JP4144577B2

JP4144577B2 - 給湯装置

Info

Publication number: JP4144577B2
Application number: JP2004238730A
Authority: JP
Inventors: 孝信佐々木; 健一牧
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2004-08-18
Filing date: 2004-08-18
Publication date: 2008-09-03
Anticipated expiration: 2024-08-18
Also published as: JP2006057890A

Description

本発明は、給湯用の高温の湯を貯湯タンク内に貯える貯湯式の給湯装置に関し、特に、給水給湯経路の流量検出手段の故障検出に関する。

従来から、例えば図４に示すような給湯装置が知られている。この給湯装置は、導出管９１４を介して貯湯タンク９０１から出湯した高温の湯と、貯湯タンク９０１へ給水を行なう導入管９１２から分岐した給水配管９１５を介して供給される水道水とを、混合弁９１６により混合した後、混合給湯配管９１７を介して使用側端末（例えば、風呂とカラン）へ送る湯の供給経路を２系統有している。

各混合給湯配管９１７を流れる湯の温度は、各系統の混合弁９１６によって調整され、各系統毎に所望温度（例えば４０℃と３５℃）のお湯を供給できるようになっている。

そして、各混合給湯配管９１７毎に流量カウンタ９６１、９７１が設けられ、給湯使用量を把握して、給湯の判定や給湯学習制御等に用いられるようになっている。

しかしながら、図４に例示した従来技術の給湯装置では、流量検出手段である流量カウンタ９６１、９７１が故障した場合に、これを検出することは非常に困難である。

近年、本発明者らは、給湯系統のうち１系統において生湯を使用側端末に供給する給湯装置の開発に着手している。ここで、生湯とは、貯湯タンクから出湯した高温の湯に水を混合していない例えば９０℃程度の湯を言う。

このような給湯装置では、生湯の供給系統の給湯量を把握するためには高耐熱性を有する流量検出手段が必要であり、非常に高価であるため現実的ではない。そこで、本発明者らは、生湯の供給系統に流量検出手段を設けなくとも、給湯装置に供給される総給水量を検出可能な位置に流量検出手段を設けることで、生湯供給系統と混合湯供給系統の給湯使用量を把握できることに着目し、試作評価を行なっている。

本発明者らは、このような給湯装置においては、総給水量を検出可能な流量検出手段が混合給湯量を検出可能な流量検出手段に対し上流側に配置されるため、図４に例示したような給湯装置では非常に困難である流量検出手段の故障検出が可能であることを見出した。

本発明は、上記点に鑑みてなされたものであり、流量検出手段の故障を容易に検出することが可能な給湯装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、
加熱手段（２）により内部の水を加熱して高温の湯とし、内部に貯える貯湯タンク（１）と、
貯湯タンク（１）内に給水する給水経路（１２）と、
貯湯タンク（１）に貯えられた高温の湯のみを給湯するための高温給湯経路（２４）と、
貯湯タンク（１）に貯えられた高温の湯を出湯する出湯経路（１４）と、
給水経路（１２）から分岐し、前記貯湯タンク（１）を迂回するバイパス経路（１５）と、
出湯経路（１４）とバイパス経路（１５）とが合流し、出湯経路（１４）を流れる高温の湯とバイパス経路（１５）を流れる水とを混合して給湯する混合給湯経路（１７）と、
給水経路（１２）のバイパス経路（１５）分岐点より上流側に設けられ、給水経路（１２）を流れる水の流量を検出する第１流量検出手段（６２）と、
混合給湯経路（１７）に設けられ、混合給湯経路（１７）を流れる湯の流量を検出する第２流量検出手段（７２）と、
第１流量検出手段（６２）が検出した流量、および第２流量検出手段（７２）が検出した流量に基づいて、第１流量検出手段（６２）および第２流量検出手段（７２）の少なくともいずれかが故障状態であることを検出する故障検出手段（２００）と、
貯湯タンク（１）内の熱量を検出する熱量検出手段（３３〜３７）とを備え、
故障検出手段（２００）は、第２流量検出手段（７２）が検出した流量と、熱量検出手段（３３〜３７）が検出した貯湯タンク（１）内の熱量の変化とに基づいて、給水経路（１２）を介した給水量を推定し、この推定給水量と第１流量検出手段（６２）が検出した流量との乖離度合から、第１流量検出手段（６２）および第２流量検出手段（７２）の少なくともいずれかが故障状態であると判定することを特徴としている。

これによると、故障検出手段（２００）は、第１流量検出手段（６２）が検出する貯湯タンク（１）および混合給湯経路（１７）に供給される流量、および第２流量検出手段（７２）が検出する混合給湯経路（１７）の流量に基づいて、第１流量検出手段（６２）および第２流量検出手段（７２）の少なくともいずれかが故障状態であることを容易に検出することが可能である。

また、請求項２に記載の発明では、
故障状態を報知するための報知手段（１１０）を備え、
故障検出手段（２００）は、第１流量検出手段（６２）および第２流量検出手段（７２）の少なくともいずれかが故障状態であると判定した場合には、報知手段（１１０）を作動することを特徴としている。

これによると、報知手段（１１０）により、第１流量検出手段（６２）および第２流量検出手段（７２）の少なくともいずれかが故障状態であることをユーザ等に報知し、修理を促すことができる。

また、請求項３に記載の発明では、報知手段（１１０）は、故障状態である旨を表示する表示手段（１１０）であることを特徴としている。

これによると、表示手段（１１０）の表示により、第１流量検出手段（６２）および第２流量検出手段（７２）の少なくともいずれかが故障状態であることを伝えることができる。

なお、上記各手段に付した括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。

以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。

（第１の実施形態）
図１は第１の実施形態の貯湯式給湯装置の概略構成を示す模式図である。

１は耐食性に優れた金属製（例えばステンレス製）の貯湯タンクであり、外周部に図示しない断熱材が配置されており、高温の給湯用水を長時間に渡って保温することができるようになっている。貯湯タンク１は縦長形状であり、その底面には導入口１１が設けられ、この導入口１１には貯湯タンク１内に水道水を導入する導入管（給水経路に相当）１２が接続されている。

導入管１２には温度検出手段である給水サーミスタ６１と第１流量検出手段である流量カウンタ６２が設けられており、給水サーミスタ６１は導入管１２内の温度情報を、流量カウンタ６２は導入管１２内の流量情報を後述する制御装置２００に出力するようになっている。

導入管１２の給水サーミスタ６１および流量カウンタ６２が設けられた位置より上流側には減圧弁６３が設けられており、貯湯タンク１内に水道水が穏やかに導入されるようになっている。

また、導入管１２の給水サーミスタ６１および流量カウンタ６２が設けられた位置より下流側と後述する混合弁１６とは給水配管（バイパス経路に相当）１５により繋がれている。

一方、貯湯タンク１の最上部には導出口１３が設けられ、導出口１３には貯湯タンク１内の高温の湯を導出するための導出管（出湯経路に相当）１４が接続されている。１６は混合弁であり、導出管１４と給水配管１５との合流点に配置されている。そして、混合弁１６は開口面積比を調節することにより、導出管１４からの高温の湯と給水配管１５からの水道水との混合比を調節できるようになっている。

なお、混合弁１６はサーボモータ等の駆動源により弁体を駆動する電動弁であり、後述する制御装置２００からの制御信号により作動するとともに、作動状態を制御装置２００に出力するようになっている。

混合弁１６の出口側にはカラン等への混合給湯通路である配管１７が接続している。配管１７には温度検出手段である給湯サーミスタ７１と第２流量検出手段である流量カウンタ７２が設けられており、給湯サーミスタ７１は配管１７内の温度情報を、流量カウンタ７２は配管１７内の流量情報を後述する制御装置２００に出力するようになっている。

なお、流量カウンタ７２が配管１７内の水の流れを検出したときには、混合湯使用側端末のカラン等で湯が使用されようとしているということである。このとき制御装置２００は、設定温度に応じて、まず後述する給水サーミスタ６１からの温度情報と後述する出湯サーミスタ３２からの温度情報とから混合弁１６の開口面積比を概略調節し、その後給湯サーミスタ７１からの温度情報に基づいて給湯温度が設定温度となるように混合弁１６の開口面積比を微細制御するようになっている。

貯湯タンク１の最上部には導出口２３も設けられており、導出口２３には貯湯タンク１内の高温の湯を導出するための配管（高温給湯経路に相当）２４が接続されている。この配管２４は、下流側の高温湯使用側端末に設けられた機器（例えば業務用食器洗浄機）やカラン等に、貯湯タンク１内の高温の湯（例えば９０℃の湯）を直接（水を混合することなく）給湯するようになっている。

貯湯タンク１の下面には、貯湯タンク１内の水を吸入するための吸入口１８が設けられ、貯湯タンク１の上面には、貯湯タンク１内に湯を吐出する吐出口１９が設けられている。吸入口１８と吐出口１９とは循環回路２０で接続されており、循環回路２０の一部はヒートポンプユニット２内に配置されている。循環回路２０のヒートポンプユニット２内に配置された部分には、図示しない熱交換器が設けられており、吸入口１８から吸入した貯湯タンク１内の水を高温冷媒との熱交換により加熱し、吐出口１９から貯湯タンク１内に戻すことにより貯湯タンク１内の水を沸き上げることができるようになっている。

ヒートポンプユニット２は、本実施形態における加熱手段である。なお、ヒートポンプユニット２は後述する制御装置２００からの制御信号により作動するとともに、作動状態を制御装置２００に出力するようになっている。

貯湯タンク１の下部外壁面には、貯湯タンク１内下部の水温を検出する入水サーミスタ３１が設けられており、導入口１１から導入された水の温度情報を後述する制御装置２００に出力するようになっている。また、貯湯タンク１の上部外壁面には、貯湯タンク１内上部の水温を検出する出湯サーミスタ３２が設けられており、導出口１３、２３から導出される湯の温度情報を後述する制御装置２００に出力するようになっている。

なお、加熱手段であるヒートポンプユニット２が循環回路２０に設けられた図示しない熱交換器により循環回路２０内の水を加熱するときには、制御装置２００は、入水サーミスタ３１からの温度情報に基づいてヒートポンプユニット２を作動制御するようになっている。

さらに、貯湯タンク１の外壁面には複数の（本例では５つの）水位サーミスタ３３〜３７が縦方向にほぼ等間隔に配置され、貯湯タンク１内に満たされた水の各水位レベルでの温度情報を後述する制御装置２００に出力するようになっている。

例えば、容量３００Ｌの貯湯タンク１の外壁面に５つの水位サーミスタ３３〜３７を設けた場合には、容量５０Ｌ刻みの水位レベルの温度情報を出力し、貯湯タンク１内上方の沸き上げられた湯と貯湯タンク１内下方の沸き上げられる前の水との境界面を５０Ｌ刻みで検出できるようになっている。

１００は制御条件設定・表示を行なうための操作盤であり、各種操作スイッチの信号を後述する制御装置２００に出力するとともに、制御装置２００からの制御信号により表示手段である表示部１１０の表示を行なうようになっている。

また、２００は制御手段である制御装置であり、各サーミスタ３１〜３７、６１、７１からの温度情報、流量カウンタ６２、７２からの流量情報および操作盤１００に設けられた操作スイッチからの信号等に基づいて、ヒートポンプユニット２、混合弁１６および操作盤１００の表示部１１０等を制御するように構成されている。

次に、上記構成に基づき本実施形態の給湯装置の流量カウンタ故障検出動作について説明する。

図２は、制御装置２００の流量カウンタ故障検出動作を示すフローチャートである。制御装置２００は、本実施形態における故障検出手段であり、故障状態である旨を表示する表示手段である操作盤１００の表示部１１０は、本実施における報知手段である。

制御装置２００は、電力が供給されているときには、まず、流量カウンタ６２および流量カウンタ７２から流量情報を入力する（ステップＳ１１０）。そして次に、入力した流量カウンタ６２が検出した流量と流量カウンタ７２が検出した流量とを比較し、流量カウンタ６２が検出した流量が流量カウンタ７２が検出した流量以上であるか否か判断する（ステップＳ１２０）。

両流量カウンタ６２、７２が正常な場合（故障していない場合）には、流量カウンタ６２が検出する流量が流量カウンタ７２が検出する流量より小さくなることはない。

したがって、流量カウンタ６２が検出した流量が流量カウンタ７２が検出した流量より小さい場合（ステップＳ１２０においてＮＯと判断した場合）には、両流量カウンタ６２、７２の少なくともいずれかが故障している場合であるので、制御装置２００は、操作盤１００の表示部１１０に、流量カウンタが故障している旨の表示（例えば、エラーコード表示）を行なう（ステップＳ１３０）。

ステップＳ１２０においてＹＥＳと判断した場合、およびステップＳ１３０を実行した場合には、ステップＳ１１０へリターンする。

上述の構成および作動によれば、制御装置２００は、流量カウンタ６２の検出流量が流量カウンタ７２の検出流量より小さい場合に、両流量カウンタ６２、７２の少なくともいずれかが故障状態であると判定し、操作盤１００の表示部１１０に故障状態である旨を表示する。これにより、ユーザ等に、流量カウンタ６２、７２の少なくともいずれかに故障があることを伝え、修理を促すことができる。

流量カウンタ６２、７２のいずれかが故障すると、制御装置２００が給湯の確認や給湯量の把握が困難になるばかりでなく、給湯使用実績に応じた沸き上げ制御（所謂学習制御）の精度が著しく低下する。また、流量カウンタ６２が故障した場合には、配管２４を介して行なわれる高温の湯（生湯）の給湯開始の確認が難しいので、高温の湯の給湯開始の瞬間における配管１７を介して行なわれる混合給湯の温度変化の抑制が困難になる。

したがって、本実施形態の給湯装置により、流量カウンタ６２、７２の少なくともいずれかに故障があることを伝え、修理を促すことができれば、給湯装置の不調を速やかに解消することが可能である。

本実施形態の故障検出動作では、流量カウンタ７２が実流量より低流量もしくは流量０を検出する故障状態となった場合には、故障検出することが困難である。ところが、流量カウンタ７２は流量カウンタ６２に比較して作動時間（頻度）が短いので、流量カウンタ６２の方が比較的故障を発生し易く、流量カウンタ６２の故障モードは実流量より低流量検出もしくは流量０検出であることが多い。したがって、本実施形態の故障検出動作によれば、流量カウンタの故障の大部分を検出することが可能である。

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について図１および図３に基づいて説明する。

本第２の実施形態は、第１の実施形態と比較して、流量カウンタの故障検出動作が異なる。なお、第１の実施形態と同様の部分については、同一の符号をつけ、その説明を省略する。

図１に示す貯湯タンク１の外壁面の複数の水位サーミスタ３３〜３７は、本実施形態における熱量検出手段であり、制御装置２００は、水位サーミスタ３３〜３７からの温度情報に基づいて、貯湯タンク１内の熱量（湯量）を検出できるようになっている。

図３は、本第２の実施形態における制御装置２００の流量カウンタ故障検出動作を示すフローチャートである。

本実施形態の制御装置２００は、電力が供給されているときには、まず、流量カウンタ６２および流量カウンタ７２から流量情報を入力するとともに、水位サーミスタ３３〜３７から温度情報を入力する（ステップＳ２１０）。そして次に、流量カウンタ７２が検出した流量と、水位サーミスタ３３〜３７からの温度情報から算出した貯湯タンク１内の熱量変化とに基づいて、導入管１２を介した給湯装置への給水量を推定する（ステップＳ２２０）。

貯湯タンク１内の熱量（湯量）変化は、概ね導出管１４を介した配管１７側（混合給湯系統）への出湯、および配管２４を介した（高温給湯系統への）給湯に起因する。すなわち、湯量減少に応じた量の給水が導入管１２を介して貯湯タンク１内に行なわれたものと推定できる。

一方、流量カウンタ７２の検出流量は、導出管１４を介した出湯量と給水配管１５を介した給水量の和であるので、給湯温度もしくは混合弁の開度比等を参照することにより給水配管１５を介した給水量が推定できる。

したがって、ステップＳ２２０では、貯湯タンク１内への推定給水量および給水配管１５を介した推定給水量から、全体の給水量を推定することができる。

ステップＳ２２０において給水量を推定したら、この推定給水量と流量カウンタ６２の検出流量との乖離度合を判定する（ステップＳ２３０）。

ステップＳ２３０において推定給水量と流量カウンタ６２の検出流量との差が所定量より小さい場合（ステップＳ２３０においてＮＯと判断した場合）には、両流量カウンタ６２、７２の少なくともいずれかが故障している場合であるので、制御装置２００は、操作盤１００の表示部１１０に、流量カウンタが故障している旨の表示（例えば、エラーコード表示）を行なう（ステップＳ１３０）。

ステップＳ２３０においてＹＥＳと判断した場合、およびステップＳ１３０を実行した場合には、ステップＳ２１０へリターンする。

上述の構成および作動によれば、制御装置２００は、流量カウンタ７２が検出した流量と、水位サーミスタ３３〜３７の温度情報から算出した貯湯タンク１内の熱量変化とに基づいて、導入管１２を介した給湯装置への給水量を推定し、この推定給水量と流量カウンタ６２の検出流量との差が所定量より小さい場合に、両流量カウンタ６２、７２の少なくともいずれかが故障状態であると判定して、操作盤１００の表示部１１０に故障状態である旨を表示する。これにより、第１の実施形態と同様に、ユーザ等に、流量カウンタ６２、７２の少なくともいずれかに故障があることを伝え、修理を促すことができる。

また、検出動作フローのステップＳ２３０において、判定基準となる所定値を、給湯装置の各種特性に応じて適宜変更し、故障検出精度を向上することができる。

（他の実施形態）
上記各実施形態において、各流量検出手段は流量カウンタ６２、７２であったが、流量を検出可能であればこれに限定されるものではない。

また、上記各実施形態において、加熱手段としてヒートポンプユニット２を用いて貯湯タンク１内の水を沸き上げるものであったが、貯湯タンク１内の水が加熱できるものであればこれに限らない。例えば、貯湯タンク１内に電気ヒータを設け、これを発熱制御して貯湯タンク１内の水を沸き上げるものであってもよい。

また、上記各実施形態において、故障状態の報知手段は操作盤１００の表示部１１０であったが、これに限定されるものではない。例えば、操作盤以外に設けた表示手段であってもよいし、報知音を発生する手段であってもよい。

また、上記各実施形態において、５０Ｌ、３００Ｌ、５つ等の実数値は例示であって、貯湯式給湯装置の諸特性等に応じて適宜設定し得るものである。

本発明を適用した第１、第２の実施形態における給湯装置の概略構成を示す模式図である。第１の実施形態における制御装置２００の流量カウンタ故障検出動作を示すフローチャートである。第２の実施形態における制御装置２００の流量カウンタ故障検出動作を示すフローチャートである。従来例の給湯装置の概略構成を示す模式図である。

符号の説明

１貯湯タンク
２ヒートポンプユニット（加熱手段）
１２導入管（給水経路）
１４導出管（出湯経路）
１５給水配管（バイパス経路）
１７配管（混合給湯経路）
２４配管（高温給湯経路）
３３、３４、３５、３６、３７水位サーミスタ（熱量検出手段）
６２流量カウンタ（第１流量検出手段）
７２流量カウンタ（第２流量検出手段）
１１０表示部（報知手段、表示手段）
２００制御装置（制御手段、故障検出手段）

Claims

加熱手段（２）により内部の水を加熱して高温の湯とし、内部に貯える貯湯タンク（１）と、
前記貯湯タンク（１）内に給水する給水経路（１２）と、
前記貯湯タンク（１）に貯えられた高温の湯のみを給湯するための高温給湯経路（２４）と、
前記貯湯タンク（１）に貯えられた高温の湯を出湯する出湯経路（１４）と、
前記給水経路（１２）から分岐し、前記貯湯タンク（１）を迂回するバイパス経路（１５）と、
前記出湯経路（１４）と前記バイパス経路（１５）とが合流し、前記出湯経路（１４）を流れる高温の湯と前記バイパス経路（１５）を流れる水とを混合して給湯する混合給湯経路（１７）と、
前記給水経路（１２）の前記バイパス経路（１５）分岐点より上流側に設けられ、前記給水経路（１２）を流れる水の流量を検出する第１流量検出手段（６２）と、
前記混合給湯経路（１７）に設けられ、前記混合給湯経路（１７）を流れる湯の流量を検出する第２流量検出手段（７２）と、
前記第１流量検出手段（６２）が検出した流量、および前記第２流量検出手段（７２）が検出した流量に基づいて、前記第１流量検出手段（６２）および前記第２流量検出手段（７２）の少なくともいずれかが故障状態であることを検出する故障検出手段（２００）と、
前記貯湯タンク（１）内の熱量を検出する熱量検出手段（３３〜３７）とを備え、
前記故障検出手段（２００）は、前記第２流量検出手段（７２）が検出した流量と、前記熱量検出手段（３３〜３７）が検出した前記貯湯タンク（１）内の熱量の変化とに基づいて、前記給水経路（１２）を介した給水量を推定し、この推定給水量と前記第１流量検出手段（６２）が検出した流量との乖離度合から、前記第１流量検出手段（６２）および前記第２流量検出手段（７２）の少なくともいずれかが故障状態であると判定することを特徴とする給湯装置。
前記故障状態を報知するための報知手段（１１０）を備え、
前記故障検出手段（２００）は、前記第１流量検出手段（６２）および前記第２流量検出手段（７２）の少なくともいずれかが故障状態であると判定した場合には、前記報知手段（１１０）を作動することを特徴とする請求項１に記載の給湯装置。
前記報知手段（１１０）は、前記故障状態である旨を表示する表示手段（１１０）であることを特徴とする請求項２に記載の給湯装置。