JP2010007869A - 貯湯式給湯装置 - Google Patents

Abstract

【課題】貯湯槽で発生する膨張水の保有する熱を装置外部に放出するのを防止して、熱回収して給湯効率を向上すること。
【解決手段】貯湯槽１と、前記貯湯槽１に給水する給水管２と、前記貯湯槽１から出湯する給湯管３と、前記貯湯槽１と熱源４とを接続する貯湯循環回路１０と、前記給水管２から分岐して混合弁１１を介して前記給湯管３に接続する貯湯槽バイパス管１２と、前記給湯管３から分岐して逃がし弁５を有する膨張水排出管６とを備え、前記膨張水排出管６が形成する加熱流路１３と前記貯湯槽バイパス管１２が形成する放熱流路１４と蓄熱体１５とで蓄熱器１６を構成することを特徴とする貯湯式給湯装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、給湯等に利用する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、ヒータなどの熱源を内部に設けた貯湯槽と、貯湯槽の下部に接続する給水管と、貯湯槽の上部に接続する給湯管と、給湯管から分岐して設けた膨張水排出管に逃がし弁とを設けて構成し、貯湯槽内の貯水をヒータで加熱して高温の湯として蓄えて給湯負荷が発生したときに給水管に給水して貯湯槽上部の給湯管から給湯していた。

貯湯槽内の貯水を加熱する際、温度が上昇するに従い体積が膨張するため膨張した高温の湯を、逃がし弁を開放して逃がし弁から装置の外部に排出していた（例えば、特許文献１参照のこと）。

図７は、特許文献１に記載された従来の貯湯式給湯装置を示すものである。図７に示すように、貯湯槽１と、給水管２と、給湯管３と、熱源４と、逃がし弁５と、膨張水排出管６とから構成されている。
特開２００４−３０１４４１号公報

しかしながら、前記従来の構成では、熱源で加熱して高温にした湯を装置の外部に排出することにより入力したエネギーの一部を失うこととなり、給湯効率を低下させるなどの課題を有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、高効率な貯湯式給湯装置を提供す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、貯湯槽と、前記貯湯槽に給水する給水管と、前記貯湯槽から出湯する給湯管と、前記貯湯槽と熱源とを接続する貯湯循環回路と、前記給水管から分岐して混合弁を介して前記給湯管に接続する貯湯槽バイパス管と、前記給湯管から分岐して逃がし弁を有する膨張水排出管とを備え、前記膨張水排出管が形成する加熱流路と前記貯湯槽バイパス管が形成する放熱流路と蓄熱体とで蓄熱器を構成することを特徴とするもので、蓄熱槽の蓄熱運転時は、貯湯槽内の水を貯湯循環回路に循環させて熱源で加熱することにより、貯湯槽内の水を高温の湯として貯湯し、温度上昇に伴って体積膨張した高温の湯を逃がし弁を開放して膨張水排出管から排出することとにより、膨張水排出管に設けた加熱流路によって蓄熱体を加熱して蓄熱器に蓄熱することができる。

本発明の貯湯式給湯装置は、貯湯槽の入力を低減して給湯効率を向上することができる。

第１の発明は、貯湯槽と、前記貯湯槽に給水する給水管と、前記貯湯槽から出湯する給湯管と、前記貯湯槽と熱源とを接続する貯湯循環回路と、前記給水管から分岐して混合弁
を介して前記給湯管に接続する貯湯槽バイパス管と、前記給湯管から分岐して逃がし弁を有する膨張水排出管とを備え、前記膨張水排出管が形成する加熱流路と前記貯湯槽バイパス管が形成する放熱流路と蓄熱体とで蓄熱器を構成することを特徴とする貯湯式給湯装置で、蓄熱槽の蓄熱運転時は、貯湯槽内の水を貯湯循環回路に循環させて熱源で加熱することにより、貯湯槽内の水を高温の湯として貯湯し、温度上昇に伴って体積膨張した高温の湯を逃がし弁を開放して膨張水排出管から排出することにより、膨張水排出管に設けた加熱流路によって蓄熱体を加熱して蓄熱器に蓄熱することができる。

また、給湯負荷発生時は給水管に給水し、貯湯槽バイパス管に設けた放熱流路で蓄熱体から受熱して給水を加熱し混合弁に給水し、貯湯槽から混合弁に供給する湯量を低減して給湯効率を向上することができる。

また、蓄熱槽の蓄熱運転時は膨張水の保有する熱を蓄熱器に蓄熱し、給湯時は蓄熱器に蓄熱した熱で給水を加熱して混合弁に供給することにより、貯湯槽から混合弁に供給する湯量を低減して給湯効率を向上することができる。

第２の発明は、膨張水排出管に膨張水タンクを設け、貯湯槽バイパス管に設けたアスピレータの吸引部と前記膨張水排出管とを、前記膨張水タンクを介して接続する構成としたことを特徴とするもので、貯湯槽の蓄熱運転時は、貯湯槽から排出した膨張水を膨張水タンクに貯めて、給湯運転時はアスピレータから貯湯槽バイパス管に流して給水と混合して混合弁に給水することとなり、膨張水を装置の外部に排出することなく給湯に利用することができる。

第３の発明は、膨張水排出管に膨張水タンクを設け、給湯管に設けたアスピレータの吸引部と前記膨張水排出管とを、前記膨張水タンクを介して接続する構成としたことを特徴とするもので、貯湯槽の蓄熱運転時は貯湯槽から排出した膨張水を膨張水タンクに貯めて、給湯運転時はアスピレータから給湯管に流して貯湯槽上部から流出する高温の湯と混合して混合弁に供給することとなり、膨張水を装置の外部に排出することなく給湯に利用することができる。

第４の発明は、膨張水タンクに大気開放口を設けた構成とするもので、膨張水タンク内の圧力を大気に近い状態に保つこととなり、アスピレータの吸引効率を向上することができる。

第５の発明は、膨張水排出管に膨張水タンクを設け、前記膨張水排出管を貯湯循環回路の湯水搬送手段の上流側に、前記膨張水タンクを介して接続する構成としたことを特徴とするもので、貯湯槽の蓄熱運転時は、貯湯槽から排出した膨張水を膨張水タンクに貯めて、蓄熱再運転時に貯湯ポンプの吸い込み側から貯湯槽に回収することとなり、膨張水を装置の外部に排出することなく給湯に利用することができる。

第６の発明は、膨張水排出管と膨張水タンクとに断熱体を設けたことを特徴とするもので、膨張水を高温の状態で膨張水タンクに貯めておくこととなり、膨張水を高温の状態でアスピレータで回収して給湯に利用することができる。

第７の発明は、膨張水タンクの容積を、貯湯槽の容積の４％以下とすることを特徴とするもので、貯湯槽の沸き上げ温度の変化と給水温度の年間変動に対応して適切な大きさの膨張水タンクに膨張水を蓄えることとなり、小型で高性能の装置を実現することができる。

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において、貯湯槽１は、下部に給水管２を接続し上部に給湯管３を接続して、戻り管７と貯湯ポンプ８を設けた往き管９とで貯湯槽１と熱源４とを接続して貯湯循環回路１０を構成し、給水管２から分岐して給湯管３に設けた混合弁１１に接続する貯湯槽バイパス管１２を設けたものであり、給湯管３から分岐して逃がし弁５を設けた膨張水排出管６に連通する加熱流路１３と、貯湯槽バイパス管１２に連通する放熱流路１４とで、蓄熱体１５を挟持して蓄熱器１６を構成している。

以上のように構成された貯湯式給湯装置について、以下その動作、作用を説明する。

まず、蓄熱槽の蓄熱運転時は貯湯槽１内の水を貯湯ポンプ８で貯湯循環回路１０に循環させて熱源４で加熱することにより、貯湯槽１内の水を上部から順に高温の湯として貯湯し、貯湯槽１内が温度上昇することにより貯湯が体積膨張する。

貯湯の体積膨張にともなって圧力が上昇し逃がし弁５を開放するので、膨張水排出管６から膨張水を排出することとなり、膨張水排出管６に設けた加熱流路１３によって蓄熱体１５を加熱して蓄熱器１６に蓄熱する。

給湯負荷発生時は給水管２に給水し、貯湯槽バイパス管１２に設けた放熱流路１４で蓄熱体１５から受熱し給水を加熱して混合弁１１に供給することにより、貯湯槽１から混合弁１１に供給する湯量を低減することとなる。

以上のように、本実施の形態においては、給湯管３から分岐して逃がし弁５を設けた膨張水排出管６に接続する加熱流路１３と、貯湯槽バイパス管１２に接続する放熱流路１４とで蓄熱体１５を挟持して蓄熱器１６を構成することにより、貯湯槽１の蓄熱運転により生じる膨張水の保有する熱を蓄熱器１６に蓄熱して、給湯運転時に蓄熱した熱で給水を加熱することとなり、貯湯槽１から混合弁１１に供給する湯量を減らして熱源の消費エネルギーを低減して給湯効率を向上することができる。

（実施の形態２）
図２は本発明の第２の実施の形態の貯湯式給湯装置の構成図を示すものである。

図２において、アスピレータ１７は切換弁１８で切り換えるバイパス管１９を有する貯湯槽バイパス管１２に設けられ、アスピレータ１７の吸引部に給湯管３から分岐した膨張水排出管６を接続しており、膨張水排出管６には逃がし弁５と蓄熱器１６と膨張水タンク２０を順に設けて構成している。

以上のように構成された貯湯式給湯装置について、以下その動作、作用を説明する。

まず、蓄熱槽の蓄熱運転時は貯湯槽１内の水を貯湯ポンプ８で貯湯循環回路１０に循環させて熱源４で加熱することにより、貯湯槽１内の水を上部から順に高温の湯として貯湯し、貯湯槽１内が温度上昇することにより貯湯が体積膨張する。

貯湯の体積膨張にともなって圧力が上昇し逃がし弁５を開放するので、膨張水排出管６から膨張水を排出することとなり、膨張水排出管６に設けた加熱流路１３によって蓄熱体１５を加熱して蓄熱器１６に蓄熱した後、膨張水タンク２０に蓄熱器１６で放熱して温度
低下した膨張水が溜まる。

給湯負荷発生時には給水管２に給水し、貯湯槽バイパス管１２に設けた放熱流路１４で蓄熱体１５から受熱し給水を加熱して混合弁１１に供給することにより、貯湯槽１から混合弁１１に供給する湯量を低減するとともに、切換弁１８をアスピレータ１７側に切り換えて膨張水タンク２０内の低温の膨張水をアスピレータ１７で吸引して貯湯槽バイパス管１２から混合弁１１に供給することとなる。膨張水タンク２０内に貯水が無くなった場合は、切換弁１８をバイパス管１９側に切り換えて給水を直接供給することにより運転を継続することができる。

以上のように、本実施の形態においては、膨張水排出管６に逃がし弁５と蓄熱器１６と膨張水タンク２０を設け、貯湯槽バイパス管１２に設けたアスピレータ１７の吸引部に接続した構成とすることにより、膨張水の保有する熱を蓄熱器１６に蓄熱し、放熱後の低温の膨張水を膨張水タンク２０に蓄え、給湯時に蓄熱器１６から給水に熱を回収し、膨張水タンク２０からアスピレータ１７を介して貯湯槽バイパス管１２に膨張水を回収することとなり、膨張水と膨張水の保有する熱の両方を回収して給湯に利用することができる。

（実施の形態３）
図３は本発明の第３の実施の形態の貯湯式給湯装置の構成図を示すものである。図３において、膨張水タンク２０に大気開放口２１を設けて構成している。

以上のように構成された貯湯式給湯装置について、以下その動作、作用を説明する。

まず、膨張水タンク２０は大気開放口２１を有するため内圧はほぼ大気圧に近い状態であり、この状態でアスピレータ１７に給水すると、アスピレータ１７の吸入口は大気圧より低くなるので、膨張水タンク２０内の膨張水からアスピレータ１７の吸入口に膨張水が流入することとなる。

以上のように、本実施の形態においては、膨張水タンク２０に大気開放口２１を設けた構成とすることにより、膨張水タンク２０内の圧力は大気圧に近い状態に保たれることとなり、アスピレータ１７の吸引力を高く保ち膨張水を効率的に回収することができる。

（実施の形態４）
図４は本発明の第４の実施の形態の貯湯式給湯装置の構成図を示すものである。

図４において、アスピレータ１７は切換弁１８で切り換えるバイパス管１９を有する給湯管３に設けられ、アスピレータ１７の吸引部に給湯管３から分岐した膨張水排出管６を接続したものであり、膨張水排出管６には逃がし弁５と蓄熱器１６と膨張水タンク２０を順に設けて構成している。

以上のように構成された貯湯式給湯装置について、以下その動作、作用を説明する。

まず、蓄熱槽の蓄熱運転時は、貯湯の体積膨張にともなって圧力が上昇し逃がし弁５を開放するので、膨張水排出管６から膨張水を排出することとなり、膨張水排出管６に設けた加熱流路１３によって蓄熱体１５を加熱して蓄熱器１６に蓄熱した後、膨張水タンク２０に蓄熱器１６で放熱して温度低下した膨張水が溜まる。

給湯負荷発生時には給水管２に給水し、貯湯槽バイパス管１２に設けた放熱流路１４で蓄熱体１５から受熱し給水を加熱して混合弁１１に供給するとともに、切換弁１８をアスピレータ１７側に切り換えて膨張水タンク２０内の膨張水をアスピレータ１７で吸引して
給湯管３から混合弁１１に供給することとなる。膨張水タンク２０内に貯水が無くなった場合は、切換弁１８をバイパス管１９側に切り換えて給水を直接供給することにより運転を継続することができる。

以上のように、本実施の形態においては、膨張水排出管６に逃がし弁５と蓄熱器１６と膨張水タンク２０を設け、給湯管３に設けたアスピレータ１７の吸引部に膨張水排出管６を接続した構成とすることにより、膨張水の保有する熱を蓄熱器１６に蓄熱し、放熱後の低温の膨張水を膨張水タンク２０に蓄え、給湯時に蓄熱器１６から給水に熱を回収し、膨張水タンク２０からアスピレータ１７を介して給湯管３に膨張水を回収することとなり、膨張水と膨張水の保有する熱の両方を回収して給湯に利用することができる。

（実施の形態５）
図５は本発明の第５の実施の形態の貯湯式給湯装置の構成図を示すものである。

図５において、膨張水排出管６は、給湯管３から分岐して逃がし弁５と蓄熱器１６と膨張水タンク２０を介し、貯湯循環回路１０に設けた貯湯ポンプ８の吸い込み側に接続して構成している。

以上のように構成された貯湯式給湯装置について、以下その動作、作用を説明する。

まず、蓄熱槽の蓄熱運転時は、貯湯の体積膨張にともなって圧力が上昇し逃がし弁５を開放するので、膨張水排出管６から膨張水を排出することとなり、膨張水排出管６に設けた加熱流路１３によって蓄熱体１５を加熱して蓄熱器１６に蓄熱した後、放熱して温度低下した膨張水が膨張水タンク２０に溜まる。

給湯負荷発生時に、貯湯循環回路１０に設けた貯湯ポンプ８を運転すると、膨張水タンク２０内の膨張水が膨張水排出管６から貯湯ポンプ８に吸入され、戻り管７から貯湯槽１と給湯管３を経て混合弁１１に供給して給湯に利用されることとなる。

以上のように、本実施の形態においては、膨張水タンク２０の出口の膨張水排出管６を貯湯循環回路１０に設けた貯湯ポンプ８の吸い込み側に接続することにより、膨張水を装置の外部に排出することなく貯湯ポンプ８で回収することとなり、特別な部品を付加することなく簡易な構成で膨張水を回収することができる。

（実施の形態６）
図６は本発明の第６の実施の形態の貯湯式給湯装置の構成図を示すものである。図６において、膨張水排出管６と膨張水タンク２０を断熱体２２で覆って構成している。

以上のように構成された貯湯式給湯装置について、以下その動作、作用を説明する。

まず、貯湯槽１の蓄熱運転時に発生する膨張水は給湯管３から分岐した膨張水排出管６に設けた逃がし弁５を開放して、蓄熱器１６で蓄熱したあと膨張水タンク２０に流入するが、膨張水排出管６と膨張水タンク２０を断熱体２２で覆っているために内部の膨張水は高温を維持することとなる。

以上のように、本実施の形態においては、膨張水排出管６と膨張水タンク２０を断熱体２２で覆うことにより、膨張水の温度低下を抑制することとなり、高温の状態を保持して高効率の熱回収を行うことができる。

（実施の形態７）
本発明の実施の形態は、発明膨張水タンク２０の容積を貯湯槽１の容積の４％以下に設定したものである。

以上のように構成された貯湯式給湯装置について、以下その動作、作用を説明する。

まず、膨張水タンク２０内に給水される給水の温度は、冬期においては５℃程度まで低下し、熱源４の加熱温度は、負荷に応じて設定されるが、電気温水器のような給湯機においては９０℃程度まで加熱されることがある。５℃の水を９０℃に加熱した場合、体積は約３．６％増加することとなる。

以上のように、本実施の形態においては、膨張水タンク２０の容積を貯湯槽１の容積の４％以下とすることにより、貯湯槽１の貯水の温度変動にともなう体積膨張分を膨張水タンク２０で吸収することができる。

家庭用の貯湯式給湯器の貯湯槽１の容積は３００Ｌを超えるため、追加される膨張水タンク２０の容積も限定されるものとなり、体積膨張分に対応する適切な容量設定として膨張水タンク２０の容積を貯湯槽１の容積の４％以下に設定することにより、小型の膨張水タンク２０で給湯効率を向上することができる。

以上のように、本発明にかかる貯湯式給湯装置は、高効率な運転が可能となるので、給湯、暖房、衣類乾燥機および産業用の廃熱回収装置などの用途にも適用できる。

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 本発明の実施の形態２における貯湯式給湯装置の構成図 本発明の実施の形態３における貯湯式給湯装置の構成図 本発明の実施の形態４における貯湯式給湯装置の構成図 本発明の実施の形態５における貯湯式給湯装置の構成図 本発明の実施の形態５における貯湯式給湯装置の構成図 従来の貯湯式給湯装置の構成図

符号の説明

１ 貯湯槽
２ 給水管
３ 給湯管
４ 熱源
５ 逃がし弁
６ 膨張水排出管
７ 戻り管
８ 貯湯ポンプ
９ 往き管
１０ 貯湯循環回路
１１ 混合弁
１２ 貯湯槽バイパス管
１３ 加熱流路
１４ 放熱流路
１５ 蓄熱体
１６ 蓄熱器
１７ アスピレータ
１８ 切り換え弁
１９ バイパス管
２０ 膨張水タンク
２１ 大気開放口
２２ 断熱体

Claims (7)

1. 貯湯槽と、前記貯湯槽に給水する給水管と、前記貯湯槽から出湯する給湯管と、前記貯湯槽と熱源とを接続する貯湯循環回路と、前記給水管から分岐して混合弁を介して前記給湯管に接続する貯湯槽バイパス管と、前記給湯管から分岐して逃がし弁を有する膨張水排出管とを備え、前記膨張水排出管が形成する加熱流路と前記貯湯槽バイパス管が形成する放熱流路と蓄熱体とで蓄熱器を構成することを特徴とする貯湯式給湯装置。
2. 膨張水排出管に膨張水タンクを設け、貯湯槽バイパス管に設けたアスピレータの吸引部と前記膨張水排出管とを、前記膨張水タンクを介して接続する構成としたことを特徴とする請求項１に記載の貯湯式給湯装置。
3. 膨張水排出管に膨張水タンクを設け、給湯管に設けたアスピレータの吸引部と前記膨張水排出管とを、前記膨張水タンクを介して接続する構成としたことを特徴とする請求項１に記載の貯湯式給湯装置。
4. 膨張水タンクに大気開放口を設けた請求項２または３に記載の貯湯式給湯装置。
5. 膨張水排出管に膨張水タンクを設け、前記膨張水排出管を貯湯循環回路の湯水搬送手段の上流側に、前記膨張水タンクを介して接続する構成としたことを特徴とする請求項１に記載の貯湯式給湯装置。
6. 膨張水排出管と膨張水タンクとに断熱体を設けたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の貯湯式給湯装置。
7. 膨張水タンクの容積を、貯湯槽の容積の４％以下とすることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の貯湯式給湯装置。

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