熱を吸収する蒸発器１０、圧縮器１１、湯水加熱用の凝縮熱交換器１２（凝縮器）、および膨張弁１３が設けられたものである。
【００１９】
貯湯タンクユニットＵは、貯湯タンク２、補助熱源機３、および制御部４を具備している。
【００２０】
貯湯タンク２の下部および上部は、ヒートポンプ１の凝縮熱交換器１２に対し、湯水往き流路５ａおよび湯水戻り流路５ｂを介して接続（配管接続）されている。湯水往き流路５ａに設けられた循環ポンプＰ１が駆動されると、図２（ａ）の太線で示す経路を矢印で示す方向に湯水が流通する。ヒートポンプ１の駆動オン状態において、図２（ａ）に示した態様の湯水流通が行なわれた場合、貯湯タンク２の下部から流出した湯水は、凝縮熱交換器１２によって加熱されてから、貯湯タンク２内の上部に戻されて貯湯される。この動作が、湯水沸き上げ運転である。貯湯タンク２には、複数の温度センサＳａが装着され、これら温度センサＳａからの検出信号に基づいて、貯湯タンク２内の貯湯量（蓄熱量）を制御部４において判断可能である。
【００２１】
湯水往き流路５ａおよび湯水戻り流路５ｂには、バイパス流路５ｃが三方弁Ｖ１を介して橋渡し接続されている。このような構成によれば、三方弁Ｖ１を切り替えることにより、図２（ｂ）の太線で示す経路を矢印で示す方向に湯水が流通する湯水循環流路５０を設定可能である。この湯水循環流路５０の設定時においては、ヒートポンプ１の凝縮熱交換器１２から湯水戻り流路５ｂに出湯した湯水が、バイパス流路５ｃを介して湯水往き流路５ａに流れ込むように湯水を循環させることが可能である。
なお、湯水往き流路５ａおよび湯水戻り流路５ｂのそれぞれの一部は、ヒートポンプ１と貯湯タンクユニットＵとの相互間に位置する接続配管部５１ａ，５１ｂを用いて構成されている。この接続配管部５１ａ，５１ｂは、ヒートポンプ１内や貯湯タンク２内に位置する他の配管部と比較すると、放熱を生じ易い部位となる。
湯水戻り流路５ｂのうち、バイパス流路５ｃとの接続部に接近した箇所には、温度センサＳｂが設けられている。
【００２２】
貯湯タンク２の下部および上部には、入水口６１ａを有する入水管６１および出湯口６２ａを有する出湯管６２が別途接続されている。出湯口６２ａに配管接続された給湯栓９０が開状態にされると、貯湯タンク２内への入水圧によって貯湯タンク２内の湯水は出湯管６２に流出し、出湯口６２ａから給湯栓９０に向けて供給（一般給湯）される。
【００２３】
貯湯タンクユニットＵにおいては、前記した一般給湯に加え、浴槽９１への湯張り、風呂追い焚き、暖房端末９２への温水（熱媒）供給なども可能とされ、さらには貯湯タンク２内の蓄熱量（貯湯量）が不足する際には、補助熱源機３を用いてその不足熱量を補うことが可能とされている。具体的には、この貯湯タンクユニットＵには、浴槽９１への湯張りを可能とする流路６３、風呂追い焚きを可能とする循環ポンプＰ２および熱交換器８ａ、暖房端末９２用の循環ポンプＰ３を有する熱媒循環流路６４および熱交換器８ｂ、ならびにこれらに関連する各種の湯水流路、バルブ、ポンプなどが具備されている。補助熱源機３は、たとえばガス瞬間式湯沸器と同様であり、バーナ３０および熱交換器３１が缶体３２内に収容され、熱交換器３１に供給された湯水をバーナ３０によって迅速に加熱できるように構成されたものである。
【００２４】
制御部４は、マイクロコンピュータなどを用いて構成されており、貯湯タンクユニットＵの各部の動作制御やデータ処理を実行するとともに、ヒートポンプ１の制御部（図示略）と協働してヒートポンプ式給湯システムＡの全体の動作制御も実行する。
この制御部４は、過去の熱需要（給湯運転実績）に基づき、今後の熱需要を予測する学習能力を有し、適当なタイミングで湯水沸き上げ運転を行なわせる。ここで、この湯水沸き上げ運転の終了時点では、ヒートポンプ１の凝縮熱交換器１２内に高温の湯水が残留する。このことに対応し、制御部４は、湯水沸き上げ運転の終了後においては、所定条件下において、ヒートポンプ１から前記した高温の湯水（熱）を回収する熱回収運転を実行する制御も行なう。ただし、その具体的な内容については後述する。
【００２５】
次に、前記したヒートポンプ式給湯システムＡの作用について、図３のフローチャートを参照しつつ説明する。
【００２６】
まず、ヒートポンプ１および循環ポンプＰ１が運転されて、湯水沸き上げ運転が実行された場合には、貯湯タンク２の貯湯量（熱量）がその後の熱需要に対応する所定量に達すると、その時点で湯水沸き上げ運転が終了する（Ｓ１，Ｓ２：ＹＥＳ，Ｓ３）。すると、制御部４は、複数の温度センサＳａからの検出信号に基づき、貯湯タンク２が満蓄熱状態（蓄熱量が満杯状態）であるか否かを判断する（Ｓ４）。
【００２７】
前記判断において、満蓄熱状態ではないとされた場合には、ヒートポンプ１からの熱回収運転が即座に開始される（Ｓ４：ＮＯ，Ｓ７）。この熱回収運転は、湯水沸き上げ運転時と同様な湯水流れで行なわれる。この熱回収運転が実行されることにより、ヒートポンプ１の凝縮熱交換器１２に残留していた高温の湯水が貯湯タンク２に流入することとなるため、貯湯タンク２の蓄熱量を増すことが可能となり、凝縮熱交換器１２に残留していた湯水を有効に利用することができる。熱回収運転は、たとえばヒートポンプ１から貯湯タンク２に送られてくる湯水の温度が、貯湯タンク２内の最高温度よりも所定温度（たとえば５℃程度）以上低くなり、かつその温度状態が所定時間（たとえば５秒程度）以上継続するなどの所定条件が満たされた場合に、停止される（Ｓ８：ＹＥＳ，Ｓ９）。
【００２８】
前記した熱回収運転の終了後は、ヒートポンプ１の運転をそのまま待機した状態としてもよいが、本実施形態においては、バイパス流路５ｃへの蓄熱運転がさらに実行される（Ｓ１０）。この蓄熱運転は、図２（ｂ）に示した湯水循環流路５０を設定することにより、凝縮熱交換器１２に未だ残存する温度がやや高めの湯水を、バイパス流路５ｃを含む湯水循環流路５０に流れ込ませる運転である。この蓄熱運転により、凝縮熱交換器１２の熱を貯湯タンクユニットＵ側に移すことが徹底して図られることとなり、熱効率を高める上で有効である。
【００２９】
一方、前記とは異なり、湯水沸き上げ運転の終了時点において、貯湯タンク２が満蓄熱状態である場合には（Ｓ４：ＹＥＳ）、ヒートポンプ１からの熱回収運転が即座に行なわれることはない。この場合には、湯水沸き上げ運転の終了時点から所定時間（たとえば３０分程度）が経過する前の期間中に、貯湯タンク２から出湯がなされ、所定以上の熱消費が生じた場合に限り、ヒートポンプ１からの熱回収運転が開始される（Ｓ５：ＮＯ，Ｓ６：ＹＥＳ：Ｓ７）。
【００３０】
このような熱回収運転によれば、満蓄熱状態の貯湯タンク２から高温の湯水が流出する無駄をなくすことができるとともに、湯水沸き上げ運転の終了時点から長時間を経ることによって温度が低下した湯水が、ヒートポンプ１から貯湯タンク２に送られてくる不具合もなくすことができる。したがって、ヒートポンプ式給湯システムＡの全体の熱効率を高めることが可能である。
なお、湯水沸き上げ運転の終了時点から所定時間が経過する迄に貯湯タンク２からの出湯がない場合には（Ｓ５：ＹＥＳ）、バイパス流路５ｃへの蓄熱運転が実行される（Ｓ１０）。
【００３１】
沸き上げ運転後におけるヒートポンプ１からの熱回収運転は、好ましくは、図４に示すフローチャートのような動作処理で実行される。
【００３２】
すなわち、熱回収運転を開始すべく循環ポンプＰ１の運転を開始した後には、ヒートポンプ１から湯水戻り流路５ｂを流れてくる湯水の温度を、温度センサＳｂを利用して検出する（Ｓ２０，Ｓ２１）。次いで、その検出温度が所定温度以上の高温の湯水である場合には、この湯水はそのまま貯湯タンク２に戻される（Ｓ２２：ＮＯ，Ｓ２４）。
【００３３】
一方、湯水沸き上げ運転の終了時から熱回収運転を開始する迄の時間がやや長い場合には、接続配管部５１ｂ内の湯水の温度が放熱により低下し、前記所定温度未満となる場合がある。この場合には、三方弁Ｖ１が切り替えられて図２（ｂ）で示した湯水循環流路５０が設定され、ヒートポンプ１側から貯湯タンクユニットＵ内に向けて進行してくる湯水は、バイパス流路５ｃを含む湯水循環流路５０に流れ込む（Ｓ２２：ＹＥＳ，Ｓ２３）。このことにより、低温の湯水が貯湯タンク２に戻されることを適切に回避することができる。
なお、その後、接続配管部５１ｂ内に存在していた温度が低い湯水の全量または略全量が湯水循環流路５０に流れ込むと、これに引き続いて凝縮熱交換器１２内に残留していた高温の湯水が貯湯タンクユニットＵ側に流れてくる。すると、温度センサＳｂによって検出される温度が所定温度以上となるため（Ｓ２２：ＮＯ）、このタイミングで三方弁Ｖ１が切り替えられてバイパス流路５ｃには湯水が流れないようにし、前記湯水を貯湯タンク２に適切に戻すことができる（Ｓ２４）。
【００３４】
本発明は、上述した実施形態の内容に限定されない。本発明に係るヒートポンプ式給湯システムの各部の具体的な構成は、本発明の意図する範囲内において種々に設計変更自在である。
【００３５】
上述の実施形態においては、湯水沸き上げ運転の終了時に、貯湯タンクが満蓄熱状態である場合には熱回収運転は保留され、満蓄熱でない場合には熱回収運転が実行されており、「満蓄熱」状態であるか否かに基づいて、熱回収運転を保留するか、実行するかが決定されているが、本発明はこれに限定されない。本発明においては、湯水沸き上げ運転の終了時に、貯湯タンクが「満蓄熱状態に近い所定以上の蓄熱量」である場合には、熱回収運転が保留され、かつそうでない場合には、熱回収運転が実行されるように構成することもできる。この場合においても、本発明が意図する効果が得られる。
【符号の説明】
【００３６】
Ａ  ヒートポンプ式給湯システム
１  ヒートポンプ
Ｕ  貯湯タンクユニット
Ｖ１  三方弁
１２  凝縮熱交換器
２  貯湯タンク
５ａ  湯水往き流路
５ｂ  湯水戻り流路
５ｃ  バイパス流路
５０  湯水循環流路
【図１】
2020134050.tif 000003
【図２】
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【図３】
2020134050.tif 000005
【図４】
2020134050.tif 000006