JP5385181B2 - 貯湯式給湯装置 - Google Patents

Description

この発明は、貯湯タンクの貯湯温水を用いて風呂への湯張り又は追い焚きを行う貯湯式給湯装置に関するものである。

従来この種のものにおいては、貯湯タンク内の温水をタンク内に設けた電気ヒータにて所定の温度に加熱し、加熱された温水と市水を混合して所定の温度にした温水を給湯したり、風呂の浴槽に供給して湯張りを行ったり、又貯湯タンク内に設けた風呂用熱交換器に浴槽水を循環させて風呂の追い焚きを行っていた。

ところで、この従来の貯湯式給湯装置では、貯湯タンク内の温水をタンク内に設けた電気ヒータにて所定の温度に加熱する際、温水内に溶け込んでいる炭酸水素カルシウム等がスケールとして析出し、電気ヒータに付着したり貯湯タンク内の底部に溜まったりする問題があった。

そこで、スケールの発生量を少なくするために、設定温度まで階段状に貯湯タンク内の温水温度を上昇させて沸き上げ制御をおこなうことで、最終段階で設定温度に昇温する時点においてスケール発生源となる炭酸水素カルシウム残存量を、従来の設定温度まで一気に沸き上げる場合より少なくして、電気ヒータに付着するスケール量を少なくしたり（例えば、特許文献１参照）、炭酸水素カルシウム等のミネラル成分の多い水質地域において、沸き上げ温度の上限を自動的に切り変えることでスケール堆積を抑えるものがあった。（例えば、特許文献２参照）

特開２００６−１９４４７９号 特願２００８−２５６３２２号

ところでこの従来のものでは、貯湯タンク内にスケールが堆積するのを遅らせることはできるものの、使用期間が長くなって沸き上げ回数が多くなってくると、貯湯タンク内にスケールが大量に堆積したり、電気ヒータにスケールが大量に付着してしまうという問題があった。

この発明はこの点に着目し上記課題を解決する為、特にその構成を請求項１では、貯湯タンクと、該貯湯タンク内の温水を加熱する加熱手段とを備え、該加熱手段により貯湯タンク内の温水を所定の温度まで沸き上げる貯湯式給湯装置に於いて、前記貯湯タンクの下方に排水用タンクと該排水用タンク内の温水を排水する排水用電磁弁を設けると共に、前記貯湯タンク内には該貯湯タンク内の温水の導電率を検出する貯湯タンク用導電率検出手段を設け、前記排水用タンク内には該排水用タンク内の温水の導電率を検出する排水用タンク用導電率検出手段を設け、前記貯湯タンク用導電率検出手段により検出した貯湯タンク内の温水の導電率と、前記排水用タンク用導電率検出手段により検出した排水用タンク内の温水の導電率とを比較して、その差が所定値以上になった時、排水用電磁弁を開放して排水用タンク内の温水を排水するものである。

又請求項２に係る貯湯式給湯装置では、特にその構成を、前記排水用タンク内の温水を排水する動作を所定回数繰り返した時、リモコンに排水用タンクエラーを表示するものである。

この発明の請求項１によれば、貯湯タンク内に析出するスケールを貯湯タンクの下方に設けた排水用タンク内に堆積するようにし、定期的にその排水用タンク内の温水の導電率と貯湯タンクの温水の導電率とを比較して、排水用タンク内の温水にある程度スケール等の不純物が含まれていると判断したら、排水用タンク内の温水を排水して排水用タンク内の温水を入れ替えるので、貯湯タンク２内にスケールが堆積するのを防止できるものである。

また、排水用タンク内にスケールが堆積した時は排水用タンクを交換すればよいので、貯湯タンク内にスケールが堆積して貯湯タンクを交換するのに比べて費用や作業時間が大幅に軽減できるものである。

又本発明の請求項２に記載の貯湯式給湯装置によれば、一度排水用タンク内の温水を排水して温水を入れ替えたあと、両タンク内の温水の導電率を比較して、それにより排水用タンク内の温水の排水及び排水用タンク内の温水の入れ替えが不十分と判断した時、再度排水用タンク内の排水動作を繰り返すが、所定回数排水用タンク内の温水の排水動作を行っても排水用タンク内の温水の排水及び排水用タンク内の温水の入れ替えが不十分と判断した時は、排水用タンク内にスケールが多く堆積していると判断して、リモコン排水用タンクエラーを表示するので、排水用タンクのメンテナンスや交換時期が分かり、スケールが堆積することで排水用タンクが排水できなくなることを防止できるものである。

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。 同排水用タンクの排水動作を説明するフローチャート。

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給湯に用いるもので、１は湯水を貯湯する貯湯タンク２を備えた貯湯タンクユニット、３は貯湯タンク２内の下部に備えられ湯水を加熱する下部ヒータ、４は貯湯タンク２内の上部に備えられ湯水を加熱する上部ヒータ、この下部ヒータ３と上部ヒータ４とで加熱手段を構成しており、５は台所や洗面所等に設けられた給湯栓、６はこの貯湯式給湯装置を遠隔操作するリモコン、７は風呂である。

８は前記風呂７の湯水を加熱するためのステンレス製の蛇管よりなる熱交換器で、貯湯タンク２内の上部に配置されていると共に、この熱交換器８には風呂往き管９および風呂循環ポンプ１０を備えた風呂戻り管１１よりなる風呂循環回路１２が接続されて風呂７の湯水が循環可能にされ、風呂７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あるいは追い焚きが行われるものである。

１３は風呂戻り管１１を介して熱交換器８に流入する風呂の湯水温度を検出する風呂戻り温度センサ、１４は熱交換器８を流出して風呂往き管９を介して風呂７へ流れる湯水の温度を検出する風呂往き温度センサである。

１５は貯湯タンク２上部に連通した出湯管１６からの湯と、貯湯タンク２底部に連通した給水管１７から分岐された給水バイパス管１８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１９に設けた給湯温度センサ２０で検出した湯温がリモコン６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が制御されるものである。

２１は給湯管１９から分岐されて風呂戻り管１１に連通された湯張り管で、この湯張り管２１には、風呂７への湯張りの開始／停止を行う湯張り弁２２と、風呂７への湯張り量をカウントする風呂流量カウンタ２３と、風呂の湯水が給湯管１９へ逆流するのを防止する２つの逆止弁２４とが設けられているものである。

２５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つの貯湯温度センサが配置され上から２５ａ（５０Ｌ）、２５ｂ（１００Ｌ）、２５ｃ（１５０Ｌ）、２５ｄ（２００Ｌ）、２５ｅ（４００Ｌ）と呼び、この貯湯温度センサ２５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。

前記リモコン６には、給湯設定温度を設定する給湯温度設定スイッチ２６、及び風呂設定温度を設定する風呂温度設定スイッチ２７がそれぞれ設けられていると共に、風呂７へ風呂設定温度の湯をリモコン６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及び、風呂７内の水位が所定量低下すると設定された水位まで所定温度の補水を行わせる風呂自動スイッチ２８と、風呂７の湯水を追い焚きさせる追い焚きスイッチ２９が設けられているものである。

３０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制御部を構成する給湯制御部である。
この給湯制御部３０に前記リモコン６が無線または有線により接続されユーザーが任意の給湯設定温度およ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。

３１は風呂往き管１９途中に備えられた圧力センサから成る水位センサで、設置時等予め風呂７の丁度良い湯張り量を設定し、この湯張り量の２／３を湯張り後の水位を水位センサ３１で検知し、これを基準水位として給湯制御部３０に記憶し残りの１／３を湯張りして設定水位とするものである。

３２は貯湯タンク２の過圧を逃す過圧逃し弁、３３は給水の圧力を減圧する減圧弁、３４は給湯する湯水の量をカウントする給湯流量カウンタ、３５は風呂往き管１９に備えられた循環口３６より上に湯水があることを検知するフローセンサ、３７は給水の温度を検出する給水温度センサである。

又上記給湯制御部３０は、湯張り又は沸き上げ前の貯湯タンク２内の沸き上げ量を、下記式で算出するものであり、
風呂の必要熱量＝設定湯張り量×（風呂設定温度−給水温度）
貯湯タンク２内の沸き上げ量＝風呂の必要熱量／（沸き上げ設定温度−給水温度）
ここで、貯湯タンク２内の沸き上げ量は、先ず１５０Ｌから上の湯水は湯張り又は沸き上げ後の熱量として確保され、この１５０Ｌと２００Ｌ間の５０Ｌが沸き上げ量となるので、
風呂の必要熱量≧（沸き上げ設定温度−給水温度）×５０Ｌの場合、４００Ｌの貯湯温度センサ２５ｅまで残湯が減少すると下部ヒータ３に通電して貯湯タンク２内の沸き上げを行うものである。

逆に、風呂の必要熱量＜（沸き上げ設定温度−給水温度）×５０Ｌの場合、２００Ｌの貯湯温度センサ２５ｅまで残湯が減少することで下部ヒータ３に通電して貯湯タンク２内の沸き上げを行うもので、予め風呂の必要熱量を上記の式から演算し貯湯タンク２内の残湯の状況に応じて沸き上げ開始タイミングを決定するものである。
尚、設定湯張り量及び風呂設定温度はリモコン６から読み込み、給水温度は給水温度センサ３７の検出値としている。

３８は貯湯タンク用導電率検出手段で、電極間の電流を計測することで貯湯タンク２内の温水の導電率ｅ１を検知するものである。

３９は排水タンク接続管で、管の直径が５０ｍｍ以上の太い管を使用し、貯湯タンク２の底部と排水用タンク４０の上部とを接続するものである。

４１は排水用タンク用導電率検出手段で、電極間の電流を計測することで排水用タンク４０内の温水の導電率ｅ２を検知するものである。
４２は排水用電磁弁で一端が排水用タンク４０の底部に接続された排水用管４３の途中に設けられ、この排水用電磁弁４２が開放されることで排水用タンク４０内の温水を排水するものである。

４４はタイマー部で、給湯制御部３０内に設けられ、このタイマー部４４が計時することで所定時間が経過したか否かを給湯制御部３０が判断するものである。

次にこの一実施形態の作動を説明する。
まず、深夜電力時間帯になって貯湯温度センサ２５が貯湯タンク２内に翌日に必要な熱量が残っていないことを検出すると、給湯制御部３０は下部ヒータ３と上部ヒータ４に対して沸き上げ開始指令を発する。指令を受けた下部ヒータ３と上部ヒータ４は通電を開始して、貯湯タンク２内の湯水を朝の所定時間までに高温に沸き上げて貯湯する。

次に給湯運転について説明すると、給湯栓５を開くと、給水管１７からの給水が貯湯タンク２内に流れ込む。そして貯湯タンク２に貯められた高温水が出湯管１６を介して給湯混合弁１５へ流入し、給水バイパス管１８からの低温水と混合され、給湯制御部３０により給湯混合弁１５の混合比率が調整されて給湯設定温度の湯が給湯栓５から給湯される。そして、給湯栓５の閉止によって給湯が終了するものである。

次に風呂への湯張り又は沸き上げ前の貯湯タンク２内の沸き上げでは、今冬場で、設定湯張り量＝１８０Ｌ、風呂設定温度＝４２℃、給水温度＝１０℃、沸き上げ設定温度＝８８℃の場合、給湯制御部３０が、風呂の必要熱量＝１８０×（４２−１０）＝５７６０、１５０Ｌと２００Ｌ貯湯温度センサ２５ｃ、２５ｄ間の貯湯タンク２内熱量＝（８８−１０）×５０＝３９００となり、１５０Ｌと２００Ｌ間の熱量では不足するので、４００Ｌ貯湯温度センサ２５ｅまで残湯が減少した時、下部ヒータ３に通電するように、沸き上げ量と沸き上げ開始タイミングを決定するものである。

又夏場で、設定湯張り量＝１８０Ｌ、風呂設定温度＝４０℃、給水温度＝２５℃、沸き上げ設定温度＝８８℃の場合、給湯制御部３０が、風呂の必要熱量＝１８０×（４０−２５）＝２７００、１５０Ｌと２００Ｌ貯湯温度センサ２５ｃ、２５ｄ間の貯湯タンク２内熱量＝（８８−２５）×５０＝３１５０となり、１５０Ｌと２００Ｌ間の熱量で十分対応出来るので、２００Ｌ貯湯温度センサ２５ｄまで残湯が減少した時、下部ヒータ３に通電するように、沸き上げ量と沸き上げ開始タイミングを風呂の必要熱量で決定し沸き上げるものである。

次に排水用タンク４０の排水動作について図２のフローチャートで説明する。
まずと、給湯制御部３０はタイマー部４４が計時を再スタートしてから所定時間、本件では計時を再スタートしてから２４時間経過したかを判断し（Ｓ１）、タイマー部４４が計時を再スタートしてから所定時間経過した時、貯湯タンク２内の温水の導電率ｅ１を貯湯タンク用導電率検出手段３８で測定して検知すると共に、排水用タンク４０内の温水の導電率ｅ２を排水用タンク用導電率検出手段４１で測定して検知する。（Ｓ２）

そして、給湯制御部３０は検知した排水用タンク４０内の温水の導電率ｅ２の値から貯湯タンク２内の温水の導電率ｅ１の値を減算し、その減算した値が１０ｍｓ／ｃｍ以上かを判断する。（Ｓ３）

一般に導電率は通常の水道水が０．１から０．２ｍｓ／ｃｍで、給湯制御部３０は、排水用タンク４０内の温水の導電率ｅ２の値から貯湯タンク２内の温水の導電率ｅ１の値を減算した値が１０ｍｓ／ｃｍ以上では、排水用タンク４０内の温水にスケールが析出していると判断して、排水用電磁弁４２を開放する。（Ｓ４）

排水用電磁弁４２を開放することにより、排水用タンク４０内の温水が排水用管４３から排水されると共に、排水タンク接続管３９を介して排水用タンク４０内に貯湯タンク２の底部の温水が流入して、排水用タンク４０内の温水が入れ替わるものである。

排水用電磁弁４２を開放されると、給湯制御部３０は排水用電磁弁４２が開放されてから所定時間経過したかを確認し（Ｓ５）、所定時間経過した時、排水用タンク４０内の温水を全て排水して、排水用タンク４０内の温水を貯湯タンク２の底部からの温水に入れ替わったと判断して排水用電磁弁４２を閉鎖する。（Ｓ６）

そして（Ｓ２）に戻って再度貯湯タンク２内の温水の導電率ｅ１を貯湯タンク用導電率検出手段３８で測定して検知すると共に、排水用タンク４０内の温水の導電率ｅ２を排水用タンク用導電率検出手段４１で測定して検知し、（Ｓ３）でその検知した排水用タンク４０内の温水の導電率ｅ２の値から貯湯タンク２内の温水の導電率ｅ１の値を減算した値が１０ｍｓ／ｃｍ以上かを判断し、１０ｍｓ／ｃｍ以上の時は排水用タンク４０内の温水の排水及び排水用タンク４０内の温水の入れ替えが不十分と判断して（Ｓ４）に進み、１０ｍｓ／ｃｍ未満の時は排水用タンク４０内の温水の排水及び排水用タンク４０内の温水の入れ替えが完了したと判断して、 給湯制御部３０はタイマー部４４の計時を再スタートさせて（Ｓ７）、（Ｓ１）へと進むものである。

以上のように本件では、従来貯湯タンク２内に析出するスケールを貯湯タンク２の下方に設けた排水用タンク４０内に堆積するようにし、定期的にその排水用タンク４０内の温水の導電率と貯湯タンク２の温水の導電率とを比較して、排水用タンク４０内の温水にある程度スケール等の不純物が含まれていると判断したら、排水用タンク４０内の温水を排水して排水用タンク４０内の温水を入れ替えるので、貯湯タンク２内にスケールが堆積するのを防止できるものである。

また、排水用タンク４０内にスケールが堆積した時は排水用タンク４０を交換すればよいので、貯湯タンク２内にスケールが堆積して貯湯タンク２を交換するのに比べて費用や作業時間が大幅に軽減できるものである。

又、本件は一度排水用タンク４０内の温水を排水して温水を入れ替えたあと、両タンク内の温水の導電率を比較して、それにより排水用タンク４０内の温水の排水及び排水用タンク４０内の温水の入れ替えが不十分と判断した時、再度排水用タンク４０内の排水動作を繰り返すが、所定回数例えば２回排水用タンク４０内の温水の排水動作を行っても排水用タンク４０内の温水の排水及び排水用タンク４０内の温水の入れ替えが不十分と判断した時は、排水用タンク４０内にスケールが多く堆積していると判断して、リモコン６に排水用タンクエラーを表示して、排水用タンク４０のメンテナンスや交換を報知するようにしてもいいものである。

そのように排水用タンクエラーを表示することで、排水用タンクのメンテナンスや交換時期が分かり、スケールが堆積することで排水用タンクが排水できなくなることを防止できるものである。

２ 貯湯タンク
３，４ 加熱手段
３８ 貯湯タンク用導電率検出手段
４０ 排水用タンク
４１ 排水用タンク用導電率検出手段
４２ 排水用電磁弁

Claims (2)

1. 貯湯タンクと、該貯湯タンク内の温水を加熱する加熱手段とを備え、該加熱手段により貯湯タンク内の温水を所定の温度まで沸き上げる貯湯式給湯装置に於いて、前記貯湯タンクの下方に排水用タンクと該排水用タンク内の温水を排水する排水用電磁弁を設けると共に、前記貯湯タンク内には該貯湯タンク内の温水の導電率を検出する貯湯タンク用導電率検出手段を設け、前記排水用タンク内には該排水用タンク内の温水の導電率を検出する排水用タンク用導電率検出手段を設け、前記貯湯タンク用導電率検出手段により検出した貯湯タンク内の温水の導電率と、前記排水用タンク用導電率検出手段により検出した排水用タンク内の温水の導電率とを比較して、その差が所定値以上になった時、排水用電磁弁を開放して排水用タンク内の温水を排水することを特徴とする貯湯式給湯装置。
2. 前記排水用タンク内の温水を排水する動作を所定回数繰り返した時、リモコンに排水用タンクエラーを表示することを特徴とする請求項１記載の貯湯式給湯装置。

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