JPS5869357A - 太陽熱利用給湯システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は太陽熱集熱器、貯湯槽、熱源部等を組み合わせ
た太陽熱利用の給湯システムに関するものであシ、低イ
ンプット能力（１２ｓｏｏＫ、、ｚ／ｈ以下）の先止式
瞬間給湯機と、大容量（たとえば２５０ｆｉ　）の貯湯
ができる貯湯槽を組み合わせた給湯システムとし。

（１）多量貯湯機能とし、６号程度の瞬間給湯機能を満
足することにより各種の給湯負荷に対応できる省エネル
ギー的な使用を可能にする。

（２））貯湯槽と熱源部をセパレートすることによ発揮
させる。

（３）給湯出湯用と貯湯循環用を一つのポンプにて兼用
させる。

一般的に給湯機としては「瞬間式」と「貯湯式」に大別
できる。前記瞬間式は大インプット能カタ＼ イブを備えてあれば給湯負荷に対応できるし、瞬時に給
湯を得ることができる。また貯湯式は低インプット能力
のものでも２５０β程度の湯ｉ８０〜８５Ｃ貯湯してお
けば高温湯全何時でも出湯させることができる。そして
第３図の給湯曲線にて示すように瞬間式のものは特性Ａ
の使用範囲であり、貯湯式のものは全域が使用範囲とな
るなどそれぞれに特徴があシニ極化しているのが現実で
ある。なお、この特性は給湯能力が１８号の場合の使用
範囲である。

さて太陽熱利用の給湯システムにおける熱源部および貯
湯槽として瞬゛間式あるいは貯湯式給湯機を採用しても
前記同様の特徴を示しているのが実態であシ瞬間式給湯
機診よび貯湯式給湯機における具体的な欠点を次に示す
。

瞬間式給湯機の欠点 （１）近年の給湯形態としては風呂への落込み給湯が増
大し、給湯能力の大型化傾向にある。機器の能力として
は１３〜１８号（インプット換算で２６０００〜３６０
００Ｋｄ／ｈ　）である。したがって熱交換器が大型化
し熱容量が大なることにより「立上シの加熱ロス」が増
大することにりる。

（２）給湯条件の異なる場合の同時使用においては給湯
能力の大きい条件に依存し、使い勝手が悪いものである
。たとえば１５号能力とし冬期水濡６Ｃにおいて台所の
給湯条件が５４１．’３０Ｃとしても風呂落込み中の給
湯条件がｓＲ，，８゜Ｃの場合などである。

以上のように給湯能力が大型化すればするほど経済性と
使い勝手の面で欠点が生じてくる。

貯湯式給湯機の欠点 （１）貯湯量が多量であシ、低インプットの場合に特に
沸き上げ時間を長く必要とするとともに短時間に使い果
した場合にさらにもう少しだけ高温湯が欲しいときでも
多量に沸き上げなければならないことと、沸き上げ時間
が長く必要となる。すなわち給湯負荷への対応が悪い。

（２）高温湯（たとえば８６Ｃ）を多量貯湯（たとえば
２５（１）しておくことによる「缶体からの放熱ロスＪ
が大きい。

（３）設置スペース面においても瞬間式に比べて大きい
ものである。

第６図および第７図に上記「瞬間式」「貯湯式Ｊの両給
湯機を熱源（ソーラシステムの補助熱源）とした場合の
太陽熱利用給湯システムの従来例を示した。

第６図および第７図において１は貯湯槽であシ下部に太
陽熱集熱器２５への送り管２６が接続されている。送シ
管２６にはポンプ９が接続されている。さらに集熱器２
６の上部から貯湯槽１の下部へ戻り管２８が接続され゛
ている。２９は貯湯槽１への給水口である。３０は貯湯
槽１に貯湯された水あるいは温水を補助熱源としての貯
湯式給湯機３１へ導入する接続管である。第７図の３１
′は貯湯式給湯機３１に代わる瞬間式給湯機である０３
２は貯湯式給湯機３１あるは瞬間式給湯機３１’″″　
ｌ、− で再加熱された湯を風呂１台所等へ供給する出湯管であ
る。

上記構成において概略動作を説明する〇集熱器２５内に
蓄積されている水が太陽熱によって昇温し、貯湯槽１下
部の水温との温度差が開けばポンプ９が作動し、貯湯槽
１下部の水が送シ管２６を通って集熱器゛２６へ搬送さ
れる◇集熱器２６内で昇温した湯は戻シ管２８を通シ貯
湯槽１内へ給湯される。このような動作が繰シ返されて
貯湯槽１内の湯温が上昇する。

さて夏場あるいは春秋で快晴の日は太陽熱にょる昇温で
風呂９台所等への給湯をまかなうことができるが冬場あ
るいは曇天の日等は十分な昇温か得られず再加熱が必要
となる。このために接続管３０からの湯を貯湯式給湯機
３１あるいは瞬間式給湯機３１′ヲ作動させることによ
って再加熱を行なって、いる。

太陽熱利用の給湯システムにおいても前述の「瞬間式」
「貯湯式」の欠点は存在する。したがって本発明の着目
はこの点になシ、瞬間式と貯湯式の特徴を生かし５両方
の欠点を解決した新しい給湯システムを提供するもので
ある。すなわち次の点である。

０）熱源の能力としては低インプット能力とし瞬間式給
湯機とする。したがって、熱交換器容量が小さくて済み
、立上シの加熱ロスを少なくすることができる。

（２）大容量の貯湯槽と組合せて貯湯式給湯機とするこ
とで同時使用が可能である。

以上のように、使い果しへの対応を瞬間式にて対応する
ことができるものとなる。すなわち給湯負荷への対応が
できる。

（３）貯湯槽をジスターンを有する方式とすることで水
圧の影響が極減し、断面を長方形の形状にすることで省
スペース型の貯湯槽を構成することができる。

以上のように熱源部と貯湯槽をセパレートにししかも、
先止式瞬間給湯機能と貯湯機能を両立させたものである
。

本発明の一実施例について第１図〜第５図に基づいて説
明する。

１は貯湯槽で内部の上部に水道水２と直結したボールタ
ップ３を備えている。４はボールタップ３に連動した給
水管で貯湯槽１の内部の下部に連絡している。

また貯湯槽１の下部に多量貯湯用入口部６を。

上部に出口部６を有するものである０７は熱源部であシ
、熱交換器８の入口側は貯湯槽１の出口部６に直結した
給湯と循環兼用のポンプ９とを給湯往管１０にて一連結
している。また熱交換器８の出口側は三方切替部１１と
連結し、給湯復管１２に連絡している。１３は給湯復管
１２と多量貯湯入口部６０間に設けた循環量の制御用オ
リスイス部である０２２は多量貯湯入口部５と貯湯槽１
の上記に設けた少量貯湯入口部２３へ湯を切替る三方切
替部Ｂである。また給湯出湯栓１４と給湯復管１２は三
方切替部１１にて制御される。

１６は熱交゛換器８の入口部に設けた貯湯用の湯温サー
ミスタ％１６は貯湯槽１の本体ケース、１７、社熱源部
７０本体ケース、１８は熱源部のバ、−す１９は給湯往
管１０と給湯復管１２の貯湯槽１側と熱＠７ｆｌＩｌの
接続部である。

２０は三方切替部１１と給湯出湯栓１４の間に設けた流
量スイッチＡ、３０は浴槽である。

２１は給湯往管１ｏと太陽熱集熱器２６へ接続されてい
る送り管２６とへ湯の供給を切替える三方切替部Ａであ
る。２７は集熱器２６と送夛管２６との間に設けた循環
量制御用のオリフィス、２８は集熱器２５からの戻Ｑ管
であり、貯湯槽１下部の多量貯湯入口部２９に連結され
ている。

以上の構成において、１）多量貯湯の場合、２）少量貯
湯の場合、３）瞬間式の場合、４）太陽熱利用の場合の
動作の各作用面について述べる。

１）多量貯湯の場合、 貯湯槽１内に水が満たされた状態において、運転スイッ
チ（図示せず）’１）ＯＮすれば、給湯兼循環ポンプ９
が作動する。そして、流量および湯温制御サーミスタ１
５の信号によシ熱源部７のバーナ１８がＯＮされ熱交換
器８にて加熱される。加熱された湯が給湯復管１２、流
量制御用オリフィ０ ス部１３．三方切替部２２を通過し貯湯槽１内の下部多
量貯湯入口部６よシ送り込まれる。

しかる後に、湯温制御サーミス夛１６の設定湯温に達す
ればバーナを停止し加熱を終了する。

この状態で、給湯栓１４を開栓すれば給湯兼循環ポンプ
９はフル能力にて多量の高温湯を送り出すことになる。

この場合の給湯性能としては貯湯槽１内の湯温分布をな
くシ、出湯時の均一湯温か得られることが絶対条件とな
る。

この条件を満たすには実験的論証によれば貯湯槽１内へ
の循環流量を低流量にし、しかも高温湯であることが望
ましく、かつ貯湯槽１の最下部より送り込むことで貯湯
槽１の容量に対する安定湯温量の割合（有効安定出湯量
と一般的に表現している。）が大きく得られることが判
った。

そこで、給湯時は高流量が望ましいものであるので、給
湯と循環をひとつのポンプ９にて兼用していることから
オリフィス部１３を設は循環量を制御しているものであ
る。

これは、貯湯槽１内の下部より高温湯を対流スビードの
遅い条件にて沸き上げることにより、第４図に示すよう
に貯湯槽内の温度分布が少なくなり、第５図のように出
湯時の湯温安定が図れるものである。

高温湯を低流速にて送シ込む根拠を次に述べる０（イ）
高流速にて送り込むと入口部６から出口部−６に向けて
の偏向流が生じ易くなシ、温度分布が悪くなる０したが
って、出湯時の湯温安定性を欠くものとなる０ （ロ）高温湯が貯湯できた後に出湯させた場合に当然、
給水口よシ低温水が流入する０この際、追焚きする時に
、貯湯槽上部の高温湯と、下部の低温水を攪拌してしま
うことになシネ都合が生じるものとなる０ 以上の点を考え条件設定するものとなる。また本実施例
ではオリフィス制御しているが、ポンプの極数変換し制
御する方法も考えられるものである０ ２）少、量貯湯の場合 貯湯槽の容量が２５０！であっても高温湯はたとえば１
ｏｏｆｌ以下で十分であるという場合がある０ 貯湯槽１内に水が満たされた状態において、運転スイッ
チ（図示せず）ｉＯＮすれば給湯兼循環ポンプ９が作動
する。そして流量および湯温制御サーミスタ１５の信号
により熱源部７０ノ（−す１８がＯＮされ熱交換器８に
て加熱される。加熱された湯が給湯復管１２．流量制御
用オリフィス部１３、三方切替部Ｂ２２’ｉｉ通過し、
貯湯槽１内の上部の少量貯湯入口部２３より送り込まれ
る。

しかる後に湯温制御サーミスタ１６の設定湯温に達すれ
ばバーナを停止し加熱を終了する０この状態で給湯栓１
４を開栓すれば給湯兼循環ポンプ９はフル能力にて高温
湯を送り出すことになるＯこの場合の給湯性能としては
貯湯槽１内上部の湯温分布を少なくシ、たとえば１　ｏ
ｏｎ以下の均−湯温量を得るものである。少量貯湯入口
部２３の位置あるいは貯湯槽１内への給湯方法（小孔に
よる分割給湯など）を工夫することによって比較的短時
間で所定の高温湯を得ることができる。

３ 一 以上のように少量貯湯の場合は少人数の場合の風呂への
給湯あるいはシャワーに向いており、加熱時間が必然的
に短くなるので燃料費の節約にもなる。

３）瞬間式としての場合 給湯を多量必要としない場合、たとえば、入浴しない日
および真夏時などは、瞬間式給湯器のしかも低能力で十
分であるｏしたがって、この場合においては瞬間式給湯
機として使用する方法をとるＯ したがって、運転スイッチｉＯＮにし、給湯出湯栓１４
を開くと流量スイッチＡ２０の検知により給湯兼循環ポ
ンプ９が始動する。そして、給湯往管１ｏの水温を検知
し、湯温制御サーミスタ１６よシの信号によシバーナ１
８が点火される。この状態にてしばらくすれば出湯栓１
４より高温湯が得られることになる。

このときは瞬間式給湯機としての機能となる０また。何
かの都合で貯湯量の全べて（例えば＞ｔｓｏＱ　）ｅ使
い果した後の必要性に対しては、４　− 瞬間式給湯機としての機能にて対応できる。

４）太陽熱利用の場合 集熱器２６内に蓄積されている水が太陽熱によって昇温
し、貯湯槽１下部の水温との温度差が開けば給湯と循環
兼用のポンプ９が作動し、貯湯槽１内の水が三方切替部
Ａ２１から送り管２６．循環量制御用オリフィス部２７
を通過して集熱器２６へ搬送される。集熱器２５内で昇
温した湯は戻り管２８を通り貯湯槽１下部の給湯口２９
へ送られる。この動作が繰シ返されることによって集熱
器２６で得られた熱量が貯湯槽１内へ伝達され貯湯槽１
内の湯温か上昇する。

さてこの状態で給湯出湯栓１４を開くと流量スイッチＡ
２０の検知により三方切替部Ａ２１が作動し、給湯兼循
環ポンプ９が始動する。すなわち貯湯槽１内の湯は給湯
復管１０内を流れ、熱源部１７、三方切替部１１を通っ
て給湯出湯栓１４から出湯される。

以上のように太陽熱を利用することによって貯湯槽１内
へ多量の湯を蓄積できるのでガス、石油１５ 等の燃料費を節約できる。

また太陽熱による昇温か全く期待できない場合あるいは
昇温か不十分な場合には前述の１）〜３）の使い方を選
択し、併用することによって効果的な給湯能力を発揮さ
せることができる。

以上のことから、シーズンおよび給湯負荷に対応できる
ものであシ、たとえば次のようである。

（１）冬期において風呂への落込みを含めた給湯（給湯
負荷大）の場合は貯湯式機能とする。

（たとえば５５Ｃ−２５０ｆｉ　）また、２６０β全使
い果しもう少し高温湯が欲しい場合（給湯負荷小）は追
焚きするか、必要量が少なければ少量貯湯あるいは瞬間
式として給湯する。

（２）夏期においては、太陽熱利用の貯湯式としジャワ
主体の場合は低温の貯湯機能とする。

（タトエば６０　Ｃ−２５０ｆｌ　）　’ｉ　ｆｃ　ｂ
その他の給湯時は瞬間式として対応する。

第２図に示すものは、台所主体の給湯のみに対応ｒるた
めのもので、第１図の給湯システムよシ熱源部のみを切
り離し、瞬間式給湯機単体で存在させたものである。っ
ま９１本給湯システムにおいて熱源部と貯湯槽をセパレ
ートしているのはこのためでもある。

本発明のものは低インプット能力の先止式瞬間給湯機と
セパレートされた多量貯湯の貯湯槽及び太陽熱集熱器を
組合せることで瞬間式と貯湯式の両機能を満足させる給
湯システムとすることによシ次の効果が得られる。

１　貯湯式と瞬間式を兼ねることにより各種の給湯負荷
への対応ができ使い勝手が向上することになる。

２　低インプット能力なので熱交換容量が少なくて済み
、立上シ加熱ロスの低下が図れることで省エネ化が図れ
る。　　　　　　′ ３　ジスターンを有する貯湯槽とするととヤ水圧の影響
を極減でき、省スペースタイプの貯湯を実現することが
可能となる。

４　瞬間式機能と貯湯式機能を両立させた給湯機システ
ムであシ、且つ、低能力タイプの瞬間式給湯機（先止式
）としても存在させることが　７ １、＋□ できるものである。

５　ひとつのポンプとオリアイス制御にょシ。

瞬間用と貯湯用の二様能を兼ねることで低コストな給湯
システムを提供することができる。

６　太陽熱利用の給湯システムなので熱源部における燃
料消費量が少なく経済性に富む。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の概略給湯システム図、第２
図は同熱源部の概略図、第３図は瞬間式と貯湯式の使用
範囲を示す性能図、第４図は同多量貯湯の場合の沸き上
げ性能図、第５図は同多量貯湯の場合の出湯性能図、第
６図及び第７図は従来の給湯システムの概略図である。 １・・・・・貯湯槽、３ｏ・・・・ボールタップ、６・
・・・・・・多量貯湯用入口部、６・・・・・出口部、
７・・・・・・・熱源部、９・・・・・給湯兼循環用ポ
ンプ、１０・・・・・・給湯往管、１１・・中・三方切
替部、１２・・・・・・・給湯復管、１３，２７・・・
・・・オリフィス部。 １４・・申・出湯栓、１５・・・・・・貯湯用サーミス
タ。 ２ｏ・・・川流量スイッチＡ１２１　・・・・・三方切
替８ 部Ａｈ２２・・・・・三方切替部Ｂ１２６・・・・・集
熱器。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名ａ２
図 １３図 本場４屯量　（夕い 第４図 ｔＪｒＪ然椅閲（＃） 第５図 上湯ｄｔ閲　（分） −６図 ＪＲ７図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　ジスターンを有する貯湯槽と熱源部をセパレ
   ートシ、さらに太陽熱集熱器を加えた給湯システムとし
   、貯湯槽の適所に入口部上部に出口部を設け、出口部か
   ら入口部に至る回路中にポンプ、三方切替部Ａ、熱源部
   、三方切替部Ｂの順に配設するとともに三方切替部Ａの
   他方と太陽熱集熱器への送り管を連結し、太陽熱集熱器
   からの戻り管と貯湯槽の下部を連結し、さらに三方切替
   部Ｂの他方と給湯出湯栓を連結したことを特徴とする太
   陽熱利用給湯システム。　　　を
2. （２）給湯出湯用と貯湯循環用ひとつのポンプにて（３
   ）三方切替部によって貯湯槽の上部と下部に入（４）入
   口部と三方切替部Ｂ％および太陽熱集熱器と三方切替部
   Ａとの間にオリアイス部を設け、給システム。