JP2008261582A - 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(図示せず)の水を加熱する加熱手段２と、貯湯槽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、貯湯槽の底部水温を検知する水温検知手段４と、給湯量の実績を記憶する給湯実績記憶手段１３と、貯湯槽内の残湯量を算出する残湯量算出手段９と、利用者の利用目的を記憶する利用目的記憶手段１２と給湯実績記憶手段１３に記憶された内容から利用目的別の給湯量を算出する利用目的別給湯量算出手段１４とを備え、残湯量算出手段９の算出結果と利用者による利用目的設定手段７の設定内容と利用目的別給湯量算出手段１４の算出結果に基き、沸き増す湯量を決定し、それに基づいて加熱手段２を制御するもので、湯を過不足なく貯湯槽に貯えられ、また利用目的毎の必要湯量は、利用実績に基づいて算出されるので、沸き増し量を精度よく決定できる。
【選択図】図２

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７に示すようなものがある（例えば、特許文献１参照）。

図７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７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、このような課題に対して、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湯切れを起こすという不都合があった。

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、給湯量を検知する給湯量検知手段と、前記給湯量検知手段による給湯量の実績を記憶する給湯実績記憶手段と、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、前記利用目的設定手段で設定された利用目的の内容を蓄積して記憶する利用目的記憶手段と、前記利用目的記憶手段と前記給湯実績記憶手段とに記憶された内容に基づいて利用目的別の給湯量を算出する利用目的別給湯量算出手段と、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の設定内容と前記利用目的別給湯量算出手段の算出結果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とを備えたもので、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、利用者がふだんより余分に湯を沸かしておきたいと考える際、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。

また、利用目的毎の必要湯量は、過去に当該利用者が設定した利用目的に対応した実際の使用湯量が記憶、蓄積され、この情報に基づいて算出されるので、必要な沸き増し量を精度よく決定することができる。

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と考える際、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。また、利用目的毎の必要湯量は、過去に当該利用者が設定した利用目的に対応した実際の使用湯量が記憶、蓄積され、この情報に基づいて算出されるので、必要な沸き増し量を精度よく決定することができる。

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、給湯量を検知する給湯量検知手段と、前記給湯量検知手段による給湯量の実績を記憶する給湯実績記憶手段と、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、前記利用目的設定手段で設定された利用目的の内容を蓄積して記憶する利用目的記憶手段と、前記利用目的記憶手段と前記給湯実績記憶手段とに記憶された内容に基づいて利用目的別の給湯量を算出する利用目的別給湯量算出手段と、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の設定内容と前記利用目的別給湯量算出手段の算出結果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とを備えたもので、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、利用者がふだんより余分に湯を沸かしておきたいと考える際、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。また、利用目的毎の必要湯量は、過去に当該利用者が設定した利用目的に対応した実際の使用湯量が記憶、蓄積され、この情報に基づいて算出されるので、必要な沸き増し量を精度よく決定することができる。

第２の発明は、特に、第１の発明の給湯実績記憶手段は、利用目的設定手段により利用者が利用目的を設定した以降あらかじめ設定された時刻までの給湯量を記憶するもので、
利用者が設定したその日の利用目的と実際の給湯量を一組として記憶し、その情報を蓄積することによって特定の利用目的に対する当該利用者特有の必要給湯量を推定することができ、必要な沸き増し量を精度よく決定することが可能となる。

第３の発明は、特に、第１または第２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ための構成とが共用でき、構成が簡潔になる。

第４の発明は、特に、第１〜３のいずれか一つ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５の発明は、特に、第１〜第４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６の発明は、特に、第５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１〜５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からなりこの貯湯槽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、前記貯湯槽１の底表面に設けた水温検知手段４と、制御をおこなう制御装置５と、宅内リモコン６に設けられると共に利用者により利用目的が設定される利用目的設定手段７と、給湯量を検知する給湯量検知手段８とから構成されている。

図２は、同給湯装置の制御装置５のブロック図である。

図２において、制御装置５には、貯湯槽温検知手段３と水温検知手段４の出力から、貯湯槽１内の残湯量を算出する残湯量算出手段９と、利用目的設定手段７と残湯量算出手段９の内容から、必要な沸き増し湯量を決める沸増湯量決定手段１０と、決定された沸き増し湯量と貯湯槽温検知手段３の出力に基づいて加熱手段２の運転を制御する加熱手段制御手段１１が設けられている。

また、沸増湯量決定手段１０で沸き増し湯量を決定する際の情報を得るために、利用目的設定手段７に設定された利用目的の内容を記憶する利用目的記憶手段１２と、給湯量検知手段８の検知結果を記憶する給湯実績記憶手段１３と、利用目的記憶手段１２と給湯実績記憶手段１３の記憶内容から利用目的別の給湯量を算出する利用目的別給湯量算出手段
１４とを有する。

以上のように構成された給湯装置について、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１５により、水がヒートポンプ往き口１６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１７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１８から貯湯槽１の高温の湯が送られ、この湯が給水配管１９からの給水と湯水混合弁２０により設定された給湯温度に調節されて給湯栓２１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１９を通じて貯湯槽１下部の給水口２２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場合の、給湯装置の動作について説明する。

利用者は、宅内リモコン６を操作し、図３に示す利用目的設定手段７の設定画面を呼び出す。画面の下の操作キー７ａによって、風呂湯張りについては回数を、その他は、目的別に、湯を使う人数をそれぞれ設定していく。必要な沸き増し湯量を決定するための目的毎の使用湯量は、利用目的別給湯量算出手段１４により算出されるが、その算出方法を説明する。

まず、利用目的が設定されたときに、その利用目的を利用目的記憶手段１２に記憶し、それとともに設定されて以降の翌日午前３時までの間に使用された湯量を給湯量検知手段８で検知して、給湯実績記憶手段１３に記憶しておく。

図４に記憶された内容の例を示すが、このような情報を、過去数日分から数十日分程度蓄積し、これに基づいて、利用目的別給湯量算出手段１４は、それぞれの利用目的毎の使用湯量を算出する。例えば、図４の例では、利用目的別給湯量算出手段１４が算出したそれぞれの使用湯量は、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となり、これらを図３に示した使用湯量の予定にあてはめると、４７０Ｌとなる。

図５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。本実施の形態における貯湯槽１の容量は３７０Ｌで、５個の貯湯槽温検知手段３は、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、それぞれの貯湯槽温検知手段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は以下の通りである。ただし、本実施の形態では、貯湯槽温検知手段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ようにしている。

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５（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。そして、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１１は、沸き増し中も残湯量算出手段９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５（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、上記説明においては、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１１は、給湯量検知手段８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を用いて説明したが、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、より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１９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６は、本発明の第２の実施の形態における給湯装置の制御装置のブロック図である。なお、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６において、上記第１の実施の形態と異なる点は、計時手段２３を設け、加熱手段制御手段１１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、計時手段２３が、その算出された運転時間を計時し終えるまで、沸き増し運転をおこなうもので、他の構成は上記第１の実施の形態における給湯装置と同一である。

以上のように構成された給湯装置の動作について、第１の実施の形態で説明した湯量の沸き上げをおこなう場合を例に説明する。

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。本実施の形態の加熱手段２の能力である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２３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が、本実施の形態ではその問題を解消でき、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。

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且つ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し、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 同給湯装置の制御装置のブロック図 同給湯装置の利用目的設定手段の設定画面を示した図 同給湯装置の利用目的記憶手段と給湯実績記憶手段の記憶内容を示した図 （ａ）同給湯装置の貯湯槽の温度分布を示す図（沸き増し前）、（ｂ）同給湯装置の貯湯槽の温度分布を示す図（沸き増し後） 本発明の実施の形態２における給湯装置の制御装置のブロック図 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
７ 利用目的設定手段
８ 給湯量検知手段
９ 残湯量算出手段
１０ 沸増湯量決定手段
１１ 加熱手段制御手段
１２ 利用目的記憶手段
１３ 給湯実績記憶手段
１４ 利用目的別給湯量算出手段
２３ 計時手段

Claims (6)

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、給湯量を検知する給湯量検知手段と、前記給湯量検知手段による給湯量の実績を記憶する給湯実績記憶手段と、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、前記利用目的設定手段で設定された利用目的の内容を蓄積して記憶する利用目的記憶手段と、前記利用目的記憶手段と前記給湯実績記憶手段とに記憶された内容に基づいて利用目的別の給湯量を算出する利用目的別給湯量算出手段と、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の設定内容と前記利用目的別給湯量算出手段の算出結果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とを備えた給湯装置。
2. 給湯実績記憶手段は、利用目的設定手段により利用者が利用目的を設定した以降あらかじめ設定された時刻までの給湯量を記憶する構成とした請求項１に記載の給湯装置。
3. 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または２に記載の給湯装置。
4. 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加熱手段を運転する請求項１〜３のいずれか１項に記載の給湯装置。
5. 加熱手段として、ヒートポンプサイクルを用いた請求項１〜４のいずれか１項に記載の給湯装置。
6. 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５に記載の給湯装置。

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