JP5458967B2 - 貯湯式給湯機 - Google Patents

Description

本発明は、貯湯式給湯機に関する。

ヒートポンプなどの加熱手段により加熱された高温の湯を貯湯タンクに貯え、この貯湯タンクから取り出した湯を必要に応じ水と混合して風呂、台所などの給湯端末に供給する貯湯式給湯機が広く用いられている。貯湯タンク内は、常に湯と水で満たされ、上層に湯が、下層に水が、それぞれ貯留される。貯湯タンクの下部には、水道等の水源の水を供給する給水経路が接続されている。貯湯タンク内の水を加熱する沸き上げ動作においては、貯湯タンクの下部から取り出した水を加熱手段に送って高温の湯にし、その湯を貯湯タンクの上部に戻す。

従来の貯湯式給湯機では、貯湯タンクへ水を供給する給水経路上に電動膨張弁などの開閉手段を設け、通常はこの開閉手段を開状態に維持し、貯湯タンク内の湯が無くなったことが検出されるとこの開閉手段を閉状態として給水を遮断し、給湯を止めるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００５−１３４０６４号公報

沸き上げ時には、沸き上げられた水の中の溶存酸素が水の温度上昇による溶解度低下により、気泡となって現れる。上記従来の貯湯式給湯機では、貯湯タンクに接続された給水経路上の開閉手段を閉状態にして給湯を止めた後、沸き上げ動作に入るが、沸き上げ中も常に給水経路が閉状態に維持されるため、タンクに水源水圧がかからなくなる。このため、溶存酸素から発生した気泡が貯湯タンクに設けられた逃し弁などから上手く排出されずにタンク上部に滞留したり、加熱手段内に気泡が介在するといった状態が起こる。その結果、水栓などの給湯端末を開けると同時に空気と水が混ざり合った湯が給湯端末より吹き出してしまったり、加熱手段により加熱された湯が一定量流れなくなり、部分的に湯の温度が上昇しすぎて異常高温となり、保護手段が働き加熱手段が停止してしまうといった問題がある。

また、貯湯タンクに貯えられた高温の湯と水源からの水とを混合して出湯する混合給湯経路のほかに、貯湯タンクに貯えられた高温の湯を直接出湯する高温給湯経路を備えた貯湯式給湯機の場合、貯湯タンクへ水を供給する給水経路上の開閉手段を閉にすると、混合給湯経路と高温給湯経路との双方からの出湯が同時に停止されてしまう。このため、出湯を止めるタイミングが遅かった場合には高温給湯経路に接続されている給湯端末（例えば食器洗い機）に出湯される湯の温度が低くなりすぎてしまったり、出湯を止めるタイミングが早かった場合には高温給湯経路に接続されている給湯端末には低すぎて使用できない温度だが混合給湯経路に接続されている給湯端末（風呂、台所等）には十分使用できる温度の湯が貯湯タンク内に多量に残ってしまったりするので、どちらの場合でも使い勝手上の問題がある。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、貯湯タンク内の湯が無くなったときに出湯を止めて沸き上げ動作を開始した場合でも、機器が止まるなどの問題もなく沸き上げができ、且つ、貯湯タンク内の湯を無駄に残すことなく、複数の給湯経路に、それぞれの用途に適した温度の湯を供給することのできる貯湯式給湯機を提供することを目的とする。

本発明に係る貯湯式給湯機は、加熱手段により加熱された湯を貯える貯湯タンクと、貯湯タンクに水を供給する給水経路と、貯湯タンクから取り出された湯を直接出湯する高温給湯経路と、高温給湯経路の途中に設けられ、高温給湯経路を遮断可能な高温側開閉弁と、貯湯タンクから取り出された湯と貯湯タンク外から供給される水とを混合して出湯する混合給湯経路と、混合給湯経路の途中に設けられ、混合給湯経路を遮断可能な混合側開閉弁と、貯湯タンク内の湯の温度を検出するタンク内湯温検出手段と、タンク内湯温検出手段により検出されたタンク内湯温に基づいて、高温側開閉弁と混合側開閉弁とをそれぞれ制御する制御手段と、を備えたものである。

本発明によれば、貯湯タンク内の湯が無くなったときに出湯を止めて沸き上げ動作を開始した場合でも、機器が止まるなどの問題もなく沸き上げ動作を行うことができる。また、貯湯タンク内の湯を無駄に残すことなく、複数の給湯経路に、それぞれの用途に適した温度の湯を供給することができる。

本発明の貯湯式給湯機の実施の形態１を示す構成図である。 本発明の実施の形態１における制御動作を示すフローチャートである。

実施の形態１．
以下、本発明の実施の形態について、図面に基づき詳細に説明する。図１は、本発明の貯湯式給湯機の実施の形態１を示す構成図である。

図１に示すように、貯湯タンクユニット１００には、ヒートポンプ等の加熱手段５にて加熱した湯を貯えるための貯湯タンク１が備えられている。貯湯タンク１の下部には、水道等の水源からの水を供給する給水配管２が接続されている。貯湯タンク１内には、この給水配管２を介して水が供給される。貯湯タンク１内は、上層の湯と下層の水とで、常に満水状態に保たれる。

沸き上げ動作時には、貯湯タンク１内の水は、貯湯タンク１の下部に接続されている入水配管３を通り、入水配管３上に設置してある循環ポンプ４によって加熱手段５へ搬送される。加熱手段５により加熱された水は、高温の湯となり、加熱手段５から貯湯タンク１上部に接続された出湯配管６を介して、貯湯タンク１内に搬送され、貯えられる。また、貯湯タンク１の上部には、貯湯タンク１内の過大な圧力を逃すための逃し弁７が設置されている。

貯湯タンク１の上部に接続された給湯配管８と、給水配管２とは、混合弁９に接続されている。混合弁９の下流側には、混合給湯経路１０が接続されている。使用者は、例えば台所や浴室に設置されたリモコンなどで構成される外部指示系統１０１（設定手段）を操作することにより、所望の出湯温度を設定することができる。混合弁９は、貯湯タンク１から給湯配管８を通って取り出された高温の湯と、給水配管２から供給される水とを混合した混合湯の温度が、使用者により設定された出湯温度になるように両者の混合比を制御する。そのようにして温度が制御された混合湯は、混合給湯経路１０を通って、お風呂のシャワー、または台所や洗面所の蛇口などの給湯端末へ供給される。混合給湯経路１０の途中には、混合給湯経路１０を遮断可能な電磁弁などで構成される混合側開閉弁１２が設置されている。

また、混合弁９より上流側の給湯配管８からは高温給湯経路１１が分岐しており、貯湯タンク１から取り出された高温の湯がそのまま直接に高温給湯経路１１に流入可能になっている。高温給湯経路１１を通る高温湯は、例えば食器洗い機などの、高温湯を必要とする給湯端末に供給される。高温給湯経路１１の途中には、高温給湯経路１１を遮断可能な電磁弁などで構成される高温側開閉弁１３が設置されている。

貯湯タンク１の表面には、貯湯タンク１内の湯の温度（以下、「タンク内湯温」と称する）を検出するための温度センサ１４（タンク内湯温検出手段）が設置されている。図示の構成では、高さの異なる位置に複数の温度センサ１４が設置されている。貯湯タンク１内の湯が消費され、湯と水との境界層（混合層）の位置が上昇していくと、下側の温度センサ１４から順に、その検出温度が高温（湯の温度）から低温（水の温度）に切り換わっていく。このため、各温度センサ１４の検出値によれば、貯湯タンク１内の残湯量を検出することもできる。

本実施形態の貯湯式給湯機の動作は、制御部１５（制御手段）により制御される。特に、本実施形態において、制御部１５は、温度センサ１４により検出されるタンク内湯温に基づいて、混合側開閉弁１２や高温側開閉弁１３の開閉タイミングを制御する。

次に、上述のように構成された貯湯式給湯機の動作を図２のフローチャートに基づいて説明する。図２は、本発明の実施の形態１における制御動作を示すフローチャートである。

使用者は、外部指示系統１０１を操作することにより、混合給湯経路１０から出湯する湯の温度Ｔ１（以下、「混合出湯温度」と称する）を所望に設定することができる。混合給湯経路１０の給湯端末は、お風呂のシャワー、台所や洗面所の蛇口などである。このため、混合出湯温度Ｔ１は、通常、４０〜６０℃程度に設定される。

更に、使用者は、外部指示系統１０１を操作することにより、高温給湯経路１１から出湯する湯の最低温度Ｔ２（以下、「高温出湯温度」と称する）を設定することができる。高温給湯経路１１に接続される給湯端末の一例としての食器洗い機では、所定の洗浄能力を保障するため、約８０〜９０℃の高温の湯を供給することが要求される場合がある。このため、そのような高温の湯を供給できない場合には、高温給湯経路１１への出湯を停止する必要がある。高温出湯温度Ｔ２は、タンク内湯温がこの高温出湯温度Ｔ２を下回った場合に高温給湯経路１１への出湯を停止するために設定される温度である。従って、高温出湯温度Ｔ２は、例えば、８０℃程度に設定される。

図２のステップＳ１では、タンク内湯温を温度センサ１４により検出する。ステップＳ２では、使用者が設定した混合出湯温度Ｔ１と、ステップＳ１で検出されたタンク内湯温Ｔ０とを比較する。このステップＳ２で、タンク内湯温Ｔ０が混合出湯温度Ｔ１を下回っていた場合（Ｔ０＜Ｔ１の場合）には、貯湯タンク１内の湯をそのまま出湯しても混合出湯温度Ｔ１に届かない。そこで、この場合には、混合給湯経路１０からの出湯を停止するため、ステップＳ４に進み、混合側開閉弁１２を閉じて混合給湯経路１０を遮断する。その後、ステップＳ３へ進む。

一方、ステップＳ２で、タンク内湯温Ｔ０が混合出湯温度Ｔ１以上であった場合には、混合出湯温度Ｔ１の湯を出湯することは可能であるので、混合給湯経路１０からの出湯を停止する必要はない。このため、この場合には、そのままステップＳ３へ進む。

ステップＳ３では、高温出湯温度Ｔ２と、ステップＳ１で検出されたタンク内湯温Ｔ０とを比較する。上述したように、高温給湯経路１１への出湯温度が高温出湯温度Ｔ２を下回る場合には、高温給湯経路１１への出湯を停止する必要がある。よって、ステップＳ３で、タンク内湯温Ｔ０が高温出湯温度Ｔ２を下回っていた場合（Ｔ０＜Ｔ２の場合）には、ステップＳ５に進み、高温側開閉弁１３を閉じて高温給湯経路１１を遮断する。その後、ステップＳ６へ進む。

一方、ステップＳ３で、タンク内湯温Ｔ０が高温出湯温度Ｔ２以上であった場合には、高温出湯温度Ｔ２以上の湯を高温給湯経路１１へ出湯することは可能であるので、高温給湯経路１１からの出湯を停止する必要はない。このため、この場合には、そのままステップＳ６へ進む。

ステップＳ６では、混合側開閉弁１２および高温側開閉弁１３の両方が閉じられた状態であるかどうかを判断し、両方とも閉じられているならばステップＳ７に進み、何れか一方でも閉じられていなければステップＳ１以下の処理を再度実行する。ステップＳ７では、貯湯タンク１の沸き上げ動作（加熱動作）を開始する。

次に、本実施形態の貯湯式給湯機の沸き上げ動作の概要を説明する。前述したようにして混合側開閉弁１２および高温側開閉弁１３が閉じられた後、循環ポンプ４を駆動させ、入水配管３を介して、貯湯タンク１の下部より貯湯タンク１内の水を取り出し、加熱手段５へ供給する。加熱手段５にて加熱された高温の湯は出湯配管６を介して、貯湯タンク１の上部に戻され、貯えられる。

加熱手段５にて加熱された水は高温となり、体積膨張するため、貯湯タンク１内の圧力が上昇するが、貯湯タンク１上部に設置した逃し弁７より体積膨張した分の湯が排出される。これにより、圧力上昇が抑制される。また、加熱手段５が水を加熱すると、水中に溶けていた溶存酸素が気泡となって現れ、出湯配管６から貯湯タンク１の上部に、沸き上げられた湯と共に戻される。しかしながら、本実施形態の貯湯式給湯機では、沸き上げ動作時においても、給水配管２からの水圧が貯湯タンク１内に常に作用している。この水圧により、貯湯タンク１の気泡は、逃し弁７の方向へ押し出され、逃し弁７から確実に排出される。

このように、本実施形態によれば、沸き上げ時に発生した気泡を逃し弁７から確実に排出することができる。このため、蛇口などに給湯したときに、空気と水が混ざり合った湯が吹き出すようなことを確実に防止することができる。また、加熱手段５内や出湯配管６内などに気泡が介在することも防止されるので、加熱手段５に供給された水がスムーズに流れ、部分的に高温となることもなく、沸き上げを支障なく確実に行うことができる。

また、本実施形態によれば、検出されたタンク内湯温に基づいて、混合側開閉弁１２と高温側開閉弁１３とをそれぞれ制御することにより、混合給湯経路１０と高温給湯経路１１とにそれぞれ適した温度で湯を供給することができるとともに、貯湯タンク１内の湯を無駄なく利用することができる。すなわち、本実施形態によれば、タンク内湯温が高温出湯温度Ｔ２（例えば８０℃）を下回ると、高温給湯経路１１が高温側開閉弁１３により遮断される。このため、高温給湯経路１１の給湯端末（食器洗い機など）に適さない低温の湯が供給されることを防止することができる。一方、タンク内湯温が高温出湯温度Ｔ２を下回った場合であっても、タンク内湯温が混合出湯温度Ｔ１（例えば４０℃）以上であれば、混合給湯経路１０は遮断されない。このため、タンク内湯温が高温出湯温度Ｔ２を下回った場合であっても、タンク内湯温が混合出湯温度Ｔ１を下回るまでの間は、貯湯タンク１内の湯を混合給湯経路１０から風呂や台所へ供給することができる。このため、貯湯タンク１内の湯を無駄なく使用することが可能であるので、電力消費量や水資源などを節減することができる。

実施の形態２．
次に、本発明の実施の形態２について説明するが、上述した実施の形態１との相違点のみを説明する。実施の形態２の貯湯式給湯機の構成は、下記の点以外は実施の形態１と同様であるので、図示は省略する。

実施の形態１では、貯湯タンク１に設置した温度センサ１４によってタンク内湯温を検出しているが、タンク内湯温検出手段は、そのような構成に限定されるものではない。例えば、高温給湯経路１１を通る湯の温度を検出する第１の温度検出手段と、混合給湯経路１０を通る湯の温度を検出する第２の温度検出手段とを設けることによってタンク内湯温を検出するようにしてもよい。高温給湯経路１１を通る湯の温度は、タンク内湯温に等しいとみなせるので、上記第１の温度検出手段によってタンク内湯温を検出することができる。また、制御部１５は、上記第２の温度検出手段によって検出される混合湯の温度が混合出湯温度Ｔ１に等しくなるように混合弁９の開度を制御する。このため、給湯配管８から供給される湯の温度が混合出湯温度Ｔ１以下になると、制御部１５は混合弁９の開度を湯側全開に制御するので、貯湯タンク１から取り出された湯がそのまま混合給湯経路１０に流れる。従って、タンク内湯温が低下した場合には、上記第２の温度検出手段によって検出された湯温は、タンク内湯温に等しいとみなせるので、上記第２の温度検出手段によってタンク内湯温を検出することができる。

なお、本実施の形態２では、混合給湯経路１０や高温給湯経路１１から出湯していることを検出する流量センサなどの出湯検出手段を設け、その出湯検出手段によって出湯が検出されてから所定時間経過後または所定量出湯後に第１の温度検出手段や第２の温度検出手段で検出された温度をタンク内湯温とみなして、実施の形態１と同様の制御することが望ましい。これは、出湯開始から初期段階では、貯湯タンク１内の湯ではなく、配管内の湯や配管自身の温度の影響を受けてしまうからである。

１ 貯湯タンク
２ 給水配管
５ 加熱手段
７ 逃し弁
８ 給湯配管
９ 混合弁
１０ 混合給湯経路
１１ 高温給湯経路
１２ 混合側開閉弁
１３ 高温側開閉弁
１４ 温度センサ
１５ 制御部
１０１ 外部指示系統

Claims (5)

1. 加熱手段により加熱された湯を貯える貯湯タンクと、
   前記貯湯タンクに水を供給する給水経路と、
   前記貯湯タンクから取り出された湯を直接出湯する高温給湯経路と、
   前記高温給湯経路の途中に設けられ、前記高温給湯経路を遮断可能な高温側開閉弁と、
   前記貯湯タンクから取り出された湯と、前記貯湯タンク外から供給される水とを混合して出湯する混合給湯経路と、
   前記混合給湯経路の途中に設けられ、前記混合給湯経路を遮断可能な混合側開閉弁と、
   前記貯湯タンク内の湯の温度を検出するタンク内湯温検出手段と、
   前記タンク内湯温検出手段により検出されたタンク内湯温に基づいて、前記高温側開閉弁と前記混合側開閉弁とをそれぞれ制御する制御手段と、
   を備えることを特徴とする貯湯式給湯機。
2. 前記制御手段は、前記検出されたタンク内湯温が第１の所定値を下回った場合には前記高温側開閉弁を閉じることによって前記高温給湯経路を遮断し、前記検出されたタンク内湯温が第１の所定値より低い第２の所定値を下回った場合には前記混合側開閉弁を閉じることによって前記混合給湯経路を遮断することを特徴とする請求項１記載の貯湯式給湯機。
3. 前記制御手段は、前記高温側開閉弁および前記混合側開閉弁の双方を閉じた場合に、前記給水経路からの水圧が前記貯湯タンク内に作用した状態で前記貯湯タンク内の水を前記加熱手段により加熱する加熱動作を開始することを特徴とする請求項２記載の貯湯式給湯機。
4. 使用者が前記第１の所定値および前記第２の所定値をそれぞれ設定可能とする設定手段を備えることを特徴とする請求項２または３に記載の貯湯式給湯機。
5. 前記タンク内湯温検出手段は、前記高温給湯経路を通る湯の温度を検出する第１の温度検出手段と、前記混合給湯経路を通る湯の温度を検出する第２の温度検出手段とを含んで構成されることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項記載の貯湯式給湯機。

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