JP7064694B2 - 貯湯給湯装置 - Google Patents

Description

本発明は、貯湯給湯装置に関し、特にエア抜き運転(水張り運転) 時に発生する異音と振動を抑制するようにした貯湯給湯装置に関する。

貯湯給湯装置は、貯湯タンク、この貯湯タンクへ給水する給水系、貯湯タンクの湯水を給湯する給湯系、風呂へ注湯する注湯系、ヒートポンプユニット等の外部熱源機と貯湯タンク間で湯水を循環させる貯湯用循環系、給水系及び貯湯タンクに接続された補助熱源機、給湯系及び補助熱源機から暖房用熱交換器や風呂追い焚き用熱交換器に湯水を循環させる循環系等を有する。

前記の貯湯給湯装置を施工する施工最終段階において、貯湯タンクや配管系統にエア抜き(水張り)を行う必要がある。
このエア抜きする際、通常、給湯系の流量調整弁は全開状態として、給水系から貯湯タンクや配管系統に給水して水張りしつつ、貯湯タンクや配管系内のエアを注湯系から浴槽に噴出させることでエア抜きする。

特許文献１に記載のコージェネレーションシステムにおいては、エア抜き運転の際、１又は複数の流量センサの検出値が何れも所定値を超えないように、湯比例弁の開度を調節しながら徐々に開度を大きくすることにより、エア抜き運転開始直後における流量センサを通過する湯水の流量を制限して流量センサの故障や振動騒音の発生を抑制している。

特許第４１２９１９３号公報

従来のように、エア抜きする際、給湯系の流量調整弁は全開状態として、給水系から貯湯タンクや配管系統に給水しつつエアを注湯系から浴槽に噴出させることでエア抜きする。
しかし、給水源（水道系）の給水圧は、通常は約２００ｋＰａ程度であるが、貯湯給湯装置を設置する地域によって給水圧は３００ｋＰａ以上になる場合もあり、ポンプにより昇圧された水道系では４００ｋＰａ以上になる場合もある。

給水圧が高い場合、給水開始直後に貯湯タンクや配管系統内のエアが給水で圧縮されて高圧になり、注湯系から浴槽に噴出する。このとき、給湯系と注湯系の分岐部又は分岐部よりも上流側に装備されている流量調整弁の水車が急速回転して破損したり、配管系が異常振動して異音が発生するという問題がある。

特許文献１の技術では、上記問題への対策として、１又は複数の流量センサの検出値が何れも所定値を超えないように、湯比例弁の開度を調節しながら徐々に開度を大きくする
という制御を採用している。
しかし、この技術では、給水圧が低い場合にも高い場合にも上記のように湯比例弁の開度を調節しながら徐々に開度を大きくする。そのため、通常の約２００ｋＰａ程度又はそれ以下の給水圧で流量調整弁の破損の虞がなく、異音発生の虞もない場合にも、上記の制御を採用するためエア抜きの所要時間が長くなるという問題がある。

本発明の目的は、給水圧と関連付けて流量調整弁の弁開度を絞り側に調整することでエア抜き運転時に発生する異音と振動を抑制するようにした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、貯湯タンクと、貯湯タンクの下部に接続された給水配管と、貯湯タンクの上部に接続された給湯配管と、給湯配管から分岐され浴槽に接続された注湯配管と、注湯配管に設けられた注湯弁と、給湯配管と注湯配管の分岐部又は分岐部よりも上流側に設けられた流量調整弁とを備えた貯湯給湯装置であって、前記給水配管への給水の給水圧を検知可能な圧力検知手段を備え、前記貯湯給湯装置の設置時に水張りしながら前記貯湯タンクおよび前記配管類に対するエア抜き運転を行う際には、前記注湯弁を開放してエアを浴槽に排出することでエア抜きを行うようにした貯湯給湯装置において、前記エア抜き運転の開始前に前記圧力検知手段によって検知された圧力が所定圧未満の場合は前記流量調整弁の弁開度を全開とし、前記検知圧力が所定圧以上である場合には、前記流量調整弁の弁開度を、前記検知圧力が高くなる程絞り度合いが大きくなるように調整し、その後注湯弁を開放してエア抜き運転を開始することを特徴としている。

上記の構成によれば、前記圧力検知手段で検知された給水圧が所定圧未満の場合は前記流量調整弁の弁開度を全開とし、前記検知圧力が所定圧以上である場合には、前記流量調整弁の弁開度を、前記検知圧力が高くなる程絞り度合いが大きくなるように調整し、その後注湯弁を開放してエア抜き運転を開始するため、給水圧が高くなる程弁開度を絞るように給水圧に応じた弁開度に設定してエア抜きするため、流量調整弁の破損や異音の発生を防止することができる上、エア抜きの所要時間を短縮することができる。

請求項２の貯湯給湯装置は、請求項１の発明において、前記エア抜き運転の開始から所定時間後に前記流量調整弁の弁開度を最大開度とすることを特徴としている。
この構成によれば、エア抜き運転の開始から所定時間経過すれば、貯湯タンクや配管類の内のエア圧が低下し、エア流の流速も低下することに鑑み、前記所定時間後に前記流量調整弁の弁開度を最大開度とする。これにより、エア抜きの所要時間を極力短縮することができる。

請求項３の貯湯給湯装置は、請求項１の発明において、温水暖房機能を有し、暖房系統には大気開放された膨張タンクを備え、前記給水配管から分岐して前記膨張タンクに接続された熱媒補給配管と、前記熱媒補給配管の開閉を行う補給弁を備え、前記圧力検知手段によって検知された圧力が設定圧以上である場合には前記エア抜き運転の開始前に前記補給弁を開放することを特徴とする請求項１の貯湯給湯装置。

この構成によれば、補給弁を開放することで、給水源からの給水の一部を熱媒補給配管を介して膨張タンクへ抜いて排水することで、エア抜き開始時に給水配管に供給される上水の流量を少なくし、貯湯タンクや配管類の内部のエアを圧縮する圧縮速度を軽減することができるため、流量調整弁の破損や異音の発生を確実に防止することができる。

本発明によれば、前記のような種々の効果が得られる。

本発明の実施形態に係る貯湯給湯器装置の構成図である。 エア抜き運転制御のフローチャートである。

以下、本発明の実施形態について図面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、配管類、ポンプやバルブ等の機器類を備えている。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外部熱源機３０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。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の上水を混合する混合比率を調整可能な湯水混合弁７が装着されている。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を通って給湯栓等に給湯される。尚、出湯通路４と給湯通路８が「給湯配管」に相当する。

給湯通路８には、給湯流量センサ８ａと、給湯温度センサ８ｃと、給湯流量調整弁８ｂが装着され、給湯流量調整弁８ｂの下流近傍部において、給湯通路８から風呂に注湯する注湯通路９(注湯配管に相当する)が分岐し、この注湯通路９には注湯流量センサ９ａと注湯電磁弁９ｂが装着されている。注湯通路９は、風呂戻り通路１０に接続され、この風呂戻り通路１０は風呂熱交換器２０に接続され、この風呂熱交換器２０から風呂往き通路１１が風呂まで延びている。風呂戻り通路１０には循環ポンプ１０ａと風呂水流スイッチ１０ｂが装着されている。

暖房端末（図示外）と暖房熱交換器１９とに亙って暖房熱媒を循環させる熱媒通路２１，２２と、暖房熱媒を貯留する大気開放された膨張タンク２３と、この膨張タンク２３を熱媒通路２２に接続する熱媒通路２３ｃと、この熱媒通路２３ｃに介装されたポンプ２３ｂと、膨張タンク２３から溢れた熱媒を排水枡２３ｅに導く排水通路２３ｄと、膨張タンク２３の頂部に付設された暖房補給水電磁弁２５ａと、この暖房補給水電磁弁２５ａを給水通路５の上流端の補給水バルブ２５ｂに接続する補給水通路２５（熱媒補給配管に相当する）等が設けられている。前記の暖房補給水電磁弁２５ａが「補給弁」に相当する。尚、前記補給水バルブ２５ｂは、貯湯給湯装置１の設置後には開弁状態に保持される。

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装着されている。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４ａが装着されている。

次に、補助出湯通路１６について説明する。
この補助出湯通路１６は、通路１６ａと通路１６ｂと通路１６ｃとを有し、通路１６ａは出湯通路４の上流部から延び、通路１６ａに通路１６ｂが接続され、通路１６ａと通路１６ｂと熱交戻り通路１３の接続部に三方弁１７が装着されている。
通路１６ｂの下流端が補助熱源機３に接続され、通路１６ｃの上流端も補助熱源機３に接続されている。通路１６ｂには循環ポンプ１８と循環流量センサ１４が装着されている。通路１６ｃと出湯通路４の接続部には調整弁１５が装着されている。
こうして、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１５は、通路１６ｃを通って出湯通路４に供給される湯水流量を調整する。

補助加熱通路１６から分岐した熱交往き通路１２が、補助熱源機３で加熱した湯水を通路１２ａ，１２ｂを介して暖房熱交換器１９と風呂熱交換器２０に供給可能に接続され、暖房熱交換器１９と風呂熱交換器２０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１３の上流端が通路１２ａ，１２ｂの下流部の電磁開閉弁１２ｃ，１２ｄに接続され、熱交戻り通路１３の下流端が三方弁１７に接続されている。 三方弁１７は、貯湯タンク２の湯水又は熱交戻り通路１３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と、給水温度センサ５ｄと、給水圧を検知する圧力センサ５ｅ（圧力検知手段）が装着されている。給水通路５は切換弁５ｃを介して熱交戻り通路１３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１３に切換える。

バイパス通路６には逆止弁６ａが装着され、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が装着されている。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８ｃ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３０に湯水を供給する上流加熱通路２６が接続され、この外部熱源機３０で加熱された湯水が流通する下流加熱通路２７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。
上流加熱通路２６の途中部と下流加熱通路２７の途中部はバイパス通路２６ａにより接続され、下流加熱通路２７とバイパス通路２６ａの接続部には切換制御弁２７ａ が装着されている。

貯湯給湯装置１は、混合弁入口温度センサ４ａ等の検知信号に基づいて給湯運転等を制御する制御部２８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操作リモコン２９が制御部２８に接続されている。制御部２８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４ａ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。

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２８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８ｃが検知した給湯温度に基づいて、制御部２８は湯水混合弁７の混合比率をさらに調整する。

ところで、本発明は、貯湯給湯装置１を設置する施工の施工最終段階において貯湯タンク２や配管類の内部に水張りしながら内部のエアを抜くエア抜き運転の開始前に圧力センサ５ｅ（圧力検知手段）によって検知された圧力が所定圧（例えば、２００ｋＰａ）以上である場合には、前記給湯流量調整弁８ｂの弁開度を、検知圧力に応じて絞り側に設定された開度に調整し、その後注湯弁９ｂを開放してエア抜き運転を開始することを特徴としている。

上記のエア抜き運転の制御プログラムは制御部２８に予め格納されており、このエア抜き運転制御について、図２のフローチャートに基づいて説明する。
尚、図２において符号Ｓｉ（但し，ｉ＝１，２，・・）は各ステップを示す。

このエア抜き運転の制御が開始されると、Ｓ１において次のようなエア抜き準備処理が
実行される。給水系の最上流部にある給水元弁が手動操作にて開弁され、注湯電磁弁９ｂ が閉弁され、電磁開閉弁１２ｃ，１２ｄが開弁され、切換弁５ｃは貯湯タンク２へ給水する位置に切換えられ、三方弁１７は熱交戻り通路１３を通路１６ａに連通する位置に切換えられ、切換制御弁２７ａはバイパス通路２６ａを遮断する位置に切換えられ、調整弁１５は全開状態に保持される。この状態において、給水通路５から給水される上水が貯湯タンク２や一部の配管類の内部に流入していく。

次に、Ｓ２において、圧力センサ５ｅにより給水圧Ｐｗが検知される。次に、Ｓ３において、給水圧Ｐｗが設定圧（例えば、４００ｋＰａ）以上か否か判定され、その判定がＹｅｓのときは、Ｓ４において、暖房補給水電磁弁２５ａが全開にされて膨張タンク２３に暖房熱媒としての上水が供給され、更に給湯流量調整弁８ｂの開度が２０％に設定される。このように、給水圧が高い場合には、給水の一部を膨張タンク２３に取り込んで膨張タンク２３から排水通路２３ｄを介して排水升枡２３ｅに排出することで、貯湯タンク２や配管類の内部のエアが上水により圧縮される圧縮速度を緩和することができる。しかも、給湯流量調整弁８ｂの開度を大きく絞ることで、給湯通路８と注湯通路９の内部の圧縮エアの流速を低く制限することができる。

Ｓ３の判定がＮｏの場合は、Ｓ５において給水圧Ｐｗが３００ｋＰａ以上か否か判定され、その判定がＹｅｓのときは、Ｓ６において、給湯流量調整弁８ｂの開度が４０％に設定される。このように給水圧Ｐｗが低くなった分だけ、給湯流量調整弁８ｂの開度を大きくすることができる。Ｓ５の判定がＮｏの場合は、Ｓ７において給水圧Ｐｗが２００ｋＰａ以上か否か判定され、その判定がＹｅｓのときは、Ｓ８において、給湯流量調整弁８ｂの開度が６０％に設定される。このように給水圧Ｐｗが低くなった分だけ、給湯流量調整弁８ｂの開度を大きくすることができる。Ｓ７の判定がＮｏの場合、つまり、給水圧Ｐｗが２００ｋＰａ未満で、通常の給水圧である場合は、Ｓ９において給湯流量調整弁８ｂの開度が１００％に設定される。給水圧Ｐｗが十分に低いため、給湯流量調整弁８ｂの開度を絞る必要がないからである。

Ｓ４，Ｓ６，Ｓ８，Ｓ９からＳ１０へ移行し、Ｓ１０おいて注湯電磁弁９ｂを開弁することでエア抜き運転が開始される。このエア抜き運転の開始直後には、貯湯タンク２や配管類から出湯通通路４と給湯通路８に流入した上水により圧縮されたエアが注湯通路９から浴槽へ噴出し、その後圧縮エアに続いて上水が浴槽へ放出される。
Ｓ３～Ｓ８において、給水圧Ｐｗに応じて給湯流量調整弁８ｂの開度が絞り側へ調整されるため、出湯通路４と給湯通路８と注湯通路９内の圧縮エアの流速が過大になることはないから、給湯流量センサ８ａや注湯流量センサ９ａが破損することがなく、配管の振動による異音の発生も生じない。

上記の圧縮エアの大部分は約３０秒程度で排出されるため、Ｓ１１においては、エア抜き運転開始後所定時間（例えば、６０秒）経過したか否か判定し、その判定がＮｏのときはＳ１１が繰り返され、Ｓ１１の判定がＹｅｓになると、Ｓ１２において給湯流量調整弁８ｂの開度が１００％に設定される。配管内に高圧の圧縮エアがなくなっているため、給湯流量調整弁８ｂの開度を絞る必要がないからである。

Ｓ１３では、エア抜き運転が継続される。このとき、段階的に弁の切換えがなされ、配管内のエアが順次エア抜きされる。例えば、切換弁５ｃを給水通路５を熱交戻り通路１３に接続する位置に切換えることで、熱交戻り通路１３と通路１６ａ内のエアを抜き、その後三方弁１７を通路１３と通路１６ｂを接続する位置に切換えると共にポンプ１８を作動させることで、通路１６ｂと通路１６ｃ内のエア及び通路１２，１２ａ，１２ｂ内のエアが抜かれる。また、外部熱源機３０内のポンプを作動させることで、上流加熱通路２６と下流加熱通路２７内のエアが抜かれ、その後切換制御弁２７ａを切換えてバイパス通路２６ａと通路２７を連通させることで、バイパス通路２６ａ内のエアが抜かれる。
通路１０，１１については、ポンプ１０ａを作動させることで、注湯通路９の上水を通路１０，１１に流すことでエア抜きすることができる。

暖房熱媒について、Ｓ４を経ていない場合には、暖房補給水電磁弁２５ａを全開にすることで、膨張タンク２３に上水を供給しつつポンプ２３ｂを作動させると、その上水が通路２３ｃ，２１，２２に供給されるため、通路２３ｃ，２１，２２内のエア抜きを行うことができる。

以上のようにして、貯湯タンク２や配管類の内部をエア抜きし、水張りが完了すると、
浴槽への注水に気泡が混じらなくなって注水状態が安定する。Ｓ１３の次のＳ１４では、
浴槽への注水状態が安定したか否か判定し、その判定がＮｏのときはＳ１３へ戻り、Ｓ１４の判定がＹｅｓとなったときはＳ１５へ移行してエア抜き運転を終了する。

次に、以上説明した貯湯給湯装置１の作用、効果について説明する。
前記圧力センサ５ｅで検知された貯湯タンク２又は配管類の内圧（給水圧）が所定圧（例えば、２００ｋＰａ）以上である場合には、給湯流量調整弁８の弁開度を、検知圧力に応じて絞り側に設定された開度（２０％、４０％、６０％）に調整し、その後注湯弁９ｂを開放してエア抜き運転を開始するため、給水圧が高くなる程弁開度を絞るように給水圧に応じた弁開度に設定してエア抜きするため、給湯流量調整弁８ｂの破損や異音の発生を防止することができる上、必要最小限度だけ給湯流量調整弁８の弁開度を絞るため、エア抜きの所要時間を短縮することができる。

エア抜き運転の開始から所定時間（例えば、６０秒）経過すれば、貯湯タンク２や配管類の内のエア圧が低下し、エア流の流速も低下することに鑑み、前記所定時間後に前記給湯器流量調整弁８ｂの弁開度を最大開度とする。これにより、エア抜きの所要時間を極力短縮することができる。

給水圧が設定圧以上の場合は、暖房補給水電磁弁２５ａを開放することで、給水源からの給水の一部を熱媒補給配管２５を介して膨張タンク２３へ抜いて排水することで、エア抜き開始時に給水配管に供給される上水の流量を少なくし、貯湯タンク２や配管類の内部のエアを圧縮する圧縮速度を軽減することができるため、給湯流量調整弁８ｂの破損や異音の発生を確実に防止することができる。

次に、前記実施形態を部分的に変更する例について説明する。
（１）図２に示した２０％、４０％、６０％の数値は一例を示すものであって、これらの数値に限定されるものではない。
（２）給湯流量調整弁８ｂは、給湯通路８と注湯通路９の分岐部に設けられる場合もある。
（３）その他、当業者ならば前記実施形態に種々の変更を付加した形態で実施可能であり、本発明はその種の変更形態をも包含するものである。

１ 貯湯給湯装置
２ 貯湯タンク
５ 給水通路（給湯配管）
５ｅ 圧力センサ
４ 出湯通路（給湯配管）
８ 給湯通路（給湯配管）
８ｂ 給湯流量調整弁
９ 注湯通路（注湯配管）
９ｂ 注湯電磁弁
２３ 膨張タンク
２５ 補給水通路（熱媒補給配管）
２５ａ 暖房補給水電磁弁（補給弁）

Claims (3)

1. 貯湯タンクと、貯湯タンクの下部に接続された給水配管と、貯湯タンクの上部に接続された給湯配管と、給湯配管から分岐され浴槽に接続された注湯配管と、注湯配管に設けられた注湯弁と、給湯配管と注湯配管の分岐部又は分岐部よりも上流側に設けられた流量調整弁とを備えた貯湯給湯装置であって、前記給水配管への給水の給水圧を検知可能な圧力検知手段を備え、前記貯湯給湯装置の設置時に水張りしながら前記貯湯タンクおよび前記配管類に対するエア抜き運転を行う際には、前記注湯弁を開放してエアを浴槽に排出することでエア抜きを行うようにした貯湯給湯装置において、
   前記エア抜き運転の開始前に前記圧力検知手段によって検知された圧力が所定圧未満の場合は前記流量調整弁の弁開度を全開とし、前記検知圧力が所定値以上である場合には、
   前記流量調整弁の弁開度を、前記検知圧力が高くなる程絞り度合いが大きくなるように調整し、その後注湯弁を開放してエア抜き運転を開始することを特徴とする貯湯給湯装置。
2. 前記エア抜き運転の開始から所定時間後に前記流量調整弁の弁開度を最大開度とすることを特徴とする請求項１に記載の貯湯給湯装置。
3. 温水暖房機能を有し、暖房系統には大気開放された膨張タンクを備え、前記給水配管から分岐して前記膨張タンクに接続された熱媒補給配管と、前記熱媒補給配管の開閉を行う補給弁を備え、前記圧力検知手段によって検知された圧力が設定圧以上である場合には前記エア抜き運転の開始前に前記補給弁を開放することを特徴とする請求項１の貯湯給湯装置。

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