JP2008196730A - Hot water supply device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、貯湯槽を有し、この貯湯槽内の湯の熱量を利用して風呂の追い焚きや床暖房などの機能を持つ給湯装置に関するものである。 The present invention relates to a hot water supply apparatus having a hot water storage tank and having functions such as reheating a bath and floor heating using the amount of heat of the hot water in the hot water storage tank.
従来、この種の給湯装置は、例えば図7のようなものがある。 Conventionally, there is a hot water supply apparatus of this type as shown in FIG.
図7に示すように、従来の給湯装置は、貯湯槽101と、この貯湯槽101の水を加熱するヒートポンプユニット102と、前記貯湯槽101上部に設けられた出湯口103と、前記貯湯槽101に貯えられた高温の湯を取り出し、その熱量を利用して浴槽104の湯を加熱するための熱交換器105と、給水口106およびヒートポンプ往き口107より上に設けられ、熱交換器105を通過した湯を貯湯槽101に戻す流入口108とから構成されている(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら、前記従来の構成では、流入口108から上側の水温は中温水と混合して温度が上昇してしまうことに変わりはなく、流入口108の位置が低いと低温に保たれる水の量は少ないので、ヒートポンプユニット102で沸き上げる際の効率向上の効果は少ない。一方、低温の水を確保するために流入口108を高い位置にすると、高温の湯が比較的多く残っているときには高温の湯の温度を低下させてしまうという課題があった。 However, in the above-described conventional configuration, the water temperature on the upper side from the inlet 108 is mixed with the medium-temperature water and the temperature rises, and the amount of water kept at a low temperature when the position of the inlet 108 is low. Therefore, the effect of improving the efficiency when boiling with the heat pump unit 102 is small. On the other hand, when the inlet 108 is set at a high position in order to secure low temperature water, there is a problem that the temperature of the high temperature hot water is lowered when a relatively large amount of high temperature hot water remains.
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、貯湯槽内の中温水の増大を最小限とし、沸き上げにおける効率を損なわない給湯装置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 conventional problems, and an object of the present invention is to provide a hot water supply apparatus that minimizes an increase in medium temperature water in a hot water storage tank and does not impair the efficiency in boiling.
前記従来の課題を解決するために、本発明の給湯装置は、貯湯槽と、前記貯湯槽の水を加熱する加熱手段と、前記貯湯槽内を第一の領域と第二の領域とに縦に仕切り、かつ上下が開放された隔壁と、前記貯湯槽上部に設けられた出湯口と、前記貯湯槽に貯えられた高温の湯を取り出し、その熱量を利用してするための熱利用手段と、前記熱利用手段から前記貯湯槽に熱利用後の湯を戻す前記貯湯槽の第二の領域に臨んで設けられた流入口とから構成したものである。 In order to solve the conventional problems, a hot water supply apparatus of the present invention includes a hot water storage tank, heating means for heating the water in the hot water storage tank, and a first area and a second area in the hot water tank. A partition wall that is partitioned into upper and lower sides, a hot water outlet provided at the upper part of the hot water storage tank, and a heat utilization means for taking out hot water stored in the hot water storage tank and using the amount of heat. And an inflow port provided facing the second region of the hot water tank for returning the hot water after heat utilization to the hot water tank from the heat utilization means.
これによって、流入口から流入した中温水は貯湯槽内の低温水と混合しつつ第二の領域にいったん留まるので、第一の領域内の低温水量は確保される。加熱手段による沸き上げが開始されると第二の領域の中温水は隔壁の下端から低流速の上昇水流となって貯湯槽の第一の領域を隔壁に沿って上方へ向かうので、貯湯槽下部の低温水との混合は少なく、貯湯槽全体として中温水の増加を最小限に抑えることが可能になる。 As a result, the medium-temperature water flowing in from the inflow port once stays in the second region while being mixed with the low-temperature water in the hot water storage tank, so that the amount of low-temperature water in the first region is ensured. When boiling by the heating means is started, the medium-temperature water in the second region becomes an ascending water flow from the lower end of the partition wall and moves upward along the partition wall in the first region of the hot water tank. Mixing with low-temperature water is small, and it becomes possible to minimize the increase in medium-temperature water as a whole hot water tank.
本発明の給湯装置は、熱利用手段から貯湯槽に戻る中温水を上下が開放された隔壁で縦に仕切られた貯湯槽内の第二の領域に流入させ、中温水の増大を第二の領域内に抑えることで第一の領域内の低温水を確保するとともに、加熱手段による沸き上げが開始されて第二の領域内の中温水が貯湯槽下部に下がってきた際には、隔壁の下端から第一の領域に移動する中温水が低流速の上昇水流を形成して混合による低温水の温度上昇を抑えるという作用を有するので、流入する中温水が貯湯槽下部にある低温水に対して及ぼす影響度合いを極力小さく抑え、加熱手段による沸き上げ時の効率を高く保つことができるという効果を有する。 In the hot water supply apparatus of the present invention, medium temperature water returning from the heat utilization means to the hot water storage tank is caused to flow into a second region in the hot water tank vertically partitioned by a partition wall whose upper and lower sides are opened to increase the increase in the intermediate temperature water. In addition to securing low temperature water in the first region by restraining in the region, when the boiling water by the heating means is started and the medium temperature water in the second region is lowered to the lower part of the hot water tank, Since the medium-temperature water moving from the lower end to the first region forms an ascending water flow with a low flow rate and suppresses the temperature rise of the low-temperature water due to mixing, the inflowing medium-temperature water is less Therefore, it is possible to keep the efficiency at the time of boiling by the heating means high.
第1の発明は、貯湯槽と、前記貯湯槽の水を加熱する加熱手段と、前記貯湯槽内を第一の領域と第二の領域とに縦に仕切り、かつ上下が開放された隔壁と、前記貯湯槽上部に設けられた出湯口と、前記貯湯槽に貯えられた高温の湯を取り出し、その熱量を利用するための熱利用手段と、前記熱利用手段から前記貯湯槽に熱利用後の湯を戻す前記貯湯槽の第二の領域に臨んで設けられた流入口とから構成するものである。 The first invention is a hot water storage tank, heating means for heating the water in the hot water storage tank, a partition wall that vertically partitions the hot water storage tank into a first area and a second area, and is open at the top and bottom. A hot water outlet provided at the upper part of the hot water storage tank, high temperature hot water stored in the hot water storage tank, heat utilization means for utilizing the amount of heat, and heat utilization from the heat utilization means to the hot water storage tank And an inflow port provided facing the second region of the hot water tank for returning the hot water.
この構成により、熱利用手段から貯湯槽に戻る中温水を貯湯槽内の第二の領域に流入させ、中温水の増大を第二の領域内に抑えることで第一の領域内の低温水を確保するとともに、加熱手段による沸き上げが開始されて第二の領域内の中温水が貯湯槽下部に下がってきた際には、隔壁の下端から第一の領域に移動する中温水が低流速の上昇水流を形成して混合による低温水の温度上昇を抑えるという作用を有するので、流入する中温水が貯湯槽下部にある低温水に対して及ぼす影響度合いを極力小さく抑え、加熱手段による沸き上げ時の効率を高く保つことが可能になる。 With this configuration, the medium temperature water returning from the heat utilization means to the hot water storage tank is caused to flow into the second area in the hot water storage tank, and the increase in the intermediate temperature water is suppressed in the second area, thereby reducing the low temperature water in the first area. In addition, when the heating by the heating means is started and the medium-temperature water in the second area is lowered to the lower part of the hot water storage tank, the medium-temperature water moving from the lower end of the partition wall to the first area has a low flow rate. Since it has the effect of suppressing the temperature rise of low-temperature water due to mixing by forming an ascending water flow, the degree of influence of the flowing medium-temperature water on the low-temperature water at the bottom of the hot water tank is suppressed as much as possible. It is possible to maintain high efficiency.
第2の発明は、特に、第1の発明の隔壁が断熱機能を有することにより、貯湯槽の第一の領域と第二の領域の間の熱交換を抑制するので、第二の領域に貯えてある中温水の熱が低温水に移動しにくく、第一の領域内の低温水の温度上昇を抑制できる。 In the second invention, in particular, since the partition wall of the first invention has a heat insulating function, heat exchange between the first region and the second region of the hot water tank is suppressed. It is difficult for the heat of the medium temperature water to move to the low temperature water, and the temperature rise of the low temperature water in the first region can be suppressed.
第3の発明は、特に、第1または第2の発明の加熱手段として、ヒートポンプサイクルを用いた構成とすることにより、沸き上げ前の水温が高くなるほど効率が低下するヒートポンプを用いた構成において、最も大きな効率低下抑制効果が得られる。 In a configuration using a heat pump in which the efficiency decreases as the water temperature before boiling increases, in particular, the third invention is a configuration using a heat pump cycle as the heating means of the first or second invention. The greatest efficiency reduction suppression effect is obtained.
第4の発明は、特に、第3の発明のヒートポンプサイクルを圧力が臨界圧力以上となる超臨界冷媒回路とし、前記臨界圧力以上に昇圧された冷媒により水を加熱する構成としたことにより、沸き上げ温度を高温にできるので、利用できる熱量の増大と湯切れ防止性を向上することができる。 In particular, the fourth invention is a supercritical refrigerant circuit in which the heat pump cycle of the third invention has a pressure equal to or higher than the critical pressure, and the water is heated by the refrigerant whose pressure is increased to the critical pressure or higher. Since the raising temperature can be increased, it is possible to increase the amount of heat that can be used and to prevent the hot water from running out.
第5の発明は、特に、第1〜第4の発明のいずれか1つの発明の給湯装置の貯湯槽の第二の領域に臨んで設けられた流入口より上方に第二の出湯口を設けた構成とすることにより、第二の領域内の中温水を優先的に給湯に利用し、第二の領域に貯えられる中温水を増やすことで、第一の領域内の低温水の確保がよりしやすくなる。 In the fifth invention, in particular, a second hot water outlet is provided above the inlet provided facing the second region of the hot water storage tank of the hot water supply device of any one of the first to fourth inventions. By using the medium temperature water in the second area preferentially for hot water supply and increasing the amount of medium temperature water stored in the second area, it is possible to secure low temperature water in the first area. It becomes easy to do.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
(実施の形態1)
図1および図2は本発明の第1の実施の形態における給湯装置の構成を示す図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited by this embodiment.
(Embodiment 1)
1 and 2 are diagrams showing the configuration of a hot water supply apparatus according to the first embodiment of the present invention.
図1に示すように、本発明の第1の実施の形態における給湯装置は、貯湯槽1と、この貯湯槽1の水を加熱する加熱手段としてのヒートポンプユニット2と、貯湯槽1内を第一の領域9と第二の領域10とに縦に仕切り、かつ上下が開放された隔壁11と、貯湯槽1上部に設けられた出湯口3と、前記貯湯槽1に貯えられた高温の湯を取り出し、その熱量を利用して浴槽4の湯を加熱するための熱利用手段としての熱交換器5と、この熱交換器5から貯湯槽1に熱交換後の湯を戻すように貯湯槽1の第二の領域10に臨んで設けられた流入口8を有する。
As shown in FIG. 1, a hot water supply apparatus according to a first embodiment of the present invention includes a
また、貯湯槽1には給水口6、沸き上げ時にヒートポンプユニット2に貯湯槽1内の湯を送り出すヒートポンプ往き口7、沸き上げた湯が戻るヒートポンプ戻り口12および給湯口13を設ける。
Further, the
さらに、ヒートポンプユニット2に貯湯槽1内の湯を循環させる沸き上げ用循環ポンプ14、風呂追い焚き時に貯湯槽1内の湯を循環させる風呂追い焚き用循環ポンプ15、浴槽4の湯を循環させる風呂水循環ポンプ16、給湯時に給湯口13からの湯と給水管17からの水を混合して所望の給湯設定温度の湯を給湯栓18に供給する混合弁19を設ける。
Furthermore, the
図2は貯湯槽1の構造を示す。図に示すように貯湯槽1は、隔壁11により縦に仕切られ、第一の領域9と第二の領域10が形成されている。隔壁11の上下は開放されており、第一の領域9と第二の領域10は上下で連通している。また、貯湯槽1の胴体には、隔壁11の下端よりやや上側であって第二の領域10に臨む位置に流入口8を設けている。さらに、第一の領域9は第二の領域10よりも容積を大きくしてある。
FIG. 2 shows the structure of the
以上のように構成された給湯装置について、以下その動作、作用を説明する。 About the hot water supply apparatus comprised as mentioned above, the operation | movement and an effect | action are demonstrated below.
沸き上げ動作を開始すると、沸き上げ用循環ポンプ14により貯湯槽1内の水がヒートポンプ往き口7からヒートポンプユニット2に送出され、そこで加熱されて高温の湯がヒートポンプ戻り口12から貯湯槽1に戻される。
When the boiling operation is started, the water in the
沸き上げが完了すると、貯湯槽1内は高温の湯で満たされる。その後、給湯利用されると、給湯口13から湯が供給され、混合弁19で給水管17からの水と混合し、所望の設定温度となって給湯栓18から給湯される。また同時に、給湯された湯量に応じて給水口6から貯湯槽1に給水される。
When boiling is completed, the
図3により、貯湯槽1内に蓄えられている湯水の温度分布を説明する。図3(a)は給湯利用された後の貯湯槽1内の温度分布を示しているが、上部に高温の湯が残り、下部には給湯時に給水口6から供給された低温水が満たされ、それらの中間に、熱伝導と熱対流によってつくられる高温水と低温水との中間の温度となる中温水が存在する。
The temperature distribution of the hot water stored in the
この状態で浴槽4(図示せず)の追い焚きを開始すると、風呂追い焚き用循環ポンプ15(図示せず)と風呂水循環ポンプ16(図示せず)が起動し、貯湯槽1上部の出湯口3から熱交換器5(図示せず)に高温水が送られ、浴槽4(図示せず)から送られてきた湯と熱交換して風呂水を加熱する。
When the reheating of the bathtub 4 (not shown) is started in this state, the bath recirculation pump 15 (not shown) and the bath water circulation pump 16 (not shown) are activated, and the hot water outlet at the upper part of the
熱交換器5(図示せず)を出た貯湯槽1からの湯は風呂水と同程度の中温水となって流入口8より貯湯槽1に戻り、概ね流入口より上側にある貯湯槽1の第二の領域10内の低温水と混合する。
Hot water from the
このときの状態を図3(b)に示しており、追い焚きに利用された分だけ高温水が減少して第一の領域9では低温水が増え、中温水の位置は上がる。第二の領域10は、隔壁11の上部が開放されているので第一の領域9と同じように高温水が減少するが、中温水の位置より下では流入口8からの中温水が低温水と混合し、もともとあった低温水と流入した中温水との間の温度の水となる。
The state at this time is shown in FIG. 3 (b). The amount of hot water decreases by the amount used for chasing, the amount of low-temperature water increases in the
なお、熱交換器5(図示せず)からの中温水が流入口8よりも上側の水と混合するのは、中温水の低温水に対する浮力の作用である。
In addition, it is the effect | action of the buoyancy with respect to the low temperature water of intermediate temperature water that the intermediate temperature water from the heat exchanger 5 (not shown) mixes with the water above the
次に、図3(b)の温度分布となった状態から再び沸き上げが開始された場合について図4を用いて説明する。 Next, the case where boiling is started again from the state of the temperature distribution of FIG. 3B will be described with reference to FIG.
図4(a)に示すように、ヒートポンプ往き口7から貯湯槽1下部の低温水がヒートポンプユニット2(図示せず)で加熱され、ヒートポンプ戻り口12を介して貯湯槽1上部に戻る。そのとき貯湯槽1内の湯が全体に押し下げられる結果、第二の領域10にある中温水もそれにつれて下がってくる。
As shown in FIG. 4A, the low temperature water in the lower part of the
その後、中温水が隔壁11の下端に達すると、第一の領域9内の低温水との密度差により、この中温水は矢印Aのように隔壁11の下端を回り込んで隔壁11に沿って同等の温度の中温水のところまで上昇する。この間、第二の領域10を出た中温水と第一の領域9内の低温水とは多少混合するが、この種の給湯装置における沸き上げ用循環ポンプ14(図示せず)の流量は通常比較的小さく、故に隔壁11の下端からの流速は非常に小さいので混合の度合いは少ない。
After that, when the medium temperature water reaches the lower end of the
その結果、図4(b)のように、第一の領域9の中温水は第二の領域10から流れ出た分増加するが、第一の領域9の低温水はほぼそのまま確保され、ヒートポンプ往き口7からヒートポンプユニット2(図示せず)に送られる中温水は少なく抑えられるので、効率の低い中温水の沸き上げ運転が回避できる。
As a result, as shown in FIG. 4B, the medium temperature water in the
以上のように、中温水の増大を第二の領域10内に抑えることで第一の領域9内の低温水を確保するとともに、ヒートポンプユニット2(図示せず)による沸き上げが開始されて第二の領域10内の中温水が貯湯槽1下部に下がってきた際には、隔壁11の下端から第一の領域9に移動する中温水が低流速の上昇水流を形成して混合による低温水の温度上昇を抑えるという作用を有するので、流入する中温水が貯湯槽1下部にある低温水に対して及ぼす影響度合いを極力小さく抑え、ヒートポンプユニット2(図示せず)による沸き上げ効率を高く保つことが可能になる。
As described above, low temperature water in the
なお、ヒートポンプユニット2(図示せず)の冷凍サイクルは冷媒として二酸化炭素を用い、臨界圧を越える圧力で運転することが好ましい。二酸化炭素を冷媒として用いることで沸き上げ温度を高温にできるので、利用できる熱量の増大と湯切れ防止性を向上することができる。
(実施の形態2)
図5は本発明の第2の実施の形態における給湯装置の構成を示す図である。
The refrigeration cycle of the heat pump unit 2 (not shown) preferably uses carbon dioxide as a refrigerant and is operated at a pressure exceeding the critical pressure. Since the boiling temperature can be increased by using carbon dioxide as a refrigerant, it is possible to increase the amount of heat that can be used and to prevent the hot water from running out.
(Embodiment 2)
FIG. 5 is a diagram showing the configuration of the hot water supply apparatus according to the second embodiment of the present invention.
図5において、第一の実施の形態と異なる点として、貯湯槽1の第二の領域10に臨んで流入口8より上方に第二の出湯口20を設け、さらに、隔壁11を、断熱性を有する発泡樹脂材料としている。また、給湯利用時に第二の出湯口20と給湯口13との二ヶ所からの湯を混合する第二の混合弁21を設けている。なお、第二の混合弁21の混合温度は、混合弁19による所望の給湯設定温度よりも高めに設定されている。
In FIG. 5, as a different point from the first embodiment, a second
以上のように構成された給湯装置について、以下、その動作、作用を説明する。 About the hot water supply apparatus comprised as mentioned above, the operation | movement and an effect | action are demonstrated below.
図6(a)は、風呂の追い焚きがおこなわれて第二の領域10に中温水が満たされた状態を示しているが、この状態から給湯要求があると、第二の出湯口20と給湯口13の両方からの湯を使って給湯される。
FIG. 6A shows a state where the bath is reheated and the
第二の混合弁21(図示せず)でその設定温度になった湯は、混合弁19(図示せず)で給水と混合されて所望の給湯設定温度になる。第二の出湯口20がない場合は、給湯口13からの給湯で貯湯槽1内の湯は温度分布を保ったまま一様に上に押し上げられるだけであるが、第二の出湯口20から湯を出すことによって、第二の領域10の中温水はより早く使われ、図4(b)に示すように、給水からの低温水で再び満たされる。したがって、再沸き上げ時に第一の実施の形態で説明した隔壁11下端からの中温水の上昇水流が起こる機会が減り、より低温水が確保されやすくなる。
The hot water that has reached the set temperature by the second mixing valve 21 (not shown) is mixed with the feed water by the mixing valve 19 (not shown) to reach a desired hot water supply set temperature. When there is no second
以上のように、本実施の形態においては、貯湯槽1の第二の領域10に貯えられた中温水をより早く給湯で使うことにより排出してしまって貯湯槽1下部の低温水を加熱する作用を抑えることで、沸き上げ運転における効率低下をより効果的に抑制することができる。
As described above, in the present embodiment, the medium temperature water stored in the
なお、本実施の形態においては、隔壁11は断熱性を持たせるために発泡樹脂材料の板としたが、金属板の間に空気層を設けて中空に構成したものなどでもよい。
In the present embodiment, the
以上のように、本発明にかかる給湯装置は、加熱手段が効率の良い条件で運転できるように貯湯槽の温度分布を意図する状態に近づけるので、前述した家庭用の給湯装置の貯湯槽に適用できるほか、熱源と貯湯槽を有するシステムにおいて業務用などの規模の大きい用途にも適用できる。 As described above, the hot water supply apparatus according to the present invention is close to the intended state of the temperature distribution of the hot water storage tank so that the heating means can be operated under efficient conditions. In addition, it can also be applied to large-scale applications such as business use in a system having a heat source and a hot water tank.
1 貯湯槽
2 ヒートポンプユニット(加熱手段)
3 出湯口
5 熱交換器(熱利用手段)
8 流入口
9 第一の領域
10 第二の領域
11 隔壁
20 第二の出湯口
1 Hot
3
8
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- 2007-02-09 JP JP2007030014A patent/JP2008196730A/en active Pending
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