(57)【要約】【課題】構造や様式等の異なる様々な浴室に対して最適に風呂保温手段を動作させることが可能な給湯機を提供することを目的とする。【解決手段】浴槽１に接続された水循環路８を有し、当該水循環路８を用いて浴槽水を循環させる風呂追焚き回路Ａを備える。浴室温度の検出時間Δｔと、当該検出時間Δｔ中の浴室温度の変化量（ＴＲ１−ＴＲ２）と、平均外気温度ＴｆＡｖｅとに基づいて、浴室１０１の熱抵抗率Ｈを算出する。そして、この熱抵抗率Ｈ、浴槽水温度ＴＷP、風呂保温動作開始温度ＴＷS、および平均外気温度ＴｆＡｖｅに基づいて、浴槽水温度低下時間ΔｔＷを算出する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
浴槽に接続された水循環路を有し、当該水循環路を用いて浴槽水を循環させる浴槽水循環手段と、
前記水循環路内を流れる湯を加熱する加熱手段と、
浴槽水温度を検出する浴槽水温度検出手段と、
浴槽水の温度低下時に、前記加熱手段を用いて浴槽水の温度を上昇させる風呂保温手段と、
前記浴槽が設置された浴室内の浴室温度を検出する浴室温度検出手段と、
前記浴室の外で外気温度を検出する外気温度検出手段と、
時間経過に伴う前記浴室温度の変化量と、前記外気温度とに基づいて、前記浴槽水温度が予め設定された風呂保温動作開始温度に低下するまでに要する浴槽水温度低下時間を推定する温度低下時間推定手段と、
前記浴槽水温度停止時間が経過するまで、前記風呂保温手段の動作を停止させる起動時期制御手段と、
を備えることを特徴とする給湯機。
【請求項２】
前記温度低下時間推定手段は、
前記浴室温度の検出時間と、当該検出時間中の前記浴室温度の変化量と、前記外気温度とに基づいて、前記浴室の熱抵抗値を算出する熱抵抗値算出手段と、
前記熱抵抗値、前記浴槽水温度、前記風呂保温動作開始温度、および前記外気温度に基づいて、浴槽水温度低下時間を算出する温度低下時間算出手段と、を含むことを特徴とする請求項１に記載の給湯機。
【請求項３】
前記浴室温度検出手段により検出される前記浴室温度は、時間経過に伴って単調に低下する場合にのみ、前記浴槽水温度低下時間の算出に利用されることを特徴とする請求項１または２に記載の給湯機。
【請求項４】
前記浴槽内の浴槽水の水位を検知するための水位検知手段を更に備え、
前記水位検知手段により検知される浴槽水の水位が安定している場合にのみ、前記浴槽水検出手段および前記浴室温度検出手段による温度検出が行われることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の給湯機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、浴槽水の温度を一定に保つ風呂保温機能を有する給湯機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の浴槽水の温度を一定に保つ風呂保温機能を有する給湯機は、温度センサで浴槽水温と浴室温度を検出し、浴室温度に対応させて予め設定した浴槽水の自然放熱による降下温度の予測値に基づいて、風呂保温手段の動作する時間間隔を長くするもしくは風呂保温手段の動作を停止させるものであった。これにより、合理的に浴槽水の再加熱を行えるようにし、経済性と省エネルギー性を得ていた（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平４−３５３３３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１の手法は、浴室の温度にのみ着目している。このため、上記手法によれば、浴室の構造や様式の差異の有無にかかわらず、同じ浴室温度が検出される場合には、同一の温度低下予測が行われることとなる。その結果、構造や様式等の異なる様々な浴室に対して合理的に風呂保温手段を動作させることが困難であった。
【０００５】
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、構造や様式等の異なる様々な浴室に対して最適に風呂保温手段を動作させることが可能な給湯機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る貯湯式給湯機は、浴槽に接続された水循環路を有し、当該水循環路を用いて浴槽水を循環させる浴槽水循環手段と、水循環路内を流れる湯を加熱する加熱手段と、浴槽水温度を検出する浴槽水温度検出手段と、浴槽水の温度低下時に、加熱手段を用いて浴槽水の温度を上昇させる風呂保温手段と、浴槽が設置された浴室内の浴室温度を検出する浴室温度検出手段と、浴室の外で外気温度を検出する外気温度検出手段と、時間経過に伴う浴室温度の変化量と、外気温度とに基づいて、浴槽水温度が予め設定された風呂保温動作開始温度に低下するまでに要する浴槽水温度低下時間を推定する温度低下時間推定手段と、浴槽水温度停止時間が経過するまで、風呂保温手段の動作を停止させる起動時期制御手段と、を備えたものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、構造や様式等の異なる様々な浴室に対して最適に風呂保温手段を動作させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施の形態１における風呂保温機能を有する貯湯式の給湯機との浴室の構成図である。
【図２】風呂追焚き回路Ｂと制御装置の詳細図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１における風呂保温機能を有する貯湯式の給湯機１００との浴室１０１の構成図である。図１に示す貯湯式給湯機１００は、浴槽１に供給される湯を貯える貯湯タンク２を備えている。尚、貯湯タンク２内に供給された水は、図示省略する加熱手段（ヒートポンプユニット等）を利用して沸き上げられるようになっている。
【００１０】
図１に示すように、貯湯式給湯機１００は、風呂保温熱源供給回路Ａを備えている。風呂保温熱源供給回路Ａは、浴槽１内の浴槽水を保温するための熱源となる貯湯タンク２内の高温水を循環させるための回路である。風呂保温熱源供給回路Ａには、貯湯タンク２と、追焚き用の熱交換器（加熱手段）３と、熱源循環ポンプ４とが順次接続されている。
【００１１】
また、貯湯式給湯機１００は、風呂追焚き回路Ｂを備えている。風呂追焚き回路Ｂは、浴室１０１に設置された浴槽１と、浴槽水位センサ５と、熱交換器３と、浴槽水循環ポンプ６と、温度センサ７とが順次接続された水循環路８を有している。更に、貯湯タンク２の上部には、湯張り流量検出手段９を途中に備える湯張り配管１０が接続されている。湯張り配管１０の他端は、風呂追焚き回路Ｂに接続されている。
【００１２】
貯湯式給湯機１００は、更に、制御装置１１を備えている。制御装置１１には、浴室１０１の気温（浴室温度）を検出する浴室温度検出手段１２と、屋外（浴室１０１の外）の気温（外気温度）を検出する外気温度検出手段１３とが接続されている。制御装置１１は、浴槽水の温度を一定に保つための風呂保温動作を制御する装置である。風呂保温動作は、浴槽水循環ポンプ６と熱源循環ポンプ４とを起動させて、風呂保温熱源供給回路Ａを流れる高温水と水循環路８を流れる浴槽水とを熱交換器３を介して熱交換させる（追い焚き加熱動作を行う）ことにより、浴槽水の温度を上昇させる動作である。
【００１３】
図２は、風呂追焚き回路Ｂと制御装置１１の詳細図である。制御装置１１は、風呂保温動作の制御に用いる手段として、風呂保温動作作動時間間隔設定手段（以下、単に「時間間隔設定手段」と略する）１１ａと、風呂保温動作起動停止手段１１ｂとを備えている。時間間隔設定手段１１ａは、浴室温度検出手段１２と外気温度検出手段１３にて検出された温度に基づいて、風呂保温動作を作動させる時間間隔を設定する手段である。また、風呂保温動作起動停止手段１１ｂは、風呂保温動作の実行の要否を判断するために、浴槽水循環ポンプ６を定期的に駆動し、温度センサ７を用いて浴槽水の温度の取得を行う。風呂保温動作起動停止手段１１ｂは、上記のように取得された浴槽水温度が予め設定された風呂保温動作開始温度未満の場合には追焚き加熱動作を行い、一方、浴槽水温度が上記風呂保温動作開始温度以上の場合には追焚き加熱動作を行わないようにする手段である。
【００１４】
更に、本実施形態の時間間隔設定手段１１ａは、風呂保温動作を作動させる時間間隔の算出方法に特徴を有している。具体的には、先ず、浴室温度検出手段１２を用いて浴槽１を含む浴室１０１の室内温度（浴室温度）を例えば１秒毎に検知し、一定時間（例えば５分）経過後の浴室温度と５分前に検知した浴室温度との差（変化量）を低下温度として観測する。もしくは、検知する浴室温度が一定温度（例えば１℃）低下するまでに要する経過時間を観測する。そして、浴室１０１の低下温度（すなわち、浴室温度の変化量）と観測時間（すなわち、浴室温度の検出時間）と外気温度とに基づいて、浴室１０１の躯体の熱抵抗率を算出する。そして、算出した浴室１０１の躯体の熱抵抗率（熱抵抗値）、浴室温度、風呂保温動作開始温度、および外気温度に基づいて、風呂保温動作を作動させる時間間隔、すなわち、風呂保温動作が起動したときに温度センサ７で検知される浴槽水温度が、風呂保温動作での追焚き加熱動作を行う上記保温動作開始温度に低下するまでに要する時間（浴槽水温度低下時間）を算出する。
【００１５】
次に、風呂保温動作を作動させる時間間隔（上記浴槽水温度低下時間）の詳細な算出方法を説明する。
【００１６】
浴室温度の観測時間Δｔの経過中に浴室１０１から放出される熱量ＱＲは、次の（１）式のように表すことができる。
ＱＲ＝ＣＡ×（ＴＲ１−ＴＲ２）×ρＡ×ＤＲ      ・・・（１）
ただし、上記（１）式において、ＣＡは空気の比熱、ＴＲ１は浴室温度観測時間Δｔの開始時に浴室温度検出手段１２で検出される浴室１０１の浴室温度、ＴＲ２は浴室温度観測時間Δｔが経過した後に浴室温度検出手段１２で検出される浴室１０１の浴室温度、ρＡは空気の密度、ＤＲは浴室１０１の容積である。
【００１７】
また、観測時間Δｔの経過中に浴室１０１から浴室躯体を通して外気（屋外）へ放出される熱量ＱＲは、次の（２）式のように表すこともできる。
ＱＲ＝（ＴＲＡｖｅ−ＴｆＡｖｅ）÷Ｈ×ＳＲ×Δｔ      ・・・（２）
ただし、上記（２）式において、ＴＲＡｖｅは観測時間Δｔの経過中の平均浴室温度、ＴｆＡｖｅは観測時間Δｔの経過中に外気温度検出手段１３で検出される温度の平均外気温度、ＳＲは浴室１０１の表面積、Ｈは浴槽１を含む浴室１０１の躯体の熱抵抗率である。また、平均浴室温度ＴＲＡｖｅは例えばＴＲＡｖｅ＝(ＴＲ１＋ＴＲ２)÷２として算出することができる。
【００１８】
上記（１）、（２）式より、上記熱抵抗率Ｈは、以下の（３）式のように表すことができる。
Ｈ＝｛（ＴＲＡｖｅ−ＴｆＡｖｅ）×ＳＲ×Δｔ｝
÷｛ＣＡ×（ＴＲ１−ＴＲ２）×ρＡ×ＤＲ｝      ・・・（３）
【００１９】
次に、追焚き加熱動作の開始までに浴槽１から放出される熱量ＱＷは、次の（４）式のように表すことができる。
ＱＷ＝ＣＷ×（ＴＷ−ＴＷS）×ρＷ×ＤＷ      ・・・（４）
ただし、上記（４）式において、ＣＷは水の比熱、ＴＷＰは浴槽水温度、ＴＷＳは追焚き開始設定温度（上記風呂保温動作開始温度）、ρＷは水の密度、ＤＷは浴槽１に張られた湯水の体積である。尚、上記湯水の体積ＤＷは湯張り時の設定湯張り量または湯張り流量検出手段９による検出値を用いることができる。
【００２０】
また、時間ΔｔＷの経過中に浴槽１内の湯水から浴室躯体を通して外気（屋外）へ放出される熱量ＱＷは、次の（５）式のように表すこともできる。
ＱＷ＝（ＴＷＡｖｅ−ＴｆＡｖｅ）÷Ｈ×Ｓ×ΔｔＷ      ・・・（５）
ただし、上記（５）式において、Ｓは浴槽１内の湯水の躯体接触面積、ΔｔＷは浴槽１内の湯水の放熱時間、Ｈは既述したように浴室躯体熱抵抗率、ＴＷＡｖｅは時間ΔｔＷの経過中の平均浴槽水温度、ＴｆＡｖｅは既述したように平均外気温度である。また、平均浴槽水温度ＴＷＡｖｅは例えばＴＷＡｖｅ＝（ＴＷ＋ＴＷS）÷２として算出することができる。
【００２１】
尚、ここでは、浴槽１内の湯水の躯体接触面積Ｓを、浴槽１の水平面面積Ｓｖと垂直面面積Ｓｈとから（Ｓ＝Ｓｈ＋Ｓｖ）とする。また、浴槽１の水平面の面積Ｓｈは、予め浴槽１の寸法を記憶しておくことにより得ることができ、もしくは浴槽１に張られた湯水の高さｈと湯張りされた湯水の体積ＤＷとから（Ｓｈ＝ＤＷ÷ｈ）として求めることもできる。また、湯水の高さｈは例えば湯張り時の浴槽水位センサ５による検出値を用いるものとする。浴槽１の寸法の記憶は、例えば浴室１０１に設置された遠隔制御装置にて、使用者もしくは給湯機を設置する施工者によって入力されるものとする。更に、浴槽湯水垂直面の面積Ｓｖは、予め浴槽１の寸法を記憶しておくことにより得ることができ、もしくは例えば少なくとも最小で円筒状の面を持つので、面積がＳｈとなる円の円周の長さＬを用いて（Ｓｖ＝ｈ×Ｌ）として求めることもできる。
【００２２】
上記（４）、（５）式より、上記放熱時間ΔｔＷｈは、以下の（６）式のように表すことができる。
ΔｔＷ＝｛ＣＷ×（ＴＷP−ＴＷS）×ρＷ×ＤＷ｝
÷｛（ＴＷＡｖｅ−ＴｆＡｖｅ）÷Ｈ×Ｓ｝      ・・・（６）
【００２３】
本実施形態では、以上のようにして算出した湯水の放熱時間ΔｔＷを、浴槽１内の湯水温度の検出時刻から風呂保温動作を作動させるまでの時間間隔（すなわち、上記浴槽水温度低下時間）として利用する。
【００２４】
次に、上記（３）、（６）式を用いた計算結果の一例を説明する。ここでは、外気温度が常に７℃の環境下において、幅２ｍ、奥行き２ｍ、高さ２．５ｍの寸法を有し、表面積ＳＲ：２８ｍ２、容積ＤＲ：１０ｍ３の浴室１０１において、空気の比熱ＣＡ:１．００６ｋＪ/ｋｇ・℃、浴室内温度ＴＲ１：２８℃、１０分（観測時間Δｔ）経過後に検出した浴室内温度ＴＲ２:２７．５℃、空気の密度ρＡ：１．１７ｋｇ／ｍ３、１０分間（観測時間Δｔ）の平均浴室温度ＴＲＡｖｅ：２７．７５℃、平均外気温度ＴｆＡｖｅ：７℃の場合を例に挙げる。この場合、上記（３）式によれば、浴室躯体の熱抵抗率Ｈは５９．２℃・ｍ／Ｗとなる。
【００２５】
また、湯張り湯量１８０Ｌを張った浴槽１において、浴槽湯水体積ＤＷ：０．１８ｍ３、浴槽湯張り水位ｈ：０．５０ｍ、浴槽湯水が円筒状であると仮定した場合、躯体接触面積Ｓ：１．４０ｍ２となる。検出された浴槽水温度ＴＷＰ:４５℃、追焚き開始設定温度（上記風呂保温動作開始温度）ＴＷＳ:４３．５℃、水の比熱ＣＷ：４．１７９ｋＪ／ｋｇ・℃、水の密度ρＷ：９９４ｋｇ／ｍ３の場合、検出された浴槽水温度ＴＷＰが検出開始時の４５℃から追焚き開始設定温度ＴＷＳである４３．５℃にまで低下する時間（浴槽水温度低下時間ΔｔＷ）は２１分となる。
【００２６】
また、本実施形態では、浴室温度検出手段１２および外気温度検出手段１３を用いた浴室温度および外気温度の検出は、風呂保温動作の停止時に浴槽水温度の検知と同時に開始される。ただし、浴室温度および外気温度の検出値は、検出中の時間経過に伴って単調に低下する場合にのみ、上記浴槽水温度低下時間ΔｔＷの算出に利用されるようになっている。このような処理によれば、浴槽水温度低下時間ΔｔＷの算出精度を高めることができる。
【００２７】
更に、本実施形態では、浴槽水位センサ５の検知する水位が所定時間（例えば５分）に渡って安定している場合にのみ、浴槽水温度、浴室温度、および外気温度の検出が行われ、浴槽水温度低下時間ΔｔＷの算出に用いられる。一方、浴槽水位センサ５の検知する水位が所定時間に渡って安定していない場合には、当該所定時間に渡って水位が安定した後に、浴槽水循環ポンプ６を作動させ、浴槽水温度の検知と同時に浴室温度および外気温度の検知が開始される。そして、その後に浴槽水位センサ５の検知する水位が上記所定時間に渡って安定している場合に、浴室温度および外気温度の検出値が浴槽水温度低下時間ΔｔＷの算出に用いられる。このような処理によれば、浴槽水温度低下時間ΔｔＷの算出精度を高めることができる。
【００２８】
以上説明した本実施形態によれば、浴室温度の検出時間Δｔと、当該検出時間Δｔ中の浴室温度の変化量（ＴＲ１−ＴＲ２）と、平均外気温度ＴｆＡｖｅとに基づいて、浴室１０１の熱抵抗率Ｈが算出されたうえで、この熱抵抗率Ｈ、浴槽水温度ＴＷP、風呂保温動作開始温度ＴＷS、および平均外気温度ＴｆＡｖｅに基づいて、浴槽水温度低下時間ΔｔＷが算出される。このように浴室温度と外気温度とを監視することによって、浴室１０１の種類、様式等の違いによらず、浴槽水の温度低下時間ΔｔＷを正確に予測することができる。これにより、浴槽１の温度検知のための浴槽１への低温水の流入を抑制することができ、貯湯タンク２内の熱量の消費を減らすことができる。このため、省エネルギー性を高めるといった合理的な風呂加熱動作が可能となる。
【符号の説明】
【００２９】
１  浴槽
２  貯湯タンク
３  追焚き用熱交換器
４  熱源循環ポンプ
５  浴槽水位センサ
６  浴槽水循環ポンプ
７  温度センサ
８  水循環路
９  流量検出手段
１１  制御装置
１１ａ  時間間隔設定手段
１１ｂ  風呂保温動作起動停止手段
１２  浴室温度検出手段
１３  外気温度検出手段
１００  貯湯式給湯機
１０１  浴室
Ａ  風呂保温熱源供給回路
Ｂ  風呂追焚き回路
【図１】
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【図２】
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