特許 6099544 ヒートポンプ貯湯式給湯暖房装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6099544

(24)【登録日】2017年3月3日

(45)【発行日】2017年3月22日

(54)【発明の名称】ヒートポンプ貯湯式給湯暖房装置

(51)【国際特許分類】

   F24D 3/00 20060101AFI20170313BHJP

   F24D 3/18 20060101ALI20170313BHJP

【ＦＩ】

   F24D3/00 J

   F24D3/18

【請求項の数】3

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2013-234967(P2013-234967)

(22)【出願日】2013年11月13日

(65)【公開番号】特開2015-94545(P2015-94545A)

(43)【公開日】2015年5月18日

【審査請求日】2016年4月21日

(73)【特許権者】

【識別番号】000000538

【氏名又は名称】株式会社コロナ

(72)【発明者】

【氏名】眞柄 隆志

(72)【発明者】

【氏名】広野 徳純

【審査官】 渡邉 洋

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００７−０８５６６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−０１１９６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−００７８９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−００３２１１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２４Ｄ ３／００− ３／１８

Ｆ２４Ｈ １／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

貯湯タンクと、前記貯湯タンク下部からの水をヒートポンプ加熱手段により加熱して、前記貯湯タンク上部へ戻すヒートポンプ循環回路と、前記貯湯タンクの上部から暖房熱交換器を介して、前記貯湯タンクへ戻す１次側循環回路と、温水暖房端末器と前記暖房熱交換器を備える２次側循環回路と、前記１次循環回路に設けられた暖房熱交換器の入口、出口の温度を検出するそれぞれに設けた熱交１次入口温度センサと熱交１次出口温度センサと、前記２次側循環回路に設けられた暖房熱交換器の入口、出口の温度を検出するそれぞれに設けた熱交２次入口温度センサと熱交２次出口センサと、前記１次側循環回路の１次側循環ポンプと、前記２次側循環回路の２次側循環ポンプと、前記貯湯タンク内の温度を検出する為の貯湯温度センサと、前記１次側循環ポンプと前記２次側循環ポンプの駆動を制御する制御装置と、暖房設定温度を設定することができるリモコンとを備え、前記制御装置は、前記貯湯温度センサが所定の暖房可能下限温度未満を検出すると暖房運転を中断すると共に、この暖房可能下限温度を変更可能にしたことを特徴とするヒートポンプ貯湯式給湯暖房装置。

【請求項2】

前記制御装置は、前記リモコンで設定された暖房設定温度に基づいて、前記暖房可能下限温度を変更するようにしたことを特徴とする請求項１記載のヒートポンプ貯湯式給湯暖房装置。

【請求項3】

前記制御装置は、前記熱交２次側出口温度センサの目標往き温度に基づいて、前記暖房可能下限温度を変更するようにしたことを特徴とする請求項１記載のヒートポンプ貯湯式給湯暖房装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ヒートポンプ加熱手段によって沸き上げた湯水を貯湯して給湯及び暖房の熱源として用いるヒートポンプ貯湯式給湯暖房装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来より、水を加熱して湯を生成するヒートポンプを搭載したヒートポンプ式加熱手段と、湯水を貯留する貯湯タンクを搭載した貯湯タンクユニットと、貯湯タンクに蓄えられた湯水と床暖房回路の水を熱交換する熱交換器と、熱交換されて暖められた湯水が循環されて暖房する床暖房パネルを有したヒートポンプ貯湯式給湯暖房装置において、電力料金単価の安い深夜時間帯に給湯分の熱量と暖房分の熱量をヒートポンプ式加熱手段によって沸き上げて貯湯タンク内に蓄熱し、貯湯タンク内の蓄熱量が不足すると昼間時間帯であってもヒートポンプ式加熱手段を稼働して不足分の熱量を沸き増して貯湯タンク内に蓄熱しているものであった。（特許文献１）

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００８−２５９４５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかし、特許文献に開示されていないがこのような従来のものでは、給湯時に必要な熱量と暖房運転（例えば床暖房）に最低限必要な熱量とを確保するため、貯湯タンク上部にある貯湯温度センサが所定温度（例えば６０℃）未満になってしまった時は暖房運転中だとしても暖房運転を中断させて、沸き増しを行っていた。

【0005】

そのため、暖房運転後十分に時間が経ち、温水暖房端末器が十分に暖まっていて、高い暖房往き温度を必要としない状態でも貯湯タンク上部の貯湯温度センサが所定温度未満になった場合では暖房運転が中断してしまうという問題があった。

【課題を解決するための手段】

【0006】

貯湯タンクと、前記貯湯タンク下部からの水をヒートポンプ加熱手段により加熱して、前記貯湯タンク上部へ戻すヒートポンプ循環回路と、前記貯湯タンクの上部から暖房熱交換器を介して、前記貯湯タンクへ戻す１次側循環回路と、温水暖房端末器と前記暖房熱交換器を備える２次側循環回路と、前記１次循環回路に設けられた暖房熱交換器の入口、出口の温度を検出するそれぞれに設けた熱交１次入口温度センサと熱交１次出口温度センサと、前記２次側循環回路に設けられた暖房熱交換器の入口、出口の温度を検出するそれぞれに設けた熱交２次入口温度センサと熱交２次出口温度センサと、前記１次側循環回路の１次側循環ポンプと、前記２次側循環回路の２次側循環ポンプと、前記貯湯タンク内の温度を検出する為の貯湯温度センサと、前記１次側循環ポンプと前記２次側循環ポンプの駆動を制御する制御装置と、暖房設定温度を設定することができるリモコンとを備え、前記制御装置は、前記貯湯温度センサが暖房可能下限温度未満を検出すると暖房運転を中断すると共に、この暖房可能下限温度を変更可能にした。

【0007】

また、前記リモコンで設定された暖房設定温度に基づいて、前記暖房可能下限温度を変更するようにした。

【0008】

また、前記熱交２次側出口温度センサの目標往き温度に基づいて、前記暖房可能下限温度を変更するようにした。

【発明の効果】

【0009】

このように本発明によれば、暖房運転後十分に時間が経ち、温水暖房端末器が十分に暖まっていて、高い暖房往き温度を必要としない状態の時に貯湯タンク上部の貯湯温度センサが所定の温度未満になった場合でも、暖房可能下限温度を下げるように変更可能にしたことで長時間の暖房運転を継続させることができると同時に、暖房可能下限温度を下げても貯湯タンク内の熱量を使い切ってしまうリスクを減少させ、十分な貯湯熱量を確保することができる使い勝手のよい暖房運転を可能にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の第１実施形態のヒートポンプ貯湯式給湯暖房装置の構成図

【図2】第１実施形態の制御を説明するためのフローチャート

【図3】第１実施形態のタイムチャート

【図4】第２実施形態の制御を説明するためのフローチャート

【図5】第２実施形態のタイムチャート

【発明を実施するための形態】

【0011】

本発明のヒートポンプ貯湯式給湯暖房装置の第１実施形態を図１に基づいて説明する。
１は湯水を貯湯する貯湯タンク、２は貯湯タンク１の下部に接続された給水管、３は貯湯タンク上部に接続された給湯管、４は貯湯タンク１内の湯水を加熱するヒートポンプ式加熱手段、５は貯湯タンク１下部とヒートポンプ式加熱手段４と貯湯タンク１上部とを貯湯タンク１内の湯水が循環可能に接続するヒートポンプ循環回路、６はヒートポンプ循環回路５途中に設けられたヒートポンプ循環ポンプである。また、図示しないが給湯管３から分岐して浴槽への湯張り回路が設けられている。

【0012】

次に７は貯湯タンク１内の湯水で２次側の暖房用循環液を加熱するための暖房熱交換器、８は前記貯湯タンク１内の湯水を暖房熱交換器７へ循環させるための１次側循環回路、９は１次側循環回路８途中に設けられた１次側暖房ポンプ、１０は温水式床暖房パネル等の温水暖房端末器、１１は暖房熱交換器７の２次側と温水暖房端末器１０とを暖房用循環液が循環可能に接続する２次側循環回路、１２は２次側循環回路途中に設けられた２次側暖房ポンプで、これらで暖房回路を構成している。

【0013】

１３ａ〜ｄは貯湯タンク１の側面上下に複数設けられた貯湯温度センサ、Ｔ１は暖房熱交換器に流入する湯水の暖房熱交換器往き温度を検出する熱交１次入口温度センサ、Ｔ２は暖房熱交換器から流出する暖房熱交換器戻り温度を検出する熱交１次出口温度センサ、Ｔ３は暖房戻り温度を検出する熱交２次入口温度センサ、Ｔ４は暖房往き温度を検出する熱交２次出口温度センサ、１４は各温度センサの出力に基づいて所定の演算を行い機器の運転を制御する制御装置で、前記貯湯温度センサ１３の検出温度と予め与えられている容量情報との組み合わせによって貯湯タンク１内の貯湯蓄熱量あるいは貯湯量を検出するようにしているものである。

【0014】

１５は暖房設定温度を自由に変更できる（ここでは２３℃から４７℃を３℃刻みの９段階）リモコンであり、使用者は自由に必要な温度の暖房運転をすることができる。また、リモコン１５で暖房運転設定をした情報は制御装置１４に送られ、温度変化や運転切り替えといった制御がされるものである。１６は暖房の運転と停止を切り替える運転スイッチ、１７は現在の暖房設定温度を表す表示部、１８は暖房設定温度を下げる温度下降ボタン、１９は暖房設定温度を上げる温度上昇ボタンである。

【0015】

深夜時間になると制御装置１４は、翌朝までの間にヒートポンプ式加熱手段４とヒートポンプ循環ポンプ６を運転し、貯湯タンク１の下部から取り出した低温の湯水をヒートポンプ式加熱手段４内部の図示しない水熱交換器で所定の高温になるように加熱して貯湯タンク１の上部へ戻すようにして翌日の給湯、暖房運転の予測負荷量に応じた熱量分だけ沸き上げ運転を行う。

【0016】

そして、給湯管３終端に設けられている蛇口が開かれると、貯湯タンク１下部の給水管２から市水が貯湯タンク１内に給水され、貯湯タンク１上部の給湯管３から高温の湯水が給湯される。

【0017】

しかし、長時間の暖房運転や大量の湯水の出湯が原因で、貯湯タンク１上部にある貯湯温度センサ１３ａで検出する貯湯温度が沸き増し開始温度７０℃を下回ったと制御装置１４が判断すると、昼間の時間であってもヒートポンプ式加熱手段４とヒートポンプ循環ポンプ６を運転し、貯湯タンク１の下部から取り出した低温の湯水をヒートポンプ式加熱手段４内部の図示しない水熱交換器で所定の高温になるように加熱して貯湯タンク１の上部へ戻す沸き増し運転を開始する。

【0018】

次に、暖房運転について説明する。
暖房運転要求があると制御装置１４は１次側循環ポンプ９と２次側循環ポンプ１２を駆動し、１次側では貯湯タンク上部から湯水を暖房熱交換器７に流し、貯湯タンク１下部へと循環させる。また２次側では、２次側循環ポンプ１２の駆動により２次側循環回路１１にある暖房熱交換器７で加熱された暖房用循環液が温水暖房端末器１０へと流れ、放熱した後、再び暖房熱交換器７へと戻り加熱され、暖房運転を行う。

【0019】

また、暖房運転を開始すると、暖房設定温度に関係なく立ち上がりは熱交２次出口温度センサＴ４で検出する温度が所定の目標往き温度（ここでは５５℃）になるように制御装置１４は１次側循環ポンプ９の回転数を変更して、暖房熱交器７へ循環させる湯水の流量を調整する。そして、目標往き温度の目標変更禁止時間後（ここでは３０分）、制御装置１４は熱交２次入口温度センサＴ３で検出された温度が暖房設定温度と一致するように、熱交２次出口温度センサＴ４の目標往き温度をここでは５５℃を上限として、熱交２次入口温度センサＴ３で検出された温度が暖房設定温度より高い場合には目標往き温度を下げ、熱交２次入口温度センサＴ３で検出された温度が暖房設定温度より低い場合は目標往き温度を上げるようにしている。

【0020】

そして、長時間の暖房運転や大量の出湯等の原因で、貯湯タンク１上部にある貯湯温度センサ１３ａで検出する貯湯温度が所定の暖房可能下限温度を下回ったと制御装置１４が判断すると暖房を中断するようにし、沸き増し運転によって、貯湯温度センサ１３ａで検出する貯湯温度が暖房可能下限温度＋５℃を上回ると暖房運転を再開するようにしている。

【0021】

ここで、制御装置１４は暖房可能下限温度を変更可能に構成されているもので、図２に示すフローチャートに基づいて第１実施形態の作動を詳しく説明する。

【0022】

暖房運転の運転スイッチ１６をＯＮにすると（Ｓ１）、制御装置１４は暖房可能下限温度を立ち上げ時の目標往き温度より高い６０℃に設定する（Ｓ２）。そして、制御装置１４が貯湯温度センサ１３ａで検出する貯湯タンク１上部の温度が暖房可能下限温度（ここでは６０℃）以上になっていると判断されたとき（Ｓ３）、暖房運転が開始される（Ｓ４）。

【0023】

暖房運転が開始されてから目標往き温度の目標変更禁止時間である３０分を経過すると（Ｓ５）、目標往き温度を変更可能とする。そして、リモコン１５で設定されている暖房設定温度が所定の中温度（ここでは４０℃）未満だと次の暖房可能下限温度の変更ステップに移行し（Ｓ６）、暖房可能下限温度を暖房設定温度＋１０℃に設定し、暖房運転を継続させる（Ｓ７）。リモコン１５で設定されている暖房設定温度が所定の中温度以上であると（Ｓ６でＮＯ）、暖房可能下限温度を６０℃のままで暖房運転を続ける。

【0024】

そして、暖房運転が継続され、図３に示すように、時間の経過と共に温水暖房端末器１０の温度が上昇すると、熱交２次入口温度センサＴ３で検出する温度が暖房設定温度に近づき、目標往き温度が段階的に低下されていく。

【0025】

ここで、暖房や給湯によって、貯湯タンク１内の熱量が消費されて貯湯タンク１上部の温度が暖房可能下限温度未満になると（Ｓ８）、暖房運転は中断される（Ｓ９）。

【0026】

このとき、すでに貯湯タンク１上部にある貯湯温度センサ１３ａで検出する温度が沸き増し開始温度を下回っているため、沸き増し運転が行われ、沸き増し運転によって、貯湯熱量が増加し、貯湯タンク１上部の貯湯温度センサ１３ａで検出する湯水が暖房可能下限温度＋５℃以上になったときに（Ｓ１０）、暖房運転を再開させる（Ｓ１１）

【0027】

このように、暖房開始から立ち上がりの間は暖房可能下限温度を６０℃とし、温水暖房端末器１０を十分に暖め、暖房運転を開始して温水暖房端末１０が十分に暖まったあとは、暖房可能下限温度を暖房設定温度に応じた値に下げることによって、従来のように小さな暖房負荷に対しては十分な貯湯熱量があるにもかかわらず暖房運転を中断してしまうことがなくなり、使い勝手のよい暖房運転を可能とすると同時に、十分な貯湯熱量も確保することができることを可能とした。

【0028】

また、暖房可能下限温度は暖房設定温度に応じて定められるため、暖房設定温度によって違う効果が得られるもので、暖房設定温度が高い場合は貯湯タンク１内の貯湯熱量も多く、暖房可能下限温度を高くすることで、貯湯タンク１内の熱量を十分に確保できる段階で暖房運転を中断し、必要な給湯量を確保できないリスクを減少させることができ、暖房設定温度が低い場合は貯湯タンク１内の貯湯熱量も少なく、暖房可能下限温度を低くすることで、長時間の暖房運転をすることができる。

【0029】

次に、図４に示すフローチャートに基づいて第２実施形態の作動を詳しく説明する。ここで、第１の実施形態と同一のものは同一の符号を付してその説明を省略する。

【0030】

暖房運転の運転スイッチ１６をＯＮにすると（Ｓ１２）、制御装置１４は暖房可能下限温度を立ち上げ時の目標往き温度より高い６０℃に設定する（Ｓ１３）。そして、制御装置１４が貯湯温度センサ１３ａで検出する貯湯タンク１上部の温度が暖房可能下限温度（ここでは６０℃）以上になっていると判断されたとき（Ｓ１４）、暖房運転が開始される（Ｓ１５）。

【0031】

暖房運転が開始されてから目標往き温度の変更禁止時間である３０分を経過すると（Ｓ１６）、目標往き温度を変更可能とする。制御装置１４は暖房可能下限温度を熱交２次出口温度センサＴ４の目標往き温度＋５℃に設定し（Ｓ１７）、暖房運転を続ける。

【0032】

そして、暖房運転が継続され、図５に示すように、時間の経過と共に温水暖房端末器１０の温度が上昇すると、熱交２次入口温度センサＴ３で検出する温度が暖房設定温度に近づき、目標往き温度が段階的に低下してくる。

【0033】

ここで、暖房や給湯によって、貯湯タンク１内の熱量が消費されて貯湯タンク１上部の温度が暖房可能下限温度未満になると（Ｓ１８）、暖房運転は中断される（Ｓ１９）。

【0034】

このとき、すでに貯湯タンク１上部にある貯湯温度センサ１３ａで検出する温度が沸き増し開始温度を下回っているため、沸き増し運転が行われ、沸き増し運転によって、貯湯熱量が増加し、貯湯タンク１上部の貯湯温度センサ１３ａで検出する温度が暖房可能下限温度＋１０℃以上になったときに（Ｓ２０）、暖房運転が再開させる（Ｓ２１）。

【0035】

このように、暖房開始から立ち上がりの間は暖房可能下限温度を６０℃とし、温水暖房端末器１０を十分に暖め、暖房運転を開始して温水暖房端末１０が十分に暖まったあとは、暖房可能下限温度を目標往き温度に応じた値に下げることによって、従来のように小さな暖房負荷に対しては十分な貯湯熱量があるにもかかわらず暖房運転を中断してしまうことがなくなり、使い勝手のよい暖房運転を可能とすると同時に、十分な貯湯熱量も確保することができることを可能とした。

【0036】

また、暖房可能下限温度は目標往き温度に応じて定められるため、貯湯タンク１内の貯湯熱量が足りない時は暖房運転を中断できるので、貯湯タンク１内の熱量を使い切ってしまうリスクを減少させ、長時間の暖房運転をすることができる。また、第１実施形態とは違い、目標往き温度に追随して暖房可能下限温度を変更しているので、天候の急変等によって急な目標往き温度の上昇があったときにも目標往き温度と共に暖房可能下限温度が上昇され、暖房で必要とする単位時間当たりの熱量の上昇に応じて給湯のために確保する熱量を増加することになり、給湯に必要な熱量を十分に確保することができる。また、目標往き温度が低下するときには暖房で必要とする単位時間当たりの熱量が少なくするため、暖房可能下限温度を低下させても十分に給湯に必要な熱量を確保することができると共に暖房可能下限温度が低いため暖房運転を継続して行うことができる。

【0037】

なお、本発明は第１実施形態に限定されるものではなく、要旨を変更しない範囲で改変することを妨げるものではなく、例えば、本発明の第１実施形態では、暖房可能下限温度の変更はリモコン１５で設定した暖房設定温度＋１０℃となっているが、暖房設定温度＋１０℃に限定されるものではなく、暖房設定温度より高い温度なら変更しても良いものである。

【0038】

また、第２実施形態でも暖房可能下限温度を目標往き温度＋５℃となっているが、目標往き温度＋５℃に限定されるものではなく、目標往き温度よりも高い温度に変更しても良いものである。

【符号の説明】

【0039】

１ 貯湯タンク
４ ヒートポンプ式加熱手段
５ ヒートポンプ循環回路
７ 暖房熱交換器
８ １次側循環回路
９ １次側循環ポンプ
１０ 温水暖房端末器
１１ ２次側循環回路
１２ ２次側循環ポンプ
１３ 貯湯温度センサ
１４ 制御装置
１５ リモコン
Ｔ１ 熱交１次入口温度センサ
Ｔ２ 熱交１次出口温度センサ
Ｔ３ 熱交２次入口温度センサ
Ｔ４ 熱交２次出口温度センサ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】