JP2011220583A - 伸縮パイプ付き貯湯タンクを用いた切替熱交換方法及びその電気温水器 - Google Patents

Abstract

【課題】縦型の貯湯タンク内で該当する温度の温水層から選択的に温水を押し出し、戻して熱交換器に循環することで、貯湯タンクの最適な温度層へ熱入力し、また熱機器へ貯湯タンクの最適な温度層から熱出力でき、貯湯タンク内の温水と共に、外部熱の有効利用を図る。
【解決手段】上側伸縮パイプ６と下側伸縮パイプ７を用いて、貯湯タンク２内の温水を外部の熱交換器９に循環させ、熱交換器９の温水を浴槽５８の追い焚き、または床暖房６４の熱源に利用するとき、浴槽５８の残り湯、又は太陽熱集熱器６１で集熱した温水を貯湯タンク２内の温水の加熱に利用するときに、温度の異なる温水層が複数形成された貯湯タンク２内において、該当する温度の温水層の位置に、伸縮パイプ６，７を移動させて貯湯タンク２内の温水を循環させる。
【選択図】図２

Description

本発明は、集合住宅又は戸建住宅等に設置される縦型の貯湯タンクを有する貯湯式電気温水器を用いた温水の給湯技術に係り、特に熱交換器を用いて貯湯タンク内のそれぞれの温度の温水を有効に利用する伸縮パイプ付き貯湯タンクを用いた切替熱交換方法及びその電気温水器に関する。

貯湯タンク式の電気温水器は、電気料金の安い夜間電力を利用して沸かした温水を貯湯タンクに貯蔵しておき、昼間の使用ピーク時にその温水を供給するものである。このような電気温水器は住宅用に多く用いられている。

従来の縦型の貯湯タンク式電気温水器５１は、図１０に示すように、発熱体５２となるニクロム線を銅管に収め、またはニクロム線と銅管の間にアルミナのような熱の伝導体を詰めたものを用い、堅牢な鋼板製の貯湯タンク５３の中に装置したものである。その給湯温度は、サーモスタットにより一定に維持するようになっている。縦長に形成された貯湯タンク５３には、その上部に給湯口５４を、下部に給水口５５をそれぞれ設けている。

このような縦型の貯湯タンク式電気温水器５１の貯湯タンク５３内に、複数の熱交換器を備え、この貯湯タンク５３内の温水を用いた熱出力と外部からの熱入力をそれぞれ実施する給湯システムが提案されている。例えば、貯湯タンク５３の上部に追い焚き・保温用熱交換器５６を備える。この追い焚き・保温用熱交換器５６は、貯湯タンク５３内の上部の高温度の温水をポンプ５７で循環させ、浴槽５８の冷めた温水と循環させて浴槽５８の追い焚きに利用する。

貯湯タンク５３の下部には風呂熱回収用熱交換器５９を備える。この風呂熱回収用熱交換器５９は、浴槽５８の残り湯（温かい温水）を貯湯タンク５３の下部にポンプ５７で循環させ、貯湯タンク５３の温水の加熱に利用する。

更に、貯湯タンク５３の下部には太陽熱集熱用熱交換器６０を備える。この太陽熱集熱用熱交換器６０は太陽熱を利用した太陽熱集熱器６１で加熱された温水を貯湯タンク５３の下部にポンプ６２で循環させ、貯湯タンク５３の温水を加熱する。更に、ヒートポンプユニット６３で貯湯タンク５３の温水を循環加熱する。なお、図示していないが、貯湯タンク５３の温水を床暖房の熱源に利用することもある。

電気温水器に熱交換器を備えた技術としては、例えば特許文献１の特開２００４−１４４３６６号公報「温水熱交換器内蔵型貯湯タンクユニット」のように、湯を貯める貯湯タンクと、この貯湯タンクと接続し、内部に温水を循環させる第１熱交換パイプと第２熱交換パイプを有し、この第１熱交換パイプと第２熱交換パイプの両方、あるいはどちらか一方で浴槽水の加熱を行う温水熱交換器と、この温水熱交換器内に貯湯タンク内の湯を循環させる循環ポンプと、前記温水熱交換器に浴槽水を循環させる風呂循環ポンプとを備え、前記第１熱交換パイプの１次側あるいは２次側の少なくともどちらか一方はコイル状に巻いた部分を有し、なおかつ１次側あるいは２次側のどちらか一方はコイル状に巻いた部分の内側を通るようにし、第２熱交換器の１次側と２次側の少なくともどちらか一方はコイル状に巻いた部分を有し、なおかつ１次側あるいは２次側のどちらか一方はコイル状に巻いた部分の内側を通るようにし、なおかつ１次側と２次側は共に第１熱交換器のコイル状に巻いた部分の内側を通る構成とした温水熱交換器内蔵型貯湯タンクユニットが提案されている。
特開２００４−１４４３６６号公報

しかし、図８に示すような給湯システムでは、貯湯タンク５３内には、浴槽５８の追い焚き・保温用熱交換器５６、浴槽５８の風呂熱回収用熱交換器５９及び太陽熱集熱用熱交換器６０と多く熱交換器を備える必要がある。更に床暖房用熱交換器を備えたものがある。このように多機能になるほど熱交換器５６，５９，６０の数が増大しており、貯湯タンク５３の内部構成が複雑になり製造コストが高くなるという問題を有していた。

また、特許文献１の「温水熱交換器内蔵型貯湯タンクユニット」は、貯湯タンクの外部に熱交換器を備え、浴槽の温水の追い焚きをする構成であるが、熱交換器に供給する温水と、熱交換後の冷却された温水を戻す位置が固定されているので、高温水層又は中温水層に熱交換後の冷却された温水を戻して混合させる、いわゆる「湯の劣化」が生じやすいという問題を有していた。

本発明は、かかる問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、縦型の貯湯タンク内で該当する温度の温水層から選択的に温水を押し出し、戻して熱交換器に循環することで、貯湯タンクの最適な温度層へ熱入力し、また熱機器へ貯湯タンクの最適な温度層から熱出力でき、貯湯タンク内の温水と共に、外部熱の有効利用を図ることができる伸縮パイプ付き貯湯タンクを用いた切替熱交換方法及びその電気温水器を提供することにある。

本発明の温水の切替熱交換方法は、貯湯タンク（２）内に設けられた上側伸縮パイプ（６）と下側伸縮パイプ（７）の各先端口を上下させ、異なる温度の温水層の温水を熱交換する伸縮パイプ付き貯湯タンクを用いた切替熱交換方法であって、前記上側伸縮パイプ（６）と下側伸縮パイプ（７）を用いて、該貯湯タンク（２）内の温水を外部の熱交換器（９）に循環させ、前記熱交換器（９）の温水を浴槽（５８）の追い焚き、または床暖房（６４）の熱源に利用するとき、前記浴槽（５８）の残り湯、又は太陽熱集熱器（６１）で集熱した温水を前記貯湯タンク（２）内の温水の加熱に利用するときに、温度の異なる温水層が複数形成された貯湯タンク（２）内において、該当する温度の温水層の位置に、前記伸縮パイプ（６，７）を移動させて該貯湯タンク（２）内の温水を循環させる、ことを特徴とする。

例えば、前記浴槽（５８）の温水を前記貯湯タンク（２）の温水で追い焚きするときに、前記上側伸縮パイプ（６）は縮め、貯湯タンク（２）の高温層にある温水を前記熱交換器（９）に押し出し、前記下側伸縮パイプ（７）は伸ばし、前記熱交換器（９）で熱交換して温度が低下した温水を、該貯湯タンク（２）の中温層に戻すように循環させる。
前記貯湯タンク（２）の温水を床暖房（６４）の熱源に利用するときに、前記上側伸縮パイプ（６）は少し縮め、貯湯タンク（２）の中温層にある温水を押し出して前記熱交換器（９）に循環させ、前記下側伸縮パイプ（７）は伸ばし、前記熱交換器（９）で熱交換して温度が低下した温水を、該貯湯タンク（２）の低温層に戻すように循環させる。

また、前記太陽熱集熱器（６１）で貯湯タンク（２）の温水の加熱に利用するときに、
前記太陽熱集熱器（６１）で加熱された温水を前記熱交換器（９）に循環させ、前記下側伸縮パイプ（７）は縮め、該貯湯タンク（２）の低温層にある温水を押し出し、前記熱交換器（９）で加熱し、前記上側伸縮パイプ（６）は縮め、前記熱交換器（９）で熱交換して温度が上昇した温水は該貯湯タンク（２）の高温層に戻すように循環させる。
前記浴槽（５８）の残り湯を貯湯タンク（２）の温水の加熱に利用するときに、前記浴
槽（５８）の温水を前記熱交換器（９）に循環させ、前記下側伸縮パイプ（７）を縮め、該貯湯タンク（２）の低温層にある温水を前記熱交換器（９）に押し出し、前記上側伸縮パイプ（６）は伸ばし、前記熱交換器（９）で熱交換して温度が上昇した温水を貯湯タンク（２）の低温層に戻すように循環させる。

更に、前記太陽熱集熱器（６１）で加熱された温水を、床暖房（６４）の熱源に利用するときに、前記太陽熱集熱器（６１）で加熱された温水を前記熱交換器（９）に循環させ、その温水で熱交換器（９）を加熱し、前記熱交換器（９）の熱容量で、前記床暖房（６４）で熱交換して冷却された温水を循環加熱し、前記熱交換器（９）の熱容量が低下した際に、再度前記太陽熱集熱器（６１）で加熱された温水を循環させ、その温水で該熱交換器（９）を加熱し、これらの循環加熱を順番に繰り返す。
または、前記太陽熱集熱器（６１）で加熱された温水を、前記貯湯タンク（２）の温水の加熱と共に、床暖房（６４）の熱源に利用するときに、前記太陽熱集熱器（６１）で加熱された温水を前記熱交換器（９）に循環させ、その温水で熱交換器（９）を加熱し、該熱交換器（９）に貯湯タンク（２）の低温層、中温層にある温水を押し出して加熱すると共に、前記太陽熱集熱器（６１）で加熱された温水を、前記熱交換器（９）に循環させた後に床暖房（６４）にも循環させることにより、間欠的に床暖房（６４）の熱源に利用し、前記熱交換器（６１）から床暖房（６４）に循環させる温水の温度を所定値以上に維持するために、下側伸縮パイプ（７）を伸縮させることにより、貯湯タンク（２）から熱交換器（９）に押し出す温水の温度を調節し、併せて、タンク側ポンプ（１０）を間欠運転させることにより熱交換器（９）の温度を所定値以上に維持する。

本発明の電気温水器は、上部に下方へ伸縮する上側伸縮パイプ（６）を、下部に上方へ伸縮する上側伸縮パイプ（６）を、それぞれ具備した縦長の貯湯タンク（２）と、前記上側伸縮パイプ（６）と下側伸縮パイプ（７）とに接続された、該貯湯タンク（２）の外部に設けられた熱交換器（９）と、浴槽（５８）の温水を追い焚き加熱するときと、該浴槽（６０）の残り湯の廃熱を回収するときに、前記熱交換器（９）に各温水を循環させる浴槽系統配管（１１）と、床暖房（６４）の熱源として貯湯タンク（２）の温水を利用するときに、前記熱交換器（９）と床暖房（６４）とに温水を循環させる床暖房系統配管（１２）と、太陽熱集熱器（６１）で集熱した温水を前記熱交換器（９）に循環させる集熱系統配管（１３）と、を備えた、ことを特徴とする。
前記熱交換器（９）の熱機器側ポンプ（１４）側に、共通の配管、熱源と直列接続する浴槽系統配管（１１）又は床暖房系統配管（１２）のような個別機器とを切り替える切り替え弁（１６）を更に設けた。

本発明の温水の切替熱交換方法では、貯湯タンク（２）内の最適な温度の温水層から希望する温水を選択的に押し出し、あるいは戻して熱交換器（９）に循環させることにより、この熱交換器（９）による浴槽（５８）の追い焚き、又は床暖房（６４）の熱交換ができる。そこで、貯湯タンク（２）の最適な温度層から各熱機器へ効率よく熱出力ができる。
また、太陽熱集熱器（６１）で加熱された温水、浴槽（５８）の残り湯を熱交換器（９）に循環させて、貯湯タンク（２）の最適な温度層へ熱入力ができる。そこで、貯湯タンク（２）の最適な温度層に効率よく熱入力ができる。
なお、貯湯タンク（２）の熱入出力を介さない方が有利な場合、熱交換器の熱容量内で断続運転も可能である。

本発明の電気温水器（１）では、貯湯タンク（２）の外部に熱交換器（９）を設けた構成になり、貯湯タンク（２）内に熱交換器の螺旋パイプが不要になり、貯湯タンク（２）の構造が簡潔になり、余分なスペースがなくなる。また、従来のように熱機器ごとに熱交
換器を設置する必要がないので設備コストが低減できる。

実施例１の温水の切替熱交換方法を実施する伸縮パイプ付き貯湯タンクを有する電気温水器による給湯システムを示す全体構成図である。 浴槽の温水を貯湯タンクの温水で追い焚きするときの循環系統を示す概略説明図である。 貯湯タンクの温水を床暖房の熱源に利用するときの循環系統を示す概略説明図である。 太陽熱集熱器で加熱された温水を、貯湯タンクの温水の加熱に利用するときの循環系統を示す概略説明図である。 浴槽の残り湯を回収して貯湯タンクの温水の加熱に利用するときの循環系統を示す概略説明図である。 太陽熱集熱器で加熱された温水をタンク側に循環させないで、床暖房の熱源に利用する循環系統を示す概略説明図であり、（ａ）は太陽熱集熱器で加熱された温水を熱交換器に循環させる状態、（ｂ）は熱交換器の熱容量で床暖房に熱供給している状態である。 太陽熱集熱器で加熱された温水を直接床暖房の熱源利用と共に、貯湯タンクの温水の加熱に利用する循環系統を示す概略説明図であり、（ａ）は太陽熱集熱器で加熱された温水を床暖房に供給する状態、（ｂ）は床暖房に供給した温水を太陽熱集熱器に循環させる状態である。 太陽熱集熱器で加熱された温水を床暖房の熱源に直接利用する循環系統を示す概略説明図である。 太陽熱集熱器で加熱された温水で貯湯タンクの温水を加熱し、時々床暖房の熱源に利用する循環系統を示す概略説明図であり、（ａ）は太陽熱集熱器で加熱された温水を床暖房と貯湯タンクの両方に循環させている状態、（ｂ）は太陽熱集熱器で加熱された温水を貯湯タンクのみに循環させている状態である。 従来の貯湯タンク内に複数の熱交換器を備えた電気温水器による給湯システムを示す全体構成図である。

本発明の伸縮パイプ付き貯湯タンクを用いた切替熱交換方法は、縦長に形成した貯湯タンク内で上側伸縮パイプと下側伸縮パイプを用いて、貯湯タンク内の温水を外部の熱交換器に循環させ、熱交換器の温水を浴槽の追い焚き、または床暖房の熱源に利用するとき、浴槽の残り湯、又は太陽熱集熱器で集熱した温水を貯湯タンク内の温水の加熱に利用するときに、温度の異なる温水層が複数形成された貯湯タンク内において、該当する温度の温水層の位置に、伸縮パイプを移動させて貯湯タンク内の温水を循環させる熱交換方法である。

以下、本発明の好ましい実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は実施例１の温水の切替熱交換方法を実施する伸縮パイプ付き貯湯タンクを有する電気温水器による給湯システムを示す全体構成図である。
本発明の温水の切替熱交換方法に実施する伸縮パイプ付き縦型電気温水器１は、図示するように、縦長に形成した貯湯タンク２内にその下部に電気料金の安い夜間電力を利用して湯を沸き上げるための発熱体３を備え、その給湯温度は、サーモスタットにより一定に維持するようになっている。縦長に形成された貯湯タンク２には、その上部にキッチン、洗面台、浴槽６０等に温水を供給する給湯口４を、下部に水道水を補給する給水口５をそれぞれ設けている。

縦型の貯湯タンク２は、所定量の温水を貯蔵できるように、全体を略円筒形状に形成し、その周囲に真空断熱材等の断熱材を貼り付けたものである。この断熱材は、１３時間放置後の温度低下が２０℃未満を満足する程度の素材が必要である。

この貯湯タンク２は、堅牢な鋼板により製造する。あるいは、合成樹脂製のブロー成型により製造する。例えば、ＰＰＥ（ポリフェノールエチレン）等の合成樹脂材を用いる。但し、タンクとして常時０．１ＭＰａの耐圧力、常時８５℃から最高１００℃程度の耐熱性能を有する合成樹脂材であれば、このＰＰＥに限定されず他の合成樹脂材に種々変更できる。

本発明の貯湯タンク２の上部には、下方へ向けた上側伸縮パイプ６を備えている。この上側伸縮パイプ６は、貯湯タンク２に開けた給湯口４に接続され、この貯湯タンク２内で上下方向へ伸縮自在になる。

また貯湯タンク２の下部には、上方へ向けた下側伸縮パイプ７を備えている。この下側伸縮パイプ７は、貯湯タンク２下部に開けた戻し口８に接続され、この貯湯タンク２内で上下方向へ伸縮自在になる。

本発明では、貯湯タンク２の外部に１機の熱交換器９を備えている。この熱交換器９に、上述した上側伸縮パイプ６と下側伸縮パイプ７とが接続され、貯湯タンク２内の温水を循環し得るようになっている。この熱交換器９と貯湯タンク２間に、この貯湯タンク２の温水を循環させるタンク側ポンプ１０を設けた。

本発明の温水の切替熱交換方法を実施する熱機器としては、主に浴槽５８と床暖房６４、太陽熱集熱器６１がある。更に、ヒートポンプ６３を組み込むことができる。この浴槽５８と熱交換器９とは、浴槽系統配管１１で連結している。この浴槽系統配管１１は、浴槽５８の温水を追い焚き加熱するときと、浴槽６０の残り湯の廃熱を回収するときに、熱交換器９に各温水を循環させる配管である。また、この浴槽６０には、貯湯タンク２の温水を給湯する配管１６も勿論設備している。

床暖房６４と熱交換器９とは、床暖房系統配管１２で連結している。この床暖房系統配管１２は、床暖房６４の熱源として貯湯タンク２の温水を利用するときに、熱交換器９と床暖房６４とに温水を循環させる配管である。

太陽熱集熱器６１と熱交換器９とは、集熱系統配管１３で連結している。この集熱系統配管１３は、太陽熱集熱器６１で集熱した温水を熱交換器９に循環させる配管である。

熱交換器９のこれらの浴槽５８、床暖房６４、太陽熱集熱器６１側には、それらの各系統配管１１，１２，１３内を循環させる熱機器側ポンプ１４を備えている。更に、浴槽系統配管１１、床暖房系統配管１２及び集熱系統配管１３にそれぞれ切り替える切り替え弁１５を備えている。

図２は浴槽の温水を貯湯タンクの温水で追い焚きするときの循環系統を示す概略説明図である。図２から図７までの図面において、循環している系統は、他の系統より太い実線で表示した。
このように構成された電気温水器１では、必要に応じて、貯湯タンク２の低温水を熱交換器９を用いて加熱するとき、貯湯タンク２の温水を浴槽５８の温水の追い焚き、床暖房６４の熱源として利用するときといった種々のパターンがある。図２に示すように、浴槽５８の温水を貯湯タンク２の温水で追い焚きするときは、上側伸縮パイプ６は縮め、貯湯タンク２の高温層にある温水を押し出して熱交換器９に循環させる。一方、下側伸縮パイ
プ７は伸ばし、熱交換器９で熱交換して温度が低下した温水は貯湯タンク２の中温層に戻すように循環させる。

このように本発明の温水の切替熱交換方法では、貯湯タンク２内の最適な温度の温水層から希望する温度の温水について伸縮パイプ６，７を調節して選択的に押し出す。例えば、上側伸縮パイプ６を貯湯タンク２の８０℃の高温層の温水を押し出すが、熱交換器９で熱交換して８０℃から５０℃程度に冷却された温水は、下側伸縮パイプ７は伸ばして、５０℃の温水の中温層に戻して循環させる。これにより、貯湯タンク２の各温水の温度の構成が乱れる、いわゆる「湯の劣化」を防止することができる。

図３は貯湯タンクの温水を床暖房の熱源に利用するときの循環系統を示す概略説明図である。
図３に示すように、貯湯タンク２の温水を床暖房６４の熱源に利用するときには、上側伸縮パイプ６は縮め、貯湯タンク２の中温層にある温水を押し出して熱交換器９に循環させる。一方、下側伸縮パイプ７は伸ばし、熱交換器９で熱交換して温度が低下した温水は貯湯タンク２の低温層に戻すように循環させる。

貯湯タンク２の温水を床暖房の熱源に利用するときは、図２に示した浴槽５８の温水の追い焚きとは異なり、貯湯タンク２の６０℃の温水層から押し出し、熱交換器９に供給する。そこで、上側伸縮パイプ６を貯湯タンク２の６０℃の中高温層の温水を押し出す。この熱交換器９で熱交換して６０℃から３０℃程度に冷却された温水は、下側伸縮パイプ７は少し縮めて、３０℃の温水の低温層に戻すように循環させる。

図４は太陽熱集熱器で加熱された温水を、貯湯タンクの温水の加熱に利用するときの循環系統を示す概略説明図である。
太陽熱集熱器６１を、貯湯タンク２の温水の加熱に利用するときには、太陽熱集熱器６１で加熱された温水を熱交換器９に循環させる。一方、貯湯タンク２では、下側伸縮パイプ７は縮め、貯湯タンク２の低温層にある温水を熱交換器９に押し出す。同時に、上側伸縮パイプ６は縮め、熱交換器９により熱交換して温度が上昇した温水は貯湯タンク２の高温層に戻すように循環させる。

このように本発明の温水の切替熱交換方法では、貯湯タンク２内の発熱体３を用いることなく、外部熱を利用して貯湯タンク２の温水を加熱することも可能である。特に、伸縮パイプ６，７を調節して選択的に押し出し、貯湯タンク２内の最適な温度の温水層の温水について加熱することができる。そこで、縮めた下側伸縮パイプ７からは貯湯タンク２の低温層にある温水を熱交換器９に押し出し、熱交換器９で加熱された温水は、縮めた上側伸縮パイプ６から貯湯タンク２の８０℃の高温層の温水に戻すように循環させる。これにより、貯湯タンク２の各温水の劣化を防止することができる。

また、１機の熱交換器９で太陽熱集熱器６１、後述する浴槽５８の残り湯あるいはヒートポンプあるいはその他の熱源を利用することも可能である。従来のように、これらの外部加熱手段毎に熱交換器を貯湯タンク２の内部に設ける必要がないので汎用性が高い。

図５は浴槽の残り湯を回収して貯湯タンクの温水の加熱に利用するときの循環系統を示す概略説明図である。
本発明の温水の切替熱交換方法では、浴槽５８の残り湯を回収して貯湯タンク２の温水の加熱に利用することができる。このときは、浴槽５８の温水を熱交換器９に循環させる。貯湯タンク２では、下側伸縮パイプ７を縮め、上側伸縮パイプ６は伸ばし、熱交換器９により熱交換して温度が上昇した温水は貯湯タンク２の低温層に戻すように循環させる。

図６は太陽熱集熱器で加熱された温水をタンク側に循環させないで、床暖房の熱源に利用する循環系統を示す概略説明図であり、（ａ）は太陽熱集熱器で加熱された温水を熱交換器に循環させる状態、（ｂ）は熱交換器の熱容量で床暖房に熱供給している状態である。
本発明の温水の切替熱交換方法は、太陽熱集熱器６１で加熱された温水を、床暖房６４の熱源に直接利用することも可能である。熱交換器９の熱容量を使用し、熱交換器９の相手を太陽熱集熱器６１として温水を４０℃から７０℃に加熱することができる。例えば、朝から日差しが強いときは太陽熱集熱器６１で十分な集熱が可能になり、その加熱された温水を熱交換器９に循環させ、その温水で熱交換器９を加熱する（図６（ａ））。

この加熱された熱交換器９の熱容量で床暖房６４に熱供給する（図６（ｂ））。床暖房６４で熱交換して冷却された温水は熱交換器９に循環させ加熱する。熱交換器９の熱容量が低下した際に、再度太陽熱集熱器６１で加熱された温水を循環させ、その温水で熱交換器９を加熱する（図６（ａ））。これらの循環加熱を順番に繰り返す。このときは切り替え弁１５を用いてその循環系統を切り替えながら運転する。なお、貯湯タンク２内は夜間電力を利用して８０℃に加熱されているが、この温水を使用しない。

図７は太陽熱集熱器で加熱された温水を直接床暖房の熱源利用と共に、貯湯タンクの温水の加熱に利用する循環系統を示す概略説明図であり、（ａ）は太陽熱集熱器で加熱された温水を床暖房に供給する状態、（ｂ）は床暖房に供給した温水を太陽熱集熱器に循環させる状態である。
太陽熱集熱器６１で加熱された温水を、床暖房６４の熱源に直接利用すると同時に、貯湯タンク２の温水の加熱に利用することも可能である。例えば、昼間の日差しが強いときは太陽熱集熱器６１で十分な集熱が可能になる。その加熱された温水を熱交換器９に循環させ、その温水で熱交換器９を加熱する。このときは、貯湯タンク２側のポンプ１０は作動させず、熱交換器９を加熱する（図７（ａ））。
次に、熱交換器９の熱容量で床暖房６４に熱供給をする（図７（ｂ））。この床暖房６４で熱交換して温度低下した温水は、太陽熱集熱器６１で加熱された熱交換器９の熱容量で加熱する。この熱交換器９自体の熱量で不足するときは貯湯タンク２側のポンプ１０を動作させる。これらの循環加熱を順番に繰り返すことにより、太陽熱集熱器６１で加熱された温水を直接床暖房６４の熱源利用と共に、貯湯タンク２の温水の加熱に利用する。

昼間であれば、貯湯タンク２内の温水はある程度使用されているので、温水層に温度の異なる階層ができる。そこで、本発明では、下側伸縮パイプ７は縮め、貯湯タンク２の低温層にある温水を押し出し、熱交換器９で加熱し、上側伸縮パイプ６は縮め、熱交換器９により熱交換して温度が上昇した温水は貯湯タンク２の６０℃から７０℃の高温層に戻すように循環させる。

なお、床暖房６４に供給して熱交換された後の温度が低下した温水は、上側伸縮パイプ６は伸ばし、貯湯タンク２の５０℃から６０℃の中温層に戻すように循環させる。このように、切り替え弁１５を用いてその循環系統を切り替えながら運転すると共に、上側伸縮パイプ６を伸縮させる。

図８は太陽熱集熱器で加熱された温水を床暖房の熱源に直接利用する循環系統を示す概略説明図である。
更に、熱機器側ポンプ１４側に、浴槽系統配管１１、床暖房系統配管１２とを切り替える切り替え弁１６を備えることにより、太陽熱集熱器６１で加熱された温水を床暖房６４の熱源に直接利用することができる。

図９は太陽熱集熱器で加熱された温水で貯湯タンクの温水を加熱し、時々床暖房の熱源
に利用する循環系統を示す概略説明図であり、（ａ）は太陽熱集熱器で加熱された温水を床暖房と貯湯タンクの両方に循環させている状態、（ｂ）は太陽熱集熱器で加熱された温水を貯湯タンクのみに循環させている状態である。
熱機器側ポンプ１４側に、浴槽系統配管１１、床暖房系統配管１２とを切り替える切り替え弁１６を備えることにより、太陽熱集熱器６１で加熱された温水を床暖房６４と貯湯タンク２の両方に循環させ、床暖房６４の熱源に直接利用すると同時に、貯湯タンク２の温水の加熱に利用することも可能である。例えば、貯湯タンク２から押し出し、熱交換器９に循環させる温水は３０℃以上が好ましい。床暖房６４への到達温度が４０℃程度を維持するためである（図９（ａ））。これにより床暖房６４を保温することができる。

次に、床暖房６４への熱供給が完了した後は、太陽熱集熱器６１で加熱された温水を貯湯タンク２のみに循環させる（図９（ｂ））。
更に、この床暖房６４で熱交換して温度低下した温水は、太陽熱集熱器６１で加熱された温水を床暖房６４に熱供給に直接利用する。これらの循環加熱を順番に繰り返すことにより、太陽熱集熱器６１で加熱された温水を直接床暖房６４の熱源利用と共に、貯湯タンク２の温水の加熱に利用する。

なお、本発明は上述した発明の実施の形態に限定されず、縦型の貯湯タンク２内で該当する温度の温水層から選択的に温水を押し出し、戻して熱交換器９に循環することで、貯湯タンク２の最適な温度層へ熱入力し、また熱機器へ貯湯タンク２の最適な温度層から熱出力でき、貯湯タンク２内の温水と共に、外部熱の有効利用を図ることができれば、図示したような構成に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できることは勿論である。

本発明の伸縮パイプ付き貯湯タンクを用いた切替熱交換方法及びその電気温水器は、家庭用温水器に利用するだけでなく、業務用の大型の貯湯タンクを有する縦型電気温水器においても利用することができる。

１ 電気温水器
２ 貯湯タンク
６ 上側伸縮パイプ
７ 下側伸縮パイプ
９ 熱交換器
１１ 浴槽系統配管
１２ 床暖房系統配管
１３ 集熱系統配管
５８ 浴槽
６１ 太陽熱集熱器
６４ 床暖房

Claims (9)

1. 貯湯タンク（２）内に設けられた上側伸縮パイプ（６）と下側伸縮パイプ（７）の各先端口を上下させ、異なる温度の温水層の温水を熱交換する伸縮パイプ付き貯湯タンクを用いた切替熱交換方法であって、
   前記上側伸縮パイプ（６）と下側伸縮パイプ（７）を用いて、該貯湯タンク（２）内の温水を外部の熱交換器（９）に循環させ、
   前記熱交換器（９）の温水を浴槽（５８）の追い焚き、または床暖房（６４）の熱源に利用するとき、
   前記浴槽（５８）の残り湯、又は太陽熱集熱器（６１）で集熱した温水を前記貯湯タンク（２）内の温水の加熱に利用するときに、
   温度の異なる温水層が複数形成された貯湯タンク（２）内において、該当する温度の温水層の位置に、前記伸縮パイプ（６，７）を移動させて該貯湯タンク（２）内の温水を循環させる、ことを特徴とする伸縮パイプ付き貯湯タンクを用いた切替熱交換方法。
2. 前記浴槽（５８）の温水を前記貯湯タンク（２）の温水で追い焚きするときに、
   前記上側伸縮パイプ（６）は縮め、貯湯タンク（２）の高温層にある温水を前記熱交換器（９）に押し出し、
   前記下側伸縮パイプ（７）は伸ばし、前記熱交換器（９）で熱交換して温度が低下した温水を、該貯湯タンク（２）の中温層に戻すように循環させる、ことを特徴とする請求項１の伸縮パイプ付き貯湯タンクを用いた切替熱交換方法。
3. 前記貯湯タンク（２）の温水を床暖房（６４）の熱源に利用するときに、
   前記上側伸縮パイプ（６）は少し縮め、貯湯タンク（２）の中温層にある温水を押し出して前記熱交換器（９）に循環させ、
   前記下側伸縮パイプ（７）は伸ばし、前記熱交換器（９）で熱交換して温度が低下した温水を、該貯湯タンク（２）の低温層に戻すように循環させる、ことを特徴とする請求項１の伸縮パイプ付き貯湯タンクを用いた切替熱交換方法。
4. 前記太陽熱集熱器（６１）で貯湯タンク（２）の温水の加熱に利用するときに、
   前記太陽熱集熱器（６１）で加熱された温水を前記熱交換器（９）に循環させ、
   前記下側伸縮パイプ（７）は縮め、該貯湯タンク（２）の低温層又は中温水層にある温水を押し出し、前記熱交換器（９）で加熱し、
   前記上側伸縮パイプ（６）は縮め、前記熱交換器（９）で熱交換して温度が上昇した温水は該貯湯タンク（２）の高温層に戻すように循環させる、ことを特徴とする請求項１の伸縮パイプ付き貯湯タンクを用いた切替熱交換方法。
5. 前記浴槽（５８）の残り湯を貯湯タンク（２）の温水の加熱に利用するときに、
   前記浴槽（５８）の温水を前記熱交換器（９）に循環させ、
   前記下側伸縮パイプ（７）を縮め、該貯湯タンク（２）の低温層にある温水を前記熱交換器（９）に押し出し、
   前記上側伸縮パイプ（６）は伸ばし、前記熱交換器（９）で熱交換して温度が上昇した温水を貯湯タンク（２）の低温層に戻すように循環させる、ことを特徴とする請求項１の伸縮パイプ付き貯湯タンクを用いた切替熱交換方法。
6. 前記太陽熱集熱器（６１）で加熱された温水を、床暖房（６４）の熱源に利用するときに、
   前記太陽熱集熱器（６１）で加熱された温水を前記熱交換器（９）に循環させ、その温水で熱交換器（９）を加熱し、
   前記熱交換器（９）の熱容量で、前記床暖房（６４）で熱交換して冷却された温水を循
   環加熱し、
   前記熱交換器（９）の熱容量が低下した際に、再度前記太陽熱集熱器（６１）で加熱された温水を循環させ、その温水で該熱交換器（９）を加熱し、これらの循環加熱を順番に繰り返す、ことを特徴とする請求項１の伸縮パイプ付き貯湯タンクを用いた切替熱交換方法。
7. 前記太陽熱集熱器（６１）で加熱された温水を、前記貯湯タンク（２）の温水の加熱と共に、床暖房（６４）の熱源に利用するときに、
   前記太陽熱集熱器（６１）で加熱された温水を前記熱交換器（９）に循環させ、その温水で熱交換器（９）を加熱し、該熱交換器（９）に貯湯タンク（２）の低温層、中温層にある温水を押し出して加熱すると共に、
   前記太陽熱集熱器（６１）で加熱された温水を、前記熱交換器（９）に循環させた後に床暖房（６４）にも循環させることにより、間欠的に床暖房（６４）の熱源に利用し、
   前記熱交換器（６１）から床暖房（６４）に循環させる温水の温度を所定値以上に維持するために、下側伸縮パイプ（７）を伸縮させることにより、貯湯タンク（２）から熱交換器（９）に押し出す温水の温度を調節し、
   併せて、タンク側ポンプ（１０）を間欠運転させることにより熱交換器（９）の温度を所定値以上に維持する、ことを特徴とする請求項１の伸縮パイプ付き貯湯タンクを用いた切替熱交換方法。
8. 上部に下方へ伸縮する上側伸縮パイプ（６）を、下部に上方へ伸縮する上側伸縮パイプ（６）を、それぞれ具備した縦長の貯湯タンク（２）と、
   前記上側伸縮パイプ（６）と下側伸縮パイプ（７）とに接続された、該貯湯タンク（２）の外部に設けられた熱交換器（９）と、
   浴槽（５８）の温水を追い焚き加熱するときと、該浴槽（６０）の残り湯の廃熱を回収するときに、前記熱交換器（９）に各温水を循環させる浴槽系統配管（１１）と、
   床暖房（６４）の熱源として貯湯タンク（２）の温水を利用するときに、前記熱交換器（９）と床暖房（６４）とに温水を循環させる床暖房系統配管（１２）と、
   太陽熱集熱器（６１）で集熱した温水を前記熱交換器（９）に循環させる集熱系統配管（１３）と、を備えた、ことを特徴とする伸縮パイプ付き縦型電気温水器。
9. 前記熱交換器（９）の熱機器側ポンプ（１４）側に、共通の配管、熱源と直列接続する浴槽系統配管（１１）又は床暖房系統配管（１２）のような個別機器とを切り替える切り替え弁（１６）を更に設けた、ことを特徴とする請求項８の伸縮パイプ付き縦型電気温水器。

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