(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水圧がかかった水を加熱して温水にする給湯器と、その給湯器よりも下方に位置している温水使用箇所と前記給湯器とを接続する温水路を備え、
前記温水路に、水圧が低下すると前記温水路を閉じる背圧弁を挿入したことを特徴とする高所から給湯するシステム。
【請求項２】
水圧がかかった水を温水にして下方に位置している温水使用箇所に給湯する給湯器であり、
水圧がかかった水が通過する給湯器内水路と、その給湯器内水路の所定部位を加熱して通過する水を温水に加熱する加熱手段と、その加熱手段で加熱される前記所定部位よりも下流側の給湯器内水路に配設されていて水圧が低下すると給湯器内水路を閉じる背圧弁とを備えている給湯器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水圧がかかっている水を加熱して温水にする給湯器が、例えばビルの屋上等の高所に設置されており、下方に位置している温水使用箇所に給湯するシステムと、そのシステムを構築するのに適した給湯器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図４を参照して、高所から給湯する従来システム２１０の構成を説明する。図４は、３階建の建物２９０の屋上に給湯器２２０が設置され、階下の複数の温水使用箇所２３１，２３２，２３３に給湯する従来システム２１０の概略構成を示している。なお図中の矢印は、水（温水）が流れる方向を示している。このシステムでは温水が循環する。なお図４では、温水使用個所の符号を一部省略している。
建物２９０の屋上には貯水槽２２６が設けられている。貯水槽２２６と給湯器２２０との間には、貯水槽２２６の水を給湯器２２０に送る経路２０２が配設されている。経路２０２には加圧ポンプ２２８が設置されており、給湯器２２０に送り込まれる水に水圧がかけられる。
経路２０２は、給湯器２２０内を伸びる給湯器内水路２９２ａの一端に接続されている。給湯器内水路２９２ａに送られた水は、給湯器内水路２９２ｂと２９２ｃを経て給湯器内水路２９２ｄヘ送られる。給湯器内水路２９２ｄは、給湯器外に伸びる温水路２０４の一端と接続されている。温水路２０４の他端は、階下にある温水使用箇所２３１，２３２，２３３と接続されている。
給湯器内水路２９２ｂと２９２ｃは、給湯器２２０の加熱空間３０２を通過する。加熱空間３０２で、給湯器内水路２９２ｂと２９２ｃが加熱される。給湯器内水路２９２ｂと２９２ｃが加熱されることにより、給湯器内水路２９２ｂと２９２ｃを通過する水が加熱されて温水になる。この温水は、給湯器内水路２９２ｄと温水路２０４を介して温水使用箇所２３１，２３２，２３３に送られる。温水使用箇所２３１，２３２，２３３で使用されなかった温水は、給湯器内水路２９２ａに戻される。
加圧ポンプ２２８は配管内の水（温水）に水圧をかけるために、温水使用箇所２３１，２３２，２３３が開けられると、水（温水）は、給湯器２２０と温水路２０４を通過して温水使用箇所２３１，２３２，２３３に圧送される。
【０００３】
上記した給湯システム２１０では、加圧ポンプ２２８によって、給湯器内水路２９２ａ、２９２ｂ、２９２ｃ、２９２ｄと温水路２０４に水圧をかける。
しかしながら温水使用箇所２３１，２３２，２３３が給湯器２２０よりも下方にあるために、給湯器内水路２９２ｂ、２９２ｃ、２９２ｄ等の水圧が低下しやすい。特に、給湯器内水路２９２ｂと２９２ｃは、効率的な熱交換のために長尺管を屈曲して構成されており、流通抵抗が高い。このために温水路２０４内の温水が温水使用箇所２３１，２３２，２３３から勢い良く流出すると、給湯器内水路２９２ｂ、２９２ｃ、２９２ｄの水圧は低下しやすい。加圧ポンプ２２８によって給湯器内水路２９２ｂ、２９２ｃ、２９２ｄに水圧をかけていても、給湯器内水路２９２ｂ、２９２ｃ、２９２ｄの水圧が低下することがある。
【０００４】
給湯器内水路２９２ｂ、２９２ｃ、２９２ｄの水圧が低下すると、給湯器内水路２９２ｂ、２９２ｃ、２９２ｄの温水が低圧沸騰することがある。温水が低温沸騰すると数々の問題が生じる。例えば低圧沸騰して発生した水蒸気が、加熱空間３０２内での熱交換を阻害し、熱交換器が損傷することがある。あるいは、低圧沸騰に起因して異音が発生することがある。
加圧ポンプ２２８の加圧力を高めることによってある程度は低圧沸騰の発生を防止することができる。しかしながら、給湯器内水路２９２ｂと２９２ｃでの圧力損失は大きく、低圧沸騰の発生を加圧ポンプ２２８で防止するためには、非現実的なほど大きな加圧ポンプ２２８が必要とされてしまう。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明では、従来システムで用いられる能力と同等またはそれ以下の能力の加圧ポンプを利用しながらも、低圧沸騰の発生を防止できる給湯システムと給湯器を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段と作用と効果】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の給湯システムが創作された。この給湯システムは、水圧がかかった水を加熱して温水にする給湯器と、その給湯器よりも下方に位置している温水使用箇所と給湯器とを接続する温水路を備えている。その温水路に、温水路の水圧が低下すると温水路を閉じる（通過断面積を絞る）背圧弁が挿入されている。
温水路に背圧弁を挿入して温水路の水圧が低下したときには温水路の通過断面積が絞られるようにすると、温水路の水圧が大幅に低下しても給湯器内水路の圧力まで大幅に低下してしまうことを禁止することができ、給湯器内水路で低圧沸騰することを抑制することができる。実際に実験してみると、温水路に背圧弁を挿入するだけで、低圧沸騰の発生が顕著に抑制されることが確認されている。
【０００７】
また、上記課題を解決するために請求項２に記載の給湯器が創作された。この給湯器は、水圧がかかった水を温水にして下方に位置している温水使用箇所に給湯するものであり、水圧がかかった水が通過する給湯器内水路と、その給湯器内水路の所定部位を加熱して通過する水を温水に加熱する加熱手段と、その加熱手段で加熱される前記所定部位よりも下流側の給湯器内水路に配設されていて給湯器内水路の水圧が低下すると給湯器内水路を閉じる背圧弁（通過断面積を絞る）とを備えている。
この給湯器によると、給湯器内水路の下流に接続されている温水路の水圧が大幅に低下しても、加熱される給湯器内水路の圧力まで大幅に低下してしまうことを禁止することができ、加熱される給湯器内水路で低圧沸騰が発生することを抑制することができる。実験によって、加熱される給湯器内水路の下流に背圧弁を挿入しておくだけで低圧沸騰の発生が顕著に抑制されることが確認されている。
【０００８】
【発明の実施の形態】
上記した各請求項に記載の発明は、以下に示す形態で好適に実施することができる。
（形態１）  請求項１又は２に記載の給湯器は、給湯単能器又は複合器の給湯部である。
（形態２）  請求項１又は２に記載の背圧弁は、一次圧力調整弁と通称されるものである。
（形態３）  請求項１に記載の給湯システムは、建物の屋上や各戸のベランダなどの高所に給湯器が設置されて実施される。３階建て以上の建物で実施されると特に効果的である。
（形態４）  請求項２に記載の給湯器は、建物の屋上や各戸のベランダなどの高所に設置される。
（形態５）  請求項１に記載の給湯システムは、１台又は複数の給湯器と、１つ又は複数の温水使用箇所とを備える。
【０００９】
【実施例】
図１から図３を参照して本発明に係る給湯システムの実施例を説明する。最初に図１を参照して本実施例の給湯システムの構成を説明する。給湯システム１０は、７階建ての建物１００で実施されている。この建物１００の１階から屋上までの高さは約２１ｍである。給湯システム１０は、建物１００の屋上に設置されている３台の給湯器２０，２２，２４と、建物１００の各階にある複数の温水使用箇所３１〜３５等から構成される。なお図１では、一部の温水使用箇所の符号を省略している。また建物１００の６階と７階にある温水使用箇所は図示省略している。図中の矢印は、水（温水）の流れる方向を示している。
建物１００の屋上には、貯水槽２６が配設されている。貯水槽２６には水が貯められている。貯水槽２６には水供給路２の一端が接続されている。水供給路２の他端は、給湯器２０内の水路８８に接続されている。水供給路２には、加圧ポンプ２８が設けられている。加圧ポンプ２８は、水供給路２内の水を加圧する。水供給路２は、貯水槽２６から給湯器２０，２２，２４に水を送る。
【００１０】
給湯器２０，２２，２４は、水や温水を送る複数の給湯器内水路８８，９０，９１，９２，９４，９６等を有している。以下では、給湯器２０，２２，２４内にある水路（温水路）をすべて給湯器内水路と称する。給湯器内水路８８は、複数の給湯器内水路９０ａ，９０ｂ，９０ｃに分岐している。水供給路２から送られてくる水は、給湯器内水路９０ａ，９０ｂ，９０ｃに分岐している３つのルートにより各給湯器２０，２２，２４に送られることになる。具体的には、給湯器内水路８８，９０ａ，９１ａ，９２ａ，９４の順に給湯器２０内を通過する給湯器２０内ルートと、給湯器内水路８８，９０ｂ，９１ｂ，９２ｂ，９４の順に給湯器２２内を通過する給湯器２２内ルートと、給湯器内水路８８，９０ｃ，９１ｃ，９２ｃ，９４の順に給湯器２４内を通過する給湯器２４ルートで送られる。
温水使用箇所で使用される湯量が少ない間は、給湯器２０，２２，２４のうちの１台のみが使用される。使用湯量が増大すると１台の給湯器が追加して使用される。使用湯量がさらに増大すると、全部の給湯器が使用される。使用される給湯器を選択するために、給湯器内水路９０ａ，９０ｂ，９０ｃのそれぞれには、独立して開閉されるバルブが挿入されている。
給湯器２０内には加熱空間１０２が配設されている。同様に、給湯器２２内には加熱空間１０４が配設されており、給湯器２４内には加熱空間１０６が配設されている。給湯器内水路９１ａ，９２ａは、加熱空間１０２を通過するように配置されている。給湯器内水路９１ｂ，９２ｂは加熱空間１０４を通過するように配置されており、給湯器内水路９１ｃ，９２ｃは加熱空間１０６を通過するように配置されている。給湯器内水路９１ａ，９２ａは加熱空間１０２で加熱される。給湯器内水路９１ｂ，９２ｂは加熱空間１０４で加熱される。給湯器内水路９１ｃ，９２ｃは加熱空間１０６で加熱される。これにより水が給湯器内水路９１ａ，９２ａ，９１ｂ，９２ｂ，９１ｃ，９２ｃを通過する間に加熱されて温水になる。なお、給湯器２０，２２，２４の加熱空間１０２，１０４，１０６や、給湯器２０，２２，２４内に配されるその他の器具の詳しい構造は後述する。
【００１１】
給湯器内水路９４は、給湯器外に伸びる温水路４ａと接続されている。温水路４ａは、背圧弁５０を介して温水路４ｂと接続されている。温水路４ａと温水路４ｂは、給湯器２０，２２，２４から給湯される温水を温水使用箇所３１〜３５等に送る。背圧弁５０の構造については後で詳しく説明する。温水路４ａには圧力計１８０が配設されており、温水路４ｂには圧力計１８２が配設されている。圧力計１８０，１８２は、温水路４ａ，４ｂ内の水圧を測定し、その測定値を外部から視認できるように表示している。
温水路４ｂは、途中で複数の経路６ａ〜６ｅに分岐している。温水路４ｂが分岐した経路６ａ〜６ｅをフロア経路と称する。フロア経路６ａ〜６ｅは、各階毎に配設されている。フロア経路６ａは、５階にある複数の温水使用箇所３５毎に分岐している。フロア経路６ａは、温水使用箇所３５で温水が使用される場合（例えば蛇口が開かれたり、給湯を要求するためのリモコンが操作されたりした場合）に、温水を要求した温水使用箇所３５に温水を送る。同様に、各フロア経路６ｂ〜６ｅは各階にある温水使用箇所３１〜３４に温水を送る。
各フロア経路６ｂ〜６ｅの他端は、温水戻り経路８に接続されている。温水戻り経路８は、給湯器２０内の給湯器内水路９６と接続されている。温水戻り経路８は、温水使用箇所３１〜３５で使用されなかった温水を給湯器２０，２２，２４に戻す。給湯器２０内の給湯器内水路９６には循環ポンプ４４が配設されている。循環ポンプ４４が駆動されると、温水戻り経路８内や給湯器内水路９６を温水が流動する。
給湯器内水路９６は、上述した給湯器内水路８８と連通している。この構成により、給湯器内水路９６からの戻り温水が、各給湯器２０，２２，２４の加熱空間１０２，１０４，１０６に再び送られることになる。
【００１２】
ここで、給湯器２０，２２，２４内の構造を説明する。各給湯器２０，２２，２４は同様の構造をしているので、ここでは給湯器２０の構造を説明し、その他の給湯器２２，２４の説明を省略する。図２には、給湯器２０の構造が模式的に示されている。図中の矢印は水（温水）が流れる方向を示している。
給湯器２０は、上述した各給湯器内水路８８，９０ａ，９１ａ，９２ａ，９４，９６等と、加熱空間１０２と、制御ユニット１１０等から構成されている。給湯器内水路８８には、凍結防止ヒータ５４が配設されている。給湯器内水路８８内の水温が低下するとヒータ５４が駆動されて凍結が防止される。凍結防止ヒータ５４の駆動制御は、制御ユニット１１０が行なう。
給湯器内水路９６には、気水分離機４８と膨張タンク４６と循環ポンプ４４等が配設されている。気水分離機４８の上部にはエア抜き弁５２が配置されている。気水分離機４８は、戻り温水に含まれる気泡を放出して温水路に気体が混入しないようにする。膨張タンク４６は、温水の体積変化に抗して圧力を吸収する。給湯器内水路９６は、二手に分かれて循環ポンプ４４と接続されている。循環ポンプ４４は、例えば２４時間毎に交互に運転される。循環ポンプ４４が駆動すると、給湯器内水路９６内の戻り温水が矢印方向に流動する。循環ポンプ４４の駆動制御は、制御ユニット１１０が行なう。
給湯器内水路９０ａは、２本の給湯器内水路９１ａ，９２ａに分かれている。給湯器内水路９１ａ，９２ａに送られる水（戻り温水を含む）は、別ルートで加熱されることになる。
【００１３】
加熱空間１０２は、２つの加熱室４０，４２から構成されている。加熱室４０を通過するように給湯器内水路９２ａが配置されている。加熱室４２を通過するように給湯器内水路９１ａが配置されている。給湯器内水路９２ａには水量サーボ６４が配設されており、給湯器内水路９１ａには水量サーボ６６が配設されている。水量サーボ６４は、弁機構６４ａを有している。この弁機構６４ａが駆動されることにより、給湯器内水路９２ａの流量が調節される。同様に、水量サーボ６６は弁機構６６ａを有しており、給湯器内水路９１ａの流量が調節される。この水量サーボ６４と水量サーボ６６は、制御ユニット１１０によって駆動制御される。
加熱室４０の構造について説明する。なお加熱室４０と加熱室４２は同じ構造をしているので、加熱室４２の説明を省略する。加熱室４０には、複数のバーナ６８や熱交換器１８６等が配設されている。バーナ６８はガスを燃料とする。ガスはガス管１８４から供給される。熱交換器１８６は、複数の金属板が組み合わさって構成されている。給湯器内水路９２ａは、熱交換器１８６の金属板に取り囲まれている（接触している）。熱交換器１８６は、バーナ６８で加熱される位置に配置されている。バーナ６８で熱交換器１８６が加熱されると、熱交換器１８６の金属板が昇温する。これにより、熱交換器１８６の金属板と接触している給湯器内水路９２ａが加熱され、給湯器内水路９２ａ内の水（戻り温水を含む）が昇温して温水になる。
給湯器内水路９１ａも同様に加熱され、給湯器内水路９１ａ内の水（戻り温水を含む）が昇温して温水になる。給湯器内水路９１ａと給湯器内水路９２ａは合流して給湯器内水路９４と接続されている。
【００１４】
制御ユニット１１０は、バーナ６８や循環ポンプ４４等の各機器の駆動制御を行なう。制御ユニット１１０は、給湯器内水路８８内の水温や給湯器内水路９６内の戻り温水の温度を監視している。制御ユニット１１０は、監視している各温度に基づいてバーナ６８の加熱量を調節する。また制御ユニット１１０は、温水使用箇所３１〜３５にあるリモコン等のコントローラからの操作信号（温水の使用を開始する信号や温水の使用を終了する信号）を受信する。制御ユニット１１０は、受信された操作信号に基づいて循環ポンプ４４の駆動と停止を行なう。また制御ユニット１１０は、給湯器２０だけでなく、給湯器２２や給湯器２４内にある各機器の駆動制御も行なう。給湯器２２や給湯器２４には制御ユニットが配設されておらず、制御ユニット１１０が給湯器２２と給湯器２４の動作を制御する。
【００１５】
次に背圧弁５０の構造について説明する。図３は、背圧弁５０の一部縦断面図である。
背圧弁５０は、下部本体部材１３０と上部本体部材１３２とによりケーシング１９０を構成する。下部本体部材１３０と上部本体部材１３２はネジ１３４で固定されている。下部本体部材１３０には、入力通路７６と出力通路８２と弁口１２４が形成されている。なお図３では弁口１２４が閉じられた状態が示されている（背圧弁５０が閉弁状態である）。入力通路７６は、入口１３６で温水路４ａと接続される。出力通路８２は、出口１３８で温水路４ｂと接続される。入口１３６から入力された温水は、入力通路７６、弁口１２４、出力通路８２を順に通過して出口１３８から出力される。
下部本体部材１３０と上部本体部材１３２の間にはダイヤフラム７７が配設されている。そのダイヤフラム７７と下部本体部材１３０との間には圧力室１２６が形成されている。その圧力室１２６と入力通路７６との間には連絡経路７２が設けられている。連絡通路７２は、入力通路７６の温水が通過できるように構成されている。入力通路７６の温水が圧力室１２６を満たしており、圧力室１２６内の圧力と入力通路７６の温水の圧力は等しい。
【００１６】
上部本体部材１３２は、バネ７８とバネ当接部材１２０とバネ当接部材１９２等を収納している。バネ７８は、その上部でバネ当接部材１２０と接しており、その下部でバネ当接部材１９２と接している。バネ当接部材１２０の上部には連結部材１９４が当接している。その連結部材１９４の上部は、ボルト１２２と接している。ボルト１２２を締付けると、バネ当接部材１２０が下方に移動する。またボルト１２２を緩めると、バネ当接部材１２０が上方に移動する。
バネ当接部材１９２の下部には、ダイヤフラム７７が接している。この構成により、ダイヤフラム７７の上部にはバネ力がかかる。ダイヤフラム７７の下部には圧力室１２６の水圧がかかる。また、ダイヤフラム７７の上部には、上部本体部材１３２内にある空気の大気圧がかかる。
バネ当接部材１９２にはシャフト１２８が固定されている。シャフト１２８の下部には、弁体８０が固定されている。弁体８０の下部には、シャフト１９６が固定されている。シャフト１２８と弁体８０とシャフト１９６は一体となって上下方向に移動可能である。
【００１７】
上記した構成を有する背圧弁５０は以下のように作用する。圧力室１２６内の圧力が、ダイヤフラム７７の上部に作用しているバネ力と大気圧より大きくなると、ダイヤフラム７７が上方に押し上げられる。ダイヤフラム７７が上方に押し上げられるとバネ当接部材１９２が上方に移動する。これにより、シャフト１２８と弁体８０とシャフト１９６が上方に移動する。弁体８０が上方に移動すると弁口１２４が大きく開口する。即ち、入力通路７６と出力通路８２間の通過断面積が増大する。この場合、バネ当接部材１９２が上方に移動するのでダイヤフラム７７に作用するバネ力が大きくなる。一方、入力通路７６と出力通路８２間の通過断面積が増大するので、入力通路７６と圧力室１２６の水圧は減少する。下方向にかかるバネ力と大気圧と、上方向にかかる圧力室１２６の圧力と釣り合うところで平衡する。
本実施例では、背圧弁５０が閉弁状態のときに、ダイヤフラム７７に０．０３５ＫＰａの圧力（バネ力による圧力）が加わるようにボルト１２２が調節されている。このため、背圧弁５０が開弁している状態では、入力通路７６の温水の水圧は大気圧より０．０３５ＫＰａ以上大きい。
温水路４ｂから勢い良く温水が流出すると温水路４ｂの水圧は低下する。しかしながら、温水路４ｂの水圧の低下に追従して温水路４ａの水圧まで低下すると、ダイヤフラム７７が下方に変位して入力通路７６と出力通路８２間の通過断面積を絞る。このために、弁口１２４での圧力損失が大きくなり、温水路４ｂの水圧が低下しても温水路４ａの水圧はさほど低下することがない。温水路４ａの水圧が大気圧より０．０３５ＫＰａだけ高い圧力よりも低下すると、弁口１２４を塞いでしまうので、それ以上に温水路４ａの水圧が低下することはない。弁口１２４を塞いでしまうと断水する可能性があるが、実際には、入力通路７６と出力通路８２間の通過断面積をある程度絞ったときに、温水路４ｂの水圧低下が抑制され、それに伴って温水路４ａの水圧低下も止まるために、弁口１２４を塞いでしまうことはない。断水を防ぎながら、低圧沸騰の発生を防ぐことができる。
【００１８】
上述したように、本実施例に係る給湯システム１０では、背圧弁５０に入力される温水の圧力は大気圧よりも大きい。このために、背圧弁５０より上流側にある給湯器内水路９４，９１ａ，９２ａ，９１ｂ，９２ｂ，９１ｃ，９２ｃ等の水圧は常に大気圧以上となる。このために、給湯器内水路９４，９１ａ，９２ａ，９１ｂ，９２ｂ，９１ｃ，９２ｃで低圧沸騰が発生することをほぼ確実に防止できる。
【００１９】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
例えば、給湯器内水路９４の範囲Ｘ（図２参照）に背圧弁５０を配置するようにしても良い。この場合も、入力される温水の圧力が大気圧に対して正圧のときに開弁するように背圧弁５０が調節される。このような形態によると、背圧弁５０より上流側にある給湯器内水路９１ａ，９２ａ，９１ｂ，９２ｂ，９１ｃ，９２ｃの温水は常に正圧となり、給湯器内水路９１ａ，９２ａ，９１ｂ，９２ｂ，９１ｃ，９２ｃ内で低圧沸騰することがほぼ確実に防止される。このため、低圧沸騰による気泡が生じることはなく、給湯器内水路９２ａ等が熱交換器により加熱されるときに温水への伝熱が阻害されることがない。
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の給湯システムの概略構成図である。
【図２】  給湯器の内部の概略構成図である。
【図３】  背圧弁の一部縦断面図である。
【図４】  従来の給湯システムの概略構成図である。
【符号の説明】
２・・水供給路
４・・温水路
８・・戻り温水経路
１０・・給湯システム
２０，２２，２４・・給湯器
２６・・貯水槽
２８・・加圧ポンプ
３１〜３５・・温水使用箇所
５０・・背圧弁（一次圧力調整弁）
８８・・給湯器内水路
９０・・給湯器内水路
９１・・給湯器内水路
９２・・給湯器内水路
１００・・建物
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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