JP5007353B2 - 給湯装置 - Google Patents

Description

この発明は、ホテル、旅館、病院などで用いられる集合温水供給装置に関する。

従来広く使われている貯湯式給湯装置は、ボイラで生成された温水はいったん貯湯槽に送られ、そこから温水は循環ポンプで給湯管を巡り、再び貯湯槽に戻るようになっており、給湯管の途中に設けられた給湯栓を開ければ温水が得られるようになっている（例えば、特許文献１参照）。

このような従来の給湯装置は、構造が簡単であるが、いくつかの欠点を抱えている。まず、システム起動時、貯湯槽の水温が適度な温度になるまで長い時間がかかり、その間、温度の低い湯しか供給することができないという欠点がある。
貯湯槽は本来、上下方向に温度分布を生じ、中間に温度勾配の急な部分（温度推移層）を有することが望ましく、このように温度成層の状態を保持していれば、槽内下部領域の温度が低くても、槽内上部領域には高温の湯が溜まっているので、要求があれば直にその湯を供給することができる。しかし、従来の貯湯式給湯装置では、給湯管を一巡した湯が貯湯槽に（通常は槽の中段に）戻されるが、このため槽内をかき混ぜてしまい、温度成層を妨げてしまう欠点がある。また、このことはボイラの入口温度の変化につながり、入口温度が高い場合には、ボイラは低負荷運転となってボイラの熱効率が低下する。また、給湯要求がボイラ能力を上回る場合には、ボイラ出口温度が下がって、給湯温度および貯湯温度の低下を招く。

特開２０００−２４９４０３公報

この発明は、起動時に短時間で適温の温水を供給でき、しかも、貯湯槽を温度成層の状態に保つことのできる給湯装置を提供することを課題とする。

この発明に係る給湯装置は、ボイラの給湯側から延びてボイラの補水側に至る循環管路を設け、循環管路の途中に給湯栓を設ける。他方、貯湯槽を設け、その上部領域を上部管を介して循環管路の上流側と結ぶ。さらに三方弁を設け、その第１のインレットポートをボイラの給湯側と接続し、第２のインレットポートを貯湯槽の下部領域から導かれた下部管に接続し、アウトレットポートを循環管路の下流側に接続する。さらに制御手段を有し、これは、ボイラの給湯側の温度を検出し、その温度が所定の値より低いときに、該三方弁の第１のインレットポートへの流量を多くし、反対に所定値より高いときに第２のポートの流量を多くして、ボイラの給湯温度をほぼ一定に保つようにした制御する。

このように、循環管路をボイラの補水側に戻すようにして、貯湯槽には戻さないようにしたので、貯湯槽内が戻り湯でかき混ぜられることがなく、温度成層の状態を維持することができる。したがって、湯が常時、多かれ少なかれ貯湯槽に蓄えられているので、要求があれば直ちにその湯を供給することができる。

なお、上部管および下部管の各端に、貯湯槽の天井または底に向けてラッパ状のディフューザを設けることが好ましい。こうすれば、貯湯槽に湯水が流入、流出するとき、ディフーザの働きで管端部での湯水の流速が減速され、温度成層が破壊されにくい効果がある。

給湯装置の構成図であり、湯の消費量が少ないときの運転状況を示す。 同じ給湯装置の構成図であり、ボイラが停止し、貯湯槽内の湯を供給している状態を示す。 同じ給湯装置の構成図であり、湯の消費量が多いときの運転状況を示す。

図１において、符号１は給湯ボイラであり、これは、稼働中、ほぼ一定温度の湯をほぼ一定流量で供給する。ボイラの給湯側１ａから循環管路２が延び、建物内を一巡した後、該ボイラの補水側１ｂに戻って来る。循環管路２の上流側には加圧ポンプ３があり、これで加圧された温水が、給湯栓５から供給される。また、循環管路２の下流側にも加圧ポンプ６があり、消費されなかった温水がこのポンプでボイラ１に戻される。

給湯栓５から消費される湯量が、ボイラ１の給湯量より少ないとき、余った湯を貯留し、逆に、消費が増えて湯量が不足するときは、貯留していた湯を供給するために、貯湯槽７が設けられている。貯湯槽７の上部領域は上部管９によって循環管路２の上流側と結ばれ、同じく下部領域は下部管１０を経て循環管路２の下流側と結ばれいる。なお、下部管１０には、外部から補水するために給水管１１（水道管）が接続されている。

貯湯槽７は、温度成形が得やすいよう、上下に細長い形状が望ましく、ここでは、円筒部７ａの上下開口部を、椀状に形成した鏡板７ｂで塞いで形成されている。上部および下部管９，１０の各端には、該貯湯槽の天井または床に向けてラッパ状に開いたディフューザ１２が設けられており、貯湯槽に湯水が流入流出するとき、ディフーザの働きで湯水の流速が減速され、貯湯槽内の温度成層が壊されないようになっている。

貯湯槽７の下部には、給湯ボイラの発停を司るサーモスタット１３が設けられている。貯湯槽内の温度推移層（湯水の境界）のレベルがそのサーモスタットの位置より低くなると、サーモスタットが温水に触れ、ボイラ１を停止させる。逆に、温度推移層のレベルが高くなると、サーモスタットが冷水に浸かり、ボイラを始動させる。

ボイラから送られる湯の温度をほぼ一定に保つために、自動制御のミキシング三方弁１５が下部管１０の途中に設けてある。この弁が有する２つのインレットポートの内、第１のポート１５ａは接続管１６を介して循環管路２の上流側に接続されており、第２のポート１５ｂは下部管１０を介して貯湯槽７の下部領域に繋がっている。三方弁のアウトレットポート１５ｃは、下部管１０を介してボイラの補水側１ｂに繋がっている。符号１７はサーモスタットであり、ボイラか１ら送られる湯の温度を検知し、これがほぼ一定になるよう２つのインレットポート１ａ，１ｂの開度を制御するようになっている

この給湯装置の動作について説明する。図１は給湯量が少ない場合を示したものである。図中、矢印の向きは湯水の流れの方向、矢印の太さは流量を、矢印に添えられた数字は温度（℃）を示す。ボイラ１から温度約６０℃の湯が循環管路２に送られ、一部が、上部管９を経て貯湯槽７の上部に入り、また、一部が接続管１６を通って三方弁１５の第１のインレットポート１５ａに入る。他方、温水が流入した分だけ、貯湯槽７の下部領域から下部管１０を通って冷水が流出し、三方弁の第２のポート１５ｂに入る。これら第１、第２のインレットポート１５ａ，１５ｂに入った湯水はいっしょになってアウトレットポート１５ｃから出、下部管１０を通ってボイラの補水側１ｂに戻される。なお、サーモスタット１７は、ボイラの給湯側温度が所定の値（６０℃）を保つように、三方弁の第１、第２ポートの混合比率を自動制御する。なお、循環管路２を通過する湯は、給湯栓５から一部が消費され、残りの湯は循環管路２を通ってボイラの補水側１ｂに戻される。

こうして、貯湯槽内では湯が上から流入し、下から水が流出していくので、温度境界層が徐々に下降していく。温度境界層がサーモスタット１３のレベルを超えて下降すると、サーモスタット１３が働いてボイラ１が停止する。この状態を示したのが図２であり、貯湯槽７には湯が貯めてあるので、その湯が上部管９から循環管路２に送られ、これまで通り給湯栓５から湯が出る。貯湯槽７では、送り出された湯と同量の冷水（水道水）が、給水管１１から貯湯槽の下部に供給される。こうして、温度境界層は徐々に上昇しサーモスタット１３のレベルを超えると、ボイラ１は運転を再開し、図１の状態に復帰する。

図３は温水消費量が増えて、ボイラの温水供給量を超えている場合を示したものである。この場合、貯湯槽７の上部に溜まっている温水が循環管路２に供給され、貯湯槽７の下部領域には、給水管１１から冷水（水道水）が供給される。一方、三方弁は図１の場合と同様、冷水と温水を混ぜてにボイラの補水側に送り、ボイラの給湯温度を一定に保つ。

１ 給湯ボイラ
２ 循環管路
５ 給湯栓
７ 貯湯槽
９ 上部管
１０ 下部管
１２ ディフューザ
１５ 三方弁
１７ 制御手段（サーモスタット）

Claims (3)

1. 給湯ボイラ；
   該ボイラの給湯側から該ボイラの補水側に至る循環管路と；
   該循環管路の途中に設けられた給湯栓と；
   貯湯槽と；
   該循環管路の上流側と該貯湯槽の上部領域とを結ぶ上部管と；
   第１のインレットポートが該ボイラの給湯側と接続され、第２のインレットポートが該貯湯槽の下部領域から導かれた下部管に接続され、アウトレットポートが該循環管路の下流側に接続された三方弁と；
   該ボイラの給湯側の温度を検出し、その温度が所定の値より低いときに、該三方弁の第１のインレットポートへの流量を多くし、反対に所定値より高いときに第２のポートの流量を多くして、ボイラの出口温度をほぼ一定に保つようにした制御手段、
   とを備えた給湯装置。
2. 該上部管の端に、該貯湯槽の天井に向けてラッパ状のディフューザを設けた請求項１に記載の給湯装置。
3. 該下部管の端に、該貯湯槽の床に向けてラッパ状のディフューザを設けた請求項１に記載の給湯装置。

Images