JP5428478B2 - 給湯機 - Google Patents

Description

本発明は、沸き上げた湯を貯湯槽に貯えて使用する給湯機に関する。

従来、この種の給湯機は、例えば図３のようなものがある（例えば、特許文献１参照）。

図３は、特許文献１に記載された従来の給湯機を示すものである。図３に示すように、貯湯槽１と、この貯湯槽１の水を加熱する加熱手段２を設け、１日を複数の時間帯に分割して各々の時間帯の利用熱量を記憶し、各時間帯ごとに必要熱量が確保できるように前記加熱手段２を制御する沸き上げ熱量決定手段３を設けた構成としている。

特開２００７−１４７２４６号公報

しかしながら、前記従来の構成では、該当する時間帯になる前に必要な湯量を沸き上げた状態にしておくによって湯切れを防ぐのであるが、利用パターンが毎日一定している場合は貯湯量と使用量が合致することになるものの、不規則性が高いと沸き上げなければならないところで沸き上げないで湯切れを起こしたり、逆に使わないのに沸き上げてしまって湯が余るという不具合が生じる。これを回避するためにそれぞれの時間帯毎にある程度の余裕を見ておくことになると結果的に沸き上げ量が過大となり、無駄が多くなってしまう。また、湯の用途によっては沸き上げ温度を高くしておかないと十分な性能が発揮できなくなるなど、沸き上げる際に考慮しておくべき内容が異なり、必要熱量の確保だけでは十分ではないという課題があった。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、湯の利用パターンの特徴を考慮して使用できる湯の供給量を増減するとともに、用途に応じた沸き上げ運転を可能にして、湯切れを起こさずに高い効率が得られる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、本発明の給湯機は、貯湯槽と、前記貯湯槽の水を加熱する加熱手段と、前記加熱手段で加熱された湯が使用される利用機能と、前記加熱手段による当日沸き上げ熱量を決定する沸き上げ熱量決定手段と、前記利用機能で使用される利用熱量を測定する利用熱量測定手段と、前記利用機能の動作状態を記憶する利用機能記
憶手段と、を備え、前記沸き上げ熱量決定手段は、前記利用熱量測定手段で測定された前日までの利用熱量をあらかじめ設定された一定期間、所定の時間毎に記憶する利用熱量記憶手段と、前記利用熱量記憶手段の記憶内容に基づいて一日単位の利用熱量の平均値と偏差値とを算出し、前記平均値と前記偏差値とから当日の基本沸き上げ熱量を演算する基本沸き上げ熱量演算手段と、前記利用機能記憶手段の記憶内容に基づいて前記基本沸き上げ熱量を補正して当日沸き上げ熱量とする沸き上げ熱量補正手段とを有し、前記利用機能として、前記貯湯槽の湯と浴槽の湯とを熱交換して風呂の追い焚きをおこなう風呂追い焚き手段を設け、前記利用機能記憶手段は、利用機能の動作状態として、前記風呂追い焚き手段の運転時間を記憶し、前記沸き上げ熱量補正手段は、所定期間毎の前記風呂追い焚き手段の運転時間が短いほど、前記基本沸き上げ熱量を減ずるように補正して前記当日沸き上げ熱量とすることを特徴とするものである。

これによって、基本は一日に使用する湯の総量の平均値と偏差値に基づいて沸き上げる湯量ないしは熱量を決定しておき、利用された機能から得られる利用パターンの不規則度合いに応じてこれら湯量と熱量を増減する。

本発明の給湯機によれば、湯の利用パターンの特徴を考慮して使用できる湯の供給量を増減するとともに、用途に応じた沸き上げ運転を可能にして、湯切れを起こさずに高い効率が得られる給湯機を提供できる。

本発明の実施の形態１における給湯機の構成図 同利用熱量および利用機能に関する記憶値と計算値の模式図 従来の給湯機の構成図

第１の発明は、貯湯槽と、前記貯湯槽の水を加熱する加熱手段と、前記加熱手段で加熱された湯が使用される利用機能と、前記加熱手段による当日沸き上げ熱量を決定する沸き上げ熱量決定手段と、前記利用機能で使用される利用熱量を測定する利用熱量測定手段と、前記利用機能の動作状態を記憶する利用機能記憶手段と、を備え、前記沸き上げ熱量決定手段は、前記利用熱量測定手段で測定された前日までの利用熱量をあらかじめ設定された一定期間、所定の時間毎に記憶する利用熱量記憶手段と、前記利用熱量記憶手段の記憶内容に基づいて一日単位の利用熱量の平均値と偏差値とを算出し、前記平均値と前記偏差値とから当日の基本沸き上げ熱量を演算する基本沸き上げ熱量演算手段と、前記利用機能記憶手段の記憶内容に基づいて前記基本沸き上げ熱量を補正して当日沸き上げ熱量とする沸き上げ熱量補正手段とを有し、前記利用機能として、前記貯湯槽の湯と浴槽の湯とを熱交換して風呂の追い焚きをおこなう風呂追い焚き手段を設け、前記利用機能記憶手段は、利用機能の動作状態として、前記風呂追い焚き手段の運転時間を記憶し、前記沸き上げ熱量補正手段は、所定期間毎の前記風呂追い焚き手段の運転時間が短いほど、前記基本沸き上げ熱量を減ずるように補正して前記当日沸き上げ熱量とすることを特徴とする給湯機で、予測の困難な不規則性の高い場合や湯切れを起こしやすい機能の使用割合が多い場合には湯切れに対して安全側となるように沸き上げ湯量を基本沸き上げ熱量に対して増やして使い勝手を損なわず、そうでない場合には減らすことによって効率向上に寄与するので、利用者の利用パターンに適応した使い勝手と省エネルギー性を両立できる運転制御が可能となる。

第２の発明は、第１の発明において、前記利用機能として、前記貯湯槽の湯と前記給水配管からの給水とを混合して前記浴槽に供給する風呂給湯手段を有し、前記利用機能記憶手段は、利用機能の動作状態として、前記風呂給湯手段の運転時刻を記憶し、前記沸き上
げ熱量補正手段は、所定期間毎の前記運転時刻の偏差値が小さいほど、前記基本沸き上げ熱量を減ずるように補正して前記当日沸き上げ熱量とすることを特徴とするもので、効率に影響を及ぼす度合いの異なるこの種の給湯機に搭載される機能を必要に応じて把握できるので、必要な沸き上げ熱量の算出において精度の高い予測が可能となって、使い勝手と省エネルギー性がより高まる。

第３の発明は、加熱手段をヒートポンプサイクルとしたことを特徴とするもので、使用湯量の多いときだけ高温の沸き上げ温度として、できるだけ低い沸き上げ温度を適用できる結果、高効率の特性を最大限に引き出せる。

第４の発明は、ヒートポンプサイクルは、運転時、超臨界圧力に昇圧される超臨界冷媒回路であることを特徴とするもので、沸き上げ温度を高温にできるので、利用できる熱量の増大と湯切れ防止性を向上することができる。

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は本発明の実施の形態における給湯機の構成を示す図である。

図１において、貯湯槽１と、この貯湯槽１の水を加熱する加熱手段としてのヒートポンプサイクル（図示せず）を有するヒートポンプユニット２と、給湯時に貯湯槽１から出る湯温を検知する利用熱量測定手段としての貯湯槽湯温検知手段４、同じく給湯時に貯湯槽１に流入する給水流量を検知する給水流量検知手段５、給水温検知手段６と、浴槽７と、貯湯槽１の湯と給水とを混合して前記浴槽７に給湯を行う風呂湯張り手段としての混合弁８および三方弁９と、操作リモコン１０に設けられ、利用者により操作されて浴槽７への湯張りを開始する風呂湯張り起動スイッチ１１とを備えている。

また、貯湯槽１の湯と前記浴槽７の湯を熱交換して風呂の追い焚きをおこなう風呂追い焚き手段としての熱交換器１２および第一の循環ポンプ１３、第二の循環ポンプ１４と、前記熱交換器１２の一次側流入口の水温を検知する利用熱量測定手段としての熱交換器入口水温検知手段１５、同じく前記熱交換器１２の一次側流量を検知する熱交換器流量検知手段１６と、操作リモコン１０に設けられ、利用者により操作されて循環ポンプ１３、１４を起動するための風呂追い焚き起動スイッチ１７とを備えている。

また、前記利用熱量測定手段としての貯湯槽湯温検知手段４、給水流量検知手段５、給水温検知手段６、熱交換器入口水温検知手段１５、熱交換器流量検知手段１６と、給水温検知手段６とから利用熱量を求めて記憶する利用熱量記憶手段１８と、記憶された過去一週間の一日単位の利用熱量の平均値と偏差値に基づく当日の沸き上げ熱量を求める基本沸き上げ熱量演算手段１９と、前記風呂湯張り起動スイッチ１１あるいは前記風呂追い焚き起動スイッチ１７が操作され、風呂湯張り機能と風呂追い焚き機能が開始された時刻と運転時間をそれぞれ個別に記憶する利用機能記憶手段２０と、前記利用機能記憶手段２０の記憶内容に基づいて前記基本沸き上げ熱量演算手段１９により求められた沸き上げ熱量を補正する沸き上げ熱量補正手段２１とから構成される沸き上げ熱量決定手段３とを備えている。

以上のように構成された給湯機について、以下その動作、作用を説明する。

基本的な動作としては、沸き上げ前は貯湯槽１に低温の水が多く満たされており、運転を開始すると、沸き上げ用循環ポンプ２２によりヒートポンプ往き口２３からヒートポン
プユニット２に送出され、そこで加熱されて高温の湯がヒートポンプ戻り口２４から貯湯槽１に戻される。これによって、貯湯槽１には上方から順次高温の湯が貯えられていく。

沸き上げ後の給湯利用の際には、給湯口２５から貯湯槽１の高温の湯が送られ、この湯が給水配管２６からの給水と混合弁８により混合され、設定温度に調節されて給湯栓２７から供給される。また、給湯に使用された湯量相当の水が給水配管２６を通じて貯湯槽１下部の給水口２７から流入する。

風呂湯張りの動作は、操作リモコン１０に設けられた風呂湯張り起動スイッチ１１が利用者によって押されると、三方弁９が風呂湯張り側に切り換わり、給湯利用と同様に給湯口２５から貯湯槽１の高温の湯が送られ、この湯が給水配管２６からの給水と混合弁８により混合され、設定温度に調節されて浴槽７に供給される。

また、風呂追い焚きの動作は、操作リモコン１０に設けられた風呂追い焚き起動スイッチ１７が利用者によって押されると、三方弁９が風呂追い焚き側に切り換わるとともに、第一の循環ポンプ１３と第二の循環ポンプ１４が起動し、貯湯槽１の風呂追い焚き往き口２９を通じて貯湯槽１内の湯と浴槽７内の湯が熱交換器１２の一時側流路に送られ、また浴槽７内の湯が熱交換器１２の二次側流路に送られることにより行われる。熱交換された後の一次側の湯は風呂追い焚き戻り口３０から貯湯槽１に戻される。

ここで、本実施例の給湯機は、利用者の湯の使い方に応じて一日の適切な沸き上げ熱量を決定することによって、湯余りを小さくして省エネルギーに寄与するとともに、湯切れによる使い勝手の悪化を防ぐ機能を有する。

図２に利用熱量および利用機能に関する記憶値と計算値の模式図を示す。

図２において、３１は利用熱量記憶手段１８に記憶された一日前から七日前までの利用熱量である。これらの利用熱量の値は、貯湯槽湯温検知手段４と給水流量検知手段５と給水温検知手段６との出力を用いて貯湯槽温と給水温との差に給水流量を乗じたものと、熱交換器入口水温検知手段１５と熱交換器流量検知手段１６と給水温検知手段６との出力を用いて熱交換器入口水温と給水温との差に熱交換器流量を乗じたものとを合計したものである。

基本沸き上げ熱量演算手段１９は、これら過去一週間の利用熱量から日別利用熱量平均値・標準偏差３２を算出する。この日別平均値・偏差値３２に基づいて、当日沸き上げる熱量として平均値と標準偏差を合計し、これを基本沸き上げ熱量３３とする。

一方、３４は利用機能記憶手段２０の記憶内容で、利用者によって風呂湯張り起動スイッチ１１が押された時刻を過去一週間分について分単位の数値にしたものと、風呂追い焚き起動スイッチ１７が押された後、風呂追い焚きが終了するまでにかかった時間を一日毎に合計して分単位で記憶している。これらの値も、利用熱量と同様に湯張り・追い焚き平均値・標準偏差３５を算出する。ここで、この値は利用パターンのバラツキを示すものとなり、数値が大きいほど湯切れが起こりやすくなる。また、長時間の風呂追い焚きも湯切れを起こしやすい。

沸き上げ熱量補正手段２１は、湯張り・追い焚き平均値・標準偏差３５を用い、沸き上げ熱量補正値３６を算出し、基本沸き上げ熱量３３を増減して最終的な当日沸き上げ熱量３７を決定する。とくに湯張り時刻の標準偏差が小さいほど、また風呂追い焚き時間が短いほど湯切れリスクは小さくなるため沸き上げ熱量を減じて省エネルギー性を高め、その逆の場合は沸き上げ熱量を大きくして湯切れのリスクを減少させる。

以上のように、過去一週間の日毎の利用熱量の平均値と標準偏差によって決定する当日の沸き上げ熱量を、利用者がおこなう風呂湯張り時刻と風呂追い焚き時間により補正し、とくに利用パターンの不規則度合いが大きく、予測の困難な場合には湯切れに対して安全側となるように沸き上げ熱量を増やし、不規則性が低い場合には沸き上げ熱量を減らすことによって効率向上に寄与するので、利用パターンに適応した使い勝手と省エネルギー性を両立できる運転制御が可能となる。

なお、ヒートポンプユニット２の冷凍サイクルは冷媒として二酸化炭素を用い、臨界圧を越える圧力で運転することが好ましい。二酸化炭素を冷媒として用いることで沸き上げ温度を高温にできるので、利用できる熱量の増大と湯切れ防止性を向上することができる。

以上のように、本発明にかかる給湯機は、高い効率性と利便性を両立する制御方式を実現できるので、前記したような家庭用の給湯機の貯湯槽に適用できるほか、熱源と貯湯槽を有するシステムにおいて業務用などの規模の大きい用途にも適用し、設備の管理者等に対して高い利便性を提供できる。

１ 貯湯槽
２ 加熱手段（ヒートポンプユニット）
３ 沸き上げ熱量決定手段
４ 貯湯槽湯温検知手段
５ 給水流量検知手段
６ 給水温検知手段
７ 浴槽
８ 混合弁
９ 三方弁
１０ 操作リモコン
１１ 風呂湯張り起動スイッチ
１２ 熱交換器
１３ 第一の循環ポンプ
１４ 第二の循環ポンプ
１５ 熱交換器入口水温検知手段
１６ 熱交換器流量検知手段
１７ 風呂追い焚き起動スイッチ
１８ 利用熱量記憶手段
１９ 基本沸き上げ熱量演算手段
２０ 利用機能記憶手段
２１ 沸き上げ熱量補正手段

Claims (4)

1. 貯湯槽と、
   前記貯湯槽の水を加熱する加熱手段と、
   前記加熱手段で加熱された湯が使用される利用機能と、
   前記加熱手段による当日沸き上げ熱量を決定する沸き上げ熱量決定手段と、
   前記利用機能で使用される利用熱量を測定する利用熱量測定手段と、
   前記利用機能の動作状態を記憶する利用機能記憶手段と、を備え、
   前記沸き上げ熱量決定手段は、前記利用熱量測定手段で測定された前日までの利用熱量をあらかじめ設定された一定期間、所定の時間毎に記憶する利用熱量記憶手段と、前記利用熱量記憶手段の記憶内容に基づいて一日単位の利用熱量の平均値と偏差値とを算出し、前記平均値と前記偏差値とから当日の基本沸き上げ熱量を演算する基本沸き上げ熱量演算手段と、前記利用機能記憶手段の記憶内容に基づいて前記基本沸き上げ熱量を補正して当日沸き上げ熱量とする沸き上げ熱量補正手段とを有し、
   前記利用機能として、前記貯湯槽の湯と浴槽の湯とを熱交換して風呂の追い焚きをおこなう風呂追い焚き手段を設け、
   前記利用機能記憶手段は、利用機能の動作状態として、前記風呂追い焚き手段の運転時間を記憶し、
   前記沸き上げ熱量補正手段は、所定期間毎の前記風呂追い焚き手段の運転時間が短いほど、前記基本沸き上げ熱量を減ずるように補正して前記当日沸き上げ熱量とすることを特徴とする給湯機。
2. 前記利用機能として、前記貯湯槽の湯と前記給水配管からの給水とを混合して前記浴槽に供給する風呂給湯手段を有し、
   前記利用機能記憶手段は、利用機能の動作状態として、前記風呂給湯手段の運転時刻を記憶し、
   前記沸き上げ熱量補正手段は、所定期間毎の前記運転時刻の偏差値が小さいほど、前記基本沸き上げ熱量を減ずるように補正して前記当日沸き上げ熱量とすることを特徴とする請求項１に記載の給湯機。
3. 前記加熱手段をヒートポンプサイクルとしたことを特徴とする請求項１または２に記載の
   給湯機。
4. 前記ヒートポンプサイクルは、運転時、超臨界圧力に昇圧される超臨界冷媒回路であることを特徴とする請求項３に記載の給湯機。
   

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