JP2003166751A - 給湯装置 - Google Patents
給湯装置Info
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Abstract
槽水の追焚きや保温を行う給湯装置を提供する。 【解決手段】 湯水循環手段17および加熱手段12を
制御し貯湯タンク10内に高温部と低温部の温度成層2
6を形成させる加熱制御手段21を備え、貯湯タンク1
0の上部より吸熱する熱交換手段26からの熱を浴槽1
1に供給する構成にするとともに、熱交換手段28の吸
熱に必要な高温の湯を必要な量沸き増しできる沸き増し
制御手段48を設けたので、熱ロスが少なく湯切れがな
い給湯装置が提供できる。
Description
湯熱を利用して浴槽の加熱が可能な給湯装置に関するも
のである。
の追焚きや保温を行うものとして特開平11−8315
6号公報に記載されているような給湯装置があった。こ
の給湯装置は図3に示すように、上部と下部にヒータ
2,3を有する貯湯タンク1を備え、貯湯タンク1の上
部に熱交換器4を設けると共に、熱交換器4と浴槽5の
間に循環路6を有し、浴槽5の追焚きや保温をする、す
なわち熱交換器4により、循環路6内の浴槽水と貯湯タ
ンク1の湯を熱交換させるようになっている。一般家庭
において浴槽水の追焚きに必要な熱量は、入浴時にすぐ
に温度を上げたいという要望から10kW程度必要と考
えられる。これに対して貯湯タンク1の熱を利用して浴
槽水の追焚きを行う構成では、熱交換器4の表面積を大
きくし貯湯タンク1の湯温を高くすれば充分に満足でき
る熱量が得られる。しかし、貯湯タンク1の湯は浴槽5
への湯張りやシャワー等に使われるので、貯湯タンク1
内の残湯は一定でなく、この残湯が少なくなれば、追焚
に必要な熱量が足りなくなり浴槽水の追焚きが困難にな
る。また浴槽水の追焚きを行うと残湯温度が低下するた
め、追焚き回数を重ねると熱交換される熱量が減少し、
追焚きに掛かる時間が長くなり、残湯温度が浴槽水温に
近付くと最後は追焚きできなくなってしまう。
83156号公報では浴槽水が循環路6内を循環してい
るときに、貯湯タンク1内の上部ヒータ2に通電するよ
うにしている。
の湯温を検知しておき、熱交換後に上部ヒータ2に通電
して貯湯タンク1上部の湯温を元の温度に戻すようにし
ている。
取り付け位置が固定され、ヒータ容量に制限があるた
め、たとえばヒータ2で加熱する貯湯タンク1の容量が
大きい場合(ヒータ2が低い位置に設けらている場合)
は素早く湯温を元の温度にもどせないために、やはり追
焚きに時間が掛かってしまう。また、ヒータ2で加熱す
る貯湯タンク1の容量が小さい場合(ヒータ2が高い位
置に設けらている場合)は湯温の上昇は早いが追焚きに
よる温度低下も早く、浴槽水が冷えきってしまっている
場合に追焚きができなくなってしまう問題があった。
きさや入浴頻度、気温などによりさまざまであり、それ
に必要な熱量も変わってくるが、従来例では貯湯タンク
1内の残湯が少なくなった場合に浴槽水の追焚きに必要
な熱量を確保するためのヒータ2の位置が固定されてい
るために、熱量の過不足が生じてしまう問題があった。
とくに貯湯タンクに熱交換器を内設して熱を利用する場
合は貯湯タンクの湯温を高温に維持しないと、熱交換が
充分に行えない。したがって高温の湯を無駄に沸き上げ
てしまうと放熱ロスが多くなる問題も抱えていた。
で、貯湯式温水器の貯湯熱を効率よく利用して浴槽水の
追焚きや保温を行う給湯装置を提供することを目的とす
る。
するために、貯湯タンクの上部より吸熱する熱交換手段
からの熱を浴槽に供給する構成に、貯湯タンク内の水を
底部より取り出し、この水を前記貯湯タンクの上部に供
給する湯水循環手段と、前記湯水循環手段による流水を
加熱する加熱手段と、前記湯水循環手段および加熱手段
を制御し前記貯湯タンク内に高温部と低温部の温度成層
を形成させる加熱制御手段を設け、貯湯タンクの残湯量
が減少した場合に前記温度成層の高温部を増加運転させ
る沸き増し制御手段を備えたものである。
への湯張りやシャワー等に使われて残湯が少なくなって
も、沸き増し制御手段により貯湯タンク内の温度成層を
上部から下部に移動するように沸き増しできるので、必
要に応じた温度の湯を必要な量だけ加熱できる。すなわ
ち熱交換手段の吸熱に必要な高温の湯を必要な量沸き増
しできる。
は、貯湯タンク内の水を下部より取り出し、この水を前
記貯湯タンクの上部に供給する湯水循環手段と、前記湯
水循環手段による流水を加熱する加熱手段と、前記湯水
循環手段および加熱手段を制御し前記貯湯タンク内に高
温部と低温部の温度成層を形成させる加熱制御手段と、
前記貯湯タンクの上部より吸熱する熱交換手段と、前記
熱交換手段からの熱を浴槽に供給する浴水循環手段とに
より構成され、前記貯湯タンクの残湯量が減少した場合
に前記温度成層の高温部を増加運転させる沸き増し制御
手段を備えたものである。これは、貯湯タンクの湯が浴
槽への湯張りやシャワー等に使われて残湯が少なくなっ
ても、沸き増し制御手段により貯湯タンク内の温度成層
を上部から下部に移動するように沸き増しできるので、
熱交換手段の吸熱に必要な高温の湯を必要な量沸き増し
できる。したがって、熱交換手段の吸熱量が増し浴槽水
の追焚きが素早くできる。
水量を予め設定する浴槽設定手段を設け、請求項1に記
載の沸き増し制御手段が、前記浴槽設定手段の設定値に
応じて高温部の増加目標値を変更するものである。
は、浴水循環手段を駆動することで、貯湯タンクの熱が
熱交換手段により吸熱され浴槽水を加熱するように作用
する。その際の熱量は、各家庭の浴槽の大小により異な
り、浴槽が大きければ、それだけ必要な熱量が多くな
り、吸熱による貯湯タンクの湯温の低下が大きくなる。
そのため大きな浴槽で追焚きをする時に残湯量が少なけ
れば、貯湯タンクの湯温が低下が著しくなり、以降の給
湯で湯切れを起こしたり、追焚きができなくなる不都合
があった。また、小さな浴槽で追焚きをする場合に残湯
量が多いと、湯切れは起きないが、貯湯タンクからの放
熱が多くなり効率が悪化するなどの問題があった。
応じて貯湯タンクの高温部の沸き増しの目標値を、浴槽
水量が多い場合は多く、浴槽水量が少ない場合は少なく
するなどの変更を行うようにして、浴槽水の追焚きに必
要な熱量に対応した沸き増しによる残湯量制御をおこな
い、無駄のない貯湯ができるようにした。
の浴槽設定手段が、浴槽への湯張り運転における湯張り
量を検知する流量センサを備え、前記流量センサの検出
値により浴槽水量を設定することにより、正確な浴槽水
量が設定できる。
の浴槽設定手段が、浴槽の水位を検知する水位センサを
備え、前記水位センサの検出値により浴槽水量を推定す
ることにより、入浴によって増減する浴槽水の変化も検
知できるので、沸き増し運転を開始する時点の正確な浴
槽水量が設定できる。
定する季節設定手段を設け、請求項1〜4のいずれか1
項に記載の沸き増し制御手段が、前記季節設定手段の設
定値に応じて高温部の増加目標値を変更するものであ
る。
節要因によって冷め方が変ってくる。これに伴ない浴槽
水の追焚きによる貯湯タンクからの吸熱量も変化する。
請求項5の発明ではカレンダー時計や水温、気温など年
間の季節を判定する季節設定手段の季節設定値に応じて
沸き増しの目標値を設定するので、湯切れがなく無駄の
ない貯湯ができる。
設定する人数設定手段を設け、請求項1〜5のいずれか
1項に記載の沸き増し制御手段が、前記人数設定手段の
設定値に応じて高温部の増加目標値を変更するものであ
る。
われ冷める。また、入浴者は入浴時に自分の好みの浴水
温度に追焚きするので、入浴者数に比例して浴槽水の追
焚きに必要な熱量が増加する。
設定された入浴者数に応じて沸き増しの目標値を設定す
るので、湯切れがなく無駄のない貯湯ができる。
水の温度を検出する浴槽水温センサを設け、請求項1〜
6のいずれか1項に記載の沸き増し制御手段が、前記浴
槽水温センサの検出値に応じて高温部の増加目標値を変
更するので、浴槽水温度の低下に応じて高温部の増加目
標を増やすように変更することができるので、浴槽水の
追焚きが素早く確実におこなえ、追焚き後も湯切れを起
こすことがない。
タンクより浴槽への湯張り運転を実施する湯張り運転制
御手段を有し、請求項1〜7のいずれか1項に記載の沸
き増し制御手段が、前記湯張り運転後に所定時間だけ行
うようにしている。
への湯張りであり、この湯張り以降必要以上の沸き増し
運転は、貯湯タンクからの放熱を増すばかりで得策では
ない。特に浴槽水の追焚き運転やシャワーの使用は家族
の入浴時間帯だけ行われるので、この時間帯以降は沸き
増し運転の必要がなくなる。
増し運転を、湯張り運転後に所要時間だけ行っているの
で、無駄な沸き増しがなく効率よく経済的である。
ながら説明する。
における給湯装置の構成図を示す。
割安な深夜電力を利用して給湯の湯を貯留するもので、
貯湯タンク10と、浴槽11と、ヒートポンプサイクル
で構成される加熱手段12から構成される。
から水道水が供給され、貯湯タンク10上部に設けた出
湯口14からから出湯される。
ク10の下部に設けた取水口15より水を取り出し、貯
湯タンク10上部の供給口16より戻す湯水循環手段1
7と、この湯水循環手段17の流水を加熱する加熱手段
12により行う。具体的には、加熱手段12の出口18
近傍に設け、流水の加熱温度を検出する加熱センサ19
の検出値を入力して、湯水循環手段17の沸き上げポン
プ20と、加熱手段12のヒートポンプサイクルを加熱
制御手段21により制御し、供給口16に高温(例えば
90℃)の湯を戻すようにしている。これによって、貯
湯タンク10内が高温部22と低温部23に分かれ温度
成層24が形成され、沸き上げ運転にしたがって温度成
層24は貯湯タンク10の下方に移動し、最終は貯湯タ
ンク10内が全て高温部22になる。この貯湯タンク1
0全体の沸き上げは主通電時間帯(例えば、時間帯別電
灯の電気料金が安い23時から翌朝の7まで)に予め設
定し行うようにしている。そしてこの主通電時間帯以外
の時間帯では貯湯タンク10の残湯に応じて適宜沸き上
げ運転が入るようになっている。
する場合は、貯湯タンク10上部に内設した熱交換手段
26により吸熱し、浴水循環手段27を介して熱交換手
段26からの熱を浴槽11に供給する。
に成形した熱交換器を貯湯タンク10内に配置したもの
で、この金属パイプ内を流れる浴槽水と貯湯タンク10
内の湯が熱交換する。
段26とをつなぎ循環回路を構成する往き管28と、戻
り管29と、戻り管29に設けた浴水ポンプ30よりな
り、浴槽水25を熱交換手段26に送り、加熱された浴
槽水を浴槽11に戻すように作用する。
して使用することにより、高圧側の冷媒圧力が冷媒の臨
界圧以上となる超臨界ヒートポンプサイクルを使用して
いる。このヒートポンプサイクルは圧縮機31、水加熱
用熱交換器32、膨張弁33、蒸発器34等の機能部品
により構成されている。圧縮機31は、内蔵する電動モ
ータ(図示しない)によって駆動され、吸引した冷媒を
臨界圧力まで圧縮して吐出する。
手段17を流れる水とを熱交換するもので、例えば冷媒
が流れる冷媒通路35と水が流れる流水通路36とが2
重管構造に設けられ、且つ冷媒の流れ方向と流水の流れ
方向が対向するように構成された対向流式熱交換器であ
る。膨張弁33は、水加熱用熱交換器32から流出する
冷媒を減圧して蒸発器34に供給する。蒸発器34は、
膨張弁33で減圧された冷媒を大気との熱交換によって
蒸発させる。
管38からの水道水を混合する混合弁で、混合温度を検
出する混合温度センサ39の検出値をフィードバックし
て所定の温度(例えば40℃)に混合して出湯管40に
送出する。出湯管40は蛇口41やシャワー(図示せ
ず)に接続される。
管43に設けられた開閉弁で、浴槽11に湯張したり、
差し湯する場合に、この開閉弁42を開放して行う。
湯管40より湯張り運転される際の湯張り量や給湯時の
給湯量を検知する流量センサ、45は戻り管29に取り
付けられ浴槽水25の水位を検知する水位センサ、46
は浴槽11近傍に設け、浴槽水25の温度を検知する浴
槽水温センサ、47は貯湯タンク10の高温部22の湯
量を検出する残湯量センサで、貯湯タンク10の外壁に
垂直方向に密着させた複数の温度センサ47a〜47g
で構成されている。
が減少した場合に、高温部22を増加運転するように加
熱制御手段21に加熱指示を出す沸き増し制御手段であ
る。この沸き増し制御手段48は、流量センサ44と水
位センサ45と浴槽温度センサ46から検出信号を入力
し、この信号に基づいて高温部22の増加運転の増加目
標値を設定する。
御について図2の制御ブロック図に基づいて説明する。
で、使用者の運転指示によって貯湯タンク10の湯を浴
槽11に湯張り運転するもので、開閉弁42を開放して
混合弁37より所定温度(例えば40℃)に混合された
湯を浴槽11に湯張りする。この時、水位センサ45が
予め設定した水位を検出したら湯張り運転を停止するよ
うに作用する。
れたスイッチ(図示せず)により、予め入浴する人数を
設定するものである。
カレンダー時計(図示せず)により季節を判定する。5
2は沸き上げ温度設定手段で、リモコンに設けられスイ
ッチ(図示せず)により、予め沸き上げ温度を設定す
る。53は給水温度センサで、貯湯タンク10に給水さ
れる水温を検出する。ここでは残湯量センサ47に用い
た温度センサ47gを使って給水温度を検出するように
している。54は24時間のタイマーである。
段49が湯張り運転作動中の流量センサ44の積算流量
を記憶し、これを基本の浴槽容量として設定する。そし
て入浴中に浴槽から汲み出されたり、湯が追加されたり
する変動を水位センサ45により読み取り、前記の基本
の浴槽容量を補正する。すなわち水位センサ45の検出
した水位の上昇下降分の水位差に浴槽面積分の係数を乗
じて算定した変動水量を基本の浴槽容量に加減する。
すなわち、貯湯タンク10の高温部22の量を増加させ
るための目標値を設定する増加目標値設定部である。こ
の増加目標値設定部56は、浴槽設定手段55と人数設
定手段50と浴槽水温センサ46と季節設定手段51と
沸き上げ温度設定手段52と給水温度センサ53の信号
を入力して、これらの値に応じて増加目標値を定めるも
のである。増加目標値は、無駄な放熱を抑えつつ、浴槽
水の追焚きを行う際に必要な熱量を確保するために、必
要最小限の量を沸き増しするのが望ましい。そこで次式
で算定される値を増加目標値としている。
Kt・dTb)/(Ts−Tw)+α ただし、Vs:増加目標値(L) Vb:浴槽設定手段の信号(浴槽容量L) Th:浴槽水追焚き温度(℃) Nh:人数設定手段入力値(入浴人数) Ks:季節係数(季節判定手段からの信号より) Kt:追焚き時間(h) dTb:単位時間当りの浴槽水温センサの変化値(℃/
h) Ts:沸き上げ温度設定手段入力値(℃) Tw:給水温度(℃) α:余裕量(L) ここで、Vb・Th・Nh・Ksは人の入浴による浴槽
の熱損失量を算定するもので、Thは人が入浴した場合
の標準的低下湯温を設定する。すなわち、入浴により冷
めた浴槽水を追焚きする温度となる。
なるので、これを補正する係数である。人体は冬は皮膚
温が低下し入浴時に沢山の熱量を浴槽から吸収するが、
夏場は皮膚温が高く浴槽からの吸熱が減少する。したが
って、季節判定手段が冬(例えば12〜3月)と判定す
ればKs=1.5とし、夏(例えば6〜9月)であれば
Ks=0.5とし、中間期(例えば4,5,10,11
月)はKs=1.0とする。
る損失熱量で、dTbの1時間当りの浴槽水温センサの
変化値に追焚き時間(例えば18〜23時の5時間)を
乗じて、放熱による低下温度を求め、これに浴槽容量を
乗じて算出する。
湯に備えた余裕量を設定する。
た設定量と、残湯量センサ47で検出された残湯量に応
じて加熱手段21による加熱運転の指示をする沸き増し
制御部で、設定値に対して残湯量が多ければ加熱運転は
しない。逆に設定値に対して残湯量が少なければ残湯量
が設定値に達するまで加熱運転を行うように制御する。
ただし沸き増し制御部57は、湯張り運転制御手段49
の湯張り運転終了信号とタイマ54の信号を入力し、湯
張り運転終了時点から所定時間(例えば5時間)だけ加
熱運転を行うようにしている。
電時間帯に沸き上げられた貯湯タンク10の湯が浴槽1
1への湯張りやシャワー等に使われて残湯が少なくなっ
ても、沸き増し制御手段48の増加目標値設定部56で
設定された量の湯が確保できるように貯湯タンク10内
の温度成層24を上部から下部に移動するように沸き増
しするので、熱交換手段26の吸熱に必要な高温の湯を
必要な量だけ貯湯できる。したがって、熱交換手段26
の吸熱量が増し浴槽水25の追焚きが素早くできる。
手段55が設定する浴槽水量に応じて高温部22の増加
目標値を変更し、浴槽水量が多い場合は多く、浴槽水量
が少ない場合は少なくなるよう制御される。したがっ
て、浴槽水の追焚きに必要な熱量に対応した沸き増しに
よる残湯量制御ができ、無駄のない貯湯ができる。
の湯張り運転における湯張り量を検知する流量センサ4
4と、浴槽の水位を検知する水位センサ45とを備え、
これらセンサより、入浴によって増減する浴槽水の変化
も検知できるので、沸き増し運転を開始する時点の正確
な浴槽水量が設定できる。
手段51の設定値に応じて高温部22の増加目標値を変
更するので、湯切れがなく無駄のない貯湯ができる。さ
らに、人数設定手段50の設定値に応じて高温部22の
増加目標値を変更するので、入浴者が多い少ないに左右
されることなく、湯切れがなく無駄のない貯湯ができ
る。
とめる浴槽水温の温度低下度合に応じて高温部22の増
加目標値を変更するので、気温や換気や浴槽の断熱性な
どより変化する浴槽水温の低下速度に影響されることな
く、浴槽水の追焚きが素早く確実におこなえ、追焚き後
も湯切れを起こすことがない。
制御部57は、加熱手段21による加熱運転を湯張り運
転後に所定時間だけ行うようにしているので、必要以上
の無駄な沸き増しがなく効率よく経済的である。
ポンプサイクルを用いたが、もちろん通常のヒートポン
プサイクルでも良いし、一般のヒータや燃焼機でも同様
の効果が得られる。
内に設けたものを用いたが、貯湯タンクの外壁面に密着
させて熱交換させても良いし、貯湯タンクから離れたと
ころに熱交換手段を配置して、貯湯タンク内の湯を強制
循環により熱交換手段に供給して浴槽水と熱交換させて
もよい。
明によれば、貯湯式温水器の貯湯熱を効率よく利用して
浴槽水の追焚きや保温を行う給湯装置を提供することが
できる。
段のブロック図
Claims (8)
- 【請求項1】 貯湯タンク内の水を下部より取り出し、
この水を前記貯湯タンクの上部に供給する湯水循環手段
と、前記湯水循環手段による流水を加熱する加熱手段
と、前記湯水循環手段および加熱手段を制御し前記貯湯
タンク内に高温部と低温部の温度成層を形成させる加熱
制御手段と、前記貯湯タンクの上部より吸熱する熱交換
手段と、前記熱交換手段からの熱を浴槽に供給する浴水
循環手段とにより構成され、前記貯湯タンクの残湯量が
減少した場合に前記温度成層の高温部を増加運転させる
沸き増し制御手段を備えた給湯装置。 - 【請求項2】 浴槽水量を予め設定する浴槽設定手段を
設け、沸き増し制御手段は、前記浴槽設定手段の設定値
に応じて高温部の増加目標値を変更する請求項1に記載
の給湯装置。 - 【請求項3】 浴槽設定手段は、浴槽への湯張り運転に
おける湯張り量を検知する流量センサを備え、前記流量
センサの検出値により浴槽水量を設定する請求項2に記
載の給湯装置。 - 【請求項4】 浴槽設定手段は、浴槽の水位を検知する
水位センサを備え、前記水位センサの検出値により浴槽
水量を推定する請求項2に記載の給湯装置。 - 【請求項5】 年間の季節を判定する季節設定手段を設
け、沸き増し制御手段は、前記季節設定手段の設定値に
応じて高温部の増加目標値を変更する請求項1〜4のい
ずれか1項に記載の給湯装置。 - 【請求項6】 入浴者数を予め設定する人数設定手段を
設け、沸き増し制御手段は、前記人数設定手段の設定値
に応じて高温部の増加目標値を変更する請求項1〜5の
いずれか1項に記載の給湯装置。 - 【請求項7】 浴槽水の温度を検出する浴槽水温センサ
を設け、沸き増し制御手段は、前記浴槽水温センサの検
出値に応じて高温部の増加目標値を変更する請求項1〜
6のいずれか1項に記載の給湯装置。 - 【請求項8】 貯湯タンクより浴槽への湯張り運転を実
施する湯張り運転制御手段を有し、沸き増し制御手段
は、前記湯張り運転後に所定時間だけ行う請求項1〜7
のいずれか1項に記載の給湯装置。
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