JP2002181385A - 給湯装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 効率のよい貯湯を行えるようにした給湯装置
を提供することを目的とする。 【解決手段】 制御手段１２は、予測される給湯使用量
から貯湯目標温度を算出し、サーミスタ１１で検出され
た検出温度が、目標貯湯温度になるように、循環ポンプ
４の回転数を制御して循環水の流量を調整している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、ヒートポ
ンプ給湯装置のような給湯装置に関し、更に詳しくは、
湯を貯湯槽に貯湯した後、給湯する貯湯式の給湯装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のヒートポンプ給湯装置は、電気料
金が安い夜間の深夜電力を利用してヒートポンプユニッ
トの凝縮器で、貯湯槽からの循環水を、フロンや代替フ
ロンなどの冷媒を用いて昇温できる最高の温度である６
０℃〜６５℃まで加熱して貯湯し、その後、ヒートポン
プに比べて効率の悪い電気ヒータなどの補助熱源によっ
て、例えば、９５℃付近の最高温度まで沸き上げてい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このように貯湯槽内
を、９５℃付近の最高温度まで沸き上げると、貯湯槽の
全部の湯を一日で使い切ることができない場合があり、
かかる場合には、高温の湯が余って放熱し、エネルギー
が無駄になっていた。

【０００４】また、貯湯槽に蓄えられる熱量は、貯湯最
高温度×貯湯槽の容量となり、給湯の際には、貯湯槽の
給湯配管からの温水に、給水配管からの水を混合して出
湯設定温度に調整して給湯するものであるから、使用で
きる湯量は、給水配管からの水の温度、すなわち、入水
温度が最低のとき、最低量（限界）であり、その最低温
度のときでも湯切れしないように貯湯槽を設定すること
になるが、入水温度が高い場合にも、上述のように電気
ヒータで最高温度まで沸き上げるために必要以上に電力
を消費して効率の悪いものとなっていた。

【０００５】本発明は、上述の点に鑑みてなされたもの
であって、効率のよい貯湯を行えるようにした給湯装置
を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明では、上述の目的
を達成するために、次のように構成している。

【０００７】すなわち、請求項１に係る本発明の給湯装
置は、貯湯槽から循環ポンプを介して該貯湯槽に至る循
環経路の途中に、熱交換器を配設し、前記熱交換器によ
って、前記貯湯槽からの湯水を間接加熱して貯湯すると
ともに、貯湯される湯水を補助熱源で加熱する貯湯式の
給湯装置において、前記貯湯槽に貯湯される湯水の温度
を検出する貯湯温度検出手段と、前記貯湯温度検出手段
の検出温度および貯湯目標温度に基づいて、貯湯温度を
制御する貯湯制御手段とを備え、前記貯湯目標温度は、
予測される給湯使用量に応じて可変されるものである。

【０００８】請求項１に係る本発明によれば、予測され
る給湯使用量に応じて、貯湯目標温度を可変するので、
最高温度で貯湯していた従来例のように、貯湯した湯水
が余ることがなくなるとともに、効率の悪い電気ヒータ
等の補助熱源の使用を抑制することができ、効率が高ま
ることになる。

【０００９】請求項２に係る本発明の給湯装置は、貯湯
槽から循環ポンプを介して該貯湯槽に至る循環経路の途
中に、熱交換器を配設し、前記熱交換器によって、前記
貯湯槽からの湯水を間接加熱して貯湯するとともに、貯
湯される湯水を補助熱源で加熱する貯湯式の給湯装置に
おいて、前記貯湯槽からの給湯配管と該貯湯槽への給水
配管とが、前記両配管の湯水を混合可能にバイパス配管
で接続されており、前記貯湯槽に貯湯される湯水の温度
を検出する貯湯温度検出手段と、前記給水配管の入水温
度を検出する入水温度検出手段と、前記貯湯温度検出手
段の検出温度および貯湯目標温度に基づいて、貯湯温度
を制御する貯湯制御手段とを備え、前記貯湯目標温度
は、前記入水温度検出手段で検出される入水温度に応じ
て可変されるものである。

【００１０】請求項２に係る本発明によれば、貯湯槽か
らの温水に混合される給水配管の入水温度に応じて、貯
湯目標温度を可変するので、入水温度が高い場合には、
その分、貯湯温度を下げて効率の悪い電気ヒータ等の補
助熱源の使用を抑制することができ、効率が高まること
になる。

【００１１】請求項３に係る本発明は、請求項１または
２の発明において、前記貯湯制御手段は、補助熱源とし
ての電気ヒータによる加熱を制御して貯湯温度を制御す
るものである。

【００１２】請求項３に係る本発明によれば、例えば、
貯湯槽内に配設される電気ヒータを制御して貯湯温度
を、貯湯目標温度に制御することができる。

【００１３】請求項４に係る本発明は、請求項１または
２の発明において、前記補助熱源としての電気ヒータ
が、前記循環経路に配設され、前記貯湯制御手段は、循
環水の流量を制御して貯湯温度を制御するものである。

【００１４】請求項４に係る本発明によれば、循環水の
流量を制御することにより、循環経路に配設された補助
熱源としての電気ヒータによる加熱を制御して貯湯温度
を、貯湯目標温度に制御することができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の詳細を図面に示す
実施形態に基づいて説明する。

【００１６】（実施の形態１）図１は、本発明の一つの
実施の形態に係る給湯装置の構成図である。同図におい
て、１は圧縮機や蒸発器等を備えたヒートポンプユニッ
トであり、２は貯湯槽であり、この貯湯槽２には、その
下部の導入口３ａから上部の還流口３ｂに至る循環管路
３が接続されており、この循環管路３には、貯湯槽２の
湯水を循環させる循環ポンプ４、ヒートポンプユニット
１の冷媒と貯湯槽２からの湯水との熱交換を行う温水用
熱交換器５およびヒートポンプの沸き上げ温度以上の温
度で沸き上げるための補助熱源としての電気ヒータ６が
それぞれ配設されている。

【００１７】また、貯湯槽２の下部には、給水配管７が
接続される一方、上部には、給湯配管８が接続されてお
り、この給湯配管８には、貯湯槽２の湯と給水配管７が
分岐されたバイパス配管９からの水とを、設定温度にな
るように混合して出湯する出湯混合弁１０が設けられて
いる。

【００１８】かかるヒートポンプ給湯装置による貯湯
は、安価な深夜電力を利用してヒートポンプで冷媒を循
環させるとともに、循環ポンプ４を駆動して貯湯槽２の
水を、下部の導入口３ａから上部の還流口３ｂに至る循
環管路３で循環させ、温水用熱交換器５で熱交換すると
ともに、電気ヒータ６で加熱して貯湯槽２内に蓄えるも
のであり、従来では、ヒートポンプで沸き上げられる温
度以上の最高温度、例えば、９５℃程度で貯湯してお
り、このため、一日では、貯湯槽の全部の湯を使い切る
ことができない場合があり、かかる場合には、ヒートポ
ンプに比べて効率の悪い電気ヒータの加熱によって得ら
れた湯が余って放熱し、エネルギーが無駄になってい
た。

【００１９】そこで、この実施の形態では、効率のよい
貯湯を行うために、次のように構成している。

【００２０】すなわち、この実施の形態では、前記循環
管路３の戻り側には、貯湯槽２への戻り湯温、すなわ
ち、貯湯温度を検出する貯湯温度検出手段としての第１
のサーミスタ１１を設けており、さらに、従来と同様に
各部を制御する制御手段１２は、第１のサーミスタ１１
で検出された検出温度および貯湯槽２に貯湯すべき貯湯
目標温度に基づいて、循環ポンプ４を制御して循環水の
流量を制御する貯湯制御手段としての機能を備えてお
り、この制御手段１２は、前記貯湯目標温度を、予測さ
れる給湯使用量に応じて可変するものである。

【００２１】この制御手段１２は、日々の給湯使用量等
を監視しており、それに基づいて、必要な給湯使用量を
予測し、その必要な給湯使用量に応じた貯湯目標温度を
設定するものである。

【００２２】この給湯使用量の予測は、従来公知の手法
によって行うことができ、例えば、貯湯槽２の所要の高
さ位置に図示しない複数のサーミスタをそれぞれ設置し
て給湯温度およびその湯量を監視し、得られたデータに
基づいて、一日の給湯使用量を予測したり、あるいは、
この実施の形態のように、給湯配管８に流量センサ１３
を設置し、給湯量を監視し、得られたデータに基づい
て、一日の給湯使用量を予測するものである。

【００２３】この予測される給湯使用量が、貯湯槽２内
を、全て最高温度、例えば、９５℃の湯水で貯湯する必
要がない場合に、その分、９５℃より低い貯湯目標温度
とし、その貯湯目標温度の湯水で貯湯槽２内を満たすも
のであり、これによって、必要な給湯使用量を確保する
一方、最高温度で貯湯する従来例に比べて、貯湯温度を
下げることができる。

【００２４】つまり、従来のように貯湯温度を最高温度
で貯湯するのではなく、必要な負荷の状況に応じて、貯
湯温度を低くして貯湯するのである。

【００２５】ここで、貯湯目標温度の設定の一例を説明
する。ここでは、初回電源投入時には、最高温度で貯湯
し、一日の終わりに使用された湯量をチェックしてそれ
を予測される使用量として目標貯湯温度を設定する場合
について説明する。

【００２６】今、貯湯槽２の容量をＱ（ｌ）、使用され
た湯量をＱｓ（ｌ）、沸き上げ最高温度をＴ
_max（℃）、貯湯目標温度Ｔ（℃）とすると、 Ｑ×Ｔ＝Ｑｓ×Ｔ_max したがって、貯湯目標温度Ｔは、 Ｔ＝（Ｑｓ×Ｔ_max）／Ｑ となる。

【００２７】制御手段１２は、例えば、上述のようにし
て貯湯目標温度を算出し、第１のサーミスタ１１で検出
される検出温度が、貯湯目標温度になるように循環ポン
プ４の回転数を制御して循環水の流量を制御するのであ
る。

【００２８】これによって、最高温度で貯湯していた従
来例のように、貯湯した湯水が余ることがなくなるとと
もに、効率の悪い電気ヒータ等の補助熱源の使用を抑制
することができ、効率が高まることになる。

【００２９】（実施の形態２）図２は、本発明の他の実
施の形態の構成図であり、上述の実施の形態に対応する
部分には、同一の参照符号を付す。

【００３０】同図において、１は圧縮機や蒸発器等を備
えたヒートポンプユニットであり、２は貯湯槽であり、
この貯湯槽２には、その下部の導入口３ａから上部の還
流口３ｂに至る循環管路３が接続されており、この循環
管路３には、貯湯槽２の湯水を循環させる循環ポンプ
４、ヒートポンプユニット１の冷媒と貯湯槽２からの湯
水との熱交換を行う温水用熱交換器５およびヒートポン
プの沸き上げ温度以上の温度で沸き上げるための補助熱
源としての電気ヒータ６がそれぞれ配設されている。

【００３１】また、貯湯槽２の下部には、給水配管７が
接続される一方、上部には、給湯配管８が接続されてお
り、この給湯配管８には、貯湯槽２の湯と給水配管７が
分岐されたバイパス配管９からの水とを、設定温度にな
るように混合して出湯する出湯混合弁１０が設けられて
おり、以上の構成は、上述の実施の形態と同様である。

【００３２】従来では、貯湯槽２からの温水に混合する
給水配管７の入水温度が、高いときにも最高温度まで沸
き上げているために、必要以上に電力を消費して効率の
悪いものとなっていた。

【００３３】そこで、この実施の形態では、効率のよい
貯湯を行うために、次のように構成している。

【００３４】すなわち、この実施の形態では、循環管路
３の戻り側には、貯湯槽２への戻り湯温、すなわち、貯
湯温度を検出する貯湯温度検出手段としての第１のサー
ミスタ１１を設けるとともに、給水配管７の入水温度を
検出する入水温度検出手段としての第２のサーミスタ１
４を設けており、さらに、従来と同様に各部を制御する
制御手段１２’は、第１のサーミスタ１１で検出された
検出温度および貯湯槽２の貯湯目標温度に基づいて、循
環ポンプ４を制御して循環水の流量を制御する貯湯制御
手段としての機能を備えており、この制御手段１２’
は、前記貯湯目標温度を、後述のように第２のサーミス
タ１４で検出される入水温度に応じて可変するものであ
る。

【００３５】この制御手段１２’は、給水配管７の入水
温度を監視しており、それに基づいて、例えば、次のよ
うして貯湯目標温度を設定するものである。

【００３６】ここで、貯湯槽２の容量をＱ（ｌ）、出湯
設定温度をＴｓ（℃）、入水最低温度をＴ_min（℃）、
貯湯最高温度Ｔ_max（℃）、バイパス水量ｑ（ｌ）とす
ると、貯湯槽２に蓄えられた熱量とバイパス水量ｑよる
入水熱量との和が、出湯設定温度Ｔｓで出湯される出湯
熱量に等しいことから、 Ｑ×Ｔ_max＋Ｔ_min×ｑ＝（Ｑ＋ｑ）×Ｔｓ したがって、バイパス水量ｑは、 ｑ＝Ｑ×（Ｔ_max−Ｔｓ）／（Ｔｓ−Ｔ_min） となり、出湯設定温度Ｔｓで出湯できる湯量は、 Ｑ＋ｑ＝Ｑ{１＋(Ｔ_max−Ｔｓ)／(Ｔｓ−Ｔ_min)} となる。この（Ｑ＋ｑ）が、貯湯最高温度Ｔ_maxで貯湯
した場合に、出湯設定温度Ｔｓで出湯する最低量、すな
わち、入水温度が最低温度Ｔ_minであるときに、出湯で
きる湯量となる。

【００３７】したがって、入水温度が、前記最低温度Ｔ
_minよりも高い温度Ｔｎであるとすると、前記湯量（Ｑ
＋ｑ）を供給できるようにするための貯湯目標温度Ｔ
は、次のようになる。

【００３８】 Ｔ＝｛Ｔｓ×（Ｑ＋ｑ）−ｑ（Ｔｎ−Ｔ_min）｝／Ｑ ＝[Ｔｓ×Ｑ{１＋(Ｔ_max−Ｔｓ)／(Ｔｓ−Ｔ_min)}−{Ｑ
×（Ｔ_max−Ｔｓ）／（Ｔｓ−Ｔ_min）}(Ｔｎ−Ｔ_min)]
／Ｑ 上述のように、貯湯槽２の容量Ｑ、貯湯最高温度Ｔ_max
は既知であり、入水最低温度Ｔ_minは予め設定され、出
湯設定温度Ｔｓも設定されるので、入水温度Ｔｎが与え
られれば、前記式によって貯湯目標温度Ｔが設定できる
ことになる。

【００３９】この貯湯目標温度Ｔは、入水温度Ｔｎが入
水最低温度Ｔ_minよりも高い分に相当する分だけ貯湯最
高温度Ｔ_maxよりも低い温度となり、したがって、貯湯
最高温度Ｔ_maxまで沸き上げていた従来例に比べて、効
率の悪い電気ヒータ等の補助熱源の使用を抑制すること
ができ、効率が高まることになる。

【００４０】（その他の実施の形態）上述の各実施の形
態では、循環ポンプ４の回転数を制御して循環水の流量
を制御したけれども、本発明の他の実施の形態として、
循環経路に流量制御弁を設け、この流量制御弁を制御し
て循環水の流量を制御してもよい。

【００４１】上述の各実施の形態では、循環水の流量を
制御して電気ヒータ６による加熱を制御したけれども、
本発明の他の実施の形態として、電気ヒータ６への通電
を制御して加熱を制御してもよく、また、電気ヒータ
は、循環経路に設けるのではなく、貯湯槽内に配設して
貯湯槽内の湯水を加熱するようにしてもよく、この場合
には、貯湯槽内の湯水の温度を検出して電気ヒータの加
熱を制御して貯湯温度を制御すればよい。

【００４２】上述の実施の形態では、ヒートポンプを熱
源としたけれども、他の熱源、例えば、エンジン発電機
や燃料電池のような発電機を用いて廃熱を回収して貯湯
するようにしてもよい。

【００４３】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、予測され
る給湯使用量に応じて、貯湯目標温度を可変するので、
最高温度で貯湯していた従来例のように、貯湯した湯水
が余ることがなくなるとともに、効率の悪い電気ヒータ
等の補助熱源の使用を抑制することができ、効率が高ま
ることになる。

【００４４】また、本発明によれば、貯湯槽からの温水
に混合される給水配管の入水温度に応じて、貯湯目標温
度を可変するので、入水温度が高い場合には、その分、
貯湯温度を下げて効率の悪い電気ヒータ等の補助熱源の
使用を抑制することができ、効率が高まることになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る給湯装置の構成図で
ある。

【図２】本発明の他の実施の形態に係る給湯装置の構成
図である。

【符号の説明】

１ ヒートポンプユニット ２ 貯湯槽 ３ 循環管路 ４ 循環ポンプ ５ 温水用熱交換器 ６ 電気ヒータ ７ 給水配管 ８ 給湯配管 １３ 流量センサ １１，１４ 第１，第２のサーミスタ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 貯湯槽から循環ポンプを介して該貯湯槽
   に至る循環経路の途中に、熱交換器を配設し、前記熱交
   換器によって、前記貯湯槽からの湯水を間接加熱して貯
   湯するとともに、貯湯される湯水を補助熱源で加熱する
   貯湯式の給湯装置において、 前記貯湯槽に貯湯される湯水の温度を検出する貯湯温度
   検出手段と、 前記貯湯温度検出手段の検出温度および貯湯目標温度に
   基づいて、貯湯温度を制御する貯湯制御手段とを備え、 前記貯湯目標温度は、予測される給湯使用量に応じて可
   変されることを特徴とする給湯装置。
2. 【請求項２】 貯湯槽から循環ポンプを介して該貯湯槽
   に至る循環経路の途中に、熱交換器を配設し、前記熱交
   換器によって、前記貯湯槽からの湯水を間接加熱して貯
   湯するとともに、貯湯される湯水を補助熱源で加熱する
   貯湯式の給湯装置において、 前記貯湯槽からの給湯配管と該貯湯槽への給水配管と
   が、前記両配管の湯水を混合可能にバイパス配管で接続
   されており、 前記貯湯槽に貯湯される湯水の温度を検出する貯湯温度
   検出手段と、 前記給水配管の入水温度を検出する入水温度検出手段
   と、 前記貯湯温度検出手段の検出温度および貯湯目標温度に
   基づいて、貯湯温度を制御する貯湯制御手段とを備え、 前記貯湯目標温度は、前記入水温度検出手段で検出され
   る入水温度に応じて可変されることを特徴とする給湯装
   置。
3. 【請求項３】 請求項１または２に記載の給湯装置にお
   いて、 前記貯湯制御手段は、補助熱源としての電気ヒータによ
   る加熱を制御して貯湯温度を制御することを特徴とする
   給湯装置。
4. 【請求項４】 請求項１または２に記載の給湯装置にお
   いて、 前記補助熱源としての電気ヒータが、前記循環経路に配
   設され、 前記貯湯制御手段は、循環水の流量を制御して貯湯温度
   を制御することを特徴とする給湯装置。