(57)【要約】【課題】  循環回路内に湯水が長期間滞留することによる衛生的問題及び配管構成部品の腐食問題を解消し、貯湯タンク内の湯水を無駄にすることなく，経済性に優れ、かつ、ヒートポンプサイクルを用いた加熱方式を用いたものにおいては、沸き上げ時の加熱効率の低下を防止できる貯湯式温水暖房システムを提供することを目的とする。【解決手段】  貯湯タンク１と、この貯湯タンク１に接続した放熱用循環回路５と、暖房に使用する暖房用熱交換器６と、前記貯湯タンク１内の湯水を加熱する加熱手段としてのヒートポンプ本体１４と、前記放熱用循環回路５を通して前記暖房用熱交換器６に貯湯タンク１内の湯水を循環させる循環ポンプ８とを有し、前記貯湯タンク１内の湯水の熱を前記暖房用熱交換器６に供給して暖房を行う貯湯式温水暖房システムにおいて、前記循環ポンプの運転を、暖房運転とは無関係に前記ヒートポンプ本体１４の運転動作に関連させて行うようにした。【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、この貯湯タンクに接続した循環回路と、暖房に使用する熱交換器と、前記貯湯タンク内の湯水を加熱する加熱手段と、前記循環回路を通して前記熱交換器に貯湯タンク内の湯水を循環させる循環手段とを有し、前記貯湯タンク内の湯水の熱を前記熱交換器に供給して暖房を行う貯湯式温水暖房システムにおいて、
前記循環手段の運転を暖房運転とは無関係に前記加熱手段の運転動作に関連させて制御する制御手段を備えたことを特徴とする貯湯式温水暖房システム。
【請求項２】
前記制御手段は、前記加熱手段が運転動作を開始する直前に前記第１の循環回路に設けた循環手段を動作させるように制御することを特徴とする請求項１記載の貯湯式温水暖房システム。
【請求項３】
前記制御手段は、前記加熱手段の運転動作を開始すると同時に前記第１の循環回路に設けた循環手段を動作させるように制御することを特徴とする請求項１記載の貯湯式温水暖房システム。
【請求項４】
前記制御手段は、前記貯湯タンク内の湯量または湯温の少なくとも１つのデータに基づいて前記第１の循環回路に設けた循環手段を動作させるように制御することを特徴とする請求項１記載の貯湯式温水暖房システム。
【請求項５】
前記制御手段は、暖房運転が行われた場合、所定時間以上の間隔を開けてから前記第１の循環回路に設けた循環手段を動作させるように制御することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の貯湯式温水暖房システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、貯湯タンクを有する貯湯式温水暖房システムに関するものであり、さらに詳しくは該貯湯タンク内の湯水を熱源として床暖房器などの外部負荷と熱交換を行なう機能を備えた貯湯式温水暖房システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の温水暖房システムは、循環回路内に湯水が長期間滞留することによる衛生的問題を解消するとともに、循環回路構成部品の腐食防止による耐用年数向上を図るため、循環ポンプの駆動を暖房運転とは無関係に一定間隔毎に所定時間行うようにしている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−１７９８７２号公報（第２頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記のような従来の温水暖房システムでは、暖房運転とは無関係に循環ポンプの駆動が一定間隔毎に所定時間行われるので、即時給湯式の温水暖房システムの場合にはあまり問題はないが、貯湯タンク内に沸き上げた温水を利用して暖房を行う貯湯式温水暖房システムの場合には、貯湯タンク内に蓄えられた温水が一定間隔毎に所定時間循環すると、その分の湯（例えば特許文献１の実施の形態によれば２４時間ごとに２分間循環手段が駆動する。仮に循環流量が５Ｌ／分であれば１０Ｌの湯）が、貯湯タンクの上部（湯のある側）から下部（給水された水のある側）に移されることになり、貯湯タンク下部の水と混合してしまうので、湯を無駄にしてしまい、経済的でないという問題が発生する。また、この運転は暖房運転とは無関係に実施されるので、本来なら暖房運転を行うことで、循環回路に滞留していた温水は処理されているにもかかわらず、この暖房運転を行った場合でも行われるので、必要以上に循環ポンプの運転を実施して貯湯タンクの湯水を無駄にしてしまうという問題が発生する。
【０００５】
また、加熱手段としてヒートポンプサイクルを用いた室外機を利用して、貯湯タンクの下部より水を取り出し、室外機にて湯を作り、貯湯タンクの上部に沸き上げた湯を順次貯めていくように沸き上げを行なうものにあっては、前述の循環動作により貯湯タンク下部の水の温度が湯との混合で上昇してしまうと、貯湯タンクから室外機ヘ供給される水の温度が高くなり、沸き上げ時の加熱効率（成績係数）が低下してしまうという問題が発生する。なお、ここでいう加熱効率とは、沸き上げ能力を消費電力で割ったものをさす。
【０００６】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、従来の構成でも得られる効果と併せて、貯湯タンク内の湯水を無駄にすることなく経済性に優れ、かつ、ヒートポンプサイクルを用いた加熱方式を用いたものにおいても、沸き上げ時の加熱効率（成績係数）の低下を防止できる貯湯式温水暖房システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る貯湯式温水暖房システムは、貯湯タンクと、この貯湯タンクに接続した循環回路と、暖房に使用する熱交換器と、前記貯湯タンク内の湯水を加熱する加熱手段と、前記循環回路を通して前記熱交換器に貯湯タンク内の湯水を循環させる循環手段とを有し、前記貯湯タンク内の湯水の熱を前記熱交換器に供給して暖房を行う貯湯式温水暖房システムにおいて、前記循環手段の運転を暖房運転とは無関係に前記加熱手段の運転動作に関連させて制御する制御手段を備えたものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明による貯湯式温水暖房システムによれは、この貯湯タンクに接続した循環回路内に湯水が長期間滞留することによる衛生的問題を解消し、併せて循環回路構成部品の腐食防止による耐用年数向上を図ることができ、さらに、貯湯タンク内に沸き上げた高温の湯を無駄に使用することがないので、経済性に優れ、かつ、加熱手段としてヒートポンプサイクルを用いたものにおいては、沸き上げ時の加熱効率（成績係数）の低下を防止することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１を示す給湯式温水暖房システムの構成図である。
図１において、貯湯タンク１の下部には給水配管２が接続されていて、この給水配管２は前記貯湯タンク１に接続する手前で分岐し給湯側混合弁３へも接続されている。また、貯湯タンク１の上部には給湯用混合弁３に接続される給湯配管４と、放熱用循環回路５が設けられており、暖房用熱交換器６を経由して前記貯湯タンク１の下部に接続されている。この放熱用循環回路５は、貯湯タンク１内に貯湯された湯水と外部熱負荷である床暖房器７内のブラインとを熱交換する暖房用熱交換器６と、貯湯タンク１内の湯水を放熱用循環回路５に循環させる循環ポンプ８とによって構成されている。
床暖房器７には暖房用熱交換器６の二次側である暖房用循環回路１０が接続され、暖房用循環回路１０には前記暖房用熱交換器６から床暖房器７へブラインを循環させる循環ポンプ１１が設けられている。
【００１０】
加熱手段であるヒートポンプ本体１４には加熱用循環回路１５が接続され、この加熱用循環回路１５は貯湯タンク１の上下部と接続されている。この加熱用循環回路１５には前記ヒートポンプ本体１４内において循環ポンプ（図示せず）が設けられており、この循環ポンプの動作により貯湯タンク１の下部から水を導き、ヒートポンプ本体１４内で外気との熱交換を行い、水を高温の湯に沸き上げて、貯湯タンク１の上部に戻している。加熱用循環回路１５の貯湯タンク１下部側にはヒートポンプサイクルによる沸き上げを終了させる温度を検出する温度センサ１５ａが設けられている。
【００１１】
給湯用混合弁３は、給水配管２と給湯配管４の間に接続され、給水配管２からの市水と給湯配管４から供給される湯を混合して、一般給湯管１７を経由し、蛇口１８等の出湯口から出湯する。温度センサ２０は貯湯タンク１の上部に設置され、貯湯タンク１からの出湯温度を検出するものである。制御装置３０は、操作部３１で設定された暖房運転や給湯の所望温度や沸き上げ所望量及び温度センサ１５ａ，２０の検出値に基づいて循環ポンプ８，１１，ヒートポンプ本体１４，給湯用混合弁３等のシステム全体の動作を制御する。
【００１２】
次に、本実施の形態における貯湯式給湯暖房システムの動作について説明する。
まず、給水配管２から給水された市水は減圧弁（図示せず）で所定圧に減圧され、貯湯タンク１に給水される。ここで、貯湯タンク１は常に満水状態となっている。貯湯タンク１内の水はヒートポンプ本体１４に内蔵の循環ポンプ（図示せず）の運転により、貯湯タンク１の下部から加熱用循環回路１５に取り出されてヒートポンプ本体１４で熱交換し、設定された温度（例えば９０℃）になるように加熱昇温され、貯湯タンク１の上部に戻される。（図１中、矢印ａ）これにより、貯湯タンク１の上部より９０℃の湯が少量づつ貯湯されていく。
【００１３】
ヒートポンプサイクルによる沸き上げは、温度センサ１５ａの温度が一定温度（例えば60℃）以上になったら、貯湯タンク１が全量沸き上がったと判断し終了する（図２の状態）。
このとき、ヒートポンプサイクルによる沸き上げ加熱効率は、ヒートポンプ本体１４に入る水の温度が低いときは、沸き上げ加熱効率が高いが、入る水の温度が高いときは沸き上げ加熱効率は低下する特性を持っている。
【００１４】
まず、蛇口１８からの一般給湯を行う場合について説明する。
この場合は、蛇口１８を開くことによって、給水配管２を経由して供給される市水（図１中、矢印ｂ）と貯湯タンク１を経由して給湯配管４を通して供給される湯（図中矢印ｃ）を給湯用混合弁３により使用者が設定した所望温度に混合して、一般給湯配管１７を経由して給湯が行われる。（図１中、矢印ｄ）
【００１５】
次に、床暖房運転を行う場合の動作について説明する。
この場合は、操作部３１により制御装置３０が床暖房開始の指示を受けると、床暖房動作が開始される。床暖房動作が開始されると、まず循環ポンプ１１が動作して床暖房器７内のブラインが暖房用循環回路１０を循環し、暖房用熱交換器６を通って床暖房器７内に戻される（図１中、矢印ｅ）。一方、循環ポンプ８も動作して、貯湯タンク１の上部より高温の貯湯水が放熱用循環回路５に導かれ、暖房用熱交換器６を通って貯湯タンク１の下部に戻される（図１中、矢印ｆ）。このとき、暖房用熱交換器６は、貯湯タンク１内に貯湯された高温の貯湯水から低温のブラインに熱交換（伝熱）することで、ブラインを床暖房に適した温度に加熱昇温させる。また、一方で、高温の貯湯水は熱を奪われ、貯湯タンク１に戻る。
【００１６】
次に、放熱用循環回路５内の湯水を循環させる動作について説明する。
床暖房運転が行われないと、循環ポンプ８は動作しないので、放熱用循環回路５内の湯水は基本的には次回の床暖房運転が行われるまでの期間（数ヶ月程度）滞留し続けることになる。よって、これが長期化すると、放熱用循環回路５内の湯水の腐敗や配管の腐食等の問題が発生することになる。
この問題を解消するために、本実施の形態１では、制御装置３０はヒートポンプ本体１４で貯湯タンク１内の湯水の沸き上げを行う直前に、例えば、深夜電力を利用してヒートポンプ本体１４で貯湯タンク１内の湯水を沸き上げるような場合は、その沸き上げ開始時刻になる直前に、循環ポンプ８を一定時間動作させ、放熱用循環回路５内に滞留する湯水を貯湯タンク１内に戻す動作を行うように制御する。
【００１７】
この理由は、ヒートポンプ本体１４による沸き上げを行う直前というタイミングは、一般的に貯湯タンク１内の湯水をほぼ使い切った状態、または自然放熱により湯温が低下している場合であることが多く、貯湯タンク１の上部の湯温が運転動作のなかでもっとも温度低下している可能性の高いタイミングであることによる。
これにより、ヒートポンプ本体１４による沸き上げを行う直前というタイミングで循環ポンプ８を動作させることで、貯湯タンク１上部から下部への湯水の循環による貯湯タンク１上部からの湯のエネルギー消費がもっとも低減できる。（図３参照）
また、貯湯タンク１上部から貯湯タンク１の下部に供給される湯の温度が低いということは、この動作によって生成される貯湯タンク１下部の湯水が比較的低温であることになり、ヒートポンプサイクルを用いた加熱方式においては、沸き上げ加熱効率（成績係数）の低下を未然に防止できる。なお、床暖房を行っている場合、もしくは床暖房を行った実績がある場合には、制御装置３０は、そのあと一定時間はこの動作を行わなないように制御する。
【００１８】
このように、本実施の形態１によれば、放熱用循環回路５内に湯水が長期間滞留することによる衛生的問題を解消し、放熱用循環回路５における構成部品の腐食防止による耐用年数向上と併せて、貯湯タンク１内の湯水を無駄にすることがなく、経済的であり、かつ、ヒートポンプ本体１４の沸き上げ時の加熱効率（成績係数）が低下するのを防止することが可能となる。
また、床暖房運転の実績があれば、放熱用循環回路５内の湯水の循環実績があるので、一定時間の間は循環ポンプ８の運転を行わないようにしたので、不必要な循環運転による上述のロスの低減が可能である。
実施の形態２．
【００１９】
次に、本発明の実施の形態２を同様に図１を使用して説明する。
上述の実施の形態１では、制御装置３０は、放熱用循環回路５の循環ポンプ８の運転動作をヒートポンプ本体１４による沸き上げ直前に一定時間行うようにしているが、本実施の形態２では、制御装置３０は、放熱用循環回路５の循環ポンプの運転動作をヒートポンプ本体１４による沸き上げ開始と同時に行うようにしているものである。
【００２０】
この場合、ヒートポンプ本体１４による沸き上げの開始時点では、加熱用循環回路１５内に滞留している湯水（基本的には外気に触れる屋外配管であることが多く、比較的低温になっている）が、まず貯湯タンク１の上部に図１中矢印ａの経路で供給される。またヒートポンプ本体１４での加熱もある程度の熱容量を持つため、初期から高温の温水の供給はできない。したがって、ヒートポンプ本体１４での沸き上げの初期では比較的低温の湯水が貯湯タンク１の上部に流入することになる。
【００２１】
このタイミングで放熱用循環回路５の循環ポンプ８を一定時間動作させれば、上述の実施の形態１と同様に貯湯タンク１の上部にある湯水の温度が運転動作のなかでもっとも温度低下している可能性が高いタイミングであるため、循環ポンプ８による貯湯タンク１上部から下部への湯水の循環による貯湯タンク１上部からの湯のエネルギー消費がもっとも低減できることになる。（図４参照）
また、貯湯タンク１の下部に供給する貯湯タンク1上部からの湯温が低いということは、この動作によって生成される貯湯タンク１下部の湯水が比較的低温であることになり、ヒートポンプサイクルを用いた加熱方式においては、沸き上げ加熱効率（成績係数）の低下を未然に防止できるものである。
【００２２】
このように、本実施の形態２においても、放熱循環回路５内に湯水が長期間滞留することによる衛生的問題を解消し、放熱用循環回路５の構成部品の腐食防止による耐用年数向上と併せて、貯湯タンク１内の湯水を無駄に使用することがなく経済性に優れ、かつ、加熱手段としてヒートポンプ本体１４を用いたものにおいては、沸き上げ時の加熱効率（成績係数）の低下を防止することが可能となる。
実施の形態３．
【００２３】
本発明の実施の形態３を同様の図１を用いて説明する。
この実施の形態３では、貯湯タンク１の上部に配設された温度センサ２０が貯湯タンク１内の湯量あるいは湯温を検出したとき、制御装置３０は循環ポンプ８を一定時間動作させ、放熱用循環回路５内に滞留する湯水を貯湯タンク１内に戻す動作を行うようにしたものである。
【００２４】
すなわち、貯湯タンク１の上部に配設された温度センサ２０が貯湯タンク１内の湯切れ（例えば温度センサ２０の検出温度が市水温度＋５℃以内）を検出したときは、貯湯タンク１の上部も湯切れであるので、市水と同等となっており、貯湯タンク１の上部の湯温が運転動作のなかでもっとも温度低下しているタイミングであることによる。
したがって、循環ポンプ８による貯湯タンク１上部から下部への湯水の循環による貯湯タンク１上部からの湯のエネルギー消費がもっとも低減できることになる。（図５参照）
また、前記温度センサ２０で検出する温度が予め設定された所定温度以下を検出したときに、貯湯タンク２内の湯量が少なくなったことを検出（例えば、市水温度＋２０℃以内）して、循環ポンプ８を動作することもできる。
このように、本実施の形態３によっても、温度センサ２０の検出温度を判定して循環ポンプ８の動作を制御することにより、上記実施の形態１，２と同等の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施の形態１〜3における貯湯式温水暖房システムの構成図である。
【図２】図１の貯湯式温水暖房システムにおける沸き上げ完了時の貯湯水の状態を示した図である。
【図３】本発明の実施の形態１における放熱用循環回路の循環ポンプ動作時の貯湯水変化を示した図である。
【図４】本発明の実施の形態２における放熱用循環回路の循環ポンプ動作時の貯湯水変化を示した図である。
【図５】本発明の実施の形態３における放熱用循環回路の循環ポンプ動作時の貯湯水変化を示した図である。
【符号の説明】
【００２６】
１  貯湯タンク、２  給水配管、３  給湯用混合弁、４  給湯配管、５  放熱用循環回路、６  暖房用熱交換器、７  床暖房器、８  循環ポンプ、１０  暖房用循環回路、１１  循環ポンプ、１４  ヒートポンプ本体、１５  加熱用循環回路、１５ａ  温度センサ、２０  温度センサ、３０  制御装置、３１  操作部。
【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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