(57)【要約】【課題】加熱手段の能力で暖房に必要な能力に不足する場合にも対応可能とする。【解決手段】貯湯タンク１内の湯水を加熱する加熱手段２と、貯湯タンク１と加熱手段２とを循環可能に接続する加熱循環回路３と、加熱循環回路３に設けられた加熱循環ポンプ６と、二次側を加熱するための熱交換器９と、加熱循環回路３の少なくとも往き側の一部を共有し熱交換器９と加熱手段２とを循環可能に接続する熱交循環回路１０と、加熱循環回路３と熱交循環回路３との分岐点に設けられ一方の循環回路を循環可能にする流路切換手段１１と、熱交循環回路１０の熱交換器９の下流から分岐され貯湯タンク１に熱交換後の湯水を戻すタンク戻し管１２と、熱交循環回路１０のタンク戻し管１２への分岐点よりも上流側に設けた熱交循環ポンプ１３と、熱交循環回路１０を流れる湯水のタンク戻し管１２への分配量を調整する熱交側分配比率調整手段１４とを備えた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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加熱する加熱手段と、前記貯湯タンクと前記加熱手段とを湯水が循環可能に接続する加熱循環回路と、前記加熱循環回路に設けられ湯水を循環させる加熱循環ポンプと、二次側の湯水を加熱するための熱交換器と、前記加熱循環回路の少なくとも往き側の一部を共有し前記熱交換器と前記加熱手段とを湯水が循環可能に接続する熱交循環回路と、前記加熱循環回路と前記熱交循環回路との分岐点に設けられ一方の循環回路を循環可能にする流路切換手段と、前記熱交循環回路の前記熱交換器の下流から分岐され前記貯湯タンクに熱交換後の湯水を戻すタンク戻し管と、前記熱交循環回路の前記タンク戻し管への分岐点よりも上流側に設けた熱交循環ポンプと、前記熱交循環回路を流れる湯水の前記タンク戻し管への分配量を調整する熱交側分配比率調整手段とを備えたことを特徴とする貯湯式暖房装置。
【請求項２】
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加熱する加熱手段と、前記貯湯タンクと前記加熱手段とを湯水が循環可能に接続する加熱循環回路と、前記加熱循環回路に設けられ湯水を循環させる加熱循環ポンプと、二次側の湯水を加熱するための熱交換器と、前記加熱循環回路の少なくとも往き側の一部を共有し前記熱交換器と前記加熱手段とを湯水が循環可能に接続する熱交循環回路と、前記加熱循環回路と前記熱交循環回路との分岐点に設けられ前記貯湯タンクに循環する量と前記熱交換器に循環する量との分配比率を調整する循環側分配比率調整手段と、前記熱交循環回路の前記熱交換器の下流から分岐され前記貯湯タンクに熱交換後の湯水を戻すタンク戻し管と、前記熱交循環回路の前記タンク戻し管への分岐点よりも上流側に設けた熱交循環ポンプと、前記熱交循環回路を流れる湯水の前記タンク戻し管への分配量を調整する熱交側分配比率調整手段とを備えたことを特徴とする貯湯式暖房装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は貯湯式暖房装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来よりこの種のものには、ヒートポンプ加熱手段により深夜時間帯に貯湯タンク内の水を循環加熱して昼間での給湯に必要な分量を貯湯し、暖房を行う場合は、ヒートポンプ加熱手段で加熱した温水を貯湯タンクと並列関係にある暖房用熱交換器に直接循環させて暖房を行うようにしたものがあった（例えば特許文献１）。
【特許文献１】特開２００４−２８４１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、この従来のものでは、ヒートポンプ加熱手段により加熱した温水で暖房することができたが、ヒートポンプ加熱手段の能力が暖房能力の限界となってしまい、ヒートポンプ加熱手段での能力が暖房負荷に足りない場合には暖房能力が不足してしまうという課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
そこで、本発明は前記課題を解決するため、請求項１では、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加熱する加熱手段と、前記貯湯タンクと前記加熱手段とを湯水が循環可能に接続する加熱循環回路と、前記加熱循環回路に設けられ湯水を循環させる加熱循環ポンプと、二次側の湯水を加熱するための熱交換器と、前記加熱循環回路の少なくとも往き側の一部を共有し前記熱交換器と前記加熱手段とを湯水が循環可能に接続する熱交循環回路と、前記加熱循環回路と前記熱交循環回路との分岐点に設けられ一方の循環回路を循環可能にする流路切換手段と、前記熱交循環回路の前記熱交換器の下流から分岐され前記貯湯タンクに熱交換後の湯水を戻すタンク戻し管と、前記熱交循環回路の前記タンク戻し管への分岐点よりも上流側に設けた熱交循環ポンプと、前記熱交循環回路を流れる湯水の前記タンク戻し管への分配量を調整する熱交分配比率調整手段とを備えたものとした。
【０００５】
また、請求項２では、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加熱する加熱手段と、前記貯湯タンクと前記加熱手段とを湯水が循環可能に接続する加熱循環回路と、前記加熱循環回路に設けられ湯水を循環させる加熱循環ポンプと、二次側の湯水を加熱するための熱交換器と、前記加熱循環回路の少なくとも往き側の一部を共有し前記熱交換器と前記加熱手段とを湯水が循環可能に接続する熱交循環回路と、前記加熱循環回路と前記熱交循環回路との分岐点に設けられ前記貯湯タンクに循環する量と前記熱交換器に循環する量との分配比率を調整する循環分配比率調整手段と、前記熱交循環回路の前記熱交換器の下流から分岐され前記貯湯タンクに熱交換後の湯水を戻すタンク戻し管と、前記熱交循環回路の前記タンク戻し管への分岐点よりも上流側に設けた熱交循環ポンプと、前記熱交循環回路を流れる湯水の前記タンク戻し管への分配量を調整する熱交分配比率調整手段とを備えたものとした。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、加熱手段の能力に貯湯タンク内の蓄熱分を足した能力で暖房運転を行うことができ、実質的な暖房能力を大きくすることができるものである。
【０００７】
また、暖房の負荷が少ないときに、暖房運転を行いながら貯湯タンク内に熱を貯めていくことができるので、その後に暖房の負荷が大きくなったときに、加熱手段の能力に貯湯タンク内の蓄熱分を足した能力で暖房運転を行うことができるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
次に、本発明の一実施形態について図１、図２に基づいて説明する。
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加熱手段よりなる加熱手段、３は前記貯湯タンク１の下部に接続された加熱往き管４および前記貯湯タンク１の上部に接続された加熱戻り管５よりなる加熱循環回路、６は前記加熱循環回路３に設けられて貯湯タンク１の湯水を循環させる加熱循環ポンプ、７は前記貯湯タンク１の下部に接続され貯湯タンク１に水を給水する入水管、８は前記貯湯タンク１の上部に接続され貯湯されている高温水を出湯する出湯管である。
【０００９】
９は二次側に放熱部（図示せず）に循環する湯水を加熱するための熱交換器、１０は前記熱交換器９と前記加熱手段２とを湯水が循環可能に接続する熱交循環回路である。この熱交循環回路１０はその回路の少なくとも一部を前記加熱循環回路３の加熱往き管４と共有し、熱交循環回路１０と加熱循環回路３との分岐点に、何れか一方の循環回路を循環可能にする流路切換手段１１が設けられているものである。この一実施形態では、前記加熱循環回路３の加熱手段２側の往き管と戻り管を前記熱交循環回路３が共有しているものである。なお、前記流路切換手段１１は加熱往き管４の加熱手段２側を、加熱往き管４の貯湯タンク１側に連通するか熱交循環回路１０側に連通するかを切換える電動三方弁より構成されている。
【００１０】
１２は前記熱交循環回路１０の熱交換器９の下流から分岐され貯湯タンク１に熱交換後の湯水を戻すタンク戻し管、１３は前記熱交循環回路１０のタンク戻し管１２への分岐点よりも上流側に設けた熱交循環ポンプ、１４は熱交循環回路１０のタンク戻し管１２への分岐点に設けられ熱交循環回路１０を流れる湯水のタンク戻し管１２への分配量を調整する熱交分配比率調整手段である。
【００１１】
この熱交分配比率調整手段１１は例えば図２に示すように、分岐流路１４ａ、１４ｂと、共通流路１４ｃを有したボディ１４ｄと、ボディ１４ｄ内に配された分配比率を調節するための弁体１４ｅと、この弁体１４ｅを駆動するステッピングモータからなる駆動手段１４ｆより構成されている。そして、この一実施形態では分岐流路１４ａ、１４ｂをそれぞれ熱交循環回路１０の下流側とタンク戻し管１２側に接続し、共通流路１４ｃを熱交循環回路１０の熱交換器９側に接続して構成されているものである。
【００１２】
１５は前記貯湯タンク１の中間位置に接続された中間出湯管、１６は前記出湯管８からの湯水と前記中間出湯管１５からの湯水とを任意の温度になるよう混合する中間混合弁、１７は前記入水管７から分岐された給水管、１８は前記中間混合弁１６からの湯水と前記給水管１７からの給水とを給湯設定温度に混合する給湯混合弁である。
【００１３】
ここで前記加熱手段２は、圧縮機１９と凝縮器としての冷媒−水熱交換器２０と電子膨張弁２１と強制空冷式の蒸発器２２とで構成され、この加熱手段２には冷媒として二酸化炭素が用いられて超臨界ヒートポンプサイクルを構成しているものである。
【００１４】
２３は、前記流路切換手段１１と前記熱交分配比率調整手段１４と前記中間混合弁１６と前記給湯混合弁１８の駆動を制御し、さらにヒートポンプ回路の構成要素と前記加熱循環ポンプ６の駆動を制御することで冷媒−水熱交換器２０に流入してきた湯水を所望の沸き上げ温度まで沸き上げるようにしている制御手段であり、予めプログラミングされたマイクロコンピュータを主体として構成されている。
【００１５】
ここで、貯湯タンク１内に加熱手段２で加熱された高温水を貯湯する貯湯運転について説明する。
制御手段２３は深夜時刻になると電力単価が安価な深夜時間帯内で朝の所定時刻までに沸き上がるように貯湯運転を開始し、流路切換手段１１を加熱手段２と貯湯タンク１とが連通するように切換え、さらに前記熱交分配比率調整手段１４を熱交循環回路１０の下流側全開状態として、加熱循環ポンプ６と加熱手段２を駆動および起動して、貯湯タンク１の下部から取り出した湯水を加熱手段２により沸き上げ温度まで沸き上げて貯湯タンク１の上部に積層させるように貯湯する。そして、所望の熱量を貯湯すると加熱循環ポンプ６および加熱手段２の停止して貯湯運転を終了する。このとき、熱交循環回路１０は流路切換手段１１および熱交分配比率調整手段１４によって熱交循環回路１０のタンク戻し管１２を介した無駄な循環を抑えることができる。
【００１６】
次に、ユーザーが給湯栓を開いて給湯する時の給湯運転について説明する。
給湯栓が開かれると入水管７から貯湯タンク１内に給水されると同時に出湯管８から貯湯温水が出湯される。このとき、中間混合弁１６の混合比率により中間出湯管１５からも貯湯温水が出湯され、中間混合弁１６によってある温度に混合される。そして、この中間混合弁１６からの湯水は給湯混合弁１８に流入し、給水管１７からの給水と混合されて所望の給湯設定温度で給湯栓から給湯される。
【００１７】
次に、暖房運転について説明する。
暖房の要求が発生すると、前記制御手段２３は暖房の二次側の運転を開始すると共に、流路切換手段１１を加熱循環回路３と熱交循環回路１０とが連通するように切換え、さらに前記熱交分配比率調整手段１４を熱交循環回路１０の下流側全開状態として、加熱循環ポンプ６と加熱手段２を駆動及び起動して、加熱手段２で沸き上げた高温水を熱交換器９に直接供給し、二次側と熱交換して温度低下した温水を再度加熱手段２に直接循環させて再度加熱して暖房を行う。なお、この場合の暖房運転を直暖運転と呼ぶ。このとき、熱交分配比率調整手段１４によりタンク戻し管１２が全閉状態となっているため、熱交循環回路１０の一部が閉止状態となり、熱交循環回路１０のタンク戻し管１２を介した無駄な循環を抑えることができる。
【００１８】
また、暖房運転において、加熱手段２が何らかの理由により作動していない場合には、前記制御手段２３は、前記熱交分配比率調整手段１４をタンク戻し管１２側全開状態として前記熱交循環ポンプ１３を駆動し、貯湯タンク１の上部に貯まっている高温水を熱交換器９に循環させ、タンク戻し管１２を介して貯湯タンク１内に戻すようにして、貯湯タンク１の蓄熱を利用した暖房運転を行わせることを可能としている。なお、この場合の暖房運転を蓄暖運転と呼ぶ。このとき、流路切換手段１１を熱交循環回路１０側全開状態としておくと、加熱循環回路３の貯湯タンク１側が閉止状態となり、加熱循環回路３の無駄な循環を抑えることができる。
【００１９】
次に、例えば、前記直暖運転を行っている際に加熱手段２の加熱能力では暖房負荷に追いつかないような場合等には、前記熱交分配比率調整手段１４を熱交循環回路１０の下流側およびタンク戻し管１２が熱交循環回路１０の上流側に連通するようにその分配比率を調節する。例えば分配比率を５０：５０として、直暖運転を行いながら蓄暖運転も同時に行うことができるものである。
【００２０】
また、前記熱交分配比率調整手段１４は、加熱手段２の能力で追いつかない分の暖房に必要な能力分に応じてその分配比率が調整されるものである。
【００２１】
このように、直暖運転を行いながら蓄暖運転も同時に行うことができるものであるから、加熱手段２の能力に貯湯タンク１内の蓄熱分を足した能力で暖房運転を行うことができ、実質的な暖房能力を大きくすることができるものである。さらに、熱交分配比率調整手段１４の分配比率が調整可能であるので、加熱手段２の能力で不足する分の暖房に必要な能力を蓄暖運転でまかなうことが可能となり、無駄に貯湯タンク１内の高温水を使用してしまうことを防止できるものである。
【００２２】
なお、蓄暖運転により貯湯タンク１内に戻された熱交換後の中温水は、給湯運転時に前記中間出湯管１５から貯湯タンク１上部の高温水に優先して出湯されることとなるものである。
【００２３】
次に、本発明の他の一実施形態について、図３、図４に基づいて説明する。なお、先の実施例１と同一の構成については同一の符号を付してその説明を省略することとする。
【００２４】
この実施形態では、先の一実施形態の流路切換手段１１に換え、前記加熱循環回路３と前記熱交循環回路１０との分岐点に設けられ前記貯湯タンク１に循環する量と前記熱交換器９に循環する量との分配比率を調整する循環分配比率調整手段２４を設けたものである。この循環分配比率調整手段２４は前記制御手段２３により制御されるものである。なお、この循環分配比率調整手段２４は前記熱交分配比率調整手段１４と同一の構造とすることができ、この場合、分岐流路１４ａ、１４ｂを加熱循環回路３の貯湯タンク１側および熱交循環回路１０の下流側にそれぞれ接続し、共通流路１４ｃを加熱循環回路３の加熱手段２側に接続して構成されるものである。
【００２５】
ここで、貯湯タンク１内に加熱手段２で加熱された高温水を貯湯する貯湯運転について説明する。
制御手段２３は深夜時刻になると電力単価が安価な深夜時間帯内で朝の所定時刻までに沸き上がるように貯湯運転を開始し、循環分配比率調整手段２４を加熱手段２と貯湯タンク１とが連通するように加熱循環回路３の貯湯タンク１側全開状態とし、加熱循環ポンプ６と加熱手段２を駆動および起動して、貯湯タンク１の下部から取り出した湯水を加熱手段２により沸き上げ温度まで沸き上げて貯湯タンク１の上部に積層させるように貯湯する。そして、所望の熱量を貯湯すると加熱循環ポンプ６および加熱手段２の停止して貯湯運転を終了する。このとき、熱交循環回路１０は循環分配比率調整手段２４および熱交分配比率調整手段１４によって熱交循環回路１０のタンク戻し管１２を介した無駄な循環を抑えることができる。
【００２６】
次に、ユーザーが給湯栓を開いて給湯する時の給湯運転について説明する。
給湯栓が開かれると入水管７から貯湯タンク１内に給水されると同時に出湯管８から貯湯温水が出湯される。このとき、中間混合弁１６の混合比率により中間出湯管１５からも貯湯温水が出湯され、中間混合弁１６によってある温度に混合される。そして、この中間混合弁１６からの湯水は給湯混合弁１８に流入し、給水管１７からの給水と混合されて所望の給湯設定温度で給湯栓から給湯される。
【００２７】
次に、暖房運転について説明する。
暖房の要求が発生すると、前記制御手段２３は暖房の二次側の運転を開始すると共に、循環分配比率調整手段２４を加熱循環回路３と熱交循環回路１０とが連通するように熱交循環回路１０側全開状態とし、さらに前記熱交分配比率調整手段１４を熱交循環回路１０の下流側全開状態として、加熱循環ポンプ６と加熱手段２を駆動及び起動して、加熱手段２で沸き上げた高温水を熱交換器９に直接供給し、二次側と熱交換して温度低下した温水を再度加熱手段２に直接循環させて再度加熱して暖房を行う。なお、この場合の暖房運転を直暖運転と呼ぶ。このとき、熱交分配比率調整手段１４によりタンク戻し管１２が全閉状態となっているため、熱交循環回路１０の一部が閉止状態となり、熱交循環回路１０のタンク戻し管１２を介した無駄な循環を抑えることができる。
【００２８】
また、暖房運転において、加熱手段２が何らかの理由により作動していない場合には、前記制御手段２３は、前記熱交分配比率調整手段１４をタンク戻し管１２側全開状態として前記熱交循環ポンプ１３を駆動し、貯湯タンク１の上部に貯まっている高温水を熱交換器９に循環させ、タンク戻し管１２を介して貯湯タンク１内に戻すようにして、貯湯タンク１の蓄熱を利用した暖房運転を行わせることを可能としている。なお、この場合の暖房運転を蓄暖運転と呼ぶ。このとき、循環分配比率調整手段２４を熱交循環回路１０側全開状態としておくと、加熱循環回路３の貯湯タンク１側が閉止状態となり、加熱循環回路３の無駄な循環を抑えることができる。
【００２９】
次に、例えば、前記直暖運転を行っている際に加熱手段２の加熱能力では暖房負荷に追いつかないような場合等には、図３に示すように、前記熱交分配比率調整手段１４を熱交循環回路１０の下流側およびタンク戻し管１２が熱交循環回路１０の上流側に連通するようにその分配比率を調節する。例えば分配比率を５０：５０として、直暖運転を行いながら蓄暖運転も同時に行うことができるものである。
【００３０】
また、前記熱交分配比率調整手段１４は、加熱手段２の能力で追いつかない分の暖房に必要な能力分に応じてその分配比率が調整されるものである。
【００３１】
このように、直暖運転を行いながら蓄暖運転も同時に行うことができるものであるから、加熱手段２の能力に貯湯タンク１内の蓄熱分を足した能力で暖房運転を行うことができ、実質的な暖房能力を大きくすることができるものである。さらに、熱交分配比率調整手段１４の分配比率が調整可能であるので、加熱手段２の能力で不足する分の暖房に必要な能力を蓄暖運転でまかなうことが可能となり、無駄に貯湯タンク１内の高温水を使用してしまうことを防止できるものである。
【００３２】
なお、蓄暖運転により貯湯タンク１内に戻された熱交換後の中温水は、給湯運転時に前記中間出湯管１５から貯湯タンク１上部の高温水に優先して出湯されることとなるものである。
【００３３】
そして、例えば暖房運転中に貯湯タンク１内の残湯量が少なくなり、暖房運転の要求と貯湯運転の要求とが同時に発生した場合は、図４に示すように、前記制御手段２３は、循環分配比率調整手段２４を加熱循環回路３と熱交循環回路１０とが連通するように熱交循環回路１０側全開状態とし、さらに循環分配比率調整手段２４を加熱手段２と熱交換器９および貯湯タンク１とが連通するようにその分配比率を調節する。例えば分配比率を５０：５０として、暖房運転を行いながら貯湯運転も同時に行うことができるものである。
【００３４】
ここで、例えば現時点以降に使用する予定の貯湯量（学習値）に較べて現時点の貯湯量が大幅に下回って貯湯要求が多い場合あるいは初冬や春先等の外気温があまり低くなく暖房の負荷が小さい場合は、加熱手段２で沸き上げられる温水の分配比率を７０：３０（貯湯：暖房）として、暖房能力よりも貯湯能力を優先することが可能なものであり、逆に、現時点以降に使用する予定の貯湯量（学習値）に較べて現時点の貯湯量が少し下回っている貯湯要求が少ない場合あるいは真冬等の外気温が低く暖房の負荷が大きい場合は、加熱手段２で沸き上げられる温水の分配比率を３０：７０（貯湯：暖房）として、貯湯能力よりも暖房能力を優先することが可能で、その時その時の状況に合わせた最適な能力分配が可能で貯湯式暖房装置としての利便性が大幅に向上するものである。
【００３５】
このように、暖房運転と同時に貯湯運転を行うことが可能となるので、暖房の負荷が少ないときに、暖房運転を行いながら貯湯タンク内に熱を貯めていくことができ、その後に暖房の負荷が大きくなったときに、加熱手段２の能力に貯湯タンク１内の蓄熱分を足した能力で暖房運転を行うことができるもので、加熱手段２の能力に不足が生じた場合にも余裕をもって対応することが可能となり利便性が大幅に向上するものである。
【００３６】
なお、本発明は上記した一実施形態および他の一実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲で様々な変形が可能であり、これを妨げるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の一実施形態の概略構成図。
【図２】同一実施形態の分配比率調整手段の一例の断面図。
【図３】本発明の他の一実施形態の概略構成図。
【図４】本発明の他の一実施形態の概略構成図。
【符号の説明】
【００３８】
１  貯湯タンク
２  加熱手段
３  加熱循環回路
６  加熱循環ポンプ
９  熱交換器
１０  熱交循環回路
１１  流路切換手段
１２  タンク戻し管
１３  熱交循環ポンプ
１４  熱交分配比率調整手段
２４  循環分配比率調整手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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