JP2004251621A - 貯湯装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 浴槽の追い焚きに有用とする。加熱時にかかるコストを抑える。
【解決手段】 加熱された湯２が貯留される貯湯槽３の上部及び側部中間位置には、各管８ｂ、８ｃが取付けられている。給水分配管８ａと給湯管１４との接続部には三方弁１５が設けられており、中間取水管８ｃの途中に設けられた三方弁５、及び三方弁１５、ポンプ１２、１３によって、湯２を、貯湯槽３の中間層から、または貯湯槽の上層から抜き出すことができる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、貯湯装置に関する。さらに詳述すると、本発明は加熱した湯を供給するための貯湯装置の構成の改良に関する。

一般家庭などでも広く普及しつつある貯湯装置は、一般には温水を供給するために設置される装置であり、所望温度の湯を常時使うことができるようタンク内に熱湯（あるいは温水）を確保している。そして、熱湯をつくる際の加熱、あるいは熱湯の保温などは、電気やガスを熱エネルギーに変換して行っている。

本発明は、内部に湯が貯留される貯湯槽の側部中間位置に設けた中間取水管から湯を抜き出し、給湯に用いることを目的とする。

かかる目的を達成するため、請求項１記載の発明の貯湯装置によれば、中間取水管から湯を抜き出される中間層の湯を給湯に用いることができる。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の貯湯装置において、貯湯槽（３ｃ）上部に設けられた配管（８ａ）と中間取水管（８ｃ）とから抜き出される湯（２）を選択的に導き出すことにより、中間取水管（８ｃ）によって抜き出される中間層の湯を抜き出し、給湯に用いることができる。

以上の説明より明らかなように、請求項１記載の貯湯装置は、貯湯槽の側部中間位置に中間取水管を取付けることによって低温領域側の湯を給湯に用いることができる。

また、請求項２記載の貯湯装置によると、貯湯槽（３ｃ）上部に設けられた配管（８ａ）と中間取水管（８ｃ）とから抜き出される湯（２）を選択的に導き出すことにより、中間取水管（８ｃ）によって抜き出される中間層の湯を抜き出し、給湯に優先的に用いることができる。

以下、本発明の構成を図面に基づいて説明する。

まず、第１図を用いて、貯湯装置の概略を説明する。貯湯装置１は、加熱した湯２を貯湯槽３内に貯留しておき使用時に必要量を供給する給湯機能とともに、この湯２を熱交換器７への熱供給媒体として利用する給熱機能も備えたものである。以下、家庭内での使用を対象とした一般的な貯湯装置１に給熱装置としての機能を備えさせたものについて説明する。

貯湯装置１は２つの貯湯領域を有する貯湯設備３と、貯湯領域の一方の湯を熱交換器７の加熱源として使用した後に還流させ再度貯湯し、給湯時にはこの熱交換器７用の熱源として使用した湯を優先的に供給しつつ高温の湯２を別に確保しておく給湯設備とを備える。貯湯設備３は互いに独立した貯湯槽によって構成され、分岐した給水管８から各々必要量の水道水が給水される。

また、給湯設備は適温とした湯を給湯口１０から供給するものであり、主に、給水源から貯湯設備３までを接続し所定水圧で給水する給水管８、給水管８上の給水バルブ１６、貯湯設備３から給湯口１０までを接続する給湯管１４、湯を貯留する貯湯設備３、貯湯槽３ａおよび３ｂを給湯管１４に接続する管に設けたバルブ１１ａおよび１１ｂ、貯湯設備３を経由せずに給水管８と給湯管１４を直接接続する給水分配管８ａ、この給水分配管８ａの途中に設けたバルブ１１ｃ、図示しない給湯温度調節器などによって構成される。

貯湯設備３は、給水管８によって給水源（給水口９）と接続した貯湯用のタンクである。

貯湯装置１では２機の貯湯槽３ａ，３ｂを備えた２タンク方式とし、少なくとも一方を熱貯蔵槽として兼用する。例えば図１に示す貯湯装置１の場合、符号３ａで示す側を給熱用とし、３ｂで示す側は通常の給湯機能を受け持つようにしている。また、それぞれの貯湯槽３ａ，３ｂごとにバルブ１１ａ，１１ｂを設け、バルブ１１を開けることで貯湯設備３に給水する一方、バルブ１１を閉めることで給水を止めることができる。貯湯槽３ａ，３ｂは図示するように並列に配置し、さらに給水分配管８ａを並列配置する。この給水分配管８ａは、冷水（給水口９からの原水）を給湯口１０から直接給水できるよう、さらには給湯管１４の湯２に適量混合することにより給湯口１０における湯２を適温とし得るよう設けている。

ところで、一般家庭などにおける浴槽には、温度が下がった浴槽湯を加熱して所望の温度とするのに電熱ヒータを利用するものがある。このような電熱ヒータは、湯を数℃加熱したり保温しておくのに好適である。しかしながら、一般に浴槽湯を加熱する電熱ヒータはガス釜などに比べて熱量が小さく、例えば前日の冷めた浴槽湯を追い焚きするには能力が不十分である。このため、追い焚きせずに湯を全部取り替えてしまう場合が多く、燃料コストがかさんでしまう。

そこで、熱供給用の湯２を貯留する一方の貯湯槽３ａには、熱交換器７を加熱用配管１７によって接続する。そして、貯湯槽３ａからの湯２を加熱用配管１７に分流させ、高温側である湯２から熱交換器７側の低温熱媒体へ熱交換させる。熱交換器７までの配管の途中には、ポンプ１３を配置している。一方、熱交換器７は、ポンプ１９を途中に備えた配管１８によって加熱対象４と接続されている。

さらに、この熱交換器７における湯２の出口は、貯湯槽３ａへ給水する給水管８と接続されている。したがって、熱交換器７で授熱して温度が下がった湯２は再び貯湯槽３へと誘導される。このとき、湯２の温度は貯湯時よりも下がっているが、給水口９からの供給水よりも温度が下がっていなければ熱の差分を貯湯設備３で回収できる。

また、貯湯装置１は、湯２を加熱するヒータを備える。ヒータとしてヒートポンプ６を採用し、貯湯設備３に並列配置するとともに、ヒートポンプ６への湯２の流通を制御するポンプ１２を併設し、原水を加熱して湯２をつくるとき、あるいは貯湯設備３内の湯２を再加熱するときに原水（または湯２）をこのヒートポンプ６に流通させる。例えば貯湯槽３ｂ内の原水を加熱する場合、バルブ１１ｂを開き、ポンプ１２によってヒートポンプ６に原水を送る。したがって、貯湯槽３ｂ内の湯２は槽下部から流出し、ヒートポンプ６で加熱された後に槽上部から貯湯槽３ｂに再び流れ込む。他方側の貯湯槽３ａにおける湯２の加熱も、同様にして行う。

また、ヒートポンプ６としては、冷媒としてＣＯ２を用いたＣＯ２ヒートポンプを採用している。これによると、一度に９０℃程度まで加熱することができ、他のヒートポンプを採用した場合と比べてより早く加熱することが可能となる。本明細書では詳しく言及しないが、冷媒としてのＣＯ２は従来の冷媒（フロン）よりも高圧になり、高圧側が臨界点を越える超臨界サイクルを達成することで給湯ヒートポンプ６としての性能を向上させ得る。また、ＣＯ２は従来冷媒と比較して冷媒性能が高く、かつオゾン層を破壊する危険もない。

このように加熱する場合、加熱途中において貯湯槽３ｂ内に湯２の高温層と低温層とが生じ、さらにこれらの間には一般に温度成層が形成される。したがって高温層と低温層との２つの貯湯領域に分離した状態で加熱湯２を貯湯しておくことができ、たとえ槽内の水を全部加熱しなくても、上層側にある加熱後の湯２のみを取り出すことができる。この場合、縦長の貯湯槽３を採用することで上層側と下層側との接触領域を狭くし、境界における熱の授受を少なくして温度成層を維持することが可能となる。

また、熱交換器７で熱を奪われ温度が下がった湯２を貯湯槽３ａに戻すと、上述した貯湯槽３ａ内の温度成層が不安定となり、槽内温度が不均一になる場合もある。そこで、給湯する場合はこの不均一な槽内湯２を優先的に吐き出すようにし、熱を有効活用するとともに槽内温度およびヒートポンプ６の運転サイクルの維持を図ることが好ましい。この場合、熱湯２は貯湯槽３ｂ側で別に確保しておき、貯湯槽３ａ側の湯２がなくなったとき、あるいは貯湯槽３ａが供給する湯２の温度が低いときなどに利用する。

本発明では、図２に示すように、貯湯槽の側部中間位置に中間取水管が設けられている。

図２に示す貯湯装置１は、貯湯設備３として貯湯槽３ｃを１つのみ備えるものであり、１タンク方式のものである。また、貯湯装置１には、給水分配管８ａの他、熱交換器７の加熱をするための中間取水管８ｃも設けている。本実施形態では、この中間取水管８ｃの途中に三方弁５を設けて三つ又構造とし、管８ｂを取り付け、各管８ｂ，８ｃを貯湯槽３の上部および側部中間位置に取り付けている。各管８ｂ，８ｃにはそれぞれバルブ１１ｄ，１１ｅを設ける。また、給水分配管８ａと給湯管１４との接続部には別の三方弁１５を設けている。このため、三方弁５，１５やポンプ１２，１３などの働きにより、湯２を図中で示すように貯湯槽３の中間層から抜き出し、またはで示すように貯湯槽３の上層から抜き出して熱交換器７側へと導くことができる。また、熱交換器７の加熱を終え、温度が下がった湯２を再び貯湯槽３に戻して廃熱を回収するのは第１の実施形態の場合と同じである。ここで、温度が下がった湯２は貯湯槽３ｃの下部側に戻されることから下層が低温領域となるが、貯湯槽３ｃの側部中間位置に設けた管８ｃによってこの低温領域側の湯２を抜き出し給湯に優先的に用いることができる。

なお、上述したいずれの方式の貯湯装置においても、給水管８や給湯管１４などの配管は閉ループを構成して外気の導入をなくすようにしたものが好ましい。これによれば、配管の腐食などのおそれも少なく、給水圧を利用して給湯できる。

以下、図３〜７を用いて、貯湯装置により供給される加熱された湯を、貯湯装置を浴槽の追い焚きおよび床暖房に利用する給湯装置の作動について説明する。

貯湯装置１は、図３に示すように２機の貯湯槽３ａ，３ｂを備え、湯２を貯留する。貯湯装置１は家庭内における給湯装置であり、かつ熱交換器７を加熱する加熱装置でもあり、湯２として水道水を用い、給水口９からの給水を貯湯槽３に貯留し、加熱して熱湯とする。加熱はＣＯ２ヒートポンプ６を用い、主に夜間電力を利用して夜中に給熱に必要な熱を蓄える。加熱対象４は暖房用床と浴槽湯であり、それぞれ熱交換器７ａ，７ｂを備える。

給湯装置としての貯湯装置１は、給湯口１０から温水を給湯する。給湯口１０は、図示するように２箇所に設けた蛇口であり、洗面・炊事等のために温水を供給し、風呂浴槽に適温の湯を供給する。温水供給機能は、例えば６５℃給水となるよう熱湯２と原水を混合するものである。

ます貯湯設備３に給湯し貯湯する段階では、一方の貯湯槽（例えば３ａ側）の対応するバルブ１１ａと給水バルブ１６とを開き、給水圧を利用して貯湯槽３ａ内に水道水を送り込む。このとき、貯湯槽３ａ内の空気は給湯管１４を通じて排出される。貯湯槽３ａ内に水が貯まったら給水バルブ１６を閉じ、給水を止める。貯湯槽３ｂも同様にして給水する。

次に、貯湯設備３内の水を加熱して熱湯とする。例えば貯湯槽３ａ側の水を加熱する場合、バルブ１１ａを開き、ポンプ１２によって図４に示すように貯湯槽３ａとヒートポンプ６との間で水を巡回させる。このとき、貯湯槽３ａの水は下層側から流出し、ポンプ１２を通過してヒートポンプ６に送り込まれ、加熱され熱湯となる。本実施例の場合、加熱源としてＣＯ２ヒートポンプ６を利用していることから、例えば１０℃の水道水であっても一気に９０℃程度まで加熱することが可能である。

加熱された湯は、バルブ１１ａを通過して貯湯槽３ａに戻され、高温の上層部を形成する。このとき、高温上層と低温下層との間は温度成層となり、熱移動が少ない。温度成層は水の送り出しに伴い下降し、やがて下端に達して貯湯槽３ａ内がすべて熱湯２となる。貯湯槽３ａ内の水全量を加熱して熱湯２としたら、他方の貯湯槽３ｂ側の内部水も同様にして加熱する。

このように貯湯設備３内の水の全部（または一部）を熱湯２としたら、給湯口１０からの給湯が常時可能となる。この場合、図５に示すように、給水分配管８ａを通過させた加熱しない給水の適宜量を直接に給湯管１４へ送り込むことで所望の給湯温度とすることができる。所望温度の給湯は、洗面、炊事などに用い、さらに風呂の浴槽へも供給される。本実施例の貯湯装置１では、給湯時は主に貯湯槽３ｂ側の熱湯を用いるが、他方側の貯湯槽３ａ側の熱湯を用いることもできる。

一方、貯湯装置１を加熱装置として機能させる場合は、図６に示すように貯湯槽３ａ側の湯２を熱交換器７側へ送り込む。湯２の循環は、加熱用配管１７上に設けたポンプ１３の働きによる。ここでは貯湯装置１を利用し、床暖房および浴槽に張った湯の追い焚きを行う。加熱は、加熱用配管１７の２箇所に配置した熱交換器７ａ，７ｂで熱交換をし、床暖房用の熱媒体、浴槽内の湯をそれぞれ高温とすることによって行う。

ここで、上述した貯湯装置１では、床暖房側の熱交換器７ａと浴槽用の熱交換器７ｂを加熱用配管１７上に直列配置するが、床暖房と追い焚きは別に行うようにしている。つまり、床暖房する場合は床暖房側でのみ熱交換をし、追い焚きは行わない。本実施例では、床を暖房して７０℃から６０℃程度にまで温度が低下した床暖房用熱媒体を熱湯２で加熱し、再び７０℃程度まで加熱する。このとき、熱湯２は熱を失い７０℃程度まで温度が下降するので、その温度のまま貯湯槽３ａに戻して廃熱を回収する。

また、追い焚きを行うときは床暖房をせず、図７に示すように他方側の熱交換器７ｂで熱の授受を行い、浴槽の湯を追い焚きする。このとき、１５℃程度の浴槽湯は４０℃程度にまで再加熱される。また、加熱用配管１７内の湯２は熱を失い、３０℃程度まで温度を下げる。この湯２は貯湯槽３に戻すことによって廃熱を回収する。ここで、加熱時は主として貯湯槽３ａの湯２を優先利用するが、貯湯槽３ｂの湯２も利用できる。この場合は、図７に想像線で示すように、必要に応じて三方弁や配管を設ければよい。

また、この後の給湯時は原則として貯湯槽３ａ内の湯２を優先的に利用する。この場合、貯湯槽３ａで回収した廃熱を優先利用することにつながり、熱の有効利用をもたらす。給湯温度が足りない場合は貯湯槽３ｂ側の熱湯２を適宜供給する。このように貯湯槽３ａ側の湯２を優先的に利用した結果、貯湯槽３ａ内の湯２がなくなり原水と入れ替わったら、今度は他方の貯湯槽３ｂの湯２を利用すればよい。

また、上述したように貯湯装置１で加熱も行う場合、好ましくは空焚き防止装置を適宜設けるようにする。このような空焚き防止装置は、例えば床暖房用熱媒体あるいは浴槽湯がないことを検出可能なセンサである。

なお、上述した貯湯装置１は、貯湯装置により供給される加熱された湯を、貯湯装置を浴槽の追い焚きおよび床暖房に利用する給湯装置の作動について説明するための例であって、これに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。上述した例では、湯２を利用して浴槽を追い焚きし、または床暖房する例を説明したが熱の利用はこれらに限らず、例えば、風呂場の暖房などに利用することもできる。

また、熱交換器７の数は２つに限らないし、配置も直列配置に限らない。熱交換器７は、加熱対象４の数に合わせて個数を変えればよいし、加熱形態に応じ、単一の加熱対象４に対し複数の熱交換器７を設けるようにしてもよい。

また、熱交換器７を例えば貯湯槽３内に設置（封入）することも可能である。さらに、貯湯槽３に戻さずに直接使用することもできる。例えば、追い焚きに利用して冷めた湯２は、貯湯槽３内の熱湯と混ぜ適当な温度に調整した上、貯湯槽３に戻さずシャワー用水などとして使うことができる。

また、ヒートポンプ６の代わりに他のヒータを採用してもよい。例えば、ヒートポンプ６を貯湯槽３に接続配置する代わりに、貯湯槽３に電気温水器を内蔵するようにしてもよい。この場合の電気温水器は、貯湯槽３内の湯２を上層側で加熱するものでもよいし、全体的に加熱するものでもよい。

貯湯装置の概略を説明する図である。 本発明の実施形態を示す貯湯装置の構成図である。 浴槽の追い焚きおよび床暖房に利用する貯湯装置を示す図である。 貯湯槽内の水を加熱する様子を示す図である。 貯湯槽内の湯を給湯する様子を示す図である。 貯湯槽内の湯を利用して床暖房する様子を示す図である。 貯湯槽内の湯を利用して追い焚きする様子を示す図である。

符号の説明

１ 貯湯装置
２ 湯
３ 貯湯設備
６ ヒートポンプ
７ 熱交換器

Claims (2)

1. 貯湯槽（３ｃ）を有する貯湯装置において、
   給水源から前記貯湯槽（３ｃ）に給水する給水管（８）と、
   給湯口（１０）へと給水または給湯する給湯する給湯管（１４）と、
   貯湯槽（３ｃ）上部に設けられた配管（８ｂ）と、
   前記貯湯槽（３ｃ）の側部中間位置に取付けられた中間取水管（８ｃ）と、
   前記貯湯槽（３ｃ）よりも上流側の部位において前記給水管（８）から分岐し、前記給湯管（１４）に接続される給水分配管（８ａ）とを備えることを特徴とする貯湯装置。
2. 前記貯湯槽（３ｃ）上部に設けられた配管（８ａ）と前記中間取水管（８ｃ）とから抜き出される湯（２）を選択的に導き出すことを特徴とする請求項１記載の貯湯装置。