JP5804902B2 - 給湯器 - Google Patents

Description

本発明は、水を加熱して湯を供給する給湯器に関する。

バーナー装置によって水を加熱し、給湯栓（蛇口やシャワー）に湯を供給する給湯器は、バーナー装置や、操作用のリモコン等、電力が供給されて作動する電動機器を多く備えている（例えば、特許文献１参照）。
給湯器は、商用電源からの電力によって、これらの電動機器を作動させ、給湯栓に対して所定温度の湯を供給する。

特開２０１１−１６３７１１号公報

しかしながら、商用電源からの電力供給は、災害、事故等によって停止することがあり、従来の給湯器では、商用電源からの電力供給が停止した際に、給湯栓に湯を供給することができないという問題があった。
本発明は、かかる事情に鑑みてなされるもので、二次電池を備え、停電時には二次電池に蓄えられた電力を用いて作動し湯を供給する給湯器を提供することを目的とする。

前記目的に沿う本発明に係る給湯器は、燃焼部、該燃焼部に送られる可燃燃料の流量を調整する供給量調節手段、及び該可燃燃料の流量に合わせて該燃焼部に送る空気の供給量を変化させるファンを備えて、熱交換器を通過中の水を加熱するバーナー装置と、通常時に商用電源からの電力供給によって充電される二次電池とを有する給湯器であって、前記バーナー装置は、停電時には前記二次電池から電力を供給されて作動し、前記供給量調節手段及び前記ファンを、前記熱交換器を通過中の水に与える単位熱量あたりの該供給量調節手段及び該ファンの合計消費電力が最小となる状態で保持して水を加熱する。

本発明に係る給湯器において、前記熱交換器から出た湯に給水管から送られる水を混合する混合弁を備え、停電時は、前記混合弁を、停電直前に給湯を行っていた際の湯と水の混合比を保持した状態で固定して給湯を行うのが好ましい。

本発明に係る給湯器において、開度を変えて前記混合弁から送られる湯の流量を調整する比例弁が設けられ、停電時は、前記比例弁を、停電直前に給湯を行っていた際の開度を保持した状態で固定して給湯を行うのが好ましい。

本発明に係る給湯器において、前記熱交換器を通過中の水の流速を調整する比例弁が設けられ、停電時に前記熱交換器から出た湯の温度が給湯設定温度より低い際には、前記混合弁を固定した状態で前記比例弁を作動して該熱交換器を通過中の水の流速を落とし、該熱交換器から出る湯の温度を上昇させるのが好ましい。

本発明に係る給湯器において、前記可燃燃料は液体燃料であり、前記供給量調節手段は、運転レベルを変えて前記燃焼部に送る該可燃燃料の流量を調整するポンプであるのが好ましい。

本発明に係る給湯器は、バーナー装置が、停電時には二次電池から電力を供給されて作動するので、停電時には二次電池に蓄えられた電力を用いて湯を供給することが可能である。
また、バーナー装置が、停電時には供給量調節手段及びファンを、熱交換器を通過中の水に与える単位熱量あたりの供給量調節手段及びファンの合計消費電力が最小となる状態で保持して水を加熱するので、停電時に消費電力を抑制して、給湯可能時間を延長することが可能である。

本発明に係る給湯器において、停電時に、混合弁を、停電直前に給湯を行っていた際の湯と水の混合比を保持した状態で固定して給湯を行う場合、混合弁で電力が消費されない状態で給湯を行うことができ、二次電池内の電力消費を抑制することが可能である。

本発明に係る給湯器において、停電時に、比例弁を、停電直前に給湯を行っていた際の開度を保持した状態で固定して給湯を行う場合、比例弁で電力が消費されない状態で給湯を行うことができ、二次電池に蓄えられていた電力の減少量を低減することが可能である。

本発明に係る給湯器において、停電時に熱交換器から出た湯の温度が給湯設定温度より低い際に、混合弁を固定した状態で比例弁を作動して熱交換器を通過中の水の流速を落とし、熱交換器から出る湯の温度を上昇させる場合、混合弁での電力消費を避けて、二次電池内の電力消費を抑制することが可能である。

本発明に係る給湯器において、供給量調節手段が、運転レベルを変えて燃焼部に送る可燃燃料の流量を調整するポンプである場合、停電時にポンプ及びファンの合計消費電力が最小となる状態で給湯を行うことによって、確実に省エネ効果を得ることができる。これは、一般的に、給湯器において、ポンプで消費される電力が他の電動機器に比べ大きいためである。

本発明の一実施の形態に係る給湯器の説明図である。 マイクロコンピュータの信号接続を示すブロック図である。

続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
図１に示すように、本発明の一実施の形態に係る給湯器１０は、燃焼部１１、燃焼部１１に送られる可燃燃料の流量を調整する供給量調節手段１２、及び燃焼部１１に空気を送るファン１３を備えて、熱交換器１４を通過中の水を加熱するバーナー装置１５と、通常時、商用電源１６から電力を供給されて充電を行う二次電池１７とを有する。以下、詳細に説明する。

給湯器１０は、図１に示すように、バーナー装置１５と給水管１８に接続された熱交換器１４とを備え、バーナー装置１５によって給水管１８から熱交換器１４に供給された水を加熱し、熱交換器１４の下流側にある浴槽１９、蛇口２０及びシャワー２１に給湯を行う。
バーナー装置１５には、可燃燃料を燃焼する燃焼部１１、燃焼部１１に接続された供給量調節手段１２、燃焼部１１に空気を供給するファン１３が設けられている。

本実施の形態において、供給量調節手段１２はポンプであって、運転レベルを変えることによって、燃焼部１１に送る可燃燃料の流量を調整し、火力を調節する。本実施の形態では、可燃燃料に液体燃料の一例である灯油が用いられている。
燃焼部１１には、点火手段の一例であるイグナイター２２が設けられ、イグナイター２２を作動することによって、燃焼部１１に送られる可燃燃料への点火が行われる。

燃焼部１１に空気を送るファン１３は、回転数を変えることによって、燃焼部１１に送られる可燃燃料の流量に合わせて燃焼部１１への空気の供給量を変化させる。具体的には、燃焼部１１に送られる可燃燃料の流量の増加と共にファン１３の回転は速くなり、燃焼部１１に送られる可燃燃料の流量の減少と共にファン１３の回転は遅くなる。
本実施の形態では、燃焼部１１、供給量調節手段１２及びファン１３が一体となったバーナー装置１５を採用している。

熱交換器１４の湯の出側には、蛇口２０及びシャワー２１に湯を供給する給湯流路２３が連結され、給湯流路２３には、浴槽１９に湯を供給する湯張り流路２４が連結されている。
給湯流路２３には、熱交換器１４から送られてきた湯に給水管１８からの水を混合する混合弁２５と流量調整を行う比例弁２６が設けられている。
給水管１８には、熱交換器１４や混合弁２５に供給される水の温度を計測する温度センサ２７が設けられ、熱交換器１４の下流側には、熱交換器１４から流れ出る湯の温度を計測する温度センサ２８が設けられ、更に、給湯流路２３には、混合弁２５から出た湯の温度を計測する温度センサ２９が設けられている。

混合弁２５における湯と水の混合比は、通常時、即ち商用電源１６が電力を供給している時、温度センサ２７、２８、２９の各計測温度を基にして決定される。例えば、温度センサ２９の計測温度が給湯設定温度より高い場合、湯に対する水の混合比は上げられる。
比例弁２６は、開度を変えて混合弁２５から送られる湯の流量を調整する。

湯張り流路２４には、開閉弁３０が設けられ、開閉弁３０は、浴槽１９への湯張りを行う際に開かれ、湯張り流路２４を介して浴槽１９に湯が供給されるようにする。
湯張り流路２４は、温度センサ２９の下流側で給湯流路２３に連結され、浴槽１９への湯張りが行われている間、浴槽１９に送られる湯の温度は、温度センサ２９によって計測される。燃焼部１１の燃焼レベルは、温度センサ２８、２９の計測温度を基に調整され、浴槽１９に所定温度の湯が張られるようにする。
そして、浴槽１９への湯張りが終了すると、開閉弁３０は閉じられる。
なお、開閉弁３０の下流側には、断水時に浴槽１９の湯が逆流するのを防止する図示しない逆流防止手段が設けられている。

また、給湯器１０には、二次電池１７が設けられ、停電時、即ち商用電源１６からの電力供給が停止した時、供給量調節手段１２やファン１３等は、二次電池１７から電力が供給されて作動する。
商用電源１６と二次電池１７の間には、商用電源１６からの交流電力を直流電力に変換するコンバータ３２が設けられている。通常時、二次電池１７には、コンバータ３２から直流電力が出力される。二次電池１７は、通常時にコンバータ３２を介した商用電源１６からの電力供給によって充電される。
二次電池１７としては、鉛蓄電池、リチウムイオン電池等を採用することができる。

二次電池１７には、直流電力を交流電力に変換するインバータ３３が接続されている。インバータ３３は、停電時に二次電池１７から直流電力を供給されて作動し、二次電池１７からの直流電力を交流電力に変換して出力する。通常時、インバータ３３は停止しており、電力消費をしない状態になっている。

インバータ３３の電力出力側は、通常時、スイッチ３４を介して、供給量調節手段１２やファン１３等の制御を行う制御装置３５に接続されている。スイッチ３４は、通常時には商用電源１６を制御装置３５に直接接続して商用電源１６からの電力を制御装置３５に流し、停電時にはインバータ３３を制御装置３５に接続して二次電池１７からの電力を制御装置３５に送る。

制御装置３５には、供給量調節手段１２、ファン１３、イグナイター２２、混合弁２５、比例弁２６、温度センサ２７、２８、２９及び開閉弁３０をはじめとする多くの電動機器（電力を供給されて作動する機器）が接続されている。制御装置３５は、通常時にはこれらの電動機器に対して商用電源１６からの電力を供給し、停電時には二次電池１７からの電力をこれらの電動機器に供給する。
制御装置３５は、電力供給回路３６と各種プログラムが搭載されたマイクロコンピュータ（演算器の一例）３７とを備え、電力供給回路３６によってスイッチ３４と電動機器を電気的に接続している。

マイクロコンピュータ３７は、図２に示すように、供給量調節手段１２、ファン１３、イグナイター２２、混合弁２５、比例弁２６、温度センサ２７、２８、２９及び開閉弁３０に信号接続され、指令信号を送信することによって、これらの電動機器を作動させることができる。
なお、マイクロコンピュータ３７は、通常時には商用電源１６から電力が供給され、停電時には二次電池１７から電力が供給される。

マイクロコンピュータ３７には、リビングやキッチンに配置される給湯リモコン３８及び浴室内に配置される浴室リモコン３９が信号接続されている。給湯器１０の使用者は、給湯リモコン３８又は浴室リモコン３９を操作して、浴槽１９の湯張り温度や、蛇口２０及びシャワー２１に供給する湯の温度（以下、「給湯設定温度」ともいう）を設定することができる。給湯リモコン３８及び浴室リモコン３９はそれぞれ、給湯設定温度等を表示する表示部及び操作入力が行われる入力ボタンを有している。
給湯リモコン３８及び浴室リモコン３９は、図１に示すように、電力供給回路３６に電気的に接続され、通常時には商用電源１６から電力が供給され、停電時には二次電池１７から電力が供給される。

通常時、給湯リモコン３８又は浴室リモコン３９で所定の操作が行われると、浴槽１９への湯張りが開始する。
一方、停電時、開閉弁３０には二次電池１７からの電力が供給されず、浴槽１９への湯張りは禁止され、シャワー２１及び蛇口２０への給湯のみが可能な状態となる。これは、停電時はシャワー２１及び蛇口２０への給湯を優先するという設計思想によるものである。

また、二次電池１７は、図１に示すように、インバータ３３を介してサービス用コンセント４０に電気的に接続されている。インバータ３３は、停電時に、二次電池１７からの直流電力を交流電力に変換し、その変換した交流電力をサービス用コンセント４０を介して外部機器に供給することができる。

二次電池１７、コンバータ３２及びインバータ３３は、制御装置３５、バーナー装置１５等と共に筺体４１内に配置されている。
筺体４１内には、ファン１３の作動によって外部の空気が取り込まれる給気路４２が形成され、二次電池１７は、この給気路４２においてファン１３の上流側に配置されている。そのため、二次電池１７は、ファン１３が作動中に給気路４２を流れる空気によって空冷される。
二次電池１７には、電力供給回路３６に電気的に接続された温度センサ４３が取付けられている。温度センサ４３はマイクロコンピュータ３７に信号接続された電動機器の１つであり、商用電源１６から電力を供給されて作動し、二次電池１７の表面温度を計測する。

ファン１３は、燃焼部１１で可燃燃料が燃焼される際に作動するのに加えて、温度センサ４３からマイクロコンピュータ３７が得た二次電池１７の表面温度が予め設定された温度（例えば４０〜６０℃の範囲）以上であった際に作動する。従って、二次電池１７は、高温状態が継続するのを抑制されている。
一般的に、二次電池は高温状態が継続すると短命になるので、ファン１３による空冷は、二次電池１７の寿命を長くするのに有効である。

また、供給量調節手段１２及びファン１３の運転レベルは、マイクロコンピュータ３７によって決定される。マイクロコンピュータ３７は、通常時の供給量調節手段１２及びファン１３の運転レベルと、停電時の供給量調節手段１２及びファン１３の運転レベルを記憶している。
通常時の供給量調節手段１２及びファン１３の運転レベルは、給湯設定温度を基にマイクロコンピュータ３７によって決定され、給湯設定温度の値に応じて変化する。

一方、停電時の供給量調節手段１２及びファン１３の運転レベルは、給湯器１０ごとに予め定められたものであり、バーナー装置１５が熱交換器１４を通過中の水に与える熱量と供給量調節手段１２及びファン１３の消費電力の関係から算出される。具体的には、熱交換器１４を通過中の水に与える単位熱量あたりの供給量調節手段１２及びファン１３の合計消費電力が最小となる供給量調節手段１２及びファン１３の運転レベルである。

マイクロコンピュータ３７は、通常時に、給湯リモコン３８又は浴室リモコン３９で給湯開始の操作がなされると、記憶している供給量調節手段１２及びファン１３の運転レベルの情報を指令信号としてバーナー装置１５に送信する。
バーナー装置１５は、マイクロコンピュータ３７から受信した指令信号に基づいて供給量調節手段１２及びファン１３の運転を行って、熱交換器１４を通過中の水を加熱する。

また、通常時、マイクロコンピュータ３７は、温度センサ２７、２８、２９の計測温度及び給湯設定温度を基に混合弁２５による湯と水の混合比及び比例弁２６の開度を決定し、適宜、混合弁２５及び比例弁２６に指令信号を送信する。混合弁２５は指令信号を受信すると作動して混合比を変え、比例弁２６は指令信号を受信すると開度を変える。

通常時に給湯設定温度が変更されると、マイクロコンピュータ３７は、変更後の給湯設定温度を基に供給量調節手段１２及びファン１３の運転レベルを算出し、算出した運転レベルで供給量調節手段１２及びファン１３を作動するための指令信号をバーナー装置１５に送信する。
なお、バーナー装置１５は、通常時に商用電源１６からの電力供給によって作動する。

停電時、給湯リモコン３８又は浴室リモコン３９で給湯開始の操作がなされると、マイクロコンピュータ３７からバーナー装置１５に指令信号が送信される。
二次電池１７から電力を供給されて作動するバーナー装置１５は、マイクロコンピュータ３７からの指令信号に基づいて供給量調節手段１２及びファン１３の運転を開始し、熱交換器１４を通過中の水を加熱する。このとき、供給量調節手段１２及びファン１３は、熱交換器１４を通過中の水に与える単位熱量あたりの供給量調節手段１２及びファン１３の合計消費電力が最小となる状態で保持される。
停電時は、たとえ給湯設定温度が変更されても、供給量調節手段１２及びファン１３の運転レベルは変わらない。

また、マイクロコンピュータ３７は、給湯中の混合弁２５と比例弁２６の状態を記憶する機能を備えている。
停電時、マイクロコンピュータ３７は、混合弁２５を停電直前に給湯を行っていた際の湯と水の混合比を保持した状態で固定すると共に、比例弁２６を停電直前に給湯を行っていた際の開度を保持した状態で固定して、バーナー装置１５に水を加熱させる。
これによって、給湯器１０は、停電時に、混合弁２５及び比例弁２６によって消費される電力を抑制した状態で給湯を行うことができる。

本実施の形態では、停電時に給湯を行うにあたって、混合弁２５及び比例弁２６を固定したが、給湯設定温度と熱交換器１４から出た湯の温度の関係に応じて、比例弁２６を作動するようにしてもよい。
比例弁２６は、比例弁２６の開度を変えることによって、熱交換器１４を通過中の水の流速を調整し、熱交換器１４を通過中の水の温度上昇幅を変えることが可能である。

停電時に温度センサ２９が計測する熱交換器１４から出た湯の温度が給湯設定温度より低い際には、マイクロコンピュータ３７が混合弁２５を停電直前に給湯を行っていた際の湯と水の混合比を保持して固定した状態で比例弁２６を作動して熱交換器１４を通過中の水の流速を落とし、熱交換器１４から出る湯の温度を上昇させる。
そして、温度センサ２９の計測温度が給湯設定温度に対して所定温度（本実施の形態では、２〜５℃）以上高い状態が所定時間（本実施の形態では、１５〜６０秒間）継続した際には、マイクロコンピュータ３７は、比例弁２６を作動して熱交換器１４を通過中の水の流速を上げて、熱交換器１４から出る湯の温度を降下させる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は、上記した形態に限定されるものでなく、要旨を逸脱しない条件の変更等は全て本発明の適用範囲である。
例えば、バーナー装置はガス燃料式のものを採用することもできる。この場合、供給量調節手段は、燃焼部に供給されるガス燃料の流量を調整する比例弁となり、停電時、その比例弁は、比例弁及びファンの合計消費電力が最小となる開度で保持される。

１０：給湯器、１１：燃焼部、１２：供給量調節手段、１３：ファン、１４：熱交換器、１５：バーナー装置、１６：商用電源、１７：二次電池、１８：給水管、１９：浴槽、２０：蛇口、２１：シャワー、２２：イグナイター、２３：給湯流路、２４：湯張り流路、２５：混合弁、２６：比例弁、２７、２８、２９：温度センサ、３０：開閉弁、３２：コンバータ、３３：インバータ、３４：スイッチ、３５：制御装置、３６：電力供給回路、３７：マイクロコンピュータ、３８：給湯リモコン、３９：浴室リモコン、４０：サービス用コンセント、４１：筺体、４２：給気路、４３：温度センサ

Claims (5)

1. 燃焼部、該燃焼部に送られる可燃燃料の流量を調整する供給量調節手段、及び該可燃燃料の流量に合わせて該燃焼部に送る空気の供給量を変化させるファンを備えて、熱交換器を通過中の水を加熱するバーナー装置と、通常時に商用電源からの電力供給によって充電される二次電池とを有する給湯器であって、
   前記バーナー装置は、停電時には前記二次電池から電力を供給されて作動し、前記供給量調節手段及び前記ファンを、前記熱交換器を通過中の水に与える単位熱量あたりの該供給量調節手段及び該ファンの合計消費電力が最小となる状態で保持して水を加熱することを特徴とする給湯器。
2. 請求項１記載の給湯器において、前記熱交換器から出た湯に給水管から送られる水を混合する混合弁を備え、停電時は、前記混合弁を、停電直前に給湯を行っていた際の湯と水の混合比を保持した状態で固定して給湯を行うことを特徴とする給湯器。
3. 請求項２記載の給湯器において、開度を変えて前記混合弁から送られる湯の流量を調整する比例弁が設けられ、停電時は、前記比例弁を、停電直前に給湯を行っていた際の開度を保持した状態で固定して給湯を行うことを特徴とする給湯器。
4. 請求項２記載の給湯器において、前記熱交換器を通過中の水の流速を調整する比例弁が設けられ、停電時に前記熱交換器から出た湯の温度が給湯設定温度より低い際には、前記混合弁を固定した状態で前記比例弁を作動して該熱交換器を通過中の水の流速を落とし、該熱交換器から出る湯の温度を上昇させることを特徴とする給湯器。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の給湯器において、前記可燃燃料は液体燃料であり、前記供給量調節手段は、運転レベルを変えて前記燃焼部に送る該可燃燃料の流量を調整するポンプであることを特徴とする給湯器。

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