JP2009103362A - 貯湯式給湯機 - Google Patents

Abstract

【課題】沸上げ用循環管路と熱源用循環管路とを備え、各循環管路での湯の循環を１台の循環ポンプにより行うことができると共に湯の利用効率を高め易い貯湯式給湯機を得ること。
【解決手段】沸上げ用循環管路２０と熱源用循環管路４０とを備えた貯湯式給湯機７０を構成するにあたり、貯湯タンク１０の下部に一端を接続させて第１共用管路部ＣＬ₁を設けると共に、沸上げ用熱交換器６２の上流側でかつ二次利用側熱交換器３５の下流側に位置する領域に第２共用管路部ＣＬ₂を設け、さらには沸上げ用熱交換器の下流側でかつ二次利用側熱交換器の上流側に位置する領域に第３共用管路部ＣＬ₃を設け、第２共用管路部には、沸上げ用循環管路と熱源用循環管路とを合流させる第１制御弁２２と、循環ポンプ２４と、熱源用循環管路を沸上げ用循環管路から分岐させる第２制御弁２６とを上流側からこの順番で配置する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、貯湯タンクの下部から取水した低温水を沸上げ用熱交換器で湯に沸き上げる一方で、貯湯タンクに貯留された湯を熱源として用いて浴槽や温水暖房設備等で用いられる湯を沸き上げる貯湯式給湯機に関するものである。

熱源機で沸き上げた湯を貯湯タンクに一旦貯留し、該貯湯タンクに接続された給湯管の端部に設けた給湯栓をユーザが開けたときに貯湯タンク内の湯がそのまま、または水でうめられて出湯するように構成された貯湯式給湯機では、浴槽や温水暖房設備等で用いられる湯を沸き上げる熱源として貯湯タンク内の湯を利用することができるように構成されたものも開発されている。

このような貯湯式給湯機には、貯湯タンクの下部から取水した低温水を沸上げ用熱交換器で湯に沸き上げて貯湯タンクの上部から該貯湯タンクに戻す沸上げ用循環管路と、貯湯タンクの上部から取水した湯を二次利用側熱交換器で熱源として用いた後に貯湯タンクの下部から該貯湯タンクに戻す熱源用循環管路とが設けられる。従来は、各循環管路に１台ずつ循環ポンプが配置されていたが、特許文献１に記載された貯湯式給湯機（給湯機）では、１台の循環ポンプにより各循環管路での湯の循環を可能にしている。

当該特許文献１に記載された貯湯式給湯機では、沸上げ用循環管路での貯湯タンク（給湯タンク）下部側に第１三方弁を設けて該第１三方弁により沸上げ用循環管路に熱源用循環管路を合流させる一方で、沸上げ用熱交換器（給湯用熱交換器）の下流側に第２三方弁を設けて該第２三方弁により沸上げ用循環管路から熱源用循環管路を分岐させている。そして、第１三方弁と沸上げ用熱交換器との間に循環ポンプを配置することで、１台の循環ポンプにより各循環管路での湯の循環を可能にしている。

特開２００４−２１８９０７号公報

しかしながら、特許文献１に記載された貯湯式給湯機では、貯湯タンクの上部から取水した湯を二次利用側熱交換器で熱源として用いる二次利用運転（浴槽水沸上げ運転）を行ったときに、貯湯タンクの上部から取水した湯が二次利用側熱交換器（利用側熱交換器）で使用済水と熱交換を行った後に沸上げ用熱交換器（給湯用熱交換器）を経て貯湯タンクの下部に戻されることになるので、熱源用循環管路での配管長が長くなり易い。熱源用循環管路での配管長の増加は当該熱源用循環路での放熱ロスの増大につながり、放熱ロスの増大は湯の利用効率の低下につながる。

本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、沸上げ用循環管路と熱源用循環管路とを備え、各循環管路での湯の循環を１台の循環ポンプにより行うことができると共に湯の利用効率を高め易い貯湯式給湯機を得ることを目的とする。

上記の目的を達成する本発明の貯湯式給湯機は、貯湯タンクの下部から取水した低温水を沸上げ用熱交換器で湯に沸き上げて貯湯タンクの上部から該貯湯タンクに戻す沸上げ用循環管路と、貯湯タンクの上部から取水した湯を二次利用側熱交換器で熱源として用いた後に貯湯タンクの下部から該貯湯タンクに戻す熱源用循環管路とを備えた貯湯式給湯機であって、沸上げ用循環管路と熱源用循環管路とは、一端が貯湯タンクの下部に接続された第１共用管路部と、沸上げ用熱交換器の上流側でかつ第１共用管路部および二次利用側熱交換器それぞれの下流側に位置する領域に設けられた第２共用管路部と、沸上げ用熱交換器の下流側でかつ二次利用側熱交換器の上流側に位置する領域に設けられて一端が貯湯タンクの上部に接続された第３共用管路部とを含み、第２共用管路部には、沸上げ用循環管路と熱源用循環管路とを合流させる第１制御弁と、循環ポンプと、熱源用循環管路を沸上げ用循環管路から分岐させる第２制御弁とが該第２共用管路部での上流側からこの順番で配置されていることを特徴とする。

本発明の貯湯式給湯機では、沸上げ用熱交換器の上流側に位置する領域に上記第２共用管路部が設けられ、該第２共用管路部に循環ポンプが配置されているので、沸上げ用循環管路および熱源用循環管路それぞれでの湯の循環を１台の循環ポンプにより行うことができる。また、沸上げ用熱交換器（給湯用熱交換器）の下流側で熱源用循環管路の下流端を貯湯タンクに接続させる特許文献１に記載された給湯機に比べて、熱源用循環管路での配管長を短くし易く、結果として、熱源用循環管路での放熱ロスを抑えて湯の利用効率を高め易い。したがって、本発明によれば、沸上げ用循環管路と熱源用循環管路とを備え、かつ湯の利用効率が高い貯湯式給湯機を安価に提供することが容易になる。

以下、本発明の貯湯式給湯機の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、本発明は以下に説明する実施の形態に限定されるものではない。

図１は、貯湯式給湯機の一例を概略的に示すブロック図である。同図に示す貯湯式給湯機７０は、市水等の低温水を湯に沸き上げて所望箇所に給湯する機能と、浴槽や温水暖房設備等で用いられる湯の熱源としての機能とを有するものであり、当該貯湯式給湯機７０は、給湯ユニット１とヒートポンプユニット６０とを備えている。以下、貯湯式給湯機７０の構成要素について説明する。

上記の給湯ユニット１は、貯湯タンク１０と、貯湯タンク１０の下部に接続されて当該貯湯タンク１０内に市水等の低温水を供給する給水管１５と、貯湯タンク１０の下部からヒートポンプユニット６０を経て貯湯タンク１０の上部に戻る沸上げ用循環管路２０と、貯湯タンク１０の上部に接続されて当該貯湯タンク１０内の湯を所望の給湯先に送る給湯管３０とを有している。さらには、貯湯タンク１０の上部から二次利用側熱交換器３５を経て貯湯タンク１０の下部に戻る熱源用循環管路４０と、浴槽や温水暖房設備等の被加熱設備８０から二次利用側熱交換器３５を経て被加熱設備８０に戻る設備側循環管路５０も有している。

沸上げ用循環管路２０は、貯湯タンク１０の下部から取水した低温水をヒートポンプユニット６０で湯に沸き上げてから貯湯タンク１０の上部に戻す循環管路である。この沸上げ用循環管路２０は、貯湯タンク１０の下部に一端が接続された第１共用管路部ＣＬ₁と、該第１共用管路部ＣＬ₁の他端に接続された第１専用管路部２０ａと、該第１専用管路部２０ａの下流端に接続された第２共用管路部ＣＬ₂と、該第２共用管路部ＣＬ₂の下流端に接続された第２専用管路部２０ｂと、該第２専用管路部２０ｂの下流端と貯湯タンク１０の上部とを結ぶ第３共用管路部ＣＬ₃とを含んでいる。

上記の第２共用管路部ＣＬ₂はヒートポンプユニット６０よりも上流側に設けられており、該第２共用管路部ＣＬ₂には、沸上げ用循環管路２０と熱源用循環管路４０とを合流させる第１制御弁２２と、循環ポンプ２４と、熱源用循環管路４０を沸上げ用循環管路２０から分岐させる第２制御弁２６とが上流側からこの順番で配置されている。第１制御弁２２は２つの流入口と１つの流出口とを有しており、第２制御弁２６は１つの流入口と２つの流出口とを有している。これら第１制御弁２２および第２制御弁２６の各々はモータＭにより駆動される。第２制御弁２６は、２つの流出口それぞれでの流量を任意に変化させることが可能なものである。

熱源用循環管路４０は、貯湯タンク１０の上部から取水した湯を二次利用側熱交換器３５で使用済水を加熱する熱源として用いた後に貯湯タンク１０の下部から該貯湯タンク１０に戻す循環管路である。この熱源用循環管路４０は、上記の第３共用管路部ＣＬ₃と、該第３共用管路部ＣＬ₃から二次利用側熱交換器３５を経て上記の第１制御弁２２に達する第１専用管路部４０ａと、上記の第２共用管路部ＣＬ₂と、該第２共用管路部ＣＬ₂の下流端（第２制御弁２６）と第１共用管路部ＣＬ₁とを結ぶ第２専用管路部４０ｂと、上記の第１共用管路部ＣＬ₁とを含んでいる。

設備側循環管路５０は、浴槽や温水暖房設備等の被加熱設備８０から取水した使用済水（水または温水）を二次利用側熱交換器３５で加熱した後に被加熱設備８０に戻す循環管路である。二次利用側熱交換器３５での使用済水の加熱は、熱源用循環管路４０を流下する湯、具体的には第１専用管路部４０ａを流下する湯を熱源として用いて行われる。図示の例では、被加熱設備８０と二次利用側熱交換器３５との間に循環ポンプ５５が配置されている。

一方、ヒートポンプユニット６０は、沸上げ用循環管路２０を流下する低温水を湯に沸き上げるものであり、冷媒を圧縮する圧縮機６１と、沸上げ用熱交換器６２と、膨張弁６３と、蒸発器６４と、これらを環状に接続する循環配管６５とによって構成される冷凍サイクルシステムを有しており、蒸発器６４の近傍には当該蒸発器６４を冷却する冷却ファン６６が設けられている。冷媒は、圧縮機６１で圧縮されて高温、高圧となった後に沸上げ用熱交換器６２で放熱し、膨張弁６３で減圧され、蒸発器６４で吸熱してガス状態となってから圧縮機６１に吸入される。

沸上げ用循環管路２０の一領域、具体的には第２専用管路部２０ｂの一領域が沸上げ用熱交換器６２内を通過しており、第２専用管路部２０ｂを流下する低温水は凝縮された上記の冷媒と当該沸上げ用熱交換器６２内で熱交換を行って湯に沸き上げられる。

図示を省略するが、貯湯式給湯機７０は、第１制御弁２２、循環ポンプ２４、第２制御弁２６、循環ポンプ５５、およびヒートポンプユニット６０それぞれの動作を制御する制御部と、該制御部への指令等の入力装置として用いられる操作部とを有している。当該貯湯式給湯機７０は、ユーザが操作部から入力した指令等に応じて湯の沸上げ運転、または貯湯タンク内の湯を熱源として用いる二次利用運転を行う。以下、図２または図３を参照して、各運転について説明する。

図２は、貯湯式給湯機７０により沸上げ運転を行ったときの低温水または湯の流路を示すブロック図である。同図中に矢印Ａで示すように、沸上げ運転時には沸上げ用循環管路２０を低温水または湯が流下する。貯湯タンク１０の上部から熱源用循環管路４０への湯の流入、第２共用管路部ＣＬ₂から熱源用循環管路４０の第２専用管路部４０ｂへの湯の流入、および設備側循環管路５０への使用済水の流入はない。すなわち、沸上げ運転時には、第１制御弁２２が第１専用管路部２０ａのみを第２共用管路部ＣＬ₂に連通させ、第２制御弁２６が第２専用管路部２０ｂのみを第２共用管路部ＣＬ₂に連通させるように、これら第１制御弁２２および第２制御弁２６の動作が制御される。また、循環ポンプ２４およびヒートポンプユニット６０がそれぞれ運転される。循環ポンプ５５は運転されない。

沸上げ運転の開始前の貯湯タンク１０は、給水管１５から供給された市水等の低温水により満水状態になっているか、または残り湯が上側に滞留し、給水管１５から供給された低温水が下側に滞留して満水状態となっている。沸上げ運転が開始されると、貯湯タンク１０の下部から第１共用管路部ＣＬ₁に流入した低温水が当該第１共用管路部ＣＬ₁、第１専用管路部２０ａ、および第２共用管路部ＣＬ₂を順次流下して第２専用管路部２０ｂに流入する。そして、第２専用管路部２０ｂを流下する過程で沸上げ用熱交換器６２により湯に沸き上げられた後、当該第２専用管路部２０ｂから第３共用管路部ＣＬ₃を経て貯湯タンク１０の上部に達し、ここから該貯湯タンク１０内に戻される。貯湯タンク１０の下部側には温度センサ（図示せず）が設けられており、当該温度センサによる検知温度が所定の温度を超えたことを制御部（図示せず）が検出すると、制御部は沸上げ運転を終了する。

図３は、貯湯式給湯機７０により二次利用運転を行ったときの湯および使用済水の流路を示すブロック図である。同図中に矢印Ｂで示すように、二次利用運転時には、貯湯タンク１０の上部から取水された湯が第３共用管路部ＣＬ₃および第１専用管路部４０ａを順次流下し、第１専用管路部４０ａを流下する過程で二次利用側熱交換器３５により使用済水を加熱する。二次利用側熱交換器３５で熱を奪われた後の湯は第１専用管路部４０ａを更に流下して第１制御弁２２から第２共用管路部ＣＬ₂に流入し、該第２共用管路部ＣＬ₂を流下して第２制御弁２６から第２専用管路部４０ｂに流入した後、第１共用管路部ＣＬ₁を経て貯湯タンク１０の下部から該貯湯タンク１０に戻される。また、同図中に矢印Ｃで示すように、被加熱設備８０から取水された使用済水が設備側循環管路５０を流下し、熱源用循環管路４０（第１専用管路部４０ａ）を流下する湯を熱源として用いて二次利用側熱交換器３５により加熱された後に被加熱設備８０に戻される。貯湯タンク１０の下部から第１共用管路部ＣＬ₁への低温水の流入はない。

すなわち、二次利用運転時には、第１制御弁２２が第１専用管路部４０ａのみを第２共用管路部ＣＬ₂に連通させ、第２制御弁２６が第２専用管路部４０ｂのみを第２共用管路部ＣＬ₂に連通させるように、これら第１制御弁２２および第２制御弁２６の動作が制御される。また、循環ポンプ２４および循環ポンプ５５がそれぞれ運転される。ヒートポンプユニット６０は運転されない。

設備側循環管路５０の所定箇所、例えば被加熱設備８０への流入口近傍に設けられた温度センサ（図示せず）による検知温度が所定の温度を超えたことを制御部（図示せず）が検出すると、二次利用運転を終了する。二次利用運転を行うと、貯湯タンク１０の上部に貯留されている高温の湯が熱源用循環管路４０に流入し、二次利用側熱交換器３５で熱を奪われて低温の湯となって貯湯タンク１０の下部から該貯湯タンク１０に戻される結果として、貯湯タンク１０内の高温の湯の量が漸次低下する。このため、貯湯式給湯機７０は、貯湯タンク１０の上部側に設けた温度センサ（図示せず）による検知温度が所定の温度を下回ったことを制御部が検出したときには、二次利用運転を終了する。二次利用運転で温度が低下した湯の追い焚きを二次利用運転を継続したまま行って貯湯タンク１０の蓄熱量の維持ないし増加を図るように貯湯式給湯機７０を構成することもできる。

図４は、貯湯式給湯機７０により二次利用運転と追焚き運転とを同時に行ったときの湯および使用済水の流路を示すブロック図である。二次利用運転と追焚き運転とを同時に行ったとき、同図中に矢印Ｂ，Ｃで示すように、熱源用循環管路４０および設備側循環管路５０それぞれでの湯または使用済水の循環形態は、二次利用運転を単独で行ったときの循環形態と同じとなる。一方、沸上げ用循環管路２０では、同図中に矢印Ｄで示すように、二次利用運転により二次利用側熱交換器３５で熱を奪われて温度が低下した湯の一部が第２共用管路部ＣＬ₂から第２専用管路部２０ｂに流入して追い焚きされた後、第３共用管路部ＣＬ₃の下流側から熱源用循環路４０の第１専用管路部４０ａに戻される。貯湯タンク１０の下部から第１共用管路部ＣＬ₁および第１専用管路部２０ａへの低温水の流入はない。

すなわち、二次利用運転と追焚き運転とを同時に行うときには、第１制御弁２２が第１専用管路部４０ａのみを第２共用管路部ＣＬ₂に連通させ、第２制御弁２６が２つの第２専用管路部２０ｂ，４０ｂを第２共用管路部ＣＬ₂に連通させるように、これら第１制御弁２２および第２制御弁２６の動作が制御される。熱源用循環路４０の第１専用管路部４０ａを流下した湯は、第１制御弁２２から第２共用管路部ＣＬ₂に流入して当該第２共用管路部ＣＬ₂を流下した後、第２制御弁２６によって２つの第２専用管路部２０ｂ，４０ｂの各々に予め定められた割合で分配される。そして、第２制御弁２６により第２専用管路部２０ｂに分配された湯は、沸上げ用熱交換器６２により高温の湯に沸き上げられた後に第３共用管路部ＣＬ₃の下流側から熱源用循環路４０の第１専用管路部４０ａに流入する。また、第２制御弁２６により第２専用管路部４０ｂに分配された湯は、第１共用管路部ＣＬ₁を経て貯湯タンク１０の下部から該貯湯タンク１０に戻される。

二次利用運転と追焚き運転とを同時に行うときには、循環ポンプ２４、循環ポンプ５５、およびヒートポンプユニット６０がそれぞれ運転される。第２制御弁２６から第２専用管路部２０ｂ，４０ｂそれぞれへの湯の流下量は、例えば二次利用側熱交換器３５での必要加熱能力とヒートポンプユニット６０の加熱能力とを考慮して予め作成されたデータに基づいて循環ポンプ２４の回転数を調整すると共に、第２制御弁２６の分配比率を調整することで調節される。

以上説明した構成を有する貯湯式給湯機７０では、沸上げ用熱交換器６２の上流側でかつ二次利用側熱交換器３５の下流側に位置する領域に第２共用管路部ＣＬ₂が設けられてここに循環ポンプ２４が配置されているので、沸上げ用循環管路２０および熱源用循環管路４０それぞれでの湯の循環を当該循環ポンプ２４により行うことができる。沸上げ用循環管路２０および熱源用循環管路４０の各々に１台ずつ循環ポンプを配置しなくてもよいので、製造コストを低減させることができる。また、沸上げ用熱交換器（給湯用熱交換器）の下流側で熱源用循環管路の下流端を貯湯タンクに接続させる特許文献１に記載された給湯機に比べて、熱源用循環管路４０での配管長を短くし易く、その結果として、熱源用循環管路４０での放熱ロスを抑えて湯の利用効率を高め易い。したがって、貯湯式給湯機７０では、沸上げ用循環管路２０と熱源用循環管路４０とを備え、かつ湯の利用効率が高いものを安価に提供することが容易になる。

また、二次利用運転で温度が低下した湯の追い焚きを二次利用運転を継続したまま行うことができるように貯湯式給湯機７０を構成した場合には、貯湯タンク１０内の蓄熱量の低下を防止することができるので、貯湯タンク１０から台所や洗面所等の給湯先への給湯量を確保したまま浴槽や温水暖房設備等の被加熱設備８０で用いられる湯を沸き上げることが可能になり、結果としてその利便性が高まる。

以上、本発明の貯湯式給湯機について実施の形態を挙げて説明したが、前述のように、本発明は上述の形態に限定されるものではない。例えば、二次利用側熱交換器および設備側循環管路の数はそれぞれ１に限定されるものではなく、これら二次利用側熱交換器および設備側循環管路の数は、浴槽や温水暖房設備等の被加熱設備の総数に応じて適宜選定可能である。また、設備側循環管路については、必須の構成要素とする他に、任意の構成要素とすることもできる。

ヒートポンプユニットは、例えば冷媒である二酸化炭素を臨界圧力以上に加圧して用いるものであってもよいし、冷媒を臨界圧力未満の圧力に加圧して用いるものであってもよい。冷媒としては、二酸化炭素以外に、フルオロカーボンガスやアンモニアガス等を用いてもよい。本発明の貯湯式給湯機については、上述したもの以外にも種々の変形、修飾、組み合わせ等が可能である。

本発明の貯湯式給湯装置は、湯の二次利用も行うことができるものであるので、給湯設備の他に浴槽や温水暖房設備等を備えた家庭や事業所等での省エネルギー化を図るうえで好適なものである。

本発明の貯湯式給湯機の一例を概略的に示すブロック図である。 図１に示した貯湯式給湯機により沸上げ運転を行ったときの低温水または湯の流路を示すブロック図である。 図１に示した貯湯式給湯機により二次利用運転を行ったときの湯および使用済水の流路を示すブロック図である。 図１に示した貯湯式給湯機により二次利用運転と追焚き運転とを同時に行ったときの湯および使用済水の流路を示すブロック図である。

符号の説明

１ 給湯ユニット
１０ 貯湯タンク
２０ 沸上げ用循環管路
２０ａ 第１専用管路部
２０ｂ 第２専用管路部
２２ 第１制御弁
２４ 循環ポンプ
２６ 第２制御弁
３５ 二次利用側熱交換器
４０ 熱源用循環管路
４０ａ 第１専用管路部
４０ｂ 第２専用管路部
５０ 設備側循環管路
５５ 循環ポンプ
６０ ヒートポンプユニット
６２ 沸上げ用熱交換器
７０ 貯湯式給湯機
ＣＬ₁ 第１共用管路部
ＣＬ₂ 第２共用管路部
ＣＬ₃ 第３共用管路部

Claims (3)

1. 貯湯タンクの下部から取水した低温水を沸上げ用熱交換器で湯に沸き上げて貯湯タンクの上部から該貯湯タンクに戻す沸上げ用循環管路と、前記貯湯タンクの上部から取水した湯を二次利用側熱交換器で熱源として用いた後に前記貯湯タンクの下部から該貯湯タンクに戻す熱源用循環管路とを備えた貯湯式給湯機であって、
   前記沸上げ用循環管路と前記熱源用循環管路とは、一端が前記貯湯タンクの下部に接続された第１共用管路部と、前記沸上げ用熱交換器の上流側でかつ前記第１共用管路部および前記二次利用側熱交換器それぞれの下流側に位置する領域に設けられた第２共用管路部と、前記沸上げ用熱交換器の下流側でかつ前記二次利用側熱交換器の上流側に位置する領域に設けられて一端が前記貯湯タンクの上部に接続された第３共用管路部とを含み、
   前記第２共用管路部には、前記沸上げ用循環管路と前記熱源用循環管路とを合流させる第１制御弁と、循環ポンプと、前記熱源用循環管路を前記沸上げ用循環管路から分岐させる第２制御弁とが該第２共用管路部での上流側からこの順番で配置されている、
   ことを特徴とする貯湯式給湯機。
2. 前記第２制御弁は、前記沸上げ用循環管路への流下量と前記熱源用循環管路への流下量を個別に調節することができ、
   前記貯湯タンクの上部から取水した湯を二次利用側熱交換器で熱源として用いる二次利用運転と、該二次利用運転時に前記二次利用側熱交換器で熱を奪われて温度が低下した湯の一部を前記第２共用管路部から前記沸上げ用循環路に流入させて追い焚きした後、前記第３共用管路部の下流側から前記熱源用循環路に戻す追焚き運転とを同時に行うことができる、
   ことを特徴とする請求項１に記載の貯湯式給湯機。
3. 湯を用いる他の設備から取水した使用済水を前記二次利用側熱交換器で沸き上げて前記設備に戻す設備側循環管路を更に備えていることを特徴とする請求項１または２に記載の貯湯式給湯機。

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