JP2005265320A - 貯湯式給湯装置 - Google Patents

Abstract

【課題】貯湯式給湯装置において、予約された湯張り開始時刻に基づいて実際に湯張りが開始される時点を過去の使用状況に応じて可変させ、無駄なエネルギ消費を抑える。
【解決手段】電力によって給水加熱装置を稼動させて得たお湯を、貯湯タンク内に貯めて置き、予約運転により、湯張り開始時刻に応じて当該貯湯タンク内のお湯を設定温度にして浴槽内に設定湯量、注湯して湯張り完了とし、この湯張り完了時点から保温動作に入り、浴槽内の湯が冷めた場合には設定温度まで追い焚きをなす貯湯式給湯装置において、湯張り完了時点からの保温動作期間内において、水位センサを用いて人の最初の入浴と判断した時点までの経過時間を無為経過時間として日々記憶する。当日の予約湯張りに際しては、過去の複数の日の無為経過時間の平均に基づき、実際の湯張り開始時点を前後させて、なるべく無為経過時間が短くなるようにする。
【選択図】図１

Description

本発明は、電力によってヒートポンプユニット等の給水加熱装置を稼動させ、制御装置により指令された目標蓄熱量になるまで給水を加熱して貯湯タンク内に貯め置く貯湯式給湯装置に関し、特に使用者の時刻予約に従い、その時刻に貯湯タンク内から設定湯量、設定温度の湯を浴槽に注湯でき、また貯湯タンク内の湯に熱結合した追い焚き用熱交換器を介して浴槽内で冷めてしまった湯を追い焚きもできる貯湯式給湯装置の改良に関する。

従来から、電力稼動のヒートポンプユニットで加熱した高温の湯を貯湯タンク内に貯える貯湯式給湯装置がある。特にこのタイプの給湯装置として、貯湯タンク内の最下部の水をヒートポンプユニットにより加熱し、高温の湯として貯湯タンク内の最上部に送ることで、温度の異なる水の比重差を利用し、貯湯タンク内の上部側に高温の湯を貯え、貯湯タンク内の下部側の水と混合しないようにしているものが知られている。また、貯湯タンク内の湯を出力する（例えば、蛇口等を開き貯湯タンク外で湯を消費する）場合には、貯湯タンクの最上部に接続した出湯配管から給湯し、貯湯タンクの最下部に接続した給水配管から貯湯タンク内に水を供給するようになっている。

こうした貯湯式給湯装置はまた、一般に暖房熱源としての機能も有したりする他、下記特許文献１，２に示すように、浴槽内に注湯もでき、また、注湯した湯が浴槽内で冷めた時、貯湯タンク内の湯に熱結合した追い焚き用熱交換器を介して浴槽内の湯を循環させ、追い焚きも可能なものがある。なお、これらの特許文献１，２に開示されている追い焚き用熱交換器は対流型で、貯湯タンク内の湯をこの中に循環させながら浴槽内の湯の循環回路に熱を与える形式になっているが、そうではなく、単に浴槽内の湯を循環させる回路の途中が貯湯タンク内を通っていて、その部分が熱交換器となっているものでも良く、後述する本発明で用いる追い焚き用熱交換器もどちらの形式であっても良い。
特開2002-54847号公報 特開2002-174457号公報

さらに、貯湯式給湯装置ではなくて、供給水道水をその場でガス等により直接加熱して出力する昔からの給湯装置においても、例えば下記特許文献３，４等で採用されていたように、いわゆる「予約運転」をするものがあり、この考えを貯湯式給湯装置に取り入れたものがある。つまり、使用者が予め設定した予約湯張り開始時刻になると、装置が自動的に浴槽内に設定温度、設定湯量の湯を張り、また、湯張り完了時に注湯された湯が使用者の設定した設定温度以下であったならば少し追い焚きをし、湯張り完了として使用者に提供する。その後、保温動作開始となって、以後一定時間（例えば四時間に固定とか、使用者が設定した数時間）の保温動作期間に亘り浴槽内湯温を監視し、それが設定温度以下になる度に自動的に追い焚きを繰り返す。
特開2002-168520号公報 特開平11-182930号公報

しかし、使用者の予約により設定湯量の湯張りがなされ、必要ならば追い焚きも終わって、既に浴槽内に使用者の設定した設定温度の湯が張られた湯張り完了状態になったからと言って、使用者が直ぐには風呂に入るとは限らない。また、入るまでの時間も、曜日によってかなり異なったりする。こうした場合、湯張り完了時から使用者が最初に浴槽に入るまでの間に何回かの追い焚きが行なわれてしまうこともある。これは大いなる無駄である。保温動作は無為な経過時間のために費やされていることになる。貯湯式給湯装置は、電力料金の安い深夜時間帯（現在の所、23時から翌日7時まで)でなるべく必要な蓄熱を行うように図られてはいるが、このような無駄な熱消費は金銭的にも浪費となり得る。

本発明はこの点に鑑みてなされたもので、予約された湯張り開始時刻に基づいて実際に湯張りが開始される時点が当然のことながら従来は固定であり、かつ、湯張り完了時点から保温動作を継続する保温動作期間も固定であった事実に学習効果を加えて改変の可能性を求め、これらを過去の使用状況に応じて可変にすることで無駄なエネルギ消費、金銭の浪費を抑えんとするものである。

本発明は上記目的を達成するために、
電力によって給水加熱装置を稼動させ、制御装置により指令された目標蓄熱量になるまで給水を沸かして貯湯タンク内に貯めて置き、予約運転により、使用者の設定した湯張り開始時刻に応じて当該貯湯タンク内に貯め置いた湯を設定温度にして浴槽内に設定湯量、注湯して湯張り完了とするか、もしくは注湯完了直後の浴槽内湯温が設定温度以下であった場合には、貯湯タンク内の湯に熱結合した追い焚き用熱交換器を用いて設定温度まで初期追い焚きをして湯張り完了とすると共に、この湯張り完了時点から保温動作に入り、保温動作期間中に浴槽内の湯が冷めた場合には追い焚き用熱交換器を用いて設定温度までの追い焚きをなす貯湯式給湯装置において；
上記の制御装置は、湯張り完了時点からの保温動作期間内において、当該湯張り完了時点から、浴槽内の水位を検出できる水位センサを用いて浴槽内の水位上昇を検出することで人の最初の入浴と判断した時点までの経過時間を無為経過時間として日々記憶すると共に；
当日の予約湯張りに際しては、過去の複数の日の無為経過時間の平均に基づき、使用者の設定した予約湯張り時刻に対し、実際の湯張り開始時点を前後させること；
を特徴とする貯湯式給湯装置を提案する。

ここで、無為経過時間の平均を取るべき過去の複数の日は、当日と同じ曜日であることが望ましい。人の生活パターンは、前日に似ているというより、曜日ごとに似ていることが多いからである。

さらに、上記の無為経過時間の平均に正または負の値αを加えた時間に基づいて実際の湯張り開始時点を前後させても良い。これは例えば季節の変遷に応じた気温変化への細かな対応等を可能にする。

上記に加えて、本発明では、保温動作期間の終了時点をも可変にした貯湯式給湯装置も提案する。すなわち、保温動作期間満了前の最後の入浴者の出槽は水位センサを介して検出、判断できるので、その時点から保温動作終了時点までの終了前無為経過時間を過去の複数の日に亘り記憶して平均を取り、これに基づき、当日の保温動作終了時点を前後させることができる。このときにも、その平均に季節の変動要因などを加味した正または負の値βを加えても良いし、平均を取るべき過去の複数の日は当日と同じ曜日であることが望ましい。

これまでは注湯完了後から実際に使用者が入浴するまでの時間は、例えば特定の曜日には徒に長くなったにしても、その間も無為に保温をなしていた所、本発明によると、そうした曜日には使用者の設定した予約湯張り開始時刻に基づく実際の湯張り開始時点を意図的に遅らせたりできる。当然、その間に追い焚き動作が行なわれる可能性ないし回数を低減でき、その分、エネルギの無駄な消費を抑えることができる。

さらに本発明の特定の態様によると、保温動作終了前における無為な経過時間も短縮できるので、これもまた、無駄なエネルギ消費を抑えることになる。

発明の実施するための最良の形態

図１(A) には本発明を適用可能な貯湯式給湯装置の一構成例が示されている。貯湯タンク１は通常、ステンレス等、耐食性に優れた金属で造られており、外周部に図示しない断熱材が配されて、高温の給湯用水を長時間に亘って保温可能となっている。貯湯タンク１は一般に縦長形状で、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内の最下部に給水（一般に水道水）Wfを導入するための給水配管12が接続されている。

給水配管12にはサーミスタ等による給水温度検出手段（図示せず）が設けられており、当該給水配管12内の温度情報を制御装置３に出力するようになっている。給水配管12は後述する混合弁16に接続するバイパス配管15にも接続しており、給水Wfはこの中にも選択的に流されるようになっている。

貯湯タンク１の最上部には導出口13が設けられ、この導出口13には貯湯タンク１内の湯を導出するための給湯経路である導出管14が接続されている。この経路途中に設けられている混合弁16は、その開口面積比を調節することで、導出管14からの湯とバイパス配管15から供給される水道水Wfとの混合比を調節できる。一般にこの混合弁16はサーボモータ等の駆動源（図示せず）により弁体を駆動して各経路の開度を調節する電動弁であり、制御装置３からの制御信号により作動すると共に、作動状態を制御装置３に帰還するようにもなっている。

混合弁16の出口側には浴槽５に注湯するための配管17が接続されており、この配管17には注湯温度検出手段である注湯サーミスタ23と注湯量検出手段である流量カウンタ21が設けられていて、注湯サーミスタ23は配管17内の温度情報を、流量カウンタ21は配管17内の流量情報を制御装置３に出力するようになっている。一般にはこの他、導出口13ないし配管17には通常の蛇口、シャワー等の出湯口への配管も接続されたりするが、これらは本発明に直接の関係が無いため、簡略化のために図示及び説明を省略する。この種の貯湯式給湯装置に良く組み込まれる暖房用の配管系についても同様とする。

貯湯タンク１の下部には、貯湯タンク１内の最下部の水をヒートポンプユニット２の側に向けて吸入するための吸入口18が設けられ、貯湯タンク１の上部側には貯湯タンク１内の最上部に向けてヒートポンプユニット２から湯を吐出するための吐出口19が設けられている。すなわち、吸入口18と吐出口19とは循環回路20で接続されており、この循環回路20の一部が制御装置３により制御される給水加熱装置２としての一般にヒートポンプユニット２内に配置されているのである。ヒートポンプユニット２については公知故、詳しい説明は省略するが、一般に二酸化炭素等の冷媒を圧縮加熱して内蔵の熱交換器（図示せず）を介し循環回路20内の水を加熱した後、当該冷媒を膨張させることで元に戻し、循環使用するものである。なお、貯湯タンク１の一般に最上部外壁面には、図示していないがタンク出力湯温センサが設けられ、この検出温度情報もまた、制御装置３に送られる。

浴槽５内の水位は、この場合、注湯用の配管17にあって浴槽５に近い位置に設けられた水位センサ25により検出され、その時々の水位情報が制御装置３に送られる。また、浴槽５内の湯を引き出して注湯用の配管17に戻す追い焚き用循環回路26があり、その一部に貯湯タンク１と熱結合した追い焚き用熱交換器４が備えられ、当該循環回路26内に浴槽内の湯を還流させる循環用ポンプ24が設けられている。この回路26にあって浴槽５に近い位置にはサーミスタ等によって構成できる浴槽内湯温センサ28も設けられており、その時々の浴槽内湯温情報は制御装置３に送られる。さらに、追い焚き用循環回路26はその一部が追い焚き用熱交換器４の前で分岐管27を介して分岐し、必要に応じ、浴槽５から導出した湯を三方弁29に送ることで熱交換器４をバイパスしたり、熱交換器４の出力湯と混合したりもできるようになっている。

制御装置３は、これまで述べてきた各サーミスタや流量カウンタからの出湯流量情報に加え、要すればヒートポンプユニット２等に備えられている外気温検出手段である外気温サーミスタ等（図示せず）からの情報も受け、また、これも図示しない操作盤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、三方弁29、ポンプ24等を制御するように構成されている。なお、図示しない操作盤は、一般には浴室内や台所等、使用者が湯を使用する場所の近傍に設置され、操作盤以外は屋外等の適所に設置されるのが普通である。

さて、給湯装置の図示しない電源スイッチがオンにされている場合には、制御装置３は貯湯タンク１に設けられた各サーミスタからの温度情報等や、図示しない操作盤により設定された時刻情報等に基づいて、適宜にヒートポンプユニット２を作動させ、貯湯タンク１内の水を加熱して高温の湯（例えば90℃の湯）まで沸かし上げる。これはまた、昨今のこの種の貯湯式給湯装置では、いわゆる深夜電力を利用してなるべく安価に行なえるように図られている。

しかるに、制御装置３はいわゆる「予約動作」を受け付ける。このための回路構成等は既に種々公知であるが、図しない操作盤を使用者が操作することで、浴槽５への湯張りを自動で開始させるための開始時刻設定や、浴槽内に張る湯の温度設定、湯量の設定も可能になっている。ここでまず、従前の予約動作モードにつき説明すると、制御装置３は使用者が設定した湯張り開始時刻に応じ、図１(B) に「湯張り開始」と示した時点T1で湯張りを開始する。すなわち、その時の設定温度に応じ、給水サーミスタ、タンク出力湯温サーミスタ、そして注湯サーミスタ23からの温度情報に基づき、要すれば図示しない開閉弁を開いた後に混合弁16の開口面積比制御を行うことで貯湯タンク１からの高温湯と給水Wfとを混合し、設定温度になるべく近い温度の湯が浴槽５に供給されるように図る。そして、流量カウンタ21が設定湯量を検出した所で混合弁16を全閉するか、または図示しない専用の開閉弁を閉じて浴槽５への注湯を停止する。

この時点が図１(B) 中では「注湯完了」時点T2で示されており、実際、このように注湯が終わった時点で浴槽５内に設定温度の湯が設定湯量だけ張られているのであれば、この時点が湯張り完了時点T2となり、ここから保温動作が開始し、保温動作期間tkに入る。そうではなく、各配管での熱損失等により、浴槽内湯温センサ28で検出した結果、浴槽５内に設定湯量だけ張られた湯の温度が設定湯温より低かったのならば、制御装置３は注湯完了時点T2で自動的に初期追い焚きモードに入り、循環ポンプ24を稼動させて浴槽内の湯を追い焚き用循環回路26中に引き出し、追い焚き用熱交換器４にて加熱してから浴槽５内に戻す。

このようにして設定湯温までの初期追い焚きが完了したならば、この場合には図１(B) に「追い焚き完了」と示されている時点T3が湯張り完了時点となり、このときから保温動作期間tkに入る。

しかるに、湯張り完了時点T2またはT3後の保温動作期間tk中において、制御装置３は浴槽内湯温を浴槽内湯温センサ28にて監視しており、その温度が設定湯温に対し所定の温度幅以上下がった時には、上記初期追い焚きと同様の追い焚き動作をなし、設定湯温に沸かし上げ直す動作を繰り返す。

従来は、実際に湯張りの開始される時点T1は固定であり、また、保温動作期間tkも既に述べた通り固定であった。そのため、図１(B) 中に「入浴検出」時点T4として示されているように、例えば水位検出センサ25が急激な水位上昇変化等を検出したことで人が浴槽内に入ったと判断（推定）できる時点T4までの時間tvが長くても、その間、制御装置３は必要に応じ、追い焚き動作を繰り返せねばならなかった。これは明らかな損失で、それでなくても安くはない電力料金を使って得た貯湯タンク内の湯の熱量を無駄に使い、そのまま無為に時間が経過していることになる。そのため、この間の時間を「無為経過時間」tvと名付けている。

本発明はこのような状況に鑑みて、予約動作に関し、次のような制御を提案する。すなわち、制御装置３は、湯張り完了時点（T2またはT3）からの保温動作期間tk内において、当該湯張り完了時点T2またはT3から人の最初の入浴と判断した時点T4までの無為経過時間tvを日々記憶する。その上で、当日の予約湯張りに際しては、過去の複数の日の無為経過時間tvの平均に基づき、使用者の設定した予約湯張り時刻に対し、実際の湯張り開始時点T1を図１(B) 中に矢印Tadjで示すように前後させる。例えば過去の実績が無為経過時間tvの長過ぎを示しているのであれば、使用者設定の予約による湯張り開始時刻は固定であっても、実際の湯張り開始時点T1を遅らせることで無為経過時間tvを短くする。その結果、制御装置３が実際に最初の人が浴槽に入る前に何回もの追い焚きをする可能性は大幅に低減させることができ、エネルギの有効利用が図れる。

これは、人の生活パターンに沿って学習効果に基づきエネルギ消費の無駄を抑えていることを意味する。もちろん、ある日の実際の湯張り開始時点T1では使用者の入浴に間に合わない事態となれば（そのようなことがないように、若干のゆとりは見込むのが普通ではあるが）、次回、特に望ましくは来週の同じ曜日には実際の湯張り開始時点T1を先週のそれよりは早めることになる。

上記において、「同じ曜日」と言ったのは、人の生活パターンは前日のそれに近いと言うより、曜日ごとに似ていることが多いからである。そこで、既述した無為経過時間tvの平均を取るべき過去の複数の日は、当日と同じ曜日であるようにするのが望ましい。

さらに、季節の移り変わりで気温が徐々に変化して行くことと等を考えると、上記した無為経過時間tvの平均値に正または負の値痾を加えて、これに基づき実際の湯張り開始時点T1を前後させると、なお細かなエネルギ浪費対策となる。

本発明はまた、最後の入浴者の出槽後、保温動作期間満了時点（保温動作終了時点）T5までの間に見込まれる保温動作終了前の無為経過時間txもなるべく短くできる手段も提供している。すなわち、浴槽内水位検出センサ28は水位の急激な低下を検出する等して人の出槽も判断できるから、制御装置３においてそうした出槽も記憶し、その日ごとに最後の出槽と判断した時点T6（図１(B) 中、括弧書きで「最後の入浴者出槽」と記してある）から保温動作終了時点T5までの終了前無為経過時間txを記憶しておき、当日の保温動作期間の終了時点T5は、過去の複数の日の終了前無為経過時間txの平均に基づき、これが短くなるように前後させれば良い。

この場合にも、先と同様に、終了前無為経過時間txの平均を取るべき過去の複数の日は当日と同じ曜日であることが望ましいし、さらに季節変動要因等も加味するならば、終了前無為経過時間txの平均に正または負の値βを加えた時間に基づいて保温動作期間終了時点T5を前後させれば良い。

本発明に係る貯湯式給湯装置の一実施形態の概略構成図と、本発明に従う制御の仕方の説明図である。

符号の説明

１ 貯湯タンク
２ ヒートポンプユニット
３ 制御装置
４ 追い焚き用熱交換器
５ 浴槽
11 導入口
12 給水配管
13 導出口
14 導出管
15 バイパス配管
16 混合弁
17 注湯配管
18 吸入口
19 吐出口
21 流量カウンタ
23 注湯サーミスタ
24 循環ポンプ
25 浴槽内水位検出センサ
26 追い焚き用循環回路
27 分岐管
28 浴槽内湯温センサ
29 三方弁

Claims (6)

1. 電力によって給水加熱装置を稼動させ、制御装置により指令された目標蓄熱量になるまで給水を沸かして貯湯タンク内に貯めて置き、予約運転により、使用者の設定した湯張り開始時刻に応じ、上記貯湯タンク内に貯め置いた湯を設定温度にして浴槽内に設定湯量、注湯して湯張り完了とするか、もしくは注湯完了直後の浴槽内湯温が上記設定温度以下であった場合には、上記貯湯タンク内の湯に熱結合した追い焚き用熱交換器を用いて該設定温度まで初期追い焚きをして湯張り完了とすると共に、該湯張り完了時点から保温動作に入り、該保温動作期間中に浴槽内の湯が冷めた場合には上記追い焚き用熱交換器を用いて上記設定温度までの追い焚きをなす貯湯式給湯装置において；
   上記制御装置は、上記湯張り完了時点からの上記保温動作期間内において、該湯張り完了時点から、上記浴槽内の水位を検出できる水位センサを用いて該浴槽内の水位上昇を検出することで人の最初の入浴と判断した時点までの経過時間を無為経過時間として日々記憶すると共に；
   当日の上記予約湯張りに際しては、上記過去の複数の日の上記無為経過時間の平均に基づき、使用者の設定した上記予約湯張り時刻に対し、実際の湯張り開始時点を前後させること；
   を特徴とする貯湯式給湯装置。
2. 請求項１記載の貯湯式給湯装置であって；
   上記無為経過時間の平均を取るべき上記過去の複数の日は、上記当日と同じ曜日であること；
   を特徴とする貯湯式給湯装置。
3. 請求項１記載の貯湯式給湯装置であって；
   上記無為経過時間の平均に基づくのに代え、該無為経過時間の平均に正または負の値痾を加えた時間に基づくこと；
   を特徴とする貯湯式給湯装置。
4. 請求項１記載の貯湯式給湯装置であって；
   上記水位センサにより、上記保温動作期間満了前の最後の入浴者の出槽を検出し；
   該最後の入浴者の出槽検知から上記保温動作期間満了時点までの経過時間を終了前無為経過時間として日々記憶すると共に；
   当日の上記保温動作期間の終了時点は、上記過去の複数の日の上記終了前無為経過時間の平均に基づき前後させること；
   を特徴とする貯湯式給湯装置。
5. 請求項４記載の貯湯式給湯装置であって；
   上記終了前無為経過時間の平均を取るべき上記過去の複数の日は、上記当日と同じ曜日であること；
   を特徴とする貯湯式給湯装置。
6. 請求項４記載の貯湯式給湯装置であって；
   上記終了前無為経過時間の平均に基づくのに代え、該終了前無為経過時間の平均に正または負の値βを加えた時間に基づくこと；
   を特徴とする貯湯式給湯装置。

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