JP2007240091A - 貯湯式給湯装置 - Google Patents

Abstract

【課題】貯湯式給湯装置において、給湯中に混合弁故障によって高温異常が発生すると高温出湯が継続されてしまうという問題があった。
【解決手段】貯湯タンク２下部と上部とを循環可能に接続し、循環ポンプ５を有した循環回路４と、循環回路４途中に設けられた加熱手段３と、出湯管７からの湯と給水バイパス管８からの水とを給湯設定温度に混合する混合弁９と、混合弁９で混合された湯水の温度を検出する給湯温度センサ１１とを備え、給湯温度センサ１１で検出する給湯温度が給湯設定温度よりも高温になる高温異常を検出すると、リモートコントローラ１４で高温異常の発生を報知すると共に、加熱手段３を停止したまま循環ポンプ５を駆動するようにして、貯湯タンク２上部の高温水に下部の給水を混合して貯湯温度を低下させるようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は貯湯式ヒートポンプ給湯機や電気温水器等の貯湯式給湯装置に関するものである。

従来、この種の貯湯タンクの高温水と給水バイパス管からの給水とを混合弁にて給湯設定温度に混合して給湯するようにした貯湯式給湯装置においては、特許文献１に示すように、混合弁が何らかの原因により高温側が大きく開いた状態で故障すると、貯湯タンクの貯湯温度を下げるようにして安全と利便性を確保しようとしていた。
特開平８−１００９５０号公報

この従来のものは一般的にセミ貯湯式給湯器と呼ばれるもので、貯湯タンクの容量が比較的小さく、加熱源としてバーナの燃焼熱を用いているものである。そのため、給湯が行われると同時にバーナが燃焼して貯湯タンク内に給湯で流出した分の熱量をすぐに供給でき、貯湯温度を安全な温度にコントロールすることで給湯温度もコントロールすることができるものである。しかし、深夜電力で貯湯する貯湯式ヒートポンプ給湯機や電気温水器においては、貯湯容量が大きく、貯湯タンク内の湯水は前夜に沸き上げられているため、混合弁に不都合が発生したからといってすぐに安全な温度に下げられないものであり、給湯中に混合弁が高温側を大きく開いた状態で故障すると、貯湯タンク内の高温の湯をそのまま給湯してしまうおそれがあった。

本発明は、上記課題を解決するため、湯水を貯湯する貯湯タンクと、前記貯湯タンク下部と上部とを循環可能に接続し、湯水を循環させる循環ポンプを有した循環回路と、前記循環回路途中に設けられ前記貯湯タンク内の湯水を循環加熱する加熱手段と、前記貯湯タンクの貯湯温度を検出する貯湯温度センサと、前記貯湯タンクに給水する給水管と、前記貯湯タンクから出湯する出湯管と、前記給水管から分岐された給水バイパス管と、前記出湯管からの湯と前記給水バイパス管からの水とを給湯設定温度に混合する混合弁と、前記混合弁で混合された湯水の温度を検出する給湯温度センサと、前記給湯設定温度を設定するリモートコントローラとを備え、前記給湯温度センサで検出する給湯温度が前記給湯設定温度よりも高温になる高温異常を検出すると、前記リモートコントローラで高温異常の発生を報知すると共に、前記加熱手段を停止したまま前記循環ポンプを駆動するようにした。

また、給湯停止後において、前記貯湯タンク下部の貯湯温度が低温である場合は、前記加熱手段を停止したまま前記循環ポンプを駆動して前記貯湯タンク内の湯水を撹拌するようにした。

また、高温異常を検出した後の沸き上げ運転は、沸き上げ温度を安全な温度に制限するようにした。

本発明によれば、給湯温度センサで検出する給湯温度が給湯設定温度よりも高温になる高温異常を検出すると、リモートコントローラで高温異常の発生を報知すると共に、加熱手段を停止したまま循環ポンプを駆動するので、貯湯タンク内下部の水を貯湯タンク上部に移動させて貯湯タンク上部の湯温を低下させて貯湯タンクからの出湯温度を低下させることができ、リモートコントローラでの報知と相俟って安全性を高めることができる。

また、給湯停止後においても、加熱手段を停止したまま循環ポンプを駆動して貯湯タンク内の湯水を撹拌するようにしたので、それまでの給湯によって貯湯タンク下部に貯められている低温の給水と貯湯タンク上部の高温水とを撹拌して貯湯タンク内の貯湯温度を低下させることができ、その後の給湯時の安全性を高めながらも暫定的な給湯を行うことができる。

また、その後の沸き上げ動作になったときは沸き上げ温度を安全な温度を上限に制限するようにしているので、貯湯タンク内に高温水がない状態となり、混合弁の高温異常状態であっても給湯時の安全を確保しながら暫定的な給湯運転が可能となり、安全性と利便性を確保できるものである。

本発明の一実施形態の貯湯式ヒートポンプ給湯機を図面に基づいて説明する。
この貯湯式給湯装置は、時間帯別契約電力の電力単価が安価な深夜時間帯に湯水を沸き上げて貯湯し、この貯湯した湯水を給湯に用いるもので、１は湯水を貯湯する貯湯タンク２を備えた貯湯タンクユニット、３は貯湯タンク２内の湯水を加熱するヒートポンプ式の加熱手段、４は貯湯タンク２と加熱手段３とを湯水が循環可能に接続する循環回路、５は循環回路４の加熱手段３への往き管に設けられた循環ポンプである。

６は貯湯タンク２の底部へ給水する給水管、７は貯湯タンク２の頂部から出湯する出湯管、８は給水管６から分岐された給水バイパス管、９は出湯管７からの湯と給水バイパス管８からの水とを混合して給湯設定温度の湯を給湯する混合弁、１０は混合弁９で混合された湯を外部へ給湯する給湯管、１１は混合弁９の直後の給湯管１０に設けられ混合弁９で混合された湯の温度を検出する給湯温度センサ、１２は給湯管１０に設けられ給湯栓（図示せず）への流量を検出する流量センサ、１３は給水圧を減圧する減圧弁である。

そして、１４は給湯設定温度を設定する操作部１４Ａと表示部１４Ｂおよび警報音等を発生させるスピーカ部１４Ｃを有したリモートコントローラであり、前記混合弁９は給湯温度センサ１１で検出する温度がリモートコントローラ１４で設定された給湯設定温度になるように弁体を移動させるモータが駆動されてその混合比率が制御されるものである。

１５は貯湯タンク２の側面の上下方向に複数個設けられた貯湯温度センサ、１６は貯湯タンクユニット１の各センサ出力が入力され混合弁９や循環ポンプ５等の各アクチュエータの作動を制御する制御手段である。この制御手段１６は深夜時間帯になると貯湯温度センサ１５で検出する残湯量から翌日の朝までに必要な沸き上げ熱量を演算し、翌朝に沸き上がるよう加熱開始するピークシフト時刻を演算し、このピークシフト時刻になると沸き上げ運転を開始させるよう作動するものである。

そして、沸き上げ運転が開始されると、加熱手段３と循環ポンプ５を駆動して貯湯タンク２の下部から取り出した湯水を加熱手段３で沸き上げ熱量から求められる沸き上げ温度まで加熱し、貯湯タンク２の上部に戻して積層しながら貯湯タンク２内の湯を沸き上げるようにしている。

ここで、前記加熱手段３は、冷媒を圧縮する圧縮機１７とガスクーラとしての冷媒水熱交換器１８と減圧手段としての電子膨張弁１９と強制空冷式の蒸発器２０で構成されたヒートポンプ式加熱手段より構成されているもので、冷媒として高圧側で超臨界状態となる二酸化炭素冷媒が用いられているものである。

そして、給湯栓が開かれると貯湯タンク２内の高温水と給水バイパス管８からの給水とが混合弁９によりリモートコントローラ１４で設定された給湯設定温度になるように混合されて給湯される。

ここで、前記制御手段１６は、混合弁９の高温異常も検知するようにしたもので、流量センサ１２で給湯が行われていることを検出している状態で、給湯温度センサ１１が検出する温度がリモートコントローラ１４で設定された給湯設定温度になるように混合弁９の混合比率の制御を行っているにもかかわらず、給湯温度センサ１１で検出する給湯温度が給湯設定温度よりも高温になる高温異常を検出すると、混合弁９がなんらかの原因により異常状態（故障）になっていると判断するものである。

次に、前記制御手段１６によってコントロールされる本発明の特徴的な作動について図２に示すフローチャートに基づいて説明する。
まず、給湯栓が開かれて給湯が開始されたことを流量センサ１２によって検出すると、給湯温度センサ１１で検出する温度がリモートコントローラ１４で設定した給湯選定温度になるように混合弁９が制御される。

そして、給湯中で混合弁９を制御しているにもかかわらず給湯温度センサ１１で検出する給湯温度がリモートコントローラ１４で設定した給湯設定温度よりも一定温度以上高い状態が所定の短時間継続すると、混合弁９がなんらかの原因によって異常状態（故障）となり高温異常が発生したとして（ステップ１でＹｅｓ、以下Ｓ１と略す）、リモートコントローラ１４の表示部１４Ｂおよびスピーカ部１４Ｃによって高温異常が発生したことを報知する（Ｓ２）と共に、加熱手段３を停止したままで循環ポンプ５を駆動開始する（Ｓ３）。

このようにＳ３で加熱手段３を停止したままで循環ポンプ５を駆動することによって、貯湯タンク２の下部と上部に循環接続された循環回路４を介して貯湯タンク２内下部の水を出湯管７が接続されている貯湯タンク２の上部に供給し、貯湯タンク２の上部の温水温度を低下させることで出湯管７からの出湯温度が低下され、給湯栓に供給する温水温度を低下させることができ、リモートコントローラ１４での報知と相俟って湯の使用者に対して安全性を高めることができるものである。

このとき、給湯が継続されている間は、貯湯タンク２の下部に温度の低い給水が流入し続けるため、この流入したばかりの給水が循環ポンプ５の駆動によって循環回路４を介して貯湯タンク２の上部に導入される。従って、給湯が継続されている間は、給湯に供される貯湯タンク２上部の高温水には貯湯タンク２下部の給水が混合されて、貯湯タンク２上部の温度を低下させることができ、最低限の安全を確保することができるものである。

そして、流量センサ１２が所定量以下の流量まで流量低下したことを検出して給湯停止したと判断すると（Ｓ４でＹｅｓ）、貯湯温度センサ１５によって貯湯タンク２の下部の貯湯温度を検出し、貯湯タンク２上部の高温水と混ぜて安全な温度以下に低下させることができる所定温度（例えば４０℃）以下であることを確認すると（Ｓ５でＹｅｓ）、貯湯温度センサ１５で検出する貯湯タンク２の上部の温度が給湯の使用者に対して比較的安全な温度（例えば６０℃以下）まで低下することを確認するまで（Ｓ６でＹｅｓになるまで）、加熱手段３を停止したまま循環ポンプ５の駆動を継続し、貯湯タンク２上部の温度が安全な温度まで低下したことを確認すると（Ｓ６でＹｅｓ）、循環ポンプ５の駆動を停止するものである（Ｓ７）。

このように、給湯停止後も貯湯タンク２の下部に上部の温水温度を下げることができる冷熱源がある限り貯湯タンク２内の湯水を撹拌して温度低下させ、次回の給湯時の安全性をより向上させることができる。

一方、貯湯タンク２の下部の温度が高温である場合は（Ｓ５でＮｏ）、循環ポンプ５を駆動継続しても貯湯タンク２上部の温度があまり低下しないため、循環ポンプ５の駆動を停止する（Ｓ７）。このように無駄な動作を行わないようにしているため、余計な騒音を発生させないと共に、無駄な消費電力も抑制することができる。

そして、高温異常から復旧しないまま深夜沸き上げを行う時間帯になった場合や、残湯量がなくなってしまった場合は、前記制御手段１６は加熱手段３での沸き上げ運転の目標温度（沸き上げ温度）を安全な温度を上限に制限するようにしているので、異常が解消されないままでも貯湯タンク２内に高温水がない状態での給湯運転が可能となり、多量に湯が使われた後や翌日以降も安全性と利便性を確保できるものである。

そして、サービスマン等による点検修理によって高温異常から復旧すると、制御手段１６はリモートコントローラ１４の異常報知状態を解除すると共に、沸き上げ温度の制限も解除するようにしている。

ここで、リモートコントローラ１４での異常報知の形態としては、異常が発生している旨や高温の湯が給湯されてしまう旨を常時表示しておくと同時に、給湯が行われている間は警報音を鳴動させ続けることが望ましいが、この形態に限られるものではない。

なお、加熱手段３は二酸化炭素冷媒の超臨界ヒートポンプ式のものとしたが、これに限られることなく、例えば電熱ヒータやコージェネレーションの廃熱など貯湯タンク２の外部で加熱するものであればよいものである。

本発明の一実施形態の貯湯式給湯装置の概略構成図。 本発明の作動を説明するためのフローチャート。

符号の説明

２ 貯湯タンク
３ 加熱手段
４ 循環回路
５ 循環ポンプ
６ 給水管
７ 出湯管
８ 給水バイパス管
９ 混合弁
１１ 給湯温度センサ
１４ リモートコントローラ
１５ 貯湯温度センサ

Claims (3)

1. 湯水を貯湯する貯湯タンクと、前記貯湯タンク下部と上部とを循環可能に接続し、湯水を循環させる循環ポンプを有した循環回路と、前記循環回路途中に設けられ前記貯湯タンク内の湯水を循環加熱する加熱手段と、前記貯湯タンクの貯湯温度を検出する貯湯温度センサと、前記貯湯タンクに給水する給水管と、前記貯湯タンクから出湯する出湯管と、前記給水管から分岐された給水バイパス管と、前記出湯管からの湯と前記給水バイパス管からの水とを給湯設定温度に混合する混合弁と、前記混合弁で混合された湯水の温度を検出する給湯温度センサと、前記給湯設定温度を設定するリモートコントローラとを備え、
   前記給湯温度センサで検出する給湯温度が前記給湯設定温度よりも高温になる高温異常を検出すると、前記リモートコントローラで高温異常の発生を報知すると共に、前記加熱手段を停止したまま前記循環ポンプを駆動するようにしたことを特徴とする貯湯式給湯装置。
2. 給湯停止後において、前記貯湯タンク下部の貯湯温度が低温である場合は、前記加熱手段を停止したまま前記循環ポンプを駆動して前記貯湯タンク内の湯水を撹拌するようにしたことを特徴とする請求項１記載の貯湯式給湯装置。
3. 高温異常を検出した後の沸き上げ運転は、沸き上げ温度を安全な温度に制限することを特徴とする請求項１または２に記載の貯湯式給湯装置。

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