JP2019090562A - 給湯機 - Google Patents

Abstract

【課題】給湯機の浴槽温度検出運転時に、浴槽水ポンプを適切に運転することで、浴槽水回路の長さが短い場合には、浴槽水温を検出直後に浴槽水ポンプの運転を停止でき、浴槽水温の低下抑制、エネルギー効率向上が可能となる給湯機を提供すること。【解決手段】戻り温度検出手段４４で検出される水温が、前記浴槽水ポンプを動作させてから推定浴槽水温に到達するまでの時間が短くなるほど、浴槽水ポンプ４０の運転時間を短くする。これにより、浴槽水ポンプ４０が運転を開始した場合、浴槽水回路４１の長さが短いほど、浴槽水ポンプ４０運転開始後から短時間で、浴槽水温を検出できるため、浴槽水回路４１の長さが短い場合には、浴槽水温を検出直後に浴槽水ポンプ４０の運転を停止できる。【選択図】図１

Description

本発明は、浴槽水の加熱を行う追い焚き機能を備える給湯機に関するものである。

従来、この種の給湯機として、貯湯槽の温水を利用した浴槽の追い焚き機能を持ったものがある（例えば、特許文献１参照）。
図４は、特許文献１に記載された給湯機の構成図である。同図に示すように、この給湯機は、ヒートポンプユニット２００ａと、貯湯槽２１ａ及び水対水熱交換器である風呂熱交換器６１ａなどを備えた貯湯ユニット１０ａとから構成されている。貯湯槽２１ａはヒートポンプユニット２００ａにより加熱された温水を貯湯するものである。
風呂熱交換器６１ａは、貯湯槽２１ａ内の温水を循環させて浴槽（図示せず）内の温水を加熱するものである。すなわち、貯湯槽２１ａの上部から追い焚きポンプ３５ａにより汲み出された温水は、風呂熱交換器６１ａに導かれて放熱後に貯湯槽２１ａに戻る。
一方、浴槽、浴槽水ポンプ３４ａ、及び風呂熱交換器６１ａが、風呂戻り管４４ａ及び風呂往き管４５ａにより順次接続された浴槽水回路４６ａにおいて、浴槽から浴槽水ポンプ３４ａにより汲み出された温水は、風呂戻り管４４ａを介して貯湯ユニット１０ａ内の風呂熱交換器６１ａに導かれ、加熱後に風呂往き管４５ａを介して、浴槽に戻る循環を行うことにより風呂追い焚きが行われ、浴槽が保温される。
その後、浴槽では一定時間間隔ごとに、浴槽水ポンプ３４ａを一定時間運転させて、浴槽の温水を貯湯ユニット１０ａ側に循環させ、戻り温度検出手段５１ａで浴槽の水温を検出する浴槽温度検出運転を行う。このとき、浴槽の水温が、所定温度以下であれば風呂追い焚きが行われ、所定温度以上であれば風呂追い焚きを行わない。
図５は、この風呂追い焚き機能を持った給湯機の一例を示す特性図である。縦軸に浴槽の水温を示し、横軸に時間を示している。同図において、Ｔｕは保温上限温度（追い焚き終了温度）であり、浴槽の水温がこの温度以上であれば風呂追い焚きを終了する。また、Ｔｄは保温下限温度（追い焚き開始温度）であり、浴槽の水温が所定温度Ｔｄ以下であれば風呂追い焚きを開始する。
さらに、浴槽の水温を検出するために、一定時間Ｔ１間隔ごとに浴槽温度検出運転を行う。浴槽温度検出運転では、図４の浴槽水ポンプ３４ａを一定時間Ｔ２運転させ、浴槽の温水を貯湯ユニット１０ａ側に循環させ、戻り温度検出手段５１ａで浴槽の水温を検出する。このとき、浴槽水回路４６ａの長さが長い場合においても浴槽の水温を確実に検出できるように、浴槽水回路４６ａの所定長さと一定時間Ｔ２が設定される。

特許第５６８６０７３号公報

しかしながら、特許文献１による浴槽温度検出運転では、浴槽と貯湯ユニット１０ａ間の浴槽水回路４６ａの長さとは無関係に、浴槽水ポンプ３４ａを一定時間運転させて浴槽の水温を検出する。
特に冬のように外気温度が低い場合には、室外に設置されている貯湯ユニット１０ａに接続されている浴槽水回路４６ａは冷却され、その配管内部の水も冷却される。
これによって、浴槽温度検出運転のときに、戻り温度検出手段５１ａが浴槽の水温を検出した後においても、浴槽水ポンプ３４ａは運転継続され、この冷却された水が浴槽水回路４６ａを循環するため、冷却された水が高温の浴槽に流入し続ける。
その結果、浴槽の水温の低下が発生し、浴槽水加熱回数の増加によりエネルギー効率が低下するという課題を有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、浴槽温度検出運転において、浴槽の水温を検出した場合は、浴槽水ポンプを停止させ、浴槽水ポンプの運転時間を短くして、エネルギー効率向上を図った給湯機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、本発明の給湯機は、浴槽、前記浴槽の湯水を循環させる浴槽水ポンプ、及び前記浴槽の前記湯水を加熱する風呂熱交換器が水配管により順次環状に接続された浴槽水回路と、前記浴槽から前記浴槽水ポンプまでの前記水配管を流れる前記湯水の温度を検出する戻り温度検出手段とを備え、前記戻り温度検出手段で検出される前記水温が、前記浴槽水ポンプを動作させてから推定浴槽水温に到達するまでの時間が短くなるほど、前記浴槽水ポンプの運転時間を短くするものである。
これによって、浴槽水ポンプが運転を開始した場合、浴槽水は浴槽から風呂熱交換器に向かって、浴槽水回路を循環する。その結果、浴槽水回路の長さが短いほど、浴槽水ポンプ運転開始後から短時間で、浴槽水温を検出できる。

本発明の給湯機は、浴槽水ポンプが運転を開始した場合、浴槽水回路の長さが短いほど、浴槽水ポンプ運転開始後から短時間で、浴槽水温を検出可能なことにより、浴槽水温を検出直後に浴槽水ポンプの運転を停止できる。
その結果、浴槽水回路の長さが短い場合は、浴槽水回路の長さが長い場合と比べ、特に冬は低温の浴槽水回路の水が高温の浴槽へ流入し、浴槽の水温が低下することを抑制でき、浴槽水加熱回数低減、エネルギー効率向上が可能となる。

本発明の一実施の形態における給湯機の概略構成図 本発明の実施の形態における浴槽水温の特性図 本発明の実施の形態における浴槽水ポンプの動作と戻り温度の特性図 従来の給湯機の概略構成図 従来の給湯機の浴槽水温の特性図

第１の発明は、浴槽、前記浴槽の湯水を循環させる浴槽水ポンプ、及び前記浴槽の前記湯水を加熱する風呂熱交換器が水配管により順次環状に接続された浴槽水回路と、前記浴槽から前記浴槽水ポンプまでの前記水配管を流れる前記湯水の温度を検出する戻り温度検出手段とを備え、前記浴槽水ポンプを動作させてから、前記戻り温度検出手段で検出される前記水温が、推定浴槽水温に到達するまでの時間が短くなるほど、前記浴槽水ポンプの運転時間を短くする。

また、第２の発明は、第１の発明において、所定の待機時間が経過すると、前記浴槽水ポンプを湯温検出時間だけ動作させる制御装置を備え、前記制御装置では、前記待機時間及び前記待機時間の開始前に検出した前記水温から前記推定浴槽水温を推定し、前記戻り温度検出手段で前記推定浴槽水温を検出すると前記湯温検出時間を終了させる。

このことにより、以下の作用が生じる。
浴槽水ポンプが運転を開始した場合、浴槽水は浴槽から風呂熱交換器に向かって、浴槽水回路を循環する。その結果、浴槽水回路の長さが短いほど、浴槽水ポンプ運転開始後から短時間で、浴槽水温を検出できる。従って、浴槽水回路の長さが短い場合には、浴槽水温を検出直後に浴槽水ポンプの運転を停止できる。
この作用により、浴槽水回路の長さが短い場合は、浴槽水回路の長さが長い場合と比べ、特に冬は低温の浴槽水回路の水が高温の浴槽へ流入し、浴槽の水温が低下することを抑制でき、浴槽水加熱回数低減、エネルギー効率向上が可能となる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。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。

図１は、本発明の一実施形態における給湯機の構成図である。
図１において、本実施の形態の給湯機１Ａは、加熱手段のヒートポンプユニット２１と貯湯ユニット２７とを備えている。貯湯ユニット２７内に配設している貯湯槽２８内に貯える高温水を、ヒートポンプユニット２１が生成している。
なお、本実施の形態では加熱手段としてヒートポンプを用いているが、これに限定されることなく、例えば、貯湯槽２８内に電気ヒーターを内設して加熱する形態であってもよい。

次に、ヒートポンプユニット２１の構成について説明する。ヒートポンプユニット２１は、圧縮機２２、放熱器２３、膨張手段２４及び蒸発器２５が冷媒配管により環状に接続されて冷媒回路２６が構成されている。
冷媒としては、例えば、Ｒ４０７Ｃ等の非共沸混合冷媒、Ｒ４１０Ａ等の擬似共沸混合冷媒、または二酸化炭素等の単一冷媒等を用いることができる。
また、ヒートポンプユニット２１では、圧縮機２２で圧縮された冷媒は、放熱器２３で放熱し、膨張手段２４で減圧された後、蒸発器２５で空気から熱を吸収し、ガス状態で再び圧縮機２２に吸入される。
なお、圧縮機２２及び膨張手段２４は、圧縮機２２の吐出側に設けたサーミスタ（図示せず）で検出される吐出冷媒の温度が予め設定された温度を維持するように制御される。
また、貯湯槽２８内の湯水は、循環ポンプ３７が運転することで、放熱器２３に流入し、冷媒と熱交換を行い、再び貯湯槽２８に戻り、積層状態で貯湯槽２８の上部に高温水が貯えられる。

次に、貯湯ユニット２７の構成について説明する。
貯湯ユニット２７は前述した通り貯湯槽２８を有しており、貯湯槽２８の底部には給水源から低温水を供給するための給水配管２９が接続されており、常時給水圧が貯湯槽２８にかかっている。
また、貯湯槽２８の上方部には貯湯槽２８内の高温水を流出するための出湯管３０が接続されており、高温水と給水源からの低温水とを混合する混合弁３２を介して給湯端末等へ高温水を供給可能に構成している。

次に、追い焚き回路３１及び浴槽水回路４１について説明する。
本実施の形態では、浴槽４２内の湯水（浴槽水）と、貯湯槽２８内の高温水とが、風呂加熱手段である風呂熱交換器３３にて熱交換し、浴槽４２内の浴槽水を追い焚きする追い焚き機能を有している。
そのため、風呂熱交換器３３の高温側回路、追い焚きポンプ３４、貯湯槽２８が水配管により順次接続されて追い焚き回路３１が構成されている。追い焚きポンプ３４が運転することによって、貯湯槽２８内の高温水が風呂熱交換器３３の高温側回路へ搬送され、熱交換した後の温水が貯湯槽２８の下方部へ戻される。
そして、浴槽４２、浴槽へ給水された浴槽水を循環させる浴槽水ポンプ４０、浴槽水を加熱する風呂熱交換器３３が水配管により順次環状に接続された浴槽水回路４１が構成されている。浴槽水ポンプ４０が運転することによって、浴槽４２内の浴槽水が風呂熱交換器３３の低温側回路へ搬送され、熱交換した後の高温水が浴槽４２へ戻される。
このとき、浴槽４２と浴槽水ポンプ４０の間に配設される戻り温度検出手段４４は、浴槽４２から風呂熱交換器３３の低温側回路へ搬送される浴槽４２の水温を検出する。一方、熱交換後に、風呂熱交換器３３の低温側回路から浴槽４２へ搬送される高温水の温度は、風呂熱交換器３３の低温側回路の下流に配設されている追い焚き温度検出手段４３にて検出される。

注湯回路１１は、貯湯槽２８の高温水を、浴槽水回路４１を経由して浴槽４２へ搬送し、湯張りを行う回路である。注湯回路１１には、貯湯槽２８の高温水と給水源からの低温水とを混合する浴槽水混合弁３９、混合後に流出した温水の温度を検出する注湯温度検出手段３５、及び注湯回路１１の回路の開閉を行う浴槽水注湯弁３６を順に備える。

また、浴槽４２が配設されている浴室には、給湯機１Ａの操作を行うことができる操作手段であり、浴槽４２内の浴槽水の保温温度を設定する温度設定手段であるリモコン装置５１が設置され、リモコン装置５１を操作して、浴槽４２の水温設定や風呂への湯張り、また設置工事後の試運転操作等を行う。

また、本実施の形態の給湯機１Ａには、検出手段やリモコン装置５１からの情報を受け取って判定し、各制御機器に命令する制御装置５０も有している。制御装置５０はマイコン及びその電子制御部品で構成され、貯湯ユニット２７を構成する機器（追い焚きポンプ３４や浴槽水ポンプ４０など）に命令を送っている。
そして、制御装置５０では、風呂への湯張り終了時や追い焚き終了時からの経過時間（待機時間）を考慮して、現在の浴槽４２の水温を推定する機能を備えている。浴槽水ポンプ４０が運転し、戻り温度検出手段４４の検出水温が、推定浴槽水温（例えば、推定された浴槽４２の水温−１Ｋ）になった場合、制御装置５０は、浴槽水が戻り温度検出手段４４に到達したと判定する。
すなわち、制御装置５０は、所定の待機時間が経過すると、浴槽水ポンプを湯温検出時間だけ動作させるが、待機時間及びこの待機時間の開始前に検出した水温から推定浴槽水温を推定し、戻り温度検出手段４４で推定浴槽水温を検出すると湯温検出時間を終了させて浴槽水ポンプ４０を停止する。なお、待機時間は一定値とした所定時間△Ｌに限られるものではない。

以上のように構成された給湯機について、以下その動作、作用を説明する。
まず、湯張り運転について説明する。使用者がリモコン装置５１を操作し湯張り運転を開始するか、もしくは予め湯張り運転の予約をしていた場合には、設定した時刻になると湯張り運転が開始される。湯張り運転が開始されると、浴槽水注湯弁３６が開弁し、貯湯槽２８からの高温水が浴槽水混合弁３９で設定温度となるように混合され、浴槽４２へ供給される。
なお、湯張り運転時において、浴槽水注湯弁３６で混合される浴槽４２の水温は、リモコン装置５１で設定した温水の温度よりも、数度高い温度としてもよい。これは浴槽水注湯弁３６で混合した温水が、浴槽４２に行くまでの間の配管を流れるときに放熱してしまい、浴槽４２に注湯されるときには温度低下が生じてしまう可能性があるからである。そのため、浴槽水注湯弁３６で混合する湯水の温度を設定温度よりも高く設定しておくことで、配管での放熱を考慮した湯張り運転が可能となる。
また湯張り量は、注湯回路１１にある流量センサ（図示せず）で検出し、設定した湯量を流量センサで検出すると、浴槽水注湯弁３６が閉弁し、湯張り運転を終了する。

次に、浴槽４２の温度を検出する浴槽温度検出運転について説明する。
湯張り運転終了後に、浴槽温度検出運転を行う。浴槽温度検出運転では、湯張り運転終了後から所定時間△Ｌが経過する毎に、浴槽水ポンプ４０を運転させ、浴槽４２内の浴槽水を浴槽水回路４１に循環させて、戻り温度検出手段４４で浴槽４２内の浴槽４２の水温を検出する。例えば、所定時間△Ｌを１５分に設定しておくと、湯張り運転終了後から１５分毎に浴槽水ポンプ４０が運転されて温度検出を行う。
ここで、所定時間△Ｌが経過後に浴槽水ポンプ４０を所定時間△Ｗ（例えば、４５秒）の間運転させて、浴槽４２内の浴槽４２の水温を検出した結果、浴槽４２内の浴槽４２の水温が所定温度Ｔｄ（追い焚き開始温度）以下になった場合、追い焚き運転を開始する。つまり、追い焚きポンプ３４及び浴槽水ポンプ４０が運転され、風呂熱交換器３３にて貯湯槽２８内の高温水と、浴槽４２内の浴槽水とが熱交換を行い、浴槽４２内の浴槽水の追い焚きが行われる。そして、浴槽４２内の浴槽４２の水温が設定温度Ｔｕ（追い焚き終了温度）になった場合に追い焚き運転が停止し、追い焚き運転完了となる。

図２は、浴槽温度検出運転における浴槽水温の特性図である。図２の従来特性に示すように、追い焚き運転終了後、第１回目の所定時間△Ｌが経過した場合、まず浴槽水ポンプ４０を所定時間△Ｗ運転させて、浴槽４２内の浴槽４２の水温を検出する。このとき、浴槽４２内の浴槽４２の水温がまだ所定温度Ｔｄを下回っていないので、更に第２回目の所定時間△Ｌが経過した後に、再度浴槽水ポンプ４０を運転させて、浴槽４２内の浴槽４２の水温を検出する。
その結果、今回は所定温度Ｔｄを下回っているので、追い焚きポンプ３４の運転も開始させ、追い焚きポンプ３４及び浴槽水ポンプ４０の運転により、浴槽４２内の浴槽水の追い焚き運転を開始する。
そして、浴槽４２内の浴槽４２の水温が設定温度Ｔｕになった場合、焚き運転を終了する。
これに対して、図２の本発明特性に示すように、追い焚き運転終了後、第１回目の所定時間△Ｌが経過した場合、浴槽水ポンプ４０を運転し、戻り温度検出手段４４で推定浴槽水温を検出すると湯温検出時間を終了して浴槽水ポンプを停止する。図２では、湯温検出時間が所定時間△Ｗより短い運転時間△Ｗｂであることを示している。

図３は、浴槽水ポンプの動作と戻り温度検出手段での戻り温度の特性である。
図３（ａ）では、浴槽水回路４１において、浴槽水ポンプ４０の動作、及び、戻り温度検出手段４４における浴槽４２の戻り温度を示している。特に冬のように外気温度が低い場合、かつ浴槽水ポンプ４０が停止している場合には、室外に設置されている貯湯ユニット２７内の戻り温度検出手段４４での水温Ｔｐは、周囲外気への放熱によって、室内に設置されている浴槽４２の所定温度Ｔｂより低い温度になっている（Ｔｐ＜Ｔｂ）。
ここで、時刻ｔｏに浴槽水ポンプ４０が運転を開始した場合、浴槽水は浴槽４２から風呂熱交換器３３に向かって、浴槽水回路４１を循環する。時刻ｔｏから、浴槽４２からの浴槽水が戻り温度検出手段４４に到達する時間△ｔ（戻り温度検出時間）後に、温度の高い浴槽水が、浴槽４２から戻り温度検出手段４４に到達した場合、戻り温度検出手段４４では浴槽水温が水温Ｔｐから所定温度Ｔｂへの変化を検出する。
このとき、戻り温度検出時間△ｔは、浴槽水回路４１が長配管の場合（△ｔ２）と比べ、短配管の場合（△ｔ１）の方が、短くなる（△ｔ１＜△ｔ２）。つまり、浴槽水回路４１の長さが短いほど、浴槽水ポンプ４０の運転開始後から短時間で、浴槽水温を検出できる。

図３（ｂ）は、浴槽水ポンプ４０の運転時間△Ｗと、戻り温度検出時間△ｔとの関係を示している。従来は、浴槽水ポンプ４０の運転時間は所定時間△Ｗｏ（例えば４５秒）が設定されていた。従って、戻り温度検出手段４４での戻り温度検出時間△ｔとは無関係に、浴槽水ポンプ４０は所定時間△Ｗｏだけ運転する。
これに対し、本発明では、戻り温度検出手段４４の検出水温が、略浴槽水温に到達する時間△ｔが短くなるほど、浴槽水ポンプ４０の運転時間△Ｗを短くする。つまり、浴槽水回路４１の長さが短いほど、浴槽水ポンプ４０運転開始後から短時間で浴槽水温を検出できるため、浴槽水回路４１の長さが短い場合には、浴槽水温を検出直後に浴槽水ポンプ４０の運転を停止できる。
これらの作用により、図２において、浴槽水回路４１の長さが短い場合には、従来特性の浴槽水ポンプ４０の運転時間△Ｗａを、本発明特性の運転時間△Ｗｂにすることができる。つまり、浴槽水回路４１の長さが短い場合は、浴槽水回路４１の長さが長い場合と比べ、特に冬は低温の浴槽水回路４１の水が高温の浴槽４２へ流入し、浴槽４２の水温が低下することを抑制でき、浴槽水加熱回数低減、エネルギー効率向上が可能となる。

以上のように、本実施の形態においては、浴槽水回路４１中に、浴槽４２と浴槽水ポンプ４０の間に配設され水温を検出する戻り温度検出手段４４を備え、戻り温度検出手段４４の検出水温が、略浴槽水温に到達する時間が短くなるほど、浴槽水ポンプ４０の運転時間を短くする。
これによって、浴槽水ポンプ４０が運転を開始した場合、浴槽水は浴槽４２から風呂熱交換器３３に向かって、浴槽水回路４１を循環する。その結果、浴槽水回路４１の長さが短いほど、浴槽水ポンプ４０運転開始後から短時間で、浴槽水温を検出できる。従って、浴槽水回路４１の長さが短い場合には、浴槽水温を検出直後に浴槽水ポンプ４０の運転を停止できる。
これらの作用により、浴槽水回路４１の長さが短い場合は、浴槽水回路４１の長さが長い場合と比べ、特に冬は低温の浴槽水回路４１の水が高温の浴槽４２へ流入し、浴槽４２の水温が低下することを抑制でき、浴槽水加熱回数低減、エネルギー効率向上が可能となる。

本発明は、保温のための浴槽水加熱回数低減やエネルギー効率向上が可能なため、生成した湯水を即時利用する瞬間加熱式の燃焼式給湯機から、生成した湯水を貯湯槽に貯める貯湯式ヒートポンプ給湯機や電気温水器などの各種給湯機に特に有用である。

１Ａ 給湯機
１１ 注湯回路
２１ ヒートポンプユニット
２２ 圧縮機
２３ 放熱器
２４ 膨張手段
２５ 蒸発器
２６ 冷媒回路
２７ 貯湯ユニット
２８ 貯湯槽
２９ 給水配管
３０ 出湯管
３１ 追い焚き回路
３２ 混合弁
３３ 風呂熱交換器
３４ 追い焚きポンプ
３５ 注湯温度検出手段
３６ 浴槽水注湯弁
３７ 循環ポンプ
３９ 浴槽水混合弁
４０ 浴槽水ポンプ
４１ 浴槽水回路
４２ 浴槽
４３ 追い焚き温度検出手段
４４ 戻り温度検出手段
５０ 制御装置
５１ リモコン装置

Claims (2)

1. 浴槽、前記浴槽の湯水を循環させる浴槽水ポンプ、及び前記浴槽前記の湯水を加熱する風呂熱交換器が水配管により順次環状に接続された浴槽水回路と、
   前記浴槽から前記浴槽水ポンプまでの前記水配管を流れる前記湯水の温度を検出する戻り温度検出手段と
   を備え、
   前記戻り温度検出手段で検出される前記水温が、前記浴槽水ポンプを動作させてから推定浴槽水温に到達するまでの時間が短くなるほど、前記浴槽水ポンプの運転時間を短くする
   ことを特徴とする給湯機。
2. 所定の待機時間が経過すると、前記浴槽水ポンプを湯温検出時間だけ動作させる制御装置を備え、
   前記制御装置では、
   前記待機時間及び前記待機時間の開始前に検出した前記水温から前記推定浴槽水温を推定し、
   前記戻り温度検出手段で前記推定浴槽水温を検出すると前記湯温検出時間を終了させる
   ことを特徴とする請求項１に記載の給湯機。