Die vorliegende Erfindung betrifft ein Wärmespeicher-Wasserheizgerät zum Heizen von Versorgungs- bzw. Vorratswasser unter Verwendung von Wärmespeicherfluid.The present invention relates to a heat storage water heater for heating supply water using heat storage fluid.
In einem in der JP 5099507 A beschriebenen herkömmlichen Wärmespeicher-Wasserheizgerät ist, wie in 21 dieser Druckschrift gezeigt, ein Wärmetauscher 110 zum Heizen von Wasser auf der Außenseite eines Tanks 100 angeordnet, und ein Heizer 120 ist in dem Tank 100 angeordnet, um Fluid in dem Tank 100 zu heizen. Durch den Heizer 120 in dem Tank 100 geheiztes Fluid wird dem Wärmetauscher 110 durch eine Pumpe 130 derart zugeführt, daß durch den Wärmetauscher 110 strömendes Versorgungswasser geheizt wird. In der herkömmlichen Vorrichtung wird jedoch eine Temperaturdifferenz zwischen Fluid, welches den Wärmetauscher 110 durchströmt hat, und Wasser, bevor es den Wärmetauscher 110 durchströmt hat, größer, und die Wärmemenge entsprechend der Temperaturdifferenz kann nicht effektiv genützt werden.In one in the JP 5099507 A described conventional heat storage water heater is as in 21 This document shows a heat exchanger 110 for heating water on the outside of a tank 100 arranged, and a heater 120 is in the tank 100 arranged to fluid in the tank 100 to heat. Through the heater 120 in the tank 100 heated fluid is the heat exchanger 110 through a pump 130 fed so that through the heat exchanger 110 flowing supply water is heated. In the conventional device, however, a temperature difference between fluid, which is the heat exchanger 110 has passed through, and water before passing the heat exchanger 110 has flowed through, larger, and the amount of heat corresponding to the temperature difference can not be effectively used.
DE 25 10 695 B2 zeigt eine andere Wasserheizeinrichtung, welche einen Tank umfasst, in welchem Heizwasser gespeichert ist. Der Tank enthält eine Zufuhrleitung und eine Abgabeleitung für das Heizwasser, und des Weiteren einen Zirkulationsdurchtritt, eine Pumpe und ein Steuerventil zur Steuerung der zu einem Wärmetauscher gelieferten Fluidmenge. DE 25 10 695 B2 shows another water heater, which includes a tank in which heating water is stored. The tank includes a supply pipe and a discharge pipe for the heating water, and further a circulation passage, a pump and a control valve for controlling the amount of fluid supplied to a heat exchanger.
Der Wärmetauscher enthält ein sich spiralförmig erstreckendes Wärme tauschendes Element, welches an einer Wasserzufuhrleitung und einer Wasserabgabeleitung angeschlossen ist, wobei die Wasserzufuhrleitung in das spiralförmige Wärme tauschende Element mündet.The heat exchanger includes a spirally extending heat exchanging element which is connected to a water supply line and a water discharge line, wherein the water supply line opens into the spiral heat exchanging element.
DE 298 06 517 U1 beschreibt einen Tank mit einem Strömungsbegrenzer in Form eines perforierten Rohres. DE 298 06 517 U1 describes a tank with a flow restrictor in the form of a perforated tube.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Wasserheizgerät bereitzustellen, welches bei verbessertem Wärmespeicherwirkungsgrad eine vergrößerte Wärmetauschkapazität aufweist.Object of the present invention is to provide a water heater, which has an improved heat storage capacity with improved heat storage capacity.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1.This problem is solved by the features of claim 1.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.Advantageous developments of the invention are specified in the subclaims.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen beispielhaft näher erläutert; in dieser zeigen:The invention will be explained in more detail by way of example with reference to the drawings, in which: in this show:
1 eine schematische Darstellung eines Wasserheizgeräts in Übereinstimmung mit einer ersten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, 1 1 is a schematic representation of a water heater in accordance with a first preferred embodiment of the present invention;
2 eine Querschnittsansicht eines Wärmetauschers mit Doppelrohrstruktur mit einem äußeren Rohr und einem inneren Rohr in Übereinstimmung mit der ersten Ausführungsform, 2 FIG. 4 is a cross-sectional view of a double-tube structure heat exchanger having an outer tube and an inner tube in accordance with the first embodiment; FIG.
3 eine schematische Darstellung eines Wasserheizgeräts in, Übereinstimmung mit einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, 3 1 is a schematic representation of a water heater in accordance with a second preferred embodiment of the present invention;
4 eine schematische Darstellung eines Strömungs- bzw. Durchsatzsteuerteils von Fluid W für ein Wasserheizgerät in Übereinstimmung mit einer dritten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, 4 3 is a schematic representation of a flow control part of fluid W for a water heater in accordance with a third preferred embodiment of the present invention;
5 eine schematische Darstellung eines Strömungssteuerteils von Fluid W für ein Wasserheizgerät in Übereinstimmung mit einer vierten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, 5 1 is a schematic representation of a flow control part of fluid W for a water heater in accordance with a fourth preferred embodiment of the present invention;
6 eine schematische Darstellung eines Wasserheizgeräts in Übereinstimmung mit einer fünften bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, 6 1 is a schematic representation of a water heater in accordance with a fifth preferred embodiment of the present invention;
7 eine schematische Darstellung eines Wasserheizgeräts in Übereinstimmung mit einer sechsten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, 7 1 is a schematic representation of a water heater in accordance with a sixth preferred embodiment of the present invention;
8 eine schematische Darstellung eines Wasserheizgeräts in Übereinstimmung mit einer siebten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, 8th 1 is a schematic representation of a water heater in accordance with a seventh preferred embodiment of the present invention;
9 eine schematische Darstellung eines Wasserheizgeräts in Übereinstimmung mit einer achten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, 9 a schematic representation of a water heater in accordance with an eighth preferred embodiment of the present invention,
10 eine schematische Darstellung eines Wasserheizgeräts in Übereinstimmung mit einer neunten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, 10 a schematic representation of a water heater in accordance with a ninth preferred embodiment of the present invention,
11 eine schematische Darstellung eines Wasserheizgeräts in Übereinstimmung mit einer zehnten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, 11 1 is a schematic view of a water heater in accordance with a tenth preferred embodiment of the present invention;
12 eine schematische Schnittansicht eines Wärmetauschers für ein Wasserheizgerät in Übereinstimmung mit einer elften bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, 12 a schematic sectional view of a heat exchanger for a water heater in Accordance with an eleventh preferred embodiment of the present invention,
13 eine schematische Darstellung eines Wasserheizgeräts in Übereinstimmung mit einer zwölften bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, 13 a schematic representation of a water heater in accordance with a twelfth preferred embodiment of the present invention,
14 eine schematische Darstellung eines Durchsatz- bzw. Strömungszustands von Fluid von bzw. ausgehend von einem Einführrohr in einen Tank in Übereinstimmung mit der zwölften Ausführungsform, 14 FIG. 2 is a schematic illustration of a flow state of fluid from and / or starting from an introduction tube into a tank in accordance with the twelfth embodiment. FIG.
15 eine Draufsicht des Tanks mit einer schwimmenden Abdekkung in Übereinstimmung mit der zwölften Ausführungsform, 15 11 is a plan view of the tank with a floating cover in accordance with the twelfth embodiment;
16 eine Schnittansicht eines Gummiteils um die schwimmende Abdeckung herum in Übereinstimmung mit einer Modifikation der zwölften Ausführungsform, 16 FIG. 12 is a sectional view of a rubber part around the floating cover in accordance with a modification of the twelfth embodiment; FIG.
17 eine schematische Darstellung eines Wasserheizgeräts in Übereinstimmung mit einer dreizehnten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, 17 1 is a schematic representation of a water heater in accordance with a thirteenth preferred embodiment of the present invention;
18 eine Draufsicht eines Plattenelements mit mehreren gestanzten Löchern, die in einem Tank in Übereinstimmung mit der dreizehnten Ausführungsform angeordnet sind, 18 FIG. 12 is a plan view of a plate member having a plurality of punched holes arranged in a tank in accordance with the thirteenth embodiment; FIG.
19 eine schematische Darstellung eines Tanks mit einer abgedichteten Struktur für ein Wasserheizgerät in Übereinstimmung mit einer vierzehnten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, 19 1 is a schematic view of a tank having a sealed structure for a water heater in accordance with a fourteenth preferred embodiment of the present invention;
20 eine schematische Darstellung eines Tanks mit abgedichteter Struktur für ein Wasserheizgerät in Übereinstimmung mit einer fünfzehnten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und 20 a schematic representation of a tank with a sealed structure for a water heater in accordance with a fifteenth preferred embodiment of the present invention, and
21 eine Schnittansicht eines herkömmlichen Wasserheizgeräts. 21 a sectional view of a conventional water heater.
Eine erste bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nunmehr unter Bezug auf 1 und 2 erläutert. Gemäß der ersten Ausführungsform ist die vorliegende Erfindung in typischer Weise auf ein Wasserheizgerät 1 für Heimeinsatz angewendet. Das Wasserheizgerät umfaßt einen Tank 2 zum Speichern von Fluid W zur Wärmespeicherung, eine Heizeinheit (nachfolgend erläutert) zum Heizen von Fluid W in dem Tank 2, eine elektrische Pumpe 3 zum Pumpen von Fluid W in dem Tank 2, einen Wärmetauscher 6, in welchem Fluid W, das durch die elektrische Pumpe 3 gepumpt wird, und Wasser, welches durch ein Wasserrohr strömt, zu Wärmetausch gebracht werden, und eine Steuereinheit, welche den Betrieb eines Wasserheizsystems des Wasserheizgeräts 1 steuert. Wie in 1 gezeigt, umfaßt das Wasserrohr ein Wasserzuführ- bzw. -versorgungsrohr 4, durch welches Wasser dem Wärmetauscher 6 zugeführt wird, und ein Heißwasserrohr 5, durch welches heißes Nasser, welches in dem Wärmetauscher 6 erhitzt wurde, strömt. Außerdem umfaßt die Steuereinheit einen Pumpensteuerabschnitt 7 und einen Kreislaufsteuerabschnitt 8.A first preferred embodiment of the present invention will now be described with reference to FIG 1 and 2 explained. According to the first embodiment, the present invention is typically a water heater 1 used for home use. The water heater comprises a tank 2 for storing fluid W for heat storage, a heating unit (to be explained later) for heating fluid W in the tank 2 , an electric pump 3 for pumping fluid W in the tank 2 , a heat exchanger 6 , in which fluid W, by the electric pump 3 is pumped, and water, which flows through a water pipe, are brought to heat exchange, and a control unit, the operation of a water heating system of the water heater 1 controls. As in 1 As shown, the water pipe comprises a water supply pipe 4 through which water the heat exchanger 6 is fed, and a hot water pipe 5 through which hot water, which is in the heat exchanger 6 was heated, flows. In addition, the control unit includes a pump control section 7 and a circulation control section 8th ,
Der Tank 2 weist eine Öffnung 2a auf, die derart in die Atmosphäre mündet, daß der Innendruck des Tanks 2 auf Atmosphären druck gehalten wird. Beispielsweise besteht der Tank 2 aus Kunstharz, und er ist in rechteckiger Quaderform gebildet. Um zu verhindern, daß Fluid W in dem Tank 2 gespeicherte Wärme in die Atmosphäre von der Wandungsoberfläche des Tanks 2 abgestrahlt wird, ist die Außenwandungsfläche des Tanks 2 mit Wärmeisolationsmaterial, wie etwa Glaswolle und Urethan abgedeckt. Das Fluid W besteht üblicherweise aus einer wäßrigen Lösung mit Wasser als Hauptbestandteil und Zusatzbestandteilen, wie etwa einem antiseptischen, einem Gefrierverhinderungsmittel und LLC, die wahlweise je nach Notwendigkeit zugesetzt werden.The Tank 2 has an opening 2a on, which opens into the atmosphere in such a way that the internal pressure of the tank 2 is kept at atmospheric pressure. For example, there is the tank 2 made of synthetic resin, and it is formed in rectangular cuboid shape. To prevent fluid W in the tank 2 stored heat into the atmosphere from the wall surface of the tank 2 is emitted, is the outer wall surface of the tank 2 covered with thermal insulation material, such as glass wool and urethane. The fluid W is usually composed of an aqueous solution containing water as a main component and adjunct ingredients such as an antiseptic, an antifreeze agent and LLC, which are optionally added as necessary.
Als Wärmeeinheit zum Heizen von Fluid W wird ein superkritischer Wärmepumpenkreislauf C verwendet. In dem superkritischen Wärmepumpenkreislauf C wird Kältemitteldruck auf einer Hochdruckseite gleich oder größer als der kritische Druck des Kältemittels. Der Wärmepumpenkreislauf C umfaßt einen Verdichter 9, einen Wärmespeicher-Wärmetauscher 10, ein Expansionsventil 11, einen Verdampfer 12, einen Akkumulator 13 und dergleichen.As a heating unit for heating fluid W, a supercritical heat pump cycle C is used. In the supercritical heat pump cycle C, refrigerant pressure on a high-pressure side becomes equal to or greater than the critical pressure of the refrigerant. The heat pump cycle C includes a compressor 9 , a heat storage heat exchanger 10 , an expansion valve 11 , an evaporator 12 , an accumulator 13 and the same.
Der Verdichter 9 wird durch einen (nicht gezeigten) Elektromotor angetrieben, der in ihm enthalten ist. Gasförmiges Kältemittel, welches aus einem Sammelbehälter 13 gesaugt wird, wird auf einen Druck gleich oder größer als der kritische Druck verdichtet und zum Wärmetauscher 10 ausgetragen.The compressor 9 is driven by an electric motor (not shown) included in it. Gaseous refrigerant, which consists of a collecting tank 13 is sucked, is compressed to a pressure equal to or greater than the critical pressure and to the heat exchanger 10 discharged.
Aus dem Verdichter 9 in den Wärmetauscher 10 strömendes Kältemittel wird einem Wärmetausch mit dem Fluid W unterzogen. Beispielsweise ist der Wärmetauscher 10 aufgebaut aus einer Doppelrohrstruktur mit einem Kältemitteldurchlaß 10a, durch welchen Kältemittel aus dem Verdichter 9 strömt, und einem Fluiddurchlaß 10b, durch welchen das Fluid W strömt. In dem Wärmetauscher 10 ist die Strömungsrichtung von Kältemittel, welches durch den Kältemitteldurchlaß 10a strömt, entgegengesetzt gewählt zu einer Strömungsrichtung von Fluid W, welches durch den Fluiddurchlaß 10b strömt.From the compressor 9 in the heat exchanger 10 flowing refrigerant is subjected to a heat exchange with the fluid W. For example, the heat exchanger 10 constructed of a double tube structure with a refrigerant passage 10a through which refrigerant from the compressor 9 flows, and a fluid passage 10b through which the fluid W flows. In the heat exchanger 10 is the flow direction of refrigerant flowing through the refrigerant passage 10a flows, opposite to a direction of flow of fluid W, which passes through the fluid passage 10b flows.
Kältemittel von bzw. aus dem Kältemitteldurchlaß 10a des Wärmetauscher 10 strömt in das Expansionsventil 11 und wird in dem Expansionsventil 11 dekomprimiert. In dem Expansionsventil 11 dekomprimiertes Kältemittel strömt in den Verdampfer 12 und wird mit Luft zum Wärmetausch gebracht, die den Verdampfer 12 in dem Verdampfer 12 durchströmt. Aus dem Verdampfer 12 ausgetragenes Kältemittel wird in den Sammelbehälter 13 zugeführt, um in gasförmiges Kältemittel und flüssiges Kältemittel getrennt zu werden. Von dem flüssigen Kältemittel in dem Sammelbehälter 13 getrenntes gasförmiges Kältemittel wird in den Verdichter 9 eingeleitet, und flüssiges Kältemittel wird in dem Sammelbehälter 13 als überschüssiges Kältemittel für den Wärmepumpenkreislauf C gespeichert.Refrigerant from or from the refrigerant passage 10a of the heat exchanger 10 flows into it expansion valve 11 and will be in the expansion valve 11 decompressed. In the expansion valve 11 decompressed refrigerant flows into the evaporator 12 and is brought to heat exchange with air, which is the evaporator 12 in the evaporator 12 flows through. From the evaporator 12 discharged refrigerant is in the sump 13 supplied to be separated into gaseous refrigerant and liquid refrigerant. From the liquid refrigerant in the sump 13 Separate gaseous refrigerant is added to the compressor 9 introduced, and liquid refrigerant is in the sump 13 stored as excess refrigerant for the heat pump cycle C.
Der Fluiddurchlaß 10b des Wärmetauschers 10 steht mit dem Tank 2 über zwei Fluidrohre, einem Einlaßrohr 14 und einem Auslaßrohr 15, in Verbindung. Fluid in dem Tank 2 zirkuliert zwischen dem Tank 2 und dem Fluiddurchlaß 10b durch Betätigung einer elektrischen Pumpe 16, die in dem Einlaßrohr 14 angeordnet ist. Ein stromaufwärtiges Ende des Einlaßrohrs 14 mündet in den Tank 2 in einer Position benachbart zur Bodenfläche, und ein stromabwärtiges Ende des Auslaßrohrs 15 mündet in den Tank 2 auf einer Oberseite. Demnach wird durch den Wärmetauscher mit Kältemittel in dem Wärmetauscher 10 geheiztes Fluid W einer oberen Position in dem Tank 2 über das Auslaßrohr 15 zugeführt, wodurch Wärme in dem Fluid W in dem Tank 2 gespeichert wird in der Abfolge von der Oberseite zur Unterseite. Weil eine Wärmespeichermenge des Fluids W gewählt werden kann in Übereinstimmung mit der Nutzungsmenge von heißem Wasser in einem Heim, muß nicht sämtliches Fluid in dem Tank 2 in unnötiger Weise stets auf hoher Temperatur gehalten werden.The fluid passage 10b of the heat exchanger 10 stands with the tank 2 via two fluid pipes, an inlet pipe 14 and an outlet tube 15 , in connection. Fluid in the tank 2 circulates between the tank 2 and the fluid passage 10b by actuating an electric pump 16 in the inlet tube 14 is arranged. An upstream end of the inlet pipe 14 flows into the tank 2 in a position adjacent to the bottom surface, and a downstream end of the outlet tube 15 flows into the tank 2 on a top. Thus, through the heat exchanger with refrigerant in the heat exchanger 10 heated fluid W of an upper position in the tank 2 over the outlet pipe 15 supplied, whereby heat in the fluid W in the tank 2 is stored in sequence from top to bottom. Because a heat storage amount of the fluid W can be selected in accordance with the amount of use of hot water in a home, not all the fluid in the tank needs to be 2 unnecessarily always be kept at high temperature.
Beispielsweise dann, wenn in einem Heim bzw. Haus eine kleine Heißwassermenge genutzt wird, kann die Heißwasserspeichermenge im Fluid W des Tanks 2 auf ungefähr ein halbes Grad eingestellt werden. In diesem Fall wird Fluid W in dem Tank 2 durch sein spezifisches Gewicht aufgrund der Temperaturdifferenz in ein oberes Fluid W1 mit hoher Temperatur, ein unteres Fluid W3 mit niedriger Temperatur und ein mittleres Fluid W2 mit mittlerer Temperatur zwischen der hohen Temperatur und der niedrigen Temperatur getrennt. Wie in 1 gezeigt, sind das obere Fluid W1, das mittlere Fluid W2 und das untere Fluid W3 in dem Tank 2 in dieser Abfolge ausgehend von der Oberseite zur Unterseite angeordnet. Das mittlere Fluid W2, welches zwischen dem oberen Fluid W1 und dem unteren Fluid W3 positioniert ist, weist eine Höhe auf, die deutlich kleiner ist als die jeweilige Höhe des oberen Fluids W2 und des unteren Fluids W3, und es wird als Wärmeisolationsschicht zwischen sowohl dem oberen Fluid W1 wie dem unteren Fluid W3 genutzt. Die Schicht des mittleren Fluids W2 ist eine Temperaturgrenzschicht zwischen dem oberen Hochtemperaturfluid W1 und dem unteren Niedertemperaturfluid W3.For example, if in a home or a small amount of hot water is used, the hot water storage amount in the fluid W of the tank 2 be set to about half a degree. In this case, fluid W becomes in the tank 2 separated by its specific gravity due to the temperature difference into a high-temperature upper fluid W1, a low-temperature lower-fluid W3, and a medium-temperature intermediate fluid W2 between the high temperature and the low temperature. As in 1 The upper fluid W1, the middle fluid W2 and the lower fluid W3 are shown in the tank 2 arranged in this sequence, starting from the top to the bottom. The middle fluid W2 positioned between the upper fluid W1 and the lower fluid W3 has a height that is significantly smaller than the respective height of the upper fluid W2 and the lower fluid W3, and is used as a heat insulating layer between both used upper fluid W1 as the lower fluid W3. The middle fluid layer W2 is a temperature boundary layer between the high-temperature upper fluid W1 and the lower-low-temperature fluid W3.
Bei der ersten Ausführungsform ist die elektrische Pumpe 3 an einer Oberseite von dem Tank 2 beispielsweise angeordnet. Die elektrische Pumpe 3 ist mit dem Tank 2 durch ein Saugrohr 17 verbunden und mit dem Wärmetauscher 6 durch ein Austragrohr 18. Ein stromaufwärtiges Ende (eine Saugöffnung) des Saugrohrs 17 mündet in die Hochtemperatur-Fluidschicht in dem Tank 2, wo das obere Fluid W1 mit hoher Temperatur angeordnet ist. Wenn die elektrische Pumpe 3 arbeitet, wird das obere Fluid W1 gepumpt und dem Wärmetauscher 6 über das Saugrohr 17 und das Austragrohr 18 zugeführt.In the first embodiment, the electric pump 3 on a top of the tank 2 arranged, for example. The electric pump 3 is with the tank 2 through a suction pipe 17 connected and with the heat exchanger 6 through a discharge pipe 18 , An upstream end (a suction port) of the suction pipe 17 opens into the high-temperature fluid layer in the tank 2 where the high temperature upper fluid W1 is located. When the electric pump 3 works, the upper fluid W1 is pumped and the heat exchanger 6 over the suction pipe 17 and the discharge pipe 18 fed.
Der Wärmetauscher 6 weist einen ersten Durchlaß 6a auf, durch welchen Fluid W (d. h. oberes Fluid W1) gepumpt durch die elektrische Pumps 3 strömt, und einen zweiten Durchlaß 6b, der sowohl mit dem Wasserzufuhrrohr 4 sowie dem Heißwasserrohr 5 verbunden ist. Wie in 2 gezeigt, besteht der Wärmetauscher 6 aus einer Doppelrohrstruktur mit einem äußeren Rohr 6A und einem inneren Rohr 6B, welches in das äußere Rohr 6A eingesetzt ist. Der zweite Durchlaß 6b ist durch das innere Rohr 6A festgelegt, und der erste Durchlaß 6a ist sowohl durch das äußere Rohr 6A wie das innere Rohr 6B festgelegt. Das äußere Rohr 6A besteht aus Kunstharz zur Begrenzung von Wärmeleitung, und das innere Rohr 6B besteht aus Metall, wie etwa Kupfermaterial mit ausreichender Wärmeleitfähigkeit. Ein Wärmeisolationsmaterial 35 ist um die Außenwandungsfläche des äußeren Rohrs 6A aufgebracht. In 2 ist das innere Rohr 6B in ungleichmäßiger Form auf der Wandungsfläche ausgebildet, um eine große Wärmeleitfläche zwischen dem ersten Durchlaß 6a und dem zweiten Durchlaß 6b aufzuweisen. In diesen Fall kann deshalb ein Wärmetauschwirkungsgrad zwischen Fluid W, welches durch den ersten Durchlaß 6a strömt, und Wasser, welches durch den zweiten Durchlaß 6b strömt, verbessert werden. Bei der ersten Ausführungsform kann jedoch das innere Rohr 6B in runder Form ähnlich dem äußeren Rohr 6A ausgebildet werden.The heat exchanger 6 has a first passage 6a through which fluid W (ie, upper fluid W1) is pumped by the electric pumps 3 flows, and a second passage 6b that works with both the water supply pipe 4 as well as the hot water pipe 5 connected is. As in 2 shown, there is the heat exchanger 6 from a double tube structure with an outer tube 6A and an inner tube 6B which is in the outer tube 6A is used. The second passage 6b is through the inner tube 6A fixed, and the first passage 6a is through both the outer tube 6A like the inner tube 6B established. The outer tube 6A Made of synthetic resin to limit heat conduction, and the inner tube 6B is made of metal, such as copper material with sufficient thermal conductivity. A thermal insulation material 35 is around the outer wall surface of the outer tube 6A applied. In 2 is the inner tube 6B formed in a non-uniform shape on the wall surface to a large heat conduction area between the first passage 6a and the second passage 6b exhibit. In this case, therefore, a heat exchange efficiency between fluid W passing through the first passage 6a flows, and water passing through the second passage 6b flows, be improved. In the first embodiment, however, the inner tube 6B in a round shape similar to the outer tube 6A be formed.
Wie in 1 gezeigt, ist der Wärmetauscher 6 in dem Tank 2 so angeordnet, daß er sich vertikal erstreckt. Ein oberes Ende des ersten Durchlasses 6a ist mit der elektrischen Pumps 3 über das Austragrohr 18 verbunden, und ein unteres Ende (Auslaß) dieses Durchlasses mündet in einer unteren Position in dem Tank 2 benachbart zu einer Bodenfläche. Andererseits ist das untere Ende des zweiten Durchlasses 6b in dem Tank 2 mit dem Wasserversorgungsrohr 4 verbunden, und ein oberes Ende dieses Durchlasses steht von der Oberseite des Tanks 2 vor, um mit dem Heißwasserrohr 5 verbunden zu werden. In dem Wärmetauscher 6 strömt deshalb Fluid W durch den ersten Durchlaß 6a in Abwärtsrichtung ausgehend von der Oberseite, und Wasser strömt durch den zweiten Durchlaß 6b in Aufwärtsrichtung von der Unterseite aus, wie in 1 durch Pfeile gezeigt. In der ersten Ausführungsform bilden das Wasserzufuhrrohr 4 und das Heißwasserrohr 5 einen Teil eines Wasserrohrs zum Zuführen von heißem Wasser.As in 1 shown is the heat exchanger 6 in the tank 2 arranged so that it extends vertically. An upper end of the first passage 6a is with the electric pumps 3 over the discharge pipe 18 connected, and a lower end (outlet) of this passage opens in a lower position in the tank 2 adjacent to a floor surface. On the other hand, the lower end of the second passage 6b in the tank 2 with the water supply pipe 4 connected, and an upper end of this passage is from the top of the tank 2 before, with the hot water pipe 5 to be connected. In the heat exchanger 6 Therefore, fluid W flows through the first passage 6a in the downward direction from the top, and water flows through the second passage 6b in the upward direction from the bottom, as in 1 shown by arrows. In the first embodiment form the water supply pipe 4 and the hot water pipe 5 a part of a water pipe for supplying hot water.
Der Pumpensteuerabschnitt 7 der Steuereinheit dient zum Steuern des Betriebs der elektrischen Pumpe 3. Ein Wasserströmungs- bzw. -durchsatz-Ermittlungssensor 19 zum Ermitteln eines Wasserdurchsatzes bzw. einer Wasserdurchsatzmenge in dem Wasserrohr 5 und ein Wassertemperatursensor 20 zum Ermitteln der Temperatur von heißem Wasser sind in dem Heißwasserrohr 5 vorgesehen. Signale von dem Wasserdurchsatz-Ermittlungssensor 19 und dem Wassertemperatursensor 20 werden in den Pumpensteuerabschnitt 7 eingegeben. Der Pumpensteuerabschnitt 7 steuert den Ein-/Ausschaltbetrieb der elektrischen Pumpe 3 auf Grundlage des ermittelten Signals des Wasserdurchsatz-Richtungssensors 19, und die Drehzahl der elektrischen Pumpe 3 wird auf Grundlage des Ermittlungssignals von dem Wassertemperatursensor 20 gesteuert. Bei der ersten Ausführungsform kann der Wasserdurchsatz-Ermittlungssensor 19 in dem Wasserzufuhrrohr 4 vorgesehen sein.The pump control section 7 the control unit is used to control the operation of the electric pump 3 , A water flow rate determination sensor 19 for determining a water flow rate or a water flow rate in the water pipe 5 and a water temperature sensor 20 for determining the temperature of hot water are in the hot water pipe 5 intended. Signals from the water flow rate detection sensor 19 and the water temperature sensor 20 be in the pump control section 7 entered. The pump control section 7 controls the on / off operation of the electric pump 3 based on the detected signal of the water flow direction sensor 19 , and the speed of the electric pump 3 is determined based on the detection signal from the water temperature sensor 20 controlled. In the first embodiment, the water flow rate determination sensor 19 in the water supply pipe 4 be provided.
Der Kreislaufsteuerabschnitt 8 der Steuereinheit dient zum Steuern des Elektromotors des Verdichters 9 und der elektrischen Pumpe 16, die in dem Einlaßrohr 14 angeordnet ist. Der Kreislaufsteuerabschnitt 8 steuert den Elektromotor des Verdichters 9 und die elektrische Pumpe 16 auf Grundlage der Fluidtemperatur, die durch einen Fluidtemperatursensor 21 ermittelt wird, derart, daß die Temperatur des Fluids W, welches durch den Wärmetauscher 10 erhitzt wird, auf eine vorbestimmte Temperatur eingestellt werden kann. Wie in 1 gezeigt, ist der Fluidtemperatursensor 21 in dem Auslaßrohr 15 angeordnet.The circulation control section 8th the control unit is used to control the electric motor of the compressor 9 and the electric pump 16 in the inlet tube 14 is arranged. The circulation control section 8th controls the electric motor of the compressor 9 and the electric pump 16 based on the fluid temperature passing through a fluid temperature sensor 21 is determined, such that the temperature of the fluid W, which through the heat exchanger 10 is heated, can be adjusted to a predetermined temperature. As in 1 shown is the fluid temperature sensor 21 in the outlet pipe 15 arranged.
Als nächstes wird die Arbeitsweise des Wasserheizgeräts 1 in Übereinstimmung mit der ersten Ausführungsform erläutert. Durch Betätigen des Heizpumpenkreislaufs C und der elektrischen Pumpe 16 unter Verwendung von beispielsweise Nachtstrom wird Fluid W in dem Tank 2 erhitzt, um einen notwendigen Heizungsgrad zur Wärmespeicherung aufzuweisen bzw. bereitzustellen. Wenn ein Nutzer einen Heißwasserhahn öffnet und Wasser durch das Heißwasserrohr 5 strömt, wird der Wasserdurchsatz durch den Wasserdurchsatz-Ermittlungssensor 19 ermittelt, und die elektrische Pumpe 3 wird auf Grundlage des Signals betätigt, das von dem Pumpensteuerabschnitt 7 ausgegeben wird. Wenn die elektrische Pumpe 3 arbeitet, wird das obere Hochtemperaturfluid W1 durch die elektrische Pumpe 3 von der Oberseite in dem Tank 2 gepumpt und strömt durch den ersten Durchlaß 6a des Wärmetauschers 6. Durch den zweiten Durchlaß 6b des Wärmetauschers 6 strömendes Wasser wird durch Aufnahme von Wärmeenergie aus dem Fluid W geheizt, welches durch den ersten Durchlaß 6a des Wärmetauschers 6 strömt.Next is the operation of the water heater 1 explained in accordance with the first embodiment. By actuating the heating pump circuit C and the electric pump 16 using, for example, night stream, fluid W becomes in the tank 2 heated to provide a necessary degree of heating for heat storage. When a user opens a hot water tap and water through the hot water pipe 5 flows, the water flow rate through the water flow rate detection sensor 19 determined, and the electric pump 3 is operated based on the signal supplied from the pump control section 7 is issued. When the electric pump 3 works, the high-temperature upper fluid W1 by the electric pump 3 from the top in the tank 2 pumped and flows through the first passage 6a of the heat exchanger 6 , Through the second passage 6b of the heat exchanger 6 flowing water is heated by absorbing heat energy from the fluid W, which passes through the first passage 6a of the heat exchanger 6 flows.
Der Pumpensteuerabschnitt 7 steuert die Drehzahl der elektrischen Pumpe 3 derart, daß durch den Wassertemperatursensor 20 ermittelte Wassertemperatur eine vorbestimmte Temperatur einnimmt. Insbesondere dann, wenn die durch den Wassertemperatursensor 20 ermittelte Wassertemperatur niedriger als eine durch den Nutzer gewählte vorbestimmte Temperatur ist, wird die Drehzahl der elektrischen Pumpe 3 derart erhöht, daß eine durch den ersten Durchlaß 6a strömende Fluidmenge W zunimmt.The pump control section 7 controls the speed of the electric pump 3 such that by the water temperature sensor 20 determined water temperature assumes a predetermined temperature. In particular, when the by the water temperature sensor 20 determined water temperature is lower than a user selected predetermined temperature, the speed of the electric pump 3 increased so that one through the first passage 6a flowing fluid quantity W increases.
Die Wärmetauschmenge zwischen dem durch den ersten Durchlaß 6a strömenden Fluid und dem durch den zweiten Durchlaß 6b strömenden Wasser wird dann größer, und die Temperatur des durch den Wärmetauscher 6 geheizten heißen Wassers wird erhöht. Wenn andererseits die durch den Wassertemperatursensor 20 ermittelte Wassertemperatur höher als die durch den Nutzer gewählte vorbestimmte Temperatur ist, wird die Drehzahl der elektrischen Pumpe 3 derart verringert, daß die durch den ersten Durchlaß 6a strömende Fluidmenge W verringert wird. Das Wärmetauschausmaß zwischen durch den ersten Durchlaß 6a strömendem Fluid und dem durch den zweiten Durchlaß 6b strömendem Wasser wird dadurch kleiner, und die Temperatur des durch den Wärmetauscher 6 erhitzten Wassers wird verringert.The heat exchange rate between that through the first passage 6a flowing fluid and through the second passage 6b flowing water then becomes larger, and the temperature of the heat exchanger 6 heated hot water is increased. On the other hand, if by the water temperature sensor 20 determined water temperature is higher than the user-selected predetermined temperature, the rotational speed of the electric pump 3 reduced so that the through the first passage 6a flowing fluid quantity W is reduced. The heat exchange rate between through the first passage 6a flowing fluid and through the second passage 6b flowing water is thereby smaller, and the temperature of the through the heat exchanger 6 heated water is reduced.
Da in Übereinstimmung mit der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung der Wärmetauscher 6 zum Heizen von Wasser, das dem Wasserhahn zugeführt werden soll, in dem Tank 2 angeordnet ist, wird der Wärmetausch zwischen dem Fluid W und dem Wasser innerhalb des Tanks 2 durchgeführt. Wärmeverlust aufgrund von Wärmeabstrahlung in die Atmosphäre wird deshalb geringer, und der Wärmetauschwirkungsgrad des Wärmetauschers 6 wird verbessert. Im Vergleich zu dem Fall, daß der Wärmetauscher außerhalb des Tanks 2 angeordnet ist, kann außerdem der Platzbedarf für das Wasserheizgerät 1 verringert werden.Since, in accordance with the first embodiment of the present invention, the heat exchanger 6 for heating water to be supplied to the faucet in the tank 2 is arranged, the heat exchange between the fluid W and the water inside the tank 2 carried out. Heat loss due to heat radiation into the atmosphere therefore decreases, and the heat exchange efficiency of the heat exchanger 6 will be improved. Compared to the case where the heat exchanger outside the tank 2 is arranged, can also the space required for the water heater 1 be reduced.
Da bei der ersten Ausführungsform der Tank 2, dessen Öffnung 2a in die Atmosphäre mündet, verwendet wird, ist ein druckbeständiger Tankaufbau (d. h. ein abgedichteter Tankaufbau) nicht erforderlich. Der Tank 2 kann deshalb problemlos aus Kunstharz bei niedrigen Kosten geformt bzw. gegossen werden. Außerdem ist ein Bauteil nicht erforderlich, das für den druckbeständigen Tankaufbau (üblicherweise) verwendet wird, wie etwa ein Druckreduzierventil, ein Druckfreigabeventil, ein Lastbetätigungsventil, ein Tankschutzventil oder dergleichen. Bei der ersten Ausführungsform kann außerdem die Tankform willkürlich geändert werden.Since in the first embodiment of the tank 2 whose opening 2a is used in the atmosphere, a pressure-resistant tank (ie, a sealed tank assembly) is not required. The Tank 2 Therefore, it can be easily molded from synthetic resin at a low cost. In addition, a component that is (usually) used for the pressure-resistant tank structure, such as a pressure reducing valve, a pressure release valve, a load operation valve, a tank protection valve or the like, is not required. In the first Embodiment, moreover, the tank shape can be changed arbitrarily.
Weil die Wandfläche des inneren Rohrs 6b des Wärmetauschers 6 in ungleichmäßiger Form gebildet ist, kann der Wärmetauschbereich bzw. die Wärmetauschfläche zwischen dem ersten Durchlaß 6a, durch welchen das Fluid W strömt, und dem zweiten Durchlaß 6b, durch welchen das zuzuführende Wasser strömt, größer gemacht werden. Im Vergleich zu dem Fall, daß das innere Rohr 62 in runder Form gebildet ist, kann deshalb die Wärmetauschkapazität pro Rohrlänge verbessert bzw. vergrößert werden, und die gesamte Länge des Wärmetauscher 6 kann kürzer gemacht werden.Because the wall surface of the inner tube 6b of the heat exchanger 6 is formed in uneven shape, the heat exchange area or the heat exchange surface between the first passage 6a through which the fluid W flows and the second passage 6b through which the water to be supplied flows are made larger. Compared to the case where the inner tube 62 is formed in a round shape, therefore, the heat exchange capacity per pipe length can be improved or increased, and the entire length of the heat exchanger 6 can be made shorter.
Bei der ersten Ausführungsform wird als Heizeinheit zum Heizen von Fluid W der Heizpumpenkreislauf C, in welchem verbrauchter elektrischer Strom relativ niedrig ist, verwendet. Im Vergleich zu einer Gasheizeinheit oder einer Ölheizeinheit können deshalb die Kosten zum Heizen des Fluids W gesenkt werden.In the first embodiment, as the heating unit for heating fluid W, the heating pump circuit C in which consumed electric power is relatively low is used. Therefore, as compared with a gas heating unit or an oil heating unit, the cost of heating the fluid W can be reduced.
Das geheizte Fluid W kann auch verwendet werden zum Heizen eines Betts oder eines Raums. In diesem Fell kann das geheizte Fluid W wirksam als Wasser in einem heißen Bad ohne Wärmeverlust verwendet werden.The heated fluid W may also be used to heat a bed or room. In this coat, the heated fluid W can be used effectively as water in a hot bath without heat loss.
Bei der ersten Ausführungsform kann der Tank 2 aus einem anderen Material als etwa Kunstharz hergestellt werden, und es kann in anderer Form als in Zylinderform gebildet werden.In the first embodiment, the tank 2 made of a material other than synthetic resin, and it may be formed in a shape other than cylindrical.
Außerdem ist bei der ersten Ausführungsform der zweite Durchlaß 6b in dem ersten Durchlaß 6a vorgesehen. Der zweite Durchlaß 6b kann jedoch außerhalb des ersten Durchlasses 6a vorgesehen sein. Das innere Rohr 6B kann aus einem anderen Metall hergestellt sein, das eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist, wie etwa Aluminium, und das äußere Rohr 6A kann aus einem Metall hergestellt sein.In addition, in the first embodiment, the second passage 6b in the first passage 6a intended. The second passage 6b but may be outside the first passage 6a be provided. The inner tube 6B may be made of another metal having a high thermal conductivity, such as aluminum, and the outer tube 6A can be made of a metal.
Eine zweite bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nunmehr unter Bezug auf 3 erläutert. Bei der zweiten Ausführungsform wird eine Turbine verwendet, um Fluid W zwischen dem Tank 2 und dem Wärmetauscher 6 umzuwälzen. Wie in 3 gezeigt, besteht die Turbine aus einem ersten Impeller (Rotator) 22, der durch einen Wasserstrom in dem Heißwasserrohr 5 in Drehung versetzt wird, und einem zweiten Impeller (Rotator) 23, der durch die Drehung des ersten Impellers 22 in Drehung versetzt wird.A second preferred embodiment of the present invention will now be described with reference to 3 explained. In the second embodiment, a turbine is used to move fluid W between the tank 2 and the heat exchanger 6 to circulate. As in 3 shown, the turbine consists of a first impeller (rotator) 22 caused by a flow of water in the hot water pipe 5 is rotated, and a second impeller (rotator) 23 caused by the rotation of the first impeller 22 is set in rotation.
Der erste Impeller 22 ist in einer Kammer 24 angeordnet, die in dem Heißwasserrohr 5 vorgesehen ist, um in Übereinstimmung mit der Wasserströmung in dem Heißwasserrohr 5 in Drehung versetzt zu werden. Die Drehzahl des ersten Impellers 22 wird in Übereinstimmung mit der Durchsatzmenge des Wassers geändert, das durch das Heißwasserrohr 5 strömt. Der zweite Impeller 23 ist in einer Kammer 25 angeordnet, die zwischen dem Saugrohr 17 und dem Austragrohr 18 angeordnet ist. Bei Drehung des zweiten Impellers 23 wird das Fluid W angesaugt und in den ersten Durchlaß 6a des Wärmetauschers 10 übertragen.The first impeller 22 is in a chamber 24 arranged in the hot water pipe 5 is provided in accordance with the flow of water in the hot water pipe 5 to be set in rotation. The speed of the first impeller 22 is changed in accordance with the flow rate of the water passing through the hot water pipe 5 flows. The second impeller 23 is in a chamber 25 arranged between the suction pipe 17 and the discharge pipe 18 is arranged. Upon rotation of the second impeller 23 the fluid W is sucked in and into the first passage 6a of the heat exchanger 10 transfer.
Der erste Impeller 22 und der zweite Impeller 23 sind betriebsmäßig verbunden durch Magnetkraft von Magneten, die in ihnen eingebettet sind. Weil es nicht erforderlich ist, den ersten Impeller 22 mit dem zweiten Impeller 23 unter Verwendung einer Welle zu verbinden, können beide Kammern 24 und 25 flüssigkeitsdicht getrennt bzw. voneinander getrennt werden, und es wird kein Problem verursacht, demnach Fluid W in Versorgungswasser gemischt wird.The first impeller 22 and the second impeller 23 are operatively connected by magnetic force of magnets embedded in them. Because it is not necessary, the first impeller 22 with the second impeller 23 using a shaft can connect both chambers 24 and 25 liquid-tight separated from each other and no problem is caused, according to which fluid W is mixed in supply water.
Da bei der zweiten Ausführungsform Fluid W in dem Tank 2 dem ersten Durchlaß 6a des Wärmetauschers 6 ausschließlich unter Verwendung von Wasserfließ- bzw. -strömungsenergie zugeführt werden kann, die in dem Heißwasserrohr 5 erzeugt wird, kann eine Pumpe zum Pumpen von Fluid in dem Tank 2 in den ersten Durchlaß 6a entfallen. Wenn die Drehzahlen der ersten und zweiten Impeller 22 und 23 und die Durchsatzmenge von Fluid W in dem ersten Durchlaß 6a in geeigneter Weise gewählt sind, um Rohrdruckverlust aufzuweisen bzw. bereitzustellen, kann Wasser vorbestimmter Temperatur, gewählt durch einen Nutzer, dem Heißwasserrohr 5 zugeführt werden. In diesem Fall können der Wasserströmungs- bzw. -durchsatz-Ermittlungssensor 19, der Wassertemperatursensor 20 und der Pumpensteuerabschnitt 7, die bei der ersten Ausführungsform erläutert sind, entfallen. Bei der zweiten Ausführungsform sind die übrigen Teile ähnlich zu denjenigen der vorstehend erläuterten ersten Ausführungsform.Since, in the second embodiment, fluid W in the tank 2 the first passage 6a of the heat exchanger 6 can be supplied exclusively using water flow energy flowing in the hot water pipe 5 can be generated, a pump for pumping fluid in the tank 2 in the first passage 6a omitted. When the speeds of the first and second impellers 22 and 23 and the flow rate of fluid W in the first passage 6a are suitably chosen to have pipe pressure loss, water of predetermined temperature selected by a user, the hot water pipe 5 be supplied. In this case, the water flow rate detection sensor 19 , the water temperature sensor 20 and the pump control section 7 , which are explained in the first embodiment, omitted. In the second embodiment, the remaining parts are similar to those of the first embodiment explained above.
Eine dritte bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nunmehr unter Bezug auf 4 erläutert. In der dritten Ausführungsform wird die Durchsatzmenge von Fluid W, welches in den ersten Durchlaß 6a strömt, durch ein elektrisches Steuerventil 26 gesteuert. Das elektrische Steuerventil 26 ist stromaufwärts oder stromabwärts von der elektrischen Pumpe 3 angeordnet, um die Durchsatzmenge von Fluid W auf Grundlage des Signals von dem Pumpensteuerabschnitt 7 zu steuern.A third preferred embodiment of the present invention will now be described with reference to FIG 4 explained. In the third embodiment, the flow rate of fluid W, which in the first passage 6a flows through an electrical control valve 26 controlled. The electric control valve 26 is upstream or downstream of the electric pump 3 arranged to control the flow rate of fluid W based on the signal from the pump control section 7 to control.
Da bei der dritten Ausführungsform die Durchsatzmenge von Fluid W durch das elektrische Steuerventil 26 geändert wird, kann die Drehzahl der Pumpe 3 mit einem konstanten Wert gewählt bzw. eingestellt werden. In diesem Fall ist deshalb eine Drehzahl-Veränderungsschaltung nicht erforderlich, da die Drehzahl der Pumpe 3 auf einen konstanten Wert eingestellt ist. Bei der dritten Ausführungsform sind die übrigen Teile ähnlich zu denjenigen der vorstehend erläuterten ersten Ausführungsform. Das elektrische Steuerventil 26 gemäß der dritten Ausführungsform kann außerdem auf das Wasserheizsystem unter Verwendung der Turbine angewendet werden, die in der vorstehend genannten zweiten Ausführungsform erläutert ist.Since, in the third embodiment, the flow rate of fluid W through the electric control valve 26 is changed, the speed of the pump 3 be selected or adjusted with a constant value. In this case, therefore, a speed change circuit is not required because the speed of the pump 3 on one constant value is set. In the third embodiment, the remaining parts are similar to those of the first embodiment explained above. The electric control valve 26 According to the third embodiment, it can also be applied to the water heating system using the turbine explained in the aforementioned second embodiment.
Eine vierte bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nunmehr unter Bezug auf 5 erläutert. Wie in 5 gezeigt, wird bei der vierten Ausführungsform die Durchsatzmenge von Fluid W, welches durch den ersten Durchlaß 6a des Wärmetauschers 6 strömt, durch ein thermisches bzw. Wärmesteuerventil 27 gesteuert. Das Wärmesteuerventil 27 besitzt einen Gasdichtungsabschnitt 27a, in welchem Inertgas abgedichtet ist. Der Gasdichtungsabschnitt 27a ist in einer Position angeordnet, in welcher die Temperatur von heißem Wasser erfaßt werden kann, welches durch den Wärmetauscher 6 erhitzt wird. Der Öffnungsgrad des Wärmesteuerventils 27 ändert sich in Übereinstimmung mit dem Innendruck des Gasabdichtungsabschnitts 27a.A fourth preferred embodiment of the present invention will now be described with reference to FIG 5 explained. As in 5 is shown in the fourth embodiment, the flow rate of fluid W, which through the first passage 6a of the heat exchanger 6 flows through a thermal or thermal control valve 27 controlled. The heat control valve 27 has a gas seal section 27a , in which inert gas is sealed. The gas seal section 27a is arranged in a position in which the temperature of hot water can be detected, which passes through the heat exchanger 6 is heated. The opening degree of the heat control valve 27 changes in accordance with the internal pressure of the gas seal portion 27a ,
Wenn beispielsweise die Temperatur von heißem Wasser niedriger wird, nimmt der Innendruck des Gasdichtungsabschnitts 27a ab. In diesem Fall wird der Öffnungsgrad des Wärmesteuerventils 27 größer, so daß die Durchsatzmenge von Fluid W vergrößert und die Temperatur des heißen Wassers erhöht wird. Wenn andererseits die Temperatur des heißen Wassers höher wird, wird der Innendruck des Gasdichtungsabschnitts 27a erhöht. In diesem Fall wird der Öffnungsgrad des Wärmesteuerventils 27 kleiner, so daß die Durchsatzmenge von Fluid W verringert und die Temperatur des heißen Wassers erniedrigt wird.For example, when the temperature of hot water becomes lower, the internal pressure of the gas seal portion decreases 27a from. In this case, the opening degree of the heat control valve becomes 27 larger, so that the flow rate of fluid W increases and the temperature of the hot water is increased. On the other hand, when the temperature of the hot water becomes higher, the internal pressure of the gas seal portion becomes 27a elevated. In this case, the opening degree of the heat control valve becomes 27 smaller, so that the flow rate of fluid W decreases and the temperature of the hot water is lowered.
Da in Übereinstimmung mit der vierten Ausführungsform das Wärmesteuerventil 27 mechanisch betrieben ist, so daß die Temperatur von heißem Wasser mit einer vorbestimmten Temperatur beibehalten wird, kann die Drehzahl der elektrischen Pumpe 3 auf einen konstanten Wert eingestellt werden, und die Drehzahl-Veränderungsschaltung, wie etwa ein Inverter, kann entfallen. Das Wärmesteuerventil 27 ändert den Öffnungsgrad in Übereinstimmung mit dem Innendruck des Gasdichtungsabschnitts 27a, und der Wassertemperatursensor 20 zum Ermitteln der Wassertemperatur, der bei der ersten Ausführungsform erläutert ist, kann entfallen. Das Wärmesteuerventil 27 gemäß der vierten Ausführungsform kann auf ein Wasserheizsystem angewendet werden unter Verwendung der in der vorstehend angeführten zweiten Ausführungsform erläuterten Turbine. Bei der vierten Ausführungsform sind die übrigen Teile ähnlich zu denjenigen der vorstehend erläuterten ersten Ausführungsform.Since in accordance with the fourth embodiment, the heat control valve 27 is mechanically operated, so that the temperature of hot water is maintained at a predetermined temperature, the speed of the electric pump 3 can be set to a constant value, and the speed change circuit, such as an inverter can be omitted. The heat control valve 27 changes the opening degree in accordance with the internal pressure of the gas seal portion 27a , and the water temperature sensor 20 for determining the water temperature, which is explained in the first embodiment, can be omitted. The heat control valve 27 According to the fourth embodiment, it can be applied to a water heating system using the turbine explained in the above-mentioned second embodiment. In the fourth embodiment, the remaining parts are similar to those of the first embodiment explained above.
Eine fünfte bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nunmehr unter Bezug auf 6 erläutert. Bei der fünften Ausführungsform wird kaltes Wasser, bevor es den Wärmetauscher 6 durchströmt, mit heißem Wasser gemischt, welches den Wärmetauscher 6 durchströmt hat und erhitzt ist, so daß die Endtemperatur von heißem Wasser eingestellt werden kann, das abgegeben wird. Beispielsweise zweigt, wie in 6 gezeigt, ein Zweigrohr 28 von dem Wasserversorgungsrohr 4 ab, und ein stromabwärtiges Ende des Zweigrohrs 28 ist mit einem Mischventil 29 verbunden, das in dem Heißwasserrohr 5 vorgesehen ist.A fifth preferred embodiment of the present invention will now be described with reference to 6 explained. In the fifth embodiment, cold water is added to the heat exchanger 6 flows through, mixed with hot water, which is the heat exchanger 6 has flowed through and is heated so that the final temperature of hot water can be adjusted, which is discharged. For example, as in 6 shown a branch pipe 28 from the water supply pipe 4 from, and a downstream end of the branch pipe 28 is with a mixing valve 29 connected in the hot water pipe 5 is provided.
Das Mischventil 29 ändert die Wassermenge, welche ausgehend von dem Zweigrohr 28 strömt, auf Grundlage eines Signals von dem Pumpensteuerabschnitt 7 derart, daß die durch den Wassertemperatursensor 20 ermittelte Wassertemperatur eine Solltemperatur einnimmt. Da die Temperatur des heißen Wassers, das zugeführt werden soll, durch das Mischventil 29 eingestellt werden kann, kann die Heißwassertemperatur relativ zu der Solltemperatur selbst dann genau gesteuert werden, wenn der Heizgrad des heißen Wassers, das durch den Wärmetauscher 6 erhitzt wird, geändert wird. Das Zweigrohr 28 und das Mischventil 29 gemäß der fünften Ausführungsform können außerdem auf das Wasserheizsystem unter Verwendung der Turbine angewendet werden, die in der vorstehend genannten zweiten Ausführungsform erläutert ist. Bei der fünften Ausführungsform sind die übrigen Teile ähnlich zu denjenigen der vorstehend erläuterten ersten Ausführungsform.The mixing valve 29 changes the amount of water, which starting from the branch pipe 28 flows based on a signal from the pump control section 7 such that the through the water temperature sensor 20 determined water temperature assumes a target temperature. Because the temperature of the hot water to be supplied through the mixing valve 29 can be adjusted, the hot water temperature can be accurately controlled relative to the target temperature even if the degree of heating of the hot water passing through the heat exchanger 6 is heated, is changed. The branch pipe 28 and the mixing valve 29 According to the fifth embodiment, it is also possible to apply to the water heating system using the turbine explained in the aforementioned second embodiment. In the fifth embodiment, the remaining parts are similar to those of the first embodiment explained above.
Eine sechste bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nunmehr unter Bezug auf 7 erläutert. Bei der sechsten Ausführungsform ist der Wärmetauscher 10 des Wärmepumpenkreislaufes C zum Heizen von Fluid W, wie in 7 gezeigt, in dem Tank 2 angeordnet. Durch diese geänderte Anordnung des Wärmetauschers 10 ist die elektrische Pumpe 16 in dem Auslaßrohr 15 angeordnet. Die Drehzahl der elektrischen Pumpe 16 wird durch den Kreislaufsteuerabschnitt 8 derart gesteuert, daß die Fluidtemperatur, ermittelt durch den Fluidtemperatursensor 21, konstant wird, und zwar in ähnlicher Weise wie bei der vorstehend erläuterten ersten Ausführungsform.A sixth preferred embodiment of the present invention will now be described with reference to 7 explained. In the sixth embodiment, the heat exchanger 10 the heat pump cycle C for heating fluid W, as in 7 shown in the tank 2 arranged. Due to this changed arrangement of the heat exchanger 10 is the electric pump 16 in the outlet pipe 15 arranged. The speed of the electric pump 16 is through the circulation control section 8th controlled such that the fluid temperature, determined by the fluid temperature sensor 21 , becomes constant, in a similar manner as in the first embodiment explained above.
Da in Übereinstimmung mit der sechsten Ausführungsform der Wärmetauscher 10 zum Heizen des Fluids W außerdem in dem Tank 2 angeordnet ist, kann das Volumen eines Teils des Wärmepumpenkreislaufs C außerhalb des Tanks 2 verringert werden. Wärmeverlust von dem Wärmetauscher 10 in die Atmosphäre wird außerdem verringert, und die Wärmespeicherkapazität des Wärmetauschers 10 kann verbessert werden. Bei der sechsten Ausführungsform sind die übrigen Teile ähnlich zu denjenigen der vorstehend erläuterten ersten Ausführungsform.Since, in accordance with the sixth embodiment, the heat exchanger 10 for heating the fluid W also in the tank 2 is arranged, the volume of a part of the heat pump cycle C outside the tank 2 be reduced. Heat loss from the heat exchanger 10 into the atmosphere is also reduced, and the heat storage capacity of the heat exchanger 10 can be improved. In the sixth embodiment, the remaining parts are similar to those of the first embodiment explained above.
Eine siebte bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nunmehr unter Bezug auf 8 erläutert. Bei der siebten Ausführungsform werden, wie in 8 gezeigt, die Pumpenfunktion zum Umwälzen des Fluids W zu dem Wärmetauscher 6 und die Pumpenfunktion zum Umwälzen des Fluids W zu dem Wärmetauscher 10 durch eine einzige elektrische Pumpe 30 durchgeführt. Der Wärmetauscher 10 des Wärmepumpenkreislaufs C ist in dem Tank 2 ähnlich wie bei der vorstehend erläuterten sechsten Ausführungsform angeordnet. Da sowohl der Wärmespeicherbetrieb wie der Heißwasser-Zufuhrbetrieb (Wasserheizvorgang) durchgeführt werden unter Verwendung der einzigen elektrischen Pumpe 30, ist es erforderlich, den Kreislaufdurchlaß des Fluids W zwischen dem Wärmespeicherbetrieb und dem Wasserheizbetrieb umzuschalten. Bei der siebten Ausführungsform sind, wie in 8 gezeigt, zwei Dreiwegeventile 31, 32 stromaufwärts und stromabwärts von der elektrischen Pumpe 30 angeordnet, und die Betriebsbetätigungsrichtungen der Dreiwegeventile 31, 32 werden umgeschaltet auf Grundlage von Signalen von einer Steuereinheit 50. Bei der siebten Ausführungsform wird die Steuereinheit 50 sowohl als Pumpensteuerabschnitt wie Kreislaufsteuerabschnitt verwendet.A seventh preferred embodiment of the present invention will now be described with reference to 8th explained. In the seventh embodiment, as in FIG 8th shown, the pumping function for circulating the fluid W to the heat exchanger 6 and the pumping function for circulating the fluid W to the heat exchanger 10 through a single electric pump 30 carried out. The heat exchanger 10 of the heat pump cycle C is in the tank 2 arranged similarly as in the sixth embodiment explained above. Since both the heat storage operation and the hot water supply operation (water heating operation) are performed using the single electric pump 30 , it is necessary to switch the circulation passage of the fluid W between the heat storage operation and the water heating operation. In the seventh embodiment, as in 8th shown, two three-way valves 31 . 32 upstream and downstream of the electric pump 30 arranged, and the Betriebsbetätigungsrichtungen the three-way valves 31 . 32 are switched based on signals from a control unit 50 , In the seventh embodiment, the control unit 50 used as both a pump control section and a circulation control section.
Als nächstes wird die Arbeitsweise des Wasserheizgeräts 1 in Übereinstimmung mit der siebten Ausführungsform aufgrund der Schaltvorgänge der Dreiwegeventile 31, 32 erläutert.Next is the operation of the water heater 1 in accordance with the seventh embodiment, due to the switching operations of the three-way valves 31 . 32 explained.
Während des Wärmespeicherbetriebs des Wasserheizgeräts 1 werden die Schaltvorgänge der Dreiwegeventile 31, 32 derart gesteuert, daß das Niedrigtemperaturfluid W (d. h. das untere Fluid W3) in dem Tank 2 in dieser Abfolge durch den Fluiddurchlaß 10b des Wärmetauschers 1, ein erstes Auslaßrohr 15a, das Dreiwegeventil 31, ein gemeinsames Rohr 33, die elektrische Pumpe 30, ein gemeinsames Rohr 34, das Dreiwegeventil 32 und das zweite Auslaßrohr 15b und daraufhin in die Oberseite in dem Tank 2 strömt.During the heat storage operation of the water heater 1 become the switching operations of the three-way valves 31 . 32 controlled so that the low-temperature fluid W (ie, the lower fluid W3) in the tank 2 in this sequence through the fluid passage 10b of the heat exchanger 1 , a first outlet pipe 15a , the three-way valve 31 , a common pipe 33 , the electric pump 30 , a common pipe 34 , the three-way valve 32 and the second outlet pipe 15b and then into the top of the tank 2 flows.
Während des Wasserheizbetriebs des Wasserheizgeräts 1 werden andererseits die Schaltvorgänge der Dreiwegeventile 31, 32 derart gesteuert, daß das Hochtemperaturfluid W (d. h. des oberen Fluids W1) in dem Tank 2 in dieser Abfolge durch das Ansaugrohr 17, das Dreiwegeventil 31, das gemeinsame Rohr 33, die elektrische Pumpe 30, das gemeinsame Rohr 34, das Dreiwegeventil 32, das Austragrohr 18 und den ersten Durchlaß 6a des Wärmetauschers 6 strömt und daraufhin in die Unterseite in dem Tank 2. Bei der siebten Ausführungsform können der Wärmespeichervorgang und der Wasserheizvorgang durch die einzige elektrische Pumpe 30 durchgeführt werden. Bei der siebten Ausführungsform sind die übrigen Teile ähnlich zu denjenigen der vorstehend erläuterten ersten Ausführungsform.During the water heating operation of the water heater 1 On the other hand, the switching operations of the three-way valves 31 . 32 controlled such that the high-temperature fluid W (ie, the upper fluid W1) in the tank 2 in this sequence through the intake pipe 17 , the three-way valve 31 , the common pipe 33 , the electric pump 30 , the common pipe 34 , the three-way valve 32 , the discharge pipe 18 and the first passage 6a of the heat exchanger 6 flows and then into the bottom in the tank 2 , In the seventh embodiment, the heat storage operation and the water heating operation by the single electric pump 30 be performed. In the seventh embodiment, the remaining parts are similar to those of the first embodiment explained above.
Eine achte bevorzugte Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung wird nunmehr unter Bezug auf 9 erläutert. Bei der achten Ausführungsform werden die Pumpenfunktion zum Umwälzen des Fluids W zu dem Wärmetauscher 6 und die Pumpenfunktion zum Umwälzen des Fluids W zu dem Wärmetauscher 10 durch die einfache bzw. einzige elektrische Pumpe 30 durchgeführt, und zwar in ähnlicher Weise wie bei der vorstehend erläuterten siebten Ausführungsform. Bei der achten Ausführungsform ist jedoch der Wärmetauscher 10 des Wärmepumpenkreislaufs C außerhalb des Tanks 2 angeordnet. Bei der achten Ausführungsform sind die übrigen Teile ähnlich zu denjenigen der vorstehend erläuterten siebten Ausführungsform.An eighth preferred embodiment according to the present invention will now be described with reference to FIG 9 explained. In the eighth embodiment, the pumping function for circulating the fluid W to the heat exchanger 6 and the pumping function for circulating the fluid W to the heat exchanger 10 through the simple or only electric pump 30 performed in a similar manner as in the seventh embodiment explained above. However, in the eighth embodiment, the heat exchanger is 10 the heat pump cycle C outside the tank 2 arranged. In the eighth embodiment, the remaining parts are similar to those of the seventh embodiment explained above.
Eine neunte bevorzugte Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung wird nunmehr unter Bezug auf 10 erläutert. Bei der neunten Ausführungsform ist die elektrische Pumpe 3, wie in 10 gezeigt, in dem Tank 2 angeordnet. Da in diesem Fall das erhitzte Fluid W nicht in die Außenseite für die elektrische Pumpe 3 zugeführt werden muß, kann der Wärmeverlust des Fluids W zusätzlich beschränkt werden. Bei der neunten Ausführungsform wird die elektrische Pumpe 3 zum Umwälzen von Fluid W in den ersten Durchlaß 6a des Wärmetauschers 6 verwendet, und sie ist in dem Tank 2 angeordnet. Wenn jedoch die Turbine, umfassend den ersten Impeller 22 und den zweiten Impeller 23, die bei der zweiten Ausführungsform erläutert sind, zum Umwälzen von Fluid W in den ersten Durchlaß 6a des Wärmetauschers 6 verwendet wird, kann die Turbine in dem Tank 2 angeordnet sein.A ninth preferred embodiment according to the present invention will now be described with reference to FIG 10 explained. In the ninth embodiment, the electric pump 3 , as in 10 shown in the tank 2 arranged. In this case, since the heated fluid W is not in the outside for the electric pump 3 must be supplied, the heat loss of the fluid W can be additionally limited. In the ninth embodiment, the electric pump 3 for circulating fluid W into the first passage 6a of the heat exchanger 6 used and she is in the tank 2 arranged. However, if the turbine, comprising the first impeller 22 and the second impeller 23 , which are explained in the second embodiment, for circulating fluid W in the first passage 6a of the heat exchanger 6 The turbine can be used in the tank 2 be arranged.
Bei der neunten Ausführungsform sind die übrigen Teile ähnlich zu denjenigen der vorstehend erläuterten ersten Ausführungsform.In the ninth embodiment, the remaining parts are similar to those of the first embodiment explained above.
Eine zehnte bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nunmehr unter Bezug auf 11 erläutert. Bei der zehnten Ausführungsform ist der Wärmetauscher zum Heizen von Wasser unter Verwendung des Fluids W außerhalb eines das Fluid W aufnehmenden Tanks angeordnet. Bei der zehnten Ausführungsform sind diejenigen Teile, die ähnlich sind zu den vorstehend erläuterten Ausführungsformen, mit denselben Bezugsziffern bezeichnet. Ein Wärmeheizgerät 1 gemäß der zehnten Ausführungsform umfaßt einen Tank 2 zum Speichern von Fluid W zum Speichern von Wärme, eine Heizeinheit zum Heizen von Fluid W in dem Tank 2, eine elektrische Pumpe 3 zum Pumpen von Fluid W in dem Tank 2, einen Wärmetauscher 6, in welchem durch die elektrische Pumpe 3 gepumptes Fluid W und durch ein Wasserrohr strömendes Wasser zum Wärmetausch gebracht werden, ein Mischventil 29 zum Mischen von heißem Wasser, welches durch den Wärmetauscher 6 geheizt wurde, und Wasser, bevor es durch den Wärmetauscher 6 geheizt wird, und eine Steuereinheit, welche den Betrieb des Wasserheizgeräts 1 steuert. In ähnlicher Weise wie bei der ersten Ausführungsform weist der Tank 2 eine Öffnung 2a auf, die in die Atmosphäre derart mündet, daß der Innendruck des Tanks 2 auf Atmosphärendruck gehalten wird. Als Heizeinheit zum Heizen des Fluids W wird ein superkritischer Heizpumpenkreislauf C verwendet. In dem superkritischen Heizpumpenkreislauf C wird ein Kältemitteldruck auf der Hochdruckseite gleich oder größer als der kritische Druck des Kältemittels. Der Heizpumpenkreislauf C umfaßt einen Verdichter 9, einen Wärmespeicher-Wärmetauscher 10, ein Expansionsventil 11, einen Verdampfer 12, einen Sammelbehälter 13 und dergleichen.A tenth preferred embodiment of the present invention will now be described with reference to 11 explained. In the tenth embodiment, the heat exchanger for heating water using the fluid W is disposed outside of a tank receiving the fluid W. In the tenth embodiment, those parts which are similar to the above-explained embodiments are designated by the same reference numerals. A heat heater 1 according to the tenth embodiment comprises a tank 2 for storing fluid W for storing heat, a heating unit for heating fluid W in the tank 2 , an electric pump 3 for pumping fluid W in the tank 2 , a heat exchanger 6 in which by the electric pump 3 pumped fluid W and water flowing through a water pipe to Heat exchange be brought, a mixing valve 29 for mixing hot water, passing through the heat exchanger 6 was heated, and water, before passing through the heat exchanger 6 is heated, and a control unit, which controls the operation of the water heater 1 controls. In a similar manner as in the first embodiment, the tank 2 an opening 2a on, which opens into the atmosphere such that the internal pressure of the tank 2 is maintained at atmospheric pressure. As the heating unit for heating the fluid W, a supercritical heating pump circuit C is used. In the supercritical heating pump cycle C, a refrigerant pressure on the high pressure side becomes equal to or higher than the critical pressure of the refrigerant. The heating pump cycle C includes a compressor 9 , a heat storage heat exchanger 10 , an expansion valve 11 , an evaporator 12 , a collection container 13 and the same.
Der Fluiddurchlaß des Wärmetauschers 10 steht mit dem Tank 2 über ein Einlaßrohr 14 und ein Auslaßrohr 15 in Verbindung. Fluid in dem Tank 2 zirkuliert zwischen dem Tank 2 und dem Fluiddurchlaß des Wärmetauschers 10 durch Betätigung einer elektrischen Pumpe 16, die in dem Einlaßrohr 14 angeordnet ist. Bei der zehnten Ausführungsform zirkuliert deshalb Fluid W W durch die Betätigung der elektrischen Pumpe 16 zwischen dem Tank 2 und dem Wärmetauscher 10 über das Einlaßrohr 14 und die Auslaßpumpe 15.The fluid passage of the heat exchanger 10 stands with the tank 2 via an inlet pipe 14 and an outlet pipe 15 in connection. Fluid in the tank 2 circulates between the tank 2 and the fluid passage of the heat exchanger 10 by actuating an electric pump 16 in the inlet tube 14 is arranged. Therefore, in the tenth embodiment, fluid WW circulates through the operation of the electric pump 16 between the tank 2 and the heat exchanger 10 over the inlet pipe 14 and the outlet pump 15 ,
Die elektrische Pumpe 3 pumpt Fluid W in dem Tank 2 von der Oberseite durch ein Ansaugrohr 17. Das Fluid W wird deshalb dem Wärmetauscher 6 durch die elektrische Pumpe 3 unter Druck zugeführt und kehrt in den Tank 2 an der Unterseite zurück, nachdem es mit Wasser Wärmetausch durchgeführt hat. Bei der zehnten Ausführungsform ist die elektrische Pumpe 3 stromaufwärts von dem Wärmetauscher 6 angeordnet; sie kann jedoch stromabwärts vom Wärmetauscher 6 angeordnet sein.The electric pump 3 pumps fluid W in the tank 2 from the top through an intake pipe 17 , The fluid W is therefore the heat exchanger 6 through the electric pump 3 fed under pressure and returns to the tank 2 back at the bottom after heat exchange with water. In the tenth embodiment, the electric pump 3 upstream of the heat exchanger 6 arranged; however, it can be downstream from the heat exchanger 6 be arranged.
Ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform ist der Wärmetauscher 6 in einem Doppelrohraufbau gebildet, der einen ersten Durchlaß 6a aufweist, durch welchen das Fluid W strömt, und einen zweiten Durchlaß 6b, durch welchen das zuzuführende Wasser strömt. Andererseits ist das Mischventil 29 in dem Heißwasserrohr 5 angeordnet, und ein stromabwärtiges Ende eines Zweigdurchlasses 28, abgezweigt von einem Wasserzufuhrrohr 4, ist mit dem Mischventil 29 ähnlich wie bei der vorstehend erläuterten fünften Ausführungsform verbunden.Similar to the first embodiment, the heat exchanger 6 formed in a twin tube construction having a first passage 6a through which the fluid W flows, and a second passage 6b through which the water to be supplied flows. On the other hand, the mixing valve 29 in the hot water pipe 5 arranged, and a downstream end of a branch passage 28 , branched off from a water supply pipe 4 , is with the mixing valve 29 similar to the fifth embodiment explained above.
Die Steuereinheit umfaßt einen Pumpensteuerabschnitt 7 zum Steuern der Betätigung bzw. des Betriebs der elektrischen Pumpe 3 und einen Kreislaufsteuerabschnitt 8 zum Steuern des Betriebs des Wärmepumpenkreislaufs C. Der Pumpensteuerabschnitt 7 umfaßt einen ersten Wassertemperatursensor 51 und einen Wasserdurchsatz-Mengensensor 54, die beide in dem Wasserzufuhrrohr 4 angeordnet sind, und sowohl ein zweiter wie ein dritter Wassertemperatursensor 52, 53 sind in dem Heißwasserrohr 5 angeordnet. Der Pumpensteuerabschnitt 7 steuert die Drehzahl der elektrischen Pumpe 3 auf Grundlage von Signalen von den Sensoren 51–54 in Übereinstimmung mit einem vorbestimmten Programm.The control unit comprises a pump control section 7 for controlling the operation of the electric pump 3 and a circulation control section 8th for controlling the operation of the heat pump cycle C. The pump control section 7 includes a first water temperature sensor 51 and a water flow rate sensor 54 both in the water supply pipe 4 are arranged, and both a second and a third water temperature sensor 52 . 53 are in the hot water pipe 5 arranged. The pump control section 7 controls the speed of the electric pump 3 based on signals from the sensors 51 - 54 in accordance with a predetermined program.
Das heißt, der erste Wassertemperatursensor 51 ermittelt die Temperatur T2i von Wasser, welches dem Wasserzufuhrrohr 4 zugeführt wird, der zweite Wassertemperatursensor 52 ermittelt die Temperatur T2o, erhitzt durch den Wärmetauscher 6, der dritte Wassertemperatursensor 53 ermittelt die Wassertemperatur T2, gemischt durch das Mischventil 29, und der Wasserdurchsatz-Mengensensor 54 ermittelt die Durchsatzmenge, die durch das Wasserzufuhrrohr 4 fließt bzw. strömt.That is, the first water temperature sensor 51 determines the temperature T2i of water, which is the water supply pipe 4 is supplied, the second water temperature sensor 52 determines the temperature T2o, heated by the heat exchanger 6 , the third water temperature sensor 53 determines the water temperature T2, mixed by the mixing valve 29 , and the water flow rate sensor 54 determines the flow rate through the water supply pipe 4 flows or flows.
Der Kreislaufsteuerabschnitt 8 steuert die Drehzahl der elektrischen Pumpe 16 auf Grundlage der Fluidtemperatur, ermittelt durch einen Fluidtemperatursensor 21. Der Fluidtemperatursensor 21 ermittelt die Temperatur von Fluid W, erhitzt durch den Wärmetauscher 10.The circulation control section 8th controls the speed of the electric pump 16 based on the fluid temperature determined by a fluid temperature sensor 21 , The fluid temperature sensor 21 determines the temperature of fluid W heated by the heat exchanger 10 ,
Als nächstes wird die Arbeitsweise des Wasserheizgeräts 1 in Übereinstimmung mit der zehnten Ausführungsform erläutert. In dem Heizgerät 1 kann allgemein eine Solltemperatur von heißem Wasser in einem üblichen Nutzungsbereich von 35–50°C gewählt werden und beispielsweise stufenweise um 1°C geändert werden. Wenn die Solltemperatur größer als 50°C ist, wird eine Zielwassertemperatur mit (Solltemperatur + α) gewählt, oder sie kann als die Solltemperatur gewählt werden. Selbst in dem üblichen Nutzungsbereich kann die Zielwassertemperatur gewählt werden mit (Solltemperatur + α). α bedeutet vorliegend einen Veränderungswert.Next is the operation of the water heater 1 explained in accordance with the tenth embodiment. In the heater 1 In general, a target temperature of hot water may be selected within a common usage range of 35-50 ° C, and may be changed in steps by 1 ° C, for example. If the setpoint temperature is greater than 50 ° C, a target water temperature is selected with (setpoint temperature + α), or it can be selected as the setpoint temperature. Even in the usual range of use, the target water temperature can be selected with (set temperature + α). α means here a change value.
Zum Erzielen von heißem Wasser mit konstanter Temperatur wird die Durchsatzmenge des Fluids W berechnet auf Grundlage der Wassertemperatur T2i, ermittelt durch den ersten Wassertemperatursensor 51, der Wasserdurchsatzmenge, ermittelt durch den Durchsatzmengensensor 54 und der Fluidtemperatur, ermittelt durch den Fluidtemperatursensor 21. Die Fluiddurchsatzmenge wird als zu vergrößernd berechnet, wenn die Wassertemperatur T2i verringert wird, wenn die Wasserdurchsatzmenge erhöht wird oder wenn die Fluidtemperatur, ermittelt durch den Fluidtemperatursensor 21, verringert wird. Durch ausreichendes Übertragen von Wärme von dem Fluid W auf Wasser kann die Temperatur T1o von Fluid W, nach Durchführen eines Wärmetauschs in dem Wärmetauscher 6, verringert werden nahe auf die Wassertemperatur T2i vor dem Wärmetauschvorgang. Beispielsweise kann eine Temperaturdifferenz ΔT (T1o – T2i) zwischen der Fluidtemperatur T1o und der Wassertemperatur T2i als gleich oder kleiner als 5°C gewählt werden.To obtain hot water of constant temperature, the flow rate of the fluid W is calculated based on the water temperature T2i detected by the first water temperature sensor 51 , the water flow rate, determined by the flow rate sensor 54 and the fluid temperature determined by the fluid temperature sensor 21 , The fluid flow rate is calculated to be increased when the water temperature T2i is decreased, when the water flow rate is increased, or when the fluid temperature detected by the fluid temperature sensor 21 , is reduced. By sufficiently transferring heat from the fluid W to water, the temperature T1o of fluid W may be changed after performing heat exchange in the heat exchanger 6 , be reduced close to the water temperature T2i before the heat exchange process. For example, a Temperature difference .DELTA.T (T1o - T2i) between the fluid temperature T1o and the water temperature T2i be selected as equal to or less than 5 ° C.
Bei der Wassertemperatursteuerung auf Grundlage der vorstehend erläuterten Berechnung kann die Heißwassertemperatur unterschiedlich von der Zieltemperatur sein. In diesem Fall wird die Temperatur T2o von heißem Wasser ermittelt durch den zweiten Wassertemperatursensor 52, und die Durchsatzmenge von Fluid W kann auf Grundlage der ermittelten Temperatur T2o korrigiert werden.In the water temperature control based on the above-explained calculation, the hot water temperature may be different from the target temperature. In this case, the temperature T2o of hot water is detected by the second water temperature sensor 52 , and the flow rate of fluid W may be corrected based on the detected temperature T2o.
Bei der zehnten Ausführungsform kann die Zieltemperatur höher gewählt werden als eine tatsächlich verwendete Wassertemperatur, und zwar unter Verwendung des Mischventils 29. Das heißt, die Temperatur von heißem Wasser, die aktuell verwendet werden soll, kann außerdem genau gesteuert werden unter Verwendung. des Mischventils 29 zusätzlich zu der Durchsatzmengensteuerung des Fluids W aufgrund des Pumpensteuerabschnitts 7. Während beispielsweise die Temperatur T2 von tatsächlich zu verwendendem heißen Wasser ermittelt wird durch den dritten Wassertemperatursensor 53, wird Wasser, ohne daß es erhitzt wird, in das heiße Nasser gemischt, das auf die Zieltemperatur durch das Mischventil 29 erhitzt wurde, so daß die Temperatur von heißem Wasser auf eine gewünschte Temperatur verringert werden kann.In the tenth embodiment, the target temperature may be set higher than a water temperature actually used by using the mixing valve 29 , That is, the temperature of hot water that is currently to be used can also be precisely controlled using. of the mixing valve 29 in addition to the flow rate control of the fluid W due to the pump control section 7 , For example, while the temperature T2 of actual hot water to be used is determined by the third water temperature sensor 53 , water, without being heated, is mixed into the hot wet water, which is to the target temperature through the mixing valve 29 was heated so that the temperature of hot water can be reduced to a desired temperature.
Außerdem kann die Zieltemperatur auf eine konstante Temperatur höher als eine übliche Nutzungstemperatur eingestellt werden. In diesem Fall kann das Mischen zwischen heißem Nasser und kühlem Wasser exakt durch das Mischventil 29 problemlos durchgeführt werden.In addition, the target temperature can be set to a constant temperature higher than a usual use temperature. In this case, the mixing between hot wet and cool water can be exactly through the mixing valve 29 be carried out easily.
Da der superkritische Wärmepumpenkreislauf C als Heizeinheit zum Heizen von Fluid W genützt wird, wird der hochdruckseitige Kältemitteldruck, ausgetragen aus dem Verdichter 9, ermittelt durch die Temperatur von Fluid W, welches in den Wärmetauscher 10 strömt. Wenn die Temperatur von Fluid W verringert wird, wird deshalb der hochdruckseitige Kältemitteldruck des Wärmepumpenkreislaufs C geringer, und der Wärmepumpenkreislauf C wird mit hohem Wirkungsgrad betätigt. Bei der zehnten Ausführungsform wird die Temperatur von Fluid W, das in der Unterseite im Tank 2 gespeichert ist, auf eine Temperatur in der Nähe der Wassertemperatur vor dem Heizen verringert, das von der Unterseite in dem Tank 2 zugeführte Fluid W wird geheizt durch den Wärmepumpenkreislauf C, und das erhitzte Fluid W wird zu der Oberseite in dem Tank 2 rückgeführt. Der Kreislaufwirkungsgrad des Wärmepumpenkreislaufs C wird damit verbessert, und das Wasserheizgerät 1 wird mit niedriger Leistung bzw. geringem Strom betätigt.Since the supercritical heat pump cycle C is used as a heating unit for heating fluid W, the high-pressure side refrigerant pressure discharged from the compressor becomes high 9 , determined by the temperature of fluid W, which in the heat exchanger 10 flows. Therefore, when the temperature of fluid W is decreased, the high-pressure side refrigerant pressure of the heat pump cycle C becomes lower, and the heat pump cycle C is operated with high efficiency. In the tenth embodiment, the temperature of fluid W is in the bottom of the tank 2 is stored, reduced to a temperature near the water temperature before heating, from the bottom in the tank 2 supplied fluid W is heated by the heat pump cycle C, and the heated fluid W becomes the top in the tank 2 recycled. The cycle efficiency of the heat pump cycle C is thus improved, and the water heater 1 is operated with low power or low power.
Bei der zehnten Ausführungsform wird die Wassertemperatur von Wasser, welches durch das Wasserzufuhrrohr 4 strömt, direkt ermittelt durch den ersten Wassertemperatursensor 51. Die Temperatur von durch das Wasserzufuhrrohr 4 fließendem Wasser kann jedoch direkt ermittelt und berechnet werden auf Grundlage von Parametern relativ zur Wassertemperatur. Beispielsweise kann die Wassertemperatur aus einer Außenlufttemperatur in Übereinstimmung mit der Beziehung zwischen der Wassertemperatur und der Außenlufttemperatur erfaßt werden. Alternativ können Veränderungen der mittleren Wassertemperatur jederzeit während eines Jahres gespeichert werden, und die Wassertemperatur kann berechnet werden durch einen Zeitgeber mit Kalenderfunktion.In the tenth embodiment, the water temperature of water flowing through the water supply pipe 4 flows, determined directly by the first water temperature sensor 51 , The temperature of through the water supply pipe 4 However, running water can be directly calculated and calculated based on parameters relative to the water temperature. For example, the water temperature may be detected from an outside air temperature in accordance with the relationship between the water temperature and the outside air temperature. Alternatively, changes in mean water temperature can be stored at any time during a year, and the water temperature can be calculated by a timer with calendar function.
Bei der zehnten Ausführungsform wird die Temperatur von Fluid W erhitzt durch den Wärmepumpenkreislauf C, ermittelt durch den Fluidtemperatursensor 21. Weil das Fluid W in dem Wärmepumpenkreislauf C so erhitzt wird, daß es eine vorbestimmte Zieltemperatur aufweist, kann die Temperatur von durch den Wärmepumpenkreislauf C erhitztem Fluid berechnet werden aus den Bedingungen des Wärmepumpenkreislaufs C. In einem Fall, in welchem die Zieltemperatur für das Fluid W zu sämtlichen Zeitpunkten während des Jahres eingestellt bzw. gewählt ist, kann die gewählte Zieltemperatur als die Temperatur des Fluids W genützt werden.In the tenth embodiment, the temperature of fluid W is heated by the heat pump cycle C detected by the fluid temperature sensor 21 , Because the fluid W in the heat pump cycle C is heated to have a predetermined target temperature, the temperature of fluid heated by the heat pump cycle C can be calculated from the conditions of the heat pump cycle C. In a case where the target temperature for the fluid W is set at all times during the year, the selected target temperature can be used as the temperature of the fluid W.
Bei der zehnten Ausführungsform kann der Wasserdurchsatz-Mengensensor 54 stromaufwärts von einem Verzweigungspunkt zwischen dem Wasserzufuhrrohr 4 und dem Zweigrohr 28 angeordnet sein, oder er kann stromabwärts vom Mischventil 29 so angeordnet sein, daß die gesamte Zufuhrdurchsatzmenge von Wasser ermittelt werden kann. In diesem Fall kann die Durchsatzmenge von Wasser, welches durch den Wärmetauscher 6 strömt, und die Durchsatzmenge von Wasser, welches durch das Zweigrohr 28 strömt, in Übereinstimmung mit einer Wärmemengenberechnung auf Grundlage der Ermittlungswerte der Wassertemperatursensoren 51–53 bestimmt werden.In the tenth embodiment, the water flow rate sensor 54 upstream of a branch point between the water supply pipe 4 and the branch pipe 28 be arranged, or he may be downstream of the mixing valve 29 be arranged so that the total supply flow rate of water can be determined. In this case, the flow rate of water passing through the heat exchanger 6 flows, and the flow rate of water passing through the branch pipe 28 flows in accordance with a heat quantity calculation based on the detection values of the water temperature sensors 51 - 53 be determined.
Eine elfte bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nunmehr in bezug auf 12 erläutert. Bei den vorstehend angeführten Ausführungsformen ist der Wärmetauscher 6 in einen doppelten Rohraufbau ausgebildet, der aus dem inneren Rohr 6B und dem äußeren Rohr 6A besteht. Bei der elften Ausführungsform, und wie in 12 gezeigt, besteht der Wärmetauscher 6 aus einem Mehrfach-Rohraufbau. Das heißt, der Wärmetauscher 6 weist eine erste Platte 36 auf, in welcher mehrere erste Durchlässe 6a gebildet sind, und eine zweite Platte 37, in welcher mehrere zweite Platten 6b gebildet sind. Die erste Platte 36 und die zweite Platte 37 sind unter Verwendung von Klebstoff verbunden, und sie bestehen aus Metall, wie etwa Kupfer oder Aluminium mit hoher Wärmeleitfähigkeit. Ein Wärmeisolationsmaterial 38 ist zur Abdeckung um die verklebten ersten und zweiten Platten 36, 37 gebracht.An eleventh preferred embodiment of the present invention will now be described with reference to FIG 12 explained. In the above-mentioned embodiments, the heat exchanger is 6 formed in a double pipe structure, consisting of the inner tube 6B and the outer tube 6A consists. In the eleventh embodiment, and as in 12 shown, there is the heat exchanger 6 from a multiple pipe construction. That is, the heat exchanger 6 has a first plate 36 on, in which several first passages 6a are formed, and a second plate 37 in which several second plates 6b are formed. The first plate 36 and the second plate 37 are connected using glue, and they consist of metal, such as copper or aluminum with high thermal conductivity. A thermal insulation material 38 is to cover around the glued first and second plates 36 . 37 brought.
Eine zwölfte bevorzugte Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung wird nunmehr in bezug auf 13–16 erläutert. In der zwölften Ausführungsform sind Bestandteile mit Funktionen ähnlich zu denjenigen der vorstehend erläuterten ersten Ausführungsform mit denselben Bezugsziffern versehen. Wie in 13 gezeigt, umfaßt ein Wasserheizgerät 1 einen Tank 2 zum Bevorraten von Fluid W zur Wärmespeicherung, eine Heizeinheit 10' (beispielsweise einen Wärmepumpenkreislauf H/P) zum Heizen von Fluid W während des Wärmespeichervorgangs und einen Wärmetauscher 6, der kaltes Wasser (beispielsweise Leitungswasser) unter Verwendung von Hochtemperaturfluid W als Wärmequelle während eines Heißwasser-Zufuhrbetriebs (Wasserheizvorgangs) heizt.A twelfth preferred embodiment according to the present invention will now be described with reference to FIG 13 - 16 explained. In the twelfth embodiment, components having functions similar to those of the first embodiment explained above are given the same reference numerals. As in 13 shown includes a water heater 1 a tank 2 for storing fluid W for heat storage, a heating unit 10 ' (For example, a heat pump cycle H / P) for heating fluid W during the heat storage process and a heat exchanger 6 which heats cold water (e.g., tap water) using high-temperature fluid W as a heat source during a hot water supply operation (water heating operation).
Der Tank 2 ist aus korrosionsbeständigem Metall, wie etwa delstahl hergestellt, so daß Fluid W (d. h. flüssiges Fluid) mit hoher Temperatur für lange Zeit gespeichert werden kann. Der Tank 2 weist an der Oberseite eine Öffnung 2a auf, die in die Atmosphäre mündet. Der Innenraum des Tanks 2 steht deshalb mit der Atmosphäre in Verbindung. Der Tank 2 weist außerdem einen ersten Auslaß 2b auf, aus welchem Fluid W auf der Unterseite im Tank 2 in die Heizeinheit 10' durch ein Fluidrohr 14 strömt, einen ersten Einlaß 2c, aus welchem Fluid W aus der Heizeinheit 10' in die Oberseite in dem Tank 2 durch ein Fluidrohr 15 strömt, einen zweiten Auslaß 2d, aus welchem Fluid W von der Oberseite des Tanks 2 in den Wärmetauscher 6' durch ein Fluidrohr 17A strömt, und einen zweiten Einlaß 2e, durch welchen Fluid aus dem Wärmetauscher 6' zur Unterseite des Tanks 2 durch ein Fluidrohr 17B strömt.The Tank 2 is made of corrosion-resistant metal such as stainless steel, so that high-temperature fluid W (ie, liquid fluid) can be stored for a long time. The Tank 2 has an opening at the top 2a on, which flows into the atmosphere. The interior of the tank 2 is therefore in contact with the atmosphere. The Tank 2 also has a first outlet 2 B on, from which fluid W on the bottom in the tank 2 in the heating unit 10 ' through a fluid pipe 14 flows, a first inlet 2c , from which fluid W from the heating unit 10 ' in the top of the tank 2 through a fluid pipe 15 flows, a second outlet 2d from which fluid W from the top of the tank 2 in the heat exchanger 6 ' through a fluid pipe 17A flows, and a second inlet 2e through which fluid from the heat exchanger 6 ' to the bottom of the tank 2 through a fluid pipe 17B flows.
Der erste Auslaß 2b und der erste Einlaß 2c sind an einer Seitenfläche des Tanks 2 derart vorgesehen, daß der erste Auslaß 2b an einem unteren Abschnitt in dem Tank 2 angeordnet ist und daß der erste Einlaß 2c an einem oberen Abschnitt in denn Tank 2 angeordnet ist. Der zweite Auslaß 2d und der zweiten Einlaß 2e sind auf der anderen Seitenfläche des Tanks 2 derart vorgesehen, daß der zweite Auslaß 2d an einem oberen Abschnitt des Tanks 2 angeordnet ist und daß der zweite Einlaß 2e an einem unteren Abschnitt des Tanks 2 angeordnet ist.The first outlet 2 B and the first inlet 2c are on a side surface of the tank 2 provided such that the first outlet 2 B at a lower portion in the tank 2 is arranged and that the first inlet 2c at an upper section in the tank 2 is arranged. The second outlet 2d and the second inlet 2e are on the other side surface of the tank 2 provided such that the second outlet 2d at an upper section of the tank 2 is arranged and that the second inlet 2e at a lower section of the tank 2 is arranged.
Ein oberes Rohr 65 mit mehreren Öffnungen 65a ist ungefähr horizontal in den Tank 2 ausgehend von dem ersten Einlaß 2c ein gesetzt bzw. eingeführt, um mit dem ersten Einlaß 2c in Verbindung zu stehen. Fluid W aus der Heizeinheit 10' wird deshalb in das obere Rohr 65 durch das Fluidrohr 15 und den ersten Einlaß 2c eingeleitet und strömt in den Tank 2 durch die mehreren Öffnungen 65a, die in der Rohrwandung des oberen Rohrs 65 vorgesehen sind.An upper pipe 65 with several openings 65a is approximately horizontal in the tank 2 starting from the first inlet 2c a set or introduced to the first inlet 2c to communicate. Fluid W from the heating unit 10 ' is therefore in the upper tube 65 through the fluid tube 15 and the first inlet 2c initiated and flows into the tank 2 through the several openings 65a placed in the tube wall of the upper tube 65 are provided.
Wie in 14 gezeigt, sind die Öffnungen 65a so vorgesehen, dass sie in Richtung auf ungefähr die horizontale Richtung derart ausmünden, dass das Fluid W aus der Öffnung 65a in etwa horizontal fließt bzw. strömt. Die Gesamtquerschnittsfläche der mehreren Öffnungen 65a ist größer gewählt als der Öffnungsquerschnitt des ersten Einlasses 2c. Das heißt, der gesamte Öffnungsquerschnitt der mehreren Öffnungen 65a ist größer gewählt als die innere Querschnittsfläche des oberen Rohrs 65.As in 14 shown are the openings 65a provided so that they open in the direction of approximately the horizontal direction such that the fluid W from the opening 65a flows approximately horizontally or flows. The total cross-sectional area of the multiple openings 65a is chosen larger than the opening cross-section of the first inlet 2c , That is, the entire opening area of the plurality of openings 65a is chosen larger than the inner cross-sectional area of the upper tube 65 ,
Andererseits ist ein unteres Rohr 66 mit mehreren Öffnungen 66a in etwa horizontal in den Tank 2 ausgehend vom zweiten Einlaß 2e eingesetzt, um mit dem zweiten Einlaß 2e in Verbindung zu stehen. Fluid W aus dem Wärmetauscher 6' wird deshalb in das untere Rohr 66 über das Fluidrohr 17B und den zweiten Einlaß 2e zugeleitet und strömt in den Tank 2 durch die mehreren Öffnungen 66a, die in der Rohrwandung des unteren Rohrs 66 vorgesehen sind. In dem unteren Rohr 66 sind die Öffnungen 66a so vorgesehen, daß sie in etwa in horizontaler Richtung ausmünden. Der gesamte Öffnungsquerschnitt der mehreren Öffnungen 66a ist größer gewählt als der Öffnungsquerschnitt des zweiten Einlasses 2e. Das heißt, der gesamte Öffnungsquerschnitt der mehreren Öffnungen 66a des unteren Rohrs 66 ist größer gewählt als der innere Querschnitt des unteren Rohrs 66.On the other hand, a lower tube 66 with several openings 66a approximately horizontally in the tank 2 starting from the second inlet 2e used to with the second inlet 2e to communicate. Fluid W from the heat exchanger 6 ' is therefore in the lower tube 66 over the fluid pipe 17B and the second inlet 2e fed and flows into the tank 2 through the several openings 66a placed in the pipe wall of the lower pipe 66 are provided. In the lower tube 66 are the openings 66a provided so that they open out approximately in a horizontal direction. The entire opening cross section of the multiple openings 66a is chosen larger than the opening cross-section of the second inlet 2e , That is, the entire opening area of the plurality of openings 66a of the lower tube 66 is chosen larger than the inner cross section of the lower tube 66 ,
Eine schwimmende Abdeckung 67, welche auf der Oberfläche des Fluids W schwimmt, ist im Tank 2 angeordnet. Die schwimmende Abdeckung 67 besteht aus einem Material mit einem spezifischen Gewicht kleiner als dasjenige des Fluids W. Wenn beispielsweise die schwimmende Abdeckung 67 aus Urethan hergestellt ist, besitzt die schwimmende Abdeckung 67 Wärmeisolationswirkung. Die Größe der schwimmenden Abdeckung 67 ist so gewählt, daß sie geringfügig kleiner als die Innenabmessung des Tanks 2 ist, damit zwischen dem Außenrand bzw. Außenumfang der schwimmenden Abdeckung 67 und dem Innenrand bzw. dem inneren Umfang des Tanks 2 ein Freiraum vorhanden ist, wie in 3 gezeigt.A floating cover 67 , which floats on the surface of the fluid W, is in the tank 2 arranged. The floating cover 67 is made of a material having a specific gravity smaller than that of the fluid W. For example, when the floating cover 67 made of urethane, has the floating cover 67 Thermal insulation effect. The size of the floating cover 67 is chosen so that it is slightly smaller than the inside dimension of the tank 2 is so that between the outer edge or outer circumference of the floating cover 67 and the inner edge or inner circumference of the tank 2 there is a free space, as in 3 shown.
Die Heizeinheit 10' besteht aus einem Wärmepumenkreislauf ähnlich wie beispielsweise bei der vorstehend erläuterten ersten Ausführungsform. Die Heizeinheit 10' ist mit dem Tank 2 über die Fluidrohre 14, 15 verbunden. Eine elektrischen Pumpe 16 ist in dem Fluidrohr 14 derart angeordnet, daß Fluid W zwischen dem Tank 2 und der Heizeinheit 10' zirkuliert.The heating unit 10 ' consists of a heat pump circuit similar to, for example, in the first embodiment explained above. The heating unit 10 ' is with the tank 2 over the fluid pipes 14 . 15 connected. An electric pump 16 is in the fluid tube 14 arranged such that fluid W between the tank 2 and the heating unit 10 ' circulated.
Der Wärmetauscher 6' dient dazu, einen Wärmeaustausch zwischen Hochtemperaturfluid W1 aus dem Tank 2 und Wasser derart durchzuführen, daß durch den Wärmetauscher 6' strömendes Wasser erhitzt wird. In dem Wärmetauscher 6' verlaufen die Strömungsrichtung des Fluids W und die Strömungsrichtung von Wasser entgegengesetzt zueinander. Der Wärmetauscher 6' und der Tank 2 sind über die Fluidrohre 17A, 17B verbunden, und eine elektrische Pumpe 3 ist in dem Fluidrohr 17A derart angeordnet, daß Fluid zwischen dem Tank 2 und dem Wärmetauscher 6' zirkuliert.The heat exchanger 6 ' serves to heat exchange between high temperature fluid W1 from the tank 2 and to carry out water such that through the heat exchanger 6 ' flowing water is heated. In the heat exchanger 6 ' the are Flow direction of the fluid W and the flow direction of water opposite to each other. The heat exchanger 6 ' and the tank 2 are above the fluid pipes 17A . 17B connected, and an electric pump 3 is in the fluid tube 17A arranged such that fluid between the tank 2 and the heat exchanger 6 ' circulated.
Wie in 13 gezeigt, ist Fluid W in dem Tank 2 durch sein spezifisches Gewicht aufgrund der Temperaturdifferenz getrennt in ein oberes Fluid W1 hoher Temperatur, ein unteres Fluid W3 niedriger Temperatur und ein mittleres Fluid W2 (Temperaturgrenzschicht) mittlerer Temperatur zwischen der hohen Temperatur und der niedrigen Temperatur. Wie in 1 gezeigt, sind das obere Fluid W1, das mittlere Fluid W2 und das untere Fluid W3 in dem Tank 2 in dieser Abfolge ausgehend von der Oberseite zur Unterseite angeordnet. Das mittlere Fluid W2, das zwischen dem oberen Fluid W1 und dem unteren Fluid W3 angeordnet ist, weist eine Höhe auf, die deutlich kleiner ist als die jeweilige Höhe des oberen Fluids W1 und des unteren Fluids W3, und es wird als Wärmeisolationsschicht (Temperaturgrenzschicht) zwischen sowohl dem oberen Fluid W1 wie dem unteren Fluid W3 genutzt.As in 13 shown is fluid W in the tank 2 by its specific gravity due to the temperature difference separated into a high-temperature upper fluid W1, a low-temperature lower-fluid W3, and a mid-temperature intermediate fluid W2 (temperature boundary layer) between the high temperature and the low temperature. As in 1 The upper fluid W1, the middle fluid W2 and the lower fluid W3 are shown in the tank 2 arranged in this sequence, starting from the top to the bottom. The middle fluid W2, which is disposed between the upper fluid W1 and the lower fluid W3, has a height that is significantly smaller than the respective height of the upper fluid W1 and the lower fluid W3, and is used as a heat insulating layer (temperature boundary layer). between both the upper fluid W1 and the lower fluid W3.
Als nächstes wird die Arbeitsweise des Wasserheizgeräts 1 in Übereinstimmung mit der zwölften Ausführungsform erläutert.Next is the operation of the water heater 1 explained in accordance with the twelfth embodiment.
Wenn während des Wärmespeichervorgangs die elektrische Pumpe 16 betrieben wird, strömt Niedrigtemperaturfluid W3, welches in dem Tank 2 gespeichert ist, aus dem ersten Auslaß 2b in die Heizeinheit 10' durch das Fluidrohr 14, und es wird in der Heizeinheit 10' auf hohe Temperatur erhitzt. Hochtemperaturfluid, welches durch die Heizeinheit 10' geheizt wird, wird in den Tank 2 aus dem ersten Einlaß 2c durch das Fluidrohr 15 zugeleitet. In dem Tank 2 strömt das Hochtemperaturfluid, welches in das obere Rohr 65 aus dem ersten Einlaß 2c strömt, in etwa horizontal in die Schicht aus Fluid W1 in dem Tank 2 aus den parallelen Öffnungen 65a.If during the heat storage process the electric pump 16 is operated, low-temperature fluid W3, which flows in the tank 2 is stored from the first outlet 2 B in the heating unit 10 ' through the fluid tube 14 and it gets in the heating unit 10 ' heated to high temperature. High temperature fluid passing through the heating unit 10 ' is heated, is in the tank 2 from the first inlet 2c through the fluid tube 15 fed. In the tank 2 the high temperature fluid flows into the upper tube 65 from the first inlet 2c flows approximately horizontally into the layer of fluid W1 in the tank 2 from the parallel openings 65a ,
Wenn während des Heißwasserzufuhr- bzw. -versorgungsbetriebs (Wasserheizbetrieb bzw. -vorgang) die elektrische Pumpe 3 arbeitet, strömt Hochtemperaturfluid W1 in dem Tank 2 aus dem zweiten Auslaß 2d in den Wärmetauscher 6 durch das Fluidrohr 17A. In dem Wärmetauscher 6' wird Wärme von bzw. aus dem Hochtemperaturfluid W1 zu dem Wasser übertragen, um das Wasser zu heizen. Niedrigtemperaturfluid, welches mit Wasser in dem Wärmetauscher 61 Wärmetausch durchgeführt hat, strömt in den Tank 2 aus dem zweiten Einlaß 2e durch das Fluidrohr 178. Außerdem strömt in dem Tank 2 Fluid, welches in das untere Rohr 66 aus dem zweiten Einlaß 2 strömt, in die Schicht des Fluids W3 in dem Tank 2 aus den mehreren Öffnungen 6a in etwa horizontal. Andererseits wird Wasser, welches in den Wärmetauscher 6' aus dem Wasserzufuhrrohr 4 strömt, in dem Wärmetauscher 6 erhitzt und einem Nutzer durch bzw. über das Heißwasserrohr 5 zugeführt.If, during the hot water supply operation (water heating operation), the electric pump 3 works, high-temperature fluid W1 flows in the tank 2 from the second outlet 2d in the heat exchanger 6 through the fluid tube 17A , In the heat exchanger 6 ' Heat is transferred from the high temperature fluid W1 to the water to heat the water. Low temperature fluid, which is mixed with water in the heat exchanger 61 Heat exchange has occurred, flows into the tank 2 from the second inlet 2e through the fluid tube 178 , It also flows in the tank 2 Fluid entering the lower tube 66 from the second inlet 2 flows into the layer of fluid W3 in the tank 2 from the several openings 6a roughly horizontal. On the other hand, water, which enters the heat exchanger 6 ' from the water supply pipe 4 flows in the heat exchanger 6 heated and a user through or over the hot water pipe 5 fed.
In Übereinstimmung mit der zwölften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfaßt das Wasserheizgerät 1 das obere Rohr 65 mit den mehreren Öffnungen 65a und das untere Rohr 66 mit den mehreren Öffnungen 66a. Das obere Rohr 65 ist in etwa horizontal in den Tank 2 über den ersten Einlaß 2c eingesetzt, um mit dem ersten Einlaß 2c derart in Verbindung zu stehen, daß das Fluid W, welches in der Heizeinheit 10' erhitzt wurde, in die Oberseite in dem Tank 2 über die Öffnung 65a strömt. Da der gesamte Öffnungsquerschnitt der mehreren Öffnungen 65a größer gewählt ist als der Öffnungsquerschnitt des ersten Einlasses 2c, kann ein Durchsatz des Fluids W, welches in den Tank 2 strömt, kleiner gemacht werden im Vergleich zu dem Fall, daß das Fluid W direkt in den Tank 2 aus dem ersten Einlaß 2c strömt. Konvektion des Fluids W in dem Tank 2 wird deshalb beschränkt bzw. begrenzt, und Fluid W, welches in den Tank 2 strömt, gelangt so gut wie nicht in störenden Eingriff mit der Temperaturgrenzschicht (d. h. der Schicht aus dem Fluid W2) zwischen der Hochtemperatur-Fluidschicht (d. h. der Schicht aus dem Fluid W1) und der Niedrigtemperatur-Fluidschicht (d. h. der Schicht aus dem Fluid W3). Dadurch kann verhindert werden, daß das Hochtemperaturfluid W1 und das Niedrigtemperaturfluid W3 stark gemischt werden, und die Höhe der Temperaturgrenzschicht in der Aufwärts-/Abwärtsrichtung kann kleiner gemacht werden. Infolge hiervon kann der Wärmespeichervorgang wirksam in dem Wasserheizgerät 1 durchgeführt werden, ohne die Durchsatzmenge des Fluids W zu verringern, welches in die Heizeinheit 10' über das Fluidrohr 14 strömt, und die Wärmespeicherzeit kann kürzer gemacht werden.In accordance with the twelfth embodiment of the present invention, the water heater 1 the upper tube 65 with the several openings 65a and the lower tube 66 with the several openings 66a , The upper tube 65 is approximately horizontal in the tank 2 over the first inlet 2c used to with the first inlet 2c in such a way that the fluid W, which in the heating unit 10 ' was heated in the top in the tank 2 over the opening 65a flows. Since the entire opening cross section of the plurality of openings 65a greater than the opening cross section of the first inlet is selected 2c , a flow rate of the fluid W, which is in the tank 2 flows, be made smaller compared to the case that the fluid W directly into the tank 2 from the first inlet 2c flows. Convection of the fluid W in the tank 2 is therefore limited, and fluid W, which enters the tank 2 flows as good as not interfering with the temperature boundary layer (ie, the layer of the fluid W2) between the high-temperature fluid layer (ie, the layer of the fluid W1) and the low-temperature fluid layer (ie, the layer of the fluid W3) , Thereby, the high-temperature fluid W1 and the low-temperature fluid W3 can be prevented from being strongly mixed, and the height of the temperature boundary layer in the upward / downward direction can be made smaller. As a result, the heat storage operation can be effective in the water heater 1 be performed without reducing the flow rate of the fluid W, which in the heating unit 10 ' over the fluid pipe 14 flows, and the heat storage time can be made shorter.
Andererseits ist das untere Rohr 66 in etwa horizontal in den Tank 2 über den zweiten Einlaß 2e eingesetzt, um mit dem zweiten Einlaß 2e derart in Verbindung zu stehen, daß Fluid W, welches Wärmetausch mit dem Wasser in dem Wärmetauscher 6' durchgeführt hat, in die Unterseite in dem Tank 2 über die Öffnung 66a strömt. Da der gesamte Öffnungsquerschnitt der mehreren Öffnungen 66a größer gewählt ist als der Öffnungsquerschnitt des zweiten Einlasses 2e, kann der Durchsatz von Fluid W, welches in den Tank 2 strömt, kleiner gemacht werden im Vergleich zu dem Fall, daß das Fluid W direkt in den Tank 2 aus dem zweiten Einlaß 2 strömt. Konvektion von Fluid W in dem Tank 2 wird dadurch beschränkt bzw. begrenzt, und Fluid W, welches in den Tank 2 strömt, gelangt kaum in störenden Eingriff mit der Temperaturgrenzschicht (d. h. der Schicht aus Fluid W2) zwischen der Hochtemperatur-Fluidschicht (d. h. der Schicht aus Fluid W1) und der Niedrigtemperatur-Fluidschicht (d. h. der Schicht aus Fluid W3). Damit kann das Hochtemperaturfluid W wirksam genützt werden, und die Wasserheizkapazität des Wasserheizgeräts 1 ist verbessert.On the other hand, the lower tube 66 approximately horizontally in the tank 2 over the second inlet 2e used to with the second inlet 2e in such a way that fluid W, which heat exchange with the water in the heat exchanger 6 ' has performed in the bottom in the tank 2 over the opening 66a flows. Since the entire opening cross section of the plurality of openings 66a is selected larger than the opening cross-section of the second inlet 2e , the flow rate of fluid W, which is in the tank 2 flows, be made smaller compared to the case that the fluid W directly into the tank 2 from the second inlet 2 flows. Convection of fluid W in the tank 2 is limited thereby, and fluid W, which enters the tank 2 hardly interferes with the temperature boundary layer (ie, the layer of fluid W2) between the high temperature fluid layer (ie, the layer of fluid W1) and the low temperature fluid layer (ie, the layer of fluid W3). Thus, the high temperature fluid W can be effectively utilized, and the water heating capacity of the water heater 1 is improved.
Da in dem Wasserheizgerät 1 gemäß der zwölften Ausführungsform die schwimmende Abdeckung 67 auf der Flüssigkeitsoberfläche des Fluids W in dem Tank 2 schwimmt, ist ungefähr die gesamte Flüssigkeitsoberfläche des Fluids W in dem Tank 2 durch die Fluidabdeckung 67 abgedeckt. Dadurch kann verhindert bzw. beschränkt werden, daß Fluid W aus der Öffnung 2a des Tanks 2 abgezogen wird. Eine Verringerung von Fluid W aufgrund der Verdampfung wird dadurch beschränkt, und das Wärmespeichervermögen ist verbessert. Die Größe der schwimmenden Abdeckung 67 ist so gewählt, daß sie geringfügig kleiner als die Innenabmessung des Tanks 2 ist, so daß die schwimmende Abdeckung 67 in Übereinstimmung mit Flüssigkeits-Oberflächenveränderungen in dem Tank 2 beweglich ist bzw. bleibt. Ein Freiraum ist demnach gebildet zwischen dem äußeren Rand bzw. Umfang der schwimmenden Abdeckung 67 und dem inneren Rand bzw. Umfang des Tanks 2. Um zu verhindern, daß Fluid W aus dem Freiraum verdampft, wird Öl 68 in den Freiraum um die schwimmende Abdekkung 67 derart eingeleitet, daß die Fluidoberfläche am Freiraum in dem Tank 2 abgedeckt werden kann, wie in 13 gezeigt. Alternativ kann bei der zwölften Ausführungsform, wie in 16 gezeigt, ein Gummielement 69, wie etwa ein dünnes Folienelement, an dem Tank 2 angebracht werden, um den Freiraum zu verschließen. Alternativ kann die schwimmende Abdekkung 67 weggelassen werden, und Öl kann auf der gesamten Fluidoberfläche zur Abdeckung gebracht werden.As in the water heater 1 According to the twelfth embodiment, the floating cover 67 on the liquid surface of the fluid W in the tank 2 is about the entire liquid surface of the fluid W in the tank 2 through the fluid cover 67 covered. This can be prevented or limited that fluid W from the opening 2a of the tank 2 is deducted. A reduction of fluid W due to evaporation is thereby limited, and the heat storage capacity is improved. The size of the floating cover 67 is chosen so that it is slightly smaller than the inside dimension of the tank 2 is so the floating cover 67 in accordance with liquid surface changes in the tank 2 is movable or remains. A clearance is thus formed between the outer periphery of the floating cover 67 and the inner periphery of the tank 2 , To prevent fluid W from evaporating from the free space, becomes oil 68 into the space around the floating cover 67 initiated so that the fluid surface at the free space in the tank 2 can be covered, as in 13 shown. Alternatively, in the twelfth embodiment, as in FIG 16 shown a rubber element 69 , such as a thin film element, on the tank 2 be attached to close the free space. Alternatively, the floating cover 67 can be omitted, and oil can be made to cover the entire fluid surface.
Eine dreizehnte bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nunmehr unter Bezug auf 17 und 18 erläutert. Ein Plattenelement 75, wie etwa eine dünne Metallplatte mit mehreren gestanzten Löchern 75a, ist in etwa horizontal in dem Tank 2 in einer Position zwischen dem ersten Einlaß 2c und der Temperaturgrenzschicht in der Auf-/Abwärts- bzw. Vertikalrichtung angeordnet, und ein Plattenelement 76, wie etwa eine dünne Metallplatte mit mehreren gestanzten Löchern 76a, ist in etwa horizontal in dem Tank 2 in einer Position zwischen dem zweiten Einlaß 2e und der Temperaturgrenzschicht in der Auf-/Abwärts- bzw. Vertikalrichtung angeordnet. Während des Wärmespeichervorgangs wird deshalb Fluid W, welches aus dem ersten Einlaß 2c in den Tank 2 strömt, reguliert, während es durch die Löcher 75a hindurchtritt, so daß der Durchsatz von Fluid W verringert wird. In ähnlicher Weise wird während des Wasserheizvorgangs Fluid W, welches aus dem zweiten Einlaß 2e in den Tank 2 strömt, reguliert, während es die Löcher 76a durchsetzt, so daß der Durchsatz von Fluid W verringert wird. Konvektion von Fluid W, hervorgerufen in dem Tank 2 aufgrund der Strömung des Fluids W, wird deshalb beschränkt bzw. begrenzt, und Fluid W, welches in den Tank 2 strömt, gelangt kaum in störenden Eingriff mit der Temperaturgrenzschicht (d. h. der Schicht aus Fluid W2) zwischen der Hochtemperatur-Fluidschicht (d. h. der Schicht aus Fluid W1) und der Niedrigtemperatur-Fluidschicht (d. h. der Schicht aus Fluid W3). Dadurch kann verhindert werden, daß das Hochtemperaturfluid W1 und das Niedrigtemperaturfluid W3 stark gemischt werden, und die Höhe der Temperaturgrenzschicht in der Auf-/Abwärtsrichtung kann kürzer gemacht werden. Während des Wärmespeichervorgangs kann infolge hiervon die Wärmespeicherung wirksam in dem Wasserheizgerät 1 durchgeführt werden, ohne daß die Durchsatzmenge von Fluid W, welches in die Heizeinheit 10' durch das Fluidrohr 14 strömt, verringert wird, und die Wärmespeicherzeit kann kürzer gemacht werden. Während des Wasserheizbetriebs bzw. -vorgangs wird außerdem das Hochtemperaturfluid W1 in dem Tank 2 wirksam genutzt, und die Wasserheizkapazität ist verbessert.A thirteenth preferred embodiment of the present invention will now be described with reference to 17 and 18 explained. A plate element 75 such as a thin metal plate with several punched holes 75a , is approximately horizontal in the tank 2 in a position between the first inlet 2c and the temperature boundary layer disposed in the up / down and vertical directions, respectively, and a plate member 76 such as a thin metal plate with several punched holes 76a , is approximately horizontal in the tank 2 in a position between the second inlet 2e and the temperature boundary layer disposed in the up / down and vertical directions, respectively. During the heat storage process, therefore, fluid W, which from the first inlet 2c in the tank 2 flows, regulates while passing through the holes 75a passes through, so that the throughput of fluid W is reduced. Similarly, during the water heating process, fluid W coming from the second inlet 2e in the tank 2 flows, regulates while there are holes 76a permeated, so that the throughput of fluid W is reduced. Convection of fluid W, caused in the tank 2 due to the flow of the fluid W, is therefore limited, and fluid W, which enters the tank 2 hardly interferes with the temperature boundary layer (ie, the layer of fluid W2) between the high-temperature fluid layer (ie, the layer of fluid W1) and the low-temperature fluid layer (ie, the layer of fluid W3). Thereby, the high-temperature fluid W1 and the low-temperature fluid W3 can be prevented from being strongly mixed, and the height of the temperature boundary layer in the up / down direction can be made shorter. As a result, during the heat storage process, the heat storage can be effective in the water heater 1 be carried out without the flow rate of fluid W, which in the heating unit 10 ' through the fluid tube 14 flows, is reduced, and the heat storage time can be made shorter. During the water heating operation, moreover, the high temperature fluid W1 in the tank becomes 2 used effectively, and the Wasserheizkapazität is improved.
Bei der dreizehnten Ausführungsform ist zur Verbesserung der Wirkung der Plattenelemente 75, 76 das Plattenelement 75 benachbart zu dem ersten Einlaß 2c angeordnet, und das Plattenelement 76 ist benachbart zu dem zweiten Einlaß 2e angeordnet, wie in 17 gezeigt. Bei der dreizehnten Ausführungsform sind die übrigen Teile ähnlich zu denjenigen bei der vorstehend erläuterten zwölften Ausführungsform.In the thirteenth embodiment, to improve the effect of the plate members 75 . 76 the plate element 75 adjacent to the first inlet 2c arranged, and the plate element 76 is adjacent to the second inlet 2e arranged as in 17 shown. In the thirteenth embodiment, the remaining parts are similar to those in the above-mentioned twelfth embodiment.
Eine vierzehnte bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nunmehr unter Bezug auf 19 erläutert. Bei der vierzehnten Ausführungsform weist ein Tank 2 für ein Wasserheizgerät einen abgedichteten Aufbau auf, und die Öffnung, 2a, welche in die Atmosphäre mündet, wie vorstehend erläutert, ist nicht vorgesehen. Bei der vierzehnten Ausführungsform wird durch den abgedichteten Aufbau des Tanks 2 eine Verringerung des Fluids W aufgrund von Verdampfung verhindert bzw. unterbunden.A fourteenth preferred embodiment of the present invention will now be described with reference to FIG 19 explained. In the fourteenth embodiment, a tank 2 for a water heater, a sealed construction on, and the opening, 2a , which opens into the atmosphere, as explained above, is not provided. In the fourteenth embodiment, the sealed structure of the tank 2 prevents or prevents a reduction of the fluid W due to evaporation.
Bei Zunahme der Fluidtemperatur in dem Tank 2 wird der Innendruck des abgedichteten Tanks 2 erhöht. Bei der vierzehnten Ausführungsform, und wie in 19 gezeigt, ist ein Druckabsorptionsabschnitt 80 zum Absorbieren eines erhöhten Drucks bzw. einer Druckzunahme in dem Tank 2 mit dem Tank 2 über ein Verbindungsrohr 81 verbunden. Der Druckabsorptionsabschnitt 80 ist beispielsweise so gebildet, wie in 19 gezeigt, und er ist derart beweglich, daß der Innendruck des Tanks 2 auf Atmosphärendruck gehalten wird. Dadurch kann verhindert werden, daß der Innendruck des Tanks 2 stark ansteigt. Bei der vierzehnten Ausführungsform ist ein Abdeckelement zum Abdecken der Oberfläche des Fluids W, wie etwa die schwimmende Abdeckung 67, das Öl 68 und bzw. oder das Gummielement 89 nicht erforderlich, wie bei der zwölften Ausführungsform erläutert.As the fluid temperature in the tank increases 2 is the internal pressure of the sealed tank 2 elevated. In the fourteenth embodiment, and as in 19 is shown a pressure absorption section 80 for absorbing an increased pressure in the tank 2 with the tank 2 over a connecting pipe 81 connected. The pressure absorption section 80 is for example formed as in 19 shown, and he is so mobile that the internal pressure of the tank 2 is maintained at atmospheric pressure. This can prevent the internal pressure of the tank 2 rises sharply. In the fourteenth embodiment, a cover member for covering the surface of the fluid W, such as the floating cover 67 , the oil 68 and / or the rubber element 89 not required, as explained in the twelfth embodiment.
Eine fünfzehnte bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nunmehr unter Bezug auf 20 erläutert. Bei der fünfzehnten Ausführungsform besitzt ein Tank 2 für ein Wasserheizgerät abgedichteten Aufbau. Bei der fünfzehnten Ausführungsform, und wie in 20 gezeigt, wird der Tank 2 in Übereinstimmung mit Druck in dem Tank 2 elastisch verformt, um Druckzunahme bzw. erhöhten Druck aufgrund einer Fluidtemperaturzunahme zu absorbieren. Der Innendruck des Tanks 2 kann in etwa auf Atmosphärendruck gehalten werden, und eine Beschädigung des Tanks 2 wird deshalb verhindert.A fifteenth preferred embodiment of the present invention will now be described with reference to 20 explained. In the fifteenth embodiment, a tank has 2 for a water heater sealed construction. In the fifteenth embodiment, and as in 20 shown, the tank is 2 in accordance with pressure in the tank 2 elastically deformed to absorb pressure increase due to fluid temperature increase. The internal pressure of the tank 2 can be kept at about atmospheric pressure, and damage to the tank 2 is therefore prevented.
