JP4502785B2

JP4502785B2 - 貯湯式温水器

Info

Publication number: JP4502785B2
Application number: JP2004331289A
Authority: JP
Inventors: 隆史安藤; 浩二南方; 正山口; 正大畑; 秀二日比
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2004-11-16
Filing date: 2004-11-16
Publication date: 2010-07-14
Anticipated expiration: 2024-11-16
Also published as: JP2006145047A

Description

本発明は、加熱源により加熱された温水を貯湯する貯湯タンクに接続された配管を介して温水を給湯するようにした貯湯式温水器に関する。

特許文献１にて開示されているヒートポンプ式給湯装置や電気温水器のような貯湯式温水器においては、貯湯タンク内の水を加熱して温水を生成する場合、貯湯タンク上部から順に加熱された温水が蓄えられる。
特開２００４−２００２１号公報

しかし、水（お湯）の温度が上昇するに従い、水が体積膨張し貯湯タンク内の圧力が上昇する。このとき、貯湯式温水器を保護するために、貯湯タンク内が所定の圧力に達すると、貯湯タンク上部に設置された過圧力逃がし弁より膨張分の水を排出する。ところが、この過圧力逃がし弁は貯湯タンク上部に設置されているため、加熱された高温水が排出されることとなり、経済的にもよいとは言えない。また、貯湯タンクの保温性能や貯湯式温水器全体のＣＯＰにおいても高温水を排出することで能力低下の原因となっていた。

そこで本発明は、貯湯運転の際に、水が高温になることで体積が膨張した場合の圧力逃がしを装置全体の貯湯効率を向上させつつ行なうことを目的とする。

このため本発明は、加熱源により加熱された温水を貯湯する貯湯タンクに接続された配管を介して温水を給湯するようにした貯湯式温水器において、前記貯湯タンクからの高温水とこの貯湯タンク下部からの低温水とを混合する混合弁と、この混合弁により混合された温水を浴槽にお湯張りするための開閉弁と、前記混合弁と前記開閉弁との間から過圧力逃がし弁を介在させたオーバーフロー管と、前記貯湯タンクへの貯湯運転時間を算出する算出手段と、前記貯湯タンクへの貯湯運転の際に前記混合弁を初めにこの貯湯タンク下部からの低温水が極力多く流れるような開度に制御すると共に前記算出手段で算出された貯湯運転時間が経過する前にこの貯湯タンク上部からの高温水が極力多く流れるような開度に制御する制御装置とを備え、
前記貯湯タンクへの貯湯運転の際に前記貯湯タンク内の水の体積が膨張することにより前記過圧力逃がし弁が開いて初めに前記貯湯タンク下部からの低温水が極力多く流れるような開度に制御された前記混合弁を介する貯湯タンク下部からの低温水を前記オーバーフロー管を介して装置外に排出し、前記算出手段で算出された貯湯運転時間が経過する前にこの貯湯タンク上部からの高温水が極力多く流れるような開度に前記混合弁を制御することを特徴とする。

本発明によれば、貯湯運転の際に、水が高温になることで体積が膨張した場合の圧力逃がしを装置全体の貯湯効率を向上させつつ行なうことができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。図１は貯湯式温水器としてのヒートポンプ式給湯装置の全体システムを示す系統図である。図１において、Ａはヒートポンプユニット、Ｂはタンクユニット、Ｃは貯湯用の温水循環路、Ｒは前記ヒートポンプユニットＡに内蔵された冷媒回路である。この冷媒回路Ｒにおいて、ＨＦＣやＣＯ_２等の冷媒を用いることができるが、本実施形態ではＣＯ_２を用いる。

前記冷媒回路Ｒは、ＣＯ_２冷媒を吸入圧縮し高温高圧にする能力調整が可能な２段圧縮式の圧縮機１と、冷媒と水とを熱交換させる貯湯用の水冷媒熱交換器２の冷媒流路２Ａと、外気と冷媒との熱交換を行う空気熱交換器３と、アキュムレータ４とが順次環状に配管接続されている。５は送風機で、空気熱交換器３に空気を送風して熱交換を行なう。

前記温水循環路Ｃは、水冷媒熱交換器２の水流路２Ｂと貯湯タンク８とが循環ポンプ９を介して環状に接続されている。１０は水冷媒熱交換器２の水流路２Ｂから流出した温水温度を検知するサーミスタである。

前記貯湯タンク８の上部と中間部の間には、水々熱交換器１１の一次流路１１Ａと追焚用の循環ポンプ１２とが接続されている。また、水々熱交換器１１の二次流路１１Ｂには循環ポンプ１３を介して浴槽１４が接続されている。１５は貯湯タンク８内の高温水と水道圧減圧弁１９及び逆止弁２０を介する給水管２１からの低温の水道水とを混合して例えば３６℃〜４８℃の温水とする第１混合弁で、給湯管１６を介して蛇口１７を開くことにより台所等への給湯を可能とする。

１８は第２混合弁で、同じく水道圧減圧弁１９及び逆止弁２０を介する給水管２１からの水道水と前記貯湯タンク８からの高温水とを混合して約４２℃程度の温水とする。そして、前記第２混合弁１８で作られた温水は開閉弁である開閉弁２４、２５が開くことにより水々熱交換器１１の二次流路１１Ｂ及び停止している前記循環ポンプ１３を介して浴槽１４のお湯張り動作がなされることとなる。このときの温水の流れる流量を流量センサ２３Ａが検出し、所望量のお湯張り動作が行われるように制御装置Ｓ１で制御される。

なお、前記貯湯タンク８の容量は例えば３７０リットルであり、この貯湯タンク８には湯温検出センサＴ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５、Ｔ６及びＴ７が貯湯タンク８の下部から上部まで間隔を存して設けられ、前記各検出センサの検出湯温によって貯湯タンク８内の残湯量をマイクロコンピュータなどから成る制御装置Ｓ１が判断する。このとき、検出センサＴ１の配置箇所は残湯量が３５０リットル、Ｔ２が同じく３００リットル、Ｔ３が２５０リットル、Ｔ４が２００リットル、Ｔ５が１５０リットル、Ｔ６が１００リットル、Ｔ７が５０リットルの位置である。また、２６は前記循環ポンプ９の出口近くの湯温を検出する湯温検出センサである。

そして、消費者は電力会社と時間帯別電灯契約を結んで、料金の安い深夜時間帯では所定の時刻に貯湯量から沸き上げ量、そして全量沸き上げに必要な時間を算出し、沸き上げ終了時刻より前記必要な時間を考慮して逆算した時刻から貯湯運転を開始し、全量沸き上げ終了（湯温検出センサ２６の検出温度が５５℃以上）次第停止するように制御装置Ｓ１により制御されると共に、それ以外の時間帯では残湯量が１００リットルを割ったら貯湯運転を開始し、１５０リットル以上になったらこの貯湯運転を停止するように制御装置Ｓ１が制御する。

２７は前記第２混合弁１８の出口から分岐したオーバーフロー管で、水が高温になると体積が膨張して水回路内の水圧が上昇するのでこの体積膨張分をオーバーフロー水として装置外（タンクユニットＢ外）に排出する過圧力逃がし弁２８が設けられている。

なお、給水管２１の途中に配設された水道圧減圧弁１９は、水道水の給水圧を１７０ｋＰａ（約１．７ｋｇｆ／ｃｍ^２）に減圧するように設定されて、過圧力逃がし弁２８は１９０ｋＰａ（約１．９ｋｇｆ／ｃｍ^２）で開くように設定されており、給水圧が十分にある場合には、通常は貯湯タンク８の内圧は１７０ｋＰａ、圧力が上昇しても常に１９０ｋＰａ以下に保たれる。

そして、ヒートポンプユニットＡにはマイクロコンピュータ等から成る制御装置Ｓ２が設けられ、タンクユニットＢにはマイクロコンピュータ等から成る制御装置Ｓ１が設けられている。この制御装置Ｓ１、Ｓ２は、お風呂場に設けられた風呂リモートコントローラ（以下、「風呂リモコン」という）３７、例えば台所に設けられたメインリモートコントローラ（以下、「メインリモコン」という）３８などからの運転信号や、湯温検出センサ２６の温度信号とに応じて、圧縮機１の運転と周波数制御、循環ポンプ９、１２、１３の運転制御などを行うものであり、以下その動作を説明する。

〈貯湯運転〉
料金の安い深夜時間帯では所定の時刻に貯湯量から沸き上げ量、そして全量沸き上げに必要な時間を算出し、沸き上げ終了時刻より前記必要な時間を考慮して逆算した時刻から貯湯運転が開始される。また、それ以外の時間帯では残湯量が１００リットルを割ったら、即ち検出センサＴ６が湯温５５℃未満を検出した場合には、貯湯運転が開始される。

即ち、前記検出センサからの検出出力に基づいて、貯湯タンク８に貯湯が行なわれ、制御装置Ｓ２は循環ポンプ９を運転させ、温水循環路Ｃでは、貯湯タンク８→循環ポンプ９→水冷媒熱交換器２の水流路２Ｂ→貯湯タンク８の順に給湯用の温水が流れ、貯湯タンク８に貯湯される。

ヒートポンプユニットＡでは制御装置Ｓ２により圧縮機１が運転すると、冷媒回路Ｒでは、圧縮機１→水冷媒熱交換器２の冷媒流路２Ａ→空気熱交換器３→アキュムレータ４→圧縮機１の順に冷媒が流れる。

貯湯タンク８へ供給される温水温度は８５℃であるが、湯温検出センサ２６が検知する温度がこの温度になるように、制御装置Ｓ２により圧縮機１の周波数制御が行われる。

図３のフローチャートに示すように、この貯湯タンク８への貯湯のために加熱処理が開始されると、制御装置Ｓ１は第２混合弁１８をその開度が給水管２１からの低温の水道水側（全て水道水側とするが、極力水道水側としてもよい。）に変更するように制御する。従って、この貯湯運転において、例えば２０℃の水が８５℃になる過程において、水が約３％程度体積が膨張するが、この膨張により過圧力逃がし弁２８は設定された１９０ｋＰａ（約１．９ｋｇｆ／ｃｍ^２）で開き、貯湯タンク８下部から低温の膨張水が第２混合弁１８及び過圧力逃がし弁２８を介してオーバーフロー管２７から装置外（タンクユニットＢ外）へ排出される。

そして、貯湯タンク８内の水の加熱処理、即ち貯湯運転が終了した場合には、第２混合弁１８の開度を元に戻すように制御装置Ｓ１は制御する。

従って、従来は貯湯運転の際に貯湯タンク８内の水が高温になることで体積が膨張した場合の圧力逃がしを貯湯タンク８上部より高温水を排水することにより行なっていたが、本発明によれば貯湯タンク８下部の低温水の排出動作にて行い、貯湯効率を向上させつつ圧力逃がし行なうことができる。

なお、従来は前記圧力逃がしを貯湯タンク８上部に接続した過圧力逃がし弁で行い、貯湯タンク８のエア抜きも兼ねていたが、図４に示すフローチャートに示す実施形態ではエア抜きが必要な場合には、第２混合弁１８を高温水側（全て高温水側とするが、極力高温水側としてもよい。）に開度を設定し、これにより加熱による圧力上昇が生じたときは、膨張水とエアを貯湯タンク８上部に接続された配管を通って高温水側に開度が設定された第２混合弁１８及び過圧力逃がし弁２８を介してオーバーフロー管２７から装置外（タンクユニットＢ外）へ排出し、貯湯タンク８内の水の加熱処理が終了したら、制御装置Ｓ１は前記第２混合弁１８の開度を元に戻すように制御する。これにより、貯湯タンク８上部のエア溜まりを極力抑えることができる。

また、図５に示すフローチャートに示すように、第２混合弁１８の開度は特に極端に高温水側、低温水側に設定するのでなく、適度に高温水側を多く開放して、貯湯タンク８上部からの高温水と下部からの低温水とを適度に混合して、第２混合弁１８及び過圧力逃がし弁２８を介してオーバーフロー管２７から装置外（タンクユニットＢ外）へ排出することにより、低温水を混ぜることで高温水の排出を極力防ぐと共に、貯湯タンク８上部のエア抜きも同時に行うことができる。そして、貯湯タンク８内の加熱処理が終了したら、制御装置Ｓ１は前記第２混合弁１８の開度を元に戻すように制御する。

また、貯湯タンク８内の水の加熱時間があらかじめ明らかな時は、加熱開始時は第２混合弁１８の開度を低温水側（全て水道水側とするが、極力水道水側としてもよい。）に設定して膨張水をオーバーフロー管２７から装置外（タンクユニットＢ外）へ排水し、加熱終了間近になると高温水側（全て高温水側とするが，極力高温水側としてもよい。）に設定することで、より効率がよく、貯湯タンク８上部のエアだまりをオーバーフロー管２７から装置外（タンクユニットＢ外）へ排出できる。詳述すると、貯湯タンク８への貯湯のために加熱処理が開始されると、制御装置Ｓ１は加熱時間Ｔ１を算出し、第２混合弁１８の開度を低温水側に設定すると共に加熱時間Ｔ１の終了より時間Ｔ２前に高温水側に設定するように制御する。そして、貯湯タンク８内の加熱処理が終了したら、制御装置Ｓ１は前記第２混合弁１８の開度を元に戻すように制御する。これにより、膨張水を排出することができると共にエア溜まりも排出することができる。

以上のような実施形態では、図１に示すように、第２混合弁１８からオーバーフロー管２７を分岐させて、この分岐路中に過圧力逃がし弁２８を設ける構成であったが、第１混合弁１５からオーバーフロー管を分岐させて、この分岐路中に過圧力逃がし弁２８を設ける構成にしてもよい。これにより、給湯回路に設けられた第１混合弁１５を利用できる構成となり、この第１混合弁１５の制御装置Ｓ１による制御は第２混合弁１８に係る制御と同様に制御することにより同様な効果が得られるものである。

〈給湯動作、お湯張り動作及び追焚動作〉
貯湯タンク８に貯湯された高温水は水道圧減圧弁１９及び逆止弁２０を介する給水管２１からの水道水とを第１混合弁１５により混合されて、３６℃〜４８℃の温水として給湯管１６を介して蛇口１７を開くことにより台所等への給湯が可能とする。そして、この給湯が行われると、給水管２１から貯湯タンク８下部に給水が行われる。

また、第２混合弁１８により貯湯タンク８に貯湯された高温水と給水管２１からの水道水とが混合されて約４２℃程度とされた温水は、開閉弁２４、２５が開くことにより、停止している循環ポンプ１３を介して及び循環ポンプ１３を介さずに水々熱交換器１１の二次流路１１Ｂを介して浴槽１４のお湯張り動作がなされることとなる。

また、制御装置Ｓ１は循環ポンプ１２、１３を運転することにより、貯湯タンク８の高温水と浴槽１４の温水を水々熱交換器１１で熱交換し、浴槽１４の温水の追焚きを行うこともできる。

そして、前記深夜時間帯では全量沸き上げが終了した場合（湯温検出センサ２６が５５℃以上を検出した場合）、またそれ以外の時間帯では残湯量が１５０リットル以上となったら、即ち検出センサＴ５が５５℃以上を検出した場合には、貯湯運転が停止されるように制御装置Ｓ１及びＳ２が制御する。

以上本発明の実施態様について説明したが、上述の説明に基づいて当業者にとって種々の代替例、修正又は変形が可能であり、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で前述の種々の代替例、修正又は変形を包含するものである。

ヒートポンプ式給湯装置の全体系統図である。制御ブロック図である。制御フローチャートを示す図である。他の実施形態に係る制御フローチャートを示す図である。他の実施形態に係る制御フローチャートを示す図である。他の実施形態に係る制御フローチャートを示す図である。

符号の説明

８貯湯タンク
１４浴槽
１８第２混合弁
２１給水管
２７オーバーフロー管
２８過圧力逃がし弁
Ａヒートポンプユニット
Ｂタンクユニット
Ｃ温水循環路
Ｒ冷媒回路
Ｓ１制御装置

Claims

加熱源により加熱された温水を貯湯する貯湯タンクに接続された配管を介して温水を給湯するようにした貯湯式温水器において、前記貯湯タンクからの高温水とこの貯湯タンク下部からの低温水とを混合する混合弁と、この混合弁により混合された温水を浴槽にお湯張りするための開閉弁と、前記混合弁と前記開閉弁との間から過圧力逃がし弁を介在させたオーバーフロー管と、前記貯湯タンクへの貯湯運転時間を算出する算出手段と、前記貯湯タンクへの貯湯運転の際に前記混合弁を初めにこの貯湯タンク下部からの低温水が極力多く流れるような開度に制御すると共に前記算出手段で算出された貯湯運転時間が経過する前にこの貯湯タンク上部からの高温水が極力多く流れるような開度に制御する制御装置とを備え、
前記貯湯タンクへの貯湯運転の際に前記貯湯タンク内の水の体積が膨張することにより前記過圧力逃がし弁が開いて初めに前記貯湯タンク下部からの低温水が極力多く流れるような開度に制御された前記混合弁を介する貯湯タンク下部からの低温水を前記オーバーフロー管を介して装置外に排出し、前記算出手段で算出された貯湯運転時間が経過する前にこの貯湯タンク上部からの高温水が極力多く流れるような開度に前記混合弁を制御することを特徴とする貯湯式温水器。