JP4633557B2 - 貯湯式温水器を用いた追い焚き装置 - Google Patents

Description

本発明は、貯湯式温水器を用いた追い焚き装置に関するものである。

特開２００３−３３６８９４号公報［特許文献１］には、貯湯式電気温水器を用いた追い焚き装置の従来例が示されている。この従来の装置では、貯湯タンク側の循環路に設けられる第１の熱交換部材の入口温度と出口温度をそれぞれ測定する二つの温度センサと、浴槽側の循環路に設けた第２の熱交換部材の入口温度と出口温度をそれぞれ測定する二つの温度センサとを用いる。この装置では、複数の追い焚きモードに従って貯湯タンク側の循環路に設けた流量調整弁を調整することにより、追い焚きを実施する。
特開２００３−３３６８９４号公報

従来の装置では、３つ以上の温度センサを用い、複数の追い焚きモードを組み合わせて、当初は追い焚きのための熱交換量を最大にして急速に追い焚きを行い、浴槽の湯の温度がある程度高くなった後は、ゆっくりと追い焚きを行っている。しかしながら、従来の装置では浴槽内に人が入っている状態でも、熱交換量を最大にした急速な追い焚きを行うため、入浴者が熱いと感じる温度の湯が浴槽に供給されることになり、入浴者が不快感を感じる問題があった。また温度センサの台数が多くなるため、温度センサ異常の発生に基づく誤動作が発生する可能性が高くなる問題があった。さらに従来の装置では、特に温度センサの異常を検出することはできなかった。

本発明の目的は、入浴者に不快感を与えることなく、追い焚きを行える貯湯式温水器を用いた追い焚き装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、従来の装置よりも少ない数の温度センサを用いて、上記目的を達成できる貯湯式温水器を用いた追い焚き装置を提供することにある。

本発明の更に他の目的は、温度センサで異常が発生したか否かを監視しながら追い焚き制御を行える貯湯式温水器を用いた追い焚き装置を提供することにある。

本発明は、浴槽内の湯を貯湯式温水器内の湯の熱量で追い焚きする貯湯式温水器を用いた追い焚き装置を改良の対象とする。なお本願明細書において「湯」とは、追い焚きの対象となる水を意味し、自然水の温度以上の温度に加熱された水に限定されるものではない。本発明の追い焚き装置では、貯湯式温水器の貯湯タンクの外部に設けられて貯湯タンク内の上部領域と下部領域とを連結するタンク側循環路と、循環路内に設けられた第１の熱交換部材と、循環路内に設けられた流量が制御可能なタンク循環ポンプとを備える。また本発明の装置では、第１の熱交換部材と熱交換可能に設けられた第２の熱交換部材と、第２の熱交換部材を含んで構成されて浴槽の内部空間との間に循環路を形成する浴槽側循環路と、浴槽側循環路内に設けられた浴槽循環ポンプとを備える。さらに本発明の装置では、タンク循環ポンプ及び浴槽循環ポンプの両方を制御するポンプ制御装置と、第２の熱交換部材の出口側の湯温を測定する第１の温度センサと、第２の熱交換部材の入口側の湯温を測定する第２の温度センサとを備える。そしてポンプ制御装置は、第１の温度センサが検出する出口側の湯温が浴槽往き許容温度に達するようにまたは浴槽往き許容温度範囲に入るようにタンク循環ポンプの流量を制御する。またポンプ制御装置は、第２の温度センサが検出した入口側の湯温が浴槽往き許容温度または浴槽往き許容温度範囲よりも低い設定温度に達するとタンク循環ポンプを停止するようにタンク循環ポンプを制御する。

本発明によれば、第２の熱交換部材の出口側の温度の湯温が浴槽往き許容温度に達するようにまたは浴槽往き許容温度範囲内に入るように、タンク循環ポンプを制御するので、浴槽往き許容温度または浴槽往き許容温度範囲を入浴者が不快と感じない温度または温度範囲に設定することにより、入浴者に不快感を与えることがなくなる。すなわち、本発明によれば、いかなる場合においても、入浴者が不快と感じるような高温で追い焚きを行うことはない。また本発明によれば、追い焚き当初から浴槽往き許容温度または浴槽往き許容温度範囲内の湯温でしか追い焚きをできないものの、従来の装置と比べて、少ない数の温度センサを用いて、同等以上の追い焚き性能で追い焚きを完了できる。これは最初に多く熱量を使用し、後からは使用する熱量をどんどん減少させる従来の装置と、最初から最後まであまり大きく変化しない熱量を用いて追い焚きをする本発明とを比較して、最終的に必要な熱量を得るのに必要な時間には大差がないためである。

なお前述の浴槽往き許容温度または浴槽往き許容温度範囲は、何度でもよいが、浴槽の湯口から出る湯の温度で入浴者が不快感を感じない温度の上限として６０℃が知られているので、浴槽往き許容温度範囲としては、例えば５９±１℃の温度範囲とすることが好ましい。この温度範囲であれば、実質的に、入浴者が不快感を感じることなく、追い焚きを実行することができる。なお地域等に応じて、この温度範囲を変更してもよいのは勿論である。

また第２の温度センサで検出する設定温度（通常ユーザが設定する温度）は、ある決められた範囲（例えば３５〜４８℃）から任意に設定できる温度である。

本発明であっても使用する二つの温度センサに異常が発生すると、誤動作が発生し、入浴者に不快感を与えることになる。そこでポンプ制御装置はセンサ健全性判定手段を備えている。センサ健全性判定手段は、少なくとも追い焚きスタート時に、タンク循環ポンプを停止させて、浴槽循環ポンプだけを所定時間循環させた後、次のことを行う。すなわちセンサ健全性判定手段は、第１の温度センサが検出する前記出口側の湯温と第２の温度センサが検出する前記入口側の湯温とが、予め定めた温度差以上あるときには、第１の温度センサまたは第２の温度センサに異常が発生していると判定して追い焚きを停止する。そしてセンサ健全性判定手段は、第１の温度センサが検出する前記出口側の湯温と第２の温度センサが検出する前記入口側の湯温とが、予め定めた温度差より小さければ追い焚き制御を実行することを許可する。このようなセンサ健全性判定手段を設ければ、追い焚き動作開始前に必ず、二つの温度センサの健全性を判定することになるため、温度センサの異常に基づく誤動作によって入浴者に不快感を与えることはない。

またセンサ健全性判定手段に、追い焚き動作の最初だけでなく、追い焚き開始後予め定めた時間が経過する毎に、センサの健全性の判定を行うようにしてもよい。このようにすると、追い焚き開始後に温度センサに異常が発生した場合でも、その異常発生を検出して追い焚き動作を停止するため、入浴者に不快感を与えることがないという効果を最大限発揮することができる。

なお予め定めた一定時間は、浴槽往き許容温度と前記設定温度で設定可能な最大温度との差を、熱交換器の最大昇温能力（例えば１℃／分：ただしこの値は装置によって異なる）で割った値として定めるのが好ましい。この値にすると、設定温度到達直前で温度センサに異常が発生した場合でも、その後の健全性判定が行われるまでに、浴槽の温度は浴槽往き許容温度を超えることはない。したがって入浴者が予期しない温度の追い焚き湯で不快感を感じることはない。

本発明によれば、第２の熱交換部材の出口側の温度の湯温が浴槽往き許容温度に達するようにまたは浴槽往き許容温度範囲内に入るように、タンク循環ポンプを制御するので、浴槽往き許容温度または浴槽往き許容温度範囲を入浴者が不快と感じない温度または温度範囲に設定することにより、入浴者に不快感を与えることがなくなる利点が得られる。また本発明によれば、追い焚き当初から浴槽往き許容温度または浴槽往き許容温度範囲内の湯温でしか追い焚きをできないものの、従来の装置と比べて、少ない数の温度センサを用いて、同等以上の追い焚き性能で追い焚きを完了できる利点が得られる。

本発明の実施の形態である貯湯式電気温水器を用いた追い焚き装置を図面を用いて説明する。図１は、浴槽内の湯を貯湯式温水器内の湯の熱量で追い焚きする貯湯式温水器を用いた追い焚き装置のシステムを示す図である。また図２は、図１のシステムにおいて、追い焚き制御をコンピュータを用いて実現する場合に用いるソフトウエアのアルゴリズムを示す図である。

図１において、符号１を付した部材は、深夜電力を利用して湯を沸き上げる貯湯式電気温水器の貯湯タンクである。貯湯タンク１内の下部領域には、深夜電力を利用して貯湯タンク１内の水を沸き上げる際に利用される下部電気ヒータ（下側ヒータ）３が配置されている。また貯湯タンク１内の上部領域には、例えば昼間の電力を利用して不足した湯量分を追加で沸き上げる沸き増し用電気ヒータ（上側ヒータ）５が配置されている。貯湯タンク１の下側鏡面板７の中央部には、タンク側循環路９の下端が接続される循環水入口１１が形成され、貯湯タンク１の上側鏡面板１３の中央部には出湯口１５が形成されている。出湯口１５には出湯管１７が接続されている。出湯管１７には、タンク側循環路９の他端が接続されている。タンク側循環路９には、第１の熱交換部材１９とタンク循環ポンプ２１とが配置されている。タンク循環ポンプ２１は、後に詳しく説明する制御装置からの制御指令に応じて循環量を変更することができるポンプである。

貯湯タンク１の外壁には、下側領域上に給水温度を検出する給水温度検出用の温度センサ２５が装着され、上部領域上には上下方向に間隔をあけて３つの残湯量検出用の温度センサの２７，２９，３１が装着されている。また貯湯タンク１の下部領域には水道管３３に接続された給水管３５があり、給水管３５には圧力スイッチ３７が配置されている。

出湯管１７には、減圧弁３９を介して水道管３３から供給される水道水と出湯管１７から供給される湯とを混合する第１の電動混合弁４１と第２の電動混合弁４３とがそれぞれ接続されている。第１の電動混合弁４１の出口は、浴槽４５内の湯を追い焚きする浴槽側循環路４７に対して、直列接続された電磁弁４９、浴槽用流量センサ５１、バキュームブレーカ５３及び二重逆止弁５５を介して接続されている。また第２の電動混合弁４３の出口は、それぞれ混合弁機能を有する浴室内のシャワー兼給湯口５７と、洗面所の給湯口５９と、台所の給湯口６１に給湯管６３を介して接続されている。浴室内のシャワー兼給湯口５７と、洗面所の給湯口５９と、台所の給湯口６１には、水道管３３を介して水道水が供給されている。出湯管１７には、逃がし弁４４が接続されている。

符号６７で示したブロックは、浴室内に配置する浴室リモコンであり、符号６９で示したブロックは、台所に配置する台所リモコンである。これらのリモコン６７及び６９は、制御装置２３に電気的に接続されて、給湯温度や給湯量を設定するために利用される。

前述の浴槽側循環路４７には、第１の熱交換部材１９と組み合わされて熱交換器１８を構成する第２の熱交換部材２０が配置されている。そして浴槽側循環路４７には、第２の熱交換部材２０の出口側の湯の温度を検出する第１の温度センサ７１が配置されている。また浴槽側循環路４７には、第２の熱交換部材２０の入口側の湯の温度を検出する第２の温度センサ７３が配置されている。また浴槽側循環路４７には、浴槽４５と第２の温度センサ７３との間に、自動湯張りに使用されるフロースイッチ７５及び水位センサ７７と、浴槽４５の湯の循環に利用される浴槽循環ポンプ７９とが配置されている。

制御装置２３には、貯湯タンク１内の湯を深夜電力を利用して沸きあげるために下側ヒータ３の通電を制御し、湯が不足したときに上側ヒータ５の通電を制御するヒータ制御装置と、浴槽内の湯を貯湯タンク１内の湯の熱量を利用して追い焚きするためにタンク循環ポンプ２１と浴槽循環ポンプ７９の運転を制御するポンプ制御装置の両方が含まれている。

図２に示したポンプ制御装置の制御アルゴリズムに示されるように、スタートすると、まず最初にステップＳＴ１で浴槽循環ポンプ７９を駆動して浴槽水のみ循環する。循環時間は、例えば４５秒程度でよい。なお循環時間が経過した後も、後述するように温度センサが正常であると判断されるときには、浴槽循環ポンプ７９の運転は継続される。このときタンク循環ポンプ２１は停止状態にある。この循環によって、第１の温度センサ７１と第２の温度センサ７３とが配置された循環路内の湯の温度を均一にする。次にステップＳＴ２でセンサの健全性を判定する。このステップでは、第１の温度センサ７１の検出温度Ｔｏと第２の温度センサ７３の検出温度Ｔｉとの差が予め定めた温度差α以下であるか否かが判定される。すなわち｜Ｔｏ−Ｔｉ｜≦αを判定する。ここで温度差αは、例えば５℃に設定することができる。もし温度差よりも、Ｔｏ−Ｔｉが大きければ、第１及び第２の温度センサ７１及び７３のいずれかに異常が発生していると判断して、追い焚きを中止する。また温度差αよりも、Ｔｏ−Ｔｉが小さければ、第１及び第２の温度センサ７１及び７３のいずれも正常であると判断して、追い焚きを実行するためにステップＳＴ３へと進む。

ステップＳＴ３では、タンク循環ポンプ２１を駆動して、タンク側循環路９を利用して貯湯タンク１内の湯を循環する。この循環により、貯湯タンク１内の高温の湯が第１の熱交換部材１９を通り、熱交換器１８では、第２の熱交換部材２０を介して浴槽側循環路４７内の湯が加熱される。浴槽側循環路４７内の湯の温度は、第１の温度センサ７１及び第２の温度センサ７３によってそれぞれ検出される。ステップＳＴ５において第２の温度センサ７３が検出する湯の温度Ｔｉが予め定めた設定温度（例えば４２℃）に達するまでは、ステップＳＴ４において、第１の温度センサ７１で検出した第２の熱交換部材２０の出口側の湯温Ｔｏが、浴槽往き許容温度範囲β１〜β２に入るようにタンク循環ポンプ２１の流量を制御する。本実施の形態では、５８℃（β１）〜６０℃（β２）の浴槽往き許容温度範囲が選択されている。そして浴槽往き許容温度範囲β１〜β２は、浴槽の湯口から出る湯の温度で入浴者が不快感を感じない温度の上限として６０℃が知られているので、浴槽往き許容温度範囲としては、５９±１℃の温度範囲とすることが好ましい。この温度範囲であれば、実質的に、入浴者が不快感を感じることなく、追い焚きを実行することができる。

ポンプ制御装置は、第２の温度センサ７３が検出した第２の熱交換部材２０の入口側の湯温Ｔｉが、設定温度に達するまでは、ステップＳＴ６で予め定めた一定時間γが経過する毎にステップＳＴ１へと制御は戻される。ここで本実施の形態では、一定時間γを１２分と定めている。ここで予め定めた一定時間γは、浴槽往き許容温度（または浴槽往き許容温度範囲）と、設定温度で設定可能な最大温度との差を、熱交換器の最大昇温能力（例えば１℃／分：ただしこの値は装置によって異なる）で割った値として定めるのが好ましい。このようにして浴槽往き許容温度（または浴槽往き許容温度範囲）と、設定温度で設定可能な最大温度との差を、熱交換器の最大昇温能力で割った値を一定時間として定めれば、設定温度到達直前で第１または第２の温度センサ７１または７３に異常が発生した場合でも、その後の健全性判定が行われるまでに、浴槽４５の温度は浴槽往き許容温度（または浴槽往き許容温度範囲）を超えることはない。したがって入浴者が予期しない温度の追い焚き湯で不快感を感じることはない。

ステップＳＴ６からステップＳＴ１へと戻ると、前述と同様に、タンク循環ポンプ２１の運転は停止され、浴槽循環ポンプ７９のみが運転されて、ステップＳＴ２でのセンサの健全性判定が実行され、センサ異常がなければ再度ステップＳＴ３〜ＳＴ６へと進行する。ステップＳＴ５で第２の熱交換部材２０の入口側の湯温Ｔｉが、設定温度（この例では４２℃）に達すると、追い焚き動作は終了する。

このように、第２の熱交換部材２０の出口側の温度Ｔｏの湯温が浴槽往き許容温度範囲内に入るように、タンク循環ポンプ２１を制御すると、浴槽往き許容温度範囲を入浴者が不快と感じない温度または温度範囲に設定することにより、入浴者に不快感を与えることがなくなる。また追い焚き当初から浴槽往き許容温度範囲内の湯温でしか追い焚きをできないものの、従来の装置と比べて、二つの温度センサ７１及び７３だけを用いて、同等以上の追い焚き性能で追い焚きを完了できる。

上記実施の形態では、浴槽往き許容温度範囲（β１〜β２）を用いて制御を行っているため、オーバシュート気味の制御になることはない。しかしながら理論的には、浴槽往き許容温度範囲ではなく、浴槽往き許容温度を基準にして制御を行うようにしてもよいのは勿論である。なおこの場合には、浴槽往き許容温度を６０℃以下に設定するのが好ましい。

上記の実施の形態では、センサの健全性の判定を制御内で行っているが、本発明の本質からみると、センサの健全性の判定は付随的なものである。

浴槽内の湯を貯湯式温水器内の湯の熱量で追い焚きする貯湯式温水器を用いた追い焚き装置のシステムを示す図である。 図１のシステムにおいて、追い焚き制御をコンピュータを用いて実現する場合に用いるソフトウエアのアルゴリズムを示す図である。

符号の説明

１ 貯湯タンク
９ タンク側循環路
１８ 熱交換器
１９ 第１の熱交換部材
２０ 第２の熱交換部材
２１ タンク循環ポンプ
４７ 浴槽側循環路
７１ 第１の温度センサ
７３ 第２の温度センサ
７９ 浴槽循環ポンプ

Claims (1)

1. 浴槽内の湯を貯湯式温水器内の湯の熱量で追い焚きする貯湯式温水器を用いた追い焚き装置であって、
   貯湯式温水器の貯湯タンクの外部に設けられて前記貯湯タンク内の上部領域と下部領域とを連結するタンク側循環路と、
   前記循環路内に設けられた第１の熱交換部材と、
   前記循環路内に設けられた流量が制御可能なタンク循環ポンプと、
   前記第１の熱交換部材と熱交換可能に設けられた第２の熱交換部材と、
   前記第２の熱交換部材を含んで構成されて前記浴槽の内部空間との間に循環路を形成する浴槽側循環路と、
   前記浴槽側循環路内に設けられた浴槽循環ポンプと、
   前記タンク循環ポンプ及び前記浴槽循環ポンプの両方を制御するポンプ制御装置と、
   前記第２の熱交換部材の出口側の湯温を測定する第１の温度センサと、
   前記第２の熱交換部材の入口側の湯温を測定する第２の温度センサとを備え、
   前記ポンプ制御装置は、前記第１の温度センサが検出する前記出口側の湯温が浴槽往き許容温度に達するようにまたは浴槽往き許容温度範囲に入るように前記タンク循環ポンプの前記流量を制御し、前記第２の温度センサが検出した前記入口側の湯温が前記浴槽往き許容温度または前記浴槽往き許容温度範囲よりも低い設定温度に達すると前記タンク循環ポンプを停止するように前記タンク循環ポンプを制御し、追い焚きスタート時、及び追い焚き開始後予め定めた一定時間が経過する毎に、前記タンク循環ポンプを停止させて、前記浴槽循環ポンプだけを所定時間循環させた後、前記第１の温度センサが検出する前記出口側の湯温と前記第２の温度センサが検出する前記入口側の湯温とが、予め定めた温度差以上あるときには、前記第１の温度センサまたは前記第２の温度センサに異常が発生していると判定して追い焚きを停止し、前記第１の温度センサが検出する前記出口側の湯温と前記第２の温度センサが検出前記入口側の湯温とが、前記予め定めた温度差より小さければ追い焚き制御を実行することを許可するセンサ健全性判定手段を備えており、
   前記予め定めた一定時間は、前記浴槽往き許容温度と前記設定温度で設定可能な最大温度との差を、前記第１の熱交換部材及び前記第２の熱交換部材からなる熱交換器の最大昇温能力で割った値として定められていることを特徴とする貯湯式温水器を用いた追い焚き装置。

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