(57)【要約】【課題】貯湯タンクの取水口から熱源機を経て貯湯タンクの給湯口に達する加熱循環路での凍結を防止し易く、かつエネルギー効率の低下も抑え易い貯湯式給湯システムを得ること。【解決手段】貯湯タンク１５下部の取水口１５ａから熱源機１０を経て貯湯タンク上部の給湯口１５ｂに達する加熱循環路４０を備えた貯湯式給湯システム７０を構成するにあたり、上記の取水口から取水した水を熱源機で加熱して湯に沸き上げた後に上記の給湯口に戻す流路からなる主管路３１と、主管路から分岐して上記の取水口側に向かうバイパス管路３５と、主管路における熱源機よりも給湯口側の区間に配置され、バイパス管路の一端が接続されて主管路を流れる水を給湯口側またはバイパス管路側に振り分ける切替弁３３とを用いて加熱循環路を構成し、バイパス管路の他端は上記の取水口の近傍で主管路に接続する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、水を加熱して湯にする熱源機と、前記湯が貯留される貯湯タンクと、前記貯湯タンク下部に設けられた取水口から前記熱源機を経て前記貯湯タンク上部に設けられた給湯口に達する加熱循環路とを備えた貯湯式給湯システムであって、
前記加熱循環路は、
前記取水口から取水した水を前記熱源機で加熱して湯に沸き上げた後に前記給湯口に戻す流路からなる主管路と、
前記主管路から分岐して前記取水口側に向かうバイパス管路と、
前記主管路における前記熱源機よりも前記給湯口側の区間に配置され、前記バイパス管路の一端が接続されて、前記主管路を流れる水を前記給湯口側または前記バイパス管路側に振り分ける切替弁と、
を有し、
前記バイパス管路の他端は、前記取水口の近傍で前記主管路に接続されていることを特徴とする貯湯式給湯システム。
【請求項２】
前記取水口の近傍での前記バイパス管路と前記主管路との接続位置は、前記バイパス管路を流下して前記主管路に流入する水からの熱伝導によって、前記取水口から前記接続位置までの区間に滞留する水を加熱できるように選定されていることを特徴とする請求項１に記載の貯湯式給湯システム。
【請求項３】
前記主管路は、
前記取水口に一端が接続されている第１管路と、
前記第１管路の他端と前記バイパス管路の他端とが接続されている配管継手と、
前記配管継手に一端が接続されている第２管路と、
を有し、
前記第１管路の流路長は、前記主管路での前記配管継手の流路長よりも短い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システム。
【請求項４】
前記バイパス管路の他端と前記主管路での前記取水口側の一端とを接続していると共に、前記取水口に一端が接続されている配管継手を更に有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システム。
【請求項５】
前記配管継手の一端は前記貯湯タンクに溶接されていることを特徴とする請求項４に記載の貯湯式給湯システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は貯湯式給湯システムに関し、特に凍結防止機能を有する貯湯式給湯システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ヒートポンプを熱源機として用いた貯湯式給湯システムは、ヒートポンプにより水を加熱して得た湯を貯湯タンクに一旦貯留し、給湯栓をユーザが開けたときに貯湯タンク内の湯が出湯するように構成されている。一般には、市水を貯湯タンクに供給して貯留し、貯湯タンク下部から取水した上記の市水を熱源機に供給して湯にした後に貯湯タンク上部から当該貯湯タンク内に供給することで、貯湯タンク内に温度成層が形成される。
【０００３】
今日では貯湯式給湯システムが広く普及しており、寒冷地でも常時安定して給湯が行えるように、凍結防止機能が付加された貯湯式給湯システムの開発も進められている。例えば特許文献１には、熱源機にデフロスト機能を付与する一方で、貯湯タンク下部の取水口からヒートポンプ加熱源を経て貯湯タンク上部の湯入口に達する循環路にバイパス用流路を設け、デフロスト運転時には循環路の湯入口側に送られてくる温水がバイパス用流路を介して貯湯タンク下部に流入するように構成することで凍結を防止したヒートポンプ式給湯機が記載されている。
【０００４】
また、特許文献２には、貯湯タンク底面側に設けられた取水口からヒートポンプ式加熱源を経て貯湯タンク頂部側に設けられた給湯口に達する循環路にバイパス管路（バイパス回路）を設け、凍結防止運転を行う必要があると判断したときには上記のバイパス管路を使用して循環路に水または温湯を循環させることで凍結を防止したヒートポンプ式給湯装置が記載されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−２２２３９１号公報
【特許文献２】特開２００２−４８３９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載されたヒートポンプ式給湯機におけるように凍結防止用の温水を貯湯タンクの下部に流入させると、貯湯タンク内の温度成層が破壊されて貯湯式給湯システムのエネルギー効率が悪化する。特に、自然冷媒を用いたヒートポンプ加熱方式の貯湯式給湯システムでは、温度成層が破壊されて貯湯タンク下部での水温が上昇すると成績係数が極端に低下してしまう。
【０００７】
一方、特許文献２に記載されたヒートポンプ式給湯装置のように循環路にバイパス管路を設け、このバイパス管路を使用して循環路に水または温湯を循環させれば、貯湯タンク内の温度成層を実質的に破壊することなく凍結の防止を図ることが容易になるが、単に循環路にバイパス管路を設けただけでは当該循環路での凍結を防止しきれないことがある。
【０００８】
すなわち、貯湯タンクの取水口と熱源機とを結ぶ管路での貯湯タンク側の端部にバイパス管路の一端を接続するにあたって当該一端を貯湯タンクから離隔させて配置すると、バイパス管路を使用して循環路に水または温湯を循環させたときに、貯湯タンクの取水口からパイパス管路の上記一端にかけての区間で水が滞留したままとなって該区間での凍結を防止できない。
【０００９】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、貯湯タンクの取水口から熱源機を経て貯湯タンクの給湯口に達する加熱循環路での凍結を防止し易く、かつエネルギー効率の低下も抑え易い貯湯式給湯システムを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を達成する本発明の貯湯式給湯システムは、少なくとも、水を加熱して湯にする熱源機と、上記の湯が貯留される貯湯タンクと、貯湯タンク下部に設けられた取水口から熱源機を経て貯湯タンク上部に設けられた給湯口に達する加熱循環路とを備えた貯湯式給湯システムであって、加熱循環路は、上記の取水口から取水した水を熱源機で加熱して湯に沸き上げた後に上記の給湯口に戻す流路からなる主管路と、主管路から分岐して上記の取水口側に向かうバイパス管路と、主管路における熱源機よりも給湯口側の区間に配置され、バイパス管路の一端が接続されて、主管路を流れる水を給湯口側またはバイパス管路側に振り分ける切替弁とを有し、バイパス管路の他端は、上記の取水口の近傍で主管路に接続されていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の貯湯式給湯システムでは、加熱循環路の主管路から分岐したバイパス管路を貯湯タンクの取水口近傍において上記の主管路に再接続しているので、取水口近傍でのバイパス管路と主管路との接続位置（合流位置）よりも取水口側に滞留する水を、バイパス管路を流下して主管路に流入する水（熱源機で加熱された加熱水を含む。）からの熱伝導によって加熱することが容易である。
【００１２】
したがって、本発明の貯湯式給湯システムによれば、加熱循環路での凍結を防止し易い。また、加熱循環路の凍結防止に用いる水は貯湯タンクに直接は供給されないので、凍結防止に伴う貯湯タンク内の温度成層の破壊が起こり難く、結果としてエネルギー効率の低下も抑え易い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の貯湯式給湯システムの実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、本発明は以下に説明する実施の形態に限定されるものではない。
【００１４】
図１は、本発明の貯湯式給湯システムの一例を概略的に示す図である。同図に示す貯湯式給湯システム７０は、熱交換器５等を有するヒートポンプ（熱交換器５以外は図示せず。）が格納されたヒートポンプユニット１０と、貯湯タンク１５が格納された貯湯タンクユニット２０と、貯湯タンク１５に水を供給する際の流路となる給水管路２５と、貯湯タンク１５の下部に設けられた取水口１５ａから熱交換器５を経て貯湯タンク１５の上部に設けられた給湯口１５ｂに達する加熱循環路４０と、制御装置５０と、貯湯タンク１５に貯留された湯を所定箇所に導く給湯管路６０とを備えている。
【００１５】
上記のヒートポンプユニット１０に格納されているヒートポンプは熱源機として機能するものであり、該ヒートポンプは例えば二酸化炭素等の自然冷媒を用いて熱交換器５により熱交換を行って水を湯に沸き上げる。すなわち、貯湯タンク１５から加熱循環路４０を流下してくる水と熱交換器５との間で熱交換を行って当該水を加熱し、湯に沸き上げる。
【００１６】
貯湯タンク１５は縦型のタンクであり、下部および上部はそれぞれ外側に凸のドーム状に成形されている。この貯湯タンク１５の下部には上記の給水管路２５の一端が接続されており、給水管路２５の他端は上水道等の水供給源に接続されている。給水管路２５を介して貯湯タンク１５内に水道水等の水が供給される。その一方で、当該貯湯タンク１５内にはヒートポンプユニット１０により沸き上げられた湯が加熱循環路４０を介して供給される。貯湯式給湯システム７０では、貯湯タンク１５が常時満水状態に保たれる。
【００１７】
加熱循環路４０は、貯湯タンク１５の取水口１５ａから熱交換器５を経て貯湯タンク１５の給湯口１５ｂに達する主管路３１を有しており、該主管路３１は、取水口１５ａから取水した水をヒートポンプユニット１０で加熱して湯に沸き上げた後に給湯口１５ｂから貯湯タンク１５に戻すときの流路となる。この主管路３１における熱交換器５の手前の区間には循環ポンプ３２が配置されており、取水口１５ａから熱交換器５を経て給湯口１５ｂに向かう水流が循環ポンプ３２によって作り出される。
【００１８】
また、主管路３１における熱交換器５よりも給湯口１５ｂ側の区間には切替弁３３、具体的には電動式の三方弁（以下、「三方弁３３」という。）が配置されており、この三方弁３３にはバイパス管路３５の一端が接続されている。主管路３１を流れる水（水または熱交換器５により加熱された加熱水）は、三方弁３３により給湯口１５ｂ側またはバイパス管路３７側に振り分けられる。
【００１９】
バイパス管路３５の他端は取水口１５ａの近傍で配管継手３７により主管路３１に接続されており、三方弁３３によりバイパス管路３５側に振り分けられた水は、取水口１５ａの近傍で主管路３１に戻る。貯湯式給湯システム７０は、配管継手３７によるバイパス管路３５と主管路３１との接続位置に特徴を有している。当該接続位置の詳細については後述する。
【００２０】
制御装置５０は、ヒートポンプユニット１０内のヒートポンプ（熱交換器５以外は図示せず。）、循環ポンプ３２、三方弁３３等の動作を制御するものであり、図示の例では貯湯タンクユニット２０に取り付けられている。この制御装置５０は、判断・制御部５０ａと、記憶部５０ｂと、リモートコントローラ５０ｃとを有している。判断・制御部５０ａは、記憶部５０ｂに格納された運転条件に関する情報と加熱循環路４０から得られる温度情報とを基に、ヒートポンプ、循環ポンプ３２、三方弁３３等の動作を制御し、リモートコントローラ５０ｃは、ユーザにより操作されて判断・制御部５０ａに所定の指令、例えば上記運転条件の記憶部５０ｂへの格納に関わる指令や、ヒートポンプ、循環ポンプ３２、三方弁３３等の動作制御に関わる指令等を送る。
【００２１】
判断・制御部５０ａが加熱循環路４０から上記の温度情報を得ることができるように、ヒートポンプユニット１０内には１つの温度センサ５３が配置されており、貯湯タンクユニット２０内には２つの温度センサ５５，５７が配置されている。温度センサ５３は、循環ポンプ３２よりも取水口１５ａ側に配置されて主管路３１内の水ないし温湯の温度を測定し、測定結果を定期的に、あるいは判断・制御部５０ａのアクセスを待って、判断・制御部５０ａに伝える。一方、温度センサ５５は主管路３１における取水口１５ａと循環ポンプ３２との間の区間（ただし、貯湯タンクユニット２０内に位置する区間）に配置されて、また温度センサ５７は主管路３１における給湯口１５ｂ側の端部に配置されて、それぞれ、主管路３１内の水または湯の温度を測定し、測定結果を定期的に、あるいは判断・制御部５０ａのアクセスを待って、判断・制御部５０ａに伝える。
【００２２】
給湯管路６０は、貯湯タンク１５の上部に接続されて、当該貯湯タンク１５に貯留された湯を所定箇所に導く。図１に示す例では、給湯管路６０の他端に給湯栓６５が取り付けられている。ユーザは、給湯栓６５を開けることにより、貯湯タンク１５内の湯を消費することができる。
【００２３】
このような構成を有する貯湯式給湯システム７０は、給水管路２５を介して貯湯タンク１５に供給される水をユーザが設定した温度に沸き上げて貯湯タンク１５に貯留させる通常運転と、加熱循環路４０の凍結を防止する凍結防止運転とを行うことができる。
【００２４】
通常運転を行うにあたっては、当該通常運転に先だって、貯湯タンク１５が水で満たされる。また、運転開始時刻や水の沸き上げ温度等の運転条件がリモートコントローラ５０ｃを介してユーザにより指定されて、記憶部５０ｂに格納される。判断・制御部５０ａは、運転開始時刻になると循環ポンプ３２および三方弁３３それぞれの動作を制御して、貯湯タンク１５内の水が取水口１５ａから給湯口１５ｂに向けて主管路３１を流下するように当該水を循環させると共に、ヒートポンプユニット１０内のヒートポンプを作動させる。結果として、取水口１５ａから加熱循環路４０に流入した水は熱交換器５との間での熱交換により湯に沸き上げられた後に三方弁３３を経て給湯口１５ｂに向かい、給湯口１５ｂから貯湯タンク１５内に供給される。時間の経過と共に貯湯タンク１５内に温度成層が形成される。
【００２５】
判断・制御部５０ａは、温度センサ５５の測定結果を例えば定期的に参照し、当該測定結果が所定値（例えば６０℃）に達すると沸き上げを終了する。すなわち、ユーザが設定した沸き上げ温度（例えば９０℃）の湯が貯湯タンク１５に所定量貯留されたと判断して、ヒートポンプ５および循環ポンプ３２を停止させる。
【００２６】
一方、凍結防止運転を行うにあたっては、当該凍結防止運転に先だって、運転開始温度、運転終了温度、水の沸き上げ温度等の運転条件がリモートコントローラ５０ｃを介してユーザにより指定されて、記憶部５０ｂに格納される。あるいは、上記の運転条件が貯湯式給湯システム７０のメーカーにより予め設定されて、記憶部５０ｂに格納される。上記の運転開始温度および運転終了温度は、いずれも、２つの温度センサ５３，５５から任意に選択される少なくとも１つの温度センサによる測定温度とすることができる。
【００２７】
判断・制御部５０ａは、温度センサ５３または５７の測定結果を例えば定期的に参照し、運転開始温度になると循環ポンプ３２および三方弁３３それぞれの動作を制御して、貯湯タンク１５内の水が取水口１５ａから加熱循環路４０の主管路３１、三方弁３３、バイパス管路３５、および配管継手３７を流下して再び主管路３１に戻るように当該水を循環させる。このとき、上記の運転条件で設定された沸き上げ温度の値によっては、ヒートポンプユニット１０内のヒートポンプ（熱交換器５以外は図示せず。）を作動させて主管路３１内の水を上記の沸き上げ温度にまで加熱する。また、運転終了温度になると、判断・制御部５０ａは循環ポンプ３２を停止させる。
【００２８】
このようにして通常運転および凍結防止運転を行う貯湯式給湯システム７０は、前述したように配管継手３７によるバイパス管路３５と主管路３１との接続位置に特徴を有しており、配管継手３７の配設位置は、凍結防止運転時に取水口１５ａから配管継手３７にかけての区間に滞留する水の凍結が防止されるように選定されている。
【００２９】
具体的には、取水口１５ａ近傍でのバイパス管路３５と主管路３１との接続位置（合流位置）よりも取水口１５ａ側に滞留する水を、バイパス管路３５を流下して主管路３１に流入する水（熱交換器５との間での熱交換により加熱された加熱水である場合を含む。）からの熱伝導によって加熱することができるように、配管継手３７の配設位置が選定されている。
【００３０】
配管継手３７の具体的な配設位置は、当該配管継手３７の材質、管径（内径）、および流路長や、バイパス管路３５の材質、管径（内径）等に応じて適宜選定可能である。以下、図２または図３を参照して、配管継手３７の配設位置の具体例を説明する。これら図２または図３に示す構成要素のうちで図１を参照して既に説明した構成要素については、図１で用いた参照符号と同じ参照符号を付してその説明を省略する。
【００３１】
図２は、配管継手の配設位置の一例を概略的に示す側面図である。同図に示す例では、主管路３１が第１管路３１ａと第２管路３１ｂとを含んでおり、第１管路３１ａの一端は貯湯タンク１５に接続されている。例えば、第１管路３１ａの一端を貯湯タンク１３に溶接することで、当該第１管路３１ａの一端が貯湯タンク１５に接続される。配管継手３７は、第１管路３１ａと第２管路３１ｂとを接続している一方で、バイパス管路３５を主管路３１に接続している。そして、当該配管継手３７の配設位置は、主管路３１での配管継手３７の流路長よりも第１管路３１ａの流路長の方が短くなるように選定されている。このため、凍結防止運転時には、バイパス管路３５を流下して主管路３１に流入する水（熱交換器５との間での熱交換により加熱された加熱水である場合を含む。）からの熱伝導によって第１管路３１ａ内に滞留する水の凍結を容易に防止することができる。
【００３２】
なお、図中の参照符号Ｗ1は第１管路３１ａと貯湯タンク１５との溶接部分を指しており、参照符号Ａｘは貯湯タンク１５の長手軸を指している。図２には現れていないが、主管路３１は貯湯タンク１３の下方で屈曲して水平方向に延在しており、バイパス管路３５は貯湯タンク１３の側方で屈曲して水平方向に延在している。
【００３３】
図３は、配管継手の配設位置の他の例を概略的に示す側面図である。同図に示す例では、配管継手３７の一端が貯湯タンク１５の底部に接続されている。例えば、配管継手３７の一端を貯湯タンク１３に溶接することで、当該配管継手３７の一端が貯湯タンク１５に接続される。このため、凍結防止運転時に取水口１５ａから配管継手３７にかけての区間に滞留する水の体積を極少量とすることが容易である。凍結防止運転時には、バイパス管路３５を流下して主管路３１に流入する水（水または熱交換器５との間での熱交換により熱源機５で加熱された加熱水である場合を含む。）からの熱伝導によって、上記の区間に滞留する水を加熱して凍結を防止することが容易である。
【００３４】
なお、図中の参照符号Ｗ2は、配管継手３７と貯湯タンク１５との溶接部分を指している。また、貯湯タンク１５の取水口１５ａは貯湯タンクの長手軸Ａｘ上には設けられておらず、長手軸Ａｘよりも外側に設けられている。したがって、配管継手３７もまた、長手軸Ａｘよりも外側に配置されている。図３には現れていないが、主管路３１は貯湯タンク１３の下方で屈曲して水平方向に延在しており、バイパス管路３５は貯湯タンク１３の側方で屈曲して水平方向に延在している。
【００３５】
配管継手３７の配設位置が上述のように選定されている貯湯式給湯システム７０では、取水口１５ａから配管継手３７にかけての区間に滞留する水についても凍結を容易に防止することができるので、加熱循環路４０での凍結を防止し易い。また、加熱循環路４０の凍結防止に用いる水（加熱水である場合を含む。）は貯湯タンク１５に直接は供給されないので、凍結防止に伴う貯湯タンク１５内の温度成層の破壊が起こり難く、結果としてエネルギー効率の低下も抑え易い。
【００３６】
以上、本発明の貯湯式給湯システムについて実施の形態を挙げて説明したが、前述のように、本発明は上述の形態に限定されるものではない。例えば、貯湯式給湯システムに設ける温度センサは図１に示した３つの温度センサ５３，５５，５７に限定されるものではなく、その数および設置箇所は適宜選定可能である。また、配管継手３７や第１管路３１ａを貯湯タンク１５に取り付ける方法は溶接（図２または図３参照）に限定されるものではなく、ねじ込み等の他の方法であってもよい。
【００３７】
さらに、バイパス管路３５と主管路３１とを接続するにあたっては、配管継手３７を用いる接続方法に代えて溶接等の他の接続方法を適用することも可能である。バイパス管路３５と主管路３１とをどのような方法で接続するかに拘わらず、取水口１５ａの近傍でのバイパス管路３５と主管路３１との接続位置は、取水口近傍でのバイパス管路３５と主管路３１との接続位置（合流位置）よりも取水口１５ａ側に滞留する水の凍結を防止することができるように選定される。
【００３８】
すなわち、上記接続位置（合流位置）よりも取水口１５ａ側に滞留する水を、バイパス管路３５を流下して主管路３１に流入する水からの熱伝導によって加熱して凍結を防止することができるように選定される。
【００３９】
なお、バイパス管路３５を流下して主管路３１に流入する水からの熱伝導によって上記接続位置（合流位置）よりも取水口１５ａ側に滞留する水を加熱するうえからは、主管路３１における少なくとも上記接続位置（合流位置）よりも取水口１５ａ側の区間、あるいは配管継手３７を熱伝導性の良好な材料、例えば黄銅やステンレス鋼等により形成することが好ましい。本発明の貯湯式給湯システムについては、上述した以外にも種々の変形、修飾、組合せ等が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の貯湯式給湯システムの一例を示す概略図である。
【図２】本発明の貯湯式給湯システムでの配管継手の配設位置の一例を概略的に示す側面図である。
【図３】本発明の貯湯式給湯システムでの配管継手の配設位置の他の例を概略的に示す側面図である。
【符号の説明】
【００４１】
５  熱交換器
１０  ヒートポンプユニット
１５  貯湯タンク
１５ａ  取水口
１５ｂ  給湯口
２５  給水管路
３１  主管路
３１ａ  第１管路
３１ｂ  第２管路
３３  切替弁（三方弁）
３５  バイパス管路
３７  配管継手
４０  加熱循環路
５０  制御装置
６０  給湯管路
７０  貯湯式給湯システム
【図１】
2008175455.tif 000003
【図２】
2008175455.tif 000004
【図３】
2008175455.tif 000005