JP5331066B2 - 給湯システム - Google Patents

Description

本発明は、給湯システムに関するものである。

従来、湯水を貯める貯湯タンクと、貯湯タンクから給水される低温の水をヒートポンプで沸かして貯湯タンクに送り込む給湯器とを備え、貯湯タンクに貯湯された温水が、給湯配管を介して給湯負荷に供給される給湯システムが提供されている。

このような給湯システムでは、温水の使用量に合わせて、貯湯タンク内に、予め設定された量の湯が貯湯されるように、ヒートポンプ式の給湯器で湯が沸かされている。また、給湯負荷で湯が使用されたために、貯湯タンク内の残湯量が少なくなると、ヒートポンプ式の給湯器が動作を開始して、湯を沸かすことで、湯切れを防止している。しかしながら、ヒートポンプ式の給湯器は、例えばガス給湯器に比べて湯を沸かすのに長時間を要し、使用湯量が急増して貯湯タンクの残湯量が急激に減少すると、貯湯タンクに貯湯された湯が不足する可能性があった。

そこで、ヒートポンプ式の主給湯器に、ガス給湯器などの補助給湯器を追加したハイブリッド給湯システム（例えば特許文献１参照）が従来提案されている。この給湯システムでは、貯湯タンクの残湯量が第１貯湯量を下回ると、主給湯器の動作を開始させ、主給湯器により、貯湯タンクに貯湯された湯水を加熱させる。さらに、貯湯タンクの残湯量が、第１貯湯量よりも少ない第２貯湯量を下回ると、補助給湯器の動作を開始して、補助給湯器から給湯負荷に湯水を供給することで、湯切れの発生を防止している。

特許第４１９８１８７号公報

上述した特許文献１の給湯システムでは、貯湯タンクの残湯量が第１貯湯量を下回ると、ヒートポンプ式の主給湯器の動作を開始させ、さらに貯湯タンクの残湯量が第２貯湯量を下回ると、補助給湯器の動作を開始させている。ここで、残湯量が第２貯湯量を下回り、補助給湯器から給湯が開始されると、貯湯タンクから給湯配管に供給される湯量が減るので、主給湯器で温水が作られることによって残湯量が短時間で回復し、残湯量が第２貯湯量以上となることで、補助給湯器が停止する。補助給湯器が停止すると、貯湯タンクから給湯負荷への給湯が再開されることによって残湯量が減少し、残湯量が第２貯湯量を下回ると、再び補助給湯器が動作を開始する。このように、貯湯タンクの残湯量が第２貯湯量付近に低下すると、その前後で、補助給湯器が起動、停止を頻繁に繰り返すことになり、補助給湯器への切り替えがスムーズに行えず、故障の原因や不完全燃焼の発生を招くという問題があった。

本発明は上記問題点に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、貯湯タンクに貯湯されている湯量が低下した際に補助給湯器への切り替えを円滑に行えるようにした給湯システムを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の給湯制御システムは、貯湯タンクと、ヒートポンプを有する主給湯器と、この主給湯器とは異なる加熱源を有する補助給湯器と、給湯負荷に湯を供給する供給元を貯湯タンク及び補助給湯器の何れかに切り替える切替弁と、切替弁の動作を制御する給湯制御部を備え、貯湯タンクの湯量が沸上開始湯量を下回ると、給湯制御部は切替弁を補助給湯器側に切り替え、主給湯器は、補助給湯器からの給湯に切り替わると、貯湯タンク内の湯水を加熱する動作を開始させることを特徴とする。

この給湯制御システムにおいて、補助給湯器からの給湯に切り替えられた状態で、貯湯タンクの湯量が沸上終了湯量以上になると、補助給湯器が給湯を停止し、給湯制御部は、切替弁を貯湯タンク側に切り替えることも好ましい。

また、この給湯制御システムにおいて、給湯制御部は主給湯器及び補助給湯器の動作を制御し、補助給湯器からの給湯に切り替えられた状態で貯湯タンクの湯量が沸上終了湯量以上になると、給湯制御部が、補助給湯器からの給湯を停止させ、切替弁を貯湯タンク側に切り替えることも好ましい。

また、この給湯制御システムにおいて、給湯制御部は、昼間の時間帯に比べて電気料金が安価に設定された時間帯にのみ、主給湯器にて水を加熱して貯湯タンクに貯める動作を行わせることも好ましい。

また、この給湯制御システムにおいて、給湯制御部は、貯湯タンクの湯量が沸上終了湯量以上になると、主給湯器からの給湯を停止させることも好ましい。

また、この給湯制御システムにおいて、沸上終了湯量の設定値をユーザが入力部を用いて入力すると、入力された設定値を記憶部で記憶することも好ましい。

本発明によれば、補助給湯器からの給湯に切り替わるので、湯切れが発生することはない。しかも、主給湯器により貯湯タンク内の湯水が加熱されるとともに、補助給湯器は動作し続けるので、補助給湯器が起動、停止を頻繁に繰り返すことはなく、補助給湯器の故障や不完全燃焼の発生を抑制することができる。

（ａ）は本発明の一実施形態に係る給湯システムの配管系統図、（ｂ）は給湯システムを構成する制御盤のブロック図である。 同上の動作を説明するフローチャートである。 同上の動作を説明する説明図である。 同上の別の動作を説明する説明図である。 （ａ）は沸上開始湯量を設定する画面の説明図、（ｂ）は沸上終了湯量を設定する画面の説明図である。

本発明に係る給湯システムの実施形態を図１〜図４に基づいて説明する。

この給湯システムＡは、図１（ａ）に示すように、貯湯タンク１と、主給湯器２と、補助給湯器３と、制御盤４と、切替弁５，６と、温度センサ７とを主要な構成として備える。

貯湯タンク１は、メインタンク１ａと、１乃至複数台（本実施形態では１台）のサブタンク１ｂとで構成される。メインタンク１ａ及びサブタンク１ｂの底部には給水配管１１が接続されており、給水配管１１を介して供給される水を貯留する。メインタンク１ａ及びサブタンク１ｂの頂部には送湯配管１４ｃ，１４ｄが接続されており、主給湯器２から送湯配管１４ｃ，１４ｄを介して送られた湯を貯める。またメインタンク１ａ及びサブタンク１ｂに貯められた湯は、送湯配管１４ｃ，１４ｄ，１４ｂを介して、給湯負荷８が接続された給湯配管１２に送られ、給湯負荷８で使用される。ここにおいて、給湯負荷８としては、厨房や浴室内の給水給湯栓や、給水給湯栓に接続された食器洗浄機などがある。尚、メインタンク１ａ及びサブタンク１ｂから湯が給湯配管１２に送られると、給水配管１１内の水圧によりタンク内に水が充填され、タンク内は常に満水状態となっている。そして、タンク内に貯められた湯水の温度は下側ほど低温で、上側に行くほど高温となるような温度分布となっている。

主給湯器２はヒートポンプで水を加熱する給湯器からなり、メインタンク１ａ及びサブタンク１ｂの底部に接続された送水配管１３を介して、タンク内の水を取り込み、ヒートポンプで加熱する。主給湯器２の湯取出口は、送湯配管１４ａ〜１４ｄ及び切替弁６を介してメインタンク１ａ及びサブタンク１ｂの頂部に接続されており、主給湯器２で沸かされた湯は送湯配管１４ａ〜１４ｄを介してメインタンク１ａ又はサブタンク１ｂに戻される。尚、ヒートポンプ式の給湯器は従来周知であるので、その説明は省略する。また主給湯器２は、メインタンク１ａ又はサブタンク１ｂから給水された水を加熱してタンク内に入れているが、貯湯タンク１を介さずに供給された水を加熱し、加熱後の水を貯湯タンク１内に戻すようにしてもよい。

補助給湯器３は、ヒートポンプとは異なる加熱源を備えており、本実施形態では例えば都市ガスのような可燃性ガスを燃焼させるガスバーナ（加熱源）で水を加熱するガス給湯器からなる。補助給湯器３は、給水配管１１から供給される水を加熱して高温の湯を沸かし、送湯配管１５及び切替弁５を介して給湯配管１２に供給する。尚、ガス給湯器の構成も従来周知であるので、その詳細な説明は省略する。

切替弁５は、制御盤４からの切替信号に応じて、給湯配管１２に湯が流れ込む流路を、送湯配管１４ｂ又は送湯配管１５の何れかに切り替える。すなわち、切替弁５は、給湯配管１２に湯を供給する供給元を、貯湯タンク１又は補助給湯器３の何れかに切り替える機能を有している。

温度センサ７は、メインタンク１ａ、サブタンク１ｂにそれぞれ貯められた湯水の温度を１乃至複数のレベル位置で測定し、測定結果を制御盤４に出力する。

制御盤４は、図１（ｂ）のブロック図に示されるように、演算処理部４１と、メモリ４２と、入力部４３と、ディスプレイ４４とを備える。

演算処理部４１は、組み込みのプログラムを実行することによって、主給湯器２及び補助給湯器３の動作を制御するとともに、切替弁５，６の切替制御を行う。演算処理部４１には、温度センサ７の測定結果が入力されており、メインタンク１ａ及びサブタンク１ｂの所定レベルにおける湯温をもとに所定温度以上の湯がどれだけ貯められているかを算出する。ここにおいて、温度センサ７と演算処理部４１とで、タンク内に貯められた湯量を算出する湯量検出手段が構成される。また、給湯制御部たる演算処理部４１は、湯量の算出結果に基づいて、主給湯器２及び補助給湯器３の動作を制御するとともに、切替弁５を制御して湯の供給元を貯湯タンク１又は補助給湯器３の何れかに切り替える制御を行う。

入力部４３は、給湯システムＡの給湯動作に関わる各種の設定をユーザが行うために用いられる。

ディスプレイ４４は、例えば液晶ディスプレイからなり、演算処理部４１によって表示内容が制御されて、各種の設定を行うための設定画面や給湯システムの動作状態を示す画面を表示する。

メモリ４２は例えば不揮発性のメモリからなり、入力部４３を用いて入力された設定内容を記憶する。

次に、この給湯システムの動作について図面に基づいて説明を行う。制御盤４では、昼間の時間帯に比べて電気料金が安く設定された深夜時間帯（電力会社との契約条件で決まり、例えば２３時〜７時など）に貯湯タンク１の湯を、予め設定された温度まで沸かしておく。また補助給湯器３を停止させている間は、演算処理部４１は切替弁５を貯湯タンク１側（送湯配管１４ｂ側）に切り替えている。尚、貯湯後の放熱ロスを低減するため、深夜時間帯の終了時刻にできるだけ近い時間に所定量の湯が沸くように、演算処理部４１が主給湯器２による沸き上げ量を計算し、主給湯器２の運転時間をずらすことが好ましい。

昼間の時間帯（深夜時間帯以外）では、演算処理部４１は切替弁６をサブタンク１ｂ側に切り替えており、給湯負荷８で湯が使用されると、先ずサブタンク１ｂから切替弁６，５を介して給湯配管１２に湯を送る。その後、サブタンク１ｂ内の湯量が低下すると、演算処理部４１は切替弁６をメインタンク１ａ側に切り替え、メインタンク１ａから切替弁６，５を介して給湯配管１２に湯を送る。そして、メインタンク１ａ内の湯量も低下すると、演算処理部４１は、主給湯器２及び補助給湯器３を動作させるとともに、切替弁５を補助給湯器３側に切り替え、補助給湯器３から給湯配管１２に湯を供給することで湯切れを防止する。また演算処理部４１は、主給湯器２により貯湯タンク１内の湯を沸かしており、貯湯タンク１内の湯量が設定値以上になれば、補助給湯器３を停止させて貯湯タンク１から給湯させるのである。この給湯動作を図２のフローチャートに基づいて説明する。

図２は給湯システムの昼間における動作を示し、演算処理部４１は、所定の検出間隔が経過する毎に、温度センサ７から温度測定値を取り込み（ステップＳ１）、貯湯タンク１に貯められている湯量を算出する（ステップＳ２）。

演算処理部４１は、湯量を算出すると、湯量の算出値とメモリ４２に設定された沸上終了湯量（後述の沸上開始湯量よりも大きい値に設定されている）との高低を比較する（ステップＳ３）。ここで、湯量の算出値が沸上終了湯量未満であれば、演算処理部４１は、湯量の算出値とメモリ４２に設定された沸上開始湯量との高低を比較し（ステップＳ４）、湯量の算出値が沸上開始湯量以上であれば、処理を終了してステップＳ１に戻る。

一方、ステップＳ４の判定で湯量の算出値が沸上開始湯量を下回っていれば、演算処理部４１は、主給湯器２及び補助給湯器３の動作を開始させるとともに（ステップＳ５）、切替弁５を補助給湯器３側に切り替える（ステップＳ６）。この時、補助給湯器３で沸かされた湯が給湯配管１２に供給されるので、湯切れが発生することはなく、給湯負荷８への給湯が継続して行われる。また主給湯器２が動作を開始することで、貯湯タンク１内の水が加熱されて湯がつくられる。なお、図３はメインタンク１ａ内の水を高温に沸かす時の流路を示しており、図中の点線Ｌ１，Ｌ２が湯水の流れる経路を示している。演算処理部４１は切替弁６をメインタンク１ａ側の送湯配管１４ｃに切り替えており、主給湯器２が沸き上げ動作を開始すると、主給湯器２の送湯ポンプＰにより、メインタンク１ａの底部の水が送水配管１３を通って主給湯器２に送られる（経路Ｌ１）。主給湯器２によって加熱された湯は、送湯配管１４ａ→送湯配管１４ｂ→切替弁６→送湯配管１４ｃの経路で、メインタンク１ａの頂部に送られる（経路Ｌ２）。このように、主給湯器２がメインタンク１ａの底部から取り込んだ水を加熱し、メインタンク１ａの頂部に戻すことによって、メインタンク１ａ内の湯水が加熱される。また、図４はサブタンク１ｂ内の水を高温に沸かす時の流路を示しており、図中の点線Ｌ３，Ｌ４が湯水の流れる経路を示している。演算処理部４１は切替弁６をサブタンク１ｂ側の送湯配管１４ｄに切り替えており、主給湯器２が沸き上げ動作を開始すると、主給湯器２の送湯ポンプＰにより、サブタンク１ｂの底部の水が送水配管１３を通って主給湯器２に送られる（図４のＬ３）。主給湯器２によって加熱された湯は、送湯配管１４ａ→送湯配管１４ｂ→切替弁６→送湯配管１４ｄの経路を通り、サブタンク１ｂの頂部に送られる（図４のＬ４）。このように、主給湯器２がサブタンク１ｂの底部から取り込んだ水を加熱し、サブタンク１ｂの頂部に戻すことによって、サブタンク１ｂ内の湯水が加熱される。

上述の沸上動作によって貯湯タンク１内の湯量が増加し、沸上終了湯量以上になると（ステップＳ３のＹｅｓ）、演算処理部４１は、主給湯器２及び補助給湯器３を停止させるとともに（ステップＳ７）、切替弁５を貯湯タンク１側に切り替える（ステップＳ８）。この状態では、補助給湯器３からの給湯が停止されて、貯湯タンク１から給湯負荷８に湯が供給される。

このように、貯湯タンク１内の湯量が沸上開始湯量を下回ると、演算処理部４１は、主給湯器２及び補助給湯器３の動作を開始させるとともに、切替弁５を補助給湯器３側へ切り替えているので、補助給湯器３への切替を円滑に行って、湯切れを防止できる。しかも、補助給湯器３は、貯湯タンク１内の湯量が沸上終了湯量以上に回復した時点で停止させられるので、補助給湯器３が起動、停止を頻繁に繰り返すことはない。したがって、給湯配管１２への湯の供給元を補助給湯器３に切り替える動作や、貯湯タンク１側に戻す動作がスムーズに行われ、補助給湯器３の故障や不完全燃焼の発生を抑制することができる。また貯湯タンク１内の湯量が沸上終了湯量以上になると、演算処理部４１は主給湯器２を停止させるので、必要量以上の湯がつくられることはなく、無駄なエネルギー消費を無くすことができる。

ところで、上述の沸上開始湯量及び沸上終了湯量はユーザが入力部４３を操作して設定することができる。ユーザが入力部４３を用いて設定操作を行うと、演算処理部４１は、入力部４３の操作に応じて、ディスプレイ４４に設定画面を表示させる。図５（ａ）は沸上開始湯量の設定画面、図５（ｂ）は沸上終了湯量の設定画面を示し、ディスプレイ４４の周りには、入力部４３を構成するカーソル釦４３ａ，４３ｂや実行釦４３ｃが配置されている。各々の設定画面において、ユーザがカーソル釦４３ａ，４３ｂを操作して設定値を変更した後、実行釦４３ｃを操作すると、ディスプレイ４４に表示されている設定値が沸上開始湯量又は沸上終了湯量としてメモリ４２に登録される。このように、ユーザが入力部４３を用いて沸上開始湯量及び沸上終了湯量を入力することで、使用環境に合わせて、沸上開始湯量及び沸上終了湯量を設定することができる。尚、湯切れを防止したい場合には沸上開始湯量及び沸上終了湯量を大きめの値に設定すればよく、ランニングコストを低減したい場合には沸上開始湯量及び沸上終了湯量を小さめの値に設定すればよい。

また上述の実施形態では、時間帯に関係無く、貯湯タンク１の湯量が沸上開始湯量を下回ると、主給湯器２に沸き上げ動作を開始させているが、昼間の時間帯に比べ電気料金が安価に設定された時間帯、例えば深夜時間帯にのみ主給湯器２が沸き上げ動作を行うようにしてもよい。

主給湯器２が深夜時間帯にのみ沸き上げ動作を行う場合は以下のような給湯動作となる。主給湯器２は深夜時間帯に貯湯タンク１内の湯を、予め設定された温度まで沸かし、深夜時間帯以外の時間帯では主給湯器２は沸き上げ動作を停止し、先ず貯湯タンク１内に貯められた湯が使用される。そして、貯湯タンク１内の湯量が沸上開始湯量を下回ると、演算処理部４１は、補助給湯器３の動作を開始させるとともに、切替弁５を補助給湯器３側へ切り替える。この時、補助給湯器３で沸かされた湯が給湯配管１２に供給されるので、湯切れが発生することはなく、給湯負荷８への給湯が継続して行われる。また演算処理部４１は、深夜時間帯以外では主給湯器２を停止させており、深夜時間帯に比べて電気料金の高い時間帯に主給湯器２で電力が消費されることはないから、主給湯器２の使用電力料金を安くでき、ランニングコストを低減できる。その後、深夜時間帯になると、演算処理部４１は、主給湯器２の動作を開始させ、貯湯タンク１から給水された水を主給湯器２で加熱し、加熱後の湯が貯湯タンク１内に戻される。そして、タンク内の湯量が沸上終了湯量以上に回復すると、演算処理部４１は主給湯器２及び補助給湯器３の動作を停止させるとともに、切替弁５を貯湯タンク１側に切り替え、以後は貯湯タンク１側から給湯負荷８に湯を供給させる。尚、貯湯後の放熱ロスを低減するため、深夜時間帯の終了時刻にできるだけ近い時間に所定量の湯が沸くように、演算処理部４１が主給湯器２による沸き上げ量を計算し、主給湯器２の運転時間をずらすことが好ましい。

Ａ 給湯システム
１ 貯湯タンク
１ａ メインタンク
１ｂ サブタンク
２ 主給湯器
３ 補助給湯器
４ 制御盤（給湯制御部）
５ 切替弁
７ 温度センサ
８ 給湯負荷
１１ 給水配管
１２ 給湯配管
１３ 送水配管
１４ａ〜１４ｄ 送湯配管

Claims (6)

1. 貯湯タンクと、ヒートポンプを有する主給湯器と、前記主給湯器とは異なる加熱源を有する補助給湯器と、給湯負荷に湯を供給する供給元を前記貯湯タンク及び前記補助給湯器の何れかに切り替える切替弁と、前記切替弁の動作を制御する給湯制御部を備え、
   前記貯湯タンクの湯量が沸上開始湯量を下回ると、前記給湯制御部は前記切替弁を前記補助給湯器側に切り替え、前記主給湯器は、前記補助給湯器からの給湯に切り替わると、前記貯湯タンク内の湯水を加熱する動作を開始させることを特徴とする給湯システム。
2. 前記補助給湯器からの給湯に切り替えられた状態で、前記貯湯タンクの湯量が沸上終了湯量以上になると、前記補助給湯器が給湯を停止し、前記給湯制御部は、前記切替弁を前記貯湯タンク側に切り替えることを特徴とする請求項１記載の給湯システム。
3. 前記給湯制御部は前記主給湯器及び前記補助給湯器の動作を制御し、
   前記補助給湯器からの給湯に切り替えられた状態で前記貯湯タンクの湯量が沸上終了湯量以上になると、前記給湯制御部が、前記補助給湯器からの給湯を停止させ、前記切替弁を前記貯湯タンク側に切り替えることを特徴とする請求項１又は２の何れかに記載の給湯システム。
4. 前記給湯制御部は、昼間の時間帯に比べて電気料金が安価に設定された時間帯にのみ、前記主給湯器にて水を加熱して貯湯タンクに貯める動作を行わせることを特徴とする請求項３記載の給湯システム。
5. 前記給湯制御部は、前記貯湯タンクの湯量が沸上終了湯量以上になると、前記主給湯器からの給湯を停止させることを特徴とする請求項３又は４の何れかに記載の給湯システム。
6. 前記沸上終了湯量の設定値をユーザが入力部を用いて入力すると、入力された前記設定値を記憶部で記憶することを特徴とする請求項２乃至５の何れか１項に記載の給湯システム。

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