JP5690192B2 - 貯湯式給湯装置 - Google Patents

Description

本発明は、加熱循環回路途中に貯湯タンクの湯水を加熱する加熱手段が設けられた貯湯式給湯装置に関するものである。

従来より、この種の貯湯式給湯装置においては、湯水を貯湯する貯湯タンクと、この貯湯タンクに給水する給水管と、貯湯タンクから出湯する出湯管と、貯湯タンク下部から取り出した湯水を貯湯タンク上部に戻す加熱循環回路と、この加熱循環回路途中に設けられ貯湯タンクの湯水を加熱する加熱手段と、貯湯タンク内の貯湯量を検出する貯湯量検出手段と、深夜時間帯に目標貯湯量を沸き上げるよう加熱手段を制御する制御手段とを備え、制御手段は、給湯負荷に応じて目標貯湯量を算出し、深夜時間帯で沸き上げられなかった分を昼間時間帯に貯湯量検出手段が沸き増し開始貯湯量未満を検出すると沸き増し開始し、貯湯量検出手段が沸き増し停止貯湯量以上を検出すると沸き増し停止するようにしたものがあった（特許文献１）。

また、特許文献１の他にも、ユーザーが手動操作で目標貯湯量を入力し、深夜時間帯に目標貯湯量を沸き上げ切れなかった場合に、残り分を昼間時間帯に沸き増しするようにしたものが知られており、貯湯量検出手段が沸き増し開始貯湯量未満を検出すると沸き増し開始し、貯湯量検出手段が沸き増し停止貯湯量以上を検出する沸き増し停止するようにしている。

特開２００２−１６８５２４号公報

ところが、この特許文献１のものでは、昼間時間帯に目標貯湯量を早く確保する必要があるため、沸き増し開始貯湯量を多くして給湯によって貯湯タンク内の一定量の湯が水に入れ代わる度に沸き増しを行うようにしている。一方、従来の手動操作で目標貯湯量を入力するようにしたものでは、特許文献１のように、沸き増し開始貯湯量を多く設定していると、手動入力された目標貯湯量が実際の給湯負荷に比べて過剰であった場合には、無駄な沸き増しが頻繁に行われ、多量の残湯を生じてしまい、次回の深夜電力時の沸き上げ可能な湯量が減少して目標貯湯量の沸き上げ動作の昼間時間帯の占める割合が高くなって電気代が高くなってしまうという課題がある。

本発明は上記課題を解決するため、請求項１では、湯水を貯湯する貯湯タンクと、この貯湯タンクに給水する給水管と、前記貯湯タンクから出湯する出湯管と、前記貯湯タンク下部から取り出した湯水を前記貯湯タンク上部に戻す加熱循環回路と、この加熱循環回路途中に設けられ前記貯湯タンクの湯水を加熱する加熱手段と、前記貯湯タンク内の貯湯量を検出する貯湯量検出手段と、特定時間帯に目標貯湯量を沸き上げると共に、特定時間帯に沸き上げられなかった前目標貯湯量の残り分を特定時間帯外に沸き増すよう前記加熱手段を制御する制御手段とを備えたものにおいて、前記制御手段は、給湯負荷に応じて前記目標貯湯量を算出し、特定時間帯外に前記貯湯量検出手段が第１沸き増し開始貯湯量未満を検出すると沸き増し開始し、第１沸き増し停止貯湯量以上を検出すると沸き増し停止する自動湯量モードと、手動操作によって前記目標貯湯量が入力され、特定時間帯外に前記貯湯量検出手段が前記第１沸き増し開始貯湯量より少ない第２沸き増し開始貯湯量未満を検出すると沸き増し開始し、前記第１沸き増し停止貯湯量より少ない第２沸き増し停止貯湯量以上を検出すると沸き増し停止する手動湯量モードとを有したものとした。

また、請求項２では、湯水を貯湯する貯湯タンクと、この貯湯タンクに給水する給水管と、前記貯湯タンクから出湯する出湯管と、前記貯湯タンク下部から取り出した湯水を前記貯湯タンク上部に戻す加熱循環回路と、この加熱循環回路途中に設けられ前記貯湯タンクの湯水を加熱する加熱手段と、前記貯湯タンク上部の温度を検出する上部貯湯温度センサと、前記貯湯タンク中間部の温度を検出する中間貯湯温度センサと、前記貯湯タンク下部の温度を検出する下部貯湯温度センサと、特定時間帯に目標貯湯量を沸き上げると共に、特定時間帯に沸き上げられなかった前記目標貯湯量の残り分を特定時間帯外に沸き増すよう前記加熱手段を制御する制御手段とを備えたものにおいて、前記制御手段は、給湯負荷に応じて前記目標貯湯量を算出し、特定時間帯外に前記中間貯湯温度センサが沸き増し開始温度未満を検出すると沸き増し開始し、前記中間貯湯温度センサまたは前記下部貯湯温度センサが沸き増し停止温度以上を検出すると沸き増し停止する自動湯量モードと、手動操作によって前記目標貯湯量が入力され、特定時間帯外に前記上部貯湯温度センサが沸き増し開始温度未満を検出すると沸き増し開始し、前記上部貯湯温度センサまたは前記中間貯湯温度センサが沸き増し停止温度以上を検出すると沸き増し停止する手動湯量モードとを有したものとした。

また、請求項３では、請求項１または２のものにおいて、前記自動湯量モードと前記手動湯量モードとを切り替える沸き上げモード設定スイッチと、手動操作によって前記目標湯量を入力するための増減設定スイッチとを備えたものとした。

本発明によれば、自動湯量モード時は、給湯負荷に応じた貯湯量を早期に確保して湯切れを防止すると共に、手動湯量モード時は、実際の給湯負荷に比べて過剰な湯量が設定された場合に、無駄な沸き増しが行われることなく残湯量が減り、目標貯湯量の沸き上げ動作に占める深夜時間帯の割合が高くなって電気代を安くすることができる。

本発明の一実施形態の概略構成図 同一実施形態の沸き上げ動作を説明するフローチャート 同一実施形態の沸き増し動作を説明するフローチャート

次に、本発明の一実施形態のヒートポンプ式給湯装置を図面に基づいて説明する。
１は湯水を貯湯する貯湯タンク、２は貯湯タンク１下部へ給水する給水管、３は貯湯タンク１上部から出湯する出湯管、４は給水管２から分岐された給水バイパス管、５は出湯管３からの湯と給水バイパス管４からの水とを給湯設定温度に混合する給湯混合弁、６は給湯混合弁５で混合された湯水を給湯栓（図示せず）に供給する給湯管、７は給湯管６から流出する給湯の流量をカウントする給湯流量カウンタ、８は給湯管６から給湯される湯水の温度を検出する給湯温度センサである。

９は貯湯タンク１内の湯水を加熱する加熱手段としてのヒートポンプ式加熱手段で、冷媒を圧縮する圧縮機１０と、圧縮された高温冷媒と貯湯タンク１からの湯水とを熱交換する冷媒水熱交換器１１と、冷媒水熱交換器１１で放熱された冷媒を減圧する膨張弁１２と、低温低圧の冷媒を蒸発される蒸発器１３とを環状に接続して構成されている。

１４は貯湯タンク１下部の湯水を冷媒水熱交換器１１へ循環させて貯湯タンク１上部に戻す加熱循環回路、１５は加熱循環回路１４途中に設けられた加熱循環ポンプ、１６は冷媒水熱交換器１１へ入水する湯水の温度を検出する入水温度センサ、１７は冷媒水熱交換器１１で加熱された湯水の温度を検出する沸き上げ温度センサである。

１８は貯湯タンク１の外周側面上下に複数設けられ、貯湯タンク１内の湯水の温度を検出し、貯湯量を検出する貯湯量検出手段としての貯湯温度センサＴＨで、ここでは、頂部貯湯温度センサＴＨ１、上部貯湯温度センサＴＨ２、中間貯湯温度センサＴＨ３、下部貯湯温度センサＴＨ４の４個の貯湯温度センサ１８が設けられている。

１９はリモコンで、給湯装置に関する各種の情報（給湯設定温度、残湯量、給湯装置の作動状態、沸き上げモード等）を表示する表示部２０と、給湯設定温度を設定操作すると共に目標貯湯量を手動入力するための増減設定スイッチ２１と、給湯負荷に応じて目標貯湯量を算出する自動湯量モードと手動操作によって目標貯湯量を入力する手動湯量モードとで沸き上げモードを選択的に変更するための沸き上げモード設定スイッチ２２とを備えている。

２３は給湯流量センサ７、給湯温度センサ８、入水温度センサ１６、沸き上げ温度センサ１７、貯湯温度センサ１８の検出値が入力され、給湯混合弁５、圧縮機１０、膨張弁１２、加熱循環ポンプ１５の作動を制御すると共に、リモコン１９と通信可能に接続された制御手段である。この制御手段２３は、予め給湯装置の作動を制御するためのプログラムが記憶されていると共に、演算、比較、記憶機能、時計機能を有しているものである。

そして、手動湯量モードにおいては、ユーザーが使用したい湯量（目標貯湯量）を増減設定スイッチ２１によって直接入力可能としており、制御手段２３は入力された目標貯湯量を深夜時間帯に沸き上げ、深夜時間帯で沸き上げきれなかった分を昼間時間帯に沸き増すようにしている。

また、自動湯量モードにおいては、制御手段２３が直近１週間等の過去の給湯負荷に応じた目標貯湯量を算出し、この目標貯湯量を特定時間帯としての深夜時間帯に沸き上げ、深夜時間帯に沸き上げきれなかった分を特定時間帯外の昼間時間帯に沸き増すようにしている。

＜給湯動作＞
次に、給湯栓が開かれた際の給湯動作について説明する。
給湯栓が開かれると、貯湯タンク１の底部に給水管２から市水が流入すると共に貯湯タンク１の頂部から出湯管３を介して高温の湯が出湯し、給湯混合弁５で給水バイパス管４からの水と混合されて給湯管６を通過する。次いで、給湯流量カウンタ７が給湯開始と見なせる最低作動水量以上の流量を検出すると、制御手段２３は給湯温度センサ８で検出する給湯温度がリモコン１９で設定した給湯設定温度となるように給湯混合弁５の開度を調節し、出湯管３からの湯と給水バイパス管４からの水とを混合して給湯設定温度の湯を給湯する。そして、給湯栓が閉じられて給湯流量カウンタ７が給湯停止と見なせる最低作動水量未満の流量を検出すると、制御手段２３は給湯混合弁５の制御を停止して給湯動作を終了する。

＜沸き上げ動作＞
次に、電力料金単価の安価な深夜の沸き上げ動作について、図２のフローチャートに基づいて説明する。ここでは、一例として２３時から翌朝７時までの深夜時間帯がそれ以外の昼間時間帯よりも電力料金単価が安価な料金制度に基づいて説明するが、これに限られず、例えば２２時から翌朝８時までを安価な深夜時間帯とする料金制度でもよいものである。

現在時刻が２３時となり深夜時間帯が開始されると（ステップＳ１でＹｅｓ）、制御手段２３は、ステップＳ２で、沸き上げモードが自動湯量モードに設定されている場合は給湯流量カウンタ７で検出積算していた１日の給湯湯量に基づき目標貯湯量を算出し、沸き上げモードが手動湯量モードに設定されている場合は手動で設定された湯量を目標貯湯量とする。

続くステップＳ３で、制御手段２３は、目標貯湯量を沸き上げるのに必要な時間を算出し、翌朝までに沸き上げを完了すべく沸き上げ開始時刻（ピークシフト時刻）を算出し、現在時刻がピークシフト時刻となると（ステップＳ４でＹｅｓ）、ヒートポンプ式加熱手段９および加熱循環ポンプ１５を駆動してヒートポンプ式加熱手段９で加熱した湯を貯湯タンク１上部から戻す沸き上げ動作を開始する（ステップＳ５）。

貯湯温度センサＴＨ４が沸き上げ終了温度（例えば６５℃）以上を検出するかまたは入水温度センサ３２が規定の温度以上を検出して貯湯タンク１が満タンになるか（ステップＳ６でＹｅｓ）、現在時刻が深夜時間帯の終了時刻である７時に到達すると（ステップＳ７でＹｅｓ）、制御手段２３は、ヒートポンプ式加熱手段９および加熱循環ポンプ１５を駆動停止して沸き上げ動作を終了する（ステップＳ８）。

＜沸き増し動作＞
次に、深夜時間帯に沸き上げられなかった目標貯湯量の残り分を昼間時間帯に沸き増す沸き増し動作について図３のフローチャートに基づき説明する。

現在時刻が７時になり昼間時間帯が開始されると（ステップＳ１１）、制御手段２３は、貯湯温度センサ１８のそれぞれの検出温度から貯湯量を検出し（ステップＳ１２）、現在の貯湯量が目標貯湯量未満の場合は、で目標貯湯量から現在貯湯量を減算して昼間時間帯に沸き増す設定沸き増し量を算出する（ステップＳ１３）。なお、目標貯湯量を深夜時間帯の間に沸き上げられた場合には沸き増し動作は行わない。

そして、制御手段２３は貯湯温度センサ１８のそれぞれの検出温度から現在の貯湯量が沸き上げモードに応じた沸き増し開始貯湯量未満となっているかを判定する（ステップＳ１４）。ここで、沸き増し開始貯湯量は沸き上げモードによって異なり、自動湯量モード時の沸き増し開始貯湯量（第１沸き増し開始貯湯量）よりも手動湯量モード時の沸き増し開始貯湯量（第２沸き増し開始貯湯量）が少なく設定されており、自動湯量モードでは中間貯湯温度センサＴＨ３の検出温度が所定の沸き増し開始温度（ここでは５０℃）未満となると、制御手段２３は第１沸き増し開始貯湯量以下となったと判定し、手動湯量モードでは上部貯湯温度センサＴＨ２の検出温度が所定の沸き増し開始温度（ここでは５０℃）未満となると、制御手段２３は第２沸き増し開始貯湯量以下となったと判定するようにしている。

ステップＳ１４で沸き増し開始貯湯量以下となったと判定されると、制御手段２３は昼間時間帯になってから現在までに沸き増しを行った積算沸き増し量がステップＳ１３で算出した設定沸き増し量に達したかどうかを判定し（ステップＳ１５）、積算沸き増し量が設定沸き増し量に達していないと（ステップＳ１５でＮｏ）、制御手段２３は、ヒートポンプ式加熱手段９と加熱循環ポンプ１５を駆動してヒートポンプ式加熱手段９で加熱した湯を貯湯タンク１上部から戻す沸き増し動作を開始する（ステップＳ１６）と共に、沸き増し量の積算カウントを行う（ステップＳ１７）。

そして、制御手段２３は貯湯温度センサ１８のそれぞれの検出温度から現在の貯湯量が沸き上げモードに応じた沸き増し停止貯湯量以上となっているかを判定する（ステップＳ１８）。ここで、沸き増し停止貯湯量は沸き上げモードによって異なり、自動湯量モード時の沸き増し停止貯湯量（第１沸き増し停止貯湯量）よりも手動湯量モード時の沸き増し停止貯湯量（第２沸き増し停止貯湯量）が少なく設定されており、自動湯量モードでは下部貯湯温度センサＴＨ４の検出温度が所定の沸き増し停止温度（ここでは６５℃）以上となると、制御手段２３は第１沸き増し停止貯湯量以上となったと判定し、手動湯量モードでは中間貯湯温度センサＴＨ３の検出温度が所定の沸き増し停止温度（ここでは６５℃）以上となると、制御手段２３は第２沸き増し停止貯湯量以上となったと判定するようにしている。

ステップＳ１８で沸き増し停止貯湯量以上となったと判定されると、制御手段２３はヒートポンプ式加熱手段９と加熱循環ポンプ１５の駆動を停止し沸き増し動作を停止し（ステップＳ１９）、再びステップＳ１４へ戻り、現在の貯湯量が沸き増し開始貯湯量以下に減少したかどうかを判定し、積算沸き増し量が設定沸き増し量に達するまで随時沸き増し動作を行うようにしている。

このように、自動湯量モード時は、沸き増し開始貯湯量および沸き増し停止貯湯量が多いため給湯負荷に応じた貯湯量を早期の沸き増しによって確保して湯切れを確実に防止することができる。

また、手動湯量モード時は、実際の給湯負荷に比べて過剰な湯量が設定された場合には、実際に給湯量が多くなって貯湯タンク内の貯湯量が減少して、少なく設定されている沸き増し開始貯湯量を下回ってから沸き増しが行われ、さらに沸き増し停止貯湯量も少なく設定されているため、無駄な沸き増しが行われることなく深夜時間帯の開始時点での残湯量が減り、目標貯湯量の沸き上げ動作に占める深夜時間帯の割合が高くなって電気代を安くすることができる。

さらには、加熱手段としてヒートポンプ式加熱手段９を用いている場合は、手動湯量モード時の残湯量が少なくなるため、残湯の沸かし直し量が減って、深夜時間帯での沸き上げ時のヒートポンプ式加熱手段９の加熱効率が向上し、電気代をさらに抑制することができるものである。

なお、本発明は上記の一実施形態に限定されるものではなく、例えば、加熱手段としてヒートポンプ式加熱手段９に代えて電熱ヒータを用いたものでもよく、また、給湯負荷に応じた目標貯湯量を算出するにあたり、下部貯湯温度センサＴＨ４等で検出する給水温度や、図示しない外気温度センサで検出する外気温度等によって給湯負荷を推測してこれに応じた目標貯湯量を算出するようにしてもよいものである。

また、手動湯量モード時は上部貯湯温度センサＴＨ２が沸き増し開始温度より高い沸き増し停止温度（例えば６５℃）以上となると沸き増し停止し、自動湯量モード時は中間貯湯温度センサＴＨ３が沸き増し開始温度より高い沸き増し停止温度（例えば６５℃）以上となると沸き増し停止するようにしてもよい。

１ 貯湯タンク
２ 給水管
３ 出湯管
９ ヒートポンプ式加熱手段（加熱手段）
１４ 加熱循環回路
１８ 貯湯温度センサ（貯湯量検出手段）
ＴＨ２ 上部貯湯温度センサ
ＴＨ３ 中間貯湯温度センサ
ＴＨ４ 下部貯湯温度センサ
２２ 沸き上げモード設定スイッチ
２３ 制御手段

Claims (3)

1. 湯水を貯湯する貯湯タンクと、この貯湯タンクに給水する給水管と、前記貯湯タンクから出湯する出湯管と、前記貯湯タンク下部から取り出した湯水を前記貯湯タンク上部に戻す加熱循環回路と、この加熱循環回路途中に設けられ前記貯湯タンクの湯水を加熱する加熱手段と、前記貯湯タンク内の貯湯量を検出する貯湯量検出手段と、特定時間帯に目標貯湯量を沸き上げると共に、特定時間帯に沸き上げられなかった前記目標貯湯量の残り分を特定時間帯外に沸き増すよう前記加熱手段を制御する制御手段とを備えたものにおいて、前記制御手段は、給湯負荷に応じて前記目標貯湯量を算出し、特定時間帯外に前記貯湯量検出手段が第１沸き増し開始貯湯量未満を検出すると沸き増し開始し、第１沸き増し停止貯湯量以上を検出すると沸き増し停止する自動湯量モードと、手動操作によって前記目標貯湯量が入力され、特定時間帯外に前記貯湯量検出手段が前記第１沸き増し開始貯湯量より少ない第２沸き増し開始貯湯量未満を検出すると沸き増し開始し、前記第１沸き増し停止貯湯量より少ない第２沸き増し停止貯湯量以上を検出すると沸き増し停止する手動湯量モードとを有したことを特徴とする貯湯式給湯装置。
2. 湯水を貯湯する貯湯タンクと、この貯湯タンクに給水する給水管と、前記貯湯タンクから出湯する出湯管と、前記貯湯タンク下部から取り出した湯水を前記貯湯タンク上部に戻す加熱循環回路と、この加熱循環回路途中に設けられ前記貯湯タンクの湯水を加熱する加熱手段と、前記貯湯タンク上部の温度を検出する上部貯湯温度センサと、前記貯湯タンク中間部の温度を検出する中間貯湯温度センサと、前記貯湯タンク下部の温度を検出する下部貯湯温度センサと、特定時間帯に目標貯湯量を沸き上げると共に、特定時間帯に沸き上げられなかった前記目標貯湯量の残り分を特定時間帯外に沸き増すよう前記加熱手段を制御する制御手段とを備えたものにおいて、前記制御手段は、給湯負荷に応じて前記目標貯湯量を算出し、特定時間帯外に前記中間貯湯温度センサが沸き増し開始温度未満を検出すると沸き増し開始し、前記中間貯湯温度センサまたは前記下部貯湯温度センサが沸き増し停止温度以上を検出すると沸き増し停止する自動湯量モードと、手動操作によって前記目標貯湯量が入力され、特定時間帯外に前記上部貯湯温度センサが沸き増し開始温度未満を検出すると沸き増し開始し、前記上部貯湯温度センサまたは前記中間貯湯温度センサが沸き増し停止温度以上を検出すると沸き増し停止する手動湯量モードとを有したことを特徴とする貯湯式給湯装置。
3. 前記自動湯量モードと前記手動湯量モードとを切り替える沸き上げモード設定スイッチと、手動操作によって前記目標湯量を入力するための増減設定スイッチとを備えたことを特徴とする請求項１または２記載の貯湯式給湯装置。

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