JP2006057889A - 給湯装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 貯湯タンク内の高温の湯をそのまま使用する系統を有するものにおいても、高価な流量検出手段を用いずとも、各給湯経路の給湯使用量を把握可能とする給湯装置を提供する。
【解決手段】 給湯装置において、貯湯タンク１に貯えられた高温の湯のみを給湯するための高温給湯経路２４と、給水経路１２に設けられ、給水経路１２を流れる水の流量を検出する第１流量検出手段６２と、混合給湯経路１７に設けられ、混合給湯経路１７を流れる混合湯の流量を検出する第２流量検出手段７２と、第１流量検出手段６２が検出した流量、および第２流量検出手段７２が検出した流量に基づいて、高温給湯経路２４を流れる高温の湯の流量を算出、および高温の湯の出湯を判定する流量算出、出湯判定手段２００とを備えるものとする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、給湯用の高温の湯を貯湯タンク内に貯える貯湯式の給湯装置に関するものであり、給湯経路として貯湯タンク内の高温の湯をそのまま使用する経路と、給湯水と混合して使用する経路の２系統を有するものに適用される。

従来から、例えば図５に示すような給湯装置が知られている。この給湯装置は、導出管９１４を介して貯湯タンク９０１から出湯した高温の湯と、貯湯タンク１へ給水を行なう導入管９１２から分岐した給水配管９１５を介して供給される給湯水とを、混合弁９１６により混合して混合湯とした後に、混合給湯配管９１７を介して使用側端末（例えば、風呂とカラン）へ送る給湯経路を２系統有している。

各混合給湯配管９１７を流れる湯の温度は、各系統の混合弁９１６によって調整され、各系統に所望温度（例えば４０℃と３５℃）のお湯を供給できるようになっている。

そして、各混合給湯配管９１７に流量カウンタ９６１、９７１が設けられ、給湯使用量を把握して、出湯の判定や沸き上げ時の学習制御等に用いられるようになっている。

しかしながら、図５に例示した従来技術の給湯装置に対して、業務用等においては２系統のうち、１つの給湯経路については給湯水による混合を行なわずに、貯湯タンク内の高温の湯をそのままで使用したいというニーズがある。ここで、高温の湯の温度（例えば９０℃程度）が流量カウンタの耐熱温度（通常６０℃）を超える場合は、流量カウンタの設置ができなくなるため、高温の湯の給湯使用量の把握ができなくなる。尚、流量検出手段（流量カウンタ）として耐熱性の高いものを使用すれば設置可能となるが、高価なものとなって現実性に欠ける。

本発明の目的は、上記問題に鑑み、貯湯タンク内の高温の湯をそのまま使用する系統を有するものにおいても、高価な流量検出手段を用いずとも、各給湯経路の給湯使用量を把握可能とする給湯装置を提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために、以下の技術的手段を採用する。

請求項１に記載の発明では、給湯装置において、加熱手段（２）により内部の水を加熱して高温の湯とし、内部に貯える貯湯タンク（１）と、貯湯タンク（１）内に給水する給水経路（１２）と、貯湯タンク（１）に貯えられた高温の湯のみを給湯するための高温給湯経路（２４）と、貯湯タンク（１）に貯えられた高温の湯を出湯する出湯経路（１４）と、給水経路（１２）から分岐し、貯湯タンク（１）を迂回するバイパス経路（１５）と、出湯経路（１４）とバイパス経路（１５）とが合流し、出湯経路（１４）を流れる高温の湯とバイパス経路（１５）を流れる水とを混合して給湯する混合給湯経路（１７）と、給水経路（１２）に設けられ、給水経路（１２）を流れる水の流量を検出する第１流量検出手段（６２）と、混合給湯経路（１７）に設けられ、混合給湯経路（１７）を流れる混合湯の流量を検出する第２流量検出手段（７２）と、第１流量検出手段（６２）が検出した流量、および第２流量検出手段（７２）が検出した流量に基づいて、高温給湯経路（２４）を流れる高温の湯の流量を算出、および高温の湯の出湯を判定する流量算出、出湯判定手段（２００）とを備えることを特徴としている。

これにより、高価な流量検出手段を用いずとも、貯湯タンク（１）内の高温の湯をそのまま使用する高温給湯経路（２４）での流量および出湯を把握することができる。

第１流量検出手段（６２）は、請求項２に記載の発明のように、給水経路（１２）のバイパス経路（１５）分岐点より上流側に設けるのが良く、これにより、より簡単に高温給湯経路（２４）の流量、および出湯を把握することができる。

即ち、請求項２に記載の発明においては、請求項３に記載の発明のように、流量算出、出湯判定手段（２００）は、高温給湯経路（２４）を流れる高温の湯の流量を、第１流量検出手段（６２）が検出した流量から第２流量検出手段（７２）が検出した流量を差し引いて算出することができる。

また、請求項４に記載の発明のように、流量算出、出湯判定手段（２００）は、高温給湯経路（２４）を流れる高温の湯の出湯を、第１流量検出手段（６２）が検出した流量から第２流量検出手段（７２）が検出した流量を差し引いた値が正の値であることから判定することができる。

尚、上記各手段に付した括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態を図１〜図３に示す図面に基づいて説明する。尚、図１は貯湯式給湯装置の概略構成を示す模式図、図２は給湯状態毎の給湯量算出方法を示す一覧表、図３は給湯状態毎の出湯判定方法を示す一覧表である。

１は耐食性に優れた金属製（例えばステンレス製）の貯湯タンクであり、外周部に図示しない断熱材が配置されており、高温の湯（以下、高温湯）を長時間に渡って保温することができるようになっている。貯湯タンク１は縦長形状であり、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内に給湯水を導入する導入管（本発明における給水経路に対応）１２が接続されている。

導入管１２には温度検出手段である給水サーミスタ６１と第１流量検出手段である流量カウンタ６２が設けられており、給水サーミスタ６１は導入管１２内の温度情報を、流量カウンタ６２は導入管１２内の流量情報を後述する制御装置２００に出力するようになっている。

導入管１２の給水サーミスタ６１および流量カウンタ６２が設けられた位置より上流側には減圧弁６３が設けられており、貯湯タンク１内に給湯水が穏やかに導入されるようになっている。

また、導入管１２の給水サーミスタ６１および流量カウンタ６２が設けられた位置より下流側と後述する混合弁１６とは給水配管（本発明におけるバイパス経路に対応）１５により繋がれている。

一方、貯湯タンク１の最上部には導出口１３が設けられ、導出口１３には貯湯タンク１内の高温湯を導出するための導出管（本発明における出湯経路に対応）１４が接続されている。１６は混合弁であり、導出管１４と給水配管１５との合流点に配置されている。そして、混合弁１６は弁開度（後述する導出管１４側の理論混合比）を調節することにより、導出管１４からの高温湯と給水配管１５からの給湯水との混合比を調節できるようになっている。

尚、混合弁１６はサーボモータ等の駆動源により弁体を駆動する電動弁であり、後述する制御装置２００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２００に出力するようになっている。

混合弁１６の出口側にはカラン等への混合給湯経路である配管１７が接続されている。配管１７には温度検出手段である給湯サーミスタ７１と第２流量検出手段である流量カウンタ７２が設けられており、給湯サーミスタ７１は配管１７内の温度情報を、流量カウンタ７２は配管１７内の流量情報を後述する制御装置２００に出力するようになっている。

尚、流量カウンタ７２が配管１７内の混合湯の流れを検出した時は、混合湯使用側端末のカラン等で湯が使用されているということを意味する。この時、制御装置２００は、後述する操作盤１００での混合湯設定温度に応じて、まず後述する給水サーミスタ６１からの温度情報と後述する出湯サーミスタ３２からの温度情報とから混合弁１６の弁開度を概略調節し、その後給湯サーミスタ７１からの温度情報に基づいて給湯温度が混合湯設定温度となるように混合弁１６の弁開度を微細制御するようになっている。

貯湯タンク１の最上部には導出口２３も設けられており、導出口２３には貯湯タンク１内の高温湯を導出するための配管（本発明における高温給湯経路に対応）２４が接続されている。この配管２４は、下流側の高温湯使用側端末に設けられた機器（例えば業務用食器洗浄機）やカラン等に、貯湯タンク１内の高温湯（例えば９０℃の湯）を直接（給湯水を混合することなく）給湯するようになっている。

貯湯タンク１の下面には、貯湯タンク１内の給湯水を吸入するための吸入口１８が設けられ、貯湯タンク１の上面には、貯湯タンク１内に湯を吐出する吐出口１９が設けられている。吸入口１８と吐出口１９とは循環回路２０で接続されており、循環回路２０の一部はヒートポンプユニット２内に配置されている。循環回路２０のヒートポンプユニット２内に配置された部分には、図示しない熱交換器が設けられており、吸入口１８から吸入した貯湯タンク１内の給湯水を高温冷媒との熱交換により加熱し、吐出口１９から貯湯タンク１内に戻すことにより貯湯タンク１内の給湯水を沸き上げることができるようになっている。

ヒートポンプユニット２は、本発明における加熱手段である。尚、ヒートポンプユニット２は後述する制御装置２００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２００に出力するようになっている。

貯湯タンク１の下部外壁面には、貯湯タンク１内下部の水温を検出する入水サーミスタ３１が設けられており、導入口１１から導入された給湯水の温度情報を後述する制御装置２００に出力するようになっている。また、貯湯タンク１の上部外壁面には、貯湯タンク１内上部の水温を検出する出湯サーミスタ３２が設けられており、導出口１３、２３から導出される高温湯の温度情報を後述する制御装置２００に出力するようになっている。

尚、ヒートポンプユニット２において循環回路２０に設けられた図示しない熱交換器により循環回路２０内の給湯水を加熱する時には、制御装置２００は、入水サーミスタ３１からの温度情報に基づいてヒートポンプユニット２を作動制御するようになっている。

更に、貯湯タンク１の外壁面には複数の（本例では５つの）水位サーミスタ３３〜３７が縦方向にほぼ等間隔に配置され、貯湯タンク１内に満たされた水（高温の湯、給湯水）の各水位レベルでの温度情報を後述する制御装置２００に出力するようになっている。

例えば、容量３００Ｌの貯湯タンク１の外壁面に５つの水位サーミスタ３３〜３７を設けた場合には、容量５０Ｌ刻みの水位レベルの温度情報を出力し、貯湯タンク１内上方の沸き上げられた高温湯と貯湯タンク１内下方の沸き上げられる前の給湯水との境界面を５０Ｌ刻みで検出できるようになっている。

１００はユーザの行なう制御条件設定（混合湯の温度設定等）・表示を行なうための操作盤であり、各種操作スイッチの信号を後述する制御装置２００に出力すると共に、制御装置２００からの制御信号により表示手段である表示部１１０の表示を行なうようになっている。

また、２００は制御装置（制御手段）であり、各サーミスタ３１〜３７、６１、７１からの温度情報、流量カウンタ６２、７２からの流量情報および操作盤１００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および操作盤１００の表示部１１０等を制御するように構成されている。特に本発明においては、制御装置２００は、流量算出、出湯判定手段に対応し、流量カウンタ６２、７２からの流量情報に基づき、配管２４を流れる高温湯の流量を算出、および高温湯の出湯を判定するように機能する。

次に、上記構成に基づく給湯装置の作動について説明する。まず、ユーザが混合湯を使用すると、制御装置２００は、混合弁１６の弁開度を調節して、導出管１４からの高温湯と給水配管１５からの給湯水とを所定割合で混合し、給湯サーミスタ７１で得られる温度がユーザの設定する混合湯設定温度（操作盤１００からの入力値）となるようにする。尚、上記混合弁１６の弁開度は、以下の数式１で得られる理論混合比としている。尚、この理論混合比に対して、混合弁１６固有の特性分を補正した理論混合弁開度を用いても良い。

（数１）
理論混合比＝（混合湯設定温度−給湯水温度）／（高温湯温度−給湯水温度）×１００％
但し、給湯水温度は、給水サーミスタ６１で得られる温度、高温湯温度は、出湯サーミスタ３２で得られる温度である。

そして、この時使用される混合湯の給湯量は流量カウンタ７２によって検出され、制御装置２００は時系列的にこの給湯量を記憶していく。

一方、ユーザが高温湯を使用すると、配管２４からの高温湯が高温湯使用側端末にそのまま出湯される。

また、混合湯および高温湯が同時に使用されると、上記２つの出湯が同時に行われることになる。

上記のように混合湯および高温湯が使用されると、貯湯タンク１内から使用される高温湯量に対応する分の給湯水が導入口１２から貯湯タンク１内に補充され、また、混合湯使用時には給湯水が給水配管１５側に供給される。この時の給湯水の流量は流量カウンタ６２によって検出される。

本発明においては、上記のように導入口１２から補充される補充流量および給水配管１５側に供給される供給流量は、配管１７からの混合湯の出湯量と、配管２４からの高温湯の出湯量との和に等しいことから、高温湯の流量については、図２に示すように、流量カウンタ６２で得られる流量−流量カウンタ７２で得られる流量、として得ることができる。また、高温湯の出湯判定は、図３に示すように、流量カウンタ６２−流量カウンタ７２＞０で判定できる。ここでは、高温湯の流量把握のために配管２４に高耐熱性の流量カウンタを設ける必要が無く、安価な対応が可能となる。

尚、流量カウンタ６２、７２によって高温湯の出湯判定が可能となることから、例えば、混合湯単独給湯から高温湯と混合湯との同時給湯に移行した時（図３中の下段の判定時）に、混合湯側は一次的に高温湯の流量が低下して、混合湯温度が低下することが考えられるが、同時給湯の判定と共に、混合弁１６の弁開度をそれに見合った開度に可変する（大きい側に補正する）ことで、混合湯側の温度変化を抑制する等の対応が可能となる。

また、制御装置２００が高温湯側端末での高温湯の使用量を流量カウンタ７２で得られた使用量と同様に時系列的に記憶していくことで、給湯使用実績に応じた沸き上げ制御（水位サーミスタ３２〜３７から得られる貯湯タンク１内の熱量と給湯使用実績とから、必要となる熱量分をヒートポンプユニット２の作動により沸き上げる学習制御）が可能となる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態を図４に示す。第２実施形態は、上記第１実施形態に対して、第１流量検出手段としての流量カウンタ６２の設定位置を変更したものであり、流量カウンタ６２を導入管１２における給水配管１５の分岐点よりも下流側（貯湯タンク１側）に設置したものである。

本実施形態においては、導出管１４を流通する高温湯の流量をＡ、給水配管１５を流通する給湯水の流量をＢとすると、流量カウンタ７２で得られる流量は数式２となる。

（数２）
流量カウンタ７２で得られる流量＝Ａ＋Ｂ
また、高温湯の流量は数式３となる。

（数３）
高温湯の流量＝流量カウンタ６２で得られる流量−Ａ
ここで、混合弁１６の弁開度をαとすると、流量Ａは数式４、あるいは数式５となる。

（数４）
流量Ａ＝α×流量カウンタ７２で得られる流量
（数５）
流量Ａ＝数式１の理論混合比／１００×流量カウンタ７２で得られる流量
よって、高温湯の流量は、数式３、数式４（あるいは数式５）から得ることができ、この流量を上記第１実施形態と同様な給湯装置の制御に活用することができる。

（その他の実施形態）
上記各実施形態において、各流量検出手段は流量カウンタ６２、７２であったが、流量を検出可能であればこれに限定されるものではない。

また、上記各実施形態において、加熱手段としてヒートポンプユニット２を用いて貯湯タンク１内の水を沸き上げるものとしたが、貯湯タンク１内の水が加熱できるものであればこれに限らない。例えば、貯湯タンク１内に電気ヒータを設け、これを発熱制御して貯湯タンク１内の水を沸き上げるものであっても良い。

また、上記各実施形態において、５０Ｌ、３００Ｌ、５つ等の実数値は例示であって、貯湯式給湯装置の諸特性等に応じて適宜設定し得るものである。

第１実施形態における貯湯式給湯装置の概略構成を示す模式図である。 図１における給湯状態毎の給湯量算出方法を示す一覧表である。 図１における給湯状態毎の出湯判定方法を示す一覧表である。 第２実施形態における貯湯式給湯装置の概略構成を示す模式図である。 従来例の給湯装置の概略構成を示す模式図である。

符号の説明

１ 貯湯タンク
２ ヒートポンプユニット（加熱手段）
１２ 導入管（給水経路）
１４ 導出管（出湯経路）
１５ 給水配管（バイパス経路）
１７ 配管（混合給湯経路）
２４ 配管（高温給湯経路）
６２ 流量カウンタ（第１流量検出手段）
７２ 流量カウンタ（第２流量検出手段）
２００ 制御装置（流量算出、出湯判定手段）

Claims (4)

1. 加熱手段（２）により内部の水を加熱して高温の湯とし、内部に貯える貯湯タンク（１）と、
   前記貯湯タンク（１）内に給水する給水経路（１２）と、
   前記貯湯タンク（１）に貯えられた前記高温の湯のみを給湯するための高温給湯経路（２４）と、
   前記貯湯タンク（１）に貯えられた前記高温の湯を出湯する出湯経路（１４）と、
   前記給水経路（１２）から分岐し、前記貯湯タンク（１）を迂回するバイパス経路（１５）と、
   前記出湯経路（１４）と前記バイパス経路（１５）とが合流し、前記出湯経路（１４）を流れる前記高温の湯と前記バイパス経路（１５）を流れる水とを混合して給湯する混合給湯経路（１７）と、
   前記給水経路（１２）に設けられ、前記給水経路（１２）を流れる水の流量を検出する第１流量検出手段（６２）と、
   前記混合給湯経路（１７）に設けられ、前記混合給湯経路（１７）を流れる混合湯の流量を検出する第２流量検出手段（７２）と、
   前記第１流量検出手段（６２）が検出した流量、および前記第２流量検出手段（７２）が検出した流量に基づいて、前記高温給湯経路（２４）を流れる前記高温の湯の流量を算出、および前記高温の湯の出湯を判定する流量算出、出湯判定手段（２００）とを備えることを特徴とする給湯装置。
2. 前記第１流量検出手段（６２）は、前記給水経路（１２）の前記バイパス経路（１５）分岐点より上流側に設けられたことを特徴とする請求項１に記載の給湯装置。
3. 前記流量算出、出湯判定手段（２００）は、前記高温給湯経路（２４）を流れる前記高温の湯の流量を、前記第１流量検出手段（６２）が検出した流量から前記第２流量検出手段（７２）が検出した流量を差し引いて算出することを特徴とする請求項２に記載の給湯装置。
4. 前記流量算出、出湯判定手段（２００）は、前記高温給湯経路（２４）を流れる前記高温の湯の出湯を、前記第１流量検出手段（６２）が検出した流量から前記第２流量検出手段（７２）が検出した流量を差し引いた値が正の値であることから判定することを特徴とする請求項２または請求項３に記載の給湯装置。

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