JPS6120454Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、熱交換器によつて加熱された温水を
自然循環力を利用してその上部に設けられた貯湯
タンクに貯湯する給湯装置に関し、特に給水温度
に関係なく常に一定の沸上げ温度が得られる給湯
装置に関するものである。

近年、生活環境の向上に伴なつて、各家庭に於
ける温水の利用量が急増している。この場合、従
来に於いてはガスおよび電気を利用した瞬間湯沸
器を用いて給湯を行なつていたが、その取り扱い
が複雑で危険であるとともに、給湯量によつて湯
温が大きく変化しかつ大量の温水を供給すること
が出来ない等の理由から、現在は貯湯方式の給湯
装置が主流となつている。

貯湯方式の給湯装置は、熱交換器に於いて加熱
された温水をその上部に設けられている保温構造
の貯湯タンクに貯めておき、必要に応じてこの貯
湯タンク内の温水を給湯するものである。この場
合、一般に用いられている貯湯方式による給湯装
置は、貯湯タンクの底部から給水管を介して熱交
換器に給水を行ない、熱交換器において加熱され
た温水を自然循環させることによつて、熱交換器
の上方に位置する貯湯タンクの上部に供給するよ
うに構成されている。従つて、貯湯タンク内に於
いては、上部から順次下部に温水が貯えられるこ
とになる。

そして、この場合における温水の循環量Ｑは、
熱交換器から貯湯部までの高さをＨ、加熱前の水
と加熱後の温水の比重差を△γとするとき、 Ｑ∝Ｈ×△γ …(1) となる。また、上述した自然循環系における圧力
損失水頭をＰとするとき、 Ｑ∝Ｐ …(2) なる関係が生ずる。

従つて、上従した従来の自然循環を利用した給
湯装置に於いては、第(1)式および第(2)式に於ける
△γが一定でかつＨおよびＰが装置の形状で決定
される一定値であるために、その装置における自
然循環量Ｑは常に一定値となる。この結果、バー
ナーの発熱量および熱交換器の集熱量が一定であ
るために沸上り温度差も常に一定となり、沸上り
温度は給水温度に大きく依存されることになる。

このため、例えば沸上り温度差が40℃の装置に
於いて、冬期に第１図にＡで示す５℃の水が供給
されると、その沸上り温度は第１図にA′で示す
ように（５℃＋40℃）＝45℃になる。また、夏期
に第１図にＢで示す15℃の水が供給されると、そ
の沸上り温度は第１図にB′で示すように（15℃＋
40℃）＝55℃になる。また、第１図にＣで示すよ
うに25℃の水が供給された場合には第１図に
C′で示すように、その沸上り温度が（25℃＋40
℃）＝65℃にも達してしまう。つまり、このよう
な自然循環方式の給湯装置に於いては、高い貯湯
温度を得たい冬期と低い貯湯温度でも十分である
夏期の動作が逆になつてしまい、温水の使用に際
しては不都合が生ずる。

従つて、本考案による目的は、給水温度に関係
なく常にほぼ一定の貯湯温度が得られると共に、
貯湯水の２度沸かしを可能にした給湯装置を提供
することである。

このような目的を達成するために、本考案によ
る給湯装置は、給水温度が低い時自然循環通路の
開口面積小さくし、かつ給水温度が高いとき自然
循環通路の開口面積を大きくする循環圧力損失調
整体を設、高温水を貯湯タンク内の上部に導びく
出湯管の上端面を閉塞すると共に、その上端部外
周面には多数の高温水吐出細孔を形成し、さらに
給水温度センサの検知信号に応じて上記循環圧力
損失調整体の開口面積を調整制御すると共に湯温
センサの設定におうじて、貯湯タンク内の水を２
度沸かし制御する制御部を設けたものである。以
下、図面を用いて、本考案による給湯装置を詳細
に説明する。

第２図は本考案による給湯装置の一実施例を示
す要部断面図であつて、ケーシング１の上部には
ガラスフアイバーあるいは発泡スチロール等の断
熱材２によつて覆われて保温構造とされた貯湯タ
ンク３が収容されている。そして、この貯湯タン
ク３の真上部分には出湯口４が設けられており、
また下部の側面には給水口５が設けられている。
６はケーシング１の内部でかつ貯湯タンク３の真
下部分に設けられた加熱部であつて、バーナー７
と熱交換器８とによつて構成されており、熱交換
器８の下側に設けられている給水側は給水管９を
介して貯湯タンク３の底部に連結され、また熱交
換器８の上部に設けられている出湯側は貯湯タン
ク３の底部を貫通して出湯口４の真下まで延在す
る出湯管１０に連結されている。この場合、出湯
管１０の上端面は閉じられており、その端部周面
に細孔１１が多数設けられている。一方、給水管
９の一部には、循環圧力損失調整体としての電磁
オリフイス１２が設けられており、外部からの電
気制御によつて管路の開口面積を２段階に開閉制
御することができる。１３は貯湯タンク３の底部
における湯温を検出する湯温検出センサーであ
る。

第３図は第２図に示す給湯装置を制御する制御
部の一例を示す回路図であつて、１４は交流電
源、１５は電源スイツチ、１６は給水温度検出セ
ンサー、１７は温度制御部であつて、給水温度検
出センサー１６が15℃以上の給水温度を検出した
時に接点１８を閉じるとともに、切換スイツチ１
９を介して入力端ａ，ｂに供給される湯温検出セ
ンサー１３の出力が、入力端ａ，ｂにそれぞれ予
め定められている設定値に達すると加熱停止信号
Ｓを発生する。２０は接点１８を介して交流電源
１４の両端間に接続された第２図に示す電磁オリ
フイス１２の励磁コイル、２１は第２図に示すバ
ーナー７の点火、消火を制御する燃焼制御部であ
つて、温度制御部１７から加熱停止信号Ｓが供給
されるとバーナー７を消火制御するように構成さ
れている。

このような構成の制御部を有する給湯装置にお
いて、まず出湯口４に連結された図示しないバル
ブを開放した状態において、給水口５から水を水
道圧によつて給水すると、貯湯タンク３、熱交換
器８、給水管９および出湯管１０の内部がすべて
水で満された後に出湯口４から水が排出される。
このようにして、内部がすべて水で満されたなら
ば、出湯口４に連結されているバルブを閉じて加
熱準備が完了する。

この状態において、電源スイツチ１５を閉じる
と、温度制御部１７がまず給水温度検出センサー
１６の出力を取り込むことによつて給水温度を検
出する。そして、給水温度が設定温度（15℃）以
上の場合のみ接点１８が閉じられる。接点１８が
閉じられると、励磁コイル２０が交流電源１４の
出力によつて励磁されて電磁オリフイス１２の開
口面積が拡大される。一方、湯温検出センサー１
３の出力は、切換スイツチ１９を介して温度制御
部１７に供給されている。この場合、貯湯タンク
３内の水温は低いために、湯温検出センサー１３
の出力は入力端ａの設定値に達しない。従つて、
温度制御部１７からは加熱停止信号Ｓは送出され
ておらず、燃焼制御部２１はバーナー７を点火さ
せて燃焼を続けさせる。この結果、バーナー７に
よつて発生される高温の燃焼ガスを熱交換器８を
介して排気口２２から排出され、熱交換器８は燃
焼ガスの熱をフイン２３によつて効率良く集めて
その内部の水を加熱する。熱交換器８内に於いて
加熱された温水は、その比重が小さくなることか
ら上方に移動し、出湯管１０を介して貯湯タンク
３の上部に案内され、出湯管１０の上端部に設け
られている細孔１１から、その外周方向に向け吐
出流速のゆるやかな流れとなつて、貯湯タンク３
内に拡散流出され、これにより細孔１１の周囲を
含むタンク上層水の撹拌及び対流を減少させ、高
温水がタンク上部から安定して貯えられるように
する。そして、細孔１１は出湯管１０内を比重差
で上昇する高温水の上昇速度を抑制する役目も
し、これにより自然循環系の出口側でも流量抑制
して給水口５から流入する水道水の圧力変化等に
よる循環量Ｑをオリフイス１２で設定された流量
に確実に維持されるようにする。また、貯湯タン
ク３内は水で満されているために、出湯管１０か
ら送り出された温水は上方に移動して、貯湯タン
ク３の上部に順次貯められる。また、熱交換器８
内の水が加熱されて上方に移動することに伴なつ
て、貯湯タンク３の底部における冷水が電磁オリ
フイス１２を有する給水管９を介して新たに供給
される。

このような動作を順次行なうことにより、貯湯
タンク３内に満された水は、熱交換器８を通る経
路を介して自然循環を行ない、これに伴なつて熱
交換器８により沸された温水が貯湯タンク３内に
順次貯えられる。そして、貯湯タンク３内におけ
る温水と冷水の境界部２４が順次下方に移動して
湯温検出センサー１３の位置を越えると、この湯
温検出センサー１３の出力が急上昇する。この結
果、温度制御部１７は入力端ａに対する設定値を
越えたことを検出し、貯湯タンク３内に満されて
いた水のほぼ全量が所定温度に沸されたとして加
熱停止信号Ｓを発生する。この結果、燃焼制御部
２１は加熱停止信号Ｓによつてバーナー７の燃焼
を直ちに停止させる。

一方、電磁オリフイス１２は前述したように給
水温度によつてその開口面積が２段階に制御され
る。つまり、給水温度が基準温度としての15℃よ
りも低い場合には励磁コイル２０が励磁されず、
その開口面積は小さいままの状態となつている。
この結果、例えば第１図にＡで示すように５℃の
水が給水されると、前述した場合と同様にその沸
上り温度は（５℃＋40℃）＝45℃となる。次に、
第１図にＢで示す15℃の水が給水された場合に
は、温度制御部１７が作動して接点１８が閉じら
れる。この結果、励磁コイル２０が励磁されて電
磁オリフイス１２の開口面積が広げられ、これに
伴なつて自然循環系における圧力損失が小さくな
る。そして、この圧力損失が小さくなると、熱交
換器８の熱容量は固定であるのに対し、前述した
第(2)式より循環量Ｑが増大するために、その沸上
り温度差が例えば40℃から30℃に落される。従つ
て、第１図にＢで示す水温15℃の水が給水された
場合の沸上り温度は、第１図にA′で示すように
（15℃＋30℃）＝45℃となり、また第１図にＣで示
す水温25℃の水が給水された場合の沸上り温度
は、第１図にB′で示すように（25℃＋30℃）＝55
℃となる。

このように、給水温度に対応して電磁オリフイ
ス１２の開口面積を変えると、つまり給水温度が
低い場合には電磁オリフイス１２の開口面積を小
さくして自然循環系における圧力損失を大きく
し、給水温度が高い場合には電磁オリフイス１２
の開口面積を大きくして圧力損失を小さくする
と、熱容量が固定である熱交換器８に対する循環
量Ｑが変化する。そして、この循環量Ｑは給水温
度が低い場合には少なく、また給水温度が高い場
合には多くなる。従つて、沸上り温度差は循環量
Ｑに反比例（加熱容量固定の場合）するために、
結果として沸上り温度は給水温度に関係なくほぼ
一定な値に制御される。

また、出湯管１０の高温水流出口を多数の細孔
１１で形成することにより、この細孔１１から貯
湯タンク１内に吐出する吐出流速をゆるやかな流
れにしてタンク上層水の撹拌、対流を減少させる
と共に、出湯管１０内を上昇する高温水の上昇速
度を抑制してオリフイス１２で設定された循環量
を確実に維持できるから、給湯時に、これに対応
して給水口５から供給される給水圧力が変動した
り、オリフイス１２の流れ状態が変化等しても、
これに影響されることなく、かつむらのない貯湯
温度の一定化が可能となり、かつ給水温度に関係
なくほぼ一定温水の給湯が可能になる。さらにま
た、出湯管１０の上端面を閉塞することにより、
給湯時に出湯管１０から吐出する高温水が直接出
湯口４へ流入するのを防止し、そして貯湯時にお
ける上層水の対流をなくする。

次に、貯湯タンク３内の温水をより高温にした
い場合には再循環加熱を行なわせる。つまり、第
３図に示す切換スイツチ１９を図示と逆に切換え
て、湯温検出センサー１３の出力を温度制御部１
７の入力端ｂに供給する。この場合、入力端ｂは
その設定値を１回の循環による沸上げ温度よりも
高い値に設定されている。従つて、第１回目の沸
上げによる湯温では温度制御部１７が作動せず、
第２回目の沸上げによる温水が湯温検出センサー
１３に達した時点に於いて始めて温度制御部１７
が作動して加熱停止信号Ｓを発生する。このため
に、例えば第１図にA′，B′で示す45℃または55
℃の温水を再加熱すると、第１図にA″，B″で示
すように高温にすることが出来る。このために、
切換スイツチ１９を温水の使用目的または季節に
対応して切換えることにより、熱エネルギーを有
効に利用することが出来る。

なお、上述した実施例においては、自然循環系
の圧力損失を調整する循環圧力損失調整体とし
て、開口面積を２段に切換える電磁オリフイスを
用いた場合についてのみ説明したが、本考案はこ
れに限定されるものではなく、給水温度に対応し
て段階的または連続的に圧力損失が可変できるも
のであればいかなるものであつても良い。また、
上記実施例においては、電磁オリフイスを熱交換
器に対する給水管路部分に設けた場合について説
明したが、第２図に点線で示すように、熱交換器
の出湯側に設けても同様な効果が得られる。

以上説明したように、本考案による給湯装置は
循環圧力損失調整体により給水温度が低い時自然
循環通路の開口面積小さくし、かつ給水温度が高
いとき自然循環通路の開口面積を大きくして循環
量を調整すると共に、高温水を貯湯タンク内の上
部に導びく出湯管の上端面を閉塞し、かつ、その
上端部外周面に多数の高温水吐出細孔を形成し
て、出湯管から貯湯タンクへの高温水を拡散流出
させ、ゆるやかな流れにすると同時に上昇高温水
の速度を抑制するようにしたものであるから、循
環圧力損失調整体のみの場合によりさらに安定し
た、しかも給水温度に左右されることのないほぼ
一定した沸上り温度にすることができる。また、
制御部への湯温センサの検知温度を高く設定する
ことにより、燃焼制御部は１回目の沸上げ動作を
行なつた後、２回目の沸上げを可能にし、かつ温
水の使用目的もしくは季節に対応させることによ
り熱エネルギを有効に利用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は給水温度と沸上げ温度との関係を示す
図、第２図は本考案による給湯装置の一実施例を
示す要部断面図、第３図は第２図に示す給湯装置
に用いられる制御部の一例を示す回路図である。 １……ケーシング、２……断熱材、３……貯湯
タンク、４……出湯口、５……給水口、６……加
熱部、７……バーナー、８……熱交換器、９……
給水管、１０……出湯管、１１……細孔、１２…
…電磁オリフイス、１３……湯温検出センサー、
１６……給水温度検出センサー、１７……温度制
御部、１８……接点、１９……切換スイツチ、２
０……励磁コイル、２１……燃焼制御部、２３…
…フイン。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 上端に出湯口４を、下部に給水口５を有する貯
   湯タンク３と、この貯湯タンク３内に垂直に配設
   された出湯管１０と、この出湯管１０の下端と上
   記貯湯タンクの下部間を連通する給水管９と、上
   記貯湯タンク３の上部に配設され上記給水管９を
   比重差で自然循環する水を加熱する加熱装置とを
   有する給湯装置において、上記給水管９からの給
   水温度を検知する給水温度センサ１６及びこの給
   水温度に応じて上記給水管９の圧力損失を調整す
   る循環圧力損失調整体を有し、かつ上記出湯管１
   ０の上端面を閉塞すると共に、その上端部外周面
   には高温水の拡散と高温水の上昇速度を抑制する
   ための多数の細孔１１を形成し、さらに上記給水
   温度センサ１６の検知信号に応じて上記循環圧力
   損失調整体を動作制御すると共に湯温センサ１３
   の温度設定に応じて上記燃焼装置により貯湯タン
   ク３内の水を２度沸し制御する制御部を設けたこ
   とを特徴とする給湯装置。