特許 6033321 給湯システム

(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】6033321

(24)【登録日】2016年11月4日

(45)【発行日】2016年11月30日

(54)【発明の名称】給湯システム

(51)【国際特許分類】

   F24D 17/00 20060101AFI20161121BHJP

   F24H 1/18 20060101ALI20161121BHJP

【ＦＩ】

   F24D17/00 N

   F24H1/18 503Z

【請求項の数】4

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2014-537983(P2014-537983)

(86)(22)【出願日】2012年9月28日

(86)【国際出願番号】JP2012075020

(87)【国際公開番号】WO2014049814

(87)【国際公開日】20140403

【審査請求日】2014年12月9日

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】000006013

【氏名又は名称】三菱電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001461

【氏名又は名称】特許業務法人きさ特許商標事務所

(72)【発明者】

【氏名】大林 誠善

【審査官】 黒石 孝志

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００８−９５９９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１７９１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−１７０８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１４３８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平９−２４３１７４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２４Ｄ １７／００

Ｆ２４Ｈ １／１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

湯水を貯蔵する貯湯タンクと、
前記貯湯タンク内の前記湯水を出湯端末へ供給する給湯配管と、
前記給湯配管と前記貯湯タンクとに接続され、前記給湯配管を流れる前記湯水を前記貯湯タンクに戻す循環配管と、
前記給湯配管上であって前記貯湯タンクまでの距離が前記出湯端末までの距離よりも短くなる位置に設けられ、前記貯湯タンク内の前記湯水を吸引して前記出湯端末側および前記循環配管側に吐出する循環ポンプと、
前記給湯配管と前記出湯端末との間に接続された混合栓と、
前記混合栓に水を給水するための配水管と、
前記配水管に設けられた逆止弁と、
前記貯湯タンクに水を給水するための給水配管と、
前記給水配管に設けられた、減圧値が可変な減圧器と、
を備えたことを特徴とする給湯システム。

【請求項2】

前記循環ポンプに並列に接続された逆止弁をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の給湯システム。

【請求項3】

前記循環配管内の圧力を検知する圧力検知部と、
前記圧力検知部により検知された圧力が予め設定した設定圧力以下になったときに前記循環ポンプを作動させる循環制御手段と
をさらに備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の給湯システム。

【請求項4】

前記循環配管内の温度を検知する温度検知部と、
前記温度検知部により検知された温度が予め設定した設定温度以上である場合、前記循環ポンプを停止させる循環制御手段と
をさらに備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の給湯システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、蛇口やシャワー等の出湯端末に即湯可能な給湯システムに関するものである。

【背景技術】

【0002】

一般的に、ヒートポンプを用いた給湯装置は、圧縮機と、放熱器と、膨張弁と、吸熱器とを冷媒配管で順次接続した冷凍サイクルを備えている。そして、二酸化炭素などの冷媒と水との間で熱交換が行われ湯水が生成される。この給湯装置により生成された湯水は、貯湯タンクから給湯配管を介して蛇口やシャワー等の出湯端末へ送水される。

【0003】

ホテルなどの商業施設などの業務用途においては施設の特性上、給湯配管が非常に長くなるため、湯水を利用したい場合すぐに利用できない場合がある。そこで、即時に湯水を出湯することが可能な給湯システムが提案されている（たとえば特許文献１、２参照）。特許文献１、２において、貯湯タンクに給湯配管が接続されており、給湯配管には出湯端末および循環配管が分岐して接続されている。給湯配管を流れる湯水が循環配管を介して貯湯タンクへ返湯されるようになっている。湯水が給湯配管および循環配管の中を循環しているため、貯湯タンクに蓄えられた湯を出湯端末において即時に利用できる即湯が可能になる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許第４９４３２５８号公報

【特許文献2】特開２０１２−３２０７８号公報

【発明の開示】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、特許文献１、２の給湯システムにおいて、給湯配管から出湯端末へ分岐した後の貯湯タンクへ返湯される循環配管側に循環ポンプが配置されている。このため、給湯システムが設置されている施設への配水管（上水）が停電等により断水した場合、循環ポンプの運転により混合栓を介して配水管に滞留している水が吸引されてしまい、配水管内の圧力が変動してしまうという問題がある。

【0006】

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、即湯を可能にしながら配水管内の圧力変動を抑えることができる給湯システムを提供することを目的とするものである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明に係る給湯システムは、湯水を貯蔵する貯湯タンクと、貯湯タンク内の湯水を出湯端末へ供給する給湯配管と、給湯配管と貯湯タンクとに接続され、給湯配管を流れる湯水を貯湯タンクに戻す循環配管と、給湯配管上であって貯湯タンクまでの距離が出湯端末までの距離よりも短くなる位置に設けられ、貯湯タンク内の湯水を吸引して出湯端末側および循環配管側に吐出する循環ポンプと、給湯配管と出湯端末との間に接続された混合栓と、混合栓に水を給水するための配水管と、配水管に設けられた逆止弁と、貯湯タンクに水を給水するための給水配管と、給水配管に設けられた、減圧値が可変な減圧器と、を備えたものである。

【発明の効果】

【0008】

本発明に係る給湯システムによれば、循環ポンプが出湯端末までの間に配置されていることにより、循環ポンプは出湯端末へ湯水を吐出する圧力を加えることになるため、断水等した場合であっても循環ポンプが出湯端末に接続されている配水管内の水を吸入することがなく、即湯を可能にしながら配水管内に圧力変動が生じるのを確実に防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の給湯システムの実施形態１を示す模式図である。

【図2】本発明の実施の形態１における循環回路内の圧力分布を示すグラフである。

【図3】従来の給湯システムの一例を示す模式図である。

【図4】図１の給湯システムと図３の給湯システムにおける断水時の配水管内の圧力変動を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0010】

実施形態１．
図１は本発明の給湯システムの実施形態１を示す模式図である。図１の給湯システム１００は、給湯装置１、貯湯タンク２、給湯配管１１、循環ポンプ１２、循環配管１４等を備えている。給湯装置１は、たとえば二酸化炭素を冷媒として使用したヒートポンプ式の給湯装置からなっており、接続配管３ａ、３ｂにより貯湯タンク２に接続されている。そして、給湯装置１は、接続配管３ａから供給される貯湯タンク２内の下部の低水温の水を加熱し、加熱した湯水を接続配管３ｂを介して貯湯タンク２に送る。

【0011】

貯湯タンク２は、給湯装置１により供給される湯水を貯蔵するものであって、接続配管３ａ、３ｂにより給湯装置１に接続されている。さらに、貯湯タンク２の下部には、給水配管４、逆止弁６、減圧器７を介して配水管（上水管）４１に接続されている。たとえば出湯端末２２において湯水が消費され貯湯タンク２に貯蔵されている湯水の量が所定量以下になった場合、配水管４１から水が給水配管４、逆止弁６、減圧器７を介して貯湯タンク２に供給されるようになっている。

【0012】

さらに、貯湯タンク２内の湯水が所定温度以下になった場合、貯湯タンク２の下部から接続配管３ａを介して給湯装置１に低水温の水が送水される。そして、給湯装置１において加熱された高温の湯水が接続配管３ｂを介して再び貯湯タンク２に供給される。このように、給湯装置１と貯湯タンク２とは、低水温の水と高温の温水とを循環させる熱源回路を構成している。

【0013】

特に、減圧器７には所定の設定値が予め設定されており、減圧器７から吐出する水の圧力が設定値よりも低くなった場合、減圧器７内部の弁を開方向に動作させる。一方、圧力が設定値以上になった場合、減圧器７内部の弁を閉方向に動作させる。この減圧器７の設定値は外部から可変できるようになっている。節水したい場合、設定値を下げれば貯湯タンク２への給水量を少なくして節水が可能となる。なお、設定値が小さくなると、貯湯タンク２内の圧力は低下することになるが、循環ポンプ１２により出湯端末２２へ供給するための必要十分な圧力を得ることができる。このため、出湯端末２２に湯水を安定して供給することができる。

【0014】

また、出湯端末２２において湯水が使用された場合、貯湯タンク２内の内圧が下がるとともに、減圧器７の吐出側の圧力が下がる。すると、配水管４１の内圧と減圧器７の吐出部側（貯湯タンク側）の圧力の間に差が発生する。この場合にも減圧器７は吐出部の圧力が設定値になるように内部の弁を開く。すると、配水管４１および給水配管４から水が供給されて減圧器７の吐出側の圧力が上昇し、圧力が設定値以上になった場合減圧器７内部の弁が閉じ、貯湯タンク２への給水が停止される。

【0015】

給湯配管１１は、貯湯タンク２の上部に取り付けられたものであって、貯湯タンク２内の湯水を出湯端末２２へ供給するものである。給湯配管１１には循環ポンプ１２が設けられており、循環ポンプ１２は貯湯タンク２から湯水を吸引して給湯配管１１を介して出湯端末２２側に吐出する。なお、循環ポンプ１２の動作は循環制御手段３３により制御されている。

【0016】

この循環ポンプ１２には逆止弁１３が並列に接続されている。逆止弁１３は貯湯タンク２側から出湯端末２２側へのみ湯水を通過させる。そして、循環ポンプ１２が停止・故障している場合もしくはポンプ動力を抑えるために少容量のポンプを選定した場合、湯水は貯湯タンク２の内圧により逆止弁１３を通過して出湯端末２２に供給されることになる。

【0017】

ここで、循環ポンプ１２および逆止弁１３は、貯湯タンク２までの距離が出湯端末２２までの距離よりも短くなるように設置されている。特に、循環ポンプ１２および逆止弁１３は貯湯タンク２の近傍に設けられていることが好ましい。すなわち、循環ポンプ１２の吸入部１２ａの圧力は、貯湯タンク２からの配管距離に比例して減圧される。この減圧により気泡が発生した場合（キャビテーション）、気泡により循環ポンプ１２が故障もしくはポンプの寿命が低下するおそれがある。そこで、給湯配管１１の貯湯タンク２に近い側に循環ポンプ１２の吸入部１２ａを設置することにより、循環ポンプ１２が故障するのを未然に防止することができる。

【0018】

給湯配管１１には出湯端末２２と循環配管１４とがそれぞれ分岐して接続されている。出湯端末２２は、シャワー・カランや蛇口等からなるものであって、混合栓２１を介して給湯配管１１に接続されている。この混合栓２１は、給油配管１１に接続されているとともに、逆止弁８、減圧器９、給水配管５を介して配水管４１に接続されている。そして、混合栓２１において、給湯配管１１から供給される湯水と配水管４１から供給される水とが混合され、出湯端末２２から最適な温度の温水が提供される。このように、給湯システム１００において、給湯配管１１、循環ポンプ１２および逆止弁１３、混合栓２１、出湯端末２２により給湯回路が構成されている。

【0019】

循環配管１４は、給湯配管１１から分岐して貯湯タンク２の下部に接続されており、循環ポンプ１２から吐出された湯水が循環配管１４内を通って貯湯タンク２に戻される。このように、給湯システム１００において、貯湯タンク２、給湯配管１１、循環ポンプ１２および逆止弁１３、循環配管１４により、貯湯タンク２の中央あるいは下部へ返湯される循環回路１０が構成されている。

【0020】

さらに、給湯システム１００は、圧力検知部３１、温度検知部３２、循環制御手段３３を備えている。圧力検知部３１は循環回路１０内を流れる湯水の圧力を検知するものであって、たとえば給湯配管１１上に設置されている。循環制御手段３３は、圧力検知部３１により検知された圧力Ｐが予め設定した設定圧力Ｐｒｅｆ以下になった場合、循環ポンプ１２を作動させる。これにより、循環ポンプ１２の作動により貯湯タンク２内の内圧を上昇させることなく、大容量の給湯が可能となる。なお、圧力Ｐが設定圧力より大きい場合、循環制御手段３３は循環ポンプ１２を停止させる。

【0021】

温度検知部３２は、循環回路１０内を循環する湯水の温度Ｔを検知するものである。そして、循環制御手段３３は、温度検知部３２により検知された温度Ｔが予め設定した設定温度Ｔｒｅｆ以上になった場合、循環ポンプ１２の作動を停止させる。これにより、循環回路１０内を循環することによる湯水からの無駄な放熱を防止し、温度の高い温水を即座に提供する即湯を効率よく実現可能なシステムを提供することができる。

【0022】

図２は、図１の給湯システム１００における位置毎の圧力を示すグラフであり、図１と図２を参照して図１を参照して給湯システム１００における湯水の流れについて説明する。なお、図２に示すように、貯湯タンク２の内圧が所定圧力になっているものとし、上述した循環制御手段３３の制御により循環ポンプ１２が作動しているものとする。まず、湯水が貯湯タンク２の上部から循環ポンプ１２の吸入部１２ａへ吸引される。このとき、貯湯タンク２から循環ポンプ１２の配管長に比例して減圧していく。

【0023】

そして、循環ポンプ１２の吸入部１２ａから吸入された湯水は循環ポンプ１２の吐出部１２ｂから出湯端末２２側に向かって吐出される。この際、逆止弁１３からも湯水が吐出される。この際、循環ポンプ１２により給湯配管１１内の内圧は上昇することになる。その後、給湯配管１１内を流れる湯水は出湯端末２２側と循環配管１４側とに分岐される。なお、循環配管１４側に分岐する湯水の量は出湯端末２２において使用される使用湯水量に依存する。一方、循環配管１４内を流れる湯水は再び貯湯タンク２に返湯される。

【0024】

このように、循環ポンプ１２を給湯配管１１側に設けることにより、加圧ポンプ４０の停止等による配水管４１が断水した場合であっても、配水管４１内の圧力が変動するのを防止することができる。すなわち、図３に示すような従来の給湯システム２００において、循環ポンプ２１２は循環配管１４側に配置されている。したがって、循環ポンプ２１２は、給湯配管１１および出湯端末２２側の吸入部２１２ａから湯水を吸入することになる。ここで、上述したような断水が発生した場合、循環ポンプ２１２は混合栓２１を介して給水配管５内の水を吸引するだけでなく、逆止弁８を介して配水管４１内の水も吸引してしまう。このため、給水配管５のみならず配水管４１の圧力変動を生じさせるという問題がある。

【0025】

図４は、図１の給湯システム１００および図３の従来の給湯システム２００における断水時の配水管４１内の圧力変動を示すグラフである。図４において、配水管４１の上流部に設置された加圧ポンプ４０により配水管４１内は常に水で満たされ高い圧力状態を保持している。そして、配水管４１の水は、逆止弁８、減圧器９、給水配管５を介して出湯端末２２に供給される。ここで、加圧ポンプ４０への電源が遮断された場合等の断水が発生した場合、図４に示すように循環ポンプ１２、２１２が作動していなければ、圧力変動は生じずに高い圧力状態を維持する。

【0026】

一方、断水時に循環ポンプ１２、２１２を作動させた場合、水は出湯端末２２に給水配管５の残圧のみで供給され、出湯端末２２における水の利用とともに給水配管５の残圧が小さくなる。このとき、図３に示すような従来の給湯システム２００では、循環ポンプ２１２は吸入部２１２ａが出湯端末２２側に接続されているため、給水配管５内の水のみならず、混合栓２１、逆止弁８、減圧器９を介して配水管４１内の水も吸引してしまう。その結果、配水管４１内の圧力変動は停電による配水管４１の圧力低下以上に発生してしまう。

【0027】

一方、図１の給湯システム１００において、循環ポンプ１２の吐出部１２ｂ側に出湯端末２２が接続されている。したがって、加圧ポンプ４０の作動が停止して断水が発生した状態で循環ポンプ１２が作動した場合、循環ポンプ１２から吐出した湯水は給湯配管１１から混合栓２１を介して給水配管５へ吐出圧力が印加されることになる。ここで、給水配管５には逆止弁８が設けられているため、循環ポンプ１２により加圧された水は逆止弁８によって遮断される。したがって、循環回路１０内において循環ポンプ１２を用いて湯水を循環させることで上記給湯回路中の温水を高く維持し即湯が可能となる給湯システム１００において、配水管４１の圧力変動を小さく抑えることができる。すなわち、循環ポンプ１２が出湯端末２２の上流側である給湯配管１１に配置されているため、停電時等による断水時においても給水配管５の圧力変動を小さく抑えることができる。

【0028】

また、大容量の温水が出湯端末２２で利用されると、循環ポンプ１２の吸入側の圧力は貯湯タンク２からの配管距離に比例して減圧される。減圧により気泡が発生するため、循環ポンプ１２は給湯配管１１中のより貯湯タンク２に近い側に設置し、気泡によりポンプが故障するのを防止することが可能となる。

【0029】

さらに、図３の従来の給湯システム２００においては、このキャビテーションを防止するためには給湯配管１１の内圧を高くする必要がある。さらに、大容量の給湯を行うためには、貯湯タンク２内の内圧を上げなければならず、貯湯タンク２の強度を高める必要があり、コストが高くなるという課題がある。一方、図１のように、循環ポンプ１２を貯湯タンク２近傍に配置することにより、貯湯タンク２内の圧力を低く設定しても循環ポンプ１２の吸入部１２ａで負圧になることをなくし、キャビテーションの発生を防止し安定して湯水を循環させることができる。

【0030】

また、循環ポンプ１２の吐出部１２ｂ側に圧力検知部３１を設け、圧力検知部３１により検出した圧力が予め設定した設定値以下になった場合、循環制御手段３３が循環ポンプ１２を運転させることで、貯湯タンク２内の内圧を上昇させることなく、大容量の給湯が可能となる。

【0031】

さらに、温度検知部３２により検知された温度を用いて循環ポンプ１２の動作を制御することにより、循環回路１０内を循環することによる湯水からの無駄な放熱を防止し、温度の高い温水を即座に提供する即湯を効率よく実現可能なシステムを提供することができる。

【0032】

また、貯湯タンク２への給水配管４に外部から可変な設定値に基づき内部の弁の開閉を行う減圧器７を設けることで、意図的に少量の給湯を行う（節水）が可能となる。

【0033】

本発明の実施形態は、上記実施形態に限定されない。たとえば、図１において、１つの貯湯タンク２が設けられている場合について例示しているが、複数の貯湯タンク２が並列もしくは直列に設置されたものであってもよい。

【0034】

また、図１において、循環ポンプ１２および逆止弁１３が貯湯タンク２に対し別体として設けられている場合について例示しているが、貯湯タンク２と循環ポンプ１２および逆止弁１３とが貯湯タンク２に対し一体的に設けられていてもよい。これにより、上述した気泡の発生を抑制するとともに設置工事の容易化を図り、さらに貯湯タンク２と循環ポンプ１２等とを接続する配管径を小さくすることができる。

【0035】

また、図１において、圧力検知部３１および温度検知部３２の設置場所は循環回路１０内であれば給湯配管１１もしくは循環配管１４のいずれかに設けられていればよく、上記実施の形態に限定されない。

【符号の説明】

【0036】

１ 給湯装置、２ 貯湯タンク、３ａ、３ｂ 接続配管、４、５ 給水配管、６ 逆止弁、７ 減圧器、８ 逆止弁、９ 減圧器、１０ 循環回路、１１ 給湯配管、１２、２１２ 循環ポンプ、１２ａ、２１２ａ 吸入部、１２ｂ、２１２ｂ 吐出部、１３ 逆止弁、１４ 循環配管、１５ 給水配管、２１ 混合栓、２２ 出湯端末、３１ 圧力検知部、３２ 温度検知部、３３ 循環制御手段、４０ 加圧ポンプ、４１ 配水管、１００、２００ 給湯システム、Ｐ 圧力、Ｐｒｅｆ 設定圧力、Ｔ 温度、Ｔｒｅｆ 設定温度。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】