JP2008170101A - 貯湯式給湯システム - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構造で、貯湯タンクの中温湯を効率よく利用することができる貯湯式給湯システムを得ること。
【解決手段】給水された水を加熱手段１４により加熱し、加熱した湯を貯湯タンク１に貯え、貯えられた湯を給湯管２０及び弁１６、２２を介して給湯する貯湯式給湯システムにおいて、前記貯湯タンク１の中間部に、高さの異なる湯層の湯を混合して取出し、前記給湯管２０に供給する出湯部４０を設け、貯湯タンク１の中間部に貯湯された中温湯層の高さ位置にかかわらず、中温湯を取出すことができるようにした。
【選択図】 図１

Description

本発明は、貯湯タンクと、ヒートポンプ等の加熱手段とを備える貯湯式給湯システムに関するものである。

従来、入水管と出湯管（給湯管）が接続され湯水を貯湯する貯湯タンクと、前記貯湯タンク内の湯水を加熱するヒートポンプ式加熱手段と、前記貯湯タンクと前記ヒートポンプ式加熱手段とを湯水が循環可能に接続するヒーポン循環回路と、前記ヒーポン循環回路に設けられ湯水を循環させるヒーポン循環ポンプと、前記ヒーポン循環回路に循環切換手段を介して接続され前記ヒーポン循環回路をバイパスするバイパス管と、前記バイパス管途中に設けられ放熱部へ循環する循環水を加熱するための暖房用熱交換器とを備え、前記ヒートポンプ式加熱手段で加熱された温水を前記暖房用熱交換器に循環させるようにした貯湯式給湯暖房装置において、前記バイパス管の前記暖房用熱交換器の下流から分岐して前記貯湯タンクの中間位置に連通する中間戻し管を接続すると共に、前記貯湯タンクの中間位置に中間出湯管（中間給湯管）を接続し、貯湯運転時は前記循環切換手段を前記ヒートポンプ式加熱手段と前記貯湯タンクとで循環するように切換え、暖房運転時は前記循環切換手段を前記ヒートポンプ式加熱手段と前記暖房用熱交換器とで循環するように切換え、暖房と給湯とが同時に使用された時は前記中間戻し管から前記貯湯タンクに戻した湯水のうち少なくとも一部を前記中間出湯管から出湯させて給湯するようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。

特開２００６−０１０１８７号公報

しかしながら、上記従来の技術によれば、貯湯タンクの中間位置に中間出湯管（中温給湯管、給湯管）を接続しただけなので、中温湯の層が、中温給湯管の位置と一致したときは中温湯を取出すことができるが、中温給湯管の位置以外の位置に中温湯の層があるときは中温湯を取出すことができない。そのため、中温湯を利用することができない、という問題があった。

また、貯湯タンクの沸き上げや暖房等が行なわれ、貯湯タンク内の層状の湯温分布が急激に変化ししているときや、中温給湯管の位置付近に高温湯と低温湯の境界層があるときなどに、中温給湯管から給湯すると、湯の温度が急激に変化し、給湯温度を調節する混合弁が温度変化に追従することができない。そのため、給湯温度がハンチングする、という問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、第１の目的は、簡単な構造で、貯湯タンクの中温湯を効率よく利用することができる貯湯式給湯システムを得ることである。また、第２の目的は、中温給湯管からの給湯時に、中温湯の温度を安定させることにより混合弁からの給湯温度を安定させ、使い勝手の良い貯湯式給湯システムを得ることである。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、給水された水を加熱手段により加熱し、加熱した湯を貯湯タンクに貯え、貯えられた湯を給湯管及び弁を介して給湯する貯湯式給湯システムにおいて、前記貯湯タンクの中間部に、高さの異なる湯層の湯を混合して取出し、前記給湯管に供給する出湯部を設けたことを特徴とする。

この発明によれば、貯湯タンクの中間部に、高さの異なる湯層の湯を混合して取出し、給湯管に供給する出湯部を設けたので、貯湯タンクの中間部に貯湯された中温湯層の高さ位置にかかわらず、中温湯を取出すことができ、中温湯を使用してしまうことにより、加熱手段としてのヒートポンプの沸き上げ効率の低下を軽減することができる、という効果を奏する。

また、この発明によれば、貯湯タンクの沸き上げ時や風呂の追焚き時に、貯湯タンク内の層状の湯温分布が急激に変化したり、中温湯の取出し口付近に高温湯と低温湯の境界層が位置している状態でも、高さの異なる湯層の湯を混合して取出すことができ、取出し口付近の湯温が急激に変化しても、取出し口が位置する湯層以外の湯層からも湯を取出して混合しているので、出湯温度が平均化されて取出した湯の温度の乱れが軽減され、給湯温度を調節する混合弁が給湯温度を調節することが可能となり、安定した温度で給湯することができる、という効果を奏する。

以下に、本発明にかかる貯湯式給湯システムの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明にかかる貯湯式給湯システムの実施の形態１の構成を示す図であり、図２は、バッフル板の斜視図であり、図３は、バッフル板を貯湯タンクに取付けた状態を示す縦断面図であり、図４は、沸き上げ完了時の貯湯タンクの貯湯の状態を示す図であり、図５は、風呂の追焚き後の貯湯タンクの貯湯の状態を示す図であり、図６は、貯湯タンクの高温湯が多いときに風呂の追焚きを行なった後の貯湯の変化を示す図であり、図７は、貯湯タンクの中温湯が少ないときの貯湯の変化を示す図である。

図１に示すように、貯湯式給湯システム１００は、貯湯タンク１と加熱手段としてのヒートポンプ１４と、浴槽２６の追焚き用熱交換器９と、制御部３０とを備えている。貯湯タンク１は、縦長に形成され、高温の湯を長時間保温できる構造となっている。貯湯タンク１の下部には給水管２が接続され、給水管２には外部より市水（水道水）が供給される。

貯湯タンク１の上部には、高温湯を給湯する高温給湯管５が接続され、貯湯タンク１の側部には、中温湯を給湯する中温給湯管２０が接続されている。給水管２からは、給湯用混合弁１６に給水する第１給水分岐管２ａと、風呂用混合弁２２に給水する第２給水分岐管２ｂが分岐している。

高温給湯管５からは、給湯用混合弁１６に給湯する第１高温分岐管５ａと、風呂用混合弁２２に給湯する第２高温分岐管５ｂが分岐している。中温給湯管２０からは、給湯用混合弁１６に給湯する第１中温分岐管２０ａと、風呂用混合弁２２に給湯する第２中温分岐管２０ｂが分岐している。

また、貯湯タンク１と追焚き用熱交換器９の間は、循環ポンプ１０を備える追焚き循環管路７で接続されている。浴槽２６と追焚き用熱交換器９の間は、循環ポンプ１３を備える風呂循環管路１２で接続されている。

貯湯タンク１とヒートポンプ１４の間は、加熱循環管路１５で接続されている。加熱循環管路１５の貯湯タンク１下部に接続された管には、温度センサ１５ａが設置され、ヒートポンプ１４に吸込まれる湯水温を検出し、検出値を制御部３０に出力する。

給湯用混合弁１６は、第１高温分岐管５ａからの高温湯又は第１中温分岐管２０ａからの中温湯と、第１給水分岐管２ａからの市水とを混合し、この混合湯は、外部給湯管１７を経由して蛇口１８等の給湯口から給湯される。貯湯タンク１の側部の中間部には、温度センサ２１が設置され、貯湯タンク１内の中温湯の湯温を検出し、検出値を制御部３０に出力する。

風呂用混合弁２２は、第２高温分岐管５ｂからの高温湯又は第２中温分岐管２０ｂからの中温湯と、第２給水分岐管２ｂからの市水とを混合し、この混合湯は、風呂給湯管２５を経由して浴槽２６に給湯される。風呂用混合弁２２から浴槽２６へ至る風呂給湯管２５には、温度センサ２３が設置され、浴槽２６に給湯される湯温を検出し、検出値を制御部３０に出力する。

風呂給湯管２５には開閉弁２４が設けられ、開閉弁２４は、風呂給湯管２５を開閉する。開閉弁２４の下流側の風呂給湯管には、流量センサ２７が設置され、浴槽２６への給湯量を検出し、検出値を制御部３０に出力する。

図１〜図３に示すように、中温給湯管２０が貯湯タンク１の側部の中間部に接続され、その接続口１ａ（図３参照）を包囲するように、貯湯タンク１の内側に出湯部としてのバッフル板４０が取付けられている。図２に示すように、バッフル板４０は直方体の蓋状に形成され、貯湯タンク１の高さ方向の異なる高さ位置に、複数（４個）の出湯孔４０ａ、４０ｂが設けられている。バッフル板４０は、高さの異なる湯層の湯を混合して取出し、中温給湯管２０に供給する。

バッフル板４０の上部及び下部に設けられた出湯孔４０ａは、中間部に設けられた出湯孔４０ｂよりも孔径が大きく形成され、バッフル板４０の上部及び下部に位置する湯層の湯を、中間部に位置する湯層の湯よりも多く出湯させるようになっている。なお、図示はしないが、高さの異なる複数の出湯孔４０ａ、４０ｂの代わりに、縦長の長孔すなわち縦長出湯スリットをバッフル板４０に設けてもよい。縦長出湯スリットによっても、複数の出湯孔４１、４２と同様の効果が得られる。

貯湯タンクの沸きあげや風呂の追焚き等が行なわれ、貯湯タンク１内の湯温分布が急激に変化したり、中温給湯管２０の接続口１ａ付近に高温湯と低温湯の境界層があっても、境界層の厚さは概ね数ｃｍであり、それ以上の距離で高さ方向の異なる高さ位置に複数の出湯孔を設けることにより、湯温が乱れやすい温度境界層以外の層から中温湯の出湯を行なうことができ、安定した中温湯の給湯が可能となり、給湯温度がハンチングすることはない。

使用者は、操作部３１を操作して給湯温度や給湯量を設定する。制御部３０は、操作部３１により設定された所望の給湯温度や給湯量と、温度センサ１５ａ、２１、２３及び流量センサ２７の検出値とに基づいて、循環ポンプ１０、１３、ヒートポンプ１４、給湯用混合弁１６、風呂用混合弁２２、開閉弁２４等、システム全体を制御する。なお、浴槽２６への給湯温度は、概ね３５℃〜４５℃程度である。

次に、図１〜図７を参照して、実施の形態１の貯湯式給湯システム１００の動作を説明する。給水管２から給水された市水（水道水）は、給水管２に設置された図示しない減圧弁により所定の圧力に減圧されて貯湯タンク１に供給され、貯湯タンク１は、常に満水状態となっている。

ヒートポンプ１４の図示しない循環ポンプを作動させ、貯湯タンク１内の湯水を貯湯タンク１の下部から加熱循環管路１５に吸込み、ヒートポンプ１４で熱交換して設定温度（例えば、９０℃）まで加熱昇温し、上部から貯湯タンク１に戻す（図１の矢印ａ）。この沸き上げ動作により、貯湯タンク１の上部から９０℃の湯が少量ずつ層状に貯湯されていく。

ヒートポンプ１４による沸き上げは、温度センサ１５ａの検出温度が所定温度（例えば、６０℃）以上になったときに、貯湯タンク１内の全ての湯水が沸き上がったと判断して終了する（図４に示す状態）。なお、ヒートポンプ１４は、ヒートポンプ１４に吸込まれる湯水の温度が低いときは、沸き上げ効率が高いが、吸込まれる湯水の温度が高いときは、沸き上げ効率が低下する特性を有している。

次に、浴槽２６の追焚きを行う場合の貯湯式給湯システム１００の動作を説明する。操作部３１が操作されて、制御部３０が浴槽２６の追焚き開始の指示を受けると、風呂循環管路１２の循環ポンプ１３、及び追焚き循環管路７の循環ポンプ１０を作動させる。

浴槽２６の湯が風呂循環管路１２を循環し、追焚き用熱交換器９内を通って浴槽２６に戻される（図１の矢印ｃ）。一方、貯湯タンク１の上部から高温湯が追焚き循環管路７を循環し、追焚き用熱交換器９内を通って貯湯タンク１の下部に戻される（図１の矢印ｂ）。

追焚き用熱交換器９により、貯湯タンク１内に貯湯された高温湯から低温の浴槽湯に熱交換（伝熱）され、浴槽２６の湯を操作部３１で設定した温度に加熱昇温する。一方、追焚き用熱交換器９内を通った貯湯タンク１の上部からの高温湯は、熱が奪われるため、中温湯（概ね、５０℃程度）となって貯湯タンク１に戻される。

この浴槽の追焚き運転が継続されると、貯湯タンク１内の高温湯が減少し、中温湯が増加し、貯湯タンク１内は、図５に示すような湯温分布状態となる。なお、この状態で、例えば、ヒートポンプ１４により貯湯タンク１の沸き上げを行なうと、浴槽２６の追焚きにより生成された中温湯をヒートポンプ１４で熱交換することとなり、前述のように、沸き上効率（成績係数）が低下する。

次に、浴槽２６の追焚きによって生成された貯湯タンク１内の中温湯を、ヒートポンプ１４により沸き上げるとき、沸き上げ効率を向上させる方法について説明する。

貯湯タンク１内が図５に示すような状態のときに、使用者が、操作部３１を操作して浴槽２６への湯張り指示を行うと、温度センサ２１が検出している中温湯の温度は、通常、５０℃程度であり、湯張りの所望温度範囲（３５℃〜４５℃程度）よりも十分高温であるので、制御部３０は、風呂用混合弁２２を、中温給湯管２０からの中温湯と、第２給水分岐管２ｂからの市水とを混合するように開度調節し、所望の湯張り温度の湯を生成する。

貯湯タンク１内の中温湯の温度と、湯張り設定温度との差が小さければ小さいほど、中温湯の使用量が多くなる。出湯部としてのバッフル板４０の近傍に中温湯が貯留されているときは、中温湯を積極的に利用することが可能となり、また、図６に示すように、中温湯層が貯湯タンク１の中程より低い位置にあるときにも、高さの異なる複数の出湯孔４０ａ、４０ｂが設けられたバッフル板４０により、中温湯を取出すことができるので、中温湯の使用が可能となる。

次に、図７に示すように、中温湯の層が薄い場合におけるバッフル板４０の作用について説明する。前述したように、浴槽２６の追焚きや、貯湯タンク１の沸き上げを行なうと、追焚き循環管路７の循環ポンプ１０や、加熱循環管路１５の循環ポンプ（図示せず）が作動し、貯湯タンク１内の貯湯の湯温分布が乱れ、中温給湯管２０の接続口１ａ付近の湯層の湯温が乱れる現象が起こる。

このような現象が起こっているときに、蛇口１８からの給湯や風呂給湯を行なうと、中温給湯管２０から中温湯が取出されるが、バッフル板４０の異なる高さの複数の出湯孔４０ａ、４０ｂから中温湯を取出すので、湯温が乱れている層以外の層（高温湯層や湯水層）からも湯が取出され、混合された中温湯の給湯温度は、比較的安定した温度となる。

従って、中温給湯管２０に接続されている給湯用混合弁１６や風呂用混合弁２２による混合湯の温度調節が容易となり、安定した温度の給湯を行なうことができる。

実施の形態２．
図８は、本発明にかかる貯湯式給湯システム２００の実施の形態２の構成の要部を示す図である。中温給湯管２０に接続された出湯部としての出湯管４１が、貯湯タンク１内の中間部に縦向きに設置されている。出湯管４１の先端部は閉止され、高さの異なる複数（３個）の出湯孔４１ａが設けられている。なお、図示はしないが、高さの異なる複数の出湯孔４１ａの代わりに、縦長の長孔すなわち縦長出湯スリットを出湯管４１に設けてもよい。縦長出湯スリットによっても、複数の出湯孔４１ａと同様の効果が得られる。

上記のように構成された実施の形態２の出湯管４１によっても、実施の形態１のバッフル板４０と同様の効果を得ることができる。出湯管４１の方が、バッフル板４０よりも貯湯タンク１への取付けが容易である。

本発明にかかる貯湯式給湯システムの実施の形態１の構成を示す図である。 バッフル板の斜視図である。 バッフル板を貯湯タンクに取付けた状態を示す縦断面図である。 沸き上げ完了時の貯湯タンクの貯湯の状態を示す図である。 風呂の追焚き後の貯湯タンクの貯湯の状態を示す図である。 貯湯タンクの高温湯が多いときに風呂の追焚きを行なった後の貯湯の状態を示す図である。 貯湯タンクの中温湯の層が薄いときのバッフル板の作用を説明する図である。 貯湯式給湯システムの実施の形態２の構成を示す図である。

符号の説明

１ 貯湯タンク
２ 給水管
５ 高温給湯管
７ 追炊き循環管路
９ 追炊き用熱交換器
１０，１３ 循環ポンプ
１２ 風呂循環管路
１４ ヒートポンプ
１５ 加熱循環管路
１５ａ，２１，２３ 温度センサ
１６ 給湯用混合弁
１７ 外部給湯管
１８ 蛇口
２０ 中温給湯管（給湯管）
２２ 風呂用混合弁
２４ 開閉弁
２５ 風呂給湯管
２６ 浴槽
２７ 流量センサ
３０ 制御部
３１ 操作部
４０ バッフル板（出湯部）
４０ａ，４０ｂ，４１ａ 出湯孔
４１ 出湯管（出湯部）
１００，２００ 貯湯式給湯システム

Claims (5)

1. 給水された水を加熱手段により加熱し、加熱した湯を貯湯タンクに貯え、貯えられた湯を給湯管及び弁を介して給湯する貯湯式給湯システムにおいて、
   前記貯湯タンクの中間部に、高さの異なる湯層の湯を混合して取出し、前記給湯管に供給する出湯部を設けたことを特徴とする貯湯式給湯システム。
2. 前記出湯部は、前記貯湯タンクの中間部に接続された前記給湯管の接続口を包囲するように前記貯湯タンクの内側に取付けられ、高さの異なる複数の出湯孔が設けられ、前記高さの異なる湯層の湯を混合して取出し、前記給湯管に供給するバッフル板であることを特徴とする請求項１に記載の貯湯式給湯システム。
3. 前記出湯部は、前記貯湯タンクの中間部に接続された前記給湯管の接続口を包囲するように前記貯湯タンクの内側に取付けられ、縦長出湯スリットが設けられ、前記高さの異なる湯層の湯を混合して取出し、前記給湯管に供給するバッフル板であることを特徴とする請求項１に記載の貯湯式給湯システム。
4. 前記出湯部は、前記貯湯タンク内の中間部に縦向きに設置され、高さの異なる複数の出湯孔が設けられ、前記給湯管に接続された出湯管であることを特徴とする請求項１に記載の貯湯式給湯システム。
5. 前記出湯部は、前記貯湯タンク内の中間部に縦向きに設置され、縦長出湯スリットが設けられ、前記給湯管に接続された出湯管であることを特徴とする請求項１に記載の貯湯式給湯システム。

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