JP2007139293A - 給湯器 - Google Patents

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Abstract

【課題】熱効率を向上できるとともに、貯湯槽内の湯温が低下した場合に迅速に沸かし上げることのできる給湯器を提供する。
【解決手段】給湯器1は、貯湯槽2内の湯を加熱するために、ガス加熱器15及び電気ヒータ10の両方を備える。給湯器1では、コントローラ4が、湯温検出センサ9で検出される貯湯槽2内の湯温に基づいて、保温モードと湯沸かしモードとを各々設定することにより、ガス加熱器15及び電気ヒータ10の使い分けを行う。具体的には、貯湯槽2内の湯温が高い場合は、熱効率のよい電気ヒータ10を用いて加熱し、湯温が低い場合は、出力の大きいガスバーナ20を用いて加熱する。これにより、給湯器1全体の熱効率が向上する。さらに、相当量の給湯需要があり、貯湯槽2内の湯温が急激に低下した場合でも、ガスバーナ20で迅速に加熱できるので、温度の高い湯を十分に供給できる。
【選択図】図1

Description

本発明は、給湯器に関し、詳しくは、貯湯槽を備えた給湯器に関する。
従来、湯を貯留するための貯湯槽を備えた給湯器が知られている。この給湯器では、貯湯槽内の湯を加熱手段で予め加熱しておくことによって、所望温度の湯を外部に供給することができる。そして、この加熱手段は、ガスを利用して加熱するものと、電気を利用して加熱するものとに大別され、前者を備えた給湯器がガス給湯器として、後者を備えた給湯器が電気温水器として一般的に利用されている。
しかし、これらガス給湯器及び電気温水器にはそれぞれ以下に述べる特徴がある。すなわち、ガス給湯器では、ガスバーナから得られる燃焼ガスを利用して加熱するので、比較的容易に大きな出力が得られ、迅速に湯を沸かし上げることができる。その反面、大きな出力が得られるものの、ガスエネルギーの一部が廃棄ガスとして排出されてしまうため、エネルギー損失を生じることがある。また、貯湯槽内の湯温が高い場合は熱効率が低下する傾向があり、特に保温時におけるエネルギー損失を避けることが難しい。一方、電気温水器では、電気加熱手段として、例えば、縦型円筒形の通水路に電気ヒータを挿入したものや、貯湯槽内に電気ヒータを浸漬させたものが知られている。このタイプの電気温水器では、電気ヒータの消費電力のほぼ100%を貯湯槽内の湯に伝えることができるので、熱効率がよい。その反面、出力が小さいため、湯を沸かし上げるまでに相当な時間がかかり、使い勝手が悪い。
そこで、例えば、家庭用ガス給湯器を電気温水器と融合させたハイブリッド型温水器が知られている(例えば、特許文献1参照)。このハイブリッド型温水器は、貯湯槽と、該貯湯槽内の水を抜き出して循環させるための循環ポンプと、該循環ポンプの吐出側に接続された切替三方弁と、該切替三方弁の一方の流路に接続された電気加熱器と、他方の流路に接続されたガス加熱器と、前記切替三方弁の弁の開閉を制御する制御器とを備えている。そして、このような構造を備えたハイブリッド型温水器では、電力料金の安い夜間電力時間帯に専ら電気加熱器を使用し、昼間電力時間帯に専らガス加熱器を使用して温水を造るように、制御器が切替三方弁を制御している。したがって、このハイブリッド型温水器の場合、給湯需要の高い昼間では、電気ヒータよりもランニングコストの安いガスバーナによって貯湯槽内の湯を加熱できるとともに、給湯需要に合わせて貯湯槽内の湯を迅速に加熱することができる。一方、給湯需要の低い夜間では、貯湯槽内の湯を昼間のように迅速に加熱する必要性が少ないので、熱効率のよい電気ヒータで緩やかに加熱することができる。そして、安価な深夜電力を使用することができるので経済的である。
特開2002−206808号公報
しかしながら、特許文献1に記載のハイブリッド型温水器では、昼間電力時間帯において、貯湯槽内の湯温が既に高い場合でも、専らガス加熱器で加熱してしまうので、熱効率が悪化し、エネルギー損失を生じてしまう問題点があった。さらに、夜間時において、電気ヒータの能力を超える給湯需要があった場合、貯湯槽内に十分な貯湯量があれば対応可能であるが、給湯直後に貯湯槽内の湯温が急激に低下した直後では、電気ヒータの能力では湯を沸かし上げるまでに相当な時間がかかり、次の給湯需要時に対して十分に対応できないという問題点があった。さらに、器体内に切替三方弁を設けているので、温水等が流れるための流路がやや複雑となり、メンテナンスがしにくいという問題点もあった。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、熱効率を向上できるとともに、貯湯槽内の湯温が低下した場合に迅速に沸かし上げることのできる給湯器を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、請求項1に係る発明の給湯器によれば、湯を貯留する貯湯槽と、当該貯湯槽内の湯温の目標温度を設定する設定手段と、前記貯湯槽内の湯温を検出する温度検出手段と、前記貯湯槽内の湯を、ガスバーナで加熱するガス加熱手段と、前記貯湯槽内の湯を、電気ヒータで加熱する電気加熱手段と、前記貯湯槽内の湯を、前記ガス加熱手段によって、前記設定手段で設定された前記目標温度にまで加熱する湯沸かしモードと、前記貯湯槽内の湯を、前記電気加熱手段によって加熱して保温する保温モードとを切り替える切替制御手段とを備え、前記切替制御手段は、前記温度検出手段の検出温度に基づいて、前記湯沸かしモードと前記保温モードとを切り替えることを特徴とする。
また、請求項2に係る発明の給湯器によれば、請求項1に記載の発明の構成に加え、前記貯湯槽からの出湯状態を検出する出湯状態検出手段を備え、前記切替制御手段は、前記出湯状態検出手段により所定量以上の出湯状態を検出した場合には、前記検出温度に関わりなく、前記湯沸かしモードに切り替えることを特徴とする。
また、請求項3に係る発明の給湯器によれば、請求項2に記載の発明の構成に加え、前記出湯状態は、前記貯湯槽から出湯する流量に基づいて決定されることを特徴とする。
また、請求項4に係る発明の給湯器によれば、請求項1乃至3の何れかに記載の発明の構成に加え、前記目標温度よりも低い第1の所定温度と、当該第1の所定温度よりも低い第2の所定温度とがそれぞれ設定され、前記切替制御手段は、前記検出温度が、前記第1の所定温度以下であって、かつ前記第2の所定温度よりも高い場合は、前記保温モードに切り替え、前記検出温度が、前記第2の所定温度以下の場合は、前記湯沸かしモードに切り替えることを特徴とする。
また、請求項5に係る発明の給湯器によれば、請求項1乃至4の何れかに記載の発明の構成に加え、前記貯湯槽の下部から前記貯湯槽内の湯を外部に引き抜くとともに、上方に折り返して前記貯湯槽内に再度戻すための配管を備え、当該配管には、前記ガス加熱手段が設けられていることを特徴とする。
請求項1に係る発明の給湯器では、貯湯槽の湯温が温度検出手段によって検出される。そして、その検出温度に基づいて、切替制御手段が湯沸かしモード及び保温モードの何れかに切り替えることによって、ガス加熱手段及び電気加熱手段を使い分けることができる。例えば、貯湯槽の湯温が、設定手段で設定された目標温度付近の場合は、保温モードに切り替えることで、熱効率のよい電気加熱手段で、貯湯槽内の湯を保温することができる。一方、貯湯槽の湯温が、設定手段で設定された目標温度よりもかなり低かったり、又は貯湯槽内の給湯需要が多くて湯温が急激に低下した場合は、湯沸かしモードに切り替えることで、出力の大きいガス加熱手段で、貯湯槽内の湯を目標温度にまで迅速に沸かし上げることができる。よって、熱効率のよい電気加熱手段で、貯湯槽内の湯温を保温することで、ガス加熱手段のエネルギー損失を抑え、貯湯槽内の湯温が大きく低下した場合は、出力の大きいガス加熱手段を用いて、貯湯槽内の湯を迅速に沸かし上げることで、給湯需要の有無に関わらず、貯湯槽内の湯温を目標温度付近に迅速に復帰させることができる。このため、使用勝手が良く、保温時の熱効率も良い給湯器を得ることができる。
また、請求項2に係る発明の給湯器では、請求項1に記載の発明の効果に加え、以下の様な効果を奏する。まず、出湯状態検出手段が貯湯槽から所定量以上の出湯状態を検出した場合、貯湯槽内に大量の水が供給され、貯湯槽内の湯温が大きく低下することが予測される。この場合、切替制御手段は、温度検出手段が検出した検出温度に関わりなく、湯沸かしモードに切り替える。これにより、貯湯槽内の湯を目標温度にまで短時間で沸かし上げることができるので、貯湯槽内の湯温が大きく低下するのを防止することができる。また、貯湯槽からの出湯状態が所定量未満の場合、貯湯槽内には少量の水を供給すればよいので、貯湯槽内の湯温は大きく低下しないことが予測される。この場合、切替制御手段は、検出温度に基づいて、湯沸かしモードと保温モードとを切り替える。よって、検出温度が高い場合、例えば、ガス加熱手段ではなく、電気加熱手段に切り替えることで、ガス加熱手段によるエネルギー損失を防ぐことができる。
また、請求項3に係る発明の給湯器では、請求項2に記載の発明の効果に加え、出湯状態検出手段は、貯湯槽からの出湯状態を貯湯槽から出湯する流量に基づいて決定することができる。これにより、貯湯槽における所定量以上の出湯状態を容易に検出することができる。
また、請求項4に係る発明の給湯器では、請求項1乃至3の何れかに記載の発明の効果に加え、以下の様な効果を奏する。まず、検出温度が、第1の所定温度以下であって、かつ第2の所定温度よりも高い場合は、目標温度に比較的近い温度であるので、切替制御手段は保温モードに切り替える。これにより、熱効率のよい電気加熱手段で、貯湯槽内の湯を加熱して保温することができる。一方、検出温度が、第2の所定温度以下の場合は、目標温度よりもかなり低い温度であるので、切替制御手段は湯沸かしモードに切り替える。これにより、出力の大きいガス加熱手段により、貯湯槽内の湯を目標温度にまで迅速に沸かし上げることができる。また、検出温度が、第1の所定温度以下であって、かつ第2の所定温度よりも高い場合でも、出湯状態検出手段が所定量以上の出湯状態を検出した場合は、貯湯槽内の湯温が大きく低下することが予測されるので、切替制御手段は、湯沸かしモードに切り替える。これにより、貯湯槽内の湯を目標温度にまで短時間で沸かし上げることができるので、貯湯槽内の湯温が大きく低下するのを防止することができる。
また、請求項5に係る発明の給湯器では、請求項1乃至4の何れかに記載の発明の効果に加え、貯湯槽内の比較的温度の低い下側の湯を配管から引き抜き、貯湯槽内の外側でガス加熱手段で加熱できるので熱効率を向上できる。さらに、ガス加熱手段で加熱された湯は貯湯槽内の上側に戻されるので、沸かし上げられた湯が直ぐに配管から引き抜かれて加熱されるのを防止できる。
以下、本発明の第1の実施形態である給湯器1について、図面に基づいて説明する。図1は、第1の実施形態である給湯器1の概略構成図であり、図2は、第1の実施形態におけるコントローラ4の制御動作を示すフローチャートであり、図3は、第1の実施形態における貯湯槽2の湯温の変動を示すグラフである。
なお、第1の実施形態である給湯器1は、図1に示すように、貯湯槽2に貯留された湯を加熱するために、ガス加熱器15と、浸漬型電気ヒータ10との両方を備えたハイブリッド型の給湯器である。そして、給湯器1では、コントローラ4が、貯湯槽2内の湯温に基づいて、2種類の運転モードを切り替えることによって、ガス加熱器15及び電気ヒータ10を使い分ける点に本発明の特徴を備えている。これにより、給湯器1全体の熱効率が向上するとともに、貯湯槽2内の湯温の急激な温度低下にも十分対応することができる。
はじめに、給湯器1について概略的に説明する。図1に示すように、給湯器1は、湯を貯留するための貯湯槽2と、該貯湯槽2に貯留された湯を循環しながら加熱する循環加熱部3と、給湯器1の動作を制御するコントローラ4とを主体に構成されている。
まず、貯湯槽2について説明する。図1に示すように、貯湯槽2は、略直方体状の鉄製容器である。そして、その内表面はホーロー処理がなされ、外表面はポリウレタン樹脂製の保温材(図示外)でカバーされている。さらに、貯湯槽2の底部の四隅には、脚部6が各々設けられ、これら4本の脚部6(図1では2本のみ図示)が、設置場所の床面に設置されることで、貯湯槽2が配置される。また、貯湯槽2の天壁には、孔部2a,2bが穿設されている。そして、孔部2aには、水道水を外部から貯湯槽2内に流入させるための入水管7が挿入され、該入水管7の下流側一端部は、貯湯槽2の下側まで延設されている。一方、孔部2bには、貯湯槽2内の湯を外部に流出させるための出湯管8が接続されている。また、貯湯槽2の側壁下部には孔部2cが穿設され、側壁の中段よりもやや上側の位置には孔部2dが穿設されている。そして、この孔部2cが循環加熱部3の入口となり、孔部2dが循環加熱部3の出口となっている。
一方、貯湯槽2の側壁下部には、貯湯槽2に貯留された湯温を検出するための湯温検出センサ9が、側壁を略水平に貫通するとともに、貯湯槽2内に突出して設けられている。さらに、その湯温検出センサ9は、配線41を介してコントローラ4に電気的に接続されている。また、貯湯槽2の内側面下部には、貯湯槽2内の湯を加熱するための浸漬型電気ヒータ10が設置されている。さらに、その電気ヒータ10も、配線42を介して、コントローラ4に電気的に接続されている。そして、このような構成を備える貯湯槽2では、入水管7から水道水が貯湯槽2内に流入することによって、貯湯槽2内の湯が押し出され出湯する構成を採っている。よって、貯湯槽2内は常に湯で満たされた状態となっている。
次に、循環加熱部3について説明する。図1に示すように、循環加熱部3は、孔部2cに一端側が接続された接続管12と、該接続管12の他端側に自身の入口側が接続された循環ポンプ13と、該循環ポンプ13の出口側に一端側が接続され、上方に折り返された接続管14と、該接続管14の他端側に自身の入口15aが接続され、接続管14から供給された湯を加熱するためのガス加熱器15と、該ガス加熱器15の出口15bに一端側が接続され、他端側が貯湯槽2の孔部2dに接続された接続管16とから構成されている。なお、図1に示す接続管12,14,16が、「配管」に相当する。
また、循環ポンプ13は、接続管12を介して貯湯槽2から湯を引き込み、接続管14を介してガス加熱器15に湯を送出するためのポンプである。そして、この循環ポンプ13は、配線43を介して、コントローラ4に電気的に接続されている。なお、本実施形態の循環加熱部3は、循環ポンプ13を備える強制循環式であるが、循環ポンプ13を取り外した自然循環式の循環加熱部としてもよい。
一方、ガス加熱器15は、燃料ガスを燃焼するガスバーナ20と、該ガスバーナ20から生成される燃焼ガスを利用して通水を加熱する熱交換部15cとを備えている。さらに、ガスバーナ20には、該ガスバーナ20に燃料ガスを供給するためのガス供給管21が接続され、該ガス供給管21の管路途中には、主電磁弁32及びガス比例弁33が各々設けられている。さらに、それら主電磁弁32及びガス比例弁33は、配線44,45を介して、コントローラ4に電気的に各々接続されている。なお、図1に示すガス加熱器15が、「ガス加熱手段」に相当する。
次に、コントローラ4について説明する。このコントローラ4は、図示しないが、中央演算処理装置としてのCPU、該CPUを中心に相互に接続されたROM、RAM及びI/Oインタフェイスを備えている。そして、RAMは実行中のプログラムを一時的に記憶したり、各種データなどを記憶する読み出し・書き込み可能なメモリであり、ROMは内蔵されている各種プログラムなどを記憶する読み出し専用のメモリである。よって、給湯器1の動作を制御は、コントローラ4のCPUが行っている。そして、このような構造を備えたコントローラ4には、湯温検出センサ9、循環ポンプ13、電気ヒータ10、主電磁弁32、ガス比例弁33等が、配線41,42,43,44,45を介して接続されている。
また、コントローラ4には、設定部11が配線46を介して接続されている。この設定部11は、図示外の操作スイッチ、貯湯槽2内の湯温等を表示するための画面表示部、貯湯槽2内の湯温の目標温度等を設定するためのテンキー等が設けられている。これにより、設定部11で設定された設定値は設定信号に変換され、コントローラ4に出力されるようになっている。なお、図1に示す設定部11が、「設定手段」に相当する。
次に、貯湯槽2の湯温を制御するために設定される基準温度について説明する。本実施形態では、貯湯槽2内に貯留された湯の温度を所定温度付近に維持するため、3つの基準温度が設定部11で設定される。この3つの基準温度とは、図3に示すように、目標温度(t1)、第1基準温度(t2)、第2基準温度(t3)である。まず、目標温度は、貯湯槽2内の湯を沸かし上げる際に目標とされる基準温度である。目標温度は、ガス加熱器15及び電気ヒータ10による加熱を全て停止させるための基準温度となっている。第1基準温度は、目標温度よりもやや低い温度に設定され、後述する保温モードを設定する際の基準温度となっている。第2基準温度は、第1基準温度よりもさらに低い温度で設定され、後述する湯沸かしモードを設定する際の基準温度となっている。なお、この基準温度の一例としては、図3に示すように、目標温度(t1)を60℃、第1基準温度(t2)を58℃、第2基準温度(t3)を50℃にそれぞれ設定する。
次に、給湯器1の運転モードについて説明する。本実施形態では、貯湯槽2の湯温に基づいて、ガス加熱器15及び電気ヒータ10の使い分けを行うために、2種類の運転モードが設定されている。この2種類の運転モードとは、「保温モード」と、「湯沸かしモード」である。保温モードは、電気ヒータ10のみで貯湯槽2内の湯を加熱するための運転モードである。そして、この保温モードは、貯湯槽2内の湯温が、第1の基準温度にまで低下した時に設定される。一方、湯沸かしモードは、ガス加熱器15のみで貯湯槽2内の湯を加熱するための運転モードである。そして、この湯沸かしモードは、貯湯槽2内の湯温が、第2の基準温度にまで低下した時に設定される。なお、貯湯槽2内の湯温が、目標温度以上に達した場合は、保温モード及び湯沸かしモードの何れもがクリアされ、ガス加熱器15及び電気ヒータ10による加熱を停止する「待機状態」が設定されるようになっている。
次に、コントローラ4のCPUによる給湯器1の制御動作について、図2のフローチャートを参照して説明する。はじめに、設定部11の操作スイッチがオンされると、湯温検出センサ9により、貯湯槽2内の湯温が検出され、その検出温度tが、第1基準温度(t2)以下か否かが判断される(S10)。ここで、検出温度tが58℃よりも高い場合は(S10:NO)、目標温度である60℃に近い温度であるので、加熱する必要がない。よって、ガス加熱器15及び電気ヒータ10の何れも運転させないで、そのまま待機状態とされる(S18)。そして、S10に戻り、処理が繰り返される。
一方、検出温度tが58℃以下の場合は(S10:YES)、引き続いて検出温度tが50℃以下か否かが判断される(S11)。ここで、検出温度tが50℃よりも高い場合は(S11:NO)、保温モードが設定され(S19)、貯湯槽2内の電気ヒータ10の運転が開始される(S20)。これにより、貯湯槽2内の湯が緩やかに加熱されるので、貯湯槽2内の湯温は緩やかに上昇する。その後、検出温度tが60℃以上か否かが判断される(S21)。ここで、検出温度tが60℃以上の場合は(S21:YES)、貯湯槽2内の湯温は十分に高くなっているので、電気ヒータ10による加熱が停止され(S22)、その後、待機状態とされる(S18)。その後、S10に戻り、処理が繰り返される。また、検出温度tが60℃よりも低い場合は(S21:NO)、S11に戻り、処理が繰り返される。
次に、検出温度tが50℃以下の場合(S11:YES)、貯湯槽2内の湯温がかなり低下しているので、湯沸かしモードが設定される(S12)。次いで、循環ポンプ13の稼働が開始される(S13)。これにより、貯湯槽2内の湯が、孔部2cから接続管12に引き込まれ、接続管14、ガス加熱器15、接続管16の順に流れ、貯湯槽2と循環加熱部3との間を循環する。そして、ガス供給管21の主電磁弁32及びガス比例弁33がともに開かれ、ガスバーナ20に燃料ガスが供給されるとともに、イグナイタ(図示外)によるガスバーナ20の点火動作が行われる(S14)。そして、点火動作が終了すると比例制御が開始される。この比例制御では、出湯温サーミスタ(図示外)で検出される湯温と設定温度との差に応じて、ガス比例弁33が制御されることにより、ガス量を連続的に変化させて熱交換部15cの温度を一定に保つことができる。
こうして、湯沸かしモードでは、ガス加熱器15に流入した湯が、熱交換部15cで熱交換され、接続管16を介して、孔部2dから貯湯槽2内の中段よりも上側に戻される。こうして、循環ポンプ13が稼働する間は、貯湯槽2と循環加熱部3との間で湯が強制循環されて加熱される。そして、貯湯槽2内では、加熱されて温度の高い湯は上方へ、温度の低い湯は下方へ移動するので、温度の低い湯が優先して循環加熱部3に引き抜かれて加熱される。これにより、ガス加熱器15による熱効率を向上することができる。こうして、貯湯槽2内の湯が、ガス加熱器15によって急激に沸かし上げられる。
次に、検出温度tが60℃に達したか否かが判断される(S15)。ここで、検出温度tが60℃にまだ到達していない場合は(S15:NO)、S13に戻り、引き続き循環加熱部3での循環加熱が継続される。一方、検出温度tが60℃に到達した場合は(S15:YES)、貯湯槽2内の湯が十分に沸かし上げられているので、ガスバーナ20での加熱が停止される(S16)。即ち、ガス供給管21の主電磁弁32及びガス比例弁33がともに閉められ、ガスバーナ20へのガスの供給が停止されることによって、ガスバーナ20が消火される。そして、循環ポンプ13が停止される(S17)。これにより、循環加熱部3での循環加熱が停止される。その後、待機状態とされ(S18)、S10に戻り、処理が繰り返される。
なお、図2に示すフローチャートのS10,S11の判断処理と、S12,S19の処理とを実行するコントローラ4のCPUが、「切替制御手段」に相当する。
次に、貯湯槽2の湯温変動について説明する。図3に示すように、まず、p1タイミングで、設定部11の操作スイッチがオンされる。この時点では、検出温度tは、58℃以上60℃未満であるので、湯温は目標温度に近い高温である。よって、電気ヒータ10及び循環加熱部3による加熱を行わずに、待機状態とされる。すると、貯湯槽2内の湯温は徐々に低下する。そして、p2タイミングで58℃以下となると、保温モードが設定され、電気ヒータ10による加熱が行われる。電気ヒータ10は、ガスバーナ20に比べて出力が小さいため、貯湯槽2内の湯は徐々に加熱され、湯温は緩やかに上昇する。
次いで、p3タイミングで、貯湯槽2内の湯が60℃に到達すると、電気ヒータ10によって加熱する必要がないので待機状態となり、電気ヒータ10が停止する。そして、待機状態では、貯湯槽2内の湯は加熱されないので、湯温は再び徐々に低下する。そして、p4タイミングで58℃以下となると、再び保温モードが設定され、電気ヒータ10による加熱が行われる。このように、貯湯槽2内の湯温の急激な温度低下がない場合は、保温モードと、待機状態とが交互に繰り返され、結果的に58℃〜60℃付近に保温された状態となる。
次に、p5タイミングで、出湯管8から多量の出湯があった場合、入水管7から多量の水道水が貯湯槽2内に流入する。すると、貯湯槽2内の湯温が急激に低下し、p6タイミングで50℃以下となる。ここで、保温モードでは、出力の小さい電気ヒータでの加熱のため、迅速に貯湯槽2内の湯を沸かし上げることができない。そこで、湯沸かしモードが設定され、循環加熱部3での循環加熱が行われる。循環加熱部3では、出力の大きいガスバーナ20を使用するので、貯湯槽2内の湯は一気に沸かし上げられる。そして、p7タイミングで60℃に到達すると、循環加熱部3によって加熱する必要がないので待機状態となり、循環ポンプ13の稼働が停止するとともに、ガスバーナ20が消火する。以上のように、貯湯槽2内の湯温は常に一定範囲に保持され、急激な温度低下があっても、迅速に沸かし上げることができる。
以上説明したように、第1の実施形態の給湯器1は、貯湯槽2に貯留された湯を加熱するために、ガス加熱器15と、浸漬型電気ヒータ10との両方を備えたハイブリッド型の給湯器である。そして、給湯器1では、コントローラ4が、湯温検出センサ9で検出される貯湯槽2内の湯温に基づいて、保温モードと湯沸かしモードとを切り替えることによって、ガス加熱器15及び電気ヒータ10を使い分けている。これにより、貯湯槽2内の湯温が高い場合は、熱効率のよい電気ヒータ10を用いて加熱し、湯温が低い場合は、出力の大きいガスバーナ20を用いて加熱することができるので、給湯器1全体の熱効率が向上するとともに、貯湯槽2内の湯温の急激な温度低下にも十分対応することができる。また、コントローラ4による制御を用いることで、切替三方弁のような部品を新たに設ける必要がないので、給湯器1の湯水が流れる配管構成が単純となり、メンテナンス等を容易にできる。
次に、第2の実施形態である給湯器100について説明する。図4は、第2の実施形態である給湯器100の概略構成図であり、図5は、第2の実施形態におけるコントローラ4の制御動作を示すフローチャートであり、図6は、第2の実施形態における貯湯槽2の湯温の変動を示すグラフである。なお、給湯器100は、出湯量を計測するための流量計50を備え、それ以外は、第1の実施形態である給湯器1の構造と全て同じである。よって、給湯器1と同じ部分については、同符号を付すものとし、流量計50以外の構造に関しては説明を省略する。
なお、第2の実施形態である給湯器100は、第1の実施形態である給湯器1の変形例であり、貯湯槽2内から出湯する流量が所定流量以上であれば、強制的に湯沸かしモードを設定する点に本発明の特徴を有するものである。これにより、相当量の給湯需要があった場合における湯温の急激な温度低下を防ぐことができる。
まず、第2の実施形態である給湯器100は、図4に示すように、第1の実施形態である給湯器1の構造を全て備えている。そして、出湯管8の管路途中には、出湯管8の管路内を流れる湯の流量を計測するための流量計50が設けられている。この流量計50は、配線40を介してコントローラ4に電気的に接続されている。なお、この流量計50は、羽根車式タイプのものであるがこれには限定されない。そして、この流量計50が、「出湯状態検出手段」に相当する。
また、貯湯槽2の湯温を制御するために設定される基準温度は、給湯器1と同様に、3つの基準温度(t1,t2,t3)が同様に設定される。さらに、運転モードも給湯器1と同様に、「保温モード」と「湯沸かしモード」が設定される。
次に、貯湯槽2の湯温を制御するために設定される基準流量について説明する。給湯器100では、貯湯槽2からの出湯量が相当量あった場合は、貯湯槽2内の湯温が急激に低下することが予測されるので、保温モードが設定されるべき温度であっても、湯沸かしモードを設定する。このために、貯湯槽2から出湯する出湯量において、基準流量f1が予め設定される。
次に、コントローラ4のCPUによる給湯器100の制御動作について、図5のフローチャートを参照して説明する。はじめに、設定部11の操作スイッチがオンされると、湯温検出センサ9により、貯湯槽2内の湯温が検出され、その検出温度tが、第1基準温度(t2)以下か否かが判断される(S30)。ここで、検出温度tが58℃よりも高い場合は(S30:NO)、目標温度である60℃に近い温度であるので、加熱する必要がない。よって、ガス加熱器15及び電気ヒータ10の何れも運転させないで、そのまま待機状態とされる(S38)。そして、S30に戻り、処理が繰り返される。
一方、検出温度tが58℃以下の場合は(S30:YES)、引き続いて検出温度tが50℃以下か否かが判断される(S31)。ここで、検出温度tが50℃よりも高い場合は(S31:NO)、流量計50で検出された検出流量fがf1以下か否かが判断される(S39)。ここで、検出流量fがf1未満である場合は(S39:NO)、貯湯槽2から出湯されていないか、出湯需要があっても少ない量かの何れかであると判断できる。これらの場合は、貯湯槽2内の湯温の急激な温度低下は見られないと予測できるので、通常通り、保温モードが設定される(S40)。さらに、貯湯槽2内の電気ヒータ10の運転が開始される(S41)。その後、検出温度tが60℃以上か否かが判断される(S42)。ここで、検出温度tが60℃以上の場合は(S42:YES)、貯湯槽2内の湯温が十分に高いので、電気ヒータ10による加熱が停止され(S43)、その後、待機状態とされる(S38)。そして、S30に戻り、処理が繰り返される。また、検出温度tが60℃よりも低い場合は(S42:NO)、S31に戻り、処理が繰り返される。
また、検出流量fがf1以上の場合は(S39:YES)、貯湯槽2から出湯需要があり、かつ出湯量が多いと判断できる。この場合、入水管7から多量の水道水が流入し、貯湯槽2内の湯温が急激に低下することが予測できる。よって、ここでは保温モードではなく、湯沸かしモードが設定される(S32)。そして、循環ポンプ13の稼働が開始される(S33)。これにより、貯湯槽2内の湯が、孔部2cから接続管12に引き込まれ、接続管14、ガス加熱器15、接続管16の順に流れ、貯湯槽2と循環加熱部3との間を循環する。次に、ガスバーナ20の点火動作が行われ、循環加熱部3による循環加熱が行われる(S34)。
次に、検出温度tが60℃に達したか否かが判断される(S35)。ここで、検出温度tが60℃にまだ到達していない場合は(S35:NO)、S33に戻り、引き続き循環加熱部3での循環加熱が継続される。一方、検出温度tが60℃に到達した場合は(S35:YES)、貯湯槽2内の湯が十分に沸かし上げられているので、ガスバーナ20での加熱が停止される(S36)。そして、循環ポンプ13が停止される(S37)。これにより、循環加熱部3での循環加熱が停止される。その後、待機状態とされ(S38)、S30に戻り、処理が繰り返される。
一方、検出温度tが50℃以下の場合は(S31:YES)、上記給湯器1と同様に、湯沸かしモードが設定される(S32)。そして、循環ポンプ13の稼働が開始されるとともに(S33)、ガスバーナ20の点火動作(S34)が行われ、循環加熱部3による循環加熱が行われる。
次に、検出温度tが60℃に達したか否かが判断される(S35)。ここで、検出温度tが60℃にまだ到達していない場合は(S35:NO)、S33に戻り、引き続き循環加熱部3での循環加熱が継続される。一方、検出温度tが60℃に到達した場合は(S35:YES)、貯湯槽2内の湯が十分に沸かし上げられているので、ガスバーナ20での加熱が停止される(S36)。そして、循環ポンプ13が停止される(S37)。これにより、循環加熱部3での循環加熱が停止される。その後、待機状態とされ(S38)、S30に戻り、処理が繰り返される。
なお、図5に示すフローチャートのS30,S31,S39の判断処理と、S32,S40の処理とを実行するコントローラ4のCPUが、「切替制御手段」に相当する。
次に、貯湯槽2の湯温変動について説明する。図6に示すように、まず、q1タイミングで、設定部11の操作スイッチがオンされる。この時点では、検出温度tは、58℃以上60℃未満であるので、湯温は目標温度に近い高温である。よって、電気ヒータ10及び循環加熱部3による加熱を行わずに、待機状態とされる。すると、貯湯槽2内の湯温は徐々に低下する。そして、q2タイミングで58℃以下となると、保温モードが設定され、電気ヒータ10による加熱が行われる。電気ヒータ10は、ガスバーナ20に比べて出力が小さいため、貯湯槽2内の湯は徐々に加熱され、湯温は緩やかに上昇する。
次いで、q3タイミングで、貯湯槽2内の湯が60℃に到達すると、電気ヒータ10によって加熱する必要がないので、待機状態が設定され、電気ヒータ10が停止する。そして、待機状態では、貯湯槽2内の湯は加熱されないので、湯温は再び徐々に低下する。そして、q4タイミングで58℃以下となると、再び保温モードが設定され、電気ヒータ10による加熱が行われる。このように、貯湯槽2内の湯温の急激な温度低下がない場合は、保温モードと、待機状態とが交互に繰り返され、結果的に58℃〜60℃付近に保温された状態となる。
ここで、q5タイミングで、出湯管8から基準流量f1以上の出湯があった場合、入水管7から水道水が大量に流入する。すると、貯湯槽2内の湯温は低下し始めるが、このq5タイミングで湯沸かしモードが設定されるので、湯温の急激な低下が起こる前に、循環加熱部3による循環加熱が行われる。したがって、貯湯槽2内の湯は、急激に沸かし上げられるので、図3に示すような湯温の急激な低下は起こらず、湯温は一気に上昇する。そして、q6タイミングで60℃に到達すると、循環加熱部3によって加熱する必要がないので、待機状態が設定され、循環ポンプ13の稼働が停止するとともに、ガスバーナ20が消火する。
以上説明したように、第2の実施形態の給湯器100は、第1の実施形態である給湯器1の構造の全てを備えるとともに、出湯管8に流量計50を備えている。そして、貯湯槽2内の湯温が50℃以下であっても、出湯管8から基準流量f1以上の出湯があった場合は、保温モードではなく湯沸かしモードが設定される。これにより、貯湯槽2内の湯温の急激な低下を事前に防ぐことができる。また、出湯量が少量、即ち、検出流量fがf1未満の場合は、貯湯槽2内の湯温の低下がさほど大きくならないので、ガス加熱器15ではなく電気ヒータ10で加熱することで、ガス加熱器15によるエネルギー損失を防ぐことができる。
なお、本発明は、上記実施形態に限定されることなく、様々な変形が可能であることは言うまでもない。例えば、第1,第2の実施形態では、基準温度を、目標温度(t1)、第1基準温度(t2)、第2基準温度(t3)の3つを設定したが、さらに多く設定してもよい。
また、第2の実施形態では、流量計50で検出された検出流量fが、基準流量f1以上になったら、湯沸かしモードを設定したが、例えば、出湯の有無を検知し、出湯があった場合に湯沸かしモードを設定するようにしてもよい。
さらに、第1,第2の実施形態では、湯温検出センサ9の検出温度tに基づいて、2種類の運転モードを切り替えたが、例えば、貯湯槽2内の湯温を所定時間毎に計測することによって得られる湯温変化曲線の傾き(温度勾配)を算出し、その傾きに基づいて、保温モード及び湯沸かしモードを切り替えてもよい。
また、上記実施形態で示した基準温度の数値は一例であって、この数値に限定されないことは言うまでもない。
本発明は、貯湯槽を備えた給湯器に適用可能である。
第1の実施形態である給湯器1の概略構成図である。 第1の実施形態におけるコントローラ4の制御動作を示すフローチャートである。 第1の実施形態における貯湯槽2の湯温の変動を示すグラフである。 第2の実施形態である給湯器100の概略構成図である。 第2の実施形態におけるコントローラ4の制御動作を示すフローチャートである。 第2の実施形態における貯湯槽2の湯温の変動を示すグラフである。
符号の説明
1 給湯器
2 貯湯槽
4 コントローラ
9 湯温検出センサ
10 電気ヒータ
11 設定部
12 接続管
14 接続管
15 ガス加熱器
16 接続管
20 ガスバーナ
50 流量計
f 検出流量
f1 基準流量
t 検出温度
t1 目標温度
t2 第1基準温度
t3 第2基準温度

Claims (5)

  1. 湯を貯留する貯湯槽と、
    当該貯湯槽内の湯温の目標温度を設定する設定手段と、
    前記貯湯槽内の湯温を検出する温度検出手段と、
    前記貯湯槽内の湯を、ガスバーナで加熱するガス加熱手段と、
    前記貯湯槽内の湯を、電気ヒータで加熱する電気加熱手段と、
    前記貯湯槽内の湯を、前記ガス加熱手段によって、前記設定手段で設定された前記目標温度にまで加熱する湯沸かしモードと、前記貯湯槽内の湯を、前記電気加熱手段によって加熱して保温する保温モードとを切り替える切替制御手段と
    を備え、
    前記切替制御手段は、前記温度検出手段の検出温度に基づいて、前記湯沸かしモードと前記保温モードとを切り替えることを特徴とする給湯器。
  2. 前記貯湯槽からの出湯状態を検出する出湯状態検出手段を備え、
    前記切替制御手段は、前記出湯状態検出手段により所定量以上の出湯状態を検出した場合には、前記検出温度に関わりなく、前記湯沸かしモードに切り替えることを特徴とする請求項1に記載の給湯器。
  3. 前記出湯状態は、前記貯湯槽から出湯する流量に基づいて決定されることを特徴とする請求項2に記載の給湯器。
  4. 前記目標温度よりも低い第1の所定温度と、当該第1の所定温度よりも低い第2の所定温度とがそれぞれ設定され、
    前記切替制御手段は、
    前記検出温度が、前記第1の所定温度以下であって、かつ前記第2の所定温度よりも高い場合は、前記保温モードに切り替え、
    前記検出温度が、前記第2の所定温度以下の場合は、前記湯沸かしモードに切り替えることを特徴とする請求項1乃至3の何れかに記載の給湯器。
  5. 前記貯湯槽の下部から前記貯湯槽内の湯を外部に引き抜くとともに、上方に折り返して前記貯湯槽内に再度戻すための配管を備え、
    当該配管には、前記ガス加熱手段が設けられていることを特徴とする請求項1乃至4の何れかに記載の給湯器。

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