JP2013224766A - 貯湯式の給湯装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 貯湯式の給湯装置において、異常が生じた場合に高温の温水が給湯されることを防止又は低減する。
【解決手段】 給湯装置は、温水を貯める貯湯手段と、貯湯手段の温水を加熱する第１熱源と、貯湯手段の温水を給湯箇所へ送る給湯経路と、給湯経路を流れる温水に加水する水混合弁と、給湯経路を流れる温水を加熱する第２熱源と、第２熱源をバイパスするバイパス経路と、バイパス経路に設けられた第１電気的駆動弁と、給湯経路のバイパス経路と並行する区間に設けられた第２電気的駆動弁と、第１及び第２の電気的駆動弁を制御する制御手段とを備えている。この制御手段は、水混合弁の異常が検出されたときに、第１及び第２電気的駆動弁の両者を閉鎖する。
【選択図】図２

Description

ここで開示する技術は、貯湯式の給湯装置に関する。

特許文献１、２に、貯湯式の給湯装置が開示されている。これらの給湯装置は、温水を貯める貯湯手段と、貯湯手段の温水を加熱する第１熱源と、貯湯手段の温水を給湯箇所へ送る給湯経路と、給湯経路を流れる温水に加水する水混合弁と、給湯経路を流れる温水を加熱する第２熱源とを備えている。かかる構成により、貯湯手段からの温水の温度が高すぎるときは、水混合弁によって加水することにより、給湯温度を低下させることができる。一方、貯湯手段からの温水の温度が低すぎるときは、第２熱源によって加熱することにより、給湯温度を上昇させることができる。

特開２００３−１０６６５６号公報 特開２００３−１２０９９７号公報

上記した構成の給湯装置では、第２熱源による加熱が必要とされないときでも、貯湯手段からの温水が、第２熱源を経由してから給湯箇所に供給される。そのため、第２熱源を経由する間の温水からの放熱が避けられず、給湯装置の熱効率を低下させてしまう。このような問題を解消するために、第２熱源をバイパスするバイパス経路を設けることが考えられる。それにより、第２熱源による加熱が必要とされないときは、バイパス経路を通じて給湯を行うことにより、上述した無用な放熱を防止又は低減することができる。

しかしながら、バイパス経路を新たに設けると、次のような問題が想定される。前述したように、貯湯手段の温水が高すぎるときは、水混合弁によって加水することにより、給湯温度を低下させる。このとき温水は、第２熱源による加熱を必要としないので、バイパス経路を通って給湯される。ここで、水混合弁に異常が生じたとする。この場合、高温の温水が、バイパス経路を通ってそのまま給湯されるおそれがある。第２熱源を経由しないことから、給湯される温水の温度は、従来よりも高くなり得る。

特に、貯湯式の給湯装置では、貯湯手段の内部の殺菌を目的として、貯湯手段内の温水を一時的に高温（例えば６０℃）まで焚き上げることもある。このような加熱殺菌を行っている場合でも、混合弁に異常が生じるおそれはあり、有効な対策が求められている。

上述した問題を考慮し、水混合弁に異常が生じた場合でも、高温の温水が給湯されることを防止又は低減し得る技術を提供する。

ここで開示する技術は、貯湯式の給湯装置に具現化される。この給湯装置は、温水を貯める貯湯手段と、貯湯手段の温水を加熱する第１熱源と、貯湯手段の温水を給湯箇所へ送る給湯経路と、給湯経路を流れる温水に加水する水混合弁と、給湯経路を流れる温水を加熱する第２熱源を備えている。かかる構成により、この給湯装置は、貯湯手段からの温水の温度が高すぎるときは、水混合弁によって加水することにより、給湯温度を低下させることができる。一方、貯湯手段からの温水の温度が低すぎるときは、第２熱源によって加熱することにより、給湯温度を上昇させることができる。

給湯装置はさらに、第２熱源をバイパスするバイパス経路と、バイパス経路に設けられた第１電気的駆動弁と、給湯経路のバイパス経路と並行する区間に設けられた第２電気的駆動弁と、第１及び第２の電気的駆動弁を制御する制御手段とを備えている。ここで、バイパス経路は、給湯経路の第２熱源よりも上流側の区間から分岐し、第２熱源をバイパスして、給湯経路の第２熱源よりも下流側の区間へと合流することが好ましい。そして、制御手段は、水混合弁の異常が検出されたときに、第１及び第２電気的駆動弁の両者を閉鎖することが好ましい。このような構成によると、水混合弁に異常が生じた場合でも、給湯経路とバイパス経路の両者を遮断することによって、高温の温水が誤って給湯されることを防止又は低減することができる。

上記した給湯装置では、制御手段が、第１電気的駆動弁を閉鎖した後に、第２電気的駆動弁を閉鎖することが好ましい。言い換えると、バイパス経路を遮断し終えるまでは、第２熱源を経由する給湯経路を閉鎖しないことが好ましい。このような構成によると、二つの弁を完全に閉鎖するまでの間に、貯湯手段から高温の温水が誤って給湯されたとしても、温水の少なくとも一部が第２熱源を経由することになるので、放熱による給湯温度の低下を図ることができる。

上記した給湯装置では、バイパス経路の利点を生かすために、貯湯手段から第２熱源を経由して給湯箇所に到る温水の経路長よりも、貯湯手段からバイパス経路を経由して給湯箇所に到る温水の経路長の方が、短いことが好ましい。

前記した制御手段は、第１電気的駆動弁の閉鎖を開始した時点から所定時間が経過した後に、第２電気的駆動弁の閉鎖を開始することが好ましい。

上記した所定時間については、第１電気的駆動弁を閉鎖するのに要する時間と、第２電気的駆動弁を閉鎖するのに要する時間の両者を考慮して、適宜定めることができる。ただし、当該所定時間が、第１電気的駆動弁を全開状態から全閉状態とするのに要する時間と等しい、又は当該時間よりも長くなっていれば、第１電気的駆動弁が完全に閉鎖されるタイミングを、第２電気的駆動弁が完全に閉鎖されるタイミングに対して確実に早くすることができる。また、第１電気的駆動弁が完全に閉鎖されるまでの間は、第２電気的駆動弁の閉鎖が開始されていないので、温水は第２熱源を優先的に経由することになり、放熱による給湯温度の低下を有効に図ることができる。

前記した第１電気的駆動弁は、バイパス経路の流量を調節可能な流量制御弁であってもよい。一般に、流量調節弁は、閉鎖するのに要する時間が比較的に長いという特徴を持つ。従って、第１電気的駆動弁が流量制御弁であると、水混合弁の異常が発生したときに、バイパス経路を直ちに閉鎖することができない。しかしながら、上述したように、第１及び第２電気的駆動弁の動作を協調させることで、バイパス経路が直ちに閉鎖できない場合でも、高温の温水が誤って給湯されることを防止又は低減することができる。

実施例の給湯暖房装置の構成を示すブロック図。 給湯遮断処理に係るフローチャートを示す。 バイパス制御弁（第１電気的駆動弁）と給湯弁（第２電気的駆動弁）の動作タイミングを示すタイムチャート。

本発明の一実施形態では、貯湯手段の温水を加熱する第１熱源として、ヒートポンプを採用することができる。ただし、第１熱源はヒートポンプに限定されず、燃料電池、発電機、太陽光、ガス式熱源、電気ヒータの少なくとも一つであってもよい。

本発明の一実施形態では、蓄熱手段として、密閉式のタンクを採用することができる。ただし、蓄熱手段は密閉式のタンクに限定されるものでなく、開放型の容器であってもよい。また、蓄熱手段は、第１熱源が発生した熱だけでなく、第２熱源やその他の熱源が発生した熱を蓄積するものであってもよい。

本発明の一実施形態では、給湯経路を流れる温水を加熱する第２熱源として、可燃性ガスを燃料とするガス式熱源を採用することができる。ただし、第２熱源はガス式熱源に限定されず、電気ヒータやその他の熱源であってもよい。

本発明の一実施形態では、給湯装置が、給湯だけでなく、暖房も行うものであってもよい。即ち、給湯暖房装置であってもよい。

図面を参照しながら、実施例の給湯暖房装置１０について説明する。給湯暖房装置１０は、給湯と暖房の両者を行う熱供給装置である。図１に示すように、給湯暖房装置１０は、主に、貯湯タンク３０と、ヒートポンプ４０と、給湯暖房ユニット５０と、暖房端末７０と、コントローラ１４と、リモコン１２を備えている。コントローラ１４は、給湯暖房装置１０の動作を制御する制御手段である。本実施例のコントローラ１４は、一つの独立したユニットではなく、ヒートポンプ４０や給湯暖房ユニット５０に分散配置された複数の電子制御ユニットと、各配管に配置された各種のセンサ等によって構成されている。各種のセンサには、温度センサ及び流量センサが含まれる。

貯湯タンク３０は、温水を貯める密閉容器である。貯湯タンク３０の容量は、一例ではあるが５０リットルである。貯湯タンク３０には、貯湯タンク３０へ上水を供給する給水管２８と、貯湯タンク３０の温水を給湯箇所へ送る給湯管１６が接続されている。給湯管１６の途中には、給湯暖房ユニット５０が設けられており、貯湯タンク３０からの温水は、給湯暖房ユニット５０を経由して給湯箇所に送られる。貯湯タンク３０には、複数の温度センサ３６が高さ方向に沿って配置されている。複数の温度センサ３６はコントローラ１４に接続されており、それらの検出結果に基づいて、コントローラ１４は貯湯タンク３０内の温水温度及び温水量（即ち熱量）を把握することができる。

ヒートポンプ４０は、電気式熱源の一種である。ヒートポンプ４０は、大気中から採熱して、貯湯タンク３０内の温水を加熱する。ヒートポンプ４０は、蓄熱送り管３２と蓄熱戻り管３４を介して、貯湯タンク３０に接続されている。貯湯タンク３０の温水は、蓄熱送り管３２を通って、ヒートポンプ４０へ送られる。送られた温水は、ヒートポンプ４０において加熱された後に、蓄熱戻り管３４を通って貯湯タンク３０へ戻される。それにより、貯湯タンク３０に温水が貯えられる。貯湯タンク３０の温水は、ヒートポンプ４０だけに限られず、後述する給湯暖房ユニット５０や、燃料電池、発電機、太陽光、電気ヒータといった他の熱源によって加熱される構成であってもよい。

給水管２８には、給水バイパス管２６を通じて、給湯管１６が接続されている。給水バイパス管２６は、給湯管１６の温水に、給水管２８の上水を混合する。給水バイパス管２６と給湯管１６の接続位置には、水混合弁２４が設けられている。水混合弁２４は、コントローラ１４に接続されており、その動作はコントローラ１４によって制御される。コントローラ１４は、貯湯タンク３０からの温水の温度が高すぎるときに、水混合弁２４を制御し、貯湯タンク３０からの温水に水を混合（加水）する。それにより、給湯箇所に送られる温水の温度を、ユーザの指定した給湯設定温度まで低下させる。給湯管１６には、温度センサ２２が設けられている。コントローラ１４は、温度センサ２２と接続されており、温度センサ２２の検出温度に応じて、水混合弁２４の動作を制御する。

給湯暖房ユニット５０は、都市ガス等の可燃性ガス（単にガスとも称する）を消費して熱を発生するガス式熱源の一種である。給湯暖房ユニット５０は、給湯管１６を流れる温水を加熱することができる。コントローラ１４は、貯湯タンク３０からの温水の温度が低すぎるときに、給湯暖房ユニット５０のバーナ（図示省略）を点火する。それにより、給湯箇所に送られる温水の温度を、ユーザの指定した給湯設定温度まで上昇させる。コントローラ１４は、温度センサ２２の検出温度に応じて、給湯暖房ユニット５０の動作を制御する。

給湯管１６には、バイパス管１８が接続されている。バイパス管１８は、給湯管１６の給湯暖房ユニット５０よりも上流側の区間１６ｂから分岐し、給湯暖房ユニット５０をバイパスして、給湯管１６の給湯暖房ユニット５０よりも下流側の区間１６ａに合流している。バイパス管１８を通ることにより、貯湯タンク３０からの温水は、給湯暖房ユニット５０を経由することなく、給湯箇所に送られることができる。それにより、給湯暖房ユニット５０での加熱が必要とされない場合に、給湯暖房ユニット５０での無用な放熱を避けることができる。

バイパス管１８には、バイパス制御弁２０が設けられている。バイパス制御弁２０は、電気式駆動弁の一種であり、詳しくはステッピングモータによって開度を調整可能な流量調節弁である。バイパス制御弁２０は、コントローラ１４に接続されており、その動作はコントローラ１４によって制御される。給湯暖房ユニット５０での加熱が不要であれば、コントローラ１４はバイパス制御弁２０を開弁し、給湯暖房ユニット５０をバイパスさせることができる。それにより、給湯暖房ユニット５０での無用な放熱を避けることができる。また、コントローラ１４は、バイパス制御弁２０の開度を調節し、温水の一部を給湯暖房ユニット５０に送るとともに、他の部分は給湯暖房ユニット５０をバイパスさせることで、給湯温度を細かに調整することができる。

給湯管１６には、給湯弁１７が設けられている。給湯弁１７は、電気的駆動弁の一種であり、詳しくは電磁弁である。給湯弁１７は、コントローラ１４に接続されており、その動作はコントローラ１４によって制御される。コントローラ１４は、給湯弁１７を閉鎖することによって、貯湯タンク３０からの温水が給湯暖房ユニット５０を経由することを禁止することができる。このとき、バイパス制御弁２０が開弁されていれば、貯湯タンク３０からの温水の全量が、バイパス管１８を通って給湯箇所に送られる。本実施例の給湯弁１７は、給湯管１６の給湯暖房ユニット５０への接続位置に設けられているが、このような位置に限定されるものではない。給湯弁１７は、給湯管１６において、バイパス管１８と並行する区間に設けることができる。バイパス管１８と並行する区間とは、バイパス管１８が分岐する位置から合流する位置までの区間である。例えば、給湯弁１７は給湯暖房ユニット５０の内部や、給湯暖房ユニット５０よりも下流側であってバイパス管１８の合流箇所よりも上流側に位置してもよい。

本実施例では、バイパス管１８の利点を生かすために、貯湯タンク３０から給湯暖房ユニット５０を経由して給湯箇所に到る温水の経路長（図１中のＡ）よりも、貯湯タンク３０からバイパス管１８を経由して給湯箇所に到る温水の経路長（図１中のＢ）の方が、短くなるように構成されている。それにより、バイパス管１８を通って温水が給湯される際に、無用な放熱を抑制することができる。

給湯暖房ユニット５０は、暖房端末７０に接続されており、暖房端末７０との間で暖房用熱媒を循環させることができる。暖房端末７０は、一例ではあるが、温水床暖房パネルや浴室暖房機である。また、暖房用熱媒は、一例であるが、不凍液である。暖房用熱媒は、給湯暖房ユニット５０のバーナにより加熱された後、暖房送り管６０を通じて、暖房端末７０に送られる。暖房端末７０で放熱した暖房用熱媒は、暖房戻り管６２を通って給湯暖房ユニット５０に戻される。

リモコン１２は、ユーザが各種の操作を行う操作端末である。ユーザは、リモコン１２を操作することで、給湯暖房装置１０の電源のオンオフ、給湯設定温度の指定、暖房運転に係る各種操作を行うことができる。また、リモコン１２は、液晶パネルを有しており、各種の情報を表示することもできる。

上記した構成により、本実施例の給湯暖房装置１０は、ユーザの指定した給湯設定温度に応じて、貯湯タンク３０内の温水をヒートポンプ４０によって加熱する。そして、貯湯タンク３０内の温水が、給湯管１６やバイパス管１８を通って給湯箇所に送られる。
貯湯タンク３０からの温水の温度は、温度センサ２２によって検出され、必要に応じて加熱又は加水される。それにより、給湯箇所に送る温水の温度が、ユーザの指定した給湯設定温度となるように調節される。

貯湯タンク３０では、例えば長時間に亘って温水が滞留した場合に、有害な細菌が発生することがある。そこで、コントローラ１４は、例えば所定時間に亘って給湯が行われなないときなど、予め設定された条件が満たされるときに、高温殺菌処理を行う。この高温殺菌処理は、貯湯タンク３０内の温水をヒートポンプ４０による加熱で一時的に高温（本実施例では６０℃）まで焚き上げることで、発生した細菌を死滅させるものである。この場合、貯湯タンク３０内の温水の温度は、ユーザの指定する給湯設定温度よりも遥かに高くなり得るが、必要に応じて水混合弁２４による加水が行われることから、通常、高温の温水が誤って給湯されることはない。

しかしながら、水混合弁２４に異常が生じた場合は、水混合弁２４による加水を正しく行うことができずに、高温の温水が誤って給湯されることが想定される。そのことから、本実施例では、コントローラ１４が、水混合弁２４の異常を検出したときに、図２に示す給湯遮断処理を実施するように構成されている。以下、図２、図３を参照し、給湯遮断処理について詳細に説明する。ここで、以下に説明する給湯遮断処理は、上記した高温殺菌処理の有無にかかわらず、水混合弁２４に異常が生じた場合は常に実施される。

先ず、図２のステップＳ１２では、コントローラ１４が、水混合弁２４に異常が生じているのか否かを判定する。具体的な判定方法については、特に限定されない。本実施例のコントローラ１４は、一例であるが、水混合弁２４を通じて加水しているにもかかわらず、温度センサ２２によって検出される温水の温度が低下しない場合に、水混合弁２４に異常が生じたと判定する。

次のステップＳ１４では、コントローラ１４が、先ずバイパス制御弁２０の閉鎖を開始する。図３に示すように、この時刻をｔ１とする。この時点では、給湯弁１７の閉鎖は行わない。給湯弁１７を先に閉鎖してしまうと、貯湯タンク３０からの高温の温水が、バイパス管１８を通って、そのまま給湯箇所に送られてしまうからである。それに対して、給湯弁１７を開弁しておけば、温水の少なくとも一部が給湯暖房ユニット５０を経由することになるので、給湯暖房ユニット５０による放熱によって、給湯温度を少なからず低下させることができる。さらに、給湯暖房ユニット５０を経由する給湯経路（図１中のＡ）は、バイパス管１８を通る給湯経路（図１中のＢ）よりも長いので、高温の温水が給湯箇所に到ることを比較的に避けることができる。

次に、図２のステップＳ１６では、コントローラ１４が、所定の遅延時間だけ待機する。その理由は、次のとおりである。本実施例のバイパス制御弁２０は、先にも説明したように、ステッピングモータで駆動される流量調節弁である。そのため、図３に示すように、バイパス制御弁２０は、全開状態から全閉状態となるために、一定の時間Δｔを必要とする。一方、本実施例の給湯弁１７は電磁弁であり、閉鎖するのに要する時間は非常に短い。そのことから、このステップＳ１６の処理は、バイパス制御弁２０が完全に閉鎖されるのを待つために用意されている。このときの遅延時間は、一例であるが、バイパス制御弁２０の閉鎖に要する時間Δｔよりも長くすることが好ましい。ただし、給湯弁１７の閉鎖にも一定の時間が必要とされる場合は、その時間を考慮して、遅延時間を短くすることもできる。

図２のステップＳ１８では、コントローラ１４が、給湯弁１７の閉鎖を開始する。本実施例の給湯弁１７は電磁弁なので、その閉鎖は直ちに完了する。図３に示すように、この時刻をｔ２とすると、時刻ｔ１から時刻ｔ２の間の時間が、前記した遅延時間に相当する。時刻ｔ２の時点で、バイパス制御弁２０は完全に閉鎖されており、バイパス制御弁２０が閉鎖されたタイミングに対して、給湯弁１７が閉鎖されるタイミングの方が、十分に遅いことがわかる。

最後に、図２のステップＳ２０において、リモコン１２の表示部に、水混合弁２４に異常が生じたこと、及び、それによって給湯が強制的に遮断されたことが表示される。

以上のように、本実施例の給湯暖房装置１０では、水混合弁２４に異常が生じたときに、貯湯タンク３０からの給湯経路を遮断することによって、高温の温水が誤って給湯されることを防止又は低減する。ここで、貯湯タンク３０からの給湯経路は二系統に分岐されているので、それぞれの系統を遮断することによって、貯湯タンク３０からの給湯経路を確実に遮断することができる。さらに、それらの経路を同時に遮断するのではなく、それぞれの経路における放熱の程度を考慮して、放熱の程度が小さい方を優先して遮断することにより、放熱を利用した給湯温水の低下が図られている。

以上、本発明の実施例について詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

１０：給湯暖房装置
１２：リモコン
１４：コントローラ
１６：給湯管
１７：給湯弁
１８：バイパス管
２０：バイパス制御弁
２２：温度センサ
２４：水混合弁
２６：給水バイパス管
２８：給水管
３０：貯湯タンク
３２：蓄熱送り管
３４：蓄熱戻り管
３６：温度センサ
４０：ヒートポンプ
５０：給湯暖房ユニット
６０：暖房送り管
６２：暖房戻り管
７０：暖房端末

Claims (5)

1. 温水を貯める貯湯手段と、
   前記貯湯手段の温水を加熱する第１熱源と、
   前記貯湯手段の温水を給湯箇所へ送る給湯経路と、
   前記給湯経路を流れる温水に加水する水混合弁と、
   前記給湯経路を流れる温水を加熱する第２熱源と、
   前記給湯経路の前記第２熱源よりも上流側の区間から分岐し、前記第２熱源をバイパスして、前記給湯経路の前記第２熱源よりも下流側の区間へと合流するバイパス経路と、
   前記バイパス経路に設けられた第１電気的駆動弁と、
   前記給湯経路の前記バイパス経路と並行する区間に設けられた第２電気的駆動弁と、
   前記第１及び第２の電気的駆動弁を制御する制御手段とを備え、
   前記制御手段は、前記水混合弁の異常が検出されたときに、前記第１及び第２電気的駆動弁の両者を閉鎖することを特徴とする給湯装置。
2. 前記制御手段は、前記第１電気的駆動弁を閉鎖した後に、前記第２電気的駆動弁を閉鎖することを特徴とする請求項１に記載の給湯装置。
3. 前記貯湯手段から前記第２熱源を経由して前記給湯箇所に到る温水の経路長よりも、前記貯湯手段から前記バイパス経路を経由して前記給湯箇所に到る温水の経路長の方が、短いことを特徴とする請求項２に記載の給湯装置。
4. 前記制御手段は、前記第１電気的駆動弁の閉鎖を開始した時点から所定時間が経過した後に、前記第２電気的駆動弁の閉鎖を開始するものであり、
   前記所定時間は、前記第１電気的駆動弁を全開状態から全閉状態とするのに要する時間と等しい、又は当該時間よりも長いことを特徴とする請求項２又は３に記載の給湯装置。
5. 前記第１電気的駆動弁は、前記バイパス経路の流量を調節可能な流量制御弁であることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の給湯装置。

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