JP6765986B2 - 給湯システム及び給湯システムの制御方法 - Google Patents

Description

この発明は、給湯システム及び給湯システムの制御方法に関する。

従来より浴室内を暖房する機能がついた給湯システムが知られている(特許文献１参照)。

特許第３６２０３５７号公報

本件発明者らは、給湯に使用される給湯熱交換器及び風呂の追い焚きや浴室暖房に使用される風呂熱交換器を共通のバーナーで加熱するタイプの給湯システムを開発中である。このような給湯システムでは風呂の追い焚きをすることなく浴室を暖房しているときに、カランやシャワーヘッド等の出湯端末の栓が開かれて給湯割込があった場合、給湯に適した温度になるように上水道の水を加熱すべくガスバーナーの熱量が調整される。すると、風呂熱交換器に対する加熱量も大きくなって、暖房回路内を循環する湯水の温度が高温になり暖房温度が高くなりすぎてしまう可能性がある。このようなシーンは、冬季に浴槽に入ることなく、浴室を暖房してシャワーだけを使用するようなシーンが想定される。

そこで、給湯量がある程度多くなったら、暖房回路の循環ポンプを停止して、暖房回路内に湯水が循環しないようにする。そして、給湯が停止したら、ポンプの駆動を再開して、湯水を暖房回路内に循環させている。このようにすることで、暖房温度が高くなりすぎることを防止している。

ところが、給湯割込があってから給湯が継続し、ポンプを停止したままガスバーナーが給湯熱交換器を加熱し続けていると、風呂熱交換器の内部に滞留している湯水が沸騰することがある。すると、風呂熱交換器の内部の湯水が膨張し、その湯水が巡り巡って、空の浴槽に流出する可能性がある。

湯水が浴槽に流出した後、給湯割込が終了して暖房運転が再開されると、膨張していた湯水が元に戻る。このとき、空の浴槽から空気を吸い込んでしまい、いわゆる「エア噛み」の状態になってしまうことがある。このような事態を防止するために、暖房運転の再開に先立って補水することで、エア噛み状態にならないようにしている。

しかしながら、発明者らは、常に暖房運転の再開に先立って補水しては、無駄に多くの湯水を補水してしまうことがあるという知見を得た。

本発明は、このような問題点に着目してなされた。本発明の目的は、暖房運転の再開時にエア噛みを防止できるとともに、無駄に多くの湯水を補水してしまうことを回避することができる給湯システム及び給湯システムの制御方法を提供することである。

本発明は以下のような解決手段によって前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために本発明の実施形態に対応する符号を付するが、これに限定されるものではない。また符号を付して説明した構成は適宜代替しても改良してもよい。

第１の態様は、風呂熱交換器（２２）と給湯熱交換器（２１）とが共通のフィン（２０１）で一体化されて、その下方にバーナー（２３）が配置された給湯器（２）と、前記風呂熱交換器（２２）に接続され、風呂熱交換器（２２）から出て浴槽（４０）に向かう湯水が流れる風呂往き通路（２２１，４１１）と、前記浴槽（４０）に接続され、浴槽（４０）から出て前記風呂熱交換器（２２）に向かう湯水が流れる風呂戻り通路（２２２，４１２）と、前記風呂往き通路（２２１，４１１）の途中に配置される風呂往き三方弁（３１）と、前記風呂戻り通路（２２２，４１２）の途中に配置される風呂戻り三方弁（３２）と、前記風呂往き三方弁（３１）に接続され、風呂往き三方弁（３１）から出て暖房熱交換器（５１）に向かう湯水が流れる暖房往き通路（５１１）と、前記暖房熱交換器（５１）に接続され、暖房熱交換器（５１）から出て風呂戻り三方弁（３２）に向かう湯水が流れる暖房戻り通路（５１２）と、前記暖房戻り通路（５１２）の途中に設けられるエアセパレーター（３３）と、一端が前記エアセパレーター（３３）の上面に接続され、他端が前記風呂往き三方弁（３１）と前記浴槽（４０）との間の風呂往き通路（２２１，４１１）に合流するオーバーフローパイプ（３３２）と、前記給湯熱交換器（２１）に接続され、給湯熱交換器（２１）から出て出湯端末（６０）に向かう湯水が流れる出湯管（２１０２）と、前記出湯管（２１０２）から分岐して、前記風呂戻り通路（２２２）に合流する湯落とし込み管（２１０３）と、前記風呂戻り通路（２２２）の湯落とし込み管合流箇所と前記風呂熱交換器（２２）との間に配置され、風呂熱交換器（２２）に湯水を圧送するポンプ（２２０）と、風呂往き三方弁（３１）が風呂熱交換器（２２）と暖房熱交換器（５１）とを連通させ、風呂戻り三方弁（３２）が風呂熱交換器（２２）とエアセパレーター（３３）とを連通させた状態で前記ポンプ（２２０）を作動させることで暖房運転を行う暖房運転部（Ｓ１０）と、前記暖房運転中に給湯割込があった場合に、前記ポンプ（２２０）を停止する暖房運転待機部（Ｓ１４）と、給湯割込が終了した場合には、暖房運転を再開するのに先だって、前記湯落とし込み管（２１０３）から湯水を供給することで補水する補水処理部（Ｓ１６）と、給湯割込が終了したときに浴槽（４０）に湯水がある場合には前記補水処理部（Ｓ１６）をスキップして湯水を供給しないようにする補水スキップ部（Ｓ２１）と、前記補水処理部（Ｓ１６）が処理又はスキップされた後、暖房運転を再開する暖房運転再開部（Ｓ１７）とを有する給湯システムである。

第２の態様は、第１の態様において、前記補水処理部（Ｓ１６）は、前記ポンプ（２２０）を停止したまま前記湯落とし込み管（２１０３）から湯水を供給し、その後、湯水の供給を停止して前記ポンプ（２２０）を作動させ、その後、再度、前記ポンプ（２２０）を停止したまま前記湯落とし込み管（２１０３）から湯水を供給することで補水する、給湯システムである。

第３の態様は、第１又は第２の態様において、前記暖房運転待機部（Ｓ１４）は、前記暖房運転中に給湯割込があった場合に、前記ポンプ（２２０）を停止するとともに、前記バーナー（２３）の熱量を低下させる、給湯システムである。

第４の態様は、風呂熱交換器（２２）と給湯熱交換器（２１）とが共通のフィン（２０１）で一体化されて、その下方にバーナー（２３）が配置された給湯器（２）と、前記風呂熱交換器（２２）に接続され、風呂熱交換器（２２）から出て浴槽（４０）に向かう湯水が流れる風呂往き通路（２２１，４１１）と、前記浴槽（４０）に接続され、浴槽（４０）から出て前記風呂熱交換器（２２）に向かう湯水が流れる風呂戻り通路（２２２，４１２）と、前記風呂往き通路（２２１，４１１）の途中に配置される風呂往き三方弁（３１）と、前記風呂戻り通路（２２２，４１２）の途中に配置される風呂戻り三方弁（３２）と、前記風呂往き三方弁（３１）に接続され、風呂往き三方弁（３１）から出て暖房熱交換器（５１）に向かう湯水が流れる暖房往き通路（５１１）と、前記暖房熱交換器（５１）に接続され、暖房熱交換器（５１）から出て風呂戻り三方弁（３２）に向かう湯水が流れる暖房戻り通路（５１２）と、前記暖房戻り通路（５１２）の途中に設けられるエアセパレーター（３３）と、一端が前記エアセパレーター（３３）の上面に接続され、他端が前記風呂往き三方弁（３１）と前記浴槽（４０）との間の風呂往き通路（２２１，４１１）に合流するオーバーフローパイプ（３３２）と、前記給湯熱交換器（２１）に接続され、給湯熱交換器（２１）から出て出湯端末（６０）に向かう湯水が流れる出湯管（２１０２）と、前記出湯管（２１０２）から分岐して、前記風呂戻り通路（２２２）に合流する湯落とし込み管（２１０３）と、前記風呂戻り通路（２２２）の湯落とし込み管合流箇所と前記風呂熱交換器（２２）との間に配置され、風呂熱交換器（２２）に湯水を圧送するポンプ（２２０）と、を有する給湯システムの制御方法であって、風呂往き三方弁（３１）が風呂熱交換器（２２）と暖房熱交換器（５１）とを連通させ、風呂戻り三方弁（３２）が風呂熱交換器（２２）とエアセパレーター（３３）とを連通させた状態で前記ポンプ（２２０）を作動させることで暖房運転を行う暖房運転工程（Ｓ１０）と、前記暖房運転中に給湯割込があった場合に、前記ポンプ（２２０）を停止する暖房運転待機工程（Ｓ１４）と、給湯割込が終了した場合には、暖房運転を再開するのに先だって、前記湯落とし込み管（２１０３）から湯水を供給することで補水する補水処理工程（Ｓ１６）と、給湯割込が終了したときに浴槽（４０）に湯水がある場合には前記補水処理工程（Ｓ１６）をスキップして湯水を供給しないようにする補水スキップ工程（Ｓ２１）と、前記補水処理工程（Ｓ１６）が処理又はスキップされた後、暖房運転を再開する暖房運転再開工程（Ｓ１７）とを有する給湯システムの制御方法である。

この態様によれば、暖房運転の再開時にエア噛みを防止できるとともに、無駄に多くの湯水を補水してしまうことを回避することができる。

図１は、暖房機能付きの給湯システム１の基本構成を示す図である。 図２は、エアパージ運転を説明する図である。 図３は、暖房運転を説明する図である。 図４は、暖房運転中の給湯割込を説明する図である。 図５は、暖房待機を説明する図である。 図６は、暖房待機中の湯水の体積膨張を説明する図である。 図７は、体積膨張した湯水の収縮について説明する図である。 図８は、システムのコントローラーが暖房運転中に実行しているフローチャートである。 図９は、ひとつの手法としての補水処理について説明するフローチャートである。 図１０は、循環ポンプ２２０を停止したまま湯量サーボ弁２１３を開いたときの湯水の流れを示す図である。 図１１は、湯量サーボ弁２１３を閉じて湯水の供給を停止して循環ポンプ２２０を作動させたときの湯水の流れを示す図である。 図１２は、循環ポンプ２２０を再び停止して湯量サーボ弁２１３を開いたときの湯水の流れを示す図である。 図１３は、湯張り運転を実行したときの湯水の流れを示す図である。 図１４は、追い焚き運転を実行したときの湯水の流れを示す図である。 図１５は、浴槽４０に湯水がある場合に、風呂熱交換器２２の内部で沸騰して膨張していた湯水が収縮したときの湯水の流れを示す図である。 図１６は、システムのコントローラーが実行するフローチャートである。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。

図１は、暖房機能付きの給湯システム１の基本構成を示す図である。

給湯システム１は、主として給湯器２及び温水分岐ユニット３を含む。

給湯器２は、給湯熱交換器２１と風呂熱交換器２２とを有する。給湯熱交換器２１は、給湯潜熱熱交換器２１１と給湯顕熱熱交換器２１２とを備える。給湯潜熱熱交換器２１１は、給湯顕熱熱交換器２１２の上方に位置する。給湯顕熱熱交換器２１２は、風呂熱交換器２２と共通のフィン２０１で一体化されている。その下には、ガスバーナー２３が配置されている。ガスバーナー２３の下には、燃焼用の空気を供給する燃焼ファンが設けられている。ガスバーナー２３は、ガス供給管２３１から供給された燃料ガスを燃焼して、給湯熱交換器２１（給湯潜熱熱交換器２１１及び給湯顕熱熱交換器２１２）と風呂熱交換器２２とを加熱する。

給湯熱交換器２１（給湯潜熱熱交換器２１１）の入口には、入水管２１０１が接続される。入水管２１０１には上水道の水が流れる。上水道の水は、入水管２１０１を通って給湯熱交換器２１（給湯潜熱熱交換器２１１）に供給される。なお入水管２１０１を流れる水の流量は、水量センサー２１０１１で検出される。

給湯熱交換器２１（給湯顕熱熱交換器２１２）の出口には、出湯管２１０２が接続される。出湯管２１０２には給湯熱交換器２１で加熱された湯が流れる。

入水管２１０１を介して外部から供給された水は、まず給湯潜熱熱交換器２１１で加熱され、続いて給湯顕熱熱交換器２１２で加熱されて、出湯管２１０２を介してカランやシャワーヘッド等の出湯端末６０に供給される。出湯管２１０２から湯落とし込み管２１０３が分岐する。この分岐箇所には湯量サーボ弁２１３が設けられている。湯落とし込み管２１０３は、注湯電磁弁２１４を介して湯戻り管２２２に合流する。湯戻り管２２２は、風呂熱交換器２２の入口に接続される配管である。湯落とし込み管２１０３を流れる湯水の流量は、注湯電磁弁２１４で調整される。給湯熱交換器２１（給湯顕熱熱交換器２１２）の内部には、給湯熱交換器２１内の湯の温度（滞留湯温）を検出するための水管サーミスター２１０２１が設けられる。給湯熱交換器２１（給湯顕熱熱交換器２１２）の出口には、給湯熱交換器２１を通過する湯の温度を検出するための熱交サーミスター２１０２２が設けられる。給湯熱交換器２１から出た湯にバイパス管２１０４からの水を混ぜて温度が低下した湯が通る出湯管２１０２には、出湯端末６０に送られる湯の温度を検出するための給湯サーミスター２１０２３が設けられる。

風呂熱交換器２２の出口には、湯往き管２２１の一端が接続される。湯往き管２２１の他端は、温水分岐ユニット３の風呂往き三方弁３１に接続される。風呂熱交換器２２の入口には、湯戻り管２２２の一端が接続される。湯戻り管２２２の他端は、温水分岐ユニット３の風呂戻り三方弁３２に接続される。湯戻り管２２２には、循環ポンプ２２０が設けられる。この循環ポンプ２２０は、循環ポンプ２２０を駆動した場合の湯水の流れ方向で、湯落とし込み管２１０３の合流箇所よりも下流側（風呂熱交換器２２に近い側）に設けられている。また湯戻り管２２２には、風呂水流スイッチ２２２１及び風呂戻りサーミスター２２２２も設けられている。風呂水流スイッチ２２２１及び風呂戻りサーミスター２２２２は、循環ポンプ２２０を駆動した場合の湯水の流れ方向で、湯落とし込み管２１０３の合流箇所よりも上流側（風呂熱交換器２２から遠い側）に設けられている。風呂戻りサーミスター２２２２を使用することで、浴槽４０の湯温を検知することができる。
さらに湯戻り管２２２には、水位センサー２２２３が設けられている。この水位センサー２２２３で検出された水圧ＰをＰＱ線図に適合することで、浴槽４０の湯量Ｑが求まる。

温水分岐ユニット３は、風呂往き三方弁３１と、風呂戻り三方弁３２とを含む。

風呂往き三方弁３１のひとつの接続口には、上述のように湯往き管２２１が接続される。風呂往き三方弁３１の別の接続口には風呂往き管４１１の一端が接続される。風呂往き管４１１の他端は、浴槽４０の循環金具４１に接続される。風呂往き三方弁３１の残りの接続口には、暖房往き管５１１の一端が接続される。暖房往き管５１１の他端は、暖房ユニット５０の暖房熱交換器５１の入口に接続されるとともに、暖房熱交換器５１の入口と出口はバイパスされる。暖房往き管５１１には暖房温度センサー５１１１が設けられている。この暖房温度センサー５１１１で、暖房熱交換器５１に流入する湯の温度を検出する。また暖房ユニット５０には室温検知センサー５２が設けられている。

風呂戻り三方弁３２のひとつの接続口には、上述のように湯戻り管２２２が接続される。風呂戻り三方弁３２の別の接続口には風呂戻り管４１２の一端が接続される。風呂戻り管４１２の他端は、浴槽４０の循環金具４１に接続される。風呂戻り三方弁３２の残りの接続口には、エアセパレーター接続管３３１の一端が接続される。エアセパレーター接続管３３１の他端は、エアセパレーター３３の底面に接続される。エアセパレーター３３は、湯を貯める空間を有している。暖房熱交換器５１の出口に接続される暖房戻り管５１２の他端が、エアセパレーター３３の底面に接続される。

このようになっているので、湯往き管２２１及び風呂往き管４１１が連通するように風呂往き三方弁３１を切り替えて、風呂戻り管４１２及び湯戻り管２２２が連通するように風呂戻り三方弁３２を切り替えた状態で、循環ポンプ２２０が作動すると、給湯器２で加熱された湯が浴槽４０を循環する。

湯往き管２２１及び暖房往き管５１１が連通するように風呂往き三方弁３１を切り替えるとともに、エアセパレーター接続管３３１及び湯戻り管２２２が連通するように風呂戻り三方弁３２を切り替えた状態で、循環ポンプ２２０が作動すると、給湯器２で加熱された湯が暖房ユニット５０の暖房熱交換器５１及びエアセパレーター３３を循環する。

なおエアセパレーター３３の上面には、オーバーフローパイプ３３２の一端が接続されている。オーバーフローパイプ３３２の他端は、風呂往き管４１１に合流する。

給湯器のリモコンが操作されて給湯温度や風呂温度が設定される。カランやシャワーヘッド等の出湯端末６０の栓が開かれると、給湯サーミスター２１０２３によって検出される出湯温度が、給湯設定温度となるように、ガスバーナー２３の燃焼が調整されて給湯熱交換器２１が加熱される。また、風呂の追い焚き燃焼時には、風呂戻りサーミスター２２２２によって検出される風呂温度が、風呂設定温度となるように、ガスバーナー２３の燃焼が調整されて、風呂熱交換器２２が加熱される。また暖房時にも風呂熱交換器２２が加熱される。

ところで、この種の給湯器においては、上述の如く、給湯燃焼と風呂の追い焚き・暖房燃焼とが共通のガスバーナー２３によって行われる。そして、このガスバーナー２３の燃焼によって加熱される給湯熱交換器２１と風呂熱交換器２２とが上下に配置されている。そのため、給湯することなく追い焚き・暖房するときにも、ガスバーナー２３の熱が給湯熱交換器２１に伝達することとなり、給湯熱交換器２１内の湯水の温度が上昇する。この状態が継続すると、給湯熱交換器２１内の湯が沸騰することがあり、出湯端末６０が開栓されると、給湯熱交換器２１内の沸騰した湯が給湯されることになり、危険である。

そこで、このような給湯器においては、給湯燃焼が行われることなく風呂の追い焚き燃焼のみが行われる風呂単独の追い焚き燃焼時や給湯燃焼が行われることなく暖房運転燃焼のみが行われる暖房単独燃焼時などには、給湯熱交換器２１内の湯の温度（滞留湯温）を水管サーミスター２１０２１で検出して、給湯熱交換器２１の湯水が沸騰する前にガスバーナー２３を停止し、給湯熱交換器２１側に湯水の温度がある程度低下したら再び元通りのガスバーナー２３の燃焼を行う動作を繰り返している。

また暖房単独燃焼中に、カランやシャワーヘッド等の出湯端末６０の栓が開かれて給湯する場合は、上水道の水を加熱するべく、ガスバーナー２３の熱量が調整される。このときガスバーナー２３の熱が、風呂熱交換器２２をも加熱してしまい、暖房回路内を循環する湯水の温度が高温になって暖房温度が高くなりすぎてしまう可能性がある。そこで、給湯量がある程度多くなったら、循環ポンプ２２０を停止する。このように、給湯割込があった場合に、循環ポンプ２２０を停止している状態は「暖房待機」と呼ばれる。そして、給湯が停止したら、循環ポンプ２２０の駆動を再開して、湯水を暖房回路内に循環させるが、暖房待機状態で、給湯が継続すると、風呂熱交換器２２の内部に滞留している湯水が沸騰することがある。すると、風呂熱交換器２２の内部の湯水が膨張する。

冬季に、浴槽に湯を溜めることなく、浴室を暖房してシャワーだけを使用することがある。特に、冬季は、上水道の水の温度も低く、バーナーの熱量も大きくなりやすい。このような場合、給湯が継続することで、風呂熱交換器２２の内部に滞留している湯水が沸騰して膨張すると、その湯水が巡り巡って、エアセパレーター３３の湯水を浴槽４０に押し出してしまう可能性がある。

そして、給湯が停止すると、暖房運転を再開するが、膨張していた湯水が元に戻る際に空の浴槽４０から空気を吸い込んでしまい、いわゆる「エア噛み」の状態になってしまうことがある。

このような事態を防止するために、暖房運転の再開に先立って補水することで、エア噛み状態にならないようにしている。

次にこのような暖房機能付きの給湯システム１の具体的な動作について説明する。

図２は、エアパージ運転を説明する図である。

浴室暖房運転のスイッチがオンされると、給湯システム１は最初にエアパージ運転を実行する。エアパージ運転では、図２に示されるように、風呂熱交換器２２と暖房熱交換器５１とが連通するように風呂往き三方弁３１を切り替えるとともに、風呂熱交換器２２とエアセパレーター３３とが連通するように風呂戻り三方弁３２を切り替える。この状態で、上水道の水を供給すると、水は入水管２１０１を流れて給湯熱交換器２１で加熱され、出湯管２１０２→湯落とし込み管２１０３と流れた後、湯戻り管２２２で２つに分流する。なお図中、湯水温度の概略をドットの濃淡で表現した。ドットが濃いところは湯水温度が高く、ドットが淡いところは湯水温度が低い。

分流したひとつの流れは、湯戻り管２２２→風呂熱交換器２２、という流れであり、風呂熱交換器２２でさらに加熱されて、湯往き管２２１→風呂往き三方弁３１→暖房往き管５１１→暖房熱交換器５１→暖房戻り管５１２、と流れてエアセパレーター３３に到達する。分流したもうひとつ流れは、湯戻り管２２２→風呂戻り三方弁３２→エアセパレーター３３、という流れである。このように、湯戻り管２２２で２つに分流した流れは、エアセパレーター３３で合流する。なお暖房熱交換器５１が冷えていれば、暖房熱交換器５１から出た湯水は、暖房熱交換器５１に奪われる熱量だけ温度が低下することとなる。

そして、エアセパレーター３３から、オーバーフローパイプ３３２→風呂往き管４１１→循環金具４１、と流れて浴槽４０に到達する。このように湯が流れることで、配管中の空気がパージされる。なお仕様にもよるが、４リットル程度の湯水が流れれば、エアパージが完了する。

図３は、暖房運転を説明する図である。

エアパージが完了したら、暖房運転が開始される。この場合は、図３に示されるように、風呂往き三方弁３１及び風呂戻り三方弁３２をエアパージのときと同じ状態、すなわち、風呂往き三方弁３１が風呂熱交換器２２と暖房熱交換器５１とを連通させるとともに、風呂戻り三方弁３２が風呂熱交換器２２とエアセパレーター３３とを連通させた状態で、循環ポンプ２２０を作動させる。すると、風呂熱交換器２２で加熱されて７０℃程度になった湯が、湯往き管２２１→風呂往き三方弁３１→暖房往き管５１１、と流れて暖房熱交換器５１に達する。暖房熱交換器５１で、湯の熱が放熱されて、浴室内を暖めることとなる。暖房熱交換器５１を通った湯は、６０℃程度まで温度が下がり、暖房戻り管５１２→エアセパレーター３３→エアセパレーター接続管３３１→風呂戻り三方弁３２→湯戻り管２２２、と流れて、再び、風呂熱交換器２２を流れて加熱される。

暖房運転では、最初の数分間（５〜１０分間程度）は、循環ポンプ２２０を緩やかに作動させることで、湯水に含まれるエアを無くすための脱気運転を行う。湯水から抜けたエアは、エアセパレーター３３の上方に溜まる。そして、脱気運転時間が経過したら、通常通り、循環ポンプ２２０を作動させる。

暖房運転では、給湯することなく暖房のみ行うが、ガスバーナー２３の熱が給湯熱交換器２１にも伝達することで、給湯熱交換器２１内の湯水が沸騰するおそれがある。そこでこの場合は、給湯熱交換器２１に設けられた水管サーミスター２１０２１の検出温度を見ながらガスバーナー２３をオンオフして燃焼・停止を繰り返すことで、給湯熱交換器２１内で湯水が沸騰することを防止しながら暖房する。

図４は、暖房運転中の給湯割込を説明する図である。

暖房運転中に、カランやシャワーヘッド等の出湯端末６０の栓が開かれた場合は、図４に示されるように、上水道の水が入水管２１０１を流れて給湯熱交換器２１で加熱され、出湯管２１０２から出湯端末６０に給湯される。

図５は、暖房待機を説明する図である。

このときガスバーナー２３の熱が、風呂熱交換器２２をも加熱するので、暖房回路内を循環する湯水の温度が高温になって暖房温度が高くなりすぎてしまう可能性がある。そこで、給湯量がある程度多くなったら、図５に示されるように、循環ポンプ２２０を停止する。この状態が暖房待機状態である。

図６は、暖房待機中の湯水の体積膨張を説明する図である。

暖房待機状態で、給湯が継続すると、風呂熱交換器２２の内部に滞留している湯水が沸騰することがある。すると、風呂熱交換器２２の内部で湯水が膨張することで、図６に示されるように、湯往き管２２１→風呂往き三方弁３１→暖房往き管５１１→暖房熱交換器５１→暖房戻り管５１２→エアセパレーター３３と湯水が移動する。また風呂熱交換器２２の内部で湯水が膨張することで、湯戻り管２２２→循環ポンプ２２０→湯戻り管２２２→風呂戻り三方弁３２→エアセパレーター３３と湯水が移動する。このように、風呂熱交換器２２の内部で湯水が膨張することで、２つの経路で湯水がエアセパレーター３３へ移動する。そしてエアセパレーター３３の上面から湯水が溢れ出て、溢れた湯水がオーバーフローパイプ３３２→風呂往き管４１１→循環金具４１、と流れて、浴槽４０に流出する。

図７は、体積膨張した湯水の収縮について説明する図である。

給湯が終了すると、ガスバーナー２３の熱量が下がり、風呂熱交換器２２の内部で沸騰して膨張していた湯水が収縮する。膨張していた湯水が収縮すると、図７に示されるように、循環金具４１からエアを吸入して、通常想定されるよりも多くのエアがエアセパレーター３３に溜まる可能性がある。また一旦沸騰・膨張した湯水にはエアが残留しやすい。つまり、湯水が一度沸騰すると、溶解していた酸素等が気泡状態として析出して、エアセパレーター３３や暖房熱交換器５１に移動するが、一旦沸騰した湯水が温度の低い状態に戻っても、析出した全量が元通りに溶解することはない。この理由は、気泡は壁面に付着しやすいので、気泡移動速度と気泡を放出した水との移動速度が異なり、気泡を放出した水と温度が低い状態で気泡周囲にある水との空気溶解度が異なるため（気泡析出時の水と異なる水が周囲にあるため）であると推測される。暖房熱交換器５１は気泡が付着しやすい壁面が多く、かつ管路が長いので、管路内の水が、場所による空気溶解度が異なりやすく、沸騰・膨張したときに析出したエアが湯水に残留しやすいのである。このように、エアセパレーター３３に多くのエアが溜まった状態で、また湯水にエアが残留した状態で暖房運転を再開すると、いわゆる「エア噛み」の状態になってしまうことがある。

そこで、ひとつの方法としては、上水道の水を供給（補水）することで、エア噛みを避ける。

次にフローチャートを参照して、上水道の水を供給（補水）することでエア噛みを避ける具体的な制御内容について説明する。

図８は、システムのコントローラーが暖房運転中に実行しているフローチャートである。

ステップＳ１１において、システムのコントローラーは、カランやシャワーヘッド等の出湯端末６０の栓が開かれるなどして、給湯割込があったか否かを判定する。コントローラーは、判定結果が否の間はステップＳ１１で待機し、判定結果が否になったらステップＳ１２へ処理を移行する。なお給湯割込があった状態が、前述の図４に示されている。

ステップＳ１２において、システムのコントローラーは、給湯割込が終了したか否かを判定する。コントローラーは、判定結果が否の間はステップＳ１３へ処理を移行し、判定結果が肯になったらステップＳ１１へ処理を移行する。

ステップＳ１３において、システムのコントローラーは、給湯割込が所定時間継続したか否かを判定する。コントローラーは、判定結果が否の間はステップＳ１２へ処理を移行し、判定結果が肯になったらステップＳ１４へ処理を移行する。

ステップＳ１４において、システムのコントローラーは、暖房運転を待機する。この状態が、前述の図５であり、暖房待機状態が継続して、風呂熱交換器２２の内部に滞留している湯水が沸騰すると、図６の状態になる。

ステップＳ１５において、システムのコントローラーは、給湯割込が終了したか否かを判定する。コントローラーは、判定結果が否の間はステップＳ１５で待機し、判定結果が肯になったらステップＳ１６へ処理を移行する。

ステップＳ１６において、システムのコントローラーは、補水処理を実行する。詳細は後述される。

ステップＳ１７において、システムのコントローラーは、暖房運転を再開する。

図９は、ひとつの手法としての補水処理について説明するフローチャートである。

ステップＳ１６０１において、システムのコントローラーは、循環ポンプ２２０を停止したまま注湯電磁弁２１４を開いて湯水を流すことで補水する。すると、図１０に示されるように、上水道の水が入水管２１０１を流れて給湯熱交換器２１で加熱され、出湯管２１０２→湯落とし込み管２１０３と流れた後、湯戻り管２２２で２つに分流する。分流したひとつ流れは、湯戻り管２２２→風呂戻り三方弁３２→エアセパレーター３３、という流れである。分流したもうひとつの流れは、湯戻り管２２２→風呂熱交換器２２→湯往き管２２１→風呂往き三方弁３１→暖房往き管５１１→暖房熱交換器５１→暖房戻り管５１２→エアセパレーター３３、という流れである。ただし、風呂往き三方弁３１を通る経路は、風呂熱交換器２２及び暖房熱交換器５１や循環ポンプ２２０を通るため、圧力損失が大きく、流れにくい。多くの湯水は、風呂戻り三方弁３２を経由するルートでエアセパレーター３３に到達する。そこでステップＳ１６０２において、システムのコントローラーは、補水量が基準量（たとえば２リッター程度）に達するまで待機し、補水量が基準量に達したらステップＳ１６０３へ処理を移行する。なお補水量は、湯量センサー２２２４で検出される。

ステップＳ１６０３において、システムのコントローラーは、注湯電磁弁２１４を閉じて湯水の供給を停止して、循環ポンプ２２０を作動させる。すると、図１１に示されるように、循環ポンプ２２０→湯戻り管２２２→風呂熱交換器２２→湯往き管２２１→風呂往き三方弁３１→暖房往き管５１１→暖房熱交換器５１→暖房戻り管５１２→エアセパレーター３３→エアセパレーター接続管３３１→風呂戻り三方弁３２→湯戻り管２２２→循環ポンプ２２０、と湯水が循環し、エアがエアセパレーター３３に溜まることとなる。湯水が１周する程度の時間を待って（ステップＳ１６０４）、システムのコントローラーは、ステップＳ１６０５へ処理を移行する。ただし、この時間は一例であり、２周又はそれ以上循環する程度の時間を待ってもよい。

ステップＳ１６０５において、システムのコントローラーは、循環ポンプ２２０を再び停止して注湯電磁弁２１４を開いて湯水を流す。すると、図１２に示されるように、再び、上水道の水が入水管２１０１→給湯熱交換器２１→出湯管２１０２→湯落とし込み管２１０３と流れる。そして、湯戻り管２２２から風呂戻り三方弁３２を経由するルートと、湯戻り管２２２から風呂往き三方弁３１を経由するルートの２つのルートでエアセパレーター３３に流れる。なおこの場合も、２リッター程度の上水道の水が流れるのを待って（ステップＳ１６０６）、システムのコントローラーは、ステップＳ１６０７へ処理を移行する。ただし、上水道の供給量は任意であり、ステップＳ１６０２の基準量と異なってもよい。

ステップＳ１６０７において、システムのコントローラーは、注湯電磁弁２１４を閉じて、補水を終了する。

以上のように補水することで、暖房運転再開時のエア噛みを確実に防止することができる。なおこの場合、上述した実施形態では４リッター程度を補水する必要があった。

浴槽に湯を溜めることを一切行わず、夏季でも冬季でもシャワーしか使用しない人もいる。たとえば、一人暮らしの人には、そのような人も少なくない。シャワーしか使用しない場合、冬季は寒いので浴室を暖房してシャワーを使用することが多い。このような場合は、上述したように給湯割込があって暖房待機状態になった後、暖房運転を再開するのに先立って補水することで得られるエア噛み防止効果の意義は大きい。

しかしながら、たとえば、家族で暮らしていて、子ども達は浴槽に湯を溜めて早めに入浴を済ませ、父親のために浴槽から湯を抜くことなく残しておいたが、帰りが遅くなった父親が、浴槽に入ることなく浴室を暖房してシャワーだけで済ますようなことがある。このようなシーンでは、浴槽に湯水が残っているので、風呂熱交換器２２の内部で膨張していた湯水が元に戻る際に、浴槽４０の湯水を吸い込むので、エア噛みが発生しにくく、補水は特段必要ない。ところが、このようなシーンでも、一律に、暖房運転を再開するのに先立って補水すると、無駄に多くの湯水を補水してしまうこととなる。また何度も給湯割込があって何度も補水してしまうと、湯水が多くなりすぎて浴槽４０から溢れる可能性がある。

そこで、本実施形態では、浴槽４０に湯水があるか否かを確認し、湯水がある場合には、補水しないようにしたのである。具体的な内容について以下に説明する。

ここで本実施形態の理解を容易にするために、暖房機能付きの給湯システム１の湯張り動作及び浴槽４０に湯水がある場合に暖房運転した場合について具体的に説明する。

自動湯張り運転のスイッチがオンされると、給湯システム１は最初にエアパージ運転を実行する。これは、浴室暖房運転の場合と同様に、図２のように実行されるので説明を省略する。

エアパージが完了したら、浴槽４０が所望の湯量になるまで、湯張り運転を実行する。この場合は、図１３に示されるように、風呂熱交換器２２と浴槽４０とが連通するように風呂往き三方弁３１及び風呂戻り三方弁３２を切り替える。この状態で上水道の水を供給すると、水は入水管２１０１を流れて給湯熱交換器２１で加熱されて出湯管２１０２→湯落とし込み管２１０３と流れた後、湯戻り管２２２で２つに分流する。

ひとつの流れは、湯戻り管２２２→風呂熱交換器２２、という流れであり、風呂熱交換器２２でさらに加熱されて、湯往き管２２１→風呂往き三方弁３１→風呂往き管４１１→循環金具４１と流れて浴槽４０に到達する。もうひとつ流れは、湯戻り管２２２→風呂戻り三方弁３２→風呂戻り管４１２→循環金具４１（浴槽４０）という流れである。このように、給湯熱交換器２１で加熱された湯は、途中で２系統に分流して浴槽４０に供給される。この湯張り運転は、浴槽４０が所望の湯量になるまで行われる。なお浴槽４０の湯量Ｑは、水位センサー２２２３で検出された水圧ＰをＰＱ線図に適合することで求められる。

湯張りが完了したら、湯温が適温になるまで追い焚き運転が実行される。この場合は、図１４に示されるように、風呂往き三方弁３１及び風呂戻り三方弁３２が、風呂熱交換器２２と浴槽４０とを連通させた状態で循環ポンプ２２０を作動させる。すると、浴槽４０の湯水が、循環金具４１→風呂戻り管４１２→風呂戻り三方弁３２→湯戻り管２２２→風呂熱交換器２２→湯往き管２２１→風呂往き三方弁３１→風呂往き管４１１→循環金具４１→浴槽４０、と循環し、風呂熱交換器２２で加熱される。なおこの場合、給湯せずに追い焚きのみするが、ガスバーナー２３の熱が給湯熱交換器２１にも伝達するので、給湯熱交換器２１内の湯水が沸騰するおそれがある。給湯熱交換器２１の湯が沸騰した状態で出湯端末６０の栓が開けられると、沸騰した湯が出湯端末６０から流出することとなり危険である。そこでこの場合は、給湯熱交換器２１に設けられた水管サーミスター２１０２１の検出温度を見ながらガスバーナー２３をオンオフして燃焼・停止を繰り返すことで、給湯熱交換器２１内で湯水が沸騰することを防止しながら追い焚きする。追い焚きが完了して、自動湯張りが完了する。この時点では、風呂往き三方弁３１及び風呂戻り三方弁３２が、風呂熱交換器２２と浴槽４０とを連通させた状態である。この場合、両者の途中にある水位センサー２２２３で、浴槽４０の湯量を検知できる。

自動湯張り完了後、浴室暖房運転を開始する場合は、前述の図３のように、まず循環ポンプ２２０を緩やかに作動させることで脱気運転を行ってから、循環ポンプ２２０を通常通り作動させる。詳細は前述と同様であるので省略する。

そして、暖房運転中に、カランやシャワーヘッド等の出湯端末６０の栓が開かれた場合は、前述の図４のように、上水道の水が入水管２１０１を流れて給湯熱交換器２１で加熱され、出湯管２１０２から出湯端末６０に給湯する。

このときガスバーナー２３の熱が、風呂熱交換器２２をも加熱してしまい、暖房回路内を循環する湯水の温度が高温になって暖房温度が高くなりすぎてしまう可能性がある。そこで、給湯量がある程度多くなったら、前述の図５のように、循環ポンプ２２０を停止し、暖房待機状態にする。

暖房待機状態で、給湯が継続すると、風呂熱交換器２２の内部に滞留している湯水が沸騰することがある。すると、風呂熱交換器２２の内部で湯水が膨張することで、エアセパレーター３３から浴槽４０に湯水が流出する。

給湯が終了すると、ガスバーナー２３の熱量が下がり、風呂熱交換器２２の内部で沸騰して膨張していた湯水が収縮する。この際、浴槽４０に湯水があれば、図１５に示されるように、浴槽４０に湯水がエアセパレーター３３に流入する。したがって、前述の図７のような、通常想定されるよりも多くのエアがエアセパレーター３３に溜まっている状態にはならない。浴槽４０の湯水がエアセパレーター３３に流入するにもかかわらず、上水道の水を供給（補水）しては、かえって浴槽４０の湯水が多くなりすぎて溢れてしまう可能性がある。

そこで、本実施形態では、浴槽４０に湯水があるか否かを確認し、湯水がある場合には、補水しないようにした。

具体的には以下のようにしている。

図１６は、システムのコントローラーが実行するフローチャートである。なおステップＳ１１〜Ｓ１７は、図８と同様なので説明を省略する。

ステップＳ２１において、システムのコントローラーは、湯量が記憶されているか否かを判定する。なお湯量は、暖房運転を開始する前の自動湯張りが完了したタイミングで検出して記憶しておく。自動湯張りが完了したタイミングでは、図１４に示されているように、風呂往き三方弁３１及び風呂戻り三方弁３２が、風呂熱交換器２２と浴槽４０とを連通させた状態であるので、両者の途中にある水位センサー２２２３で、浴槽４０の湯量を検知できる。コントローラーは、判定結果が否であればステップＳ１６へ処理を移行し、判定結果が肯であればステップＳ１６をスキップしてステップＳ１７へ処理を移行する。

このようにすることで、無駄に多くの湯水を補水してしまう事態を防止することができる。

なお、暖房待機時に、ガスバーナー２３の熱量を落とせば、風呂熱交換器２２の内部に滞留している湯水の沸騰による体積膨張を抑制することができ、エアセパレーター３３から押し出される湯水の量を減らすことができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

たとえば、上述した具体的な数値は一例にすぎず、仕様等に応じて適宜変更可能である。

また上記実施形態は、適宜組み合わせ可能である。

２ 給湯器
２０１ フィン
２１ 給湯熱交換器
２１０２ 出湯管
２１０３ 湯落とし込み管
２２ 風呂熱交換器
２２０ 循環ポンプ
２２１ 湯往き管（風呂往き通路）
２２２ 湯戻り管（風呂戻り通路）
２３ ガスバーナー
３１ 風呂往き三方弁
３２ 風呂戻り三方弁
３３ エアセパレーター
３３２ オーバーフローパイプ
４０ 浴槽
４１１ 風呂往き管（風呂往き通路）
４１２ 風呂戻り管（風呂戻り通路）
５１ 暖房熱交換器
５１１ 暖房往き通路
５１２ 暖房戻り通路
６０ 出湯端末
Ｓ１０ 暖房運転部／暖房運転工程
Ｓ１４ 暖房運転待機部／暖房運転待機工程
Ｓ１６ 補水処理部／補水処理工程
Ｓ１６２２ 給湯再割込時処理部／給湯再割込時処理工程
Ｓ２１ 湯水判定部／湯水判定工程

Claims (4)

1. 風呂熱交換器と給湯熱交換器とが共通のフィンで一体化されて、その下方にバーナーが配置された給湯器と、
   前記風呂熱交換器に接続され、風呂熱交換器から出て浴槽に向かう湯水が流れる風呂往き通路と、
   前記浴槽に接続され、浴槽から出て前記風呂熱交換器に向かう湯水が流れる風呂戻り通路と、
   前記風呂往き通路の途中に配置される風呂往き三方弁と、
   前記風呂戻り通路の途中に配置される風呂戻り三方弁と、
   前記風呂往き三方弁に接続され、風呂往き三方弁から出て暖房熱交換器に向かう湯水が流れる暖房往き通路と、
   前記暖房熱交換器に接続され、暖房熱交換器から出て風呂戻り三方弁に向かう湯水が流れる暖房戻り通路と、
   前記暖房戻り通路の途中に設けられるエアセパレーターと、
   一端が前記エアセパレーターの上面に接続され、他端が前記風呂往き三方弁と前記浴槽との間の風呂往き通路に合流するオーバーフローパイプと、
   前記給湯熱交換器に接続され、給湯熱交換器から出て出湯端末に向かう湯水が流れる出湯管と、
   前記出湯管から分岐して、前記風呂戻り通路に合流する湯落とし込み管と、
   前記風呂戻り通路の湯落とし込み管合流箇所と前記風呂熱交換器との間に配置され、風呂熱交換器に湯水を圧送するポンプと、
   風呂往き三方弁が風呂熱交換器と暖房熱交換器とを連通させ、風呂戻り三方弁が風呂熱交換器とエアセパレーターとを連通させた状態で前記ポンプを作動させることで暖房運転を行う暖房運転部と、
   前記暖房運転中に給湯割込があった場合に、前記ポンプを停止する暖房運転待機部と、
   給湯割込が終了した場合には、暖房運転を再開するのに先だって、前記湯落とし込み管から湯水を供給することで補水する補水処理部と、
   給湯割込が終了したときに浴槽に湯水がある場合には前記補水処理部をスキップして湯水を供給しないようにする補水スキップ部と、
   前記補水処理部が処理又はスキップされた後、暖房運転を再開する暖房運転再開部と、
   を有する給湯システム。
2. 請求項１に記載の給湯システムにおいて、
   前記補水処理部は、前記ポンプを停止したまま前記湯落とし込み管から湯水を供給し、その後、湯水の供給を停止して前記ポンプを作動させ、その後、再度、前記ポンプを停止したまま前記湯落とし込み管から湯水を供給することで補水する、
   給湯システム。
3. 請求項１又は請求項２に記載の給湯システムにおいて、
   前記暖房運転待機部は、前記暖房運転中に給湯割込があった場合に、前記ポンプを停止するとともに、前記バーナーの熱量を低下させる、
   給湯システム。
4. 風呂熱交換器と給湯熱交換器とが共通のフィンで一体化されて、その下方にバーナーが配置された給湯器と、
   前記風呂熱交換器に接続され、風呂熱交換器から出て浴槽に向かう湯水が流れる風呂往き通路と、
   前記浴槽に接続され、浴槽から出て前記風呂熱交換器に向かう湯水が流れる風呂戻り通路と、
   前記風呂往き通路の途中に配置される風呂往き三方弁と、
   前記風呂戻り通路の途中に配置される風呂戻り三方弁と、
   前記風呂往き三方弁に接続され、風呂往き三方弁から出て暖房熱交換器に向かう湯水が流れる暖房往き通路と、
   前記暖房熱交換器に接続され、暖房熱交換器から出て風呂戻り三方弁に向かう湯水が流れる暖房戻り通路と、
   前記暖房戻り通路の途中に設けられるエアセパレーターと、
   一端が前記エアセパレーターの上面に接続され、他端が前記風呂往き三方弁と前記浴槽との間の風呂往き通路に合流するオーバーフローパイプと、
   前記給湯熱交換器に接続され、給湯熱交換器から出て出湯端末に向かう湯水が流れる出湯管と、
   前記出湯管から分岐して、前記風呂戻り通路に合流する湯落とし込み管と、
   前記風呂戻り通路の湯落とし込み管合流箇所と前記風呂熱交換器との間に配置され、風呂熱交換器に湯水を圧送するポンプと、
   を有する給湯システムの制御方法であって、
   風呂往き三方弁が風呂熱交換器と暖房熱交換器とを連通させ、風呂戻り三方弁が風呂熱交換器とエアセパレーターとを連通させた状態で前記ポンプを作動させることで暖房運転を行う暖房運工程と、
   前記暖房運転中に給湯割込があった場合に、前記ポンプを停止する暖房運転待機工程と、
   給湯割込が終了した場合には、暖房運転を再開するのに先だって、前記湯落とし込み管から湯水を供給することで補水する補水処理工程と、
   給湯割込が終了したときに浴槽に湯水がある場合には前記補水処理工程をスキップして湯水を供給しないようにする補水スキップ工程と、
   前記補水処理工程が処理又はスキップされた後、暖房運転を再開する暖房運転再開工程と、
   を有する給湯システムの制御方法。

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