(57)【要約】【課題】  大口径の給水管を接続することが可能で、また伝熱性能が向上した貯湯タンクを提供する。【解決手段】  貯湯タンク２は、内部に水が収容される円筒状の中空容器２０と、水と熱交換される温水が循環する熱交換器５と、熱交換器５に供給される熱媒体の流入口６５と熱交換器５から流出する熱媒体の流出口６６を有しかつ円筒状の中空容器２０に連通する連通管部４１と連通管部４１の途中から分岐される給水管部４４を有するアダプター４とを備え、アダプター４は、熱交換器５の一部が円筒状の中空容器２０の内部に存在するように円筒状の中空容器２０の底部に着脱自在に固定されている。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に水が収容される円筒状容器と、前記水と熱交換される温水が循環する熱交換器と、前記熱交換器に供給される熱媒体の流入口と前記熱交換器から流出する熱媒体の流出口を有しかつ前記円筒状容器に連通する連通管部と前記連通管部の途中から分岐される給水管部を有するアダプターとを備え、前記アダプターは、前記熱交換器の一部が前記円筒状容器の内部に存在するように前記円筒状容器の底部に着脱自在に装着されることを特徴とする貯湯タンク。
【請求項２】
前記熱交換器は、前記熱媒体の流入口と流出口を有するキャップに固定され、前記キャップを介して前記連通管部の一端に着脱自在に取り付けられることを特徴とする請求項１に記載の貯湯タンク。
【請求項３】
前記熱交換器は、前記熱媒体が流動し、かつ外周面に複数の溝が形成された内管とその表面に密着されたフィン状の外管からなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の貯湯タンク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水を収容した円筒状容器内に熱媒体が循環する熱交換器が内蔵された貯湯タンクに関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関（例えばガスエンジン）により発電を行い、その発電に伴って発生する熱エネルギー（排熱）を利用して温水を生成するコージェネレーションシステムが実用化されている。コージェネレーションシステムでは、例えば、ガスエンジンで温められた熱媒体を、貯湯タンク内に設けられた熱交換器を循環させることにより、貯湯タンクに貯えられた水を温水化し、この温水を所定の機器（給湯器、浴槽など）に供給することが行われている（例えば特許文献１参照）。上記コージェネレーションシステムを構成する貯湯タンクは、容器に作用する圧力に耐え得る強度をもちかつ軽量であることが望まれることから、円筒、円錐又は球形の金属製圧力容器で形成されている。また貯湯タンクとしては、保温性を高めるために、鉄鋼製タンク（外層）の内周面にウレタン発砲体からなる内張りを設け、その内周面に例えばＰＥ等のプラスチック製タンク（内層）を設けた貯湯タンク（特許文献２参照）が市販されている。
【０００３】
コージェネレーションシステムを適用した従来の給湯装置は、例えば図８又は図９に示すように構成されている。図９において、図８と同一機能部分は同一の参照符号で示す。図８の給湯装置は、ガスエンジン１と、給水管６と出湯管７が接続されかつ熱交換器５を有する貯湯タンク２と、往き管３１、戻り管３２及び循環ポンプ３３を含む循環配管３とを有する。この貯湯タンク２は、例えば厚さ０．８〜２ｍｍの鋼鈑で形成され、また熱交換器５は、コイル状の銅管で形成され、貯湯タンク２の内周側に近接して設置されている。図９の給湯装置は、ガスエンジン１と、給水管６と出湯管７が接続されかつ容器の底部に熱交換器５２が支持されるとともに給水管６の上端付近に山形の遮蔽板２３が設置された貯湯タンク２と、往き管３１、戻り管３２及び循環ポンプ３３を含む循環配管３とを有する。熱交換器５は、貯湯タンク２の底部に固定されたフランジ２３に支持されるとともに、給水管６の上端付近に山形の遮蔽板２４が設置されている。両システムにおいては、ガスエンジン１の排熱で加熱された熱媒体が往き管３１と戻り管３２を介して循環配管３の途中に設けられた熱交換器２１を通過する間に、貯湯タンク２内の水が温められて出湯管７から送出される。
【０００４】
上述した給湯装置は、１００〜４５０ｌ程度の容量を有する貯湯タンクを使用し、一般家庭の他ホテルや病院などの各種施設に適用されている。一般家庭では、通常、２５Ａ以下の口径を有する給水管を貯湯タンクに接続すれば特別な不都合は生じないが、ホテルや病院などの各種施設では、大量の温水（例えば３００ｌ／ｍｉｎ程度）が消費されるので、それに見合うだけの量の水を貯湯タンクに供給するためには、大口径（例えば６５Ａ〜１５０Ａ）の給水管を貯湯タンクに接続することが必要となる。
【０００５】
【特許文献１】特開平８−４５８６号公報（第３頁、図１）
【特許文献２】特開昭５６−１３３８７公報（第５−６頁、図１、図３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
貯湯タンクに大口径の給水管を接続するためには、貯湯タンクに給水管の口径に対応する大きさの穴を穿孔し、そこに給水管を溶接（例えばＴＩＧ溶接）することがまず考えられる。しかしながら図８に示す構造を有する貯湯タンク２に大口径の給水管６を接続するためには、タンクにその口径に見合う大きさの孔を穿孔し、そこに給水管６を溶接することになるが、溶接部の強度が低下し、所定の耐圧性（０．５ＭＰａ以上）を確保することができないという問題がある。次に図９に示す貯湯タンク２に給水管６を接続するためには、貯湯タンクの底部を開口し、そこにフランジ２３を設ける構造とする必要があるが、フランジ２３には給水管６の他に、熱交換器５に熱媒体を循環させるための往き管３１と戻り管３２が接続されるので、給水管６の口径が制限され、大口径（呼び径６５Ａ以上）の給水管を取り付けることができないという問題がある。この他、図９に示す貯湯タンクによれば、給水管６から貯湯タンク２内に供給された水は、遮蔽板２４に当り次いで図中破線の矢印で示すように貯湯タンク２内を上昇し、直接熱交換器５と接触しないので、熱交換効率が低下し、所定の温度の温水を得るために長時間を要するという問題も発生する。
【０００７】
したがって本発明の目的は、上記の問題点を解消して、耐圧性の低下を伴わずに大口径の給水管を接続することが可能な貯湯タンクを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明の貯湯タンクは、内部に水が収容される円筒状容器と、前記水と熱交換される温水が循環する熱交換器と、前記熱交換器に供給される熱媒体の流入口と前記熱交換器から流出する熱媒体の流出口を有しかつ前記円筒状容器に連通する連通管部と前記連通管部の途中から分岐される給水管部を有するアダプターとを備え、前記アダプターは、前記熱交換器の一部が前記円筒状容器の内部に存在するように前記円筒状容器の底部に着脱自在に装着されることを特徴とするものである。
【０００９】
本発明において、前記熱交換器は、前記熱媒体の流入口と流出口を有するキャップに固定され、前記キャップを介して前記連通管部の一端部に着脱自在に取り付けられることを特徴とすることがの好ましい。
【００１０】
本発明において、前記熱交換器は、前記熱媒体が流動しかつ外周面に複数の溝が形成された内管とその表面に密着されたフィン状の外管からなることが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、大口径の給水口を有しかつ熱交換器の一部を収容したチーズ型のアダプターをタンクの底部に固定した構造を有するので、タンクを大きく開口し、そこに給水管を固着する必要がなくなり、もって耐圧性の低下を伴わずに大口径の給水管を接続することが可能となる。
【００１２】
しかも本発明によれば、熱交換器に直接給水口が向くような構造なので、伝熱性能が向上した貯湯タンクを実現することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下本発明の詳細を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係わる貯湯タンクを用いた給湯装置の配管系統図であり、図８、９と同一機能部分は同一の参照符号で示す。図１に示す給湯装置は、都市ガス等を燃料とする内燃機関（例えばガスエンジン）１と、温水を生成・貯留する貯湯タンク２と、貯湯タンク２の底部に装着されかつ熱交換器５を有するアダプター４と、ガスエンジン１の排熱で加熱された熱媒体を貯湯タンク２に供給する往き管３１と貯湯タンク２で熱交換された熱媒体をガスエンジン１に戻す戻り管３２を含む循環配管３を備えている。アダプター４は、矢印方向から給水が行われるように給水管（不図示）に接続されている。循環配管３（例えば戻り管３２）の途中には、循環ポンプ３３が設置されている。貯湯タンク２の底部には、熱交換器５を有するアダプター４が装着され、また貯湯タンク２の上部には出湯管７が接続されている。
【００１４】
貯湯タンク２の詳細を図２〜図７により説明する。図２は貯湯タンク２の一部を破断した斜視図、図３は貯湯タンク２の縦断面図、図４はアダプターの平面図、図５は図４のＡ−Ａ線断面図、図６は図４をＢ方向から見た矢視図、図７は熱交換器の一部を破断した正面図である。図２及び図３に示すように、貯湯タンク２は、円錐台状の頂部及び底部を有する円筒状の中空容器２０を備え、その底部には、フランジ部（不図示）が固着され、そこに熱交換器５を有するアダプター４が装着される。貯湯タンク２の頂部には、ボルト・ナットを含む締結部材２２により天板２１が着脱自在に装着されている。天板２１には、出湯管７（図１参照）が接続されるエルボ７１と、安全弁８が固定されている。貯湯タンク２を構成する中空容器２０は、保温効果と剛性の点から、樹脂（例えばポリエチレン）又はステンレス鋼製内側容器とそれを覆う保温材（例えば発砲ウレタンフォーム）と鋼板製又は樹脂製外側容器の３層構造とすることが好ましい。
【００１５】
図４〜図６も参照すると、アダプター４は、両端にフランジ４２、４３を有する円筒状の連通管部４１と、その側面から分岐された給水管部４４からなるＴ字型断面を有する（チーズ形状である）管状部材である。フランジ４２は、ボルトを含む締結部材４５により貯湯タンク２の底部に着脱自在に固着されている。フランジ４３には、ボルトを含む締結部材６４により、流入口６２と流出口６３を有するキャップ６１が着脱自在に固着され、流入口６２及び流出口６３には、各々エルボ６５及びエルボ６６（図２参照）を介して往き管３１及び戻り管３２（図１参照）が接続されている。アダプター４の内部には、熱交換器５の一部が収容され、その下端部はキャップ６１に支持されるとともに、一方の端部は流入口６２に接続されかつ他方の端部は流出口６３に接続されている。給水管部４４は、貯湯タンク２に大量の水を供給できるようにするために、例えば口径８０〜１５０Ａの大きさに形成され、その端部（図4及び５の左側）には、給水管（図示を省略）が接続される。
【００１６】
上記熱交換器５は、図７に示すように、クロスコネクションを防止するために、外部に連通するローレット溝５３が形成された、熱媒体（温水）の通路となる内管５２と、その外周面に密着して装着された、フィン状に形成された外管５１とを有し、複数条（図２では２条）を螺旋状に巻回した構造とすることが好ましい。熱交換器５は、図７に示す構造に限らず、他の構造、例えば、１条の螺旋状でもよいし、また内管５２の外周面にローレット溝５３を設ける代わりに螺旋溝を設けることもできる。
【００１７】
また、図示を省略するが、熱交換器の下端部には、内管の外周面に巻回された検出コイルを含む漏水センサ）が配置され、その周囲にはカバーが装着されるようにすることができる。熱交換器を循環する熱媒体としては、休止時の凍結防止のために、ブライン（塩水）が使用されることがあり、その場合給湯動作が長期間行われると、熱交換器が腐食する恐れがある。しかして熱交換器の端部には、漏水センサ（不図示）が装着されているので、熱交換器５の腐食により、内管から滲み出したブラインは、その外周に形成されたローレット溝から熱交換器外に漏出し、漏水センサにより検出される。漏水センサを警報器あるいはガスエンジン（または循環ポンプ）の駆動制御回路に接続しておくことにより、漏水センサから出力された検出信号により警報器が作動しあるいはガスエンジン（または循環ポンプ）が停止するので、ブラインが貯湯タンク内に混入するのを防止することができる。
【００１８】
上記給湯装置による給湯動作の一例を図１により説明する。まず図示矢印方向からアダプター４を介して貯湯タンク２に水を供給しその内部を水で充填する。次いで循環ポンプ３３を駆動して、熱媒体を循環配管３内に循環させることにより、ガスエンジン１の排熱で加熱された熱媒体は、往き管３１から熱交換器５に給送され、熱交換器５を通過する間に、貯湯タンク２の内部に貯留された水と熱交換された後、戻り管３２を経て再びガスエンジン１に給送される。この熱交換により、貯湯タンク２の内部には温水が蓄えられ、その温水は、水圧により出湯管７からタンク外に押出されて、例えば末端の蛇口（不図示）から飲用や入浴用などに供される。戻り管３２を経て再びガスタービン１に給送された熱媒体は、再びガスエンジン１の排熱で加熱されて、前記の工程が繰り返される。貯湯タンク２の内部の圧力及び温度が設定値（例えば圧力：０．９８ＭＰａ、温度：９８．９℃）以上に到達した時には、安全弁２１を作動させることにより、安全な給湯動作が保証される。
【００１９】
上記の貯湯タンク２によれば、図２及び図３に示すように円筒状の中空容器２０の底部が、熱交換器５が突出し得る程度の大きさ（中空容器の内径の０．２〜０．４倍）に開口しており、中空容器の内径寸法は、例えば５５０ｍｍ〜７００ｍｍの範囲で設定され、底部の開口の内径寸法は例えば２００ｍｍと設定される。開口はそれほど大きく開口しているわけではないので、耐圧性の低下が防止される。詳述すると、この開口の内周縁には、例えば溶接によりフランジが固着されるが、この開口の内径が中空容器の内径の０．４倍よりも大きくなると、貯湯タンク２内の水圧の変動（例えば１日当り数回）による繰り返し荷重を受けることにより、溶接部に割れや亀裂が発生し、水漏れが生じる恐れがある。また、中空容器２０を厚肉の鋼鈑で形成することにより、溶接強度が高くなり、水漏れを防止することは可能であるが、中空容器２０の重量が増大するという別の問題が生ずる。本発明では、中空容器２０の重量の増大を伴わずに溶接部からの水漏れを防止するために、中空容器２０の底部に形成される開口の内径は中空容器２０の内径の０．２〜０．４倍の範囲に設定されることが望ましい。本実施の形態に係わる貯湯タンク２は、その内部に差圧０．７ＭＰａの圧力変動が約１０万回与えられても、溶接部からの水漏れを生じないことが確認された。
【００２０】
しかも貯湯タンク２の内部には、熱交換器５の一部が存在するだけで余分な部材が存在しないので、貯湯タンク２の内部空間の殆ど全部を水で充填することができ、従来よりも大量の温水を生成することが可能となる。
【００２１】
さらに熱交換器５は、アダプター４の底部から真上に伸びた状態で設置されているので、アダプター４内に供給された水は、直接熱交換器５と接触し、その結果伝熱性能を向上することができる。すなわち熱交換量をＱ（ｋｗ）、伝熱係数をＫ（ｋｗ・／ｍ２・℃）、伝熱面積をＡ（ｍ２）、熱交換器の内部を流れる熱媒体と円筒状容器内に充填された水との温度差をΔｔ（℃）とすると、伝熱量Ｑは、Ｑ＝ＫＡΔｔで表される。従って図２に示す貯湯タンクによれば、図８及び図９に示す貯湯タンクよりも、温度差Δｔが大きくなるので、熱交換量が増加し、伝熱性能が向上する。
【００２２】
上記給湯動作が長期間行われると、貯湯タンク２の内部や熱交換器３にスケールが付着し、これを放置しておくと、伝熱性能が低下する。そこで貯湯タンク２から熱交換器３を取外すことにより、貯湯タンク２の内部や熱交換器３を洗浄する。この場合、熱交換器５はアダプター４に組み込まれているので、締結部材４５（図３参照）を緩めることにより貯湯タンク２の底部からアダプター４を取出すことにより、熱交換器５の洗浄等の保守点検を速やかに行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施の形態に係わる給湯タンクを備えた給湯装置の配管系統図である。
【図２】本発明の実施の形態に係わる給湯タンクを示す斜視図である。
【図３】本発明の実施の形態に係わる給湯タンクを示す縦断面図である。
【図４】本発明で使用される給水アダプターの一例を示す平面図である。
【図５】図４のＡ−Ａ線断面図である。
【図６】図４をＢ方向から見た矢視図である。
【図７】熱交換器の一部を破断した正面図である。
【図８】従来の貯湯タンクを用いた給湯装置の一例を示す配管系統図である。
【図９】従来の貯湯タンクを用いた給湯装置の他の例を示す配管系統図である。
【符号の説明】
【００２４】
１：ガスタービン、２：貯湯タンク、２０：中空容器、２１：天板、２２：締結部材、３：循環配管、３１：往き管、３２：戻り管、３３：循環ポンプ、４：アダプター、４１：連通管部、４２、４３：フランジ、４４：給水管部、４５：締結部材、５：熱交換器、５１：外管、５２：内管、５３：ローレット溝、６：給水管、６１：キャップ、６２：流入口、６３：流出口、６４：締結部材、６５、６６：エルボ、７：出湯管、７１：エルボ、８：安全弁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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