JP2010038482A - 貯湯式給湯機 - Google Patents

Abstract

【課題】停電が発生した時でも使用者が安心して使用できる貯湯式給湯機を提供すること。
【解決手段】本発明の貯湯式給湯機は、湯水を貯える貯湯タンク３と、貯湯タンク３内の高温水を供給する出湯管１７と、出湯管１７からの高温水と水とを混合する混合手段１９とを備え、混合手段１９のバックアップ電源２５を有することにより、停電時であっても混合手段１９を駆動することが可能となり、使用者が給湯端末２２から湯を出した時でも、高温の湯を出湯することがなく、安全性の高い貯湯式給湯機を提供することが可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、給湯端末へ湯水を供給する混合弁を有した貯湯式給湯機に関するものである。

図３は、従来の貯湯式給湯機の構成を示す構成図である。図３において、従来の貯湯式給湯機は、湯水を貯える貯湯タンク１０１を有し、水ポンプ１０２を駆動することで低温水を貯湯タンク１０１の底部から加熱手段１０３へ送り、加熱手段１０３にて温められた高温水を貯湯タンク１０１の上部に戻している。その結果、貯湯タンク１０１の上部から底部にかけて温度層が低下していくような積層状態となるように、貯湯タンク１０１に湯が貯えられる。

一方、使用者がキッチンや風呂等にある給湯端末１０７から湯を出すことによって、貯湯タンク１０１からの高温水と、給水源からの低温水とが混合弁にて適温に混合され、給湯端末１０７へ供給される（例えば、特許文献１参照）。具体的には、貯湯タンク１０１の頂部には高温水を出湯するための出湯管１０５が設けられており、貯湯タンク１０１の底部には給水源から低温水を供給するための給水管１０８が設けられている。そして、給水管１０８から分岐して給水分岐管１０４を有している。

さらに、高温水を供給する出湯管１０５と、低温水を供給する給水分岐管１０４は、混合手段である混合弁１０６にて接続され、混合弁１０６の下流側にある温度検知手段であるサーミスタ１０９の温度が適温になるように、混合弁１０６の開度が調節される。さらに、混合弁１０６の下流側には流量を検知するための流量検知手段１１０が設けられており、混合弁１０６から給湯端末１０７へ供給される湯水の流量を検出している。

ところで、混合弁１０６の混合比率は、流量検知手段１１０で検知する流量によって異なってくる。次に、混合弁１０６の開度について説明する。

図４は、混合弁の開度と混合される湯の温度とをグラフにしたものである。図４は、混合弁に供給される湯の温度を７０度、水の温度を１５度とした時のグラフである。実線（１）で示すグラフは、流量が１．５Ｌ／ｍｉｎの時の混合弁の湯側開度と混合温度との関係を示したもの、実線（２）で示すグラフは、流量が２．６Ｌ／ｍｉｎの時の混合弁の湯側開度と混合温度との関係を示したもの、実線（３）で示すグラフは、流量が７．６Ｌ／ｍｉｎの時の混合弁の湯側開度と混合温度との関係を示したものである。

図４において、例えば、給湯温度４０度の湯を得る時の開度について説明する。流量１．５Ｌ／ｍｉｎの時には、混合弁の湯側開度を約９５０パルス開くと給湯温度４０度の湯を得ることができ、流量２．６Ｌ／ｍｉｎの時には、混合弁の湯側開度を約８７０パルス開くと給湯温度４０度の湯を得ることができ、流量７．６Ｌ／ｍｉｎの時には、混合弁の湯側開度を約７５０パルス開くと給湯温度４０度の湯を得ることができる。つまり、同じ給湯温度４０度の湯を得るためには、流量に応じて混合弁の開度が異なってくる。
特開２０００−１７９８８０号公報

図５は、混合弁の開度と混合される湯の温度とをグラフにしたものである。図５は、図４と同様に、混合弁に供給される湯の温度を７０度、水の温度を１５度とした時のグラフ
であり、特に、流量が１．５Ｌ／ｍｉｎの時のグラフと、７．６Ｌ／ｍｉｎの時のグラフとを比較したものである。

図５において、停電前に設定温度を４０度として設定し、流量が１．５Ｌ／ｍｉｎとなるように使用者が給湯端末から湯水を出していたとすると、混合弁の湯側開度は大凡９５０パルスとなる。そして使用者が給湯端末での湯水の出湯を停止すると、混合弁の湯側開度が９５０パルスの状態のまま、貯湯タンクからの出湯が停止される。

この状態で停電になってしまったとすると、混合弁の湯側開度は９５０パルスのまま動かなくなってしまう。そして停電後に、使用者が給湯端末から湯水を出すと、流量が１．５Ｌ／ｍｉｎのまま出湯するには設定温度が４０度になるので問題は無いが、流量が７．６Ｌ／ｍｉｎとなるように出湯してしまうと、混合弁の湯側開度が９５０パルスのままになっているので、図５に示すように５７度になってしまう。

このように従来の貯湯式給湯機では、設定温度が同じであっても流量に応じて混合弁の湯側開度は異なるので、停電が発生した時に使用者が給湯端末から湯水を出すと、混合弁が駆動しないため、高温の湯が出てしまう可能性がある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、停電が発生した時でも使用者が安心して使用できる貯湯式給湯機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、本発明の貯湯式給湯機は、湯水を貯える貯湯タンクと、前記貯湯タンク内の高温水を供給する出湯管と、前記出湯管からの高温水と水とを混合する混合手段とを備え、前記混合手段のバックアップ電源を有することにより、停電時であっても混合手段を駆動することが可能となり、使用者が給湯端末から湯を出した時でも、高温の湯を出湯することがなく、安全性の高い貯湯式給湯機を提供することが可能となる。

本発明は、停電が発生した時でも使用者が安心して使用できる貯湯式給湯機を提供することができる。

第１の発明の貯湯式給湯機は、湯水を貯える貯湯タンクと、前記貯湯タンク内の高温水を供給する出湯管と、前記出湯管からの高温水と水とを混合する混合手段とを備え、前記混合手段のバックアップ電源を有することにより、停電時であっても混合手段を駆動することが可能となり、使用者が給湯端末から湯を出した時でも、高温の湯を出湯することがなく、安全性の高い貯湯式給湯機を提供することが可能となる。

第２の発明の貯湯式給湯機は、特に第１の発明において、停電時は、前記混合手段のみを駆動することにより、バックアップ電源は混合弁を駆動するだけの容量を賄えるだけの電源を用意すればよく、コストを低減することができるとともに、使用者への高温湯の出湯を避けることができる。

第３の発明の貯湯式給湯機は、特に第１または第２の発明において、停電時は、前記混合手段の湯側開度が所定の開度以上の時のみ前記混合手段を駆動することにより、不必要な時には混合手段を駆動する必要がないため、貴重なバックアップ電源を使用することがなく、使用者への高温湯の出湯を避けることができる。

第４の発明の貯湯式給湯機は、特に第１から第３の発明において、停電時は、前記混合手段の駆動速度を、通常の混合弁の駆動速度よりも速くすることにより、バックアップ電源の電力供給時間を短くすることができる。

第５の発明の貯湯式給湯機は、特に第１または第２または第４の発明において、停電時は、前記混合手段の開度を水側全開にすることにより、貯湯タンクからの高温湯の出湯を完全に停止することができるので、使用者への高温湯の出湯を確実に避けることができる。

第６の発明の貯湯式給湯機は、特に第１から第５の発明において、前記バックアップ電源にコンデンサを用いて構成することにより、非常に簡単な構成でバックアップ電源を用意することができる。

第７の発明の貯湯式給湯機は、特に第１から第５の発明において、前記バックアップ電源にリチウム電池を用いて構成することにより、非常に簡単な構成でバックアップ電源を用意することができる。

第８の発明の貯湯式給湯機は、特に第６または第７の発明において、通常時には、前記バックアップ電源は充電されるように構成することにより、常にバックアップ電源に必要な電力容量を確保することができる。

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における貯湯式給湯機の構成図である。図１において、本発明の貯湯式給湯機は、加熱源であるヒートポンプユニット１と、湯水を貯える貯湯タンク３を有するタンクユニット２で構成されている。まず、ヒートポンプユニット１について説明する。なお、本実施の形態における加熱源にはヒートポンプユニットを用いているがこれに限定されることはなく、例えば、貯湯タンク３内に電気ヒータを配設して温水を生成する構成であっても問題は無い。

ヒートポンプユニット１は、冷媒を圧縮し高温高圧冷媒にする圧縮機４、冷媒と水とが熱交換を行い高温水を生成する冷媒水熱交換器５、冷媒を減圧する減圧装置６、大気と冷媒とが熱交換を行い冷媒が大気から吸熱を行う蒸発器７を、順次冷媒配管８にて環状に接続して構成されるヒートポンプ回路を有している。冷媒には二酸化炭素が用いられ、圧縮機４で圧縮された後の冷媒は超臨界圧力を超える状態となり、図１に矢印で示すように冷媒配管内を循環している。なお、冷媒は二酸化炭素に限定されることはなく、Ｒ４１０Ａ等のフロン系冷媒や、プロパン等の炭化水素系冷媒を用いたとしても問題はない。

次に、タンクユニット２について説明する。タンクユニット２は、湯水を貯える貯湯タンク３を有し、貯湯タンク３の底部からヒートポンプユニット１内の冷媒水熱交換器５に低温水を搬送するための循環ポンプ１０が設けられており、循環ポンプ１０を駆動させることによって、貯湯タンク３の底部から冷媒水熱交換器５へ低温水が搬送される。

また、冷媒水熱交換器５で生成された高温水は、水流路を切り替える三方弁１１によって貯湯タンク３の上下へ送られる。冷媒水熱交換器５で生成される温水の温度が所定温度未満の場合には、三方弁１１は貯湯タンク３の底部と連通する方向に切り替えられ、下部給湯配管１２を経て貯湯タンク３の底部へ湯水が送られる。しかしながら、冷媒水熱交換器５で生成される温水の温度が所定温度以上の場合には、三方弁１１は貯湯タンク３の上
部と連通する方向に切り替えられ、上部給湯配管１３を経て貯湯タンク３の上部へ湯水が送られる。

また、貯湯タンク３の下部に設けた給水口１４には、給水源から水を供給するための給水配管１５が接続され、貯湯タンク３の上部に設けた出湯口１６には、給湯端末へ高温水を供給するための出湯配管１７が接続されている。そして給水口１４には給水源からの水圧が常時掛かっている状態となり、出湯配管１７から高温水が出湯されるに伴って、給水口１４から水が供給される構成となっている。

また、給水配管１５から分岐した給水分岐配管１８が設けられており、出湯配管１７と給水分岐配管１８とは混合手段である電動式混合弁１９に接続され、電動式混合弁１９にて所望の温度に湯水が混合され給湯端末２２へ送られる構成になっている。そして電動式混合弁１９の下流側には、温度検知手段であるサーミスタ２０が配設されており、サーミスタ２０で検知する温度が、使用者が設定した設定温度となるように電動式混合弁１９の開度が変更される。また電動式混合弁１９の下流側には、流量を検知する流量検知装置２１が設けられており、給湯端末へ送られる湯水の流量を検出している。

さらに、ヒートポンプユニット１内に配設された機器類を制御するためのヒートポンプユニット制御装置９を有しており、沸き上げ運転時などの運転指示を各機器に指示している。タンクユニット２内に配設された機器類を制御するためのタンクユニット制御装置２３を有しており、沸き上げ運転時などの運転指示を各機器に指示している。なお、本発明の貯湯式給湯機は、電源２４からタンクユニット制御装置２へ電力が供給されており、タンクユニット制御装置２３とヒートポンプユニット制御装置９とが電力線および通信線で接続されており、ヒートポンプユニット制御装置９およびヒートポンプユニット１に収納される各機器類への電力供給は、電源２４からタンクユニット制御装置２３を経て行われる。そして、本発明では、電源２４とは別にバックアップ電源２５が設けられている。

本実施の形態においては、バックアップ電源２５に充電可能なリチウム電池を用いている。そして、通常時においてリチウム電池は、電源２４から電力供給され常時充電される構成となっている。なお、本実施の形態ではバックアップ電源２５としてリチウム電池を用いたが、これに限定されることはなく、タンクユニット制御装置２３に電源２４から充電可能なようにコンデンサを設けて、このコンデンサをバックアップ電源２５として用いてもよい。

以上のように構成された貯湯式給湯機について、貯湯タンク３から高温水を供給するときの動作について説明する。

ヒートポンプ回路を構成する冷媒水熱交換器５にて生成された高温水は、貯湯タンク３の上部から積層状態に沸き上げられ、貯湯タンク３内に高温水が貯えられる。貯えられた高温水は、使用者が給湯端末２２から湯水を出すと、給水口１４に掛かっている水圧に押し出されて出湯配管１７から高温水が出湯する。また給水分岐配管１８を経て給水源から低温水が供給され、出湯配管１７からの高温水と給水分岐配管１８からの低温水を電動式混合弁１９で混合される。そして電動式混合弁１９の開度調節は、サーミスタ２０で検知する温度が、使用者が設定した設定温度となるようにフィードバック制御して調節される。

ところで、停電時に使用者が給湯端末２２から湯水を出湯させると、電源２４からは当然電力が供給されないので、ヒートポンプユニット１およびタンクユニット２内に配設される各機器にも電力が供給されないことになる。つまり、電動式混合弁１９の開度調節もできなくなるために、停電前に電動式混合弁１９が動作していた開度のまま湯水が出湯さ
れることになってしまう。上述したように、電動式混合弁１９の湯側開度は、電動式混合弁１９の下流側を流れる流量に応じて異なってくる。

例えば、停電前に使用者が設定温度を４０度にして流量が少量流れるような使用方法をした場合に、電動式混合弁１９の湯側開度が７５０パルス開いていたとする。そして、その状態のまま停電状態になると、電動式混合弁１９の湯側開度は７５０パルスで停止したままになってしまう。

この状態で、使用者が停電中に給湯端末２２から湯水を出すと、電動式混合弁１９の湯側開度が７５０パルス開いたまま貯湯タンク３から高温水が出湯する。当然、停電前に使用していた流量と同じ流量が流れるように、停電後に使用者が湯水を出湯する分には、設定温度が４０度の湯が供給される。しかしながら、もし停電前に使用していた流量よりも多い流量が流れるように、停電後に使用者が湯水を出湯した場合には、大量の湯が流れるために、設定温度４０度よりも高い温度となるように給湯端末２２から出湯する恐れがある。

そこで、本発明では電動式混合弁１９が駆動可能な容量だけ確保したバックアップ電源２５を搭載している。停電時には、タンクユニット制御装置２３にバックアップ電源２５から電力が供給されるようになり、タンクユニット制御装置２３から電動式混合弁２５に電力が供給されるようになる。その結果、電動式混合弁１９の駆動のみが可能となり、使用者に供給する湯水の温度を調節することは可能となるので、使用者へ高温水を供給することを避けることができる。

さらに、本発明では電動式混合弁１９の湯側開度を所定の開度以下にするようにしている。例えば、図４に示すような電動式混合弁１９を使用した場合には、電動式混合弁１９の湯側開度を５００パルスにすると、流量が７．６Ｌ／ｍｉｎ流れた場合においても３０度に満たない温度にしかならない。そのため停電が起こると、電動式混合弁１９の湯側開度を所定開度以下とすることによって、使用者へ高温水を供給することを避けることができる。なお、この所定開度とは、電動式混合弁１９の特性に応じて様々な値となるため、使用する電動式混合弁１９に応じて、実験等から適宜設定されるものである。

また、停電時に電動式混合弁１９の湯側開度が、既に所定の開度以下である場合（例えば、図４に示すような電動式混合弁を使用した場合には、湯側開度が５００パルス以下の場合）には、電動式混合弁１９を駆動させなくても、使用者へ高温湯の出湯を避けることができるので、電動式混合弁１９の駆動を停止することで、余計な電力供給をすることのない、実用性の高い貯湯式給湯機を提供することができる。

また、上記では電動式混合弁１９の湯側開度を所定開度以下となるように駆動するとしたが、電動式混合弁１９を水側全開にすることによって、貯湯タンク３からの出湯を防ぐことができる。そのため、災害等が発生して停電となった場合には、貯湯タンク３内の湯水を緊急で使用することができるので、非常に使用性に優れている。

図２は、サーミスタ２０で検出された温度と設定温度との温度偏差に基づく電動式混合弁１９の駆動速度を示した図である。温度偏差とは、サーミスタ２０で検出された温度と、使用者がリモコン等で設定する設定温度との差の絶対値であり、例えば、設定温度が４０度の時に、サーミスタ２０で検出される温度が３５度の時には、温度偏差は５度となる。また、図２に示すＰＰＳとは、Ｐｕｌｓｅ／Ｓｅｃｏｎｄを表しており、１秒当たりの駆動速度を示す単位である。

本実施の形態では、通常時の電動式混合弁１９の駆動は、図２に示すように、温度偏差
が大きければ大きいほど、より速く電動式混合弁１９を駆動している。つまり、図２に示すように、温度偏差が３Ｋの時には、電動式混合弁１９の駆動速度は、２５ＰＰＳであるが、温度偏差が５Ｋの時には、電動式混合弁１９の駆動速度は、５０ＰＰＳとなる。

しかしながら、本発明では、通常時と停電時において電動式混合弁１９の駆動速度を変更する。具体的には、図２に示すように、停電時には駆動速度をより速くする。停電時には、一刻も早く電動式混合弁１９の湯側開度を変更しなければならないにも関わらず、停電時には全ての機器への電力供給が停止している状態なのでフィードバック制御もできない。そこで、停電時には、通常の電動式混合弁１９の駆動制御を解除し、全ての状況において一律な駆動速度で電動式混合弁１９を駆動する。なお、図２に示すように、本実施の形態では３００ＰＰＳとなるようにしているが、この値については適宜変更可能であり、どの状況においても、通常時よりも停電時の駆動速度が速くなっていれば問題はない。

以上のように、電動式混合弁１９の専用のバックアップ電源を持たせることで、停電時に使用者に高温水を供給しない安全性の高い貯湯式給湯機を提供することができる。

以上のように、本発明に係る熱交換器は、ヒートポンプサイクルと給湯サイクルが一体に構成された一体型ヒートポンプ式給湯機、別体に構成された分離型ヒートポンプ式給湯機、給湯用熱交換器で加熱したお湯をそのまま出湯できる直接出湯型ヒートポンプ式給湯機などの各種ヒートポンプ給湯機、さらには熱源に電気ヒーターを用いる電気温水器にも適用できる。

本発明の実施の形態１における貯湯式給湯機の構成図 同形態における電動式混合弁の駆動速度比較図 従来の貯湯式給湯機の構成図 従来の混合弁の開度と混合される湯の温度との関係図 従来の混合弁の開度と混合される湯の温度との関係図

符号の説明

１ ヒートポンプユニット
２ タンクユニット
３ 貯湯タンク
４ 圧縮機
５ 冷媒水熱交換器
６ 減圧装置
７ 蒸発器
８ 冷媒配管
９ ヒートポンプユニット制御装置
１０ 循環ポンプ
１１ 三方弁
１２ 下部給湯配管
１３ 上部給湯配管
１４ 給水口
１５ 給水配管
１６ 出湯口
１７ 出湯配管
１８ 給水分岐配管
１９ 電動式混合弁
２０ サーミスタ
２１ 流量検知装置
２２ 給湯端末
２３ タンクユニット制御装置
２４ 電源
２５ バックアップ電源

Claims (8)

1. 湯水を貯える貯湯タンクと、前記貯湯タンク内の高温水を供給する出湯管と、前記出湯管からの高温水と水とを混合する混合手段とを備え、前記混合手段のバックアップ電源を有することを特徴とする貯湯式給湯機。
2. 停電時は、前記混合手段のみを駆動することを特徴とする請求項１に記載の貯湯式給湯機。
3. 停電時は、前記混合手段の湯側開度が所定の開度以上の時のみ前記混合手段を駆動することを特徴とする請求項１または２に記載の貯湯式給湯機。
4. 停電時は、前記混合手段の駆動速度を、通常の混合弁の駆動速度よりも速くすることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の貯湯式給湯機。
5. 停電時は、前記混合手段の開度を水側全開にすることを特徴とする請求項１または２または４のいずれか１項に記載の貯湯式給湯機。
6. 前記バックアップ電源にコンデンサを用いて構成することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の貯湯式給湯機。
7. 前記バックアップ電源にリチウム電池を用いて構成することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の貯湯式給湯機。
8. 通常時には、前記バックアップ電源は充電されるように構成することを特徴とする請求項６または７に記載の貯湯式給湯機。