JP5110914B2 - 貯湯式給湯装置 - Google Patents

Description

本発明は、安価な深夜電力等によって、ヒートポンプユニット等の給水加熱装置を稼働させ、制御装置から指令された目標蓄熱量になるまで給水を加熱して、貯湯タンク内に温水を貯めておくことができる貯湯式給湯装置に係り、特に貯湯タンクに蓄えられている温水の熱を床暖房装置に利用することができる貯湯式給湯装置に関するものである。

この種の貯湯式給湯装置としては、ヒートポンプにより貯湯式給湯装置の貯湯タンク内の温水を熱交換機に供給して床暖房装置の温水の温度制御を行う構成が知られている（特許文献１参照）。

また、床暖房パネルを加熱する温水の送り温度、戻り温度、および空気温度を、それぞれ温度検出サーミスタで検出して、床パネルの温度が高くなり過ぎないように暖房制御を行う構成も公知である（特許文献２参照）。
特開２００３−１８５２５１号公報 特開２００６−４６７０３号公報

貯湯タンクに蓄えられている温水の熱を床暖房装置に利用することができる貯湯式給湯装置は、ドアや窓を閉めた密閉空間の方が暖房効率がよく消費電力の低減につながるが、ドアや窓の閉め忘れにより暖房効率の悪い室内で床暖房装置を稼動させ無駄な電力を消費することがある。しかし、この種の貯湯式給湯装置やその端末の床暖房装置には、ドアや窓の開閉状態を把握する機能がない為、使用者に床暖房装置における暖房効率の是非を告知することができないので、改善が望まれていた。

本発明は上記目的を達成するために、床暖房開始時に床暖房に使用される熱媒体の送り温度や戻り温度と、室内温度又は外気温度と、前回までの実績値から戻り温度が一定または目標室内温度となるまでの供給予定熱量を算出して記憶し、戻り温度が一定または目標室内温度とならずに、床暖房の継続による消費熱量が前記供給予定熱量から所定値以上乖離した場合、窓やドアの開放または設備異常として警告を行う貯湯式給湯装置を提供するものである。

前記課題を解決するために請求項１記載の発明は、給水加熱装置によって、制御装置により指令された目標蓄熱量になるまで給水を沸かして貯湯タンク内に蓄え、貯湯タンクに蓄えられている温水から熱交換器を介して熱の供給を受けた熱媒体を床暖房装置へ送り出し、その後、熱媒体を熱交換器へ戻して循環させる床暖房熱交換ユニットの回路を備える貯湯式給湯装置であって、前記熱交換器から送り出される熱媒体の送り温度を検出する送り温度検出サーミスタと、前記熱交換器に戻る熱媒体の戻り温度を検出する戻り温度検出サーミスタと、前記床暖房熱交換ユニットにより暖房される室内温度又は外気温度を検出する空気温度検出サーミスタと、を備え、前記制御装置の床暖房制御手段が、前記熱媒体を前記回路に循環させて床暖房を開始し、前記熱媒体の戻り温度が一定、または予め設定された床暖房の目標室内温度になると、前記制御装置の記憶手段は、床暖房開始時の室内温度又は外気温度に対応させて、床暖房開始時の初期暖房状態から熱媒体の戻り温度が一定、または目標室内温度に達した定常暖房状態となるまでの時間データ及び前記回路に送った熱媒体の流量を記憶し、前記制御装置の床暖房供給予定熱量算出手段は、前記記憶手段に記憶される熱媒体の流量ならびに時間データと、床暖房開始時の室内温度又は外気温度と、熱媒体の送り温度と、目標室内温度とから、床暖房開始時の初期暖房状態から定常暖房状態となるまでの供給予定熱量を算出し、前記記憶手段に床暖房開始時の室内温度又は外気温度と対応させて供給予定熱量を記憶させ、前記制御装置の床暖房消費熱量算出手段は、床暖房開始時の初期暖房状態が継続しているときの経過時間データ及び熱媒体の総流量と、床暖房開始時の室内温度又は外気温度と、熱媒体の送り温度と、から床暖房の消費熱量を算出し、床暖房の消費熱量が、前記記憶手段に記憶されている床暖房の消費熱量を算出したときの床暖房開始時の室内温度又は外気温度における供給予定熱量から、所定値以上乖離した場合に警告手段に窓やドアの開放または設備異常を示す警告を行わせることを特徴とする貯湯式給湯装置である。

本発明によると、貯湯タンクに蓄えられている温水の熱を床暖房に利用する貯湯式給湯装置は、室内で床暖房装置を動作させたときに、ドアや窓が開放されている状態を検出してドアや窓を閉めるように警告を行うので消費電力の低減を図れるものである。

以下、実施例を示す図面に基づいて本発明を詳細に説明する。

図１は本発明の実施例を示す概略図、図２は、図１の各部の作用を説明するためのブロック図である。

図１において、貯湯タンク１はステンレス製で、外周部に図示しない断熱材が配置されていて、給湯用の温水を長時間に亘って保温可能である。貯湯タンク１は一般に縦長形状で、その底面には導入口１ａが設けられ、この導入口１ａには貯湯タンク１内の最下部に給水（一般に水道水）を導入するための給水配管２が接続されている。

給水配管２には給水温度検出手段である給水温度検出サーミスタ２ａが設けられており、当該給水配管２内の温度情報を制御装置３に出力するようになっている。貯湯タンク１の最上部には導出口１ｂが設けられ、この導出口１ｂには貯湯タンク１内の温水を導出するための導出管４が接続されている。この導出管４は、給水配管２と混合弁１５で接続され、流量カウンタ４ａ、分岐配管部４ｂを経由して出湯口５や浴槽６へ接続されている。この場合、導出管４の温水は、混合弁１５で給水配管２と接続されることで高温の温水と低温の給水が混合されて温度調整される。

また、貯湯タンク１の下部には、貯湯タンク１内の最下部の水を吸入するための吸入口１ｃが設けられ、貯湯タンク１の上部側には貯湯タンク１内の最上部に向けて湯を吐出するための吐出口１ｄが設けられている。吸入口１ｃと吐出口１ｄとは第一回路７で接続されており、この第一回路７の一部はヒートポンプユニット８内に配置されている。

ヒートポンプユニット８は、貯湯タンク１に供給された給水を加熱する給水加熱装置であって、第一回路７のヒートポンプユニット８内に配置された部分には、図示しない加熱用熱交換器が設けられている。そして、コンプレッサにより圧縮されることで高温となった二酸化炭素冷媒との熱交換により吸入口１ｃから吸入した貯湯タンク１内の水を加熱し、吐出口１ｄから再び貯湯タンク１内に戻すことにより、貯湯タンク１内の水を沸かし上げるようになっている。ヒートポンプユニット２の冷媒に二酸化炭素を採用すると、超臨界域を用いることでコンプレッサからの冷媒吐出温度を高くすることができ、フロン冷媒等を採用した場合よりも高温の湯を効率良く沸かし上げることができる。

また、ヒートポンプユニット８には外気温度検出サーミスタ８ａが設けられており、外気温度情報を制御装置３に出力するようになっている。

熱交換器９ａは、貯湯タンク１と熱結合しており、床暖房熱交換ユニット（以下これを床暖房パネルと称す）９ｂと第二回路１１で接続されている。そして、第二回路１１内の熱媒体（温水）と貯湯タンク１の高温水と熱交換して、加熱された熱媒体をポンプ１２にて第二回路１１内に循環させることにより床暖房パネル９ｂの暖房を行うものである。これら熱交換器９ａ、床暖房パネル９ｂ、第二回路１１、ポンプ１２により床暖房装置１０が構成されている。

また、第二回路１１の熱媒体の入口近傍および出口近傍には送り温度検出サーミスタ１１ａ、戻り温度検出サーミスタ１１ｂが配設され、それぞれ第二回路１１内において熱交換器９ａに流入する熱媒体および熱交換器９ａから流出する熱媒体の各温度情報を制御装置３に出力するようになっている。

制御装置３は、これまで述べてきた各サーミスタ２ａ，８ａ，１１ａ，１１ｂ，からの温度情報や流量カウンタ４ａからの出湯流量情報を受け、また、後述する給湯制御リモコン１３、床暖房制御リモコン１４に設けられた各種の操作スイッチからの信号等に基づいて、ヒートポンプユニット８、ポンプ１２等を制御する主制御装置２１を有している。この主制御装置２１は、給湯制御手段２１ａ、沸き増し熱量算出手段２１ｂ、床暖房制御手段２１ｃ、床暖房供給予定熱量算出手段２１ｄ、床暖房消費熱量算出手段２１ｅ、記憶手段２１ｆ、カレンダ手段２１ｇ、時計手段２１ｈを有している。なお、本実施例においては、床暖房制御リモコン１４に室温検出サーミスタ１４ｅが組込まれており、室内温度を表示部に表示するとともに室内温度情報を制御装置３に出力している。

次に、図２のブロック図を参照して、貯湯式給湯装置３０の各部の構成を説明する。

制御装置３は、給湯制御リモコン１３と通信する給湯制御リモコン通信手段２２、及び床暖房制御リモコン１４と通信する床暖房制御リモコン通信手段２３を有している。

主制御装置２１において、給湯制御手段２１ａは、ヒートポンプユニット８の作動状態を制御し、給水配管２に設けられた給水温度検出サーミスタ２ａからの温度情報等に基づいて、貯湯タンク１内の水を加熱して高温の湯（例えば90℃の湯）の沸き上げを行う。また、流量カウンタ４ａが出湯配管４ｂ内の水（湯）の流れを検出したときに、出湯の設定温度に応じ、給水温度検出サーミスタ２ａ、出湯温度検出サーミスタ５ａからの温度情報に基づき、混合弁１５の開口面積比制御を行なって、設定温度になるべく近い温度の湯が出湯されるように制御する。また、外気温度検出サーミスタ８ａからの温度情報に基づき、ヒートポンプユニット８に設けられている第一回路７の気温低下による凍結を防止すべく、ヒートポンプ８内のポンプ（図示せず）を駆動し、凍結防止動作を行わせることもできる。

沸き増し熱量算出手段２１ｂは、ヒートポンプユニット８を稼動させての深夜の蓄熱に際し、給湯で使用した過去数日間の熱量を平均化し、これに誤差補正値を加えて沸かし上げ後の一日において給湯に使用すると予測される給湯予測熱量を求め、また床暖房に使用した過去数日間の熱量を平均化し、これにやはり誤差補正値を加えて沸かし上げ後の一日において床暖房に使用されると予測される床暖房予測熱量とを求めて、これらの和となる熱量を深夜に蓄熱する目標蓄熱量として算出し、前記目標蓄熱量が得られるように貯湯タンク１内の湯の沸かし上げが行われるようにする。上記した誤差補正値は、過去数日間の平均外気温度と、予め記憶してある前日における一日の中の温度推移に基づき決定する。

床暖房制御手段２１ｃは、ポンプ１２を駆動制御して熱交換器９ａからの熱媒体を第二回路１１内に循環させ、送り温度検出サーミスタ１１ａ、戻り温度検出サーミスタ１１ｂの検出温度により、床暖房パネルの温度を目標室内温度に一致させるようにする。

床暖房供給予定熱量算出手段２１ｄは、床暖房開始時の初期暖房状態から戻り温度が一定、または目標室内温度に達した定常暖房状態となるまでの時間データ及び熱媒体の流量、床暖房開始時の室内温度又は外気温度と、送り温度の値と目標室内温度の値から床暖房開始時の初期暖房状態から定常暖房状態となるまでの供給予定熱量を算出する。

床暖房消費熱量算出手段２１ｅは、床暖房開始時の初期暖房状態が継続しているときの経過時間データ及び送られた熱媒体の総流量、床暖房開始時の室内温度又は外気温度と、熱媒体の送り温度から消費熱量を算出する。

記憶手段２１ｆは、毎日の所定時間（例えば、貯湯タンク１内の湯の沸かし上げの開始時間）における外気温度、室内温度や給水温度などの空気温度データを、過去データとして記憶し、また、一日に給湯に使用された熱量や、床暖房装置１０が一日に暖房に使用した熱量を、過去データとして記憶する。また、記憶手段２１ｆは、毎日の床暖房開始時の室内温度又は外気温度に対応させて床暖房開始時の初期暖房状態から定常暖房状態となるまでの時間データ及び、床暖房パネルに送った熱媒体の総流量を過去データとして記憶する。

カレンダ手段２１ｇは、毎日の貯湯タンク１内の湯の沸かし上げの開始日時、湯はりの開始日時、毎年の床暖房の開始日時、終了日時を設定できる。カレンダ手段２１ｇにより設定された日時には、給湯制御手段２１ａや床暖房制御手段２１ｃに駆動信号を供給又は停止して、ヒートポンプユニット８を稼動又は停止させて、貯湯タンク１内の水の加熱を開始又は停止させたり、湯はりの開始日時に浴槽へ給湯させたりする。また、床暖房の使用時期には、ポンプ１２を稼動又は停止させて、設定された日時に自動的に床暖房を行わせることができる。

時計手段２１ｈは、時計機能を有し、時刻情報をカレンダ手段２１ｅに与えて、年月日の切り替えを適格に行わせてカレンダ機能を正しく動作させる。

次に、給湯制御リモコン１３及び床暖房制御リモコン１４について説明する。一般に、給湯制御リモコン１３は、浴室内や台所等、使用者が湯を使用する場所の近傍に設置され、床暖房制御リモコン１４は床暖房パネル９ｂの配置されている居間に設置されるのが普通である。

給湯制御リモコン１３は、電源スイッチ１３ａ、出湯口５や浴槽６の給湯温度を可変設定するための給湯・風呂温度設定手段１３ｂ、設定された給湯温度、湯はり時の湯の容量、湯はりの開始時刻、終了時刻等の設定内容の表示や、湯はりの開始、終了等の警告を文字や画像、音声で行う表示・警告手段１３ｃ、制御装置３と給湯制御信号を通信する給湯機通信手段１３ｄ、カレンダ・時計設定手段１３ｅを備えている。

床暖房制御リモコン１４は、床暖房スイッチ１４ａ、床暖房パネル９ｂの温度を可変設定するための床暖房温度設定手段１４ｂ、設定された床暖房温度、床暖房の開始時刻、終了時刻の設定内容の表示や、床暖房の開始、終了、窓やドアが開放していること等の警告を文字や画像、音声で行う表示・警告手段１４ｃ、制御装置３と床暖房制御信号を通信する床暖房制御用通信手段１４ｄ、室温検出サーミスタ１４ｅを備えている。

次に、窓やドアが開放されて暖房効率の悪い室内で床暖房装置１０を動作させた場合における貯湯式給湯装置３０の動作について説明する。

先ず、床暖房制御リモコン１４を操作して、床暖房温度設定手段１４ｂにより床暖房の目標室内温度を設定して床暖房を開始する（タイマによって床暖房が開始された場合を含む）。貯湯式給湯装置３０は、深夜電力等によってヒートポンプユニット８が制御装置３により指令された目標蓄熱量になるまで給水を沸かして、高温の湯（例えば90℃の湯）を貯湯タンク１に蓄えている。

床暖房が開始されると、図３（ａ）に示すように床暖房制御リモコン１４の表示部１４ｆに床暖房開始時の室内温度、外気温度、目標室内温度が表示される。そして、制御装置３において、床暖房制御手段２１ｃは、ポンプ１２を駆動制御して熱交換器９ａからの熱媒体を第二回路１１に循環させ、送り温度検出サーミスタ１１ａ、戻り温度検出サーミスタ１１ｂの検出温度により、床暖房パネル９ｂの温度を目標室内温度に一致させるように制御を開始する。

その後、戻り温度が一定、または目標室内温度に達して、床暖房が定常暖房状態（ポンプ１２の駆動が安定した暖房状態）になると、記憶手段２１ｆは、床暖房開始時の初期暖房状態から定常暖房状態となるまでに要した時間データ、及び第二回路１１に送った熱媒体の総流量データを、床暖房開始時の室内温度又は外気温度に対応させて記憶する。

また、前述した時間データ及び熱媒体の総流量データは、同条件の過去数日の時間データ及び熱媒体の総流量データと共に平均化され、床暖房供給予定熱量算出手段２１ｄにより、床暖房開始時の室内温度又は外気温度と、熱媒体の送り温度の値と目標室内温度の値から、床暖房開始時の室内温度又は外気温度における、床暖房開始時の初期暖房状態から定常暖房状態となるまでの供給予定熱量を算出し、記憶手段２１ｆに、床暖房開始時の室内温度又は外気温度に対応させて供給予定熱量を記憶させる。

また、床暖房が開始されて、床暖房制御手段２１ｃにより熱媒体が第二回路１１に循環されると、床暖房消費熱量算出手段２１ｅにより床暖房開始時の室内温度又は外気温度において、送られた熱媒体の総流量、経過時間データ、熱媒体の送り温度から消費熱量を算出される。そして初期暖房状態において、床暖房の消費熱量が床暖房開始時の室内温度又は外気温度における供給予定熱量を所定値以上乖離した場合には、図３（ｂ）に示すように床暖房制御リモコン１４の表示部１４ｆに床暖房の消費熱量が供給予定熱量をオーバーしていること、床暖房が効かないこと、窓やドアを閉めさせる警告が、文字や画像で表示され、又は警告が音声で行われる。この場合、設備異常として警告を行うようにしてもよい。

なお、床暖房の初期暖房状態において、室内温度か外気温度のいずれかの空気温度に対応させて床暖房の消費熱量を算出させればよいので、本実施例のように床暖房制御リモコン１４に室温検出サーミスタ１４ｅを組込んで室内温度を検出できるようにした場合には、外気温度検出サーミスタ８ａは無くても差し支えないし、また、外気温度検出サーミスタ８ａで外気温度を検出できるようにした場合には、室温を検出しなくても差し支えない。

本発明の実施例１を示す概略図である。 図１の各部の作用を説明するためのブロック図である。 （ａ）（ｂ）は、床暖房制御リモコンの温度と窓やドアの開放に対する警告の表示形態を示す概略図である。

符号の説明

１ 貯湯タンク
１ａ 導入口
１ｂ 導出口
１ｃ 吸入口
１ｄ 吐出口
２ 給水配管
２ａ 給水温度検出サーミスタ
３ 制御装置
４ 導出管
４ａ 流量カウンタ
４ｂ 分岐配管部
５ 出湯口
６ 浴槽
７ 第一回路
８ ヒートポンプユニット
８ａ 外気温度検出サーミスタ
９ａ 熱交換器
９ｂ 床暖房パネル
１０ 床暖房装置
１１ 第二回路
１１ａ 送り温度検出サーミスタ
１１ｂ 戻り温度検出サーミスタ
１２ ポンプ
１３ 給湯制御リモコン
１４ 床暖房制御リモコン
１４ｅ 室温検出サーミスタ
１４ｆ 表示部
１５ 混合弁
２１ 主制御装置
２１ａ 給湯制御手段
２１ｂ 沸き増し熱量算出手段
２１ｃ 床暖房制御手段
２１ｄ 床暖房供給予定熱量算出手段
２１ｅ 床暖房消費熱量算出手段
２１ｆ 記憶手段
２１ｇ カレンダ手段
２１ｈ 時計手段
２２ 給湯制御リモコン通信手段
２３ 床暖房制御リモコン通信手段
３０ 貯湯式給湯装置

Claims (1)

1. 給水加熱装置によって、制御装置により指令された目標蓄熱量になるまで給水を沸かして貯湯タンク内に蓄え、貯湯タンクに蓄えられている温水から熱交換器を介して熱の供給を受けた熱媒体を床暖房装置へ送り出し、その後、熱媒体を熱交換器へ戻して循環させる床暖房熱交換ユニットの回路を備える貯湯式給湯装置であって、
   前記熱交換器から送り出される熱媒体の送り温度を検出する送り温度検出サーミスタと、前記熱交換器に戻る熱媒体の戻り温度を検出する戻り温度検出サーミスタと、前記床暖房熱交換ユニットにより暖房される室内温度又は外気温度を検出する空気温度検出サーミスタと、を備え、
   前記制御装置の床暖房制御手段が、前記熱媒体を前記回路に循環させて床暖房を開始し、前記熱媒体の戻り温度が一定、または予め設定された床暖房の目標室内温度になると、
   前記制御装置の記憶手段は、床暖房開始時の室内温度又は外気温度に対応させて、床暖房開始時の初期暖房状態から熱媒体の戻り温度が一定、または目標室内温度に達した定常暖房状態となるまでの時間データ及び前記回路に送った熱媒体の流量を記憶し、
   前記制御装置の床暖房供給予定熱量算出手段は、前記記憶手段に記憶される熱媒体の流量ならびに時間データと、床暖房開始時の室内温度又は外気温度と、熱媒体の送り温度と、目標室内温度とから、床暖房開始時の初期暖房状態から定常暖房状態となるまでの供給予定熱量を算出し、前記記憶手段に床暖房開始時の室内温度又は外気温度と対応させて供給予定熱量を記憶させ、
   前記制御装置の床暖房消費熱量算出手段は、床暖房開始時の初期暖房状態が継続しているときの経過時間データ及び熱媒体の総流量と、床暖房開始時の室内温度又は外気温度と、熱媒体の送り温度と、から床暖房の消費熱量を算出し、
   床暖房の消費熱量が、前記記憶手段に記憶されている床暖房の消費熱量を算出したときの床暖房開始時の室内温度又は外気温度における供給予定熱量から、所定値以上乖離した場合に警告手段に窓やドアの開放または設備異常を示す警告を行わせることを特徴とする貯湯式給湯装置。

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