JP7386663B2

JP7386663B2 - 貯湯式給湯機

Info

Publication number: JP7386663B2
Application number: JP2019185393A
Authority: JP
Inventors: 泰弘石橋; 朋之米山
Original assignee: Corona Corp
Current assignee: Corona Corp
Priority date: 2019-10-08
Filing date: 2019-10-08
Publication date: 2023-11-27
Anticipated expiration: 2039-10-08
Also published as: JP2021060164A

Description

本発明は、低温環境での器具の凍結予防に関するものである。

従来より、この種の貯湯式給湯機においては、湯水を貯湯する貯湯タンクと、貯湯タンクの湯水を加熱する加熱手段と、この貯湯タンク下部に給水する給水管と、貯湯タンク上部から出湯する出湯管と、前記給水管から分岐した給水バイパス管と、前記出湯管を流れる高温の湯と前記給水管を流れる水とを混合する給湯混合弁とを備え、使用者からの給湯要求があれば必要に応じて、貯湯タンク上部から出湯し、水と混ぜ合わせて給湯を行っていた。

また、従来より貯湯タンク内の温水を加熱手段で沸き上げて循環させて、周囲の雰囲気温度を高くすることで、凍結を予防するものが知られていた（特許文献１）。

特開２００７－１７０７２３号公報

しかし、沸き上げ運転を行うことで凍結を予防する方法では、沸き上げ運転中及び沸き上げ運転直後は雰囲気温度を高く保つ事ができるが、外気温度低い環境下では時間経過により短時間で雰囲気温度が下がり凍結してしまう恐れがあるという問題があった。

本発明は上記課題を解決するため、湯水を貯湯する貯湯タンクと、当該貯湯タンクの下部に接続し給水する給水管と、前記貯湯タンクの貯湯温度を検出する複数の貯湯温度センサと、前記貯湯タンク内の水を沸き上げるヒートポンプ式の加熱手段と、外気温を検出する外気温センサと、前記貯湯タンクと前記加熱手段を前記貯湯タンク内の温水が循環可能に接続された加熱往き管及び加熱戻り管で構成された加熱循環回路と、前記加熱循環回路内に設けられて、前記温水を循環させる循環ポンプと、前記給水管途中と前記加熱戻り管途中とを接続する加熱バイパス管と、前記加熱戻り管と前記加熱バイパス管との接続箇所に配置され流路を切り替える加熱バイパス弁と、前記加熱手段で沸き上げた湯を貯湯タンクに貯湯する沸き上げ動作を制御する制御装置と、を備えた貯湯式給湯機において、前記制御装置には、前記加熱戻り管から前記加熱バイパス管へ温水が流れるよう前記加熱バイパス弁で流路を切り替えた上で前記循環ポンプを駆動させ、前記加熱往き管、前記加熱手段、前記加熱戻り管、前記加熱バイパス管、前記給水管、前記貯湯タンクの下部の順に温水を循環させる凍結予防運転と、所定沸上時間だけ行う前記沸き上げ動作と、所定インターバル時間が経過するまで前記沸き上げ動作の中断とを、前記貯湯温度センサでの検出値が所定の完了温度に達するまで交互に繰り返す凍結予防間欠運転と、を制御する凍結予防運転制御手段を設け、前記凍結予防運転制御手段は、前記外気温センサで検出した外気温が所定外気温以下である場合、前記貯湯温度センサで検出した貯湯温度が所定貯湯温度より高ければ前記凍結予防運転を行い、前記貯湯温度センサで検出した貯湯温度が前記所定貯湯温度以下であれば前記凍結予防間欠運転を行う。

この発明によれば、凍結予防運転制御手段は、所定沸上時間沸き上げを行う毎に沸き上げを中断する所定インターバル時間を挟んで、沸き上げを繰り返すと共に、前記貯湯温度センサの検出値が所定完了温度に達すると、沸き上げを完了する凍結予防間欠運転を行うことで、沸き上げによる温度上昇を繰り返すため機器を凍結しない温度に長時間保つことができる。

この発明の概略説明図この発明の実施例の凍結予防運転を説明するフローチャートこの発明の構成図この発明の凍結予防間欠運転時のタイムチャート

本発明の給湯装置の実施形態を図１及び図２に基づいて説明する。
図１において、１は貯湯式給湯装置の湯水を貯湯する貯湯タンク、２は貯湯タンク１底部に給水する給水管、３は貯湯タンク１頂部から出湯する出湯管、４は貯湯タンクの水を加熱するヒートポンプ式の加熱手段、５は貯湯タンク１の下部と加熱手段４に接続する加熱往き管、６は加熱往き管５の途中に設けられた加熱循環ポンプ、７は加熱手段４と貯湯タンク１の上部を接続する加熱戻り管、８は加熱戻り管７途中に設けられた加熱バイパス弁、９は加熱バイパス弁８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９は給水管２に接続されている。加熱循環回路は加熱往き管５と加熱戻り管７とで構成された循環回路である。

１０は加熱手段４の器具に備えられた外気温度を検出する外気温度センサである。

また、１１は給水管２からバイパスされた給湯側給水バイパス管、１２は出湯管３からの湯と給湯側給水バイパス管１１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を給湯するための給湯側ミキシング弁、１３は給湯側ミキシング弁８で混合された湯を給湯栓１４に給湯するための給湯管である。

また、１５は給水管２からバイパスされた風呂側給水バイパス管、１６は出湯管３からの湯と風呂側給水バイパス管１５からの水とを混合し、その混合比を制御して所望の風呂設定温度を給湯するための風呂側ミキシング弁、１７は風呂側ミキシング弁１６で混合された湯を浴槽１１に給湯するための湯張り管である。ここで、出湯管３および給湯管１３で給湯経路を構成し、出湯管３および湯張り管１７で風呂経路を構成している。

１８は給水管２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、１９は給水管２の途中に設けられ市水の温度を検出する給水センサ、２０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。

２１は貯湯タンク１の側面上下に複数設けられ貯湯タンク１内の貯湯温度を検出する貯湯温度センサ、２２は給湯管１３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、２３は給湯温度を検出する給湯温度センサ、２４は湯張り管１７途中に設けられ風呂流量を内部の羽根車の回転数により検出する風呂流量センサ、２５は風呂温度を検出する風呂温度センサである。

２６は、所望の給湯設定温度を設定する温度設定スイッチ２７と、給湯設定温度等を表示する表示器２８とを有したリモコンである。

２９は貯湯温度センサ２１、給湯流量センサ２２、給湯温度センサ２３、風呂流量センサ２４、風呂温度センサ２５の検出値が入力されると共にリモコン２６と通信可能に接続され、加熱手段４の作動を予め記憶されたプログラムに従って制御する制御装置である。

制御装置２９には沸き上げ運転制御手段３０が設けられ、沸き上げ運転制御手段３０は電気料金が安い深夜時間帯に加熱循環回路を介して加熱手段４で貯湯タンク１内の湯を加熱する沸き上げ運転を制御する沸き上げ運転制御手段である。

この貯湯式給湯機の沸き上げ運転について説明する。
電気料金が比較的安価な深夜または貯湯温度センサ２１で検出した温度が最低貯湯温度に達する等の沸き上げ要求があると、制御装置２９は、加熱バイパス弁８を貯湯タンク１側に切り替え、加熱手段４の加熱を開始し、加熱往き管５の途中に儲けられた加熱循環ポンプ６を駆動し、貯湯タンク１内の水の沸き上げを開始する。そして、貯湯温度センサ２１で検出した温度が目標貯湯温度に達したことを確認したら循環ポンプの駆動を停止し、加熱手段４の加熱を停止して沸き上げ運転を終了する。

次に貯湯式給湯機の給湯動作について説明する。
給湯栓１４が開かれて給湯が開始されると、給湯管１３側の圧力が低下して給水管２からの給水が貯湯タンク１下部から供給され、貯湯タンク１上部から高温湯が出湯管３に押し出される。その一方、給水管２からの給水は給湯側給水バイパス管１１を介して給湯側ミキシング弁１２で出湯管３からの湯水と混合されて、給湯管１３を介して給湯栓１４へ給湯されるものである。

また、制御装置２９には、器具の凍結を防止するために所定の条件に達すると行う凍結予防運転及び凍結予防間欠運転を制御する凍結予防運転制御手段と、凍結予防運転及び凍結予防間欠運転が開始してからの経過時間をカウントすると共に、凍結予防間欠運転中に、凍結予防間欠運転を中断している経過時間をカウントするカウント手段３２が設けられている。

この凍結予防運転制御手段３１は、外気温度センサで検出した外気温が所定外気温度以下になった場合、加熱バイパス弁８を給水管側と合流する方向に切り替え、加熱循環ポンプ６を駆動させ、貯湯タンク１の下部、加熱往き管５、加熱手段４、加熱戻り管７、加熱バイパス管８、給水管２、貯湯タンク１の下部の順に循環させて機器の凍結を予防する凍結予防運転を行う。

また、凍結予防運転制御手段３１は、外気温度センサで検出した外気温が所定外気温度以下であり（この所定外気温は、缶体付近の雰囲気温度が凍結の恐れのある温度に低下しているかを直接検出するための温度センサで検出温度が所定雰囲気温度以下かを判定しても良い）、且つ、貯湯温度センサ２１で検出した貯湯温度が所定貯湯温度以下であった場合、所定沸上時間沸き上げを行う毎に沸き上げを中断する所定インターバル時間を挟んで、沸き上げを繰り返すと共に、前記貯湯温度センサの検出値が所定の所定完了温度に達すると、沸き上げを完了する凍結予防間欠運転を行う。

この凍結予防間欠運転について図２のフローチャートに基づいて詳しく説明する。
まず、外気温度センサ１０で検出した外気温度と所定外気温度を比較し（Ｓ１）、外気温度が所定外気温度以下（ここでは３℃以下）であり（Ｓ１がＹｅｓ）、貯湯温度センサ２１の検出温度が所定貯湯温度（ここでは３５℃）よりも高い場合（Ｓ２がＮｏ）、凍結予防運転制御手段３１は、加熱バイパス弁８を給水管側と合流する方向に切り替え、加熱循環ポンプ６を駆動させ、貯湯タンク１の下部、加熱往き管５、加熱手段４、加熱戻り管７、加熱バイパス管８、貯湯タンク１の下部の順に循環させて機器の凍結を予防する凍結予防運転を行う（Ｓ３）。

また、貯湯温度センサ２１の検出温度が所定貯湯温度（ここでは３５℃）よりも低い場合（Ｓ２がＹｅｓ）、凍結予防運転制御手段３１は、加熱手段４による加熱を行い、加熱循環ポンプ６を駆動することで、凍結予防間欠運転の沸き上げを開始し、カウント手段３２は運転カウントを開始する（Ｓ４）。

沸き上げ開始をしてから、カウント手段３２の運転カウントが所定沸上時間（ここでは１時間）に達したら（Ｓ５がＹｅｓ）、運転カウントを終了し、沸き上げを中断する（Ｓ６）。

その後、カウント手段３２は沸き上げを中断してからの時間である中断カウントを開始する（Ｓ７）。このとき貯湯温度センサ２１で検出した温度が所定完了温度（ここでは貯湯温度センサ２１が５０℃以上）に達していていなければ（Ｓ８がＹｅｓ）、このまま中断カウント継続する。

そして、沸き上げ中断後からカウントしたカウント手段３２の中断カウントが所定インターバル時間（ここでは３０分）を経過しているかを確認し（Ｓ９）、所定インターバル時間を経過すると（Ｓ９がＹｅｓ）、中断カウントを終了し（Ｓ１０）、凍結予防間欠運転の沸き上げを再開して運転カウントを開始して（Ｓ１１）、Ｓ４に戻る。

このように、凍結予防運転制御手段３１は、外気温度が低下して機器の凍結の恐れがある温度まで低下すると、凍結予防のための凍結予防運転を行い、貯湯温度及び外気温度が低下して機器の凍結の恐れがある温度に達すると、凍結予防のために凍結予防間欠運転を開始することで、機器の周囲の環境や貯湯量にあった凍結予防運転を行うことができる。

また、凍結予防間欠運転は、カウント手段３２が所定沸上時間をカウントするまで沸き上げを行い、その後、カウント手段３２が所定インターバル時間をカウントするまで沸き上げを中断し、所定インターバル時間経過後に再び沸き上げを開始するようにしており、加熱手段４による沸き上げと、沸き上げ中断を繰り返すようにしているので、貯湯量が少なく、周囲の外気温度が低下している悪条件でも中断ぜずに沸き上げを行う凍結予防運転よりも長い時間機器の凍結を予防することができる。

また、外気温度が低い条件下でヒートポンプ式の加熱手段４を長時間駆動させると、加熱手段４に設けられた熱交換器に霜が付着してしまい、凍結予防運転中に霜を除去する除霜運転を挟む可能性があり、間欠的に沸き上げを行う凍結予防間欠運転を行うことの方が運転効率が良く、長時間の凍結予防を行うことができる。

そして、凍結予防間欠運転による沸き上げを繰り返し行い、貯湯温度センサ２１で検出した温度が所定完了温度（ここでは５０℃）に到達すると（Ｓ８がＮｏ）、カウント手段３２断カウントを終了し、凍結予防運転制手段３１は凍結予防間欠運転を完了する（Ｓ１２）。

また、図３の構成図から凍結予防間欠運転について詳しく説明する。
凍結予防間欠運転は外気温度センサ１０で検出した外気温度と所定外気温度を比較し、外気温度が所定外気温度以下であり貯湯温度センサ２１の検出温度が所定貯湯温度よりも低くなると、凍結予防運転制御手段３１が、凍結予防間欠運転を開始させている。このとき、図３のように貯湯タンク１内の水が加熱往き管５で加熱手段４に送出され、加熱手段４で加熱された湯が加熱戻り管７を通って貯湯タンク１に貯湯される。このように筐体内の加熱戻り管７を通る加熱された湯からの放熱により凍結を予防する。

また、図４の凍結予防間欠運転時の貯湯温度と貯湯タンク１を備えた筐体内の雰囲気温度の変化についてタイムチャートに基づいて詳しく説明する。
前述したように、加熱手段４により加熱した湯を加熱戻り管５から貯湯タンク１に貯湯するときに加熱戻り管５の放熱を利用して、凍結を予防している。
ここで、所定貯湯温度（ここでは３５℃）から所定完了温度（ここでは５０℃）まで連続して沸き上げると、筐体内の温度は凍結の恐れのない雰囲気温度にはなるが、外気温度次第では短時間で低下する可能性があり、貯湯タンク１内に高温の湯が溜まっている状態では再度沸き上げ動作を行うのはヒートポンプの運転効率が低い。しかし、凍結予防間欠運転で沸き上げと沸き上げ中断を交互に行うことで、タイムチャートのように雰囲気温度を凍結の恐れのある温度に低下することを長時間防止することができる。

なお、本発明は実施形態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、貯湯温度センサ２１を貯湯タンクの高さ位置に応じて２１ａから２１ｅまで区切り、貯湯タンク１の下部付近に有した貯湯温度センサ２１の検出値に応じて、貯湯温度を検出しても良い。具体的には凍結予防運転時に貯湯タンク１下部の温水を循環させるときの配管接続付近の位置に備えた貯湯温度センサ２１ｄである。

また、実施形態では外気温センサ１０での検出温度で凍結予防運転の開始条件としているが、貯湯タンク１を備えた筐体内の雰囲気温度を検出する雰囲気温度センサを設け、前記雰囲気温度センサの検出温度が所定雰囲気温度に低下した場合を開始条件とすることで、より正確に凍結の恐れがある温度かを判定することができる。

また、本実施形態では、温度を所定貯湯温度、所定外気温、所定完了温度、カウント手段３２によるカウントを運転カウント、中断カウントのように時間や温度を数値で記載している箇所があるが、数値に限定されることはなく適宜設定しても良いものである。

また、凍結予防運転制御手段３１は、貯湯タンク１下部と加熱循環回路内の温水を循環させる凍結予防運転と、加熱手段４による沸き上げ動作、沸き上げ中断を繰り返し行う凍結予防間欠運転があるが、その他の凍結予防運転として、外気温度と貯湯温度に基づいて一時的な凍結予防でも対処可能な場合は、所定の完了温度まで沸き上げ動作を行う凍結予防運転でも良い。

また、本実施形態では貯湯温度センサ２１の検出値に基づいていたが、貯湯タンク１の中温水温度の検出値や、貯湯タンク１内の貯湯量に基づいて、凍結予防運転制御手段３１が最も適した凍結予防のための運転を選択しても良い。例えば貯湯量が少ない場合は加熱手段４による沸き上げ運転に時間がかかるため長時間機器の凍結予防としての効果が得られるが、貯湯量が多いときの深夜沸き上げでは沸き上げ運転の時間が短いため深夜沸き上げ運転としての凍結予防間欠運転でも良い。

１貯湯タンク
２給水管
３出湯管
４加熱手段
５加熱往き管
７加熱戻り管
８加熱バイパス弁
９加熱バイパス管
１０外気温度センサ
２１貯湯温度センサ
２９制御装置
３０沸き上げ運転制御手段
３１凍結予防運転制御手段
３２カウント手段

Claims

湯水を貯湯する貯湯タンクと、
当該貯湯タンクの下部に接続し給水する給水管と、
前記貯湯タンクの貯湯温度を検出する複数の貯湯温度センサと、
前記貯湯タンク内の水を沸き上げるヒートポンプ式の加熱手段と、
外気温を検出する外気温センサと、
前記貯湯タンクと前記加熱手段を前記貯湯タンク内の温水が循環可能に接続された加熱往き管及び加熱戻り管で構成された加熱循環回路と、
前記加熱循環回路内に設けられて、前記温水を循環させる循環ポンプと、
前記給水管途中と前記加熱戻り管途中とを接続する加熱バイパス管と、
前記加熱戻り管と前記加熱バイパス管との接続箇所に配置され流路を切り替える加熱バイパス弁と、
前記加熱手段で沸き上げた湯を貯湯タンクに貯湯する沸き上げ動作を制御する制御装置と、
を備えた貯湯式給湯機において、
前記制御装置には、
前記加熱戻り管から前記加熱バイパス管へ温水が流れるよう前記加熱バイパス弁で流路を切り替えた上で前記循環ポンプを駆動させ、前記加熱往き管、前記加熱手段、前記加熱戻り管、前記加熱バイパス管、前記給水管、前記貯湯タンクの下部の順に温水を循環させる凍結予防運転と、
所定沸上時間だけ行う前記沸き上げ動作と、所定インターバル時間が経過するまで前記沸き上げ動作の中断とを、前記貯湯温度センサでの検出値が所定の完了温度に達するまで交互に繰り返す凍結予防間欠運転と、
を制御する凍結予防運転制御手段を設け、
前記凍結予防運転制御手段は、前記外気温センサで検出した外気温が所定外気温以下である場合、
前記貯湯温度センサで検出した貯湯温度が所定貯湯温度より高ければ前記凍結予防運転を行い、前記貯湯温度センサで検出した貯湯温度が前記所定貯湯温度以下であれば前記凍結予防間欠運転を行うことを特徴とする貯湯式給湯機。