JP2012127531A - 給湯機 - Google Patents

Abstract

【課題】浴槽水を加熱するための熱交換器を備えた給湯機において、エネルギー消費量を抑制すること。
【解決手段】本発明の給湯機は、浴槽水を加熱するための熱交換器と、熱交換器にて浴槽水に熱を与えるための湯を熱交換器に送る第１の回路と、浴槽水を熱交換器に循環させる第２の回路と、使用者が省エネルギーモードを選択可能とする選択手段と、省エネルギーモードが選択されている場合には、省エネルギーモードが選択されていない場合と比べて消費エネルギーが少なくなるように、熱交換器による追焚運転を制御する制御手段と、を備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、給湯機に関する。

浴槽水の保温や沸かし直しを行う機能を備えた給湯機が広く用いられている。このような給湯機では、夜間にヒートポンプ等の熱源で沸き上げた湯を貯湯タンクに貯めておき、保温や沸かし直しの際には、貯湯タンク内に貯めておいた湯を熱交換器に導いて浴槽水と熱交換を行うことで浴槽水を加熱している。

下記特許文献１に開示された風呂装置では、浴槽水の温度を一定に保つために、一定時間毎に浴槽水の温度を検出する。この温度検出の際には、浴槽と風呂装置とを接続した配管内にポンプによって浴槽水を循環させ、風呂装置内に引き込まれた浴槽水の温度を測定する。しかしながら、浴槽水を配管内に循環させると、浴槽水の熱が配管を通じて放熱してしまい、エネルギーをロスする。そこで、この風呂装置では、浴室内に人がいない場合には、浴室内に人がいる場合に比べて、浴槽水の温度検出の時間間隔を長くすることにより、エネルギーのロスを低減するようにしている。

特開平１０−１０３７６１号公報

上記公報に開示された技術は、配管からの放熱対策としては部分的な効果があるが、浴槽水を加熱する動作の効率を十分に改善することはできない。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、浴槽水を加熱するための熱交換器を備えた給湯機において、エネルギー消費量を抑制することを目的とする。

本発明に係る給湯機は、浴槽水を加熱するための熱交換器と、熱交換器にて浴槽水に熱を与えるための湯を熱交換器に送る第１の回路と、浴槽水を熱交換器に循環させる第２の回路と、使用者が省エネルギーモードを選択可能とする選択手段と、省エネルギーモードが選択されている場合には、省エネルギーモードが選択されていない場合と比べて消費エネルギーが少なくなるように、熱交換器による追焚運転を制御する制御手段と、を備えたものである。

本発明によれば、浴槽追焚運転での加熱能力を十分に確保しつつ、使用者が省エネルギーモードを選択した場合には効率を優先した浴槽追焚運転を行うことにより、消費エネルギーを低減することが可能となる。

本発明の給湯機の実施の形態１を示す構成図である。 操作部の外観図である。 本発明の実施の形態１における保温運転の際の制御部の制御動作を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態３の給湯機を示す構成図である。 本発明の実施の形態４における保温運転の際の制御部の制御動作を示すフローチャートである。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において共通する要素には、同一の符号を付して、重複する説明を省略する。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１の給湯機を示す構成図である。図１に示す本実施形態のヒートポンプ給湯機は、ヒートポンプユニット３１と、貯湯タンクユニット３２と、給湯機全体を制御する制御部２１と、操作部２２とを備えている。操作部２２は、制御部２１と相互に通信可能に接続されており、例えば浴室、台所などに設置され、使用者と情報のやり取りを行う装置である。

ヒートポンプユニット３１には、圧縮機４１、加熱熱交換器４２、絞り部４３、吸熱熱交換器４４の順に冷媒を循環させる冷凍サイクル（ヒートポンプ）が設けられている。吸熱熱交換器４４には、送風ファン４５により送風がなされ、空気の熱を吸熱熱交換器４４内の冷媒に吸熱させる。加熱熱交換器４２では、圧縮機４１から流れる高温の冷媒と、貯湯タンクユニット３２側から配管８を通じて流れる水との熱交換を行うことにより、水を沸き上げて湯を生成する。

貯湯タンクユニット３２には、湯（高温水）を貯留する貯湯タンク１と、浴槽５１内の湯水（以下、「浴槽水」と称する）を加熱するための熱交換器１５とが設けられている。貯湯タンク１の下部には、市水等の水源からの水（低温水）を給水する配管５と、ヒートポンプユニット３１側に伸びる配管８とが接続されている。

貯湯タンク１内に湯を貯める沸き上げ運転を行う際には、ポンプ２が運転され、貯湯タンク１内の下部の水が配管８を通じてヒートポンプユニット３１内の加熱熱交換器４２へ送られる。加熱熱交換器４２で沸き上げられた湯は、配管８を通じて貯湯タンクユニット３２に戻り、配管１０を通って上部から貯湯タンク１内に流入する。このような沸き上げ運転により、貯湯タンク１内に上から下に向かって湯が貯まっていく。

一方、蛇口等の所定の給湯端末に給湯する際には、貯湯タンク１の上部から配管１０および配管９を通って取り出された湯と、配管５から供給される水とが、混合弁１３により混合されて温度調節され、この温度調節された湯水が配管１２を通って給湯端末に送られる。配管１２の途中には、給湯側流量センサ１６が設けられている。

また、浴槽５１に湯はりを行う際には、貯湯タンク１の上部から配管１０および配管９を通って取り出された湯と、配管５から供給される水とが、混合弁１４により混合されて温度調節され、この温度調節された湯水が浴槽５１に送られる。

また、本実施形態のヒートポンプ給湯機は、浴槽５１内の浴槽水の温度を保温する機能を備えている。浴槽水の温度は、図示しない温度検出手段により検出され、その情報は制御部２１に送られる。制御部２１は、浴槽水の保温が設定された場合には、浴槽水の温度が低下したことが上記温度検出手段により検出されると、保温運転（追焚運転）を行うことによって浴槽水を加熱する。保温運転においては、ポンプ３およびポンプ４が運転される。ポンプ３が運転されると、貯湯タンク１の上部から配管１０および配管９を通って取り出された湯が、熱交換器１５を通って、貯湯タンク１の下部に戻るように循環する。ポンプ４が運転されると、浴槽５１内から取り出された浴槽水が熱交換器１５を通って浴槽５１内に戻るように循環する。熱交換器１５では、貯湯タンク１から取り出された湯から浴槽水へ熱が与えられることによって浴槽水が加熱される。貯湯タンク１から取り出された湯は、熱交換器１５で浴槽水へ熱を与えることによって温度が低下し、この温度低下した湯が貯湯タンク１の下部に流入する。

図２は、操作部２２の外観図である。操作部２２は、後述する各スイッチ以外にも、給湯温度を設定するスイッチや、浴槽５１の湯はり温度や湯はり量、保温時間等を設定するスイッチなどを備えているが、図２では図示を省略している。図２に示すように、操作部２２は、省エネスイッチ２３と、保温スイッチ２４と、各種設定状態を表示する表示部２５とを備えている。使用者は、省エネスイッチ２３を操作することにより、省エネルギーモードの設定と非設定とを選択することができる。本発明における省エネルギーモードとは、通常の運転モードと比べて消費エネルギーを節約する運転モードのことであり、名称はこれに限定されるものではない。また、使用者は、保温スイッチ２４を操作することにより、浴槽水の保温の設定と非設定とを選択することができる。操作部２２で行われた設定の情報は、制御部２１へ送られる。

図３は、本実施形態における保温運転の際の制御部２１の制御動作を示すフローチャートである。図３のフローチャートにおいて、使用者が保温スイッチ２４によって浴槽水の保温を設定した場合（ステップＳ５１）には、使用者が省エネスイッチ２３によって省エネルギーモードを設定しているか否かが判断される（ステップＳ５２）。

上記ステップＳ５２で、省エネルギーモードが設定されていない場合には、通常の保温運転が行われる（ステップＳ５３）。通常の保温運転においては、ポンプ３で循環させる湯の流量は例えば１０Ｌ／ｍｉｎ程度で行い、ポンプ４で循環させる浴槽水の流量は例えば８Ｌ／ｍｉｎ程度で行う。貯湯タンク１の湯は比較的高温（例えば８０℃）で貯湯されており、浴槽水は例えば４０℃である。

一方、上記ステップＳ５２で、省エネルギーモードが設定されていた場合には、省エネルギーモード用の保温運転が行われる（ステップＳ５４）。この場合、ポンプ３の回転数は、通常の保温運転での回転数に比べ、低速回転で運転を行う。これにより、通常の保温運転でのポンプ３の流量を例えば１０Ｌ／ｍｉｎとした場合、省エネルギーモード用の保温運転でのポンプ３の流量は例えば４Ｌ／ｍｉｎに低下する。

省エネルギーモードが設定されていない場合の通常の保温運転においては、熱交換器１５で加熱されて浴槽５１に戻る浴槽水の温度は例えば６０℃程度である。また、熱交換器１５から貯湯タンク１の下部へ戻ってくる湯の温度は、例えば６５℃程度である。浴槽５１内の浴槽水の全量を２００Ｌとし、浴槽５１内の浴槽水を４０℃から４２℃まで昇温するとした場合には、２．５分かかり、その間に貯湯タンク１の下部に６５℃の湯が２５Ｌ戻ってきてしまう。このように、通常の保温運転においては、まだ使用可能な温度の湯が貯湯タンク１の下部に多く戻ってきてしまい、ロスが大きい。

これに対し、省エネルギーモードが設定されている場合の保温運転では、ポンプ３により熱交換器１５に送られる湯の流量が少ないため、熱交換器１５での熱交換が十分に行われる。このため、貯湯タンク１の下部へ戻ってくる湯の温度は、通常の保温運転と比べて低くなり、浴槽５１内の温度に近い温度（例えば４０℃程度）となる。また、貯湯タンク１の下部へ戻ってくる湯の量も、ポンプ３の流量を４Ｌ／ｍｉｎとした場合には２．５分間で１０Ｌに抑制することができる。また、浴槽５１内の温度を通常の保温運転の場合と同じ温度まで昇温するとした場合であっても、貯湯タンク１の下部へ戻ってくる湯の量は、通常の保温運転と比べて少なくなる。

このように、省エネルギーモードが設定されている場合の保温運転では、通常の保温運転の場合と比べ、貯湯タンク１から熱交換器１５に送られた湯の熱をより有効に使い切ることができるので、保温運転に消費される貯湯タンク１内の湯の量が減少し、使用湯量を抑制することができる。また、熱交換器１５から貯湯タンク１の下部に戻ってくる湯の温度が低くなるので、貯湯タンク１の下部の水温の上昇を抑制することができる。このため、次回の沸き上げ運転時にヒートポンプユニット３１の加熱熱交換器４２に送られる水の温度が低下するので、ヒートポンプユニット３１の動作効率を向上することができる。これらのことから、省エネルギーモードが設定されている場合には、省エネルギーモードが設定されていない場合と比べて、消費エネルギーを低減することができる。

上述したように、省エネルギーモードが設定されている場合の保温運転では、省エネルギーモードが設定されていない場合の通常の保温運転と比べて、ポンプ３により貯湯タンク１から熱交換器１５へ送られる湯の流量が少なくなるので、熱交換器１５へ流す熱量が少なくなり、浴槽水を加熱する能力が低下する。このため、浴槽５１内の温度を昇温する速度は遅くなる。使用者は、この浴槽５１の昇温速度の低下を勘案した上で、必要に応じて省エネルギーモードを選択することにより、消費エネルギーの低減を優先した浴槽５１の保温動作を行うことができる。

省エネルギーモードが設定されている場合の保温運転においてポンプ３を低速回転するときの回転数の目安としては、貯湯タンク１への戻り湯温が通常の保温運転での戻り湯温よりも低くなるような回転数とすればよい。この場合、ポンプ３の回転数を十分に低くすることにより、貯湯タンク１への戻り湯温を、浴槽５１の加熱目標温度（保温目標温度）と同程度まで低下させ、熱交換可能な熱量をほぼ使い切るようにしても良い。

また、上述した実施の形態では、浴槽５１の保温を行う場合を例に説明したが、本発明では、浴槽５１内の前日の冷めた残り湯を熱交換器１５により沸かし直す場合にも同様に適用することができる。

また、上述した実施の形態では、ヒートポンプユニット３１により湯を沸き上げるヒートポンプ給湯機を例に説明したが、本発明は、電気ヒータ等の他の熱源により沸き上げた湯を貯湯タンク内に貯留する方式の給湯機にも適用可能である。

実施の形態２．
次に、本発明の実施の形態２について説明するが、上述した実施の形態１との相違点を中心に説明し、同一部分は説明を省略する。本実施形態のヒートポンプ給湯機の構成は、実施の形態１の図１と同一であるため、説明を省略する。

前述した実施の形態１では、省エネルギーモードが設定されている場合の保温運転においては省エネルギーモードが設定されていない場合の通常の保温運転と比べてポンプ３を低速回転することにより貯湯タンク１から熱交換器１５に送られる湯の流量を低流量としている。

これに対し、本実施形態では、省エネルギーモードが設定されている場合の保温運転においては省エネルギーモードが設定されていない場合の通常の保温運転と比べてポンプ４を高速回転することにより熱交換器１５に循環する浴槽水の流量を高流量とする。この場合、ポンプ３による湯の流量は、通常の保温運転と同じ（例えば１０Ｌ／ｍｉｎ）でよい。一方、浴槽水の流量は、省エネルギーモードが設定されていない場合の流量を例えば８Ｌ／ｍｉｎとした場合には、省エネルギーモードが設定されている場合の流量は例えば２０Ｌ／ｍｉｎ程度とする。

本実施形態によれば、省エネルギーモードが設定されている場合には熱交換器１５に循環する浴槽水の流量を高くするので、熱交換器１５での熱交換が十分に行われる。このため、貯湯タンク１の下部へ戻ってくる湯の温度は、通常の保温運転と比べて低くなり、浴槽５１内の温度に近い温度（例えば４０℃程度）となる。すなわち、省エネルギーモードが設定されている場合の保温運転では、通常の保温運転の場合と比べ、貯湯タンク１から熱交換器１５に送られた湯の熱をより有効に使い切ることができるので、保温運転に消費される貯湯タンク１内の湯の量が減少し、使用湯量を抑制することができる。また、貯湯タンク１の下部の水温の上昇を抑制することができるので、次回の沸き上げ運転時のヒートポンプユニット３１の動作効率を向上することができる。これらのことから、消費エネルギーを低減することができる。更に、本実施形態によれば、省エネルギーモードが設定されている場合であっても、ポンプ３により貯湯タンク１から熱交換器１５へ送られる湯の流量は通常時と同じであるので、浴槽水を加熱する能力（浴槽５１の昇温速度）の低下を回避することができる。

なお、本発明では、実施の形態１の方法と実施の形態２の方法とを組み合わせた制御を行ってもよい。すなわち、省エネルギーモードが設定されている場合の保温運転においては、省エネルギーモードが設定されていない場合の通常の保温運転と比べて、貯湯タンク１から熱交換器１５に送られる湯の流量を低流量とするとともに熱交換器１５に循環する浴槽水の流量を高流量とするようにしてもよい。

実施の形態３．
次に、図４を参照して、本発明の実施の形態３について説明するが、上述した実施の形態との相違点を中心に説明し、同一部分または相当部分は同一符号を付し説明を省略する。図４は、本発明の実施の形態３の給湯機を示す構成図である。図４に示すように、本実施形態では、ポンプ３の出口側に流量調整弁５２が、ポンプ４の出口側に流量調整弁５３が、それぞれ備えられている。

前述した実施の形態１では、省エネルギーモード設定時と非設定時とで、ポンプ３の回転数を変更することによって、貯湯タンク１から熱交換器１５に送る湯の流量を変えている。これに対し、本実施形態では、ポンプ３の回転数を変更することに代えて、流量調整弁５２の開度を変更することによって、貯湯タンク１から熱交換器１５に送る湯の流量を変えることができる。これにより、実施の形態１と同様の制御を行い、実施の形態１と同様の効果を得ることが可能となる。

また、前述した実施の形態２では、省エネルギーモード設定時と非設定時とで、ポンプ４の回転数を変更することによって、熱交換器１５に循環する浴槽水の流量を変えている。これに対し、本実施形態では、ポンプ４の回転数を変更することに代えて、流量調整弁５３の開度を変更することによって、熱交換器１５に循環する浴槽水の流量を変えることができる。これにより、実施の形態２と同様の制御を行い、実施の形態２と同様の効果を得ることが可能となる。

実施の形態４．
次に、図５を参照して、本発明の実施の形態４について説明するが、上述した実施の形態との相違点を中心に説明し、同一部分または相当部分は同一符号を付し説明を省略する。本実施形態のヒートポンプ給湯機の構成は、実施の形態１の図１と同一であるため、説明を省略する。

前述した実施の形態１〜３では、貯湯タンク１に貯められた湯を熱交換器１５に送ることによって浴槽水を加熱するが、本実施形態では、ヒートポンプユニット３１で加熱した湯を直接熱交換器１５に送ることによって浴槽水を加熱する。このため、本実施形態では、貯湯タンク１に湯がない状態であっても、浴槽５１の保温が可能である。

本実施形態では、操作部２２の保温スイッチ２４により浴槽保温が設定された場合、次のような保温運転を行う。まず、ヒートポンプユニット３１の圧縮機４１および吸熱熱交換器側送風ファン４５を運転する。また、貯湯タンクユニット３２のポンプ２およびポンプ３を運転することにより、ヒートポンプユニット３１で加熱された湯が直接に熱交換器１５に流れる。また、ポンプ４を運転することで、浴槽水が熱交換器１５に循環して熱交換が行われ、浴槽５１を加熱する。

図４は、本実施形態における保温運転の際の制御部２１の制御動作を示すフローチャートである。図４のフローチャートにおいて、使用者が保温スイッチ２４によって浴槽水の保温を設定した場合（ステップＳ６１）には、使用者が省エネスイッチ２３によって省エネルギーモードを設定しているか否かが判断される（ステップＳ６２）。省エネルギーモードが設定されていない場合には、通常の保温運転が行われる（ステップＳ６３）。一方、上記ステップＳ６２で、省エネルギーモードが設定されていた場合には、省エネルギーモード用の保温運転が行われる（ステップＳ６４）。この場合、圧縮機４１の回転数は、通常の保温運転での回転数と比べて、低速回転で運転を行う。

ヒートポンプユニット３１の圧縮機４１は、一般に、能力が低い低速回転のときに、より高効率となる。本実施形態では、使用者が省エネルギーモードを選択している場合は、圧縮機４１を低速回転することによって効率を優先した浴槽保温を行うことにより、消費エネルギーを低減することができる。

また、本実施形態のようにヒートポンプユニット３１を使用した浴槽保温では、貯湯タンク１の湯を使用しないため、貯湯タンク１に予め湯を貯めておく必要がないため、貯湯タンク１からの放熱ロスを抑制することができるという利点もある。

以上の各実施形態に基づいて説明したように、本発明によれば、使用者の選択により、浴槽保温において、通常よりも効率向上を図ることが可能である。なお、省エネルギーモードで運転している場合には、その旨を使用者に報知するため、例えば操作部２２に省エネルギーモードである旨の表示を行ったり、音声による報知を行っても良い。

１ 貯湯タンク
２，３，４ ポンプ
５，８，９，１０，１２ 配管
１３，１４ 混合弁
１５ 熱交換器
１６ 給湯側流量センサ
２１ 制御部
２２ 操作部
２３ 省エネスイッチ
２４ 保温スイッチ
２５ 表示部
３１ ヒートポンプユニット
３２ 貯湯タンクユニット
４１ 圧縮機
４２ 加熱熱交換器
４３ 絞り部
４４ 吸熱熱交換器
４５ 送風ファン
５１ 浴槽
５２，５３ 流量調整弁

Claims (5)

1. 浴槽水を加熱するための熱交換器と、
   前記熱交換器にて前記浴槽水に熱を与えるための湯を前記熱交換器に送る第１の回路と、
   前記浴槽水を前記熱交換器に循環させる第２の回路と、
   使用者が省エネルギーモードを選択可能とする選択手段と、
   前記省エネルギーモードが選択されている場合には、前記省エネルギーモードが選択されていない場合と比べて消費エネルギーが少なくなるように、前記熱交換器による追焚運転を制御する制御手段と、
   を備えることを特徴とする給湯機。
2. 湯を貯留する貯湯タンクを備え、
   前記第１の回路は、前記貯湯タンクに貯留された湯を前記熱交換器に送り、
   前記制御手段は、前記省エネルギーモードが選択されている場合には、前記省エネルギーモードが選択されていない場合と比べて、前記第１の回路における湯の流量を低くすることを特徴とする請求項１記載の給湯機。
3. 前記制御手段は、前記省エネルギーモードが選択されている場合には、前記省エネルギーモードが選択されていない場合と比べて、前記第２の回路における前記浴槽水の流量を高くすることを特徴とする請求項１記載の給湯機。
4. 前記制御手段は、前記省エネルギーモードが選択されている場合には、前記省エネルギーモードが選択されていない場合と比べて、前記第１の回路において前記熱交換器から出る湯の温度が低くなるように制御することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載の給湯機。
5. 空気の熱を吸熱して湯を沸き上げるヒートポンプを備え、
   前記第１の回路は、前記ヒートポンプから出湯された湯を前記熱交換器に送り、
   前記制御手段は、前記省エネルギーモードが選択されている場合には、前記省エネルギーモードが選択されていない場合と比べて、前記ヒートポンプの圧縮機の回転数を低くすることを特徴とする請求項１記載の給湯機。

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