JP6036563B2 - 貯湯式給湯機 - Google Patents

Description

本発明は、貯湯式給湯機に関する。

例えばヒートポンプなどの加熱手段により沸き上げられた湯を貯湯タンクに貯え、貯湯タンクから取り出した湯を用いて、浴槽、シャワー、台所および洗面所の蛇口などの給湯先に給湯する貯湯式給湯機が広く用いられている。

特許文献１には、シャワーへの給湯流量を周期的に変動させることで、節水および省エネルギーを図るようにした給湯機が開示されている。

特開２０１１−２５２６８４号公報

特許文献１に開示された技術のように、シャワーへの給湯流量を変動させ、周期的に流量を低下させることで、ある程度の節水効果および省エネルギー効果が生じる場合もある。しかしながら、シャワーの流量が周期的に低下することで、すすぎ性能が低下し、使いにくくなる可能性がある。また、必要なすすぎ時間が長くなり、十分な節水効果および省エネルギー効果が得られないことも考えられる。

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、使いやすさを維持しながら、省エネルギー性を向上することのできる貯湯式給湯機を提供することを目的とする。また、部品の動作寿命を延ばすことができ、信頼性の高い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、温水を貯える貯湯タンクと、貯湯タンクの上部から取り出された高温水と、貯湯タンクの上下方向において上部と下部との間の中間部から取り出された中温水との混合比を可変にする第１混合手段と、第１混合手段から供給される第１温水と、水源から供給される低温水との混合比を可変にする第２混合手段と、第２混合手段から供給される第２温水の温度を時間的に一定する定温給湯モードと、第２温水の温度を時間的に変動させる変温給湯モードとを切り替える手段と、定温給湯モードにおいて第１混合手段の動作頻度に比べて第２混合手段の動作頻度を高くする手段と、変温給湯モードにおいて第２混合手段の動作頻度に比べて第１混合手段の動作頻度を高くすることで第１温水の温度を時間的に変動させる手段と、を備えるものである。

本発明によれば、使いやすさを維持しながら、省エネルギー性を向上することが可能となる。また、部品の動作寿命を延ばすことができ、信頼性の高い貯湯式給湯機を提供することが可能となる。

本発明の実施の形態１の貯湯式給湯機を示す構成図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において共通する要素には、同一の符号を付して、重複する説明を省略する。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１の貯湯式給湯機の構成図である。図１に示すように、本実施の形態１の貯湯式給湯機３５は、タンクユニット３３と、ヒートポンプサイクルを利用するＨＰユニット７と、運転動作指令や設定値の変更操作をするユーザーインターフェース装置としてのリモコン装置４４とを備えている。ＨＰユニット７とタンクユニット３３とは、ＨＰ往き配管１４、ＨＰ戻り配管１５、および電気配線（図示省略）とを介して、接続されている。タンクユニット３３には、制御手段３６が内蔵されている。タンクユニット３３およびＨＰユニット７が備える各種の弁類、ポンプ類等の作動は、これらと電気的に接続された制御手段３６により制御される。制御手段３６とリモコン装置４４とは、相互に通信可能に接続されている。リモコン装置４４には、図示を省略するが、貯湯式給湯機３５の状態等の情報を表示する表示部、使用者が操作するスイッチ等の操作部、スピーカ、マイク等が搭載されている。

ＨＰユニット７は、タンクユニット３３が備える貯湯タンク８から導かれた低温水を加熱するための加熱手段として機能する。ＨＰユニット７は、圧縮機１、水冷媒熱交換器３、膨張弁４、空気熱交換器６を冷媒配管５にて環状に接続し、ヒートポンプサイクルを構成している。水冷媒熱交換器３は、冷媒配管５を流れる冷媒とタンクユニット３３から導かれた低温水との間で熱交換を行うためのものである。

タンクユニット３３には、以下の各種部品や配管などが内蔵されている。貯湯タンク８は、温水を貯えるものである。貯湯タンク８の下部に設けられた水導入口８ａには、第３給水配管９ｃが接続されている。水道等の水源から供給される低温水は、減圧弁３１で所定圧力に調圧された上で、第３給水配管９ｃを通って貯湯タンク８内に流入する。貯湯タンク８の上部に設けられた温水導入出口８ｄには、貯湯タンク８内に貯留された高温水を取り出すための給湯配管２１ａと、送湯配管１３とが接続されている。貯湯タンク８には、ＨＰユニット７を用いて加熱された高温水が温水導入出口８ｄから流入するとともに、第３給水配管９ｃからの低温水が水導入口８ａから流入する。貯湯タンク８内には、上側が高温、下側が低温となる温度成層を形成して、温水が貯留される。また、貯湯タンク８の表面には、複数の貯湯温度センサ４１，４２，４３が高さを変えて取り付けられている。これら貯湯温度センサ４１，４２，４３で貯湯タンク８内の温水の温度分布を検出することにより、貯湯タンク８内の残湯量あるいは蓄熱量が把握され、ＨＰユニット７による貯湯タンク８内の温水の沸き上げ運転の開始および停止などが制御される。

タンクユニット３３内には、熱源ポンプ１２および利用側熱交換器２０が内蔵されている。熱源ポンプ１２は、タンクユニット３３内の後述する各種配管に温水を循環させるためのポンプであり、ＨＰ往き配管１４上に設けられている。利用側熱交換器２０は、貯湯タンク８あるいはＨＰユニット７から供給される高温水を利用して、２次側の加熱対象水（浴槽水や暖房用水など）を加熱するための熱交換器である。本実施の形態では、利用側熱交換器２０の２次側の構成として、浴槽３０から導出した浴槽水を循環させるふろ往き配管２７およびふろ戻り配管２８を例示し説明する。利用側熱交換器２０は、ふろ往き配管２７と、ふろ戻り配管２８と、浴槽３０とで形成される循環経路の途中に設置されている。また、ふろ戻り配管２８の途中には、浴槽水を循環させるためのふろ循環ポンプ２９と、浴槽３０から出た浴槽水の温度を検出するためのふろ戻り温度センサ３８とが設置されている。ふろ往き配管２７の途中には、利用側熱交換器２０から出た熱交換後の湯の温度を検出するためのふろ往き温度センサ３７が設置されている。

三方弁１１は、流入口であるａポートおよびｂポートと、流出口であるｃポートとを有する流路切替手段である。四方弁１８は、流入口であるｂポートおよびｃポートと、流出口であるａポートおよびｄポートとを有する流路切替手段である。四方弁１８は、４つの経路、ａ−ｂ、ａ−ｃ、ｂ−ｄ、ｃ−ｄの間で流路切替可能に構成されている。また、タンクユニット３３は、水導出口配管１０、温水導入配管２０ａ、第１バイパス配管１６、温水導出配管２０ｂ、および第２バイパス配管１７を有している。水導出口配管１０は、貯湯タンク８の下部に設けられた水導出口８ｂと三方弁１１のａポートとを接続する。ＨＰ往き配管１４は、三方弁１１のｃポートとＨＰユニット７の入口側とを接続する。ＨＰ戻り配管１５は、ＨＰユニット７の出口側と四方弁１８のｃポートとを接続する。送湯配管１３は、四方弁１８のｄポートと、貯湯タンク８上部の温水導入出口８ｄとを接続する。第１バイパス配管１６は、四方弁１８のａポートと、貯湯タンク８の中央部から下部の間に設けられた温水導入口８ｃとを接続する。温水導入配管２０ａは、送湯配管１３の途中から分岐し、利用側熱交換器２０の１次側入口に接続される。温水導出配管２０ｂは、利用側熱交換器２０の１次側出口と三方弁１１のｂポートとを接続する。第２バイパス配管１７は、ＨＰ往き配管１４における熱源ポンプ１２とＨＰユニット７の入口側との間から分岐し、四方弁１８のｂポートに接続される。

更に、タンクユニット３３は、第１給水配管９ａ、第２給水配管９ｂ、給湯配管２１ｃ、中温水取出し配管２１ｂ、給湯用混合弁２２、ふろ用混合弁２３、中温水混合弁４０、第１給湯配管２４、および第２給湯配管２５を有している。第１給水配管９ａの一端は水道等の水源に接続され、第１給水配管９ａの他端には減圧弁３１を介して第２給水配管９ｂおよび第３給水配管９ｃが接続され、これらによって給水管路９が構成されている。第２給水配管９ｂは、途中から分岐して、給湯用混合弁２２の二つの入口のうちの一方と、ふろ用混合弁２３の二つの入口のうちの一方とにそれぞれ接続されている。中温水取出し配管２１ｂは、その一端が貯湯タンク８の中ほどの高さに接続され、他端が中温水混合弁４０の二つの入口のうちの一方に接続されている。この中温水取出し配管２１ｂにより、貯湯タンク８の中ほどに貯留された中温水を取り出して、中温水混合弁４０に供給可能である。中温水混合弁４０の二つの入口のうちの他方は、給湯配管２１ａに接続されている。中温水混合弁４０は、貯湯タンク８の上部から給湯配管２１ａにより取り出された高温水と、貯湯タンク８の中ほどの高さから中温水取出し配管２１ｂにより取り出された中温水との混合比を可変とする機能を有する第１混合手段に相当する。中温水混合弁４０の出口には、給湯配管２１ｃの一端が接続されている。給湯配管２１ｃの他端は、途中から分岐して、給湯用混合弁２２の二つの入口のうちの他方と、ふろ用混合弁２３の二つの入口のうちの他方とにそれぞれ接続されている。以下の説明では、中温水混合弁４０から給湯配管２１ｃへ供給される温水を「第１温水」と称する。給湯配管２１ａ、中温水取出し配管２１ｂおよび給湯配管２１ｃにより、給湯管路２１が構成される。

給湯用混合弁２２は、中温水混合弁４０から給湯配管２１ｃにより供給される第１温水と、第２給水配管９ｂから供給される低温水との混合比を可変とする機能を有する第２混合手段に相当する。給湯用混合弁２２の出口は、第１給湯配管２４の一端に接続されている。以下の説明では、給湯用混合弁２２から第１給湯配管２４へ供給される温水を「第２温水」と称する。第２温水は、第１給湯配管２４から給湯栓３４を経由して、使用者が使用するシャワーやカラン等の蛇口（図示省略）に供給される。

ふろ用混合弁２３は、中温水混合弁４０から給湯配管２１ｃにより供給される第１温水と、第２給水配管９ｂから供給される低温水との混合比を可変とする機能を有する。ふろ用混合弁２３の出口は、第２給湯配管２５の一端に接続されている。第２給湯配管２５の途中には、第２給湯配管２５を開閉するふろ用電磁弁２６と、第２給湯配管２５を通る湯の流量を検出するふろ用流量センサ４５とが設けられている。ふろ用混合弁２３から第２給湯配管２５へ供給された温水は、ふろ往き配管２７、ふろ戻り配管２８を経て、浴槽３０に流入する。

三方弁１１は、水導出口配管１０とＨＰ往き配管１４とが連通する形態と、温水導出配管２０ｂとＨＰ往き配管１４とが連通する形態と、の２つの流路形態で、タンクユニット３３内の温水の流路を切り替えて使用する。四方弁１８は、ＨＰ戻り配管１５と送湯配管１３とが連通する形態と、ＨＰ戻り配管１５と第１バイパス配管１６とが連通する形態と、第１バイパス配管１６と第２バイパス配管１７とが連通する形態と、送湯配管１３と第２バイパス配管１７とが連通する形態と、の４つの流路形態で、タンクユニット３３内の温水の流路を切り替えて使用する。

次に、本実施の形態１の貯湯式給湯機３５の動作について説明する。貯湯式給湯機３５は、第１給湯配管２４への給湯モードとして、次の２つの給湯モードを備える。一つは定温給湯モードであり、もう一つは変温給湯モードである。定温給湯モードは、通常の給湯モードであり、第１給湯配管２４へ供給する第２温水の温度を時間的に一定に制御するモードである。変温給湯モードは、第１給湯配管２４へ供給する第２温水の温度を時間的に変動させることにより、定温給湯モードに比べて全体的な出湯熱量を抑え、省エネルギー効果を発揮させるものである。一般的に、人間の温感は、一定温度状態にあると鈍感になりやすく、ある程度の温度の揺らぎを与えることで、温熱感を得られる効果があることが知られている。変温給湯モードは、この効果を利用したものである。これら各給湯モードは、リモコン装置４４の操作部（図示省略）から、使用者がモード選択することができる。以下、各モードの動作について説明する。

まず、定温給湯モードについて説明する。使用者がシャワーやカラン等から所望する温度の湯（第２温水）を出湯する際、制御手段３６は、給湯用混合弁２２による第１温水と低温水との混合比を調整し、第１給湯配管２４に設けられた給湯温度センサ３９で検出される第２温水の温度が、リモコン装置４４で使用者が設定した湯温である目標温度になるように、フィードバック制御する。給湯流量は、使用状況の変化（例えば、複数の蛇口を使用している状態から１つになったり、蛇口を絞るなどして流量を減らしたりした場合）により変動する。このとき、制御手段３６は、中温水混合弁４０の混合比に対してはフィードバック制御を行わずに固定し、給湯用混合弁２２の混合比をフィードバック制御することにより、第２温水の温度を目標温度に到達させる。また、制御手段３６は、中温水取出し配管２１ｂにより取り出される中温水の温度が、目標温度よりも高い場合には、中温水取出し配管２１ｂ側が全開で給湯配管２１ａ側が全閉になる、すなわち中温水の混合比が１００％で高温水の混合比が０％になるように、中温水混合弁４０の混合比を予め調整する。また、制御手段３６は、中温水取出し配管２１ｂから取り出される中温水の温度が目標温度に比べて低い場合には、第１温水の温度が目標温度よりも所定温度（例えば５℃）高くなるように、給湯配管２１ａからの高温水と中温水取出し配管２１ｂからの中温水との混合比を中温水混合弁４０により予め調整する。なお、中温水取出し配管２１ｂから取り出される中温水の温度は、貯湯タンク８への中温水取出し配管２１ｂの接続位置と同じ高さに設けられた貯湯温度センサ４２で検出される。あるいは、中温水取出し配管２１ｂに温度センサを設けても良い。また、第１温水の温度は、給湯配管２１ｃに設けられた温度センサ（図示省略）により検出される。

次に、変温給湯モードについて説明する。変温給湯モードでは、給湯実行中に中温水混合弁４０の混合比を変動させるように動作させることで、第２温水の温度を時間的に変動させる。すなわち、変温給湯モードにおいては、制御手段３６は、給湯実行中に、給湯用混合弁２２の混合比に対してはフィードバック制御を行わずに固定し、中温水混合弁４０での高温水と中温水との混合比を変動させることで、第１温水の温度を時間的に変動させる。このため、給湯用混合弁２２が動作を停止していても、給湯用混合弁２２に供給される第１温水の温度が時間的に変動することで、給湯用混合弁２２から流出する第２温水の温度が時間的に変動する。本実施の形態１の変温給湯モードでは、第２温水の温度を、定温給湯モードでの目標温度に等しい状態から、この目標温度より数℃低い温度へ低下させた後、また目標温度へ上昇させる、というサイクルを、例えば１０秒程度の周期で繰り返すように、中温水混合弁４０を繰り返し動作させる。変温給湯モードにおける給湯温度の変動幅は、数℃程度であるので、シャワー等の使用者に不快感を与えることはない。一方、給湯温度すなわち第２温水の温度を、目標温度に比べて周期的に低下させるので、使用するエネルギー（貯湯タンク８に貯えた湯の量または蓄熱量）が少なくて済む。このため、定温給湯モードに比べて、省エネルギー効果が発揮される。また、第２温水を例えばシャワー等へ供給する場合、給湯温度が周期的に変動しても、すすぎ性能には影響ないため、シャワー等の使いやすさを維持しつつ、上記の省エネルギー効果が得られる。

なお、変温給湯モードにおいて、目標温度から低温側への変動させる温度幅、サイクルの周期などの値を、使用者がリモコン装置４４で任意に設定可能に構成してもよい。また、上述の例では、変温給湯モードにおける温度変動を、定温給湯モードの目標温度を基準として低温側に変動させるものとして説明したが、例えば、温度変動の基準を定温給湯モードの目標温度よりも例えば３℃程度低い温度とし、その基準温度から上下に例えば２〜３℃の幅で変動させるように構成してもよい。このような構成によれば、使用者は出湯温度の揺らぎをより一層感じることにはなるが、それが直ちに不快感となることはなく、更なる省エネルギー効果が発揮される。

上述したように、定温給湯モードでは、中温水混合弁４０の混合比に対してはフィードバック制御を行わずに固定し、給湯用混合弁２２の混合比をフィードバック制御する。このため、定温給湯モードでは、中温水混合弁４０の動作頻度に比べて、給湯用混合弁２２の動作頻度が高くなる。これに対し、変温給湯モードでは、給湯用混合弁２２の混合比は繰り返し変動させることなく固定し、中温水混合弁４０の混合比を繰り返し変動させることで、第２温水の温度を時間的に変動させる。このため、変温給湯モードでは、給湯用混合弁２２の動作頻度に比べて、中温水混合弁４０の動作頻度が高くなる。このようなことから、本実施の形態１によれば、中温水混合弁４０および給湯用混合弁２２の稼動時間や稼動量が何れか一方に偏ることがないので、中温水混合弁４０および給湯用混合弁２２の双方の長寿命化を図ることができる。よって、信頼性の高い貯湯式給湯機３５を提供することが可能となる。

なお、本実施の形態１では、上述した制御に加えて、以下のような制御を更に行っても良い。変温給湯モードの動作時に、第１給湯配管２４に設けられた給湯温度センサ３９により検出される第２温水の温度の変動幅が、予め設定された温度幅（例えば３℃）にならないような場合には、中温水混合弁４０が正常に動作していないと考えられる。そこで、制御手段３６は、変温給湯モードによる給湯開始後、給湯温度センサ３９により検出される第２温水の温度の変動幅が、予め設定された制限時間内に、予め設定された温度幅にならないような場合には、中温水混合弁４０が故障したと判断して、中温水混合弁４０に代えて、給湯用混合弁２２の混合比を繰り返し変動させるように制御しても良い。このような制御によれば、中温水混合弁４０が万一故障した場合であっても、変温給湯モードにおいて第２温水の温度を時間的に変動させることが可能となる。なお、制御手段３６は、中温水混合弁４０が故障したと判断した場合には、リモコン装置４４に、中温水混合弁４０が故障している旨を表示し、速やかな対応を使用者に求めるよう報知することが望ましい。

また、制御手段３６は、定温給湯モードによる給湯開始後、給湯温度センサ３９により検出される第２温水の温度が、予め設定された制限時間内に目標温度に到達しない場合には、給湯用混合弁２２が故障したと判断して、給湯用混合弁２２に代えて中温水混合弁４０の混合比をフィードバック制御等で調整することにより、第２温水の温度を目標温度に到達させるように制御しても良い。このような制御によれば、給湯用混合弁２２が万一故障した場合であっても、第２温水の温度を目標温度に到達させることが可能となる。なお、制御手段３６は、給湯用混合弁２２が故障したと判断した場合には、リモコン装置４４に、給湯用混合弁２２が故障している旨を表示し、速やかな対応を使用者に求めるよう報知することが望ましい。

また、本発明では、変温給湯モードにおいて、第２温水の流量を周期的に変動させてもよい。その場合、第２温水の流量の変動周期と、第２温水の温度の変動周期とが、異なっていても良いし、同じでも良い。

１ 圧縮機、３ 水冷媒熱交換器、４ 膨張弁、５ 冷媒配管、６ 空気熱交換器、７ ＨＰユニット、８ 貯湯タンク、８ａ 水導入口、８ｂ 水導出口、８ｃ 温水導入口、８ｄ 温水導入出口、９ 給水管路、９ａ 第１給水配管、９ｂ 第２給水配管、９ｃ 第３給水配管、１０ 水導出口配管、１１ 三方弁、１２ 熱源ポンプ、１３ 送湯配管、１４ ＨＰ往き配管、１５ ＨＰ戻り配管、１６ 第１バイパス配管、１７ 第２バイパス配管、１８ 四方弁、２０ 利用側熱交換器、２０ａ 温水導入配管、２０ｂ 温水導出配管、２１ 給湯管路、２１ａ 給湯配管、２１ｂ 中温水取出し配管、２１ｃ 給湯配管、２２ 給湯用混合弁、２３ ふろ用混合弁、２４ 第１給湯配管、２５ 第２給湯配管、２６ ふろ用電磁弁、２７ ふろ往き配管、２８ ふろ戻り配管、２９ ふろ循環ポンプ、３０ 浴槽、３１ 減圧弁、３３ タンクユニット、３４ 給湯栓、３５ 貯湯式給湯機、３６ 制御手段、３７ ふろ往き温度センサ、３８ ふろ戻り温度センサ、３９ 給湯温度センサ、４０ 中温水混合弁、４１，４２，４３ 貯湯温度センサ、４４ リモコン装置、４５ ふろ用流量センサ

Claims (4)

1. 温水を貯える貯湯タンクと、
   前記貯湯タンクの上部から取り出された高温水と、前記貯湯タンクの上下方向において上部と下部との間の中間部から取り出された中温水との混合比を可変にする第１混合手段と、
   前記第１混合手段から供給される第１温水と、水源から供給される低温水との混合比を可変にする第２混合手段と、
   前記第２混合手段から供給される第２温水の温度を時間的に一定する定温給湯モードと、前記第２温水の温度を時間的に変動させる変温給湯モードとを切り替える手段と、
   前記定温給湯モードにおいて前記第１混合手段の動作頻度に比べて前記第２混合手段の動作頻度を高くする手段と、
   前記変温給湯モードにおいて前記第２混合手段の動作頻度に比べて前記第１混合手段の動作頻度を高くすることで前記第１温水の温度を時間的に変動させる手段と、
   を備える貯湯式給湯機。
2. 前記定温給湯モードにおいて前記第１混合手段の混合比を固定して前記第２混合手段の混合比を調整することにより前記第２温水の温度を制御する手段と、
   前記変温給湯モードにおいて前記第２混合手段の混合比を固定して前記第１混合手段の混合比を変動させることにより前記第２温水の温度を時間的に変動させる手段と、
   を備える請求項１記載の貯湯式給湯機。
3. 前記変温給湯モードによる給湯開始後、予め設定された制限時間内に前記第２温水の温度の変動幅が予め設定された温度幅にならない場合には、前記第１混合手段に代えて前記第２混合手段の混合比を変動させる手段を備える請求項１または２記載の貯湯式給湯機。
4. 前記定温給湯モードによる給湯開始後、予め設定された制限時間内に前記第２温水の温度が目標温度に到達しない場合には、前記第２混合手段に代えて前記第１混合手段の混合比を調整することにより前記第２温水の温度を制御する手段を備える請求項１乃至３の何れか１項記載の貯湯式給湯機。

Images