JP5948563B2 - 給湯機 - Google Patents

Description

本発明は、給湯機に関するものである。

従来、この種の給湯機は、風呂端末へ供給する湯水は、貯湯タンク内の高温水と、給水源から供給される水とを混合する混合弁と、混合弁出口の流量を調整する流量調整弁と、混合弁出口の温度を検出する温度センサと、混合弁出口の流量を検出する流量センサと、
混合弁出口の流量を遮断する電磁弁からなる。給湯と風呂との同時給湯時は、前記流量調整弁にて風呂流量を調整し給湯端末の湯温変動を低減している（例えば、特許文献１参照）。

特開２００２−８９９５４号公報

しかしながら、従来の構成では、給湯と風呂の同時給湯時の給湯端末における湯温変動を、風呂流量調整弁にて風呂流量を制限して給湯湯温変動を低減していたが、流量調整弁追加によるコストアップや、同時給湯時の風呂流量低下による風呂湯はり時間が長くなる課題を有していた。

本発明は、従来の課題を解決するもので、同時給湯時の湯温変動低減および同時給湯時の湯はり時間の短縮を実現する給湯機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、本発明の給湯機は、高温湯を出湯する出湯管と、給水源から水を供給する給水管と、前記出湯管と前記給水管とからの湯水を混合する混合手段と、制御装置とを備え、前記制御装置が前記混合手段を駆動させたときの、前記混合手段の出口から水が流出する第１所定開度と前記混合手段の出口から前記水よりも温度の高い設定温度が出湯する設定温度開度との間に、第２所定開度を設定するとともに、前記水が流出する区間での前記第１所定開度までの駆動速度は、前記第１所定開度から前記第２所定開度までの駆動速度および前記第２所定開度から前記設定温度開度までの駆動速度よりも速いことを特徴とするものである。

これによって、同時給湯時の風呂流量を制限せずに、給湯端末と風呂端末の湯温変動低減をすることができ、使用性を向上した給湯機を提供できる。

本発明によれば、同時給湯時の湯温変動低減および同時給湯時の湯はり時間の短縮を実現する給湯機を提供できる。

本発明の実施の形態１における貯湯式給湯機の構成図 同給湯混合弁の混合比と流量特性を示した図 同風呂混合弁の混合比と流量特性を示した図 同電動式混合弁の通常温度制御の駆動速度を示した図

第１の発明は、高温湯を出湯する出湯管と、給水源から水を供給する給水管と、前記出湯管と前記給水管とからの湯水を混合する混合手段と、制御装置とを備え、前記制御装置が前記混合手段を駆動させたときの、前記混合手段の出口から水が流出する第１所定開度と前記混合手段の出口から前記水よりも温度の高い設定温度が出湯する設定温度開度との間に、第２所定開度を設定するとともに、前記水が流出する区間での前記第１所定開度までの駆動速度は、前記第１所定開度から前記第２所定開度までの駆動速度および前記第２所定開度から前記設定温度開度までの駆動速度よりも速いことを特徴とする給湯機で、単独時の風呂端末の湯温変動低減と同時給湯時の給湯端末と風呂端末の湯温変動低減が実現
できる。

第２の発明は、第１の発明において、前記第１所定開度から前記第２所定開度までの駆動速度は、前記第２所定開度から前記設定温度開度までの駆動速度よりも速いことを特徴とするもので、単独時の風呂端末の湯温変動低減と同時給湯時の給湯端末と風呂端末の湯温変動低減が実現できる。

第３の発明は、第１または第２の発明において、前記給水管に水圧を１７０ｋｐａ以下に減圧する減圧弁と前記混合手段の下流側に開閉手段を配設し、前記混合手段の前記第１所定開度より小さい開度にて、前記開閉手段を開閉することを特徴とするもので、開閉手段の開閉時における配管振動（ウォーターハンマー）を低減できる。

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、本実施の形態における貯湯式給湯機の構成図である。図１において、本実施の形態の貯湯式給湯機１は、冷凍サイクル２と湯を沸き上げるための加熱サイクル３から構成されている。

冷凍サイクル２は、圧縮機５と冷媒熱交換器６と膨張弁７と蒸発器８とを順次冷媒配管で環状に接続して構成されており、冷凍サイクル２内には冷媒が循環している。冷媒には二酸化炭素冷媒を用いる。なお、冷媒としては、他にもＲ４１０ａ等の風呂ン系冷媒、プロパン等の炭化水素系冷媒などが挙げられる。

加熱サイクル３は、貯湯タンク９と冷媒熱交換器６と積層ポンプ１０とを順次給湯配管で環状に接続して構成されており、積層ポンプ１０を駆動することで、貯湯タンク９の下方部の低温水を冷媒熱交換器６へ送り、冷媒熱交換器６では高温冷媒から熱を受け取ることで高温水を生成し、生成した高温水は貯湯タンク９の上方から積層状態で貯えられていく。

この貯湯運転は、夜間などの決まった時間もしくは貯湯タンク内の残湯から決定される時間になると開始し、貯湯タンク９内に高温の湯水で満たされるまで続けられる。

次に、カラン等の給湯端末１１への湯の供給について説明する。貯湯タンク９の上部には、高温水を出湯する出湯管１２と給水源から前記貯湯タンクに水を供給する第１給水管１３と、出湯管１２と第１給水管１３から分岐した第２給水管１４とを接続し混合装置である電動式混合弁１５で湯と水を混合する。電動式混合弁１５の下流には、湯水の温度を検出するサーミスタ１６と湯水の流量を検出する流量検出装置１７が、給湯配管４４に備えられている。

次に風呂端末への湯の供給について説明する。

貯湯タンク９の上部には、高温水を出湯する出湯管１８と給水源から前記貯湯タンクに水を供給する第１給水管１３と出湯管１８と第１給水管１３から分岐した第３給水管１９とを接続し混合装置である電動式混合弁２０で湯と水を混合する。

電動式混合弁２０の下流には、湯水の温度を検出するサーミスタ２１と流量遮断する電磁弁２３と湯水の流量を検出する流量検出装置２２が、風呂配管４５に備えられている。

また、電動式混合弁１５、２０の制御などを行うマイコンや電子部品で構成された制御装置（図示せず）が設けられており、通常、電動式混合弁１５，２０の制御は、流量検出装置１７、２３が流量を検出している間、サーミスタ１６、２１で検出する温度が設定温度になるように制御装置（図示せず）にてフィードバック制御を行う。

以上のように構成された貯湯式給湯機において、風呂単独注湯時と給湯と風呂の同時給湯の電動式混合弁制御について説明する。

図２は電動式混合弁１５の混合比と流量特性を示した図である。電動式混合弁１５の動作は流量検出装置１７が流量を検出すると、設定温度とサーミスタ１６が検出した温度との温度偏差にて通常温度制御（フィードバック制御）をする。

図３は電動式混合弁２０の混合比と流量特性を示した図である。電動式混合弁２０の混合特性は、０パルスから８００パルスまでは水が出湯する。

８００パルス以上はお湯が出湯する。電動式混合弁２０の流量特性は０パルスから８００パルスまでは７Ｌ／ｍｉｎから２１Ｌ／ｍｉｎとなる。８００パルス以上では流量は約２１Ｌ／ｍｉｎとなる。

例えば、風呂設定温度４０℃で風呂湯張りした場合の風呂単独注湯時の電動式混合弁２０の動作を、図３用いて説明する。

減圧弁２５が２００ＫＰａ以上で電磁弁２３を開閉したとき、注湯配管が振動する現象が発生（ウォーターハンマー）する。ウォーターハンマー対策として注湯配管が振動しない流量で電磁弁２３を開閉する必要があり、注湯配管が振動しない流量としては約１２Ｌ／ｍｉｎ以下である。

風呂注湯開始時、ウォーターハンマー対策として風呂流量が約１２Ｌ／ｍｉｎ以下となる電動式混合弁１５の混合弁比（パルス数）が３００パルスで電磁弁２３を開弁する。

次に、電動式混合弁２０を設定温度になる混合比までを駆動速度３ｍｓで駆動した場合、サーミスタ２１がハンチングを起こし、風呂端末２４で温度変動が発生してしまい使用者に不快感を与えてしまう。

しかし、電動式混合弁１５の駆動速度を遅くした場合、風呂端末２４から水が注水する時間が長くなり、使用者に不快感を与えてしまうため、本仕様にて改善を図る。

例えば、本仕様ではタンク温度７５℃、給水温度１５℃の条件下で、電動式混合弁２０の出口温度が３５℃、４０℃とすると、電動式混合弁２０の混合比（パルス数）は３３％（１２００パルス）、４１％（１３００パルス）となる。

サーミスタ２１がハンチングせず設定温度まで素早く到達するには、設定温度よりも少し低い温度まで（３００パルス〜１２００パルス）を駆動速度３ｍｓで駆動させ、混合比が３３％（１２００パルス）〜４１％（１３００パルス）まではフィードバック制御にて通常温度制御を行う。

また、減圧弁２５が２００ＫＰａ未満の場合、電磁弁２３を開閉しても注湯配管が振動する現象はほとんど発生しないため、電動式混合弁２０の混合比（パルス数）が３３％（１２００パルス）の位置で電磁弁２３を開弁し、混合比が３３％（１２００パルス）〜４１％（１３００パルス）までは、フィードバック制御にて通常温度制御を行う。混合比３
３％で電磁弁２３を開弁することで、風呂端末から水が流れにくくなり使用者に不快感を与えずにすむ。

通常温度制御の駆動速度は図４に示したものであり、他のパルス区間よりも駆動速度は遅い。これによって風呂湯張り時、電磁弁２３の開閉時のウォーターハンマー、サーミスタ２１のハンチングが起こらず、使用者に不快感を与えずに風呂湯張りすることが可能となる。

所定の注湯湯量終了後、電動式混合弁２０の混合比が３００パルスまで駆動速度３ｍｓで駆動させて、３００パルス到達後、電磁弁２３を閉にして風呂湯張り終了となる。なお、図３および図４に示す駆動速度は、予め定められた実験値であり、状況に応じて変更することができる。

次に風呂と給湯の同時給湯時の電動式混合弁１５、２１の動作について説明する。

例えば、タンク湯温７５℃、給水温度１５℃、給湯、風呂設定温度が４０℃の条件で給湯流量１０Ｌ／分で単独給湯を行った場合、電動式混合弁１５の混合比は５０％、給湯流量１０Ｌ／分で給湯と風呂の同時給湯を行った場合、出湯管１２と出湯管１８で貯湯タンク９のお湯の取り合いが起こり、電動式混合弁１５の混合比は７５％で安定する。

風呂湯張りを行った場合、風呂流量は給湯流量１０Ｌ／分よりも大きく約２０Ｌ／分となるため単独と同時で電動式混合弁２０の混合比は変わらない。

給湯と風呂の同時給湯時、電動式混合弁２０の動作を単独の風呂湯張りと同じ動作をさせると、給湯端末１１の温度変動が大きくなり使用者に不快感を与えてしまう。同時給湯時の電動式混合弁１５、２０の動作は単独出湯時と異なる動作が必要であり、電動式混合弁１５、２０の動作について説明する。

最初に、電動式混合弁２０の動作について図２を用いて説明する。給湯中に風呂湯はりを行った場合、電動式混合弁２０は３００パルスの位置で電磁弁２３を開弁する。電磁弁２３開弁後、電動式混合弁２０の出口から水が出湯する８００パルスまで駆動速度３ｍｓで駆動する。ただし、８００パルスまでは電動式混合弁２０の出口から水のみ注水するため、電動式混合弁１５、２０の混合比に影響は与えない。

また、駆動速度３ｍｓにすることで、風呂端末２４から水が注水する時間が短くなり使用者に不快感を与えずにすむ。

次に、電動式混合弁２０の出口温度が３５℃となる混合比（パルス数）３３％（１２００パルス）まで駆動速度２０ｍｓで駆動する。

このとき、電動式混合弁２０の出口温度が水から３５℃となり、出湯管１２と出湯管１８で貯湯タンク９のお湯の取り合いが起こる。電動式混合弁２０の駆動速度を３ｍｓで駆動した場合、電動式混合弁１５の混合比が急激に変わり給湯端末１１の温度変動が大きくなって使用者に不快感を与えてしまうため、電動式混合弁２０の駆動速度を若干遅くした。

ただし、電動式混合弁２０の駆動速度を遅くした場合、電磁弁２３開後からしばらく間、風呂端末２４から水が注水してしまい使用者に不快感を与えてしまうため、電動式混合弁２０の駆動速度は使用者に不快感を与えない程度の駆動速度が望ましい。

次に、電動式混合弁２０は、電動式混合弁２０の出口温度３５℃（１２００パルス）から設定温度４０℃（１３００パルス）までは、通常温度制御（フィードバック制御）を行う。フィードバック制御の駆動速度は、電動式混合弁２０の８００パルスから１２００パルスまでの駆動速度（２０ｍｓ）よりも遅い。

駆動速度が遅い理由は、設定温度付近でハンチングが起こり使用者に不快感を与えてしまう可能性があるためである。

次に、注湯湯量終了後、電動式混合弁２０は電動式混合弁２０の出口温度が水となる位置（８００パルス）まで駆動速度２０ｍｓで駆動する。このとき、駆動速度を速くした場合、電動式混合弁１５の混合比が急激に変化してしまい、給湯端末１１の温度変動が大きくなって使用者に不快感を与えてしまう。

次に、電動式混合弁２０は８００パルスから３００パルスまで駆動速度３ｍｓで駆動し、ウォーターハンマーが発生しない風呂流量域で電磁弁２３を閉弁する。駆動速度を遅くすると風呂端末２４から水が多く出湯してしまい、使用者に不快感を与えてしまうため、駆動速度は出来るだけ速い速度が望ましい。

また、電動式混合弁２０の出口からは水が出るだけで、出湯管１２と出湯管１８による貯湯タンク９のお湯の取り合いが起こることないので、電動式混合弁１５の混合比は変化せず給湯端末１１に影響はない。これにより、同時給湯時の風呂湯はり流量を制限しないため、風呂湯はり時間が長くなることはない。

次に、電動式混合弁１５の動作について図２用いて説明する。給湯中に風呂湯はりを行った場合、電動式混合弁２０が８００パルスから１２００パルスまで駆動したとき、出湯管１２と出湯管１８で貯湯タンク９のお湯の取り合いが起こり、電動式混合弁１５の混合比が急激に変化し、通常温度制御（フィードバック制御）だけではサーミスタ１６の温度変化に追随できず、給湯端末１１で温度変動が大きくなって使用者に不快感を与えてしまう場合がある。

そこで、電動式混合弁１５は、電動式混合弁２０が８００パルスに到達直後に、所定位置（混合比７５％の位置）へ駆動し、その後、通常温度制御（フィードバック制御）を行う。

次に、注湯終了後に、電動式混合弁２０が１２００パルスから８００パルスへ駆動した場合、電動式混合弁１５は、電動式混合弁２０が１２００パルス到達直後に所定位置へ駆動する。このとき、電動式混合弁２０の混合比が７５％の場合、混合比５０％へ駆動する。駆動速度は、通常温度制御（フィードバック制御）の駆動速度よりも速い。

これによって、給湯端末１１での温度変動幅が小さくなり、使用性を向上できる。また、同時給湯時の風呂流量を絞ることなく給湯端末１１と風呂端末２４の温度変動低減が可能となる。なお、図２から図４に示す駆動速度および混合弁位置は予め定められた実験値であり、状況に応じて変更することができる。

以上のように、本発明にかかる給湯機は、注湯電磁弁開閉時の温度変動幅を小さくすることで使用者に不快感を与えなくすることが可能となり、ヒートポンプ式の貯湯式温水器に限らず、電気、ガス、石油、燃料電池などに利用することができる。

１ 貯湯式給湯機
２ 冷凍サイクル
３ 加熱サイクル
５ 圧縮機
６ 冷媒熱交換器
７ 膨張弁
８ 蒸発器
９ 貯湯タンク
１０ 積層ポンプ
１１ 給湯端末
１２ 出湯管
１３ 第１給水管
１４ 第２給水管
１５ 電動式混合弁
１６ サーミスタ
１７ 流量検出装置
１８ 出湯管
１９ 第３給水管
２０ 電動式混合弁
２１ サーミスタ
２２ 流量検出装置
２３ 電磁弁
２４ 風呂端末
２５ 減圧弁
４４ 給湯配管
４５ 風呂配管

Claims (3)

1. 高温湯を出湯する出湯管と、給水源から水を供給する給水管と、前記出湯管と前記給水管とからの湯水を混合する混合手段と、制御装置とを備え、前記制御装置が前記混合手段を駆動させたときの、前記混合手段の出口から水が流出する第１所定開度と前記混合手段の出口から前記水よりも温度の高い設定温度が出湯する設定温度開度との間に、第２所定開度を設定するとともに、前記水が流出する区間での前記第１所定開度までの駆動速度は、前記第１所定開度から前記第２所定開度までの駆動速度および前記第２所定開度から前記設定温度開度までの駆動速度よりも速いことを特徴とする給湯機。
2. 前記第１所定開度から前記第２所定開度までの駆動速度は、前記第２所定開度から前記設定温度開度までの駆動速度よりも速いことを特徴とする請求項１に記載の給湯機。
3. 前記給水管に水圧を１７０ｋｐａ以下に減圧する減圧弁と前記混合手段の下流側に開閉手段を配設し、前記混合手段の前記第１所定開度より小さい開度にて、前記開閉手段を開閉することを特徴とする請求項１または２に記載の給湯機。