JP4972431B2

JP4972431B2 - 給湯装置

Info

Publication number: JP4972431B2
Application number: JP2007058006A
Authority: JP
Inventors: 秀二伊東
Original assignee: Tokyo Gas Co Ltd
Current assignee: Tokyo Gas Co Ltd
Priority date: 2007-03-08
Filing date: 2007-03-08
Publication date: 2012-07-11
Anticipated expiration: 2027-03-08
Also published as: JP2008215784A

Description

本発明は給湯装置に関し、特に、給湯、暖房、給水等の複数用途で使用可能な２以上の貯湯槽で温水または水を貯留する形態の給湯装置に関する。

例えばヒートポンプ給湯器のような給湯手段からの温水を、給湯用と建物の暖房用の２つのタンクに貯湯するようにした貯湯式の給湯装置は知られている。例えば、特許文献１には、複数の貯湯槽を屋内に設置する例が示されている。特許文献２には、ヒートポンプ式給湯機において、貯湯タンクを２つ備え、それらをつなぐ配管を並列に配することにより、貯湯タンクの耐久性の向上を図るとともに、貯湯タンクを１つの場合と、２つの場合との異なった使用方法ができ、設置性の向上を図ることを可能としている。

特許文献３には、屋外に設置される給湯用の第１の貯湯タンクと、建物の床下に配置される暖房用の第２の貯湯タンクを備え、加熱手段は第１の貯湯タンクの温水を加熱し、加熱されて第１の貯湯タンクに貯留された温水の一部は給湯用に使用され、他の一部は第２の貯湯タンクとの間で循環するようになっている。第２の貯湯タンクで暖房用に放熱して温度低下した循環水は第１の貯湯タンクに戻される。

特開２００５−２５７７０８号公報特開２００５−２２６８５８号公報特開２００５−１２１２５４号公報

上記の態様である従来の貯湯式給湯装置は、給湯手段からの温水のすべてが、屋外に設置されている第１の貯湯タンクに一旦は貯湯され、第１の貯湯タンク内に貯留された温水が第２の貯湯タンクに供給される構成であることから、第１の貯湯タンクは大きな容積のものを必要とし、屋外のスペース確保が困難となる場合がある。また、断熱材で第１の貯湯タンクを覆うとしても、容積が大きいだけに無視できない放熱ロスが発生する。さらに、第１の貯湯タンクと第２の貯湯タンクで温水が循環することから、そこでの放熱ロスも大きくなる。

さらに、夏場のように床暖房を必要としないときには、床下に配置した第２の貯湯タンクへの給湯は停止することとなるが、その間は第２の貯湯タンクは機能を停止した状態にあり、設備の利用価値としては低いものとなる。また、機能停止時の第２の貯湯タンクのメンテナンスも容易でない。

本発明は上記のような事情に鑑みてなされたものであり、複数用途の２つの貯湯槽を基本的に備えながら、全体としての放熱ロスを小さくすることができ、かつ通年にわたり双方の貯湯槽を有効活用して設備としての利用価値を高めるようにした、改良された給湯装置を提供することを課題とする。

本発明による給湯装置は、基本的に、給湯手段と、前記給湯手段からの温水が第１の配管を通して供給される第１の貯湯槽と、前記給湯手段からの温水が前記第１の配管とは独立した第２の配管を通して供給されかつ第１の貯湯槽との間で温水が循環することのない前記第１の貯湯槽とは独立した第２の貯湯槽と、前記給湯手段からの温水を前記第１の配管または第２の配管のいずれかに切り替える温水切り替え手段とを少なくとも備え、前記第１の貯湯槽は床下を含む屋内に設置され、前記第２の貯湯槽は屋外に設置されており、さらに、前記第２の貯湯槽へ温水を供給する使用態様のときに、前記第１の貯湯槽へ水を供給する手段と、前記第１の貯湯槽へ温水を供給する使用態様のときに、前記第２の貯湯槽へ水を供給する手段とを備え、それにより、前記第１の貯湯層は前記第２の貯湯層に温水が貯湯されている夏場の使用態様では補助冷房手段として機能することができ、前記第２の貯湯層は前記第１の貯湯層に温水が貯湯されている冬場での使用態様で防火用等の貯水槽として機能することができることを特徴とする。

上記の給湯装置において、第１の貯湯槽と第２の貯湯槽には給湯手段からそれぞれ独立して温水が送られるので、それぞれの貯湯槽は本来その貯湯槽に求められる機能を果たすだけの容積のものであればよい。すなわち、屋内に設置される第１の貯湯槽は主に給湯および暖房用としての機能、屋外に設置される第２の貯湯槽は主に給湯用としての機能を果たすことができるだけの容積を持てばよく、そのために、特に第２の貯湯槽は容積の小さなものとすることができるので、そこからの放熱ロスは小さくなり、また設置スペースも小さくてすむ。また、２つの貯湯槽間を温水が循環しないので、そこでの放熱ロスも小さくなる。

上記の給湯装置の基本的な使用態様は、冬場の暖房を必要とする期間は、温水切り替え手段を操作して屋内にある第１の貯湯槽に温水を供給する。第１の貯湯槽からの放熱により屋内暖房が図られる。第１の貯湯槽から浴室や炊事場等に給湯できるように給湯管を設置してもよい。さらに第１の貯湯槽内の熱を屋内に導いて直接暖房手段として用いることもできる。なお、第１の貯湯槽は放熱機能が主とされるので、その形状は表面積が大きく取れる形状であることが望ましく、例えば、断面が円形、楕円形等の形状が望ましい。表面に波打ち状の凹凸を形成することはさらに好ましい。

上記の給湯装置では、第１の貯湯槽に温水を供給する使用態様のときは、屋外に設置した第２の貯湯槽には温水が供給されないので、装置全体としての放熱ロスは少なくなる。また、そのときに、第２の貯湯槽に水を貯留することにより、第２の貯湯槽を防火用の貯水槽として利用することができる。なお、冬場の暖房を必要とする期間であっても、温水切り替え手段を操作して一時的に屋外にある第２の貯湯槽には温水を供給するような運転態様を取ることもできる。

上記の給湯装置において、必要とされる放熱量に応じて、給湯装置側での給湯温度を適温に設定するような制御を行うようにしてもよく、第１の貯湯槽の貯湯量を調整するような制御を行うようにしてもよい。

夏場の暖房を必要としない期間は、温水切り替え手段を操作して、屋外にある第２の貯湯槽にのみ温水を供給する。そして、第２の貯湯槽から浴室や炊事場等に温水を送り込む。その間、屋内に設置した第１の貯湯槽には温水が供給されないので、本発明による給湯装置の好ましい態様では、設備としての利用効率を高める目的で、第２の貯湯槽へ温水を供給する使用態様のときに、前記第１の貯湯槽へ水を供給する手段がさらに備えられる。

この態様では、第１の貯湯槽を貯水槽として使用することができ、第１の貯湯槽は冷蓄熱槽としての機能を発揮する。すなわち、第１の貯湯槽は屋内空気との熱交換による補助冷房手段として機能する。前記したように、第１の貯湯槽から浴室や炊事場等に給湯できるように給湯管を既に設置している場合には、その配管を給水管として利用することができる。また、貯水の冷熱を屋内に循環させることにより、貯水を直接冷房手段として用いることもできる。その際に、夜間電力を利用した冷水装置をさらに設置し、第１の貯湯槽内に冷水を貯水するようにしてもよく、貯水が室内を循環する経路に冷水装置を配置して水の温度を下げるようにしてもよい。この水は、災害時のバックアップ給水用等として利用することもできる。

冬場と夏場の中間期には、温水切り替え手段を操作して屋外に設置した第２の貯湯槽に温水を供給する。一方、屋内に設置した第１の貯湯槽には水を供給して貯水槽とし、屋内の給水に利用する。夏場での使用態様と同様に、この水は、災害時のバックアップ給水用等として利用することもできる。

本発明による給湯装置において、上記した貯湯槽の使用態様の切り替え、すなわち温水切り替え手段の操作は、手作業によって行ってもよく、予め設定したプログラムに基づいた外気温度による切り替え制御によって行ってもよい。また、各貯湯槽の使用態様を切り替えるときに、配管経路や貯湯槽内に高温水を送り込んで、予め殺菌処理を行うことも推奨される。

本発明による給湯装置において、給湯手段に特に制限はない。好ましくは、装置の構成上から運転を中断することなく長時間にわたる継続運転が望まれる機器、例えば、小型コジェネレーションシステムで使用するガス発電機や燃料電池からの排熱あるいは生成熱を利用して温水を作る給湯手段であることが望ましい。この場合には、発電された電力は家庭用電気として供給される。給湯手段として従来知られたヒートポンプ給湯器も有効に用いることができる。

本発明による給湯装置において、前記屋内に設置する第１の貯湯槽は、床下に設置してもよく、屋内の空いたデッドスペース等に設置してもよい。第１と第２の貯湯槽とを断熱層を介して一体型としたものを用いることができる。その際に、第１の貯湯槽は屋内側に、第２の貯湯槽は断熱層を境界として屋外側となるようにして、建物の壁面や屋根面に等に構造体の一部として取り付ける。

本発明によれば、給湯用と暖房用の２つの貯湯槽を基本的に備えながら、全体としての放熱ロスを小さくすることができ、かつ通年にわたり双方の貯湯槽を有効活用して設備としての利用価値を高めるようにした、改良された給湯装置が得られる。

以下、図面を参照しながら本発明による給湯装置のいくつかの実施の形態を説明する。図１は本発明による給湯装置の第１形態をそれを備える建物とともに示しており、図２は第１の貯湯槽が設置される床下構造の一例を示している。また、図３は第１形態の給湯装置の３つの使用態様を示している。図４，図５，図６は本発明による給湯装置の第２、第３，第４の形態をそれを備える建物とともに示している。

図１に示す第１形態の給湯装置１０において、１１は小型コジェネレーションシステムで使用するガス発電機であり、発電した電力は建物３０に給電される。ガス発電機１１には、そこからの排熱を利用して温水を作り出す給湯手段１２と、その温水を後記する第１の配管２１と第２の配管２３とに切り替えて供給する、例えば切替弁である温水切り替え手段１３が備えられる。ガス発電機１１には都市ガスが燃料ガスとして供給され、また給湯手段１２には給水管１４から水道の燃料は水が供給される。水道水の一部は分岐管１５を介して建物３０側へも供給される。

なお、ここで上記したガス発電機の燃料は、都市ガスだけでなく、プロパンなど他のガス燃料でもよい。また、小型コジェネレーションシステムで使用する発電機は、ガス体燃料に限らす、石油など他の燃料を使用するものでもよい。

給湯手段１２からの温水は、前記した温水切り替え手段１３の操作により、第１の配管２１を通して屋内に設置される第１の貯湯槽２２に供給されてそこに貯湯されるか、または、第１の配管２１とは独立した第２の配管２３を通して第１の貯湯槽２２とは独立して屋外に設置される第２の貯湯槽２４に供給されてそこに貯湯される。温水の供給は選択的であり、温水が双方の貯湯槽２２，２４に同時に供給されることはない。また、第１の貯湯槽２２と第２の貯湯槽２４の間で温水が循環することもない。第２の貯湯槽２４に貯湯される温水は、配管２５を通して建物３０側送られる。

この例で、第１の貯湯槽２２は建物３０の屋内である床下３１に設置されている。図２に示すように、この例で建物３０はコンクリートのべた基礎３２の上に立てられており、床下３１はある程度の断熱空間となっている。より断熱性を高くするために、べた基礎３２の内側面には真空断熱材や発泡樹脂断熱材のような断熱材３３が張り付けられており、建物３０に対向する面には銅箔やアルミ箔のような均熱材３４が取り付けてある。断熱材３３と均熱材３４で囲まれた空間内に、前記第１の貯湯槽２２が設置される。好ましくは、図２に概略を示すように、第１の貯湯槽２２は表面積が大きくなるように楕円形あるいは表面が波打つような形状とされる。

上記第１形態の給湯装置１０の使用形態を説明する。図３（ａ）は冬場の暖房時期における使用形態を説明している。この態様では、給湯手段１２からの温水は、温水切り替え手段１３の切り替え操作により、そのすべてが第１の配管２１を通して第１の貯湯槽２２内に送り込まれ、貯湯される。第２の貯湯槽２４には給湯手段１２からの温水は送られず、必要に応じて、給水管１４からの水道水を貯留する。この場合、第２の貯湯槽２４は防火用の貯水槽として利用される。

第１の貯湯槽２２からの放熱は、均熱材３４を介して建物の室内側に偏ることなく伝達され、室内の補助暖房としての機能を果たす。必要な場合には、第１の貯湯槽２２に貯留されている温水を、浴室や炊事場等に直接給湯できるように、配管２６を設置する。さらに、必要な場合には、第１の貯湯槽２２に貯留されている温水を室内を通して循環させて室内を暖房するクローズされた配管２７も設置する。これにより、暖房を必要とする季節には、給湯手段１２からの温水を効果的に暖房用に用いることができる。第２の貯湯槽２４には温水が貯留されないので、そこからの放熱ロスはない。

図３（ｃ）は、夏場の暖房を必要としない時期における使用形態を説明している。この態様では、給湯手段１２からの温水は、温水切り替え手段１３の切り替え操作により、そのすべてが第２の配管２３を通して第２の貯湯槽２４内に送り込まれ、貯湯される。第１の貯湯槽２２には給湯手段１２からの温水は送られない。第２の貯湯槽２４に貯湯された温水は、配管２５を通して建物３０側送られて、浴槽や炊事場等で利用される。夏場に家庭で使用される熱エネルギーは少ないため、屋外に設置する第２の貯湯槽２４は容量の小さいものでよく、そこからの放熱ロスも小さくなる。

必要な場合には、給水管１４からの水を第１の配管２１を通して第１の貯湯槽２２内に貯留する。この場合、第１の貯湯槽２２は貯水槽として機能する。貯水槽としての第１の貯湯槽２２は、冷熱を室内に送り込むことにより、補助冷房手段として機能する。また、配管２６あるいはクローズされた配管２７を既に設置している場合には、それを利用して、室内への給水および室内の冷房に資することができる。この場合、図示しないが、夜間電力を利用した冷水装置を設置して、第１の貯湯槽２２内に冷水を貯水するようにしてもよい。また、クローズされた配管２７の経路に冷水装置を配置して水の温度を下げるようにしてもよい。なお、第１の貯湯槽２２内の水は、災害時のバックアップ給水用等として利用することもできる。

図３（ｂ）は、暖房時期と冷房時期の中間時期における使用態様を示している。この使用態様は基本的に図３（ｃ）に示した冬場での使用態様であるが、積極的な冷房は必要としないので、第１の貯湯槽２２内に貯留された水は、配管２６を利用して、室内への給水のみに利用される。

上記のようであり、本発明による給湯装置１０は、全体としての放熱ロスを小さくすることができる。また、通年にわたり第１と第２の双方の貯湯槽２２，２４を有効活用して設備としての利用価値を高めることができる。

なお、図３（ａ），図３（ｂ），図３（ｃ）のいずれかの使用態様から、他のいずれかの使用態様に切り替える操作は、手作業による操作であってもよく、外気温度を検出する手段と連動した適宜の切り替えプログラムによってもよい。また、各貯湯槽２２，２４の使用態様を切り替えるときに、使用していなかった側の第１の配管２１あるいは第２の配管２３内に，さらには第１の貯湯槽２２あるいは第２の貯湯槽２４内に高温水を送り込んで、予め殺菌処理を行ったのち、実使用に供するようにすることは、安全面の点から望ましい処理態様である。

図４は、本発明による給湯装置の第２形態をそれを備える建物とともに示している。この形態では、第１の貯湯槽２２が床下３１ではなく、屋内空間のデッドスペースを利用して設置されている。そのために、床下は通常の建物の床下のままであり、特別の断熱手段は講じられていない。その他の構成は、図１に示したものと同じであり、同じ符号を付して説明は省略する。好ましくは、少なくとも第１の貯湯槽２２が設置される床面には、真空断熱材や発泡樹脂断熱材のような断熱材３３が配置され、また、第１の貯湯槽２２の周囲は銅箔のように均熱材３４で覆うようにする。第２形態の給湯装置の使用態様は、第１形態の給湯装置の場合と同じであり、説明は省略する。

図５は、本発明による給湯装置の第３形態をそれを備える建物とともに示している。この形態では、第１貯湯槽２２と第２の貯湯槽２４とを断熱層２８を介して一体型としたものを用いるとともに、それを第１の貯湯槽２２は室内側に、第２の貯湯槽２４は断熱層２８を境界として屋外側となるようにして、建物の壁面に構造体の一部として取り付けている点で、図４に示した第２形態の給湯装置と相違している。その他の構成は、図４に示したものと実質的に同じであり、同じ符号を付して説明は省略する。この第３形態の給湯装置の使用態様は、第１および第２形態の給湯装置の場合と同じであり、説明は省略する。このように２つの貯湯槽を一体型とすることにより、既存の建物へ後付け的に本発明による給湯装置を取り付けることが容易となる。

図６は、本発明による給湯装置の第４形態をそれを備える建物とともに示している。この形態では、前記した第１貯湯槽２２と第２の貯湯槽２４とを断熱層２８を介して一体型としたものを、建物の屋根面に構造体の一部として取り付けた点で、図５に示した第３形態の給湯装置と相違している。その他の構成は、図５に示したものと実質的に同じであり、同じ部材には同じ符号を付して説明は省略する。この構造は、太陽熱を第２の貯湯槽２４に対する補助的熱源として利用できる点で、図５に示したものには期待できない利点がある。この点を除き、第４形態の給湯装置の使用態様は、第３形態の給湯装置の場合と同じであり、説明は省略する。

特に図示しないが、給湯手段として、燃料電池が生成する熱を利用して温水を作る形態の給湯手段や、ヒートポンプ給湯器等を用いることができることは説明を要しない。

本発明による給湯装置の第１形態でそれを備える建物とともに示す図。第１の貯湯槽が設置される床下構造の一例を示す図。第１形態の給湯装置の３つの使用態様を示しており、図３（ａ）は暖房時期の使用態様を、図３（ｂ）は中間時期の使用態様を、図３（ｃ）は冷房時期の使用態様をそれぞれ示している。本発明による給湯装置の第２形態でそれを備える建物とともに示す図。本発明による給湯装置の第３形態でそれを備える建物とともに示す図。本発明による給湯装置の第４形態でそれを備える建物とともに示す図。

符号の説明

１０…第１形態の給湯装置、１１…ガス発電機、１２…給湯手段、１３…温水切り替え手段、１４…給水管、２１…第１の配管、２２…第１の貯湯槽、２３…第２の配管、２４…第２の貯湯槽、２５…配管、２６…配管、２７…クローズされた配管、２８…断熱層、３０…建物、３１…床下、３２…べた基礎、３３…断熱材、３４…均熱材

Claims

給湯手段と、前記給湯手段からの温水が第１の配管を通して供給される第１の貯湯槽と、前記給湯手段からの温水が前記第１の配管とは独立した第２の配管を通して供給されかつ第１の貯湯槽との間で温水が循環することのない前記第１の貯湯槽とは独立した第２の貯湯槽と、前記給湯手段からの温水を前記第１の配管または第２の配管のいずれかに切り替える温水切り替え手段とを少なくとも備え、前記第１の貯湯槽は床下を含む屋内に設置され、前記第２の貯湯槽は屋外に設置されており、
さらに、前記第２の貯湯槽へ温水を供給する使用態様のときに、前記第１の貯湯槽へ水を供給する手段と、
前記第１の貯湯槽へ温水を供給する使用態様のときに、前記第２の貯湯槽へ水を供給する手段とを備え、
それにより、前記第１の貯湯層は前記第２の貯湯層に温水が貯湯されている夏場の使用態様では補助冷房手段として機能することができ、
前記第２の貯湯層は前記第１の貯湯層に温水が貯湯されている冬場での使用態様で防火用等の貯水槽として機能することができることを特徴とする給湯装置。
前記給湯手段が、小型コジェネレーションシステムで使用するガス発電機の排熱を利用して温水を作る給湯手段であることを特徴とする請求項１に記載の給湯装置。
前記給湯手段が、燃料電池が生成する熱を利用して温水を作る給湯手段であることを特徴とする請求項１に記載の給湯装置。