JP2012088012A - 給湯システム - Google Patents

Abstract

【課題】給湯使用時の最初に温度の低い水が出ることによる不快感をなくすことができ、捨て水の無駄も同時に解消することのできる給湯システムを開示する。
【解決手段】給湯システムは、気−液型熱交換器１１を有する給湯器１０と、水栓ユニット３０と、制御部４０とを備える。水栓ユニット３０は、三方弁３１と給湯温度センサー３５と蛇口用ヘッダー３６とを備えている。三方弁は、入力ポート３２と第１出力ポート３３と第２の出力ポート３４を備えている。制御部４０は即湯運転モードを選択できる即湯運転選択手段を備えている。即湯運転モードが選択されたとき、制御部４０は給湯温度センサー３５の測定温度の検知を開始し、検知温度ｔが設定温度Ｔより低いときに、給湯循環用ポンプ２１を駆動するとともに三方弁３１を入力ポート３２と第１出力ポート３３が接続するように切り替える操作を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、給湯器と、給湯器に接続する水栓ユニットと、制御部とを備える給湯システムに関する。

都市ガス等を燃料とするバーナーと熱交換器とを備え、熱交換器内でバーナーの燃焼ガスである高温ガスとそこに供給される水との間で熱交換を行って温水を得るようにした給湯器と、その給湯器で作られた温水を温水配管を通して外部に取り出すようにした給湯栓と、前記給湯器のバーナーの燃焼制御や温水の温度設定などを行うための制御部とから構成される給湯システムは、従来から知られている。

通常の給湯システムの場合、給湯器内の熱交換器の位置と蛇口のような給湯栓の位置との間にはある程度の距離があることと、給湯開始時には給湯器も給湯配管も常温であることから、蛇口を開けてから適温の温水が蛇口から出てくるまでに多少の時間が必要となっている。使用者にとって、適温になるまでに蛇口から排出される常温水は使用に供さない場合があり、その場合には、適温になるまでの出水は無駄に排水されているといえる。このことは、給湯システム全体としての給湯効率を低下させているともいえ、解決すべき課題となっている。上記のことは、ベランダに給湯器を設置しているようなシステム環境において、特に大きな課題となる。

この課題を解決するための１つの提案として、特許文献１には、図３に示すような瞬間湯沸器１００が記載されている。この瞬間湯沸器１００は、水を加熱する熱交換器１０１と、熱交換器１０１を加熱するバーナー１０２と、熱交換器１０１の下流側の水温を検知する温度検知器１０３と、給湯栓１０４と、制御器１０５を備え、熱交換器１０１の上流側と下流側は、給湯循環用ポンプ１０６と逆止弁１０７を備えた循環路１０８で接続されている。そして、制御器１０５は、前記温度検知器１０３の温度信号を検知し、循環路１０８を流れる循環湯の温度が設定温度より高い時は熱交換器１０１を冷却せしめ、低い時は熱交換器１０１をバーナー１０２で加熱せしめる制御をするようになっている。１０９は水流スイッチを示す。

この瞬間湯沸器１００では、給湯栓１０４が閉じられているときでも、給湯循環用ポンプ１０６を稼動させて、給湯器１００内に貯留する温水（循環路１０８を流れる循環湯）を常に適温（設定温度）に維持できるようになっており、瞬間湯沸器の使用開始時からすぐに適正な湯温の温水を給湯栓１０４から得ることができるので、使用者にとって使用勝手のよいものとなっている。

特開昭６０−１８５０４９号公報

特許文献１に記載の瞬間湯沸器（給湯器）は、給湯栓を開くとすぐに給湯栓から適温の温水が出てくるという利点はある。しかし、瞬間湯沸器内に滞留する温水が低温になると、自動的に設定温度まで加熱されるようになっており、お湯を使うときの時間間隔が長くなると、その間でも、瞬間湯沸器内に滞留する温水を保温するためにバーナーが燃焼することとなり、その分のエネルギーが無駄になるという課題がある。

また、前記した温水循環路と給湯栓との間の距離が長い場合には、その間の水は常温であることから、給湯使用時の最初に温度の低い水が出ることは避けられず、そのまま廃棄される可能性がある。そのために、無視できない水の無駄が生じる恐れがある。さらに、この形態の瞬間湯沸器では、給湯循環用ポンプやバーナーが運転の断続を頻繁に繰り返すようになることから、機器の耐久性が低下する。

本発明は、現在の給湯器の持つ上記のような不都合を解消することを課題としており、より具体的には、燃焼エネルギーの無駄な使用を無くしながら、給湯器の使用開始時に温度の低い水が出ることによる不快感をなくすことができ、それにより、結果として捨て水の無駄も同時に解消することのできる給湯システムを開示することを第１の課題とする。また、給湯循環用ポンプやバーナーを含む熱交換器等の耐久性が担保される給湯システムを開示することを第２の課題とする。

本発明による給湯システムは、水を加熱するための気−液型熱交換器と前記気−液型熱交換器に高温ガスを供与するバーナーとを備える給湯器と、前記気−液型熱交換器の下流側に接続する水栓ユニットと、制御部を備える給湯システムであって、前記水栓ユニットは、１入力ポート２出力ポート型の三方弁と給湯温度センサーと蛇口用ヘッダーとを少なくとも備えており、前記三方弁の入力ポートは前記気−液型熱交換器の下流側に、第１出力ポートは給湯循環用ポンプを介して前記気−液型熱交換器の上流側に、第２出力ポートは前記ヘッダー側に、それぞれ接続しており、前記給湯温度センサーは入力ポートの入り口側に取り付けてあり、前記制御部は即湯運転モードを選択できる即湯運転選択手段を少なくとも備えていて、即湯運転モードが選択されていないときは、前記三方弁は入力ポートと第２出力ポートが接続した状態とされており、即湯運転モードが選択されたときは、前記制御部は前記給湯温度センサーの測定温度の検知を開始し、検知温度ｔが設定温度Ｔより低いときには前記給湯循環用ポンプを駆動するとともに前記三方弁を入力ポートと第１出力ポートが接続するように切り替え操作を行い、検出温度ｔが設定温度Ｔと等しいかそれより高くなったときに前記給湯循環用ポンプの駆動を停止するとともに前記三方弁を入力ポートと第２出力ポートが接続するように切り替え操作する、ことを特徴とする。

上記の給湯システムでは、制御部は即湯運転モードを選択できる即湯運転選択手段を備えており、使用者が即湯運転モードを選択しないときは、給湯システムは通常の給湯運転モードでの運転を行う。すなわち、即湯運転選択手段によって即湯運転モードが選択されていないときは、水洗ユニットに設けた前記三方弁は入力ポートと第２出力ポートが接続した状態にあり、気−液型熱交換器で熱交換して昇温した温水は、前記三方弁の第２出力ポートを経由して前記ヘッダーに流入し、ヘッダーに接続する１または複数個の蛇口から外部に排出される。

使用者が即湯運転モードを選択したときに、制御部は前記給湯温度センサーの測定温度の検知を開始する。そして、給湯温度センサーが測定する温度が予め設定した温度以上の場合には、三方弁のポートの切り替えを行うことなく、それ以前の運転状態を継続する。

給湯温度センサーが測定する温度が設定温度よりも低いときには、制御部は前記給湯循環用ポンプを駆動するとともに、水栓ユニット内の三方弁を入力ポートと第１出力ポートが接続するように切り替える。それにより、ヘッダーへの給水は停止すると同時に、給湯システム内に滞留している水（温水）は、給湯器と水栓ユニットの間で循環するようになり、その間に気−液型熱交換器を通過することで、次第に昇温する。制御部は給湯温度センサーの測定温度の検知を継続しており、測温値が設定温度となったときに、制御部は、湯循環用ポンプの駆動を停止するとともに、再度三方弁のポート切り替え操作を行い、入力ポートと第２出力ポートとを接続状態として、温水をヘッダー側に導入する。同時に、制御部は何らかの信号を発信して、使用者にその旨を知らせる。

上記のようであり、本発明による給湯システムでは、蛇口を開いたときに設定温度よりも低い温水が蛇口から排出されるのを回避することができ使用者に不愉快な思いをさせることもない。さらに、所定温度の温水が出てくるまで、温度の低い水がそのまま捨てられてしまうことにより水の無駄もなくすことができる。また、即湯運転モードを選択する即湯運転選択手段を押してから、設定温度の温水が供給できる旨の信号を制御部が発信するまでの時間を、他の用途に使用することもできる。

さらに、特許文献１に記載した形態の瞬間湯沸器と比較して、使用者が即湯運転モードを選択した後の短い時間だけ、給湯器と水栓ユニットとの間での温水の循環が行われるだけであり、循環用ポンプやバーナーを含む熱交換器等の耐久性も担保されるとともに、燃焼エネルギーの無駄も排除できる。そのことは、ＣＯ_２の排出量の低減にもつながる。さらに、給湯循環用ポンプの運転時間も短いため、節電効果も達成できる。

また、水栓ユニットは蛇口用ヘッダーを備えており、複数の蛇口へ温水を分配することが容易となるとともに、ヘッダーから各蛇口への給湯管を小径のものとすることで、蛇口側にいる使用者の湯待ち時間を一層短くすることができる。

本発明による給湯システムにおいて、給湯器への給水管は、気−液型熱交換器の上流側に直接接続するようにしてもよく、前記給湯循環用ポンプの出側に逆止弁を介して接続するようにしてもよい。後者の態様において、給湯循環用ポンプは、逆止弁とともに前記水栓ユニット内に設置してもよく、給湯器側に設置してもよい。

水栓ユニット内に給湯循環用ポンプおよび逆止弁を設置する態様では、従来の給湯器をそのまま用いて、その給水配管に給湯循環用ポンプの出側を接続するだけで、本発明による給湯システムを構築することができる。一方、給湯循環用ポンプを給湯器内に備える場合には、水栓ユニットを小型化できる利点がある。

上記のように、本発明による給湯システムでは、使用者は、通常の運転モードと即湯運転モードとを自分の意志で選択することができるとともに、即湯運転モードを選択したときには、給湯使用時の最初に温度の低い水あるいは温水が出ることによる不快感をなくすことができ、配管内の温められる前の水を出さないことにより、捨て水防止効果も達成できる。さらに、即湯運転モード選択したときのみ給湯循環用ポンプで温水を循環させる構成であり、給湯循環用ポンプや熱交換器等の耐久性が担保されるとともに、給湯循環用ポンプの運転時間が短いために節電効果が達成できる。

本発明による給湯システムの第１の実施の形態の構造を模式的に示す図。 図１に示す給湯システムの運転操作のフローチャートを示す図。 従来の瞬間湯沸器の一例を説明する図。

以下、図面を参照して、本発明による給湯システムを実施の形態に基づき説明する。
図１は、本発明による給湯システムの第１の実施の形態の構造を模式的に示すである。この給湯システムＡは、基本的に、給湯器１０と水栓ユニット３０と制御部４０とを備える。なお、通常、制御部４０は、図１に示すように、給湯器１０内にその構成の一部として備えられる。制御部４０には１個または複数個の操作盤４１が接続しており、使用者からの制御指令が操作盤４１から制御部４０に送られる。制御部４０および操作盤４１は、従来公知の給湯器で用いられているものと同様のものであってよいが、後に説明する「即湯運転モード」を選択するための即湯運転選択手段を備えている点に徴を有する。図示の例では、操作盤４１に設けられた即湯運転選択スイッチ４２を使用者が押すことで、制御部４０は即湯運転モードを実行する。

給湯器１０は、気−液型熱交換器１１と、前記気−液型熱交換器１１に高温燃焼ガスを供与するバーナー１２と有し、給水は、上流側配管１３を通って気−液型熱交換器１１に至り、そこでバーナー１２の燃焼ガスと熱交換して加熱されて温水となり、下流側配管１４を通って、前記水栓ユニット３０側に流れる。なお、この例において、水道管からの給水は、図示されるように、後に説明する水栓ユニット３０内に取り付けた逆止弁２０と給湯循環用ポンプ２１の出側の配管２２を通って前記上流側配管１３に送られるが、これに限らない。

上流側配管１３と下流側配管１４は、流量調整弁１５を備えたバイパス配管１６で接続されており、また、下流側配管１４における前記バイパス配管１６との接続部より下流側には、水量センサー１７と出湯温度センサー１８と流量調整弁１９が設けられている。水量センサー１７からの信号は制御部４０に送られ、制御部４０はその信号に基づいてバーナー１２の燃焼制御を行う。また、出湯温度センサー１８からの信号も制御部４０に送られ、制御部４０はその信号に基づいて、流量調整弁１５、１９の開度を適宜制御して、給水量が変動した場合にも、所定温度の温水が水栓ユニット３０側に流れるよう制御する。なお、給湯器１０における上記した構成は、通常の給湯器と同じである。

水栓ユニット３０は、三方弁３１と給湯温度センサー３５と蛇口用ヘッダー３６とを備え、蛇口用ヘッダー３６の出側には複数個の出湯蛇口３７が接続している。出湯蛇口３７には通常の蛇口に加えて、風呂への給湯用蛇口も含まれる。前記したように、図示の水栓ユニット３０は、さらに、逆止弁２０と給湯循環用ポンプ２１とをさらに備えており、水道管からの給水は、前記逆止弁２０と給湯循環用ポンプ２１と配管２２を通って前記上流側配管１３に送られる。

前記三方弁３１は、１つの入力ポート３２と第１と第２の２つの出力ポート３３、３４を備える。入力ポート３２には、前記気−液型熱交換器１１の下流側配管１４が接続しており、下流側配管１４内を流れる温水が入力ポート３２に流入する直前の温水温度を測定できるように、配管には前記給湯温度センサー３５が配置されている。また、前記第１出力ポート３３は、前記した逆止弁２０と給湯循環用ポンプ２１との間において前記配管２２に接続しており、第２出力ポート３４は前記した蛇口用ヘッダー３６に接続している。そして、通常の運転状態では、三方弁３１は入力ポート３２と第２の出口ポート３４が連通した状態とされている。なお、説明をわかりやすくするために、以下の説明では、第１出力ポート３３を循環側ポート３３、また、第２出力ポート３４を出湯側ポート３４ということとする。

以下、上記の給湯システムＡの運転操作を、図２のフローチャートも参照して説明する。なお、給湯システムＡにおいて、使用者が操作盤４１に設けた即湯運転選択スイッチ４２を押さない（ＯＮしない）状態では、システムは通常運転モードにあり、制御部４０は従来の給湯器と同様の通常運転モードを実行する（Ｓ０１）。

前記したように通常運転モードでは三方弁３１は入力ポート３２と出湯側ポート３４が連通した状態とされており、使用者が蛇口３７のいずれかを開くと、前記下流側配管１４を流れる水あるいは温水はヘッダー３６を通して蛇口３７から排出される。一方、排出されると等量の水道水が、水道管から逆止弁２０と配管２２を通って前記上流側配管１３に送られる。使用者が蛇口３７を閉じると、上記の水道水の流れは停止し、各配管２２、１３、１４は蛇口３７を閉じる直前の状態の水または温水で満たされている。

冬季等において、使用者は、蛇口３７を開くとほぼ同時に、蛇口３７から所定温度の温水が流れ出るのを希望する場合がある。そのときに、使用者は操作盤４１に設けられた即湯運転選択スイッチ４２をＯＮする（Ｓ０２）。制御部４０はＯＮ信号、すなわち即湯運転選択手段が選択された信号を受けると、水栓ユニット３０に設けた給湯温度センサー３５の測定温度の検知を開始し、検知温度ｔが予め設定した設定温度Ｔ以上に達しているかどうかを判断する（Ｓ０３）。なお、設定温度Ｔには、使用者が不快を感じない程度の温水が得られる温度が設定される。

前記検知温度ｔが設定温度Ｔよりも低い場合（ＮＯの場合）には、制御部４０は、三方弁３１の切り替え操作、すなわち、出湯側ポート３４が閉じ、入力ポート３２と循環側ポート３３とが連通した状態となる操作信号を発信し（Ｓ０４）、また、給湯循環用ポンプ２１を駆動（ＯＮ）する信号を発信する（Ｓ０５）。

給湯循環用ポンプ２１の駆動により、配管２２、上流側配管１３および下流側配管１４内の水または温水は、図１で矢印の方向に流れる循環流となる。給湯循環用ポンプ２１の容量によっては、循環流に水道配管からの給水が入り込む場合もある。その流れは水量センサー１７によって検出され、検出信号が制御部４０に送られる。制御部４０はその信号を受け、バーナー１２を着火する（Ｓ０６）。バーナー１２の着火により、前記循環流は次第に昇温して、前記設定温度Ｔに達する。

前記給湯温度センサー３５により、循環流が設定温度Ｔに達したことが検知されると（Ｓ０３のＹＥＳ）、その信号が制御部４０に送られる。それに応じて、制御部４０は、三方弁３１を通常状態に戻す切り替え操作、すなわち、循環側ポート３３を閉じ、入力ポート３２と出湯側ポート３４を連通した状態とする操作信号を発信し（Ｓ０７）、給湯循環用ポンプ２１の駆動を停止（ＯＦＦ）する信号を発信し（Ｓ０８）、さらに、使用者に蛇口３７から出る温水の温度が予め設定した温度Ｔになったことを知らせる情報（ＯＫ情報）を発報する（Ｓ０９）。ＯＫ情報は、使用者が認識できる情報であればよく、絵や文字によるディスプレー上の表示、音、光、振動などを例示できる。

使用者は、ＯＫ情報を認識して蛇口３７を開き、温水の利用を開始する。一方、制御部４０は、ＯＫ情報を発報した後に使用者が蛇口３７を開けたかどうかを水量センサー１７からの信号によって監視する（Ｓ１０）。蛇口開を認識したとき（ＹＥＳ）は通常運転モードに入る。すなわち、次に蛇口が閉じられる（Ｓ１１）まではその状態を継続し、蛇口が閉じられたときには、バーナー１２をＯＦＦとし（Ｓ１２）、給湯器の操作を終了する。前記したように、このときに、三方弁３１は第１出力ポート３３と出湯側ポート３４が連通した状態に維持される。

Ｓ１０で蛇口が開いたことを検知しない（ＮＯ）ときは、制御部４０は時計計測を開始する（Ｓ１３）とともに、予め設定した時間Ｔａ内に蛇口が開けられるかどうかを監視する（Ｓ１４）。蛇口開を検知したとき（ＹＥＳ）は通常運転モードに入る。設定時間Ｔａ内に蛇口開を検知しない場合（ＮＯ）には、バーナー１２をＯＦＦとして給湯器の操作を終了する。

上記のように、上記実施形態の給湯システムＡでは、使用者は、蛇口３７を開くとほぼ同時に所定温度の温水が蛇口３７から流れ出るのを希望しない場合には、通常の運転モードでの運転を選択することができる。また、使用者は、自己の希望に応じて即湯運転選択手段を操作することで、蛇口３７を開くとほぼ同時に所定温度の温水が蛇口３７から流れ出る運転モード、すなわち即湯運転選択モードを選択することができる。さらに、即湯運転選択モードを選択した際に、設定温度Ｔよりも低い温水が蛇口３７から無駄に排出されるのを回避することもできる。また、三方弁３１よりも先の配管に蛇口用ヘッダー３６を備えるようにしており、蛇口３７側での湯待ち時間をより短くすることができる。また、給湯循環用ポンプ２１を水栓ユニット３０側に取り付けており、給湯器１０は、従来の給湯器をほぼそのままで使用することができる。

本発明による給湯システムにおいて、給湯循環用ポンプ２１を水栓ユニット３０以外の場所、例えば給湯器１０内における前記配管２２の部分に取り付けることもできる。この場合には、従来の給湯器１０に対する改造は必要となるが、水栓ユニット３０を小型化できる利点がある。さらに、図１に示した例では、給湯器１０への給水管を、給湯循環用ポンプ２１の出側に逆止弁２０を介して接続するようにしたが、給湯器１０への給水管を、気−液型熱交換器１１の上流側配管１３に直接接続するようにしてもよい。

Ａ…本発明による給湯システム、
１０…給湯器、
１１…気−液型熱交換器、
１２…バーナー、
１３…上流側配管、
１４…下流側配管、
１５、１９…流量調整弁、
１６…バイパス配管、
１７…水量センサー、
１８…出湯温度センサー、
２０…逆止弁、
２１…給湯循環用ポンプ、
３０…水栓ユニット、
３１…三方弁、
３２…入力ポート、
３３…第１出力ポート（循環側ポート）、
３４…第２出力ポート（出湯側ポート）、
３５…給湯温度センサー、
３６…蛇口用ヘッダー、
３７…蛇口、
４０…制御部、
４１…操作盤、
４２…即湯運転選択スイッチ。

Claims (3)

1. 水を加熱するための気−液型熱交換器と前記気−液型熱交換器に高温ガスを供与するバーナーとを備える給湯器と、前記気−液型熱交換器の下流側に接続する水栓ユニットと、制御部を備える給湯システムであって、
   前記水栓ユニットは、１入力ポート２出力ポート型の三方弁と給湯温度センサーと蛇口用ヘッダーとを少なくとも備えており、前記三方弁の入力ポートは前記気−液型熱交換器の下流側に、第１出力ポートは給湯循環用ポンプを介して前記気−液型熱交換器の上流側に、第２出力ポートは前記ヘッダー側に、それぞれ接続しており、前記給湯温度センサーは入力ポートの入り口側に取り付けてあり、
   前記制御部は即湯運転モードを選択できる即湯運転選択手段を少なくとも備えていて、即湯運転モードが選択されていないときは、前記三方弁は入力ポートと第２出力ポートが接続した状態とされており、即湯運転モードが選択されたときは、前記制御部は前記給湯温度センサーの測定温度の検知を開始し、検知温度ｔが設定温度Ｔより低いときには前記給湯循環用ポンプを駆動するとともに前記三方弁を入力ポートと第１出力ポートが接続するように切り替え操作を行い、検出温度ｔが設定温度Ｔと等しいかそれより高くなったときに前記給湯循環用ポンプの駆動を停止するとともに前記三方弁を入力ポートと第２出力ポートが接続するように切り替え操作する、ことを特徴とする給湯システム。
2. 請求項１に記載の給湯システムであって、前記給湯循環用ポンプおよび逆止弁は前記水栓ユニット内に設置されていることを特徴とする給湯システム。
3. 請求項１または２に記載の給湯システムであって、前記給湯循環用ポンプは前記給湯器側に設置されていることを特徴とする給湯システム。

Images