CN102042679A - 热水供给装置 - Google Patents

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Abstract

一种提高了加热效率的热水供给装置，包括储水槽(1)；具有配设在储水槽(1)内的配管并使储水槽(1)内的热水与流过配管的水进行热交换的热交换器(9)，其特征在于所述装置构成为将配管在储水槽1内配设成大致水平状态。

Description

热水供给装置
技术领域
本发明涉及一种将沸腾了的热水储存在储水槽中并利用供给热水或利用其具有的热量的热水供给装置。
背景技术
以往这种热水供给装置例如如图14所示(例如参照专利文献1)。
图14示出了在专利文献1中记载的以往的热水供给装置。如图14所示，该热水供给装置包括储水槽1、设置在该储水槽1内作为热交换器的蛇状管2，并构成为使浴缸10中的水在蛇状管2内循环，对洗澡水进行再加热。
专利文献1：日本特开平2003-214711号公报
发明内容
但是，对于在热交换器中使用蛇状管2的以往结构来说，在蛇状管2中使浴缸10内的水循环时，蛇状管2周围的储水槽内的热水温度降低，产生下降的水流。如图15所示，该水流会沿着蛇状管2慢慢地加速(箭头的长度表示流速)，速度增大的下降水流朝下方流到储水槽1内。
这种热水供给装置会形成温度分层地储存热水，在利用热水的过程中储水槽1内的热水3和水4相接触，变成处于中间温度的层5(以下称为混合层5)，但是下降水流会到达该混合层5并影响搅拌作用。
搅拌后，混合层5变大，由于所储存热水的温度过度降低而减少了能够利用的热水能量。同时混合层5下部的水温也变得升高。由此，再次沸腾时，必须加热到更高温度的水。在加热装置6使用热泵的情况下，由于存在水温高和运转效率低下的特性，因此在有效运转方面存在问题。
这样，对于在具有蛇状管2这样的储水槽1内在高度方向配置了配管的热交换器来说，由于扩大了混合层5而减少了可利用的热水能量，因此存在利用热泵沸腾时的效率低下的问题。
本发明的目的是提供一种用于解决以往的问题并提高加热效率的热水供给装置。
解决问题的手段
为了解决上述以往的问题，本发明的热水供给装置包括储水槽；在所述储水槽内由配管形成并使所述储水槽内的热水与流过所述配管的水进行热交换的热交换器，所述装置构成为将所述配管在所述储水槽内配设成大致水平状态，因此使在储水槽内产生的下降水流保持在最小限度，并能够抑制混合层的搅拌作用。
发明效果
根据本发明能够提供加热效率提高的热水供给装置。
附图说明
图1是本发明的实施方式1的热水供给装置的结构图。
图2是同一热交换器的平面图。
图3是示出了同一储水槽内温度分布的图。
图4是示出了同一热交换器附近的流速的图。
图5是不同形状的热交换器的平面图。
图6是不同形状的热交换器的平面图。
图7是不同形状的热交换器的平面图。
图8是本发明的实施方式2的热水供给装置的结构图。
图9是同一热交换器的平面图。
图10是示出了同一储水槽内温度分布的视图。
图11是示出了同一热交换器附近的流速的视图。
图12是不同形状的热交换器的平面图。
图13是不同形状的热交换器的平面图。
图14是现有技术的热水供给装置的结构图。
图15是示出了同一热交换器附近的流速的视图。
符号说明
1储水槽
6加热装置(热泵单元)
9热交换器
9a配管
10浴缸
具体实施方式
第一发明的热水供给装置包括储水槽；和在储水槽内由配管形成并使储水槽内的热水与流过配管的水进行热交换的热交换器，将所述配管在所述储水槽内配设成水平状态。由于能够使设置于储水槽内的热交换器的配管周围产生的下降水流保持在最小限度，并抑制储水槽内的搅拌作用，以及能够防止由于混合层的扩大而引起的可利用热水能量的减少，因此具有能够实现良好的使用性和较高的节能性的效果。
第二发明的热水供给装置包括储水槽；和在储水槽内由配管形成并使储水槽内的热水与流过所述配管的水进行热交换的热交换器，配管配设成在储水槽内的下方向的开口面积较大，大致为钵状。由于能够使设置于储水槽内的热交换器的配管周围产生的下降水流保持在最小限度，并抑制储水槽内的搅拌作用，以及能够防止由于混合层的扩大而引起的可利用热水能量的减少，因此具有能够实现良好的使用性和较高的节能性的效果。
第三发明的特征在于，特别是第一或第二发明的热交换器的配管形成为涡旋状，因此相对于一般的储水槽形状即圆筒形来说具有容易收集的效果。
第四发明的特征在于，特别是第一或第二发明的热交换器的配管具有多个直线部分和多个曲线部分，因此具有相应于储水槽的形状能够任意构成配管的效果。
第五发明的特征在于，特别是第一至第四发明的热交换器的配管由单一的路径形成，因此具有能够实现简单的结构以及实现泄露等问题较少的高可靠性的效果。
第六发明的特征在于，特别是第一至第五发明的热交换器的配管构成为在储水槽内的水的入口附近分支出多个配管，在水的出口附近连接在一起，因此具有能够适当地设计需要的配管长度、压力损失和热通过率的效果。
第七发明的特征在于，特别是第一至第六发明中设有加热储水槽内的水的加热装置，并使用热泵循环作为所述加热装置，因此能够提供能量的利用效率，实现节能性优良的热水供给装置。
第八发明是第七发明的热泵循环是超临界制冷剂回路，通过构成为使用升压到临界压力以上的制冷剂加热水，使沸腾温度达到高温，因此能够增大可利用的热量和防止热水中断。
下面参照附图说明本发明的实施方式。此外，本发明不限于这些实施方式。
实施方式1
图1是示出了根据本发明的第一实施方式的热水供给装置的结构图。
在图1中，热水供给装置包括储水槽1；作为加热该储水槽1中的水的加热装置的热泵单元6；将加热前的水输送到该热泵单元6并与储水槽1的下部相连的第1配管7，将加热后的水从热泵单元6返回到储水槽1并与储水槽1的上部相连的第2配管8，设置在储水槽1内的上方用于再热洗澡水的热交换器9，浴缸10，将浴缸10中的水输送到热交换器9的第3配管11，将热交换后的热水从热交换器9返回到浴缸10的第4配管12，热水供给栓13，用于向热水供给栓13供给热水并与储水槽1的上部相连的供热水管16，与储水槽1下部相连的供水管14。此外，供水管14通过混水阀15与供热水管16相连。
此外，为了连接热交换器9、第3配管11以及第4配管12，在储水槽1中设有第1连接件17和第2连接件18。
图2示出了储水槽1内的热交换器9的平面图。热交换器9的本体是用不锈钢管构成的配管9a形成涡旋状。配管9a的外侧端部通过第1连接件17与第3配管11相连，配管9a的内侧端部通过设置在储水槽1上部的第2连接件18(如图1所示)与第4配管12相连。
下面说明上述结构的热水供给装置的动作和作用。
沸腾前储水槽1中大部分是低温水。开始运转后，通过第1配管7将储水槽1中的水输送到热泵单元2，在此加热后的高温热水通过第2配管8返回储水槽1。由此储水槽1中储存有高温热水。
利用沸腾后的热水时，通过供热水管16输送储水槽1中的高温热水，该高温热水与来自供水管14的水在混水阀15中混合，调整到设定温度后从热水供给栓13供给。此外，与热水供给中使用的热水量相同的水量通过供水管14从储水槽1下部流入。
加热洗澡水时，浴缸10中的水通过第3配管11输送到热交换器9，在热交换器9的配管9a中，与在储水槽1内循环的热水进行热交换变成温度升高的水，然后通过第4配管12返回浴缸10。
在上述动作时，使用中的储水槽1内，高温热水3和低温水4变成不断层积的状态，这些热水3和水4之间由于热传导和对流而存在处于中间温度的混合层5。
图3说明了根据混合层5的大小引起的可利用的不同热水量。以横轴表示温度、纵轴表示储水槽1的高度的方式示出了储水槽1内热水的温度分布。示出的不同温度分布包括混合层5a较小的状态19，和混合层5b较大的状态20。
例如，温度ts是可利用的热水温度的下限时，可利用的热量差用模型表示时与区域21相当，混合层5越大越容易导致热水中断，此外，可利用的热量较少，即节能性差。
比较混合层5a、5b的下部，混合层5b的水温高的情况更多，这样下次沸腾时对于热泵单元6，流入更高温的水。沸腾前的水温越高，热泵单元6的效率越恶化，因此即使在沸腾时大的混合层5也会损失节能性。
图4示出了储水槽1内热交换器9的横截面。由于构成热交换器9的不锈钢配管9a水平排列，因此配管9a的周围产生的下降水流难以相互施加影响，这样以小的流速流入到储水槽1内。因此，对混合层5的影响被抑制到最小限度。
这样，通过使设置在储水槽1内的热交换器9的配管9a的周围产生的下降水流保持在最小限度，能够抑制储水槽1内的搅拌作用，防止由混合层5扩大而引起的可利用热水量的减少，以及防止热泵单元2中沸腾效率的降低，因此能够实现良好的使用性和高的节能性。
此外，通过使热交换器9形成大致圆形的涡旋状，具有在圆筒形储水槽1时容易确保所需管长度的优点。
此外，热交换器9内水的流动为从配管9a的外侧向内侧，但是，逆时针方向，也就是入口为第2连接件18侧，出口为第1连接件17侧，从内侧向外侧也可以得到相同的效果。
进一步地，热泵单元6的制冷剂循环使用二氧化碳作为制冷剂，最好是在超过临界压力的压力下运转。使用二氧化碳作为制冷剂时沸腾温度处于高温，因此能够自由地控制储水槽1内的热水温度。
图5是热交换器9的平面图，其中热交换器9由形状为直线部分和曲线部分的不锈钢配管9a相组合而构成，在储水槽1的形状不同的情况下，能够有效地利用空间来配置热交换器9。
此外，图5(a)中直线部分为平行地布置，图5(b)是曲线部分超过180度使得管长能够更长时的热交换器9的平面图。
此外，图6是加工成大致矩形形状的热交换器。此时储水槽1可在角形场合有效地利用空间。
此外，图7中在流入储水槽1内的热交换器9内的水的入口附近设置第1分支部22，在出水口附近设置第2分支部23。通过将热交换器9的配管9a分成两个系统，能够适当地设计配管长度和压力损失以及热通过率的关系。
实施方式2
图8是示出了根据本发明第二实施方式的热水供给装置的结构图。
图8中，热水供给装置包括储水槽1，作为加热该储水槽1中的水的加热装置的热泵单元6，将加热前的水输送到该热泵单元6并与储水槽1的下部相连的第1配管7，将加热后的水从热泵单元6返回到储水槽1并与储水槽1的上部相连的第2配管8，设置在储水槽1内的上方用于再加热洗澡水的热交换器9，浴缸10，将浴缸10中的水输送到热交换器9的第3配管11，将热交换后的热水从热交换器9返回到浴缸10的第4配管12，热水供给栓13，用于向热水供给栓13供给热水并与储水槽1的上部相连的供热水管16，与储水槽1下部相连的供水管14。此外，供水管14通过混水阀15与供热水管16相连
此外，为了连接热交换器9、第3配管11以及第4配管12，在储水槽1中设有第1连接件17和第2连接件18
图9示出了储水槽1内的热交换器9的平面图。热交换器9的本体是用不锈钢管构成的配管9a形成涡旋状。配管9a的外侧端部通过第1连接件17与第3配管11相连，配管9a的内侧端部通过设置在储水槽1上部的第2连接件18(如图8所示)与第4配管12相连
设置在最外侧的配管9a和储水槽1的内表面保持大致一定的间隔，设置在更内侧的配管9a依次沿外侧配管9a以没有间隔的方式配置，相邻的配管9a的内侧处于比外侧更高的位置，也就是说，朝向储水槽1的下方的开口面积更大，配置成大致钵状。
下面说明上述结构的热水供给装置的动作和作用。
沸腾前储水槽1中大部分是低温水。开始运转后，通过第1配管7将储水槽1中的水输送到热泵单元2，在此加热后的高温热水通过第2配管8返回储水槽1。由此储水槽1中储存有高温热水。
利用沸腾后的热水时，通过供热水管16输送储水槽1中的高温热水，该高温热水与来自供水管14的水在混水阀15中混合，混合到设定温度后从热水供给栓13供给。此外，与热水供给中使用的热水量相同的水量通过供水管14从储水槽1下部流入。
加热洗澡水时，浴缸10中的水通过第3配管11输送到热交换器9，在热交换器9的配管9a中，与在储水槽1内循环的热水进行热交换变成温度升高的水，然后通过第4配管12返回浴缸10。
在上述动作时，使用中的储水槽1内，高温热水3和低温水4变成不断层积的状态，这些热水3和水4之间由于热传导和对流而存在处于中间温度的混合层5。
图10说明了根据混合层5的大小引起的可利用的不同热水量。以横轴表示温度、纵轴表示储水槽1的高度的方式示出了储水槽1内热水的温度分布。示出的不同温度分布包括混合层5a较小的状态19，和混合层5b较大的状态20。
例如，温度ts是可利用的热水温度的下限时，可利用的热量差用模型表示时与区域21相当，混合层5越大越容易导致热水中断，此外，可利用的热量较少，即节能性差。
比较混合层5a、5b的下部，混合层5b的水温高的情况更多，这样下次沸腾时对于热泵单元6，流入更高温的水。沸腾前的水温越高，热泵单元6的效率越恶化，因此即使在沸腾时大的混合层5也会损失节能性。
图11示出了储水槽1内热交换器9的横截面。由于构成热交换器9的不锈钢配管9a在储水槽1内向外侧依次以较低的位置排列，因此在配管9a的上侧产生的水流缓缓加速，同时到达储水槽1的内表面附近并这样沿该内表面下降。
由于该水流通向储水槽1的最外侧，因此很少与混合层5上残留的高温热水的混合，就到达混合层5。此外，即使到达了混合层5，由于在周边引起搅拌，对混合层5的扩大作用较小。
一方面，配管9下侧的下降水流以较小的流速大致同样地下降。该水流难以相互施加影响，这样以小的流速流入到储水槽1内，从而对混合层5的影响也小。
这样，通过使设置在储水槽1内的热交换器9的配管9a的周围产生的下降水流保持在最小限度，能够抑制储水槽1内的搅拌作用，防止由混合层5扩大而引起的可利用热水量的减少，以及防止热泵单元2中沸腾效率的降低，因此能够实现良好的使用性和高的节能性。
此外，通过使热交换器9形成大致圆形的涡旋状，具有在圆筒形储水槽1的情况下容易与该形状相配合并确保所需管长度的优点。
此外，热交换器9内水的流动为从配管9a的外侧向内侧，但是，逆时针方向，也就是入口为第2连接件18侧，出口为第1连接件17侧，从内侧向外侧也可以得到相同的效果。
进一步地，热泵单元6的制冷剂循环使用二氧化碳作为制冷剂，最好是在超过临界压力的压力下运转。使用二氧化碳作为制冷剂时沸腾温度处于高温，因此能够自由地控制储水槽1内的热水温度。
此外，图12是用直线部分和曲线部分构成配管9a，且加工成大致矩形形状的热交换器，此时可适用于角形的储水槽1。
此外，图13中在流入储水槽1的热交换器9的水的入口附近设置第1分支部22，在水的出口附近设置第2分支部23。通过将热交换器9的配管9a分成两个系统，能够适当地设计配管长度压力损失以及热通过率的关系。
产业上可利用性
如上所述，根据本发明的热水供给装置能够在利用储水槽内的热水热量的情况下最小限度地减少可利用的热水量，除了能够适用于家用热水供给装置，还能够适用于在具有热源和储水槽的系统中用于企业等大规模的用途，并提供优异的节能性。

Claims (8)

1.一种热水供给装置，其特征在于：
包括储水槽；和在所述储水槽内由配管形成并使所述储水槽内的热水与流过所述配管的水进行热交换的热交换器，
将所述配管在所述储水槽内配设成水平状态。
2.一种热水供给装置，其特征在于：
包括储水槽；和在所述储水槽内由配管形成并使所述储水槽内的热水与流过所述配管的水进行热交换的热交换器，
所述配管配设成在所述储水槽内的下方向的开口面积较大，大致为钵状。
3.如权利要求1或2所述的热水供给装置，其特征在于，所述热交换器的所述配管形成为涡旋状。
4.如权利要求1或2所述的热水供给装置，其特征在于，所述热交换器的所述配管包括多个直线部分和多个曲线部分。
5.如权利要求1至4任何一项所述的热水供给装置，其特征在于，所述热交换器的所述配管由单一的路径形成。
6.如权利要求1至5任何一项所述的热水供给装置，其特征在于，所述热交换器的所述配管构成为在所述储水槽内的水的入口附近分支出多个配管，在水的出口附近连接在一起。
7.如权利要求1至6任何一项所述的热水供给装置，其特征在于，设有加热所述储水槽内的水的加热装置，使用热泵循环作为所述加热装置。
8.如权利要求7所述的热水供给装置，所述热泵循环是超临界制冷剂回路。
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