JP2013083363A

JP2013083363A - 給湯装置

Info

Publication number: JP2013083363A
Application number: JP2011221617A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Yanagisawa; 忠柳澤; Osamu Inui; 道乾
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2011-10-06
Filing date: 2011-10-06
Publication date: 2013-05-09

Abstract

【課題】エネルギー損失を低減し、簡素な制御で駆動が可能な低価格化を実現した三方弁を備えた給湯装置を提供すること。
【解決手段】貯湯槽１と、前記貯湯槽１内の湯水を加熱する加熱手段２と、前記加熱手段２により加熱された湯水を前記貯湯槽１の上部または下部へ送る流路切換手段１０とを備え、前記流路切換手段１０は、コイル３３への励磁変化によって移動させるプランジャー３５と、前記プランジャー３５の先端に配設した閉塞部３７とから構成させることを特徴とする給湯装置。
【選択図】図２

Description

本発明は、給湯装置に関するものである。

従来この種の給湯装置は、以下の記載のようなものが一般的であった。

この給湯装置は、図５に示されているように、貯湯槽１とヒートポンプ熱源機２を備え、給水源から供給された水は給水管３を通り、貯湯槽１の下部と給湯混合弁４に分岐され、貯湯槽１の下部から入水された水は貯湯槽１に貯まる。貯湯槽１の下部とヒートポンプ熱源機２とは沸き上げポンプ５を介してヒートポンプ往き配管６で接続されている。

ヒートポンプ熱源機２の内には圧縮機７が内蔵され、ヒートポンプ熱源機２に入水された湯水を熱交換して温度を上げてヒートポンプ戻り配管８と貯湯槽下戻り配管９を通って、貯湯槽１の下部に戻るようになっている。

ヒートポンプ戻り配管８と貯湯槽下戻り配管９の間には三方弁１０が設けられており、ヒートポンプ熱源機２で沸き上げた湯を貯湯槽下戻り配管９を通り、貯湯槽１の下部に供給するか、貯湯槽上戻り配管１１を通り、貯湯槽１の上部に戻すかを任意に選択できる構成となっている。

また、ヒートポンプ熱源機２の入口には入水温度を測温する入水温度センサ１２と、出口にはヒートポンプ熱源機２からの出湯温度を測温する出湯温度センサ１３が設けられており、測温された温度データは制御基板１４に送られる。三方弁１０の動作を説明すると、出湯温度センサ１３が低い（６０℃未満くらい）場合、貯湯槽上部にヒートポンプ熱源機２から出てくる湯水を戻してしてしまうと、貯湯槽１の上部に貯えられている高温の湯と混ざってしまい、貯湯槽上部の湯の温度が低下してしまい、機器全体の熱効率が低下してしまう。

よって、出湯温度センサ１３が低い（６０℃未満くらい）場合は、貯湯槽下戻り配管９を通り、貯湯槽１の下部にヒートポンプ熱源機２から出てくる湯水を戻るように三方弁１０を切り換える。

また、出湯温度センサ１３が高くなった（６０℃以上くらい）場合、三方弁１０を切り換えて、ヒートポンプ熱源機２から出てくる湯水を貯湯槽上戻り配管１１を通り貯湯槽１の上部に供給する。貯湯槽１の上部に貯えられた湯と給水管３から分岐された水は給湯混合弁４で混合され、給湯温度センサ１５、流量センサ１６を通り蛇口１７から出湯される（例えば、特許文献１参照）。

次に、従来の三方弁を図６、図７に示す。図６では三方弁の下部のヒーポン戻り口１８よりヒートポンプ熱源機２から出てくる湯水が入水され、ボールバルブ１９に開けられたＬ字の流路を通り、貯湯槽下戻り口２０に湯水が流れるようになっている。このとき、ヒーポン戻り口１８と貯湯槽上戻り口２１とはボールバルブ１９とパッキン２２とで閉止されており、湯水は流れなくなっている。

図７では図６より１８０°ボールバルブ１９を回転させ、ヒーポン戻り口１８より入水されたヒートポンプ熱源機２から出てくる湯水が、ボールバルブ１９に開けられたＬ字の流路を通り、貯湯槽上戻り口２１に湯水が流れるようになっている。このとき、ヒーポン
戻り口１８と貯湯槽下戻り口２０とはボールバルブ１９とパッキン２２とで閉止されており、湯水は流れなくなっている。

次に三方弁の作動を説明する。ボールバルブ１９とステム２３はスリット嵌合で連結されており、ステム２３とボールバルブ１９は同時に回転する。流路を切り換える場合は、モータ２４を回転させ、モータ２４の回転をギア２５によって減速させギア２５に連結されているステム２３を回転させることにより、ボールバルブ１９を所定の位置まで回転させることが可能となる。

ギア２５には磁石２６が埋め込まれており、ギア２５の上部に設置されているホールＩＣ２７の出力によって、ホールＩＣ２７と前記磁石２６とが重なったことが検出でき、ボールバルブの位置検出が可能となる。前記モータ２４とホールＩＣ２７は制御基板１４に接続され、モータの発進、停止が制御される。

特開２００６−１７４１７号公報

しかしながら、従来の給湯装置では三方弁の駆動にモータを使用しているため、三方弁の切り換えに大きな電力が消費され、また、切り換えに時間を有しエネルギー損失が生じるという課題を有していた。

また、三方弁の切換位置を検出する位置検出手段が必要となり、モータの機構および制御が煩雑となるという課題があった。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、エネルギー損失を低減し、簡素な制御で駆動が可能な低価格化を実現した三方弁を備えた給湯装置を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の給湯装置は、貯湯槽と、前記貯湯槽内の湯水を加熱する加熱手段と、前記加熱手段により加熱された湯水を前記貯湯槽の上部または下部へ送る流路切換手段とを備え、前記流路切換手段は、コイルへの励磁変化によって移動させるプランジャーと、前記プランジャーの先端に配設した閉塞部とから構成させることを特徴とするものである。

これにより、コイルを励磁するだけで流路を切り換えることが可能となり、短時間で流路の切り換えができ、加熱手段により加熱された湯水を貯湯槽の下部から上部に切り換える際に無駄に温水を下部に供給されることがなく、エネルギー損失の低減ができる。

また、短時間で切換が可能なのでモータなどで切り換えるより消費電力の低減ができる。また、切り換え時の位置検出機構が不要であり、簡素な制御で駆動が可能となり、切換手段の低価格化が実現できる。

本発明によれば、エネルギー損失を低減し、簡素な制御で駆動が可能な低価格化を実現した三方弁を備えた給湯装置を提供できる。

本発明の実施の形態１における給湯装置の構成図同給湯装置の三方弁の断面図同給湯装置の三方弁に正極の電圧を印加した場合の断面図同給湯装置の三方弁に逆極の電圧を印加した場合の断面図従来の給湯装置の構成図従来の三方弁の断面図従来の三方弁の他の断面図

第１の発明は、貯湯槽と、前記貯湯槽内の湯水を加熱する加熱手段と、前記加熱手段により加熱された湯水を前記貯湯槽の上部または下部へ送る流路切換手段とを備え、前記流路切換手段は、コイルへの励磁変化によって移動させるプランジャーと、前記プランジャーの先端に配設した閉塞部とから構成させることを特徴とする給湯装置である。

第２の発明は、前記流路切換手段はラッチ用磁石を備え、前記コイルの励磁を反転させることにより、前記プランジャーを移動させることを特徴とするもので、省電力化が可能となる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１の給湯装置の構成図を示す。図１において、貯湯槽１と加熱手段であるヒートポンプ熱源機２を備え、給水源から供給された水は給水管３を通り、貯湯槽１の下部と給湯混合弁４に分岐され、貯湯槽１の下部から入水された水は貯湯槽１に貯まる。貯湯槽１の下部とヒートポンプ熱源機２とは、沸き上げポンプ５を介してヒートポンプ往き配管６で接続されている。

ヒートポンプ熱源機２内には圧縮機７が内蔵され、ヒートポンプ熱源機２に入水された湯水を熱交換して温度を上げてヒートポンプ戻り配管８と貯湯槽下戻り配管９を通って、貯湯槽１の下部に戻るようになっている。ヒートポンプ戻り配管８と貯湯槽下戻り配管９の間には三方弁１０が設けられている。

沸き上げ初期にはヒートポンプ熱源機２から戻ってくる湯温は低く（６０℃未満）、その場合には三方弁１０の流路は沸き上げた湯を貯湯槽下戻り配管９を通り、貯湯槽１の下部に供給するようになっており、ヒートポンプ熱源機２から戻ってくる湯温が高くなった場合（６０℃以上）、三方弁１０の流路は、貯湯槽上戻り配管１１を通り、貯湯槽１の上部に戻すようになっている。

貯湯槽１の上部に貯えられた湯と給水管３から分岐された水は給湯混合弁４で混合され、給湯温度センサ１５、流量センサ１６を通り蛇口１７から出湯される。ヒートポンプ熱源機２の入口には入水温度を測温する入水温度センサ１２と、出口にはヒートポンプ熱源
機２からの出湯温度を測温する出湯温度センサ１３が設けられており、測温された温度データは制御基板１４に送られる。

前記測温された温度は圧縮機７の出力を調整するために用いられ、出湯温度センサ１３の温度情報により三方弁１０が制御される。

図２に本発明の実施の形態１で使用している三方弁の断面図を示す。図２において、三方弁のボディ２８内に３方向の流路が設けられており、右方向はヒートポンプ熱源機２により加熱された温水が戻ってくるヒートポンプ戻り配管８に接続されたヒートポンプ戻り流路２９で、下方向は貯湯槽上戻り配管１１に接続されており、貯湯槽上部に湯水を送る貯湯槽上流路３０、左方向は貯湯槽下戻り配管９に接続されており、貯湯槽下部に湯水を送る貯湯槽下流路３１となっている。

プランジャーガイド３２の外側にはコイル３３が巻かれており、端子３４に電圧を印加すると前記コイル３３は励磁され、プランジャーガイド３２内に設置されたプランジャー３５を上方に引き上げることができる。

プランジャー３５の上方にはスプリング３６が設置され、端子３４に電圧を印加しコイル３３を励磁してプランジャー３５を上方に引き上げた場合、前記スプリング３６は圧縮され、端子３４への電圧の印加を止めると、コイル３３の励磁が無くなり、スプリング３６の反発力、およびプランジャー３５の自重によってプランジャー３５は下方に押し付けられる。プランジャー３５の先端には、閉塞部であるゴムパッキン３７が接合されている。

プランジャーガイド３２とボディ２８の間にはＯリング３８が設置されており、ボディ２８内の湯水が外部に漏れで無いように圧接されている。プランジャーガイド３２はコイル３３を囲うように成形され、ブラケット３９に嵌め込まれており、ボディ２８とブラケット３９は当接して結合されている。

次に動作、作用を説明する。ヒートポンプ熱源機２から出湯される湯水は、運転初期は低温であり、そのまま貯湯槽上部に戻すと貯湯槽上部に貯められた高温の湯と混ざり、貯湯槽全体の温度が低下してしまうため、ヒートポンプ熱源機２から出湯される湯水が水温６０℃未満の場合は、貯湯槽下に戻し再びヒートポンプ熱源機２に供給する。

その後、ヒートポンプ熱源機２から出湯される湯水が６０℃を超えると、ヒートポンプ熱源機２から出湯された湯を貯湯槽上部に供給し、貯湯槽全体を約８０℃の高温湯で満たすように貯湯していく。ここで、ヒートポンプ熱源機２から出湯される湯水を貯湯槽下部または貯湯槽上部に送る流路を切り換える手段として三方弁１０を用いる。

三方弁１０でヒートポンプ熱源機２から出湯される湯水は、ヒートポンプ戻り流路２９から供給されるが、端子３４に電圧が供給されていない場合は、スプリング３６の反発力、およびプランジャー３５の自重によってプランジャー３５は下方に押し付けられ、プランジャー３５の先端に接合されたゴムパッキン３７によって貯湯槽上流路３０の入口が閉塞され、ヒートポンプ戻り流路２９と貯湯槽下流路３１が連通する。

端子３４に電圧を印加した場合、コイル３３は励磁されプランジャーガイド３２内に設置されたプランジャー３５はスプリング３６を圧縮させて上方に引き上げられ、前記貯湯槽下流路３１を閉塞して、ヒートポンプ戻り流路２９と貯湯槽上流路３０が連通する。

このように、三方弁１０の端子３４への電圧の印加の有無によって、ヒートポンプ熱源
機２から出湯された湯水を貯湯槽下部と貯湯槽上部に供給する流路を切り換えることが可能となる。

よって、ヒートポンプ熱源機２から出湯される湯水が水温６０℃未満の場合は三方弁１０の端子３４へ電圧は印加せず、ヒートポンプ熱源機２から出湯される湯水は貯湯槽下部に供給され、ヒートポンプ熱源機２から出湯される湯水が６０℃を超えると、三方弁１０の端子３４へ電圧を印加し、ヒートポンプ熱源機２から出湯される湯水を貯湯槽上部に供給して高温湯を貯湯槽１に貯湯していく。

この三方弁１０の流路切り換えは端子３４への電圧の印加の有無で瞬時に切り換えることが可能である。前記流路切換が遅い場合、本来６０℃以上になった湯水を貯湯槽上部に供給しなければならないところが、６０℃を超えた湯水が貯湯槽下部に無駄に供給され、効率よく貯湯槽に湯水を貯めることができない。

しかし、本発明の三方弁を用いると、従来のモータ駆動の三方弁に比較して素早く流路を切り換えることが可能であり、無駄に高温の湯水を貯湯槽下部に供給することがなく、エネルギー効率の向上につながる。また、本発明の三方弁は電圧の印加の有無で流路切換が可能なので、位置検出機構が不要であり、より安価な給湯装置を供給することが可能となる。

図３に、正極の電圧を印加した時の三方弁の断面図を示す。図３において、ＳＵＳ４３０のような磁性体で造られたプランジャー３５の上部には、プランジャーガイド３２とブラケット３９を貫通してラッチ用磁石４０が設けられている。前記ラッチ用磁石４０はブラケット３９に圧着固定されている。

また、ラッチ用磁石４０とプランジャーガイド３２の間には固定Ｏリング４１が挿入されており、ボディ２８内の湯水を外部に漏れ出さないようにしている。プランジャー３５の上部には穴が開けられており、その中にスプリング３６が挿入されており、前記スプリング３６はラッチ用磁石４０とプランジャー３５に挟まれて設置されている。

次に動作、作用を説明する。端子３４に正極性の電圧を印加した場合、コイル３３は励磁され、プランジャーガイド３２内に設置されたプランジャー３５は、スプリング３６を圧縮させて上方に引き上げられ、プランジャー３５の先端に接合されたゴムパッキン３７によって貯湯槽下流路３１の入口が閉塞され、ヒートポンプ戻り流路２９と貯湯槽上流路３０が連通する。

ここでプランジャーガイド３２は、磁性体なのでラッチ用磁石４０に吸引され、吸引力がバネの反発力より大きい場合、プランジャー３５とラッチ用磁石４０は当接し、端子３４への印加電圧を切断してもプランジャーは動くことがなく、ヒートポンプ戻り流路２９と貯湯槽上流路３０は連通されたままである。

図４に、逆極性の電圧を印加した時の三方弁の断面図を示す。端子３４に逆極性の電圧を印加した場合、プランジャー３５は下方に押し付けられ、その力がラッチ用磁石４０とプランジャー３５の吸引力より大きい場合、プランジャー３５はラッチ用磁石４０から外れて、プランジャー３５の先端に接合されたゴムパッキン３７によって貯湯槽上流路３０の入口が閉塞され、ヒートポンプ戻り流路２９と貯湯槽下流路３１が連通する。

その後、端子３４への電源供給を遮断してもプランジャー３５は動くことがなく、ヒートポンプ戻り流路２９と貯湯槽下流路３１は連通されたままである。

このように三方弁１０の端子３４への電圧の印加極性を変化させることにより、ヒートポンプ熱源機２から出湯された湯水を貯湯槽下部と貯湯槽上部に供給する流路を切り換えることが可能となり、切り換え後に端子３４への印加電圧を遮断しても切り換え時の流路はそのまま保持される。

よって、流路切り換え時のみに電力が消費され、その後は電力が不要なため省電力化が実現できる。

以上のように、本発明にかかる給湯装置は、エネルギー損失を低減し、簡素な制御で駆動が可能な低価格化を実現した三方弁を備えているので、家庭用の給湯装置に適用できるほか、熱源と貯湯槽を有するシステムにおいて業務用などの規模の大きい用途にも適用できる。

１貯湯槽
２ヒートポンプ熱源機（加熱手段）
６ヒートポンプ往き配管
８ヒートポンプ戻り配管
９貯湯槽下戻り配管
１０三方弁（流路切換手段）
１１貯湯槽上戻り配管
２９ヒートポンプ戻り流路
３０貯湯槽上流路
３１貯湯槽下流路
３２プランジャーガイド
３３コイル
３４端子
３５プランジャー
３６スプリング
３７ゴムパッキン（閉塞部）
３８Ｏリング
３９ブラケット
４０ラッチ用磁石
４１固定Ｏリング

Claims

貯湯槽と、前記貯湯槽内の湯水を加熱する加熱手段と、前記加熱手段により加熱された湯水を前記貯湯槽の上部または下部へ送る流路切換手段とを備え、前記流路切換手段は、コイルへの励磁変化によって移動させるプランジャーと、前記プランジャーの先端に配設した閉塞部とから構成させることを特徴とする給湯装置。
前記流路切換手段はラッチ用磁石を備え、前記コイルの励磁を反転させることにより、前記プランジャーを移動させることを特徴とする請求項１に記載の給湯装置。