JP2014040943A - 貯湯式給湯機 - Google Patents
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Abstract
【課題】給湯待機時に給湯外熱交換器の一次側入口に残留する高温水による給湯温度のオーバーシュートを防止する。
【解決手段】一次側を循環する貯湯タンク２内の湯水で二次側の流水を加熱して給湯する給湯外熱交換器３と、貯湯タンク２上部と給湯外熱交換器３の一次側入口３ａとを接続する一次側往き管５と、給湯外熱交換器３の一次側出口３ｂと貯湯タンク２とを接続する一次側戻り管６と、貯湯タンク３内の湯水を給湯外熱交換器３の一次側に循環させる一次側ポンプ７と、給湯外熱交換器３の二次側入口３ｃに接続される給水管８と、給湯外熱交換器３の二次側出口３ｄに接続される給湯管９とを備えた貯湯式給湯機において、給湯外熱交換器３は、一次側入口３ａと二次側出口３ｄが該給湯外熱交換器３の下部に、かつ一次側出口３ｂと二次側入口３ｃが該給湯外熱交換器３の上部に設けられているものとした。
【選択図】図１
【解決手段】一次側を循環する貯湯タンク２内の湯水で二次側の流水を加熱して給湯する給湯外熱交換器３と、貯湯タンク２上部と給湯外熱交換器３の一次側入口３ａとを接続する一次側往き管５と、給湯外熱交換器３の一次側出口３ｂと貯湯タンク２とを接続する一次側戻り管６と、貯湯タンク３内の湯水を給湯外熱交換器３の一次側に循環させる一次側ポンプ７と、給湯外熱交換器３の二次側入口３ｃに接続される給水管８と、給湯外熱交換器３の二次側出口３ｄに接続される給湯管９とを備えた貯湯式給湯機において、給湯外熱交換器３は、一次側入口３ａと二次側出口３ｄが該給湯外熱交換器３の下部に、かつ一次側出口３ｂと二次側入口３ｃが該給湯外熱交換器３の上部に設けられているものとした。
【選択図】図１
Description
本発明は、貯湯タンク内の湯を給湯外熱交換器の一次側に循環させて二次側を流れる流水を加熱して給湯する貯湯式給湯機に関するものである。
従来よりこの種の給湯外熱交換器を有した貯湯式給湯機においては、特許文献１のように、湯水を貯湯する貯湯タンクと、前記貯湯タンク内の湯水を加熱する加熱手段と、一次側を循環する前記貯湯タンク内の湯水を熱源として二次側の流水を加熱して給湯する給湯外熱交換器と、前記貯湯タンク上部と前記給湯外熱交換器の一次側入口とを接続する一次側往き管と、前記給湯外熱交換器の一次側出口と前記貯湯タンクとを接続する一次側戻り管と、前記一次側戻り管の途中に設けられて前記貯湯タンク内の湯水を前記給湯外熱交換器の一次側に循環させる一次側ポンプと、前記給湯外熱交換器の二次側入口に接続される給水管と、前記給湯外熱交換器の二次側出口に接続される給湯管とを備えたものがあった。
しかし、このような従来のものでは、給湯外熱交換器の下側に一次側出口と二次側入口とが設けられ、給湯外熱交換器の上側に一次側入口と二次側出口とが設けられているため、給湯停止後、給湯外熱交換器の一次側の上部に高温の湯が残り、同じく給湯外熱交換器の上部の二次側の湯水が過熱されて後沸きが生じ、次回の給湯開始初期に給湯温度が給湯設定温度を大きく上回るオーバーシュートが発生してしまうという問題があった。
そこで、本発明は上記課題を解決するために、湯水を貯湯する貯湯タンクと、前記貯湯タンク内の湯水を加熱する加熱手段と、一次側を循環する前記貯湯タンク内の湯水を熱源として二次側の流水を加熱して給湯する給湯外熱交換器と、前記貯湯タンク上部と前記給湯外熱交換器の一次側入口とを接続する一次側往き管と、前記給湯外熱交換器の一次側出口と前記貯湯タンクとを接続する一次側戻り管と、前記一次側往き管または前記一次側戻り管の何れか一方の途中に設けられて前記貯湯タンク内の湯水を前記給湯外熱交換器の一次側に循環させる一次側ポンプと、前記給湯外熱交換器の二次側入口に接続される給水管と、前記給湯外熱交換器の二次側出口に接続される給湯管とを備え、前記給湯外熱交換器は、前記一次側入口と前記二次側出口が該給湯外熱交換器の下部に、かつ前記一次側出口と前記二次側入口が該給湯外熱交換器の上部に設けられているものとした。
また、前記給湯外熱交換器は、プレート式熱交換器で構成されているものとした。
本発明によれば、給湯停止後に、給湯外熱交換器の下に位置する一次側入口と二次側出口付近に残留する高温の湯の熱は、給湯外熱交換器の上に残留する温度の低い湯水に素早く熱伝導し、給湯外熱交換器の二次側の湯水が過熱されてしまう後沸きの発生が生じることがなく、次回の給湯開始初期のオーバーシュートの発生を防止することができる。
次に、本発明の一実施形態の貯湯式給湯機を図面に基づいて説明する。
１は湯水を貯湯する貯湯タンク２を備えたタンクユニット、３は貯湯タンク２内の湯水を熱源として給水を加熱するためのプレート式熱交換器よりなる給湯外熱交換器、４は貯湯タンク２内の湯水を給湯外熱交換器３の一次側に循環させる一次側循環回路で、この一次側循環回路４は、給湯外熱交換器３の一側入口３ａと貯湯タンク２上部とを接続する一次側往き管５と、給湯外熱交換器３の一次側出口３ｂと貯湯タンク２下部とを接続する一次側戻り管６とから構成され、一次側戻り管６途中には、貯湯タンク２上部から取り出した高温湯を給湯外熱交換器３の一次側に循環させる一次側ポンプ７が設けられている。
１は湯水を貯湯する貯湯タンク２を備えたタンクユニット、３は貯湯タンク２内の湯水を熱源として給水を加熱するためのプレート式熱交換器よりなる給湯外熱交換器、４は貯湯タンク２内の湯水を給湯外熱交換器３の一次側に循環させる一次側循環回路で、この一次側循環回路４は、給湯外熱交換器３の一側入口３ａと貯湯タンク２上部とを接続する一次側往き管５と、給湯外熱交換器３の一次側出口３ｂと貯湯タンク２下部とを接続する一次側戻り管６とから構成され、一次側戻り管６途中には、貯湯タンク２上部から取り出した高温湯を給湯外熱交換器３の一次側に循環させる一次側ポンプ７が設けられている。
８は給湯外熱交換器３の二次側入口３ｃに接続される給水管、９は給湯外熱交換器３の二次側出口３ｄと給湯栓１０とを接続する給湯管である。ここで、給水管８は市水から減圧弁を介することなく給湯外熱交換器３に直接接続されているものである。
ここで、給湯外熱交換器３は、公知のプレート式熱交換器を立てた姿勢でタンクユニット１内に配置固定されており、一面のエンドプレートの下部に一次側入口３ａと二次側出口３ｄとが配置され、また同一面のエンドプレートの上部に一次側出口３ｂと二次側入口３ｃとが配置されているものである。なお、一面側のエンドプレート下部に一次側入口３ａと二次側出口３ｄとが配置され、他面側のエンドプレート上部に一次側出口３ｂと二次側入口３ｃとが配置されているものでもよい。
１１は貯湯タンク２内の湯水を加熱する加熱手段としてのヒートポンプユニット、１２は貯湯タンク２内の湯水をヒートポンプユニット１１に循環させる加熱循環回路で、この加熱循環回路１２は、ヒートポンプユニット１１の入口側と貯湯タンク２下部とを接続する加熱往き管１３と、ヒートポンプユニット１１の出口側と貯湯タンク２上部とを接続する加熱戻り管１４とから構成され、加熱往き管１３途中には、貯湯タンク２下部から取り出した湯水をヒートポンプユニット１１の冷媒水熱交換器１５の水側に循環させる加熱循環ポンプ１６が設けられているものである。
１７は冷媒を圧縮する圧縮機、１８は冷媒の圧力を減圧膨張する膨張弁、１９は液冷媒を蒸発させる蒸発器、２０は蒸発器１９へ熱源となる外気を送風する送風機、２１は冷媒水熱交換器１５の水側に流入する貯湯タンク２からの湯水の温度を検出する入水温度センサ、２２は冷媒水熱交換器１５の水側から流出するヒートポンプユニット１１で沸き上げられた湯水の温度を検出する沸き上げ温度センサ、２３は外気温度を検出する外気温度センサで、ヒートポンプユニット１１は蒸発器１９で吸熱した冷媒を圧縮機１７で圧縮して冷媒水熱交換器１５を介して水を加熱するようにしているものである。
２４は加熱戻り管１４途中から分岐されて一次側戻り管６に接続される加熱分岐管、２５は加熱戻り管１４と加熱分岐管２４の分岐点に設けられて、ヒートポンプユニット１１からの湯水を貯湯タンク２上部に戻すか、加熱分岐管２４および一次側戻り管６を介して貯湯タンク２下部に戻すかを切り替える加熱切り替え弁である。
２６は給湯管９から分岐されて一次側戻り管６の一次側ポンプ７と加熱分岐管２４の接続点との間に接続される補水管、２７は補水管２６途中に設けられて給水圧を減圧する減圧弁、２８は一次側往き管５途中に接続され貯湯タンク２内の過圧を逃がす過圧逃がし弁である。
２９は給水管８途中に設けられて給水温度を検出する給水温度センサ、３０は給湯管９途中に設けられて給湯温度を検出する給湯温度センサ、３１は給湯管９途中に設けられて給湯流量を検出する給湯流量センサ、３２は一次側往き管５途中に設けられ給湯外熱交換器３へ流入する熱源としての湯水の温度を検出する一次入口温度センサ、３３は一次側戻り管６途中に設けられ給湯外熱交換器３から流出する一次側の湯水の温度を検出する一次出口温度センサ、３４は貯湯タンク２の側面上下に複数設けられてそれぞれ貯湯温度を検出する貯湯温度センサである。
３５は、所望の給湯設定温度を設定する操作スイッチや給湯設定温度を表示する表示部を備えたリモコンである。
３６は入水温度センサ２１、沸き上げ温度センサ２２、外気温度センサ２３、給水温度センサ２９、給湯温度センサ３０、給湯流量センサ３１、一次入口温度センサ３２、一次出口温度センサ３３、貯湯温度センサ３４の検出値が入力され、一次側ポンプ７、ヒートポンプユニット１１、加熱循環ポンプ１６、圧縮機１７、膨張弁１８、送風機２０、加熱切り替え弁２５の作動を制御すると共に、リモコン３５と通信可能に接続された制御手段である。この制御手段３６は、予め給湯機の作動を制御するためのプログラムが記憶されていると共に、演算、比較、記憶機能、時計機能を有しているものである。
＜沸き上げ動作＞
電力料金単価の安価な所定時間帯（深夜時間帯）の開始時刻になると、制御手段３６はそれまでの給湯負荷量に見合う湯量を沸き上げ開始するべく、ヒートポンプユニット１１と加熱循環ポンプ１６を駆動開始して貯湯タンク２下部から取り出した湯水を沸き上げ設定温度まで加熱開始する。
電力料金単価の安価な所定時間帯（深夜時間帯）の開始時刻になると、制御手段３６はそれまでの給湯負荷量に見合う湯量を沸き上げ開始するべく、ヒートポンプユニット１１と加熱循環ポンプ１６を駆動開始して貯湯タンク２下部から取り出した湯水を沸き上げ設定温度まで加熱開始する。
このとき、制御手段３６は、沸き上げ温度センサ２２が検出する沸き上げ温度が沸き上げ設定温度より低い所定温度未満の間は、加熱切り替え弁２５を加熱分岐管２４側にしておき、温度の低い湯が貯湯タンク２上部から流入して貯湯温度を低下してしまうことを防止し、沸き上げ温度が沸き上げ設定温度より低い所定温度以上にまで達したら、加熱切り替え弁２５を貯湯タンク２上部側を連通するようにして沸き上げた湯を貯湯タンク２上部へ戻し、貯湯タンク２上部から沸き上げ設定温度の湯を積層状に貯湯する。
そして、最下部の貯湯温度センサ３４が所定の沸き上げ終了判定温度を検出すると、制御手段３６は、ヒートポンプユニット１１と加熱循環ポンプ１６を駆動停止して沸き上げ運転を終了する。
このとき、貯湯タンク２内の湯水の温度上昇に伴って貯湯されている湯水が膨張し、貯湯タンク２内の圧力が過圧逃がし弁２８の設定圧力を超過すると過圧逃がし弁２８が開いて膨張水が排水され、貯湯タンク２内の圧力が過圧逃がし弁２８の設定圧力以下になると過圧逃がし弁２８が閉じて排水が停止して、貯湯タンク２内を適正圧力に保つようにしている。
そして、時間経過による貯湯タンク２内の湯水の自然放熱や後述する給湯に伴う貯湯タンク２内の湯水の温度低下に伴って貯湯されている湯水が収縮し、貯湯タンク２内の圧力が減圧弁２７の設定圧力より低くなると減圧弁２７を介して補水管２５から市水が貯湯タンク２内に流入し、貯湯タンク２内の圧力が減圧弁２８の設定圧力以上となると補水管２５からの市水の流入が停止して貯湯タンク２内を適正圧力での満水状態に保つようにしている。
＜給湯動作＞
次に、給湯動作について説明すると、給湯栓１０が開かれると、給湯外熱交換器３の二次側に給水管８から市水が流入し、給湯外熱交換器３の二次側を通過した湯水が給湯管９から給湯栓１０に向けて流出する。このとき、給湯流量センサ３１が所定の最小作動水量以上を検出すると、制御手段３６は、給水温度センサ２９で検出している給水温度と、リモコン３５で設定された給湯設定温度と、給湯流量センサ３１で検出している給湯流量とから給湯要求熱量を算出し、最上部の貯湯温度センサ３４で検出する貯湯温度と算出した給湯要求熱量とに応じた回転数で一次側ポンプ７を駆動開始する。
次に、給湯動作について説明すると、給湯栓１０が開かれると、給湯外熱交換器３の二次側に給水管８から市水が流入し、給湯外熱交換器３の二次側を通過した湯水が給湯管９から給湯栓１０に向けて流出する。このとき、給湯流量センサ３１が所定の最小作動水量以上を検出すると、制御手段３６は、給水温度センサ２９で検出している給水温度と、リモコン３５で設定された給湯設定温度と、給湯流量センサ３１で検出している給湯流量とから給湯要求熱量を算出し、最上部の貯湯温度センサ３４で検出する貯湯温度と算出した給湯要求熱量とに応じた回転数で一次側ポンプ７を駆動開始する。
そして、給湯温度センサ３０で検出する給湯温度がリモコン３５で設定した給湯設定温度に一致するように一次側ポンプ７の回転数をフィードバック制御して、給湯設定温度の給湯を行う。
そして、給湯栓１０が閉じられる等によって給湯流量センサ３１で検出する給湯流量が最小作動水量未満まで低下すると、制御手段３６は、一次側ポンプ７の作動を停止して給湯を終了する。
＜給湯待機中＞
給湯停止後の給湯待機中には、給湯外熱交換器３の一次側入口３ａ付近には貯湯タンク２の上部から流入した高温の湯が残留して二次側出口３ｄ付近の二次側の湯水を加熱してしまうが、一次側入口３ａおよび二次側出口３ｄは給湯外熱交換器３の下部に位置しているため、一次側入口３ａ付近の高温の湯は給湯外熱交換器３の上側の温度の低い一次側および二次側の湯水に熱伝導し、さらに給湯外熱交換器３上側の温度の低い一次側および二次側の湯水との比重差も相俟って上方向へ熱拡散し、給湯外熱交換器３の一次側入口３ａ付近の高温の湯は素早く温度低下し、給湯外熱交換器３の二次側の湯水が過熱されてしまう後沸きが生じることがない。
給湯停止後の給湯待機中には、給湯外熱交換器３の一次側入口３ａ付近には貯湯タンク２の上部から流入した高温の湯が残留して二次側出口３ｄ付近の二次側の湯水を加熱してしまうが、一次側入口３ａおよび二次側出口３ｄは給湯外熱交換器３の下部に位置しているため、一次側入口３ａ付近の高温の湯は給湯外熱交換器３の上側の温度の低い一次側および二次側の湯水に熱伝導し、さらに給湯外熱交換器３上側の温度の低い一次側および二次側の湯水との比重差も相俟って上方向へ熱拡散し、給湯外熱交換器３の一次側入口３ａ付近の高温の湯は素早く温度低下し、給湯外熱交換器３の二次側の湯水が過熱されてしまう後沸きが生じることがない。
このようにして、給湯待機中の給湯外熱交換器３内の二次側の湯水に後沸きが生じることがないため、次回の給湯開始初期の給湯温度のオーバーシュートの発生を防止することができる。
なお、本発明は上記一実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を変更しない範囲で改変可能なものであり、例えば、給湯外熱交換器３はプレート式熱交換器が好ましいが、プレート式熱交換器のみに限定されるものではなく、一次側入口と二次側出口が給湯外熱交換器３の下部に位置し、一次側出口と二次側入口が給湯外熱交換器３の上部に位置する熱交換器であれば同様の効果を奏するものである。
また、加熱手段はヒートポンプユニット１１のみに限られず、例えば、コージェネレーションによる排熱や太陽熱、あるいは電熱ヒータを加熱手段として用いても良いものである。
２ 貯湯タンク
３ 給湯外熱交換器
３ａ 一次側入口
３ｂ 一次側出口
３ｃ 二次側入口
３ｄ 二次側出口
５ 一次側往き管
６ 一次側戻り管
７ 一次側ポンプ
８ 給水管
９ 給湯管
１１ ヒートポンプユニット（加熱手段）
３ 給湯外熱交換器
３ａ 一次側入口
３ｂ 一次側出口
３ｃ 二次側入口
３ｄ 二次側出口
５ 一次側往き管
６ 一次側戻り管
７ 一次側ポンプ
８ 給水管
９ 給湯管
１１ ヒートポンプユニット（加熱手段）
Claims (2)
- 湯水を貯湯する貯湯タンクと、前記貯湯タンク内の湯水を加熱する加熱手段と、一次側を循環する前記貯湯タンク内の湯水を熱源として二次側の流水を加熱して給湯する給湯外熱交換器と、前記貯湯タンク上部と前記給湯外熱交換器の一次側入口とを接続する一次側往き管と、前記給湯外熱交換器の一次側出口と前記貯湯タンクとを接続する一次側戻り管と、前記一次側往き管または前記一次側戻り管の何れか一方の途中に設けられて前記貯湯タンク内の湯水を前記給湯外熱交換器の一次側に循環させる一次側ポンプと、前記給湯外熱交換器の二次側入口に接続される給水管と、前記給湯外熱交換器の二次側出口に接続される給湯管とを備え、前記給湯外熱交換器は、前記一次側入口と前記二次側出口が該給湯外熱交換器の下部に、かつ前記一次側出口と前記二次側入口が該給湯外熱交換器の上部に設けられていることを特徴とする貯湯式給湯機。
- 前記給湯外熱交換器は、プレート式熱交換器で構成されていることを特徴とする請求項１記載の貯湯式給湯機。
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