(57)【要約】【課題】循環ポンプが風呂配管の凍結予防のために作動しても、浴槽内の湯水の温度上昇やタンク内の温水温度の低下を抑えることが出来る貯湯式電気温水器を提供する。【解決手段】ステップＳ１で気温が所定温度以下（例えば４℃）であると判断すると、ステップＳ２でフラグＡを１にし、ステップ３で循環ポンプＰを第１の所定時間（例えば４５秒間）作動させる。次に、ステップＳ４で、循環ポンプＰの停止時間（第２の所定時間）を外気温度と浴槽温度で変更し、以降このサイクルを繰り返す。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
貯湯タンクと、前記貯湯タンク内の湯水を加熱するヒーターと、前記貯湯タンク内にある湯水と浴槽内の湯水を熱交換して加熱するする熱交換器と、前記浴槽と前記熱交換器とを接続するための風呂配管とを備え、前記風呂配管の途中に、前記浴槽内の湯水を前記熱交換器へ循環させるための循環ポンプと、前記浴槽内の湯水の温度を検出するための浴槽温度検出手段と、前記循環ポンプの動作の有無を検出するためのポンプ循環検出手段と、外気温度を検出するための外気温度検出手段を備えるとともに、前記外気温度検出手段での検出温度が所定の温度以下である場合に、前記風呂配管の容量に対応した水量のみ循環するように前記循環ポンプを所定時間作動させる凍結防止動作を行なうことを特徴とする貯湯式電気温水器。
【請求項２】
請求項１の貯湯式電気温水器において、前記凍結防止動作は前記循環ポンプを第１の所定時間作動させ、第２の所定時間の間停止させる間欠運転を行なうとともに、外気温度と浴槽温度によって、第２の所定時間を変更することを特徴とする貯湯式電気温水器。
【請求項３】
請求項１乃至２記載の貯湯式電気温水器において、前記循環ポンプの作動の有無を選択できることを特徴とする貯湯式電気温水器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、貯湯式電気温水器の凍結防止方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、浴槽内の湯水を循環ポンプによって吸引して温める追焚機能を備えた貯湯式加熱装置の凍結防止方法としては、外気温度が凍結危険温度以下の場合、循環ポンプを作動させ、浴槽内の湯水の温度が所定の温度以上であれば、循環ポンプを停止させる方法がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平５−１８７７１３号公報（第２−３頁、第２図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の貯湯式における凍結防止方法を、浴槽内の湯水を貯湯タンク内に設けられた熱交換器によって間接加熱させる貯湯式加熱装置では加熱したい時にはいつでも加熱でき、時間制限がない。しかし、電気温水器では、不必要に風呂配管の凍結予防のために循環ポンプを作動させると、深夜電力で保温した貯湯タンクの湯温が低下してしまう。基本的には安い深夜料金を利用する電気温水器では深夜しか電源が入らなくて沸かさないため一度湯温が下がれば次の日まで待たなければ湯が沸かされない。このように凍結防止運転による貯湯タンク内の温水の温度が低下に対しては十分注意が必要になってくる。
【０００５】
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、本発明の目的は、凍結防止のために循環ポンプを作動させても、凍結が考えられる風呂配管の湯水のみが所定の間隔で循環されれば、凍結を防止できて、湯水浴槽内の温水の温度上昇や貯湯タンク内の温水の温度低下を最低限度に抑えることが出来る貯湯式電気温水器を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段及びその作用・効果】
上記目的を達成するために請求項１では、貯湯タンクと、前記貯湯タンク内の湯水を加熱するヒーターと、前記貯湯タンク内にある湯水と浴槽内の湯水を熱交換して加熱するする熱交換器と、前記浴槽と前記熱交換器とを接続するための風呂配管とを備え、前記風呂配管の途中に、前記浴槽内の湯水を前記熱交換器へ循環させるための循環ポンプと、前記浴槽内の湯水の温度を検出するための浴槽温度検出手段と、前記循環ポンプの動作の有無を検出するためのポンプ循環検出手段と、外気温度を検出するための外気温度検出手段を備えるとともに、前記外気温度検出手段での検出温度が所定の温度以下である場合に、前記風呂配管の容量に対応した水量のみ循環するように前記循環ポンプを所定時間作動させる凍結防止動作を行なうことを特徴とする。
これにより、凍結の考えられる配管の水を必要十分なだけ風呂の湯水と置換できるので、余分な熱交換を行なわないので貯湯式電気温水器の湯温を不必要に下げることはない。
【０００７】
また請求項２では、請求項１の貯湯式電気温水器において、前記凍結防止動作は前記循環ポンプを第１の所定時間作動させ、第２の所定時間の間停止させる間欠運転を行なうとともに、外気温度と浴槽温度によって、第２の所定時間を変更することを特徴とする。
これにより、外気温度との差により凍結が考えられる温度まで配管の温度低下する時間は異なる。外気温度により配管の水を推定することにより、循環ポンプの間欠作動時間をより最適な値に設定できるため、浴槽内の温水の温度上昇やタンク内の温水の温度低下を抑えることが出来る。
【０００８】
また請求項３では、請求項１乃至２記載の貯湯式電気温水器において、前記循環ポンプの作動の有無を選択できることを特徴とする貯湯式電気温水器。
これにより、風呂配管に保温材や凍結予防ヒータ等が施されて凍結の恐れが無い場合、循環ポンプの作動有無選択手段によって循環ポンプの作動無を選択できるため、浴槽内の温水の温度上昇やタンク内の温水の温度低下を抑えることが出来る。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面により詳細に説明する。
【００１０】
図１は、本発明の一実施形態に係る電気温水器１００の構成図である。
まず、給水源からの水は減圧弁１で減圧され、減圧弁１の下流で給水管２とバイパス管３とに分岐される。
バイパス管３は下流の給湯混合弁１０に通じており、給水温度を検出する給水温度センサー１７を備えている。
給水管２は貯湯タンク２０に通じており、貯湯タンク２０には下部ヒーター２１と上部ヒーター２２が取付けられている。
貯湯タンク２０内の水は下部ヒーター２１と上部ヒーター２２により、下部ヒーター２１はタンク第一温度センサー２４、上部ヒーター２２はタンク第三温度センサー２６の検出温度が高温になるように加熱される。
さらに、貯湯タンク２０の下部には排水バルブ３４を備える。
また、貯湯タンク２０の上部には貯湯タンク２０内の水の加熱時に発生する膨張水を逃すための安全弁３３を備える。
ステッピングモーターにより駆動される給湯混合弁１０では、バイパス管３からの水と高温給湯管４からの高温水を混合し、適温の湯が給湯管８へ供給される。
給湯管８には給湯温度を検出するための給湯温度センサー１６、給湯管８への湯の供給を検出するための給湯検出手段である給湯流量センサー１４を備えている。
さらに高温給湯管４には貯湯タンク２０から供給される高温の湯の温度を検出するための高温水温度センサー１８を備えている。
高温給湯管４から分岐した湯張り高温給湯管５は、高温水の供給を開始／停止するための第一電磁弁１２を介して湯張り混合弁１１に通じている。
【００１１】
一方、バイパス管３から分岐した湯張り給水管７は、水の供給を開始／停止するための第二電磁弁１３を介して湯張り混合弁１１に通じている。
ステッピングモーターにより駆動される湯張り混合弁１１では、湯張り給水管７からの水と湯張り高温給湯管５からの高温水を混合し、高温水、水、適温の湯のいずれかが湯張り給湯管９へ供給される。
湯張り給湯管９には、湯張り温度を検出するための湯張り温度センサー１９と、湯張り給湯管９へ供給される湯張り流量を検出するための湯張り流量センサー１５および浴槽１０４からの逆流防止のための逆止弁３２を備えている。
さらに、貯湯タンク２０内には、風呂熱交換器２３が設けられ、浴槽１０４の壁面に取付けられた循環アダプター１０５と風呂配管３１で接続されている。
風呂配管３１には、浴槽１０４内の湯水を風呂熱交換器２３へ吸引して送る循環ポンプＰが備えられるとともに、循環ポンプＰの動作の有無を確認するための風呂水流スイッチ３０が備えられる。
さらには、浴槽１０４内の湯水の温度を検出するための風呂温度センサー２８と、浴槽１０４内の湯水の水位を検出するための水位センサー２９が備えられる。
また、湯張り給湯管９は風呂配管３１に通じている。
また、外気温度を検出する気温センサー３５は、電気温水器１００の外装部から一部外気に触れる位置に備えられている。具体的には、外装部の底面に穴がありこの部分に固定されている。
【００１２】
電気温水器１００は本体制御部１０１を備えており、本体制御部１０１は、後述する時計機能部１１２で計時している現在時刻が深夜時間帯（例えば２３時から翌日の７時までの間）、または第一の昼間時間帯（例えば７時から１７時までの間）、または第二の昼間時間帯（例えば１７時から２３時までの間）のいずれにあるかを判断する時間帯判断部１０６と、給水温度センサー１７と高温水温度センサー１８と給湯温度センサー１６と給湯流量センサー１４と湯張り温度センサー１９と湯張り流量センサー１５等の検出信号とリモコン１０２からの運転指示に基づき給湯混合弁１０と湯張り混合弁１１と第一電磁弁１２と第二電磁弁１３等を制御する給湯・湯張り制御部１０８と、浴槽１０４内の湯水を沸し上げるためや気温センサー３５と風呂温度センサー２８等の検出信号で風呂配管の凍結を予防するために循環ポンプＰを制御する風呂追焚制御部１１０と、タンク第一温度センサー２４とタンク第三温度センサー２６の検出信号とリモコン１０２からの運転指示とリモコン１０２で計時されている現在時刻に基づき下部ヒーター２１、上部ヒーター２２を制御するヒーター制御部１０７と、タンク第一温度センサー２４とタンク第二温度センサー２５とタンク第三温度センサー２６とタンク第四温度センサー２７の検出温度に基づいて貯湯タンク２０内の残湯量を検出する残湯量検出部１０９と、通信線１０３を通じてリモコン１０２と相互通信するための本体通信部１１１とを備える。
【００１３】
また、リモコン１０２は、現在時刻を設定し計時する時計機能部１１２と、時計機能部１１２で計時している現在時刻が昼間時間帯（例えば７時から２３時までの間）のとき、下部ヒーター２１に通電を指示する際にオン操作する全量沸き増しスイッチと上部ヒーター２２に通電を指示する際にオン操作する少量沸き増しスイッチとを備えた昼間沸き増し操作部１１４と、リモコン１０２で設定された給湯温度などの設定値や残湯量検出部１０９で検出した残湯量などの運転情報を表示する表示部１１６と、給湯管８から供給される湯の設定温度を設定する給湯温度設定スイッチと浴槽１０４へ湯張りする湯の設定温度を設定する湯張り温度設定スイッチと貯湯タンク２０内の沸き上げ温度を設定する沸き上げ温度設定スイッチとを備えた温度設定部１１３と、浴槽１０４へ湯張りする際にオン操作する湯張りスイッチと浴槽１０４へ湯張りする湯量を設定する湯張り量設定スイッチと浴槽１０４内の湯水の沸き上げを行う際にオン操作する風呂追焚スイッチとを備えた追焚・湯張り操作部１１５と、通信線１０３を通じて温度設定部１１３で設定された設定温度情報や電気温水器１００の運転情報などを本体制御部１０１と相互通信するための通信部１１７とを備えている。
【００１４】
上記の構成により、リモコン１０２の時計機能部１１２で計時されている現在時刻が深夜時間帯（例えば２３時から翌日の７時までの間）であることを認識すると、ヒーター制御部１０７が、深夜時間帯の終了時刻に合わせて沸き上げが終了するように下部ヒーター２１へ通電を指令し貯湯タンク２０内の水全量（例えば３７０リットル）を深夜電力によりタンク第一温度センサー２４がリモコン１０２の温度設定部１１３で設定した沸き上げ設定温度を検知するまで沸き上げる。
なお、深夜時間帯の終了時刻に合わせて沸き上げが終了するために沸き上げ開始時刻を算出する必要があるが、例えば、タンク温度センサーの検出温度などを基に残湯熱量を算出し、その残湯熱量から沸き上げに必要な熱量を算出して、その必要熱量を沸き上げるのに必要な時間を算出し、深夜時間帯の終了時刻からその必要時間を溯った時刻を沸上げ開始時刻とするなどさまざまな方法が考えられる。
電気温水器１００から給湯管８を介して接続された給湯栓（図示しない）が開けられると、沸き上がった貯湯タンク２０内のお湯が吐水される。
吐水される湯の温度は、温度設定部１１３で用途や好みに応じて設定できるようにしてある。
【００１５】
また、貯湯タンク２０内のお湯を浴槽１０４への湯張りに使用する場合は、湯張り操作部１１５の湯張りスイッチをオン操作する。
このときの湯張り温度は温度設定部１１３の湯張り温度設定スイッチで好みに応じて設定でき、湯張り量は湯張り操作部１１５の湯張り量設定スイッチで浴槽容量に応じて設定できるようにしてある。
貯湯タンク２０内はお湯を使用すると、貯湯タンクの下部から水が供給され残湯量が減少するため、使用者は残湯量を確認しながらお湯を使用する必要がある。
そこで、例えば貯湯タンク２０の全容量を３７０リットルとし、貯湯タンク２０の最上部からの容量が３００リットルの位置にタンク第一温度センサー２４、１５０リットルの位置にタンク第二温度センサー２５、１００リットルの位置にタンク第三温度センサー２６、５０リットルの位置にタンク第四温度センサー２７が取付けられているとすると各センサーの検出温度に基づき（例えば４５℃以上であれば残湯ありと判断）、残湯量検出部１０９で検出した残湯量３００リットル以上、残湯量１５０リットル以上３００リットル未満、残湯量１００リットル以上１５０リットル未満、残湯量５０リットル以上１００リットル未満、残湯量５０リットル未満などの残湯量情報を、数値や絵表示などでリモコン１０２の表示部１１６に表示して残湯量を確認できるようにしてある。
そして、来客などでお湯の使用量が多くなりお湯が不足しそうな場合は、昼間でも全量沸き増しスイッチをオン操作することにより貯湯タンク２０内の水全量を、少量沸き増しスイッチをオン操作することにより貯湯タンク２０内の水少量（例えば１００リットル）を沸き上げることができるようにしてある。
【００１６】
次に、図２を用いて本発明の一実施形態に係る電気温水器の動作を説明する。まず、ステップＳ１で外気温度が所定温度以下（例えば４℃）であると判断すると、ステップＳ２でフラグＡを１にし、ステップ３で循環ポンプＰを第１の所定時間（例えば４５秒間）作動させる。ここで、第一の所定時間Ｔ１は、循環ポンプＰを作動させて、浴槽１０４の湯水を循環させ風呂温度センサー２８で浴槽１０４の湯水の温度を検出できる時間とし、これによって、風呂配管中の湯水の温度は、浴槽１０４の湯水の温度と同一にすることができる。具体的には、ポンプの循環流量をＱ（リットル／分）とし、浴槽１０４からふろ温度センサー２８までの配管長さをＬとし、配管の断面積をＡとすると、第一の所定時間Ｔ１は、以下の式１で求められ、実際はこれに配管の吸熱に対するマージンＭを見込んで２倍〜４倍程度した値にする。
Ｔ１＝Ｌ×Ａ／Ｑ×Ｍ・・・・・・式１
また、配管長さＬや断面積Ａが個々の現場で異なる場合は、温水器の施工条件の最大値としても構わない。一般的な施工条件は、配管径が１２〜１６ｍｍ、配管長さが最長で片側１５ｍで、一般的なポンプでの循環流量は７〜１０Ｌ／分になっている。
次に、ステップＳ４で、循環ポンプＰの停止時間（第２の所定時間）を外気温度と風呂温度で変更し、以降このサイクルを繰り返す。ここで、第２の所定時間Ｔ２は、循環ポンプＰが作動することで、風呂配管中の湯水の温度がふろ温度センサー２８で検出した浴槽温度θ１になるため、これが、外気温度θ２の雰囲気で、配管内の湯水が凍結危険温度θ３まで低下する時間Ｔ２となる。Ｔ２は非定常熱伝導の基礎より下記の式２で求められる。
Ｔ２＝（１／ｍ）×ｌｎ（（θ１−θ２）／（θ３−θ２））・・・・・・式２
このｍは定数で、第２の所定時間Ｔ２の単位を分とした場合、実験値から０．０１〜０．０４になった。また、凍結危険温度θ３については、センサーの誤差等を顧慮し、４〜７℃程度が適切である。
【００１７】
また、浴槽温度θ１は、循環ポンプＰが４５秒間作動した直後の風呂温度センサー２８が検出した値である。ここでは、数式でＴ２を決めているが、温度θ１、θ２を適当な温度幅（例として５℃）に分けて、この温度幅の中で凍結に厳しい条件のＴ２にしても構わない。
また、浴槽温度θ１が、凍結危険温度θ３より低い場合は、浴槽温度θ１が所定の温度（例として１０℃）に上昇するまで、循環ポンプＰを作動させても構わない。
また、ステップＳ１で気温が４℃を超えていると判断すると、ステップＳ５で気温が所定温度以上（例えば７℃）であるか否かを判断する。気温が７℃以上であると判断すると、ステップ７でフラグＡを０にし、ステップ１に戻る。７℃未満と判断するとステップ６でフラグＡが０か判断し、０であればステップ３に進み、０でなければステップ１に戻る。
従って、循環ポンプが連続して作動しないため、浴槽内の温水の温度上昇やタンク内の温水の温度低下を抑えることが出来る。具体的には、浴槽水の温度θ１は残り湯のため２０℃、外気温度θ２をー１０℃、凍結危険温度θ３を５℃、定数ｍを０．０３すると、式２よりＴ２は約２３分になる。これから、循環ポンプが４５秒間作動し、２３分（１３８０秒）間停止するため、連続で運転させる場合に比べて、時間当たりのポンプ作動割合は約３％になり、タンクからの放熱量も同様に低減できるため、タンク内の温水の温度低下を抑えることができる。（下記の計算式から）。
時間当たりのポンプ作動割合＝ポンプ作動時間／（ポンプ作動時間＋ポンプ停止時間）
＝４５／（４５＋１３８０）×１００＝３（％）
【００１８】
次に、図３を用いて本発明の一実施形態に係る電気温水器の動作を説明する。前述と同じステップについては、説明を省略する。
まず、ステップＳ１で気温が所定温度以下（例えば４℃）であると判断すると、ステップ１２で、凍結予防のための循環ポンプの作動が有りか確認に、有りで無ければ、ステップ１に戻りポンプは作動しない。有りであれば、前述の記載と同様に、循環ポンプによる凍結予防を実施する。
さらには、リモコン１０２に凍結防止運転時の循環ポンプの作動有無選択手段を備えてもよい。また、一度設定すれば、不揮発性メモリー等に記憶し、毎回設定する手間も省くことも可能である。
風呂配管に保温材や凍結予防ヒータ等が施されて凍結の恐れが無い場合、循環ポンプの作動有無選択手段によって循環ポンプの作動無を選択できるため、浴槽内の温水の温度上昇やタンク内の温水の温度低下を抑えることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る電気温水器の構成図
【図２】本発明の一実施形態に係る電気温水器の動作を示すフローチャート図
【図３】本発明の一実施形態に係る電気温水器の別の動作を示すフローチャート図
【符号の説明】
１…減圧弁
２…給水管
３…バイパス管
４…高温給湯管
５…湯張り高温給湯管
７…湯張り給水管
８…給湯管
９…湯張り給湯管
１０…給湯混合弁
１１…湯張り混合弁
１２…第一電磁弁
１３…第二電磁弁
１４…給湯流量センサー
１５…湯張り流量センサー
１６…給湯温度センサー
１７…給水温度センサー
１８…高温水温度センサー
１９…湯張り温度センサー
２０…貯湯タンク
２１…下部ヒーター
２２…上部ヒーター
２３…風呂熱交換器
２４…タンク第一温度センサー
２５…タンク第二温度センサー
２６…タンク第三温度センサー
２７…タンク第四温度センサー
２８…風呂温度センサー
２９…水位センサー
３０…風呂水流スイッチ
３１…風呂配管
３２…逆止弁
３３…安全弁
３４…排水バルブ
３５…気温センサー
１００…電気温水器
１０１…本体制御部
１０２…リモコン
１０３…通信線
１０４…浴槽
１０５…循環アダプター
１０６…時間帯判断部
１０７…ヒーター制御部
１０８…給湯・湯張り制御部
１０９…残湯量検出部
１１０…風呂追焚制御部
１１１…本体通信部
１１２…時計機能部
１１３…温度設定部
１１４…昼間沸き増し操作部
１１５…追焚・湯張り操作部
１１６…表示部
１１７…通信部
Ｐ…循環ポンプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
2004150688.tif 000005