JP5644640B2 - 貯湯式給湯機 - Google Patents

Description

本発明は、貯湯式給湯機に係り、特に、ヒートポンプ式の貯湯式給湯機に関する。

従来、貯湯タンクと熱交換器とを備え、貯湯タンクの湯と浴槽水を熱交換する追焚き運転により浴槽水を昇温するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。この装置では、具体的には、貯湯槽の湯温が予め設定された設定温度より高い場合には貯湯槽の湯と浴槽水を熱交換して高能力で浴槽水の追焚きを行い、また設定温度より低い中間温度の場合には、貯湯槽上部の湯を浴槽へ出湯（いわゆる高温差し湯）して追焚きを行うこととしている。

特開２００３−１６１５２２号公報

上記のような従来の給湯機は、浴槽への高温差し湯と追焚き運転との併用により浴槽の湯水を昇温している。しかしながら、上記従来の装置では貯湯タンク内に貯留されている熱量についての考察がなされていない。このため、浴槽内に残り湯がある状態からの湯張り運転において、熱交換による追焚き運転を伴う湯張り運転を行う場合に、浴槽水の昇温に要する時間が長時間となってしまうおそれや、タンク残湯量が少ない場合に湯切れを起こしてしまうおそれがあった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、浴槽内に湯水がある状態からの湯張り運転において、浴槽水を設定温度まで昇温する時間を短縮しつつ、湯切れを防止することのできる使い勝手のよい貯湯式給湯機を提供することを目的とする。

この発明に係る貯湯式給湯機は、加熱手段を用いて貯湯タンク内の湯水を加熱する沸き上げ運転と、設定湯温および設定湯量の湯を浴槽内に張る湯張り運転と、一端が貯湯タンクの上部に接続され、途中に熱交換器が設置され、他端が貯湯タンクの下部に接続されたタンク循環回路と、タンク循環回路の途中に配設され、該タンク循環回路内に貯湯タンク内の湯水を循環させる循環熱源ポンプと、を有し、循環熱源ポンプを作動させることにより貯湯タンク内の湯と浴槽内の湯水とを熱交換させる追焚き運転と、を実施可能な貯湯式給湯機であって、浴槽内に設定湯温よりも低温の浴槽水が貯留されている状態から湯張り運転を行う場合に、追焚き運転により当該浴槽水を加熱する追焚き運転手段と、追焚き運転手段の実行後に、浴槽内の湯水が設定湯温および設定湯量となるまで、貯湯タンク内の湯を浴槽内へ給湯する湯張り手段と、を備え、追焚き運転手段は、貯湯タンク内の蓄熱量を取得する蓄熱量取得手段と、蓄熱量が所定量よりも大きい場合には循環熱源ポンプを所定回転数に制御して追焚きを行う第１の追焚き運転を行い、蓄熱量が所定量以下の場合には循環熱源ポンプを所定回転数よりも低い回転数に制御して追焚きを行うと同時に、沸き上げ運転を行う第２の追焚き運転を行う制御手段と、を含み、浴槽内に貯留されている浴槽水の水量を検出する水量検出手段と、浴槽内に貯留されている浴槽水の温度を検出する温度検出手段と、浴槽水の温度および水量に基づいて、当該浴槽水を設定湯温まで加熱するために必要な熱量を算出する必要熱量算出手段と、を更に備え、追焚き運転手段は、熱交換器において浴槽水へ必要熱量を熱交換させるために必要な貯湯タンク内の蓄熱量を所定量として設定するものである。

本発明によれば、浴槽水が残留している状態からの湯張り運転において、浴槽水を設定温度まで昇温する時間を短縮しつつ、湯切れを防止することで使い勝手のよい貯湯式給湯機を提供することが可能となる。

本発明の実施の形態１における貯湯式給湯機１の構成を説明するための図である。 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。 本発明の実施の形態２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。 本発明の実施の形態３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。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１における貯湯式給湯機１の構成を説明するための図である。図１に示す貯湯式給湯機１は、浴槽２や蛇口などに供給する湯水を貯える貯湯タンク４と、貯湯タンク４内の湯水を加熱する（沸き上げる）ための加熱手段であるヒートポンプユニット５とを備えている。

貯湯式給湯機１は、ヒートポンプユニット５の水冷媒熱交換器（図示省略）を利用して貯湯タンク４内の水を沸き上げるための加熱循環回路６を備えている。この加熱循環回路６は、貯湯タンク４の上下部と接続されている。また、加熱循環回路６は、ヒートポンプユニット５内に、加熱循環回路６に貯湯タンク４内の水を循環させるための循環ポンプ（図示省略）を備えている。このような構成によって、貯湯タンク４の下部から取り出された水は、ヒートポンプユニット５において冷媒を介して外気と熱交換することで高温の湯に沸き上げられたうえで、貯湯タンク４の上部に戻されるようになっている。

貯湯タンク４の外周側面には、貯湯タンク４の長手方向に所定間隔をおいて、貯湯タンク４内の各部位の温度を検出する残湯サーミスタ３０ａ、残湯サーミスタ３０ｂ、残湯サーミスタ３０ｃおよび残湯サーミスタ３０ｄがそれぞれ設けられている。これらの残湯サーミスタ３０ａ〜３０ｄは、貯湯タンク４の上部からのタンク内容積がそれぞれ所定の量（本実施形態では、０Ｌ、５０Ｌ、１００Ｌ、１５０Ｌとする）となるような位置（高さ）に配置されており、タンク残湯量の検出を行うためその位置での貯湯タンク４内の温度を出力する。

また、貯湯式給湯機１は、水道管等の水源に接続された給水配管１０を備えている。給水配管１０内を流れる水は、減圧弁１１により減圧されたうえで、貯湯タンク４の下部に供給されるとともに、ふろ給湯用混合弁８と一般給湯用混合弁９とに供給されるようになっている。また、これらの混合弁８、９には、一端が貯湯タンク４の上部に接続された給湯配管７を介して、貯湯タンク４内の湯が供給されるようになっている。ふろ給湯用混合弁８には、ふろ給湯用混合弁８からの混合湯が流れるふろ給湯配管１３の一端が接続されており、一般給湯用混合弁９には、一般給湯用混合弁９からの混合湯を台所の蛇口などに送る一般給湯配管１７の一端が接続されている。一般給湯配管１７の途中には、一般給湯配管１７内を流れる混合湯の温度および流量を検出する給湯温度センサ２８および給湯流量センサ２９がそれぞれ接続されている。

ふろ給湯配管１３には、混合湯の供給と停止を行うふろ給湯用電磁弁１４と、ふろ給湯配管１３内を流れる混合湯の流量を検知するふろ給湯用流量センサ１５と、ふろ給湯用混合弁８により混合される混合湯の温度補正に用いるふろ往き温度センサ１６とが設けられている。また、ふろ給湯配管１３の他端は、ふろ往き配管２１とふろ戻り配管２２とで構成されるふろ循環回路１２の途中に接続されている。

ふろ往き配管２１とふろ戻り配管２２とは、浴槽アダプタ３を介して浴槽２に接続されている。また、ふろ戻り配管２２には、浴槽２内の浴槽水をふろ戻り配管２２で取り出し、ふろ往き配管２１で浴槽２に戻して循環させるためのふろ循環ポンプ２３が接続されている。更に、ふろ戻り配管２２には、浴槽水の流れの有無を検出するためのフロースイッチ２５と、浴槽２の水位を検出するための水位センサ２６と、ふろ戻り配管２２内を流れる湯水の温度を検出するためのふろ戻り温度センサ２４とがそれぞれ接続されている。

また、貯湯タンク４の上下部には、タンク循環回路１８が接続されている。このタンク循環回路１８とふろ戻り配管２２の間には、追焚き用の熱交換器１９が介在している。この熱交換器１９は、貯湯タンク４内に貯湯された湯と浴槽２内の浴槽水とを熱交換させるためのものである。更に、タンク循環回路１８の途中には、ふろ循環熱源ポンプ２０が設置されている。このふろ循環熱源ポンプ２０を用いて、貯湯タンク４の上部に蓄えられた湯が、貯湯タンク４の上部から下部に向けて循環するように構成されている。また、ヒートポンプユニット５には、ヒートポンプユニット５の周囲の外気温を検出する外気温センサ２７が設置されている。

貯湯式給湯機１は、更に、貯湯式給湯機１を総合的に制御する制御部５０を備えている。制御部５０は、現在時刻および経過時間をカウントし、湯張りに必要な時間と湯張り開始時刻とを演算する。また、制御部５０は、残湯サーミスタ３０ａ、残湯サーミスタ３０ｂ、残湯サーミスタ３０ｃ、および残湯サーミスタ３０ｄの入力値に基づいて、貯湯タンク４内の残湯熱量（蓄熱量）Ｑｔを演算する。具体的には、蓄熱量Ｑｔは、各残湯サーミスタ間のタンク容量（例えば、５０Ｌ−０Ｌ＝５０Ｌ）と残湯サーミスタ３０ａ〜３０ｄからの検出温度との積として演算される。例えば、貯湯タンク５０Ｌの位置に接続されている残湯サーミスタ３０ａの検出値が６０℃である場合には、タンク蓄熱量Ｑｔ＝６０℃×５０Ｌ＝３０００ｃａｌとして演算される熱量がタンク残湯量Ｑｔとなる。

制御部５０には、貯湯式給湯機１を遠隔操作するためのリモコン６０が接続されている。リモコン６０では、浴槽２への湯張り量および湯張り温度の設定、貯湯タンク４の沸上げ設定や湯張り操作、差し湯操作、追焚き操作などの操作および設定の入力を使用者が行う。

以上の構成を備える本実施形態の貯湯式給湯機１は、湯張り動作のなかでも、浴槽２に前日の残り湯がある状態からの湯張り（以下、「水有り湯張り」と称する）の動作に特徴を有している。以下、フローチャートに沿って貯湯式給湯機１の水有り湯張りの具体的処理について詳細に説明する。

図２は、貯湯式給湯機１の水有り湯張りのルーチンを示すフローチャートである。尚、図２に示すルーチンは、使用者がリモコン６０を操作することにより湯張り設定がなされた場合に実行されるルーチンである。湯張り設定では、具体的には、湯張りの設定温度および設定湯量が使用者によって設定される。図２に示すルーチンが開始されると、制御部５０は、先ず、ふろ戻り温度センサ２４により浴槽２の浴槽温度を検出し、検出した浴槽温度が設定温度未満か否かを判定する（ステップＳ１）。その結果、浴槽温度が設定温度以上である場合には、湯張り設定温度および設定湯量となるまで、浴槽への注湯動作を行う（ステップＳ８）。

一方、上記ステップＳ１において、浴槽温度が設定温度未満であれば、制御部５０は、残湯サーミスタ３０ａ、残湯サーミスタ３０ｂ、残湯サーミスタ３０ｃおよび残湯サーミスタ３０ｄからの信号を用いて、貯湯タンク４内の残湯量を演算する（ステップＳ２）。次に、タンク内の残湯量と浴槽温度とを比較して、湯切れを生じることなく急速追焚きが可能か否かを判定する（ステップＳ３）。ここで、急速追焚き（第１の追焚き運転）とは、貯湯タンク４の湯と浴槽２内の湯水を熱交換器１９により熱交換し、浴槽２の湯温を上昇させる追焚き動作のうち、短時間で浴槽の湯温を昇温することが可能な追焚き動作である。より具体的には、貯湯タンク４内の湯を循環させるふろ循環熱源ポンプ２０の回転数を、最高回転数（例えば、３０００ｒｐｍ）で回転させ、追焚き能力を最大出力とした動作のことをいう。このステップＳ３では、具体的には、上記ステップＳ２において演算された残湯量が、追焚き能力を最大出力とした場合に必要な熱量以上を確保できているか否かが判定される。その結果、急速追焚きが可能であれば、次のステップに移行し、急速追焚きを実行して浴槽水を昇温する（ステップＳ４）。

次に、浴槽温度が設定温度となったか否かを判定する（ステップＳ６）。その結果、浴槽温度が設定温度になっていない場合には、再度ステップＳ４に移行して急速追焚きを実行する。一方、上記ステップＳ６において浴槽湯温が設定温度となったと判定した場合には、次のステップに移行し、湯張り設定温度の湯を設定湯量となるまで注湯動作を行う（ステップＳ８）。

上記ステップＳ３において、急速追焚きでは湯切れが生じてしまう場合には、次のステップに移行し、マイルド追焚きにより浴槽水を昇温すると同時にヒートポンプユニット５による沸上げを開始する（ステップＳ５）。ここで、マイルド追焚き（第２の追焚き運転）とは、貯湯タンク４の湯と浴槽２内の湯水を熱交換器１９により熱交換し、浴槽２の湯温を上昇させる追焚き動作のうち、追焚き能力がヒートポンプユニット５の熱源機での加熱能力と同等、または急速追焚きより低能力となるよう、ふろ循環熱源ポンプ２０の回転数を低回転数（例えば、１０００ｒｐｍ）で回転させる追焚き動作のことをいう。

次に、浴槽温度が設定温度となったか否かを判定する（ステップＳ７）。その結果、浴槽温度が設定温度になっていない場合には、再度ステップＳ５に移行してマイルド追焚きを実行する。一方、上記ステップＳ７において浴槽湯温が設定温度となったと判定した場合には、上記ステップＳ８に移行し、湯張り設定温度の湯を設定湯量となるまで注湯動作を行う。このとき、ヒートポンプユニット５の沸上げを同時に停止してもよいし、所定の貯湯量（蓄熱量）となるまで継続してもよい。

以上説明したとおり、本実施の形態１の貯湯式給湯機１によれば、水有り湯張り時においてタンク残湯量（蓄熱量）が追焚き能力を最大出力とした場合に必要な熱量を確保できている場合には、急速追焚きを行うことにより、浴槽水を設定温度まで昇温する時間が短縮可能となる。また、タンク残湯量が追焚き能力を最大出力とした場合に必要な熱量を確保できていない場合には、マイルド追焚きを行うことにより、ヒートポンプユニット５の加熱源による沸き上げと追焚き動作とを同時に行い湯切れを防止することが可能となる。このように、タンク残湯量（蓄熱量）に応じて急速追焚きとマイルド追焚きとを使い分けることで、使い勝手のよいヒートポンプ式給湯機を提供することが可能となる。

実施の形態２．
次に、図３を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。本実施の形態の装置は、図１に示すハードウェア構成を用いて、制御部５０に後述する図３に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。

本実施の形態の装置では、水有り湯張りにおいて、急速追焚きが可能な場合に、急速追焚きの実行に先立って高温差し湯を行う点に特徴を有している。ここで、高温差し湯とは、貯湯タンク４の上部に貯湯されている高温の湯を給湯配管７から取り出して浴槽２へ注湯する動作のことである。具体的には、例えば、貯湯タンク４の約９０℃の湯と約１０℃の市水とから約６０℃の湯となるようにふろ給湯用混合弁８の開度を調整して温度補正を行い、ふろ給湯用電磁弁１４を開いて浴槽２へ給湯することで浴槽水を昇温させる動作のことをいう。これにより、浴槽２内の残水を有効に昇温させた後に急速追焚きを実行することができるので、浴槽水を設定温度まで昇温させる時間を有効に短縮することが可能となる。また、水有り湯張り時において高温差し湯を実行することとすると、急速追焚きによる昇温負担を軽減することができるので、熱交換器１９を通過して貯湯タンク４へ戻される中温水（熱交換後に温度低下した湯水）の還流量を有効に低減して沸き上げ効率を高めることが可能となる。

図３は、実施の形態２における貯湯式給湯機１の水有り湯張りのルーチンを示すフローチャートである。尚、図３において図２と同一部分又は相当部分は同一符号を付し説明を省略する。ステップＳ３０では、貯湯タンク内の残湯量と浴槽温度とを比較し、湯切れを生じさせることなく高温さし湯と急速追焚きが可能か否かを判断する。その結果、可能であればステップＳ１０に移行し高温さし湯動作を実行してステップＳ４に至り、可能でなければステップＳ５に移行する。

以上説明したとおり、本実施の形態２の貯湯式給湯機１によれば、水有り湯張り時において急速追焚きを行う場合に、これに先立って高温差し湯が行われる。これにより、浴槽２内の残水を有効に昇温させた後に急速追焚きを実行することができるので、浴槽水を設定温度まで昇温させる時間を有効に短縮することが可能となる。

実施の形態３．
次に、図４を参照して、本発明の実施の形態３について説明する。本実施の形態の装置は、図１に示すハードウェア構成を用いて、制御部５０に後述する図４に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。

本実施の形態の装置では、ふろ予約動作を伴う水有り湯張りの動作に特徴を有している。ここで、ふろ予約動作とは、使用者がリモコン６０によりその日の湯張り完了時刻を設定し、設定した時刻までに浴槽２へ湯張り動作を自動的に完了させる動作のことをいう。以下、フローチャートに沿ってその詳細な動作について説明する。図４は、実施の形態３における貯湯式給湯機１のふろ予約による水有り湯張りのルーチンを示すフローチャートである。尚、図４に示すルーチンは、使用者がリモコン６０を操作することによりふろ予約による湯張り設定（湯張り完了時刻、設定湯量および設定温度）がなされた場合に実行されるルーチンである。

図４に示すルーチンでは、使用者がリモコン６０によりその日の湯張り完了時刻（例えば１８：００）を設定すると、先ず、制御部５０がふろ戻り温度センサ２４および水位センサ２６の検出値から湯張り必要熱量の演算を行う（ステップＳ１１）。次に、湯張り開始時刻（例えば１７：３０）の演算を行う（ステップＳ１２）。次に、必要熱量に対する不足熱量分をヒートポンプユニット５によって追加で沸上げる場合に、これに要する追加沸き上げ時間（例えば１時間）の演算も行う（ステップＳ１３）。尚、追加沸上げ時間は、湯切れ回避のために、タンク残湯量が少ないときほど大きくすることが望ましい。

次に、湯張り開始時刻（例えば１７：３０）よりもヒートポンプユニット５による追加沸上げ時間分（例えば１時間）だけ前の時点（例えば１６：３０）で浴槽温度を検出する（ステップＳ１４）。次に、上記ステップＳ１４において検出した浴槽温度が設定温度未満か否かを判定する（ステップＳ１５）。その結果、浴槽温度が設定温度未満でないと判定した場合には、湯張り開始時刻となったら湯張り設定温度および設定湯量となるまで、浴槽２への注湯動作を行う（ステップＳ１９）。一方、上記ステップＳ１５において、浴槽温度が設定温度未満であると判定した場合には、次のステップに移行し、ヒートポンプユニット５による沸上げ動作を行う（ステップＳ１６）。

次に、湯張り必要熱量を確保できたか否かを判定する（ステップＳ１７）。その結果、未だ湯張り必要熱量を確保できない場合には、再度ステップＳ１６に移行してヒートポンプユニット５による沸上げ動作を再度実行する。一方、上記ステップＳ１７において湯張り必要熱量を確保できたと判定した場合には、次のステップに移行し、湯張り開始時刻となったら急速追焚きにより設定温度となるまで浴槽湯温を昇温する（ステップＳ１８）。次に、湯張り設定温度および設定湯量となるまで、浴槽へ注湯動作を行う（ステップＳ１９）。

以上説明したとおり、本実施の形態の装置によれば、浴槽水有りのふろ予約動作において、湯張り開始時間よりも前にヒートポンプユニット５による追加沸上げを実施し、追焚き能力を最大出力とすることで、浴槽水を湯張り設定温度まで昇温する時間を短縮し、且つ湯切れを防止することで、使い勝手のよいヒートポンプ式給湯機を提供することが可能となる。

１ 貯湯式給湯機
２ 浴槽
４ 貯湯タンク
５ ヒートポンプユニット（加熱手段）
１８ タンク循環回路
１９ 熱交換器
２０ ふろ循環熱源ポンプ（循環熱源ポンプ）
２４ ふろ戻り温度センサ（温度検出手段）
２６ 水位センサ（水量検出手段）
３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ， 残湯サーミスタ（蓄熱量取得手段）
５０ 制御部

Claims (4)

1. 加熱手段を用いて貯湯タンク内の湯水を加熱する沸き上げ運転と、
   設定湯温および設定湯量の湯を浴槽内に張る湯張り運転と、
   一端が前記貯湯タンクの上部に接続され、途中に熱交換器が設置され、他端が前記貯湯タンクの下部に接続されたタンク循環回路と、前記タンク循環回路の途中に配設され、該タンク循環回路内に前記貯湯タンク内の湯水を循環させる循環熱源ポンプと、を有し、前記循環熱源ポンプを作動させることにより前記貯湯タンク内の湯と前記浴槽内の湯水とを熱交換させる追焚き運転と、
   を実施可能な貯湯式給湯機であって、
   前記浴槽内に前記設定湯温よりも低温の浴槽水が貯留されている状態から前記湯張り運転を行う場合に、前記追焚き運転により当該浴槽水を加熱する追焚き運転手段と、
   前記追焚き運転手段の実行後に、前記浴槽内の湯水が前記設定湯温および前記設定湯量となるまで、前記貯湯タンク内の湯を前記浴槽内へ給湯する湯張り手段と、を備え、
   前記追焚き運転手段は、
   前記貯湯タンク内の蓄熱量を取得する蓄熱量取得手段と、
   前記蓄熱量が所定量よりも大きい場合には前記循環熱源ポンプを所定回転数に制御して追焚きを行う第１の追焚き運転を行い、前記蓄熱量が所定量以下の場合には前記循環熱源ポンプを前記所定回転数よりも低い回転数に制御して追焚きを行うと同時に、前記沸き上げ運転を行う第２の追焚き運転を行う制御手段と、
   を含み、
   前記浴槽内に貯留されている浴槽水の水量を検出する水量検出手段と、
   前記浴槽内に貯留されている浴槽水の温度を検出する温度検出手段と、
   前記浴槽水の温度および水量に基づいて、当該浴槽水を前記設定湯温まで加熱するために必要な熱量を算出する必要熱量算出手段と、を更に備え、
   前記追焚き運転手段は、前記熱交換器において前記浴槽水へ前記必要熱量を熱交換させるために必要な前記貯湯タンク内の蓄熱量を前記所定量として設定することを特徴とする貯湯式給湯機。
2. 前記追焚き運転手段における前記第１の追焚き運転の実行に先立って、前記貯湯タンク内上部に貯湯されている湯を前記浴槽へ給湯する高温差し湯を行う高温差し湯手段を更に備えることを特徴とする請求項１記載の貯湯式給湯機。
3. 前記湯張り運転の完了時刻の予約動作を行うふろ予約手段と、
   前記蓄熱量が所定量以下の場合に、前記追焚き運転手段の実行に先立って、前記蓄熱量が前記所定量となるまで前記沸き上げ運転を行う追加沸き上げ手段を更に備え、
   前記ふろ予約手段は、前記湯張り運転が前記完了時刻までに完了するように、前記追加沸き上げ運転の開始時期を決定することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の貯湯式給湯機。
4. 前記ふろ予約手段は、前記蓄熱量が前記所定量となるまでに必要な熱量が大きいほど、前記追加沸き上げ運転の開始時期を早時期に決定することを特徴とする請求項３記載の貯湯式給湯機。

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