JP5880078B2

JP5880078B2 - 貯湯式給湯システム

Info

Publication number: JP5880078B2
Application number: JP2012013784A
Authority: JP
Inventors: 俊也辰村; 木村　孝次; 孝次木村
Original assignee: Noritz Corp
Current assignee: Noritz Corp
Priority date: 2012-01-26
Filing date: 2012-01-26
Publication date: 2016-03-08
Anticipated expiration: 2032-01-26
Also published as: JP2013152055A

Description

本発明は、太陽熱温水器やヒートポンプからの熱回収や、電気ヒータ等のエネルギー消費による加熱によって、所定の高温状態に貯湯した貯湯槽から湯を取り出して水を混合させて温調した上で給湯するとともに、貯湯槽内の湯温が給湯設定温度未満である場合にはバックアップ給湯器などによって補助加熱した上で給湯するように構成された貯湯式給湯システムに関する。

この種従来の貯湯式給湯システムは、例えば下記の特許文献１に開示されているように、上水道などの水源から冷水が供給される給水路と、該給水路が底部に接続されて給水路から注水される貯湯槽と、太陽熱温水器で加熱された熱媒との間で熱交換加熱することにより貯湯槽内の水を加熱して貯湯するための主熱源装置と、貯湯槽の頂部から出湯される湯と前記給水路から供給される冷水とを混合比率調整可能に混合して給湯する給湯混合器（混合調整器）と、混合後の給湯温度が給湯設定温度となるように前記給湯混合器の混合比率を制御する混合制御手段と、給湯混合器からの給湯に給水路からの水を供給混合するための高温回避弁（開閉弁）と、該高温回避弁の開閉動作を制御する高温回避弁制御手段（特許文献１記載の実施例では上記混合制御手段と共通）と、給湯混合器からの給湯を補助加熱する補助熱源装置としてのバックアップ給湯器とを備えている。

この従来の貯湯式給湯システムによれば、給湯混合器によって湯と水との混合制御が正常に行われない異常が生じた場合に、高温回避弁を全開にすることで給湯混合器からの給湯に大量の水を混合させ、これにより火傷のしない安全な低温域まで給湯温度を下げることができるようになっている。

特許第３７２８２７２号公報

しかし、高温回避弁が閉位置のまま固着して開動作できなくなることがあり、かかる高温回避弁の閉故障が発生すると、その後給湯混合器が故障したときに上述したような安全動作ができず、高温の湯が給湯される危険性がある。

かかる危険性を回避するために、定期的に高温回避弁が正常動作することをチェックし、高温回避弁の閉故障を検出した場合は、給湯混合器における冷水の混合比率を最大にして機器を停止させることも行われていたが、かかる安全動作制御中は給湯混合器が正常であっても修理がなされるまでユーザーは湯を使用できない状態にあった。

そこで本発明は、修理が完了するまでの暫定動作として、高温回避弁が故障しても給湯を行うことができ、しかも、かかる給湯動作中に給湯混合器が故障したとしても高温の湯が給湯されることが無く、安全性が確保された給湯運転を行うことのできる貯湯式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、本発明は、次の技術的手段を講じた。

すなわち、本発明は、給水路と、該給水路から注水される貯湯槽と、該貯湯槽内の水を加熱して貯湯するための主熱源装置と、貯湯槽から出湯される湯と前記給水路から供給される水とを混合して給湯する給湯混合器と、混合後の給湯温度が給湯設定温度となるように前記給湯混合器を制御する混合制御手段と、給湯混合器からの給湯に給水路からの水を供給混合するための高温回避弁と、該高温回避弁の開閉動作を制御する高温回避弁制御手段と、給湯混合器からの給湯を補助加熱する補助熱源装置とを備えた貯湯式給湯システムにおいて、前記貯湯槽に貯湯された湯を排水するための排水弁と、該排水弁の開閉動作を制御する排水弁制御手段と、高温回避弁制御手段による高温回避弁の開動作が行われない閉故障を検出するための故障検出手段とを備え、排水弁制御手段は、前記故障検出手段により高温回避弁の閉故障が検出されたとき前記排水弁を開制御するとともに、その後排水弁を閉制御するように構成されていることを特徴とするものである（請求項１）。

かかる本発明の貯湯式給湯システムによれば、正常時は、主熱源装置によって貯湯槽内に約８０℃程度の高温の湯を貯湯しておき、該高温の湯に給湯混合器で給水路からの冷水と混合して給湯設定温度で給湯する。貯湯槽内の湯が消費されると、給水路から貯湯槽内に冷水が注水される。主熱源装置が例えば太陽熱温水器である場合は晴れた日中しか貯湯槽内の水を加熱できず、貯湯槽内の湯温が低くなってしまうことがあり、これにより給湯混合器における湯の混合比率を最大にしても給湯設定温度よりも低い温度でしか給湯できなくなることがあるが、この場合は、給湯混合器からの給湯をバックアップ給湯器などからなる補助熱源装置によって給湯設定温度まで補助加熱して給湯する。

給湯動作中は、定期的に若しくは常時、或いは、給湯混合器の異常が検出されたときに故障検出手段による高温回避弁の閉故障の診断を行うことができ、閉故障が検出されたときは安全動作制御として給湯混合器における水の混合比率を最大に制御するように混合制御手段を構成することにより、高温の湯が給湯されることをより確実に防止できる。

また、本発明では、排水弁制御手段が、故障検出手段により高温回避弁の閉故障が検出されたとき、貯湯槽内の高温の湯が排水されるまで前記排水弁を開制御するように構成されているので、高温回避弁が閉故障したときに貯湯槽内に高温の湯が残っていれば、排水弁を開くことによって高温の湯を排水してしまうことにより、その後の高温給湯の危険性を解消できる。なお、かかる排水のための水圧は、給水路における給水圧によって行うことができるが、十分な給水圧が無い場合には排水ポンプなどを用いて排水することも可能である。また、高温回避弁の閉故障検出時に貯湯槽から出湯される湯温が所定温度未満であるか、或いは、排水弁を開くことで高温の湯が排水完了して出湯湯温が所定温度未満となれば、排水弁の開制御を終了して閉弁し、混合制御手段による給湯混合器の制御を再開して、修理が完了するまでの暫定的な給湯運転を行わせることができる。この暫定的な給湯運転中は主熱源装置の運転を停止しておくことが好ましいが、主熱源装置の運転により貯湯槽からの出湯湯温が上記所定温度となるまで貯湯槽内の水を加熱することもできる。また、暫定的な給湯運転中は、給湯混合器の給湯湯温は給湯設定温度よりも低くなることが通常であると考えられるが、補助熱源装置により補助加熱することによって、給湯設定温度若しくはそれに近い温度の給湯を行うことができる。

上記本発明の貯湯式給湯システムにおいて、前記排水制御手段により排水弁が開制御されてから閉制御されるまでの間、前記補助熱源装置の作動を禁止する補助加熱禁止手段を備えることができる（請求項２）。これによれば、高温回避弁が閉故障して高温回避運転ができない状態のときに、給湯混合弁からの給湯をさらに補助熱源装置によって加熱することで最終的な給湯温度が更に高温となってしまうことを回避し、より一層の安全性の向上を行うことができる。一方、高温の湯の排水が完了した後は補助加熱禁止手段による補助熱源装置の作動禁止を解除することにより、補助熱源装置のみによる暫定的な給湯運転を行わせることができ、故障時におけるユーザーの利便性を向上できる。

さらに、前記故障検出手段により閉故障が検出されたとき前記主熱源装置の作動を禁止する主加熱禁止手段を備えることができる（請求項３）。これによれば、高温回避弁の閉故障時には主熱源装置の作動を禁止することで貯湯槽内に高温の湯が貯湯されることを防止し、暫定的な給湯運転中に給湯混合器が故障した場合でも高温の湯が給湯されてしまうことを回避できる。

以上説明したように、本発明の請求項１に係る貯湯式給湯システムによれば、故障検出手段による高温回避弁の閉故障の診断を行うことができ、また、排水弁制御手段が、故障検出手段により高温回避弁の閉故障が検出され且つ貯湯槽から出湯される湯温が所定温度（例えば４０℃）以上であるとき前記排水弁を開制御するように構成されているので、高温回避弁が閉故障したときに貯湯槽内に高温の湯が残っていれば、排水弁を開くことによって高温の湯を排水してしまうことにより、その後の高温給湯の危険性を解消できる。また、高温回避弁の閉故障検出時に貯湯槽から出湯される湯温が所定温度未満であるか、或いは、排水弁を開くことで高温の湯が排水完了して出湯湯温が所定温度未満となれば、排水弁の開制御を終了して閉弁し、混合制御手段による給湯混合器の制御を再開して、修理が完了するまでの暫定的な給湯運転を行わせることができる。また、暫定的な給湯運転中は、給湯混合器の給湯湯温は給湯設定温度よりも低くなることが通常であると考えられるが、補助熱源装置により補助加熱することによって、給湯設定温度若しくはそれに近い温度の給湯を行うことができる。

また、本発明の請求項２に係る貯湯式給湯システムによれば、高温回避弁が閉故障して高温回避運転ができない状態のときに、給湯混合弁からの給湯をさらに補助熱源装置によって加熱することで最終的な給湯温度が更に高温となってしまうことを回避し、より一層の安全性の向上を行うことができる。

また、本発明の請求項３に係る貯湯式給湯システムによれば、高温回避弁の閉故障時には主熱源装置の作動を禁止することで貯湯槽内に高温の湯が貯湯されることを防止し、暫定的な給湯運転中に給湯混合器が故障した場合でも高温の湯が給湯されてしまうことを回避できる。

本発明の一実施形態に係る貯湯式給湯システムの全体概略構成図である。

以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る貯湯式給湯システムを模式的に示し、該貯湯式給湯システムは、上水道から冷水が供給される給水路１と、該給水路の給水圧により注水される貯湯槽２と、該貯湯槽２内の水を加熱して貯湯するための主熱源装置３とを備えている。この主熱源装置３は、太陽熱温水器などの熱源部３１により主構成される。熱源部３１としては、ヒートポンプや電気ヒータなどの適宜の熱源を採用できる。また、主熱源装置１は、貯湯槽２内の湯水を外部に取り出して循環させる循環流路中でその湯水を加熱して貯湯槽２に戻すものであってもよく、貯湯槽２に内蔵されたヒータを熱源部３１として加熱するものであってもよく、また、図１に示すように、熱源部３１で高温に加熱された熱媒を貯湯槽２内に設けた熱交換器３２にポンプ３３により循環させる熱媒循環配管を設け、熱媒と貯湯槽２内の湯水との間の熱交換によって貯湯槽２内の湯水を加熱して貯湯するものであってもよい。熱媒循環配管の中途部には膨張タンク３４が配設され、集熱パネルの太陽熱による温度上昇や気泡の発生に伴う熱媒の体積変化などに応じオーバーフローした熱媒を漏水電極を有する排水ホッパー３５へ排水できるように構成されている。また、貯湯式給湯システム全体の作動制御を行うマイコン等からなるコントローラ４が設けられており、上記ポンプ３３もコントローラ４によって動作制御され、８０℃程度の高温の湯を所定量貯湯することを目標値として制御できる。

給水路１には、貯湯槽２内の湯水が上水道へ逆流することを防止する逆止弁１１と、給水路１から供給される冷水の流量を検出するための流量計１２と、給水路１内の給水圧を検出するための圧力センサ１３とが設けられている。また、給水路１には、流量計１２と貯湯槽２との間で分岐して後述する給湯路５１へ冷水を供給する混水用給水路１４が設けられている。

貯湯槽２は密閉式に構成され、その側部には少なくとも頂部位置を含む高さ方向の複数箇所に配設された複数の温度センサ２１からなる残湯水量測定手段が設けられ、各高さ位置における貯湯の湯温を検出できるように構成されており、これにより、貯湯槽２内の上部側から貯湯される高温湯の湯量並びに湯温を検出できるようになっている。

また、本実施形態に係る貯湯式給湯システムは、貯湯槽２の上部から出湯される湯を用いて給湯栓（図示せず）に給湯する給湯回路５を備えている。この給湯回路５は、上流端が貯湯槽２の頂部に接続されて下流端側が給湯栓まで延びるように接続された給湯路５１と、この給湯路５１の中途部に設けられた給湯混合弁５２（給湯混合器）とを備えている。給湯混合弁５２は、給湯路５１の上流側から供給される湯と、混水用給水路１４から供給される冷水とをコントローラ４により制御された混合比率で混合（混水）させることにより、ユーザーによってリモコン等によって設定された給湯設定温度に温調した上で、給湯栓に給湯するものである。かかる制御を行うために、給湯混合弁５２の下流側に給湯温度センサ（図示せず）を設けておくことが好ましく、温調後に最終的に給湯される湯の温度を給湯温度センサによって検出してコントローラ４に出力し、この給湯温度センサからの出力に基づいて給湯混合弁５２がコントローラ４によりフィードバック制御されるように構成できる。而して、コントローラ４が、混合後の給湯温度が給湯設定温度となるように給湯混合弁５２を制御する混合制御手段として機能する。なお、貯湯槽２内の湯温が十分に高温でない場合、例えば給湯設定温度よりも低い温度の湯しか残っていない場合には、コントローラ４が給湯混合弁５２を湯の混合比率が最大となるよう制御しても、給湯混合弁５２からの給湯温度は給湯設定温度よりも低くなるが、この場合は後述するバックアップ給湯器７による補助加熱が行われる。

また、混水用給水路１４と、給湯混合弁５２の下流側の給湯路５１とを接続するバイパス給水路１５と、該バイパス給水路１５を開閉する電磁開閉弁からなる高温回避弁６とが設けられており、該高温回避弁６が開かれることによって給湯混合弁５２からの給湯に高温出湯回避に十分な量の水を供給混合することができるようになっている。該高温回避弁６もコントローラ４によって制御されるようになっており、該コントローラ４が高温回避弁制御手段として機能する。なお、高温回避弁６は、通電により閉成制御され、非通電時に開成制御されるように構成されており、これにより停電時に自動的に開成されることで、停電時に高温の湯が給湯栓に給湯されることを防止している。

また、本実施形態の貯湯式給湯システムには、給湯混合弁５２の下流側であって、且つ、高温回避弁６が開かれることによって給湯路５１にバイパス給水路１５からの冷水が供給混合される位置よりも下流側に、バックアップ給湯器（補助熱源装置）７が設けられており、給湯混合弁５２からの給湯温度が給湯設定温度に満たない場合には、バックアップ給湯器７によって給湯設定温度にまで補助加熱できるように構成されている。このバックアップ給湯器７としては、ガスバーナの燃焼熱との間で熱交換器７１により湯水を熱交換加熱するガス瞬間給湯器を用いることが好ましく、これにより、必要時のみ運転することでガス消費量を節減しつつ、ユーザーが希望する温度の給湯を行わせることができる。このバックアップ給湯器７もコントローラ４によって作動制御することができる。

本実施形態では、貯湯槽２に貯湯された湯を排水するための排水路８と、該排水路を開閉する電磁制御弁からなる排水弁８１とが設けられている。排水路８は、図示例では貯湯槽２と給湯混合弁５２との間の給湯路５１から分岐して設けられているが、給湯路５１とは別個独立して貯湯槽２の上部に接続しても良い。排水弁８１はコントローラ４によって開閉動作が制御され、而して、コントローラ４が排水弁制御手段として機能する。

また、コントローラ４は、高温回避弁６の開動作が行われない閉故障を検出するための故障検出手段としても機能する。閉故障が生じたか否かの診断方法は適宜のものとすることができ、例えば、通常の給湯運転中に高温回避弁６を一時的に開制御して、実際に高温回避弁が開弁されたか否かを、その時の給湯温度の変化量、バイパス給水路１５の流量変化などに基づいて判定することによって、高温回避弁６が閉故障しているか否かを検出することができる。なお、高温回避弁６の閉故障は、高温回避弁６における機械的な故障が大半であるが、高温回避弁６への通電線のショート等による常時通電なども閉故障の原因となり得る。

さらに、コントローラ４は、高温回避弁６の閉故障を検出すると、たとえば、コントローラ４に通信接続されるリモコン（図示せず）に備えられる報知手段を用いてユーザーに対して故障発生を報知するとともに、システム全体の運転制御を下記のような安全運転制御に切換えるように構成されている。

すなわち、高温回避弁６の閉故障を検出すると、まず、貯湯槽２に８０℃程度の高温水が貯湯されている場合の安全性を担保するために、給湯混合弁５２を水の混合比率が最大となるように制御するとともに、バックアップ給湯器７の作動を禁止する。かかるコントローラ４によってバックアップ給湯器７の作動を禁止する補助加熱禁止手段が構成される。このバックアップ給湯器７の作動禁止は、例えば、高温回避弁６が閉故障状態であるか否かを示す作動禁止フラグを内蔵メモリ内に記憶しておき、バックアップ給湯器７の運転制御プログラムにおいて燃焼運転を行う際は常に上記フラグを監視して、該フラグが立っているときには燃焼運転を許可しないことで実現できる。また、閉故障の検出によりバックアップ給湯器７の電源供給を切断することによって作動禁止を行うこともできる。その他、バックアップ給湯器７の運転を停止した状態にするどのような手段であってもよい。

上記のバックアップ給湯器７の作動禁止は、貯湯槽２内に貯湯されている湯温にかかわらず常に行われるようにしてもよいが、高温回避弁６の閉故障が検出された時点で貯湯槽２内に４０℃程度の所定温度の低温の湯しか残っていない場合には、バックアップ給湯器７の作動禁止を行う必要はない。

さらに、コントローラ４は、高温回避弁６の閉故障を検出したときは、主熱源装置３の作動を禁止する。かかるコントローラ４によって主熱源装置３の作動を禁止する主加熱禁止手段が構成される。この主熱源装置３の作動禁止も、例えば、主熱源装置３の運転制御プログラムにおいてポンプ３３の運転を行う際は常に上記作動禁止フラグを監視して、該フラグが立っているときにはポンプ３３の運転を許可しないことで実現できる。また、運転制御プログラムは閉故障検出時においても通常通り実行される場合は、閉故障の検出によりポンプ３３の電源供給を切断することによって作動禁止を行うこともできる。その他、バックアップ給湯器７の運転を停止した状態にするどのような手段であってもよい。

この次にコントローラ４は排水弁８１を開制御するように構成されており、排水弁８１が開かれることで貯湯槽２内の上部側の高温の湯が給水路１の給水圧によって押し出され、排水路８１から排水されていく。

このとき、上記流量計１２の検出流量に基づいて排水量を演算乃至推定し、貯湯槽２の貯湯容量分だけ排水されるまで排水弁８１を開弁しその後閉弁することによって、貯湯槽２の上部に貯湯された高温の湯を確実かつ強制的に給湯路５１外に排出することができる。なお、より安全を担保するために、排水後の排水弁８１の閉制御前に温度センサ２１の検出値に基づいて貯湯槽２内の湯温を測定しておくことが好ましい。

また、貯湯槽２に設けた温度センサ２１の検出温度に基づいて貯湯槽２から出湯される湯温を演算乃至推定し、該湯温が所定温度以上である間は排水弁８１からの排水を継続させ、湯温が所定温度未満となったときに排水弁８１を閉制御することもできる。

貯湯槽２内の高温の湯の排水がなされた後は、主熱源装置３の作動禁止制御とユーザーに対する故障報知は継続しつつ、その他の安全運転制御は解除して通常運転させ、バックアップ給湯器７による給湯を行う。なお、このバックアップ給湯器７による暫定給湯動作中に給湯混合弁５２が故障しても、貯湯槽２からの出湯温度は十分に低温であり高温水が出ることは無いので安全である。

本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、適宜設計変更することができる。例えば、上記実施形態では、共通のコントローラ４がすべての制御手段の機能を実現する例を示したが、各制御手段毎に個別にコントローラ４を設けても良いことはいうまでもない。

１給水路
２貯湯槽
３主熱源装置
４コントローラ（制御手段）
５２給湯混合弁
６高温回避弁
７補助熱源装置
８１排水弁

Claims

給水路と、該給水路から注水される貯湯槽と、該貯湯槽内の水を加熱して貯湯するための主熱源装置と、貯湯槽から出湯される湯と前記給水路から供給される水とを混合して給湯する給湯混合器と、混合後の給湯温度が給湯設定温度となるように前記給湯混合器を制御する混合制御手段と、給湯混合器からの給湯に給水路からの水を供給混合するための高温回避弁と、該高温回避弁の開閉動作を制御する高温回避弁制御手段と、給湯混合器からの給湯を補助加熱する補助熱源装置とを備えた貯湯式給湯システムにおいて、
前記貯湯槽に貯湯された湯を排水するための排水弁と、該排水弁の開閉動作を制御する排水弁制御手段と、高温回避弁制御手段による高温回避弁の開動作が行われない閉故障を検出するための故障検出手段とを備え、排水弁制御手段は、前記故障検出手段により高温回避弁の閉故障が検出されたとき前記排水弁を開制御するとともに、前記排水弁を開くことで高温の湯が排水完了して前記貯湯槽から出湯される湯温が所定温度未満となった後に排水弁を閉制御するように構成されていることを特徴とする貯湯式給湯システム。
請求項１に記載の貯湯式給湯システムにおいて、前記排水制御手段により排水弁が開制御されてから閉制御されるまでの間、前記補助熱源装置の作動を禁止する補助加熱禁止手段を備えることを特徴する貯湯式給湯システム。
請求項１又は２に記載の貯湯式給湯システムにおいて、前記故障検出手段により閉故障が検出されたとき前記主熱源装置の作動を禁止する主加熱禁止手段を備えることを特徴とする貯湯式給湯システム。