JP2011163599A

JP2011163599A - 給湯システム

Info

Publication number: JP2011163599A
Application number: JP2010024505A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Nagata; 訓永田; Hironobu Hori; 堀　　宏展; Shinji Yamawaki; 信二山脇; Nobuhiko Toda; 亘彦戸田; Shinya Sawada; 慎也澤田
Original assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2010-02-05
Filing date: 2010-02-05
Publication date: 2011-08-25
Anticipated expiration: 2030-02-05
Also published as: JP5658465B2

Abstract

【課題】品質の向上を図りつつ、ランニングコストを抑えた給湯システムを提供する。
【解決手段】給湯システムＡは、給水配管から供給される水及び水を加熱した湯を貯めるとともに、タンク内に貯めた湯が給湯配管を介して給湯負荷に供給される貯湯タンク１と、ヒートポンプで加熱した湯を貯湯タンク１内に入れる給湯器２と、貯湯タンク１及び給湯器２の動作を制御する制御装置３とを備える。給湯器２は、予め設定された深夜時間帯において分電盤８ｂから電源が供給され、制御装置３は、分電盤８ｂと異なる分電盤８ａから電源が常時供給される。そして、制御装置３は、上記の深夜時間帯において給湯器２に沸上動作を行わせるのである。
【選択図】図１

Description

本発明は、給湯システムに関するものである。

従来より、湯水を貯める貯湯タンクと、貯湯タンクから供給される低温の水をヒートポンプで沸かして、貯湯タンクに送り込む給湯器とを備え、貯湯タンクに貯湯された温水を、送湯配管を介して給湯負荷（例えば浴槽など）に供給するヒートポンプ式給湯装置が提供されている（例えば特許文献１参照）。

このヒートポンプ式給湯装置では、貯湯タンク内の全量を電気料金の安価な深夜時間帯に沸かし、１日の必要湯量が貯湯タンクの容量を超える場合には電気料金の高い昼間時間帯（深夜時間帯以外の時間帯）に不足分を沸かすようになっている。

特開２００４−１３２６２８号公報（段落［００１９］−段落［００２７］、及び、第１図−第４図）

上述の特許文献１に示したヒートポンプ式給湯装置では、１日の必要湯量が貯湯タンクの容量を超える場合には、電気料金の高い昼間時間帯において不足分を沸かす必要があることから、ランニングコストが高くなる場合があった。

また、このようなヒートポンプ式給湯装置では、一般に貯湯タンクの電源と給湯器の電源とが１つの電源系統から供給されるようになっており、例えば故障や漏電などによって電源が遮断された場合には貯湯タンクの電源も遮断されるため、給湯負荷に供給する湯の温度を制御できない可能性があった。

本発明は上記問題点に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、品質の向上を図りつつ、ランニングコストを抑えた給湯システムを提供することにある。

上記課題を解決するために第１の発明は、給水管路から供給される水及び水を加熱した湯を貯めるとともに、タンク内に貯めた湯が給湯管路を介して給湯負荷に供給される貯湯タンクと、ヒートポンプで加熱した湯を貯湯タンク内に入れる給湯器と、貯湯タンク及び給湯器の動作を制御する制御装置とを備え、給湯器は、予め設定された深夜時間帯において第１の電源系統から電源が供給され、制御装置は、第１の電源系統と異なる第２の電源系統から電源が常時供給されるとともに、深夜時間帯において給湯器に沸上動作を行わせることを特徴とするものである。

第２の発明は、第１の発明において、深夜時間帯を設定する設定手段を設けたことを特徴とするものである。

第３の発明は、第１の発明において、給湯器及び制御装置はそれぞれ通信機能を有し、制御装置は、給湯器との間で通信が確認されると給湯器に沸上動作を開始させることを特徴とするものである。

第４の発明は、第１〜第３の何れかの発明において、制御装置は、深夜時間帯が経過する前に給湯器の沸上動作を停止させることを特徴とするものである。

第５の発明は、第３の発明において、深夜時間帯を設定する設定手段を備え、制御装置は、設定手段により設定した深夜時間帯と、給湯器との間で通信が確認された時間とに基づいて、給湯器の沸上動作を停止させる時間を算出し、深夜時間帯が経過する前に給湯器の沸上動作を停止させることを特徴とするものである。

第６の発明は、第３の発明において、深夜時間帯を設定する設定手段を備え、制御装置は、第１の電源系統から給湯器に電源が供給されて給湯器との間で通信が確認できた場合、この通信を確認した時間が設定手段により設定した深夜時間帯から外れていると、第１の電源系統が遮断されても異常と判断しないことを特徴とするものである。

品質の向上を図りつつ、ランニングコストを抑えた給湯システムを提供することができるという効果がある。

本実施形態の給湯システムの一例を示す配線系統図である。（ａ）は同上の一例を示す配管系統図、（ｂ）は同上を構成する制御装置のブロック図である。同上の動作を説明する説明図である。同上の動作を説明するフローチャートである。

本発明に係る給湯システムの実施形態を図１〜図４に基づいて説明する。本給湯システムは、例えば食器洗浄機や浴槽などの給湯負荷に湯を供給するために用いられる。

図２（ａ）は本実施形態の給湯システムＡの一例を示す配管系統図であり、本給湯システムＡは、貯湯タンク１と、給湯器２と、制御装置３と、切替弁４と、温度センサ５と、リモコン７とを主要な構成要素として備えている。

貯湯タンク１は、メインタンク１ａと、１乃至複数台（図２（ａ）では３台）のサブタンク１ｂ〜１ｄとで構成されている。メインタンク１ａ及びサブタンク１ｄの底部には給水配管（給水管路）１１が接続されており、給水配管１１を介して供給される水をタンク内に貯留する。また、メインタンク１ａ及びサブタンク１ｂの頂部には送湯配管１４ｃ，１４ｄがそれぞれ接続されており、給湯器２から送湯配管１４ｃ，１４ｄを介して送られた湯をタンク内に貯める。さらに、サブタンク１ｂの底部とサブタンク１ｃの頂部との間には送湯配管１４ｅが接続され、サブタンク１ｃの底部とサブタンク１ｄの頂部との間には送湯配管１４ｆが接続されている。そして、送湯配管１４ｄを介してサブタンク１ｂに送られた湯は、サブタンク１ｂが一杯になると送湯配管１４ｅを介してサブタンク１ｃに送られ、さらにサブタンク１ｃが一杯になると送湯配管１４ｆを介してサブタンク１ｄに送られる。つまり、本実施形態では、サブタンク１ｂ〜１ｄが直列的に接続されていることから、サブタンク１ｂ，１ｃ，１ｄの順に湯が貯められることになる。

メインタンク１ａ及びサブタンク１ｂ〜１ｄに貯められた湯は、送湯配管１４ｂ〜１４ｆを介して、給湯負荷６が接続された給湯配管（給湯管路）１２に送られ、給湯負荷６で使用される。ここにおいて、給湯負荷６としては、台所や浴室内の給水給湯栓や、給水給湯栓に接続された浴槽、食器洗浄機などがある。なお、メインタンク１ａ及びサブタンク１ｂ〜１ｄから湯が給湯配管１２に送られると、給水配管１１の水圧によりタンク内に水が充填され、タンク内は常に満水状態となっている。そして、タンク内に貯められた湯水の温度は下側ほど低温で、上側に行くほど高温となるような温度分布となっている（図２（ａ）参照）。また、サブタンク１ｂ〜１ｄから湯を供給する場合には、サブタンク１ｄ，１ｃ，１ｂの順に湯が消費されることになる。

給湯器２はヒートポンプで水を加熱する従来周知の給湯器であって、本実施形態では４台接続されている。各給湯器２は、メインタンク１ａ及びサブタンク１ｄの底部に接続された送水配管１３を介してタンク内の水を取り込み、ヒートポンプで加熱する。また、各給湯器２の湯取出口は、送湯配管１４ａ〜１４ｄ及び切替弁４を介してメインタンク１ａ及びサブタンク１ｂの頂部に接続されており、各給湯器２で沸かされた湯は送湯配管１４ａ〜１４ｄを介してメインタンク１ａ及びサブタンク１ｂに戻される。ここにおいて、送水配管１３及び送湯配管１４ａは、それぞれ各給湯器２に対して分岐配管されている。なお、切替弁４には従来周知の三方弁を用いており、制御装置３からの切替信号に応じて、湯の貯留先がメインタンク１ａ又はサブタンク１ｂ〜１ｄの何れかに切り替えられる。

温度センサ５は、メインタンク１ａ、サブタンク１ｂ〜１ｄにそれぞれ貯められた湯水の温度を１乃至複数のレベル位置で測定し、測定結果を制御装置３に出力する。

制御装置３は、図２（ｂ）のブロック図に示されるように、演算処理部３１と、メモリ３２とを備えている。演算処理部３１は、予め組み込まれたプログラムを実行することによって、各給湯器２の動作を制御するとともに、切替弁４の切替制御を行う。また、演算処理部３１には、温度センサ５の測定結果が入力されるようになっており、メインタンク１ａ及びサブタンク１ｂ〜１ｄの所定レベルにおける湯温をもとに所定温度以上の湯がどれだけ貯められているかを算出する。

さらに、演算処理部３１には、リモコン７の入力部７１及びディスプレイ７２が接続されており、入力部７１は給湯システムＡの給湯動作に関わる各種の設定を利用者が行うために用いられる。また、ディスプレイ７２は、例えば液晶ディスプレイからなり、演算処理部３１によって表示内容が制御されて、各種の設定を行うための設定画面や給湯システムＡの動作状態を示す画面などを表示する。なお、本実施形態の演算処理部３１には、各給湯器２との間で通信を行うための通信機能が設けられているが、その詳細については後述する。

メモリ３２は、例えば不揮発性のメモリからなり、入力部７１を用いて入力された各種の設定内容を記憶する。なお、図２（ａ）では、１台（図中の一番下）の給湯器２のみが制御装置３に接続された図となっているが、実際にはすべての給湯器２が制御装置３に接続されている。そして、制御装置３は、貯湯タンク１に貯める湯量に応じて、１乃至複数台の給湯器２を稼動させるのである。

図１は本実施形態の給湯システムＡの配線系統図であり、図中の破線ａで囲まれた領域は屋内側の工事範囲を示している。つまり、上述した貯湯タンク１、給湯器２及び制御装置３はすべて屋外に設置されることになる。屋内側には上述のリモコン７と、貯湯タンク１及び制御装置３に電源を供給するための分電盤（第２の電源系統）８ａと、各給湯器２にそれぞれ電源を供給するための分電盤（第１の電源系統）８ｂとが設置されており、分電盤８ａ，８ｂにはそれぞれ単相２００Ｖの交流電源が外部から入力される。そして、分電盤８ａに入力された交流電源は電源線１５を介して貯湯タンク１に供給され、分電盤８ｂに入力された交流電源は電源線１５を介して各給湯器２にそれぞれ供給される。

制御装置３は、メインタンク１ａとともに筐体（図示せず）内に収納されており、メインタンク１ａに対して供給された交流電源をもとに電源回路（図示せず）によって生成された所定の制御電源が供給されるようになっている。また、制御装置３には、リモコン７からの信号線１６が接続されるとともに、各給湯器２からの通信線１７が接続されている。さらに、各サブタンク１ｂ〜１ｄには、上述したように１乃至複数の温度センサ５が取り付けられていることから、制御装置３には各温度センサ５からの信号線１８も接続されている。なお、図１中の９ａ，９ｂは、それぞれ壁材Ｗ１の裏面側（室内と反対側）に設けられたプルボックスである。

ここにおいて、本実施形態では、貯湯タンク１及び制御装置３に電源を供給する分電盤８ａに対しては所謂従量電灯の契約がなされており、貯湯タンク１及び制御装置３には電源が常時供給されるようになっている。また、各給湯器２に電源を供給する分電盤８ｂに対しては、深夜時間帯（電力会社との契約条件で決まり、例えば２３時〜７時など）にのみ電源が供給される深夜電力の契約がなされている。したがって、給湯器２には上記の深夜時間帯にのみ電源が供給されることから、貯湯タンク１に貯められる湯は上記の深夜時間帯に沸き上げられることになる。

また、本実施形態の給湯システムＡでは、上記の深夜時間帯をリモコン７により自由に設定できるようになっており、電力会社との契約条件に応じて利用者が予め設定する。具体的には、利用者がリモコン７の入力部７１により深夜時間帯（例えば２３時〜７時）を入力すると、制御装置３の演算処理部３１は、入力された深夜時間帯をメモリ３２に記憶させる。そして、演算処理部３１は、メモリ３２に記憶させた深夜時間帯に基づいて、給湯器２に沸上動作を行わせるのである。ここに、本実施形態では、リモコン７の入力部７１と、制御装置３の演算処理部３１とで深夜時間帯を設定する設定手段が構成されている。

ところで、電力会社との契約変更によって上記の深夜時間帯が変更されたり、制御装置３の演算処理部３１に設けられた計時機能の誤差が蓄積した場合には、制御装置３では正確な深夜時間帯を知ることができなくなってしまう。そこで、本実施形態では、上記の通信機能を利用して現在時刻が深夜時間帯か否かを判別できるようになっている。具体的には、制御装置３が給湯器２に対して定期的に通信処理を行い、給湯器２との間で通信が確認できた場合には、分電盤８ｂから給湯器２に電源が供給されていることになるので、制御装置３は現在時刻が深夜時間帯であると判別できる。つまり、給湯器２との間で通信が確認できない場合には、給湯器２に給電されていない時間帯、すなわち深夜時間帯以外の時間帯となる。そして、制御装置３は、上記の通信によって現在時刻が深夜時間帯であると判断した場合には給湯器２の沸上動作を開始し、現在時刻が深夜時間帯でないと判断した場合には給湯器２の沸上動作を行わないのである。その結果、電力会社との契約変更によって深夜時間帯が変更されたり、制御装置３の演算処理部３１に設けられた計時機能の誤差が蓄積した場合でも、深夜時間帯を特定することができるので、給湯器２の沸上動作を確実に実行することができる。

また、給湯器２の沸上動作中に分電盤８ｂからの給電が遮断された場合には、給湯器２の内部部品に悪影響を与える虞があることから、分電盤８ｂからの給電が遮断される前に給湯器２の沸上動作が終了するように制御するのが好ましい。具体的には、図３に示すように、設定手段により設定した深夜時間帯は２３時〜７時であることから分電盤８ｂの給電時間は８時間となる。また、制御装置３の演算処理部３１は、時刻Ｔ１のときに給湯器２との間で通信が確認できている。したがって、制御装置３の演算処理部３１は、分電盤８ｂの給電時間（図３に示す例では８時間）と、給湯器２の沸上動作の開始時間Ｔ１とに基づいて、給湯器２の沸上動作の終了時間Ｔ２を、分電盤８ｂの給電終了時間よりも短い時間（例えば、−３０分）に設定する。その結果、分電盤８ｂの給電時間が経過する前に給湯器２の沸上動作を終了できるので、給湯器２の沸上動作中に電源が遮断されることがなく、給湯器２の内部部品への悪影響を防止できるとともに、給湯器２を安全に停止させることができる。また、実際の深夜時間帯が、設定手段により設定した深夜時間帯からずれた場合でも、設定手段により設定した深夜時間帯から算出される給電時間と、給湯器２との間で通信が確認できた時間とに基づいて正確な給電終了時間を算出することができ、同様に給湯器２を安全且つ確実に停止させることができる。なお、図３に示す時間は一例であって、分電盤８ｂの給電時間が経過する前に給湯器２を停止できればよく、適宜設定すればよい。

次に、この給湯システムＡの一連の動作について、図４に基づいて説明する。なお、図４中の沸上開始条件とは貯湯タンク１の全量が沸き上げられていないことをいい、沸上終了条件とは貯湯タンク１の全量が沸き上げられていることをいう。また、図４中の運転時間帯とは給湯器２の沸上動作を許可する時間帯であり、上述したリモコン７の入力部７１により予め設定される。さらに、図４中の稼動時間は給湯器２を稼動できる時間であり、本実施形態では上記の深夜時間帯に相当する。

まず最初に、制御装置３の演算処理部３１は、給湯器２との間で通信を確認し（ステップＳ１）、通信が確認できない場合には（ステップＳ１のＮｏ）、ステップＳ１の処理に戻る。一方、給湯器２との間で通信が確認できた場合には（ステップＳ１のＹｅｓ）、演算処理部３１は、上記の沸上開始条件を満たしているか否かを判別する（ステップＳ２）。そして、演算処理部３１は、上記の沸上開始条件を満たしていないと判断した場合には（ステップＳ２のＮｏ）、ステップＳ１の処理に戻り、上記の沸上開始条件を満たしていると判断した場合には（ステップＳ２のＹｅｓ）、続けて現在時刻が運転時間帯であるか否かを判別する（ステップＳ３）。演算処理部３１は、現在時刻が運転時間帯でないと判断した場合には（ステップＳ３のＮｏ）、ステップＳ１の処理に戻り、現在時刻が運転時間帯であると判断した場合には（ステップＳ３のＹｅｓ）、給湯器２に対してヒートポンプ沸上指令を出力し、給湯器２に沸上動作を開始させる（ステップＳ４）。

その後、演算処理部３１は、上記の沸上終了条件を満たしているか否かを判別し（ステップＳ５）、上記の沸上終了条件を満たしていないと判断した場合には（ステップＳ５のＮｏ）、給湯器２の沸上動作を継続させる。このとき、演算処理部３１は、現在時刻が給湯器２の稼動時間外であるか否か、及び、現在時刻が運転時間外であるか否かを判別し（ステップＳ６）、現在時刻が稼動時間内且つ運転時間内であると判断した場合には（ステップＳ６のＮｏ）、ステップＳ５の処理に戻る（つまり給湯器２の沸上動作を継続させる。）。また、演算処理部３１は、現在時刻が稼動時間外（つまり深夜時間外）であるか、又は、現在時刻が運転時間外であると判断した場合には（ステップＳ６のＹｅｓ）、給湯器２に対してヒートポンプ停止指令を出力し、給湯器２の沸上動作を停止させる（ステップＳ７）。その後、演算処理部３１はステップＳ１の処理に戻る。

また、演算処理部３１は、ステップＳ５において上記の沸上終了条件を満たしていると判断した場合には（ステップＳ５のＹｅｓ）、給湯器２に対してヒートポンプ停止指令を出力し、給湯器２の沸上動作を停止させる（ステップＳ７）。その後、演算処理部３１はステップＳ１の処理に戻る。

ところで、このような給湯システムＡでは、例えばメンテナンスのために深夜時間帯以外の時間帯において給湯器２に電源が供給される場合があり、この場合、メンテナンス終了後に電源が遮断されると給湯器２と制御装置３との間で通信異常が発生する。そのため、従来ではリモコン７のディスプレイ７２に通信異常を示すエラー表示がなされ、利用者（作業者）はこのエラー表示を解除することになる。そこで、本実施形態では、給湯器２に電源が供給される時間帯が、予め設定した深夜時間帯から外れている場合には、異常判断しないようになっている。具体的には、給湯器２との間で通信が確認できた時間が、上述した設定手段（入力部７１及び演算処理部３１）により設定した深夜時間帯から外れている場合、制御装置３の演算処理部３１は、メンテナンスなどの作業を行っていると判断する。そして、演算処理部３１は、給湯器２の電源がその後に遮断されても正常であると判断し、エラー表示を行わないのである。その結果、利用者（作業者）はエラー解除などの作業をしなくてもいいことから、作業性がよく且つ使い勝手のよい給湯システムＡを提供することができる。

而して、本実施形態によれば、給湯器２の電源系統（分電盤８ｂ）と制御装置３の電源系統（分電盤８ａ）を別々にしていることから、例えば故障や漏電などで給湯器２の電源が遮断された場合でも制御装置３に電源を供給することができ、その結果、貯湯タンク１から給湯負荷６に供給する湯の温度を確実に制御することができる。また、予め設定された深夜時間帯にのみ給湯器２の沸上動作を行うことから、昼間時間帯にも沸上動作を行う場合に比べて、ランニングコストを抑えることができる。さらに、設定手段（本実施形態では入力部７１及び演算処理部３１）を設けることによって、電力会社との契約内容に応じて、深夜時間帯を自由に設定することができる。

なお、本実施形態では、給湯器２が４台の場合を例に説明したが、給湯器２の台数は、利用者が１日に使用する総湯量に基づいて決定されるものであり、４台に限定されるものではない。したがって、給湯器２が１台の場合もあるし、２台、３台、或いは５台以上の場合もある。また、サブタンクの個数も本実施形態に限定されるものではなく、使用環境等に応じて適宜設定すればよい。さらに、本実施形態では、サブタンク１ｂ〜１ｄを直列的に接続しているが、並列的に接続してもよい。また、貯湯タンク１はメインタンク１ａのみで構成してもよい。さらに、本実施形態では、貯湯タンク１から供給された水をヒートポンプで加熱し、加熱後の湯を貯湯タンク１に戻しているが、例えば給水設備から直接給湯器２に給水してヒートポンプで加熱し、加熱後の湯を貯湯タンク１に入れるようにしてもよい。

１貯湯タンク
１ａメインタンク
１ｂ〜１ｄサブタンク
２給湯器
３制御装置
６給湯負荷
８ａ分電盤（第２の電源系統）
８ｂ分電盤（第１の電源系統）
１１給水配管（給水管路）
１２給湯配管（給湯管路）
Ａ給湯システム

Claims

給水管路から供給される水及び水を加熱した湯を貯めるとともに、タンク内に貯めた湯が給湯管路を介して給湯負荷に供給される貯湯タンクと、
ヒートポンプで加熱した湯を前記貯湯タンク内に入れる給湯器と、
前記貯湯タンク及び前記給湯器の動作を制御する制御装置とを備え、
前記給湯器は、予め設定された深夜時間帯において第１の電源系統から電源が供給され、前記制御装置は、前記第１の電源系統と異なる第２の電源系統から電源が常時供給されるとともに、前記深夜時間帯において前記給湯器に沸上動作を行わせることを特徴とする給湯システム。
前記深夜時間帯を設定する設定手段を設けたことを特徴とする請求項１記載の給湯システム。
前記給湯器及び前記制御装置はそれぞれ通信機能を有し、前記制御装置は、前記給湯器との間で通信が確認されると前記給湯器に沸上動作を開始させることを特徴とする請求項１記載の給湯システム。
前記制御装置は、前記深夜時間帯が経過する前に前記給湯器の沸上動作を停止させることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の給湯システム。
前記深夜時間帯を設定する設定手段を備え、前記制御装置は、前記設定手段により設定した前記深夜時間帯と、前記給湯器との間で通信が確認された時間とに基づいて、前記給湯器の沸上動作を停止させる時間を算出し、前記深夜時間帯が経過する前に前記給湯器の沸上動作を停止させることを特徴とする請求項３記載の給湯システム。
前記深夜時間帯を設定する設定手段を備え、前記制御装置は、前記第１の電源系統から前記給湯器に電源が供給されて前記給湯器との間で通信が確認できた場合、この通信を確認した時間が前記設定手段により設定した前記深夜時間帯から外れていると、前記第１の電源系統が遮断されても異常と判断しないことを特徴とする請求項３記載の給湯システム。