(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明を実施するための形態】
【0009】
(第1の実施形態)
第1の実施形態について、
図1及び
図2に基づいて説明する。
図1は、ヒートポンプ式の給湯機1のシステム図であり、給湯機1は、ヒートポンプユニット2とタンクユニット3と制御部4とを備えている。この給湯機1にはお湯が給湯される給湯場所の一つとして浴槽5が接続されており、浴槽5が設置された浴室6内には浴槽5への給湯条件等を設定するリモコン7が設けられている。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い、例えば、ヒートポンプユニット2の運転のオン・オフ制御、タンクユニット3内に設けられている後述する循環ポンプのオン・オフ制御、タンクユニット3内に設けられている後述する切替弁の切替制御等を行う。
【0010】
ヒートポンプユニット2は、冷媒を圧縮する圧縮機8と、圧縮された冷媒を凝縮する放熱側の熱交換器9と、凝縮された液状の冷媒を膨張させる膨張弁10と、膨張された冷媒を気化させる吸熱側の熱交換機11とを有している。放熱側の熱交換器9内には、冷媒が流れる冷媒用配管12が配管されるとともに、湯水が流れる湯水用配管13が配管されている。
【0011】
タンクユニット3は、湯水(お湯や水)を貯めるタンク14と、水道管15とタンク14の下部との間に接続されて水道水をタンク14内に給水する給水配管16と、タンク14の上部と給湯場所(例えば、洗面所や台所等)との間に接続された給湯配管17と、タンク14の下部と熱交換器9の入口側との間に接続された第1配管18と、熱交換器9の出口側とタンク14の上部との間に接続された第2配管19と、給湯配管17の途中から分岐して浴槽5に接続された浴槽給湯配管20と、給湯配管17の途中から分岐して追い焚き用熱交換器21内を経由した後にタンク14の上下方向中央部に接続された追い焚き用タンク側配管22と、一端が浴槽5に接続されて追い焚き用熱交換器21内を経由した後に他端が浴槽給湯配管20に接続された追い焚き用浴槽側配管23とを有している。タンク14には、タンク14内の湯水の温度を検出する複数の温度センサ24がタンク14の上下方向に沿って取付けられている。これらの温度センサ24は制御部4に接続され、検出した温度を制御部4に伝えるようになっている。
【0012】
給湯配管17の途中には、タンク14の上部から取り出したお湯と給水配管16を経由して給水された水道水とを混合して温度調整する給湯用ミキシングバルブ25が設けられている。給湯場所(例えば、洗面所や台所等)へは、給湯用ミキシングバルブ25によって温度調整された湯水が給湯されるようになっている。この給湯用ミキシングバルブ25は制御部4に接続され、制御部4からの指示により開度調整が行われるようになっている。
【0013】
第1配管18の途中には、熱交換器9内に入る湯水の温度を検出する第1温度センサ26が設けられている。第2配管19の途中には、熱交換器9内を通って熱交換器9から出る湯水の温度を検出する第2温度センサ27が設けられている。これらの第1・第2温度センサ26、27は制御部4に接続され、検出した温度を制御部4に伝えるようになっている。
【0014】
さらに、第1配管18の途中には、循環ポンプ28が設けられている。この循環ポンプ28は、タンク14内の湯水をタンク14の下部側から取り出し、取り出した湯水を第1配管18内と熱交換器9の湯水用配管13とを経由して送水し、タンク14内の上部に戻すようになっている。
【0015】
第2配管19と第1配管18との間には、第2配管19内を流れる湯水を第1配管18に戻す戻し配管29が設けられている。さらに、第2配管19の途中には、この第2配管19内を流れる湯水をタンク14内の上部に導くか、又は、戻し配管29に導くかを切替える切替弁30が設けられている。この切替弁30は制御部4に接続され、制御部4からの指示により切替制御が行われるようになっている。
【0016】
浴槽給湯配管20の途中には、タンク14の上部から取り出したお湯と給水配管16を経由して給水される水道水とを混合して温度調整する浴槽用ミキシングバルブ31と電磁弁32とが設けられている。浴槽5へは、浴槽用ミキシングバルブ31によって温度調整された湯水が給湯されるようになっている。この浴槽用ミキシングバルブ31は制御部4に接続され、制御部4からの指示により開度調整が行われるようになっている。電磁弁32は制御部4に接続され、浴槽5への給湯指示がされた場合に開弁されるようになっている。
【0017】
追い焚き用タンク側配管22の途中には、追い焚き用タンク側ポンプ33が設けられている。この追い焚き用タンク側ポンプ33は、タンク14の上部からお湯を取り出し、取り出したお湯を追い焚き用熱交換器21を経由してタンク14内に戻すようになっている。
【0018】
追い焚き用浴槽側配管23の途中には、追い焚き用浴槽側ポンプ34が設けられている。この追い焚き用浴槽側ポンプ34は、浴槽5内の湯水を取り出し、取り出した湯水を追い焚き用熱交換器21を経由して浴槽5内に戻すようになっている。
【0019】
このような構成において、この給湯機1の運転について説明する。なお、タンク14内には運転開始前に湯水が貯えられているものとする。
【0020】
図示しない操作部において、タンク14内の湯水の温度を上昇させる「沸上げ」操作が行われると、制御部4からの制御によりヒートポンプユニット2の運転が開始されるとともに、循環ポンプ28の駆動が開始される。このとき、切替弁30は、戻し配管29側を閉止して第2配管19内を流れる湯水をタンク14内の上部に導く切替位置に切替えられている。
【0021】
循環ポンプ28が駆動されることにより、タンク14内の下部から湯水が取り出され、取り出された湯水は第1配管18と熱交換器9の湯水用配管13と第2配管19とを経由して循環され、タンク14内の上部に導かれる。このように湯水が循環されているときにヒートポンプユニット2が運転されることにより、熱交換器9において湯水が加熱され、加熱されて温度が上昇した湯水がタンク14内に導かれることになり、タンク14内の湯水の温度が次第に上昇する。この「沸上げ」は、タンク14内の湯水の温度が設定温度に達するまで継続される。
【0022】
タンク14内から給湯場所(例えば、洗面所や台所等)への給湯は、給湯場所において給湯用の栓が開かれることにより行われる。給湯場所において給湯用の栓が開かれると、タンク14内のお湯がタンク14の上部から給湯配管17を通って給湯場所に給湯される。この場合、設定された給湯温度に応じて制御部4により給湯用ミキシングバルブ25の開度が調整され、給湯用ミキシングバルブ25の箇所でタンク14内からのお湯と水道水とが混合され、給湯されるお湯の温度が調整される。
【0023】
タンク14内から浴槽5への給湯は、リモコン7において給湯操作がされることにより行われる。リモコン7において給湯操作がされると、制御部4の制御により電磁弁32が開弁され、タンク14内のお湯がタンク14の上部から浴槽給湯配管20を通って浴槽5に給湯される。この場合、設定された給湯温度に応じて制御部4により浴槽用ミキシングバルブ31の開度が調整され、浴槽用ミキシングバルブ31の箇所でタンク14内からのお湯と水道水とが混合され、給湯されるお湯の温度が調整される。
【0024】
浴槽5内の湯水の温度を上昇させる「追い焚き」は、リモコン7において追い焚き操作がされることにより行われる。リモコン7において追い焚き操作がされると、制御部4の制御により追い焚き用タンク側ポンプ33と追い焚き用浴槽側ポンプ34とが駆動される。
【0025】
追い焚き用タンク側ポンプ33が駆動されることにより、タンク14内のお湯がタンク14の上部から追い焚き用タンク側配管22を通って追い焚き用熱交換器21に導かれ、追い焚き用熱交換器21内を経由した後にタンク14内の上下方向中央部に戻される。また、追い焚き用浴槽側ポンプ34が駆動されることにより、浴槽5内の湯水が追い焚き用浴槽側配管23を通って追い焚き用熱交換器21に導かれ、追い焚き用熱交換器21内を経由した後に浴槽5内に戻される。そして、追い焚き用熱交換器21においてタンク14内から導かれたお湯と浴槽5から導かれた湯水との間で熱交換が行われ、浴槽5から導かれた湯水が加熱されて温度が上昇し、温度が上昇した湯水が浴槽5内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。
【0026】
つぎに、第1配管18内、熱交換器9内、第2配管19内におけるスケールの付着防止の制御について、
図2のフローチャートに基づいて説明する。
【0027】
まず、タンク14内の湯水の温度を設定温度に上昇させる「沸上げ」が開始された後(ステップS1)、「沸上げ」が終了したか否かが判断される(ステップS2)。「沸上げ」が終了する前は(ステップS2のNO)、ヒートポンプユニット2が運転されるとともに、循環ポンプ28が駆動され、さらに、切替弁30が第2配管19内を流れる湯水をタンク14の上部に導く切替位置に切替えられている。即ち、ヒートポンプユニット2の熱交換器9で加熱されて温度が上昇した湯水は、第2配管19内を流れてタンク14の上部からタンク14内に導かれ、タンク14内の湯水の温度が次第に上昇する。「沸上げ」が終了したか否かの判断は、温度センサ24の検出結果から判断され、タンク14内の湯水の温度が設定温度に達した場合には「沸上げ」が終了したと判断される。
【0028】
「沸上げ」が終了した場合には(ステップS2のYES)、ヒートポンプユニット2の運転が停止され(ステップS3)、循環ポンプ28は継続して駆動される(ステップS4)。
【0029】
ヒートポンプユニット2の運転が停止され(ステップS3)、及び、循環ポンプ28が継続して駆動されている(ステップS4)場合に、第2温度センサ27の検出結果が第1設定温度(例えば、43℃)以上であるか否かが判断される(ステップS5)。第2温度センサ27の検出結果が第1設定温度以上である場合には(ステップS5のYES)、ヒートポンプユニット2の運転停止状態、及び、循環ポンプ28の駆動状態が維持される。
【0030】
そして、第2温度センサ27の検出温度が第1設定温度以上である場合は(ステップS5のYES)、ヒートポンプユニット2が運転を停止しても熱交換器9を通過した湯水の温度が高いことを意味している。この場合、切替弁30は第2配管19内を流れる湯水をタンク14の上部に導く切替位置に切替えられており、第1配管18内と熱交換器9の湯水用配管13内と第2配管19内とを流れる湯水は、タンク14の上部に導かれる。
【0031】
一方、第2温度センサ27の検出結果が第1設定温度より低くなった場合には(ステップS5のNO)、切替弁30は、第2配管19内を流れる湯水を戻し配管29を経由して第1配管18内に導く切替位置に切替えられる(ステップS6)。
【0032】
ステップS6において、切替弁30が戻し配管29側に切替えられると、第1配管18と熱交換器9の湯水用配管13と第2配管19とからなる閉回路が形成され、循環ポンプ28が駆動されることにより送水される湯水は、第1配管18と熱交換器9の湯水用配管13と第2配管19とからなる閉回路内を循環することになる。一度沸上げられた湯水は温度が低下するにつれてスケールが析出しやすくなり、特に、後述する第2設定温度以下に下がるまでの温度の範囲内においてスケールを析出しやすくなっている。そして、析出した直後のスケールは周囲の部材(第1配管18内、熱交換器9の湯水用配管13内、第2配管19内)に付着しやすい。そこで、温度が第1設定温度より低くなった湯水をこの閉回路内において湯水を循環させることにより、スケールが析出されても析出されたスケールが第1配管18内、熱交換器9の湯水用配管13内、第2配管19内に付着することが防止される。
【0033】
ステップS6における切替弁30の切替が行われた後、第2温度センサ27の検出結果が第1設定温度より低い温度である第2設定温度(例えば、35℃)以下になったか否かが判断される(ステップS7)。
【0034】
第2温度センサ27の検出結果が第2設定温度以下となった場合には(ステップS6のYES)、循環ポンプ28の駆動が停止される(ステップS8)。一度沸上げられた湯水であってもその温度が第2設定温度以下に下がるとスケールを析出しにくくなるので、湯水の温度が第2設定温度以下となった場合に循環ポンプ28の駆動を停止させても、スケールの析出及び析出されたスケールの第1配管18内、熱交換器9の湯水用配管13内、第2配管19内への付着が抑制される。なお、第2温度センサ27の検出結果が第2設定温度以下になったことを検出した場合に直ちに循環ポンプ28の駆動を停止させるのではなく、停止させるまでに所定時間(例えば、5分間)待つようにすることが望ましい。その理由は、第2配管19内に残っている第2設定温度以上の湯水についても第2設定温度以下になることを待つためである。
【0035】
ステップS8において循環ポンプ28の駆動が停止された後、沸上げ終了から所定時間(例えば、30分間)が経過したか否かが判断される(ステップS9)。
【0036】
所定時間が経過した場合は(ステップS9のYES)、タンク14内の下部に水が溜まっている否かが判断される(ステップS10)。タンク14内の下部に水が溜まっている状態とは、タンク14内のお湯が消費され、その消費量に相当する量の水道水が水道管15から供給された状態である。
【0037】
タンク14内の下部に水が貯まっている場合は(ステップS10のYES)、第2配管19内を流れる湯水をタンク14内に導く切替位置に切替弁30が切替えられ(ステップS11)、循環ポンプ28が所定時間(例えば、3分間)駆動される(ステップS12)。この循環ポンプ28の駆動により、第1配管18内、熱交換器9の湯水用配管13内、第2配管19内を存在している一度沸上げられた湯水が、タンク14内の下部の水と入れ替えられる。これにより、第1配管18内、熱交換器9の湯水用配管13内、第2配管19内におけるスケールの析出及び付着をより一層防止することができる。
【0038】
ここで、タンク14内の下部に水があるか否かを判断するまでのステップS9の所定時間は、ヒートポンプユニット2による沸上げ温度が高くなるにつれて短くなるように変更される。その理由は、沸上げ温度が高い程そのお湯の温度が下がってもスケールが析出するまでの時間が短くなるためであり、沸上げ温度が高い場合にはステップS12による水との入れ替えを早めに行うことにより、第1配管18内、熱交換器9の湯水用配管13内、第2配管19内におけるスケールの析出及び付着をより一層防止できるようになる。
【0039】
その後、所定時間(例えば、3時間)が経過したか否かが判断され(ステップS13)、所定時間が経過した場合には(ステップS13のYES)、循環ポンプ28が数分間、駆動される(ステップS14)。そして、このステップS13とステップS14とは所定時間ごとに繰り返される。このように循環ポンプ28を定期的に駆動させて第1配管18、熱交換器9の湯水用配管13内、第2配管19内に水流を発生させることにより、第1配管18内、熱交換器9の湯水用配管13内、第2配管19内におけるスケールの付着を防止することができる。
【0040】
ステップS12、ステップS14における循環ポンプ28の駆動に際し、循環ポンプ28の回転数は、タンク14内の湯水の温度を上昇させる「沸上げ」を行うときの回転数よりも高い回転数とすることが望ましい。その理由は、循環ポンプ28の回転数が高くなることにより第1配管18内、熱交換器9の湯水用配管13内、第2配管19内を流れる水流の速度が速くなり、管路内に付着し固着する前のスケールを押し流し脱落させることができるようになるためである。一方、循環ポンプ28の回転数を高くした場合にはそれに伴って発生する騒音が大きくなるため、夜間においてステップS12、ステップS14により循環ポンプ28の駆動を行う場合には、循環ポンプ28の回転数を「沸上げ」を行う場合との回転数と同程度にすることが望ましい。
【0041】
(第2の実施形態)
第2の実施形態について、
図3及び
図4に基づいて説明する。なお、第1の実施形態で説明した構成要素と同じ構成要素には同じ符号を付け、重複する説明は省略する。
【0042】
図3はヒートポンプ式の給湯機1Aのシステム図であり、この給湯機1Aの基本的構成は第1の実施形態の給湯機1と同じであり、異なる点は、第1配管18内と熱交換器9の湯水用配管13内と第2配管19内とにおけるスケールの付着防止のために使用される戻し配管40の構成である。
【0043】
給湯機1Aは、ヒートポンプユニット2とタンクユニット3Aと制御部4とを備え、給湯機1Aにはお湯が給湯される給湯場所の一つとして浴槽5が接続されている。
【0044】
タンクユニット3Aは、湯水(お湯や水)を貯めるタンク14と、水道管15とタンク14の下部との間に接続されて水道水をタンク14内に給水する給水配管16と、タンク14の上部と給湯場所(例えば、洗面所や台所等)との間に接続された給湯配管17と、タンク14の下部と熱交換器9の入口側との間に接続された第1配管18と、熱交換器9の出口側とタンク14の上部との間に接続された第2配管19と、給湯配管17の途中から分岐して浴槽5に接続された浴槽給湯配管20と、給湯配管17の途中から分岐して追い焚き用熱交換器21を経由した後にタンク14の上下方向中央部に接続された追い焚き用タンク側配管22と、一端が浴槽5に接続されて追い焚き用熱交換器21を経由した後に他端が浴槽給湯配管20に接続された追い焚き用浴槽側配管23とを有している。
【0045】
第1配管18の途中には、循環ポンプ28が設けられている。この循環ポンプ28は、タンク14内の湯水を、第1配管18を経由して熱交換器9内に供給し、熱交換器9で加熱された湯水を第2配管19を経由してタンク14内に戻すようになっている。
【0046】
第2配管19と第1配管18との間には、第2配管19内を流れる湯水を第1配管18に戻す戻し配管40が設けられている。この戻し配管40は、一端が第2配管19に接続されて他端が給水配管16に接続された接続管41と、給水配管16における接続管41が接続された箇所からタンク14に至る部分とにより構成されている。すなわち、戻し配管40はタンク14を介して第2配管19と第1配管18とを接続する配管経路となっている。
【0047】
第2配管19の途中であって戻し配管40が接続された箇所には、第2配管19内を流れる湯水をタンク14の上部に導くか、又は、戻し配管40に導くかを切替える切替弁42が設けられている。この切替弁42は制御部4に接続され、制御部4からの指示により切替制御が行われるようになっている。
【0048】
このような構成において、給湯機1Aの運転であってタンク14内の湯水の温度を上昇させる「沸上げ」、タンク14内から給湯場所(例えば、洗面所や台所等)への給湯、タンク14内から浴槽5への給湯、浴槽5内の湯水の温度を上昇させる「追い焚き」は、第1の実施形態と同様に行われる。
【0049】
第1配管18内、熱交換器9内、第2配管19内におけるスケールの付着防止の制御について、
図3のフローチャートに基づいて説明する。このスケールの付着防止の基本的な動作は第1の実施形態と同じである。
【0050】
まず、タンク14内の湯水の温度を設定温度に上昇させる「沸上げ」が開始された後(ステップS1)、「沸上げ」が終了したか否かが判断される(ステップS2)。「沸上げ」の運転中は、ヒートポンプユニット2が運転されるとともに、循環ポンプ28が駆動される。
【0051】
「沸上げ」が終了した場合には(ステップS2のYES)、ヒートポンプユニット2の運転が停止され(ステップS3)、循環ポンプ28は継続して駆動される(ステップS4)。
【0052】
ヒートポンプユニット2の運転が停止され(ステップS3)、及び、循環ポンプ28が継続して駆動されている(ステップS4)場合に、第2温度センサ27の検出結果が第1設定温度(例えば、43℃)以上であるか否かが判断される(ステップS5)。
【0053】
第2温度センサ27の検出結果が第1設定温度より低くなった場合には(ステップS5のNO)、切替弁42は、第2配管19内を流れる湯水を戻し配管40内を経由して第1配管18内に導く切替位置に切替えられる(ステップS6)。なお、切替弁42が切替えられた場合、第2配管19内を流れる湯水は、戻し配管40内とタンク14内の下部とを経由して第1配管18内に導かれる。
【0054】
ステップS6において、切替弁42が戻し配管40側に切替えられると、第1配管18と熱交換器9の湯水用配管13と第2配管19と戻し配管40とタンク14内の下部からなる閉回路が形成され、循環ポンプ28が駆動されることにより送水される湯水は、第1配管18と熱交換器9の湯水用配管13と第2配管19と戻し配管40とタンク14内の下部とからなる閉回路内を循環することになる。温度が第1設定温度より低くなった湯水をこの閉回路内において循環させることにより、析出されたスケールが第1配管18内、熱交換器9の湯水用配管13内、第2配管19内に付着することが防止される。しかも、この閉回路は、温度の低い湯水が貯まっているタンク14内の下部を経由するため、閉回路内を循環する湯水はタンク14内の下部に貯まっている温度の低い湯水に交換され、閉回路内を循環する湯水の温度を速やかに下げることができる。
【0055】
ステップS6における切替弁30の切替が行われた後、第2温度センサ27の検出結果が第1設定温度より低い温度である第2設定温度(例えば、35℃)以下になったか否かが判断される(ステップS7)。
【0056】
第2温度センサ27の検出結果が第2設定温度以下となった場合には(ステップS7のYES)、第2配管19内を流れる湯水をタンク14の上部に導くように切替弁42が所定時間(例えば、3分間)切替えられ(ステップS20)、その後、循環ポンプ28の駆動が停止される(ステップS8)。ステップS20での切替弁42の切替えが行われることにより、閉回路内を循環していたタンク14内の下部の温度の低い湯水を、第2配管19における切替弁42からタンク14の上部までの配管内を流すことができ、第2配管19における切替弁42からタンク14の上部までの間でのスケールの付着を抑制することができる。
【0057】
ステップS8において循環ポンプ28の駆動が停止された後は、第1の実施形態と同様にステップS9〜ステップS14の制御が行われる。
【0058】
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。