JP2008261581A - 給湯装置 - Google Patents

Abstract

【課題】効率を損なわずに、突発的な湯の使用量の増大に対応できる給湯装置を提供する。
【解決手段】貯湯槽１の水を加熱する加熱手段２と、貯湯槽１内の垂直方向の水温を検知する複数個の貯湯槽温検知手段３と、貯湯槽１の略底部水温を検知する水温検知手段４と、貯湯槽温検知手段３と水温検知手段４との出力に基づいて利用可能な残湯量を算出する残湯量算出手段６と、利用者により設定される利用目的設定手段８と、残湯量算出手段６の算出結果と利用目的設定手段８で設定された内容に基づいて沸き増す湯量を決定する沸増湯量決定手段９と、沸増湯量決定手段９の決定内容に基づいて加熱手段２の制御をおこなう加熱手段制御手段１０を備えたもので、利用目的設定手段８で設定した湯の利用目的に応じた必要湯量に基づいて、加熱手段２を制御するので、放熱で効率が落ちたり、逆に湯切れに至ることなく、最適湯量を貯湯槽１に貯えることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、沸き上げた湯を貯湯槽に貯えて使用する給湯装置に関するものである。

従来、この種の給湯装置として、例えば、図６に示されるようなものがある（例えば、特許文献１参照）。

図６は、上記特許文献１に記載された従来の給湯装置の構成図である。

図６において、従来の給湯装置は、貯湯槽１と、この貯湯槽１の水を加熱する加熱手段２と、貯湯槽１内の垂直方向の水温を検知するように設けられた複数個の貯湯槽温検知手段３と、貯湯槽１の底に設けて貯湯槽１下部の水温を検出する水温検知手段４と、記憶された過去のある期間の使用湯量実績に基づき、貯湯槽温検知手段３と水温検知手段４によって算出される残湯量が、その日に使用すると予測される湯量に満たない場合に必要な時間沸き増しをおこなうように加熱手段２を制御する制御装置５とから構成されている。
特開２００２−５５６５５号公報

しかしながら、前記従来の給湯装置の構成では、過去の使用実績に基づいて沸き増す湯量を決めるので、貯湯槽１内に貯えられる湯量は、概ね平常の生活における使用量に即したものとなり、湯余りの少ない効率的な運転には寄与する一方で、来客があるなど、突発的に予測不可能な大きい給湯負荷が生じると、湯が不足してしまうという課題があった。

また、このような課題を解決するために、利用者が手動で加熱手段２の運転をおこなえるようにした例も見受けられるが、利用者にとっては、どれだけの量を沸かしておけばよいかが非常にわかりにくく、適切な量の沸き増しとならずに、沸き上げすぎて湯余りによる放熱量の増大で効率が低下したり、逆に、貯湯槽１に湯量を補ったつもりでもまだ足りずに、結局湯切れを起こすという不都合もあった。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、突発的な湯の使用量の増大に対して利用者に適切な対処の手段を提供し、効率を損なわずに利便性の高い給湯装置を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の給湯装置は、貯湯槽と、前記貯湯槽の水を加熱する加熱手段と、前記貯湯槽内の垂直方向の水温を検知するように設けられた複数個の貯湯槽温検知手段と、前記貯湯槽の略底部水温または給水温または前記加熱手段への入水温を検知する水温検知手段と、前記貯湯槽温検知手段と前記水温検知手段との出力に基づいて利用可能な残湯量を算出する残湯量算出手段と、利用者により設定される利用目的設定手段と、前記残湯量算出手段の算出結果と前記利用目的設定手段で設定された内容に基づいて沸き増す湯量を決定する沸増湯量決定手段と、前記沸増湯量決定手段の決定内容に基づいて前記加熱手段の制御をおこなう加熱手段制御手段を備えたもので、利用者が設定した湯の利用目的に応じた必要湯量に基づいて、貯湯槽に貯える湯量を制御するので、とくに突発的に多くの湯が必要となる来客時など、利用者が普段より余分に湯を沸かしておきたい場合、その分量を容易に設定し、過不足なく貯湯槽に貯えることができる。したがって、沸き増し量が多過ぎて湯が余り、せっかく沸き上げた湯からの放熱で効率が落ち
たり、逆に必要な湯量をうまく確保できなくて湯切れに至るというような不具合の生じない適切な運転を、きわめて平易なユーザインタフェースによって実現し、使い勝手と効率の高さを両立することが可能となる。

本発明の給湯装置は、利用者が設定した湯の利用目的に応じた必要湯量に基づいて、貯湯槽に貯える湯量を制御するので、とくに突発的に多くの湯が必要となる来客時など、利用者がふだんより余分に湯を沸かしておきたい場合、その分量を容易に設定し、過不足なく貯湯槽に貯えることができる。したがって、沸き増し量が多過ぎて湯が余り、せっかく沸き上げた湯からの放熱で効率が落ちたり、逆に必要な湯量をうまく確保できなくて湯切れに至るというような不具合の生じない適切な運転を、きわめて平易なユーザインタフェースによって実現し、使い勝手と効率の高さを両立することが可能となる。

第１の発明は、貯湯槽と、前記貯湯槽の水を加熱する加熱手段と、前記貯湯槽内の垂直方向の水温を検知するように設けられた複数個の貯湯槽温検知手段と、前記貯湯槽の略底部水温または給水温または前記加熱手段への入水温を検知する水温検知手段と、前記貯湯槽温検知手段と前記水温検知手段との出力に基づいて利用可能な残湯量を算出する残湯量算出手段と、利用者により設定される利用目的設定手段と、前記残湯量算出手段の算出結果と前記利用目的設定手段で設定された内容に基づいて沸き増す湯量を決定する沸増湯量決定手段と、前記沸増湯量決定手段の決定内容に基づいて前記加熱手段の制御をおこなう加熱手段制御手段を備えたもので、利用者が設定した湯の利用目的に応じた必要湯量に基づいて、貯湯槽に貯える湯量を制御するので、とくに突発的に多くの湯が必要となる来客時など、利用者が普段より余分に湯を沸かしておきたい場合、その分量を容易に設定し、過不足なく貯湯槽に貯えることができる。したがって、沸き増し量が多過ぎて湯が余り、せっかく沸き上げた湯からの放熱で効率が落ちたり、逆に必要な湯量をうまく確保できなくて湯切れに至るというような不具合の生じない適切な運転を、きわめて平易なユーザインタフェースによって実現し、使い勝手と効率の高さを両立することが可能となる。

第２の発明は、特に、第１の発明の加熱手段制御手段は、沸増湯量決定手段の決定内容に基づいて貯湯槽温検知手段の検知温度により加熱手段を制御するもので、残湯量を求めるための構成と、加熱手段を制御する構成が共用でき、構成が簡潔になる。

第３の発明は、特に、第１又は第２の発明の給湯装置に計時手段を設け、沸増湯量決定手段の決定内容に基づいて加熱手段の必要運転時間を算出し、その算出された運転時間が前記計時手段で計時されるまで前記加熱手段を運転するもので、運転時間がきめ細かく設定できる結果、必要な沸き増し湯量をより精度よく得ることが可能となる。

第４の発明は、特に、第１〜第３の発明のいずれか１つの発明の加熱手段として、ヒートポンプサイクルを用いたもので、沸き上げ前の水温が高くなるほど効率が低下するヒートポンプを用いた構成において、効率低下抑制効果が大きい。

第５の発明は、特に、第４の発明のヒートポンプサイクルは、圧力が臨界圧力以上となる超臨界冷媒回路であり、前記臨界圧力以上に昇圧された冷媒により水を加熱するもので、沸き上げ温度を高温にできるので、利用できる熱量の増大と湯切れ防止性を向上させることができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
本発明の第１の実施の形態における給湯装置について、図１〜４を用いて説明する。図１は、本実施の形態における給湯装置の構成図、図２は、同給湯装置の制御のブロック図である。

図１において、本実施の形態における給湯装置は、貯湯槽１と、ヒートポンプユニットなどからなり貯湯槽１の水を加熱する加熱手段２と、貯湯槽１内の垂直方向の水温を検知するように設けられた複数個の貯湯槽温検知手段３と、前記貯湯槽１の底表面に設けられ、その部分の水温を検知する水温検知手段４と、制御装置５に設けられ、貯湯槽温検知手段３と水温検知手段４との出力に基づいて利用可能な残湯量を算出する残湯量算出手段６と、宅内リモコン７に設けられ、利用者により設定される利用目的設定手段８と、制御装置５に設けられ、残湯量算出手段６の算出結果と利用目的設定手段８で設定された設定内容に基づいて沸き増す湯量を決定する沸増湯量決定手段９と、この沸増湯量決定手段９の決定内容に基づいて加熱手段２の運転制御をおこなう加熱手段制御手段１０とから構成されている。

図２において、貯湯槽温検知手段３と水温検知手段４の出力から残湯量を算出する残湯量算出手段６が残湯量を算出し、利用目的設定手段８と残湯量算出手段６の内容から沸増湯量決定手段９が沸き増し湯量を決め、その結果と貯湯槽温検知手段３により、加熱手段制御手段１０が加熱手段２の運転を制御する。

以上のように構成された本実施の形態における給湯装置について、以下その動作、作用を説明する。

基本的な動作としては、沸き上げ前は、貯湯槽１に低温の水が多く満たされており、運転を開始すると、沸き上げ用循環ポンプ１１により、水がヒートポンプ往き口１２から加熱手段２に送出され、そこで加熱されて生成された高温の湯が、ヒートポンプ戻り口１３から貯湯槽１に戻される。これによって、貯湯槽１には上方から順次高温の湯が貯えられていく。沸き上げ後の給湯利用の際には、給湯口１４から貯湯槽１の高温の湯が送られ、この湯が、給水配管１５からの給水と湯水混合弁１６で設定された給湯温度に調節されて蛇口などの給湯栓１７から供給される。また、給湯に使用された湯量相当の水が、給水配管１５を通じて貯湯槽１下部の給水口１８から流入する。

ここで、来客のために湯を余分に確保する必要が生じた状況での動作について説明する。

利用者は、宅内リモコン７を操作し、図３に示す利用目的設定手段８の設定画面を呼び出す。画面の下の操作キー８ａによって、風呂湯張りについてはその回数を、その他は、利用目的毎に湯を使う人数をそれぞれ設定していく。本実施の形態では、あらかじめ設定されたそれぞれの使用湯量を、風呂湯張り１回あたり２００Ｌ、入浴一人あたり２０Ｌ、シャワー同５０Ｌ、炊事同１０Ｌ、洗濯同１０Ｌとして、このとき設定された使用湯量の予定は４７０Ｌとしている。

図４に、沸き増し前と沸き増し後の貯湯槽１の残湯量を示す。まず沸き上げ前に、残湯量算出手段６は、貯湯槽温検知手段３と水温検知手段４の出力を用いて、残湯量の算出をおこなう。本実施の形態では、貯湯槽１の容量は３７０Ｌで、５個の貯湯槽検知手段３が容量に対して均等になるように設置されている。したがって、それぞれの貯湯槽検知手段３は７４Ｌ分の湯量を代表している。

残湯量算出手段６による貯湯槽１内の残湯を、通常の利用温度として４０℃の湯量に換
算する式を、以下に示す。ただし、貯湯槽検知手段３による検知温度が４０℃未満の場合は、利用できない湯として無視する。

Ｖ４０＝Σ（Ｖ×（Ｔｈｗ（ｉ）−Ｔｗ）／（４０−Ｔｗ））
ここに、Ｖ４０ ：４０℃換算の利用可能湯量 ［Ｌ］
Ｖ ：貯湯槽検知手段３の１個あたりの容量 ［Ｌ］
Ｔｈｗ（ｉ）：ｉ番目の貯湯槽検知手段３の検知温度 ［℃］
Ｔｗ ：水温検知手段４の検知温度 ［℃］
この式に、図４（ａ）に示した沸き増し前の温度分布を適用すると、残湯量は２３４Ｌと算出される。必要な湯量である４７０Ｌに対して、６０Ｌの余裕を持たせ、沸増湯量決定手段９は、沸き増し後の残湯量を５３０Ｌに決定し、それに基づいて加熱手段制御手段１０は、沸き増し中も残湯量算出手段６により逐次算出される残湯量に基づいて加熱手段２を運転し、５３０Ｌの残湯を確保して図４（ｂ）の状態で沸き増しを停止する。

以上のように、突発的に湯が必要になったときなどに、利用者は、湯の利用目的として風呂の湯張り回数や用途に対する使用人数というわかりやすい設定方法で操作でき、それに基づいて沸き増し湯量を決めるので、過不足のない適切な湯量の確保による効率的な給湯装置の利用を、ユーザインタフェースに優れた方式で実現できる。

なお、上記実施の形態では、説明を簡単にするために沸き増し中には給湯がない場合について説明したが、実際には、沸き増し中にも給湯が発生する場合も多いので、加熱手段制御手段１０は、貯湯槽温検知手段３による検知温度の推移により沸き増し中の給湯量を把握し、最終的に利用者が設定した時点での湯量が、沸き上げられた時点で沸き増し運転を停止させる。

また、上記実施の形態では、突発的に湯の使用が増える例にして説明したが、平常時の使用においても、利用者が予定を設定することでより精度の高い沸き増し湯量となるので、無駄の少ない効率的な運転が可能になるという効果もある。

なお、加熱手段２として用いるヒートポンプユニットの冷凍サイクルは、冷媒として二酸化炭素を用い、臨界圧を越える圧力で運転することが好ましい。二酸化炭素を冷媒として用いることで沸き上げ温度を高温にできるので、利用できる熱量の増大と湯切れ防止性をさらに向上させることができる。

尚、上記実施の形態では、水温検知手段４を、貯湯槽１の略底部に配置して、貯湯槽１の略底部の水温を検知するようにしたが、給水配管１５で給水される水の温度或いは、加熱手段２への入水温を検知するようにしても良い。

（実施の形態２）
図５は、本発明の第２の実施の形態における給湯装置の制御のブロック図である。尚、上記第１の実施の形態における給湯装置と同一部分については、同一符号を付してその説明を省略する。

図５において、上記第１の実施の形態における給湯装置と異なる点は、計時手段１９を設け、加熱手段制御手段１０は、沸増湯量決定手段９で決定された湯量を熱量に換算し、それを沸き上げるために必要な加熱手段２の運転時間を加熱能力から算出し、その算出された時間が、計時手段１９で計時されるまで沸き増し運転をおこなうようにしたもので、他の構成は、上記第１の実施の形態と同一である。

以上のように構成された本実施の形態における給湯装置の沸き上げをおこなう場合の動
作を説明する。

上記第１の実施の形態で説明した例では、沸き上げる湯量は、４０℃換算で２９６Ｌと決定されたので、水温検知手段４の検知温度の１０℃からの沸き上げを熱量に換算すると、約３７ＭＪとなる。本実施の形態における加熱手段２の加熱能力は、４．５ｋＷでこの熱量を供給する場合、２．３時間となり、これを計時手段１９を用いて加熱手段制御手段１０で管理しながら沸き増し運転をおこなう。

この構成の利点としては、上記第１の実施の形態では、貯湯槽温検知手段３の数が少ない場合に誤差が大きくなる点が解消でき、必要な沸き増し量をより精度よく沸き上げることができることである。

なお、加熱手段２の能力は一定としたが、環境温度や沸き上げ温度によってある範囲で変化するので、その特性を算出式に考慮するようにすれば、さらに精度の高い制御が可能となる。

以上のように、本発明にかかる給湯装置は、給湯負荷に対する貯湯量を精度よく容易に設定できるので、前記したような家庭用の給湯装置の貯湯槽に適用できるほか、熱源と貯湯槽を有するシステムにおいて業務用などの規模の大きい用途にも適用でき、設備の管理者等に対して高い利便性を提供できる。

本発明の実施の形態１における給湯装置の構成図 同給湯装置の制御のブロック図 同給湯装置の利用目的設定手段の設定画面を示した図 同給湯装置の貯湯槽の残湯量の変化を示した図 本発明の実施の形態２における給湯装置の制御のブロック図 従来の給湯装置の構成図

符号の説明

１ 貯湯槽
２ 加熱手段
３ 貯湯槽温検知手段
４ 水温検知手段
６ 残湯量算出手段
８ 利用目的設定手段
９ 沸増湯量決定手段
１０ 加熱手段制御手段
１９ 計時手段

Claims (5)

1. 貯湯槽と、前記貯湯槽の水を加熱する加熱手段と、前記貯湯槽内の垂直方向の水温を検知するように設けられた複数個の貯湯槽温検知手段と、前記貯湯槽の略底部水温または給水温または前記加熱手段への入水温を検知する水温検知手段と、前記貯湯槽温検知手段と前記水温検知手段との出力に基づいて利用可能な残湯量を算出する残湯量算出手段と、利用者により設定される利用目的設定手段と、前記残湯量算出手段の算出結果と前記利用目的設定手段で設定された内容に基づいて沸き増す湯量を決定する沸増湯量決定手段と、前記沸増湯量決定手段の決定内容に基づいて前記加熱手段の制御をおこなう加熱手段制御手段を備えた給湯装置。
2. 加熱手段制御手段は、沸増湯量決定手段の決定内容に基づいて貯湯槽温検知手段の検知温度により加熱手段を制御する請求項１に記載の給湯装置。
3. 計時手段を設け、沸増湯量決定手段の決定内容に基づいて加熱手段の必要運転時間を算出し、その算出された運転時間が前記計時手段で計時されるまで前記加熱手段を運転する請求項１又は２に記載の給湯装置。
4. 加熱手段として、ヒートポンプサイクルを用いた請求項１〜３のいずれか１項に記載の給湯装置。
5. ヒートポンプサイクルは、圧力が臨界圧力以上となる超臨界冷媒回路であり、前記臨界圧力以上に昇圧された冷媒により水を加熱する請求項４に記載の給湯装置。

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