(57)【要約】【課題】熱源機から貯湯タンクに流入する温水によって貯湯タンク内の水が攪拌されて中温水が増加することを抑制できる貯湯式給湯機を提供する。【解決手段】貯湯タンク４と、一端が水源に接続され、他端が貯湯タンク４の下部に接続された給水管６と、貯湯タンク４の下部から取水した湯水を、熱源機で加熱した後、貯湯タンク４の上部に設けられた流入口から貯湯タンク４内に戻す沸き上げ回路と、貯湯タンク４内の流入口１２ａに対向する位置に、流入口１２ａと間隔をおいて略水平方向に設けられたバッフル板１３と、貯湯タンク４の内面に設けられ、バッフル板１３の上方を通過した湯水を偏向する突起部１４とを設けた。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水を加熱して温水を生成する熱源機と、
筒状の胴部を有し、前記胴部の軸心が鉛直方向になるように設置された貯湯タンクと、
一端が水源に接続され、他端が前記貯湯タンクの下部に接続された給水管と、
前記貯湯タンクの下部から取水した湯水を、前記熱源機で加熱した後、前記貯湯タンクの上部に設けられた流入口から前記貯湯タンク内に戻す沸き上げ回路と、
一端が前記貯湯タンクの上部に接続された給湯管と、
前記貯湯タンク内の前記流入口に対向する位置に、前記流入口と間隔をおいて略水平方向に設けられたバッフル板と、
前記貯湯タンクの内面に設けられ、前記バッフル板の上方を通過した湯水を偏向する突起部とを備えた貯湯式給湯機。
【請求項２】
前記突起部は、前記貯湯タンクの全周に亘って設けられたことを特徴とする請求項１に記載の貯湯式給湯機。
【請求項３】
前記突起部は、前記胴部の軸心を含む断面が、下向きに凸の曲面であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の貯湯式給湯機。
【請求項４】
前記突起部は、前記貯湯タンクの胴部の壁面と鋭角をなすように上向きに突出したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の貯湯式給湯機。
【請求項５】
前記突起部は、前記貯湯タンクの胴部の内径の１０％以上突出していることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の貯湯式給湯機。
【請求項６】
前記突起部は、前記貯湯タンクの壁面を構成する板金部材を曲げて構成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の貯湯式給湯機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、貯湯式給湯機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
貯湯式給湯機は、水道等の水源の水を熱源機で加熱して得た温水を貯湯タンクに溜めておき、ユーザの要求に応じて貯湯タンクの頂部付近に接続した給湯管から温水を取り出して水源の水と混合し、給湯栓または浴槽等の給湯端末に供給する機能を有する。システム全体には水源の水圧を減圧して得た所定の圧力が印加されているため、ユーザが使用した温水の量と同量の水が水源から貯湯タンクに供給され、貯湯タンク内は常に水で満たされた状態に維持されている。
【０００３】
このとき熱源機から流入する高温の温水と水源から供給される低温の水が貯湯タンク内で混合されて多量の中温水が形成されると、給湯湯温が不安定になるとともに熱効率が低下する。従って貯湯タンク内の水の温度分布としては、温水による高温層と水による低温層がほぼ分離した状態にあり、両層が混合して形成される中温水による中温層が可能な限り少ない状態にあることが望ましい。
【０００４】
中温水の層が拡大する要因は主に二つある。一つは、貯湯タンク内に形成された中温層と高温層および中温層と低温層の間で生じる自然対流に伴う熱交換を要因とするもので、時間の経過とともに中温層が拡大される。もう一つは、熱源機で加熱されて貯湯タンクの頂部付近から流入する温水によって貯湯タンク内の水が攪拌されることを要因とするもので、この場合は多量の温水と水が混合されて短時間に多くの中温水が生成される。
自然対流によって時間の経過とともに拡大する中温層を抑制することは難しいが、貯湯タンク内の水が攪拌されることによって生成される中温水は、貯湯タンク内の流れ場を制御することで抑制することが可能である。
【０００５】
従来の貯湯式給湯機として、貯湯タンクの下部、ポンプ、熱源機、貯湯タンクの上部を順次接続した給湯回路と、貯湯タンクの上部に熱源機で加熱して得た温水を貯湯タンクに注水するための流入口を備え、貯湯タンク内の流入口の近傍に整流板を設けたものがある（例えば、特許文献１参照）。この貯湯式給湯機では、貯湯タンク上部の流入口から貯湯タンクに流入した温水は、整流板によって流速ベクトルが鉛直下向きから水平方向に偏向されるとともに、減速されるように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平６−２６５２１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載された貯湯式給湯機では、上記のバッフル板で水平方向に拡散された高温の温水は貯湯タンクの内面に沿う流れ場を形成するため、最終的には貯湯タンクの胴板に沿った鉛直下向きの流れになる。その結果、貯湯タンク内の水が攪拌されることで高温水と中温水または低温水が混合されて中温水が増加し、給湯湯温が不安定になるとともに熱効率が低下する可能性があった。
【０００８】
また、貯湯式給湯機の水源となる水道水や地下水にはカルシウムやマグネシウムなどのミネラル成分が含まれており、これらのミネラル成分を多く含む水を熱源機で加熱すると炭酸カルシウム等を主成分とするスケールが析出する。このスケールは、貯湯式給湯機に設けられたポンプが作る水流によって熱源機と貯湯タンクを含む沸き上げ回路１６内を循環するが、沸き上げが完了してポンプの動作が停止するとスケールは自重によって貯湯タンクの底部に堆積する。その結果、貯湯タンクの底部付近に設けられて熱源機に水を送り出すための流出口が部分的に閉塞されて流路の圧力損失が増大する可能性があった。さらにスケールの堆積が進行すると、流出口が完全に閉塞されて沸き上げ運転が不可能になる可能性があった。
【０００９】
本発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、熱源機から貯湯タンクに流入する温水によって貯湯タンク内の水が攪拌されて中温水が増加することを抑制できる貯湯式給湯機を提供するとともに、沸き上げ運転中に発生したスケールが貯湯タンクの底部に堆積することを抑制することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る貯湯式給湯機は、水を加熱して温水を生成する熱源機と、筒状の胴部を有し、前記胴部の軸心が鉛直方向になるように設置された貯湯タンクと、一端が水源に接続され、他端が前記貯湯タンクの下部に接続された給水管と、前記貯湯タンクの下部から取水した湯水を、前記熱源機で加熱した後、前記貯湯タンクの上部に設けられた流入口から前記貯湯タンク内に戻す沸き上げ回路と、一端が前記貯湯タンクの上部に接続された給湯管と、前記貯湯タンク内の前記流入口に対向する位置に、前記流入口と間隔をおいて略水平方向に設けられたバッフル板と、前記貯湯タンクの内面に設けられ、前記バッフル板の上方を通過した湯水を偏向する突起部とを備えたものである。
【発明の効果】
【００１１】
この発明によれば、熱源機で加熱されて流入口から貯湯タンクに流入した後にバッフル板で拡散されて貯湯タンクの内面に沿って下方に向けて流れ出した温水は、貯湯タンクの内面に設けられた突起によって上方または水平方向に偏向されて貯湯タンクの上部に滞留する。その結果、貯湯タンクの中央付近に形成された中温層や底部に形成された低温層を攪拌することがなくなるため、温度境界層が維持されて中温水が増加することを抑制できる。
【００１２】
さらに沸き上げ中に発生したスケールもバッフル板で拡散されて貯湯タンクの内面に沿う温水の流れに伴って貯湯タンク内を漂流するが、このスケールの大部分は突起部に蓄積されて貯湯タンクの底部に堆積するスケールの量が低減される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態における貯湯式給湯機の全体構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態における貯湯タンクの断面図である。
【図３】本発明の実施の形態における貯湯タンクの底部にスケールが堆積するのを抑制する原理を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００１５】
図１は本発明の実施の形態における貯湯式給湯機の構成図である。図１に示す貯湯式給湯機１は、熱源機であるヒートポンプユニット２と、ヒートポンプユニット２で加熱した温水を貯留する貯湯タンク４が収容された貯湯タンクユニット３を備えている。ヒートポンプユニット２内には、圧縮機２a、水冷媒熱交換器２ｂ、膨張弁２ｃ及び蒸発器２ｄが順次環状に接続されて冷媒が循環する冷凍サイクルと、蒸発器２ｄに外気を送風するファン２ｅが搭載されている。一方、貯湯タンクユニット３内には、冷凍サイクルの負荷媒体である水を水冷媒熱交換器２ｂに送水するポンプ５と、貯湯タンク４に水源の水を供給する給水管６と、水源の水を所定の圧力以下に減圧する減圧弁７と、貯湯タンク４の温水と水源の水を混合してユーザの要求する温度の温水を作る混合弁８と、混合弁８で作った温水を給湯栓や浴槽等の給湯端末９に温水を供給する給湯管１０を備えている。
【００１６】
ここで、貯湯タンク４は、筒状の胴部を有し、前記胴部の軸心がほぼ鉛直となるように設置されている。
【００１７】
そして、水冷媒熱交換器２ｂと貯湯タンク４がポンプ５を介して熱源機往き配管１１で接続され、水冷媒熱交換器２ｂと貯湯タンク４が熱源機戻り配管１２で接続されることによりヒートポンプユニット２と貯湯タンクユニット３が接続されて沸き上げ回路１６が構成されている。
【００１８】
図２は貯湯タンク４の断面図である。貯湯タンク４の上部にはヒートポンプユニット２で加熱した温水を熱源機戻り配管１２を通して貯湯タンク４に注水するための流入口１２ａが設けられている。そして貯湯タンク４内の流入口１２ａに対向する位置に、流入口１２ａと所定の間隔をおいて、ヒートポンプユニット２から流入する温水の流速ベクトルを偏向すると同時に減速するためのバッフル板１３を設けている。このバッフル板１３の材質はステンレス鋼、銅または樹脂等であり、貯湯タンク４の内面に溶接、接着、カシメなどの方法で略水平方向に固定されている。なお、本実施の形態ではバッフル板１３は貯湯タンク４の内面に固定されているが、例えば熱源機戻り配管１２に固定されていても構わない。
【００１９】
そして、貯湯タンク４の上方の内面には突起部１４が設けられている。この突起部１４は、貯湯タンク４の胴部の軸心を含む断面が、下向きに凸の曲面である半円形状に形成されており、突起部１４は貯湯タンク４の全周に亘って設けられている。このように、突起部１４を貯湯タンク４の全周に亘って設けることにより、貯湯タンク４のないの中温水の増加を効果的に抑制できる。なお、突起部１４は、貯湯タンク４の胴部の内径の１０％以上突出するように設けることが好ましい。
【００２０】
本実施の形態では、貯湯タンク４を構成するステンレス鋼製の胴部および胴部の両端を密閉する一対の蓋部の３部品のうち、貯湯タンク４の壁面上部を構成する蓋部の板金部材の端部を曲げて突起部１４を成形しているが、貯湯タンク４の胴部を構成する部品の端部を曲げて突起部１４を設けてもかまわない。このように、貯湯タンク４の胴部を構成する板金部材を曲げることにより、容易に突起部１４を形成できる。または別部品として突起部１４を製作し、貯湯タンク４の内面に溶接、接着、カシメなどの方法で固定しても構わない。
【００２１】
次に、この貯湯式給湯機１の沸き上げ運転と沸き上げ運転中の貯湯タンク４内の流れ場について説明する。沸き上げ運転が開始されると、上記の冷凍サイクルと沸き上げ回路１６が動作する。冷凍サイクル側では、圧縮機２ａから吐出された高温高圧のガス冷媒が水冷媒熱交換器２ｂに送られ、貯湯タンク４から水冷媒熱交換器２ｂに送られた低温の水と熱交換して放熱し、高圧低温の冷媒になる。この冷媒は膨張弁２ｃを通過することで減圧され、気液二相の状態になる。その後、蒸発器２ｄに流入して外気から熱を吸収し、蒸発して気化される。蒸発器２ｄを出た低圧の冷媒は圧縮機２ａに吸入されて再び高温高圧のガス冷媒になり、沸き上げが終了するまでこのサイクルが繰り返される。
【００２２】
一方、沸き上げ回路１６側では、ポンプ５によって貯湯タンク４内の低温の水が底部付近に設けられた流出口１１ａから熱源機往き配管１１を通して水冷媒熱交換器２ｂに送られ、冷媒と熱交換して加熱されることで高温の温水が作られる。この温水は、熱源機戻り配管１２を通して貯湯タンク４の上部に設けられた流入口１２ａから貯湯タンクに戻される。貯湯タンク４内の温水が所定の量に達するまでこのサイクルが繰り返されて沸き上げが完了する。
【００２３】
沸き上げ運転中に貯湯タンク４内で高温の温水と低温の水が混合して中温水が形成されると給湯湯温が不安定になるとともに熱効率が低下するため、中温水の量は可能な限り少ない方が良い。したがって沸き上げ運転中の貯湯タンク４内の温度分布としては、上部にヒートポンプユニット２で加熱した温水が滞留して高温層を形成し、底部には水源から給水管６を通して給水口６ａから供給される低温の水が滞留して低温層を形成し、両層の間にできる中温層は温水の流入に伴い貯湯タンク４内の水が攪拌されて形成された層ではなく、高温層と低温層の温度差に伴う自然対流のみによって形成された層であることが望ましい。即ち、貯湯タンク４内に流入する温水による攪拌を最小限に抑えることで、貯湯タンク４内に形成される中温水を最小限に抑制することができる。
【００２４】
本実施の形態では、まずヒートポンプユニット２で加熱された温水は貯湯タンク４の上部に設けられた流入口１２ａから貯湯タンク４に流入する。流入した温水の貯湯タンク４の下方に向かう流速ベクトルによって貯湯タンク４内の水が攪拌されて中温水が形成されることを防止するため、流入口１２ａに対向した位置にバッフル板１３を設けている。温水がバッフル板１３に衝突することで、温水の流速ベクトルは下向きから水平方向に偏向され拡散されると同時に減速される。
【００２５】
バッフル板１３で偏向され、バッフル板１３の上方を通過した温水は貯湯タンク４の内面に沿って流れ出し、最終的に貯湯タンク４の下方に向けて流れる。このときの温水は流入口１２ａから流入した時点よりも減速されているが、下向きの流速ベクトルを持つため、そのままでは貯湯タンク４内の広い範囲で攪拌が生じる。そのため貯湯タンク４の上方の内面に設けた突起部１４によって温水の流速ベクトルを再び上向きまたは水平方向に偏向し、貯湯タンク４内で水が攪拌される領域を限定するとともに、温水を貯湯タンク４の上部に滞留させることで、中温水が形成されることを抑制している。
【００２６】
即ちこのような突起部１４を設けたことで、沸き上げ運転中の貯湯タンク４内の流速ベクトル場が、少なくとも突起部１４の下側の貯湯タンク４の断面内では、場所によるばらつきが少なくほぼ均一に貯湯タンク４の下方に向かうベクトル場となるため、渦の生成に伴う攪拌が抑制されて中温水の形成が抑制される。
【００２７】
次に図３を参照して、この突起部１４によってスケール１５が貯湯タンク４の底部に堆積することを抑制する原理について説明する。沸き上げ運転中に発生するスケール１５は、貯湯式給湯機１に設けられたポンプ５が作る水流によってヒートポンプユニット２と貯湯タンク４を含む沸き上げ回路１６内を循環する。そして沸き上げが完了してポンプ５の動作が停止するとスケール１５は自重によって貯湯タンク４の底部に堆積するが、貯湯タンク４の底部付近に設けられてヒートポンプユニット２に水を送り出すための流出口１１ａが、堆積したスケール１５によって一部または完全に閉塞されると沸き上げ運転が阻害される。
【００２８】
本実施の形態では、沸き上げ運転中に発生して温水とともに貯湯タンク４内に流入したスケール１５は上記で説明した流れ場によって貯湯タンク４内を移動するが、貯湯タンク４の内面に設けた突起部１４の断面形状を下向きに凸の略半円形状としているため、温水の流れが突起部１４に衝突して偏向される際に積極的にスケール１５を突起部１４に堆積させることができる。その結果、貯湯タンク４の底部に堆積するスケール１５の量を抑制できるため、貯湯タンク４の底部付近に設けた流出口１１ａがスケール１５によって閉塞され、沸き上げ運転が阻害される可能性が低減される。
【００２９】
なお、上記の効果を最大限に発揮するため、ヒートポンプユニット２から貯湯タンクユニット３に流入する温水の流速によって、例えば、突起部１４を、貯湯タンク４の胴部の壁面と鋭角をなすように上向きに突出した形状にしてもよいし、箱形状等にしてもよい。
【００３０】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術思想の範囲内で様々な変形例や発展例を含むことは言うまでもない。
【符号の説明】
【００３１】
１  貯湯式給湯機、  ２  ヒートポンプユニット（熱源機）、  ４  貯湯タンク、  ６  給水管、  １０  給湯管、  １２ａ  流入口、  １３  バッフル板、  １４  突起部、  １６  沸き上げ回路。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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