JP2006010180A

JP2006010180A - 給湯装置

Info

Publication number: JP2006010180A
Application number: JP2004186773A
Authority: JP
Inventors: Shinji Yamawaki; 信二山脇; Masashi Urano; 雅司浦野; Shinya Sawada; 慎也澤田
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2004-06-24
Filing date: 2004-06-24
Publication date: 2006-01-12

Abstract

【課題】給湯水栓を開くことによって、温度の低下した湯が出るようなことなく、適温の湯を速やかに得ることができる給湯装置を提供する。
【解決手段】貯湯槽１に接続された給湯管２に給湯水栓３を設けると共に給湯管２の湯の温度を検知する温度センサー４を給湯管２に設ける。給湯水栓３と温度センサー４との間の箇所において給湯管２に一端が接続された返送管５の他端を貯湯槽１に接続する。温度センサー４の検知温度に応じて作動し、給湯管２内の湯を返送管５を通して貯湯槽１に返送することによって給湯管２と貯湯槽１との間で湯を循環させる循環ポンプ６を備える。給湯管２内の湯の温度が低下すると、その温度低下が温度センサー４で検知され、循環ポンプ６を作動させて返送管５を介して給湯管２と貯湯槽１との間で湯を循環させることによって、給湯管２内の湯の温度を所定温度に保持する。
【選択図】図１

Description

本発明は、家庭用などの貯湯式給湯システムにおける給湯装置に関するものである。

貯湯式給湯システムは、一般に、貯湯槽に接続された給湯管の先端部に給湯水栓を設けて形成されている。そして給湯水栓を開くことによって、貯湯槽に貯溜された湯が給湯管を通して給湯水栓から吐出され、湯を使用することができるようになっている（例えば、特許文献１等参照）。
特開平７−１０３５６９号公報

上記のような貯湯式給湯システムにあって、給湯水栓を閉じている間は、給湯管の中に湯が静止した状態で詰まっている。そして、前回、給湯水栓を開いて湯を使った後、次回に給湯水栓を開くまでの間に時間が経過していると、給湯管の中に詰まった湯が管壁を通して放熱して徐々に温度低下してしまう。このため、給湯水栓を開くと、給湯管内の温度の低下した湯が出尽くした後に、貯湯槽から送られてくる温度の高い湯が出始めるということになり、適温の湯を速やかに得ることができないという不具合があった。

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、給湯水栓を開くことによって、温度の低下した湯が出るようなことなく、適温の湯を速やかに得ることができる給湯装置を提供することを目的とするものである。

本発明の請求項１に係る給湯装置は、貯湯槽１に接続された給湯管２に給湯水栓３を設けると共に給湯管２の湯の温度を検知する温度センサー４を給湯管２に設け、給湯水栓３と温度センサー４との間の箇所において給湯管２に一端が接続された返送管５の他端を貯湯槽１に接続し、温度センサー４の検知温度に応じて作動し、給湯管２内の湯を返送管５を通して貯湯槽１に返送することによって給湯管２と貯湯槽１との間で湯を循環させる循環ポンプ６を備えて成ることを特徴とするものである。

また請求項２の発明は、請求項１において、温度センサー４として、給湯管２の表面温度とその周囲の温度との温度差で発電する熱電素子７を用いて成ることを特徴とするものである。

本発明によれば、給湯管２内の湯の温度の低下を温度センサー４で検知して、循環ポンプ６を作動させることによって、返送管５を介して給湯管２と貯湯槽１との間で湯を循環させることができ、給湯管２内の湯の温度を所定温度に保持することができるものであり、給湯水栓３を開くと、給湯管２内で冷えて温度の低下した湯が出るようなことなく、適温の湯を速やかに得ることができるものである。

以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。

図１は本発明の実施の形態の一例を示すものであり、貯湯槽１の上部に給湯管２が接続してあり、この給湯管２は台所や浴室など湯が使用される箇所に至るように屋内に配管してある。そして湯が使用される箇所において給湯管２に蛇口として形成される給湯水栓３が接続してある。また給湯管２には返送管５の一端が分岐して接続してあり、この返送管５の他端は貯湯槽１の下部に接続してある。返送管５は給湯管２の給湯水栓３を接続した部分の近傍に接続されるものである。

また給湯管２の給湯水栓３の近傍において、返送管５を接続した箇所よりも貯湯槽１側の位置に温度センサー４が設けてある。この温度センサー４は給湯管２内の湯の温度を検知するためのものであり、任意の構成に形成されたものを用いることができるが、図の実施の形態では熱電素子（熱電変換素子）７によって温度センサー４を形成するようにしてある。さらに給湯水栓３の貯湯槽１への接続部の近傍に循環ポンプ６が設けてある。循環ポンプ６を設ける箇所は特に限定されるもではなく、返送管５ではなく給湯管２に循環ポンプ６を設けるようにしてもよい。

図２（ａ）は熱電素子７で形成される温度センサー４の一例を示すものであり、ｐ型半導体などからなるエレメント１１とｎ型半導体などからなるエレメント１２を縦横交互に多数配置し、隣り合うエレメント１１とエレメント１２の上面同士を上部電極１３で接続すると共に、エレメント１１の下面を他の隣り合うエレメント１２の下面と下部電極１４で、エレメント１２の下面を他の隣り合うエレメント１１の下面と下部電極１４で接続することによって、縦横交互に多数配置されたエレメント１１とエレメント１２を交互に上部電極１３と下部電極１４で直列に接続してある。そして直列接続の両端に位置する上部電極１３あるいは下部電極１４にそれぞれリード線１５，１５を接続すると共に、各上部電極１３の上面を覆うアルミナ等の絶縁体からなる上部基板１６と、各下部電極１４の下面を覆うアルミナ等の絶縁体からなる下部基板１７で挟み込むことによって、モジュール状に熱電素子７を形成するようにしてある。このように形成される熱電素子７にあって、上部基板１６の側と下部基板１７の側との温度が異なるように、熱電素子７に温度差を与えると、ゼーベック効果で温度差に比例した電圧が発生し、電圧の発生で発電される電力をリード線１５から取り出すことができるものである。

このように形成される熱電素子７は、図２（ｂ）に示すように、給湯管２の外面に下部基板１７を接着等して取り付けられるものである。下部基板１７の下面は給湯管２の外周形状に適合した湾曲面に形成し、給湯管２の外周に下部基板１７を密着させて給湯管２から熱が熱電素子７に効率良く伝達されるようにするのが好ましい。

図３は熱電素子７からなる温度センサー４によって循環ポンプ６を制御する回路を示すものであり、熱電素子７で発電された電力を充電する二次電池１９と、熱電素子７によって得られる小さな電位差を昇圧して高電圧化するアップコンバーター２０が接続してあり、また熱電素子７で発電される電力の変化を検出する制御部２１が設けてある。この制御部２１で検出される電力の変化に応じてＬＥＤ２２を点灯・消灯制御するようにしてあり、また循環ポンプ６を作動・停止制御するようにしてある。このように熱電素子７は温度センサー４であると共に制御部２１やＬＥＤ２２の電源ともなるので、別途の特別な電源を不要にすることができるものである。２３はダイオードである。図の実施の形態のように二次電池１９を設ける場合にはこのダイオード２３が必要であるが、二次電池を設けない場合には、ダイオードに限らず抵抗であってもよい。

上記のようにして貯湯式給湯システムにおける給湯装置が形成されるものであり、給湯水栓３を操作して開くと、貯湯槽１の湯は給湯管２を通して図１のイ矢印のように給湯水栓３へと流れ、給湯水栓３からこの湯を吐出させることができる。このとき返送管５には循環ポンプ６が設けてあるために、貯湯槽１の湯は返送管５へと流入することはなく、貯湯槽１の上部の高温の湯を給湯管２から給湯水栓３に供給することができるものである。尚、返送管５に逆流防止弁（図示省略）を設けることによって、貯湯槽１の湯が返送管５へ流入することを更になくすことができるものである。

ここで、給湯管２内には湯が存在するので、給湯管２はこの湯によって加熱された状態にあり、給湯管２の温度は給湯管２が配管された壁内など配管の周囲空間の温度より高くなっている。従って、給湯管２の外面に取り付けた熱電素子７において、給湯管２に接触する下部基板１７と周囲空間に面している上部基板１６とで温度差が生じ、この温度差によって熱電素子７に電位差が生じて発電されるものである。

しかして、給湯水栓３を閉じたまま時間が経過すると、給湯管２内には湯が滞留したままになるので、この給湯管２内の湯は給湯管２の管壁を通して放熱し、温度が徐々に低下する。このように給湯管２内の湯の温度が低下すると、給湯管２の表面温度と周囲空間との温度差が小さくなり、熱電素子７に生じる電位差が小さくなって発電電力も小さくなる。例えば温度差が２５〜３０℃のときには、熱電素子７で発電される電力は約４００ｍＷであるが、温度差が１０〜１５℃になると熱電素子７で発電される電力は約１００ｍＷになる。従って、熱電素子７で発電される電力値を制御部２１で検出することによって、給湯管２内の湯の温度を検知することができるものであり、制御部２１で検出された電力値が所定の設定値を下回ると、給湯管２内の湯の温度が所定の設定温度より下回ったということを検知することができる。このように、給湯管２と周囲の温度差を利用して熱電素子７で給湯管２内の湯の温度を検知することができるものであり、別途の特別な電源を必要とすることなく湯の温度検知を行なうことができるものである。ここで、夏期と冬期のように周囲空間の気温は変化するので、熱電素子７で発電される電力値から給湯管２内の湯の温度を正確に検知するには、周囲空間の気温によって補正する必要があり、例えば制御部２１に一年の気温データを記憶させておいて、この気温データを基に補正して給湯管２内の湯の温度を正確に検知するようにするのが望ましい。

そして、熱電素子７で発電される電力値が所定の設定値を下回ると、制御部２１から制御信号が出力され、循環ポンプ６を作動させるようにしてあり、図１のロ矢印のように給湯管２内の湯は返送管５を通して貯湯槽１に返送されると共に、これに伴なって貯湯槽１内の湯が給湯管２に供給され、返送管５を介して給湯管２と貯湯槽１の間で循環させることができ、給湯管２内の湯の温度を所定の温度に保つことができるものである。従って、給湯水栓３を開くと、給湯管２内の所定温度に保たれた湯が直ちに吐出されるものであり、従来のように給湯管２内の冷えて温度の低下した湯が出尽くした後に、貯湯槽１から送られてくる湯が出始めるというような不具合はなくなり、適温の湯を速やかに得ることができるものである。

また、上記のように循環ポンプ６の作動による湯の循環で給湯管２内の湯の温度が高くなると、給湯管２の表面温度と周囲空間との温度差が大きくなり、熱電素子７に生じる電位差が大きくなって発電電力も大きくなる。そこで、熱電素子７で発電される電力値が所定の設定値を上回ると、制御部２１から制御信号が出力され、循環ポンプ６の作動が停止されるようにしてある。従って、循環ポンプ６は給湯管２内の湯の温度が低くなったときにのみ作動させればよいものであり、循環ポンプ６を常時作動させる場合のような大きなエネルギーを消費することはないものである。

さらに、上記のように熱電素子７で発電される電力値の変化に応じて、給湯水栓３の近傍に配置して設けたＬＥＤ２２を点灯あるいは消灯させ、給湯水栓３を使用する人に給湯管２内の湯の状態を知らせるようにしてある。例えば、給湯管２内の湯の温度が高いときには、熱電素子７で発電される電力値が設定値よりも高いので、制御部２１によってＬＥＤ２２を点灯制御し、ＬＥＤ２２の点灯で適温の湯を使えることを知らせることができるものであり、逆に給湯管２内の湯の温度が冷えて低下したときには、熱電素子７で発電される電力値が設定値よりも低くなるので、制御部２１によってＬＥＤ２２を消灯制御し、ＬＥＤ２２の消灯で出てくる湯の温度が低いことを警告することができるものである。勿論、ＬＥＤの点灯と消灯はこの逆になるように設定することもできる。

ここで、熱電素子７に生じる電位差が小さくて起電力が小さく、特に給湯管２内の湯の温度が低い時はさらに小さくなり、熱電素子７を電源とする制御部２１の作動が不安定になると共に、ＬＥＤ２２の点灯が不十分になる。このため、熱電素子７によって得られる電圧をアップコンバーター２０を用いて昇圧し、また二次電池１９を用いて熱電素子７の電力不足を補い、制御部２１を安定して作動させることができる共にＬＥＤ２２を安定して点灯させることができるようにしてある。二次電池１９に対する充電は、給湯管２内の湯の温度が高いときには熱電素子７による発電電力が高いので、このときの余剰電力を利用して行なうことができるものである。尚、上記の実施の形態では、ＬＥＤ２２の点灯・消灯で給湯管２内の湯の状態を知らせるようにしたが、ＬＥＤ２２は電流値によって明るさが変わることを利用して、熱電素子７による起電力に応じてＬＥＤ２２の明るさを変化させ、例えば給湯管２内の湯の温度が徐々に低下して、熱電素子７の起電力が徐々に低下すると、それに従ってＬＥＤ２２の明るさを徐々に低下させるようにして、給湯管２内の湯の状態を知らせるようにすることもできるものである。また上記の実施の形態では熱電素子７の発電電力を制御部２１で検出して給湯管２内の湯の温度検知や制御を行なうようにしたが、熱電素子７の発電の際の電圧（電位差）を制御部２１で検出して給湯管２内の湯の温度検知や制御を行なうようにしてもよい。

図４は本発明の他の実施の形態の一例を示すものであり、室内の壁面に給湯コンセントボックス２４が取り付けてある。この給湯コンセントボックス２４には既述のＬＥＤ２２の他に、水栓コンセント２５が設けてあり、壁内に配管される上記の給湯管２がこの水栓コンセント２５に接続してある。水栓コンセント２は、コンセントボックス２４の前面に開口する嵌合凹部２６の奥部に接続口２７を設けると共に接続口２７に封水栓２８を設けて形成されるものであり、接続口２７は給水管２内と連通させてある。封水栓２８は接続口２７に出入り自在に設けてあって、嵌合凹部２６内に突出する方向にバネ付勢してあり、この突出状態ではその基部に設けた弁（図示省略）によって接続口２７を閉じるようにしてある。また蛇口として形成される水栓２９の基部には上記の嵌合凹部２６に脱着自在に嵌合接続される嵌合部３０が設けてある。

上記の給湯コンセントボックス２４は浴室や台所、その他、屋内の各室の壁面に取り付けられているものであり、その室内で湯を使いたいときには、水栓２９の嵌合部３０を嵌合凹部２６に嵌め込んで、水栓コンセント２５に水栓２９を取り付ける。このように水栓２９の嵌合部３０を嵌合凹部２６に嵌め込むと、封水栓２８が押されて接続口２７の内方に引っ込み、接続口２７が開いて給湯管２と水栓２９とが連通接続される。従って、この状態で水栓２９を開くと、貯湯槽１の湯を給湯管２を通して水栓２９から吐出させることができるものである。このようにして、湯が必要な場所に随時給湯することが可能になるものである。

本発明の実施の形態の一例を示す概略図である。同上に使用する熱電素子を示すものであり、（ａ）は熱電素子の構成を示す斜視図、（ｂ）は熱電素子の取付状態を示す断面図である。同上に使用する回路を示す図である。本発明の他の実施の形態における、給湯コンセントボックスと水栓を示す斜視図である。

符号の説明

１貯湯槽
２給湯管
３給湯水栓
４温度センサー
５返送管
６循環ポンプ
７熱電素子

Claims

貯湯槽に接続された給湯管に給湯水栓を設けると共に給湯管の湯の温度を検知する温度センサーを給湯管に設け、給湯水栓と温度センサーとの間の箇所において給湯管に一端が接続された返送管の他端を貯湯槽に接続し、温度センサーの検知温度に応じて作動し、給湯管内の湯を返送管を通して貯湯槽に返送することによって給湯管と貯湯槽との間で湯を循環させる循環ポンプを備えて成ることを特徴とする給湯装置。
温度センサーとして、給湯管の表面温度とその周囲の温度との温度差で発電する熱電素子を用いて成ることを特徴とする請求項１に記載の給湯装置。