給湯システム
【課題】貯湯タンク内の水を沸き上げる際に発生する膨張水を有効利用することが可能な給湯システムを提供する。
【解決手段】給湯システムＳ１は、水の元供給源からの水が流通する水供給系統２０，２１，２４と、所定の熱源６１で加熱水ＷＨ１を生成して該加熱水ＷＨ１を貯留する一方で、加熱水ＷＨ１を生成する際に膨張水Ｅが発生する第１貯留タンク１０と、第１貯留タンク１０で発生した膨張水Ｅを貯留する第２貯留タンク７１と、第１貯留タンク１０内の加熱水ＷＨ１が流通する加熱水供給系統２３と、水供給系統２４からの水ＷＬ１と加熱水供給系統２３からの加熱水ＷＨ１とが混合されて生成された所定温度の湯ＷＨ２を出水させる給湯栓Ｂ，Ｚ１，Ｚ２とを含む。水供給系統２０，２１，２４の一部は、該水供給系統によって流通する水ＷＬ，ＷＬ１，ＷＬ２が、第２貯留タンク７１内の膨張水Ｗと熱交換可能に配置されている。
【解決手段】給湯システムＳ１は、水の元供給源からの水が流通する水供給系統２０，２１，２４と、所定の熱源６１で加熱水ＷＨ１を生成して該加熱水ＷＨ１を貯留する一方で、加熱水ＷＨ１を生成する際に膨張水Ｅが発生する第１貯留タンク１０と、第１貯留タンク１０で発生した膨張水Ｅを貯留する第２貯留タンク７１と、第１貯留タンク１０内の加熱水ＷＨ１が流通する加熱水供給系統２３と、水供給系統２４からの水ＷＬ１と加熱水供給系統２３からの加熱水ＷＨ１とが混合されて生成された所定温度の湯ＷＨ２を出水させる給湯栓Ｂ，Ｚ１，Ｚ２とを含む。水供給系統２０，２１，２４の一部は、該水供給系統によって流通する水ＷＬ，ＷＬ１，ＷＬ２が、第２貯留タンク７１内の膨張水Ｗと熱交換可能に配置されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所定の熱源により水を沸き上げ、貯湯する一方で、水を沸き上げる際に膨張水が発生する貯湯方式の給湯システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、料金の割安な深夜時間帯に、所定の熱源、例えば電気ヒータにより貯湯タンク内の水を沸き上げて温水（例えば６０〜９０℃）を生成し、その温水を貯湯する貯湯方式の電気給湯システム（例えば、特許文献１）が知られている。このような電気給湯システムでは、貯湯タンク内の水の沸き上げに伴い、水が膨張して体積が増加する。その結果、所謂膨張水が発生する。一般に、貯湯タンクの破損を防止するため、この膨張水は貯湯タンク内から外部へ逃している。
【特許文献１】特開２００２−２８６２９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
膨張水は、貯湯タンク内の水を沸き上げる度に発生する高温の湯であるため、熱エネルギーが大きく、したがって、膨張水を外部に捨てるのではなく有効利用することが求められている。
【０００４】
膨張水を有効利用するために、例えば、上記特許文献１では、膨張水を逃がす逃がし管を、台所や風呂等の給湯栓に接続された給湯管に直接接続し、給湯栓が開栓されると、膨張水を利用した温水が供給されるようになっている。
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１では、逃がし管は給湯管に直接接続されているため、高温の膨張水が給湯栓から直接供給される可能性があり、安全面から実用化が難しい。
【０００６】
そこで、本発明は、上記事情に鑑み、貯湯タンク内の水を沸き上げる際に発生する膨張水を有効利用することが可能な給湯システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明に係る給湯システムは、所定温度の湯を給湯する機能を備えた給湯システムであって、水の元供給源からの水が流通する水供給系統と、所定の熱源で加熱水を生成して該加熱水を貯留する一方で、前記加熱水を生成する際に膨張水が発生する第１貯留タンクと、前記第１貯留タンクで発生した前記膨張水を貯留する第２貯留タンクと、前記第１貯留タンク内の前記加熱水が流通する加熱水供給系統と、前記水供給系統からの前記水と前記加熱水供給系統からの前記加熱水とが混合されて生成された前記所定温度の湯を出水させる給湯栓とを含む。前記水供給系統の一部は、該水供給系統によって流通する前記水が、前記第２貯留タンク内の前記膨張水と熱交換可能に配置されている。
【０００８】
本発明に係る給湯システムによれば、水供給系統によって流通される水は、第２貯留タンク内の膨張水から熱エネルギーを得て温められるので、所定温度の湯を生成するために給湯システムが消費する熱量を低減することが可能である。
【０００９】
本発明の好ましい実施形態では、給湯システムは、さらに、前記加熱水供給系統および水供給系統に接続され、前記加熱水供給系統からの前記加熱水および前記水供給系統からの前記水の各流量を調整することにより、前記所定温度の湯を生成して前記給湯栓に供給する弁体と、前記弁体の動作を制御する制御部とを含む。前記水供給系統は、前記水の元供給源から前記弁体に水を供給する第１配管を含み、前記第１配管は、該第１配管を通る水が、前記第２貯留タンク内の前記膨張水と熱交換可能に配置されている。
【００１０】
この構成によれば、膨張水から得た熱エネルギーによって温められた水が弁体に供給されるので、所定温度の湯を生成するために弁体において前記水と混合される加熱水の量を抑えることができる。その分、第１貯留タンクにおいて所定の熱源によって加熱水を生成するために必要な熱量、ひいては給湯システムが消費する熱量を低減することができる。この構成において、第１配管に、第２貯留タンク内を通る熱交換部を設けることで、第１配管を通る水と膨張水とを熱交換させて前記水を温めることが好ましい。
【００１１】
本発明の他の好ましい実施形態では、前記水供給系統は、前記水の元供給源から前記第１貯留タンクに水を供給する第２配管を含み、前記第２配管は、該第２配管を通る水が、前記第２貯留タンク内の前記膨張水と熱交換可能に配置されている。
【００１２】
この構成によれば、膨張水から得た熱エネルギーで温められた水が第１貯留タンクに供給されるので、第１貯留タンクにおいて所定の熱源によって加熱水を生成するために必要な熱量、ひいては給湯システムから持ち出される熱量を低減することができる。この構成では、第２配管に、第２貯留タンク内を通る熱交換部を設けることで、第２配管を通る水と膨張水とを熱交換させて前記水を温めることが好ましい。
【００１３】
本発明のさらに他の好ましい実施形態では、給湯システムは、さらに、前記加熱水供給系統および水供給系統に接続され、前記加熱水供給系統からの前記加熱水および前記水供給系統からの前記水の各流量を調整することにより、前記所定温度の湯を生成して前記給湯栓に供給する弁体と、前記弁体の動作を制御する制御部とを含み、前記水供給系統は、前記水の元供給源に直接接続されると共に、前記弁体および前記第１貯留タンクに水を供給可能に該弁体および該第１貯留タンクに接続された元配管を含み、前記元配管は、該元配管を通る水が、前記第２貯留タンク内の前記膨張水と熱交換可能に配置されている。
【００１４】
この構成によれば、膨張水から得た熱エネルギーで温められた水が元配管を介して弁体および第１貯留タンクに供給されるので、弁体においては、所定温度の湯を生成するために前記水と混合される加熱水の量を抑えることができると共に、第１貯留タンクにおいては、前記温められた水から加熱水を生成することができる。これにより、第１貯留タンクにおいて所定の熱源によって加熱水を生成するために必要な熱量、ひいては給湯システムが消費する熱量を低減することができる。この構成では、元配管に、第２貯留タンク内を通る熱交換部を設けることで、元配管を通る水と膨張水とを熱交換させて前記水を温めることが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る給湯システムによれば、貯湯タンク内の水を沸き上げる際に発生する膨張水を有効利用することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１７】
まず、本実施形態に係る給湯システムの説明に先立ち、図１を参照して一般的な給湯システムの構成について説明する。給湯システムＳ１００は、浴槽Ｂ、シングルレバー式の混合栓Ｚ１およびサーモスタット式の混合栓Ｚ２に給湯する貯湯タンクユニットＵ１として構成された、貯湯式の電気給湯器である。貯湯タンクユニットＵ１は、貯湯タンク（第１貯留タンク）１０、元配管２０、第１配管２４、第２配管２１、第３配管２３、第４配管２５、湯水混合三方弁３０、給湯制御部４０およびリモコン装置５０を含む。
【００１８】
シングルレバー式混合栓Ｚ１は、例えば開栓頻度が高い台所に配置され、ひとつのレバー操作で出水・止水が可能な混合栓であり、ユーザは、レバー位置を「水」から「湯」への移動レンジの適宜な位置に設定して、好みの湯温で出水させることが可能である。また、サーモスタット式混合栓Ｚ２は、例えば浴室に配置され、内蔵のサーモスタットエレメントにより湯と水の量を調節して一定温度に保つ混合栓であり、ユーザは、温度調整ハンドルを好みの温度に設定して、温水を出水させることが可能である。なお、シングルレバー式混合栓Ｚ１およびサーモスタット式混合栓Ｚ２に代えて、湯側と水側とが独立した単水栓を用いてもよい。
【００１９】
貯湯タンク（第１貯留タンク）１０は、３００〜５６０リットル程度の内容量を有する加熱水（温水）の貯留タンクであって、タンク内には水を加熱するための電気ヒータ６１が取り付けられている。電気ヒータ６１は、ＯＮ／ＯＦＦに切り換え可能であり、給湯制御部４０に制御されてＯＮの状態とされると貯湯タンク１０内の水をジュール熱で加熱する。例えば、深夜電力時間帯の終了時刻に合わせて、貯湯タンク１０内の水の全量が所定温度（例えば６０〜９０℃）に昇温されるように、電気ヒータ６１は通電制御される。また、昼間時間帯（深夜電力時間帯外）でも、貯湯タンク１０内の加熱水が所定温度以下になると、追い炊きのために電気ヒータ６１に通電され、貯湯タンク１０内の水が加熱される。
【００２０】
貯湯タンク１０内部には、サーミスタ等からなる５つの温度センサ１１〜１５が上下方向に並ぶように配置されている。これらの温度センサ１１〜１５は、貯湯タンク１０内に貯留されている加熱水の量を計測するために利用される。すなわち、深夜電力時間帯に貯湯タンク１０内の水を沸き上げる場合に、温度センサ１１〜１５の全てが所定の湯温を検知したときに、水の全量が昇温されたと判定する。また、昼間時間帯に貯湯タンク１０内の加熱水が使用されると、タンク下層部から徐々に水に入れ替わっていくことになるが、温度センサ１１〜１５の検知結果に基づくタンク上下方向の温度分布により、貯湯タンク１０内に残存している加熱水量を推定することができる。
【００２１】
元配管２０は、商用の水の元供給源に接続され、水ＷＬが流通する配管である。第１配管２４は、元配管２０から分流される水ＷＬ１を、浴槽Ｂ、シングルレバー式混合栓Ｚ１およびサーモスタット式混合栓Ｚ２に導くための配管である。第２配管２１は、貯湯タンク１０の底部に接続され、元配管２０から分流される水ＷＬ２を貯湯タンク１０へ供給するための配管である。元配管２０には、減圧弁３５が配置されており、この減圧弁３５により、水ＷＬは第１配管２４および第２配管２１に供給される前に、例えば０．１７Ｍｐａ以下に減圧される。元配管２０と第１配管２４と第２配管２１とで、水が流通する水供給系統が構成される。
【００２２】
第３配管２３は、貯湯タンク１０の上部に接続され、貯湯タンク１０内の加熱水（温水）ＷＨ１を、浴槽Ｂ、シングルレバー式混合栓Ｚ１およびサーモスタット式混合栓Ｚ２に導くための、加熱水供給系統を構成する配管である。第４配管２５は、第１配管２４からの水ＷＬ１および第３配管２３からの加熱水ＷＨ１を、浴槽Ｂ、シングルレバー式混合栓Ｚ１およびサーモスタット式混合栓Ｚ２に導くための配管である。第１配管２４の下流端、第３配管２３の下流端および第４配管２５の上流端には、湯水混合三方弁３０が接続されている。
【００２３】
なお、元配管２０には、貯湯タンクユニットＵ１に含まれない、第１分岐管２２１および第２分岐管２２２からなる分岐管２２が接続されている。第１分岐管２２１は、シングルレバー式混合栓Ｚ１に接続され、元配管２０から分流される水ＷＬ３をシングルレバー式混合栓Ｚ１に直接供給する。第２分岐管２２２は、サーモスタット式混合栓Ｚ２に接続され、元配管２０から分流される水ＷＬ４をサーモスタット式混合栓Ｚ２に直接供給する。
【００２４】
湯水混合三方弁３０は、第１入力ポート３１、第２入力ポート３２および出力ポート３３を有し、第１入力ポート３１および第２入力ポート３２の開度調整が可能な三方弁である。第１入力ポート３１には、第３配管２３の下流端が接続され、第２入力ポート３２には、第１配管２４の下流端が接続され、出力ポート３３には、第４配管２５の上流端が接続されている。第１入力ポート３１および第２入力ポート３２の開度が適宜調整されることにより、貯湯タンク１０から第３配管２３で導出される加熱水ＷＨ１に、第１配管２４から供給される水ＷＬ１が設定温度に応じて適量加えられると、前記設定温度の湯ＷＨ２が出力ポート３３から第４配管２５に導出される。
【００２５】
第４配管２５は、第１分岐管２５１および第２分岐管２５２に分岐される。第１分岐管２５１は、湯水混合三方弁３０の出力ポート３３から導出された湯ＷＨ２を浴槽Ｂに供給するための配管であり、第１分岐管２５１の開閉を行うことが可能な風呂湯張り電磁弁２６、および第１分岐管２５１を通る湯の量、つまり浴槽Ｂに張られた湯の量を測定する風呂湯張りカウンター２７が設けられている。第２分岐管２５２の下流端には、シングルレバー式混合栓Ｚ１に湯ＷＨ２を供給する第３分岐管２５３と、サーモスタット式混合栓Ｚ２に湯ＷＨ２を供給する第４分岐管２５４とが接続されている。
【００２６】
給湯制御部４０は、マイクロプロセッサや各種回路を含み、貯湯タンクユニットＵ１の各部の動作、例えば、湯水混合三方弁３０の第１入力ポート３１および第２入力ポート３２の動作を制御するものである。
【００２７】
リモコン装置５０は、浴室に設置される第１リモコン５１と、台所に設置される第２リモコン５２とを含む。第１リモコン５１および第２リモコン５２は、複数の操作ボタンを有するリモコンパネルである。操作ボタンは、ユーザが、例えば、浴槽Ｂの湯張り開始の指示を与えたり、台所のシングルレバー式混合栓Ｚ１から出水される湯ＷＨ２の給湯温度、浴槽Ｂに張られる湯ＷＨ２の風呂温度、浴槽Ｂに張られる湯ＷＨ２の湯量等の設定を行ったりするためのボタンである。給湯制御部４０は、そのような指示や設定に従い、貯湯タンクユニットＵ１を制御する。
【００２８】
このように構成された給湯システムＳ１００において、シングルレバー式混合栓Ｚ１から給湯を行う場合の給湯経路は次の通りとなる。ユーザが、リモコン装置５０によって、例えば温度３９℃の温水を設定すると、給湯制御部４０は、湯水混合三方弁３０の第１入力ポート３１および第２入力ポート３２の開度を調整して、第３配管２３からの加熱水ＷＨ１と第１配管２４からの水ＷＬ１とを混合させることにより、前記設定温度（３９℃）の湯ＷＨ２を生成させる。湯ＷＨ２は、湯水混合三方弁３０の出力ポート３３から導出され、第４配管２５の第２分岐管２５２、第３分岐管２５３を通ってシングルレバー式混合栓Ｚ１から出水される。なお、出力ポート３３から導出された湯ＷＨ２は、第４配管２５における出力ポート３３の近傍箇所に配置された給湯温度センサ３７によって常時温度測定され、給湯制御部４０は、給湯温度センサ３７が測定した温度と、ユーザがリモコン装置５０により設定した設定温度との偏差に基づき、湯ＷＨ２の温度が前記設定温度（３９℃）となるように湯水混合三方弁３０の第１入力ポート３１および第２入力ポート３２の開度を制御する。
【００２９】
また、給湯システムＳ１００において、浴槽Ｂに湯を張る場合の給湯経路は次の通りとなる。ユーザが、リモコン装置５０によって、例えば温度４２℃、湯量２００リットルの湯を張るように設定すると、給湯制御部４０は、湯水混合三方弁３０の第１入力ポート３１および第２入力ポート３２の開度を調整して、第３配管２３からの加熱水ＷＨ１と第１配管２４からの水ＷＬ１とを混合させることにより、前記設定温度（４２℃）の湯ＷＨ２を生成させる。湯ＷＨ２は、湯水混合三方弁３０の出力ポート３３から第４配管２５の第１分岐管２５１に導入され、給湯制御部４０によって開状態とされた湯張り電磁弁２６および湯張りカウンター２７を通って浴槽Ｂに供給される。湯ＷＨ２は、浴槽Ｂに所定湯量である２００リットルの湯が張られるまで供給され続ける。湯張りカウンター２７によって浴槽Ｂに所定湯量の湯が張られたことが検知されると、湯張り電磁弁２６が閉止されて、湯ＷＨ２の浴槽Ｂへの供給は停止される。これにより、湯張りは完了する。
【００３０】
ところで、貯湯式の電気給湯システムＳ１００では、第２配管２１から貯湯タンク１０内に導入された水ＷＬ２を電気ヒータ６１によって加熱して沸き上げるとき、水ＷＬ２は膨張してその体積が増加し、これに伴い、貯湯タンク１０内の圧力が上昇する。電気温水システムＳ１００の貯湯タンク最高使用圧力は、労働安全衛生法の規制緩和により、従来の０．１Ｍｐａの２倍の０．２Ｍｐａまでの使用が認められている。一般的に、商業用の市水圧力は０．２Ｍｐａ以上の水圧を有するため、水ＷＬ２は、貯湯タンク１０に導入される前に減圧弁３５で０．２Ｍｐａ以下に減圧される。これに応じて、貯湯タンク１０の耐圧も設定されているので、水ＷＬ２の沸き上げ時にタンク内の圧力が０．２Ｍｐａ以上に上昇した場合、貯湯タンク１０が破損する可能性がある。
【００３１】
給湯システムＳ１００では、貯湯タンク１０の破損を防止するために、貯湯タンク１０の上部に逃し弁配管２８を接続し、この逃し弁配管２８に逃し弁２９を配置している。逃し弁２９は、貯湯タンク１０内の圧力が所定値（例えば０．１９Ｍｐａ）以上になると、機械的に開弁して、沸き上げられて生成された加熱水ＷＨ１の一部を外部に排水する。これにより、貯湯タンク１０内の圧力を前記所定値以下に維持している。この排水された温水が、所謂膨張水Ｅである。
【００３２】
膨張水Ｅは、貯湯タンク１０内の水ＷＬ２を沸き上げる度に発生する高温の湯であるため、熱エネルギーが大きく、したがって、膨張水Ｅをそのまま外部に捨てる行為は、エネルギーロスを発生させていることになる。そこで、本発明は、以下に示す第１〜第３態様（給湯システムＳ１〜Ｓ３）により、膨張水Ｅが保有する熱エネルギーを有効に活用する方策を提供する。
【００３３】
（第１態様）
まず、第１態様による給湯システムＳ１について図２を参照しながら説明する。給湯システムＳ１は、逃し弁配管２８を流れる膨張水Ｅと第１配管２４を流れる水ＷＬ１とを熱交換させる熱交換器７０を用いている点において図１に示す給湯システムＳ１００と異なる。なお、給湯システムＳ１のその他の構成は、給湯システムＳ１００と同一であるので、その説明を省略する。
【００３４】
熱交換器７０は、具体的には、逃し弁配管２８に接続され、逃し弁配管２８からの膨張水Ｅを貯留する膨張水貯留タンク（第２貯留タンク）７１と、膨張水貯留タンク７１内に配置された熱交換部７２とを含む。熱交換部７２は、第１配管２４の上流側配管２４１に接続された流入口７２ａおよび第１配管２４の下流側配管２４２に接続された流出口７２ｂを有する、例えば螺旋状の配管であり、第１配管２４からの水ＷＬ１が導入可能に構成されている。熱交換部７２は、第１配管２４の一部を構成する配管として用いてもよい。膨張水貯留タンク７１は、好ましくは、断熱性能に優れた真空断熱材等から形成しており、膨張水Ｅを高温の状態で長時間維持できる。また、膨張水貯留タンク７１には、通気管７３が接続されており、この通気管７３により膨張水貯留タンク７１内の空間と外部とを連通させて膨張水貯留タンク７１の内圧を大気圧とほぼ等しくしている。
【００３５】
また、熱交換器７０の膨張水貯留タンク７１内には、膨張水Ｅの水位を検出する２つの高水位検出ロッド７６および低水位検出ロッド７７が配置されている。さらに、膨張水貯留タンク７１の底部には、膨張水Ｅを排出させる排水電磁弁７４が設けられている。膨張水Ｅは、貯湯タンク１０の沸き上げ動作中、膨張水貯留タンク７１内に常に流入してくるが、膨張水貯留タンク７１の容量には限りがあるので排水が必要である。水が温度の低下および密度の上昇に伴って下方に移動する特性を利用し、高水位検出ロッド７６により膨張水Ｅの水位が検出されると、給湯制御部４０によって排水電磁弁７４が開かれ、膨張水貯留タンク７１の底部付近に溜まった、温度が低く密度が大きい膨張水Ｅが排水電磁弁７４を介して外部に排水される。一方、膨張水Ｅが排水されて膨張水貯留タンク７１に新たな膨張水Ｅを受け入れるための容量が確保できたことを、低水位検出ロッド７７が膨張水Ｅの水位を検出できなくなったことで検知すると、給湯制御部４０によって排水電磁弁７４が閉鎖される。このようにして、膨張水貯留タンク７１内の膨張水Ｅの水位を一定に制御している。
【００３６】
給湯システムＳ１では、次のようにして膨張水Ｅの熱エネルギーが有効利用される。すなわち、ユーザの給湯行為に伴い、元配管２０から分流されて第１配管２４の上流側配管２４１に導入された水ＷＬ１は、熱交換器７０の熱交換部７２の流入口７２ａから熱交換部（螺旋状配管）７２内に流入する。水ＷＬ１は、熱交換部７２を通過する際に、膨張水貯留タンク７１内の膨張水Ｅとの熱交換により膨張水Ｅから熱エネルギーを得て昇温する。昇温した水ＷＬ１は、熱交換部７２の流出口７２ｂを介して第１配管２４の下流側配管２４２に温水ＷＬ１１として導入される。
【００３７】
温水ＷＬ１１は、湯水混合三方弁３０の第２入力ポート３２に導入されるので、ユーザによって設定された温度の湯ＷＨ２を生成するために湯水混合三方弁３０において温水ＷＬ１１と混合される加熱水ＷＨ１の量を抑えることができる。つまり、第２入力ポート３２の開度を大きくして温水ＷＬ１１の流量を増加させると共に、第１入力ポート３１の開度を小さくして加熱水ＷＨ１の流量を低減することにより、前記設定温度の湯ＷＨ２を生成できる。このように加熱水ＷＨ１の量を低減できた分、貯留タンク１０において電気ヒータ６１によって加熱水ＷＨ１を生成するために必要な熱量、ひいては給湯システムＳ１が消費する熱量を低減することができる。給湯システムＳ１では、このようにして膨張水Ｅの有効利用を図っている。なお、温水ＷＬ１１と加熱水ＷＨ１との混合によって生成される湯ＷＨ２は、上述のように、ユーザによるリモコン装置５０を介しての指示および設定に従い、浴槽Ｂ、シングルレバー式混合栓Ｚ１およびサーモスタット式混合栓Ｚ２に供給される。
【００３８】
（第２態様）
次に、第２態様による給湯システムＳ２について図３を参照しながら説明する。給湯システムＳ２は、熱交換器７０を第２配管２１に配置している点において図２の給湯システムＳ１とは異なる。給湯システムＳ２のその他の構成は、給湯システムＳ１００と同一であるので、その説明を省略する。
【００３９】
具体的には、熱交換器７０の熱交換部７２の流入口７２ａには、第２配管２１の上流側配管２１１が接続されていると共に、熱交換部７２の流出口７２ｂには、第２配管２１の下流側配管２１２が接続されている。なお、熱交換部７２は、第２配管の一部を構成する配管として用いてもよい。熱交換器７０のその他の構成は、給湯システムＳ１の熱交換器７０と同一である。
【００４０】
給湯システムＳ２では、次のようにして膨張水Ｅの熱エネルギーが有効利用される。すなわち、ユーザの給湯行為に伴い、元配管２０から分流されて第２配管２１の上流側配管２１１に導入された水ＷＬ２は、熱交換器７０の熱交換部７２の流入口７２ａから熱交換部（螺旋状配管）７２内に流入する。水ＷＬ２は、熱交換部７２を通過する際に、膨張水貯留タンク７１内の膨張水Ｅとの熱交換により膨張水Ｅから熱エネルギーを得て昇温する。昇温した水ＷＬ２は、熱交換部７２の流出口７２ｂを介して第２配管２１の下流側配管２１２に温水ＷＬ２２として導入される。
【００４１】
温水ＷＬ２２は、貯湯タンク１０に導入されるので、膨張水Ｅの熱エネルギーを貯留タンク１０の蓄熱として回収でき、したがって、貯留タンク１０において電気ヒータ６１によって所定温度（６０〜９０℃）の加熱水ＷＨ１を生成するために必要な熱量、ひいては給湯システムＳ２が消費する熱量を低減することができる。給湯システムＳ２では、このようにして膨張水Ｅの有効利用を図っている。
【００４２】
（第３態様）
次に、第３態様による給湯システムＳ３について図４を参照しながら説明する。給湯システムＳ３は、熱交換器７０を元配管２０に配置している点において図２の給湯システムＳ１および図３の給湯システムＳ２とは異なる。給湯システムＳ３のその他の構成は、給湯システムＳ１００と同一であるので、その説明を省略する。
【００４３】
具体的には、熱交換器７０の熱交換部７２の流入口７２ａには、元配管２０の上流側配管２０１が接続されていると共に、熱交換部７２の流出口７２ｂには、元配管２０の下流側配管２０２が接続されている。なお、熱交換部７２は、元配管２０の一部を構成する配管として用いてもよい。熱交換器７０のその他の構成は、給湯システムＳ１の熱交換器７０と同一である。
【００４４】
給湯システムＳ３では、次のようにして膨張水Ｅの熱エネルギーが有効利用される。すなわち、ユーザの給湯行為に伴い、元配管２０の上流側配管２０１を流れる水ＷＬは、減圧弁３５によって例えば０．１７Ｍｐａ以下に減圧された後、熱交換器７０の熱交換部７２の流入口７２ａから熱交換部（螺旋状配管）７２内に流入する。水ＷＬは、熱交換部７２を通過する際に、膨張水貯留タンク７１内の膨張水Ｅとの熱交換により膨張水Ｅから熱エネルギーを得て昇温する。昇温した水ＷＬは、熱交換部７２の流出口７２ｂを介して元配管２０の下流側配管２０２に温水ＷＬ′として導入される。
【００４５】
温水ＷＬ′は、第１配管２４を介して湯水混合三方弁３０に供給されると共に、第２配管２１を介して貯留タンク１０に供給される。湯水混合三方弁３０においては、上述の給湯システムＳ１と同様に、ユーザによって設定された温度の湯ＷＨ２を生成するために温水ＷＬ１１と混合される加熱水ＷＨ１の量を抑えることができる。このように加熱水ＷＨ１の量を低減できた分、貯留タンク１０において電気ヒータ６１によって加熱水ＷＨ１を生成するために必要な熱量を低減することができる。また、貯留タンク１０においては、上述の給湯システムＳ２と同様に、電気ヒータ６１によって所定温度（６０〜９０℃）の加熱水ＷＨ１を生成するために必要な熱量を低減することができる。これにより、給湯システムＳ３が消費する熱量を低減することができる。給湯システムＳ３では、このようにして膨張水Ｅの有効利用を図っている。
【００４６】
以上説明したように、給湯システムＳ１〜Ｓ３は、ユーザが浴槽Ｂ、シングルレバー式混合栓Ｚ１、サーモスタット式混合栓Ｚ２に対して給湯行為を行ったとき、熱交換器７０によって膨張水Ｅから熱エネルギーを回収して給湯システムＳ１〜Ｓ３が消費する熱量を低減させるものである。貯湯タンク１０内で加熱水ＷＨ１が深夜に生成され、その際に発生する膨張水Ｅが、早朝の時点では高い熱エネルギーを保有していることを考慮すると、膨張水からの熱エネルギーの回収は、例えば、ユーザが早朝に行う炊事・洗面等による給湯行為の際に行うことができる。また、浴槽Ｂに湯を張るときなど、一度に大量の湯ＷＨ２を使用する場合、温度センサ１１〜１５からの検出に基づいて加熱水ＷＨ１を部分的に沸き増しすることがある。この時にも、膨張水Ｅが発生するので、ユーザによる入浴時のシャワー等の給湯行為で膨張水Ｅから熱エネルギーを回収することができる。また、膨張水Ｅからの熱エネルギーの回収は、湯水混合三方弁３０の上流側で行っているため、高温の湯ＷＨ２が、シングルレバー式混合栓Ｚ１やサーモスタット式混合栓Ｚ１に直接供給されることを防止できる。
【００４７】
一概には言えないが、貯湯タンク１０において沸き上げ前の温度が２０℃の水を８５℃まで沸き上げるために、毎日３％程度の膨張水が発生していると推定される。また、水温が低い冬季では、３％を超える膨張水が発生していると推定される。一家庭における給湯システムの月間使用電力量を５４０Ｋｗｈと仮定すると、一年間で、
５４０Ｋｗｈ×３％×１２ヶ月＝１９４Ｋｗｈ
のエネルギー損失が発生している。給湯システムＳ１〜Ｓ３により膨張水Ｅの持つ熱エネルギーのうちの１０％程度が回収できると仮定すると、給湯システムＳ１〜Ｓ３は、一年間で
１９４Ｋｗｈ×１０％＝１９．４Ｋｗｈ
のエネルギー損失の発生を防ぐことが可能であり、したがって、環境および経済の両面から好ましい。このエネルギー損失の発生防止を全国数百万の家庭で行うことができれば、環境および経済の両面において影響は大きい。
【００４８】
以上、図２〜４を参照しながら、本実施形態に係る給湯システムＳ１〜Ｓ３を貯湯式の電気給湯システムとして構成した場合につき説明してきたが、給湯システムＳ１〜Ｓ３は、貯湯式の給湯システムであって膨張水が発生するものであれば適用でき、例えば、ＨＦＣやＣＯ２等の冷媒を用いるヒートポンプ給湯システムとして構成してもよい。また、給湯システムＳ１〜Ｓ３は、燃焼ガスを熱源とする貯湯式給湯システムとして構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】一般的な給湯システムを示す構成図である。
【図２】本発明に係る給湯システムを示す構成図である。
【図３】本発明に係る他の給湯システムを示す構成図である。
【図４】本発明に係るさらに他の給湯システムを示す構成図である。
【符号の説明】
【００５０】
１０ 貯湯タンク
２０ 元配管
２１ 第２配管
２３ 第３配管
２４ 第１配管
２５ 第４配管
２８ 逃し弁配管
２９ 逃し弁
３０ 湯水混合三方弁
４０ 給湯制御部
５０ リモコン装置
７０ 熱交換器
７１ 膨張水貯留タンク
７２ 熱交換部
７４ 膨張水電磁弁
Ｂ 浴槽
ＷＬ，ＷＬ１〜ＷＬ４ 水
ＷＬ１１，ＷＬ２２ 温水
ＷＨ１ 加熱水
ＷＨ２ 湯
Ｓ１〜Ｓ３ 給湯システム
Ｓ１００ 給湯システム
Ｚ１ シングルレバー式混合栓
Ｚ２ サーモスタット式混合栓
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所定の熱源により水を沸き上げ、貯湯する一方で、水を沸き上げる際に膨張水が発生する貯湯方式の給湯システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、料金の割安な深夜時間帯に、所定の熱源、例えば電気ヒータにより貯湯タンク内の水を沸き上げて温水（例えば６０〜９０℃）を生成し、その温水を貯湯する貯湯方式の電気給湯システム（例えば、特許文献１）が知られている。このような電気給湯システムでは、貯湯タンク内の水の沸き上げに伴い、水が膨張して体積が増加する。その結果、所謂膨張水が発生する。一般に、貯湯タンクの破損を防止するため、この膨張水は貯湯タンク内から外部へ逃している。
【特許文献１】特開２００２−２８６２９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
膨張水は、貯湯タンク内の水を沸き上げる度に発生する高温の湯であるため、熱エネルギーが大きく、したがって、膨張水を外部に捨てるのではなく有効利用することが求められている。
【０００４】
膨張水を有効利用するために、例えば、上記特許文献１では、膨張水を逃がす逃がし管を、台所や風呂等の給湯栓に接続された給湯管に直接接続し、給湯栓が開栓されると、膨張水を利用した温水が供給されるようになっている。
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１では、逃がし管は給湯管に直接接続されているため、高温の膨張水が給湯栓から直接供給される可能性があり、安全面から実用化が難しい。
【０００６】
そこで、本発明は、上記事情に鑑み、貯湯タンク内の水を沸き上げる際に発生する膨張水を有効利用することが可能な給湯システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明に係る給湯システムは、所定温度の湯を給湯する機能を備えた給湯システムであって、水の元供給源からの水が流通する水供給系統と、所定の熱源で加熱水を生成して該加熱水を貯留する一方で、前記加熱水を生成する際に膨張水が発生する第１貯留タンクと、前記第１貯留タンクで発生した前記膨張水を貯留する第２貯留タンクと、前記第１貯留タンク内の前記加熱水が流通する加熱水供給系統と、前記水供給系統からの前記水と前記加熱水供給系統からの前記加熱水とが混合されて生成された前記所定温度の湯を出水させる給湯栓とを含む。前記水供給系統の一部は、該水供給系統によって流通する前記水が、前記第２貯留タンク内の前記膨張水と熱交換可能に配置されている。
【０００８】
本発明に係る給湯システムによれば、水供給系統によって流通される水は、第２貯留タンク内の膨張水から熱エネルギーを得て温められるので、所定温度の湯を生成するために給湯システムが消費する熱量を低減することが可能である。
【０００９】
本発明の好ましい実施形態では、給湯システムは、さらに、前記加熱水供給系統および水供給系統に接続され、前記加熱水供給系統からの前記加熱水および前記水供給系統からの前記水の各流量を調整することにより、前記所定温度の湯を生成して前記給湯栓に供給する弁体と、前記弁体の動作を制御する制御部とを含む。前記水供給系統は、前記水の元供給源から前記弁体に水を供給する第１配管を含み、前記第１配管は、該第１配管を通る水が、前記第２貯留タンク内の前記膨張水と熱交換可能に配置されている。
【００１０】
この構成によれば、膨張水から得た熱エネルギーによって温められた水が弁体に供給されるので、所定温度の湯を生成するために弁体において前記水と混合される加熱水の量を抑えることができる。その分、第１貯留タンクにおいて所定の熱源によって加熱水を生成するために必要な熱量、ひいては給湯システムが消費する熱量を低減することができる。この構成において、第１配管に、第２貯留タンク内を通る熱交換部を設けることで、第１配管を通る水と膨張水とを熱交換させて前記水を温めることが好ましい。
【００１１】
本発明の他の好ましい実施形態では、前記水供給系統は、前記水の元供給源から前記第１貯留タンクに水を供給する第２配管を含み、前記第２配管は、該第２配管を通る水が、前記第２貯留タンク内の前記膨張水と熱交換可能に配置されている。
【００１２】
この構成によれば、膨張水から得た熱エネルギーで温められた水が第１貯留タンクに供給されるので、第１貯留タンクにおいて所定の熱源によって加熱水を生成するために必要な熱量、ひいては給湯システムから持ち出される熱量を低減することができる。この構成では、第２配管に、第２貯留タンク内を通る熱交換部を設けることで、第２配管を通る水と膨張水とを熱交換させて前記水を温めることが好ましい。
【００１３】
本発明のさらに他の好ましい実施形態では、給湯システムは、さらに、前記加熱水供給系統および水供給系統に接続され、前記加熱水供給系統からの前記加熱水および前記水供給系統からの前記水の各流量を調整することにより、前記所定温度の湯を生成して前記給湯栓に供給する弁体と、前記弁体の動作を制御する制御部とを含み、前記水供給系統は、前記水の元供給源に直接接続されると共に、前記弁体および前記第１貯留タンクに水を供給可能に該弁体および該第１貯留タンクに接続された元配管を含み、前記元配管は、該元配管を通る水が、前記第２貯留タンク内の前記膨張水と熱交換可能に配置されている。
【００１４】
この構成によれば、膨張水から得た熱エネルギーで温められた水が元配管を介して弁体および第１貯留タンクに供給されるので、弁体においては、所定温度の湯を生成するために前記水と混合される加熱水の量を抑えることができると共に、第１貯留タンクにおいては、前記温められた水から加熱水を生成することができる。これにより、第１貯留タンクにおいて所定の熱源によって加熱水を生成するために必要な熱量、ひいては給湯システムが消費する熱量を低減することができる。この構成では、元配管に、第２貯留タンク内を通る熱交換部を設けることで、元配管を通る水と膨張水とを熱交換させて前記水を温めることが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る給湯システムによれば、貯湯タンク内の水を沸き上げる際に発生する膨張水を有効利用することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１７】
まず、本実施形態に係る給湯システムの説明に先立ち、図１を参照して一般的な給湯システムの構成について説明する。給湯システムＳ１００は、浴槽Ｂ、シングルレバー式の混合栓Ｚ１およびサーモスタット式の混合栓Ｚ２に給湯する貯湯タンクユニットＵ１として構成された、貯湯式の電気給湯器である。貯湯タンクユニットＵ１は、貯湯タンク（第１貯留タンク）１０、元配管２０、第１配管２４、第２配管２１、第３配管２３、第４配管２５、湯水混合三方弁３０、給湯制御部４０およびリモコン装置５０を含む。
【００１８】
シングルレバー式混合栓Ｚ１は、例えば開栓頻度が高い台所に配置され、ひとつのレバー操作で出水・止水が可能な混合栓であり、ユーザは、レバー位置を「水」から「湯」への移動レンジの適宜な位置に設定して、好みの湯温で出水させることが可能である。また、サーモスタット式混合栓Ｚ２は、例えば浴室に配置され、内蔵のサーモスタットエレメントにより湯と水の量を調節して一定温度に保つ混合栓であり、ユーザは、温度調整ハンドルを好みの温度に設定して、温水を出水させることが可能である。なお、シングルレバー式混合栓Ｚ１およびサーモスタット式混合栓Ｚ２に代えて、湯側と水側とが独立した単水栓を用いてもよい。
【００１９】
貯湯タンク（第１貯留タンク）１０は、３００〜５６０リットル程度の内容量を有する加熱水（温水）の貯留タンクであって、タンク内には水を加熱するための電気ヒータ６１が取り付けられている。電気ヒータ６１は、ＯＮ／ＯＦＦに切り換え可能であり、給湯制御部４０に制御されてＯＮの状態とされると貯湯タンク１０内の水をジュール熱で加熱する。例えば、深夜電力時間帯の終了時刻に合わせて、貯湯タンク１０内の水の全量が所定温度（例えば６０〜９０℃）に昇温されるように、電気ヒータ６１は通電制御される。また、昼間時間帯（深夜電力時間帯外）でも、貯湯タンク１０内の加熱水が所定温度以下になると、追い炊きのために電気ヒータ６１に通電され、貯湯タンク１０内の水が加熱される。
【００２０】
貯湯タンク１０内部には、サーミスタ等からなる５つの温度センサ１１〜１５が上下方向に並ぶように配置されている。これらの温度センサ１１〜１５は、貯湯タンク１０内に貯留されている加熱水の量を計測するために利用される。すなわち、深夜電力時間帯に貯湯タンク１０内の水を沸き上げる場合に、温度センサ１１〜１５の全てが所定の湯温を検知したときに、水の全量が昇温されたと判定する。また、昼間時間帯に貯湯タンク１０内の加熱水が使用されると、タンク下層部から徐々に水に入れ替わっていくことになるが、温度センサ１１〜１５の検知結果に基づくタンク上下方向の温度分布により、貯湯タンク１０内に残存している加熱水量を推定することができる。
【００２１】
元配管２０は、商用の水の元供給源に接続され、水ＷＬが流通する配管である。第１配管２４は、元配管２０から分流される水ＷＬ１を、浴槽Ｂ、シングルレバー式混合栓Ｚ１およびサーモスタット式混合栓Ｚ２に導くための配管である。第２配管２１は、貯湯タンク１０の底部に接続され、元配管２０から分流される水ＷＬ２を貯湯タンク１０へ供給するための配管である。元配管２０には、減圧弁３５が配置されており、この減圧弁３５により、水ＷＬは第１配管２４および第２配管２１に供給される前に、例えば０．１７Ｍｐａ以下に減圧される。元配管２０と第１配管２４と第２配管２１とで、水が流通する水供給系統が構成される。
【００２２】
第３配管２３は、貯湯タンク１０の上部に接続され、貯湯タンク１０内の加熱水（温水）ＷＨ１を、浴槽Ｂ、シングルレバー式混合栓Ｚ１およびサーモスタット式混合栓Ｚ２に導くための、加熱水供給系統を構成する配管である。第４配管２５は、第１配管２４からの水ＷＬ１および第３配管２３からの加熱水ＷＨ１を、浴槽Ｂ、シングルレバー式混合栓Ｚ１およびサーモスタット式混合栓Ｚ２に導くための配管である。第１配管２４の下流端、第３配管２３の下流端および第４配管２５の上流端には、湯水混合三方弁３０が接続されている。
【００２３】
なお、元配管２０には、貯湯タンクユニットＵ１に含まれない、第１分岐管２２１および第２分岐管２２２からなる分岐管２２が接続されている。第１分岐管２２１は、シングルレバー式混合栓Ｚ１に接続され、元配管２０から分流される水ＷＬ３をシングルレバー式混合栓Ｚ１に直接供給する。第２分岐管２２２は、サーモスタット式混合栓Ｚ２に接続され、元配管２０から分流される水ＷＬ４をサーモスタット式混合栓Ｚ２に直接供給する。
【００２４】
湯水混合三方弁３０は、第１入力ポート３１、第２入力ポート３２および出力ポート３３を有し、第１入力ポート３１および第２入力ポート３２の開度調整が可能な三方弁である。第１入力ポート３１には、第３配管２３の下流端が接続され、第２入力ポート３２には、第１配管２４の下流端が接続され、出力ポート３３には、第４配管２５の上流端が接続されている。第１入力ポート３１および第２入力ポート３２の開度が適宜調整されることにより、貯湯タンク１０から第３配管２３で導出される加熱水ＷＨ１に、第１配管２４から供給される水ＷＬ１が設定温度に応じて適量加えられると、前記設定温度の湯ＷＨ２が出力ポート３３から第４配管２５に導出される。
【００２５】
第４配管２５は、第１分岐管２５１および第２分岐管２５２に分岐される。第１分岐管２５１は、湯水混合三方弁３０の出力ポート３３から導出された湯ＷＨ２を浴槽Ｂに供給するための配管であり、第１分岐管２５１の開閉を行うことが可能な風呂湯張り電磁弁２６、および第１分岐管２５１を通る湯の量、つまり浴槽Ｂに張られた湯の量を測定する風呂湯張りカウンター２７が設けられている。第２分岐管２５２の下流端には、シングルレバー式混合栓Ｚ１に湯ＷＨ２を供給する第３分岐管２５３と、サーモスタット式混合栓Ｚ２に湯ＷＨ２を供給する第４分岐管２５４とが接続されている。
【００２６】
給湯制御部４０は、マイクロプロセッサや各種回路を含み、貯湯タンクユニットＵ１の各部の動作、例えば、湯水混合三方弁３０の第１入力ポート３１および第２入力ポート３２の動作を制御するものである。
【００２７】
リモコン装置５０は、浴室に設置される第１リモコン５１と、台所に設置される第２リモコン５２とを含む。第１リモコン５１および第２リモコン５２は、複数の操作ボタンを有するリモコンパネルである。操作ボタンは、ユーザが、例えば、浴槽Ｂの湯張り開始の指示を与えたり、台所のシングルレバー式混合栓Ｚ１から出水される湯ＷＨ２の給湯温度、浴槽Ｂに張られる湯ＷＨ２の風呂温度、浴槽Ｂに張られる湯ＷＨ２の湯量等の設定を行ったりするためのボタンである。給湯制御部４０は、そのような指示や設定に従い、貯湯タンクユニットＵ１を制御する。
【００２８】
このように構成された給湯システムＳ１００において、シングルレバー式混合栓Ｚ１から給湯を行う場合の給湯経路は次の通りとなる。ユーザが、リモコン装置５０によって、例えば温度３９℃の温水を設定すると、給湯制御部４０は、湯水混合三方弁３０の第１入力ポート３１および第２入力ポート３２の開度を調整して、第３配管２３からの加熱水ＷＨ１と第１配管２４からの水ＷＬ１とを混合させることにより、前記設定温度（３９℃）の湯ＷＨ２を生成させる。湯ＷＨ２は、湯水混合三方弁３０の出力ポート３３から導出され、第４配管２５の第２分岐管２５２、第３分岐管２５３を通ってシングルレバー式混合栓Ｚ１から出水される。なお、出力ポート３３から導出された湯ＷＨ２は、第４配管２５における出力ポート３３の近傍箇所に配置された給湯温度センサ３７によって常時温度測定され、給湯制御部４０は、給湯温度センサ３７が測定した温度と、ユーザがリモコン装置５０により設定した設定温度との偏差に基づき、湯ＷＨ２の温度が前記設定温度（３９℃）となるように湯水混合三方弁３０の第１入力ポート３１および第２入力ポート３２の開度を制御する。
【００２９】
また、給湯システムＳ１００において、浴槽Ｂに湯を張る場合の給湯経路は次の通りとなる。ユーザが、リモコン装置５０によって、例えば温度４２℃、湯量２００リットルの湯を張るように設定すると、給湯制御部４０は、湯水混合三方弁３０の第１入力ポート３１および第２入力ポート３２の開度を調整して、第３配管２３からの加熱水ＷＨ１と第１配管２４からの水ＷＬ１とを混合させることにより、前記設定温度（４２℃）の湯ＷＨ２を生成させる。湯ＷＨ２は、湯水混合三方弁３０の出力ポート３３から第４配管２５の第１分岐管２５１に導入され、給湯制御部４０によって開状態とされた湯張り電磁弁２６および湯張りカウンター２７を通って浴槽Ｂに供給される。湯ＷＨ２は、浴槽Ｂに所定湯量である２００リットルの湯が張られるまで供給され続ける。湯張りカウンター２７によって浴槽Ｂに所定湯量の湯が張られたことが検知されると、湯張り電磁弁２６が閉止されて、湯ＷＨ２の浴槽Ｂへの供給は停止される。これにより、湯張りは完了する。
【００３０】
ところで、貯湯式の電気給湯システムＳ１００では、第２配管２１から貯湯タンク１０内に導入された水ＷＬ２を電気ヒータ６１によって加熱して沸き上げるとき、水ＷＬ２は膨張してその体積が増加し、これに伴い、貯湯タンク１０内の圧力が上昇する。電気温水システムＳ１００の貯湯タンク最高使用圧力は、労働安全衛生法の規制緩和により、従来の０．１Ｍｐａの２倍の０．２Ｍｐａまでの使用が認められている。一般的に、商業用の市水圧力は０．２Ｍｐａ以上の水圧を有するため、水ＷＬ２は、貯湯タンク１０に導入される前に減圧弁３５で０．２Ｍｐａ以下に減圧される。これに応じて、貯湯タンク１０の耐圧も設定されているので、水ＷＬ２の沸き上げ時にタンク内の圧力が０．２Ｍｐａ以上に上昇した場合、貯湯タンク１０が破損する可能性がある。
【００３１】
給湯システムＳ１００では、貯湯タンク１０の破損を防止するために、貯湯タンク１０の上部に逃し弁配管２８を接続し、この逃し弁配管２８に逃し弁２９を配置している。逃し弁２９は、貯湯タンク１０内の圧力が所定値（例えば０．１９Ｍｐａ）以上になると、機械的に開弁して、沸き上げられて生成された加熱水ＷＨ１の一部を外部に排水する。これにより、貯湯タンク１０内の圧力を前記所定値以下に維持している。この排水された温水が、所謂膨張水Ｅである。
【００３２】
膨張水Ｅは、貯湯タンク１０内の水ＷＬ２を沸き上げる度に発生する高温の湯であるため、熱エネルギーが大きく、したがって、膨張水Ｅをそのまま外部に捨てる行為は、エネルギーロスを発生させていることになる。そこで、本発明は、以下に示す第１〜第３態様（給湯システムＳ１〜Ｓ３）により、膨張水Ｅが保有する熱エネルギーを有効に活用する方策を提供する。
【００３３】
（第１態様）
まず、第１態様による給湯システムＳ１について図２を参照しながら説明する。給湯システムＳ１は、逃し弁配管２８を流れる膨張水Ｅと第１配管２４を流れる水ＷＬ１とを熱交換させる熱交換器７０を用いている点において図１に示す給湯システムＳ１００と異なる。なお、給湯システムＳ１のその他の構成は、給湯システムＳ１００と同一であるので、その説明を省略する。
【００３４】
熱交換器７０は、具体的には、逃し弁配管２８に接続され、逃し弁配管２８からの膨張水Ｅを貯留する膨張水貯留タンク（第２貯留タンク）７１と、膨張水貯留タンク７１内に配置された熱交換部７２とを含む。熱交換部７２は、第１配管２４の上流側配管２４１に接続された流入口７２ａおよび第１配管２４の下流側配管２４２に接続された流出口７２ｂを有する、例えば螺旋状の配管であり、第１配管２４からの水ＷＬ１が導入可能に構成されている。熱交換部７２は、第１配管２４の一部を構成する配管として用いてもよい。膨張水貯留タンク７１は、好ましくは、断熱性能に優れた真空断熱材等から形成しており、膨張水Ｅを高温の状態で長時間維持できる。また、膨張水貯留タンク７１には、通気管７３が接続されており、この通気管７３により膨張水貯留タンク７１内の空間と外部とを連通させて膨張水貯留タンク７１の内圧を大気圧とほぼ等しくしている。
【００３５】
また、熱交換器７０の膨張水貯留タンク７１内には、膨張水Ｅの水位を検出する２つの高水位検出ロッド７６および低水位検出ロッド７７が配置されている。さらに、膨張水貯留タンク７１の底部には、膨張水Ｅを排出させる排水電磁弁７４が設けられている。膨張水Ｅは、貯湯タンク１０の沸き上げ動作中、膨張水貯留タンク７１内に常に流入してくるが、膨張水貯留タンク７１の容量には限りがあるので排水が必要である。水が温度の低下および密度の上昇に伴って下方に移動する特性を利用し、高水位検出ロッド７６により膨張水Ｅの水位が検出されると、給湯制御部４０によって排水電磁弁７４が開かれ、膨張水貯留タンク７１の底部付近に溜まった、温度が低く密度が大きい膨張水Ｅが排水電磁弁７４を介して外部に排水される。一方、膨張水Ｅが排水されて膨張水貯留タンク７１に新たな膨張水Ｅを受け入れるための容量が確保できたことを、低水位検出ロッド７７が膨張水Ｅの水位を検出できなくなったことで検知すると、給湯制御部４０によって排水電磁弁７４が閉鎖される。このようにして、膨張水貯留タンク７１内の膨張水Ｅの水位を一定に制御している。
【００３６】
給湯システムＳ１では、次のようにして膨張水Ｅの熱エネルギーが有効利用される。すなわち、ユーザの給湯行為に伴い、元配管２０から分流されて第１配管２４の上流側配管２４１に導入された水ＷＬ１は、熱交換器７０の熱交換部７２の流入口７２ａから熱交換部（螺旋状配管）７２内に流入する。水ＷＬ１は、熱交換部７２を通過する際に、膨張水貯留タンク７１内の膨張水Ｅとの熱交換により膨張水Ｅから熱エネルギーを得て昇温する。昇温した水ＷＬ１は、熱交換部７２の流出口７２ｂを介して第１配管２４の下流側配管２４２に温水ＷＬ１１として導入される。
【００３７】
温水ＷＬ１１は、湯水混合三方弁３０の第２入力ポート３２に導入されるので、ユーザによって設定された温度の湯ＷＨ２を生成するために湯水混合三方弁３０において温水ＷＬ１１と混合される加熱水ＷＨ１の量を抑えることができる。つまり、第２入力ポート３２の開度を大きくして温水ＷＬ１１の流量を増加させると共に、第１入力ポート３１の開度を小さくして加熱水ＷＨ１の流量を低減することにより、前記設定温度の湯ＷＨ２を生成できる。このように加熱水ＷＨ１の量を低減できた分、貯留タンク１０において電気ヒータ６１によって加熱水ＷＨ１を生成するために必要な熱量、ひいては給湯システムＳ１が消費する熱量を低減することができる。給湯システムＳ１では、このようにして膨張水Ｅの有効利用を図っている。なお、温水ＷＬ１１と加熱水ＷＨ１との混合によって生成される湯ＷＨ２は、上述のように、ユーザによるリモコン装置５０を介しての指示および設定に従い、浴槽Ｂ、シングルレバー式混合栓Ｚ１およびサーモスタット式混合栓Ｚ２に供給される。
【００３８】
（第２態様）
次に、第２態様による給湯システムＳ２について図３を参照しながら説明する。給湯システムＳ２は、熱交換器７０を第２配管２１に配置している点において図２の給湯システムＳ１とは異なる。給湯システムＳ２のその他の構成は、給湯システムＳ１００と同一であるので、その説明を省略する。
【００３９】
具体的には、熱交換器７０の熱交換部７２の流入口７２ａには、第２配管２１の上流側配管２１１が接続されていると共に、熱交換部７２の流出口７２ｂには、第２配管２１の下流側配管２１２が接続されている。なお、熱交換部７２は、第２配管の一部を構成する配管として用いてもよい。熱交換器７０のその他の構成は、給湯システムＳ１の熱交換器７０と同一である。
【００４０】
給湯システムＳ２では、次のようにして膨張水Ｅの熱エネルギーが有効利用される。すなわち、ユーザの給湯行為に伴い、元配管２０から分流されて第２配管２１の上流側配管２１１に導入された水ＷＬ２は、熱交換器７０の熱交換部７２の流入口７２ａから熱交換部（螺旋状配管）７２内に流入する。水ＷＬ２は、熱交換部７２を通過する際に、膨張水貯留タンク７１内の膨張水Ｅとの熱交換により膨張水Ｅから熱エネルギーを得て昇温する。昇温した水ＷＬ２は、熱交換部７２の流出口７２ｂを介して第２配管２１の下流側配管２１２に温水ＷＬ２２として導入される。
【００４１】
温水ＷＬ２２は、貯湯タンク１０に導入されるので、膨張水Ｅの熱エネルギーを貯留タンク１０の蓄熱として回収でき、したがって、貯留タンク１０において電気ヒータ６１によって所定温度（６０〜９０℃）の加熱水ＷＨ１を生成するために必要な熱量、ひいては給湯システムＳ２が消費する熱量を低減することができる。給湯システムＳ２では、このようにして膨張水Ｅの有効利用を図っている。
【００４２】
（第３態様）
次に、第３態様による給湯システムＳ３について図４を参照しながら説明する。給湯システムＳ３は、熱交換器７０を元配管２０に配置している点において図２の給湯システムＳ１および図３の給湯システムＳ２とは異なる。給湯システムＳ３のその他の構成は、給湯システムＳ１００と同一であるので、その説明を省略する。
【００４３】
具体的には、熱交換器７０の熱交換部７２の流入口７２ａには、元配管２０の上流側配管２０１が接続されていると共に、熱交換部７２の流出口７２ｂには、元配管２０の下流側配管２０２が接続されている。なお、熱交換部７２は、元配管２０の一部を構成する配管として用いてもよい。熱交換器７０のその他の構成は、給湯システムＳ１の熱交換器７０と同一である。
【００４４】
給湯システムＳ３では、次のようにして膨張水Ｅの熱エネルギーが有効利用される。すなわち、ユーザの給湯行為に伴い、元配管２０の上流側配管２０１を流れる水ＷＬは、減圧弁３５によって例えば０．１７Ｍｐａ以下に減圧された後、熱交換器７０の熱交換部７２の流入口７２ａから熱交換部（螺旋状配管）７２内に流入する。水ＷＬは、熱交換部７２を通過する際に、膨張水貯留タンク７１内の膨張水Ｅとの熱交換により膨張水Ｅから熱エネルギーを得て昇温する。昇温した水ＷＬは、熱交換部７２の流出口７２ｂを介して元配管２０の下流側配管２０２に温水ＷＬ′として導入される。
【００４５】
温水ＷＬ′は、第１配管２４を介して湯水混合三方弁３０に供給されると共に、第２配管２１を介して貯留タンク１０に供給される。湯水混合三方弁３０においては、上述の給湯システムＳ１と同様に、ユーザによって設定された温度の湯ＷＨ２を生成するために温水ＷＬ１１と混合される加熱水ＷＨ１の量を抑えることができる。このように加熱水ＷＨ１の量を低減できた分、貯留タンク１０において電気ヒータ６１によって加熱水ＷＨ１を生成するために必要な熱量を低減することができる。また、貯留タンク１０においては、上述の給湯システムＳ２と同様に、電気ヒータ６１によって所定温度（６０〜９０℃）の加熱水ＷＨ１を生成するために必要な熱量を低減することができる。これにより、給湯システムＳ３が消費する熱量を低減することができる。給湯システムＳ３では、このようにして膨張水Ｅの有効利用を図っている。
【００４６】
以上説明したように、給湯システムＳ１〜Ｓ３は、ユーザが浴槽Ｂ、シングルレバー式混合栓Ｚ１、サーモスタット式混合栓Ｚ２に対して給湯行為を行ったとき、熱交換器７０によって膨張水Ｅから熱エネルギーを回収して給湯システムＳ１〜Ｓ３が消費する熱量を低減させるものである。貯湯タンク１０内で加熱水ＷＨ１が深夜に生成され、その際に発生する膨張水Ｅが、早朝の時点では高い熱エネルギーを保有していることを考慮すると、膨張水からの熱エネルギーの回収は、例えば、ユーザが早朝に行う炊事・洗面等による給湯行為の際に行うことができる。また、浴槽Ｂに湯を張るときなど、一度に大量の湯ＷＨ２を使用する場合、温度センサ１１〜１５からの検出に基づいて加熱水ＷＨ１を部分的に沸き増しすることがある。この時にも、膨張水Ｅが発生するので、ユーザによる入浴時のシャワー等の給湯行為で膨張水Ｅから熱エネルギーを回収することができる。また、膨張水Ｅからの熱エネルギーの回収は、湯水混合三方弁３０の上流側で行っているため、高温の湯ＷＨ２が、シングルレバー式混合栓Ｚ１やサーモスタット式混合栓Ｚ１に直接供給されることを防止できる。
【００４７】
一概には言えないが、貯湯タンク１０において沸き上げ前の温度が２０℃の水を８５℃まで沸き上げるために、毎日３％程度の膨張水が発生していると推定される。また、水温が低い冬季では、３％を超える膨張水が発生していると推定される。一家庭における給湯システムの月間使用電力量を５４０Ｋｗｈと仮定すると、一年間で、
５４０Ｋｗｈ×３％×１２ヶ月＝１９４Ｋｗｈ
のエネルギー損失が発生している。給湯システムＳ１〜Ｓ３により膨張水Ｅの持つ熱エネルギーのうちの１０％程度が回収できると仮定すると、給湯システムＳ１〜Ｓ３は、一年間で
１９４Ｋｗｈ×１０％＝１９．４Ｋｗｈ
のエネルギー損失の発生を防ぐことが可能であり、したがって、環境および経済の両面から好ましい。このエネルギー損失の発生防止を全国数百万の家庭で行うことができれば、環境および経済の両面において影響は大きい。
【００４８】
以上、図２〜４を参照しながら、本実施形態に係る給湯システムＳ１〜Ｓ３を貯湯式の電気給湯システムとして構成した場合につき説明してきたが、給湯システムＳ１〜Ｓ３は、貯湯式の給湯システムであって膨張水が発生するものであれば適用でき、例えば、ＨＦＣやＣＯ２等の冷媒を用いるヒートポンプ給湯システムとして構成してもよい。また、給湯システムＳ１〜Ｓ３は、燃焼ガスを熱源とする貯湯式給湯システムとして構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】一般的な給湯システムを示す構成図である。
【図２】本発明に係る給湯システムを示す構成図である。
【図３】本発明に係る他の給湯システムを示す構成図である。
【図４】本発明に係るさらに他の給湯システムを示す構成図である。
【符号の説明】
【００５０】
１０ 貯湯タンク
２０ 元配管
２１ 第２配管
２３ 第３配管
２４ 第１配管
２５ 第４配管
２８ 逃し弁配管
２９ 逃し弁
３０ 湯水混合三方弁
４０ 給湯制御部
５０ リモコン装置
７０ 熱交換器
７１ 膨張水貯留タンク
７２ 熱交換部
７４ 膨張水電磁弁
Ｂ 浴槽
ＷＬ，ＷＬ１〜ＷＬ４ 水
ＷＬ１１，ＷＬ２２ 温水
ＷＨ１ 加熱水
ＷＨ２ 湯
Ｓ１〜Ｓ３ 給湯システム
Ｓ１００ 給湯システム
Ｚ１ シングルレバー式混合栓
Ｚ２ サーモスタット式混合栓
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定温度の湯を給湯する機能を備えた給湯システムであって、
水の元供給源からの水が流通する水供給系統と、
所定の熱源で加熱水を生成して該加熱水を貯留する一方で、前記加熱水を生成する際に膨張水が発生する第１貯留タンクと、
前記第１貯留タンクで発生した前記膨張水を貯留する第２貯留タンクと、
前記第１貯留タンク内の前記加熱水が流通する加熱水供給系統と、
前記水供給系統からの前記水と前記加熱水供給系統からの前記加熱水とが混合されて生成された前記所定温度の湯を出水させる給湯栓と、
を備え、
前記水供給系統の一部は、該水供給系統によって流通する前記水が、前記第２貯留タンク内の前記膨張水と熱交換可能に配置されている給湯システム。
【請求項２】
請求項１に記載の給湯システムにおいて、さらに、前記加熱水供給系統および水供給系統に接続され、前記加熱水供給系統からの前記加熱水および前記水供給系統からの前記水の各流量を調整することにより、前記所定温度の湯を生成して前記給湯栓に供給する弁体と、
前記弁体の動作を制御する制御部と、
を備え、
前記水供給系統は、前記水の元供給源から前記弁体に水を供給する第１配管を含み、
前記第１配管は、該第１配管を通る水が、前記第２貯留タンク内の前記膨張水と熱交換可能に配置されている給湯システム。
【請求項３】
請求項２に記載の給湯システムにおいて、前記第１配管は、前記第２貯留タンク内を通る熱交換部を有する給湯システム。
【請求項４】
請求項１に記載の給湯システムにおいて、前記水供給系統は、前記水の元供給源から前記第１貯留タンクに水を供給する第２配管を含み、
前記第２配管は、該第２配管を通る水が、前記第２貯留タンク内の前記膨張水と熱交換可能に配置されている給湯システム。
【請求項５】
請求項４に記載の給湯システムにおいて、前記第２配管は、前記第２貯留タンク内を通る熱交換部を有する給湯システム。
【請求項６】
請求項１に記載の給湯システムにおいて、さらに、前記加熱水供給系統および水供給系統に接続され、前記加熱水供給系統からの前記加熱水および前記水供給系統からの前記水の各流量を調整することにより、前記所定温度の湯を生成して前記給湯栓に供給する弁体と、
前記弁体の動作を制御する制御部と、
を備え、
前記水供給系統は、前記水の元供給源に直接接続されると共に、前記弁体および前記第１貯留タンクに水を供給可能に該弁体および該第１貯留タンクに接続された元配管を含み、
前記元配管は、該元配管を通る水が、前記第２貯留タンク内の前記膨張水と熱交換可能に配置されている給湯システム。
【請求項７】
請求項６に記載の給湯システムにおいて、前記元配管は、前記第２貯留タンク内を通る熱交換部を有する給湯システム。
【請求項１】
所定温度の湯を給湯する機能を備えた給湯システムであって、
水の元供給源からの水が流通する水供給系統と、
所定の熱源で加熱水を生成して該加熱水を貯留する一方で、前記加熱水を生成する際に膨張水が発生する第１貯留タンクと、
前記第１貯留タンクで発生した前記膨張水を貯留する第２貯留タンクと、
前記第１貯留タンク内の前記加熱水が流通する加熱水供給系統と、
前記水供給系統からの前記水と前記加熱水供給系統からの前記加熱水とが混合されて生成された前記所定温度の湯を出水させる給湯栓と、
を備え、
前記水供給系統の一部は、該水供給系統によって流通する前記水が、前記第２貯留タンク内の前記膨張水と熱交換可能に配置されている給湯システム。
【請求項２】
請求項１に記載の給湯システムにおいて、さらに、前記加熱水供給系統および水供給系統に接続され、前記加熱水供給系統からの前記加熱水および前記水供給系統からの前記水の各流量を調整することにより、前記所定温度の湯を生成して前記給湯栓に供給する弁体と、
前記弁体の動作を制御する制御部と、
を備え、
前記水供給系統は、前記水の元供給源から前記弁体に水を供給する第１配管を含み、
前記第１配管は、該第１配管を通る水が、前記第２貯留タンク内の前記膨張水と熱交換可能に配置されている給湯システム。
【請求項３】
請求項２に記載の給湯システムにおいて、前記第１配管は、前記第２貯留タンク内を通る熱交換部を有する給湯システム。
【請求項４】
請求項１に記載の給湯システムにおいて、前記水供給系統は、前記水の元供給源から前記第１貯留タンクに水を供給する第２配管を含み、
前記第２配管は、該第２配管を通る水が、前記第２貯留タンク内の前記膨張水と熱交換可能に配置されている給湯システム。
【請求項５】
請求項４に記載の給湯システムにおいて、前記第２配管は、前記第２貯留タンク内を通る熱交換部を有する給湯システム。
【請求項６】
請求項１に記載の給湯システムにおいて、さらに、前記加熱水供給系統および水供給系統に接続され、前記加熱水供給系統からの前記加熱水および前記水供給系統からの前記水の各流量を調整することにより、前記所定温度の湯を生成して前記給湯栓に供給する弁体と、
前記弁体の動作を制御する制御部と、
を備え、
前記水供給系統は、前記水の元供給源に直接接続されると共に、前記弁体および前記第１貯留タンクに水を供給可能に該弁体および該第１貯留タンクに接続された元配管を含み、
前記元配管は、該元配管を通る水が、前記第２貯留タンク内の前記膨張水と熱交換可能に配置されている給湯システム。
【請求項７】
請求項６に記載の給湯システムにおいて、前記元配管は、前記第２貯留タンク内を通る熱交換部を有する給湯システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００９−２９３８６８（Ｐ２００９−２９３８６８Ａ）
【公開日】平成２１年１２月１７日（２００９．１２．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１４８２３９（Ｐ２００８−１４８２３９）
【出願日】平成２０年６月５日（２００８．６．５）
【出願人】（０００１５６９３８）関西電力株式会社 (1,442)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１２月１７日（２００９．１２．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年６月５日（２００８．６．５）
【出願人】（０００１５６９３８）関西電力株式会社 (1,442)
【Ｆターム（参考）】
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