貯湯タンク

貯湯タンク（温水タンク、蓄熱タンク、温水蓄熱ユニット、蓄熱タンク、温水シリンダー、間欠泉とも呼ばれる）は、空間暖房や家庭用の温水を貯蔵するために使用される 水タンクです。

水は比熱容量が高いため、便利な蓄熱媒体です。つまり、他の物質と比較して、重量当たりの熱量が多く蓄えられます。水は無毒で低コストです。

効率的に断熱されたタンクは蓄熱を数日間保持できるため、燃料費を削減できます。^{[1]温水タンクには、ガスまたは石油バーナーシステム、電気}浸漬ヒーターが組み込まれている場合があります。一部のタイプでは、セントラルヒーティングシステムなどの外部熱交換器、または他のエネルギー源からの温水を使用します。家庭で最も一般的なのは、化石燃料バーナー、電気浸漬エレメント、または地域暖房スキームです。^[2]

洗濯、入浴、または洗濯用の給湯器には、40 ～ 60 °C (104 ～ 140 °F) の範囲で温度を調節するサーモスタット コントロールが付いており、家庭用の冷水供給に接続されています。

地元の水道水に石灰岩などの溶解ミネラルが多く含まれている場合、水を加熱するとタンク内でミネラルが沈殿します（スケール）。タンクは数年後には腐食による水漏れを起こす可能性があり、この問題は水中の溶存酸素によって悪化し、タンクと継手の両方の腐食が加速します。

通常、温水貯蔵タンクは断熱材で包まれており、エネルギー消費量を減らし、加熱プロセスを高速化し、望ましい動作温度を維持します。断熱材が厚いほど、待機時の熱損失が減ります。給湯器にはさまざまな断熱等級がありますが、熱損失を減らすために給湯器の外側に断熱材の層を追加することも可能です。極端な状況では、給湯器自体が特別に構築された断熱空間に完全に囲まれることもあります。

給湯器の断熱材として最も一般的に使用されているのはグラスファイバーで、テープやストラップ、または給湯器の外側のジャケットで固定されます。断熱材は、バーナーが使用されている場所では、空気の流れや燃焼ガスの流出を妨げてはなりません。

貯水タンクに使用されるもう 1 つの一般的な断熱材は、ポリウレタンフォーム (PUF) 断熱材です。^[要出典]内部タンクへのアクセスが優先される場合 (地域の給水に特に腐食性のミネラルや酸素レベルがある場合)、PUF をカプセル化した形で適用できるため、定期的な完全性チェックや、必要に応じて貯水タンクの修理のために断熱層を取り外すことができます。

ごく最近、革新的な真空断熱材を使用した顕熱蓄熱システムが商品化されました。この技術により、小規模から中規模のシステムで数週間にわたって熱エネルギーを蓄えることができ、大きな熱損失もありません。可能であれば、手頃な価格の顕熱蓄熱を中期エネルギー貯蔵に使用できる可能性があります。

太陽熱温水システムでは、太陽熱温水貯蔵タンクが太陽熱集熱器からの熱を蓄えます。^{[3]タンクには、家庭用冷水を加熱するための}熱交換器が組み込まれています。地中海などの比較的温暖な気候では、（断熱性が高く金属で覆われた）貯蔵タンクは屋根に取り付けられていることがよくあります。このようなタンクはすべて、石灰岩の堆積や腐食など、人工的に加熱されたタンクと同じ問題を抱えており、綿密にメンテナンスしないと全体的な効率が同様に低下します。

給湯器のタンクは、ガラス質エナメルで裏打ちされた炭素鋼、ステンレス鋼、または銅で作られています。

ヨーロッパでは銅やステンレス鋼の家庭用温水タンクが一般的ですが、米国では炭素鋼製のタンクが一般的です。米国では定期点検が怠られることが多く、タンクに漏れが生じて機器全体が交換されます。^[4]炭素鋼製のタンクは、たとえ怠られた場合でも、米国では通常3年から12年であるメーカー保証よりも数年長く使用できる傾向があります。^{[引用が必要]}

ガラスライニングタンクは初期コストがはるかに低く、多くの場合、腐食による穴あきからタンクを保護するために設計された1本以上の犠牲陽極棒が含まれています^{[5] 。これは、塩素}処理された水が炭素鋼に対して非常に腐食性が高いため必要です。保護コーティングを完璧に（保護層に微細な亀裂やピンホールの欠陥なしに）適用することはほぼ不可能であるため^[6]、製造業者は犠牲陽極を定期的にチェックし、必要に応じて交換することを推奨する場合があります。

一部のメーカーは、交換用陽極ロッドを含む延長保証キットを提供しています。従来の温水貯蔵タンクは 5 年から 15 年ごとに漏れることが予想されるため、高品質の設備には漏れが発生したときにそれを収集するための浅い金属またはプラスチックのパンが含まれており、現在ほとんどの米国の建築/配管規則で義務付けられています。

この方法では、外部の熱交換器（コイル）を使用してタンク内に熱を蓄え、その熱を直接利用したり、他の（外部）熱交換器に電力を供給したりします。

主な利点は、家庭の温水を直接汲み出さないことで、タンクに冷水が継続的に供給されなくなり、「硬水」地域では、水垢の堆積が、元の水量に溶解した量と、浸出による損失を補うために追加された比較的わずかな量にまで減少することです。

追加の利点は、このような閉鎖システム内の酸素レベルが低下することです。これにより、温水貯蔵タンクや閉鎖水回路、外部熱交換器、および関連する配管に使用される材料の要件がいくらか緩和されます。

家庭用給湯器に使用される外部熱交換器システムには鉱物の堆積物がありますが、スケール除去剤を使用するとそのようなシステムの寿命が延びます。

貯湯タンクに熱を蓄える別の方法には、閉水回路を備えた成層貯湯タンク、成層蓄熱、サーモクラインタンク、水成層タンク貯蔵など、さまざまな名前がありますが、すべての場合の大きな違いは、水柱の垂直成層を維持するために努力することです。つまり、タンクの上部の温水を維持し、底部の水の温度を明らかに低く保つことです。

これは、夏の冷房が冬の暖房と同じくらい重要である気候範囲の広い地域では望ましいことであり、次の 1 つ以上の対策が必要になります。

• さまざまな加熱ループと冷却ループは、加熱または冷却された水をできるだけ低い速度で送り込む必要があります。(これには、速度制御ポンプと最大実現可能直径のチューブ ポートを備えた加熱ループと冷却ループが必然的に必要になります。)
• 冷却用途では、冷水が下から排出され、温水（戻り水）が上から供給されます。
• 暖房アプリケーションでは、上部から温水を排出し、下部に冷水を戻します。
• 温水貯蔵タンク内の「成層強化」装置（ただし、水の流入速度が可能な限り低い場合は、この装置は必要ない可能性があります）。
• より高度な熱制御システム^[7]が必要である。

成層式温水貯蔵タンクに閉水回路がある場合、水温は上部で 90 ～ 95 °C、下部で 20 ～ 40 °C まで上昇することがあります。静かで乱されていない水は、ガラス、レンガ、土と比較すると、熱伝導率が比較的低いです。

(静かな湖を例に挙げると、表面の水は泳ぐのに快適な暖かさですが、深層は泳ぐ人にとって危険なほど冷たくなります。これは、ロンドンの市港に「深層水は冷たく危険」という警告の掲示が出るのと同じ現象です)。

したがって、成層構造が維持されている限り、任意の量の温水を貯蔵することができます。この場合、垂直の金属板や管はあってはなりません。なぜなら、それらは水層を通して熱を伝導し、成層構造の目的を果たさないからです。この技術を効果的に使用すると、水を 95 °C (つまり、沸騰点より少し低い温度) まで維持してより高いエネルギー密度を生み出すことができ、温水が薄められていない限り、このエネルギーを長期間貯蔵することができます。

設備の目的に応じて、異なるレベルの水位から水を取り出す水交換器により、必要な用途に適した水温を選択することができます。^[8]

多くの太陽熱暖房システムでは、エネルギーパラメータは、日光を熱に変換するのに必要な「滞留」時間から、タンクの上部近くの最高温水温度まで、時間の関数として読み取ることができます。^[1]

一番上の出口から水が流れ始めると、冷水がタンクの底部から入ります。この温度低下により、サーモスタットがタンクの底部にある電気加熱素子をオンにします。タンク上部の水が引き抜かれ、上部の温水が比較的冷たい水に置き換えられると、上部サーモスタットが上部の素子をオンにします。水の流れが止まると、設定が満たされるまで素子はオンのままになります。^[9]

エネルギーを節約するために上部と下部のサーモスタットを別々に設定するのが一般的ですが、お湯は上昇するため、上部のエレメントを制御するサーモスタットは最も熱い水を供給し、下部のエレメントは最も暖かい水を供給します。

このようなシステムのサーモスタットが逆になっている場合（上から温水が供給され、中央から熱湯が供給される）、システムのエネルギー効率に影響するだけでなく、家庭用の給湯口に熱湯を供給すると危険な場合があります。また、温水供給を洗濯機に向けると、洗濯機が修理不能なほど損傷する可能性があります。

熱いお湯は、特に子供や高齢者にとって、痛みを伴う危険な火傷を引き起こす可能性があります。出口の水は49℃を超えてはいけません。一部の管轄区域では、タンクの設定温度を49℃に制限しています。一方、60℃未満の水は、免疫力が低下している人にとって特に危険なレジオネラ症を引き起こす細菌などの増殖を許す可能性があります。技術的な解決策の1つは、シンク、浴槽、シャワーの出口に混合バルブを使用することです。これにより、自動的に冷水が混合され、最高温度が49℃未満に保たれます。これをカナダの建築基準に追加する提案は失敗に終わりました。^[10]

• 統一機械コード
• 統一配管コード
• 統一太陽エネルギーおよびハイドロニクスコード