CN101842643A - 供给热水系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种供给热水系统(200)，其包括：储存供暖用的热水的第一箱(5)；储存需要供给于热水龙头(3)的热水的第二箱(6)；将第一箱(5)中的热水供给于供暖装置(4)的供暖循环路径(51)；第一路径(53)，其包括包围第二箱(6)在第一箱(5)内露出的部分的第一传热部(10a)，并连接第一箱(5)和供暖循环路径(51)的去路部分，以能够将第一箱(5)的热水经由第一传热部(10a)供给于供暖装置(4)；第二路径(55)，其包括沿第一传热部(10a)配置的第二传热部(11a)，通过使第二箱(6)中的热水在第二传热部(11a)中流通而使第二箱(6)中的热水与第一传热部(10a)中流通的热水进行热交换。

Description

供给热水系统

技术领域

本发明涉及供给热水系统。尤其涉及能够使用在储热水箱内储存的热水进行供暖的供暖供热水系统。

背景技术

以往，已知具有供暖功能和供给热水功能的储热水式供给热水系统。例如，日本特开2004-183934号公报记载有如下的储热水式供给热水系统，其具备储存供给热水用的热水的箱、以相互连接的方式卷绕于该箱的外周面的供暖用的配管及供给热水用的配管。通过使在供暖用的配管中流通的热介质(通常为水)和在供给热水用的配管中流通的热水进行热交换，而加热供暖用的热介质。可以使用被加热的热介质进行室内的供暖。热泵基本上仅用于对供给热水用的热水加温。

另一方面，例如在欧洲，图11所示结构的储热水式供给热水系统广泛普及。图11所示的储热水式供给热水系统具备：储存供暖用的热水的第一箱300；储存供给热水用的热水的第二箱302；配置于第一箱300的内部的加热器308。第二箱302以其一部分在第一箱300的内部露出的方式组装于第一箱300。通过使第一箱300的热水和第二箱302的水进行热交换，加热第二箱302中的水。向热水龙头304供给第二箱302的热水，向供暖用的散热器306供给第一箱300的热水。

根据图11所示的系统，由于能够直接且大量地将第一箱300的热水供给于散热器306，因此，比仅具有一个箱的日本特开2004-183934号公报的系统容易应对大的供暖负荷。第二箱302的容积比第一箱300的容积少，在将热水储存于浴槽等、没有短时间使用大量热水的习惯的区域，该结构几乎没有热水量不足的担心。需要说明的是，近年来，为了改善能量消耗效率，开始使用热泵来代替加热器308。

其中，图11所示的系统还存在在负荷变动及负荷量大的寒冷区域中产生高于加热器和热泵的加热能力的负荷，不能够得到充分的供暖效果的可能性。该问题尤其容易发生在急速供暖所要求的时间带(例如早晚)。

作为应对急剧的负荷增大的对策，举出有使储存供暖用的热水的箱大容积化、调节储存于箱中的热水的设定温度(使热水温度升高)、提高热泵的加热能力、使用辅助加热器等对策。但是，若增大箱的容积，则从箱向外部的散热量增大，能量消耗效率变差。储存于箱的热水的设定温度提高也有限制。若加大热泵的加热能力，则成本上升是不可避免的。从提高系统的最大加热能力的观点出发优选辅助加热器，但对辅助加热器的依赖程度越高，在能量消耗效率方面占优势的热泵的优点越被削弱。

发明内容

鉴于上述情况，本发明的目的在于提供一种与现有系统相比，能量消耗效率和成本方面不逊色，并能够应对负荷迅速增大的供给热水系统。

即，本发明提供一种供给热水系统，其具备：

第一箱，其用于储存供暖用的热水；

第二箱，其以至少一部分在第一箱内露出的方式收容或组装于第一箱，并储存需要向热水龙头供给的热水；

供暖循环路径，其将第一箱的热水向供暖装置供给，并使来自供暖装置的热水返回第一箱；

第一路径，其包括包围第二箱在第一箱内露出的部分的第一传热部，并连接(中继)第一箱和供暖循环路径的去路部分，以能够使第一箱的热水经由第一传热部向供暖装置供给；

第二路径，其包括沿第一传热部配置的第二传热部，通过使第二箱的热水在第二传热部中流通，而使第二箱的热水与在第一传热部中流通的热水进行热交换。

根据上述本发明的供给热水系统，通过设置第一路径及第二路径，能够促进在第一传热部中流通的第一箱的热水和在第二传热部中流通的第二箱的热水的热交换。从而，当要求超过加热器或热泵的加热能力程度的大的供暖能力时，使第二箱的热水在第二路径循环的同时，将第一箱的热水通过第一路径导入供暖循环路径，从而能够利用第二箱的热水对需要向供暖装置供给的第一箱的热水有效地进行辅助加热。换言之，通过将储存于第二箱中的供给热水用的热水有效利用为辅助加热源，能够暂时提高供给热水系统的供暖能力。因而，本发明的供给热水系统与现有系统相比，能量消耗效率和成本方面毫不逊色，并能够应对负荷迅速增大。

此外，在没有设置第一路径及第二路径，也不具有第一传热部及第二传热部的现有供给热水系统(参照图11)中，第二箱302浸入第一箱300的热水中，从而使第一箱300的热水和第二箱302的热水之间进行热交换。但是，由于没有采取促进热交换的措施，因此该热交换与本发明的情况相比缓慢。因此，无法将第二箱302的热水有效利用为辅助加热源，不可能通过第二箱302的热水提高系统的供暖能力。

附图说明

图1是本发明的一实施方式的供给热水系统的结构图。

图2A是表示第一传热管及第二传热管的其他排列的放大图。

图2B是表示第一传热管及第二传热管的又一其他排列的放大图。

图3是说明供给热水时的热水的流通路径的图。

图4是说明供给热水时的热水的流通路径的图。

图5是说明供暖时的热水的流通路径的图。

图6是说明供暖时(低负荷)的热水的流通路径的图。

图7是说明供暖及供给热水时(通常负荷)的热水的流通路径的图。

图8是说明供暖时(高负荷)的热水的流通路径的图。

图9是说明供暖时(急速负荷)的热水的流通路径的图。

图10是供给热水系统的变形例的简单结构图。

图11是现有的供给热水系统的简单结构图。

具体实施方式

以下参照附图说明本发明的实施方式。

图1是本发明的一实施方式的供给热水系统的结构图。供给热水系统200具备储热水箱单元1、热泵2(热泵单元)。被热泵2加热的热水储存于储热水箱单元1的第一箱5中。储存于第一箱5中的热水在供暖装置4中循环。由储存于第一箱5中的热水间接加热的第二箱6的热水被向热水龙头3供给。供暖装置4由散热器或地板供暖等温水供暖设备构成。

其中，供暖装置4可以由加热洗澡用水的用途等的换热器构成。即，在本说明书中，“供暖”并不限定于“室内的供暖”。供暖装置4为能够将第一箱5的热水的热赋予水或空气等对象物的装置即可。

热泵2具备：对第一箱5的热水进行加热的机构即压缩机101；作为冷凝器或气体冷却器的水-制冷剂换热器102；作为膨胀机构的电动膨胀阀103及蒸发器104。压缩机101、水-制冷剂换热器102、电动膨胀阀103及蒸发器104通过制冷剂配管以此顺序连接，从而形成制冷剂回路。在热泵2的制冷剂回路中填充有二氧化碳或氟化烃之类的制冷剂。当将二氧化碳作为制冷剂时，在水-制冷剂换热器102中，制冷剂成为超临界状态。利用热泵2能够将水加热至90℃左右的高温。此外，可以采用容积式膨胀机代替电动膨胀阀103进行制冷剂的膨胀能量的回收。

储热水箱单元1具备：储存供暖用的热水的第一箱5；储存需要向热水龙头3供给的热水的第二箱6；收容第一箱5及第二箱6的框体7。第一箱5的容积比第二箱6的容积大。第二箱6以上部从第一箱5突出、剩余部分在第一箱5内露出的方式组装于第一箱5。利用第一箱5和第二箱6形成二重箱构造。第二箱6的热水在第一箱5的热水的作用下被保温及/或加热。第二箱6也可以全部收容于第一箱5，但如本实施方式那样，通过使第二箱6的上部从第一箱5的上部突出的配置，能够使向第二箱6连接各种配管的作业变得容易，降低制造成本。

第一箱5的热水和第二箱6的热水基本上没有混合。向热水龙头3供给的热水仅是第二箱6中的热水。通过热泵2直接加热的热水仅是第一箱5的热水。第二箱6的热水被储存于第一箱5中的上部空间的热水间接加热。因此，即使自来水为硬水的区域，水-制冷剂换热器102中也不易蓄积水垢，热交换效率不易经年降低。第一箱5的热水中也可以含有载冷剂。

在框体7的内部，箱和配管等部件被隔热件(例如耐热性发泡聚苯乙烯)覆盖以防止散热。

组装于第一箱5的第二箱6的底面的高度位于第一箱5的高度的中间附近。第一箱5的上部空间为形成在第一箱5的侧壁和第二箱6的侧壁之间的圆筒状空间，该空间的容积在第一箱5的容积中所占的比例少，例如小于第一箱5的容积一半。在夏季等负荷小的时期，若仅在该圆筒状的空间储存高温的热水，则能够在将第二箱6的热水保持高温的同时，极力抑制来自第一箱5的外表面的散热。另外，在该圆筒状的空间配置有辅助加热器18。特别是，当需要高的加热能力时，可以使用该辅助加热器18对第一箱5的热水进行加热。

第一箱5的热水从上部向底部形成温差层。具体而言，第一箱5的热水温度根据系统使用状况或季节，上部(第二箱6周围)为50～90℃，底部为30～50℃。第二箱6被储存于第一箱5的上部空间的热水加热及/或保温，因此，只要不是从热水龙头3短时间大量排出热水，第二箱6的热水温度保持在60～80℃。

储热水箱单元1还具备供暖循环路径51、第一路径53、第二路径55、热泵路径57、供给热水路径59及供水路径61。供暖循环路径51的去路部分、第一路径53及热泵路径57经由第一阀机构8相互连接。相同地，第二路径55、供给热水路径59及供水路径61经由第二阀机构9相互连接。

阀机构8、9由能够将热水的流通方向从某一方向向另一方向切换，能够将多个流路合并为一个流路，并能够将一个流路分为多个流路的分配阀构成。在本实施方式中，由连接有四根配管的4WAY型分配阀构成阀机构8、9，但也可以通过将多个通常的3WAY型的分配阀组合使用来构成各个阀机构8、9。此外，参照图7，当不需要执行后面说明的运转模式时，可以由不具有分配功能的换向阀构成阀机构8、9。

供暖循环路径51是用于将第一箱5的热水向供暖装置4供给，并将来自供暖装置4的热水返回第一箱5的路径，由第一去路管23、第二去路管25、泵16及返路管26构成。通过从第一箱5的内部向外部延伸的第一去路管23连接第一箱5和第一阀机构8。基于第一去路管23的供暖循环路径51的入口位于第一箱5的上部空间。利用第二去路管25连接第一阀机构8和供暖装置4。利用第一去路管23构成供暖循环路径51的去路部分的一部分(上游侧部分)，利用第二去路管25构成供暖循环路径51的去路部分的剩余部分(下游侧部分)。泵16设于第二去路管25。利用从第一箱5的外部向内部延伸的返路管26连接供暖装置4和第一箱5。基于返路管26的供暖循环路径51的出口位于第一箱5的底部空间。储存于第一箱5的上部空间的热水能够经由第一去路管23、第一阀机构8及第二去路管25向供暖装置4供给。在供暖装置4中温度降低的热水经由返路管26返回第一箱5的底部空间。

第一路径53是用于利用与第一去路管23不同的路线将第一箱5的热水导入供暖循环路径51的第二去路管25的路径。并且，第一路径53是用于将被热泵2加热的热水返回第一箱5的路径。第一路径53由第一传热管10构成。通过第一传热管10形成包围第二箱6在第一箱5内露出的部分的第一传热部10a。利用第一路径53连接第一箱5与供暖循环路径51的去路部分(第二去路管25)，以使第一箱5的热水经由第一传热部10a向供暖装置4供给。第一路径53在第一箱5的内部的开口位置被设定在第一箱5的侧壁和第二箱6的侧壁之间的第一箱5的上部空间。储存于第一箱5的上部空间的热水能够经由第一传热管10、第一阀机构8及第二去路管25向供暖装置4供给。在第一路径53的第一箱5的外部部分设置压力安全阀13。

第二路径55是使第二箱6的热水循环的路径，且是用于将第二箱6的热水导入供给热水路径59的路径。第二路径55由第二传热管11、泵15及配管34构成。通过第二传热管11形成沿第一传热部10a配置的第二传热部11a。基于第二传热管11的第二路径55的入口位置被设定在第二箱6的底部空间。泵15以位于第二传热部11a和第二阀机构9之间的方式设于第二传热管11。利用从第二箱6的外部向内部延伸的配管34连接第二阀机构9和第二箱6。基于配管34的第二路径55的出口位置被设定在第二箱6的上部空间。以从配管34分支的方式设置压力安全阀12。

如上所述，第二路径55形成使储存于第二箱6的底部空间的热水向第二传热部11a流通之后返回第二箱6的上部空间的循环路径。经由第二阀机构9连接供给热水路径59和第二路径55，因此，也能够将在第二传热管11中流通后的热水向供给热水路径59供给。

如图1所示，第一路径53的第一传热部10a和第二路径55的第二传热部11a相互相接。从而，在第一路径53中流通的热水和在第二路径55中流通的热水能够在这些传热部10a、11a中进行热交换。即，通过在第一传热管10中流通的热水能够有效加热在第二传热管11中流通的热水。相反，通过在第二传热管11中流通的热水能够有效加热在第一传热管10中流通的热水。在前者的情况下，在第一传热管10中流通的热水是被热泵2加热而返回第一箱5的热水。被热泵2加热的高温的热水能够加热在第二传热管11中流通的第二箱6的热水。在后者的情况下，在第一传热管10中流通的热水为从第一箱5直接向供暖装置4供给的热水。利用在第二传热管11中流通的第二箱6中的高温热水能够加热从第一箱5向供暖装置4供给中途的热水。另外，传热管10、11还具有抑制自第二箱6向外散热的效果。

在图1的例子中，第一传热管10及第二传热管11均为单层管，第一传热管10的外径与第二传热管11的外径相等。以通过第二箱6和第二传热管11夹着第一传热管10的方式，将第一传热管10卷绕于第二箱6，进而，第二传热管11从第一传热管10之上卷绕于第二箱6。换言之，第二传热管11隔着第一传热管10间接地卷绕于第二箱6。

更详细而言，以在第二箱6的高度方向上相邻的部分彼此相互密接的方式，将第一传热管10直接且螺旋状卷绕于第二箱6。并且，以第一传热管10和第二传热管11在径向上的多个部位相接的方式，将第二传热管11从第一传热管10之上螺旋状卷绕于第二箱6。即，第一传热管10及第二传热管11分别具有密接卷绕的形式，形成传热部10a、11a的部分成为双重线圈的形状。根据这种结构，能够充分确保传热面积，并且能够提高热交换效率。

第一传热管10可以通过将形成传热部10a的部分焊接或钎焊于第二箱6而固定在第二箱6上。由此，能够减少热阻。根据相同的理由，第二传热管11也可以通过将形成传热部11a的部分焊接或钎焊于第一传热管10而固定在第一传热管10上。

第一传热管10的外径和第二传热管11的外径可以不同。第一传热管10和第二传热管11的位置关系也没有限定于两者相接。例如，也可以第二传热管11直接且螺旋状卷绕于第二箱6，第一传热管10从卷绕于第二箱6的第二传热管11之上间接地卷绕于第二箱6。

另外，如图2A所示，也可以以第一传热管10和第二传热管11在第一箱5的高度方向上交替排列的方式，将第一传热管10及第二传热管11分别直接且螺旋状卷绕于第二箱6上。如此设置也能够得到与上述相同的效果。

并且，如图2B所示，也可以将小径的第二传热管11通过大径的第一传热管10的内部的二重管以螺旋状卷绕于第二箱6。即使如此设置也能够得到上述效果。在图2B的例子中，第一传热管10和第二传热管11的位置关系也可内外交换。

其中，根据由第二传热管11和第二箱6夹着第一传热管10的图1的例子，使第一传热管10与第二传热管11及第二箱6两者相接。因此，能够比第二传热管11位于内侧且第一传热管10位于外侧的例子(省略图示)更加有效地进行热交换。若采用图1的位置关系，当热量从第一传热管10向第二传热管11移动时，热量也从第一传热管10向第二箱6的外壁移动。当热量从第二传热管11向第一传热管10移动之际，热量也从第二箱6的外壁向第一传热管10移动。即，通过将第二箱6的外壁积极利用为传热面，从而能够实现热交换效率的提高。另外，根据图1的例子，第一传热管10及第二传热管11在高度方向上紧密排列，因此，与图2A的例子相比，利于获得有助于热交换的传热部10a、11a的长度。另外，根据图1的例子，与二重管的例子(图2B)相比，在成本方面有利。

此外，传热部10a、11a只要是能够使热水在它们的内部流通，且有效进行热交换的部件即可，并非必须由传热管10、11形成。但是，从成本和生产率方面考虑，优选如本实施方式那样设置。

其次，热泵路径57是用于将第一箱5的热水导入热泵2的路径。热泵路径57由配管24及设于该配管24的泵14构成。配管24的上游端与第一箱5连接。基于配管24的热泵路径57的入口位置被设定在第一箱5的底部空间。另一方面，配管24的下游端与第一阀机构8连接。即，第一路径53、热泵路径57的下游端和供暖循环路径51的去路部分相互连接。由此，能够将被热泵2加热的热水直接向供暖装置4供给。根据将被热泵2加热的热水直接供给于供暖装置4的结构，能够将压力损失抑制为较小，可期待泵14、16的节电化。减少散热损失。

并且，可以利用第一路径53作为使被热泵2加热了的热水返回第一箱5的路径。根据此种结构，不需要将热泵路径57延伸至第一箱5的内部，因此，能够缩短热泵路径57的长度。另外，能够避免贯通第一箱5的配管数量的增加。

具体而言，在第一路径53、热泵路径57及供暖循环路径51的去路部分的连接部位设有第一阀机构8。能够使经由第一路径53需要向供暖装置4供给的第一箱5的热水和被热泵2加热的第一箱5的热水在第一阀机构8合流，导向供暖循环路径51(第二去路管25)。根据该运转模式，在热泵2的加热能力基础上追加预先存储于第一箱5中的热水的供暖能力，因此，对要求超过热泵2的加热能力程度的高供暖能力的情况有效。

在上述运转模式中，通过使第二箱6的热水在第二路径55中循环，能够促进第二箱6的热水与经由第一路径53需要供给于供暖装置4的第一箱5的热水进行热交换。由此，能够利用第二箱6的热水的热量作为辅助加热源，能够进一步提高瞬间的供暖能力。

并且，在上述运转模式中，也可以使经由第一去路管23需要供给于供暖装置4的第一箱5的热水、经由第一路径53需要供给于供暖装置4的第一箱5的热水、被热泵2加热的第一箱5的热水在第一阀机构8合流，导向供暖循环路径51的第二去路管25。

另外，也可以通过控制第一阀机构8，采用仅使经由第一去路管23需要供给于供暖装置4的第一箱5的热水和被热泵2加热的第一箱5的热水在第一阀机构8合流，而导向供暖循环路径51的第二去路管25的模式进行运转。即，不使用第一路径53。在该运转模式中，也能够在热泵2的加热能力基础上追加预先存储于第一箱5的热水的供暖能力。

其次，供水路径61是用于向第二箱6补给自来水并对需要供给于供给热水路径59的热水温度进行调节的路径。供水路径61具有供水管31、分支供水管32及减压阀19。通过供水管31连接外部的自来水管(未图示)和第二阀机构9。分支供水管32从供水管31分支并向第二箱6的内部延伸，前端的开口位置被设定在第二箱6的底部空间。当打开热水龙头3消耗第二箱6的热水时，经由供水管31及分支供水管32将自来水补给于第二箱6的底部空间。自来水可以在第二箱6的热水被消耗时立即补给，也可以在消耗某种程度时补给其消耗量或规定量。若将配管34的开口位置设定在第二箱6的中央部附近空间，则能够在不补给自来水的情况下大量连续使用第二箱6的热水。

供给热水路径59由出热水管35及设于该出热水管35的泵17构成。利用出热水管35连接第二阀机构9和热水龙头3。能够经由第二路径55的第二传热管11、第二阀机构9及供给热水路径59将第二箱6的热水向热水龙头3供给。停止泵15，使泵17工作，从而能够将第二箱6的热水从配管34向热水龙头3供给。进而，通过使在供水路径61中流动的自来水和第二箱6的热水在第二阀机构9中以合适的比例混合而能够将调节为适当温度的热水供给于热水龙头3。也可以仅将在供水路径61中流动的自来水供给于热水龙头3。

其次，对供给热水系统200的控制电路进行说明。

如图1所示，供给热水系统200具备各种温度传感器39～50、输入终端63及控制器65。输入终端63包括微型电子计算机、用于通过用户的输入操作而设定供给热水温度和供暖强度的输入部、以及显示热水的使用状况和供暖强度的监视器等。控制器65由执行系统的控制程序的微型电子计算机或DSP(digital signal processor数字信号处理器)构成。输入终端63和控制器65能够通信连接。各种温度传感器39～50的检测结果(检测信号)被赋予控制器65。控制器65根据各种温度传感器39～50的检测结果，通过PI控制等公知方法进行泵14～17、第一阀机构8、第二阀机构9、热泵2及辅助加热器18的控制，以使供给热水温度和供暖强度接近在输入终端63预先设定的条件。

在热泵路径57的水-制冷剂换热器102的入口附近设有入水温度传感器39，在该出口附近设有出热水温度传感器40。能够根据入水温度传感器39及出热水温度传感器40的检测结果算出水-制冷剂换热器102的入口热水温度和出口热水温度之差。并能够根据热水的温度差和泵14的转速实时算出热泵2的加热能力。也可以控制热泵2而使算出的加热能力接近所需要的加热能力。

在热泵2的蒸发器104设有蒸发温度传感器41，在压缩机101的出口部设有喷出温度传感器42。根据蒸发温度传感器41及喷出温度传感器42的检测结果，控制电动膨胀阀103的开度及压缩机101的转速以使热泵2的效率最大化。通常，热泵2以效率最好的额定能力或接近其附近的能力运转。

在第一箱5的外壁面沿高度方向设有多个箱温度传感器45、46、47。可以利用箱温度传感器45、46、47检测储存于第一箱5的热水的高度方向的温度分布，换言之，检测热水量(与蓄热量对应)。根据箱温度传感器45、46、47的检测结果控制热泵2的运转，由此，能够将合适温度及适量的热水储存在第一箱5中，从而能够将第二箱6的热水保持为合适温度。此外，这种箱温度传感器45、46、47可以设于第一箱5的内壁面，也可以设于第一箱5的内部中的第二箱6的外壁面。

在供水路径61设有检测自来水的温度的自来水温度传感器44。在供给热水路径59设有检测供给于热水龙头3之前的热水温度的第一供给热水温度传感器43。在第二路径55设有检测经由第二传热管11进入第二阀机构9之前的热水温度的第二供给热水温度传感器48。根据供给热水温度传感器43、48的检测结果，控制第二阀机构9，调节第二箱6的热水和自来水的混合比例。在供暖循环路径51的第二去路管25设有检测需要供给于供暖装置4的热水温度的第一供暖温度传感器49。在供暖循环路径51的返路管26设有检测从供暖装置4返回第一箱5的热水温度的第二供暖温度传感器50。供暖温度传感器49、50的检测结果能够与预先设定的供暖强度一起作为用于判断供暖负荷大小的数据来使用。

其次，对供给热水系统200的几个运转模式进行说明。但是，所述运转模式只不过是例示，本发明并不局限于这些模式。在各运转模式中，第一阀机构8及第二阀机构9的致动器以如图示形成的方式通过控制器65控制。

《供给热水》

图3所示的运转模式是供给热水负荷处于热泵2的加热能力范围内时执行的供给热水模式。利用图中的粗线表示热水(或自来水)的流动。供暖装置4关闭。当打开热水龙头3时，第二箱6的热水经由第二路径55的配管34、第二阀机构9及供给热水路径59向热水龙头3供给。第二箱6的热水在第二阀机构9中与来自供水路径61的自来水混合，调节为在输入终端63预先设定的温度。与使用的热水等量的自来水通过分支供水管32补给于第二箱6的底部空间。此外，也可以代替配管34经由第二传热管11将第二箱6的热水向热水龙头3供给，也可以经由配管34及第二传热管11两者将第二箱6的热水向热水龙头3供给。利用供给热水温度传感器43、48监视热水温度，控制为以最佳的路径供给热水即可。

当将自来水补给于第二箱6时，起动热泵2，对第一箱5的热水进行加热。被热泵2加热的热水经由第一路径53返回第一箱5的上部空间。由此，间接加热第二箱6的热水。当关闭热水龙头3时，转移到接下来参照图4说明的供给热水模式。此外，当第二箱6的热水大量消耗时，存在供给热水负荷单独超过热泵2的加热能力的可能性。在该情况下，可以以由辅助加热器18补充加热能力的不足量的高负荷供给热水模式进行运转。

《储存热水》

图4所示的运转模式是热泵2工作而加热第一箱5的热水的储存热水模式。通过加热第一箱5的热水而间接加热第二箱6的热水。该储存热水模式可以在热水龙头3关闭时执行。例如，根据设于第一箱5的外壁面的箱温度传感器45、46、47的检测结果，推定第一箱5及/或第二箱6的热水量(蓄热量)，当推定的热水量低于规定值时起动热泵2，开始对第一箱5的热水进行加热。如图4所示，使被热泵2加热的热水通过第一路径53返回第一箱5并同时使第二箱6的热水在第二路径55中循环。在第二路径55中流通的热水和被热泵2加热的热水在传热部10a、11a中进行热交换，第二箱6的热水迅速被加热到合适温度。

在图11所示的现有系统中，当大量消耗第二箱302中的热水，将自来水补给于第二箱302中，而第二箱302的热水温度降低时，将第二箱302的热水温度再次加热到合适温度需要较长时间。即，不能否定存在短时间大量消耗热水时，热水断供的可能性。使第二箱302的热水升温需要长时间的问题不仅是热泵和加热器的加热能力的问题，也取决于采用由第一箱300的热水间接加热第二箱302的热水的所谓的二重箱构造的供给热水系统的本质部分。

对此，根据本实施方式的供给热水系统200，被热泵2加热的热水经由第一路径53返回第一箱5。此时，第二箱6的热水在第二路径55中循环，在第一路径53中流通的热水和在第二路径55中流通的热水在传热部10a、11a中进行热交换。通过产生强制对流的热交换，能够与现有系统(图11)相比，以短时间升高第二箱6的热水温度。另外，第二箱6的热水流通的第二传热部11a浸入储存于第一箱5的上部空间的热水。这种情况有助于第二箱6的热水迅速升温。

《供暖(通常负荷)》

图5所示的运转模式为第二箱6的热水量(蓄热量)充足，供暖负荷处于热泵2的加热能力范围内(例如额定能力的70～130％范围内)的通常供暖模式。在该通常供暖模式中，仅使用被热泵2加热的热水进行供暖。控制热泵2的电动膨胀阀102的开度、压缩机101的转速，以使热泵2的加热能力与所要求的供暖能力一致。

被热泵2加热的第一箱5的热水经由第一阀机构8及供暖循环路径51的第二去路管25供给于供暖装置4。在供暖装置4中循环的热水经由供暖循环路径51的返路管26返回第一箱5的底部空间。由于被热泵2加热的热水没有返回第一箱5而直接供给于供暖装置4，因此，能够向供暖装置4供给更加高温的热水。另外，能够减小泵14、16的负荷。

此外，当外部气温低时，热泵2的蒸发器104结霜，因此，有必要在预先确定的时刻进行除霜处理。在除霜处理执行中，不能够用热泵2加热热水。因而，在除霜处理的执行中，如接下来参照图6进行说明的那样，可以将储存于第一箱5的热水供给于供暖装置4。通过如此设置，可以在不中途断开供暖效果的情况下提高用户的使用舒适度。

《供暖(低负荷)》

图6所示的运转模式为第一箱5的热水量(蓄热量)充足，能够在供暖负荷非常小时执行的低负荷供暖模式。具体而言，该低负荷供暖模式可以在供暖负荷低于热泵2的额定能力的规定比率(例如70％)时执行。并且，也可以在热泵2的除霜处理进行中执行。

当供暖负荷非常小时，若选择图5所示的通常供暖模式，则产生使热泵2以较大偏离额定能力的能力运转的情况。由于热泵2以较大偏离额定能力的能力运转会导致效率低。因此，当供暖负荷充分小时，停止热泵2，利用储存于第一箱5的热水进行供暖即可。

第一箱5的热水经由第一去路管23及第一传热管10(第一路径53)的至少一方导入第二去路管25。在第一箱5的内部，第一去路管23的开口位置与第一传热管10的开口位置在高度方向上不同。因此，当需要对供给于供暖装置4的热水温度进行微调节时，可以将经由第一去路管23导入第二去路管25的第一箱5的热水与经由第一传热管10导入第二去路管25的第一箱5的热水在第一阀机构8中以规定比例混合。由此，能够向供暖装置4供给调节为合适温度的热水。

具体而言，在本实施方式中，如下设定第一去路管23的开口和第一传热管10(第一路径53)的开口的位置关系。即，第一路径53在第一去路管23的开口下方朝向第一箱5的上部空间开口。在第一箱5的内部形成有温差层，因此，从第一去路管23获取的第一箱5的热水与从构成第一路径53的第一传热管10获取的第一箱5的热水温度不同。因此，根据供暖负荷的大小，可以选择如下模式：仅从第一去路管23获取第一箱5的热水、或仅从第一传热管10(第一路径53)获取第一箱5的热水、或者从两者获取热水并在第一阀机构8混合。换言之，能够将合适温度的热水供给于供暖装置4。

此外，当第一箱5的热水量(蓄热量)低于规定值时，热泵2开始以额定能力或其附近的能力运转，加热第一箱5的热水即可。此时，如接下来参照图7进行说明的那样，能够将被热泵2加热的热水在第一阀机构8分配，将分配的热水供给于供暖装置4。另外，可以在从供暖装置4返回第一箱5的热水温度成为规定温度以下时起动热泵2。

或者，可以暂时停止向供暖装置4供给热水。并且，若第一箱5的热水量(蓄热量)充足，则停止热泵2的运转，用再次储存于第一箱5的热水进行供暖。通过进行这种接通-断开控制，能够使热泵2在更多时间以额定能力运转。其结果，与通过利用变换器控制压缩机101的转速来应对供暖负荷的大小的情况相比，能量消耗效率变得更有效。

《供暖+供给热水(通常负荷)》

图7所示的运转模式是第二箱6的热水量(蓄热量)不充足，供暖负荷和供给热水负荷的合计处于热泵2的额定能力附近(例如额定能力的70～130％范围内)时执行的通常负荷模式。简单地说，是图3的供给热水模式与图6的供暖模式的组合。向热水龙头3供给热水如参照图3说明的那样进行。

被热泵2加热的热水在第一阀机构8中被分配为直接供给于供暖装置4的部分和经由第一路径53返回第一箱5的部分。由此，能够在使供暖装置4工作的同时积极加热第二箱6中的热水。分配比率可以根据例如所要求的供暖能力来设定。在热水龙头3关闭的情况下，如参照图4说明的那样，可以使第二箱6中的热水在第二路径55中循环。若那样设置，则在传热部10a、11a中，在第一路径53中流通的热水和在第二路径55中流通的热水进行热交换，使第二箱6的热水迅速升温。

如参照图4、图5及图7说明所示，根据本实施方式的供给热水系统200，还可以选择如下模式中的至少一种，即，被热泵2加热的热水的全部量通过第一路径53返回第一箱5的模式(图4)；仅被热泵2加热的热水的全部量直接供给于供暖装置4的模式(图5)；被热泵2加热的热水一部分直接供给于供暖装置4的同时，剩余部分通过第一路径53返回第一箱5的模式(图7)。各模式的优点如参照各图说明的那样。各模式的选择通过控制器65适当控制阀机构8、9来实现。

《供暖(高负荷)》

图8所示的运转模式是能够在供暖负荷超过热泵2的最大加热能力(例如额定能力的130％)时执行的高负荷供暖模式。使经由第一去路管23需要供给于供暖装置4的第一箱5的热水和被热泵2加热的第一箱5的热水在第一阀机构8中以合适的比例混合，导入供暖循环路径51的第二去路管25。若如此设置，则在热泵2的最大加热能力基础上追加第一箱5的热水所实现的加热能力，能够暂时发挥超过热泵2的最大加热能力的加热能力。

此外，也可以代替第一去路管23，将第一箱5的热水经由第一路径53导入第二去路管25。另外，在该高负荷供暖模式的执行中，也可以并列执行参照图3说明的供给热水模式，将第二箱6的热水供给于热水龙头3。

《供暖(急速负荷)》

图9所示的运转模式是能够在供暖负荷超过热泵2的最大加热能力(例如130％)且如早晚那样要求急速供暖的时间带执行的急速供暖模式。经由第一去路管23及第一路径53(第一传热管10)需要供给于供暖装置4的第一箱5的热水和被热泵2加热的第一箱5的热水在第一阀机构8中以合适的比例混合，导入供暖循环路径51的第二去路管25。与此同时，第二箱6中的热水在第二路径55中循环。

于是，在传热部10a、11a中，在第一路径53中流通的第一箱5的热水和在第二路径55中流通的第二箱6的热水进行热交换。即，能够由第二箱6的热水对需要供给于供暖装置4的第一箱5的热水进行辅助加热。在热泵2的最大加热能力基础上追加由第一箱5的热水实现的加热能力和由第二箱6的热水实现的加热能力，因此，能够暂时发挥大幅超过热泵2的最大加热能力的加热能力。此外，也可以不使用第一去路管23，而使用第一路径53(第一传热管10)和热泵路径57将第一箱5的热水供给于供暖装置4(省略图示)。

参照图9说明的急速供暖模式的执行中，能够将第二箱6的热水供给于热水龙头3。具体而言，经由第二传热管11导入第二阀机构9的第二箱6的热水也能够导入供给热水路径59。

《其他》

当参照图8说明的高负荷供暖模式下的运转超过预先设定的时间继续运转时，也可以利用电阻加热式的辅助加热器18加热第一箱5的热水。相同地，参照图9说明的急速供暖模式下的运转超过预先设定的时间继续运转时，也可以利用辅助加热器18加热第一箱5的热水。

在本实施方式中，第一箱5的内部中的辅助加热器18的位置由形成于第一箱5的侧壁与第二箱6的侧壁之间的第一箱5的上部空间来确定。并且，第一去路管23及构成第一路径53的第一传热管10在辅助加热器18的周围开口。第一去路管23的开口在高度方向上位于辅助加热器18的上端和下端之间。第一传热管10的开口位于辅助加热器18的下方，与辅助加热器18对置。根据这种位置关系，当从第一去路管23及/或第一传热管10获取第一箱5的热水时，促进了辅助加热器18的周围的对流，从而能够提高热传递率。其结果，能够在提高辅助加热器18的热效率的同时，从第一去路管23及/或第一传热管10获取第一箱5的热水，因此，能够进一步提高供给热水系统200的最大供暖能力。

在参照图8及图9说明的运转模式中，负荷的大小超过热泵2的最大加热能力。从而，为将如此设置的运转模式能够适当地选择及执行，使供给热水负荷和供暖负荷的合计处在热泵2的加热能力(优选额定能力)的时间带中，优选预先充分加热第一箱5的热水及第二箱6的热水。上述时间带可以为从深夜至早上的时间带(例如AM2时～AM6时)，也可以是利用控制器65推定的时间带。例如，可以由控制器65来执行根据一定期间(例如，过去数日间)的运转历史记录推定供给热水负荷和供暖负荷的合计处在热泵2的加热能力(优选额定能力)的时间带的程序。

另外，负荷的大小可以根据各种温度传感器的检测结果、季节条件、时间带、供暖的设定温度、供给热水的设定温度等数据来判断。另外，将从这些数据组中选择的至少一个数据作为检索关键数据使用，可以参照预先存储于控制器65的存储器中的数据库，从各种运转模式中选择一个或多个运转模式来执行。

例如，当以通常供暖模式进行运转时，设于供暖循环路径51的返路管26上的第二供暖温度传感器50的检测结果满足规定条件(低于规定值)时，能够向高负荷供暖模式转移。另外，例如，当设于第二传热管11上的第二供给热水温度传感器48的检测结果满足规定条件(低于规定值)时，起动热泵2，从而能够执行参照图3及图4说明的储存热水模式。当热泵2已经处于工作中，被热泵2加热的热水直接供给于供暖装置4时，将被热泵2加热后的热水的一部分利用第一阀机构8分配而向第一路径53供给，从而能够促进第二箱6中的热水升温(图7的通常负荷模式)。若在供暖运转停止过程中，则能够将被热泵2加热的热水的全部量经由第一路径53返回第一箱5(图4的储存热水模式)。

《变形例》

如图10所示，第一路径53还可以具有：连接第一传热管10的端部的第三阀机构38，所述第一传热管10的端部位于连接到第一阀机构8的一侧的相反侧；将第一箱5的底部空间的热水导入第一传热管10的下部配管36；将第一箱5的上部空间的热水导入第一传热管10的上部配管37。第一箱5中的上部配管37的开口位置设定为与供暖循环路径51的第一去路管23的开口大致相同高度即可。第三阀机构38可以为3WAY式的分配阀，也可以为仅具有切换流通方向的功能的换向阀。

根据上述结构，能够将储存于第一箱5的上部空间的高温热水和储存于第一箱5的底部空间的低温热水的任一种经由第一路径53导入供暖循环路径51中。并且，若阀机构38为分配阀，则能够通过将高温热水和低温热水以规定比例混合，而将所需温度的热水经由第一传热管10导入供暖循环路径51。

另外，可以使被热泵2加热的热水返回第一箱5的上部空间，也可以返回底部空间。例如，当第二箱6的热水量(蓄热量)充足，使热泵2以加热第一箱5的供暖用的热水为目的进行工作时，可以将在热泵2中加热的热水返回第一箱5的上部空间。另一方面，在储存热水模式(参照图4)下，通过与第二箱6的热水热交换而温度变低的热水可以返回第一箱5的底部空间。如此，可以确保第一箱5的内部温度梯度尽量大。当第一箱5的底部付近的热水温度低时，水-制冷剂换热器102中的热交换效率变高，热泵2的效率系数变高，因而优选。

另外，可以在第一箱5设置注水口和排水口。若如此设置，则能够调节第一箱5的水量。在不使用供暖装置4的期间(例如夏季)也抑制第二箱6的散热损失，因此，能够将第一箱5的水位降低至规定高度(例如，比第二箱6的底面还靠下)。另外，为了进行第一箱5的水量调节，可以设置使第一箱5的水暂时退避的缓冲箱。例如，在热泵路径57设置三通阀，将缓冲箱连接于该三通阀即可。当第一箱5的水位低时，可以通过储存于第一箱5底部的热水在第一路径53中循环，而加热第二箱6中的热水，也可以在第二箱6的内部设置专用的辅助加热器，利用该辅助加热器来加热第二箱6中的热水。

Claims (13)

1.一种供给热水系统，其具备：

第一箱，其用于储存供暖用的热水；

第二箱，其以至少一部分在所述第一箱内露出的方式收容或组装于所述第一箱，并储存需要供给于热水龙头的热水；

供暖循环路径，其将所述第一箱的热水向供暖装置供给，并使来自所述供暖装置的热水返回所述第一箱；

第一路径，其包括包围所述第二箱在所述第一箱内露出的部分的第一传热部，并连接所述第一箱和所述供暖循环路径的去路部分，以能够使所述第一箱的热水经由所述第一传热部向所述供暖装置供给；

第二路径，其包括沿所述第一传热部配置的第二传热部，通过使所述第二箱的热水在所述第二传热部中流通，而使所述第二箱的热水与在所述第一传热部中流通的热水进行热交换。

2.根据权利要求1所述的供给热水系统，其中，

所述第一传热部由构成所述第一路径的第一传热管形成，

所述第二传热部由构成所述第二路径的第二传热管形成，

以所述第一传热管被所述第二箱和所述第二传热管夹着的方式，将所述第一传热管卷绕于所述第二箱，并将所述第二传热管从所述第一传热管之上卷绕于所述第二箱。

3.根据权利要求2所述的供给热水系统，其中，

所述第一传热管的外径与所述第二传热管的外径相等，

所述第一传热管以在所述第二箱的高度方向上相邻部分彼此相互密接的方式螺旋状卷绕于所述第二箱，

以所述第一传热管和所述第二传热管在径向上的多个部位相接的方式，将所述第二传热管从所述第一传热管之上螺旋状卷绕于所述第二箱。

4.根据权利要求1所述的供给热水系统，其中，

所述第一传热部由构成所述第一路径的第一传热管形成，

所述第二传热部由构成所述第二路径的第二传热管形成，

以所述第一传热管和所述第二传热管在所述第二箱的高度方向上交替排列的方式，将所述第一传热管及所述第二传热管分别直接且螺旋状卷绕于所述第二箱。

5.根据权利要求1所述的供给热水系统，其中，还具备：

作为对所述第一箱的热水进行加热的机构的热泵；

用于将所述第一箱的热水导入所述热泵的热泵路径，

所述第一路径、所述热泵路径、所述供暖循环路径的去路部分相互连接，而能够将被所述热泵加热的热水直接供给于所述供暖装置。

6.根据权利要求5所述的供给热水系统，其中，

能够利用所述第一路径作为使被所述热泵加热的热水返回所述第一箱的路径。

7.根据权利要求5所述的供给热水系统，其中，

还具备设于所述第一路径、所述热泵路径及所述供暖循环路径的去路部分的连接部位的阀机构，

能够以如下模式运转，即，使经由所述第一路径需要供给于所述供暖装置的所述第一箱的热水和被所述热泵加热的所述第一箱的热水在所述阀机构合流而导向所述供暖循环路径。

8.根据权利要求7所述的供给热水系统，其中，

通过使所述第二箱的热水在所述第二路径中循环，促进所述第二箱的热水和经由所述第一路径需要供给于所述供暖装置的所述第一箱的热水进行热交换。

9.根据权利要求7所述的供给热水系统，其中，

所述供暖循环路径包括：以构成所述去路部分的一部分的方式连接所述第一箱和所述阀机构的第一去路管；以构成所述去路部分的剩余部分的方式连接所述阀机构和所述供暖装置的第二去路管，

在所述运转模式中，使经由所述第一去路管需要供给于所述供暖装置的所述第一箱的热水、经由所述第一路径需要供给于所述供暖装置的所述第一箱的热水和被所述热泵加热的所述第一箱的热水在所述阀机构合流而导向所述供暖循环路径的所述第二去路管。

10.根据权利要求7所述的供给热水系统，其中，

通过控制所述阀机构还能够在从以下模式中选择的至少一个模式下运转，即，使被所述热泵加热的热水的全部量直接供给于所述供暖装置的模式；将被所述热泵加热的热水的一部分直接供给于所述供暖装置的同时使剩余部分通过所述第一路径返回所述第一箱的模式；使被所述热泵加热的热水的全部量通过所述第一路径返回所述第一箱的模式。

11.根据权利要求7所述的供给热水系统，其中，

所述供暖循环路径包括：以构成所述去路部分的一部分的方式连接所述第一箱和所述阀机构的第一去路管；以构成所述去路部分的剩余部分的方式连接所述阀机构与所述供暖装置的第二去路管，

通过控制所述阀机构，还能够以如下方式运转，即，不使用所述第一路径，使经由所述第一去路管需要供给于所述供暖装置的所述第一箱的热水和被所述热泵加热的所述第一箱的热水在所述阀机构合流而导向所述供暖循环路径的所述第二去路管。

12.根据权利要求1所述的供给热水系统，其中，

所述第二箱以上部从所述第一箱突出、剩余部分在所述第一箱内露出的方式组装于所述第一箱，

所述供暖循环路径包括向形成于所述第一箱的侧壁和所述第二箱的侧壁之间的所述第一箱的上部空间开口的去路管，

所述第一路径的端部在所述去路管的开口下方朝向所述第一箱的上部空间开口。

13.根据权利要求12所述的供给热水系统，其中，

还具备配置于所述第一箱内部的辅助加热器，

所述辅助加热器的位置被设定在形成于所述第一箱的侧壁和所述第二箱的侧壁之间的所述第一箱的上部空间。

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