JP2010133593A - 貯湯式給湯装置 - Google Patents

Abstract

【課題】貯湯式給湯装置のＣＯＰを向上しつつ、貯湯タンク内に貯留される湯水、ひいては貯湯タンクから給湯される湯水の衛生性を簡易にして効率的に且つ確実に向上することができる貯湯式給湯装置を提供する。
【解決手段】貯湯式給湯装置(1)は、貯湯タンク(6)の一端部から高温水域(26)の湯水を流出させる給湯手段と、貯湯タンクの他端部からヒートポンプ(2)に向けて流出される湯水の温度を検出する温度検出手段(18b)と、温度検出手段にて検出された湯水の温度が所定の沸き終い温度になるまで貯湯タンクの他端部から湯水をヒートポンプに向けて流出させ、ヒートポンプを用いて沸き上げる沸き上げ手段とを備え、沸き上げ手段は、所定の周期にて所定の沸き終い温度を少なくとも所定の温度帯を超える温度に設定する。
【選択図】図３

Description

本発明は、貯湯式給湯装置に係り、詳しくは、貯湯タンクに中温水域が形成される貯湯式給湯装置に関する。

この種の貯湯式給湯装置は、ヒートポンプを用いて沸き上げられた湯水を貯留して使用する貯湯式給湯装置であって、ヒートポンプを用いて沸き上げられた高温水が上端部から流入されるとともに低温水が下端部から流入され、内部の湯水が上端部から、高温水が滞留する高温水域、高温水よりも低温で且つ低温水よりも高温となる所定の温度帯の中温水が滞留する中温水域、及び低温水が滞留する低温水域の順に層状をなして貯留される貯湯タンクと、貯湯タンクの上端部から高温水域の湯水を流出させる給湯手段と、貯湯タンクの下端部から湯水をヒートポンプに向けて流出させ、ヒートポンプを用いて沸き上げる沸き上げ手段とを備えている。

そして、中温水域の中温水を沸き上げる貯湯式給湯装置が知られている（例えば特許文献１、２参照）。
特開２００５−５５１４９号公報 特開２００７−７１４０９号公報

しかしながら、上記各従来技術は、あくまでも中温水を優先的に利用するべく沸き上げるものであり、中温水を頻繁に沸き上げることは、ヒートポンプへの入水温度が高い湯水を沸き上げることとなるため、貯湯式給湯装置のＣＯＰ（成績係数）が低下するとの問題がある。
また、上記特許文献２では、貯湯タンク内の湯水の利用が長時間停滞することが想定されるとき、中温水の流出を禁止しているため、中温水域が長期間貯留されたままになることによってレジオネラ菌を含む微生物が貯湯タンク内に増殖するおそれがあり、貯湯タンク内に貯留される湯水、ひいては貯湯タンクから給湯される湯水の衛生性向上について依然として課題が残されている。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、貯湯式給湯装置のＣＯＰを向上しつつ、貯湯タンク内に貯留される湯水、ひいては貯湯タンクから給湯される湯水の衛生性を簡易にして効率的に且つ確実に向上することができる貯湯式給湯装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するべく、請求項１の貯湯式給湯装置は、ヒートポンプを用いて沸き上げられた湯水を貯留して使用する貯湯式給湯装置であって、ヒートポンプを用いて沸き上げられた高温水が一端部から流入されるとともに低温水が他端部から流入され、内部の湯水が一端部から、高温水が滞留する高温水域、高温水よりも低温で且つ低温水よりも高温となる所定の温度帯の中温水が滞留する中温水域、及び低温水が滞留する低温水域の順に層状をなして貯留される貯湯タンクと、貯湯タンクの一端部から高温水域の湯水を流出させる給湯手段と、貯湯タンクの他端部からヒートポンプに向けて流出される湯水の温度を検出する温度検出手段と、温度検出手段にて検出された湯水の温度が所定の沸き終い温度になるまで貯湯タンクの他端部から湯水をヒートポンプに向けて流出させ、ヒートポンプを用いて沸き上げる沸き上げ手段とを備え、沸き上げ手段は、所定の周期にて所定の沸き終い温度を少なくとも所定の温度帯を超える温度に設定することを特徴としている。

また、請求項２の発明では、請求項１において、所定の周期は、中温水域にて増殖される所定の微生物の増殖数が中温水域の形成から略最大になる周期であることを特徴としている。
更に、請求項３の発明では、請求項２において、所定の微生物はレジオネラ菌とその宿主アメーバとであって、所定の周期は１週間であることを特徴としている。

請求項１の本発明の貯湯式給湯装置によれば、沸き上げ手段は、所定の周期にて所定の沸き終い温度を少なくとも所定の温度帯を超える温度に設定する。これにより、低温水域のみならず、中温水域の湯水も貯湯タンクの他端部からヒートポンプに向けて定期的に流出させ、ヒートポンプを用いて沸き上げることができる。従って、所定の温度帯をなす中温水域の環境において増殖する微生物を定期的に死滅させることができるため、従来の沸き上げ手段の所定の沸き終い温度の設定を変更するだけの簡易な構成で、貯湯タンク内に貯留される湯水、ひいては貯湯タンクから給湯される湯水の衛生性を向上することができる。

しかも、低温水域のみならず、中温水域の湯水も貯湯タンクの他端部からヒートポンプに向けて流出させることにより、このときには、貯湯タンクにおける高温水域の容量を大きく確保することができ、沸き上げ手段を効率的に発動させることができる。
また、中温水域を所定の周期で定期的に沸き上げるため、沸き上げ手段の動作のたびに中温水域を毎回沸き上げる場合に比して、貯湯式給湯装置の全体としてのＣＯＰ（成績係数）を向上することができる。

更に、請求項２の発明によれば、所定の周期は、中温水域にて増殖される所定の微生物の増殖数が中温水域の形成から略最大になる周期である。これにより、微生物が中温水域の形成から略最大に増殖したタイミングにおいて効率的にすべて死滅させることができるため、貯湯式給湯装置のＣＯＰを向上しつつ、貯湯タンク内に貯留される湯水、ひいては貯湯タンクから給湯される湯水の衛生性を簡易にして効率的に向上することができる。

更にまた、請求項３の発明によれば、所定の微生物はレジオネラ菌とその宿主アメーバとであって、所定の周期は１週間である。これにより、レジオネラ菌が１週間程度で爆発的に増殖するとの実験データがあることから、人体に危害を及ぼし、死にも至らしめるレジオネラ菌を効率的にすべて死滅させることができるため、貯湯式給湯装置のＣＯＰを向上しつつ、貯湯タンク内に貯留される湯水、ひいては貯湯タンクから給湯される湯水の衛生性を簡易にして確実に向上することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
図１には、本発明に係る貯湯式給湯装置の概略構成図が示されている。この給湯装置１は、湯水を加熱して沸き上げるヒートポンプ２を有するヒートポンプユニット４と、ヒートポンプユニット４にて沸き上げられた湯水が貯留される貯湯タンク６を有するタンクユニット８とから構成されており、貯湯タンク６に貯留された湯水を使用して、図示しない風呂の湯張り及び追い焚きや、風呂、台所、洗面所、シャワー等の図示しない給湯栓への給湯等を行う。

ヒートポンプユニット４は、湯水の循環路１０に、貯湯タンク６からの湯水の流れ方向から順に、循環ポンプ１２、ヒートポンプ２のガスクーラ１４、バイパス弁１６が介挿されている。
ヒートポンプ２は、圧縮機、ガスクーラ１４、膨張弁、蒸発器（ガスクーラ以外図示せず）を超臨界状態となるＣＯ_２冷媒が循環する冷凍サイクルを構成し、圧縮機にて超臨界状態まで圧縮された高温高圧のＣＯ_２冷媒をガスクーラ１４において貯湯タンク６の湯水で冷却、液化することにより、湯水をＣＯ_２冷媒との熱交換によって加熱して沸き上げる公知のものであり、詳しい説明は省略する。

バイパス弁１６は、循環路１０のうち、ヒートポンプ２にて沸き上げられた高温水が流れる高温水路１０ａと、ヒートポンプ２にて沸き上げられる前の低温水が流れる低温水路１０ｂとを接続し、湯水をタンクユニット８をバイパスしてヒートポンプユニット４内で内部循環可能とする三方弁である。
また、高温水路１０ａのヒートポンプ２の近傍には、ガスクーラ１４、換言するとヒートポンプ２から貯湯タンク６の上端部（一端部）に向けて流出される湯水の出湯温度Ｔoを検出する出口サーミスタ１８ａが設けられ、一方、低温水路１０ｂのヒートポンプ２の近傍には、貯湯タンク６の下端部（他端部）からガスクーラ１４、換言するとヒートポンプ２に向けて流出される湯水の入水温度Ｔiを検出する入口サーミスタ（温度検出手段）１８ｂが設けられている。

このように構成されるヒートポンプユニット４は、ヒートポンプユニット４、ひいては給湯装置１を総合的に制御する制御ユニット２０を備え、制御ユニット２０には循環ポンプ１２、及びサーミスタ１８ａ、１８ｂが電気的に接続されている。
一方、タンクユニット６は、貯湯タンク４の上端部に高温水路１０ａが接続され、また、この上端部には湯水を流出させて上記給湯栓等への給湯を行う給湯路２２が接続されており、一方、貯湯タンク４の下端部に低温水路１０ｂが接続され、また、この下端部には市水等の外部の図示しない給水源から延びる給水路２４が接続されて構成されている。

即ち、貯湯タンク４には、その上端部からヒートポンプ２を用いて沸き上げられた所定の温度Ｔ_Ｈ（例えば７０℃程度）の高温水が高温水路１０ａを介して流入されるとともに、その下端部から市水等の所定の温度Ｔ_Ｌ（例えば１５℃程度）の低温水が給水路２４を介して流入され、内部の湯水が上端部から、高温水が滞留する高温水域２６、この高温水よりも低温で且つ低温水よりも高温となる所定の温度帯Ｔ_{ＭＺＯＮＥ}（例えば３２℃程度〜３７℃程度）の中温水が滞留する中温水域２８、及び低温水が滞留する低温水域３０の順に層状をなして貯留される。

以下、このように構成された給湯装置１の作動について説明する。
先ず、貯湯タンク６内には高温水域２６、中温水域２８、低温水域３０の順に温度帯の異なる湯水が満たされている状態で、ユーザの給湯要求によって貯湯タンク６内の高温水域２６の湯水が給湯路２２を介して出湯される（給湯手段）。
一方、制御ユニット２０にて行われる給湯装置１の学習制御等に応じて、ヒートポンプ２及び循環ポンプ１２が周期的に作動され、低温水域３０の湯水が低温水路１０ｂを介してヒートポンプ２に向けて流出され、ヒートポンプ２にて湯水の沸き上げ動作が行われる（沸き上げ手段）。

ここで、通常の沸き上げ動作では、サーミスタ１８ｂにて検出された湯水の温度が低温水温度Ｔ_Ｌを超え中温水温度帯Ｔ_{ＭＺＯＮＥ}未満に設定される沸き終い温度Ｔ_Ｅ（例えば３０℃程度）になるまで循環ポンプ１２を駆動し、サーミスタ１８ｂにて検出された湯水の温度がこの沸き終い温度Ｔ_Ｅを超えた時点で循環ポンプ１２を停止することにより、少なくとも低温水域３０の１５℃程度になる湯水のすべてを貯湯タンク６から抜き取って沸き上げる。この状態においては、貯湯タンク６内には高温水域２６及び中温水域２８のみが形成されている。

そして、上記沸き上げ動作によってヒートポンプ２にて加熱され高温に沸き上げられた高温水は貯湯タンク６内にその上端部から流入され、貯湯タンク６内の高温水域２６の容量が拡大され、一方、給水源から給水路２４を介して低温水が適宜補充供給されることにより、貯湯タンク６内に再び低温水域３０が形成される。
ところで、本実施形態では、制御ユニット２０において、沸き終い温度Ｔ_Ｅを所定の周期にて少なくとも中温水温度帯Ｔ_{ＭＺＯＮＥ}を超える温度に設定して沸き上げ動作を行う中間水域２８のサニテーション制御を実行している。

当該サニテーション制御では、中温水域２８にて増殖されるレジオネラ菌とその宿主アメーバとを含む微生物を沸き上げ動作によって定期的に死滅させるべく、沸き終い温度Ｔ_Ｅを少なくとも中温水温度帯Ｔ_{ＭＺＯＮＥ}を超える４５℃程度、好ましくは、より高温水温度Ｔ_Ｈに近く、レジオネラ菌を確実に死滅させることができる５５℃程度に設定して上記沸き上げ動作を行う。

図２は、２５℃程度の水が通過するフィルターに付着したレジオネラ菌を含む一般細菌の増殖傾向を示した実験データの一例であり、増殖する菌数（個／ｍｌ）を経過日数（日）で表している。
図２に示されるように、一般細菌の増殖は、菌の誘導期から約１週間程度で増殖期を終えて定常期、衰退期に移るものの、次の増殖期に入ると菌の総数は前回の増殖期のときよりも増大する傾向にあることから、当該サニテーション制御は、制御ユニット２０にて行われる学習制御において、１週間ごとに定期的に行われるように予め設定される。即ち、沸き終い温度Ｔ_Ｅを中間水温度帯Ｔ_{ＭＺＯＮＥ}を超える温度に設定して沸き上げ動作を行う周期は、中温水域２８にて増殖される微生物の増殖数が中温水域２８の形成から略最大になる周期となっている。

このように、サニテーション制御を定期的に行うことにより、貯湯タンク４から低温水域３０のみならず、中間水域２８の湯水も抜き出され、中間水域２８の湯水はヒートポンプ２により７０℃程度の高温水に沸き上げられて殺菌される。
以下、図３のフローチャートを参照して、制御ユニット２０において実行される上記サニテーション制御の制御ルーチンについて説明する。

先ず、本制御が開始されるとＳ１（Ｓはステップを表し、以下同様とする。）に移行し、Ｓ１では、制御ユニット２０において行われる学習制御等に応じて、沸き上げ動作要求が有るか否かを判定し、判定結果が真（Ｙｅｓ）で沸き上げ動作要求が有ると判定された場合にはＳ２に移行し、判定結果が偽（Ｎｏ）で沸き上げ動作要求が無いと判定された場合には再びＳ１に戻る。

Ｓ２では、沸き終い温度Ｔ_Ｅを通常の３０℃から中間水温度帯Ｔ_{ＭＺＯＮＥ}を超える例えば５５℃に設定して沸き上げ動作、即ち初回のサニテーション制御を実行し、Ｓ３に移行する。
Ｓ３では、前回のサニテーション制御の実行から１週間が経過したか否かを判定し、判定結果が真（Ｙｅｓ）で前回のサニテーション制御の実行から１週間が経過したと判定された場合にはＳ４に移行し、判定結果が偽（Ｎｏ）で前回のサニテーション制御の実行から１週間が経過していないと判定された場合には再びＳ３に戻る。尚、前回のサニテーション制御の実行から１週間が経過していない間に沸き上げ動作要求が有った場合には、沸き終い温度Ｔ_Ｅを３０℃にして通常の沸き上げ動作が行われる。

Ｓ４では、Ｓ２のときと同様に、沸き終い温度Ｔ_Ｅを中間水温度帯Ｔ_{ＭＺＯＮＥ}を超える５５℃に設定してサニテーション制御を実行し、Ｓ５に移行する。
Ｓ５では、サニテーション制御が解除されたか否かを判定し、判定結果が真（Ｙｅｓ）でサニテーション制御が解除されたと判定された場合には本制御を終了し、判定結果が偽（Ｎｏ）でサニテーション制御が解除されていないと判定された場合には再びＳ３に戻り、１週間毎に定期的にサニテーション制御を行う。

以上のように、本実施形態では、上記サニテーション制御を行うことにより、低温水域３０のみならず、中温水域２８の湯水も貯湯タンク６の下端部からヒートポンプ２に向けて定期的に流出させ、ヒートポンプ２を用いて沸き上げることができる。従って、中間水域２８の中温水温度帯Ｔ_{ＭＺＯＮＥ}の環境において増殖した微生物を定期的に死滅させることができるため、従来の沸き上げ動作の沸き終い温度Ｔ_Ｅの設定を変更するだけの簡易な構成で、貯湯タンク６内に貯留される湯水、ひいては貯湯タンク６から給湯される湯水の衛生性を向上することができる。

しかも、上記サニテーション制御を行うときには、低温水域３０のみならず、中温水域２８の湯水も貯湯タンク６の下端部からヒートポンプ２に向けて流出させることにより、貯湯タンク６における高温水域２６の容量を大きく確保することができ、沸き上げ動作を効率的に発動させることができる。
また、中温水域２８を１週間毎に定期的に沸き上げるため、沸き上げ動作のたびに中温水域２８を毎回沸き上げる場合に比して、給湯装置１全体としてのＣＯＰ（成績係数）を向上することができる。

更に、上記サニテーション制御を行う周期を中温水域２８にて増殖される微生物の増殖数が中温水域２８の形成から略最大になる周期である１週間に設定することにより、微生物が中温水域２８の形成から略最大に増殖したタイミングにおいて効率的にすべて死滅させることができるため、給湯装置１のＣＯＰを向上しつつ、貯湯タンク６内に貯留される湯水、ひいては貯湯タンク６から給湯される湯水の衛生性を簡易にして効率的に向上することができる。

更にまた、上記サニテーション制御を行う周期を微生物であるレジオネラ菌を対象として１週間に設定していることから、人体に危害を及ぼし、死にも至らしめるレジオネラ菌を効率的にすべて死滅させることができるため、給湯装置１のＣＯＰを向上しつつ、貯湯タンク６内に貯留される湯水、ひいては貯湯タンク６から給湯される湯水の衛生性を簡易にして確実に向上することができる。

以上で本発明の一実施形態についての説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更ができるものである。
例えば、上記実施形態では、サニテーション制御は、制御ユニット２０にて行われる学習制御において、１週間ごとに定期的に行われるように予め設定されるが、これに限らず、例えば、１週間のうちの湯水の使用量が多い曜日、換言すると、沸き上げ動作の実行される回数が多い曜日を上記学習制御において学習させ、当該曜日に上記サニテーション制御を行うようにしても良い。また、沸き上げ動作が長期間行われず貯湯タンク６内に貯留される高温水域３０の高温水温度Ｔ_Ｈが例えば４０℃以下の低温になったときに、上記サニテーション制御を行うようにしても良い。

また、上記実施形態では、タンクユニット８は貯湯タンク６のみを有しているが、高温タンクと低温タンクとを備え２タンク構成にしても上記と同様の効果を得ることができるのは勿論である。

本発明の一実施形態に係る貯湯式給湯装置の概略構成図である。 ２５℃程度の水が通過するフィルターに付着したレジオネラ菌を含む一般細菌の増殖数を経過日数で表した実験データである。 図１の制御ユニットにて行われるサニテーション制御の制御ルーチンを示したフローチャートである。

符号の説明

１ 貯湯式給湯装置
２ ヒートポンプ
６ 貯湯タンク
１８ｂ 入口サーミスタ（温度検出手段）
２６ 高温水域
２８ 中温水域
３０ 低温水域

Claims (3)

1. ヒートポンプを用いて沸き上げられた湯水を貯留して使用する貯湯式給湯装置であって、
   前記ヒートポンプを用いて沸き上げられた高温水が一端部から流入されるとともに低温水が他端部から流入され、内部の湯水が前記一端部から、前記高温水が滞留する高温水域、該高温水よりも低温で且つ前記低温水よりも高温となる所定の温度帯の中温水が滞留する中温水域、及び前記低温水が滞留する低温水域の順に層状をなして貯留される貯湯タンクと、
   前記貯湯タンクの前記一端部から前記高温水域の湯水を流出させる給湯手段と、
   前記貯湯タンクの前記他端部から前記ヒートポンプに向けて流出される湯水の温度を検出する温度検出手段と、
   前記温度検出手段にて検出された湯水の温度が所定の沸き終い温度になるまで前記貯湯タンクの前記他端部から湯水を前記ヒートポンプに向けて流出させ、該ヒートポンプを用いて沸き上げる沸き上げ手段とを備え、
   前記沸き上げ手段は、所定の周期にて前記所定の沸き終い温度を少なくとも前記所定の温度帯を超える温度に設定することを特徴とする貯湯式給湯装置。
2. 前記所定の周期は、前記中温水域にて増殖される所定の微生物の増殖数が該中温水域の形成から略最大になる周期であることを特徴とする請求項１の貯湯式給湯装置。
3. 前記所定の微生物はレジオネラ菌とその宿主アメーバとであって、前記所定の周期は１週間であることを特徴とする請求項２の貯湯式給湯装置。

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