(57)【要約】【課題】熱交換器の配管内にスケールが付着することを抑制できる給湯機を提供する。【解決手段】湯水が流通する配管８を有し、この配管８内の湯水を加熱する熱交換器９と、熱交換器９に熱を加える加熱装置１０と、上下方向に複数の温度センサ２６を有して湯水を貯める貯湯タンク１５と、貯湯タンク１５の下部と熱交換器９と貯湯タンク１５の上部とを順次接続する配管流路２７と、配管流路２７内に湯水を流通させるポンプ３０と、加熱装置１０による加熱を停止した後に、ポンプ３０を駆動させて貯湯タンク１５下部の水を配管流路２７を介して熱交換器９の配管８内に流入させる第１制御手段と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
湯水が流通する配管を有し、この配管内の湯水を加熱する熱交換器と、
前記熱交換器に熱を加える加熱装置と、
湯水を貯める貯湯タンクと、
前記貯湯タンクの下部と前記熱交換器と前記貯湯タンクの上部とを順次接続する配管流路と、
前記配管流路内に湯水を流通させるポンプと、
前記加熱装置による加熱を停止した後に、前記ポンプを駆動させて前記貯湯タンク下部の水を前記配管流路を介して前記熱交換器の前記配管内に流入させる第１制御手段と、
を備えることを特徴とする給湯機。
【請求項２】
湯水が流通する配管を有し、この配管内の湯水を加熱する熱交換器と、
前記熱交換器に熱を加える加熱装置と、
湯水を貯める貯湯タンクと、
前記貯湯タンクの下部と前記熱交換器と前記貯湯タンクの上部とを順次接続する配管流路と、
前記配管流路の中途部をバイパスするバイパス配管部と、
前記熱交換器を通過した湯水を前記貯湯タンクに導くか前記バイパス配管部を介して前記配管流路に戻すかを切換える流路切換手段と、
前記配管流路の途中であって、前記熱交換器と前記バイパス配管部との間に配置され、前記配管流路内に湯水を流通させるポンプと、
前記加熱装置による加熱を停止した後に、前記ポンプを駆動させて前記貯湯タンク下部の水を前記配管流路を介して前記熱交換器の前記配管内に流入させる第１制御手段と、
前記第１制御手段を実行した後に、前記流路切換手段により湯水が前記バイパス配管部を流通するように切換え、前記ポンプを駆動させて前記配管と前記配管流路の一部とに湯水を循環させる第２制御手段と、
を備えることを特徴とする給湯機。
【請求項３】
前記第２制御手段における前記ポンプの回転数は、前記第１制御手段における前記ポンプの回転数より高いことを特徴とする請求項２記載の給湯機。
【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た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等に使用するようにしている。このような給湯機としては、例えば下記特許文献１に記載されたものが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１-１１２２９３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、このような給湯機においては、ヒートポンプユニットの熱交換器の配管内にカルシウム塩やマグネシウム塩などのスケールが付着し、配管の詰まりが生じるという問題がある。
【０００５】
このため、配管に一定量のスケールが付着した場合、又は、定期的にスケールを除去する洗浄を行う必要があり、手間がかかっている。
【０００６】
本発明の実施形態の目的は、熱交換器の配管内にスケールが付着することを抑制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】
【０００７】
実施形態の給湯機は、湯水が流通する配管を有し、この配管内の湯水を加熱する熱交換器と、熱交換器に熱を加える加熱装置と、上下方向に複数の温度センサを有して湯水を貯める貯湯タンクと、貯湯タンクの下部と熱交換器と貯湯タンクの上部とを順次接続する配管流路と、配管流路内に湯水を流通させるポンプと、加熱装置による加熱を停止した後に、ポンプを駆動させて貯湯タンク下部の水を配管流路を介して熱交換器の配管内に流入させる第１制御手段と、を備えることである。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】ヒートポンプ式の給湯機のシステム図である。
【図２】第１・第２制御手段による制御内容を示すフローチャートである。
【図３】第３制御手段による制御内容を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
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、ヒートポンプユニット２と、貯湯タンクユニット３と、制御部４とを備えている。また、浴室５内には、浴槽６と浴室５内で各種設定を行うリモコン７とが設けられている。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、後述する第１制御手段、第２制御手段、第３制御手段を実行する。
【００１０】
ヒートポンプユニット２は、湯水が流通する配管８を有する熱交換器９と、熱交換器９に熱を加える加熱装置１０とを有している。この加熱装置１０は、冷媒を圧縮する圧縮機１１、熱交換器９内の冷媒流路、内部熱交換器１２の第１流路、膨張弁１３、空気熱交換器１４、及び内部熱交換器１２の第２流路を順次接続して冷媒を循環させる冷凍サイクル装置である。
【００１１】
貯湯タンクユニット３は、湯水（温湯や水）を貯める貯湯タンク１５と、水道管に接続される給水接続口１６と、貯湯タンク１５内の温湯を必要とする給湯場所（例えば、洗面所や台所）に給湯するように配管が接続される給湯接続口１７と、熱交換器９の配管８に接続される２つの熱交換器接続口１８、１９と、浴槽６に接続された２つの浴槽接続口２０、２１とを有している。貯湯タンク１５には、タンク上部に位置する２つの上部接続口２２、２３と、タンク下部に位置する２つの下部接続口２４、２５と、上下方向に配列された複数の温度センサ２６とを有している。複数の温度センサ２６は、貯湯タンク１５内のその温度センサ２６が位置する部分の湯水の温度を検出し、検出した温度データを制御部４に伝えるようになっている。
【００１２】
ヒートポンプユニット２と貯湯タンクユニット３との間には、貯湯タンク１５の一方の下部接続口２５と熱交換器９の配管８と貯湯タンク１５の一方の上部接続口２２とを順次接続する配管流路２７が設けられている。
【００１３】
配管流路２７の途中には、この配管流路２７の中途部をバイパスするバイパス配管部２８が設けられている。また、配管流路２７の途中には、熱交換器９を通過した湯水を貯湯タンク１５に導くか、又は、バイパス配管部２８を介して配管流路２７に戻すかを切換える流路切換手段である三方弁２９が設けられている。さらに、配管流路２７の途中には、熱交換器９とバイパス配管部２８との間に配置され、配管流路２７内に湯水を流通させるポンプ３０と、配管流路２７を開閉する開閉弁３１とが設けられている。
【００１４】
つぎに、貯湯タンクユニット３に設けられているその他の構成要素について説明する。タンク上部の上部接続口２２には、貯湯タンク１５内の温湯を取出す取出流路３２の一端が接続されており、この取出流路３２の他端側は、分岐点３３で分岐されて給湯接続口１７と浴槽接続口２０とに接続されている。
【００１５】
取出流路３２における分岐点３３から給湯接続口１７に接続されるまでの間の部分には、貯湯タンク１５内から取出した温湯と水道水とを混合させる給湯ミキシングバルブ３４と流量センサ３５とが設けられている。取出流路３２における分岐点３３から浴槽接続口２０に接続されるまでの間の部分には、貯湯タンク１５内から取出した温湯と水道水とを混合させる風呂ミキシングバルブ３６と電磁弁３７と銀イオン発生ユニット３８とが設けられている。
【００１６】
また、貯湯タンクユニット３には、貯湯タンク１５内から取出した温湯を循環させて貯湯タンク１５内に戻す第１循環流路３９と、浴槽６内から取出した湯水を循環させて浴槽６内に戻す第２循環流路４０とが設けられている。
【００１７】
第１循環流路３９は、取出流路３２中の２つ目の分岐点４１で分岐されて配管流路２７における三方弁２９の下流側に接続された流路であり、この第１循環流路３９の途中に追い焚きポンプ４２と追い焚き熱交換器４３とが設けられている。追い焚きポンプ４２は、貯湯タンク１５内の温湯を取出し、その温湯を追い焚き熱交換器４３を経由して貯湯タンク１５内に戻すように機能する。
【００１８】
第２循環流路４０は、２つの浴槽接続口２０、２１を接続するように設けられた流路であり、この第２循環流路４０の一部は浴槽接続口２０に接続される取出流路３２の一部と共有されている。第２循環流路４０の途中には、追い焚き熱交換器４３と風呂ポンプ４４とが設けられている。風呂ポンプ４４は、浴槽６内の湯水を取出し、その湯水を追い焚き熱交換器４３を経由して浴槽６内に戻すように機能する。追い焚き熱交換器４３では、貯湯タンク１５内から取出された温湯の熱により、浴槽６内から取出された湯水が加熱される。
【００１９】
つぎに、制御部４について説明する。制御部４は給湯機１の各構成要素の制御を行う部分であり、例えば、下記の第１制御手段、第２制御手段、第３制御手段を実行する。
【００２０】
第１制御手段は、加熱装置１０である冷凍サイクル装置が運転を停止した後、ポンプ３０を駆動させて貯湯タンク１５下部の水を配管流路２７を介して熱交換器９の配管８内に流入させる制御である。
【００２１】
第２制御手段は、三方弁２９により配管流路２７内の湯水がバイパス配管部２８を流通するように切換え、さらに、開閉弁３１を閉弁し、ポンプ３０を駆動させて配管８と配管流路２７の一部とにより形成される閉水路内に湯水を循環させる制御である。
【００２２】
第３制御手段は、貯湯タンク１５内の湯水を沸き上げる場合にポンプ３０の回転数を検出し、ポンプ３０の回転数が仕様範囲を超えている場合にポンプ３０を高回転させて配管８内のスケールを洗浄する洗浄運転を行い、その洗浄運転によって配管８内のスケールを洗浄できない場合には沸き上げ温度を下げることにより配管８内のスケールの発生を抑える制御である。
【００２３】
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１５内に水道水が貯水され、その水を沸き上げる制御について説明する。
【００２４】
図示しない操作部から「沸き上げ」の指示がなされると、制御部４の制御により、加熱装置１０が駆動されるとともに、ポンプ３０が駆動される。このとき、三方弁２９は、配管流路２７が貯湯タンク１５の上部接続口２２に連通するように切換えられている。
【００２５】
加熱装置１０が駆動されることにより、熱交換器９において熱交換が行われ、配管８内の水が加熱されて温湯になる。
【００２６】
また、ポンプ３０が駆動されることにより、配管８内で加熱された温湯が配管流路２７内を流れて上部接続口２２から貯湯タンク１５内に供給されるとともに、貯湯タンク１５内の水が下部接続口２５から取出され、配管流路２７内を流れて配管８内に流入する。
【００２７】
このようにして、貯湯タンク１５内の下部接続口２５から取出された水が配管８内において加熱されて温湯になり、この温湯が上部接続口２２から貯湯タンク１５内に戻されことが繰り返されることにより、貯湯タンク１５内の水が沸き上げられる。
【００２８】
つぎに、貯湯タンク１５内に貯湯されている温湯を浴槽６に給湯する制御について説明する。
【００２９】
浴室５内のリモコン７から「浴槽給湯」の指示がなされると、制御部４の制御により、風呂ミキシングバルブ３６の開度が調節されるとともに、浴槽接続口２０に接続された取出流路３２の途中に設けられている電磁弁３７が開弁される。
【００３０】
風呂ミキシングバルブ３６の開度が調節されることにより、貯湯タンク１５内から取出されて取出流路３２内を流れた温湯と、給水接続口１６から供給された水道水とが混合されて指定した温度の温湯が生成され、この温湯が浴槽接続口２０を通って浴槽６内に給湯される。
【００３１】
また、温湯を必要とする浴槽６以外の給湯場所（例えば、洗面所や台所）に給湯する場合には、制御部４の制御により給湯ミキシングバルブ３４の開度が調節され、貯湯タンク１５内から取出されて取出流路３２内を流れた温湯と水道水とが混合されることにより指定した温度の温湯が生成され、その温湯が給湯接続口１７から各給湯場所に給湯される。
【００３２】
つぎに、浴槽６内の湯水を追い焚きする制御について説明する。浴槽６内の湯水を追い焚きする場合には、浴室５内のリモコン７から「追い焚き」の指示がなされると、制御部４の制御により、追い焚きポンプ４２と風呂ポンプ４４とが駆動される。
【００３３】
追い焚きポンプ４２が駆動されることにより、貯湯タンク１５内上部の温湯が上部接続口２３から取出され、取出された温湯は、取出流路３２内と第１循環流路３９内とを流れ、追炊き熱交換器４３を経由して上部接続口２２から貯湯タンク１５内に戻される。また、風呂ポンプ４４が駆動されることにより、浴槽６内の湯水が、浴槽接続口２０から取出され、追い焚き熱交換器４３内を経由するとともに第２循環流路４０内を通って浴槽接続口２１から浴槽６内に戻される。
【００３４】
そして、追い焚き熱交換器４３内において、貯湯タンク１５内から取出されて第１循環流路３９内を流れる温湯と浴槽６内から取出されて第２循環流路４０内を流れる湯水との間で熱交換が行われて浴槽６内から取出された湯水が加熱され、加熱された湯水が浴槽６内に戻ることにより浴槽６内の湯水が追い焚きされる。
【００３５】
つぎに、熱交換器９の配管８内にスケールが付着することを防止するために制御部４により行われる制御について、図２のフローチャートに基づいて説明する。
【００３６】
まず、「沸き上げ」が開始されたか否かが判断され（ステップＳ１）、「沸き上げ」が開始されている場合には「沸き上げ」が終了したか否が判断される（ステップＳ２）。
【００３７】
「沸き上げ」が終了した場合には、ポンプ３０の停止（「沸き上げ」の終了）から３０分が経過したか否かが判断される（ステップＳ３）。
【００３８】
ポンプ３０の停止から３０分が経過した場合には、貯湯タンク１５内の下部は水であるか否が判断される（ステップＳ４）。貯湯タンク１５内の湯水が消費された場合には、その消費量に相当する量の水道水が下部接続口２４から供給され、貯湯タンク１５内の下部は水となっている。
【００３９】
ステップＳ４において、貯湯タンク１５内の下部が水であると判断された場合には、制御部４により第１制御手段が実行される（ステップＳ５）。この第１制御手段においては、ポンプ３０が２４００ｒｐｍで３分間駆動される。これにより、熱交換器９の配管８内の温湯が配管流路２７内を流れて上部接続口２２から貯湯タンク１５内に戻されるとともに、貯湯タンク１５内の下部の低温の水が下部接続口２５から取出され、配管流路２７内を流れて配管８内に流入する。
【００４０】
このように、配管８内の沸き上げられた温湯を沸き上げる前の低温の水に入れ換えることにより、温湯中に含まれてスケールのもとになるヴァライト結晶を配管８内から除去することができ、スケールが配管８内に付着することを抑制することができ、スケールの付着による配管８の詰まりを防止することができる。
【００４１】
不純物を多く含む井戸水や硬度の高い水道水が供給される環境において、供給された水を沸き上げた後にある程度時間が経過したり温度か低下すると、スケールが析出しやすくなる場合があるが、配管８内に残留する一度沸き上げられた高温の温湯を、沸き上げられる前の低温の水に入れ換えることで、配管８内でのスケールの析出を抑制することができる。
【００４２】
ステップＳ５の第１制御手段が実行された後、又は、ステップＳ１で「沸き上げ」が開始されていないと判断された後、３時間が経過したか否かが判断される（ステップＳ６）。
【００４３】
ステップＳ６において、３時間が経過したと判断された場合には、制御部４により第２制御手段が実行される（ステップＳ７）。この第２制御手段においては、配管流路２７内を流れる湯水がバイパス配管部２８を通って配管流路２７に戻る閉水路を形成するように三方弁２９が切換えられ、ポンプ３０が３４００ｒｐｍで２分間駆動される。
【００４４】
配管８内のスケールは、配管８内の湯水の温度が低い場合であっても発生するが、三方弁２９を切換えて配管８内と配管流路２７の一部とからなる閉水路を形成し、ポンプ３０を駆動してこの閉水路内に湯水を循環させることにより、配管８内に付着したスケールを洗い流すことができ、配管８内にスケールが付着することを抑制することができる。
【００４５】
しかも、この第２制御手段におけるポンプ３０の回転数（３４００ｒｐｍ）が第１制御手段におけるポンプ３０の回転数（２４００ｒｐｍ）より高く設定されているため、第２制御手段により配管８内を流れる湯水の流速が速くなり、配管８内に付着したスケールを洗い流す性能を高めることができる。
【００４６】
ステップＳ７の第２制御手段が実行された後、「沸き上げ」が開始されたか否かが判断される（ステップＳ８）。「沸き上げ」が開始された場合にはステップＳ２に戻り、「沸き上げ」が開始されない場合にはステップＳ６に戻る。
【００４７】
つぎに、熱交換器９の配管８内にスケールが付着することを防止するために制御部４により実行される第３の制御手段について、図３に基づいて説明する。
【００４８】
まず、「沸き上げ」が開始されたか否かが判断され（ステップＳ１１）、「沸き上げ」が開始されたと判断された場合には、ポンプ３０が駆動されてから（「沸き上げ」が開始されてから）３０分が経過したか否かが判断される（ステップＳ１２）。
【００４９】
そして、ポンプ３０駆動から３０分を経過した場合に、その時点のポンプ３０の回転数が仕様範囲の回転数より５００ｒｐｍ以上高いか否かが判断される（ステップＳ１３）。ここで、配管８内にスケールが付着すると、配管８内の湯水の流量が少なくなり、湯水の水量が少なくなっても熱交換器９から湯水に供給される熱量は一定であるため、湯水の温度が上昇する。湯水の温度が上昇すると、配管８内を流れる湯水の水量を上げて湯水の温度を下げようとするので、ポンプ３０の回転数が上昇する。すなわち、配管８内にスケールが付着すると、ポンプ３０の回転数が上昇することになる。
【００５０】
ステップＳ１３において、ポンプ３０の回転数が仕様範囲から５００ｒｐｍ以上になっていないと判断された場合には（ステップＳ１３のＮＯ）、「沸き上げ」が終了したか否かが判断され（ステップＳ１４）、「沸き上げ」が終了した場合にはステップＳ１１に戻る。
【００５１】
一方、ステップＳ１３において、ポンプ３０の回転数が仕様範囲から５００ｒｐｍ以上になっていると判断された場合には（ステップＳ１３のＹＥＳ）、「沸き上げ」が終了したか否かが判断される（ステップＳ１５）。
【００５２】
ステップＳ１５において、「沸き上げ」が終了したと判断された場合には、ポンプ３０の停止（「沸き上げ」の終了）から３０分が経過したか否かが判断される（ステップＳ１６）。
【００５３】
ステップＳ１６において、ポンプ３０の停止から３０分が経過したと判断された場合には、ポンプ３０の回転数を５０００ｒｐｍの高速回転として配管８内のスケールを洗浄する洗浄運転が行われる（ステップＳ１７）。この洗浄運転は３分間行われる。また、この洗浄運転時には、配管流路２７内を流れる湯水がバイパス配管部２８を通って配管流路２７に戻る閉水路を形成するように三方弁２９が切換えられる。そして、この閉水路内をポンプ３０の駆動により湯水が高速で流通することにより、配管８内に付着したスケールが除去される。
【００５４】
ステップＳ１７の洗浄運転が行われた後、その洗浄運転が１回目であるか２回目であるかが判断される（ステップＳ１８）。
【００５５】
ステップＳ１８において、洗浄運転が２回目であると判断された場合には、沸き上げ設定温度が６５℃以上であるか否かが判断される（ステップＳ１９）。なお、この給湯機１では、沸き上げ設定温度の最低温度が６５℃に設定されており、沸き上げ設定温度を６５℃以下とすることはできない。
【００５６】
ステップＳ１８において、洗浄運転が１回目であると判断された場合には、ステップＳ１１に戻る。
【００５７】
ステップＳ１９において、沸き上げ設定温度が６５℃以上であると判断された場合には、沸き上げ設定温度の変更処理が行われる（ステップＳ２０）。この変更処理では、沸き上げ設定温度が５℃下げられる。また、洗浄運転回数のカウントがリセットされる。沸き上げ設定温度が下がることにより、配管８内でのスケールの付着が抑制されるようになる。沸き上げ設定温度の変更は、ステップＳ１７で説明した洗浄運転によって配管８内のスケールが除去されず、ステップＳ１３で説明したようにポンプ３０の回転数が仕様範囲から５００ｒｐｍ以上高い状態が続く場合には、沸き上げ設定温度が６５℃になるまで５℃ずつ下げられる。
【００５８】
一方、ステップＳ１９において、沸き上げ温度が６５℃であると判断された場合には、この６５℃は沸き上げ設定温度の最低温度であり、沸き上げ設定温度を変更することなくステップ１１に戻る。
【００５９】
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】
【００６０】
１…給湯機、８…配管、９…熱交換器、１０…加熱装置、１５…貯湯タンク、２６…温度センサ、２７…配管流路、２８…バイパス配管部、２９…三方弁（流路切換手段）、３０…ポンプ
【図１】
2015121350.tif 000003
【図２】
2015121350.tif 000004
【図３】
2015121350.tif 000005