(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に湯水を貯湯する貯湯タンクと、この貯湯タンク内の湯水を加熱する加熱手段と、前記貯湯タンク内の湯水を給湯する給湯回路と、前記貯湯タンク内に設けられこの貯湯タンク内の湯水の熱と受熱管を流通する湯水とを熱交換する間接熱交換器とを備えたものにおいて、前記間接熱交換器は、前記受熱管を管同士が接触するように螺旋状に形成すると共に、螺旋状の前記受熱管の上端および下端の少なくとも略一巻き分は、中間部の巻き径と異ならせて上方および下方に隣接する前記受熱管に接触しないようにしたことを特徴とする貯湯式給湯装置。
【請求項２】
内部に湯水を貯湯する貯湯タンクと、この貯湯タンク内の湯水を加熱する加熱手段と、前記貯湯タンク内の湯水を給湯する給湯回路と、前記貯湯タンク内に設けられこの貯湯タンク内の湯水の熱と受熱管を流通する湯水とを熱交換する間接熱交換器とを備えたものにおいて、前記間接熱交換器は、前記受熱管を管同士が接触するように螺旋状に形成すると共に、前記貯湯タンクは、覆椀状の上部鏡板と、筒状の胴体と、椀状の下部鏡板とで構成され、前記螺旋状の間接熱交換器は、前記上部鏡板内に設けられると共に、螺旋状の前記受熱管の上端の少なくとも略一巻き分は中間部の巻き径よりも小さくして下方に隣接する前記受熱管に接触しないようにし、螺旋状の前記受熱管の下端の少なくとも略一巻き分は中間部の巻き径よりも大きくして上方に隣接する前記受熱管に接触しないようにしたことを特徴とする貯湯式給湯装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、貯湯式給湯装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来よりこの種の貯湯式給湯風呂装置においては、図５に示すようなものがあった。１１０は湯水を貯湯する貯湯タンク、１２０は貯湯タンク１１０内の湯水を加熱する加熱手段、１３０は貯湯タンク１１０内の湯水を給湯する給湯回路、１４０は浴槽、１５０は貯湯タンク１１０内に配設され受熱管１５０ａ内の浴槽水を貯湯タンク１１０内の湯水と熱交換して加熱する間接熱交換器、１６０は浴槽１４０と間接熱交換器１５０とを浴槽水が循環可能に環状に接続した風呂循環回路である。
【０００３】
前記貯湯タンク１１０は、図６に示されているように、覆椀状の上部鏡板１１１、筒状の胴体１１２、椀状の下部鏡板１１３とで構成されており、上部鏡板１１１の側周面に設けられた接続穴１１４と上部鏡板１１１の上面に設けられた接続穴１１５とに、受熱管１５０ａの端部が溶接によって接続され、上部鏡板１１１内に巻径が同径の螺旋形状をした間接熱交換器１５０が設けられていたものであった。
【０００４】
上記構成により、浴槽１４０内の浴槽水を風呂循環回路１６０を循環させて貯湯タンク１１０内の受熱管１５０ａに流通させることで、浴槽１４０内の浴槽水を追い焚きまたは保温することを可能としたものがあった（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−２１４７１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、この従来のものにおいては、受熱管１５０ａの端部を貯湯タンク１１０の接続穴１１４、１１５に溶接する技術が難しい上に、この溶接部に間接熱交換器１５０の荷重がかかるため、溶接部が応力に耐えきれなくなると溶接部が破損して水漏れが発生する可能性がある。
【０００７】
この原因の一つとして、製品の輸送時の振動や、間接熱交換器１５０への被加熱水供給の発停による振動があげられ、この従来の間接熱交換器１５０のように上下に隣り合う受熱管１５０ａ同士が接していると、受熱管１５０ａを支える溶接部に応力が過剰に集中してしまう難点があった。
【０００８】
これに対して、すべての上下に隣り合う受熱管１５０ａを十分に離間した構造とすると、受熱管１５０ａがそれぞれ自由に振動し、振動を増幅してしまう可能性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
そこで、この発明は上記課題を解決するために、特に請求項１ではその構成を、内部に湯水を貯湯する貯湯タンクと、この貯湯タンク内の湯水を加熱する加熱手段と、前記貯湯タンク内の湯水を給湯する給湯回路と、前記貯湯タンク内に設けられこの貯湯タンク内の湯水の熱と受熱管を流通する湯水とを熱交換する間接熱交換器とを備えたものにおいて、前記間接熱交換器は、前記受熱管を管同士が接触するように螺旋状に形成すると共に、螺旋状の前記受熱管の上端および下端の少なくとも略一巻き分は、中間部の巻き径と異ならせて上方および下方に隣接する前記受熱管に接触しないように形成したものとした。
【００１０】
また、請求項２では、内部に湯水を貯湯する貯湯タンクと、この貯湯タンク内の湯水を加熱する加熱手段と、前記貯湯タンク内の湯水を給湯する給湯回路と、前記貯湯タンク内に設けられこの貯湯タンク内の湯水の熱と受熱管を流通する湯水とを熱交換する間接熱交換器とを備えたものにおいて、前記間接熱交換器は、前記受熱管を管同士が接触するように螺旋状に形成すると共に、前記貯湯タンクは、覆椀状の上部鏡板と、筒状の胴体と、椀状の下部鏡板とで構成され、前記螺旋状の間接熱交換器は、前記上部鏡板内に設けられると共に、螺旋状の前記受熱管の上端の少なくとも略一巻き分は中間部の巻き径よりも小さくして下方に隣接する前記受熱管に接触しないようにし、螺旋状の前記受熱管の下端の少なくとも略一巻き分は中間部の巻き径よりも大きくして上方に隣接する前記受熱管に接触しないようにした。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の請求項１によれば、間接熱交換器の中間部を受熱管同士が接触するよう構成して剛性を高めると共に、上端、下端は中間部から離れていることによって、自由振動しにくい中間部の振動を上端、下端の受熱管のたわみによって吸収し、間接熱交換器と貯湯タンク壁面の溶接部にかかる応力を低減させ、振動による破損の可能性を低減させることができ、間接熱交換器の上端、下端の受熱管と中間部の受熱管とを螺旋の巻き径を異ならせることで、円周方向にずらせて接触しないようにしているため、間接熱交換器の高さを抑制することができる。
【００１３】
また、請求項２によれば、間接熱交換器の中間部を受熱管同士が接触するよう構成して剛性を高めると共に、上端、下端は中間部から離れていることによって、自由振動しにくい中間部の振動を上端、下端の受熱管のたわみによって吸収し、間接熱交換器と貯湯タンク壁面の溶接部にかかる応力を低減させ、振動による破損の可能性を低減させることができ、間接熱交換器の上端、下端の受熱管と中間部の受熱管とを螺旋の巻き径を異ならせることで、円周方向にずらせて接触しないようにしているため、間接熱交換器の高さを抑制することができ、間接熱交換器を貯湯タンク内の上部の覆椀状の上部鏡板内の最上部に配置することができ、貯湯タンク内の熱を有効利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】この発明の第１実施形態の貯湯式給湯風呂装置の概略構成図
【図２】第１実施形態の貯湯タンクの断面図
【図３】第２実施形態の貯湯タンクの断面図
【図４】第２実施形態の間接熱交換器の斜視図
【図５】従来の貯湯式給湯風呂装置の概略構成図
【図６】従来の貯湯タンクの断面図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
次に、本発明の第１実施形態の貯湯式給湯風呂装置について図１〜２に基づき説明する。
１は湯水を貯湯する貯湯タンク２を有した貯湯タンクユニット、３は貯湯タンク２内の湯水を加熱する加熱手段としてのヒートポンプユニット、４は貯湯タンク２とヒートポンプユニット３とを湯水が循環するよう環状に接続した加熱循環回路、５は台所や洗面所等に設けられた給湯端末としての給湯栓、６はこの貯湯式給湯風呂装置を遠隔操作するリモコン、７は浴槽である。
【００１７】
前記ヒートポンプユニット３は、冷媒を圧縮する圧縮機８と、圧縮機８から吐出された高温高圧の冷媒と加熱循環回路４を循環する貯湯タンク２内の湯水とを熱交換する水冷媒熱交換器９と、水冷媒熱交換器９通過後の冷媒を減圧させる減圧器としての電子膨張弁１０と、電子膨張弁１０からの低温低圧の冷媒を蒸発させる蒸発器としての空気熱交換器１１とを冷媒配管で環状に接続したヒートポンプサイクル１２と、加熱循環回路４途中に設けられて貯湯タンク２の湯水を循環させる加熱循環ポンプ１３と、ヒートポンプユニット３内の圧縮機８等のアクチュエータを制御するヒーポン制御部１４とを備えており、ヒートポンプサイクル１２内には冷媒として二酸化炭素が用いられて超臨界ヒートポンプサイクルを構成しているものである。
【００１８】
１５は貯湯タンク２の下部に接続され貯湯タンク２に給水する給水管、１６は給水管１５途中に設けられ給水圧を所定の圧力まで減圧する減圧弁、１７は給水管１５途中に設けられ給水の温度を検出する給水温度センサ、１８は貯湯タンク２の上部に接続され貯湯タンク２上部から高温水を取り出す出湯管、１９は貯湯タンク２の上部に設けられ貯湯タンク２内の過圧を逃がす負圧作動弁付きの過圧逃がし弁、２０は給水管１５から分岐された給水バイパス管、２１は給水バイパス管２０からの給水と出湯管１８から高温水とを給湯設定温度に混合する混合弁、２２は混合弁２１で混合された湯を給湯栓５に供給する給湯管、２３は給湯管２２に設けられ混合弁２１で混合後の給湯温度を検出する給湯温度センサ、２４は給湯管２２に設けられ給湯流量をカウントする給湯流量センサであり、これらによって給湯回路２５を構成しているものである。
【００１９】
２６は貯湯タンク２内に設けられ、貯湯タンク２内の湯水を熱源として被加熱水たる浴槽７の浴槽水を加熱し追い焚きするための間接熱交換器、２７は浴槽７と間接熱交換器２６とを接続する風呂往き管２８および風呂戻り管２９からなる環状の風呂循環回路で、風呂往き管２８は浴槽７の浴槽水を間接熱交換器２６に流通させる風呂配管で、風呂戻り管２９は間接熱交換器２６を流通した浴槽水を浴槽７に戻す風呂配管である。また、３０は風呂循環回路２７に設けられ浴槽水を循環させる風呂循環ポンプ、３１は流水の有無を検出する流水センサ、３２は風呂循環回路２７を流れる浴槽水の温度を検出する風呂温度センサ、３３は浴槽水の水圧から浴槽７内の水位を検出する水位センサである。
【００２０】
３４は間接熱交換器２６をバイパスして風呂往き管２８と風呂戻り管２９とを接続する風呂バイパス管で、三方弁よりなる流路切換弁３５が風呂バイパス管３４と風呂往き管２８の接続部に設けられており、流路切換弁３５は、風呂循環回路２７を流れる湯水を間接熱交換器２６に流すか否かを選択的に切り換えるものである。
【００２１】
３６は給湯管２２から分岐され風呂循環回路２７に接続されて浴槽７への注湯を行う湯張り管で、この湯張り管３６には、浴槽７への注湯の開始／停止を行う湯張り弁３７と、浴槽７への注湯量をカウントする風呂流量センサ３８と、浴槽７の浴槽水が逆流するのを防止する二重に配設した逆止弁３９とが設けられているものである。
【００２２】
４０は貯湯タンク２の上下方向に複数個配置された貯湯温度検出手段としての貯湯温度センサで、この貯湯温度センサ４０が検出する温度情報によって、貯湯タンク２内にどれだけ熱量が残っているかを検知すると共に、貯湯タンク２内の上下方向の温度分布を検知するものである。
【００２３】
前記リモコン６には、給湯設定温度を設定する給湯温度設定スイッチ４１と、風呂設定温度を設定する風呂温度設定スイッチ４２と、浴槽７へ風呂設定温度の湯をリモコン６の湯張り量設定スイッチ（図示せず）で設定された湯張り量注湯させ、所定時間保温させる風呂自動スイッチ４３と、浴槽７内の浴槽水を間接熱交換器２６を構成する受熱管２６ａに循環させて追い焚きさせるあつめスイッチ４４とが設けられているものである。
【００２４】
４５はヒートポンプユニット３の駆動開始・停止制御や、貯湯タンクユニット１内の各センサの入力やリモコン６の各種スイッチの入力を受けて各アクチュエータの駆動を制御する制御手段としての貯湯制御部であり、貯湯制御部４５はリモコン６と無線または有線により通信可能に接続されていると共に、ヒーポン制御部１４と有線にて通信可能に接続されているものである。
【００２５】
次に、この一実施形態の貯湯式給湯風呂装置の動作について説明する。
先ず、貯湯タンク２内の湯水をヒートポンプユニット３により沸き上げる沸き上げ運転について説明すると、時間帯別契約電力の電力単価が安価な深夜電力時間帯になって貯湯温度センサ４０が貯湯タンク２内に翌日に必要な熱量が残っていないことを検出すると、貯湯制御部４５はヒーポン制御部１４に対して沸き上げ運転開始を指示する。指示を受けたヒーポン制御部１４は圧縮機８や加熱循環ポンプ１３の駆動を開始させ、加熱循環回路４を介して貯湯タンク２下部から供給される低温の湯水を水冷媒熱交換器９にて高温に沸き上げ、貯湯タンク２上部に戻し、貯湯タンク２上部から順次積層して高温水を貯湯していく。そして、貯湯温度センサ４０が必要な熱量が貯湯タンク２内に貯湯されたことを検出すると、貯湯制御部４５はヒーポン制御部１４に対して沸き上げ運転停止を指示し、指示を受けたヒーポン制御部１４は圧縮機８や加熱循環ポンプ１３の駆動を停止させ、沸き上げ運転を終了するものである。
【００２６】
次に、この一実施形態の貯湯式給湯風呂装置の浴槽水の追い焚き動作について説明する。
前記リモコン６のあつめスイッチ４４の操作によって浴槽７の浴槽水の追い焚きが指示される、または、浴槽７内の浴槽水を所定温度に保温するために所定時間毎に行われる追い焚きの指示があると、貯湯制御部４５は、流路切換弁３５を間接熱交換器２６側に切り換えて風呂循環ポンプ３０を駆動し、浴槽７内の浴槽水を貯湯タンク２内に設けられた受熱管２６ａに流通させ、貯湯タンク２内の湯水の熱を利用して浴槽水を加熱するものである。
【００２７】
ここで、貯湯タンク２および間接熱交換器２６について図２に示した断面図に基づいて説明する。貯湯タンク２は、ステンレス板を深絞り加工により形成した覆椀状で頂部に湯水取出し用の開口部２１１を有した上部鏡板２１２と、ステンレス板を筒状に形成した胴体２１３と、ステンレス板を深絞り加工により形成した椀状の下部鏡板２１４とで構成され、上部鏡板２１２の周縁端部と胴体２１３の上端周縁部とが溶接接続され、下部鏡板２１４の周縁端部と胴体２１３の下端周縁部とが溶接接続されているものである。
【００２８】
間接熱交換器２６は、浴槽水が流通する受熱管２６ａを同心螺旋状に巻回して構成され、その上下方向の中間部２６ｂでは受熱管２６ａ同士が略接触するよう隣り合う受熱管２６ａの間の隙間がなくなるように同心螺旋状に形成すると共に、螺旋状の受熱管２６ａの上下方向の上端２６ｃおよび下端２６ｄの少なくとも略一巻き分はその下方および上方に隣接する中間部２６ｂの受熱管２６ａに接触しないよう螺旋のリード角を中間部２６ｂよりも大きくして形成されている
【００２９】
前記上部鏡板２１２には、その側周面に側周面接続穴２１５と、その上面に上面接続穴２１６とが設けられ、前記受熱管２６ａの下端２６ｄの端部が上部鏡板２１２の側周面接続穴２１５に挿入され、溶接によって固定されると共に、前記受熱管２６ａの上端２６ｄの端部が上部鏡板２１２の上面接続穴２１６に挿入され、溶接によって固定されることで、同心螺旋形状の間接熱交換器２６が上部鏡板２１２内に設けられるものである。なお、側周面接続穴２１５に固定された受熱管２６ａの一端側は、側周面継手２１７を介して風呂戻り管２９が接続されると共に、上面接続穴２１６に固定された受熱管２６ａの他端側は、上面継手２１８を介して風呂往き管２８が接続されるものである。
【００３０】
このように、上部鏡板２１２内に間接熱交換器２６を収めるようにしたので、貯湯タンク２内に貯湯された湯の最も温度が高い最上部に設けることができ、浴槽水の追い焚きまたは保温のための加熱能力が大きくなり、貯湯タンク２内の熱を有効利用することができるものである。
【００３１】
また、間接熱交換器２６は、その中間部２６ｂを受熱管２６ａ同士が接触していて高剛性であると同時に、上端２６ｃ、下端２６ｄは中間部２６ｂから離れていることによって、自由振動しにくい中間部２６ｂの振動を上端２６ｃ、下端２６ｄの受熱管２６ａのたわみによって吸収し、間接熱交換器２６と貯湯タンク２壁面の溶接部にかかる応力を低減させ、振動による破損の可能性を低減させることができ、製品輸送時や被加熱水の発停による水撃などによる振動を吸収して機具破損の可能性を低減することができる。
【００３２】
次に、本発明の第２実施形態の間接熱交換器２６を図３〜４に基づいて説明する。なお、第１実施形態と同一のものには同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００３３】
間接熱交換器２６は、浴槽水が流通する受熱管２６ａを同心螺旋状に巻回して構成され、その上下方向の中間部２６ｂでは受熱管２６ａ同士が略接触するよう隣り合う受熱管２６ａの間の隙間がなくなるように同心螺旋状に形成すると共に、螺旋状の受熱管２６ａの上端２６ｃの少なくとも略一巻き分は、中間部２６ｂの巻き径よりも小さくなるようにして、その下方に隣接する中間部２６ｂの受熱管２６ａに接触しないようにし、螺旋状の受熱管２６ａの下端２６ｄの少なくとも略一巻き分は、中間部２６ｂの巻き径よりも大きくなるようにして、その上方に隣接する中間部２６ｂの受熱管２６ａに接触しないようにしている。
【００３４】
このように、間接熱交換器２６は、その中間部２６ｂを受熱管２６ａ同士が接触していて高剛性であると同時に、螺旋状の受熱管２６ａの上端２６ｃと下端２６ｄの巻き径を中間部２６ｂの巻き径と異ならせて上端２６ｃおよび下端２６ｄの受熱管２６ａを中間部２６ｂの受熱管２６ａと円周方向にずらせて接触しないようにしているので、自由振動しにくい中間部２６ｂの振動を上端２６ｃ、下端２６ｄの受熱管２６ａのたわみによって吸収し、間接熱交換器２６と貯湯タンク２壁面の溶接部にかかる応力を低減させ、振動による破損の可能性を低減させることができると共に、第１実施形態の間接熱交換器２６に比べて間接熱交換器２６の高さを抑制することができる。
【００３５】
さらには、上端２６ｃの巻き径を中間部２６ｂの巻き径よりも小さくし、かつ、下端２６ｄの巻き径を中間部２６ｂの巻き径よりも大きくしたので、間接熱交換器２６の高さを抑制しながら、貯湯タンク２内に貯湯された湯の最も温度が高い覆椀状の上部鏡板２１２内の最上部に設けることができ、浴槽水の追い焚きまたは保温のための加熱能力が大きくなり、貯湯タンク２内の熱を有効利用することができると共に、下端２６ｄの巻き径を大きくしたことで、間接熱交換器２６の自重で荷重が最もかかる下側の受熱管２６ａと貯湯タンク２の溶接部への応力を巻き径を大きくした下端２６ｄの受熱管２６ａで十分に分散して吸収することができ、一層の耐久性の向上を図れるものである。
【００３６】
本発明はこの一実施形態に限定されることはなく、発明の要旨を変更しない範囲で様々な変形が可能なものであり、例えば、間接熱交換器２６に流通させる被加熱水を温水暖房端末に循環流通させる循環液としてもよく、また、太陽熱温水器で加熱された循環液等で貯湯タンク２内の湯水を加熱する構成としてもよい。
【００３７】
また、第１実施形態では、間接熱交換器２６を上部鏡板２１２内に配置したが、胴体２１３の高さ位置や、上部鏡板２１２と胴体２１３に跨った高さ位置、胴体２１３と下部鏡板２１４に跨った高さ位置に配置してもよく、また、第２実施形態では、上部鏡板２１２と胴体２１３に跨った高さ位置に配置したり、間接熱交換器２６を上下反転させて、下部鏡板２１２内に配置することも可能である。
【符号の説明】
【００３８】
２  貯湯タンク
２１２  上部鏡板
２１３  胴体
２１４  下部鏡板
３  ヒートポンプユニット（加熱手段）
２５  給湯回路
２６  間接熱交換器
２６ａ  受熱管
２６ｂ  中間部
２６ｃ  上端
２６ｄ  下端
【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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