JP7011540B2 - 貯湯式給湯装置 - Google Patents

Description

本発明は、貯湯タンク内の殺菌運転を行う貯湯式給湯装置に関するものである。

従来よりこの種の貯湯式給湯装置においては、貯湯タンク内の温度が殺菌可能温度（約６５℃）を下回った温度の状態が所定時間以上経過した場合、貯湯タンク内全体を殺菌可能温度以上に沸き上げる殺菌運転を有した貯湯式給湯装置があった。

また、特許文献１で示すように、殺菌運転は、貯湯タンク下部に設けた貯湯温度センサの検出温度が４５℃になるまで貯湯タンク内の水を沸き上げる高温加熱工程と、高温加熱工程終了後に加熱循環ポンプを駆動し貯湯タンク内の湯を攪拌する温度均一化工程とを有し、高温加熱工程でタンク内を沸き上げ、温度均一化工程でタンク内すべてを殺菌可能温度にする制御を設けた貯湯式給湯装置があった。

特開２０１６－１９１４９３号公報

特許文献１のようなものでは、高温加熱工程で、下部に設けた貯湯温度センサの検出温度が４５℃を超えたら、温度均一化工程で攪拌することで貯湯タンク全体が殺菌可能温度するものだが、例えば、高温加熱工程前で中温水が残っていた場合、高温加熱工程を行うと短い時間で高温加熱工程が終わってしまい、その後温度均一化工程で攪拌しても貯湯タンク全体を殺菌可能温度に沸き上げることは難しく、殺菌可能温度に達しなかった場合は再び殺菌運転を行わなければいけないという無駄なエネルギーを消費することがあるという問題があった。

本発明は上記課題を解決するために、湯水を貯湯する貯湯タンクと、前記貯湯タンク内の湯水を加熱するための加熱手段と、前記貯湯タンクと前記加熱手段とを湯水が循環可能に接続された加熱循環回路と、前記加熱循環回路の途中に湯水を循環させる加熱循環ポンプと、前記加熱手段から前記貯湯タンク上部に戻っていく湯水の温度を検出する沸き上げ温度センサと、前記貯湯タンクに複数設けられて貯湯温度を検出する貯湯温度センサと、前記貯湯タンク内の湯の一部を殺菌可能温度よりも高い第一の所定温度に沸き上げる沸き上げ動作、及び、該沸き上げ動作の後に、前記貯湯タンク内の湯を前記加熱循環ポンプの駆動により前記貯湯タンク内の湯を攪拌する攪拌動作を行う殺菌運転を制御する殺菌運転制御手段を備えた貯湯式給湯装置において、前記貯湯タンク内の湯をすべて前記殺菌可能温度にするのに必要な熱量を算出する熱量算出手段を設け、前記殺菌運転制御手段は、前記必要な熱量になるまで前記第一の所定温度で前記加熱手段によって沸き上げるようにした。

また、前記必要な熱量を沸き上げるまでにかかる予測時間を算出すると共に時間をカウントする時間算出手段を設け、前記殺菌運転制御手段は、前記時間算出手段が予め算出した予測時間が経過するまで前記加熱手段で沸き上げるようにした。

また、前記殺菌運転制御手段は、前記必要な熱量に応じた前記貯湯温度が検出されるまで前記加熱手段で沸き上げるようにした。

本発明によれば、前記熱量算出手段は、前記貯湯温度から前記殺菌運転に必要な熱量を算出し、前記殺菌運転制御手段は、算出した前記必要な熱量分沸き上げるので過不足無く沸き上げることができ、熱量が足りずに再び殺菌運転を行うという無駄なエネルギーを消費してしまうのも、必要以上に沸き上げてしまい無駄なエネルギーを消費してしまうのも防ぐことができる。

本発明の一実施形態の構成を示す概略図 同実施形態の殺菌運転の動作を説明するためのフローチャート 同実施形態のヒートポンプに入水する温度と沸き上げＣＯＰの関系を表す図

次に、本発明の一実施形態の風呂給湯装置を図面に基づいて説明する。

図１は風呂給湯装置の構成を示す概略図で、１は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から分岐された給水バイパス管、５は出湯管３からの湯と給水バイパス管４からの水とを混合する給湯混合弁、６は給湯混合弁５の出口と給湯栓７とを接続する給湯管、８は給湯管６を流れる湯水の流量を検出する給湯流量センサ、９は給湯管６を流れる湯水の温度を検出する給湯温度センサ、１０は給水バイパス管４を流れる給水の温度を検出する給水温度センサである。

１１は出湯管３からの湯と給水バイパス管４からの水とを混合する風呂混合弁、１２は風呂混合弁１１からの湯水を浴室に設置された浴槽１３へ湯張りするための湯張り管、１４は湯張り管１２を流れる湯水の流量を検出する湯張り流量センサ、１５は湯張り管１２を流れる湯水の温度を検出する湯張り温度センサ、１６は湯張り管１２の流路を開閉する湯張り電磁弁、１７ａ～１７ｅは貯湯タンク１の側面上下に複数設けられて貯湯温度を検出する貯湯温度センサであり、１７ｅは貯湯タンク１下部に設けられ、加熱手段２４へ入水する温度を検出することができる。また、貯湯温度センサ１７ａ～１７ｅの検出値に応じて、貯湯タンク１内の湯水の温度分布を検出することができる。

１８は貯湯タンク１内に配置されたステンレス製の蛇管により構成され、浴槽１３内の浴槽水を加熱するための風呂熱交換器、１９は浴槽１３と風呂熱交換器１８とを浴槽水が循環可能に接続する風呂循環回路、２０は浴槽１３内の浴槽水を吸い込んで風呂熱交換器１８へ圧送して浴槽水を循環させるための風呂循環ポンプ、２１は浴槽水の温度を検出するための風呂温度センサ、２２は水圧を検知することにより浴槽１３内の水位を検出する水位センサであり、風呂循環回路１９途中には湯張り管１２が接続されている。

２３は風呂循環回路１９途中に設けられ、風呂熱交換器１８を迂回可能に構成された三方弁である。

２４は貯湯タンク１内の湯水を加熱するためのヒートポンプ式の加熱手段、２５は貯湯タンク１と加熱手段２４とを湯水が循環可能に接続する加熱循環回路、２６は湯水を循環させる加熱循環ポンプ、２７は加熱手段２４に入水する入水温度を検出する入水温度センサ、２８は加熱手段２４で沸き上げられた湯水の温度を検出する沸き上げ温度センサである。ここで、ヒートポンプ式の加熱手段２４は、圧縮機２９、水冷媒熱交換器３０、膨張弁３１、空気熱交換器３２、送風機３３、外気温度を検出する外気温度センサ３４とを備えて構成され、沸き上げ温度センサ２８が検出する温度が４０℃～９０℃の範囲で任意の温度となるように沸き上げるものである。

３５は浴室外に設けられた浴室外リモコン（リモートコントローラ）で、給湯装置の作動状態や設定状態を報知する報知部としての表示部３５ａと、予め記憶している音声データや報知音等を出力するスピーカー３５ｂと、浴槽１３への湯張りを開始させるための風呂スイッチ３５ｃと、風呂設定温度を変更するための変更スイッチ３５ｄと、その他のスイッチ３５ｅとを備えている。

３６は浴室内に設けられた浴室内リモコン（リモートコントローラ）で、貯湯式給湯装置の作動状態や設定状態を報知する報知部としての表示部３６ａと、予め記憶している音声データや報知音等を出力するスピーカー３６ｂと、浴槽１３への湯張りを開始させるための風呂スイッチ３６ｃと、風呂設定温度を変更するための変更スイッチ３６ｄと、その他のスイッチ３６ｅと、浴室内の室温を検出する浴室温度センサ３７とを備えている。

３８はこの貯等式給湯装置の作動を制御する本体制御手段で、給湯流量センサ８、給湯温度センサ９、給水温度センサ１０、湯張り流量センサ１４、湯張り温度センサ１５、貯湯温度センサ１７、風呂温度センサ２１、水位センサ２２、外気温度センサ３４、浴室温度センサ３７の検出値が入力され、給湯混合弁５、風呂混合弁１１、湯張り電磁弁１６、風呂循環ポンプ２０、加熱手段２４の作動を制御すると共に、浴室外リモコン３５および浴室内リモコン３６と必要な情報を送受信可能に接続されている。ここで、本体制御手段３８は、ＭＰＵ等の論理回路を有してメモリを参照しつつ予め記憶されているプログラムに従って作動を制御するものである。

３９は貯湯タンク１内の少なくとも一部の湯が所定時間以上残留したと本体制御手段３８で判断すると、貯湯タンク１内のすべての湯をレジオネラ菌が殺菌される殺菌可能温度以上（ここでは６５℃以上）に沸き上げる殺菌運転を制御する殺菌運転制御手段である。

４０は殺菌運転に必要な熱量を算出する熱量算出手段であり、必要な熱量については貯湯温度センサ１７の検出値に基づいて必要な熱量を算出し、殺菌運転制御手段３９は、熱量算出手段４０で算出した必要な熱量を確保するまで加熱手段２４で沸き上げる沸き上げ動作と、沸き上げ運転後に貯湯タンク１内を攪拌して貯湯タンク１内の温度を均一にする攪拌動作とを行う。

また、殺菌運転制御手段３９は、殺菌運転の沸き上げ動作の沸き上げ温度を殺菌可能温度よりも高い第一の所定温度（ここでは９０℃）で沸き上げ動作を行っている。第一の所定温度で沸き上げを行うのは、可能な限り加熱手段２４で加熱しない水を貯湯タンク１に残すためであり、沸き上げ動作後に沸き上げた湯水と未加熱の水を攪拌するので、高い沸き上げ温度の方が未加熱の水を多く残すことができる。

具体的な計算例の説明をすると、貯湯タンク１には３７０Ｌの湯水が貯湯できるもので、貯湯温度センサ１７ｅで検出した加熱手段２４への入水する貯湯タンク１の最下層の貯湯温度は２４℃で２５０Ｌあった場合、熱量算出手段４０は、２４℃の水が１４０Ｌ（全量の３７．９％）で、９０℃（殺菌可能温度よりも高い第一の所定温度）の湯が２３０Ｌ（全量の６２．１％）であれば、貯湯タンク１内の２４℃の水と９０℃の湯を加熱循環ポンプ２６で攪拌させると、貯湯タンク１全体を６５℃の湯にできると算出する。そして、殺菌運転制御手段３９は、貯湯タンク１の湯を加熱手段２４で２３０Ｌ分を９０℃に沸き上げる。

そして、殺菌運転制御手段３９は、沸き上げ熱量が所定の熱量達成条件に達したら沸き上げ動作を終了し、加熱循環ポンプ２６による攪拌動作を開始し、貯湯タンク１内のすべての湯水を殺菌可能温度以上にする。

前述した所定の熱量達成条件について詳しく説明する。
所定の熱量達成条件は、貯湯タンク１内の熱量が熱量算出手段４０で算出した必要熱量に達したかどうかを判定している。

４１は熱量算出手段４０で算出した必要な熱量を沸き上げるのにかかる予測時間を算出する時間算出手段であり、熱量算出手段４０で算出した必要熱量から、加熱手段２４の加熱能力を割ることで、必要熱量を沸き上げるのにかかる予測時間を算出する。

具体的には、時間算出手段４１は、熱量算出手段４０で算出した必要熱量から、加熱手段２４の加熱能力を割ることで、必要熱量を沸き上げるのにかかる予測時間を算出し、時間算出手段４１は、沸き上げ動作開始時にタイマーカウントを開始し、前記予測時間が経過すると、殺菌運転制御手段３９は所定の熱量達成条件を満たしたと判定する。

次に、本発明の風呂給湯装置の作動について説明する。

＜沸き上げ運転＞
電力料金単価の安価な所定時間帯（深夜時間帯）の開始時刻になると、本体制御手段３８はそれまでの給湯負荷量に見合う湯量を沸き上げ開始するべく、加熱手段２４に対し、給湯負荷量に見合う沸き上げ目標温度と沸き上げ開始の指示を送信し、加熱手段２４は圧縮機２９と膨張弁３１と送風機３３と加熱循環ポンプ２６を駆動開始して、貯湯タンク１下部から取り出した湯水を水冷媒熱交換器３０で沸き上げ目標温度まで加熱して貯湯タンク１上部へ戻し、貯湯タンク１上部から沸き上げ設定温度の湯を積層状に貯湯し、本体制御手段３８は貯湯タンク１の最下部まで沸き上げるか、所定時間帯の終了時刻に到達すると、加熱手段２４に沸き上げの停止を指示し、加熱手段２４は圧縮機２９と膨張弁３１と送風機３３と加熱循環ポンプ２６を駆動停止して沸き上げ運転を終了する。

＜給湯＞
給湯栓７が開かれると、貯湯タンク１の底部に給水管２から市水が流入すると共に貯湯タンク１の頂部から出湯管３を介して高温の湯が出湯し、給湯混合弁５で給水バイパス管４からの水と混合されて給湯管６を通過する。そして、給湯流量センサ８が最低作動水量以上を検出すると、本体制御手段３８は、給湯温度センサ９が検出する温度が給湯設定温度と一致するように給湯混合弁５の弁開度をフィードバック制御して、給湯設定温度の給湯を行う。そして、給湯栓７が閉じられる等によって、給湯流量センサ８が最低作動水量未満を検出すると、本体制御手段３８は、給湯混合弁５の弁開度のフィードバック制御を停止して給湯停止するようにしている。

＜湯張り運転＞
本体制御手段３８が湯張りを指示すると、湯張り電磁弁１６を開弁し、湯張り温度センサ１５が検出する温度が、本体制御手段３８で指示された湯張り温度と一致するように風呂混合弁１１の弁開度をフィードバック制御して、指示された湯張り温度の湯張りを開始し、浴槽１３に供給する。

そして、本体制御手段３８は、湯張り流量センサ１４で検出する湯張り流量の積算値が風呂設定量、または水位センサ２２が風呂設定水位を検出すると、湯張り電磁弁１６を閉弁して湯張り運転を終了する

＜追い焚き運転＞
水位センサ２２で水圧を検知し水位を検出して浴槽１３内に残湯があり、本体制御手段３８は、風呂循環ポンプ２０を駆動して、風呂循環回路１９と風呂熱交換器１８に浴槽水を循環させ、浴槽水を風呂熱交換器１８で加熱する。そして、風呂温度センサ２１で浴槽水の温度が風呂設定温度まで上昇したことを確認すると、風呂循環ポンプ２０の駆動を停止する。

＜保温運転＞
また、風呂の保温運転では、一定時間毎に風呂循環ポンプ２０を駆動して風呂温度センサ２１で浴槽水の温度を確認し、風呂設定温度より低くなっていることを検知すると、循環を継続して浴槽水を風呂熱交換器１８で加熱する。そして、風呂温度センサ２１で浴槽水の温度が風呂設定温度より上昇したことを確認すると、風呂循環ポンプ２０の駆動を停止する。

また、本体制御手段３８は、湯張り停止時の浴槽１３内の水位を水位センサ２２の検出値に基づいて記憶し、浴槽１３内の水位が記憶した水位から低下すると、元の水位になるまで湯張りする補水運転を行う。

そして、湯張りの開始から予め設定された風呂の保温時間が経過すると、風呂の保温運転および風呂補水運転も停止して、風呂の保温運転を停止する。

＜殺菌運転＞
次に、第一実施形態の殺菌運転について図２に示すフローチャートに基づいて説明する。
所定時間内に貯湯タンク１の湯がすべて使用されず、所定時間以上少なくとも一部の湯が貯湯タンク１内に残留した場合（Ｓ１がＹｅｓ）、貯湯タンク１内の湯水の全量を殺菌可能温度（ここでは６５℃）以上に沸き上げてレジオネラ菌の繁殖を防止する殺菌運転を開始する（Ｓ２）。

まず、殺菌運転制御手段３９は、貯湯温度センサ１７ｅから加熱手段２４へ入水する貯湯タンク１の最下層の貯湯温度及び貯湯タンク１の温度分布を検出し（Ｓ３）、貯湯温度センサで検出した貯湯温度から貯湯タンク１内の湯を攪拌し混ぜ合わせたときに貯湯タンク１内全体が６５℃以上になるような必要熱量を熱量算出手段４０で算出し（Ｓ４）、加熱手段２４の沸き上げ温度を第一の所定温度に（ここでは９０℃）変更する（Ｓ５）。

さらに、時間算出手段４１は、熱量算出手段４０で算出した必要な熱量を沸き上げるのにかかる予測時間を算出し、予測時間を決定する（Ｓ６）。

そして、殺菌運転制御手段３９は、沸き上げ動作を開始し、時間算出手段４１は予測時間に達するまでタイマーカウントを開始する（Ｓ７）。

このとき、貯湯タンク１の下部まで殺菌可能温度（ここでは６５℃）に沸き上げ、貯湯温度センサ１７ｅが殺菌可能温度（ここでは６５℃）を検出するまで沸き上げてしまうと、図３のように加熱手段２４へ入水する温度が高くなり、沸き上げＣＯＰ（沸き上げ効率）が低下してしまう。

このように、殺菌運転制御手段３９は、熱量算出手段４０で必要な熱量を算出し、貯湯タンク１内に未加熱の水が残るような適切なタイミングで沸き上げ動作を終了することで、入水する温度が比較的低く、沸き上げＣＯＰ（沸き上げ効率）が高い状態を保って沸き上げ動作終了することができ、省エネルギー性に優れた殺菌運転を行うことができる。

また、加熱手段２４へ入水する温度が高くなることで冷媒の蒸発温度が高くなり、冷媒回路の圧力が上がるために冷媒回路に負担がかかり、耐久性が低下してしまうが、攪拌したときに貯湯タンク１全体が６５℃以上になるのに必要な熱量を確保したら沸き上げ動作を停止するので、加熱手段２４へ入水する温度が高くなることを防止することができる。

そして、沸き上げ動作を開始し、時間算出手段４１で算出した予測時間が経過するかを時間算出手段４１で確認し（Ｓ８）、時間算出手段４１のタイマーカウントが前記予測時間に達したら（Ｓ８がＹｅｓ）、殺菌運転制御手段３９は、熱量算出手段４０で算出した熱量を沸き上げたと判定し、沸き上げ動作を終了する（Ｓ９）。

次に、殺菌運転制御手段３９は、攪拌動作を開始して（Ｓ１０）、加熱循環ポンプ２６を駆動し（Ｓ１１）、貯湯タンク１下部の水を加熱循環回路２５を介して貯湯タンク１上部に勢いよく流入させ、貯湯タンク１内の湯水を攪拌する。

その後、殺菌運転制御手段３９は、沸き上げ温度センサ２８の検出温度が６５℃以上となるか確認し（Ｓ１２）、沸き上げ温度センサ２８の検出温度が６５℃以上になると（Ｓ１２がＹｅｓ）、加熱循環ポンプ２６の駆動を停止し（Ｓ１３）、攪拌動作を終了することで（Ｓ１４）、殺菌運転を終了する（Ｓ１５）。

このように、攪拌したときに貯湯タンク１内の湯をすべて６５℃以上になるように熱量算出手段４０で必要熱量を算出し、加熱手段２４へ入水する温度が比較的低い温度で沸き上げ動作が終了するようにすることができるので、沸き上げＣＯＰ（沸き上げ効率）が高く、省エネルギー性に優れた殺菌運転が可能であると共に、殺菌運転開始前に熱量算出手段４０で必要熱量を算出しているため、殺菌運転後に殺菌可能温度に達していないので再び殺菌運転を行うという無駄なエネルギーの消費を抑制することがきる。

また、加熱手段２４へ入水する温度が高くなり、沸き上げＣＯＰ（沸き上げ効率）が低下する前に沸き上げ動作を停止するので、加熱手段２４へ入水する温度が高くなって冷媒の蒸発温度が高くなり、冷媒回路の圧力が上がるために冷媒回路に負担がかかり冷媒回路が破損してしまうのを防止することができる。

なお、本発明は本実施形態に限定されるものではなく、要旨を変更しない範囲で改変する事を妨げるものではなく、例えば、加熱循環ポンプ２６を駆動させていないときに入水する温度の検出は貯湯タンク１下部に設けられた貯湯温度センサ１７ｅを用いているが、加熱循環ポンプ２６を駆動させて入水温度センサ２７で入水する温度を検出してもよいものである。

また、熱量算出手段４０で算出した必要な熱量分だけ貯湯タンク１に貯湯することが重要であり、所定の熱量達成条件は、時間算出手段４１で算出した予測時間が経過するまで沸き上げ動作を行うのでも、貯湯温度センサ１７ａ～ｅで検出した貯湯温度に応じた熱量まで沸き上げ動作を行うのでも良い。

また、沸き上げ温度は、この実施形態での沸き上げ温度は第一の所定温度である９０℃で沸き上げ動作をおこなっているが、この温度に限定されるものではなく、沸き上げ温度を、貯湯タンク１の下部に未加熱の水を残すように熱量計算を行って、沸き上げ温度を９０℃以下に下げても良い。

また、所定の熱量達成条件は、貯湯タンク１の側面に複数設けられた貯湯温度センサ１７で検出した温度の検出値に応じて貯湯タンク１内に貯湯されている湯水の温度分布から熱量を算出し、貯湯温度センサ１７の検出値に応じた熱量が、熱量算出手段４０で算出した必要熱量に達したら、殺菌運転制御手段３９は所定の熱量達成条件を満たしたと判定するようにしても良い。

１ 貯湯タンク
１７ 貯湯温度センサ
２４ 加熱手段
２５ 加熱循環回路
２６ 加熱循環ポンプ
２８ 沸き上げ温度センサ
３８ 本体制御手段（制御手段）
３９ 殺菌運転制御手段
４０ 熱量算出手段
４１ 時間算出手段

Claims (3)

1. 湯水を貯湯する貯湯タンクと、前記貯湯タンク内の湯水を加熱するための加熱手段と、前記貯湯タンクと前記加熱手段とを湯水が循環可能に接続された加熱循環回路と、前記加熱循環回路の途中に湯水を循環させる加熱循環ポンプと、前記加熱手段から前記貯湯タンク上部に戻っていく湯水の温度を検出する沸き上げ温度センサと、前記貯湯タンクに複数設けられて貯湯温度を検出する貯湯温度センサと、前記貯湯タンク内の湯の一部を殺菌可能温度よりも高い第一の所定温度に沸き上げる沸き上げ動作、及び、該沸き上げ動作の後に、前記貯湯タンク内の湯を前記加熱循環ポンプの駆動により前記貯湯タンク内の湯を攪拌する攪拌動作を行う殺菌運転を制御する殺菌運転制御手段を備えた貯湯式給湯装置において、
   前記貯湯タンク内の湯をすべて前記殺菌可能温度にするのに必要な熱量を算出する熱量算出手段を設け、前記殺菌運転制御手段は、前記必要な熱量になるまで前記第一の所定温度で前記加熱手段によって沸き上げるようにしたことを特徴とする貯湯式給湯装置。
2. 前記必要な熱量を沸き上げるまでにかかる予測時間を算出すると共に時間をカウントする時間算出手段を設け、
   前記殺菌運転制御手段は、前記時間算出手段が予め算出した予測時間が経過するまで前記加熱手段で沸き上げるようにしたことを特徴とする請求項１記載の貯湯式給湯装置。
3. 前記殺菌運転制御手段は、前記必要な熱量に応じた前記貯湯温度が検出されるまで前記加熱手段で沸き上げるようにしたことを特徴とする請求項１記載の貯湯式給湯装置。

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