JP2879481B2 - 貯湯式温水器の沸上げ方法と、その装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、沸上げ温度と沸上げ
湯量との双方を任意に設定し、実現することができる貯
湯式温水器の沸上げ方法と、その装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電気温水器を含む貯湯式温水器は、一般
に、密閉式の貯湯タンクの下部にヒータを配設し、自然
対流によって貯湯タンク内の水を沸き上げるので、貯湯
タンク内の水の全量を沸き上げることについては問題が
ないが、その一部を高温に沸き上げることが難しく、し
たがって、少量の不足湯量を速やかに追加沸上げするこ
とが困難である。

【０００３】そこで、加熱源を外付けにし、強制循環方
式を採用した温水器が提案されている（たとえば、特公
平２−４３９８４号公報）。このものは、循環ポンプと
加熱源とを備えた循環路の取水側を貯湯タンクの下部に
接続し、他端は、貯湯タンクの頂部と中間部とに分岐し
て開口させたものであり、貯湯タンク内の水の全量を沸
き上げる際は、水を中間部へ循環させ、少量を沸き上げ
る際は、頂部へ循環させる。いずれの場合にも、循環路
を介して循環させる水量（以下、単に循環量という）は
少量とし、したがって、沸上げは、貯湯タンク内の冷水
と、加熱されて循環される高温湯との置換によって進行
することになり、両者の混合が生じないから、沸き上げ
られた湯の温度分布が均一であるという特徴がある。

【０００４】また、循環路の取水側を貯湯タンクの上部
とし、加熱後の高温湯を貯湯タンクの下部と中間部へ戻
す方式もある（特開昭５８−２８９３４号公報）。加熱
された高温湯は、全量沸上げに際しては、貯湯タンクの
下部へ循環させ、少量沸上げの際は、中間部へ循環させ
る。いずれの場合も、循環量は少量に留め、高い温度の
高温湯を循環させることにより、良好な均一湯温を実現
することができるという。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】かかる従来技術の前者
によるときは、少量沸上げの際に、残留していた湯の有
効利用ができないために、沸上げ時間が長くかかり、不
経済であるという問題があった。すなわち、貯湯タンク
の下部の冷水が新しく加熱されて高温湯となり、これが
貯湯タンクの頂部に戻されることにより、残留していた
湯と置換されて行く沸上げ方法であるからである。

【０００６】また、第２の従来技術によるときは、循環
量が少ないために、沸上げは自然対流が基本となり、し
たがって、沸上げ湯量は、高温湯を戻す位置によって決
まる。すなわち、沸上げ湯量は、貯湯タンクの中間部か
ら上方の部分、または、貯湯タンクの全量に相当する２
段階にしか設定することができないという欠点があっ
た。

【０００７】さらに、いずれの従来技術についても、少
量沸上げの際の沸上げ湯量を、外部から積極的に制御す
ることは不可能である。また、沸き上げられた湯の温度
分布は自然対流によって決まるから、任意の沸上げ温度
と沸上げ湯量とを設定し、これを実現することは、実質
的に不可能であった。

【０００８】そこで、この発明の目的は、かかる従来技
術の問題に鑑み、貯湯タンクの頂部から取水した水を加
熱し、高温湯として循環させるとともに、貯湯タンクの
上部において下向きに噴出させ、噴出された高温湯が到
達する深さ（以下、到達深さという）より上方の部分の
みを強制的に撹拌しながら沸き上げることによって、沸
上げ温度と沸上げ湯量との双方を任意に設定し、これ
を、効率よく、適確に実現させることができる貯湯式温
水器の沸上げ方法と、その装置に関する。

【０００９】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めのこの出願に係る第１発明の構成は、密閉式の貯湯タ
ンクを備える貯湯式温水器を沸き上げるに際し、貯湯タ
ンクの頂部から取水した水を、加熱源を介して貯湯タン
クの上部に循環させるとともに、貯湯タンク内において
下向きに噴出させ、循環量を制御することにより沸上げ
湯量を無段階に制御することをその要旨とする。

【００１０】第２発明の構成は、密閉式の貯湯タンク
と、貯湯タンクの頂部に取水側を接続し、貯湯タンクの
上部においてノズルを介して下向きに開口する循環路
と、循環路に介装する循環ポンプと加熱源とを備えるこ
とをその要旨とする。

【００１１】なお、ノズルは、貯湯タンクの上下方向に
複数段に設けることができ、また、加熱源は、熱量コン
トローラを備えるようにしてもよい。

【００１２】

【作用】かかる第１発明の構成によるときは、貯湯タン
クの頂部から取水された水は、加熱源を介して貯湯タン
クの上部に循環され、高温湯となって下向きに噴出する
ことにより、貯湯タンク内の冷水と強制的に撹拌され、
混合される。このとき、高温湯の到達する深さ、すなわ
ち到達深さは、高温湯が噴出する際の流速によって決ま
り、したがって、循環量を制御することにより、この到
達深さをコントロールすることができる。

【００１３】一般に、このようにして高温湯を冷水中に
噴出させると、その到達深さから上方の部分は、高温湯
と冷水とが混合することにより、ほぼ均一に昇温して高
温域を形成する一方、到達深さから下方の部分は、冷水
域のままに溜まり、殆ど昇温しない。すなわち、両者の
間には、明確な境界領域を形成することができる。そこ
で、循環量を制御することにより、高温湯の到達深さを
コントロールすれば、沸上げ湯量を外部から積極的に無
段階に制御することが可能であり、また、このときの沸
上げ温度は、加熱時間によって制御することができる。
なお、高温域内の温度分布は、噴流による強制混合が行
なわれるために、一般に、極めて均一にすることができ
る。

【００１４】また、このとき循環させる高温湯は、沸騰
や突沸を生じさせないものとし、したがって、加熱源
は、この範囲内で、最大熱量で運転すればよい。

【００１５】第２発明の構成によるときは、循環ポンプ
は、貯湯タンクの頂部において取水した水を、加熱源に
より加熱し、貯湯タンクの上部において、ノズルを介し
て下向きに噴出させるから、循環ポンプの流量をコント
ロールし、循環量を制御すれば、第１発明をそのまま実
施することができる。

【００１６】ノズルを上下方向に複数段に設ければ、貯
湯タンクの高さが大きい場合であっても、下段側のノズ
ルを使用することにより、到達深さは、容易に貯湯タン
クの底部にまで到達させることができ、したがって、大
容量の貯湯タンクであっても、その全体に高温域を形成
することができる。

【００１７】加熱源に熱量コントローラを付設すれば、
循環水が沸騰したり、突沸を生じたりしない範囲で、加
熱源を最大熱量で自動運転することができる。

【００１８】

【実施例】以下、図面を以って実施例を説明する。

【００１９】貯湯式温水器は、密閉式の貯湯タンク１０
と、貯湯タンク１０に付設する循環路２０とを備えてな
る（図１）。

【００２０】貯湯タンク１０は、外部に断熱処理を施し
た密閉タンクであって、その底部には給水管１１が接続
され、頂部には、給湯管１２が接続されている。また、
貯湯タンク１０の管壁には、上下方向に複数の温度セン
サ１３ａ、１３ｂ…が取り付けられている。

【００２１】循環路２０の取水側は、貯湯タンク１０の
頂部に接続されている。ただし、循環路２０の取水側
は、図示に拘らず、給湯管１２から分岐させてもよいも
のとする。

【００２２】循環路２０には、循環ポンプ２１と、加熱
源２２とが介装されており、また、循環路２０の他端
は、貯湯タンク１０の上部に導入され、ノズル２３を介
し、貯湯タンク１０の内部において下向きに開口されて
いる。加熱源２２の出口側には、温度センサ２４ａが取
り付けられ、温度センサ２４ａの出力は、熱量コントロ
ーラ２４に導かれる一方、熱量コントローラ２４の出力
は、加熱源２２に接続されている。

【００２３】加熱源２２は、電気、ガス、灯油、ヒート
ポンプ、ソーラなどの任意の熱源を利用することによ
り、循環路２０を流通する循環水を加熱することがで
き、このとき、熱量コントローラ２４は、温度センサ２
４ａの出力により、加熱源２２において沸騰や突沸が生
じない範囲で、加熱源２２の熱量を最大に制御するもの
とする。

【００２４】いま、給水管１１を介して貯湯タンク１０
に冷水を供給し、貯湯タンク１０を満杯にした後、加熱
源２２を作動させるとともに循環ポンプ２１を運転する
ことにより、貯湯タンク１０内の水を沸き上げることが
できる。このとき、循環ポンプ２１の流量、すなわち、
循環路２０における循環量Ｑの大小により、貯湯タンク
１０内の昇温曲線は、おおむね図２のようになる。

【００２５】循環量Ｑが小さいときは（同図（Ａ））、
貯湯タンク１０の上部の温度センサ１３ａに対応する温
度Ｔは、時間ｔの経過とともに昇温し、時間ｔ＝ｔ1 の
経過によって、Ｔ＝Ｔo となって沸上げを完了すること
ができる（同図の曲線ａ）。このとき、貯湯タンク１０
の中間部、下部の温度センサ１３ｂ、１３ｃに対応する
温度Ｔは、殆ど不変である（同図の曲線ｂ、ｃ）。

【００２６】循環量Ｑをやや大きくすると（同図
（Ｂ））、中間部の温度センサ１３ｂに対応する温度Ｔ
も、時間ｔの経過により昇温し、ｔ＝ｔ2 ＞ｔ1 におい
て、Ｔ＝Ｔ1 ≦Ｔo となって沸上げを完了することがで
きる。なお、このとき、温度センサ１３ａ、１３ｂに対
応する最終温度Ｔo、Ｔ1 の差ΔＴ1 ＝Ｔo −Ｔ1 は、
極く僅かである。循環量Ｑをさらに大きくすると（同図
（Ｃ））、下部の温度センサ１３ｃに対応する温度Ｔも
昇温し、ｔ＝ｔ3 ＞ｔ2 においてＴ＝Ｔ2 ≦Ｔ1 とな
り、沸上げ完了となる。なお、このときの最終温度Ｔo
、Ｔ2 の差ΔＴ2 ＝Ｔo−Ｔ2 も僅かである。

【００２７】加熱源２２を作動させ、循環ポンプ２１を
運転すると、ノズル２３からは、加熱源２２によって加
熱された高温湯が下向きに噴出され、このとき、ノズル
２３からの高温湯の流速ｖは、循環量Ｑによって決ま
る。一方、このようにしてノズル２３から噴出された高
温湯は、貯湯タンク１０内の冷水と強制的に混合される
が、このとき、ノズル２３からの噴流が到達し得る到達
深さｈは、流速ｖの関数である。ノズル２３からの噴流
は、高温であるために、冷水からの浮力を受けるからで
ある。

【００２８】したがって、貯湯タンク１０内の水は、ノ
ズル２３の下方に到達深さｈだけ離れた境界領域Ｋを境
界面として、その上方には、ノズル２３からの高温湯と
冷水とが強制的に混合され、時間ｔの経過とともに昇温
される高温域Ａを形成し、境界領域Ｋの下方には、ノズ
ル２３からの高温湯の影響を受けない冷水域Ｂを形成す
ることができる。したがって、境界領域Ｋの上方の高温
域Ａに相当する沸上げ湯量のみを沸き上げることができ
る。

【００２９】なお、高温域Ａ内の水は、一般に、ノズル
２３からの高温湯と貯湯タンク１０内の冷水とが強制的
に混合されるために、その内部における温度分布は、昇
温の途中を含め、極めて均一になることがわかっている
（図３）。ただし、同図は、貯湯タンク１０の全高Ｈ＝
ＨTK内の各点の温度Ｔの変化を、時間ｔの経過とともに
図示したものであり、同図には、ノズル２３の高さＨ＝
ＨN の他、ノズル２３の下方の到達深さｈをも併せ図示
してある。なお、ここでは、境界領域Ｋは、厚さｈk を
有する層状に形成されている。

【００３０】このように、貯湯タンク１０内の水は、循
環ポンプ２１による循環量Ｑを制御することにより、到
達深さｈをコントロールし、そのときの高温域Ａに相当
する沸上げ湯量を無段階に実現することができる。ま
た、その沸上げ温度も、時間ｔの長さを適当に定めるこ
とにより、任意に実現することができる。

【００３１】なお、沸上げ動作中の加熱源２２は、沸騰
や突沸を生じない範囲で最大熱量で運転することによ
り、所要沸上げ時間を最短にすることができるが、沸上
げ時間を長くとることができる場合は、その熱量を下
げ、または、加熱容量を小さくしてもよいことは勿論で
ある。また、加熱源２２の加熱容量が小さく、循環路２
０内において沸騰等が生じるおそれがない場合には、熱
量コントローラ２４を省略することができる。

【００３２】

【他の実施例】加熱源２２は、ヒータ２２ａと、ヒータ
２２ａを覆うカバー２２ｂとによって形成することがで
きる（図４）。ヒータ２２ａは、貯湯タンク１０の上部
において貯湯タンク１０の内部に挿着し、循環路２０
は、カバー２２内に開口している。また、ノズル２３
は、カバー２２ｂの一部に形成されている。加熱源２２
が外付けではなく、貯湯タンク１０内に収納されている
から、全体を一層コンパクトに形成することができる。

【００３３】ノズル２３は、貯湯タンク１０の上下方向
に複数段に設けることができる（図５）。各ノズル２３
は、加熱源２２の出口側において、切替弁２３ａ、２３
ａ…を介して分岐されている。

【００３４】沸上げ湯量が小さく、最上段のノズル２３
の到達深さｈにより、沸上げ湯量が達成できるときは、
最上段のノズル２３のみを作動させればよく、それより
大きな沸上げ湯量に対しては、順次、下段側のノズル２
３、２３を作動させればよい。なお、このときは、ノズ
ル２３、２３…は、沸上げの最初において、まず、最上
段のものを作動させ、最上段のノズル２３による到達深
さｈを利用して、そのノズル２３によって形成される高
温域Ａの沸上げを完了し、次いで、２段目以下のノズル
２３により、不足の沸上げ湯量を追加して沸き上げるの
がよい。ただし、最上段以外のノズル２３によっても、
十分均一な温度分布が得られるときは、沸上げの最初か
ら２段目以下のノズル２３を作動させ、それにより、所
定の沸上げ湯量に相当する高温域Ａを形成させることが
できる。

【００３５】下段側のノズル２３、２３は、到達深さｈ
を下方に拡大し、貯湯タンク１０の底部にまで到達させ
ることができるから、貯湯タンク１０の全高ＨTKが大き
い場合であっても、その全量を容易に沸き上げることが
可能である。ただし、ノズル２３、２３…は、図示に拘
らず、２段以上の任意の段数にすることができるものと
する。

【００３６】なお、ノズル２３は、一般に、貯湯タンク
１０の径が数１０cmの程度であれば、その中央部に１個
を配設すれば十分であるが、径がさらに大径であるとき
は、必要に応じ、同一高さ位置に複数個を配設してもよ
い。高温湯と冷水との強制混合を一層良好にし、沸上げ
湯温の均一化を図ることができる。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように、この出願に係る第
１発明によれば、貯湯タンクの頂部から取水した水を、
加熱源を介して貯湯タンクの上部に循環し、貯湯タンク
内において下向きに噴出させることによって、噴出され
る高温湯は、その流速、すなわち循環量によって決まる
到達深さより上方の高温域においては、冷水と強制的に
混合され、高温域に相当する沸上げ湯量を沸き上げるこ
とができる上、そのときの沸上げ温度は沸上げ時間によ
って決まり、高温域内の温度分布は均一であるから、沸
上げ温度と沸上げ湯量との双方を任意に設定し、これを
効率よく確実に実現することができるという優れた効果
がある。

【００３８】第２発明によるときは、貯湯タンクに循環
ポンプ、加熱源付きの循環路を設け、循環路は、貯湯タ
ンクの頂部に取水側を接続し、貯湯タンクの上部におい
てノズルを介して下向きに開口させることによって、加
熱された高温湯をノズルから噴出させ、その循環量を制
御することにより、任意の沸上げ湯量を設定することが
できるので、第１発明を円滑に実施することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 全体構成説明図

【図２】 動作説明線図（１）

【図３】 動作説明線図（２）

【図４】 他の実施例を示す図１相当図

【図５】 別の実施例を示す図１相当図

【符号の説明】

Ｑ…循環量 １０…貯湯タンク ２０…循環路 ２１…循環ポンプ ２２…加熱源 ２３…ノズル ２４…熱量コントローラ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−174253（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−41739（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−158052（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F24H 1/18 302 F24H 1/18

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 密閉式の貯湯タンクを備える貯湯式温水
   器を沸き上げるに際し、貯湯タンクの頂部から取水した
   水を、加熱源を介して貯湯タンクの上部に循環させると
   ともに、貯湯タンク内において下向きに噴出させ、循環
   量を制御することにより沸上げ湯量を無段階に制御する
   ことを特徴とする貯湯式温水器の沸上げ方法。
2. 【請求項２】 密閉式の貯湯タンクと、該貯湯タンクの
   頂部に取水側を接続し、前記貯湯タンクの上部において
   ノズルを介して下向きに開口する循環路と、該循環路に
   介装する循環ポンプと加熱源とを備えてなる貯湯式温水
   器。
3. 【請求項３】 前記ノズルは、前記貯湯タンクの上下方
   向に複数段に設けることを特徴とする請求項２記載の貯
   湯式温水器。
4. 【請求項４】 前記加熱源は、熱量コントローラを備え
   ることを特徴とする請求項２または請求項３記載の貯湯
   式温水器。