JP4100324B2 - 貯湯式給湯器 - Google Patents

Description

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は、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は、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。

Images