JP2005274090A - 貯湯式給湯装置 - Google Patents

Abstract

【課題】状況に応じて適当なる追い焚き温度環境での追い焚きができる貯湯式給湯装置を提供する。
【解決手段】電力によって給水を沸かして貯湯タンク内に貯めて置き、湯張り開始指令により設定温度Ｘ℃にして設定湯量注湯して湯張りを完了し保温動作に入る。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Ｘ℃までの追い焚きをなす。この際、水位を検出できる水位センサを用いて人の入浴中と判断された場合の追い焚きにおいては、追い焚き用熱交換器から浴槽５に戻される戻し湯の温度を、熱交換器出力湯温よりは低く、湯張り時の設定温度Ｘ℃よりは高い範囲で予め設定された設定戻し湯温とする。一方、入浴中期間以外に行なわれる追い焚きPa，Pcは高温追い焚きとし、設定戻し湯温より高い温度の湯を浴槽に戻す。
【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、特に使用者の湯張り指示に従い、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、浴槽内に注湯もでき、また、使用者の好みの設定温度で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。そして、特に最近では、下記特許文献１に開示されているように、追い焚きをするときに、追い焚き用熱交換器を出た熱い湯がそのまま浴槽に戻って来て入浴中の使用者が熱さを覚え、不快感を持つのを防ぐために、浴槽から引き出した湯と熱交換器を出た湯とを混合して、適度な温度にして浴槽に戻そうとする試みもある。
特開2003-194397号公報

しかし、上述の特許文献１に開示されている貯湯式給湯装置では、追い焚きにより浴槽に戻す時の湯温は常に固定の一定温度であった。つまり、追い焚き用熱交換器を出た湯の温度が80℃とか90℃あっても、これを例えば60℃を越えないように，等とは配慮するが、特定の温度であった。これは二つの問題を産む。

まず、入浴中でない場合、つまり、浴槽内に入浴者が居ないのに、温度をわざわざ低下させるのは無駄であるか不便である。人が居なければ、熱い湯を供給して、早めに追い焚き完了させるのが便利なことがある。現在追い焚き中であることを装置付属の表示装置で知った入浴者は、設定温度までの沸き上がりを待っているかも知れないからである。

第二に、例えば浴槽に戻す湯の温度を60℃以下等と設定しても、それでも熱いと感じる人も居るかも知れず、そうした場合に対処できないと言うことがある。

本発明はこの点に鑑みてなされたもので、状況に応じて適当なる追い焚き温度環境での追い焚きができる貯湯式給湯装置を提供せ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、湯張り開始指示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中において、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を監視し、この水位センサが人の入浴と判断できる情報を出力した後、人の出槽と判断できる情報を出力するまでの間の入浴中期間内になされる追い焚きにおいては、追い焚き用熱交換器から浴槽に戻される戻し湯の温度を、追い焚き用熱交換器を出たばかりの当該熱交換器出力湯温よりは低く、湯張り時の設定温度よりは高い範囲で予め設定された設定戻し湯温とする一方；
入浴中期間と判断される時間以外に行なわれる追い焚きは高温追い焚きとなし、設定戻し湯温より高い温度の湯を浴槽に戻すこと；
を特徴とする貯湯式給湯装置を提案する。

ここで、高温追い焚きにおける設定戻し湯温より高い温度は、追い焚き用熱交換器出力湯温を意図的には低めない温度であって良い。つまり、配管ロス等による湯温の低下は仕方ないこととして、追い焚き用熱交換器の出力湯をそのまま浴槽に戻すのである。もちろん、それでは安全を見込むに高過ぎると言う場合には、熱交換器出力湯温が例えば90℃であるような場合、これを70ないし60℃程度に落とすなどして良い。少なくとも、本発明によれば、既掲の特許文献１に開示されている発明におけるように、60℃を超えない範囲と規定する必要は必ずしもない。人が浴槽に入っていないと判断できるのであれば、もっと高温で短期間に追い焚きを終えるように設定することができる。

また、望ましくは、入浴中期間でないと判断されたときの高温追い焚きをする場合、その開始時点を人の出槽と判断した時点から所定の遅延時間を置いた後とするのが良い。浴槽から出て体を洗っている中に追い焚き開始となり、洗い終わって浴槽に入った時に高温で追い焚きしているようなことがあると、その高温の程度によっては、不快なだけではなく、危険な場合もあり得るからである。

もちろん、設定戻し湯温は、使用者による設定が可能であって良く、固定の温度を指示させるようにしても、あるいは湯張り時の設定温度に対して例えば＋10℃等、適当な加算温度設定で決められる温度であっても良い。

なお、設定戻し湯温の湯は、結局、追い焚き用熱交換器の出力湯に、浴槽から引き出した湯を追い焚き用熱交換器を通すことなく、混合弁で混合させることで得ることができ、この場合、制御装置は当該混合弁の弁開度（開口面積比）を制御することになる。

本発明によると、実際に使用者が入浴しているときに浴槽内の湯が冷めて追い焚き開始となった場合には、余りに熱過ぎない設定戻し湯温での追い焚きとすることができ、入浴者に不快感を与えないで済む一方、入浴者が居ない場合には設定戻し湯温よりも相対的に高い温度での高温追い焚きとすることで、短期間で追い焚きを終えることができる。そのため、必要に応じて行なわれる初期追い焚き後や、次回の入浴までの待ち時間を短くすることができ、使い勝手を大いに向上させ得ることになる。

さらに本発明の特定の態様によると、入浴期間中以外の高温追い焚きに際しても、人の出槽と判断してから遅延を設けているので、入浴者が、熱い湯が戻されている浴槽に入り直してしまう惧れを低減することができる。

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。

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。追い焚き用熱交換器４は、単に浴槽５内の湯を循環させる回路（配管）の途中が貯湯タンク１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いし、いわゆる対流型で、貯湯タンク１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であっても良い。

この追い焚き用循環回路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、後述する本発明に従う制御態様に応じ、制御装置３の指令の下、浴槽５から引き出した湯を混合弁29に送ることで追い焚き用熱交換器４をバイパスしたり、混合弁29の弁開度（開口面積比）に応じた割合で追い焚き用熱交換器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16，29、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はいわゆる湯張り指示を受け付ける。このための回路構成等は既に種々公知であるが、図示しない操作盤を使用者が操作することで、浴槽５への湯張りを開始させるための浴槽内に張る湯の温度設定、追い焚きの設定温度、湯量の設定も可能になっている。以下、図１(B) に即して説明すると、制御装置３は使用者の湯張り指示（いわゆる予約動作による所定時刻での指示を含む）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Ｘ℃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Ｘ℃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Ｘ℃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、以降、保温動作期間に入る。保温動作期間は、開始後所定時間（例えば４時間）とか、使用者の設定した時間とされる。

しかるに、時点T2において浴槽５内に貼られた湯の温度が、浴槽内湯温センサ28で検出した結果、各配管での熱損失等により、設定湯温Ｘ℃より低く、当該設定温度に対し所定の温度幅だけ低下した温度として定められている追い焚き開始温度Ｙ℃以下であったのならば、制御装置３は当該時点T2で自動的に初期追い焚きモードに入り、混合弁29を追い焚き用熱交換器４側として循環ポンプ24を稼動させ、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にて加熱して浴槽５内に戻す。

この時点での追い焚きは、本発明によると特徴的なことに、図中、「高温追い焚きPa」として示してある通り、追い焚き用熱交換器４の出力湯温を意図的には低めない高温の湯で行なって良い。既掲の特許文献１に認められた場合と異なり、60℃以上、例えば90℃程度の温度近くでも構わない。後述のように、本発明では人が浴槽５内に入っているか否かを検出しているからであり、この初期追い焚き時にはこれも後述のように、水位センサ25の検出水位に基づき、人が入っていないと認識しているからである。

従って、この初期追い焚きによる沸き上げは短時間でなすことができる。ただし、高温追い焚き時にも戻し湯の温度は予め設定した温度であっても良く、後述の設定戻し湯温よりは高いが追い焚き用熱交換器４の出力湯温（例えば90℃）よりは低い固定の温度（例えば70℃とか60℃）にしても良い。

いずれにしても、このようにして設定湯温Ｘ℃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「保温開始」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に入る。そして、保温動作期間中、制御装置３は一定時間経過、又は任意の時間時間で循環ポンプ24を稼動させ、浴槽内湯温を浴槽内湯温センサ28にて監視しており、その温度が追い焚き開始温度Ｙ℃にまで低下した時には、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Ｘ℃にまで沸かし上げ直す動作を繰り返す。

しかし、ここで、本発明では、浴槽５内に実際に入浴者が居るか居ないかを判断し、その結果に応じて追い焚きモードを変更する。すなわち、例えば水位センサ28が急激な水位上昇を検出した時には、そこで人が浴槽内に入ったと推定的に判断できる。逆の場合には出槽と判断できる。制御装置３は、保温動作期間中において、図１(B) 中、時刻T4で示されているように、人の入槽と判断し、時刻T5で示されているように人の出槽と判断されるまでの「入浴中」と判断している期間中に、浴槽５内の湯が冷め、時点Taで示されているように、追い焚き開始温度Ｙ℃にまで低下した場合には、既述の高温追い焚き時の温度よりは低い設定戻し湯温での追い焚きを開始する。この期間は図１(B) 中、矢印Pbで示してある。

この設定戻し湯温は、人が不快と感じない程度の温度（例えば50℃等）に固定設定しても良いし、湯張り時の設定温度Ｘ℃に対して例えば＋10℃等、適当な加算温度設定で決められる温度であっても良い。もちろん、いずれの場合にも、図示しない操作盤に設けられている操作手段を使用者が操作することで、使用者自身が設定できるようになっていることが望ましい。

任意の設定戻し湯温の湯を浴槽５に戻すためには、制御装置３は注湯サーミスタ23から出力されてくる温度情報を参照しながら、混合弁29の開口面積比を制御し、浴槽５から引き出して分岐管27に通した湯と追い焚き用熱交換器４を出た出力湯との混合割合を制御する。

このようにすることで、追い焚き完了までの時間は長くなるとは言え、実際に浴槽５内に入っている入浴者に対し、徒に熱い湯が戻されてきて不快感を与える惧れは大幅に低減できる。もちろん、「入浴中」でないと判断している時に、図１(B) 中、例えば時点Tbで示されるように、浴槽内湯温が追い焚き開始温度Ｙ℃まで低下したならば、このときには初期追い焚き時と同様、高温追い焚きモードでの追い焚きとすれば良い。

ただし、時刻T5にて人の出槽と判断した後、仮に直ぐに浴槽内湯温が追い焚き開始温度Ｙ℃まで低下しても、直ちには高温追い焚きモードでの追い焚きは開始しない方が安全でもあり、便利でもある。例えば入浴者が体を洗うために浴槽５から出た状態で追い焚き開始となった場合を想定すると理解されるように、体を洗い終わった入浴者が再び入槽したときに、高温の戻し湯に触れて不快感を感じるようでは具合が悪い。そこで、人が出槽したと制御装置３が判断した後も、一定時間は遅延時間とし、当該遅延時間を置いてでないと、次の高温追い焚きモードでの追い焚きは開始しないように図るのが望ましい。逆に、当該遅延時間内の追い焚きに関しては、追い焚きそのものを禁止するのではなく、設定戻し湯温での追い焚きとしても良い。

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 混合弁

Claims (5)

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、湯張り開始指示に応じて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、該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、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、上記保温動作期間中において、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を監視し、該水位センサが人の入浴と判断できる情報を出力した後、人の出槽と判断できる情報を出力するまでの間の入浴中期間内になされる追い焚きにおいては、上記追い焚き用熱交換器から上記浴槽に戻される戻し湯の温度を、該追い焚き用熱交換器を出たばかりの熱交換器出力湯温よりは低く、上記湯張り時の上記設定温度よりは高い範囲で予め設定された設定戻し湯温とする一方；
   上記入浴中期間と判断される時間以外に行なわれる追い焚きは高温追い焚きとなし、上記設定戻し湯温より高い温度の湯を浴槽に戻すこと；
   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；
   上記高温追い焚きにおける上記設定戻し湯温より高い温度は、上記追い焚き用熱交換器出力湯温を意図的には低めない温度であること；
   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；
   上記入浴中期間でないと判断されたときの上記高温追い焚きをする場合、その開始時点を人の出槽と判断した時点から所定の遅延時間を置いた後とすること；
   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；
   上記設定戻し湯温は、使用者の設定した固定の温度、または上記湯張り時の上記設定温度に対して使用者が設定した加算分を加えた温度であること；
   を特徴とする貯湯式給湯装置。
5. 請求項１記載の貯湯式給湯装置であって；
   上記設定戻し湯温の湯は、上記追い焚き用熱交換器の出力湯に、上記浴槽から引き出した湯を該追い焚き用熱交換器を通すことなく、上記制御装置の弁開度制御の下、混合弁で混合させることで得ること；
   を特徴とする貯湯式給湯装置。

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