JP4318647B2 - 貯湯式給湯システム - Google Patents

Description

本発明は、貯湯タンクを有する貯湯式給湯システムに関するものである。

従来の貯湯式給湯システムは、貯湯タンク内の中温水を該貯湯タンクの中ほどから取り出して給湯に利用する構成である（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−１１４０５３（第２頁、図１）

しかしながら、前述した従来の貯湯式給湯システムでは、中温水の取り出しに関しての貯湯タンク内での配管構成については考慮されておらず、貯湯タンクの側面に配管を直接取り付けて構成するだけで貯湯タンクに貯まった中温水を確実に収集できることが前提に記載が成されているが、実際は、図にあるような貯湯タンクに直接配管を取り付けて、その配管が貯湯タンクの中にただ差し込まれているだけの構成では、取り出すときの流量（流速）により、必ずしも中温水を取り出すことができず、むしろ中温水を取り出すことによりタンクの下部から市水が供給されるので流れが生じ、貯湯タンクに形成した中温水取り出し口の横の位置の中温水よりもその下にある比較的低温の水を引っ張って排出してしまい、取り出し口から離れた位置にある水平方向の中温水を利用できないため、中温水の利用効率が低下するという問題があった。

本発明は、前述のような課題を解決するためになされたもので、第１の目的は、簡単な構成で貯湯タンク内の中温水を効率よく利用できる貯湯式給湯システムを得るものである。
また、第２の目的は、中温水の効率のよい利用によって、ヒートポンプ方式による沸き上げ時の加熱効率（成績係数）の低下を軽減できる貯湯式給湯システムを得るものである。
さらに、第３の目的は、貯湯タンク内の中温水取り出し配管の破損や腐敗等の不具合を防止できる貯湯式給湯システムを得るものである。

本発明に係る貯湯式給湯システムは、給湯用の湯を貯えるための貯湯タンクと、貯湯タンクの側面を貫通して設けられ、その貯湯タンク内の端部は配管口が上向きになるように折り曲げられ、貯湯タンク内の中温水を取り出すための中温水取り出し配管とを備え、中温水取り出し配管の貯湯タンク内の端部に、その貯湯タンク内の水が排水されたときにその中温水取り出し配管内に残留する水を排水するための穴を設けたものである。

本発明においては、中温水取り出し配管の貯湯タンク内の端部を、配管口が上向きになるように折り曲げているので、貯湯タンク内の中温水を効率よく利用することができ、この効率のよい中温水の利用によって、ヒートポンプ方式による沸き上げ時の加熱効率の低下を軽減することができる。

また、中温水取り出し配管の貯湯タンク内の端部に、貯湯タンク内の水が排水されたときにその中温水取り出し配管内に残留する水を排水するための穴を設けたので、貯湯タンク内の水を抜いたときの中温水取り出し配管内に残留する水をその穴から排水することが可能になり、このため、残留した水の凍結による中温水取り出し配管の破損や腐敗等の不具合を防止できる。

図１は本発明の実施の形態に係る貯湯式給湯システムを示す構成図、図２は貯湯タンク内の要部拡大図である。
貯湯タンク１は、縦長形状からなり、高温の湯を長時間にわたって保温できるような構造となっている。貯湯タンク１の最下部に市水（水道水）を導入する給水配管２が接続され、貯湯タンク１の最上部に高温の湯を導出する給湯配管５が接続されている。給水配管２には、給湯側混合弁１６に接続された第１の給水バイパス管２ａとふろ側混合弁２２に接続された第２の給水バイパス管２ｂとが接続されている。給湯配管５は、給湯側混合弁１６に接続された第１の給湯バイパス管５ａと、切替弁１９に接続された第２の給湯バイパス管５ｂとに分岐されている。

また、貯湯タンク１の上部側及び下部側には、放熱用循環回路７が接続されている。この放熱用循環回路７は、貯湯タンク１内に貯湯された湯と外部熱負荷である床暖房器８内のブラインとを熱交換する暖房用熱交換器９と、貯湯タンク１内の湯を放熱用循環回路７に循環させる循環ポンプ１０とによって構成されている。床暖房器８は、暖房用熱交換器９の二次側である暖房循環回路１２が接続されており、この暖房循環回路１２には、暖房用熱交換器９から床暖房器８へブラインを循環させる循環ポンプ１３が設けられている。

ヒートポンプ本体１４は、加熱循環回路１５を介して貯湯タンク１の上部側と下部側とに接続されている。加熱循環回路１５にヒートポンプ本体１４に内蔵された循環ポンプ（図示せず）が設けられており、この循環ポンプの駆動により貯湯タンク１の下部側から水を導入し、ヒートポンプにより外気との熱交換を行い、水を高温の湯に沸き上げて貯湯タンク１に戻している。加熱循環回路１５の貯湯タンク１下部側の配管に設置された温度センサ１５ａは、ヒートポンプ本体１４に導入される水温を検出し、その検出温度を制御部３０に送出する。

前述した給湯側混合弁１６は、第１の給水バイパス管２ａからの市水と第１の給湯バイパス管５ａからの高温水とを混合するものであり、この混合された湯は一般の給湯管１７を経由して蛇口１８等の出湯口から排出される。切替弁１９は、貯湯タンク１の側面の例えばほぼ中央部を貫通する中温水取り出し配管２０と第２の給湯バイパス管５ｂとが接続され、ふろ側混合弁２２に供給する湯の流路を切り替えるためのものである。貯湯タンク１の側面中程に設置された温度センサ２１は、貯湯タンク１内の中温水の湯温を検出し、その検出温度を制御部３０に送出する。

また、ふろ側混合弁２２は、切替弁１９から供給される温水と第２の給水配管２ｂから供給される市水を混合してふろ配管２５側に導入させる混合弁であり、ふろ側混合弁２２と開閉弁２４の間のふろ配管２５に設置された温度センサ２３は、浴槽２６に供給される湯温を検出し、その検出温度を制御部３０に送出する。ふろ配管２５に設けられた開閉弁２４は、浴槽２６に所望の温度に混合された温水を供給したり、その供給を遮断したりするための弁である。開閉弁２４の下流側に設置された流量センサ２７は、ふろ配管２５を通して浴槽２６へ供給される湯量を計測し、その情報を制御部３０に送出する。

切替弁１９に接続された中温水取り出し配管２０は、前述したように貯湯タンク１の側面のほぼ中央部を貫通し、その端部は配管口が上向きになるようにほぼＬ字型に屈曲されている。端部の配管口は、前述した温度センサ２１の設置位置よりやや高い位置に配置されている。また、その配管口は、貯湯タンク１の中心軸上に配置されており、ほぼＬ字型に屈曲された外側の角部に、図２に示すように水抜き用の小穴２０ａが設けられている。

操作部３１は、使用者が出湯の温度や湯量を設定するためのものであり、制御部３０は、操作部３１によって設定された所望の温度や湯量、及び温度センサ１５ａ，２１，２３、流量センサ２７の検出値に基づいて循環ポンプ１０，１３，ヒートポンプ本体１４，給湯側混合弁１６，切替弁１９，ふろ側混合弁２２，開閉弁２４等のシステム全体の動作を制御する。なお、浴槽２６に給湯する場合の温度設定は、概ね３５〜４５℃程度である。

次に、本実施の形態における貯湯式給湯システムの動作について図１〜図７を用いて説明する。
まず、給水配管２から給水された市水（水道水）は、減圧弁（図示せず）で所定圧に減圧されて、貯湯タンク１に導入され、貯湯タンク１が常に満水状態となっている。貯湯タンク１内の水は、ヒートポンプ本体１４の循環ポンプ（図示せず）の駆動により、貯湯タンク１の下部側から加熱循環回路１５に取り出され、ヒートポンプ本体１４で熱交換され、設定温度（例えば９０℃）になるように加熱昇温され、貯湯タンク１の上部側から戻される（図１中の矢印ａ）。これにより、貯湯タンク１の上部より９０℃の湯が少量づつ貯湯されていく。このヒートポンプ方式による沸き上げは、温度センサ１５ａの検出温度が一定温度（例えば６０℃）以上になったときに、貯湯タンク１内の水が沸き上がったと判断して終了する（図３の状態）。
なお、ヒートポンプ方式による沸き上げ加熱性能は、ヒートポンプ本体１４に入る水の温度が低いときは、沸き上げの加熱効率が高いが、その水の温度が高いときは沸き上げの加熱効率が低下する特性を持っている。

次に、床暖房を行う場合の動作について説明する。
制御部３０が、操作部３１の操作による床暖房開始の指示を受けると、まず、暖房循環回路１２の循環ポンプ１３を駆動し、放熱用循環回路７の循環ポンプ１３を駆動する。この時、床暖房器８内のブラインが暖房循環回路１２内を循環し、暖房用熱交換器９を通って床暖房器８内に戻される（図１中の矢印ｃ）。一方、循環ポンプ１０の駆動により、貯湯タンク１の上部より高温の湯が放熱用循環回路７に導かれ、暖房用熱交換器９を通って貯湯タンク１の下部に戻される（図１中の矢印ｂ）。この暖房用熱交換器９により、貯湯タンク１内に貯湯された高温の湯から低温のブラインに熱交換（伝熱）され、ブラインを床暖房に適した温度に加熱昇温される。一方、暖房用熱交換器９を通った貯湯タンク１からの湯は、熱が奪われるため、中温水（概ね５０℃程度）となって貯湯タンク１に戻される。この床暖房運転が継続されると、貯湯タンク１内の高温の湯が減少し、中温水が増加してゆき、やがて図４に示すような状態となる。なお、この状態で、例えばヒートポンプ本体１４により貯湯タンク１内の沸き上げを行った場合、床暖房で生成された中温水をヒートポンプサイクルで熱交換を行うことになり、前述のように沸き上げ時の加熱効率（成績係数）が低下することになる。

次に、床暖房によって生成される中温水の処理によるヒートポンプサイクルを用いた加熱方法での加熱効率の向上を実現する動作について説明する。

貯湯タンク１内が図４に示す状態のときに、使用者が浴槽２６への湯はり指示を操作部３１を通じて行うと、温度センサ２１が検出する中温水の温度は一般に５０℃程度であり、湯はりの所望温度範囲（３５〜４５℃程度）よりも十分高温であるので、制御部３０は、貯湯タンク１内の中温水が中温水取り出し配管２０を介して浴槽２６内に流入するように切替弁１９を制御する（図１中の矢印ｄ）。これにより、給水配管２からの新たな市水が貯湯タンク１の最下部から注入されることになる（図１中の矢印ｆ）。この時、貯湯タンク１内への市水の注入により下から上方への流れが生じるが、中温水取り出し配管２０の端部がＬ字型に形成されていて、その配管口が上向きになっているので、市水を吸入することなく、中温水取り出し配管２０の配管口より上側の中温水を積極的に吸入することになり、その結果として、貯湯タンク１内が図５に示すような状態となる。

この状態において、例えば、貯湯タンク１内に貯まった中温水だけで浴槽２６への所望の湯はり量が確保できない場合は、図６に示すような状態となる。この場合、前述のように、温度センサ２１の検出温度が湯はりに適さない３５℃〜４５℃以下となるので、制御部３０は、切替弁１９を切り替えて第１の給湯配管５との流路を確保し、貯湯タンク１の上部側から高温の湯を取り出す（図１中の矢印ｅ）。なお、制御部３０は、この流路の切り替えの際、事前に開閉弁２４を一時的に閉じるように制御する。これは、高温の湯が浴槽２６に流入しないようにしたもので、安全性を考慮している。

また、中温水取り出し配管２０の端部が上向きにほぼＬ字型に形成されているので、長期間使用しないときやメンテナンス等で貯湯タンク１内の水を抜いた場合、中温水取り出し配管２０に水が残留するが、水抜き用の小穴２０ａによりその水が排出される。この水抜き用の小穴２０ａによって、残留した水の凍結による配管の破損や残留した水の腐敗等の不具合を防止することが可能となっている。
なお、前記の水抜き用の小穴２０ａは、中温水を取り出す際には殆ど寄与しないレベルの吸入しか成さないが、残留水を排出するのに充分な大きさの穴である。

以上のように実施の形態によれば、中温水取り出し配管２０の貯湯タンク１内の端部をほぼＬ字型に形成し、その配管口を貯湯タンクの中心軸上において上向きに、かつ温度センサ２１より高い位置に配置したので、浴槽２６の湯はりに利用する中温水を効率よく取り出すことができ、また、中温水の取り出しにより貯湯タンク１の下部に注入された市水からの沸き上げとなるので、沸き上げ時の加熱効率（成績係数）の低下を最小限に抑えることが可能となる。

本発明の実施の形態に係る貯湯式給湯システムを示す構成図である。 貯湯タンク内の要部拡大図である。 貯湯式給湯システムにおける沸き上げ完了時の貯湯水の状態を示しす図である。 貯湯式給湯システムにおける床暖房時の貯湯水の変化を示しす図である。 貯湯式給湯システムにおける浴槽湯張り時の貯湯水の変化を示しす図である。 貯湯式給湯システムにおける浴槽湯張り時の貯湯水の変化を示しす図である。 貯湯式給湯システムにおける中温水取り出し配管による残留水排出の状態を示す拡大図である。

符号の説明

１ 貯湯タンク、２ 給水配管、２ａ 第１の給水バイパス管、２ｂ 第２の給水バイパス管、５ 給湯配管、５ａ 第１の給湯バイパス管、５ｂ 第２の給湯バイパス管、
８ 床暖房器、９ 暖房用熱交換器、１４ ヒートポンプ本体、１５ａ 温度センサ、
１６ 一般給湯側混合弁、１９ 切替弁、２０ 中温水取り出し配管、２０ａ 水抜き用の小穴、２１ 温度センサ、２２ ふろ側混合弁、２３ 温度センサ、２４ 開閉弁、２５ ふろ配管、２６ 浴槽、２７ 流量センサ、３０ 制御部、３１ 操作部。

Claims (3)

1. 給湯用の湯を貯えるための貯湯タンクと、
   該貯湯タンクの側面を貫通して設けられ、その貯湯タンク内の端部は配管口が上向きになるように折り曲げられ、前記貯湯タンク内の中温水を取り出すための中温水取り出し配管とを備え、
   前記中温水取り出し配管の貯湯タンク内の端部に、その貯湯タンク内の水が排水されたときにその中温水取り出し配管内に残留する水を排水するための穴を設けたことを特徴とする貯湯式給湯システム。
2. 前記貯湯タンクの側面に設置され、その貯湯タンク内の中温水の湯温を検出する温度センサを備え、
   前記配管口を前記温度センサの設置位置より高い位置に設けたことを特徴とする請求項１記載の貯湯式給湯システム。
3. 前記配管口を前記貯湯タンクの中心軸上に配置したことを特徴とする請求項１又は２記載の貯湯式給湯システム。

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