JP4969422B2 - 貯湯式電気給湯機 - Google Patents

Description

本発明は、シスターンタンクと貯湯タンクを備えている貯湯式電気給湯機に関する。

図２に従来の貯湯式電気給湯機の例を示す。図に示すように、シスターンタンクＣへは水道水が給水され、シスターンタンクＣ内の水は給水管６を通り、貯湯タンク１に給水される。シスターンタンクＨは貯湯タンク１の上方に配設されており、シスターンタンクＨと貯湯タンク１の高低差によってシスターンタンクＨ内の水が貯湯タンク１へ自然落下して、貯湯タンク１へ給水される。

通常、貯湯タンク１内は７５〜９０℃の高温の湯で貯湯され、給湯，湯はりのために、貯湯タンク１の上部から取り出した量の分だけ貯湯タンク１下部にシスターンタンクＣから低温の水が給水され、貯湯タンク１の内部は上部に高温水、下部に低温水の層が形成される。

なお、この種貯湯式電気給湯機の例としては、特許文献１に記載のものがある。

特開２００６−１６２１６６号公報

貯湯タンク１の水をヒートポンプＨにより加熱するヒートポンプ加熱方式の電気給湯機では、貯湯タンク１下部の水をヒートポンプＨの熱交換器に導入し、加熱された水は湯となって貯湯タンク１上部に返送されるようになっている。一般に、ヒートポンプ加熱方式の場合、前記熱交換器への入水温度が低いほど、水を沸き上げる際の効率（ＣＯＰ）が向上する。

そのため、貯湯タンク１下部の温度を低くする必要があり、貯湯タンク１内の上部の高温水、下部の低温水の層を乱さないことが重要であり、シスターンタンクＣから貯湯タンク１への給水はシスターンタンクＨと貯湯タンク１の高低差によって水を少量ずつ自然落下させて給水するのが適切である。

また、特許文献１に記載のように電気ヒータで貯湯タンク１内水を加熱する電気ヒータ加熱方式のものもある。

上記ヒートポンプ加熱方式と、電気ヒータにより加熱する電気ヒータ加熱方式のいずれの場合でも、貯湯タンク１内の上部の高温水、下部の低温水の層を乱さないことは、上部の高温水を給湯や追い焚きに効率的に使用するために重要である。

このように、ヒートポンプ加熱方式，電気ヒータ加熱方式いずれの場合も、シスターンタンクＣから貯湯タンク１への給水は、シスターンタンクＨと貯湯タンク１の高低差によって水を少量ずつ自然落下させて給水するのが適切である。

従来のものは、シスターンタンクＣから貯湯タンク１への給水は、シスターンタンクＨと貯湯タンク１の高低差によって水を少量ずつ自然落下させて給水するようにしていたため、電気給湯機の据付時に最初に貯湯タンクに給水する際や、点検，修理等のため、貯湯タンク内の水を抜いて再度給水する場合には、貯湯タンク１内に充分に水が溜まるまで長時間を要するという課題があった。シスターンタンクと貯湯タンクを接続する給水管内に空気が残って自然落下する水の流路が狭められた場合は、更に長時間を要するという問題があった。

本発明の目的は、シスターンタンクと貯湯タンクを備える貯湯式電気給湯機において、貯湯タンク内が空の状態、或いは水位が低い状態から、貯湯タンク内に充分に水が溜まるまでに要する時間を短縮させることにある。

上記目的を達成するために、本発明は、貯湯タンクを備えた貯湯式の電気給湯機において、前記貯湯タンクの上方に配設されたシスターンタンクと、このシスターンタンクから前記貯湯タンクの下部に給水するための第１給水管と、前記シスターンタンクからの水を送水するポンプと、前記シスターンタンクからの水を前記ポンプに導く第２給水管と、第２給水管から前記ポンプに導かれた水を前記貯湯タンクへ導くためのタンク送水管とを備え、このシスターンタンクから前記貯湯タンクへの給水は、第１給水管内を水が自然落下することによる給水で行うと共に、貯湯タンク内の水位が一定値以下の場合に、前記第２給水管及び前記タンク送水管を介して、前記シスターンタンクからの水を前記ポンプを運転して前記貯湯タンクに送水するように制御する制御装置を備えていることを特徴とする。

前記貯湯式電気給湯機において、前記貯湯タンク内の高温水を取出す高温水取出配管と、中温水を取り出すための中温水取出配管を備えると共に、前記高温水取出配管，前記タンク送水管及び前記ポンプを利用して貯湯タンク内の高温の湯を取出し、風呂の湯を追焚するための追焚熱交換器で熱交換させた後、前記貯湯タンク内へ戻す追焚循環回路を形成し、且つ前記タンク送水管の一端を、前記貯湯タンクにおける前記高温水取出配管と前記中温水取出配管との間の前記貯湯タンクに接続するように構成するとより好適である。

なお、前記貯湯タンクに貯湯する水を加熱して湯を作り出す熱源としては、二酸化炭素を冷媒とするヒートポンプを使用することが好適であるが、ヒートポンプの代わりに電気ヒータを採用することも可能である。

本発明の貯湯式電気給湯機によれば、シスターンタンクから前記貯湯タンクへの給水は、第１給水管内を水が自然落下することによる給水で行うと共に、貯湯タンク内の水位が一定値以下の場合に、前記第２給水管及び前記タンク送水管を介して、前記シスターンタンクからの水を前記ポンプを運転して前記貯湯タンクに送水するように制御する制御装置を備えているから、シスターンタンクが空の状態や水位が低い状態でも、シスターンタンク内の水の自然落下による給水と、ポンプによる給水の両方で給水することが可能となり、シスターンタンクから貯湯タンクへ迅速に給水できる効果がある。また、貯湯タンク内の水位が高い場合には、シスターンタンク内の水を自然落下による給水で少しずつ貯湯タンク内に供給できるから、貯湯タンク内の水が攪拌されるのを防止でき、加熱手段による加熱を効率よく行うことができる効果がある。

特に、前記タンク送水管の一端を、貯湯タンクにおける高温水取出配管と中温水取出配管との間の貯湯タンクに接続するように構成したものでは、追焚熱交換器からの湯が貯湯タンク内に戻されることにより貯湯タンク内の湯を攪拌するが、攪拌されるのは中温水以上の高温の湯であり、貯湯タンク下部の低温の水は攪拌されないから、貯湯タンク下部の温度を低温の状態に保持できる効果があり、加熱手段で加熱する際の効率を向上できる効果がある。

以下、本発明の具体的実施例を、図１に基づいて説明する。

図１において、電気給湯機は、貯湯タンク１の水を加熱するヒートポンプＨを備えると共に、該貯湯タンク１の温水により、水道水からの水道直圧の水を間接的に加熱する給湯用熱交換器２を備えている。

貯湯タンク１の中間部には、中温水を導出する中温水取出口３を設け、該中温水取出口３から延設した中温水取出配管３１を、一方を貯湯タンク上部の取出配管９に接続した第１混合弁５に接続し、該第１混合弁５の下流側配管５１を、第２混合弁７に接続するようにしている。

貯湯タンク１の下部には、第１給水管６０が接続されるとともにヒートポンプＨの入水配管Ｈ１が接続されている。この入水配管Ｈ１は、ヒートポンプＨの加熱用熱交換器を通り、出湯配管Ｈ２として貯湯タンク１の上部に接続されている。

貯湯タンク１の上部には、シスターンタンクＣを備えており、給水配管（水道水）６が接続され、第１給水管６１がシスターンタンクＣと貯湯タンク１下部に接続されている。また第２給水管６２が第２混合弁７に接続されている。

第２混合弁７の下流側配管にはポンプ１１と、湯はり回路１２をタンク給水管６３に切替る切替弁１４が設けられている。

給水配管６からシスターンタンクＣを経て貯湯タンク１に導入された水は、ヒートポンプＨにより加温されて貯湯タンク１に貯留されるが、貯湯タンクの上ほど温度が高く、最上部で約９０℃となっている。

貯湯タンク１の上部には高温水を取出す取出配管９が設けられ、取出配管９と第１混合弁５の間には、風呂の追い焚き用熱交換器１０が設けられている。

第１混合弁５には、取出配管９が高温側、中温水取出配管３１が低温側として接続されている。また、第２混合弁７には、第１混合弁５の下流側配管５１が高温側として接続され、第２給水管６２が低温側として接続されている。

給湯は、貯湯タンク１の上部に貯留している高温水を循環ポンプ１５にて導出し、給湯用熱交換器２を通して貯湯タンク１へ返送させると共に、給湯用熱交換器２には給水配管６から水道水直圧の水道水を通し、前記貯湯タンクからの高温水と熱交換して、所定の温度に加熱されて行われる。給湯用熱交換器２で加熱された水道水は、流量センサ２１，アキュームレータ（供給される湯の温度を安定化させるための緩衝タンク）２２を介して、混合栓２３に送られ、給水配管６′からの水道水と混合される。

風呂回路について説明する。貯湯タンク上部の取出配管９と第１混合弁５の高温側との間には追い焚き用熱交換器１０が設けられており、前記第２混合弁７の下流側には、流量センサ（浴槽２４への流量を積算するセンサ）２８及びポンプ１１を介して、湯を、湯はり回路１２側、或いは貯湯タンク１と接続されたタンク給水管６３側へ流すように切替える切替弁（三方弁）１４が設けられている。なお、切替弁１４下流側の湯はり回路１２には、電磁弁２５，逆止弁２６，水位センサ２７が設けられ、浴槽２４と接続されている。

以上のように風呂回路は構成され、湯はり時には、切替弁１４を湯はり回路１２側に切替えられ、また風呂追焚運転時には、切替弁１４はタンク給水管６３側に切替えられる。この風呂追焚運転時には風呂の低温の湯が、湯はり回路１２の配管の一部と追焚回路１２ａを使用して、循環ポンプ１６により追焚熱交換器１０へ送られ、貯湯タンクからの高温の湯と熱交換された後、前記浴槽２４に戻される。なお、２９は水流スイッチで、浴槽の湯が循環しているかいないかを確認するもので、湯が循環していないことを検出したときには追焚運転を停止させるように制御装置で制御される。

通常使用時のシスターンＣから貯湯タンク１への給水は第１給水管６１を通して行われる。即ち、貯湯タンク１の上部から湯を取出した量だけ、シスターンタンクＣから第１給水管６１を通して貯湯タンク１下部に、自然落下により給水される。

電気給湯機の据付時など、最初に貯湯タンクに給水する際や、点検，修理等のため、貯湯タンク内の水を一旦抜いて再度給水する際には、第１給水管６１を通しての自然落下による給水に加えて、ポンプ１１を運転し、第２給水管６２を通して導いた水を、切替弁１４をタンク給水管６３側に切替えて、貯湯タンク１へ給水する。

このように、本実施例の電気給湯機は、シスターンタンクＣと貯湯タンク１を備える電気給湯機において、シスターンタンクから貯湯タンクへの給水を、シスターンタンク内の水の自然落下による給水と、ポンプ１１による給水の何れか、または両方で給水することが可能となる。また、通常使用時の貯湯タンクへの給水は、貯湯タンク上部から取り出した量だけ貯湯タンク下部へ、貯湯タンク内の高温水の層（上部の層）及び低温水の層（下部の層）の層を乱すことなく給水することができる。更に、電気給湯機の据付後の最初の貯湯タンクへの給水時や、点検，修理等のために貯湯タンク内の水を抜いて再給水する際には、上記の自然落下による給水に加えて、ポンプ運転による送水を行うことで、短時間で貯湯タンクが空の状態から充分に水が溜まるまで給水することができる。

このための具体的手段としては、貯湯タンク１内の水位を検出する水位検出手段（図示せず）を設けておき、水位が一定値以下の場合には、ポンプ１１を運転し、第２給水管６２及び前記タンク送水管６３を介して、シスターンタンクＣからの水を貯湯タンク１に送水するように制御する制御装置（図示せず）を設けておくことにより実現できる。なお、第１給水管６１による自然落下による給水はシスターンタンク内の水位と貯湯タンク内の水位差などにより常時行われる。

好ましくは、貯湯タンク１とシスターンタンクＣとを接続するオーバー風呂管３０を設けると良い。また、自然落下により貯湯タンク１に給水する第１給水管は貯湯タンク１の貯湯タンク下部に設けた給水口へ接続される。貯湯タンク内の水位が高い場合には、シスターンタンク内の水を自然落下による給水で少しずつ貯湯タンク内に供給できるから、貯湯タンク内の水が攪拌されるのを防止して温度成層を乱さずに行うことで、加熱手段による加熱を効率よく行うことができる。

なお、前記ポンプ１１は、上記実施例のように、風呂への湯はり用ポンプと、追焚運転時の循環用ポンプとを兼用している。

前記タンク送水管６３の一端は、貯湯タンク１における前記高温水取出配管９と中温水取出配管３との間の貯湯タンク１に接続するように構成している。このように構成することにより、追焚熱交換器１０からの湯が貯湯タンク内に戻されることにより貯湯タンク内の湯を攪拌するが、攪拌されるのは中温水以上の高温の湯であり、貯湯タンク下部の低温の水は攪拌されないから、貯湯タンク下部の温度を低温の状態に保持できる効果があり、加熱手段で加熱する際の効率を向上できる。

なお、ポンプ１１から送水される水の貯湯タンク１への給水口は上述した通り、高温水取出配管９と中温水取出配管３との間の貯湯タンク１に接続するのが好適であるが、貯湯タンク下部または中間部に設けるようにすることも可能である。

また、貯湯タンク１に貯湯する水を加熱して湯を作り出す熱源としては、二酸化炭素を冷媒とするヒートポンプＨを使用することが好適であるが、ヒートポンプＨの代わりに電気ヒータ（図示せず）を採用することも可能である。

本発明において、通常使用時は、貯湯タンク内の上部の高温水、下部の低温水の層を乱すことなく、低温水を貯湯タンク下部へ給水することができることから、ヒートポンプ加熱式の電気給湯機とした場合には、ヒートポンプへの入水温度を低くして、水を沸き上げる際の効率（ＣＯＰ）を向上できる効果がある。また、ヒートポンプ加熱方式，電気ヒータ加熱方式何れの場合でも、貯湯タンク上部に高温水を維持できるから、この高温水を給湯や追い焚きに効率的に使用できる。

また、電気給湯機の据付時に最初に貯湯タンクに給水する際や、点検，修理等のため、貯湯タンク内の水を抜いて再度給水する際は、通常使用時の給水方法に加えて、ポンプを運転して給水することによって、貯湯タンクが空の状態から充分に水が溜まるまでに要する時間を短縮させることができる。

本発明の貯湯式電気給湯機の一実施例を示すシステム構成図である。 従来の貯湯式電気給湯機を示すシステム構成図である。

符号の説明

１ 貯湯タンク
２ 給湯用熱交換器
３ 中温水取出口
５ 第１混合弁
６，６′ 給水配管
７ 第２混合弁
８ 減圧弁
９ 取出配管
１０ 追い焚き用熱交換器
１１ ポンプ
１２ 湯はり回路
１２ａ 追焚回路
１３ タンク戻り配管
１４ 切替弁
１５，１６ 循環ポンプ
２１，２８ 流量センサ
２２ アキュームレータ
２３ 混合栓
２４ 浴槽
２５ 電磁弁
２６ 逆止弁
２７ 水位センサ
２９ 水流スイッチ
３０ オーバー風呂管
３１ 中温水取出配管
５１，７１ 下流側配管
６１ 第１給水管
６２ 第２給水管
６３ タンク給水管
Ｃ シスターンタンク
Ｈ ヒートポンプ
Ｈ１ 入水配管
Ｈ２ 出湯配管

Claims (4)

1. 貯湯タンクを備えた貯湯式の電気給湯機において、
   前記貯湯タンクの上方に配設されたシスターンタンクと、
   このシスターンタンクから前記貯湯タンクの下部に給水するための第１給水管と、
   前記シスターンタンクからの水を送水するポンプと、
   前記シスターンタンクからの水を前記ポンプに導く第２給水管と、
   第２給水管から前記ポンプに導かれた水を前記貯湯タンクへ導くためのタンク送水管と
   を備え、
   このシスターンタンクから前記貯湯タンクへの給水は、第１給水管内を水が自然落下することによる給水で行うと共に、
   貯湯タンク内の水位が一定値以下の場合に、前記第２給水管及び前記タンク送水管を介して、前記シスターンタンクからの水を前記ポンプを運転して前記貯湯タンクに送水するように制御する制御装置を備えている
   ことを特徴とする貯湯式電気給湯機。
2. 請求項１において、前記貯湯タンク内の高温水を取出す高温水取出配管と、中温水を取り出すための中温水取出配管を備えると共に、前記高温水取出配管、前記タンク送水管及び前記ポンプを利用して貯湯タンク内の高温の湯を取出し、風呂の湯を追焚するための追焚熱交換器で熱交換させた後、前記貯湯タンク内へ戻す追焚循環回路を形成し、且つ前記タンク送水管の一端を、前記貯湯タンクにおける前記高温水取出配管と前記中温水取出配管との間の前記貯湯タンクに接続したことを特徴とする貯湯式電気給湯機。
3. 請求項１において、前記貯湯タンクに貯湯する水を加熱して湯を作り出す熱源は、二酸化炭素を冷媒とするヒートポンプであることを特徴とする貯湯式電気給湯機。
4. 請求項１において、前記貯湯タンクに貯湯する水を加熱して湯を作り出す熱源は、電気ヒータであることを特徴とする貯湯式電気給湯機。

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