(57)【要約】【課題】  簡単な構造で、適切な温度を有する温水を速やかに出湯することが可能な貯湯ユニットを提供する。【解決手段】  底部に給水管４が接続される貯湯タンク３と、貯湯タンク３の内部に設置され、その上部付近まで伸長し、温水が流動する案内管３４と、貯湯タンク３の上部に接続される出湯管５と、案内管３４に排熱と熱交換された温水を供給する戻り管６と、貯湯タンク３の底部に設けられ、前記排熱と熱交換される冷水を取り出す取水管３３と、その冷水を貯湯タンク３から流出させる往き管７を備え、戻り管６と往き管７は、貯湯タンク３の底部に接続される。【選択図】        図１
2007147263.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
底部に給水管が接続される貯湯タンクと、
前記貯湯タンクの内部に設置され、その上部付近まで伸長し、温水が流動する案内管と、
前記貯湯タンクの上部に接続される出湯管と、
前記案内管に排熱と熱交換された温水を供給する戻り管と、
前記貯湯タンクの底部に設けられ、前記排熱と熱交換される冷水を取り出す取水管と、
その冷水を前記貯湯タンクから流出させる往き管を備え、
前記戻り管と前記往き管は、前記貯湯タンクの底部に接続されることを
特徴とする貯湯ユニット。
【請求項２】
前記案内管は、前記貯湯タンクの底部から立設する直管部と、
前記直管部の端部に設けられ、前記貯湯タンク内部に前記温水を供給する傾斜部とからなり、
前記傾斜部は、その軸心が前記直管の軸心に対して傾斜していることを
特徴とする請求項１に記載の貯湯ユニット。
【請求項３】
前記案内管は、前記貯湯タンクの底部から立設する直管部と、
前記直管部の端部に設けられ、前記貯湯タンク内部に前記温水を供給する先端部とからなり、
前記先端部は、前記直管部の軸心に対して垂直な方向から上方の範囲に向かって温水を供給する供給孔を有することを
特徴とする請求項１に記載の貯湯ユニット。
【請求項４】
前記取水管は、その端部に形成された取水口が前記給水管の端部と対向して設けられ、
前記給水管の口径よりも小なる口径を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の貯湯ユニット。
【請求項５】
前記取水管の端部と、前記給水管の端部の間には、前記給水管を延長するように中間部材が設けられ、
前記中間部材の外側には、その内部と前記貯湯タンクの内部とが連通する通孔が設けられていることを
特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の貯湯ユニット。
【請求項６】
前記案内管は、伸縮可能な構造を有することを
特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の貯湯ユニット。
【請求項７】
前記案内管は、その軸心が前記給水管の軸心と偏心する位置に設置されることを
特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の貯湯ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コージェネレーションシステムなどに使用される貯湯ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関（例えばガスエンジン）により発電を行い、その発電に伴って発生する熱エネルギー（排熱）を利用して温水を生成するコージェネレーションシステムが実用化されている。コージェネレーションシステムでは、例えば、ガスエンジンで温められた熱媒体を、貯湯タンク内に設けられた熱交換器を循環させることにより、貯湯タンクに貯えられた水を温水化し、この温水を所定の機器（給湯器、浴槽など）に供給することが行われている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
コージェネレーションシステムなどに適用される従来の貯湯ユニットは例えば図４に示すように構成されている。図４に示す貯湯ユニット１は、ガスエンジン１０１及び熱交換器１０２を含む発電機１００で生成された温水が循環する熱交換器３５を内蔵した貯湯タンク３を備えている。貯湯タンク３は、上フランジ３１と下フランジ３２とで密閉した円筒状容器を含み、その容器は基台２に支持されると共に、下フランジ３２及び上フランジ３１には各々給水管４及び出湯管５が接続されている。また下フランジ３２には、連結管８を介して熱交換器１０２の一方の端部に接続される戻り管６と、連結管９を介して熱交換器１０２の他方の端部に接続される往き管７が接続されている。往き管７の途中には、循環ポンプ１１と温度センサ１２が設置され、また戻り管６の途中には、安全弁１３が設置されている。熱交換器３５は、例えばコイル状の銅管で形成され、下フランジ３２に立設されている。１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄは継手である。この貯湯ユニット１によれば、給水管４から貯湯タンク３内に水道水が供給された後、循環ポンプ１１を作動させることにより、ガスエンジン１の排熱で加熱された熱媒体が貯湯タンク３の内部に設けられた熱交換器３５を通過する間に、貯湯タンク３内の水は熱媒体との熱交換により温水となり、出湯管５から送出される。また熱交換器３５で貯湯タンク３内の水道水との熱交換により、冷却された熱媒体は往き管７を経て熱交換器１０２に給送される。温度センサ１２により、貯湯タンク３内の水温が例えば８０℃近傍の温度に達したことが確認されると、循環ポンプ１１が停止される。しかるにこの貯湯ユニット１は、ブレインなどの熱媒体が流動する熱交換器３５が貯湯タンク３の内部に設置されているので、熱媒体がタンク内の水に混入するのを防止するために、強固なシール構造が必要となり、また接続部分が多くなるため、シール部も増加するので、高価な装置となるといった問題を有する。また、このシステムでは、ガスエンジン１０１の運転で発生した排熱の熱量は２つの熱交換器を通じて水に伝達されるので、熱交換器での熱損失も増大し、排熱の回収効率が低下するという問題がある。
【０００４】
この他、電気温水器の分野では、熱交換器をもたない形式の貯湯タンクを備えた給湯装置が提案されている（特許文献２、３参照）。特許文献２に記載された給湯装置は、簡単な構造の横型の貯湯タンクであってかつ循環加熱時に戻し口と往き配管の水採取口との間でショートサーキットが生じないようにするために、循環ポンプ及び加熱器を備えた循環配管系の貯湯タンクへの戻り配管を貯湯タンクの壁体を貫通させ、その先端を貯湯タンクの上部壁面の近傍位置に配置し、かつ、その先端の戻し口を上部内壁面に対向させる構成を有する。特許文献３に記載された給湯装置は、補給水と熱源水を混合してから給湯槽内に貯湯して、給湯槽内の温水の温度差を少なくするために、給湯槽の上部から熱源水管を給湯槽内に立ち下げて貫設するとともに、その給湯槽内の熱源水管に略Ｕ字形状の混合管を覆設し、かつ、外部から補給水管を給湯槽内に貫設させ、補給水管の先端口を混合管に接合した構造を有する。
【０００５】
【特許文献１】特開平８−４５８６号公報（第３頁、図１）
【特許文献２】実開平５−３２９５６号公報（第５−７頁、図１）
【特許文献３】特許第３４７０２２１号公報（第２−３頁、図１、図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献２に記載された構造であると、横型のタンクには有効であっても（沸き挙げ完了時に貯湯タンク内に流入した温水はタンクの横方向全体に広がり、タンク内に低温水が対流しない）、戻し口と上部内壁面とが接近しており、通常の縦型のタンクの場合には、沸き挙げ完了時に貯湯タンク内に流入した湯は、そのまま出湯される恐れがあり、タンク内の水と混じり合わず、適切な温度の湯が得られないという問題が予想される。特許文献３に記載された構造であると、補給水管が熱源水管と合流するので、高温の湯が得られ難いという問題がある。
【０００７】
したがって本発明の目的は、上記の問題点を解消して、簡単な構造で適切な温度の温水を速やかに出湯することが可能な貯湯ユニットを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明の貯湯ユニットは、底部に給水管が接続される貯湯タンクと、前記貯湯タンクの内部に設置され、その上部付近まで伸長し、温水が流動する案内管と、前記貯湯タンクの上部に接続される出湯管と、前記案内管に排熱と熱交換された温水を供給する戻り管と、前記貯湯タンクの底部に設けられ、前記排熱と熱交換される冷水を取り出す取水管と、その冷水を前記貯湯タンクから流出させる往き管を備え、前記戻り管と前記往き管は、前記貯湯タンクの底部に接続されることを特徴とするものである。
【０００９】
本発明において、前記案内管は、前記貯湯タンクの底部から立設する直管部と、前記直管部の端部に設けられ前記貯湯タンク内部に前記温水を供給する傾斜部とからなり、前記傾斜部は、その軸心が前記直管に対して傾斜していることが好ましい。
【００１０】
また、本発明において、前記案内管は、前記貯湯タンクの底部から立設する直管部と、前記直管部の端部に設けられ前記貯湯タンク内部に前記温水を供給する先端部とからなり、前記先端部は、前記直管部の軸心に対して垂直な方向から上方の範囲に向かって温水を供給する供給孔を有することが好ましい。
【００１１】
本発明において、前記取水管は、その端部が前記給水管と向かい合うように設けられ、前記給水管の口径よりも小なる口径を有することが好ましい。
【００１２】
本発明において、前記取水管の端部と、前記給水管の端部の間には、前記給水管を延長するように中間部材が設けられ、前記中間部材の外側には、その内部と前記貯湯タンクの内部とが連通する通孔が設けられていることが好ましい。
【００１３】
本発明において、前記案内管は、伸縮自在な構造を有することが好ましい。
【００１４】
本発明において、前記案内管は、その軸心が前記給水管の軸心と偏心する位置に設置されることが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、貯湯タンク内部にその上部付近まで伸長する案内管を設けるので、貯湯タンクに流入する温水は、貯湯タンクの内部に給水された水道水と同じ方向に上昇して、貯湯タンクの上部で吐出されると共に、貯湯タンクの底部では水道水との混合が生じない。したがって、従来よりも短時間で適切な温度（例えば高温）の温水を得ることが可能となる。特に案内管を伸縮自在な構造とし、その高さを調節することにより、温水の出湯温度を調整することが可能となる。
【００１６】
また、本発明によれば、貯湯タンク内部にその上部付近まで伸長する案内管が設けられ、貯湯タンクの上部付近に直接温水が供給されるので、発電機が運転していれば必要な時に高温の温水を得ることができる。
【００１７】
しかも本発明によれば、熱交換器を具備しない構造なので、低コストで且つ排熱の回収効率が優れた貯湯タンクを実現することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
（第１の実施の形態）
以下本発明の詳細を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の第１の実施の形態に係わる貯湯ユニットを備えた給湯装置の配管図であり、図４と同一機能部分は同一の参照符号で示す。貯湯ユニット１は、基台２に支持された貯湯タンク３を備えており、温水を生成・貯留するために、都市ガス等を燃料とする内燃機関（例えばガスエンジン）１０１とその排熱で熱交換を行う熱交換器１０２を有するエンジン発電機１００に接続されている。温水を蓄える貯湯タンク３は、細長い円筒状容器の頂部と底部に各々、上フランジ３１と下フランジ３２が装着された密閉容器であり、その内部には下フランジ３２に立設された取水管３３と案内管３４とが配置されている。案内管３４は戻り管６に接続され、その戻り管６は連結管８を介して熱交換器１０２の一方の端部に接続されている。取水管３３は往き管７に接続され、その往き管７は連結管９を介して熱交換器１０２の他方の端部に接続されている。これにより、貯湯タンク３内の水が熱交換器を経由して循環する配管が構成される。また貯湯タンク３の上部には出湯管５が接続されている。なお、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄは継手である。
【００１９】
貯湯ユニット１の各部の詳細は次の通りである。貯湯タンク３は、図示を省略するが、保温効果と剛性の点から、例えば、樹脂（例えばポリエチレン）又はステンレス鋼製内側容器とそれを覆う保温材（例えば発砲ウレタンフォーム）と鋼板製又は樹脂製外側容器の３層構造とすることが好ましい。通常の貯湯タンクは、１００〜４５０ｌ程度の容量を有し、一般家庭の他ホテルや病院などの各種施設に適用されている。給水管４及び出湯管５の口径は、使用条件に応じて設定され、一般家庭では、通常、呼び径が２５Ａ以下の口径を有する給水管を貯湯タンクに接続すれば特別な不都合は生じないが、ホテルや病院などの各種施設では、大量の温水（例えば３００ｌ／ｍｉｎ程度）が消費されるので、それに見合うだけの量の水を貯湯タンクに供給し、大量の温水をそこから排出するためには、大口径（例えば呼び径が５０Ａ〜１５０Ａ）の給水管と出湯管を貯湯タンクに接続することが好ましい。このような口径の給水管４及び出湯管５を使用した場合は、戻り管６及び往き管７の口径は呼び径が２０Ａ〜２５Ａの範囲が好ましい。また、取水管３３の口径は給水管４の口径よりも小さく設定され、且つ取水管３３の取水口を給水管４のタンク側端部に対向させるように設置されることが好ましい。そうすることで、貯湯タンク内部の特に取水管３３周辺の温水を巻き込むことなく、最も低い温度の水を給水管４からほぼ直接取水管３３に確実に取り込み、熱交換器１０２に給送することができる。
【００２０】
案内管３４は、貯湯タンク２の底部から上部まで伸長する細長い配管で、下フランジ３２に固設される大径管３４ａとそれにスライド可能に支持される小径管３４ｂを有し、伸縮自在な構造とすると共に、小径管３４ｂの先端は直管部に対して斜めに折り曲げられて傾斜部３４１が形成されている。小径管３４ｂを所定長さだけ大径管３４ａから引出し、図示しない手段で大径管３４ａに固定することにより、案内管３４の高さｈ１を調節できるので、出湯温度を変更することが可能である。すなわち、ｈ１を高くすると、貯湯タンク２内に貯留された水と混合される部分が少なく、貯湯タンク２の上部に形成される高温領域３０ａが狭まり、一方ｈ１を低くすると、貯湯タンク２内に貯留された水と混合される部分が多くなり、高温領域３０ａが広がり、出湯される温水の温度が低下する。したがって高温の温水を得ようとする場合は、ｈ１を高くし、低温の温水を得ようとする場合はｈ１を低く設定すればよい。例えば８０℃の温水を得ようとする場合は、貯湯タンク２の高さ（うちのり寸法）をｈ０とすると、ｈ１／ｈ０が０．６〜０．７の範囲に収まるような寸法に設定することが好ましい。また傾斜部３４１の高さｈ２は、案内管３４の高さｈ１の０．０２〜０．０５倍の範囲に設定しかつ直管部に対し２０〜２５°程度傾けることにより、温水を貯湯タンク２の上部にむらなく排出することが可能となる。案内管３４は、その高さｈ１が調節可能であれば、上記以外の構造でもよい。
【００２１】
また、高温領域３０ａに貯留される湯と、給水管４から供給される水が混合する量は少ないことが望ましく、案内管３４は図１に示すように給水管４から供給される水の流れの影響を少なくするために、給水管４の軸心と偏心して立設されることが望ましい。
【００２２】
取水管３３は、貯湯タンク３の底部に滞留した低温の水を効率よく取出すために、逆Ｕ字形状とした配管部材であり、その高さｈ３はｈ３／ｈ０が０．０５〜０．３の範囲に収まり、かつＵ字状部の高さｈ４はｈ３の半分程度に収まるような寸法に設定することが好ましい。上記のような口径の給水管４及び出湯管５を使用した場合は、案内管３４及び取水管３３の口径は呼び径が２０Ａ〜２５Ａの範囲が好ましい。
【００２３】
上記の給湯装置による給湯動作の一例を図１により説明する。まず給水管４から貯湯タンク３に水道水を供給することにより、水圧により水道水は図示矢印Ｆ１で示すように上昇して貯湯タンク３の内部が水道水で満たされる。次いで循環ポンプ１１を作動して、貯湯タンク３内の水の一部を循環させる。この循環工程では、貯湯タンク３の水は、取水管３３から往き管７及び連結管９を経て熱交換器１０２に給送され、次いで熱交換器１０２において、ガスエンジン１０１の排熱で加熱された熱媒体と熱交換されて高温の温水が生成され、そしてこの温水は連結管８及び戻り管６を通過して貯湯タンク３に給送される工程が繰り返される。貯湯タンク３の内部に流入した高温の温水は、図示矢印Ｆ２で示すように案内管３４を上昇し、先端の傾斜部３４１から貯湯タンク２の頂部に向かって放出される。この温水は、貯湯タンク３内の高温領域３０ａに存在する水と混合されて適度な温度の温水が得られる。得られた温水は、水圧により出湯管５から貯湯タンク３外に排出されて、例えば末端の蛇口（不図示）から飲用や入浴用などに供される。ここで、水の温度が高くなると比重が軽くなるので（水の比重は、例えば２０℃で９９８．２Ｋｇ／ｍ３、４０℃で９９２．２Ｋｇ／ｍ３、６０℃で９８３．２Ｋｇ／ｍ３、８０℃で９７１．８Ｋｇ／ｍ３）、循環工程が繰り返されることにより、低温領域３０ｂには低温の水が滞留し、その水は取水管３３から取り出されて往き管７及び連結管９を経て熱交換器１０２に給送される。一方、高温の温水は、貯湯タンク３内の高温領域３０ａに連続して供給されるので、出湯管５から適度な温度の温水を継続して排出することができる。なお、出湯管に安全弁（不図示）を設けることにより、貯湯タンク３の内部の圧力及び温度が設定値（例えば圧力：０．４９ＭＰａ、温度：８０℃）を越えた時には、安全弁から圧力が外部に逃がされ、安全な給湯動作を行うことができる。
【００２４】
（第２の実施の形態）
図２は本発明の第２の実施の形態に係わる貯湯ユニットの下フランジの部分を示す斜視図である。また、同一機能部分については図１と同一の参照符号で示し、その他の部分については、図１に示す貯湯ユニットと同一であるので図示、及び説明を省略する。
下フランジ３２には図１の貯湯ユニット同様に給水管４、戻り管６、往き管７、取水管３３、案内管３４が固定されている。取水管３３の端部と給水管４の貯湯タンク側端部の間には、給水管４を延長するように貯湯タンク３の内部に設けられ、上端部が閉塞された筒状の中間部材３５が設けられている。中間部材３５の上端部には取水管３３の端部が挿入可能な開口３６が設けられ、開口３６に取水管３３の端部が挿入されている。中間部材３５の外側には、中間部材３５の内部と貯湯タンク３の内部が連通するように複数の通孔３７が形成されている。
【００２５】
この貯湯ユニット１Ａによれば、給水管４より貯湯タンク３に供給された水道水は先ず中間部材３５に流動する。中間部材３５の上端部は閉塞されているので、流入した水道水は中間部材３５の外側に設けられた通孔３７から貯湯タンク３の内部に供給される。このように、水道水の供給時に貯湯タンク３の内部に生じる供給管４の管軸方向に沿った流れを抑制することによって、給水による貯湯タンク３の内部の撹拌が軽減される。
また、取水管３３は中間部材３５を介して水道水を取出すので、中間部材３５内部の温度の低い水を取出すことが可能となる。その結果、取水管３３周辺の温水を巻き込むことなく低い温度の水を給水管４からほぼ直接取水管３３に確実に取り込み、熱交換器１０２に給送することができる。
【００２６】
（第３の実施の形態）
図３は本発明の第３の実施の形態に係わる貯湯ユニットの下フランジの部分を示す斜視図であり、特に、案内管の先端部を拡大図で示す。また、同一機能部分については図１と同一の参照符号で示し、その他の部分については、図１に示す貯湯ユニットを同一であるので図示、及び説明を省略する。
先端部３４ｃは案内管３４の直管部３４ａの先端に設けられ、上端部が閉塞された筒状の部材で、その側面にはその内周部と貯湯タンク３３の内部が連通する複数の供給孔３８が設けられている。供給孔３８の下方には半径方向外側に向かって水平に伸びる案内板３９が設けられている。
【００２７】
この貯湯ユニットによれば、熱交換器１０２で加熱された高温の温水は、連結管８、案内管３４を経て先端部３４ｃに到達し、供給孔３８から貯湯タンク３の内部に供給される。供給孔３８は先端部の側面に設けられ、その下方に案内板３９を有しているので、温水は案内板３９に沿って直管部３４ａの軸線に対して垂直な方向から上方の範囲に向かって優先的に供給される。その結果、貯湯タンク３の下方の低温領域３０ｂの水と高温の温水が混合することが抑制され、貯湯タンク３の上部に安定して高温領域３０ａを形成することができる。
本発明の給湯ユニットは、上述した構造に限定されず、その目的を達成する範囲で種々の変更が可能である。例えば、出湯量の変動が少なく、案内管の高さ調節が不要の場合は、所定高さの案内管を準備し、それを下フランジ３２に固定してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係わる貯湯ユニットを備えた給湯装置の配管図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係わる貯湯ユニットの下フランジの部分を示す斜視図である。
【図３】本発明の第３の実施の形態に係わる貯湯ユニットの下フランジの部分を示す斜視図である。
【図４】従来の貯湯ユニットを備えた給湯装置の配管図である。
【符号の説明】
【００２９】
１、１Ａ、１Ｂ：貯湯ユニット
２：基台
３：貯湯タンク、３０ａ：高温領域、３０ｂ：低温領域、３１：上フランジ、３２：下フランジ、３３：取水管、３４：案内管、３４ａ：大径管、３４ｂ：小径管、３４ｃ：先端部、３４１：傾斜部、３５：中間部材、３６：開口、３７：通孔、３８：供給孔、３９：案内板
４：給水管、５：出湯管、６：戻り管、７：往き管、８、９：連結管、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ：継手、１１：循環ポンプ、１２：温度センサ
１００：発電機、１０１：ガスエンジン、１０２：熱交換器
【図１】
2007147263.tif 000003
【図２】
2007147263.tif 000004
【図３】
2007147263.tif 000005
【図４】
2007147263.tif 000006