JP4956005B2

JP4956005B2 - 即時給湯装置

Info

Publication number: JP4956005B2
Application number: JP2006003145A
Authority: JP
Inventors: 晃太郎木村
Original assignee: 株式会社ガスター
Priority date: 2006-01-11
Filing date: 2006-01-11
Publication date: 2012-06-20
Anticipated expiration: 2026-01-11
Also published as: JP2007187325A

Description

本発明は、出湯栓等を開く等により給湯動作を開始した時に即時にお湯が出るようにした給湯装置に関する。

熱源機が屋外に配置された給湯装置の場合、給湯動作の初期に熱源部が冷えていることおよび熱源機から出湯栓までの管路が長くこの管路に低温の水が貯えられていることにより、給湯動作を開始してから湯が出るまで時間がかかる。この待機時間があるため不便であり、待機時間に流れる水も無駄になってしまう。

そこで、熱源機からの管路に、出湯栓近傍に位置する貯湯タンクを設け、この貯湯タンク内の水を電気ヒータで加熱し、出湯から即座に湯が出るように工夫した装置が開発されている。
しかし、上記装置では大きな貯湯タンクのための設置スペースを必要とする欠点があった。貯湯タンクを小さくすると、湯を使い切った後に冷たい水が出る等、湯の温度が安定しない欠点が生じる。

特許文献１に開示された装置では、暖房循環回路の途中に液・液熱交換器を設け、この液・液熱交換器に給湯回路を通し、給湯初期に給湯回路内を通る水を液・液熱交換器で加熱し、即座に出湯できるようにしている。
特開２００４−２１９００１号公報

特許文献１の即時給湯装置では、大きな貯湯タンクを必要としないが、給湯回路の水を液・液熱交換器で加熱するだけであり温度制御を行なわないので、出湯温度が安定しない欠点があった。

本発明は上記課題を解決するためになされたもので、即時給湯装置において、（ア）給湯回路と、（イ）上記給湯回路に設けられ給湯回路を流れる水を加熱する給湯用熱源部と、（ウ）循環回路と、（エ）上記循環回路に設けられたポンプと、（オ）上記循環回路に設けられ、上記ポンプの駆動により上記循環回路を流れる水を加熱する補助熱源部と、（カ）上記給湯回路において上記給湯用熱源部の下流側に接続されたバイパス路と、（キ）上記循環回路とバイパス路に接続され、循環回路を流れる熱媒体の熱を、バイパス路を流れる水に伝える液・液熱交換器と、（ク）上記給湯回路とバイパス路の上流側接続点において両者への水量の分配を制御することにより、これら給湯回路とバイパス路の下流側接続点で合流する湯の温度を制御するミキシング手段と、（ケ）上記給湯回路において、給湯用熱源部と上流側接続点との間に設けられた上流側温度センサと、上記下流側接続点の下流側に設けられた下流側温度センサのうちの少なくともいずれか一方の温度センサと、（コ）給湯動作の初期に、上記ポンプの駆動と補助熱源部による熱供給とを行なって上記循環回路に高温の熱媒体を循環させるとともに、上記温度センサでの検出温度に基づいて上記ミキシング手段を制御することにより、出湯温度を設定温度に近づけるか設定温度にする制御手段と、を備えたことを特徴とする。

この構成によれば、給湯初期において、ミキシング制御により出湯温度を設定温度に近づけるか設定温度にすることができ、即時給湯を安定した温度で行なうことができる。しかも大きな貯湯タンクを必要としない。

好ましくは、さらに給湯回路に設けられたフローセンサを備え、上記制御手段は、このフローセンサの検出水量と上流側温度センサの検出温度と設定温度に基づき、上記ミキシング手段のフィードフォワード制御を行なう。これにより、迅速に給湯初期の温度制御を行なうことができる。

好ましくは、上記制御手段は、上記下流側温度センサの検出温度と設定温度の偏差に基づき、上記ミキシング手段のフィードバック制御を行う。これにより、正確に給湯初期お温度制御を行なうことができる。

好ましくは、上記補助熱源部とポンプが設けられた共通管路に複数の分岐管路が並列接続され、この分岐管路の１つと共通管路により、上記循環回路が構成され、当該１つの分岐管路には開閉弁が設けられ、上記制御手段は、上記ポンプの駆動と補助熱源部による熱供給とともにこの開閉弁を開くことにより、上記高温熱媒体の循環を行ない、この熱供給を閉じることにより上記高温熱媒体の循環を停止する。
これによれば、暖房等の他の用途と併用でき、しかも液・液熱交換器を必要としない場合には、開閉弁を閉じることにより、他用途のための分岐管路への流量を増大させることができる。

好ましくは、上記給湯回路には上記バイパス路の上流側接続点より上流側において水量制御弁が設けられ、上記制御手段は上記ミキシング手段でバイパス路側への分配比を最大限にしても出湯温度が設定温度に近づかないか達しない場合には水量制御弁を制御して流量を制限する。
これによれば、給湯初期に熱・熱交換器の供給熱量が足りなくても、流量を制御することにより出湯温度を設定温度に近づけるか設定温度にすることができる。

好ましくは、上記制御手段は、出湯温度が設定温度に達しミキシング手段でのバイパス路側への分配比が最小限なった時に、上記循環回路の高温熱媒体の循環を停止する。
これによれば、高温熱媒体の不必要な循環に伴なう熱損失を回避できる。

好ましくは、さらに、即時給湯モード指令スイッチを備え、制御手段は、このスイッチのオン動作により即時給湯モードを実行し、この即時給湯モードでは原則として循環回路における高温熱媒体の循環状態を維持し、給湯動作時に上記出湯温度が設定温度に達しミキシング手段によるバイパス路への分配比が最小限になった時に、即時給湯モードであっても熱媒体の循環を停止し、この給湯動作終了後に、第１の所定時間だけ循環回路における高温熱媒体の循環停止状態を継続する。
これによれば、給湯動作後でも給湯用熱交換部および給湯配管の水が暖かいことに着目し、不必要な高温熱媒体の循環により熱損失を回避できる。

好ましくは、上記スイッチのオン動作から第１の所定時間より長い第２の所定時間経過した時には、即時給湯モードを終了して循環回路における高温熱媒体の循環を停止する。これによれば、不必要な高温熱媒体の循環により熱損失を回避できる。

本発明によれば、給湯開始から間を置かずに湯を供給でき、しかも出湯温度を安定させることができる。

以下、本発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。図１に示すように、即時給湯装置は、室外に配置された熱源機１０と、給湯回路２０と、室内に配置された即時給湯のためのユニット３０（以下、即湯ユニットと称す）と、即時給湯のための循環回路４０とを備えている。

熱源機１０は、ハウジング１０ａ内に収容された給湯用熱源部１１と暖房用熱源部１２（補助熱源部）を備えている。これら熱源部１１，１２は、それぞれ燃焼部１１ａ，１２ａと、この燃焼部１１ａ，１２ａの燃焼熱を受ける熱交換部１１ｂ，１２ｂとを有している。

上記給湯回路２０は、下流端が上記熱交換部１１ｂに連なる給水管２１と、上流端が上記熱交換部１１ｂに連なる給湯管２２とを有している。給水管２１には給水温度センサ２３が設けられ、給湯管２２（または給水管２１）にはフローセンサ２４が設けられている。

上記給湯管２２は上記即湯ユニット３０のハウジング３０ａ内を通り、ハウジング３０ａを出たところでヘッダを介して複数の分岐管に分岐されている。図にはその分岐管の一つだけを示している。各分岐管の下流端には出湯栓２５（出湯部）が取り付けられている。室外の熱源機１０と即湯ユニット３０との間を連ねる給湯管２２は長くなるのが一般的である。

上記即湯ユニット３０は、ハウジング３０ａ内で給湯管２２に接続されたバイパス管３１（バイパス路）を有している。バイパス管３１の上流側の接続点を符号Ｐ１で示し、下流側の接続点を符号Ｐ２で示す。

さらに即湯ユニット３０は、上記バイパス管３１に設けられた液・液熱交換器３２と、上記接続点Ｐ１に設けられたミキシングバルブ３３（ミキシング手段）と、接続点Ｐ１の上流側において給湯管２２に設けられた上流側温度センサ３４および水量制御弁３５と、接続点Ｐ２の下流側において給湯管２２に設けられた下流側温度センサ３６とを有している。

上記循環回路４０は、上記暖房用熱源部１２の熱交換部１２ｂに接続され、ポンプ４１によって湯等の熱媒体を循環させるようになっている。詳述すると、熱源機１０のハウジング１０ａには出口側ヘッダ４２と入口側ヘッダ４３が設けられ、ハウジング１０ａ内においてヘッダ４２，４３間に共通管路が接続され、この共通管路に上記暖房用熱源部１２およびポンプ４１が設けられている。他方、ハウジング１０ａ外においてヘッダ４２，４３間には複数の分岐管路が接続されている。図示された１つの分岐管路と上記共通管路により、即時給湯のための循環回路４０が構成されている。他の分岐路には床暖房，その他の暖房のための暖房器が設けられている。

上記循環回路４０は、即湯ユニット３０の液・液熱交換器３２に接続されている。液・液熱交換器３２は例えば２重管構造をなしており、本実施形態では内管に循環回路４０が接続し、外管に前述したバイパス管３１が接続されている。

上記循環回路４０においてヘッダ４２と液・液熱交換器３２との間の管４４（往き管）には、熱動弁４５（開閉弁）が設けられ、ヘッダ４３と液・液熱交換器３２との間の管４６（戻り管）には、温度センサ４７が設けられている。これら熱動弁４５，温度センサ４７もハウジング３０ａ内に配置されている。

熱源機１０のハウジング１０ａ内には制御ユニット５０（制御手段）が配置されている。この制御ユニット５０は、コントローラ５５からの指令情報，フローセンサ２４や温度センサ２３，３４，３６，４７からの検出情報に基づき、燃焼部１１ａ，１２ａの燃焼制御，ポンプ４１，ミキシングバルブ３３，水量制御弁３５，熱動弁４５の制御を行なう。
上記コントローラ５５は、即時給湯モードを指令する即湯スイッチ５５ａと給湯温度を設定するための温度設定部５５ｂ等を備えている。

上記構成をなす即時給湯装置の作用を説明する。即湯スイッチ５５ａをオンせずに出湯栓２５を開いた時には、制御ユニット５０は通常の給湯動作を行なう。簡単に説明すると、フローセンサ２４で給湯回路２０での閾値以上の水量を検出し、これに応答して制御ユニット５０は給湯用熱源部１１の燃焼部１１ａでの燃焼を開始する。そして、出湯温度がコントローラ５５の温度設定部５５ｂで設定した温度になるように、燃焼部１１ａでの燃焼熱量を制御する。この燃焼熱量制御は、周知のようにフローセンサ２４で検出した水量，温度センサ２３，３４の検出温度に基づいて行う。燃焼部１１ａでの最大燃焼熱量で出湯温度が設定温度に達しない場合には、水量制御弁３５を制御して水量を減らす。

即湯スイッチ５５ａをオンした時には、制御ユニット５０は即湯モード（即時給湯モード）を実行する。これを図２のタイムチャートを参照しながら説明する。即湯スイッチ５５ａをオンすると（時点ｔ０）、これに応答して制御ユニット５０のマイクロコンピュータは即湯モードに入る。この即湯モードは、所定時間（第２の所定時間）例えば３０分を経過した時点（ｔ１０）で終了する。

上記即湯モードに入ると、熱動弁４５を開くとともに、ポンプ４１を駆動し、燃焼部１２ａの燃焼を開始する。これにより、循環回路４０を熱媒体としての高温湯が循環することになる。なお、図示しない他の分岐管路の暖房器で暖房を行なっている場合には、既にポンプ４１の駆動および燃焼部１２ａの燃焼が実行されている状態であるので、熱動弁４５の開き動作のみで循環回路４０における高温湯の循環が行なわれる。

上記循環回路４０における湯の循環が開始されると、やがて液・液熱交換器３２を通過する湯の温度が所定温度例えば８０°Ｃに達する。制御ユニット５０は温度センサ４７でこの所定温度を検出した時（時点ｔ１）に、コントローラ５５に即湯準備完了の表示指令を出力する。コントローラ５５ではこの表示指令を受けて音声で即湯準備完了をユーザーに知らせる。コントローラ５５では、即湯準備完了後、即湯モードが終了するまで（時点ｔ１０）、点灯ないしはディスプレイ表示等により即湯準備が完了した状態にあることを、ユーザーに知らせる。

上記循環回路４０における高温湯の循環は原則的に即湯モードが終了するまで継続される。３０分間経過すると循環回路４０での高温湯の循環が停止されるので、熱エネルギーの無駄を無くすことができる。なお、高温湯の循環停止は、いずれかの暖房器で暖房が継続している時には熱動弁４５を閉じるだけであり、暖房器で暖房が行なわれていない場合には、熱動弁４５の閉じ動作と、ポンプ４１の停止，燃焼部１２ａでの燃焼停止を行なう。

上記即湯モードで出湯栓２５を開くと（時点ｔ２）、前述したと同様の給湯動作が行なわれる。給湯初期には長い給湯管２２内に低温の水が溜まっていること、熱交換部１１ｂが冷えていること、燃焼部１１ａでの着火遅れ等があること等により、上流側温度センサ３４を通る水の温度は設定温度より遥かに低い。

そこで即湯モードでは、ミキシングバルブ３３を制御して、給湯管２２を通る水の量とバイパス管３１を通る水の量の分配比を制御する。ミキシングバルブ３３すなわち接続点Ｐ１で分配された水は接続点Ｐ２で合流して出湯栓２５に向かう。バイパス管３１を通過する水は液・液熱交換器３２で循環回路４０を流れる高温の湯から熱の供給を受けるので、出湯栓２５から即座にお湯を供給できる。

上記ミキシングバルブ３３の分配制御について詳述する。ミキシングバルブ３３は、通常はバイパス管３１側を全閉にした状態にある。制御ユニット５０は、フローセンサ２４が閾値以上の水量を検出した時に、上流側温度センサ３４の検出温度と設定温度とフローセンサ２４の検出流量に基づき、マップ等を用いて、出湯温度が設定温度になるためのフィードフォワード成分を演算する。また、下流側温度センサ３６の検出温度と設定温度の偏差に基づいてフィードバック成分を演算し、これらフィードフォワード成分とフィードバック成分とを加算してミキシングバルブ３３での分配比を決定する。これにより、出湯温度を設定温度に近づけるか設定温度にすることができる。

上記ミキシングバルブ３３の制御において、上流側温度センサ３４の検出温度が低いほど、フローセンサ２４の検出流量が大きいほど、下流側温度センサ３６の検出温度が設定温度より低くその偏差が大きいほど、バイパス管３１へ向かう水の分配比が大きくなる。熱交換部１１ｂから出る水または湯の温度は給湯開始時が最も低いので、ミキシングバルブ３３によるバイパス管３１への分配比は給湯開始時が最も大きい。なお、図２では分配比が大きいほど高く示しているが、実際の分配比を正確に表すものではない。

出湯栓２５が閉じられるた時には（時点ｔ３）、給湯側の燃焼部１１ａの燃焼を停止し、ミキシングバルブ３３をバイパス管３１側を全閉にした位置に戻す。

出湯栓２５を開いてから閉じるまでの時間（ｔ２からｔ３までの時間）が短い場合（例えば１分未満）には、熱交換部１ａは燃焼熱により十分に暖められておらず、給湯管２２内の水の温度は十分に上昇していないので、上流側温度センサ３４での検出温度が設定温度に達せず、液・液熱交換器３２での熱供給を必要とし、ミキシングバルブ２２によるバイバス管３１側への分配量がほぼゼロ（分配比が最小限）になることはない。このような場合、次回の給湯において即時給湯を確実なものとするため、循環回路４０の湯の循環を継続し、次回給湯動作時の液・液熱交換器３２での熱交換を確保する。

次に、給湯時間が長い場合の制御について説明する。出湯栓２５を開いて（時点ｔ４）からの経過時間が長くなり例えば１分間程度経過すると、上流側温度センサ３４を通過する湯の温度は設定温度に達する。この時、ミキシングバルブ３３はバイパス管３１側を全閉とする位置（分配量がほぼゼロ，分配比が最小限）となる。

制御ユニット５０は、上流側温度センサ３４の検出温度が設定温度に達したこと、またはミキシングバルブ３３がパイパス側を全閉としたことに応答して、循環回路４０での高温湯の循環を停止する（時点ｔ５）。

その後、出湯栓２５を閉じた時に（時点ｔ６）、前回と同様に給湯側の燃焼部１１ａの燃焼を停止する。

上述のように給湯動作が長く継続し、循環回路４０での高温湯の循環が停止してから給湯動作が終了した時には、その後も循環回路４０における高温湯循環の停止状態を維持する。この停止状態は給湯動作の終了（時点ｔ６）から所定時間（第１の所定時間）例えば５分間維持される。これは、給湯管２２に比較的高温の湯が残され、給湯側の熱交換部１１ｂが十分に暖められているため、給湯動作終了後にも５分程度は、冷えずに高温状態を維持でき、液・液熱交換器３２での熱交換を行なわなくても即時給湯が可能だからである。

したがって、給湯動作終了から５分以内に再び出湯栓２５が開いた時（時点ｔ７）には、給湯側燃焼部１１の燃焼のみ行ない、循環回路４０での高温湯の循環を停止したままにし、ミキシングバルブ３３もバイパス側全閉状態を維持する。

上記給湯動作が短くて１分以内に停止した時（時点ｔ８）には、時点ｔ６からの上記循環回路４０の高温湯の循環停止時間は、変更されない。時点ｔ７からの給湯動作が長くなって時点ｔ５と同様の状況になった場合には、高温湯の循環停止時間は今回の給湯動作終了時点から５分に変更される。

循環回路４０における高温湯の循環は時点ｔ６から５分経過後に再開される。これは給湯管２２内の湯が冷め給湯側の熱交換部１１ｂも冷えているので、以後の給湯動作の初期には液・液熱交換器３２での熱交換を必要とするからである。

制御ユニット５０は、即湯モードにおいて必要に応じて水量制御弁３５を制御する。すなわち、ミキシングバルブ３３の分配制御（ミキシング制御）だけで出湯温度が設定温度に達する場合には、水量制御弁３５は全開状態に維持される。給水温度が低く、これに伴い上流側温度センサ３４での検出温度が低い場合、フローセンサ２４での検出水量が多い場合には、ミキシングバルブ３３でバイパス管３１側を全開（バイパス管３１側分配比を最大限、給湯回路２１側への分配量をほぼゼロ）にしても出湯温度が設定温度に達しない場合には、水量制御弁３５を絞り水量を減じることにより、液・液熱交換器３２を通る湯温を上昇させ、出湯温度を設定温度にする。

また、本実施形態では暖房器が同時使用されることがあるが、その場合暖房器が設けられている分岐管部へも高温湯が供給されるため、即湯用の循環回路４０での高温湯の循環量が減り、液・液熱交換器３２において供給可能な熱量が減る。このような場合にも、制御ユニット５０は水量制御弁３５の開度を絞る制御をして出湯温度を設定温度にする。

本発明は上記実施形態に制約されず、さらに種々の態様が可能である。例えば、給湯開始から所定時間例えば１分を経過した時に、ミキシングバルブ３３のバイパス側を全閉にし、循環回路４０での高温湯の循環を停止してもよい。この実施例において、１分経過時点でミキシング３３がバイパス側全閉でない場合には、その後水量制御弁３５で水量を絞って出湯温度を設定温度に維持することになる。この実施例において、給湯動作後の高温湯の循環停止を給湯動作時間が１分を超えことを条件に行なうようにしてもよい。

本発明の一実施形態をなす即時給湯装置の概略構成図である。同装置による即時給湯制御を示すタイムチャートである。

符号の説明

１１給湯用熱源部
１２暖房用熱源部（補助熱源部）
２０給湯回路
３１バイパス管（バイパス路）
３２液・液熱交換器
３３ミキシングバルブ（ミキシング手段）
３４上流側温度センサ
３５水量制御弁
３６下流側温度センサ
４０循環回路
４１ポンプ
４５熱動弁（開閉弁）
５０制御ユニット（制御手段）
５５ａ即湯スイッチ（即時給湯モード指令スイッチ）

Claims

（ア）給湯回路と、
（イ）上記給湯回路に設けられ給湯回路を流れる水を加熱する給湯用熱源部と、
（ウ）循環回路と、
（エ）上記循環回路に設けられたポンプと、
（オ）上記循環回路に設けられ、上記ポンプの駆動により上記循環回路を流れる熱媒体を加熱する補助熱源部と、
（カ）上記給湯回路において上記給湯用熱源部の下流側に接続されたバイパス路と、
（キ）上記循環回路とバイパス路に接続され、循環回路を流れる熱媒体の熱を、バイパス路を流れる水に伝える液・液熱交換器と、
（ク）上記給湯回路とバイパス路の上流側接続点において両者への水量の分配を制御することにより、これら給湯回路とバイパス路の下流側接続点で合流する湯の温度を制御するミキシング手段と、
（ケ）上記給湯回路において、給湯用熱源部と上流側接続点との間に設けられた上流側温度センサと、上記下流側接続点の下流側に設けられた下流側温度センサのうちの少なくともいずれか一方の温度センサと、
（コ）給湯動作の初期に、上記ポンプの駆動と補助熱源部による熱供給とを行なって上記循環回路に高温の熱媒体を循環させるとともに、上記温度センサでの検出温度に基づいて上記ミキシング手段を制御することにより、出湯温度を設定温度に近づけるか設定温度にする制御手段と、
（サ）即時給湯モード指令スイッチと、
を備え、
上記制御手段は、上記即時給湯モード指令スイッチのオン動作により即時給湯モードを実行し、この即時給湯モードでは原則として循環回路における高温熱媒体の循環状態を維持し、給湯動作時に上記出湯温度が設定温度に達しミキシング手段によるバイパス路への分配比が最小限になった時に、即時給湯モードであっても熱媒体の循環を停止し、この給湯動作終了後に、第１の所定時間だけ循環回路における高温熱媒体の循環停止状態を継続することを特徴とする即時給湯装置。
さらに給湯回路に設けられたフローセンサを備え、上記制御手段は、このフローセンサの検出水量と上流側温度センサの検出温度と設定温度に基づき、上記ミキシング手段のフィードフォワード制御を行なうことを特徴とする請求項１に記載の即時給湯装置。
上記制御手段は、上記下流側温度センサの検出温度と設定温度の偏差に基づき、上記ミキシング手段のフィードバック制御を行うことを特徴とする請求項１または２に記載の即時給湯装置。
上記補助熱源部とポンプが設けられた共通管路に複数の分岐管路が並列接続され、この分岐管路の１つと共通管路により、上記循環回路が構成され、当該１つの分岐管路には開閉弁が設けられ、上記制御手段は、上記ポンプの駆動と補助熱源部による熱供給とともにこの開閉弁を開くことにより、上記高温熱媒体の循環を行ない、この開閉弁を閉じることにより上記高温熱媒体の循環を停止することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の即時給湯装置。
上記給湯回路には上記バイパス路の上流側接続点より上流側において水量制御弁が設けられ、上記制御手段は上記ミキシング手段でバイパス路側への分配比を最大限にしても出湯温度が設定温度に近づかないか達しない場合には水量制御弁を制御して流量を制限することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の即時給湯装置。
上記スイッチのオン動作から第１の所定時間より長い第２の所定時間経過した時には、即時給湯モードを終了して循環回路における高温熱媒体の循環を停止することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の即時給湯装置。