説明

貯湯式給湯装置

【課題】振動に強い貯湯タンク内の間接熱交換器を有した貯湯式給湯装置を提供する。
【解決手段】内部に湯水を貯湯する貯湯タンク2と、貯湯タンク2内の湯水を加熱する加熱手段3と、貯湯タンク2内の湯水を給湯する給湯回路25と、貯湯タンク2内に設けられこの貯湯タンク2内の湯水の熱と受熱管26aを流通する湯水とを熱交換する間接熱交換器26とを備えたものにおいて、間接熱交換器26は、受熱管26aを管同士が接触するように螺旋状に形成すると共に、螺旋状の受熱管26aの上端26cおよび下端26dの少なくとも略一巻き分は隣接する受熱管26aに接触しないように形成した。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
この発明は、貯湯式給湯装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来よりこの種の貯湯式給湯風呂装置においては、図5に示すようなものがあった。110は湯水を貯湯する貯湯タンク、120は貯湯タンク110内の湯水を加熱する加熱手段、130は貯湯タンク110内の湯水を給湯する給湯回路、140は浴槽、150は貯湯タンク110内に配設され受熱管150a内の浴槽水を貯湯タンク110内の湯水と熱交換して加熱する間接熱交換器、160は浴槽140と間接熱交換器150とを浴槽水が循環可能に環状に接続した風呂循環回路である。
【0003】
前記貯湯タンク110は、図6に示されているように、覆椀状の上部鏡板111、筒状の胴体112、椀状の下部鏡板113とで構成されており、上部鏡板111の側周面に設けられた接続穴114と上部鏡板111の上面に設けられた接続穴115とに、受熱管150aの端部が溶接によって接続され、上部鏡板111内に巻径が同径の螺旋形状をした間接熱交換器150が設けられていたものであった。
【0004】
上記構成により、浴槽140内の浴槽水を風呂循環回路160を循環させて貯湯タンク110内の受熱管150aに流通させることで、浴槽140内の浴槽水を追い焚きまたは保温することを可能としたものがあった(例えば、特許文献1参照。)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開2003−214711号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかし、この従来のものにおいては、受熱管150aの端部を貯湯タンク110の接続穴114、115に溶接する技術が難しい上に、この溶接部に間接熱交換器150の荷重がかかるため、溶接部が応力に耐えきれなくなると溶接部が破損して水漏れが発生する可能性がある。
【0007】
この原因の一つとして、製品の輸送時の振動や、間接熱交換器150への被加熱水供給の発停による振動があげられ、この従来の間接熱交換器150のように上下に隣り合う受熱管150a同士が接していると、受熱管150aを支える溶接部に応力が過剰に集中してしまう難点があった。
【0008】
これに対して、すべての上下に隣り合う受熱管150aを十分に離間した構造とすると、受熱管150aがそれぞれ自由に振動し、振動を増幅してしまう可能性がある。
【課題を解決するための手段】
【0009】
そこで、この発明は上記課題を解決するために、特に請求項1ではその構成を、内部に湯水を貯湯する貯湯タンクと、この貯湯タンク内の湯水を加熱する加熱手段と、前記貯湯タンク内の湯水を給湯する給湯回路と、前記貯湯タンク内に設けられこの貯湯タンク内の湯水の熱と受熱管を流通する湯水とを熱交換する間接熱交換器とを備えたものにおいて、前記間接熱交換器は、前記受熱管を管同士が接触するように螺旋状に形成すると共に、螺旋状の前記受熱管の上端および下端の少なくとも略一巻き分は隣接する前記受熱管に接触しないように形成したものとした。
【0010】
また、請求項2では、前記間接熱交換器は、螺旋状の前記受熱管の上端および下端の少なくとも略一巻き分は、中間部の巻き径と異ならせて上方および下方に隣接する前記受熱管に接触しないようにした。
【0011】
また、請求項3では、前記貯湯タンクは、覆椀状の上部鏡板と、筒状の胴体と、椀状の下部鏡板とで構成され、前記螺旋状の間接熱交換器は、前記上部鏡板内に設けられると共に、螺旋状の前記受熱管の上端の少なくとも略一巻き分は中間部の巻き径よりも小さくして下方に隣接する前記受熱管に接触しないようにし、螺旋状の前記受熱管の下端の少なくとも略一巻き分は中間部の巻き径よりも大きくして上方に隣接する前記受熱管に接触しないようにした。
【発明の効果】
【0012】
本発明の請求項1によれば、間接熱交換器の中間部を受熱管同士が接触するよう構成して剛性を高めると共に、上端、下端は中間部から離れていることによって、自由振動しにくい中間部の振動を上端、下端の受熱管のたわみによって吸収し、間接熱交換器と貯湯タンク壁面の溶接部にかかる応力を低減させ、振動による破損の可能性を低減させることができる。
【0013】
また、請求項2によれば、請求項1の効果に加えて、間接熱交換器の上端、下端の受熱管と中間部の受熱管とを螺旋の巻き径を異ならせることで、円周方向にずらせて接触しないようにしているため、間接熱交換器の高さを抑制することができる。
【0014】
また、請求項3によれば、請求項1の効果に加えて、間接熱交換器の上端、下端の受熱管と中間部の受熱管とを螺旋の巻き径を異ならせることで、円周方向にずらせて接触しないようにしているため、間接熱交換器の高さを抑制することができ、間接熱交換器を貯湯タンク内の上部の覆椀状の上部鏡板内の最上部に配置することができ、貯湯タンク内の熱を有効利用できる。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【図1】この発明の第1実施形態の貯湯式給湯風呂装置の概略構成図
【図2】第1実施形態の貯湯タンクの断面図
【図3】第2実施形態の貯湯タンクの断面図
【図4】第2実施形態の間接熱交換器の斜視図
【図5】従来の貯湯式給湯風呂装置の概略構成図
【図6】従来の貯湯タンクの断面図
【発明を実施するための形態】
【0016】
次に、本発明の第1実施形態の貯湯式給湯風呂装置について図1〜2に基づき説明する。
1は湯水を貯湯する貯湯タンク2を有した貯湯タンクユニット、3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、4は貯湯タンク2とヒートポンプユニット3とを湯水が循環するよう環状に接続した加熱循環回路、5は台所や洗面所等に設けられた給湯端末としての給湯栓、6はこの貯湯式給湯風呂装置を遠隔操作するリモコン、7は浴槽である。
【0017】
前記ヒートポンプユニット3は、冷媒を圧縮する圧縮機8と、圧縮機8から吐出された高温高圧の冷媒と加熱循環回路4を循環する貯湯タンク2内の湯水とを熱交換する水冷媒熱交換器9と、水冷媒熱交換器9通過後の冷媒を減圧させる減圧器としての電子膨張弁10と、電子膨張弁10からの低温低圧の冷媒を蒸発させる蒸発器としての空気熱交換器11とを冷媒配管で環状に接続したヒートポンプサイクル12と、加熱循環回路4途中に設けられて貯湯タンク2の湯水を循環させる加熱循環ポンプ13と、ヒートポンプユニット3内の圧縮機8等のアクチュエータを制御するヒーポン制御部14とを備えており、ヒートポンプサイクル12内には冷媒として二酸化炭素が用いられて超臨界ヒートポンプサイクルを構成しているものである。
【0018】
15は貯湯タンク2の下部に接続され貯湯タンク2に給水する給水管、16は給水管15途中に設けられ給水圧を所定の圧力まで減圧する減圧弁、17は給水管15途中に設けられ給水の温度を検出する給水温度センサ、18は貯湯タンク2の上部に接続され貯湯タンク2上部から高温水を取り出す出湯管、19は貯湯タンク2の上部に設けられ貯湯タンク2内の過圧を逃がす負圧作動弁付きの過圧逃がし弁、20は給水管15から分岐された給水バイパス管、21は給水バイパス管20からの給水と出湯管18から高温水とを給湯設定温度に混合する混合弁、22は混合弁21で混合された湯を給湯栓5に供給する給湯管、23は給湯管22に設けられ混合弁21で混合後の給湯温度を検出する給湯温度センサ、24は給湯管22に設けられ給湯流量をカウントする給湯流量センサであり、これらによって給湯回路25を構成しているものである。
【0019】
26は貯湯タンク2内に設けられ、貯湯タンク2内の湯水を熱源として被加熱水たる浴槽7の浴槽水を加熱し追い焚きするための間接熱交換器、27は浴槽7と間接熱交換器26とを接続する風呂往き管28および風呂戻り管29からなる環状の風呂循環回路で、風呂往き管28は浴槽7の浴槽水を間接熱交換器26に流通させる風呂配管で、風呂戻り管29は間接熱交換器26を流通した浴槽水を浴槽7に戻す風呂配管である。また、30は風呂循環回路27に設けられ浴槽水を循環させる風呂循環ポンプ、31は流水の有無を検出する流水センサ、32は風呂循環回路27を流れる浴槽水の温度を検出する風呂温度センサ、33は浴槽水の水圧から浴槽7内の水位を検出する水位センサである。
【0020】
34は間接熱交換器26をバイパスして風呂往き管28と風呂戻り管29とを接続する風呂バイパス管で、三方弁よりなる流路切換弁35が風呂バイパス管34と風呂往き管28の接続部に設けられており、流路切換弁35は、風呂循環回路27を流れる湯水を間接熱交換器26に流すか否かを選択的に切り換えるものである。
【0021】
36は給湯管22から分岐され風呂循環回路27に接続されて浴槽7への注湯を行う湯張り管で、この湯張り管36には、浴槽7への注湯の開始/停止を行う湯張り弁37と、浴槽7への注湯量をカウントする風呂流量センサ38と、浴槽7の浴槽水が逆流するのを防止する二重に配設した逆止弁39とが設けられているものである。
【0022】
40は貯湯タンク2の上下方向に複数個配置された貯湯温度検出手段としての貯湯温度センサで、この貯湯温度センサ40が検出する温度情報によって、貯湯タンク2内にどれだけ熱量が残っているかを検知すると共に、貯湯タンク2内の上下方向の温度分布を検知するものである。
【0023】
前記リモコン6には、給湯設定温度を設定する給湯温度設定スイッチ41と、風呂設定温度を設定する風呂温度設定スイッチ42と、浴槽7へ風呂設定温度の湯をリモコン6の湯張り量設定スイッチ(図示せず)で設定された湯張り量注湯させ、所定時間保温させる風呂自動スイッチ43と、浴槽7内の浴槽水を間接熱交換器26を構成する受熱管26aに循環させて追い焚きさせるあつめスイッチ44とが設けられているものである。
【0024】
45はヒートポンプユニット3の駆動開始・停止制御や、貯湯タンクユニット1内の各センサの入力やリモコン6の各種スイッチの入力を受けて各アクチュエータの駆動を制御する制御手段としての貯湯制御部であり、貯湯制御部45はリモコン6と無線または有線により通信可能に接続されていると共に、ヒーポン制御部14と有線にて通信可能に接続されているものである。
【0025】
次に、この一実施形態の貯湯式給湯風呂装置の動作について説明する。
先ず、貯湯タンク2内の湯水をヒートポンプユニット3により沸き上げる沸き上げ運転について説明すると、時間帯別契約電力の電力単価が安価な深夜電力時間帯になって貯湯温度センサ40が貯湯タンク2内に翌日に必要な熱量が残っていないことを検出すると、貯湯制御部45はヒーポン制御部14に対して沸き上げ運転開始を指示する。指示を受けたヒーポン制御部14は圧縮機8や加熱循環ポンプ13の駆動を開始させ、加熱循環回路4を介して貯湯タンク2下部から供給される低温の湯水を水冷媒熱交換器9にて高温に沸き上げ、貯湯タンク2上部に戻し、貯湯タンク2上部から順次積層して高温水を貯湯していく。そして、貯湯温度センサ40が必要な熱量が貯湯タンク2内に貯湯されたことを検出すると、貯湯制御部45はヒーポン制御部14に対して沸き上げ運転停止を指示し、指示を受けたヒーポン制御部14は圧縮機8や加熱循環ポンプ13の駆動を停止させ、沸き上げ運転を終了するものである。
【0026】
次に、この一実施形態の貯湯式給湯風呂装置の浴槽水の追い焚き動作について説明する。
前記リモコン6のあつめスイッチ44の操作によって浴槽7の浴槽水の追い焚きが指示される、または、浴槽7内の浴槽水を所定温度に保温するために所定時間毎に行われる追い焚きの指示があると、貯湯制御部45は、流路切換弁35を間接熱交換器26側に切り換えて風呂循環ポンプ30を駆動し、浴槽7内の浴槽水を貯湯タンク2内に設けられた受熱管26aに流通させ、貯湯タンク2内の湯水の熱を利用して浴槽水を加熱するものである。
【0027】
ここで、貯湯タンク2および間接熱交換器26について図2に示した断面図に基づいて説明する。貯湯タンク2は、ステンレス板を深絞り加工により形成した覆椀状で頂部に湯水取出し用の開口部211を有した上部鏡板212と、ステンレス板を筒状に形成した胴体213と、ステンレス板を深絞り加工により形成した椀状の下部鏡板214とで構成され、上部鏡板212の周縁端部と胴体213の上端周縁部とが溶接接続され、下部鏡板214の周縁端部と胴体213の下端周縁部とが溶接接続されているものである。
【0028】
間接熱交換器26は、浴槽水が流通する受熱管26aを同心螺旋状に巻回して構成され、その上下方向の中間部26bでは受熱管26a同士が略接触するよう隣り合う受熱管26aの間の隙間がなくなるように同心螺旋状に形成すると共に、螺旋状の受熱管26aの上下方向の上端26cおよび下端26dの少なくとも略一巻き分はその下方および上方に隣接する中間部26bの受熱管26aに接触しないよう螺旋のリード角を中間部26bよりも大きくして形成されている
【0029】
前記上部鏡板212には、その側周面に側周面接続穴215と、その上面に上面接続穴216とが設けられ、前記受熱管26aの下端26dの端部が上部鏡板212の側周面接続穴215に挿入され、溶接によって固定されると共に、前記受熱管26aの上端26dの端部が上部鏡板212の上面接続穴216に挿入され、溶接によって固定されることで、同心螺旋形状の間接熱交換器26が上部鏡板212内に設けられるものである。なお、側周面接続穴215に固定された受熱管26aの一端側は、側周面継手217を介して風呂戻り管29が接続されると共に、上面接続穴216に固定された受熱管26aの他端側は、上面継手218を介して風呂往き管28が接続されるものである。
【0030】
このように、上部鏡板212内に間接熱交換器26を収めるようにしたので、貯湯タンク2内に貯湯された湯の最も温度が高い最上部に設けることができ、浴槽水の追い焚きまたは保温のための加熱能力が大きくなり、貯湯タンク2内の熱を有効利用することができるものである。
【0031】
また、間接熱交換器26は、その中間部26bを受熱管26a同士が接触していて高剛性であると同時に、上端26c、下端26dは中間部26bから離れていることによって、自由振動しにくい中間部26bの振動を上端26c、下端26dの受熱管26aのたわみによって吸収し、間接熱交換器26と貯湯タンク2壁面の溶接部にかかる応力を低減させ、振動による破損の可能性を低減させることができ、製品輸送時や被加熱水の発停による水撃などによる振動を吸収して機具破損の可能性を低減することができる。
【0032】
次に、本発明の第2実施形態の間接熱交換器26を図3〜4に基づいて説明する。なお、第1実施形態と同一のものには同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【0033】
間接熱交換器26は、浴槽水が流通する受熱管26aを同心螺旋状に巻回して構成され、その上下方向の中間部26bでは受熱管26a同士が略接触するよう隣り合う受熱管26aの間の隙間がなくなるように同心螺旋状に形成すると共に、螺旋状の受熱管26aの上端26cの少なくとも略一巻き分は、中間部26bの巻き径よりも小さくなるようにして、その下方に隣接する中間部26bの受熱管26aに接触しないようにし、螺旋状の受熱管26aの下端26dの少なくとも略一巻き分は、中間部26bの巻き径よりも大きくなるようにして、その上方に隣接する中間部26bの受熱管26aに接触しないようにしている。
【0034】
このように、間接熱交換器26は、その中間部26bを受熱管26a同士が接触していて高剛性であると同時に、螺旋状の受熱管26aの上端26cと下端26dの巻き径を中間部26bの巻き径と異ならせて上端26cおよび下端26dの受熱管26aを中間部26bの受熱管26aと円周方向にずらせて接触しないようにしているので、自由振動しにくい中間部26bの振動を上端26c、下端26dの受熱管26aのたわみによって吸収し、間接熱交換器26と貯湯タンク2壁面の溶接部にかかる応力を低減させ、振動による破損の可能性を低減させることができると共に、第1実施形態の間接熱交換器26に比べて間接熱交換器26の高さを抑制することができる。
【0035】
さらには、上端26cの巻き径を中間部26bの巻き径よりも小さくし、かつ、下端26dの巻き径を中間部26bの巻き径よりも大きくしたので、間接熱交換器26の高さを抑制しながら、貯湯タンク2内に貯湯された湯の最も温度が高い覆椀状の上部鏡板212内の最上部に設けることができ、浴槽水の追い焚きまたは保温のための加熱能力が大きくなり、貯湯タンク2内の熱を有効利用することができると共に、下端26dの巻き径を大きくしたことで、間接熱交換器26の自重で荷重が最もかかる下側の受熱管26aと貯湯タンク2の溶接部への応力を巻き径を大きくした下端26dの受熱管26aで十分に分散して吸収することができ、一層の耐久性の向上を図れるものである。
【0036】
本発明はこの一実施形態に限定されることはなく、発明の要旨を変更しない範囲で様々な変形が可能なものであり、例えば、間接熱交換器26に流通させる被加熱水を温水暖房端末に循環流通させる循環液としてもよく、また、太陽熱温水器で加熱された循環液等で貯湯タンク2内の湯水を加熱する構成としてもよい。
【0037】
また、第1実施形態では、間接熱交換器26を上部鏡板212内に配置したが、胴体213の高さ位置や、上部鏡板212と胴体213に跨った高さ位置、胴体213と下部鏡板214に跨った高さ位置に配置してもよく、また、第2実施形態では、上部鏡板212と胴体213に跨った高さ位置に配置したり、間接熱交換器26を上下反転させて、下部鏡板212内に配置することも可能である。
【符号の説明】
【0038】
2 貯湯タンク
212 上部鏡板
213 胴体
214 下部鏡板
3 ヒートポンプユニット(加熱手段)
25 給湯回路
26 間接熱交換器
26a 受熱管
26b 中間部
26c 上端
26d 下端

【特許請求の範囲】
【請求項1】
内部に湯水を貯湯する貯湯タンクと、この貯湯タンク内の湯水を加熱する加熱手段と、前記貯湯タンク内の湯水を給湯する給湯回路と、前記貯湯タンク内に設けられこの貯湯タンク内の湯水の熱と受熱管を流通する湯水とを熱交換する間接熱交換器とを備えたものにおいて、前記間接熱交換器は、前記受熱管を管同士が接触するように螺旋状に形成すると共に、螺旋状の前記受熱管の上端および下端の少なくとも略一巻き分は隣接する前記受熱管に接触しないように形成したことを特徴とする貯湯式給湯装置。
【請求項2】
前記間接熱交換器は、螺旋状の前記受熱管の上端および下端の少なくとも略一巻き分は、中間部の巻き径と異ならせて上方および下方に隣接する前記受熱管に接触しないようにしたことを特徴とする請求項1記載の貯湯式給湯装置。
【請求項3】
前記貯湯タンクは、覆椀状の上部鏡板と、筒状の胴体と、椀状の下部鏡板とで構成され、前記螺旋状の間接熱交換器は、前記上部鏡板内に設けられると共に、螺旋状の前記受熱管の上端の少なくとも略一巻き分は中間部の巻き径よりも小さくして下方に隣接する前記受熱管に接触しないようにし、螺旋状の前記受熱管の下端の少なくとも略一巻き分は中間部の巻き径よりも大きくして上方に隣接する前記受熱管に接触しないようにしたことを特徴とする請求項1記載の貯湯式給湯装置。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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