JP2003130457A - 貯湯タンク及び貯湯システム - Google Patents

貯湯タンク及び貯湯システム

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JP2003130457A
JP2003130457A JP2001329120A JP2001329120A JP2003130457A JP 2003130457 A JP2003130457 A JP 2003130457A JP 2001329120 A JP2001329120 A JP 2001329120A JP 2001329120 A JP2001329120 A JP 2001329120A JP 2003130457 A JP2003130457 A JP 2003130457A
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Osamu Kuwabara
修 桑原
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Sanyo Electric Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 長時間の使用に際しても、タンク本体内の高
温水と低温水の温度境界層の温度勾配が小さくなること
がないものを提供する。 【解決手段】 タンク本体11A内に高温水Hと低温水
Lを共存させて貯える貯湯タンク11において、タンク
本体11A内に高温水と低温水の混合を防止する仕切体
21を備え、この仕切体21がタンク本体11Aの内壁
と該仕切体21との隙間を塞ぐシール材23を備えた。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、タンク本体内に高
温水と低温水を共存させて貯える貯湯タンクを備えた貯
湯タンク及び貯湯システムに関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、圧縮機、高温側熱交換器(凝縮
器)、減圧装置および蒸発器を有する冷凍サイクルを備
え、この高温側熱交換器で加熱した水を給湯可能に構成
したヒートポンプ式給湯装置が知られている。
【0003】この種のものでは、高温側熱交換器に供給
する低温水と該高温側熱交換器で加熱された高温水とを
タンク本体内に共存させ、温度成層を形成させて貯える
貯湯タンクを備えたものが提案されている。つまり、こ
の貯湯タンクでは、温度境界層を基準に、それよりも上
部に高温のお湯が溜まり、下部に比較的低温のお湯が溜
まり、貯湯運転時には、タンク下部から高温側熱交換器
に給水し、ここで加熱してタンク上部に戻す構成となっ
ている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の構成で
は、長時間の使用に際し、タンク本体内の高温水と低温
水の温度境界層が、タンク本体内で上昇、下降を繰り返
すため、温度境界層の温度勾配が小さくなり、低温水の
温度が上昇するという問題がある。低温水の温度が上昇
すると、ヒートポンプ式給湯装置では、高温側熱交換器
において十分な放熱を行えず、COPが低下するという
問題がある。
【0005】そこで、本発明の目的は、長時間の使用に
際しても、タンク本体内の高温水と低温水の温度境界層
の温度勾配が小さくなることがない、貯湯タンク及び貯
湯システムを提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明は、
タンク本体内に高温水と低温水を共存させて貯える貯湯
タンクにおいて、タンク本体内に高温水と低温水の混合
を防止する仕切体を備え、この仕切体がタンク本体の内
壁と該仕切体との隙間を塞ぐシール材を備えたことを特
徴とする。
【0007】請求項2記載の発明は、請求項1記載のも
のにおいて、前記仕切体が所定温度以下の高温水を低温
水側に導く手段を備えたことを特徴とする。
【0008】請求項3記載の発明は、請求項1または2
記載のものにおいて、前記仕切体の密度が水の密度とほ
ぼ等しく設定されていることを特徴とする。
【0009】請求項4記載の発明は、請求項1ないし3
のいずれか一項記載のものにおいて、前記仕切体が断熱
構造を有することを特徴とする。
【0010】請求項5記載の発明は、請求項1ないし4
のいずれか一項記載のものにおいて、前記タンク本体内
に仕切体のストッパを設けたことを特徴とする。
【0011】請求項6記載の発明は、請求項5記載のも
のにおいて、前記ストッパが上部ストッパと下部ストッ
パとで構成されることを特徴とする。
【0012】請求項7記載の発明は、水を加熱する熱交
換器と、この熱交換器に供給する低温水と該熱交換器で
加熱された高温水とをタンク本体内に共存させて貯える
貯湯タンクとを備え、タンク本体内に高温水と低温水の
混合を防止する仕切体を備え、この仕切体がタンク本体
の内壁と該仕切体との隙間を塞ぐシール材を備えたこと
を特徴とする。
【0013】請求項8記載の発明は、請求項7記載のも
のにおいて、前記仕切体が所定温度以下の高温水を低温
水側に導く手段を備えたことを特徴とする。
【0014】請求項9記載の発明は、請求項7または8
記載のものにおいて、前記仕切体の密度が水の密度とほ
ぼ等しく設定されていることを特徴とする。
【0015】請求項10記載の発明は、請求項7ないし
9のいずれか一項記載のものにおいて、前記仕切体が断
熱構造を有することを特徴とする。
【0016】請求項11記載の発明は、請求項7ないし
10のいずれか一項記載のものにおいて、前記タンク本
体内に仕切体のストッパを設けたことを特徴とする。
【0017】請求項12記載の発明は、請求項11記載
のものにおいて、前記ストッパが上部ストッパと下部ス
トッパとで構成されることを特徴とする。
【0018】請求項13記載の発明は、請求項7ないし
12のいずれか一項記載のものにおいて、前記熱交換器
の熱源が冷凍サイクルの放熱熱源であることを特徴とす
る。
【0019】請求項14記載の発明は、請求項7ないし
12のいずれか一項記載のものにおいて、前記熱交換器
の熱源が燃料電池の放熱熱源であることを特徴とする。
【0020】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を、図
面に基づいて説明する。
【0021】図1は、ヒートポンプ式給湯装置を示して
いる。1は圧縮機を示し、この圧縮機1には、実線で示
す冷媒配管を介して、ガスクーラ(高圧側熱交換器)
3、減圧装置(弁装置)5、蒸発器(低圧側熱交換器)
7が順に接続されて、冷凍サイクルが構成されている。
【0022】この冷凍サイクルにはCO2冷媒が使用さ
れる。CO2冷媒はオゾン破壊係数が0で、地球温暖化
係数が1であるため、環境への負荷が小さく、毒性、可
燃性がなく安全で安価である。
【0023】このCO2冷媒を使用した場合、冷凍サイ
クルの高圧側が超臨界となる遷臨界サイクル(Transcri
tical Cycle)になるため、ヒートポンプ式給湯装置に
おける給湯のように、水の昇温幅が大きい加熱プロセス
では高い成績係数(COP)を期待することができる。
【0024】一方、上記ガスクーラ3は、CO2冷媒が
流れる冷媒コイル9と、水が流れる水コイル10とから
なり、この水コイル10は水配管を介して貯湯タンク1
1に接続されている。水配管には循環ポンプ13が接続
され、この循環ポンプ13が駆動されて貯湯タンク11
の水がガスクーラ3を循環し、ここで加熱されて貯湯タ
ンク11に貯湯される。
【0025】図2は、貯湯タンク11の構造を示してい
る。この貯湯タンク11は、タンク本体11Aを有し、
このタンク本体11A内には、ガスクーラ3で加熱され
た高温水Hと比較的低温の低温水Lとが共存して貯えら
れる。なお、符号18は、空気抜き弁を示している。
【0026】このタンク本体11A内には、それ自体の
密度が水の密度とほぼ等しく設定された、可動式の発泡
スチロール製断熱構造等を有する仕切体21が設けら
れ、この仕切体21の外周には、図3に示すように、タ
ンク本体11Aの内壁11Bと該仕切体21の外周21
Aとの間の、環状の隙間24を塞ぐ、例えば軟質樹脂製
等のシール材23が設けられている。
【0027】このシール材23は、タンク本体の内壁と
仕切体21との隙間を通じた、高温水Hと低温水Lとの
混合を防止すると共に、貯湯、給湯に応じて仕切体21
を上下に移動させる機能を合わせ持つ。
【0028】この仕切体21には、上下方向に貫通する
貫通孔24があけられ、この貫通孔24には一方向弁2
5が配設されている。この一方向弁25は、一方向にの
み流体を流す機能を有した弁であって、高温水Hの温度
が設定温度(例えば50℃)以下になった場合、自動的
に弁開度が開かれて、高温水Hを比較的低温の低温水L
側に導く手段を構成している。
【0029】タンク本体11A内には、仕切体のストッ
パ31が設けられ、このストッパ31は、上部ストッパ
31Aと下部ストッパ31Bとで構成されている。高温
水Hが減少すれば、後述するように、仕切体21が圧力
差によって、上部ストッパ31Aに当接するまで上昇
し、高温水Hが増加すれば、仕切体21が圧力差によっ
て、下部ストッパ31Bに当接するまで下降する。
【0030】つぎに、この実施形態の動作を説明する。
【0031】圧縮機1が駆動されると、冷凍サイクル中
を実線矢印で示すようにCO2冷媒が循環し、循環ポン
プ13が駆動されると、水配管中を破線矢印で示すよう
に水が循環する。そして、循環ポンプ13で循環される
水が、ガスクーラ3で加熱され、貯湯タンク11に貯え
られる。
【0032】この貯湯タンク11には、ガスクーラ3に
供給する低温水Lと該ガスクーラ3で加熱された高温水
Hとが共存して貯えられる。つまり、この貯湯タンク1
1では、仕切体21を基準に、それよりも上部に高温の
お湯が溜まり、下部に比較的低温のお湯が溜まり、貯湯
運転時には、タンク下部から高温側熱交換器に給水し、
ここで加熱してタンク上部に戻される。
【0033】本実施形態では、貯湯運転時、各三方弁4
1,43のポートA、Bが連通した状態で、破線矢印で
示すように水が循環し、貯湯タンク11の上部にガスク
ーラ3で加熱された高温水Hが貯湯される。
【0034】高温水Hの貯湯が進むと、それに連れて、
循環ポンプ13のポンプ圧力によって、仕切体21の上
部に貯えられた高温水H側のお湯の圧力が、低温水L側
の水の圧力よりも上回る。この仕切体21の外周には、
図3に示すように、タンク本体11Aの内壁と該仕切体
21との隙間を塞ぐシール材23が設けられているた
め、高温水Hと低温水Lとの混合はなく、その結果、仕
切体21の上下に圧力差が生じ、この差圧で仕切体21
が下降する。
【0035】一方、給湯時には、各三方弁41,43の
ポートB、Cが連通した状態で、給湯管45を通じて貯
湯タンク11の上部に高温水Hが外部に給湯され、同時
に給水管46を通じて貯湯タンク11の下部に低温の上
水が供給される。高温水Hの給湯が進むと、上水の供給
圧力によって、仕切体21の上下に圧力差が生じ、この
差圧によって仕切体21が上昇する。
【0036】この仕切体21は、その密度が水の密度と
ほぼ等しく、例えば1000Kg/m3程度に設定され
るため、仕切体21の上下に圧力差が発生しない限り、
それ自体が浮き上がり、或いは沈下することがなく、こ
の仕切体21によって高温水Hと低温水Lの混合が確実
に防止される。
【0037】また、この仕切体21は断熱構造を有して
いるため、貯湯タンク11内の高温水Hと低温水L間の
熱移動が防止される。
【0038】従って、高温水Hの熱損失を減少させるこ
とができると共に、使用できる高温水Hの量を増加させ
ることができる。低温水Lの温度上昇が防止されるた
め、ヒートポンプ式給湯装置のCOP低下を抑制でき
る。
【0039】この貯湯タンク11内に、上述した構造の
仕切体21を設置した場合、放熱による高温水Hの温度
低下が発生すると、タンク内に蓄積可能な熱量が減少
し、湯切れを起こす可能性がある。
【0040】本実施形態では、高温水Hの温度が設定温
度以下に低下した場合、一方向弁25が動作し、貫通孔
24を通じて、高温水Hが低温水L側に導かれる。従っ
て、高温水Hの温度低下が防止され、タンク内の蓄積可
能な熱量減少が抑制され、湯切れの発生が防止される。
【0041】以上、一実施形態に基づいて本発明を説明
したが、本発明は、これに限定されるものでないことは
明らかである。
【0042】ガスクーラ3の熱源が冷凍サイクルの放熱
熱源である場合について説明したが、これに限定され
ず、例えばガスクーラ3の熱源が燃料電池の放熱熱源等
であってもよいことは明らかである。
【0043】
【発明の効果】本発明では、タンク本体内に高温水と低
温水の混合を防止する仕切体を備え、この仕切体がタン
ク本体の内壁と該仕切体との隙間を塞ぐシール材を備え
たため、高温水と低温水の混合が防止される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による貯湯タンク及び貯湯システムの一
実施形態を示す回路図である。
【図2】貯湯タンクの断面図である。
【図3】仕切体の断面図である。
【符号の説明】
1 圧縮機 3 ガスクーラ 5 減圧装置(弁装置) 7 蒸発器 11 貯湯タンク 11A タンク本体 21 仕切体 23 シール材 25 一方向弁

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 タンク本体内に高温水と低温水とを共存
    させて貯える貯湯タンクにおいて、タンク本体内に高温
    水と低温水の混合を防止する仕切体を備え、この仕切体
    がタンク本体の内壁と該仕切体との隙間を塞ぐシール材
    を備えたことを特徴とする貯湯タンク。
  2. 【請求項2】 前記仕切体が所定温度以下の高温水を低
    温水側に導く手段を備えたことを特徴とする請求項1記
    載の貯湯タンク。
  3. 【請求項3】 前記仕切体の密度が水の密度とほぼ等し
    く設定されていることを特徴とする請求項1または2項
    記載の貯湯タンク。
  4. 【請求項4】 前記仕切体が断熱構造を有することを特
    徴とする請求項1ないし3のいずれか一項記載の貯湯タ
    ンク。
  5. 【請求項5】 前記タンク本体内に仕切体のストッパを
    設けたことを特徴とする請求項1ないし4のいずれか一
    項記載の貯湯タンク。
  6. 【請求項6】 前記ストッパが上部ストッパと下部スト
    ッパとで構成されることを特徴とする請求項5記載の貯
    湯タンク。
  7. 【請求項7】 水を加熱する熱交換器と、この熱交換器
    に供給する低温水と該熱交換器で加熱された高温水とを
    タンク本体内に共存させて貯える貯湯タンクとを備え、
    タンク本体内に高温水と低温水の混合を防止する仕切体
    を備え、この仕切体がタンク本体の内壁と該仕切体との
    隙間を塞ぐシール材を備えたことを特徴とする貯湯シス
    テム。
  8. 【請求項8】 前記仕切体が所定温度以下の高温水を低
    温水側に導く手段を備えたことを特徴とする請求項7記
    載の貯湯システム。
  9. 【請求項9】 前記仕切体の密度が水の密度とほぼ等し
    く設定されていることを特徴とする請求項7または8項
    記載の貯湯システム。
  10. 【請求項10】 前記仕切体が断熱構造を有することを
    特徴とする請求項7ないし9のいずれか一項記載の貯湯
    システム。
  11. 【請求項11】 前記タンク本体内に仕切体のストッパ
    を設けたことを特徴とする請求項7ないし10のいずれ
    か一項記載の貯湯システム。
  12. 【請求項12】 前記ストッパが上部ストッパと下部ス
    トッパとで構成されることを特徴とする請求項11記載
    の貯湯システム。
  13. 【請求項13】 前記熱交換器の熱源が冷凍サイクルの
    放熱熱源であることを特徴とする請求項7ないし12の
    いずれか一項記載の貯湯システム。
  14. 【請求項14】 前記熱交換器の熱源が燃料電池の放熱
    熱源であることを特徴とする請求項7ないし12のいず
    れか一項記載の貯湯システム。
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