JP4298572B2 - 給湯システム - Google Patents

Description

本発明は給湯システムに係り、特に、小流量使用時の即湯性能に優れた給湯システムに関する。

従来、給湯システムにおいては、一台の給湯器で複数の箇所に給湯する例が多く、給湯器設置場所とお湯の使用箇所が離れていることが起こりうる。この場合、水栓を開いてからお湯が到達するまでに時間が掛かり過ぎ、特に短時間の給湯栓開閉が繰り返される場合、お湯が到達する前に使用終了してしまうことになる。このため、冬季には常に冷水が供給されることになり、使用者の不満の原因となっていた。

このような問題を解決するために、給湯経路中に貯湯タンクを設置する技術が開示されている（例えば、特開２００３−１０６６６５号公報）。しかし、この方式では貯湯タンク内の水をヒータで適温まで立ち上げるのに時間が掛かり、例えば長時間不使用後の即湯の要求に対応できないという問題がある。

さらに、追焚システムの温水循環回路を利用して給湯配管経路を予熱しておく技術が開示されている（例えば、特開平１０−１５３３４４号公報）。図７は、このような追焚給湯機を用いた即湯給湯システム１００の構成を示すものである。同図において、給湯システム１００は、追焚給湯機１０２を熱源とする。熱源機１０２内部には、給湯用燃焼部１０３、暖房追焚用燃焼部１０４、開放型シスターン１０５、循環ポンプ１０６、液液熱交換器１０７、風呂追焚回路と液液熱交換器１０７回路とを切り替える切替弁１１０を主要構成する。

このようなシステムにおいて、給湯配管ＨＷ１１を温水回路Ｈ１６、Ｈ１７を循環させることにより保温しておき、給湯使用時に給湯配管ＨＷ１１に温水が流れるようにするものである。このようなシステムの採用により短時間使用でも冷水が供給されることを防止することは可能である。しかしながら、風呂追焚回路を切り替える方式では、風呂追焚使用時や風呂保温時には給湯側の保温を行うことができず、また、風呂の残り湯が熱交換器内を循環するため、長期間の使用により入浴剤や湯垢などによる熱交換器の効率低下という問題もある。
特開２００３−１０６６６５号公報 特開平１０−１５３３４４号公報

本発明は、このような問題を解決するためのものであって、給湯器設置場所と給湯栓設置箇所が離れているばあいであっても、即湯性を確保可能な技術を提供するものである。

本発明は、以下の内容を要旨とする。すなわち、
（１）給水系統から供給される水を加熱する給湯加熱手段と、熱媒循環系統の熱媒を加熱する熱媒加熱手段と、熱媒循環系統中に設けられ、循環熱媒と給湯水とを熱交換する液液熱交換器と、を含む給湯システムであって、さらに、前記給湯加熱手段出側と端末側給湯栓とを直接接続する第一の給湯配管経路と、前記給湯加熱手段出側と端末側給湯栓とを、前記液液熱交換器を経由して接続する第二の給湯配管経路と、通水経路を第一の給湯配管経路側又は第二の給湯配管経路側に切り替える切替手段と、給湯通水量が所定の水量以上のときは第一の給湯配管経路側に通水し、給湯通水量が所定の流量未満のときは第二の給湯配管経路側に通水するように制御する通水制御手段と、を備えて成ることを特徴とする給湯システム。

このように給湯配管経路及び通水制御を構成することにより、短時間、かつ、給湯栓開閉が繰り返される場合であっても、常に液液熱交換器で加熱されたお湯が供給されるため、お湯が到達する前に使用終了してしまうという不都合が生じない。
また、風呂追焚回路を用いていないため、風呂追焚使用時や風呂保温時にも給湯側の保温を行うことができる。さらに、長期間使用に伴う入浴剤や湯垢などの付着による熱交換器の効率低下という問題も発生しない。

本システムにおいて、給湯加熱手段と熱媒加熱手段は必ずしも一台の機器に搭載されている必要はなく、別個の機器に搭載されているものを組み合わせたシステムであってもよい。

（２）前記通水制御手段は、前記第一の給湯配管経路側に通水するときは前記給湯加熱手段に供給される水を加熱し、前記第二の給湯配管経路側に通水するときは加熱しないように制御する手段を含んで成ることを特徴とするに記載の給湯システム。
一般に、始動時の安全確認のために、給湯器等においては給湯栓が開栓されてから給湯加熱手段で加熱され、お湯が供給されるまでには一定の時間が掛かる。この場合、通水量が大きければ配管内の冷水がパージされる時間は僅かであり、使用者はあまり冷水感を感じない。一方、小流量使用のときには、配管内の冷水をパージする時間は長く掛かり、また、給湯栓開閉が繰り返されることも多い。本発明では、第二の給湯配管経路側に通水する場合には、給湯加熱手段で加熱せず加熱液液熱交換器のみで加熱することとしたものである。これにより、省エネ性の向上を図ることができる。

（３）前記通水制御手段は、前記第一の給湯配管経路側及び前記第二の給湯配管経路側のいずれに通水するときも前記給湯加熱手段に供給される水を加熱するように制御する手段を含んで成ることを特徴とするに記載の給湯システム。
本発明によれば、通水量が少ない場合であっても給湯加熱手段により加熱が行われるため、供給されるお湯は給湯加熱手段と液液熱交換器の双方で加熱される。これにより給水温に拘わらず適温のお湯の供給がさらに容易となる。

（４）上記（１）乃至（３）に記載の給湯システムにおいて、さらに、一日の所定の時間帯に限り、前記液液熱交換器に熱媒を供給する手段を備えて成ることを特徴とする給湯システム。
本発明によれば、朝の時間帯等、使用頻度の高いときに予め給湯配管を保温しておくことができるため、使用者の利便性に資するとともに、省エネにも寄与することになる。

（５）上記（１）乃至（４）に記載の給湯システムにおいて、さらに、水温が所定の温度以下のときに限り前記液液熱交換器に熱媒を供給する手段を備えて成ることを特徴とする給湯システム。
本発明によれば、冬季の水温が低いときに選択的に給湯配管を保温しておくことができるため、快適性の向上に資するとともに省エネにも寄与することになる。

（６）前記液液熱交換器を前記給湯栓の近傍に配置して成ることを特徴とする（１）乃至（５）に記載の給湯システム。
液液熱交換器を給湯栓の近傍に配置することにより、即湯性能がさらに向上する。また、例えば、給湯端末の直近である洗面台下スペース等に液液熱交換器を設置することにより、美感上の要請にも対応することができる。

（７）前記液液熱交換器がプレート型熱交換器であることを特徴とする（１）乃至（６）に記載の給湯システム。
プレート型熱交換器は伝熱面積が大きく熱効率が高いため、コンパクトに設計できる。このため、設置上の制約が少なく、例えば給湯端末の直近である洗面台下スペース等の設置に最適である。

（８）前記通水切替手段と、前記通水制御手段を搭載して成ることを特徴とする（１）乃至（７）に記載の給湯システムに用いる熱源機。
熱源機に通水切替手段及び通水制御手段を搭載することによりシステムの施工が容易となり、またコンパクトな設置が可能となり、設置自由度が増す。

特許請求の範囲記載の各発明によれば、短時間、かつ、給湯栓開閉が繰り返される場合であっても、お湯が到達する前に使用終了してしまうという不都合を解消することができる。

以下、本発明に係る給湯器の実施形態について、図１乃至６を参照してさらに詳細に説明する。なお、重複を避けるため、各図において同一構成には同一符号を用いて示している。なお、本発明の範囲は特許請求の範囲記載のものであって、以下の実施形態に限定されないことはいうまでもない。

（第一の実施形態）
図１は、本発明に係る熱源機２（給湯暖房機）を用いた給湯システム１の全体構成を示すものである。同図において給湯システム１は、熱源機２、液液熱交換器であるプレート式熱交換器８、混合水栓９及びこれらを接続する水道配管Ｗ１乃至Ｗ３、給湯配管ＨＷ１乃至ＨＷ３、温水配管Ｈ１乃至Ｈ３を主要構成とする。熱源機２は、給湯用燃焼部３、暖房用燃焼部４、開放型シスターン５、熱源機２の給湯・暖房等の制御を行う制御部１０を備えている。給湯用燃焼部３はバーナ３ｂ、燃焼用ファン３ｃ、熱交換部３ａ、燃焼室（図示せず）、排気部（図示せず）を構成要素とし、これらが一体に組み込まれている。また、暖房用燃焼部４についても同様の構成を備えている。

熱源機２の給湯配管系統は、以下の通りである。水道配管Ｗ１から分岐した水道配管Ｗ２は給湯用燃焼部３に接続している。給湯用燃焼部３の下流側は、給湯配管ＨＷ１を経由して切替弁Ｖ１に接続している。切替弁Ｖ１の下流側は２つの給湯配管ＨＷ２、ＨＷ３に分岐している。給湯配管ＨＷ３は、プレート式熱交換器８を経て合流ポイントＰ３を経て混合水栓９に至る。給湯配管ＨＷ２は、プレート式熱交換器８をバイパスする経路をとり、合流ポイントＰ３を経て混合水栓９に達する。なお、給水管Ｗ２の入り側近傍には水量センサ７、水温センサ１３が設けられている。水量センサ７は、水の流れによりマグネット羽根車が回転し、磁気センサにより回転数を検知するタイプである。水量センサ及び水温センサ１３により検出された測定値は制御部１０に送られる。

次に、熱源機２の温水系統は、シスターン→循環ポンプ６→温水配管Ｈ３→暖房用燃焼部４→熱動弁Ｖ２→温水配管Ｈ１→プレート式熱交換器８→温水配管Ｈ２という経路を経て、シスターンに戻る回路により構成される。なお、温水系統は他に暖房系統及び風呂追焚系統があり、熱源機２と各系統はヘッダ分岐方式で結ばれているが、同図では省略してある。

次に、図示はしないが、制御部１０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなるマイコン及びＩ／Ｆ部を備え、各センサから送られる測定値及び制御用リモコン（図示せず）側からの要求に基づいて、熱源機２の給湯、暖房、自動風呂機能の運転制御を司る

給湯システム１は以上のように構成されており、次に図２乃至４を参照して、混合水栓開栓時に制御部１０において行われる制御フローについて説明する。ここに、図２は通水流量が大きいときの給湯流路を示す図であり、図３は第一の実施形態において通水流量が小さいときの給湯流路を示す図、また、図４は給湯制御フローを示す図である。
混合水栓９を開栓前に温水回路側の運転が行われている（ステップＳ１０１）。すなわち、熱動弁Ｖ２開及び循環ポンプ６駆動状態でシスターン内の温水は暖房用燃焼部４に送られ、ここで加熱昇温されてさらに温水配管Ｈ１を経由してプレート式熱交換器８に供給される。プレート式熱交換器８において、給湯配管ＨＷ３内に滞留する水は受熱して保温状態で待機する。

次に、混合水栓９が開かれると（ステップＳ１０２）、給水配管Ｗ２を経由して通水が開始される（ステップＳ１０３）。その際、水量センサ７で通水流量が計測され、計測値は制御部１０に送られる。次に、制御部１０において通水流量が５Ｌ／ｍｉｎ以上か否かが判定される（ステップＳ１０４）。５Ｌ／ｍｉｎ以上のときは（ステップＳ１０４においてＹＥＳ）、切替弁Ｖ１が（ａ）経路側に切り替えられ、給湯配管ＨＷ２側に通水される（ステップＳ１０５）。図２の太線はこの状態を示している。次いで給湯用燃焼部３において燃焼が開始され（ステップＳ１０３）、所定の温度に昇温されたお湯が給湯配管ＨＷ２を経由して供給される。その際、配管内に滞留している冷水はピストンフローにより下流側に押し出される。このため、混合水栓９では最初に配管内の冷水が供給され、次いで所定の温度に昇温されたお湯が供給されることになる。しかしながら、通水量５Ｌ／ｍｉｎ以上と大きいため、時間的に見ると初期に冷水が供給される時間は僅かであり、使用者はあまり冷水感を感じない。この状態が混合水栓閉栓まで続く（ステップＳ１０８においてＮＯ）。混合水栓９が閉じられたと判断すると（ステップＳ１０８においてＹＥＳ）、燃焼を停止する（ステップＳ１０９）。

通水流量が５Ｌ／ｍｉｎ未満のときは（ステップＳ１０４においてＮＯ）、切替弁Ｖ１が（ｂ）経路側に切り替えられる。これにより給湯配管ＨＷ３側に通水される（ステップＳ１０６）。図３の太線はこの状態を示している。この場合には給湯用燃焼部３において燃焼は行われず、従って、混合水栓９には最初にプレート式熱交換器８で既に保温されていたお湯が供給され、次いでプレート式熱交換器８で通水時に熱交換されて昇温されたお湯が供給されることになる。しかしながら、この場合は通水流量が５Ｌ／ｍｉｎ未満と少ないため、 プレート式熱交換器８における受熱のみで支障なく使用可能である。その後のフローは、通水量５Ｌ／ｍｉｎ以上の場合と同一であるので、説明を省略する。

（第二の実施形態）
次に、本発明の他の実施形態について説明する。本実施形態に係る給湯システムの構成は、第一の実施形態と同一であるので図示及び説明を省略する。本実施形態が第一の実施形態と異なるのは、給湯用燃焼部３における燃焼制御の方法である。すなわち、第一の実施形態では、給湯配管ＨＷ３側に通水するときは給湯用燃焼部３で燃焼が行われないのに対して、本実施形態では給湯配管ＨＷ３側に通水するときも燃焼が行われる。図５は、本実施形態における燃焼及び通水流路制御フローを示す図である。ここに、Ｓ２０１からＳ２０３については、第一の実施形態と同様であるのでこれを援用し、説明を省略する。

次に、制御部１０において通水流量が５Ｌ／ｍｉｎ以上か否かが判定される（ステップＳ２０４）。５Ｌ／ｍｉｎ以上のときは（ステップＳ２０４においてＹＥＳ）、切替弁Ｖ１が（ａ）経路側に切り替えら、給湯配管ＨＷ２側に通水される（ステップＳ２０５）。次いで給湯用燃焼部３において燃焼が開始され（ステップＳ２０７）、所定の温度に昇温されたお湯が給湯配管ＨＷ２を経由して供給される。混合水栓閉栓まではこの状態が継続する（ステップＳ２０８においてＮＯ）。混合水栓９が閉じられたと判断すると（ステップＳ２０８においてＹＥＳ）、燃焼が停止される（ステップＳ２０９）。

また、通水流量が５Ｌ／ｍｉｎ未満のときは（ステップＳ２０４においてＮＯ）、切替弁Ｖ１が（ｂ）経路側に切り替えられる。これにより給湯配管ＨＷ３側に通水される（ステップＳ２０６）。次いで給湯用燃焼部３において燃焼が開始される（ステップＳ２０７）。以降のフローは５Ｌ／ｍｉｎ以上のときと同一である。
このように本実施形態では通水量が少ない場合であっても燃焼が行われるため、供給されるお湯は熱源機２とプレート式熱交換器８の双方で加熱される。これにより給水温に拘わらずお湯の適温供給がさらに容易となる。
なお、上記各実施形態では通水流路を切り替える流量閾値を５Ｌ／ｍｉｎとしたが、この値は例示であって、給湯配管口径、延長、システムの使用実態等に応じて適切な流量を選択することができる。

（第三の実施形態）
さらに本発明の他の実施形態について説明する。本実施形態についても給湯システムの構成及び混合水栓９開栓後の燃焼及び通水経路制御方法については上述の各実施形態と同一である。本実施形態が上述の各実施形態と異なる点は、給湯使用時間帯に先立って温水回路側の運転を行うことである。図６は、本実施形態に係る給湯システムの温水回路側制御フローを示す図である。同図において、制御部１０の不図示のマイコン内蔵時計により時刻が６：００〜８：００か否かが判定される（ステップＳ３０１）。該当する場合には、次に水温センサ１３により入水温が１５℃以下であるか否かが判定される（ステップＳ３０２）。これら両方の条件に該当する場合には、温水回路側の運転（燃焼部４における燃焼及び循環ポンプ６駆動）が開始される（ステップＳ３０３）。これにより温水配管Ｈ１を解してプレート式熱交換器８に温水が供給され、プレート式熱交換器８部分に滞留している給湯配管ＨＷ３内の滞留水が加熱保温されることになる。

いずれか一方の条件に該当しない場合には、温水回路側の運転は行われない（ステップＳ３０１又はＳ３０２においてＮＯ）。その後、混合水栓９開栓後の燃焼及び通水経路制御フローは、第一又は第二の実施形態と同一であるので説明を省略する。
なお、本実施形態では温水回路側の予熱のための運転時間帯を６：００〜８：００、水温を１５℃以下としたが、これらは例示であって、生活パターン等に対応して適切な時間帯を選択することができる。

本発明は、給湯配管を経由してお湯を供給する給湯用熱源機一般に広く利用可能である。

本発明の第一の実施形態に係る給湯システム１を示す図である。 第一の実施形態において通水流量が大きいときの給湯流路を示す図である。 第一の実施形態において通水流量が小さいときの給湯流路を示す図である。 第一の実施形態における給湯制御フローを示す図である。 第二の実施形態における給湯制御フローを示す図である。 第三の実施形態における給湯制御フローを示す図である。 従来の給湯システムを示す図である。

符号の説明

１…給湯システム、２…熱源機、３…給湯用燃焼部、３ａ…熱交換部、３ｂ…バーナ、３ｃ…燃焼用ファン、４…暖房用燃焼部、５…開放型シスターン、６…循環ポンプ、７…水量センサ、８プレート式熱交換器、９…混合水栓、１０…制御部、１３水温センサ、Ｖ１…切替弁、Ｈ１〜Ｈ３…温水配管、ＨＷ１〜ＨＷ３…給湯配管、Ｗ１〜Ｗ３…給水配管

Claims (8)

1. 給水系統から供給される水を加熱する給湯加熱手段と、
   熱媒循環系統の熱媒を加熱する熱媒加熱手段と、
   熱媒循環系統中に設けられ、循環熱媒と給湯水とを熱交換する液液熱交換器と、
   を含む給湯システムであって、さらに、
   前記給湯加熱手段出側と端末側給湯栓とを直接接続する第一の給湯配管経路と、
   前記給湯加熱手段出側と端末側給湯栓とを、前記液液熱交換器を経由して接続する第二の給湯配管経路と、
   通水経路を、第一の給湯配管経路側又は第二の給湯配管経路側に切り替える切替手段と、
   給湯通水量が所定の水量以上のときは第一の給湯配管経路側に通水し、給湯通水量が所定の流量未満のときは第二の給湯配管経路側に通水するように制御する通水制御手段と、
   を備えて成ることを特徴とする給湯システム。
2. 前記通水制御手段は、前記第一の給湯配管経路側に通水するときは前記給湯加熱手段に供給される水を加熱し、前記第二の給湯配管経路側に通水するときは加熱しないように制御する手段を含んで成ることを特徴とする請求項１に記載の給湯システム。
3. 前記通水制御手段は、前記第一の給湯配管経路側及び前記第二の給湯配管経路側のいずれに通水するときも前記給湯加熱手段に供給される水を加熱するように制御する手段を含んで成ることを特徴とする請求項１に記載の給湯システム。
4. 請求項１乃至３に記載の給湯システムにおいて、さらに、一日の中の所定の時間帯に限り、前記液液熱交換器に熱媒を供給する手段を備えて成ることを特徴とする請求項１乃至３に記載の給湯システム。
5. 請求項１乃至４に記載の給湯システムにおいて、さらに、水温が所定の温度以下のときに限り前記液液熱交換器に熱媒を供給する手段を備えて成ることを特徴とする給湯システム。
6. 前記液液熱交換器を前記給湯栓の近傍に配置して成ることを特徴とする請求項１乃至５に記載の給湯システム。
7. 前記液液熱交換器がプレート型熱交換器であることを特徴とする請求項１乃至６に記載の給湯システム。
8. 前記通水切替手段と、前記通水制御手段を搭載して成ることを特徴とする請求項１乃至７に記載の給湯システムに用いる熱源機。
   

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