JP6073273B2 - 給湯装置 - Google Patents

Description

本明細書で開示する技術は、給湯装置に関する。

特許文献１には、高温の水と低温の水を混合する混合弁と、混合弁に流入する高温の水の流量を検出する高温側水量センサと、混合弁に流入する低温の水の流量を検出する低温側水量センサと、制御装置を備える給湯装置が開示されている。

特開２０１３−１１３４９５号公報

上記のような給湯装置では、高温側水量センサで検出される流量と低温側水量センサで検出される流量を合算することで、給湯箇所への給湯流量を検出し、制御装置が給湯流量を取得する。このため、仮に低温側水量センサが故障すると、給湯流量を正確に検出することができなくなってしまう。特に、混合弁の開度が高温の水の流量よりも低温の水の流量の方が大きくなる開度で保持されている場合、低温側水量センサが故障すると、給湯流量が大幅に低く検出されてしまう。このため、実際には給湯箇所へ水の供給が行われているにも関わらず、制御装置では取得した給湯流量が低過ぎて給湯が行われていないものと誤って認識されてしまう事態が生じる。このような事態を避けるために、低温側水量センサの故障の有無を自動的に判定することが可能な技術が期待されている。

本明細書では、上記の課題を解決する技術を提供する。本明細書では、高温側水量センサと低温側水量センサを備える給湯装置において、低温側水量センサの故障の有無を自動的に判定することが可能な技術を提供する。

本明細書が開示する給湯装置は、高温の水と低温の水を混合する混合弁と、混合弁に流入する高温の水の流量を検出する高温側水量センサと、混合弁に流入する低温の水の流量を検出する低温側水量センサと、制御装置を備えている。制御装置は、低温側水量センサの故障を判定する故障判定処理を実行可能である。制御装置は、故障判定処理において、混合弁の開度が高温の水の流量よりも低温の水の流量の方が大きくなる開度であって、高温側水量センサで高温の水が流れていることを検出しており、低温側水量センサで低温の水が流れていることを検出しない場合に、低温側水量センサが故障していると判定する。

混合弁の開度が高温の水の流量よりも低温の水の流量の方が大きくなる開度である場合、混合弁に高温の水が流入していれば、低温の水はそれ以上の流量で混合弁に流入しているはずである。そこで、上記の給湯装置では、混合弁の開度が高温の水の流量よりも低温の水の流量の方が大きくなる開度であって、高温側水量センサで高温の水が流れていることを検出しており、低温側水量センサで低温の水が流れていることを検出しない場合に、制御装置は低温側水量センサが故障していると判定する。上記の給湯装置によれば、低温側水量センサの故障の有無を自動的に判定することができる。

上記の給湯装置は、混合弁よりも下流側で水を加熱する補助熱源機をさらに備えており、制御装置が、補助熱源機を利用した給湯を終了した場合に、故障判定処理を実行するように構成されている。

補助熱源機を利用した給湯を行う場合、混合弁から補助熱源機へは補助熱源機の最小加熱能力を考慮して給湯設定温度よりも低い温度に温度調整した水を供給する。このため、多くの場合、補助熱源機を利用した給湯においては、混合弁に流入する高温の水の流量よりも、混合弁に流入する低温の水の流量の方が大きくなる。従って、仮に補助熱源機を利用した給湯を行っている時に低温側水量センサが故障すると、制御装置が認識している給湯流量（低温側水量センサで検出される流量と、高温側水量センサで検出される流量を合算した流量）が大幅に低下して、実際には給湯箇所への給湯が継続していたとしても、給湯が終了したと制御装置が誤って判断することになる。そこで、上記の給湯装置では、制御装置が、補助熱源機を利用した給湯が終了したと判断した場合に、低温側水量センサの故障判定処理を行う。このような構成とすることによって、低温側水量センサに故障が発生した場合に、故障の発生を速やかに検出することができる。

上記の給湯装置は、低温側水量センサが故障していると判断した場合に、混合弁の開度を低温側の開度全開にして、給湯流量の検出を補助熱源機の水量センサで行い、補助熱源機での加熱によって給湯を行うように構成することができる。

上記の給湯装置によれば、故障した低温側水量センサの修理や交換を待つ間についても、給湯設定温度での給湯を行うことができる。

本明細書が開示する技術によれば、高温側水量センサと低温側水量センサを備える給湯装置において、低温側水量センサの故障の有無を自動的に判定することができる。

実施例に係る給湯システム２の構成を模式的に示す図。 実施例に係る給湯システム２の給湯運転を示すフローチャート。

（実施例）
図１に示すように、本実施例に係る給湯システム２は、ＨＰ（ヒートポンプ）ユニット４と、タンクユニット６と、バーナユニット８を備えている。

ＨＰユニット４は、外気から吸熱して水を加熱する熱源である。ＨＰユニット４は、圧縮機１０と、凝縮器１２と、膨張弁１４と、蒸発器１６を備えている。圧縮機１０は、冷媒を加圧して高温高圧にする。凝縮器１２は、水との熱交換により冷媒を冷却する。膨張弁１４は、冷媒を減圧して低温低圧にする。蒸発器１６は、外気との熱交換により冷媒を加熱する。ＨＰユニット４は、冷媒（例えばフロン系冷媒）を、圧縮機１０、凝縮器１２、膨張弁１４、蒸発器１６の順に循環させることで、外気から吸熱して水を加熱する。ＨＰユニット４はさらに、凝縮器１２に水を循環させる循環ポンプ１８と、凝縮器１２に流れ込む水の温度を検出する戻りサーミスタ２０と、凝縮器１２から流れ出る水の温度を検出する往きサーミスタ２２と、外気温度を検出する外気温度サーミスタ２３と、ＨＰユニット４の各構成要素の動作を制御するＨＰコントローラ２４を備えている。

タンクユニット６は、タンク３０と、混合弁３２と、バイパス制御弁３４を備えている。タンク３０は、外側が断熱材で覆われており、内部に水を蓄える密閉型の容器である。本実施例のタンク３０の容量は、例えば１００リットルである。ＨＰユニット４の循環ポンプ１８が駆動すると、タンク３０の底部から水が吸い出されて凝縮器１２へ送られる。凝縮器１２で加熱されて高温となった水は、タンク３０の頂部からタンク３０内に戻される。ＨＰユニット４によって加熱された水がタンク３０に流れ込むと、タンク３０の内部には、低温の水の層の上に高温の水の層が積み重なった温度成層が形成される。タンク３０には、上部の水の温度を検出する上部サーミスタ３６と、中間部の水の温度を検出する中間部サーミスタ３７と、下部の水の温度を検出する下部サーミスタ３８が取り付けられている。本実施例では、上部サーミスタ３６はタンク３０の頂部から６リットルの位置に配置されており、中間部サーミスタ３７はタンク３０の頂部から１２リットルの位置に配置されており、下部サーミスタ３８はタンク３０の頂部から３０リットルの位置に配置されている。

タンクユニット６には、給水経路４０を介して水道水が供給される。給水経路４０には、給水圧力を減圧する減圧弁４２と、給水温度を検出する入水サーミスタ４４が取り付けられている。給水経路４０は、タンク３０の底部に連通するタンク給水経路４６と、混合弁３２に連通するタンクバイパス経路４８に分岐している。タンク給水経路４６とタンクバイパス経路４８には、それぞれ逆止弁５０，５２が取り付けられている。また、タンクバイパス経路４８には、混合弁３２に流入する水道水の流量を検出する水側水量センサ５４が取り付けられている。タンク３０の頂部と混合弁３２は、タンク出湯経路５６を介して連通している。タンク出湯経路５６には、逆止弁５８と、混合弁３２に流入するタンク３０からの水の流量を検出する湯側水量センサ６０が取り付けられている。

混合弁３２は、タンクバイパス経路４８から流れ込む水道水と、タンク出湯経路５６から流れ込むタンク３０からの水を混合して、第１給湯経路６２に送り出す。混合弁３２は、ステッピングモータによって弁を駆動し、タンクバイパス経路４８側の開度（水側の開度）と、タンク出湯経路５６側の開度（湯側の開度）を調整する。第１給湯経路６２には、混合弁３２から送り出される水の温度を検出する混合サーミスタ６４が取り付けられている。

タンクユニット６からは、第２給湯経路６６を介して、台所やシャワー、カラン等の給湯箇所への給湯が行われる。第２給湯経路６６には、給湯箇所へ供給される水の温度を検出する給湯出口サーミスタ６８と、逆止弁７０が取り付けられている。第１給湯経路６２と第２給湯経路６６の間は、給湯バイパス経路７２によって連通している。給湯バイパス経路７２には、バイパス制御弁３４が取り付けられている。

タンクユニット６はさらに、タンクコントローラ７４と、タンクコントローラ７４と通信可能なリモコン７６を備えている。タンクコントローラ７４は、タンクユニット６の各構成要素の動作を制御する。リモコン７６は、スイッチやボタン等を介して、ユーザからの各種の操作入力を受け入れる。また、リモコン７６は、表示や音声によってユーザに給湯システム２の設定や動作に関する各種の情報を通知する。

バーナユニット８は、バーナ８０と、熱交換器８２と、バイパスサーボ８４と、水量サーボ８６と、湯はり弁８８を備えている。バーナ８０は、ガスの燃焼によって熱交換器８２を流れる水を加熱する補助熱源機である。熱交換器８２には、バーナ往路９０を介して、タンクユニット６の第１給湯経路６２からの水が流れ込む。熱交換器８２を通過した水は、バーナ復路９２を介して、タンクユニット６の第２給湯経路６６へ流れ出る。バーナ往路９０には、バーナ往路９０を流れる水の流量を調整する水量サーボ８６と、バーナ往路９０を流れる水の流量を検出する水量センサ９１が取り付けられている。バーナ往路９０とバーナ復路９２の間は、バーナバイパス経路９４を介して連通している。バーナ往路９０とバーナバイパス経路９４の接続部に、バイパスサーボ８４が取り付けられている。バイパスサーボ８４は、バーナ往路９０からバーナバイパス経路９４へ流れる水の流量を調整する。バーナ復路９２には、熱交換器８２から流れ出る水の温度を検出するバーナ給湯サーミスタ９６が取り付けられている。バーナ復路９２からは、湯はり経路９８が分岐している。湯はり経路９８には、湯はり弁８８が取り付けられている。バーナユニット８からは、湯はり経路９８を介して、給湯箇所である浴槽への湯はりが行われる。バーナユニット８はさらに、バーナユニット８の各構成要素の動作を制御するバーナコントローラ１００を備えている。

ＨＰコントローラ２４とタンクコントローラ７４は、互いに通信可能である。タンクコントローラ７４とバーナコントローラ１００は、互いに通信可能である。従って、ＨＰコントローラ２４と、タンクコントローラ７４と、バーナコントローラ１００が協調して制御を行うことで、給湯システム２は沸上げ運転や給湯運転等の各種の動作を行うことができる。以下では、ＨＰコントローラ２４と、タンクコントローラ７４と、バーナコントローラ１００を総称して、単にコントローラとも呼ぶ。

以下では、給湯システム２が行う沸上げ運転および給湯運転について説明する。

沸上げ運転では、給湯システム２は、ＨＰユニット４を駆動して、タンク３０内の水を沸かし上げる。沸上げ運転を開始するタイミングは、様々な観点から設定することが可能である。例えば、割安な深夜電力を利用可能な時間帯が終了する直前に、タンク３０内の水の沸かし上げが終了するように、コントローラが沸上げ運転の開始タイミングを決定してもよい。あるいは、前日までの給湯実績に基づいて、大きな給湯需要の発生が予想される時刻の直前に、タンク３０の水の沸かし上げが終了するように、コントローラが沸上げ運転の開始タイミングを決定してもよい。あるいは、ユーザがリモコン７６を介してタンク３０の水の沸かし上げを指示することで、コントローラが沸上げ運転を開始してもよい。

沸上げ運転が開始されると、コントローラは、圧縮機１０を駆動して、圧縮機１０、凝縮器１２、膨張弁１４、蒸発器１６の順に冷媒を循環させるとともに、循環ポンプ１８を駆動して、タンク３０と凝縮器１２の間で水を循環させる。これによって、タンク３０の底部から吸い出された水は、凝縮器１２において沸上げ温度まで加熱されて、タンク３０の頂部に戻される。タンク３０内の水が全て沸上げ温度まで加熱された水で置き換えられると、コントローラは沸上げ運転を終了する。

給湯運転では、給湯設定温度の水を給湯箇所へ供給する。以下では、図２のフローチャートを参照しながら、給湯運転について説明する。

ステップＳ２では、コントローラは、給湯流量が最低動作流量（例えば２．４Ｌ／分）以上となるまで待機する。給湯流量は、水側水量センサ５４で検出される流量と、湯側水量センサ６０で検出される流量を合算した流量である。給湯流量が最低動作流量以上となると（ステップＳ２でＹＥＳとなると）、コントローラは、給湯箇所の開栓や浴槽への湯はりなどにより給湯が開始されたものと判断して、処理はステップＳ４へ進む。

ステップＳ４では、コントローラは、上部サーミスタ３６で検出される温度が給湯設定温度以上であるか否かを判断する。上部サーミスタ３６で検出される温度が給湯設定温度以上の場合（ステップＳ４でＹＥＳの場合）、処理はステップＳ６へ進む。

ステップＳ６では、コントローラは、非燃焼給湯運転を実行する。具体的には、コントローラは、バーナ８０の燃焼運転を禁止するとともに、混合サーミスタ６４で検出される温度が給湯設定温度となるように、混合弁３２の開度を調整する。ステップＳ６の後、処理はステップＳ８へ進む。

ステップＳ８では、コントローラは、給湯流量が最低動作流量以上であるか否かを判断する。給湯流量が最低動作流量以上である場合（ステップＳ８でＹＥＳの場合）、処理はステップＳ４へ戻る。給湯流量が最低動作流量を下回ると（ステップＳ８でＮＯとなると）、コントローラは、図２の処理を終了する。

通常、非燃焼給湯運転においては、タンクバイパス経路４８を流れる水の流量よりもタンク出湯経路５６を流れる水の流量の方が大きい。従って、仮に非燃焼給湯運転中に水側水量センサ５４が故障した場合でも、ステップＳ８での判定に用いる給湯流量（水側水量センサ５４で検出される流量と、湯側水量センサ６０で検出される流量を合算した流量）は、それほど低下しない。このため、ステップＳ８で給湯流量が最低動作流量を下回った場合、給湯箇所の閉栓や浴槽への湯はり終了など、実際に給湯が終了したものと考えられる。そこで、本実施例の給湯システム２では、非燃焼給湯運転時に給湯が終了した場合には、後述する水側水量センサ５４の故障判定処理は行わない。

ステップＳ４で、上部サーミスタ３６で検出される温度が給湯設定温度に満たない場合（ステップＳ４でＮＯの場合）、処理はステップＳ１０へ進む。

ステップＳ１０では、コントローラは、燃焼給湯運転を実行する。具体的には、コントローラは、バーナ８０の燃焼運転を許可するとともに、混合サーミスタ６４で検出される温度が、給湯設定温度よりも補助熱源機の最小加熱能力の分だけ低い温度となるように、混合弁３２の開度を調整する。この場合、タンク３０の上部から供給される高温の水と、給水経路４０から供給される低温の水が、混合弁３２において混合された後、バーナ８０によって給湯設定温度まで加熱されて、給湯箇所へ供給される。ステップＳ１０の後、処理はステップＳ１２へ進む。

ステップＳ１２では、コントローラは、給湯流量が最低動作流量以上であるか否かを判断する。給湯流量が最低動作流量以上である場合（ステップＳ１２でＹＥＳの場合）、処理はステップＳ４へ戻る。給湯流量が最低動作流量を下回ると（ステップＳ１２でＮＯとなると）、処理はステップＳ１４へ進む。

ステップＳ１４では、コントローラは、燃焼給湯運転を終了する。具体的には、コントローラは、バーナ８０の燃焼運転を終了させる。なお、燃焼給湯運転を終了する際には、混合弁３２の開度はそのまま保持される。ステップＳ１４の後、処理はステップＳ１６へ進む。

ステップＳ１６では、コントローラは、水側水量センサ５４の故障判定処理を行う。通常、燃焼給湯運転においては、タンク出湯経路５６を流れる水の流量よりもタンクバイパス経路４８を流れる水の流量の方が大きい。従って、仮に燃焼給湯運転中に水側水量センサ５４が故障すると、ステップＳ１２で判定に用いる給湯流量（水側水量センサ５４で検出される流量と、湯側水量センサ６０で検出される流量を合算した流量）は、大幅に低下する。このため、ステップＳ１２で給湯流量が最低動作流量を下回ると判断されるのは、実際に給湯が終了した場合だけでなく、水側水量センサ５４の故障により検出される給湯流量が大幅に低下した場合も考えられる。そこで、本実施例の給湯システム２では、燃焼給湯運転時に給湯が終了した場合には、ステップＳ１６において水側水量センサ５４の故障判定処理を行う。

具体的には、ステップＳ１６において、コントローラは、以下の（１）、（２）および（３）の条件が満たされた状態が所定時間（例えば１０秒）以上継続した場合に、水側水量センサ５４が故障していると判定する。
（１）混合弁３２の開度が、タンク出湯経路５６から流れる水の流量よりもタンクバイパス経路４８から流れる水の流量の方が大きくなる開度である。例えば、混合弁３２の開度が、タンク出湯経路５６から流れる水（高温の水）の流量を１としたときに、タンクバイパス経路４８から流れる水（低温の水）の流量が２以上となる開度である。
（２）湯側水量センサ６０で水が流れていることを検出している。例えば、湯側水量センサ６０で検出される流量が、湯側水量センサ６０の検出下限流量（例えば１．５Ｌ／分）以上である。
（３）水側水量センサ５４で水が流れていることを検出しない。例えば、水側水量センサ５４で検出される流量が、水側水量センサ５４の検出下限流量（例えば１．５Ｌ／分）に満たない。

上記の（１）の条件が満たされている場合、タンク出湯経路５６に水が流れていれば、タンクバイパス経路４８にはそれ以上の流量で水が流れているはずである。従って、水側水量センサ５４が故障していなければ、上記の（１）と（２）の条件が満たされている場合、上記の（３）の条件は満たされることがない。そこで、本実施例の給湯システム２では、上記の（１）、（２）および（３）の条件が満たされた場合に、水側水量センサ５４が故障していると判定する。

ステップＳ１８では、コントローラは、水側水量センサ５４の故障が検知されたか否かを判断する。水側水量センサ５４の故障が検知されていない場合（ステップＳ１８でＮＯの場合）、コントローラは、図２の処理を終了する。水側水量センサ５４の故障が検知された場合（ステップＳ１８でＹＥＳの場合）、処理はステップＳ２０へ進む。

ステップＳ２０では、コントローラは、リモコン７６を介して、水側水量センサ５４が故障していることをユーザに報知する。これによって、ユーザに水側水量センサ５４の修理や交換を促すことができる。ステップＳ２０の後、処理はステップＳ２２へ進む。

ステップＳ２２では、コントローラは、混合弁３２の開度を、タンクバイパス経路４８側の開度（水側の開度）を全開とし、タンク出湯経路５６側の開度（湯側の開度）を全閉とするとともに、その後の給湯流量の検出をバーナユニット８の水量センサ９１により行う制御に切り換える。これによって、水側水量センサ５４が故障している間も給湯流量を正確に検出して、燃焼給湯運転によって給湯箇所への給湯を行うことができる。ステップＳ２２の後、コントローラは図２の処理を終了する。

以上のように、本実施例の給湯システム２（給湯装置に相当する）は、高温の水と低温の水を混合する混合弁３２と、混合弁３２に流入する高温の水の流量を検出する湯側水量センサ６０（高温側水量センサに相当する）と、混合弁３２に流入する低温の水の流量を検出する水側水量センサ５４（低温側水量センサに相当する）と、ＨＰコントローラ２４、タンクコントローラ７４およびバーナコントローラ１００を含むコントローラ（制御装置に相当する）を備えている。図２のステップＳ１６に示すように、コントローラは、水側水量センサ５４の故障を判定する故障判定処理を実行可能である。コントローラは、故障判定処理において、混合弁３２の開度が高温の水の流量よりも低温の水の流量の方が大きくなる開度であって、湯側水量センサ６０で高温の水が流れていることを検出しており、水側水量センサ５４で低温の水が流れていることを検出しない場合に、水側水量センサ５４が故障していると判定する。

本実施例の給湯システム２は、混合弁３２よりも下流側で水を加熱するバーナ８０（補助熱源機に相当する）をさらに備えている。図２のステップＳ１２からステップＳ１６に示すように、コントローラは、バーナ８０を利用した給湯を終了した場合に、故障判定処理を実行する。

本実施例の給湯システム２は、水側水量センサ５４が故障していると判断した場合に、図２のステップＳ２０、Ｓ２２に示すように、混合弁３２の開度をタンクバイパス経路４８側（低温側）の開度全開にして、給湯流量の検出をバーナユニット８の水量センサ９１で行い、バーナユニット８での加熱によって給湯を行う。

以上、各実施例について詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。

本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は、複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

２ 給湯システム
４ ＨＰユニット
６ タンクユニット
８ バーナユニット
１０ 圧縮機
１２ 凝縮器
１４ 膨張弁
１６ 蒸発器
１８ 循環ポンプ
２０ 戻りサーミスタ
２２ 往きサーミスタ
２３ 外気温度サーミスタ
２４ ＨＰコントローラ
３０ タンク
３２ 混合弁
３４ バイパス制御弁
３６ 上部サーミスタ
３７ 中間部サーミスタ
３８ 下部サーミスタ
４０ 給水経路
４２ 減圧弁
４４ 入水サーミスタ
４６ タンク給水経路
４８ タンクバイパス経路
５０，５２ 逆止弁
５４ 水側水量センサ
５６ タンク出湯経路
５８ 逆止弁
６０ 湯側水量センサ
６２ 第１給湯経路
６４ 混合サーミスタ
６６ 第２給湯経路
６８ 給湯出口サーミスタ
７０ 逆止弁
７２ 給湯バイパス経路
７４ タンクコントローラ
７６ リモコン
８０ バーナ
８２ 熱交換器
８４ バイパスサーボ
８６ 水量サーボ
８８ 湯はり弁
９０ バーナ往路
９１ 水量センサ
９２ バーナ復路
９４ バーナバイパス経路
９６ バーナ給湯サーミスタ
９８ 湯はり経路
１００ バーナコントローラ

Claims (2)

1. 高温の水と低温の水を混合する混合弁と、
   混合弁に流入する高温の水の流量を検出する高温側水量センサと、
   混合弁に流入する低温の水の流量を検出する低温側水量センサと、
   混合弁よりも下流側で水を加熱する補助熱源機と、
   制御装置を備える給湯装置であって、
   制御装置は、補助熱源機を利用した給湯を終了した場合に、低温側水量センサの故障を判定する故障判定処理を実行するように構成されており、
   制御装置は、故障判定処理において、混合弁の開度が高温の水の流量よりも低温の水の流量の方が大きくなる開度であって、高温側水量センサで高温の水が流れていることを検出しており、低温側水量センサで低温の水が流れていることを検出しない場合に、低温側水量センサが故障していると判定する、給湯装置。
2. 低温側水量センサが故障していると判断した場合に、
   混合弁の開度を低温側の開度全開にして、給湯流量の検出を補助熱源機の水量センサで行い、補助熱源機での加熱によって給湯を行う、請求項１の給湯装置。

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