JP6812318B2

JP6812318B2 - 給湯機

Info

Publication number: JP6812318B2
Application number: JP2017155780A
Authority: JP
Inventors: 正己大桃; 小川　昇; 昇小川
Original assignee: Corona Corp
Current assignee: Corona Corp
Priority date: 2017-08-10
Filing date: 2017-08-10
Publication date: 2021-01-13
Anticipated expiration: 2037-08-10
Also published as: JP2019035523A

Description

本発明は、電気温水器に備えたセンサや弁等からなる機能部品群の凍結防止に関するものである。

従来より、この種の貯湯式給湯機においては、湯水を貯湯する貯湯タンクと、貯湯タンクの湯水を加熱する加熱手段と、この貯湯タンク下部に給水する給水管と、貯湯タンク上部から出湯する出湯管とを備え、使用者からの給湯要求があれば必要に応じて、貯湯タンク上部から出湯し、給湯を行っていた。

また、従来より貯湯タンク内の湯と熱交換を行う風呂熱交換器と追い焚き回路を備えた給湯機や（特許文献１）、ヒートポンプ沸き上げを行うヒートポンプ加熱手段と沸き上げ回路を備えた給湯機は（特許文献２）、高温の湯を給湯機内で循環させることで、給湯機内の各種配管や器具の凍結を防止していた。

特開２０１５−１７７５６号公報特開２００６−１３２８６５号公報

しかし、貯湯タンク内の水を電熱ヒータで加熱して沸き上げを行う電気温水器では、ヒートポンプによる沸き上げ運転のように熱を持った配管が循環することはなく、また、風呂熱交換器を持たない給湯専用の電気温水器では、熱を持った配管がなく電気温水器内を循環させることができないので、凍結防止を行うことができず、電気温水器内の配管や器具が凍結する恐れがあるという課題があった。

本発明は上記課題を解決するため、湯水を貯湯する貯湯タンクと、前記貯湯タンクの上部と下部に設けたタンク内の水を加熱する電熱ヒータと、貯湯タンクに給水する給水管と、前記給水管から枝分かれした給水バイパス管と、貯湯タンク上部から湯を供給する出湯管と、貯湯タンク内の湯水が放熱しないように前記貯湯タンクの外周を覆う略一定の厚みをもった成型断熱材とを備え、更に、前記給水バイパス管からの水と前記出湯管からの湯を混合するミキシング弁と、混合した湯水の温度を検出する温度サーミスタと、混合された湯水の流量を検出する流量センサとの少なくとも１つ以上からなる機能部品群とを備えた電気温水器において、
前記上部の電熱ヒータと前記下部の電熱ヒータの間に位置する前記成型断熱材の外側に前記機能部品群を配置すると共に、前記機能部品群が配置されている部分の前記成型断熱材の厚みを前記略一定の厚みよりも薄くした。

また、前記機能部品が配置されている位置の前記貯湯タンク内の湯水の温度を検出する貯湯温度サーミスタと、貯湯タンクを備えた貯湯ユニット内の温度を検出する雰囲気温度サーミスタとを備え、制御装置には、前記貯湯温度サーミスタと前記雰囲気温度サーミスタの検出した温度がそれぞれ所定の温度以下になり、前記機能部品群の凍結の可能性がある場合、前記下部の電熱ヒータをＯＮにして凍結防止運転を行う凍結防止運転制御手段を設けた。

また、前記制御装置には、前記上部の電熱ヒータ付近には常に高温湯がある状態を維持する自動沸き上げ運転機能が設けられると共に、前記機能部品群は前記上部の電熱ヒータの下側に配置した。

この発明によれば、前記機能部品群は、前記成型断熱材を部分的に厚みを薄くしたした場所に配置されているので、前記成型断熱材の一部分だけ断熱性を落とすことができ、前記貯湯タンクの熱を前記機能部品群に伝わり易くすることで、前記機能部品群の凍結を防止することができる。

また、前記雰囲気温度サーミスタと前記貯湯温度サーミスタの検出温度がそれぞれ所定の温度以下になると、前記下部の電熱ヒータによる凍結防止運転が行われることで、対流により効率良く熱を伝え、確実に前記機能部品群の凍結を防止することができる。

また、上部の電熱ヒータで貯湯タンク上部に高温湯がある状態を維持する自動沸き上げ運転を設け、上部の電熱ヒータの下側に機能部品群を配置したことで、凍結防止運転を行ったときの対流は、下部の電熱ヒータで沸き上げられた湯は高温湯との境界で折り返すので、早い段階で機能部品群が配置されている位置に熱が届き、確実に前記機能部品群の凍結を防止することができる

この発明の概略説明図この発明の実施例のタンクユニットの正面図この発明の実施例の水の流れを説明する概略説明図この発明の実施例のタンクユニットの要部拡大水平断面図この発明の実施例の凍結防止運転を説明するフローチャート

本発明の給湯装置の実施形態を図１及び図２及び図３に基づいて説明する。
図１において、１は貯湯式給湯装置の湯水を貯湯する貯湯タンク、２は貯湯タンク１底部に給水する給水管、３は貯湯タンク１頂部から出湯する出湯管、４は給水管２からバイパスされた給水バイパス管、５は出湯管３からの湯と給湯側給水バイパス管４からの水とを混合し、その混合比を制御して所望の給湯設定温度を給湯するための給湯側ミキシング弁、６は給湯側ミキシング弁５で混合された湯を給湯栓７に給湯するための給湯管である。また、８は給水管２からバイパスされた風呂側給水バイパス管、９は出湯管３からの湯と風呂側給水バイパス管８からの水とを混合し、その混合比を制御して所望の風呂設定温度を給湯するための風呂側ミキシング弁、１０は混合弁５で混合された湯を浴槽１１に給湯するための湯張り管である。ここで、出湯管３および給湯管６で給湯配管を構成し、出湯管３および湯張り管１０で風呂配管を構成している。

１２は給水管２途中に設けられ市水を一定の給水圧に減圧する給水減圧弁、１３は給水管２の途中に設けられ市水の温度を検出する給水サーミスタ、１４は貯湯タンク１の上部に連通して設けられ手動で開閉可能な空気導入弁である。

１５ａ〜ｅは貯湯タンク１の側面上下に複数設けられ貯湯タンク１内の貯湯温度を検出する貯湯温度サーミスタ、１６は給湯管６途中に設けられ給湯流量を内部の羽根車の回転数により検出する給湯流量センサ、１７は湯張り管１０途中に設けられ風呂流量を内部の羽根車の回転数により検出する風呂流量センサ、１８は給湯温度を検出する給湯温度サーミスタ、１９は風呂温度を検出する風呂温度サーミスタ、２０は貯湯タンク１内の湯水を加熱する加熱手段としての電熱ヒータであり、電熱ヒータ２０は貯湯タンク１上部に設けられた上部ヒータ２０ａと、貯湯タンク１下部に設けられた下部ヒータ２０ｂで構成されている。

２１は、所望の給湯設定温度を設定する温度設定スイッチ２２と、給湯設定温度等を表示する表示器２３とを有したリモコンである。

２４は貯湯温度サーミスタ１５ａ〜ｅ、給湯流量センサ１６、風呂流量センサ１７、給湯温度サーミスタ１８、風呂温度サーミスタ１９の検出値が入力されると共にリモートコントローラ１４と通信可能に接続され、加熱手段としての電熱ヒータ２０の作動を予め記憶されたプログラムに従って制御する制御装置である。

また、２５は、給湯側ミキシング弁５、風呂側ミキシング弁９、給湯流量センサ１６、風呂流量センサ１７、給湯温度サーミスタ１８、風呂温度サーミスタ１９を集中して配置させた機能部品群である。この機能部品群２５は耐久性の面から常に高温の温度になる場所では不向きであり、低温になる場所でも凍結による動作不良や破損の恐れがあるため不向きであり、常温に近い場所で最も性能が良い器具である。

ここで、貯湯温度サーミスタ１５ａ〜ｅの位置をそれぞれ説明すると、缶体の上部に位置し、貯湯温度サーミスタ１５の中で最上部の貯湯温度サーミスタ１５ａ、上部ヒータ２０ａの上側に位置する貯湯温度サーミスタ１５ｂ、上部ヒータ２０ａの下側に位置する貯湯温度サーミスタ１５ｃ、下部ヒータ２０ｂの上側の貯湯温度サーミスタ１５ｄ、下部ヒータ２０ｂよりも下側に位置する貯湯温度サーミスタ１５ｅである。また、機能部品群２５は、貯湯温度サーミスタ１５ｃと貯湯温度サーミスタ１５ｄの間に位置し、その位置に対応した後述する成型断熱材３１に接するように配置されている。

次に電気温水器の沸き上げ運転について説明する。
電気料金が比較的安価な深夜または貯湯温度サーミスタ１５で検出した温度が最低貯湯温度に達する等の沸き上げ要求があると、制御装置２４は、電熱ヒータ２０の通電をＯＮにし、貯湯タンク１内の水の沸き上げを開始する。そして、貯湯温度サーミスタ１５ａ〜ｅで検出した温度が目標貯湯温度に達したことを確認したら電熱ヒータ２０の通電をＯＦＦにして沸き上げを終了する。

深夜沸き上げで、貯湯タンク１内を全部沸き上げる時の沸き上げ運転時の水の流れは、図３−（ａ）のように、上部ヒータ２０ａと下部ヒータ２０ｂで温められた電熱ヒータ２０付近の水は、対流によって貯湯タンク１の中心から上部へと向かい上昇し、元々貯湯タンク１の上部にあった水は、上昇した水に押し出され、貯湯タンク１の周縁にそって下降する。そして、下降した水は貯湯タンク１の下部でタンク中心に向かい下部ヒータ２０ｂで温められる。このような対流が繰り返し行われ、貯湯タンク１内の水が湯へと沸き上げられている。

また、リモコン２１で自動沸き上げ運転が設定されていた場合、昼間や夕方時に、まだ湯を使用する予定があるにも関わらず、貯湯タンク１内の湯が無くなってしまう湯切れ状態を防止するため、貯湯温度サーミスタ１５ｃよりも上側は常に高温湯がある状態を維持しており、制御装置２４は、貯湯温度サーミスタ１５ｂが最低貯湯温度以下になると、上部ヒータ２０ａによる沸き上げ運転を行う。

そして、給湯栓７が開かれて給湯が開始されると、給湯管６側の圧力が低下して給水管２からの給水が貯湯タンク１下部から供給され、貯湯タンク１上部から高温湯が出湯管３に押し出される。その一方、給水管２からの給水は給湯側給水バイパス管４を介して給湯側ミキシング弁９で出湯管３からの湯水と混合されて、給湯管６を介して給湯栓７へ給湯されるものである。

次に、本実施例について、貯湯タンク１の全体図である図２と、沸き上げ運転時の貯湯タンク１内の水の流れを表す図３と、機能部品群２５周辺の要部拡大水平断面図である図４とを用いて詳しく説明する。

まず、貯湯タンク１や機能部品群２５や制御装置２４等を備えた貯湯ユニット２６、貯湯ユニット２６の外装ケースである筐体２７、貯湯タンク１と筐体２７の間に、貯湯ユニット内の雰囲気温度を検出する雰囲気温度サーミスタ２８、上部ヒータ２０ａの接続箇所である上ヒータ口２９、下部ヒータ２０ｂの接続箇所である下ヒータ口３０、貯湯タンク１内の湯水が放熱しないように、貯湯タンク１の外周を覆う略一定の厚みをもった成型断熱材３１である。

ここで、機能部品群２５は、上部ヒータ２０ａよりも下側で、下部ヒータよりも上側に位置するように成型断熱材３１の外側に配置した。また、図４のように、この機能部品群２５が設けられる位置の成型断熱材３１は、部分的に厚みを前記略一定の厚みよりも薄くし、缶体の熱が伝わり易いようにしている。

これにより、機能部品群２５は成型断熱材３１の近傍に配置されているので、成型断熱材３１の一部分だけ断熱能力を落とすことができ、貯湯タンク１の熱が機能部品群２５に伝わり易くすることで、機能部品群２５に含まれる弁やセンサ等の凍結を防止することができ、凍結防止専用の配管ヒータを無くす、あるいは使用個数を減らすことができる。

更に、制御装置２４には、貯湯温度サーミスタ１５ｄと雰囲気温度サーミスタ２８の検出温度が所定の温度以下になると、下部ヒータ２０ｂのみを通電することによる凍結防止運転を行う凍結防止運転制御手段３２が設けられ、凍結防止運転により機能部品群２５の凍結による破損をさらに防止することができる。

この凍結防止運転について図５のフローチャートに基づいて説明する。
自動沸き上げ運転が設定されている場合、雰囲気温度サーミスタ２８で検出した温度が所定外気温度以下（ここでは２０℃以下）になり（Ｓ１がＹｅｓ）、機能部品群２５が配置されている付近の貯湯温度サーミスタ１５ｄの検出温度が最低凍結温度以下（ここでは１５℃以下）になると（Ｓ２がＹｅｓ）、機能部品群２５が凍結する可能性があると凍結防止運転制御手段３２が判断する。

凍結防止運転制御手段３２は、凍結防止運転を開始し（Ｓ３）、下部ヒータ２０ｂの通電を開始する（Ｓ４）。

このとき、凍結防止運転時の水の流れは図３−（ｂ）のように、下部ヒータ２０ｂで温められた下部ヒータ２０ｂ付近の水は、対流によって貯湯タンク１の中心から上部へと向かい、自動沸き上げ運転により高温湯がある境界まで上昇し、元々境界より下側にあった水は、押し出されて貯湯タンク１の周縁にそって下降する。そして、下降した水は貯湯タンク１の下部でタンク中心に向かい下部ヒータ２０ｂで温められる。このような対流を繰り返す。

このように、貯湯温度サーミスタ１５ｃよりも上は高温湯となっているため、対流により高温湯との境界で折り返すようになっているので、下部ヒータ２０ｂによって温められた湯は比較的早い段階で、貯湯温度サーミスタ１５ｃの下側に配置されている機能部品群２５の近傍に熱が届き、成型断熱材３１を介して機能部品群２５に熱が伝わり、機能部品群２５の凍結を防止することができる。

さらに、機能部品群２５が配置されている部分の成型断熱材３１は部分的に厚みを薄くし、缶体の熱が伝わり易いようにしているので、効率良く機能部品群２５に熱を伝え、凍結を防止することができる。

そして、貯湯温度サーミスタ１５ｄで検出した温度が所定安全温度以上（ここでは２０℃以上）になると（Ｓ５がＹｅｓ）、凍結防止運転制御手段３２は、凍結防止運転を終了し（Ｓ６）、下部ヒータ２０ｂの発熱をＯＦＦにする（Ｓ７）。

このように、貯湯温度サーミスタ１５ｃよりも上側は高温湯がある状態を維持する自動沸き上げ運転中に、雰囲気温度サーミスタ２８と貯湯温度サーミスタ１５ｄの検出温度がそれぞれ所定の温度以下になると、下部ヒータ２０ｂによる凍結防止運転が行われることで、対流により効率良く熱を伝え、確実に機能部品群２５の凍結を防止することができる。

さらに、自動沸き上げ運転により高温湯がある場合では、高温湯との境界で対流が行われるので、貯湯タンク１内がすべて水だった場合よりも早く熱が伝わり、確実に機能部品群２５の凍結を防止することができる。

また、機能部品群２５は、貯湯タンク１の中温水が貯湯されるような位置に配置され、もし中温水がなくなって低温の水となり凍結の恐れがある場合でも、効率の良い凍結防止運転を行うことで、機能部品群２５が良い性能を発揮できる温度まで昇温させることができる。

また、本実施例の凍結防止運転は、下部ヒータ２０ｂのみで行っているため上下ヒータを使うときよりも省エネルギーであると共に、対流により効率良く熱を伝え、確実に機能部品群２５の凍結を防止することができる。

１貯湯タンク
２給水管
３出湯管
５給湯側ミキシング弁
９風呂側ミキシング弁
１５貯湯温度サーミスタ
１６給湯流量センサ
１７風呂流量センサ
１８給湯温度サーミスタ
１９風呂温度サーミスタ
２０電熱ヒータ
２０ａ上部ヒータ
２０ｂ下部ヒータ
２４制御装置
２５機能部品群
２６貯湯ユニット
２７筐体
２８雰囲気温度サーミスタ
３１成型断熱材
３２凍結防止運転制御手段

Claims

湯水を貯湯する貯湯タンクと、前記貯湯タンクの上部と下部に設けたタンク内の水を加熱する電熱ヒータと、貯湯タンクに給水する給水管と、前記給水管から枝分かれした給水バイパス管と、貯湯タンク上部から湯を供給する出湯管と、貯湯タンク内の湯水が放熱しないように前記貯湯タンクの外周を覆う略一定の厚みをもった成型断熱材とを備え、更に、前記給水バイパス管からの水と前記出湯管からの湯を混合するミキシング弁と、混合した湯水の温度を検出する温度サーミスタと、混合された湯水の流量を検出する流量センサとの少なくとも１つ以上からなる機能部品群とを備えた電気温水器において、
前記上部の電熱ヒータと前記下部の電熱ヒータの間に位置する前記成型断熱材の外側に前記機能部品群を配置すると共に、前記機能部品群が配置されている部分の前記成型断熱材の厚みを前記略一定の厚みよりも薄くしたことを特徴とする電気温水器。
前記機能部品が配置されている位置の前記貯湯タンク内の湯水の温度を検出する貯湯温度サーミスタと、貯湯タンクを備えた貯湯ユニット内の温度を検出する雰囲気温度サーミスタとを備え、制御装置には、前記貯湯温度サーミスタと前記雰囲気温度サーミスタの検出した温度がそれぞれ所定の温度以下になり、前記機能部品群の凍結の可能性がある場合、前記下部の電熱ヒータをＯＮにして凍結防止運転を行う凍結防止運転制御手段を設けたことを特徴とする請求項１記載の電気温水器。
前記制御装置には、前記上部の電熱ヒータ付近には常に高温湯がある状態を維持する自動沸き上げ運転機能が設けられると共に、前記機能部品群は前記上部の電熱ヒータの下側に配置したことを特徴とする請求項１又は２のいずれか１項記載の電気温水器。