JP2005147597A - 給湯システム - Google Patents

Abstract

【課題】 消費電力あたりの加熱能力を高める。
【解決手段】 冷水を加熱手段３２によって加熱することにより高温の温水とし、この高温の温水を貯湯槽３、７に貯留する加熱系統２と、貯湯槽３，７内に冷水を供給し、貯湯槽３、７内の高温の温水を貯湯槽３、７外に圧送し、この高温の温水を冷水と混合させて低温の温水とし、この低温の温水を水栓２６を介して給湯する給湯系統２５と、給湯系統２５の低温の温水を循環槽３６に循環させる循環系統３５と、循環系統３５の低温の温水を加熱手段３２によって加熱し、循環系統３５に戻すことにより循環系統３５内の低温の温水を所定の温度に保つ循環槽追い焚き系統５０とを備える。
【選択図】 図２

Description

本発明は、給湯システムに関し、特に、配管経路中の熱損失を低減可能な給湯システムに関するものである。

近年、例えば、環境にやさしい冷媒（ＣＯ２）を使用し、高温出湯が可能で省エネルギー性に優れたヒートポンプが開発され、そのヒートポンプを加熱源に用いた業務用の各種の給湯システムが提供されている（例えば、非特許文献１参照。）。

このようなヒートポンプ方式の給湯システムは、オフィスビル、集合住宅等の屋上等にヒートポンプ、貯湯槽等を設置し、ヒートポンプにおいて水道からの冷水と冷媒との間で熱交換を行なうことにより高温の温水を作り出し、この高温の温水を貯湯槽に一旦貯留した後に、貯湯槽から給湯用の配管を介して各室、各住戸に給湯している。

ところで、一般に、日中と深夜など時間帯によって温水の使用量は大きな差が生じることが多い。そのため、従来の給湯システムにより、例えば温水使用量の少ない深夜等の給湯対象施設において、配管中に高温（例：８５度Ｃ程度）の温水を循環させているうちに温水の温度が大きく低下することとなっていた。つまり、高温の貯湯槽から高温の温水をそのまま配管中に循環させるために、配管中の熱損失が大きくなってしまうという問題が生じていたのである。

また、配管中で温度低下した温水のために、循環ラインに電気ヒータを設けて加熱を行い、温水の温度を一定に保つといった措置がとられるが、電気ヒータを使用する分だけＣＯＰ（Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｏｆ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ）、すなわち、消費電力あたりの加熱能力が悪くなってしまう。さらに、配管系統が複雑であり、また必要とするバルブ数が多いため、コストが高く付き、壊れ易い。さらに、非常時に備えて貯湯槽に電気ヒータを設置しているが、ほとんど使用されていないのが実情である。
中国電機製造株式会社、業務用エコキュート（登録商標）、 カタログ、２００２．１０作成

本発明は、上記のような従来の問題に鑑みなされたものであって、配管中での熱損失を低減可能で良好な効率のもと使用することができ、さらに、循環ラインを循環する温水を一定の温度に保つために循環ラインに電気ヒータ等を設ける必要がなく、ＣＯＰを高めることができ、さらに、複雑な配管系統を必要とすることがなく、また必要とするバルブ数も少なくて済み、さらに、非常用としての電気ヒータを設置する必要がなく、コストを安く抑えることができるとともに、耐久性を高めることができる給湯システムを提供することを目的とするものである。

本発明は、上記のような課題を解決するために、以下のような手段を採用している。

請求項１に係る発明は、冷水を加熱手段によって加熱することにより温水とし、この温水を貯湯槽に貯留する加熱系統と、前記貯湯槽内に貯留されている温水を貯湯槽外に圧送し、この温水を水栓を介して給湯する給湯系統と、該給湯系統の温水を循環槽を介して循環させる循環系統と、該循環系統の温水を加熱系統に導いて加熱手段によって加熱し循環系統に戻すことにより、当該循環系統内の温水を所定の温度に保つ循環槽追い焚き系統とを備えてなることを特徴とする。

本発明による給湯システムによれば、給湯系統で作り出された温水を、循環槽を介して循環系統を循環させることになるので、温水の使用量が少ない夜間等の時間帯に必要以上にエネルギーを消費することがなくなり、熱効率を良好なものとできる。
また、循環系統の温水の温度が所定以下に下がった場合には、加熱系統に戻して加熱手段により加熱した後に循環系統に戻すことにより、循環系統を循環する温水の温度を一定に保つことができるので、温水の温度を一定に保つために電気ヒータ等を循環ラインに設ける必要がなくなる。

請求項２に係る発明は、冷水を加熱手段によって加熱することにより高温の温水とし、この高温の温水を貯湯槽に貯留する加熱系統と、前記貯湯槽内に冷水を供給することにより、該貯湯槽内に貯留されている高温の温水を貯湯槽外に圧送し、この高温の温水を冷水と混合させて低温の温水とし、この低温の温水を水栓を介して給湯する給湯系統と、該給湯系統の低温の温水を循環槽を介して循環させる循環系統と、該循環系統の低温の温水を加熱系統に導いて加熱手段によって加熱することにより高温の温水とし、この高温の温水を循環系統に戻して低温の温水と混合させることにより、当該循環系統内の低温の温水を所定の温度に保つ循環槽追い焚き系統とを備えてなることを特徴とする。
本発明による給湯システムによれば、給湯系統で作り出された低温の温水を、循環槽を介して循環系統を循環させることになるので、温水の使用量が少ない夜間等の時間帯に必要以上にエネルギーを消費することがなくなり、熱効率を良好なものとできる。

請求項３に係る発明は、請求項１または２に記載の給湯システムにおいて、前記加熱手段は、ヒートポンプからなることを特徴とする。本発明による給湯システムによれば、給水源からの冷水、又は循環系統からの温水は、ヒートポンプにおいて冷媒との間で熱交換が行なわれることにより、所定の温度に温水となる。

請求項４に係る発明は、請求項１または２に記載の給湯システムにおいて、前記加熱手段は、電力、液体燃料又は気体燃料を熱源とするものであることを特徴とする。本発明による給湯システムによれば、給水源からの冷水、又は循環系統からの温水は、電力、液体燃料又は気体燃料を熱源とする加熱手段により加熱されることにより、所定の温度の高温の温水となる。

以上、説明したように、本発明による給湯システムによれば、給湯系統で作り出した温水を、循環槽を介して循環系統を循環させることになるので、温水の使用量の少ない夜間等の時間帯における熱損失を低減し、効率良く温水を供給することができる。

また、循環系統を循環する温水の温度が所定以下に下がった場合には、その温水を加熱系統に導いて加熱手段により加熱し、その後に循環系統に戻すことにより、循環系統を循環する温水を一定の温度に保つことができるので、循環系統を循環する温水の温度を一定に保つために電気ヒータ等を設置する必要はなく、ＣＯＰ、すなわち消費電力あたりの加熱能力を大幅に高めることができる。

さらに、加熱系統の加熱手段として、ヒートポンプ、液体燃料、気体燃料又は電力を使用し、給水源からの冷水又は循環系統からの温水を加熱しているので、効率良く冷水又は温水を加熱することができ、ＣＯＰを大幅に高めることができる。

以下、図面に示す本発明の実施の形態について説明する。
図１〜図４には、本発明による給湯システムの一実施の形態が示されていて、この給湯システム１は、加熱系統２と、給湯系統２５と、循環系統３５と、循環槽追い焚き系統５０とを備えている。

加熱系統２は、図１に示すように、閉路内に第１、第２の二つの貯湯槽３、７と加熱手段３２とを直列に設けたものであって、二つの貯湯槽３、７と加熱手段３２との間で水（冷水又は温水）を循環させることにより、水（冷水又は温水）を所定の温度に加熱するとともに、貯湯槽３、７内に所定の温度の温水を貯留することができるものである。

第１の貯湯槽３及び第２の貯湯槽７は、縦長に形成されるものであって、第1の貯湯槽３の上部には流入口４が設けられ、底部には流入口５と流出口６とが設けられ、第２の貯湯槽７の上部には流入口８と流出口９が設けられ、底部には流出口１０が設けられている。

第１の貯湯槽３の上部の流入口４と第２の貯湯槽７の底部の流出口１０との間は配管３４を介して接続され、第１の貯湯槽３の底部の流出口６と第２の貯湯槽７の上部の流入口８との間は配管３４を介して接続され、この配管３４の途中に加熱手段３２が設けられ、これにより、第1の貯湯槽３、第２の貯湯槽７、加熱手段３２を配管３４を介して直列に接続した閉路が構成される。

第１の貯湯槽３の底部の流出口６には電動式の開閉弁１１が設けられ、この開閉弁１１の作動により第1の貯湯槽３の底部の流出口６が開閉される。第２の貯湯槽７の上部の流入口８には電動式の開閉弁１２が設けられ、この開閉弁１２の作動により第２の貯湯槽７の上部の流入口８が開閉される。なお、両開閉弁１１、１２の代わりに逆止弁を用いて、閉路内の水の流通方向を規制しても良い。

第１の貯湯槽３の底部の流入口５には給水系統１３が接続されている。給水系統１３は、水道等の給水源１４と、給水源１４と第1の貯湯槽３の底部の流入口５との間を接続する給水用の配管３４と、給水用の配管３４の給水源１４に隣接する部分に設けられる減圧弁１５と逆止弁１６とから構成されている。給水系統１３の作動により、減圧弁１５、逆止弁１６、給水用の配管３４、流入口５を介して第1の貯湯槽３内に６〜２５度Ｃの冷水が供給され、第1の貯湯槽３内に供給された冷水は、第1の貯湯槽３を充満した後に配管３４を介して第２の貯湯槽７内に充満される。なお、図中、１７、１８はバッフルである。

第２の貯湯槽７には、上から下に向かって第1のセンサ１９、第２のセンサ２０、第３のセンサ２１及び第４のセンサ２２がそれらの順に設けられ、第1の貯湯槽３には、上から下に向かって第５のセンサ２３及び第６のセンサ２４がそれらの順に設けられ、これらの第1〜第６のセンサ１９〜２４により、第1の貯湯槽３の上部及び底部、第２の貯湯槽７の上部、中部、底部の温度が検出され、加熱系統２の作動が制御される。第１〜第６のセンサ１９〜２４としては、例えば、挿入型又は表面貼付型のサーモスタットが挙げられる。

加熱手段３２としては、例えば、冷媒にＣＯ２ガスを用いたヒートポンプ（エコキュート（登録商標））が有効である。このヒートポンプは、水加熱用の熱交換器、膨張弁、空気用の熱交換器、コンプレッサー、循環ポンプ３３等からなり、水加熱用の熱交換器の上流側に第1の貯湯槽３の底部の流出口６が開閉弁１１及び配管３４を介して接続され、下流側に第２の貯湯槽７の上部の流入口８が開閉弁１２及び配管３４を介して接続される。

両開閉弁１１、１２を開いた状態で加熱手段３２の循環ポンプ３３を作動させることにより、第１、第２の貯湯槽３、７と水加熱用の熱交換器との間で水（冷水又は温水）が循環され、水加熱用の熱交換器において水と（冷水又は温水）と冷媒との間で熱交換が行なわれ、空気用の熱交換器において冷媒と空気との間で熱交換が行なわれ、水（冷水又は温水）が所定の温度（８５度Ｃ）の高温の温水となる。高温の温水は、第1の貯湯槽３及び第２の貯湯槽７内に貯留される。両貯湯槽３、７内に高温の温水が充満されたのを第1〜第６のセンサ１９〜２４で検出することにより、加熱手段３２の作動が停止される。両貯湯槽３、７内の温水の温度が所定の値以下になった場合には、それを第1〜第６のセンサ１９〜２４で検出し、加熱手段３２が作動されて温水が所定の温度に加熱される。

加熱手段３２としては、ヒートポンプに限らず、電力、液体燃料（灯油等）、気体燃料（都市ガス、天然ガス、ＬＰＧガス等）を熱源とする熱源機であっても良い。要は、第1、第２の貯湯槽３、７からの水（冷水又は温水）を加熱して所定の温度の高温の温水にすることができるものであれば良い。なお、本実施形態の例とは別に、加熱手段３２を、貯湯槽３、７、循環槽３６のそれぞれ、またはそれらいずれかの組み合わせに対し、個別に設けるとしてもよい。

給湯系統２５は、図２に示すように、配管３４を介して直列に接続される第1の貯湯槽３と第２の貯湯槽７と、第１の貯湯槽３の底部の流入口５に接続される前述した給水系統１３と、第２の貯湯槽７の上部の流出口９に接続される給湯用の配管３４と、給湯用の配管３４の先端部に設けられる各種の水栓２６と、給水系統１３の給水用の配管３４と給湯用の配管３４との間を接続するバイパス用の配管３４とを備えている。

この場合、給湯用の配管３４とバイパス用の配管３４との接続部には比例３方向弁２７が設けられ、給湯用の配管３４の途中には真空破壊弁２８が設けられ、給湯用の配管３４の水栓２６に隣接する部分には量水器３０が設けられている。

このような構成の給湯系統２５は、水栓２６を開くことにより、給水系統１３の給水源１４から６〜２５度Ｃの冷水が減圧弁１５、逆止弁１６、給水用の配管３４及び流入口５を介して第1の貯湯槽３の底部に供給され、この冷水の圧力によって第1の貯湯槽３内の高温の温水が押し上げられ、押し上げられた分量に相当する高温の温水が第２の貯湯槽７の上部の流出口９から給湯用の配管３４内に押し出され、バイパス用の配管３４を介して給湯用の配管３４内に供給される冷水と混合され、６０±５度Ｃの低温の温水となって水栓２６に導かれ、水栓２６から給湯されることになる。

なお、図中３１は、比例３方向弁２７の下流側の温水の温度を検出するセンサであり、このセンサ３１からの検出信号によりバイパス用の配管３４を介して給湯用の配管３４内に供給される冷水の水量が制御され、給湯用の配管３４内を流通する温水の温度が制御される。

循環系統３５は、図３に示すように、給湯用の配管３４の比例３方向弁２７の下流側の部分に循環用の配管３４を接続して閉路を形成し、この閉路内に循環槽３６を設けたものであって、循環槽３６の流入口側には、循環ポンプ４１、定流量弁４２、逆止弁４３が設けられ、循環槽３６の流出口側には逆止弁３９が設けられている。

循環系統３５は、例えば、水栓２６からの給湯量が少ない夜間等に作動するものである。ここでは、循環ポンプ４１を作動させて給湯用の配管３４内における６５度Ｃの低温の温水を循環させる。ここで循環する低温の温水は、配管３４からの放熱により温度が低下（５５±５度Ｃ）し、循環槽３６の流入口側に戻ることとなる。循環系統３５により、温水の使用量が少ない夜間等に必要以上にエネルギーを消費するのを防止でき、省エネルギー化を図ることができる。循環系統３５は、単独で作動させても良いし、給湯系統２５と一緒に作動させても良い。

循環槽３６には、上から下に向かって第1のセンサ４４、第２のセンサ４５、第３のセンサ４６がそれらの順に設けられ、これらのセンサ４４〜４６からの信号により、後述する循環槽追い焚き系統５０が作動するように構成されている。

循環槽追い焚き系統５０は、図４に示すように、循環槽３６と加熱手段３２との間を配管３４を介して接続して閉路を形成したものであって、循環系統３５で循環槽３６を循環する低温の温水が所定の温度以下に下がった場合に、それを第1〜第３のセンサ４４〜４６で検出し、第1〜第３のセンサ４４〜４６からの信号により加熱手段３２の循環ポンプ３３を作動させ、循環槽３６と加熱手段３２との間で循環槽３６内の低温の温水を循環させ、加熱手段３２の水加熱用の熱交換器において低温の温水と冷媒との間で熱交換を行わせて低温の温水を所定の温度（８５度Ｃ）の高温の温水とし、この高温の温水を循環槽３６内に導き、循環槽３６内において低温の温水とを混合させることにより、循環槽３６内の温水を所定の温度に保つように構成したものである。

この場合、循環槽３６の上流側及び下流側にはそれぞれ電動式の開閉弁５１、５２が設けられ、この開閉弁５１、５２を開いた状態で加熱手段３２を作動させることにより、循環槽３６内の温水が所定の温度に保たれる。

上記のように構成したこの実施の形態による給湯システムにあっては、給湯系統２５で作り出した低温の温水を循環槽３６を介して循環系統３５に循環させるので、温水の使用量の少ない夜間等の時間帯においても、大きな熱損失を生じることなく効率良く使用することができる。

また、循環系統３５を循環する温水の温度が所定以下に下がった場合に、加熱系統２の加熱手段３２に導いて加熱し、その後に循環系統３５に戻すことにより、循環系統３５を循環する温水を一定の温度に保つ循環槽追い焚き系統５０を備えているので、循環系統３５を循環する温水の温度を一定に保つために、電気ヒータ等を用いて加熱する必要はなく、ＣＯＰを大幅に高めることができる。

さらに、第1の貯湯槽３及び第２の貯湯槽７に非常用の電気ヒータを設ける必要はなく、これにより、コストを安く抑えることができる。

さらに、給湯系統２５で作り出した低温の温水を循環させる循環系統３５と、循環系統３５を循環する温水を加熱系統２に導いて再び循環系統３５に戻す循環槽追い焚き系統５０とを、加熱系統２及び給湯系統２５に接続するだけで良いので、配管系統を簡素化することができるとともに、必要とするバルブの数を少なくすることができる。従って、コストを低減させることができ、また壊れにくくすることができ、耐久性を大幅に高めることができる。

さらに、第1の貯湯槽３と第２の貯湯槽７の２つの貯湯槽を使用しているので、温水の使用量が少ない夏季時等には、１つの貯湯槽のみを使用するような使い方ができる。さらに、一方の貯湯槽をバックアップ用とする使い方もできる。なお、貯湯槽は、２つに限らず、３つ以上としても良い。

本発明による給湯システムの一実施の形態の系統図であって、加熱系統の説明図である。 本発明による給湯システムの一実施の形態の系統図であって、給湯系統の説明図である。 本発明による給湯システムの一実施の形態の系統図であって、循環系統の説明図である。 本発明による給湯システムの一実施の形態の系統図であって、循環槽追い焚き系統の説明図である。

符号の説明

１ 給湯システム
２ 加熱系統
３ 第１の貯湯槽
７ 第２の貯湯槽
２５ 給湯系統
３５ 循環系統
３６ 循環槽
５０ 循環槽追い焚き系統

Claims (4)

1. 冷水を加熱手段によって加熱することにより温水とし、この温水を貯湯槽に貯留する加熱系統と、
   前記貯湯槽内に貯留されている温水を貯湯槽外に圧送し、この温水を水栓を介して給湯する給湯系統と、
   該給湯系統の温水を循環槽を介して循環させる循環系統と、該循環系統の温水を加熱系統に導いて加熱手段によって加熱し循環系統に戻すことにより、当該循環系統内の温水を所定の温度に保つ循環槽追い焚き系統と
   を備えてなることを特徴とする給湯システム。
2. 冷水を加熱手段によって加熱することにより高温の温水とし、この高温の温水を貯湯槽に貯留する加熱系統と、
   前記貯湯槽内に冷水を供給することにより、該貯湯槽内に貯留されている高温の温水を貯湯槽外に圧送し、この高温の温水を冷水と混合させて低温の温水とし、この低温の温水を水栓を介して給湯する給湯系統と、
   該給湯系統の低温の温水を循環槽を介して循環させる循環系統と、該循環系統の低温の温水を加熱系統に導いて加熱手段によって加熱することにより高温の温水とし、この高温の温水を循環系統に戻して低温の温水と混合させることにより、当該循環系統内の低温の温水を所定の温度に保つ循環槽追い焚き系統と
   を備えてなることを特徴とする給湯システム。
3. 前記加熱手段は、ヒートポンプからなることを特徴とする請求項１または２に記載の給湯システム。
4. 前記加熱手段は、電力、液体燃料又は気体燃料を熱源とするものであることを特徴とする請求項１または２に記載の給湯システム。
   

Images