JP3755397B2

JP3755397B2 - 貯湯式給湯装置

Info

Publication number: JP3755397B2
Application number: JP2000334606A
Authority: JP
Inventors: 由治金山; 茂樹布野
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2000-11-01
Filing date: 2000-11-01
Publication date: 2006-03-15
Anticipated expiration: 2020-11-01
Also published as: JP2002139250A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般家庭用の給湯装置に用いて好適な貯湯式給湯装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の貯湯式給湯装置は、加熱手段により加熱された温水を貯留する貯湯タンクを有しており、貯湯タンク内の貯湯量を検出する貯湯量検出手段の信号に基づいて、制御手段が加熱手段を作動させ、貯湯タンク内に温水を沸き増しするようにしている。
【０００３】
具体的には、主に、電力料金の安い深夜時間帯に加熱手段を作動させ、貯湯タンク内が満タンになるように温水が貯留される。そして、主に日中および夜の時間帯に、この貯湯タンク内の温水は、洗面所、台所、浴室等で冷水と混合され湯として使用されるが、使用中の湯切れを防止するために、予め最低貯湯量設定値を設けておき、貯湯量検出手段によって貯湯量がこの最低貯湯量設定値を切った時点で、加熱手段は沸き増しするように制御している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、最低貯湯量設定値を任意の値に固定して手入力設定しているので、使用者の湯の使用量によっては、この最低貯湯量設定値を切った時点からでは沸き増しが間に合わず、湯切れが発生する場合がある。
【０００５】
また、安全を見て、予め最低貯湯量設定値を大きくして設定すれば、未使用の貯湯量が増加し、熱ロスにより非常に不経済となる。
【０００６】
本発明の目的は、上記問題に鑑み、経済的且つ、確実に湯切れ防止できる貯湯式給湯装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するために、以下の技術的手段を採用する。
【０００８】
請求項１に記載の発明では、加熱手段（１１０）により加熱された温水を貯留する貯湯タンク（１２０）内に、温水の貯湯量を検出する貯湯量検出手段（１３０）が設けられ、この貯湯量検出手段（１３０）の検出信号に基づいて加熱手段（１１０）を作動させる制御手段（１４０）を有し、この制御手段（１４０）により、所定の時間帯に、加熱手段（１１０）を作動させて貯湯タンク（１２０）内に温水を貯留するようにした貯湯式給湯装置において、制御手段（１４０）は、貯湯量検出手段（１３０）によって検出される貯湯量が、予め定めた最低貯湯量設定値を下回った時に、加熱手段（１１０）を作動させて、沸き増しをすると共に、貯湯タンク（１２０）内の温水の貯湯量と最低貯湯量設定値とを比較して、貯湯量が、最低貯湯量設定値を下回った場合に、この最低貯湯量設定値を所定値分増加させるようにしたことを特徴としている。
【０００９】
これにより、必要以上に加熱手段（１１０）のエネルギーを使用すること無く、また、未使用の温水の熱ロスも招くこと無く、経済的に且つ、確実に湯切れを防止できる。
【００１０】
請求項２に記載の発明では、制御手段（１４０）は、貯湯量が、最低貯湯量設定値を所定期間、下回ることが無かった場合に、この最低貯湯量設定値を所定値分減少させるようにしたことを特徴としている。
【００１１】
更に、請求項３に記載の発明のように、貯湯量が、最低貯湯量設定値を下回る頻度に応じて、この最低貯湯量設定値を増加させる量を大きくするようにしてやると良い。
また、請求項４に記載の発明のように、貯湯タンク（１２０）内部の冷水を加熱された温水によって押し出しながら貯湯タンク（１２０）内の温水量を増大させるように沸き増しをするものに用いて好適である。
【００１２】
尚、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態を図１に示す。第１実施形態は、本発明を一般家庭用の給湯装置に適用したものであり、まず、その全体構成について図１を用いて説明する。
【００１４】
貯湯式給湯装置（以下、給湯装置と呼ぶ）１００は、加熱手段としてのヒートポンプユニット（以下、ヒートポンプと呼ぶ）１１０、貯湯タンク（以下、タンクと呼ぶ）１２０、貯湯量検出手段としての水位サーミスタ１３０１〜１３０５、制御手段としての電子制御装置（以下、ＥＣＵと呼ぶ）１４０等から構成されている。
【００１５】
ヒートポンプ１１０は、電動圧縮機、水熱交換器、膨張弁、冷媒熱交換器を冷媒配管で接続して成る周知のもので、例えばＣＯ₂等の冷媒を高温高圧にして水熱交換器で冷水（水道水）と熱交換を行ない、所定の温度に加熱し温水にするものである。また、この冷水、温水を循環させるポンプも合せて備えるようにしている。尚、この加熱手段としては、ヒートポンプ１１０に限らず、電気式ヒータ等を用いてもよい。
【００１６】
ヒートポンプ１１０の温水出口部１１１と後述するタンク１２０の流入口１２１ａは、貯湯配管１２３ａによって接続されており、タンク１２０に加熱した温水を流入できるようにしている。
【００１７】
タンク１２０は、温水を貯留する耐圧容器であり、省スペースでの設置が可能となるように２つの縦型の円筒形状としており、第１タンク１２１、第２タンク１２２を並列に設置している。内部容量は家庭用として使用するに足りるように、それぞれ１５０リットルとし、合計で３００リットルの容量を確保するようにしている。
【００１８】
第１タンク１２１の上側には上述した流入口１２１ａに加えて貯留された温水が流出する出湯口１２１ｃが設けられ、出湯配管１２４ａによって後述する温調弁１５０に接続されている。また、第１タンク１２１の下側には温水、冷水が流出流入する流出流入口１２１ｂが設けられている。
【００１９】
同様に、第２タンク１２２の上側には、流入流出口１２２ａが設けられ、貯湯配管１２３ｂによって第１タンク１２１と第２タンク１２２とが直列に成る様に流出流入口１２１ｂと接続されている。また、第２タンク１２２の下側には冷水が流出する流出口１２２ｂおよび冷水が供給される給水口１２２ｃが設けられている。流出口１２２ｂは、貯湯配管１２３ｃによってヒートポンプ１１０の冷水入口部１１２と接続され、給水口１２２ｃには、給水配管１２５ｂが接続されている。
【００２０】
温調弁１５０は、出湯配管１２４ａからの温水と給水配管１２５ａからの冷水との流量割合を調整し、温水を所定の使用温度の湯にするものであり、この温調弁１５０の流出側には調整された湯の温度を検出する温度サーミスタ１６０と給湯される湯の量を検出する流量センサ１８０が設けられている。
【００２１】
タンク１２０の内部には円筒形状の長手方向に沿って水位サーミスタ１３０１〜１３０５が所定の間隔（ここでは、５０リットル毎）で設けられている。この水位サーミスタ１３０１〜１３０５は、タンク１２０内の温水が所定の温度にあるかどうかを検出し、各位置での検出信号によりタンク１２０内の温水量、即ち貯湯量を検出するものである。具体的には、例えば、水位サーミスタ１３０１と１３０２が所定の温度を検出し、水位サーミスタ１３０３〜１３０５が所定の温度を検出しない場合、タンク１２０内の貯湯量は、５０＋５０＝１００リットルと検出する。
【００２２】
給湯スイッチ１９０は、この給湯装置１００を作動させる信号、使用者が使用する湯の温度を設定する信号、沸き上げ温度を設定する信号等を、後述する電子制御装置１４０に入力するものである。
【００２３】
電子制御装置（以下、ＥＣＵと呼ぶ）１４０は、給湯スイッチ１９０からの各種信号、水位サーミスタ１３０１〜１３０５の検出信号に基づいて、ヒートポンプ１１０のＯＮ−ＯＦＦ制御を行なう。また、流量センサ１８０が給湯を検出した時、温度サーミスタ１６０の検出信号に基づいて、温調弁１５０の弁開度を制御する。更に、水位サーミスタ１３０１〜１３０５からの検出信号のうち、所定の貯湯量（後述する最低貯湯量設定値）を下回った場合は「あり」のデータ、下回ることが無かった場合は「なし」のデータとして記憶するようにしている。
【００２４】
次に、上記構成による給湯装置１００の作動について説明する。
【００２５】
まず、給湯装置１００は、１日のうちで２３時から翌朝の７時の時間帯、即ち深夜時間帯と、７時から２３時の時間帯、即ち、日中および夜の時間帯の２つに分けて作動するようにしている。
【００２６】
深夜時間帯は、電力料金の安い時間帯であり、主にタンク１２０内に温水が満タンになる様に貯留する。給湯スイッチ１９０の作動信号に基づき作動を開始し、まず、２３時を過ぎた時点でタンク１２０内の貯湯量を水位サーミスタ１３０１〜１３０５により検出し、ＥＣＵ１４０は、満タンにするのに必要な沸き上げ量を算出する。そして、その沸き上げ量を翌朝の７時までに確保するのに必要な時間を算出し、沸き上げを開始する時刻を決定する。その時刻に至るとヒートポンプ１１０を作動させ、図１中、黒矢印で示すように、第２タンク１２２の流出口１２２ｂから冷水を取り入れ、熱交換により温水に加熱し、第１タンク１２１の流入口１２１ａから温水を貯留していく。貯留される温水は順次第１タンク１２１から第２タンクに向けて内部の冷水を押し出しながら温水で満タンにしていく。そして、７時の時点でヒートポンプ１１０の作動を停止する。
【００２７】
次に、日中および夜の時間帯の作動について説明する。使用者が湯を使用すると、流量センサ１８０が給湯を検出し、図１中、白矢印で示すように、水道水圧により第１タンク１２１の出湯口１２１ｃから貯留された温水が流出される。そして、ＥＣＵ１４０は、温度サーミスタ１６０での検出温度が使用者の設定温度に成る様に温調弁１５０の弁開度を可変し、温水と給水配管１２５ａからの冷水との流量を調整する。
【００２８】
温水が使用されるに従って減少していくタンク１２０内の貯湯量は、水位サーミスタ１３０１〜１３０５によって時々刻々と検出されており、予め定めた最低貯湯量設定値を下回ると、ＥＣＵ１４０はヒートポンプ１１０を作動させ沸き増しを行ない、タンク１２０内に温水を補充するようにしている。
【００２９】
ここで、最低貯湯量設定値とは、使用中にタンク１２０内の温水がなくなってしまう状態、即ち、湯切れを防止するために沸き増しを開始する貯湯量のことであり、この最低貯湯量設定値は、初期値として５０リットルとしている。また、沸き増し量は必要以上にヒートポンプ１１０の使用電力を消費しないように、ここでは所定量の５０リットルと定めている。
【００３０】
従来の技術では、この最低貯湯量設定値は任意の値を使用者が固定値としてＥＣＵ１４０に手入力するものであり、使用者の湯の使用量によっては、沸き増しが間に合わず、湯切れを完全に防止できない（沸き増しにより温水が補充される時間よりも、残った温水が使用される時間の方が短い）場合があったが、本発明ではその部分を解消するようにしており、その作動（制御）について、以下、図２に示すフローチャートに基づいて説明する。
【００３１】
この制御フローは、日中および夜の時間帯における沸き増し制御に関し、その制御開始タイミングを決める最低貯湯量設定値を、湯の使用状況に応じて見直す学習制御を組込んだものである。
【００３２】
まず、ステップＳ１００で、２３時時点に最低貯湯量設定値（以下、Ｌｓｅｔ）の見直しがされたかどうかの判定を行なう。実際の見直しは、これ以降のステップで実施されるので、最初は否と判定され、次のステップＳ１１０に進む。
【００３３】
以下、湯の使用量が多くＬｓｅｔを下回ることがあった場合に、このＬｓｅｔを所定値分増加させる手段として、ステップＳ１１０〜Ｓ１２０に至る制御フローを用い、また、湯の使用量が少なくＬｓｅｔを下回ることが無かった場合に、このＬｓｅｔを所定値分減少させる手段として、ステップＳ１１０〜Ｓ１５０に至る制御フローを用いるようにしている。
【００３４】
ステップＳ１１０で、当日の７時から２３時の間で、温水使用中に貯湯量がＬｓｅｔを下回ったかどうかを判定する。一度でも下回ったことがあれば（「あり」のデータが１つ以上記憶されている場合）、ステップＳ１２０に進み、Ｌｓｅｔを所定値として５０リットル分増加させるように変更する。但し、Ｌｓｅｔの上限としては、実用上最大値と考えられる１５０リットルとしている。
【００３５】
次に、ステップＳ１１０で貯湯量がＬｓｅｔを下回ることが無かったと判定すれば（「なし」のデータのみ記憶されている場合）、ステップＳ１３０に進み、当日から６日分さかのぼって、即ち当日を含む１週間の間、貯湯量はＬｓｅｔを下回ることが無かったかを判定する。無かったと判定すれば（連続７日間「なし」のデータが記憶されている場合）、ステップＳ１４０に進み、今のＬｓｅｔが５０リットルより大きいかを判定する。大きいと判定すれば、ステップＳ１５０でＬｓｅｔを所定値として５０リットル分減少させるように変更する。但し、Ｌｓｅｔの下限としては、実用上湯切れを起こさない最少値と考えられる５０リットルとしている。
【００３６】
ステップＳ１３０、ステップＳ１４０で共に否と判定されると、ステップＳ１６０に進み、Ｌｓｅｔは変更されずに同一値を維持するようにしている。そして、ステップＳ１７０で、ＥＣＵ１４０にはＬｓｅｔの変更はないものの、見直しは実施した信号を入力しておく。
【００３７】
尚、上記ステップＳ１２０、ステップＳ１５０、ステップＳ１６０の結果は、２３時以降の制御に反映されることになる。
【００３８】
以上のステップで、当日および１週間分の貯湯量に応じてＬｓｅｔの見直しが実施されたことになり、それ以降ステップＳ１００では、見直しが実施されたと判定され、ステップＳ１８０に進む。
【００３９】
ここでは、上記で見直しされたＬｓｅｔを基に沸き増しの制御がなされ、貯湯量がこのＬｓｅｔを下回ると、ステップＳ１９０で５０リットル分の沸き増しを実施する。ステップＳ１８０で否と判定されれば、ステップＳ１００に戻り、実質、次の（翌日の）２３時までステップＳ１８０およびステップＳ１９０を繰り返す。
【００４０】
以上の構成および作動（制御）により、使用者の湯の使用量に応じて、最低貯湯量設定値Ｌｓｅｔを増減するように学習するので、必要以上にヒートポンプ１１０のエネルギーを使用すること無く、また、未使用の温水の熱ロスも招くこと無く、経済的に且つ、確実に湯切れを防止することができる。
【００４１】
また、最低貯湯量設定値Ｌｓｅｔは、ＥＣＵ１４０により自動的に変更、記憶されていくので、従来のような使用者の手入力による煩わしさが無くなる。
【００４２】
（第２実施形態）
第２実施形態の制御フローを図３に示す。第２実施形態は、上記第１実施形態に対して、貯湯量がＬｓｅｔを下回った頻度に応じて、Ｌｓｅｔの増加量を大きくする手段として、ステップＳ１１０〜Ｓ１２５に至る制御フローを追加し、用いるようにしている。
【００４３】
図３中、第１実施形態と同一のステップについては、同一のステップ符号を付与しており、異なる部分について以下説明する。
【００４４】
ステップＳ１１０で貯湯量がＬｓｅｔを下回ったと判定すると、新たに設けたステップＳ１１５で、その下回った頻度を判定するようにしている。具体的には、下回ることが頻繁に起こっていたかをその回数で判定するようにしており、２回以上、下回ったことがあれば（「あり」のデータが２つ以上記憶されている場合）、ステップＳ１２５で、Ｌｓｅｔの増加分を第１実施形態の５０リットルに対して１００リットルに大きくして変更するようにしている。
【００４５】
ステップＳ１１５で否と判定されれば、第１実施形態と同様にＬｓｅｔの増加分を５０リットルとして変更するようにしている。
【００４６】
これにより、貯湯量がＬｓｅｔを下回る頻度に応じてＬｓｅｔの増加分を大きくするようにしているので、更に木目細かくＬｓｅｔの設定ができ、確実に湯切れを防止することができる。
【００４７】
尚、上記実施形態で説明した、水位センサ１３０１〜１３０５の設定間隔（５０リットル毎）や、Ｌｓｅｔ、Ｌｓｅｔの増減量（５０リットル毎）、貯湯量が連続してＬｓｅｔを下回らない期間（７日間）は、これに限定されるものではなく、実際の使用状況に応じて設定するようにすれば良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の全体構成を示す模式図である。
【図２】本発明の第１実施形態における制御フローを示すフローチャートである。
【図３】本発明の第２実施形態における制御フローを示すフローチャートである。
【符号の説明】
１００貯湯式給湯装置
１１０ヒートポンプユニット（加熱手段）
１２０貯湯タンク
１３０１〜１３０５水位サーミスタ（貯湯量検出手段）
１４０電子制御装置（制御手段）

Claims

加熱手段（１１０）により加熱された温水を貯留する貯湯タンク（１２０）と、
前記貯湯タンク（１２０）内の温水の貯湯量を検出する貯湯量検出手段（１３０１〜１３０５）と、
前記貯湯量検出手段（１３０１〜１３０５）の検出信号に基づいて前記加熱手段（１１０）を作動させる制御手段（１４０）とを有し、
前記制御手段（１４０）は、所定の時間帯に、前記加熱手段（１１０）を作動させて前記貯湯タンク（１２０）内に温水を貯留する貯湯式給湯装置において、
前記制御手段（１４０）は、前記貯湯量検出手段（１３０１〜１３０５）によって検出される貯湯量が予め定めた最低貯湯量設定値を下回った時に、前記加熱手段（１１０）を作動させて沸き増しをすると共に、
前記貯湯タンク（１２０）内の温水の貯湯量と前記最低貯湯量設定値とを比較して、前記貯湯量が、前記最低貯湯量設定値を下回った場合に、この最低貯湯量設定値を所定値分増加させるようにしたことを特徴とする貯湯式給湯装置。
前記制御手段（１４０）は、前記貯湯量が、前記最低貯湯量設定値を所定期間、下回ることが無かった場合に、この最低貯湯量設定値を所定値分減少させるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の貯湯式給湯装置。
前記制御手段（１４０）は、前記貯湯量が、前記最低貯湯量設定値を下回る頻度に応じて、この最低貯湯量設定値を増加させる量を大きくするようにしたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の貯湯式給湯装置。
前記制御手段（１４０）は、前記貯湯タンク（１２０）内部の冷水を加熱された温水によって押し出しながら前記貯湯タンク（１２０）内の温水量を増大させるように前記沸き増しをすることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の貯湯式給湯装置。