JP5444799B2 - 給湯機 - Google Patents

Description

本発明は、沸き上げた湯を貯湯槽に貯えて使用する給湯機に関する。

従来、この種の給湯機は、例えば図４のようなものがある（例えば、特許文献１参照）。

図４は、特許文献１に記載された従来の給湯機を示すものである。図４に示すように、貯湯槽１と、この貯湯槽１の水を加熱する加熱手段２を設け、１日を複数の時間帯に分割して各々の時間帯の利用熱量を記憶し、各時間帯ごとに必要熱量が確保できるように前記加熱手段２を制御する沸き上げ熱量決定手段３を設けた構成としている。

特開２００７−１４７２４６号公報

しかしながら、前記従来の構成では、該当する時間帯になる前に必要な湯量を沸き上げた状態にしておくによって湯切れを防ぐのであるが、利用パターンが毎日一定している場合は貯湯量と使用量が合致することになるものの、不規則性が高いと沸き上げなければならないところで沸き上げないで湯切れを起こしたり、逆に使わないのに沸き上げてしまって湯が余るという不具合が生じる。これを回避するためにそれぞれの時間帯毎にある程度の余裕を見ておくことになると結果的に沸き上げ量が過大となり、無駄が多くなってしまうという課題があった。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、湯の利用パターンの特徴を考慮して使用できる湯の供給量を増減し、湯切れを起こさずに高い効率が得られる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、本発明の給湯機は、貯湯槽と、前記貯湯槽の水を加熱する加熱手段と、前記加熱手段による沸き上げ熱量を決定する沸き上げ熱量決定手段と、前記加熱手段で加熱された湯を利用する一又は複数の給湯機能と、少なくとも一つの前記給湯機能での利用熱量を測定する利用熱量測定手段と、計時手段と、を備え、前記沸き上げ熱量決定手段は、前記利用熱量測定手段で測定された前日までの利用熱量をあらかじめ設定された一定期間、前記給湯機能別に前記計時手段で計時された利用時刻とともに記憶する利用熱量記憶手段と、前記利用熱量記憶手段の記憶内容に基づいて、一日単位の利用熱量の平均値と偏差値とから当日の基本沸き上げ熱量を演算する基本沸き上げ熱量演算手段と、前記利用熱量記憶手段に記憶された前記給湯機能別の利用時刻と利用熱量とに基
づいて、前記基本沸き上げ熱量を補正して当日沸き上げ熱量とする沸き上げ熱量補正手段と、を有し、前記沸き上げ熱量補正手段は、所定期間毎の前記利用時刻と前記利用熱量とに基づいて前記給湯機能の利用状態を推測するとともに、前記給湯機能の利用状態が不規則であると判別する場合には、前記沸き上げ熱量を前記基本沸き上げ熱量に対して大きくなるように補正することを特徴とするもので、基本は一日に使用する湯の総量の平均値と偏差値に基づいて沸き上げる湯量を決定しておき、利用パターンの不規則度合いに応じてその湯量を増減する。

本発明によれば、湯の利用パターンの特徴を考慮して使用できる湯の供給量を増減し、湯切れを起こさずに高い効率が得られる給湯機を提供できる。

本発明の実施の形態１における給湯機の構成図 同利用熱量の記憶値と計算値の模式図 同利用熱量記憶手段の記憶値を模式的に示した図 従来の給湯機の構成図

第１の発明は、貯湯槽と、前記貯湯槽の水を加熱する加熱手段と、前記加熱手段による沸き上げ熱量を決定する沸き上げ熱量決定手段と、前記加熱手段で加熱された湯を利用する一又は複数の給湯機能と、少なくとも一つの前記給湯機能での利用熱量を測定する利用熱量測定手段と、計時手段と、を備え、前記沸き上げ熱量決定手段は、前記利用熱量測定手段で測定された前日までの利用熱量をあらかじめ設定された一定期間、前記給湯機能別に前記計時手段で計時された利用時刻とともに記憶する利用熱量記憶手段と、前記利用熱量記憶手段の記憶内容に基づいて、一日単位の利用熱量の平均値と偏差値とから当日の基本沸き上げ熱量を演算する基本沸き上げ熱量演算手段と、前記利用熱量記憶手段に記憶された前記給湯機能別の利用時刻と利用熱量とに基づいて、前記基本沸き上げ熱量を補正して当日沸き上げ熱量とする沸き上げ熱量補正手段と、を有し、前記沸き上げ熱量補正手段は、所定期間毎の前記利用時刻と前記利用熱量とに基づいて前記給湯機能の利用状態を推測するとともに、前記給湯機能の利用状態が不規則であると判別する場合には、前記沸き上げ熱量を前記基本沸き上げ熱量に対して大きくなるように補正することを特徴とする給湯機で、予測の困難な不規則性の高い場合には湯切れに対して安全側となるように沸き上げ湯量を基本沸き上げ熱量に対して増やし、不規則性が低い場合には減らすことによって効率向上に寄与するので、利用者の利用パターンに適応した使い勝手と省エネルギー性を両立できる運転制御が可能となる。

第２の発明は、前記給湯機能は、前記貯湯槽の湯を給水と混合して所定温度の湯を供給する給湯手段、前記貯湯槽の湯を給水と混合して浴槽に供給する風呂給湯手段、前記貯湯槽の湯と前記浴槽の湯を熱交換して風呂の追い焚きを行う風呂追い焚き手段、を有し、
前記利用熱量記憶手段は、前記給湯手段と前記風呂給湯手段と前記風呂追い焚き手段のうち少なくとも一つの給湯機能における利用熱量を記憶する構成としたことを特徴とするもので、効率に影響を及ぼす度合いの異なるこの種の給湯機に搭載される機能を必要に応じて把握できるので、必要な沸き上げ熱量の算出において精度の高い予測が可能となって、使い勝手と省エネルギー性がより高まる。

第３の発明は、加熱手段をヒートポンプサイクルとしたことを特徴とするもので、使用湯量の多いときだけ高温の沸き上げ温度として、できるだけ低い沸き上げ温度を適用できる結果、高効率の特性を最大限に引き出せる。

第４の発明は、ヒートポンプサイクルは、運転時、超臨界圧力に昇圧される超臨界冷媒回路であることを特徴とするもので、沸き上げ温度を高温にできるので、利用できる熱量の増大と湯切れ防止性を向上することができる。

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）
図１は本発明の実施の形態における給湯機の構成を示す図である。

図１において、本発明の給湯機は、貯湯槽１と、この貯湯槽１の水を加熱する加熱手段としてのヒートポンプユニット２と、給湯時に貯湯槽１から出る湯温を検知する利用熱量測定手段としての貯湯槽湯温検知手段４と、同じく給湯時に貯湯槽１に流入する給水流量を検知する給水流量検知手段５と、給水温検知手段６と、浴槽７と、貯湯槽１の湯と給水とを混合して前記浴槽７に給湯を行う風呂湯張り手段としての混合弁８および三方弁９と、浴槽７への風呂給湯温検知手段１０と、風呂給湯流量検知手段１１と、操作リモコン１２に設けられ、利用者により操作されて浴槽７への湯張りを開始する風呂湯張り起動スイッチ１３とから構成されている。

また、貯湯槽１の湯と前記浴槽７の湯を熱交換して風呂の追い焚きをおこなう風呂追い焚き手段としての熱交換器１４および第一の循環ポンプ１５、第二の循環ポンプ１６を備えている。

また、前記熱交換器１４の一次側流入口の水温を検知する熱交換器入口水温検知手段１７と前記熱交換器１４の一次側流量を検知する熱交換器流量検知手段１８とを備えている。

さらに、操作リモコン１２に、利用者により操作されて循環ポンプ１５、１６を起動するための風呂追い焚き起動スイッチ１９とを設けている。

また、沸き上げ熱量決定手段３は、貯湯槽湯温検知手段４、給水流量検知手段５、給水温検知手段６、風呂給湯温検知手段１０、風呂給湯流量検知手段１１、熱交換器入口水温検知手段１７、熱交換器流量検知手段１８の利用熱量測定手段から利用熱量を求め、計時手段２０で計時された給湯時刻とともに記憶する利用熱量記憶手段２１と、記憶された過去一週間の一日単位の利用熱量の平均値と偏差値に基づく当日の沸き上げ熱量を求める基本沸き上げ熱量演算手段２２と、前記利用熱量記憶手段２１に記憶された内容のうち、機能毎、すなわち給湯栓やシャワーへの給湯と風呂湯張りと風呂追い焚きの熱量およびそれらが利用された時刻に基づいて利用者の給湯利用行動の種類を判別する利用行動判別手段２３と、この判別結果に基づいて前記基本沸き上げ熱量演算手段２２により求められた沸き上げ熱量を補正する沸き上げ熱量補正手段２４とから構成されている。

以上のように構成された給湯機について、以下その動作、作用を説明する。

基本的な動作としては、沸き上げ前は貯湯槽１に低温の水が多く満たされており、運転を開始すると、沸き上げ用循環ポンプ２５によりヒートポンプ往き口２６からヒートポンプユニット２に送出され、そこで加熱されて高温の湯がヒートポンプ戻り口２７から貯湯槽１に戻される。これによって、貯湯槽１には上方から順次高温の湯が貯えられていく。

沸き上げ後の給湯利用の際には、給湯口２８から貯湯槽１の高温の湯が送られ、この湯が給水配管２９からの給水と混合弁８により混合され、設定温度に調節されて給湯栓３０
から供給される。また、給湯に使用された湯量相当の水が給水配管２９を通じて貯湯槽１下部の給水口３１から流入する。

風呂湯張りの動作は、操作リモコン１２に設けられた風呂湯張り起動スイッチ１３が利用者によって押されると、三方弁９が風呂湯張り側に切り換わり、給湯利用と同様に給湯口２８から貯湯槽１の高温の湯が送られ、この湯が給水配管２９からの給水と混合弁８により混合され、設定温度に調節されて浴槽７に供給される。

また、風呂追い焚きの動作は、操作リモコン１２に設けられた風呂追い焚き起動スイッチ１９が利用者によって押されると、三方弁９が風呂追い焚き側に切り換わるとともに、第一の循環ポンプ１５と第二の循環ポンプ１６が起動し、貯湯槽１の風呂追い焚き往き口３２を通じて貯湯槽１内の湯と浴槽７内の湯が熱交換器１４の一時側流路に送られ、また浴槽７内の湯が熱交換器１４の二次側流路に送られることにより行われる。熱交換された後の一次側の湯は風呂追い焚き戻り口３３から貯湯槽１に戻される。

ここで、本実施の形態の給湯機は、利用者の湯の使い方に応じて一日の適切な沸き上げ熱量を決定することによって、湯余りを小さくして省エネルギーに寄与するとともに、湯切れによる使い勝手の悪化を防ぐ機能を有する。

図２に利用熱量の記憶値と計算値の模式図を示す。

図２において、３４は利用熱量記憶手段２１に記憶された一日前から七日前までの利用熱量である。全利用熱量の値は、貯湯槽湯温検知手段４と給水流量検知手段５と給水温検知手段６との出力を用いて貯湯槽温と給水温との差に給水流量を乗じたものと、熱交換器入口水温検知手段１７と熱交換器流量検知手段１８と給水温検知手段６との出力を用いて熱交換器入口水温と給水温との差に熱交換器流量を乗じたものとを合計したものである。

なお、前者の貯湯槽湯温検知手段４と給水流量検知手段５と給水温検知手段６との出力を用いて貯湯槽温と給水温との差に給水流量を乗じたものは、給湯栓３０からの給湯熱量と風呂給湯熱量を合わせたものである。

基本沸き上げ熱量演算手段２２は、これら過去一週間の利用熱量から日別利用熱量平均値・標準偏差３５を算出する。この日別利用熱量平均値・標準偏差３５に基づいて、当日沸き上げる熱量として平均値と標準偏差を合計し、これを基本沸き上げ熱量３６とする。

また、３７は利用熱量記憶手段２１に記憶された内容のうち、給湯栓やシャワーへの給湯、風呂湯張り、風呂追い焚きという３つの機能別の過去一週間の利用熱量である。これらの熱量は利用される都度、計時手段２０による時刻とともに記憶される。

図４に個々の記憶内容の一部を模式的に示す。この中で風呂湯張りの熱量は、貯湯槽湯温検知手段４と給水流量検知手段５と給水温検知手段６との出力を用いて貯湯槽温と給水温との差に給水流量を乗じたものから、風呂給湯温検知手段１０と風呂給湯流量検知手段１１との出力を用いて風呂給湯温と給水温との差に風呂給湯流量を乗じたものである。

さらに、これらの利用された時刻や熱量から、利用行動判別手段２３によって利用者の行動を推測し、各行動にあらかじめ割り当てられた番号を付与して行動判別値３８を作成する。

そして、沸き上げ熱量補正手段２４は、この行動判別値３８を用い、沸き上げ熱量補正値３９を算出し、基本沸き上げ熱量３６を増減して最終的な当日沸き上げ熱量４０を決定
する。具体的には行動判別値３８の並びを比較し、時刻や利用熱量とも照らし合わせて、そのパターンに変動が小さければ、その値に応じて基本沸き上げ熱量３６に対して小さくなるように当日沸き上げ熱量４０を補正して省エネルギー性を高め、逆に大きい場合は基本沸き上げ熱量３６対して大きくなるように補正して湯切れのリスクを減少させる。

このとき、湯張りは特定の曜日だけおこなわれるということや週末にはパターンが大きく変わるなどが判別された場合は、それに応じて沸き上げ熱量補正値３９を増減する。

以上のように、本実施の形態の給湯機は、過去一週間の日毎の利用熱量の平均値と標準偏差により決定する沸き上げ熱量を、給湯機能別の利用時刻と利用熱量から利用行動を判別し、その利用パターンが不規則な場合には湯切れに対して安全側となるように増やし、規則性が高い場合には減らすことによって効率向上に寄与するので、利用パターンに適応した使い勝手と省エネルギー性を両立できる運転制御が可能となる。

なお、ヒートポンプユニット２の冷凍サイクルは冷媒として二酸化炭素を用い、臨界圧を越える圧力で運転することが好ましい。二酸化炭素を冷媒として用いることで沸き上げ温度を高温にできるので、利用できる熱量の増大と湯切れ防止性を向上することができる。

以上のように、本発明にかかる給湯機は、高い効率性と利便性を両立する制御方式を実現できるので、前記したような家庭用の給湯機の貯湯槽に適用できるほか、熱源と貯湯槽を有するシステムにおいて業務用などの規模の大きい用途にも適用し、設備の管理者等に対して高い利便性を提供できる。

１ 貯湯槽
２ ヒートポンプユニット
３ 沸き上げ熱量決定手段
４ 貯湯槽湯温検知手段
５ 給水流量検知手段
６ 給水温検知手段
７ 浴槽
８ 混合弁
９ 三方弁
１０ 風呂給湯温検知手段
１１ 風呂給湯流量検知手段
１４ 熱交換器
１５ 第一の循環ポンプ
１６ 第二の循環ポンプ
１７ 熱交換器入口水温検知手段
１８ 熱交換器流量検知手段
２０ 計時手段
２１ 利用熱量記憶手段
２２ 基本沸き上げ熱量演算手段
２３ 利用行動判別手段
２４ 沸き上げ熱量補正手段

Claims (4)

1. 貯湯槽と、
   前記貯湯槽の水を加熱する加熱手段と、
   前記加熱手段による沸き上げ熱量を決定する沸き上げ熱量決定手段と、
   前記加熱手段で加熱された湯を利用する一又は複数の給湯機能と、
   少なくとも一つの前記給湯機能における利用熱量を測定する利用熱量測定手段と、
   計時手段と、を備え、
   前記沸き上げ熱量決定手段は、前記利用熱量測定手段で測定された前日までの利用熱量をあらかじめ設定された一定期間、前記給湯機能別に前記計時手段で計時された利用時刻とともに記憶する利用熱量記憶手段と、前記利用熱量記憶手段の記憶内容に基づいて、一日単位の利用熱量の平均値と偏差値とから当日の基本沸き上げ熱量を演算する基本沸き上げ熱量演算手段と、前記利用熱量記憶手段に記憶された前記給湯機能別の利用時刻と利用熱量とに基づいて、前記基本沸き上げ熱量を補正して当日沸き上げ熱量とする沸き上げ熱量補正手段と、を有し、
   前記沸き上げ熱量補正手段は、所定期間毎の前記利用時刻と前記利用熱量とに基づいて前記給湯機能の利用状態を推測するとともに、前記給湯機能の利用状態が不規則であると判別する場合には、前記沸き上げ熱量を前記基本沸き上げ熱量に対して大きくなるように補正することを特徴とする給湯機。
2. 前記給湯機能は、前記貯湯槽の湯を給水と混合して所定温度の湯を供給する給湯手段、前記貯湯槽の湯を給水と混合して浴槽に供給する風呂給湯手段、前記貯湯槽の湯と前記浴槽の湯を熱交換して風呂の追い焚きを行う風呂追い焚き手段、を有し、
   前記利用熱量記憶手段は、前記給湯手段と前記風呂給湯手段と前記風呂追い焚き手段のうち少なくとも一つの給湯機能における利用熱量を記憶する構成としたことを特徴とする請求項１に記載の給湯機。
3. 前記加熱手段をヒートポンプサイクルとしたことを特徴とする請求項１または２に記載の給湯機。
4. 前記ヒートポンプサイクルは、運転時、超臨界圧力に昇圧される超臨界冷媒回路であるこ
   とを特徴とする請求項３に記載の給湯機。
   

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