特許 6133690 給湯機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6133690

(24)【登録日】2017年4月28日

(45)【発行日】2017年5月24日

(54)【発明の名称】給湯機

(51)【国際特許分類】

   F24H 1/18 20060101AFI20170515BHJP

【ＦＩ】

   F24H1/18 503S

   F24H1/18 503Q

【請求項の数】1

【全頁数】8

(21)【出願番号】特願2013-111805(P2013-111805)

(22)【出願日】2013年5月28日

(65)【公開番号】特開2014-231931(P2014-231931A)

(43)【公開日】2014年12月11日

【審査請求日】2016年3月15日

(73)【特許権者】

【識別番号】505461072

【氏名又は名称】東芝キヤリア株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088720

【弁理士】

【氏名又は名称】小川 眞一

(74)【代理人】

【識別番号】100118430

【弁理士】

【氏名又は名称】中原 文彦

(72)【発明者】

【氏名】黒田 信介

(72)【発明者】

【氏名】成木 孝志

【審査官】 礒部 賢

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１０−２４３０９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２３２５８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−０９４９２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特公平０５−０５７４９２（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 特開平０２−０３７２２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−０６８８２５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２４Ｈ １／００ − １／２０

Ｆ２４Ｈ ４／００ − ４／０６

Ｆ２４Ｄ １７／００ − １９／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

温湯を貯湯する貯湯タンクを備えた貯湯タンクユニットと、
前記貯湯タンクに接続され、この貯湯タンクから温湯を取り出す取出経路と、
前記取出経路から取出された温湯よりも低温の湯水を供給する供給経路と、
前記取出経路の温湯と前記供給経路の湯水とを混合する混合弁と、
前記取出経路の前記混合弁の上流側から前記貯湯タンクに温湯を戻す循環経路と、
前記循環経路の温湯を循環させる循環ポンプと、
前記取出経路の温湯の流れと前記供給経路の湯水の流れと前記混合弁の開度と前記循環ポンプの駆動を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、前記取出経路及び前記供給経路から前記混合弁への流れを停止させ、前記混合弁を開弁させ、前記貯湯タンクと前記取出経路と前記循環経路とに温湯を循環させた後に、前記循環ポンプの駆動を停止して所定時間が経過した後に、前記混合弁を閉弁させることを特徴とする給湯機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、給湯機に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、ヒートポンプユニットと貯湯タンクを備えた貯湯タンクユニットとを有する給湯機が普及している。このような給湯機では、水道管から供給される水道水を貯湯タンク内に一旦収容し、貯湯タンク内に収容した水道水を夜間の廉価な深夜電力を利用してヒートポンプユニットで沸き上げ、沸き上げた温湯を貯湯タンク内に貯湯し、貯湯タンク内の温湯を昼間に使用するようにしている。

【0003】

このような給湯機では、冬季において水道水等が流れる配管等を凍結防止する必要があり、この凍結防止は、ヒーターを用いて配管の表面温度を上げる方式や、循環ポンプを用いて配管に湯水を通水させる方式（下記特許文献１参照）が採用されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１１-９４９２２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、ヒーターを用いて配管の表面温度を上げる方式は、部品点数の増加により製造コストの増加を招くことになり好ましくない。

【0006】

また、循環ポンプを用いて配管に湯水を通水させる方式は、水路設計上の点から湯水を通水させることができない場合がある。

【0007】

本発明の実施形態の目的は、ヒーターを用いて配管の表面温度を上げたり配管内に湯水を通水したりすることなく、配管の凍結防止を図ることができる給湯機を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

実施形態の給湯機は、温湯を貯湯する貯湯タンクを備えた貯湯タンクユニットと、貯湯タンクに接続され、この貯湯タンクから温湯を取り出す取出経路と、取出経路から取出された温湯よりも低温の湯水を供給する供給経路と、取出経路の温湯と供給経路の湯水とを混合する混合弁と、取出経路の混合弁の上流側から貯湯タンクに温湯を戻す循環経路と、循環経路の温湯を循環させる循環ポンプと、取出経路の温湯の流れと供給経路の湯水の流れと混合弁の開度と循環ポンプの駆動を制御する制御部とを備え、制御部は、取出経路及び供給経路から混合弁への流れを停止させ、混合弁を開弁させ、貯湯タンクと取出経路と循環経路とに温湯を循環させた後に、循環ポンプの駆動を停止して所定時間が経過した後に、混合弁を閉弁させることを特徴とする。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】ヒートポンプ式の給湯機のシステム図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

図１は、ヒートポンプ式の給湯機１のシステム図であり、この給湯機１は、破線で示す貯湯タンクユニット２と、破線で示すヒートポンプユニット３と、制御部４とを備えている。制御部４は、ＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭ等を有し、給湯機１の各構成要素の制御を行う。貯湯タンクユニット２には、ヒートポンプユニット３と浴槽５とが配管により接続されている。

【0011】

貯湯タンクユニット２は、貯湯タンク６と、給水接続口７と、給湯接続口８と、ヒートポンプ往き配管接続口９と、ヒートポンプ戻り配管接続口１０と、風呂戻り配管接続口１１と、風呂往き配管接続口１２と、過圧防止弁１３とを有している。

【0012】

貯湯タンク６は、第１・第２上部接続口１４、１５と、第１・第２下部接続口１６、１７と、複数の温度センサ１８とを有している。複数の温度センサ１８は、貯湯タンク６の上下方向に沿って略等間隔に配列され、貯湯タンク６内の温湯（又は、湯水）の温度を検知し、検知した温度の情報を制御部４に伝えるようになっている。

【0013】

ヒートポンプユニット３は、湯水を沸き上げて温湯を生成する手段であり、圧縮機（図示せず）と、凝縮器として機能する沸き上げ用の熱交換器１９と、膨張弁（図示せず）と、蒸発器（図示せず）とを冷媒配管で接続した冷凍サイクルを有している。また、ヒートポンプユニット３には、外気温度を検知する外気温度検知手段である外気温度センサ２０が設けられており、検知した外気温度の情報を制御部４に伝えるようになっている。熱交換器１９は、配管１９Ａ、１９Ｂを介して、貯湯タンクユニット２のヒートポンプ行き配管接続口９とヒートポンプ戻り配管接続口１０とに接続されている。

【0014】

浴槽５は、配管５Ａ、５Ｂを介して貯湯タンクユニット２の風呂戻り配管接続口１１と風呂往き配管接続口１２とに接続されている。

【0015】

次に、貯湯タンクユニット２に設けられている各種の構成要素について説明する。

【0016】

まず、配管である供給経路２１と取入経路２２と取出経路２３と、その周辺要素について説明する。

【0017】

供給経路２１は、図示しない水道管から供給される水道水を、貯湯タンク６や後述する風呂ミキシングバルブ２９、給湯ミキシングバルブ４２に供給する配管である。この供給経路２１の途中に、水道水の圧力を設定値内に抑制する減圧弁２４が設けられている。なお、この供給経路２１は、水道水の流れ方向に沿った減圧弁２４の下流側であって風呂ミキシングバルブ２９や給湯ミキシングバルブ４２の近傍部分は樹脂により形成されている。

【0018】

取入経路２２は、貯湯タンク６の第１上部接続口１４とヒートポンプ戻り配管接続口１０との間に設けられている。この取入経路２２の途中には沸き上げ三方弁２５が設けられ、沸き上げ三方弁２５は下部配管２６に接続されている。この下部配管２６の一端は貯湯タンク６の第１下部接続口１６に接続され、この下部配管２６に上述した過圧防止弁１３が設けられている。沸き上げ三方弁２５の下部配管２６への接続側とヒートポンプ往き配管接続口９との間には、沸き上げポンプ２７が設けられている。また、沸き上げ三方弁２５の入口側は、ヒートポンプ戻り配管接続口１０に接続されている。

【0019】

取出経路２３は、貯湯タンク６の第２上部接続口１５と風呂戻り配管接続口１１との間に設けられている。この取出経路２３の途中には、圧力逃し弁２８と、混合弁である風呂ミキシングバルブ２９と、電磁弁３０と、風呂流量センサ３１と、銀イオン発生ユニット３２と、フロースイッチ３３と、水位センサ３４とが設けられている。

【0020】

圧力逃し弁２８は、貯湯タンク６内及び取出経路２３内の圧力が設定値以上に上昇した場合に圧力を逃す弁であり、一端にこの圧力逃し弁２８が接続されている配管３５の他端は下部配管２６に接続されている。

【0021】

風呂ミキシングバルブ２９は、貯湯タンク６上部から取出された温湯と、供給経路２１内を流れて供給された貯湯タンク６内の温湯より低温である水道水とを混合し、指定された温度の湯水を生成するようになっているとともに、後述するように、水道水が流れる供給経路２１の凍結を防止する場合に開弁されるようになっている。

【0022】

電磁弁３０は、開弁されることにより風呂ミキシングバルブ２９で混合された湯水を浴槽５に供給するようになっている。風呂流量センサ３１は、浴槽５に供給される湯水の流量を検出するようになっており、水位センサ３４は浴槽５内に供給された湯水の水位を検出するようになっており、浴槽５内の水位が設定値に達した場合に浴槽５内への湯水の供給を停止させるようになっている。

【0023】

銀イオン発生ユニット３２は、管路内に一対の銀製の電極を有し、これらの電極間に電圧を印加することにより銀イオンを発生させ、発生した銀イオンを湯水と共に浴槽５内に供給するようになっている。銀イオンが浴槽５内に供給されることにより、浴槽５内の抗菌力が高くなる。

【0024】

また、貯湯タンクユニット２には、貯湯タンク６内の温湯を循環させる第１循環経路３６と、浴槽５の湯水を循環させる第２循環経路３７とが設けられている。

【0025】

第１循環経路３６は、取出経路２３における風呂ミキシングバルブ２９の上流側と貯湯タンク６の第１上部接続口１４との間に設けられ、その一部は取入経路２２の一部と共有されている。この第１循環経路３６の途中には、循環ポンプである追い焚きポンプ３８と追い焚き用の追炊き熱交換器３９とが設けられている。

【0026】

追い焚きポンプ３８は、駆動されることにより貯湯タンク６内の温湯を取出経路２３内の一部と第１循環経路３６内とを循環させ、貯湯タンク６内に戻すようになっている。

【0027】

追炊き熱交換器３９については後から説明する。

【0028】

第２循環経路３７は、風呂往き配管接続口１２と風呂戻り配管接続口１１との間に設けられ、その一部は取出経路２３の一部と共有されている。この第２循環経路３７の途中には、追炊き熱交換器３９と風呂ポンプ４０とが設けられている。

【0029】

風呂ポンプ４０は、駆動されることにより浴槽５内の湯水を配管５Ａ、フロースイッチ３３、追炊き熱交換器３９、第２循環経路３７、配管５Ｂとに順次流動させ循環させるようになっている。

【0030】

追炊き熱交換器３９は、その内部に第２循環経路３７内を循環する浴槽５の湯水と、第１循環経路３６内を循環する貯湯タンク６上部の温湯とが流れるようになっており、温湯と湯水との温度差により湯水が加熱されて温度が上昇し、浴槽５内の湯水が追い焚きされるようになっている。

【0031】

また、貯湯タンクユニット２には、第２の取出経路４１が設けられている。第２の取出経路４１は、貯湯タンク６の第２上部接続口１５と給湯接続口８との間に設けられている。この第２取出経路４１の途中には、給湯ミキシングバルブ４２と給湯流量センサ４３とが設けられている。給湯ミキシングバルブ４２には、水道水を供給する供給経路２１が接続されている。

【0032】

給湯ミキシングバルブ４２は、貯湯タンク６上部から取出された温湯と、供給経路２１内を流れて供給された水道水とを混合し、指定された温度の湯水を生成するようになっている。

【0033】

貯湯タンクユニット２における水道水等の低温の湯水が流れる配管の複数の箇所には、凍結防止ヒーター４４が取付けられている。なお、供給経路２１における樹脂製の部分には、凍結防止ヒーターは取付けられていない。

【0034】

このような構成において、この給湯機１の運転状態について説明する。まず、貯湯タンク６内に水道水が貯水され、その水道水を沸き上げる場合について説明する。

【0035】

図示しない水道管から供給された水道水は、給水接続口７と供給経路２１内とを流れて第２下部接続口１７から貯湯タンク６内に供給される。そして、夜間の廉価な深夜電力を利用してヒートポンプユニット３の冷凍サイクルが駆動され、さらに、沸き上げポンプ２７が駆動される。このとき、沸き上げ三方弁２５は、ヒートポンプ戻り配管接続口１０と取入経路２２とが連通するように切替えられている。なお、冷凍サイクルやポンプの駆動及び弁の開閉、さらには、後述する他のポンプの駆動や他の弁の開閉等は、制御部４の制御により行われる。

【0036】

沸き上げポンプ２７が駆動されることにより、貯湯タンク６下部に貯水された水道水が下部配管２６内と配管１９Ａ内とを流れてヒートポンプユニット３の熱交換器１９に送られ、熱交換器１９において加熱されて温湯になる。この温湯は、配管１９ｂ内と取入経路２２内とを流れて第１上部接続口１４から貯湯タンク６内に供給され、貯湯タンク６内に貯湯される。貯湯タンク６内には、最も高温の温湯が最上部に位置するように貯湯される。

【0037】

つぎに、貯湯タンク６内に貯湯された温湯を利用して浴槽５に湯水を供給する場合について説明する。

【0038】

浴槽５に湯水を供給する場合には、図示しない温度設定部において浴槽５に供給する湯水の温度を設定し、湯水の供給を開始する操作を行うことにより、制御部４の制御により風呂ミキシングバルブ２９の開度が調節されるとともに、電磁弁３０が開弁される。

【0039】

風呂ミキシングバルブ２９の開度が調節されることにより、取出経路２３内を流れて貯湯タンク６から供給された温湯と、供給経路２１内を流れて水道管から供給された水道水とが風呂ミキシングバルブ２９で混合されることにより設定した温度の湯水となり、取出経路２３における風呂ミキシングバルブ２９より下流側の部分と配管５Ａ及び配管５Ｂ内とを流れて浴槽５内に供給される。この場合に、銀イオン発生ユニット３２が駆動されて銀イオンが発生し、発生した銀イオンが湯水と共に浴槽５内に供給される。浴槽５内に供給された湯水が設定量に達した場合には、電磁弁３０が閉弁されて浴槽５内への湯水の供給が停止される。

【0040】

また、浴槽５以外の場所（例えば、台所）で湯水を使用する場合には、貯湯タンク６内の温湯は取出経路２３内と第２の取出経路４１内とを流れて給湯ミキシングバルブ４２に至るとともに、供給経路２１内を流れる水道水が給湯ミキシングバルブ４２に至り、温湯と水道水とが給湯ミキシングバルブ４２で混合されて湯水となり、給湯接続口８から各給湯場所に給湯される。

【0041】

つぎに、浴槽５内の湯水を追い焚きする場合について説明する。浴槽５内の湯水を追い焚きする場合には、追い焚きポンプ３８と風呂ポンプ４０とを駆動させる。

【0042】

追い焚きポンプ３８が駆動されることにより、貯湯タンク６上部の温湯が追炊き熱交換器３９を経由して取出経路２３内の一部と第１循環経路３６内とを循環する。一方、風呂ポンプ４０が駆動されることにより、浴槽５内の湯水が追炊き熱交換器３９を経由して配管５Ａ内と第２循環経路３７内と配管５Ｂ内とを循環する。

【0043】

そして、追炊き熱交換器３９内において、第１循環経路３６内を循環する貯湯タンク６内の温湯と第２循環経路３７内を循環する浴槽５内の湯水との間で熱交換が行われ、浴槽５内の湯水の温度が上昇し、温度が上昇した湯水が浴槽５に戻されることにより浴槽５内の湯水の追い焚きが行われる。

【0044】

つぎに、水道水等の低温の湯水が流れる配管等の凍結防止について説明する。配管において凍結防止ヒーター４４が設けられている場所では、その凍結防止ヒーター４４に通電することにより、凍結防止が行われる。しかし、供給経路２１における風呂ミキシングバルブ２９の近傍部分は樹脂製であり、凍結防止用ヒーターは設けられていない。

【0045】

この供給経路２１における樹脂製の部分の凍結防止を行う場合には、取出経路２３から風呂ミキシングバルブ２９への温湯の流れ及び供給経路２１から風呂ミキシングバルブ２９への水道水の流れを停止させた状態で、風呂ミキシングバルブ２９を開弁させる。この場合の風呂ミキシングバルブ２９の開弁位置としては、例えば、全開状態の中間位置が好適である。風呂ミキシングバルブ２９への温湯や水道水の流れの停止は、制御部４の制御により電磁弁３０を閉弁することにより行われる。

【0046】

風呂ミキシングバルブ２９への温湯や水道水の流れが停止された状態で風呂ミキシングバルブ２９が開弁されることにより、取出経路２３内の温湯の熱が開弁された風呂ミキシングバルブ２９を介して供給経路２１内の水道水に伝わり、熱移動による供給経路２１の凍結防止が行われる。

【0047】

このように、供給経路２１における樹脂製部分の凍結防止を、凍結防止ヒーターを用いることなく行うことができる。しかも、この凍結防止に際して、従来の給湯機に対して新たな構成、例えば、供給経路２１内に湯水を通水させる構成を付加することなく、風呂ミキシングバルブ２９への温湯や水道水の流れを停止させるとともに風呂ミキシングバルブ２９を開弁させるという制御によって行うことができる。

【0048】

そして、供給経路２１における樹脂製の部分にヒーターを用いないために、部品点数を削減することができ、製造コストを削減することができる。

【0049】

供給経路２１における樹脂製部分の凍結防止を行うタイミングとしては、外気温度が所定温度（例えば、−１０℃）以下に低下したことを外気温度センサ２０が検知した場合に行うことが好ましい。外気温度センサ２０の検知結果に基づいて凍結防止を行うことにより、凍結防止を確実に行うことができる。また、外気温度が所定値以下の場合に風呂ミキシングバルブ２９を開弁状態に維持することにより、風呂ミキシングバルブ２９の開閉動作の頻度を抑制することができ、風呂ミキシングバルブ２９の部品寿命を早めることなく凍結防止を行うことができる。

【0050】

また、風呂ミキシングバルブ２９を開弁させることにより供給経路２１の凍結防止を行う場合において、追い焚きポンプ３８を駆動させ、貯湯タンク６内の温湯を第２循環経路３６内で循環させることが好適である。

【0051】

貯湯タンク６内の温湯が第２循環経路３６内を循環することにより、風呂ミキシングバルブ２９の位置を貯湯タンク６内から取出された温湯が通過することになる。これにより、温湯から供給経路２１内の水道水への熱移動を促進することができ、供給経路２１の凍結防止効果を高めることができる。

【0052】

また、供給経路２１の凍結防止のため、追い焚きポンプ３８を駆動させて貯湯タンク６内の温湯を第２循環経路３６内で循環させる場合において、追い焚きポンプ３８を停止させるタイミングと風呂ミキシングバルブ２９を閉弁させるタイミングとを同期させるようにすることが好適である。ここでいう「同期」とは、追い焚きポンプ３８の駆動を停止してから所定時間（例えば、数分）が経過した後に風呂ミキシングバルブ２９を閉弁させることを意味する。風呂ミキシングバルブ２９を介して行われる熱移動は、追い焚きポンプ３８の駆動を停止した直後に最も大きくなるため、追い焚きポンプ３８の駆動を停止した後に数分遅らせて風呂ミキシングバルブ２９を閉弁することにより、供給経路２１の凍結防止効果を高めることができる。

【0053】

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

【符号の説明】

【0054】

２…貯湯タンクユニット、４…制御部、６…貯湯タンク、２０…外気温度センサ（外気温度検知手段）、２１…供給経路、２３…取出経路、２９…風呂ミキシングバルブ（混合弁）、３６…第１循環経路、３８…追い焚きポンプ（循環ポンプ）

【図1】