(57)【要約】【課題】高いエネルギー効率で風呂の追焚を行うことが可能な直列多タンク方式の貯湯式給湯装置を提供する。【解決手段】直列連結された貯湯タンク９ａ，９ｂ、貯湯タンク９ａ底部に給水する給水管１６、貯湯タンク９ｂの底部の水を加熱して貯湯タンク９ｂ上部に返流する給熱装置２、貯湯タンク９ｂ上部から温湯を取り出す出湯管１７、貯湯タンク９ａ上部とその貯湯タンク９ｂ底部とを連結する連結管１５を備えた貯湯式給湯装置１において、貯湯タンク９ｂ上部と貯湯タンク９ａ中部とに連通して設けられた追焚管１９と、追焚管１９内の水を、貯湯タンク９ｂから貯湯タンク９ａに向けて送水する循環ポンプ１１と、追焚管１９内の温湯と浴槽に供給する浴槽水との熱交換を行う追焚用熱交換器１３とを備えた。これにより、貯湯タンク９ｂ，９ａ内に蓄熱された熱を利用して追焚を行い、エネルギー効率を向上させる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直列に連結された複数の貯湯タンクと、
最前段の前記貯湯タンクの底部に給水する給水管と、
前記最前段の貯湯タンクの底部乃至底部近傍の水を加熱して最後段の前記貯湯タンクの上部に返流する給熱装置と、
最後段の前記貯湯タンクの上部から温湯を取り出す出湯管と、
前段の前記貯湯タンクの上部とその次段の貯湯タンクの底部とを連結する連結管と、
を備えた貯湯式給湯装置であって、
最前段以外の段の前記貯湯タンクの上部と最前段の貯湯タンクの中部乃至下部とに連通して設けられた追焚管と、
前記追焚管内の水を、後段の前記貯湯タンクから最前段の前記貯湯タンクに向けて送水する循環ポンプと、
前記追焚管内の温湯と浴槽に供給する浴槽水との熱交換を行う追焚用熱交換器と、
を備えていることを特徴とする貯湯式給湯装置。
【請求項２】
前記追焚管には、最前段の前記貯湯タンクから後段の前記貯湯タンクへの水の逆流を防止する逆流防止機構を備えていることを特徴とする請求項１記載の貯湯式給湯装置。
【請求項３】
前記逆流防止機構は、逆止弁であることを特徴とする請求項２記載の貯湯式給湯装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は複数の貯湯タンクを直列に連結した直列多タンク方式の貯湯式給湯装置に関し、特に、貯湯タンク内の高温水を用いて熱効率を低下させることなく風呂の追焚を行うことが可能な貯湯式給湯装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数の貯湯タンクを直列に連結した直列多タンク方式の貯湯式給湯装置としては、例えば、特許文献１〜３に記載のものが知られている。図２は従来の直列３タンク方式の貯湯式給湯装置の構成を表す図である（特許文献１参照）。
【０００３】
図２において、貯湯式給湯装置１００は、湯水を貯水するための貯湯タンク１０１を備えている。貯湯タンク１０１は、前段、中段、後段の貯湯タンク１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃから構成されている。各段の貯湯タンク１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃは、長円筒形状であり、それぞれが併設されている。貯湯タンク１０１ａ，１０１ｂの上部には、それぞれ連結管１０２ａ，１０２ｂが接続されている。この連結管１０２ａ，１０２ｂは、それぞれ、後段の貯湯タンク１０１ｂ，１０１ｃの底部に連結されている。
【０００４】
最前段の貯湯タンク１０１ａの底部には、給水管１０３が接続されている。最後段の貯湯タンク１０１ｃの上部には、出湯管１０４が接続されている。出湯管１０４の下流側は、給湯栓に湯を供給するための給湯栓側出湯管１０４ａと、浴槽１０５に湯を供給するための浴槽側出湯管１０４ｂとに分岐している。また、この分岐の上流側には、混合弁１０６が設けられている。混合弁１０６には、給水管１０３に直結された出水管１０７が連結されている。そして、混合弁１０６は、出湯管１０４から供給される湯又は出水管１０７から供給される水を、混合弁１０６の回転角に応じて所定の比率で混合する。
【０００５】
また、最前段の貯湯タンク１０１ａの底部には、給熱管１０８が接続されている。そして、この給熱管１０８は、出湯管１０４における混合弁１０６よりも上流側の箇所に接続されている。給熱管１０８には、循環ポンプ１０９，開閉弁１１０，冷媒水熱交換器１１１が設けられている。循環ポンプ１０９は、最前段の貯湯タンク１０１ａの底部から最後段の貯湯タンク１０１ｃの上部に向けて、給熱管１０８内の水（又は湯）を送水する。開閉弁１１０は、循環ポンプ１０９が停止しているときに閉止され、給熱管１０８内を湯が逆流するのを防止する。
【０００６】
一方、冷媒水熱交換器１１１には、さらに冷媒循環管１１２が通されている。この冷媒循環管１１２には、二酸化炭素等の冷媒が封入されている。冷媒循環管１１２上には、さらに圧縮機１１３及び空気冷媒熱交換器１１４が設けられている。圧縮機１１３は冷媒循環管１１２内の冷媒を加圧する。空気冷媒熱交換器１１４は、冷媒循環管１１２内の冷媒と空気との熱交換を行い、外気の熱を冷媒に供給する。冷媒水熱交換器１１１は、冷媒循環管１１２を循環する冷媒の熱を、給熱管１０８内を通過する水（又は湯）に供給する。
【０００７】
以上のような貯湯式給湯装置１００を使用する場合、まず、給水管１０３から貯湯タンク１０１内に給水される。貯湯タンク１０１のすべてが満たされると給水を停止する。次に、開閉弁１１０を開弁し、循環ポンプ１０９を起動する。これにより、最前段の貯湯タンク１０１ａの底部の水が給熱管１０８を通って、最後段の貯湯タンク１０１ｃの上部に送水される。それとともに、圧縮機１１３を起動する。これにより、冷媒が冷媒循環管１１２内を循環する。冷媒は、空気冷媒熱交換器１１４において外気の熱を吸収し、冷媒水熱交換器１１１において、給熱管１０８内を通る水（又は湯）にこの熱を供給する。このとき、給熱管１０８内の水（又は湯）は、昇温され高温の湯となる。そして、この湯は、最後段の貯湯タンク１０１ｃの上部に供給される。
【０００８】
最後段の貯湯タンク１０１ｃの上部から順次沸きあげられ、最終的にはすべての貯湯タンク１０１内の湯が所定の温度まで達すると、沸き上げを完了する。沸き上げを完了すると、循環ポンプ１０９及び圧縮機１１３を停止するとともに、開閉弁１１０を閉止する。
【０００９】
次に、給湯栓や浴槽に湯を供給する場合には、次のように動作する。まず、例えば、出湯口が開かれた場合、出湯管１０４を通って最後段の貯湯タンク１０１ｃの上部から湯が送水される。このとき、混合弁１０６を所定の角度で制御して、給湯栓側出湯管１０４ａ内を通る湯が所望の温度となるように、適量の水が混合される。
【００１０】
また、最後段の貯湯タンク１０１ｃの上部から湯が送水されるのにあせて、最前段の貯湯タンク１０１ａの底部からは水が供給される。このとき、貯湯タンク１０１内の湯と、新たに給水管１０３から供給される水との温度差は、少なくとも２０℃以上ある。例えば、供給される水の温度が１０℃で、貯湯タンク１０１にあらかじめ貯湯された湯の温度が８５℃である場合、両者の比重は、（水）：（湯）＝１．００：０．９７であり比重差が大きい。従って、給水された水は湯と混ざりにくく、貯湯タンク１０１の底部に留まる。そして、湯からなる高温層と水からなる低温層が形成される。そして、水と湯との境界面には、湯水混合層が形成される。このようにして、貯湯タンク１０１内の湯を使用すると最前段の貯湯タンク１０１ａの底部から、順次低温層が拡大していく。貯湯タンク１０１内の湯が或る程度使用されると、再び上記と同様にして沸き上げを行って、貯湯タンク１０１内を再び湯で充填する。
【００１１】
直列多タンク方式の貯湯式給湯装置では、貯湯タンク１０１が複数のタンクに分割されている。従って、それぞれのタンクの内径は、１タンク方式の場合に比べて小さい。従って、貯湯タンク１０１内の高温層と低温層との境界面の面積を小さくすることができる。すなわち、湯水混合層の面積が小さい。従って、高温層から低温層に直接熱が移動することによる熱損失が、１タンク方式の場合に比べて小さく、熱効率が高いという利点がある。また、それぞれのタンクの径が小さいため、狭い場所にも設置することが可能であるという利点もある。
【００１２】
一方、１タンク方式の貯湯式給湯装置では、従来、風呂の追い焚き機能を備えたものが知られている（例えば、特許文献３〜５参照）。図３は風呂の追い焚き機能を備えた１タンク方式の貯湯式給湯装置の一例を示す図である。
【００１３】
図３において、１タンク方式の貯湯式給湯装置１２０は、１個の円筒形の貯湯タンク１２１を備えている。この貯湯タンク１２１の底部と上部には、貯湯タンク１２１内の湯（又は水）を加熱するための給熱管１２２が接続されている。給熱管１２２には、循環ポンプ１２３、温水冷媒熱交換器１２４が接続されている。循環ポンプ１２３は、貯湯タンク１２１の底部から上部へ、給熱管１２２内に湯（又は水）を循環させる。温水冷媒熱交換器１２４には、図２の場合と同様、冷媒循環管１２５が通されている。そして、冷媒循環管１２５には、空気冷媒熱交換器１２６、アキュムレータ１２７、及び圧縮機１２８が設けられている。この冷媒循環系によって、外気の熱がポンピングされて、温水冷媒熱交換器１２４において、給熱管１２２内の湯（又は水）に供給される。
【００１４】
温水冷媒熱交換器１２４の下流側の給熱管１２２は、一部が２つの給熱管１２２ａ，１２２ｂに並列に分岐している。給熱管１２２ａには開閉弁１２９が設けられており、給熱管１２２ｂには追焚用熱交換器１３０が設けられている。追焚用熱交換器１３０には、浴槽水循環管１３１が通されている。浴槽水循環管１３１は、浴槽１３２に接続されている。浴槽水循環管１３１内には、浴槽内の水が、循環ポンプ１３３によって循環される。そして、追焚用熱交換器１３０において、給熱管１２２ｂ内を流れる湯から、浴槽水循環管１３１内を流れる浴槽水へ、給熱が行われる。
【００１５】
また、貯湯タンク１２１の底部には、図２の場合と同様に、給水を行うための給水管１３４が接続されている。貯湯タンク１２１の上部には、出湯を行うための給湯栓に連結された出湯管１３５が接続されている。
【００１６】
貯湯タンク１２１内の水（又は湯）を加熱する場合には、開閉弁１２９を開弁し、循環ポンプ１２３を起動して、貯湯タンク１２１の底部から給熱管１２２を通して貯湯タンク１２１の上部へ水（又は湯）を循環させる。それとともに、圧縮機１２８を起動して、冷媒循環管１２５内に冷媒を循環させ、外気から熱をくみ上げて給熱管１２２内の水（又は湯）を加熱する。これによって、貯湯タンク１２１内の水（又は湯）は加熱される。
【００１７】
一方、浴槽１３２内の浴槽水の追焚を行う場合、上述のように、冷媒循環管１２５内に冷媒を循環させるとともに、給熱管１２２を通して貯湯タンク１２１内の水（又は湯）を循環させる。このとき、開閉弁１２９は閉止しておく。これにより、温水冷媒熱交換器１２４で給熱された湯は、追焚用熱交換器１３０を通過して貯湯タンク１２１の上部に戻される。また、循環ポンプ１３３を運転し、浴槽水循環管１３１内に浴槽水を循環させる。これにより、温水冷媒熱交換器１２４において浴槽水に給熱がされ、風呂の追焚が行われる。
【特許文献１】特開２００１−２６３８０９号公報
【特許文献２】特開平９−２３６３１６号公報
【特許文献３】特開平８−２３３３６６号公報
【特許文献４】特開２００２−１７４４５７号公報
【特許文献５】特開２００３−２８７２７４号公報
【特許文献６】特開２００３−２７９１３５号公報
【特許文献７】特開２００３−３３６８９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
図２に示したような従来の直列多タンク方式の貯湯式給湯装置には、風呂の追焚機能がなかった。そこで、上記図３により説明したような、従来の１タンク方式の貯湯式給湯装置で使用されているような風呂の追焚機能を付加することが考えられる。しかしながら、図３のような構成により風呂の追焚を行う場合、追焚時には常に圧縮機１２８を作動させて冷媒循環路１２５に冷媒を循環させる必要がある。この場合、貯湯タンク１２１に十分に高温の湯が貯留されている場合、この貯留された湯の熱を十分に活用することができない。
【００１９】
そこで、本発明の目的は、高いエネルギー効率で風呂の追焚を行うことが可能な直列多タンク方式の貯湯式給湯装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明に係る貯湯式給湯装置の第１の構成は、直列に連結された複数の貯湯タンクと、最前段の前記貯湯タンクの底部に給水する給水管と、前記最前段の貯湯タンクの底部乃至底部近傍の水を加熱して最後段の前記貯湯タンクの上部に返流する給熱装置と、最後段の前記貯湯タンクの上部から温湯を取り出す出湯管と、前段の前記貯湯タンクの上部とその次段の貯湯タンクの底部とを連結する連結管と、を備えた貯湯式給湯装置であって、最前段以外の段の前記貯湯タンクの上部と最前段の貯湯タンクの中部乃至下部とに連通して設けられた追焚管と、前記追焚管内の水を、後段の前記貯湯タンクから最前段の前記貯湯タンクに向けて送水する循環ポンプと、前記追焚管内の温湯と浴槽に供給する浴槽水との熱交換を行う追焚用熱交換器とを備えていることを特徴とする。
【００２１】
この構成により、貯湯タンク内にすでに蓄えられている高温の湯を使用して、追焚用熱交換器により浴槽水の追焚を行うことが可能となる。また、追焚用熱交換器において浴槽水に与熱することによって降温した水は、最前段の貯湯タンクに戻される。これにより、降温した水が後段の貯湯タンク内の高温の湯と混ざり合うことを防止できる。
【００２２】
また、本発明に係る貯湯式給湯装置の第２の構成は、前記第１の構成において、前記追焚管には、最前段の前記貯湯タンクから後段の前記貯湯タンクへの水の逆流を防止する逆流防止機構を備えていることを特徴とする。
【００２３】
直列多タンク方式の貯湯式給湯装置の場合、各貯湯タンクを連結する連結管の流路断面積が小さいため、連結管における流路抵抗が大きい。従って、各貯湯タンクを通して水の流れが生じた場合に、各貯湯タンク間に生じる差圧が比較的大きくなる。そのため、追焚管に逆流防止機構がなければ、出湯により給水管から最前段の貯湯タンクの底部に水が供給された場合、この水が、追焚管を通って短絡的に後段の貯湯タンクの上部に流入し、後段の貯湯タンクに貯留された高温の湯と混合し、湯の温度が下がるという不都合を生じる。
【００２４】
しかしながら、上述のように追焚管に逆流防止機構を設けることにより、追焚管の循環ポンプが停止しているときに、給水管から最前段の貯湯タンクの底部に水が供給された場合でも、この水が追焚管を通って後段の貯湯タンクに逆流することが防止される。従って、貯湯式給湯装置の熱効率が低下するのを防止することが可能となる。
【００２５】
ここで、逆流防止機構としては、例えば、追焚管の何れかの場所に設けた逆止弁を使用することができる。また、追焚管の何れかの場所に設けた電磁弁（又は電動弁）と、循環ポンプの運転時に電磁弁（又は電動弁）を開弁し循環ポンプの停止時に電磁弁（又は電動弁）を閉止する制御装置とからなる開閉弁システムなどを使用することができる。
【００２６】
また、本発明に係る貯湯式給湯装置の第３の構成は、前記第２の構成において、前記逆流防止機構は、逆止弁であることを特徴とする。
【００２７】
このように、逆止弁を使用することにより、逆流防止機構の構成を極めて簡単化することが可能となる。
【発明の効果】
【００２８】
以上のように、本発明によれば、貯湯タンク内にすでに蓄えられている高温の湯を使用して、追焚用熱交換器により浴槽水の追焚を行うことにより、追焚時のエネルギー効率を向上させることができる。また、追焚に使用したことにより降温した水を、前段の異なる貯湯タンクに戻す構成としたことにより、降温した水が後段の貯湯タンク内の高温の湯と混ざり合うことを効果的に防止できる。
【００２９】
また、追焚管に設けられた逆流防止機構により、給水管から供給される水が追焚管を通って後段の貯湯タンクの上部に逆流することが防止される。従って、熱効率の高い貯湯式給湯装置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】
【００３０】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００３１】
図１は本発明の実施例１に係る貯湯式給湯装置の構成を表す図である。本実施例に係る貯湯式給湯装置１は、外気から熱をくみ上げる給熱部２と、給熱部２によりくみ上げられた熱を蓄熱し分配する蓄熱制御部３から構成されている。
【００３２】
給熱部２は、空気冷媒熱交換器４、アキュムレータ５、圧縮機６、及び温水冷媒熱交換器７を備えている。これらの装置は、冷媒が循環する閉路をなす冷媒循環管８により連結されている。
【００３３】
一方、蓄熱制御部３は、２個の貯湯タンク９ａ，９ｂ、給熱循環ポンプ１０、追焚循環ポンプ１１、逆止弁１２、追焚用熱交換器１３、及び浴槽水循環ポンプ１４を備えている。以下、貯湯タンク９ａを「前段の貯湯タンク」といい、貯湯タンク９ｂを「後段の貯湯タンク」という。
【００３４】
前段の貯湯タンク９ａの上部と後段の貯湯タンク９ｂの底部とは、連結管１５により連結されている。また、前段の貯湯タンク９ａの底部には、給水管１６が接続されており、ここから給水が行われる。後段の貯湯タンク９ｂの上部には、出湯管１７が接続されており、ここから後段の貯湯タンク９ｂに貯湯された湯が出湯される。
【００３５】
また、前段の貯湯タンク９ａの底部から後段の貯湯タンク９ｂの上部にかけて、給熱管１８が配管されている。給熱管１８には、給熱循環ポンプ１０が設けられている。この給熱循環ポンプ１０は、前段の貯湯タンク９ａの底部の水を、後段の貯湯タンク９ｂの上部へ送水する。給熱循環ポンプ１０の下流側の給熱管１８は、温水冷媒熱交換器７を介して後段の貯湯タンク９ｂの上部に接続されている。
【００３６】
一方、後段の貯湯タンク９ｂの上部と、前段の貯湯タンク９ａの中央部付近とは、追焚管１９によって連結されている。この追焚管１９には、後段の貯湯タンク９ｂから前段の貯湯タンク９ａにかけて、追焚循環ポンプ１１、逆止弁１２、及び追焚用熱交換器１３が設けられている。追焚循環ポンプ１１は、後段の貯湯タンク９ｂから前段の貯湯タンク９ａに送水するポンプである。
【００３７】
また、追焚用熱交換器１３には、浴槽２０に接続された浴槽水管２１が通されている。浴槽水管２１は、浴槽２０から浴槽水循環ポンプ１４、追焚用熱交換器１３を経由して、浴槽２０に戻る循環閉路をなしている。
【００３８】
以上のように構成された本実施例に係る貯湯式給湯装置１について、以下その動作を説明する。まず最初に、給水管１６から貯湯タンク９ａ，９ｂに給水され、貯湯タンク９ａ，９ｂは低温の水で満たされる。この状態で、給熱循環ポンプ１０を起動し、給熱管１８内を通して、前段の貯湯タンク９ａの底部の水を後段の貯湯タンク９ｂの上部に送水する。それとともに、圧縮機６を起動して、冷媒循環管８内に冷媒を循環させる。冷媒は、空気冷媒熱交換器４において、外気の熱を吸収し、温水冷媒熱交換器７において、吸収した熱を給熱管１８内の水に与熱する。これにより、給熱管１８内の水は高温の湯となり、この湯は貯湯タンク９ｂの上部から順次貯湯されている。
【００３９】
ここで、上記〔背景技術〕の欄において説明したように、給熱前の水と給熱後の湯との温度差は大きいため、低温の水と高温の湯とが貯湯タンク９ｂ，９ａ内で混合することはない。そのため、貯湯タンク９ｂ，９ａ内には高温の湯からなる高温層と低温の水からなる低温層が形成される。
【００４０】
給熱部２による給熱を続けると、貯湯タンク９ｂ，９ａ内の高温層が拡大し、遂には貯湯タンク９ｂ，９ａ内はすべて高温の湯で満たされる。貯湯タンク９ｂ，９ａ内が高温の湯で満たされると、給熱循環ポンプ１０及び圧縮機６を停止する。
【００４１】
次に、風呂の追焚を行う場合について説明する。この場合、まず浴槽水循環ポンプ１４を起動して、浴槽水管２１内に浴槽水を循環させる。それとともに、追焚循環ポンプ１１を起動して、追焚管１９を通して、後段の貯湯タンク９ｂの上部に貯湯された高温の湯を追焚用熱交換器１３に送水する。追焚用熱交換器１３では、追焚管１９から供給される高温の湯の熱が浴槽水管２１内の浴槽水に与熱され、風呂の追焚が行われる。浴槽水に与熱して低温となった追焚管１９内の水（低温の湯）は、追焚管１９を通して前段の貯湯タンク９ａの中央部付近に戻される。このように、追焚において、すでに貯湯タンク９ｂ，９ａ内に蓄熱された熱を利用することにより、給熱部２による新たな熱のくみ上げを行うことなく、風呂の追焚ができる。従って、風呂の追焚時のエネルギー利用効率を向上させることができる。
【００４２】
なお、浴槽水に与熱して低温となった追焚管１９内の水（低温の湯）を前段の貯湯タンク９ａの中央部付近に戻すこととしたのは、次の理由による。もし、前段の貯湯タンク９ａの底部に戻すと、前段の貯湯タンク９ａの底部に形成された低温層の温度が上昇し、高温層との比重差が小さくなることにより、低温層と高温層とが混合して熱の拡散が生じやすくなる。そこで、できるだけ、低温層と高温層との温度差を維持するために、前段の貯湯タンク９ａの中央部付近に戻すこととしたものである。
【００４３】
最後に、出湯時の動作について説明する。出湯管１７に接続された出湯栓を開くと、貯湯タンク９ｂの上部から湯が出湯されるとともに、給水管１６から低温の水が補給され、低温層が拡大する。このとき、前段の貯湯タンク９ａと後段の貯湯タンク９ｂとは、細い連結管１５を介して連結されている。そのため、この連結管１５における水路抵抗が比較的大きく、貯湯タンク９ａ，９ｂ間で差圧が発生する。このような差圧が発生すると、追焚管１９を通って前段の貯湯タンク９ａ内の低温の水が後段の貯湯タンク９ｂの上部に逆流しようとする作用が生じる。しかしながら、追焚管１９には、逆流防止機構として逆止弁１２が設けられているため、このような逆流は生じない。これにより、前段の貯湯タンク９ａ内の低温の水が後段の貯湯タンク９ｂの上部の高温の湯と混合して熱の拡散が生じるような事態を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】図１は本発明の実施例１に係る貯湯式給湯装置の構成を表す図である。
【図２】従来の直列３タンク方式の貯湯式給湯装置の構成を表す図である。
【図３】風呂の追い焚き機能を備えた１タンク方式の貯湯式給湯装置の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００４５】
１  貯湯式給湯装置
２  給熱部
３  蓄熱制御部
４  空気冷媒熱交換器
５  アキュムレータ
６  圧縮機
７  温水冷媒熱交換器
８  冷媒循環管
９ａ，９ｂ  貯湯タンク
１０  給熱循環ポンプ
１１  追焚循環ポンプ
１２  逆止弁
１３  追焚用熱交換器
１４  浴槽水循環ポンプ
１５  連結管
１６  給水管
１７  出湯管
１８  給熱管
１９  追焚管
２０  浴槽
２１  浴槽水管
【図１】
2005233462.tif 000003
【図２】
2005233462.tif 000004
【図３】
2005233462.tif 000005