JP4780206B2 - 給湯機 - Google Patents

Description

本発明は、浴槽内の湯温を一定温度に保つ機能を有する給湯機に関するものである。

従来、浴槽内の湯温を一定の温度に保つための給湯機では、所定の時間間隔毎に、浴槽の湯を循環させる循環ポンプを起動させ、一定流量の湯を循環させた後、水循環路に設置されている温度センサにより湯温を検知し、検知した温度が湯の設定温度よりも低い場合に、再度、循環ポンプと加熱装置を起動させて浴槽内の湯温を上昇させる追い焚きを行っている。

この方法を用いる際の課題は、人が入浴をしない場合でも風呂加熱を行うことにより無駄なエネルギーを消費するおそれがあることである。また、浴槽の温度を検出する際には、放熱により温度が低下した加熱装置や水循環路内の湯が浴槽に混入し、かえって浴槽内の湯温を低下させることである。特に、水循環路の断熱処置が十分でない場合や、距離が長い場合は、その影響は顕著に現れ、無駄なエネルギーを浪費することになる。

図８は、従来の給湯機の構成を示すものである。浴槽１と加熱手段２と水循環路３と循環ポンプ４と温度検出手段５と風呂保温制御手段６とから構成される。風呂保温制御手段６は時間管理を行い、所定時間を経過した場合に、循環ポンプ４を動作させ、温度検出手段５から温度情報を取得し、温度情報が設定温度以下の場合は、風呂保温制御手段６は加熱が必要と判断し、循環ポンプ４と加熱手段２を用いて浴槽１の温度を上昇させる。

その後、浴槽１の温度が、所定の温度に到達した場合に、加熱は不要と判断し、循環ポンプを停止させる。風呂保温制御手段６は、余分なエネルギー使用を防止するため、人体検知手段７を利用した人体検知手段７が一定時間人を検知しない場合は、風呂加熱を停止する制御を行う（例えば、特許文献１参照）。

また、人体検知手段７のセンサの変わりに、人が浴槽に入った場合の水位変化を検知す
る水位検知手段８を用いることも考案されている。
特開２００４−３５３９８７号公報

しかしながら、前記従来の構成で人体検知手段７を使用することには課題がある。一般に人体検知手段７として用いる赤外線センサには、構造、及び、特性上、人体を検知することが困難な場合が多くある。

まず、指向性があり、センシングできる角度にも限界があることである。図９に人体検知手段７の感度範囲の模式図を示す。図９中の斜線部分がセンシング領域である。浴室９に人体検知手段７を設置した場合には必ず死角となる領域が発生し、死角領域に人がいる場合には人体を検知しないため、人体検知手段７は人がいないと判断するおそれがある。

次に、人がセンシング領域にいたとしても、浴槽１に浸かっているなどして人が動かない場合は、人体から発生する赤外線の変化を検知しないため、不在と判断するおそれがある。

また、特に浴室で人体検知手段７を使用する場合の課題であるが、赤外線は水に吸収されやすい特徴があるため、なんらかの理由により人体検知手段７に水がかかっている場合や、空中に湯気などの状態で大量に水が存在している場合は赤外線の変化をセンシングしにくい場合がある。

このように、人体検知手段７だけでは、人の検知を確実に行うことは困難である。前記従来の発明においては、人体検知手段７の変わりに水位検知手段８を用いることが考案されているが、水位検知手段８は人が浴槽に入ったことを検知するため、水位検知手段８だけでは、浴槽に入るまでに湯温を快適な温度まで上昇させることはできない。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、確実に人を検知することにより、快適性を損なわずに、風呂加熱に使用する消費エネルギーを低減した給湯機を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の給湯機は、浴槽と、浴槽内の湯水が循環する水循環路と、前記水循環路を前記浴槽内の湯水を循環させる循環手段と、前記水循環路を循環する湯水の温度を検出する温度検出手段と、浴室内の人体を検出する人体検知手段と、浴槽の水位を検出する水位検知手段と、制御手段とを備え、前記人体検知手段が人体の在室を検出した場合、前記水位検知手段が水位の上昇を検出せず人体不在と判断していても、前記水循環路を循環する湯水の温度を検出する時間間隔を短く変更することを特徴とするものである。

これにより、人体検知手段と水位検知手段のどちらかの手段によって、人の存在を検知することができれば人の存在を確定し、すばやく浴槽の温度を所定の温度まで上昇させることで、確実に人の在不在を検知することができるため、入浴時の快適性を損なわずに、省エネルギーを図ることができる。

また、本発明の給湯機は、浴槽と、浴槽内の湯水が循環する水循環路と、前記水循環路を前記浴槽内の湯水を循環させる循環手段と、前記水循環路を循環する湯水の温度を検出する温度検出手段と、浴室内の人体を検出する人体検知手段と、浴槽の水位を検出する水位検知手段と、制御手段とを備え、前記人体検知手段が人体の在室を所定時間検知せず、
かつ、前記水位検知手段が水位の上昇を所定時間検出しない場合に、前記水循環路を循環する湯水の温度を検出する検出方法において、人体不在と確定するとともに、前記人体検知手段の不在確定時間は、前記水位検知手段の不在確定時間より長く設定されていることを特徴とするものである。

これにより、両方の手段で人の存在が検知できなければ人の不在を確定することで、風呂加熱の動作の回数を削減させたり、風呂加熱を停止させたりして、入浴時の快適性を損なわずに、省エネルギーを図ることができる。

本発明によれば、確実に人を検知することにより、快適性を損なわずに、風呂加熱に使用する消費エネルギーを低減した給湯機を提供できる。

第１の発明は、浴槽と、浴槽内の湯水が循環する水循環路と、前記水循環路を前記浴槽内の湯水を循環させる循環手段と、前記水循環路を循環する湯水の温度を検出する温度検出手段と、浴室内の人体を検出する人体検知手段と、浴槽の水位を検出する水位検知手段と、制御手段とを備え、前記人体検知手段が人体の在室を検出した場合、前記水位検知手段が水位の上昇を検出せず人体不在と判断していても、前記水循環路を循環する湯水の温度を検出する時間間隔を短く変更することを特徴とする給湯機で、前記浴槽内の湯温を適正に保ち、入浴の際の快適性を保つことができる。

また、人体検知手段がなんらかの原因で動作に不具合が生じた場合に、水位検知手段の判断により不在と誤って判断されることを防ぐことができる。

第２の発明は、浴槽と、浴槽内の湯水が循環する水循環路と、前記水循環路を前記浴槽内の湯水を循環させる循環手段と、前記水循環路を循環する湯水の温度を検出する温度検出手段と、浴室内の人体を検出する人体検知手段と、浴槽の水位を検出する水位検知手段と、制御手段とを備え、前記人体検知手段が人体の在室を所定時間検知せず、かつ、前記水位検知手段が水位の上昇を所定時間検出しない場合に、前記水循環路を循環する湯水の温度を検出する検出方法において、人体不在と確定するとともに、前記人体検知手段の不在確定時間は、前記水位検知手段の不在確定時間より長く設定されていることを特徴とする給湯機で、人体検知手段が人体を検知することは、検知した時間に浴室における人体の存在を検知するもので、水位検知手段が水位の変化を検知することは、検知した時間に浴槽における人体の存在を検知するものであるため、前記両手段により人体不在と確定することで、誤検知を防ぐことができる。

第３の発明は、第２の発明において、人体不在と確定した場合、前記水循環路を循環する湯水の温度を検出する時間間隔を長く変更することを特徴とする給湯機で、両方の手段で人の存在が検知できなければ人の不在を確定することで、風呂加熱の動作の回数を削減させたり、風呂加熱を停止させたりして、入浴時の快適性を損なわずに、省エネルギーを図ることができる。

第４の発明は、第１〜第３のいずれかの発明において、水循環路を循環する湯水を加熱する加熱手段と、圧縮機、給湯熱交換器、減圧手段、空気熱交換器から構成されるヒートポンプユニットと、前記給湯熱交換器によって加熱された湯を貯湯する貯湯手段とを備え、前記加熱手段は、前記貯湯手段に貯湯された湯と水循環路内の湯水とを熱交換する熱交換器であることを特徴とするもので、より効率よく風呂加熱を行うことができる。

（実施の形態１）
以下、本発明における第１の実施の形態の給湯機を、以下、図面に基づいて説明する。図１は、本発明の給湯機の構成図を示すもので、浴槽１、水循環路３を循環する湯水を加熱する加熱手段２、浴槽１内の湯水が循環する水循環路３、水循環路３を浴槽１内の湯水を循環させる循環手段である循環ポンプ４、水循環路３を循環する湯水の温度を検出する温度検出手段５、それらの運転動作を制御する風呂保温制御手段６、浴室９内への人体の入室を検出する人体検知手段７、浴槽１の水位を検出する水位検知手段８から構成される。

風呂保温制御手段６は、人体検知手段７が浴室９内への人体の入室を検知するか、水位検知手段８が水位の上昇を検知した場合に、即座に循環ポンプ４を動作させ、温度検出手段５から温度情報を取得し、温度情報が設定温度未満の場合は、加熱が必要と判断し、循環ポンプ４と加熱手段２とから構成される風呂保温手段を用いて追い焚きを行う。

温度情報が設定温度以上の場合は、加熱は不要と判断し追い焚きは行わない。また、風呂保温制御手段６は、人体検知手段７が人体の検知から所定時間経過し、かつ、水位検知手段８が水位の下降検知から所定時間経過した場合に、浴槽１の湯温検出のための循環ポンプ４動作の時間間隔を所定時間に延長する。

実施の形態１において、加熱手段２は、貯湯型の給湯機である二酸化炭素を冷媒とするヒートポンプ給湯機の放熱器（図示せず）によって、貯湯槽（図示せず）内の水を加熱し、それを再度貯湯槽（図示せず）に戻すことで貯湯された高温水と、浴槽１内の湯水を循環手段である循環ポンプ４によって循環させる温水とを熱交換することで加熱する熱交換器である。

また、人体検知手段７は、焦電型の赤外線センサで熱の移動を検知する。熱を持つ人体の移動を検知することによって、人の浴室９への入室を検知することができる手段であり、浴室９に設けられたリモコン（図示せず）に配設されている。水位検知手段８は、圧力式の水圧センサであり、浴槽からの水圧から精度よく水位を検知することができる手段である。

以下、動作、作用を説明する。

まず、図２は、人体検知手段７と水位検知手段８の在不在判断状態と、在不在確定のタイミングの関係を示す。浴槽１に湯が張られた状態で浴室に人が入室し、人体検知手段７が在室と判断すれば、水位検知手段８が不在であっても在室と確定する。同じように、浴槽１に浸かることによって人体検知手段７による判断が不在となっても、水位検知手段８で在室を検知していると在室を継続する。

入浴が終了して、人体検知手段７と水位検知手段８の両方が最後の検知から所定時間経過して不在と判断すれば不在を確定する。人体検知手段７の不在確定時間ＴＲは、例えば５分とし、水位検知手段８の不在確定時間ＴＷは、例えば、ＴＲより長い２０分とした。

次に、風呂保温制御手段６が４ｍｓｅｃ毎に行う在不在の判断の確定処理について具体的に述べる。

図３に風呂保温制御手段６が行っている人体検知手段７を用いた人体検知処理の流れを示す。

まず、Ｓ４０１で人体検知手段７から人体があるかどうかの判断である人体検知情報を取得し、Ｓ４０２で人体検知の有無を判断し、検知がある場合は、Ｓ４０３で不在時間を
０にクリアし、人体検知手段７での在不在判断を在室と確定し、終了する。Ｓ４０２で人体の検知がない場合は、Ｓ４０４で経過時間を不在時間に積算していく。Ｓ４０５で、不在時間が例えば５分といった所定時間以上である場合は、Ｓ４０６で人体検知手段７による不在を確定し終了する。Ｓ４０６で不在時間が所定時間未満である場合はそのまま処理を終了する。

次に、図４に風呂保温制御手段６が行っている水位検知手段８を用いた水位変化検知の処理の流れを示す。

まず、Ｓ５０１で水位検知手段８から浴槽１内の湯量の増減量である水位増減情報を取得し、Ｓ５０２とＳ５０４で水位増減量を判断する。Ｓ５０２で水位の増減量が例えば−２ｍｍ／ｍｓｅｃといった所定値以下である場合は、Ｓ５０３で不在時間を０にクリアし水位検知手段８による在室を確定し処理を終了する。Ｓ５０４で水位の増減量が例えば２ｍｍ／ｍｓｅｃといった所定値以上である場合は、Ｓ５０５で人体検知手段７での在不在判断を在室と確定し処理を終了する。

水位の増減量が例えば、−２ｍｍ／ｍｓｅｃ以上で２ｍｍ／ｍｓｅｃであった場合は、浴槽１に人の出入りがないとして、Ｓ５０６で経過時間を不在時間に積算していく。Ｓ５０７で、不在時間が例えば２０分といった所定時間以上であると判断した場合は、Ｓ５０８で水位検知手段８による不在を確定し終了する。Ｓ５０７で不在時間が所定時間未満である場合はそのまま処理を終了する。

次に、人体検知手段７を用いた在不在情報と、水位検知手段８を用いた在不在情報を用いて、在不在を確定する処理の流れを、図５に示し説明を述べる。

まず、Ｓ６０１でそれぞれの在不在情報を取得すると、Ｓ６０２で人体検知手段７在不在情報が不在であること、かつ、水位検知手段８在不在情報が不在であることを判断し、条件が成立すれば、Ｓ６０３で最終的な不在を確定し、浴槽１の温度を取得するために循環ポンプ４を動作させる時間間隔Ｔｉに、不在時の時間間隔である、例えば４０分といったＴｂを設定する。

次に、Ｓ６０４で人体検知手段７在不在情報が在室であること、または、水位検知手段８在不在情報が在室であることを判断し、条件が成立すれば、Ｓ６０５で最終的な在室を確定し、浴槽１の温度を取得するために循環ポンプ４を動作させる時間間隔Ｔｉに、在室時の時間間隔である、前記Ｔｂよりも短い、例えば１５分といったＴａを設定する。

このように、人体検知手段７と水位検知手段８の両方で人体を検知することにより、人体検知手段７に検知の不具合が生じたとしても、水位検知手段８が検知を変わって行うことにより、確実に人体の検知を行うことができる。

また、水位検知手段８の不在検知時間を人体検知手段７の不在検知時間以上にすることにより、水位の変化を検知した後も、浴室に人が存在にする場合に誤って、不在を判断することを防ぐことができる。

次に、人体の在不在を確定した後に、風呂保温制御手段６は、在不在によって湯温検出のタイミングを変更する。図６は、浴室内の人の在不在状態と浴槽の湯温変化と湯温検出のタイミングの関係を示す模式図である。本実施の形態１では、風呂自動が押されて湯張りが完了すると、自動的に自動保温モードになる。

また、湯温検出の時間間隔は、在室状態の時に用いる短い時間間隔のＴａと不在状態の
時に用いる長い時間間隔Ｔｂを前もって設定しておく。不在状態の場合には、入浴は発生しないため、頻繁に追い焚きをして湯温を設定温度に保っておく必要はない。また、浴槽１の湯温は浴槽に人が浸かることによって急激に低下する。不在状態の場合には、急激な湯温低下の発生はないため、長い時間間隔Ｔｂを用いても問題はない。

図６のように、風呂自動の湯張り完了時に浴室の在室状態である場合、湯温検出のタイミングはＴａである。次に、不在状態となった場合は、時間間隔はＴｂに設定され、湯温検出の時間間隔は長くなり、浴槽１の温度低下の頻度は少なくなる。これによって、省エネルギーを図ることができる。

次の湯温検出のタイミングは、直前の湯温検出からの経過時間がＴｂになった場合に行い、湯温が追い焚き開始温度未満である場合は追い焚きを行う。このとき、追い焚き開始温度以上であるため、浴槽１の湯温の変化は、湯温検出による温度低下が現れている。

次に、不在状態から在室状態に状態が遷移した場合は、時間間隔はＴａに設定され、Ｔａと前回の湯温検出からの経過時間を比較し、経過時間がＴａより大きい場合は、即座に湯温検出を行い、追い焚きの必要性の有無を判断する。経過時間を元のＴａに戻すことにより、入浴を検知してすぐに浴槽１の湯温を適正な温度に上昇することができ、快適性を保つことができる。

図７に、在不在状態により時間間隔を変更しない場合の浴槽１の湯温変化と湯温検出のタイミングの関係を示す。不在状態の判断がされても時間間隔はＴａのままであるため、湯温検出が頻繁に発生し、その結果、湯温が低下してエネルギーが無駄になっていることがわかる。

以上のように本実施の形態においては、人体検知手段７に加えて、水位検知手段８によって浴室内の人体を検知することにより、確実に人体の検知を行うことが可能になる。従って、在不在状態から浴槽１の湯温検出の時間間隔を変更することにより、不在の場合には湯温検出回数を減らすことができ、入浴行為が発生する場合は、即座に必要な追い焚きを行うことができるため、省エネルギーを実現するとともに、快適性を保つことができる。

また、本実施の形態では、ヒートポンプ給湯機について説明したが、ガス給湯機としても同様の効果を得ることができる。

尚、ここで、給湯機としてヒートポンプ給湯機を用いる場合に特徴的な本発明の効果について述べる。

前記ヒートポンプ給湯機は、圧縮機、給湯熱交換器、減圧手段、空気熱交換器を順に冷媒回路で環状に接続するものであって、冷媒として二酸化炭素を使用する。二酸化炭素は臨界圧を越える圧力で運転することが好ましく、二酸化炭素を冷媒として用いることで、貯湯式給湯装置を高温で利用することができるものである。湯を沸き上げる場合には、貯湯槽の底部の水が、給湯熱交換器で高温に加熱された後、再び貯湯槽の上部へ戻される循環により貯湯槽全体を沸き上げる仕組みになっている。

二酸化炭素冷媒、あるいは、フロン系冷媒などの冷凍サイクルを用いたヒートポンプ給湯機の沸き上げの効率には、貯湯槽の底部の水の温度が寄与する度合いが大きく、貯湯槽底部の温度が低ければ効率が良く、高ければ効率は悪化する。特に、風呂加熱を行う場合は、貯湯槽上部から出て熱交換器によって中程度に冷やされた温水が、貯湯槽の底部へ戻されるため、底部の水温が上昇して効率の悪化が著しくなる。

本発明では、湯温の検出回数を減らして、風呂加熱の負荷を低減することによって、底部に戻される中温水の量を減らして、底部の温度上昇を抑えることができるため、沸き上げの効率向上に対する効果が大きい。

以上のように、本発明にかかる給湯機は、省エネルギーを実現することができ、かつ快適性を保つことが可能となるので、家庭用の給湯器等の用途に適用できる。

本発明の実施の形態１における給湯機の構成図 同人体検知手段と水位検知手段の在不在判断状態と、在不在確定のタイミングの関係を示す模式図 同人体検知手段を用いて在不在判断を行う処理のフローチャート 同水位検知手段を用いて在不在判断を行う処理のフローチャート 同人体検知手段７と水位検知手段８の在不在判断情報を用いて在不在判断を行う処理のフローチャート 同在不在状態と浴槽の湯温変化と温度検出のタイミングの関係を示す模式図 同在不在状態によって湯温検出の時間間隔を変更しない場合の在不在状態と浴槽の湯の温度変化と温度検出のタイミングの関係を示す模式図 従来の給湯機の構成図 従来の人体検知手段の浴室でのセンシング領域の模式図

１ 浴槽
２ 加熱手段
３ 水循環路
４ 循環手段（循環ポンプ）
５ 温度検出手段
６ 風呂保温制御手段
７ 人体検知手段
８ 水位検知手段
９ 浴室

Claims (4)

1. 浴槽と、浴槽内の湯水が循環する水循環路と、前記水循環路を前記浴槽内の湯水を循環させる循環手段と、前記水循環路を循環する湯水の温度を検出する温度検出手段と、浴室内の人体を検出する人体検知手段と、浴槽の水位を検出する水位検知手段と、制御手段とを備え、前記人体検知手段が人体の在室を検出した場合、前記水位検知手段が水位の上昇を検出せず人体不在と判断していても、前記水循環路を循環する湯水の温度を検出する時間間隔を短く変更することを特徴とする給湯機。
2. 浴槽と、浴槽内の湯水が循環する水循環路と、前記水循環路を前記浴槽内の湯水を循環させる循環手段と、前記水循環路を循環する湯水の温度を検出する温度検出手段と、浴室内の人体を検出する人体検知手段と、浴槽の水位を検出する水位検知手段と、制御手段とを
   備え、前記人体検知手段が人体の在室を所定時間検知せず、かつ、前記水位検知手段が水位の上昇を所定時間検出しない場合に、前記水循環路を循環する湯水の温度を検出する検出方法において、人体不在と確定するとともに、前記人体検知手段の不在確定時間は、前記水位検知手段の不在確定時間より長く設定されていることを特徴とする給湯機。
3. 人体不在と確定した場合、前記水循環路を循環する湯水の温度を検出する時間間隔を長く変更することを特徴とする請求項２に記載の給湯機。
4. 水循環路を循環する湯水を加熱する加熱手段と、圧縮機、給湯熱交換器、減圧手段、空気熱交換器から構成されるヒートポンプユニットと、前記給湯熱交換器によって加熱された湯を貯湯する貯湯手段とを備え、前記加熱手段は、前記貯湯手段に貯湯された湯と水循環路内の湯水とを熱交換する熱交換器であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の給湯機。