JP2011064389A - 貯湯式給湯装置 - Google Patents

Abstract

【課題】貯湯タンクユニットを屋内に設置することで発生する給湯のアンダーシュートを確実に防止した貯湯式給湯装置を提供する。
【解決手段】ユニット１内の温度を検知する機内温度センサ４７を設け、更に加熱手段３内には外気温度を検知する外気温度サーミスタ４９を設けたものに於いて、前記外気温度サーミスタ４９が検知する外気温度で季節条件を判断し、前記機内温度センサ４７が検知する機内温度で、貯湯タンクユニット１が屋内Ａ設置か屋外Ｂ設置かの設置条件を判断し、季節が冬で貯湯タンクユニット１が屋内Ａ設置の時には、初回給湯時にアンダーシュート発生までの給湯量を学習し、次回の給湯時にはこの学習値によりアンダーシュート前に給湯混合弁２５の弁開度を給水小側に切替るようにしたので、初回給湯の１回はどうしょうもないが、それ以後のアンダーシュートはピンポイントで阻止することが出来、常に良好な給湯を得ることが出来るものである。
【選択図】 図２

Description

この発明は、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貯湯式給湯装置に関するものである。

従来よりこの種のものでは、予め学習している給水温度を使用して給湯混合弁で高温水と混合して、使用者が希望する設定温度の給湯を得るものであり、通常給水温度も高温水の温度も変動することなくほぼ一定であるので、給湯混合弁の開度も一度決定されると大きく変動するものではなかった。

特開２００６−１２５６４４号公報

ところでこの従来のものでは、北海道の寒冷地方では、図１に示されるように、加熱手段であるヒートポンプユニットは屋外に設置し、凍結の心配がある貯湯タンクユニットを屋内に設置するものであり、この設置方法であると貯湯タンクに接続する給水管はある程度の長さに渡って、屋内配管されることになり、特に冬季では屋内を強力に暖房する関係で、屋内の給水配管内の給水温度は高くなるが、逆に屋外の給水管内の給水温度は極めて低くなり、このことにより、初回給湯時には予想以上に給水温度が高いので、給湯はオーバーシュートしその後には屋外の冷たい給水の供給でどうしてもアンダーシュートしてしまい、設定温度の良好な給湯が行えないと言う課題を有するものであった。

この発明はこの点に着目し上記課題を解決する為、特にその構成を、湯水を貯湯する貯湯タンクと、該貯湯タンクに給水する給水管と、該貯湯タンク内の湯水を貯湯タンクから出湯する出湯管と、出湯管からの高温水と給水管からの給水とを混合して給湯管に供給する給湯混合弁とを備えた貯湯タンクユニットと、貯湯タンク下部からの給水を加熱して該貯湯タンク上部に戻す加熱循環回路を備えた加熱手段とを備え、前記貯湯タンクユニット内には、ユニット内の温度を検知する機内温度センサを設け、更に加熱手段内には外気温度を検知する外気温度サーミスタを設けたものに於いて、前記外気温度サーミスタが検知する外気温度で季節条件を判断し、前記機内温度センサが検知する機内温度で、貯湯タンクユニットが屋内設置か屋外設置かの設置条件を判断し、季節が冬で貯湯タンクユニットが屋内設置の時には、初回給湯時にアンダーシュート発生までの給湯量を学習し、次回の給湯時にはこの学習値によりアンダーシュート前に給湯混合弁の弁開度を給水小側に切替るようにしたものである。

以上のようにこの発明によれば、初回給湯時のアンダーシュート発生までの給湯量を学習し、次回の給湯時にはこの学習値によりアンダーシュート前に給湯混合弁の弁開度を給水小側に切替るようにしたので、初回給湯の１回はどうしょうもないが、それ以後のアンダーシュートはピンポイントで阻止することが出来、常に良好な給湯を得ることが出来るものである。

この発明の一実施形態を示す貯湯式給湯装置の設置状態の説明図。 同貯湯式給湯装置の概略構成図。 同電気回路の要部ブロック図。 同給湯温度の特性図で、（イ）は本制御実施前の特性図、（ロ）は本制御実施後の特性図。

次に、この発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
この貯湯式風呂給湯装置は、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風呂や給湯に用いるもので、更に貯湯缶体内の温水との間接熱交換により浴槽内の浴槽水の追焚き又は保温及び、貯湯缶体内の温水を浴槽内に直接供給する湯張りを行う風呂回路を備えたものである。

１は湯水を貯湯する貯湯タンク２や後述する各種配管を収納した貯湯タンクユニットで、凍結防止のために屋内Ａに設置されているものであり、屋外Ｂにはヒートポンプユニットからなる加熱手段３が設置され湯水を加熱して貯湯タンク２に貯湯させるものであり、更に屋内Ａに設置の貯湯タンクユニット１には、同じく屋内Ａに一部配置された給水管４が接続されると共に、貯湯タンクユニット１からは給湯管５が配管されている。
６は台所や洗面所等に設けられた給湯栓、７はこの給湯栓６の近くに設けられた給湯リモコン、８は浴槽、９は浴室に設けられた風呂リモコンである。

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１０と、下端に給水管４とが接続され、更に下部にヒートポンプ循環回路を構成するヒートポンプ往き管１１と、上部にヒートポンプ循環回路を構成するヒートポンプ戻り管１２とが接続され、前記ヒートポンプユニット３によってヒートポンプ往き管１１から取り出した貯湯タンク２内の湯水を沸き上げてヒートポンプ戻り管１２から貯湯タンク２内に戻して貯湯され、給水管４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１０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１３と凝縮器としての冷媒−水熱交換器１４と減圧器としての電子膨張弁１５と強制空冷式の蒸発器１６で構成されたヒートポンプ回路１７と、貯湯タンク２内の湯水を前記ヒートポンプ往き管１１及びヒートポンプ戻り管１２を介して冷媒−水熱交換器１４に循環させる加熱循環ポンプ１８と、それらの駆動を制御するヒートポンプ制御部１９とを備えており、ヒートポンプ回路１７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されているものである。なお、冷媒に二酸化炭素が用いられているので、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１４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よ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１４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１５又は圧縮機１３を制御することで、被加熱水の冷媒−水熱交換器１４の入口温度が５〜２０℃程度の低い温度であると、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。

２０は前記浴槽８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内の上部に備えられているものであり、又この風呂熱交換器２０には風呂往き管２１及び風呂循環ポンプ２２を備えた風呂戻り管２３が接続されて浴槽８の湯水が循環可能にされ、浴槽８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或いは追い焚きが行われるのである。なお、２４は風呂戻り管２３を循環する浴槽８の湯水の温度を検出する風呂温度センサである。

２５は出湯管１０からの湯水と給水管４から分岐された給水バイパス管２６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５に設けた給湯温度センサ２７で検出した湯温が給湯リモコン７や風呂リモコン９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を制御するものである。

２８は出湯管１０から分岐された分岐出湯管２９からの湯水と、給水管４から分岐された分岐給水バイパス管３０からの低温水とを混合する電動ミキシング弁より構成された風呂混合弁であり、その下流側の風呂戻り管２３に連通された湯張り管３１の連通部分に設けた湯張り温度センサ３２で検出した湯温が給湯リモコン７や風呂リモコン９でユーザーが設定した風呂設定温度になるように混合比率を制御するものである。

そして、前記湯張り管３１には、浴槽８への湯張りの開始及び停止を行う湯張り弁３３と、浴槽８への湯張り量をカウントする風呂流量カウンタ３４が設けられているものである。

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つの温度センサ３５ａ，３５ｂ，３５ｃ，３５ｄ，３５ｅが配置され、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が残っているかを検知し、そして貯湯タンク２内の上下方向の温度分布を検知するものである。

前記給湯リモコン７及び風呂リモコン９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８への風呂設定温度の湯を風呂リモコン９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、所定時間保温させる風呂自動スイッチ３８がそれぞれ設けられ、更に風呂リモコン９には約６０℃の高温の湯を差し湯させる高温差し湯スイッチ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た制御部である。
この制御部４０に前記給湯リモコン７が無線又は有線により接続されユーザーが任意の給湯設定温度及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。

前記制御部４０は、給湯温度センサ２７の検出する温度が給湯設定温度になるように給湯混合弁２４の弁開度をフィードバック制御するようにしているもので、更に湯張り温度センサ３２の検出する温度が風呂設定温度になるように風呂混合弁２８の弁開度をフィードバック制御するようにしているものである。

又前記制御部４０は風呂熱交換器１９に連通した風呂往き管２０に備えられた風呂往きサーミスタ４１の検知温度が、排水時の貯湯温度低下の湯張り運転時、６０℃以下の排水許可温度となるように風呂混合弁２８の弁開度をフィードバック制御するものである。

４２は貯湯タンク２内の過圧を逃す逃し弁、４３は給水の圧力を減圧する減圧弁、４４は給湯する湯水の量をカウントする給湯フローセンサ、４５は浴槽６の湯水が逆流するのを防止するために設けられた逆止弁、４６は給水の温度を検出する給水温度センサである。

４７は貯湯タンクユニット１内に備えられこのユニット１内の温度が凍結危険温度を検知し、凍結する恐れのある配管に設けられている凍結防止ヒータ４８に通電させる凍結防止サーミスタで、ユニット１内の温度で該貯湯タンクユニット１が屋内Ａか屋外Ｂかを前記制御部４０に判断させるもので、ユニット１内の温度が１５℃以上で該貯湯タンクユニット１が屋内Ａ設置判断させる機内温度センサを兼用しているものである。

４９はヒートポンプユニット３内に備えられ外気温度が凍結危険温度以下に低下したことを検知し、加熱循環ポンプ１８を駆動させてヒートポンプ循環回路の凍結を防止する外気温度サーミスタで、この検知温度によって制御部４０が現時点の季節判断を行うもので、冬季・夏季。中間期の三段階に分けられるものである。

前記制御部４０では、外気温度サーミスタ４９による外気温検知で、例えば５℃以下を検知すれば冬季と判断し、更に凍結防止サーミスタ４７が貯湯タンクユニット１内の温度を検知し、この温度が１５℃以上の場合には、制御部４０は季節が冬で、貯湯タンクユニット１が屋内Ａに設置されていると判断し、初回の給湯時にアンダーシュートが発生すると予測して、給湯温度センサ２７と給湯フローセンサ４４で給湯開始からアンダーシュートが発生するまでの給湯量を学習し、ここから給湯開始からアンダーシュートが発生するまでの時間を演算し、次回からの給湯時からはこの時間に合わせて給湯混合弁２５の弁開度を給水小側で高温水側を大きくなるように切替るようにしたものである。

５０は、一端が貯湯タンク２の底部に接続し他端を排水路５１に開口した排水管で、該排水管５０には排水管５０を開閉する排水栓５２を設け、排水栓５２の下流側には排水管５０内の排水の有無を検知する流水センサ５３を設けたものである。
５４は排水スイッチで、給湯リモコン７に設けられ、押圧されると排水運転を実行して、貯湯タンク２及び配管内の排水を行うものである。

次にこの一実施形態の作動について説明する。
今北海道等の寒冷地で器具の設置を図１に示すように、加熱手段であるヒートポンプユニット３を屋外Ｂに設置し、貯湯タンクユニット１を２４時間暖房の屋内Ａに設置した場合には、屋内Ａに配管される給水管４内の給水が暖められ所謂なまった給水となり、給湯初期はこのなまった給水が給湯混合弁２５へ供給されるが、そのうち屋外Ｂの給水管４内に入っていた温度の低い給水に変わる瞬間が来るが、この時どうしてもアンダーシュートが発生してしまいこれが常に繰り替えされるものであった。

しかし、この発明では、週に１回の周期で外気温度サーミスタ４９による外気温検知で現在の季節を判断し、今外気温が５℃以下を検知すれば制御部４０は冬季と判断し、次に凍結防止サーミスタ４７が貯湯タンクユニット１内の温度を検知し、この温度が１５℃以上の場合には、制御部４０は季節が冬で、貯湯タンクユニット１が屋内Ａに設置されていると判断し、初回の給湯時にアンダーシュートが発生すると予測する。

そして、初回の給湯時に給湯温度センサ２７と給湯フローセンサ４４で給湯開始からアンダーシュートが発生するまでの給湯量を学習し、ここから給湯開始からアンダーシュートが発生するまでの時間を演算するもので、例えば（アンダーシュート発生までの給湯量：６Ｌ）÷（給湯時の流量：８Ｌ／ｍｉｎ）＝０．７５ｍｉｎ＝４５秒となり、給湯開始から４５秒後にアンダーシュートが発生することになる。

そこで次回の給湯時からは、アンダーシュートが発生する時間になると、（給湯設定温度−学習給水温度）÷（貯湯温度−学習給水温度）×１００＝移行開度（％）に給湯混合弁２５の開度に制御され、弁開度を給水小側で高温水側を大きくなるように切替るようにしたものであり、又学習給水温度とはそれまでの給湯時の給水温度から演算で求められた平均的な温度である。

これにより暖房中の屋内Ａに配管された給水管４内で暖められ所謂なまった給水から、屋外Ｂ配置の給水管４内の給水に切り替わる時に発生していたアンダーシュートを、確実に防止して常に設定温度で良好な給湯が得られるものであり、又このアンダーシュート防止制御は、外気温度サーミスタ４９が所定温度以上を検知することで解除され通常の制御に戻されるものである。

Ａ 屋内
Ｂ 屋外
１ 貯湯タンクユニット
２ 貯湯タンク
３ 加熱手段（ヒートポンプユニット）
４ 給水管
５ 給湯管
１０ 出湯管
２５ 給湯混合弁
４０ 制御部
４７ 機内温度センサ（凍結防止サーミスタ）
４９ 外気温度サーミスタ

Claims (1)

1. 湯水を貯湯する貯湯タンクと、該貯湯タンクに給水する給水管と、該貯湯タンク内の湯水を貯湯タンクから出湯する出湯管と、出湯管からの高温水と給水管からの給水とを混合して給湯管に供給する給湯混合弁とを備えた貯湯タンクユニットと、貯湯タンク下部からの給水を加熱して該貯湯タンク上部に戻す加熱循環回路を備えた加熱手段とを備え、前記貯湯タンクユニット内には、ユニット内の温度を検知する機内温度センサを設け、更に加熱手段内には外気温度を検知する外気温度サーミスタを設けたものに於いて、前記外気温度サーミスタが検知する外気温度で季節条件を判断し、前記機内温度センサが検知する機内温度で、貯湯タンクユニットが屋内設置か屋外設置かの設置条件を判断し、季節が冬で貯湯タンクユニットが屋内設置の時には、初回給湯時にアンダーシュート発生までの給湯量を学習し、次回の給湯時にはこの学習値によりアンダーシュート前に給湯混合弁の弁開度を給水小側に切替るようにした事を特徴とする貯湯式給湯装置。

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