(57)【要約】【課題】水蒸気が吸着材に吸着する際に発生する吸着熱により追い焚きする追い焚き装置を備えた給湯装置を提供する。【解決手段】作動媒体の水を収容する第１の容器１０、吸着材を収容し、第１の容器とバルブ６を介して連結された第２の容器４、第１の容器１０内の作動媒体を加熱する第１の熱交換器９、第２の容器における吸着材の吸着熱により加熱される第２の熱交換器２、吸着材に吸着された作動媒体を吸着材から離脱させるために吸着材を加熱する第３の熱交換器３、並びに浴槽内の浴水を第１の熱交換器９から第２の熱交換器２をとおして浴槽内へ戻す浴水の追い焚き回路からなる追い焚き装置を具備する。吸着材を再生するための熱交換器３の加熱は深夜電力などを利用する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
浴槽への給湯機能を有する給湯装置であって、作動媒体が吸着材に吸着する際に発生する吸着熱により浴水の追い焚きを行う追い焚き装置を具備することを特徴とする追い焚き機能付き給湯装置。
【請求項２】
前記追い焚き装置が、作動媒体を収容する第１の容器、吸着材を収容するとともに前記第１の容器とバルブを介して連結された第２の容器、第１の容器内の作動媒体を加熱する第１の熱交換器、第２の容器における前記吸着材の吸着熱により加熱される第２の熱交換器、並びに浴槽内の浴水を前記第１の熱交換器から第２の熱交換器をとおして浴槽内へ戻す浴水の追い焚き回路を具備する請求項１記載の追い焚き機能付き給湯装置。
【請求項３】
前記追い焚き装置が、前記吸着材に吸着された作動媒体を吸着材から離脱させるために前記吸着材を加熱する第３の熱交換器を具備し、前記バルブの開閉によって浴水の追い焚きおよび吸着材の再生を制御する請求項２記載の追い焚き機能付き給湯装置。
【請求項４】
第２の熱交換器および第３の熱交換器が、外側にフィンを有する二重管で一体に構成され、その外側の管が第２の熱交換器であり、内側の管が第３の熱交換器であり、前記吸着材が前記フィン間に充填されている請求項３記載の追い焚き機能付き給湯装置。
【請求項５】
前記作動媒体が水であり、前記吸着材がゼオライトである請求項１記載の追い焚き機能付き給湯装置。
【請求項６】
第１および第２の容器内およびバルブ内は、大気圧よりも低い圧力に保持されている請求項５記載の追い焚き機能付き給湯装置。
【請求項７】
給湯装置がヒートポンプユニットと貯湯ユニットからなり、第３の熱交換器が前記ヒートポンプユニットのヒートポンプの出力に接続されており、第２の容器と前記バルブ間の配管がヒートポンプの熱交換器を通り冷却されるように構成された請求項３記載の追い焚き機能付き給湯装置。
【請求項８】
給湯装置が電気温水器からなり、第３の熱交換器が前記電気温水器内に設置されている請求項３記載の追い焚き機能付き給湯装置。
【請求項９】
請求項２の追い焚き装置において、熱交換器のフィンおよびパイプ部は、銅、アルミニウム、ステンレスのいずれかからなり、前記パイプ部は２重管からなることを特徴とする追い焚き機能付き給湯装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、浴槽への追い焚き機能を具備した給湯装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ヒートポンプと貯湯タンクからなる給湯装置において、ヒートポンプで焚き上げた貯湯タンクの湯を浴槽内に供給して浴水として使用し、浴水の温度が下がると、貯湯タンクの湯を浴槽に足すことにより、浴水の温度低下を防ぐようにしたものがある。また、貯湯タンク内の上部に熱交換器を設置し、浴水の温度が低下すると、貯湯タンクの熱交換器に浴水を流して、追い焚きを行うようにしたものがある（特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−４８３９３号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、浴水の温度が下がったとき貯湯タンクの湯を足すようにすると、貯湯タンクの容積が３７０Ｌのように比較的小さい場合には、貯湯タンクの湯が浴槽のみに使用され、食器洗浄など他の目的に使用するには湯が不足してしまうという不都合がある。また、貯湯タンク内に熱交換器を設置して追い焚きをする場合には、追い焚きする毎に、貯湯タンク内の湯の温度が下がるため、電気ヒータやヒートポンプで加熱する必要がある。そのため、深夜電力を利用する貯湯タンクに、昼間電力を使用せねばならなくなる。
本発明は、上記従来の電気温水器やヒートポンプによる貯湯タンク内の湯による追い焚きの問題点を鑑み、給湯装置に夜間電力による蓄熱による追い焚き機能を備えた給湯装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の給湯装置は、浴槽への給湯機能を有する給湯装置であって、作動媒体が吸着材に吸着する際に発生する吸着熱により浴水の追い焚きを行う追い焚き装置を具備する。
ここにおいて、前記追い焚き装置は、作動媒体を収容する第１の容器、吸着材を収容するとともに第１の容器とバルブを介して連結された第２の容器、第１の容器内の作動媒体を加熱する第１の熱交換器、第２の容器における前記吸着材の吸着熱により加熱される第２の熱交換器、並びに浴槽内の浴水を前記第１の熱交換器から第２の熱交換器をとおして浴槽内へ戻す浴水の追い焚き回路を具備することが好ましい。
前記追い焚き装置は、さらに前記吸着材に吸着された作動媒体を吸着材から離脱させるために前記吸着材を加熱する第３の熱交換器を具備し、前記バルブの開閉によって浴水の追い焚きおよび吸着材の再生を制御するように構成することが好ましい。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明の好ましい実施の形態による追い焚き機能付き給湯装置は、作動媒体を収容する第１の容器、吸着材を収容するとともに第１の容器とバルブを介して連結された第２の容器、第１の容器内の作動媒体を加熱する第１の熱交換器、第２の容器における前記吸着材の吸着熱により加熱される第２の熱交換器、前記吸着材に吸着された作動媒体を吸着材から離脱させるために前記吸着材を加熱する第３の熱交換器、並びに浴槽内の浴水を前記第１の熱交換器から第２の熱交換器をとおして浴槽内へ戻す浴水の追い焚き回路からなる追い焚き装置を具備する。
【０００７】
前記の追い焚き装置は、追い焚き回路に備えるポンプおよび前記バルブを制御する制御手段を備え、前記バルブの開閉によって浴水の追い焚きおよび吸着材の再生を制御する。
さらに好ましい実施の形態においては、第２の熱交換器および第３の熱交換器が、外側にフィンを有する二重管で一体に構成され、その外側の管が第２の熱交換器であり、内側の管が第３の熱交換器であり、前記吸着材が前記フィン間に充填されている。
熱交換器のフィンおよび管部は、銅、アルミニウム、ステンレス鋼のいずれかからなることが好ましい。
【０００８】
本発明の好ましい実施の形態において、前記作動媒体は水であり、前記吸着材はゼオライトである。
第１および第２の容器内およびバルブ内は、大気圧よりも低い圧力に保持され、水蒸気の移動が速やかに行われるように構成されることが好ましい。
【０００９】
本発明の他の好ましい実施の形態において、給湯装置がヒートポンプユニットと貯湯ユニットからなり、第３の熱交換器が前記ヒートポンプユニットのヒートポンプの出力に接続されており、第２の容器と前記バルブ間の配管がヒートポンプの熱交換器を通り冷却されるように構成されている。
本発明のさらに他の好ましい実施の形態において、給湯装置が電気温水器からなり、第３の熱交換器が前記電気温水器内に設置されている。
以下、図面を参照して本発明による追い焚き機能付き給湯装置を詳細に説明する。
【００１０】
《実施の形態１》
図１は本発明の追い焚き機能を発揮する吸着材による追い焚き装置を示す。
吸着材１は、熱交換器２および３と一体の熱交換器モジュールとして容器４内に収納されている。熱交換器モジュール２０は、図２および図３に示すように、銅の二重管からなり、フィン２１の間に吸着材１が充填され、フィン２１の外周はステンレス鋼の網２４で覆われている。吸着材としては、例えば、ゼオライト１３Ｘを用いる。容器４は、配管５および７によりバルブ６を介して水８を収納する容器１０に連結されている。図１に示す熱交換器２は、図２の熱交換器モジュール２０の外側の熱交換器に相当し、浴水１８が流れるようになっている。図１の熱交換器３は、図２の内側の熱交換器に相当し、吸着材１の再生のための例えば温水が流れるようになっている。即ち、熱交換器２および３は共通のフィンを有する。
【００１１】
熱交換器２の一方は、浴槽１７に設置されたアダプター１５に連結された配管１４と接続されている。熱交換器２の他方は、容器１０内に設置された熱交換器９と接続され、この熱交換器９は、配管１３によりポンプ１２を介して浴槽１７に設置されたアダプター１５に接続されている。容器４、配管５、配管７、バルブ６および容器１０内の圧力は、大気圧よりもかなり低く、水蒸気の圧力のみである。熱交換器３は、例えば８０〜１１０℃の温度の冷媒、例えば温水や炭酸ガスなどが流れるようになっており、吸着材１を加熱して再生を行う。
【００１２】
図２に示される熱交換器モジュール２０の長さは例えば３０ｃｍ、フィン２１の外径は５ｃｍ、内径は２ｃｍであり、肉厚１ｍｍの銅管の熱交換器２の外側面に肉厚１ｍｍのフィン２１が例えば５ｍｍピッチで半田または溶接等で固定されている。熱交換器モジュール２０一本でおよそ０．５ｋｇのゼオライトを充填できる。容器１０内の熱交換器９は、例えば通常の銅管を螺旋状またはつづら状に巻いたものである。
【００１３】
浴槽１７内の浴水１８の温度が温度センサ１６によって所定の設定温度、例えば４２℃より２〜３℃低く検出されると、図示しない制御手段が働いてポンプ１２が作動すると共にバルブ６が開かれる。それによって、熱交換器９には配管１３から３８〜３９℃の浴水が流れ、容器１０内は約５０Ｔｏｒｒの水蒸気で満たされる。吸着材による発熱には、通常大気から集めた熱を使って蒸発器内の水を蒸発させるので、例えば外気温が１０℃であると、蒸発器内の水蒸気圧は９Ｔｏｒｒ程度となり、蒸発量は少ない。本実施の形態では、浴槽内の浴水の温度を活用するので、蒸発器内には高い蒸気圧が期待できる。即ち、瞬時に吸着材に多量の水蒸気を吸着できるため、短時間で追い焚きが可能となる。熱交換器９を通った浴水１８は、熱交換器２で、吸着材１へ水蒸気が吸着した際に発生する吸着熱を奪い、４５℃以上の温度になり、配管１４から再び浴槽１７内に戻される。
【００１４】
吸着材１にはどの程度蓄熱が可能であるのかを図６のグラフを用いて説明する。図６では、横軸に相対湿度をとり、上部の縦軸は吸着材への水蒸気の吸着量を示し、下部の縦軸は水の蒸気圧を示す。吸着材として上記のゼオライトを用いると、図６に示すように吸着特性はラングミュア型を示し、低い相対湿度で十分な吸着特性を示す。例えば、吸着材を再生する温度として１００℃の温度を与えたとすると、容器１０内の温度をファン１１で１０℃まで下げることができれば、容器１０内の蒸気圧は９Ｔｏｒｒとなる。
【００１５】
図６に示すように、吸着材１には、０．０５ｇ（水）／ｇ（ゼオライト）程度の水が残るだけで、飽和吸着量との差は、０．２５ｇ／ｇ程度とれることになる。発熱の際には、容器１０の水の温度を３８℃とすると、水の蒸気圧は５０Ｔｏｒｒとなり、４５℃の湯を出湯する場合には、０．２５ｇ／ｇの水蒸気の吸着がすべて完了するまで、熱を取り出すことができる。ゼオライトへの水の吸着熱は７９．５ｋＪ／ｍｏｌ、即ち４４００ｋＪ／ｋｇであるから、０．２５ｇ／ｇの水蒸気が吸着すると、ゼオライト１ｋｇ当たり、１１００ｋＪの熱エネルギーが発生することになる。また、０．２５ｋｇの水蒸気を発生するための蒸発熱エネルギーは、６００ｋＪであるから、ゼオライト１ｋｇ当たりこの差５００ｋＪが浴水１８に与えられることになる。従って浴水１８を昇温することが可能となる。
【００１６】
浴槽１７内の浴水１８の体積を２００Ｌとし、３８℃になった浴水１８を４２℃まで昇温するためには、約３３００ｋＪの熱量を必要とする。図２に示す熱交換器モジュール２０一本で０．５ｋｇのゼオライトを充填できるので、即ち３００ｋＪに相当し、熱交換器モジュール２０が約１１本あればよいことになる。５回程度追い焚きするとなると、５５本必要であるが、およそ２０Ｌの容器に収納することが可能である。また、水８を収納した容器１０は、約７Ｌの水と熱交換器９が収納できる必要があるので、１０Ｌ程度の容積が必要となる。即ち、容器４と容器１０を合わせて３０Ｌ程度の容積となる。吸着材１の発熱時に、容器１０内の水を凍結させずに蒸発させるために、十分な熱エネルギーを供給する必要がある。本実施の形態では、水の蒸発の熱源として浴水を使用しているので、改めて熱源を準備する必要もなく、また水面が凍結する心配もないので、安定して水蒸気を吸着材に送り込むことができる。
【００１７】
《実施の形態２》
本実施の形態では、ヒートポンプ、例えば炭酸ガスを冷媒とするヒートポンプユニット４１に、実施の形態１で説明した追い焚き装置を組み込んだ例を図４により説明する。
追い焚き装置の各構成要素については、図１と同じ番号を付し、説明を省略する。ヒートポンプユニット４１は、圧縮機４３、熱交換器４６、膨張弁４５、および熱交換器４４からなり、これらは冷媒をとおす配管により接続されている。る。４２はファンである。
【００１８】
図４において、バルブ６と水８を収納する容器１０とを接続する配管７は、熱交換器４４を通して冷却されるようにし、吸着材１の再生時に発生した水蒸気の凝縮をし易いようにしている。また、吸着材１の再生には、深夜電力を使ってヒートポンプからの熱を利用するようにしている。すなわち、吸着材１の再生に利用される熱交換器３には、配管４８および４９によりヒートポンプユニット４１の加熱された冷媒が流れるようになっている。ヒートポンプによりおよそ１１０℃程度まで熱が得られるので、図６に示すように、吸着材１には、０．０５ｇ／ｇ程度の水分しか残らないようにできる。また、貯湯タンク５２内の水は、ポンプ５３を備えた配管５５からヒートポンプユニット４１の熱交換器４６をとおして加熱され、配管５４により貯湯タンクに戻される。このようにヒートポンプで発生した熱は、貯湯タンク５２に温水として溜められる。
【００１９】
貯湯タンク５２には配管５７より水道水が供給され、タンク内の温水は配管５９および６０をとおして浴槽１７に供給される。また、配管５９に連結された配管６１の先端の蛇口６２から適宜温水を取りだし、食器洗浄などに利用することができる。浴槽１７内の浴水１８の温度が、例えば、３８℃まで低下した場合には、追い焚き装置が作動し、実施の形態１で説明したように、浴水１８がポンプ１２の働きにより配管１３に流れ、容器１０内の水８の蒸発を容易にする。一方、バルブ６が開くから容器１０の水蒸気は容器４の吸着材に吸着され、直ちに吸着材の温度が上昇し、浴水は熱交換器により加熱され、昇温した浴水１８が配管１４をとおって浴槽１７に戻される。
本実施の形態によれば、深夜電力を使って、ＣＯＰが３以上のＣＯ２ヒートポンプで貯湯タンク５２に温水が溜められるだけでなく、追い焚き用の吸着材の再生にも使用されているので、低コストで十分な給湯が可能となる。
【００２０】
《実施の形態３》
本実施の形態では、電気温水器を用いた給湯装置に、実施の形態１で説明した追い焚き装置を適用した例を図５により説明する。
吸着材１の再生には、貯湯タンク７２内の温水を使用し、容器１０内の水の凝縮には実施の形態１で示したようなファン１１を用いる。電気温水器７１の貯湯タンク７２内には、深夜電力を利用した電気ヒータ７５が設置され、配管８１よりタンク内に蓄えられた水道水は電気ヒータ７５により加熱されて温水となる。その温水は、配管８１から水道水を供給することにより、押し上げられて配管８２および８３から浴槽１７内へ供給される。また、配管８４の蛇口８５から適宜温水を取り出すことができる。
【００２１】
さて、貯湯タンク７２の上部には、例えばステンレス鋼管からなる螺旋状あるいはつづらおり状の熱交換器７３が設置されている。熱交換器７３は、ポンプ７６を介して、吸着材１の熱交換器３に接続されている。従って、熱交換器７３内の媒体、例えば水は貯湯タンク７２内の温水により加熱され、吸着材を加熱再生する。また、貯湯タンク７２内の熱交換器７３の直下には、加熱用電気ヒータ７４が設置されている。そして、貯湯タンク内の熱が吸着材１の再生に使用することによって、タンク内の湯の温度が低下すると、加熱用電気ヒータ７４で加熱されるので、貯湯タンク７２内の温水の温度は、昼間の使用には支障がない。従って、深夜電力により、低コストで温水が得られるが、実施の形態２で説明したヒートポンプを使用した場合に比べて高くつく。ここでは、吸着材１の再生に貯湯タンク７２内の温水を利用したが、温水の代わりに電気ヒータを用いて、直接吸着材１を加熱して再生してもよいことはいうまでもない。この場合、熱交換器３は不要となるので、二重管にする必要はない。
【００２２】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、主として深夜電力を用いて吸着材の再生を行うとともに、浴槽からの浴水の温度を利用して蒸発器内の水の蒸発を促進するので、特別に熱源を設ける必要がない。また、蒸発器で発生した水蒸気を圧力差のみで吸着材まで移動させて吸着させ、吸着に伴って発生する非常に大きな吸着熱を浴水の追い焚きに活用するので、追い焚き時には浴水の循環とバルブの操作に電力を使用するのみで、低コストで追い焚きが可能となり、快適な入浴を楽しむことができる。また、作動媒体として水を使用しているので安全である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態による追い焚き装置の構成を示す図である。
【図２】追い焚き装置に用いた熱交換器モジュールの縦断面図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。
【図４】本発明の追い焚き装置を組み込んだ給湯装置の構成例を示す図である。
【図５】本発明の追い焚き装置を組み込んだ給湯装置の他の構成例を示す図である。
【図６】相対湿度と吸着特性の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１  吸着材
２、３、９  熱交換器
４、１０  容器
５、７、１３、１４  配管
６  バルブ
８  水
１１  ファン
１２  ポンプ
１６  温度センサ
２０  熱交換器モジュール
２１  フィン
２３  ゼオライト
２４  ステンレス鋼網
４１  ヒートポンプユニット
４３  圧縮機
４４、４６、４７  熱交換器
４５  膨張弁
５１  貯湯ユニット
５２  貯湯タンク
７１  電気温水器
７２  貯湯タンク
７３  熱交換器
７４、７５  電気ヒータ
【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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