JPS6255573B2 - - Google Patents

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
のであり、低インプツト能力（12500Kcal／ｈ以
下）の先止式瞬間給湯機と、大容量（たとえば
250）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つ
て二つの機能を有しつつ、設置のフリー性を発
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。

以上の点の実現を目的とするものである。

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ツト能
力タイプ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
は低インプツト能力のものでも250程度の湯を
80〜85℃貯湯しておけば高温湯を何時でも出湯さ
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
れぞれに特徴があり二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
態であり瞬間式給湯機お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（インプツト換算で
26000〜36000Kcal／ｈ）である。したがつて
熱交換器が大型化し熱容量が大なることにより
「立上りの加熱ロス」が増大することになる。

(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号能力とし冬期水温
５℃において台所の給湯条件が５、30℃とし
ても風呂落込み中の給湯条件が５、80℃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) 貯湯量が多量であり、低インプツトの場合に
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85℃）を多量貯湯（たとえ
ば250）しておくことによる「缶体からの放
熱ロス」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」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は貯湯槽であり
下部に太陽熱集熱器２５への送り管２６が接続さ
れている。送り管２６にはポンプ９が接続されて
いる。さらに集熱器２５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。３２は貯湯式給湯機３１あるいは瞬間式給湯
機３１′で再加熱された湯を風呂、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。

集熱器２５内に蓄積されている水が太陽熱によ
つて昇温し、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下部の水が送り
管２６を通つて集熱器２５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
内へ給湯される。このような動作が繰り返されて
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よ
る昇温で風呂、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が
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′を作動させることによつて再加熱を
行なつている。

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。したがつ
て本発明の着目はこの点になり、瞬間式と貯湯式
の特徴を生かし、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。

(1) 熱源の能力としては低インプツト能力とし瞬
間式給湯機とする。したがつて、熱交換器容量
が小さくて済み、立上り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) 貯湯槽をシスターンを有する方式とすること
で水圧の影響が軽減し、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
ボールタツプ３を備えている。４はボールタツプ
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５を、
上部に出口部６を有するものである。７は熱源部
であり、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にて連結している。また熱交換器８の出
口側は三方切替部Ｃ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５の間に設けた循環量の制御用オリフイス部で
ある。２２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１
２は三方切替部１１にて制御される。

１５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、１
７は熱源部７の本体ケース、１８は熱源部のバー
ナ、１９は給湯往管１０と給湯復管１２の貯湯槽
１側と熱源７側の接続部である。

２０は三方切替部Ｃと給湯出湯栓１４の間に設
けた流量スイツチＡ、３０は浴槽である。

２１は給湯往管１０と太陽熱集熱器２５へ接続
されている送り管２６と湯の供給を切替える三方
切替部Ａである。２７は集熱器２５と送り管２６
との間に設けた循環量制御用のオリフイス、２８
は集熱器２５からの戻り管であり、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、
運転スイツチ（図示せず）を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１５の信号により熱源部
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
御用オリフイス部１３、三方切替部Ｂ２２を通
過し貯湯槽１内の下部多量貯湯入口部５より送
り込まれる。

しかる後に、湯温制御サーミスタ１５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し、出湯時の均
一湯温が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分
つた。

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イス部１３を設け循
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
スピ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り込む根拠を次に述べ
る。

(イ) 高流速にて送り込むと入口部５から出口部
６に向けての偏向流が生じ易くなり、温度分
布が悪くなる。したがつて、出湯時の湯温安
定性を欠くものとなる。

(ロ) 高温湯が貯湯できた後に出湯させた場合に
当然、給水口より低温水が流入する。この
際、追焚きする時に、貯湯槽上部の高温湯
と、下部の低温水を撹拌してしまうことにな
り不都合が生じるものとなる。

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イス制御しているが、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。

(2) 少量貯湯の場合 貯湯槽の容量が250であつても高温湯はた
とえば100以下で十分であるという場合があ
る。

貯湯槽１内に水が満たされた状態において、
運転スイツチ（図示せず）を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１５の信号により熱源部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
オリフイス部１３、三方切替部Ｂ２２を通過
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１５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
内上部の湯温分布を少なくし、たとえば100
以下の均一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
とによつて比較的短時間で所定の高温湯を得る
ことができる。

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ヤワーに向いてお
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。したがつて、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。

したがつて、運転スイツチをONにし、給湯
出湯栓１４を開くと流量スイツチ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１０の水温を検知し、湯温制御サ
ーミスタ１５よりの信号によりバーナ１８が点
火される。この状態にてしばらくすれば出湯栓
１４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。

また、何かの都合で貯湯量の全べて（例えば
250）を使い果した後の必要性に対しては、
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２５内に蓄積されている水が太陽熱に
よつて昇温し、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イス部２７を通過し
て集熱器２５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。この動作が繰り返される
ことによつて集熱器２５で得られた熱量が貯湯
槽１内へ伝達され貯湯槽１内の湯温が上昇す
る。

さてこの状態で給湯出湯栓１４を開くと流量
スイツチＡ２０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Ｃを通つて給湯出
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つて貯
湯槽１内へ多量の湯を蓄積できるのでガス、石油
等の燃料費を節約できる。

また太陽熱による昇温が全く期待できない場合
あるいは昇温が不十分な場合には前述の(1)〜(3)の
使い方を選択し、併用することによつて効果的な
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
応できるものであり、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85℃−250）また、250を使い果しも
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シ
ヤワ主体の場合は低温の貯湯機能とする。（た
とえば50℃−250）また、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
応するためのもので、第１図の給湯システムより
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。つまり、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ツ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
り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 低インプツト能力なので熱交換容量が少なく
て済み、立上り加熱ロスの低下が図れることで
省エネ化が図れる。

３ シスターンを有する貯湯槽とすることで水圧
の影響を極減でき、省スベ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
システムであり、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で
きるものである。

５ ひとつのポンプとオリフイス制御により、瞬
間用と貯湯用の二機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、３……ボールタツプ、５……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……三方切替部Ｃ、１２……給湯復管、１
３，２７……オリフイス部、１４……出湯栓、１
５……貯湯用サーミスタ、２０……流量スイツチ
Ａ、２１……三方切替部Ａ、２２……三方切替部
Ｂ、２５……集熱器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ シスターンを有する貯湯槽と熱源部をセパレ
   ートし、さらに太陽熱集熱器を加えた給湯システ
   ムとし、貯湯槽の上部に少量貯湯入口部と下部に
   多量貯湯入口部、及び上部に出口部を設け、この
   出口部から前記両入口部に至る回路中にポンプ、
   太陽熱集熱器側と熱源部側を切替える三方切替部
   Ａ、熱源部、給湯出湯栓側と前記両入口部側とを
   切換える三方切替部Ｃ、前記少量貯湯入口部と多
   量貯湯入口部を切替える三方切替部Ｂを順に配設
   するとともに、前記太陽熱集熱器からの戻り管と
   貯湯槽の下部を連結してなる太陽熱利用給湯シス
   テム。 ２ 給湯出湯用と貯湯循環用をひとつのポンプに
   て兼用することを特徴とした特許請求の範囲第１
   項記載の太陽熱利用給湯システム。