JP2014105894A - 貯湯給湯装置 - Google Patents

Abstract

【課題】追焚き時における熱交換後の低温の湯水を高温の湯水と混合することなく貯湯槽内の下部に案内可能な、且つ貯湯槽内の上部において中温の湯水の生成を防止して高温の湯水を維持可能な、且つ貯湯槽からの放熱を抑制可能な貯湯給湯装置を提供すること等である。
【解決手段】貯湯給湯装置１は、貯湯槽５と、この貯湯槽５の内部の上部に設置された風呂追焚用のコイル状熱交換器１０とを有し、貯湯槽５の内部には、コイル状熱交換器１０の内側から貯湯槽５の下部まで延びる筒状の仕切り板２０が設けられ、仕切り板２０の外周面と貯湯槽５の内周面との間に環状隙間２５が形成され、仕切り板２０は、コイル状熱交換器１０の内径よりも小さい外径を有する小径筒部２１と、この小径筒部２１の下端部に連なり且つコイル状熱交換器１０の内径よりも大きい外径を有する大径筒部２２とから一体的に円筒状に構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は貯湯給湯装置に関し、特に追焚き時に追焚き用熱交換器による熱交換後の低温の湯水を、貯湯槽内の上部の高温の湯水と混合させることなく貯湯槽内の下部に案内可能な構造を備えたものに関する。

貯湯給湯装置は、一般的に、湯水を貯留する大容量の貯湯槽と、この貯湯槽の下部に接続された給水通路及び上部に接続された出湯通路と、前記貯湯槽の下部から熱源機を経由して貯湯槽の上部へ水を循環させて加熱する循環加熱回路と、風呂のお湯を循環させて追焚きする風呂給湯追焚回路等を有する。前記熱源機としては、ヒートポンプユニットや燃料電池発電ユニットの排熱回収熱交換器等が活用される。

上記の風呂給湯追焚回路の途中部において、風呂のお湯を循環させて加熱する追焚用のコイル状熱交換器が貯湯槽内の上部に設置されている場合がある。追焚き時には、風呂給湯追焚回路に設置された風呂循環ポンプの駆動により、風呂のお湯をコイル状熱交換器に送って貯湯槽内の上部の高温の湯水との間で熱交換し、この加熱されたお湯を風呂に戻すことで追焚きを行っている。

ところで、貯湯槽内にコイル状熱交換器を設置した構造では、追焚き時に、熱交換後の低温の湯水と高温の湯水との混合が起きて大量の中温の湯水が生成されてしまうという問題がある。即ち、図９に示すように、貯湯槽５１内のコイル状熱交換器５２近傍の高温の湯水は、風呂のお湯との間で熱交換されて温度が低下し、この温度が低下した低温の湯水は、比重差の関係で貯湯槽５１の下部に向って移動するので、コイル状熱交換器５２よりも下方の高温の湯水と混合してしまい、貯湯槽５１内に中温の湯水が生成されてしまう。このため、追焚き後の給湯等では、要求される給湯温度に応じて補助熱源機による再加熱が必要となる場合がある。

ここで、追焚き時に貯湯槽内の上部の湯水の温度低下を防止する構造として、例えば、特許文献１の貯湯式温水器には、貯湯槽内の上部の風呂伝熱通路（コイル状熱交換器）の下方に電気ヒータが設置され、この電気ヒータの下方に受け皿が設置された構造が開示されている。即ち、追焚き時に風呂伝熱通路の熱交換により温度が低下した湯水は、下方に移動して受け皿で受け止められ、この受け皿の湯水を電気ヒータで再加熱することで、貯湯槽内の上部の高温の湯水の温度低下を防止している。

また、特許文献２の貯湯式給湯床暖房システムには、貯湯槽内の上部の熱交換部（コイル状熱交換器）の下方に熱遮蔽板が設置された構造が開示されている。即ち、この熱遮蔽板は、貯湯槽内に下り傾斜状に設置されることで、熱交換されて温度が低下した湯水を、熱遮蔽板に沿って下方へ移動させることができるので、貯湯槽内の上部の高温の湯水との混合を防止し、貯湯槽内の上部の湯水の温度低下を防止している。

特開２００４−１９１００２号公報 特許第３８１５３５９号公報

しかし、特許文献１の構造では、コイル状熱交換器により熱交換された湯水は、受け皿で受け止められて電気ヒータで加熱されることで再度高温になるが、追焚き後は、コイル状熱交換器の近傍部に熱交換後の低温の湯水が滞留するため、時間の経過と共にコイル状熱交換器の内側の高温の湯水と混合してしまい、貯湯槽内の上部の湯水の温度を低下させてしまう虞がある。また、貯湯槽内の上部の湯水を高温に維持するために、電気ヒータが追加的に設置される構造上、コスト高となってしまう。

また、特許文献２の構造では、貯湯槽内に設置された熱遮蔽板により温度が低下した湯水を貯湯槽内の下部に案内しているが、低温の湯水を貯湯槽内の下部まで確実に案内しようとすると、熱遮蔽板の長さを長くして急峻な傾斜角度にて設置するか、又は熱遮蔽板を貯湯槽内の中段近傍部に設置する必要がある。しかし、このような構造では、貯湯槽内において熱遮蔽板より上側の容量が大きくなるので、追焚き時に対流が発生し易くなり、高温の湯水との混合を回避できなくなってしまい、貯湯槽内の上部に中温の湯水を大量に生成してしまう。

一般的に、貯湯槽の上端部に出湯通路が接続されている構造上、貯湯槽内の上部の湯水の温度は極力高温を維持することが望ましいが、特許文献１の構造では、追焚き後に、低温の湯水と高温の湯水とが混合して貯湯槽内の上部の湯水の温度が低下してしまう虞があり、特許文献２の構造では、追焚き時に貯湯槽内の上部に中温の湯水を生成してしまう虞があるので、貯湯槽内の温度成層を崩してしまうことで、結果的に給湯に影響を与えるという問題がある。

本発明の目的は、追焚き時における熱交換後の低温の湯水を高温の湯水と混合することなく貯湯槽内の下部に案内可能な貯湯給湯装置を提供すること、貯湯槽内の上部において中温の湯水の生成を防止して高温の湯水を維持可能な貯湯給湯装置を提供すること、貯湯槽からの放熱を抑制可能な貯湯給湯装置を提供すること、等である。

請求項１の貯湯給湯装置は、貯湯槽と、この貯湯槽の内部の上部に設置された風呂追焚用のコイル状熱交換器とを有する貯湯給湯装置において、前記貯湯槽の内部には、前記コイル状熱交換器の内側から前記貯湯槽の下部まで延びる筒状の仕切り板が設けられ、前記仕切り板の外周面と前記貯湯槽の内周面との間に環状隙間が形成されたことを特徴としている。

請求項２の貯湯給湯装置は、請求項１の発明において、前記仕切り板は、前記コイル状熱交換器の内径よりも小さい外径を有する小径筒部と、この小径筒部の下端部に連なり且つ前記コイル状熱交換器の内径よりも大きい外径を有する大径筒部とから一体的に円筒状に構成されたことを特徴としている。

請求項３の貯湯給湯装置は、請求項１又は２の発明において、前記仕切り板は、伝熱性能が水よりも低い材料によって形成されたことを特徴としている。

請求項４の貯湯給湯装置は、請求項１〜３の何れか１項の発明において、前記仕切り板は、前記コイル状熱交換器に固定されたことを特徴としている。

請求項１の発明によれば、貯湯槽の内部には、コイル状熱交換器の内側から貯湯槽の下部まで延びる筒状の仕切り板が設けられ、仕切り板の外周面と貯湯槽の内周面との間に環状隙間が形成されたので、追焚き時、環状隙間によりコイル状熱交換器によって温度低下した湯水を貯湯槽の下部に案内することができ、貯湯槽内の仕切り板の内側の湯水との混合を防止することができる。

従って、貯湯槽内の仕切り板より内側の湯水の温度成層を崩すことなく、追焚き時でも貯湯槽内の上部の湯水を高温状態に維持することができる。また、追焚き後には、環状隙間に熱交換後の低温の湯水を維持することができるので、この環状隙間に維持された低温の湯水により貯湯槽からの放熱量を低減させて保温性を向上させることができる。

請求項２の発明によれば、仕切り板は、コイル状熱交換器の内径よりも小さい外径を有する小径筒部と、この小径筒部の下端部に連なり且つコイル状熱交換器の内径よりも大きい外径を有する大径筒部とから一体的に円筒状に構成されたので、大径筒部の外周面と貯湯槽の内周面との間の環状隙間を、小径筒部の外周面と貯湯槽の内周面との間の環状隙間より狭くすることで、環状隙間内に対流が発生するのを防止することができ、故に、低温の湯水をより貯湯槽内の下部に到達させることができる。

請求項３の発明によれば、仕切り板は、伝熱性能が水よりも低い材料によって形成されたので、環状隙間に維持された低温の湯水と仕切り板より内側の高温の湯水との間の熱交換を確実に防止することができる。

請求項４の発明によれば、仕切り板は、コイル状熱交換器に固定されたので、仕切り板を貯湯槽に固定する為の固定構造を貯湯槽に新たに設ける必要がなくなり、製造コストを低減することができる。

実施例に係る貯湯給湯装置の概略構成図である。 貯湯槽の縦断面図である。 追焚き時における貯湯槽内の湯水の流れを付加した図２相当図である。 貯湯槽とこの貯湯槽に設けられた固定構造の要部拡大縦断面図である。 部分変更形態に係る貯湯槽の縦断面図である。 部分変更形態に係る貯湯槽の要部拡大斜視図である。 部分変更形態に係る貯湯槽の要部拡大縦断面図である。 部分変更形態に係る貯湯槽の要部拡大横断面図である。 従来例に係る貯湯槽の縦断面図である。

以下、本発明を実施するための形態について実施例に基づいて説明する。

先ずは、貯湯給湯装置１の全体構成について説明する。
図１に示すように、貯湯給湯装置１は、貯湯、給湯、追焚き等の機能を有するものであり、貯湯槽５、給水通路６、出湯通路７、貯湯槽５の下部から外部熱源機２を経由して貯湯槽５の上部へ水を循環させて加熱する循環加熱回路８、風呂３（浴槽）のお湯を循環させて追焚きする風呂給湯追焚回路９、風呂追焚用のコイル状熱交換器１０等を備えている。尚、外部熱源機２としては、ヒートポンプ式熱源機や燃料電池発電ユニットの排熱回収熱交換器等が活用される。

貯湯槽５は、高温の湯水（例えば、８０〜９０℃）を貯留可能な上下方向に細長い密閉タンクであり、貯留された温水の放熱を防ぐ為にタンク周囲は断熱材で覆われている。貯湯槽５内の複数の貯留層の湯水の温度が複数の貯湯水温度センサ１１ａ〜１１ｅにより検出される。この貯湯槽５の具体的な構造については後述する。

給水通路６は、上水源から低温の上水を貯湯槽５に供給するものであり、上流端が上水源に接続され、貯湯槽５の下部に下流端が接続されている。給水通路６には、貯湯槽５へ水道水を供給する為の開閉弁１２が設けられており、通常は開閉弁１２が開弁されていて、水道水を貯湯槽５内に供給するようになっている。

出湯通路７は、貯湯槽５内に貯湯された湯水を給湯栓１３等の所望の給湯先に供給するものであり、高温の湯水が流れる上流出湯通路７ａ、水と高温の湯水が混合された混合湯水が流れる下流出湯通路７ｂを有し、下流出湯通路７ｂの下流端に給湯栓１３が接続されている。上流出湯通路７ａと下流出湯通路７ｂとの間には混合弁１４が設置され、この混合弁１４に給水通路６から分岐したバイパス通路１５が接続されている。混合弁１４は、出湯温度が指令温度になるように水と高温の湯水の混合比を制御するものである。

循環加熱回路８は、外部熱源機２と貯湯槽５との間に湯水を循環させる閉回路であり、往き側通路８ａ、戻り側通路８ｂを有し、貯湯槽５の下部に往き側通路８ａの上流端が接続され、貯湯槽５の上部に戻り側通路８ｂの下流端が接続されている。往き側通路８ａには、循環ポンプ１６が設置されている。

風呂給湯追焚回路９は、風呂３のお湯を追焚きする回路であり、追焚き往き側通路９ａ、追焚き戻り側通路９ｂを有している。追焚き往き側通路９ａと追焚き戻り側通路９ｂとの間には、貯湯槽５内に設置された後述するコイル状熱交換器１０が接続されている。追焚き往き側通路９ａには、風呂循環ポンプ１７が設置されている。風呂３内のお湯は風呂循環ポンプ１７により追焚き往き側通路９ａを介してコイル状熱交換器１０に送られ、コイル状熱交換器１０により加熱されたお湯は追焚き戻り側通路９ｂから風呂３へ送り出される。

追焚き往き側通路９ａと追焚き戻り側通路９ｂとは、風呂バイパス管９ｃを介して接続され、この風呂バイパス管９ｃと追焚き戻り側通路９ｂとの接続部には、三方弁１８が設置されている。三方弁１８は、風呂給湯追焚回路９を流れるお湯をコイル状熱交換器１０に流すかコイル状熱交換器１０をバイパスして風呂バイパス管９ｃに流すかを択一的に切り換え可能に制御される。

次に、貯湯槽５の構造について説明する。
図１，図２に示すように、貯湯槽５は、外部熱源機２で加熱された高温の温水を貯留するものであり、耐腐食性に優れたステンレス板製の胴部材とその上下両端を塞ぐ１対の鏡板とで構成されている。即ち、貯湯槽５は、縦長筒状の外周面を有する胴部５ａと、上端部の曲面状の天部５ｂと、下端部の曲面状の底部５ｃとから一体的に構成されている（図２参照）。

次に、コイル状熱交換器１０について説明する。
図１，図２に示すように、貯湯槽５の内部の上部には、貯湯槽５内の湯水の熱を利用して風呂３のお湯を加熱する風呂追焚用のコイル状熱交換器１０が設置されている。コイル状熱交換器１０は、ステンレス製の管部材から巻径が同径の螺旋状に構成されている。

コイル状熱交換器１０は、胴部５ａ内の上部内周面に近接状に設置されている。このコイル状熱交換器１０の上流側端部１０ａは、胴部５ａの上部に形成された往き側接続穴５ｄに挿入され溶接接合され、コイル状熱交換器１０の下流側端部１０ｂは、往き側接続穴５ｄの上側であって胴部５ａの上端部に形成された戻り側接続穴５ｅに挿入され溶接接合されている。尚、往き側接続穴５ｄには、追焚き往き側通路９ａの下流端が接続され、戻り側接続穴５ｅには、追焚き戻り側通路９ｂの上流端が接続されている。

次に、仕切り板２０について説明する。
図１，図２に示すように、貯湯槽５の内部には、コイル状熱交換器１０の内側から貯湯槽５の下部まで延びる筒状の仕切り板２０が設けられている。仕切り板２０は、貯湯槽５と同じステンレス製の筒状部材から形成されている。仕切り板２０は、貯湯槽５の上下方向の長さの２／３〜３／４程度の長さを有する。仕切り板２０は、その下端部が貯湯槽５の上下方向の１／３〜１／４程度の高さ位置となるように貯湯槽５内に設置される。

仕切り板２０は、コイル状熱交換器１０の内径よりも小さい外径を有する小径筒部２１と、この小径筒部２１の下端部に連なり且つコイル状熱交換器１０の内径よりも大きい外径を有する大径筒部２２とから一体的に円筒状に構成されている。大径筒部２２は、小径筒部２１の上下方向の長さより長く形成されている。

仕切り板２０は、その小径筒部２１がコイル状熱交換器１０の内側に挿入され、その小径筒部２１の先端部がコイル状熱交換器１０の上端部から僅かに突出した状態で且つ貯湯槽５の軸心と同心状になるように貯湯槽５に対して固定されている。

仕切り板２０の貯湯槽５に対する固定構造として、図４に示すように、仕切り板２０の大径筒部２２の下端部を、貯湯槽５の下部内周部の周方向等間隔に設けられたＬ字状係合部３１に係合することで固定しても良い。また、仕切り板２０の大径筒部２２の下端部に下方に延びる複数の脚部（図示略）を設け、これら複数の脚部を介して貯湯槽５の底部に仕切り板２０を立設するように固定しても良い。このように、仕切り板２０を貯湯槽５に対して固定する固定構造は、種々の構造を採用可能である。

次に、環状隙間２５について説明する。
図１，図２に示すように、仕切り板２０の外周面と貯湯槽５の内周面との間に円筒状の環状隙間２５が形成されている。環状隙間２５は、貯湯槽５の内周面と小径筒部２１の外周面からなる上部環状隙間２５ａと、貯湯槽５の内周面と大径筒部２２の外周面からなる上部環状隙間２５ａより狭い下部環状隙間２５ｂとから構成されている。上部環状隙間２５ａに、コイル状熱交換器１０が収納されている。

尚、仕切り板２０は、貯湯槽５と同様にステンレス製のものであるが、特にステンレス製に限定する必要はなく、伝熱性能が水よりも低い材料、例えば、合成樹脂製の部材から形成されても良い。仕切り板２０が、伝熱性能が水よりも低い材料によって形成された場合、環状隙間２５に維持された低温の湯水と仕切り板２０より内側の高温の湯水との間の熱交換をより確実に防止することができる。

次に、本発明の貯湯給湯装置１の作用及び効果について説明する。
ユーザーの操作によって風呂３の追焚き指示が入力された場合、又は、風呂３のお湯を所定の温度に維持するために定期的に実行される風呂３の追焚き指示が入力された場合、風呂循環ポンプ１７が駆動して、風呂３内のお湯をコイル状熱交換器１０に循環させ、貯湯槽５内の上部の高温の湯水の熱を利用して風呂３のお湯を加熱する。

このとき、貯湯槽５内においては、上部環状隙間２５ａ内の高温の湯水がコイル状熱交換器１０により風呂３のお湯と熱交換されて温度が低下するので、上部環状隙間２５ａの内部には、湯水の比重差により低温の下降水流が発生する。この低温の下降水流は、図３の矢印ａが示すように、上部環状隙間２５ａから下部環状隙間２５ｂを通って貯湯槽５内の下部に案内される。

次に、前記の低温の下降水流が貯湯槽５の下部に流入することで、熱交換後の低温の湯水と貯湯槽５内の下部の湯水との間で対流が発生し、貯湯槽５の仕切り板２０の内側では、図３の矢印ｂが示すように、下部から上部に向う高温の上昇水流が発生する。そして、図３の矢印ｃが示すように、前記の上昇水流により貯湯槽５内の上部の高温の湯水が上部環状隙間２５ａに上側から流入して、コイル状熱交換器１０により風呂３のお湯と熱交換される。

このように、図３の矢印ａ〜ｃが示すように、低温の湯水と高温の湯水とによる対流が安定して発生し、仕切り板２０により環状隙間２５を流れる低温の下降水流と仕切り板２０の内側を流れる高温の上昇水流とが衝突することがないので、熱交換後の低温の湯水と貯湯槽５内の上部の高温の湯水との混合を防止することができる。また、追焚きが終了した場合、上部環状隙間２５ａと下部環状隙間２５ｂに熱交換後の低温の湯水が、仕切り板２０の内側の高温の湯水と混合することなく滞留される。

以上説明したように、貯湯槽５の内部には、コイル状熱交換器１０の内側から貯湯槽５の下部まで延びる筒状の仕切り板２０が設けられ、仕切り板２０の外周面と前記貯湯槽５の内周面との間に環状隙間２５が形成されたので、追焚き時、環状隙間２５によりコイル状熱交換器１０によって温度低下した湯水を貯湯槽５の下部に案内することができ、貯湯槽５内の仕切り板２０の内側の湯水との混合を防止することができる。

従って、貯湯槽５内の仕切り板２０より内側の湯水の温度成層を崩すことなく、追焚き時でも貯湯槽５内の上部の湯水を高温状態に維持することができる。また、追焚き後には、環状隙間２５に熱交換後の低温の湯水を維持することができるので、この環状隙間２５に維持された低温の湯水により貯湯槽５からの放熱量を低減させて保温性を向上させることができる。

さらに、仕切り板２０は、コイル状熱交換器１０の内径よりも小さい外径を有する小径筒部２１と、この小径筒部２１の下端部に連なり且つコイル状熱交換器１０の内径よりも大きい外径を有する大径筒部２２とから一体的に円筒状に構成されたので、大径筒部２２の外周面と貯湯槽５の内周面との間の下部環状隙間２５ｂを、小径筒部２１の外周面と貯湯槽５の内周面との間の上部環状隙間２５ａより狭くすることで、環状隙間２５内に対流が発生するのを防止することができ、故に、低温の湯水をより貯湯槽５内の下部に到達させることができる。

次に、前記実施例を部分的に変更する例について説明する。
［１］前記実施例の仕切り板２０は、小径筒部２１と大径筒部２２とから一体的に構成されているが、特にこの形状に限定する必要はなく、図５に示すように、仕切り板２０Ａを、コイル状熱交換器１０の内側から貯湯槽５の下部までストレート状に延びる円筒状に構成しても良い。この場合、貯湯槽５の内周面と仕切り板２０Ａの外周面との間に円筒状の環状隙間２５Ａが形成される。尚、仕切り板は、貯湯槽５の内周面との間に環状隙間が形成されるのであれば、八角筒状や六角筒状等の他の形状のものを採用しても良い。

［２］前記実施例の仕切り板２０は、貯湯槽５に固定された構造であるが、特にこの固定構造に限定する必要はなく、図６に示すように、仕切り板２０Ｂの小径筒部２１の外周面を、Ｕ字状の配管支持部を備えた取付用部材３２と複数のビス３３を介してコイル状熱交換器１０に固定した構造であっても良い。また、図７に示すように、仕切り板２０Ｃの小径筒部２１の上端部に、外側に凸の環状凸部３５を形成し、この環状凸部３５をコイル状熱交換器１０の上端部に係合した構造であっても良い。

上記の仕切り板２０Ｂ，２０Ｃをコイル状熱交換器１０に固定する構造によれば、仕切り板２０Ｂ，２０Ｃを貯湯槽５に固定する為の固定構造を貯湯槽５に新たに設ける必要がなくなり、製造コストを低減することができる。

［３］前記実施例において、図８に示すように、貯湯槽５の胴部５ａの内周面とコイル状熱交換器１０との間及び仕切り板２０の小径筒部２１の外周面とコイル状熱交換器１０との間にスペーサ３６を夫々設けても良い。この構造によれば、コイル状熱交換器１０の風呂３のお湯が循環する際の振動を抑制することができる。

［４］その他、当業者であれば、本発明の趣旨を逸脱することなく、前記実施例に種々の変更を付加した形態で実施可能であり、本発明はそのような変更形態を包含するものである。

１ 貯湯給湯装置
３ 風呂
５ 貯湯槽
１０ コイル状熱交換器
２０，２０Ａ〜２０Ｃ 仕切り板
２１ 小径筒部
２２ 大径筒部
２５，２５Ａ 環状隙間

Claims (4)

1. 貯湯槽と、この貯湯槽の内部の上部に設置された風呂追焚用のコイル状熱交換器とを有する貯湯給湯装置において、
   前記貯湯槽の内部には、前記コイル状熱交換器の内側から前記貯湯槽の下部まで延びる筒状の仕切り板が設けられ、
   前記仕切り板の外周面と前記貯湯槽の内周面との間に環状隙間が形成されたことを特徴とする貯湯給湯装置。
2. 前記仕切り板は、前記コイル状熱交換器の内径よりも小さい外径を有する小径筒部と、この小径筒部の下端部に連なり且つ前記コイル状熱交換器の内径よりも大きい外径を有する大径筒部とから一体的に円筒状に構成されたことを特徴とする請求項１に記載の貯湯給湯装置。
3. 前記仕切り板は、伝熱性能が水よりも低い材料によって形成されたことを特徴とする請求項１又は２に記載の貯湯給湯装置。
4. 前記仕切り板は、前記コイル状熱交換器に固定されたことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の貯湯給湯装置。