JP4100324B2 - 貯湯式給湯器 - Google Patents

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本発明は貯湯タンクのお湯との熱交換によって、浴槽湯水の加熱を行う貯湯式給湯器に関するものである。
従来、この種の貯湯式給湯器は、1次側ポンプ、二次側ポンプの出力は一定制御であり、また熱交換器によって冷却されたお湯が貯湯タンクの上部領域へ再び戻されるものであった(例えば、特許文献1参照)。
図3は特許文献1に記載された従来の貯湯式給湯器を示すものである。図3において、1は貯湯タンク、2は浴槽、3は熱交換器、4は一次側循環経路、5は一次側ポンプ、6は二次側循環経路、7は二次側ポンプ、8は浴槽温度検出部である。
この貯湯式給湯器において、貯湯タンク1のお湯を利用して浴槽2の湯水の加熱を行うときの作動は以下の通りである。まず、一次側循環経路4に介設された一次側ポンプ5の駆動によって、貯湯タンク1の上部よりお湯が熱交換器3へと流入する。そして熱交換によって冷却されたお湯は貯湯タンク1の2/3の高さへと戻される。一次側ポンプ5の作動と同じタイミングにて二次側循環経路6に介設された二次側ポンプ7が起動し、浴槽2の湯水が熱交換器3へと流入する。そして熱交換によって加熱された湯水は再び浴槽2へと戻り、攪拌されることによって均一に温度上昇していく。浴槽湯水の加熱動作は、浴槽湯水の温度が予め設定されていた温度まで上昇したことを浴槽温度検出部8が検出した時点で終了する。
特開平02−68447号公報
しかしながら上記従来の構成では、熱交換後の貯湯タンクへの戻し位置が2/3の位置と上部へと戻しているので、戻し位置より下部のタンク領域で攪拌が起こり、徐々に温度低下してしまう。頻繁に浴槽の加熱動作を行う使用者に対しては、給湯に使用できる温度以下に低下してしまうことが予想される。また、貯湯タンクの湯水を加熱する熱源がヒートポンプによって構成されているときは、攪拌によって中途半端なお湯が多量に形成されると、中途半端なお湯を高温のお湯に再加熱する際の効率が低下してしまうことになる。また、熱交換後の加熱された浴槽湯水温度をコントロールできず、火傷の恐れのある高温のお湯が浴槽へ戻されるという課題を有していた。
本発明は上記従来の課題を解決するのもので、熱交換後の貯湯タンクへの戻し位置をタンク下部領域にするとともに、貯湯タンクへ戻す温度を浴槽湯水温度より高い所定温度差△t1を維持するように一次側ポンプの出力を調整することとした貯湯式給湯器を提供することを目的とする。
上記従来の課題を解決するために本発明の貯湯式給湯器は、熱交換後の貯湯タンクへの戻し位置をタンク下部領域にするとともに、一時側出口温度検出部と二次側入口温度検出部との温度差が所定温度差△t1を維持するように一次側循環経路の流量を調整することを特徴としたものである。
これによって、貯湯タンクに戻される温度は浴槽湯水温度より△t1高い温度に抑えられ、戻された後に貯湯タンク内で攪拌される領域も下部領域のみと少量で抑えられる。よって、貯湯タンクの湯水を加熱する熱源がヒートポンプによって構成されているときは、低い温度の湯水を高温のお湯に再加熱することになるので、効率の良い運転ができる。
本発明の貯湯式給湯器は、貯湯タンクに戻される温度は浴槽湯水温度より△t1高い温度に抑えられ、戻された後に貯湯タンク内で攪拌される領域も下部領域のみと少量で抑えられる。よって、貯湯タンクの湯水を加熱する熱源がヒートポンプによって構成されているときは、低い温度の湯水を高温のお湯に再加熱することになるので、効率の良い運転ができる。
第1の発明は、お湯を貯湯する貯湯タンクと、貯湯タンクのお湯との熱交換で浴槽湯水を加熱する熱交換器と、貯湯タンクの上部領域と下部領域を連結する熱交換器の一次側循環経路と、一次側循環経路に介設した一次側ポンプと、1次側循環経路の流量を調節する流量制御弁と、熱交換器の一次側出口の温度を検出する一次側出口温度検出部と、浴槽湯水を循環する熱交換器の二次側循環経路と、二次側循環経路に介設した二次側ポンプと、熱交換器の二次側出口の温度を検出する二次側出口温度検出部と、熱交換器の二次側入口の温度を検出する二次側入口温度検出部とを備え、浴槽湯水の加熱を行うとき二次側循環経路の通水を確認する通水検出部を有し、浴槽湯水の加熱を行うとき二次側ポンプを駆動し、二次側循環経路に通水があることを検出してから一次側ポンプを駆動させるとともに、一次側出口温度検出部と二次側入口温度検出部との温度差が所定温度差△t1を維持するように流量制御弁で一次側循環経路の流量を調整することを特徴とすることにより、二次側循環経路に通水があることを検出してから一次側ポンプを駆動させるので、貯湯タンクに戻されるお湯が熱交換されずに高温のお湯のままで戻されるのを防ぐことができるとともに、貯湯タンクに戻される温度は浴槽湯水温度より△t1高い温度に抑えられ、戻された後に貯湯タンク内で攪拌される領域も下部領域のみと少量で抑えられる。よって、貯湯タンクの湯水を加熱する熱源がヒートポンプによって構成されているときは、低い温度の湯水を高温のお湯に再加熱することになるので、効率の良い運転ができる。
第2の発明は、特に、第1の発明の△t1について、浴槽湯水加熱の目標温度と二次側入口温度検出部との温度差が大きいときは所定温度差△t1を大きく取り、温度差が小さくなると△t1を小さく取ることを特徴とすることにより、浴槽湯水温度が低いときは加熱能力を大きくすることができ、早く目標温度に到達させることができる。
第3の発明は、特に、第1または第2の発明の流量制御弁制御について、二次側出口温度検出部が予め定められた所定温度t2を超えると、一次側循環経路の流量を上げることを禁止し、t2より高い温度である予め定められた所定温度t3を超えると、一次側循環経路の流量を下げることを特徴とすることで、使用者が入浴中に不用意に高温のお湯を浴槽に戻すことを防ぎ、火傷など不安全に至らないようにすることができる。
第4の発明は、特に、第1〜3のいずれか1つの発明の一次側ポンプの出力制御について、貯湯タンクの上部領域に取り付けられた一次側循環経路の取水口より下方にタンク温
度検出部を有し、浴槽湯水の加熱中にタンク温度検出部が予め定められた所定温度t4を下回ると、1次側ポンプの駆動を停止させて浴槽湯水の加熱を終了することを特徴とすることで、浴槽湯水の加熱に必要なお湯が貯湯タンク内に無くなったことを検出し、ただちに浴槽湯水の加熱動作を停止することでできる。
第5の発明は、特に、第1〜4のいずれか1つの発明の1次側循環経路の循環ポンプと流量制御弁を熱交換器の下流側に位置させることで、熱交換された低い温度のお湯の部分で使用することで熱ストレスに対する耐久性を向上することができる。
第6の発明は、特に、第1〜5のいずれか1つの発明の貯湯タンクの湯水を加熱する熱源がヒートポンプユニットによって構成されているときは、低い温度の湯水を高温のお湯に再加熱することになるので、効率の良い運転ができる。
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。
(実施の形態1)
図1は、本発明の第1の実施の形態における貯湯式給湯器の構成図を示すものである。
図1において、10はお湯を貯湯する貯湯タンク、11は浴槽、12は熱交換器、13は貯湯タンク10の上部領域と下部領域を連結する一次側循環経路、14は一次側循環経路13に介設した一次側ポンプ、15は1次側循環経路13に介設した流量制御弁、16は熱交換器12の一次側出口の温度を検出する一次側出口温度検出部、17は浴槽湯水を循環する熱交換器12の二次側循環経路、18は二次側循環経路17に介設した二次側ポンプ、19は熱交換器12の二次側出口の温度を検出する二次側出口温度検出部、20は熱交換器12の二次側入口の温度を検出する二次側入口温度検出部である。
以上のように構成された貯湯式給湯器において、以下その動作、作用を説明する。
貯湯タンク10のお湯を利用して浴槽11の湯水の加熱を行うとき、まず、一次側の動作としては、一次側ポンプ14の駆動によって、貯湯タンク10の上部よりお湯が熱交換器12へと流入する。熱交換によって冷却されたお湯は、貯湯タンク10の下部領域へと戻される。そして、二次側の動作としては、二次側ポンプ18の駆動によって、浴槽11の湯水が熱交換器12へと流入する。そして熱交換によって加熱された湯水は再び浴槽11へと戻り、攪拌されることによって均一に温度上昇していく。
このとき、貯湯タンク10と浴槽11の設置距離は使用者の状況によって異なり、通常熱交換器12は貯湯タンク10の近傍に配置されているので、二次側循環経路17が設置距離によって異なる側の循環経路で、一次側循環経路13は経路長が固定されたものとなる。よって、二次側ポンプ18は長い二次側循環経路17にも対応できるような出力で固定的に駆動させる必要があり、加熱能力のコントロールは、一次側循環経路13の流量を流量制御弁15で調整し行うことになる。
図2は加熱動作を行っているときの流量制御弁15の挙動を示すフローチャートである。1次側循環流量は一次側出口温度検出部16と二次側入口温度検出部19との温度差△t1によって決定されるが、予め定められた所定時間k1毎に流量を更新し、所定時間k1経過するまでは流量を保持させる(S001)。そして、所定時間k1経過後に一次側出口温度検出部16と二次側入口温度検出部19の検出温度を比較する(S002)。検出温度差が△t1未満であれば、流量制御弁15で一次側循環流量をアップさせ加熱能力を上げる(S003)。検出温度差が△t1以上であれば、再び検出温度を比較する(S
004)。検出温度差が△t1より大きければ、流量制御弁15で一次側循環流量をダウンさせ加熱能力を下げる(S005)。検出温度差が△t1と等しければ、流量制御弁15で一次側流量を保持したまま、再び所定時間k1が経過するのを待つ。以上の動作を繰り返すことで、一次側出口温度検出部16と二次側入口温度検出部19との温度差が△t1になるように流量制御弁15で一次側流量を調整しながら、浴槽湯水の加熱作動を行う。浴槽湯水の加熱動作は、浴槽湯水の温度が予め設定されていた温度まで上昇したことを二次側入口温度検出部19が検出した時点で終了する。
以上のように、本実施の形態においては、貯湯タンクに戻される温度は浴槽湯水温度より△t1高い温度に抑えられ、戻された後に貯湯タンク内で攪拌される領域も下部領域のみと少量で抑えられる。よって、貯湯タンクの湯水を加熱する熱源がヒートポンプによって構成されているときは、低い温度の湯水を高温のお湯に再加熱することになるので、効率の良い運転ができる。
また、本実施の形態の一次側出口温度検出部16と二次側入口温度検出部19の検出温度差△t1を、浴槽湯水加熱の目標温度と二次側入口温度検出部19との温度差が大きいときは所定温度差△t1を大きく取り、温度差が小さくなると△t1を小さく取ることにより、特に、浴槽湯水温度が低いときは加熱能力を大きくすることができ、早く目標温度に到達させることができる。
また、本実施の形態の流量制御弁15の一次側流量制御について、二次側出口温度検出部20が予め定められた所定温度t2を超えると、流量制御弁15で一次側流量を上げることを禁止し、t2より高い温度である予め定められた所定温度t3を超えると、流量制御弁15で一次側流量を下げることにより、特に、浴槽11に戻す温度をt3以下に抑えることができ、t3の温度を火傷に至らない温度に設定することで、入浴中の使用者が不安全に至ることがないようにないようにすることができる。
また、本実施の形態の一次側ポンプ14の出力制御について、二次側循環経路17の通水を確認する通水検出部21を有し、浴槽湯水の加熱を行うとき二次側ポンプ18を駆動し、二次側循環経路17に通水があることを検出してから一次側ポンプ14を駆動することにより、特に、貯湯タンク10に戻されるお湯が熱交換されずに高温のお湯のままで戻されるのを防ぐことができ、熱源がヒートポンプによって構成されているときの貯湯タンク10内の加熱を行うときの効率の低下を防ぐことができる。
また、本実施の形態の一次側ポンプ14の出力制御について、貯湯タンク10の上部領域に取り付けられた一次側循環経路13の取水口より下方にタンク温度検出部22を有し、浴槽湯水の加熱中にタンク温度検出部22が予め定められた所定温度t4を下回ると、1次側ポンプ14の駆動を停止させて浴槽湯水の加熱を終了することにより、特に、浴槽湯水の加熱に必要なお湯が貯湯タンク10内に無くなったことを検出し、ただちに浴槽湯水の加熱動作を停止することでできる。
また、本実施の形態の1次側循環経路13の循環ポンプ14と流量制御弁15を熱交換器12の下流側に位置させ熱交換器12で熱交換された温度の低いお湯の部分で使用することで、循環ポンプ14と流量制御弁15の熱ストレスに対する耐久性、信頼性を向上することができる。
以上のように、本発明にかかる貯湯式給湯器は、貯湯タンクに戻される温度が浴槽湯水温度より△t1高いだけの温度に抑えられ、貯湯タンクの湯水を加熱する熱源がヒートポンプによって構成されているときは、低い温度の湯水を高温のお湯に再加熱することにな
るので、効率の良い運転が可能となるので、浴槽湯水の加熱に直接ヒートポンプを用いる等の用途にも適用できる。
本発明の実施の形態1における貯湯式給湯器の構成図 本発明の実施の形態1における貯湯式給湯器のフローチャート 従来の貯湯式給湯器の構成図
符号の説明
10 貯湯タンク
11 浴槽
12 熱交換器
13 一次側循環経路
14 一次側ポンプ
15 流量制御弁
16 一次側出口温度検出部
17 二次側循環経路
18 二次側ポンプ
19 二次側出口温度検出部
20 二次側入口温度検出部
21 通水検出部
22 タンク温度検出部

Claims (6)

  1. お湯を貯湯する貯湯タンクと、貯湯タンクのお湯との熱交換で浴槽湯水を加熱する熱交換器と、貯湯タンクの上部領域と下部領域を連結する熱交換器の一次側循環経路と、一次側循環経路に介設した一次側ポンプと、1次側循環経路の流量を調節する流量制御弁と、熱
    交換器の一次側出口の温度を検出する一次側出口温度検出部と、浴槽湯水を循環する熱交換器の二次側循環経路と、二次側循環経路に介設した二次側ポンプと、熱交換器の二次側出口の温度を検出する二次側出口温度検出部と、熱交換器の二次側入口の温度を検出する二次側入口温度検出部とを備え、浴槽湯水の加熱を行うとき二次側循環経路の通水を確認する通水検出部を有し、浴槽湯水の加熱を行うとき二次側ポンプを駆動し、二次側循環経路に通水があることを検出してから一次側ポンプを駆動させるとともに、一次側出口温度検出部と二次側入口温度検出部との温度差が所定温度差△t1を維持するように流量制御弁で一次側循環経路の流量を調整することを特徴とする貯湯式給湯器。
  2. 浴槽湯水加熱の目標温度と二次側入口温度検出部との温度差が大きいときは所定温度差△t1を大きく取り、温度差が小さくなると△t1を小さく取ることを特徴とする請求項1記載の貯湯式給湯器。
  3. 二次側出口温度検出部が予め定められた所定温度t2を超えると、一次側ポンプの出力を上げることを禁止し、t2より高い温度である予め定められた所定温度t3を超えると、一次側循環経路の流量を下げることを特徴とする請求項1または2記載の貯湯式給湯器。
  4. 貯湯タンクの上部領域に取り付けられた一次側循環経路の取水口より下方にタンク温度検出部を有し、浴槽湯水の加熱中にタンク温度検出部が予め定められた所定温度t4を下回ると、1次側ポンプの駆動を停止させて浴槽湯水の加熱を終了することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項記載の貯湯式給湯器。
  5. 1次側循環経路の一次側ポンプと流量制御弁は熱交換器の下流側に位置することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項記載の貯湯式給湯器。
  6. 貯湯タンクのお湯の加熱手段は、圧縮機、給湯用熱交換器、膨張弁、及び蒸発器を配管で
    接続した冷凍サイクルを有するヒートポンプユニットで行うことを特徴とした請求項1〜5のいずれか1項記載の貯湯式給湯器。
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