(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入水管と出湯管とが接続された貯湯槽と、貯湯槽に循環回路を介して接続される熱交換器と熱交換器を加熱するバーナとを有する熱源機とを備え、循環回路に介設した循環ポンプの作動により貯湯槽の下部の水を熱交換器を介して貯湯槽の上部に戻すようにした貯湯式給湯装置であって、
貯湯槽の水温を高さの異なる複数箇所で検出する複数の水温検出器と、循環回路の循環水量を検出する循環水量検出器と、コントローラとを備え、
コントローラは、これら水温検出器の検出温度から算出される貯湯槽の平均水温が設定出湯温度よりも低く設定される所定の下限温度を下回ったときを熱源機の運転開始時点として、循環ポンプを作動させると共にバーナを燃焼させ、貯湯槽内の水の全量を設定出湯温度に上昇させるのに必要な熱量を目標加熱量として算出して、熱源機の運転開始時点からの熱交換器における積算加熱量が目標加熱量以上になったときにバーナを消火し、循環水量検出器で検出した熱源機の運転開始時点からの積算循環水量が貯湯槽の容量以上に設定される所定水量以上になるまでは、バーナの消火後も循環ポンプを継続作動させる制御を行うように構成されることを特徴とする貯湯式給湯装置。
【請求項２】
請求項１記載の貯湯式給湯装置であって、前記貯湯槽への入水量を検出する入水量検出器を備え、前記コントローラは、入水量検出器で検出した入水量に貯湯槽からの出湯温度と貯湯槽への入水温度との温度差を乗じた熱量を前記熱源機の作動開始時点から積算し、この積算熱量を、貯湯槽の容量に前記設定出湯温度と熱源機の運転開始時点における貯湯槽の平均水温との温度差を乗じた基準熱量に加算して、前記目標加熱量を算出することを特徴とする貯湯式給湯装置。
【請求項３】
請求項２記載の貯湯式給湯装置であって、前記所定水量は、前記貯湯槽の容量に、前記入水量検出器で検出した熱源機の運転開始時点からの積算入水量を加えた水量に設定されることを特徴とする貯湯式給湯装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入水管と出湯管とが接続された貯湯槽と、貯湯槽に循環回路を介して接続される熱交換器と熱交換器を加熱するバーナとを有する熱源機とを備え、循環回路に介設した循環ポンプの作動により貯湯槽の下部の水を熱交換器を介して貯湯槽の上部に戻すようにした貯湯式給湯装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の貯湯式給湯装置においては、貯湯槽の下部の水温を検出する水温検出器を設け、この水温検出器の検出温度が設定出湯温度を下回ったときに、熱源機を運転して、即ち、循環ポンプを作動させると共にバーナを燃焼させて、貯湯槽内の水を熱交換器で加熱しつつ循環させ、上記水温検出器の検出温度が設定出湯温度に上昇したところでバーナを消火すると共に循環ポンプを停止するようにしている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
ここで、熱源機の運転中は、熱交換器の出口温度が設定出湯温度になるようにバーナの燃焼量を制御するが、熱交換器に流入する水の温度は熱源機の運転中に次第に上昇し、バーナの燃焼量を燃焼可能な最小限に減少させても、熱交換器の出口湯温が設定出湯温度以上になり、貯湯槽の上部に高温の湯が供給されてしまうことがある。そして、貯湯槽の下部の水温が設定出湯温度に上昇したときには、貯湯槽の上部の水温が設定出湯温度より大幅に高くなってしまい、エネルギーの無駄になる。
【０００４】
尚、循環ポンプの能力を高くすれば、熱交換器に流入する水の温度が上昇したときに、循環水量を増加させて、熱交換器の出口水温が設定出湯温度以上になることを抑制できるが、これでは循環ポンプの大型化やコストアップといった不具合を生ずる。
【特許文献１】特公平３−８４５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、以上の点に鑑み、循環ポンプを高能力のものにしなくても、貯湯槽内の水を過不足なく適切に加熱してエネルギー浪費を防止できるようにした貯湯式給湯装置を提供することをその課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明は、入水管と出湯管とが接続された貯湯槽と、貯湯槽に循環回路を介して接続される熱交換器と熱交換器を加熱するバーナとを有する熱源機とを備え、循環回路に介設した循環ポンプの作動により貯湯槽の下部の水を熱交換器を介して貯湯槽の上部に戻すようにした貯湯式給湯装置であって、貯湯槽の水温を高さの異なる複数箇所で検出する複数の水温検出器と、循環回路の循環水量を検出する循環水量検出器と、コントローラとを備え、コントローラは、これら水温検出器の検出温度から算出される貯湯槽の平均水温が設定出湯温度よりも低く設定される所定の下限温度を下回ったときを熱源機の運転開始時点として、循環ポンプを作動させると共にバーナを燃焼させ、貯湯槽内の水の全量を設定出湯温度に上昇させるのに必要な熱量を目標加熱量として算出して、熱源機の運転開始時点からの熱交換器における積算加熱量が目標加熱量以上になったときにバーナを消火し、循環水量検出器で検出した熱源機の運転開始時点からの積算循環水量が貯湯槽の容量以上に設定される所定水量以上になるまでは、バーナの消火後も循環ポンプを継続作動させる制御を行うように構成されることを特徴とする。
【０００７】
本発明によれば、熱源機の運転開始時点からの熱交換器における積算加熱量が貯湯槽内の水の全量を設定出湯温度に上昇させるのに必要な熱量に達したところで、バーナが消火される。そして、循環ポンプは、熱源機の運転開始時点からの積算循環水量が貯湯槽の容量以上に設定される所定水量に達するまで、即ち、貯湯槽内の水の全量が循環回路を介して一巡以上するまで継続作動するため、槽内温度が均一化されて、貯湯槽の上部から下部に亘り水温が設定出湯温度に近い温度になる。従って、貯湯槽内の水を過不足なく適切に加熱してエネルギー浪費を防止できる。また、バーナ燃焼中に熱交換器の出口湯温が設定出湯温度より高くなっても、循環ポンプの継続作動で槽内温度が均一化されるため、循環ポンプを高能力のものにして、熱交換器の出口湯温が設定出湯温度より高くなることを抑制する必要がなく、コストダウンを図ることができる。
【０００８】
ところで、貯湯槽内の水の全量を設定出湯温度に上昇させるのに必要な熱量（目標加熱量）は、基本的には、貯湯槽の容量に設定出湯温度と熱源機の運転開始時点における貯湯槽の平均水温との温度差を乗じた熱量（基準熱量）になる。但し、貯湯槽から出湯管を介して出湯すると、貯湯槽に入水管を介して出湯量と等量の水が入水する。そして、貯湯槽内の水のトータル熱量が出湯量（＝入水量）に貯湯槽からの出湯温度を乗じた熱量（出湯熱量）と入水量に貯湯槽への入水温度を乗じた熱量（入水熱量）との偏差分、即ち、入水量に貯湯槽からの出湯温度と貯湯槽への入水温度との温度差を乗じた熱量だけ減少する。そのため、熱源機の運転開始時点からの積算加熱量が基準熱量に達したときにバーナを消火したのでは、バーナ燃焼中に貯湯槽から出湯した場合、出湯熱量と入水熱量との偏差分だけ加熱量が不足して、貯湯槽内の水の全量を設定出湯温度に上昇させることができなくなる。
【０００９】
そのため、本発明においては、貯湯槽への入水量を検出する入水量検出器を設け、入水量検出器で検出した入水量に貯湯槽からの出湯温度と貯湯槽への入水温度との温度差を乗じた熱量を熱源機の作動開始時点から積算し、この積算熱量を上記基準熱量に加算して、目標加熱量を算出することが望ましい。これによれば、バーナ燃焼中に入水した水を含む貯湯槽内の水の全量を設定出湯温度に上昇させることができる。
【００１０】
尚、目標加熱量をこのように算出すると、バーナ燃焼中に出湯した場合、バーナの燃焼時間が長引いて、熱源機の運転開始時点からの積算循環水量がバーナ消火時点で貯湯槽の容量以上になってしまうことがある。この場合、上記所定水量が、貯湯槽の容量に、入水量検出器で検出した熱源機の運転開始時点からの積算入水量を加えた水量に設定されていれば、バーナ消火後も循環ポンプが継続作動され、槽内温度が均一化される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１を参照して、１は貯湯槽、２は熱源機を示している。貯湯槽１には、図外の水道管から減圧弁を介して供給される水を貯湯槽１の下部に入水する入水管３と、貯湯槽１の上部に連通する出湯管４とが接続されている。出湯管４の下流端には出湯栓４１が設けられている。出湯栓４１を開栓すると、入水管３を介して貯湯槽１内に作用する給水圧により、貯湯槽１の上部の温水が出湯管４を介して出湯される。そして、出湯量と等量の水が入水管３から貯湯槽１に入水する。
【００１２】
熱源機２は、貯湯槽１に循環回路５を介して接続される熱交換器２１と、熱交換器２１を加熱するバーナ２２とを有している。循環回路５は、貯湯槽１の下部と熱交換器２１の入口とを結ぶ往き通路５１と、熱交換器２１の出口と貯湯槽１の上部とを結ぶ戻り通路５２とで構成される。往き通路５１には循環ポンプ５３が介設されている。そして、循環ポンプ５３の作動により貯湯槽１の下部の水を熱交換器２１を介して貯湯槽１の上部に戻すようにしている。
【００１３】
貯湯槽１には、当該槽１の水温を高さの異なる複数箇所、例えば、上下３箇所で検出する３個の水温検出器１１，１２，１３が設けられている。入水管３には、貯湯槽１への入水量Ｗを検出する入水量検出器３１と、入水管３の水温、即ち、貯湯槽１への入水温度Ｔｉｎを検出する入水温検出器３２とが設けられ、出湯管４には、出湯管４の水温、即ち、貯湯槽１からの出湯温度Ｔｏｕｔを検出する出湯温検出器４２が設けられている。また、循環回路５には、循環回路５の循環水量Ｃを検出する循環水量検出器５４が設けられている。これら検出器の検出信号は、熱源機２に設けられたマイクロコンピュータから成るコントローラ６に入力される。そして、コントローラ６は、これら検出信号に基づいてバーナ２２と循環ポンプ５３とを制御する。
【００１４】
以下、図２を参照して、コントローラ６による制御について説明する。コントローラ６は、先ず、ＳＴＥＰ１において、貯湯槽１の最上方の第１水温検出器１１の検出温度Ｔ１と、中間の第２水温検出器１２の検出温度Ｔ２と、最下方の第３水温検出器１３の検出温度Ｔ３とを平均して、貯湯槽１の平均水温Ｔ＝（Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３）／３を算出する。そして、ＳＴＥＰ２で平均水温Ｔが設定出湯温度Ｔｓｅｔよりも低く設定される所定の下限温度Ｔｍｉｎを下回ったか否かを判別する。尚、設定出湯温度Ｔｓｅｔは、例えば、５０℃、５５℃、６０℃の３段階に切換可能になっており、下限温度ＴｍｉｎはＴｓｅｔより例えば２０℃だけ低く設定される。
【００１５】
Ｔ≧ＴｍｉｎのときはＳＴＥＰ１に戻り、Ｔ＜Ｔｍｉｎになったときに、ＳＴＥＰ３で熱源機２の運転を開始し、循環ポンプ５３を作動させると共にバーナ２２を燃焼させる。更に、ＳＴＥＰ４で熱源機２の運転開始時点での平均水温Ｔを初期平均水温Ｔｓｔとして記憶すると共に、バーナ２２の燃焼量から算出される熱交換器２１での水の加熱量Ｑの積算と、循環水量検出器５４で検出される循環水量Ｃの積算と、入水量検出器３１で検出される入水量Ｗの積算と、入水量Ｗに出湯温検出器４２で検出される出湯温度Ｔｏｕｔと入水温検出器３２で検出される入水温度Ｔｉｎとの温度差を乗じた熱量（＝（Ｔｏｕｔ−Ｔｉｎ）×Ｗ）の積算とを開始する。
【００１６】
次に、ＳＴＥＰ５で目標加熱量ＹＱを算出する。目標加熱量ＹＱは、貯湯槽１の容量Ｖに設定出湯温度Ｔｓｅｔと初期平均水温Ｔｓｔとの温度差を乗じて求めた基準熱量（＝（Ｔｓｅｔ−Ｔｓｔ）×Ｖ）に、熱源機２の運転開始時点からの（Ｔｏｕｔ−Ｔｉｎ）×Ｗの積算値Σ（Ｔｏｕｔ−Ｔｉｎ）×Ｗを加算して算出される。
【００１７】
ここで、貯湯槽１内の水の全量を設定出湯温度Ｔｓｅｔに上昇させるのに必要な熱量は、基本的には、（Ｔｓｅｔ−Ｔｓｔ）×Ｖになる。但し、貯湯槽１から出湯管４を介して出湯すると、貯湯槽１に入水管３を介して出湯量と等量の水が入水する。そして、貯湯槽１内の水のトータル熱量が、出湯量（＝入水量）Ｗに貯湯槽１からの出湯温度Ｔｏｕｔを乗じた熱量（出湯熱量）と入水量Ｗに貯湯槽１への入水温度Ｔｉｎを乗じた熱量（入水熱量）との偏差分、即ち、（Ｔｏｕｔ−Ｔｉｎ）×Ｗだけ減少する。そのため、熱源機２の運転開始時点からの積算加熱量ΣＱが（Ｔｓｅｔ−Ｔｓｔ）×Ｖに達したときにバーナ２２を消火したのでは、熱源機２の運転開始後に貯湯槽１から出湯した場合、熱源機２の運転開始時点からの上記偏差の積算値分、即ち、Σ（Ｔｏｕｔ−Ｔｉｎ）×Ｗだけ加熱量が不足して、貯湯槽１内の水の全量を設定出湯温度Ｔｓｅｔに上昇させることができなくなる。そこで、本実施形態では、（Ｔｓｅｔ−Ｔｓｔ）×ＶとΣ（Ｔｏｕｔ−Ｔｉｎ）×Ｗとを加算して目標加熱量ＹＱを算出している。
【００１８】
このようにして目標加熱量ＹＱを算出すると、次に、ＳＴＥＰ６で熱源機２の作動開始時点からの積算加熱量ΣＱが目標加熱量ＹＱに以上になったか否かを判別する。ΣＱ≧ＹＱになったときは、ＳＴＥＰ８に進んでバーナ２２を消火する。また、ΣＱ＜ＹＱのときは、ＳＴＥＰ７に進み、第３水温検出器１３の検出温度Ｔ３が設定出湯温度Ｔｓｅｔ以上になったか否かを判別する。そして、Ｔ３≧Ｔｓｅｔになったときは、ＳＴＥＰ８に進んでバーナ２２を消火する。Ｔ３＜ＴｓｅｔのときはＳＴＥＰ６に戻る。
【００１９】
バーナ２２を消火すると、次に、ＳＴＥＰ９に進み、熱源機２の作動開始時点からの積算循環水量ΣＣが貯湯槽１の容量Ｖに熱源機２の作動開始時点からの積算入水量ΣＷを加えた水量以上になったか否かを判別する。ΣＣ≧Ｖ＋ΣＷになったときは、ＳＴＥＰ１１に進んで循環ポンプ５３を停止した後、ＳＴＥＰ１に戻る。また、ΣＣ＜Ｖ＋ΣＷのときは、ＳＴＥＰ１０に進み、第３水温検出器１３の検出温度Ｔ３が設定出湯温度Ｔｓｅｔ以上になったか否かを判別する。そして、Ｔ３≧Ｔｓｅｔになったときは、ＳＴＥＰ１１に進んで循環ポンプ５３を停止する。Ｔ３＜ＴｓｅｔのときはＳＴＥＰ９に戻る。
【００２０】
上記の制御によれば、熱源機２の運転開始時点からの積算加熱量ΣＱが、運転開始後の出湯で入水した水を含む貯湯槽１内の水の全量を設定出湯温度Ｔｓｅｔに上昇させるのに必要な熱量に達したところで、バーナ２２が消火される。そして、循環ポンプ５３は、熱源機２の運転開始時点からの積算循環水量ΣＣが貯湯槽１の容量Ｖ以上に設定される所定水量に達するまで、即ち、貯湯槽１内の水の全量が循環回路５を介して一巡以上するまで継続作動する。そのため、槽内温度が均一化されて、貯湯槽１の上部から下部に亘り水温が設定出湯温度Ｔｓｅｔに近い温度になる。従って、貯湯槽１内の水を過不足なく適切に加熱してエネルギー浪費を防止できる。また、バーナ２２の燃焼中に熱交換器２１の出口湯温が設定出湯温度Ｔｓｅｔより高くなっても、循環ポンプ５３の継続作動で槽内温度が均一化されるため、循環ポンプ５３を高能力のものにして、熱交換器２１の出口湯温が設定出湯温度Ｔｓｅｔより高くなることを抑制する必要がなく、コストダウンを図ることができる。
【００２１】
尚、目標加熱量ＹＱを基準熱量（＝（Ｔｓｅｔ−Ｔｓｔ）×Ｖ）に熱源機２の運転開始時点からの出湯熱量と入水熱量との偏差の積算値（＝Σ（Ｔｏｕｔ−Ｔｉｎ）×Ｗ）を加算して算出すると、バーナ２２の燃焼中に多量に出湯した場合、バーナ２２の燃焼時間が長引いて、熱源機２の運転開始時点からの積算循環水量ΣＣがバーナ２２の消火時点で貯湯槽１の容量Ｖ以上になってしまうことがある。本実施形態では、熱源機２の運転開始時点からの積算循環水量ΣＣが貯湯槽１の容量Ｖと熱源機２の運転開始時点からの積算入水量ΣＷとの合計水量に達したときを循環ポンプ５３の停止時期にしているため、バーナ２２の燃焼中に多量に出湯した場合でも、循環ポンプ５３はバーナ２２の消火後暫く作動し、槽内温度が均一化される。
【００２２】
また、積算加熱量ΣＱの演算に異常を生じて、何時までたってもＳＴＥＰ６でΣＱ＜ＹＱと判定される可能性がある。この場合、本実施形態では、ＳＴＥＰ７でＴ３≧Ｔｓｅｔと判定されたときに、バーナ２２が消火されるため、積算加熱量ΣＱの演算異常でバーナ２２が燃焼し続ける事態に陥ることを防止できる。
【００２３】
同様に、積算循環水量ΣＣや積算入水量ΣＷの演算に異常を生じて、何時までたってもＳＴＥＰ９でΣＣ＜Ｖ＋ΣＷと判定される可能性がある。この場合、本実施形態では、ＳＴＥＰ１０でＴ３≧Ｔｓｅｔと判定されたときに、循環ポンプ５３が停止されるため、積算循環水量ΣＣや積算入水量ΣＷの演算異常で循環ポンプ５３が作動し続ける事態に陥ることを防止できる。
【００２４】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、上記実施形態では、入水管３と出湯管４とに夫々入水温検出器３２と出湯温検出器４２とを設けて、入水温度Ｔｉｎと出湯温度Ｔｏｕｔとを検出しているが、これら検出器３２，４２を省略することも可能である。ここで、貯湯槽１の下部に入水管３から入水し、貯湯槽１の上部から出湯管４に出湯するため、貯湯槽１の下部の水温を検出する第３水温検出器１３の熱源機２の運転開始時点における検出温度は入水温度に近似し、貯湯槽１の上部の水温を検出する第１水温検出器１１の検出温度は出湯温度に近似する。従って、第１水温検出器１１の検出温度を出湯温度Ｔｏｕｔ、熱源機２の運転開始時点における第３水温検出器１３の検出温度を入水温度Ｔｉｎとして、Σ（Ｔｏｕｔ−Ｔｉｎ）×Ｗの演算を行うようにしても良い。更には、設定出湯温度Ｔｓｅｔを出湯温度Ｔｏｕｔとして、この演算を行うことも可能である。これによれば、入水温検出器３２と出湯温検出器４２とが不要になり、コストダウンを図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施形態の貯湯式給湯装置の全体構成図。
【図２】実施形態の貯湯式給湯装置のコントローラが実行する制御内容を示すフロー図。
【符号の説明】
【００２６】
１…貯湯槽、１１，１２，１３…水温検出器、２…熱源機、２１…熱交換器、２２…バーナ、３…入水管、３１…入水量検出器、３２…入水温検出器、４…出湯管、４２…出湯温センサ、５…循環回路、５３…循環ポンプ、６…コントローラ。
【図１】
0004424554.tif 000002
【図２】
0004424554.tif 000003