JP2017116123A - 貯湯給湯装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構造で浴槽の湯水の熱を回収して給湯に利用することが可能な貯湯給湯装置を提供すること。【解決手段】貯湯タンクと、この貯湯タンクの上部と下部とを接続し循環ポンプと熱交換器とを備えた循環回路と、浴槽と前記熱交換器との間を接続し浴槽ポンプと浴槽温度検知手段とを備えた浴槽回路とを有する貯湯給湯装置であって、前記貯湯タンクの異なる高さ位置に付設された複数のタンク温度検知手段と、これらのタンク温度検知手段の検知温度から貯湯タンク内の湯水の平均温度を算出する平均温度算出手段とを備え、浴槽の熱回収運転の指示により前記浴槽ポンプを駆動して前記浴槽温度検知手段により検知された浴槽温度が、前記平均温度算出手段によって算出された湯水平均温度より所定温度以上高い場合には、前記循環ポンプと前記浴槽ポンプとを駆動して浴槽の熱回収運転を行う。【選択図】図１

Description

本発明は、外部熱源機で加熱された湯水を貯湯タンクに貯留し、貯留した湯水を給湯可能な貯湯給湯装置に関する。

従来から、ヒートポンプ給湯装置や燃料電池等の外部熱源機で加熱された高温の湯水を貯湯タンクに貯留し、この高温の湯水を給湯先に供給可能なエネルギー効率が高い貯湯給湯装置が広く使用されているが、近年は給湯にかかる消費エネルギーのさらなる削減が期待されている。特に、入浴後の浴槽内の湯水は多量の熱エネルギーを蓄えているので、この熱エネルギーを排水する前に回収して利用できるようにすることが求められている。

このような貯湯給湯装置として、蓄熱タンクの上部側に貯留された高温の湯水を利用して浴槽の湯水を加熱する加熱用熱交換器と、浴槽の湯水の熱を蓄熱タンクの下部側に貯留された低温の湯水に回収する熱回収用熱交換器を備えた給湯装置が特許文献１に開示されている。

特開２００９−１９２１０７号公報

しかし、特許文献１の給湯装置は、加熱用熱交換器と熱回収用熱交換器を接続するので給湯装置の構造が複雑になる。本発明の目的は、簡単な構造で浴槽の湯水の熱を回収して給湯に利用することが可能な貯湯給湯装置を提供することである。

請求項１の貯湯給湯装置は、貯湯タンクと、この貯湯タンクの上部と下部とを接続し循環ポンプと熱交換器とを備えた循環回路と、浴槽と前記熱交換器との間を接続し浴槽ポンプと浴槽温度検知手段とを備えた浴槽回路とを有する貯湯給湯装置であって、前記貯湯タンクの異なる高さ位置に付設された複数のタンク温度検知手段と、これらのタンク温度検知手段の検知温度から貯湯タンク内の湯水の平均温度を算出する平均温度算出手段とを備え、浴槽の熱回収運転の指示により前記浴槽ポンプを駆動して前記浴槽温度検知手段により検知された浴槽温度が、前記平均温度算出手段によって算出された湯水平均温度より所定温度以上高い場合には、前記循環ポンプと前記浴槽ポンプとを駆動して浴槽の熱回収運転を行うことを特徴としている。

請求項２の貯湯給湯装置は、請求項１において前記貯湯タンク上部から前記循環回路に流れる湯水の温度を検知する循環温度検知手段を備え、浴槽の熱回収運転実行中にこの循環温度検知手段が検知した循環温度が浴槽温度以上である場合には浴槽ポンプを停止し、循環温度が浴槽温度未満である場合には浴槽ポンプを駆動することを特徴としている。

本発明によれば、追焚運転に使用する熱交換器を利用して浴槽の湯水の熱を回収できるので構造が簡単であり、使用者により浴槽熱回収運転が指示されても浴槽熱回収の効果があると判定した場合に浴槽熱回収動作を行うので、エネルギー消費を抑えることができる。

本発明の貯湯給湯装置の概略構成図である。 貯湯給湯装置の浴槽熱回収運転を示す図である。 浴槽熱回収運転制御を示すフローチャートである。

以下、本発明を実施するための形態について実施例に基づいて説明する。

最初に本発明の貯湯給湯装置１の概略構成について説明する。
図１に示すように、貯湯給湯装置１は、貯湯給湯ユニット２と外部熱源機３を有する。貯湯給湯ユニット２は、補助熱源機４と、湯水を貯留する貯湯タンク５と、熱交換器６と、貯湯タンク５の上部から循環ポンプ７と補助熱源機４と熱交換器６を経由して貯湯タンク５の下部へ接続する循環回路８と、熱交換器６において循環回路８を流れる湯水と浴槽１５の湯水との間で熱交換可能に構成された浴槽回路９と、貯湯タンク５の下部の低温の湯水を外部熱源機３で加熱して貯湯タンク５の上部に貯留する加熱循環回路１０と、貯湯給湯装置１の各種運転を制御する制御ユニット１１等を備えている。

循環回路８は貯湯タンク５の上端部から三方弁１２に接続する循環通路部８ａと、三方弁１２から補助熱源機４に接続し循環ポンプ７を備えた循環通路部８ｂと、補助熱源機４から熱交換器６に接続し循環温度センサ１３を備えた循環通路部８ｃと、熱交換器６から貯湯タンク５の下端部に接続し熱交換器電磁弁１４を備えた循環通路部８ｄを有する。循環温度検知手段に相当する循環温度センサ１３は、熱交換器６に流入する湯水の温度（循環温度）を検知するため、熱交換器６に近い循環通路部８ｃの下流側に設けられている。

貯湯タンク５の外周には、タンク温度検知手段に相当する複数の貯湯温度センサ５ａ〜５ｄが異なる高さの所定位置に下から順に設けられ、貯留された湯水の温度を検知する。尚、貯湯タンク５に設けられる温度センサの数は、貯湯給湯装置１の仕様等に応じて適宜変更可能である。また、図示を省略するが、貯留された湯水の降温を防ぐために、貯湯タンク５の周囲は断熱材で覆われている。

熱交換器６は、循環回路８を流れる湯水と浴槽回路９を流れる浴槽１５の湯水の間での熱交換を行う。浴槽回路９は熱交換器６から浴槽１５に接続する風呂往き通路部９ａと、浴槽１５から熱交換器６に接続し浴槽ポンプ１６と浴槽温度検知手段に相当する浴槽温度センサ１７を備えた風呂戻り通路部９ｂを有する。浴槽温度センサ１７は、浴槽回路９を流れる浴槽１５の湯水の温度（浴槽温度）を検知する。

加熱循環回路１０は、貯湯タンク５の下部から外部熱源機３に接続し加熱循環ポンプ１８を備えた上流加熱循環通路部１０ａと、外部熱源機３から貯湯タンク５の上部に接続し加熱循環温度センサ１９を備えた下流加熱循環通路部１０ｂと、上流加熱循環通路部１０ａと下流加熱循環通路部１０ｂとを接続し循環切換弁２０を備えたバイパス通路部１０ｃを有する。

循環切換弁２０は、貯湯タンク５の下部の湯水を外部熱源機３により加熱して貯湯タンク５の上部に貯留する貯湯タンク側と、外部熱源機３で加熱された湯水をバイパス通路部１０ｃを経由して再度外部熱源機３に送るバイパス通路側とを切換える。加熱循環温度センサ１９により検知された湯水の温度が貯湯設定温度に達しない等、特別な状況で制御ユニット１１の指令により循環切換弁２０をバイパス通路側に切換えて、外部熱源機３で加熱された湯水の再加熱が可能なように構成されている。

貯湯給湯ユニット２に上水を供給する給水通路２１は、上流端が上水源に接続し、下流端が貯湯タンク５の下端部に接続している。給水通路２１から給水バイパス通路２２が分岐して混合弁２３に接続している。給水通路２１には給水温度センサ２４、逆止弁２５が設けられ、給水バイパス通路２２には逆止弁２６が設けられている。給水バイパス通路２２から分岐して給湯通路２７に接続する高温出湯回避通路２８が、高温出湯を回避可能に設けられている。

タンク出湯通路２９は、貯湯タンク５の上部側で循環回路８の循環通路部８ａから分岐して混合弁２３に接続している。混合弁２３は、使用者が設定した温度（給湯設定温度）の湯水を給湯通路２７から供給するために、給水バイパス通路２２から供給される低温の上水とタンク出湯通路２９から供給される高温の湯水との混合比を調節する。上水と混合されて給湯設定温度に調節された湯水は給湯通路２７から給湯栓等に供給される。

給湯通路２７には給湯温度センサ３０が設けられ、給湯温度を検知する。給湯通路２７から分岐して風呂往き通路部９ａに接続する給湯分岐通路部２７ａには開閉弁３１が設けられ、風呂往き通路部９ａを介して浴槽１５に湯張り設定温度の湯水を供給可能である。

補助熱源機４は、バーナーや熱交換器等を内蔵した公知のガス給湯器で構成され、制御ユニット１１からの指令により燃焼作動して循環通路部８ｂから流入する湯水を加熱する。補助熱源機４により加熱された湯水は循環通路部８ｃを流れる。循環通路部８ｃから分岐し水比例弁３２を備えた補助加熱出湯通路３３の下流端はタンク出湯通路２９に接続している。

循環通路部８ｄから分岐して三方弁１２に接続する循環バイパス通路３４は、三方弁１２を循環回路側から循環バイパス通路側へ切換えることにより貯湯タンク５をバイパスして、給水通路２１から供給される上水または熱交換器６から流出した湯水を補助熱源機４に供給可能である。

補助熱源機４を流出した湯水は、水比例弁３２を開放して熱交換器電磁弁１４を閉止することにより給湯通路２７から給湯栓等に供給可能であり、水比例弁３２を閉止して熱交換器電磁弁１４を開放することにより熱交換器６で熱交換可能である。

次に、外部熱源機３について説明する。
外部熱源機３は、補助制御ユニット３５を介して制御ユニット１１に制御され、圧縮機３６、凝縮熱交換器３７、膨張弁３８、蒸発熱交換器３９を冷媒配管４０により接続してヒートポンプ回路を構成し、冷媒配管４０に封入された冷媒と外気の熱を利用して湯水を加熱するヒートポンプ給湯装置である。外部熱源機３はヒートポンプ給湯装置に限らず、燃料電池の排熱を利用する給湯装置等であってもよい。

次に、制御ユニット１１について説明する。
制御ユニット１１は、浴室等に設けられた操作リモコン４１の操作により設定された温度等を受信すると共に、循環温度センサ１３等により検知された温度等を取得し、循環ポンプ７や三方弁１２等を駆動し、外部熱源機３や補助熱源機４を作動させて給湯設定温度の湯水を供給可能なように貯湯運転、湯張り運転、追焚運転、浴槽熱回収運転等を制御する。

次に、貯湯運転について説明する。
制御ユニット１１は外部熱源機３を作動させると共に、循環切換弁２０を貯湯タンク側に切換え、加熱循環ポンプ１８を駆動し、貯湯タンク５の下部から低温の湯水を外部熱源機３に供給し、外部熱源機３で加熱された貯湯設定温度の湯水を貯湯タンク５の上部に貯留する。貯湯運転の継続により、貯湯タンク５の上部に貯留された貯湯設定温度の湯水の層が下方に拡大し、低温の湯水の層が縮小する。貯湯タンク５に設けられた複数の貯湯温度センサ５ａ〜５ｄが検知する温度により、制御ユニット１１は貯湯タンク５に貯留された貯湯設定温度の湯水の量を検知可能である。

次に、湯張り運転について説明する。
使用者が操作リモコン４１から湯張り運転を指示すると、湯張り設定温度や設定湯量等が制御ユニット１１に送信されて湯張り運転が開始される。使用者が指定した時刻に湯張り運転を開始するようにしてもよい。貯湯運転により貯湯タンク５に貯留された貯湯設定温度の湯水は、給水通路２１の給水圧によってタンク出湯通路２９から混合弁２３に流入する。制御ユニット１１は、混合弁２３を調節して湯張り設定温度の湯水を給湯通路２７に供給し、給湯通路２７から分岐通路部２７ａ及び風呂往き通路部９ａを経由して浴槽１５に設定湯量供給する。

次に、追焚運転について説明する。
使用者が操作リモコン４１から追焚運転を指示すると、設定温度等が制御ユニット１１に送信されて追焚運転が開始される。制御ユニット１１は、水比例弁３２を閉止し、熱交換器電磁弁１４を開放し、三方弁１２を循環バイパス通路３４側に切換え、循環ポンプ７を駆動し、補助熱源機４を作動させる。補助熱源機４により加熱された湯水は、循環通路部８ｃを通って熱交換器６に流入する。

これと並行して、制御ユニット１１は、浴槽回路９において浴槽ポンプ１６を駆動して浴槽１５の湯水を循環させる。補助熱源機４により加熱された湯水と浴槽１５の湯水との間で熱交換器６において熱交換させることにより、浴槽１５の湯水を加熱する。浴槽温度が設定温度になると追焚運転を終了する。使用者の操作によらず浴槽温度が設定温度を維持するようにしてもよい。

次に、浴槽熱回収運転について説明する。
図２に示すように、浴槽熱回収運転は、循環回路８を循環する貯湯タンク５の湯水と、浴槽回路９を循環する浴槽１５の湯水との間で、熱交換器６において熱交換させて浴槽１５の湯水の熱を貯湯タンク５の湯水に回収するものである。使用者が操作リモコン４１から浴槽熱回収運転を指示すると、浴槽熱回収運転が開始される。使用者が指定した時刻に浴槽熱回収運転を開始するようにしてもよい。この時の制御ユニット１１による浴槽熱回収運転制御について、図３に示すフローチャートに基づいて説明する。尚、フローチャート中のＳｉ（ｉ＝１，２，・・・）は各ステップを表す。

最初にＳ１において、操作リモコン４１からの浴槽熱回収運転の指示により、指示浴槽熱回収運転が開始される。

次にＳ２において、貯湯運転等他の運転が実行されているか否か判定する。判定がＹｅｓ、即ち他の運転を実行中であるため浴槽熱回収運転を実行できない場合は、浴槽熱回収運転を終了して（Ｓ１７）、浴槽熱回収運転ができないことを操作リモコン４１の表示等により使用者に報知し（Ｓ１８）、浴槽熱回収運転制御を終了する。判定がＮｏの場合はＳ３に進む。

次にＳ３において、最も上方の貯湯温度センサ５ｄにより検知された貯湯タンク５の上部の湯水の温度が、給湯設定温度より所定の温度α℃以上高いか否か判定する。所定の温度αは、次の給湯時、例えば翌朝の給湯時に必要な温度及びそれまでの降温等を考慮して適宜設定されるものである。ここでは例えばα＝５℃が適当である。判定がＹｅｓの場合、即ち貯湯タンク５に次の給湯時に利用可能な湯水が残っている場合には浴槽熱回収運転を終了して（Ｓ１７）、浴槽熱回収運転ができないことを操作リモコン４１の表示等により使用者に報知し（Ｓ１８）、浴槽熱回収運転制御を終了する。判定がＮｏの場合はＳ４に進む。尚、このＳ３の判定は無くてもよく、その場合はＳ４に進む。

次にＳ４において、浴槽ポンプ１６を駆動して浴槽回路９に浴槽１５の湯水を循環させ、Ｓ５に進む。

次にＳ５において、浴槽熱回収運転以外の他の運転が開始されたか否か判定する。判定がＹｅｓ、即ち他の運転を実行するため浴槽熱回収運転を継続できない場合は、浴槽熱回収運転を終了して他の運転を実行し（Ｓ１６）、浴槽熱回収が終了したことを操作リモコン４１の表示等により使用者に報知し（Ｓ１５）、浴槽熱回収運転制御を終了する。判定がＮｏの場合はＳ６に進む。

次にＳ６において、Ｓ４で浴槽ポンプ１６を駆動してから１分が経過したか否か判定する。判定がＹｅｓの場合は浴槽熱回収運転を終了して（Ｓ１７）、浴槽熱回収運転ができないことを操作リモコン４１の表示等により使用者に報知し（Ｓ１８）、浴槽熱回収運転制御を終了する。判定がＮｏの場合はＳ７に進む。

次にＳ７において、浴槽温度センサ１７により検知された浴槽温度が、貯湯タンク５に貯留されている湯水の平均温度（タンク内平均温度）より所定温度β℃以上高いか否か判定する。タンク内平均温度は、貯湯温度センサ５ａ〜５ｄにより検知された温度と、これらの温度センサに対応する貯湯量及び貯湯タンク５の容量等から平均温度算出手段に相当する制御ユニット１１が算出する。所定温度βは、貯湯給湯装置１の仕様等により適宜設定されるものである。ここでは例えばβ＝５℃〜１０℃が適当である。判定がＹｅｓの場合はＳ８に進み、判定がＮｏの場合はＳ５に戻る。

次にＳ８において、貯湯タンク５に貯留された湯水を循環回路８に循環させて浴槽熱回収動作を開始する。具体的には、水比例弁３２を閉止し、熱交換器電磁弁１４を開放し、三方弁１２を循環回路側に切換え、循環ポンプ７を駆動する。

次にＳ９において、浴槽熱回収運転以外の他の運転が開始されたか否か判定する。判定がＹｅｓ、即ち他の運転を実行するため浴槽熱回収運転を継続できない場合は、浴槽熱回収運転を終了して他の運転を実行し（Ｓ１６）、浴槽熱回収が終了したことを操作リモコン４１の表示等により使用者に報知する（Ｓ１５）。判定がＮｏの場合はＳ１０に進む。

次にＳ１０において、循環温度センサ１３により検知される循環温度が、浴槽温度センサ１７により検知される浴槽温度未満であるか否か判定する。判定がＹｅｓの場合はＳ１１に進み、判定がＮｏの場合はＳ１２に進む。

Ｓ１１において、浴槽回路９を循環状態にする。具体的には、浴槽ポンプ１６に駆動指令を送信し、浴槽回路９が循環中であればそのまま循環を継続し、循環停止中であれば浴槽ポンプ１６を駆動して循環を開始させる。浴槽回路９が循環状態になったらＳ１３に進む。

一方、Ｓ１０の判定がＮｏの場合、Ｓ１２において浴槽回路９を循環停止状態にする。具体的には、浴槽ポンプ１６に停止指令を送信し、浴槽回路９が循環中であれば浴槽ポンプ１６を停止して循環を停止させ、循環停止中であればそのまま循環停止を継続する。Ｓ８において循環回路８の循環を開始した直後は、貯湯タンク５の上部に少量残っている高温の湯水が熱交換器６に流入するので、浴槽回路９の湯水にその熱を奪われないようにするための一時的な浴槽回路９の循環停止措置である。浴槽回路９が循環停止状態になったらＳ１３に進む。

次にＳ１３において、浴槽温度センサ１７により検知された浴槽温度と、タンク内平均温度との温度差が所定の温度γ℃未満か否か、または、Ｓ８で浴槽熱回収動作が開始されてから６０分が経過したか否か判定する。タンク内平均温度は上述のＳ７と同様に制御ユニット１１が算出する。所定の温度γは、熱交換器６の能力等により適宜設定されるものであり、ここでは例えばγ＝２℃〜５℃が適当である。判定がＹｅｓの場合はＳ１４に進み、判定がＮｏの場合はＳ９に戻る。

次にＳ１４において、浴槽熱回収運転を終了し、Ｓ１５において浴槽熱回収が終了したことを操作リモコン４１の表示等により使用者に報知して、浴槽熱回収運転制御を終了する。

次に、本発明の貯湯給湯装置１の作用、効果について説明する。
貯湯給湯装置１は、エネルギー効率が高い外部熱源機３で加熱した湯水を貯湯タンク５に貯留して浴槽１５等の給湯先に供給し、浴槽１５に湯張りした湯水を加熱する追焚運転で使用する熱交換器６を利用して、排水前に浴槽１５の湯水に蓄えられている熱を回収して貯湯タンク５の湯水に蓄えて次の給湯に利用することができる。即ち、浴槽の湯水の加熱により蓄えられた熱の一部を回収して次の給湯に利用するので、給湯にかかる消費エネルギーを減らすことができる。

また、浴槽熱回収の効果があるか否か判定して、効果がある場合にのみ浴槽熱回収運転を実行するので、無駄な浴槽熱回収動作をすることがなく、消費エネルギーを減らすことができる。

その他、当業者であれば、本発明の趣旨を逸脱することなく、前記実施例に種々の変更を付加した形態で実施可能であり、本発明はそのような変更形態を包含するものである。

１ 貯湯給湯装置
２ 貯湯給湯ユニット
３ 外部熱源機
４ 補助熱源機
５ 貯湯タンク
５ａ〜５ｄ 貯湯温度センサ（タンク温度検知手段）
６ 熱交換器
７ 循環ポンプ
８ 循環回路
９ 浴槽回路
１０ 加熱循環回路
１１ 制御ユニット（平均温度算出手段）
１２ 三方弁
１３ 循環温度センサ（循環温度検知手段）
１４ 熱交換器電磁弁
１５ 浴槽
１６ 浴槽ポンプ
１７ 浴槽温度センサ（浴槽温度検知手段）
２３ 混合弁
３２ 水比例弁
３４ 循環バイパス通路

Claims (2)

1. 貯湯タンクと、この貯湯タンクの上部と下部とを接続し循環ポンプと熱交換器とを備えた循環回路と、浴槽と前記熱交換器との間を接続し浴槽ポンプと浴槽温度検知手段とを備えた浴槽回路とを有する貯湯給湯装置であって、
   前記貯湯タンクの異なる高さ位置に付設された複数のタンク温度検知手段と、これらのタンク温度検知手段の検知温度から貯湯タンク内の湯水の平均温度を算出する平均温度算出手段とを備え、浴槽の熱回収運転の指示により前記浴槽ポンプを駆動して前記浴槽温度検知手段により検知された浴槽温度が、前記平均温度算出手段によって算出された湯水平均温度より所定温度以上高い場合には、前記循環ポンプと前記浴槽ポンプとを駆動して浴槽の熱回収運転を行うことを特徴とする貯湯給湯装置。
2. 前記貯湯タンク上部から前記循環回路に流れる湯水の温度を検知する循環温度検知手段を備え、浴槽の熱回収運転実行中にこの循環温度検知手段が検知した循環温度が浴槽温度以上である場合には浴槽ポンプを停止し、循環温度が浴槽温度未満である場合には浴槽ポンプを駆動することを特徴とする請求項１に記載の貯湯給湯装置。