(57)【要約】【課題】例えば早朝等に熱源機を始動させて、短時間で、且つ迅速に十分に温度の高いある程度の量の被加熱流体を得ることが可能な流体加熱タンク装置を提供する。【解決手段】下部に被加熱流体入口１８を設け、上部に被加熱流体出口２２を設けて内部に被加熱流体を貯留する貯留タンク本体１６を有し、被加熱流体を、熱源機１２より排出される廃熱流体により加熱する流体加熱タンク装置において、液体貯留タンク本体内の上部に上部熱交換器２６を設け、下部に下部熱交換器２８を設け、熱源機の流体出口と上部熱交換器の一方の液体口とを送出管３０で連結し、熱源機の流体戻り口と下部熱交換器の一方の流体口とを戻り管３２で連結し、上部熱交換器の他方の流体口と下部熱交換器の他方の流体口とを直結管３４で連結し、廃熱流体を、上部熱交換器を通した後に下部熱交換器に通す。【選択図】  図１
2004190958.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下部に被加熱流体入口を設け、上部に被加熱流体出口を設けて内部に被加熱流体を貯留する縦長の貯留タンク本体を有し、前記被加熱流体を、熱源機より排出される廃熱流体により加熱するようにした流体加熱タンク装置において、
前記液体貯留タンク本体内の上部に上部熱交換器を設けると共に、下部に下部熱交換器を設け、
前記熱源機の流体出口と前記上部熱交換器の一方の液体口とを送出管で連結し、
前記熱源機の流体戻り口と前記下部熱交換器の一方の流体口とを戻り管で連結し、
前記上部熱交換器の他方の流体口と前記下部熱交換器の他方の流体口とを直結管で連結し、
前記廃熱流体を、前記上部熱交換器を通した後に前記下部熱交換器に通すように構成したことを特徴とする流体加熱タンク装置。
【請求項２】
下部に被加熱流体入口を設け、上部に被加熱流体出口を設けて内部に被加熱流体を貯留する縦長の貯留タンク本体を有し、前記被加熱流体を、熱源機より排出される廃熱流体により加熱するようにした流体加熱タンク装置において、
前記液体貯留タンク本体内の上部に上部熱交換器を設けると共に、下部に下部熱交換器を設け、
前記熱源機の流体出口と前記上部熱交換器の一方の液体口とを送出管で連結し、
前記熱源機の流体戻り口と前記下部熱交換器の一方の流体口とを戻り管で連結し、
前記送出管と前記下部熱交換器の他方の流体口とを分岐管で連結し、
前記上部熱交換器の他方の流体口と前記戻り管とを直結管で連結し、
前記廃熱流体を、前記上部熱交換器と前記下部熱交換器とに同時に並列に流すように構成したことを特徴とする流体加熱タンク装置。
【請求項３】
下部に被加熱流体入口を設け、上部に被加熱流体出口を設けて内部に被加熱流体を貯留する縦長の貯留タンク本体を有し、前記被加熱流体を、熱源機より排出される廃熱流体により加熱するようにした流体加熱タンク装置において、
前記液体貯留タンク本体内の上部に上部熱交換器を設けると共に、下部に下部熱交換器を設け、
前記熱源機の流体出口と前記上部熱交換器の一方の液体口とを送出管で連結し、
前記熱源機の流体戻り口と前記下部熱交換器の一方の流体口とを戻り管で連結し、
前記上部熱交換器の他方の流体口と前記下部熱交換器の他方の流体口とを直結管で連結し、
前記送出管と前記戻り管との間に交差するようにして２本の分岐管を設け、
前記送出管と前記戻り管と前記分岐管に弁を設け、
前記廃熱流体を、前記貯留タンク本体内の上部の被加熱流体の温度が低い時には前記上部熱交換器から前記下部熱交換器に向けて流し、温度が高い時には前記下部熱交換器から前記上部熱交換器に向けて流すように前記各弁の開閉を制御する制御部を設けるように構成したことを特徴とする流体加熱タンク装置。
【請求項４】
下部に被加熱流体入口を設け、上部に被加熱流体出口を設けて内部に被加熱流体を貯留する縦長の貯留タンク本体を有し、前記被加熱流体を、熱源機より排出される廃熱流体により加熱するようにした流体加熱タンク装置において、
前記液体貯留タンク本体内の上部に上部熱交換器を設けると共に、下部に下部熱交換器を設け、
前記熱源機の流体出口と前記上部熱交換器の一方の液体口とを送出管で連結し、
前記熱源機の流体戻り口と前記下部熱交換器の一方の流体口とを戻り管で連結し、
前記送出管と前記下部熱交換器の他方の流体口とを分岐管で連結し、
前記上部熱交換器の他方の流体口と前記戻り管とを直結管で連結し、
前記送出管と前記分岐管に、または前記戻り管と前記直結管に弁を設け、
前記廃熱流体を、前記貯留タンク本体内の上部の被加熱流体の温度が低い時には前記上部熱交換器のみに流し、温度が高い時には前記下部熱交換器のみに流すように前記弁の開閉を制御する制御部を設けるように構成したことを特徴とする流体加熱タンク装置。
【請求項５】
下部に被加熱流体入口を設け、上部に被加熱流体出口を設けて内部に被加熱流体を貯留する縦長の貯留タンク本体を有し、前記被加熱流体を、熱源機より排出される廃熱流体により加熱するようにした流体加熱タンク装置において、
前記液体貯留タンク本体内の上部に上部熱交換器を設けると共に、下部に下部熱交換器を設け、
前記熱源機の流体出口と前記上部熱交換器の一方の液体口とを送出管で連結し、
前記熱源機の流体戻り口と前記下部熱交換器の一方の流体口とを戻り管で連結し、
前記上部熱交換器の他方の流体口と前記下部熱交換器の他方の流体口とを直結管で連結し、
前記送出管と前記直結管とを分岐管で連結し、
前記送出管と前記分岐管に弁を設け、
前記廃熱流体を、前記貯留タンク本体内の上部の被加熱流体の温度が低い時には前記上部熱交換器から前記下部熱交換器に向けて流し、温度が高い時には前記下部熱交換器のみに流すように前記弁の開閉を制御する制御部を設けるように構成したことを特徴とする流体加熱タンク装置。
【請求項６】
下部に被加熱流体入口を設け、上部に被加熱流体出口を設けて内部に被加熱流体を貯留する縦長の貯留タンク本体を有し、前記被加熱流体を、熱源機より排出される廃熱流体により加熱するようにした流体加熱タンク装置において、
前記液体貯留タンク本体内の上部に上部熱交換器を設けると共に、下部に下部熱交換器を設け、
前記熱源機の流体出口と前記上部熱交換器の一方の液体口とを送出管で連結し、
前記熱源機の流体戻り口と前記下部熱交換器の一方の流体口とを戻り管で連結し、
前記上部熱交換器の他方の流体口と前記下部熱交換器の他方の流体口とを直結管で連結し、
前記送出管と前記戻り管との間に交差するようにして２本の分岐管を設け、
前記上部熱交換器をバイパスするために前記送出管と前記連結管とを連結するように上側バイパス管を設け、
前記下部熱交換器をバイパスするために前記戻り管と前記直結管とを連結するように下側バイパス管を設け、
前記各バイパス管に逆止弁と開閉弁とを介設すると共に、前記送出管と前記戻り管と前記分岐管に弁を介設し、
前記廃熱流体を、必要に応じて、前記上部熱交換器から下部熱交換器へ向けて流す場合と、下部熱交換器から上部熱交換器へ向けて流す場合と、上部熱交換器のみに流す場合と、下部熱交換器のみに流す場合とを、選択的に切り替えるように前記開閉弁及び弁の開閉を制御する制御部を備えるように構成したことを特徴とする流体加熱タンク装置。
【請求項７】
前記直結管の大部分が、前記液体貯留タンク内に収容されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の流体加熱タンク装置。
【請求項８】
前記上部熱交換器の近傍には、前記被加熱流体の温度を、直接的、或いは間接的に測定するための温度センサが設けられることを特徴とする請求項３乃至７のいずれかに記載の流体加熱タンク装置。
【請求項９】
前記上部熱交換器の直ぐ上流側の送出管と直ぐ下流側の直結管とには、それぞれ温度センサが設けられることを特徴とする請求項３乃至８のいずれかに記載の流体加熱タンク装置。
【請求項１０】
前記弁は、開閉弁であることを特徴とする請求項３乃至９のいずれかに記載の流体加熱タンク装置。
【請求項１１】
前記弁は、前記各管の分岐点に介設される三方弁で統合されることを特徴とする請求項３乃至９のいずれかに記載の流体加熱タンク装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コジュネレーション装置等の熱源機より排出される廃熱流体から熱を有効に回収することができる流体加熱タンク装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、化石燃料資源の有効利用の見地から、各種の燃料機関や発電機関等より排出される廃棄ガスや排出温水等から、熱を有効に回収するための装置として流体加熱タンク装置が知られている。
図９は従来の流体加熱タンク装置を示す概略構成図である。図示するように、この流体加熱タンク装置２は、特許文献１に開示されているように、縦長の円筒体状に成形された密閉型の貯留タンク本体４を有しており、この下部（底部）に被加熱流体入口６を設け、上部（天井部）に被加熱流体出口８を設け、被加熱流体としてここでは水道水を加熱して温水として供給し得るようになっている。そして、この貯留タンク本体４内の下部には、熱交換器１０が設置されており、この熱交換器１０に熱源機１２より排出される排気ガスや排出温水等の廃熱流体を流すことによって、上記水道水を加熱して温水を作るようになっている。
【０００３】
このように貯留タンク本体４内の底部に熱交換器１０を設置する理由は、対流によってタンク内の水道水全体を加熱できるようにするためである。ここで、上記熱源機は、エンジン駆動の熱電併供給システム（コジェネレーション装置）、マイクロガスタービン、燃料電池等が対応する。
また、他の従来の流体加熱タンク装置として、特許文献２に開示されるように、１つの貯留タンク本体内に複数、例えば２つの熱交換器を設置して、複数の独立した熱需要に応じるようにした技術も開発されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−２７０９０８号公報（第３頁、図１）。
【特許文献２】
特開２０００−２９７９６３号公報（図１）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、熱源機１２の１つである例えば熱電併供給システムは、深夜のように各家庭において使用電力が少ない時には、発電効率が悪いことから一般的には停止状態にあり、冷蔵庫等に必要とされる微少電力は商用電源で賄われている。そして、早朝になって人間が活動し始めてある程度以上の電力が使用され始めると、上記熱電併供給システムが起動し、これに伴って廃熱流体が排出されることになる。そして、この廃熱流体によって上記流体貯留タンク本体４内の水道水が加熱され、温水が作られる。
しかしながら、図９に示す装置例にあっては、流体貯留タンク本体４内の下部に熱交換器１０を設置してあるために、十分に温度の高い、例えば４０℃位の温水を得るまでに長時間を要し、例えば早朝に温水を使用したくてもタンク全体の水道水が温水になるまで長時間待たなければならない、といった問題があった。
【０００６】
また、特許文献２に開示された技術は、上記したような問題点を解決するために開発されたものではなく、依然として同様な問題が残っている。
本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明の目的は、早朝等のように熱源機を始動させると、短時間で、且つ迅速に十分に温度の高いある程度の量の被加熱流体を得ることが可能な流体加熱タンク装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る第１の発明は、下部に被加熱流体入口を設け、上部に被加熱流体出口を設けて内部に被加熱流体を貯留する縦長の貯留タンク本体を有し、前記被加熱流体を、熱源機より排出される廃熱流体により加熱するようにした流体加熱タンク装置において、前記液体貯留タンク本体内の上部に上部熱交換器を設けると共に、下部に下部熱交換器を設け、前記熱源機の流体出口と前記上部熱交換器の一方の液体口とを送出管で連結し、前記熱源機の流体戻り口と前記下部熱交換器の一方の流体口とを戻り管で連結し、前記上部熱交換器の他方の流体口と前記下部熱交換器の他方の流体口とを直結管で連結し、前記廃熱流体を、前記上部熱交換器を通した後に前記下部熱交換器に通すように構成したことを特徴とする流体加熱タンク装置である。
このように、貯留タンク本体内に上下に２つの熱交換器を設け、熱源機から排出される廃熱流体を常に上部熱交換器へ通した後に下部熱交換器へ通すようにしたので、貯留タンク本体内の上部に位置する被加熱流体の温度を迅速に昇温することができる。
【０００８】
請求項２に係る第２の発明は、下部に被加熱流体入口を設け、上部に被加熱流体出口を設けて内部に被加熱流体を貯留する縦長の貯留タンク本体を有し、前記被加熱流体を、熱源機より排出される廃熱流体により加熱するようにした流体加熱タンク装置において、前記液体貯留タンク本体内の上部に上部熱交換器を設けると共に、下部に下部熱交換器を設け、前記熱源機の流体出口と前記上部熱交換器の一方の液体口とを送出管で連結し、前記熱源機の流体戻り口と前記下部熱交換器の一方の流体口とを戻り管で連結し、前記送出管と前記下部熱交換器の他方の流体口とを分岐管で連結し、前記上部熱交換器の他方の流体口と前記戻り管とを直結管で連結し、前記廃熱流体を、前記上部熱交換器と前記下部熱交換器とに同時に並列に流すように構成したことを特徴とする流体加熱タンク装置である。
このように、貯留タンク本体内に上下に２つの熱交換器を設け、熱源機から排出される廃熱流体を２つに分岐して上下の２つの熱交換器へ常に同時並行的に流すようにしているので、第１の発明よりは迅速性は劣るが、貯留タンク本体内の上部に位置する被加熱流体の温度を迅速に昇温することができる。
【０００９】
請求項３に係る第３の発明は、下部に被加熱流体入口を設け、上部に被加熱流体出口を設けて内部に被加熱流体を貯留する縦長の貯留タンク本体を有し、前記被加熱流体を、熱源機より排出される廃熱流体により加熱するようにした流体加熱タンク装置において、前記液体貯留タンク本体内の上部に上部熱交換器を設けると共に、下部に下部熱交換器を設け、前記熱源機の流体出口と前記上部熱交換器の一方の液体口とを送出管で連結し、前記熱源機の流体戻り口と前記下部熱交換器の一方の流体口とを戻り管で連結し、前記上部熱交換器の他方の流体口と前記下部熱交換器の他方の流体口とを直結管で連結し、前記送出管と前記戻り管との間に交差するようにして２本の分岐管を設け、前記送出管と前記戻り管と前記分岐管に弁を設け、前記廃熱流体を、前記貯留タンク本体内の上部の被加熱流体の温度が低い時には前記上部熱交換器から前記下部熱交換器に向けて流し、温度が高い時には前記下部熱交換器から前記上部熱交換器に向けて流すように前記各弁の開閉を制御する制御部を設けるように構成したことを特徴とする流体加熱タンク装置である。
このように、貯留タンク本体内に上下に２つの熱交換器を設け、熱源機から排出される廃熱流体を、貯留タンク本体内の上部の被加熱流体の温度が低い時は上部から下部の熱交換器に向けて流し、逆に温度が高い時は下部から上部の熱交換器に向けて流すようにしたので、貯留タンク本体内の上部に位置する被加熱流体の温度を迅速に昇温することができる。
【００１０】
請求項４に係る第４の発明は、下部に被加熱流体入口を設け、上部に被加熱流体出口を設けて内部に被加熱流体を貯留する縦長の貯留タンク本体を有し、前記被加熱流体を、熱源機より排出される廃熱流体により加熱するようにした流体加熱タンク装置において、前記液体貯留タンク本体内の上部に上部熱交換器を設けると共に、下部に下部熱交換器を設け、前記熱源機の流体出口と前記上部熱交換器の一方の液体口とを送出管で連結し、前記熱源機の流体戻り口と前記下部熱交換器の一方の流体口とを戻り管で連結し、前記送出管と前記下部熱交換器の他方の流体口とを分岐管で連結し、前記上部熱交換器の他方の流体口と前記戻り管とを直結管で連結し、前記送出管と前記分岐管に、または前記戻り管と前記直結管に弁を設け、前記廃熱流体を、前記貯留タンク本体内の上部の被加熱流体の温度が低い時には前記上部熱交換器のみに流し、温度が高い時には前記下部熱交換器のみに流すように前記弁の開閉を制御する制御部を設けるように構成したことを特徴とする流体加熱タンク装置である。
このように、貯留タンク本体内に上下に２つの熱交換器を設け、熱源機から排出される廃熱流体を、貯留タンク本体内の上部の被加熱流体の温度が低い時には上部熱交換器のみに流し、温度が高い時には下部熱交換器のみに流すようにしたので、貯留タンク本体内の上部に位置する被加熱流体の温度を迅速に昇温することができる。
【００１１】
請求項５に係る第５の発明は、下部に被加熱流体入口を設け、上部に被加熱流体出口を設けて内部に被加熱流体を貯留する縦長の貯留タンク本体を有し、前記被加熱流体を、熱源機より排出される廃熱流体により加熱するようにした流体加熱タンク装置において、前記液体貯留タンク本体内の上部に上部熱交換器を設けると共に、下部に下部熱交換器を設け、前記熱源機の流体出口と前記上部熱交換器の一方の液体口とを送出管で連結し、前記熱源機の流体戻り口と前記下部熱交換器の一方の流体口とを戻り管で連結し、前記上部熱交換器の他方の流体口と前記下部熱交換器の他方の流体口とを直結管で連結し、前記送出管と前記直結管とを分岐管で連結し、前記送出管と前記分岐管に弁を設け、前記廃熱流体を、前記貯留タンク本体内の上部の被加熱流体の温度が低い時には前記上部熱交換器から前記下部熱交換器に向けて流し、温度が高い時には前記下部熱交換器のみに流すように前記弁の開閉を制御する制御部を設けるように構成したことを特徴とする流体加熱タンク装置である。
このように、貯留タンク本体内に上下に２つの熱交換器を設け、熱源機から排出される廃熱流体を、貯留タンク本体内の上部の被加熱流体の温度が低い時には上部熱交換器から下部熱交換器へ向けて流し、温度が高い時には下部熱交換器のみに流すようにしたので、貯留タンク本体内の上部に位置する被加熱流体の温度を迅速に昇温することができる。
【００１２】
請求項６に係る第６の発明は、下部に被加熱流体入口を設け、上部に被加熱流体出口を設けて内部に被加熱流体を貯留する縦長の貯留タンク本体を有し、前記被加熱流体を、熱源機より排出される廃熱流体により加熱するようにした流体加熱タンク装置において、前記液体貯留タンク本体内の上部に上部熱交換器を設けると共に、下部に下部熱交換器を設け、前記熱源機の流体出口と前記上部熱交換器の一方の液体口とを送出管で連結し、前記熱源機の流体戻り口と前記下部熱交換器の一方の流体口とを戻り管で連結し、前記上部熱交換器の他方の流体口と前記下部熱交換器の他方の流体口とを直結管で連結し、前記送出管と前記戻り管との間に交差するようにして２本の分岐管を設け、前記上部熱交換器をバイパスするために前記送出管と前記連結管とを連結するように上側バイパス管を設け、前記下部熱交換器をバイパスするために前記戻り管と前記直結管とを連結するように下側バイパス管を設け、前記各バイパス管に逆止弁と開閉弁とを介設すると共に、前記送出管と前記戻り管と前記分岐管に弁を介設し、前記廃熱流体を、必要に応じて、前記上部熱交換器から下部熱交換器へ向けて流す場合と、下部熱交換器から上部熱交換器へ向けて流す場合と、上部熱交換器のみに流す場合と、下部熱交換器のみに流す場合とを、選択的に切り替えるように前記開閉弁及び弁の開閉を制御する制御部を備えるように構成したことを特徴とする流体加熱タンク装置である。
これによれば、必要に応じて廃熱流体の流れる方向をどのようにも変化させることができ、従って、貯留タンク本体内の上部に位置する被加熱流体の温度を迅速に昇温することができる。
【００１３】
例えば請求項７に規定するように、前記直結管の大部分が、前記液体貯留タンク内に収容されている。これによれば、直結管の配置スペースやこれに巻き付ける断熱材等を不要にできる。
また、例えば請求項８に規定するように、前記上部熱交換器の近傍には、前記被加熱流体の温度を、直接的、或いは間接的に測定するための温度センサが設けられる。このように、上部熱交換器の近傍に温度センサを設けることにより、廃熱流体の流れ方向の切り替えを適切に行うことが可能となる。
また、例えば請求項９に規定するように、前記上部熱交換器の直ぐ上流側の送出管と直ぐ下流側の直結管とには、それぞれ温度センサが設けられる。このように、上部熱交換器の直ぐ上流側と直ぐ下流側にそれぞれ温度センサを設けることにより、廃熱流体の流れ方向の切り替えを適切に行うことが可能となる。
また、例えば請求項１０に規定するように、前記弁は、開閉弁である。
また、例えば請求項１１に規定するように、前記弁は、前記各管の分岐点に介設される三方弁で統合される。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係る流体加熱タンク装置の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。尚、従来装置と同一構成部分については同一参照符号を付して説明する。また、ここでは被加熱流体として水道水を用い、これを加熱して温水を作る場合を例にとって説明する。
＜第１の発明＞
図１は第１の発明の流体加熱タンク装置を示す概略構成図である。
図示するように、この流体加熱タンク装置１４は、縦長の円筒体状に形成された密閉型の貯留タンク本体１６を有しており、この下部（底部）には被加熱流体入口１８を設けてこれに連結される配管２０を介して貯留タンク本体１６内に被加熱流体として例えば水道水を常時導入し得るようになっている。
また、貯留タンク本体１６の上部（天井部）には被加熱流体出口２２が設けられており、これに連結される配管２４を介して温水を使用系へ供給するようになっている。上記貯留タンク本体１６の外周全体は図示しない断熱材により覆われている。
そして、この貯留タンク本体１６内の上部（天井部）には上部熱交換器２６を設け、下部（底部）には下部熱交換器２８を設けている。そして、各熱交換器２６、２８の媒体通路の両端にはこれに廃熱流体を流すための流体口２６Ａ、２６Ｂ及び２８Ａ、２８Ｂがそれぞれ設けられる。
【００１５】
一方、上記流体加熱タンク装置１４に対して廃熱流体を供給する熱源機１２は前述のように例えば熱電併供給システム、ガスタービン、燃料電池等よりなり、これには廃熱流体を送出する流体出口１２Ａと、上記流体加熱タンク装置１４から戻ってくる廃熱流体を取り込む流体戻り口１２Ｂとを有す。そして、上記熱源機１２の流体出口１２Ａと、上記貯留タンク本体１６の上部熱交換器２６の一方の流体口２６Ａとの間を送出管３０で連結している。また、上記熱源機１２の流体戻り口１２Ｂと、上記貯留タンク本体１６の下部熱交換器２８の一方の流体出口２８Ａとの間を戻り管３２で連結している。そして、上記上部熱交換器２６の他方の流体口２６Ｂと、上記下部熱交換器２８の他方の流体口２８Ｂとの間を直結管２４で連結している。尚、上記全ての配管類には断熱材が巻回されて保温処理が施されている。
【００１６】
次に、第１の発明の動作について説明する。
まず、早朝等において熱源機１２が動作すると、これより排出される廃熱流体は、送出管３０を介して先ず貯留タンク本体１６内の上部熱交換器２６を流れた後、直結管３４を介して下部熱交換器２８内を流れ、そして、戻り管３２を介して熱源機１２側へ戻ることになる。
従って、貯留タンク本体１６内の上部に位置する水道水の温度を迅速に昇温させて温水を作ることができる。このため、熱源機１２を動作させてから早期に温度の高い温水を迅速に得ることができる。また、構成部品も比較的少ないことから、このタンク装置全体を安価に提供することができる。
尚、上記廃熱流体としては、排気ガス、排出温水、排出蒸気等、どのような流体でも使用することができる。また、熱源機１２へ戻された廃熱流体は、例えば所定の処理が行われた後、或いは行われないで大気等へ放出されることになる。
【００１７】
＜第２の発明＞
次に、第２の発明について説明する。
図２は第２の発明の流体加熱タンク装置を示す概略構成図である。尚、この第２の発明は図１に示す第１の発明の配管系を基礎にしており、図１に示す装置例と同一構成部分には同一参照符号を付してその説明を省略する。
上記第１の発明では、廃熱流体は、常に上部熱交換器２６に先に流れ、その後に下部熱交換器２８に流れるようになっているので、貯留タンク本体１６内の水道水が上部と下部とで大きな温度ムラが発生し易くなってしまう。
この問題点を解決するために、この第２の発明では、直結管３４の下端部を、流出口２８Ａに連結するのではなく、戻り管３２に連結している。そして、送出管３０と上記下部熱交換器２８の他方の流体口２８Ｂとを連結するように分岐管３６を設けている。
【００１８】
この第２の発明によれば、熱源機により排出された廃熱流体は、常に２つに分流されて上部熱交換器２６と下部熱交換器２８へ同時に流れるので、貯留タンク本体１６内の上部に位置する水道水は上記第１の発明の場合よりは昇温速度は遅くなるが、図９に示す従来装置の場合よりもかなり迅速に昇温させて温水を作ることができる。また、下部熱交換器２８で昇温された温水は対流によって上方へ向かうので、貯留タンク本体１６内の上下間における温度ムラの発生は第１の発明よりは少なくすることができる。
また、ここでも部品点数は比較的少ないのでこのタンク装置全体を安価に提供することができる。
【００１９】
＜第３の発明＞
次に第３の発明について説明する。
図３は第３の発明の流体加熱タンク装置を示す概略構成図である。尚、この第３の発明は図１に示す第１の発明の配管系を基礎にしており、図１に示す装置例と同一構成部分には同一参照符号を付してその説明を省略する。
上記第１及び第２の発明では廃熱流体の流れ方向は固定であったが、これ以降の発明では弁を開いて必要に応じて廃熱流体の流れ方向を切り替えるようにしている。
【００２０】
図３に示すように、この第３の発明では、図１に示す第１の発明における送出管３０と戻り管３２との間に、２本の分岐管３８、４０を連結して形成している。この場合、この２本の分岐管３８、４０は、流れ方向が平行ではなく、交差するように、いわば分岐管３８、４０をクロスさせるようにして設けている。そして、各分岐管３８、４０の内、流体出口１２Ａ及び流体戻り口１２Ｂに近い方の分岐点にはそれぞれ弁として三方弁４２、４４が介設されており、必要に応じて流れ方向を切り替え得るようになっている。
また、上記上部熱交換器２６の近傍には、貯留タンク本体１６内の水道水の温度を、直接的、或いは間接的に測定する温度センサ４６が設けられている。この温度センサ４６は、水道水の温度を直接的に測定する場合には貯留タンク本体１６の内部に設ければよいし、間接的に測定する場合には貯留タンク本体１６の外壁に取り付けるようにすればよい。そして、この温度センサ３６の測定値を入力するための、例えばマイクロコンピュータ等よりなる制御部４８を有しており、この測定値に基づいて上記各三方弁４２、４４の切り替え操作を行うことになる。
【００２１】
この第３の発明の場合には、早朝などでまだ貯留タンク本体１６の上部に温水が貯まっていない時（温度が低い）には、熱源機１２から送出された廃熱流体は、実線の矢印（温水なし）で示すように、上側の三方弁４２、上部熱交換器２６、直結管３４、下部熱交換器２８、下側の三方弁４４を順次介して流れ、熱源機１２へ戻ることになる。
これにより、上部熱交換器２６側を優先的に加熱し、貯留タンク本体１６の上部に位置する水道水の温度は急速に昇温されて温水となる。この場合、上部熱交換器２６を流れ出た廃熱流体の温度は熱交換によりやや温度は下がっているが、これを下部熱交換器２８へ流すことにより、貯留タンク本体１６内の水道水全体を加熱することができる。
【００２２】
そして、貯留タンク本体１６の上部に位置する温水がある程度の温度、例えば設定温度４０℃に達すると、温度センサ４６は４０℃を測定し（直接的に測定する場合）、これを受けた制御部４８は、両三方弁４２、４４の流れ方向を同時に切り替えることになる。
このように両三方弁４２、４４が切り替わると、熱源機１２から送出された廃熱流体は、破線の矢印（温水あり）で示すように、上側の三方弁４２、一方の分岐管３８、下部熱交換器２８、直結管３４、上部熱交換器２６、他方の分岐管４０、下側の三方弁４４を順次介して流れ、熱源機１２へ戻ることになる。
このように、温水がある程度貯まると、廃熱流体を最初に下部熱交換器２８へ流し、その後、やや温度の下がった廃熱流体を上部熱交換器２６へ流して貯留タンク本体１６内の水道水全体の加熱を補助するように作用する。
【００２３】
その後、温水の使用等によって温度センサ４６の測定値が４０℃を切って低下した場合には、両三方弁４２、４４が切り替わり、再び上部熱交換器２６側を優先的に加熱することになる。
尚、温度センサ４６を貯留タンク本体１６の外壁に設けて温水の温度を間接的に測定する場合には、両三方弁４２、４４の切り替えのための設定温度は上記設定値４０℃よりも低く、例えば実験的に求めた設定値は３７℃程度になる。
【００２４】
次に、上記温度センサ４６のタンク高さ方向における取り付け位置について検討したので、その検討結果について説明する。
一般に、上記流体加熱タンク装置１４を家庭等に設置する場合を考えると、装置自体の高さは最大で２００ｃｍ程度であり、またタンク容量を１００〜１５０リットル程度とすると貯留タンク本体１６の外径は２５〜４０ｃｍ程度である。そして、家庭で早朝に直ちに必要とする湯量は早朝のシャンプーやシャワー等を考えると１０〜２０リットル程度である。従って、上述のように早朝に１０〜２０リットル程度の十分に温度の高い温水を迅速に確保するためには、上記温度センサ４６の取り付け位置は、貯留タンク本体１６の直径にもよるが、貯留タンク本体１６の頂点からの距離Ｌ１が略２０ｃｍ程度の位置に設置するのがよい。
【００２５】
＜第４の発明＞
次に第４の発明について説明する。
図４は第４の発明の流体加熱タンク装置を示す概略構成図である。尚、この第４の発明は図２に示す第２の発明の配管系を基礎にしており、更に図３に示す第３の発明の温度センサ４６や制御部４８を併せもっている。ここでは図１〜図３に示す装置例と同一構成部分については同一参照符号を付してその説明を省略する。
すなわち、この第４の発明の装置では、図２中の第２の発明で示す、送出管３０に対する分岐管３６の分岐点Ｐ１に、図３において説明したような三方弁４２を設けており、ここで廃熱流体の流れ方向を切り替えるようになっている。
【００２６】
そして、上記上部熱交換器２６の近傍には温度センサ４６を設けており、この温度センサ４６の測定値に基づいて、制御部４８は上記三方弁４２の切り替えを制御するようになっている。
この第４の発明の場合には、早朝などで温水が貯まっていない時には、熱源機１２から送出された廃熱流体は、実線の矢印（温水なし）に示すように送出管３０、三方弁４２、上部熱交換器２６、直結管３４及び戻り管３２を経由して熱源機１２へ戻ることになる。これにより、上部熱交換器２６の近傍で水道水を迅速に加熱昇温して温水を作ることができる。
ここで、設定温度、例えば４０℃程度の温水がある程度の量だけ貯まると、これを温度センサ４６が検出測定し、制御部４０は上記三方弁４２を切り替えてその廃熱流体の流れ方向を切り替える。この状態では、熱源機１２から送出された廃熱流体は、破線の矢印（温水あり）に示すように送出管３０、三方弁４２、分岐管３６、下部熱交換器２８及び戻り管３２を経由して熱源機１２へ戻ることになる。
【００２７】
このようにして、貯留タンク本体１６内の上部において例えば４０℃以上の温水が所定量有る、無しに応じて、廃熱流体は、三方弁４２の切り替えによって、上部熱交換器２６と下部熱交換器２８に選択的に流されることになる。また、下部熱交換器２８に廃熱媒体が流されることにより、この貯留タンク本体１６内の水道水全体が対流により加熱されることになり、時間の経過と共に、この下部熱交換器２８から上の水道水は略同じ温度に加熱されることになる。
尚、図４に示す装置例では、三方弁４２を送出管３０と分岐管３６との分岐点に設けるようにしたが、これに替えて、戻り管３２と直結管３４との接続点Ｐ２に設けるようにしてもよく、上述したと同様な動作及び作用を発揮する。
【００２８】
＜第５の発明＞
次に第５の発明について説明する。
図５は第５の発明の流体加熱タンク装置を示す概略構成図である。尚、この第５の発明は図１に示す第１の発明の配管系を基礎にしており、図１〜図４に示す装置例と同一構成部分については同一参照符号を付してその説明を省略する。
この第５の発明では、図１に示す装置例に対して、送出管３０と直結管３４とを連結するようにして分岐管５２を設けている。そして、送出管３０とこの分岐管５２との分岐点に三方弁４２を設けて廃熱流体の流れ方向の切り替えを行うようになっている。また貯留タンク本体１６内に温度センサ４６を設け、上記三方弁４２の切り替え動作は制御部４６で行われる。
【００２９】
この第５の発明の場合には、早朝などで温水が貯まっていない時には、熱源機１２から送出された廃熱流体は、実線の矢印（温水なし）に示すように、送出管３０、三方弁４２、上部熱交換器２６、直結管３４、下部熱交換器２８及び戻り管３２を介して熱源機１２へ戻ることになる。この場合、上部熱交換器２６を通過した廃熱流体はまだ加熱能力を有しているので、熱源の有効利用のために下部熱交換器２８へも通過させることとしている。これにより、上部熱交換器２６の近傍で水道水を迅速に加熱昇温して温水を作ることができる。
【００３０】
ここで、設定温度、例えば４０℃程度の温水がある程度貯まると、これを温度センサ４６が検出測定し、制御部４０は上記三方弁４２を切り替えてその廃熱流体の流れ方向を切り替える。この状態では、熱源機１２から送出された廃熱流体は、破線の矢印（温水あり）に示すように、送出管３０、三方弁４２、分岐管５２、下部熱交換器２８及び戻り管３２を介して熱源機１２へ戻ることになる。
このようにして、下部熱交換器２８に廃熱媒体が流されることにより、この貯留タンク本体１６内の水道水全体が対流により加熱されることになり、時間の経過と共に、この下部熱交換器２８から上の水道水は略同じ温度に加熱されることになる。
尚、ここで廃熱流体を最初に下部熱交換器２８へ通した場合に、これより流出した廃熱流体を上部熱交換器２６へ通すことなくそのまま熱源機１２へ戻した理由は、貯留タンク本体１６内の下部の水道水の温度がかなり低い場合には、この下部熱交換器２８を通過した廃熱流体の温度は相当低下することになり、従って、この温度の低下した廃熱流体を上部熱交換器２６に通過させると、折角貯まった温水から熱を奪う場合が生ずるからである。
【００３１】
＜第６の発明＞
次に第６の発明について説明する。
図６は第６の発明の流体加熱タンク装置を示す概略構成図である。尚、この第６の発明は図３に示す第３の発明の配管系を基礎にしており、図１〜図５に示す装置例と同一構成部分については同一参照符号を付してその説明を省略する。
すなわち、この第６の発明では、図３に示す第３の発明の配管構成に加えて、上部熱交換器２６をバイパスするために、送出管３０と直結管３４とを連結するように上側バイパス管６０を設ける。更に、下部熱交換器２８をバイパスするために、連結管３４と戻り管３２とを連結するように下側バイパス管６２を設ける。そして、上側バイパス管６０に逆止弁６４と開閉弁６６とをそれぞれ介設し、下側バイパス管６２にも逆止弁６８と開閉弁７０とをそれぞれ介設する。
【００３２】
この場合、両逆止弁６４、６８は、共に熱源機１２側へ向かう方向へは流れ（順方向）、この逆方向へは流れないようになっている。また両開閉弁６６、７０の開閉動作は、他の三方弁４２、４４と同様に制御部４８により制御される。
さて、この第６の発明では、先の各発明で説明したような廃熱流体の流れを、各弁の切り替えにより選択的にできるようにしたものである。すなわち、上側及び下側の各バイパス管６０、６２の開閉弁６６、７０を共に閉状態とすることにより、実質的に図３に示したと同様な配管構成となる。従って、この状態では、上部熱交換器２６から下部熱交換器２８へ向かう流れと、逆に下部熱交換器２８から上部熱交換器２６へ向かう流れとを選択的に切り替えることができる。
【００３３】
また、上部熱交換器２６のみに廃熱流体を流す場合（温水なしの状態）には、上側バイパス管６０の開閉弁６６を閉状態とし、逆に下側バイパス管６２の開閉弁７０を開状態とする。これにより、廃熱流体は、送出管３０、上部熱交換器２６、直結管３４、下側バイパス管６２、三方弁４４及び戻り管３２の順序で流れることになる。
また、下部熱交換器２６のみに廃熱流体を流す場合（温水ありの状態）には、上側バイパス管６０の開閉弁６０を開状態とし、逆に下側バイパス管６２の開閉弁７０を閉状態とする。これにより、廃熱流体は、送出管３０、三方弁３２、分岐管３８、下部熱交換器２８、直結管３４、上側バイパス管６０、分岐管４０、三方弁４４及び戻り管３２の順序で流れることになる。
【００３４】
尚、以上の各発明の実施において、上部熱交換器２６と下部熱交換器２８とを直結する直結管３４は、貯留タンク本体１６の外側に設けたが、これに限定されず、図７に示すように、この直結管３４の大部分を上記貯留タンク本体１６内を上下方向に挿通させるようにしてもよい。そして、挿通部にはシール部材７２を介在させる。これによれば、この直結管３４自体が熱交換器の機能を果すのみならず、直結管３４の配管用のスペースを省略でき、しかもこの直結管３４に施すべき断熱材も不要にできる。
【００３５】
また、上記各発明の実施例で用いた各三方弁４２、４４に替えて、図８に示すように２組の開閉弁を設けるようにしてもよい。例えば図３に示す送出管３０に対する分岐管３８の分岐箇所を例にとれば、図８に示すように、送出管３０に関しては分岐点の下流側に第１の開閉弁７４を介設し、分岐管３８に第２の開閉弁７６を介設し、これらの両開閉弁７４、７６を開状態と閉状態とを互い違いに同期させて切り替えるようにすればよい。
また更に、上記各発明の実施例では上部熱交換器２６の近傍に１つの温度センサ４６を設けたが、これを高さＬ１（図３参照）を異ならせて複数個設けるようにすれば、早朝加熱に必要な温水の体積を、使用する温度センサを切り替えることにより変更することができる。
【００３６】
また、上部熱交換器２６の２つの流出口２６Ａ、２６Ｂ或いはこれらに連結される管類に２つの温度センサを設けて上部熱交換器７６への流入直前の廃熱流体の温度と流出直後の廃熱流体の温度とを比較して温度差を求めることにより、どの程度の熱量が熱交換されているかを制御部４８で知ることができる。そして、上記温度差が所定値よりも小さくなった時に、熱交換量が少なくなったことを示すので弁の切り替えをして廃熱流体の流れ方向を切り替えを行うようにしてもよい。
また、本発明では被加熱流体として水道水を加熱して温水を作る場合を例にとって説明したが、これに限定されないのは勿論である。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の流体加熱タンク装置によれば、次のように優れた作用効果を発揮することができる。
請求項１、１０、１１に係る発明によれば、貯留タンク本体内に上下に２つの熱交換器を設け、熱源機から排出される廃熱流体を常に上部熱交換器へ通した後に下部熱交換器へ通すようにしたので、貯留タンク本体内の上部に位置する被加熱流体の温度を迅速に昇温することができる。
請求項２に係る発明によれば、貯留タンク本体内に上下に２つの熱交換器を設け、熱源機から排出される廃熱流体を２つに分岐して上下の２つの熱交換器へ常に同時並行的に流すようにしているので、第１の発明よりは迅速性は劣るが、貯留タンク本体内の上部に位置する被加熱流体の温度を迅速に昇温することができる。
請求項３に係る発明によれば、貯留タンク本体内に上下に２つの熱交換器を設け、熱源機から排出される廃熱流体を、貯留タンク本体内の上部の被加熱流体の温度が低い時は上部から下部の熱交換器に向けて流し、逆に温度が高い時は下部から上部の熱交換器に向けて流すようにしたので、貯留タンク本体内の上部に位置する被加熱流体の温度を迅速に昇温することができる。
請求項４に係る発明によれば、貯留タンク本体内に上下に２つの熱交換器を設け、熱源機から排出される廃熱流体を、貯留タンク本体内の上部の被加熱流体の温度が低い時には上部熱交換器のみに流し、温度が高い時には下部熱交換器のみに流すようにしたので、貯留タンク本体内の上部に位置する被加熱流体の温度を迅速に昇温することができる。
請求項５に係る発明によれば、貯留タンク本体内に上下に２つの熱交換器を設け、熱源機から排出される廃熱流体を、貯留タンク本体内の上部の被加熱流体の温度が低い時には上部熱交換器から下部熱交換器へ向けて流し、温度が高い時には下部熱交換器のみに流すようにしたので、貯留タンク本体内の上部に位置する被加熱流体の温度を迅速に昇温することができる。
請求項６に係る発明によれば、必要に応じて廃熱流体の流れる方向をどのようにも変化させることができ、従って、貯留タンク本体内の上部に位置する被加熱流体の温度を迅速に昇温することができる。
請求項７に係る発明によれば、直結管の配置スペースやこれに巻き付ける断熱材等を不要にできる。
請求項８に係る発明によれば、上部熱交換器の近傍に温度センサを設けることにより、廃熱流体の流れ方向の切り替えを適切に行うことができる。
請求項９に係る発明によれば、上部熱交換器の直ぐ上流側と直ぐ下流側にそれぞれ温度センサを設けることにより、廃熱流体の流れ方向の切り替えを適切に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は第１の発明の流体加熱タンク装置を示す概略構成図である。
【図２】第２の発明の流体加熱タンク装置を示す概略構成図である。
【図３】第３の発明の流体加熱タンク装置を示す概略構成図である。
【図４】第４の発明の流体加熱タンク装置を示す概略構成図である。
【図５】第５の発明の流体加熱タンク装置を示す概略構成図である。
【図６】第６の発明の流体加熱タンク装置を示す概略構成図である。
【図７】直結管を貯留タンク本体内に収容した状態を示す図である。
【図８】三方弁と等価になされた２つの開閉弁の配設状態を示す図である。
【図９】従来の流体加熱タンク装置を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１２  熱源機
１２Ａ  流体出口
１２Ｂ  液体戻り口
１４  流体加熱タンク装置
１６  貯留タンク本体
１８  被加熱流体入口
２２  被加熱流体出口
２６  上部熱交換器
２８  下部熱交換器
２６Ａ，２６Ｂ  流体口
２８Ａ，２８Ｂ  流体口
３０  送出管
３２  戻り管
３４  直結管
３６，３８，４０  分岐管
４２，４４  三方弁
４６  温度センサ
４８  制御部
６０  上側バイパス管
６２  下側バイパス管
６４，６８  逆止弁
６６，７０  開閉弁
【図１】
2004190958.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2004190958.tif 000006
【図５】
2004190958.tif 000007
【図６】
2004190958.tif 000008
【図７】
2004190958.tif 000009
【図８】
2004190958.tif 000010
【図９】
2004190958.tif 000011