(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水を密閉型タンクに供給し、その密閉型タンク内の水を熱源機で加熱して温水とし、その密閉型タンク内の温水を互いに並列接続された複数の流量調整弁を介して開放型タンクに供給する給湯装置であって、
前記密閉型タンク内の水の温度を検知する温度検知手段と、
前記温度検知手段の検知温度が設定値を維持するように前記各流量調整弁の開度を制御する制御手段と、
を備え、
前記複数の流量調整弁は、少なくとも第１および第２流量調整弁であり、
前記制御手段は、
前記温度検知手段の検知温度が設定値を維持するための前記第１および第２流量調整弁の目標合計開度Ｑｔを求め、
前記目標合計開度Ｑｔが前記第１流量調整弁の使用に適した開度領域の上限値に収まっている場合、前記目標合計開度Ｑｔの値を前記第１流量調整弁の開度Ｑ１に割付け、
前記目標合計開度Ｑｔが前記第１流量調整弁の使用に適した開度領域の上限値を超えている場合、前記目標合計開度Ｑｔの値を前記第１および第２流量調整弁のそれぞれの使用に適した開度領域の使用率が極力高くなるように前記第１および第２流量調整弁の開度Ｑ１，Ｑ２に割付ける、
ことを特徴とする給湯装置。
【請求項２】
前記密閉型タンクは、給水源から供給される水の流入口および前記熱源機への水の流出口とを下部に有するとともに、前記熱源機から供給される温水の流入口および前記開放型タンクへの温水の流出口を上部に有する、
前記温度検知手段は、前記密閉型タンク内の上方の水の温度を検知する、
ことを特徴とする請求項１に記載の給湯装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記第１および第２流量調整弁に対する前記目標合計開度Ｑｔの割付けの優先順位を前記第１および第２流量調整弁の相互間でローテーションする、
ことを特徴とする請求項１に記載の給湯装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、水を密閉型タンクに供給し、その密閉型タンク内の水を熱源機で加熱して温水とし、その密閉型タンク内の温水を開放型タンクに供給する給湯装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
水を密閉型タンクに供給し、その密閉型タンク内の水を熱源機で加熱して温水とし、その密閉型タンク内の温水を互いに並列接続された複数の流量調整弁を介して開放型タンクに供給する給湯装置が知られている。複数の流量調整弁は、密閉型タンクから開放型タンクへの温水の流量を開度の変化によって調整する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９―２７０７３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記給湯装置では、密閉型タンクから開放型タンクへの温水の流量が望みの所定量となるように、複数の流量調整弁の開度を一律に制御する。例えば、温水の流量を少なくする場合、複数の流量調整弁の開度を共に同じ値だけ縮小する。温水の流量を多くする場合は、複数の流量調整弁の開度を共に同じ値だけ増大する。
【０００５】
ただし、流量調整弁の開度が小さいと、流量調整弁の内部を通る水の流量が局所的に増し、流量を増した水の当たりによって弁内の金属部分が浸食され易くなる。流量調整弁の開度が大きい側では、開度の変化に対する流量の変化の割合が小さいため、流量を的確に調整できなくなることがある。
【０００６】
本発明の実施形態の目的は、流量調整弁の内部の浸食を防ぐとともに、密閉型タンクから開放型タンクへの温水の流量を的確に調整できる信頼性にすぐれた給湯装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１の給湯装置は、水を密閉型タンクに供給し、その密閉型タンク内の水を熱源機で加熱して温水とし、その密閉型タンク内の温水を互いに並列接続された複数の流量調整弁を介して開放型タンクに供給するものであって、前記密閉型タンク内の水の温度を検知する温度検知手段と、この温度検知手段の検知温度が設定値を維持するように前記各流量調整弁の開度を制御する制御手段と、を備える。前記複数の流量調整弁は、少なくとも第１および第２流量調整弁である。前記制御手段は、前記温度検知手段の検知温度が設定値を維持するための前記第１および第２流量調整弁の目標合計開度Ｑｔを求め；この目標合計開度Ｑｔが前記第１流量調整弁の使用に適した開度領域の上限値に収まっている場合、前記目標合計開度Ｑｔの値を前記第１流量調整弁の開度Ｑ１に割付け；前記目標合計開度Ｑｔが前記第１流量調整弁の使用に適した開度領域の上限値を超えている場合、前記目標合計開度Ｑｔの値を前記第１および第２流量調整弁のそれぞれの使用に適した開度領域の使用率が極力高くなるように前記第１および第２流量調整弁の開度Ｑ１，Ｑ２に割付ける。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】一実施形態の構成を示す図。
【図２】一実施形態における各流量調整弁の最適開度領域を示す図。
【図３】一実施形態の制御を示すフローチャート。
【図４】一実施形態の開度割付け条件を示す図。
【図５】一実施形態における各流量調整弁の開度の配分を分かり易く棒グラフ状にして示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、この発明の一実施形態について図面を参照して説明する。  
図１に示すように、給水源の水が給水側配管２を介して複数台の熱源機１に流れる。これら熱源機１に流れた水は、ヒートポンプ式冷凍サイクルの汲み上げ熱により加熱されて温水となる。この温水が給湯側配管３に流れる。
【００１０】
各熱源機１は、圧縮機１１、四方弁１２、水熱交換器１３、膨張弁（減圧器）１４、室外熱交換器（空気熱交換器）１５、室外ファン１６、ポンプ１７、および制御器１０を含む。圧縮機１１、四方弁１２、水熱交換器１３、膨張弁１４、室外熱交換器１５の配管接続により、ヒートポンプ式冷凍サイクルが構成されている。圧縮機１１から吐出される冷媒が四方弁１２を介して水熱交換器１３の冷媒流路に流れ、その冷媒流路を経た冷媒が膨張弁１４、室外熱交換器１５、および四方弁１２を通って圧縮機１１に吸込まれる。水熱交換器１３が凝縮器、室外熱交換器１５が蒸発器として機能する。給水側配管２の水は、ポンプ１７により水熱交換器１３の水流路に送られる。水流路に送られた水は、水熱交換器１３の冷媒流路を通る冷媒により加熱され、温水となる。この温水が給湯側配管３に流れる。制御器１０は、熱源機１内の圧縮機１１、四方弁１２、室外ファン１６、ポンプ１７などを制御する。
【００１１】
給水側配管２と給湯側配管３との間に、密閉型タンクユニット４が接続されている。密閉型タンクユニット４は、密閉型タンク２１、温度センサ（温度検知手段）２１ａ〜２１ｅ、複数の流量調整弁（第１，第２，第３流量調整弁）３１，３２，３３、および制御器２０を含む。密閉型タンク２１は、給水源（給水側配管２）から供給される水の流入口と各熱源機１（給水側配管２）への水の流出口とを兼ねる開口を下部に有するとともに、各熱源機１（給湯側配管３）から供給される温水の流入口と開放型タンク５（給湯側配管３）への温水の流出口とを兼ねる開口を上部に有する。
【００１２】
密閉型タンク２１内の水は、下部の開口を通って給水側配管２に流れ、その給水側配管２内の水が各熱源機１に送られて加熱される。各熱源機１から給湯側配管３に流れる温水は、密閉型タンク２１の上部の開口を通って密閉型タンク２１内に流入し、密閉型タンク２１に一時的に貯えられる。密閉型タンク２１に貯えられた温水Ｗは、上部の開口を通って給湯側配管３に流れる。給湯側配管３に流れた温水Ｗは、流量調整弁３１，３２，３３を通って開放型タンク５の下部に流入する。
【００１３】
開放型タンク５は、給湯側配管３から供給される温水Ｗを貯え、貯えた温水Ｗを温水配管（図示しない）を介して給湯負荷へと供給する。開放型タンク５の内部は、給湯側配管３から供給される温水Ｗが貯まる温水領域と、その温水領域の上方に生じる空気層Ａの領域とに分かれる。開放型タンク５の下部に、開放型タンク５内の水の圧力を検知する圧力センサ５ａが取付けられている。
【００１４】
流量調整弁３１，３２，３３は、開度の変化により温水の流量を調整するもので、密閉型タンク２１と開放型タンク５との間の給湯側配管３上に互いに並列接続されて配置されている。
【００１５】
流量調整弁３１，３２，３３は、使用に適した開度領域として、図２に二点鎖線で示す下限値Ｑａ以上かつ上限値Ｑｂ以下の最適開度領域を有する。下限値Ｑａは、全開を100％とした場合に例えば20％の開度に相当する。上限値Ｑｂは、全開を100％とした場合に例えば80％の開度に相当する。Ｑは流量調整弁３１，３２，３３のそれぞれの開度、Ｌは流量調整弁３１，３２，３３を通る温水の流量、Ｌｘは流量調整弁３１，３２，３３内の局所流量を示している。なお、流量調整弁３１，３２，３３は、互いに同じ特性を持つ同一製品であり、最適開度領域も同じである。
【００１６】
下限値Ｑａ未満の最小開度領域（小開度領域ともいう）では、流量調整弁３１，３２，３３の内部を通る水の流量Ｌが局所的に増し、流量Ｌを増した水の当たりによって弁内の金属部分が浸食され易くなる。上限値Ｑｂ超の最小開度領域（大開度領域ともいう）では、開度Ｑの変化に対する流量Ｌの変化の割合が小さくなって流量Ｌを的確に調整できなくなる可能性がある。これらの不具合に対処し、下限値Ｑａ未満の最小開度領域および上限値Ｑｂ超の最大開度領域を流量調整弁３１，３２，３３の使用に適さない開度領域と定め、残りの下限値Ｑａ以上かつ上限値Ｑｂ以下の領域を最適開度領域と定めている。
【００１７】
温度センサ２１ａ〜２１ｅは、密閉型タンク２１の深さ方向に沿って順次に配設され、密閉型タンク２１内の水の温度をそれぞれ検知する。密閉型タンク２１内の水の温度は、下方部が低くて上方部が高くなる。最下部の水の温度を温度センサ２１ａが検知し、最上部の温水の温度を温度センサ２１ｅが検知する。
【００１８】
制御器２０は、信号線接続されている各制御器１０を介して各熱源機１の運転を制御するとともに、密閉型タンクユニット４内の流量調整弁３１，３２，３３の開度を制御するもので、主要な機能として第１〜第ｎ制御手段２０ａ〜２０ｎを含む。
【００１９】
第１制御手段２０ａは、密閉型タンク２１から開放型タンク５への温水の流量が所定量となるように、流量調整弁３１，３２，３３の開度Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３を制御する。具体的には、第１制御手段２０ａは、密閉型タンク２１における上から２番目の温度センサ２１ｄの検知温度が設定値を維持するように、つまり各熱源機１で得た温水の量と密閉型タンク２１から開放型タンク５に流れる温水の量とが同じになるように、流量調整弁３１，３２，３３の開度Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３を制御する。
【００２０】
第２制御手段２０ｂは、圧力センサ５ａの検知圧力から開放型タンク５内の温水の量（または水位）を検出し、その検出量が満水近くに達した場合に、第１制御手段２０ａの制御に優先して、各熱源機１の運転台数を減らすまたは各熱源機１の運転を強制的に停止する。
【００２１】
つぎに、制御器２０が実行する制御を図３のフローチャートを参照しながら説明する。
【００２２】
制御器２０は、温度センサ２１ｄの検知温度が設定値を維持するための流量調整弁３１，３２，３３の目標合計開度Ｑｔを算出し（ステップＳ１）、算出した目標合計開度Ｑｔの値を図４の開度割付け条件に従って流量調整弁３１，３２，３３の開度Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３に割付ける。以下、この割付けについて説明する。
【００２３】
図４の開度割付け条件は、“10％”ずつ異なる目標合計開度Ｑｔの値と、その各目標合計開度Ｑｔに応じて割付けるべき開度Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３の値とを対応付けたもので、制御器２０の内部メモリにあらかじめ記憶されている。開度Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３の配分を分かり易く棒グラフ状にして図５に示している。
【００２４】
目標合計開度Ｑｔが上限値Ｑｂ（80％）と同じまたはそれより小さい場合（０≦Ｑｔ≦Ｑｂ；ステップＳ２のＹＥＳ）、制御器２０は、目標合計開度Ｑｔの値“0〜80％”の全てを流量調整弁３１の開度Ｑ１に割付け、流量調整弁３２，３３の開度Ｑ２，Ｑ３には零％を割付ける（ステップＳ３）。この場合、流量調整弁３１，３２，３３に対する割付けの優先順位を、１位が流量調整弁３１、２位が流量調整弁３２、３位が流量調整弁３３としている。流量調整弁３１，３２，３３に対する割付けの優先順位については、ステップＳ１で目標合計開度Ｑｔを算出するごとに、１つずつ順にローテーションする。以下、このローテーションに関する説明は省略する。
【００２５】
目標合計開度Ｑｔが上限値Ｑｂより大きく（Ｑｂ＜Ｑｔ；ステップＳ２のＮＯ）、上限値Ｑｂの２倍の値“160％”より小さい場合（Ｑｔ＜２Ｑｂ；ステップＳ４のＹＥＳ、ステップＳ５のＹＥＳ）、制御器２０は、目標合計開度Ｑｔの値“90％〜150％”を流量調整弁３１，３２のそれぞれの使用に適した開度領域（最適開度領域）の使用率が極力高くなるように流量調整弁３１，３２の開度Ｑ１，Ｑ２に割付ける（ステップＳ６）。具体的には、“Ｑｂ−Ｑａ／２”の値を流量調整弁３１の開度Ｑ１に割付け、その開度Ｑ１の値を目標合計開度Ｑｔから減じた残りの値“Ｑｔ−Ｑ１”を流量調整弁３２の開度Ｑ２に割付ける。流量調整弁３３の開度Ｑ３には零％を割付ける。
【００２６】
仮に、目標合計開度Ｑｔが90％の場合に、80％を流量調整弁３１の開度Ｑ１に割付けて残りの10％を流量調整弁３２の開度Ｑ２に割付けてしまうと、流量調整弁３１の開度Ｑ１については最適開度領域に収めることができても、流量調整弁３２の開度Ｑ２は最適開度領域の下限値Ｑａ（20％）を下回ってしまう。これに対し、ステップＳ６の処理では、目標合計開度Ｑｔが90％の場合、70％を流量調整弁３１の開度Ｑ１に割付けて20％を流量調整弁３２の開度Ｑ２に割付けることになる。流量調整弁３１，３２の開度Ｑ１，Ｑ２が共に最適開度領域に収まる状態となる。この割付け後、制御器２０は、ステップＳ１に戻って目標合計開度Ｑｔの算出を繰返す。
【００２７】
目標合計開度Ｑｔが上限値Ｑｂの２倍の値“160％”と同じである場合（Ｑｔ＝２Ｑｂ；ステップＳ２のＮＯ、ステップＳ４のＹＥＳ、ステップＳ５のＮＯ）、制御器２０は、目標合計開度Ｑｔの値“160％”を流量調整弁３１，３２のそれぞれの使用に適した開度領域（最適開度領域）の使用率が極力高くなるように流量調整弁３１，３２の開度Ｑ１，Ｑ２に割付ける（ステップＳ７）。具体的には、上限値Ｑｂ（80％）を流量調整弁３１の開度Ｑ１に割付け、同じく上限値Ｑｂを流量調整弁３２の開度Ｑ２に割付け、流量調整弁３３の開度Ｑ３には零を割付ける。そして、制御器２０は、ステップＳ１に戻り、目標合計開度Ｑｔの算出を繰返す。
【００２８】
目標合計開度Ｑｔが上限値Ｑｂの３倍の値“240％”より小さい場合（Ｑｔ＜３Ｑｂ；ステップＳ２のＮＯ、ステップＳ４のＮＯ、ステップＳ８のＹＥＳ、ステップＳ９のＹＥＳ）、制御器２０は、目標合計開度Ｑｔの値“170％〜230％”を流量調整弁３１，３２，３３のそれぞれの使用に適した開度領域（最適開度領域）の使用率が極力高くなるように流量調整弁３１，３２，３３の開度Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３に割付ける（ステップＳ１０）。具体的には、上限値Ｑｂを流量調整弁３１の開度Ｑ１に割付け、値“Ｑｂ−Ｑａ／２”を流量調整弁３２の開度Ｑ２に割付け、残りの値“Ｑｔ−（Ｑ１＋Ｑ２）”を流量調整弁３３の開度Ｑ３に割付ける。そして、制御器２０は、ステップＳ１に戻り、目標合計開度Ｑｔを算出する。
【００２９】
目標合計開度Ｑｔが上限値Ｑｂの３倍の値“240％”と同じである場合（Ｑｔ＝３Ｑｂ；ステップＳ８のＹＥＳ、ステップＳ９のＮＯ）、制御器２０は、目標合計開度Ｑｔの値“240％”を流量調整弁３１，３２，３３のそれぞれの使用に適した開度領域（最適開度領域）の使用率が極力高くなるように流量調整弁３１，３２，３３の開度Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３に割付ける（ステップＳ１１）。具体的には、上限値Ｑｂを流量調整弁３１の開度Ｑ１に割付け、同じく上限値Ｑｂを流量調整弁３２の開度Ｑ２に割付け、残りの値“Ｑｔ−（Ｑ１＋Ｑ２）”を流量調整弁３３の開度Ｑ３に割付ける。そして、制御器２０は、ステップＳ１に戻り、目標合計開度Ｑｔの算出を繰返す。
【００３０】
目標合計開度Ｑｔが上限値Ｑｂの３倍の値“240％”より大きく且つ値“３Ｑｂ＋Ｑａ”以下の場合（３Ｑｂ＜Ｑｔ≦“３Ｑｂ＋Ｑａ”；ステップＳ２のＮＯ、ステップＳ４のＮＯ、ステップＳ８のＮＯ、ステップＳ１２のＹＥＳ）、制御器２０は、目標合計開度Ｑｔの値（250％または260％）を流量調整弁３１，３２，３３のそれぞれの使用に適した開度領域（最適開度領域）の使用率が極力高くなるように流量調整弁３１，３２，３３の開度Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３に割付ける（ステップＳ１３）。具体的には、“Ｑｔ−２Ｑｂ”の値を流量調整弁３１の開度Ｑ１に割付け、上限値Ｑｂを流量調整弁３２の開度Ｑ２に割付け、同じく上限値Ｑｂを流量調整弁３３の開度Ｑ３に割付ける。そして、制御器２０は、ステップＳ１に戻り、目標合計開度Ｑｔの算出を繰返す。
【００３１】
目標合計開度Ｑｔが値“３Ｑｂ＋Ｑａ”より大きく且つ値“３Ｑｂ＋２Ｑａ”以下の場合（“３Ｑｂ＋Ｑａ”＜Ｑｔ≦“３Ｑｂ＋Ｑａ”；ステップＳ２のＮＯ、ステップＳ４のＮＯ、ステップＳ８のＮＯ、ステップＳ１２のＮＯ、ステップＳ１４のＹＥＳ）、制御器２０は、目標合計開度Ｑｔの値（270％または280％）を流量調整弁３１，３２，３３のそれぞれの使用に適した開度領域（最適開度領域）の使用率が極力高くなるように流量調整弁３１，３２，３３の開度Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３に割付ける（ステップＳ１５）。具体的には、100％を流量調整弁３１の開度Ｑ１に割付け、“Ｑｔ−（100＋Ｑｂ）”の値を流量調整弁３２の開度Ｑ２に割付け、上限値Ｑｂを流量調整弁３３の開度Ｑ３に割付ける。そして、制御器２０は、ステップＳ１に戻り、目標合計開度Ｑｔの算出を繰返す。
【００３２】
目標合計開度Ｑｔが“３Ｑｂ＋２Ｑａ”より大きく且つ300％以下の場合（３Ｑｂ＋２Ｑａ＜Ｑｔ≦300；ステップＳ２のＮＯ、ステップＳ４のＮＯ、ステップＳ８のＮＯ、ステップＳ１２のＮＯ、ステップＳ１４のＮＯ）、制御器２０は、目標合計開度Ｑｔの値（290％または300％）を流量調整弁３１，３２，３３のそれぞれの使用に適した開度領域（最適開度領域）の使用率が極力高くなるように流量調整弁３１，３２，３３の開度Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３に割付ける（ステップＳ１６）。具体的には、100％を流量調整弁３１の開度Ｑ１に割付け、同じく100％を流量調整弁３２の開度Ｑ２に割付け、残りの値“Ｑｔ−200％”を流量調整弁３３の開度Ｑ３に割付ける。そして、制御器２０は、ステップＳ１に戻り、目標合計開度Ｑｔの算出を繰返す。
【００３３】
以上のように、流量調整弁３１，３２，３３の最適開度領域の使用率が極力高まるように、目標合計開度Ｑｔの値を流量調整弁３１，３２，３３の開度Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３に割付けることにより、流量調整弁３１，３２，３３の内部が浸食し易い小開度領域の使用率が減少するとともに、流量の変化の割合が小さい大開度領域の使用率が減少する。したがって、流量調整弁３１，３２，３３の内部の浸食を防ぐことができるとともに、密閉型タンク２１から開放型タンク５への温水の流量を的確に調整することができ、給湯装置としての信頼性が大幅に向上する。
【００３４】
流量調整弁３１，３２，３３に対する割付けの優先順位を流量調整弁３１，３２，３３の相互間で１つずつローテーションするので、流量調整弁３１，３２，３３の使用頻度を均一化できて、流量調整弁３１，３２，３３の寿命が延びる。
【００３５】
なお、上記実施形態では、３つの流量調整弁を用いたが、流量調整弁の個数については、２つの場合や４つ以上の場合も同様に実施できる。
【００３６】
最適開度領域の下限値Ｑａが20％で上限値Ｑｂが80％の場合を例に説明したが、その数値について限定はなく流量調整弁の特性に応じて適宜に定めればよい。
【００３７】
流量調整弁３１，３２，３３の最適開度領域の使用率を高める場合を例に説明したが、流量調整弁３１，３２，３３の最小開度領域（下限値Ｑａ未満）の使用率を低くしてもよく、あるいは流量調整弁３１，３２，３３の最大開度領域（下限値Ｑｂ超）の使用率を低くしてもよく、あるいは最小開度領域の使用率と最大開度領域の使用率の両方を共に低くしてもよい。
【００３８】
その他、上記実施形態および変形例は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態および変形例は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、書き換え、変更を行うことができる。これら実施形態や変形は、発明の範囲は要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００３９】
１…熱源機、２…給水側配管、３…給湯側配管、４…密閉型タンクユニット、５…開放型タンク、５ａ…水位センサ、１０，２０…制御器、１１…圧縮機、１３…水熱交換器、１４…膨張弁（減圧器）、１５…室外熱交換器、１７…ポンプ、２１…密閉型タンク、２１ａ〜２１ｅ…温度センサ（温度検知手段）、３１，３２，３３…流量調整弁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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