(57)【要約】【課題】階下給湯や加圧運転を可能にすることができ、しかも、改めて加熱する必要もなく、一定の温度で直接利用することが可能な開放型省エネ用給湯器及びその運転方法を提供する。【解決手段】  開放型の貯湯槽１が熱湯槽１０と混合槽２０とに区画される給湯器を設ける。熱湯槽１０の下層部から熱源機２を循環して加熱され有効貯湯として熱湯槽１０の上部に貯留されると共に、貯留された熱湯が熱湯槽１０の上層部から混合槽２０へオーバーフローするように設ける。オーバーフローした熱湯と混合槽２０へ供給する給水とを混合する混合器３０を混合槽２０の内部に設ける。該混合器３０で一定の温度に調整された温水を混合槽２０の内部に貯留すると共に、該混合槽２０から給湯する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
開放型の貯湯槽が熱湯槽と混合槽とに区画され、熱湯槽の下層部から熱源機を循環して加熱され有効貯湯として熱湯槽の上部に貯留されると共に、貯留された熱湯が熱湯槽の上層部から混合槽へオーバーフローするように設け、オーバーフローした熱湯と混合槽へ供給する給水とを混合する混合器を混合槽の内部に設け、該混合器で一定の温度に調整された温水を混合槽の内部に貯留すると共に、該混合槽から給湯することを特徴とする開放型省エネ用給湯器。
【請求項２】
前記熱湯槽において、熱湯として使用可能な有効貯湯を熱湯槽内部の上部７０％〜８０％に貯留するように設定し、該熱湯槽の内部に鉛直状に給水ダクトを挿入し、該給水ダクトの下端部から熱湯槽の非有効貯湯層に給水する請求項１記載の開放型省エネ用給湯器。
【請求項３】
前記混合槽において、略筒体内部に混合板を有する混合器を設け、該混合器を混合槽の内部に鉛直状に挿入し、該混合器の下端部から混合槽の内部に温度調整された湯を給湯する請求項１記載の開放型省エネ用給湯器。
【請求項４】
開放型の貯湯槽が熱湯槽と混合槽とに区画され、熱湯槽の底部に供給された水が熱源機を循環して加熱され有効貯湯として熱湯槽の上部に貯留されると共に、貯留された熱湯が熱湯槽の上層部から混合槽へオーバーフローするように設けた開放型省エネ用給湯器の運転方法において、前記熱源機は深夜電力にて運転する熱源機とし、熱湯槽満水時の上部７０％〜８０％が有効貯湯になるまで夜間時に運転することを特徴とする開放型省エネ用給湯器の運転方法。
【請求項５】
前記熱湯槽において、熱湯槽の下層部に給水される水圧で上層部の有効貯湯をオーバーフローせしめ、熱湯槽の有効貯湯量が２０％〜３０％を下回ったときに前記熱源機を臨時運転して熱湯槽の有効貯湯量を５０％〜６０％にまで回復させる請求項４記載の開放型省エネ用給湯器の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は熱源機によって高温に沸し上げた熱湯槽の湯を貯湯槽にオーバーフローさせてから一定の温度に調整後、給湯する開放型省エネ用給湯器及びその運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一定温度の湯を給湯する給湯器において、貯湯層で高温の湯をオーバーフローさせて温度調整を行う省エネタイプの給湯器が特許文献１乃至特許文献４に記載されている。
【０００３】
特許文献１はヒートポンプを熱源とする密閉型の給湯器に関するものである。この給湯器によると、ヒートポンプにおける凝縮機の上流側を熱交換用の流路の上方に配置し、凝縮機の下流側を熱交換用の流路の下方に配置したもので、この熱交換用の流路の底部から水を供給し、上部開口から貯湯槽へ熱湯をオーバーフローさせるものである。オーバーフローした熱湯は、貯湯槽の上層部、すなわち高温部に供給されるので、温度低下を免れ、省エネ効果を奏するものである。
【０００４】
特許文献２はボイラーを熱源とする密閉型の給湯器に関するものである。この給湯器では、給水装置と、ヒートポンプが接続される第１の貯湯槽と、ボイラー及び給湯ポンプが接続される第２の給湯槽とから構成するもので、給水装置から供給される水は、第１の貯湯槽に貯留されてヒートポンプで加熱された後、第２の貯湯槽にオーバーフローで流入し、この第２の貯湯槽から給湯するものである。この給湯器によると、第１の貯湯槽からオーバーフローした湯は、第２の貯湯槽から第1の貯湯槽に逆流することはないので、ボイラーが作動した場合であっても、ボイラーによって加熱された水がヒートポンプで再加熱されることがなく、ヒートポンプの成績係数が向上するというものである。
【０００５】
特許文献３は、熱源側に配置する熱交換機と、高温水と低温水とを分ける温度調節三方弁を利用した温水供給装置である。この装置によると、温水貯水槽が温度レベルの異なる部屋として互いに流通可能に仕切られており、熱源側の熱交換器と温水貯水槽との間に備えた温度調節三方弁によって、温水の温度に合わせて温度レベルの異なる部屋へ導入する装置である。温度レベルごとに仕切られた各部屋の温水が増加すると、この部屋の上部から隣接する、より高温の部屋へオーバーフローしながら熱交換する装置である。このように熱交換することで、熱利用側へ供給する中間媒体の平均温度を高く維持するよう装置系を設計することができ、その変化幅を小さくできるとしている。
【０００６】
特許文献４は、コージェネレーションシステムを用いた給湯器に関するものである。コージェネレーションとはひとつのエネルギーから複数のエネルギーを取り出すシステムで、特許文献４では、発電機の排熱を給湯器の熱源に利用するシステムになっている。このシステムでは、給水手段にて給水される低温槽と、その低温槽からオーバーフロー状態にて湯水が供給される高温槽とを備えた開放式の貯湯槽を有している。そして、排熱回収用熱交換器と貯湯槽とにわたって湯水を循環させる排熱回収用循環手段が、低温槽から湯水を取り出して再び低温槽に戻す排熱回収用循環経路にて湯水を循環させるように構成されている。このシステムでは、排熱利用で温められた湯が低温槽に貯留され、高温槽にオーバーフローし、この高温槽から各住戸へ供給されるシステムになっている。
【特許文献１】特開昭６３−２７１０６４号公報
【特許文献２】特開平４−２６０７５０号公報
【特許文献３】特公平１−５２６６１号公報
【特許文献４】特開２００３−４２５４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ヒートポンプを熱源とする特許文献１や、更にボイラーを補助熱源として加えた特許文献２の如く、密閉型の貯湯槽は、階下給湯や加圧運転に対応できない不都合がある。また、密閉型の貯湯槽では、貯湯槽の点検や保守のメンテナンス作業が複雑になるといった不都合も生じる。そこで、このような階下給湯や加圧運転を可能にし、メンテナンス作業を容易にするには、特許文献３及び特許文献４の如く開放型の貯湯槽を用いる必要がある。
【０００８】
ところが、特許文献３に記載の温度調節三方弁を利用した温水供給装置は、省エネタイプの給湯器としては構成が極めて複雑化してしまう不都合がある。すなわち、温水貯水槽が温度レベルの異なる部屋として温度別に複数の部屋に分かれているため、温水貯水槽全体の構成が極めて複雑化しており、更に、給湯時に用いる一部の部屋の貯湯量を増大しようとすると、設置面積や給湯器自体の規模が極めて大掛かりなものになるといった不都合もある。
【０００９】
一方、特許文献４に記載された発電機の排熱を給湯器の熱源に利用するコージェネレーションシステムでは、地域又は集合住宅に電力を供給する発電機の排熱を有効利用するものである。したがって、高温槽に貯留される湯温は摂氏５０度乃至６０度程度が目標温度となり、摂氏５０度を下回ることも想定されている。このように、高温槽内に貯留される湯温は常に一定に保持することはできない。その為、各住戸に給湯する湯温が目標温度よりも低い場合は、湯温を一定温に高めるために、ガスバーナ等の加熱部で改めて温度調整する必要がある。しかも、地域又は集合住宅に電力を供給する発電機の排熱を利用するので、このコージェネレーションシステムでは、複数の住戸を対象とする大規模な給湯器に利用可能でも、各事業所や家庭ごとの給湯器に用いることはできないものであった。
【００１０】
このように、オーバーフローを利用した従来の省エネタイプの給湯器では、階下給湯や加圧運転に対応できず、また、個々の住宅等で使用する際に改めて加熱する必要があるなど、多くの課題を残すものであった。そこで本発明は、上述の課題を解消すべく創出されたもので、階下給湯や加圧運転を可能にすることができ、しかも、改めて加熱する必要もなく、一定の温度で直接利用することが可能な開放型省エネ用給湯器及びその運転方法の提供を目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述の目的を達成すべく本発明給湯器における第１の手段は、開放型の貯湯槽１が熱湯槽１０と混合槽２０とに区画され、熱湯槽１０の下層部から熱源機２を循環して加熱され有効貯湯として熱湯槽１０の上部に貯留されると共に、貯留された熱湯が熱湯槽１０の上層部から混合槽２０へオーバーフローするように設け、オーバーフローした熱湯と混合槽２０へ供給する給水とを混合する混合器３０を混合槽２０の内部に設け、該混合器３０で一定の温度に調整された温水を混合槽２０の内部に貯留すると共に、該混合槽２０から給湯することにある。
【００１２】
本発明給湯器における第２の手段は、前記熱湯槽１０において、熱湯として使用可能な有効貯湯を熱湯槽１０内部の上部７０％〜８０％に貯留するように設定し、該熱湯槽１０の内部に鉛直状に給水ダクト１１を挿入し、該給水ダクト１１の下端部から熱湯槽１０の非有効貯湯層に給水するように設けている。
【００１３】
本発明給湯器における第３の手段は、前記混合槽２０において、略筒体内部に混合板３１を有する混合器３０を設け、該混合器３０を混合槽２０の内部に鉛直状に挿入し、該混合器３０の下端部から混合槽２０の内部に温度調整された湯を給湯する。
【００１４】
本発明の運転方法における第４の手段は、開放型の貯湯槽１が熱湯槽１０と混合槽２０とに区画され、熱湯槽１０の底部に供給された水が熱源機２を循環して加熱され有効貯湯として熱湯槽１０の上部に貯留されると共に、貯留された熱湯が熱湯槽１０の上層部から混合槽２０へオーバーフローするように設けた開放型省エネ用給湯器の運転方法において、前記熱源機２は深夜電力にて運転する熱源機２とし、熱湯槽１０満水時の上部７０％〜８０％が有効貯湯になるまで夜間時に運転することにある。
【００１５】
本発明の運転方法における第５の手段は、前記熱湯槽１０において、熱湯槽１０の下層部に給水される水圧で上層部の有効貯湯をオーバーフローせしめ、熱湯槽１０の有効貯湯量が２０％〜３０％を下回ったときに前記熱源機２を臨時運転して熱湯槽１０の有効貯湯量を５０％〜６０％にまで回復させることを課題解消のための手段とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の請求項１によると、開放型の貯湯槽１が熱湯槽１０と混合槽２０とに区画され、混合器３０で一定の温度に調整された温水を混合槽２０の内部に貯留すると共に、該混合槽２０から給湯するので、階下給湯や加圧運転を可能にすることができ、しかも、改めて加熱する必要もなく、省エネタイプの給湯器から直接給湯利用することが可能になるものである。
【００１７】
本発明給湯器における請求項２によると、熱湯槽１０を、熱湯として使用可能な有効貯湯を熱湯槽１０内部の上部７０％〜８０％に貯留するように設定したことで、通常の給湯時は熱源機２を使用せずに、熱湯槽１０内の有効貯湯を利用した極めて効率の良い給湯が可能になる。また、熱湯槽１０の内部に鉛直状に給水ダクト１１を挿入し、該給水ダクト１１の下端部から熱湯槽１０の下層部に給水するように設けているので、給水時に熱湯槽１０内部の温度差によって生じる対流現象をできるだけ抑止できるので、熱湯槽１０の上層部に貯留した有効貯湯の温度を下げずに給水することができる。
【００１８】
本発明給湯器における請求項３により、混合槽２０に貯留される温水は、略筒体内部に混合板３１を有する混合器３０によって、常に一定温度に調整されているので、省エネタイプの給湯器から直接給湯利用することが可能になる。したがって、従来の省エネタイプの給湯器の如く、給湯時に改めて加熱する必要もなくなり、極めて効率の良い省エネ効果を奏するものである。
【００１９】
一方、本発明の運転方法における請求項４によると、前記熱源機２は深夜電力にて運転する熱源機２とし、熱湯槽１０満水時の上部７０％〜８０％が有効貯湯になるまで夜間時に運転することで、事業所や家庭で使用する給湯器として利用するのに好適となり、特に夜間電力を使用するので極めて高い省エネ効果を奏するものである。
【００２０】
本発明の運転方法における請求項５によると、熱湯槽１０の下層部に給水される水圧で上層部の有効貯湯をオーバーフローせしめ、熱湯槽１０の有効貯湯量が２０％〜３０％を下回ったときに前記熱源機２を臨時運転して熱湯槽１０の有効貯湯量を５０％〜６０％にまで回復させることで、通常運転の際は、熱湯槽１０内の有効貯湯で賄えるが、この通常運転の使用量を超えても十分に対応することが可能になっている。
【００２１】
このように本発明によると、階下給湯や加圧運転を可能にすることができ、しかも、改めて加熱する必要もなく、一定の温度で直接利用することが可能になるなどといった種々の効果を奏するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明の最良の形態は、熱湯槽１０の下層部から熱源機２を循環して加熱され有効貯湯として熱湯槽１０の上部に貯留されると共に、貯留された熱湯が熱湯槽１０の上層部から混合槽２０へオーバーフローするように設ける。オーバーフローした熱湯と混合槽２０へ供給する給水とを混合する混合器３０を混合槽２０の内部に設け、該混合器３０で一定の温度に調整された温水を混合槽２０の内部に貯留すると共に、該混合槽２０から給湯する。前記熱湯槽１０において、熱湯槽１０の内部に鉛直状に給水ダクト１１を挿入し、該給水ダクト１１の下端部から熱湯槽１０の下層部に給水するように設けるものである。
【実施例】
【００２３】
以下、本発明の一実施例を説明する。本発明給湯器の構成は、開放型の貯湯槽１と、主に深夜電力で稼動する熱源機２とからなる極めてシンプルな構成である（図１参照）。
【００２４】
貯湯槽１は、熱湯槽１０と混合槽２０とに区画されている（図２参照）。熱湯槽１０には、熱源機２を循環して加熱され有効貯湯とする摂氏９０度の熱湯が貯留されている。この熱湯は、熱湯槽１０の下層部から熱源機２に給水し、加熱後、熱湯槽１０の上層部に戻されたもので、熱湯として使用可能な有効貯湯は熱湯槽１０の上槽部から下層部にかけて順に貯留される。この熱湯槽１０を、少なくとも容量２５０〜３００Ｌ程度に設定し、有効貯湯を、熱湯槽１０内部の上部７０％〜８０％に貯留するように設定している。有効貯湯量をこのように設定することで、事業所や一般家庭などで使用するのに適した給湯器とすることができる。また、熱湯槽１０や前記混合槽２０の容量は使用目的に応じて任意に設定できるものである。尚、同図では、便宜上、給水ダクト１１と混合器３０とを省略している。
【００２５】
【表１】
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【００２６】
表１は、開放型で運転した場合において、有効貯湯とする摂氏９０度の貯留状況を示している。ここでは、後述する初期運転終了直後における熱湯槽１０の内部温度を測定した。この結果、貯留される湯温は、内部の高低により大幅な違いがあることがわかる。上層部１０％〜６０％は、摂氏８５度以上をキープしており有効と言えるが、下層部７５％〜１００％は、極端に低く有効とは言い難い。その為、貯留量の２０％〜３０％は、有効貯湯に含めない。
【００２７】
この熱湯槽１０に給水する際に、給水ダクト１１を使用する（図１参照）。この給水ダクト１１は、略筒状を成し、熱湯槽１０の内部に鉛直状に挿入されたもので、給水ダクト１１の上部に注がれた水は、給水ダクト１１の下端部から熱湯槽１０の下層部に給水されるものである。熱湯槽１０の内部は、上層部に熱湯として使用可能な有効貯湯が貯留され、下層部に加熱される前の低温水が貯留されている。そこで、給水ダクト１１を利用して熱湯槽１０の下層部に給水することで、熱湯槽１０内部の温度差によって生じる対流現象をできるだけ抑止できる。この結果、熱湯槽１０の上層部に貯留した有効貯湯の温度を下げずに給水することが可能になるものである。
【００２８】
【表２】
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【００２９】
表２は、戻り湯の有無によって熱湯槽１０内部の温度変化を示すものである。同表（Ａ）は、戻り湯を入れない場合に、熱源機２が停止した直後の内部温度を示し、（Ｂ）は戻り湯を入れた場合の内部温度を示している。戻り湯を入れた場合、熱湯槽１０内に撹拌現象が生じ、全体的に均一な温度になっているが、熱源機２の停止を早めていることがわかる。一方、戻り湯を入れない場合は、表１に示す初期運転に近い温度で効率良く貯留できることがわかる。ここでは、戻り湯の温度はあまり関係がなく、戻り湯の流れによる撹拌現象によるものと思われる。
【００３０】
混合槽２０は、熱湯槽１０の上層部から混合槽２０へオーバーフローした熱湯の温度を調整しながら貯留するもので、貯湯槽１の中仕切りを介して熱湯槽１０と区画されている。高温の熱湯槽１０と低温の混合槽２０とが中仕切り部分で隣接しているので、この中仕切り部分に熱交換が生じる虞がある。そのため、中仕切り部分には、保温材を配して熱交換を防止している（図示せず）。
【００３１】
混合槽２０には、温度調整のために使用する混合器３０を混合槽２０の内部に装着している（図３参照）。そして、混合器３０を介して一定の温度、例えば摂氏６０度に調整された温水をこの混合槽２０に貯留し、この混合槽２０から各給湯器に給湯するものである（図２参照）。また、給湯器から戻った戻り湯は、この混合槽２０に戻し、この循環の過程で混合槽２０内の温水の温度が低下した場合に加熱する補助のヒータ２１を混合槽２０に備えている。このヒータ２１を使用する前に、熱湯槽１０から混合器３０を介して給湯する温度を調節することで、循環時に低下した湯水の温度を上げることも可能である。また、戻り湯を前記熱湯槽１０に戻さず、この混合槽２０に循環させるのは、前述の如く、戻り湯の循環作用によって、熱湯槽１０内部に対流を生じさせないようにする為である。
【００３２】
混合器３０は、熱湯槽１０の有効貯湯とする熱湯がオーバーフローした際に、この熱湯を受水する略筒体である（図３参照）。この混合器３０の上端部に、熱湯が注がれると同時に混合用電動弁５が開いて摂氏２０度の低温水が注水され、混合器３０の内部で摂氏９０度の熱湯と混合し、摂氏６０度の温水となって混合器３０の下端部から混合槽２０の内部に貯留される。図示の混合器３０は、略筒体状を成し、複数の挿通孔を有する混合板３１を内部に装着したものである。
【００３３】
【表３】
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【００３４】
図４は、混合器３０の他の実施例を示している。同図（イ）は、熱湯と給水とを夫々別の筒体にて混合槽２０に導入した後、混合するものである。この実施例によると表３（Ｂ）に示す如く、混合槽２０からの出湯温度に大きなバラツキが生じていた。一方、同図（ロ）に示す如く、熱湯と給水とを同じ筒体から混合槽２０に導入することで、表３（Ａ）に示す如く、安定した温度で出湯することが可能になっている。
【００３５】
図３に示す混合器３０は、混合器３０の内部に混合を促進させる混合板３１を配したものである。この混合板３１を配することで、より一定の温度に調整することが可能になる。図示の混合板３１は、混合板３１に貫通孔を開穿したものであるが、混合板３１の数や配置例は図示例に限られるものではなく、この混合板３１の数や形状、及び挿通孔の径および有無等は、調整する温度によって適宜変更するものである。
【００３６】
次に、図５及び図６に基いて本発明の運転方法について説明する。初期運転は、深夜電力にて運転し、熱湯槽１０満水時の上部７０％〜８０％が有効貯湯になるまで熱源機２で加熱するものである（図５参照）。まず、熱湯槽１０の内部に摂氏１５度の水を給水し、熱湯槽１０の水がオーバーフローする直前まで給水される（同図（イ）参照）。続いて、熱源機２が運転を開始して熱湯槽１０の底部から熱源機２を循環して加熱された摂氏９０度の熱湯が、熱湯槽１０の上層部に貯留されていく（同図（ロ）参照）。更に、熱湯槽１０の上層部に一定量の熱湯が貯留された時点で、熱源機２への給水を止め、熱湯槽１０の底部に更に給水することで、熱湯槽１０の水位を上げる。熱湯槽１０の水位が上がると、上層部に貯留されていた摂氏９０度の熱湯がオーバーフローして混合槽２０へ移行する（同図（ハ）参照）。混合槽２０へ移行する熱湯は、混合器３０に導入され調整用の水と混合して摂氏６０度に調整されてから混合槽２０に貯留される。熱湯槽１０への給水を止め、熱湯槽１０の水位が元に戻ったところで再び熱源機２に循環させて加熱する。この工程を繰り返し、混合槽２０が満水になり、且つ熱湯槽１０内部の上部７０％〜８０％が高温状態になると運転が停止する（同図（ニ）参照）。このとき、熱湯槽１０最下層部の温度が摂氏５０度になると熱源機２の運転が停止する。尚、同図では、給水の位置を便宜上、熱湯槽１０の側面下部に示しているが、実際は給水ダクト１１を使用する。
【００３７】
昼間の給湯運転は、次のように行われる（図６参照）。まず、混合槽２０に貯留された摂氏６０度の湯が順次使用される（同図（イ）参照）。混合槽２０内の水位が低下すると、熱湯槽１０に給水を行い、混合槽２０の水位を上げて熱湯をオーバーフローせしめ、混合器３０を介して混合槽２０に湯水を補給する（同図（ロ）参照）。熱湯槽１０の有効貯湯量が２０〜３０％を下回ると（同図（ハ）参照）、熱源機２を臨時運転させて熱湯槽１０の有効貯湯量を５０％〜６０％にまで回復させるものである（図ニ参照）。
【００３８】
尚、本発明は、図示例に限定されるものではなく、各構成の設計変更や温度設定は任意に変更可能なものであり、本発明の要旨を変更しない範囲における用途の変更などは自由に行えるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の一実施例を示す概略図である。
【図２】本発明における貯湯槽の一実施例を示す概略図である。
【図３】本発明における混合器の一実施例を示す概略図である。
【図４】混合器の他の実施例を示す概略図である。
【図５】本発明運転方法を示す説明図である。
【図６】本発明運転方法を示す説明図である。
【符号の説明】
【００４０】
１  貯湯槽
２  熱源機
３  減圧弁
４  給水用電動弁
５  混合用電動弁
６  循環ポンプ
１０  熱湯槽
１１  給水ダクト
２０  混合槽
２１  ヒータ
２２  溢水口
２３  水位電極
２４  温度センサ
３０  混合器
３１  混合板
【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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