(57)【要約】【課題】配管が長い給湯システムでは配管を移動する間に温水が冷めてしまい、加熱装置自体の熱効率が高くとも給湯システム全体では効率が高くならないとの問題に対して、温水が配管内にあるときの熱損失を抑制することが可能な給湯システムを提供する。【解決手段】温水を貯留する貯湯タンク２０と、貯湯タンク２０に貯留された温水を給湯口へ供給するための給湯配管４０とを備える給湯システム１であって、給湯配管４０は、貯湯タンク２０側の部位に比べて給湯口側の部位が小径となるように構成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
温水を貯留する貯湯タンクと、前記貯湯タンクに貯留された温水を給湯口へ供給するための給湯配管と前記給湯配管に接続され給湯口への配管を分岐させる給湯母管を備える給湯システムであって、
前記給湯配管は、前記貯湯タンク側の部位に比べて前記給湯口側の部位が小径となるように構成されていることを特徴とする給湯システム。
【請求項２】
前記給湯配管に、温水を加圧して前記給湯口側へ送り出すためのポンプを備えることを特徴とする請求項１記載の給湯システム。
【請求項３】
前記給湯配管は、前記ポンプよりも前記給湯口側の部位が、前記ポンプよりも前記貯湯タンク側の部位に比べて小径となるように構成されていることを特徴とする請求項２記載の給湯システム。
【請求項４】
前記給湯配管の前記給湯口近傍の部位と、前記貯湯タンクとを接続する循環配管を備えることを特徴とする請求項１〜３のうち何れか１項記載の給湯システム。
【請求項５】
前記給湯母管の水温が、第１の所定温度を下回った場合はポンプを起動し、前記第１の所定温度より高い第２の所定温度を上回った場合はポンプを停止する温度制御手段を備えることを特徴とする請求項１〜４のうち何れか１項記載の給湯システム。
【請求項６】
前記温度制御手段は、前記給湯母管内の水温に応じてポンプの駆動を切り換え可能な温度継電器であることを特徴とする請求項１〜５のうち何れか１項記載の給湯システム。
【請求項７】
前記給湯母管の圧力が、第１の所定圧力を下回った場合はポンプを起動し、前記第１の所定圧力より高い第２の所定圧力を上回った場合はポンプを停止する圧力制御手段を備えることを特徴とする請求項１〜６のうち何れか１項記載の給湯システム。
【請求項８】
前記圧力制御手段は、前記給湯母管内の圧力に応じてポンプの駆動を切り換え可能な圧力継電器であることを特徴とする請求項１〜７のうち何れか１項記載の給湯システム。
【請求項９】
前記ポンプをバイパスする連成管を備えることを特徴とする請求項１〜８のうち何れか１項記載の給湯システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
貯湯タンクに貯えた温水を給湯配管を介して給湯する給湯システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、大型店舗や集合住宅等での給湯用に、高効率の大型加熱装置で生成した温水を各使用箇所に送る配管を備えた給湯システムが数多く導入される。しかしながら、このような大規模な給湯システムでは、配管が長くなり配管に貯留されている温水が冷めてしまい、給湯口への温水の到着までに長時間を必要とすることから，多くの場合給湯配管内のお湯を常時循環しており，加熱装置自体の熱効率が高くとも給湯システム全体では効率が高くならないとの問題がある。
【０００３】
また、常時循環をしない場合には，温水の使用をしばらくの間停止した後に温水の使用を再開したとき、配管内で冷めてしまった多量の水が存在することから、温水が出てくるまでに時間がかかるので、温水の使用者が待たされるとの問題もある。
【０００４】
ちなみに、このような課題に対して特許文献１では、給湯配管がペアチューブ又は二重管であって、出湯開始直後にあっては一方の配管を介して温水を送水し、その後は両方の配管を介して温水を送水する技術が開示されている。
【特許文献１】特開２０００−３５６４０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、このような課題に対して、温水が配管内にあるときの熱損失を抑制するとともに断熱材等給湯配管のコストを低減することが可能な給湯システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第一の発明は、温水を貯留する貯湯タンクと、前記貯湯タンクに貯留された温水を給湯口へ供給するための給湯配管と前記給湯配管に接続され給湯口への配管を分岐させる給湯母管を備える給湯システムであって、
前記給湯配管は、前記貯湯タンク側の部位に比べて前記給湯口側の部位が小径となるように構成されていることを特徴とする給湯システムである。
【０００７】
第二の発明は、前記給湯配管に、温水を加圧して前記給湯口側へ送り出すためのポンプを備えることを特徴とする第一の発明に記載の給湯システムである。
【０００８】
第三の発明は、前記給湯配管は、前記ポンプよりも前記給湯口側の部位が、前記ポンプよりも前記貯湯タンク側の部位に比べて小径となるように構成されていることを特徴とする第二の発明に記載の給湯システムである。
【０００９】
第四の発明は、前記給湯配管の前記給湯口近傍に設置した給湯口への配管を分岐させる給湯母管部位と、前記貯湯タンクとを接続する循環配管を備えることを特徴とする第一から第三の発明のうち何れかに記載の給湯システムである。
【００１０】
第五の発明は、前記給湯母管の水温が、第１の所定温度を下回った場合はポンプを起動し、前記第１の所定温度より高い第２の所定温度を上回った場合はポンプを停止する温度制御手段を備えることを特徴とする第一から第四の発明のうち何れかに記載の給湯システムである。
【００１１】
第六の発明は、前記温度制御手段が、前記給湯母管内の水温に応じてポンプの駆動を切り換え可能な温度継電器であることを特徴とする第一から第五の発明のうち何れかに記載の給湯システムである。
【００１２】
第七の発明は、前記給湯母管の圧力が、第１の所定圧力を下回った場合はポンプを起動し、前記第１の所定圧力より高い第２の所定圧力を上回った場合はポンプを停止する圧力制御手段を備えることを特徴とする第一から第六の発明のうち何れかに項記載の給湯システムである。
【００１３】
第八の発明は、前記圧力制御手段が、前記給湯母管内の圧力に応じてポンプの駆動を切り換え可能な圧力継電器であることを特徴とする第一から第七の発明のうち何れかに記載の給湯システムである。
【００１４】
第九の発明は、前記ポンプをバイパスする連成管を備えることを特徴とする第一から第八の発明のうち何れかに記載の給湯システムである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、温水が配管内にあるときの熱損失を抑制することが可能な給湯システムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１は、本発明の一実施形態である給湯システム１の全体構成図である。同図に示すように、本実施形態の給湯システム１は、加熱器１０、貯湯タンク２０、ポンプ３０、給湯配管４０、給湯母管５０、給湯口６０、循環配管７０、制御部８０などを備える。
【００１７】
加熱器１０は、水道水等の冷水を加熱して温水を生成する機器であって、例えば、ヒートポンプ、ガス焚き加熱器、又は電気ヒータ加熱器などである。
【００１８】
貯湯タンク２０は、加熱器１０で生成された温水を貯留するタンクである。
【００１９】
ポンプ３０は、貯湯タンク２０に貯留されている温水を給湯母管５０や給湯口６０へ圧送するものであり、パルス振幅波形変調方式のインバータポンプのように水の使用量の多少によらず水圧を一定にできるタイプのものを用いるのが好ましい。なお、ポンプ３０は、貯湯タンク２０と給湯配管４０との接続箇所に設けられていてもよく、また給湯配管４０の途中に設けられていてもよい。
【００２０】
給湯配管４０は、貯湯タンク２０から給湯母管５０へ温水を送る配管である。給湯配管４０および給湯母管５０は、温水が冷めにくいように、断熱材で蔽うのが好ましい。
【００２１】
ポンプ３０が給湯配管４０の途中に設置されている場合、ポンプ３０と給湯母管５０との間の給湯配管４０ｂは、貯湯タンク２０とポンプ３０との間の給湯配管４０ａよりも細くなっており、配管の距離当りの表面積が小さくなっている。このため、給湯配管４０ｂの断面積も小さくなるが、それを補うべく、ポンプ３０で加圧することにより温水の流速を上げて、給湯口６０で必要とする給湯量を確保している。なお、ポンプ３０は、基本的には給湯口６０での温水の使用等により給湯配管４０ｂ内又は給湯母管５０内の水圧が低下した場合に駆動し、給湯口６０での温水の使用停止等により給湯配管４０ｂ，給湯母管５０内の水圧が所定の圧力となっている場合は駆動を停止するよう制御する。
【００２２】
ポンプ３０の前後の給湯配管４０ａ、４０ｂの間を小断面の連成管１００でバイパスをかけ導通状態にすることにより，給湯口６０での温水の使用停止時において貯湯タンク２０と同じ水圧を給湯母管５０にかけるようにすることも可能であり、この場合、給湯口６０で少量使用する場合はポンプ３０の駆動を省略できる。なお、チェッキバルブ１０１を循環配管７０及び連成管１００の適正な位置に設置することでポンプ駆動による逆流を防止することができる。
【００２３】
給湯母管５０は、複数の給湯口６０（例えば、集合住宅であれば各戸毎）に共通の配管であって、それらの給湯口６０の近傍に設置される。給湯母管５０には、温度計５２が備えられており、これにより給湯母管５０内の温水の温度Ｔを検出する。
【００２４】
循環配管７０は、貯湯タンク２０と給湯配管４０ｂの給湯口６０近傍の部位給湯母管５０等とを接続する配管である。循環配管７０は、給湯配管４０及び給湯母管５０内の温水が冷めてしまうのを防止するために、給湯配管４０及び給湯母管５０内の温水を給湯タンク２０に戻すことにより、温水を循環させる小径管の管路である。循環配管７０も、給湯配管４０と同様に、温水が冷めにくいように断熱材で蔽うのが好ましい。
【００２５】
圧力センサー９０は、給湯母管５０内の圧力を測定する（以下、測定した圧力値を「圧力Ｐ」と言う）。制御部８０は、圧力Ｐに基づき、ポンプ３０の駆動と停止の制御を行う。すなわち、制御部８０は、圧力Ｐが所定の圧力Ｐｕを越えるとポンプ３０を停止させ、圧力Ｐが圧力Ｐl以下であればポンプ３０を駆動させる。さらに、給湯母管５０には圧力調整タンク９１が接続されており、圧力調整タンク９１内の圧力が圧力Ｐｕを越え一定の値に達すると安全弁９２が開き、給湯母管５０内の圧力が安全な値以内に保たれるよう調整する。なお、圧力センサー９０に代えて、給湯母管５０内の圧力に応じて接点が開閉する圧力継電器を給湯母管５０設けて、この圧力継電器によりポンプ３０の駆動・停止を制御してもよい。
【００２６】
ところで、給湯口６０で温水を使用しない場合であっても、給湯母管５０内の温水が冷めたときは、ポンプ３０が駆動することにより、温水は配管４０と給湯母管５０と貯湯タンク２０と循環配管７０との間を循環する。すなわち、制御部８０は、温度計５２が検出した水温Ｔに基づき、ポンプ３０の駆動と停止の制御を行う。より具体的には、制御部８０は、給湯母管５０内の温水の温度がある所定の温度Ｔａ（例えば４０℃）未満となった場合はポンプ３０を駆動させ、給湯母管５０内の温水の温度が別の所定の温度Ｔｂ（Ｔｂ≧Ｔａであって、例えば５０℃）以上となった場合はポンプ３０を停止させる。なお、温度計５２に代えて、給湯母管５０内の温度に応じて接点が開閉する温度継電器を給湯母管５０に設けて、この温度継電器によりポンプ３０の駆動・停止を制御してもよい。
【００２７】
以上の通り、本実施形態の給湯システム１によれば、給湯配管４０を細くするとともに、ポンプ３０で温水を加圧して給湯配管４０に送り込むことで、給湯配管４０の表面積を小さくしつつ、給湯配管４０内での温水の流速をあげることができる。これにより、給湯配管４０の温水流量を確保しながら、温水からの放熱面積を小さくすることができ、もって温水が配管内にあるときの熱損失を抑制することができる。
【００２８】
具体的には、給湯配管での放熱量は、給湯配管の内外の温度差を一定と仮定すると、温水の流量が一定の場合、次のように計算することができる。すなわち、式（１）に示す通り、給湯配管４０での放熱量Ｑは、給湯配管４０の表面積Ｓに比例し、温水の給湯配管４０内滞留時間Ｔに比例する。  
Ｑ∝Ｓ・Ｔ  ・・・（１）
ここで、配管表面積Ｓは給湯配管４０の半径Ｒに比例する（Ｓ∝２πＲ）。また、温水の流量が一定であるため流速は給湯配管４０の断面積に反比例する、すなわち半径Ｒの二乗に反比例するので、温水の滞留時間Ｔは半径Ｒの二乗に比例する（Ｔ∝Ｒ２）。これらを式（１）に代入すると、式（２）に示す通りとなる。  
Ｑ∝２πＲ３  ・・・（２）
式（２）が示す通り、半径Ｒが大きくなれば、給湯配管４０ｂからの放熱量Ｑは径Ｒの三乗に比例して増加する。よって、給湯配管４０ｂを細くすることで、温水が給湯配管４０ｂ内にあるときの熱損失を効果的に抑制することができる。
【００２９】
さらに、一般に断熱材は高価であるが、給湯配管４０ｂを細ければ、断熱材の量も削減することができ、もって給湯システム１のコストを削減することができる。
【００３０】
一方、循環配管７０を設けることで、給湯口６０で温水を使用しない場合に給湯母管５０内の温度が所定の値以下になるとポンプ３０が作動して、給湯配管４０及び給湯母管５０内の温水を給湯タンク２０に戻して温水を循環させる。給湯母管５０内の温水が冷めてしまっても、貯湯タンク２０内の熱い温水が給湯配管４０等に供給されることにより、給湯配管４０及び給湯母管５０内の温水を常時循環することなく所定の温度以上に保つことができる。よって、温水の利用者は、しばらく時間をおいて温水を使用する場合であっても、給湯口６０を開ければ直ちに温水を使用することができる。
【００３１】
また、給湯口６０で温水を使用しない場合にあっても、給湯配管４０ｂが細くすることにより給湯配管４０ｂの表面積を小さくすることができ、よって給湯配管４０ｂの内部に滞留しているお湯からの放熱量を削減することができる。また、給湯システムの使用状況によっては、ポンプ３０を作動させて給湯配管４０ｂに僅かな圧力をかけることで常時少量のお湯を循環させておくことも勿論可能である。
【００３２】
さらに、給湯口６０でしばらく温水を使用せず、給湯配管４０内の温水が冷めてしまった場合であっても、給湯配管４０ｂが細ければ給湯口６０を開くと同時に貯湯タンク２０の温かい温水は速い流速によりすばやく給湯口６０に到達するので、利用者は給湯口６０であまり待たされることなく温水を利用することができる。
【００３３】
なお、以上の実施形態の説明は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明はその趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に本発明にはその等価物が含まれることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施形態である給湯システム１の全体構成図である。
【符号の説明】
【００３５】
１  給湯システム
１０  加熱器
２０  給湯タンク
３０  ポンプ
４０  給湯配管
５０  給湯母管
６０  給湯口
７０  循環配管
８０  制御部
９０  圧力調整弁
【図１】
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