JP2012021689A

JP2012021689A - 給湯システム

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Publication number: JP2012021689A
Application number: JP2010159154A
Authority: JP
Inventors: Shinya Sawada; 慎也澤田; Hironobu Hori; 堀　　宏展; Shinji Yamawaki; 信二山脇; Osamu Yoshii; 理芳井; Nobuhiko Toda; 亘彦戸田; Tsutomu Nagata; 訓永田
Original assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2010-07-13
Filing date: 2010-07-13
Publication date: 2012-02-02

Abstract

【課題】貯湯式給湯器と、それを補助する補助給湯器とを連携して給湯する給湯システムにおいて、それら給湯器間の出湯切替を不要にして構成を簡単にできると共に、即湯性を高める。
【解決手段】給湯システム１は、貯湯式給湯器２と、ガス給湯器等の補助給湯器３と、カラン４と、システム全体を制御する制御部９と、温度設定のための設定部１０と備え、補助給湯器３は出湯温度Ｔｂを検知する温度センサ３２を有する。貯湯式給湯器２が上流側に、補助給湯器３が下流側に位置して直列に配置される。補助給湯器３を通る温湯は設定温度Ｔｓより低下したときに、補助給湯器３が自動的に稼働状態となり補助給湯器３により設定温度に加熱されカラン４から出湯される。従って、貯湯式給湯器２からの温湯を、即湯性の高い補助給湯器３から一定温度にして出湯するので、両給湯器２、３間の出湯切替用の切替弁や制御装置をなくし構成を簡単にできると共に、即湯性が高まる。
【選択図】図１

Description

本発明は、貯湯式給湯器とそれを補助する補助給湯器とを連携して動作させ出湯する給湯システムに関する。

この種の給湯システムの例を、図７（ａ）（ｂ）に示す。この給湯システムにおいては、ヒートポンプを有する貯湯式給湯器１０１とガス給湯器１０２とは、並列接続され、それらの出湯配管は切替弁１０３を介して出湯端末に接続され、一方の給湯温度が低下したとき、他方に切り替えて給湯する。ここに、貯湯式給湯器１０１に十分湯がある場合は、図７（ａ）に示すように、貯湯式給湯器１０１より出湯し、貯湯式給湯器１０１に十分湯がない場合は、図７（ｂ）に示すように、ガス給湯器１０２より出湯する。このように切り替えるハイブリッド制御は、切替制御装置１０４により行われる。

また、この種の給湯システムとして、出湯側を共通として並列接続された貯湯式給湯器とガス給湯器とに、給水管からそれぞれの電動弁を介して給水し、各電動弁を切り替えて、それそれの出湯を切り替える給湯システムが知られている（例えば、特許文献１参照）。この給湯システムは、昼間などに貯湯式給湯器を用い、貯湯式給湯器で給湯できないときにガス給湯器を稼働してランニングコストを抑え、二酸化炭素の排出量を低減している。

特開２００９−９７８０４号公報

しかしながら、この種の給湯システムにおいては、貯湯式給湯器１０１とガス給湯器１０２とを切り替えて出湯するので、出湯切替のための切替弁１０３や切替制御装置１０４を必要とする。また、特許文献１に示される給湯システムにおいては、貯湯式給湯器とガス給湯器とを、それぞれの電動弁による給水を切り替えて出湯するため、切替制御装置と共に複数の電動弁を必要とする。このように、いずれの場合も切替弁や電動弁及び切替制御装置等を必要とし構成が複雑となっている。

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、貯湯式給湯器と、それを補助する給湯器とを連携して給湯する構成にあって、給湯器間での出湯切替を不要として構成を簡単とした給湯システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明の給湯システムは、貯湯式給湯器と、それを補助する補助給湯器とを備えた給湯システムにおいて、前記貯湯式給湯器が上流側に、前記補助給湯器が下流側に位置するように直列に配置し、前記補助給湯器を通る温湯が設定温度より低下したときに前記補助給湯器が自動的に稼働状態となることを特徴とする給湯システム。

この給湯システムにおいて、前記補助給湯器の設置位置を、出湯するための吐水口の近くにすることが好ましい。

この給湯システムにおいて、前記貯湯式給湯器による沸上設定温度を当該給湯器の最大沸上可能温度よりも低く設定することが好ましい。

この給湯システムにおいて、前記貯湯式給湯器の貯湯熱量が不足してきたとき、給湯温度を下げて吐水し、当該貯湯熱量が一定量以上となったときには、給湯温度を元に戻すことが好ましい。

この給湯システムにおいて、前記補助給湯器をガス給湯器とし、前記貯湯式給湯器からの給湯温度が設定温度で出湯できないときは、当該給湯温度を前記ガス給湯器の着火可能温度とすることが好ましい。

本発明の給湯システムによれば、貯湯式給湯器からの給湯が補助給湯器を通して設定温度で出湯されるので、両給湯器を並列接続する場合に比べて、それらの出湯切替の必要がなく、そのための切替弁や切替制御装置などが不要となり、構成を簡単にできる。

本発明の一実施形態に係る給湯システムの構成図。同上システムの貯湯式給湯器からの給湯温度が設定温度より低い場合の給湯制御を説明する図。同上システムにおける補助給湯器をカランの近くに配置したときの構成図。（ａ）上記構成において給湯終了直後の配管の温度状態を示す図、（ｂ）は停止後、一定時間経過後の配管の温度状態を示す図、（ｃ）は再給湯時の配管の温度状態を示す図。同上システムにおける貯湯式給湯器の沸上温度を最大沸上可能温度より低く、沸上効率の良い温度に設定した状態を説明する図。同上システムにおける貯湯式給湯器の貯湯量が不足したときに貯湯式給湯器からの給湯温度を低く設定した状態を説明する図。（ａ）は従来の給湯システムの貯湯式給湯器に湯が十分あるときの弁切替を説明する図、（ｂ）は同貯湯式給湯器に湯が十分ないときの弁切替を説明する図。

本発明の一実施形態に係る給湯システムについて、図１及び図２を参照して説明する。図１に示されるように、給湯システム１は、貯湯式給湯器２、それを補助するガス給湯器などの補助給湯器３、出湯端末となるカラン（吐水口）４、給水管５、混合弁６、中継配管７、出湯配管８、制御部９、及び設定部１０を有する。混合弁６は貯湯式給湯器２に含まれ貯湯式給湯器２からの給湯温度を調節するための温度調整弁であり、中継配管７は貯湯式給湯器２と補助給湯器３とを繋ぎ、出湯配管８は補助給湯器３とカラン４とを繋ぐための配管である。制御部９はシステム全体を制御し、設定部１０は給湯温度等を設定するためのものである。

給湯システム１は、貯湯式給湯器２が上流側に、補助給湯器３が下流側に位置するように直列に配置され、貯湯式給湯器２からの温湯が中継配管７を介して補助給湯器３を通り、出湯配管８を介してカラン４に出湯される。この給湯システム１は、補助給湯器３を通る温湯が設定温度（Ｔｓ）より低下したときに、補助給湯器３が自動的に稼働し、貯湯式給湯器２の貯湯熱量の不足した熱量分を補助給湯器３で補って給湯するものである。

貯湯式給湯器２は、給水を沸かし上げる熱源機２１と、この熱源機２１で沸き上げた温湯を貯湯するタンク２２と、タンク２２の貯湯量を検知するための湯量センサ２３とを有し、タンク２２の上部側に混合弁６が取付けられている。混合弁６は、三方弁を有し、その２方にそれぞれ給水管５とタンク２２上部からの出湯配管２４とが接続され、残りの一方に中継配管７が接続されている。

熱源機２１は、送揚ポンプ（不図示）を有しており、タンク２２の底部から接続配管を介して水を吸引して沸かし上げる。この沸上湯は他の接続配管を介してタンク２２の頂部へ給湯される。また、熱源機２１は、制御部９で制御され、設定部１０で設定された沸上温度になるように給水を沸き上げる。通常、この沸上温度は９０℃近くに設定されている。なお、熱源機２１としては、ヒートポンプ等が用いられる。

タンク２２は、その底部側で給水管５に繋がれ給水圧により圧入される水を貯留し、その頂部側で熱源機２１からの沸上湯を貯湯していく。ここで、タンク２２内には、その頂部から底部に向って、高温領域２２ａと、中温及び低温となる中低温領域２２ｂとの温度成層が形成される。これらの領域における層幅は、貯湯式給湯器２からの出湯量に伴って変化し、出湯量が多いと高温湯が減って高温領域２２ａが狭くなり中低温領域２２ｂが広くなるようになる。

混合弁６は、貯湯式給湯器２からの給湯温度Ｔａを設定温度Ｔｓに設定して出湯するためのものであり、タンク２２から出湯配管２４を介して供給される温湯と給水管５からの給水とを混合し、その混合比を可変して、混合湯の温度を調整し出湯する。この混合弁６は、タンク２２の頂部の湯温（例えば、９０℃）と底部の給水温度とに基づきその混合比が調整され、制御部９により混合湯からの給湯温度Ｔａが設定部１０で設定された設定温度Ｔｓになるように制御される。なお、混合弁６は、貯湯式給湯器２からの給湯温度Ｔａを設定温度Ｔｓに設定して出湯できるものであればこれに限らない。また、給水管５からの給水温度は、給水管５側に温度センサ（不図示）を設けるなどして検出される。

湯量センサ２３は、例えば、タンク２２表面の上部から下部にかけて配置される複数の温度センサを有する。この温度センサは、タンク２２の各位置の湯温を検出し、その温度検出信号を制御部９に送る。制御部９は温度検出信号による温度情報や温度センサの位置情報等によりタンク２２の貯湯量や給湯温度を検出する。なお、湯量センサ２３は、タンク２２の上部近くの給湯管（例えば、中継配管７）に流量計と温度センサを取付けて構成してもよい。また、温度センサに熱電対等を用いてもよい。

設定部１０は、給湯温度及び沸上温度等を設定するための入力手段（不図示）と、この入力手段からの入力されたそれらの設定温度のデータを記憶するための記憶部（不図示）とを有し、その記憶部の各データは制御部９に供給される。また、記憶部は、混合弁６により設定温度Ｔｓを得るための混合比も記憶している。制御部９は、この混合比を基に、中継配管７への給湯温度Ｔａを設定温度Ｔｓとするように混合弁６を制御する。

補助給湯器３は、給水を補助給湯器３の熱源により沸き上げる加熱部３１と、この加熱部３１からの給湯温度を検出するための温度センサ３２と、内部配管３３とを備え、内部配管３３は中継配管７と出湯配管８とに接続され、加熱部３１内を通過する。

加熱部３１は、補助給湯器３がガス給湯器の場合は、ガスバーナを熱源とする熱交換器（不図示）を用いればよく、熱交換器内を通る内部配管３３内の湯水を急速に加熱できるようになっている。温度センサ３２は、例えば、補助給湯器３の出湯口の内部配管３３の近くで出湯温度Ｔｂを検出し、その温度検出信号を制御部９に送る。制御部９は、この温度検出信号を基に出湯温度Ｔｂがユーザの希望する設定温度Ｔｓ（例えば、４２℃）となるように、加熱部３１を制御する。このとき、補助給湯器３からの出湯温度Ｔｂは、常に設定温度Ｔｓとなるように制御され、一定温度となって出湯配管８からカラン４に送出される。なお、補助給湯器３は、ガス給湯器以外に、電気温水器や、灯油、石油、太陽熱、燃料電池などによる他の熱源を用いた給湯器であってもよい。

制御部９は、湯量センサ２３及び温度センサ３２からの温度検出信号を基に、タンク２２の貯湯量や補助給湯器３の出湯熱量を検出し、給湯温度Ｔａ及び出湯温度Ｔｂが設定温度Ｔｓとなるように、混合弁６の混合比や加熱部３１の沸上温度などを制御する。なお、制御部９は、貯湯式給湯器２と補助給湯器３にそれぞれ設けてもよい。

ここで、制御部９による貯湯式給湯器２と補助給湯器３との直列制御について説明する。給湯システム１においては、貯湯式給湯器２及び補助給湯器３からのそれぞれの給湯温度Ｔａ及び出湯温度Ｔｂは、共に同じ設定温度Ｔｓとなるように設定される。貯湯式給湯器２は、カラン４から吐出する使用湯量が急増した場合には、タンク２２の貯湯量が不足し、混合弁６による給湯温度Ｔａの調整が限界となり、給湯温度Ｔａが設定温度Ｔｓに維持されずに低下する場合がある。このとき、制御部９は、温度センサ３２から温度低下を検知し、その不足した給湯量を補うために補助給湯器３を稼働させ、補助給湯器３からの出湯温度Ｔｂを常に設定温度Ｔｓにして給湯するように制御する。なお、制御部９は、温度センサ３２からでなく、湯量センサ２３から給湯量の不足を検知して、補助給湯器３からの出湯を制御してもよい。

ここでは、貯湯式給湯器２において、設定部１０により熱源機２１の沸上温度が、例えば最大沸上可能温度に近い９０℃に設定され、また、給湯温度Ｔａの設定温度Ｔｓが使用温度の４２℃に設定されている。このとき、混合弁６はその混合比が９０℃の高温湯と給水との混合湯が４２℃になるように設定され、貯湯式給湯器２からは、４２℃の温湯が補助給湯器３に供給される。

補助給湯器３においては、その出湯温度Ｔｂは給湯温度Ｔａと同じ４２℃の設定温度Ｔｓに設定されており、かつ、補助給湯器３への給湯の温度が設定温度Ｔｓと同じ４２℃なので、温度センサ３２の検出温度が４２℃となる。従って、制御部９は補助給湯器３を稼働させず、貯湯式給湯器２からの給湯は４２℃の状態で、そのまま内部配管３３をスルーし出湯配管８を通ってカラン４に給湯される。

ここで、使用湯量が増大し、カラン４から急激に温湯が出湯された場合、または、周囲温度の変化などでタンク２２の貯湯熱量が減って中低温領域２２ｂが増えたような場合は、貯湯式給湯器２からの給湯温度Ｔａが低下する。例えば、図２に示されるように、給湯温度Ｔａが設定温度の４２℃より低い３５℃となったとすると、制御部９は補助給湯器３の温度センサ３２からの温度検出信号を基に、補助給湯器３を稼働させ、その出湯温度Ｔｂが４２℃となるように加熱部３１を制御する。これにより、補助給湯器３からの出湯温度Ｔｂは、設定温度の４２℃に維持される。

本実施形態の給湯システム１によれば、貯湯式給湯器２からの給湯を補助給湯器３を通して出湯し、貯湯式給湯器２の給湯温度Ｔａが設定温度Ｔｓより低下した場合に、その出湯の不足熱量分を補助給湯器３で直接補い、一定温度で出湯する。従って、貯湯式給湯器と補助給湯器とを並列接続した場合と比較し、それらの給湯器２、３からの出湯を切り替える必要がなく、これにより、切替弁や切替制御装置が不要となり、構成が簡単になる。

図３は、給湯システム１において、補助給湯器３をカラン４の近くに配置したときの状態を示す。ここでは、例えば、貯湯式給湯器２が屋外に、補助給湯器３が屋内に配置されており、それらを接続する中継配管７が比較的長くなっている。このため、中継配管７からの放熱により貯湯式給湯器２からの給湯温度Ｔａが低下し易い。この給湯システム１は、補助給湯器３をカラン４に接近させることにより、貯湯式給湯器２とカラン４との間の中継配管７の途中で給湯温度Ｔａが低下しても、カラン４を開けた直後から設定温度Ｔｓで給湯できるようにするものである。

例えば、図４（ａ）に示されるように、貯湯式給湯器２からの給湯温度Ｔａが設定温度Ｔｓの状態で、給湯システム１の稼働が停止し給湯が終了した直後は、中継配管７の配管全長Ｌ及び出湯配管８での給湯温度Ｔａは、設定温度Ｔｓの状態となっている。また、図４（ｂ）に示されるように、システム停止後、一定時間が経過すると、中継配管７の配管全長Ｌ及び出湯配管８でのそれぞれの給湯温度Ｔａ及び出湯温度Ｔｂは、設定温度Ｔｓより低下する。また、図４（ｃ）に示されるように、給湯システム１の稼働が再開されたときは、貯湯式給湯器２に近い中継配管７のＬ１部分では、給湯温度Ｔａは設定温度Ｔｓとなるが、中継配管７の貯湯式給湯器２から離れたＬ２部分では設定温度Ｔｓに達していない。

このとき、補助給湯器３は、直ぐ稼働して加熱部３１で中継配管７からの給湯を加熱し、その出湯温度Ｔｂが設定温度Ｔｓになるように温度制御する。これにより、カラン４を開けると直ぐに設定温度Ｔｓの湯が出湯されるようになる。なお、補助給湯器３とカラン４とが接近するので、それらを結ぶ出湯配管８は短くなり、この出湯配管８での給湯温度の低下は殆どない。これにより、貯湯式給湯器２とカラン４までの配管における放熱により、配管内の湯温が低下した場合にも、貯湯式給湯器２からの給湯温度Ｔａに対する不足分の熱量を補助給湯器３で補い、設定温度Ｔｓで給湯することができる。

図５は、給湯システム１において、貯湯式給湯器２の沸上設定温度を当該給湯器２の最大沸上可能温度よりも低く設定した場合の状態を示す。一般に、熱源機２１は最大沸上可能温度（ほぼ９０℃）より低い温度において沸上効率が良い。

この給湯システム１においては、熱源機２１の沸上温度は、設定部１０で最大沸上可能温度よりも低く、例えば、沸上効率の良い温度とされる６５℃に設定されている。制御部９は、設定部１０で６５℃に設定された沸上設定温度に基いて、熱源機２１の沸上温度が６５℃になるように制御する。ここでは、制御部９は、タンク２２に貯湯量が十分あるときは、沸上温度を基に混合弁６を調整し、貯湯式給湯器２からの給湯温度Ｔａを設定温度Ｔｓ（ここでは、４２℃）に調整することができる。この場合、貯湯式給湯器２からの給湯は、補助給湯器３を通ってそのままカラン４に出湯される。

また、もし、タンク２２の貯湯量が十分でなく、制御部９が混合弁６で給湯温度Ｔａを設定温度Ｔｓに設定できなかった場合は、給湯温度Ｔａの温湯は低下した温度で、例えば、３５℃で中継配管７を通って補助給湯器３に供給される。このとき、この３５℃の給湯温度Ｔａの温湯は、補助給湯器３でバックアップされ設定温度４２℃に上げられてカラン４に給湯される。従って、いずれの場合も、カラン４から設定温度４２℃で出湯される。これにより、貯湯式給湯器２を最大沸上可能温度ではなく、沸上効率の良い６５℃で沸き上げた場合に、その給湯温度Ｔａが低下しても、補助給湯器３でバックアップされて不足熱量が補われるので、設定温度Ｔｓに維持される一定温度の出湯と、貯湯式給湯器２の運転効率化とを両立させることができる。

図６は、給湯システム１において、貯湯式給湯器２の貯湯熱量が不足してきたとき、給湯温度Ｔａを下げて吐水したときの中継配管７及び出湯配管８の温度状態を示す。

制御部９は、湯量センサ２３による温度検知を基に、例えば使用湯量が増えて、設定温度Ｔｓで出湯するためのタンク貯湯量が不足していることを検出すると、混合弁６の混合比を変えて給湯温度Ｔａを一時的に、例えば、３０℃に下げる。これと同時に、制御部９は、この３０℃の給湯を補助給湯器３で設定温度の４２℃まで沸き上げて、出湯温度Ｔｂを４２℃に保ってカラン４に出湯する。また、制御部９は、その後、使用湯量が減ってきて、タンク２２の貯湯量が増え、湯量センサ２３で貯湯熱量が一定量以上となったことを検出すると、設定温度Ｔｓを３０℃から元の４２℃の設定温度に戻す。すなわち、給湯システム１は、貯湯式給湯器２の貯湯熱量が低下後、再度一定量以上となったときに、給湯温度Ｔａを元の設定温度Ｔｓに戻すように制御される。

このとき、補助給湯器３は、給水温からではなく、３０℃の温湯を４２℃まで沸き上げればよいことになる。通常、補助給湯器３は、入力される給水の温度が低いほど出湯可能量が減り、給水温度が高いほど出湯可能量が増加する。ここでは、補助給湯器３は、３０℃から沸き上げればよいので、例えば、水温から４２℃まで沸き上げるタイプの補助給湯器に比べ、その出湯容量を小さくしても、十分な湯量を給湯することが可能となり、小型の給湯器を使用でき、省スペース化、低廉化が図れる。

また、補助給湯器３をガス給湯器とし、貯湯式給湯器２からの給湯温度Ｔａが設定温度Ｔｓで出湯できないときは、当該給湯温度Ｔａをガス給湯器の着火可能温度としてもよい。これにより、補助給湯器３は貯湯式給湯器２から温湯が供給されたとき、その温湯の温度で確実に着火するようにでき、補助給湯器３へ給湯の湯温が高いために発生する着火不良を防止することができる。

なお、本発明は、上記の実施形態の構成に限られず、発明の要旨を変更しない範囲で種々の変形が可能である。例えば、ガス給湯器等の補助給湯器を複数設け、それらを互いに直列に配置して貯湯式給湯器に直列接続してもよい。また、貯湯式給湯器は、直列に複数台あってもよい。また、複数の補助給湯器を互いに並列に接続し、かつ、それらを貯湯式給湯器に直列に接続してもよい。

１給湯システム
２貯湯式給湯器
３補助給湯器
４カラン（吐水口）
Ｔｓ設定温度
Ｔａ給湯温度

Claims

貯湯式給湯器と、それを補助する補助給湯器とを備えた給湯システムにおいて、
前記貯湯式給湯器が上流側に、前記補助給湯器が下流側に位置するように直列に配置し、前記補助給湯器を通る温湯が設定温度より低下したときに前記補助給湯器が自動的に稼働状態となることを特徴とする給湯システム。
前記補助給湯器の設置位置を、出湯するための吐水口の近くにしたことを特徴とする請求項１に記載の給湯システム。
前記貯湯式給湯器による沸上設定温度を当該給湯器の最大沸上可能温度よりも低く設定することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の給湯システム。
前記貯湯式給湯器の貯湯熱量が不足してきたとき、給湯温度を下げて吐水し、当該貯湯熱量が一定量以上となったときには、給湯温度を元に戻すことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の給湯システム。
前記補助給湯器をガス給湯器とし、
前記貯湯式給湯器からの給湯温度が設定温度で出湯できないときは、当該給湯温度を前記ガス給湯器の着火可能温度とすることを特徴とする請求項４に記載の給湯システム。