JP7369068B2

JP7369068B2 - 貯湯式給湯機

Info

Publication number: JP7369068B2
Application number: JP2020042616A
Authority: JP
Inventors: 武史小形; 正己大桃; 昇小川
Original assignee: Corona Corp
Current assignee: Corona Corp
Priority date: 2020-03-12
Filing date: 2020-03-12
Publication date: 2023-10-25
Anticipated expiration: 2040-03-12
Also published as: JP2021143787A

Description

本発明は、器具内の凍結を防止する凍結予防運転を行わせる制御装置を備えた貯湯式給湯機に関するものである。

従来より、複数の湯水を貯湯する貯湯タンクを備えた二缶式貯湯式給湯機においては、タンク同士を連結配管を介して直列に繋ぎ、省スペースで大容量の湯水を確保していた（引用文献１）。

また、従来より凍結の恐れのある箇所に電熱ヒータを設けて、気温が低くなると電熱ヒータをＯＮにして凍結を防止するものや（特許文献２）、凍結の恐れのある配管や周辺に温水を流して、凍結を予防する凍結予防運転を行う貯湯式給湯機が知られていた（特許文献３）。

特開２０１３－１２４８３１号公報特開２００４－２７１１０２号公報特開２０１２－１８９２３１号公報

しかし、凍結の恐れのある箇所に電熱ヒータを設けて、気温が低くなると電熱ヒータをＯＮにして凍結を防止するものでは、寒い時期には常時電熱ヒータをＯＮにする必要があり電気代コストが高くなる恐れがあった。また、二つの貯湯タンク同士を繋ぐ連結配管は、凍結予防運転を行っても湯の流れが発生しないので凍結してしまう恐れがあった。

本発明は上記課題を解決するため、湯水を貯湯する第一貯湯タンクと第二貯湯タンクと、前記第二貯湯タンクの上部と前記第一貯湯タンクの下部を接続する連結配管と、前記第一及び第二貯湯タンク内の水を加熱する加熱手段と、前記加熱手段の入口側と前記第二貯湯タンクの下部を接続する加熱往き管と、前記加熱手段の出口側と前記第一貯湯タンクの上部を接続する加熱戻り管と、前記加熱手段、前記加熱戻り管、前記第一貯湯タンク、前記連結配管、前記第二貯湯タンク、前記加熱往き管、前記加熱手段の順に前記加熱手段で加熱した湯水を循環して加熱する加熱循環回路と、前記第一貯湯タンク上部から出湯する出湯管と、前記第二貯湯タンク下部に給水する給水管と、前記加熱戻り管から分岐し、前記給水管に接続される加熱バイパス管と、前記加熱戻り管途中に前記加熱バイパス管に流路を切り替えることが可能な加熱バイパス弁とを備え、前記加熱手段、前記加熱戻り管、前記加熱バイパス弁、前記加熱バイパス管、前記給水管、前記第二貯湯タンク下部、前記加熱往き管で湯水を循環させる第１凍結予防運転を行わせる制御装置を設けた給湯機において、前記加熱バイパス管から分岐し、前記連結配管に接続される連結バイパス管と、前記加熱バイパス管途中に前記連結バイパス管に流路を切り替えることが可能な連結バイパス弁を設け、前記制御装置は、前記加熱手段、前記加熱戻り管、前記加熱バイパス弁、前記加熱バイパス管、前記連結バイパス弁、前記連結バイパス管、前記連結配管、前記第二貯湯タンク上部、前記加熱往き管で湯水を循環させる第２凍結予防運転を行わせるようにした。

また、前記制御装置は、所定時間毎に前記第１凍結予防運転中に前記連結バイパス弁を前記給水管側から前記連結バイパス管側に流路を切り替えて前記第１凍結予防運転を中断し、前記第２凍結予防運転を行うようにした。

この発明によれば、前記第１凍結予防運転を行うことで、貯湯ユニット内の第１凍結予防運転の循環経路途中にある器具や配管の凍結を予防することができると共に、定期的に第２凍結予防運転を行うことで、第１凍結予防運転では循環されなかった箇所の凍結を予防することができ、第２凍結予防運転を短時間で行うことで、連結配管の凍結を予防しつつ、第一貯湯タンク及び第二貯湯タンク内に溜まった高温の湯の消費を抑え、熱ロスを低減させることができる。

この発明の概略説明図この発明の凍結予防運転の制御を表すフローチャート

本発明の給湯装置の実施形態を図１に基づいて説明する。
図１において、１は湯水を貯湯する第一貯湯タンク、２は湯水を貯湯する第二貯湯タンク２、３は第一貯湯タンク１の下部と第二貯湯タンク２の上部を繋ぐ連結配管、４は第二貯湯タンク２底部に給水する給水管、５は第一貯湯タンク１上部から貯湯された湯水を出湯する出湯管、６は第一貯湯タンク１及び第二貯湯タンク２の水を加熱するヒートポンプ式の加熱手段、７は第二貯湯タンク２の下部と加熱手段６を接続する加熱往き管、８は加熱往き管７の途中に設けられた加熱循環ポンプ、９は加熱手段５と第一貯湯タンク１の上部を接続する加熱戻り管、１０は加熱戻り管９途中に設けられた加熱バイパス弁、１１は加熱バイパス弁１０の切り替えにより分岐した加熱バイパス管である。この加熱バイパス管１１は給水管４の途中に接続されている。

１２は加熱手段６の器具に備えられた外気温度を検出する外気温度サーミスタ、１３は第一貯湯タンク１及び第二貯湯タンク２の側面上下に複数設けられタンク内の貯湯温度を検出する貯湯温度サーミスタである。

１４は給水管３からバイパスされた給水バイパス管、１５は出湯管５から出湯された高温水と給水バイパス管１４からの水とを混合し、その混合比を制御して所望の給湯設定温度及び風呂設定温度を給湯するための給湯混合弁、１６は給湯混合弁１５で混合された湯を給湯栓１７に給湯するための給湯管である。

１８は給湯管１６途中に設けられ給湯流量を内部の羽根車の回転数により検出する給湯流量センサ、１９は給湯温度を検出する給湯温度サーミスタ、２０は給水管４途中に設けられ市水を一定の給水圧に減圧する給水減圧弁、２１は給水管３の途中に設けられ市水の温度を検出する給水サーミスタ、２２は貯湯タンク１の上部に連通して設けられ手動で開閉可能な逃し弁である。

２３は給湯運転等の各種制御を行う制御装置で、外気温度サーミスタ１２、貯湯温度サーミスタ１３、給湯流量センサ１８、給湯温度サーミスタ１９、給水温度サーミスタ２１の検出値が入力され、加熱循環ポンプ７、給湯混合弁１７を駆動するものである。

次に、沸き上げ運転について説明する。
沸き上げ要求があると、制御装置２３は、第一貯湯タンク１及び第二貯湯タンク２と加熱手段６を繋ぐ配管の途中にある加熱循環ポンプ７を駆動して、第二貯湯タンク２内下部から水をくみ上げ、加熱手段６で温めて第一貯湯タンク１上部に戻す動作を続ける事により徐々に第一貯湯タンク１及び第二貯湯タンク２内の水が高温水へと沸き上げる。

次に、給湯運転いて説明する。
給湯栓１７が開かれると給水管４から給水され、第二貯湯タンク２下部に流入すると共に給水バイパス管１４を通り、第一貯湯タンク１上部から押し出された高温水と給水バイパス管１４の給水が給湯混合弁１５で混ぜ合わされ、予めユーザが設定した給湯設定温度と給湯温度サーミスタ１９で検出された温度が同じなるように調整された湯水が給湯栓１７から給湯される。このとき、給水に押し出されて第二貯湯タンク２内の湯水が水に代わっていくため、給湯運転を使用していくにつれ第二貯湯タンク２に貯湯した貯湯温度よりも第一貯湯タンク１に貯湯した貯湯温度の方が高くなっていく。

そして、２４は第一貯湯タンク１や第二貯湯タンク２や各種器具や制御装置２３等を備えた貯湯ユニットである。制御装置３３には、貯湯ユニット２４内の温度が低下し、配管や器具が凍結してしまう恐れがある温度になると、貯湯ユニット２４内の温度を上昇させる凍結予防運転を行わせる凍結予防運転制御手段２５が設けられている。

２６は加熱バイパス管１１から分岐して連結配管３に接続される連結バイパス管、２７は加熱バイパス管１１途中に連結バイパス管２６に流路を切り替えることが可能な連結バイパス弁である。

まず、凍結予防運転制御手段２５が行わせる凍結予防運転の一つである第１凍結予防運転について詳しく説明すると、凍結予防運転制御手段２５は、加熱循環ポンプ８の駆動により第二貯湯タンク２下部から水を汲み上げ、加熱往き管７を介して加熱手段６に送り、凍結を防止できる温度まで昇温させる。さらに、加熱戻り管９の途中に設けられた加熱バイパス弁１０で、加熱バイパス管１１に分岐し、昇温された湯水を循環させることで貯湯ユニット２４内の第１凍結予防運転を行う。そして、加熱バイパス管１１を通り、給水管４の途中で合流し、再び第二貯湯タンク２の下部に戻る。

このように、加熱手段６で加熱した水が、加熱戻り官９、加熱バイパス弁１０、加熱バイパス管１１、給水管４、第二貯湯タンク２下部、加熱往き官７、加熱手段６の経路で循環を繰り返すことで、この経路及び周辺の凍結を防止することができる。

また、第１凍結予防運転は外気温度に応じて運転と待機を所定の周期で切り替えている。例えば、外気温度が３℃＞外気温度＞－３℃である場合、運転１０分、待機２０分の３０分周期、－３℃＞外気温度である場合、運転５９分、待機１分の６０分周期であり、外気温度が低いほど第１凍結予防運転の運転を長くし、待機を短くしている（ここでは、第１凍結予防運転を外気温度に応じて、間欠の第１凍結予防運転と連続の第１凍結予防運転とで表している）。

次に凍結予防運転制御手段２５が行わせる凍結予防運転の一つである第２凍結予防運転について詳しく説明すると、凍結予防運転制御手段２５は、加熱循環ポンプ８の駆動により第二貯湯タンク２下部から水を汲み上げ、加熱往き管７を介して加熱手段６に送り、凍結を防止できる温度まで昇温させる。次に、加熱戻り管９の途中に設けられた加熱バイパス弁１０で加熱バイパス管１１に分岐し、さらに、加熱バイパス管１１の途中に設けられた連結バイパス弁２６で連結バイパス管２７に分岐し、連結配管３に合流させて、昇温された湯水を循環させることで連結配管３の第２凍結予防運転を行う。そして、連結配管３から第二貯湯タンク２の上部に戻る。

このように、加熱手段６で加熱した水が、加熱戻り管９、加熱バイパス弁１０、加熱バイパス管１１、連結バイパス弁２６、連結バイパス管２７、連結配管３、第二貯湯タンク２上部、第二貯湯タンク２下部、加熱往き官７、加熱手段６の経路で循環を繰り返すことで、連結配管３の凍結を予防することができる。

このように、第２凍結予防運転は、第１凍結予防運転でも湯の流れが発生せず、第１凍結予防運転の循環経路周辺にもない連結配管３に湯水を循環させることで、連結配管３の凍結を予防することができる。

また、連結配管３の凍結を予防する方法として、通常の沸き上げ運転の経路のように加熱手段６で昇温させて、加熱バイパス弁１０を加熱戻り管９側に切り替えて、第一貯湯タンク１の上部に送り、第一貯湯タンク１の下部の湯を連結配管３に押し出し、第二貯湯タンク２の上部に流入させることで凍結を予防することができるが、第２凍結予防運転のように連結バイパス弁２６で連結バイパス管２７側に切り替え、第一貯湯タンク１を迂回するようにしたことで、凍結予防運転により沸き上げた湯水が、高温の湯が貯湯されている第一貯湯タンク１の上部に流入されることで、温度成層が崩れてしまうのを防止すると共に、高温の貯湯水が押し出されて熱ロスになるのを防止することができる。

次に第１凍結予防運転と第２凍結予防運転を組み合わせた凍結予防運転について図２のフローチャートについて詳しく説明する。
まず、凍結予防運転制御手段２５は、外気温度センサ１４で検出した外気温度が所定外気温度（ここでは３℃）以下であるかを確認し（Ｓ１）、外気温度が所定外気温度以下であると（Ｓ１がＹｅｓ）、加熱バイパス弁１０を加熱バイパス管１１側に切り替え（Ｓ２）、連結バイパス弁２６を給水管４側に切り替える（Ｓ３）。

次に、凍結予防運転制御手段２５は、外気温度センサ１４で検出した外気温度が－３℃（ここでは水の凍結の強弱を仮定するため－３℃としている）よりも高いか低いかを確認し（Ｓ４）、－３℃よりも高い場合（Ｓ４がＮｏ）、加熱循環ポンプ８の駆動を開始し、間欠の第１凍結予防運転を開始する（Ｓ５）。この間欠の第１凍結予防運転は、１０分第１凍結予防運転を継続し、その後２０分の第１凍結予防運転待機を経て３０分周期で行い、Ｓ１に戻る。

また、外気温度が－３℃よりも低い場合は（Ｓ４がＹｅｓ）、加熱循環ポンプ８の駆動を開始し、連続の第１凍結予防運転を開始する（Ｓ６）。この連続の第１凍結予防運転は、５９分第１凍結予防運転を継続し、その後１分の第１凍結予防運転待機を経て６０分周期で行う。

このように、凍結予防運転制御手段２５は、外気温度が３℃＞外気温度＞－３℃である場合、外気温度がそれほど低くなく、器具や配管が凍結される可能性が比較的低いので、運転１０分、待機２０分の間欠の第１凍結予防運転を行い、－３＞外気温度の場合は、器具や配管が凍結される可能性が比較的高く、運転５９分、待機１分の連続の第１凍結予防運転を行うので、外気温度に適した第１凍結予防運転を行うことができる。

そして、凍結予防運転制御手段２５は、加熱循環ポンプ８の駆動開始からの継続時間が５９分を経過しているかを確認し（Ｓ７）、経過していない場合（Ｓ７がＹｅｓ）、第１凍結予防運転を継続させ、第１凍結予防運転が１５分継続しているかを確認する（Ｓ８）。

そして、凍結予防運転制御手段２５は、第１凍結予防運転が１５分継続していた場合（Ｓ８がＹｅｓ）、連結バイパス弁２６を給水管４側から連結バイパス管２７側に切り替えて（Ｓ９）、第２凍結予防運転を開始する（Ｓ１０）。

凍結予防運転制御手段２５は、、この第２凍結予防運転を２０秒継続させたかを確認し（Ｓ１１）、第２凍結予防運転を開始してから２０秒経過すると（Ｓ１１がＹｅｓ）、連結バイパス弁２６を連結バイパス管２７側から給水管４側に切り替えて、第２凍結予防運転から第１凍結予防運転に切り替える（Ｓ１２）。

そして、第１凍結予防運転と第２凍結予防運転を繰り返し行い、加熱循環ポンプ８の駆動開始してから５９分経過したかを確認する（Ｓ７）。すなわち、第１凍結予防運転と第２凍結予防運転の総合運転時間が５９分を超えているかを確認し、５９分を超えていた場合（Ｓ７がＮｏ）、加熱循環ポンプ８の駆動を停止させ、１分の凍結予防運転待機を経て（Ｓ１３）、Ｓ１に戻る。

このように、第１凍結予防運転を行うことで、貯湯ユニット２４内の第１凍結予防運転の循環経路途中にある器具や配管の凍結を予防することができると共に、定期的に第２凍結予防運転を行うことで、第１凍結予防運転では循環されなかった箇所の凍結を予防することができると共に、第２凍結予防運転を短時間で行うことで、連結配管３の凍結を予防しつつ、第一貯湯タンク１及び第二貯湯タンク２内に溜まった高温の湯の消費を抑え、熱ロスを低減させることができる。

なお、本発明は本実施例に限定されるものではなく、要旨を変更しない範囲で改変する事を妨げるものではなく、例えば、本発明では、凍結予防運転に関する時間や温度を具体的な数字を示して記載しているが、適宜温度や時間を変えても良いものである。特に間欠の第１凍結予防運転は運転１０分、待機２０分の３０分周期で行い、連続の第１凍結予防運転は運転５９分、待機1分の６０分周期で行っているが、この運転、待機の比率及び周期は外気温度に応じて変化するものでも良く、また、連続の凍結予防運転を運転６０分で継続し、外気温度に応じて間欠の第１凍結予防運転に切り替えても良い。

また、本実施例は加熱手段をヒートポンプ式の加熱手段として説明したが、燃焼式の加熱手段でも良い。

１第一貯湯タンク
２第二貯湯タンク
３連結配管
４給水管
５出湯管
６加熱手段
７加熱往き管
９加熱戻り管
１０加熱バイパス弁
１１加熱バイパス管
２３制御装置
２５凍結予防運転制御手段
２６連結バイパス弁
２７連結バイパス管

Claims

湯水を貯湯する第一貯湯タンクと第二貯湯タンクと、
前記第二貯湯タンクの上部と前記第一貯湯タンクの下部を接続する連結配管と、
前記第一及び第二貯湯タンク内の水を加熱する加熱手段と、
前記加熱手段の入口側と前記第二貯湯タンクの下部を接続する加熱往き管と、
前記加熱手段の出口側と前記第一貯湯タンクの上部を接続する加熱戻り管と、
前記加熱手段、前記加熱戻り管、前記第一貯湯タンク、前記連結配管、前記第二貯湯タンク、前記加熱往き管、前記加熱手段の順に前記加熱手段で加熱した湯水を循環して加熱する加熱循環回路と、
前記第一貯湯タンク上部から出湯する出湯管と、
前記第二貯湯タンク下部に給水する給水管と、
前記加熱戻り管から分岐し、前記給水管に接続される加熱バイパス管と、
前記加熱戻り管途中に前記加熱バイパス管に流路を切り替えることが可能な加熱バイパス弁とを備え、
前記加熱手段、前記加熱戻り管、前記加熱バイパス弁、前記加熱バイパス管、前記給水管、前記第二貯湯タンク下部、前記加熱往き管で湯水を循環させる第１凍結予防運転を行わせる制御装置を設けた貯湯式給湯機において、
前記加熱バイパス管から分岐し、前記連結配管に接続される連結バイパス管と、
前記加熱バイパス管途中に前記連結バイパス管に流路を切り替えることが可能な連結バイパス弁を設け、
前記制御装置は、前記加熱手段、前記加熱戻り管、前記加熱バイパス弁、前記加熱バイパス管、前記連結バイパス弁、前記連結バイパス管、前記連結配管、前記第二貯湯タンク上部、前記加熱往き管で湯水を循環させる第２凍結予防運転を行わせるようにしたことを特徴とする貯湯式給湯機
前記制御装置は、所定時間毎に前記第１凍結予防運転中に前記連結バイパス弁を前記給水管側から前記連結バイパス管側に流路を切り替えて前記第１凍結予防運転を中断し、前記第２凍結予防運転を行うようにしたことを特徴とする請求項１記載の貯湯式給湯機。