JP5071397B2 - 貯湯式給湯機 - Google Patents

Description

本発明は、ヒートポンプ方式の加熱手段で加熱した水を貯湯タンクへ貯湯し、給湯、風呂湯張りと保温などに利用する貯湯式給湯機に関するものである。

貯湯式給湯機は、加熱手段によって貯湯タンクの底部から供給される水を高温に加熱し、断熱材で被覆された貯湯タンクの上部へ貯留する一連のサイクルを繰り返すことにより、貯湯タンクの全体または一部に高温の湯を蓄える。機器使用者が湯を使用する給湯時には、加熱されていない水と混合することで所定温度にして給湯端末で使用する。湯を蓄える動作は主に電力料金の安い夜間に行われ、昼間の給湯に備える。

加熱手段にヒートポンプ方式を用いる場合、湯切れを発生させずに、実使用時の給湯機全体の効率（所定使用湯量から算出する熱量／消費電力）を向上させるためには、方式と構造の特徴から様々な要因を考慮する必要がある。

まず、ヒートポンプ式加熱手段の加熱効率は、外気温と沸き上げ温度と加熱手段に供給される水の温度である入水温度とに依存し、外気温が高い場合や沸き上げ温度が低い場合、入水温度が低い場合に効率が向上する。外気温は季節や稼動時刻によって変動し、それに加えて入水温度は貯湯タンクの温度状態によっても変動する。

次に沸き上げ温度と貯湯量について述べる。効率を良くするには、沸き上げ温度をなるべく低くして、沸き上げた湯を全部使い切って貯湯タンク内の残湯量を最小にしてから再度沸き上げる方法が効果的である。沸き上げ温度は最も効率への影響が大きいが、効率を向上させるために沸き上げ温度を低くする場合は、夜間に貯湯する熱量が少なくなり、使用可能な湯量が少なくなるため、昼間に湯切れが発生するリスクが高まる。

一方、沸き上げ温度を高くすれば、湯切れリスクは低くなるが、効率が悪化するといったトレードオフの関係にある。また、湯の使用量や時刻の変化の少ない家庭であれば余裕
を持って沸き上げておく必要がないため、貯湯熱量を必要最小限の量にすることができる。このことは、沸き上げ温度を低くするとともに、残湯量が減ることにもなるため、給湯機全体の効率が良くなる。

しかし、変化の大きな家庭であれば、使用量の多い日に備えて貯湯量を多くしておく必要があるため、沸き上げ温度は高くなり残湯量も多くなる。そのため効率は悪くなる傾向にある。このように、給湯機全体の効率や湯切れリスクは、湯の使用量やパターンによって変わってくる。

次に、湯張り後に浴槽の湯を暖め直す風呂追い焚きを行う場合について述べる。風呂追い焚きは、貯湯タンク上部の高温の湯と浴槽の湯とを貯湯タンク外に設置している熱交換器で熱交換して行う。貯湯タンク上部からの湯は、熱交換された後に中程度の温度の中温水になり、貯湯タンク底部に戻る。

そのため、風呂追い焚きを長時間にわたって行う場合には、貯湯タンク底部には中温水がたまり、再度、夜間に加熱手段で沸き上げる際に入水温度が上昇することとなって効率悪化の要因となる。また、設定温度以下の中温水が増えることは、給湯として使えない湯が増え、使用可能な湯量が減少することになり、湯切れの観点からも好ましくない。ここでも、湯の使用方法によって効率や湯切れリスクが変わることが分かる。

これまで述べたように、実使用時の効率向上は、湯の使用方法に大きく左右されるため、使用実態に合わせて沸き上げ制御を行う必要がある。しかし、給湯使用は各家庭によってさまざまであり、ヒートポンプ式加熱手段の効率悪化を招くような使い方がされる場合は、機器側からだけの制御には限界がある。このことは、他方から見れば、使用方法を変更することで大幅な効率向上とともに、湯切れも回避できる可能性があると言える。

しかし、使用方法を変更することで効率向上を図ることは、ヒートポンプ式のように複雑な効率変動の要因がある場合、機器使用者がそれを理解して使用することは困難である。このため、機器使用者の使用実態に合わせて最適な使用方法を提示し、効率の良くなる使用方法を利用するように、機器使用者に報知して効率向上をする必要がある。

従来、貯湯式給湯機において、湯の沸き上げ量について湯の使用について警告するものがある（例えば、特許文献１参照）。

上記特許文献１では、夜間に沸き上げる湯量が翌日の使用量に対して不足する場合や、日中に湯切れが発生する恐れがある場合に注意を促したりする方法が開示されている。図５は従来の構成図を示すものである。

残湯量検知手段１５によって貯湯タンク１に取り付けられている残湯量検出温度センサ２１の温度情報から残湯量を検知し、給湯量予測手段１６によって貯湯タンク１の給湯端末側３２に取り付けられている出湯流量センサ２２と給水流量センサ３０とから流量情報と、残湯量検出温度センサ２１とから給湯量を予測し、湯切れ沸き増しの要求を表示手段４から受信した場合は、沸き増しレベル表示決定手段１８が、検知した残湯量に基づいて選択候補の沸き増しレベルを決定し、表示手段４に表示を行う。

また、沸き上げレベルの変更要求を表示手段４から受信した場合は、選択された沸き上げレベルが夜間に沸き上げる湯量とともに、予測した翌日の給湯使用量を表示手段４へ表示する。もし、夜間の沸き上げ湯量が予測した給湯使用量よりも少ない場合は、警告を表現する文字列を表示手段４へ表示する。
特開２００７−２８５６５６号公報

しかしながら、前記従来の構成は湯切れのみを考慮したものであり、効率の向上する使用方法に関しては何ら提示をしないため、湯切れは回避できる可能性はあるが、効率の向上を図ることはできない。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、効率の因果関係を機器使用者が考慮しなくても、機器使用者の使用実態に合わせて最適な使用方法を提示し、機器使用者に効率の良くなる使用方法へと変更させることができる貯湯式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、本発明の貯湯式給湯機は、下部の水をヒートポンプにて加熱して上部に戻すことで湯を貯える貯湯タンクと、循環する浴槽内の湯水を前記貯湯タンクの湯により加熱する熱交換器と、前記浴槽内の湯水を前記熱交換器に循環させる循環ポンプと、機器の運転動作を制御する制御手段と、少なくとも機器への運転動作を指示する機能を有する表示手段とを備え、前記循環ポンプの運転時間に基づいて計測された前記熱交換器による風呂追い焚き運転の運転時間が所定時間を越える場合には、前記表示手段に、実使用時の給湯機全体の効率が向上する高温差し湯を使用するように修正使用方法を表示することを特徴とするもので、効率の因果関係を機器使用者が考慮しなくても、機器使用者の使用実態に合わせて最適な使用方法を提示し、機器使用者に効率の良くなる使用方法へと変更させることで、効率を向上させた貯湯式給湯機を提供できる。

本発明によれば、効率の因果関係を機器使用者が考慮しなくても、機器使用者の使用実態に合わせて最適な使用方法を提示し、効率の良くなる使用方法へと変更させることで、貯湯タンクの湯切れを防止するとともに、効率も向上させた貯湯式給湯機を提供できる。

第１の発明は、下部の水をヒートポンプにて加熱して上部に戻すことで貯える貯湯タンクと、循環する浴槽内の湯水を前記貯湯タンクの湯により加熱する熱交換器と、前記浴槽内の湯水を前記熱交換器に循環させる循環ポンプと、機器の運転動作を制御する制御手段と、少なくとも機器への運転動作を指示する機能を有する表示手段とを備え、前記循環ポンプの運転時間に基づいて計測された前記熱交換器による風呂追い焚き運転の運転時間が所定時間を越える場合には、前記表示手段に、実使用時の給湯機全体の効率が向上する高温差し湯を使用するように修正使用方法を表示することを特徴とするものである。

これにより、効率の因果関係を機器使用者が考慮しなくても、機器使用者の使用実態に合わせて最適な使用方法を提示し、機器使用者に効率の良くなる使用方法へと変更させることで、効率を向上させた貯湯式給湯機を提供できる。

第２の発明は、給湯端末からの出湯量、前記浴槽への出湯量を検知する流量センサを備え、前記それぞれの流量センサが検知する機器からの出湯量に基づいて、修正使用方法を決定することを特徴とするもので、貯湯タンクの湯切れを防止するとともに、効率も向上させた貯湯式給湯機を提供できる。

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機の構成を示すものである。

図１において、本発明の貯湯式給湯機は、貯湯タンク１の下部に給水され、その給水された水を循環ポンプ（図示せず）により循環させ、加熱手段２にて加熱させた高温湯を貯湯タンク１の上部に戻す構成としている。また、貯湯タンク１から浴槽２６へ風呂端末２８から直接給湯でき、また熱交換器２７を介して追い焚き運転する構成としている。

制御手段３は、貯湯タンク１に取り付けられている残湯量検出温度センサ２１により貯湯タンク１内の残湯量や、出湯流量センサ２２により貯湯タンク１と給水部３１からの混合湯の給湯端末３２への出湯量、風呂出湯流量センサ２５により貯湯タンク１から浴槽２６への出湯量、給水流量センサ３０により給水部３１から貯湯タンク１や給湯端末３２への給水量、水位センサ２３から浴槽２６の水位情報を検知する。さらには、人感センサ２４から浴室２９内の人の存在を検出する人感情報をする。また、浴槽内の湯水を循環ポンプ（図示せず）により循環させ、熱交換器２７にて加熱する追い焚き運転時間等を計測する。

以上の検知情報を行動検知手段５に伝達し、上記検知情報によって行動学習手段６が機器使用者の行動を学習し、修正使用方法決定手段８が、予めメモリ内部に保存しておいた実使用時の給湯機全体の効率が変動する要因の情報である効率変動情報７の情報と、学習した機器使用者の行動から、実使用時の給湯機全体の効率の改善が望める修正使用方法を決定し、表示手段４への表示方法を表示方法決定手段９が決定し、表示手段４へ修正使用方法の情報を表示する構成としている。

以上のように構成された貯湯式給湯機について、以下その動作、作用を説明する。

まず上記のように、行動検知手段５によって、貯湯タンク１の残湯量、貯湯タンク１からの出湯流量、浴槽２の水位情報、風呂追い焚き運転所要時間を検知し、行動学習手段６において、給湯機がどのように使用されているかの学習を行う。

行動学習手段６では、出湯流量センサ２２により検出した給湯端末３２への出湯流量と風呂出湯流量センサ２５により検出した浴槽２６への出湯流量との合計流量である使用湯量や、残湯量検出温度センサ２１の温度状態から湯切れ状態や湯余り状態や、風呂追い焚き運転所要時間から得られる風呂追い焚きの稼動状態を判断し、それらの情報を蓄積する。

湯切れ状態は、残湯量検出温度センサ２１の最上部の残湯量検出温度センサ２１が目標所定温度未満になった状態を示し、湯余り状態は、残湯量検出温度センサ２１により求められる温度から、貯湯タンク１内の熱量を換算し、その湯量が２５０Ｌ以上あることをいう。

また、行動学習手段６には、求めた使用湯量の、例えば過去７日間の使用湯量の履歴や履歴から求めた使用湯量の変動（標準偏差／平均）等を蓄積する。図２に使用湯量の履歴の例を示す。２４時間の使用湯量とともに、１日を複数の時間帯に区切って時間帯毎の使用湯量を蓄積する。

次に、修正使用方法決定手段８で、効率変動情報７と、行動学習手段６で求めた使用状況とを照合する。

ここで、図３に効率変動情報７の一例を示す。効率変動情報は、複数の変動情報からな
り、変動情報は、例えば、使用湯量の変動、風呂追い焚き最大時間といった効率に影響を与えるパラメータと、パラメータが影響を与える状態と、効率や湯切れの改善を促す場合に表示する文字情報の組合せから構成される。

さらに、一つの変動情報に含まれるパラメータ全ての条件が整えば、実使用時の給湯機全体の効率の改善が図れる状況だと判断し、実使用時の給湯機全体の効率の改善のための効果的な修正使用方法が推奨できるように、修正使用方法推の文字列を含んだ表示の項目を設けている。

実際の使用では、湯切れ防止や実使用時の給湯機全体の効率の改善には、複数のパラメータが組み合わさっているため、予め要因の組み合わせを効率変動情報７として保存しておくことで、複雑な加熱手段の効率変動の要因を表現することができる。

修正使用方法決定手段８では、行動学習手段６で求めた結果が湯切れの発生と、風呂追い焚きの最大所要時間が１４分であった情報である場合、効率変動情報７から図３の変動情報１を選択する。

その結果、修正使用方法決定手段８は、効率変動情報７の表示項目の「追い焚きの変わりに高温差し湯を使用すると使える湯量が増やせます」の修正使用方法行動を得ることができる。風呂追い焚き運転最大所要時間が１０分を超える場合は、湯張り設定温度から１０℃〜２０℃温度下がった状態での風呂追い焚き運転をしている状況であることを、予め効率変動情報７として備えているため、上述の修正使用方法となる。

なお、他の行動学習情報を加えてより細やかな情報を提示してもよい。例えばこの場合であれば、浴槽２９の温度を取得して、設定湯量に近づけるための、浴槽２９から排水する湯量と、高温差湯する温度と量を計算して表示するなども考えられる。パラメータの照合の結果、複数の変動情報が選択される場合は、複数の行動が得られることになる。

次に、表示方法決定手段９で修正使用方法を促す表示を行うタイミングを決定する。修正を行う修正使用方法が選択されるたびに、表示手段４で行動の修正を促す表示を行うのでは、表示が頻繁に発生することになり、修正使用方法がスムースに行われなくなる恐れがある。

そのため、適切な頻度とタイミングで表示をする方法を表示方法決定手段９で決定する。１０分以上の風呂追い焚き運転所要時間と湯切れが発生する場合は、発生回数の累積が２回で表示を行うように決定する。

また、図４に示すように、機器への運転動作の指示機能を有する表示手段４に、修正使用方法を文字情報として表示すれば、機器使用者に効率のさらに良くなる修正使用方法へと変更させることができる。

以上、使用湯量と湯切れ、風呂追い焚き運転が関連する場合の動作の例を示したが、実使用時の給湯機全体の効率変動要因や機器使用者の湯使用行動が関係するものであれば、修正使用方法は上記に示した例に限るものではない。

以上のように、本発明によれば、加熱手段の複雑な効率の変動要因を知らなくても効率の良い使用方法を提示することが可能となるので、加熱手段にヒートポンプ方式を用いる貯湯式給湯機に有用である。

本発明の実施の形態１における貯湯式給湯機の構成図 同行動学習手段の使用湯量蓄積の一例を示す図 同効率変動情報の一例を示す図 同表示手段の正面図 従来の貯湯式給湯機の構成図

１ 貯湯タンク
２ 加熱手段
３ 制御手段
４ 表示手段
５ 行動検知手段
６ 行動学習手段
７ 効率変動情報
８ 行動修正決定手段
９ 表示方法決定手段
２１ 残湯量検出温度センサ
２２ 出湯流量センサ
２５ 風呂出湯流量センサ
２７ 熱交換器

Claims (2)

1. 下部の水をヒートポンプにて加熱して上部に戻すことで湯を貯える貯湯タンクと、循環する浴槽内の湯水を前記貯湯タンクの湯により加熱する熱交換器と、前記浴槽内の湯水を前記熱交換器に循環させる循環ポンプと、機器の運転動作を制御する制御手段と、少なくとも機器への運転動作を指示する機能を有する表示手段とを備え、前記循環ポンプの運転時間に基づいて計測された前記熱交換器による風呂追い焚き運転の運転時間が所定時間を越える場合には、前記表示手段に、実使用時の給湯機全体の効率が向上する高温差し湯を使用するように修正使用方法を表示することを特徴とする貯湯式給湯機。
2. 給湯端末からの出湯量、前記浴槽への出湯量を検知する流量センサを備え、前記それぞれの流量センサが検知する機器からの出湯量に基づいて、修正使用方法を決定することを特徴とする請求項１に記載の貯湯式給湯機。