JP2006046773A - 貯湯式給湯装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電気料金の安い深夜電力時間帯の終了時点に貯湯タンク内の熱量を最大限に確保できる貯湯式給湯装置を提供する。
【解決手段】貯湯タンク１４の下部から上部に湯水を循環させ熱交換器２１を有した循環路１９を設ける。この熱交換器２１を通じて循環路１９内を流通する湯水を貯湯タンク内１４上部より積層状態に沸き上げるヒートポンプユニット１３を設けるとともに、貯湯タンク内下部に電気ヒータ１８を設ける。電気料金の割安な深夜電力時間帯内において、最初ヒートポンプユニット１３に通電して貯湯タンク１４内の湯水の沸き上げを行ない、その後電気ヒータに通電し深夜電力時間帯終了時点で貯湯タンク内全量が均一の高温になるように再沸き上げ行い貯湯タンク内の熱量を確保する。
【選択図】図１

Description

本発明は、貯湯タンク内の湯水を高温に沸き上げる貯湯式給湯装置に関する。

従来、湯を貯湯する貯湯タンクを備え、この貯湯タンクの下部から上部に貯湯タンク内の湯水を循環させる循環路を設け、この循環路に電気料金の割安な深夜電力時間帯において、ヒートポンプユニットの作動により熱交換器を加熱し、この熱交換器にて熱交換されて所定の沸上温度に沸き上げられた循環路内の湯が貯湯タンクの上部に送り込まれ、貯湯タンクの上部側から湯が層状に貯湯される貯湯式給湯装置がある。（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００３−２４０３４９号公報（第２頁、図１)

このような貯湯式給湯装置では、ヒートポンプユニットで電気料金の割安な深夜電力時間帯に沸き上げた場合、夜中に沸き上げた湯が朝方には温度が下がり貯湯タンクの下部の方に冷めた湯が溜まる。

すなわち、貯湯タンク内の残湯がゼロの場合、ヒートポンプユニットで仮に夜２３時から朝７時までの８時間で沸き上げを行うと、夜の２３時に沸き上げた例えば９０℃の湯は、朝７時に貯湯タンク下部に溜まり、その貯湯タンク下部の湯は貯湯タンク内に入ってから８時間経過しているので、１時間に０．５℃の温度降下があるとすると４℃下がることになる。また、貯湯タンクと室外機に配管の長さによっても異なるが、ヒートポンプユニットから９０℃の湯を流しても貯湯タンク内に溜まるまでの間に３℃程度放熱されてしまって貯湯タンク内に溜まる湯温が８６℃となる。したがって、貯湯タンク内に溜まるまでの放熱３℃と８時間での放熱４℃となり、温度分布は貯湯タンク内上部が８７℃で貯湯タンク内下部が８３℃ということになる。

また、貯湯タンク内に残湯があり下部の残湯温度が５０℃程度の中温水に低下しているような場合、貯湯タンク内下部の湯はヒートポンプユニットで９０℃に沸き上げても中温水の残湯はヒートポンプユニットの効率から７０℃程度までしか沸き上げることができなかった。

このように、夜中に沸き上げた湯が朝方には放熱し貯湯タンクの下部の湯の温度が下がり貯湯タンク内の熱量が減少し、深夜電力時間帯に沸き上げた湯だけでは湯切れになる恐れがあり、そのため、電気料金の高い昼間の沸増しが必要になり不経済である。また、貯湯タンク内の湯温が中温水の場合、この中温水をヒートポンプユニットで沸き上げても効率が悪く中温水が多く残りやはり熱量が減少し湯切れが生じる恐れがあった。

本発明は、このような点に鑑みなされたもので、深夜電力時間帯終了時点で貯湯タンク内の熱量を多くして湯切れの恐れがなくなるとともに、昼間の沸増し通電をなくしたり、または、軽減させることのできる貯湯式給湯装置を提供することを目的とする。

請求項１記載の貯湯式給湯装置は、貯湯タンクと、この貯湯タンクの下部から上部に貯湯タンク内の湯水を循環させる循環路と、この循環路に設けられる熱交換器を有し、この熱交換器を通じて循環路内を流通する湯水を貯湯タンク内上部より積層状態に沸き上げるヒートポンプユニットと、前記貯湯タンク内下部に設けられる電気ヒータとを備え、電気料金の割安な深夜電力時間帯内において、最初ヒートポンプユニットに通電して貯湯タンク内の湯水の沸き上げを行ない、その後電気ヒータに通電し深夜電力時間帯終了時点で貯湯タンク内全量が均一の高温になるように再沸き上げを行なうようにしたものである。

そして、この構成では、電気料金の安い深夜電力時間帯において、貯湯タンク内の残湯がゼロの場合、最初にヒートポンプユニットに通電し貯湯タンク内の水の沸き上げを行なう。次いで深夜電力時間帯終了時点で貯湯タンク内全量が均一の高温度になるように電気ヒータに通電して再沸き上げを行なう。また、貯湯タンク内の湯温が中温水の場合、最初にヒートポンプユニットに通電し貯湯タンク内湯水の沸き上げを行なう。その後、残湯がゼロの場合と同様に深夜電力時間帯終了時点で貯湯タンク内全量が均一の高温度になるように電気ヒータに通電して再沸き上げを行なう。したがって、深夜電力時間帯終了時点で貯湯タンク内の熱量が多くなり湯切れのための昼間の沸増運転をなくしたり、軽減させることができ経済的である。

請求項２記載の貯湯式給湯装置は、請求項１記載の貯湯式給湯装置において、貯湯タンク下部に沸上検知センサを設け、この沸上検知センサが検知するヒートポンプユニットによる沸上終了時点の貯湯タンク内下部の湯温が、通常の沸上がり湯温と比較してその温度差が大きい場合は電気ヒータに通電して深夜電力時間帯終了時点で貯湯タンク内全量が均一の高温になるように再沸き上げをし、温度差が少ない場合は電気ヒータの通電を禁止するようにしたものである。

そして、この構成では、ヒートポンプユニットによる沸上終了時点の沸上温度検知センサが検知する貯湯タンク内下部の湯温が、通常の沸き上がり湯温と比較してその温度差が大きい場合は、電気ヒータ通電して貯湯タンク内全量が均一の高温になるように再沸き上げが行なわれ、湯切れの恐れがなくなる。また、温度差が少ない場合は電気ヒータの通電が禁止され無駄な電力の消費が抑制される。

請求項３記載の貯湯式給湯装置は、請求項１記載の貯湯式給湯装置において、外気温検知センサを設け、この外気温検知センサが検知する外気温が低い場合はヒートポンプユニットによる沸き上げ終了後、電気ヒータの通電を行い深夜電力時間帯終了時点で貯湯タンク内全量が均一の高温になるように再沸き上げをし、外気温が高い場合は電気ヒータの通電を禁止するようにしたものである。

そして、この構成では、外気温検知センサが検知する外気温が低い場合はヒートポンプユニットによる沸き上げ終了後、電気ヒータの通電を行い深夜電力時間帯終了時点で貯湯タンク内全量が均一の高温になるように再沸き上げが行なわれ、湯切れの恐れがなくなる。
また、外気温が高い場合は電気ヒータの通電が禁止され無駄な電力の消費が抑制される。

請求項１記載の給湯装置によれば、電気料金の安い深夜電力時間帯において、貯湯タンク内の残湯がゼロの場合、最初にヒートポンプユニットに通電し貯湯タンク内湯水の沸き上げを行なう。次いで深夜電力時間帯終了時点で貯湯タンク内全量が均一の高温度になるように電気ヒータに通電して再沸き上げを行なう。また、貯湯タンク内の湯温が中温水の場合、最初にヒートポンプユニットに通電し貯湯タンク内湯水の沸き上げを行なう。その後、残湯がゼロの場合と同様に深夜電力時間帯終了時点で貯湯タンク内全量が均一の高温度になるように電気ヒータに通電して再沸き上げを行なう。したがって、深夜電力時間帯終了時点で貯湯タンク内の熱量が多くなり湯切れのための昼間の沸増運転をなくしたり、軽減させることができ経済的である。

請求項２記載の給湯装置によれば、ヒートポンプユニットによる沸上終了時点の沸上検知センサが検知する貯湯タンク内下部の湯温が、通常の沸き上がり湯温と比較してその温度差が大きい場合は、電気ヒータ通電して貯湯タンク内全量が均一の高温になるように再沸き上げが行なわれ、湯切れの恐れがなくなる。また、温度差が少ない場合は電気ヒータの通電を禁止され無駄な電力の消費が抑制される。

請求項３記載の給湯装置によれば、外気温検知センサが検知する外気温が低い場合はヒートポンプユニットによる沸き上げ終了後、電気ヒータの通電を行い深夜電力時間帯終了時点で貯湯タンク内全量が均一の高温になるように再沸き上げが行なわれ、湯切れの恐れがなくなる。また、外気温が高い場合は電気ヒータの通電が禁止され無駄な電力の消費が抑制される。

以下、本発明の一実施の形態を図面を参照して説明する。

図１において、貯湯式給湯装置１１は、貯湯ユニット１２と、沸上手段としてのヒートポンプユニット１３とを備えている。

貯湯ユニット１２は、貯湯タンク１４を備え、この貯湯タンク１４は、先止押上式の給湯方式を採用しており、貯湯タンク１４の下部には減圧弁１５を介して水道水を供給する給水管１６が接続されているとともに、上部には沸き上げた湯を浴槽または台所などに給湯する給湯管１７が接続されている。また、貯湯タンク１４内下部には再沸き上げのための電気ヒータ１８と、貯湯タンク１４下部外壁には沸き上げを検知する沸上検知センサＳ１などが夫々設けられている。

また、貯湯タンク１４には、貯湯タンク１４の下部から出て貯湯タンク１４の上部に戻る循環路１９が接続されている。この循環路１９には貯湯タンク１４の下部の水を強制的に引き込んで貯湯タンク１４の上部に循環させる循環ポンプ２０、循環路１９の中間部はヒートポンプユニット１３内において配置される熱交換器２１が接続されている。

ヒートポンプユニット１３は、冷媒が充填された冷媒循環路２２を有し、この冷媒循環路２２には、圧縮機２３、凝縮器として機能し循環路１９内を流通する水と熱交換器２１内の冷媒との間で熱交換して所定の沸上温度に沸上げる熱交換器２１、膨張弁２４および集熱器としての蒸発器２５が順に接続されている。また、蒸発器２５には送風ファン２６と、この送風ファン２６を回転駆動させる送風モータ２７などを備えている。なお、Ｓ２は外気温を検知する外気温検知センサである。

次に、本実施の形態の作用を説明する。

先ず、図１により貯湯タンク１４内の残湯量ゼロの場合の水を電気料金の割安な深夜電力時間帯の終了時点で貯湯タンク１４内全量が均一の高温に沸き上げる作用について説明する。

深夜電力時間帯の例えば夜２３時に最初にヒートポンプユニット１３に通電する。これにより、圧縮機２３が駆動され冷媒は矢印のように圧縮機２３、凝縮機としての熱交換器２１、膨張弁２４、蒸発器２５の順に流れる。同時に送風モータ２７が駆動され送風ファン２６を回転させて蒸発器２５で大気熱を集熱し気化された冷媒は圧縮機２３に送られ、圧縮機２３で圧縮された高温高圧の冷媒ガスは熱交換器２１に送られる。

一方、循環路１９の循環ポンプ２０が駆動され、矢印で示すように下部の水が循環路１９を通じて熱交換器２１に入り冷媒熱により熱交換され高温の湯となって貯湯タンク１４上部に入り、これを繰り返して朝７時前に設定温度例えば９０℃の湯が貯湯タンク上部より順次積層され沸上検知センサＳ１で貯湯タンク１４内の水全量の沸き上げを検知したら沸き上げが終了される。

そして、このように、夜中に沸き上げられた湯は従来技術で説明したように、朝方には放熱し貯湯タンクの下部の湯の温度が下がり貯湯タンク内の熱量が減少し、深夜電力時間帯に沸き上げた湯だけでは湯切れになる恐れがある。

そこで、ヒートポンプユニット１３による沸き上げに引き続き、深夜電力時間帯の終了時点で貯湯タンク１４内全量が均一の高温に沸き上られるように電気ヒータ１８に通電し再沸き上げを行なう。

次に、貯湯タンク内に残湯があり貯湯タンク内下部の残湯温度が５０℃程度の中温水に低下しているような場合の沸き上げる作用について説明する。

深夜電力時間帯の例えば夜２時において最初にヒートポンプユニット１３に通電する。しかし、ヒートポンプユニット１３のみの沸き上げではヒートポンプユニット１３で９０℃に沸き上げても中温水の残湯はヒートポンプユニットの効率から７０℃程度までしか沸き上げることができない。このため、ヒートポンプユニット１３での沸き上げ後、深夜電力時間帯終了時点で貯湯タンク１４内全量が均一の高温になるように電気ヒータ１８に通電して再沸き上げを行なう。これにより、貯湯タンク１４内の熱量が確保され湯切れの恐れがなく昼間の電気料金の高い沸増運転を抑制することができる。

ちなみに、ヒートポンプユニット１３のみで貯湯タンク１４内が残湯ゼロからの沸き上げの場合、貯湯タンク１４内上部が８７℃、貯湯タンク１４内下部が８３℃でタンク容量が４６０Ｌだとすると、タンク内熱量は概算で３８２５０Ｋカロリーであり、タンク内が均一の場合は、４０５００Ｋカロリーとなり深夜電力時間帯終了時点でのタンク内熱量が２２５０Ｋカロリーもの差ができることになる。また、ヒートポンプの場合は中温水を９０℃まで沸き上げないから、熱量の差は２２５０Ｋカロリーよりも多いことになる。２２５０Ｋカロリーは４２℃の湯で換算すると５４Ｌになるので、５４Ｌもの湯の使用量が多くなり、昼間の電気料金の高い沸増運転を抑えることができる。

また、深夜電力時間帯での電気ヒータによる沸き上げの電気料金と、昼間のヒートポンプでの沸き上げは毎分１Ｌ程度しかないため、浴槽の湯張りや入浴時のシャワーなどにより連続して湯を使用されると沸増運転が追いつかなくなり湯切れになる恐れがあるが、本発明のように深夜電力時間帯でより多くの熱量を蓄える方法は、瞬間的に湯を多く使用しても湯切れにならなくなる利点がある。

また、ヒートポンプのみの沸き上げでは貯湯タンク内に中温水が多くあると貯湯タンク１４内により多くの熱量を貯めることができない場合が生じるが、中温水も電気ヒータで９０℃まで沸き上げることができるので湯切れの恐れが少なくなる。

また、例えば、貯湯タンク１４内に給水される水道水の水温が低いような場合、沸上検知センサＳ１が検知するヒートポンプユニットによる沸上終了時点の貯湯タンク内下部の湯温が、通常の沸上がり湯温と比較してその温度差が大きくなることがある。このような場合電気ヒータ１８に通電して深夜電力時間帯終了時点で貯湯タンク１４内全量が均一の高温になるように再沸き上げを行ない貯湯タンク１４内の熱量を最大限に確保する。したがって、湯切れになる恐れがなくなる。また、温度差が少ない場合は電気ヒータ１８の通電を禁止し、無駄な電力の消費を抑制する。

さらに、例えば冬季のように外気温検知センサＳ２が検知する外気温が低い場合は、ヒートポンプユニット１３による沸き上げ終了後、電気ヒータ１８に通電し深夜電力時間帯終了時点で貯湯タンク１４内全量が均一の高温になるように再沸き上げを行い貯湯タンク１４内の熱量を最大限に確保する。したがって、湯切れになる恐れがなくなる。また、夏季のように温度差が少ない場合は電気ヒータ１８の通電を禁止し、無駄な電力の消費を抑制する。

本発明の貯湯式給湯装置の一実施形態を示す構成図である。

符号の説明

１１ 貯湯式給湯装置
１２ 貯湯ユニット
１３ ヒートポンプユニット
１４ 貯湯タンク
１６ 給水管
１８ 電気ヒータ
１９ 循環路
２０ 循環ポンプ
２１ 熱交換器
Ｓ１ 沸上検知センサ
Ｓ２ 外気温検知センサ

Claims (3)

1. 貯湯タンクと、この貯湯タンクの下部から上部に貯湯タンク内の湯水を循環させる循環路と、この循環路に設けられる熱交換器を有し、この熱交換器を通じて循環路内を流通する湯水を貯湯タンク内上部より積層状態に沸き上げるヒートポンプユニットと、前記貯湯タンク内下部に設けられる電気ヒータとを備え、電気料金の割安な深夜電力時間帯内において、最初ヒートポンプユニットに通電して貯湯タンク内の湯水の沸き上げを行ない、その後電気ヒータに通電し深夜電力時間帯終了時点で貯湯タンク内全量が均一の高温になるように再沸き上げを行なうようにしたことを特徴とする貯湯式給湯装置。
2. 請求項１記載の貯湯式給湯装置において、貯湯タンク下部に沸上検知センサを設け、この沸上検知センサが検知するヒートポンプユニットによる沸上終了時点の貯湯タンク内下部の湯温が、通常の沸上がり湯温と比較してその温度差が大きい場合は電気ヒータに通電して深夜電力時間帯終了時点で貯湯タンク内全量が均一の高温になるように再沸き上げをし、温度差が少ない場合は電気ヒータの通電を禁止するようにしたことを特徴とする貯湯式給湯装置。
3. 請求項１記載の貯湯式給湯装置において、外気温検知センサを設け、この外気温検知センサが検知する外気温が低い場合はヒートポンプユニットによる沸き上げ終了後、電気ヒータの通電を行い深夜電力時間帯終了時点で貯湯タンク内全量が均一の高温になるように再沸き上げをし、外気温が高い場合は電気ヒータの通電を禁止するようにしたことを特徴とする貯湯式給湯装置。

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