JP2019035514A - 給湯給水管及び給湯システム - Google Patents
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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
【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。
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。
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。
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。
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、78.5mm2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、185.5mm2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、78.5mm2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/(m2・K),1000W/(m2・K),1500W/(m2・K)とした。外気の熱伝達率40W/(m2・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/(m2・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/(m2・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/(m2・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/(m2・K)と推測される。そこで、熱伝達率1000〜1500W/(m2・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/m3、比熱2.3kJ/(kg・K)であり、単位体積当たりの熱容量は、2116kJ/(m3・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/m3、比熱2.3kJ/(kg・K)であり、単位体積当たりの熱容量は、75.9kJ/(m3・K)である。なお、湯が流れる流路の面積(内管の断面積)は、133mm2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、153mm2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133mm2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/(m2・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/m3、比熱2.3kJ/(kg・K)であり、単位体積当たりの熱容量は、2116kJ/(m3・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/m3、比熱2.3kJ/(kg・K)であり、単位体積当たりの熱容量は、75.9kJ/(m3・K)である。なお、湯が流れる流路の面積(内管の断面積)は、314mm2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、457mm2である。
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/m3、比熱2.3kJ/(kg・K)であり、単位体積当たりの熱容量は、2116kJ/(m3・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/m3、比熱2.3kJ/(kg・K)であり、単位体積当たりの熱容量は、75.9kJ/(m3・K)である。なお、湯が流れる流路の面積(内管の断面積)は、314mm2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、457mm2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314mm2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、78.5mm2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、185.5mm2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78.5mm2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/(m2・K)とした。外気の熱伝達率40W/(m2・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。
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。
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。
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。
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
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)
- 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017155414A JP2019035514A (ja) | 2017-08-10 | 2017-08-10 | 給湯給水管及び給湯システム |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2017155414A JP2019035514A (ja) | 2017-08-10 | 2017-08-10 | 給湯給水管及び給湯システム |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2019035514A true JP2019035514A (ja) | 2019-03-07 |
Family
ID=65637181
Family Applications (1)
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JP2017155414A Pending JP2019035514A (ja) | 2017-08-10 | 2017-08-10 | 給湯給水管及び給湯システム |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111006096A (zh) * | 2019-12-30 | 2020-04-14 | 西安交通大学 | 一种抑制疲劳损伤的枝型通道结构 |
-
2017
- 2017-08-10 JP JP2017155414A patent/JP2019035514A/ja active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN111006096A (zh) * | 2019-12-30 | 2020-04-14 | 西安交通大学 | 一种抑制疲劳损伤的枝型通道结构 |
CN111006096B (zh) * | 2019-12-30 | 2021-03-16 | 西安交通大学 | 一种抑制疲劳损伤的枝型通道结构 |
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