JP2005127652A - 貯湯式給湯装置 - Google Patents

Abstract

【課題】貯湯タンクの貯湯温水と熱交換して浴槽水を追い焚きする貯湯式給湯装置において、ふろの追い焚き運転が可能かどうかをより正確に判断する。
【解決手段】温水を貯湯する貯湯タンク２と、貯湯タンク２２の貯湯温度を検出する複数の貯湯温度センサ３３ａ〜３３ｅと、ふろ循環回２２途中でかつ貯湯タンク２内に設けられ浴槽水を貯湯タンクに貯められた温水で加熱する熱交換器１８とを備え、ふろ循環ポンプ２０を駆動して浴槽水を熱交換器１８に循環させて追い焚き運転する貯湯式給湯装置において、複数の貯湯温度センサ３３ａ〜３３ｅで検出する複数の貯湯温度により追い焚きに寄与可能な貯湯熱量Ｑ１と熱交換器１８近傍の貯湯熱量Ｑ２とを算出し、追い焚きに寄与可能な貯湯熱量Ｑ１が所定の熱量Ｑ３以上で、かつ熱交換器近傍の貯湯熱量Ｑ２が所定の熱量Ｑ４以上であることを条件に、追い焚き運転を開始可能とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、貯湯タンクの貯湯温水を用いて浴槽の湯水を追い焚きする貯湯式給湯装置に関するものである。

従来よりこの種の電気温水器やヒートポンプ貯湯式給湯装置においては、貯湯タンクの貯湯温水を用いて浴槽の湯水を追い焚き可能とし、追い焚き指令があると、貯湯タンクに貯められた温水の温度を検出し、この温度が所定温度Ｔ１以上であれば、ふろ循環ポンプを駆動して浴槽水を熱交換器に循環させて貯湯タンクの高温水との熱交換により追い焚き運転を行い、追い焚き運転中に貯湯タンクの温度が追い焚きに不十分な温度まで低下すると、追い焚き運転を中止するようにしていたものであった。
特開２００３−５００４８号公報

しかし、この従来のものでは、追い焚き開始時の貯湯熱量が少なくても貯湯温度が所定温度Ｔ１以上であれば追い焚き運転を行うものであるので、追い焚き運転の途中で貯湯タンクの熱量が追い焚きに不十分な熱量まで低下しても追い焚き運転を継続し、浴槽水をユーザーの所望する温度にまで昇温させるのに長時間を要し、いつまでも追い焚き運転が継続してしまいユーザーの利便性を損なうことがあった。

そこで、本発明は上記課題を解決するため、請求項１では、温水を貯湯する貯湯タンクと、この貯湯タンクの貯湯温度を検出する複数の貯湯温度センサと、ふろ循環ポンプを備え浴槽の湯水を循環させるふろ循環回路と、このふろ循環回路途中でかつ前記貯湯タンク内に設けられ浴槽水を前記貯湯タンクに貯められた温水で加熱する熱交換器とを備え、前記ふろ循環ポンプを駆動して浴槽水を前記熱交換器に循環させて追い焚き運転するようにした貯湯式給湯装置において、前記複数の貯湯温度センサで検出する複数の貯湯温度により追い焚きに寄与可能な貯湯熱量Ｑ１と前記熱交換器近傍の貯湯熱量Ｑ２とを算出し、追い焚きに寄与可能な貯湯熱量Ｑ１が所定の熱量Ｑ３以上で、かつ熱交換器近傍の貯湯熱量Ｑ２が所定の熱量Ｑ４以上であることを条件に、追い焚き運転を開始可能とした。

また、請求項２では、温水を貯湯する貯湯タンクと、この貯湯タンクの貯湯温度を検出する複数の貯湯温度センサと、ふろ循環ポンプを備え浴槽の湯水を循環させるふろ循環回路と、このふろ循環回路途中でかつ前記貯湯タンク内に設けられ浴槽水を前記貯湯タンクに貯められた温水で加熱する熱交換器とを備え、前記ふろ循環ポンプを駆動して浴槽水を前記熱交換器に循環させて追い焚き運転するようにした貯湯式給湯装置において、前記複数の貯湯温度センサで検出する複数の貯湯温度により追い焚きに寄与可能な貯湯熱量Ｑ１を算出し、追い焚きに寄与可能な貯湯熱量Ｑ１が所定の熱量Ｑ３以上で、かつ熱交換器近傍の貯湯温度がＴ１以上であることを条件に、追い焚き運転を開始可能とした。

本発明によれば、貯湯タンク内の熱交換器近傍の熱量あるいは温度のみでなく、貯湯タンク内の追い焚きに寄与可能な貯湯熱量も考慮して追い焚き運転の開始条件を定めたので、ふろの追い焚き運転が可能かどうかをより正確に見極めることができ、ユーザーの利便性を大きく向上させることができる。

次に、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。

この貯湯式給湯装置は、時間帯別契約電力の電力単価が安価な深夜時間帯に湯水を沸き上げて貯湯し、この貯湯した湯水を給湯に用いるもので、１は湯水を貯湯する貯湯タンク２を備えた貯湯タンクユニット、３は貯湯タンク内の湯水を加熱する加熱手段としてのヒートポンプユニット、４は台所や洗面所等に設けられた給湯栓、５はこの貯湯式給湯装置を遠隔操作するリモコン、６は浴槽である。

前記貯湯タンクユニット１の貯湯タンク２は、上端に出湯管７と、下端に給水管８とが接続され、さらに、下部にヒーポン循環回路を構成するヒーポン往き管９と、上部にヒーポン循環回路を構成するヒーポン戻り管１０とが接続され、前記ヒートポンプユニット３によってヒーポン往き管９から取り出した貯湯タンク２内の湯水を沸き上げてヒーポン戻り管１０から貯湯タンク２内に戻して貯湯され、給水管８からの給水により貯湯タンク２内の湯水が押し上げられて貯湯タンク２内上部の高温水が出湯管７から押し出されて給湯されるものである。

前記ヒートポンプユニット３は、圧縮機１１と凝縮器としての冷媒−水熱交換器１２と電子膨張弁１３と強制空冷式の蒸発器１４で構成されたヒートポンプ回路１５と、貯湯タンク２内の湯水を前記ヒーポン往き管９およびヒーポン戻り管１０を介して冷媒−水熱交換器１２に循環させるヒーポン循環ポンプ１６と、それらの駆動を制御するヒーポン制御部１７とを備えており、ヒートポンプ回路１５内には冷媒として二酸化炭素が用いられて超臨界ヒートポンプサイクルを構成しているものである。なお、冷媒に二酸化炭素を用いているので、低温水を電熱ヒータなしで約９０℃の高温まで沸き上げることが可能なものである。

ここで、前記冷媒−水熱交換器１２は冷媒と被加熱水たる貯湯タンク２内の湯水とが対向して流れる対向流方式を採用しており、超臨界ヒートポンプサイクルでは熱交換時において冷媒は超臨界状態のまま凝縮されるため効率良く高温まで被加熱水を加熱することができ、被加熱水の冷媒−水熱交換器１２入口温度と冷媒の出口温度との温度差が一定になるように前記電子膨張弁１２または圧縮機１１を制御することで、ＣＯＰ（エネルギー消費効率）がとても良い状態で被加熱水を加熱することが可能なものである。

次に、１８は前記浴槽６の湯水を加熱するためのステンレス製の蛇管よりなる熱交換器で、貯湯タンク２内の上部に配置されていると共に、この熱交換器１８にはふろ往き管１９およびふろ循環ポンプ２０を備えたふろ戻り管２１よりなるふろ循環回路２２が接続されて浴槽６の湯水が循環可能にされ、浴槽６内の湯水が貯湯タンク２内の高温水により加熱されて保温あるいは追い焚きが行われるものである。

２３はふろ戻り管２１を介して熱交換器１８に流入する浴槽水の温度を検出するふろ戻り温度センサ、２４は熱交換器１８を流出してふろ往き管１９を介して浴槽６へ流れる浴槽水の温度を検出するふろ往き温度センサである。

次に、２５は出湯管７からの湯と給水管９から分岐された給水バイパス管２６からの低温水を混合する電動ミキシング弁より構成された給湯混合弁であり、その下流の給湯管２７に設けた給湯温度センサ２８で検出した湯温がリモコン５でユーザーが設定した給湯設定温度になるように混合比率が制御されるものである。

２９は給湯管２７から分岐されてふろ戻り管２１に連通された湯張り管で、この湯張り管２９には、浴槽６への湯張りの開始／停止を行う湯張り弁３０と、浴槽６への湯張り量をカウントするふろ流量カウンタ３１と、浴槽水が給湯管２７へ逆流するのを防止する逆止弁３２とが設けられているものである。

次に、３３は貯湯タンク２の上下方向に複数個配置された貯湯温度センサで、この実施形態では５つの貯湯温度センサが配置され上から３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄ、３３ｅと呼び、この貯湯温度センサ３３が検出する温度情報によって、貯湯タンク２内にどれだけの熱量が残っているかを検知し、そして貯湯タンク２内の上下方向の温度分布を検知するものである。

前記リモコン５には、給湯設定温度を設定する給湯温度設定スイッチ３４、およびふろ設定温度を設定するふろ温度設定スイッチ３５がそれぞれ設けられていると共に、浴槽６へふろ設定温度の湯をリモコン５の湯張り量設定スイッチ（図示せず）で設定された湯張り量だけ湯張りし所定時間保温させるふろ自動スイッチ３６と、浴槽水を追い焚きさせる追い焚きスイッチ３７が設けられているものである。

３８は貯湯タンクユニット１内の各センサの入力を受け各アクチュエータの駆動を制御するマイコンを有し制御部を構成する給湯制御部である。この給湯制御部３８に前記リモコン５が無線または有線により接続されユーザーが任意の給湯設定温度およびふろ設定温度を設定できるようにしているものである。

なお、３９は貯湯タンク２の過圧を逃す過圧逃し弁、４０は給水の圧力を減圧する減圧弁、４１は給湯する湯水の量をカウントする給湯流量カウンタ、４２は給水の温度を検出する給水温度センサである。

次に、この実施例１の作動を説明する。
まず、深夜電力時間帯になって貯湯温度センサ３９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、給湯制御部３８はヒーポン制御部１７に対して沸き上げ開始指令を発する。指令を受けたヒーポン制御部１７は圧縮機１１を起動した後にヒーポン循環ポンプ１６を駆動開始し、貯湯タンク２下部に接続されたヒーポン往き管９から取り出した５〜２０℃程度の低温水を冷媒−水熱交換器１２で７０〜９０℃程度の高温に加熱し、貯湯タンク２上部に接続されたヒーポン戻り管１０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。貯湯温度センサ３３が必要な熱量が貯湯されたことを検出すると、給湯制御部３８はヒーポン制御部１７に対して沸き上げ停止指令を発し、ヒーポン制御部１７は圧縮機１１を停止すると共にヒーポン循環ポンプ１６も停止して沸き上げ動作を終了するものである。

次に、給湯運転について説明すると、給湯栓４を開くと、給水管８からの給水が貯湯タンク２内に流れ込む。そして貯湯タンク２に貯められた高温水が出湯管７を介して給湯混合弁２５へ流入し、給水バイパス管２６からの低温水と混合され、給湯制御部３８により給湯混合弁２８の混合比率が調整されて給湯設定温度の湯が給湯栓４から給湯される。そして、給湯栓４の閉止によって給湯が終了するものである。

次に、浴槽６への湯張り運転について説明すると、リモコン５のふろ自動スイッチ３６が操作されると、給湯制御部３８が湯張り弁３０を開弁する。そして、給湯混合弁２８によってふろ設定温度に調整された湯水が湯張り管２９からふろ戻り管２１を介して浴槽６へ湯張りされ、湯張り管２９途中に設けられたふろ流量カウンタ３１が所定の湯張り量をカウントすると給湯制御部３８が湯張り弁３０を閉弁して湯張り運転を終了するものである。

次に、ふろの追い焚き運転について図２に示すフローチャートに基づいて説明すると、リモコン５の追い焚きスイッチ３７がＯＮされると、貯湯温度センサ３３ａ〜３３ｅにより追い焚きに寄与可能な全貯湯熱量Ｑ１を演算する（ステップ１、以下Ｓ１と略す）。浴槽水は熱交換器１８で貯湯タンク２内の高温水と熱交換されるため、この熱交換器１８より下方にある高温水が追い焚きに寄与できるものである。そして、追い焚きに寄与可能な貯湯熱量Ｑ１は、各貯湯温度センサ３３ａ〜３３ｅで検出する温度から追い焚き目標温度や適宜温度を減じた値に各貯湯温度センサ３３ａ〜３３ｅにそれぞれ割り当てられた所定の容量を乗じた値を和して算出するものである。なお、各貯湯温度センサ３３ａ〜３３ｅで検出した温度が前記追い焚き目標温度や適宜温度（追い焚きの熱源として好適に用いることができる適当な下限温度。例えば５０℃）より低い場合は、この追い焚きに何ら寄与しない負の熱量は貯湯熱量Ｑ１の演算には用いないものである。

次に、熱交換器１８近傍の貯湯温度センサ３３ｂにより熱交換器１８近傍の貯湯熱量Ｑ２を演算する（Ｓ２）。ここでは、貯湯温度センサ３３ｂで検出する温度から追い焚き目標温度や適宜温度（追い焚きの熱源として好適に用いることができる適当な下限温度。例えば５０℃）を減じた値に予め定められた熱交換器１８近傍の所定容量を乗じて算出するものである。

そして、前記ステップＳ１で算出した追い焚きに寄与可能な全貯湯熱量Ｑ１が予め定められた所定熱量Ｑ３以上で、かつ前記ステップＳ２で算出した熱交換器１８近傍の貯湯熱量Ｑ２が予め定められた所定熱量Ｑ４（Ｑ４＜Ｑ３）以上であるかを判別し、Ｑ１＞Ｑ３かつＱ２＞Ｑ４であれば（Ｓ３でＹｅｓ）、ふろ循環ポンプ２０を駆動開始してふろの追い焚き運転を開始する（Ｓ４）。

そして、ふろ戻り温度センサ２３で検出する温度が追い焚き目標温度に達すると（Ｓ５でＹｅｓ）、給湯制御部３８はふろ循環ポンプ２０を駆動停止して（Ｓ６）、追い焚き運転を終了する（Ｓ７）ものである。

また、前記ステップＳ３にてＱ１≦Ｑ３あるいはＱ２≦Ｑ４と判断されると（Ｓ３でＮｏ）、追い焚き中に熱量が不足する可能性があるので、給湯制御部３８は前記沸き上げ運転と同じようにヒーポン制御部１７に対し沸き増し運転の開始を指示し、ヒーポン制御部１７はヒートポンプ回路１５およびヒーポン循環ポンプ１６を駆動して貯湯タンク２内の湯水を沸き増しするものである（Ｓ８）。そして、沸き増し運転が完了すると、前記ステップＳ１から再度追い焚き運転を行うようにしている。

このように、貯湯タンク２内の追い焚きに寄与可能な全貯湯熱量Ｑ１と、貯湯タンク２内の熱交換器１８近傍の貯湯熱量Ｑ２の両方を考慮して追い焚き運転の開始条件を定めたので、ふろの追い焚き運転が可能かどうかをより正確に見極めることができ、ユーザーの利便性を大きく向上させることができる。

次に、本発明の実施例２について説明する。なお、先の実施例１と同一の構成についてはその説明を省略し、追い焚き運転を図３に示すフローチャートに基づいて説明する。

この実施例２では、リモコン５の追い焚きスイッチ３７がＯＮされると、貯湯温度センサ３３ａ〜３３ｅにより追い焚きに寄与可能な全貯湯熱量Ｑ１を演算する（Ｓ１）。

次に、熱交換器１８近傍の貯湯温度Ｔを貯湯温度センサ３３ｂにより検出する（Ｓ９）。ここで、貯湯タンク２内の高温水と、貯湯タンク２内に設けた熱交換器１８とで熱交換する場合には、熱交換器１８の上端部分より下方の温水が熱交換に寄与し、しかも、貯湯タンク２の下方から市水が押し上げられてくるため、熱交換器１８近傍の貯湯温度Ｔは、熱交換器１８が設けられている高さ位置とほぼ同じ位置、あるいはわずかに下方位置で検出することが望ましいものである。

そして、前記ステップＳ１で算出した追い焚きに寄与可能な全貯湯熱量Ｑ１が予め定められた所定熱量Ｑ３以上で、かつ前記ステップＳ９で検出した熱交換器１８近傍の貯湯温度Ｔが予め定められた所定温度Ｔ１（追い焚きの熱源として好適に用いることができる適当な下限温度。例えば５０℃）以上であるかを判別し、Ｑ１＞Ｑ３かつＴ＞Ｔ１であれば（Ｓ１０でＹｅｓ）、ふろ循環ポンプ２０を駆動開始してふろの追い焚きを開始する（Ｓ４）。

また、前記ステップＳ９にて、Ｑ１≦Ｑ３あるいはＴ≦Ｔ１と判断されると（Ｓ１０でＮｏ）、追い焚き中に熱量が不足する可能性があるので、給湯制御部３８は前記沸き上げ運転と同じようにヒーポン制御部１７に対し沸き増し運転の開始を指示し、ヒーポン制御部１７はヒートポンプ回路１５およびヒーポン循環ポンプ１６を駆動して貯湯タンク２内の湯水を沸き増しするものである（Ｓ８）。そして、沸き増し運転が完了すると、前記ステップＳ１から再度追い焚き運転を行うようにしている。

このように、貯湯タンク２内の追い焚きに寄与可能な全貯湯熱量Ｑ１と、貯湯タンク２内の熱交換器１８近傍の貯湯温度Ｔの両方を考慮して追い焚き運転の開始条件を定めたので、ふろの追い焚き運転が可能かどうかをより正確に見極めることができ、ユーザーの利便性を大きく向上させることができる。

なお、実施例１および２において、貯湯水を加熱する手段としてヒートポンプ式を採用したが、これに限らず、貯湯タンク２内に電熱ヒータを配置したものでも良いものである。

本発明の実施例１〜２の貯湯式給湯装置の概略構成図。 実施例１の追い焚き運転を説明するフローチャート。 実施例２の追い焚き運転を説明するフローチャート。

符号の説明

２ 貯湯タンク
６ 浴槽
１８ 熱交換器
２０ ふろ循環ポンプ
２２ ふろ循環回路
３３ 貯湯温度センサ

Claims (2)

1. 温水を貯湯する貯湯タンクと、この貯湯タンクの貯湯温度を検出する複数の貯湯温度センサと、ふろ循環ポンプを備え浴槽の湯水を循環させるふろ循環回路と、このふろ循環回路途中でかつ前記貯湯タンク内に設けられ浴槽水を前記貯湯タンクに貯められた温水で加熱する熱交換器とを備え、前記ふろ循環ポンプを駆動して浴槽水を前記熱交換器に循環させて追い焚き運転するようにした貯湯式給湯装置において、前記複数の貯湯温度センサで検出する複数の貯湯温度により追い焚きに寄与可能な貯湯熱量Ｑ１と前記熱交換器近傍の貯湯熱量Ｑ２とを算出し、追い焚きに寄与可能な貯湯熱量Ｑ１が所定の熱量Ｑ３以上で、かつ熱交換器近傍の貯湯熱量Ｑ２が所定の熱量Ｑ４以上であることを条件に、追い焚き運転を開始可能としたことを特徴とする貯湯式給湯機。
2. 温水を貯湯する貯湯タンクと、この貯湯タンクの貯湯温度を検出する複数の貯湯温度センサと、ふろ循環ポンプを備え浴槽の湯水を循環させるふろ循環回路と、このふろ循環回路途中でかつ前記貯湯タンク内に設けられ浴槽水を前記貯湯タンクに貯められた温水で加熱する熱交換器とを備え、前記ふろ循環ポンプを駆動して浴槽水を前記熱交換器に循環させて追い焚き運転するようにした貯湯式給湯装置において、前記複数の貯湯温度センサで検出する複数の貯湯温度により追い焚きに寄与可能な貯湯熱量Ｑ１を算出し、追い焚きに寄与可能な貯湯熱量Ｑ１が所定の熱量Ｑ３以上で、かつ熱交換器近傍の貯湯温度がＴ１以上であることを条件に、追い焚き運転を開始可能としたことを特徴とする貯湯式給湯機。

Images