JP5807146B2 - 給湯装置 - Google Patents

Description

本発明は、沸き上げた湯を貯湯槽に貯えて使用するとともに、この湯の熱を利用して風呂の追い焚きを行う給湯装置に関する。

従来、この種の給湯装置は、貯湯槽と、この貯湯槽の水を加熱する加熱手段と、浴槽と、前記貯湯槽の湯と前記浴槽の湯を熱交換して風呂の追い焚きを行うための熱交換器が貯湯槽の上部に設けられ、この貯湯槽上部に８５℃以上の高温の湯を貯め、その下方に６５℃〜８５℃の中温の湯が貯まるように加熱手段の沸き上げ温度を制御し、風呂追い焚き用には上部の高温の湯を用い、給湯用には貯湯槽の中間部に取り出し口を設けて中温の湯６を用いる構成としている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００５−４２９５２号公報

しかしながら、前記従来の構成では、貯湯槽１上部に高温の湯があることによって風呂の追い焚きが高速におこなわれるものの、風呂の追い焚きが少ない家庭では貯湯槽１上部の高温の湯は貯湯槽１外に放熱するだけで全く無駄となってしまう。また、加熱手段２がヒートポンプの場合は沸き上げ温度が低いほど効率が高くなる特性があるので、高温の湯５をつくることは効率の低い運転をすることになり、ここでも無駄が生じるという課題があった。

また、風呂追い焚き運転の利便性を確保しつつ、効率を低下を抑える手段として、タンク内を全量沸かさず沸き上げ温度のみを上げる方法もあるが、急な給湯量の増加や風呂追い焚き運転の増加に対して十分対応できず、湯切れするなどの課題があった。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、必要に応じて風呂追い焚き時に十分な能力を確保し、効率を損なわずに利便性の高い給湯装置を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の給湯装置は、水を加熱する加熱手段と、前記加熱した水を貯湯する貯湯槽と、過去の一定期間における使用湯量の実績に基づいて、前記水の沸き上げ温度と前記貯湯槽に蓄える沸き上げ湯量とを決定する沸き上げ温度決定手段と、前記貯湯槽内の湯と浴槽の湯とを熱交換する追い焚き熱交換器、前記追い焚き熱交換器に前記貯湯槽の水を導く追い焚きポンプ、前記追い焚き熱交換器に前記浴槽の湯を導く風呂循環ポンプ、を有する風呂追い焚き手段と、所定期間における前記追い焚きポンプの運転時間を記憶する追い焚き時間記憶手段と、前記運転時間と比較するための複数の設定時間を有し、前記運転時間が前記複数の設定時間以上であるか否かに基づいて、前記沸き上げ温度と前記沸き上げ湯量とを変更する加熱量制御手段と、を備え、前記加熱量制御手段は、前記追い焚き時間記憶手段に記憶された前記運転時間が第１の設定時間以上の場合には、前記沸き上げ温度を所定温度高い値に変更し、前記加熱量制御手段は、前記追い焚き時間記憶手段に記憶された前記運転時間が、前記第１の設定時間よりも長い第２の設定時間以上の場合には、前記沸き上げ湯量を前記貯湯槽の全量に変更するとともに、前記沸き上げ湯量を所定量多い値に変更することを特徴とするものである。

これによって、利用者が風呂追い焚きを使用する実績すなわち風呂追い焚きを使用する時間に応じて、必要な沸き上げ温度の湯を貯湯槽に確保するように加熱手段の運転を行うため、風呂の追い焚きが長い場合は加熱手段による沸き上げ温度を上げ、風呂の沸かし直しなど追い焚き時間がより長い場合は沸き上げ温度を上げ、かつ、貯湯槽に貯めるお湯の量を増やすことにより、風呂の追い焚きの時間を短くできる。

逆に風呂追い焚きをあまり使用しない家庭や時期など、必要なときだけ早い風呂追い焚き時間を可能にし、それ以外は、給湯負荷を賄える必要最低限の沸き上げ温度とすることにより、貯湯槽からの放熱を抑え、また加熱手段がヒートポンプである場合の高効率運転を実現し、使い勝手向上、追い焚きによる湯切れ防止と効率の高さを両立することが可能となる。

本発明によれば、必要に応じて風呂追い焚き時に十分な能力を確保し、効率を損なわずに湯切れがなく利便性の高い給湯装置を提供できる。

本発明の実施の形態１における給湯装置の構成図 （ａ）同給湯装置の沸き上げ動作のフローチャート（ｂ）同給湯装置の浴槽保温や風呂追い焚き動作時のフローチャート 同給湯装置の動作概念図

第１の発明は、水を加熱する加熱手段と、前記加熱した水を貯湯する貯湯槽と、過去の一定期間における使用湯量の実績に基づいて、前記水の沸き上げ温度と前記貯湯槽に蓄える沸き上げ湯量とを決定する沸き上げ温度決定手段と、前記貯湯槽内の湯と浴槽の湯とを熱交換する追い焚き熱交換器、前記追い焚き熱交換器に前記貯湯槽の水を導く追い焚きポンプ、前記追い焚き熱交換器に前記浴槽の湯を導く風呂循環ポンプ、を有する風呂追い焚き手段と、所定期間における前記追い焚きポンプの運転時間を記憶する追い焚き時間記憶手段と、前記運転時間と比較するための複数の設定時間を有し、前記運転時間が前記複数の設定時間以上であるか否かに基づいて、前記沸き上げ温度と前記沸き上げ湯量とを変更する加熱量制御手段と、を備え、前記加熱量制御手段は、前記追い焚き時間記憶手段に記憶された前記運転時間が第１の設定時間以上の場合には、前記沸き上げ温度を所定温度高い値に変更し、前記加熱量制御手段は、前記追い焚き時間記憶手段に記憶された前記運転時間が、前記第１の設定時間よりも長い第２の設定時間以上の場合には、前記沸き上げ湯量を前記貯湯槽の全量に変更するとともに、前記沸き上げ湯量を所定量多い値に変更することを特徴とする給湯装置である。

これによって、利用者が風呂追い焚きを使用する実績すなわち風呂追い焚きを使用する時間に応じて、必要な沸き上げ温度の湯を貯湯槽に確保するように加熱手段の運転を行うため、風呂の追い焚きが長い場合は加熱手段による沸き上げ温度を上げ、風呂の沸かし直しなど追い焚き時間がより長い場合は沸き上げ温度を上げ、かつ、貯湯槽に貯めるお湯の量を増やすことにより、風呂の追い焚きの時間を短くできる。

また、前記追い焚き時間記憶手段による記憶時間が第１の設定時間以上の場合は、前記沸き上げ温度のみの変更を行い、前記記憶時間が、前記第１の設定時間より長い第２の設定時間以上の場合は、前記沸き上げ温度及び前記貯湯槽内に貯湯される湯量を変更する構成としたことを特徴とするものである。

これによって、逆に風呂追い焚きをあまり使用しない家庭や時期など、必要なときだけ早い風呂追い焚き時間を可能にし、それ以外は、給湯負荷を賄える必要最低限の沸き上げ温度とすることにより、貯湯槽からの放熱を抑え、また加熱手段がヒートポンプである場合の高効率運転を実現し、使い勝手向上、追い焚きによる湯切れ防止と効率の高さを両立することが可能となる。

第２の発明は、特に、第１の発明において、加熱手段に、ヒートポンプサイクルを用いた構成としたもので、必要なときだけ高温の沸き上げ温度として、できるだけ低い沸き上げ温度を適用できる結果、高効率の特性を最大限に引き出せる。

第３の発明は、特に、第２の発明において、ヒートポンプサイクルは、運転圧力が臨界圧力以上となる超臨界冷媒回路であり、前記臨界圧力以上に昇圧された冷媒により水を加熱する構成としたもので、沸き上げ温度を高温にできるので、利用できる熱量の増大と湯切れ防止性を向上することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は本発明の第１の実施の形態における給湯装置の構成を示す図である。

図１において、給湯装置は、貯湯槽１と、この貯湯槽１の水を加熱する加熱手段としてのヒートポンプユニット２と、貯湯槽１内の深さ方向の湯温を検知するように設けられた複数個の貯湯槽温検知手段８と、これら複数個の貯湯槽温検知手段８による貯湯槽１内の湯の増減度合から使用湯量を求め、記憶された過去の一定期間の使用湯量実績に基づき、その日の沸き上げ温度を決定する沸き上げ温度決定手段９とを備えている。

また、給湯装置は、浴槽３と、貯湯槽１の湯と前記浴槽３の湯を熱交換して風呂の追い焚きを行う風呂追い焚き手段としての追い焚き熱交換器４および追い焚きポンプ１０、風呂循環ポンプ１１とを備えている。

さらに、給湯装置は、追い焚き熱交換器４に追い焚きポンプ１０を介して貯湯槽１のお湯を導く追い焚き循環回路１２を備えている。また追い焚き熱交換器４に風呂循環ポンプ１１を介して浴槽３のお湯を導く風呂循環回路１４と風呂循環回路中に風呂温度を検出する風呂温度検出器１５を備えている。また、前記風呂循環ポンプ１１、風呂温度検出器１５、追い焚きポンプ１０を制御する風呂追い焚き制御手段１６と、風呂追い焚き制御手段１６に追い焚きポンプ１０運転時間Ｔ１を記憶させる追い焚き時間記憶手段１７を持たせている。

この追い焚き時間記憶手段１７の記憶内容に基づいて、沸き上げ温度決定手段９によるヒートポンプユニット２の沸き上げ温度のみを変更する場合と、沸き上げ温度決定手段９によるヒートポンプユニット２の沸き上げ温度および貯湯槽１に蓄える湯量を変更する場合を選択する加熱量制御手段１８とを備えている。加熱量制御手段１８の選択結果沸き上げ温度決定手段９に送りヒートポンプユニット２の沸き上げ運転を制御する。また１９は利用者が浴槽の保温や風呂追い焚きを行う風呂追い焚きスイッチである。なお、沸き上げ温度決定手段９、風呂追い焚き制御手段１６、追い焚き時間記憶手段１７、加熱量制御手段１８は制御装置２０内に設けられている。

以上のように構成された給湯装置について、以下その動作、作用を説明する。

基本的な動作としては、沸き上げ前は貯湯槽１に低温の水が多く満たされており、運転を開始すると、沸き上げ用循環ポンプ２１によりヒートポンプ往き口２２からヒートポンプユニット２に送出され、そこで加熱されて高温の湯がヒートポンプ戻り口２３から貯湯槽１に戻される。

これによって、貯湯槽１には上方から順次高温の湯が貯えられていく。沸き上げ後の給湯利用の際には、給湯口２４から貯湯槽１の高温の湯が送られ、この湯が給水配管２５からの給水と湯水混合弁２６で設定された給湯温度に調節されて給湯栓２７から供給される。また、給湯に使用された湯量相当の水が給水配管２８を通じて貯湯槽１下部の給水口２９から流入する。

また、風呂追い焚きや浴槽３のお湯の保温は、風呂追い焚きスイッチ１９が利用者によって押される場合や浴槽のお湯はり後など、風呂循環ポンプ１１と追い焚きポンプ１０が起動し、貯湯槽１の風呂追い焚き往き口３０を通じて貯湯槽１内の湯と浴槽３内の湯が追い焚き熱交換器４に送られることにより行われ、熱交換された後の湯は風呂追い焚き戻り口３１から貯湯槽１に戻される。

ここで、沸き上げ温度決定手段９は、複数個の貯湯槽温検知手段８の出力から過去一定期間の残湯量から、お湯の使用量を算出し、それができるだけ少なくなるように、ヒートポンプユニット２による沸き上げ温度と貯湯槽１に蓄える湯量（沸き上げ停止量）を決めている。これによって残湯による無駄な放熱と、ヒートポンプユニット２の高効率運転を実現する。しかし、利用される家庭の湯の使用量が少なくなって沸き上げ温度が低くなるということは、風呂の沸き上げを行う際に追い焚き熱交換器４に送られる湯の温度も低くなって、風呂追い焚きに時間がかかることになる。風呂追い焚きをあまり使用しない家庭では不便を感じることは少ないが、使う頻度の高い場合には非常に使い勝手が悪いものとなる。

本実施の形態の給湯装置は、浴槽３のお湯の保温運転時や風呂追い焚きスイッチ２０が利用者によって押されると、追い焚き時間記憶手段１７で追い焚きポンプ１０の運転時間積算値Ｔ１を記憶させ、記憶した運転時間積算値Ｔ１に基づいて加熱量制御手段１８が、沸き上げ温度決定手段９によるヒートポンプユニット２の沸き上げ温度のみを変更する場合と、沸き上げ温度決定手段９によるヒートポンプユニット２の沸き上げ温度および貯湯槽１に蓄える湯量を変更する場合の選択を行い、選択結果を沸き上げ温度決定手段９に送り、沸き上げ温度決定手段９で、沸き上げ温度と貯湯槽１に蓄える湯量（沸き上げ停止量）を決めて、ヒートポンプユニット２の沸き上げ運転を制御する。

このように構成された給湯装置について、図２（ａ）、（ｂ）のフローチャートによって沸き上げ動作と浴槽保温や風呂追い焚き動作時の動作を説明する。

図２（ａ）に沸き上げ動作のフローチャートを示す。

沸き上げ温度決定手段９は、複数個の貯湯槽温検知手段８の出力を用いて残湯量を逐次検出し、貯湯槽１内の湯の増減度合から１日の使用湯量を求めて記憶する。（ステップ記載無し）記憶された過去の一定期間の使用湯量実績を学習し（ステップ０１）その学習結果に基づき、沸き上げ開始時刻になると（ステップ記載無し）その日の沸き上げ量（沸き上げ温度および沸き上げ停止する量）を決定する（ステップ０２）。

次に、設定された沸き上げ温度をセットし（ステップ０３）、設定された沸き上げ停止量が貯湯槽（タンク）１全量か判断する。（ステップ０４）
過去のお湯の使用量が少なければ、沸き上げ停止量が貯湯槽（タンク）１全量沸かさな
い部分量がセットされ（ステップ５）、逆に過去のお湯の使用量が多ければ貯湯槽（タンク）１全量がセットされる（ステップ０６）。

次に沸き上げ温度決定手段９によりセットされた沸き上げ温度、沸き上げ停止量に対し、加熱量制御手段１８は、追い焚き時間記憶手段１７の記憶内容を参照し（ステップ０７）、追い焚きポンプ１０運転時間積算値Ｔ１が所定時間ＴＡ以下であれば、（ステップ０８）セットされた沸き上げ温度、沸き上げ停止量で沸き上げを開始する。逆に追い焚きポンプ１０の運転時間積算値Ｔ１が所定時間ＴＡ以上であれば（ステップ０８）、セットされた沸き上げ温度が上限温度か判断する（ステップ０９）。沸き上げ温度が設定できる上限温度以下の場合は、再度沸き上げ温度を前日より５℃以上高いか判断する（ステップ１０）し、５℃以下の場合は沸き上げ温度を５℃上げて再セットする（ステップ１１）。

次に、沸き上げ温度が上限温度の場合、沸き上げ温度を前日より５℃以上高い場合、および沸き上げ温度を５℃上げた後は、再度追い焚きポンプ１０の運転時間積算値Ｔ１が所定時間ＴＢ以上か判断する（ステップ１２）。

追い焚きポンプ１０の運転時間積算値Ｔ１が所定時間ＴＢ以上の場合（ステップ１２）は沸き上げ停止量がタンク全量沸き上げ停止量か判断し（ステップ１３）沸き上げ停止量がタンク全量でない場合は、タンク全量にセットする（ステップ１４）。

逆に追い焚きポンプ１０の運転時間積算値Ｔ１が所定時間ＴＢ以下の場合（ステップ１２）は再セットされた沸き上げ温度（ステップ１１）または上限の沸き上げ温度（ステップ９）で、初期にセットされた沸き上げ停止量（ステップ５、ステップ６）にて沸き上げを開始する。

図２（ｂ）に浴槽保温や風呂追い焚き動作時のフローチャートを示す。風呂追い焚き制御手段１６は浴槽３の保温および、追い焚きを行う制御手段であり、まず浴槽３に湯張りが完了すると保温運転に入る。

保温運転が開始されると、貯湯槽１の水の流れは図１で示す斜線矢印の方向、浴槽水の流れは図１で示す黒矢印の方向になる。

次に保温タイマー（図示せず）が起動し（ステップ１５）、所定時間になれば風呂循環ポンプ１１が駆動し（ステップ１６）、風呂循環回路１５を介して、追い焚き熱交換器４へ浴槽水を循環させる。この時、風呂温度検出器１５で浴槽水温Ｔｈ１を検出する（ステップ１７）。

次に、浴槽水目標湯温ＴｈＡと現在の浴槽水温Ｔｈ１を比較し（ステップ１８）、浴槽水温Ｔｈ１が目標湯温ＴｈＡより低ければ、追い焚きポンプ１０を駆動させる（ステップ１９）。

追い焚きポンプ１０駆動により貯湯槽１の風呂追い焚き往き口３０を通じて貯湯槽１内の湯と浴槽３内の湯が追い焚き熱交換器４に送られることにより行われ、熱交換された後の湯は風呂追い焚き戻り口３１から貯湯槽１に戻される。

この時、追い焚きポンプ１０運転時間を積算し値Ｔ１を記憶する（ステップ２０）しその後、浴槽水温Ｔｈ１検出に戻る。上記の循環を繰り返し、浴槽水温Ｔｈ１が目標湯温ＴｈＡを越えれば、追い焚きポンプ１０、風呂循環ポンプ１１が停止し（ステップ２１）、保温タイマー起動に戻る（ステップ１５）。なお追い焚きポンプ１０で昇温したお湯は、一定水量の風呂循環ポンプ１１で風呂循環回路１５から浴槽３へ送られる。

次に、使用者が浴槽３の水を強制的に追い焚きしたい場合には、追い焚きスイッチ１９を押す。追い焚きスイッチ１９が押されると、保温運転タイマーのシーケンスを通らない制御動作に入り、上記と同様の制御動作となる。

以上説明した追い焚きポンプ１０の運転時間Ｔと貯湯槽（タンク）１貯湯湯量Ｑの関係をまとめると図３になり、風呂追い焚きポンプ１０の運転時間Ｔにより、運転時間ＴＡ−ＴＢ間は主に沸き上げ温度のみを変更する領域で、運転時間ＴＢ以上は沸き上げ温度を上げるとともに貯湯槽（タンク）１を全量を沸き上げるようにして、貯湯槽（タンク）１に蓄える湯量を増やすようにしている。逆に運転時間ＴＡ以下は風呂追い焚きで沸き上げ温度を上げないようにしている。

以上のように、給湯量に応じて貯湯温度を調節して過不足の生じない制御を行う場合、少ない給湯量で貯湯温度が下がって風呂追い焚きに時間がかかる不具合や湯切れを回避するために、日々の風呂追い焚き量の大小を追い焚きポンプの運転時間を積算することにより把握し、風呂追い焚きを使用する家庭に対して必要な貯湯温度と貯湯湯量を確保して利便性を損なわないようにし、風呂追い焚きの使用頻度が低い家庭の場合は高い効率で運転できるよう、低温の沸き上げ温度にすることにより、利便性と省エネルギー性を両立できる。

なお、ヒートポンプユニット２の冷凍サイクルは冷媒として二酸化炭素を用い、臨界圧を越える圧力で運転することが好ましい。二酸化炭素を冷媒として用いることで沸き上げ温度を高温にできるので、利用できる熱量の増大と湯切れ防止性を向上することができる。

また、追い焚き熱交換器４の追い焚き熱量を積算演算し、その演算値の大小によって、沸き上げ温度決定手段９によるヒートポンプユニット２の沸き上げ温度のみを変更する場合と、沸き上げ温度決定手段９によるヒートポンプユニット２の沸き上げ温度および貯湯槽１に蓄える湯量を変更する場合のどちらかを選択しても同様の効果が得られる。

以上のように、本発明にかかる給湯装置は、高い効率性と利便性を両立する制御方式を実現できるので、前記したような家庭用の給湯装置の貯湯槽に適用できるほか、熱源と貯湯槽を有するシステムにおいて業務用などの規模の大きい用途にも適用し、設備の管理者等に対して高い利便性を提供できる。

１ 貯湯槽
２ 加熱手段（ヒートポンプユニット）
３ 浴槽
４ 風呂追い焚き手段（追い焚き熱交換器）
９ 沸き上げ温度決定手段
１０ 追い焚きポンプ
１１ 風呂循環ポンプ
１６ 風呂追い焚き制御手段
１７ 追い焚き時間記憶手段
１８ 加熱量制御手段

Claims (3)

1. 水を加熱する加熱手段と、
   前記加熱した水を貯湯する貯湯槽と、
   過去の一定期間における使用湯量の実績に基づいて、前記水の沸き上げ温度と前記貯湯槽に蓄える沸き上げ湯量とを決定する沸き上げ温度決定手段と、
   前記貯湯槽内の湯と浴槽の湯とを熱交換する追い焚き熱交換器、前記追い焚き熱交換器に前記貯湯槽の水を導く追い焚きポンプ、前記追い焚き熱交換器に前記浴槽の湯を導く風呂循環ポンプ、を有する風呂追い焚き手段と、
   所定期間における前記追い焚きポンプの運転時間を記憶する追い焚き時間記憶手段と、
   前記運転時間と比較するための複数の設定時間を有し、前記運転時間が前記複数の設定時間以上であるか否かに基づいて、前記沸き上げ温度と前記沸き上げ湯量とを変更する加熱量制御手段と、を備え、
   前記加熱量制御手段は、前記追い焚き時間記憶手段に記憶された前記運転時間が第１の設定時間以上の場合には、前記沸き上げ温度を所定温度高い値に変更し、
   前記加熱量制御手段は、前記追い焚き時間記憶手段に記憶された前記運転時間が、前記第１の設定時間よりも長い第２の設定時間以上の場合には、前記沸き上げ温度を所定温度高い値に変更するとともに、前記沸き上げ湯量を前記貯湯槽の全量に変更することを特徴とする給湯装置。
2. 前記加熱手段を、ヒートポンプサイクルとしたことを特徴とする請求項１に記載の給湯装置。
3. 前記ヒートポンプサイクルは、運転圧力が臨界圧力以上となる超臨界冷媒回路であることを特徴とする請求項２に記載の給湯装置。