JP6425203B2 - 給湯装置 - Google Patents

Description

本発明は、温水洗浄便器装置等に用いられる給湯装置の改良に関する。

前記のような給湯装置では、寒冷地に対応するため装置内部での水の凍結防止する機能が必要とされており、それに関連する先行技術も多々ある。次の特許文献はその一例であり、ヒータの通電スイッチがオフであり、かつ温度センサが凍結危険温度を検出したときにヒータを通電させることが記載されている。

実開昭６１−１６４３７３号公報

ところで近時省エネが社会的課題になっており、前記のような給湯機においても省エネモードが搭載されてきている。本発明は、特に水の凍結防止する機能に着目し、省エネモードに設定されている間、その機能のために消費されるエネルギーを抑えることを目的としている。

本発明による給湯装置は、加熱器を適宜運転して水の凍結防止動作を行う給湯装置において、凍結可能性の有無を判断する環境判断部と、省エネモードに設定されている間は、前記環境判断部が凍結可能性がないと判断していることを条件として、前記加熱器の運転を禁止させる制御部と、不具合発生時に作動して前記加熱器を遮断する安全装置とを備え、凍結可能性がないときの前記加熱器の運転の禁止は、前記安全装置を作動させて実行することを特徴とする。

本発明による給湯装置では、水の凍結可能性がないときに加熱器の運転を禁止するので、加熱器を随時運転可能に維持するためのエネルギー消費が抑えられる。

本発明の一実施形態の基本構成を示すブロック図である。 前記実施形態における待機中動作の具体例を示す信号波形図である。 他の実施形態の基本構成を示すブロック図である。 更に異なる実施形態の基本構成を示すブロック図である。 更に異なる実施形態の基本構成を示すブロック図である。 低気温時用、高気温時用の保温目標温度を定めたデータテーブルの一例である。

以下、本発明の一実施形態を図１に従って説明する。ここに実施形態は貯湯式給湯装置であって温水洗浄便器装置の臀部洗浄等への組込用途に適している。しかしながらその用途のみに限定されるわけではない。なお、瞬間式給湯装置であっても、その内部で水が凍結するおそれがある点は貯湯式のものと相違しないから、本発明を同様に適用できる。また以下では、電気ヒータを有する加熱器を想定して説明するが、ガスヒータを有する加熱器であっても、本発明は同様に適用できる。

給湯装置１は貯湯式とされており、加熱器１０として、電気ヒータ１０ａを内蔵した温水タンク１０ｂを備えている。タンク１０ｂの上流側には出湯を制御するための電磁バルブ１１が設けられ、下流側には温水を噴出させるためのノズル１２が設けられている。またタンク１０ｂ内にはサーミスタ等からなる水温センサ１３が設けられている。加熱器１０に商用電源から電力を給電する給電路には、リレー素子１４ａ等からなる安全装置１４と、双方向サイリスタ等からなる制御素子１５とが直列に設けられている。

安全装置１４は、給湯装置１の不具合発生時、例えばセンサ類の故障時等に作動して加熱器１０を運転禁止にする、つまり遮断する目的で設けられている。一方、制御素子１５は、ヒータ１０ａによって水を目標温度まで加熱して保温するために加熱器１０の通電率を制御する目的で設けられている。制御素子１５を双方向サイリスタで構成した場合、公知の位相制御等によって通電率を容易にコントロールできる。なおガスヒータを用いた給湯装置であれば、安全装置によってガス供給を遮断する構成とすればよい。

制御部１６は、マイコン等で構成され、各種操作スイッチ１７等が接続されている。操作スイッチ１７の一部として給湯スイッチ、節電スイッチを例示している。

また制御部１６は、更に、水の凍結可能性の有無を判断する環境判断部１８が接続されている。本実施形態では、環境判断部１８はサーミスタ等からなる気温センサ１８ａを備えている。気温センサ１８ａは、水の凍結に係る環境要因として、給湯装置１の設置場所の気温を検知する。環境判断部１８をこのような構成とすれば、凍結の可能性のあり、なしの判断が自動的に行われるので、凍結防止が確実になされ、かつスイッチ操作等の手間も掛からない。

制御部１６は、操作スイッチ１７等による指令、水温センサ１３が検知した水温、環境判断部１８の判断結果等に基づいて、電磁バルブ１１、安全装置１４、制御素子１５等を制御して、水の加熱、給湯、保温、凍結防止等を行う。

給湯装置１の基本的な作用は次のようになる。前提として、給湯装置１は、使い勝手を優先した通常モードと、省エネを優先した省エネモードとが選択可能に構成されていると想定する。

通常モードに設定されている間、給湯装置１は、水温センサ１３の検知した水温に基づいてヒータ１０ａを適宜運転させることによって、タンク１０ｂ内の水を保温目標温度に保っている。そして操作スイッチ１７等により給湯指令を受けると、必要であればヒータ１０ａを運転してタンク１０ｂ内の水を出湯目標温度まで加熱してから、電磁バルブ１１を開制御してその水をノズル１２から噴出させる。このように通常モードでは、給湯指令から短時間で出湯できるようにするため、待機中、タンク１０ｂ内の水を保温目標温度に保つ必要がある。このような保温動作のために加熱器１０は随時運転可能な状態に維持されている。なお保温目標温度と出湯目標温度は同一であっても異なっていてもよい。

一方、省エネモードに設定されている間、給湯装置１は、タンク１０ｂ内の水を保温する動作を行わずにエネルギー消費を抑えるようにする。そして操作スイッチ１７等により給湯指令を受けると、この場合当然であるが、ヒータ１０ａを運転してタンク１０ｂ内の水を出湯目標温度まで加熱してから、電磁バルブ１１を開制御してその水をノズル１２から噴出させる。このように省エネモードでは、保温動作を行わないのでエネルギー消費が抑えられるが、給湯指令から出湯がなされるまでの待ち時間は長くなる。なおタンク１０ｂ内の水が凍結する危険性があるときには、凍結防止動作として、ヒータ１０ａを適宜運転して水温を上げるようにする。

凍結防止動作が実際に行われるタイミングは不定であることから、従来、省エネモードが設定されている間も、加熱器１０は随時運転可能な状態に維持され、その維持のためにエネルギーが消費されていた。

これに対して本実施形態では、制御部１６は、省エネモードに設定されている間は、環境判断部１８が凍結可能性がないと判断していることを条件として、加熱器１０の運転を禁止させる。これにより加熱器１０を随時運転可能に維持するためのエネルギー消費が抑えられる。

前記凍結可能性がないときの加熱器１０の運転の禁止は、安全装置１４を作動させて実行するとよい。正常時は安全装置１４に制御信号を入力し、異常時にはその制御信号を停止する構成であれば、安全装置１４を作動させることで、その制御信号を出力状態に保つためのエネルギー消費が抑えられる。

安全装置１４は、ａ接点を有するリレー素子１４ａを備えてもよい。ａ接点は、制御コイルに制御信号（電流）が通じている間だけ閉じる接点である。この場合、制御信号を停止すれば、リレー素子１４ａが開いて加熱器１０を遮断する。また制御信号を停止すれば、当然、その制御信号のための電力が省かれる。

また前記実施形態とされた給湯装置を組み込んで構成した温水洗浄便器装置においても、前記と同様に、加熱器を随時運転可能に維持するためのエネルギー消費が抑えられるという効果が得られる。

なおここで安全装置について簡単に補足説明する。安全装置が作動するのは、給湯装置に何らかの不具合が発生した時である。しかしながら例えば水温センサの故障はマイコンによる判断が困難な場合がある。よって図示の水温センサとは別系統の水温センサを設け、その後者の水温センサが異常温度を検知した場合には、制御部の制御に関わらず、安全装置が作動する構成にするとよい。またマイコンが暴走することもあり得るから、その対策として、ウォッチドッグタイマによって安全装置を作動させる構成にするとよい。そうした場合、ウォッチドッグタイマがタイムアップすれば安全装置が自動的に作動することになる。したがってマイコンは、ウォッチドッグタイマを一旦起動させた後は、そのタイムアップよりも前にウォッチドッグタイマを再起動させる処理を周期的に実行する。このような構成では、凍結可能性がないときの加熱器の運転の禁止は、マイコンが意図的にウォッチドッグタイマを作動させることで容易に行える。また給湯装置１の作動を確実なものとするため、正常時は安全装置１４に制御信号を入力しておき、異常時にはその制御信号を停止する構成とすることもある。なぜならば不具合発生時に制御信号が出力可能とは限らないからである。しかしながら制御信号を出力状態に保つには一定のエネルギーが必要になる。本実施形態は、このようなエネルギー消費に着目している。

次いで本実施形態における待機中動作の具体例を図２に従って説明する。

信号波形図Ｇにおいて、「モード」は、ハイ又はローレベルによって省エネモード、通常モードの選択状態を区別している。ここではモード切換の一例として、時刻Ｔ６まで省エネモードとされ、時刻Ｔ６において操作スイッチ等により通常モードが選択され、それ以降は通常モードが保たれた場合を想定している。

「気温」は、気温センサによって検知される給湯装置の設置場所の気温変化を示している。この曲線と交差する破線は、凍結可能性の判断基準とされる基準温度（例えば５℃）である。

「凍結可能性」は、ハイ又はローレベルによって凍結可能性あり、なしの判断結果を示している。時刻Ｔ２以前、及び時刻Ｔ３から時刻Ｔ７までの間は、気温が基準温度よりも低いために凍結可能性があると判断している。

「運転許可」は、ハイ又はローレベルによって加熱器の運転の許可、禁止状態を示している。時刻２から時刻Ｔ３までの間は、省エネモードであり、かつ凍結可能性なしと判断しているため、加熱器の運転を禁止している。したがってこの期間は、加熱器を随時運転可能に維持するためのエネルギー消費が抑えられる。

「水温」は、水温センサによって検知されるタンク内の水の温度変化を示している。この曲線と交差する破線は、凍結防止動作の条件とされる基準温度（例えば５℃）である。

「加熱器」は、ハイ又はローレベルによって、加熱器の実際の運転、非運転を示している。省エネモードが選択されている間、水温が基準温度（例えば５℃）より低いことを条件として、凍結防止のために加熱器が適宜運転される。ここでは、時刻Ｔ１以前、及び時刻Ｔ４から時刻Ｔ５までの間、加熱器が運転されて、水温が基準温度以上まで引き上げられている。一方、通常モードが選択されている間、加熱器は、凍結可能性等に関わらず、保温動作として、水温を保温目標温度に保つように適宜運転される。ここでは時刻Ｔ６で保温動作が開始されている。なおハッチングは、加熱器の運転が細かく制御されていることを示している。

次いで本発明の他の実施形態を図３に従って説明する。図１に示した実施形態に共通する要素には同一の参照符号を付けて説明を省略する。

本実施形態では、環境判断部１８が冬季設定操作を受け付ける操作スイッチ１７を備えている。すなわち環境判断部１８は、使用者の操作に基づいて凍結可能性あり、なしを判断する。環境判断部１８をこのような構成とすれば、給湯装置１の設置場所の現実的な環境に合わせた細やかな省エネが可能になる。

また本実施形態では、通常モードと省エネモードとの切換をタイマ１９によって制御している。すなわち給湯装置１が使用された時点で、通常モードへの切換とタイマ１９の起動とを自動的に行い、その後、給湯器が使用されないままタイムアップすれば、省エネモードへ自動的に切り換える構成としている。タイムアップ時間は自由に設定できる。例えば２時間であってもよいし、２４時間であってもよい。このような構成とすれば、給湯装置１の利用状況に即して通常モードと省エネモードとが自動的に切り換えられるので、使い勝手もよく、エネルギー消費も抑えられる。

更に本発明の他の実施形態を図４に従って説明する。図１に示した実施形態に共通する要素には同一の参照符号を付けて説明を省略する。

本実施形態では、安全装置１４の作動累積回数を記憶させるメモリ２０と、安全装置１４の作動累積回数が所定値に達すると報知する報知部２１とが設けられている。安全装置１４をリレー素子１４ａによって構成して、加熱器１０の運転の許可、禁止のためにリレー素子１４ａを意図的に作動させれば、その接点が消耗することになるから、最終的にはリレー素子１４ａの故障に発展するおそれがある。よって、安全装置１４の作動累積回数が所定値に達したときにそれを報知すれば、安全装置１４が故障する前にメンテナンス等の適切な対処を行うことが可能になる。なお報知部２１の構成は特に制限されない。例えば警告灯を点灯させてもよいし、音声メッセージを定期的に出力してもよい。

また、省エネモードに設定されている間は、凍結可能性がなく、かつ安全装置１４の作動累積回数が所定値未満であることを条件として、加熱器１０の運転を禁止する構成としてもよい。このような構成とすれば、省エネを図りながらも、安全装置１４の寿命を伸ばすことができる。

更に本発明の他の実施形態を図５に従って説明する。図１に示した実施形態に共通する要素には同一の参照符号を付けて説明を省略する。

本実施形態は、低気温時には保温目標温度を高い値に設定する一方、高気温時には保温目標温度を低い値に設定することで省エネを図るものである。より詳細に云えば、高気温時は、低気温時に比べて水の加熱を短時間で行えるので、保温温度が多少低くても、出湯指令から出湯開始されるまでの待ち時間はそれほど長くならない。よって使い勝手に悪影響しない範囲で、高気温時の保温目標温度を低くし、これによってエネルギー消費を抑えるということである。

このための要素として、本実施形態では、気温に基づいて待機中の保温目標温度を自動的に設定変更する目標温度設定部２２が設けられている。気温から保温目標温度を決定する方法は特に制限されない。例えば、保温目標温度の設定値として、低気温時における目標温度を自由に設定可能とし、高気温時には、その目標温度から一定値を差し引くようにしてもよい。あるいは、低気温時用の保温目標温度と、高気温時用の保温目標温度とを、前者の方が後者よりも高い値となるように、予め定めておいてもよい。

図６は、低気温時用の保温目標温度と、高気温時用の保温目標温度とを予め定めたデータテーブルの一例である。ここで給湯装置１は、操作スイッチ１７等によって、出湯目標温度のＨＩ、ＭＩＤ、ＬＯの選択操作を受け付ける構成になっていると想定している。テーブル２２ａでは、出湯目標温度のＨＩ、ＭＩＤ、ＬＯの選択肢に対応させて、低気温時用の保温目標温度、高気温時用の保温目標温度の規定値も、それぞれＨＩ、ＭＩＤ、ＬＯの三通りの値が予め定められている。低気温時のＨＩ設定値は、高気温時のＨＩ設定値よりも高い値になっている。ＭＩＤ、ＬＯ設定値も同様である。気温センサ１８ａの検知した気温に基づいてテーブル２２ａを参照して保温目標温度を決定するようにすれば、高気温時のエネルギー消費が抑えられる。

なお変形例として、目標温度設定部は、冬季設定スイッチ等による冬季設定操作に基づいて待機中の保温目標温度を自動的に設定変更する構成としても、同様の効果が得られる。

１ 給湯装置
１０ 加熱器
１４ 安全装置
１４ａ リレー素子
１６ 制御部
１７ スイッチ
１８ 環境判断部
１８ａ 気温センサ
２１ 報知部
２２ 目標温度設定部

Claims (8)

1. 加熱器を適宜運転して水の凍結防止動作を行う給湯装置において、
   凍結可能性の有無を判断する環境判断部と、
   省エネモードに設定されている間は、前記環境判断部が凍結可能性がないと判断していることを条件として、前記加熱器の運転を禁止させる制御部と、
   不具合発生時に作動して前記加熱器を遮断する安全装置とを備え、
   凍結可能性がないときの前記加熱器の運転の禁止は、前記安全装置を作動させて実行することを特徴とする給湯装置。
2. 請求項１において、
   前記安全装置は、リレー素子を備えることを特徴とする給湯装置。
3. 請求項１又は２において、
   前記安全装置の作動累積回数が所定値に達すると報知する報知部を更に備えることを特徴とする給湯装置。
4. 請求項１−３のいずれか１項において、
   前記省エネモードに設定されている間は、凍結可能性がなく、かつ前記安全装置の作動累積回数が所定値未満であることを条件として、前記加熱器の運転を禁止することを特徴とする給湯装置。
5. 請求項１−４のいずれか１項において、
   前記環境判断部は、気温センサを備えていることを特徴とする給湯装置。
6. 請求項１−５のいずれか１項において、
   前記環境判断部は、冬季設定操作を受け付けるスイッチを備えていることを特徴とする給湯装置。
7. 請求項１−６のいずれか１項において、
   気温に基づいて待機中の保温目標温度を自動的に設定変更する目標温度設定部を更に備えることを特徴とする給湯装置。
8. 請求項１−７のいずれか１項に記載の給湯装置を組み込んで構成されていることを特徴とする便器装置。

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