JP6390903B2 - 貯湯給湯システム - Google Patents

Description

本発明は貯湯給湯システムに関し、特に貯湯タンクの湯水を加圧ポンプで圧送して補助熱源機へ供給する構造を備えたものに関する。

従来から、高温の湯水を生成して貯湯し、給湯栓等の所望の給湯先に供給可能な貯湯給湯システムが実用に供されている。この種の貯湯給湯システムは、高温の湯水を貯留する貯湯タンク、貯湯タンクの湯水を加熱する主熱源機、貯湯タンクに貯留されている湯水温度が低い場合等に再加熱する補助熱源機、湯水混合弁等の各種の弁類や各種の通路類等を備えている。

ところで、上記の補助熱源機を備えた貯湯給湯システムにおいて、貯湯タンクから補助熱源機に供給される湯水の圧力は、貯湯タンクの耐圧に応じた給水圧力になる。即ち、貯湯タンクに上水源から流入する湯水は、一般的に、減圧弁によって減圧されているので、貯湯タンクの湯水は補助熱源機に対して上水源の給水圧力より低い給水圧力で供給されてしまう。このため、補助熱源機への供給量不足が発生する虞がある。従来では、貯湯タンクの下流側に加圧ポンプを設置し、加圧ポンプの駆動を介して貯湯タンクの湯水を圧送することで、補助熱源機の供給量不足を解消している。

上記の加圧ポンプが設置された貯湯給湯システムは、種々の文献に開示されている。例えば、特許文献１の貯湯式給湯装置においては、給湯通路の途中部に設置された加圧ポンプと、この加圧ポンプをバイパスするバイパス路と、このバイパス路に設置され且つ給湯側に向かって開成する逆止弁等を備え、操作リモコンのポンプスイッチの操作を介して、給湯運転時に、加圧ポンプを駆動して給湯を行うか、又は、加圧ポンプを駆動させずに逆止弁を経由して給湯を行うかを選択可能な構造が開示されている。

特開２０１０−１１２６４４号公報

しかし、上述したような、加圧ポンプによって貯湯タンクの湯水を補助熱源機へ圧送する構造では、貯湯タンク側と補助熱源機側とでは設定水圧が異なる場合が多いので、加圧ポンプを駆動する際には、貯湯タンク側と補助熱源機側とを同一水圧に調整する為に、給水通路に開閉弁等の専用の部材を設置する必要があったり、貯湯タンク内の貯湯状況に応じた制御を行なう必要があるので、部品点数が増加する上、加圧ポンプの制御が複雑化し、コスト高になるという問題がある。

特許文献１の貯湯式給湯装置では、加圧ポンプに対応した専用のバイパス路及び逆止弁を設けたり、操作リモコンに給湯運転時に加圧ポンプを駆動するか否かを選択する専用のポンプスイッチを設けたりするので、部品点数が増加する上、加圧ポンプの駆動・停止の設定を手動で行う必要があるので、手間がかかり、コスト高になるという問題がある。

本発明の目的は、低コストで且つ簡単な構造でもって補助熱源機の供給量不足を解消可能な貯湯給湯システムを提供すること、要求流量に応じて貯湯タンクから上水源へ自動的に切換え可能な貯湯給湯システムを提供すること、等である。

請求項１の貯湯給湯システムは、貯湯タンクと、この貯湯タンクの湯水を出湯するタンク出湯通路と、このタンク出湯通路に設置された加圧ポンプと、前記タンク出湯通路が接続される給湯通路と、この給湯通路に設置された補助熱源機と、前記貯湯タンクに接続され且つ低温の水を供給するタンク給水通路と、前記加圧ポンプの下流側に接続されるバイパス給水通路とを備えた貯湯給湯システムにおいて、前記タンク出湯通路から前記給湯通路を介して給湯先に湯水を給湯する給湯運転を実行する場合には、前記加圧ポンプの吐出圧力を前記バイパス給水通路の供給圧力よりも高く設定することで、前記バイパス給水通路から前記給湯通路へ水が流入しないように前記加圧ポンプを駆動制御するポンプ制御手段を備えたことを特徴としている。

請求項２の貯湯給湯システムは、請求項１の発明において、前記バイパス給水通路には、前記給湯通路側への水の流れを許容し且つその逆の流れを禁止する逆止弁が設置されていることを特徴としている。

請求項３の貯湯給湯システムは、請求項１又は２の発明において、前記加圧ポンプの吐出流量には、前記貯湯タンクの耐圧に応じた上限が設定されていることを特徴としている。

請求項４の貯湯給湯システムは、請求項１〜３の何れか１項の発明において、前記貯湯タンク内の湯水温度を検知する湯水温度センサが設けられ、前記ポンプ制御手段は、前記湯水温度センサによって検知された湯水温度が給湯設定温度以下である場合には、前記加圧ポンプの駆動を停止することを特徴としている。

請求項１の発明によれば、貯湯給湯システムは、タンク出湯通路から給湯通路を介して給湯先に湯水を給湯する給湯運転を実行する場合には、加圧ポンプの吐出圧力をバイパス給水通路の供給圧力よりも高く設定することで、バイパス給水通路から給湯通路へ水が流入しないように加圧ポンプを駆動制御するポンプ制御手段を備えたので、給湯運転時には、加圧ポンプによって貯湯タンクから出湯された湯水の一部がバイパス給水通路に押し込まれることで、バイパス給水通路から給湯通路側への水の流入を防止する。

従って、加圧ポンプの吐出圧力をバイパス給水通路の供給圧力よりも高く設定することで、貯湯タンク側からの湯水を、補助熱源機側の設定水圧に合わせた状態で優先的に補助熱源機へ供給可能となるので、バイパス給水通路に開閉弁を追加的に設置する必要がなくなり、その上、加圧ポンプに対して複雑な制御を行う必要がなくなり、故に、低コストで且つ簡単な構造でもって補助熱源機の供給量不足を解消することができる。

請求項２の発明によれば、バイパス給水通路には、給湯通路側への水の流れを許容し且つその逆の流れを禁止する逆止弁が設置されているので、加圧ポンプによって押し込まれた湯水がバイパス給水通路の上流側へ逆流するのを防止することができる。

請求項３の発明によれば、加圧ポンプの吐出流量には、貯湯タンクの耐圧に応じた上限が設定されているので、加圧ポンプの吐出流量が増加して過大出湯になるのを防止することで、貯湯タンクが負圧により破損するのを防止することができる。このとき、要求流量に応じて、加圧ポンプの吐出圧力がバイパス給水通路の供給圧力より低くなると、バイパス給水通路から水が補助熱源機へ自動的に供給されるので、補助熱源機の供給量不足を回避することができる。

請求項４の発明によれば、貯湯タンク内の湯水温度を検知する湯水温度センサが設けられ、ポンプ制御手段は、湯水温度センサによって検知された湯水温度が給湯設定温度以下である場合には、加圧ポンプの駆動を停止するので、加圧ポンプの無駄な駆動を防止することで消費電力を低減することができる。

本発明の実施例に係る加圧ポンプ駆動時における貯湯給湯システムの概略構成図である。 加圧ポンプ停止時における貯湯給湯システムの概略構成図である。

以下、本発明を実施するための形態について実施例に基づいて説明する。

先ず、本発明に係る貯湯給湯システム１の全体構成について説明する。
図１に示すように、貯湯給湯システム１は、大容量な貯湯タンク２と、タンク給水通路３と、タンク出湯通路４と、バイパス給水通路５と、主熱源機６と、循環加熱回路７と、複数の補助熱源機８と、給湯通路９と、制御ユニット１０と、各種の弁類や各種のセンサ類及び各種のポンプ類等を備え、ホテルや病院等の大量の出湯が要求される大型施設に設置され、複数の給湯栓１１に高温水を供給可能な給湯設備である。

貯湯タンク２は、主熱源機６で加熱された高温の湯水（例えば６５〜９０℃）を貯留可能なタンクで構成され、貯留された湯水の放熱を防ぐ為にタンク周囲は断熱材で覆われている。貯湯タンク２の外周部には、下側から上側に向かって等間隔に複数の湯水温度センサ２ａ〜２ｄが順に設けられ、これら複数の湯水温度センサ２ａ〜２ｄにより貯湯タンク２内の複数の貯留層の湯水温度が検出される。

タンク給水通路３は、上水源から低温水を貯湯タンク２等に供給するものであり、上流給水通路部３ａ、下流給水通路部３ｂを有し、上流端が上水源に接続され、下流端が貯湯タンク２の下部に接続されている。上流給水通路部３ａと下流給水通路部３ｂとの間からタンク出湯通路４に接続するバイパス給水通路５が分岐されている。上流給水通路部３ａに逆止弁１２が設置され、下流給水通路部３ｂに減圧弁１３が設置されている。

減圧弁１３は、上水源から供給される低温水を予め設定された設定値（貯湯タンク２の耐圧に対応した値、例えば１７０ｋＰａ）に減圧する為にタンク給水通路３に設置されている。このため、貯湯タンク２に供給される低温水の給水圧力Ｐ２は、例えば１７０ｋＰａに減圧される。尚、上水源の給水圧力は、一般的な水道の給水圧力であり、例えば２８０ｋＰａに設定されている。

タンク出湯通路４は、貯湯タンク２に貯湯された湯水を給湯通路９に供給するものであり、上流出湯通路部４ａ、下流出湯通路部４ｂを有し、上流端が貯湯タンク２の上部に接続され、下流端が給湯通路９に接続されている。上流出湯通路部４ａには、上流側から下流側に向かって、貯湯タンク２の湯水を圧送する加圧ポンプ１５と、給湯通路９側への水の流れを許容し且つその逆の流れを禁止する逆止弁１６が設置されている。

加圧ポンプ１５は、貯湯タンク２の湯水を給湯通路９（複数の補助熱源機８）へ圧送するものであり、タンク出湯通路４を流れる湯水の流量を調整可能な容量可変の公知のポンプで構成されている。給湯運転時に、加圧ポンプ１５は、その吐出圧力Ｐ３が後述するバイパス給水通路５の供給圧力Ｐ１より高い圧力に、例えば３００ｋＰａになるように制御される。尚、加圧ポンプ１５の吐出流量には、貯湯タンク２の耐圧に応じた上限（例えば２０Ｌ／ｍｉｎ）が設定されている。

上流給水通路部３ａと下流給水通路部３ｂとの間から分岐したバイパス給水通路５が、加圧ポンプ１５の下流側であって、上流出湯通路部４ａと下流出湯通路部４ｂとの間に接続されている。バイパス給水通路５には、給湯通路９側への水の流れを許容し且つその逆の流れを禁止する逆止弁１７が設置されている。バイパス給水通路５の供給圧力Ｐ１は、上水源の給水圧力と同様であり、例えば２８０ｋＰａになる。

主熱源機６としては、ヒートポンプ式熱源機が活用される。このヒートポンプ式熱源機は、圧縮機、湯水加熱用の凝縮熱交換器、高圧の冷媒を急膨張させて温度と圧力を下げる膨張弁、外気熱吸収用の蒸発熱交換器等を有し、これら機器が冷媒配管を介して接続されてヒートポンプ回路を構成し、冷媒配管に封入された冷媒を利用して貯湯運転を行う公知のヒートポンプ式熱源機で構成されている。

貯湯タンク２の湯水を循環させる為の循環加熱回路７が、貯湯タンク２と主熱源機６との間に設置されている。尚、主熱源機６として、ヒートポンプ式熱源機が活用されているが、特にこれらに限定する必要はなく、ヒートポンプ式熱源機に代えて、燃料電池発電装置を活用しても良く、適宜変更可能である。

給湯通路９は、タンク出湯通路４からの湯水を複数の給湯栓１１に供給するものであり、上流給湯通路部９ａ、下流給湯通路部９ｂを有し、上流端がタンク出湯通路４の下流端に接続され、下流端が複数の給湯栓１１に接続されている。上流給湯通路部９ａと下流給湯通路部９ｂとの間には、並列的に連結された複数の補助熱源機８が設置されている。即ち、各補助熱源機８の入水部が上流給湯通路部９ａの下流端に接続され、各補助熱源機８の出湯部が下流給湯通路部９ｂの上流端に接続されている。

給湯通路９の供給圧力Ｐ４は、加圧ポンプ１５が駆動し、その吐出流量が上限に達していない場合には、加圧ポンプ１５の吐出圧力Ｐ３と同じ圧力になり、加圧ポンプ１５の吐出流量が上限に達して吐出圧力Ｐ３がバイパス給水通路５の供給圧力Ｐ１を下回った場合には、バイパス給水通路５の供給圧力Ｐ１と同じ圧力になる。

各補助熱源機８は、燃焼用空気を供給する為の送風ファン、燃料ガスを燃焼させるバーナーユニット、燃焼ガスの主として顕熱を回収する顕熱回収用熱交換器、顕熱回収後の燃焼排気ガスの主として潜熱を回収する潜熱回収用熱交換器等を備え、燃料ガスを燃焼して湯水の加熱を行う公知のガス給湯器で構成されている。複数の補助熱源機８は、貯湯タンク２内の湯水温度や給湯通路９を流れる湯水温度が低下した場合に燃焼作動され、目標給湯設定温度となるように湯水を加熱するものである。

下流給湯通路部９ｂの下流端と上流給湯通路部９ａの上流端との間には、即湯通路２１が設けられている。即ち、複数の補助熱源機８と給湯通路９と即湯通路２１とから即湯循環回路２０が構成されている。即湯通路２１には、補助熱源機８側への水の流れを許容し且つ給湯栓１１への流れを禁止する逆止弁２３と、即湯循環回路２０内に湯水を循環させる循環ポンプ２４とが設置されている。

給湯運転停止時に、即湯循環回路２０内に滞留する湯水の温度が低下した場合、循環ポンプ２４の駆動を介して、即湯循環回路２０に湯水を強制的に循環させ、複数の補助熱源機８を燃焼作動させ、即湯循環回路２０内の湯水を加熱して給湯設定温度に維持する。即湯循環回路２０のうちの循環ポンプ２４と複数の補助熱源機８との間に、タンク出湯通路４の下流端が接続され、複数の給湯栓１１から湯水が給湯されるに伴いタンク出湯通路４から湯水が導入される。

貯湯給湯システム１は、制御ユニット１０によって制御される。制御ユニット１０は、給湯運転等の各種運転を実行する為のＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭを主要部として構成されている。各種のセンサの検知信号が制御ユニット１０に送信され、制御ユニット１０により、主熱源機６の動作、補助熱源機８の動作、各種のポンプ類の作動・停止、各種の弁類の開閉状態の切り換え及び開度調整等を制御し、各種運転（貯湯運転、給湯運転、即湯循環運転等）を実行する。

制御ユニット１０は、ユーザーが操作可能な操作リモコン（図示略）とデータ通信可能である。操作リモコンのスイッチ操作により各種の運転が設定されると、その指令信号が操作リモコンから制御ユニット１０に送信される。例えば、操作リモコンのスイッチ操作により目標給湯設定温度が設定されると、その目標給湯設定温度データが操作リモコンから制御ユニット１０に送信される。

次に、本発明に関連するポンプ制御手段について説明する。
制御ユニット１０（ポンプ制御手段に相当する）は、給湯通路９から給湯先に湯水を給湯する給湯運転を実行する場合には、加圧ポンプ１５の吐出圧力Ｐ３をバイパス給水通路５の供給圧力Ｐ１よりも高く設定することで、バイパス給水通路５から給湯通路９へ水が流入しないように加圧ポンプ１５を駆動制御するポンプ制御を実行可能である。

また、制御ユニット１０は、貯湯タンク２の上部に設置された湯水温度センサ２ｄによって検知された貯湯タンク２の湯水温度が給湯設定温度以下である場合には、加圧ポンプ１５の駆動を停止するポンプ制御を実行可能である。

次に、本発明の貯湯給湯システム１の作用及び効果について説明する。
図１に示すように、例えば、１つの給湯栓１１が開放されることで、タンク出湯通路４から給湯通路９を介して給湯先に湯水を給湯する給湯運転を実行する場合には、貯湯タンク２の上部からタンク出湯通路４に出湯される湯水は、加圧ポンプ１５によって吐出圧力Ｐ３（３００ｋＰａ）に加圧されてタンク出湯通路４から給湯通路９に圧送され、給湯通路９に流入した湯水は、補助熱源機８を経由した後に給湯栓１１から給湯される。このとき、給湯通路９の供給圧力Ｐ４は、加圧ポンプ１５の吐出圧力Ｐ３と同じ圧力になる。

加圧ポンプ１５は、その吐出圧力Ｐ３がバイパス給水通路５の供給圧力Ｐ１（２８０ｋＰａ）より大きくなるように制御され、給湯通路９の供給圧力Ｐ４もバイパス給水通路５の供給圧力Ｐ１より大きくなるので、タンク出湯通路４の湯水は少量だけ常時バイパス給水通路５へ押し込まれ、これによってバイパス給水通路５に設置された逆止弁１７は常時閉成され、バイパス給水通路５から給湯通路９側に低温の水が流入するのを防止する。

しかし、複数の給湯栓１１が開放されて、貯湯タンク２の出湯可能量以上の湯需要が生じた場合には、加圧ポンプ１５の吐出流量は、貯湯タンク２の耐圧に応じた上限である出湯可能量（例えば２０Ｌ／ｍｉｎ）で制限されるので、加圧ポンプ１５の吐出圧力Ｐ３は、その初期の圧力（３００ｋＰａ）を維持できずに徐々に低下し、それに伴い、給湯通路９の供給圧力Ｐ４も低下する。

給湯通路９の供給圧力Ｐ４が、バイパス給水通路５の供給圧力Ｐ１よりも低くなると、逆止弁１７が自動的に開成され、貯湯タンク２からの湯水の不足分がバイパス給水通路５から供給される。このように、加圧ポンプ１５の吐出圧力Ｐ３の低下によって生じるバイパス給水通路５の供給圧力Ｐ１との圧力差に応じて、バイパス給水通路５からの給水流量が調整される。給湯通路９には、貯湯タンク２からの給湯設定温度の湯水とバイパス給水通路５からの低温水とが混合した温度が低下した湯水が流入するが、補助熱源機８の燃焼作動を介して、給湯設定温度に調整した湯水を給湯栓１１から供給することができる。

そして、湯水温度センサ２ｄにより検知される貯湯タンク２の上部の湯水温度が、給湯設定温度以下になった場合には、図２に示すように、加圧ポンプ１５の駆動を停止し、バイパス給水通路５から低温水を給湯通路９に供給し、補助熱源機８の燃焼作動を介して、給湯設定温度に調整した湯水を複数の給湯栓１１から供給する。尚、加圧ポンプ１５を停止した場合には、逆止弁１６によってバイパス給水通路５から貯湯タンク２側への逆流が防止される。

以上説明したように、貯湯給湯システム１は、給湯通路９から給湯先に湯水を給湯する給湯運転を実行する場合には、加圧ポンプ１５の吐出圧力Ｐ３をバイパス給水通路５の供給圧力Ｐ１よりも高く設定することで、バイパス給水通路５から給湯通路９へ水が流入しないように加圧ポンプ１５を駆動制御する制御ユニット１０（ポンプ制御手段）を備えたので、給湯運転時には、加圧ポンプ１５によって貯湯タンク２から出湯された湯水の一部がバイパス給水通路５に押し込まれることで、バイパス給水通路５から給湯通路９側への水の流入を防止する。

従って、加圧ポンプ１５の吐出圧力Ｐ３をバイパス給水通路５の供給圧力Ｐ１よりも高く設定することで、貯湯タンク２側からの湯水を、補助熱源機８側の設定水圧に合わせた状態で優先的に補助熱源機８へ供給可能となり、バイパス給水通路５に開閉弁を追加的に設置する必要がなくなり、その上、加圧ポンプ１５に対して複雑な制御を行う必要がなくなり、故に、低コストで且つ簡単な構造でもって補助熱源機８の供給量不足を解消することができる。

また、バイパス給水通路５には、給湯通路９側への水の流れを許容し且つその逆の流れを禁止する逆止弁１７が設置されているので、加圧ポンプ１５によって押し込まれた湯水がバイパス給水通路５の上流側へ逆流するのを防止することができる。

さらに、加圧ポンプ１５の吐出流量には、貯湯タンク２の耐圧に応じた上限が設定されているので、加圧ポンプ１５の吐出流量が増加して過大出湯になるのを防止することで、貯湯タンク２が負圧により破損するのを防止することができる。このとき、要求流量に応じて、加圧ポンプ１５の吐出圧力Ｐ３がバイパス給水通路５の供給圧力Ｐ１より低くなると、バイパス給水通路５から水が補助熱源機８へ自動的に供給されるので、補助熱源機８の供給量不足を回避することができる。

さらにまた、貯湯タンク２内の湯水温度を検知する湯水温度センサ２ｄが設けられ、制御ユニット１０は、湯水温度センサ２ｄによって検知された湯水温度が給湯設定温度以下である場合には、加圧ポンプ１５の駆動を停止するので、加圧ポンプ１５の無駄な駆動を防止することで消費電力を低減することができる。

次に、前記実施例を部分的に変更した形態について説明する。
［１］前記実施例において、バイパス給水通路５の供給圧力Ｐ１、減圧弁１３の供給圧力Ｐ２，加圧ポンプ１５の吐出圧力Ｐ３等の圧力値は、ほんの一例を示したに過ぎず、貯湯タンク２の出湯可能量以内で給湯運転を実行する場合には、加圧ポンプ１５の吐出圧力Ｐ３が、バイパス給水通路５の供給圧力Ｐ１より高くなるように設定されていれば、適宜変更可能である。

［２］前記実施例において、複数の補助熱源機８と給湯通路９と即湯通路２１とから即湯循環回路２０を構成しているが、特に即湯循環回路２０を設ける必要はなく、即湯通路２１、逆止弁２３及び循環ポンプ２４を省略して、給湯通路９と複数の補助熱源機８のみの構造であっても良い。

［３］前記実施例において、貯湯タンク２、主熱源機６、補助熱源機８の能力や台数、給湯栓１１の数は適宜変更可能である。

［４］その他、当業者であれば、本発明の趣旨を逸脱することなく、前記実施例に種々の変更を付加した形態で実施可能であり、本発明はそのような変更形態を包含するものである。

１ 貯湯給湯システム
２ 貯湯タンク
３ タンク給水通路
４ タンク出湯通路
５ バイパス給水通路
８ 補助熱源機
９ 給湯通路
１０ 制御ユニット（ポンプ制御手段）
１５ 加圧ポンプ

Claims (4)

1. 貯湯タンクと、この貯湯タンクの湯水を出湯するタンク出湯通路と、このタンク出湯通路に設置された加圧ポンプと、前記タンク出湯通路が接続される給湯通路と、この給湯通路に設置された補助熱源機と、前記貯湯タンクに接続され且つ低温の水を供給するタンク給水通路と、前記加圧ポンプの下流側に接続されるバイパス給水通路とを備えた貯湯給湯システムにおいて、
   前記タンク出湯通路から前記給湯通路を介して給湯先に湯水を給湯する給湯運転を実行する場合には、前記加圧ポンプの吐出圧力を前記バイパス給水通路の供給圧力よりも高く設定することで、前記バイパス給水通路から前記給湯通路へ水が流入しないように前記加圧ポンプを駆動制御するポンプ制御手段を備えたことを特徴とする貯湯給湯システム。
2. 前記バイパス給水通路には、前記給湯通路側への水の流れを許容し且つその逆の流れを禁止する逆止弁が設置されていることを特徴とする請求項１に記載の貯湯給湯システム。
3. 前記加圧ポンプの吐出流量には、前記貯湯タンクの耐圧に応じた上限が設定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の貯湯給湯システム。
4. 前記貯湯タンク内の湯水温度を検知する湯水温度センサが設けられ、
   前記ポンプ制御手段は、前記湯水温度センサによって検知された湯水温度が給湯設定温度以下である場合には、前記加圧ポンプの駆動を停止することを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の貯湯給湯システム。