JP2013221718A - 貯湯式給湯機 - Google Patents

Abstract

【課題】高温の膨張水が貯湯タンク外に排出されることを防止するとともに、運転効率の高い貯湯式給湯機を提供すること。
【解決手段】貯湯タンク３上部から湯を取り出す高温配管４と、高温配管４と貯湯タンク３の下部または貯湯タンク３に給水する給水配管１５とを接続する低温配管５と、貯湯タンク３内の湯水を、循環手段９により、高温配管４、高温配管４と低温配管５との合流部６、熱交換器７の順に流して貯湯タンク３内に戻す熱交換回路と、低温配管５に配設された開閉手段１１と、合流部６に連通する圧力逃がし弁１２と、制御手段とを備え、加熱手段１により、貯湯タンク３内の湯水を加熱する貯湯運転時に、開閉手段１１を開状態とする時間を設けたことを特徴とする貯湯式給湯機。
【選択図】図１

Description

本発明は、貯湯式給湯機における膨張水処理構成に関するものである。

従来、図４に示すような電気温水器などの貯湯式給湯機においては、加熱手段１０７で水を加熱して温水にする過程において、熱膨張のために水の体積が増大する（以下、もとの水の体積より増えた分の水を膨張水と称する）。

この種の貯湯式給湯機は、貯湯タンク１０１の上部に接続され、貯湯タンク１０１内の圧力が予め定められた値以上になると弁が開放される圧力逃がし弁１０５によって、貯湯タンク１０１内上部の湯を膨張水として貯湯タンク１０１の外部に排出するようになっており、貯湯タンク１０１の破損を防止している。

また、液体（水）に対する気体（空気）の溶解度は高温になるほど小さくなるため、貯湯タンク１０１内の水を高温の湯に加熱した場合、水中に溶けきれなくなった空気（以下、この空気をタンク内空気と称する）が貯湯タンク１０１内の上部に溜まる。

タンク内空気が多量に滞留すると、湯を使用する際に湯とタンク内空気とが混合して排出されたるため、蛇口から湯が飛散してユーザーの不快感を招くことがあるが、タンク内空気は膨張水と一緒に圧力逃がし弁１０５から排出されるので、この問題も解消できる（例えば、特許文献１参照）。

また、この種の他の貯湯式給湯機は図５に示すように、貯湯タンク２０１の上部に設けた空気溜め部２０２、第１逆止弁２０７、第２逆止弁２０８、熱交換部２０３、ポンプ２０４を備えたバイパス路２０５と、バイパス路２０５の途中に配置した圧力逃がし弁２０６とにより、貯湯タンク２０１の上部、および下部から圧力逃がし弁２０６を介して膨張水を排出する経路を備えている。

これにより、膨張水をバイパス路２０５、圧力逃がし弁２０６を介して低温の水として貯湯タンク２０１の外部に排出することで熱損失の低減を図ると共に、タンク内空気を空気溜め部２０２、圧力逃がし弁２０６を介して貯湯タンク２０１の外部に排出している（例えば、特許文献２参照）。

特開平７−２１７９９２号公報 特開２００９−５２７５８号公報

しかしながら、前記特許文献１に記載の貯湯式給湯機（参照）のように膨張水を貯湯タンク１０１の外部へ排出すると、わざわざ加熱した湯を捨てることになり無駄であるという課題があった。

例えば、貯湯タンク１０１の容量が４６０Ｌであって、５℃の水を９０℃まで加熱する場合、水の熱膨張率変化から単純計算すると４６０Ｌの水は約４７８Ｌの湯となり、約９０℃、約１８Ｌの湯が利用されずに圧力逃がし弁１０５から貯湯タンク１０１の外部に排
出される。

また、前記特許文献２に記載の貯湯式給湯機（参照）では、膨張水を貯湯タンク２０１の底部から低温の水として排出するために熱損失を低減できるが、配管経路が複雑な上に、第１逆止弁２０７または第２逆止弁２０８が弁漏もれを起こしたり、空気溜め部２０２の空気が消失した場合には、膨張水が高温の湯として排出されるため、熱損失低減効果が無くなるだけでなく、バイパス路２０５を介した自然対流により貯湯タンク２０１の湯と水が混合して水の温度が上昇し、ヒートポンプユニット（図示していない）で貯湯タンク２０１内の水を沸き上げる際の運転効率が低下するという課題があった。

本発明は前記従来の課題を解決するもので、高温の膨張水が貯湯タンク外に排出されることを防止するとともに、運転効率の高い貯湯式給湯機を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の貯湯式給湯機は、加熱手段で生成した湯を貯湯する貯湯タンクと、前記貯湯タンク上部から湯を取り出す高温配管と、前記高温配管と前記貯湯タンクの下部または前記貯湯タンクに給水する給水配管とを接続する低温配管と、前記貯湯タンク内の湯水を、循環手段により、前記高温配管、前記高温配管と前記低温配管との合流部、熱交換器の順に流して前記貯湯タンク内に戻す熱交換回路と、前記低温配管に配設された開閉手段と、前記合流部に連通する圧力逃がし弁と、制御手段とを備え、前記加熱手段により、前記貯湯タンク内の湯水を加熱する貯湯運転時に、前記開閉手段を開状態とする時間を設けたことを特徴とするものである。

これにより、前記開閉手段が開いている時に、前記貯湯タンク内で発生する膨張水を低温の水として、前記貯湯タンク外部に排出することができる。

本発明によれば、高温の膨張水が貯湯タンク外に排出されることを防止するとともに、運転効率の高い貯湯式給湯機を提供できる。

本発明の実施の形態１における貯湯式給湯機の構成図 同貯湯式給湯機の開閉手段の動作フローチャート 本発明の実施の形態２における貯湯式給湯機の熱回収運転のフローチャート 従来の貯湯式給湯機の構成図 従来の他の貯湯式給湯機の構成図

第１の発明は、加熱手段で生成した湯を貯湯する貯湯タンクと、前記貯湯タンク上部から湯を取り出す高温配管と、前記高温配管と前記貯湯タンクの下部または前記貯湯タンクに給水する給水配管とを接続する低温配管と、前記貯湯タンク内の湯水を、循環手段により、前記高温配管、前記高温配管と前記低温配管との合流部、熱交換器の順に流して前記貯湯タンク内に戻す熱交換回路と、前記低温配管に配設された開閉手段と、前記合流部に連通する圧力逃がし弁と、制御手段とを備え、前記加熱手段により、前記貯湯タンク内の湯水を加熱する貯湯運転時に、前記開閉手段を開状態とする時間を設けたことを特徴とする貯湯式給湯機である。

これにより、前記貯湯運転において、前記開閉手段が開いている時には、前記貯湯タンク内で発生する膨張水を低温の水として、前記貯湯タンク外部に排出することで、熱損失を低減できる。

第２の発明は、熱源の有する熱を前記熱交換器にて熱交換する熱源回路を備え、前記開閉手段を開状態として、前記熱源の有する熱を前記貯湯タンク内の湯水に回収する熱回収運転を行うことを特徴とするものである。

これにより、浴槽などの熱源の湯と、前記貯湯タンクの水とを、前記熱交換器で熱交換して前記貯湯タンク内に熱回収できるため、更なる高効率化を図ることが出来る。

第３の発明は、前記加熱手段をヒートポンプユニットとすることにより、高効率な沸き上げ運転が可能となり、更にエネルギー効率が向上する。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態における貯湯式給湯機の構成を示すものであり、加熱手段はヒートポンプユニット１としている。

図１において、ヒートポンプユニット１の冷媒回路内には二酸化炭素が封入されている。

貯湯運転時には、貯湯タンク３の下部、沸上ポンプ１６、ヒートポンプユニット１、三方弁１７、貯湯タンク３の上部または下部を順次環状に接続して構成した沸き上げ回路により貯湯タンク３内に湯が蓄えられる。

貯湯タンク３の上部から湯を取り出す高温配管４と、貯湯タンク３の下部または貯湯タンクに給水する給水配管１５から水を取り出す低温配管５とを合流部６で接続したバイパス回路を備えている。

また、貯湯タンク３の上部、高温配管４、熱交換器としての風呂熱交換器７、第１の逆流防止手段としての逆止弁８、第一循環手段としての追焚ポンプ９、貯湯タンク３と順に貯湯タンク３からの湯水が流れるように環状に接続した熱交換回路と、第二循環手段としての風呂循環ポンプ１８、風呂熱交換器７、熱源である浴槽１９を順次環状に接続した風呂回路とを備えている。

高温配管４の途中で、合流部６の上流側には、第２の逆流防止手段としての逆止弁１０が配設されており、低温配管５の途中には、開閉手段としての開閉弁１１が配設されている。

逆止弁８は、貯湯タンク３から合流部６の方向に水が逆流することを防止している。逆止弁８は、合流部６から貯湯タンク３に向かう方向であっても、逆止弁８の前後差圧が所定差圧以上にならないと水が流れないようになっている。

逆止弁１０は、合流部６から貯湯タンク３の方向に水が逆流することを防止している。また、逆止弁１０も、貯湯タンク３から合流部６に向かう方向であっても、逆止弁１０の前後差圧が所定差圧以上にならないと水が流れないようになっている。

具体的には、貯湯運転において開閉弁１１を開いた時には、貯湯タンク３上部から合流部６の方向に水（実際には高温の湯）は流れないが、追いだき運転時に追焚ポンプ９を運転した時には、逆止弁１０を高温の湯が流れるように、逆止弁１０のバネ圧が調節されて
いる。

貯湯運転時に開閉弁１１を開くと、貯湯タンク３内で発生した膨張水は、貯湯タンク３の底部から低温配管５、開閉弁１１、合流部６、圧力逃がし弁１２を介して低温の状態で排出される。

一方、貯湯運転時に開閉弁１１を閉じると、貯湯タンク３内で発生した膨張水と内部空気とが、高温配管４、逆止弁１０、合流部６、圧力逃がし弁１２を介して高温の状態で排出される。

つまり、貯湯運転時に開閉弁１１を開閉することにより、低温膨張水を排出して省エネを図る運転と、貯湯タンク３内の空気を排出する運転とを切り替えることができるのである。

合流部６には圧力逃がし弁１２が接続されており、貯湯運転時に発生する膨張水は膨張水排出管１３を介して貯湯タンク３の外部に排出される。

圧力逃がし弁１２は、貯湯タンク３内部の圧力が所定圧力（例えば３２０ｋＰａ）以上になった場合に開き、貯湯タンク３の内部で発生した膨張水または残留空気が膨張水排出管１３を介して貯湯タンク３の外部に排出されることにより貯湯タンク３内部の圧力上昇による破損を防止している。

また、圧力逃がし弁１２の上流側と貯湯タンク３の上部とを連通する負圧破壊配管２０の途中には、負圧破壊逆止弁２１が接続されている。

万一、何らかの原因で貯湯タンク３内部の圧力が貯湯タンク３外部の圧力よりも低くなった場合、すなわち貯湯タンク３内が負圧になった場合、貯湯タンク３外部から圧力逃がし弁１２、負圧破壊逆止弁２１、負圧破壊配管２０を介して速やかに空気を貯湯タンク３内部に導入することができ、貯湯タンク３の負圧破壊を防止することができ、信頼性の向上を図ることができる。

以上のように構成された貯湯式給湯機について、以下、図２のフローチャートを用いてその動作、作用を説明する。

貯湯運転時には、制御手段（図示せず）は、Ｓｔｅｐ２で開閉弁１１を閉とする。貯湯運転を開始してから、ヒートポンプユニット１の出口水温（以下、出湯温度と呼ぶ）が目標温度に到達するまでには数分間が必要になる。

この間、ヒートポンプユニット１で生成された比較的低温の湯は、三方弁１７、貯湯タンク３の下部を経由して貯湯タンク３内に蓄えられる。

この時、貯湯タンク３内の水が加熱されるために体積が膨張しようとするが、貯湯タンク３自身の容積はほとんど変化しないため、貯湯タンク３内の圧力が上昇する。

貯湯運転継続と共に貯湯タンク３内の圧力は上昇し続けるが、圧力が圧力逃がし弁１２の設定圧力（例えば、３２０ｋＰａ）以上になると、貯湯タンク３上部に溜まったタンク内空気と若干量の湯とが高温配管４、圧力逃がし弁１２、膨張水排出管１３を介して膨張水として貯湯タンク３の外部に排出される。

これにより、ユーザーが湯を使用する際に貯湯タンク内の空気と湯が混在して飛散する
ことを防止でき、安全性を高めることができる。

貯湯運転をさらに継続して、出湯温度が所定値よりも高くなった場合には、Ｓｔｅｐ３からＳｔｅｐ４に移行して開閉弁１１を開く。この間、ヒートポンプユニット１で生成された高温の湯は、三方弁１７、貯湯タンク３上部を経由して貯湯タンク３内に蓄えられる。

一方、貯湯タンク３内で発生した膨張水は、貯湯タンク３の底部から低温配管５、開閉弁１１、圧力逃がし弁１２、膨張水排出管１３を介して貯湯タンク３の外部に排出される。この時、膨張水が低温の水として排出されるため、熱損失低減が図れて運転効率が向上するのである。

なお、ここでは、出湯温度が所定値よりも高くなった場合に開閉弁１１を、閉じた状態から開いた状態に切り替えたが、例えば、貯湯運転開始から所定時間の間だけ閉状態とした後に開状態に切り替えるようにしても良い。

（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の形態２における貯湯式給湯機の熱回収運転の動作のフローチャートである。

図３において、ユーザーによるリモコン（図示せず）操作等により熱回収運転開始の指示があった場合には、ＳＴＥＰ１からＳＴＥＰ２に移行して開閉弁１１を「開」状態に切り替えて風呂循環ポンプ１８を運転し、浴槽１９の湯または水を風呂循環ポンプ１８を介して風呂熱交換器７に搬送した後に浴槽１９に戻す。

風呂循環ポンプ１８を所定時間（例えば１分間）運転すると、ＳＴＥＰ３に移行して浴槽温度検出手段であるサーミスタ（図示せず）の検出温度を浴槽温度として確定させ、ＳＴＥＰ４に移行する。

浴槽１９と貯湯タンク３とは通常、数メートル（２〜５ｍ）の配管で接続されているため、浴槽１９の温度をサーミスタ（通常は貯湯タンク３付近に設置されている）で検出するためには、風呂循環ポンプ１８を所定時間運転して配管内の水を循環させる必要がある。一方、貯湯タンク３内の温度は、貯湯タンク３の壁面に設置された複数のサーミスタ（図示せず）により常時検出されている。

ＳＴＥＰ４では、浴槽温度が所定温度（例えば３５℃）よりも高く、かつ、貯湯タンク３下部の水温よりも高い場合に追焚ポンプ９を運転させる。風呂循環ポンプ１８により浴槽１９から搬送された湯と、追焚ポンプ９により貯湯タンク３下部から搬送された水とが風呂熱交換器７で熱交換することにより、浴槽１９から貯湯タンク３に熱回収運転されるのである（ＳＴＥＰ６）。

この熱回収運転を継続すると、時間と共に浴槽温度は低下していき、所定温度（例えば２０℃）未満になった場合にＳＴＥＰ７に移行して追焚ポンプ９と風呂循環ポンプ１８とを停止して熱回収運転を終了させる。

ＳＴＥＰ４において、浴槽温度が貯湯タンク３下部の水温よりも低い場合や浴槽温度自体が低い場合（例えば２０℃）には熱回収運転が出来ないと判断して、ＳＴＥＰ７に移行して風呂循環ポンプ１８を停止して熱回収運転を中止することにより、不要な熱回収運転は回避させる。

このように、本発明の実施の形態２によれば、貯湯運転時には膨張水を低温で排出することにより高効率化を図れるだけでなく、浴槽１９の湯から貯湯タンク３への熱回収運転が可能となり、更なる省エネルギー性を高めることができる。

なお、上記例では加熱源にヒートポンプユニットを用いて説明したが、燃焼機や電気ヒータを加熱源としても、同様の効果を得ることができる。

以上のように、本発明にかかる貯湯式給湯機は、高温の膨張水が貯湯タンク外に排出されることを防止するとともに、運転効率の高い貯湯式給湯機を提供できるもので、膨張水の発生を伴う貯湯式給湯機全般に適用できる。

１ 加熱手段（ヒートポンプユニット）
２ 貯湯タンクユニット
３ 貯湯タンク
４ 高温配管
５ 低温配管
６ 合流部
７ 熱交換器（風呂熱交換器）
８ 第１の逆流防止手段（逆止弁）
９ 第一循環手段（追焚ポンプ）
１０ 第２の逆流防止手段（逆止弁）
１１ 開閉手段（開閉弁）
１２ 圧力逃がし弁
１３ 膨張水排出管
１４ 減圧弁
１５ 給水配管
１６ 沸上ポンプ
１７ 三方弁
１８ 第二循環手段（風呂循環ポンプ）
１９ 浴槽
２０ 負圧破壊配管
２１ 負圧破壊逆止弁

Claims (3)

1. 加熱手段で生成した湯を貯湯する貯湯タンクと、前記貯湯タンク上部から湯を取り出す高温配管と、前記高温配管と前記貯湯タンクの下部または前記貯湯タンクに給水する給水配管とを接続する低温配管と、前記貯湯タンク内の湯水を、循環手段により、前記高温配管、前記高温配管と前記低温配管との合流部、熱交換器の順に流して前記貯湯タンク内に戻す熱交換回路と、前記低温配管に配設された開閉手段と、前記合流部に連通する圧力逃がし弁と、制御手段とを備え、前記加熱手段により、前記貯湯タンク内の湯水を加熱する貯湯運転時に、前記開閉手段を開状態とする時間を設けたことを特徴とする貯湯式給湯機。
2. 熱源の有する熱を前記熱交換器にて熱交換する熱源回路を備え、前記開閉手段を開状態として、前記熱源の有する熱を前記貯湯タンク内の湯水に回収する熱回収運転を行うことを特徴とする請求項１に記載の貯湯式給湯機。
3. 加熱手段をヒートポンプとす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。