JP6924406B2 - 貯湯給湯装置 - Google Patents

Description

本発明は、貯湯タンクに貯留した湯水と上水を混合して給湯する貯湯給湯装置に関する。

従来から、貯湯タンクに貯留した高温の湯水と低温の上水とを、混合比率を調整可能な混合手段により混合して給湯設定温度の湯水を給湯する貯湯給湯装置が広く使用されている。このような貯湯給湯装置として、例えば特許文献１のような温水量調整弁と冷水量調整弁を有する湯水混合ユニットを混合手段として備えた貯湯給湯装置が知られている。

給湯開始直後の配管内の温度が低下した湯水が給湯に使用される場合や、給湯中に上水の温度が低下した場合には、貯湯タンク側の湯水量を増加させると共に上水量を減少させて給湯設定温度となるように混合比率を調整する。このとき停電や混合手段の故障等により貯湯タンク側の湯水量を増加させた状態で混合比率が制御不能になると、貯湯タンク内の高温の湯水が高温のまま給湯される危険がある。この高温の給湯を回避するため、停電時や高温の給湯を検知した場合に、給湯される湯水に混合する上水が流通可能となるように開弁される高温出湯回避電磁弁が配設されている。

特許第３７１８６５６号公報

特許文献１の湯水混合ユニットは、指示した混合比率と実際の混合比率を比較して、実際の冷水（上水）の比率が指示した比率よりも小さい場合、即ち上水が流れ難くなっている場合に温水量調整弁の上限開度を低く制限するように構成されている。それ故、上水が流れ難くなっている場合に上記のように混合比率が制御不能になっても、温水量調整弁の上限が低く設定されて温水量が少量となるため、高温出湯回避電磁弁の開弁により上水が混合されて高温の給湯が回避される。しかし、温水量と上水量が少量となるため、給湯流量が低下する問題がある。

また、上水が流れ難くなっていない場合には、温水量調整弁の上限開度が制限されないので、上記のように混合比率が制御不能になると、温水が多く流れて高温出湯回避電磁弁の開弁により上水が最大限混合されても十分に温度が下がらず、高温の給湯を回避できない場合がある。特に、夏季には上水の温度が高くなるので、高温の給湯を回避できない可能性が高まる。

本発明の目的は、給湯中に停電等により混合比率が制御不能になった場合でも、高温の給湯を確実に回避可能な貯湯給湯装置を提供することである。

請求項１の貯湯給湯装置は、湯水を貯留する貯湯タンクと、前記貯湯タンク上部に接続された出湯通路と、上水を供給するために前記貯湯タンク下部に接続された給水通路と、前記給水通路から分岐して前記出湯通路に接続されたバイパス通路と、前記出湯通路の湯水と前記バイパス通路の上水を混合するための混合比率を調整可能な混合手段と、前記混合手段で混合された湯水が流通する給湯通路と、前記貯湯タンクから出湯する湯水の出湯温度を検知する出湯温度検知手段と、上水の給水温度を検知する給水温度検知手段と、前記混合手段で混合された湯水の給湯温度を検知する給湯温度検知手段と、給湯設定温度を設定する設定手段と、前記給湯温度が前記給湯設定温度となるように前記混合手段の混合比率を調整する制御手段とを備えた貯湯給湯装置において、
前記制御手段は、前記出湯温度と、前記給水温度と、前記給湯設定温度に基づいて前記混合手段の出湯通路側開度の上限を演算して設定し、この上限以下の調整範囲で前記混合手段を調整することにより混合比率を調整するように構成され、前記出湯通路に加熱した湯水を供給可能な補助熱源機を備え、前記補助熱源機使用時には、前記出湯通路側開度の上限の設定を解除又は緩和することを特徴としている。

上記構成により、給湯温度が高温にならない出湯通路側開度の上限を設定して、この上限以下の範囲で混合手段を調整するので、設定した出湯通路側開度の上限で混合手段が停電等により制御不能となっても、高温の給湯を回避することができる。
そして、補助熱源機で加熱した湯水を給湯に使用する場合は、混合手段に設定された出湯通路側開度の上限の設定を解除又は緩和するので、出湯通路側開度の上限により制限されていた湯水の流量を増加させて給湯流量を増加させることができる。

請求項２の発明は、請求項１において、前記混合手段は、前記バイパス通路と前記出湯通路との接続部に配設された一軸式の湯水混合弁であることを特徴としている。

上記構成により、湯水と上水の混合比率を１つの湯水混合弁で調整することができ、混合比率の調整を容易にすることができると共に、出湯通路側開度の上限の設定を容易にすることができる。

請求項３の発明は、請求項１において、前記混合手段は、前記バイパス通路に配設されたバイパス調整弁と前記出湯通路に配設された出湯調整弁とで構成され、前記制御手段は、前記出湯通路側開度の上限以下の調整範囲で前記出湯調整弁を調整することを特徴としている。

上記構成により、混合比率を調整できると共に、高温の給湯を回避し易くすることができる。

本発明の貯湯給湯装置によれば、給湯中に停電等により混合比率が制御不能になった場合でも、高温の給湯を回避することができる。

本発明の実施例１に係る貯湯給湯装置の構成を示す図である。 一軸式の混合弁の構成を示す要部断面図である。 実施例１に係る混合弁の開度ステップと対応する混合比率のテーブルである。 図２のテーブルと湯水温度と給水温度に基づく給湯温度の演算の一例を示すテーブルである。 本発明の実施例２に係る貯湯給湯装置の構成を示す図である。

以下、本発明を実施するための形態について実施例に基づいて説明する。

最初に、貯湯給湯装置１の全体構成について説明する。
図１に示すように、貯湯給湯装置１は、貯湯タンク２、補助熱源機３等を備えている。貯湯給湯装置１は、例えばヒートポンプ式熱源機や、燃料電池等の発電時の排熱を利用する熱源機等の図示外の外部熱源機により加熱した湯水を貯湯タンク２に貯留して、この湯水を給湯に使用する。また、貯湯給湯装置１は、補助熱源機３により加熱した湯水を給湯や暖房、風呂追い焚きに使用する。補助熱源機３は、例えば燃料ガスの燃焼熱を利用して湯水を加熱する。

貯湯タンク２の上部には、貯湯タンク２に貯留した湯水を出湯するための出湯通路４が接続されている。また、貯湯タンク２の下部には、貯湯タンク２に上水を供給するための給水通路５が接続されている。この給水通路５から分岐したバイパス通路６が出湯通路４に接続され、この接続部に出湯通路４の湯水とバイパス通路６の上水の混合手段として混合比率を調整可能な湯水混合弁７が配設されている。湯水混合弁７には給湯通路８が接続され、湯水混合弁７で混合された湯水が給湯通路８を流通して給湯栓等に給湯される。

貯湯タンク２の外周には、貯留された湯水の温度を検知する複数の貯湯温度センサ２ａ〜２ｅが上下方向に所定の間隔を空けて設けられている。出湯通路４には、湯水混合弁７に供給される湯水の温度を検知するための混合弁入口温度センサ１１が配設されている。給水通路５には、上水道から供給される上水の温度を検知するための給水温度センサ１２（給水温度検知手段）が配設されている。給湯通路８には、給湯温度を検知するための給湯温度センサ１３（給湯温度検知手段）が配設されている。

貯湯給湯装置１は、上記混合弁入口温度センサ１１等の検知信号に基づいて給湯運転等を制御する制御部１４（制御手段）を備え、ユーザが給湯設定温度を設定する操作を行うためのリモコン１５（設定手段）が制御部１４に接続されている。制御部１４は、最も上側の貯湯温度センサ２ａが検知した温度と、混合弁入口温度センサ１１が検知した温度とを比較して高い方の温度を出湯温度として制御に利用する。従って、貯湯温度センサ２ａと混合弁入口温度センサ１１のうち、より高温を検知した温度センサが出湯温度検知手段に相当する。

補助加熱通路１６は、出湯通路４から分岐されると共に、この分岐部より下流側で調整弁１７を介して出湯通路４に接続され、貯湯タンク２の湯水を補助熱源機３で加熱して出湯通路４に供給可能である。調整弁１７は、補助加熱通路１６を通って出湯通路４に供給される湯水量を調整する。補助加熱通路１６には、補助熱源機３に湯水を送るためのポンプ１８と三方弁１９が配設されている。

補助加熱通路１６から分岐した熱交往き通路２０が、補助熱源機３で加熱した湯水を暖房熱交換器２１及び風呂熱交換器２２に供給可能に接続され、暖房熱交換器２１、風呂熱交換器２２で熱交換した湯水を補助熱源機３に戻すための熱交戻り通路２３が三方弁１９に接続されている。三方弁１９は、貯湯タンク２の湯水又は熱交戻り通路２３の湯水を補助熱源機３に供給可能となるように切換えられる。

給水通路５には、減圧弁５ａと逆止弁５ｂと切換弁５ｃが配設されている。給水通路５は切換弁５ｃを介して熱交戻り通路２３に接続されている。切換弁５ｃは上水の供給先を貯湯タンク２又は熱交戻り通路２３に切換える。

バイパス通路６には逆止弁６ａが配設され、バイパス通路６から分岐して給湯通路８に接続された高温出湯回避通路６ｂには、高温出湯回避電磁弁６ｃが配設されている。高温出湯回避電磁弁６ｃは、通常時には通電により閉止状態を維持する。停電時や給湯温度が後述の制限温度以上であることを給湯温度センサ１３が検知した場合には、高温出湯回避電磁弁６ｃを開弁して給湯通路８に上水を供給可能にし、給湯中であれば上水が供給されて高温の給湯を防ぐ。

貯湯タンク２の下部には外部熱源機に湯水を供給する上流加熱通路２４が接続され、この外部熱源機で加熱された湯水が流通する下流加熱通路２５が貯湯タンク２の上部に接続されて貯湯タンク２の上部から加熱された湯水が貯留される。

給湯通路８には給湯流量センサ８ａと給湯流量調整弁８ｂが配設されている。給湯栓等の開栓により給湯が開始されて給湯流量センサ８ａが所定の流量を検知すると、制御部１４は出湯温度と給水温度に基づいて給湯温度が給湯設定温度となるように湯水混合弁７の混合比率を調整する。そして給湯温度センサ１３が検知した給湯温度に基づいて、制御部１４は湯水混合弁７の混合比率をさらに調整する。

次に、湯水混合弁７について説明する。
湯水混合弁７は、弁体を進退駆動することにより混合比率を調整可能な一軸式の混合弁である。図２に示すように、湯水混合弁７は、円筒状のケース２７と、ケース２７の軸心２７ａと同心状に設けられた弁軸２８と、弁軸２８を軸心方向に進退駆動するモータ２９と、ケース２７内部に設けられた混合室２７ｂと、弁軸２８の進退駆動と共に混合室２７ｂ内を進退駆動する弁体３０と、弁体３０に対応する弁座２７ｃ，２７ｄと、ケース２７の軸心方向一端側の第１導入口３１と、ケース２７の軸心方向他端側の第２導入口３２と、ケース２７の第１導入口３１と第２導入口３２の間に設けられた導出口３３等を備えている。

湯水混合弁７は、第１導入口３１から出湯通路４の湯水を導入し、第２導入口３２からバイパス通路６の上水を導入する。そして制御部１４は、指定した開度ステップとなるようにモータ２９により弁軸２８と弁体３０を駆動して混合比率を調整し、混合室２７ｂにおいて湯水と上水を混合して導出口３３から給湯通路８へ供給する。湯水混合弁７の開度ステップは、弁体３０が最も進出した位置を０ステップとし、弁体３０が最も退入した位置を１９３６ステップとしている。従って、開度ステップが大きくなるにつれて出湯通路４側の開度が大きくなると同時にバイパス通路６側の開度が小さくなる。

ここで、混合比率をＡ、出湯温度をＢ、給水温度をＣ、給湯温度をＤとすると、混合比率Ａは、Ａ＝（Ｂ−Ｄ）／（Ｄ−Ｃ）の演算式により演算される。制御部１４は、図３に示すように、湯水混合弁７の開度ステップを変えながら測定した出湯温度と給水温度と給湯温度に基づいて上記の演算をして作成された湯水混合弁７の開度ステップに対応する混合比率のテーブル（開度混合比テーブル）を予め記憶している。尚、開度混合比テーブルは１６ステップ刻みで作成されているが、ステップ刻み幅はこれに限定されるものではない。

湯水混合弁７の開度ステップは、仕様上の上限としてハード上限（１９３６ステップ）と、湯水混合弁７の開度ステップを調整可能な範囲の上限として動作特性に基づき一律に定められたソフト上限（１３００ステップ）を有する。また、貯湯給湯装置１は、高温の給湯を防ぐために給湯通路８から給湯される湯水の温度を制限温度未満に規制している。この制限温度は給湯設定温度によって異なっていてもよく、例えば給湯設定温度が５０℃未満の場合は制限温度を６０℃とし、給湯設定温度が５０℃以上の場合は制限温度を６５℃としている。

制御部１４は、給湯中に停電等により湯水混合弁７が制御不能となっても給湯温度が制限温度を超えることがないように、ソフト上限以下の範囲内において、湯水混合弁７の開度ステップを実際に調整する範囲の上限として可変ソフト上限を図３の開度混合比テーブルと出湯温度と給水温度に基づいて設定する。

例えば、出湯温度が６５℃、給水温度が１０℃、給湯設定温度が４２℃の場合は、制限温度が６０℃である。このとき、制御部１４は、開度混合比テーブルと出湯温度と給水温度に基づいて図４に示すように開度ステップに対応する給湯温度を演算する。上記の混合比率Ａの演算式から給湯温度Ｄは、Ｄ＝（Ａ×Ｃ＋Ｂ）／（１＋Ａ）の演算式により演算される。図４に示す演算結果に基づいて、制限温度６０℃未満の給湯温度となる開度ステップの最大値である９７６ステップを可変ソフト上限に設定する。一層安全側になるように、例えば５５℃未満となる８１６ステップを可変ソフト上限に設定してもよい。

制御部１４は、湯水混合弁７の開度ステップを、下限の０ステップから上記のように設定された可変ソフト上限までの範囲で調整して混合比率を調整する。例えば図４の給湯温度の演算に基づいて、開度ステップを給湯設定温度４２℃未満の最大値６４０ステップに調整する。そして、この調整後に給湯温度センサ１３が検知した給湯温度が給湯設定温度に近づくように混合比率の調整を行う。湯水混合弁７が可変ソフト上限に調整されたときに停電等により制御不能になっても、給湯温度が制限温度を超えることがないので、制限温度を超えるような高温の給湯を回避することができ、高温出湯回避通路６及び高温出湯回避弁６ｃを省略することも可能である。

給湯の継続により貯湯タンク２の高温の湯水を使い切ると、貯湯給湯装置１は補助熱源機３を作動させて、補助熱源機３で加熱された湯水を給湯する。このとき制御部１４は、混合弁入口温度センサ１１に検知された温度を出湯温度として制御に利用して可変ソフト上限を新たに設定し、この新しい可変ソフト上限以下の範囲で開度ステップを調整する。

また、制御部１４は、制限温度より低い出湯温度となるように補助熱源機３の加熱能力を制御することもできる。この場合は、湯水混合弁７の開度ステップを可変ソフト上限以下に制限する必要がなくなる。さらに、湯水混合弁７に可変ソフト上限が設定されていると、補助熱源機３で加熱された湯水の流量が制限される場合がある。そのため、補助熱源機３使用時には、可変ソフト上限の設定を解除又は緩和して、補助熱源機３で加熱された湯水の流量を増加させ、給湯流量を増加させることができる。

実施例１を部分的に変更した実施例２について説明する。実施例１と同等の部分には同じ符号を付して説明を省略する。
貯湯給湯装置１は、図５に示すように、混合手段として出湯通路４に設けられた出湯調整弁３７ａとバイパス通路６に設けられたバイパス調整弁３７ｂにより構成された湯水混合装置３７を備えている。そして、バイパス調整弁３７ｂの所定の開度に対応する出湯調整弁３７ａの開度ステップと混合比率の対応テーブル（開度混合比テーブル）を制御部１４が記憶している。バイパス調整弁３７ｂの所定の開度は複数あり、それらの開度に対応する複数の開度混合比テーブルを制御部１４が記憶している。

制御部１４は、複数の開度混合比テーブルと出湯温度と給水温度に基づいて給湯温度を演算し、この演算結果と制限温度に基づいてバイパス調整弁３７ｂの開度と出湯調整弁３７ａの開度ステップの可変ソフト上限を設定する。そして、給湯設定温度の給湯となるように、上記演算結果と給湯設定温度に基づいて、設定した可変ソフト上限以下の範囲で出湯調整弁３７ａの開度ステップを調整して湯水混合装置３７の混合比率を調整する。停電により混合比率が制御不能になっても、給湯温度が制限温度を超えることがないので、制限温度を超えるような高温の給湯を回避することができ、高温出湯回避通路６及び高温出湯回避弁６ｃを省略することも可能である。また、出湯調整弁３７ａの故障により混合比率が制御不能になっても、バイパス調整弁３７ｂの開度を大きくして高温の給湯を回避することもできる。

本発明の作用、効果について説明する。
貯湯給湯装置１は給湯時に、予め記憶された開度混合比テーブルと出湯温度と給水温度と制限温度に基づいて、給湯温度が制限温度未満になる混合手段の調整範囲上限を可変ソフト上限として設定する。そして、給湯温度が給湯設定温度になるように可変ソフト上限以下の範囲で混合手段を調整する。それ故、給湯中に停電等により混合比率が調整不能となっても、制限温度より高温の給湯を防ぐことができる。

混合手段としての湯水混合弁７は一軸式の混合弁なので、出湯通路４の湯水の増量とバイパス通路６の上水の減量を、又は、出湯通路４の湯水の減量とバイパス通路６の上水の増量を同時に行うことができるので、混合比率の調整が容易である。また、給湯中に停電等により混合比率が調整不能となっても、可変ソフト上限以下の範囲で開度ステップを調整していたので制限温度より高温の給湯を防ぐことができる。さらに混合比率が１つの湯水混合弁７の開度ステップで決まるので、その上限の設定が容易である。

混合手段として、出湯通路４に設けられた出湯調整弁３７ａとバイパス通路６に設けられたバイパス調整弁３７ｂとで構成された湯水混合装置３７は、バイパス調整弁３７ｂの開度に対応した出湯調整弁３７ａを可変ソフト上限以下の範囲で開度ステップを調整して混合比率を調整するので、給湯中に停電等により混合比率が調整不能となっても、制限温度より高温の給湯を防ぐことができる。また、給湯中に出湯調整弁３７ａの故障により調整不能となっても、バイパス調整弁３７ｂの開度を大きくして容易に高温の給湯を防ぐことができる。

補助熱源機３で加熱した湯水を給湯する場合は、制御部１４は、補助熱源機３が制限温度未満の湯水を供給するように制御するので、混合手段の可変ソフト上限を設定する必要がない。また、混合手段に設定された可変ソフト上限は、補助熱源機３で加熱した湯水の流量を制限している。それ故、給湯中に補助熱源機３を使用するようになった場合には、混合手段の可変ソフト上限設定を解除又は緩和することにより補助熱源機３で加熱された湯水量が制限されないようにして、給湯流量を増加させることができる。

１ 貯湯給湯装置
２ 貯湯タンク
２ａ 貯湯温度センサ（出湯温度検知手段）
３ 補助熱源機
４ 出湯通路
５ 給水通路
６ バイパス通路
７ 湯水混合弁（混合手段）
８ 給湯通路
１１ 混合弁入口温度センサ（出湯温度検知手段）
１２ 給水温度センサ（給水温度検知手段）
１３ 給湯温度センサ（給湯温度検知手段）
１４ 制御部（制御手段）
１５ リモコン（設定手段）
３７ 湯水混合装置（混合手段）
３７ａ 出湯調整弁
３７ｂ バイパス調整弁

Claims (3)

1. 湯水を貯留する貯湯タンクと、前記貯湯タンク上部に接続された出湯通路と、上水を供給するために前記貯湯タンク下部に接続された給水通路と、前記給水通路から分岐して前記出湯通路に接続されたバイパス通路と、前記出湯通路の湯水と前記バイパス通路の上水を混合するための混合比率を調整可能な混合手段と、前記混合手段で混合された湯水が流通する給湯通路と、前記貯湯タンクから出湯する湯水の出湯温度を検知する出湯温度検知手段と、上水の給水温度を検知する給水温度検知手段と、前記混合手段で混合された湯水の給湯温度を検知する給湯温度検知手段と、給湯設定温度を設定する設定手段と、前記給湯温度が前記給湯設定温度となるように前記混合手段の混合比率を調整する制御手段とを備えた貯湯給湯装置において、
   前記制御手段は、前記出湯温度と、前記給水温度と、前記給湯設定温度に基づいて前記混合手段の出湯通路側開度の上限を演算して設定し、この上限以下の調整範囲で前記混合手段を調整することにより混合比率を調整するように構成され、
   前記出湯通路に加熱した湯水を供給可能な補助熱源機を備え、
   前記補助熱源機使用時には、前記出湯通路側開度の上限の設定を解除又は緩和する
   ことを特徴とする貯湯給湯装置。
2. 前記混合手段は、前記バイパス通路と前記出湯通路との接続部に配設された一軸式の湯水混合弁であることを特徴とする請求項１に記載の貯湯給湯装置。
3. 前記混合手段は、前記バイパス通路に配設されたバイパス調整弁と前記出湯通路に配設された出湯調整弁とで構成され、
   前記制御手段は、前記出湯通路側開度の上限以下の調整範囲で前記出湯調整弁を調整することを特徴とする請求項１に記載の貯湯給湯装置。

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