JP4975336B2 - 貯湯式給湯機 - Google Patents

Description

本発明は、電気温水機、ヒートポンプ給湯機のような貯湯タンクを有する給湯機であって貯湯水と外部熱負荷との間で熱交換をする貯湯式給湯機に関する。

近年、電気温水機やヒートポンプ給湯機のように深夜電力を利用してランニングコストを抑えた貯湯式給湯機が注目を浴びている。それら貯湯式給湯機は給湯機能や浴槽へのお湯張り機能を有すると同時に貯湯タンクの湯を利用し間接熱交換器により浴槽内の浴槽水を追焚きや保温の機能を有するものがある。

図２はこのような貯湯式給湯機の一例である。貯湯タンク１と、加熱手段２と、貯湯タンク１の湯を利用して外部熱負荷７との間で熱交換を行う熱交換器３と
貯湯タンク１と熱交換器３を接続し湯水を循環させる循環水路４により構成されている。また、外部熱負荷７として、浴槽７および浴槽７の水を熱交換器３に循環させるように外部熱負荷循環ポンプ８も設けられている。

これにより、従来の外部熱負荷７の熱交換機能を備えた貯湯式給湯機では、外部熱負荷７との熱交換時に、外部熱負荷循環ポンプ８を運転して貯湯タンク１の上部より循環水路４に高温水を取り出し、熱交換器３で外部熱負荷７との熱交換をさせ、熱交換後の温度の低くなった温水を貯湯タンク１の下部に戻している。
特開２００１−１０８２９２号公報

しかしながら、従来構成では、熱交換器３の熱源側である、循環水路４を流れる湯水の流量調整は、おこなわれておらず、循環ポンプ６の能力や配管の圧力損失等によって、循環流量が決まる。このように循環流量が一義的にきまってしまうため、貯湯タンク１内が高温で貯湯されていたり、外部熱負荷７が小さい場合、等、循環水路４から貯湯タンク１への戻り温度が高くなり、貯湯タンク１の下部で中途半端なぬるま湯が形成される。このため、追焚のための熱源水としては、温度が低過ぎて使用できず、一方、沸き上げのための加熱手段２がヒートポンプの場合、温度が高過ぎて熱効率が低下するといった問題が生じる場合があった。

そこで、本発明は、上記の如く加熱手段２を個別に有し、貯湯タンク１内の湯を利用した間接熱交換器３により浴槽７内の湯水を追焚き、または保温を行うようにした追焚き機能を有した貯湯式給湯機において、外部熱負荷７が小さい場合であっても貯湯タンク１への戻り温度が高くならず、貯湯タンク１の下部で中途半端なぬるま湯が形成されない貯湯式給湯機を提供することを目的とする。

本発明は、以下の構成により、上記の課題を解決するものである。
（１） 貯湯タンクと、この貯湯タンクの下部より取り込んだ湯水を沸上げた後に前記貯湯タンクの上部に供給する加熱手段と、前記貯湯タンクの湯を利用して外部熱負荷との間で熱交換を行う熱交換器と、前記貯湯タンクと前記熱交換器との間で、前記貯湯タンク上部から前記熱交換器を通り前記貯湯タンク下部へと戻るように湯水を循環させる循環水路と、前記循環水路を流れる湯水の流量を調整する循環ポンプと、前記貯湯タンクの上部と下部の残湯温度を検知する手段を備えた貯湯式給湯機において、前記貯湯タンク上部の残湯の温度が上昇するほど前記循環水路を循環する湯水の流量を減少させるように、前記貯湯タンク上部の残湯の温度が下降するほど前記循環水路を循環する湯水の流量を多くするように、前記循環ポンプにより設定し、
前記循環水路を循環する湯水の流量を設定するために基準とする前記貯湯タンクの残湯の温度は、前記循環水路の湯水の取出口に近い位置に設置された前記残湯温度を検知する手段の温度測定値とする貯湯式給湯機。
（２） 項（１）において、貯湯タンクに貯湯する御湯を加熱する加熱手段としてヒートポンプを用い、前記循環水路を循環して前記貯湯タンク下部へと戻る湯水の温度として、ヒートポンプが沸上げ可能な５５℃以下とした貯湯式給湯機。

請求項１記載の発明によれば、外部熱負荷との熱交換を行う際の熱源側の循環水路の循環流量を、貯湯タンクの残湯温度により制御するため、貯湯タンクの残湯温度が高いときは、流量を少なく、貯湯タンクの残湯温度が低いときは、湯量を多くすることで、貯湯タンクへの戻り温度が高くならず、貯湯タンクの下部で中途半端なぬるま湯が形成されるのを抑制することができる。

請求項２記載の発明によれば、請求項１又は請求項２に記載した貯湯式給湯機において、貯湯タンクに貯湯する御湯を加熱する加熱手段としてヒートポンプを用いた場合は、ランニングコストも優れた貯湯式給湯機を提供することができる。

本発明の貯湯式給湯機の一例を、図１に示す。

本発明に用いる加熱手段２としては、貯湯タンク１の湯水を加熱することが可能なものであれば、特に限定はなく、ヒートポンプ、電気ヒータ、ガスや灯油の燃焼熱を利用した給湯器が使用できる。深夜電力が利用でき、熱効率も高い点で、ヒートポンプ式の加熱装置が望ましい。なお、ヒートポンプを使用する場合、ヒートポンプで使用する冷媒は、高温貯湯が可能であることから炭酸ガスが望ましい。

ヒートポンプでは、貯湯タンク１より取り込んだ水をヒートポンプにより加熱後、貯湯タンク１へ戻す。好ましくは、貯湯タンク１下部より取り込んだ水をヒートポンプにより加熱後、貯湯タンク１上部より供給する。このようにすることによって、貯湯タンク１下部にある低温の湯水をヒートポンプに供給し、上部に高温で戻すことで、効率良く貯湯することができる。

貯湯タンク１は、加熱手段２により加熱された湯を貯えるものであり、材質、形状、容量等、特に限定するものではない。また、貯えた湯を熱交換器３に供給するための循環水路４が接続できる構造である。貯湯式給湯機の貯湯タンク１として通常用いられる、ステンレスを用い、円筒形で、容量が３００ｌ、３７０ｌ、４６０ｌ等のものを用いることができる。また、貯湯タンク１の周りには断熱材を配置するのが望ましい。

熱交換器３は、貯湯タンク１の湯水を利用して、外部熱負荷７の湯水を熱交換できるものであれば良い。例えば、二管式熱交換器３や、プレート熱交換器３がある。

循環水路４は、貯湯タンク１から熱交換器３を通り、循環ポンプ６を介して貯湯タンク１へ戻る熱交換器３の熱源側の水路である。熱交換器３に高温の湯水を供給するため、貯湯タンク１からの取出口は、貯湯タンク１上部が好ましい。また、貯湯タンク１への戻り口は、熱交換によって低温となった湯水を戻すため、貯湯タンク１の下部が好ましい。

温度検知手段５は、貯湯タンク１の残湯の温度を検知できるものであれば、特に問わないが、例えば、サーミスタ等がある。貯湯タンク１の缶体にサーミスタを設置し、缶体の温度を測定することで、残湯の温度を検知することができる。

循環ポンプ６は循環水路４中に設けられ、貯湯タンク１の湯水を熱交換器３に供給し、再び貯湯タンク１戻す能力を有している必要がある。循環ポンプ６は、循環水路４の流量を調整できるように、ＤＣポンプを用い回転数制御可能であるものが望ましい。これにより、回転数制御により、貯湯タンク１の湯水を熱交換器３に循環する量を調整することができる。

残湯温度に基く循環量の制御は、以下のように行う。
まず、残湯温度は、温度検知手段５を用いて検出する。循環流量を設定するための基準となる残湯の温度は、循環水路４の取出口になるべく近い位置の温度検知手段５の温度測定値を採用する。これにより、実際に循環水路４に循環する御湯の温度に近い温度を循環量設定のための基準として採用することができる。
次に、この温度を基準として、例えば、予め規定した循環流量と残湯温度の関係式を用い、循環ポンプ６の回転数を決定することにより、循環量を制御する。なお、予め規定する循環流量と残湯温度の関係式は、貯湯タンク１に戻る循環水は、特に戻り湯の温度に基いた制御を行わなくても、中途半端なぬるま湯にならず、また、ヒートポンプによる沸上げが可能であるように設定する。
これにより、貯湯タンク１に戻る循環水は、特にその温度は制御されず、成り行きとなるが、常にヒートポンプによる沸上げが可能な５５℃以下の温度となる。

外部熱負荷７は、貯湯タンク１と熱交換器３を有する貯湯式給湯機で熱交換を行うことが可能なものであれば、浴槽７の追炊き、保温や、床暖房ユニット等、特に限定するものではない。

以下、本発明に係わる貯湯式給湯機の実施例について、図面に基づき説明する。

図１は、本発明の実施例の１つである。図１に図示した実施例の貯湯式給湯機は、貯湯タンク１、加熱手段２、熱交換器３、循環水路４、温度検知手段５、循環ポンプ６、外部熱負荷７、外部熱負荷循環ポンプ８等により構成されている。

加熱手段２は、二酸化炭素を冷媒とするヒートポンプを使用した。貯湯タンク１との接続は、貯湯タンク１下部より取り込んだ水をヒートポンプで加熱し、再び貯湯タンク１上部に戻すように循環水路４を形成した。

このように接続することで、貯湯タンク１内上部から沸き上げ、ヒートポンプに戻る下部が最後に湧き上がる構造となる。つまり、ヒートポンプで沸き上げられた御湯は、貯湯タンク１の上部から貯湯されていき、最後に下部に達する。貯湯タンク１の下部まで湧き上がった御湯が貯湯され、ヒートポンプに高温の御湯が供給されるようになれば、加熱を行わないようにする。

ヒートポンプで沸き上げた御湯が、貯湯タンク１の下部まで達しない状態でも、貯湯タンク１の上部には高温の御湯が、下部には低温の湯水が貯湯され、異なる温度の湯層に分離して貯湯される。このため、高温の御湯が必要な時は、貯湯タンク１の上部から御湯を取り出し、一方、ヒートポンプで沸き上げる際は、湯水の温度は低い方が効率がよいので、貯湯タンク１の低部から低温の湯水を取り出すようにする。このように、このような貯湯タンク１の構造とすることが使い勝手の点からも熱効率の点からも有利である。

熱交換器３は、プレート式熱交換器３を用いた。

外部熱負荷７は、浴槽７とした。浴槽７の湯水を熱交換器３による熱交換で追焚き・保温を行うために、浴槽７と熱交換器３間に外部熱負荷循環ポンプ８を設け浴槽７内の湯水と熱交換器３の間を循環させるようにした。

熱交換器３の熱源水を貯湯タンク１から取るため、貯湯タンク１から熱交換器３を通り循環ポンプ６を介して貯湯タンク１へ戻る循環水路４を形成した。
熱交換器３に高温の湯水の供給を可能とするため、貯湯タンク１からの取出口は、貯湯タンク１側面上部とした。具体的には、貯湯タンク１の上部から貯湯された高温の御湯の湯量が略５０ｌとなる位置から取出した。つまり、高温の御湯は貯湯タンク１の上部から下部に向けて貯湯されるため、貯湯タンク１の上部からの容積が５０ｌの位置である。
また、貯湯タンク１への戻り口は、熱交換によって、低温となった湯水を戻すため、貯湯タンク１の側面下部とした。具体的には、貯湯タンク１湯量が略２５０ｌとなる位置へ戻した。つまり、貯湯タンク１の上部からの容積が２５０ｌの位置である。

循環ポンプ６は、循環水路４の流量を調整できるようにＤＣポンプを用い回転数制御可能であるものを採用した。

温度検知手段５は、サーミスタを用いた。貯湯タンク１缶体にアルミテープで固定し、貯湯タンク１内の残湯温度を検知できるようにした。

実施例では、加熱手段２として、ヒートポンプを用いたため、ヒートポンプで加熱可能とするためには、貯湯タンク１への循環水路４の戻り温度を略５５℃以下にする必要がある。これに基づき循環水路４の流量と残湯温度の関係式を用い制御することとした。残湯温度は、略循環水路４の貯湯タンク１からの取出し口位置の温度とした。関係式は、一次式を採用した。実験の結果、本実施例では、下記のような算定式を採用した。
ｙ＝―０．１１ｘ＋１３．３（ｙ：流量（ｌ／ｍｉｎ）、ｘ：残湯温度）

実施例で、追焚き性能の確認を行った。

貯湯タンク１の残湯温度８０℃で上記式に基づき循環流量を４．５ｌ／ｍｉｎとし、浴槽７の１０℃の水を４８℃に追焚きした場合、循環水路４の貯湯タンク１への循環水の戻り温度は約５２℃であり、ヒートポンプで沸き上げ可能な５５℃以下であった。

本発明の実施例における貯湯式給湯機の構成図である。 従来例を示す貯湯式給湯機の構成図である。

符号の説明

１…貯湯タンク
２…加熱手段
３…熱交換器
４…循環水路
５…温度検知手段
６…循環ポンプ
７…外部熱負荷（浴槽）
８…外部熱負荷循環ポンプ

Claims (2)

1. 貯湯タンクと、この貯湯タンクの下部より取り込んだ湯水を沸上げた後に前記貯湯タンクの上部に供給する加熱手段と、前記貯湯タンクの湯を利用して外部熱負荷との間で熱交換を行う熱交換器と、前記貯湯タンクと前記熱交換器との間で、前記貯湯タンク上部から前記熱交換器を通り前記貯湯タンク下部へと戻るように湯水を循環させる循環水路と、前記循環水路を流れる湯水の流量を調整する循環ポンプと、前記貯湯タンクの上部と下部の残湯温度を検知する手段を備えた貯湯式給湯機において、前記貯湯タンク上部の残湯の温度が上昇するほど前記循環水路を循環する湯水の流量を減少させるように、前記貯湯タンク上部の残湯の温度が下降するほど前記循環水路を循環する湯水の流量を多くするように、前記循環ポンプにより設定し、
   前記循環水路を循環する湯水の流量を設定するために基準とする前記貯湯タンクの残湯の温度は、前記循環水路の湯水の取出口に近い位置に設置された前記残湯温度を検知する手段の温度測定値とする貯湯式給湯機。
2. 請求項１において、貯湯タンクに貯湯する御湯を加熱する加熱手段としてヒートポンプを用い、前記循環水路を循環して前記貯湯タンク下部へと戻る湯水の温度として、ヒートポンプが沸上げ可能な５５℃以下とした貯湯式給湯機。

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