JP5475620B2 - 給湯機 - Google Patents

Description

本発明は、給湯機に関し、特に、シスターンタンクを有する給湯機の給水に関する。

シスターン方式の給湯機では、給水配管から一旦シスターンタンクに給水し、該シスターンタンクからタンク（貯湯タンク）に給水される（例えば、特許文献１）。
この種の給湯機では、給水配管がシスターンタンクの手前で分岐し、それぞれシスターンタンクと給水端末とに接続されている。給水配管から分岐されたシスターン給水配管には、シスターン給水用弁が配置され、タンクから出湯すると、シスターン給水用弁が開状態となり、シスターンタンクを経由してタンクに給水される。また、給水配管から分岐された端末給水配管には、給水端末が配置される。

ところで、通常運転時に、端末給水配管からの水を給水端末で出水させる際に、タンクからも出湯させた場合、給水配管からの給水が端末給水配管へだけでなくシスターン給水配管へも流れることとなる。
この場合、シスターン給水配管の流量によっては、相対的に端末給水配管へ向かう水量（延いては、給水端末で出水される水の量）が少なくなったり、タンクからの出湯がある場合とない場合とで、給水端末で出水される水の量が大きく異なってしまうことが考えられる。これでは、使用者が不便を感じたり、使用感の悪さを感じたりするおそれがある。
このようなことから、従来、シスターン給水配管の流量は、タンクを満水にするタンク給水時よりも通常運転時を優先して、比較的少なめに設定されている。

特開２００９−１２７８７６号公報

しかしながら、給湯機の据付時やメンテナンス時などタンクが満水でない状態から給水してタンクを満水にするタンク給水時には、シスターン給水配管の流量が少ないために、タンクが満水となるまで非常に時間が掛かるものとなっていた。これでは、給湯機の施工やメンテナンスを行なってから通常運転を開始できるまでに非常に時間が掛かり、利用者にとっても施工者・メンテナンス作業者にとっても満足の行くものではなかった。

そこで、本発明は、タンク給水時に給水を迅速に行うことができ、かつ、通常運転時に使用者にとっての使用感が良好な給湯機を提供することを目的とする。

このような目的を達成するために、請求項１に係る発明は、タンクと、該タンクに給水するシスターンタンクと、該シスターンタンクに給水するシスターン給水回路と、を備え、給水配管が分岐して、分岐した一方の給水配管が前記シスターン給水回路に接続され、分岐した他方の給水配管が給水端末に接続され、前記シスターン給水回路は、前記シスターンタンクの手前で分岐する分岐流路を有し、少なくとも一方の分岐流路に弁が配置され、前記シスターンタンクへの給水量を可変に制御することを特徴とする。

本発明によれば、タンク給水時に給水を迅速に行うことができ、かつ、通常運転時に使用者にとっての使用感が良好な給湯機を提供することができる。

第１実施形態に係る給湯機の構成図である。 第１実施形態および変形例に係る給湯機における部分拡大構成図である。 第２実施形態に係る給湯機の構成図である。 第３実施形態に係る給湯機の構成図である。 比較例に係る給湯機の構成図である。

以下、本発明を実施するための形態（以下「実施形態」という）について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において、共通する部分には同一の符号を付し重複した説明を省略する。

≪第１実施形態≫
本実施形態（第１実施形態）に係る貯湯式の給湯機１０の構成について、図１を用いて説明する。図１は、第１実施形態に係る給湯機１０の構成図である。
図１に示すように、給水配管１は、シスターン給水配管１ａと、端末給水配管１ｂとに分岐している。給水配管１から分岐されたシスターン給水配管１ａは、給湯機１０（後述する電磁弁２）と接続されている。また、給水配管１から分岐された端末給水配管１ｂは、蛇口などの給水端末Ｘと接続されている。

＜給湯機１０＞
給湯機１０は、バイパス回路を有するシスターン給水回路（電磁弁２、定流量弁３、バイパス開閉弁４を有する回路）と、シスターンタンク５と、タンク６と、ポンプ７と、浴槽電磁弁８と、制御装置Ｓと、を備えている。

シスターン給水回路は、シスターン給水配管１ａと、電磁弁２と、配管２ａと、定流量弁３と、配管２ｂとが順次直列に接続されて形成されている。また、シスターン給水回路には、配管２ａから分岐したバイパス配管４ａと、バイパス開閉弁４と、配管２ｂに接続するバイパス配管４ｂとが順次直列に接続されたバイパス回路が形成されている。シスターン給水回路の配管２ｂは、シスターンタンク５の上部と接続されている。
電磁弁２は、制御装置Ｓの指令に基づいて弁の開閉状態が制御される。バイパス開閉弁４は、電磁弁であって制御装置Ｓの指令に基づいて弁の開閉状態が制御される構成であってもよく、手動弁であってもよい。

シスターンタンク５は、タンク６の上部に設けられ、シスターン給水回路（配管２ｂ）から給水される。
シスターンタンク５は、シスターンタンク５への給水に異常が発生した場合、給水された水をシスターンタンク５の外へ排出するオーバーフロー配管５ａが配設されている。
また、シスターンタンク５に貯留された水の水位を検出する水位センサ５ｓを備えている。水位センサ５ｓで検出された検出信号は制御装置Ｓに送信される。
シスターンタンク５の下部からタンク６の下部へタンク給水配管５ｂが配設されている。

タンク６の上部からシスターンタンク５の上部へ排気配管６ａが配設されており、タンク６内の気体をシスターンタンク５へ逃がしている。ここで、タンク５とシスターンタンク６とが、タンク給水配管５ｂおよび排気配管６ａで連結されているため、図１に示すように、タンク６の満水時において、シスターンタンク５の水位（液面の高さ）と、排気配管６ａの水位（液面の高さ）とは、一致する。

タンク６の上部には出湯配管６ｂが接続されている。出湯配管６ｂは、一端がタンク６の上部と接続され、ポンプ７、浴槽電磁弁８を介して、他端が浴槽Ｙと接続されている。
なお、タンク６における排気配管６ａと出湯配管６ｂとの接続位置は、出湯配管６ｂの方が若干下になっている。これにより、タンク６内の気体を排気配管６ａに逃がすことができ、出湯配管６ｂに気体が入ることを防ぐ。
給水からの給水圧力をシスターンタンク５で開放されているために、タンク６には水頭圧程度の圧力しかかからない。そのため、出湯配管６ｂからタンク６内の液体を取り出す際には、ポンプ７を駆動させて浴槽Ｙに液体を搬送している。

また、給湯機１０は、タンク６内の液体を沸き上げる液体加熱機構（図示せず）を備えている。液体加熱機構は、タンク６内に設けられ、タンク６内の液体を直接加熱するヒータ（図示せず）であってもよい。また、タンク６の下部に配設された往き配管（図示せず）からタンク６内の液体を吸い込み、吸い込んだ液体を熱交換器で加熱し、タンク６の上部に配設された戻り配管（図示せず）により、高温の液体をタンク６の上部から貯留するものであってもよい。

＜通常運転時の動作＞
まず、タンク６が満水状態であり、タンク６内の液体を浴槽Ｙに供給する通常運転時について説明する。なお、通常運転時において、バイパス開閉弁４は閉状態となっている。
制御装置Ｓは、浴槽電磁弁８を開状態とし、ポンプ７を駆動させることにより、タンク６内の液体を、出湯配管６ｂを介して、浴槽Ｙに供給する。浴槽Ｙの水位を検出する水位センサ（図示せず）の検出値が所定の値以上となったら、制御装置Ｓは、ポンプ７を停止させ、浴槽電磁弁８を閉状態として終了する。
なお、タンク６内の液体を浴槽Ｙに供給しタンク６の水位（排気配管６ａの水位）が低下すると（低下しはじめると）、シスターンタンク５の水位とタンク６の水位（排気配管６ａの水位）との高低差により、シスターンタンク５内の液体がタンク給水配管５ｂを自然落下してタンク６に給水される。

また、制御装置Ｓは、水位センサ５ｓを介してシスターンタンク５の水位を監視する。シスターンタンク５内の水位が所定値未満となると、制御装置Ｓは電磁弁２を開状態とする。電磁弁２を開状態とすることにより、給水配管１、シスターン給水配管１ａ、配管２ａ、定流量弁３、配管２ｂを介して、シスターンタンク５に給水される。
なお、シスターンタンク５に給水されシスターンタンク５の水位が上昇すると、シスターンタンク５の水位とタンク６の水位（排気配管６ａの水位）との高低差により、シスターンタンク５内の液体がタンク給水配管５ｂを自然落下してタンク６に給水される。
そして、シスターンタンク５の水位が所定値以上となると、制御装置Ｓは電磁弁２を閉状態として、シスターンタンク５への給水を停止させる。

ここで、タンク６の水位が、出湯配管６ｂとタンク６との接続部と同程度になると、ポンプ７は出湯配管６ｂから空気を吸い込み、ポンプ７がエア噛み運転を起こしてしまう。また、タンク６の水位が、出湯配管６ｂとタンク６との接続部以下になると、とタンク６から出湯できなくなる。
このようなポンプ７のエア噛み運転を防止するために、また、出湯を確実に行うために、定流量弁３の調整流量は、タンク６からポンプ７が取り出す流量より多くして、タンク６内の水位が出湯配管６ｂとタンク６との接続部以下とならないように設定される。なお、給水端末Ｘと浴槽Ｙへの同時供給時において、給水端末Ｘ側の流量の低下を減少させるためには、定流量弁３の調整流量は、少ないほうが望ましい。すなわち、「定流量弁３の調整流量」＝「タンク６からポンプ７が取り出す流量」とすることが望ましい。

このように、本実施形態では、通常運転時において、シスターン給水配管１ａへの給水流量を定流量弁３で絞ることができ、給水端末Ｘと浴槽Ｙへの同時供給時において、給水端末Ｘ側の流量の低下を防止でき、使用者にとっての使用感が良好となる。特に、給水端末Ｘとして、多くの流量が求められる端末（例えば、シャワー）である場合には、その効果が顕著になる。
また、定流量弁３で電磁弁２を流れる給水流量を絞ることにより、電磁弁２を開状態から閉状態とした際に生じるウォータハンマ（水撃）を低減することができる。
また、配管２ｂからシスターンタンク５内に給水する際、配管２ｂからシスターンタンク５内の液面に落水することにより音（給水音）が発生するが、定流量弁３で給水流量を絞ることにより、給水音を低減することができる。
ちなみに、配管２ｂの先をシスターンタンク５内で下垂させて、シスターンタンク５の底の方で配管２ｂを開口させると、液面に落下することにより発生する音の発生を防ぐことができる。

＜タンク給水時＞
次に、給湯機１０の据付時やタンク６内の液体を排水してメンテナンスを行った後のように、タンク６が満水でない状態から給水してタンク６を満水にするタンク給水時について説明する。
本実施形態では、定流量弁３で流量を絞っていることから、シスターンタンク５を介してタンク６を満水とするのに時間を要する。このため、バイパス開閉弁４を開状態にしてシスターンタンク５に給水する。すなわち、バイパス開閉弁４が手動弁である場合には、操作作業者は、バイパス開閉弁４を開状態とする。バイパス開閉弁４が電磁弁である場合には、給湯機１０の制御装置Ｓはバイパス開閉弁４を開状態とする。
すると、電磁弁２が開状態とした状態において、給水配管１、シスターン給水配管１ａ、電磁弁２を通り、供給された水の大部分は、定流量弁３が配置されていないバイパス回路であるバイパス配管４ａ、バイパス開閉弁４、バイパス配管４ｂ、配管２ｂを通ってシスターンタンク５に給水される。また、供給された水の一部は、配管２ａ、定流量弁３、配管２ｂを通り、シスターンタンク５に給水される。

制御装置Ｓは、水位センサ５ｓを介してシスターンタンク５の水位を監視して、シスターンタンク５の水位が所定値以上となると、制御装置Ｓは、電磁弁２を閉状態として、シスターンタンク５への給水を停止させる。そして、制御装置Ｓは、バイパス開閉弁４が電磁弁である場合にはバイパス開閉弁４を閉状態とし、バイパス開閉弁４が手動弁である場合には操作作業者にバイパス開閉弁４を開状態とするよう促すため、例えば、リモコン（図示せず）にその旨を表示する。

このように、タンク給水時において、シスターン給水配管１ａからの給水の大部分は、定流量弁３をバイパスするバイパス回路（バイパス配管４ａ、バイパス開閉弁４、バイパス配管４ｂを有する回路）を介してシスターンタンク５に給水される。このように、タンク給水時は、シスターンタンク５（タンク６）への給水流量を多くすることにより、タンク６を満水とするまでに掛かる時間を短縮することができ、給湯機１０の施工性やメンテナンス性が向上する。
なお、タンク給水時において使用者が給水端末Ｘを使用すると給水端末Ｘ側の流量が低下する場合があるが、給湯機１０の据付後やメンテナンスを行った後のように限られた場合にのみタンク給水時となるため、頻繁に発生するものではない。また、バイパス回路によりタンク６を満水とするまでに掛かる時間を短縮することができ、使用者が使用感の悪さを感じたりするおそれのある時間を短縮することができる。

≪比較例に係る給湯機≫
ここで、図５を用いて比較例に係る給湯機１０Ｃについて説明する。図５は、比較例に係る給湯機１０Ｃの構成図である。
比較例に係る給湯機１０Ｃと、第１実施形態に係る給湯機１０（図１参照）との差異点は、給湯機１０が備えるバイパス回路（バイパス配管４ａ，４ｂ、バイパス開閉弁４を有する回路）を備えておらず、また、定流量弁３に代えて定流量弁３Ａを備えている点で異なる。他の構成は同一であり説明を省略する。

比較例の定流量弁３Ａは、通常運転時のみならず、タンク給水時に基づいて流量が設定されているため、第１実施形態の定流量弁３と比較して、設定流量が高く設定されている。
このため、通常運転時における給水端末Ｘと浴槽Ｙへの同時供給時において、シスターン給水配管１ａへの給水流量を定流量弁３Ａで十分に絞ることができず、給水端末Ｘと浴槽Ｙへの同時供給時において、給水端末Ｘ側の流量が低下するおそれがある。また、定流量弁３Ａで給水流量を十分に絞ることができず、給水音やウォータハンマを解消することができない。
一方、タンク給水時において、定流量弁３Ａで給水流量が絞られているため、タンク６を満水とするまでに掛かる時間を短縮することができない。

定流量弁３Ａの設定流量を少なくすることにより、通常運転時における給水端末Ｘ側の流量が低下することは解消できるが、タンク給水時においてタンク６を満水とするまでに掛かる時間が増大する。また、定流量弁３Ａの設定流量を多くすることにより、タンク給水時においてタンク６を満水とするまでに掛かる時間を短縮することができるが、通常運転時における給水端末Ｘ側の流量が低下してしまう。
このように、比較例に係る給湯機１０Ｃでは、給水端末Ｘ側の流量低下の防止と、タンク６を満水とするまでに掛かる時間の短縮という課題を両立させることができない。

これに対し、第１実施形態に係る給湯機１０によれば、バイパス開閉弁４を開閉することにより、シスターン給水回路（電磁弁２、定流量弁３、バイパス開閉弁４を有する回路）の給水量を可変させることができる。これにより、タンク給水時にタンク６への給水を迅速に行うことができ、かつ、通常運転時に給水端末Ｘ側の流量の低下を防止し、使用者にとっての使用感が良好な給湯機となる。また、通常運転時に発生する給水音やウォータハンマ（水撃）を低減することができる。

≪第１実施形態の変形例≫
次に、第１実施形態に係る給湯機１０の変形例について、図１，図２（ａ）を参照しつつ、図２（ｂ）から図２（ｄ）を用いて説明する。図２（ａ）は第１実施形態に係る給湯機１０が備えるシスターンタンク５の給水回路を説明する拡大構成図であり、図２（ｂ）は第１変形例に係る給湯機が備えるシスターンタンク５の給水回路の拡大構成図であり、図２（ｃ）は第２変形例に係る給湯機が備えるシスターンタンク５の給水回路の拡大構成図であり、図２（ｄ）は第３変形例に係る給湯機が備えるシスターンタンク５の給水回路の拡大構成図である。
なお、図１に示すように、シスターンタンク５は、オーバーフロー配管５ａと、排気配管６ａとが接続されているが、図２においてはこの点の図示を省略する。また、各変形例におけるその他の構成は、第１実施形態（図１参照）と同様であり、説明を省略する。

図２（ｂ）に示す第１変形例に係る給湯機は、図２（ａ）に示す第１実施形態に係る給湯機１０（図１参照）の構成に加え、電磁弁２の上流側であるシスターン給水配管１ａ上に定流量弁９が設けられている。
ここで、定流量弁３は、前述のように、通常運転時に給水する流量に基づいて設定されている（例えば、１２Ｌ／ｍｉｎ）。また、定流量弁９は、タンク給水時に給水する流量に基づいて設定されている（例えば、２５Ｌ／ｍｉｎ）。
このように定流量弁９を設けることにより、例えばバイパス開閉弁４が電磁弁であって開弁状態のまま故障した場合や、例えばバイパス開閉弁４が手動弁であって閉め忘れた場合において、大流量でシスターンタンク５に給水されることを防止することができる。

また、定流量弁９は、第１変形例（図２（ｂ）参照）に係る給湯機に示すシスターン給水配管１ａ上に取り付けるだけでなく、図２（ｃ）に示す第２変形例に係る給湯機のように、バイパス配管４ｂ上に取り付けてもよい。なお、タンク給水運転時のシスターンタンク５への給水流量は、定流量弁３の設定流量と定流量弁９の設定流量との和に略等しい。

また、図２（ｄ）に示す第３変形例に係る給湯機のように、バイパス配管４ａの上流側の接続位置が、電磁弁２の上流側に設けられていてもよい。
このように構成することで、タンク給水運転時には、電磁弁２の開閉によらずシスターンタンク５およびタンク６に給水することができる。
電磁弁２は、前述のように、制御装置Ｓ（図示せず）の指令に従って開閉が制御される。このため、第１実施形態に係る給湯機１０において、給湯機１０に電力供給して制御装置Ｓを起動させた後、電磁弁２の開閉制御が可能となりタンク給水運転を行うことになる。これに対し、第３変形例に係る給湯機によれば、バイパス配管４ａが電磁弁２よりも上流側と接続されているため、電磁弁２の開閉状態によらず、シスターンタンク５およびタンク６に給水することができる。

≪第２実施形態≫
次に、図３を用いて第２実施形態に係る給湯機１０Ａについて説明する。
第２実施形態に係る給湯機１０Ａと第１実施形態に係る給湯機１０（図１参照）との差異点は、電磁弁２、定流量弁３、バイパス回路（バイパス配管４ａ，４ｂ、バイパス開閉弁４を有する回路）に代えて、流量調整弁１１を備えている。その他の構成は、第１実施形態（図１参照）と同様であり、説明を省略する。

流量調整弁１１は、ステッピングモータなどにより流量調整可能な電動弁であり、給湯機１０Ａの制御装置Ｓ（図示せず）により、弁の開度、即ち、流量が制御される。
シスターンタンク５内の水位が所定値未満となると、制御装置Ｓは流量調整弁１１を所定に開弁する。流量調整弁１１を開弁することにより、給水配管１、シスターン給水配管１ａ、配管２ｂを介して、シスターンタンク５に給水される。
そして、シスターンタンク５の水位が所定値以上となると、制御装置Ｓは流量調整弁１１を閉弁して、シスターンタンク５への給水を停止させる。

据付時やメンテナンス時などのタンク６を満水にするタンク給水運転時において、流量調整弁１１は、流量が多くなるように制御される。これにより、シスターンタンク５（タンク６）への給水流量が増えるため、給水時間を短縮することができる。

また、タンク６満水後の通常運転時において、流量調整弁１１は、流量が少なくなるように制御される。ここで、通常運転時における流量調整弁１１の調整流量は、ポンプ７のエア噛み運転を防止するために、タンク６からポンプ７が取り出す流量より多くして、タンク６内の水位が出湯配管６ｂとタンク６との接続部以下とならないようにする。なお、給水端末Ｘと浴槽Ｙへの同時供給時において、給水端末Ｘ側の流量の低下を減少させるためには、流量調整弁１１の調整流量は、少ないほうが望ましい。すなわち、「流量調整弁１１の調整流量」＝「タンク６からポンプ７が取り出す流量」とすることが望ましい。

これにより、通常運転時において、シスターンタンク５への給水量が低下することで、給水端末Ｘの使用者の使用感を損なうことがない。また、シスターンタンク５への給水量を低下させることで、シスターンタンク５への給水音を低減することができると共に、流量調整弁１１の閉弁時に生じるウォータハンマ現象を低減させることができる。

≪第３実施形態≫
そして、図４を用いて第３実施形態に係る給湯機１０Ｂについて説明する。
第３実施形態に係る給湯機１０Ｂと第１実施形態に係る給湯機１０（図１参照）との差異点は、バイパス配管４ｂの下流側が配管２ｂに合流してシスターンタンク５へ接続されているのに対し、第３実施形態に係る給湯機１０Ｂでは、バイパス配管４ｂの下流側が配管２ｂに合流せず直接シスターンタンク５に導かれている。なお、第１実施形態の各変形例（図２（ｂ）〜（ｄ）参照）においても、同様に、バイパス配管４ｂの出口側を配管２ｂに合流せず、直接シスターンタンク５と接続する構成としてもよい。

なお、本実施形態に係る給湯機は、上記実施形態の構成に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の変更が可能である。
例えば、給水端末Ｘは蛇口として説明したが、タンク６内の高温の液体と熱交換し、過熱された給水（給湯）を供給する給湯端末（例えば、温水シャワー）であってもよい。また、給水は、水道水や地下水等であってもよい。

１ 給水配管
１ａ シスターン給水配管
１ｂ 端末給水配管
２ 電磁弁（シスターン給水回路）
２ａ 配管（シスターン給水回路）
２ｂ 配管（シスターン給水回路）
３ 定流量弁（シスターン給水回路）
４ バイパス開閉弁（シスターン給水回路、給水量調整機構、弁）
４ａ バイパス配管（シスターン給水回路、給水量調整機構、分岐流路）
４ｂ バイパス配管（シスターン給水回路、給水量調整機構、分岐流路）
５ シスターンタンク
５ｓ 水位センサ
５ａ オーバーフロー配管
５ｂ タンク給水配管
６ タンク
６ａ 排気配管
６ｂ 出湯配管
７ ポンプ
８ 浴槽電磁弁
９ 定流量弁
１０ 給湯機
１０Ａ 給湯機
１０Ｂ 給湯機
１１ 流量調整弁（給水量調整機構）
Ｓ 制御装置
Ｘ 給水端末
Ｙ 浴槽

Claims (2)

1. タンクと、該タンクに給水するシスターンタンクと、該シスターンタンクに給水するシスターン給水回路と、を備え、
   給水配管が分岐して、分岐した一方の給水配管が前記シスターン給水回路に接続され、
   分岐した他方の給水配管が給水端末に接続され、
   前記シスターン給水回路は、
   前記シスターンタンクの手前で分岐する分岐流路を有し、
   少なくとも一方の分岐流路に弁が配置され、
   前記シスターンタンクへの給水量を可変に制御する
   ことを特徴とする給湯機。
2. 前記シスターン給水回路は、前記シスターンタンクへの給水量を可変に制御する給水量調整機構を備えている
   ことを特徴とする請求項１に記載の給湯機。

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