JP2002115907A

JP2002115907A - 給湯器

Info

Publication number: JP2002115907A
Application number: JP2000307512A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Kaneda; 哲生金田; Seiji Miwa; 誠治三輪; Tomoaki Kobayakawa; 智明小早川; Kazutoshi Kusakari; 和俊草刈; Michiyuki Saikawa; 路之斉川
Original assignee: Central Research Institute of Electric Power Industry; Tokyo Electric Power Co Inc; Denso Corp
Current assignee: Central Research Institute of Electric Power Industry; Denso Corp; Tokyo Electric Power Company Holdings Inc
Priority date: 2000-10-06
Filing date: 2000-10-06
Publication date: 2002-04-19
Anticipated expiration: 2020-10-06
Also published as: JP4115079B2

Abstract

(57)【要約】【課題】効率的な蓄熱が可能で蓄熱時間を短縮できる
こと。【解決手段】給湯器１は、第１の流入口２ｃに連通し
てタンク２内に挿入された上部多穴パイプ５を具備し、
この上部多穴パイプ５に開設された複数の開口部５ａか
らタンク２内へ蓄熱液が流入する。ここで、上部多穴パ
イプ５は、複数の開口部５ａの総開口面積が第１の流入
口２ｃの開口面積より大きく設けられているので、多穴
パイプを使用しない場合と比較して、タンク２内へ流入
する蓄熱液の流入速度が小さくなる。その結果、蓄熱液
の流入に伴ってタンク２内に生じる対流が抑制されるた
め、タンク２内で高温の蓄熱液と低温の蓄熱液とが大き
く混ざり合うことを防止でき、温度境界層の上下幅を小
さく保つことができる。これにより、配管８を流れる蓄
熱液の流量を低減することなく、効率的に蓄熱すること
ができ、蓄熱時間の短縮を図ることが可能である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、蓄熱用液体との間
接熱交換方式により給湯する給湯器に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、蓄熱用液体との間接熱交換方
式により給湯を行う貯湯式給湯器がある。この給湯器
は、例えば図９に示す様に、蓄熱用の液体を貯留するタ
ンク１００を備え、蓄熱時にタンク１００内の下部から
取り出された低温の液体が加熱装置１１０で加熱され、
高温の液体として再びタンク１００内の上部へ流入して
蓄熱される。蓄熱された高温の液体は、給湯時にタンク
１００内の上部から取り出され、熱交換器１２０で冷水
（水道水）を加熱する熱源として使用された後、再びタ
ンク１００内の下部へ流入する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記の給湯器では、蓄
熱時において、タンク１００内へ蓄熱用液体が流入する
際に、その流入速度に応じてタンク１００内に対流が生
じる。この対流が激しい程、高温の液体と低温の液体と
の間に存在する温度境界層が大きくなるため、蓄熱効率
が低下するという問題があった。なお、タンク１００内
へ流入する蓄熱用液体の流入速度を小さくすることで、
タンク１００内に生じる対流が抑制され、その対流が温
度境界層に与える影響を小さくできるが、そのために流
量を低減すると、蓄熱に時間を要してしまうという問題
が生じる。また、給湯時においても、蓄熱時と同様に、
タンク１００内へ蓄熱用液体が流入する際に対流が生
じ、その対流の影響で温度境界層が大きくなると、給湯
能力が低下するという問題が生じる。本発明は、上記事
情に基づいて成されたもので、その目的は、効率的な蓄
熱が可能で蓄熱時間を短縮できる給湯器を提供すること
にある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】（請求項１の手段）蓄熱
用液体を貯留するタンクは、蓄熱用液体が流入する流入
口を有するとともに、この流入口からタンク内に流入し
た蓄熱用液体の流速を低減させる流速抑制手段を具備し
ている。この発明では、タンク内に流入した蓄熱用液体
の流速が低減されることにより、タンク内に生じる対流
が抑制され、対流による温度境界層への影響を小さくで
きる。

【０００５】（請求項２の手段）請求項１に記載した給
湯器において、流速抑制手段は、流入口に連通してタン
ク内に挿入され、自身の管壁に複数の開口部が開設され
た多穴パイプによって構成され、この多穴パイプは、複
数の開口部の総開口面積が流入口の開口面積より大きく
設けられ、流入口を通って多穴パイプ内に送り込まれた
蓄熱用液体を複数の開口部からタンク内に流入させる。
この構成によれば、蓄熱時または給湯時において、ある
程度大きな流量を保ったまま、蓄熱用液体のタンク内へ
の流入速度のみ低下させることができるので、効率的な
蓄熱が可能である。

【０００６】（請求項３の手段）請求項２に記載した給
湯器において、多穴パイプは、タンク内に略水平方向に
挿入され、且つ複数の開口部が略水平方向に開設されて
いる。この構成によれば、多穴パイプ内に送り込まれた
蓄熱用液体を複数の開口部から略水平方向にタンク内へ
流入させることができるので、対流による温度境界層へ
の影響をより小さくできる。

【０００７】（請求項４の手段）請求項１に記載した給
湯器において、流速抑制手段は、多数の小穴が開設され
た板状部材またはメッシュ状部材から成り、タンク内で
高温の蓄熱用液体と低温の蓄熱用液体との間に存在する
温度境界層と流入口との間に配設されている。この構成
によれば、流入口からタンク内に流入した蓄熱用液体が
板状部材（またはメッシュ状部材）の多数の小穴を通る
ことで蓄熱用液体の流れが整流されて流速が低下する。
この結果、タンク内に生じる対流が抑制され、対流によ
る温度境界層への影響を小さくできる。

【０００８】（請求項５の手段）請求項１〜４に記載し
た何れかの給湯器において、流入口は、蓄熱時に加熱さ
れた高温の蓄熱用液体がタンク内に流入する第１の流入
口と、給湯時に熱源として使用された低温の蓄熱用液体
がタンク内に流入する第２の流入口とを有し、第１の流
入口はタンクの側面上部に設けられ、第２の流入口はタ
ンクの側面下部に設けられ、且つ第１の流入口側と第２
の流入口側とにそれぞれ流速抑制手段が設けられてい
る。この構成によれば、蓄熱時に第１の流入口からタン
ク内へ流入する蓄熱用液体の流入速度、及び給湯時に第
２の流入口からタンク内へ流入する蓄熱用液体の流入速
度をそれぞれ低下させることができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。（第１実施例）図１は給湯システムを示す模式図であ
る。本実施例の給湯器１は、図１に示す様に、蓄熱用液
体（以下、蓄熱液と呼ぶ）を貯留するタンク２、蓄熱時
に低温の蓄熱液を加熱するための加熱装置３、給湯時に
高温の蓄熱液を熱源として冷水（例えば水道水）を加熱
させる熱交換器４等より構成される。

【００１０】タンク２は、耐蝕性に優れた金属製（例え
ばステンレス製）で、内部に貯留する蓄熱液を長時間に
渡って保温することができる。このタンク２は、上部に
大気開放口２ａを有し、この大気開放口２ａを通じてタ
ンク２の内部圧力が大気に開放されている。このタンク
２には、蓄熱液を出し入れするための第１の流出口２ｂ
と第１の流入口２ｃ、及び第２の流出口２ｄと第２の流
入口２ｅとが設けられている。第１の流出口２ｂと第１
の流入口２ｃは、タンク２の一方の側面において、第１
の流出口２ｂがタンク２の下部に設けられ、第１の流入
口２ｃがタンク２の上部に設けられている。第２の流出
口２ｄと第２の流入口２ｅは、タンク２の他方の側面に
おいて、第２の流出口２ｄがタンク２の上部に設けら
れ、第２の流入口２ｅがタンク２の下部に設けられてい
る。

【００１１】タンク２の内部には、第１の流入口２ｃに
連通してタンク２内へ略水平方向に挿入された上部多穴
パイプ５と、第２の流入口２ｅに連通してタンク２内へ
略水平方向に挿入された下部多穴パイプ６とが配設され
ている。上部多穴パイプ５は、管壁に複数の開口部５ａ
が開設され、第１の流入口２ｃを通って上部多穴パイプ
５内に送り込まれた蓄熱液を複数の開口部５ａからタン
ク２内に流入させるものである。但し、複数の開口部５
ａは、図２に示す様に、上部多穴パイプ５に対し略水平
方向に開設され、且つ複数の開口部５ａの総開口面積が
第１の流入口２ｃの開口面積（上部多穴パイプ５の内側
断面積）より大きく設けられている。下部多穴パイプ６
は、管壁に複数の開口部６ａが開設され、第２の流入口
２ｅを通って下部多穴パイプ６内に送り込まれた蓄熱液
を複数の開口部６ａからタンク２内に流入させるもので
ある。但し、複数の開口部６ａは、下部多穴パイプ６に
対し略水平方向に開設され、且つ複数の開口部６ａの総
開口面積が第２の流入口２ｅの開口面積（下部多穴パイ
プ６の内側断面積）より大きく設けられている。

【００１２】更に、タンク２の内部には、蓄熱液に浮か
ぶ浮き蓋７が配されている。浮き蓋７に使用される材質
は、蓄熱液より比重の小さいものであれば良いが、例え
ばウレタンを用いることで断熱効果を得ることもでき
る。また、この浮き蓋７は、タンク２内の液面変動に応
じてタンク２内を容易に上下移動できる様に、浮き蓋７
の大きさがタンク２の内側寸法より若干小さく設けら
れ、浮き蓋７の外周とタンク２の内周との間に隙間が確
保されている（図３参照）。

【００１３】加熱装置３は、例えば周知のヒートポンプ
サイクルによって構成され、図示しない圧縮機で加圧さ
れた高温冷媒を熱源として蓄熱液を加熱する。この加熱
装置３は、蓄熱液の循環通路を形成する配管８によって
タンク２と接続されている。配管８は、第１の流出口２
ｂからタンク２内の蓄熱液（低温）を取り出して加熱装
置３へ送る低温配管８Ａと、加熱装置３で加熱された蓄
熱液（高温）を第１の流入口２ｃを介してタンク２内へ
送る高温配管８Ｂとで構成される。また、低温配管８Ａ
（または高温配管８Ｂ）には、蓄熱液を循環させる電動
ポンプ９が設けられている。

【００１４】熱交換器４は、タンク２から取り出された
高温の蓄熱液と冷水とを熱交換させるもので、図１に矢
印で示す様に、蓄熱液の流れ方向と冷水の流れ方向とが
対向するように構成されている。この熱交換器４は、蓄
熱液の循環通路を形成する配管１０によってタンク２と
接続されている。配管１０は、第２の流出口２ｄからタ
ンク２内の蓄熱液（高温）を取り出して熱交換器４へ送
る高温配管１０Ａと、熱交換器４で温度低下した蓄熱液
（低温）を第２の流入口２ｅを介してタンク２内へ送る
低温配管１０Ｂとで構成される。また、高温配管１０Ａ
（または低温配管１０Ｂ）には、蓄熱液を循環させる電
動ポンプ１１が設けられている。

【００１５】次に、給湯器１の作動を説明する。ａ）蓄熱モード電動ポンプ９の作動により、配管８に蓄熱液の流れが生
じる。即ち、タンク２内に貯留されている低温の蓄熱液
が第１の流出口２ｂから流出し、低温配管８Ａを通って
加熱装置３へ圧送され、加熱装置３で高温冷媒との熱交
換により加熱されて高温の蓄熱液となり、加熱装置３か
ら高温配管８Ｂを通って第１の流入口２ｃからタンク２
内へ送り込まれる。更に、タンク２内では、第１の流入
口２ｃから上部多穴パイプ５内へ流れ込んだ蓄熱液が、
複数の開口部５ａからタンク２内へ略水平方向に流入す
る（図２参照）。

【００１６】ｂ）給湯モード電動ポンプ１１の作動により、配管１０に蓄熱液の流れ
が生じる。即ち、タンク２内に貯留されている高温の蓄
熱液が第２の流出口２ｄから流出し、高温配管１０Ａを
通って熱交換器４へ圧送され、熱交換器４で冷水に放熱
して温度低下し、熱交換器４から低温配管１０Ｂを通っ
て第２の流入口２ｅからタンク２内へ送り込まれる。更
に、タンク２内では、第２の流入口２ｅから下部多穴パ
イプ６内へ流れ込んだ蓄熱液が、複数の開口部６ａから
タンク２内へ略水平方向に流入する。一方、給水配管１
２を通って熱交換器４に流入した冷水は、蓄熱液との熱
交換によって加熱され、熱交換器４から給湯配管１３を
通って使用者に供給される。

【００１７】（第１実施例の効果）本実施例の給湯器１
は、第１の流入口２ｃに連通してタンク２内に挿入され
た上部多穴パイプ５を具備し、この上部多穴パイプ５に
開設された複数の開口部５ａからタンク２内へ蓄熱液が
流入する。ここで、上部多穴パイプ５は、複数の開口部
５ａの総開口面積が第１の流入口２ｃの開口面積（上部
多穴パイプ５の内側断面積）より大きく設けられている
ので、多穴パイプを使用しない場合（第１の流入口２ｃ
から直接タンク２内へ蓄熱液が流入する場合）と比較し
て、タンク２内へ流入する蓄熱液の流入速度が小さくな
る。これにより、蓄熱液の流入に伴ってタンク２内に生
じる対流が抑制されるため、タンク２内で高温の蓄熱液
と低温の蓄熱液との間に存在する温度境界層（図１参
照）への影響を小さくできる。即ち、高温の蓄熱液と低
温の蓄熱液とが大きく混ざり合うことを防止でき、温度
境界層の上下幅を小さく保つことができる。上記の結
果、配管８を流れる蓄熱液の流量を低減することなく、
効率的に蓄熱することができ、蓄熱時間の短縮を図るこ
とが可能である。

【００１８】また、給湯時においても、下部多穴パイプ
６に開設された複数の開口部６ａからタンク２内へ蓄熱
液が流入するので、蓄熱時と同様に、蓄熱液の流入に伴
って生じる対流が抑制され、その対流の影響によって高
温の蓄熱液と低温の蓄熱液とが大きく混ざり合うことを
防止できる。この結果、高温の蓄熱液を有効に使用する
ことができ、給湯能力の低下を防止できる。

【００１９】更に、本実施例の給湯器１は、タンク２内
の蓄熱液に浮き蓋７を浮かせることにより、蓄熱液の液
面の略全体を浮き蓋７で覆うことができる。これによ
り、大気開放口２ａから蓄熱液が蒸発することを抑制で
きるので、蒸発に伴う蓄熱液の減少を低減でき、蓄熱性
能の低下を抑えることができる。なお、タンク２内の液
面変動に応じて浮き蓋７の上下移動を許容するために、
浮き蓋７の大きさをタンク２の内側寸法より若干小さく
設けると、浮き蓋７の外周とタンク２の内周との間に隙
間（図３参照）が生じるため、この隙間から蓄熱液が蒸
発する。そこで、図１に示す様に、浮き蓋７の周囲にオ
イル１４を流し込んで、隙間に表れる液面上をオイル１
４で覆っても良い。あるいは、図４に示す様に、浮き蓋
７の周囲にゴム片１５（または薄い膜状部材等）を取り
付けて隙間を塞いでも良い。これにより、隙間から蓄熱
液が蒸発することも防止できる。更には、浮き蓋７を使
用する代わりに、液面上を全てオイルで覆っても良い。

【００２０】（第２実施例）図５は給湯システムを示す
模式図である。本実施例の給湯器１は、第１の流入口２
ｃと温度境界層との間、及び第２の流入口２ｅと温度境
界層との間にそれぞれパンチングメタル１６が配設され
ている。このパンチングメタル１６は、薄い金属板に多
数の小穴１６ａ（図６参照）を設けたもので、タンク２
内の全面に渡って略水平方向に配設されている。この構
成によれば、蓄熱時に第１の流入口２ｃからタンク２内
へ流入した蓄熱液は、パンチングメタル１６の小穴１６
ａを通過する際に整流されて速度が低下する。同様に、
給湯時に第２の流入口２ｅからタンク２内へ流入した蓄
熱液は、パンチングメタル１６の小穴１６ａを通過する
際に整流されて速度が低下する。

【００２１】これにより、蓄熱液の流入に伴ってタンク
２内に生じる対流が抑制されるため、高温の蓄熱液と低
温の蓄熱液とが大きく混ざり合うことを防止でき、温度
境界層の上下幅を小さく保つことができる。その結果、
蓄熱時においては、配管８を流れる蓄熱液の流量を低減
することなく、効率的に蓄熱することができ、蓄熱時間
の短縮を図ることが可能である。また、給湯時において
は、高温の蓄熱液を有効に使用することができ、給湯能
力の低下を防止できる。なお、パンチングメタル１６
は、対流による温度境界層への影響を小さくする上で、
なるべく温度境界層から離れて第１の流入口２ｃまたは
第２の流入口２ｅの近くに配置した方が良い（図５参
照）。

【００２２】（第３実施例）本実施例の給湯器は、密閉
構造のタンク２を使用した一例である。上記の実施例で
は、タンク２に大気開放口２ａを設けているが、タンク
２内に貯留されている蓄熱液の蒸発による減少を抑える
という点では、タンク２を密閉構造にすることが望まし
い。しかし、タンク２を密閉構造にすると、タンク２内
の蓄熱液が温度上昇に伴って体積膨張した時に、タンク
２の内部圧力が上昇して、タンク２の異常変形を招く、
あるいは破損する可能性もある。

【００２３】そこで、本実施例では、図７に示す様に、
タンク２内の圧力上昇を吸収できる圧力吸収部１７をタ
ンク２に接続して設けている。この圧力吸収部１７は、
例えば蛇腹状に設けられて、連結パイプ１８を通じてタ
ンク２内と連通し、タンク２の内部圧力が大気圧になる
ように可動する。これにより、温度上昇による蓄熱液の
体積膨張を吸収でき、タンク２内の過大な圧力上昇を防
止できる。この方法によれば、第１実施例で説明した浮
き蓋７、オイル１４、ゴム片１５等を使用する必要がな
く、コスト及びメンテナンス性が有利である。

【００２４】（第４実施例）本実施例の給湯器は、密閉
構造のタンク２を使用した他の例である。タンク２を密
閉構造とした場合でも、例えば図８に示す様に、タンク
２自体を内部圧力の変動に応じて弾性変形できる様に構
成すれば、温度上昇による蓄熱液の体積膨張を吸収でき
る。その結果、タンク２内を略大気圧に維持でき、タン
ク２の異常変形や破損を防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】給湯システムを示す模式図である（第１実施
例）。

【図２】蓄熱液が多穴パイプを通ってタンク内へ流入す
る様子を示す模式図である。

【図３】浮き蓋の上方から見たタンク内の平面図であ
る。

【図４】浮き蓋の周囲にゴム片を取り付けた例を示す断
面図である。

【図５】給湯システムを示す模式図である（第２実施
例）。

【図６】パンチングメタルの平面図である（第２実施
例）。

【図７】密閉構造を有するタンクの図面である（第３実
施例）。

【図８】密閉構造を有するタンクの図面である（第４実
施例）。

【図９】給湯システムを示す模式図である（従来技
術）。

【符号の説明】

１給湯器２タンク２ｃ第１の流入口２ｅ第２の流入口５上部多穴パイプ（流速抑制手段）５ａ上部多穴パイプの開口部６下部多穴パイプ（流速抑制手段）６ａ下部多穴パイプの開口部１６パンチングメタル（板状部材）１６ａ小穴

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者金田哲生愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地株式会社デンソー内 (72)発明者三輪誠治愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地株式会社デンソー内 (72)発明者小早川智明東京都千代田区内幸町１丁目１番３号東京電力株式会社内 (72)発明者草刈和俊東京都千代田区内幸町１丁目１番３号東京電力株式会社内 (72)発明者斉川路之神奈川県横須賀市長坂２−６−１財団法人電力中央研究所横須賀研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】蓄熱用液体を貯留するタンクを備え、この
タンクから取り出した蓄熱用液体を給湯用の熱源として
使用する給湯器であって、前記タンクは、蓄熱用液体が流入する流入口を有すると
ともに、この流入口から前記タンク内に流入した蓄熱用
液体の流速を低減させる流速抑制手段を具備しているこ
とを特徴とする給湯器。
【請求項２】請求項１に記載した給湯器において、前記流速抑制手段は、前記流入口に連通して前記タンク
内に挿入され、自身の管壁に複数の開口部が開設された
多穴パイプによって構成され、この多穴パイプは、前記複数の開口部の総開口面積が前
記流入口の開口面積より大きく設けられ、前記流入口を
通って前記多穴パイプ内に送り込まれた蓄熱用液体を前
記複数の開口部から前記タンク内に流入させることを特
徴とする給湯器。
【請求項３】請求項２に記載した給湯器において、前記多穴パイプは、前記タンク内に略水平方向に挿入さ
れ、且つ前記複数の開口部が略水平方向に開設されてい
ることを特徴とする給湯器。
【請求項４】請求項１に記載した給湯器において、前記流速抑制手段は、多数の小穴が開設された板状部材
またはメッシュ状部材から成り、前記タンク内で高温の
蓄熱用液体と低温の蓄熱用液体との間に存在する温度境
界層と前記流入口との間に配設されていることを特徴と
する給湯器。
【請求項５】請求項１〜４に記載した何れかの給湯器に
おいて、前記流入口は、蓄熱時に加熱された高温の蓄熱用液体が
前記タンク内に流入する第１の流入口と、給湯時に熱源
として使用された低温の蓄熱用液体が前記タンク内に流
入する第２の流入口とを有し、前記第１の流入口は前記
タンクの側面上部に設けられ、前記第２の流入口は前記
タンクの側面下部に設けられ、且つ前記第１の流入口側
と第２の流入口側とにそれぞれ前記流速抑制手段が設け
られていることを特徴とする給湯器。