JPH0348423B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は蓄熱給湯設備に係り、更に詳しくは、
太陽熱集熱器等から供給される熱媒体の保有する
熱を温水として蓄熱しておくとともに必要に応じ
て適宜給湯する蓄熱給湯設備に関する。

太陽熱集熱器で得られた熱やヒートポンプの廃
熱等を利用して給湯を行い、余剰の熱は温水とし
て蓄えて給湯需要や暖房需要に備えることのでき
る蓄熱給湯設備が識られている。この種の蓄熱給
湯設備では、被加熱水を貯蔵する貯湯タンクが、
床下が外気温の変動の影響を受けにくいところか
ら、家屋の床下に配置されることが考えられる。
したがつて、蓄熱容量をある程度確保して安定し
た給湯を行い得るようにするには、例えば一般家
庭用でも400リツトル前後の容量を要する等、貯
湯タンクの容量もある程度は確保しなければなら
ず、床下に配置する貯湯タンクの形状は偏平的な
ものとならざるを得ない。すなわち、床下の空間
を有効に利用するには偏平な形状が有利であり、
且つ、床下の土壌を掘り下げて縦長の貯湯タンク
を配置することは施工等の負担が大きいため採用
し難いからである。

ところで、貯湯タンクを偏平なものとすると貯
湯タンクの全体容量に対して貯湯タンクの高さが
低いものとなつて、貯湯タンク内の被加熱水の高
さ方向の温度差が僅少なものとなり易く、また、
熱交換器（放熱器）との熱交換がタンク内の一部
域のみで行なわれて周囲に死水域が生じ易い。そ
のため、被加熱水の高さ方向の温度差に起因する
タンク内における被加熱水の十分な自然対流現象
が期待できないものであつた。したがつて、熱交
換効率が低く、貯湯タンクの容量全体を十分有効
に活用するものではなかつた。

また、偏平な貯湯タンクを床下に配置する場合
に限らず、貯湯タンク内における自然対流が十分
でないために熱交換効率が低い場合があつた。

本発明の目的は、例えば貯湯タンクの形状が偏
平な場合等であつても、貯湯タンク内の被加熱水
の全体的な対流が十分に行なわれるため熱交換効
率が高く、したがつて、蓄熱能力や給湯能力に優
れた蓄熱給湯設備を提供することにある。

そのため本発明は、外部熱源に接続されて当該
熱源からの熱媒体が通される熱媒体流路と、当該
熱媒体流路と熱交換可能な被加熱流路とを有する
熱交換器が浮遊手段により貯湯タンク内の被加熱
水の上部側に浮遊配置され、前記被加熱流路の一
端側は前記貯湯タンク内に開放され、この被加熱
流路の他端側は切換手段および強制送水手段を介
して循環用流路および給湯用流路に接続され、前
記切換手段は被加熱流路と循環用流路または給湯
用流路とを選択的に連通可能に設けられ、前記循
環用流路の切換手段と反対側の端部は貯湯タンク
の底部側に開放され、前記給湯用流路の切換手段
と反対側の端部は給湯器に接続されるように構成
する。

すなわち、貯湯タンク内の被加熱水のうちで最
も高温度になりやすい液面近傍に、液面位が変動
してもその変動に追従するようにして、常に熱交
換器が位置するよう浮遊させ、蓄熱時にあつては
貯湯タンクの底部側（低温側）の温水を循環手段
により前記内管の他端側に供給して熱交換器に強
制的に循環させて熱交換器と温水との温度差を確
保して熱交換効率を向上させ、かつ加熱された温
水を順次液面近傍に排出し、給湯時にあつては給
湯手段により貯湯タンク内の上部側（高温側）の
被加熱水を給湯器に供給させてタンク内の最も高
温度の被加熱水が給湯器に供給されるようにし、
さらに、給湯の際には貯湯タンク内の被加熱水を
前記交換器に通し、必要に応じて再び昇温させた
後に給湯器に供給されるようにして、前記目的を
達成しようとするものである。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明す
る。

第１図には、本発明に係る蓄熱給湯装置の一実
施例が示されており、図中、一般住宅等の建築物
１の床２は布基礎３上に支持され、床下の空間は
布基礎３によりいくつかの床下空間部４に画成さ
れている。

床下空間部４の１つには貯湯タンク５が設置さ
れている。貯湯タンク５は外周面に断熱キルテイ
ングが貼設される等した合成樹脂シート等から袋
状に形成され、貯湯タンク５の開口部には口金６
を介して蓋体７が取付けられている。一方、床２
には蓋８が着脱可能に取付けられている開口部９
が形成されており、この開口部９から前記貯湯タ
ンク５の制御機器、配管等のメンテナンスができ
るようになつており、また、このタンク５は小さ
く折畳まれた状態で床下空間部４内に格納され得
るようになつている。

貯湯タンク５内には被加熱水１１が所定量充填
され、この被加熱水１１のヘツド圧によつて貯湯
タンク５は偏平形状に拡大されるようになつてい
る。また、偏平形状に拡がつた貯湯タンク５は、
断熱マツト１２を介して床下地面１３上に載置さ
れている。貯湯タンク５は周囲を前記布基礎３に
より囲繞されているが、貯湯タンク５と布基礎３
との隙間には発泡ビーズ等の断熱材１４が充填さ
れており、断熱材１４を介して貯湯タンク５は布
基礎３により保形されている。

貯湯タンク５内の被加熱水１１は、給水パイプ
１５によりタンク５内に供給される。給水パイプ
１５はタンク５の上端部等に取付けられたボール
タツプ１６に連結され、このボールタツプ１６に
は、先端給水口が貯湯タンク５の底部位置に臨む
導入パイプ１７が連結され、給水パイプ１５より
供給される被加熱水１１はボールタツプ１６およ
び導入パイプ１７を介して貯湯タンク５の底部側
に供給され、且つ、前記ボールタツプ１６の作用
により貯湯タンク５内の被加熱水１１の充填容量
が所定量に維持されるよう構成されている。

貯湯タンク５内の被加熱水１１の上部側には熱
交換器２１が浮遊して配置されている。浮遊手段
としては、熱交換器２１に浮（空気室、エアーだ
まり）２１Ａ等を付設してもよいし、あるいは、
蓋体７から引張りコイルばね（図示せず）等によ
り熱交換器２１を吊り下げて所定の位置にとまる
ようにする等してもよい。熱交換器２１は二重管
構造体とされており、熱媒体流路である外ケース
２２には熱媒体パイプ２３が接続され、この熱媒
体パイプ２３を介して建築物１の屋根等に載置さ
れた外部熱源としての太陽熱集熱器２４が接続さ
れている。熱媒体パイプ２３の途中には熱媒体循
環ポンプ２５が設けられ、このポンプ２５により
太陽熱集熱器２４と熱交換器２１の外ケース２２
との間には熱媒体が適宜循環されるよう構成され
ている。

また、貯湯タンク５の内部側に導入されている
部分の熱媒体パイプ２３は可撓性あるいは集縮性
を備えており、貯湯タンク５内の被加熱水１１の
液面位が変動する場合にも、前記変動に追従して
熱交換器２１は常時被加熱水１１の上部側に位置
されるようになつている。

一方、熱交換器２１の被加熱流路である内管２
６は、一端側を貯湯タンク５内の加熱水１１中に
開放され、その内部には被加熱水１１が流通さ
れ、この被加熱水１１と外ケース２２内を循環す
る熱媒体との間で熱交換がなされるよう構成され
ている。なお、内管２６は螺旋状とされたり蛇行
される等して被加熱水１１と前記熱媒体との接触
面積（接触時間）が所定量以上に確保されるよう
工夫される等してもよい。

内管２６の他端側には循環パイプ３０を介して
切換手段である第１の三方切換弁３１の第１ポー
ト３１Ａおよび第２の三方切換弁３２の第１ポー
ト３２Ａが各々接続されている。この循環パイプ
３０の貯湯タンク５内における部分も前記熱媒体
パイプ２３の貯湯タンク５内における部分と同様
可撓性あるいは伸縮性を有している。第１の三方
切換弁３１の第２ポート３１Ｂは循環パイプ３３
を介して強制送水手段である給湯ポンプ３４に接
続され、第３ポート３１Ｃは汲み上げパイプ３５
を介して汲み上げ管３６に接続されている。汲み
上げ管３６の下端開口部は貯湯タンク５の底部側
に配置されており、この汲み上げ管３６および汲
み上げパイプ３５により循環用流路が構成され、
貯湯タンク５の内部の底部側の被加熱水１１が汲
み上げられるようになつている。また、前記第１
の三方切換弁３１には弁切換用モータ３７が備え
られており、このモータ３７により、給湯（運
転）時には第１ポート３１Ａと第２ポート３１Ｂ
とが連通され、蓄熱（運転）時には第２ポート３
１Ｂと第３ポート３１Ｃとが連通されるように弁
の切換動作が行なわれるようになつている。

一方、前記第２の三方切換弁３２の第２ポート
３２Ｂは給湯用流路である給湯パイプ３８を介し
てサーモワツクスバルブ４１に接続され、第３ポ
ート３２Ｃは循環パイプ３３を介して前記給湯ポ
ンプ３４に接続されている。また、第２の三方切
換弁３２には弁切換用モータ３９が備えられてお
り、この弁切換用モータ３９により弁の切換操作
が行なわれると、蓄熱（運転）時には第１ポート
３２Ａと第３ポート３２Ｃとが連通され、給湯
（運転）時には第２ポート３２Ｂと第３ポート３
２Ｃとが連通され得るよう構成されている。

前記給湯パイプ３８は、サーモワツクスバルブ
４１の箇所において二股に分岐され、一方の給湯
パイプ３８には比例制御式湯沸器４２が介装され
ている。二股に分岐された給湯パイプ３８は再び
連結された後にシヤワーや給湯蛇口等の給湯器４
３に接続されている。

なお、前記三方切換弁３１，３２、給湯ポンプ
３４、および汲み上げ管３６により蓄熱時に貯湯
タンク５の底部側の被加熱水を熱交換器２１に強
制的に循環させる循環手段が構成され、また、前
記三方切換弁３１，３２および給湯ポンプ３４に
より給湯時に貯湯タンク５の上部側の被加熱水１
１を給湯器４３に供給させる給湯手段が構成され
ている。

次に、本実施例の運転方法につき第２，３図を
も参照して説明する。

第２図には蓄熱運転時における熱媒体および被
加熱水１１の経路が示されている。蓄熱時には、
第１の切換弁３１にあつては第２ポート３１Ｂと
第３ポート３１Ｃとを連通するよう弁を切換える
とともに、第２の三方切換弁３２にあつては第１
ポート３２Ａと第３ポート３２Ｃとを連通させる
よう弁を切換える。これにより、汲み上げ管３６
の下端開口部より貯湯タンク５内の底部側の低温
度の被加熱水１１が汲み上げられ、この汲み上げ
られた被加熱水１１は２つの切換弁３１，３２お
よび給湯ポンプ３４を経由して循環パイプ３０に
より熱交換器２１の内管２６の他端側へと供給さ
れる。内管２６に供給された被加熱水１１は外ケ
ース２２を循環する高温度の熱媒体と熱交換して
昇温された後に内管２６より貯湯タンク５の上部
側（液面位側）に排出される。この際、熱交換器
２１において高温度の熱媒体と熱交換する被加熱
水１１は、汲み上げ管３６により汲み上げられた
貯湯タンク５内の底部側の低温度のものであるた
め、互いに熱交換する被加熱水１１と熱媒体との
温度差が大きく、熱交換効率の高いものとなる。

第３図には給湯運転時における経路が示されて
おり、この場合、第１の三方切換弁３１にあつて
は第１ポート３１Ａと第２ポート３１Ｂとが連通
されるとともに、第２の三方切換弁３２にあつて
は第２ポート３２Ｂと第３ポート３２Ｃとが連通
される。給湯時では、貯湯タンク５内の上部側の
高温度の被加熱水１１が熱交換器２１の内管２６
内に吸引された後、２つの三方切換弁３１，３２
および給湯ポンプ３４を経てサーモワツクスバル
ブ４１へと供給される。即ち、貯湯タンク５内に
おける最も温度の高い部分の被加熱水１１がサー
モワツクスバルブ４１へと供給される訳である
が、サーモワツクスバルブ４１へと供給される際
に被加熱水１１は熱交換器２１に通じられて熱媒
体の熱を受け取り更に昇温されることとなる。

サーモワツクスバルブ４１に供給される被加熱
水１１は、その温度が予め設定した所定値より低
い場合には比例制御式湯沸器４２を経て給湯器４
３へと供給され、また、その温度が所定値より既
に高い場合には比例制御式湯沸器４２を経ること
なく直接給湯器４３へと供給される。

また、このようにして、給湯器４３において被
加熱水１１が消費されて貯湯タンク５内の液面位
が下降すると、ボールタツプ１６が開口動作して
新たな被加熱水１１が導入パイプ１７により貯湯
タンク５の底部近傍に供給され、貯湯タンク５内
の液面位は常に一定に保たれる。

給湯器４３における被加熱水１１の消費量が導
入パイプ１７より導入される導入量より多い間は
貯湯タンク５内の液面位は下降することとなる
が、熱交換器２１は被加熱水１１の上部側に浮遊
しているものであるため、液面位の下降に伴い熱
交換器２１も下降し、また、液面位が上昇する場
合にも同様にして熱交換器２１は液面位の上昇に
合わせて上昇する。従つて、貯湯タンク５内にお
ける最も高温度な部分の被加熱水１１が常に（液
面位の変動にかかわらず）給湯器４３に供給され
ていく。

このような本実施例によれば、蓄熱運転時には
貯湯タンク５内における最も低温度の被加熱水１
１が熱交換器２１へと供給されるため、熱交換器
２１における熱交換効率が高く、従つて、貯湯タ
ンク５の形状が偏平であり自然対流が十分に望め
ないような場合であつても、蓄熱能力が高いとい
う効果がある。特に、本実施例は給湯ポンプ３４
による強制循環で熱交換を行なわしめるものであ
るから、貯湯タンク５内の部分的な熱交換では無
く、循環流動により全体を通じての（貯湯タンク
５内全体での）熱交換を行うことができる。さら
に、熱交換により加熱された被加熱水１１は液面
近傍に排出され、貯湯タンク５内は上部側が高温
化されるとともに、高温の部分は底面部からの抜
き取り強制循環により順次底面側に向かつて拡げ
られ、貯湯タンク５内は全体が高温にされ、蓄熱
効率は一層向上することになる。

また、給湯運転時にあつても、貯湯タンク５内
における最も高温度の部分であるタンク５内の上
部側の被加熱水１１が給湯器４３に供給されるた
め、給湯器４３では高温度な温湯（被加熱水１
１）が得られ、給湯能力にも優れているという効
果がある。しかも、熱交換器２１は貯湯タンク５
の液面位の変位に追従するよう構成されているた
め、前記液面位の変動にもかかわらず常に給湯能
力を維持することができ、給湯器４３における温
湯の温度も前記液面位の変位にかかわらず安定化
させることができる。

更に、給湯器４３へと供給される貯湯タンク５
内の上部側の被加熱水１１は、熱交換器２１にお
いて更に熱媒体から熱を受け取つた後に給湯器４
３に供給されており、この点からも、給湯能力に
優れたものとすることができる。

更にまた、熱交換器２１を貯湯タンク５内に配
置したことにより、外ケース２２から放熱される
熱媒体の熱が熱交換器２１の周囲の被加熱水１１
によつて回収することができ、従つて、この点に
おいても蓄熱能力や給湯能力を高めることができ
る。しかも、たとえば熱交換器２１を貯湯タンク
５の外部側に設ける場合には、外ケース２２の外
周側へ熱媒体の保有する熱を放熱させないための
断熱材や保温機構等を必要とするが、熱交換器２
１を貯湯タンク５内に配置すれば、断熱材等も不
要となり極めて便宜である。

また、可撓性の貯湯タンク５を布基礎３により
画成される床下空間部４内に配置し、前記布基礎
３を有効利用して床下空間部４における断熱層の
形成や貯湯タンク５の保形等を行なわせており、
大袈裟な工事を要することなく、施工が容易であ
るという効果がある。また、熱媒体パイプ２３を
建築物１の外側に配置して、貯湯タンク５とは布
基礎３を貫通して連絡させるだけにすることによ
り、万一の漏液事故の被害も屋外だけのもので済
み、また、補修等を容易である。

なお、実施にあたり、給湯時には熱交換器２１
に集熱器２４からの熱媒体を通じることなく単に
貯湯タンク５の上部側の被加熱水１１を給湯器４
３に供給するものであつてもよい。ただし、被加
熱水１１よりも熱媒体の温度が高い場合にはこの
熱媒体を熱交換器２１に通じさせれば前述のよう
に被加熱水１１を一層昇温させることができる。

また、蓋体７に断熱材を貼設したりあるいは発
泡ビーズ等をのせる等して蓋体７からの放熱を特
に防止するようにしてもよい。また、熱交換器２
１は二重管構造体であるとしたが、これに限ら
ず、たとえば熱媒体流路が螺旋状に形成されて全
体として１つの円管体とされ、この円管体の中心
部が前記内管２６に相当するように被加熱水１１
の流路とされるものであつてもよいし、あるい
は、外ケース２２内を内管として被加熱水１１が
通されその中心部に配置された前記実施例におけ
る内管２６と類似の熱媒通路に熱媒体が循環され
る構造であつてもよく、更に、三重管構造であつ
てもよい。

また、熱交換器２１に循環される熱媒体は、太
陽熱集熱器２４により昇温された熱媒体であると
したが、太陽熱集熱器２４にかえて、あるいは、
太陽熱集熱器２４とともに、ヒートポンプの排熱
側を接続し、ヒートポンプの熱の排熱をも利用す
るもの、或いは地熱、生活廃熱等を利用するもの
等、採熱源は何でもよく前記場合に特定されるも
のではない。また、貯湯タンク５内に前記熱交換
器２１とは別に、コイル等を配置してこのコイル
等により採熱された貯湯タンク５内の熱により暖
房器等を運転させるようにしてもよい。

また、貯湯タンク５は床下に配置される可撓性
の偏平な形状のものに限らず、床下以外の場所に
配置される場合や、縦長であつたりあるいは一定
の形状を保つ剛性のタンクであつてもよい。さら
に、比例制御式湯沸器４２は必らずしも必要では
ない。

上述のように本発明によれば、熱交換効率が高
く蓄熱能力や給湯能力に優れた蓄熱給湯設備を提
供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る蓄熱給湯装置の一実施例
を示す断面図、第２図および第３図は各々前記実
施例の蓄熱運転時および給湯運転時における熱媒
体および被加熱水の経路を示す説明図である。 １……建築物、２……床、３……布基礎、４…
…床下空間部、５……貯湯タンク、１１……被加
熱水、１２……断熱マツト、１３……床下地面、
１４……断熱材、１５……給水パイプ、１６……
ボールタツプ、１７……導入パイプ、２１……熱
交換器、２１Ａ……浮遊手段である浮、２２……
熱媒体流路である外ケース、２３……熱媒体パイ
プ、２４……外部熱源である太陽熱集熱器、２５
……熱媒体循環ポンプ、２６……被加熱流路であ
る内管、３０……循環パイプ、３１，３２……切
換手段である第１、第２の三方切換弁、３１Ａ，
３２Ａ……第１ポート、３１Ｂ，３２Ｂ……第２
ポート、３１Ｃ，３２Ｃ……第３ポート、３３…
…循環パイプ、３４……強制送水手段である給湯
ポンプ、３５，３６……循環用流路である汲み上
げパイプおよび汲み上げ管、３８……給湯用流路
である給湯パイプ、４１……サーモワツクスバル
ブ、４２……比例制御式湯沸器、４３……給湯
器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 外部熱源に接続されて当該熱源からの熱媒体
   が通される熱媒体流路と、当該熱媒体流路と熱交
   換可能な被加熱流路とを有する熱交換器が浮遊手
   段により貯湯タンク内の被加熱水の上部側に浮遊
   配置され、 前記被加熱流路の一端側は前記貯湯タンク内に
   開放され、この被加熱流路の他端側は切換手段お
   よび強制送水手段を介して循環用流路および給湯
   用流路に接続され、 前記切換手段は被加熱流路と循環用流路または
   給湯用流路とを選択的に連通可能に設けられ、 前記循環用流路の切換手段と反対側の端部は貯
   湯タンクの底部側に開放され、 前記給湯用流路の切換手段と反対側の端部は給
   湯器に接続されていることを特徴とする蓄熱給湯
   設備。 ２ 前記熱交換器の被加熱流路は、前記熱媒体流
   路内に貫通して配置されて、前記熱交換器が二重
   構造体とされたことを特徴とする特許請求の範囲
   第１項に記載された蓄熱給湯設備。