JP2007107798A - 電気給湯システム - Google Patents

Abstract

【課題】 使用開始に際して事前に貯湯タンクへの自動給水を実現することで、ユーザの手を煩わせることなく、空焚きを防止できる電気給湯システムを提供する。
【解決手段】 貯湯タンク内へ給水管から水を供給し、ヒートポンプ装置２０をもって貯湯タンク内の水を温水に変換する電気給湯システムである。給水管から貯湯タンク内への水の流路を開閉する電磁弁３０を備える。電磁弁３０は、ヒートポンプ装置２０と同じ電力供給系統から通電されて弁座を開く。さらに、貯湯タンクには、内部の貯水量を検出する電磁式流量計６０が設置してあり、この電磁式流量計６０からの検出結果に基づき、電磁弁３０を閉じる。
【選択図】 図３

Description

この発明は、例えば、一般住宅等の給湯設備に用いられる電気給湯システムに関する。

電気給湯システムとしては、従来から貯湯式の電気温水器が広く知られている。貯湯式の電気温水器は、貯湯タンクに水を蓄え、電熱ヒータによって貯湯タンク内の水を加熱するか、あるいは外部ヒータまたはヒートポンプユニットで加熱された温水を貯湯タンク内へ供給する構成となっている。
貯湯タンク内に蓄える水は、水道に連結した給水管を通して供給される。貯湯タンク内は、常時、一定の水が蓄えられ、電熱ヒータやヒートポンプユニットによって温水に変えられている。

さて、引っ越し等により、電気給湯システムを長期間使用しない場合は、水の腐食を防止するため、給水管の止水栓を閉めて水の供給を停止するとともに、貯湯タンク内の水をすべて排出する必要がある。
その後、電気給湯システムの使用を再開する際は、まず給水管の止水栓を開け、貯湯タンク内に水を供給する。そして、タンク内が満水になってからシステムの電源を入れ、電熱ヒータによる貯湯タンク内の水の加熱を実行する。この順序を間違えると、貯湯タンク内を空焚きしてしまい、故障の原因となる。

しかしながら、一般ユーザの中には、上述したような操作手順を知らない人もいる。そこで、特許文献１には、貯湯漕の内部に水位検知手段を設け、この水位検知手段が水位を検知しないときにヒータが通電されたときは、警報を鳴らして注意を喚起する構成が開示されている。
特開２００１−３４３１６１号公報

上記特許文献１に開示された従来技術では、空焚きの状態でヒータが加熱したままとなる危険は回避されるものの、ユーザの手で給水管の止水栓を開けて貯湯タンク内に水を供給し、満水になるまで待ち、そして、貯湯タンクが満水になったことを確認してから、はじてめヒータを通電することができるようになる。したがって、ユーザに繁雑な作業を強いることになり、しかも給水管の止水栓を開けてから、実際に温水を使えるようになるまで、長時間の待機が必要になるという欠点があった。

本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、使用開始に際して事前に貯湯タンクへの自動給水を実現することで、ユーザの手を煩わせることなく、空焚きを防止できる電気給湯システムの提供を目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、貯湯タンク内へ給水管から水を供給し、電気式加熱手段をもって貯湯タンク内の水を温水に変換、あるいは貯湯タンク内へ温水を供給する電気給湯システムにおいて、給水管から貯湯タンク内への水の流路を開閉する開閉手段を備え、かつ当該開閉手段を通電状態にて開く電磁弁により構成したことを特徴とする。
電磁弁は、電気式加熱手段と同じ電力供給系統から通電される構成とすることが好ましい。

このような構成にすることで、例えば、電気給湯システムへの電力供給を開始するだけで、電磁弁と電気式加熱手段が通電状態となり、電磁弁が開いて貯湯タンク内に水が供給される。よって、ユーザの手を煩わせることなく、自動的に貯湯タンクへの給水を実行することができる。

また、本発明は、貯湯タンク内の貯水量を検出する貯水量検出手段を備えた構成としてもよい。貯水量検出手段により、貯湯タンク内の貯水量の検出が可能となる。
さらに、貯水量検出手段の検出結果に基づき、貯湯タンク内の貯水量が電気加熱手段により加熱できる貯水量になった後、この電気式加熱手段を通電可能とする制御手段を備えた構成とすれば、この制御手段により、貯湯タンク内の貯水量に応じて電気式加熱手段を適正に制御することが可能となる。

また、本発明は、開閉手段の開閉状態を検出する開閉検出手段と、この開閉検出手段の検出結果に基づき開閉手段の開閉状態を監視する監視手段と、開閉検出手段の検出結果を監視手段へ送る送信手段と、を備えた構成とすることができる。
これにより、電気給湯システムの電磁弁の開閉状態状態を、遠隔地で監視することが可能となる。これにより、例えば、電力供給会社が、電気給湯システムの適正な稼働を遠隔監視することができ、安全性が向上する。

さらに、本発明は、開閉手段を駆動する駆動手段と、この駆動手段を遠隔地から制御する遠隔制御手段と、遠隔制御手段からの制御命令を当該駆動手段へ送る制御送信手段と、を備えれば、電磁弁を遠隔地から開閉制御することが可能となり、ユーザにとっては電気給湯システムの使用開始時における煩雑な作業から開放されるというメリットを享受できるようになる。

以上説明したように、本発明によれば、使用開始に際して事前に貯湯タンクへの自動給水を実現することで、ユーザの手を煩わせることなく、空焚きを防止できる効果がある。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
《第１の実施形態》
図１及び図２は、本発明の第１の実施形態に係る電気給湯システムを説明するための図である。
本実施形態に係る電気給湯システムは、図１に示すように、一定容量の水（温水）を貯める円筒形状の貯湯タンク１０と、このタンク内に貯水した水を加熱するヒートポンプ装置（電気式加熱手段）２０を備えている。

貯湯タンク１０には、給水管１１が配設してあり、その先端開口部は貯湯タンク１０内に開口する給水口１２となっている。給水管１１の他端は水道管１３に連通しており、水道管１３からの水を給水口１２から排出し、貯湯タンク１０内に供給する。
ここで、給水管１１の中間部には、電磁弁３０（開閉手段）が設けてあり、この電磁弁３０の開閉により貯湯タンク１０への水の供給を開始又は停止する構成となっている。

貯湯タンク１０には、内部に蓄えた温水を給湯するための給湯管１４が配設してある。給湯管１４の先端開口部は出湯口１５を形成しており、この出湯口１５が、貯湯タンク１０内で一定高さの位置に配置してある。給湯管１４は、給湯先となる施設内の各給湯口１６へ分配供給できる配管構造としてある。なお、図１に示す配管構造では、貯湯タンク１０内に、給湯管１４とは別に施設内の浴槽４０へ直接接続されたふろ配管１７が設けてある。ふろ配管１７は、加熱ヒータまたは熱交換器１７ａ内と浴槽４０内を温水が循環できる構成となっている。この構成により、浴槽４０内が湯張り状態となっていても、温水を循環させて昇温・保温できるため、水を節約することができる。

出湯口１５は、給水口１２よりも高い位置に配置することが好ましい。加熱された温水は、温度の低い水よりも密度や比重量が小さくなり、貯湯タンク１０内の上部へ流動する。この性質のため給水口１２よりも下に出湯口１５を配置した場合は、適切な温度の温水を得られないことがある。出湯口１５を給水口１２よりも高い位置に配置すれば、このような状況を回避することができる。

また、貯湯タンク１０の底部には、内部の水（温水）を排出するための排水口１８が設置してあり、さらにこの排水口１８から排出されてきた水（温水）をその下方で受け、外部の雨水管などへ導く排水溝１９が設置してある。

ヒートポンプ装置２０は、貯湯タンク１０の外部に設置してあり、ヒートポンプ配管２２、２３により貯湯タンク１０と連通させてある。ヒートポンプ装置２１の構造は周知であるため詳細な説明は省略するが、内部に水加熱用の熱交換器と、空気用の熱交換器と、コンプレッサーと、膨張弁とを備え、自然冷媒（ＣＯ２）を循環させる（図示せず）ことで内部に送られてきた水を加熱して温水に変える構成となっている。
なお、ヒートポンプ配管２２には、水の循環の逆流を防止するため、逆止弁付き止水栓２４を備えている。
貯湯タンク１０からヒートポンプ配管２２を通って循環した水は、ヒートポンプ装置２０による熱加熱で温水に温められ、ヒートポンプ配管２３を通って給湯タンク１０に戻る。このような循環サイクルを継続することで、貯湯タンク１０内の水は次第に温水へ変わっていく。

図２は、本実施形態に係る電気給湯システムへの電力供給系統を示すブロック図である。
電力供給系統５０は、一般的な電線などの外部電力供給手段５１から電力を受電し、配電盤５４を介して電気配線する構成となっている。電気給湯システムは、電気代などの費用を軽減するために、他の電力系統とは別の時間帯別電力供給系統を使用することが好ましい。配電盤５４には、電力供給の開始／停止を操作できる通電用スイッチ５２と、電力量を計測する電力計器５３が設置されている。電磁弁３０とヒートポンプ装置２０の電力供給線は、ともにこの配電盤５４に接続されており、通電用スイッチ５２のＯＮ操作によって、電磁弁３０とヒートポンプ装置２０に電力が供給される。なお、電磁弁３０は、電力供給に伴い開く構成となっている。

さて、電気給湯システムを長期間使用しない場合は、貯湯タンク１０内に貯められた水（温水）を排水して、腐食を防止する必要がある。貯湯タンク１０内の温水を排水するには、まず先に通電用スイッチ５２をＯＦＦ操作し、電磁弁３０とヒートポンプ装置２０への通電を停止する。これにより、ヒートポンプ装置２０の稼働が停止するとともに、電磁弁３０が締まり、給水管１１から貯湯タンク１０内への給水が停止される。
その後、貯湯タンク１０に設置してある排水口１８から排水溝１９へ水を排出することで、貯湯タンク１０内を空にできる。

長期間使用していなかった電気給湯システムを使用再開する場合は、電力供給系統５０の通電用スイッチ５２をＯＮ操作する。これにより、電力供給系統５０から電磁弁３０へ電力が供給されて、当該電磁弁３０が通電状態となり開く。その結果、給水管１１から貯湯タンク１０内へ水が供給される。
一般に、新居へ入居した際は、まず配電盤を開けてブレーカを入れる作業が行われる。このとき、電力供給系統５０の通電用スイッチ５２も、ユーザによってＯＮ操作される。その他に、ユーザが電気給湯システムを個別操作する必要なく、貯湯タンク１０内への水の供給から、ヒートポンプ装置２０による水の加熱が行われ、貯湯タンク１０内に自動的に温水が蓄えられる。

なお、本実施形態の構成では、電磁弁３０が開いて貯湯タンク１０内へ水が供給されると同時に、ヒートポンプ装置２０が稼働する。しかし、貯湯タンク１０内への水の供給が始まってからしばらくの間は、貯湯タンク１０内の水量が少ないため、空焚きに近い状態となるおそれがある。よって、通電用スイッチ５２からヒートポンプ装置２０に至る配電系統にタイマーなどを付設して、電磁弁３０の開放動作から一定時間経過後に、ヒートポンプ装置２０が稼働する構成とすることが好ましい。

《第２の実施形態》
図３は、本発明の第２の実施形態に係る電気給湯システムの構成を示すブロック図である。
なお、本実施形態に係る電気給湯システムにおいて、先に示した第１の実施形態に係る電気給湯システムと同一部分または相当する部分には、同一符号を付しその部分の詳細な説明は省略する。

本実施形態では、給水管１１に電磁式流量計６０（貯水量検出手段）を設けてある。
電磁式流量計６０は、給水管１１内の水の流路に直角方向に磁界を発生させ、水流により生じる起電力を検出する。起電力は水の流速に比例することになるため、この起電力を測定することで、給水管１１を通る水の流量の計測が可能となる。したがって、この電磁式流量計６０の計測データをもって、貯湯タンク１０の貯水量を検出することができる。
また、電磁式流量計６０の電力供給を、電磁弁６０やヒートポンプ装置２０と同一の配電盤５４にすることで、一系統の配電盤５４を通電するだけで電気給湯システムの各装置の稼働が実現する。

さらに、本実施形態では、電磁式流量計６０の検出結果によりヒートポンプ装置２０への通電を制御する制御手段２５を設けてある。制御手段２５は、貯水量検出手段の満水状態の貯水量の検出結果を得た後に、ヒートポンプ装置２０への通電を開始するマイコン制御の構成となっている。

なお、本実施形態では、貯湯タンク１０の貯水量を検出する手段として、電磁式流量計６０を使用しているが、他の流量計や他の貯水量の検出方法を用いてもよいことは勿論である。例えば、貯湯タンク１０内にフロート等の水位センサを設けて、貯水量を直接検出することも可能である。また、流量計と電磁弁を一体に構成することもできる。

図４は図３に示した制御手段によるヒートポンプ装置の制御動作を示すフローチャートである。
なお、本実施形態では、貯湯タンク１０が満水状態になった段階でヒートポンプ装置２０へ通電する制御手段２５としたが、ヒートポンプ装置２０が空焚きとならない程度の貯水量で通電してもよい。

図４に示すように、本実施形態の電気給湯システムは、電力供給系統５０を通電すると（ステップＳ１）、電磁弁３０へ電力が供給される。電磁弁３０は、給水管１１の流路を止めていた弁座３６を通電により開放し（ステップＳ２）、貯湯タンク１０への給水を開始する（ステップＳ３）。給水管１１に設置した電磁式流量計６０は、貯湯タンク１０に給水する水量を計測し、貯湯タンク１０内が満水状態かどうかを検出する（ステップＳ４）。満水状態になった場合、その検出結果を制御手段２５が検知し、ヒートポンプ装置２０への通電が開始され（ステップＳ５）、ヒートポンプ装置２０が稼動する（ステップＳ６）。その結果、貯湯タンク１０に貯水した水は、稼働したヒートポンプ装置２０により温水へと温められる（ステップＳ７）。

このように、電気給湯システムは、電力供給系統５０を通電するだけで自動的に作動して給湯可能な状態となる。例えば、利用者が電気給湯システムの操作方法を知らなくても、電力供給系統５０を通電するだけで数時間後には給湯できるようになる。

《第３の実施形態》
図５は、本発明の第３の実施形態に係る電気給湯システムの全体構成を示したブロック図である。
なお、本実施形態に係る電気給湯システムにおいても、先に示した第１、第２の実施形態に係る電気給湯システムと同一部分または相当する部分には、同一符号を付し、その部分の詳細な説明は省略する。

第３の実施形態では、施設内の電気給湯システムの電磁弁３０に、開閉状態を検出する開閉検出手段７０を設けている。一方、電力会社の基地局にはコンピュータ７２等で構成される監視手段を設置し、開閉検出手段７０の検出結果を、電話回線７１等の通信手段を介してコンピュータ７２（監視手段）へ送る構成となっている。
開閉検出手段７０は、電磁弁３０が電力供給系統５０からの通電により給水を開始するため、例えば、この通電状態を検出する構成とすればよい。また、給水管１４内の水の流れを検出する構成であってもよい。
基地局側のコンピュータ７２（監視手段）は、当該基地局が担当する地域に設置されている各電気給湯システムについて、電磁弁３０の開閉状態を監視する。

図６は、本発明の第３の実施形態に係る電気給湯システムの動作を示すフローチャートである。
電気給湯システムへ電力供給系統５０から通電を開始すると（ステップＳ１０）、電磁弁３０の弁座が開き、貯湯タンク１０への給水がはじまる（ステップＳ１１）。開閉検出手段７０は、電力供給系統５０による電磁弁３０への通電を検出し（ステップＳ１２）、電磁弁３０が開放状態になったことを検出する。

この検出結果は、電話回線７１を通じて電力会社の基地局へ送信される（ステップＳ１３）。基地局に送信されてきた検出結果は、監視用のコンピュータ７２に入力される（ステップＳ１４）。コンピュータ７２は、かかる入力データに基づき、電気給湯システムの状態（電磁弁３０の開閉状態）を監視し、その監視結果をディスプレイ等に表示する（ステップＳ１４）。
これにより、基地局において、電気給湯システムの遠隔監視が可能となる。このように構成すれば、電気給湯システムの給水について利用者から確認の要求があった場合、電力会社側は監視手段であるコンピュータ７２を表示を確認して応答することができる。また、電気給湯システムが故障した場合であっても、ある程度故障箇所を想定することが可能で、迅速な対応を行うことができる。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。
例えば、電力会社の基地局において電気給湯システムの給水を制御できる構成とすることも可能である。具体的には、電磁弁３０に弁座を開閉できる駆動手段を設置するとともに、基地局等の遠隔地にコンピュータ等からなる遠隔制御手段を設置する。そして、遠隔制御手段からの制御信号を、電話回線等の制御送信手段を経由して駆動手段に送り、当該制御信号をもって駆動手段を遠隔制御すればよい。
また、遠隔制御手段や監視手段の設置場所は、電力会社の基地局に限定されず、マンションなどの集合住宅では、内部の管理室等に設置することもできる。

上述した実施形態では、電気式加熱手段としてヒートポンプユニットを適用しているが、貯湯タンク内に加熱用ヒータを設置して水の加熱をする、あるいは外部ヒータで加熱された温水を貯湯タンク内へ供給する構成であってもよい。
また、送信手段または制御送信手段として電話回線を適用したが、専用の通信回線や他の通信手段を使用しても同様の結果を得ることができる。

ヒートポンプによる貯湯式の電気給湯システムの概要を示す全体構成図である。 電気給湯システムと電力供給系統との構成を示すブロック図である。 本発明の第２の実施形態に係る電気給湯システムの構成を示すブロック図である。 第２の実施形態に係る制御手段によるヒートポンプ装置の制御動作を示すフローチャートである。 第３の実施形態に係る電気給湯システムの全体構成を示したブロック図である。 第３の実施形態に係る電気給湯システムの動作を示すフローチャートである。

符号の説明

１０：貯湯タンク、１１：給水管、１２：給水口、１３：水道管、１４：給湯管、
１５：出湯口、１６：給湯口、１７：ふろ配管、
１７ａ：加熱ヒータまたは熱交換器、１８：排水口、１９排水溝、
２０：ヒートポンプ装置、２２、２３：ヒートポンプ配管、
２４：逆止弁付き止水栓、２５：制御手段、
３０：電磁弁、４０：浴槽、
５０：電力供給系統、５１：外部電力供給手段、５２：通電用スイッチ、
５３：電力計器、５４：配電盤、
６０：電磁式流量計、
７０：開閉検出手段、７１：電話回線、７２：コンピュータ

Claims (6)

1. 貯湯タンク内へ給水管から水を供給し、電気式加熱手段をもって貯湯タンク内の水を温水に変換する、あるいは貯湯タンク内へ温水を供給する電気給湯システムにおいて、
   前記給水管から貯湯タンク内への水の流路を開閉する開閉手段を備え、かつ当該開閉手段を通電状態にて開く電磁弁により構成したことを特徴とする電気給湯システム。
2. 前記電磁弁は、前記電気式加熱手段と同じ電力供給系統から通電される構成としたことを特徴とする請求項１の電気給湯システム。
3. 前記貯湯タンク内の貯水量を検出する貯水量検出手段を備えたことを特徴とする請求項１又は２の電気給湯システム。
4. 前記貯水量検出手段の検出結果に基づき、前記貯湯タンク内の貯水量が前記電気加熱手段により加熱できる貯水量になった後、前記電気式加熱手段を通電可能とする制御手段を備えたことを特徴とする請求項３の電気給湯システム。
5. 前記開閉手段の開閉状態を検出する開閉検出手段と、前記開閉検出手段の検出結果に基づき前記開閉手段の開閉状態を監視する監視手段と、前記開閉検出手段の検出結果を前記監視手段へ送る送信手段と、を備えたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の電気給湯システム。
6. 前記開閉手段を駆動する駆動手段と、前記駆動手段を遠隔地から制御する遠隔制御手段と、前記遠隔制御手段からの制御命令を前記駆動手段へ送る制御送信手段と、を備えたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の電気給湯システム。
   

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