JP2004286292A - Hot water supply device - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、給湯装置に関するもので、温水を用いた床暖房等の暖房及び台所や風呂に温水を供給する給湯を行う給湯装置に適用して有効である。
【0002】
【従来の技術】
従来の温水を用いた暖房システムは、貯湯タンクの上方側から高温の温水を取り出し、この高温の温水を熱源として暖房を行った後、温度の低下した温水を貯湯タンクの下方側に戻すとともに、貯湯タンク内の低温の温水、つまり貯湯タンクの下方側に溜まった温水を加熱することにより、再び高温の温水を生成している(例えば、特許文献1参照)。
【0003】
【特許文献1】
特開昭59−77233号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、貯湯タンクには、約80℃〜90℃程度の高温の温水が保温貯蔵されており、この高温の温水を用いて例えば床暖房を行うと、床暖房用熱交換器にて放熱を終えた戻り温水の温度は、約40℃〜50℃となり、この戻り水の温度は、通常、貯湯タンク内の低温の温水温度より高い。
【0005】
このため、ヒートポンプユニット等の加熱装置の加熱温度と加熱対象である温水との温度が小さくなり、加熱装置から温水に与えることができる熱量が減少してしまう。
【0006】
また、加熱装置としてヒートポンプ装置を用いると、図4からも明らかなように、ヒートポンプ装置の高圧側熱交換器から温水に与えることができる熱量が減少しても圧縮機の動力は同じであるため、ヒートポンプ装置の運転効率が低下してしまう。
【0007】
本発明は、上記点に鑑み、第1には、従来と異なる新規な給湯装置を提供し、第2には、給湯装置を効率よく運転することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、請求項1に記載の発明では、温水を保温貯蔵する貯湯タンク(10)と、加熱されて高温になった温水を貯湯タンク(10)に供給する温水生成手段(20)と、貯湯タンク(10)内の温水から熱の供給を受けて作動する第1受熱機器(30)と、第1受熱機器(30)にて熱を与えて温度が低下した温水から熱の供給を受けて作動する第2受熱機器(42)とを備えることを特徴とする。
【0009】
これにより、貯湯タンク(10)に戻る温水の温度を十分に低下させるることができるので、温水と温水生成手段(20)との温度差が小さくなってしまうことを防止でき、温水生成手段(20)から温水に与えることができる熱量が減少してしまうことを防止できる。
【0010】
請求項2に記載の発明では、貯湯タンク(10)及び第1、2受熱機器(30、42)を繋ぐ温水回路は閉回路であり、かつ、この閉回路に封入された温水は防錆作用を有する流体であることを特徴とするものである。
【0011】
請求項3に記載の発明では、温水生成手段(20)は、貯湯タンク(10)内の温水のうち下方側に位置する低温の温水を加熱し、加熱されて高温になった温水を貯湯タンク(10)の上方側に戻し、第1、2受熱機器(30、42)のうち少なくとも一方の受熱機器に熱を与えて温度が低下した戻り温水の温度が、低温の温水の温度より高いときに、貯湯タンク(10)内のうち戻り温水の温度と略等しい温度の温水が溜まっている温度層に戻り温水を戻す温水戻し手段(51、52、61、62)を備えることを特徴とする。
【0012】
これにより、貯湯タンク(10)の下方側に溜まった低温の温水と温水生成手段(20)との温度差が小さくなってしまうことを確実に防止できるので、温水生成手段(20)から温水に与えることができる熱量が減少してしまうことを防止できる。
【0013】
因みに、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【0014】
【発明の実施の形態】
(第1実施形態)
本実施形態は、本発明に係る給湯装置を家庭用の給湯装置に用いたもので、図1は本実施形態に係る給湯装置の模式図である。
【0015】
この給湯装置は、温水を保温貯蔵する貯湯タンク10、貯湯タンク10内の温水のうち下方側に位置する低温の温水を加熱し、加熱されて高温になった温水を貯湯タンク10の上方側に戻す温水生成手段をなすヒートポンプユニット20、貯湯タンク10内の温水を熱源として室内の暖房を行う床暖房パネル30、及び貯湯タンク10内の温水を熱源として給湯水を加熱する給湯用の第1、2熱交換器41、42等からなるものである。
【0016】
そして、貯湯タンク10、床暖房パネル30及び第2給湯用熱交換器42を繋ぐ温水回路L1、及び貯湯タンク10及び第1給湯用熱交換器41を繋ぐ温水回路L2は、共に温水を他から供給されることなく温水が何度も循環する閉回路となっており、かつ、これらの閉回路L1、L2には、防錆作用を有する流体が所定量封入されている。
【0017】
なお、本実施形態では、防錆作用を有する流体、つまり温水としてエチレングリコール系の不凍液が混入された水を採用している。
【0018】
また、床暖房パネル30は、貯湯タンク10の上方側から取り出された下方側に位置する温水より温度の高い高温水にて床を加熱することにより室内の暖房を行う第1受熱機器であり、第2給湯用熱交換器42は、床暖房パネル30にて熱を与えて温度が低下した温水から熱の供給を受けて給湯水を加熱する第2受熱機器であり、第1給湯用熱交換器41は、貯湯タンク10の上方側から取り出された高温水から熱の供給を受けて給湯水を加熱する熱交換器である。
【0019】
なお、ポンプ11〜13は温水を循環させるもので、第1、2熱交換器41、42では、温水と給湯水とが対向流れで熱交換される。
【0020】
また、ヒートポンプユニット20は、冷媒を吸入圧縮する圧縮機21、圧縮機21から吐出した高温の冷媒と給湯用の温水とを熱交換する高圧側熱交換器22、高圧側熱交換器22から流出した冷媒を減圧する減圧器23、及び減圧された低温の冷媒と外気とを熱交換する低圧側熱交換器24を有し、低温側の熱を高温側に移動させる周知の蒸気圧縮式ヒートポンプ装置である。なお、高圧側熱交換器22は、ポンプ25により冷媒流れと温水流れとが対向流れとなるように構成されている。
【0021】
なお、本実施形態では、冷媒として二酸化炭素を用いて高圧側冷媒圧力を冷媒の臨界圧力以上まで上昇させるとともに、かつ、減圧器23は高圧側熱交換器22を流出した冷媒温度に基づいてヒートポンプユニット20の成績係数が所定値以上となるようにその開度を調節して高圧側冷媒圧力を制御している。
【0022】
また、圧縮機21の回転数は、高圧側熱交換器22にて所望の熱量が発生するように制御される。具体的には、低圧側熱交換器24から吸熱できる熱量が小さいときには回転数を上昇させ、吸熱できる熱量が大きいときには回転数を低下させる。
【0023】
さらに、本実施形態では、高圧側熱交換器22に流入する冷媒の温度を80℃〜90℃以上とするとともに、高圧側熱交換器22と貯湯タンク10との間で温水を循環させるポンプ13の回転数、つまり高圧側熱交換器22と貯湯タンク10との間で循環させる温水流量を制御することにより、80℃〜90℃以上の高温の温水が貯湯タンク10の上部に供給されるようにしている。
【0024】
また、第1バルブ51は第1給湯用熱交換器41から流出する戻り温水を、貯湯タンク21内のうち中間温度相当の温水が溜まっている中間高さ部に戻す場合と、低温水が溜まった貯湯タンク10の下方側に戻す場合とを切り替える弁手段である。
【0025】
温度センサ61は第1給湯用熱交換器41から流出する戻り温水の温度を検出する温度検出手段であり、第1バルブ51は温度センサ61の検出温度に基づいて制御される。
【0026】
また、第2バルブ52は床暖房パネル30から流出する戻り温水を、貯湯タンク21内のうち中間温度相当の温水が溜まっている中間高さ部に戻す場合と、低温水が溜まった貯湯タンク10の下方側に戻す場合とを切り替える弁手段である。
【0027】
温度センサ62は床暖房パネル30から流出する戻り温水の温度を検出する温度検出手段であり、第2バルブ52は温度センサ62の検出温度に基づいて制御される。
【0028】
なお、本実施形態では、第1、2バルブ51、52及び温度センサ61、62等が特許請求の範囲に記載された「温水戻し手段」に相当する。
【0029】
因みに、両戻り水が戻る貯湯タンク10の位置は、戻り温水の温度と略等しい温度の温水が溜まっている温度層に対応する位置であり、本実施形態では、予め試験により確認された位置に戻すように、その予め戻り位置が固定されているが、本実施形態は、これに限定されるものではなく、例えば特願2001−389310号出願のごとく、複数箇所の戻り位置を予め設定しておき、戻り温水の温度に応じて実際に戻す戻し位置を変更してもよい。
【0030】
次に、本実施形態に係る給湯装置の特徴的作動及びその効果を述べる。
【0031】
1.床暖房のみを行う場合
ポンプ12を停止した状態でポンプ11を稼動させて床暖房パネル30に高温(例えば、90℃)の温水を供給するとともに、床暖房パネル30にて放熱を終えて温度が低下した戻り温水の温度が、貯湯タンク10下方側に溜まった低温水の温度より高いとき、又は所定温度より高いには、第2バルブ52を開いて、貯湯タンク10内のうち戻り温水の温度と略等しい温度の温水が溜まっている中間温度層に戻り温水を戻す。
【0032】
逆に、低下した戻り温水の温度が、貯湯タンク10下方側に溜まった低温水の温度以下のとき、又は所定温度以下のときには、第2バルブ52を閉じて戻り温水を低温水が溜まった貯湯タンク10の下方側に戻す。
【0033】
これにより、貯湯タンク10下方側の低温水をヒートポンプユニット20(高圧側熱交換器22)にて低温水を加熱する際に、低温水と高温冷媒との温度差が小さくなってしまうことを防止できるので、ヒートポンプユニット20から温水に与えることができる熱量が減少してしまうことを防止でき、ヒートポンプユニット20、つまり給湯装置を効率よく運転することができる。
【0034】
2.床暖房を行いながら給湯を行う場合
2.1 第1モード
ポンプ11を稼動させて床暖房パネル30に高温の温水を供給するとともに、床暖房パネル30から流出する温水を第2給湯用熱交換器42に循環させて給湯水を加熱する。
【0035】
このとき、床暖房パネル30に供給する温水温度が例えば約90℃であるとすると、床暖房パネル30から流出して第2給湯用熱交換器42に流入する温水の温度は約50℃となるので、この50℃の温水にて給湯水を加熱すれば、約40℃〜50℃の給湯水を供給することができる。
【0036】
したがって、第2給湯用熱交換器42にて放熱を終えて温度が低下した戻り温水の温度は、第2給湯用熱交換器42に供給される水道水の温度、つまり加熱される前の温度(例えば、9℃〜17℃)程度まで低下するので、第2給湯用熱交換器42から流出する戻り温水を貯湯タンク10の下方側に戻しても、貯湯タンク10下方側の低温水の温度が上昇してしまうことを防止できる。
【0037】
延いては、貯湯タンク10下方側の低温水をヒートポンプユニット20(高圧側熱交換器22)にて低温水を加熱する際に、低温水と高温冷媒との温度差が小さくなってしまうことを防止できるので、ヒートポンプユニット20から温水に与えることができる熱量が減少してしまうことを防止でき、ヒートポンプユニット20、つまり給湯装置を効率よく運転することができる。
【0038】
2.2 第2モード
ところで、最終的にユーザに供給される給湯水の温度は、混合栓により冷水(水道水)と加熱された給湯水との混合比率を調節するにより決定され、かつ、混合栓に供給される給湯水の温度は、給湯装置から供給される高温の給湯水の流量を調節することにより、例えば所定温度に維持される。
【0039】
しかし、給湯水の流量を小さくしてもユーザが求める給湯温度を得ることができないとき、又は第2給湯用熱交換器42から流出する給湯水の温度が所定温度以下のときには、ポンプ12を稼動させて第2給湯用熱交換器42から流出した給湯水を第1給湯用熱交換器41にて更に加熱してユーザが求める給湯温度の給湯水を供給する。
【0040】
因みに、ポンプ12は、温度センサ63により検出された給湯水の温度がユーザが求める給湯温度又は所定温度となるように第1給湯用熱交換器41に供給する高温水、つまり貯湯タンク10の上方側から第1給湯用熱交換器41に供給する温水の流量を調節する。
【0041】
このとき、第1給湯用熱交換器41にて放熱を終えて温度が低下した戻り温水の温度が、貯湯タンク10下方側に溜まった低温水の温度より高いとき、又は所定温度より高いには、第1バルブ51を開いて、貯湯タンク10内のうち戻り温水の温度と略等しい温度の温水が溜まっている中間温度層に戻り温水を戻す。
【0042】
逆に、低下した戻り温水の温度が、貯湯タンク10下方側に溜まった低温水の温度以下のとき、又は所定温度以下のときには、第1バルブ51を閉じて戻り温水を低温水が溜まった貯湯タンク10の下方側に戻す。
【0043】
3.給湯のみ行う場合
ポンプ11を停止した状態でポンプ12を稼動させて第2給湯用熱交換器42から流出した給湯水を第1給湯用熱交換器41にて加熱してユーザが求める給湯温度の給湯水を供給する。
【0044】
なお、ポンプ12及び第1バルブ51の制御は、床暖房を行いながら給湯を行う場合の第2モードと同じである。
【0045】
(第2実施形態)
本実施形態は、図2に示すように、温度センサ62を廃止し、床暖房のみを行う場合には、床暖房パネル30から流出する戻り温水の温度によらず、床暖房パネル30から流出する戻り温水を中間温度層に戻り温水を戻すものである。
【0046】
(第3実施形態)
本実施形態は、図3に示すように、温度センサ61を廃止し、第1給湯用熱交換器41にて給湯水を加熱する場合には、第1給湯用熱交換器41から流出する戻り温水の温度によらず、床暖房パネル30から流出する戻り温水を中間温度層に戻り温水を戻すものである。
【0047】
(第4実施形態)
本実施形態は、図5に示すように第1給湯用熱交換器41と第2給湯用熱交換器42を並列に配置し、ユーザが求める給水温度をコントロールするものである。
【0048】
(その他の実施形態)
上述の実施形態では、貯湯タンク10内の温水から熱の供給を受けて作動する受熱機器として床暖房パネル30を例に本発明を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、受熱機器として浴槽内の温水の保温、追い炊きや浴室乾燥機等としてもよく、その用途は限定されるものではない。
【0049】
また、上述の実施形態では、温水生成手段としてヒートポンプユニット20を用いたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えばシーズヒータや燃焼器等を温水生成手段として採用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態に係る給湯装置の模式図である。
【図2】本発明の第2実施形態に係る給湯装置の模式図である。
【図3】本発明の第3実施形態に係る給湯装置の模式図である。
【図4】ヒートポンプ装置のp−h線図である。
【図5】本発明の第5実施形態に係る給湯装置の模式図である。
【符号の説明】
10…貯湯タンク1、20…ヒートポンプユニット、
30…床暖房パネル、41…第1給湯用熱交換器、
42…第2給湯用熱交換器。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a hot water supply device, and is effective when applied to a hot water supply device that performs heating such as floor heating using hot water and hot water for supplying hot water to a kitchen or bath.
[0002]
[Prior art]
A conventional heating system using hot water takes out high-temperature hot water from the upper side of the hot water storage tank, performs heating using the high-temperature hot water as a heat source, and then returns the low-temperature hot water to the lower side of the hot water storage tank, By heating the low-temperature hot water in the hot-water storage tank, that is, the hot water collected on the lower side of the hot-water storage tank, high-temperature hot water is generated again (for example, see Patent Document 1).
[0003]
[Patent Document 1]
JP-A-59-77233
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the hot water storage tank, high-temperature hot water of about 80 ° C. to 90 ° C. is insulated and stored. When, for example, floor heating is performed using this high-temperature hot water, heat release is finished by the floor heating heat exchanger. The temperature of the returned hot water is about 40 ° C. to 50 ° C., and the temperature of the returned water is usually higher than the low-temperature hot water in the hot water storage tank.
[0005]
For this reason, the heating temperature of the heating device such as a heat pump unit and the temperature of the hot water to be heated become small, and the amount of heat that can be given to the hot water from the heating device decreases.
[0006]
When a heat pump device is used as the heating device, as is clear from FIG. 4, even if the amount of heat that can be given to the hot water from the high-pressure side heat exchanger of the heat pump device decreases, the power of the compressor is the same. As a result, the operation efficiency of the heat pump device is reduced.
[0007]
In view of the above points, the present invention firstly provides a novel hot water supply device different from the conventional one, and secondly, aims to operate the hot water supply device efficiently.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, a hot water storage tank (10) for keeping hot water warmly stored and hot water heated to a high temperature are supplied to the hot water storage tank (10). Hot water generating means (20), a first heat receiving device (30) that operates by receiving heat from hot water in a hot water storage tank (10), and heat is applied by the first heat receiving device (30) to lower the temperature. A second heat receiving device (42) that operates by receiving heat supplied from the heated water.
[0009]
Thus, the temperature of the hot water returning to the hot water storage tank (10) can be sufficiently reduced, so that the temperature difference between the hot water and the hot water generating means (20) can be prevented from becoming small, and the hot water generating means ( 20) It is possible to prevent the amount of heat that can be given to warm water from decreasing.
[0010]
According to the second aspect of the present invention, the hot water circuit connecting the hot water storage tank (10) and the first and second heat receiving devices (30, 42) is a closed circuit, and the hot water sealed in the closed circuit has a rust-preventive action. Wherein the fluid has the following characteristics.
[0011]
According to the third aspect of the present invention, the hot water generating means (20) heats the low-temperature hot water located on the lower side of the hot water in the hot water storage tank (10), and stores the hot water heated to a high temperature in the hot water storage tank. Returning to the upper side of (10), when the temperature of the returned hot water whose temperature has been reduced by applying heat to at least one of the first and second heat receiving devices (30, 42) is higher than the temperature of the low-temperature hot water And hot water returning means (51, 52, 61, 62) for returning hot water to a temperature layer in which hot water having a temperature substantially equal to the temperature of the returned hot water in the hot water storage tank (10) is stored. .
[0012]
This can reliably prevent the temperature difference between the low-temperature hot water stored in the lower side of the hot-water storage tank (10) and the hot water generating means (20) from being reduced, so that the hot water generating means (20) switches to the hot water. The amount of heat that can be given can be prevented from decreasing.
[0013]
Incidentally, reference numerals in parentheses of the above-mentioned units are examples showing the correspondence with specific units described in the embodiments described later.
[0014]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
(1st Embodiment)
In the present embodiment, the hot water supply apparatus according to the present invention is used for a domestic hot water supply apparatus, and FIG. 1 is a schematic diagram of the hot water supply apparatus according to the present embodiment.
[0015]
This hot water supply device is configured to heat a hot
[0016]
The hot water circuit L1 connecting the hot
[0017]
In the present embodiment, a fluid having an antirust effect, that is, water mixed with an ethylene glycol-based antifreeze is used as warm water.
[0018]
The
[0019]
In addition, the
[0020]
The
[0021]
In the present embodiment, the pressure of the high-pressure side refrigerant is increased to the critical pressure of the refrigerant or higher using carbon dioxide as the refrigerant, and the
[0022]
Further, the rotation speed of the
[0023]
Further, in the present embodiment, the temperature of the refrigerant flowing into the high-pressure
[0024]
The
[0025]
The
[0026]
The
[0027]
The
[0028]
In the present embodiment, the first and
[0029]
Incidentally, the position of the hot
[0030]
Next, the characteristic operation of the hot water supply apparatus according to the present embodiment and the effects thereof will be described.
[0031]
1. When only the floor heating is performed, the
[0032]
Conversely, when the lowered temperature of the returned hot water is equal to or lower than the temperature of the low-temperature water stored below the hot-
[0033]
This prevents the temperature difference between the low-temperature water and the high-temperature refrigerant from being reduced when the low-temperature water on the lower side of the hot
[0034]
2. When hot water is supplied while floor heating is performed 2.1 The
[0035]
At this time, if the temperature of the hot water supplied to the
[0036]
Therefore, the temperature of the return hot water whose temperature has been reduced after the heat radiation in the second hot water
[0037]
As a result, when the low-temperature water on the lower side of the hot-
[0038]
2.2 Second Mode By the way, the temperature of the hot water finally supplied to the user is determined by adjusting the mixing ratio of the cold water (tap water) and the heated hot water by the mixing tap, and The temperature of the hot water supplied to the tap is maintained, for example, at a predetermined temperature by adjusting the flow rate of the high-temperature hot water supplied from the water heater.
[0039]
However, when the hot water supply temperature desired by the user cannot be obtained even when the flow rate of the hot water is reduced, or when the temperature of the hot water flowing out of the second hot water
[0040]
By the way, the
[0041]
At this time, when the temperature of the return hot water whose temperature has been reduced after the heat release in the first hot water
[0042]
Conversely, when the lowered temperature of the returned hot water is equal to or lower than the temperature of the low-temperature water stored below the hot-
[0043]
3. When only hot water supply is performed, the
[0044]
The control of the
[0045]
(2nd Embodiment)
In the present embodiment, as shown in FIG. 2, when the
[0046]
(Third embodiment)
In the present embodiment, as shown in FIG. 3, when the
[0047]
(Fourth embodiment)
In this embodiment, as shown in FIG. 5, a first hot water
[0048]
(Other embodiments)
In the above-described embodiment, the present invention has been described by taking the
[0049]
Further, in the above-described embodiment, the
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram of a hot water supply apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram of a water heater according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a schematic diagram of a hot water supply apparatus according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a ph diagram of the heat pump device.
FIG. 5 is a schematic diagram of a hot water supply apparatus according to a fifth embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
10 hot
30: floor heating panel, 41: heat exchanger for the first hot water supply,
42 ... second heat exchanger for hot water supply.
Claims (3)
加熱されて高温になった温水を前記貯湯タンク(10)に供給する温水生成手段(20)と、
前記貯湯タンク(10)内の温水から熱の供給を受けて作動する第1受熱機器(30)と、
前記第1受熱機器(30)にて熱を与えて温度が低下した温水から熱の供給を受けて作動する第2受熱機器(42)とを備えることを特徴とする給湯装置。A hot water storage tank (10) for keeping hot water warm;
Hot water generating means (20) for supplying hot water heated to a high temperature to the hot water storage tank (10);
A first heat receiving device (30) that operates by receiving heat from hot water in the hot water storage tank (10);
A hot water supply apparatus comprising: a second heat receiving device (42) that operates by receiving heat supplied from hot water whose temperature has been reduced by applying heat in the first heat receiving device (30).
前記第1、2受熱機器(30、42)のうち少なくとも一方の受熱機器に熱を与えて温度が低下した戻り温水の温度が、前記低温の温水の温度より高いときに、前記貯湯タンク(10)内のうち前記戻り温水の温度と略等しい温度の温水が溜まっている温度層に前記戻り温水を戻す温水戻し手段(51、52、61、62)を備えることを特徴とする請求項1又は2に給湯装置。The hot water generating means (20) heats low-temperature hot water located on the lower side of the hot water in the hot water storage tank (10), and supplies the heated hot water to the upper side of the hot water storage tank (10). Back to
When the temperature of the return hot water whose temperature has been reduced by applying heat to at least one of the first and second heat receiving devices (30, 42) is higher than the temperature of the low-temperature hot water, the hot water storage tank (10 3. The method according to claim 1, further comprising hot water return means (51, 52, 61, 62) for returning the return hot water to a temperature layer in which hot water having a temperature substantially equal to the temperature of the return hot water is stored. 2. Hot water supply device.
Priority Applications (1)
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