JP5620727B2 - 貯湯式給湯システム - Google Patents

Description

本発明は、貯湯タンクを備えた貯湯式給湯システムに関する。

従来から、湯水を加熱するヒートポンプと、ヒートポンプユニットにより加熱された湯水を貯える貯湯タンクと、を備えた貯湯式給湯システムがある。この種の貯湯式給湯システムでは、貯湯タンク内に貯えられた湯水が沸上げられると、湯水の体積が膨張する。そこで、湯水の熱膨張時に湯水を放出するための逃し配管が貯湯タンク上部に接続され、逃し配管には逃し弁が設けられている（例えば、特許文献１参照）。

このような構成の貯湯式給湯システムにおいては、湯水の体積膨張分に相当する量の湯水が、貯湯タンク上部から逃し配管を通して放出される。
特開２００６−５７８７１号公報

上記のように、湯水が貯湯タンク上部から放出されると、貯湯タンク内の上層部に貯えられた高温の湯水が放出されてしまう。したがって、高温の湯水に保持されていた熱量が損失される。その結果、熱エネルギーが無駄に消費される。

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、湯水が貯湯タンクから放出される際、熱量の損失を低減することができる貯湯式給湯システムを提供することを目的とする。

本発明の貯湯式給湯システムは、貯湯タンクを有する貯湯式給湯器での湯沸上げ時に、湯水の熱膨張に応じてタンクから排水するための逃し弁及びその経路を備えた貯湯式給湯器において、湯沸上げ時の前記逃し弁への経路をタンク底部に切り替えるための切替弁を備え、前記切替弁及び前記逃し弁は、高温出湯配管から分岐し、湯水の熱膨張時に湯水を逃すための逃し配管に設けられ、且つ出湯のための配管経路には設けられていないことを特徴とする。

この貯湯式給湯システムにおいて、前記切替弁を制御する制御部をさらに備え、前記制御部は、湯沸上げ時に前記逃し弁への経路を前記タンク底部に切り替え、湯沸上げ時を除く時に該逃し弁への経路を該タンク上部に切り替えるように前記切替弁を制御することが好ましい。

本発明の貯湯式給湯システムは、貯湯タンクを有する貯湯式給湯器において、湯沸上げ時に、湯水の熱膨張に応じて、体積が変動し、該タンク内の圧力を一定に保つための体積可変装置を備えたことを特徴とする。

この貯湯式給湯システムにおいて、前記体積可変装置は、膨張収縮自在な風船を有し、この風船は前記貯湯タンク外に配置された空気ポンプとエアダクトにより接続され、このエアダクトにはエア抜き弁が設けられていることが好ましい。

この貯湯式給湯システムにおいて、前記体積可変装置は、前記貯湯タンク外に配置され、該タンクとエアダクトにより接続され、内部に気体が充填されたアキュムレータを有し、このエアダクト中には湯沸上げ時に開となる弁が設けられていることが好ましい。

本発明に係る貯湯式給湯システムによれば、湯沸上げ時の逃し弁への経路を貯湯タンク底部に切り替えるようにしたので、貯湯タンク内の下層部に貯えられた低温の湯水を放出する。したがって、貯湯タンク上部から高温の湯水を放出することがなくなり、熱量の損失を低減することができ、熱エネルギーの無駄な消費を低減することができる。

また、本発明に係る貯湯式給湯システムによれば、体積可変装置を備えることにより、逃し弁への経路を切り替えることなく、熱量の損失を低減することができる。

本発明の一実施形態に係る貯湯式給湯システムの構成を示す図。 同システムの貯湯タンクに体積可変装置を内蔵したときの動作を説明する図。 同システムにおける体積可変装置の一例を示す図。 同システムにおける体積可変装置の別の例を示す図。

以下、本発明の一実施形態に係る貯湯式給湯システムについて図面を参照しながら説明する。図１に示すように、本実施形態の貯湯式給湯システム１は、湯水を貯える貯湯タンク２と、湯水を加熱する複数のヒートポンプ３と、貯湯タンク２へ給水する給水配管４と、高温の湯水を出湯する湯栓５と、高温の湯水と低温の湯水とを混合して出湯する混合栓６と、を備える。

貯湯タンク２とヒートポンプ３の各々は、送り配管７および戻り配管８を介して接続されており、これらの間で湯水を循環させることにより湯を沸上げる。各ヒートポンプ３は、並列関係にある。給水配管４は、送り配管７に接続されており、貯湯タンク２にその底部から給水する。湯栓５は、貯湯タンク２の上部に接続された高温出湯配管９の下流端に接続されている。混合栓６は、高温出湯配管９から分岐された混合出湯配管１０の下流端に接続されている。

貯湯タンク２には、タンク上部から湯水の熱膨張時に湯水を逃すための逃し配管１２が設けられている。この逃し配管１２は、高温出湯配管９から分岐している。逃し配管１２には、湯水の流路を切り替える切替弁１４および貯湯タンク２内の圧力が所定圧力（０．１９ＭＰａ）以上となると開となる逃し弁１３が順に設けられている。切替弁１４は、湯沸上げ時、逃し弁１３への経路を貯湯タンク２底部に切り替えるためのものであり、この切替弁１４には、送り配管７から分岐した逃し分岐配管１１が接続されている。

中温分岐配管１０ａは、貯湯タンク２側部から導出され、混合出湯配管１０に設けられた三方弁１６に接続されている。低温分岐配管４ａは、給水配管４から分岐し、逆止弁１８を経て、混合出湯配管１０に設けられた温調弁１９に接続されている。高温分岐配管１５は、高温出湯配管９から分岐し、貯湯タンク２側部に接続され、高温分岐配管１５には、ポンプ２０、三方弁１６、および逆止弁１８が順に設けられている。減圧弁１７が、ポンプ２０と三方弁１６との間の高温分岐配管１５に設けられている。

なお、送り配管７には、排水栓、湯水の流路を切り替える三方弁１６、および湯水の圧力を減少させる減圧弁１７が設けられ、戻り配管８には、三方弁１６および減圧弁１７が設けられている。給水配管４には、止水栓、減圧弁１７、および流量カウンタ２０が順に設けられている。混合出湯配管１０には、三方弁１６、逆止弁１８、温調弁１９、および流量カウンタ２０が設けられている。

また、貯湯式給湯システム１は、貯湯タンク２および複数のヒートポンプ３を制御する制御部２１を備える。制御部２１は、タイマおよびＣＰＵ（中央演算処理装置）等を有し、リモコン２２によりリモートコントロールされる。使用者がリモコン２２を用いて、例えば、複数のヒートポンプ３での湯水の沸上げ温度等を設定することができる。制御部２１の電源部は、例えば単相２００Ｖの外部電源に接続されている。

貯湯タンク２内の上層部には高温の湯水が貯えられ、中層部には中温の湯水が貯えられ、下層部には低温の湯水が貯えられる。貯湯タンク２内の圧力を検出するための圧力検出手段（図示せず）および貯湯タンク２内の湯水の温度を検出するための温度検出手段（図示せず）が、貯湯タンク２内に設けられる。圧力検出手段により検出される貯湯タンク２内の圧力または温度検出手段により検出される貯湯タンク２内の湯水の温度に基づいて、貯湯タンク２内の湯水が沸上げられたか否かが制御部２１により判断される。ヒートポンプ３の各々は、例えば単相２００Ｖの外部電源に接続され、ヒートポンプ３の各々と制御部２１とは、通信線を介して接続されている。

上記のように構成された貯湯式給湯システム１の動作について説明する。湯栓５が開かれると、給水圧により水が、給水配管４を通り貯湯タンク２底部から貯湯タンク２に供給される。貯湯タンク２に水が供給されると、貯湯タンク２の下層部に貯えられた低温の湯水が、貯湯タンク２底部から送り配管７を通って複数のヒートポンプ３に供給される。複数のヒートポンプ３に供給された低温の湯水は加熱され、高温の湯水となり、戻り配管８を通って貯湯タンク２上部から貯湯タンク２に循環して供給される。そして、貯湯タンク２内の上層部に貯えられていた高温の湯水は、高温出湯配管９を通って湯栓５から出湯される。なお、湯栓５から湯水が出湯されると、貯湯タンク２底部からその出湯分だけ給水される。

混合栓６が開かれると、湯栓５が開かれた場合と同様に動作して、混合出湯配管１０を通って、または中温分岐配管１０ａを通った湯と低温分岐配管４ａを通った水とが混合して混合栓６から出湯される。

制御部２１は、複数のヒートポンプ３内の湯水の沸上げ時に、湯水を放出するための逃し弁１３への経路を貯湯タンク２底部に切り替えるように切替弁１４を制御する。また、湯沸上げ時を除く時は、逃し弁１３への経路が貯湯タンク２上部に切り替えるように切替弁１４を制御する。

以上、本実施形態に係る貯湯式給湯システム１によれば、湯沸上げ時の逃し弁１３への経路を貯湯タンク２底部に切り替えるようにしたので、貯湯タンク２内の下層部に貯えられた低温の湯水を放出する。したがって、貯湯タンク２上部から高温の湯水を放出することがなくなり、熱量の損失を低減することができ、熱エネルギーの無駄な消費を低減することができる。

また、湯沸上げ時の逃し弁１３への経路を貯湯タンク２底部に自動的に切り替えることができるので、貯湯式給湯システム１を効率的に運転することができる。

次に、貯湯式給湯システム１の変形例について、図２を参照して説明する。この変形例によれば、上記貯湯式給湯システム１の構成に加えて、貯湯タンク２内に、内部に気体が充填された体積可変装置２３が設けられる。体積可変装置２３は、貯湯タンク２内の圧力が一定に保たれるように、体積可変装置２３内に充填された気体の体積を変動させる。貯湯タンク２内には、温度検出手段２４および圧力検出手段２５が設けられている。ここに、Ｔ１およびＴ２を温度検出手段２４により検出された貯湯タンク２内の平均温度とし（ただし、Ｔ１＜Ｔ２）、Ｖ１およびＶ２を体積可変装置２３内に充填された気体の体積とし（ただしＶ１＞Ｖ２）、Ｐ１を圧力検出手段２５により検出された貯湯タンク２内の圧力とし、体積可変装置２３を簡略化して図示する。

図２の左方の状態１は、貯湯タンク２内の平均温度がＴ１のとき、体積可変装置２３内に充填された気体の体積がＶ１、貯湯タンク２内の圧力がＰ１であるとする。

図２の右方の状態２は、貯湯タンク２内の平均温度がＴ１よりも大きいＴ２となったときを示し、貯湯タンク２内の圧力がＰ１に保たれるように、体積可変装置２３の体積が変動される。具体的には、体積可変装置２３内に充填された気体の体積が、Ｖ１よりも小さいＶ２に変動される。貯湯タンク２の状態は、状態２から状態１にも変わるようになっている。

このように、貯湯タンク２内の平均温度および貯湯タンク２内の圧力に基いて、体積可変装置２３に充填された気体の体積が変動される。具体的には、貯湯タンク２内の平均温度が前回検出された平均温度に比べて大きくなると、体積可変装置２３内に充填された気体の体積が収縮するように制御部２１により体積可変装置２３が制御される。また、貯湯タンク２内の平均温度が前回検出された平均温度に比べて小さくなると、体積可変装置２３内に充填された気体の体積が膨張するように制御部２１により体積可変装置２３が制御される。こうして、湯水の熱膨張に応じて体積可変装置２３内に充填された気体の体積が変動するので、貯湯タンク２内の圧力が一定に保たれる。そのため、湯水が沸上げられて、高温の湯水が貯湯タンク２に供給された場合でも、貯湯タンク２内の圧力を一定に保つことができる。その結果、湯沸上げ時に、膨張水を逃し弁１３から放出する必要がなくなり、熱量の損失を確実に低減することができ、熱エネルギーの無駄な消費を低減することができる。

次に、上記体積可変装置２３の具体例について図３および図４を参照して説明する。図３はその一例を示す。体積可変装置２３ａは、貯湯タンク２内に収容された膨張収縮自在な風船２６と、貯湯タンク２外に配設された空気ポンプ２７と、これらを接続するエアダクト２８と、エアダクト２８に設けられたエア抜き弁２９と、を備える。

この体積可変装置２３ａにおいては、上記のように温度検出手段２４により検出された貯湯タンク２内の平均温度および圧力検出手段２５により検出された圧力に基いて、空気ポンプ２７およびエア抜き弁２９が制御部２１により制御され、風船２６の体積が変動される。具体的には、貯湯タンク２内の平均温度が、前回検出された平均温度に比べて大きくなると、制御部２１により空気ポンプ２７およびエア抜き弁２９が制御され、風船２６の体積が収縮する。また、貯湯タンク２内の平均温度が前回検出された平均温度に比べて小さくなると、制御部２１により空気ポンプ２７およびエア抜き弁２９が制御され、風船２６の体積が膨張する。このような簡単な構成で上記と同様の作用効果が得られる。

図４は、体積可変装置２３の別の例を示す。体積可変装置２３ｂは、内部に気体が充填され、貯湯タンク２外に配置されたアキュムレータ３０と、これと貯湯タンク２内を連通するエアダクト３１と、エアダクト３１に設けられた弁３２と、を備える。

この体積可変装置２３ｂにおいては、湯沸上げ時、つまり、温度検出手段２４により検出される貯湯タンク２内の平均温度が、湯沸上げ温度以上となると、制御部２１により、弁３２が開とされる。また、貯湯タンク２内の平均温度が湯沸上げ温度よりも小さいと、制御部２１により、弁３２が閉とされる。このような簡単な構成で上記同等の作用効果が得られる。

なお、本変形例においては、上記貯湯式給湯システム１の構成、すなわち、逃し弁１３への経路を切り替える構成を有しているものに加えて、体積可変装置２３，２３ａ，２３ｂが設けられたものを示したが、体積可変装置２３，２３ａ，２３ｂを設けた場合は、逃し弁１３への経路を切り替える構成を有していないものであってもよい。

また、本発明は上記実施形態の構成に限られず、発明の趣旨を変更しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、上記実施形態では、貯湯式給湯システム１が１つの貯湯タンク２を備えた構成について示したが、２つ以上の貯湯タンクから構成されてもよい。また、ヒートポンプ３の代わりに、燃焼式の湯沸器、その他の湯沸器を用いてもよい。

１ 貯湯式給湯システム
２ ヒートポンプ
３ 貯湯タンク
４ 給水配管
５ 湯栓
６ 混合栓
７ 送り配管
８ 戻り配管
９ 高温出湯配管
１０ 混合出湯配管
１１ 逃し分岐配管
１２ 逃し配管
１３ 逃し弁
１４ 切替弁
２１ 制御部

Claims (5)

1. 貯湯タンクを有する貯湯式給湯器での湯沸上げ時に、湯水の熱膨張に応じてタンクから排水するための逃し弁及びその経路を備えた貯湯式給湯器において、
   湯沸上げ時の前記逃し弁への経路をタンク底部に切り替えるための切替弁を備え、
   前記切替弁及び前記逃し弁は、高温出湯配管から分岐し、湯水の熱膨張時に湯水を逃すための逃し配管に設けられ、且つ出湯のための配管経路には設けられていないことを特徴とする貯湯式給湯システム。
2. 前記切替弁を制御する制御部をさらに備え、
   前記制御部は、湯沸上げ時に前記逃し弁への経路を前記タンク底部に切り替え、湯沸上げ時を除く時に該逃し弁への経路を該タンク上部に切り替えるように前記切替弁を制御することを特徴とする請求項１に記載の貯湯式給湯システム。
3. 貯湯タンクを有する貯湯式給湯器において、
   湯沸上げ時に、湯水の熱膨張に応じて、体積が変動し、該タンク内の圧力を一定に保つための体積可変装置を備えたことを特徴とする貯湯式給湯システム。
4. 前記体積可変装置は、膨張収縮自在な風船を有し、この風船は前記貯湯タンク外に配置された空気ポンプとエアダクトにより接続され、このエアダクトにはエア抜き弁が設けられていることを特徴とする請求項３に記載の貯湯式給湯システム。
5. 前記体積可変装置は、前記貯湯タンク外に配置され、該タンクとエアダクトにより接続され、内部に気体が充填されたアキュムレータを有し、このエアダクト中には湯沸上げ時に開となる弁が設けられていることを特徴とする請求項３に記載の貯湯式給湯システム。
   

Images