JP5593142B2

JP5593142B2 - 給湯システム

Info

Publication number: JP5593142B2
Application number: JP2010149908A
Authority: JP
Inventors: 訓永田; 堀　　宏展; 信二山脇; 理芳井; 亘彦戸田; 慎也澤田
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2010-06-30
Filing date: 2010-06-30
Publication date: 2014-09-17
Anticipated expiration: 2030-06-30
Also published as: JP2012013309A

Description

本発明は、例えばヒートポンプを用いて沸き上げた湯を貯湯タンクに貯めて給湯する加圧式給湯器、及びガス給湯器などの補助給湯器を連携させて給湯する給湯システムに関する。

従来から、ヒートポンプ等の加圧機により水を湯に沸き上げて貯湯タンクに貯湯し、カラン、浴槽や食洗機等の湯使用端末に給湯する貯湯式の給湯システムが使用されている。

この給湯システムは、加圧機によって高圧力をＣＯ_２冷媒などの自然冷媒にかけることで自然冷媒を高温にして、その熱で湯を沸かすものであり、大気熱を利用できるため、より効率的に湯を沸かし、またＣＯ_２排出量も抑えることができるという利点がある。

しかし、このような加圧式の給湯器を用いる給湯システムでは、使用湯量が多くなる場合に、貯湯タンクに貯められた湯のみでは十分でない場合がある。この問題を解消するため、図８に示すような、ガス給湯器７２と加圧式給湯器側の貯湯タンクユニット７３とを組み合わせて給湯する給湯システム７が知られている（例えば、特許文献１参照）。

この給湯システム７において、制御部７１は、貯湯タンクユニット７３に設けられたサーミスタ７４から温度情報を取得し、この温度情報に基づいて貯湯タンクユニット７３内の残湯量を検出する。そして、制御部７１は、貯湯タンクユニット７３の残湯量が少ない場合に、三方弁７５へ弁方向切替命令信号を送信して、電動方式で三方弁７５の弁方向をガス給湯器７２に切替えることで給湯元を貯湯タンクユニット７３からガス給湯器７２に切替えることができる。

特開２００９−９７８０４号公報

しかしながら、上記従来の給湯システム７において、制御部７１は、サーミスタ７４で検出される温度情報に基づいて貯湯タンクユニット７３の残湯量を検出し三方弁７５を切替え制御するため、サーミスタ７４の温度検出では検出できず、実際に貯湯タンクユニット７３に湯が残っている場合でも、給湯元がガス給湯器７２に切替えられてしまうという問題がある。

そして、この場合には、貯湯タンクユニット７３に溜まった湯を充分に使い切れておらず、ガス給湯器７２の使用に切替えている間に貯湯タンクユニット７３では湯からの放熱ロスが発生し、既にヒートポンプ７６を用いて沸かしてある貯湯タンクユニット７３内の湯を無駄にしてしまうという問題がある。

本発明は、上記従来の課題に鑑みてなされたものであり、加圧式給湯器と他の方式の補助給湯器とが連携して給湯する場合に、加圧式給湯器で沸かして既に貯湯タンクに貯められている湯をできるだけ無駄にすることがない給湯システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために請求項１の発明は、貯湯式給湯器と、その他の補助給湯器と、を備え、給湯口への給湯元を前記貯湯式給湯器または補助給湯器のいずれかに切替える給湯システムにおいて、前記貯湯式給湯器の使用湯量から沸上湯量を引いた差分湯量が第１閾値以上となれば、前記補助給湯器へ出湯経路を切替え、その後、前記差分湯量が第２閾値未満となれば前記貯湯式給湯器に出湯経路を切替える制御手段を備え、前記制御手段は、前記出湯経路の切替回数に応じて、前記第１閾値、及び前記第２閾値を自動的に最適な値に再設定することを特徴とする。

この給湯システムにおいて、前記制御手段は、さらに、前記貯湯式給湯器の使用湯量と配管及び前記貯湯式給湯器で沸かした湯を貯める貯湯タンクからの放熱に伴い失われる放熱ロス湯量とから前記貯湯式給湯器の沸上湯量を差し引いた差分湯量が第１閾値以上となれば、前記補助給湯器へ出湯経路を切替え、その後、前記差分湯量が第２閾値未満となれば前記貯湯式給湯器に出湯経路を切替えることが好ましい。

この給湯システムにおいて、前記制御手段は、所定期間の経過後に、前記貯湯式給湯器で沸かした湯を貯める貯湯タンク内の残湯量を検出して当該残湯量を前記沸上湯量の初期値とすると共に、前記使用湯量を０に初期化することが好ましい。

この給湯システムにおいて、前記制御手段は、前記第１閾値及び前記第２閾値を、曜日毎または時間帯毎に異なる値に設定することが好ましい。

本発明に係る給湯システムによれば、加圧式給湯器から実際に使用された使用湯量と、ヒートポンプで沸き上げられ貯湯タンクに貯められた沸上湯量との差分湯量を算出し、この差分湯量が所定の閾値以上となれば補助給湯器へ出湯経路を切替え、その後、差分湯量が所定の閾値未満となれば貯湯式給湯器に出湯経路を切替える。このため、加圧式給湯器のヒートポンプを用いて既に沸き上げられ、貯湯タンクに貯められている湯を限界まで使用して、貯湯タンク内の湯が無駄になるのを防止できる。

本発明の実施形態に係る給湯システムの全体構成図。同給湯システムにおけるＥＣＵ基板及び三方弁の機能ブロック図。同給湯システムの動作手順を示すフローチャート。実施形態の変形例１に係る給湯システムの動作手順を示すフローチャート。実施形態の変形例２に係る給湯システムの動作手順を示すフローチャート。実施形態の変形例３に係る給湯システムの動作手順を示すフローチャート。本発明の実施形態に係る給湯システムにおいてリモコンを用いる場合の全体構成図。従来の給湯システムの構成の一例を示す図。

本発明の実施形態に係る給湯システムに関して図面を参照して説明する。
図１に示すように、給湯システム１は、ガス給湯器（補助給湯器）２と、給湯元を切替える三方弁３と、加圧式給湯器（貯湯式給湯器）４と、給湯口５と、給湯配管６ａ、６ｂ、６ｃとを備える。

ガス給湯器２は、所定条件で加圧式給湯器４に替わって使用される補助給湯器であり、都市ガスやプロパンガスなどのガスと水道とを用いて湯を沸かす給湯器である。なお、本実施形態の説明では補助給湯器をガス給湯器２としているが、その他の電気給湯器や石油給湯器などとすることも可能である。

三方弁３は、３方向に湯の出入口を有する弁であり、ガス給湯器２と、貯湯タンクユニット７と、給湯口５との３方向を接続する。三方弁３は、ＥＣＵ基板８から送信される弁方向切替命令信号に基づいて、給湯口５の給湯元を自動的にガス給湯器２若しくは貯湯タンクユニット７に切替える機能を有している。

加圧式給湯器４は、貯湯タンクユニット７及びヒートポンプ９から構成され、この貯湯タンクユニット７は、ヒートポンプ９に給水すると共に、高性能な真空断熱材を用いてヒートポンプ９で加熱された湯を保温しながら貯留する機能を有する。

給湯口５は、蛇口であり、シンクや浴室内に取り付けられ、ハンドル操作によって洗浄や入浴のため湯を吐水する。給湯配管６ａは、貯湯タンクユニット７に貯められた高温湯を給湯口５側に給湯するための配管、給湯配管６ｂは、ガス給湯器２で沸かされた湯を給湯口５側に給湯するための配管、給湯配管６ｃは、三方弁３から給湯口５に給湯するための配管である。

ＥＣＵ（Electronic Control Unit）基板８は、所定条件で三方弁３の弁方向を切替えて給湯元を制御する命令信号を三方弁３に送信する。また、ＥＣＵ基板８は、比較的高温環境となる貯湯タンクユニット７に取り付けても障害を生じない耐熱性を有している。なお、ＥＣＵ基板８は、加圧式給湯器４の貯湯タンクユニット７に一体的に備え付けても構わないし、加圧式給湯器４とは別体としても構わない。

ヒートポンプ（加熱源）９は、自然冷媒（CO₂）を用いた熱交換式の電気給湯器であり、大気の熱を自然冷媒に移し、その熱で貯湯タンクユニット７から循環する水を加熱する。ヒートポンプ９は、加熱した湯を貯湯タンクユニット７に送るポンプを有し、加熱された湯は貯湯タンクユニット７に貯められる。サーミスタ１０は、例えば半導体などの電気抵抗が温度で変化することを利用して温度を測る温度センサであり、貯湯タンクユニット７の側壁に上部から下部にかけて、複数備えられる。

次に、三方弁３及びＥＣＵ基板８の機能構成に関して説明する。ＥＣＵ基板８は、図２に示すように、沸上湯量検出部８ａ、使用湯量検出部８ｂ、判定部８ｃ、及び送信部８ｄを備える。沸上湯量検出部８ａは、貯湯タンクユニット７に複数箇所設けられたサーミスタ１０からの温度情報に基づいて、ヒートポンプ９で沸き上げられた湯量を検出する。使用湯量検出部８ｂは、給湯配管６ａの途中に設けられた羽根車式の流量計などからの流量測定値、若しくは貯湯タンクユニット７に複数箇所設けられたサーミスタ１０からの温度情報に基づいて、加圧式給湯器４側から使用された使用湯量を検出する。

判定部８ｃは、使用湯量検出部８ｂにおいて検出される使用給湯から沸上湯量検出部８ａにおいて測定される沸上湯量を差し引いた差分湯量を算出し、この差分湯量が所定の閾値以上若しくは所定の閾値未満となるかを判定する。判定部８ｃは、この判定結果に基づいて、三方弁３の弁方向を変動させる弁方向切替命令信号を生成する。なお、この命令信号は、例えば、三方弁３において、給湯元を貯湯タンクユニット７若しくはガス給湯器２とするかを判定できるのに充分なデジタル信号である。送信部８ｄは、三方弁３に弁方向切替命令信号を送信する。

三方弁３は、受信部３ａと弁方向切替部３ｂとを備え、受信部３ａは、ＥＣＵ基板８の送信部８ｄから送信される弁方向切替命令信号を受信する。弁方向切替部３ｂは、受信部３ａで受信した命令信号に基づいて、給湯口５への給湯元をガス給湯器２若しくは貯湯タンクユニット７のいずれかになるように弁方向を電動で切替える。

次に、本実施形態に係る給湯システム１の動作について説明する。図３に示すように、最初に、ＥＣＵ基板８の判定部８ｃは、使用湯量検出部８ｂにおいて測定される実際の使用湯量から、沸上湯量検出部８ａにおいて検出された沸上湯量を差し引いた差分湯量を算出して、この差分湯量が所定の閾値Ａ以上となるか否かを判定する（Ｓ３１）。

次に、判定部８ｃにおいて差分湯量が閾値Ａ以上と判定される場合には（Ｓ３１でＹｅｓ）、送信部８ｄは、三方弁３に弁方向切替命令信号を送信して、弁方向切替部３ｂは、給湯元がガス給湯器２となるように三方弁３の弁方向を切替える（Ｓ３２）。

その後、ＥＣＵ基板８の判定部８ｃは、使用湯量検出部８ｂにおいて測定される実際の使用湯量から、沸上湯量検出部８ａにおいて検出された沸上湯量を差し引いた差分湯量を算出する。そして、この差分湯量が所定の閾値Ｂ未満となる場合（Ｓ３３でＹｅｓ）、送信部８ｄは、三方弁３に弁方向切替命令信号を送信して、弁方向切替部３ｂは、給湯元がガス給湯器２から貯湯タンクユニット７となるように弁方向を切替える（Ｓ３４）。なお、判定部８ｃで使用される閾値Ａは閾値Ｂより大きな値であり、異なる値でとすることで、三方弁３の弁方向が頻繁に変更されることを防止できる。

以上のように、本実施形態に係る給湯システム１において、ＥＣＵ基板８は、使用湯量から沸上湯量を差し引いた差分湯量を計算し、当該差分湯量及び閾値に基づいて、給湯元を貯湯タンクユニット７若しくはガス給湯器２に切替える命令信号を三方弁３に送信する。そして、この命令信号を受信した三方弁３は、給湯元がガス給湯器２又は加圧式給湯器４となるように自動的に弁方向を切替える。このため、本実施形態に係る給湯システム１では、貯湯タンクユニット７に溜まっている湯を充分に使い切ってから、ガス給湯器２に給湯元を切替えることができ、ヒートポンプ９で既に沸かした湯を無駄にすることを防止できる。

（第１の変形例）
本実施形態の第１の変形例について、図４を参照して説明する。なお、本変形例１の給湯システム１の機能構成は上記実施形態と同様であるため、その詳細な説明を省略する。本変形例１において、ＥＣＵ基板８は、沸上湯量や使用湯量のみだけでなく、貯湯タンクユニット７や給湯配管６ａ〜６ｃからの放熱に伴い失われる湯量である放熱ロス湯量も算出することを特徴とする。

本変形例１に係る給湯システム１の動作を説明すると、図４に示すように、最初に、ＥＣＵ基板８の判定部８ｃは、使用湯量検出部８ｂにおいて検出される使用湯量及び放熱ロス湯量の和と、沸上湯量検出部８ａにおいて検出される沸上湯量との差分湯量を算出して、この差分湯量が所定の閾値Ａ´以上となるか否かを判定する（Ｓ４１）。ここで、判定部８ｃは、放熱ロス湯量を、例えばサーミスタ１０を用いた外気温や貯湯タンクユニット７内温度から計算する。

次に、判定部８ｃは、上記差分湯量が閾値Ａ´以上となる場合には（Ｓ４１でＹｅｓ）、送信部８ｄから給湯元をガス給湯器２に切替えるための命令信号を三方弁３に送信する。そして、三方弁３の受信部３ａが命令信号を受信し、弁方向切替部３ｂは、給湯元を貯湯タンクユニット７からガス給湯器２に自動的に切替える（Ｓ４２）。

その後、ＥＣＵ基板８の判定部８ｃは、使用湯量検出部８ｂにおいて測定される実際の使用湯量及び放熱ロス湯量の和から、沸上湯量検出部８ａにおいて検出された沸上湯量を差し引いた差分湯量を算出する。そして、この差分湯量が所定の閾値Ｂ´未満となる場合に（Ｓ４３でＹｅｓ）、判定部８ｃは、送信部８ｄを介して、三方弁３に命令信号を送信し、三方弁３の受信部３ａが命令信号を受信し、弁方向切替部３ｂは、給湯元をガス給湯器２から貯湯タンクユニット７に切替える（Ｓ４４）。なお、判定部８ｃで使用される閾値Ａ´は閾値Ｂ´より大きな値であり、異なる値であるため、三方弁３の弁方向が頻繁に変更されることを防止できる。

以上のように、本変形例１に係る給湯システム１では、使用湯量及び沸上湯量のみでなく放熱ロス湯量も考慮することで、より正確なデータに基づいて、給湯元を貯湯タンクユニット７若しくはガス給湯器２に切替えることができる。その結果、貯湯タンクユニット７に貯められている湯をできるだけ使用することができる。

（第２の変形例）
本実施形態の第２の変形例について、図５を参照して説明する。本変形例２に係る給湯システム１においてＥＣＵ基板８は、タイマ部（図示せず）を備え、使用湯量及び沸上湯量を初期化することを特徴とする。

本変形例２に係る給湯システム１の初期化動作を説明すると、最初に、図５に示すように、ＥＣＵ基板８は、タイマ部を用いて予め設定される規定期間（例えば２４時間、１ヶ月等）が経過したか否かを検出する（Ｓ５１）。そして、規定期間が経過したときに（Ｓ５１でＹｅｓ）、ＥＣＵ基板８は、貯湯タンクユニット７に複数備わるサーミスタ１０を用いて、貯湯タンクユニット７の残湯量を検出し、この残湯量を沸上湯量として沸上湯量検出部８ａに設定し、また、使用湯量検出部８ｂにおける使用湯量を０に初期化する（Ｓ５２）。

これは、ＥＣＵ基板８の沸上湯量検出部８ａで検出される沸上湯量及び使用湯量検出部８ｂで検出される使用湯量は、例えば加算的に蓄積されるデータであるため、時間が経過するにつれて実際の湯量との誤差が拡がる傾向がある。従って、本変形例２に係る給湯システム１では、規定期間内で使用湯量及び沸上湯量を初期化することで実際の湯量との誤差を低減でき、弁の切替え命令の精度を向上できる。

（第３の変形例）
本実施形態の第３の変形例について、図６を参照して説明する。本変形例３の給湯システム１の機能構成は上記実施形態と同様であるため、その詳細な説明を省略する。本変形例３に係る給湯システム１の動作を説明すると、最初に、図６に示すように、ＥＣＵ基板８の判定部８ｃは、三方弁３の切替回数を０の状態にして（Ｓ６１）、閾値Ａ及びＢを最適化する規定期間（例えば１日や１時間）以内である場合に（Ｓ６２でＹｅｓ）、ＥＣＵ基板８から命令信号を受けて三方弁３での弁方向の切替えが生じたか否か判定する（Ｓ６３）。

そして、三方弁３の弁方向の切替えが生じた場合（Ｓ６３でＹｅｓ）、判定部８ｃは、カウントしている弁の切替回数を１回インクリメントして（Ｓ６４）、差分湯量の補正値α及びβを判定して、新たな閾値Ａ＋α、Ｂ＋βを算出する（Ｓ６５）。その後、判定部８ｃは、この補正処理を規定時間内（Ｓ６２でＹｅｓ）において繰り返し、規定期間内での弁の切替回数に基づいて、閾値をＡ＋α、Ｂ＋βとして最適化する。

具体的には、本変形例３に係る給湯システム１のＥＣＵ基板８では、規定期間内の弁の切替回数が多いときには、補正値α、βを用いて、差分湯量の閾値Ａ，Ｂを上げて、三方弁３の切替回数を少なくする。このことで、ガス給湯器２の起動回数を減らし、起動初期のエネルギー損失を減らすことができる。

また、ＥＣＵ基板８は、規定期間の長さによって、Ｓ６５における弁の切替回数の大小の判断する値が変化させる。例えば、ＥＣＵ基板８は、規定期間が１日の場合に弁の切替回数が５回以上であれば多いと判断し、規定期間が１時間の場合に弁の切替回数が２回以上であれば多いと判断するように設定される。

一方、ＥＣＵ基板８は、規定期間内の弁の切替回数が０回のときには、加圧式給湯器４に使用できる湯があるが、ガス給湯器２からの湯を使っている場合があるため、補正値α，βを用いて差分湯量の閾値Ａ，Ｂを下げて、加圧式給湯器４からの湯の使用量を増やすことが可能となる。

このように、本変形例３では、頻繁に三方弁３の切替えが発生する場合、閾値Ａ、Ｂを補正値α、βを用いて増加させることで、三方弁３の弁の切替回数を少なくすることができ、ガス給湯器２の使用頻度を減らすことができる。一方、三方弁３の切替えが発生しにくい場合、閾値Ａ、Ｂを補正値α、βを用いて減少させることで、弁の切替回数を多くするように最適化できる。

（第４の変形例）
本実施形態の第４の変形例について、図７を参照して説明する。本変形例４の給湯システム１の機能構成は上記実施形態と同様であるため、その詳細な説明を省略する。本変形例４に係る給湯システム１は、ＥＣＵ基板８において用いる湯量の差分湯量の閾値Ａ及び閾値Ｂ（若しくは閾値Ａ´及び閾値Ｂ´）を、下記の［表１］、［表２］に示すように、曜日毎や規定時間毎によって、異なる値に設定することを可能とする。なお、上記変形例３に示す閾値の最適化処理の計算結果に基づいて［表１］、［表２］の値を設定することで、より有効な閾値となる。

例えば、［表１］では、日曜日には閾値ＡをＡ１に、閾値ＢをＢ１にすることを示し、［表２］では、０時に閾値ＡをＡ０に、閾値ＢをＢ０にすることを示す。

これは、給湯システム１が飲食店など所定の場所で使用される場合には、土曜日、日曜日、若しくは昼時、夕食時などの所定時間帯での使用湯量が多くなるなどの傾向を有する場合がある。従って、本変形例４では、曜日毎や規定時間毎の使用湯量による切替え状況を学習値として更新することで、それぞれの曜日や時間帯に最適な切替え湯量の閾値Ａ、Ｂを新たに設定することができ、ガス給湯器２の使用回数を最小限に抑え、給湯に要する費用を削減できる。

なお、本発明は、上記実施形態の構成に限られず、発明の趣旨を変更しない範囲で種々の変形が可能である。また、例えば、図７に示すように、三方弁３の弁方向の切替えは命令信号で制御されるのみだけでなく、リモコン１１を用いて、ユーザが給湯元を切替えたいタイミングで、手動でガス給湯器２若しくは貯湯タンクユニット７に切替えることもできる。

１給湯システム
２ガス給湯器（補助給湯器）
３三方弁
３ａ受信部
３ｂ弁方向切替部
４加圧式給湯器（貯湯式給湯器）
５給湯口
６ａ，６ｂ，６ｃ給湯配管
７貯湯タンクユニット
８ＥＣＵ基板
８ａ沸上湯量検出部
８ｂ使用湯量検出部
８ｃ判定部
８ｄ送信部
９ヒートポンプ
１０サーミスタ
１１リモコン

Claims

貯湯式給湯器と、その他の補助給湯器と、を備え、給湯口への給湯元を前記貯湯式給湯器または補助給湯器のいずれかに切替える給湯システムにおいて、
前記貯湯式給湯器の使用湯量から沸上湯量を引いた差分湯量が第１閾値以上となれば、前記補助給湯器へ出湯経路を切替え、その後、前記差分湯量が第２閾値未満となれば前記貯湯式給湯器に出湯経路を切替える制御手段を備え、
前記制御手段は、前記出湯経路の切替回数に応じて、前記第１閾値、及び前記第２閾値を自動的に最適な値に再設定することを特徴とする給湯システム。
前記制御手段は、さらに、前記貯湯式給湯器の使用湯量と配管及び前記貯湯式給湯器で沸かした湯を貯める貯湯タンクからの放熱に伴い失われる放熱ロス湯量とから前記貯湯式給湯器の沸上湯量を差し引いた差分湯量が第１閾値以上となれば、前記補助給湯器へ出湯経路を切替え、その後、前記差分湯量が第２閾値未満となれば前記貯湯式給湯器に出湯経路を切替えることを特徴とする請求項１記載の給湯システム。
前記制御手段は、所定期間の経過後に、前記貯湯式給湯器で沸かした湯を貯める貯湯タンク内の残湯量を検出して当該残湯量を前記沸上湯量の初期値とすると共に、前記使用湯量を０に初期化することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の給湯システム。
前記制御手段は、前記第１閾値及び前記第２閾値を、曜日毎または時間帯毎に異なる値に設定することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の給湯システム。