JP2005114332A - Energy-saving type electric hot-water supply facility - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は電気給湯器に関し、とくに、省エネ型電気給湯設備に関する。 The present invention relates to an electric water heater, and more particularly, to an energy-saving electric water heater.
米国特許第5442157号には貯湯タンクの中間部において、上下領域にそれぞれ電気ヒータを配置し、給水管を水面近くに開口させ、給湯管を貯湯タンクの下方に開口するように配置された電気給湯設備が開示されている。 In US Pat. No. 5,442,157, an electric heater is arranged in the upper and lower regions in the middle of the hot water storage tank, the water supply pipe is opened near the water surface, and the hot water supply pipe is opened below the hot water storage tank. Equipment is disclosed.
特開平09−280655号には貯湯タンクの下部に分離板を配置して貯湯タンクの下方に下部加熱部を形成し、該加熱部内にヒータを収納し、該分離板から貯湯タンクの上方にかけて延びる導湯管を配置し、該導湯管の下端部に開閉弁を設置し、前記下部加熱部の給水が高温の湯になると、開閉弁を開放して湯を前記導湯管を介して前記貯湯タンクの上部にガイドするような構成を備えた即熱式電気温水器が開示されている。 In Japanese Patent Application Laid-Open No. 09-280655, a separator plate is disposed below the hot water storage tank, a lower heating part is formed below the hot water storage tank, a heater is accommodated in the heating part, and extends from the separator plate to above the hot water storage tank. A hot water guide pipe is arranged, an on-off valve is installed at the lower end of the hot water guide pipe, and when the water supply to the lower heating section becomes hot hot water, the on-off valve is opened to supply hot water through the hot water guide pipe. An immediate heating type electric water heater having a structure for guiding the hot water storage tank to the upper part is disclosed.
米国特許第5442157号の電気給湯設備では、給水管から供給された冷水が貯湯タンク上部の高温の湯と直接混合されると共に、上部電気ヒータ近辺に導入されるため、電気ヒータの加熱エネルギーは直接冷水に吸収されて冷水の温度がなかなか上昇しない。また、上部電気ヒータで充分に加熱され得なかった給水は低温のままで貯湯タンクの下方に移動する。そのため、低温の給水は下方の電気ヒータの下部領域に達してその領域の温水の温度を低下させる。従って、アウトレットから給湯するまでには長時間がかかっていた。この問題を解決しようとすると、電力消費が大きくなり、低コストで湯を生成することは困難であった。さらに、この電気給湯設備を屋内設置型給湯器として利用した場合、貯湯タンクの膨張水や蒸気が圧力逃がし弁から外部に吹き出して床面に落下してしまう。膨張水は高温のため、利用者にとって極めて危険であり、取り扱いに不便が生じていた。 In the electric hot water supply apparatus of US Pat. No. 5,442,157, the cold water supplied from the water supply pipe is directly mixed with the hot water in the upper part of the hot water storage tank and is introduced in the vicinity of the upper electric heater. It is absorbed by cold water and the temperature of the cold water does not rise easily. Further, the water supply that could not be sufficiently heated by the upper electric heater moves below the hot water storage tank at a low temperature. Therefore, the low temperature water supply reaches the lower region of the lower electric heater and lowers the temperature of the hot water in that region. Therefore, it took a long time to supply hot water from the outlet. If it is going to solve this problem, power consumption will become large and it was difficult to produce hot water at low cost. Furthermore, when this electric water heater is used as an indoor water heater, the expansion water or steam in the hot water storage tank is blown out from the pressure relief valve and falls to the floor. The expanded water is extremely dangerous for the user because of the high temperature, and inconvenience occurs in handling.
特開平09−280655号の即熱式電気温水器では、給水管から供給された新鮮な冷水が下部加熱部内に直接流入して内部の湯の温度を低下させる構造となっている。下部加熱部内では高温の湯が生成されたときに、開閉弁を開放して、該湯を貯湯タンク上部へ供給しているが、下部加熱部内で冷水が加熱ヒータと接触しているため、開閉弁が開放されるまでの加熱時間が長くなって、給湯管がある貯湯タンク上部には湯が比較的長い時間供給されない。したがって、貯湯タンクの上部から給湯を介しするまでの加熱時間が極めて長くなり、一度湯を使い切った後に、湯を沸かして取り出すまでの待機時間が1時間近くに達して、極めて長いという問題があった。従って、一度湯を使い切った後に、湯を沸かして取り出すまでに電気ヒータに連続的に大電流を流すために、大量の電力を消費することになり、地球温暖化対策の観点から、早急な省エネ対策が望まれていた。さらに、前記電気温水器は構造が複雑で部品点数が多く、製造コストも必然的に高いという欠点があった。また、貯湯タンクで生じる膨張水の安全対策が施されていないため、不具合があった。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 09-280655 has a structure in which fresh cold water supplied from a water supply pipe flows directly into a lower heating portion to lower the temperature of hot water inside. When hot water is generated in the lower heating part, the on-off valve is opened to supply the hot water to the upper part of the hot water storage tank, but the cold water is in contact with the heater in the lower heating part. The heating time until the valve is opened becomes long, and hot water is not supplied to the upper part of the hot water storage tank having the hot water supply pipe for a relatively long time. Therefore, the heating time from the upper part of the hot water storage tank to passing through the hot water supply becomes extremely long, and the waiting time until the hot water is boiled and taken out after reaching the end of the hot water reaches almost one hour, which is very long. It was. Therefore, a large amount of power is consumed in order to continuously flow a large current through the electric heater before the hot water is boiled and taken out after the hot water has been used up. A countermeasure was desired. Further, the electric water heater has a drawback that the structure is complicated, the number of parts is large, and the manufacturing cost is inevitably high. Moreover, there was a problem because safety measures for the expansion water generated in the hot water storage tank were not taken.
本発明は上記問題点を解消して、構造が簡単で、低コストであり、しかも、極めて低消費電力で安全に給湯することが可能な省エネ型電気給湯設備を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to solve the above-described problems, and to provide an energy-saving electric hot water supply facility that is simple in structure, low in cost, and can supply hot water safely with extremely low power consumption.
請求項1記載の本発明は、省エネ型電気給湯設備が給水管及び給湯管を有する貯湯タンクと、前記貯湯タンク内の第1領域に配置されて予混合温水から膨張水を生成する膨張水生成部と、前記貯湯タンクの第2領域に配置されて予熱水と膨張水とを予混合して前記予混合温水を生成する予混合温水生成部と、前記貯湯タンクの第3領域に配置されて前記膨張水生成部と前記予混合温水生成部の外壁により給水から前記予熱水を生成する予熱水生成部と、前記膨張水を前記予混合温水生成部に供給する膨張水供給管路と、前記予混合温水生成部から前記予混合温水を前記膨張水生成部に循環させる予混合温水循環路と、前記予熱水生成部から前記予熱水を前記予混合温水生成部に導入させる予熱水導入管路とを備える。 According to the first aspect of the present invention, there is provided a hot water storage tank in which an energy-saving electric hot water supply facility has a water supply pipe and a hot water supply pipe, and expansion water generation that generates expansion water from premixed hot water disposed in a first region in the hot water storage tank. Disposed in the second region of the hot water storage tank, premixed hot water generating portion for premixing preheated water and expansion water to generate the premixed hot water, and disposed in the third region of the hot water storage tank. A preheated water generating unit that generates the preheated water from feed water by an outer wall of the expanded water generating unit and the premixed hot water generating unit, an expanded water supply pipe that supplies the expanded water to the premixed hot water generating unit, and A premixed hot water circulation path for circulating the premixed hot water from the premixed hot water generating section to the expansion water generating section, and a preheated water introduction pipe for introducing the preheated water from the preheated water generating section to the premixed hot water generating section With.
請求項2記載の発明は、請求項1において、前記膨張水生成部の外壁が赤外線輻射体から構成され、前記膨張水生成部に内蔵された遠赤外線ヒータを備える。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the outer wall of the expansion water generation unit is configured by an infrared radiator, and includes a far infrared heater built in the expansion water generation unit.
請求項3記載の発明は、省エネ型電気給湯設備が給水管及び給湯管を有する貯湯タンクと、前記貯湯タンク内の第1領域に配置されて予混合温水から膨張水を生成する液層及び膨張水の生成時に蒸気により圧力が上昇する空気層とからなる膨張水生成部と、前記貯湯タンクの第2領域に配置されて予熱水と膨張水とを予混合して前記予混合温水を生成する予混合温水生成部と、前記貯湯タンクの第3領域に配置されて前記膨張水生成部と前記予混合温水生成部の外壁により給水から前記予熱水を生成する予熱水生成部と、前記蒸気を前記予混合温水生成部に供給する蒸気供給管路と、前記予混合温水生成部から前記予混合温水を前記膨張水生成部に循環させる予混合温水循環路と、前記予熱水生成部から前記予熱水を前記予混合温水生成部に導入させる予熱水導入管路とを備える。 According to a third aspect of the present invention, there is provided a hot water storage tank in which an energy-saving electric hot water supply facility has a water supply pipe and a hot water supply pipe, a liquid layer that is disposed in a first region in the hot water storage tank and generates expansion water from premixed hot water, and expansion The preheated water is generated by premixing the preheated water and the expansion water, which is disposed in the second region of the hot water storage tank, and is formed in the second region of the hot water storage tank. A premixed hot water generating unit, a preheated water generating unit that is disposed in a third region of the hot water storage tank and generates the preheated water from the supply water by an outer wall of the expanded water generating unit and the premixed hot water generating unit, and the steam A steam supply line for supplying to the premixed hot water generator, a premixed hot water circuit for circulating the premixed hot water from the premixed hot water generator to the expansion water generator, and the preheat from the preheated water generator Water into the premixed hot water generator And a preheating water inlet pipe to enter.
本発明の省エネ型電気給湯設備によれば、貯湯タンクに設けた膨張水生成部で膨張水を発生させるとともに、予熱水生成部で膨張水生成部の外壁で給水から予熱水を生成し、この膨張水を予混合温水生成部に供給して予熱水と混合して予混合温水を生成し、予混合温水と膨張水との比重差を利用して、予混合温水を予混合温水循環路を介して膨張水生成部に循環可能としたため、膨張水生成部には常に予混合温水が供給されて遠赤外線ヒータにより加熱されることとなり、急速に熱湯を生成することができる。なお、予混合温水生成部が予熱水生成部に配置されているため、貯湯タンク上部の給水は予混合温水生成部の外壁によっても加熱されることとなって、効率的に予熱水が生成される。従って、簡単な構造にて、少ない消費電力で、給湯することが可能となる。 According to the energy-saving electric hot water supply equipment of the present invention, the expansion water generating unit provided in the hot water storage tank generates expansion water, the preheating water generating unit generates preheating water from the water supply on the outer wall of the expansion water generating unit, The expanded water is supplied to the premixed warm water generator and mixed with the preheated water to generate the premixed warm water. Using the specific gravity difference between the premixed warm water and the expanded water, the premixed warm water is supplied to the premixed warm water circulation path. Therefore, the expanded water generator is always supplied with premixed hot water and heated by the far-infrared heater, so that hot water can be generated rapidly. In addition, since the premixed hot water generating unit is arranged in the preheated water generating unit, the water supply in the upper part of the hot water storage tank is also heated by the outer wall of the premixed hot water generating unit, so that the preheated water is efficiently generated. The Therefore, it is possible to supply hot water with a simple structure and low power consumption.
以下、本発明の省エネ型電気給湯設備の各実施形態につき、図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, each embodiment of the energy-saving electric hot water supply equipment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は本発明の第1実施形態の省エネ型電気給湯設備を示す。図1において、省エネ型電気給湯設備10は第1領域12A、第2領域12B及び第3領域12Cを有する貯湯タンク12を備える。給水管14は第3領域12Cの下部に開口し、給湯管16は第1領域12Aの上部に開口する。貯湯タンク12の第1領域12Aには赤外線輻射体からなる隔壁板(外壁)18によって密閉された膨張水生成部20が形成される。膨張水生成部20は高温部20A及び低温部20Bを有する。膨張水生成部20は貯湯タンク12の側壁部及び隔壁板18によって囲まれたものとして示されているが、隔壁板18を箱形に形成してその中に密閉するように膨張水生成部20を形成しても良い。貯湯タンク12の隔壁板18は赤外線輻射体としても機能し、後述の遠赤外線により加熱されて赤外線輻射エネルギーを放射して膨張水生成部20に接触している給水を加熱する。膨張水生成部20内には遠赤外線ヒータ22が収納され、コントローラ24によって電力の供給が制御される。遠赤外線ヒータ22はカーボンワイヤ発熱体と該カーボンワイヤ発熱体に被覆された石英ガラス被覆層等の絶縁体からなり、カーボンワイヤ発熱体の通電時に表面温度が500〜1200℃まで瞬時に上昇して、予混合温水から瞬時に膨張水を生成する。また、貯湯タンク12の第3領域12Cには予熱水生成部26が形成される。 FIG. 1 shows an energy-saving electric hot water supply system according to a first embodiment of the present invention. In FIG. 1, an energy saving electric hot
貯湯タンク12の第2領域12Bには予混合温水生成部28が配置され、予混合温水生成部28の外壁部は予熱水生成部26に露出していて予熱水を加温する。予混合温水生成部28は両端が閉塞された円筒状又は矩形状の予混合温水生成室30からなり、予混合温水生成室30は空気層30Aと液層30Bに分離される。予混合温水生成室30は予熱水導入管路32を備え、予熱水導入管路32の上端部及び下端部はそれぞれ、空気層30A並びに予熱水生成部26の上部に連通し、予熱水生成部26の予熱水を予混合温水生成室30内に導入する。さらに、予混合温水生成室30の空気層30Aには膨張水供給管路34の上端部が開放され、その下端部は膨張水生成部20の隔壁板18を介して高温部20Aに開口し、高温部20Aの膨張水を予混合温水生成室30に供給する。また、予混合温水生成室30の予混合温水を膨張水生成部20へ循環させるために、一端が予混合温水生成室30に開口し、他端が膨張水生成部20の低温部20Bに開口した予混合温水循環路36が配置される。なお、符号38は貯湯タンク12の水位が所定値以上に高くなるのを防止するために、上端が水位センサ40より若干高くなるように第2領域12Bに配置された溢水管である。 A premixed
貯湯タンク12の第1領域12Aの底部には温度センサ42が配置されていて膨張水生成部20の低温部20Bの膨張水の温度を検出する。さらに、貯湯タンク12の第3領域12Cの下部に温度センサ44が配置されていて予熱水の温度を検出する。これら温度センサ42,44の温度検出信号はコントローラ24に供給される。コントローラ24は、温度センサ42,44に対応した温度制御マップが収納されていて、例えば、設定温度が例えば、95℃に設定されていて、第2領域12B下部の予熱水の温度が設定温度(例えば、95℃)にまで上昇した時に遠赤外線ヒータ22への電力の供給を停止する。 A
次に、上記構成の省エネ型電気給湯設備の湯沸かし動作につき、説明する。先ず、給湯管16を開放した状態で、貯湯タンク12に給水管14から給水を開始する。このとき、予混合温水生成室30の上部近辺まで水位が上昇すると、給水の一部は予熱水導入管路32を経て予混合温水生成室30に流入し、予混合温水循環路36を介して膨張水生成部20に流入し、給湯管16から給水が出始めた段階で、給湯管16を閉塞する。次に、給水は水位センサ40の水位検出レベルまで上昇し、水位検出信号がコントローラ24に送出される。このとき、コントローラ24により、遠赤外線ヒータ22が通電して膨張水生成部20を加熱して膨張水を生成する。遠赤外線ヒータ22は500℃〜1000℃まで上昇するため、急速に一部蒸気が混入された高温の膨張水が生成される。この膨張水は膨張水供給管路34を介して、予混合温水生成部28に吹き出して液層30Bの予熱水と混合して予混合温水を生成する。この予混合温水の比重は膨張水の比重よりも重いため、予混合温水循環路36を介して、膨張水生成部20に循環され、再度、加熱されて膨張水として膨張水供給管路34を介して、予混合温水生成部28に供給される。これら一連の工程が繰り返されて予混合温水生成部28の予混合温水の温度が上昇する。この間に、予熱水生成部26の低域に存在する給水は膨張水生成部20の隔壁板18によっても赤外線で加熱され、また、予熱水生成部26の高域に存在する給水は予混合温水生成部28の外壁によっても加熱されて急速に予熱水が生成される。予熱水生成部26の低域の予熱水が設定温度(略95℃)の近傍(略94℃)まで上昇すると、コントローラ24によって遠赤外線ヒータ22の通電を停止する。温度センサ42は空焚き防止用のセンサとして機能し、膨張水生成部20の温度が異常に上昇したときに、コントローラ24を介して遠赤外線ヒータ22の通電を停止するものである。 Next, the water heating operation of the energy saving electric hot water supply apparatus having the above configuration will be described. First, water supply from the
次に、給湯動作につき説明する。蛇口を開けると、給湯管16から給湯され、水位センサ40から水位レベルの低下を示す検出信号がコントローラ24に出力され、給水管14の給水弁(図示せず)が開放されて貯湯タンク12内に給水される。この給水によって、予熱水生成部26の低域の予熱水が設定温度(略95℃)の近傍(略94℃)まで低下すると、コントローラ24によって給水を停止して、遠赤外線ヒータ22を通電する。このように、水位を徐々に上昇させながら、コントローラ24によって遠赤外線ヒータ22を通電しながら予熱水を所定温度範囲に保温する。給湯管16から給湯されるときに、予熱水生成部26の予熱水は予熱水導入管路32から予混合温水生成室30に導入され、そこで、高温の膨張水と混合されて予混合温水が生成される。この予混合温水は予混合温水循環路36を介して膨張水生成部20で再度、遠赤外線ヒータ22によって加温された後、給湯管16から外部へ給湯される。 Next, the hot water supply operation will be described. When the faucet is opened, hot water is supplied from the hot
図2は第2実施形態による省エネ型電気給湯設備50を示すもので、図1と同一部材には同一符号を付して、冗長な説明を省略する。第2実施形態の省エネ型電気給湯設備50では、膨張水生成部20には空気層20Cが形成される。この実施例では、空気層20Cの圧力が蒸気圧で上昇すると、蒸気が蒸気供給管路52を介して空気層20Cから予混合温水生成部28に供給されることにより、予混合温水が予混合温水生成部28から膨張水生成部20に循環される構造となっている。その他の構成は第1実施例と同一のため、詳細な説明は省略する。 FIG. 2 shows an energy-saving electric hot water supply facility 50 according to the second embodiment. The same members as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. In the energy saving electric hot water supply facility 50 of the second embodiment, an
上記実施形態において、膨張水生成部は貯湯タンクの側壁と隔壁板とにより構成されるものとして示したが、膨張水生成部は貯湯タンクから独立した構造として形成して予混合温水生成部と連結し、この独立ユニットを貯湯タンクに挿入配置しても良い。 In the above embodiment, the expansion water generating part is shown as being constituted by the side wall of the hot water storage tank and the partition plate, but the expansion water generating part is formed as a structure independent from the hot water storage tank and connected to the premixed hot water generating part. However, this independent unit may be inserted into the hot water storage tank.
以上の説明から明らかなように、本発明の省エネ型電気給湯設備によれば、貯湯タンクに設けた膨張水生成部の遠赤外線ヒータ500℃〜1000℃の高温で膨張水を発生させて、この膨張水を予混合温水生成部で予熱水と混合して予混合温水を生成し、この予混合温水を膨張水生成部に循環して再度、加熱したため、効率的に給水から熱湯を生成することできる。とくに、給湯時には予熱水生成部の予熱水を再度、予混合温水生成部で高温の膨張水と混合しながら予熱水よりも高温の予混合温水を生成し、この予混合温水を膨張水生成部に還流させるようにしたため、長時間にわたって給湯を継続することができる。従って、遠赤外線ヒータの電力容量を大幅に増加させることなく、簡単な構造にて、少ない電力消費で給湯することができる。従って、家庭や業務用給湯設備或いは殺菌用又は調理用熱水供給手段として、広範な適用が期待される。 As is clear from the above description, according to the energy-saving electric hot water supply equipment of the present invention, the expansion water is generated at a high temperature of the far infrared heater 500 ° C. to 1000 ° C. of the expansion water generator provided in the hot water storage tank. Expanded water is mixed with preheated water in the premixed hot water generating unit to generate premixed hot water, and this premixed hot water is circulated to the expanded water generating unit and heated again, so that hot water is efficiently generated from the feed water. it can. In particular, when hot water is supplied, the preheated water in the preheated water generation unit is mixed again with the high temperature expanded water in the premixed hot water generated unit, and the premixed hot water is generated at a temperature higher than the preheated water. Therefore, the hot water supply can be continued for a long time. Therefore, hot water can be supplied with a simple structure and with low power consumption without greatly increasing the power capacity of the far infrared heater. Therefore, it is expected to be widely applied as a hot water supply device for household or business use or a hot water supply device for sterilization or cooking.
12 貯湯タンク
14 給水管
16 給湯管
20 膨張水生成部
22 遠赤外線ヒータ
24 コントローラ
26 予熱水生成部
28 予混合温水生成部
32 予熱水導入管路
34 膨張水供給管路
36 予混合温水循環路
40 水位センサ
42,44 温度センサ
52 蒸気供給管路DESCRIPTION OF
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