JP7084781B2

JP7084781B2 - 貯湯式給湯機

Info

Publication number: JP7084781B2
Application number: JP2018096237A
Authority: JP
Inventors: 徹鈴木; 誠本間; 泰洋長澤; 憲介巌
Original assignee: Corona Corp
Current assignee: Corona Corp
Priority date: 2018-05-18
Filing date: 2018-05-18
Publication date: 2022-06-15
Anticipated expiration: 2038-05-18
Also published as: JP2019200025A

Description

この発明は、貯湯タンク内に貯湯された湯水に風呂の残湯熱を回収させて、経済性の向上を図った残湯熱回収機能付き貯湯式給湯機に関するものである。

従来よりこの種のものでは、風呂の追い焚き運転を行うために貯湯タンクの上部に備えた追焚用熱交換器とは別に、風呂の残湯熱を回収するための風呂熱回収用熱交換器を貯湯タンクの下部に備え、この風呂熱回収用熱交換器に風呂の残湯を循環させる循環回路と、貯湯タンク下部の低温水を循環させる回路とが接続され、貯湯タンク内の湯水の加熱に利用するものであった。（例えば、特許文献１参照。）

特開２０１１－１２２７６０号公報

しかし、この従来のものでは、熱回収運転をして熱回収を行った後も風呂熱回収用熱交換器内に水が留まった状態になる。風呂熱回収用熱交換器内に水が留まった状態で貯湯タンク内の水を加熱する沸き上げ運転を行うと、給湯や追い焚き運転に使用できない風呂熱回収用熱交換器内の水まで沸き上げて無駄な沸き上げをしており、無駄なエネルギーを消費してい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、加熱手段で加熱された湯水を貯湯する貯湯タンクと、前記貯湯タンク内の下部の湯水と浴槽の残湯熱を熱交換する風呂熱回収用熱交換器と、前記風呂熱回収用熱交換器と前記浴槽とを連通し、浴槽水を前記浴槽から前記風呂熱回収用熱交換器へ送る風呂往き管と前記風呂熱回収用熱交換器から前記浴槽へと送る風呂戻り管とから成る風呂循環回路と、前記風呂循環回路に備えられ前記浴槽の浴槽水を前記風呂熱回収用熱交換器に循環させる風呂循環ポンプと、前記風呂熱回収用熱交換器をバイパスする回収バイパス路と、前記風呂循環回路で前記回収バイパス路を循環させるか前記風呂熱回収用熱交換器を循環させるかを切替る回収三方弁と、を備えた貯湯式給湯機に於いて、前記風呂循環ポンプは、前記風呂戻り管側の前記風呂熱回収用熱交換器よりも下流側に設け、前記浴槽に浴槽水がないことを判定する残水判定手段と、前記風呂循環ポンプを駆動して、前記風呂熱回収用熱交換器内の残水を排水し、前記風呂熱回収用熱交換器内の残水を押し出して空気に置換する排水運転を制御する排水運転制御手段とを設けた制御装置を設け、前記残水判定手段が前記浴槽に浴槽水がないことを判定すると、前記排水運転制御手段は前記排水運転を行うようにした。

また、前記残水判定手段は、前記風呂往き管途中に設けられた浴槽水の水位を検出する水位センサの検出値が所定水位以下となった場合、前記浴槽に浴槽水がないと判定するようにした。

また、前記残水判定手段は、前記風呂往き管途中に設けられた浴槽水の水位を検出する水位センサの検出値が所定時間下降し続けた場合、前記浴槽に浴槽水がないと判定するようにした。

また、電動で開閉して浴槽水を排水する電動排水栓を浴槽に有し、前記残水判定手段は、前記電動排水栓が開栓されたあとの前記電動排水栓の状態に応じて、前記浴槽に浴槽水がないと判定するようにした。

この発明によれば、浴槽に水がないタイミングを適切に判定して排水運転を行うことができると共に、風呂熱回収用熱交換器内を空気に置換することで、沸き上げ運転時には、給湯や追い焚き運転に使用できない風呂熱回収用熱交換器内の水を沸き上げなくても良く、省エネルギー性に優れ、沸き上げる量も減るので沸き上げ効率にも優れた貯湯式給湯機を提供することができる。

この発明の第１の実施形態を示す貯湯式給湯機の概略構成図この発明の第１の実施形態の排水運転の制御を表すフローチャート図

次にこの発明の第１の実施形態を付した残湯熱回収機能付き貯湯式給湯機について図面に基づいて説明する。
この給湯機は、時間帯別契約電力の電力単価が安価な深夜時間帯に湯水を沸き上げて貯湯し、この貯湯した湯水を給湯に用いるもので、１は湯水を貯湯する貯湯タンク、２は貯湯タンク内の湯水を加熱する加熱手段としてのヒートポンプユニット、３はこの給湯装置を遠隔操作するように台所に設置されたリモコン、４は浴槽、５は浴槽４設けられた排水口を開閉する電動排水栓である。

６はヒートポンプユニット２にヒーポン循環ポンプ（図示せず）の駆動で貯湯タンク１下部の給水を供給するヒーポン往き管で、ヒートポンプユニット２で加熱されて温度上昇した湯水はヒーポン戻し管７により貯湯タンク１の上部に供給され、順次これを繰り返して貯湯タンク１内の上部から高温水を貯湯して行くものである。

８は貯湯タンク１底部に接続された給水管で、貯湯タンク１上部には出湯管９が接続され、出湯管９の高温水と給水とを混合して、給湯温度センサ１０で検出する温度が給湯設定温度になるように混合する給湯混合弁１１を備え、混合された温水を給湯管１２から給湯栓１３へ供給し給湯を行う。

１４は浴槽４の湯水を加熱するためのステンレス製の蛇管よりなる風呂用熱交換器で、貯湯タンク１内の上部に配置されていると共に、この風呂用熱交換器１４には風呂往き管１５および自吸式の風呂循環ポンプ１６を備えた風呂戻り管１７よりなる風呂循環回路１８が接続されて、浴槽４の湯水が循環可能にされ、浴槽４内の湯水を風呂用熱交換器１４に循環させて貯湯タンク１内の高温水と熱交換により加熱し、風呂往き管１５に備えた風呂温度センサ１９が風呂設定温度を検知して循環を停止することで、追い焚きが終了するものである。

この前記追い焚き運転時の浴槽水の順路は、浴槽４から風呂往き管１５を通り、風呂用熱交換器１４で浴槽水を貯湯タンク１の熱で加熱し、風呂戻り管１７を通って浴槽４に戻るというものである。

２０は風呂循環回路１８中で風呂用熱交換器１４をバイパスする風呂バイパス路、２１は風呂用熱交換器１４を連通して風呂バイパス路２０を閉止するか、風呂用熱交換器１４を閉止して風呂バイパス路２０側を連通するかを切り替える風呂三方弁で、風呂の追い焚き開始直後に風呂用熱交換器１４から供給される高温水に、風呂三方弁２１の切り替えにより風呂バスパス路２０を介して風呂の循環水を混合して温度を低下させるものである。

２２は浴槽４の湯水を回収するためのステンレス製の蛇管よりなる風呂熱回収用熱交換器で、貯湯タンク１内の下部に配置されていると共に、この風呂熱回収用熱交換器２２は風呂循環回路１８に接続され浴槽４の湯水が循環可能になっている。浴槽４内の湯水を風呂熱回収用熱交換器２２に循環させて貯湯タンク１下部内の水と浴槽４の残水を熱交換して浴槽４の残湯熱を回収するものである。

２３は風呂循環回路１８中で風呂熱回収用熱交換器２２をバイパスする回収バイパス路、２４は風呂熱回収用熱交換器２２を連通して回収バイパス路２３を閉止するか、風呂熱回収用熱交換器２２を閉止して回収バイパス路２３側を連通するかを切り替える回収三方弁である。

また、２５は風呂用熱交換器１４の出口と風呂熱回収用熱交換器２３の入り口とを連結している熱交換器連結管である。

残湯熱回収時には風呂循環ポンプ１６を駆動し、風呂三方弁２１を風呂バイパス路２３側に切り替えると共に、回収三方弁２４を風呂熱回収用熱交換器２２側とすることで、浴槽水が風呂熱回収用熱交換器２２を循環して残熱を貯湯タンク１内の低温水と熱交換して、貯湯させるようにするものである。

このように、風呂用熱交換器１５内及び風呂熱回収用熱交換器２２内の残水を汲みあげて浴槽４に押し出すので、風呂循環ポンプ１６は風呂戻り管１７側に配置されている。

また、出湯管９の高温水と給水とを混合し、湯張り温度センサ２６で検出した湯張り温度が風呂設定温度と等しくなるように混ぜ合わせる湯張り混合弁２７を備え、混合された温水を湯張り管２６から湯張りする。

湯張り混合弁２７後の湯張り管２８から分岐され風呂循環回路１８に連通する湯張り回路で、電動弁２９の開成で風呂設定温度の給湯を浴槽４に湯張りし、風呂往き管１５に備えた水位センサ３０で所定水位を検知することで、電動弁２９を閉止して湯張りを終了するものである。

また、電動排水栓５は、リモコン３及び後述する制御装置３１と通信可能に接続されており、電動排水栓５の開閉はリモコン３の操作及び制御装置３１の指示で行え、電動排水栓５の開閉状態は制御装置３１で検知することができる。

３１はマイコンから成り、リモコン３と通信可能に接続された制御装置で、貯湯タンク１内の湯水の加熱制御や、貯湯タンク１内の湯水の給湯制御、風呂の湯張りや追い焚き、風呂配管洗浄運転、残湯熱回収運転の制御も行うものであり、又この制御装置３１は、リモコン３に設けられた湯張りスイッチ３２や追い焚きスイッチ３３、風呂配管洗浄スイッチ３４、残湯熱回収スイッチ３５の操作に応じて各運転の動作を開始する。

また、３６は制御装置３１に設けられた排水運転制御手段であり、この排水運転制御手段３６はリモコン３に設けられた排水運転スイッチ３７の操作に応じて排水運転の動作を開始し、風呂熱回収用熱交換器２２内の残水を排水して空気に置換する排水運転を実行する。

また、３８は制御装置３１に設けられた残水判定手段であり、所定の条件を満たすと浴槽の浴槽水が無いと判定するものである。この残水判定手段３８の所定の条件は、水位センサ３０の検出値が所定水位以下（ここでは風呂循環回路１８と浴槽４とが接続される循環口よりも下の水位）になった場合、または、水位センサ３０の検出値が所定時間下降し続けた場合、または、制御装置３１が電動排水栓５を開栓したあと、開栓状態が一定時間（浴槽水が十分に排水され少なくとも水位センサ３０で浴槽水がないと判定される水位になるまでの時間）経過した場合、浴槽に残水は無いと判定するものである。

３９は貯湯タンク１下部で風呂熱回収用熱交換器２２と対向する位置に設けられた貯湯温度センサで、残湯熱回収運転前と残湯熱回収運転中に、浴槽４内の残湯を循環させて風呂温度センサ１９で残湯温度を検知し、この温度と貯湯温度センサ３９の検知温度との間に、所定の熱交換可能な温度差があるかを判断し、温度差がない時には残湯熱回収運転を行わず、又途中でなくなった時には、残湯熱回収運転を終了するようにしたものである。

次にこの貯湯式給湯機の動作について説明する。
＜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、制御装置３１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、ヒートポンプユニット２に対し、給湯負荷量に見合った沸き上げ目標温度と沸き上げ開始の指示を送信し、ヒートポンプユニット２は循環ポンプを駆動開始して、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、制御装置３１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ヒートポンプユニット２に沸き上げの停止を指示し、ヒートポンプユニット２は循環ポンプを駆動停止して沸き上げ運転を終了する。

＜給湯＞
給湯栓１３が開かれると、貯湯タンク１の底部に給水管７から水が流入すると共に貯湯タンク１の頂部から出湯管９を介して高温の湯が出湯し、給湯混合弁１１で給水管８からの水と混合されて給湯管１１を通過する。そして、制御装置３１は、給湯温度センサ１０が検出する温度がリモコン３で予め設定された給湯設定温度と一致するように給湯混合弁１１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１３が閉じられる等によって、制御装置３１は、給湯混合弁１１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＞
リモコン３の湯張りスイッチ３２が操作されて湯張り運転の開始が指示されると、制御装置３１は、電動弁２９を開弁し、湯張り温度センサ２６が検出する温度が、リモコン３で設定された湯張り温度と一致するように湯張り混合弁２７の弁開度をフィードバック制御して、設定された湯張り温度の湯張りを開始し、浴槽４に供給する。

そして、制御装置３１は、水位センサ３０が風呂設定水位を検出すると、電動弁２９を閉弁して湯張り運転を終了する

＜追い焚き運転＞
リモコン３の追い焚きスイッチ３３が操作されて追い焚き運転の開始が指示されると、制御装置３１は、水位センサ３０で水位を検出して浴槽４内に残湯があることを検知すると、風呂循環ポンプ１６を駆動して、風呂循環回路１８と風呂用熱交換器１４に浴槽水を循環させ、浴槽水を風呂用熱交換器１４で加熱する。そして、風呂温度センサ１９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１６の駆動を停止する。

＜風呂配管洗浄運転＞
リモコン３の風呂配管洗浄スイッチ３４が操作されて風呂配管洗浄運転の開始が指示されると、風呂三方弁２１を風呂バイパス路２０側に切り替え、電動弁２９を開放して新しい湯水を湯張り管２６から給湯し、風呂循環回路１８内の残水を排水させた後、風呂三方弁２１を風呂用熱交換器１４側に切り替えて風呂用熱交換器１４内の残水を排水させ、一定量の給湯を湯張り管２６から行うと、風呂循環回路１８内の残水は前記新しい湯水に入れ替わる。そして、風呂三方弁２１を風呂バイパス路２０側に戻し、電動弁２７を閉じることで風呂配管洗浄運転を終了する。また、必要が有る場合は回収三方弁２４も同様に切り替えて風呂熱回収用熱交換器２２内の洗浄を行うこともできる

＜残湯熱回収運転＞
次に残湯熱回収運転について説明する。
リモコン３の残湯熱回収スイッチ３５が操作されて残湯熱回収運転の開始が指示されると、制御装置３１は、風呂循環ポンプ１６を駆動せると共に、風呂三方弁２１を風呂バイパス路２０側の連通状態に切り替え、回収三方弁２４を風呂熱回収用熱交換器２２側の連通状態とすることで、浴槽水が風呂熱回収用熱交換器２２を循環して浴槽水の残熱を貯湯タンク１内の低温水と熱交換して、貯湯タンクに貯湯するものである。

更に残湯熱回収運転中に、所定間隔で貯湯温度センサ３９による貯湯温度と、風呂温度センサ１９による残湯温度との温度差が、熱交換可能な所定温度差があるかを制御装置３１が判断し、所定の温度差がなくなった時に残湯熱回収運転を終了させるものであり、又貯湯温度センサ３９が所定温度を検知した時に残湯熱回収運転を終了させるようにしても良いものである。

＜排水運転＞
排水運転の作動を図２のフローチャートに基づいて説明する。
リモコン３の排水運転スイッチ３７が操作されると（Ｓ１がＹｅｓ）、排水運転制御手段３６は、浴槽４に残水が有るか無いかを水位センサ３０で確認し（Ｓ２）、浴槽４に水が有る場合は（Ｓ２がＮｏ）、浴槽４に残水があると排水運転を行えないという旨と、浴槽４の残水がなくなり次第排水運転を開始するという旨をリモコン３から報知する（Ｓ３）。そして、残水判定手段３８は浴槽４の監視を開始し（Ｓ４）、残水判定手段３８は、前記所定の条件を満たし、残水判定無しになるかを監視する（Ｓ５）。残水判定手段３８が残水判定無しと判定すると（Ｓ５がＹｅｓ）、配管洗浄運転を開始する（Ｓ６）。

また、浴槽４に残水が無い場合は（Ｓ２がＹｅｓ）、残水判定手段３８の監視を行わず、配管洗浄運転を開始する（Ｓ６）。

そして、制御装置３１は、風呂三方弁２１を風呂バイパス路２０側に切り替え、電動弁２９を開放して新しい湯水を湯張り管２６から給湯し、風呂循環回路１８内の残水を排水させた後、風呂三方弁２１を風呂用熱交換器１４側に切り替えて風呂用熱交換器１４内の残水を排水させ、一定量の給湯を湯張り管２６から行うと（Ｓ７がＹｅｓ）、風呂循環回路１８内の残水は前記新しい湯水に入れ替わる。そして、風呂三方弁２１を風呂バイパス路２０側に戻し、電動弁２７を閉じることで風呂配管洗浄運転を終了する（Ｓ８）。

次に、風呂配管洗浄運転を終了したあと、排水運転制御手段３６は排水運転を開始し（Ｓ９）、排水運転制御手段３６は、回収三方弁２４を熱交換器側に開、回収バイパス路２３側を閉とし（Ｓ１０）、さらに、風呂三方弁２１を風呂用熱交換器１４側に閉、風呂バイパス路２０側を開にし（Ｓ１１）、風呂循環ポンプ１６を駆動することで（Ｓ１２）、風呂熱回収用熱交換器２２内の水を浴槽４に排水する。

そして、排水運転制御手段３６は、風呂循環ポンプ１６を駆動してから所定駆動時間（ここでは１０分）が経過したら（Ｓ１３がＹｅｓ）、風呂循環ポンプ１６の駆動を停止し（Ｓ１４）、回収三方弁２４を熱交換器側に閉、回収バイパス路２３側を開に戻し（Ｓ１５）、風呂熱回収用熱交換器２２の排水運転を終了する（Ｓ１６）。

このように、排水運転時、風呂三方弁２１は風呂熱用熱交換器１４側を閉止しているため、風呂循環ポンプ１６を駆動させて循環させても風呂熱用熱交換器１４内の水は動かず排水もされず、風呂熱回収用熱交換器２２のみの排水をすることで、前記排水運転により風呂循環ポンプ１６の駆動で風呂熱回収用熱交換器２２内の水を浴槽４から吸気した空気に置換することができる。

また、風呂熱回収用熱交換器２２内を空気に置換することで、貯湯タンク１を沸き上げるときに、給湯や追い焚き運転に使用できない風呂熱回収用熱交換器２２内の水を沸き上げなくても良く、省エネルギー性に優れ、沸き上げる量も減るので沸き上げ効率にも優れた貯湯式給湯機を提供することができる。

また、風呂循環ポンプ１６は風呂戻り管１７に設けられており、風呂熱回収用熱交換器２２は風呂循環ポンプ１６よりも上流側にあるため、容易に風呂熱回収用熱交換器２２内の水を汲み上げて浴槽４に押し出すことができる。

また、風呂用熱交換器１４も排水運転をすることが可能ではあるが、風呂用熱交換器１４内に高い温度の湯を残しておくことで、追い焚き運転を行うときに高温に加熱されたまま風呂用熱交換器１４内に溜まった湯を使用することができるので追い焚き運転の時間を短くすることができ、効率の良い追い焚き運転をすることができる。

.
さらに、排水運転スイッチ３７が押されたときに浴槽４に残水が有る場合、残水判定手段３８が浴槽４の監視を開始し、浴槽に残水が無いと判定することで、自動で風呂配管洗浄運転及び排水運転を行うので、浴槽に水が無い適切なタイミングで風呂配管洗浄運転及び排水運転を行うことができる。ここでは、排水運転より前に浴槽に残水がないタイミングで行う風呂配管洗浄運転も行うことで、風呂循環回路１８及び風呂用熱交換器１４内を清潔に保つことができる。

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、図２のフローチャートでは風呂配管洗浄運転を行ってから、排水運転を開始しているが、残水判定手段３８が浴槽に水が無いと判定した場合、または、排水運転スイッチ３７が押されたときに浴槽４に残水が無い場合は、風呂配管洗浄運転を行わず、そのまま排水運転を行うようにしたものでも良い。

また、この電動排水栓５の開閉は、ユーザーがリモコン３の操作により行うものでも、制御装置３１が風呂配管洗浄運転や排水運転の指示に応じて行うものでも、風呂の湯張りが完了してからの時刻を計測する手段を設けて、所定の時間が経過してユーザーが入浴を完了したと判断してから開栓するような自動排水栓でも良い。

１貯湯タンク
２ヒートポンプユニット（加熱手段）
４浴槽
５電動排水栓
１４風呂用熱交換器
１５風呂往き管
１６風呂循環ポンプ
１７風呂戻り管
１８風呂循環回路
１９風呂温度センサ
２０風呂バイパス路
２１風呂三方弁
２２風呂熱回収用熱交換器
２３回収バイパス路
２４回収三方弁
３１制御装置
３６排水運転制御手段
３８残水判定手段

Claims

加熱手段で加熱された湯水を貯湯する貯湯タンクと、前記貯湯タンク内の下部の湯水と浴槽の残湯熱を熱交換する風呂熱回収用熱交換器と、
前記風呂熱回収用熱交換器と前記浴槽とを連通し、浴槽水を前記浴槽から前記風呂熱回収用熱交換器へ送る風呂往き管と前記風呂熱回収用熱交換器から前記浴槽へと送る風呂戻り管とから成る風呂循環回路と、
前記風呂循環回路に備えられ前記浴槽の浴槽水を前記風呂熱回収用熱交換器に循環させる風呂循環ポンプと、
前記風呂熱回収用熱交換器をバイパスする回収バイパス路と、
前記風呂循環回路で前記回収バイパス路を循環させるか前記風呂熱回収用熱交換器を循環させるかを切替る回収三方弁と、
を備えた貯湯式給湯機に於いて、
前記風呂循環ポンプは、前記風呂戻り管側の前記風呂熱回収用熱交換器よりも下流側に設け、
前記浴槽に浴槽水がないことを判定する残水判定手段と、前記風呂循環ポンプを駆動して、前記風呂熱回収用熱交換器内の残水を排水し、前記風呂熱回収用熱交換器内の残水を押し出して空気に置換する排水運転を制御する排水運転制御手段とを設けた制御装置を設け、
前記残水判定手段が前記浴槽に浴槽水がないことを判定すると、前記排水運転制御手段は前記排水運転を行うようにしたことを特徴とする貯湯式給湯機。
前記残水判定手段は、前記風呂往き管途中に設けられた浴槽水の水位を検出する水位センサの検出値が所定水位以下となった場合、前記浴槽に浴槽水がないと判定するようにしたことを特徴とする請求項１記載の貯湯式給湯機。
前記残水判定手段は、前記風呂往き管途中に設けられた浴槽水の水位を検出する水位センサの検出値が所定時間下降し続けた場合、前記浴槽に浴槽水がないと判定するようにしたことを特徴とする請求項１記載の貯湯式給湯機。
電動で開閉して浴槽水を排水する電動排水栓を浴槽に有し、前記残水判定手段は、前記電動排水栓が開栓したあと、開栓状態が一定時間経過した場合、前記浴槽に浴槽水がないと判定するようにしたことを特徴とする請求項１記載の貯湯式給湯機。