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発明の名称 貯湯式給湯システム
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2001−343159(P2001−343159A)
公開日 平成13年12月14日(2001.12.14)
出願番号 特願2000−162075(P2000−162075)
出願日 平成12年5月31日(2000.5.31)
代理人 【識別番号】100093056
【弁理士】
【氏名又は名称】杉谷 勉
発明者 岩田 伸 / 栢原 義孝 / 滝本 桂嗣
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】 排熱を発生する排熱発生装置と、循環配管を付設して貯湯を行う貯湯タンクと、前記循環配管に設けられる熱交換器と、前記排熱発生装置と前記熱交換器とにわたって接続されて排熱回収熱媒を循環することにより前記排熱発生装置からの排熱を前記循環配管を流れる水に伝熱回収する排熱回収用循環配管と、前記貯湯タンクに接続されて前記貯湯タンク内の湯を取り出して浴槽に供給する給湯配管とを備えた貯湯式給湯システムであって、前記熱交換器を経た湯の温度を測定する湯温センサと、低温モードの温度とそれよりも高温の高温モードの温度とを設定する湯温設定手段と、前記浴槽内への湯張りを行う時刻を特定する湯張り時刻特定手段と、前記湯張り時刻特定手段によって特定される時刻に、前記湯温設定手段による設定温度を高温モードの温度に設定した状態で前記浴槽内に供給する必要量の湯を得る必要湯量貯湯手段と、前記湯張り時刻特定手段によって特定される時刻に、前記浴槽内に必要量の湯が供給されたことを検出して湯張り完了信号を出力する湯張り検出手段と、前記湯張り完了信号に応答して前記湯温設定手段による設定温度を低温モードの温度に切り換え、前記湯温センサで測定される温度が低温モードの温度よりも高くなったときに前記熱交換器を経た湯を前記貯湯タンクに貯湯する低温貯湯制御手段とを備えたことを特徴とする貯湯式給湯システム。
【請求項2】請求項1に記載の貯湯式給湯システムにおいて、貯湯タンクが、下部から取り出して上部から供給する循環配管を付設して温度成層を形成する状態で貯湯を行うものであり、前記循環配管の熱交換器と前記貯湯タンクとの間の箇所と前記貯湯タンクの下方箇所とにわたって接続される分岐配管と、前記熱交換器を経た湯を前記貯湯タンクの上部に供給する貯湯状態と前記分岐配管に供給する非貯湯状態とに切り換える流路切り換え手段と、湯温センサで測定される湯の温度と湯温設定手段で設定された温度とを比較して、測定される湯の温度が設定温度よりも低いときには前記流路切り換え手段を非貯湯状態に、設定温度よりも高くなったときには前記流路切り換え手段を貯湯状態にそれぞれ切り換える流路切り換え制御手段とを備えてある貯湯式給湯システム。
【請求項3】請求項1または2に記載の貯湯式給湯システムにおいて、必要湯量貯湯手段が、湯張り時刻特定手段によって特定される時刻に基づいて、その特定時刻に浴槽内に供給する必要量の湯を得るために貯湯を開始する時刻を求める高温貯湯開始時刻算出手段と、前記高温貯湯開始時刻算出手段によって求められた時刻になったかどうかを検出し、高温貯湯開始時刻になったことの検出に応答して高温貯湯開始信号を出力する高温貯湯開始時刻判別手段と、前記高温貯湯開始時刻判別手段からの高温貯湯開始信号に応答して前記湯温設定手段による設定温度を高温モードの温度に切り換え、湯温センサで測定される温度が高温モードの温度よりも高くなったときにのみ前記熱交換器を経た湯を前記貯湯タンクに貯湯する高温貯湯制御手段とから構成されたものである貯湯式給湯システム。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、エンジンと発電機とを一体化したものとか燃料電池といったような電力と排熱とを発生する熱電併給装置、圧縮機などを駆動するヒートポンプ式熱発生装置からの熱を回収し、その熱によって得られる湯を貯湯タンクに貯めるとともに、浴槽やシャワーや洗面や台所での食器洗浄のための給湯などに用いる貯湯式給湯システムに関する。
【0002】
【従来の技術】浴槽内に湯を供給する、いわゆる湯張りを行う場合、一度に大量の熱を必要とする。一方、システムを構築する上では、貯湯タンクの容量を小型化することが好ましい。そこで、従来では、水で冷ますことを考慮し、貯湯タンク内にできるだけ高温の湯を貯め、その高温の湯を浴槽内に供給するようにしている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、浴槽への湯張り以外の、シャワーや洗面や台所での食器洗浄のための給湯などの給湯需要では、その必要な湯量が少量であるとともに熱量的にも少なくて済む。それにもかかわらず、従来では、湯張りを行った後でも、貯湯タンク内に高温の湯を貯めて湯張り以外の給湯需要に応じるようにしている。
【0004】そのため、湯張りに伴って多量の湯が消費された後、貯湯タンク内に高温の湯が貯められるまでに時間がかかり、貯まるまでの間、貯湯タンク内の湯を湯張り以外の給湯に利用できない欠点があった。また、ボイラーなどの補助熱源機を備えたものの場合、貯まるまでの間に給湯需要があると補助熱源機が作動し、エネルギー効率が低下する欠点があった。
【0005】本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、請求項1に係る発明は、貯湯タンクを小型化しながらも、湯張り後の給湯需要に早期に応じることができるようにすることを目的とし、また、請求項2に係る発明は、湯張り後に安定した温度の湯を早期に得られるようにすることを目的とし、更に、請求項3に係る発明は、湯張り用の高温の湯を、湯張り開始時刻に極力近い時点で得られるようにして放熱ロスを減少できるようにすることを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】請求項1に係る発明は、上述のような目的を達成するために、排熱を発生する排熱発生装置と、循環配管を付設して貯湯を行う貯湯タンクと、前記循環配管に設けられる熱交換器と、前記排熱発生装置と前記熱交換器とにわたって接続されて排熱回収熱媒を循環することにより前記排熱発生装置からの排熱を前記循環配管を流れる水に伝熱回収する排熱回収用循環配管と、前記貯湯タンクに接続されて前記貯湯タンク内の湯を取り出して浴槽に供給する給湯配管とを備えた貯湯式給湯システムであって、前記熱交換器を経た湯の温度を測定する湯温センサと、低温モードの温度とそれよりも高温の高温モードの温度とを設定する湯温設定手段と、前記浴槽内への湯張りを行う時刻を特定する湯張り時刻特定手段と、前記湯張り時刻特定手段によって特定される時刻に、前記湯温設定手段による設定温度を高温モードの温度に設定した状態で前記浴槽内に供給する必要量の湯を得る必要湯量貯湯手段と、前記湯張り時刻特定手段によって特定される時刻に、前記浴槽内に必要量の湯が供給されたことを検出して湯張り完了信号を出力する湯張り検出手段と、前記湯張り完了信号に応答して前記湯温設定手段による設定温度を低温モードの温度に切り換え、前記湯温センサで測定される温度が低温モードの温度よりも高くなったときに前記熱交換器を経た湯を前記貯湯タンクに貯湯する低温貯湯制御手段とを備えて構成する。
【0007】また、請求項2に係る発明は、前述のような目的を達成するために、請求項1に係る発明の貯湯式給湯システムにおいて、貯湯タンクを、下部から取り出して上部から供給する循環配管を付設して温度成層を形成する状態で貯湯を行うように構成し、前記循環配管の熱交換器と前記貯湯タンクとの間の箇所と前記貯湯タンクの下方箇所とにわたって接続される分岐配管と、前記熱交換器を経た湯を前記貯湯タンクの上部に供給する貯湯状態と前記分岐配管に供給する非貯湯状態とに切り換える流路切り換え手段と、湯温センサで測定される湯の温度と湯温設定手段で設定された温度とを比較して、測定される湯の温度が設定温度よりも低いときには前記流路切り換え手段を非貯湯状態に、設定温度よりも高くなったときには前記流路切り換え手段を貯湯状態にそれぞれ切り換える流路切り換え制御手段とを備えて構成する。
【0008】また、請求項3に係る発明は、前述のような目的を達成するために、請求項1または2に係る発明の貯湯式給湯システムにおいて、必要湯量貯湯手段を、湯張り時刻特定手段によって特定される時刻に基づいて、その特定時刻に浴槽内に供給する必要量の湯を得るために貯湯を開始する時刻を求める高温貯湯開始時刻算出手段と、前記高温貯湯開始時刻算出手段によって求められた時刻になったかどうかを検出し、高温貯湯開始時刻になったことの検出に応答して高温貯湯開始信号を出力する高温貯湯開始時刻判別手段と、前記高温貯湯開始時刻判別手段からの高温貯湯開始信号に応答して前記湯温設定手段による設定温度を高温モードの温度に切り換え、湯温センサで測定される温度が高温モードの温度よりも高くなったときにのみ前記熱交換器を経た湯を前記貯湯タンクに貯湯する高温貯湯制御手段とから構成する。
【0009】
【作用】請求項1に係る発明の貯湯式給湯システムの構成によれば、予約とか、前日あるいは1週間前の同じ曜日の同じ時刻などに基づく学習機能などにより、高温モードに設定した状態で特定時刻に必要量の高温の湯を浴槽に供給する。この湯張りが完了するに伴って、設定温度を、湯温設定手段によって低温モードの温度に切り換え、その低温モードの温度を越えた湯を貯湯タンクに供給して貯める。
【0010】また、請求項2に係る発明の貯湯式給湯システムの構成によれば、設定温度を越えた湯を、貯湯タンクの上部から温度成層を形成する状態で供給して貯湯を行い、湯張り後に、低温モードの温度に湯温を設定し、熱交換器から分岐配管を通じて貯湯タンクの下方箇所に供給して高温層下部の低温層を均一加熱し、そこから熱交換器に供給するように循環させ、低温モードの温度を越えたときに、貯湯タンクの上部から温度成層を形成する状態で供給して貯湯を行う。
【0011】また、請求項3に係る発明の貯湯式給湯システムの構成によれば、湯張り時刻特定手段によって特定される時刻を基準に、その特定時刻に浴槽内に供給する必要量の湯を得るのに要する貯湯時間を求め、その求めた時刻に高温モードの温度の湯による貯湯を開始して、特定時刻に必要量の湯を浴槽内に供給する。
【0012】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。図1は、本発明に係る貯湯式給湯システムの実施例を示すシステム構成図であり、1はガスエンジンによって発電機を駆動するように構成した熱電併給装置を示し、2は貯湯タンクを示している。
【0013】貯湯タンク2には、その底側から上部にわたって第1のポンプ3を備えた循環配管4が接続されている。循環配管4に熱交換器5が設けられ、その熱交換器5と熱電併給装置1とにわたって、第2のポンプ6を備えた排熱回収用循環配管7が接続されている。
【0014】この構成により、熱電併給装置1と熱交換器5とにわたって排熱回収熱媒としてのジャケット冷却水を循環させ、貯湯タンク2の下部から取り出した水を熱電併給装置1からの排熱によって加熱し、その加熱された蓄熱水を循環配管4を通じて循環させ、貯湯タンク2に供給して蓄熱するように構成されている。排熱回収熱媒としては、フロンや二酸化炭素などの冷媒を用いても良い。
【0015】貯湯タンク2には給湯配管8が接続され、その給湯配管8に、浴槽9や台所、洗面所、シャワーなどへの分岐給湯配管10が接続され、貯湯タンク2内の湯を取り出して各所に供給できるように構成されている。また、給湯配管8にはバックアップ用のガスボイラーBが設けられ、給湯需要が増大して貯湯タンク2内の湯量で不足した場合に対処できるように構成されている。
【0016】循環配管4の熱交換器5と貯湯タンク2との間の箇所と貯湯タンク2の下部箇所とにわたって、流路切り換え手段としての三方弁11を介して分岐配管12が接続されている。これにより、熱交換器5を経た湯を、貯湯タンク2の上部から温度成層を形成する状態で供給して貯湯を行う貯湯状態と、分岐配管12に供給する非貯湯状態とに切り換えるように構成されている。
【0017】循環配管4の熱交換器5と三方弁11との間の箇所に、熱交換器5を経た湯の温度を測定する湯温センサ13が設けられている。また、浴槽9には、湯張り検出手段としての圧力センサ14が設けられ、浴槽9内に必要量の湯が供給されたこと、すなわち、湯張りが完了したことを検出して湯張り完了信号を出力するように構成されている。湯張り検出手段としては、例えば、流量センサなどを設けて、浴槽9内への湯の供給量を積算し、浴槽9の容量と比較して設定量の湯が供給されたことに基づいて湯張りが完了したことを検出するように構成するものでも良い。
【0018】湯温センサ13および圧力センサ14がマイクロコンピュータ15に接続されるとともに、マイクロコンピュータ15に三方弁11が接続されている。図2の第1実施例のブロック図に示すように、マイクロコンピュータ15には、湯温設定手段16、比較手段17、流路切り換え制御手段18、必要湯量貯湯手段19および低温貯湯制御手段20が備えられ、必要湯量貯湯手段19に、浴槽9内への湯張りを行う時刻を特定する予約タイマ21が接続されている。
【0019】湯温設定手段16では、湯張り以外の低温モードの温度(例えば、65℃)と、それより高温の湯張り時における高温モードの温度(例えば、75℃)とに設定温度を切り換えるように構成されている。
【0020】比較手段17では、湯温設定手段16で設定された温度(低温モードの温度または高温モードの温度)と、湯温センサ13で測定される熱交換器5を経た湯の温度とを比較して比較出力を出すようになっている。
【0021】流路切り換え制御手段18では、比較手段17からの比較出力に応答して、測定される湯の温度が設定温度よりも低いときには三方弁11を非貯湯状態に、設定温度よりも高くなったときには三方弁11を貯湯状態にそれぞれ切り換えるようになっている。
【0022】必要湯量貯湯手段19では、予約タイマ21によって特定される時刻に基づき、その時刻よりも、例えば3時間以上前などに、湯温設定手段16による設定温度を高温モードの温度に切り換え、予約タイマ21によって特定される時刻に、高温モードの温度に設定した状態で浴槽9内に供給する必要量の湯を得るようになっている。
【0023】低温貯湯制御手段20では、圧力センサ14からの湯張り完了信号に応答して湯温設定手段16による設定温度を低温モードの温度に切り換え、湯温センサ13で測定される温度が低温モードの温度よりも高くなったときに、前述流路切り換え制御手段18によって三方弁11を貯湯状態に切り換え、熱交換器5を経た湯を貯湯タンク2に貯湯するようになっている。
【0024】すなわち、予約タイマ21によって特定された時刻に基づき、高温の湯を貯湯タンク2に貯め、特定時刻に浴槽9内への湯張りを行い、その湯張りが完了するに伴い、湯温設定手段16による設定温度を自動的に低温モードの温度に切り換える。
【0025】これにより、湯張りに伴って、貯湯タンク2内から大量の高温の湯が供給されるため、湯張り完了直後には、熱交換器5を経た湯の温度が設定温度よりも低く、三方弁11が非貯湯状態になっており、貯湯タンク2の下部に供給されて温度成層の下部の湯を均一加熱するとともに熱交換器5に戻される。貯湯タンク2の下部の低温層の温度が上昇し、熱交換器5を経た湯の温度が低温モードの温度よりも高くなるに伴い、三方弁11が貯湯状態に切り換えられ、熱交換器5を経た湯が貯湯タンク2の上部から温度成層を形成する状態で供給される。
【0026】このように、湯張り完了後に、低温モードの温度に切り換えられるため、高温モードの温度に設定されたままの場合よりも、湯張り完了後短い時間で三方弁11が貯湯状態に切り換えられ、シャワーや洗面や台所での食器洗浄のための給湯などの給湯需要に早期に応じることができる。
【0027】図3は第2実施例のブロック図であり、第1実施例と異なることろは次の通りである。すなわち、必要湯量貯湯手段19に代えて、マイクロコンピュータ15に、高温貯湯開始時刻算出手段31と高温貯湯開始時刻判別手段32と高温貯湯制御手段33とが備えられ、高温貯湯開始時刻判別手段32に時計34が接続されている。
【0028】高温貯湯開始時刻算出手段31では、例えば、その特定時刻よりも2時間30分前など、浴槽9内に供給する必要量の湯を得るのに必要な時間が予め入力されていて、予約タイマ21によって特定される時刻に基づき、その時刻が午後6時であれば、午後3時30分といったように、貯湯を開始する時刻を求めるようになっている。この高温貯湯開始時刻算出手段31に対しては、例えば、給水温度と雰囲気温度との関係から、冬場では特定時刻よりも2時間30分前、夏場では1時間30分前、春や秋などの中間期では2時間前といったように、適宜、必要量の湯を得るのに必要な時間を変更するように構成できる。また、外気温度や学習機能などによって同様に時間を変更するように構成しても良い。
【0029】高温貯湯開始時刻判別手段32では、高温貯湯開始時刻算出手段31によって求められた高温貯湯開始時刻と時計34から入力される実際の時刻とを比較し、高温貯湯開始時刻になったかどうかを検出し、高温貯湯開始時刻になったことの検出に応答して高温貯湯開始信号を出力するようになっている。
【0030】高温貯湯制御手段33では、高温貯湯開始時刻判別手段32からの高温貯湯開始信号に応答して湯温設定手段16による設定温度を高温モードの温度に切り換えるようになっている。これにより、湯温センサ13で測定される温度が高温モードの温度よりも高くなったときにのみ三方弁11を貯湯状態に切り換え、湯張りに必要な高温状態での貯湯を行うようになっている。
【0031】この第2実施例の構成によれば、予約タイマ21によって特定される時刻、あるいはそれに近い時刻において、浴槽9内に供給する必要量の湯を得ることができ、その時点と湯張りを開始するまでの時間間隔を短くでき、放熱によって貯湯タンク2内に貯めた湯の温度が低下することを防止できる。
【0032】本発明としては、熱電併給装置1として、燃料電池を用いるものにも適用でき、また、熱電併給装置1に限らず、ガスエンジンで空調用冷媒回路を構成する圧縮機を駆動するように構成したものにも適用でき、要するに、排熱を発生する装置を使用するものであれば、各種の装置を適用でき、それらをして排熱発生装置と総称する。
【0033】上記実施例では、湯張りを行う時刻を特定するのに、予約タイマ21を用いているが、例えば、前日とか、1週間前の同じ曜日などの実際に湯張りを行った時刻に基づいた学習機能により湯張りを行う時刻を特定するようにしても良く、それらをして湯張り時刻特定手段と称する。
【0034】また、上記実施例では、熱交換器5を経た湯の温度を設定温度(低温モードの温度または高温モードの温度)以上まで加熱するのに、三方弁11を非貯湯状態に切り換え、熱交換器5を経た湯を貯湯タンク2内の下部に供給するように構成しているが、本発明としては、例えば、貯湯タンク2とは別に予備タンクとか循環配管を設け、熱交換器5を経た湯を、予備タンクと熱交換器5との間または循環配管で循環させるように構成し、設定温度よりも高くなった後に、熱交換器5を経た湯を貯湯タンク2に貯湯するように構成するものでも良く、各種の加熱構成が採用できる。
【0035】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、請求項1に係る発明の貯湯式給湯システムによれば、高温の湯を浴槽に供給して湯張りを行い、湯張りに必要な大量の熱を少ない湯量で得ることができるから、貯湯タンクを小型化できる。しかも、シャワーや洗面や台所での食器洗浄のための給湯などは、湯張りの場合よりも低温で少ない量の湯で済むことに着目し、湯張りを終えた後には、湯張りの場合よりも低温に設定して湯を貯湯タンクに貯めるから、必要な湯を早期に貯湯タンクに貯めることができ、シャワーや洗面や台所での食器洗浄のための給湯などの給湯需要に早期に応じることができ、実用上極めて便利である。
【0036】また、請求項2に係る発明の貯湯式給湯システムによれば、湯張り後に、低温モードに設定された温度を越えた湯を、貯湯タンクの上部から温度成層を形成する状態で供給して貯湯を行うから、貯湯タンク内の全量が設定温度を越えなくても貯湯を行うことができ、給湯需要に応じて、貯湯タンクの上部から設定温度以上の湯を取り出すことができ、安定した温度の湯を湯張り後により早期に得ることができる。
【0037】また、請求項3に係る発明の貯湯式給湯システムによれば、湯張り時刻特定手段によって特定される時刻から、その特定時刻に浴槽内に供給する必要量の湯を得るのに要する貯湯時間だけ逆算した時刻に高温モードの温度の湯による貯湯を開始し、特定時刻に湯張りを行うから、湯張りに必要な量の湯を貯湯する時刻と、湯張りを行う時刻との時間間隔を極力短くでき、放熱量を最小限に抑えることができ、湯張りのための貯湯を経済的に行うことができる。




 

 


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