JP2008196768A - 貯湯式給湯機 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の給湯機は、外気が０℃以下の低温となっても、貯湯タンク内水圧上昇による貯湯タンク破損等を防止するために設けられた排水管の凍結による閉塞を回避しつつ、かつ高温の湯を膨張水として排出するのを抑制し、運転効率の向上できる貯湯式給湯機を提供する。
【解決手段】貯湯タンク８内水圧上昇に伴い開放される圧力逃がし弁１３の取水口１７を貯湯タンク８の給水管１９から流れる水の温度よりも高く加熱手段１による沸き上げ温度より低くなる位置に設置する。
【選択図】図１

Description

本発明は加熱した湯水を貯湯タンクに蓄えて給湯を行う貯湯式給湯機に関するものである。

従来のこの種のヒートポンプ給湯機について図２により説明する。

図２に示すように、この貯湯式給湯機は、水道水等を加熱した湯を貯める貯湯タンク３８と、ヒートポンプ３６による加熱手段３１を備える。貯湯タンク３８とヒートポンプ３６は貯湯タンク３８の底部と上部に接続された沸上げ管３９で接続されている。ヒートポンプ３６は圧縮機３２、放熱器３３、減圧手段３４、空気熱交換器３５を環状に接続して構成される。

沸き上げ運転では、ヒートポンプ３６の圧縮機３２で加圧された高温高圧のガス冷媒が放熱器３３に送られる。沸上げ管３９に設けた沸き上げポンプ３７で搬送されてきた貯湯タンク３８の底部の冷水と熱交換して低温冷媒となる。

そして、放熱器３３で冷水に放熱した冷媒は減圧装置３４で減圧され、二相の冷媒となる。そして空気熱交換器３５に送られて大気と熱交換し低温のガス冷媒となり圧縮機３２に循環し、再び高温高圧のガス冷媒となる。

一方、貯湯タンク３８の底部の冷水は沸き上げポンプ３７により沸上げ管３９を通って放熱器３３に搬送され、冷媒の熱を吸熱して高温の湯となって沸き上げ管３９を通って貯湯タンク３８の上部に送られる。この時、高温の湯は密度差により水とほぼ混合されることなく高温の湯は貯湯タンク３８内上部より積層し、貯湯タンク３８内に高温の湯が溜まることになる。

この時、貯湯タンク３８においては、供給された水は加熱手段３１で加熱される際に膨張するため、貯湯タンク３８や水利用回路の耐圧強度を超えないように逃がし弁を設け、膨張した水即ち膨張水を貯湯タンク３８より排出し捨て去る構造としている。

従来の発明では、貯湯タンク３８の頭頂部近傍に給湯側逃がし弁４１、貯湯タンクの底部近傍に給水側逃がし弁４２が設けている。また、水温の低温側である給水側逃がし弁４２の動作圧力を給湯側逃がし弁の動作圧力より低く設定し、低温側の水を膨張水として排水管５８より排出し、通常、高温側の湯を膨張水としてできるだけ排出しないようにしている。これにより、高温で利用価値のある湯を膨張水として排出しないことから効率向上が可能であるとしている（例えば特許文献１参照）。

なお、図２に示すように、貯湯タンク３８には貯湯タンク３８の温度分布を把握するため、外側壁面に垂直方向に貯湯温度検知手段４０ａ〜４０ｄが設けられている。また、貯湯タンク３８への水道水等の給水は、減圧弁５０にて適度な圧力に減圧されて貯湯タンク３８の底部に接続された給水管４９から行われる。

また、貯湯タンク３８に貯まった湯は給湯管５１を流れ、給水管４９からバイパスされた給水バイパス管５２から流れてきた水と給湯用混合弁５３により混合され、蛇口、シャワーなどの給湯端末５４から流出する。給湯端末５４から供給される湯の温度は、給湯用混合弁５３の下流に設けられた給湯温度センサー５５により検知され、その検知温度に基づいて給湯用混合弁５３での湯と水の混合比率が調整される。
特開２００４−８５０６０号公報

しかしながら、上記の従来技術では、給水側逃がし弁４２より排出した膨張水は低温の水であり、外気温度が０℃以下の低温となったときには、給湯側逃がし弁４１に接続した排水管５７からは排水されても、排水管５８内面に付着した低温の水は外気に熱を奪われて凍り易い。また、給水側逃がし弁４２本体内の水についても同様に外気に熱を奪われて凍り易い。

給水側逃がし弁４２本体内の水、及び排水管５８の内面に付着した水は凍結し、その氷が成長してやがて排水管５８を閉塞することになる。その結果給水逃がし弁４２から膨張水は排出できなくなり、高温で利用価値のある湯を膨張水として給湯側逃がし弁４１より排出することになり、効率低下を招くと言う課題があった。

本発明の目的は、外気が０℃以下の低温となっても、低温の水を排水するための排水管の凍結による閉塞を回避しつつ、高温の湯を膨張水とするのを抑制し、運転効率の向上できる貯湯式給湯機を提供することを目的としている。

この目的を達成するために本発明の貯湯式給湯機は、高温の湯を貯める貯湯タンクと、沸上げポンプにより前記貯湯タンク底部の水が循環する沸上げ管と、その沸上げ管を循環する水を加熱する加熱手段とを備え、前記貯湯タンク内の圧力を逃がす圧力逃がし弁の取水口を、前記貯湯タンク内の水温が前記貯湯タンクへの給水温度よりも高く、前記加熱手段による沸上げ温度より低くなる位置に設けたものである。

本発明の貯湯式給湯機は、圧力逃がし弁の取水口を前記貯湯タンクへの給水温度よりも高く前記加熱手段による沸き上げ温度より低くなる位置に設置したので、外気が０℃以下の低温となっても、凍結による排水管の閉塞を回避でき、高温の湯を膨張水として排出するのを抑制して、運転効率が向上できる。

第１の発明は、圧力逃がし弁の取水口を前記貯湯タンクへの給水温度よりも高く、前記加熱手段による沸き上げ温度より低くなる位置に設置したものである。

これにより、外気が０℃以下の低温となっても、貯湯タンクより排出される膨張水は給水温度より高い湯水となるため、凍結による排水管の閉塞を回避でき、また、膨張水は沸き上げ温度より低いため運転効率も維持できる。

第２の発明は、特に第1の発明で、前記圧力逃がし弁を前記貯等タンク頭頂部近傍に設置したものである。

これにより、貯湯タンクの放熱により圧力逃がし弁本体の凍結に対する耐性が向上するため、より低い外気温となっても凍結による圧力逃がし弁本体および配水管の閉塞を回避することができる。

第３の発明は、端部に前記取水口を形成し、前記圧力逃がし弁と接続する圧力逃がし管を前記貯湯タンク内部に設置したものである。

これにより、圧力逃がし管の凍結による閉塞を回避できる。

第４の発明は、前記貯湯タンクの頭頂部近傍に前記貯湯タンク内の異常圧力を回避する異常圧力逃がし弁を設けたものである。

これによって、貯湯タンク内の圧力が異常上昇した場合においても異常圧力逃がし弁の作用により貯湯タンク内の圧力を正常にもどせるため貯湯タンクの破損を防止し、安全性を向上させることができる。
（実施の形態）
以下、本発明の実施の形態における貯湯式給湯機について図１を用いて説明する。

図に示すように、本発明の実施の形態における貯湯式給湯機は、低温の湯水と高温の湯水とが層を成した状態で貯えられている貯湯タンク８と、その湯水を加熱する加熱手段１であるヒートポンプ６を備え、ヒートポンプ６によって貯湯タンク８の水を加熱して沸き上げて貯湯して給湯に利用する。

先ず、加熱手段１であるヒートポンプ６の構成について説明する。

ヒートポンプ６は、冷媒を圧縮する圧縮機２、冷媒を冷却する放熱器３、冷媒を減圧する減圧手段４、および冷媒を蒸発気化する空気熱交換器５が冷媒配管にて環状に接続して構成されている。

このヒートポンプ６においては、冷媒として炭酸ガスが用いられており、圧縮機２によって圧縮された冷媒は、高温高圧の超臨界状態の冷媒として放熱器３に入り、ここで放熱して冷却する。その後、減圧手段４において減圧されて低温低圧の湿り蒸気となり、空気熱交換器５で大気と熱交換して蒸発気化し圧縮機２へ戻される。

一方、貯湯タンク８の下部の冷水は沸き上げポンプ７により沸上げ管９を通って放熱器３に搬送され、冷媒の熱を吸熱して高温の湯となって沸き上げ管９を通って貯湯タンク８の上部に送られる。この時、高温の湯は密度差により水とほぼ混合されることなく高温の湯は貯湯タンク８内上部より積層し、貯湯タンク８内に高温の湯が溜まることになる。

沸上げ管９が接続されている貯湯タンク８上部とは、貯湯タンク８における湯水の高温層側の意味であり、貯湯タンク８の下部とは、貯湯タンク８における湯水の低温層側の意味である。

貯湯タンク８からヒートポンプ６に湯水を送り貯湯タンク８に戻すために、沸上げ管９の途中に出力を任意に変化させることができる沸き上げポンプ７を設けている。

また、ヒートポンプ６において加熱する前の湯水の温度を検知する入水温度センサー１５を沸上げ管９の放熱器３入口側近傍に、加熱した湯水の温度を検知する出湯温度センサー１６を沸上げ管９における放熱器３出口近傍に設けている。

そして、貯湯タンク８の温度分布を把握するため、外側壁面に垂直方向に貯湯温度検知手段１０ａ〜１０ｄを備えている。

供給された水は加熱手段１で加熱される際に膨張するため、貯湯タンク８の頭頂部近傍には、貯湯タンク８や水利用回路の耐圧強度を超えないように圧力逃がし弁１３を設け、また、同じく貯湯タンク８の頭頂部近傍には、貯湯タンク８内の異常圧力を回避する異常圧力逃がし弁１４が設けられている。

そして、圧力逃がし弁１３の取水口１７を貯湯タンク８への給水温度よりも高く、加熱手段１による沸き上げ温度より低くなる位置に設置し、端部に前記取水口を形成し、圧力逃がし弁１３に接続された圧力逃がし管２６を貯湯タンク８内部に設置し、また、圧力逃がし弁１３、異常圧力逃がし弁１４には膨張水を排水するためそれぞれ、排水管２８、異常圧力逃がし弁側排水管２７を接続している。

尚、本発明では圧力逃がし管２６を貯湯タンク８内部に設置しているが、貯湯タンク８の壁面に略密着させれば外部でも同じ効果が得られる。さらに排水管２８に関しても貯湯タンク８の壁面に略密着させれば凍結耐性が向上することは言うまでもない。

給湯に関する構成としては、貯湯タンク８の底部に給水源から給水を行う給水管１９が接続され、給水源からは減圧弁２０にて適度な圧力に減圧されて給水管１９に給水される。

貯湯タンク８上部には貯湯された高温水を出湯し給湯に利用するための給湯管２１が接続され、その途中には給水管１９からの給水バイパス管２２が接続されている。また、給湯管２１からの高温水と給水バイパス管２２からの低温水を任意の比率で混合可能な給湯用混合弁２３が設けられている。

給湯用混合弁２３の下流側には、混合された給湯温度を検知するために給湯温度センサー２５が設けられ、その先に蛇口やシャワーに代表される給湯端末２４が接続されている。

この様に構成された貯湯式給湯機について動作を説明する。

沸き上げ運転では、ヒートポンプ６の圧縮機２で加圧された高温高圧のガス冷媒が放熱器３に送られる。沸き上げポンプ７で搬送されてきた貯湯タンク８の底部の冷水と熱交換して低温冷媒となる。そして、放熱器３で冷水に放熱した冷媒は減圧装置４で減圧され、二相の冷媒となる。そして空気熱交換器５に送られて大気と熱交換し低温のガス冷媒となり圧縮機２に循環し、再び高温高圧のガス冷媒となる。

一方、貯湯タンク８の底部の冷水は沸き上げポンプ７で放熱器３に搬送され冷媒の熱を吸熱して高温の湯となって沸き上げ管９を通って貯湯タンクの上部に送られる。この時、高温の湯は密度差により水とほぼ混合されることなく、高温の湯は貯湯タンク８内上部より積層していき貯湯タンク８内に高温の湯が溜まることになる。貯湯温度検知手段１０ａ〜１０ｄにより、貯湯タンク８内が高温の湯で満たされたことを検知するとヒートポンプ６を停止して加熱を止める。

また沸き上げ運転時に、沸き上げ管９を通って、貯湯タンク８の上部に送られた湯水は加熱手段１で加熱される際に膨張するため、貯湯タンク８内の内圧が上昇する。この時、耐圧強度を超えないように圧力逃がし弁１３が開成され貯湯タンク８内の湯水は取水口１７より圧力逃がし管２６を通って排水管２８より排水され貯湯タンク８内の内圧は低下する。圧力逃がし管２６は貯湯タンク８の内部に設置されているため、外気温度の影響を受けにくく、外気が低温となっても凍結しにくい。

また、取水口１７は給水温度よりも高く、加熱手段１による沸き上げ温度より低くなる位置に設置されていたため、取水口１７から取り込まれた膨張水は貯湯タンク８上部の圧力逃がし弁１３に到達する前に貯湯タンク８内の高温の湯より熱を奪ってやや温度が上昇する。このため、膨張水は給水温度より高く、沸き上げ温度よりも低い温度となり、外気が低温となっても凍結しにくい温度となって、圧力逃がし弁１３を通り排水管２８から排水される。

さらに、貯湯タンク８の頭頂部には高温の湯が貯まっており、圧力逃がし弁１３、異常圧力逃がし弁１４は貯湯タンク８頭頂部近傍に設置されているので、貯湯タンク８からの放熱によりやや加熱される。そして、貯湯タンク８内の内圧が適度な圧力になると圧力逃がし弁１３は閉止する。

また、故障等の不具合で圧力逃がし弁１３が開成しない場合には圧力逃がし弁１３のリリース圧力よりやや高めに設定されている異常圧力逃がし弁１４が開成して異常圧力逃がし弁側排水管２７より膨張水を排水し、貯湯タンク８内の内圧を下げて貯湯タンク８の破損を防ぎ、安全性を保つことになる。

給湯端末２４が給湯のために利用者が給湯端末２４を開けると、先ず貯湯タンク８内の湯水が給湯管２１から出湯されるとともに、給水管１９から貯湯タンク８に給水される。

給湯は、給水バイパス管２２により給水を分岐し、貯湯タンク８と放熱器３で加熱された湯水を混合した湯水と、給水からの低温水を混合弁２３において混合比を変えて混合することで、給湯温度を変化させて給湯端末２４に給湯する。この時の混合比は給湯温度センサー２５で検知される給湯温度に応じて制御され、所定の給湯温度に保たれる。

以上のように、本発明にかかる貯湯式給湯機は、圧力逃がし弁の取水口を貯湯タンクの給水管温度よりも高く前記加熱手段による沸き上げ温度より低くなる位置に設置したので、０℃以下の低温となっても、排水管の凍結による閉塞を回避でき、高温の湯を膨張水とするのを抑制して、運転効率が向上できる貯湯式給湯機として有用である。

本発明の実施の形態における貯湯式給湯機の回路図 従来の貯湯式給湯機の冷凍サイクル回路図

符号の説明

１ 加熱手段
７ 沸き上げポンプ
８ 貯湯タンク
１３ 圧力逃がし弁
１４ 異常圧力逃がし弁
１７ 取水口
２６ 圧力逃がし管

Claims (4)

1. 高温の湯を貯める貯湯タンクと、沸上げポンプにより前記貯湯タンク底部の水が循環する沸上げ管と、その沸上げ管を循環する水を加熱する加熱手段とを備え、前記貯湯タンク内の圧力を逃がす圧力逃がし弁の取水口を、前記貯湯タンク内の水温が前記貯湯タンクへの給水温度よりも高く、前記加熱手段による沸上げ温度より低くなる位置に設けた貯湯式給湯器。
2. 前記圧力逃がし弁を前記貯湯タンク頭頂部近傍に設置したことを特長とする請求項１記載の貯湯式給湯機。
3. 端部に前記取水口を形成し、前記圧力逃がし弁と接続する圧力逃がし管を前記貯湯タンク内部に設置したことを特長とする請求項１または２記載の貯湯式給湯機。
4. 前記貯湯タンクの頭頂部近傍に前記貯湯タンク内の異常圧力を回避する異常圧力逃がし弁を設けたことを特長とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の貯湯式給湯機。

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