JPS628695B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は入浴済みの浴槽湯の排熱を回収して再
利用でき、しかも風呂の追焚きや貯湯槽の沸上げ
も可能とする太陽熱利用給湯装置に関するもので
ある。

従来のこの種の太陽熱利用給湯装置は第１図の
ように構成されている。すなわち、太陽熱コレク
タ１内で昇温して得られた湯は循環ポンプ３を作
動することで貯湯槽２内に貯湯される。そこで貯
湯槽２の上部から給湯装置１２により浴槽１０内
に給湯される。更に、浴槽１０の排水孔には温度
感知器Ｂを装備した排水導入管６が連設され、差
温制御バルブ４へと連結されている。差温制御バ
ルブ４から配管は分岐され、一方は連結管７を介
して貯湯槽２に設けた熱交換器５へと連絡され、
更に排出管９へと連絡されて貯湯槽２外の排水口
１１付近に案内されている。この熱交換器５を通
る流路が排熱回収流路である。他方は差温制御バ
ルブ４から貯湯槽２外の放流管８に連絡される放
流路を構成している。また、貯湯槽２内には、熱
交換器５付近に温度感知器Ａが装備され、温度感
知器Ｂと共に差温制御バルブ４に連絡されてい
る。即ち、温度感知器Ａの示す温度Ｔ_Aが温度感
知器Ｂの示す温度Ｔ_Bより高いか同じ場合（Ｔ_A≧
Ｔ_B）には、浴槽１０から出る排水は差温制御バ
ルブ４により放流管８を通る放流路に導かれ、低
い場合（Ｔ_A＜Ｔ_B）には、熱交換器５を通る排熱
回収流路に導かれるように連動している。ここで
放流路に導かれた排水はそのまま排水溝に放流さ
れるが、排熱回収流路に導かれた排水は熱交換器
５付近の水（又は湯）と熱交換し、熱交換器５付
近の水が暖められ、排水溝１１に放流される。

この場合の欠点としては (1) 浴槽の排水経路中に熱交換器５や差温制御バ
ルブを設けているため、浴槽内で生じた湯あか
が熱交換器５及び差温制御バルブ４内に付着し
て熱交換性能を著しく低下したり、また差温制
御バルブ４及び熱交換器５内につまりを生ぜし
めて排水不能になるなど実用上の面で重大欠点
を有していた。

(2) 浴槽湯の排水過程で排熱回収を行なうもので
あるから、熱交換器５の伝熱面積を十分確保す
る必要があり、熱交換器が大型となつてコスト
高となつていた。

(3) 浴槽湯の排熱回収時に毎回浴槽湯を排水する
構成であるから、洗濯用等に水の再利用ができ
ず不経済であつた。

(4) 太陽熱コレクタに直接水を循環せしめる構成
のため冬期に凍結する恐れがあつた。

(5) 風呂追焚き構能や貯湯槽の補助加熱装置が全
く具備されていないため、浴槽の湯温が低下し
た場合の追焚き高温湯の浴槽への落し込みがで
きない他、冬期における貯湯槽への高温湯の確
保ができず、給湯装置としては使い勝手が極め
て悪いものであつた。

など多くの欠点を有していた。

本発明はこのような従来の欠点を解消するもの
で、入浴済の浴槽湯の排熱を回収して再利用で
き、しかも風呂の追焚きや貯湯槽内の湯の沸上げ
も可能とする太陽熱利用給湯装置を提供すること
を目的としている。

この目的を達成するために、本発明は太陽熱コ
レクタ内で昇温して得られた熱媒体を貯湯槽内の
熱交換器に強制循環せしめるようにしたものであ
つて、太陽熱コレクタから貯湯槽内の熱交換器へ
の戻り管の途中に、熱媒体加熱装置と三方弁をこ
の順に直列に配設し、この熱媒体加熱装置の下流
側の前記三方弁を介して戻り管と、排熱回収経路
を兼ねた風呂追焚経路のバイパス経路とに分岐さ
れ、前記バイパス経路の途中に浴槽湯の自然循環
式熱交換装置を設け、前記バイパス経路の出口管
を戻り管に合流して貯湯槽内の熱交換器の入口部
に接続して構成している。

この構成によると、 (1) 浴槽湯の排熱回収の場合 三方弁により戻り管側の閉塞し、同時にバイ
パス経路側を開放し（即ち排熱回収経路を開
放）、熱媒体加熱装置の運転を停止した状態で
循環ポンプを運転することで、貯湯槽内の水と
熱交換された低温の熱媒体が第２図に示した如
くバイパス経路側に導かれ、自然循環式熱交換
装置内で浴槽湯と間接的に熱交換を行ない、昇
温した熱媒体が貯湯槽内の熱交換器に導かれ、
熱交換器付近の水と熱交換し、この熱交換サイ
クルをある時間繰返す過程で排熱が貯湯槽内に
回収される。

(2) 風呂の追焚きの場合 三方弁の開閉は前記同様にしてバイパス経路
側（この場合追焚き経路となる）に熱媒体が流
れるようにして循環ポンプを駆動し熱媒体加熱
装置を運転すると、熱媒体加熱装置にて加熱さ
れた高温度の熱媒体が三方弁を介してバイパス
経路側に導かれ、自然循環式熱交換装置内で自
然対流により浴槽湯と熱交換し、風呂の追焚き
ができる。

(3) 貯湯槽の沸上げの場合 冬期における太陽熱寄与率が悪い場合、或は
大量の安定した高温湯を必要とする場合におい
ては、三方弁にてバイパス経路側を閉塞し、同
時に戻り管側を開放させる。次に循環ポンプを
駆動して、熱媒体加熱装置を運転することで、
熱媒体加熱装置内で加熱された高温の熱媒体は
貯湯槽内の熱交換器で近傍の水と熱交換する。
この際貯湯槽内の湯がゆるやかな自然対流とポ
ンプの循環流により沸き上げられるために熱交
換器上方の貯湯槽が均一湯温に沸き上げられ
る。

以下、本発明の一実施例を第２図、第３図、第
４図を用いて説明する。なお、第３図、第４図
中、第２図と同一部品については同一番号を付し
ている。図において、１３は貯湯槽で、上部に設
けた出湯口１４と、下部に減圧逆止弁１５を介し
て設けた給水口１６と、内部下方に配設した熱交
換器１７とを有している。１８は太陽熱コレク
タ、１９は熱媒体の循環ポンプであり、この循環
ポンプ１９は太陽熱コレクタ１８と熱交換器１７
の出口部を接続する往管２０の途中に設けられて
いる。２１は熱媒体加熱装置であり、太陽熱コレ
クタ１８から熱交換器１７への戻り管２３の一部
に設けられ、熱交換器２４とバーナ２５等からな
る。三方弁２２は熱媒体加熱装置２１の下流側に
設けられ、流路が３又状に分れ、一方はバイパス
往管２７、熱交換器２８、バイパス戻り管２９よ
り構成されるバイパス経路３０へと連絡される。
他方は連結管３１を介して前記バイパス戻り管２
９と合流し、再び戻り管２３を形成して熱交換器
１７の入口部に接続される。以上で熱媒体循環経
路が構成されている。

次に、循環ポンプ１９を運転し、三方弁２２と
熱媒体加熱装置２１を制御することで各々の熱交
換器を介して貯湯槽１３内に貯湯されるものであ
る。３２は浴槽の一側部に設けた自然循環式熱交
換装置で内部には前記熱交換器２８が配設され、
前記熱交換器２８の周囲に浴槽湯が自然対流する
よう２本の連絡管３３を介して浴槽３４の側部に
接続されている。そして貯湯槽１３上部の出湯口
１４から給湯管３５を介して蛇口３６及び各々給
湯栓（図示せず）に給湯されている。３７は循環
ポンプ１９の運転による熱媒体流の流れを示し、
３８は浴槽内の湯の自然循環流を示す。

また、本実施例では、熱媒体としてエチレング
リコール等の不凍液を用いて熱媒体循環経路の冬
期における凍結や腐食の防止を行なつている。

次にその動作について説明する。

(1) 浴槽湯の排熱回収の場合 入浴時においては、一般の平均家庭の湯の使
用量は250〜300／45℃であり、例えば貯湯槽
１３の貯湯量200／80℃とすると、貯湯槽１
３の貯湯量の約1/2強が使用されていることに
なり、即ち貯湯槽１３の略中間位置下方は冷水
が入つている状態となる。この状態で三方弁２
２を動作して連結管３１を閉塞すると同時にバ
イパス往管２７を開放し（即ち排熱回収流路側
へ連通し）、かつ熱媒体加熱装置２１は停止状
態で循環ポンプ１９をある時間運転すると、熱
交換器１７で貯湯槽１３内下方の水と熱交換さ
れた低温の熱媒体が、循環ポンプ１９を介して
太陽熱コレクタ１８、熱媒体加熱装置２１、三
方弁２２を通つてバイパス経路３０側に導か
れ、熱交換器２８に低温の熱媒体が通過する過
程で、自然循環式熱交換装置３２内で高温の浴
槽湯と間接的に熱交換を行なう。自然循環式熱
交換装置３２内で熱交換され低温度になつた湯
は密度が大きくなるため下方の連絡管３３より
浴槽３４下方へと導かれる。この時、上部の連
絡管３３より高温湯が前記熱交換装置３２内に
導かれることで、第２図の矢印３８に示した如
く自然循環流が形成される。このようにして昇
温された熱媒体がバイパス戻り管２９から戻り
管２３、熱交換器１７の入口部を通して、貯湯
槽１３内下方の熱交換器１７に導かれ、熱交換
器１７周辺の水と熱交換を行なう。前記熱交換
サイクルを、例えばタイマ制御、或いは熱媒体
温度検知制御（図示せず）等である時間行なわ
しめることで、浴槽３４内の高温湯の排熱が貯
湯槽１３内に完全に回収可能となり、エネルギ
の大巾な節約ができる。

特に、太陽熱寄与率が悪い冬期は排熱回収用
の自然循環式熱交換装置３２における相対平均
温度差が大きくなり、排熱回収率が高くなり、
年間を通じて省エネルギを発揮することができ
る。

また自然循環式熱交換器３２内で浴槽湯と熱
媒体が間接的に熱交換を行なうから熱交換器２
８内に湯あかが詰まる恐れも全くなく、さらに
湯あか腐着に伴なう熱交換性能の劣化も少な
く、長期に渡つて安定した排熱回収性能が維持
できる。

さらに浴槽湯の自然循環により排熱回収を行
なうため、排熱回収済の浴槽湯を洗濯等に再利
用ができ、節水効果も発揮することができる。

また太陽コレクタ１８の戻り管経路の途中で
排熱回収経路により排熱回収を行なうものであ
るから、熱媒体に回収された排熱が直接貯湯槽
１３内の下方の水と熱交換されることとなり、
熱媒体に回収された排熱が太陽コレクタ１８、
熱媒体加熱装置２１等を含む熱媒体循環経路中
で放熱することなく、貯湯槽１３内に有効に回
収される結果、排熱回収率を高めることができ
る。

(2) 風呂追焚きの場合 浴槽湯温が低下し追焚きを必要とする場合
は、第３図のようにまず、三方弁２２の開閉状
態を前記と同様に連結管３１を閉塞してバイパ
ス経路３０側（即ち追焚経路側）に熱媒体が流
れるようにし、循環ポンプ１９を駆動し、熱媒
体加熱装置２１を運転すると、熱媒体加熱装置
２１にて加熱された高温度の熱媒体が三方弁２
２を介してバイパス往管２７、熱交換器２８、
バイパス戻り管２９のバイパス経路側に導か
れ、自然循環式熱交換装置３２内で浴槽湯と自
然対流により熱交換する。この際、自然循環式
熱交換装置３２内で熱媒体と熱交換し、高温度
になつた浴槽湯は低密度となつて上昇し、上方
の連絡管３３より浴槽３４内に流出し、逆に浴
槽３４下方の湯が下方連絡管３３より熱交換器
３２内に導かれるため、第３図の矢印３８′の
流れ（即ち排熱回収時とは逆方向の流れ）の自
然対流が行なわれ、追焚きが行なわれる。

また、追焚き能力の設定は熱媒体加熱装置２
１のバーナ２５の燃焼量、熱媒体循環量、各熱
交換器の伝熱面積を設定することで任意に設定
することができる。

さらに、例えば下方連絡管３３の一部に温度
検知器（図示せず）を設け、風呂の沸上りを検
知して追焚きを自動停止することも可能であ
る。

(3) 貯湯槽の沸上げの場合 冬期や雨天等で太陽熱の寄与率が悪い場合
や、或いは大量の高温の安定出湯を必要とする
場合においては、第４図のように、三方弁２２
の切換動作によりバイパス経路３０の流れを閉
塞し、同時に連結管３１側を連通した状態で、
循環ポンプ１９と熱媒体加熱装置２１を運転す
ると、熱媒体加熱装置２１で加熱された高温の
熱媒体は、貯湯槽１３内の熱交換器１７近傍に
て水または低温の湯と熱交換する。この時、貯
湯槽１３内でゆるやかな自然対流と循環ポンプ
１９による循環流により沸き上げられるので、
貯湯槽１３内の湯が均一湯温となり、大量の安
定出湯が可能となる。

また沸上湯温の検知は、貯湯槽１３の下方に
設けたサーミスタ等の温度検知器（図示せず）
により任意に設定し、沸上げを自動的に停止す
ることもできる。

以上のように本発明の太陽熱利用給湯装置は、
太陽熱コレクタから貯湯槽内の熱交換器への戻り
管の途中に熱媒体加熱装置と三方弁をこの順に直
列に配設し、前記三方弁を介して熱交換器に連通
したバイパス経路を構成し、前記バイパス経路途
中に浴槽湯の自然循環式熱交換装置を設けたこと
により次の効果を奏する。

(1) 本発明は循環ポンプにより熱媒体を強制循環
せしめ、かつ自然循環式熱交換装置にて間接的
に浴槽湯の排熱回収を行なうものであるから、
従来のように、排水経路中に熱交換器を具備す
るものに比し、熱交換器内に湯あかが詰まり排
水不能になつたり、湯あか腐着による伝熱性の
悪化に伴ない排熱回収効率が低下したりするこ
とが少なく、長期にわたり安定した浴槽湯の排
熱回収が可能となり、大巾なエネルギの節約が
達成できる。

(2) 自然循環式熱交換装置内に熱媒体を強制循環
させ排熱を回収するものであるから、従来のよ
うに排水過程で排熱を回収するものに較べ、伝
熱面積が小さくて済み、熱交換器の小型化が図
れる。また排熱回収済の浴槽湯を洗濯等に再利
用でき、節水が可能となる。

(3) 太陽熱コレクタの戻り管経路の途中に自然循
環式熱交換装置を設け、浴槽湯の排熱を回収し
戻り管を介して貯湯槽内に排熱を回収するもの
であるから、太陽熱コレクタや熱媒体加熱装置
等における熱媒体循環経路中での排熱の放熱が
全くなく、有効に貯湯槽内に排熱が回収できる
ので、排熱回収効率を高めることができる。

(4) 従来、浴槽湯温が低下し風呂の追焚きを必要
とする場合は、風呂釜を別設したり、他の給湯
機を設置して高温湯を落し込み等により給湯し
ていたが、本発明では太陽熱コレクタの戻り管
経路途中に熱媒体加熱装置を追焚き機能を有し
かつ排熱回収機能を兼用せしめた自然循環式熱
交換装置を設けることで、一つのシステムで風
呂の追焚きと浴槽湯の排熱回収が可能となり、
極めて使い勝手の良い給湯装置を提供できる。

さらに自然循環式熱交換器が前記両機能を兼
用できるので安価に製作できる。

(5) 冬期や雨天等で太陽熱の寄与率が悪い場合
や、或は大量の高温安定出湯を必要とする場合
は従来のシステムではできないが、本発明で
は、太陽熱コレクタ戻り管途中に設けかつ風呂
追焚き用加熱装置と兼用させた熱媒体加熱装置
を設けたので、三方弁の切換えにて直接貯湯槽
下方の熱交換器にて熱交換して、貯湯槽内の自
然対流とポンプの強制循環流にて均一に沸上げ
られることが可能となり、高温の大量安定出湯
を可能とするものである。

さらに熱媒体加熱装置が風呂追焚き用と、貯
湯槽沸上用として兼用できる構成のため、加熱
装置を別設するものに比し、極めて安価に製作
することができる。

(6) 熱媒体として不凍液（例えばエチレングリコ
ール等）を用いることができ、冬期においても
熱媒体循環経路中で凍結を起することなく年間
を通じて安定した給湯機能を維持することがで
きる。

すなわち本発明では、一システム機器で前記の
如く、浴槽湯の排熱回収機能、風呂の追焚機能、
貯湯槽の安定沸上機能を共有せしめたので、極め
て使い勝手良く、かつ従来の欠点を解消し得る太
陽熱利用給湯装置を得るに至つたものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例を示す略断面図、第２図は本発
明の一実施例の排熱回収状態を示す略断面図、第
３図は本実施例における風呂追焚状態を示す略断
面図、第４図は本発明実施例における貯湯槽沸上
状態を示す略断面図である。 １３…貯湯槽、１７…熱交換器、１８…太陽熱
コレクタ、１９…循環ポンプ、２１…熱媒体加熱
装置、２２…三方弁、２３…戻り管、２８…熱交
換器、３０…バイパス経路、３１…連結管、３２
…自然循環式熱交換装置、３３…連絡管、３７…
熱媒体流、３８，３８′…自然循環流。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 太陽熱コレクタ内の熱媒体を貯湯槽内の熱交
   換器に強制循環させる循環ポンプを設け、前記太
   陽熱コレクタから前記貯湯槽内の熱交換器への戻
   り管の途中に熱媒体加熱装置と三方弁をこの順に
   直列に配設するとともに、前記三方弁を介して前
   記三方弁と前記貯湯槽内の熱交換器の間の戻り管
   へのバイパス経路を構成し、前記バイパス経路の
   途中に浴槽湯の自然循環式熱交換装置を配設した
   太陽熱利用給湯装置。