JP3902984B2 - 貯湯式給湯器 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、給水を貯湯タンク内で加熱して温水を供給する貯湯式給湯器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
給水を貯湯タンク内で加熱して温水を供給する貯湯式給湯器としては、電気温水器などのほか、ガスエンジンで発電をした際の排熱を回収して貯湯タンク内の水を昇温する排熱回収型のものがある。排熱回収型の貯湯式給湯器では、ガスエンジン等の熱源側に設置した排熱回収用の熱交換器と貯湯タンク内に設けた熱交換器との間で水などの熱媒体をポンプで循環させることにより、貯湯タンク内の水を昇温するようになっている。排熱回収型の貯湯式給湯器は、通常、複数の貯湯タンクを備えており、これら複数の貯湯タンクに内蔵されているすべての熱交換器は１つの循環経路の中に直列または並列に接続されている。したがって、熱媒体は、常にすべての貯湯タンクの内蔵する熱交換器を経由して循環するようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の排熱回収型の貯湯式給湯器では、熱媒体が、常に、すべての貯湯タンクの内蔵する熱交換器を循環するので、貯湯タンク内の給水が冷たい状態から運転を開始した場合に、設定されている出湯目標温度の湯を出せる状態になるまでに長い時間を要するという問題があった。
【０００４】
本発明は、このような問題点に着目してなされたもので、運転開始から短時間で使用可能な温度のお湯を供給することのできる貯湯式給湯器を提供することを目的としている。
【０００５】
【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本発明の要旨とするところは、次の各項の発明に存する。
［１］給水を貯湯タンク（２１０、３１０）内で加熱して温水を供給する貯湯式給湯器において、
熱交換器（２１５、３１５）を内蔵した複数の貯湯タンク（２１０、３１０）と、
給水口から給湯口までの間を、少なくとも直列接続される箇所が生じるように前記複数の貯湯タンク（２１０、３１０）を経由して接続する給水経路（４３０）と、
熱源から受熱するための受熱用熱交換器（１０１）と、
熱媒体としての流体を送り出すポンプ（２２０）と、
前記ポンプ（２２０）の送り出す流体を、前記貯湯タンク（２１０、３１０）の内蔵する熱交換器（２１５、３１５）と前記受熱用熱交換器（１０１）とを経由して循環させるための循環流路（４１０、４２０）と、
前記ポンプ（２２０）の送り出す流体を、どの貯湯タンクの内蔵する熱交換器を経由して循環させるかを切り替える流路切替手段（４１１）と、
給水の流れで下流に配置された貯湯タンク（２１０）内の給水が上流に配置された貯湯タンク（３１０）内の給水より優先的に加熱されるように前記流路切替手段（４１１）を制御する制御手段（２０１）とを有し、
給水の流れで上流に配置された貯湯タンク（３１０）の内蔵する熱交換器（３１５）を経由させて熱媒体としての流体を循環させるとき、前記貯湯タンク（３１０）より下流に配置されている貯湯タンク（２１０）の内蔵する熱交換器（２１５）に前記流体の一部を分流して循環させることを特徴とする貯湯式給湯器。
【０００７】
［２］給水を貯湯タンク（２１０、３１０）内で加熱して温水を供給する貯湯式給湯器において、
熱交換器（２１５）を内蔵した１または２以上の基本貯湯タンク（２１０）と、熱交換器（３１５）を内蔵した１または２以上の増設貯湯タンク（３１０）と、
給水口と給湯口の間を、前記増設貯湯タンク（３１０）、前記基本貯湯タンク（２１０）の順に経由して接続する給水経路（４３０）と、
熱源から受熱するための受熱用熱交換器（１０１）と、
熱媒体としての流体を送り出すポンプ（２２０）と、
前記ポンプ（２２０）の送り出す流体を、前記基本貯湯タンク（２１０）の内蔵する熱交換器（２１５）と前記受熱用熱交換器（１０１）とを経由して循環させる第１流路（４１０）と、
前記ポンプ（２２０）の送り出す流体を、前記増設貯湯タンク（３１０）の内蔵する熱交換器（３１５）と前記受熱用熱交換器（１０１）とを経由して循環させる第２流路（４２０）と、
前記ポンプ（２２０）の送り出す流体が前記第１流路（４１０）を循環する状態と前記第２流路（４２０）を循環する状態とに前記流体の流路を切り替える流路切替手段（４１１）と、
前記基本貯湯タンク（２１０）内の水が前記増設貯湯タンク（３１０）内の水より優先的に加熱されるように前記流路切替手段（４１１）を制御する制御手段（２０１）とを有し、
給水の流れで上流に配置された増設貯湯タンク（３１０）の内蔵する熱交換器（３１５）を経由させて熱媒体としての流体を循環させるとき、前記増設貯湯タンク（３１０）より下流に配置されている基本貯湯タンク（２１０）の内蔵する熱交換器（２１５）に前記流体の一部を分流して循環させることを特徴とする貯湯式給湯器。
【０００８】
［３］給水を貯湯タンク（２１０、３１０）内で加熱して温水を供給する貯湯式給湯器において、
熱交換器（２１５）を内蔵した１または２以上の基本貯湯タンク（２１０）と、熱交換器（３１５）を内蔵した１または２以上の増設貯湯タンク（３１０）と、
給水口と給湯口の間を、前記増設貯湯タンク（３１０）、前記基本貯湯タンク（２１０）の順に経由して接続する給水経路（４３０）と、
熱源から受熱するための受熱用熱交換器（１０１）と、
熱媒体としての流体を送り出すポンプ（２２０）と、
前記ポンプ（２２０）の送り出す流体を、前記基本貯湯タンク（２１０）の内蔵する熱交換器（２１５）と前記受熱用熱交換器（１０１）とを経由して循環させる第１流路（４１０）と、
前記ポンプ（２２０）の送り出す流体を、前記増設貯湯タンク（３１０）の内蔵する熱交換器（３１５）と前記受熱用熱交換器（１０１）とを経由して循環させる第２流路（４２０）と、
前記ポンプ（２２０）の送り出す流体が前記第１流路（４１０）を循環する状態と前記流体の一部が前記第１流路（４１０）を循環しかつ残りが前記第２流路（４２０）を循環する状態とに切り替える流路切替手段（４１１）と、
前記基本貯湯タンク（２１０）内の水が前記増設貯湯タンク（３１０）内の水より優先的に加熱されるように前記流路切替手段（４１１）を制御する制御手段（２０１）と
を有することを特徴とする貯湯式給湯器。
【０００９】
［４］前記第１流路（４１０）は、前記ポンプ（２２０）と前記基本貯湯タンク（２１０）に内蔵された熱交換器（２１５）と前記受熱用熱交換器（１０１）とを経由する環状流路であり、
前記第２流路（４２０）は、前記ポンプ（２２０）と前記受熱用熱交換器（１０１）とを経由する部分が前記第１流路（４１０）と共通であって、前記ポンプ（２２０）によって送り出される流体の流れで前記共通の部分の出側で前記第１流路（４１０）から分岐し前記増設貯湯タンク（３１０）に内蔵された熱交換器（３１５）を経由して前記共通の部分の入側で前記第１流路（４１０）に合流するものであり、
前記流路切替手段（４１１）は、前記共通の部分の出側で前記流体を前記第１流路（４１０）側に流すか前記第２流路（４２０）側に流すかを切り替える切替弁（４１１）と、前記流体を前記第２流路（４２０）に流すように前記切替弁（４１１）を設定した状態下で前記流体の一部を前記第１流路（４１０）に分流するバイパス通路（４１２）とを有するものである
ことを特徴とする［３］に記載の貯湯式給湯器。
【００１０】
［５］前記基本貯湯タンク（２１０）は１つであってその容量が前記増設貯湯タンク（３１０）より小さい
ことを特徴とする［２］から［４］の何れかに記載の貯湯式給湯器。
【００１１】
［６］給水経路（４３０）において貯湯タンク（３１０）を並列接続した場合に、これら並列接続された貯湯タンク（３１０）に内蔵されている熱交換器（３１５）同士を並列接続する
ことを特徴とする［１］から［５］の何れかに記載の貯湯式給湯器。
【００１２】
次に、前記各項に記載された発明の作用について説明する。
［１］に記載の発明では、熱交換器（２１５、３１５）を内蔵した複数の貯湯タンク（２１０、３１０）は、給水経路（４３０）により給水口と給湯口の間に少なくとも直列接続される箇所が生じるように接続されている。すなわち、給水は、給水口に近い上流側の貯湯タンク（３１０）から給湯口に近い下流側の貯湯タンク（２１０）へと流れる。貯湯タンクは、給水経路において少なくとも１箇所が直列接続されていればよいので、たとえば、すべてを直列接続にしても、並列接続した複数の貯湯タンクを上流に配置し、これらの下流に並列接続した複数の貯湯タンクを配置するような直並列構成であってもよい。
【００１３】
受熱用熱交換器（１０１）は、ガスエンジンなどの熱源から受熱するものであり、熱媒体としての流体は、ポンプ（２２０）によって送り出され、貯湯タンク（２１０、３１０）の内蔵する熱交換器（２１５、３１５）と受熱用熱交換器（１０１）とを経由する循環流路（４１０、４２０）を循環する。流路切替手段（４１１）は、ポンプ（２２０）の送り出す流体を、受熱用熱交換器（１０１）に加えてどの貯湯タンクの内蔵する熱交換器を経由して循環させるかを切り替えるものであり、制御手段（２０１）は、給水の流れで、下流側の貯湯タンク（２１０、３１０）の給水が優先的に加熱されるように流路切替手段（４１１）を制御する。
【００１４】
たとえば、給水の流れで下流の貯湯タンク（２１０）内の水が目標温度を越えるまで、受熱用熱交換器（１０１）を経由した熱媒体としての流体が当該下流の貯湯タンク（２１０）の熱交換器（２１５）を経由して循環するように流路を切り替える。そして、この下流側の貯湯タンク（２１０）内の水が目標温度に達すると、一段上流の貯湯タンク（３１０）の熱交換器（３１５）を経由するように熱媒体の循環流路を切り替える。
【００１５】
給湯口からの出湯は、最も下流側の貯湯タンク（２１０）から行われるので、上流側の貯湯タンク（３１０）内の給水がまだ低い温度であっても下流の貯湯タンク（２１０）の水さえ暖まれば出湯することが可能になる。したがって、複数の貯湯タンク（２１０、３１０）のうち、給湯口に近い下流の貯湯タンク（２１０）内の給水を優先的に加熱することにより、運転開始から短時間のうちに使用可能な温度のお湯を供給することができる。
【００１６】
さらに、上流の貯湯タンク（３１０）の内蔵する熱交換器（３１５）を経由させて熱媒体としての流体を循環させるとき、それより下流の貯湯タンク（２１０）の内蔵する熱交換器（２１５）に受熱用熱交換器（１０１）を経由した流体の一部を分流して循環させるようになっている。これにより、既に昇温された下流側の貯湯タンク（２１０）内のお湯が上流の貯湯タンク（３１０）内の水を加熱している間に冷めることが防止される。
【００１７】
［２］に記載の発明では、給水口と給湯口の間に、増設貯湯タンク（３１０）と基本貯湯タンク（２１０）とが、基本貯湯タンク（２１０）が下流になるようにして給水経路（４３０）で接続されている。基本貯湯タンク（２１０）、増設貯湯タンク（３１０）は、１つずつであっても複数であってもかまわない。また複数の場合には、基本貯湯タンク（２１０）同士や増設貯湯タンク（３１０）同士を並列接続しても直列接続してもかまわない。
【００１８】
熱媒体としての流体の循環する経路には、基本貯湯タンク（２１０）の内蔵する熱交換器（２１５）と受熱用熱交換器（１０１）とを経由する第１流路（４１０）と、増設貯湯タンク（３１０）の内蔵する熱交換器（３１５）と受熱用熱交換器（１０１）とを経由する第２流路（４２０）がある。流路切替手段（４１１）は、ポンプ（２２０）の送り出す流体が第１流路（４１０）を循環する第１状態と第２流路（４２０）を循環する第２状態とに熱媒体の流路を切り替えるものであり、制御手段（２０１）は、基本貯湯タンク（２１０）内の給水が増設貯湯タンク（３１０）内の給水より優先的に加熱されるように、流路切替手段（４１１）を制御する。
【００１９】
このように、熱媒体の循環経路を切り替えることにより、給水の流れで給湯口に近い下流側に配置された基本貯湯タンク（２１０）内の給水を上流に配置された増設貯湯タンク（３１０）内の給水より優先的に加熱するので、すべての貯湯タンク（２１０、３１０）を同時に加熱する場合に比べて、運転開始から短時間のうちに出湯可能な状態にすることができる。
さらに、上流の増設貯湯タンク（３１０）の内蔵する熱交換器（３１５）を経由させて熱媒体としての流体を循環させるとき、それより下流の基本貯湯タンク（２１０）の内蔵する熱交換器（２１５）に受熱用熱交換器（１０１）を経由した流体の一部を分流して循環させるようになっている。これにより、既に昇温された下流側の基本貯湯タンク（２１０）内のお湯が上流の増設貯湯タンク（３１０）内の水を加熱している間に冷めることが防止される。
【００２０】
［３］に記載の発明では、流路切替手段（４１１）は、ポンプ（２２０）の送り出す流体が第１流路（４１０）を循環する第１状態と、ポンプ（２２０）の送り出す流体の一部が第１流路（４１０）を循環しかつ残りが第２流路（４２０）を循環する分流状態とに熱媒体の循環経路を切り替えるようになっている。第１流路（４１０）には、基本貯湯タンク（２１０）内のお湯の温度が低下しない程度の量の熱媒体を流せば良い。これにより、既に昇温された下流側の基本貯湯タンク（２１０）内のお湯が上流側の増設貯湯タンク（３１０）内の水を加熱している間に冷めることを防止することができる。
【００２１】
［４］に記載の発明では、第１流路（４１０）は、ポンプ（２２０）と基本貯湯タンク（２１０）に内蔵された熱交換器（２１５）と受熱用熱交換器（１０１）とを経由する環状流路で構成されている。このうち、ポンプ（２２０）と受熱用熱交換器（１０１）とを経由する部分は第２流路（４２０）と共通であり、第２流路（４２０）は、ポンプ（２２０）によって送り出される流体の流れで、共通の部分の出側で第１流路（４１０）から分岐し、増設貯湯タンク（３１０）に内蔵された熱交換器（３１５）を経由した後、共通の部分の入側で第１流路（４１０）に合流するようになっている。流路切替手段（４１１）は、共通の部分の出側で熱媒体としての流体を第１流路（４１０）側に流すか第２流路（４２０）側に流すかを切り替える切替弁（４１１）と、流体が第２流路（４２０）に流れるように切替弁（４１１）を設定した状態下で、流体の一部を第１流路（４１０）に分流させるバイパス通路（４１２）とを有している。
【００２２】
このように、増設貯湯タンク（３１０）の熱交換器（３１５）に熱媒体を流す際に、その一部を基本貯湯タンク（２１０）の熱交換器（２１５）にも流すので、増設貯湯タンク（３１０）内の水を加熱する際にこれと並行して基本貯湯タンク（２１０）内の湯を保温することができる。またバイパス通路（４１２）を設けて熱媒体の一部を第１流路（４１０）へ分流したので、分流比の調整機能を備えた弁を使用する必要がなく、単純に熱媒体を第１流路（４１０）と第２流路（４２０）のいずれに流すかを切り替える機能を備えた切替弁（４１１）を使用することができ、装置価格の低減を図ることができる。
【００２３】
［５］に記載の発明では、基本貯湯タンク（２１０）を１つとし、その容量を増設貯湯タンク（３１０）より小さくしてある。これにより、運転開始時に、基本貯湯タンク（２１０）内の水をより短時間で昇温することができる。
【００２４】
［６］に記載の発明では、給水の流れで貯湯タンク（３１０）を並列接続する場合には、これら並列接続された貯湯タンク（３１０）に内蔵されている熱交換器（３１５）同士を熱媒体の流路においても並列接続するようになっている。これにより、給水の流れで並列接続された複数の貯湯タンク（３１０）内の水を均等に加熱することができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明の一実施の形態にかかる貯湯式給湯器１０の概略構成を示している。貯湯式給湯器１０は、ガスエンジンで発電するとともにその排熱で給水を加熱するコージェネレーションシステムの中の給湯部を成すものである。貯湯式給湯器１０は、コージェネレーションシステムのガスエンジンユニット１００に設けられたガスエンジンの排熱を回収する受熱用熱交換器１０１と、基本ユニット２００と、増設ユニット３００とから構成されている。増設ユニット３００は、１つの基本ユニット２００に対して複数設けることができる。図１では、増設ユニット３００を２つ設置したものを示してある。
【００２６】
基本ユニット２００は、基本貯湯タンク２１０と、制御基板２０１等を備えている。増設ユニット３００は、それぞれ１つの増設貯湯タンク３１０を備えている。基本貯湯タンク２１０は、中空の略円柱形状を成しており、給水を貯湯し得る容量は１００リットルである。基本貯湯タンク２１０の底部には、タンク内に給水を注入するための入水管２１１と、タンク内の水を排水するための排水管２１２が設けてある。排水管２１２の途中には流路を開閉するための排水バルブ２１３が取り付けてある。基本貯湯タンク２１０の天井部には、タンク内で加熱された水を給湯口へ送り出すための出水管２１４が設けてある。基本貯湯タンク２１０は、タンク内の水を加熱するための熱交換器２１５を内蔵している。熱交換器２１５は、タンク内部の下方に配置されている。
【００２７】
増設貯湯タンク３１０は、基本貯湯タンク２１０と同様に中空の略円柱形状を成しており、給水を貯湯し得る容量は３００リットルである。増設貯湯タンク３１０の底部には、タンク内に給水を注入するための入水管３１１と、タンク内の水を排水するための排水管３１２が設けてある。排水管３１２の途中には流路を開閉するための排水バルブ３１３が取り付けてある。増設貯湯タンク３１０の天井部には、タンク内で加熱された水を次段の貯湯タンクへ送り出すための出水管３１４が設けてある。またタンク内の水を加熱するための熱交換器３１５をタンクの内部の下方に備えている。
【００２８】
次に、熱媒体の循環経路について説明する。ガスエンジンユニット１００と基本ユニット２００との間には、熱媒体の循環経路として環状の第１流路４１０が形成されている。第１流路４１０は、熱媒体を送り出す循環ポンプ２２０と、受熱用熱交換器１０１と、基本貯湯タンク２１０の内蔵する熱交換器２１５と、シスターン２３０とを循環ポンプ２２０の送出する流体がこの順に流れるように経由して一巡している。第１流路４１０のうち、循環ポンプ２２０の送り出す熱媒体の流れで、受熱用熱交換器１０１の出側と基本貯湯タンク２１０の内蔵する熱交換器２１５との間には、電磁式の三方弁４１１が取り付けてある。
【００２９】
熱媒体を循環させるための第２流路４２０は、循環ポンプ２２０と受熱用熱交換器１０１とを経由する部分が第１流路４１０と共通になっており、三方弁４１１において第１流路４１０から分岐し、増設ユニット３００の有する増設貯湯タンク３１０に内蔵された熱交換器３１５を経由し、基本貯湯タンク２１０の内蔵する熱交換器２１５の出側とシスターン２３０との間の所定箇所で第１流路４１０に合流するように構成されている。すなわち、第２流路４２０は、循環ポンプ２２０と受熱用熱交換器１０１と熱交換器３１５とシスターン２３０とを循環ポンプ２２０の送出する流体がこの順に流れるように経由して一巡している。なお、第２流路４２０には、複数の熱交換器３１５ａ、３１５ｂが並列接続されている。第２流路４２０のうち三方弁４１１から分岐した直後の箇所と第１流路４１０のうち三方弁４１１と熱交換器２１５の入側との間の所定箇所との間は、バイパス通路４１２によって接続されている。
【００３０】
給水経路４３０は、給水口から複数の増設貯湯タンク３１０を並列に経由した後、基本貯湯タンク２１０を経由して給湯口に至るように接続されている。すなわち、給水経路４３０は、給水口４３１と増設貯湯タンク３１０ｂの入水管３１１ｂとを接続するとともに当該接続箇所で分岐してさらに増設貯湯タンク３１０ａの入水管３１１ａに接続されている。また増設貯湯タンク３１０ｂの出水管３１４ｂと増設貯湯タンク３１０ａの出水管３１４ａとを接続して合流させた後、基本貯湯タンク２１０の入水管２１１に接続され、基本貯湯タンク２１０の出水管２１４と給湯口４３２とを接続するように配管されている。
【００３１】
なお、増設ユニット３００をさらに増設すると、その増設ユニット３００の増設貯湯タンク３１０は、給水経路４３０において他の増設貯湯タンク３１０と並列接続される。また熱媒体の流れる第２流路４２０においては増設された増設ユニット３００の増設貯湯タンク３１０が内蔵している熱交換器３１５は、他の増設貯湯タンク３１０の内蔵する熱交換器３１５と並列接続されるようになっている。
【００３２】
このほか、基本貯湯タンク２１０の底部に設けた入水管２１１との接続箇所で給水経路４３０は分岐し、水電磁弁４３３を介してシスターン２３０に接続されている。第１流路４１０および第２流路４２０を循環する熱媒体は、水電磁弁４３３を介して取り込んだ給水を使用するようになっている。
【００３３】
基本貯湯タンク２１０および増設貯湯タンク３１０の内部の上方には、タンク内の水温を検出するための温度センサ２４１、３４１が取り付けられている。制御基板２０１は、マイクロコンピュータを主たる構成要素とする回路であり、貯湯式給湯器１０の動作を統括制御する機能を有している。制御基板２０１には、シスターン２３０の内部に設けた水位センサ２３１、各タンクに設けた温度センサ２４１、３４１、循環ポンプ２２０、三方弁４１１、水電磁弁４３３等が接続されている。制御基板２０１には水位センサ２３１や温度センサ２４１、３４１の出力信号が入力されるとともに、循環ポンプ２２０や三方弁４１１、水電磁弁４３３等の動作を制御するための制御信号が制御基板２０１から出力されるようになっている。
【００３４】
次に作用を説明する。
貯湯式給湯器１０は、設置作業終了後の運転可能な状態において、基本貯湯タンク２１０および増設貯湯タンク３１０を含めて給水口４３１から給湯口４３２までの間が給水で充填されるとともに、第１流路４１０および第２流路４２０にも熱媒体としての給水が充填される。かかる状態で貯湯式給湯器１０の運転を開始すると、制御基板２０１は、温度センサ２４１の検出する温度に基づき基本貯湯タンク２１０の中の給水の温度を判定し、この温度が設定された出湯目標温度以下の場合には、熱媒体が第１流路４１０を循環するように三方弁４１１を設定して、循環ポンプ２２０を動作させる。
【００３５】
この状態でガスエンジンユニット１００のガスエンジンを運転すると、その排熱が受熱用熱交換器１０１で回収され、その熱が基本貯湯タンク２１０の内蔵する熱交換器２１５において放熱され、基本貯湯タンク２１０の中の給水が加熱される。かかる状態で運転を継続すると、基本貯湯タンク２１０の給水の温度が次第に上昇し、やがて出湯目標温度に到達する。
【００３６】
このように、給水の流れで下流にある基本貯湯タンク２１０の中の給水だけを当初加熱するので、すべての貯湯タンク内の給水を同時に並行して加熱する場合に比べて、短時間のうちに基本貯湯タンク２１０内の水温を出湯可能な温度まで昇温することができる。
【００３７】
給湯口４３２の先に設けられた蛇口を開くと、給水口４３１から流入する給水によって後ろから押し出される形で、基本貯湯タンク２１０の上層部分の湯から順に出湯される。したがって、上流に配置された増設貯湯タンク３１０内の給水がまだ低温であっても、基本貯湯タンク２１０の中の給水が出湯目標温度になれば、蛇口から出湯目標温度の湯を出すことができる。すなわち、下流の基本貯湯タンク２１０内の給水を優先的に加熱することによって、運転開始後、短時間でお湯が使用可能になる。さらに基本貯湯タンク２１０の容量を他の貯湯タンクより小さくしてあるので、より一層短時間のうちに出湯可能な状態になる。
【００３８】
基本貯湯タンク２１０の中の水温が出湯目標温度に到達すると制御基板２０１は、熱媒体が第２流路４２０を循環するように三方弁４１１を切り替える。これにより受熱用熱交換器１０１において回収された熱が熱媒体を通じて増設貯湯タンク３１０の内蔵する熱交換器３１５において放熱され、増設貯湯タンク３１０の中の給水が加熱される。また、第２流路４２０を流れる熱媒体の一部はバイパス通路４１２を通じて基本貯湯タンク２１０の内蔵する熱交換器２１５へと分岐して送り込まれ、循環する。これにより、増設貯湯タンク３１０の中の給水を加熱している間に基本貯湯タンク２１０の中の給水が冷めてしまうことが防止される。ここでは、基本貯湯タンク２１０の中の給水を出湯目標温度に維持し得る熱量が確保されるようにバイパス通路４１２への分流比を設定してある。
【００３９】
増設貯湯タンク３１０の内蔵する熱交換器３１５は、第２流路４２０の中で並列接続されているので、複数の増設貯湯タンク３１０の中の給水はほぼ均等に加熱される。一方、給水経路４３０において複数の増設貯湯タンク３１０は並列接続されているので、給湯を開始すると、複数の増設貯湯タンク３１０からほぼ同量の給水が基本貯湯タンク２１０へ供給されることになる。すなわち、複数の増設貯湯タンク３１０ａ、３１０ｂは、１つの大きな貯湯タンクと等価になっている。
【００４０】
以上、本発明の実施の形態を図面によって説明してきたが、具体的な構成はこれに限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更や追加があってもかまわない。
【００４１】
たとえば、実施の形態では、給水経路において複数の増設貯湯タンク３１０を並列接続したが、複数の増設貯湯タンク３１０を直列接続するように構成してもよい。この場合には、第２流路４２０において増設貯湯タンク３１０の内蔵する熱交換器３１５同士を直列に接続するとよい。特に、図２に示すように、給水の流れで下流側の増設貯湯タンク３１０ａの内蔵する熱交換器３１５ａが熱媒体の流れで上流側になるように直列接続すると、給水の流れで下流側の増設貯湯タンク内の水を上流側の増設貯湯タンクよりも優先的に昇温することができ、基本貯湯タンク２１０に送り込む水の温度を早期に高めることができる。図２の場合には、給水の流れでは、上流から増設貯湯タンク３１０ｃ、３１０ｂ、３１０ａの順に直列接続されており、熱媒体の流れでは、上流から熱交換器３１５ａ、３１５ｂ、３１５ｃの順に直列接続されている。
【００４２】
また実施の形態では、熱媒体の循環経路を第１流路４１０と第２流路４２０の２種類用意してこれらを切り替えるようにしたが、多数の循環経路を設け、下流側の貯湯タンクから順次優先的に加熱されるように、循環経路を多段階に切り替えるように構成してもよい。たとえば、図３に示すものでは、給水の流れで最下流の基本貯湯タンク２１０の中の給水を加熱する場合には、熱媒体が受熱用熱交換器１０１と循環ポンプ２２０と熱交換器２１５を経由して循環するように三方弁４１１ａを設定する。基本貯湯タンク２１０内の給水が目標温度に到達すると、循環ポンプ２２０によって送出される熱媒体が受熱用熱交換器１０１と熱交換器３１５ａとを経由して循環するように三方弁４１１ａと三方弁４１１ｂを設定する。これにより増設貯湯タンク３１０ａ内の給水が加熱される。またこのとき熱媒体の一部がバイパス通路４１２ａを通じて熱交換器２１５に流れ、基本貯湯タンク２１０内の給水が保温される。
【００４３】
さらに増設貯湯タンク３１０ａ内の給水が目標温度に到達すると、次は増設貯湯タンク３１０ｂ内の給水が加熱されるように熱媒体の循環経路を切り替える。すなわち、受熱用熱交換器１０１と熱交換器３１５ｂとを経由して循環するように三方弁４１１ａ、三方弁４１１ｂ、三方弁４１１ｃを設定する。このとき熱媒体の一部がバイパス通路４１２ａを通じて熱交換器２１５に、バイパス通路４１２ｂを通じて熱交換器３１５ａに流れるので、既に目標温度に達している下流側の貯湯タンク２１０、３１０ａ内の給水が保温される。
【００４４】
増設貯湯タンク３１０ｂ内の給水が目標温度に到達すると、増設貯湯タンク３１０ｃ内の給水が加熱されるように熱媒体の循環経路を切り替える。すなわち、受熱用熱交換器１０１と熱交換器３１５ｃとを経由して循環するように三方弁４１１ａ、三方弁４１１ｂ、三方弁４１１ｃ、三方弁４１１ｄを設定する。このとき熱媒体の一部がバイパス通路４１２ａを通じて熱交換器２１５に、バイパス通路４１２ｂを通じて熱交換器３１５ａに、バイパス通路４１２ｃを通じて熱交換器３１５ｂに流れる。これにより、既に目標温度に達している下流の貯湯タンク２１０、３１０ａ、３１０ｂ内の給水が目標温度に保温される。
【００４５】
このように、熱媒体の循環経路を多段に切り替えるようにすれば、運転開始後の時間経過に従って出湯可能な温度の湯の貯湯量を増やすことができる。
【００４６】
なお、図１に示したものでは、増設貯湯タンク３１０を２個にしたが、１つ以上であれば適宜の数に変更しても構わない。さらに基本貯湯タンク２１０を複数のタンクに分けて構成し、第１流路４１０がこれらの内蔵する各熱交換器を直列もしくは並列に経由するように構成してもよい。この場合、給水の流れで複数の基本貯湯タンク２１０を並列接続する場合には、熱媒体の流れにおいてもそれらの熱交換器を並列接続し、給水の流れで複数の基本貯湯タンク２１０を直列接続する場合には、熱媒体の流れにおいてもそれらの熱交換器を直列接続するとともに、給水の流れで下流側の基本貯湯タンク２１０の内蔵する熱交換器２１５が熱媒体の流れで上流側になるように直列接続するとよい。
【００４７】
バイパス通路４１２は、図１に示したように設けても良いし、図２、図３に示すように設けてもよい。さらに、バイパス通路４１２および三方弁４１１を設ける代わりに、第１流路から第２流路への分流箇所に、分流比を変更し得る流量制御弁を設ける構成としてもよい。
【００４８】
また実施の形態では、基本貯湯タンク２１０の中の水温を温度センサ２４１で検出し、その検出温度に基づいて熱媒体の流路を切り替えたが、たとえば、熱交換器２１５からの熱媒体の戻り温度を検出し、当該温度に基づいて流路を切り替えるように構成してもよい。かかる構成にすると、基本貯湯タンク２１０内の上部から下部までのすべての給水が目標温度に達したことを１つの温度センサで的確に検出することが可能になる。
【００４９】
このほか実施の形態では、ガスエンジンの排熱を熱源としたコージェネレーションシステムについて説明したが、貯湯式給湯器１０の熱源は排熱を利用するものに限定されない。
【００５０】
【発明の効果】
本発明にかかる貯湯式給湯器によれば、複数の貯湯タンクのうち、給湯口に近い下流の貯湯タンク内の給水を優先的に加熱するので、運転開始から短時間のうちに使用可能な温度のお湯を供給することができる。
【００５１】
さらに、給水の流れで上流に配置された貯湯タンクの内蔵する熱交換器を経由させて熱媒体の流体を循環させるとき、それより下流の貯湯タンクの内蔵する熱交換器に受熱用熱交換器を経由した熱媒体の一部を分流して循環させるので、既に昇温された下流側の貯湯タンク内のお湯が上流の貯湯タンク内の水を加熱している間に冷めることを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る貯湯式給湯器を含むコージェネレーションシステムの概略構成を示す説明図である。
【図２】本発明に係る貯湯式給湯器の変形例であって、増設貯湯タンクを直列接続したものを示す説明図である。
【図３】本発明に係る貯湯式給湯器の変形例であって、熱媒体の循環経路を多段に切り替えるものを示す説明図である。
【符号の説明】
１０…貯湯式給湯器
１００…ガスエンジンユニット
１０１…受熱用熱交換器
２００…基本ユニット
２０１…制御基板
２１０…基本貯湯タンク
２１１…入水管
２１２…排水管
２１３…排水バルブ
２１４…出水管
２１５…熱交換器
２２０…循環ポンプ
２３０…シスターン
２３１…水位センサ
２４１、３４１…温度センサ
３００…増設ユニット
３１０…増設貯湯タンク
３１１…入水管
３１２…排水管
３１３…排水バルブ
３１４…出水管
３１５…熱交換器
４１０…第１流路
４１１…三方弁
４１２…バイパス通路
４２０…第２流路
４３０…給水経路
４３１…給水口
４３２…給湯口
４３３…水電磁弁
【発明の属する技術分野】
本発明は、給水を貯湯タンク内で加熱して温水を供給する貯湯式給湯器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
給水を貯湯タンク内で加熱して温水を供給する貯湯式給湯器としては、電気温水器などのほか、ガスエンジンで発電をした際の排熱を回収して貯湯タンク内の水を昇温する排熱回収型のものがある。排熱回収型の貯湯式給湯器では、ガスエンジン等の熱源側に設置した排熱回収用の熱交換器と貯湯タンク内に設けた熱交換器との間で水などの熱媒体をポンプで循環させることにより、貯湯タンク内の水を昇温するようになっている。排熱回収型の貯湯式給湯器は、通常、複数の貯湯タンクを備えており、これら複数の貯湯タンクに内蔵されているすべての熱交換器は１つの循環経路の中に直列または並列に接続されている。したがって、熱媒体は、常にすべての貯湯タンクの内蔵する熱交換器を経由して循環するようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の排熱回収型の貯湯式給湯器では、熱媒体が、常に、すべての貯湯タンクの内蔵する熱交換器を循環するので、貯湯タンク内の給水が冷たい状態から運転を開始した場合に、設定されている出湯目標温度の湯を出せる状態になるまでに長い時間を要するという問題があった。
【０００４】
本発明は、このような問題点に着目してなされたもので、運転開始から短時間で使用可能な温度のお湯を供給することのできる貯湯式給湯器を提供することを目的としている。
【０００５】
【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本発明の要旨とするところは、次の各項の発明に存する。
［１］給水を貯湯タンク（２１０、３１０）内で加熱して温水を供給する貯湯式給湯器において、
熱交換器（２１５、３１５）を内蔵した複数の貯湯タンク（２１０、３１０）と、
給水口から給湯口までの間を、少なくとも直列接続される箇所が生じるように前記複数の貯湯タンク（２１０、３１０）を経由して接続する給水経路（４３０）と、
熱源から受熱するための受熱用熱交換器（１０１）と、
熱媒体としての流体を送り出すポンプ（２２０）と、
前記ポンプ（２２０）の送り出す流体を、前記貯湯タンク（２１０、３１０）の内蔵する熱交換器（２１５、３１５）と前記受熱用熱交換器（１０１）とを経由して循環させるための循環流路（４１０、４２０）と、
前記ポンプ（２２０）の送り出す流体を、どの貯湯タンクの内蔵する熱交換器を経由して循環させるかを切り替える流路切替手段（４１１）と、
給水の流れで下流に配置された貯湯タンク（２１０）内の給水が上流に配置された貯湯タンク（３１０）内の給水より優先的に加熱されるように前記流路切替手段（４１１）を制御する制御手段（２０１）とを有し、
給水の流れで上流に配置された貯湯タンク（３１０）の内蔵する熱交換器（３１５）を経由させて熱媒体としての流体を循環させるとき、前記貯湯タンク（３１０）より下流に配置されている貯湯タンク（２１０）の内蔵する熱交換器（２１５）に前記流体の一部を分流して循環させることを特徴とする貯湯式給湯器。
【０００７】
［２］給水を貯湯タンク（２１０、３１０）内で加熱して温水を供給する貯湯式給湯器において、
熱交換器（２１５）を内蔵した１または２以上の基本貯湯タンク（２１０）と、熱交換器（３１５）を内蔵した１または２以上の増設貯湯タンク（３１０）と、
給水口と給湯口の間を、前記増設貯湯タンク（３１０）、前記基本貯湯タンク（２１０）の順に経由して接続する給水経路（４３０）と、
熱源から受熱するための受熱用熱交換器（１０１）と、
熱媒体としての流体を送り出すポンプ（２２０）と、
前記ポンプ（２２０）の送り出す流体を、前記基本貯湯タンク（２１０）の内蔵する熱交換器（２１５）と前記受熱用熱交換器（１０１）とを経由して循環させる第１流路（４１０）と、
前記ポンプ（２２０）の送り出す流体を、前記増設貯湯タンク（３１０）の内蔵する熱交換器（３１５）と前記受熱用熱交換器（１０１）とを経由して循環させる第２流路（４２０）と、
前記ポンプ（２２０）の送り出す流体が前記第１流路（４１０）を循環する状態と前記第２流路（４２０）を循環する状態とに前記流体の流路を切り替える流路切替手段（４１１）と、
前記基本貯湯タンク（２１０）内の水が前記増設貯湯タンク（３１０）内の水より優先的に加熱されるように前記流路切替手段（４１１）を制御する制御手段（２０１）とを有し、
給水の流れで上流に配置された増設貯湯タンク（３１０）の内蔵する熱交換器（３１５）を経由させて熱媒体としての流体を循環させるとき、前記増設貯湯タンク（３１０）より下流に配置されている基本貯湯タンク（２１０）の内蔵する熱交換器（２１５）に前記流体の一部を分流して循環させることを特徴とする貯湯式給湯器。
【０００８】
［３］給水を貯湯タンク（２１０、３１０）内で加熱して温水を供給する貯湯式給湯器において、
熱交換器（２１５）を内蔵した１または２以上の基本貯湯タンク（２１０）と、熱交換器（３１５）を内蔵した１または２以上の増設貯湯タンク（３１０）と、
給水口と給湯口の間を、前記増設貯湯タンク（３１０）、前記基本貯湯タンク（２１０）の順に経由して接続する給水経路（４３０）と、
熱源から受熱するための受熱用熱交換器（１０１）と、
熱媒体としての流体を送り出すポンプ（２２０）と、
前記ポンプ（２２０）の送り出す流体を、前記基本貯湯タンク（２１０）の内蔵する熱交換器（２１５）と前記受熱用熱交換器（１０１）とを経由して循環させる第１流路（４１０）と、
前記ポンプ（２２０）の送り出す流体を、前記増設貯湯タンク（３１０）の内蔵する熱交換器（３１５）と前記受熱用熱交換器（１０１）とを経由して循環させる第２流路（４２０）と、
前記ポンプ（２２０）の送り出す流体が前記第１流路（４１０）を循環する状態と前記流体の一部が前記第１流路（４１０）を循環しかつ残りが前記第２流路（４２０）を循環する状態とに切り替える流路切替手段（４１１）と、
前記基本貯湯タンク（２１０）内の水が前記増設貯湯タンク（３１０）内の水より優先的に加熱されるように前記流路切替手段（４１１）を制御する制御手段（２０１）と
を有することを特徴とする貯湯式給湯器。
【０００９】
［４］前記第１流路（４１０）は、前記ポンプ（２２０）と前記基本貯湯タンク（２１０）に内蔵された熱交換器（２１５）と前記受熱用熱交換器（１０１）とを経由する環状流路であり、
前記第２流路（４２０）は、前記ポンプ（２２０）と前記受熱用熱交換器（１０１）とを経由する部分が前記第１流路（４１０）と共通であって、前記ポンプ（２２０）によって送り出される流体の流れで前記共通の部分の出側で前記第１流路（４１０）から分岐し前記増設貯湯タンク（３１０）に内蔵された熱交換器（３１５）を経由して前記共通の部分の入側で前記第１流路（４１０）に合流するものであり、
前記流路切替手段（４１１）は、前記共通の部分の出側で前記流体を前記第１流路（４１０）側に流すか前記第２流路（４２０）側に流すかを切り替える切替弁（４１１）と、前記流体を前記第２流路（４２０）に流すように前記切替弁（４１１）を設定した状態下で前記流体の一部を前記第１流路（４１０）に分流するバイパス通路（４１２）とを有するものである
ことを特徴とする［３］に記載の貯湯式給湯器。
【００１０】
［５］前記基本貯湯タンク（２１０）は１つであってその容量が前記増設貯湯タンク（３１０）より小さい
ことを特徴とする［２］から［４］の何れかに記載の貯湯式給湯器。
【００１１】
［６］給水経路（４３０）において貯湯タンク（３１０）を並列接続した場合に、これら並列接続された貯湯タンク（３１０）に内蔵されている熱交換器（３１５）同士を並列接続する
ことを特徴とする［１］から［５］の何れかに記載の貯湯式給湯器。
【００１２】
次に、前記各項に記載された発明の作用について説明する。
［１］に記載の発明では、熱交換器（２１５、３１５）を内蔵した複数の貯湯タンク（２１０、３１０）は、給水経路（４３０）により給水口と給湯口の間に少なくとも直列接続される箇所が生じるように接続されている。すなわち、給水は、給水口に近い上流側の貯湯タンク（３１０）から給湯口に近い下流側の貯湯タンク（２１０）へと流れる。貯湯タンクは、給水経路において少なくとも１箇所が直列接続されていればよいので、たとえば、すべてを直列接続にしても、並列接続した複数の貯湯タンクを上流に配置し、これらの下流に並列接続した複数の貯湯タンクを配置するような直並列構成であってもよい。
【００１３】
受熱用熱交換器（１０１）は、ガスエンジンなどの熱源から受熱するものであり、熱媒体としての流体は、ポンプ（２２０）によって送り出され、貯湯タンク（２１０、３１０）の内蔵する熱交換器（２１５、３１５）と受熱用熱交換器（１０１）とを経由する循環流路（４１０、４２０）を循環する。流路切替手段（４１１）は、ポンプ（２２０）の送り出す流体を、受熱用熱交換器（１０１）に加えてどの貯湯タンクの内蔵する熱交換器を経由して循環させるかを切り替えるものであり、制御手段（２０１）は、給水の流れで、下流側の貯湯タンク（２１０、３１０）の給水が優先的に加熱されるように流路切替手段（４１１）を制御する。
【００１４】
たとえば、給水の流れで下流の貯湯タンク（２１０）内の水が目標温度を越えるまで、受熱用熱交換器（１０１）を経由した熱媒体としての流体が当該下流の貯湯タンク（２１０）の熱交換器（２１５）を経由して循環するように流路を切り替える。そして、この下流側の貯湯タンク（２１０）内の水が目標温度に達すると、一段上流の貯湯タンク（３１０）の熱交換器（３１５）を経由するように熱媒体の循環流路を切り替える。
【００１５】
給湯口からの出湯は、最も下流側の貯湯タンク（２１０）から行われるので、上流側の貯湯タンク（３１０）内の給水がまだ低い温度であっても下流の貯湯タンク（２１０）の水さえ暖まれば出湯することが可能になる。したがって、複数の貯湯タンク（２１０、３１０）のうち、給湯口に近い下流の貯湯タンク（２１０）内の給水を優先的に加熱することにより、運転開始から短時間のうちに使用可能な温度のお湯を供給することができる。
【００１６】
さらに、上流の貯湯タンク（３１０）の内蔵する熱交換器（３１５）を経由させて熱媒体としての流体を循環させるとき、それより下流の貯湯タンク（２１０）の内蔵する熱交換器（２１５）に受熱用熱交換器（１０１）を経由した流体の一部を分流して循環させるようになっている。これにより、既に昇温された下流側の貯湯タンク（２１０）内のお湯が上流の貯湯タンク（３１０）内の水を加熱している間に冷めることが防止される。
【００１７】
［２］に記載の発明では、給水口と給湯口の間に、増設貯湯タンク（３１０）と基本貯湯タンク（２１０）とが、基本貯湯タンク（２１０）が下流になるようにして給水経路（４３０）で接続されている。基本貯湯タンク（２１０）、増設貯湯タンク（３１０）は、１つずつであっても複数であってもかまわない。また複数の場合には、基本貯湯タンク（２１０）同士や増設貯湯タンク（３１０）同士を並列接続しても直列接続してもかまわない。
【００１８】
熱媒体としての流体の循環する経路には、基本貯湯タンク（２１０）の内蔵する熱交換器（２１５）と受熱用熱交換器（１０１）とを経由する第１流路（４１０）と、増設貯湯タンク（３１０）の内蔵する熱交換器（３１５）と受熱用熱交換器（１０１）とを経由する第２流路（４２０）がある。流路切替手段（４１１）は、ポンプ（２２０）の送り出す流体が第１流路（４１０）を循環する第１状態と第２流路（４２０）を循環する第２状態とに熱媒体の流路を切り替えるものであり、制御手段（２０１）は、基本貯湯タンク（２１０）内の給水が増設貯湯タンク（３１０）内の給水より優先的に加熱されるように、流路切替手段（４１１）を制御する。
【００１９】
このように、熱媒体の循環経路を切り替えることにより、給水の流れで給湯口に近い下流側に配置された基本貯湯タンク（２１０）内の給水を上流に配置された増設貯湯タンク（３１０）内の給水より優先的に加熱するので、すべての貯湯タンク（２１０、３１０）を同時に加熱する場合に比べて、運転開始から短時間のうちに出湯可能な状態にすることができる。
さらに、上流の増設貯湯タンク（３１０）の内蔵する熱交換器（３１５）を経由させて熱媒体としての流体を循環させるとき、それより下流の基本貯湯タンク（２１０）の内蔵する熱交換器（２１５）に受熱用熱交換器（１０１）を経由した流体の一部を分流して循環させるようになっている。これにより、既に昇温された下流側の基本貯湯タンク（２１０）内のお湯が上流の増設貯湯タンク（３１０）内の水を加熱している間に冷めることが防止される。
【００２０】
［３］に記載の発明では、流路切替手段（４１１）は、ポンプ（２２０）の送り出す流体が第１流路（４１０）を循環する第１状態と、ポンプ（２２０）の送り出す流体の一部が第１流路（４１０）を循環しかつ残りが第２流路（４２０）を循環する分流状態とに熱媒体の循環経路を切り替えるようになっている。第１流路（４１０）には、基本貯湯タンク（２１０）内のお湯の温度が低下しない程度の量の熱媒体を流せば良い。これにより、既に昇温された下流側の基本貯湯タンク（２１０）内のお湯が上流側の増設貯湯タンク（３１０）内の水を加熱している間に冷めることを防止することができる。
【００２１】
［４］に記載の発明では、第１流路（４１０）は、ポンプ（２２０）と基本貯湯タンク（２１０）に内蔵された熱交換器（２１５）と受熱用熱交換器（１０１）とを経由する環状流路で構成されている。このうち、ポンプ（２２０）と受熱用熱交換器（１０１）とを経由する部分は第２流路（４２０）と共通であり、第２流路（４２０）は、ポンプ（２２０）によって送り出される流体の流れで、共通の部分の出側で第１流路（４１０）から分岐し、増設貯湯タンク（３１０）に内蔵された熱交換器（３１５）を経由した後、共通の部分の入側で第１流路（４１０）に合流するようになっている。流路切替手段（４１１）は、共通の部分の出側で熱媒体としての流体を第１流路（４１０）側に流すか第２流路（４２０）側に流すかを切り替える切替弁（４１１）と、流体が第２流路（４２０）に流れるように切替弁（４１１）を設定した状態下で、流体の一部を第１流路（４１０）に分流させるバイパス通路（４１２）とを有している。
【００２２】
このように、増設貯湯タンク（３１０）の熱交換器（３１５）に熱媒体を流す際に、その一部を基本貯湯タンク（２１０）の熱交換器（２１５）にも流すので、増設貯湯タンク（３１０）内の水を加熱する際にこれと並行して基本貯湯タンク（２１０）内の湯を保温することができる。またバイパス通路（４１２）を設けて熱媒体の一部を第１流路（４１０）へ分流したので、分流比の調整機能を備えた弁を使用する必要がなく、単純に熱媒体を第１流路（４１０）と第２流路（４２０）のいずれに流すかを切り替える機能を備えた切替弁（４１１）を使用することができ、装置価格の低減を図ることができる。
【００２３】
［５］に記載の発明では、基本貯湯タンク（２１０）を１つとし、その容量を増設貯湯タンク（３１０）より小さくしてある。これにより、運転開始時に、基本貯湯タンク（２１０）内の水をより短時間で昇温することができる。
【００２４】
［６］に記載の発明では、給水の流れで貯湯タンク（３１０）を並列接続する場合には、これら並列接続された貯湯タンク（３１０）に内蔵されている熱交換器（３１５）同士を熱媒体の流路においても並列接続するようになっている。これにより、給水の流れで並列接続された複数の貯湯タンク（３１０）内の水を均等に加熱することができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明の一実施の形態にかかる貯湯式給湯器１０の概略構成を示している。貯湯式給湯器１０は、ガスエンジンで発電するとともにその排熱で給水を加熱するコージェネレーションシステムの中の給湯部を成すものである。貯湯式給湯器１０は、コージェネレーションシステムのガスエンジンユニット１００に設けられたガスエンジンの排熱を回収する受熱用熱交換器１０１と、基本ユニット２００と、増設ユニット３００とから構成されている。増設ユニット３００は、１つの基本ユニット２００に対して複数設けることができる。図１では、増設ユニット３００を２つ設置したものを示してある。
【００２６】
基本ユニット２００は、基本貯湯タンク２１０と、制御基板２０１等を備えている。増設ユニット３００は、それぞれ１つの増設貯湯タンク３１０を備えている。基本貯湯タンク２１０は、中空の略円柱形状を成しており、給水を貯湯し得る容量は１００リットルである。基本貯湯タンク２１０の底部には、タンク内に給水を注入するための入水管２１１と、タンク内の水を排水するための排水管２１２が設けてある。排水管２１２の途中には流路を開閉するための排水バルブ２１３が取り付けてある。基本貯湯タンク２１０の天井部には、タンク内で加熱された水を給湯口へ送り出すための出水管２１４が設けてある。基本貯湯タンク２１０は、タンク内の水を加熱するための熱交換器２１５を内蔵している。熱交換器２１５は、タンク内部の下方に配置されている。
【００２７】
増設貯湯タンク３１０は、基本貯湯タンク２１０と同様に中空の略円柱形状を成しており、給水を貯湯し得る容量は３００リットルである。増設貯湯タンク３１０の底部には、タンク内に給水を注入するための入水管３１１と、タンク内の水を排水するための排水管３１２が設けてある。排水管３１２の途中には流路を開閉するための排水バルブ３１３が取り付けてある。増設貯湯タンク３１０の天井部には、タンク内で加熱された水を次段の貯湯タンクへ送り出すための出水管３１４が設けてある。またタンク内の水を加熱するための熱交換器３１５をタンクの内部の下方に備えている。
【００２８】
次に、熱媒体の循環経路について説明する。ガスエンジンユニット１００と基本ユニット２００との間には、熱媒体の循環経路として環状の第１流路４１０が形成されている。第１流路４１０は、熱媒体を送り出す循環ポンプ２２０と、受熱用熱交換器１０１と、基本貯湯タンク２１０の内蔵する熱交換器２１５と、シスターン２３０とを循環ポンプ２２０の送出する流体がこの順に流れるように経由して一巡している。第１流路４１０のうち、循環ポンプ２２０の送り出す熱媒体の流れで、受熱用熱交換器１０１の出側と基本貯湯タンク２１０の内蔵する熱交換器２１５との間には、電磁式の三方弁４１１が取り付けてある。
【００２９】
熱媒体を循環させるための第２流路４２０は、循環ポンプ２２０と受熱用熱交換器１０１とを経由する部分が第１流路４１０と共通になっており、三方弁４１１において第１流路４１０から分岐し、増設ユニット３００の有する増設貯湯タンク３１０に内蔵された熱交換器３１５を経由し、基本貯湯タンク２１０の内蔵する熱交換器２１５の出側とシスターン２３０との間の所定箇所で第１流路４１０に合流するように構成されている。すなわち、第２流路４２０は、循環ポンプ２２０と受熱用熱交換器１０１と熱交換器３１５とシスターン２３０とを循環ポンプ２２０の送出する流体がこの順に流れるように経由して一巡している。なお、第２流路４２０には、複数の熱交換器３１５ａ、３１５ｂが並列接続されている。第２流路４２０のうち三方弁４１１から分岐した直後の箇所と第１流路４１０のうち三方弁４１１と熱交換器２１５の入側との間の所定箇所との間は、バイパス通路４１２によって接続されている。
【００３０】
給水経路４３０は、給水口から複数の増設貯湯タンク３１０を並列に経由した後、基本貯湯タンク２１０を経由して給湯口に至るように接続されている。すなわち、給水経路４３０は、給水口４３１と増設貯湯タンク３１０ｂの入水管３１１ｂとを接続するとともに当該接続箇所で分岐してさらに増設貯湯タンク３１０ａの入水管３１１ａに接続されている。また増設貯湯タンク３１０ｂの出水管３１４ｂと増設貯湯タンク３１０ａの出水管３１４ａとを接続して合流させた後、基本貯湯タンク２１０の入水管２１１に接続され、基本貯湯タンク２１０の出水管２１４と給湯口４３２とを接続するように配管されている。
【００３１】
なお、増設ユニット３００をさらに増設すると、その増設ユニット３００の増設貯湯タンク３１０は、給水経路４３０において他の増設貯湯タンク３１０と並列接続される。また熱媒体の流れる第２流路４２０においては増設された増設ユニット３００の増設貯湯タンク３１０が内蔵している熱交換器３１５は、他の増設貯湯タンク３１０の内蔵する熱交換器３１５と並列接続されるようになっている。
【００３２】
このほか、基本貯湯タンク２１０の底部に設けた入水管２１１との接続箇所で給水経路４３０は分岐し、水電磁弁４３３を介してシスターン２３０に接続されている。第１流路４１０および第２流路４２０を循環する熱媒体は、水電磁弁４３３を介して取り込んだ給水を使用するようになっている。
【００３３】
基本貯湯タンク２１０および増設貯湯タンク３１０の内部の上方には、タンク内の水温を検出するための温度センサ２４１、３４１が取り付けられている。制御基板２０１は、マイクロコンピュータを主たる構成要素とする回路であり、貯湯式給湯器１０の動作を統括制御する機能を有している。制御基板２０１には、シスターン２３０の内部に設けた水位センサ２３１、各タンクに設けた温度センサ２４１、３４１、循環ポンプ２２０、三方弁４１１、水電磁弁４３３等が接続されている。制御基板２０１には水位センサ２３１や温度センサ２４１、３４１の出力信号が入力されるとともに、循環ポンプ２２０や三方弁４１１、水電磁弁４３３等の動作を制御するための制御信号が制御基板２０１から出力されるようになっている。
【００３４】
次に作用を説明する。
貯湯式給湯器１０は、設置作業終了後の運転可能な状態において、基本貯湯タンク２１０および増設貯湯タンク３１０を含めて給水口４３１から給湯口４３２までの間が給水で充填されるとともに、第１流路４１０および第２流路４２０にも熱媒体としての給水が充填される。かかる状態で貯湯式給湯器１０の運転を開始すると、制御基板２０１は、温度センサ２４１の検出する温度に基づき基本貯湯タンク２１０の中の給水の温度を判定し、この温度が設定された出湯目標温度以下の場合には、熱媒体が第１流路４１０を循環するように三方弁４１１を設定して、循環ポンプ２２０を動作させる。
【００３５】
この状態でガスエンジンユニット１００のガスエンジンを運転すると、その排熱が受熱用熱交換器１０１で回収され、その熱が基本貯湯タンク２１０の内蔵する熱交換器２１５において放熱され、基本貯湯タンク２１０の中の給水が加熱される。かかる状態で運転を継続すると、基本貯湯タンク２１０の給水の温度が次第に上昇し、やがて出湯目標温度に到達する。
【００３６】
このように、給水の流れで下流にある基本貯湯タンク２１０の中の給水だけを当初加熱するので、すべての貯湯タンク内の給水を同時に並行して加熱する場合に比べて、短時間のうちに基本貯湯タンク２１０内の水温を出湯可能な温度まで昇温することができる。
【００３７】
給湯口４３２の先に設けられた蛇口を開くと、給水口４３１から流入する給水によって後ろから押し出される形で、基本貯湯タンク２１０の上層部分の湯から順に出湯される。したがって、上流に配置された増設貯湯タンク３１０内の給水がまだ低温であっても、基本貯湯タンク２１０の中の給水が出湯目標温度になれば、蛇口から出湯目標温度の湯を出すことができる。すなわち、下流の基本貯湯タンク２１０内の給水を優先的に加熱することによって、運転開始後、短時間でお湯が使用可能になる。さらに基本貯湯タンク２１０の容量を他の貯湯タンクより小さくしてあるので、より一層短時間のうちに出湯可能な状態になる。
【００３８】
基本貯湯タンク２１０の中の水温が出湯目標温度に到達すると制御基板２０１は、熱媒体が第２流路４２０を循環するように三方弁４１１を切り替える。これにより受熱用熱交換器１０１において回収された熱が熱媒体を通じて増設貯湯タンク３１０の内蔵する熱交換器３１５において放熱され、増設貯湯タンク３１０の中の給水が加熱される。また、第２流路４２０を流れる熱媒体の一部はバイパス通路４１２を通じて基本貯湯タンク２１０の内蔵する熱交換器２１５へと分岐して送り込まれ、循環する。これにより、増設貯湯タンク３１０の中の給水を加熱している間に基本貯湯タンク２１０の中の給水が冷めてしまうことが防止される。ここでは、基本貯湯タンク２１０の中の給水を出湯目標温度に維持し得る熱量が確保されるようにバイパス通路４１２への分流比を設定してある。
【００３９】
増設貯湯タンク３１０の内蔵する熱交換器３１５は、第２流路４２０の中で並列接続されているので、複数の増設貯湯タンク３１０の中の給水はほぼ均等に加熱される。一方、給水経路４３０において複数の増設貯湯タンク３１０は並列接続されているので、給湯を開始すると、複数の増設貯湯タンク３１０からほぼ同量の給水が基本貯湯タンク２１０へ供給されることになる。すなわち、複数の増設貯湯タンク３１０ａ、３１０ｂは、１つの大きな貯湯タンクと等価になっている。
【００４０】
以上、本発明の実施の形態を図面によって説明してきたが、具体的な構成はこれに限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更や追加があってもかまわない。
【００４１】
たとえば、実施の形態では、給水経路において複数の増設貯湯タンク３１０を並列接続したが、複数の増設貯湯タンク３１０を直列接続するように構成してもよい。この場合には、第２流路４２０において増設貯湯タンク３１０の内蔵する熱交換器３１５同士を直列に接続するとよい。特に、図２に示すように、給水の流れで下流側の増設貯湯タンク３１０ａの内蔵する熱交換器３１５ａが熱媒体の流れで上流側になるように直列接続すると、給水の流れで下流側の増設貯湯タンク内の水を上流側の増設貯湯タンクよりも優先的に昇温することができ、基本貯湯タンク２１０に送り込む水の温度を早期に高めることができる。図２の場合には、給水の流れでは、上流から増設貯湯タンク３１０ｃ、３１０ｂ、３１０ａの順に直列接続されており、熱媒体の流れでは、上流から熱交換器３１５ａ、３１５ｂ、３１５ｃの順に直列接続されている。
【００４２】
また実施の形態では、熱媒体の循環経路を第１流路４１０と第２流路４２０の２種類用意してこれらを切り替えるようにしたが、多数の循環経路を設け、下流側の貯湯タンクから順次優先的に加熱されるように、循環経路を多段階に切り替えるように構成してもよい。たとえば、図３に示すものでは、給水の流れで最下流の基本貯湯タンク２１０の中の給水を加熱する場合には、熱媒体が受熱用熱交換器１０１と循環ポンプ２２０と熱交換器２１５を経由して循環するように三方弁４１１ａを設定する。基本貯湯タンク２１０内の給水が目標温度に到達すると、循環ポンプ２２０によって送出される熱媒体が受熱用熱交換器１０１と熱交換器３１５ａとを経由して循環するように三方弁４１１ａと三方弁４１１ｂを設定する。これにより増設貯湯タンク３１０ａ内の給水が加熱される。またこのとき熱媒体の一部がバイパス通路４１２ａを通じて熱交換器２１５に流れ、基本貯湯タンク２１０内の給水が保温される。
【００４３】
さらに増設貯湯タンク３１０ａ内の給水が目標温度に到達すると、次は増設貯湯タンク３１０ｂ内の給水が加熱されるように熱媒体の循環経路を切り替える。すなわち、受熱用熱交換器１０１と熱交換器３１５ｂとを経由して循環するように三方弁４１１ａ、三方弁４１１ｂ、三方弁４１１ｃを設定する。このとき熱媒体の一部がバイパス通路４１２ａを通じて熱交換器２１５に、バイパス通路４１２ｂを通じて熱交換器３１５ａに流れるので、既に目標温度に達している下流側の貯湯タンク２１０、３１０ａ内の給水が保温される。
【００４４】
増設貯湯タンク３１０ｂ内の給水が目標温度に到達すると、増設貯湯タンク３１０ｃ内の給水が加熱されるように熱媒体の循環経路を切り替える。すなわち、受熱用熱交換器１０１と熱交換器３１５ｃとを経由して循環するように三方弁４１１ａ、三方弁４１１ｂ、三方弁４１１ｃ、三方弁４１１ｄを設定する。このとき熱媒体の一部がバイパス通路４１２ａを通じて熱交換器２１５に、バイパス通路４１２ｂを通じて熱交換器３１５ａに、バイパス通路４１２ｃを通じて熱交換器３１５ｂに流れる。これにより、既に目標温度に達している下流の貯湯タンク２１０、３１０ａ、３１０ｂ内の給水が目標温度に保温される。
【００４５】
このように、熱媒体の循環経路を多段に切り替えるようにすれば、運転開始後の時間経過に従って出湯可能な温度の湯の貯湯量を増やすことができる。
【００４６】
なお、図１に示したものでは、増設貯湯タンク３１０を２個にしたが、１つ以上であれば適宜の数に変更しても構わない。さらに基本貯湯タンク２１０を複数のタンクに分けて構成し、第１流路４１０がこれらの内蔵する各熱交換器を直列もしくは並列に経由するように構成してもよい。この場合、給水の流れで複数の基本貯湯タンク２１０を並列接続する場合には、熱媒体の流れにおいてもそれらの熱交換器を並列接続し、給水の流れで複数の基本貯湯タンク２１０を直列接続する場合には、熱媒体の流れにおいてもそれらの熱交換器を直列接続するとともに、給水の流れで下流側の基本貯湯タンク２１０の内蔵する熱交換器２１５が熱媒体の流れで上流側になるように直列接続するとよい。
【００４７】
バイパス通路４１２は、図１に示したように設けても良いし、図２、図３に示すように設けてもよい。さらに、バイパス通路４１２および三方弁４１１を設ける代わりに、第１流路から第２流路への分流箇所に、分流比を変更し得る流量制御弁を設ける構成としてもよい。
【００４８】
また実施の形態では、基本貯湯タンク２１０の中の水温を温度センサ２４１で検出し、その検出温度に基づいて熱媒体の流路を切り替えたが、たとえば、熱交換器２１５からの熱媒体の戻り温度を検出し、当該温度に基づいて流路を切り替えるように構成してもよい。かかる構成にすると、基本貯湯タンク２１０内の上部から下部までのすべての給水が目標温度に達したことを１つの温度センサで的確に検出することが可能になる。
【００４９】
このほか実施の形態では、ガスエンジンの排熱を熱源としたコージェネレーションシステムについて説明したが、貯湯式給湯器１０の熱源は排熱を利用するものに限定されない。
【００５０】
【発明の効果】
本発明にかかる貯湯式給湯器によれば、複数の貯湯タンクのうち、給湯口に近い下流の貯湯タンク内の給水を優先的に加熱するので、運転開始から短時間のうちに使用可能な温度のお湯を供給することができる。
【００５１】
さらに、給水の流れで上流に配置された貯湯タンクの内蔵する熱交換器を経由させて熱媒体の流体を循環させるとき、それより下流の貯湯タンクの内蔵する熱交換器に受熱用熱交換器を経由した熱媒体の一部を分流して循環させるので、既に昇温された下流側の貯湯タンク内のお湯が上流の貯湯タンク内の水を加熱している間に冷めることを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る貯湯式給湯器を含むコージェネレーションシステムの概略構成を示す説明図である。
【図２】本発明に係る貯湯式給湯器の変形例であって、増設貯湯タンクを直列接続したものを示す説明図である。
【図３】本発明に係る貯湯式給湯器の変形例であって、熱媒体の循環経路を多段に切り替えるものを示す説明図である。
【符号の説明】
１０…貯湯式給湯器
１００…ガスエンジンユニット
１０１…受熱用熱交換器
２００…基本ユニット
２０１…制御基板
２１０…基本貯湯タンク
２１１…入水管
２１２…排水管
２１３…排水バルブ
２１４…出水管
２１５…熱交換器
２２０…循環ポンプ
２３０…シスターン
２３１…水位センサ
２４１、３４１…温度センサ
３００…増設ユニット
３１０…増設貯湯タンク
３１１…入水管
３１２…排水管
３１３…排水バルブ
３１４…出水管
３１５…熱交換器
４１０…第１流路
４１１…三方弁
４１２…バイパス通路
４２０…第２流路
４３０…給水経路
４３１…給水口
４３２…給湯口
４３３…水電磁弁
Claims (6)
- 給水を貯湯タンク内で加熱して温水を供給する貯湯式給湯器において、
熱交換器を内蔵した複数の貯湯タンクと、
給水口から給湯口までの間を、少なくとも直列接続される箇所が生じるように前記複数の貯湯タンクを経由して接続する給水経路と、
熱源から受熱するための受熱用熱交換器と、
熱媒体としての流体を送り出すポンプと、
前記ポンプの送り出す流体を、前記貯湯タンクの内蔵する熱交換器と前記受熱用熱交換器とを経由して循環させるための循環流路と、
前記ポンプの送り出す流体を、どの貯湯タンクの内蔵する熱交換器を経由して循環させるかを切り替える流路切替手段と、
給水の流れで下流に配置された貯湯タンク内の給水が上流に配置された貯湯タンク内の給水より優先的に加熱されるように前記流路切替手段を制御する制御手段とを有し、
給水の流れで上流に配置された貯湯タンクの内蔵する熱交換器を経由させて熱媒体としての流体を循環させるとき、前記貯湯タンクより下流に配置されている貯湯タンクの内蔵する熱交換器に前記流体の一部を分流して循環させることを特徴とする貯湯式給湯器。 - 給水を貯湯タンク内で加熱して温水を供給する貯湯式給湯器において、
熱交換器を内蔵した１または２以上の基本貯湯タンクと、熱交換器を内蔵した１または２以上の増設貯湯タンクと、
給水口と給湯口の間を、前記増設貯湯タンク、前記基本貯湯タンクの順に経由して接続する給水経路と、
熱源から受熱するための受熱用熱交換器と、
熱媒体としての流体を送り出すポンプと、
前記ポンプの送り出す流体を、前記基本貯湯タンクの内蔵する熱交換器と前記受熱用熱交換器とを経由して循環させる第１流路と、
前記ポンプの送り出す流体を、前記増設貯湯タンクの内蔵する熱交換器と前記受熱用熱交換器とを経由して循環させる第２流路と、
前記ポンプの送り出す流体が前記第１流路を循環する状態と前記第２流路を循環する状態とに前記流体の流路を切り替える流路切替手段と、
前記基本貯湯タンク内の水が前記増設貯湯タンク内の水より優先的に加熱されるように前記流路切替手段を制御する制御手段とを有し、
給水の流れで上流に配置された増設貯湯タンクの内蔵する熱交換器を経由させて熱媒体としての流体を循環させるとき、前記増設貯湯タンクより下流に配置されている基本貯湯タンクの内蔵する熱交換器に前記流体の一部を分流して循環させることを特徴とする貯湯式給湯器。 - 給水を貯湯タンク内で加熱して温水を供給する貯湯式給湯器において、
熱交換器を内蔵した１または２以上の基本貯湯タンクと、熱交換器を内蔵した１または２以上の増設貯湯タンクと、
給水口と給湯口の間を、前記増設貯湯タンク、前記基本貯湯タンクの順に経由して接続する給水経路と、
熱源から受熱するための受熱用熱交換器と、
熱媒体としての流体を送り出すポンプと、
前記ポンプの送り出す流体を、前記基本貯湯タンクの内蔵する熱交換器と前記受熱用熱交換器とを経由して循環させる第１流路と、
前記ポンプの送り出す流体を、前記増設貯湯タンクの内蔵する熱交換器と前記受熱用熱交換器とを経由して循環させる第２流路と、
前記ポンプの送り出す流体が前記第１流路を循環する状態と前記流体の一部が前記第１流路を循環しかつ残りが前記第２流路を循環する状態とに切り替える流路切替手段と、
前記基本貯湯タンク内の水が前記増設貯湯タンク内の水より優先的に加熱されるように前記流路切替手段を制御する制御手段と
を有することを特徴とする貯湯式給湯器。 - 前記第１流路は、前記ポンプと前記基本貯湯タンクに内蔵された熱交換器と前記受熱用熱交換器とを経由する環状流路であり、
前記第２流路は、前記ポンプと前記受熱用熱交換器とを経由する部分が前記第１流路と共通であって、前記ポンプによって送り出される流体の流れで前記共通の部分の出側で前記第１流路から分岐し前記増設貯湯タンクに内蔵された熱交換器を経由して前記共通の部分の入側で前記第１流路に合流するものであり、
前記流路切替手段は、前記共通の部分の出側で前記流体を前記第１流路側に流すか前記第２流路側に流すかを切り替える切替弁と、前記流体を前記第２流路に流すように前記切替弁を設定した状態下で前記流体の一部を前記第１流路に分流するバイパス通路とを有するものである
ことを特徴とする請求項３に記載の貯湯式給湯器。 - 前記基本貯湯タンクは１つであってその容量が前記増設貯湯タンクより小さい
ことを特徴とする請求項２から４の何れかに記載の貯湯式給湯器。 - 給水経路において貯湯タンクを並列接続した場合に、これら並列接続された貯湯タンクに内蔵されている熱交換器同士を並列接続する
ことを特徴とする請求項１から５の何れかに記載の貯湯式給湯器。
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