特許 5961484 貯湯式給湯機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5961484

(24)【登録日】2016年7月1日

(45)【発行日】2016年8月2日

(54)【発明の名称】貯湯式給湯機

(51)【国際特許分類】

   F24H 1/18 20060101AFI20160719BHJP

   F24D 17/00 20060101ALI20160719BHJP

【ＦＩ】

   F24H1/18 A

   F24D17/00 C

【請求項の数】2

【全頁数】8

(21)【出願番号】特願2012-183001(P2012-183001)

(22)【出願日】2012年8月22日

(65)【公開番号】特開2014-40955(P2014-40955A)

(43)【公開日】2014年3月6日

【審査請求日】2015年1月30日

(73)【特許権者】

【識別番号】000000538

【氏名又は名称】株式会社コロナ

(72)【発明者】

【氏名】佐山 和也

(72)【発明者】

【氏名】阿久津 靖

(72)【発明者】

【氏名】上田 真典

【審査官】 吉村 俊厚

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−１０７８４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２２２２４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭５６−０７４２１３（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２００５−１３３９９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５８−０６４４８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６３−０８０１６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−０８８０２２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２４Ｈ １／００ − ９／２０

Ｆ２４Ｄ １／００ − １９／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

湯水を貯湯する貯湯タンクと、前記貯湯タンク内の湯水を加熱する加熱手段と、一次側を循環する前記貯湯タンク内の湯水を熱源として二次側の流水を加熱して給湯する給湯外熱交換器と、前記貯湯タンク上部と前記給湯外熱交換器の一次側入口とを接続する一次側往き管と、前記給湯外熱交換器の一次側出口と前記貯湯タンクとを接続する一次側戻り管と、前記一次側往き管または前記一次側戻り管の何れか一方の途中に設けられて前記貯湯タンク内の湯水を前記給湯外熱交換器の一次側に循環させる一次側ポンプと、前記給湯外熱交換器の二次側入口に接続される給水管と、前記給湯外熱交換器の二次側出口に接続される給湯管とを備え、前記給湯外熱交換器は、一次側の流れ方向と二次側の流れ方向とが略対向流となる対向流方式とし、該給湯外熱交換器の他に、前記給湯外熱交換器に流入する水と前記給湯外熱交換器から流出する一次側の湯水とを熱交換する補助熱交換器を設け、この補助熱交換器は、前記給水管と前記一次側戻り管とを伝熱可能に接触させて構成したものとしたことを特徴とする貯湯式給湯機。

【請求項2】

前記給湯外熱交換器は、プレート式熱交換器で構成されていることを特徴とする請求項１記載の貯湯式給湯機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、貯湯タンク内の湯を給湯外熱交換器の一次側に循環させて二次側を流れる流水を加熱して給湯する貯湯式給湯機に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来よりこの種の給湯外熱交換器を有した貯湯式給湯機においては、特許文献１のように、湯水を貯湯する貯湯タンクと、前記貯湯タンク内の湯水を加熱する加熱手段と、一次側を循環する前記貯湯タンク内の湯水を熱源として二次側の流水を加熱して給湯する給湯外熱交換器と、前記貯湯タンク上部と前記給湯外熱交換器の一次側入口とを接続する一次側往き管と、前記給湯外熱交換器の一次側出口と前記貯湯タンクとを接続する一次側戻り管と、前記一次側戻り管の途中に設けられて前記貯湯タンク内の湯水を前記給湯外熱交換器の一次側に循環させる一次側ポンプと、前記給湯外熱交換器の二次側入口に接続される給水管と、前記給湯外熱交換器の二次側出口に接続される給湯管とを備えたものがあった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１２−１０７８４３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかし、このような従来のものでは、給湯外熱交換器としてプレート式熱交換器を用い、一次側の流れ方向と二次側の流れ方向とが略対向流となる対向流方式とするものが多くあったが、水と水とで熱交換する対向流方式の熱交換器の場合、給水温度が低いと給水温度が高い場合に比べて一次側の流量が増加して一次側出口温度が上昇して、給水温度と一次側出口温度との温度差が大きくなる熱交換ロスが発生する。

【0005】

また、貯湯タンク内の湯を給湯外熱交換器の一次側に循環させて二次側を流れる流水を加熱して給湯する貯湯式給湯機のようなものにおいては、貯湯タンク内の高温水が二次側の給湯水を加熱する熱源となるため、一次側出口温度が上昇することによって発生する熱交換に寄与できない熱を有した湯水が増加することは避けねばならない。

【0006】

そのため、低い給水温度でも熱交換ロスが少なくなるようにするには、給湯外熱交換器の熱容量を増やすことで解決できるが、これでは給湯外熱交換器が大型化してしまい、機器全体が大型化すると共に、高額になってしまうという問題があった。

【課題を解決するための手段】

【0007】

そこで、本発明は上記課題を解決するために、湯水を貯湯する貯湯タンクと、前記貯湯タンク内の湯水を加熱する加熱手段と、一次側を循環する前記貯湯タンク内の湯水を熱源として二次側の流水を加熱して給湯する給湯外熱交換器と、前記貯湯タンク上部と前記給湯外熱交換器の一次側入口とを接続する一次側往き管と、前記給湯外熱交換器の一次側出口と前記貯湯タンクとを接続する一次側戻り管と、前記一次側往き管または前記一次側戻り管の何れか一方の途中に設けられて前記貯湯タンク内の湯水を前記給湯外熱交換器の一次側に循環させる一次側ポンプと、前記給湯外熱交換器の二次側入口に接続される給水管と、前記給湯外熱交換器の二次側出口に接続される給湯管とを備え、前記給湯外熱交換器は、一次側の流れ方向と二次側の流れ方向とが略対向流となる対向流方式とし、該給湯外熱交換器の他に、前記給湯外熱交換器に流入する水と前記給湯外熱交換器から流出する一次側の湯水とを熱交換する補助熱交換器を設け、この補助熱交換器は、前記給水管と前記一次側戻り管とを伝熱可能に接触させて構成したものとした。

【0009】

また、前記給湯外熱交換器は、プレート式熱交換器で構成されているものとした。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、給湯中は補助熱交換器によって給湯外熱交換器に流入する水と給湯外熱交換器から流出する一次側の湯水とが熱交換されるため、給湯外熱交換器の二次側に流入する水の温度が上昇して、給湯外熱交換器での熱交換ロスが減少すると共に、貯湯タンクに戻る一次側の湯水の温度が低下して、熱交換に寄与できない熱を有した湯水の発生量を抑制することができる。

【0011】

また、補助熱交換器は、給水管と一次側戻り管とを伝熱可能に接触させた構成であるため、簡単でコンパクトかつ安価な補助熱交換器で上記の効果を奏することができると共に、給水管側と一次側戻り管側の両方の流動が停止している状態ではほとんど熱交換することがなく、次回の給湯開始初期の給湯性能に影響を与えることがない。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の一実施形態の概略構成図

【発明を実施するための形態】

【0013】

次に、本発明の一実施形態の貯湯式給湯機を図面に基づいて説明する。
１は湯水を貯湯する貯湯タンク２を備えたタンクユニット、３は貯湯タンク２内の湯水を熱源として給水を加熱するためのプレート式熱交換器よりなる給湯外熱交換器、４は貯湯タンク２内の湯水を給湯外熱交換器３の一次側に循環させる一次側循環回路で、この一次側循環回路４は、給湯外熱交換器３の一側入口３ａと貯湯タンク２上部とを接続する一次側往き管５と、給湯外熱交換器３の一次側出口３ｂと貯湯タンク２下部とを接続する一次側戻り管６とから構成され、一次側戻り管６途中には、貯湯タンク２上部から取り出した高温湯を給湯外熱交換器３の一次側に循環させる一次側ポンプ７が設けられている。

【0014】

８は給湯外熱交換器３の二次側入口３ｃに接続される給水管、９は給湯外熱交換器３の二次側出口３ｄと給湯栓１０とを接続する給湯管である。ここで、給水管８は市水から減圧弁を介することなく給湯外熱交換器３に直接接続されているものである。

【0015】

ここで、給湯外熱交換器３は、一次側の流れ方向と二次側の流れ方向とが略対向流となる対向流方式のプレート式熱交換器を立てた姿勢でタンクユニット１内に配置固定されており、一面のエンドプレートの下部に一次側入口３ａと二次側出口３ｄとが配置され、また同一面のエンドプレートの上部に一次側出口３ｂと二次側入口３ｃとが配置されているものである。

【0016】

１１は給湯外熱交換器３に流入する水と給湯外熱交換器３から流出する一次側の湯水とを熱交換する補助熱交換器で、給水管８と一次側ポンプ７上流側の一次側戻り管６とを所定の長さにわたり伝熱可能に接触させて構成したもので、給水管８を流れる給水の流れ方向と、一次側戻り管６を流れる一次側の湯水の流れ方向を対向させるようにしているものである。

【0017】

１２は貯湯タンク２内の湯水を加熱する加熱手段としてのヒートポンプユニット、１３は貯湯タンク２内の湯水をヒートポンプユニット１２に循環させる加熱循環回路で、この加熱循環回路１３は、ヒートポンプユニット１２の入口側と貯湯タンク２下部とを接続する加熱往き管１４と、ヒートポンプユニット１２の出口側と貯湯タンク２上部とを接続する加熱戻り管１５とから構成され、加熱往き管１４途中には、貯湯タンク２下部から取り出した湯水をヒートポンプユニット１２の冷媒水熱交換器１６の水側に循環させる加熱循環ポンプ１７が設けられているものである。

【0018】

１８は冷媒を圧縮する圧縮機、１９は冷媒の圧力を減圧膨張する膨張弁、２０は液冷媒を蒸発させる蒸発器、２１は蒸発器２０へ熱源となる外気を送風する送風機、２２は冷媒水熱交換器１６の水側に流入する貯湯タンク２からの湯水の温度を検出する入水温度センサ、２３は冷媒水熱交換器１６の水側から流出するヒートポンプユニット１２で沸き上げられた湯水の温度を検出する沸き上げ温度センサ、２４は外気温度を検出する外気温度センサで、ヒートポンプユニット１２は蒸発器２０で吸熱した冷媒を圧縮機１８で圧縮して冷媒水熱交換器１６を介して水を加熱するようにしているものである。

【0019】

２５は加熱戻り管１５途中から分岐されて一次側戻り管６に接続される加熱分岐管、２６は加熱戻り管１５と加熱分岐管２５の分岐点に設けられて、ヒートポンプユニット１２からの湯水を貯湯タンク２上部に戻すか、加熱分岐管２５および一次側戻り管６を介して貯湯タンク２下部に戻すかを切り替える加熱切り替え弁である。

【0020】

２７は給湯管９から分岐されて一次側戻り管６の一次側ポンプ７と加熱分岐管２５の接続点との間に接続される補水管、２８は補水管２７途中に設けられて給水圧を減圧する減圧弁、２９は一次側往き管５途中に接続され貯湯タンク２内の過圧を逃がす過圧逃がし弁である。

【0021】

３０は給水管８途中に設けられて給水温度を検出する給水温度センサ、３１は給湯管９途中に設けられて給湯温度を検出する給湯温度センサ、３２は給湯管９途中に設けられて給湯流量を検出する給湯流量センサ、３３は一次側往き管５途中に設けられ給湯外熱交換器３へ流入する熱源としての湯水の温度を検出する一次入口温度センサ、３４は一次側戻り管６途中に設けられ給湯外熱交換器３から流出する一次側の湯水の温度を検出する一次出口温度センサ、３５は貯湯タンク２の側面上下に複数設けられてそれぞれ貯湯温度を検出する貯湯温度センサである。

【0022】

３６は、所望の給湯設定温度を設定する操作スイッチや給湯設定温度を表示する表示部を備えたリモコンである。

【0023】

３７は入水温度センサ２２、沸き上げ温度センサ２３、外気温度センサ２４、給水温度センサ３０、給湯温度センサ３１、給湯流量センサ３２、一次入口温度センサ３３、一次出口温度センサ３４、貯湯温度センサ３５の検出値が入力され、一次側ポンプ７、ヒートポンプユニット１２、加熱循環ポンプ１７、圧縮機１８、膨張弁１９、送風機２１、加熱切り替え弁２６の作動を制御すると共に、リモコン３６と通信可能に接続された制御手段である。この制御手段３７は、予め給湯機の作動を制御するためのプログラムが記憶されていると共に、演算、比較、記憶機能、時計機能を有しているものである。

【0024】

＜沸き上げ運転＞
電力料金単価の安価な所定時間帯（深夜時間帯）の開始時刻になると、制御手段３７はそれまでの給湯負荷量に見合う湯量を沸き上げ開始するべく、ヒートポンプユニット１２と加熱循環ポンプ１７を駆動開始して貯湯タンク２下部から取り出した湯水を沸き上げ設定温度まで加熱開始する。

【0025】

このとき、制御手段３７は、沸き上げ温度センサ２３が検出する沸き上げ温度が沸き上げ設定温度より低い所定温度未満の間は、加熱切り替え弁２６を加熱分岐管２５側にしておき、温度の低い湯が貯湯タンク２上部から流入して貯湯温度を低下してしまうことを防止し、沸き上げ温度が沸き上げ設定温度より低い所定温度以上にまで達したら、加熱切り替え弁２６を貯湯タンク２上部側を連通するようにして沸き上げた湯を貯湯タンク２上部へ戻し、貯湯タンク２上部から沸き上げ設定温度の湯を積層状に貯湯する。

【0026】

そして、最下部の貯湯温度センサ３５が所定の沸き上げ終了判定温度を検出すると、制御手段３７は、ヒートポンプユニット１２と加熱循環ポンプ１７を駆動停止して沸き上げ運転を終了する。

【0027】

このとき、貯湯タンク２内の湯水の温度上昇に伴って貯湯されている湯水が膨張し、貯湯タンク２内の圧力が過圧逃がし弁２９の設定圧力を超過すると過圧逃がし弁２９が開いて膨張水が排水され、貯湯タンク２内の圧力が過圧逃がし弁２９の設定圧力以下になると過圧逃がし弁２９が閉じて排水が停止して、貯湯タンク２内を適正圧力に保つようにしている。

【0028】

そして、時間経過による貯湯タンク２内の湯水の自然放熱や後述する給湯に伴う貯湯タンク２内の湯水の温度低下に伴って貯湯されている湯水が収縮し、貯湯タンク２内の圧力が減圧弁２８の設定圧力より低くなると減圧弁２８を介して補水管２６から市水が貯湯タンク２内に流入し、貯湯タンク２内の圧力が減圧弁２８の設定圧力以上となると補水管２６からの市水の流入が停止して貯湯タンク２内を適正圧力での満水状態に保つようにしている。

【0029】

＜給湯運転＞
次に、給湯運転について説明すると、給湯栓１０が開かれると、給湯外熱交換器３の二次側に給水管８から補助熱交換器１１を通過した市水が流入し、給湯外熱交換器３の二次側を通過した湯水が給湯管９から給湯栓１０に向けて流出する。このとき、給湯流量センサ３２が所定の最小作動水量以上を検出すると、制御手段３７は、給水温度センサ３０で検出している給水温度と、リモコン３６で設定された給湯設定温度と、給湯流量センサ３２で検出している給湯流量とから給湯要求熱量を算出し、最上部の貯湯温度センサ３５で検出する貯湯温度と算出した給湯要求熱量とに応じた回転数で一次側ポンプ７を駆動開始する。

【0030】

そして、給湯温度センサ３１で検出する給湯温度がリモコン３６で設定した給湯設定温度に一致するように一次側ポンプ７の回転数をフィードバック制御して、給湯設定温度の給湯を行う。

【0031】

このとき、補助熱交換器１１では、給水管８から流入する市水と、一次側戻り管６から貯湯タンク２へ戻る給湯外熱交換器３で熱交換後の温度低下した湯水とが熱交換し、給湯外熱交換器３へ流入する市水の温度を上昇させると同時に、貯湯タンク２へ戻る一次側の湯水の温度を低下させる。

【0032】

そのため、従来のものよりも給湯外熱交換器３の二次側に流入する市水の温度が上昇するため、一次側ポンプ７の回転数が低く抑制され、給湯外熱交換器３での熱交換ロスが減少し、貯湯タンク２へ戻る一次側の湯水の温度も低下し、熱交換に寄与できない熱を有した湯水の発生量を抑制することができ、貯湯タンク２内の熱を有効に利用することができる。

【0033】

ここで、補助熱交換器１１は、タンクユニット１内の銅配管より成る給水管８と同じく銅配管より成る一次側戻り管６とを所定の長さにわたり伝熱可能に接触させ、離間しないようバンドで拘束しただけの構成であるため、タンクユニット１内の占有スペースが従来の補助熱交換器１１がない構成の貯湯式給湯機とほとんど変わらずに補助熱交換器１１を設けることができ、簡単でコンパクトかつ安価に実現できる。

【0034】

そして、給湯栓１０が閉じられる等によって給湯流量センサ３２で検出する給湯流量が最小作動水量未満まで低下すると、制御手段３７は、一次側ポンプ７の作動を停止して給湯を終了する。

【0035】

＜給湯待機中＞
給湯停止後の給湯待機中には、給湯外熱交換器３の一次側入口３ａ付近には貯湯タンク２の上部から流入した高温の湯が残留して二次側出口３ｄ付近の二次側の湯水を加熱してしまうが、一次側入口３ａおよび二次側出口３ｄは給湯外熱交換器３の下部に位置しているため、一次側入口３ａ付近の高温の湯は給湯外熱交換器３の上側の温度の低い一次側および二次側の湯水に熱伝導し、さらに給湯外熱交換器３上側の温度の低い一次側および二次側の湯水との比重差も相俟って上方向へ熱拡散し、給湯外熱交換器３の一次側入口３ａ付近の高温の湯は素早く温度低下し、給湯外熱交換器３の二次側の湯水が過熱されてしまう後沸きが生じることがない。

【0036】

このようにして、給湯待機中の給湯外熱交換器３内の二次側の湯水に後沸きが生じることがないため、次回の給湯開始初期の給湯温度のオーバーシュートの発生を防止することができる。

【0037】

また、補助熱交換器１１では、単に配管同士を伝熱可能に接触させた簡易な構成であるために、給水管８側と一次側戻り管６側の両方の流動が停止している状態ではほとんど熱交換することがなく、次回の給湯開始初期の給湯性能に影響を与えることがない。

【0038】

なお、本発明は上記一実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を変更しない範囲で改変可能なものであり、例えば、給湯外熱交換器３はプレート式熱交換器が好ましいが、プレート式熱交換器のみに限定されるものではなく、一次側の流れ方向と二次側の流れ方向とが対向する対向流方式の熱交換器であれよいものである。

【0039】

また、加熱手段はヒートポンプユニット１２のみに限られず、例えば、コージェネレーションによる排熱や太陽熱、あるいは電熱ヒータを加熱手段として用いても良いものである。

【符号の説明】

【0040】

２ 貯湯タンク
３ 給湯外熱交換器
３ａ 一次側入口
３ｂ 一次側出口
３ｃ 二次側入口
３ｄ 二次側出口
５ 一次側往き管
６ 一次側戻り管
７ 一次側ポンプ
８ 給水管
９ 給湯管
１１ 補助熱交換器
１２ ヒートポンプユニット（加熱手段）

【図1】