JP2009092304A - 貯湯式温水器 - Google Patents

Abstract

【課題】製造コストの低減と風呂湯張り開始時、停止時の給湯温度の安定化。
【解決手段】給湯混合弁と風呂混合弁を備えた貯湯式温水器であって、貯湯タンク内に風呂熱交換器を備え、この風呂熱交換器と浴槽を接続する風呂往き管と風呂戻り管を設け、風呂戻り管に四方弁を備え、この四方弁内の弁体の回動によって通水経路を切り換えるもので、四方弁の第１弁口を風呂混合弁に連通する湯張り管に接続し、第２弁口は風呂戻り管の浴槽側と接続し、第３弁口は風呂往き管側と接続し、第４弁口は風呂戻り管の風呂熱交換器側と接続し、全ての弁口を閉止する第１の弁体位置と、第１弁口と第２弁口を連通する第２の弁体位置と、第１弁口と第２弁口と第３弁口を連通する第３の弁体位置と、第２弁口と第３弁口と第４弁口を連通する第４の弁体位置と、第２弁口と第４弁口を連通する第５の弁体位置を切り換える制御部とを備えたものである。
【選択図】図１

Description

この発明は浴槽への湯張り機能を備えた貯湯式温水器に関するものである。

従来よりこの種の貯湯式温水器では、本件出願人が先に出願を行った、温水を貯湯する貯湯タンクと、前記貯湯タンク内に配置された風呂熱交換器と、この風呂熱交換器と浴槽とを循環可能に接続する風呂循環回路と、浴槽水を循環させる風呂循環ポンプとを備えた貯湯式給湯風呂装置で、前記風呂循環回路に前記風呂熱交換器をバイパスするバイパス管を設け、このバイパス管及び風呂熱交換器側及び浴槽側のそれぞれを接続する接続口を有する三方弁を備えることで、高温水の浴槽への放出を防止し火傷の危険を未然阻止し、追焚き、片搬送、両搬送、水位検知、浴湯温度検知が容易に行われものだった。また、風呂循環回路に湯張りを行う湯張り管に備えた電磁弁によって湯張りの開始、停止を行うものであった。（例えば、特許文献１参照）
また、他の従来例として、電気温水器からの湯に水を混合して給湯する複数の混合弁と、前記各混合弁ごとに給湯温度を制御する制御回路とを備えてなり、該制御回路は、２以上の前記混合弁が同時に作動するとき、低い優先度の混合弁を低速モードに切り換えることで、各混合弁は、互いに影響し合ってハンチングを起してしまうことがないから、それぞれの混合弁からの給湯温度を安定に制御することができ、たとえば湯張りの開始により使用中のシャワーから思わぬ高温の湯が放出されるような事態を防止するものだった。（例えば、特許文献２参照）
特開２００６−１７７６２５号公報 特開２００２−４８４０９号公報

ところが、前者の従来例では風呂循環回路に設けた三方弁や湯張り管に設けた電磁弁等多くの弁類を必要とするため、コストアップの問題があった。また部品収納スペースの確保が必要なために貯湯式温水器のコンパクト化の妨げになるものであった。
また、後者の従来例では、給湯中に湯張り動作が開始された直後は、給湯に使用されていた湯がいっきに湯張り側に取られてしまい、給湯温度の設定条件や給湯配管の条件などによっては混合弁を単純に低速モードに切り換えてもなお、給湯温度を安定させることができない問題があった。

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、湯水を貯湯する貯湯タンクと、この貯湯タンク内の湯水を加熱する加熱手段と、前記貯湯タンクの下部に給水する給水管と、前記貯湯タンクの上部から出湯する出湯管と、前記給水管から分岐され前記貯湯タンクをバイパスする二系統の給水バイパス管と、前記出湯管からの湯水と前記給水バイパス管からの水とを混合する給湯混合弁と風呂混合弁を備えた貯湯式温水器であって、前記貯湯タンク内に風呂熱交換器を備え、この風呂熱交換器と浴槽を接続する風呂往き管と風呂戻り管を設け、前記風呂戻り管に四方弁を備え、この四方弁内の弁体の回動によって通水経路を切り換えるもので、四方弁の第１弁口を前記風呂混合弁に連通する湯張り管に接続し、第２弁口は風呂戻り管の浴槽側と接続し、第３弁口は前記風呂往き管側と接続し、第４弁口は風呂戻り管の風呂熱交換器側と接続し、全ての弁口を閉止する第１の弁体位置と、前記第１弁口と第２弁口を連通する第２の弁体位置と、第１弁口と第２弁口と第３弁口を連通する第３の弁体位置と、第２弁口と第３弁口と第４弁口を連通する第４の弁体位置と、第２弁口と第４弁口を連通する第５の弁体位置を切り換える制御部とを備えたものである。

この発明によれば、四方弁により風呂循環回路の三方弁と湯張り管の電磁弁の機能を一つにまとめることができ、コストダウンを行うことができ、貯湯式温水器のコンパクト化を進めることができるものである。
また、湯張り流量を徐々に変化させることで、湯張りの開始時、停止時に使用中のシャワーや給湯栓から思わぬ高温の湯が放出されるような事態を有効に防止して高度の安全性を実現することができるものであり、給湯温度の変化を最小に抑えることができる。

次に、本発明の一実施形態を図１に基づいて説明する。
この貯湯式温水器は、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は貯湯タンク内の湯水を加熱するヒートポンプユニット等の加熱手段、４は台所や洗面所等に設けられた給湯栓、５は給湯設定温度を設定するためのリモコン、６は浴槽である。

前記貯湯タンクユニット１の貯湯タンク２は、上端に出湯管７と、下端に給水管８とが接続され、さらに、下部にヒーポン循環回路９を構成するヒーポン往き管１０と、上部にヒーポン循環回路９を構成するヒーポン戻り管１１とが接続され、前記加熱手段３によってヒーポン往き管１０から取り出した貯湯タンク２内の湯水を沸き上げてヒーポン戻り管１１から貯湯タンク２内に戻して貯湯され、給水管８からの給水により貯湯タンク２内の湯水が押し上げられて貯湯タンク２内上部の高温水が出湯管７から押し出されて給湯されるものである。なお、１２は給水管８に設けられ給水圧を所定値に減圧する減圧弁、１３は給水管８に設けられ給水の温度を検出する給水温度センサ、１４は出湯管７途中に設けられた貯湯タンク２の過圧を逃す過圧逃し弁である。

前記加熱手段３は、圧縮機１５と凝縮器としての冷媒−水熱交換器１６と電子膨張弁１７と強制空冷式の蒸発器１８で構成されたヒートポンプ回路１９と、貯湯タンク２内の湯水を前記ヒーポン往き管１０およびヒーポン戻り管１１を介して冷媒−水熱交換器１６に循環させるヒーポン循環ポンプ２０と、それらの駆動を制御するヒーポン制御部２１とを備えており、ヒートポンプ回路１９内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。なお、冷媒に二酸化炭素を用いているので、低温水を電熱ヒータなしで約９０℃の高温まで沸き上げることが可能なものである。

２２は前記貯湯タンク２をバイパスする二系統に分かれた給水バイパス管で、前記出湯管７と給湯混合弁２３および風呂混合弁２４によって接続されている。前記給湯混合弁２３はリモコン５にてユーザーが設定した給湯温度を目標に給水バイパス管２２の水道水と出湯管７の温水を混合して給水栓４へ通じる給湯管２５へ適温の湯を送るものである。また、前記風呂混合弁２４は湯張りの際にリモコン５にてユーザーが設定した給湯温度を目標に給水バイパス管２２の水道水と出湯管７の温水を混合して浴槽６に向けて湯張りを行うものである。

２６は前記浴槽６の湯水を加熱するためのステンレス製の蛇管よりなる風呂熱交換器で、この風呂熱交換器２６には風呂往き管２７および風呂戻り管２８を備えた風呂循環回路２９が接続されて浴槽６の湯水が循環可能にされ、浴槽６内の湯水が貯湯タンク２内の高温水により加熱されて保温あるいは追焚きが行われるものである。

３０は前記風呂戻り管２８に設けた四方弁で、４つの弁口を備え、第１弁口３０ａは前記風呂混合弁２４と湯張り管３１にて接続され、第２弁口３０ｂは浴槽側の戻り管２８ａに接続され、第３弁口３０ｃは前記風呂往き管２７の途中に風呂バイパス管３２に接続され、第４弁口３０ｄは熱交側戻り管２８ｂに接続している。

３３は前記浴槽側戻り管２８ａに設けた水位センサで、浴槽６の水位を検出するものである。３４は風呂循環ポンプで、運転により浴槽６内の湯を風呂循環回路２９に循環させるものである。３５はフロースイッチで風呂循環ポンプ３４運転時に風呂循環回路２９の流水を検知するもので、浴槽６内に水がないときの風呂循環ポンプ３４が空運転を行うことを防止するものである。３６は浴槽側戻り管２８ａを循環する浴槽６の湯水の温度を検出する風呂温度センサである。風呂の追焚き指令あるいは保温指令が出されると風呂循環ポンプ３４が駆動され、風呂温度センサ３６で所望の温度を検出すると風呂循環ポンプ３４が停止されて運転が完了する。この時、風呂熱交換器２６の最上部より下方の湯水は浴槽水との熱交換で温度低下することとなる。

３７は前記湯張り管３１に設けた湯張り温度センサ、３８は風呂湯張りする湯水の量をカウントする湯張り流量カウンタ、３９は浴槽水の逆流を防止する逆止弁である。４０は前記給湯管２５に設けた給湯温度センサである。

４１は貯湯タンク２の上下方向に複数個配置された貯湯温度センサで、この実施形態では５つの貯湯温度センサが配置され上から４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄ、４１ｅと呼び、この貯湯温度センサ４１が検出する温度情報によって、貯湯タンク２内にどれだけの熱量が残っているかを検知し、そして貯湯タンク２内の上下方向の温度分布を検知するものである。

４２は貯湯タンクユニット１内の各センサの入力を受け各アクチュエータの駆動を制御するマイコンを有した制御部である。この制御部４２に前記リモコン５が無線または有線により接続されユーザーが任意の給湯設定温度およびふろ設定温度を設定できるようにしているものである。そして前記制御部４２は、給湯時に給湯温度センサ４０で検出される温度が設定温度になるように給湯混合弁２３を制御したり、深夜に貯湯タンク２内の湯水が沸き上がるようにヒーポン制御部２１に対して沸き上げ命令を指示したりするものである。

次に、沸き上げ運転について説明すると、深夜電力時間帯になって貯湯温度センサ４０が貯湯タンク２内に翌日に必要な熱量が残っていないことを検出すると、制御部４２はヒーポン制御部２１に対して沸き上げ開始指令を発する。指令を受けたヒーポン制御部２１は圧縮機１５を起動した後にヒーポン循環ポンプ２０を駆動開始し、貯湯タンク２下部に接続されたヒーポン往き管１０から取り出した５〜２０℃程度の低温水を冷媒−水熱交換器１６で７０〜９０℃程度の高温に加熱し、貯湯タンク２上部に接続されたヒーポン戻り管１１から貯湯タンク２内に戻し、貯湯タンク２の上部から順次積層して高温水を貯湯していく。貯湯温度センサ４１が必要な熱量が貯湯されたことを検出すると、制御部４２はヒーポン制御部２１に対して沸き上げ停止指令を発し、ヒーポン制御部２１は圧縮機１５を停止すると共にヒーポン循環ポンプ２０も停止して沸き上げ動作を終了するものである。なお、貯湯タンク２内には上部に高温水、下部に低温水が貯められることとなるが、その温度差により比重差が発生し、温度境界層を形成して比重の軽い高温水が上部に、比重の重い低温水が下部に位置するので、互いに混じり合うことはないものである。

次に、給湯運転について説明すると、給湯栓４を開くと、給水管８からの給水が貯湯タンク２内に流れ込む。そして貯湯タンク２内に存在する高温水が給湯混合弁２３へ押し出される。同時に給水バイパス管２２からの給水も給湯混合弁２３へ流れ込み、設定温度に混合されて給湯されるものである。

ここで、前記四方弁３０と風呂の湯張りや追焚きについて図２〜図９に基づいて詳細に説明する。
図２は四方弁３０の斜視図、図３は平面の断面図で第１〜４弁口を閉止した状態の第１の弁体位置を表す、図４は第１弁口３０ａと第２弁口３０ｂを連通した状態の第２の弁体位置で、片搬送湯張りを行うものである、図５は第１弁口３０ａと第２弁口３０ｂ、第３弁口３０ｃを連通した状態の第３の弁体位置で、両搬送湯張りを行うものである、図６は第２弁口３０ｂと第３弁口３０ｃ、第４弁口３０ｄを連通した状態の第４の弁体位置で、風呂バイパス管３２を含めて追焚きを行うものである、図７は第２弁口３０ｂと第４弁口３０ｄのみを連通した状態の第５の弁体位置で、風呂バイパス管３２を含まない追焚きをするものである。

前記四方弁３０は弁枠３０ｅの上部にステップモータ３０ｆを備え、このモータ３０ｆの回動により回転軸３０ｇを中心として弁体３０ｈを回動して、この弁体３０ｈ内に形成した連通部３０ｉを必要に応じて各弁口に通じて通水路の切替を行うものである。

次に四方弁３０の作動について説明すれば、風呂湯張りや追焚きを行わず給湯のみを使用している時は、四方弁３０は図３の第１〜４弁口を閉止した状態である。湯張りの指令がはせられると、給湯が行われていない状態では、モータ３０ｆは素早く回転して図５の位置になり風呂往き管２７と浴槽側戻り管２８ａを通じて、設定温度で所定量の湯を浴槽６に供給する。もしも給湯やシャワーが使用中に湯張りの開始指令が発せられた場合には図８のように、モータ３０ｆはゆっくりと回転し、図３の位置から図４の片搬送（浴槽側戻り管２８ａのみで湯張りを行う状態）位置へ約２０秒間かけて移動することで徐々に湯張りの湯量を増加してゆき、この片搬送の位置で約２０秒停止し、その後更に回転を開始し、図５の両搬送（浴槽側戻り管２８ａと風呂往き管２７の両方を使用して同時に湯張りを行う）位置へ約２０秒間かけて移動し、湯張りの開始指令が発生してから約６０秒かけて最大の湯張り流量に移行することで、使用中の給湯の温度変動は極めて小さく抑えることができるものである。

次に、給湯やシャワーが使用中に湯張りの停止指令が発せられた場合には湯張り開始とは逆方向にモータ３０ｆが回転し、図９のように、図５の両搬送位置から約２０秒間かけて図４の片搬送の位置へ移動し、片搬送を約２０秒間続けた後、図３の全閉止の位置へ約２０秒間かけて移動し、湯張りの停止指令が発生してから約６０秒かけて徐々に湯張りを停止することで、使用中の給湯の温度変動は極めて小さく抑えることができるものである。

また、給湯の使用流量に応じて湯張りの最大流量を、片搬送の流量又は両搬送と片搬送の中間位置にて弁体３０ｈの位置設定を行えばより給湯温度を安定させることができるものである。

図６は第２弁口３０ｂと第３弁口３０ｃ、第４弁口３０ｄを連通した状態で、風呂バイパス管３２を含めて追焚きを行うものである、追焚き運転は風呂循環ポンプ３４が作動すると浴槽６内の湯が浴槽側戻り管２８ａで吸い込まれ四方弁３０の第２弁口３０ｂから第４弁口３０ｄ、熱交側戻り管２８ｂ、風呂熱交換器２６、風呂往き管２７、浴槽６の順に循環して追焚きを行うが、貯湯タンク２が高温の場合に、第２弁口３０ｂ入った湯を第３弁口３０ｃ、風呂バイパス管３２、風呂往き管２７へとバイパスさせることで追焚きにより浴槽６に高温の湯が戻って使用者が火傷等の事故に遭うことを防止するものである。

図７は第２弁口３０ｂと第４弁口３０ｄのみを連通した状態で、風呂バイパス管３２を含まない追焚きをするものであり、貯湯タンク２内の湯が比較的低温の場合に効率的に熱交換を行い貯湯タンク２の熱を浴槽６に供給するものである。

このように、風呂循環回路で従来使用されていた三方弁と湯張り管の電磁弁の機能を一つにまとめることで、コストダウンを行うことができ、貯湯式温水器のコンパクト化を進めることができるものである。
また、湯張り流量を徐々に変化させることで、湯張りの開始時、停止時に使用中のシャワーや給湯栓から思わぬ高温の湯が放出されるような事態を有効に防止して高度の安全性を実現することができるものであり、給湯温度の変化を最小に抑えることができる。

この発明の一実施例の概略構成図。 同四方弁の斜視図。 同第１の弁体位置を示す平面の断面図。 同第２の弁体位置を示す断面図。 同第３の弁体位置を示す断面図。 同第４の弁体位置を示す断面図。 同第５の弁体位置を示す断面図。 同湯張り開始時の湯張り流量の変化を示す図。 同湯張り停止時の湯張り流量の変化を示す図。

符号の説明

２ 貯湯タンク
３ 加熱手段
７ 出湯管
８ 給水管
２６ 風呂熱交換器
２７ 風呂往き管
２８ 風呂戻り管
３０ 四方弁
３０ａ 第１弁口
３０ｂ 第２弁口
３０ｃ 第３弁口
３０ｄ 第４弁口
３１ 湯張り管
３２ 風呂バイパス管
３４ 風呂循環ポンプ
４２ 制御部

Claims (4)

1. 湯水を貯湯する貯湯タンクと、この貯湯タンク内の湯水を加熱する加熱手段と、前記貯湯タンクの下部に給水する給水管と、前記貯湯タンクの上部から出湯する出湯管と、前記給水管から分岐され前記貯湯タンクをバイパスする二系統の給水バイパス管と、前記出湯管からの湯水と前記給水バイパス管からの水とを混合する給湯混合弁と風呂混合弁を備えた貯湯式温水器であって、前記貯湯タンク内に風呂熱交換器を備え、この風呂熱交換器と浴槽を接続する風呂往き管と風呂戻り管を設け、前記風呂戻り管に四方弁を備え、この四方弁内の弁体の回動によって通水経路を切り換えるもので、四方弁の第１弁口を前記風呂混合弁に連通する湯張り管に接続し、第２弁口は風呂戻り管の浴槽側と接続し、第３弁口は前記風呂往き管側と接続し、第４弁口は風呂戻り管の風呂熱交換器側と接続し、全ての弁口を閉止する第１の弁体位置と、前記第１弁口と第２弁口を連通する第２の弁体位置と、第１弁口と第２弁口と第３弁口を連通する第３の弁体位置と、第２弁口と第３弁口と第４弁口を連通する第４の弁体位置と、第２弁口と第４弁口を連通する第５の弁体位置を切り換える制御部とを備えたことを特徴とする貯湯式温水器。
2. 前記給湯混合弁に給湯栓を接続し、この給湯栓にて給湯中に湯張り指令が発生した時は、前記四方弁を第１の弁体位置から第２の弁体位置を経て第３の弁体位置へ低速で変化する制御部を備えたことを特徴とする請求項１記載の貯湯式温水器。
3. 前記給湯と湯張り運転が同時進行中に湯張り停止指令が発生した時は、前記四方弁を第３の弁体位置から第２の弁体位置を経て第１の弁体位置へ低速で変化する制御部を備えたことを特徴とする請求項１または請求項２記載の貯湯式温水器。
4. 前記給湯と湯張り運転が同時進行中は湯張りの流量を所定量以下にする制御部を備えたことを特徴とする請求項１または請求項３記載の貯湯式温水器。

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