JP4333651B2 - 給湯装置 - Google Patents

Description

本発明は、給湯装置に関し、特に湯と水との混合手段を備えた貯湯式給湯装置に関するものである。

従来の給湯装置は、流量センサ等の水流検出手段が給湯停止を検出したとき、電動湯水混合弁の湯と水の混合率を給湯が止まったときの混合率のままで保持し、一度、給湯を止めて時間を置かずに再給湯した場合に、すぐに設定温度の湯水を供給することが出来るようにしている（例えば特許文献１参照）。

特開２００４−２３２８９８号公報（第１−３頁、第１−２図）

従来の給湯装置は、流量センサ等の水流検出手段が給湯停止を検出したとき、電動湯水混合弁の湯と水の混合率を給湯が止まったときの混合率のままで所定時間だけ保持するように制御して、再給湯に備えている。一方、加熱手段としてヒートポンプサイクルを用いた室外機を利用して、貯湯タンクの下部より水を取り出し、室外機にて湯を作り、貯湯槽の上部に沸き上げた湯を順次貯めていくように沸き上げを行なうヒートポンプ式の給湯システムにおいては、再給湯待機中にも沸き上げが行われることもある。再給湯待機中に沸き上げが行われると、高温の湯（例えば90℃）が貯湯槽の上部から貯まるので、この状態で、再給湯されると、電動湯水混合弁の湯と水の混合率が狂い、高温の湯が蛇口等に供給されて、使用者に不快感を与えてしまうという問題を有していた。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、再給湯待機中に沸き上げが行われた状態で、再給湯された場合でも、設定温度の湯水を供給できるようにした給湯装置を提供することを目的とする。

この発明に係る給湯装置は、加熱手段により内部の水を加熱して、内部に湯として貯える貯湯槽と、水源の水を送る給水管と、前記貯湯槽に貯えられた湯を送る給湯管と、前記給水管の水と前記給湯管の湯を混合する混合手段と、この混合手段からの混合湯を送る混合給湯管と、この混合給湯管を通る湯水の流れの有無から湯水の供給と供給停止を検出する水流検出手段と、前記混合給湯管を通る湯水の温度を検出する給湯用温度センサと、前記混合手段の混合率を制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記水流検出手段が前記混合給湯管を通る湯水の供給を検出しているときは、設定温度に応じて前記混合手段の混合率を制御し、前記水流検出手段が前記混合給湯管を通る湯水の供給停止を検出したときには、前記混合手段を所定時間だけ給湯停止時の混合率で待機するように制御する給湯装置において、前記貯湯槽上部の温度を検出する貯湯温度センサを設け、前記制御部は、前記混合手段が給湯停止時の混合率で待機しているとき、前記貯湯温度センサの検出温度に変化があると、前記貯湯温度センサの検出温度の変化に応じて前記混合手段の混合率を変化させることを特徴としている。

本発明の給湯装置は、混合手段が給湯停止時の混合率で待機しているときに、沸き上げが行われ、前記貯湯温度センサの検出温度が変化すると、前記貯湯温度センサの検出温度の変化に応じて前記混合手段の混合率を変化させるので、沸き上げが行われた場合の再給湯時においても、電動湯水混合弁の湯と水の混合率を適正に制御して、設定温度の湯水を供給できる設定温度の給湯が可能となり、使い勝手が向上する。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１における給湯装置の構成図、図２はこの発明の実施の形態１における制御フローチャートである。
図１に示すように、貯湯槽１は水や湯を貯湯し、加熱手段であるヒートポンプ本体２には加熱循環回路３が接続され、この加熱循環回路３は貯湯槽１の上下部と接続されている。
前記加熱循環回路３には前記ヒートポンプ本体２内に循環ポンプ（図示せず）が設けられ、貯湯槽１の下部から水を導き、ヒートポンプで外気との熱交換を行い、水を高温の湯に沸き上げ、貯湯槽１の上部に戻している。

加熱循環回路３の貯湯槽１下部側には沸き上げ用温度センサ４ｄが設けられ、貯湯槽１の外周に設けられている第１〜４の沸き上げ用温度センサ４ａ〜４ｄとともに、貯湯槽１内の水の沸き上げ状態を検知する。貯湯温度センサ５は貯湯槽１の最上部の温度を検知する。混合手段である電動湯水混合弁６は電動制御によって湯と水の混合率を変化させて適温の湯水を作り出す。

一方、給湯管７は一端を貯湯槽１の上部に接続し、他端を電動湯水混合弁６の給湯口に接続し、貯湯槽１内に貯湯された湯を電動湯水混合弁６に供給するための配管である。なお、貯湯温度センサ５は、この給湯管７の近傍に取り付けられている。
給水管９は水道管等の水源に接続され、減圧弁１１は給水管９に取り付けられ、水源水圧を減少させている。

給水バイパス管８は減圧弁１１に接続され、途中分岐された一端を電動湯水混合弁６の給水口に接続して水源の水を電動湯水混合弁６に供給し、もう一端は貯湯槽１の下部に接続され、貯湯槽１内に給水する。給水温度センサ１７は給水バイパス管８を通る水の温度を検知する。

混合給湯管１０は一端を電動湯水混合弁６の混合湯出口に接続している。貯湯槽１の上部近傍の給湯管７には沸き上げ中に体積膨張した貯湯槽１内の湯を逃がす（排出する）ための逃がし弁１２が設けてある。水流検出手段１３は混合給湯管１０内を流れる流量を検出する。給湯用温度センサ１４は電動湯水混合弁６による温度補正を行なうために、混合給湯管１０に取り付けて、混合給湯管１０内を流れる湯水の温度を検知する。

制御装置となる制御部１６はリモコン１５によって設定された給湯温度や沸き上げ温度や第１〜第４の沸き上げ用温度センサ４ａ〜４ｄ，貯湯槽温度センサ５，給湯用温度センサ１４，水流検出手段１３からの信号を受け取ると共に、ヒートポンプ本体２，電動湯水混合弁６等を制御している。

次に、上記のように構成した実施の形態１の作用を図１によって説明する。
水源から貯湯槽給水管７に送られた水は、減圧弁９を通り減圧されて貯湯槽１内の流入し、貯湯槽１内を常に満水状態に維持する。この状態で、貯湯槽１内の水はヒートポンプ本体２に内蔵の循環ポンプ（図示せず）の運転により、貯湯槽１の下部から加熱循環回路３に取り出されてヒートポンプ本体２で熱交換し、リモコン１５により設定された温度（例えば９０℃）になるように加熱昇温され、貯湯槽１の上部に戻される（図１中、矢印ａ）。これにより、貯湯槽１の上部より９０℃の湯が少量づつ貯湯されていく。

ヒートポンプ方式による沸き上げは、第４の沸き上げ温度センサ４ａの温度が一定温度（例えば６０℃）以上になったら、貯湯槽１が全量沸き上がったと判断して終了する。このとき、ヒートポンプ方式による沸き上げ加熱性能は、ヒートポンプ本体２に入る水の温度が低いときは、沸き上げの加熱効率が高いが、入る水の温度が高いときは、沸き上げの加熱効率は低下する特性を持っている。

なお、貯湯によって膨張した貯湯槽１内の湯は、逃がし弁１２から排出される。また、給湯により貯湯槽１内の湯が減ってくると、第１〜３の沸き上げ温度センサ４ａ〜４ｃの検出温度によって再沸き上げを行う。例えば、夕飯の支度やお風呂の湯はり等、大量の湯をこれから必要とする１７時に貯湯槽１の中間位置にある第２の沸き上げ温度センサ４ｂの検出温度が４５℃以下になったら、再沸き上げを行う。

蛇口等が開かれ、給湯するときは、貯湯槽１内に貯湯された湯と水源水はそれぞれ給湯管７と給水バイパス管８を通って電動湯水混合弁６に至り、ここで、混合給湯管１０に取り付けた給湯用温度センサ１４の検出温度がリモコン１５により設定された設定温度になるように、電動湯水混合弁６の湯と水の混合率が制御される。この際、混合給湯管１０に取り付けた水流検出手段１３が混合給湯管１０に湯水が流れているかどうかを検出して、湯水の流れ（例えば、流量１．５L/min以上）を検出すると、給湯用温度センサ１４と貯湯温度センサ５、給水温度センサ１７の検出温度によって電動湯水混合弁６にフィードバック制御を開始する。

次に、図２の制御フローチャートを用いて上記作用をより詳細に説明する。
ステップＳ１では、水流検出手段１３が混合給湯管１０に湯水が流れているかどうかを判断する。ここで、蛇口等が開かれて湯水が流れていると判断された場合には、リモコン１５により設定された設定温度の湯水を電動湯水混合弁６の湯と水の混合率を制御して供給する（ステップＳ２）。そして、湯水が流れていないと判断された場合には、電動湯水混合弁６の湯と水の混合率を水側全開にして待機する（ステップＳ１２）。

ステップＳ３では、水流検出手段１３が混合給湯管１０に湯水が流れていないかどうかを判断する。湯水が流れていると判断された場合には、ステップＳ２へ進み、湯水が流れていないと判断された場合は、ステップＳ４に進む。ステップＳ４では、水流検出手段１３が混合給湯管１０に湯水が流れていないと判断したときの湯と水の混合率で電動湯水混合弁６を停止させる。例えば、電動湯水混合弁６の湯と水の混合率を、給湯が止まったときの混合率のままにしておけば、一度、給湯を止めて、時間を置かずに再給湯した場合に、すぐに設定温度の湯水を供給することが出来る。

ステップＳ５では、貯湯温度センサ５の検知する温度を前回の貯湯温度センサ５の検知温度ｔ２として制御部１６内の記憶装置（図示せず）に記憶する。ステップＳ６では、水流検出手段１３が混合給湯管１０に湯水が流れていないと判断してからの経過時間Ｔ２をクリアする。

次に、ステップＳ７では、経過時間Ｔ２の測定を開始する。そして、測定された経過時間Ｔ２と所定時間Ｔ１とを比較する（ステップＳ８）。ここで、Ｔ２≧Ｔ１であればステップＳ１２へ進み、そうでなければ、ステップＳ９へ進む。ステップ９では、現在の貯湯温度センサ５の検知温度ｔ１と、前回の貯湯温度センサ５の検知温度ｔ２を比較する。ここで、ｔ１＞ｔ２であれば、ステップＳ１０へ進み、そうでなければ、ステップＳ１１へ進む。

ステップＳ１０では、貯湯温度センサ５の検出値と、給水温度センサ１７の検出値と、リモコン１５で設定された給湯温度の設定値とから、電動湯水混合弁６の混合率を制御部１６で算出し、変更する。

ここで、電動湯水混合弁６の駆動範囲を０［ＳＴＥＰ］〜１０５０［ＳＴＥＰ］、なお、０［ＳＴＥＰ］は水側全開、１０５０［ＳＴＥＰ］は湯側全開とする。貯湯温度センサ５の検出値をＴｈ、給水水センサ１７の検出値をＴｗ、リモコン１５による給湯温度の設定値をＴｓ、と電動湯水混合弁６の特性による補正値をβとすると、電動湯水混合弁６の混合率の位置Ｋは、以下の式で求められる。

例えば、水流検出手段１３が混合給湯管１０に湯水が流れていないと判断してからの経過時間Ｔ２が所定時間Ｔ１（例えば１０分）以内に沸き上げが行われ、貯湯温度センサ５の検出値Ｔｈが７０℃から７１℃に上昇し、給水水センサ１７の検出値Ｔｗを２０℃、給湯温度の設定値Ｔｓを４０℃、補正値βを３としたときの例を示す。

まず、貯湯温度センサ５の検出値が７０℃のときの混合率の位置K１は、
K１＝１０５０／（７０−２０）×（４０−２０＋３）＝４８３［ＳＴＥＰ］
となる。
次に、貯湯温度センサ５の検出値が７１℃のときの混合率の位置K２は、
K２＝１０５０／（７１−２０）×（４０−２０＋３）≒４７３［ＳＴＥＰ］
となる。
よって、待機中に沸き上げが行われたことによる貯湯温度センサ５の検出温度の上昇に伴い、電動湯水混合弁６の混合率の位置をＫ１→Ｋ２に変更する。すなわち、水側に制御することになり、再給湯時の混合率の狂いを補正できる。

ステップＳ１１では、貯湯温度センサ５の検知温度を前回の貯湯温度センサ５の検知温度ｔ２として制御部１６内の記憶装置（図示せず）に記憶し、ステップＳ１３に進む。ステップＳ１３では、水流検出手段１３が混合給湯管１０に湯水が流れているかどうかを判断する。ここで、蛇口等が開かれて湯水が流れていると判断された場合には、ステップＳ２に進み、そうでないときは、ステップＳ７に進む。

以上のように、実施の形態１に示される給湯装置では、電動湯水混合弁６が給湯停止時の混合率で所定時間待機しているときに、沸き上げが行われ場合にも、貯湯槽１上部の温度を検出する貯湯温度センサ５の検出温度に変化があると、貯湯温度センサ５の検出温度の変化に応じて電動湯水混合弁６の給湯停止時の混合率を変更するようにしたので、再給湯時にも、設定温度の給湯が可能になり、使い勝手の良い給湯装置を提供することが出来る。

実施の形態２．
上記実施の形態１の説明では、貯湯槽１上部の温度を検出する現在の貯湯温度センサ５の検出温度ｔ１＞前回の貯湯温度センサ５の検出温度ｔ２であれば、電動湯水混合弁６の湯と水の混合率を変更していたが、これを現在の貯湯温度センサ５の検出温度ｔ１＞前回の貯湯温度センサ５の検出温度ｔ２+α（例えば、α＝４℃）だけ、行うようにしても良い。

図３はこの発明の実施の形態２における制御フローチャートである。
ステップＳ１４では、現在の貯湯温度センサ５の検知温度ｔ１と前回の貯湯温度センサ５の検知温度ｔ２を比較する。ここで、ｔ１＞（ｔ２+α）であれば、ステップＳ１０へ進み、そうでなければステップＳ１１へ進む。

このように、実施の形態２では、貯湯温度センサ５の検出温度ｔ１の上昇が５℃毎に電動湯水混合弁６の混合率を水側に制御することにより、電動湯水混合弁６の動作回数を減らすことで、電動湯水混合弁６の寿命を延ばすことが出来るようになり、使い勝手の良い給湯装置を提供することが出来る。

本発明の実施の形態１及び実施の形態２における給湯装置の構成図である。 本発明の実施の形態１における制御フローチャートである。 本発明の実施の形態２における制御フローチャートである。

符号の説明

１ 貯湯槽
５ 貯湯温度センサ
６ 電動湯水混合弁
１０ 混合給湯管
１３ 水流検出手段
１４ 給湯用温度センサ
１６ 制御部
１７ 給水温度センサ

Claims (2)

1. 加熱手段により内部の水を加熱して、内部に湯として貯える貯湯槽と、水源の水を送る給水管と、前記貯湯槽に貯えられた湯を送る給湯管と、前記給水管の水と前記給湯管の湯を混合する混合手段と、この混合手段からの混合湯を送る混合給湯管と、この混合給湯管を通る湯水の流れの有無から湯水の供給と供給停止を検出する水流検出手段と、前記混合給湯管を通る湯水の温度を検出する給湯用温度センサと、前記混合手段の混合率を制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記水流検出手段が前記混合給湯管を通る湯水の供給を検出しているときは、設定温度に応じて前記混合手段の混合率を制御し、前記水流検出手段が前記混合給湯管を通る湯水の供給停止を検出したときには、前記混合手段を所定時間だけ給湯停止時の混合率で待機するように制御する給湯装置において、
   前記貯湯槽上部の温度を検出する貯湯温度センサを設け、前記制御部は、前記混合手段が給湯停止時の混合率で待機しているとき、前記貯湯温度センサの検出温度に変化があると、前記貯湯温度センサの検出温度の変化に応じて前記混合手段の混合率を変更することを特徴とする給湯装置。
2. 前記制御部は、前記貯湯温度センサの検出温度に応じて前記混合手段の混合率を変更する場合、前記貯湯温度センサの検出温度が所定温度変化する毎に前記混合手段の混合率を変更することを特徴とする請求項１記載の給湯装置。

Images