JP5556728B2 - 貯湯式給湯機 - Google Patents

Description

本発明は、貯湯式給湯機に関する。

ヒートポンプ式給湯機では、一般に、一日に予想される使用量をヒートポンプを用いて沸き上げて貯湯タンクに貯留し、その後は貯湯タンク内の湯を給湯に供する。このため、予想量を超える湯の消費が求められたときには、必然的にお湯が不足する場合がある。また、湯を過剰に沸き上げてもランニングコストが増加してしまう。例えば、特許文献１に記載された貯湯式給湯機では、過去数日間の使用熱量と外気温、および前日の外気温度推移より一日に必要な目標蓄熱量を算出し、タンク内に貯湯する沸き上げ動作を行っている。

特開２００５-２５７２１３号公報

しかしながら、夏場などは湯張りを行わずにシャワーのみを使用している家庭等において、上記のように過去の使用熱量より一日に沸き上げる必要な目標蓄熱量を算出する場合には、秋や冬などへの季節の変わり目を迎え、給湯機の最も大きな給湯負荷となる湯張りを突然行うようになった場合に、これまでより多くの熱量を使用することによる湯切れが発生する可能性が高い。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、季節の変わり目に発生しやすい突発的な湯張り要求に対して湯切れのないように沸き上げを制御す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、貯湯タンク内の水を加熱手段により加熱して湯にする沸き上げ運転と、貯湯タンク内に蓄えられた熱量を浴槽内に供給する湯張り運転と、を実行可能な貯湯式給湯機であって、過去数日間の使用熱量に基づいて、貯湯タンク内に一括して蓄える蓄熱量を演算する蓄熱量演算手段と、沸き上げ運転により貯湯タンク内に蓄熱量を一括して蓄える一括沸き上げ手段と、外気温度を検知する外気温度検知手段と、
過去数日間における湯張り運転の実行有無を判定する判定手段と、過去所定期間における外気温度の最低温度が所定の基準値以下であり、且つ、判定手段により湯張り運転の実行がないと判定された場合に、一括沸き上げ手段による蓄熱量を所定量増量する補正手段と、を備えるものである。

本発明によれば、季節の変わり目に発生しやすい突発的な湯張り要求に対して湯切れのないように沸き上げを制御する貯湯式給湯機を提供することができる。

本発明の実施の形態１における貯湯式給湯機の構成図である。 本発明の実施の形態１において実行されるルーチンを示すフローチャートである。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して、重複する説明を省略する。また、この実施の形態により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１によるヒートポンプ式給湯機の一例を示す構成図である。この図に示すヒートポンプ式給湯機１２０は、市水等の低温水を熱源機で湯に沸き上げて所望箇所に給湯する機能と、浴槽１５０に適温の温水を供給する機能と、浴槽１５０で用いられた浴水１５０ａを追焚きする機能とを有するものである。当該ヒートポンプ式給湯機１２０は、ヒートポンプユニット１０と給湯ユニット１００とを備えている。以下、ヒートポンプ式給湯機１２０の各構成要素について説明する。

ヒートポンプユニット１０は、冷媒を圧縮する圧縮機１と、沸上げ用熱交換器３と、膨張弁５と、蒸発器７と、これらを環状に接続する循環配管９とによって構成された冷凍サイクルシステムを有し、熱源機として機能する。上記の冷凍サイクルシステムでは、冷媒が圧縮機１で圧縮されて高温、高圧となった後に沸上げ用熱交換器３で放熱し、膨張弁５で減圧され、蒸発器７で吸熱してガス状態となって圧縮機１に吸入される。また、ヒートポンプユニット１０は、外気温度センサ１ｂを用いて外気温度などを検知するＨＰＵ制御部１ａを備えている。ＨＰＵ制御部１ａは、給湯ユニット１００の制御部９０と接続されており、制御部９０との間で沸き上げ動作指示や外気温度などの情報に関するデータの送受信を行っている。

一方、給湯ユニット１００は、貯湯タンク２０、給水管路３０、加熱循環管路４０、熱源用循環管路５０、追焚き用循環管路６０、追焚き用熱交換器６５、給湯管路８０、および上述した制御部９０を有している。貯湯タンク２０は、ステンレスによって形成され、給水管路３０から供給される水を貯留すると共にヒートポンプユニット１０で沸き上げられた湯を貯留するものであり、常に満水状態に保たれる。また、貯湯タンク２０には、第１残湯温度センサ２８ａ、第２残湯温度センサ２８ｂ、第３残湯温度センサ２８ｃ、第４残湯温度センサ２８ｄ、第５残湯温度センサ２８ｅ、および第６残湯温度センサ２８ｆが、貯湯タンク２０の上部より縦方向に、例えば０Ｌ、５０Ｌ、１００Ｌ、１５０Ｌ、２４０Ｌ、３２０Ｌとなる位置に設置されている。制御部９０は、各残湯温度センサ２８によって検知された温度情報を用いて、現在の貯湯タンク２０内の蓄熱量を算出している。

給水管路３０は、市水等の低温水を貯湯タンク２０、第１混合弁７５ａ，第２混合弁７５ｂ、給湯栓１６０に供給する管路であり、第１〜第４給水管部３０ａ〜３０ｄと水圧を所定値以下にする減圧弁２５とを含んでいる。具体的には、第１給水管部３０ａは水道等の水源（図示せず）と減圧弁２５とを繋ぎ、第２給水管部３０ｂは減圧弁２５と貯湯タンク２０の下部とを繋ぎ、第３給水管部３０ｃは減圧弁２５と第１，第２混合弁７５ａ，７５ｂとを繋いでいる。また、第４給水管部３０ｄは第１給水管部３０ａから分岐して該第１給水管部３０ａと給湯栓１６０とを繋いでいる。更に、第１給水管部３０ａには給水温度センサ３１が設置されており、制御部９０は当該給水温度センサ３１のセンサ値を検知している。

加熱循環管路４０は、貯湯タンク２０の下部から水を取水して貯湯タンク２０の上部から該貯湯タンク２０に戻す管路であり、往き管４０ａ，戻り管４０ｂ、および沸上げ用送水ポンプ３５を含んでいる。具体的には、往き管４０ａは貯湯タンク２０の下部と沸上げ用熱交換器３とを繋ぎ、戻り管４０ｂは沸上げ用熱交換器３と貯湯タンク２０の上部とを繋いでいる。また、沸上げ用送水ポンプ３５は、往き管４０ａの途中に設けられている。

熱源用循環管路５０は、貯湯タンク２０の上部から湯を取水して貯湯タンク２０の下部から該貯湯タンク２０に戻す管路であり、往き管５０ａ，戻り管５０ｂ、および熱源用送水ポンプ４５を含んでいる。具体的には、往き管５０ａは貯湯タンク２０の上部と追焚き用熱交換器６５の上部とを繋ぎ、戻り管５０ｂは追焚き用熱交換器６５の下部と貯湯タンク２０の下部とを繋いでいる。また、熱源用送水ポンプ４５は、戻り管５０ｂの途中に設けられている。

追焚き用循環管路６０は、浴槽１５０の側部から浴水１５０ａを取水して浴槽１５０の側部から該浴槽１５０に戻す管路であり、往き管６０ａ、戻り管６０ｂ、および追焚き用送水ポンプ５５を含んでいる。具体的には、戻り管６０ｂは、浴槽１５０の側部と追焚き用熱交換器６５の下部にある浴槽側入口とを繋ぎ、往き管６０ａは、追焚き用熱交換器６５の上部にある浴槽側出口と浴槽１５０の側部とを繋いでいる。また、追焚き用送水ポンプ５５は戻り管６０ｂの途中に設けられている。

追焚き用熱交換器６５は、複数の伝熱プレートが該追焚き用熱交換器６５での高さ方向に積層されたプレート式熱交換器であり、熱源用循環管路５０を流れる湯と追焚き用循環管路６０を流れる浴水１５０ａとの間で熱交換を行って浴水１５０ａを加温する。

また、給湯管路８０は、貯湯タンク２０に貯留された湯を浴槽１５０と給湯栓１６０に供給するものであり、第１〜第３給湯管部８０ａ〜８０ｃ、第１混合弁７５ａ、および第２混合弁７５ｂを含んでいる。具体的には、第１給湯管部８０ａにおける貯湯タンク２０側の端部は熱源用循環管路５０の往き管５０ａと共用される共用管路になっており、当該第１給湯管部８０ａでの下流側端部は２つの流路に分岐して一方が第１混合弁７５ａに、他方が第２混合弁７５ｂにそれぞれ接続されている。また、第２給湯管部８０ｂは、第１混合弁７５ａと追焚き用循環管路６０での往き管６０ａとを繋いでおり、追焚き用循環管路６０は給湯管路８０の一部となっている。第１給湯管部８０ａ、第１混合弁７５ａ、第２給湯管部８０ｂ、および追焚き用循環管路６０により、貯湯タンク２０内の湯を浴槽１５０に給湯する注湯管路が構成されている。第２給湯管部８０ｂには、ふろ流量センサ８１とふろ往き温度センサ８２とが設置されている。また、戻り管６０ｂには、ふろ戻り温度センサ６１が設置されており、制御部９０はこれら各センサの値を検知している。更に、給湯管路８０における第３給湯管部８０ｃの上流端は第２混合弁７５ｂに接続され、当該第３給湯管部８０ｃでの下流側端部は給湯栓１６０に接続されている。また、第３給湯管部８０ｃには、給湯流量センサ３３と給湯温度センサ３２とが設置されており、制御部９０は各センサの値を検知している。

制御部９０は、リモコン操作部９５からユーザにより入力された湯張り湯量、給湯温度等の入力情報に基づいてヒートポンプユニット１０、沸上げ用送水ポンプ３５、熱源用送水ポンプ４５、追焚き用送水ポンプ５５、第１混合弁７５ａ、および第２混合弁７５ｂの動作を制御する。第１混合弁７５ａおよび第２混合弁７５ｂの各々は、電動式の混合弁である。リモコン操作部９５は、制御部９０に有線接続または無線接続されて、制御部９０に対する入力装置として用いられる。また、制御部９０では給水温度センサ３１、給湯温度センサ３２、給湯流量センサ３３、ふろ戻り温度センサ６１、ふろ流量センサ８１、ふろ往き温度センサ８２の各センサの値を検知しており、検知した各センサの値に基づき、貯湯タンク２０より使用した熱量を算出して記憶している。

以上説明した構成を有する貯湯式給湯機１２０では、制御部９０による制御の下にヒートポンプユニット１０および沸上げ用送水ポンプ３５が動作して、沸上げ運転が行われる。このとき、貯湯タンク２０の下部から取水された水は、加熱循環管路４０を流れて沸上げ用熱交換器３を通過する過程で湯に沸き上げられ、貯湯タンク２０の上部から貯湯タンク２０に戻される。加熱循環管路４０の往き管４０ａの下流側端部には、温度センサ（図示省略）が設けられており、制御部９０は、この温度センサの検知温度を監視して該検知温度が所定温度になると沸上げ運転を終了させる。

ユーザがリモコン操作部９５から湯張りを指示すると、制御部９０により第１混合弁７５ａの動作が制御され、貯湯タンク２０内の湯が市水と混合されて所定の湯温に調整されて浴槽１５０に所定量給湯される。また、ユーザが給湯栓１６０を開にすると、制御部９０により第２湯水混合弁７５ｂの動作が制御され、貯湯タンク２０内の湯が市水と混合されて所定の湯温に調整されて当該給湯栓１６０から給湯される。湯張りが完了すると、制御部９０に湯張りした実績が記憶される。

そして、ユーザがリモコン操作部９５から浴水１５０ａの追焚きを指示すると、制御部９０による制御の下に熱源用送水ポンプ４５および追焚き用送水ポンプ５５が動作して、追焚き運転が行われる。このとき、貯湯タンク２０の上部から取水された湯が熱源用循環管路５０を流れて貯湯タンク２０の下部から該貯湯タンク２０に戻される一方で、浴槽１５０から取水された浴水１５０ａが追焚き用循環管路６０を流れて浴槽１５０に戻される。これにより、追焚き用熱交換器６５では、熱源用循環管路５０を流れる湯と追焚き用循環管路６０を流れる浴水１５０ａとの間で熱交換が行われて浴水１５０ａが追焚きされる。制御部９０は、戻り管６０ｂに設けられたふろ戻り温度センサ６１の検出値が所定温度になると追焚き運転を終了させる。

次に、図２を参照して、本発明の実施の形態に係るヒートポンプ給湯機の特徴的動作について具体的に説明する。図２は、本発明の実施の形態に係るヒートポンプ給湯機が目標蓄熱量を算出するためのルーチンを示すフローチャートである。以下、図２に示すフローチャートを中心にその目標蓄熱量の決定方法の詳細について説明する。

先ず、ステップＳ１にて、一定期間の使用熱量と水温より目標蓄熱量Ｑを算出し、ステップＳ２へ移行する。例えば、過去７日間の使用熱量で最大の使用熱量または平均の使用熱量を目標蓄熱量Ｑとしてもよい。また、日々の使用熱量のばらつきなどを考慮し、湯切れしないように目標蓄熱量に少しマージンを追加するのもよい。

ステップＳ２では、一定期間の最低外気温度が所定温度以下であった場合、ステップＳ３へ移行する。例えば、当日を含む過去３日間の最低外気温が２０℃以下である場合などである。一定期間の外気温度が所定温度以上であった場合は、夏から冬への季節の変わり目ではなく、日々のお湯の使い方に変化が生じる可能性は低い。無駄な沸き上げによるランニングコストの増加を抑制するため、ステップＳ１にて算出した蓄熱量Ｑにて目標蓄熱量算出フローを終了する。尚、本ステップでは、最低外気温度が所定温度以下であった場合、ステップＳ３へ移行しているが、カレンダー機能を有している場合は、所定期間内（例えば９月から１２月の期間中）であれば、ステップＳ３へ移行、所定期間外の場合（例えば１月から８月の期間中）はフローを終了としてもよい。

ステップＳ３では、一定期間、湯張りを完了した実績がない場合、ステップＳ４へ移行する。例えば、過去７日間に湯張りを完了した実績が１度もない場合などである。また、一定期間に湯張りした実績がある場合は、ステップＳ１にて算出した目標蓄熱量Ｑに湯張りの熱量が含まれているため、一日の目標蓄熱量の算出フローを終了とする。

ステップＳ４では、一定期間、一度に湯張りに相当する熱量が使用されていない場合、ステップＳ５へ移行する。例えば、過去７日間に一度の給湯で４２℃１８０Ｌに相当する熱量の使用が１度もない場合などである。また、一定期間、一度の給湯で湯張りに相当する熱量が使用されていた場合には、リモコン操作部からの湯張りではなく、蛇口などからの給湯を行い湯張りを行ったと推定することができる。この場合、ステップＳ１にて算出した目標蓄熱量Ｑに湯張りした熱量が含まれていることとなるため、目標蓄熱量の算出フローを終了とする。尚、本ステップでは、一度に湯張りに相当する熱量の使用ではなく、単位時間あたりに湯張りに相当する熱量の使用としてもよい。例えば、過去７日間に、３０分間で４２℃の１８０Ｌ以上に相当する熱量の使用がない場合、ステップ５へ移行する。

ステップＳ５では、ステップＳ１にて算出した目標蓄熱量Ｑに湯張りに使用する熱量を追加する。例えば、４２℃１８０Ｌの熱量を想定して目標蓄熱量に追加することとしてもよいし、また、リモコンで設定されている湯張り量と湯張り温度より算出される熱量を追加してもよい。また、湯張りに使用する熱量だけでなく、追焚きに使用する熱量を追加してもよい。

制御部９０は上記により算出される目標蓄熱量Ｑの値に基づき、貯湯タンク２０内の残蓄熱量を考慮した上で、目標蓄熱量Ｑが確保できるように一括して沸き上げ運転動作を行う。本ステップによる目標蓄熱量Ｑの算出は、例えば深夜時間帯開始時や深夜時間帯終了時などの特定の時間に行ってもよい。また常に更新させてもよい。

以上説明したとおり、本実施の形態のヒートポンプ給湯機によれば、一定期間の最低外気温度が所定温度以下であり、且つ一定期間に湯張りおよび湯張り相当の熱量の使用がない場合に、目標蓄熱量Ｑに湯張りに使用する熱量が追加される。これにより、季節の変わり目に発生しやすい突発的な湯張り要求を予測して、湯切れのないように沸き上げを制御することが可能となる。

１ｂ 外気温度センサ
１０ ヒートポンプユニット
２０ 貯湯タンク
９０ 制御部
１００ 給湯ユニット
１２０ ヒートポンプ式給湯機
１５０ 浴槽

Claims (4)

1. 貯湯タンク内の水を加熱手段により加熱して湯にする沸き上げ運転と、前記貯湯タンク内に蓄えられた熱量を浴槽内に供給する湯張り運転と、を実行可能な貯湯式給湯機であって、
   過去数日間の使用熱量に基づいて、前記貯湯タンク内に一括して蓄える蓄熱量を演算する蓄熱量演算手段と、
   前記沸き上げ運転により前記貯湯タンク内に前記蓄熱量を一括して蓄える一括沸き上げ手段と、
   外気温度を検知する外気温度検知手段と、
   前記過去数日間における前記湯張り運転の実行有無を判定する判定手段と、
   過去所定期間における前記外気温度の最低温度が所定の基準値以下であり、且つ、前記判定手段により前記湯張り運転の実行がないと判定された場合に、前記一括沸き上げ手段による前記蓄熱量を所定量増量する補正手段と、
   を備えることを特徴とする貯湯式給湯機。
2. 前記補正手段は、前記所定量として前記湯張り運転に要する蓄熱量分を増量することを特徴とする請求項１記載の貯湯式給湯機。
3. 前記湯張り運転は、前記浴槽内の湯水に熱量を供給する追焚き運転を含むことを特徴とする請求項１または２記載の貯湯式給湯機。
4. 前記湯張り運転は、前記貯湯タンク内に蓄えられた熱量が単位時間当たりに所定量以上供給される運転を含むことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載の貯湯式給湯機。

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