特許ウォッチ

公開番号2024120889
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-09-05
出願番号2024025833
出願日2024-02-22
発明の名称給湯システム、給湯システムにおけるタンク容量の決定方法
出願人株式会社パロマ
代理人個人,個人
主分類F24H 1/18 20220101AFI20240829BHJP(加熱;レンジ;換気)
要約【課題】使用者に不便をかけることなくタンク及びヒートポンプを小型化できるハイブリッド式の給湯システムを提供する。
【解決手段】給湯システムSは、湯水を貯留するタンク1と、タンク1内の湯水を加熱するヒートポンプ2と、供給された湯水を燃料ガスの燃焼熱により加熱する給湯器3と、を備え、タンク1内の湯水に水道水を混合して複数の使用箇所に供給するタンク使用モードと、タンク1から供給された湯水を給湯器3により加熱した後、複数の使用箇所に供給する給湯使用モードとを実行可能である。そして、タンク1の容量を、20Lとしている。
【選択図】図6
特許請求の範囲【請求項１】
湯水を貯留するタンクと、
前記タンク内の湯水を加熱するヒートポンプと、
供給された湯水を燃料ガスの燃焼熱により加熱する給湯器と、を備え、
前記タンク内の湯水に水道水を混合して、浴槽を含む複数の使用箇所に供給するタンク使用モードと、
前記タンクから供給された湯水又は水道水を前記給湯器により加熱した後、前記複数の使用箇所に供給する給湯使用モードとを実行可能であり、
前記タンク使用モードは、前記浴槽への湯張りが想定される所定の第１の時間帯を除いた所定の第２の時間帯で少なくとも実行可能な給湯システムであって、
代表的と考えられる一般家庭の一日における湯水の使用状況に基づいて、前記第２の時間帯を、前後に１時間以上湯水の使用がないと想定される複数の時間帯にさらに細分化したときに、細分化したそれぞれの時間帯のうち、最も多く使用される湯の量を目標水量とし、
６５～７５℃の湯水と、冬季に供給される水道水とを混合したと仮定したときに、４０℃の前記目標水量の混合湯水を生成できる湯水の量を第１基準容量とし、
前記水道水を前記タンクに貯留して、前記ヒートポンプの１．５～２．０ｋｗの出力で加熱したと仮定したときに、一時間で６５～７５℃の目標温度にまで温度が上昇する水道水の量を第２基準容量として、
前記タンクの容量が、前記第１基準容量以上で、且つ前記第２基準容量以下に設定されていることを特徴とする給湯システム。
続きを表示（約 1,500 文字）【請求項２】
前記第１基準容量は１７．７３Ｌであり、前記第２基準容量は２９．９６Ｌであることを特徴とする請求項１に記載の給湯システム。
【請求項３】
前記第１基準容量は１９．２８Ｌであり、前記第２基準容量は２５．５２Ｌであることを特徴とする請求項２に記載の給湯システム。
【請求項４】
前記第１基準容量は、前記目標水量を３４．１６Ｌとして、前記目標水量を４０℃で出湯するために、水道水の入水温度と前記タンク内の湯水の温度との関係に基づいて導き出した必要湯量であり、
前記第２基準容量は、前記第２の時間帯において湯水が使用されない所定の不使用時間以内で前記タンク内の水道水を前記ヒートポンプによって所定温度に沸かし上げることができる容量であり、水道水の入水温度と前記ヒートポンプの出力との関係に基づいて導き出したものであることを特徴とする請求項１に記載の給湯システム。
【請求項５】
湯水を貯留するタンクと、
前記タンク内の湯水を加熱するヒートポンプと、
供給された湯水を燃料ガスの燃焼熱により加熱する給湯器と、を備え、
前記タンク内の湯水に水道水を混合して、浴槽を含む複数の使用箇所に供給するタンク使用モードと、
前記タンクから供給された湯水又は水道水を前記給湯器により加熱した後、前記複数の使用箇所に供給する給湯使用モードとを実行可能であり、
前記タンク使用モードは、前記浴槽への湯張りが想定される所定の第１の時間帯を除いた所定の第２の時間帯で少なくとも実行可能な給湯システムにおいて、前記タンクの容量を決定する方法であって、
代表的と考えられる一般家庭の一日における湯水の使用状況に基づいて、前記第２の時間帯を、前後に１時間以上湯水の使用がないと想定される複数の時間帯にさらに細分化したときに、細分化したそれぞれの時間帯のうち、最も多く使用される湯の量を目標水量とし、
６５～７５℃の湯水と、冬季に供給される水道水とを混合したと仮定したときに、４０℃の前記目標水量の混合湯水を生成できる湯水の量を第１基準容量とし、
前記水道水を前記タンクに貯留して、前記ヒートポンプの１．５～２．０ｋｗの出力で加熱したと仮定したときに、一時間で６５～７５℃の目標温度にまで温度が上昇する水道水の量を第２基準容量として、
前記タンクの容量を、前記第１基準容量以上で、且つ前記第２基準容量以下に設定することを特徴とする給湯システムにおけるタンク容量の決定方法。
【請求項６】
前記第１基準容量は１７．７３Ｌであり、前記第２基準容量は２９．９６Ｌであることを特徴とする請求項５に記載の給湯システムにおけるタンク容量の決定方法。
【請求項７】
前記第１基準容量は１９．２８Ｌであり、前記第２基準容量は２５．５２Ｌであることを特徴とする請求項６に記載の給湯システムにおけるタンク容量の決定方法。
【請求項８】
前記第１基準容量は、前記目標水量を３４．１６Ｌとして、前記目標水量を４０℃で出湯するために、水道水の入水温度と前記タンク内の湯水の温度との関係に基づいて導き出した必要湯量であり、
前記第２基準容量は、前記第２の時間帯において湯水が使用されない所定の不使用時間以内で前記タンク内の水道水を前記ヒートポンプによって所定温度に沸かし上げることができる容量であり、水道水の入水温度と前記ヒートポンプの出力との関係に基づいて導き出したものであることを特徴とする請求項５に記載の給湯システムにおけるタンク容量の決定方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、バーナを備えて通水を加熱可能な給湯器と、ヒートポンプを備えて加熱された湯水を貯留するタンクとを併設したハイブリッド式の給湯システムと、当該給湯システムにおいてタンクの容量を決定する方法とに関する。
続きを表示（約 3,500 文字）【背景技術】
【０００２】
従来、ヒートポンプと、ヒートポンプで加熱された湯水を貯留するタンクとを備え、タンク内の湯を台所や浴室等に供給するヒートポンプ式の給湯システムが実用に供されている。
この給湯システムでは、湯の使用量が比較的少ない時間帯にヒートポンプを稼動させてタンク内の湯水を温めておき、給湯栓が開かれたり湯張り指令がされたりすると、タンクから湯を供給する。よって、浴槽に必要量の湯を供給するために、タンクを大量の湯が貯留できるサイズにする必要がある。
そこで、特許文献１には、ヒートポンプにより加熱される湯水を貯留するタンクの下流側の供給路に、給湯器であるバーナ加熱装置を設置して、タンクから供給される水の温度が給湯設定温度よりも低い場合や、湯張りの際にタンク内の湯量が少ない場合にバーナ加熱装置を作動させるようにしたハイブリッド式の給湯システムの発明が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０１３－２２４７６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来のハイブリッド式の給湯システムでは、給湯器を補助熱源として使用することで、タンクの容量を比較的少なくしてタンクをある程度小型化できる。
しかし、それでも標準的と考えられる４人世帯での使い勝手を考慮すると小型化には限界があり、容量１００Ｌ（リットル）のタンクが採用されている。この場合、湯張りのために１００Ｌの湯を沸かし上げるためにはヒートポンプの出力も大きくする必要があってタンクと共に大型化し、建物と外構との間が狭い家屋や集合住宅への設置が難しくなっている。このため、ハイブリッド式の給湯システムでもさらなる小型化が要求されている。
【０００５】
そこで、本開示は、使用者に不便をかけることなくタンク及びヒートポンプを小型化できるハイブリッド式の給湯システム及び、当該給湯システムにおけるタンク容量の決定方法を提供することを目的としたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、出願人はまず、ＪＩＳ２０７５を参照して、代表的と考えられる４人世帯において、４０℃の湯が一日でどのように使用されるかを分析した。
このＪＩＳ２０７５は、家庭用ガス・石油温水機器のモード効率測定法に関する規定であり、一般家庭における湯の使用実態を反映した標準使用モードを用いて温水機器の効率を測定する方法である。従って、ＪＩＳ２０７５に開示された湯の使用実態を、代表的と考えられる４人世帯において４０℃の湯が一日でどのように使用されるかを示す標準モデルとして使用することができる。
すると、図１に示すように、前後に６０分以上湯水が使用されない時間を前後に有し、且つ浴室で湯水が使用されない（１）～（４）の４つの時間帯（第２の時間帯）と、浴室での湯水の使用が認められる（５）の時間帯（第１の時間帯）が存在していることが分かった。
なお、ＪＩＳ２０７５には、自動保温付機器の場合の標準使用モード、手動保温なし機器（手動追いだきを実行）の場合の標準使用モード、追いだきを実行しない場合の標準使用モードが掲載されているが、各々追いだき以外の項目については使用量、間隔、流量等が共通している。また、下記で詳述するように（５）の時間帯においては、湯張だけで１８０Ｌの湯水を使用しており、追いだきでの使用量を考慮するまでもなく、タンク内の湯水を使いきることが明らかであるため、追いだきの項目については空白としている。
【０００７】
そして、（１）～（４）の時間帯では、湯水の使用量が最大で３４．１６Ｌとなるのに対し、（５）の時間帯では、湯水の使用量が１８０Ｌとなる湯張動作が含まれることから、極端に湯水の使用量が増加していることが分かった。
このことから、出願人は、（５）の時間帯においては、補助熱源となる給湯器を主に使用し、（１）～（４）の時間帯においては、湯水を供給できる分だけヒートポンプのタンクの容量を確保すれば、タンク及び給湯システム全体の小型化が達成できると考えた。
但し、タンクの容量を小さくし過ぎると、（１）～（４）の時間帯での湯水の使用中に湯切れを起こし、使用者に不便をかけることになる。逆に、タンクの容量が大き過ぎると、（１）～（４）の時間帯で湯水を多く使用した場合、次の（５）の時間帯までに、満杯としたタンク内の湯水の温度が十分に上がらなくなるおそれがあり、やはり使用者に不便をかけることになる。
従って、タンクを小型化するにしても、容量の下限値と上限値とを適切に設定する必要がある。
【０００８】
まず、タンクの容量の下限値（第１基準容量）の設定を検討する。
図１において、浴槽での湯水の使用がない（１）～（４）の時間帯では、各時間帯の前後に十分な間隔があり、（１）～（４）の時間帯内でタンク内の湯水を使い切ったとしても、次の時間帯になるまでタンク内の湯を沸かし上げることができると判断した。
よって、（１）～（４）の時間帯のうち、所定量の水道水をミキシングすることで、最も多く湯水が使用される時間帯で使用される湯量を作り出すことが可能な湯水の量を求めて、その量をタンクの容量の下限値とすれば、（１）～（４）の時間帯において必要な湯量を確保できると考えた。
具体的には、（１）～（４）の時間帯で最も多く使用される湯量は、（２）の時間帯の３４．１６Ｌである。これを目標水量とする。
そこで、図２に示すように、タンク５０内のＡ（℃）の湯水Ｘ（Ｌ）と、水温Ｂ（℃）の水道水Ｙ（Ｌ）とをミキシングし、ＪＩＳ２０７５に沿った４０℃の湯水を３４．１６（Ｌ）出湯するためには、タンク内の湯量Ｘ及び水道水Ｙがどの程度必要かを、以下の式（１）（２）に基づいて算出した。なお、水の比重は全温度で一定と仮定して計算した。
Ｘ＋Ｙ＝３４．１６・・（１）
Ａ×Ｘ＋Ｂ×Ｙ＝４０×３４．１６・・（２）
結果、水道水と混合するのに必要なタンク内の湯量（必要湯量）を、入水温度とタンク内の湯水の温度（タンク温度）との関係ごとにまとめると、図３の表の通りとなる。
【０００９】
図３において、７．６℃は、東京都水道局発表の令和２年度の最低水温であり、１６．８℃は、平均温度である。タンク温度の７５℃は、サルモネラ菌の死滅温度である。通常の運用でタンク内の湯を保温する場合には、サルモネラ菌の死滅温度まで上昇させた後、それよりも低い温度で保温することが想定される。よって、図３では、タンク温度が７５℃よりも低い５０℃～７０℃の範囲の５℃刻みでそれぞれの必要湯量を算出すると共に、参考までにタンク温度が７５℃及びそれより高い８０℃の場合の必要湯量を算出している。
冬期においても湯水を過不足なく供給することを条件として、入水温度が７．６℃の場合に着目した。タンク温度を７０℃に維持すると仮定すると、必要湯量は１７．７３Ｌとなっている。従って、タンクの第１基準容量は、１７．７３Ｌ以上とする必要があると考えられる。
【００１０】
また、タンク温度を６５℃に維持すると仮定した場合、必要湯量は１９．２８Ｌとなる。この場合、タンクの容量が大きくなるものの、湯温を７０℃に維持する場合に比べてヒートポンプの運転頻度を抑えることができるメリットがある。
一方、必要湯量を１７．７３Ｌよりも小さな値とすると、入水温度が高い冬期以外においては十分な湯量となるものの、冬期においては、タンク温度を７０℃よりも高い７５℃や８０℃に維持する必要があり、ヒートポンプの運転時間が長くなる。これはランニングコストを考慮すると好ましくない。
以上のことから、給湯システムの小型化を第１とする場合は、必要湯量を１７．７３Ｌ以上とするのが望ましく、さらにヒートポンプの運転頻度及び運転時間を抑えてエネルギー消費量を抑えることを考慮すると、第１基準容量は、１９．２８Ｌ以上とするのが望ましいと言える。
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許