JP2019143936A - 貯湯給湯装置 - Google Patents

Abstract

【課題】混合手段の不具合による高温の給湯を回避可能な貯湯給湯装置を提供すること。【解決手段】貯湯給湯装置は、貯湯タンクと、上水を供給するために貯湯タンクの下部に接続された給水通路と、貯湯タンクの上部から混合手段に接続された出湯通路と、給水通路から分岐して混合手段に接続されたバイパス通路と、出湯通路の湯水とバイパス通路の上水とを混合手段で混合して温度調整した湯水を給湯する給湯通路と、補助熱源機を備え且つ給水通路から分岐して出湯通路に接続された補助加熱回路と、混合手段を制御する制御手段を備えている。さらに補助加熱回路の流量調整手段と、貯湯タンク上部温度検知手段と出湯通路湯水温度検知手段が配設され、貯湯タンクからの出湯時に、制御手段が貯湯タンク上部温度又は出湯通路湯水温度に基づいて流量調整手段を制御することにより、出湯通路の湯水の温度を低下させるための上水を補助加熱回路から出湯通路に供給する。【選択図】図２

Description

本発明は、加熱手段により加熱した湯水を貯湯タンクに貯留し、貯留した湯水を給湯に使用する貯湯給湯装置に関する。

従来から、湯水を加熱する加熱手段としてヒートポンプ熱源機等の外部熱源機と、バックアップ用の補助熱源機を備えた貯湯給湯装置が広く利用されている。このような貯湯給湯装置では、外部熱源機により加熱して貯湯タンクに貯留した湯水を出湯して給湯に使用する貯湯出湯と、補助熱源機で加熱した湯水を給湯に使用するバックアップ出湯（ＢＵ出湯）が可能である。

貯湯出湯は、貯湯タンクに貯留した高温の湯水を、湯水の混合手段において低温の上水と混合することにより給湯設定温度に調整して給湯栓等に給湯する。ＢＵ出湯は、貯湯タンクに貯留された湯水が給湯設定温度以下のため給湯に使用できない場合等に、この貯湯タンクの湯水又は上水を補助熱源機で加熱した高温の湯水を、湯水の混合手段において低温の上水と混合することにより給湯設定温度に調整して給湯栓等に給湯する。

貯湯給湯装置は、ユーザが予期しない高温の湯水が給湯されると火傷等の危険があるため、高温の給湯とならないように、例えば特許文献１のように所定の場合に目標給湯温度よりも実際の給湯温度を低下させる制御を行うものがある。

特許第６０４４１３５号公報

しかし、特許文献１の貯湯給湯装置は、給湯温度を低下させるための湯水の混合手段の不具合によって高温の湯水と低温の上水との十分な混合が不能になり、高温の給湯となる虞がある。また、このような高温の給湯の回避のため、混合手段の下流側に上水を供給可能な高温出湯回避通路及びこの高温出湯回避通路を開閉する高温出湯回避弁を備えているが、製造コストを抑えるために可能であればこれらを省きたいという要求もある。

本発明の目的は、混合手段に不具合が発生した場合でも高温の給湯を回避可能な貯湯給湯装置を提供することである。

請求項１の発明は、湯水を貯留する貯湯タンクと、上水を供給するために前記貯湯タンクの下部に接続された給水通路と、前記貯湯タンクの上部から混合手段に接続された出湯通路と、前記給水通路から分岐して前記混合手段に接続されたバイパス通路と、前記出湯通路の湯水と前記バイパス通路の上水とを前記混合手段で混合して温度調整した湯水を給湯するための給湯通路と、補助熱源機を備え且つ前記給水通路から分岐して前記出湯通路に接続された補助加熱回路と、前記混合手段を制御する制御手段を備えた貯湯給湯装置において、前記補助加熱回路にはその湯水流量を調整するための流量調整手段が配設され、前記貯湯タンクにはその上部温度を検知する貯湯タンク上部温度検知手段が配設され、前記出湯通路にはその湯水温度を検知する出湯通路湯水温度検知手段が配設され、前記貯湯タンクからの出湯時に、前記制御手段が検知された貯湯タンク上部温度又は出湯通路湯水温度に基づいて前記流量調整手段を制御することにより、前記出湯通路の湯水の温度を低下させるための上水を前記補助加熱回路から前記出湯通路に供給することを特徴としている。

上記構成によれば、貯湯給湯装置は、出湯通路の湯水とバイパス通路の上水を混合手段において混合して温度調整した湯水を給湯する。出湯通路の湯水は貯湯タンクに貯留された湯水又は補助熱源機で加熱された湯水であるが、貯湯タンクの湯水を給湯に使用できる場合には、貯湯タンクの湯水を貯湯タンク上部から出湯する。このとき、検知された貯湯タンク上部温度又は出湯通路湯水温度に基づいて、補助加熱回路の流量調整手段を制御して上水を補助加熱回路から出湯通路に供給することにより、出湯通路の湯水の温度を安全な温度まで低下させる。従って、貯湯タンクに貯留された高温の湯水を出湯する場合に、安全な温度の湯水を混合手段に供給することができるので、混合手段に不具合が発生した場合でも高温の給湯を回避可能である。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記流量調整手段を介して低下させた前記出湯通路の湯水の温度は、給湯設定温度より高温且つ所定の出湯上限温度より低温であることを特徴としている。
上記構成によれば、混合手段が給湯設定温度に調整可能な温度であって所定の出湯上限温度より低温の湯水を混合手段に供給する。従って、混合手段の不具合発生により温度調整不能な場合でも出湯上限温度より低温の安全な温度の給湯がなされるので、貯湯タンクに貯留された出湯上限温度より高温の湯水が高温のまま給湯されることを回避できる。また、出湯上限温度以上の高温の湯水が給湯されることがないので、混合手段の下流側の給湯通路に上水を供給して高温の出湯を回避するための高温出湯回避通路及び高温出湯回避弁の配設を省略可能である。

請求項３の発明は、請求項１又は２の発明において、前記補助加熱回路から前記出湯通路に上水を供給する際には前記補助熱源機による加熱を行わないことを特徴としている。
上記構成によれば、補助加熱回路の湯水の流通に基づいて作動する補助熱源機を、補助加熱回路から出湯通路に上水を供給する際には上水の加熱を行わないように規制するので、出湯通路の湯水の温度を低下させることができる。

請求項４の発明は、請求項１〜３の何れか１項の発明において、前記貯湯タンクの湯水を前記貯湯タンクの上部から前記補助熱源機に供給するためのタンク加熱通路を備えたことを特徴としている。
上記構成によれば、貯湯出湯中に混合手段で給湯設定温度に調整可能な湯水を貯湯タンクから出湯できなくなった場合に、貯湯タンクの湯水を補助熱源機で加熱して給湯に使用可能なので、貯湯タンクに貯留された熱量を最大限利用可能である。

本発明の貯湯給湯装置によれば、混合手段に不具合が発生した場合でも高温の給湯を回避可能である。

本発明の実施例に係る貯湯給湯装置の全体構成を示す図である。 実施例に係る出湯通路の湯水の降温制御の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、貯湯給湯装置１の全体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、貯湯タンク２、補助熱源機３等を備えている。貯湯給湯装置１は、例えばヒートポンプ式熱源機や、燃料電池等の発電時の排熱を利用する熱源機等の図示外の外部熱源機により加熱した高温の湯水を貯湯タンク２に貯留して、この高温の湯水を給湯に使用する。また、貯湯給湯装置１は、貯湯タンク２の湯水を給湯に使用できない場合に、例えば燃料ガスの燃焼熱を利用して加熱する補助熱源機３により加熱した湯水を給湯に使用する。

貯湯タンク２の上部には、貯湯タンク２に貯留した湯水を出湯するための出湯通路４が接続されている。貯湯タンク２の下部には、貯湯タンク２に低温水として上水を供給するための給水通路５が接続されている。この給水通路５から分岐したバイパス通路６と出湯通路４が湯水混合弁７（混合手段）に接続されている。湯水混合弁７は、出湯通路４の高温の湯水とバイパス通路６の低温の上水を混合して給湯通路８から給湯栓等に給湯する。この湯水混合弁７の混合比率は調整可能である。尚、出湯通路４の湯水の流量を調整する流量調整弁とバイパス通路６の上水の流量を調整する流量調整弁とで混合手段を構成することもできる。

出湯通路４には、出湯通路４から湯水混合弁７に供給される湯水の温度（出湯通路湯水温度）を検知するための出湯通路温度センサ４ａ（出湯通路湯水温度検知手段）が配設されている。給湯通路８には、給湯温度を検知する給湯温度センサ８ａと、給湯流量を検知する給湯流量センサ８ｂと、給湯流量を調整可能な給湯流量調整弁８ｃが配設されている。

給水通路５には、上水道から供給される上水の温度を検知するための給水温度センサ５ａと、減圧弁５ｂと逆止弁５ｃが配設されている。バイパス通路６には、逆止弁６ａが配設されている。バイパス通路６から分岐して給湯通路８に接続された高温出湯回避通路６ｂには高温出湯回避弁６ｃが配設され、給湯温度センサ８ａが所定の出湯上限温度以上の高温の給湯を検知した場合や停電等の場合に、高温出湯回避弁６ｃを開弁して高温の給湯を防ぐように構成されている。

貯湯タンク２の外周には、複数の貯湯温度センサ２ａ〜２ｅが上下方向に所定の間隔を空けて配設されている。これら貯湯温度センサ２ａ〜２ｅは、貯湯タンク２の上部側から貯留される高温水の温度を検知することによりその量を検知可能な貯湯量検知手段でもある。最も上側の貯湯温度センサ２ａ（貯湯タンク上部温度検知手段）が検知する温度を、貯湯タンク上部温度としている。

貯湯タンク２の下部には、図示外の外部熱源機に貯湯タンク２の湯水を供給する上流加熱通路１１が接続され、この外部熱源機で加熱された高温の湯水が流通する下流加熱通路１２が貯湯タンク２の上部に接続されている。

貯湯給湯装置１は、出湯通路温度センサ４ａ等の各種センサの検知信号に基づいて湯水混合弁７等を制御して給湯運転等を行う制御部１４（制御手段）を備え、例えば給湯設定温度や出湯上限温度の設定等の各種操作を行うための操作端末１５が制御部１４に接続されている。出湯上限温度は、短時間の接触では火傷等の危険が生じる虞が小さい温度（例えば６０℃）に設定する。設定可能な給湯設定温度の範囲は、例えば３０℃から出湯上限温度までの範囲である。

補助加熱回路１６は、給水通路５から分岐して出湯通路４に接続され、その途中部に補助熱源機３を備えている。また、補助加熱回路１６には、この補助加熱回路１６を流通して出湯通路４に供給される湯水流量を調整する水比例弁１７（流量調整手段）と、補助熱源機３に湯水を送るためのポンプ１８と三方弁１９と流量センサ２０が配設されている。流量センサ２０が所定の流量以上を検知している場合に、補助熱源機３が作動して補助加熱回路１６を流れる湯水を加熱する。水比例弁１７の開度は、その弁体を駆動するモータの駆動ステップに対応する。補助加熱回路１６は、ポンプ１８の非作動時においても給水圧により上水が流通可能である。

タンク加熱通路２１は、貯湯タンク２の湯水を貯湯タンク２の上部から補助熱源機３に供給するために、補助加熱回路１６と出湯通路４との接続部より上流側の出湯通路４から分岐され、三方弁１９を介して補助加熱回路１６に接続されている。尚、タンク加熱通路２１は、出湯通路４から分岐せずに貯湯タンク２の上部に接続されていてもよい。三方弁１９は、貯湯タンク２の湯水又は上水を補助熱源機３に供給可能となるように切替えられる。

次に貯湯運転について説明する。
貯湯運転は、貯湯タンク２の下部の湯水を図示外の外部熱源機で加熱し、この加熱された高温の湯水を貯湯タンク２の上部から貯留する。貯湯給湯装置１には、例えば、給湯使用量の予測に基づき貯湯タンク２に必要な熱量に相当する量の高温の湯水を貯留するように構成されたものや、給湯使用のない深夜に貯湯運転を行って貯湯タンク２に高温の湯水を満たすように構成されたもの、電力使用の際に高温の湯水を貯留するように構成されたもの等がある。従って、給湯運転開始前の貯湯タンク２の高温の湯水の温度及び量は一定ではない。

次に給湯運転について説明する。
給湯栓等の開栓により給湯流量センサ８ｂが所定の流量を検知すると給湯運転が開始される。制御部１４は、出湯通路湯水温度と上水の温度に基づいて、給湯設定温度の給湯となるように湯水混合弁７の混合比率を調整する。そして給湯温度センサ８ａが検知した給湯温度に基づいて、制御部１４は湯水混合弁７の混合比率をさらに調整する。出湯通路４に供給する湯水は、制御部１４が給湯設定温度と貯湯タンク上部温度に基づいて、貯湯タンク２の湯水を供給する貯湯出湯又は補助熱源機３で加熱した湯水を供給するＢＵ出湯を選択する。

次に制御部１４による出湯通路４の湯水の降温制御について、図２のフローチャートに基づいて説明する。図中のＳｉ（ｉ＝１，２，・・・）はステップを表す。

給湯運転が開始されると、Ｓ１において貯湯タンク上部温度が給湯設定温度以上か否か判定する。判定がＹｅｓの場合は貯湯出湯のためＳ２に進み、判定がＮｏの場合は補助熱源機３を使用するＢＵ出湯のためにこの降温制御を終了する。ＢＵ出湯では、湯水混合弁７で給湯設定温度に調整可能且つこの降温制御を必要としない温度に補助熱源機３が湯水を加熱する。

次にＳ２において、貯湯タンク上部温度が予め設定された所定の出湯上限温度以上か否か判定する。判定がＹｅｓの場合は出湯通路４の湯水の温度を低下させるためにＳ３に進む。判定がＮｏの場合は、出湯通路４の湯水の温度が既に出湯上限温度より低温なので、この降温制御を終了して、貯湯タンク２の湯水をそのまま湯水混合弁７に供給する通常の貯湯出湯により給湯を行う。

次にＳ３において、補助熱源機３で出湯通路４の湯水の温度を低下させるための上水を加熱しないように補助熱源機３の作動を規制してＳ４に進む。次にＳ４において、水比例弁１７の開度を所定ステップ大きくしてＳ５に進む。所定ステップは水比例弁１７の仕様等により適宜設定される。

次にＳ５において、所定時間内（例えば１秒以内）に検知された出湯通路湯水温度が出湯上限温度未満の安全な温度まで低下したか否か判定する。所定時間は、水比例弁１７の開度を大きくしてからこの開度変更が反映された湯水の温度を出湯通路温度センサ４ａが検知可能になるまでに要する時間より長く設定しておく。判定がＹｅｓの場合は、水比例弁１７の開度をこれ以上大きくしないのでＳ６に進み、判定がＮｏの場合は出湯通路４の湯水温度が出湯上限温度未満に低下するまで水比例弁１７の開度を大きくするためＳ４に戻る。

次にＳ６において、水比例弁１７の開度を維持してＳ７に進み、Ｓ７において貯湯タンク上部温度が出湯上限温度未満に低下したか否か判定する。判定がＹｅｓの場合は貯湯タンク２から降温制御を実行する高温の湯水の出湯が終了するので降温制御を終了するためＳ８に進み、判定がＮｏの場合は貯湯タンク２から降温制御を実行する高温の湯水の出湯が継続するのでＳ６に戻る。

Ｓ８において、補助熱源機３の作動の規制を解除すると共に、水比例弁１７を通常制御に戻してこの降温制御を終了する。降温制御終了後も給湯運転が継続する場合には、降温制御しない通常の貯湯出湯又はＢＵ出湯の給湯運転に切替える。尚、降温制御中に給湯運転が終了した場合にも、補助熱源機３の作動の規制を解除して水比例弁１７を通常開度（例えば全閉）に戻す。

本実施例に係る貯湯給湯装置１の作用、効果について説明する。
貯湯給湯装置１は、出湯通路４の湯水とバイパス通路６の上水を湯水混合弁７において混合して温度調整した湯水を給湯する。出湯通路４の湯水は貯湯タンク２に貯留された湯水又は補助熱源機３で加熱された湯水であり、貯湯タンク２の湯水を給湯に使用できる場合には、貯湯タンク２の湯水を貯湯タンク２の上部から出湯する貯湯出湯が行われる。

このとき、検知された貯湯タンク上部温度又は出湯通路湯水温度に基づいて、水比例弁１７を調整して上水を補助加熱回路１６から出湯通路４に供給することにより出湯通路４の湯水の温度を出湯上限温度未満の安全な温度まで低下させる降温制御を行う。従って、貯湯タンク２に貯留された高温の湯水を出湯する場合に安全な温度の湯水を湯水混合弁７に供給することができるので、湯水混合弁７が不具合により温度調整不能になった場合でも高温の給湯を回避可能である。

水比例弁１７を介して降温させた出湯通路４の湯水の温度は、給湯設定温度より高温且つ所定の出湯上限温度より低温である。それ故、給湯設定温度に調整可能な温度であって出湯上限温度より低温の安全な温度の湯水が湯水混合弁７に供給される。従って、湯水混合弁７が不具合により温度調整不能になった場合でも出湯上限温度より低温の給湯がなされるので、貯湯タンク２に貯留された出湯上限温度より高温の湯水が高温のまま給湯されることを回避できる。また、出湯上限温度以上の高温の湯水が給湯されることがないので、湯水混合弁７の下流側の給湯通路８に上水を供給して高温の出湯を回避するための高温出湯回避通路６ｂ及び高温出湯回避弁６ｃの配設を省略することができる。

補助加熱回路１６から出湯通路４に上水を供給する際には、補助熱源機３による加熱を行わないようにその作動を規制している。それ故、補助加熱回路１６の湯水の流通に基づいて作動する補助熱源機３は、補助加熱回路１６から出湯通路４に上水を供給する際には上水を加熱しないので、出湯通路４の湯水の温度を低下させることができる。

貯湯出湯中に湯水混合弁７で給湯設定温度に調整可能な湯水を貯湯タンク２から出湯できなくなった場合でも、貯湯タンク２には上水より高温の湯水が貯留されていることがある。この貯湯タンク２の湯水をタンク加熱通路２１から補助熱源機３に供給して補助熱源機３で加熱した湯水を給湯可能なので、貯湯タンク２に貯留された熱量を最大限利用可能である。

上記実施例を部分的に変更した例について説明する。
［１］Ｓ４，Ｓ５で出湯通路湯水温度が出湯上限温度未満になるまで所定ステップずつ水比例弁１７の開度を大きくする例を説明したが、貯湯タンク上部温度と上水の温度から出湯通路４の湯水の温度が出湯上限温度未満になる水比例弁１７の開度を演算して設定するように構成してもよい。より早く出湯通路４の湯水の温度を出湯上限温度未満に低下させることが可能になる。
［２］Ｓ３で補助熱源機３による加熱を規制したが、この規制の代わりに補助熱源機３が作動する流量未満となるように水比例弁１７を制御する構成としてもよい。

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上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、本発明はその種の変更形態をも包含するものである。

１ ：貯湯給湯装置
２ ：貯湯タンク
２ａ ：貯湯温度センサ（貯湯タンク上部温度検知手段）
３ ：補助熱源機
４ ：出湯通路
４ａ ：出湯通路温度センサ（出湯通路湯水温度検知手段）
５ ：給水通路
５ａ ：給水温度センサ
６ ：バイパス通路
６ｂ ：高温出湯回避通路
６ｃ ：高温出湯回避弁
７ ：湯水混合弁（混合手段）
８ ：給湯通路
１４ ：制御部（制御手段）
１６ ：補助加熱回路
１７ ：水比例弁（流量調整手段）
２０ ：流量センサ
２１ ：タンク加熱通路

Claims (4)

1. 湯水を貯留する貯湯タンクと、上水を供給するために前記貯湯タンクの下部に接続された給水通路と、前記貯湯タンクの上部から混合手段に接続された出湯通路と、前記給水通路から分岐して前記混合手段に接続されたバイパス通路と、前記出湯通路の湯水と前記バイパス通路の上水とを前記混合手段で混合して温度調整した湯水を給湯するための給湯通路と、補助熱源機を備え且つ前記給水通路から分岐して前記出湯通路に接続された補助加熱回路と、前記混合手段を制御する制御手段を備えた貯湯給湯装置において、
   前記補助加熱回路にはその湯水流量を調整するための流量調整手段が配設され、
   前記貯湯タンクにはその上部温度を検知する貯湯タンク上部温度検知手段が配設され、
   前記出湯通路にはその湯水温度を検知する出湯通路湯水温度検知手段が配設され、
   前記貯湯タンクからの出湯時に、前記制御手段が検知された貯湯タンク上部温度又は出湯通路湯水温度に基づいて前記流量調整手段を制御することにより、前記出湯通路の湯水の温度を低下させるための上水を前記補助加熱回路から前記出湯通路に供給することを特徴とする貯湯給湯装置。
2. 前記流量調整手段を介して低下させた前記出湯通路の湯水の温度は、給湯設定温度より高温且つ所定の出湯上限温度より低温であることを特徴とする請求項１に記載の貯湯給湯装置。
3. 前記補助加熱回路から前記出湯通路に上水を供給する際には前記補助熱源機による加熱を行わないことを特徴とする請求項１又は２に記載の貯湯給湯装置。
4. 前記貯湯タンクの湯水を前記貯湯タンクの上部から前記補助熱源機に供給するためのタンク加熱通路を備えたことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の貯湯給湯装置。