JP2009192150A - 給湯システム - Google Patents

Abstract

【課題】給湯システムにおいて、配管の凍結を防止するときにヒータにより消費される電力を低減する。
【解決手段】給湯システム１は、貯湯タンク２と、貯湯タンク２に給水する給水配管５１、５２、５３と、送水配管６１、６２と、送湯配管７１、７２、７３と、貯湯タンク３内の湯を出湯する給湯配管９１、９２、９３と、給水配管５１、５２、５３及び給湯配管９１、９２、９３の凍結を防止するためのヒータ１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄと、外気温度を検出する外気温センサ１１と、ヒータ１０ａ乃至１０ｄを制御するヒータ制御部４２とを備える。ヒータ制御部４２は、外気温センサ１１による外気温検出温度が第１の設定温度より低くなったとき、ヒータ１０ａ乃至１０ｄの電源を間欠的にオン／オフし、外気温検出温度が第１の設定温度より低く設定される第２の設定温度より低くなったとき、ヒータ１０ａ乃至１０ｄの電源を連続的にオンする。
【選択図】図１

Description

本発明は、貯湯タンクを備えた給湯システムに関し、特に、システム内に配備される配管の凍結を防止する技術に関する。

従来より、ヒートポンプにより水を沸き上げ、貯湯タンクに貯留した湯を配管を介してカランや食洗機等の湯使用端末に供給する給湯システムが知られている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。この種のシステムでは、配管の凍結を防止するために、温度センサにより外気温度又は配管内の水の温度を検出し、検出温度が設定温度より低くなるとヒータにより配管を加熱するようにしている。
特開２００６−５７８７１号公報 特開２００４−１９８０５７号公報

ところで、ヒータの定格電力は、システムの設置場所において検出され得る検出温度の最低値に基づいて決定されており、設定温度は、通常上記最低値より高い値に設定される。従って、上述したような従来の給湯システムでは、検出温度が設定温度よりわずかに低いときにヒータの電源が連続的にオンされると、ヒータは必要以上の加熱を行うことになり、無駄な電力が消費される。

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、配管の凍結を防止するときにヒータにより消費される電力を低減することができる給湯システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために請求項１の発明は、水と加熱された湯とを貯留する１又は複数の貯湯タンクと、前記貯湯タンク内の水を沸き上げる熱源機と、前記貯湯タンクに給水する給水配管と、前記貯湯タンク内の水を前記熱源機に送る送水配管と、前記熱源機が沸き上げた湯を前記貯湯タンクに送る送湯配管と、前記貯湯タンク内の湯を出湯する給湯配管と、少なくとも前記給湯配管を含む配管の凍結を防止するためのヒータと、前記ヒータを制御する制御部とを備えた給湯システムにおいて、外気温度又は少なくとも前記給湯配管を含む配管内の水の温度を検出する温度検出手段をさらに備え、前記制御部は、前記温度検出手段による検出温度が第１の設定温度より低くなったとき、前記ヒータの電源を間欠的にオン／オフし、当該温度検出手段による検出温度が当該第１の設定温度より低く設定される第２の設定温度より低くなったとき、当該ヒータの電源を連続的にオンするものである。

請求項１の発明によれば、温度検出手段による検出温度が第１の設定温度より低くなったとき、ヒータの電源が間欠的にオン／オフされる。また、温度検出手段による外気温検出温度が第２の設定温度より低くなったとき、ヒータの電源が連続的にオンされる。そのため、ヒータの消費電力が低減され、配管の凍結を防止するためのランニングコストを低減できる。

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係る給湯システムについて図１及び図２を参照して説明する。図１は本実施形態に係る給湯システム１の構成を示す。本給湯システム１は、水と加熱された湯を貯湯するメインタンク２ａ及びサブタンク２ｂから成る貯湯タンク２と、貯湯タンク２内の水を加熱するヒートポンプである熱源機３と、システム全体を制御する制御装置４とを備える。メインタンク２ａは、底部において給水配管５１と繋がっており、給水を受けて水を貯留する。

熱源機３は、給水口がメインタンク２ａの底部と送水配管６１によって繋がっており、湯取り出し口が配管７１ａ、７１ｂ、７１ｃ、７１ｄから成る送湯配管７１によってメインタンク２ａの頂部に繋がっている。熱源機３は、送湯ポンプを内蔵しており、送水配管６１を介してメインタンク２ａの底部の水を吸引して沸き上げ、沸き上げた湯を送湯配管７１を介してメインタンク２ａの頂部に送り込む。

送湯配管７１は、切替弁８１においてメインタンク２ａの中層部に繋がる送湯配管７２に分岐しており、切替弁８２においてサブタンク２ｂの頂部に繋がる送湯配管７３に分岐している。切替弁８１は、熱源機３が沸き上げた湯の送湯先を送湯配管７１の配管７１ｂ側と送湯配管７２側とに切り替える。切替弁８２は、沸き上げられた湯の送湯先を送湯配管７１の配管７１ｄ側と送湯配管７３側とに切り替える。ここで、送湯配管７１の配管７１ｃは、高温給湯口に繋がる給湯配管９１に合流しており、上記切替弁８２は、高温給湯口への給湯元を、上述と同様に送湯配管７１の配管７１ｄ側と送湯配管７３側とに切り替える。

サブタンク２ｂは、底部において給水配管５１から分岐した給水配管５２と繋がっており、給水を受けて水を貯留する。サブタンク２ｂの底部は送水配管６２と繋がっており、送水配管６２は上述の送水配管６１に合流する。従って、熱源機３は、上述のメインタンク２ａに加えて、送水配管６２、６１を介してサブタンク２ｂの底部の水を吸引して沸き上げ、沸き上げた湯を送湯配管７１、７３を介してサブタンク２ｂの頂部に送り込む。

メインタンク２ａの中層部は、配管９２ａ、９２ｂ、９２ｃから成る給湯配管９２によって中温給湯口に繋がっている。給湯配管９２は、切替弁８３において給湯配管９１から分岐した給湯配管９３と繋がっており、混合弁８４において給水配管５１から分岐した給水配管５３と繋がっている。切替弁８３は、中温給湯口への給湯元を給湯配管９２の配管９２ａ側と給湯配管９３側とに切り替える。混合弁８４は、メインタンク２ａ及びサブタンク２ｂに貯留された湯と、給水配管５３からの給水との混合比率を調整するためのものである。

ここで、本給湯システム１は、給水配管５１、５２、５３及び給湯配管９１、９２、９３の凍結を防止するためのヒータ１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄと、外気温度を検出する外気温センサ（温度検出手段）１１を備える。ヒータ１０ａは、給水配管５１、５２のうち上流側に位置する給水配管５１に設けられる。ヒータ１０ｂは、給水配管５３に設けられる。ヒータ１０ｃは、給湯配管９１、９３のうち上流側に位置する給湯配管９１に設けられる。ヒータ１０ｄは、給湯配管９２の配管９２ａに設けられる。ヒータ１０ａ乃至１０ｄとしては、例えば、発熱線をセラミックスの中に埋め込んだセラミックスヒータが用いられる。ここで、送水配管６１、６２及び送湯配管７１、７２、７３にヒータを設けていないのは、湯の沸き上げ時に送水配管６１、６２及び送湯配管７１、７２、７３内の湯水が定期的に循環し、凍結の虞が少ないためである。外気温センサ１１は、例えば、屋外に設置される貯湯タンク２及びヒートポンプを収容する筐体（図示しない）に取り付けられる。

制御装置４は、湯の沸き上げと給湯のために熱源機３及び切替弁８１、８２、８３の動作を制御する給湯用制御部４１と、外気温センサ１１により検出された外気温検出温度に基づいて、ヒータ１０ａ乃至１０ｄの出力を制御するヒータ制御部４２で構成される。ヒータ制御部４２は、外気温検出温度が第１の設定温度より低くなったとき、ヒータ１０ａ乃至１０ｄの電源を間欠的にオン／オフし、外気温センサ１１による外気温検出温度が第１の設定温度より低く設定される第２の設定温度より低くなったとき、ヒータ１０ａ乃至１０ｄの電源を連続的にオンする。ここで、第１の設定温度及び第２の設定温度は、ヒータ制御部４２に内蔵されるメモリに予め記憶されるものであり、例えば、第１の設定温度を５℃としたときの第２の設定温度は０℃とする。

次に、上記のように構成された給湯システム１における湯水の経路について説明する。まず、湯の沸き上げ時の湯水の経路について説明する。メインタンク２ａの水を高温に沸き上げるとき、制御部４の給湯用制御部４１は、切替弁８１を配管７１ｂ側に切り替えると共に、切替弁８２を配管７１ｄ側に切り替える。給湯用制御部４１が熱源機３による沸き上げ運転を行うと、熱源機３の送湯ポンプにより、メインタンク２ａの底部の水が送水配管６１を通って熱源機３に入り、沸き上げられた湯が配管７１ａ、７１ｂ、７１ｃ、７１ｄを通ってメインタンク２ａの頂部に送られる。

サブタンク２ｂの水を高温に沸き上げるとき、給湯用制御部４１は、切替弁８１を配管７１ｂ側に切り替えると共に、切替弁８２を送湯配管７３側に切り替える。給湯用制御部４１が熱源機３による沸き上げ運転を行うと、熱源機３の送湯ポンプにより、サブタンク２ｂの底部の水が送水配管６２、６１を通って熱源機３に入り、沸き上げられた湯が配管７１ａ、７１ｂ、７１ｃ、送湯配管７３を通ってサブタンク２ｂの頂部に送られる。

メインタンク２ａの水を中温に沸き上げるとき、給湯用制御部４１は、切替弁８１を送湯配管７２側に切り替える。給湯用制御部４１が熱源機３による沸き上げ運転を行うと、熱源機３の送湯ポンプにより、メインタンク２ａの底部の水が送水配管６１を通って熱源機３に入り、沸き上げられた湯が配管７１ａ、送湯配管７２を通ってメインタンク２ａの中層部に送られる。

次に、湯の給湯時の湯水の経路について説明する。メインタンク２ａの高温湯を給湯するとき、給湯用制御部４１は、切替弁８２を配管７１ｄ側に切り替える。高温給湯口が開かれると給水圧により給水が給水配管５１からメインタンク２ａの底部に入り、メインタンク２ａ内の湯が押し上げられ、メインタンク２ａの頂部の高温湯が配管７１ｄ、７１ｃ、給湯配管９１を通って高温給湯口から給湯される。

サブタンク２ｂの高温湯を給湯するとき、給湯用制御部４１は、切替弁８２を送湯配管７３側に切り替える。高温給湯口が開かれると、給水圧により給水が給水配管５１、５２からサブタンク２ｂの底部に入り、サブタンク２ｂ内の湯が押し上げられ、サブタンク２ｂの頂部の高温湯が送湯配管７３、配管７１ｃ、給湯配管９１を通って高温給湯口から給湯される。

中温湯を給湯するとき、メインタンク２ａに中温湯がある場合には、給湯用制御部４１は、切替弁８３を配管９２ａ側に切り替える。中温給湯口が開かれると、給水圧により給水が給水配管５１からメインタンク２ａの底部に入り、メインタンク２ａの中層部の中温湯が配管９２ａ、９２ｂを通って混合弁８４に送られる。混合弁８４に送られた中温湯は、所定の混合比率で給水配管５３からの給水と混合され、中配管９２ｃを通って中温給湯口から給湯される。

また、メインタンク２ａに中温湯がない場合には、給湯用制御部４１は、切替弁８２を配管７１ｄ側に切り替えると共に、切替弁８３を給湯配管９３側に切り替える。中温給湯口が開かれると、給水圧により給水が給水配管５１からメインタンク２ａの底部に入り、メインタンク２ａの頂部の高温湯が配管７１ｄ、７１ｃ、給湯配管９１、９３、配管９２ｂを通って混合弁８４に送られる。混合弁８４に送られた高温湯は、所定の混合比率で給水配管５３からの給水と混合され、配管９２ｃを通って中温給湯口から給湯される。

次に、ヒータ制御部４２によって制御されるヒータ１０ａ乃至１０ｄの動作について説明する。図２は、外気温センサ１１による外気温検出温度とヒータ１０ａ乃至１０ｄの出力との関係を示す。ここでは、外気温検出温度１２の推移に応じてヒータ制御部４２によって制御された期間を期間Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３に分け、各期間におけるヒータ１０ａ乃至１０ｄの電源のオン／オフ状態を説明する。また、ヒータ制御部４２は、外気温センサ１１から出力される検出信号から外気温検出温度１２を一定時間（例えば、６０秒）毎に取得し、ヒータ１０ａ乃至１０ｄの出力を一括に制御するものとする。外気温検出温度１２が第１の設定温度（例えば、５℃）以上であるとき（期間Ｐ１）、ヒータ１０ａ乃至１０ｄの電源はオフされる。外気温検出温度１２が第１の設定温度より低く、第２の設定温度（例えば、０℃）以上であるとき（期間Ｐ２）、ヒータ１０ａ乃至１０ｄの電源は所定の時間間隔ｔ（例えば、５分）で間欠的にオン／オフされる。外気温検出温度１２が第２の設定温度（例えば、−５℃）より低いとき（期間Ｐ３）、ヒータ１０ａ乃至１０ｄの電源は連続的にオンされる。

以上、本実施形態に係る給湯システム１によれば、外気温センサ１１による外気温検出温度１２が第１の設定温度より低くなったとき、ヒータ１０ａ乃至１０ｄの電源が間欠的にオン／オフされる。また、外気温センサ１１による外気温検出温度が第２の設定温度より低くなったとき、ヒータ１０ａ乃至１０ｄの電源が連続的にオンされる。そのため、ヒータ１０ａ乃至１０ｄの消費電力が低減され、給水配管５１、５２、５３及び給湯配管９１、９２、９３の凍結を防止するためのランニングコストを低減できる。

（第２の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係る給湯システムについて図３及び上述の図２を参照して説明する。図２は本実施形態に係る給湯システム１の構成を示す。本給湯システム１は、外気温センサ１１に代えて、水温センサ１３ａ、１３ｂ、１３ｃを備え、ヒータ制御部４２が、水温センサ１３ａ乃至１３ｃにより検出された水温検出温度に基づいて、ヒータ１０ａ乃至１０ｄの出力を制御する点で第１の実施形態と相違する。

水温センサ１３ａは、給水配管５１内の水の温度を検出し、水温センサ１３ｂは、給湯配管９１内の水の温度を検出し、水温センサ１３ｃは給湯配管９２の配管９２ｃ内の水の温度を検出する。ヒータ制御部４２は、水温センサ１３ａによる水温検出温度に基づいてヒータ１０ａ、１０ｂの出力を制御し、水温センサ１３ｂによる水温検出温度に基づいてヒータ１０ｃの出力を制御し、水温センサ１３ｃによる水温検出温度に基づいてヒータ１０ｄの出力を制御する。これにより、ヒータ１０ａ乃至１０ｄの電源が、各ヒータに対応する水温センサ１３ａ乃至１３ｃの水温検出温度に基づき、上述の図２と同様に切り替えられるので、給水配管５１、５２、５３及び給湯配管９１、９２、９３の凍結を確実に防止できると共に、そのランニングコストを低減できる。

なお、本発明は、上記実施形態の構成に限られず、発明の趣旨を変更しない範囲で種々の変形が可能である。例えば、給湯システム１が２つのタンクを備えた構成について例示したが、単数のタンクで構成されるものであってもよいし、３つ以上のタンクで構成されるものであってもよい。また、熱源機３はヒートポンプに限られず、燃焼式の湯沸器であってもよい。また、タンクの頂部とは、タンクの頂上部分だけでなく、タンクの上部全体を含み、タンクの底部とは、タンクの底面部分だけでなく、タンクの下部全体を含む。

本発明の第１の実施形態に係る給湯システムを示す構成図。 外気温検出温度とヒータの出力との関係を示す図。 本発明の第２の実施形態に係る給湯システムを示す構成図。

符号の説明

１ 給湯システム
２ 貯湯タンク
２ａ メインタンク
２ｂ サブタンク
３ 熱源機
４ 制御装置
１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ ヒータ
１１ 外気温センサ（温度検出手段）
１２ 外気温検出温度
１３ａ、１３ｂ、１３ｃ 水温センサ（温度検出手段）
４１ 給湯用制御部
４２ ヒータ制御部
５１、５２、５３ 給水配管
６１、６２ 送水配管
７１、７２、７３ 送湯配管
９１、９２、９３ 給湯配管

Claims (1)

1. 水と加熱された湯とを貯留する１又は複数の貯湯タンクと、前記貯湯タンク内の水を沸き上げる熱源機と、前記貯湯タンクに給水する給水配管と、前記貯湯タンク内の水を前記熱源機に送る送水配管と、前記熱源機が沸き上げた湯を前記貯湯タンクに送る送湯配管と、前記貯湯タンク内の湯を出湯する給湯配管と、少なくとも前記給湯配管を含む配管の凍結を防止するためのヒータと、前記ヒータを制御する制御部とを備えた給湯システムにおいて、
   外気温度又は少なくとも前記給湯配管を含む配管内の水の温度を検出する温度検出手段をさらに備え、
   前記制御部は、前記温度検出手段による検出温度が第１の設定温度より低くなったとき、前記ヒータの電源を間欠的にオン／オフし、当該温度検出手段による検出温度が当該第１の設定温度より低く設定される第２の設定温度より低くなったとき、当該ヒータの電源を連続的にオンすることを特徴とする給湯システム。

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