JP2009092294A

JP2009092294A - 貯湯式給湯装置

Info

Publication number: JP2009092294A
Application number: JP2007261960A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiko Maekawa; 善彦前川
Original assignee: Hanshin Electric Co Ltd
Current assignee: Hanshin Electric Co Ltd
Priority date: 2007-10-05
Filing date: 2007-10-05
Publication date: 2009-04-30

Abstract

【課題】断熱材の異常等により断熱性能が低下している場合においても湯切れせずに給湯装置を使用でき、メンテナンスの必要性を利用者に報知することが可能な貯湯式給湯装置を提供する。
【解決手段】貯湯式給湯装置を制御する制御装置３は、環境温度に応じた放熱特性データベースを記憶するとともに該放熱特性データベースに基づき給湯使用量における放熱量の許容値の演算、給湯により貯湯タンク１から使用した消費熱量の演算、給水加熱装置２の動作による加算熱量の演算を行い、貯湯式給湯装置の使用開始時と使用終了時における貯湯タンク１の蓄熱量の差と、前記加算熱量と前記消費熱量の差とを足す演算により総放熱量を求め、前日までの湯量使用実績に基づき算出した初期目標蓄熱量に前記総放熱量を加算して最終目標蓄熱量を算出し、該最終目標蓄熱量に応じて給水加熱装置２を加熱制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、安価な深夜電力等によって、ヒートポンプユニット等の給水加熱装置を稼働させ、制御装置から指令された目標蓄熱量になるまで給水を加熱して、貯湯タンク内に温水を貯めておくことができる貯湯式給湯装置に関するものである。

従来、貯湯タンクは放熱を出来る限り低減させるため、例えば特許第３５６１２３９号公報に開示されているように耐熱性発泡ポリスチレン等の断熱性能の高い材質の断熱材により被覆される。これにより貯湯タンク内の蓄熱量を長時間に渡って保温することが可能となる。

特許第３５６１２３９号公報

しかし、経年変化による断熱材の劣化や施工時のミスなどの原因で断熱性能が低下すると、放熱量が大きくなり過去の湯量使用実績に基づいて決定する目標蓄熱量では熱量が不足して湯切れが発生することが懸念される。

本発明は上記課題を解決するもので、断熱材の異常等により断熱性能が低下している場合においても湯切れせずに給湯装置を使用でき、メンテナンスの必要性を事前に利用者に報知することが可能な貯湯式給湯装置を提供するものである。

前記課題を解決するために請求項１記載の発明は、断熱材で被覆され給湯用の温水が蓄えられている貯湯タンクと、前記貯湯タンクの水を下部から上部に送る循環回路と、前記循環回路に設けられ、循環回路を流れる水を加熱して高温の湯とする給水加熱装置と、前記給水加熱装置の動作を制御して貯湯タンクに高温の湯を貯めると共に、貯湯タンクから供給する湯量を調節して設定温度の湯を出させる制御装置と、を備える貯湯式給湯装置において、前記制御装置は、環境温度に応じた貯湯タンクの放熱量を算出する関係式や対応表からなる放熱特性データベースを記憶するとともに該放熱特性データベースに基づき前記貯湯式給湯装置の使用開始から使用終了までの間に、貯湯タンク蓄熱量の時間経過の変化におけるタンク放熱量及び該タンク放熱量に基づく放熱量の許容値の演算、給湯使用による消費熱量の演算、給水加熱装置の動作による加算熱量の演算を行い、前記貯湯式給湯装置の使用開始時と使用終了時における貯湯タンクの蓄熱量の差と、前記加算熱量と前記消費熱量の差とを足す演算により総放熱量を求め、前日までの湯量使用実績に基づき算出した初期目標蓄熱量に前記総放熱量を加算して最終目標蓄熱量を算出し、該最終目標蓄熱量に応じて給水加熱装置を加熱制御することを特徴とする貯湯式給湯装置である。

また、請求項２記載の発明は、前記制御装置は、前記総放熱量が前記許容値を越えているときに放熱量が過大であると判別してメンテナンスの必要性を報知手段に報知させる請求項１記載の貯湯式給湯装置である。

また、請求項３記載の発明は、前記制御装置は、前記総放熱量が前記許容値を越えているときに放熱量が過大であるとして断熱材の異常を報知手段に報知させる請求項１記載の貯湯式給湯装置である。

また、請求項４記載の発明は、断熱材で被覆され給湯用の温水が蓄えられている貯湯タンクと、前記貯湯タンクの水を下部から上部に送る循環回路と、前記循環回路に設けられ、循環回路を流れる水を加熱して高温の湯とする給水加熱装置と、前記給水加熱装置の動作を制御して貯湯タンクに高温の湯を貯めると共に、貯湯タンクから供給する湯量を調節して設定温度の湯を出させる制御装置と、を備える貯湯式給湯装置において、前記制御装置は、環境温度に応じた貯湯タンクの放熱量を算出する関係式や対応表からなる放熱特性データベースを記憶するとともに該放熱特性データベースに基づき所定外気温度の時点とこの所定外気温度に対して規定値を超える温度変化が生じた時点までの間に貯湯タンク蓄熱量の時間経過の変化におけるタンク放熱量及び該タンク放熱量に基づく放熱量の許容値の演算、給湯使用による消費熱量の演算、給水加熱装置の動作による加算熱量の演算を行い、所定外気温度の時点と前記所定外気温度に対して規定値を超える温度変化が生じた時点における貯湯タンクの蓄熱量の差と、前記加算熱量と前記消費熱量の差とを足す演算により総放熱量を求め、該総放熱量が前記許容値を越えているときに断熱材の異常を報知手段に報知させることを特徴とする貯湯式給湯装置である。

本発明によると、給水加熱装置の動作を制御して貯湯タンクに高温の湯を貯めると共に、貯湯タンクから供給する湯量を調節して設定温度の湯を出させる制御装置において、前記制御装置は、放熱特性データベースに基づく演算による貯湯タンクの時間経過の変化におけるタンク放熱量と、給湯使用量における放熱量との和から総放熱量を求め、前日までの湯量使用実績に基づき算出した初期目標蓄熱量に前記総放熱量を加算して最終目標蓄熱量を算出し、該最終目標蓄熱量に応じて給水加熱装置を制御することで、湯切れしない熱量を確保することができる。

また、前記制御装置は、前記総放熱量が許容値を越えているときに、メンテナンスの必要性、または、断熱材の異常を報知手段に報知させる。

また、前記制御装置は、外気温度の変化により貯湯タンク蓄熱量の経過時間に伴う温度差に基づいてタンク放熱量を算出し、該タンク放熱量が許容値を越えているときに断熱材の異常を報知手段に報知させる。

以下、実施例を示す図面に基づいて本発明を詳細に説明する。なお、本実施例では、給水加熱装置としてヒートポンプユニットを使用した。

図１は、本発明に係る貯湯式給湯装置の実施例の概略構成図である。

図１において、貯湯タンク１は耐食性に優れた金属製（例えばステンレス製）で、外周部に図示しない断熱材が配置されており、高温の給湯用の温水を長時間に渡って保温することができるようになっている。貯湯タンク１は一般に縦長形状で、その底面には導入口１１が設けられ、貯湯タンク１内の下部に水道水を導入する給水配管である導入管１２が接続されている。導入管１２には温度検出手段である給水サーミスタ２１が設けられており、導入管１２内の温度情報を制御装置３に出力するようになっている。導入管１２はバイパス経路である配管１５に接続されている。一方、貯湯タンク１の上部には導出口１３が設けられ、貯湯タンク１内の湯を導出するための給湯経路である導出管１４が接続されている。

導出管１４と配管１５はそれぞれ混合弁１６に接続されており、混合弁１６の開口面積比を調節することにより、湯と水道水との混合比を調節できるようになっている。なお、混合弁１６はサーボモータ等の駆動源により弁体を駆動して各経路の開度を調節する電動弁であり、制御装置３からの制御信号により作動するとともに、作動状態を制御装置３に出力するようになっている。混合弁１６の出口側には蛇口、シャワー、風呂等への混合湯経路である配管１７が接続されている。配管１７には温度検出手段である給湯サーミスタ７１と給湯検出手段である流量カウンタ７２が設けられており、給湯サーミスタ７１は配管１７内の温度情報を、流量カウンタ７２は配管１７内の流量情報を制御装置３に出力する。また、流量カウンタ７２は、蛇口、シャワー、風呂等のいずれかで湯が使用された場合、配管１７内の水の流れを検出することで給湯と判断する。

貯湯タンク１の下部には、貯湯タンク１内の下部の水を吸入するための吸入口１８が設けられ、貯湯タンク１の上部側面には、貯湯タンク１内の上部に湯を吐出する吐出口１９が設けられている。吸入口１８と吐出口１９とは循環回路２０で接続されており、三方弁２３で分岐させ、吐出口１９に接続される分岐配管２０′に接続させたり、循環回路２０の往路と復路を還流させるように切り替えたりできる。また、循環回路２０の一部はヒートポンプユニット２内に配置されている。

循環回路２０のヒートポンプユニット２内に配置された部分には、図示しない熱交換器が設けられており、吸入口１８から吸入した貯湯タンク１内の水を高温の二酸化炭素等の冷媒との熱交換により加熱し、吐出口１９から貯湯タンク１内に戻すことにより貯湯タンク１内の水を沸き上げることができるようになっている。

ヒートポンプユニット２は、加熱手段であり、制御装置３からの制御信号により作動するとともに、作動状態を制御装置３に出力するようになっている。

貯湯タンク１の外壁面には、タンク上面の導入口１３付近に上部サーミスタ３１を、タンク底面の導入口１１付近に下部サーミスタ３２を各々配置し、貯湯タンク１内に満たされた水の温度情報を制御装置３へ出力するようにしてある。

また、制御装置３は、各サーミスタ２１，３１，３２，７１からの温度情報、流量カウンタ７２からの流量情報、および操作盤４に設けられた操作スイッチからの信号等に基づいて、ヒートポンプユニット２のＯＮ／ＯＦＦや混合弁１６の開口制御を行う。

なお、操作盤４は、浴室内や台所等の屋内に設置され、貯湯タンク１およびヒートポンプユニット２は屋外等の適所に設置される。操作盤４には、液晶表示部などの視覚的、且つ音声スピーカなどの聴覚的に利用者へ情報を伝達できる報知手段５を備えている。また、制御装置３は、操作盤４の近傍に設けても良いし、貯湯タンク１やヒートポンプユニット２の近傍に設けても良い。

次に、制御装置３の詳細な構成と、その制御による貯湯式給湯装置の動作を説明する。まず、前段階として、開発時に貯湯タンク１内の熱量が時間経過とともにどの程度放熱され失われるかを地域、季節、時間帯などの環境温度に応じた単位時間当りの貯湯タンク１の放熱量を算出する関係式や実際の測定データによる対応表からなる放熱特性データベースを作成し、それに基づき貯湯式給湯装置１の使用開始から使用終了までの間に、貯湯タンク蓄熱量の時間経過の変化におけるタンク放熱量の演算及び該タンク放熱量に基づく放熱量の許容値の上下限を決定する演算をおこなう。この演算処理は、貯湯タンク蓄熱量及び放熱量演算手段３ｂが行う。また、前記放熱特性データベース及び放熱量の許容値の上下限値は、データベース記憶手段３ｃに記憶させておく。

貯湯式給湯装置の図示しない電源スイッチがＯＮされている場合、制御装置３は貯湯タンク１に設けられた各サーミスタ３１，３２からの温度情報や操作盤４により設定された時刻情報等に基づいて、ヒートポンプユニット２を作動させ、貯湯タンク１内の水を加熱して高温の湯（例えば、９０゜の湯）とする。この加熱制御を行うのが、ヒートポンプ制御手段３ａである。

なお、上述した放熱特性データベースは、貯湯式給湯装置の試作・実験段階で、貯湯タンク１やヒートポンプユニット２を一定温度の環境下におき、貯湯タンク１内の水を加熱して高温の湯としてからヒートポンプユニット２を加熱制御停止状態にして、貯湯タンク蓄熱量の実測データを一定時間毎に取得し、時間経過に伴う貯湯タンク蓄熱量の実測データの差に基づいて放熱量の実測データを取得することにより作成できる。

また、ヒートポンプユニット２は、貯湯タンク１から温水を供給させるポンプを備えており、このポンプから供給される温水の流量情報は制御装置３へ送信される。したがって、熱交換器によって加熱される単位水量当たりの加熱量が既知であれば、「単位加熱量×ポンプから熱交換器への供給温水流量」から、ヒートポンプユニット２による加算熱量を求めることができる。なお、この演算処理は、貯湯タンク蓄熱量及び放熱量演算手段３ｂが行う。

更に、ヒートポンプユニット２には、外気の温度を検出する外気温サーミスタ２２を設けてあり、気温低下による循環回路２０の凍結を防止するために、外気温サーミスタ２２の温度情報が規定値以下になった場合、制御装置３が、バイパス三方弁２３を分岐配管２０′側から吸入口１８側に切り替えると共にヒートポンプユニット２を動作させる凍結防止運転を行う。

また、流量カウンタ７２が配管１７内の水の流れを検出した時には、蛇口、シャワー、風呂等で湯が使用されようとしている時である。このとき、制御装置３は、給水サーミスタ２１、上部サーミスタ３１および給湯サーミスタ７１からの温度情報に基づいて、操作盤４からの設定温度に応じた適切な開口率となるように混合弁１６の弁の位置を調節する。

このように給湯を使用する際には、流量カウンタ７２により計測された流量と、給水サーミスタ２１および給湯サーミスタ７１からの温度情報により、
「使用熱量＝（給湯温度−給水温度）×使用流量」から、給湯による使用熱量を求めることができる。そして、給湯を使用する毎に、使用熱量を求め、求めた使用熱量を積算して行くことで、貯湯タンク１からの消費熱量として記憶しておく。なお、この使用熱量の演算処理および消費熱量の積算処理も、貯湯タンク蓄熱量及び放熱量演算手段３ｂが行う。また、使用熱量の値および消費熱量の値は、データベース記憶手段３ｃに記憶させておく。

貯湯タンク１における貯湯タンク蓄熱量は、その時の上部サーミスタ３１および下部サーミスタ３２の温度と貯湯タンク１の全容量から概算できる。

以下に、貯湯タンク１内の１日の放熱量の求め方について説明する。ここで言う１日とは、通常の使用において、使用が開始されてから終了するまでの早朝から深夜までの時間を言い、給湯を使用しない時間帯を含まない場合は、２４時間とならなくてもよいし、また、必ずしも日付けは同じ日とならなくてもよい。

さて、１日の使用開始時（例えば、当日の午前４時）における貯湯タンク蓄熱量を初期値とし、１日の使用終了時（例えば、翌日の午前２時）における貯湯タンク蓄熱量を最終値として減算し、１日の給湯使用量における貯湯タンク１の使用熱量を算出する。そして、使用開始時以後に給湯で消費された熱量を減算すると共にヒートポンプユニット２による加算熱量を随時加えて行けば、貯湯タンク１内におけるその日の放熱量を求めることができる。

即ち、前記貯湯式給湯装置の１日の使用開始から使用終了までの間に放熱特性データベースに基づいて演算して貯湯タンク蓄熱量の時間経過の変化におけるタンク放熱量を求める。続いてこのタンク放熱量に基づいて放熱量の許容値の上下限を決定する演算を行う。また、給湯使用による消費熱量の演算及び給水加熱装置の動作による加算熱量の演算を行い、貯湯式給湯装置の使用開始時と使用終了時における貯湯タンク１の蓄熱量の差と、前記加算熱量と前記消費熱量の差とを足す演算により総放熱量を求めることができる。

貯湯タンク１内の１日の使用開始から使用終了までの間における総放熱量を算出する式は以下の通りである。
「総放熱量＝使用開始時の貯湯タンク蓄熱量―使用終了時の貯湯タンク蓄熱量＋１日のヒートポンプユニットの使用により沸き上げた加算熱量−１日の給湯により使用した消費熱量」この演算処理も、貯湯タンク蓄熱量及び放熱量演算手段３ｂが行う。

また、１日の使用終了時（例えば、翌日の午前２時）に、制御装置３は前日までの湯量使用実績に基づき翌日の初期目標蓄熱量を決定する。また、制御装置３の放熱状態判別手段３ｄは、貯湯タンク１内の１日の使用開始から使用終了までの間における総放熱量をデータベース記憶手段３ｃから読み出した許容値と比較して、１日の総放熱量が許容値の所定範囲に収まっていれば、異常なしと判断する。このとき制御装置３は、前記総放熱量を初期目標蓄熱量に加算して、最終目標蓄熱量として深夜時間帯を利用して夜間に沸き上げを実施する。このように放熱分を余分に沸き上げておくことで、算出蓄熱量の精度を向上させることができる。

また、制御装置３は、１日の総放熱量が許容値の所定範囲を越えていると放熱状態判別手段３ｄが判別すると、報知手段５を制御して断熱材の異常やメンテナンスの必要性を音声や文字、画像等により表示させて、利用者に放熱量が過大であることを報知する。その上で、上述のように算出した放熱量を初期目標蓄熱量に加算する。

なお、上述の例では、当日の午前４時から翌日の午前２時を１日の概略使用時間としたが、１日の概略使用時間を任意の時間として、放熱量の算出を実施してもよい。

また、外気温度の規定値を超える変化に応じて、貯湯タンク蓄熱量の経過時間に伴う温度差に基づいてタンク放熱量を算出し、該タンク放熱量が許容値を越えているときに断熱材の異常を報知手段に報知させるようにしてもよい。

この場合は、制御装置３は、放熱特性データベースに基づき所定外気温度の時点とこの所定外気温度に対して規定値を超える温度変化が生じた時点までの間に貯湯タンク蓄熱量の時間経過の変化におけるタンク放熱量及び該タンク放熱量に基づく放熱量の許容値の演算、給湯使用による消費熱量の演算、給水加熱装置の動作による加算熱量の演算を行う。そして、外気温度の変化前温度の時点と外気温度の規定値を超える温度変化が生じた時点における貯湯タンク蓄熱量の差と、前記加算熱量と前記消費熱量の差とを足す演算により総放熱量を求め、該総放熱量が前記許容値を越えているときに断熱材の異常やメンテナンスの必要性を報知手段５に報知させるようにする。

以上説明したように、この発明の貯湯式給湯装置によれば、断熱材の異常等により断熱性能が低下している場合においても湯切れせずに給湯装置を使用でき、メンテナンスの必要性を利用者に報知することが可能な貯湯式給湯装置を提供できる。

本発明の実施形態における貯湯式給湯装置の概略構成図である。

符号の説明

１貯湯タンク
２ヒートポンプユニット
３制御装置
３ａヒートポンプ制御手段
３ｂ貯湯タンク蓄熱量及び放熱量演算手段
３ｃデータベース記憶手段
３ｄ放熱状態判別手段
４操作盤
５報知手段
１１導入口（給水側）
１２導入管（給水配管）
１３導出口（給湯側）
１４導出管（給湯配管ド
１５配管（給水配管）
１６混合弁
１７配管（給湯配管）
１８吸入口（給水側）
１９吐出口（給湯側）
２０循環回路
２１給水サーミスタ
２２外気温サーミスタ
２３バイパス三方弁
３１上部サーミスタ１（導出口）
３２下部サーミスク２（導入口）
７１給湯サーミスタ
７２流量カウンタ

Claims

断熱材で被覆され給湯用の温水が蓄えられている貯湯タンクと、前記貯湯タンクの水を下部から上部に送る循環回路と、前記循環回路に設けられ、循環回路を流れる水を加熱して高温の湯とする給水加熱装置と、前記給水加熱装置の動作を制御して貯湯タンクに高温の湯を貯めると共に、貯湯タンクから供給する湯量を調節して設定温度の湯を出させる制御装置と、を備える貯湯式給湯装置において、
前記制御装置は、環境温度に応じた貯湯タンクの放熱量を算出する関係式や対応表からなる放熱特性データベースを記憶するとともに該放熱特性データベースに基づき前記貯湯式給湯装置の使用開始から使用終了までの間に、貯湯タンク蓄熱量の時間経過の変化におけるタンク放熱量及び該タンク放熱量に基づく放熱量の許容値の演算、給湯使用による消費熱量の演算、給水加熱装置の動作による加算熱量の演算を行い、前記貯湯式給湯装置の使用開始時と使用終了時における貯湯タンクの蓄熱量の差と、前記加算熱量と前記消費熱量の差とを足す演算により総放熱量を求め、前日までの湯量使用実績に基づき算出した初期目標蓄熱量に前記総放熱量を加算して最終目標蓄熱量を算出し、該最終目標蓄熱量に応じて給水加熱装置を加熱制御することを特徴とする貯湯式給湯装置。
前記制御装置は、前記総放熱量が前記許容値を越えているときに放熱量が過大であると判別してメンテナンスの必要性を報知手段に報知させる請求項１記載の貯湯式給湯装置。
前記制御装置は、前記総放熱量が前記許容値を越えているときに放熱量が過大であるとして断熱材の異常を報知手段に報知させる請求項１記載の貯湯式給湯装置。
断熱材で被覆され給湯用の温水が蓄えられている貯湯タンクと、前記貯湯タンクの水を下部から上部に送る循環回路と、前記循環回路に設けられ、循環回路を流れる水を加熱して高温の湯とする給水加熱装置と、前記給水加熱装置の動作を制御して貯湯タンクに高温の湯を貯めると共に、貯湯タンクから供給する湯量を調節して設定温度の湯を出させる制御装置と、を備える貯湯式給湯装置において、
前記制御装置は、環境温度に応じた貯湯タンクの放熱量を算出する関係式や対応表からなる放熱特性データベースを記憶するとともに該放熱特性データベースに基づき所定外気温度の時点とこの所定外気温度に対して規定値を超える温度変化が生じた時点までの間に貯湯タンク蓄熱量の時間経過の変化におけるタンク放熱量及び該タンク放熱量に基づく放熱量の許容値の演算、給湯使用による消費熱量の演算、給水加熱装置の動作による加算熱量の演算を行い、所定外気温度の時点と前記所定外気温度に対して規定値を超える温度変化が生じた時点における貯湯タンクの蓄熱量の差と、前記加算熱量と前記消費熱量の差とを足す演算により総放熱量を求め、該総放熱量が前記許容値を越えているときに断熱材の異常を報知手段に報知させることを特徴とする貯湯式給湯装置。