JP5499757B2 - 貯湯式給湯機 - Google Patents

Description

本発明は、貯湯式給湯機に関する。

ヒートポンプサイクル等の加熱手段を夜間の電力によって作動させて沸き上げた湯を貯湯タンクに蓄え、この貯湯タンクから取り出した湯を風呂、台所などの給湯端末に供給する貯湯式給湯機が広く用いられている。この貯湯式給湯機において、貯湯タンク内の湯量が低下した場合に、加熱手段の作動を自動的に開始させる沸き増しを行う機能を備え、湯切れを確実に防止するようにしたものが知られている。

特開２００６−３４９２８５号公報に記載された貯湯式給湯機では、貯湯タンクから出湯される温水量の集中度を算出し、その集中度と貯湯タンク内の残湯量とに応じて、沸き増しを開始するべきか否かを判定するようにしている。

特開２００６−３４９２８５号公報

しかしながら、従来の貯湯式給湯機では、貯湯タンク内の残湯熱量の検出精度が悪く、沸き増しを開始すべきタイミングを正確に制御できないという問題があった。

また、貯湯タンク内の残湯熱量の検出精度を向上するためには、残湯熱量を検出するためのセンサ類の部品点数を増やしたり、センサ類自体の精度を上げたりする必要があり、コストの上昇を伴うという問題があった。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、沸き増し動作を精度良く行うことができる貯湯式給湯機を提供することを目的とする。

本発明に係る貯湯式給湯機は、加熱手段による加熱動作によって得られた湯を貯湯タンクに蓄え、該貯湯タンク内の湯を取り出して給湯端末に供給する貯湯式給湯機であって、貯湯タンクから湯が取り出された場合に、その取り出された湯の熱量である出湯熱量を検出する出湯熱量検出手段と、貯湯タンク内の湯量が所定量になったときに、その時点で貯湯タンク内にある湯の熱量を基準熱量として記憶する基準熱量記憶手段と、貯湯タンク内の湯量が所定量となった時点以降に検出された出湯熱量の積算値を出湯熱量積算値として記憶する出湯熱量積算値記憶手段と、基準熱量と出湯熱量積算値とに基づいて加熱動作を開始するか否かを決定する加熱動作開始制御を行う加熱動作開始制御手段と、を備え、所定量は、貯湯タンクの満杯に相当する量、または、貯湯タンクの側面に設置された温度センサの高さから貯湯タンクの上部までの貯湯タンクの内容積に相当する量であるものである。

本発明によれば、湯の沸き増し動作を行う際に、貯湯タンク内に残っている湯の熱量が、加熱動作を開始すべき所定熱量以下になったかどうかを正確に判定することができる。このため、沸き増し動作を精度良く行うことが可能となる。

本発明の貯湯式給湯機の実施の形態１を示す構成図である。 本発明の実施の形態１の貯湯式給湯機の制御動作を示すルーチンのフローチャートである。

実施の形態１．
図１は、本発明の貯湯式給湯機の実施の形態１を示す構成図である。図１に示すように、貯湯タンク１は、加熱循環回路３を介して、加熱手段としてのヒートポンプユニット２と接続されている。ヒートポンプユニット２内には、圧縮機、給湯用熱交換器、膨張弁、空気熱交換器およびアキュームレータが冷媒配管により順次接続されて構成されたヒートポンプ回路が備えられている。加熱循環回路３の往き管３１は、貯湯タンク１の下部とヒートポンプユニット２とを接続しており、加熱循環回路３の戻り管３２は、貯湯タンク１の上部とヒートポンプユニット２とを接続している。

貯湯タンク１内は、常に、水と湯によって満たされている。ヒートポンプユニット２による加熱動作（沸き上げ動作）を行う場合には、往き管３１の途中に設けられた循環ポンプ４を作動することにより、貯湯タンク１の下部から取り出された水が往き管３１を通ってヒートポンプユニット２内に導かれる。この水はヒートポンプユニット２内で沸き上げられて高温の湯となり、戻り管３２を通って貯湯タンク１の上部に戻される。貯湯タンク１内は、水と、沸き上げられた湯とが、境界層（混合層）を介して下層と上層とに分かれて停留する。ヒートポンプユニット２による加熱動作時には、貯湯タンク１内に上部から湯が蓄積し、水と湯との境界層が下方へ移動する。一方、貯湯タンク１からの出湯時には、貯湯タンク１の上部から湯が取り出された分だけ下部から水が注入され、水と湯との境界層が上方へ移動する。

貯湯タンク１の側面の外周部には、上から順に第１〜第４の温度センサ５ａ〜５ｄが間隔を空けて設けられている。これらの温度センサ５ａ〜５ｄは、貯湯タンク１の上部からの内容積がそれぞれ所定の量（本実施形態では、０Ｌ、５０Ｌ、１００Ｌ、１５０Ｌとする）となるような位置（高さ）に配置されており、その位置での貯湯タンク１内の温度を検出する。また、加熱循環回路３の往き管３１の途中には、第５の温度センサ５ｅ（満杯検出用温度センサ）が設けられており、往き管３１内の温度を検出することができる。第１〜第５の温度センサ５ａ〜５ｅは、貯湯タンク１内にある湯の熱量（以下、「残湯熱量」と称する）を検出する残湯熱量検出手段として機能する。貯湯タンク１の上部には、貯湯タンク温度センサ６が設けられている。この貯湯タンク温度センサ６は、ヒートポンプユニット２によって加熱されて貯湯タンク１の上部に戻される湯の温度を検出する。

一般給湯側電動混合弁７は、貯湯タンク１の上部に接続された給湯管８からの高温湯と水道管等の水源に接続された給水管９からの水とを混合し、その混合された湯水を、混合給湯管１０を経由して蛇口等に供給する。

給水管９には、給水温度センサ２３が設けられており、給水管９を流れる水の温度を検出することができる。混合給湯管１０には、給湯用流量センサ１９および給湯用温度センサ２０が設けられており、混合給湯管１０を流れる湯の流量および温度を検出することができる。

風呂給湯側電動混合弁１１は、給湯管８からの高温湯と給水管９からの水とを混合し、その混合された湯水を、混合風呂管１８および風呂側循環回路１２を経由して浴槽に供給することにより、湯張りを行う。浴槽内の湯量が適量となったところで電磁弁１３が閉じ、湯張りが完了する。

混合風呂管１８には、風呂用流量センサ２１および風呂用温度センサ２２が設けられており、混合風呂管１８を流れる湯の流量および温度を検出することができる。

風呂側循環回路１２は、風呂循環ポンプ１４により浴槽から浴槽水を引き込み、熱交換器１５を経由して浴槽に戻る経路である。また、タンク側循環回路１６は、貯湯タンク１の上部からタンク内の湯をタンク循環ポンプ１７で引き込み、熱交換器１５を経由して貯湯タンク１の下部に繋がる経路である。浴槽の追い焚き時には、風呂循環ポンプ１４およびタンク循環ポンプ１７が作動される。これにより、浴槽から風呂側循環回路１２に引き込まれた浴槽水と、貯湯タンク１の上部からタンク側循環回路１６に引き込まれた高温湯とが、熱交換器１５において熱交換を行う。浴槽水が適温となったところで風呂循環ポンプ１４およびタンク循環ポンプ１７が停止され、追い焚きが終了する。

制御部２４は、ヒートポンプユニット２、循環ポンプ４、第１〜第５の温度センサ５ａ〜５ｅ、貯湯タンク温度センサ６、一般給湯側電動混合弁７、風呂給湯側電動混合弁１１、電磁弁１３、風呂循環ポンプ１４、タンク循環ポンプ１７、給湯用流量センサ１９、給湯用温度センサ２０、風呂用流量センサ２１、風呂用温度センサ２２、給水温度センサ２３およびリモコン２５（操作部）と電気的に接続されており、各部の動作を制御する。

制御部２４には、出湯熱量積算値記憶手段２４ａと、基準熱量記憶手段２４ｂとが設けられている。後述するように、基準熱量記憶手段２４ｂは、貯湯タンク１内の湯量が所定量（本実施形態では、満杯量とする）になった時点の残湯熱量を記憶する。また、出湯熱量積算値記憶手段２４ａは、貯湯タンク１内の湯量が上記所定量になった時点以降に、貯湯タンク１から取り出された湯の熱量の積算値（以下、「出湯熱量積算値」と称する）を記憶する。

図２は、本発明の実施の形態１の貯湯式給湯機の制御動作を示すルーチンのフローチャートである。本ルーチンは、所定時間毎に繰り返し実行される。以下、図２に基づいて、実施の形態１の動作（加熱制御開始動作）を説明する。

制御部２４は、貯湯タンク１の上部から５０Ｌ、１００Ｌ、１５０Ｌの位置に取り付けられた第２〜第４の温度センサ５ｂ〜５ｄからの入力値と、加熱循環回路３の往き管３１に取り付けられた第５の温度センサ５ｅからの入力値とに基づいて、貯湯タンク１内の残湯熱量を検出している。そして、制御部２４は、第５の温度センサ５ｅからの入力値が６０℃以上となった場合には、貯湯タンク１内が所定の沸き上げ温度の湯で満たされた状態（以下、「湯満杯状態」と称する）になったと判断する（ステップＳ３０）。貯湯タンク１が湯満杯状態になったと判断した場合、制御部２４は、出湯熱量積算値記憶手段２４ａに記憶される出湯熱量積算値に０を代入するとともに（ステップＳ３１）、第２〜第５の温度センサ５ｂ〜５ｅからの入力値に基づいて算出された貯湯タンク１内の残湯熱量の値を基準熱量記憶手段２４ｂに記憶する（ステップＳ３２）。このときに基準熱量記憶手段２４ｂに記憶された値を以下「基準熱量」と称する。

次に、制御部２４は、貯湯タンク１内の湯が取り出されているかどうかを判定する（ステップＳ３３）。ここでは、給湯用流量センサ１９または風呂用流量センサ２１によって検出される流量が所定値（例えば１Ｌ／ｍｉｎ）以上であった場合に、貯湯タンク１内の湯が取り出されていると判定する。制御部２４は、給湯用流量センサ１９、給湯用温度センサ２０および給水温度センサ２３によって検出される流量および温度に基づいて、貯湯タンク１から蛇口等に取り出された湯の熱量（以下、「第１の出湯熱量」と称する）を算出することができる。また、制御部２４は、風呂用流量センサ２１、風呂用温度センサ２２および給水温度センサ２３によって検出される流量および温度に基づいて、貯湯タンク１から浴槽へ取り出された湯の熱量（以下、「第２の出湯熱量」と称する）を算出することができる。上記ステップＳ３３で貯湯タンク１内の湯が取り出されていると判定された場合、制御部２４は、出湯熱量積算値記憶手段２４ａに記憶されている出湯熱量積算値に、上記第１の出湯熱量および第２の出湯熱量を加算する（ステップＳ３４）。

次に、制御部２４は、基準熱量記憶手段２４ｂに記憶されている基準熱量から、出湯熱量積算値記憶手段２４ａに記憶されている出湯熱量積算値を減算した値と、所定熱量とを比較する（ステップＳ３５）。この所定熱量は、貯湯タンク１内にある湯の熱量がこの値より少なくなった場合にはヒートポンプユニット２による加熱動作（沸き増し）を開始すべきものとして、予め設定されている値である。従って、上記ステップＳ３５で、上記基準熱量から上記出湯熱量積算値を減算した値が上記所定熱量より小さかった場合には、制御部２４は、ヒートポンプユニット２の加熱動作を開始する（ステップＳ３６）。その後、加熱循環回路３の往き管３１に取り付けられた第５の温度センサ５ｅからの入力値が６０℃以上となった場合には、貯湯タンク１が湯満杯状態になったと判断し、加熱動作を停止する。

以上のように、本発明の実施の形態１によれば、貯湯タンク１が湯満杯状態になった時点での貯湯タンク１内の残湯熱量を基準熱量として記憶し、この基準熱量と、湯満杯状態からの出湯熱量積算値とに基づいて、ヒートポンプユニット２の加熱動作を開始するか否かを決定する。これにより、貯湯タンク１内に湯を追加する沸き増しのための加熱動作を開始すべきタイミングを精度良く制御することができ、沸き増し動作を精度良く行うことができる。その理由について、以下に説明する。

前述したように、貯湯タンク１内の残湯熱量は、貯湯量が５０Ｌ、１００Ｌ、１５０Ｌとなる位置に取り付けられた第２〜第４の温度センサ５ｂ〜５ｄと、往き管３１に取り付けられた第５の温度センサ５ｅの入力値とによって検出している。貯湯タンク１内に湯と水があるときには、湯水の境界層が例えば１１０Ｌの位置にある場合と、１４０Ｌの位置にある場合とで、貯湯タンク１内の実際の残湯熱量は大きく異なるが、１００Ｌの位置に取り付けられた第３の温度センサ５ｃからの入力値と、１５０Ｌの位置に取り付けられた第４の温度センサ５ｄからの入力値とは、両者の場合でほとんど変わらない。このため、湯水の境界層が、貯湯タンク１に取り付けられた温度センサの間に位置しているときには、貯湯タンク１内の残湯熱量を正確に検出することができない。よって、このようにして検出される残湯熱量に基づいて加熱動作を開始するか否かを決定すると、加熱動作の開始タイミングが正確なものとならない。

これに対し、往き管３１に取り付けられた第５の温度センサ５ｅによって貯湯タンク１が湯満杯状態になったことが検出されたときには、貯湯量は貯湯タンク１の最大容量に等しいので、正確な貯湯量を知ることができる。よって、このときには残湯熱量も正確に知ることができる。従って、湯満杯状態での残湯熱量を基準熱量として記憶し、それ以降に貯湯タンク１から持ち出された熱量である出湯熱量積算値をその基準熱量から減算すれば、貯湯タンク１内に残っている湯の熱量を精度良く検出することができる。このため、基準熱量と出湯熱量積算値とに基づいて、ヒートポンプユニット２の加熱動作を開始するか否かを決定すれば、加熱動作を開始すべきタイミングを精度良く制御することができる。

また、実施の形態１によれば、貯湯タンク１が湯満杯状態になったときの残湯熱量を基準熱量とするので、貯湯タンク１内に湯と水があるときの湯水の境界層の位置を小刻みに検出する必要はない。このため、貯湯タンク１に取り付けられた第１〜第４温度センサ５ａ〜５ｄの取り付け間隔が広くても、基準熱量の検出精度にはほとんど影響がない。このため、貯湯タンク１に設置する温度センサ類の部品点数をできるだけ少なくすることができ、コストの低減が図れる。

なお、本発明は、貯湯タンク１が湯満杯状態になったときの残湯熱量を基準熱量とすることに限定されるものではない。すなわち、本発明では、貯湯タンク１に取り付けられた温度センサ（例えば第３温度センサ５ｃあるいは第４温度センサ５ｄ）からの入力値が所定温度以上変化した場合に、その時点での残湯熱量を基準熱量として記憶するとともに、その時点で出湯熱量積算値に０を代入する（リセットする）ようにしてもよい。この場合は、貯湯タンク１内の湯水の境界層が、温度センサの取り付け位置を通過したときに、温度センサ入力値が大きく変化するため、温度センサ入力値が大きく変化したタイミングでは、湯水の境界層はその温度センサの位置に存在していると正確に知ることができる。例えば、貯湯量が１００Ｌとなる位置に取り付けられた第３の温度センサ５ｃの入力値が大きく減少したとき（例えば８０℃から２０℃に変化したとき）には、湯水の境界層は第３の温度センサ５ｃの位置にあり、貯湯量が１００Ｌであると正確に知ることができる。よって、この時点であれば貯湯タンク１内の残湯熱量を正確に算出することができるので、この時点での残湯熱量を基準熱量として記憶することにより、上述した実施の形態１と同様の効果が得られる。

また、本実施形態では、制御部２４は、給湯用流量センサ１９または風呂用流量センサ２１によって検出される流量が所定値以上であったときに、貯湯タンク１内の湯が取り出されていると判断するようにしているが、電磁弁１３やタンク循環ポンプ１７の動作状態、またはリモコン２５の操作内容などに基づいて、貯湯タンク１内の湯が取り出されているかどうかを判断するようにしてもよい。

また、制御部２４は、浴槽水の追い焚きが行われた場合に、浴槽水の湯量と浴槽水の温度上昇値とから追い焚きに使用した貯湯タンク１内の熱量を算出し、この算出した追い焚きの使用熱量を出湯熱量積算値に加算してもよい。なお、追い焚きに使用した熱量は、例えば次の式により算出することができる。
追い焚き使用熱量＝浴槽水の湯量×浴槽水の温度上昇値／換算係数

また、以上の実施の形態１に記載した制御動作は、使用者がリモコン２５の操作によって所定の運転モードを選択している場合にのみ実行し、当該運転モードが選択されていない場合には実行しないようにしてもよい。また、実施の形態１の制御動作を実行しない運転モードが選択されている状態から、実施の形態１の制御動作を実行する運転モードが選択されている状態に遷移した場合には、貯湯タンク１が湯満杯状態になるまでヒートポンプユニット２による加熱動作を行ってから加熱動作を停止し、それ以降、実施の形態１の制御動作を実行するようにしてもよい。

また、上記ステップＳ３５における所定熱量、すなわち加熱動作を開始すべき熱量は、使用者がリモコン２５の操作によって選択している運転モードに応じて変更されるようになっていてもよい。

１ 貯湯タンク
２ ヒートポンプユニット
５ａ 第１の温度センサ
５ｂ 第２の温度センサ
５ｃ 第３の温度センサ
５ｄ 第４の温度センサ
５ｅ 第５の温度センサ
８ 給湯管
９ 給水管
１０ 混合給湯管
１８ 混合風呂管
１９ 給湯用流量センサ
２０ 給湯用温度センサ
２１ 風呂用流量センサ
２２ 風呂用温度センサ
２３ 給水温度センサ
２４ 制御部
２５ リモコン

Claims (7)

1. 加熱手段による加熱動作によって得られた湯を貯湯タンクに蓄え、該貯湯タンク内の湯を取り出して給湯端末に供給する貯湯式給湯機であって、
   前記貯湯タンクから湯が取り出された場合に、その取り出された湯の熱量である出湯熱量を検出する出湯熱量検出手段と、
   前記貯湯タンク内の湯量が所定量になったときに、その時点で前記貯湯タンク内にある湯の熱量を基準熱量として記憶する基準熱量記憶手段と、
   前記貯湯タンク内の湯量が前記所定量となった時点以降に検出された前記出湯熱量の積算値を出湯熱量積算値として記憶する出湯熱量積算値記憶手段と、
   前記基準熱量と前記出湯熱量積算値とに基づいて前記加熱動作を開始するか否かを決定する加熱動作開始制御を行う加熱動作開始制御手段と、
   を備え、
   前記所定量は、前記貯湯タンクの満杯に相当する量、または、前記貯湯タンクの側面に設置された温度センサの高さから前記貯湯タンクの上部までの前記貯湯タンクの内容積に相当する量であることを特徴とする貯湯式給湯機。
2. 前記基準熱量記憶手段は、前記貯湯タンクが湯で満杯になった時点で前記基準熱量を記憶し、
   前記出湯熱量積算値記憶手段は、前記貯湯タンクが湯で満杯になった時点からの前記出湯熱量積算値を記憶することを特徴とする請求項１記載の貯湯式給湯機。
3. 前記貯湯タンクの下部から取り出した水を前記加熱手段に送る流路に設置された満杯検出用温度センサを備え、
   前記基準熱量記憶手段は、前記満杯検出用温度センサで検出された温度が所定温度より高くなったときに、前記貯湯タンクが湯で満杯になったと判断して前記基準熱量を記憶することを特徴とする請求項２記載の貯湯式給湯機。
4. 前記貯湯タンクの側面に設置された温度センサを備え、
   前記基準熱量記憶手段は、前記温度センサで検出された温度の変化に基づいて、前記貯湯タンク内の湯量が所定量になったと判断して前記基準熱量を記憶することを特徴とする請求項１記載の貯湯式給湯機。
5. 前記加熱動作開始制御手段は、前記基準熱量から前記出湯熱量積算値を減算した値が所定値より小さくなった場合に、前記加熱動作を開始させることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項記載の貯湯式給湯機。
6. 前記加熱動作開始制御を実行するモードと実行しないモードとを使用者が選択することのできる操作部を備え、
   前記加熱動作開始制御手段は、前記実行するモードが選択されている場合に、前記加熱動作開始制御を実行することを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項記載の貯湯式給湯機。
7. 前記加熱動作開始制御を実行するモードと実行しないモードとを使用者が選択することのできる操作部を備え、
   前記実行しないモードから前記実行するモードへ遷移した場合に、前記加熱動作開始制御手段は、前記貯湯タンクが湯で満杯になるまで前記加熱動作を実行させ、それ以降は前記加熱動作開始制御を実行することを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項記載の貯湯式給湯機。

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