JP2010101548A - 貯湯式給湯機 - Google Patents

Abstract

【課題】使用者が再給湯を行うときに湯切れが発生していたとしても、所望する給湯温度に早く安定することができる貯湯式給湯機を提供すること。
【解決手段】本発明の貯湯式給湯機は、湯水を貯える貯湯タンク１と、貯湯タンク１内の湯水を沸き上げる熱源機２１と、貯湯タンク１の垂直方向に複数個設けられた残湯量検出手段１６ａ〜ｄと、貯湯タンク１の下部に設けた給水管１０と、貯湯タンク１の上部に設けた出湯管９と、出湯管９より供給される高温水と給水管１０から分岐して供給される水を混合する混合弁１３を備え、給湯停止時であって最上部の残湯量検出手段が所定温度以上を検出しているときは、前記混合弁の開度を給湯運転中の開度のまま保持し、給湯停止時であって最上部の残湯量検出手段が検出する温度が所定温度未満のときは、前記混合弁の開度を給湯運転中の開度より水側に駆動して保持する。
【選択図】図１

Description

本発明は、貯湯タンクを有した貯湯式給湯機に関するものである。

従来、この種の貯湯式給湯機は、給湯停止時の混合弁の開度を水側全開位置まで駆動して保持している。つまり、使用者が再給湯を行うと、水全開位置から所望する給湯温度になるような開度まで、混合弁を駆動して温度調節を行うものであった（例えば、特許文献１参照）。
特開２００６−１２５７７３号公報

しかしながら、前記従来の構成では、水全開位置から所望する給湯温度になるように混合弁の開度コントロールを行うため、所望する温度の湯水を供給できるまでに時間を要してしまうという課題を有していた。

また、混合弁の開度を、給湯運転中の開度のまま次回の再給湯まで保持した場合においては、湯切れするまで給湯運転が行われて、貯湯タンク内の湯温が低下してくると、混合弁の開度は湯側に開かれるので、再給湯時に給湯端末へ供給される湯水の温度がオーバーシュートしてしまうという課題を有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、使用者が再給湯を行うときに湯切れが発生していたとしても、所望する給湯温度に早く安定することができる貯湯式給湯機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、本発明の貯湯式給湯機は、湯水を貯える貯湯タンクと、前記貯湯タンク内の湯水を沸き上げる熱源機と、前記貯湯タンクの垂直方向に複数個設けられた残湯量検出手段と、前記貯湯タンクの下部に設けた給水管と、前記貯湯タンクの上部に設けた出湯管と、前記出湯管より供給される高温水と前記給水管から分岐して供給される水を混合する混合弁を備え、給湯停止時であって最上部の残湯量検出手段が所定温度以上を検出しているときは、前記混合弁の開度を給湯運転中の開度のまま保持し、給湯停止時であって最上部の残湯量検出手段が検出する温度が所定温度未満のときは、前記混合弁の開度を給湯運転中の開度より水側に駆動して保持することにより、使用者が再給湯を行うときに湯切れが発生していたとしても所望する給湯温度に早く安定することができる。

本発明は、使用者が再給湯を行うときに湯切れが発生していたとしても、所望する給湯温度に早く安定することができる貯湯式給湯機を提供することができる。

第１の発明の貯湯式給湯機は、湯水を貯える貯湯タンクと、前記貯湯タンク内の湯水を沸き上げる熱源機と、前記貯湯タンクの垂直方向に複数個設けられた残湯量検出手段と、前記貯湯タンクの下部に設けた給水管と、前記貯湯タンクの上部に設けた出湯管と、前記出湯管より供給される高温水と前記給水管から分岐して供給される水を混合する混合弁を備え、給湯停止時であって最上部の残湯量検出手段が所定温度以上を検出しているときは
、前記混合弁の開度を給湯運転中の開度のまま保持し、給湯停止時であって最上部の残湯量検出手段が検出する温度が所定温度未満のときは、前記混合弁の開度を給湯運転中の開度より水側に駆動して保持することにより、湯切れが発生していない状況で使用者が再給湯を行うときは、前回の給湯運転中の開度から給湯運転を行うことで、所望する給湯温度に早く安定することができ、湯切れが発生している状況で再給湯を行うときは、給湯温度のオーバーシュートを発生させることなく給湯運転を行うことができる。

第２の発明の貯湯式給湯機は、特に第１の発明において、給湯停止時であって最上部の残湯量検出手段が検出する温度が所定温度未満で、かつ前記熱源機が停止しているときは、前記混合弁の開度を給湯運転中の開度のまま保持し、前記熱源機で沸き上げ運転を行うと、前記混合弁の開度を給湯運転中の開度よりも水側に駆動して保持することにより、所望する給湯温度に早く安定することができ、熱源機による沸き上げ運転が行われていて、貯湯タンク内の湯温が上昇している場合は、再給湯を行うと給湯温度のオーバーシュートを発生させることなく給湯運転を行うことができる。

第３の発明の貯湯式給湯機は、特に第１または第２の発明において、給湯停止時であって最上部の残湯量検出手段が検出する温度が所定温度未満のときに、前記混合弁の開度を給湯運転中の開度より水側に駆動して保持する動作時において、給湯運転中から給湯停止になって所定時間経過するまでは給湯運転中の開度のまま保持し、所定時間経過後に水側に駆動して保持する動作を行うことにより、熱源機による沸き上げ運転などが行われていても、貯湯タンク内の湯温が上昇するにはある程度の時間を要するので、給湯運転が停止した直後に使用者が再給湯を行っても、混合弁は給湯運転中の開度のまま保持されているので、アンダーシュートが発生することなく給湯運転を行うことができる。

第４の発明の貯湯式給湯機は、特に第１〜３の発明において、給湯停止時であって最上部の残湯量検出手段が検出する温度が所定温度未満のときに、前記混合弁の開度を給湯運転中の開度より水側に駆動して保持する動作時において、水側全開位置の開度まで駆動を行い、前記混合弁の開度が水側全開位置まで駆動した後に、給湯運転中の開度より水側の位置まで駆動して保持することにより、混合弁が正常に動作していることが判定できる。

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）
図１は本実施の形態における貯湯式給湯機の構成図である。本実施の形態の貯湯式給湯機は、湯水を貯える貯湯タンク１と、貯湯タンク１に貯えられた湯水を循環する循環ポンプ２と、冷媒と湯水が熱交換を行う水冷媒熱交換器３とを順次環状に沸き上げ配管で接続し、図１に太線で示す沸き上げ回路４を有し、さらに貯湯タンク１内の湯水を加熱する熱源機２１として、水冷媒熱交換器３と、冷媒を圧縮する圧縮機５と、外気から熱を吸熱する蒸発器６と、冷媒を減圧する膨張弁７とを順次環状に冷媒配管で接続し、図１に太線で示す冷媒回路８を有する。また、サーミスタ（外気温度検出手段）２０を備えており、外気温度を検出している。なお、図１に示す矢印は湯水または冷媒が循環する方向を示している。

また、貯湯タンク１の上部には、高温を出湯する出湯管９が接続されており、貯湯タンク１の下部には、水を供給するための給水管１０が、上水道からの水道圧を減圧させる減圧弁１１を介して接続されている。

次に、沸き上げ回路４について説明する。貯湯タンク１内の湯水の沸き上げ時には、循環ポンプ２が駆動することにより、貯湯タンク１の下部に配設されたヒートポンプ往き口
から貯湯タンク１内の湯水が出水され、水冷媒熱交換器３に流れる。水冷媒熱交換器３では湯水と冷媒とが熱交換することで高温の温が生成され、貯湯タンク１の上部に配設されたヒートポンプ戻り口から貯湯タンク１内に返流される。そして貯湯タンク１内では比重差によって、上部が高温、下部が低温の湯温の温度層が形成される。

次に、冷媒回路８について説明する。本実施の形態において冷媒回路８は、水冷媒熱交換器３、圧縮機５、蒸発器６、膨張弁７が冷媒配管によって環状に接続され、冷媒には二酸化炭素を使用しているため、高圧側が臨界圧力を超える。そのため、水冷媒熱交換器３を流通する水に熱を奪われて温度が低下しても凝縮することがなく、水冷媒熱交換器で冷媒と水との間で温度差を形成しやすくなり、高温の湯が得られ、かつ、熱交換効率を高くすることができる。また、比較的安価でかつ安定な二酸化炭素を冷媒に使用しているので、製品コストを抑えるとともに、信頼性を向上させることができる。また、二酸化炭素はオゾン破壊係数がゼロであり、地球温暖化係数も代替冷媒ＨＦＣ−４０７Ｃの約１７００分の１と非常に小さいため、地球環境に優しい製品を提供できる。また、圧縮機５で冷媒が圧縮され、圧縮機５から吐出された冷媒が水冷媒熱交換器３で放熱し、膨張弁７で減圧されたあと、蒸発器６で空気から熱を吸収し、ガス状態で再び圧縮機５に吸入される。

次に、給湯動作について説明する。本実施の形態において、出湯管９は、給水管１０から分岐された給水管１２と混合弁１３にて接続され、混合弁１３にて適温に混合された後、カラン１４やシャワー１５から給湯される。また、混合弁１３の下流側の配管には、サーミスタ（給湯温度検出手段）１７が配設されており、混合弁１３は、給湯温度検出手段１７が目標温度になるように開度をコントロールされている。カラン１４（シャワー１５）から給湯すると貯湯タンク１内に貯えられている高温の湯が使用され、それに伴い給水管１０から貯湯タンク１内に給水されるため、貯湯タンク１内は常に湯水で満たされた状態となっている。

貯湯タンク１には、貯湯タンク１内の湯水の温度を検出する複数のサーミスタ（残湯量検出手段）１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄが配置されている。残湯量検出手段１６ａ〜１６ｄの検出温度によって湯と水が分離している境界を判定し、貯湯タンク１内の貯湯量を判断している。

次に、時間帯による沸き上げ制御について説明する。本実施の形態の貯湯式給湯機は、昼間時間帯の電気料金と夜間時間帯の電気料金とが異なっているため、それぞれの時間帯によって沸き上げ動作が異なっている。夜間時間帯では、安価な深夜電力を利用して貯湯タンク１内の湯水を全量沸き上げている（以下、夜間沸き上げとする）。よって通常、使用者が日中に使用する湯水は、夜間沸き上げによって作られた湯を、昼間時間帯の給湯に利用していることになる。

しかしながら、昼間時間帯の給湯量によっては、湯量が不足する場合がある。そのときには、残湯量検出手段によって、貯湯タンク１内の湯が減少したことを検出すると、湯切れを防止するために、割高な昼間電力を利用して沸き上げ運転を行うこととなる（以下、昼間沸き上げとする）。なお、昼間時間帯および夜間時間帯は電力会社毎に用意されている料金プランによって異なり、使用者と電力会社の契約によって決定されるものである。本実施の形態では、昼間時間帯を７時から２３時までとし、夜間時間帯を２３時から翌７時までとする。

次に、本実施の形態における給湯運転時の混合弁１３の挙動を説明する。図２は、本実施の形態における給湯運転の制御フローチャートである。

（ステップ１）使用者により給湯運転が開始したかどうかの判断を行い、給湯運転中で
あればステップ２へ進み、給湯停止中であればステップ６へ進む。

（ステップ２）給湯温度検出手段１７と使用者の所望する目標温度との比較を行い、目標温度より高温のお湯が給湯されている場合はステップ３へ進み、そうでなければステップ４へ進む。

（ステップ３）目標温度より高温のお湯が給湯されている場合は、混合弁１３を水側に駆動することで給湯温度を下げる動作を行い、ステップ６へ進む。

（ステップ４）給湯温度検出手段１７と使用者の所望する目標温度との比較を行い、目標温度より低温のお湯が給湯されている場合はステップ５へ進み、そうでなければステップ６へ進む。

（ステップ５）目標温度より低温のお湯が給湯されている場合は、混合弁１３を湯側に駆動することで給湯温度を上げる動作を行い、ステップ６へ進む。

（ステップ６）給湯運転中は混合弁開度記憶部２３に混合弁１３の開度を記憶させ、ステップ１へ戻る。

（ステップ７）給湯停止中は前回の給湯運転が終了してからの経過時間を判断し、所定時間が経過していなければステップ１へ戻り、再給湯開始の判断を行う。所定時間経過していればステップ７へ進む。このステップの判断により、給湯運転が停止した直後に使用者が再給湯を行っても、混合弁１３は給湯運転中の開度のまま保持されているので、アンダーシュートが発生することなく給湯運転を行うことができる。

（ステップ８）最上部の残湯量検出手段１６ａが所定温度未満を検出しているかどうかの判断を行い、所定温度未満であればステップ８に進み、そうでなければステップ１に戻る。このステップの判断により、湯切れが発生していない状況で使用者が再給湯を行うときは、前回の給湯運転中の開度から給湯運転を行うことで、所望する給湯温度に早く安定することができ、湯切れが発生している状況で再給湯を行うときは、ステップ８の判断と組み合わせることで、給湯温度のオーバーシュートを発生させることなく給湯運転を行うことができる。

（ステップ９）熱源機２１による沸き上げ運転が行われているかどうかの判断を行い、沸き上げ運転中であればステップ９へ進み、そうでなければステップ１へ戻る。このステップの判断により、湯切れが発生している状況においても、熱源機２１による沸き上げ運転が行われておらず、貯湯タンク１内の湯温が変化していない場合は、使用者が再給湯を行っても前回の給湯運転中の開度から給湯運転を行うことで、所望する給湯温度に早く安定することができ、また熱源機２１による沸き上げ運転が行われていて、貯湯タンク１内の湯温が上昇している場合は、再給湯を行うと給湯温度のオーバーシュートを発生させることなく給湯運転を行うことができる。

（ステップ１０）混合弁開度記憶部２３に記憶された開度より水側の位置を所定開度とし、現在の開度が所定開度より湯側位置であるかどうかの判断を行う。現在の開度が湯側位置であった場合はステップ１１へ進み、そうでなければステップ１へ戻る。

（ステップ１１）混合弁１３の開度を給湯運転中の開度より水側に駆動する動作を行い、ステップ１へ戻る。

以上のように給湯停止時に混合弁１３を駆動することで、使用者が再給湯を行うときに
湯切れが発生していたとしても、所望する給湯温度に早く安定する給湯運転を行うことができる。

次に、ステップ１１での動作を図３の制御フローチャートを用いて説明する。

（ステップ２０）まず、混合弁１３を水側に駆動し、ステップ２１へ進む。

（ステップ２１）混合弁１３に備えられている水位置検出手段２４によって、水側全開位置まで駆動されたかどうかの判断を行う。水側全開位置が検出されれば、ステップ２２へ進み、そうでなければステップ２４へ進む。

（ステップ２２）混合弁１３を湯側に駆動し、ステップ２３へ進む。

（ステップ２３）給湯運転中の開度より水側の位置を目標位置とし、目標位置に到達したかどうかの判断を行い到達すれば処理を終了し、そうでなければステップ２２へ戻る。

（ステップ２４）水側全開位置を未検出の時間が所定時間経過したかどうかの判断を行い、所定時間経過していればステップ２５へ進み、そうでなければステップ２０へ戻る。このとき混合弁１３の駆動がステッピングモータによるものであれば、時間経過の代わりに駆動ステップ数で判断しても良い。

（ステップ２５）所定時間経過しても水側全開位置が検出できなければ、混合弁１３が故障していると判断し、リモコン２２の表示部２５に混合弁１３が故障したことのメッセージを表示し、処理を終了する。

以上のように駆動し表示を行うことで、使用者の所望する給湯温度を供給することが出来なくなったことを告知することができる。

以上のように、本発明の貯湯式給湯機は、オーバーシュートおよびアンダーシュートの発生を抑制することができ、非常に使用性を向上させることができる。

以上のように、本発明はヒートポンプ式の貯湯式給湯機に限らず、電気、ガス、石油、燃料電池などいずれの方式においても、貯湯タンクから給湯運転を行う貯湯式給湯機に利用することができる。

実施の形態１における貯湯式給湯機の構成図 実施の形態１における混合弁の制御フローチャート 実施の形態１における混合弁の制御フローチャート

符号の説明

１ 貯湯タンク
９ 出湯管
１０ 給水管
１６ａ〜１６ｄ 残湯量検出手段
１３ 混合弁
２１ 熱源機
２２ リモコン
２３ 混合弁開度記憶部
２４ 水位置検出手段
２５ 表示部

Claims (4)

1. 湯水を貯える貯湯タンクと、前記貯湯タンク内の湯水を沸き上げる熱源機と、前記貯湯タンクの垂直方向に複数個設けられた残湯量検出手段と、前記貯湯タンクの下部に設けた給水管と、前記貯湯タンクの上部に設けた出湯管と、前記出湯管より供給される高温水と前記給水管から分岐して供給される水を混合する混合弁を備え、給湯停止時であって最上部の残湯量検出手段が所定温度以上を検出しているときは、前記混合弁の開度を給湯運転中の開度のまま保持し、給湯停止時であって最上部の残湯量検出手段が検出する温度が所定温度未満のときは、前記混合弁の開度を給湯運転中の開度より水側に駆動して保持することを特徴とする貯湯式給湯機。
2. 給湯停止時であって最上部の残湯量検出手段が検出する温度が所定温度未満で、かつ前記熱源機が停止しているときは、前記混合弁の開度を給湯運転中の開度のまま保持し、前記熱源機で沸き上げ運転を行うと、前記混合弁の開度を給湯運転中の開度よりも水側に駆動して保持することを特徴とする請求項１に記載の貯湯式給湯機。
3. 給湯停止時であって最上部の残湯量検出手段が検出する温度が所定温度未満のときに、前記混合弁の開度を給湯運転中の開度より水側に駆動して保持する動作時において、給湯運転中から給湯停止になって所定時間経過するまでは給湯運転中の開度のまま保持し、所定時間経過後に水側に駆動して保持する動作を行うことを特徴とする請求項１または２に記載の貯湯式給湯機。
4. 給湯停止時であって最上部の残湯量検出手段が検出する温度が所定温度未満のときに、前記混合弁の開度を給湯運転中の開度より水側に駆動して保持する動作時において、水側全開位置の開度まで駆動を行い、前記混合弁の開度が水側全開位置まで駆動した後に、給湯運転中の開度より水側の位置まで駆動して保持することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の貯湯式給湯機。

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