IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2022.1.31 β版

知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」

▶ 株式会社パロマの特許一覧

<>
  • 特開-給湯システム 図1
  • 特開-給湯システム 図2
  • 特開-給湯システム 図3
< >
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024178020
(43)【公開日】2024-12-24
(54)【発明の名称】給湯システム
(51)【国際特許分類】
   F24H 4/02 20220101AFI20241217BHJP
   F24H 1/18 20220101ALI20241217BHJP
   F24H 1/14 20220101ALI20241217BHJP
   F24H 15/174 20220101ALI20241217BHJP
   F24H 15/238 20220101ALI20241217BHJP
   F24H 15/269 20220101ALI20241217BHJP
   F24H 15/32 20220101ALI20241217BHJP
   F24H 15/172 20220101ALI20241217BHJP
   F24H 15/414 20220101ALI20241217BHJP
【FI】
F24H4/02 U
F24H4/02 C
F24H1/18 G
F24H1/14 B
F24H15/174
F24H15/238
F24H15/269
F24H15/32
F24H15/172
F24H15/414
【審査請求】未請求
【請求項の数】1
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2023096503
(22)【出願日】2023-06-12
(71)【出願人】
【識別番号】000112015
【氏名又は名称】株式会社パロマ
(74)【代理人】
【識別番号】100078721
【弁理士】
【氏名又は名称】石田 喜樹
(74)【代理人】
【識別番号】100121142
【弁理士】
【氏名又は名称】上田 恭一
(72)【発明者】
【氏名】横山 武司
(72)【発明者】
【氏名】坂井 康弘
(72)【発明者】
【氏名】花井 悠哉
【テーマコード(参考)】
3L034
3L122
【Fターム(参考)】
3L034BA22
3L034BB03
3L122AA04
3L122AA13
3L122AA23
3L122AA54
3L122AA63
3L122AB52
3L122BA14
3L122BA37
3L122CA13
3L122DA15
3L122EA46
3L122GA05
(57)【要約】
【課題】たとえタンクを小型化したとしても、浴室での給湯動作中にタンク内の湯量が足りなくなることに起因して湯温が変化するような事態が起こらない給湯システムを提供する。
【解決手段】コントローラ4は、所定の学習期間にわたっての湯の使用量及び/又は流量を出湯流量センサ17によって検出し、当該検出結果を検出時刻に関連付けて記憶手段に学習データとして記憶するとともに、学習データを参照し、浴室において湯が使用される浴室使用時間帯を学習する。そして、浴室使用時間帯において給湯する際には、切替電磁弁16を制御してタンク1内の湯水の使用を停止し、直接給水管15から水道水を給湯器3側へ給水するように切り替えるとともに、給湯バーナ22を点火して水道水を給湯器3において加熱した後に浴槽41へ供給するようにした。
【選択図】図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
湯水を貯留するタンクと、前記タンク内の湯水を加熱するヒートポンプと、供給された湯水を燃料ガスの燃焼熱により加熱する給湯器と、前記タンク内の湯水を所定の使用箇所側へ供給する第1供給路、及び前記タンクを介さずに水道水を前記給湯器で加熱した後に前記使用箇所側へ供給する第2供給路を含む前記使用箇所への湯水の供給に係る複数の供給路と、前記給湯器の動作及び前記供給路の選択を制御する制御手段とを備えた給湯システムであって、
前記使用箇所として浴室が含まれている一方、
前記供給路における湯水の流量を検出する流量検出手段と、前記流量検出手段による検出結果にもとづく湯水の使用状況を時刻に関連付けて使用履歴として記憶するとともに、前記使用履歴をもとに前記浴室で湯が使用される浴室使用時間帯を学習する学習手段とを備えており、
前記制御手段は、前記浴室使用時間帯において前記使用箇所へ湯を供給する際、前記タンク内に貯留されている湯水を使用せず、前記第2供給路を介して前記使用箇所に湯を供給することを特徴とする給湯システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、バーナを備えて通水を加熱可能な給湯器と、ヒートポンプを備えて加熱された湯水を貯留するタンクとが併設されてなるハイブリッド式の給湯システムに関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来、ヒートポンプと、ヒートポンプで加熱された湯水を貯留するタンクとを備え、タンク内の湯を台所や浴室等に供給するヒートポンプ式の給湯システムが実用に供されている。ただ、従来のヒートポンプ式の給湯システムでは、浴槽への湯張り時に必要とされる多量の湯水を貯留可能とするために、タンクを非常に大型化しなければならないという問題があった。そこで、たとえば特許文献1に記載されているように、湯水が貯留されるタンクの下流側の供給路に、給湯器であるバーナ加熱装置を設置したハイブリッド式の給湯システムが考案されている。この特許文献1に記載のハイブリッド式の給湯システムでは、湯張りの際にタンク内の湯量が少ないと、ヒートポンプによる加熱に加えてバーナ加熱装置を作動させることで湯量の不足分を補うようになっており、結果としてタンクの小型化を図ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開2013-224762号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
特許文献1に記載の給湯システムでは、湯水が貯留されるタンクの小型化を図ることができる。しかしながら、タンクを小型化すると、湯張りやシャワーの使用等で特に湯の使用量が多い浴室での給湯動作時に、タンク内の湯量が足りない状況が起こりやすい。そして、タンク内の湯量が足りなくなると、上述したようにバーナ加熱装置を作動させることで湯量の不足分を補うことになるが、タンク内の湯量が足りなくなったことを検出してからバーナ加熱装置を作動させていたのでは、出湯中の湯温が不安定になってしまう。したがって、シャワーの使用中に湯温が変化するといった事態が生じてしまい、ユーザーに不快感を与えかねないといった問題がある。
【0005】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みなされたものであって、たとえタンクを小型化したとしても、浴室での給湯動作中にタンク内の湯量が足りなくなることに起因して湯温が変化するような事態が起こらない給湯システムを提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記目的を達成するために、本発明は、湯水を貯留するタンクと、タンク内の湯水を加熱するヒートポンプと、供給された湯水を燃料ガスの燃焼熱により加熱する給湯器と、タンク内の湯水を所定の使用箇所側へ供給する第1供給路、及びタンクを介さずに水道水を給湯器で加熱した後に使用箇所側へ供給する第2供給路を含む使用箇所への湯水の供給に係る複数の供給路と、給湯器の動作及び供給路の選択を制御する制御手段とを備えた給湯システムであって、使用箇所として浴室が含まれている一方、供給路における湯水の流量を検出する流量検出手段と、流量検出手段による検出結果にもとづく湯水の使用状況を時刻に関連付けて使用履歴として記憶するとともに、使用履歴をもとに浴室で湯が使用される浴室使用時間帯を学習する学習手段とを備えており、制御手段は、浴室使用時間帯において使用箇所へ湯を供給する際、タンク内に貯留されている湯水を使用せず、第2供給路を介して使用箇所に湯を供給することを特徴とする。
【発明の効果】
【0007】
本発明によれば、使用箇所として浴室が含まれている一方、供給路における湯水の流量を検出する流量検出手段と、流量検出手段による検出結果にもとづく湯水の使用状況を時刻に関連付けて使用履歴として記憶するとともに、使用履歴をもとに浴室で湯が使用される浴室使用時間帯を学習する学習手段とを備えている。そして、制御手段は、浴室使用時間帯において使用箇所へ湯を供給する際、タンク内に貯留されている湯水を使用せず、第2供給路を介して使用箇所に湯を供給するようになっている。したがって、たとえタンクを小型化したとしても、浴室での給湯動作中にタンク内の湯量が足りなくなる事態が生じず、ひいては浴室での給湯動作中に湯温が変化するような事態が起こらない給湯システムとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
図1】給湯システムの概略を示した説明図である。
図2】標準的と考えられる4人世帯における給湯等の開始時間、出湯量等を表した表である。
図3】コントローラによる給湯運転に係る制御を示したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、本発明の一実施形態である給湯システムについて、図面にもとづき詳細に説明する。
図1は、給湯システムSの概略を示した説明図である。
給湯システムSは、湯水を貯留するタンク1と、タンク1内の湯水を加熱するヒートポンプ2と、供給された湯水を燃料ガスの燃焼により加熱する給湯器3と、コントローラ4と、リモコン5とを備えてなる。タンク1の容量は、一般的な浴槽41よりも十分に容量の少ない20Lとなっている。また、該タンク1には、外部の水道管に接続された給水管6が接続されている。ヒートポンプ2は、蒸発器、圧縮器、及び熱交換器等を備え、熱媒体と通水との熱交換で通水を加熱する公知の装置で、出力は2.0kWとなっている。
【0010】
また、タンク1の上部とヒートポンプ2の出口との間にはタンク往き管7が、タンク1の下部とヒートポンプ2の入り口との間にはタンク戻り管8が夫々接続されている。そして、タンク往き管7とタンク戻り管8とにより、タンク1とヒートポンプ2との間を湯水が循環する循環路9が形成されている。また、タンク戻り管8には、湯水を循環させるためのポンプ10と、タンク戻り管8内の湯水の温度を検出するための戻り温度サーミスタ11とが設けられている。さらに、タンク1の上部には、後述する給湯器3の給湯熱交換器23に接続される中継管12が接続されている。中継管12には、中継管12内を流れる湯水の温度を検出するための中継温度サーミスタ13と、中継管12内を流れる湯水の流量を検出するための中継流量センサ14とが設けられている。また、中継管12における給湯器3よりも上流側となる箇所と給水管6との間には、タンク1をバイパスして給水管6内の水を給湯器3側に直接給水するための直接給水管15が接続されている。さらに、中継管12と直接給水管15との接続部には、タンク1内の湯水を給湯熱交換器23側へ供給するか、それとも直接給水管15から水道水を給湯熱交換器23側へ供給するかで切り替え可能な切替電磁弁16が設けられている。なお、切替電磁弁16は、通常、タンク1内の湯水が給湯熱交換器23側へ供給されるような切替状態となっている。
【0011】
そして、リモコン5が操作されてヒートポンプ2による保温運転が指示されると、コントローラ4は、ヒートポンプ2及びポンプ10を稼働させる。すると、タンク1内の湯水が循環路9を循環し、ヒートポンプ2を通過する際に加熱される。タンク1内の湯水は、ヒートポンプ2において一旦高温(たとえば75℃)まで加熱された後、戻り温度サーミスタ11の検出温度にもとづいてヒートポンプ2がON/OFF制御されることにより、所定の保温温度(たとえば65℃)に維持される。
【0012】
一方、給湯器3は、給湯加熱部20と風呂加熱部21とを備えている。給湯加熱部20は、給湯バーナ22と給湯熱交換器23とを有しており、給湯熱交換器23の入口に、上記中継管12が接続されている。また、給湯熱交換器23の出口には、出湯管26が接続されており、出湯管26には、出湯温度を検出するための出湯温度サーミスタ27と、出湯管26内を流れる湯の流量を検出するための出湯流量センサ17とが設けられている。また、出湯管26には、たとえば洗面所、台所、浴室等に夫々配される複数の給湯栓(浴室に配されるシャワーヘッドも含む)29が設けられた外部配管28が接続されている。さらに、直接給水管15における切替電磁弁16よりも上流側となる箇所と出湯管26との間には、出湯管26内に水道水を供給して出湯温度を調整するためのミキシング管30が接続されている。そして、直接給水管15とミキシング管30との接続部には、直接給水管15からミキシング管30に流れる水量を制御可能な水量制御弁31が設けられている。
【0013】
風呂加熱部21は、風呂バーナ24と風呂熱交換器25とを有している。風呂熱交換器25の入口と外部の浴槽41との間には、風呂戻り管42が接続されている。風呂戻り管42には、循環ポンプ43と風呂温度サーミスタ44とが設けられている。風呂熱交換器25の出口と浴槽41との間には、風呂往き管45が接続されている。そして、風呂戻り管42と風呂往き管45とによって、風呂熱交換器25と浴槽41との間を湯水が循環する追い焚き循環路46が形成されている。また、風呂戻り管42と出湯管26との間には、落とし込み管47が接続されている。落とし込み管47には、落とし込み電磁弁48と落とし込み流量センサ49とが設けられている。
【0014】
さらに、給湯バーナ22及び風呂バーナ24への燃料ガスの供給を行うガス管34は、給湯加熱部20側の給湯分岐管35と、風呂加熱部21側の風呂分岐管36とに分岐している。給湯分岐管35が給湯バーナ22へ燃料ガスを供給し、風呂分岐管36が風呂バーナ24へ燃料ガスを供給する。給湯分岐管35に給湯ガス切替弁37が設けられ、風呂分岐管36に風呂ガス切替弁38が設けられている。また、分岐前のガス管34には、上流側から元電磁弁39、比例制御弁40が設けられている。
【0015】
リモコン5は、ユーザーにより適宜操作されるもので、たとえば湯温等を設定するための設定ボタン(図示せず)、及び浴槽41内の湯水の追い焚きを指令するための追い焚きボタン(図示せず)等が設けられている。コントローラ4は、CPU、記憶手段、及びタイマ等を含んで構成され、各サーミスタ及び各センサ、各弁と電気的に接続されている。該コントローラ4は、リモコン5からの運転指令やリモコン5で設定された設定温度、各サーミスタ及び各センサから得られる情報等にもとづいて、記憶手段の一部である非一時的なコンピュータ可読記憶媒体に記憶されているプログラムに従い、タンク1内の湯水の保温運転、給湯栓29から湯を出湯する給湯運転、及び浴槽41内の湯水を追い焚きする追い焚き運転等を実行する。
【0016】
ここで、上記コントローラ4による各種運転に係る制御を説明する前に、図2にもとづいて、JIS2075に開示された湯の使用実態、すなわち標準的と考えられる4人世帯において、40℃の湯が一日でどう使用されるかの標準モデルについて説明する。図2は、標準的と考えられる4人世帯における給湯等の開始時間、出湯量等を表した表である。
【0017】
JIS2075は、家庭用ガス・石油温水機器のモード効率測定法に関する規定であり、一般家庭における湯の使用形態を反映した標準使用モードを用いて温水機器の効率を測定する方法である。したがって、JIS2075に開示された湯の使用形態を、標準的と考えられる4人世帯において、40℃の湯が一日でどう使用されるかの標準モデルとして使用することができる。そして、そのような標準モデルの一例である図2を参照すると浴槽41への湯張り時及びシャワーの使用時(すなわち浴室での給湯時)には、他の目的による湯の使用時に比べると、湯の使用量が極めて多い。したがって、湯の使用量にもとづいて、浴室において給湯がなされる時刻を検出することができる。また、浴槽41への湯張り時及びシャワーの使用時には、他の目的による湯の使用時に比べると、湯の流量も多い。洗面時における湯の流量がシャワーの使用時における湯の流量と同量であったのは、21時59分からの洗面時1回のみでしかない。したがって、湯の流量にもとづいて、浴室において給湯がなされる時刻を検出することもできる。
【0018】
そこで、コントローラ4は、所定の学習期間(たとえば1ヶ月)にわたっての湯の使用量及び/又は流量を出湯流量センサ17によって検出し、当該検出結果を検出時刻に関連付けて記憶手段に学習データとして記憶する。また、コントローラ4は、学習データを参照し、浴室において湯が使用される浴室使用時間帯を学習する。具体的には、湯の使用量及び/又は流量が所定の閾値を超える時刻をカウントするとともに、カウント回数が所定の判定値を超える時間帯を浴室使用時間帯として判断する。たとえば、コントローラ4は、19時00分から24時00分までの時間帯を浴室使用時間帯として学習する。
【0019】
そして、上述したような学習を行っているコントローラ4による給湯運転について、図3に示すフローチャートに沿って説明する。図3は、コントローラ4による給湯運転に係る制御を示したフローチャートである。
コントローラ4は、給湯栓29が開栓されて中継流量センサ14による通水を検出する(S1)と、現時刻が学習した上記浴室使用時間帯であるか否かを判別する(S2)。そして、現時刻が浴室使用時間帯である(S2でYESと判別する)と、切替電磁弁16を制御して、タンク1内の湯水の給湯熱交換器23側への供給が停止され、直接給水管15から水道水が給湯熱交換器23側へ供給されるように切り替える(S3)。また、ガス管34の元電磁弁39、給湯ガス切替弁37を開弁させるとともに、比例制御弁40を所定開度で開弁させて、給湯バーナ22へ燃料ガスを供給する。さらに、イグナイタを作動させて給湯バーナ22に点火する。すると、水道水は、給水管6から直接給水管15を介して中継管12、そして給湯熱交換器23を通ることになり、燃焼排気との熱交換で加熱された後に出湯管26に流れる(S4)。その後、給湯栓29が閉栓されて出湯流量センサ17による通水の停止を検出する(S6)と、給湯バーナ22の燃焼を停止させるとともに、切替電磁弁16を制御して当初の状態、すなわちタンク1内の湯水が給湯熱交換器23側へ供給される状態へと切り替える。
【0020】
また、浴槽41への湯張り時も同様で、コントローラ4は、リモコン5等による湯張り指令に伴う通水を検出する(S1)と、現時刻が学習した上記浴室使用時間帯であるか否かを判別する(S2)。そして、現時刻が浴室使用時間帯である(S2でYESと判別する)と、切替電磁弁16を制御して、タンク1内の湯水の給湯熱交換器23側への供給が停止され、直接給水管15から水道水が給湯熱交換器23側へ供給されるように切り替える(S3)。また、ガス管34の元電磁弁39、給湯ガス切替弁37を開弁させる等して給湯バーナ22へ燃料ガスを供給するとともに、イグナイタを作動させて給湯バーナ22に点火する。すると、水道水は、給水管6から直接給水管15を介して中継管12、そして給湯熱交換器23を通ることになり、燃焼排気との熱交換で加熱された後に出湯管26に流れる(S4)。また、コントローラ4は、落とし込み管47の落とし込み電磁弁48を開弁させて浴槽41への落とし込みを開始する。よって、給湯熱交換器23を通過して加熱された湯が出湯管26から落とし込み管47に流れ、風呂戻り管42から浴槽41へ供給される。さらに、コントローラ4は、落とし込み流量センサ49で検出された流量が予め設定された設定湯量に到達したことを確認すると、落とし込み電磁弁48を閉弁させるとともに給湯バーナ22の燃焼を停止させ、浴槽41への湯の供給、すなわち湯張り動作を終了する。また、コントローラ4は、湯張り動作の終了に伴う出湯流量センサ17による通水の停止を検出する(S6)と、切替電磁弁16を制御して当初の状態、すなわちタンク1内の湯水が給湯熱交換器23側へ供給される状態へと切り替える。
【0021】
一方、中継管12内の通水確認後における判別の結果、現時刻が浴室使用時間帯でない(S2でNOと判別する)と、切替電磁弁16の切替状態を当初の状態、すなわちタンク1内の湯水が給湯熱交換器23側へ供給される状態のまま保持して、タンク1内の湯水を中継管12から給湯熱交換器23内を通して出湯管26に流し、給湯栓29から出湯させる(S5)。当該給湯に際して、コントローラ4は、循環路9における湯水の温度、すなわち戻り温度サーミスタ11の検出温度が所定の保温温度以上であるか否かを判別する。そして、保温温度以上であることを確認すると、給湯バーナ22への点火は行わず、給湯熱交換器23での湯水の加熱は行わない。しかしながら、戻り温度サーミスタ11の検出温度が保温温度を下回っていると、ガス管34の元電磁弁39、給湯ガス切替弁37を開弁させる等して給湯バーナ22へ燃料ガスを供給するとともに、イグナイタを作動させて給湯バーナ22に点火し、給湯熱交換器23でタンク1内の湯水を燃焼排気との熱交換により加熱する。したがって、そのようにして加熱された湯が出湯管26に流れ、給湯栓29から出湯される。その後、給湯栓29が閉栓されて中継流量センサ14による通水の停止を検出する(S6)と、給湯バーナ22が燃焼している場合には給湯バーナ22の燃焼を停止させるとともに、切替電磁弁16を当初の状態のまま保持する。
【0022】
なお、コントローラ4は、タンク内の湯水を利用する場合であっても利用しない場合であっても出湯温度サーミスタ27で検出される湯の温度がリモコン5で設定される設定温度よりも高いと、水量制御弁31を所定開度に制御して直接給水管15から水道水をミキシング管30へ流し、出湯管26内の湯に混合させて設定温度に調整する。
【0023】
次に、追い焚き運転について説明する。上述したような湯張り後、コントローラ4は、リモコン5において追い焚きボタンが操作されると、浴槽41内の湯を加熱する追い焚き動作を実行する。つまり、循環ポンプ43を作動させるとともに、風呂ガス切替弁38を開弁させて風呂バーナ24に点火し、浴槽41内の湯を追い焚き循環路46で循環させて追い焚きする。なお、風呂温度サーミスタ44による検出温度が予め設定された追い焚き温度に達すると、循環ポンプ43を停止させるとともに風呂バーナ24の燃焼を停止させ、追い焚き動作を終了する。
【0024】
以上のような構成を有する給湯システムSによれば、コントローラ4は、所定の学習期間にわたっての湯の使用量及び/又は流量を出湯流量センサ17によって検出し、当該検出結果を検出時刻に関連付けて記憶手段に学習データとして記憶するとともに、学習データを参照し、浴室において湯が使用される浴室使用時間帯を学習する。そして、浴室使用時間帯において給湯する際には、切替電磁弁16を制御してタンク1内の湯水の使用を停止し、直接給水管15から水道水を給湯器3側へ給水するように切り替えるとともに、給湯バーナ22を点火して水道水を給湯器3において加熱した後に浴槽41へ供給するようになっている。したがって、たとえタンク1を小型化したとしても、たとえばシャワー使用中等にタンク1内の湯量が足りなくなる事態が生じず、ひいてはシャワー使用中等に湯温が変化するような事態が起こらない給湯システムSとすることができる。
【0025】
なお、本発明に係る給湯システムは、上記実施形態の態様に何ら限定されるものではなく、給湯システムの全体的な構成は勿論、浴室使用時間帯の学習に係る構成についても必要に応じて適宜変更することができる。
【0026】
上記実施形態では、浴室使用時間帯の学習に係り何曜日であるか祝日であるか等を考慮していないが、浴室使用時間帯であるか否かの判別を日付に関連付けてもよい。たとえば、土曜日、日曜日、及び祝日には浴室使用時間帯を設定しないとしてもよい。また、土曜日、日曜日、及び祝日と平日とで、浴室使用時間帯を夫々別個に学習させることも可能である。
【0027】
また、上記実施形態では、通水の検出を起因として供給路を切り替えるとしているが、通水の検出ではなく時間によって供給路が自動的に切り替えられる、すなわち浴室使用時間帯になると自動的に切替電磁弁が作動して第2供給路に切り替わるように構成することも可能である。
さらに、所定の学習期間にわたる学習は1回であっても良いし、複数回繰り返し学習するとしてもよく、たとえば所定の学習期間にわたる学習を繰り返し、学習する度に浴室使用時間帯を更新するように構成することも可能である。
【0028】
加えて、タンクの容量は、上記形態の20Lに限らず、10.00L~25.00Lの間で適宜設定しても良い。
また、給湯器の熱交換器は、顕熱を回収する一次熱交換器と、潜熱を回収する二次熱交換器とを併設したものであってもよい。
さらに、上記形態の給湯器は、風呂加熱部を備えているが、風呂加熱部のない給湯器を採用することも可能である。
【符号の説明】
【0029】
1・・タンク、2・・ヒートポンプ、3・・給湯器、4・・コントローラ(制御手段、学習手段)、6・・給水管、12・・中継管(第1供給路、第2供給路)、15・・直接給水管(第2供給路)、16・・切替電磁弁、17・・出湯流量センサ(流量検出手段)、20・・給湯加熱部、22・・給湯バーナ、23・・給湯熱交換器、26・・出湯管(第1供給路、第2供給路)、29・・給湯栓(使用箇所)、41・・浴槽(使用箇所)、S・・給湯システム。
図1
図2
図3