JP4094514B2

JP4094514B2 - 貯湯式給湯装置

Info

Publication number: JP4094514B2
Application number: JP2003330832A
Authority: JP
Inventors: 猛彦西山; 隆志眞柄; 雅敏五十嵐; 亮青木; 真俊川崎
Original assignee: Corona Corp
Current assignee: Corona Corp
Priority date: 2003-09-24
Filing date: 2003-09-24
Publication date: 2008-06-04
Anticipated expiration: 2023-09-24
Also published as: JP2005098562A

Description

本発明は、貯湯式タンクの貯湯温水を用いて浴槽の湯水を追い焚きする貯湯式給湯装置に関するものである。

従来よりこの種の電気温水器やヒートポンプ貯湯式給湯装置においては、貯湯式タンクの貯湯温水を用いて浴槽の湯水を追い焚き可能とし、追い焚き指令があると、貯湯タンクに貯められた温水の温度を検出し、この温度が所定温度Ｔ１以上であれば、ふろ循環ポンプを駆動して浴槽水を熱交換器に循環させて追い焚き運転を行い、追い焚き運転中に貯湯タンクの温度が追い焚きに不十分な温度まで低下すると、加熱手段を作動させて沸き増し運転を行うようにしているものであった。
特開２００３−５００４８号公報

しかし、この従来のものでは、追い焚き運転中に熱量不足となって沸き増し運転を開始しても、追い焚きを十分に行える熱量がすぐには得られず、追い焚きが終了するまでに時間がかかることがあった。

本発明は上記課題を解決するために、請求項１では、温水を貯湯する貯湯タンクと、この貯湯タンク内の貯湯水を加熱する加熱手段と、この貯湯タンクの貯湯温度を検出する貯湯温度センサと、ふろ循環ポンプを備え浴槽の湯水を循環させるふろ循環回路と、このふろ循環回路途中に設けられ浴槽水を前記貯湯タンクに貯められた温水で加熱する熱交換器とを備え、前記ふろ循環ポンプを駆動して浴槽水を前記熱交換器に循環させて追い焚き運転するようにした貯湯式給湯装置において、追い焚き運転開始から所定時間後あるいは所定時間以内に前記貯湯温度センサで検出する貯湯温度が初期貯湯温度より所定値以上温度低下した場合は、前記加熱手段を作動させて貯湯水の沸き増し運転を開始するようにし、前記所定値を、追い焚き運転開始時の貯湯温度に応じて可変するようにしたものである。

また、請求項２では、温水を貯湯する貯湯タンクと、この貯湯タンク内の貯湯水を加熱する加熱手段と、この貯湯タンクの貯湯温度を検出する貯湯温度センサと、ふろ循環ポンプを備え浴槽の湯水を循環させるふろ循環回路と、このふろ循環回路途中に設けられ浴槽水を前記貯湯タンクに貯められた温水で加熱する熱交換器とを備え、前記ふろ循環ポンプを駆動して浴槽水を前記熱交換器に循環させて追い焚き運転するようにした貯湯式給湯装置において、追い焚き運転中に、前記貯湯温度センサで検出する貯湯温度の単位時間当たりの温度低下が所定値以上となった場合は、前記加熱手段を作動させて貯湯水の沸き増し運転を開始するようにし、前記所定値を、追い焚き運転開始時の貯湯温度に応じて可変するようにしたものである。

また、請求項３では、温水を貯湯する貯湯タンクと、この貯湯タンク内の貯湯水を加熱する加熱手段と、この貯湯タンクの貯湯温度を検出する貯湯温度センサと、ふろ循環ポンプを備え浴槽の湯水を循環させるふろ循環回路と、このふろ循環回路途中に設けられ浴槽水を前記貯湯タンクに貯められた温水で加熱する熱交換器とを備え、前記ふろ循環ポンプを駆動して浴槽水を前記熱交換器に循環させて追い焚き運転するようにした貯湯式給湯装置において、追い焚き運転開始から所定時間後あるいは所定時間以内に前記貯湯温度センサで検出する貯湯温度が初期貯湯温度より所定値以上温度低下した場合は、前記加熱手段を作動させて貯湯水の沸き増し運転を開始するようにし、前記所定値を、追い焚き運転開始時の貯湯温度が高いと大きく、貯湯温度が低いと小さくなるようにした。

また、請求項４では、温水を貯湯する貯湯タンクと、この貯湯タンク内の貯湯水を加熱する加熱手段と、この貯湯タンクの貯湯温度を検出する貯湯温度センサと、ふろ循環ポンプを備え浴槽の湯水を循環させるふろ循環回路と、このふろ循環回路途中に設けられ浴槽水を前記貯湯タンクに貯められた温水で加熱する熱交換器とを備え、前記ふろ循環ポンプを駆動して浴槽水を前記熱交換器に循環させて追い焚き運転するようにした貯湯式給湯装置において、追い焚き運転中に、前記貯湯温度センサで検出する貯湯温度の単位時間当たりの温度低下が所定値以上となった場合は、前記加熱手段を作動させて貯湯水の沸き増し運転を開始するようにし、前記所定値を、追い焚き運転開始時の貯湯温度が高いと大きく、貯湯温度が低いと小さくなるようにした。

本発明の請求項１によれば、追い焚き運転開始初期の貯湯温度を検出することで、貯湯熱量が追い焚き運転に必要な熱量に足りなそうな場合を熱量不足になってしまう前に容易に判別でき、沸き増し運転を行うことで追い焚き運転の完了までにかかる時間を短くすることができ、さらに、所定値を、追い焚き運転開始時の貯湯温度に応じて可変するようにしたので、熱量不足の可能性の判別をより正確に行うことができる。

また、請求項２によれば、単位時間当たりの温度低下幅を検出することによって、貯湯熱量が追い焚き運転に必要な熱量に足りなそうな場合を熱量不足になってしまう前に容易に判別でき、沸き増し運転を行うことで追い焚き運転の完了までにかかる時間を短くすることができ、さらに、所定値を、追い焚き運転開始時の貯湯温度に応じて可変するようにしたので、熱量不足の可能性の判別をより正確に行うことができる。

また、請求項３によれば、追い焚き運転開始初期の貯湯温度を検出することで、貯湯熱量が追い焚き運転に必要な熱量に足りなそうな場合を熱量不足になってしまう前に容易に判別でき、沸き増し運転を行うことで追い焚き運転の完了までにかかる時間を短くすることができ、さらに、所定値を初期貯湯温度が高ければ大きく、初期貯湯温度が低ければ小さく設定したので、熱量不足の可能性の判別をより正確に行うことができる。

また、請求項４によれば、単位時間当たりの温度低下幅を検出することによって、貯湯熱量が追い焚き運転に必要な熱量に足りなそうな場合を熱量不足になってしまう前に容易に判別でき、沸き増し運転を行うことで追い焚き運転の完了までにかかる時間を短くすることができ、さらに、所定値を初期貯湯温度が高ければ大きく、初期貯湯温度が低ければ小さく設定したので、熱量不足の可能性の判別をより正確に行うことができる。

次に、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。

この貯湯式給湯装置は、時間帯別契約電力の電力単価が安価な深夜時間帯に湯水を沸き上げて貯湯し、この貯湯した湯水を給湯に用いるもので、１は湯水を貯湯する貯湯タンク２を備えた貯湯タンクユニット、３は貯湯タンク内の湯水を加熱する加熱手段としてのヒートポンプユニット、４は台所や洗面所等に設けられた給湯栓、５はこの貯湯式給湯装置を遠隔操作するリモコン、６は浴槽である。

前記貯湯タンクユニット１の貯湯タンク２は、上端に出湯管７と、下端に給水管８とが接続され、さらに、下部にヒーポン循環回路を構成するヒーポン往き管９と、上部にヒーポン循環回路を構成するヒーポン戻り管１０とが接続され、前記ヒートポンプユニット３によってヒーポン往き管９から取り出した貯湯タンク２内の湯水を沸き上げてヒーポン戻り管１０から貯湯タンク２内に戻して貯湯され、給水管８からの給水により貯湯タンク２内の湯水が押し上げられて貯湯タンク２内上部の高温水が出湯管７から押し出されて給湯されるものである。

前記ヒートポンプユニット３は、圧縮機１１と凝縮器としての冷媒−水熱交換器１２と電子膨張弁１３と強制空冷式の蒸発器１４で構成されたヒートポンプ回路１５と、貯湯タンク２内の湯水を前記ヒーポン往き管９およびヒーポン戻り管１０を介して冷媒−水熱交換器１２に循環させるヒーポン循環ポンプ１６と、それらの駆動を制御するヒーポン制御部１７とを備えており、ヒートポンプ回路１５内には冷媒として二酸化炭素が用いられて超臨界ヒートポンプサイクルを構成しているものである。なお、冷媒に二酸化炭素を用いているので、低温水を電熱ヒータなしで約９０℃の高温まで沸き上げることが可能なものである。

ここで、前記冷媒−水熱交換器１２は冷媒と被加熱水たる貯湯タンク２内の湯水とが対向して流れる対向流方式を採用しており、超臨界ヒートポンプサイクルでは熱交換時において冷媒は超臨界状態のまま凝縮されるため効率良く高温まで被加熱水を加熱することができ、被加熱水の冷媒−水熱交換器１２入口温度と冷媒の出口温度との温度差が一定になるように前記電子膨張弁１２または圧縮機１１を制御することで、ＣＯＰ（エネルギー消費効率）がとても良い状態で被加熱水を加熱することが可能なものである。

次に、１８は前記浴槽６の湯水を加熱するためのステンレス製の蛇管よりなる熱交換器で、貯湯タンク２内の上部に配置されていると共に、この熱交換器１８にはふろ往き管１９およびふろ循環ポンプ２０を備えたふろ戻り管２１よりなるふろ循環回路２２が接続されて浴槽６の湯水が循環可能にされ、浴槽６内の湯水が貯湯タンク２内の高温水により加熱されて保温あるいは追い焚きが行われるものである。

２３はふろ戻り管２１を介して熱交換器１８に流入する浴槽水の温度を検出するふろ戻り温度センサ、２４は熱交換器１８を流出してふろ往き管１９を介して浴槽６へ流れる浴槽水の温度を検出するふろ往き温度センサである。

次に、２５は出湯管７からの湯と給水管９から分岐された給水バイパス管２６からの低温水を混合する電動ミキシング弁より構成された給湯混合弁であり、その下流の給湯管２７に設けた給湯温度センサ２８で検出した湯温がリモコン５でユーザーが設定した給湯設定温度になるように混合比率が制御されるものである。

２９は給湯管２７から分岐されてふろ戻り管２１に連通された湯張り管で、この湯張り管２９には、浴槽６への湯張りの開始／停止を行う湯張り弁３０と、浴槽６への湯張り量をカウントするふろ流量カウンタ３１と、浴槽水が給湯管２７へ逆流するのを防止する逆止弁３２とが設けられているものである。

次に、３３は貯湯タンク２の上下方向に複数個配置された貯湯温度センサで、この実施形態では５つの貯湯温度センサが配置され上から３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄ、３３ｅと呼び、この貯湯温度センサ３３が検出する温度情報によって、貯湯タンク２内にどれだけの熱量が残っているかを検知し、そして貯湯タンク２内の上下方向の温度分布を検知するものである。

前記リモコン５には、給湯設定温度を設定する給湯温度設定スイッチ３４、およびふろ設定温度を設定するふろ温度設定スイッチ３５がそれぞれ設けられていると共に、浴槽６へふろ設定温度の湯をリモコン５の湯張り量設定スイッチ（図示せず）で設定された湯張り量だけ湯張りし所定時間保温させるふろ自動スイッチ３６と、浴槽水を追い焚きさせる追い焚きスイッチ３７が設けられているものである。

３８は貯湯タンクユニット１内の各センサの入力を受け各アクチュエータの駆動を制御するマイコンを有し制御部を構成する給湯制御部である。この給湯制御部３８に前記リモコン５が無線または有線により接続されユーザーが任意の給湯設定温度およびふろ設定温度を設定できるようにしているものである。

なお、３９は貯湯タンク２の過圧を逃す過圧逃し弁、４０は給水の圧力を減圧する減圧弁、４１は給湯する湯水の量をカウントする給湯流量カウンタ、４２は給水の温度を検出する給水温度センサである。

次に、この実施例１の作動を説明する。
まず、深夜電力時間帯になって貯湯温度センサ３９が貯湯タンク２内に翌日に必要な熱量が残っていないことを検出すると、給湯制御部３８はヒーポン制御部１７に対して沸き上げ開始指令を発する。指令を受けたヒーポン制御部１７は圧縮機１１を起動した後にヒーポン循環ポンプ１６を駆動開始し、貯湯タンク２下部に接続されたヒーポン往き管９から取り出した５〜２０℃程度の低温水を冷媒−水熱交換器１２で７０〜９０℃程度の高温に加熱し、貯湯タンク２上部に接続されたヒーポン戻り管１０から貯湯タンク２内に戻し、貯湯タンク２の上部から順次積層して高温水を貯湯していく。貯湯温度センサ３３が必要な熱量が貯湯されたことを検出すると、給湯制御部３８はヒーポン制御部１７に対して沸き上げ停止指令を発し、ヒーポン制御部１７は圧縮機１１を停止すると共にヒーポン循環ポンプ１６も停止して沸き上げ動作を終了するものである。

次に、給湯運転について説明すると、給湯栓４を開くと、給水管８からの給水が貯湯タンク２内に流れ込む。そして貯湯タンク２に貯められた高温水が出湯管７を介して給湯混合弁２５へ流入し、給水バイパス管２６からの低温水と混合され、給湯制御部３８により給湯混合弁２８の混合比率が調整されて給湯設定温度の湯が給湯栓４から給湯される。そして、給湯栓４の閉止によって給湯が終了するものである。

次に、浴槽６への湯張り運転について説明すると、リモコン５のふろ自動スイッチ３６が操作されると、給湯制御部３８が湯張り弁３０を開弁する。そして、給湯混合弁２８によってふろ設定温度に調整された湯水が湯張り管２９からふろ戻り管２１を介して浴槽６へ湯張りされ、湯張り管２９途中に設けられたふろ流量カウンタ３１が所定の湯張り量をカウントすると給湯制御部３８が湯張り弁３０を閉弁して湯張り運転を終了するものである。

次に、ふろの追い焚き運転について図２に示すフローチャートに基づいて説明すると、リモコン５の追い焚きスイッチ３７がＯＮされると、追い焚き運転の開始条件チェックを行い、給湯制御部３８は貯湯タンク２に取り付けられている貯湯温度センサ３３が検出する貯湯温度をチェックし、熱交換器１８近傍の貯湯温度が所定温度Ｔ１（ここでは５０℃）以上であれば、開始条件を満たしているため追い焚き運転を開始する（ステップ１、以下Ｓ１と略す）。

次に、ふろ循環ポンプ２０を駆動開始して（Ｓ２）、浴槽水を熱交換器１８に循環させて貯湯タンク２内の高温水と熱交換させる。このとき、貯湯温度センサ３３で検出する熱交換器１８近傍の貯湯温度の初期温度を記憶する（Ｓ３）。

前記給湯制御部３８は、前記Ｓ３で記憶した初期貯湯温度に基づいて所定値Ｔ２を設定する（Ｓ４）。この所定値Ｔ２は後述する沸き増し運転の開始判定に用いるもので、予め定められた関係式あるいはデータテーブル等により、初期貯湯温度が高ければ大きく、初期貯湯温度が低ければ小さく設定されるようにしている。

そして、追い焚き運転が開始されてから所定時間（ここでは５分間）が経過すると（Ｓ５でＹｅｓ）、現在の熱交換器１８近傍の貯湯温度が初期貯湯温度から前記所定値Ｔ２以上低下したかを判断するようにしている（Ｓ６）。

ここで、貯湯タンク２内の貯湯量（高温水の量）が少ない場合や追い焚きを行う浴槽水の温度が低い場合には、図３に示すように追い焚き開始からの初期に、貯湯温度が貯湯量が多い場合や浴槽水の温度が高い場合に比べて、急激に温度低下することとなる。

そのため、追い焚き運転開始後の初期段階で急激に貯湯温度が低下した場合は（Ｓ６でＮｏ）、熱量が不足する可能性があるので、給湯制御部３８は前記沸き上げ運転と同じようにヒーポン制御部１７に対し沸き増し運転の開始を指示し、ヒーポン制御部１７はヒートポンプ回路１５およびヒーポン循環ポンプ１６を駆動して貯湯タンク２内の湯水を沸き増しするものである（Ｓ１０）。

そして、追い焚き運転において、ふろ戻り温度センサ２３で検出する温度が追い焚き目標温度に達すると（Ｓ７でＹｅｓ）、給湯制御部３８はふろ循環ポンプ２０を駆動停止して（Ｓ８）、追い焚き運転を終了する（Ｓ９）ものである。なお、沸き増し運転が行われていた場合は、追い焚き運転の終了と同時に沸き増し運転も終了するようにしている。ただし、沸き増し運転の終了のタイミングは追い焚き運転の終了のタイミングに限定されるものではなく、例えば５０リットル沸き増し完了した時点で沸き増し運転を終了しても良い。

なお、図４に示すように、同じ貯湯量、同じふろ温度であっても、貯湯温度が高くなると追い焚き運転開始初期の温度低下幅は大きく、貯湯温度が低くなると追い焚き運転開始初期の温度低下幅は小さくなるので、前記所定値Ｔ２は初期貯湯温度が高ければ大きく、初期貯湯温度が低ければ小さく設定し、追い焚き運転開始初期の温度低下を利用した熱量不足の可能性の判別をより正確に行うことができる。

なお、追い焚き運転スイッチ３７がＯＮされたときに貯湯温度がＴ１以下であった場合は（Ｓ１でＮｏ）、ヒーポン制御部１７がヒートポンプ回路１５およびヒーポン循環ポンプ１６を駆動して貯湯タンク２内の湯水を沸き増しし（Ｓ１０）、貯湯温度がＴ１以上になった時点で追い焚き運転を開始するようにしているものである。

このように、追い焚き運転開始から所定時間後の貯湯温度を検出し、追い焚き運転開始直前あるいは開始時の初期貯湯温度に比べ所定値Ｔ２以上温度低下しているか否かを判断することによって、貯湯温度が追い焚き運転可能な温度であっても、貯湯熱量が追い焚き運転に必要な熱量に足りなそうな場合を熱量不足になってしまう前に先読みして容易に判別し、沸き増し運転を行うことで追い焚き運転の完了までにかかる時間を短くすることができる。

また、熱量不足の可能性を容易かつ高精度に判別できるので、熱量が十分にあるにもかかわらず沸き増し運転を行ってしまうことがなく、ユーザーの利便性と省エネルギー性を両立することができるものである。

しかも、前記所定値Ｔ２は、初期貯湯温度に応じて可変し、所定値Ｔ２を初期貯湯温度が高ければ大きく、初期貯湯温度が低ければ小さく設定し、追い焚き運転開始初期の温度低下を利用した熱量不足の可能性の判別をより正確に行うことができる。

なお、この実施例１では、追い焚き運転開始から所定時間後の貯湯温度の温度低下幅によって熱量不足の可能性を判別するものであるが、これに限らず、所定時間以内に貯湯温度が所定値Ｔ２以上低下したことで熱量不足の可能性を判別するようにしても良く、また、単位時間当たりの温度低下幅が単位時間および初期貯湯温度に応じた所定値Ｔ３以上であると熱量不足の可能性があると判別して加熱手段としてのヒートポンプユニット３による沸き増し運転を行うようにしても良い。

なお、実施例１において、沸き増し運転を開始した旨をリモコン５を介して音声あるいは文字で報知するとなお良いものである。また、追い焚き運転の開始条件は、熱交換器１８に近接した貯湯温度センサ３３ｂの検出温度によって判断しているが、貯湯温度センサ３３ａおよび３３ｃの検出温度を取り入れたり、貯湯タンク２全体の熱量を判断に取り入れたりしても良いものである。

また、実施例１において、熱交換器１８を貯湯タンク２内に配置したが、これに限らず、熱交換器１８を貯湯タンク２外に配置し、貯湯温水を熱交換器１８に循環させる方式としても良いものである。また、貯湯水を加熱する手段としてヒートポンプ式を採用したが、これに限らず、貯湯タンク２内に電熱ヒータを配置したものでも良いものである。

本発明の実施例１の貯湯式給湯装置の概略構成図。実施例１の追い焚き運転を説明するフローチャート。追い焚き運転開始時の貯湯温度の低下現象を説明する図。追い焚き運転開始時の初期貯湯温度をパラメータとした貯湯温度の低下現象を説明する図。

符号の説明

２貯湯タンク
３ヒートポンプユニット（加熱手段）
６浴槽
１８熱交換器
２０ふろ循環ポンプ
２２ふろ循環回路
３３貯湯温度センサ

Claims

温水を貯湯する貯湯タンクと、この貯湯タンク内の貯湯水を加熱する加熱手段と、この貯湯タンクの貯湯温度を検出する貯湯温度センサと、ふろ循環ポンプを備え浴槽の湯水を循環させるふろ循環回路と、このふろ循環回路途中に設けられ浴槽水を前記貯湯タンクに貯められた温水で加熱する熱交換器とを備え、前記ふろ循環ポンプを駆動して浴槽水を前記熱交換器に循環させて追い焚き運転するようにした貯湯式給湯装置において、追い焚き運転開始から所定時間後あるいは所定時間以内に前記貯湯温度センサで検出する貯湯温度が初期貯湯温度より所定値以上温度低下した場合は、前記加熱手段を作動させて貯湯水の沸き増し運転を開始するようにし、前記所定値を、追い焚き運転開始時の貯湯温度に応じて可変するようにしたことを特徴とする貯湯式給湯装置。
温水を貯湯する貯湯タンクと、この貯湯タンク内の貯湯水を加熱する加熱手段と、この貯湯タンクの貯湯温度を検出する貯湯温度センサと、ふろ循環ポンプを備え浴槽の湯水を循環させるふろ循環回路と、このふろ循環回路途中に設けられ浴槽水を前記貯湯タンクに貯められた温水で加熱する熱交換器とを備え、前記ふろ循環ポンプを駆動して浴槽水を前記熱交換器に循環させて追い焚き運転するようにした貯湯式給湯装置において、追い焚き運転中に、前記貯湯温度センサで検出する貯湯温度の単位時間当たりの温度低下が所定値以上となった場合は、前記加熱手段を作動させて貯湯水の沸き増し運転を開始するようにし、前記所定値を、追い焚き運転開始時の貯湯温度に応じて可変するようにしたことを特徴とする貯湯式給湯装置。
温水を貯湯する貯湯タンクと、この貯湯タンク内の貯湯水を加熱する加熱手段と、この貯湯タンクの貯湯温度を検出する貯湯温度センサと、ふろ循環ポンプを備え浴槽の湯水を循環させるふろ循環回路と、このふろ循環回路途中に設けられ浴槽水を前記貯湯タンクに貯められた温水で加熱する熱交換器とを備え、前記ふろ循環ポンプを駆動して浴槽水を前記熱交換器に循環させて追い焚き運転するようにした貯湯式給湯装置において、追い焚き運転開始から所定時間後あるいは所定時間以内に前記貯湯温度センサで検出する貯湯温度が初期貯湯温度より所定値以上温度低下した場合は、前記加熱手段を作動させて貯湯水の沸き増し運転を開始するようにし、前記所定値を、追い焚き運転開始時の貯湯温度が高いと大きく、貯湯温度が低いと小さくなるようにしたことを特徴とする貯湯式給湯装置。
温水を貯湯する貯湯タンクと、この貯湯タンク内の貯湯水を加熱する加熱手段と、この貯湯タンクの貯湯温度を検出する貯湯温度センサと、ふろ循環ポンプを備え浴槽の湯水を循環させるふろ循環回路と、このふろ循環回路途中に設けられ浴槽水を前記貯湯タンクに貯められた温水で加熱する熱交換器とを備え、前記ふろ循環ポンプを駆動して浴槽水を前記熱交換器に循環させて追い焚き運転するようにした貯湯式給湯装置において、追い焚き運転中に、前記貯湯温度センサで検出する貯湯温度の単位時間当たりの温度低下が所定値以上となった場合は、前記加熱手段を作動させて貯湯水の沸き増し運転を開始するようにし、前記所定値を、追い焚き運転開始時の貯湯温度が高いと大きく、貯湯温度が低いと小さくなるようにしたことを特徴とする貯湯式給湯装置。