(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヒートポンプ式給湯装置の水熱交換器で温水を生成し供給する複数台の熱源機と、
前記水熱交換器で生成された温水を貯留する密閉型タンクと、
この密閉型タンクに接続されるとともに、前記水熱交換器に冷水を供給する冷水供給管と、
前記水熱交換器から温水を排出し、前記密閉型タンクに供給する温水供給管と、
前記密閉型タンクと前記温水供給管を介して接続され、前記密閉型タンクから供給される温水を貯留する開放型タンクと、
この開放型タンクに一端が接続され供給ポンプにより開放型タンクの温水を利用端末へ供給する給湯配管と、
前記開放タンクから供給される温水を利用するために貯留する温水槽と、
一端側が前記温水供給管に接続され、他端側が前記冷水供給管に接続された分岐配管と、
前記分岐配管の一端側に設けられ、前記複数台の熱源機のうち少なくとも１つの熱源機から排出された温水を前記密閉型タンク側と前記分岐配管側とに選択的に供給する切替弁と、
前記分岐配管の中途部を１次側とする水熱交換器と、
前記温水槽の水または温水を前記水熱交換器の２次側に送る循環配管と、
一端側が前記切替弁に対して少なくとも１台の熱源機の出口を挟み、かつ、前記密閉型タンクから離間した位置の前記温水供給管に接続され、他端側が前記分岐配管の一端と前記水熱交換器との間に接続された温水側追加分岐配管と、
一端側が前記分岐配管の他端と前記水熱交換器との間に接続され、他端側が前記冷水供給管に接続された冷水側追加分岐配管と、
前記温水側追加分岐配管の一端側に設けられ、前記複数台の熱源機のうち少なくとも１つの熱源機から排出された温水を前記密閉型タンク側と前記温水側追加分岐配管側とに選択的に供給する追加切替弁とを備えていることを特徴とするヒートポンプ給湯システム。
【請求項２】
設定に基づいて前記切替弁を制御する制御部を備えていることを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ給湯システム。
【請求項３】
前記分岐配管には、所定の時間毎に作動するポンプを備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載のヒートポンプ給湯システム。
【請求項４】
前記分岐配管又は前記循環配管の少なくとも一方には、能力可変型のポンプが設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項３に記載のヒートポンプ給湯システム。
【請求項５】
前記循環配管には、所定の時間毎に作動するポンプと、
この循環配管内の水温を検出する水温センサが設けらていることを特徴とする請求項１乃至請求項４に記載のヒートポンプ給湯システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大量の湯を使用する業務用給湯分野に用いられるヒートポンプ給湯システムに関し、加温・保温効率を向上する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
業務用給湯分野においては、シャワー給湯の給湯機（ボイラー）と、浴槽加温・保温のための給湯機（ボイラー）とが別途に設置されていた。このように異なる給湯システムを設置すると、設置コストが高くなるとともに、設置スペースが広くなるという問題があった。このため、ファミリーレストラン、老人福祉施設あるいはビジネスホテルなど大量に湯を使用する業態に使用される給湯システムとして、ヒートポンプを用いて給湯を行うヒートポンプ給湯システムが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図７はこのようなヒートポンプ給湯システムの一例であるヒートポンプ給湯システム５００の構成を示す説明図である。ヒートポンプ給湯システム５００は、複数の熱源機５１０と、システムタンクユニット５２０とが、それぞれ水供給管５３０及び温水供給管５４０によって並列に接続されている。温水供給管５４０の出口側には開放型タンク５５０が接続されている。開放型タンク５５０にはさらに給湯管５６０がポンプ５６１を介して接続され、給湯管５６０の他端側は浴槽５７０に給湯可能に接続されている。浴槽５７０には、再加熱管路５８０が設けられ、ボイラー５８１によって再加熱される。なお、ボイラーの代わりにヒータが用いられる場合もある。また、浴槽ではなく、床暖房に温水が用いられる場合もある。
【０００４】
このようなヒートポンプ給湯システムでは、浴槽５７０の内部の湯は３日に１回程度の割合で入れ替え、その他の日はボイラー５８１によって適温となるように再加熱・保温している。
【特許文献１】特開２００７−２０５６９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したヒートポンプ給湯システムでは、次のような問題があった。すなわち、給湯用の加熱機と、浴槽や床暖房用の再加熱・保温用の加熱機とが別々にあり、初期設置コストが高い。
【０００６】
そこで本発明は、両方の機能を同一のヒートポンプユニットで行うことで、初期設置コスト、設置スペース、ランニングコストを低減できるヒートポンプ給湯システムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決し目的を達成するために、本発明のヒートポンプ給湯システムは次のように構成されている。
【０００８】
ヒートポンプ式給湯装置の水熱交換器で温水を生成し供給する複数台の熱源機と、前記水熱交換器で生成された温水を貯留する密閉型タンクと、この密閉型タンクに接続されるとともに、前記水熱交換器に冷水を供給する冷水供給管と、前記水熱交換器から温水を排出し、前記密閉型タンクに供給する温水供給管と、前記密閉型タンクと前記温水供給管を介して接続され、前記密閉型タンクから供給される温水を貯留する開放型タンクと、この開放型タンクに一端が接続され供給ポンプにより開放型タンクの温水を利用端末へ供給する給湯配管と、前記開放タンクから供給される温水を利用するために貯留する温水槽と、一端側が前記温水供給管に接続され、他端側が前記冷水供給管に接続された分岐配管と、前記分岐配管の一端側に設けられ、前記複数台の熱源機のうち少なくとも１つの熱源機から排出された温水を前記密閉型タンク側と前記分岐配管側とに選択的に供給する切替弁と、前記分岐配管の中途部を１次側とする水熱交換器と、前記温水槽の水または温水を前記水熱交換器の２次側に送る循環配管と、一端側が前記切替弁に対して少なくとも１台の熱源機の出口を挟み、かつ、前記密閉型タンクから離間した位置の前記温水供給管に接続され、他端側が前記分岐配管の一端と前記水熱交換器との間に接続された温水側追加分岐配管と、一端側が前記分岐配管の他端と前記水熱交換器との間に接続され、他端側が前記冷水供給管に接続された冷水側追加分岐配管と、前記温水側追加分岐配管の一端側に設けられ、前記複数台の熱源機のうち少なくとも１つの熱源機から排出された温水を前記密閉型タンク側と前記温水側追加分岐配管側とに選択的に供給する追加切替弁とをを備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、両方の機能を同一のヒートポンプユニットで行うことで、初期設置コスト、設置スペース、ランニングコストを低減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】
【００１１】
図１は本発明の第１の実施の形態に係るヒートポンプ給湯システム１０の構成を示す説明図、図２はヒートポンプ給湯システム１０に組み込まれた熱源機２０の構成を示す説明図、図３はヒートポンプ給湯システム１０に組み込まれたシステムコントローラ１２０の表示例を示す説明図、図４はシステムコントローラ１２０の別の表示例を示す説明図である。
【００１２】
図１に示すように、ヒートポンプ給湯システム１０は、ヒートポンプ式給湯装置の水熱交換器２１（図２参照）で温水を生成し供給する６台の熱源機２０と、水熱交換器２１で生成された温水を貯留する密閉型タンク３０と、この密閉型タンク３０に接続されるとともに、水熱交換器２１に冷水を供給する冷水供給管４０と、水熱交換器２１から温水を排出し、密閉型タンク３０に供給する温水供給管５０とを備えている。冷水供給管４０には、外部の水道管から冷水が供給される。密閉型タンク３０には、温度センサと水量センサが設けられ、後述するシステムコントローラ１２０に入力されている。
【００１３】
密閉型タンク３０と温水供給管５０を介して接続され、密閉型タンク３０から供給される湯を貯留する開放型タンク６０と、開放型タンク６０に一端が接続され供給ポンプ７１により開放型タンク６０の温水を蛇口７２、浴槽１００、シャワー等の利用端末へ供給する給湯配管７０とを備えている。開放型タンク６０には、温度センサと水量センサが設けられ、システムコントローラ１２０に入力されている。
【００１４】
温水供給管５０には、三方弁（切替弁）５１を介して、分岐配管８０の一端が接続され、分岐配管８０の他端は、三方弁４１を介して冷水供給管４０に接続されている。三方弁５１は、図１中左側３台の熱源機２０で生成された温水を密閉型タンク３０側に流すか、分岐配管８０側に流すかを選択的に切り替える機能を有している。三方弁４１，５１の切替動作はシステムコントローラ１２０によって行われる。
【００１５】
給湯配管７０には、ポンプ７１が設けられ、必要に応じて蛇口７２、浴槽１００、シャワー等に温水を供給する。
【００１６】
分岐配管８０の中途部は、水熱交換器９０の１次側に導入されている。
【００１７】
また、図中１００は浴槽（温水槽）を示しており、この浴槽１００には、循環配管１１０が接続されている。循環配管１１０の中途部は水熱交換器９０の２次側に設けられ、切替弁５１が分岐配管８０側に切り替えられた時に熱源機２０から送られる温水によって浴槽１００の水または温水が加熱される。循環配管１１０にはろ過器１１１と、能力可変型のポンプ１１２が設けられている。
【００１８】
なお、これら各部はシステムコントローラ（制御部）１２０に接続され、後述するように制御される。
【００１９】
熱源機２０は、図２に示すように、冷媒と水との熱交換を行う水熱交換器２１と、この水熱交換器２１で熱を奪われた冷媒を膨張させる膨張弁２２と、外部から熱を吸収し冷媒を蒸発させる蒸発器２３と、加熱された冷媒を圧縮する圧縮機２４と、これらを接続する冷媒配管２５と、蒸発器２３に外部から熱を導入するファン２６とを備えている。
【００２０】
また、冷水供給管４０から水熱交換器２１に冷水を送る循環ポンプ２７を備え、水熱交換器２１の出口は温水供給管５０に接続されている。なお、冷媒として例えばＲ４１０Ａ等のＨＦＣ系の冷媒が用いられる。
【００２１】
このように構成されたヒートポンプ給湯システム１０は、次のように動作する。開放型タンク６０に温水を供給する場合には、システムコントローラ１２０で図３に示すように温度・水量を設定する。この設定に基づいて各部が作動する。すなわち、冷水供給管４０から冷水が各熱源機２０に供給され、各熱源機２０において圧縮機２４、ファン２６、循環ポンプ２７が駆動されると、温水供給管５０を介して密閉型タンク３０及び開放型タンク６０に温水が供給される。開放型タンク６０からは必要に応じてポンプ７１を駆動し、給湯配管７０を介して蛇口７２、浴槽１００、シャワー等への給湯が行われる。
【００２２】
浴槽１００の再加熱・保温用の加温を行う場合には、システムコントローラ１２０において図４に示すように湯温や開始時間・終了時間の設定を行うことで、三方弁４１，５１の切替動作が行われ、図中左側の３台の熱源機２０が生成した温水が分岐配管８０側に導入される。分岐配管８０に導入された温水は、水熱交換器９０の一次側に供給される。一方、循環配管１１０には、浴槽１００内の水または温水が供給され、ろ過器１１１でろ過した後、循環ポンプ１１２にて水熱交換器９０の２次側に供給する。これにより、循環配管１１０内の水または温水が加熱されて浴槽１００内に戻される。
【００２３】
なお、分岐配管８０内の温水は浴槽１００を不使用時であっても長時間停滞しないように三方弁４１，５１を作動させるようにしてもよい。これにより、開放型タンク６０へ供給される温水が常に新しいものとすることができる。
【００２４】
設定の温度になった時点で三方弁４１，５１の切替動作が行われ、図中左側の３台の熱源機２０が生成した温水は密閉型タンク３０側に供給される。
【００２５】
このように構成された給水システム１０によれば、熱源機２０で生成された熱を開放型タンク６０への給湯にも、浴槽１００の再加熱・保温にも用いることができるため、ボイラーやヒータが不要となり、初期設置コスト、設置スペース、ランニングコストを低減することが可能となる。
【００２６】
また、三方弁４１，５１の切り替えをシステムコントローラ１２０によって行うことで、浴槽１００の再加熱・保温を自動的に行うことができる。
【００２７】
図５は本発明の第２の実施の形態に係るヒートポンプ給湯システム２００の構成を示す説明図である。なお、図５において、図１〜４と同一機能部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００２８】
分岐配管８０には、温水供給管５０に接続される温水側追加分岐配管８１と、冷水供給管４０に接続される冷水側追加分岐配管８２とを備えている。温水側追加分岐配管８１は温水供給管５０に三方弁（追加切替弁）５２を介して、図５中左側１台目と左側２台目の熱源機２０の間に接続されている。冷水側追加分岐配管８２は冷水供給管４０に三方弁４２を介して、図４中左側１台目と左側２台目の熱源機２０の間に接続されている。すなわち、三方弁４２は、切替弁４１に対して少なくとも１台の熱源機２０の出口を挟み、かつ、密閉型タンク３０から離間した位置に接続されている。三方弁４２は、図４中左端の熱源機２０から排出された温水を密閉型タンク３０側と温水側追加分岐配管８１側とに選択的に供給する機能を有している。
【００２９】
このように構成されたヒートポンプ給湯システム２００では、浴槽１００の再加熱・保温能力を三方弁４１，５１及び三方弁４２，５２の動作によって２段階に切り替えることができるため、適度な温度調節を行うことが可能となる。
【００３０】
したがって、ヒートポンプ給湯システム１０と同様の効果が得られるとともに、さらに細やかな温度調節を行うことが可能となる。
【００３１】
図６は本発明の第３の実施の形態に係るヒートポンプ給湯システム３００の構成を示す説明図である。
【００３２】
ヒートポンプ給湯システム３００は、ヒートポンプ式給湯装置の水熱交換器３２１で温水を生成し供給する８台の熱源機３２０と、水熱交換器３２１で生成された温水を貯留する密閉型タンク３３０と、この密閉型タンク３３０に接続されるとともに、水熱交換器３２１に冷水を供給する冷水供給管３４０と、水熱交換器３２１から温水を排出し、密閉型タンク３３０に供給する温水供給管３５０とを備えている。冷水供給管３４０には、外部の水道管から冷水が供給される。密閉型タンク３３０には、温度センサと水量センサが設けられ、後述するシステムコントローラ４２０に入力されている。なお、熱源機３２０は前述した熱源機２０と同様の構成であるため、詳細な説明は省略する。
【００３３】
冷水供給管３４０の入口側には減圧弁３４１が設けられ、また、密閉型タンク３３０と各熱源機３２０との間には逆止弁３４２が設けられている。
【００３４】
密閉型タンク３３０と温水供給管３５０を介して接続され、密閉型タンク３３０から供給される温水を貯留する開放型タンク３６０と、開放型タンク３６０に一端が接続され、開放型タンク３６０の温水を蛇口３７２、浴槽４００、シャワー等の利用端末へ供給する給湯配管３７０とを備えている。開放型タンク３６０には、温度センサと水量センサが設けられ、システムコントローラ４２０に入力されている。温水供給管３５０の密閉型タンク３３０と開放型タンク３６０との間には流量調整弁３５１が設けられている。
【００３５】
温水供給管３５０には、分岐配管３８０の一端が接続され、分岐配管３８０の他端は冷水供給管３４０に接続されている。
【００３６】
給湯配管３７０には、ポンプ３７１が設けられ、必要に応じて蛇口３７２、浴槽４００、シャワー等に温水を供給する。
【００３７】
分岐配管３８０の中途部は、水熱交換器３９０の１次側に導入されている。分岐配管３８０の温水供給管３５０側には流量調整弁３８１が設けられている。さらに、水熱交換器３９０へ温水を送るための能力可変型の１次側ポンプ３８２が設けられている。
【００３８】
また、図中４００は浴槽（温水槽）を示しており、この浴槽４００には、循環配管４１０が接続されている。循環配管４１０の中途部は水熱交換器３９０の２次側に設けられ、流量調整弁３８１が開いた時に密閉型タンク３３０から送られる温水によって浴槽４００の水または温水が加熱される。循環配管４１０にはろ過器４１１と、能力可変型の２次側ポンプ４１２が設けられている。
【００３９】
なお、これら各部はシステムコントローラ（制御部）４２０に接続され、後述するように制御される。
【００４０】
このように構成されたヒートポンプ給湯システム３００は、次のように動作する。開放型タンク３６０に温水を供給する場合には、冷水供給管３４０から冷水が各熱源機３２０に供給され、各熱源機３２０において温水供給管３５０を介して密閉型タンク３３０及び開放型タンク３６０に温水が供給される。開放型タンク３６０からは必要に応じてポンプ３７１を駆動し、給湯配管３７０を介して蛇口３７２、浴槽４００、シャワー等への給湯が行われる。
【００４１】
浴槽４００の再加熱・保温用の加温を行う場合には、システムコントローラ４２０からの指令により流量調整弁３８１を開き、熱源機３２０が生成した温水（例えば６５℃）が分岐配管３８０側に導入される。分岐配管３８０に導入された温水は、水熱交換器３９０の一次側に供給される。供給された温水は水熱交換器３９０を通過した後、温度が下降する（例えば、４５℃）。一方、循環配管４１０には、浴槽４００内の水（例えば４０．５℃）が供給され、ろ過器４１１でろ過した後、循環ポンプ４１２にて水熱交換器３９０の２次側に供給する。これにより、循環配管４１０内の水が温水（例えば４２℃）となって浴槽４００内に戻される。設定の温度になった時点で流量調整弁３８１を閉じる。
【００４２】
このように構成された給水システム３００によれば、熱源機３２０で生成された熱を開放型タンク３６０への給湯にも、浴槽４００の再加熱・保温にも用いることができるため、ボイラーやヒータが不要となり、初期設置コスト、設置スペース、ランニングコストを低減することが可能となる。
【００４３】
また、流量調整弁３５１，３８１の調節をシステムコントローラ４２０によって行うことで、開放型タンク６０への給湯及び浴槽４００の再加熱・保温を自動的に行うことができる。
【００４４】
なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではない。例えば、上述した例では、温水槽として浴槽４００を例示したが、床暖房用の温水パイプにも適用することができる。この他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能であるのは勿論である。
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［１］ヒートポンプ式給湯装置の水熱交換器で温水を生成し供給する複数台の熱源機と、前記水熱交換器で生成された温水を貯留する密閉型タンクと、この密閉型タンクに接続されるとともに、前記水熱交換器に冷水を供給する冷水供給管と、前記水熱交換器から温水を排出し、前記密閉型タンクに供給する温水供給管と、前記密閉型タンクと前記温水供給管を介して接続され、前記密閉型タンクから供給される温水を貯留する開放型タンクと、この開放型タンクに一端が接続され供給ポンプにより開放型タンクの温水を利用端末へ供給する給湯配管と、前記開放タンクから供給される温水を利用するために貯留する温水槽と、一端側が前記温水供給管に接続され、他端側が前記冷水供給管に接続された分岐配管と、前記分岐配管の一端側に設けられ、前記複数台の熱源機のうち少なくとも１つの熱源機から排出された温水を前記密閉型タンク側と前記分岐配管側とに選択的に供給する切替弁と、前記分岐配管の中途部を１次側とする水熱交換器と、前記温水槽の水または温水を前記水熱交換器の２次側に送る循環配管とを備えていることを特徴とするヒートポンプ給湯システム。
［２］一端側が前記切替弁に対して少なくとも１台の熱源機の出口を挟み、かつ、前記密閉型タンクから離間した位置の前記温水供給管に接続され、他端側が前記分岐配管の一端と前記水熱交換器との間に接続された温水側追加分岐配管と、一端側が前記分岐配管の他端と前記水熱交換器との間に接続され、他端側が前記冷水供給管に接続された冷水側追加分岐配管と、前記温水側追加分岐配管の一端側に設けられ、前記複数台の熱源機のうち少なくとも１つの熱源機から排出された温水を前記密閉型タンク側と前記温水側追加分岐配管側とに選択的に供給する追加切替弁とを備えていることを特徴とする［１］に記載のヒートポンプ給湯システム。
［３］ヒートポンプ式給湯装置の水熱交換器で温水を生成し供給する複数台の熱源機と、前記水熱交換器で生成された温水を貯留する密閉型タンクと、この密閉型タンクに接続されるとともに、前記水熱交換器に冷水を供給する冷水供給管と、前記水熱交換器から温水を排出し、前記密閉型タンクに供給する温水供給管と、前記密閉型タンクと前記温水供給管を介して接続され、前記密閉型タンクから供給される温水を貯留する開放型タンクと、この開放型タンクに一端が接続され供給ポンプにより開放型タンクの温水を利用端末へ供給する給湯配管と、前記開放タンクから供給される温水を利用するために貯留する温水槽と、一端側が前記温水供給管に接続され、他端側が前記冷水供給管に接続された分岐配管と、前記分岐配管の一端側に設けられ、前記密閉型タンクから排出された温水の流量を調整する流量調整弁と、前記分岐配管の中途部を１次側とする水熱交換器と、前記温水槽の水または温水を前記水熱交換器の２次側に送る循環配管とを備えていることを特徴とするヒートポンプ給湯システム。
［４］設定に基づいて前記切替弁または前記流量調整弁を制御する制御部を備えていることを特徴とする［１］乃至［３］に記載のヒートポンプ給湯システム。
［５］前記分岐配管には、所定の時間毎に作動するポンプを備えていることを特徴とする［１］乃至［４］に記載のヒートポンプ給湯システム。
［６］前記分岐配管又は前記循環配管の少なくとも一方には、能力可変型のポンプが設けられ散ることを特徴とする［１］乃至［５］に記載のヒートポンプ給湯システム。
［７］前記循環配管には、所定の時間毎に作動するポンプと、この循環配管内の水温を検出する水温センサが設けらていることを特徴とする［１］乃至［６］に記載のヒートポンプ給湯システム。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るヒートポンプ給湯システムの構成を示す説明図。
【図２】同ヒートポンプ給湯システムに組み込まれた熱源機の構成を示す説明図。
【図３】同ヒートポンプ給湯システムに組み込まれたシステムコントローラの表示例を示す説明図。
【図４】同システムコントローラの別の表示例を示す説明図。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係るヒートポンプ給湯システムの構成を示す説明図。
【図６】本発明の第３の実施の形態に係るヒートポンプ給湯システムの構成を示す説明図。
【図７】従来のヒートポンプ給湯システムの構成を示す説明図。
【符号の説明】
【００４６】
１０，２００，３００…ヒートポンプ給湯システム、２０，３２０…熱源機、２１，３２１…水熱交換器、３０，３３０…密閉型タンク、４０，３４０…冷水供給管、５１…三方弁（切替弁）、５０，３５０…温水供給管、５２…三方弁（追加切替弁）、６０，３６０…開放型タンク、７０，３７０…給湯配管、８０，３８０…分岐配管、９０，３９０…水熱交換器、１００，４００…浴槽、１１０，４１０…循環配管、１２０，４２０…システムコントローラ（制御部）。
【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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【図６】
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【図７】
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