JP2009052798A - 風呂注湯機能付き貯湯式温水器 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、風呂に給湯する湯の流量を最大限に保ちつつ、ウォータハンマー現象が発生しない風呂注湯機能付き貯湯式温水器を提供することを目的としたものである。
【解決手段】本発明の風呂注湯機能付き貯湯式温水器は、湯を貯える貯湯タンク１と、貯湯タンク１から出湯する湯が流通する湯流路３０と、湯流路３０に湯の流量を調整する第１の流量制御手段４と、水が流通する水流路３１と、水流路３１に水の流量を調整する第２の流量制御手段５と、湯流路３０からの湯と水流路３１からの水とが混合されて流通する湯水流路３２とを備え、湯水流路３２を流れる湯水を風呂７に注湯することにより、圧力損失を抑えつつ、ウォータハンマー現象を防止することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、風呂注湯機能が付いた貯湯式温水器に関するものである。

現在、貯湯タンクを有する貯湯式温水器では、給水源から貯湯タンクに水を供給する際に、減圧弁を介して水が供給されており、給水源からの水の圧力を一定にして貯湯タンクに水が給水されている。しかしながら、減圧弁で水の圧力を低くした状態で給湯しているため、シャワーからの水圧が低く、もっとパワフルな水圧の高いシャワーを望む声が多い。これに対して、減圧弁の設定圧力を上げることが考えられるが、減圧弁の設定圧力を上げてしまうと、ウォータハンマー現象が起こってしまう。

一方、このようなウォータハンマー現象に対して、従来の風呂給湯装置では、通水路に給湯量制御弁を設けており、給湯量制御弁の下流側で、風呂への給湯回路と、風呂以外への給湯回路とに分岐し、風呂への給湯回路には電磁弁を設けている（例えば、特許文献１参照）。

図２は、従来の風呂給湯装置を示すものである。図２に示すように、給湯量制御弁１０７よりも下流側で、風呂への給湯回路１０８と、風呂以外への給湯回路１０９とに分岐しており、風呂への給湯回路１０８には電磁弁１１２を備えている。このような構成にすることによって、電磁弁１１２を全閉する前に、給湯量制御弁１０７にて流量を絞り、ウォータハンマーを防止することができる。
特開平２−５２９４７号公報

しかしながら、貯湯タンク内の高温水と、給水源からの水とを、混合弁で適温にして供給する貯湯式温水器のように、混合弁で適温にした後に、流量調整弁、さらに電磁弁を経由することで経路の圧力損失が大きくなってしまい、湯の流量が低下してしまうという課題を有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、風呂に給湯する湯の流量を最大限に保ちつつ、ウォータハンマー現象が発生しない風呂注湯機能付き貯湯式温水器を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の風呂注湯機能付き貯湯式温水器は、湯を貯える貯湯タンクと、前記貯湯タンクから出湯する湯が流通する湯流路と、前記湯流路に湯の流量を調整する第１の流量制御手段と、水が流通する水流路と、前記水流路に水の流量を調整する第２の流量制御手段と、前記湯流路からの湯と前記水流路からの水とが混合されて流通する湯水流路とを備え、前記湯水流路を流れる湯水を風呂に注湯することにより、圧力損失を抑えつつ、ウォータハンマー現象を防止することができる。

本発明は、風呂に給湯する湯の流量を最大限に保ちつつ、ウォータハンマー現象が発生しない風呂注湯機能付き貯湯式温水器を提供することができる。

第１の発明の風呂注湯機能付き貯湯式温水器は、湯を貯える貯湯タンクと、前記貯湯タンクから出湯する湯が流通する湯流路と、前記湯流路に湯の流量を調整する第１の流量制御手段と、水が流通する水流路と、前記水流路に水の流量を調整する第２の流量制御手段と、前記湯流路からの湯と前記水流路からの水とが混合されて流通する湯水流路とを備え、前記湯水流路を流れる湯水を風呂に注湯することにより、混合弁を用いることなく第１の流量制御手段と第２の流量制御手段とを独立して制御するため、経路の圧損を抑えて風呂の給湯流量を最大限に保つことができる。

第２の発明の風呂注湯機能付き貯湯式温水器は、特に第１の発明において、風呂への注湯を行う風呂注湯手段を前記湯水流路に備え、前記風呂注湯手段を開もしくは閉にする前に、前記第１の流量制御手段および前記第２の流量制御手段を動作させて湯および水を第１の所定流量以下にすることにより、段階的に流量を抑制して風呂への給湯の開始または停止することができるので、ウォータハンマーを防止することができる。

第３の発明の風呂注湯機能付き貯湯式温水器は、前記貯湯タンク内の湯を風呂以外の他端末に流通させる他の出湯経路を備え、風呂および他端末への出湯を同時に行う時は、前記風呂注湯手段を開もしくは閉にする前に、前記第１の流量制御手段および前記第２の流量制御手段を動作させて湯および水を第２の所定流量以下にするとともに、前記第２の所定流量は、第２の発明の第１の所定流量よりも小さくすることにより、風呂へ大量に湯が供給されることによる他端末への混合弁での湯温変動（オーバーシュート、アンダーシュート）を減少することができるとともに、ウォータハンマー現象を抑制することができる。

第４の発明の風呂注湯機能付き貯湯式温水器は、特に第３の発明において、前記第１の流量制御手段および前記第２の流量制御手段の駆動は、風呂への単独出湯時よりも、風呂および他端末への同時出湯時の方が遅く駆動させることにより、風呂への給湯量を徐々に増加させていくので、他端末への給湯する混合弁での湯温変動をさらに減少することができる。

第５の発明の風呂注湯機能付き貯湯式温水器は、特に第２〜４の発明において、前記風呂注湯手段を開にする前に、前記第１の流量制御手段および前記第２の流量制御手段を動作させて前記第１の所定流量以下、もしくは前記第２の所定流量以下に設定するとともに、前記風呂注湯手段を開にした後、前記第１の流量制御手段よりも前記第２の流量制御手段を先行して開くことにより、湯流路よりも水流路の方を先行して開度を増加させていくので、急激に熱い湯を供給することがない。

第６の発明の風呂注湯機能付き貯湯式温水器は、特に第１〜５の発明において、前記第１の流量制御手段および前記第２の流量制御手段をドラム式流量調整弁としたことにより、比較的シンプルな構成とすることができ、故障の少ない給湯機を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における風呂注湯機能付き貯湯式温水器の構成図である。図１において、実践矢印は湯水の流通方向を示している。図１に示すように、実施の形態１における風呂注湯機能付き貯湯式温水器は、貯湯タンク１に、ヒートポンプ２によって加熱された湯が貯えられている。しかしながら、ヒートポンプ２に限定されることはなく、電気ヒーターを用いて貯湯タンク１内の水を加熱してもよい。

本実施の形態において、ヒートポンプ２は、水冷媒熱交換器１１、圧縮機１２、蒸発器１３、膨張弁１４を冷媒配管により順次環状に接続して構成されており、冷媒には二酸化炭素を使用しているため、高圧側が臨界圧力を超えるので、水冷媒熱交換器１１を流通する水に熱を奪われて温度が低下しても凝縮することがなく、水冷媒熱交換器で冷媒と水との間で温度差を形成しやすくなり、高温の湯が得られ、かつ熱交換効率を高くすることができる。また、比較的安価でかつ安定な二酸化炭素を冷媒に使用しているので、製品コストを抑えるとともに、信頼性を向上させることができる。また、二酸化炭素はオゾン破壊係数がゼロであり、地球温暖化係数も代替冷媒ＨＦＣ−４０７Ｃの約１７００分の１と非常に小さいため、地球環境に優しい製品を提供できる。

また、ヒートポンプ２において、圧縮機１２で冷媒が圧縮され、圧縮機１２から吐出された冷媒が水冷媒熱交換器１１で放熱し、膨張弁１４で減圧されたあと、蒸発器１３で空気から熱を吸収し、ガス状態で再び圧縮機１２に吸入される。なお、圧縮機の能力制御および膨張弁１４の開度制御は、圧縮機１２の吐出側に設けたサーミスタ（図示せず）で検出される吐出冷媒の温度が予め設定された温度を維持するように制御される。また、貯湯タンク１内の湯水は、水ポンプ１５が作動することで、水冷媒熱交換器１１に流入し、冷媒と熱交換を行い、再び貯湯タンク１に戻り、積層状態で貯湯タンク１の上部に高温の湯が貯えられる。

一方、給湯端末（他端末）８や風呂への出湯に伴い、貯湯タンク１の上方部に配設された出湯管３から高温の湯が出湯され、流量調整弁４（第１の流量制御手段）を有する湯流路３０を通り、また、給水源から供給される水は、流量調節弁５（第２の流量制御手段）を有する水流路３１を通り、それぞれの下流側で接続して湯水が混合され、湯水流路３２を経て風呂７へ湯水が供給される。なお、流量調整弁４、５にはドラム式の流量調整弁を用いているが、これに限定されることはない。

一方、給湯端末（他端末）８へは、貯湯タンク１内の湯と、給水源からの水とが電動式混合弁６（給湯湯温制御手段）にて水と適温に混合して供給される。本実施の形態１においては、電動式混合弁を用いたが、ワックスサーモ混合弁を用いて出力温度を一定にした構成にしてもよい。

また、湯水流路３２には、貯湯タンク１から供給される湯水の停止を行う二方向の電磁弁１６（風呂注湯手段）と、風呂７へ供給される湯水の流量を検出する流量検出装置１８（風呂流量検出手段）と、風呂７へ供給される湯水の温度を検出するサーミスタ１７（風呂湯温検出手段）を設けており、サーミスタ１７の検出値に基づいて流量調整弁４と流量調整弁５の制御を行う。

また、給湯端末（他端末）８と電動式混合弁６の間には、貯湯タンク１から供給される湯水の流量を検出する流量検出装置２０（給湯端末流量検出手段）と、給湯端末（他端末）８へ供給される湯水の温度を検出するサーミスタ１９（給湯端末湯温検出手段）を設けており、サーミスタ１９の検出値に基づいて電動式混合弁６の制御を行う。

また、本実施の形態において、各負荷および機能部品を制御する制御手段１０、使用者からの命令を受け付けるリモコン９を備えており、浴室内に設置されたリモコン９で、所望の浴槽への湯張り量、湯張り温度を設定し、それぞれの設定値をリモコン９から浴槽への湯張りを制御する制御手段１０をコントロールすることで、浴槽への自動湯張りができる。

また、給湯端末８から出湯させたい時には、リモコン９で所望の給湯温度を設定し、リ
モコン９から給湯端末８の出湯温度を制御する制御手段１０をコントロールすることにより、給湯端末８から出湯することができる。

本実施の形態では、制御手段１０にはマイクロコンピュータを用いており、また、リモコン９には、制御手段１０からの指令で情報を表示したり、音声を発生する構成としているので、ユーザーが理解しやすいリモコンとなっている。

次に、単独で風呂７への湯張り制御について説明する。まず、ユーザーは風呂自動運転を開始する時には、リモコン９に配設されている風呂自動ボタンを押すことで風呂自動運転を開始する。風呂自動ボタンが押されることで、制御手段１０は流量調整弁４と流量調整弁５に弁を開度３０％（第１の所定流量）の位置で待機するように命令する。

その後、電磁弁１６の弁を開放し、風呂７に湯水を供給する。風呂７に湯水の供給が始まると、制御手段１０は、流量調整弁４および流量調整弁５の開度をさらに開いていくように命令する。この時、流量調整弁５を流量調整弁４に先行して駆動し、その後で湯側流量調整弁４を開くことで湯温を調整するようにコントロールされている。これは、先行して水側の流量調整弁５の開度を開くことで、熱い湯の供給を防止している。

また風呂自動運転を停止する時には、制御手段１０は湯側流量調整弁４と水側流量調整弁５に弁を開度３０％の位置まで閉じていき、開度が３０％の位置になったその後電磁弁１６の弁を閉止し風呂７に湯水の供給を停止する。よって風呂７への湯水の供給を停止する際には、急に停止するのではなく、一旦、流量調整弁４および流量調整弁５の開度を絞った上で停止するので、ウォータハンマー現象を防止することができる。

なお、本実施の形態で、開度を３０％としたが、これに限定されることはなく、流量調整弁４および５は、ウォータハンマーが起きない程度の第１の所定流量にまで絞ればよく、第１の所定流量は、実験値などから決定することができる。

以上のように、本実施の形態では、流量調整弁４と、流量調整弁５の２経路でお湯と水を供給してミックスするので、風呂に供給する湯水の流量を最大限まで多くすることができ、また、風呂７への湯張り開始時及び停止時の電磁弁１６が開放または閉止される前に、流量調整弁４と流量調整弁５の弁開度を第１の所定流量以下（本実施の形態では、３０％）にすることで、ウォータハンマー現象を防止することができ、不快な音を立てることなく快適に風呂７への湯張りを行うことができる。

（実施の形態２）
本実施の形態２では、風呂７および給湯端末８への同時給湯時における流量調整弁４および流量調整弁５の制御について説明する。なお、本実施の形態２における風呂注湯機能付き貯湯式温水器の構成は、実施の形態１と同じであるため、同じ部位に関しては実施の形態１と同じ符号を付して、その説明を省略する。

本実施の形態２では、風呂自動を開始する時に給湯端末８が給湯中であることを流量検出装置２０を通じて検出しているときに、風呂自動運転が行われたときには、制御手段１０は流量調整弁４と流量調整弁５に弁を開度１０％（第２の所定流量）の位置で待機するように命令する。

なお、第２の所定流量は、実施の形態１と同様に、ウォータハンマーが起きない程度の流量であるが、実施の形態１における第１の所定流量よりも第２の所定流量の方が小さく設定される。これは、風呂の湯張りを単独でするのに比べて、他端末と風呂とを同時に貯湯タンク１の湯を使用しているため、風呂の湯張り流量が、給湯端末８の湯温調整に大き
く影響してしまうが、第１の所定流量よりも第２の所定流量の方が小さく設定していると、同時給湯の際に、風呂の湯張りの影響を軽減することができるためである。

その後、電磁弁１６の弁を開放し風呂７に湯水を供給する。風呂７に湯水の供給が始まると、制御手段１０は、流量調整弁４および流量調整弁５の開度をさらに開いていくように命令する。この時、流量調整弁５を流量調整弁４に先行して駆動し、その後、流量調整弁４で湯温を調整するようにコントロールされている。これは、湯側よりも水側を先行して開くことで、熱い湯を出すことを防止するものである。

ただし、実施の形態１で説明した風呂自動単独の動作とは違い、他端末と同時に貯湯タンク１の湯を使用しているため、風呂の湯張り流量が、給湯端末８の湯温調整に大きく影響してしまう。そのため、流量調整弁４および流量調整弁５の駆動速度を、風呂７への単独給湯時における流量調整弁４および５の駆動速度よりも遅くすることで、給湯端末８への混合弁６における湯温の変動を抑制し、オーバーシュート・アンダーシュートを防止することができる。

また、風呂自動運転を停止する時にも、制御手段１０は流量調整弁４と流量調整弁５の開度を１０％の位置まで、風呂単独湯張り運転時よりも遅い速度で流量調整弁４および５を閉じていき、開度が１０％の位置になれば、電磁弁１６の弁を閉止し、風呂７に湯水の供給を停止する。

以上のように、風呂注湯機能付き貯湯式温水器において、風呂出湯におけるウォータハンマー現象を抑えることができ、湯温の変動を減らし、ひいては、ウォータハンマー現象を抑えることで機器の寿命も延ばすことができる。

以上のように、本発明はヒートポンプ式の貯湯式温水器に限らず、電気、ガス、石油、燃料電池などいずれの方式においても、ウォータハンマーを防止した給湯機に利用することができる。

本発明の実施の形態１における貯湯式温水器のシステム構成図 従来の実施の形態における給湯装置の構成図

符号の説明

１ 貯湯タンク
２ ヒートポンプ
３ 出湯管
４ 流量調整弁（ドラム式）
５ 流量調整弁（ドラム式）
６ 電動式混合弁
７ 風呂
８ 給湯端末（蛇口）
９ リモコン
１０ 制御手段
１１ 水冷媒熱交換器
１２ 圧縮機
１３ 蒸発器
１４ 膨張弁
１５ 水ポンプ
１６ 電磁弁（風呂回路遮断手段）
１７ サーミスタ（風呂湯温検出手段）
１８ 流量検出装置（風呂流量検出手段）
１９ サーミスタ（給湯端末湯温検出手段）
２０ 流量検出装置（風呂流量検出手段）
３０ 湯流路
３１ 水流路
３２ 湯水流路

Claims (6)

1. 湯を貯える貯湯タンクと、前記貯湯タンクから出湯する湯が流通する湯流路と、前記湯流路に湯の流量を調整する第１の流量制御手段と、水が流通する水流路と、前記水流路に水の流量を調整する第２の流量制御手段と、前記湯流路からの湯と前記水流路からの水とが混合されて流通する湯水流路とを備え、前記湯水流路を流れる湯水を風呂に注湯することを特徴とする風呂注湯機能付き貯湯式温水器。
2. 風呂への注湯を行う風呂注湯手段を前記湯水流路に備え、前記風呂注湯手段を開もしくは閉にする前に、前記第１の流量制御手段および前記第２の流量制御手段を動作させて湯および水を第１の所定流量以下にすることを特徴とする請求項１に記載の風呂注湯機能付き貯湯式温水器。
3. 前記貯湯タンク内の湯を風呂以外の他端末に流通させる他の出湯経路を備え、風呂および他端末への出湯を同時に行う時は、前記風呂注湯手段を開もしくは閉にする前に、前記第１の流量制御手段および前記第２の流量制御手段を動作させて湯および水を第２の所定流量以下にするとともに、前記第２の所定流量は、請求項２に記載の第１の所定流量よりも小さいことを特徴とする風呂注湯機能付き貯湯式温水器。
4. 前記第１の流量制御手段および前記第２の流量制御手段の駆動は、風呂への単独出湯時よりも、風呂および他端末への同時出湯時の方が遅く駆動させることを特徴とする請求項３に記載の風呂注湯機能付き貯湯式温水器。
5. 前記風呂注湯手段を開にする前に、前記第１の流量制御手段および前記第２の流量制御手段を動作させて前記第１の所定流量以下、もしくは前記第２の所定流量以下に設定するとともに、前記風呂注湯手段を開にした後、前記第１の流量制御手段よりも前記第２の流量制御手段を先行して開くことを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の風呂注湯機能付き貯湯式温水器。
6. 前記第１の流量制御手段および前記第２の流量制御手段をドラム式流量調整弁としたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の風呂注湯機能付き貯湯式温水器。

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