ヒートポンプ式給湯装置
【課題】貯湯タンク内の湯を有効に活用して暖房用のエネルギーを生み出し、高効率運転のヒートポンプ式給湯装置を提供する。
【解決手段】ヒートポンプ式給湯装置は、高温高圧の冷媒と熱交換させて温水を沸き上げるヒートポンプ回路1と、このヒートポンプ回路1によって加熱された温水を貯える貯湯タンク2と、この貯湯タンク2内の低温水が流出してヒートポンプ回路1で加熱されて貯湯タンク2内の上部に戻るように設けられた循環回路3と、貯湯タンク2内の上部に貯えられた温水と外部流体とを熱交換させて加熱された外部流体を放熱端末器16の熱源として供給する熱源供給手段と、貯湯タンク2内の鉛直方向長さの中央部よりも鉛直方向上方に配置され、貯湯タンク2内の上部の温水を加熱するヒータ18と、貯湯タンク2内の温水を給湯使用側端末に送る給湯流路9と、を備えている。
【解決手段】ヒートポンプ式給湯装置は、高温高圧の冷媒と熱交換させて温水を沸き上げるヒートポンプ回路1と、このヒートポンプ回路1によって加熱された温水を貯える貯湯タンク2と、この貯湯タンク2内の低温水が流出してヒートポンプ回路1で加熱されて貯湯タンク2内の上部に戻るように設けられた循環回路3と、貯湯タンク2内の上部に貯えられた温水と外部流体とを熱交換させて加熱された外部流体を放熱端末器16の熱源として供給する熱源供給手段と、貯湯タンク2内の鉛直方向長さの中央部よりも鉛直方向上方に配置され、貯湯タンク2内の上部の温水を加熱するヒータ18と、貯湯タンク2内の温水を給湯使用側端末に送る給湯流路9と、を備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ヒートポンプ回路によって沸き上げた湯を貯湯し、貯湯された温水を放熱端末器における暖房等に利用するヒートポンプ式給湯装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、この種のヒートポンプ式給湯装置としては、CO2を冷媒として外熱源から熱をくみ上げて湯を沸き上げるヒートポンプ回路と、このヒートポンプ回路により沸き上げられた湯を貯える貯湯槽と、この貯湯槽の上部から湯を取り出し前記貯湯槽の下部に戻すように循環させる一次側循環回路と、この一次側循環回路に設けられた暖房用熱交換器と、この暖房用熱交換器で前記一次側循環回路を流れる湯と熱交換して吸熱された温水が循環する二次側循環回路と、この二次側循環回路に設けられ吸熱された温水が供給される温風機および床暖房と、給湯端末に出湯するために前記貯湯槽の上部と給湯端末を連絡する出湯流路と、を備えた装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。
【特許文献1】特開2005−226959号公報(図8参照)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
しかしながら、上記特許文献1に記載のヒートポンプ式給湯装置においては、温風機および床暖房などの暖房用に供給するエネルギーや、給湯端末に出湯するためのエネルギーの両方をヒートポンプ回路による給湯能力によってまかなう構成であるので、能力の高いヒートポンプ回路が必要であり、そのため装置全体が大型化してしまうという問題があった。
【0004】
そこで、本発明の目的は上記問題点に鑑みてなされたものであり、貯湯タンク内の湯を有効に活用して暖房用のエネルギーを生み出し、高効率運転のヒートポンプ式給湯装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0005】
上記目的を達成するために、以下の技術的手段を採用する。すなわち、ヒートポンプ式給湯装置にかかる第1の発明は、高温高圧の冷媒と熱交換させて温水を沸き上げるヒートポンプ回路(1)と、
ヒートポンプ回路(1)によって加熱された温水を貯える貯湯タンク(2)と、
貯湯タンク(2)内の低温水が流出して前記ヒートポンプ回路(1)で加熱されて貯湯タンク(2)内の上部に戻るように設けられた循環回路(3、51、9a、51a)と、
貯湯タンク(2)内の上部に貯えられた温水と外部流体とを熱交換させ加熱された外部流体を放熱端末器(16)の熱源として供給する熱源供給手段(11、13、15、27、28)と、
貯湯タンク(2)内の鉛直方向長さの中央部よりも鉛直方向上方に配置され、貯湯タンク(2)内の上部の温水を加熱する温水加熱手段(18)と、を備えたことを特徴としている。
【0006】
この発明によれば、貯湯タンク内の湯を有効に活用して暖房用の熱エネルギーを生み出すことができ、ヒートポンプ式給湯装置の高効率化が図れる。
【0007】
第2の発明は、上記第1の発明において、貯湯タンク(2)内の上部と給湯使用側端末とを連絡する給湯流路(9)と、給湯流路(9)と貯湯タンク(2)内の中温水部とを連絡する中温水流路(20、38)と、を備え、当該貯湯タンク(2)内の中温水部と連通する中温水流路(20、38)の中温水取出口(19、29、35、36)は、温水加熱手段(18)の配置箇所よりも鉛直方向下方に配置されていることが好ましい。
【0008】
この発明によれば、温水加熱手段によって加熱された湯に影響を及ぼさず、中温度から低温度の湯を給湯用水として使用するので、ヒートポンプ回路を高い成績係数で運転することができる。
【0009】
第3の発明は、上記第1の発明または第2の発明において、ヒートポンプ回路(1)と貯湯タンク(2)内の上部との間に位置する流路(3)から分岐して貯湯タンク(2)の内部を連絡する沸上げ用水タンク流入路(23、49)を備え、
沸上げ用水タンク流入路(23、49)から流入する貯湯タンク(2)内部への流入口(19、24、29、34、35)は、貯湯タンク(2)内の鉛直方向長さの中央部よりも鉛直方向上方であって、温水加熱手段(18)の配置箇所よりも鉛直方向下方に配置されていることが好ましい。
【0010】
この発明によれば、ヒートポンプ回路による沸き上げ用水の温度を必要な熱量分に低くして貯湯タンク内に供給することができるので、ヒートポンプ回路の効率を向上することができる。
【0011】
第4の発明は、上記第2の発明において、ヒートポンプ回路1と貯湯タンク2内の上部との間に位置する流路(3)から分岐して前記貯湯タンク(2)の内部を連絡する沸上げ用水タンク流入路(23、49)と、を備え、
沸上げ用水タンク流入路(23)から流入する貯湯タンク(2)内部への流入口(24)は、温水加熱手段(18)の配置箇所よりも鉛直方向下方に配置され、かつ前記中温水取出口(19、29、36)の配置箇所よりも鉛直方向上方に配置されていることが好ましい。
【0012】
この発明によれば、ヒートポンプ回路による沸き上げ用水がタンク内の中温水部よりも上方に流入するので、タンク内の温度成層を乱さない熱量の供給ができる。
【0013】
第5の発明は、上記第3の発明を除くいずれかの発明において、熱源供給手段(11、13、15)が、貯湯タンク(2)内の上部に貯えられた温水を取り出して貯湯タンク(2)内に戻すように設けられた一次側循環回路(11)と、温水と外部流体とが熱交換する熱交換器(15)と、外部流体を熱交換器(15)と放熱端末器(16)の間で循環させるように設けられた二次側循環回路(13)と、を備えており、
一次側循環回路(11)の貯湯タンク(2)内部への戻り口(26)は、温水加熱手段(18)の配置箇所と鉛直方向ほぼ同じ高さ、またはより鉛直方向上方に配置されていることが好ましい。
【0014】
この発明によれば、暖房用に使用された戻り湯を温水加熱手段で温めて、それをまた暖房用のエネルギーとして供給するので、温水加熱手段の暖房効果をより大きくなる。貯湯タンク内の下部の低温水の温度を上昇させないため、ヒートポンプ回路の効率を低下させない。
【0015】
第6の発明は、上記第5の発明において、ヒートポンプ回路(1)と貯湯タンク(2)内の上部との間に位置する流路(3)から分岐して貯湯タンク(2)の内部を連絡する沸上げ用水タンク流入路(23)を備え、
沸上げ用水タンク流入路(23)から流入する貯湯タンク(2)内部への流入口(24、34、35)は、貯湯タンク(2)内の鉛直方向長さの中央部よりも鉛直方向上方であって、温水加熱手段(18)の配置箇所よりも鉛直方向下方に配置されていることが好ましい。
【0016】
この発明によれば、ヒートポンプ回路による沸き上げ用水がタンク内の中温水部よりも上方であって温水加熱手段の下方に流入するので、温水加熱手段の暖房効果を損なわず、タンク内の温度成層を乱さない熱量の供給ができる。
【0017】
第7の発明は、上記第1の発明から第4の発明のいずれかの発明における熱源供給手段(27、28)が、内部を流れる外部流体が貯湯タンク(2)内の上部の温水と熱交換するように貯湯タンク(2)内の上部に配置された熱交換部(27)と、外部流体を熱交換部(27)と放熱端末器(16)の間で循環させるように設けられた熱利用循環回路(28)と、を備えており、
熱交換部(27)の鉛直方向下端部は、温水加熱手段(18)の配置箇所に対して鉛直方向ほぼ同じ高さ、またはより鉛直方向上方に位置していることが好ましい。
【0018】
この発明によれば、放熱端末器で熱を放出してきた後の温水を温水加熱手段で温めることができ、それをまた熱利用循環回路を通して放熱端末器に供給するので、温水加熱手段はより顕著な暖房効果を発揮できる。また、熱交換部が貯湯タンク内の上部に配置されているので、タンク全体の熱を利用した熱交換ができるので、高い暖房の立ち上がり性能が得られる。
【0019】
さらに上記第7の発明において、貯湯タンク(2)内の上部と給湯使用側端末とを連絡する給湯流路(9)と、給湯流路(9)と貯湯タンク(2)内の中温水部とを連絡する中温水流路(20)と、を備え、
貯湯タンク(2)内の中温水部と連通する中温水流路(20)の中温水取出口(29)は、熱交換部(27)の鉛直方向下端部よりも鉛直方向下方に配置されていることが好ましい。
【0020】
この発明によれば、貯湯タンク内の下部に残る中温水の残湯を給湯用として中温水取出口から取り出すので、タンク内の残湯が有効に利用され、残湯を沸き上げることによるヒートポンプ回路の効率低下を防止できる。
【0021】
さらに、上記第1の発明、第2の発明、第4の発明、第5の発明、または第6の発明のいずれかの発明において、貯湯タンク(2)内に配置され、浴槽(33)の浴水を貯湯タンク(2)内の温水と熱交換させて加熱する追焚き用熱交換部(30)と、浴水を追焚き用熱交換部(30)と浴槽(33)の間で循環させるように設けられた追焚き用循環回路(31)と、を備え、
追焚き用熱交換部(30)の鉛直方向上端部は温水加熱手段(18)よりも鉛直方向下方に配置されていることが好ましい。
【0022】
この発明によれば、温水加熱手段による温水の温度上昇に対して影響を及ぼさない位置に追焚き用熱交換部を配置することができ、貯湯タンク内において追い焚き機能と暖房機能を分離することができる。
【0023】
第8の発明は、上記第1の発明、第2の発明、第4の発明、第5の発明、または第6の発明のいずれかの発明において、浴槽(33)の浴水を貯湯タンク(2)内の温水と熱交換させて加熱する追焚き用熱交換器(39)と、貯湯タンク(2)内の温水を取り出して追焚き用熱交換器(39)を経由して貯湯タンク(2)内に戻すように設けられた追焚き用一次側循環回路(42、46)と、浴水を追焚き用熱交換器(39)と浴槽(33)の間で循環させるように設けられた追焚き用二次側循環回路(45)と、を備え、
追焚き用一次側循環回路(42、46)の貯湯タンク(2)内部への戻り口(40)は、温水加熱手段(18)の配置箇所よりも鉛直方向下方に配置されていることが好ましい。
【0024】
この発明によれば、温水加熱手段によって加熱された温水の温度を低下させない追焚き用一次側循環回路が得られる。
【0025】
さらに、上記第8の発明における追焚き用一次側循環回路(42)は、貯湯タンク(2)内の上部に貯えられた温水を前記追焚き用熱交換器(39)に流入させるように設けられていることが好ましい。
【0026】
この発明によれば、温水加熱手段によって加えられる熱量を追焚き用熱交換器に流入させる温水に供給することができ、追い焚き性能を向上できる。
【0027】
また、上記第8の発明において、追焚き用一次側循環回路(46)に流出する貯湯タンク(2)内部の流出口(47)は、温水加熱手段(18)の配置箇所に対して鉛直方向ほぼ同じ高さに配置されていることが好ましい。
【0028】
この発明によれば、温水加熱手段によって加えられる熱量を追焚き用熱交換器に流入させる温水に供給することができ、追い焚き性能を向上できる。
【0029】
また、上記第8の発明において、追焚き用一次側循環回路(46)に流出する貯湯タンク(2)の流出口(47)は、温水加熱手段(18)の配置箇所よりも鉛直方向下方に配置されていることが好ましい。
【0030】
この発明によれば、温水加熱手段によって加えられる熱量を追焚きに使用する温水として消費しないので、温水加熱手段による暖房エネルギーを放熱端末器に効率的に供給することができる。
【0031】
さらに、上記すべての発明のうちいずれか一つの発明において、貯湯タンク(2)内の上部と給湯使用側端末とを連絡する給湯流路(9)と、
給湯流路(9)と貯湯タンク(2)内の中温水部とを連絡する中温水流路(20)と、を備え、
循環回路(51、9)は、ヒートポンプ回路(1)と給湯流路(9)とを連絡する沸上げ用水供給流路(51)と、給湯流路(9)と、を有し、沸上げ用水供給流路(51)を流れてきたヒートポンプ回路(1)による沸き上げ用水を、貯湯タンク(2)内の上部側に流すか、中温水流路(20)に流すかを切り替えできる流れ方向切替手段(21)が設けられていることが好ましい。
【0032】
この発明によれば、ヒートポンプ回路と直接接続される開口を貯湯タンクの上部に設けなくてよいので、タンクの放熱ロスを低減することができる。また、配管およびこれに関係する部品を簡単化できるので、装置のコストを低減することができる。
【0033】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【発明を実施するための最良の形態】
【0034】
(第1実施形態)
本実施形態によるヒートポンプ式給湯装置を図1および図24に基づいて説明する。図1は、実施形態におけるヒートポンプ式給湯装置の概略構成を示した模式図である。図24は、本実施形態および後述する第2から第12実施形態にかかるヒートポンプ式給湯装置に適用されるフローチャートであり、暖房運転時におけるヒータ18の制御処理を示したフローチャートである。
【0035】
本実施形態のヒートポンプ式給湯装置は、貯湯式のヒートポンプ式給湯装置であり、主に一般家庭用として使用されるものであり、貯湯タンク2内に蓄えられた給湯用の湯を熱源として、台所、洗面所、浴室などへの給湯使用側端末器に供給するとともに、熱交換して加熱した外部流体を熱源として放熱端末器に供給する機能を有している。なお、放熱端末器は、床暖房パネルからなる暖房負荷端末や、温水式温風暖房器や温水式パネルコンベクタ、温水式パネルラジエータなどである。また、外部流体は、温水にから受熱した熱を輸送可能な流体であればよく、ここでは水を使用することとする。
【0036】
図1に示すように、本実施形態のヒートポンプ式給湯装置は、高温高圧の冷媒と熱交換させて温水を沸き上げるヒートポンプ回路1と、このヒートポンプ回路1によって加熱された温水を貯える貯湯タンク2と、この貯湯タンク2内の低温水が流出してヒートポンプ回路1で加熱されて貯湯タンク2内の上部に戻るように設けられた循環回路3と、貯湯タンク2内の上部に貯えられた温水と外部流体とを熱交換させて加熱された外部流体を放熱端末器16の熱源として供給する熱源供給手段と、貯湯タンク2内の鉛直方向長さの中央部よりも鉛直方向上方に配置され、貯湯タンク2内の上部の温水を加熱する温水加熱手段としてのヒータ18と、貯湯タンク2内の温水を給湯使用側端末に送る給湯流路9と、を備えている。なお、本給湯システムの作動は、図示しない制御装置によって制御されるものとする。
【0037】
貯湯タンク2は、給湯用の湯を蓄える容器であり、耐食性に優れた金属製、例えば、ステンレス製からなり、その外周部に図示しない断熱材が設けられ、高温の給湯用の湯を長時間に渡って保温することができる。貯湯タンク2は縦長形状であり、その最下部には、導入口5が設けられ、貯湯タンク2内の下部へ市水を供給する給水流路5が接続されている。この給水流路5には図示しない給水サーミスタが設けられ、給水流路5内の温度情報は制御装置に出力される。
【0038】
貯湯タンク2の最上部には導出口7が設けられ、導出口7には貯湯タンク2内に蓄えられた給湯用の湯のうち、高温の湯を導出するための給湯流路9が接続されている。この給湯流路9は、下流端に接続された給湯水栓、シャワー水栓等へ設定温度に温度調節された給湯用水を導く配管であり、その流路の中途には、給湯用混合弁10が設けられている。また、給湯用混合弁10は、給水流路5から分岐し、給水流路5と給湯流路9とを連絡するように設けられた市水供給流路48が給湯流路9接続される部位に設けられている。給湯用混合弁10は、制御装置に電気的に接続されており、給湯使用側端末の操作と図示しない給湯サーミスタや流量カウンタによって検出される温度情報に基づいて制御される。給湯用混合弁10は、市水供給流路48からの水と給湯流路9からの温水との混合比を適切に制御することができる。
【0039】
貯湯タンク2の下部には、貯湯タンク2内の最下部の水を吸入するための吸入口17が設けられている。貯湯タンク2の上部には、貯湯タンク2内の最上部に湯を吐出する吐出口6が設けられている。吸入口17と吐出口6は、循環回路3によって連通しており、循環回路3の一部はヒートポンプ回路1内に配置されている。
【0040】
ヒートポンプ回路1は、少なくとも圧縮機、蒸発器、および凝縮器を有し、冷媒として臨界温度の低い二酸化炭素を使用するヒートポンプサイクルと、貯湯タンク2の下部から水を取り出し、ヒートポンプサイクルによって加熱後に貯湯タンク2の上部に戻す循環回路3中に設置された図示しない給水ポンプとから少なくとも構成され、制御装置によって制御されている。
【0041】
ヒートポンプサイクルを超臨界ヒートポンプで構成した場合、一般的なヒートポンプサイクルよりも高温、例えば、85℃〜90℃程度の湯を貯湯タンク2内に蓄えることができる。ヒートポンプサイクルは、主に、料金設定の安価な深夜時間帯の深夜電力を利用して貯湯タンク2内の湯を沸き上げる沸き上げ運転を行う。
【0042】
循環回路3には、ヒートポンプ回路1内の水−冷媒熱交換器(図示せず)に供給される水の温度を検出する入水温度サーミスタ(図示せず)が設けられ、さらに水−冷媒熱交換器出口での沸き上げ温度を検出する沸上げ温度サーミスタ(図示せず)が設けられている。そして、いずれのサーミスタの温度情報は制御装置に出力される。
【0043】
貯湯タンク2の外壁面には、貯湯量および貯湯温度を検出するための複数の貯湯サーミスタ(図示せず)が貯湯タンク2の高さ方向に配置され、貯湯タンク2内に満たされた湯もしくは水の各水位レベルでの温度情報を制御装置に出力している。したがって、制御装置は、貯湯サーミスタからの温度情報に基づいて、貯湯タンク2内上方に沸き上げられた湯と貯湯タンク2内下方の沸き上げられる前の水との境界位置を検出できるとともに、これにより貯湯量が検出できるようになっている。また、制御装置は、貯湯サーミスタによりタンク内に残っている熱量を検出することができる。
【0044】
上記熱源供給手段は、貯湯タンク2内の上部に貯えられた温水を貯湯タンク2の上部の行き口8から取り出して貯湯タンク2内に戻すように設けられた一次側循環回路11と、この温水と上記外部流体とが熱交換する暖房用熱交換器15と、外部流体を暖房用熱交換器15と放熱端末器16の間で循環させるように設けられた二次側循環回路13と、を備えている。
【0045】
また、一次側循環回路11には、回路内に強制的な循環流を形成するために、一次側循環ポンプ12が設けられており、二次側循環回路13には、回路内に強制的な循環流を形成するために、二次側循環ポンプ14が設けられている。
【0046】
一次側循環回路11の温水は、暖房用熱交換器15において熱を放出するため、行き口8における水温よりも戻り口25における水温の方が低くなる。したがって、一次側循環回路11の貯湯タンク2内部への戻り口25は、貯湯タンク2内の温度層を乱さないために貯湯タンク2の下部に設けられている。
【0047】
ヒータ18は、貯湯タンク2内に配置されるため絶縁性の高いヒータであり、例えば、シーズヒータが用いられる。シーズヒータは、金属パイプ内に発熱線を絶縁封入し、高圧力で圧縮加工を施し、一体化されたヒータであり、熱効率、耐熱性、機械的衝撃、高温多湿化での絶縁に強い構造を有している。
【0048】
次に、制御装置は、マイクロコンピュータを主体として構成され、記憶手段として内蔵するROMまたはRAMには、あらかじめ設定された制御プログラムや更新可能な制御プログラムが備えられている。ECU40は、各サーミスタからの温度情報、各流量カウンタからの流量情報、および図示しない台所リモコンや風呂リモコンの操作スイッチからの操作信号等に基づいて、ヒートポンプ回路1、各開閉弁、各混合弁、および各循環ポンプなどのアクチュエータ類を制御する。
【0049】
次に、上記構成のヒートポンプ式給湯装置の沸き上げ運転について説明する。深夜電力時間帯になって貯湯サーミスタが貯湯タンク2内に翌日に必要な熱量が残っていないことを検出すると、制御装置はヒートポンプ回路1に対して沸き上げ開始を指令する。指令を受けたヒートポンプ回路1は圧縮機を起動した後に循環ポンプを駆動開始し、貯湯タンク2下部の吸入口17から取り出した低温水を冷媒・水熱交換器で70〜90℃程度の高温に加熱し、循環回路3を介して貯湯タンク2の上部の吐出口6から貯湯タンク2内に戻し、貯湯タンク2の上部から順次積層して高温水を貯湯していく。貯湯サーミスタが必要な熱量が貯湯されたことを検出すると、制御装置はヒートポンプ回路1に対して沸き上げ停止を指令し、ヒートポンプ回路1は圧縮機を停止するとともに、循環ポンプも停止して沸き上げ動作を終了する。
【0050】
次に、暖房運転時におけるヒータ18の作動を図24を用いて説明する。ステップS10において台所リモコン、風呂リモコン、暖房リモコンなどの操作スイッチにおける暖房スイッチがONされると、制御装置は、ヒータ18をONして貯湯タンク2内上部の温水に対して熱量を加える(ステップS20)。ヒータ18の運転は、暖房スイッチがOFFされると、停止する(ステップS30、S35)。
【0051】
ヒータ18が運転されている間に、貯湯サーミスタによって検出される貯湯タンク2上部の温度が第1の所定温度T1以上に達した場合は、ヒータ18をOFFして運転を停止する(ステップS40、S50)。その後、制御装置は暖房スイッチがONされたか否かを判断し(ステップS60)、暖房スイッチがONされていないときは、ヒータ18のOFF状態を維持し(ステップS65)、ステップS10の処理に飛ぶ。
【0052】
制御装置は、暖房スイッチがONされたときは、貯湯サーミスタによって検出される貯湯タンク2上部の温度が第2の所定温度T2以下(T2はT1よりも低い温度)であるか否かを判断する(ステップS70)。貯湯タンク2上部の温度が第2の所定温度T2よりも高温である場合はステップS60に戻り、第2の所定温度T2以下である場合はステップS20に戻ってヒータ18をONして貯湯タンク2上部の温水に対して熱量を供給する。なお、T1、T2は、一例としてそれぞれ85℃、75℃とする。
【0053】
図24に示す上記一連の制御処理の中で、制御装置は、ヒータ18を運転することにより、タンク内上部に貯められた暖房用の高温水に熱量を供給して暖房能力が不足することがないようにして暖房用のエネルギーを生み出している。このようにして本実施形態のヒートポンプ式給湯装置は、貯湯タンク2内の湯を有効に活用して高い効率の運転を実現している。
【0054】
そして、制御装置は、上記一連の制御処理を実施しながら、一次側循環ポンプ12および二次側循環ポンプ14の駆動を開始し、行き口8から取り出した70〜90℃程度の高温水を暖房用熱交換器15に流入させ、二次側循環回路13の温水と熱交換させる。この熱交換により例えば30〜50℃程度に温度低下した中温水が、戻り口25から貯湯タンク2の下部に戻り、高温水と入れ替わる形で高温水と中温水の境界面を押し上げるようにして中温水が貯湯される。
【0055】
一方、二次側循環回路13においては、暖房用熱交換器15にて加熱された温水が放熱端末器16に流入し、被暖房空間を暖房して再び暖房用熱交換器15に循環する。そして、暖房スイッチがOFFされると、制御装置は一次側循環ポンプ12および二次側循環ポンプ14の駆動を停止して暖房運転を停止する。
【0056】
なお、ヒータ18の運転に使用される電力は、寒冷地などで供給されている低料金の融雪電力であることが好ましい。また、ヒータ18は、貯湯タンク2内部に配置されているので、その表面温度が100℃以下となるため、高温発熱による劣化が小さい。また、ヒータ表面には、高温保護および断熱を行なう必要がない。
【0057】
(第2実施形態)
本実施形態のヒートポンプ式給湯装置は、第1実施形態のヒートポンプ式給湯装置に対して、給湯流路9に貯湯タンク2内の中温水を流入させることが可能な中温水取出しの構成を設けた点が異なっている。なお、本実施形態のヒートポンプ式給湯装置は、その他の構成と、沸き上げ運転および暖房運転の制御処理については、第1実施形態と同様であり、同様の作用効果を有する。図2は、本実施形態のヒートポンプ式給湯装置の概略構成を示した模式図である。
【0058】
図2に示すように、本実施形態のヒートポンプ式給湯装置は、給湯流路9と貯湯タンク2内の中温水部とを連絡する中温水流路20を備えている。貯湯タンク2には、貯湯タンク2内の中温水部と連通するように中温水流路20の中温水取出口19が設けられている。中温水取出口19は、ヒータ18の配置箇所よりも鉛直方向下方に位置する部位の貯湯タンク2に配置されている。
【0059】
給湯流路9と中温水流路20とが合流する部位には、高中温混合弁21が設けられている。高中温混合弁21は、給湯使用側端末に供給する給湯用水の湯温に対して+2℃〜5℃で湯温を調整し可能な限り中温水を給湯へ使用するように制御する温度調節弁であり、それぞれの開口面積比を調節することにより、貯湯タンク2内上部の高温水と貯湯タンク2内の中温水との混合比を調節することができる。
【0060】
高中温混合弁21は、制御装置に電気的に接続されており、貯湯サーミスタなどにより検出される温度情報に基づいて制御される。
【0061】
本実施形態のヒートポンプ式給湯装置においては、貯湯タンク2全体が高温となっている状態で暖房運転が実施された場合に、暖房用熱交換器15において熱を奪われた中温水が貯湯タンク2の中間部から下部に残ることになる。そして、ヒートポンプ式給湯装置は、この中温水を給湯用水として中温水取出口19から取り出すことにより、ヒートポンプ回路1の高給水運転を抑制することができ、高い成績係数を維持することができる。
【0062】
(第3実施形態)
本実施形態のヒートポンプ式給湯装置は、図3に示すように、第1実施形態のヒートポンプ式給湯装置に対して、ヒートポンプ回路1と貯湯タンク2内の上部との間に位置する循環回路3から分岐して貯湯タンク2の内部を連絡する沸上げ用水タンク流入路23を備えた点が異なっている。さらに、沸上げ用水タンク流入路23の貯湯タンク2内部への流入口24は、貯湯タンク2内の鉛直方向長さの中央部よりも鉛直方向上方であり、かつ、ヒータ18の配置箇所よりも鉛直方向下方に配置されている。なお、本実施形態のヒートポンプ式給湯装置は、その他の構成と、沸き上げ運転および暖房運転の制御処理については、第1実施形態と同様であり、同様の作用効果を有する。
【0063】
また、本実施形態のヒートポンプ式給湯装置は、沸上げ用水タンク流入路23が循環回路3から分岐する部位に沸上げ切替弁22を備えている。沸上げ切替弁22は、ヒートポンプ回路1で沸き上げられて加熱された温水を流入口24に流入させるか、または貯湯タンク2上部の吐出口6に流入させるかを切り替えることが可能な弁である。
【0064】
沸上げ切替弁22は、ヒートポンプ回路1の出口に設けられた沸上げ温度サーミスタによる検出温度に基づいて制御装置によって制御される構成でもよいし、例えば、沸き上げ温度に応じて高温(例えば80℃以上)ならばタンクの上部側、中温(80〜65℃)ならばタンクの中間部と切替えてもよいし、また、それ自体が温度によって開放する流路を切り替える切替機構を有した温度切替弁で構成してもよい。
【0065】
次に、昼間運転時におけるヒートポンプ回路1の沸き上げ制御処理を図25を用いて説明する。図25は、本実施形態のヒートポンプ式給湯装置に適用される他、後述する第3、第4、第6、第9、および第10実施形態のヒートポンプ式給湯装置においても適用されるフローチャートである。
【0066】
まず、制御装置は、ステップS100において深夜時間帯(例えば、23:00〜翌朝の7:00)でない、例えば、昼間などであることを認識すると、貯湯タンク2内の給湯熱量が不足しているか否かを判断する(ステップS110)。なお、貯湯タンク2内の給湯熱量が不足しているか否かの判断は、過去の運転実績に基づいた学習制御により、現時点から使用されるであろうと予想される熱量に対し、例えば貯湯サーミスタの検出値を用いて判断される現熱量や、例えば流量カウンタ、給湯サーミスタの検出値によって求められる使用熱量を累積し、その値よって判断してもよい。そして、制御装置は、貯湯タンク2内の給湯熱量が不足していると判断した場合は、沸上げ切替弁22を貯湯タンク2の中間部側、つまり流入口24側が開放されるように制御する(ステップS120)。
【0067】
次に、制御装置は、貯湯タンク2の中間部(流入口24)から鉛直方向下側におけるタンク容量について不足分熱量に相当する沸上げ温度を算出し(ステップS130)、算出された沸上げ温度でヒートポンプ回路1を運転する(ステップS140)。
【0068】
そして、制御装置は、このヒートポンプ回路1による沸き上げ運転によって貯湯タンク2内に所定の熱量分が供給されたか否かを判断することにより、ヒートポンプ回路1の沸き上げ停止条件が満たされたか否かを判断する(ステップS150)。制御装置は、ヒートポンプ回路1の沸き上げ停止条件が満たされたと判断した場合は、ヒートポンプ回路1の沸き上げ運転を停止し(ステップS160)、沸上げ切替弁22を貯湯タンク2上部の吐出口6側が開放されるように制御して沸き上げ運転を終了する(ステップS170)。
【0069】
本実施形態のヒートポンプ式給湯装置においては、給湯運転時にさらにヒートポンプ回路1による沸き上げが必要な場合、ヒータ18よりも鉛直方向下方にヒートポンプ回路1による沸き上げ用水を注入することにより、ヒートポンプ回路1の沸き上げ用水の温度を給湯に必要な熱量分に応じて低くすることができるため、ヒートポンプ回路1の運転効率を向上することができる。
【0070】
さらに、深夜のヒートポンプ回路1での沸き増し運転時、貯湯タンク2内の残湯量が少なくなるので、残湯ロスと残湯をヒートポンプで増す場合の効率低下を抑制することができる。また、給湯用として追加の沸き増しを行なう場合、ヒータ18よりも鉛直方向下方にヒートポンプ回路1による沸き上げ用水を注入することにより、給湯用と暖房用の用途をさらに明確にした運転を実施できる。
【0071】
(第4実施形態)
本実施形態のヒートポンプ式給湯装置は、図4に示すように、第2実施形態のヒートポンプ式給湯装置に対して、ヒートポンプ回路1と貯湯タンク2内の上部との間に位置する循環回路3から分岐して貯湯タンク2の内部を連絡する沸上げ用水タンク流入路23を備えた点が異なっている。さらに、沸上げ用水タンク流入路23の貯湯タンク2内部への流入口24は、ヒータ18の配置箇所よりも鉛直方向下方に配置され、かつ中温水取出口19の配置箇所よりも鉛直方向上方に配置されている。
【0072】
なお、本実施形態のヒートポンプ式給湯装置は、その他の構成と、沸き上げ運転および暖房運転の制御処理については、第2実施形態と同様であり、同様の作用効果を有する。また、本実施形態のヒートポンプ式給湯装置における昼間運転時のヒートポンプ回路1の沸き上げ制御処理は、第3実施形態における図25を用いた説明と同様であり、同様の作用効果を有する。
【0073】
また、本実施形態のヒートポンプ式給湯装置は、沸上げ用水タンク流入路23が循環回路3から分岐する部位に沸上げ切替弁22を備えている。沸上げ切替弁22は、ヒートポンプ回路1で沸き上げられて加熱された温水を流入口24に流入させるか、または貯湯タンク2上部の吐出口6に流入させるかを切り替えることが可能な弁である。沸上げ切替弁22は、ヒートポンプ回路1の出口に設けられた沸上げ温度サーミスタによる検出温度に基づいて制御装置によって制御される構成でもよいし、例えば、沸き上げ温度に応じて高温(例えば80℃以上)ならばタンクの上部側、中温(80〜65℃)ならばタンクの中間部と切替えてもよいし、また、それ自体が温度によって開放する流路を切り替える切替機構を有した温度切替弁で構成してもよい。
【0074】
(第5実施形態)
本実施形態のヒートポンプ式給湯装置は、図5に示すように、第1実施形態のヒートポンプ式給湯装置に対して、一次側循環回路11の貯湯タンク2内部への戻り口26が、ヒータ18の配置箇所と鉛直方向ほぼ同じ高さの貯湯タンク2表面に設けられている点が異なっている。なお、戻り口26は、貯湯タンク2を平面視したとき、ヒータ18が貯湯タンク2に固定されている部位の傍、換言すれば、貯湯タンク2の内周面におけるヒータ18の固定部位の近傍に設けられていることが好ましい。
【0075】
なお、本実施形態のヒートポンプ式給湯装置は、その他の構成と、沸き上げ運転および暖房運転の制御処理については、第1実施形態と同様であり、同様の作用効果を有する。
【0076】
本実施形態のヒートポンプ式給湯装置においては、暖房用熱交換器15で外部流体に熱を与えて温度が低下した中温水を温度による効率変化のないヒータ18の近傍へ流入させることにより、暖房用に使用された戻り湯をヒータ18で温めて、それをまた暖房用熱交換器15に流入させるので、ヒータ18が及ぼす暖房効果がより顕著になる。また、暖房用に使用された戻り湯を貯湯タンク2内の下部に戻さないので、貯湯タンク2内の下部に流入した給水の温度を上昇させることがなく、ヒートポンプの効率を低下させることがない。
【0077】
(第6実施形態)
本実施形態のヒートポンプ式給湯装置は、図6に示すように、第3実施形態のヒートポンプ式給湯装置に対して、一次側循環回路11の貯湯タンク2内部への戻り口26がヒータ18の配置箇所よりも鉛直方向上方に配置されている点が異なっている。なお、戻り口26は、貯湯タンク2を平面視したとき、ヒータ18が貯湯タンク2に固定されている部位のわずか上、換言すれば、貯湯タンク2の内周面におけるヒータ18の固定部位のわずか上に設けられていることが好ましい。
【0078】
なお、本実施形態のヒートポンプ式給湯装置は、その他の構成と、沸き上げ運転および暖房運転の制御処理については、第3実施形態と同様であり、同様の作用効果を有する。また、本実施形態のヒートポンプ式給湯装置における昼間運転時のヒートポンプ回路1の沸き上げ制御処理については、第3実施形態における図25を用いた説明と同様であり、同様の作用効果を有する。
【0079】
(第7実施形態)
本実施形態のヒートポンプ式給湯装置は、図7に示すように、第1実施形態のヒートポンプ式給湯装置に対して、熱源供給手段が異なっている。本実施形態の熱源供給手段は、内部を流れる外部流体が貯湯タンク2内の上部の温水と熱交換するように貯湯タンク2内の上部に配置された熱交換部27と、上記外部流体を熱交換部27と放熱端末器16の間で循環させるように設けられた熱利用循環回路28と、を備えたものである。
【0080】
さらに、貯湯タンク2の内部に配置される熱交換部27の鉛直方向下端部は、ヒータ18の配置箇所と鉛直方向ほぼ同じ高さ、またはより鉛直方向上方に位置している。なお、熱交換部27は、貯湯タンク2を平面視したとき、ヒータ18と重なるような位置に配置することが好ましい。換言すれば、熱交換部27は、ヒータ18の真上に配置され、ヒータ18からの熱量を十分に受熱できるように配置されることが好ましい。
【0081】
なお、本実施形態のヒートポンプ式給湯装置は、その他の構成と、沸き上げ運転および暖房運転の制御処理については、第1実施形態と同様であり、同様の作用効果を有する。
【0082】
本実施形態のヒートポンプ式給湯装置においては、熱交換部27を効率変化のないヒータ18の近傍に配置することにより、放熱端末器16で熱を放出してきた後の温水をヒータ18で温めることができ、それをまた熱利用循環回路28を通して放熱端末器16に供給するので、ヒータ18が及ぼす暖房効果がより顕著になる。また、暖房用に使用された戻り湯を貯湯タンク2内の下部に戻さないので、貯湯タンク2内の下部に流入した給水の温度を上昇させることがなく、ヒートポンプの効率を低下させることがない。また、簡単な構成の熱源供給手段が提供できる。また、貯湯タンク2全体の熱を利用した熱交換ができるので、高い暖房の立ち上がり性能が得られる。特に、朝の暖房の立ち上がり運転などにおいて大きな能力が必要な場合に顕著な効果を発揮できる。
【0083】
(第8実施形態)
本実施形態のヒートポンプ式給湯装置は、図8に示すように、第7実施形態のヒートポンプ式給湯装置に対して、給湯流路9に貯湯タンク2内の中温水を流入させることが可能な中温水取出しの構成を設けた点が異なっている。貯湯タンク2には、貯湯タンク2内の中温水部と連通するように中温水流路20の中温水取出口29が設けられている。中温水取出口29は、ヒータ18の配置箇所よりも鉛直方向下方に位置する部位の貯湯タンク2に配置されている。このような構成とすることにより、ヒータ18よりも鉛直方向上方に存在する湯の温度に影響を及ぼさず、ヒートポンプ回路1の高給水による効率低下を抑制できるので、中温度の湯を積極的に取り出すことができる。
【0084】
なお、本実施形態のヒートポンプ式給湯装置は、その他の構成と、沸き上げ運転および暖房運転の制御処理については、第7実施形態と同様であり、同様の作用効果を有する。
【0085】
(第9実施形態)
本実施形態のヒートポンプ式給湯装置は、図9に示すように、第7実施形態のヒートポンプ式給湯装置に対して、ヒートポンプ回路1と貯湯タンク2内の上部との間に位置する循環回路3から分岐して貯湯タンク2の内部を連絡する沸上げ用水タンク流入路23を備えた点が異なっている。沸上げ用水タンク流入路23が循環回路3から分岐する部位には、沸上げ切替弁22が設けられており、この構成は上記第3実施形態と同様であり、同様の作用効果を有する。なお、本実施形態のヒートポンプ式給湯装置は、その他の構成と、沸き上げ運転および暖房運転の制御処理については、第7実施形態と同様であり、同様の作用効果を有する。また、本実施形態のヒートポンプ式給湯装置における昼間運転時のヒートポンプ回路1の沸き上げ制御処理は、第3実施形態における図25を用いた説明と同様であり、同様の作用効果を有する。
【0086】
次に、深夜運転時におけるヒートポンプ回路1の沸き上げ制御処理を図26を用いて説明する。図26は、本実施形態のヒートポンプ式給湯装置に適用される他、上述した記第3実施形態、第4実施形態、および第6実施形態、並びに後述する第10実施形態、第11実施形態(図12、図13、図15、および図16にかかるヒートポンプ式給湯装置)、および第12実施形態のそれぞれのヒートポンプ式給湯装置においても適用されるフローチャートである。
【0087】
まず、制御装置は、ステップS200において深夜時間帯(例えば、23:00〜翌朝の7:00)であることを認識すると、過去1週間の使用熱量を読み込みヒートポンプ回路1が投入する熱量を演算する(ステップS210)。さらに具体的には、演算された投入熱量からヒートポンプ回路1出口の沸き上げ温度Tpを決定するとともに、朝の所定時刻、例えばAM7:00に沸き上げが完了するように沸き上げ開始時間を算出する。
【0088】
次に、制御装置は、ステップS220で沸き上げ開始時刻になったことを認識すると、沸上げ切替弁22を貯湯タンク2上部の吐出口6側が開放されるように制御し(ステップS230)、沸き上げ温度Tpとなるように沸き上げ運転を開始する(ステップS240)。
【0089】
そして、制御装置は、沸上げ切替弁22を貯湯タンク2の中間部側、つまり流入口24側を開放する条件が成立したか否かを判断する(ステップS250)。この判断は、例えば、貯湯タンク2の中間部位置でのタンク温度がTp−α℃以上である場合に成立したと判断してもよいし、貯湯タンク2の最上部位置から中間部位置までの熱量に基づいて判断するようにしてもよい。
【0090】
そして、制御装置は、貯湯タンク2の流入口24側を開放する条件が成立したと判断した場合は、沸上げ切替弁22を流入口24側が開放されるように制御する(ステップS260)し、さらにヒータ18をONする(ステップS270)。
【0091】
次に、制御装置は、ヒータ18をOFFする条件が成立したか否かを判断する(ステップS280)。この判断は、例えば、暖房を使用していないか、あるいは暖房の使用を止めようとしているかによって判断してもよいし、所定温度(ヒータ18の近傍で部分沸騰しない温度、例えば85℃)を境界として判断してもよい。制御装置は、ヒータ18をOFFする条件が成立したと判断すると、ヒータ18をOFFし(ステップS285)、ヒータ18をOFFする条件が成立していないと判断すると、次にヒートポンプ回路1の運転を停止する条件が成立したか否かを判断する(ステップS290)。この判断は、例えば、先に演算された投入熱量が朝の所定時刻、例えばAM7:00までに溜まっているか否かによって判断するものとする。
【0092】
制御装置は、例えば、投入熱量が朝の所定時刻までに溜まっていると判断して、ヒートポンプ回路1の停止条件が満たされていると判断した場合は、ヒートポンプ回路1の運転を停止する(ステップS300)。さらに、沸上げ切替弁22を貯湯タンク2上部の吐出口6側が開放されるように制御して(ステップS310)、深夜の沸き上げ運転を終了する。
【0093】
(第10実施形態)
本実施形態のヒートポンプ式給湯装置は、図10に示すように、第9実施形態のヒートポンプ式給湯装置に対して、給湯流路9に貯湯タンク2内の中温水を流入させることが可能な中温水取出しの構成を設けた点が異なっている。貯湯タンク2には、貯湯タンク2内の中温水部と連通するように中温水流路20の中温水取出口29が設けられている。中温水取出口29は、ヒータ18の配置箇所よりも鉛直方向下方に位置する部位の貯湯タンク2に配置されている。
【0094】
なお、本実施形態のヒートポンプ式給湯装置は、その他の構成と、沸き上げ運転および暖房運転の制御処理については、第9実施形態と同様であり、同様の作用効果を有する。また、本実施形態のヒートポンプ式給湯装置における昼間運転時のヒートポンプ回路1の沸き上げ制御処理は、第3実施形態における図25を用いた説明と同様であり、同様の作用効果を有する。また、本実施形態のヒートポンプ式給湯装置における深夜運転時のヒートポンプ回路1の沸き上げ制御処理は、第9実施形態における図26を用いた説明と同様であり、同様の作用効果を有する。
【0095】
(第11実施形態)
本実施形態のヒートポンプ式給湯装置は、図11〜図16に示すように、第5および第6実施形態のヒートポンプ式給湯装置に対して、浴槽33の浴水を追い焚きする追い焚き機能を備えた点が異なっている。
【0096】
図11に示すように、この追い焚き機能にかかる構成は、貯湯タンク2内に配置され、浴槽33の浴水を貯湯タンク2内の温水と熱交換させて加熱する追焚き用熱交換部30と、浴水を追焚き用熱交換部30と浴槽33の間で循環させるように設けられた追焚き用循環回路31と、を備えたものである。さらに、追焚き用熱交換部30の鉛直方向上端部は、ヒータ18よりも鉛直方向下方に配置されている。以下に図11の他の例である図12から図16を説明する。
【0097】
図12に示すヒートポンプ式給湯装置は、図11のヒートポンプ式給湯装置に対して、第3実施形態にかかるヒートポンプ式給湯装置と同様の、ヒートポンプ回路1と貯湯タンク2内の上部との間に位置する循環回路3から分岐して貯湯タンク2の内部を連絡する沸上げ用水タンク流入路23を備えた点が異なっている。また、沸上げ用水タンク流入路23の貯湯タンク2内部への流入口34は、貯湯タンク2内の鉛直方向長さの中央部よりも鉛直方向上方であって、ヒータ18の配置箇所と鉛直方向ほぼ同じ高さである。あるいは、流入口34は、焚き用熱交換部30の鉛直方向上端部と鉛直方向ほぼ同じ高さ、またはより鉛直方向上方に配置されていてもよい。
【0098】
図13に示すヒートポンプ式給湯装置は、図12のヒートポンプ式給湯装置に対して、流入口35が追焚き用熱交換部30の鉛直方向下端部よりも鉛直方向下方に配置されている点が異なっている。
【0099】
図14に示すヒートポンプ式給湯装置は、図11のヒートポンプ式給湯装置に対して、貯湯タンク2の最上部の導出口7と給湯使用側端末とを連絡する給湯流路9と、この給湯流路9と貯湯タンク2の中温水部とを連絡する中温水流路20と、を備えた点が異なっている。さらに、中温水流路20が給湯流路9に合流する部位には、高中温混合弁21が設けられており、中温水流路20の中温水取出口36は、追焚き用熱交換部30の鉛直方向下端部と鉛直方向ほぼ同じ高さに設けられている。
【0100】
図15に示すヒートポンプ式給湯装置は、図14のヒートポンプ式給湯装置に対して、第3実施形態にかかるヒートポンプ式給湯装置と同様の、ヒートポンプ回路1と貯湯タンク2内の上部との間に位置する循環回路3から分岐して貯湯タンク2の内部を連絡する沸上げ用水タンク流入路23を備えた点が異なっている。
【0101】
図16に示すヒートポンプ式給湯装置は、図15のヒートポンプ式給湯装置に対して、中温水流路38を沸上げ用水タンク流入路23が流入口35に達する途中の接続部37で接続した点が異なっている。なお、このように沸上げ用水タンク流入路を中温水流路に接続する構成は、上記図4および図10、並びに後述する図17および図18においても適用することができる。
【0102】
この構成によれば、図15に示す中温水取出口36を貯湯タンク2に設ける必要がなく、沸上げ用水タンク流入路23を接続部37で中温水流路20に接続することにより置き換えることができるので、タンクの放熱ロスを減らすことができる。また、沸上げ用水タンク流入路23を中温水流路20に配管接続することによって、沸上げ用水タンク流入路23をタンクに連通させることができるので、装置のコストを低減することができる。
【0103】
(第12実施形態)
本実施形態のヒートポンプ式給湯装置は、図17および図18に示すように、第5および第6実施形態のヒートポンプ式給湯装置に対して、浴槽33の浴水を追い焚きする追い焚き機能を備えた点が異なっている。
【0104】
この追い焚き機能にかかる構成は、浴槽33の浴水を貯湯タンク2内の温水と熱交換させて加熱する追焚き用熱交換器39と、貯湯タンク2内の温水を取り出して追焚き用熱交換器39を経由して貯湯タンク2内に戻すように設けられた追焚き用一次側循環回路42、46と、浴水を追焚き用熱交換器39と浴槽33の間で循環させるように設けられた追焚き用二次側循環回路45と、を備えたものである。さらに、追焚き用一次側循環回路42、46の貯湯タンク2内部への戻り口40は、ヒータ18の配置箇所よりも鉛直方向下方に配置されている。
【0105】
特に図17に示すように、追焚き用一次側循環回路42は、貯湯タンク2内の上部に貯えられた温水を追焚き用熱交換器39に流入させるように設けられている流路であり、貯湯タンク2内の上部に貯えられた温水が一次側循環回路11に流出して暖房用熱交換器15に向かう途中から分岐し、追焚き用熱交換器39に流入するように設けられていることが好ましい。また、追焚き用一次側循環回路42は、貯湯タンク2内の上部と暖房用熱交換器15とを直接接続する構成であってもよい。
【0106】
また、図18に示すように、追焚き用一次側循環回路46の貯湯タンク2内部からの流出口47は、ヒータ18の配置箇所に対して鉛直方向ほぼ同じ高さに配置されていることが好ましい。この構成を採用した場合には、ヒータ18によって加えられる熱量を追焚き用熱交換器39に流入させる温水に供給することができ、追い焚き性能を向上できる。
【0107】
また、流出口47は、ヒータ18の配置箇所よりも鉛直方向下方に配置されていることが好ましい。この構成を採用した場合には、ヒータ18による熱量を追焚きに使用する温水として消費しないので、ヒータ18による暖房エネルギーを放熱端末器に効率的に供給することができる。
【0108】
このように本実施形態のヒートポンプ式給湯装置は、追焚き用熱交換器39からの戻り湯をヒータ18よりも鉛直方向下方のタンク内部に戻すことにより、ヒータ18によって加熱された温水の温度を低下させない追焚き用一次側循環回路42、46を提供できる。
【0109】
(第13実施形態)
本実施形態のヒートポンプ式給湯装置は、図19および図20に示すように、第4実施形態、第10実施形態、第11実施形態(図15の装置)、および第12実施形態のヒートポンプ式給湯装置における沸上げ用水タンク流入路23を、中温水流路20に接続される沸上げ用水流入路49に置き換えた構成を備えている。
【0110】
特に図19は、第4実施形態のヒートポンプ式給湯装置に対して、沸上げ用水タンク流入路23を沸上げ用水流入路49に置き換えた装置を示している。図20は、第10実施形態のヒートポンプ式給湯装置に対して、沸上げ用水タンク流入路23を沸上げ用水流入路49に置き換えた装置を示している。
【0111】
この沸上げ用水流入路49は、沸上げ用水流入路49が循環回路3から分岐する部位に設けられた沸上げ切替弁22を切り替えることにより、ヒートポンプ回路1と連通するように構成されている。沸上げ用水流入路49と中温水流路20の接続部50は、沸上げ用水流入路49を貯湯タンク2内の中温水部側と高中温混合弁21側とに分岐するT字配管で構成されている。
【0112】
ヒートポンプ回路1で沸き上げられて沸上げ用水流入路49を流れてきた温水は、高中温混合弁21が給湯流路9を全開放する時は中温水取出口19から貯湯タンク2内の中温水部に流入し、高中温混合弁21が中温水流路20から給湯流路9に通じる通路を全開放する時は給湯使用側端末に向かって流れることになる。
【0113】
上記構成によれば、中温水取出口19が流入口24を兼用することができるので、貯湯タンク2に流入口24を必要がなく、タンクの放熱ロスを減らすことができる。また、沸上げ用水流入路49を中温水流路20に配管接続することによって、沸上げ用水流入路49をタンクに連通させることができるので、装置のコストを低減することができる。
【0114】
(第14実施形態)
本実施形態のヒートポンプ式給湯装置は、図21、図22、および図23に示すように、第4実施形態、第10実施形態、第11実施形態(図15および図16の装置)、および第12実施形態のヒートポンプ式給湯装置における沸上げ用水タンク流入路23、沸上げ切替弁22、流入口24、34、および吐出口6を廃止し、給湯使用側用端末に連通する給湯流路9aとヒートポンプ回路1とを連絡する沸上げ用水供給流路51に置き換えた構成を備えている。
【0115】
特に図21は、第4実施形態のヒートポンプ式給湯装置に対して、沸上げ用水タンク流入路23、沸上げ切替弁22、流入口24、および吐出口6を廃止し、ヒートポンプ回路1と給湯流路9aとを接続部52で連絡する沸上げ用水供給流路51に置き換えた装置を示している。図22は、第10実施形態のヒートポンプ式給湯装置に対して、沸上げ用水タンク流入路23、沸上げ切替弁22、流入口24、および吐出口6を廃止し、ヒートポンプ回路1と給湯流路9aとを接続部52で連絡する沸上げ用水供給流路51に置き換えた装置を示している。図23は、第11実施形態の図16に示すヒートポンプ式給湯装置に対して、沸上げ用水タンク流入路23、沸上げ切替弁22、流入口34、および吐出口6を廃止し、ヒートポンプ回路1と給湯流路9aとを接続部52で連絡する沸上げ用水供給流路51に置き換えた装置を示している。
【0116】
高中温混合弁21は、沸上げ用水供給流路51を流れてきたヒートポンプ回路1による沸き上げ用水を、貯湯タンク2内の上部側に流すか、中温水流路20に流すかを切り替えることできる流れ方向切替手段である。沸上げ用水供給流路51と給湯流路9の接続部52は、沸上げ用水供給流路51を貯湯タンク2内の中温水部側(中温水流路20側)または高温水部側(高温水流路51a側)と、給湯使用側端末側(給湯用混合弁10側)の流路とに分岐するT字配管で構成されている。
【0117】
この沸上げ用水供給流路51は、給湯使用側端末が使用されていない状態で、高中温混合弁21を切り替えることにより、貯湯タンク2内上部の高温水部または中温水部と連通するように構成されている。つまり、ヒートポンプ回路1で沸き上げられた温水は、給水栓、シャワー栓、風呂などからで出湯がされなければ、給湯流路9aを通って、高中温混合弁21の動作に伴い、高温水流路51aまたは中温水流路20を経て、貯湯タンク2の内部に流入することになる。
【0118】
ヒートポンプ回路1で沸き上げられて沸上げ用水供給流路51を流れてきた温水は、給湯使用側端末が使用されていない状態において、高中温混合弁21が高温水流路51aを全開放する時は貯湯タンク2の最上部の導出口7から貯湯タンク2内の高温水部に流入し、高中温混合弁21が給湯流路9aから中温水流路20、38に通じる通路を全開放する時は貯湯タンク2の中温水取出口19、29や流入口35から貯湯タンク2内の中温水部に流れることになる。
【0119】
このように、貯湯タンク2の最下部の吸入口17からヒートポンプ回路1に向かう流路、沸上げ用水供給流路51、給湯流路9a、高中温混合弁21、を順に通過して、高温水流路51aおよび貯湯タンク2最上部の導出口7を経由するルート、または中温水流路20および中温水取出口19、29を経由するルートは、貯湯タンク2内の低温水が流出してヒートポンプ回路1で加熱されて貯湯タンク2内の上部に戻る循環回路を構成することになる。
【0120】
上記構成によれば、ヒートポンプ回路1と直接接続される開口を貯湯タンク2の上部に設けなくてよいので、タンクの放熱ロスを低減することができる。また、沸上げ用水供給流路51を給湯流路9に配管接続することによって、沸上げ用水供給流路51をタンクに連通させることができるので、配管等を簡略化でき、装置のコストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【0121】
【図1】本発明の第1実施形態にかかるヒートポンプ式給湯装置の概略構成を示した模式図である。
【図2】第2実施形態のヒートポンプ式給湯装置の概略構成を示した模式図である。
【図3】第3実施形態のヒートポンプ式給湯装置の概略構成を示した模式図である。
【図4】第4実施形態のヒートポンプ式給湯装置の概略構成を示した模式図である。
【図5】第5実施形態のヒートポンプ式給湯装置の概略構成を示した模式図である。
【図6】第6実施形態のヒートポンプ式給湯装置の概略構成を示した模式図である。
【図7】第7実施形態のヒートポンプ式給湯装置の概略構成を示した模式図である。
【図8】第8実施形態のヒートポンプ式給湯装置の概略構成を示した模式図である。
【図9】第9実施形態のヒートポンプ式給湯装置の概略構成を示した模式図である。
【図10】第10実施形態のヒートポンプ式給湯装置の概略構成を示した模式図である。
【図11】第11実施形態にかかるヒートポンプ式給湯装置の概略構成を示した模式図である。
【図12】第11実施形態にかかるヒートポンプ式給湯装置の他の第1例を示した模式図である。
【図13】第11実施形態にかかるヒートポンプ式給湯装置の他の第2例を示した模式図である。
【図14】第11実施形態にかかるヒートポンプ式給湯装置の他の第3例を示した模式図である。
【図15】第11実施形態にかかるヒートポンプ式給湯装置の他の第4例を示した模式図である。
【図16】第11実施形態にかかるヒートポンプ式給湯装置の他の第5例を示した模式図である。
【図17】第12実施形態にかかるヒートポンプ式給湯装置の概略構成を示した模式図である。
【図18】第12実施形態にかかるヒートポンプ式給湯装置の他の第1例を示した模式図である。
【図19】第13実施形態にかかるヒートポンプ式給湯装置の概略構成を示した模式図である。
【図20】第13実施形態にかかるヒートポンプ式給湯装置の他の第1例を示した模式図である。
【図21】第14実施形態にかかるヒートポンプ式給湯装置の概略構成を示した模式図である。
【図22】第14実施形態にかかるヒートポンプ式給湯装置の他の第1例を示した模式図である。
【図23】第14実施形態にかかるヒートポンプ式給湯装置の他の第2例を示した模式図である。
【図24】上記第1から第12実施形態のヒートポンプ式給湯装置において、暖房運転時におけるヒータ18の制御処理を示したフローチャートである。
【図25】上記第3、第4、第6、第9、および第10実施形態のヒートポンプ式給湯装置において、昼間運転時におけるヒートポンプ回路1の沸き上げ制御処理を示したフローチャートである。
【図26】上記第3、第4、第6、第9、第10、第11、および第12実施形態のヒートポンプ式給湯装置において、深夜運転時におけるヒートポンプ回路1の沸き上げ制御処理を示したフローチャートである。
【符号の説明】
【0122】
1…ヒートポンプ回路、2…貯湯タンク、3…循環回路、9、9a…給湯流路(循環回路)、11…一次側循環回路(熱源供給手段)、13…二次側循環回路(熱源供給手段)、15…暖房用熱交換器(熱源供給手段、熱交換器)、16…放熱端末器、18…ヒータ(温水加熱手段)、19、29、36…中温水取出口、20、38…中温水流路、21…高中温混合弁(流れ方向切替手段)、23、49…沸上げ用水タンク流入路、24、34、35…流入口、26…戻り口、27…熱交換部(熱源供給手段)、28…熱利用循環回路(熱源供給手段)、29…中温水取出口、30…追焚き用熱交換部、31…追焚き用循環回路、33…浴槽、39…追焚き用熱交換器、40…戻り口、42、46…追焚き用一次側循環回路、45…追焚き用二次側循環回路、47…流出口、51…沸上げ用水供給流路(循環回路)、51a…高温水流路(循環回路)
【技術分野】
【0001】
本発明は、ヒートポンプ回路によって沸き上げた湯を貯湯し、貯湯された温水を放熱端末器における暖房等に利用するヒートポンプ式給湯装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、この種のヒートポンプ式給湯装置としては、CO2を冷媒として外熱源から熱をくみ上げて湯を沸き上げるヒートポンプ回路と、このヒートポンプ回路により沸き上げられた湯を貯える貯湯槽と、この貯湯槽の上部から湯を取り出し前記貯湯槽の下部に戻すように循環させる一次側循環回路と、この一次側循環回路に設けられた暖房用熱交換器と、この暖房用熱交換器で前記一次側循環回路を流れる湯と熱交換して吸熱された温水が循環する二次側循環回路と、この二次側循環回路に設けられ吸熱された温水が供給される温風機および床暖房と、給湯端末に出湯するために前記貯湯槽の上部と給湯端末を連絡する出湯流路と、を備えた装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。
【特許文献1】特開2005−226959号公報(図8参照)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
しかしながら、上記特許文献1に記載のヒートポンプ式給湯装置においては、温風機および床暖房などの暖房用に供給するエネルギーや、給湯端末に出湯するためのエネルギーの両方をヒートポンプ回路による給湯能力によってまかなう構成であるので、能力の高いヒートポンプ回路が必要であり、そのため装置全体が大型化してしまうという問題があった。
【0004】
そこで、本発明の目的は上記問題点に鑑みてなされたものであり、貯湯タンク内の湯を有効に活用して暖房用のエネルギーを生み出し、高効率運転のヒートポンプ式給湯装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0005】
上記目的を達成するために、以下の技術的手段を採用する。すなわち、ヒートポンプ式給湯装置にかかる第1の発明は、高温高圧の冷媒と熱交換させて温水を沸き上げるヒートポンプ回路(1)と、
ヒートポンプ回路(1)によって加熱された温水を貯える貯湯タンク(2)と、
貯湯タンク(2)内の低温水が流出して前記ヒートポンプ回路(1)で加熱されて貯湯タンク(2)内の上部に戻るように設けられた循環回路(3、51、9a、51a)と、
貯湯タンク(2)内の上部に貯えられた温水と外部流体とを熱交換させ加熱された外部流体を放熱端末器(16)の熱源として供給する熱源供給手段(11、13、15、27、28)と、
貯湯タンク(2)内の鉛直方向長さの中央部よりも鉛直方向上方に配置され、貯湯タンク(2)内の上部の温水を加熱する温水加熱手段(18)と、を備えたことを特徴としている。
【0006】
この発明によれば、貯湯タンク内の湯を有効に活用して暖房用の熱エネルギーを生み出すことができ、ヒートポンプ式給湯装置の高効率化が図れる。
【0007】
第2の発明は、上記第1の発明において、貯湯タンク(2)内の上部と給湯使用側端末とを連絡する給湯流路(9)と、給湯流路(9)と貯湯タンク(2)内の中温水部とを連絡する中温水流路(20、38)と、を備え、当該貯湯タンク(2)内の中温水部と連通する中温水流路(20、38)の中温水取出口(19、29、35、36)は、温水加熱手段(18)の配置箇所よりも鉛直方向下方に配置されていることが好ましい。
【0008】
この発明によれば、温水加熱手段によって加熱された湯に影響を及ぼさず、中温度から低温度の湯を給湯用水として使用するので、ヒートポンプ回路を高い成績係数で運転することができる。
【0009】
第3の発明は、上記第1の発明または第2の発明において、ヒートポンプ回路(1)と貯湯タンク(2)内の上部との間に位置する流路(3)から分岐して貯湯タンク(2)の内部を連絡する沸上げ用水タンク流入路(23、49)を備え、
沸上げ用水タンク流入路(23、49)から流入する貯湯タンク(2)内部への流入口(19、24、29、34、35)は、貯湯タンク(2)内の鉛直方向長さの中央部よりも鉛直方向上方であって、温水加熱手段(18)の配置箇所よりも鉛直方向下方に配置されていることが好ましい。
【0010】
この発明によれば、ヒートポンプ回路による沸き上げ用水の温度を必要な熱量分に低くして貯湯タンク内に供給することができるので、ヒートポンプ回路の効率を向上することができる。
【0011】
第4の発明は、上記第2の発明において、ヒートポンプ回路1と貯湯タンク2内の上部との間に位置する流路(3)から分岐して前記貯湯タンク(2)の内部を連絡する沸上げ用水タンク流入路(23、49)と、を備え、
沸上げ用水タンク流入路(23)から流入する貯湯タンク(2)内部への流入口(24)は、温水加熱手段(18)の配置箇所よりも鉛直方向下方に配置され、かつ前記中温水取出口(19、29、36)の配置箇所よりも鉛直方向上方に配置されていることが好ましい。
【0012】
この発明によれば、ヒートポンプ回路による沸き上げ用水がタンク内の中温水部よりも上方に流入するので、タンク内の温度成層を乱さない熱量の供給ができる。
【0013】
第5の発明は、上記第3の発明を除くいずれかの発明において、熱源供給手段(11、13、15)が、貯湯タンク(2)内の上部に貯えられた温水を取り出して貯湯タンク(2)内に戻すように設けられた一次側循環回路(11)と、温水と外部流体とが熱交換する熱交換器(15)と、外部流体を熱交換器(15)と放熱端末器(16)の間で循環させるように設けられた二次側循環回路(13)と、を備えており、
一次側循環回路(11)の貯湯タンク(2)内部への戻り口(26)は、温水加熱手段(18)の配置箇所と鉛直方向ほぼ同じ高さ、またはより鉛直方向上方に配置されていることが好ましい。
【0014】
この発明によれば、暖房用に使用された戻り湯を温水加熱手段で温めて、それをまた暖房用のエネルギーとして供給するので、温水加熱手段の暖房効果をより大きくなる。貯湯タンク内の下部の低温水の温度を上昇させないため、ヒートポンプ回路の効率を低下させない。
【0015】
第6の発明は、上記第5の発明において、ヒートポンプ回路(1)と貯湯タンク(2)内の上部との間に位置する流路(3)から分岐して貯湯タンク(2)の内部を連絡する沸上げ用水タンク流入路(23)を備え、
沸上げ用水タンク流入路(23)から流入する貯湯タンク(2)内部への流入口(24、34、35)は、貯湯タンク(2)内の鉛直方向長さの中央部よりも鉛直方向上方であって、温水加熱手段(18)の配置箇所よりも鉛直方向下方に配置されていることが好ましい。
【0016】
この発明によれば、ヒートポンプ回路による沸き上げ用水がタンク内の中温水部よりも上方であって温水加熱手段の下方に流入するので、温水加熱手段の暖房効果を損なわず、タンク内の温度成層を乱さない熱量の供給ができる。
【0017】
第7の発明は、上記第1の発明から第4の発明のいずれかの発明における熱源供給手段(27、28)が、内部を流れる外部流体が貯湯タンク(2)内の上部の温水と熱交換するように貯湯タンク(2)内の上部に配置された熱交換部(27)と、外部流体を熱交換部(27)と放熱端末器(16)の間で循環させるように設けられた熱利用循環回路(28)と、を備えており、
熱交換部(27)の鉛直方向下端部は、温水加熱手段(18)の配置箇所に対して鉛直方向ほぼ同じ高さ、またはより鉛直方向上方に位置していることが好ましい。
【0018】
この発明によれば、放熱端末器で熱を放出してきた後の温水を温水加熱手段で温めることができ、それをまた熱利用循環回路を通して放熱端末器に供給するので、温水加熱手段はより顕著な暖房効果を発揮できる。また、熱交換部が貯湯タンク内の上部に配置されているので、タンク全体の熱を利用した熱交換ができるので、高い暖房の立ち上がり性能が得られる。
【0019】
さらに上記第7の発明において、貯湯タンク(2)内の上部と給湯使用側端末とを連絡する給湯流路(9)と、給湯流路(9)と貯湯タンク(2)内の中温水部とを連絡する中温水流路(20)と、を備え、
貯湯タンク(2)内の中温水部と連通する中温水流路(20)の中温水取出口(29)は、熱交換部(27)の鉛直方向下端部よりも鉛直方向下方に配置されていることが好ましい。
【0020】
この発明によれば、貯湯タンク内の下部に残る中温水の残湯を給湯用として中温水取出口から取り出すので、タンク内の残湯が有効に利用され、残湯を沸き上げることによるヒートポンプ回路の効率低下を防止できる。
【0021】
さらに、上記第1の発明、第2の発明、第4の発明、第5の発明、または第6の発明のいずれかの発明において、貯湯タンク(2)内に配置され、浴槽(33)の浴水を貯湯タンク(2)内の温水と熱交換させて加熱する追焚き用熱交換部(30)と、浴水を追焚き用熱交換部(30)と浴槽(33)の間で循環させるように設けられた追焚き用循環回路(31)と、を備え、
追焚き用熱交換部(30)の鉛直方向上端部は温水加熱手段(18)よりも鉛直方向下方に配置されていることが好ましい。
【0022】
この発明によれば、温水加熱手段による温水の温度上昇に対して影響を及ぼさない位置に追焚き用熱交換部を配置することができ、貯湯タンク内において追い焚き機能と暖房機能を分離することができる。
【0023】
第8の発明は、上記第1の発明、第2の発明、第4の発明、第5の発明、または第6の発明のいずれかの発明において、浴槽(33)の浴水を貯湯タンク(2)内の温水と熱交換させて加熱する追焚き用熱交換器(39)と、貯湯タンク(2)内の温水を取り出して追焚き用熱交換器(39)を経由して貯湯タンク(2)内に戻すように設けられた追焚き用一次側循環回路(42、46)と、浴水を追焚き用熱交換器(39)と浴槽(33)の間で循環させるように設けられた追焚き用二次側循環回路(45)と、を備え、
追焚き用一次側循環回路(42、46)の貯湯タンク(2)内部への戻り口(40)は、温水加熱手段(18)の配置箇所よりも鉛直方向下方に配置されていることが好ましい。
【0024】
この発明によれば、温水加熱手段によって加熱された温水の温度を低下させない追焚き用一次側循環回路が得られる。
【0025】
さらに、上記第8の発明における追焚き用一次側循環回路(42)は、貯湯タンク(2)内の上部に貯えられた温水を前記追焚き用熱交換器(39)に流入させるように設けられていることが好ましい。
【0026】
この発明によれば、温水加熱手段によって加えられる熱量を追焚き用熱交換器に流入させる温水に供給することができ、追い焚き性能を向上できる。
【0027】
また、上記第8の発明において、追焚き用一次側循環回路(46)に流出する貯湯タンク(2)内部の流出口(47)は、温水加熱手段(18)の配置箇所に対して鉛直方向ほぼ同じ高さに配置されていることが好ましい。
【0028】
この発明によれば、温水加熱手段によって加えられる熱量を追焚き用熱交換器に流入させる温水に供給することができ、追い焚き性能を向上できる。
【0029】
また、上記第8の発明において、追焚き用一次側循環回路(46)に流出する貯湯タンク(2)の流出口(47)は、温水加熱手段(18)の配置箇所よりも鉛直方向下方に配置されていることが好ましい。
【0030】
この発明によれば、温水加熱手段によって加えられる熱量を追焚きに使用する温水として消費しないので、温水加熱手段による暖房エネルギーを放熱端末器に効率的に供給することができる。
【0031】
さらに、上記すべての発明のうちいずれか一つの発明において、貯湯タンク(2)内の上部と給湯使用側端末とを連絡する給湯流路(9)と、
給湯流路(9)と貯湯タンク(2)内の中温水部とを連絡する中温水流路(20)と、を備え、
循環回路(51、9)は、ヒートポンプ回路(1)と給湯流路(9)とを連絡する沸上げ用水供給流路(51)と、給湯流路(9)と、を有し、沸上げ用水供給流路(51)を流れてきたヒートポンプ回路(1)による沸き上げ用水を、貯湯タンク(2)内の上部側に流すか、中温水流路(20)に流すかを切り替えできる流れ方向切替手段(21)が設けられていることが好ましい。
【0032】
この発明によれば、ヒートポンプ回路と直接接続される開口を貯湯タンクの上部に設けなくてよいので、タンクの放熱ロスを低減することができる。また、配管およびこれに関係する部品を簡単化できるので、装置のコストを低減することができる。
【0033】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【発明を実施するための最良の形態】
【0034】
(第1実施形態)
本実施形態によるヒートポンプ式給湯装置を図1および図24に基づいて説明する。図1は、実施形態におけるヒートポンプ式給湯装置の概略構成を示した模式図である。図24は、本実施形態および後述する第2から第12実施形態にかかるヒートポンプ式給湯装置に適用されるフローチャートであり、暖房運転時におけるヒータ18の制御処理を示したフローチャートである。
【0035】
本実施形態のヒートポンプ式給湯装置は、貯湯式のヒートポンプ式給湯装置であり、主に一般家庭用として使用されるものであり、貯湯タンク2内に蓄えられた給湯用の湯を熱源として、台所、洗面所、浴室などへの給湯使用側端末器に供給するとともに、熱交換して加熱した外部流体を熱源として放熱端末器に供給する機能を有している。なお、放熱端末器は、床暖房パネルからなる暖房負荷端末や、温水式温風暖房器や温水式パネルコンベクタ、温水式パネルラジエータなどである。また、外部流体は、温水にから受熱した熱を輸送可能な流体であればよく、ここでは水を使用することとする。
【0036】
図1に示すように、本実施形態のヒートポンプ式給湯装置は、高温高圧の冷媒と熱交換させて温水を沸き上げるヒートポンプ回路1と、このヒートポンプ回路1によって加熱された温水を貯える貯湯タンク2と、この貯湯タンク2内の低温水が流出してヒートポンプ回路1で加熱されて貯湯タンク2内の上部に戻るように設けられた循環回路3と、貯湯タンク2内の上部に貯えられた温水と外部流体とを熱交換させて加熱された外部流体を放熱端末器16の熱源として供給する熱源供給手段と、貯湯タンク2内の鉛直方向長さの中央部よりも鉛直方向上方に配置され、貯湯タンク2内の上部の温水を加熱する温水加熱手段としてのヒータ18と、貯湯タンク2内の温水を給湯使用側端末に送る給湯流路9と、を備えている。なお、本給湯システムの作動は、図示しない制御装置によって制御されるものとする。
【0037】
貯湯タンク2は、給湯用の湯を蓄える容器であり、耐食性に優れた金属製、例えば、ステンレス製からなり、その外周部に図示しない断熱材が設けられ、高温の給湯用の湯を長時間に渡って保温することができる。貯湯タンク2は縦長形状であり、その最下部には、導入口5が設けられ、貯湯タンク2内の下部へ市水を供給する給水流路5が接続されている。この給水流路5には図示しない給水サーミスタが設けられ、給水流路5内の温度情報は制御装置に出力される。
【0038】
貯湯タンク2の最上部には導出口7が設けられ、導出口7には貯湯タンク2内に蓄えられた給湯用の湯のうち、高温の湯を導出するための給湯流路9が接続されている。この給湯流路9は、下流端に接続された給湯水栓、シャワー水栓等へ設定温度に温度調節された給湯用水を導く配管であり、その流路の中途には、給湯用混合弁10が設けられている。また、給湯用混合弁10は、給水流路5から分岐し、給水流路5と給湯流路9とを連絡するように設けられた市水供給流路48が給湯流路9接続される部位に設けられている。給湯用混合弁10は、制御装置に電気的に接続されており、給湯使用側端末の操作と図示しない給湯サーミスタや流量カウンタによって検出される温度情報に基づいて制御される。給湯用混合弁10は、市水供給流路48からの水と給湯流路9からの温水との混合比を適切に制御することができる。
【0039】
貯湯タンク2の下部には、貯湯タンク2内の最下部の水を吸入するための吸入口17が設けられている。貯湯タンク2の上部には、貯湯タンク2内の最上部に湯を吐出する吐出口6が設けられている。吸入口17と吐出口6は、循環回路3によって連通しており、循環回路3の一部はヒートポンプ回路1内に配置されている。
【0040】
ヒートポンプ回路1は、少なくとも圧縮機、蒸発器、および凝縮器を有し、冷媒として臨界温度の低い二酸化炭素を使用するヒートポンプサイクルと、貯湯タンク2の下部から水を取り出し、ヒートポンプサイクルによって加熱後に貯湯タンク2の上部に戻す循環回路3中に設置された図示しない給水ポンプとから少なくとも構成され、制御装置によって制御されている。
【0041】
ヒートポンプサイクルを超臨界ヒートポンプで構成した場合、一般的なヒートポンプサイクルよりも高温、例えば、85℃〜90℃程度の湯を貯湯タンク2内に蓄えることができる。ヒートポンプサイクルは、主に、料金設定の安価な深夜時間帯の深夜電力を利用して貯湯タンク2内の湯を沸き上げる沸き上げ運転を行う。
【0042】
循環回路3には、ヒートポンプ回路1内の水−冷媒熱交換器(図示せず)に供給される水の温度を検出する入水温度サーミスタ(図示せず)が設けられ、さらに水−冷媒熱交換器出口での沸き上げ温度を検出する沸上げ温度サーミスタ(図示せず)が設けられている。そして、いずれのサーミスタの温度情報は制御装置に出力される。
【0043】
貯湯タンク2の外壁面には、貯湯量および貯湯温度を検出するための複数の貯湯サーミスタ(図示せず)が貯湯タンク2の高さ方向に配置され、貯湯タンク2内に満たされた湯もしくは水の各水位レベルでの温度情報を制御装置に出力している。したがって、制御装置は、貯湯サーミスタからの温度情報に基づいて、貯湯タンク2内上方に沸き上げられた湯と貯湯タンク2内下方の沸き上げられる前の水との境界位置を検出できるとともに、これにより貯湯量が検出できるようになっている。また、制御装置は、貯湯サーミスタによりタンク内に残っている熱量を検出することができる。
【0044】
上記熱源供給手段は、貯湯タンク2内の上部に貯えられた温水を貯湯タンク2の上部の行き口8から取り出して貯湯タンク2内に戻すように設けられた一次側循環回路11と、この温水と上記外部流体とが熱交換する暖房用熱交換器15と、外部流体を暖房用熱交換器15と放熱端末器16の間で循環させるように設けられた二次側循環回路13と、を備えている。
【0045】
また、一次側循環回路11には、回路内に強制的な循環流を形成するために、一次側循環ポンプ12が設けられており、二次側循環回路13には、回路内に強制的な循環流を形成するために、二次側循環ポンプ14が設けられている。
【0046】
一次側循環回路11の温水は、暖房用熱交換器15において熱を放出するため、行き口8における水温よりも戻り口25における水温の方が低くなる。したがって、一次側循環回路11の貯湯タンク2内部への戻り口25は、貯湯タンク2内の温度層を乱さないために貯湯タンク2の下部に設けられている。
【0047】
ヒータ18は、貯湯タンク2内に配置されるため絶縁性の高いヒータであり、例えば、シーズヒータが用いられる。シーズヒータは、金属パイプ内に発熱線を絶縁封入し、高圧力で圧縮加工を施し、一体化されたヒータであり、熱効率、耐熱性、機械的衝撃、高温多湿化での絶縁に強い構造を有している。
【0048】
次に、制御装置は、マイクロコンピュータを主体として構成され、記憶手段として内蔵するROMまたはRAMには、あらかじめ設定された制御プログラムや更新可能な制御プログラムが備えられている。ECU40は、各サーミスタからの温度情報、各流量カウンタからの流量情報、および図示しない台所リモコンや風呂リモコンの操作スイッチからの操作信号等に基づいて、ヒートポンプ回路1、各開閉弁、各混合弁、および各循環ポンプなどのアクチュエータ類を制御する。
【0049】
次に、上記構成のヒートポンプ式給湯装置の沸き上げ運転について説明する。深夜電力時間帯になって貯湯サーミスタが貯湯タンク2内に翌日に必要な熱量が残っていないことを検出すると、制御装置はヒートポンプ回路1に対して沸き上げ開始を指令する。指令を受けたヒートポンプ回路1は圧縮機を起動した後に循環ポンプを駆動開始し、貯湯タンク2下部の吸入口17から取り出した低温水を冷媒・水熱交換器で70〜90℃程度の高温に加熱し、循環回路3を介して貯湯タンク2の上部の吐出口6から貯湯タンク2内に戻し、貯湯タンク2の上部から順次積層して高温水を貯湯していく。貯湯サーミスタが必要な熱量が貯湯されたことを検出すると、制御装置はヒートポンプ回路1に対して沸き上げ停止を指令し、ヒートポンプ回路1は圧縮機を停止するとともに、循環ポンプも停止して沸き上げ動作を終了する。
【0050】
次に、暖房運転時におけるヒータ18の作動を図24を用いて説明する。ステップS10において台所リモコン、風呂リモコン、暖房リモコンなどの操作スイッチにおける暖房スイッチがONされると、制御装置は、ヒータ18をONして貯湯タンク2内上部の温水に対して熱量を加える(ステップS20)。ヒータ18の運転は、暖房スイッチがOFFされると、停止する(ステップS30、S35)。
【0051】
ヒータ18が運転されている間に、貯湯サーミスタによって検出される貯湯タンク2上部の温度が第1の所定温度T1以上に達した場合は、ヒータ18をOFFして運転を停止する(ステップS40、S50)。その後、制御装置は暖房スイッチがONされたか否かを判断し(ステップS60)、暖房スイッチがONされていないときは、ヒータ18のOFF状態を維持し(ステップS65)、ステップS10の処理に飛ぶ。
【0052】
制御装置は、暖房スイッチがONされたときは、貯湯サーミスタによって検出される貯湯タンク2上部の温度が第2の所定温度T2以下(T2はT1よりも低い温度)であるか否かを判断する(ステップS70)。貯湯タンク2上部の温度が第2の所定温度T2よりも高温である場合はステップS60に戻り、第2の所定温度T2以下である場合はステップS20に戻ってヒータ18をONして貯湯タンク2上部の温水に対して熱量を供給する。なお、T1、T2は、一例としてそれぞれ85℃、75℃とする。
【0053】
図24に示す上記一連の制御処理の中で、制御装置は、ヒータ18を運転することにより、タンク内上部に貯められた暖房用の高温水に熱量を供給して暖房能力が不足することがないようにして暖房用のエネルギーを生み出している。このようにして本実施形態のヒートポンプ式給湯装置は、貯湯タンク2内の湯を有効に活用して高い効率の運転を実現している。
【0054】
そして、制御装置は、上記一連の制御処理を実施しながら、一次側循環ポンプ12および二次側循環ポンプ14の駆動を開始し、行き口8から取り出した70〜90℃程度の高温水を暖房用熱交換器15に流入させ、二次側循環回路13の温水と熱交換させる。この熱交換により例えば30〜50℃程度に温度低下した中温水が、戻り口25から貯湯タンク2の下部に戻り、高温水と入れ替わる形で高温水と中温水の境界面を押し上げるようにして中温水が貯湯される。
【0055】
一方、二次側循環回路13においては、暖房用熱交換器15にて加熱された温水が放熱端末器16に流入し、被暖房空間を暖房して再び暖房用熱交換器15に循環する。そして、暖房スイッチがOFFされると、制御装置は一次側循環ポンプ12および二次側循環ポンプ14の駆動を停止して暖房運転を停止する。
【0056】
なお、ヒータ18の運転に使用される電力は、寒冷地などで供給されている低料金の融雪電力であることが好ましい。また、ヒータ18は、貯湯タンク2内部に配置されているので、その表面温度が100℃以下となるため、高温発熱による劣化が小さい。また、ヒータ表面には、高温保護および断熱を行なう必要がない。
【0057】
(第2実施形態)
本実施形態のヒートポンプ式給湯装置は、第1実施形態のヒートポンプ式給湯装置に対して、給湯流路9に貯湯タンク2内の中温水を流入させることが可能な中温水取出しの構成を設けた点が異なっている。なお、本実施形態のヒートポンプ式給湯装置は、その他の構成と、沸き上げ運転および暖房運転の制御処理については、第1実施形態と同様であり、同様の作用効果を有する。図2は、本実施形態のヒートポンプ式給湯装置の概略構成を示した模式図である。
【0058】
図2に示すように、本実施形態のヒートポンプ式給湯装置は、給湯流路9と貯湯タンク2内の中温水部とを連絡する中温水流路20を備えている。貯湯タンク2には、貯湯タンク2内の中温水部と連通するように中温水流路20の中温水取出口19が設けられている。中温水取出口19は、ヒータ18の配置箇所よりも鉛直方向下方に位置する部位の貯湯タンク2に配置されている。
【0059】
給湯流路9と中温水流路20とが合流する部位には、高中温混合弁21が設けられている。高中温混合弁21は、給湯使用側端末に供給する給湯用水の湯温に対して+2℃〜5℃で湯温を調整し可能な限り中温水を給湯へ使用するように制御する温度調節弁であり、それぞれの開口面積比を調節することにより、貯湯タンク2内上部の高温水と貯湯タンク2内の中温水との混合比を調節することができる。
【0060】
高中温混合弁21は、制御装置に電気的に接続されており、貯湯サーミスタなどにより検出される温度情報に基づいて制御される。
【0061】
本実施形態のヒートポンプ式給湯装置においては、貯湯タンク2全体が高温となっている状態で暖房運転が実施された場合に、暖房用熱交換器15において熱を奪われた中温水が貯湯タンク2の中間部から下部に残ることになる。そして、ヒートポンプ式給湯装置は、この中温水を給湯用水として中温水取出口19から取り出すことにより、ヒートポンプ回路1の高給水運転を抑制することができ、高い成績係数を維持することができる。
【0062】
(第3実施形態)
本実施形態のヒートポンプ式給湯装置は、図3に示すように、第1実施形態のヒートポンプ式給湯装置に対して、ヒートポンプ回路1と貯湯タンク2内の上部との間に位置する循環回路3から分岐して貯湯タンク2の内部を連絡する沸上げ用水タンク流入路23を備えた点が異なっている。さらに、沸上げ用水タンク流入路23の貯湯タンク2内部への流入口24は、貯湯タンク2内の鉛直方向長さの中央部よりも鉛直方向上方であり、かつ、ヒータ18の配置箇所よりも鉛直方向下方に配置されている。なお、本実施形態のヒートポンプ式給湯装置は、その他の構成と、沸き上げ運転および暖房運転の制御処理については、第1実施形態と同様であり、同様の作用効果を有する。
【0063】
また、本実施形態のヒートポンプ式給湯装置は、沸上げ用水タンク流入路23が循環回路3から分岐する部位に沸上げ切替弁22を備えている。沸上げ切替弁22は、ヒートポンプ回路1で沸き上げられて加熱された温水を流入口24に流入させるか、または貯湯タンク2上部の吐出口6に流入させるかを切り替えることが可能な弁である。
【0064】
沸上げ切替弁22は、ヒートポンプ回路1の出口に設けられた沸上げ温度サーミスタによる検出温度に基づいて制御装置によって制御される構成でもよいし、例えば、沸き上げ温度に応じて高温(例えば80℃以上)ならばタンクの上部側、中温(80〜65℃)ならばタンクの中間部と切替えてもよいし、また、それ自体が温度によって開放する流路を切り替える切替機構を有した温度切替弁で構成してもよい。
【0065】
次に、昼間運転時におけるヒートポンプ回路1の沸き上げ制御処理を図25を用いて説明する。図25は、本実施形態のヒートポンプ式給湯装置に適用される他、後述する第3、第4、第6、第9、および第10実施形態のヒートポンプ式給湯装置においても適用されるフローチャートである。
【0066】
まず、制御装置は、ステップS100において深夜時間帯(例えば、23:00〜翌朝の7:00)でない、例えば、昼間などであることを認識すると、貯湯タンク2内の給湯熱量が不足しているか否かを判断する(ステップS110)。なお、貯湯タンク2内の給湯熱量が不足しているか否かの判断は、過去の運転実績に基づいた学習制御により、現時点から使用されるであろうと予想される熱量に対し、例えば貯湯サーミスタの検出値を用いて判断される現熱量や、例えば流量カウンタ、給湯サーミスタの検出値によって求められる使用熱量を累積し、その値よって判断してもよい。そして、制御装置は、貯湯タンク2内の給湯熱量が不足していると判断した場合は、沸上げ切替弁22を貯湯タンク2の中間部側、つまり流入口24側が開放されるように制御する(ステップS120)。
【0067】
次に、制御装置は、貯湯タンク2の中間部(流入口24)から鉛直方向下側におけるタンク容量について不足分熱量に相当する沸上げ温度を算出し(ステップS130)、算出された沸上げ温度でヒートポンプ回路1を運転する(ステップS140)。
【0068】
そして、制御装置は、このヒートポンプ回路1による沸き上げ運転によって貯湯タンク2内に所定の熱量分が供給されたか否かを判断することにより、ヒートポンプ回路1の沸き上げ停止条件が満たされたか否かを判断する(ステップS150)。制御装置は、ヒートポンプ回路1の沸き上げ停止条件が満たされたと判断した場合は、ヒートポンプ回路1の沸き上げ運転を停止し(ステップS160)、沸上げ切替弁22を貯湯タンク2上部の吐出口6側が開放されるように制御して沸き上げ運転を終了する(ステップS170)。
【0069】
本実施形態のヒートポンプ式給湯装置においては、給湯運転時にさらにヒートポンプ回路1による沸き上げが必要な場合、ヒータ18よりも鉛直方向下方にヒートポンプ回路1による沸き上げ用水を注入することにより、ヒートポンプ回路1の沸き上げ用水の温度を給湯に必要な熱量分に応じて低くすることができるため、ヒートポンプ回路1の運転効率を向上することができる。
【0070】
さらに、深夜のヒートポンプ回路1での沸き増し運転時、貯湯タンク2内の残湯量が少なくなるので、残湯ロスと残湯をヒートポンプで増す場合の効率低下を抑制することができる。また、給湯用として追加の沸き増しを行なう場合、ヒータ18よりも鉛直方向下方にヒートポンプ回路1による沸き上げ用水を注入することにより、給湯用と暖房用の用途をさらに明確にした運転を実施できる。
【0071】
(第4実施形態)
本実施形態のヒートポンプ式給湯装置は、図4に示すように、第2実施形態のヒートポンプ式給湯装置に対して、ヒートポンプ回路1と貯湯タンク2内の上部との間に位置する循環回路3から分岐して貯湯タンク2の内部を連絡する沸上げ用水タンク流入路23を備えた点が異なっている。さらに、沸上げ用水タンク流入路23の貯湯タンク2内部への流入口24は、ヒータ18の配置箇所よりも鉛直方向下方に配置され、かつ中温水取出口19の配置箇所よりも鉛直方向上方に配置されている。
【0072】
なお、本実施形態のヒートポンプ式給湯装置は、その他の構成と、沸き上げ運転および暖房運転の制御処理については、第2実施形態と同様であり、同様の作用効果を有する。また、本実施形態のヒートポンプ式給湯装置における昼間運転時のヒートポンプ回路1の沸き上げ制御処理は、第3実施形態における図25を用いた説明と同様であり、同様の作用効果を有する。
【0073】
また、本実施形態のヒートポンプ式給湯装置は、沸上げ用水タンク流入路23が循環回路3から分岐する部位に沸上げ切替弁22を備えている。沸上げ切替弁22は、ヒートポンプ回路1で沸き上げられて加熱された温水を流入口24に流入させるか、または貯湯タンク2上部の吐出口6に流入させるかを切り替えることが可能な弁である。沸上げ切替弁22は、ヒートポンプ回路1の出口に設けられた沸上げ温度サーミスタによる検出温度に基づいて制御装置によって制御される構成でもよいし、例えば、沸き上げ温度に応じて高温(例えば80℃以上)ならばタンクの上部側、中温(80〜65℃)ならばタンクの中間部と切替えてもよいし、また、それ自体が温度によって開放する流路を切り替える切替機構を有した温度切替弁で構成してもよい。
【0074】
(第5実施形態)
本実施形態のヒートポンプ式給湯装置は、図5に示すように、第1実施形態のヒートポンプ式給湯装置に対して、一次側循環回路11の貯湯タンク2内部への戻り口26が、ヒータ18の配置箇所と鉛直方向ほぼ同じ高さの貯湯タンク2表面に設けられている点が異なっている。なお、戻り口26は、貯湯タンク2を平面視したとき、ヒータ18が貯湯タンク2に固定されている部位の傍、換言すれば、貯湯タンク2の内周面におけるヒータ18の固定部位の近傍に設けられていることが好ましい。
【0075】
なお、本実施形態のヒートポンプ式給湯装置は、その他の構成と、沸き上げ運転および暖房運転の制御処理については、第1実施形態と同様であり、同様の作用効果を有する。
【0076】
本実施形態のヒートポンプ式給湯装置においては、暖房用熱交換器15で外部流体に熱を与えて温度が低下した中温水を温度による効率変化のないヒータ18の近傍へ流入させることにより、暖房用に使用された戻り湯をヒータ18で温めて、それをまた暖房用熱交換器15に流入させるので、ヒータ18が及ぼす暖房効果がより顕著になる。また、暖房用に使用された戻り湯を貯湯タンク2内の下部に戻さないので、貯湯タンク2内の下部に流入した給水の温度を上昇させることがなく、ヒートポンプの効率を低下させることがない。
【0077】
(第6実施形態)
本実施形態のヒートポンプ式給湯装置は、図6に示すように、第3実施形態のヒートポンプ式給湯装置に対して、一次側循環回路11の貯湯タンク2内部への戻り口26がヒータ18の配置箇所よりも鉛直方向上方に配置されている点が異なっている。なお、戻り口26は、貯湯タンク2を平面視したとき、ヒータ18が貯湯タンク2に固定されている部位のわずか上、換言すれば、貯湯タンク2の内周面におけるヒータ18の固定部位のわずか上に設けられていることが好ましい。
【0078】
なお、本実施形態のヒートポンプ式給湯装置は、その他の構成と、沸き上げ運転および暖房運転の制御処理については、第3実施形態と同様であり、同様の作用効果を有する。また、本実施形態のヒートポンプ式給湯装置における昼間運転時のヒートポンプ回路1の沸き上げ制御処理については、第3実施形態における図25を用いた説明と同様であり、同様の作用効果を有する。
【0079】
(第7実施形態)
本実施形態のヒートポンプ式給湯装置は、図7に示すように、第1実施形態のヒートポンプ式給湯装置に対して、熱源供給手段が異なっている。本実施形態の熱源供給手段は、内部を流れる外部流体が貯湯タンク2内の上部の温水と熱交換するように貯湯タンク2内の上部に配置された熱交換部27と、上記外部流体を熱交換部27と放熱端末器16の間で循環させるように設けられた熱利用循環回路28と、を備えたものである。
【0080】
さらに、貯湯タンク2の内部に配置される熱交換部27の鉛直方向下端部は、ヒータ18の配置箇所と鉛直方向ほぼ同じ高さ、またはより鉛直方向上方に位置している。なお、熱交換部27は、貯湯タンク2を平面視したとき、ヒータ18と重なるような位置に配置することが好ましい。換言すれば、熱交換部27は、ヒータ18の真上に配置され、ヒータ18からの熱量を十分に受熱できるように配置されることが好ましい。
【0081】
なお、本実施形態のヒートポンプ式給湯装置は、その他の構成と、沸き上げ運転および暖房運転の制御処理については、第1実施形態と同様であり、同様の作用効果を有する。
【0082】
本実施形態のヒートポンプ式給湯装置においては、熱交換部27を効率変化のないヒータ18の近傍に配置することにより、放熱端末器16で熱を放出してきた後の温水をヒータ18で温めることができ、それをまた熱利用循環回路28を通して放熱端末器16に供給するので、ヒータ18が及ぼす暖房効果がより顕著になる。また、暖房用に使用された戻り湯を貯湯タンク2内の下部に戻さないので、貯湯タンク2内の下部に流入した給水の温度を上昇させることがなく、ヒートポンプの効率を低下させることがない。また、簡単な構成の熱源供給手段が提供できる。また、貯湯タンク2全体の熱を利用した熱交換ができるので、高い暖房の立ち上がり性能が得られる。特に、朝の暖房の立ち上がり運転などにおいて大きな能力が必要な場合に顕著な効果を発揮できる。
【0083】
(第8実施形態)
本実施形態のヒートポンプ式給湯装置は、図8に示すように、第7実施形態のヒートポンプ式給湯装置に対して、給湯流路9に貯湯タンク2内の中温水を流入させることが可能な中温水取出しの構成を設けた点が異なっている。貯湯タンク2には、貯湯タンク2内の中温水部と連通するように中温水流路20の中温水取出口29が設けられている。中温水取出口29は、ヒータ18の配置箇所よりも鉛直方向下方に位置する部位の貯湯タンク2に配置されている。このような構成とすることにより、ヒータ18よりも鉛直方向上方に存在する湯の温度に影響を及ぼさず、ヒートポンプ回路1の高給水による効率低下を抑制できるので、中温度の湯を積極的に取り出すことができる。
【0084】
なお、本実施形態のヒートポンプ式給湯装置は、その他の構成と、沸き上げ運転および暖房運転の制御処理については、第7実施形態と同様であり、同様の作用効果を有する。
【0085】
(第9実施形態)
本実施形態のヒートポンプ式給湯装置は、図9に示すように、第7実施形態のヒートポンプ式給湯装置に対して、ヒートポンプ回路1と貯湯タンク2内の上部との間に位置する循環回路3から分岐して貯湯タンク2の内部を連絡する沸上げ用水タンク流入路23を備えた点が異なっている。沸上げ用水タンク流入路23が循環回路3から分岐する部位には、沸上げ切替弁22が設けられており、この構成は上記第3実施形態と同様であり、同様の作用効果を有する。なお、本実施形態のヒートポンプ式給湯装置は、その他の構成と、沸き上げ運転および暖房運転の制御処理については、第7実施形態と同様であり、同様の作用効果を有する。また、本実施形態のヒートポンプ式給湯装置における昼間運転時のヒートポンプ回路1の沸き上げ制御処理は、第3実施形態における図25を用いた説明と同様であり、同様の作用効果を有する。
【0086】
次に、深夜運転時におけるヒートポンプ回路1の沸き上げ制御処理を図26を用いて説明する。図26は、本実施形態のヒートポンプ式給湯装置に適用される他、上述した記第3実施形態、第4実施形態、および第6実施形態、並びに後述する第10実施形態、第11実施形態(図12、図13、図15、および図16にかかるヒートポンプ式給湯装置)、および第12実施形態のそれぞれのヒートポンプ式給湯装置においても適用されるフローチャートである。
【0087】
まず、制御装置は、ステップS200において深夜時間帯(例えば、23:00〜翌朝の7:00)であることを認識すると、過去1週間の使用熱量を読み込みヒートポンプ回路1が投入する熱量を演算する(ステップS210)。さらに具体的には、演算された投入熱量からヒートポンプ回路1出口の沸き上げ温度Tpを決定するとともに、朝の所定時刻、例えばAM7:00に沸き上げが完了するように沸き上げ開始時間を算出する。
【0088】
次に、制御装置は、ステップS220で沸き上げ開始時刻になったことを認識すると、沸上げ切替弁22を貯湯タンク2上部の吐出口6側が開放されるように制御し(ステップS230)、沸き上げ温度Tpとなるように沸き上げ運転を開始する(ステップS240)。
【0089】
そして、制御装置は、沸上げ切替弁22を貯湯タンク2の中間部側、つまり流入口24側を開放する条件が成立したか否かを判断する(ステップS250)。この判断は、例えば、貯湯タンク2の中間部位置でのタンク温度がTp−α℃以上である場合に成立したと判断してもよいし、貯湯タンク2の最上部位置から中間部位置までの熱量に基づいて判断するようにしてもよい。
【0090】
そして、制御装置は、貯湯タンク2の流入口24側を開放する条件が成立したと判断した場合は、沸上げ切替弁22を流入口24側が開放されるように制御する(ステップS260)し、さらにヒータ18をONする(ステップS270)。
【0091】
次に、制御装置は、ヒータ18をOFFする条件が成立したか否かを判断する(ステップS280)。この判断は、例えば、暖房を使用していないか、あるいは暖房の使用を止めようとしているかによって判断してもよいし、所定温度(ヒータ18の近傍で部分沸騰しない温度、例えば85℃)を境界として判断してもよい。制御装置は、ヒータ18をOFFする条件が成立したと判断すると、ヒータ18をOFFし(ステップS285)、ヒータ18をOFFする条件が成立していないと判断すると、次にヒートポンプ回路1の運転を停止する条件が成立したか否かを判断する(ステップS290)。この判断は、例えば、先に演算された投入熱量が朝の所定時刻、例えばAM7:00までに溜まっているか否かによって判断するものとする。
【0092】
制御装置は、例えば、投入熱量が朝の所定時刻までに溜まっていると判断して、ヒートポンプ回路1の停止条件が満たされていると判断した場合は、ヒートポンプ回路1の運転を停止する(ステップS300)。さらに、沸上げ切替弁22を貯湯タンク2上部の吐出口6側が開放されるように制御して(ステップS310)、深夜の沸き上げ運転を終了する。
【0093】
(第10実施形態)
本実施形態のヒートポンプ式給湯装置は、図10に示すように、第9実施形態のヒートポンプ式給湯装置に対して、給湯流路9に貯湯タンク2内の中温水を流入させることが可能な中温水取出しの構成を設けた点が異なっている。貯湯タンク2には、貯湯タンク2内の中温水部と連通するように中温水流路20の中温水取出口29が設けられている。中温水取出口29は、ヒータ18の配置箇所よりも鉛直方向下方に位置する部位の貯湯タンク2に配置されている。
【0094】
なお、本実施形態のヒートポンプ式給湯装置は、その他の構成と、沸き上げ運転および暖房運転の制御処理については、第9実施形態と同様であり、同様の作用効果を有する。また、本実施形態のヒートポンプ式給湯装置における昼間運転時のヒートポンプ回路1の沸き上げ制御処理は、第3実施形態における図25を用いた説明と同様であり、同様の作用効果を有する。また、本実施形態のヒートポンプ式給湯装置における深夜運転時のヒートポンプ回路1の沸き上げ制御処理は、第9実施形態における図26を用いた説明と同様であり、同様の作用効果を有する。
【0095】
(第11実施形態)
本実施形態のヒートポンプ式給湯装置は、図11〜図16に示すように、第5および第6実施形態のヒートポンプ式給湯装置に対して、浴槽33の浴水を追い焚きする追い焚き機能を備えた点が異なっている。
【0096】
図11に示すように、この追い焚き機能にかかる構成は、貯湯タンク2内に配置され、浴槽33の浴水を貯湯タンク2内の温水と熱交換させて加熱する追焚き用熱交換部30と、浴水を追焚き用熱交換部30と浴槽33の間で循環させるように設けられた追焚き用循環回路31と、を備えたものである。さらに、追焚き用熱交換部30の鉛直方向上端部は、ヒータ18よりも鉛直方向下方に配置されている。以下に図11の他の例である図12から図16を説明する。
【0097】
図12に示すヒートポンプ式給湯装置は、図11のヒートポンプ式給湯装置に対して、第3実施形態にかかるヒートポンプ式給湯装置と同様の、ヒートポンプ回路1と貯湯タンク2内の上部との間に位置する循環回路3から分岐して貯湯タンク2の内部を連絡する沸上げ用水タンク流入路23を備えた点が異なっている。また、沸上げ用水タンク流入路23の貯湯タンク2内部への流入口34は、貯湯タンク2内の鉛直方向長さの中央部よりも鉛直方向上方であって、ヒータ18の配置箇所と鉛直方向ほぼ同じ高さである。あるいは、流入口34は、焚き用熱交換部30の鉛直方向上端部と鉛直方向ほぼ同じ高さ、またはより鉛直方向上方に配置されていてもよい。
【0098】
図13に示すヒートポンプ式給湯装置は、図12のヒートポンプ式給湯装置に対して、流入口35が追焚き用熱交換部30の鉛直方向下端部よりも鉛直方向下方に配置されている点が異なっている。
【0099】
図14に示すヒートポンプ式給湯装置は、図11のヒートポンプ式給湯装置に対して、貯湯タンク2の最上部の導出口7と給湯使用側端末とを連絡する給湯流路9と、この給湯流路9と貯湯タンク2の中温水部とを連絡する中温水流路20と、を備えた点が異なっている。さらに、中温水流路20が給湯流路9に合流する部位には、高中温混合弁21が設けられており、中温水流路20の中温水取出口36は、追焚き用熱交換部30の鉛直方向下端部と鉛直方向ほぼ同じ高さに設けられている。
【0100】
図15に示すヒートポンプ式給湯装置は、図14のヒートポンプ式給湯装置に対して、第3実施形態にかかるヒートポンプ式給湯装置と同様の、ヒートポンプ回路1と貯湯タンク2内の上部との間に位置する循環回路3から分岐して貯湯タンク2の内部を連絡する沸上げ用水タンク流入路23を備えた点が異なっている。
【0101】
図16に示すヒートポンプ式給湯装置は、図15のヒートポンプ式給湯装置に対して、中温水流路38を沸上げ用水タンク流入路23が流入口35に達する途中の接続部37で接続した点が異なっている。なお、このように沸上げ用水タンク流入路を中温水流路に接続する構成は、上記図4および図10、並びに後述する図17および図18においても適用することができる。
【0102】
この構成によれば、図15に示す中温水取出口36を貯湯タンク2に設ける必要がなく、沸上げ用水タンク流入路23を接続部37で中温水流路20に接続することにより置き換えることができるので、タンクの放熱ロスを減らすことができる。また、沸上げ用水タンク流入路23を中温水流路20に配管接続することによって、沸上げ用水タンク流入路23をタンクに連通させることができるので、装置のコストを低減することができる。
【0103】
(第12実施形態)
本実施形態のヒートポンプ式給湯装置は、図17および図18に示すように、第5および第6実施形態のヒートポンプ式給湯装置に対して、浴槽33の浴水を追い焚きする追い焚き機能を備えた点が異なっている。
【0104】
この追い焚き機能にかかる構成は、浴槽33の浴水を貯湯タンク2内の温水と熱交換させて加熱する追焚き用熱交換器39と、貯湯タンク2内の温水を取り出して追焚き用熱交換器39を経由して貯湯タンク2内に戻すように設けられた追焚き用一次側循環回路42、46と、浴水を追焚き用熱交換器39と浴槽33の間で循環させるように設けられた追焚き用二次側循環回路45と、を備えたものである。さらに、追焚き用一次側循環回路42、46の貯湯タンク2内部への戻り口40は、ヒータ18の配置箇所よりも鉛直方向下方に配置されている。
【0105】
特に図17に示すように、追焚き用一次側循環回路42は、貯湯タンク2内の上部に貯えられた温水を追焚き用熱交換器39に流入させるように設けられている流路であり、貯湯タンク2内の上部に貯えられた温水が一次側循環回路11に流出して暖房用熱交換器15に向かう途中から分岐し、追焚き用熱交換器39に流入するように設けられていることが好ましい。また、追焚き用一次側循環回路42は、貯湯タンク2内の上部と暖房用熱交換器15とを直接接続する構成であってもよい。
【0106】
また、図18に示すように、追焚き用一次側循環回路46の貯湯タンク2内部からの流出口47は、ヒータ18の配置箇所に対して鉛直方向ほぼ同じ高さに配置されていることが好ましい。この構成を採用した場合には、ヒータ18によって加えられる熱量を追焚き用熱交換器39に流入させる温水に供給することができ、追い焚き性能を向上できる。
【0107】
また、流出口47は、ヒータ18の配置箇所よりも鉛直方向下方に配置されていることが好ましい。この構成を採用した場合には、ヒータ18による熱量を追焚きに使用する温水として消費しないので、ヒータ18による暖房エネルギーを放熱端末器に効率的に供給することができる。
【0108】
このように本実施形態のヒートポンプ式給湯装置は、追焚き用熱交換器39からの戻り湯をヒータ18よりも鉛直方向下方のタンク内部に戻すことにより、ヒータ18によって加熱された温水の温度を低下させない追焚き用一次側循環回路42、46を提供できる。
【0109】
(第13実施形態)
本実施形態のヒートポンプ式給湯装置は、図19および図20に示すように、第4実施形態、第10実施形態、第11実施形態(図15の装置)、および第12実施形態のヒートポンプ式給湯装置における沸上げ用水タンク流入路23を、中温水流路20に接続される沸上げ用水流入路49に置き換えた構成を備えている。
【0110】
特に図19は、第4実施形態のヒートポンプ式給湯装置に対して、沸上げ用水タンク流入路23を沸上げ用水流入路49に置き換えた装置を示している。図20は、第10実施形態のヒートポンプ式給湯装置に対して、沸上げ用水タンク流入路23を沸上げ用水流入路49に置き換えた装置を示している。
【0111】
この沸上げ用水流入路49は、沸上げ用水流入路49が循環回路3から分岐する部位に設けられた沸上げ切替弁22を切り替えることにより、ヒートポンプ回路1と連通するように構成されている。沸上げ用水流入路49と中温水流路20の接続部50は、沸上げ用水流入路49を貯湯タンク2内の中温水部側と高中温混合弁21側とに分岐するT字配管で構成されている。
【0112】
ヒートポンプ回路1で沸き上げられて沸上げ用水流入路49を流れてきた温水は、高中温混合弁21が給湯流路9を全開放する時は中温水取出口19から貯湯タンク2内の中温水部に流入し、高中温混合弁21が中温水流路20から給湯流路9に通じる通路を全開放する時は給湯使用側端末に向かって流れることになる。
【0113】
上記構成によれば、中温水取出口19が流入口24を兼用することができるので、貯湯タンク2に流入口24を必要がなく、タンクの放熱ロスを減らすことができる。また、沸上げ用水流入路49を中温水流路20に配管接続することによって、沸上げ用水流入路49をタンクに連通させることができるので、装置のコストを低減することができる。
【0114】
(第14実施形態)
本実施形態のヒートポンプ式給湯装置は、図21、図22、および図23に示すように、第4実施形態、第10実施形態、第11実施形態(図15および図16の装置)、および第12実施形態のヒートポンプ式給湯装置における沸上げ用水タンク流入路23、沸上げ切替弁22、流入口24、34、および吐出口6を廃止し、給湯使用側用端末に連通する給湯流路9aとヒートポンプ回路1とを連絡する沸上げ用水供給流路51に置き換えた構成を備えている。
【0115】
特に図21は、第4実施形態のヒートポンプ式給湯装置に対して、沸上げ用水タンク流入路23、沸上げ切替弁22、流入口24、および吐出口6を廃止し、ヒートポンプ回路1と給湯流路9aとを接続部52で連絡する沸上げ用水供給流路51に置き換えた装置を示している。図22は、第10実施形態のヒートポンプ式給湯装置に対して、沸上げ用水タンク流入路23、沸上げ切替弁22、流入口24、および吐出口6を廃止し、ヒートポンプ回路1と給湯流路9aとを接続部52で連絡する沸上げ用水供給流路51に置き換えた装置を示している。図23は、第11実施形態の図16に示すヒートポンプ式給湯装置に対して、沸上げ用水タンク流入路23、沸上げ切替弁22、流入口34、および吐出口6を廃止し、ヒートポンプ回路1と給湯流路9aとを接続部52で連絡する沸上げ用水供給流路51に置き換えた装置を示している。
【0116】
高中温混合弁21は、沸上げ用水供給流路51を流れてきたヒートポンプ回路1による沸き上げ用水を、貯湯タンク2内の上部側に流すか、中温水流路20に流すかを切り替えることできる流れ方向切替手段である。沸上げ用水供給流路51と給湯流路9の接続部52は、沸上げ用水供給流路51を貯湯タンク2内の中温水部側(中温水流路20側)または高温水部側(高温水流路51a側)と、給湯使用側端末側(給湯用混合弁10側)の流路とに分岐するT字配管で構成されている。
【0117】
この沸上げ用水供給流路51は、給湯使用側端末が使用されていない状態で、高中温混合弁21を切り替えることにより、貯湯タンク2内上部の高温水部または中温水部と連通するように構成されている。つまり、ヒートポンプ回路1で沸き上げられた温水は、給水栓、シャワー栓、風呂などからで出湯がされなければ、給湯流路9aを通って、高中温混合弁21の動作に伴い、高温水流路51aまたは中温水流路20を経て、貯湯タンク2の内部に流入することになる。
【0118】
ヒートポンプ回路1で沸き上げられて沸上げ用水供給流路51を流れてきた温水は、給湯使用側端末が使用されていない状態において、高中温混合弁21が高温水流路51aを全開放する時は貯湯タンク2の最上部の導出口7から貯湯タンク2内の高温水部に流入し、高中温混合弁21が給湯流路9aから中温水流路20、38に通じる通路を全開放する時は貯湯タンク2の中温水取出口19、29や流入口35から貯湯タンク2内の中温水部に流れることになる。
【0119】
このように、貯湯タンク2の最下部の吸入口17からヒートポンプ回路1に向かう流路、沸上げ用水供給流路51、給湯流路9a、高中温混合弁21、を順に通過して、高温水流路51aおよび貯湯タンク2最上部の導出口7を経由するルート、または中温水流路20および中温水取出口19、29を経由するルートは、貯湯タンク2内の低温水が流出してヒートポンプ回路1で加熱されて貯湯タンク2内の上部に戻る循環回路を構成することになる。
【0120】
上記構成によれば、ヒートポンプ回路1と直接接続される開口を貯湯タンク2の上部に設けなくてよいので、タンクの放熱ロスを低減することができる。また、沸上げ用水供給流路51を給湯流路9に配管接続することによって、沸上げ用水供給流路51をタンクに連通させることができるので、配管等を簡略化でき、装置のコストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【0121】
【図1】本発明の第1実施形態にかかるヒートポンプ式給湯装置の概略構成を示した模式図である。
【図2】第2実施形態のヒートポンプ式給湯装置の概略構成を示した模式図である。
【図3】第3実施形態のヒートポンプ式給湯装置の概略構成を示した模式図である。
【図4】第4実施形態のヒートポンプ式給湯装置の概略構成を示した模式図である。
【図5】第5実施形態のヒートポンプ式給湯装置の概略構成を示した模式図である。
【図6】第6実施形態のヒートポンプ式給湯装置の概略構成を示した模式図である。
【図7】第7実施形態のヒートポンプ式給湯装置の概略構成を示した模式図である。
【図8】第8実施形態のヒートポンプ式給湯装置の概略構成を示した模式図である。
【図9】第9実施形態のヒートポンプ式給湯装置の概略構成を示した模式図である。
【図10】第10実施形態のヒートポンプ式給湯装置の概略構成を示した模式図である。
【図11】第11実施形態にかかるヒートポンプ式給湯装置の概略構成を示した模式図である。
【図12】第11実施形態にかかるヒートポンプ式給湯装置の他の第1例を示した模式図である。
【図13】第11実施形態にかかるヒートポンプ式給湯装置の他の第2例を示した模式図である。
【図14】第11実施形態にかかるヒートポンプ式給湯装置の他の第3例を示した模式図である。
【図15】第11実施形態にかかるヒートポンプ式給湯装置の他の第4例を示した模式図である。
【図16】第11実施形態にかかるヒートポンプ式給湯装置の他の第5例を示した模式図である。
【図17】第12実施形態にかかるヒートポンプ式給湯装置の概略構成を示した模式図である。
【図18】第12実施形態にかかるヒートポンプ式給湯装置の他の第1例を示した模式図である。
【図19】第13実施形態にかかるヒートポンプ式給湯装置の概略構成を示した模式図である。
【図20】第13実施形態にかかるヒートポンプ式給湯装置の他の第1例を示した模式図である。
【図21】第14実施形態にかかるヒートポンプ式給湯装置の概略構成を示した模式図である。
【図22】第14実施形態にかかるヒートポンプ式給湯装置の他の第1例を示した模式図である。
【図23】第14実施形態にかかるヒートポンプ式給湯装置の他の第2例を示した模式図である。
【図24】上記第1から第12実施形態のヒートポンプ式給湯装置において、暖房運転時におけるヒータ18の制御処理を示したフローチャートである。
【図25】上記第3、第4、第6、第9、および第10実施形態のヒートポンプ式給湯装置において、昼間運転時におけるヒートポンプ回路1の沸き上げ制御処理を示したフローチャートである。
【図26】上記第3、第4、第6、第9、第10、第11、および第12実施形態のヒートポンプ式給湯装置において、深夜運転時におけるヒートポンプ回路1の沸き上げ制御処理を示したフローチャートである。
【符号の説明】
【0122】
1…ヒートポンプ回路、2…貯湯タンク、3…循環回路、9、9a…給湯流路(循環回路)、11…一次側循環回路(熱源供給手段)、13…二次側循環回路(熱源供給手段)、15…暖房用熱交換器(熱源供給手段、熱交換器)、16…放熱端末器、18…ヒータ(温水加熱手段)、19、29、36…中温水取出口、20、38…中温水流路、21…高中温混合弁(流れ方向切替手段)、23、49…沸上げ用水タンク流入路、24、34、35…流入口、26…戻り口、27…熱交換部(熱源供給手段)、28…熱利用循環回路(熱源供給手段)、29…中温水取出口、30…追焚き用熱交換部、31…追焚き用循環回路、33…浴槽、39…追焚き用熱交換器、40…戻り口、42、46…追焚き用一次側循環回路、45…追焚き用二次側循環回路、47…流出口、51…沸上げ用水供給流路(循環回路)、51a…高温水流路(循環回路)
【特許請求の範囲】
【請求項1】
高温高圧の冷媒と熱交換させて温水を沸き上げるヒートポンプ回路(1)と、
前記ヒートポンプ回路(1)によって加熱された温水を貯える貯湯タンク(2)と、
前記貯湯タンク(2)内の低温水が流出して前記ヒートポンプ回路(1)で加熱されて前記貯湯タンク(2)内の上部に戻るように設けられた循環回路(3、51、9a、51a)と、
前記貯湯タンク(2)内の上部に貯えられた温水と外部流体とを熱交換させ加熱された前記外部流体を放熱端末器(16)の熱源として供給する熱源供給手段(11、13、15、27、28)と、
前記貯湯タンク(2)内の鉛直方向長さの中央部よりも鉛直方向上方に配置され、前記貯湯タンク(2)内の上部の温水を加熱する温水加熱手段(18)と、
を備えたことを特徴とするヒートポンプ式給湯装置。
【請求項2】
前記貯湯タンク(2)内の上部と給湯使用側端末とを連絡する給湯流路(9)と、
前記給湯流路(9)と前記貯湯タンク(2)内の中温水部とを連絡する中温水流路(20、38)と、を備え、
前記貯湯タンク(2)内の中温水部と連通する前記中温水流路(20、38)の中温水取出口(19、29、35、36)は、前記温水加熱手段(18)の配置箇所よりも鉛直方向下方に配置され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式給湯装置。
【請求項3】
前記ヒートポンプ回路(1)と前記貯湯タンク(2)内の上部との間に位置する流路(3)から分岐して前記貯湯タンク(2)の内部を連絡する沸上げ用水タンク流入路(23、49)、を備え、
前記沸上げ用水タンク流入路(23、49)から流入する貯湯タンク(2)内部への流入口(19、24、29、34、35)は、前記貯湯タンク(2)内の鉛直方向長さの中央部よりも鉛直方向上方であって、前記温水加熱手段(18)の配置箇所よりも鉛直方向下方に配置されていることを特徴とする請求項1または2に記載のヒートポンプ式給湯装置。
【請求項4】
前記ヒートポンプ回路(1)と前記貯湯タンク(2)内の上部との間に位置する流路(3)から分岐して前記貯湯タンク(2)の内部を連絡する沸上げ用水タンク流入路(23、49)と、を備え、
前記沸上げ用水タンク流入路(23)から流入する貯湯タンク(2)内部への流入口(24、34)は、前記温水加熱手段(18)の配置箇所よりも鉛直方向下方に配置され、かつ前記中温水取出口(19、29、36)の配置箇所よりも鉛直方向上方に配置されていることを特徴とする請求項2に記載のヒートポンプ式給湯装置。
【請求項5】
前記熱源供給手段(11、13、15)は、前記貯湯タンク(2)内の上部に貯えられた温水を取り出して前記貯湯タンク(2)内に戻すように設けられた一次側循環回路(11)と、前記温水と前記外部流体とが熱交換する熱交換器(15)と、前記外部流体を前記熱交換器(15)と前記放熱端末器(16)の間で循環させるように設けられた二次側循環回路(13)と、を備えており、
前記一次側循環回路(11)の貯湯タンク(2)内部への戻り口(26)は、前記温水加熱手段(18)の配置箇所と鉛直方向ほぼ同じ高さ、またはより鉛直方向上方に配置されていることを特徴とする請求項1、2、または4のいずれか一項に記載のヒートポンプ式給湯装置。
【請求項6】
前記ヒートポンプ回路(1)と前記貯湯タンク(2)内の上部との間に位置する流路(3)から分岐して前記貯湯タンク(2)の内部を連絡する沸上げ用水タンク流入路(23)を備え、
前記沸上げ用水タンク流入路(23)から流入する貯湯タンク(2)内部への流入口(24、34、35)は、前記貯湯タンク(2)内の鉛直方向長さの中央部よりも鉛直方向上方であって、前記温水加熱手段(18)の配置箇所よりも鉛直方向下方に配置されていることを特徴とする請求項5に記載のヒートポンプ式給湯装置。
【請求項7】
前記熱源供給手段(27、28)は、内部を流れる前記外部流体が前記貯湯タンク(2)内の上部の温水と熱交換するように前記貯湯タンク(2)内の上部に配置された熱交換部(27)と、前記外部流体を前記熱交換部(27)と前記放熱端末器(16)の間で循環させるように設けられた熱利用循環回路(28)と、を備えており、
前記熱交換部(27)の鉛直方向下端部は、前記温水加熱手段(18)の配置箇所に対して鉛直方向ほぼ同じ高さ、またはより鉛直方向上方に位置していることを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載のヒートポンプ式給湯装置。
【請求項8】
前記貯湯タンク(2)内の上部と給湯使用側端末とを連絡する給湯流路(9)と、
前記給湯流路(9)と前記貯湯タンク(2)内の中温水部とを連絡する中温水流路(20)と、を備え、
前記貯湯タンク(2)内の中温水部と連通する前記中温水流路(20)の中温水取出口(29)は、前記熱交換部(27)の鉛直方向下端部よりも鉛直方向下方に配置されていることを特徴とする請求項7に記載のヒートポンプ式給湯装置。
【請求項9】
前記貯湯タンク(2)内に配置され、浴槽(33)の浴水を前記貯湯タンク(2)内の温水と熱交換させて加熱する追焚き用熱交換部(30)と、前記浴水を前記追焚き用熱交換部(30)と前記浴槽(33)の間で循環させるように設けられた追焚き用循環回路(31)と、を備え、
前記追焚き用熱交換部(30)の鉛直方向上端部は前記温水加熱手段(18)よりも鉛直方向下方に配置されていることを特徴とする請求項1、2、4、5、または6のいずれか一項に記載のヒートポンプ式給湯装置。
【請求項10】
浴槽(33)の浴水を前記貯湯タンク(2)内の温水と熱交換させて加熱する追焚き用熱交換器(39)と、
前記貯湯タンク(2)内の温水を取り出して前記追焚き用熱交換器(39)を経由して前記貯湯タンク(2)内に戻すように設けられた追焚き用一次側循環回路(42、46)と、
前記浴水を前記追焚き用熱交換器(39)と前記浴槽(33)の間で循環させるように設けられた追焚き用二次側循環回路(45)と、を備え、
前記追焚き用一次側循環回路(42、46)の貯湯タンク(2)内部への戻り口(40)は、前記温水加熱手段(18)の配置箇所よりも鉛直方向下方に配置されていることを特徴とする請求項1、2、4、5、または6のいずれか一項に記載のヒートポンプ式給湯装置。
【請求項11】
前記追焚き用一次側循環回路(42)は、貯湯タンク(2)内の上部に貯えられた温水を前記追焚き用熱交換器(39)に流入させるように設けられていることを特徴とする請求項10に記載のヒートポンプ式給湯装置。
【請求項12】
前記追焚き用一次側循環回路(46)に流出する前記貯湯タンク(2)の流出口(47)は、前記温水加熱手段(18)の配置箇所に対して鉛直方向ほぼ同じ高さに配置されていることを特徴とする請求項10に記載のヒートポンプ式給湯装置。
【請求項13】
前記追焚き用一次側循環回路(46)に流出する前記貯湯タンク(2)の流出口(47)は、前記温水加熱手段(18)の配置箇所よりも鉛直方向下方に配置されていることを特徴とする請求項10に記載のヒートポンプ式給湯装置。
【請求項14】
前記貯湯タンク(2)内の上部と前記給湯使用側端末とを連絡する給湯流路(9)と、
前記給湯流路(9)と前記貯湯タンク(2)内の中温水部とを連絡する中温水流路(20)と、を備え、
前記循環回路(51、9)は、前記ヒートポンプ回路(1)と前記給湯流路(9)とを連絡する沸上げ用水供給流路(51)と、前記給湯流路(9)と、を有し、前記沸上げ用水供給流路(51)を流れてきた前記ヒートポンプ回路(1)による沸き上げ用水を、前記貯湯タンク(2)内の上部側に流すか、前記中温水流路(20)に流すかを切り替えできる前記流れ方向切替手段(21)が設けられていることを特徴とする請求項1から13のいずれか一項に記載のヒートポンプ式給湯装置。
【請求項1】
高温高圧の冷媒と熱交換させて温水を沸き上げるヒートポンプ回路(1)と、
前記ヒートポンプ回路(1)によって加熱された温水を貯える貯湯タンク(2)と、
前記貯湯タンク(2)内の低温水が流出して前記ヒートポンプ回路(1)で加熱されて前記貯湯タンク(2)内の上部に戻るように設けられた循環回路(3、51、9a、51a)と、
前記貯湯タンク(2)内の上部に貯えられた温水と外部流体とを熱交換させ加熱された前記外部流体を放熱端末器(16)の熱源として供給する熱源供給手段(11、13、15、27、28)と、
前記貯湯タンク(2)内の鉛直方向長さの中央部よりも鉛直方向上方に配置され、前記貯湯タンク(2)内の上部の温水を加熱する温水加熱手段(18)と、
を備えたことを特徴とするヒートポンプ式給湯装置。
【請求項2】
前記貯湯タンク(2)内の上部と給湯使用側端末とを連絡する給湯流路(9)と、
前記給湯流路(9)と前記貯湯タンク(2)内の中温水部とを連絡する中温水流路(20、38)と、を備え、
前記貯湯タンク(2)内の中温水部と連通する前記中温水流路(20、38)の中温水取出口(19、29、35、36)は、前記温水加熱手段(18)の配置箇所よりも鉛直方向下方に配置され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式給湯装置。
【請求項3】
前記ヒートポンプ回路(1)と前記貯湯タンク(2)内の上部との間に位置する流路(3)から分岐して前記貯湯タンク(2)の内部を連絡する沸上げ用水タンク流入路(23、49)、を備え、
前記沸上げ用水タンク流入路(23、49)から流入する貯湯タンク(2)内部への流入口(19、24、29、34、35)は、前記貯湯タンク(2)内の鉛直方向長さの中央部よりも鉛直方向上方であって、前記温水加熱手段(18)の配置箇所よりも鉛直方向下方に配置されていることを特徴とする請求項1または2に記載のヒートポンプ式給湯装置。
【請求項4】
前記ヒートポンプ回路(1)と前記貯湯タンク(2)内の上部との間に位置する流路(3)から分岐して前記貯湯タンク(2)の内部を連絡する沸上げ用水タンク流入路(23、49)と、を備え、
前記沸上げ用水タンク流入路(23)から流入する貯湯タンク(2)内部への流入口(24、34)は、前記温水加熱手段(18)の配置箇所よりも鉛直方向下方に配置され、かつ前記中温水取出口(19、29、36)の配置箇所よりも鉛直方向上方に配置されていることを特徴とする請求項2に記載のヒートポンプ式給湯装置。
【請求項5】
前記熱源供給手段(11、13、15)は、前記貯湯タンク(2)内の上部に貯えられた温水を取り出して前記貯湯タンク(2)内に戻すように設けられた一次側循環回路(11)と、前記温水と前記外部流体とが熱交換する熱交換器(15)と、前記外部流体を前記熱交換器(15)と前記放熱端末器(16)の間で循環させるように設けられた二次側循環回路(13)と、を備えており、
前記一次側循環回路(11)の貯湯タンク(2)内部への戻り口(26)は、前記温水加熱手段(18)の配置箇所と鉛直方向ほぼ同じ高さ、またはより鉛直方向上方に配置されていることを特徴とする請求項1、2、または4のいずれか一項に記載のヒートポンプ式給湯装置。
【請求項6】
前記ヒートポンプ回路(1)と前記貯湯タンク(2)内の上部との間に位置する流路(3)から分岐して前記貯湯タンク(2)の内部を連絡する沸上げ用水タンク流入路(23)を備え、
前記沸上げ用水タンク流入路(23)から流入する貯湯タンク(2)内部への流入口(24、34、35)は、前記貯湯タンク(2)内の鉛直方向長さの中央部よりも鉛直方向上方であって、前記温水加熱手段(18)の配置箇所よりも鉛直方向下方に配置されていることを特徴とする請求項5に記載のヒートポンプ式給湯装置。
【請求項7】
前記熱源供給手段(27、28)は、内部を流れる前記外部流体が前記貯湯タンク(2)内の上部の温水と熱交換するように前記貯湯タンク(2)内の上部に配置された熱交換部(27)と、前記外部流体を前記熱交換部(27)と前記放熱端末器(16)の間で循環させるように設けられた熱利用循環回路(28)と、を備えており、
前記熱交換部(27)の鉛直方向下端部は、前記温水加熱手段(18)の配置箇所に対して鉛直方向ほぼ同じ高さ、またはより鉛直方向上方に位置していることを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載のヒートポンプ式給湯装置。
【請求項8】
前記貯湯タンク(2)内の上部と給湯使用側端末とを連絡する給湯流路(9)と、
前記給湯流路(9)と前記貯湯タンク(2)内の中温水部とを連絡する中温水流路(20)と、を備え、
前記貯湯タンク(2)内の中温水部と連通する前記中温水流路(20)の中温水取出口(29)は、前記熱交換部(27)の鉛直方向下端部よりも鉛直方向下方に配置されていることを特徴とする請求項7に記載のヒートポンプ式給湯装置。
【請求項9】
前記貯湯タンク(2)内に配置され、浴槽(33)の浴水を前記貯湯タンク(2)内の温水と熱交換させて加熱する追焚き用熱交換部(30)と、前記浴水を前記追焚き用熱交換部(30)と前記浴槽(33)の間で循環させるように設けられた追焚き用循環回路(31)と、を備え、
前記追焚き用熱交換部(30)の鉛直方向上端部は前記温水加熱手段(18)よりも鉛直方向下方に配置されていることを特徴とする請求項1、2、4、5、または6のいずれか一項に記載のヒートポンプ式給湯装置。
【請求項10】
浴槽(33)の浴水を前記貯湯タンク(2)内の温水と熱交換させて加熱する追焚き用熱交換器(39)と、
前記貯湯タンク(2)内の温水を取り出して前記追焚き用熱交換器(39)を経由して前記貯湯タンク(2)内に戻すように設けられた追焚き用一次側循環回路(42、46)と、
前記浴水を前記追焚き用熱交換器(39)と前記浴槽(33)の間で循環させるように設けられた追焚き用二次側循環回路(45)と、を備え、
前記追焚き用一次側循環回路(42、46)の貯湯タンク(2)内部への戻り口(40)は、前記温水加熱手段(18)の配置箇所よりも鉛直方向下方に配置されていることを特徴とする請求項1、2、4、5、または6のいずれか一項に記載のヒートポンプ式給湯装置。
【請求項11】
前記追焚き用一次側循環回路(42)は、貯湯タンク(2)内の上部に貯えられた温水を前記追焚き用熱交換器(39)に流入させるように設けられていることを特徴とする請求項10に記載のヒートポンプ式給湯装置。
【請求項12】
前記追焚き用一次側循環回路(46)に流出する前記貯湯タンク(2)の流出口(47)は、前記温水加熱手段(18)の配置箇所に対して鉛直方向ほぼ同じ高さに配置されていることを特徴とする請求項10に記載のヒートポンプ式給湯装置。
【請求項13】
前記追焚き用一次側循環回路(46)に流出する前記貯湯タンク(2)の流出口(47)は、前記温水加熱手段(18)の配置箇所よりも鉛直方向下方に配置されていることを特徴とする請求項10に記載のヒートポンプ式給湯装置。
【請求項14】
前記貯湯タンク(2)内の上部と前記給湯使用側端末とを連絡する給湯流路(9)と、
前記給湯流路(9)と前記貯湯タンク(2)内の中温水部とを連絡する中温水流路(20)と、を備え、
前記循環回路(51、9)は、前記ヒートポンプ回路(1)と前記給湯流路(9)とを連絡する沸上げ用水供給流路(51)と、前記給湯流路(9)と、を有し、前記沸上げ用水供給流路(51)を流れてきた前記ヒートポンプ回路(1)による沸き上げ用水を、前記貯湯タンク(2)内の上部側に流すか、前記中温水流路(20)に流すかを切り替えできる前記流れ方向切替手段(21)が設けられていることを特徴とする請求項1から13のいずれか一項に記載のヒートポンプ式給湯装置。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【公開番号】特開2008−57809(P2008−57809A)
【公開日】平成20年3月13日(2008.3.13)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2006−232603(P2006−232603)
【出願日】平成18年8月29日(2006.8.29)
【出願人】(000004260)株式会社デンソー (27,639)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成20年3月13日(2008.3.13)
【国際特許分類】
【出願日】平成18年8月29日(2006.8.29)
【出願人】(000004260)株式会社デンソー (27,639)
【Fターム(参考)】
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