JP2010096373A - 貯湯式給湯装置 - Google Patents

Abstract

【課題】湯張りの有無によって貯湯量が大きく相違するので、湯張りしなかった場合には、最低貯湯量を減少させた貯湯式給湯装置を提供する。
【解決手段】出湯管７途中から分岐し浴槽６に設定温度で設定量の湯張りを行う湯張り管３１と、貯湯タンク２の外壁に縦に等間隔に設置され該貯湯タンク２内の湯温や貯湯量を検知する複数の貯湯温度センサ３５と、この貯湯温度センサ３５が貯湯タンク２内の湯量が所定の最低貯湯量以下に低下したことを検知すると、加熱手段３による沸き増し運転を開始させる給湯制御部４０とを備えたもので、前記給湯制御部４０は湯張り管３１を介しての湯張り運転の有無を記憶し、湯張り運転無しの場合には、最低貯湯量を減少させるようにしたことで、効率の良い貯湯運転が行える。
【選択図】図３

Description

この発明は、貯湯タンクの貯湯湯水を用いて浴槽内に湯張りする貯湯式給湯装置に関するものである。

従来よりこの種の電気温水器やヒートポンプ貯湯式給湯装置に於いては、貯湯量検出手段によって検出される貯湯量が、予め設定された最低貯湯量を下回った時に、加熱手段を作動させて所定量の沸き増しを行うことにより、湯切れによる使用不能を未然に防止するものであった。（例えば、特許文献１参照）
特開２００２−１３９２５０号公報

ところでこの従来のものでは、お湯の使用量は毎日相違し、一番多くお湯を使用する湯張り運転が行われない場合でも、湯切れしない安全を考えて最低貯湯量は多めに設定されているので、余り湯が多くなって無駄で、沸き上げ効率も悪くなると言う課題を有するものであった。

そこで、この発明は上記課題を解決するため、特にその構成を、加熱手段で加熱された湯水を貯湯する貯湯タンクと、この貯湯タンクの上端に接続した出湯管と、貯湯タンクの下端に接続した給水管と、出湯管途中から分岐し浴槽に設定温度で設定量の湯張りを行う湯張り管と、貯湯タンクの外壁に縦に等間隔に設置され該貯湯タンク内の湯温や貯湯量を検知する複数の貯湯温度センサと、この貯湯温度センサが貯湯タンク内の湯量が所定の最低貯湯量以下に低下したことを検知すると、加熱手段による沸き増し運転を開始させる給湯制御部とを備えたものに於いて、前記給湯制御部は湯張り管を介しての湯張り運転の有無を記憶し、湯張り運転無しの場合には、最低貯湯量を減少させるようにしたものである。

この発明によれば、湯張り運転が行われず貯湯タンク内にお湯が沢山ある場合には、沸き増しを開始させる最低貯湯量が少ない方に切替られるので、貯湯タンク内のお湯を目一杯まで使用することが出来、余り湯が少なくなり無駄が防止され、更に本当に湯切れが発生する危険がある時のみ確実に沸き増し運転され、安心して使用出来るものであり、又余り湯が少なくなるので沸き上げ運転も効率良く行われると言う効果を有するものである。

次にこの発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
この貯湯式給湯装置は、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加熱手段としてのヒートポンプユニット、４は台所や洗面所等に設けられた給湯栓、５はこの貯湯式給湯装置を遠隔操作するリモコン、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、更に下部にヒーポン循環回路を構成する往き管９と、上端にヒーポン循環回路を構成する戻し管１０とが接続され、前記ヒートポンプユニット３によって往き管９から取り出した貯湯タンク２内の湯水を沸き上げて戻し管１０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。

前記ヒートポンプユニット３は、圧縮機１１と凝縮器としての冷媒−水熱交換器１２と電子膨張弁１３と強制空冷式の蒸発器１４で構成されたヒートポンプ回路１５と、貯湯タンク２内の湯水を前記往き管９および戻し管１０を介して冷媒−水熱交換器１２に循環させる加熱循環ポンプ１６と、それらの駆動を制御するヒーポン制御部１７とを備えており、ヒートポンプ回路１５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。

ここで、前記冷媒−水熱交換器１２は冷媒と被加熱水たる貯湯タンク２内の湯水とが対向して流れる対向流方式を採用しており、超臨界ヒートポンプサイクルでは熱交換時において冷媒は超臨界状態のまま凝縮されるため効率良く高温まで被加熱水を加熱することが出来、被加熱水の冷媒−水熱交換器１２入口温度と冷媒の出口温度との温度差が一定になるように前記電子膨張弁１２または圧縮機１１を制御することで、ＣＯＰ（エネルギー消費効率）がとても良い状態で被加熱水を加熱することが可能なものである。

次に、１８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、貯湯タンク２内の上部に配置されていると共に、この風呂熱交換器１８には風呂往き管１９および風呂循環ポンプ２０を備えた風呂戻り管２１よりなる風呂循環回路２２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い焚きが行われるものである。

前記保温や追い焚きの時に、貯湯タンク２内の熱量が不足している場合には、ヒートポンプユニット３による沸き増し運転が行われるが、この時加熱温水は戻し管１０ではなく、風呂熱交換器１８と対向する貯湯タンク２上部に連通された中間戻し管２３を介して戻されるものであり、戻し管１０と中間戻し管２３との分岐部には流路切替手段を構成する三方弁２４が備えられ、この三方弁２４は深夜時間帯の沸き上げ運転では戻し管１０を選択し、更にこの時間帯以外の沸き増し運転では中間戻し管２３を選択するようにしたものである。

２５は風呂戻り管２１を介して風呂熱交換器１８に流入する浴槽水の温度を検出する風呂戻り温度センサ、２６は風呂熱交換器１８を流出して風呂往き管１９を介して浴槽６へ流れる浴槽水の温度を検出する風呂往き温度センサである。

次に、２７は出湯管７からの湯と給水管９から分岐された給水バイパス管２８からの低温水を混合する電動ミキシング弁より構成された給湯混合弁であり、その下流の給湯管２９に設けた給湯温度センサ３０で検出した湯温がリモコン５でユーザーが設定した給湯設定温度になるように混合比率が制御されるものである。

３１は給湯管２９から分岐されて風呂戻り管２１に連通された湯張り管で、この湯張り管３１には、浴槽６への湯張りの開始／停止を行う湯張り弁３２と、浴槽６への湯張り量をカウントする流量カウンタ３３と、浴槽水が給湯管２９へ逆流するのを防止する逆止弁３４とが設けられているものである。

次に、３５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３５ａ、３５ｂ、３５ｃ、３５ｄ、３５ｅと呼び、この貯湯温度センサ３５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、貯湯量が残っているかやどこまで沸き増しで補充されたかを検知し、又貯湯タンク２内の上下方向の温度分布も検知するものであり、貯湯温度センサ３５ａから貯湯タンク２上端までで３０Ｌで、貯湯温度センサ３５ｂから貯湯タンク２上端までが８０Ｌで、予め余裕を持った最低貯湯量をこの貯湯温度センサ３５ｂが５５℃未満の貯湯温度を検知した時、貯湯量が少なくなったとして加熱手段であるヒートポンプユニット３を駆動させての沸き増し運転を開始させるものであり、又最低貯湯量の切替はこの貯湯温度センサ３５ｂから貯湯量が少ない３０Ｌの貯湯温度センサ３５ａが５５℃未満の貯湯温度を検知した時に変更するものである。

前記リモコン５には、給湯設定温度を設定する給湯温度設定スイッチ３６、及び風呂設定温度を設定する風呂温度設定スイッチ３７がそれぞれ設けられていると共に、浴槽６へ風呂設定温度の湯をリモコン５の湯張り量設定スイッチ（図示せず）で設定された湯張り量だけ湯張りし所定時間保温及び、浴槽６内の水位が所定量低下すると設定された水位まで所定温度の補水を行わせる風呂自動スイッチ３８と、浴槽水を追い焚きさせる追い焚きスイッチ３９が設けられているものである。

４０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制御部を構成する給湯制御部である。この給湯制御部４０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風呂設定温度を設定できるようにしているものである。

前記給湯制御部４０は、入力側に湯張り管３１の流量カウンタ３３及び貯湯温度センサ３５ａ、３５ｂ、３５ｃ、３５ｄ、３５ｅが接続し、出力側には加熱手段であるヒートポンプユニット３のヒーポン制御部１７と加熱循環ポンプ１６が接続され、流量カウンタ３３が１００Ｌ以上をカウントすることで、湯張り有りと判断して最低貯湯量を予め設定していた貯湯温度センサ３５ｂとし、逆に流量カウンタ３３が１００Ｌ以上のカウントをしなかった時は、高温で使用可能な貯湯量が多く残るので、最低貯湯量の判断基準を減少させるように貯湯温度センサ３５ｂから貯湯温度センサ３５ａに切替て貯湯温度の検知を継続させるものである。

尚、４１は水位センサ、４２は貯湯タンク２の過圧を逃す過圧逃し弁、４３は給水の圧力を減圧する減圧弁、４４は給湯する湯水量を検知する給湯流量センサ、４５は給水の温度を検出する給水温度センサである。

次にこの一実施形態の作動を説明する。
先ず、深夜電力時間帯になって貯湯温度センサ３５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、給湯制御部４０はヒーポン制御部１７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１７は圧縮機１１を起動した後に加熱循環ポンプ１６を駆動開始し、貯湯タンク２下部に接続された往き管９から取り出した５〜２０℃程度の低温水を冷媒−水熱交換器１２で７０〜９０℃程度の高温に加熱し、貯湯タンク２上部に接続された戻り管１０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行く。貯湯温度センサ３５ｅが必要な熱量が貯湯されたことを検出すると、給湯制御部４０はヒーポン制御部１７に対して沸き上げ停止指令を発し、ヒーポン制御部１７は圧縮機１１を停止すると共に加熱循環ポンプ１６も停止して沸き上げ動作を終了するものである。

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に貯められた高温水が出湯管７を介して給湯混合弁２７へ流入し、給水バイパス管２８からの低温水と混合され、給湯制御部４０により給湯混合弁２７の混合比率が調整されて給湯設定温度の湯が給湯栓４から給湯される。そして、給湯栓４の閉止によって給湯が終了するものである。

一方、浴槽６への自動湯張りは、リモコン５の風呂自動スイッチ３８が押圧されることで、湯張り管３１の湯張り弁３２が開成し給湯混合弁２７で風呂設定温度に調整された湯水が、この湯張り管３１から風呂循環回路２２を介して浴槽６に湯張りされ、そして湯張り管３１に備えられた流量カウンタ３３が所定流量をカウントすることにより、浴槽６への湯張りは終了したとして、湯張り弁３２を閉成した後に、設定温度まで風呂熱交換器１８で追い焚きするものである。

次に沸き増し運転の判断について図３に示すフローチャートで説明すると、給湯制御部４０では、湯張り運転が行われたかをステップ４６で、流量カウンタ３３が１００Ｌ以上をカウントしたかを検知し、ＹＥＳではステップ４７に進んで予め設定された最低貯湯量である貯湯温度センサ３５ｂが５５℃未満を検知するかを判断基準とし、ＹＥＳでステップ４８に進み貯湯タンク２内の貯湯量が減少したと言うことで、ヒーポン制御部１７に沸き増し運転を開始させる。

この沸き増し運転は、加熱循環ポンプ１６及びヒーポン制御部１７及び三方弁２４を駆動して行われるもので、ヒートポンプユニット３による沸き増し運転が開始され、三方弁２４は沸き増し運転であるので、戻し管１０側を開口すると共に、中間戻し管２３側を閉塞状態とし、ヒートポンプユニット３で高温に加熱された加熱温水を、貯湯タンク２上部から貯湯して行くもので、１８０Ｌとなる貯湯温度センサ３５ｃが７０℃以上を検知するまで行われるものである。

又上記ステップ４６で、流量カウンタ３３が１００Ｌ以上をカウントしなかった場合には、ＮＯで湯張り運転が行われず貯湯タンク２内の貯湯量が多いと判断して、ステップ４９に進み最低貯湯量を貯湯温度センサ３５ｂから貯湯温度センサ３５ａに切替て、この貯湯温度センサ３５ａが５５℃未満を検知するかを判断基準とし、ＹＥＳでステップ４８に進んで沸き増し運転が行われるものである。

このように湯張り運転の有無で最低貯湯量を切替ることで、無駄な沸き増し運転をすることがなく、湯張り運転が行われず貯湯タンク２内にお湯が沢山ある場合には、沸き増しを開始させる最低貯湯量が少ない方に切替られるので、貯湯タンク２内のお湯を目一杯まで使用することが出来、余り湯が少なくなり無駄が防止され、更に本当に湯切れが発生する危険がある時のみ確実に沸き増し運転され、安心して使用出来るものであり、又余り湯が少なくなるので沸き上げ運転も効率良く行われると言う効果を有するものである。

尚、この一実施形態では、流量カウンタ３３の１００Ｌ以上のカウントで湯張り運転有りを検知しているが、これに限らず例えばリモコン５の風呂自動スイッチ３８の押圧や湯張りスイッチ（図示せず）の押圧で直接検知するようにしても良く、確実に検知出来るものである。

この発明の一実施形態を示す貯湯式給湯装置の概略構成図。 同要部電気回路のブロック図。 同沸き増し運転の判断を説明するフローチャート。

符号の説明

２ 貯湯タンク
３ ヒートポンプユニット（加熱手段）
６ 浴槽
７ 出湯管
９ 給水管
３１ 湯張り管
３５ 貯湯温度センサ
４０ 給湯制御部

Claims (2)

1. 加熱手段で加熱された湯水を貯湯する貯湯タンクと、この貯湯タンクの上端に接続した出湯管と、貯湯タンクの下端に接続した給水管と、出湯管途中から分岐し浴槽に設定温度で設定量の湯張りを行う湯張り管と、貯湯タンクの外壁に縦に等間隔に設置され該貯湯タンク内の湯温や貯湯量を検知する複数の貯湯温度センサと、この貯湯温度センサが貯湯タンク内の湯量が所定の最低貯湯量以下に低下したことを検知すると、加熱手段による沸き増し運転を開始させる給湯制御部とを備えたものに於いて、前記給湯制御部は湯張り管を介しての湯張り運転の有無を記憶し、湯張り運転無しの場合には、最低貯湯量を減少させる事を特徴とする貯湯式給湯装置。
2. 前記湯張り運転の有無は、湯張り管に設けられた流量カウンタが所定量以上をカウントすることで、湯張り有りを給湯制御部が記憶し、最低貯湯量はそのままとし、湯張り無しを給湯制御部が記憶した時には、最低貯湯量を減少させるようにした事を特徴とする請求項１記載の貯湯式給湯装置。

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