JP5329363B2

JP5329363B2 - 貯湯式給湯装置

Info

Publication number: JP5329363B2
Application number: JP2009234703A
Authority: JP
Inventors: 隆志眞柄; 正喜高地
Original assignee: Corona Corp
Current assignee: Corona Corp
Priority date: 2009-10-09
Filing date: 2009-10-09
Publication date: 2013-10-30
Anticipated expiration: 2029-10-09
Also published as: JP2011080720A

Description

この発明は、湯水を沸き上げて貯湯しこの貯湯した湯水を給湯に用いる貯湯式給湯装置で、特に配管の逆接続検知に関するものである。

従来よりこの種のものでは、加熱配管の逆接続を加熱戻し管温度が加熱往き管温度より高く、且つ貯湯タンクの下部温度が上部温度より高い時に検知することで、確実に逆接続を検知して、一刻も早く正常な接続状態に戻して良好な沸き上げが行えるようにしたものであった。

特開２００７−３３３２８８号公報

ところでこの従来のものでは、設置当初は貯湯タンク内の温度が市水の温度で均一になっており、ここに水熱交換器で加熱された高温水が底部から戻ってくるので、すぐに上昇して拡散され温度境界層を形成することが出来ず、貯湯タンク内全体がなまった状態となり、なかなか温度が上昇しない状況で、貯湯タンク下部温度と上部温度に差が出るまでには４０分〜５０分かかり、それまで加熱配管の逆接続を検知することが出来ず、効率が悪く無駄な運転を長時間行うこととなり、省エネに反すると言う課題を有するものであった。

この発明はこの点に着目し上記課題を解決する為、特にその構成を、湯水を貯湯する貯湯タンクと、該貯湯タンクに給水する給水管と、該貯湯タンク内の湯水を貯湯タンクから出湯する出湯管と、貯湯タンク内の湯水を加熱するヒートポンプ回路から成るヒーポンユニットと、前記貯湯タンク底部の給水をヒーポンユニット内の水熱交換器に加熱循環ポンプの駆動で供給する加熱往き管と、該水熱交換器で加熱後の高温水を貯湯タンク上部に戻す加熱戻し管と、前記加熱往き管が接続する水熱交換器の入り口側に備えられ供給される給水温度を検知する給水温度センサと、前記ヒートポンプ回路や加熱循環ポンプの駆動を制御して貯湯タンク内の湯水の沸き上げ運転を制御する制御手段とを備え、前記加熱循環ポンプは加熱往き管と接続する水熱交換器側の入口管の途中に備えられたものに於いて、前記制御手段は、沸き上げ運転の開始時に給水温度センサで給水温度を検知し、更にヒーポンユニットの加熱能力と、前記貯湯タンクの容量から、加熱往き管と加熱戻し管を逆接続した時の給水温度の逆接続傾き値を算出した後、沸き上げ運転を行い一定時間経過後に再び給水温度を検知し、この温度と前回の給水温度と一定時間から一定時間後の傾き値を算出し、今回の傾き値と前回の傾き値を比較して、今回の傾き値が前回の傾き値より小さい時は、配管接続の異常なしとして沸き上げ運転をそのまま継続し、今回の傾き値が前回の傾き値と同じか大きい時は、配管接続の異常を報知し沸き上げ運転を停止するようにしたものである。

以上のようにこの発明によれば、加熱配管の逆接続を加熱能力と缶体容量で決まる給水温度の傾きを利用して検知するので、貯湯タンク内の湯水温度がそれ程上昇しなくとも傾向として出てくることから、１０分程度の短時間の運転で検知可能であり、無駄な運転がなく効率良く確実に逆接続を検知出来、極めて省エネであり、常に安心して使用出来るものである。

この発明の一実施形態を示す貯湯式給湯装置の概略構成図。同貯湯式給湯装置の逆配管接続状態を示す要部構成図。同要部のフローチャート。

次にこの発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
この貯湯式給湯装置は、時間帯別契約電力の電力単価が安価な深夜時間帯に湯水を沸き上げて貯湯し、この貯湯した湯水を風呂や給湯に用いるもので、更に貯湯缶体内の温水との間接熱交換により浴槽内の浴槽水の追焚き又は保温及び、貯湯缶体内の温水を浴槽内に直接供給する湯張りを行う風呂回路を備えたものである。

１は湯水を貯湯する貯湯タンク２や後述する各種配管を収納した貯湯タンクユニットで、ヒーポンユニット３で湯水を加熱して貯湯タンク２に貯湯させるものであり、更に屋内Ａに設置の貯湯タンクユニット１には、給水管４が接続されると共に、貯湯タンクユニット１からは給湯管５が配管されている。
６は台所や洗面所等に設けられた給湯栓、７はこの給湯栓６の近くに設けられた給湯リモコン、８は浴槽、９は浴室に設けられた風呂リモコンである。

前記貯湯タンクユニット１の貯湯タンク２は、上端に出湯管１０と、下端に給水管４とが接続され、更に下部に加熱循環回路１１を構成する加熱往き管１２と、上部に加熱循環回路１１を構成する加熱戻し管１３とが接続され、前記ヒーポンユニット３によって加熱往き管１２から取り出した貯湯タンク２内の湯水を沸き上げて加熱戻し管１３から貯湯タンク２内上部に順次戻して貯湯することで、該貯湯タンク２内に高温水と低温水による温度境界層が形成されて、高温水と低温水とが混ざることなく順次高温水が貯湯されるものであり、又給湯は給水管４からの給水により貯湯タンク２内の湯水が押し上げられて貯湯タンク２内上部の高温水が出湯管１０から押し出されて給湯されるものである。

前記ヒーポンユニット３は、圧縮機１４と凝縮器としての水熱交換器１５と減圧器としての電子膨張弁１６と強制空冷式の蒸発器１７で構成されたヒートポンプ回路１８と、貯湯タンク２内の湯水を前記加熱往き管１２及び加熱戻し管１３を介して水熱交換器１５に循環させる加熱循環ポンプ１９と、それらの駆動を制御するヒートポンプ制御部２０とを備えており、ヒートポンプ回路１８内には冷媒として二酸化炭素が用いられて超臨界ヒートポンプサイクルを構成されているものである。なお、冷媒に二酸化炭素が用いられているので、低温水を電熱ヒータなしで約９０℃の高温まで沸き上げることが可能なものである。

更に水熱交換器１５には、加熱往き管１２と接続する入口管２１と、加熱戻し管１３と接続する出口管２２が設けられ、そしてこの入口管２１には流入してくる給水温度を検知する給水温度センサ２３が備えられ、沸き上げ運転の開始時に誤配管検知回路２４により前記給水温度センサ２３に給水温度Ｔ１を検知させ、そして、予め記憶されているヒーポンユニット３の加熱能力、貯湯タンク２の容量から、加熱往き管１２と加熱戻し管１３の接続を間違えて逆配管した時の逆配管傾きＡ０を算出するものであり、即ち、加熱能力＝４．５KWで貯湯容量＝３７０Lでは、（４．５KW／３７０L×６０）×８６０＝０．１７４で、逆配管傾きＡ０＝０．１７４となり、（６０／８６０）は単位換算値であり、そして一定時間ｔの沸き上げ運転後、ここでは１０分の沸き上げ運転後に給水温度センサ２３により再度給水温度Ｔ２を検知して、一定時間ｔ後の傾きＡ１を、（後の給水温度Ｔ２−初期給水温度Ｔ１）／ｔで算出して、逆配管傾きＡ０とこの一定時間ｔ後の傾きＡ１を比較し、逆配管傾きＡ０が大きい時は、正常な配管接続と判断して沸き上げ運転を継続し、同等か逆配管傾きＡ０が小さい時には、逆配管接続であると判断して沸き上げ運転を停止すると共に、給湯リモコン７の表示部２５に表示して使用者に報知するものである。

これは正常な配管接続では、水熱交換器１５で加熱され温度上昇した高温水は、加熱戻し管１３より貯湯タンク２内上部に供給され、その替わりに貯湯タンク２底部から加熱往き管１２を通って水熱交換器１５に給水が供給されるもので、この正常な配管では貯湯タンク２内には、加熱された高温水とまだ加熱されていない低温水との温度差によって、温度境界層が形成され高温水と低温水とが混ざりなまることがないので、沸き上げ運転を開始しても貯湯タンク２内全体に高温水が貯湯されるまでの長時間に渡って、給水温度は上昇しないものであり、逆に逆配管接続した場合には、加熱された高温水が加熱戻し管１３を介して貯湯タンク２底部から供給され、この供給された高温水は貯湯タンク２内を底部から上部へ向かって上昇するので、温度境界層は形成されず高温水と低温水とが混ざったなまった状態となり、貯湯タンク２上部の加熱戻し管１３から水熱交換器１５に供給される給水は、前記のなまった状態により短時間で２℃〜３℃温度上昇するものであり、この正常な配管接続と逆配管接続との水熱交換器１５へ供給される給水の温度変化の相違を利用して、逆配管接続を検知しようとしたものである。

２６は前記浴槽８の湯水を加熱するためのステンレス製の蛇管よりなる風呂熱交換器で、貯湯タンク２内の上部に備えられているものであり、又この風呂熱交換器２６には風呂往き管２７及び風呂循環ポンプ２８を備えた風呂戻り管２９が接続されて浴槽８の湯水が循環可能にされ、浴槽８内の湯水が貯湯タンク２内の高温水により加熱されて保温或いは追い焚きが行われるのである。なお、３０は風呂戻り管２９を循環する浴槽８の湯水の温度を検出する風呂温度センサである。

３１は出湯管１０からの湯水と給水管４から分岐された給水バイパス管３２からの低温水を混合する電動ミキシング弁より構成された給湯混合弁であり、その下流の給湯管５に設けた給湯温度センサ３３で検出した湯温が給湯リモコン７や風呂リモコン９でユーザーが設定した給湯設定温度になるように混合比率を制御するものである。

３４は出湯管１０から分岐された分岐出湯管３５からの湯水と、給水管４から分岐された分岐給水バイパス管３６からの低温水とを混合する電動ミキシング弁より構成された風呂混合弁であり、その下流側の風呂戻り管２９に連通された湯張り管３７の連通部分に設けた湯張り温度センサ３８で検出した湯温が給湯リモコン７や風呂リモコン９でユーザーが設定した風呂設定温度になるように混合比率を制御するものである。

そして、前記湯張り管３７には、浴槽８への湯張りの開始及び停止を行う湯張り弁３９と、浴槽８への湯張り量をカウントする風呂流量カウンタ４０が設けられているものである。

４１は貯湯タンク２の上下方向に複数個配置された貯湯温度センサで、この実施形態では５つの温度センサ４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄ，４１ｅが配置され、この貯湯温度センサ４１が検出する温度情報によって、貯湯タンク２内にどれだけの熱量が残っているかを検知し、そして貯湯タンク２内の上下方向の温度分布を検知するものである。

前記給湯リモコン７及び風呂リモコン９には、給湯設定温度を設定する給湯温度設定スイッチ４２、及び風呂設定温度を設定する風呂温度設定スイッチ４３がそれぞれ設けられていると共に、浴槽８への風呂設定温度の湯を風呂リモコン９の湯張り量設定スイッチ（図示せず）で設定された湯張り量だけ湯張りし、所定時間保温させる風呂自動スイッチ４４がそれぞれ設けられ、更に風呂リモコン９には約６０℃の高温の湯を差し湯させる高温差し湯スイッチ４５が設けられているものである。

４６は貯湯タンクユニット１内の各センサの入力を受け各アクチュエータの駆動を制御するマイコンを有した制御手段である。
この制御手段４６に前記給湯リモコン７が無線又は有線により接続されユーザーが任意の給湯設定温度及び風呂設定温度を設定できるようにしているものである。

前記制御手段４６は、給湯温度センサ３３の検出する温度が給湯設定温度になるように給湯混合弁３１の弁開度をフィードバック制御するようにしているもので、更に湯張り温度センサ３８の検出する温度が風呂設定温度になるように風呂混合弁３４の弁開度をフィードバック制御するようにしているものである。
更に制御手段４６には、前記誤配管検知回路２４が備えられ貯湯タンク２の沸き上げ運転の開始時に誤配管検知を行うようにしたものである。

次にこの一実施形態の作動について、図３に示すフローチャートに従って説明する。
今所定時間に達するとステップ４７で、貯湯タンク２内の給水の沸き上げ運転が指示され、ステップ４８に進んで制御手段４６内の誤配管検知回路２４により、給水温度センサ２３で入口管２１内の給水温度Ｔ１を検知して記憶すると共に、予め記憶されているヒーポンユニット３の加熱能力、貯湯タンク２の容量から、加熱往き管１２と加熱戻し管１３の接続を間違えて逆配管した時の逆配管傾きＡ０を算出し記憶する。

そしてステップ４９に進み加熱後の温水温度等で加熱循環ポンプ１９の回転数を決定した後、ステップ５０に進んでヒーポンユニット３やこの加熱循環ポンプ１９を駆動開始させて沸き上げ運転を開始させ、ステップ５１でこの沸き上げ運転が一定時間ｔここでは１０分経過したがを判断し、ＹＥＳでステップ５２に進み給水温度センサ２３で一定時間ｔ後の給水温度Ｔ２を検知し、再び誤配管検知回路２４により、（後の給水温度Ｔ２−初期給水温度Ｔ１）／ｔで一定時間ｔ後の傾きＡ１を算出する。

次にステップ５３に進み一定時間ｔ後の傾きＡ１と逆配管傾きＡ０とを比較し、Ａ１＜Ａ０で一定時間ｔ後の傾きＡ１の方が小さい時は、正常の配管接続でありＹＥＳでステップ５４に進み沸き上げ運転をそのまま継続させるものであり、ＮＯではステップ５５に進んで同じく一定時間ｔ後の傾きＡ１と逆配管傾きＡ０とを比較し、Ａ１＝＞Ａ０で一定時間ｔ後の傾きＡ１と同等かＡ１が大きい時は、逆配管接続でありＹＥＳでステップ５６に進み直ぐに沸き上げ運転を停止させると共に、給湯リモコン７の表示部２５に逆配管接続である旨を表示して報知するものである。

このように、正常な配管接続と逆配管接続との水熱交換器１５へ供給される給水の温度変化の相違を利用して、逆配管接続を検知しようとしたものであるから、極めて容易にしかも正確に加熱往き管１２と加熱戻し管１３の逆配管接続を検知することが出来、常に安心して使用出来ると共に、１０分程度の短時間の運転のみで検知出来るので、沸き上がらない運転を長時間継続する経済的な無駄がなく、経済的で省エネである。

２貯湯タンク
３ヒーポンユニット
４給水管
５給湯管
１０出湯管
１５水熱交換器
２３給水温度センサ
４６制御手段

Claims

湯水を貯湯する貯湯タンクと、該貯湯タンクに給水する給水管と、該貯湯タンク内の湯水を貯湯タンクから出湯する出湯管と、貯湯タンク内の湯水を加熱するヒートポンプ回路から成るヒーポンユニットと、前記貯湯タンク底部の給水をヒーポンユニット内の水熱交換器に加熱循環ポンプの駆動で供給する加熱往き管と、該水熱交換器で加熱後の高温水を貯湯タンク上部に戻す加熱戻し管と、前記加熱往き管が接続する水熱交換器の入り口側に備えられ供給される給水温度を検知する給水温度センサと、前記ヒートポンプ回路や加熱循環ポンプの駆動を制御して貯湯タンク内の湯水の沸き上げ運転を制御する制御手段とを備え、前記加熱循環ポンプは加熱往き管と接続する水熱交換器側の入口管の途中に備えられたものに於いて、前記制御手段は、沸き上げ運転の開始時に給水温度センサで給水温度を検知し、更にヒーポンユニットの加熱能力と、前記貯湯タンクの容量から、加熱往き管と加熱戻し管を逆接続した時の給水温度の逆接続傾き値を算出した後、沸き上げ運転を行い一定時間経過後に再び給水温度を検知し、この温度と前回の給水温度と一定時間から一定時間後の傾き値を算出し、今回の傾き値と前回の傾き値を比較して、今回の傾き値が前回の傾き値より小さい時は、配管接続の異常なしとして沸き上げ運転をそのまま継続し、今回の傾き値が前回の傾き値と同じか大きい時は、配管接続の異常を報知し沸き上げ運転を停止するようにした事を特徴とする貯湯式給湯装置。