JP2010159886A - 貯湯式給湯機 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、面倒な操作を伴うことなく、貯湯タンク内の清掃を行う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。
【解決手段】水を貯湯する貯湯タンク１０と、該貯湯タンク１０の底部に設けられる排水部３７と、該排水部３７から外部に水が排出される位置よりも高い位置において前記貯湯タンク１０内部を外部空間に開放する開放部３６と、前記排水部３７を開閉する排水部開閉弁３５と、前記開放部３６を開閉する開放部開閉弁３４と、前記排水部開閉弁３５及び開放部開閉弁３４の開閉状態を切換制御する制御部Ａとを備え、前記制御部Ａが所定のタイミングで前記排水部開閉弁３５及び開放部開閉弁３４を開状態として貯湯タンク１０の底部に堆積する堆積物を自動的に排出することにより、貯湯タンク１０を自動清掃するように構成される。
【選択図】 図４

Description

本発明は、温水を貯湯タンクに貯めておく貯湯式給湯機に関するものである。

従来の貯湯式給湯機には、貯湯タンクを持たずにガス等で燃焼させて、その強力な燃焼熱で瞬間的に水を沸き上げて湯を供給する燃焼式給湯機や、大容量の貯湯タンクを持ち、夜間割引の安い電力を利用して、電気ヒータで加熱した大量の湯を貯湯タンクに貯蔵し、日中に上記貯湯タンクの湯を使う電気温水器があった。

そして最近では、電気温水器と比較してエネルギー効率が良いと言われるヒートポンプ式給湯機が普及し始めてきた。

ヒートポンプ式給湯機は、電気温水器と同様に大容量の貯湯タンクを設け、夜間の安価な電力を使って、夜中にヒートポンプ回路で湯を沸き上げて貯湯タンクに貯蔵し、貯蔵した湯を日中に使うタイプが一般的である。

このヒートポンプ式給湯機は冷媒の状態変化を利用しているので、電気ヒータ加熱よりエネルギー効率が数倍良く、またガス等を燃焼しないのでＣＯ₂を排出せず、地球環境に優しい給湯機と言われている。

かかる従来のヒートポンプ式給湯機としては、下記の特許文献１に開示されたものがある。この従来技術に示されたヒートポンプ式給湯機は、圧縮機，水冷媒熱交換器，減圧装置，蒸発器から構成されたヒートポンプ回路と、大容量の貯湯タンク，水冷媒熱交換器，貯湯タンクの水を水冷媒熱交換器に循環する循環ポンプから構成された沸上げ回路とを備えた構成となっている。

このヒートポンプ式給湯機は、夜間の安価な電力を利用して、エネルギー効率の良いヒートポンプ回路を運転して湯を貯湯タンクに貯めるので、貯湯タンク内の水を循環ポンプで循環させながら、水冷媒熱交換器で所定の湯温になるまで徐々に温め、所定の湯温に達したことを温度検知器で検知すると、ヒートポンプ回路の運転を停止するようにしている。そして、日中使用端末で湯を使用する際は、混合弁で利用水（例えば上水）と混合して適当な温度に薄めて供給する。

ところで、この種貯湯式の給湯機においては、長期間の使用により水道水等に含まれる鉄分や湯垢等が貯湯タンクの底部に堆積する。そして、この鉄分や湯垢等の夾雑物が貯湯タンクの底部に堆積すると、給湯される湯が汚れたり、更には貯湯タンクを腐食にまで至らしめる等の問題を誘起する。そこで、貯湯式給湯機においては、貯湯タンクの底部に排水部が設けられ、必要に応じて貯湯タンク内の水を抜くことができるようになっている。
具体的には、前記貯湯式給湯機には前記排水部を手動で開閉する排水部開閉弁が設けられ、使用者が排水部開閉弁を手動で開閉動作して貯湯タンクの水を定期的に抜いて貯湯タンク内を清掃することが推奨されている。

特開平９−１２６５４７号公報

しかしながら、上記現状においては、例えば取扱説明書を見ながら排水部開閉弁を開閉動作するという不慣れな作業を使用者に強いることになり、使用者にとっては使い勝手が悪いものである。特に、昨今急速に進行しつつある高齢化社会においては、このような不便さは貯湯式給湯機の商品価値を大きく損ないかねないものである。このため、上述のような面倒な操作を伴うことなく使用できる貯湯式給湯機の出現が待たれるところであった。

そこで、本発明は、上述のような面倒な操作を伴うことなく、貯湯タンク内の清掃を行う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。

前記の目的を達成するための本発明の貯湯式給湯機は、水を貯湯する貯湯タンクと、該貯湯タンクの底部に設けられる排水部と、該排水部から外部に水が排出される位置よりも高い位置において前記貯湯タンク内部を外部空間に開放する開放部と、前記排水部を開閉する排水部開閉弁と、前記開放部を開閉する開放部開閉弁と、前記排水部開閉弁及び開放部開閉弁の開閉状態を切換制御する制御部とを備え、前記制御部が所定のタイミングで前記排水部開閉弁及び開放部開閉弁を開状態として貯湯タンクの底部に堆積する堆積物を自動で排出することにより、貯湯タンクを自動清掃するように構成されることを特徴とする。

また、上記貯湯式給湯機は、前記貯湯タンク内の水と高温の冷媒とを水冷媒熱交換器によって熱交換することにより貯湯タンク内の水を加熱する加熱回路を備え、前記貯湯タンク内の自動清掃は、前記加熱回路の運転停止期間内に行うようにしたものであることが好ましい。

さらに、上記貯湯式給湯機は、前記水冷媒熱交換器に対して水の沸き上げの際に比べて大きな流速で水を流すことにより、前記水冷媒熱交換器を清掃するように構成されるものであることが好ましい。

本発明は、以上説明したように、上述のような面倒な操作を伴うことなく、貯湯タンク内の清掃を行うことができる。

本発明の一実施形態に係る貯湯式給湯機の構成図。 本発明の一実施形態に係る貯湯式給湯機の据付状態を説明する図。 図２における貯湯装置の開放部開閉弁及び排水部開閉弁の構造説明図。 本発明の一実施形態に係る貯湯式給湯機の貯湯タンク内に蓄積する夾雑物を排出する方法を説明する図。 本発明の一実施形態に係る貯湯式給湯機における貯湯タンクの自動洗浄のタイムチャート。 本発明の他の実施形態に係る貯湯式給湯機の構成図。

以下、本発明の一実施形態を図を用いて説明する。

図１において、本実施形態における貯湯式給湯機は、水を貯湯する貯湯タンク１０と、該貯湯タンク１０の底部に設けられる排水部３７と、該排水部３７から外部に水が排出される位置よりも高い位置において前記貯湯タンク１０内部を外部空間に開放する開放部３６と、前記排水部３７を開閉する排水部開閉弁３５と、前記開放部３６を開閉する開放部開閉弁３４と、前記排水部開閉弁３５及び開放部開閉弁３４の開閉状態を切換制御する制御部Ａとを備え、前記制御部Ａが所定のタイミングで前記排水部開閉弁３５及び開放部開閉弁３４を開状態として貯湯タンク１０の底部に堆積する堆積物を自動で排出することにより、貯湯タンク１０を自動清掃するように構成されるものである。

まず、前記貯湯式給湯機の基本構成について説明する。前記貯湯式給湯機は、貯湯タンク１０内の水と高温の冷媒とを熱交換する水冷媒熱交換器６を有する加熱回路１を備える。前記加熱回路１は、ヒートポンプ回路によって構成されている。

具体的には、加熱回路１は、圧縮機４，四方弁５，水冷媒熱交換器６，減圧装置７，蒸発器８で構成される。尚、蒸発器８に外気を通風するようにファン８ａが配置されている。四方弁５は弁を切り替えることによって、圧縮機４から吐出される高温高圧の冷媒を蒸発器８に通流させ、蒸発器８に付着した霜を融解させる除霜制御に使用される。圧縮機４はＰＷＭ制御，電圧制御（例えばＰＡＭ制御）及びこれらを組み合わせた回転数制御により、低速（例えば２０００回転／分）から高速（例えば８０００回転／分）まで制御される。

また、前記貯湯式給湯機は、水冷媒熱交換器６を通して貯湯タンク１０内の水を循環させる循環ポンプ１３を備える。具体的には、前記貯湯式給湯機は、蛇口等の使用端末への給湯を行う給湯回路３を備える。次に、給湯回路３について説明する。

この給湯回路３は、減圧逆止弁１１，水冷媒熱交換器６，貯湯タンク１０，循環ポンプ１３，貯湯タンク１０からの湯と水冷媒熱交換器６からの出湯を混合する混合弁１４，混合弁１４からの湯と給水管２７からの水を混合する混合弁１５，湯の流量を調整する流量調整弁１６等が水配管によって接続されて構成されている。

次に、貯湯式給湯機への水の供給を説明する。

まず、減圧逆止弁１１に流入した水は、給水管２７を介して貯湯タンク１０に、もう一方は水冷媒熱交換器６へ分流される。また、使用端末へは、混合弁１５，流量調整弁１６を通り設定温度にされた湯が供給される。

各部の動作については、以下に述べるとおりであり、混合弁１５は、混合弁１４から供給される湯の温度が設定温度よりも高い場合、給水管２７から供給される水を混合することで、湯温を低下させて設定温度にする。

流量調整弁１６は、給湯量が予定の総量を超えないように流量を規制する弁である。

また、貯湯式給湯機には、給水温度センサー２０，水冷媒熱交換器６からの水の温度を検出する水熱交換器出口水温センサー２１，混合された貯湯タンク１０の湯と水冷媒熱交換器６出口水の温度を測る水温センサー２２，最終的な給湯水温を測定する給湯温度センサー２３，貯湯タンク１０の残湯量を測定するためのタンク温度センサー２４，２５，２６が配置されている。また、貯湯式給湯機の冷凍サイクル側には、蒸発器８の中間温度を測定する蒸発器温度センサー８ｂ，圧縮機４の吸込み温度を感知する吸込み温度センサー８ｃが配置されている。

次に、使用端末が操作された場合の動作について説明する。

減圧逆止弁１１を介して導水された水は、給水管２７を介して貯湯タンク１０の下部に至る。貯湯タンク１０ではその下部から水が供給され、その水圧により貯湯タンク１０の上部に貯まっていた高温の湯は給湯管２８に押し出される。一方、給水管２７からの水は、冷凍サイクルによって加熱されるべく、水冷媒熱交換器６に流れる水回路と分かれる。

また、水温センサー２２で温度を感知し、設定された温度になるように、貯湯タンク１０からの湯と、冷凍サイクルにより加熱された水冷媒熱交換器６からの水の量を混合弁１４で調整する。

加熱回路１の運転初期の場合、水冷媒熱交換器６を通過した水は十分に温められていないため、貯湯タンク１０からの湯の量が多く、水冷媒熱交換器６を流れる水の量は少なくなる。

次に、図２，図３を用いて上記構成を有する貯湯式給湯機を例えば一般家庭等の使用箇所に据え付けた状態で説明する。尚、図２は貯湯式給湯機の据付状態を説明する図であり、図３は図２中の逃し弁，排水栓部の詳細構造を説明する図である。図において、２は貯湯式給湯機であり、２ａは機械装置（又はヒートポンプユニット）、２ｂは貯湯装置（タンクユニット）を示す。

而して、上記機械装置２ａより出る配管２８ａ，２８ｂは、貯湯装置２ｂ側に設置された水冷媒熱交換器６に接続され、貯湯装置２ｂ側の熱交換器６Ｂ内の水を加熱し、温水に変える。

配管２９は、減圧逆止弁１１と貯湯タンク１０下部とを接続する配管であり、貯湯タンク１０内に新たな水を補給する。３０は、その途中に設けられたタンク専用止水栓である。３１，３２は、貯湯タンク１０内の温水を例えば浴槽、或いは洗面所等に給水するための給水用配管である。

３３は、上記給水用配管３１，３２等からの給水を停止することができる給水止水栓であり、貯湯式給湯機２の貯湯装置２ｂの箱体表面より操作可能に取り付けられている。

開放部開閉弁３４は、図１にも示す如く、貯湯タンク１０の頂部に設けた開放部３６としての空気取入管に設けられ、貯湯タンク１０内より出湯する際、或いは貯湯タンク１０内への給水時空気の出入りを調整する。開放部開閉弁３４は、開放部３６の途中に設けられている。また、開放部開閉弁３４は、貯湯タンク１０内の内部圧力を調整する目的で、貯湯タンク１０内の空気を逃す逃し弁としての機能をも有している。

排水部開閉弁３５は、貯湯タンク１０底部に設けられた排水部３７としての排水管に設けられた排水栓であり、貯湯タンク１０内の排水の他、貯湯タンク１０内に溜まった夾雑物の堆積物等を使用者が貯湯タンク外に排出する際に使われる。排水部開閉弁３５は、排水部３７の途中に設けられている。

なお、開放部開閉弁３４及び排水部開閉弁３５は、貯湯装置２ｂの箱体表面より操作可能に取り付けられている。

３８は、貯湯装置２ｂの箱体表面から操作可能に取り付けられた電源スイッチである。

図３は、上記開放部開閉弁３４，排水部開閉弁３５の操作を説明するもので、箱体表面に取り付けられたカバー等を使用者が開け、開放部開閉弁３４であれば矢印Ｘの如く下方に下げる操作をすることにより、弁を開け開放部３６より貯湯タンク１０内に空気を取り入れたり、貯湯タンク１０内より逃したりするものである。

また、排水部開閉弁３５においては、カバー等を開け、排水部開閉弁３５のハンドルを矢印Ｙの如く回し、破線の位置に操作し、排水部３７より貯湯タンク１０内の夾雑物等を貯湯タンク１０外に排出するものである。

次に、図４，図５を用いて、貯湯式給湯機の自動清掃について説明する。

尚、図４は貯湯式給湯機の貯湯タンク１０内に蓄積する夾雑物等を排出する手段を説明する図であり、図５は貯湯式給湯機の貯湯タンク１０内を自動的に洗浄するタイムチャート図である。

まず図４において、２は貯湯式給湯機、２ｂは上記貯湯式給湯機２のタンク側を構成する貯湯装置、１０は貯湯タンクであり、内部に温水を貯湯する。この貯湯タンク１０の外周には断熱材３９が設けられ、貯湯タンク１０内の湯温の低下を防止している。

また、この開放部開閉弁３４は電磁弁によって構成されており、電磁弁に通電されることで開放される。

４０は貯湯タンク１０底部に溜まった夾雑物を示す。この夾雑物４０は、例えば、水道水等に含まれる鉄分等の不純物である。

通常、これらの夾雑物は、貯湯タンク１０底部の他、水冷媒熱交換器パイプの内壁にも溜まる。そして夾雑物が多量になると、給水用配管３１，３２（図２参照）を通して送られ、浴槽或いは洗面所の蛇口より出る水を汚染することとなる。

この排水部開閉弁３５は、電磁弁によって構成されており、外部操作により開閉される。そして、前記開放部開閉弁３４が開放された状態で排水部開閉弁３５が開放されると、貯湯タンク１０内に空気が取り入れられ、排水部３７を通して貯湯タンク１０内の水が外部に排出されるのに伴って、貯湯タンク１０内に溜まった夾雑物４０も外部に排出される。

次に、貯湯タンクの自動清掃を行うタイミングについて図５に基づいて説明する。制御部Ａは、計時機能（若しくはタイマー機能）を備える。前記タイミングは、１箇月間に設定される。ただし、前記タイミングは、１箇月間に限られず、より長い若しくは短い一定の時間間隔であってもよく、季節によって時間間隔が異なるものであってもよい。

図５において、貯湯式給湯機２の電源スイッチを据付終了後ＯＮさせると、制御部Ａが計時を開始する。そして、所定の期間が経過すると、制御部Ａは、開放部開閉弁３４，排水部開閉弁３５はタイマー等の働きで電磁弁を所定時間ＯＮさせ、弁を開けさせる。

このことにより、据付までに貯湯タンク１０あるいは水冷媒熱交換器６内に溜まっていた夾雑物は、排水部３７より貯湯タンク１０外に排出される。

所定時間が経過すると、電磁弁はもとの閉状態に戻され、通常の貯湯式給湯機の運転に戻る。そして、例えば上記貯湯式給湯機の運転が１箇月を経過すると、それを検出して図５の如く逃し弁，排水栓用電磁弁が再び開いて、先に説明した貯湯タンク１０内の排水作業を行うものである。これを貯湯式給湯機は定期的に自動で排水作業を行うのが特徴である。

また、前記貯湯式給湯機は、前記水冷媒熱交換器６に対して水の沸き上げの際に比べて大きな流速で水を流すことにより、前記水冷媒熱交換器６を清掃するように構成される。
この水冷媒熱交換器６の清掃は、加熱された湯を貯湯タンク１０に貯湯する沸き上げ運転を行っていない間に行われ、貯湯タンク１０の自動清掃に先立って、沸き上げ回路を構成する水冷媒熱交換器６及び配管内の夾雑物を貯湯タンクに移送しておくものである。かかる水冷媒熱交換器６の清掃は、任意のタイミングで行われ、予め運転時間が設定されているものであってもよく、使用者の操作によって行われるものであってもよい。

具体的には、前記循環ポンプ１３は、ＰＷＭ制御、あるいは電圧制御等によって可変に構成される。即ち、上記循環ポンプ１３には能力可変型の回路が組み込まれており、前記貯湯タンク内の自動清掃の際には、貯湯タンク内の水を加熱する際に比べて前記循環ポンプの循環量が大きくなるように制御される。具体的には、貯湯タンク内の水を加熱する通常時には流量が１.０〜１.５ｍ／Ｌ程度であるのに対し、貯湯タンク内の自動清掃時には、３〜１０ｍ／Ｌ程度とされる。このように、循環ポンプ１３の回転数を増減して、水の勢いに強弱がつけられることにより、水冷媒熱交換器パイプ内壁の水垢等の夾雑物が貯湯タンク１０に送られる。

ただし、循環ポンプ１３の回転数（若しくは流速）の制御は、どのようなものであってもよく、水冷媒熱交換器の清掃の間に循環ポンプ１３の回転数を増減して、水の勢いに強弱をつけるものであってもよい。

こうすることにより、上記貯湯タンク１０の排水作業により、水冷媒熱交換器６内の夾雑物排出も同時に行うことができる。上記水冷媒熱交換器６の清掃は冷凍サイクルの運転停止時に行われることが好ましい。

図６は、図１とは異なる形態を有する貯湯式給湯機の構成図である。図において、水冷媒熱交換器６は図６の場合、貯湯タンク１０の外周に巻き付けられている。

即ち、図１に示すものは、貯湯タンク１０と水冷媒熱交換器とがそれぞれ別々に設けられるものであったが、図６のものは水冷媒熱交換器が貯湯タンク１０の外周に旋回するように巻きつけられ、ここで熱交換させている。

このタイプの貯湯式給湯機においても、開放部開閉弁３４，排水部開閉弁３５を電磁弁となし、貯湯タンク１０底部に溜まる夾雑物を定期的に自動で排水部３７を使って貯湯タンク１０外に排出することができる。

また、循環ポンプ１３はタンク底部の水を取り出して水冷媒熱交換器６に送り、そこで熱交換させ、例えば６０℃〜９０℃の熱湯として貯湯タンク１０に戻す働きを有しているものである。

本実施形態に係る貯湯式給湯機は、以上説明した如き構成を有するものであるから、次の如き効果を有するものである。

即ち、水を貯湯する貯湯タンク１０と、該貯湯タンク１０の底部に設けられる排水部３７と、該排水部３７から外部に水が排出される位置よりも高い位置において前記貯湯タンク１０内部を外部空間に開放する開放部３６と、前記排水部３７を開閉する排水部開閉弁３５と、前記開放部３６を開閉する開放部開閉弁３４と、前記排水部開閉弁３５及び開放部開閉弁３４の開閉状態を切換制御する制御部Ａとを備え、前記制御部Ａが所定のタイミングで前記排水部開閉弁３５及び開放部開閉弁３４を開状態として貯湯タンク１０の底部に堆積する堆積物を自動的に排出することにより、貯湯タンク１０を自動清掃するように構成されるものである。従って、浴槽の汚れや貯湯タンクの汚れ、さらには腐食を防止することができる。また、水冷媒熱交換器６の汚れや腐食をも防止することができ、さらに、水冷媒熱交換器６の熱効率を良好な状態に安定させることができる。

また、貯湯式給湯機は、前記貯湯タンク１０内の水と高温の冷媒とを水冷媒熱交換器６によって熱交換することにより貯湯タンク１０内の水を加熱する加熱回路１を備え、前記貯湯タンク１０内の自動清掃は、前記加熱回路１の運転停止期間内に行うようにした。従って、夾雑物を水冷媒熱交換器６に送り込んでしまう可能性を低減させることができる。

また、貯湯式給湯機は、前記水冷媒熱交換器６に対して水の沸き上げの際に比べて大きな流速で水を流すことにより、前記水冷媒熱交換器６を清掃するように構成される従って、水冷媒熱交換器６を好適に清掃して効率の良い状態で使用することができるものである。

なお、本発明に係る貯湯式給湯機は、上記各実施形態の構成に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の変更が可能である。

例えば、上記実施形態においては、貯湯タンク内の水と高温の冷媒とを熱交換する水冷媒熱交換器を有する加熱回路を備えるものとして説明したが、これに限定されるものではなく、タンク内に配置されるヒータによって貯湯タンク内の水を加熱するものであってもよい。

また、循環ポンプは、水の流れ方向を逆転させることができるものであってもよい。このようにすれば、夾雑物を貯湯タンクの高温側に送り込むことなく、貯湯タンクの低温側に戻すことができる。

また、水冷媒熱交換器の下流側に水冷媒熱交換器の清掃用のバイパス配管を設け、水冷媒熱交換器の清掃の際には、水冷媒熱交換器を通過した水を貯湯タンクに戻すことなくバイパス配管を介して外部に排出するものであってもよい。

１ 加熱回路
２ 貯湯式給湯機
２ａ 機械装置
２ｂ 貯湯装置
３ 給湯回路
４ 圧縮機
５ 四方弁
６ 水冷媒熱交換器
７ 減圧装置
８ 蒸発器
８ａ ファン
８ｂ 蒸発器温度センサー
８ｃ 吸込み温度センサー
１０ 貯湯タンク
１１ 減圧逆止弁
１２ 流量センサー
１３ 循環ポンプ
１４，１５ 混合弁
１６ 流量調整弁
２０ 給水温度センサー
２１ 水熱交換器出口水温センサー
２２ 水温センサー
２３ 給湯温度センサー
２４ タンク温度センサー
２７ 給水管
２８ 給湯管
２９ 配管
３０ タンク専用止水栓
３１，３２ 給水用配管
３３ 給水止水栓
３４ 開放部開閉弁
３５ 排水部開閉弁
３６ 開放部
３７ 排水部
３８ 電源スイッチ
３９ 断熱材
４０ 夾雑物

Claims (3)

1. 水を貯湯する貯湯タンクと、
   該貯湯タンクの底部に設けられる排水部と、
   該排水部から外部に水が排出される位置よりも高い位置において前記貯湯タンク内部を外部空間に開放する開放部と、
   前記排水部を開閉する排水部開閉弁と、
   前記開放部を開閉する開放部開閉弁と、
   前記排水部開閉弁及び開放部開閉弁の開閉状態を切換制御する制御部とを備え、
   前記制御部が所定のタイミングで前記排水部開閉弁及び開放部開閉弁を開状態として貯湯タンクの底部に堆積する堆積物を自動的に排出することにより、貯湯タンクを自動清掃するように構成されることを特徴とする貯湯式給湯機。
2. 前記貯湯タンク内の水と高温の冷媒とを水冷媒熱交換器によって熱交換することにより貯湯タンク内の水を加熱する加熱回路を備え、
   前記貯湯タンク内の自動清掃は、前記加熱回路の運転停止期間内に行うようにしたことを特徴とする請求項１記載の貯湯式給湯機。
3. 前記水冷媒熱交換器に対して水の沸き上げの際に比べて大きな流速で水を流すことにより、前記水冷媒熱交換器を清掃するように構成されることを特徴とする請求項２記載の貯湯式給湯機。

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