JP2019035514A - 給湯給水管及び給湯システム - Google Patents

Abstract

【課題】熱効率に優れる給湯給水管及び給湯システムを提供する。
【解決手段】始端が給水管３００に接続されて水が流れる外管１１と、外管１１に内蔵されるとともに両端付近は外管１１の外壁を貫通して外管１１の外に出て、給湯器１００から供給される湯が流れる内管１２と、を有し、外管１１の始端から供給された水が、内管１２を流れる湯と混ざることなく外管１１の終端に到達する。
【選択図】図１

Description

この発明は、給湯給水管及び給湯システムに関する。

特許文献１には、内管及び外管からなる二重管を使用する給湯システムが開示されている。この給湯システムは、ポンプで送られた湯が、内管（給湯往路）を流れて端部で折り返して、次に外管（給湯返路）を流れて、ポンプに戻る循環タイプのシステムである。

特許第４１６８３１５号公報

しかしながら、前述した従来の給湯システムでは、外管からの放熱が大きかった。また湯を循環させるためのポンプが必要になっていた。

本発明は、このような従来の問題点に着目してなされた。本発明の目的は、熱効率に優れる給湯給水管及び給湯システムを提供することである。

本発明は以下のような解決手段によって前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために本発明の実施形態に対応する符号を付するが、これに限定されるものではない。また符号を付して説明した構成は適宜代替しても改良してもよい。

第１の態様は、始端が給水管（３００）に接続されて水が流れる外管（１１）と、前記外管（１１）に内蔵されるとともに両端付近は前記外管（１１）の外壁を貫通して外管（１１）の外に出て、給湯器（１００）から供給される湯が流れる内管（１２）と、を有し、前記外管（１１）の始端から供給された水が、前記内管（１２）を流れる湯と混ざることなく前記外管（１１）の終端に到達する、給湯給水管（１０）である。

第２の態様は、第１の態様の給湯給水管（１０）と、二股に分岐して一端が前記外管（１１）の始端に接続されて水を供給する給水管（３００）と、前記外管（１１）の終端を接続するとともに前記内管（１２）の始端を接続し、前記外管（１１）から供給された水を加熱して湯を前記内管（１２）に供給する給湯器（１００）と、前記内管（１２）の終端を接続するとともに前記給水管（３００）の分岐したもう一端を接続し、前記内管（１２）から供給された湯及び前記給水管（３００）から供給された水を混合して出す出湯端末（２００）と、を有し、前記給湯給水管（１０）の外管（１１）を流れる水と、前記給湯給水管（１０）の内管（１２）を流れる湯とは、反対方向に流れる、給湯システム（１）である。

第３の態様は、第２の態様の給湯システム（１）において、前記給湯給水管（１０）が途中でヘッダーを介して複数の経路に分岐するヘッダータイプであって複数の出湯端末（２００）に給湯する、給湯システム（１）である。

第４の態様は、第２の態様の給湯システム（１）において、前記給湯給水管（１０）が先端に進むにつれて途中で複数の経路に分岐する先分岐タイプであって複数の出湯端末（２００）に給湯する、給湯システム（１）である。

第５の態様は、第３又は第４の態様の給湯システム（１）において、前記給湯給水管（１０）の外管（１１）の始端付近に設けられ、給湯給水管（１０）の内管（１２）から前記複数の出湯端末（２００）に供給される湯の量に応じた水が前記外管（１１）に流れるように調整するオリフィスをさらに有する、給湯システム（１）である。

第６の態様は、第１の態様の給湯給水管（１０）と、二股に分岐して一端が前記外管（１１）の始端に接続されて水を供給する給水管（３００）と、前記給水管（３００）の分岐したもう一端を接続するとともに前記内管（１２）の始端を接続し、前記給水管（３００）から供給された水を加熱して湯を前記内管（１２）に供給する給湯器（１００）と、前記内管（１２）の終端を接続するとともに前記外管（１１）の終端を接続し、前記内管（１２）から供給された湯及び前記外管（１１）から供給された水を混合して出す出湯端末（２００）と、を有し、前記給湯給水管（１０）の外管（１１）を流れる水と、前記給湯給水管（１０）の内管（１２）を流れる湯とは、同方向に流れる、給湯システム（１）である。

第７の態様は、第６の態様の給湯システム（１）において、前記給湯給水管（１０）が途中でヘッダーを介して複数の経路に分岐するヘッダータイプであって複数の出湯端末（２００）に給湯する、給湯システム（１）である。

第８の態様は、第６の態様の給湯システム（１）において、前記給湯給水管（１０）が先端に進むにつれて途中で複数の経路に分岐する先分岐タイプであって複数の出湯端末（２００）に給湯する、給湯システム（１）である。

第９の態様は、第１の態様の給湯給水管（１０）において、前記内管（以下「第１の内管（１２１）」と称す）と並行するように前記外管（１１）に内蔵されるとともに両端付近は前記外管（１１）の外壁を貫通して外管（１１）の外に出て湯が流れる第２の内管（１２２）をさらに有し、前記外管（１１）の始端から供給された水が、前記第１の内管（１２１）及び前記第２の内管（１２２）を流れる湯と混ざることなく前記外管（１１）の終端に到達する、給湯給水管（１０）である。

第１０の態様は、第９の態様の給湯給水管（１０）と、前記外管（１１）の始端に接続されて水を供給する給水管（３００）と、前記外管（１１）の終端を接続するとともに前記第１の内管（１２１）の始端を接続し、さらに前記第２の内管（１２２）の始端を接続し、前記外管（１１）から供給された水を加熱して湯を前記第１の内管（１２１）及び前記第２の内管（１２２）の少なくとも一方に供給する給湯器（１００）と、前記第１の内管（１２１）の終端を接続するとともに前記第２の内管（１２２）の終端を接続し、前記第１の内管（１２１）及び前記第２の内管（１２２）の少なくとも一方から供給された湯を出す浴槽循環金具（４１０）と、を有する給湯システム（１）である。

この態様によれば、大気に放出される熱量を低く抑えることができ、優れた熱効率を得ることができる。

図１は、給湯給水管１０の第１実施形態を示す図である。 図２は、給湯給水管１０の使用方法であって、給湯給水管１０に温水と冷水とを対向して流す場合を簡易的に示す図である。 図３は、給湯給水管１０に温水と冷水とを対向して流すヘッダー方式の給湯システム１の具体的な配管例を示す図である。 図４は、図３の要部を簡略化して示した図である。 図５は、出湯継続時間と熱損失との相関を見るための解析モデルの仕様を示す図である。 図６は、出湯継続時間と熱損失との相関図である。 図７は、定常状態での放熱量を見るための解析モデルの仕様を示す図である。 図８は、二重管についての解析結果を示す図である。 図９は、出湯停止後の熱量変化・温度変化を見るための解析モデルの仕様を示す図である。 図１０は、解析に用いる計算方法を説明する図である。 図１１は、外気への放熱量の積算値の計算結果を示す図である。 図１２は、二重管及び単管の内部の温水及び冷水の温度変化の計算結果を示す図である。 図１３は、二重管及び単管の内部の温水及び冷水の保有熱量の計算結果を示す図である。 図１４は、５１モードでの熱損失を見るための解析モデルの仕様を示す図である。 図１５は、５１モードについて説明する図である。 図１６は、５１モードでの配管入口の湯の温度と熱量との相関を示す図である。 図１７は、給湯給水管１０に温水と冷水とを対向して流す先分岐方式の給湯システム１の具体的な配管例を示す図である。 図１８は、先分岐方式のシステムを簡略化して示す図である。 図１９は、図４の改良形態を説明する図である。 図２０は、図１８の改良形態を説明する図である。 図２１は、給湯給水管１０の使用方法であって、給湯給水管１０に温水と冷水とを並行に流す場合を簡易的に示す図である。 図２２は、給湯給水管１０に温水と冷水とを並行に流すヘッダー方式の給湯システム１の具体的な配管例を示す図である。 図２３は、図２２の要部を簡略化して示した図である。 図２４は、給湯給水管１０に温水と冷水とを並行に流す先分岐方式の給湯システム１の具体的な配管例を示す図である。 図２５は、図２４の要部を簡略化して示した図である。 図２６は、２本の内管を内蔵する給湯給水管１０−２の使用方法を簡易的に示す図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。

（第１実施形態）
図１は、給湯給水管１０の第１実施形態を示す図である。

給湯給水管１０は、外管１１と、内管１２とを有する二重管構造である。

外管１１は、従来より給水管・給湯管として広く用いられている架橋ポリエチレン管が好適である。外管１１の周囲には、架橋ポリエチレンフォーム等による保温材１１１がある。

内管１２も架橋ポリエチレン管が好適である。内管１２は、外管１１に内蔵されるとともに、両端付近は外管１１の外壁を貫通して外管１１の外に出ている。

図２は、給湯給水管１０の使用方法であって、給湯給水管１０に温水と冷水とを対向して流す場合を簡易的に示す図である。

給湯給水管１０の外管１１は、始端が給水管３００に接続されるとともに、終端が給湯器１００の給水接続口に接続される。給水管３００から供給された水は、図２に矢印で示されるように外管１１の始端から終端に流れて給湯器１００に供給される。

給湯給水管１０の内管１２は、始端が給湯器１００の給湯接続口に接続されるとともに、終端が混合水栓２００等の出湯端末２００に接続される。給湯器１００で加熱された湯は、図２に矢印で示されるように、内管１２の始端から終端に向けて、外管１１を流れる水とは反対方向に流れて出湯端末２００に供給される。また出湯端末２００には、給水管３００も接続され、水道水も供給される。出湯端末２００からは、これらの湯と水とが適宜混合されて出湯する。

図３は、給湯給水管１０に温水と冷水とを対向して流すヘッダー方式の給湯システム１の具体的な配管例を示す図である。

給水ヘッダー３０の入口（集合口）には、水道管３２０が接続される。給水ヘッダー３０の出口（分岐口）は、図３では５つあり、このそれぞれの出口に給水管３００が接続されている。水道管３２０から供給された水道水は、給水ヘッダー３０で分岐して、混合水栓Ａ，混合水栓Ｂ，混合水栓Ｃ，水栓Ｄ，水栓Ｅに供給される。

給湯給水ヘッダー４０は、給湯給水管１０と同様に、外管及び内管からなる二重管構造であり、外管を流れる水と内管を流れる湯とは、混ざらない。給湯給水ヘッダー４０の入口（集合口）には、一端が給湯器１００に接続された給湯給水管１０の他端が接続される。給湯給水ヘッダー４０の出口（分岐口）は、図３では３つあり、このそれぞれの出口に給湯給水管１０に接続されている。給湯器１００から供給される湯は、給湯給水ヘッダー４０で分岐して、混合水栓Ａ，混合水栓Ｂ，混合水栓Ｃに供給される。

図４は、図３の要部を簡略化して示した図である。

給水ヘッダー３０に接続される給水管３００は、混合水栓２００の近くで二股に分岐する。一方は混合水栓２００の給水口に接続され、もう一方は給湯給水管１０の外管１１の始端に接続される。給湯給水管１０の外管１１の終端は、給湯給水ヘッダー４０の分岐口に接続される。また給湯給水管１０の内管１２も、一端が混合水栓２００に接続されるとともに、他端が給湯給水ヘッダー４０の分岐口に接続される。給湯給水ヘッダー４０の集合口には、一端が給湯器１００に接続された給湯給水管１０の他端が接続される。なお図４の細線矢印は水道水の流れ方向を示し、太線矢印は給湯器１００から出た湯の流れ方向を示す。水道水の流れ方向と湯の流れ方向は逆向きである。

このような構造であるので、混合水栓２００に湯を供給するときは、水道水が給水ヘッダー３０及び給水管３００を経由して、給湯給水管１０の外管１１を流れる。そして、給湯給水ヘッダー４０に達した後、給湯給水管１０の外管１１を流れて、給湯器１００に到達する。そして、給湯器１００で湯になり、今度は、給湯給水管１０の内管１２を流れて、給湯給水ヘッダー４０の内管及び給湯給水管１０の内管１２を流れて、混合水栓２００から出湯する。

混合水栓２００は、このように給湯器１００で加熱された湯と、給水管３００を流れて給湯給水管１０の外管１１には向かわずに混合水栓２００に流れる水道水とを適宜混合して出湯する。

（給湯給水管１０の作用効果について）
図５は、出湯継続時間と熱損失との相関を見るための解析モデルの仕様を示す図である。

次に、実施形態に相当する二重管と、比較形態に相当する単管とをモデル化して解析を行った。図５に示されるように、解析モデルの全長を１０ｍとした。二重管の外管のサイズを内径２０ｍｍ／肉厚３．０ｍｍとした。また熱伝導率を０．３５Ｗ／（ｍ・Ｋ）とした。二重管の内管のサイズを内径１０ｍｍ／肉厚１．４ｍｍとした。熱伝導率を０．３５Ｗ／（ｍ・Ｋ）とした。保温材は無しとした。以上であるので、この二重管の外径は、２６ｍｍである。なお、湯が流れる流路の面積（内管の断面積）は、７８．５ｍｍ^２である。水が流れる流路の面積（外管の内側であって内管の外側の流路の面積）は、１８５．５ｍｍ^２である。

一方、単管のサイズを内径１０ｍｍ／肉厚１．４ｍｍとした。熱伝導率を０．３５Ｗ／（ｍ・Ｋ）とした。周囲には保温材があり、この保温材のサイズを肉厚６．６ｍｍ／熱伝導率０．０３１Ｗ／（ｍ・Ｋ）とした。以上であるので、この単管の外径は、二重管と同じく２６ｍｍである。なお、湯が流れる流路の面積（内管の断面積）は、７８．５ｍｍ^２である。

また、外気温等の環境条件を以下のようにした。すなわち、外気温度５℃／冷水温度５℃／配管入口の温水温度５０℃，６０℃，７０℃とした。配管内側（水）の熱伝達率５００Ｗ／（ｍ^２・Ｋ），１０００Ｗ／（ｍ^２・Ｋ），１５００Ｗ／（ｍ^２・Ｋ）とした。外気の熱伝達率４０Ｗ／（ｍ^２・Ｋ）とした。

さらに、以下の条件で解析した。すなわち、温水と冷水との混合後の温度が４０℃になるように、温水及び冷水の流量を制御する。温水温度が４０℃を下回る場合には冷水を混合しない。出湯継続判定温度を３８℃とし、出湯温度が３８℃を下回っている場合は出湯継続時間としてカウントしない。このような条件で、出湯継続時間を２ｍｉｎ〜１２０ｍｉｎとして、熱損失をプロットしたのが図６である。

図６は、出湯継続時間と熱損失との相関図である。

図６（Ａ）は、配管内側（水）の熱伝達率５００Ｗ／（ｍ^２・Ｋ）とした場合の出湯継続時間［ｍｉｎ］と熱損失［ｋＪ］との相関図である。ここで出湯継続時間とは、出湯開始から停止までの継続時間であり、上述のように、出湯温度が３８℃を下回っている場合は出湯継続時間としてカウントしない。また熱損失とは、空気中に放散した熱量と出湯停止時に管内に残留する熱量の合計熱量である。ちなみに１．０Ｌの水を３５℃昇温（５℃→４０℃）させるのに必要な熱量はおよそ１４４ｋＪである。配管入口の温水温度は、５０℃，６０℃，７０℃である。図中、実線が二重管を示し、破線が単管を示す。

図６（Ｂ）は、配管内側（水）の熱伝達率１０００Ｗ／（ｍ^２・Ｋ）とした場合の出湯継続時間［ｍｉｎ］と熱損失［ｋＪ］との相関図である。

図６（Ｃ）は、配管内側（水）の熱伝達率１５００Ｗ／（ｍ^２・Ｋ）とした場合の出湯継続時間［ｍｉｎ］と熱損失［ｋＪ］との相関図である。

別途求めた三次元熱流体解析結果とのマッチングにより、配管内側（水）の熱伝達率１０００〜１５００Ｗ／（ｍ^２・Ｋ）と推測される。そこで、熱伝達率１０００〜１５００Ｗ／（ｍ^２・Ｋ）を見ると、以下が分かる。すなわち、配管入口の温水温度が７０℃の場合、熱損失は二重管及び単管でほぼ同等である。配管入口の温水温度が５０〜６０℃であって出湯継続時間が２０ｍｉｎ以上になると、二重管の熱損失が単管の熱損失よりも小さくなる。そして、出湯継続時間が長くなるほど、単管の熱損失に比べて二重管の熱損失が小さくなる。

業務用途では継続して出湯することも多く、二重管のほうが単管に比べて熱損失が少なくなり、省エネ効果が高いのである。

また家庭用途でも、年長の世代では、たとえばシャワーを浴びてから身体を洗うときに、こまめに出湯を停止するなど、湯を断続的に使用するという人が多かった。しかしながら、近年の若い世代では、シャワーを浴びてから身体を洗うときにも、出湯を停止することなく、湯を連続的に使用するという人が増えている。このように、近年は、出湯継続時間が長くなる傾向にあり、この点でも、近年は二重管による省エネ効果が高くなっていると言えるのである。

なお、以上の解析は、二重管の周囲に保温材が無いという条件であった。そこで、次に、二重管の周囲に保温材がある条件でも解析を行う。

図７は、定常状態での放熱量を見るための解析モデルの仕様を示す図である。

図７に示されるように、解析モデルの全長を１０ｍとした。二重管の外管のサイズを内径２２ｍｍ／肉厚３．０ｍｍとした。熱伝導率を０．３５Ｗ／（ｍ・Ｋ）とした。二重管の内管のサイズを内径１３ｍｍ／肉厚２．０ｍｍとした。熱伝導率を０．３５Ｗ／（ｍ・Ｋ）とした。外管及び内管の材料としては架橋ポリエチレンを想定し、密度９２０ｋｇ／ｍ^３、比熱２．３ｋＪ／（ｋｇ・Ｋ）であり、単位体積当たりの熱容量は、２１１６ｋＪ／（ｍ^３・Ｋ）である。外管の周囲には保温材があり、この保温材のサイズを肉厚５．０ｍｍ／熱伝導率０．０３１Ｗ／（ｍ・Ｋ）とした。保温材の材料としては架橋ポリエチレンフォームを想定し、密度３３ｋｇ／ｍ^３、比熱２．３ｋＪ／（ｋｇ・Ｋ）であり、単位体積当たりの熱容量は、７５．９ｋＪ／（ｍ^３・Ｋ）である。なお、湯が流れる流路の面積（内管の断面積）は、１３３ｍｍ^２である。水が流れる流路の面積（外管の内側であって内管の外側の流路の面積）は、１５３ｍｍ^２である。

一方、単管は、内径１３ｍｍ／肉厚２．０ｍｍとし、熱伝導率を０．３５Ｗ／（ｍ・Ｋ）とした。この単管の材料としては架橋ポリエチレンを想定し、材料物性値は二重管と同じである。周囲には保温材があり、この保温材は、肉厚５．０ｍｍ／熱伝導率０．０３１Ｗ／（ｍ・Ｋ）とした。この保温材の材料としては架橋ポリエチレンフォームを想定し、材料物性値は二重管と同じである。以上であるので、湯が流れる流路の面積（内管の断面積）は、二重管と同じく１３３ｍｍ^２である。

また、外部壁面条件として、外気温度１５℃／外気熱伝達率１０Ｗ／（ｍ^２・Ｋ）とした。さらに、二重管については、湯及び水の流量を５Ｌ／ｍｉｎ及び１０Ｌ／ｍｉｎの２パターンとした。また外管を流れる水の温度は１５℃（固定）とした。

以上のような条件での二重管についての解析結果が、図８に示されている。湯及び水の流量が５Ｌ／ｍｉｎの場合、配管長さ１０ｍあたりの定常状態での放熱量は９Ｗであった。湯及び水の流量が１０Ｌ／ｍｉｎの場合は、配管長さ１０ｍあたりの定常状態での放熱量は５Ｗであった。流量が上がると熱伝達率は大きくなるが、外管の温度上昇が小さくなるため、流量１０Ｌ／ｍｉｎのほうが、流量５Ｌ／ｍｉｎと比べて、放熱量が小さくなっている。なお、単管の場合、湯の流量を５Ｌ／ｍｉｎとして解析すると、配管長さ１０ｍあたりの定常状態での放熱量は６７Ｗ（配管入口温度４０．０℃→出口温度３８．８℃）であった。このことから、二重管の放熱量が、単管の放熱量に比べて大幅に小さくなっていることが分かる。

図９は、出湯停止後の熱量変化・温度変化を見るための解析モデルの仕様を示す図である。

次に、出湯停止後の熱量変化・温度変化について解析した。
図９に示されるように、解析モデルの全長を２ｍとした。二重管の外管のサイズを内径３６．２ｍｍ／肉厚５．９ｍｍとした。外径は４８．０ｍｍである。また熱伝導率を０．３５Ｗ／（ｍ・Ｋ）とした。二重管の内管のサイズを内径１９．９ｍｍ／肉厚３．５５ｍｍとした。外径は２７．０ｍｍである。熱伝導率を０．３５Ｗ／（ｍ・Ｋ）とした。外管及び内管の材料としては架橋ポリエチレンを想定し、密度９２０ｋｇ／ｍ^３、比熱２．３ｋＪ／（ｋｇ・Ｋ）であり、単位体積当たりの熱容量は、２１１６ｋＪ／（ｍ^３・Ｋ）である。外管の周囲には保温材があり、この保温材のサイズを肉厚５．０ｍｍ／熱伝導率０．０３１Ｗ／（ｍ・Ｋ）とした。保温材の材料としては架橋ポリエチレンフォームを想定し、密度３３ｋｇ／ｍ^３、比熱２．３ｋＪ／（ｋｇ・Ｋ）であり、単位体積当たりの熱容量は、７５．９ｋＪ／（ｍ^３・Ｋ）である。なお、湯が流れる流路の面積（内管の断面積）は、３１４ｍｍ^２である。水が流れる流路の面積（外管の内側であって内管の外側の流路の面積）は、４５７ｍｍ^２である。

一方、単管は、内径１９．９ｍｍ／肉厚３．５５ｍｍとした。外径は２７．０ｍｍである。熱伝導率を０．３５Ｗ／（ｍ・Ｋ）とした。この単管の材料としては架橋ポリエチレンを想定し、材料物性値は二重管と同じである。周囲には保温材があり、この保温材は、肉厚５．０ｍｍ／熱伝導率０．０３１Ｗ／（ｍ・Ｋ）とした。この保温材の材料としては架橋ポリエチレンフォームを想定し、材料物性値は二重管と同じである。以上であるので、湯が流れる流路の面積（内管の断面積）は、二重管と同じく３１４ｍｍ^２である。

図１０は、解析に用いる計算方法を説明する図である。

図１０に示されるように、まずＳｔｅｐ１として、定常状態になるまでの非定常計算を行った。なお定常状態では、二重管及び単管の出口の温水温度が３９．８℃で一致するようにした。

定常状態になったら、続くＳｔｅｐ２で、温水・冷水の入口及び出口を断熱壁として、すなわち、温水・冷水の流れがない条件で境界条件を変更し、Ｓｔｅｐ３で、継続計算を行ってその後の時間経過を観測した。

図１１は、外気への放熱量の積算値の計算結果を示す図である。横軸は出湯停止時刻を０ｍｉｎとしてその後の経過時間［ｍｉｎ］を示す。縦軸は外気への放熱量の積算値［ｋｃａｌ］を示す。

この図１１を見ると、二重管は、単管に比べて、放熱量が小さいことが分かる。

図１２は、二重管及び単管の内部の温水及び冷水の温度変化の計算結果を示す図である。横軸は出湯停止時刻を０ｍｉｎとしてその後の経過時間［ｍｉｎ］を示す。縦軸は温水及び冷水の平均温度［℃］を示す。

この図１２を見ると、二重管は、単管に比べて、温水の温度低下が早いことが分かる。すなわち、外部への放熱は小さいが（図１１）、冷水を暖めることとなり、出湯停止から３０分程度で温水と冷水との温度が同程度になるため、温水の温度だけに注目すると、図１２に示されている通り、温度の低下が早くなっているのである。

図１３は、二重管及び単管の内部の温水及び冷水の保有熱量の計算結果を示す図である。横軸は出湯停止時刻を０ｍｉｎとしてその後の経過時間［ｍｉｎ］を示す。縦軸は５℃（外気温）を基準としたときの保有熱量［ｋｃａｌ］を示す。

この図１３を見ると、二重管の温水が保有する熱量と冷水が保有する熱量とを合計した二重管全体が保有する熱量は、出湯停止から４５分程度以内であれば単管よりも小さく、その時間を超えると、単管よりも大きくなることが分かる。

これは、二重管では、冷水で冷やされていた架橋ポリエチレン管に熱が移るため、出湯停止から４５分程度以内における保有熱量が単管よりも小さいと考えられる。

図１４は、５１モードでの熱損失を見るための解析モデルの仕様を示す図である。

次に、ＪＩＳ Ｓ ２０７１の標準使用モードである５１モードでの解析を行った。なお、５１モードの詳細については後述する。

図１４に示されるように、解析モデルの全長を１０ｍとした。二重管の外管のサイズを内径２０ｍｍ／肉厚３．０ｍｍとした。また熱伝導率を０．３５Ｗ／（ｍ・Ｋ）とした。二重管の内管のサイズを内径１０ｍｍ／肉厚１．４ｍｍとした。熱伝導率を０．３５Ｗ／（ｍ・Ｋ）とした。外管の周囲には保温材があり、この保温材のサイズを肉厚５．０ｍｍ／熱伝導率０．０３１Ｗ／（ｍ・Ｋ）とした。以上であるので、この二重管の外径は、３６ｍｍである。なお、湯が流れる流路の面積（内管の断面積）は、７８．５ｍｍ^２である。水が流れる流路の面積（外管の内側であって内管の外側の流路の面積）は、１８５．５ｍｍ^２である。

一方、単管は、内径１０ｍｍ，１３ｍｍ，１６ｍｍ，２０ｍｍの４種類とし、肉厚１．４ｍｍとした。熱伝導率を０．３５Ｗ／（ｍ・Ｋ）とした。周囲には保温材があり、この保温材のサイズを肉厚５．０ｍｍ／熱伝導率０．０３１Ｗ／（ｍ・Ｋ）とした。以上であるので、湯が流れる流路の面積（内管の断面積）は、二重管と同じく７８．５ｍｍ^２である。

また、外気温等の環境条件を以下のようにした。すなわち、外気温度５℃／冷水温度５℃／配管入口の温水温度４１℃，５０℃，６０℃，７０℃，８０℃とした。配管内側（水）の熱伝達率１００Ｗ／（ｍ^２・Ｋ）とした。外気の熱伝達率４０Ｗ／（ｍ^２・Ｋ）とした。

さらに、以下の条件で解析した。すなわち、温水と冷水との混合後の温度が４０℃になるように、温水及び冷水の流量を制御する。温水温度が４０℃を下回る場合には冷水を混合しない。出湯継続判定温度を３８℃とし、出湯温度が３８℃を下回っている場合は出湯継続時間としてカウントしない。このような条件で、５１モード（湯はり無し）で解析を行った。

ここで、５１モードとは、ＪＩＳ Ｓ ２０７１の標準使用モードであり、具体的には、図１５に示されるように、朝６時４５分に洗面で１２０秒間／１０Ｌの湯を使用するなどがモデル化されている。今回はこの５１モードを基本として、Ｎｏ．２６の湯はりは行わない条件で解析した。なお、５１モードに要求される水量は、湯はり「あり」であれば４５５．７Ｌであるが、湯はり「なし」であれば２７５．７Ｌである。また５１モードに要求される熱量は、湯はり「あり」であれば６５．４ＭＪであるが、湯はり「なし」であれば３９．６ＭＪである。以上より、湯はり「なし」の場合の必要最低限の水量は２７５．７Ｌ／必要最低限の熱量は３９．６ＭＪである。

図１６（Ａ）は、５１モードでの配管入口の湯の温度と正味の供給熱量との相関図である。横軸は配管入口温水温度［℃］／縦軸は正味供給熱量［ＭＪ］である。図１６（Ｂ）は、５１モードでの配管入口の湯の温度と大気に放散した熱量の合計量との相関図である。横軸は配管入口温水温度［℃］／縦軸は大気に放散した合計の熱量［ＭＪ］である。

なお正味供給熱量とは、単管であれば配管に供給された熱量であり、二重管であれば内管に供給された熱量から、外管から回収された熱量を引くことで得られた熱量である。

図１６（Ａ）から、内径１０ｍｍ，１３ｍｍ，１６ｍｍ，２０ｍｍのいずれの単管でも、また二重管でも、配管入口温水温度が５０℃から上がるにつれて、正味供給熱量が大きくなることが分かる。これは、図１６（Ｂ）から分かるように、配管入口温水温度が高くなるほど、外気温との差が大きく、配管を流れている途中で大気に放散した熱量（すなわち出湯に資さない熱量）が増えるので、それを補うために供給熱量が増えるためと考えられる。

その一方で、図１６（Ａ）から、配管入口温水温度が５０℃から４０℃に下がっても、供給熱量が大きくなっていることが分かる。配管入口温水温度が下がれば、配管を流れている途中で大気に放散した熱量は減るものの、熱量を放散することで出湯温度が低くなってしまう。そのため、出湯温度が３８℃を超えるまで湯待ち時間が発生し、供給熱量が増えるためであると考えられる。

図１６（Ｂ）から分かるように、二重管は、単管に比べて大気に放散する熱量が少なく、図１６（Ａ）から分かるように、配管入口温水温度が５０℃以上であれば、正味供給熱量も小さいことが分かる。ただし、配管入口温水温度が４０℃の場合は、外管を流れる冷水で内管を流れる温水から熱を奪ってしまうので、正味供給熱量が大きくなっている。

以上、説明したように、本実施形態の給湯給水管１０によれば、熱損失が少なく、省エネ効果が高くなる。業務用途のように、出湯時間が長く継続する場合には、周囲に保温材がなくても、優れた省エネ効果が得られるが、周囲に保温材を設けることで、５１モードのような一般家庭用途でも、放熱量を低く抑えて、供給熱量を小さくすることができ、特に配管入口の湯温を５０℃程度にすることで、供給熱量を非常に小さくすることができ、優れた省エネ効果が得られるのである。

また給湯給水管１０の具体的な使用方法として、図３や図４に示すように、給湯給水管１０に温水と冷水とを対向して流すヘッダー方式の給湯システム１を挙げることだができる。給湯器１００から供給された温水は、給湯給水管１０の内管１２を流れるにつれて温度が低下するが、本実施形態のシステムによれば、この温度が下がった温水の熱が、給湯給水管１０の外管１１を流れ出した温度が低い冷水に吸熱されることとなる。そのため、温水の熱が、外気へ放熱されることを小さく抑えることができ、省エネ効果に優れるのである。

（第２実施形態）
図１７は、給湯給水管１０に温水と冷水とを対向して流す先分岐方式の給湯システム１の具体的な配管例を示す図である。

上述した第１実施形態は、ヘッダーを使用して湯を分岐するヘッダー方式であったが、ヘッダーを使用しない、いわゆる先分岐方式にも採用することができる。先分岐方式のシステムは、図１７の通りであり、システムを簡略化して示すと図１８のようになる。

図１７に示されるように、水道管３２０に給水管３００が接続されている。給水管３００は途中で分岐して混合水栓Ａ，混合水栓Ｂ，混合水栓Ｃ，水栓Ｄ，水栓Ｅに接続される。このような構造であるので、水道管３２０から供給された水道水は、混合水栓Ａ，混合水栓Ｂ，混合水栓Ｃ，水栓Ｄ，水栓Ｅに供給される。

また図１８に示されるように、混合水栓Ａ，混合水栓Ｂ，混合水栓Ｃに接続される給水管３００は、各混合水栓の近くで二股に分岐し、分岐端が給湯給水管１０の外管１１の始端に接続される。給湯給水管１０の外管１１の終端は、給湯器１００の給水接続口に接続される。また給湯給水管１０の内管１２の始端は、給湯器１００の給湯接続口に接続され、終端は混合水栓Ａ，混合水栓Ｂ，混合水栓Ｃに接続される。

このような構造であるので、混合水栓２００に湯を供給するときは、水道水が給水管３００を経由して、給湯給水管１０の外管１１を流れて、給湯器１００に到達する。そして、給湯器１００で加熱されて湯になり、今度は、給湯給水管１０の内管１２を流れて、混合水栓２００から出湯する。

混合水栓２００は、このように給湯器１００で加熱された湯と、給水管３００を流れて給湯給水管１０の外管１１に分岐せずに混合水栓２００に流れる水道水とを適宜混合して出湯する。

給湯給水管１０は、このような先分岐方式にも採用することが可能であり、第１実施形態と同様に、給湯給水管１０の内管１２を流れるにつれて温度が下がった温水の熱が、給湯給水管１０の外管１１を流れ出した温度が低い冷水に吸熱されることとなって、温水の熱が、外気へ放熱されることを小さく抑えることができ、省エネ効果に優れる。

（第３実施形態）
図１９は、図４の改良形態を説明する図である。

図４に示されたシステムでは、ひとつの混合水栓（たとえば混合水栓Ａ）を使用する場合でも、その混合水栓（混合水栓Ａ）に接続された給湯給水管１０の外管１１のみならず、別の混合水栓（たとえば混合水栓Ｂ）に接続された給湯給水管１０の外管１１や、さらに別の混合水栓（たとえば混合水栓Ｃ）に接続された給湯給水管１０の外管１１にも、冷水が流れる。そのため、別の混合水栓（混合水栓Ｂ）に接続された給湯給水管１０の内管１２や、さらに別の混合水栓（混合水栓Ｃ）に接続された給湯給水管１０の内管１２に残留していた温水も温度が低下してしまう。このようになっては、混合水栓Ｂや混合水栓Ｃを使用するときに、低温であるがために捨てられてしまう温水が増えてしまう。

そこで、図１９に示されるように、この実施形態では、給水管３００から分岐して給湯給水管１０の内管１２に接続される分岐管にオリフィス２０を設けた。このようにすることで、湯の流量が多い混合水栓（たとえばシャワー）に接続される給湯給水管１０の外管１１には、湯の流量が少ない混合水栓（たとえば洗面所の蛇口）に接続される給湯給水管１０の外管１１よりも、多くの水を流すことが可能になり、エネルギーの効率化を図ることができる。

（第４実施形態）
図２０は、図１８の改良形態を説明する図である。

図１８に示されたシステムでも、ひとつの混合水栓（たとえば混合水栓Ａ）を使用する場合でも、その混合水栓（混合水栓Ａ）に接続された給湯給水管１０の外管１１のみならず、別の混合水栓（たとえば混合水栓Ｂ）に接続された給湯給水管１０の外管１１や、さらに別の混合水栓（たとえば混合水栓Ｃ）に接続された給湯給水管１０の外管１１にも、冷水が流れてしまう。そこで、図２０に示すように、オリフィス２０を設けることで、湯の流量が多い混合水栓（たとえばシャワー）に接続される給湯給水管１０の外管１１には、湯の流量が少ない混合水栓（たとえば洗面所の蛇口）に接続される給湯給水管１０の外管１１よりも、多くの水を流すことが可能になり、エネルギーの効率化を図ることができる。

（第５実施形態）
図２１は、給湯給水管１０の使用方法であって、給湯給水管１０に温水と冷水とを並行に流す場合を簡易的に示す図である。

給湯給水管１０の外管１１は、始端が水道管３２０に接続されるとともに、終端が混合水栓等の出湯端末２００に接続される。水道管３２０から供給された水は、図２１に矢印で示されるように外管１１の始端から終端に流れて出湯端末２００に供給される。

給湯給水管１０の内管１２は、始端が給湯器１００の給湯接続口に接続されるとともに、終端が混合水栓等の出湯端末２００に接続される。また給湯器１００には、水道管３２０も接続され、水道水が供給される。この水道水が給湯器１００で加熱されて、図２１に矢印で示されるように、内管１２の始端から終端に向けて、外管１１を流れる水と同方向に流れて出湯端末２００に供給される。出湯端末２００からは、これらの湯と水とが適宜混合されて出湯する。

図２２は、給湯給水管１０に温水と冷水とを並行に流すヘッダー方式の給湯システム１の具体的な配管例を示す図である。図２３は、図２２の要部を簡略化して示した図である。

このシステムでは、図３に示されたシステムと同様に二重管構造の給水給湯ヘッダー４０が使用される。給水給湯ヘッダー４０の入口（集合口）には、給湯給水管１０が接続される。この給湯給水管１０の外管１１は水道管３２０に接続されており、内管１２は給湯器１００の給湯接続口に接続されている。また給水給湯ヘッダー４０の出口（分岐口）には、図２３では３本の給湯給水管１０が接続される。この点を詳述すると、給水給湯ヘッダー４０の分岐側の給水接続口に給湯給水管１０の外管１１の一端が接続され、外管１１の他端が混合水栓Ａ，混合水栓Ｂ，混合水栓Ｃに接続される。給水給湯ヘッダー４０の分岐側の給湯接続口に、給湯給水管１０の内管１２の一端が接続され、内管１２の他端が混合水栓Ａ，混合水栓Ｂ，混合水栓Ｃに接続される。このようにすることで、給湯給水管１０の内部には、湯と水とが同方向に流れることとなる。

なお、図２２に示されるように、一端が給水ヘッダー３０に接続された給水管３００の他端は、水栓Ｄ，水栓Ｅに接続されている。

本実施形態によれば、各混合水栓への配管を給湯管及び給水管の２本ではなく、給湯給水管１０の１本のみにすることができる。

（第６実施形態）
図２４は、給湯給水管１０に温水と冷水とを並行に流す先分岐方式の給湯システム１の具体的な配管例を示す図である。図２５は、図２４の要部を簡略化して示した図である。

このシステムは、図１７に示されたシステムと同様に、ヘッダーを使用せず配管が途中で分岐する先分岐方式のシステムである。

給湯給水管１０の外管１１の始端は、水道管３２０に接続される。給湯給水管１０の内管１２の始端は、給湯器１００の給湯接続口に接続される。また給湯器１００の給水接続口には、水道管３２０が接続される。

給湯給水管１０は、途中で分岐して、混合水栓Ａ，混合水栓Ｂ，混合水栓Ｃに接続される。すなわち、給湯給水管１０の外管１１の終端が、混合水栓Ａ，混合水栓Ｂ，混合水栓Ｃに接続されるとともに、内管１２の終端も、混合水栓Ａ，混合水栓Ｂ，混合水栓Ｃに接続される。

なお、図２４に示されるように、一端が水道管３２０に接続されている給水管３００の他端は、水栓Ｄ，水栓Ｅに接続されている。

本実施形態によっても、各混合水栓への配管を給湯管及び給水管の２本ではなく、給湯給水管１０の１本のみにすることができる。

（第７実施形態）
図２６は、２本の内管を内蔵する給湯給水管１０−２の使用方法を簡易的に示す図である。

本実施形態の給湯給水管１０−２は、外管１１と、内管１２１及び内管１２２とを有する構造である。内管１２１及び内管１２２は、外管１１に内蔵されるとともに、両端付近は外管１１の外壁を貫通して外管１１の外に出ている。

外管１１は、一端が給湯器１００の給水口に接続されるとともに、他端が水道管３２０に接続される。

内管１２１は、一端が給湯器１００の湯往き口に接続されるとともに、他端が浴槽４００の循環金具４１０の風呂往き口に接続される。すなわちこの内管１２１が風呂往き管としての機能を果たす。

内管１２２は、一端が給湯器１００の湯戻り口に接続されるとともに、他端が浴槽４００の循環金具４１０の風呂戻り口に接続される。すなわちこの内管１２２が風呂戻り管としての機能を果たす。

湯はりするときは、図２６に矢印で示されているように、外管１１を流れた水（水道水）が給湯器１００に供給され、加熱された湯が内管１２１（風呂往き管）及び内管１２２（風呂戻り管）の２系統で、浴槽４００に搬送される。

このようにすることで、内管１２１及び内管１２２から外気に放熱される熱量を低く抑えることができ、熱効率が優れたものとなる。特に、湯はりには時間がかかるので、本実施形態の給湯給水管１０が非常に好適である。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

たとえば、各部のサイズは一例に過ぎない。また上記説明における「給水管」というところを「水道管」にしてもよく、また「水道管」というところを「給水管」にしてもよい。

また給湯器１００の熱源は、ガス、電気等を問わない。

なお上記実施形態は、適宜組み合わせ可能である。

１ 給湯システム
１０ 給湯給水管
１１ 外管
１２ 内管
１２１ 第１の内管
１２２ 第２の内管
２０ オリフィス
１００ 給湯器
２００ 出湯端末（混合水栓）
３００ 給水管
３２０ 水道管
４１０ 浴槽循環金具

Claims (10)

1. 始端が給水管に接続されて水が流れる外管と、
   前記外管に内蔵されるとともに両端付近は前記外管の外壁を貫通して外管の外に出て、給湯器から供給される湯が流れる内管と、
   を有し、
   前記外管の始端から供給された水が、前記内管を流れる湯と混ざることなく前記外管の終端に到達する、
   給湯給水管。
2. 請求項１に記載の給湯給水管と、
   二股に分岐して一端が前記外管の始端に接続されて水を供給する給水管と、
   前記外管の終端を接続するとともに前記内管の始端を接続し、前記外管から供給された水を加熱して湯を前記内管に供給する給湯器と、
   前記内管の終端を接続するとともに前記給水管の分岐したもう一端を接続し、前記内管から供給された湯及び前記給水管から供給された水を混合して出す出湯端末と、
   を有し、
   前記給湯給水管の外管を流れる水と、前記給湯給水管の内管を流れる湯とは、反対方向に流れる、
   給湯システム。
3. 請求項２に記載の給湯システムにおいて、
   前記給湯給水管が途中でヘッダーを介して複数の経路に分岐するヘッダータイプであって複数の出湯端末に給湯する、
   給湯システム。
4. 請求項２に記載の給湯システムにおいて、
   前記給湯給水管が先端に進むにつれて途中で複数の経路に分岐する先分岐タイプであって複数の出湯端末に給湯する、
   給湯システム。
5. 請求項３又は請求項４に記載の給湯システムにおいて、
   前記給湯給水管の外管の始端付近に設けられ、給湯給水管の内管から前記複数の出湯端末に供給される湯の量に応じた水が前記外管に流れるように調整するオリフィスをさらに有する、
   給湯システム。
6. 請求項１に記載の給湯給水管と、
   二股に分岐して一端が前記外管の始端に接続されて水を供給する給水管と、
   前記給水管の分岐したもう一端を接続するとともに前記内管の始端を接続し、前記給水管から供給された水を加熱して湯を前記内管に供給する給湯器と、
   前記内管の終端を接続するとともに前記外管の終端を接続し、前記内管から供給された湯及び前記外管から供給された水を混合して出す出湯端末と、
   を有し、
   前記給湯給水管の外管を流れる水と、前記給湯給水管の内管を流れる湯とは、同方向に流れる、
   給湯システム。
7. 請求項６に記載の給湯システムにおいて、
   前記給湯給水管が途中でヘッダーを介して複数の経路に分岐するヘッダータイプであって複数の出湯端末に給湯する、
   給湯システム。
8. 請求項６に記載の給湯システムにおいて、
   前記給湯給水管が先端に進むにつれて途中で複数の経路に分岐する先分岐タイプであって複数の出湯端末に給湯する、
   給湯システム。
9. 請求項１に記載の給湯給水管において、
   前記内管（以下「第１の内管」と称す）と並行するように前記外管に内蔵されるとともに両端付近は前記外管の外壁を貫通して外管の外に出て湯が流れる第２の内管をさらに有し、
   前記外管の始端から供給された水が、前記第１の内管及び前記第２の内管を流れる湯と混ざることなく前記外管の終端に到達する、
   給湯給水管。
10. 請求項９に記載の給湯給水管と、
    前記外管の始端に接続されて水を供給する給水管と、
    前記外管の終端を接続するとともに前記第１の内管の始端を接続し、さらに前記第２の内管の始端を接続し、前記外管から供給された水を加熱して湯を前記第１の内管及び前記第２の内管の少なくとも一方に供給する給湯器と、
    前記第１の内管の終端を接続するとともに前記第２の内管の終端を接続し、前記第１の内管及び前記第２の内管の少なくとも一方から供給された湯を出す浴槽循環金具と、
    を有する給湯システム。

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