JP2008215771A - 貯湯式給湯装置 - Google Patents

Abstract

【課題】貯湯式給湯装置にて使用するミストサウナの温水温度を安定させる。
【解決手段】入水管と出湯管が接続され湯水を貯湯する貯湯タンクとこの貯湯タンク内の貯湯水を加熱する熱源を設け、貯湯水の温度を検知する貯湯温センサと、入水管には給水温度Ｔ２を検知する給水温センサと逆止弁とを設け、貯湯水の沸き上げや給湯温度等の制御を行う制御装置と混合調節器と流量センサと給湯温センサを備える貯湯式給湯装置に於いて、貯湯温センサで検知した貯湯温度Ｔ１と給水温センサで検知した給水温度Ｔ２と給湯温センサで検知した給湯温度Ｔ３と流量センサで検知した給湯流量Ｑによって、出湯管からの温水流量を推定することで、流量センサでの給湯流量Ｑに応じた混合調整器のフィードバック制御の開始流量と停止流量を可変する混合調節器制御手段を設けたものである。
【選択図】図１

Description

この発明はヒートポンプ加熱式の貯湯式給湯装置に関するものである。

従来よりこの種のものには、ガスや石油の燃焼の加熱により、給湯暖房機から供給されるお湯を加熱することによってミストを発生させるミストサウナ装置であって、給湯暖房機との間の双方向通信手段と、この給湯暖房機の最低給湯流量までお湯の流量を絞る制御手段とを備え、給湯暖房機の最低着火流量をミストサウナに伝達し、この量に合わせるようミスト低発生域制御手段である給湯配管のお湯流量調整弁を調整をしていた。したがって、お湯流量調整弁を調整することによって、ミストの最低発生量を給湯暖房機の最低着火量とすることができ、省エネが可能となるものであった。（例えば、特許文献１参照）
特開２０００−２３７２７３号公報

ところが、浴室におけるミストサウナでは、約１リットル／分程度の少しの水量しか使用されないため、ミストサウナだけの使用では、ガスや石油の熱源機の熱交換器等が空焚き状態となり、過熱防止装置等が働き、バーナ燃焼が作動しない問題が有った。又、電気温水器やヒートポンプ加熱式の給湯機等貯湯タンク内の温水を利用してミストサウナを行う場合でも、貯湯水と給水（水道水）を混合して所望の給湯温度を得るには、貯湯水の温度が高いほど湯側の流量が少なくなり、湯側の流量が極端に少なくなった時には、貯湯タンクの入水管に備えた逆止弁が作動して閉止した場合には湯側の供給も停止するため、ミストサウナに供給する給水温度の制御ができなくなる問題が有った。
また、出湯管は高温になるために、直接出湯管に流量センサを取り付けて、出湯管を通過する温水流量によって混合弁通過後のミストサウナへの温水温度をコントロールすることはできないものだった。

この発明はこの点に着目し、上記欠点を解決する為、特にその構成を、入水管と出湯管が接続され湯水を貯湯する貯湯タンクとこの貯湯タンク内の貯湯水を加熱する熱源を設け、前記貯湯水の温度を検知する貯湯温センサと、前記入水管には給水温度Ｔ２を検知する給水温センサと逆止弁とを設け、前記貯湯水の沸き上げや給湯温度等の制御を行う制御装置と、前記入水管からバイパスさせこの入水管の水を前記出湯管からの温水に合流させるバイパス管と、このバイパス管からの水と出湯管からの温水を混合して所望の設定温度に調節する混合調節器と、この混合調節器の下流で出湯口との間に流量センサと給湯温センサを備える貯湯式給湯装置に於いて、前記貯湯温センサで検知した貯湯温度Ｔ１と給水温センサで検知した給水温度Ｔ２と給湯温センサで検知した給湯温度Ｔ３と流量センサで検知した給湯流量Ｑによって、前記出湯管からの温水流量を推定することで、流量センサでの給湯流量Ｑに応じた混合調整器のフィードバック制御の開始流量と停止流量を可変する混合調節器制御手段を設けたものである。

また、前記混合調節器制御手段にて算出する推定湯側流量ｑ１は、
推定湯側流量ｑ１＝給湯流量Ｑ×（貯湯温度Ｔ１−給湯温度Ｔ３）／（貯湯温度Ｔ１−給水温度Ｔ２）
の式から求めるようにしたものである。
また、前記熱源は貯湯タンクとヒーポン循環回路で接続したヒートポンプ加熱手段としたものである。

この発明によれば、給湯流量と貯湯温度と給水温度と給湯温度から計算により推定した湯側流量を求めて湯水の混合装置を制御するので、湯側流量が少なく入水管に備えた逆止弁が作動したばあいでもスムーズな給湯温度の制御することができるものである。
また、推定湯側流量ｑ１＝給湯流量Ｑ×（貯湯温度Ｔ１−給湯温度Ｔ３）／（貯湯温度Ｔ１−給水温度Ｔ２）の計算式を使用することにより、よりスムーズな給湯温度の制御をすることができるものである。
また、熱源に貯湯タンクとヒーポン循環回路で接続したヒートポンプ加熱手段を使用することにより、より経済的で安全な貯湯式給湯装置を提供することができるものである。

以下に本発明を実施するために好適な実施例を図１を元に説明する。
１は湯水を貯湯する貯湯タンク２等を収納するタンクユニット、３は貯湯タンク２内の湯水を加熱する加熱手段としてのヒーポンユニット（ヒートポンプ式加熱手段）で、内部には圧縮機４と凝縮器としての冷媒−水熱交換器５と電子膨張弁６と強制空冷式の蒸発器７とで構成され、このヒーポンユニット３には冷媒として二酸化炭素が用いられて超臨界ヒートポンプサイクルを構成しているものである。また、前記圧縮機４や電子膨張弁６等によりヒートポンプサイクルを駆動制御するヒーポン制御部８を設けている。

９は前記貯湯タンク２の下部と冷媒−水熱交換器５を接続するヒーポン往き管で、前記タンクユニット１内のヒーポン往き管９にヒーポン循環ポンプ１０が取り付けられている。

１１は前記貯湯タンク２の上部と暖房用熱交換器１２を接続する暖房往き管で、暖房用熱交換器１２側と貯湯タンク２の間に三方弁１３を備えている。１４は前記暖房往き管１１の中間に備えた三方弁１３と冷媒−水熱交換器５とを接続したヒーポン戻り管。
１５は前記暖房用熱交換器１２と貯湯タンク２の中間部を接続する中間戻し管で、１次側暖房循環ポンプ１６を備えている。

前記貯湯タンク２には略等間隔で上下方向に５個の貯湯センサ１７ａ〜１７ｅを設け、貯湯タンク２内に蓄えられるお湯の温度（貯湯温度Ｔ１）と、貯湯量を検知するものである。
１８は前記貯湯タンク２の下部に接続され貯湯タンク２に水を給水する入水管で、水道水の温度（給水温度Ｔ２）を検知する給水温センサ１９と、貯湯水の水道への逆流を防止する逆止弁２０を備えている。
２１は前記貯湯タンク２の上部に接続され貯湯されている高温水を出湯する出湯管。２２は前記貯湯タンク２の中間位置に接続された中間出湯管。２３は前記出湯管２１からの湯水と前記中間出湯管２２からの湯水とを任意の温度になるよう混合する中間混合弁。２４は前記入水管１８から分岐されたバイパス管。２５は前記中間混合弁２３からの湯水を出湯する第２出湯管。２６はこの第２出湯管２５の高温水と前記バイパス管２４から給水される水道水とを給湯設定温度に混合する給湯混合弁（混合調節器）である。

２７は前記給湯混合弁２６からの湯水を出湯する第３出湯管で、給湯流量Ｑを検知する流量センサ２８と給湯温度Ｔ３を検知する給湯温センサ２９を備え、この貯湯温センサ２９の給湯温度Ｔ３に応じて、前記給湯混合弁２６の温水と水道水の割合を調節して給湯温度Ｔ３を設定温度に近づけるべくコントロールしている。３０は前記第３出湯管２７をタンクユニット１外へ導出する出湯口である。３１は前記出湯口３０と給湯栓３２やシャワー等（図示せず）を接続する給湯管である。

３３は内部に浴槽３４を備えた浴室で、内側壁面にミストサウナ運転で約６０℃の霧を発生するミストノズル３５を設けている。このミストノズル３５は前記出湯口３０とミストサウナ配管３６で接続されている。

３７は前記暖房用熱交換器１２の２次側に暖房往き管３８と暖房戻り管３９で接続された暖房用放熱器で、前記暖房戻り管３９の途中に２次側暖房循環ポンプ４０を接続し、前記暖房用熱交換器１２と暖房往き管３８と暖房用放熱器３７と暖房戻り管３９を連通して２次側暖房循環回路４１を形成している。

４２は前記混合弁２３・２６や三方弁１３、循環ポンプ１０・１６・４０等の駆動制御を行うと共に、前記ヒーポン制御部８に指令を発し、予めプログラミングされたマイクロコンピュータを主体として構成されている制御装置である。

４３は前記制御装置４２に接続されたリモコンで、台所や浴室の壁面に設置され給湯装置の運転停止や給湯温度の設定等を行うものであり、前面の操作部４４には運転スイッチ４５やミストサウナ運転スイッチ４６、給湯温度設定スイッチ４７と液晶表示やランプ等によって各種の表示を行う表示部４８を備えている。

前記ミストサウナ運転スイッチ４６は押圧によって、ミストサウナの運転を開始するものであり、前記制御装置４２に備えた混合調節器制御手段としてのミストサウナ制御部４９にて、自動的に給湯設定温度を約６０℃の最高温度に設定すると共に、給湯流量Ｑを１．０リットル／分に設定し、前記ミストノズル３５から出湯を開始する。
そして、
推定湯側流量ｑ１＝給湯流量Ｑ×（貯湯温度Ｔ１−給湯温度Ｔ３）／（貯湯温度Ｔ１−給水温度Ｔ２）
の計算を行い、推定湯側流量ｑ１が０．６リットル／分より大きい場合に前記給湯温度Ｔ３を基にフィードバック制御を開始し、推定湯側流量ｑ１が０．４リットル／分より小さくなった時にはフィードバック制御を停止する、フィードバック制御を停止した後の、温水と水道水の割合はフィードバック制御を停止する直前の状態を継続することで、前記湯側流量ｑ１が低下して逆止弁２０が作動するような場合が有っても、給湯温度Ｔ３を比較的安定させることができるものである。
又、フィードバック制御停止状態であっても、ミストサウナ運転時に給湯栓３２やシャワーを使用して流量センサ２８での給湯流量Ｑが大流量に変化し、推定湯側流量ｑ１が０．６リットル／分より大きいくなった時には、再びフィードバック制御を開始しすることで給湯温度Ｔ３を安定させることができるものである。

前記給湯温度設定スイッチ４７による設定は、約３５℃から約６０℃の間で使用者の好みの温度に設定されるものであり、前記給湯温センサ２９にて検知された湯温を基に制御装置４２が給湯混合弁２６の弁開度を調整し、給湯温度を設置値に近づけるものである。

５０はヒーポン循環回路で、前記冷媒−水熱交換器５とヒーポン戻り管１４と三方弁１３と上部配管１１と貯湯タンク２とヒーポン往き管９とを連通して形成している。
５１は１次側暖房循環回路で、前記貯湯タンク２と上部配管１１と暖房用熱交換器１２と中間戻し管１５と貯湯タンク２を連通して形成している。
５４は前記ミストサウナ配管３６に備えた開閉弁で、ミストサウナ運転時には開弁して温水をミストノズル３５に送り、ミストサウナ停止時には閉弁するものである。

ここで、貯湯タンク２内にヒーポンユニット３で加熱された高温水を貯湯する貯湯運転について説明する。
制御装置４２は深夜時刻になると電力単価が安価な深夜時間帯内で朝の所定時刻までに沸き上がるように貯湯運転を開始し、三方弁１３をヒーポンユニット３と貯湯タンク２とが連通するように切換え、ヒーポン循環ポンプ１０とヒーポンユニット３を駆動および起動して、貯湯タンク２の下部から取り出した湯水をヒーポンユニット３により沸き上げ温度まで沸き上げて貯湯タンク２の上部配管１１から積層させるように貯湯する。そして、所望の熱量を貯湯するとヒーポン循環ポンプ１０およびヒーポンユニット３の運転を停止して貯湯運転を終了する。

次に、図２のフローチャートを元にミストサウナの動作について説明する。
リモコン４３の運転スイッチ４５がＯＮされ、ステップ１にてミストサウナ運転スイッチ４５がＯＮされると、ミストサウナ配管３６の開閉弁５２が開弁される。すると、水道圧によって入水管１８やバイパス管２４に水道水が流れミストノズル３５より霧の噴出が始まる。この時、流量センサ２８によって給湯流量Ｑの初期値が約１リットル／分の小水量に、給湯設定温度が６０℃に設定されると共に、ステップ２にて給湯流量Ｑと貯湯温度Ｔ１と給水温度Ｔ２と給湯温度Ｔ３が読み込まれ、推定湯側流量ｑ１が前記の計算式にて算出されステップ３に進む。

ステップ３ではステップ２で算出した推定湯側流量ｑ１とフィードバック制御開始流量（ここでは０．６リットル／分）と比較してＹｅｓならばステップ４に進み、給湯混合弁２６を給湯温度Ｔ３によってフィードバック制御を開始する。Ｎｏならば逆止弁２０が作動して給湯温度Ｔ３が不安定になる事を防止するために、ステップ６に進んで給湯混合弁２６の湯水のバランスを制御せずに前回給湯停止時の湯水の割合を継続する。

次に、ステップ５では逆止弁２０が作動する最低流量（ここでは０．４リットル／分）と比較してＹｅｓならばステップ６に進んで、フィードバック制御を中断して給湯混合弁２６の湯水のバランスを制御せずに中断直前の湯水の割合を継続する。また、ステップ５でＮｏであった場合にはステップ４に戻ってフィードバック制御を継続する。

次に、ステップ６にてフィードバック制御を停止状態からステップ２に戻って推定湯側流量ｑ１を監視することで逆止弁２０が作動して給湯温度Ｔ３が極端に変動して最悪の場合、制御不能に陥ることを防止し、ミストノズル３５へ比較的安定した温度の湯を供給することができるものである。
そして、リモコン４３のミストサウナ運転スイッチ４６がＯＦＦされると、開閉弁５２が閉じられミストサウナが停止する。ミストサウナ運転中に給湯栓３２やシャワーが使用されると推定湯側流量ｑ１が０．６リットル／分より大きくなりフィードバック制御を開始し、出湯温度を安定させることができるものである。

次に、ユーザーが給湯栓３２を開いて給湯する時の給湯運転について説明する。
給湯栓３２が開かれると入水管１８から貯湯タンク２内に給水されると同時に出湯管２１から貯湯温水が出湯される。給湯混合弁２６の湯水の割合は給湯停止時の割合に設定されており、推定湯側流量ｑ１が０．６リットル／分を超えるのでフィードバック制御を開始し、リモコン４３の給湯設定温度と給湯温センサ２９の値に応じて中間混合弁２３、給湯混合弁２６を調整して給湯設定温度に近い湯温の給湯が行われる。

次に、蓄熱暖房運転について説明する。
暖房の要求が発生すると、制御装置４２は暖房の２次側の運転を開始すると共に、三方弁１３を１次側暖房循環回路５１が連通するように切換え、１次側暖房循環ポンプ１６を駆動及び起動して、上部配管１１から貯湯タンク２内の高温水を暖房用熱交換器１２に供給し、２次側と熱交換して温度低下した温水を中間戻し管１５から貯湯タンク２に戻して循環させ暖房を行うものである。

以上のように、この発明によれば、給湯流量と貯湯温度と給水温度と給湯温度から計算により推定した湯側流量を求めて湯水の混合装置を制御するので、湯側流量が少なく入水管に備えた逆止弁が作動したばあいでもスムーズな給湯温度の制御することができるものである。
また、推定湯側流量ｑ１＝給湯流量Ｑ×（貯湯温度Ｔ１−給湯温度Ｔ３）／（貯湯温度Ｔ１−給水温度Ｔ２）の計算式を使用することにより、よりスムーズな給湯温度の制御をすることができるものである。
また、熱源に貯湯タンクとヒーポン循環回路で接続したヒートポンプ加熱手段を使用することにより、より経済的で安全な貯湯式給湯装置を提供することができるものである。

この発明の一実施例の概略構成図。 同フローチャート図。

符号の説明

１ タンクユニット
２ 貯湯タンク
３ ヒーポンユニット
１７ 貯湯センサ
１８ 入水管
１９ 給水温センサ
２０ 逆止弁
２１ 出湯管
２６ 混合調節器（給湯混合弁）
２８ 流量センサ
２９ 給湯温センサ
３０ 出湯口
３２ 給湯栓
３５ ミストノズル
４２ 制御装置
４９ ミストサウナ制御部（混合調節器制御手段）

Claims (3)

1. 入水管と出湯管が接続され湯水を貯湯する貯湯タンクとこの貯湯タンク内の貯湯水を加熱する熱源を設け、前記貯湯水の温度を検知する貯湯温センサと、前記入水管には給水温度Ｔ２を検知する給水温センサと逆止弁とを設け、前記貯湯水の沸き上げや給湯温度等の制御を行う制御装置と、前記入水管からバイパスさせこの入水管の水を前記出湯管からの温水に合流させるバイパス管と、このバイパス管からの水と出湯管からの温水を混合して所望の設定温度に調節する混合調節器と、この混合調節器の下流で出湯口との間に流量センサと給湯温センサを備える貯湯式給湯装置に於いて、前記貯湯温センサで検知した貯湯温度Ｔ１と給水温センサで検知した給水温度Ｔ２と給湯温センサで検知した給湯温度Ｔ３と流量センサで検知した給湯流量Ｑによって、前記出湯管からの温水流量を推定することで、流量センサでの給湯流量Ｑに応じた混合調整器のフィードバック制御の開始流量と停止流量を可変する混合調節器制御手段を設けたことを特徴とする貯湯式給湯装置。
2. 前記混合調節器制御手段にて算出する推定湯側流量ｑ１は、
   推定湯側流量ｑ１＝給湯流量Ｑ×（貯湯温度Ｔ１−給湯温度Ｔ３）／（貯湯温度Ｔ１−給水温度Ｔ２）
   の式から求めることを特徴とする請求項１記載の貯湯式給湯装置。
3. 前記熱源は貯湯タンクとヒーポン循環回路で接続したヒートポンプ加熱手段であることを特徴とする請求項１又は２記載の貯湯式給湯装置。

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