JP2007040553A - 貯湯式給湯装置 - Google Patents

Abstract

【課題】カランへの給湯を行っている途中に浴槽への給湯が要求されると、カランからの給湯温度及び給湯量が著しく変化し、安定した給湯が行えない。
【解決手段】カラン側出湯管１１１上のカラン側第１混合弁１２０側と風呂側出湯管１３３上の風呂側第１混合弁１３５側と、カラン側中間出湯管１１２上のカラン側第１混合弁１２０側と風呂側中間出湯管１３４上の風呂側第１混合弁１３５側とを設ける構成をとれば、カラン１２４への給湯を行っている途中に浴槽１１３への給湯が要求された場合であっても、カラン側第１混合弁１２０側へ供給される湯量の変化が低減される。
【選択図】図１

Description

本発明は、貯湯式給湯装置に関するものである。

従来、この種の貯湯式給湯装置は、カランと浴槽へ給湯するために、貯湯タンクの上部に接続された出湯管は、カランへ湯水を供給する流路と多量の給湯を要求される浴槽へ湯水を供給する流路とに分岐されていた。また、カランまたは浴槽へ給湯される前に、使用者が任意に設定した設定温度となるように適量の水道水を混同して温度調整していた（例えば、特許文献１参照）。
特開２００４−１１６８８９号公報

ところで、上記構成において、カラン側への給湯中に浴槽への給水を行うと多量の湯水が風呂端末側へ流れてしまい、一時的にカラン側への給湯量は減少する。そのため、給湯途中にオーバーシュートやアンダーシュートといった給湯の不安定化を招いていた。

本発明は、このような課題を解決するもので、カラン側への給湯中に風呂端末側への給湯が行われた場合に、給湯の安定化・快適性を図ることを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の貯湯式給湯装置は、貯湯タンクの上部から湯水を取り出す風呂側出湯管と、前記貯湯タンクの略中間部から湯水を取り出す風呂側中温出湯管と、前記風呂側出湯管と前記風呂側中温出湯管とから流れる湯水を混合する風呂側第１混合弁と、前記風呂側第１混合弁からの湯水と給水管からの水を混合する風呂側第２混合弁と、前記貯湯タンクの上部から湯水を取り出すカラン側出湯管と、前記貯湯タンクの略中間部から湯水を取り出すカラン側中温出湯管と、前記カラン側出湯管と前記カラン側中温出湯管とから流れる湯水を混合するカラン側第１混合弁と、前記カラン側第１混合弁からの湯水と給水管からの水を混合するカラン側第２混合弁とを備え、前記風呂側中温出湯管と前記貯湯タンクとの接続位置は、前記カラン側中温出湯管の接続位置よりも前記貯湯タンクの中央部に位置するものである。

上記発明によれば、カラン側への給湯中に風呂端末側への給水が行われた場合であっても、カラン側への給湯温度、給湯量の変化が緩和され、快適な給湯運転を提供できる。

本発明の貯湯式給湯装置は、カラン側への給湯中に風呂端末側への給水が行われた場合においてカラン側への温度変化が軽減され、快適な給湯運転を提供できる。

第１の発明は、ヒートポンプ回路を用いて加熱した湯水を貯湯タンク上部から成層状態で貯湯し、その湯水を前記貯湯タンクの上部に設けた出湯管から出湯してカラン側または風呂端末側に所望の湯水を供給する貯湯式給湯装置であって、貯湯タンクの上部から湯水を取り出す風呂側出湯管と、前記貯湯タンクの略中間部から湯水を取り出す風呂側中温出湯管と、前記風呂側出湯管と前記風呂側中温出湯管とから流れる湯水を混合する風呂側第１混合弁と、前記風呂側第１混合弁からの湯水と給水管からの水を混合する風呂側第２混合弁と、前記貯湯タンクの上部から湯水を取り出すカラン側出湯管と、前記貯湯タンクの
略中間部から湯水を取り出すカラン側中温出湯管と、前記カラン側出湯管と前記カラン側中温出湯管とから流れる湯水を混合するカラン側第１混合弁と、前記カラン側第１混合弁からの湯水と給水管からの水を混合するカラン側第２混合弁とを備えた貯湯式給湯装置である。そのため、カラン側への給湯中に風呂端末側への給水が行われた場合、カラン側出湯管からカラン側第１混合弁へ流れる湯量が瞬間的に変動するが、それと同時にカラン側中温出湯管からカラン側第１混合弁へ流れる湯量も瞬間的に変動し、双方から流れる湯量のバランスは崩れず、オーバーシュートやアンダーシュート等を起こすことがなく、安定的かつ快適な給湯運転を提供できる。

また、風呂側中温出湯管と貯湯タンクとの接続位置は、カラン側中温出湯管の接続位置よりも貯湯タンクの中央部に位置するように構成すると、一般に風呂側への供給流量はカラン側への供給流量と比較して多量であるため、中温湯をより早急に貯湯タンクから排出することができ、ヒートポンプの沸き上げ効率が悪化しない。

第２の発明は、特に第１の発明において、風呂側中温出湯管と貯湯タンクとの接続位置は、カラン側中温出湯管と貯湯タンクとの接続位置よりも上部に位置したものである。

貯湯タンクには、ヒートポンプ回路で加熱された湯水が貯湯タンクの上部から成層状態で貯湯されているため、貯湯タンクの上部には高温の湯水があり、中間部には約３５度から６０度前後の中間温度である中温湯が蓄えられている。それら中温湯は、ヒートポンプの沸き上げ効率（ＣＯＰ効率）を悪化させ、沸き上げ運転の低能率化の要因となるため、貯湯タンクの上部から出湯する高温湯を中温湯とを混合することにより沸き上げ効率（ＣＯＰ効率）を悪化させる中温湯を給湯に有効利用できる。しかしながら、中温出湯管の上部に発生した中温湯は沸き上げない限り混合用として利用できなかった。

そこで、第２の発明に示すような構成を用いることにより、今より以上に中湯温を幅広く混合用として有効利用でき、沸き上げ効率の良い貯湯式給湯装置を提供できる。

第３の発明は、特に第１の発明において、風呂側第１混合弁へ接続される風呂側出湯管上及びカラン側第１混合弁へ接続されるカラン側出湯管上に、給湯方向と逆方向である湯水流れを止水する逆止弁を設けるものである。

これによって、カラン側および風呂側への湯水を供給を停止している間の出湯管の高温湯と中間出湯管の中温湯が自然対流により混合するのを防止し、再出湯時の安定湯温が得られる。

第４の発明は、特に第３の発明において、逆止弁は、給湯方向の湯水流れに対して、少なくとも１０ｇまでの荷重分を止水できるようにしたものである。例えば、１０ｇを大きく下回る加重分しか遮断できなければ、微量の給湯要求という特定の条件下においても設定温度以上の高温が給湯されない。また、１０ｇを大きく上回る加重分の流量を遮断できるようにすれば、容易に高温を混合することができず、高温の給湯が行えなくなる。従って、１０ｇ前後の加重分の流量を遮断できるようにすれば、対流現象を防ぐとともに、ごく微量の給湯要求という特定の条件下においても設定温度以上の高温が給湯されない。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態における貯湯式給湯装置の構成図を示すものである。

図１の貯湯式給湯装置において、貯湯タンク１０１は高温の湯水を貯え、沸き上げ管１０２は貯湯タンク１０１の上部と下部を接続している。貯湯タンク１０１の下部にある湯水は、貯湯タンク１０１の途中に設けられた沸き上げポンプ１０３によって熱交換器１０４へ流され、熱交換器１０４で加熱された湯水は貯湯タンク１０１の上部から蓄えられる。貯湯タンク１０１の上部に供給される高温の湯は、貯湯タンク１０１内でその比重差から高温の湯水が上部に、低温の湯水が下部に分離した形となり、積層状態で蓄えられる。また、貯湯タンク１０１内の湯水が使用されると、それに伴い給水管１０５から貯湯タンク１０１の下部に水が供給され、積層状態を保ちながら蓄えられる。

熱交換器１０４では、貯湯タンク１０１からの湯水と冷媒回路１０６内を循環している冷媒（二酸化炭素）とが熱交換を行う。冷媒回路１０６は、熱交換器１０４と蒸発器１０７、圧縮機１０８、膨張弁１０９、ファン１１０により構成されている。

上記のような湯水を加熱する沸き上げ運転は、通常は電力料金の安価である深夜時間帯（例えば午後１１時から午前７時あいだ）に行われる。深夜時間帯には、貯湯タンク１０１内に低温の湯水（または水）が貯えられているかどうかを確認し、低温の湯水が確認されれば貯湯タンク１０１内が高温の湯水で満たされるまで沸き上げ運転が続けられる。

貯湯タンク１０１の上部には高温水を取り出す出湯管１１１を設け、この貯湯タンク１０１の略中間部には中温湯を取り出す中間出湯管１１２が設けられている。そして、出湯管１１１の途中からは、浴槽１１３の湯水と熱交換して追い焚き動作を行うための風呂熱交換器１１４と循環ポンプ１１５とを備える風呂利用回路１１６が設けられており、貯湯タンク１０１の下部まで接続されている。また、風呂熱交換器１１４の二次側には浴槽１１３の風呂アダプター１１７と接続し風呂ポンプ１１８により浴槽水を循環させるための風呂循環回路１１９が構成されている。

上記構成により、風呂追い焚き運転は、貯湯タンク１０１の上部より供給された高温水は、風呂熱交換器１１４において風呂循環回路１１９を流れる浴槽水と熱交換されることによって行われる。そして、熱交換によって温度低下した湯水は、中温湯となって貯湯タンク１０１に戻される。このとき、貯湯タンク１０１内には、高温層の湯水、中間温度層の湯水、低温層の湯水が積層状態となって蓄えられている。また、この風呂追い焚き動作が継続すると、貯湯タンク１０１内は上部の高温水の量が減少し、その下方に蓄積される中温湯の量が増大する。

この中温湯の増大現象は種々の弊害を招き、大きくは沸き上げ動作時におけるヒートポンプの沸き上げ効率（ＣＯＰ効率、熱交換器１０４出口の湯水温度を熱交換器１０４入口の湯水温度で除した値）の低下に関与する。すなわち、貯湯タンク１０１の下部に中温湯が増加すると沸き上げ時の熱交換器１０４の入水温度が急激に高くなり、入水温度が高い状態で冷媒回路１０６を循環する冷媒と熱交換すると、冷媒と温水との温度差が減少して沸き上げ効率が低下する。特に、冷媒として二酸化炭素を用いたヒートポンプサイクルにあっては、ヒートポンプの高圧側圧力が高いため入水温度が高くなるとヒートポンプの沸き上げ効率（ＣＯＰ効率）の低下度合いが顕著となる。さらに、中温湯が増加することにより、貯湯タンク１０１の上部高温水が減少するだけでなく全体として貯湯能力が低下するので、湯量不足による湯切れにつながる。

そこで、本実施の形態ではこの中温湯対策として、貯湯タンク１０１の略中間部にカラン側中間出湯管１１２を設け、このカラン側中間出湯管１１２と上部カラン側出湯管１１１より供給される湯水を混合し所定の混合水を得るためのカラン側第１混合弁１２０及び前記貯湯タンク１０１の略中間部に風呂側中間出湯管１３４を設け、この風呂側中間出湯
管１３４と上部風呂側出湯管１３３より供給される湯水を混合し所定の混合水を得るための風呂側第１混合弁１３５を設け、カラン側第１混合弁１２０は第１温度検出器１２１で検出される湯温をフィードバックすることで弁開度の調節を行い、風呂側第１混合弁１３５は第２温度検出器１３６で検出される湯温をフィードバックすることで弁開度の調節を行い所定の目標温度を確保するようにしている。このカラン側第１混合弁１２０及び風呂側第１混合弁１３５を設けたことにより、中温湯を優先的に取り出して使用目的に応じた湯温を給湯することが可能となり、貯湯タンク１０１内の中温湯を減少させることができる。

なお、本実施の形態では、風呂側中温出湯管と貯湯タンクとの接続位置は、カラン側中温出湯管の接続位置よりも貯湯タンクの中央部に位置し、かつカラン側中温出湯管の接続位置よりも上部に位置している。その結果、貯湯タンク内にたまる中温湯をより早急に貯湯タンクから排出することができ、ヒートポンプの沸き上げ効率が悪化しない。

前記カラン側第１混合弁１２０の出力側には用途に応じた負荷側回路が構成され、まず給湯利用として、カラン側第１混合弁１２０からの混合水と給水管１０５からの水とを混合し設定温度の湯水を得るための負荷側混合弁の１つである給湯混合弁１２２を設け、カラン１２４に供給するようにしている。この給湯混合弁１２２の出力側には給湯温度検出器１２３が取り付けられ、給湯温度検出器１２３で検出される湯温をフィードバックすることで弁開度の調節を行い設定温度を確保するようにしている。

また、風呂側第１混合弁１３５の出力側には風呂利用の際に用いる負荷側回路が構成され、風呂側第１混合弁１３５からの混合水と給水管１０５からの水とを混合し設定温度の湯水を得るための負荷側混合弁の１つである風呂混合弁１２５を設け、注湯弁１２６を介して風呂循環回路１１９に接続し浴槽１１３への湯張りを行うようにしている。この風呂混合弁１２５の出力側には風呂温度検出器１２７が取り付けられ、風呂温度検出器１２７で検出される湯温をフィードバックすることで弁開度の調節を行い、設定温度を確保するようにしている。

なお、カラン側第１混合弁１２０の上部カラン側出湯管１１１から高温湯が供給される高温側入水経路とカラン側中間出湯管１１２から中温湯が供給される低温側入水経路は、高温側入水経路の流路抵抗が大きくなるように逆止弁１２８を配設している。同様に、風呂側第１混合弁１３５の高温側入水経路の流路抵抗が大きくなるように逆止弁１３７を配設している。

逆止弁１２８及び逆止弁１３７は、図２に示すように順方向に対して所定流量までは止水機能を有し、それ以上の流量に対しては開放状態となり、逆方向に対しては閉止機能を有するものである。この順方向の止水機能を利用することで、カラン側第１混合弁１２０、風呂側第１混合弁１３５が動作を開始する流量以下の少量の給湯使用があった場合に止水機能が作用するため、それぞれの混合弁に供給される高温湯が流入することもなく、高温出湯の危険も回避できるものである。このように、高温側入水経路に所定条件で流路抵抗が増大する逆止弁１２８、逆止弁１３７を配設することにより、安全性の高い給湯を行うことができるものである。

また、カラン１２４の近傍には給湯リモコン１３２、浴室には風呂リモコン１３３が設けられている。この給湯リモコン１３２または風呂リモコン１３３からの運転指示は機器本体側に設けられた制御部１３４に無線または有線で送られ、送信された条件に従って制御部１３４で予め規定された制御動作に基づいて各種動作を行うようにしている。

以上のように構成された貯湯式給湯装置において、以下その動作・作用を説明する。ま
ず、使用者によりカラン１２４が開けられた時、貯湯タンク１０１の上部に貯えられた高温の湯水は、カラン側出湯管１１１を通じて取り出され、逆止弁１２８を介してカラン側第１混合弁１２０へ流される。カラン側第１混合弁１２０では、貯湯タンク１０１の中温位置と接続するカラン側中間出湯管１１２を通じて取り出された中間温度の温水（中温湯）と貯湯タンク１０１の上部に貯えられた高温水とが混合される。

そして、混合された湯水は、逆止弁１２９を介して給湯混合弁１２２へ流入する。また、給湯混合弁１２２へは給水管１０５から供給された水道水が流入する。給湯混合弁１２２では、それぞれ流入する湯水を任意の温度となるような比率で混合し、給湯混合弁１２２と給湯温度検出器１２３との間の管上に設けた逆止弁１３１を通じてカラン１２４から給湯される。

なお、カラン１２４への給湯要求量が微量である場合は、給湯混合弁１２２のａ側にある高温湯がほとんど遮断されるので、カラン１２４から給湯リモコン１３２による設定温度以上の給湯が行われず、快適な給湯が行われる。

一方、使用者により注湯弁１２６が開けられた時、貯湯タンク１０１の上部に貯えられた高温の湯水は、風呂側出湯管１３３を通じて取り出され、逆止弁１３７を介して風呂側第１混合弁１３５へ流される。風呂側第１混合弁１３５では、貯湯タンク１０１の中温位置と接続する風呂側中間出湯管１３４を通じて取り出された中間温度の温水（中温湯）と貯湯タンク１０１の上部に貯えられた高温水とが混合される。

そして、混合された湯水は逆止弁１３０を介して風呂混合弁１２５へ流入する。また、風呂混合弁１２５へは給水管１０５から供給された水道水が流入し、それぞれ流入する湯と水を任意の温度となるような比率で混合し、注湯弁１２６により流量を調整しながら風呂へ湯水を給水する。

ところで、逆止弁１２９を設けることにより、カラン１２４への給湯要求量が微量である場合は、給湯混合弁１２２の湯側（ａ側）へ流れる高温湯がごく少量に遮断される（あるいは完全に遮断される）ので、カラン１２４から給湯リモコン１３２による設定温度以上の高温給湯が行われず、快適で安全な給湯が行われる。逆止弁１２９は、所定流量以下の流れを遮断するが、約１０ｇ前後までの加重分を遮断できることが好ましい。なぜなら、１０ｇを大きく下回る加重分しか遮断できなければ、高温湯と水道水との温度差による比重の違いにより高温湯が水道水側へ廻りこむ現象を防ぐことができない。逆に、１０ｇを大きく上回る加重分の流量を遮断できるようにすれば、容易に高温を混合することができず、高温の給湯が行えなくなる。また、この逆止弁１２９の効果は、逆止弁１３０についても同様に言える。

なお、カラン１２４への給湯と、浴槽１１３への給湯を個別説明したが、カラン側第１混合弁１２０、風呂側第１混合弁１３５を同時に駆動して給湯混合弁１２２側と風呂混合弁１２５側へ同時給湯を行うことも可能である。

ここで、一般的にはカラン１２４への給湯量と比較して浴槽１１３への給湯量は圧倒的に多いことから、カラン１２４への給湯を行っている途中に浴槽１１３への給湯が要求されると、カラン側第１混合弁１２０側と風呂側第１混合弁１３５側において、カラン側第１混合弁１２０側へ流れる湯水量が一時的に減少する。しかし、貯湯タンク上部からカラン側出湯管１１１と風呂側出湯管１３３および貯湯タンク略中間部からカラン側中温出湯管１１２と風呂側出湯管１３４を各々独立して配備しているため湯水量の減少がかなり低減されるため、カラン側第１混合弁１２０における混合比率制御も複雑とならず、オーバーシュートやアンダーシュートといった給湯温度の不安定化を招くことなく、安全かつ安
定した給湯を行うことができる。

また、例えばカラン側第１混合弁１２０側へのカラン側出湯管１１１の配管径を、風呂側第１混合弁１３５側への風呂側出湯管１３３の配管径と比べて大きくする等して、カラン１２４側への流路抵抗を小さくすれば、カラン１２４への給湯を行っている途中に浴槽１１３への給湯が要求されても、急激な流量変化を緩和できる。同様に、カラン側第１混合弁１２０側へのカラン中間出湯管１１２の配管径を、風呂側第１混合弁１３５側への風呂側中間出湯管１３４と比べて大きくする等して、カラン１２４側への流路抵抗を小さくすれば、急激な流量変化を緩和できる。この結果、カラン側第１混合弁１２０側へ供給される湯量は、急激な変化を生じることなく、一定の流量で給湯が可能となる。

以上のように、本実施の形態によれば、カラン側への給湯温度の変化、給湯量の変化を緩和することにより給湯運転の安定化を図り、また給湯混合弁１２２及び風呂混合弁１２５の湯側に逆止弁を設けるので、微量の給湯要求という特定の条件下において設定温度以上の高温が給湯されず、快適で安全な給湯を実現できる。

以上のように、本発明は貯湯タンクに蓄積される湯水を浴槽側とカラン側に供給することができる給湯風呂暖房装置において適用できる。

本発明の実施の形態１における貯湯式給湯装置の構成図 逆止弁の特性図

符号の説明

１０１ 貯湯タンク
１０５ 給水管
１０６ 冷媒回路（ヒートポンプ回路）
１１１ カラン側出湯管
１１２ カラン側中間出湯管
１２０ 給湯側第１混合弁
１２２ 給湯混合弁
１２５ 風呂混合弁
１２４ カラン
１２８、１２９、１３０、１３７ 逆止弁（流路抵抗）
１３３ 風呂側出湯管
１３４ 風呂側中間出湯管
１３５ 風呂側第１混合弁

Claims (4)

1. ヒートポンプ回路を用いて加熱した湯水を貯湯タンク上部から成層状態で貯湯しその湯水を利用してカラン側または風呂側に所望の湯水を供給する貯湯式給湯装置であって、前記貯湯タンクの上部から湯水を取り出す風呂側出湯管と、前記貯湯タンクの略中間部から湯水を取り出す風呂側中温出湯管と、前記風呂側出湯管と前記風呂側中温出湯管とから流れる湯水を混合する風呂側第１混合弁と、前記風呂側第１混合弁からの湯水と給水管からの水を混合する風呂側第２混合弁と、前記貯湯タンクの上部から湯水を取り出すカラン側出湯管と、前記貯湯タンクの略中間部から湯水を取り出すカラン側中温出湯管と、前記カラン側出湯管と前記カラン側中温出湯管とから流れる湯水を混合するカラン側第１混合弁と、前記カラン側第１混合弁からの湯水と給水管からの水を混合するカラン側第２混合弁とを備え、前記風呂側中温出湯管と前記貯湯タンクとの接続位置は、前記カラン側中温出湯管の接続位置よりも前記貯湯タンクの中央部に位置する貯湯式給湯装置。
2. 風呂側中温出湯管と貯湯タンクとの接続位置は、カラン側中温出湯管と貯湯タンクとの接続位置よりも上部に位置する請求項１記載の貯湯式給湯装置。
3. 風呂側第１混合弁へ接続される風呂側出湯管上及びカラン側第１混合弁へ接続されるカラン側出湯管上に、逆止弁を設けた請求項２記載の貯湯式給湯装置。
4. 逆止弁は、少なくとも１０ｇまでの荷重分を止水できるようにした請求項３記載の貯湯式給湯装置。

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