JP2014016052A - 出湯部湯温調整機能を有する給湯器 - Google Patents

Abstract

【課題】使用者が必要な時に、必要な温度で必要な量だけ給湯可能で、応答速度が速く、省エネルギーであり、使用者の指定する所望の温度が保存温度より高温でも低温でも対処できる給湯器を提供する。
【解決手段】所定の温度まで加熱した湯水を保存する保温容器１０１とここから出湯口１０３までに湯水を送る湯送管の途上に加熱具と温度センサ１０７を配置し、これから得られた湯水の温度とポンプ１０５や湯速センサから得た輸送速度（量）から所望の出湯量と出湯温度になるように加熱具を制御する制御器１０８を有することで、使用者の使用時に使用分の湯温を保温温度から所望の温度に調整する。
【選択図】図１

Description

本発明は、所望の量、所望の温度の湯が欲しい場合に、その量のみを保存温度と所望の温度との温度差を調整する加熱または冷却を出湯管において行わせる機能を有する給湯器に関するものである。

従来、給湯器に関して、迅速な給湯応答と省エネルギーを標榜していろいろの提案がなされている。図３には、そのような先行の特許文献に見ることができる例を示している。
３−Ａには、水の加熱を２段構えで行う例であり、特許文献１に示されている。３−Ｂから３−Ｅ間では、湯沸しポットタイプのもので、特許文献２から特許文献４に示されている。先ず、３−Ａは、加熱装置は、予熱方式を採用しているため、予め水を導入する前に予熱を行い、十分に高温にする。そこに水や予め中間の温度まで温めた水を導入し、熱交換を行うことで水の温度を上げる。水の温度を上げるには、十分な熱量を予熱された媒体が持つ必要があるため、熱容量が大きくなければならない。それは、裏返すと温まりにくく、又、熱の伝達（熱交換）に時間がかかることであって、極めて大きな媒体が必要になり、加温装置としては効率がよくないので実際には即応、省エネルギーの給湯器としては不都合な性格を持っている。このような状態の中で、一度に高温まで持っていくには加熱媒体の規模と加熱の装置が大きくなるのを回避するため、予熱による加熱を２段階に分けて交互に行うようにしたものであるが、もともと、熱媒体を用いた予熱による方式は、加熱としては適当でないからである。３−Ｂから３−Ｅでは、加熱を予熱方式ではなく、直接加熱する方式を採用したものである。こちらの方が、極めて効率がよいことは周知のことである。家庭用の湯沸しポットの例で以下説明する。３−Ｂは、その中でも最も最初の給湯器である。必要な湯は、温度が約９５℃で、量は、約２Ｌ程度である。一回に使用する量は、最大０．５Ｌである。この例では、そこには、電熱器が収容され、容器内の水の全てを温め、９５℃になったら加熱を止め、温度が下がったら又加熱を開始する制御を行う。水の全量を温め保温するため、昇温速度が遅くなり、加熱の量も、加熱時と保温時を切り替えて行う必要がある。温度が低下した場合に全量の再加熱を行って常時９５℃に保つのはエネルギーが余分にかかることを意味するので、この改良として３−Ｃから３−Ｅのものが提案されている。３−Ｃでは、全量を再加熱しないで済むように、容器の底側にある電熱器に近い底の容器内空間を仕切りにより分けて、加熱を仕切りと底の間の空間にしたものである。これにより、出湯時に加熱する湯の量が少ないことで、速い加熱応答が実現できる。全体の湯の加熱、保温は、仕切り内と外の湯の自然循環で行われるので、省エネルギー的には余り変わらない。３−Ｄでは、水（湯）が入っている容器の水を強制循環するための管と循環ポンプとそのときに加熱行う加熱器を循環管に備えている。水からの湯への昇温加熱も同じ加熱器で行う。全体の量を加熱することや保温の追加加熱を行い、全体で所望の保存温度に制御する点では従来のものと余り変わらない。出湯する場合は、ノブを押すと、循環管が出湯口に繋がるように切り替わる。出湯時に出湯分のみ加熱することは示されていない。この例では、保温容器以外に水を入れる容器があるが、これは、保温容器の水が少なくなったことをフォトカプラで検地して水を保温容器内に補給するためのものである。３−Ｅでは、保温容器内の水を循環して加熱制御する手段を有している点では、３−Ｄと同じである。保温容器以外に水を入れる容器があることも３−Ｄと類似していて、本質的には違いはない。３−Ｄでは、水の容器は、筐体内に有していたが、３−Ｅでは、筐体の外に設けられているので使用上の違いがある。水容器は、外しやすく大きさの制限もない点で都合がよい。水の容器は、保温容器の水が少なくなった場合の追加補給用である。以上のような例でも、加温時や保温時の応答を速く、省エネルギーで行いたいという目的はある程度満たされてきたが、十分といえない。必要な時に、必要な温度で必要な量だけ給湯される給湯器が欲しいのが実情である。

実用新案登録第３０７９００３ 特開２００１−７０１５８ 特開２００１−１６９９１６ 特開２００３−１１１６７１

本発明の課題は、使用者が必要な時に、必要な温度で必要な量だけ給湯可能で、応答速度が速く、省エネルギーであり、使用者の指定する所望の温度が保存温度より高温でも低温でも対処できる給湯器を提供することである。

本発明の出湯部湯温調整機能を有する給湯器は、湯（水）の保温容器から出湯口までに湯を送る湯送管の途中に加熱ヒータと温度センサを配置して、温度とポンプや湯速センサから得た輸送速度（量）から所望の出湯量と出湯温度になるように加熱ヒータを制御し、さらに、所望の温度が保温温度より低温の場合は、貯水タンクからの水を湯送管の途中で適量混ぜることで低温にし、混ぜる量を湯温と輸送速度から制御するようにしたものである。以下、請求項に沿って記述する。

請求項１記載の発明は、出湯部湯温調整機能を有する給湯器であって、湯水を保存する保温容器とここから出湯口までに湯水を送る湯送管と、前記湯送管の途中に追加加熱ヒータと温度センサと前記湯水を送るポンプとを配置し、前記温度センサから得られた湯水の温度と前記ポンプから得た湯送速度又は湯送量、又は、前記湯送管に備えた湯水を送る速度を検知する湯速センサから得た湯送速度又は湯送量から、所望の出湯量と出湯温度になるように前記追加加熱ヒータを制御する制御器とを有し、使用者の使用分の湯水の温度を前記保温容器に収納した湯水の保温温度から使用時の所望の温度に調整することを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の出湯部湯温調整機能を有する給湯器において、前記湯水の前記保温温度よりも湯水の前記使用時の所望の温度が低い場合に、前記保温容器から前記湯送管に送られた湯水に混ぜて、前記使用時の所望の温度の出湯を得るための冷水を格納する冷水容器と前記冷水容器から前記湯送管に前記冷水を送り出す冷水管と、前記冷水の温度を検知する冷水温度センサと、前記冷水を送り出す冷水用ポンプを備えていることを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項２記載の出湯部湯温調整機能を有する給湯器において、前記保温容器の底周辺に設けた水位センサにより前記保温容器内の湯水の水位を検知し、湯水の量が少なくなった場合には前記冷水容器からの冷水を前記保温容器内に補給できるように切り替え具を前記冷水管に備えたことを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項２又は請求項３記載の出湯部湯温調整機能を有する給湯器において、前記冷水容器を前記保温容器を収納する給湯器筐体の外側に取り外し取り付け自在に設けたことを特徴とする。

請求項５記載の発明は、請求項１から請求項４のいずれか１つに記載の出湯部湯温調整機能を有する給湯器において、前記制御器の機能を決定する設定として使用時の湯量が指定可能であり、指定された場合には、その量のみ出湯されて湯水の供給が終わるように前記制御器が前記ポンプを制御することを特徴とする。

請求項６記載の発明は、請求項１から請求項５のいずれか１つに記載の出湯部湯温調整機能を有する給湯器において、前記制御器の機能を決定する設定として前記保温温度、前記使用時の所望の温度、使用量のいずれかが複数パターンとして設定可能であり、使用時には、その設定されたパターンを選ぶことで、選ばれたパターンの機能を前記制御器が実行することを可能としたことを特徴とする。

請求項７記載の発明は、請求項１から請求項６のいずれか１つに記載の出湯部湯温調整機能を有する給湯器において、前記制御器は、前記保温温度と使用状態のエネルギー消費値の累積データから学習してエネルギー消費値の少ない最適保温温度を決め設定する自動保温温度設定機能を備えることを特徴とする。

以上の様に構成されているので、本発明による出湯部湯温調整機能を有する給湯器は、使用する量のみ加熱や冷却に供されるため、応答が速く、省エネルギーになる。所望の温度は、保温温度に無関係に適当に設定しておくこともできるし、その場で指定することもできる。又、保温容器の湯の温度は、これらの作用（加熱や冷却）に影響されることがない。

本発明に係る出湯部湯温調整機能を有する給湯器の一実施態様を示す図である。 本発明に係る出湯部湯温調整機能を有する給湯器の制御部の一実施態様を示す図である。 従来の給湯器の例を示す図である。

本発明の出湯部湯温調整機能を有する給湯器は、湯水を保存する保温容器とここから出湯口までに湯水を送る湯送管と、湯送管の途中に追加加熱ヒータと温度センサを配置し、これから得られた湯水の温度とポンプや湯速センサから得た輸送速度（量）から所望の出湯量と出湯温度になるように追加加熱ヒータを制御する制御器を有することで、使用者の使用時に使用分の湯温を保温温度から所望の温度に調整するようにしたことを特徴とする。
以下図に沿って説明する。

図１は、本発明に係る出湯部湯温調整機能を有する給湯器の一実施態様を示す図である。１−Ａは、家庭用の給湯ポットの形態を有するものの斜視図であり、１−Ｂはその断面図である。勿論、例とした家庭用の給湯ポットに制限されるものではない。給湯器１００は、湯水を収納する保温容器１０１、保温容器１０１内又はその周り（この例では、底の直下）に備えた水を温め湯水にする加熱ヒータ１０２、温まった湯水を取り出す出湯口１０３と、出湯口１０３に湯水を導く湯送管１０４と、湯送管１０４の途中に存在する湯水を送るポンプ１０５と湯水を追加加熱する追加加熱ヒータ１０６と、出湯する湯水の温度を検知する温度センサ１０７と、これらを制御する制御器１０８を備える。温度センサ１０７は、湯水の温度との誤差が生じないように熱伝導がよいように湯送管１０４の内外に付設することが重要である。

保温容器１０１を内包する筐体１１０と水を入れ閉じるための上蓋１２０と、保温容器１０１内の熱が放散しないように保温する保温材（断熱材）１０９で筐体１１０と上蓋１２０内が満たされている。尚、保温のためには、真空壜構造１１１になっていてもよい。又、出湯口１０３から湯水を取り出す場合は、出湯スイッチ１１２を押すと制御器１０８を介してポンプ１０５が駆動され、湯が取り出される。他に、加熱中に気圧を上げないように蒸気を逃がす通気孔１１３、電源プラグ１１４、電源供給を入れ切れする電源スイッチ１１５が示されている。通気孔１１３の開口は、適当な蒸気圧以上で上記の力で押し開く自然開口でもよいし、蒸気圧を圧力センサで測って、所望の圧以上で開くようにしてもよい。
尚、図示されていないが、保温容器内の湯水の場所による温度差を回避するように上下の間に湯水を循環するための循環管と湯水を駆動するポンプを備えてもよい。均等な温度の湯水を得ることが可能である。

他に、湯水の保温温度よりも使用したい湯水の温度が低い場合に、保温容器１０１から湯送管１０４に送られた保温湯水に混ぜる冷水ための冷水容器１１６とここから湯送管１０４に冷水を送り出す冷水管１１７、その温度を検知する冷水温度センサ１１８、冷水を送り出す冷水ポンプ１１９を備えている。冷水容器１１６は、保温容器１０１の湯水がなくなった場合の補給用に使用することも可能である。そのためには、図にはないが、さらに、保温容器１０１の底側に水位センサを備えて、湯水の水位の結果により、冷水管１１７から切り替え具を通じて保温容器１０１へ冷水を送り込むなどの手段を備えればよい。又、図には示さないは、冷水容器１１６は保温状態でなくともよいので、筐体１１０の内側にある必要はなく、外に出した構成の方が、自在な取り外しや水の補給、洗浄など取り扱い面で有利であり、さらに、内側にある場合は、保温容器１０１と冷水容器１１６との間の断熱が必要であり余分な複雑な構成を要する。外側に出せば、容易に二つの間の断熱が達成される利点がある。

以上の構成の給湯器の動作を説明する。
先ず、冷水が上蓋１２０を開けて保温容器１０１に供給される。家庭用の給湯ポットでは、２Ｌ（リットル）程度の容量であるが、使用の目的にあった容量となる。冷水容器１１６から保温容器１０１への冷水の補給構造を備えた場合は、保温容器１０１の容量はさらに少なくてもよい。その方が、水を所望の温度まで温める時間が短くてよいし、放散熱エネルギーも少なくてよい。水が供給されて、給湯器を稼動するスイッチ（電源スイッチと兼用でよい）をＯＮにする。図には、示さないが設定器を通じて、保温容器１０１内の湯水の保温温度、使用時の湯水温度や、保温時間等を設定できる。尚、使用量を指定するとその量だけ出してとまるようにすることも可能となる。使用時の湯水温度や、使用量は、複数のパターン設定することができ、その都度設定することはしないでも、パターンを選ぶことで設定のものを選ぶことが可能である。又、湯水の保温温度も必要に応じて変更できる。

電源が投入されると、制御器１０８が、加熱ヒータ１０２を駆動して水を加熱し、湯水の温度が上昇する。規定の保温温度上限値に達すると加熱ヒータ１０２が切れて保温状態になる。保温温度が規定の保温温度下限値まで下がると、再び加熱ヒータ１０２が入って加熱を行い保温が継続する。極端な場合は、保温温度下限値は設けずに下がりは自然状態に任せることも可能である。
湯水の保温温度は、そこを始点として使用時の温度を達成するため、どの温度を保温温度とするかでエネルギー消費に影響する。そのため、保温温度と使用状態のエネルギー消費の累積データから学習して最適保温温度を決める自動保温温度設定機能を備えると便利である。尚、この場合は、保温温度とエネルギー消費データを表示提供することも可能である。

出湯スイッチ１１２が押されると、指定の使用温度の湯水が出湯口１０３からでる。このとき、制御器１０８は、保温容器１０１の湯水の保温温度より、使用時の指定の湯水の温度が高い場合は、その温度差を埋めるように、温度センサ１０７の示す温度が指定の温度になるように追加加熱ヒータ１０６が稼動する。加熱は、出湯分のみであり、温度差も小さいので応答が速く、消費エネルギーも小さくてよい。加熱の量は、次の段落に記述する。
保温容器１０１の湯水の保温温度より、使用時の指定の湯水の温度が低い場合は、保温容器１０１からの湯水に冷水容器１１６からの冷水が混ぜ合わされて所望の指定温度の湯水が出湯される。制御器１０８は、出湯温度から出湯速度まで湯水と水の温度、流速（流量）から計算し、温度センサ１０７の検出値をもとに制御する。このようにして保温容器の湯水の温度をもとに使用時の所望（指定）の温度の湯水を出湯分のみに加熱／冷却処理を施して、応答が速く、省エネルギーで対応させている。尚、応答速度は遅くなるが、加熱ヒータ１０２は動作させずに、保温温度を常温にした特別な場合は、追加加熱ヒータ１０６のみで所望の湯温まで追加加熱することになる。又、更に特別な場合には、湯送管の切り替えを行えば、加熱ヒータ１０２と追加加熱ヒータ１０６とを同一兼用のものにすることが可能である。

図２は、本発明に係る出湯部湯温調整機能を有する給湯器の制御部の一実施態様を示す図である。制御器１０８は、ＣＰＵと保温温度の上限値、下限値、使用時の湯温の設定値、使用量、加熱レート、保温時間など必要事項の設定値を記憶するデータメモリと、上記の機能を果たすプログラムを格納するプログラムメモリを有している。制御器１０８には、図示されないが、保温容器内のセンサからの湯温値、水位値、保温容器からの湯水の温度、冷水の温度が入力され、指定の取水量と温度に対して、計算して保温容器からの湯水の量と冷水の取水量の制御出力が出される。途中で熱が他に逃げない理想状態では、保温容器からの湯水の流量Ｖ１と、冷水の取水量Ｖ２は、
Ｖ１＝Ｖ×（Ｔ−Ｔ２）／（Ｔ１−Ｔ２）
Ｖ２＝Ｖ×（Ｔ−Ｔ１）／（Ｔ１−Ｔ２）
である。ここで、Ｔは出湯温度、Ｖは出湯量（＝Ｖ１＋Ｖ２）、Ｔ１は、保温容器からの湯水の温度、Ｔ２は、冷水の温度である。計算だけでなく、誤差を出湯温度の実測値をもとに補正する制御も行うことはよい。この場合には、追加加熱ヒータは必ずしも働く必要はない。
加熱の場合は、追加加熱ヒータ１０６は、
Ｑ＝Ｃ×Ｖ（Ｖ１）×（Ｔ−Ｔ１）
の加熱を行えばよい。Ｖ２＝０、ここでＣは、水の熱容量である。
制御器１０８は、他に入力として、各種の設定入力があり、出力として、加熱時の加熱ヒータ１０２の駆動出力、追加加熱ヒータ１０６の駆動出力を出す。
勿論、便利さを出すためには、さらに他の機能が加えられることは当然である。

尚、水の供給を容器ではなく、水道管接続などで与えることができる等の変更は可能であることは当然である。

以上のように本発明による出湯部湯温調整機能を有する給湯器は、出湯分のみを加熱又は冷却により使用時の所望の温度の湯として取り出せるので、温度の調整対応が速く、省エネルギーな給湯器が実現できるので、産業上の利用性が極めて大きい。

１００ 給湯器
１０１ 保温容器
１０２ 加熱ヒータ
１０３ 出湯口
１０４ 湯送管
１０５ ポンプ
１０６ 追加加熱ヒータ
１０７ 温度センサ
１０８ 制御器
１０９ 保温材（断熱材）
１１０ 筐体
１１１ 真空壜構造
１１２ 出湯スイッチ
１１３ 通気孔
１１４ 電源プラグ
１１５ 電源スイッチ
１２０ 上蓋

Claims (7)

1. 湯水を保存する保温容器とここから出湯口までに湯水を送る湯送管と、前記湯送管の途中に追加加熱ヒータと温度センサと前記湯水を送るポンプとを配置し、前記温度センサから得られた湯水の温度と前記ポンプから得た湯送速度又は湯送量、又は、前記湯送管に備えた湯水を送る速度を検知する湯速センサから得た湯送速度又は湯送量から、所望の出湯量と出湯温度になるように前記追加加熱ヒータを制御する制御器とを有し、使用者の使用分の湯水の温度を前記保温容器に収納した湯水の保温温度から使用時の所望の温度に調整することを特徴とする出湯部湯温調整機能を有する給湯器。
2. 前記湯水の前記保温温度よりも湯水の前記使用時の所望の温度が低い場合に、前記保温容器から前記湯送管に送られた湯水に混ぜて、前記使用時の所望の温度の出湯を得るための冷水を格納する冷水容器と前記冷水容器から前記湯送管に前記冷水を送り出す冷水管と、前記冷水の温度を検知する冷水温度センサと、前記冷水を送り出す冷水用ポンプを備えていることを特徴とする請求項１記載の出湯部湯温調整機能を有する給湯器。
3. 前記保温容器の底周辺に設けた水位センサにより前記保温容器内の湯水の水位を検知し、湯水の量が少なくなった場合には前記冷水容器からの冷水を前記保温容器内に補給できるように切り替え具を前記冷水管に備えたことを特徴とする請求項２記載の出湯部湯温調整機能を有する給湯器。
4. 前記冷水容器を前記保温容器を収納する給湯器筐体の外側に取り外し取り付け自在に設けたことを特徴とする請求項２又は請求項３記載の出湯部湯温調整機能を有する給湯器。
5. 前記制御器の機能を決定する設定として使用時の湯量が指定可能であり、指定された場合には、その量のみ出湯されて湯水の供給が終わるように前記制御器が前記ポンプを制御することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１つに記載の出湯部湯温調整機能を有する給湯器。
6. 前記制御器の機能を決定する設定として前記保温温度、前記使用時の所望の温度、使用量のいずれかが複数パターンとして設定可能であり、使用時には、その設定されたパターンを選ぶことで、選ばれたパターンの機能を前記制御器が実行することを可能としたことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１つに記載の出湯部湯温調整機能を有する給湯器。
7. 前記制御器は、前記保温温度と使用状態のエネルギー消費値の累積データから学習してエネルギー消費値の少ない最適保温温度を決め設定する自動保温温度設定機能を備えることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１つに記載の出湯部湯温調整機能を有する給湯器。
   

Images