JP7624366B2 - 貯湯式給湯装置 - Google Patents

Description

本発明は、加熱手段で加熱した温水を貯湯する貯湯式給湯装置に関するものである。

従来より、貯湯タンクと熱交換器を有した加熱手段とを循環回路で接続し、貯湯タンク下部から取り出した水を加熱手段で高温に加熱して貯湯タンクの上部に戻す沸き上げ運転を行うことで高温の湯を貯湯する貯湯式給湯機において、循環回路に設けられた循環ポンプの停止時に発生する該循環回路の対流及び対流に伴う貯湯タンクの湯冷めを防止するために加熱戻り管の途中に逆止弁を設けることが知られていた（特許文献１）。

特開２００８－７５９５８号公報

しかし、頂点に空気抜き弁を設けない場合、加熱戻り管に逆止弁を設けることによって対流を防ぐことができるが逆止弁の上流側に空気が流入しないため、水抜き動作時に逆止弁の上流側の水抜きが困難であるという課題があった。

本発明は上記課題を解決するため、湯水を貯湯する貯湯タンクと、前記貯湯タンクに給水する給水管と、前記貯湯タンク内の水を加熱する第一の加熱手段と、前記貯湯タンク内の水を加熱する第二の加熱手段と、前記貯湯タンク下部と前記第二の加熱手段の上流側とを接続した加熱往き管と、前記第二の加熱手段の下流側と前記貯湯タンク上部とを接続した加熱戻り管とを備えた給湯装置において、前記加熱往き管の途中から分岐し、前記第一の加熱手段を介して、前記加熱戻り管に合流する加熱分岐管と、前記加熱分岐管に設けられ、前記貯湯タンク内の湯水を前記第一の加熱手段に送出する循環ポンプと、前記加熱分岐管には、前記貯湯タンクから前記第一の加熱手段への湯水の逆流を抑制する弁を有した逆止弁とを設け、前記逆止弁には、前記逆止弁の上流側と下流側とで相互に空気の出入りが可能な空気通過機能を有し、前記逆止弁は、前記加熱分岐管の最も高い位置に配置した。

また、前記加熱分岐管は、上向きに水が流れる上昇管と、下向きに水が流れる下降管とを有し、前記上昇管の長さは前記下降管の長さよりも短くした。

また、前記下降管の下端は前記第一の加熱手段よりも低い位置に配置された。

また、前記加熱分岐管には、前記第一の加熱手段の過昇温を防止するサーモスタットを設け、
前記逆止弁は、前記サーモスタットよりも上流側に配置すると共に、前記サーモスタットよりも高い位置に配置した。

また、前記加熱分岐管は、略水平方向に延びる第一水平管と、前記第一水平管よりも下流側に設けられた第二水平管とを有し、前記加熱分岐管の前記第二水平管には、前記サーモスタットを設け、前記第一水平管の長さは、前記第二水平管の長さよりも長くした。

このように本発明によれば、加熱戻り管の最も高い位置に空気の通過機能を有した逆止弁が設けられているため、貯湯タンクの上部の湯が加熱戻り管を介して、ヒータ加熱手段に対流することで放熱してしまい、貯湯タンク内の貯湯温度が下がってしまうのを防止することができると共に、逆止弁よりも上流側である加熱戻り管及び加熱往き管の水抜き性の向上の効果を両立することができる。

この発明の貯湯式給湯装置の概略説明図 この発明の貯湯式給湯装置のＨＰユニットの断面図 この発明の加熱分岐管の構成図 この発明の貯湯式給湯装置のＨＰユニットの要部拡大断面図 この発明の逆止弁の構成図 この発明の逆止弁の構成図

本発明の給湯装置の実施形態を図１及び図２に基づいて説明する。
図１において、１は貯湯式給湯装置の湯水を貯湯する貯湯タンク、２は貯湯タンク１底部に給水する給水管、３は貯湯タンク１頂部から出湯する出湯管、４は貯湯タンクの水を加熱する加熱手段であるヒートポンプ式のヒートポンプ加熱手段、５は貯湯タンク１の下部とヒートポンプ加熱手段４に接続する加熱往き管、６は加熱往き管５の途中に設けられたヒートポンプ側循環ポンプ、７はヒートポンプ加熱手段４と貯湯タンク１の上部を接続する加熱戻り管である。

８は貯湯タンクの水を加熱する加熱手段である電熱式のヒータ加熱手段、９は加熱往き管５途中から分岐し、ヒータ加熱手段８を介して、加熱戻り管７に合流する加熱分岐管（ここでは、ヒータ加熱手段８への加熱戻り管と加熱往き管とで構成された加熱分岐管としている。）、１０は加熱往き管５の途中に設けられたヒータ側循環ポンプ、１１はヒータ加熱手段８の熱の温度が過昇温度に達したかどうか検知するサーモスタットである。

また、ヒータ加熱手段８は、ステンレスパイプをＵ字状に折り曲げて形成し、内方を熱媒体が流通する流通配管８ａと、同じくＵ字状に折り曲げられた２００Ｖ、１ＫＷのシーズヒータから成る電熱ヒータ８ｂとを、流通配管８ａが電熱ヒータ８ｂを覆うように外周に位置した状態で、アルミから成る伝熱金属８ｃ内にダイキャストで埋設して構成されている。

１２は給水管２の途中で分岐する給湯側給水バイパス管、１３は出湯管３を流れる湯水と給湯側給水バイパス管１２を流れる市水を適宜の比率で混合して給湯設定温度に調整する給湯混合弁、１４は給湯混合弁１３で混合された混合水が流通する給湯管、１５は給湯管１４からの混合水を給湯する給湯栓、１６は給湯管１４途中に設けられた給湯流量を検出するフローセンサ、１７は給湯混合弁１３によって混合された混合水の温度を検出する給湯温度センサである。

また、１８は給水管２からバイパスされた風呂側給水バイパス管、１９は出湯管３からの湯と風呂側給水バイパス管１８からの水とを混合し、その混合比を制御して所望の風呂設定温度を給湯するための風呂混合弁、２０は風呂混合弁１９で混合された湯を浴槽２１に給湯するための湯張り管、２２は湯張り管２０途中に設けられた風呂流量を検出するフローセンサ、２３は風呂混合弁１９によって混合された混合水の温度を検出する風呂温度センサ、２４は弁を切り替えることで、風呂混合弁１９によって混合された混合水を浴槽に給湯する風呂電磁弁である。

２５は給水管２途中に設けられ市水を一定の給水圧に減圧する給水減圧弁、２６は給水を遮断する給水遮断弁、２７は給水管２の途中に設けられ市水の温度を検出する給水サーミスタ、２８は貯湯タンク１の上部に連通して設けられ手動で開閉可能な逃し弁である。

２９は貯湯タンク１の底部に接続され給水管２途中に設置した排水管であり、排水管２９途中には排水管２９を手動で開閉を操作できる排水バルブ３０が設けられている。

次に、給湯動作や風呂動作の運転制御を担う制御装置３１は、任意に決められた給湯設定流量とフローセンサ１６で検出した検出値が等しくなるように調整すると共に、任意に決められた給湯温度と給湯温度センサ１７で検出した検出値が等しくなるように給湯混合弁１３の弁開度との制御をしている。

３２は、ヒータ加熱手段８よりも下流側に設けられると共に、サーモスタット１１よりも上流側に設けられた逆止弁であり、対流によって貯湯タンク１の上部からの高温湯の逆流を防止している。

次に給湯動作について説明する。
給湯栓１５が開かれると、貯湯タンク１の底部に給水管２から市水が流入すると共に貯湯タンク１の頂部から出湯管３を介して高温の湯が出湯し、給湯混合弁１３で給湯側給水バイパス管１２からの水と混合されて、給湯管１４を通過する。そして、制御装置３１は給湯温度センサ１７が検出した検出値が給湯設定温度と一致するように給湯混合弁１３の弁開度を制御して、給湯設定温度の給湯を行う。また、給湯流量を調整するとき、制御装置３１はフローセンサ１６で検出した検出値が任意の給湯設定流量と一致するように流量を調整して、給湯を行う。そして、給湯栓１５が閉じられることによって、制御装置３１は給湯混合弁１３の弁開度の制御を停止して給湯停止する。

次に、図示されていないリモコンにて風呂の湯張りが指示されると、制御装置３１は風呂電磁弁２４を開弁し、給水管２からの冷水と出湯管３からの温水とが風呂混合弁１９にてリモコンにて設定された風呂設定温度に調節され、湯張り管２０を介して浴槽２１へフローセンサ２２で所定量をカウントするまで湯張りを行う。そして、所定量の湯張りを行ったら風呂電磁弁２４を閉弁し、湯張り運転を終了する。

次に貯湯タンク１内の水をヒートポンプ加熱手段４を用いて沸き上げる沸き上げ動作について説明すると、貯湯タンク１内に必要な熱量が残っていないことを検出すると、制御装置３１は沸き上げ運転開始を開始する。制御装置３１は図示しない圧縮機やヒートポンプ側循環ポンプ６の駆動を開始させ、加熱往き管５と加熱戻り管７で構成された加熱循環回路を介して貯湯タンク１下部から供給される冷水を水冷媒熱交換器（図示せず）にて高温に沸き上げ、貯湯タンク１上部に戻し、貯湯タンク１上部から順次積層して高温水を貯湯していく。そして、必要な熱量が貯湯タンク１内に貯湯されたことを検出すると、制御装置３１は圧縮機やヒートポンプ側循環ポンプ６の駆動を停止させ、沸き上げ運転を終了するものである。

また、貯湯タンク１の水をヒータ加熱手段８を用いて沸き上げる沸き上げ動作について説明すると、貯湯タンク１内に必要な熱量が残っていないことを検出すると、制御装置３１は沸き上げ運転開始を開始する。制御装置３１はヒータ加熱手段８やヒータ側循環ポンプ１０の駆動を開始させ、加熱往き管５と加熱分岐管９と加熱戻り管７とから構成された加熱循環回路を介して貯湯タンク１の下部から供給される冷水をヒータ加熱手段８で昇温して高温に沸き上げ、貯湯タンク１上部に戻し、貯湯タンク１上部から順次積層して高温水を貯湯していく。そして、必要な熱量が貯湯タンク１内に貯湯されたことを検出すると、制御装置３１はヒータ加熱手段８やヒータ側循環ポンプ１０の駆動を停止させ、沸き上げ運転を終了する。

貯湯タンク１を沸き上げる方法として、ヒートポンプ加熱手段４による沸き上げと、ヒータ加熱手段８による沸き上げとをそれぞれ説明したが、どちらか一方で沸き上げても良く、両方を駆動させて沸き上げても良いものである。

次に貯湯式給湯装置に於いて、冬期に数日間或いは１日だけ家を空ける場合で、凍結の恐れのある時にユーザーが排水バルブ３０を開き、貯湯タンク１及び各配管内水を排水する水抜き動作について説明する。
ユーザーの判断もしくは図示しないリモコンの指示で、貯湯タンク１及び各配管内の水を排水する場合、まず、ユーザーは給水遮断弁２６を閉じ、逃し弁２８を開き、排水バルブ３０を開くことで排水を開始し、所定時間排水し続けると貯湯タンク１及び各配管内の水が抜けるようにしている。

次に加熱分岐管９の詳しい構造について図２、図３、図４に基づいて説明する。
加熱分岐管９は、ヒータ加熱手段８よりも上流側の配管の上流側分岐管９Ａと、ヒータ加熱手段８と、ヒータ加熱手段８よりも下流側の配管の下流側分岐管９Ｂとで構成されている。また、下流側分岐管９Ｂは、垂直方向上向きに水が流れる上昇管９ａと、水平方向に延び、加熱分岐管９の最上部に逆止弁３２を有した第一水平管９ｂと、ヒータ加熱手段８の背面側に配置され、垂直方向下向きに水が流れる下降管９ｃと、サーモスタット１１を有し、加熱戻り管７に合流する第二水平管９ｄとで構成されている。

また、上昇管９ａの長さＸは、下降管９ｃの長さＹよりも短くなっており、下流側分岐管９Ｂは上側凸の逆Ｓ字のトラップ構造となっている。

このように、加熱分岐管９の第一水平管９ｂには逆止弁３２が設けられているため、貯湯タンク１の上部の湯が下流側分岐管９Ｂを介して、加熱していないヒータ加熱手段８に対流することで放熱してしまい、貯湯タンク１内の貯湯温度が下がってしまうのを防止することができる。

そして、逆止弁３２は、加熱分岐管９のもっとも高い位置を流れる第一水平管９ｂに設けられ、逆止弁３２の上流側と下流側とで相互に空気の出入りが可能な空気通過機能（詳細は後述）を有している。

これにより、水抜き動作を行う場合、ユーザーが給水遮断弁２６を閉じ、逃し弁２８を開き、排水バルブ３０を開くことで水抜き動作を開始すると、貯湯タンク１の下部から水が抜けていくと共に、加熱循環回路内の水が抜けていく。

この時、加熱分岐管９の逆止弁３２よりも下流側の水は、加熱戻り管７を介して排水管２９から排水される。そして、逆止弁３２よりも下流側の水が抜けていくと、逆止弁３２は空気が流通可能となっているため、逆止弁３２の下流から上流に向かって空気が流入される。

そして、逆止弁３２の下流側から逆止弁３２の上流側に空気が流入されることで、逆止弁３２の上流側の上昇管９ａ、ヒータ加熱手段８、上流側分岐管９Ａ内の水が抜けていき、加熱分岐管９内の水抜き動作が完了する。

このように、空気の流通が可能であると共に湯や水の逆流を防止することができるため、自然対流の抑制と加熱分岐管９の水抜き性の向上の効果を両立することができる。

また、上昇管９ａの長さＸは、下降管９ｃの長さＹよりも短い逆Ｓ字のトラップ構造をしており、ヒータ加熱手段８の沸き上げが停止中であると加熱分岐管９内の水よりも貯湯タンク１内の湯の方が高温になるが、重力方向逆向きに長い下降管９ｃによって加熱戻り管７からの逆流を抑制させる構成をしており、空気が流通可能にしたことによる逆止弁３２の逆止能力の低下を補って逆流を防止することができる。

また、下降管９ｃの長さＹは、少なくとも第一水平管９ｂの位置からヒータ加熱手段８よりも下側に第二水平管９ｄが位置するような所定の長さにしており、サーモスタット１１を有する第二水平管９ｄよりも逆止弁３２を有する第一水平管９ｂの方が高い位置に配置されている。

これにより、ヒータ加熱手段８での沸き上げ動作中に天候の変化等で突然停電になってしまうと、ヒータ加熱手段８内部に滞留していた水が高温に沸き上げられ、対流により加熱分岐管９内を移動してしまうが、サーモスタット１１を有した第二水平管９ｄは、ヒータ加熱手段８よりも下側に配置されているため、高温水が対流によりサーモスタット１１に移動してしまい、サーモスタット１１が高温異常を検知してしまうのを防止することができる。

さらに、第一水平管９ｂの長さをＰとし、第二水平管９ｄの長さをＱとしたとき、第一水平管９ｂの長さＰは、第二水平管９ｄの長さＱよりも長くなるようにした。

このように、第一水平管９ｂの長さＰを長くすることで、ヒータ加熱手段８での沸き上げ動作中に天候の変化等で突然停電になってしまったとき、第一水平管９ｂがヒータ加熱手段８内部に滞留していた高温水の放熱部となり、高温水がサーモスタットに伝わるのを抑制することで、サーモスタット１１が高温異常を検知してしまうのを防止することができる。

また、図３及び図４のようにヒータ加熱手段８の上下方向の長さをＺとすると、下降管９ｃの長さＹは、上昇管９ａの長さＸとヒータ加熱手段８の上下方向の長さＺと合わせた長さよりも長いため、下降管９ｃの下端はヒータ加熱手段８よりも低い位置に配置されている。

つまり、第二水平管９ｄと加熱戻り管７の接続部と、第二水平管９ｄに設けられたサーモスタット１１はヒータ加熱手段８よりも低い位置に配置されている。

このように、下降管９ｃの長さＹは、上昇管９ａの長さＸとヒータ加熱手段８の上下方向の長さＺと合わせた長さよりも長くすることで、第二水平管９ｄと加熱戻り管７の接続部と、第二水平管９ｄに設けられたサーモスタット１１とがヒータ加熱手段８と重ならないように配置されていると共に、逆止弁３２と、上昇管９ａと第一水平管９ｂの接続箇所はヒータ加熱手段８よりも高い位置に配置されているので、故障や点検等のメンテナンスで部品や配管の取り外しを行うとき、ヒータ加熱手段８の背面側に手を伸ばさなくても良く、図３のようにヒータ加熱手段８と部品や配管接続箇所は重ならないため、メンテナンス性を損なわない構造を提供することができる。

次に、逆止弁３２の一例について図５及び図６に基づいて詳しく説明する。
第一水平管９ｂは、内部に逆止弁３２を配置させ、雄側アダプタ３３と雌側アダプタ３４とを嵌め込んで構成している。

また、３５はパッキンなどの弁、３６は弁３５と一体に構成されているコマ、３７はコマ３６の傾きを防止するガイド、３８は予め決められた方向から所定の圧力以上の圧力を受けることで弁３５を開き、所定の圧力以下のときには弁３５を閉じるバネ、３９は弁３５、コマ３６、ガイド３７、バネ３８を内部有したハウジング、４０はハウジングの外周に設けられ、Оリングを配置するために設けられたОリング取付溝である。

図６のように、Оリング取付溝４０にОリングを外して逆止弁３２を取り付けることで、Оリングのような弾性部材を嵌め込まなければ密閉できない隙間が生まれる。

この隙間から空気が流通することで、逆止弁３２を備えたとしても逆止弁３２の下流側から逆止弁３２の上流側に空気が流入することが可能となる（空気通過機能）。

また、この隙間は空気のみが流通可能な微細なもののため、水が入り込み逆流が起きてしまうことがなく、万が一水が入り込んでしまっても、水抜き動作時には水が抜けるため問題無く水抜き動作時には、逆止弁３２の上流側の空気の流入口として機能させることができる。

このように、Оリングを外した逆止弁３２を配置することで、特殊な部品を使用せずに自然対流の抑制と加熱分岐管９の水抜き性の向上の効果を両立させることができる。

また、Оリングを外した逆止弁３２を配置させることが要因での逆止能力の低下を抑制するために、加熱分岐管９の逆Ｓ字トラップとすることで、逆流を確実に抑制させることができる。

なお、本発明は実施形態に限定されるものではなく、要旨を変更しない範囲で改変することを妨げるものではなく、例えば、本実施形態では加熱手段を二つ用いており、一方を加熱分岐管９としているが、加熱分岐管９を、加熱手段へ向かう加熱往き管５、加熱手段から戻る加熱戻り管７と分けてもよい。

また、本実施形態の加熱手段は、ヒートポンプ加熱手段４とヒータ加熱手段８とを用いているが、これに限られず、例えば地中熱を利用したヒートポンプや、太陽光を利用したヒートポンプや燃料電池を用いた加熱手段としてもよい。

また、本実施形態では、加熱手段を二つ用いて説明しているが、加熱手段が一つの場合でも良い。

また、本実施形態では空気通過機能として、Оリングを外した逆止弁３２を用いているが、これに限られず、逆止弁３２に空気のみが通過可能な穴をあけることや、雌側アダプタ３４の内寸よりも逆止弁３２の外寸を少し小さくすることなどの方法がある。

１ 貯湯タンク
４ ヒートポンプ加熱手段（加熱手段）
５ 加熱往き管
６ ヒートポンプ側循環ポンプ
７ 加熱戻り管
８ ヒータ加熱手段（加熱手段）
９ 加熱分岐管
１１ サーモスタット
２８ 逃し弁
２９ 排水管
３０ 排水バルブ
３２ 逆止弁
３３ 雄側アダプタ
３４ 雌側アダプタ
３５ 弁
４０ Оリング取付溝
９Ａ 上流側分岐管
９Ｂ 下流側分岐管
９ａ 上昇管
９ｂ 第一水平管
９ｃ 下降管
９ｄ 第二水平管

Claims (5)

1. 湯水を貯湯する貯湯タンクと、
   前記貯湯タンクに給水する給水管と、
   前記貯湯タンク内の水を加熱する第一の加熱手段と、
   前記貯湯タンク内の水を加熱する第二の加熱手段と、
   前記貯湯タンク下部と前記第二の加熱手段の上流側とを接続した加熱往き管と、
   前記第二の加熱手段の下流側と前記貯湯タンク上部とを接続した加熱戻り管とを備えた給湯装置において、
   前記加熱往き管の途中から分岐し、前記第一の加熱手段を介して、前記加熱戻り管に合流する加熱分岐管と、
   前記加熱分岐管に設けられ、前記貯湯タンク内の湯水を前記第一の加熱手段に送出する循環ポンプと、
   前記加熱分岐管には、前記貯湯タンクから前記第一の加熱手段への湯水の逆流を抑制する弁を有した逆止弁とを設け、
   前記逆止弁には、前記逆止弁の上流側と下流側とで相互に空気の出入りが可能な空気通過機能を有し、
   前記逆止弁は、前記加熱分岐管の最も高い位置に配置したことを特徴とする貯湯式給湯装置。
2. 前記加熱分岐管は、
   上向きに水が流れる上昇管と、下向きに水が流れる下降管とを有し、
   前記上昇管の長さは前記下降管の長さよりも短くしたことを特徴とする請求項1記載の貯湯式給湯装置。
3. 前記下降管の下端は前記第一の加熱手段よりも低い位置に配置されたことを特徴とする請求項２記載の貯湯式給湯装置。
4. 前記加熱分岐管には、前記第一の加熱手段の過昇温を防止するサーモスタットを設け、
   前記逆止弁は、前記サーモスタットよりも上流側に配置すると共に、前記サーモスタットよりも高い位置に配置したことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の貯湯式給湯装置。
5. 前記加熱分岐管は、
   略水平方向に延びる第一水平管と、前記第一水平管よりも下流側に設けられた第二水平管とを有し、
   前記加熱分岐管の前記第二水平管には、前記サーモスタットを設け、
   前記第一水平管の長さは、前記第二水平管の長さよりも長くしたことを特徴とする請求項４記載の貯湯式給湯装置

Images