(57)【要約】【課題】昇温ヒータや温度センサを不要化して電気的故障を無くすことができるとともに、循環給湯水の湯温低下の恐れがなく、ランニングコストを大幅に低減できる給湯システムを提供することにある。【解決手段】給湯水を供給する給湯機と、給湯水を循環して使用箇所に供給する循環給湯管と、該循環給湯管に配設される給湯水循環ポンプと、前記給湯機で加熱された給湯水を前記循環給湯管に供給する加熱給湯水供給管と、給湯水を貯留する貯湯タンクと、前記加熱給湯水供給管より分岐し、該貯湯タンクに接続する分岐供給管と、前記給湯機および前記貯湯タンクに補給水を供給する補給水管とからなる給湯システムにおいて、前記貯湯タンク内給湯水と前記循環給湯管内給湯水との間で熱交換を行う熱交換機構を有するものである。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
給湯水を供給する給湯機と、給湯水を循環して使用箇所に供給する循環給湯管と、該循環給湯管に配設される給湯水循環ポンプと、前記給湯機で加熱された給湯水を前記循環給湯管に供給する加熱給湯水供給管と、給湯水を貯留する貯湯タンクと、前記加熱給湯水供給管より分岐し、該貯湯タンクに接続する分岐供給管と、前記給湯機および前記貯湯タンクに補給水を供給する補給水管とからなる給湯システムにおいて、前記貯湯タンク内給湯水と前記循環給湯管内給湯水との間で熱交換を行う熱交換機構を有することを特徴とする給湯システム。
【請求項２】
熱交換機構は、貯湯タンク外周面に循環給湯管を巻回してなることを特徴とする請求項１記載の給湯システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばビル等の複数階建物に設備される給湯システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、ビル等の複数階建物における給湯システムは、機械室等に蒸気・温水等を熱源とした熱交換機、貯湯タンクを設置して給湯水をつくり、貯湯槽から建物内の各階使用個所を経由し、再度貯湯タンクに戻る循環給湯管を配管し、循環ポンプにより強制循環する中央式給湯システムが主流である。この給湯システムにおいては、循環給湯管内を流れている間に給湯水の湯温は低下していくが、再び貯湯タンクに戻されてタンク内で再度昇温されるため、循環給湯水の湯温は、常にほぼ一定温度（一般に６０℃前後）に保たれるメリットがあった。しかし、その反面、システムが複雑であるためイニシャルコストが掛かり、また常時熱源により保温・昇温しているためランニングコストが掛かるといったデメリットがあった。また、この給湯システムの場合、その維持管理は有資格者が管理する必要があり、特に中小規模建物においては問題となっていた。
【０００３】
一方、戸建て住宅や集合住宅等、家庭用の給湯システムにおいては、従来は、ガス給湯機や電気温水器で給湯水をつくり、各使用個所まで配管して供給する局所給湯システムが主流である。この給湯システムにおいては、イニシャルコストやランニングコストが安いメリットがある反面、循環配管ではないため、湯を使用しない時間が長く続くと、管内の湯温が低下してしまうデメリットがあった。
【０００４】
近年、電気ヒートポンプに代表されるような、夜間等の給湯使用量が少ない時間帯に給湯機を稼働させて湯を沸かして貯湯タンクに貯留しておき、日中に貯留しておいた給湯水を使用する夜間貯湯型給湯機を使用する給湯システムが開発され、普及している。
【０００５】
夜間貯湯型給湯機は、当初、家庭用等の局所式給湯システムで使用されていたが、最近は大容量化が進み、中小ビルクラスの建物での中央式給湯システムにおいても使用できるスペックのものも開発されている。夜間貯湯型給湯機を使用した中央式給湯システムでは、従来の中央式給湯システムのような、システム維持管理に有資格者が必要でないため、注目され始めている。
【０００６】
図６は従来例としてヒートポンプ給湯機を使用した中央式給湯システムを示すフロー図である。
図６において、１は給湯機、２は貯湯タンク、３は給湯機１と貯湯タンク２のそれぞれの給水口に接続された補給水管、４は前記給湯機１の出湯口に接続された加熱給湯水供給管であり、この加熱給湯水供給管４の分岐供給管４ａに前記貯湯タンク２の貯湯口兼用出湯口が接続されている。また、前記加熱給湯水供給管４には湯水混合弁５を介して循環給湯管６が接続されている。この循環給湯管６によって、前記給湯機１または前記貯湯タンク２から前記加熱給湯水供給管４に供給され且つ前記湯水混合弁５で補給水と混合されて設定温度に温度調整された給湯水を循環させながら給湯使用個所（給湯蛇口）７〜９に供給するようになっている。
【０００７】
さらに詳しく説明すると、前記湯水混合弁５は、前記加熱給湯水供給管４が接続された加熱給湯水入口５ａと、前記補給水管３の分岐補給水管３ａが接続された補給水入口５ｂと、前記循環給湯管６の一次側端部が接続された給湯水出口（循環給湯水出口）５ｃと、前記循環給湯管６の二次側端部が接続された循環給湯水入口５ｄとを有している。
そして、前記循環給湯管６には、循環ポンプ１０と昇温ヒータ１１と温度センサ１２のそれぞれが設けられている。ここで、前記循環給湯管６は、前記昇温ヒータ１１の二次側から前記給湯使用個所７〜９に循環給湯水を供給する循環給湯往管６ａと、この循環給湯往管６ａにおける前記給湯使用個所７〜９側からの二次側管端部と前記昇温ヒータ１１の一次側までの循環給湯還管６ｂとからなっている。また、前記加熱給湯水供給管４における給湯機１と貯湯タンク２との間、および前記循環給湯往管６ａにおける給湯使用個所７〜９の上流側には、それぞれエア抜き弁１３および１４が設けられている。
【０００８】
以上のように構成された従来の中央式給湯システムは、夜間に給湯機１を稼働させ、昼間は給湯機１を停止（休止）状態に維持する夜間貯湯型給湯システムとなっており、その動作を以下に説明する。
給湯機１を夜間稼働させることで沸かされた高温給湯水は、加熱給湯水供給管４から分岐供給管４ａを経て貯湯タンク２内に送り込まれる。この場合、高温給湯水は貯湯タンク２内に充満するまで送り続けられる。
昼間は給湯機１が停止しているため、給湯機１から加熱給湯水供給管４へは給湯水が供給されていない状態となっている。この状態において、循環給湯管６内の給湯使用個所７〜９で給湯水が使用されると、貯湯タンク２内の給湯水が分岐供給管４ａから加熱給湯水供給管４に供給され、湯水混合弁５で補給水と混合されて設定温度に温度制御された後、循環給湯往管６ａ内の給湯水に補充される。
【０００９】
昼間や夜間の給湯水使用がない時間帯においては、循環給湯管６内の湯温が温度センサ１２で常時計測され、その計測湯温が設定温度以下に低下すると、昇温ヒータ１１が通電され、また、前記計測湯温が設定温度以上になると、前記昇温ヒータ１１が停止することにより、循環給湯管６内の給湯水が常時一定の湯温に保たれるようになっている。
【００１０】
なお、上記先行技術は当業者一般に知られた技術であって、文献公知発明に係るものではない。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
従来の夜間貯湯型中央式給湯システムは以上のように構成され、湯水混合弁５の給湯水出口５ｃと循環給湯水入口５ｄとを結ぶ循環給湯管６に昇温ヒータ１１と温度センサ１２を設けた電気的昇温システムとなっているため、その昇温ヒータ１１や温度センサ１２が故障した場合、循環給湯水の油温が低下してしまうという課題があった。
さらに、循環給湯水の昇温に電気を使用しているため、ランニングコストが嵩むという課題があった。特に、電気ヒートポンプ給湯機を使用した給湯システムにおいて、局所式配管の給湯システムの場合は、昇温ヒータがないため、深夜電力で湯を沸かして、日中は給湯に電気を使わないので、電気料金を大幅に低減できるメリットはあるが、循環式配管の給湯システムの場合、日中においても上述のように循環配管内給湯水の昇温のために電気を使用するため、前記メリットが失われてしまうという課題があった。
また、日中においては、給湯使用個所７〜９で、循環給湯水が使用され、循環給湯管６内に加熱給湯水が流入するため、循環給湯水の設定最低温度以下になる時間が比較的少ない。このため、昇温ヒータ１１が稼働する時間も比較的少ない。しかし、夜間においては、給湯水が使用されない時間が長時間継続するため、循環給湯管６内給湯水が設定最低温度以下に低下する時間が長く、昇温ヒータ１１が長時間稼働することになる。このため、通常よりも多くの電力を消費するため、ランニングコストが嵩み、またヒータに多くの負荷がかかって故障の原因等に繋がるという課題があった。
【００１２】
本発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、昇温ヒータや温度センサを不要化して電気的故障を無くすことができるとともに、循環給湯水の湯温低下の恐れがなく、ランニングコストを大幅に低減できる給湯システムを提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る給湯システムは、給湯水を供給する給湯機と、給湯水を循環して使用箇所に供給する循環給湯管と、該循環給湯管に配設される給湯水循環ポンプと、前記給湯機で加熱された給湯水を前記循環給湯管に供給する加熱給湯水供給管と、給湯水を貯留する貯湯タンクと、前記加熱給湯水供給管より分岐し、該貯湯タンクに接続する分岐供給管と、前記給湯機および前記貯湯タンクに補給水を供給する補給水管とを備え、前記貯湯タンク内給湯水と前記循環給湯管内給湯水との間で熱交換を行う熱交換機構を有するシステム構成としたものである。
【００１４】
本発明に係る給湯システムの熱交換機構は、貯湯タンクの外周面に循環給湯管を巻回して構成したものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の一形態を説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による給湯システムを示すフロー図であり、図６と同一部分または相当部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
図１において、２ａ，２ｂは貯湯タンク２に設けられた複数の取り出し口であり、これらの取り出し口２ａ，２ｂにおいて、一方の取り出し口２ａは循環湯出口となり、他方の取り出し口２ｂは循環湯戻り口となるもので、それらの取り出し口２ａ，２ｂに配管１５，１６を介して熱交換機構である熱交換器２０が接続されている。
【００１６】
さらに詳しく説明すると、貯湯タンク２の取り出し口２ａと熱交換器２０の一次側室流入接続口とが配管１５で接続され、熱交換器２０の一次側室流出接続口と取り出し口２ｂとが配管１６で接続されている。また、熱交換器２０の二次側室流出接続口と湯水混合弁５の循環給湯水入口５ｄとが循環給湯往管６ａで接続され、循環給湯管６の循環給湯還管６ｂが熱交換器２０の二次側室流入接続口に接続されている。
【００１７】
次に動作について説明する。
給湯機１の夜間稼働で沸かされた高温給湯水が加熱給湯水供給管４から分岐供給管４ａを介して貯湯タンク２内に供給され、当該貯湯タンク２内に高温給湯水が充満している状態においては、配管１５から熱交換器２０の一次側室を経由して配管１６に至るまで、高温給湯水が充満している。この状態において、循環給湯管６内で冷えた循環給湯水は、循環ポンプ１０による強制循環により、循環給湯還管６ｂから熱交換器２０の二次側室に流入し、一次側室の高温給湯水と熱交換し、加熱されて循環給湯往管６ａから流出して行く。一方、熱交換器２０の一次側室に充満している高温給湯水は、熱交換により湯温が低下するが、自然対流により、配管１６より貯湯タンク２に戻り、貯湯タンク２内の高温給湯水が配管１５より流入してくることにより、一次側室内の高温給湯水は常に高温状態に保たれる。したがって、昼間や夜間の給湯水使用時には常に設定温度の温水を供給することが可能となる。
【００１８】
以上は、高温給湯水を貯湯タンク２と熱交換器２０の一次側室との間を自然対流によって循環させる場合であるが、配管１５または配管１６に循環ポンプを別途配設して稼働させれば、高温給湯水を強制循環させることができ、一層効果的に熱交換することができる。
【００１９】
以上説明した実施の形態１によれば、貯湯タンク２内の高温給湯水と循環給湯管６内の循環給湯水とを熱交換器２０を介して熱交換するように構成したので、従来例のような昇温ヒータや温度センサを必要とせずに循環給湯水を設定温度に維持することが可能となり、そのため、電気的故障がなくなるとともに、ランニングコストを大幅に低減することができるという効果がある。
なお、熱交換器２０は、プレート、多管式、渦巻き式、二重管式等、加熱給湯水と循環給湯水が熱交換可能であれば、どのような構造のものであってもよい。
【００２０】
実施の形態２．
図２は本発明の実施の形態２による給湯システムを示すフロー図である。
この実施の形態２では、貯湯タンク２自体に熱交換機構２１を有する構成としたものである。
すなわち、この実施の形態２では、貯湯タンク１の周壁を内層壁２２と外層壁２３との二層構造とし、その内層壁２２と外層壁２３との間に熱交換室を形成したものである。そして、前記外層壁２３の点対称位置に取り出し口２ａ，２ｂを設け、貯湯タンク２の循環給湯水出口となる前記一方の取り出し口２ａと湯水混合弁５の循環給湯水入口５ｄとを循環給湯往管６ａで接続するとともに、循環給湯管６の循環給湯還管６ｂを貯湯タンク２の循環湯戻り口となる前記他方の取り出し口２ｂに接続している。
【００２１】
次に動作について説明する。
給湯機１で沸かされた高温給湯水が加熱給湯水供給管４から分岐供給管４ａを介して貯湯タンク２の内層壁２２内に供給され、その内層壁２２内に充満する高温給湯水で前記内層壁２２が加熱される。この状態において、循環給湯管６内で冷めた給湯水が循環給湯還管６ｂから貯湯タンク２の内層壁２２と外層壁２３との間の熱交換室に戻ることにより、当該熱交換室内の給湯水が前記内層壁２２で加熱されて温められ、貯湯タンク２の取り出し口（循環給湯水出口）２ａから循環給湯管６に供給されて循環される。
【００２２】
以上説明した実施の形態２によれば、特に、新規の給湯システムを設置する場合や、既設の給湯システムにおいて、貯湯タンクを交換して給湯システムを構築する場合に、貯湯タンク２とは別の熱交換機構を必要とせず、熱交換機構の一次側の循環ポンプおよび配管が不要となり、そのため、配管施工が簡素化するとともに、ランニングコストの低減が図れるという効果がある。
なお、この実施の形態２の他の構成は上記実施の形態１と同一のため、その同一部分には同一符号を付して説明を省略する。
【００２３】
実施の形態３．
図３は本発明の実施の形態３による給湯システムを示すフロー図である。
この実施の形態３では、貯湯タンク２内に熱交換機構２４を設けたものである。この熱交換機構２４は管状の熱交換コイル２４からなり、その熱交換コイル２４の両端開口部を貯湯タンク２の取り出し口２ａ，２ｂに貯湯タンク２の内側から接続し、その取り出し口２ａ，２ｂに循環給湯往管６ａと循環給湯還管６ｂを接続したもので、その他の構成は上記実施の形態１，２と同一のため、その同一部分には同一符号を付して説明を省略する。
【００２４】
この実施の形態３によると、貯湯タンク２内に充満している高温給湯水で熱交換コイル２４が加熱され、循環給湯管６内の循環給湯水は、循環給湯還管６ｂから前記加熱状態の熱交換コイル２４内に流入することで、この熱交換コイル２４により、貯湯タンク２内に高温給湯水と熱交換されて温められ、循環給湯還管６ａに流出する。
【００２５】
なお、この実施の形態３による熱交換機構２４は、図示例ではコ字状配管としたが、巻線コイル状の配管や波状配管、貯湯タンク２の内周面に沿った旋回配管等のようにコイル配管全長を長くすることが好ましく、この場合、熱交換距離が長くなって熱交換効率がいっそう向上するという効果がある。
【００２６】
以上説明した実施の形態３によれば、上記実施の形態２の場合と同様に、特に、新規の給湯システムを設置する場合や、既設の給湯システムにおいて、貯湯タンクを交換して給湯システムを構築する場合に、貯湯タンク２とは別の熱交換機構を必要とせず、熱交換機構の一次側の循環ポンプおよび配管が不要となり、そのため、配管施工が簡素化するとともに、ランニングコストの低減が図れるという効果がある。また、貯湯タンク２の内部に熱交換機構２４を設けたことにより、タンク直径が従来のものと変わらず、貯湯タンク２の設置面積を考慮する必要がないという効果がある。
【００２７】
実施の形態４．
図４は本発明の実施の形態４による給湯システムを示すフロー図である。
この実施の形態４では、貯湯タンク２の外周面に循環給湯管６を巻回して熱交換機構２５としたものである。
【００２８】
実施の形態５．
図５は本発明の実施の形態５による給湯システムを示すフロー図であって、上記実施の形態４の変形例に係るものである。
この実施の形態５では、上記実施の形態４の場合と同様に貯湯タンク２の外周面に循環給湯管６を巻回したものであるが、その巻回方向として貯湯タンク６の外周面で上下方向に循環給湯管６を蛇行させて巻回したものである。
【００２９】
上記実施の形態４，５において、循環給湯管６の巻回施工後に、貯湯タンク２の外周面を保温材で包囲することで、熱交換効率がいっそう向上させることができる。
【００３０】
以上説明した実施の形態４，５によれば、上記実施の形態２，３の場合と同様の効果が得られることに加え、既設の給湯システムが、前述の昇温ヒータを使用したシステムであって、本発明のシステムに変更する場合、貯湯タンク２を交換せずに現場での循環給湯管６の巻回作業のみですみ、さらには、上記実施の形態１のような循環ポンプも不要であり、そのため、イニシャルコストやランニングコストの大幅な低減が図れるという効果がある。
また、貯湯タンク２と熱交換機構２５とをユニットとして工場製作する場合においても、貯湯タンク２の仕様をそのままで循環給湯管巻回の作業工程の追加のみですみ、生産ラインへの投資額も低減できるという効果がある。
【００３１】
なお、上記各実施の形態において、給湯機１は、ヒートポンプ給湯機、ガス給湯機、電気湯沸かし器、太陽熱集熱装置等、どのような給湯機であってもよい。
また、貯湯タンク２の材質は、耐食性、耐熱性、耐圧性に優れたステンレス製あるいはステンレスクラッド鋼板製がよいが、鋼やチタン、アルミニウム等、その他の金属であってもよい。また、耐熱性を有する樹脂であれば、耐熱性塩化ビニル、ポリプロピレン等、いずれの材質であってもよい。
上記各実施の形態では、循環給湯管６の循環ポンプ１０を循環給湯還管６ｂ側に設けたが、循環給湯往管６ａ側に循環ポンプ１０を設けてもよい。
さらに、貯湯タンク２を分岐供給管４ａと補給水管３との間に複数台直列に配設するようにしてもよい。この場合、建物毎の１日給湯使用量の違いを貯湯タンク数の増減で対応できるため、ユニット製作が容易となり、製作上、大きなメリットがある。なお、その場合の熱交換機構は、加熱給湯水供給管に最も近い貯湯タンクに設置することが最も望ましい。
また、上記各実施の形態では、エア抜き弁１３，１４を２箇所に設置したが、そのエア抜き弁は建物によって任意に設置できるものである。
【００３２】
さらに、上記各実施の形態における湯水混合弁５の構造は、当該湯水混合弁５の二次側の循環給湯管内給湯水が設定された温度になる構造のものであれば、どのような構造のものでもよい。例えば、湯水の混合の仕方に関しては、加熱給湯水供給管４内の給湯水と湯水混合弁５の一次側の循環給湯管給湯水とを混合した後に、補給水を混合する順序や、加熱給湯水供給管４内の給湯水と補給水とを混合した後に、湯水混合弁５の一次側の循環給湯管内給湯水と混合したりする順序のいずれでもよい。
【００３３】
なお、上記各実施の形態において、補給水管３から供給される給水圧力が十分でないために給湯使用個所７〜９で十分な吐水量・吐水圧が得られない場合、補給水管３や加熱給湯水供給管４に加圧ポンプを配設し、給水圧力や加熱給湯水の圧力を増圧するとなおよい。また、給湯機１や貯湯タンク２の構造上の問題から減圧弁で給水圧力を減圧したことによって給湯使用個所７〜９で十分な吐水量・吐水圧が得られない場合、加熱給湯水供給管４に加圧ポンプを配設し、加熱給湯水の圧力を増圧するとなおよい。
【００３４】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、給湯水を供給する給湯機と、給湯水を循環して使用箇所に供給する循環給湯管と、該循環給湯管に配設される給湯水循環ポンプと、前記給湯機で加熱された給湯水を前記循環給湯管に供給する加熱給湯水供給管と、給湯水を貯留する貯湯タンクと、前記加熱給湯水供給管より分岐し、該貯湯タンクに接続する分岐供給管と、前記給湯機および前記貯湯タンクに補給水を供給する補給水管とを備え、前記貯湯タンク内給湯水と前記循環給湯管内給湯水との間で熱交換を行う熱交換機構を有するシステム構成としたので、従来例のような昇温ヒータや温度センサを必要とせずに循環給湯水を設定温度に維持することが可能となり、そのため、電気的故障がなくなるとともに、ランニングコストを大幅に低減することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１による給湯システムを示すフロー図である。
【図２】本発明の実施の形態２による給湯システムを示すフロー図である。
【図３】本発明の実施の形態３による給湯システムを示すフロー図である。
【図４】本発明の実施の形態４による給湯システムを示すフロー図である。
【図５】本発明の実施の形態５による給湯システムを示すフロー図である。
【図６】従来の中央式給湯システムを示すフロー図である。
【符号の説明】
１  給湯機
２  貯湯タンク
３  補給水管
３ａ  分岐補給水管
４  加熱給湯水供給管
４ａ  分岐供給管
５  湯水混合弁
５ａ  加熱給湯水入口
５ｂ  補給水入口
５ｃ  給湯水出口（循環給湯水出口）
５ｄ  循環給湯水入口
６  循環給湯管
６ａ  循環給湯往管
６ｂ  循環給湯還管
７，８，９  給湯使用個所（給湯蛇口）
１０  循環ポンプ
１１  昇温ヒータ
１２  温度センサ
１３，１４  エア抜き弁
１５，１６  配管
２０  熱交換器
２１  熱交換機構
２２  内層壁
２３  外層壁
２４，２５  熱交換機構
【図１】
2004333063.tif 000003
【図２】
2004333063.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2004333063.tif 000007
【図６】
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