JP2008530499A - 生活用水加熱ユニットおよび生活用水を加熱する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 移動用途のための生活用水ヒーター（１０）を提供する。
【解決手段】 このヒーターは生活用水貯蔵ユニット（１２）を備えている。このヒーターは流体／生活用水熱交換器（１４）を備えている。熱エネルギーが付加的ヒーターを介して流体（１６）に供給され、この流体（１６）からの熱エネルギーが熱交換器（１４）を介して少なくとも部分的に生活用水（２０）に移送される。本発明は更に、生活用水を加熱するための方法を提供する。
【選択図】 図１

Description

本発明は生活用水貯蔵ユニットを有する移動用途のための生活用水加熱ユニットに関する。本発明は更に移動用途のための生活用水を加熱するための方法に関する。

移動住宅（車台上の）において、生活用水は現在、エネルギー源として主に電気又はガスを用いて加熱されている。静止状態の操作においては、電気は便利で、迅速、かつ、安全な選択となる。しかし、電気は通常、特別に指定された駐車場スペースでの接続源でのみ利用可能となっている。車載回路（通常、１２ボルトシステム）を使用して電流供給生活用水加熱システムを操作することは、より長距離においてはバッファー（ｂｕｆｆｅｒ）が不十分となり、非常に経済的とはならないと思われる。

ガスは生活用水を加熱するためのエネルギー源として比較的広く使用されている。ガスの使用との関連で認識されている欠点は、ガスの入手可能性であり、これは必ずしも常に保障されず、更に正しくない使用及び／又は正しくないメンテナンスに起因する火災又は爆発である。更に、ガス供給タンクは可なりの貯蔵スペースを必要とし、移動住宅の潜在的積み込み収容力を減少させるものとなる。

更に、移動住宅の燃焼エンジンからの廃熱を利用する方法も知られている。しかし、今日使用されている燃料効率エンジンでは、生活用水を加熱するのに使用できる廃熱の発生量は小さい。従って、生活用水を所望の温度に加熱できる別の補助熱源を用意しなければならない。

更に、加熱された空気を使用して生活用水を加熱する加熱装置を使用するようにした移動用途のための生活用水加熱ユニットが知られている。この方法では、車両に対し既に利用可能な加熱された空気をも生活用水の加熱に使用するものである。この方法の欠点は、加熱された空気を排他的に生活用水の加熱のために使用することは、比熱容量が比較的小さい媒体を使用することを要する。これは生活用水加熱装置の効率又は寸法に悪影響を与えるものとなる。

本発明の目的は、このタイプの生活用水加熱装置を更に改良し、エネルギー源ガスおよび電気から独立して、生活用水の加熱を簡単、かつ、効率的な様式で行うことである。

この目的は独立請求項に記載した特徴的要素により達成される。
本発明の更に有利な改善および具体例は従属請求項に記載されている。

本発明の生活用水加熱ユニットは、一般的な従来技術の上に蓄積されたものであり、この生活用水加熱ユニットは、流体／生活用水熱交換器を有する。ここで、熱エネルギーは補助加熱装置を介して上記流体に供給することができ、この流体の熱エネルギーは熱交換器を介して生活用水に少なくとも部分的に移されることになる。このようにして補助加熱装置のような既に存在している部材又は既に使用されている流体に有利に依存させることができる。生活用水の加熱のため流体を熱媒体として使用することにより、特に、比熱容量の高い熱媒体の使用が可能となる。更に、本発明の生活用水加熱ユニットは、この補助加熱装置により上記流体を選択された範囲の内の任意の温度に加熱することを可能にし、従って、生活用水を潜在的に望ましい加熱レベルにすることができる。同時に、熱媒体としてのこの流体は移動住宅のエンジンからの潜在的に存在する廃熱を吸収し、それを生活用水の加熱に使用することができる。正しい構造の流体／生活用水熱交換器を使用することにより、生活用水と、上記流体とを食品安全のために別々に流通させることができる。例えば、流体／生活用水熱交換器を効率的な熱移動を生じさせるために向流熱交換器として構築させることができる。しかし、その他の構成も考えることができる。例えば、定常流ヒーター原理に基づく熱交換器であって、この場合、生活用水は同じ通路内の上記流体と熱的接触のもとで流されるようになっている。又は、生活用水内に上記流体が流され、熱エネルギーを生活用水に放出するようにした熱交換器であってもよい。

好ましい実施例として、上記流体が伝熱閉回路内で熱媒体を形成するものが提供される。この伝熱閉回路は、例えば、移動住宅における冷媒回路であってもよい。このようにして、この生活用水加熱ユニットを既に存在する回路に一体化させることができる。この伝熱閉回路は、補助加熱装置を使用する生活用水エネルギー需要とは独立させて加熱することができ、流体／生活用水熱交換器を介して補助的に又はもっぱら生活用水を加熱するのに使用することができる。この回路の閉じた構成は、同時的熱接触のもとで、上記流体と生活用水との物質分離を可能にするものである。

特に１つの実施例として、伝熱回路に電磁弁を設けることができる。この電磁弁を設けることにより、生活用水への上記流体からの熱移動の制御が達成される。例えば、高い生活用水エネルギー需要において、この流体／生活用水熱交換器を通る流体の流量を増大させることができ、同時に、伝熱回路における他のエネルギー消費媒体はより低い流体流量を受理し、若しくは場合によっては、この回路から完全に除かれたものとすることができる。その他、追加の生活用水加熱を望まないとするならば、対応する切換え弁を介して流体／生活用水熱交換器を上記伝熱回路から完全に取除くようにすることもできる。

本発明の同様の好ましい実施例として、上記補助加熱装置を液体燃料で稼動するようにする。これは特に、移動住宅が同じタイプの燃料を以って操作されるようになっている場合である。

これは補助加熱装置に対する対応する燃料の簡単な供給を可能にするものである。例えば、燃料を移動住宅の燃料タンクから直接取り出すことができ、静止状態での操作においても、移動住宅の移動の間においても、補助加熱装置への単純な燃料供給を可能にし、それにより生活用水加熱装置への単純な燃料供給が可能となる。

本発明の生活用水加熱装置の好ましい実施例として、熱交換器は生活用水貯蔵ユニット内に配置される。このような配置により、熱交換器の比較的大きな表面を生活用水と接触させることが容易となる。例えば、生活用水は熱交換器の領域及び／又は表面に直接流れることができる。その他、熱交換器の一部を生活用水中に直接突出させ、熱の効果的伝導を行うようにしてもよい。

これに関連して、熱交換器が伝熱回路のパイプ部を形成するようにすることも有利となる。これは熱交換器の単純、かつ、効率的具体例を表すものとなる。このパイプ部を、例えば生活用水貯蔵ユニット内に直接浸漬させるようにし、その中を流れる伝熱流体を介して生活用水を加熱させる。

特に、このパイプ部を螺旋形状とすることが有利となる。この螺旋形状のものは熱エネルギー放出に役立つ熱交換器の表面を拡大させ、それにより伝熱流体と、生活用水との間の熱接触を改善させることができる。

更に、本発明の更に好ましい改善として、生活用水貯蔵ユニットを断熱させるようにしてもよい。これは生活用水加熱ユニットのスイッチを切った後でも、長時間暖かい生活用水の供給を確保させるものとなる。

本発明の更に好ましい改善として、生活用水貯蔵ユニットが円筒状タンクを有するものとする。この種の形態は、溶接継ぎ目の数を減らすことにより、費用対効果の高い生産を可能にする。

本発明は更に、移動用途のための生活用水を加熱するための方法であり、その方法は以下の工程からなる：
− 補助加熱装置を使用して伝熱回路内の伝熱流体を加熱すること；
− 伝熱流体を流体／流体熱交換器に流通させること；
− 伝熱流体からの熱エネルギーの少なくとも一部を、流体／流体熱交換器を介して、生活用水に移送させること。

このようにして、本発明の利点は方法の形でも実現されることになる。

本発明は移動住宅内に既に存在する補助加熱装置、例えばエンジン非依存型空気加熱システム、を利用して生活用水を加熱するというアイデアに基づいている。本発明によれば、この場合、冷媒／生活用水熱交換器を、補助加熱装置に接続されている冷媒回路に合体させる。この熱交換器は例えば、生活用水タンク内に突出した渦巻き型又は螺旋状パイプ部として構成させることができる。生活用水内に放出されたエネルギー量は、例えば電磁弁を介して制御することができる。つまりこれは、エンジン非依存型空気加熱システムから加熱電力を供給して生活用水を加熱し、又は車内部を加熱し、若しくは、その両者を加熱するものである。

以下、本発明を好ましい実施例を示す一連の図面を参照して、例示として詳述する。

図１は本発明の生活用水加熱ユニット１０を示している。この生活用水加熱ユニット１０は生活用水タンク１２を備えている。この生活用水加熱ユニット１０は円筒状の基本形状をなし、本実施例では水平に配置されている。その下側に、生活用水入口６０を有する生活用水タンク１２が配置され、上側には生活用水出口６２が備えられている。これら入口６０および出口６２は円筒体の反対側端部表面近傍に配置されていて、互いに径方向反対側に位置している。生活用水タンク１２の内部には、加熱されるべき生活用水２０が収容されている。この生活用水タンク１２は適当な断熱壁３２で保護されていて、タンク外周囲への熱エネルギー損失を防止するようになっている。生活用水出口６２近傍の生活用水タンク１２の端部表面中央部には、フランジコネクター６３に対する対応物が配置され、これに熱交換器１４のフランジコネクター６４が４個のフランジネジ６６を介して固定されている。熱交換器１４は熱交換器入口６８と、熱交換器出口７０とを有し、これらは図示の場合、フランジネジ６６の内の２つを覆っている。この熱交換器入口６８および熱交換器出口７０はフランジコネクター６４に接続されている。熱交換器１４のパイプライン６８，７０，２８は熱媒体として冷媒１６を収容している。生活用水タンク１２に対向するフランジコネクター６４の側面には熱交換器１４のパイプ部２８が接続されている。このパイプ部２８は、生活用水タンク１２内にて略Ｕ字形に延出している。ここで、熱交換器出口７０と連通する脚部は巻き線部３０として形成されている。

本発明に従って冷媒回路内での熱交換器１４と生活用水タンク１２との一体化が図２に示されているが、これは図１では複雑化を避けるため省略されている。

この熱交換器入口６８を介して、加熱された冷媒１６がパイプ部２８を通過し、生活用水タンク１２内部に導入される。この熱交換器入口６８から熱交換器出口７０への通路に沿って、冷媒１６が巻き線部３０内を流れるようになっている。この巻き線部３０は生活用水２０により完全に囲まれていて、従って、生活用水２０は巻き線部３０のパイプの壁部を介して冷媒１６と熱的に密に接している。それにより、冷媒はその熱エネルギーの一部を生活用水２０に放出させることができる。生活用水タンク１２内でのパイプ部２８のＵ字形及び／又はら線形配置により生活用水２０の一様な加熱が図られる。これは生活用水内に温度勾配を生じさせることになる。すなわち、生活用水出口６２の領域の生活用水２０の部分は、生活用水入口６０近傍の生活用水タンク１２の下方領域の部分の生活用水２０の温度より高い温度となっている。このようにして、加熱された生活用水２０を生活用水出口６２を介して取り出すことができ、同時に、冷たい水が生活用水入口６０を介して生活用水タンク１２内に供給されることになる。

図２は本発明の生活用水加熱ユニットを備えた伝熱閉回路を示すブロック図を示している。このブロック図は熱交換器１４と冷媒閉回路との統合を示している。この回路は、対応するラインと共に、補助加熱装置１８と、移動住宅の車両エンジン４６とを具備している。この補助加熱装置１８は、燃焼エンジン４６が駆動されているときに操作される補助ヒーター、燃焼エンジン４６が駆動していないときに操作されるエンジン非依存型空気加熱システム、又は燃焼エンジン４６が駆動されているとき並びに燃焼エンジン４６が駆動していないときの双方において操作することができる補助ヒーターとエンジン非依存型空気加熱システムとの組み合わせのいずれであってもよい。この補助加熱装置１８は燃焼に基づいて熱を発生させるものである。この実施例において、燃料２６が燃焼され、これは移動住宅を駆動させるために燃焼エンジン４６によっても利用される。この燃料２６は燃料タンク４８内に収容され、ライン８０，８２を介して補助加熱装置１８及び／又は燃焼エンジン４６に供給される。この燃焼エンジン４６、エンジン非依存型空気加熱システム１８および熱交換器１４に加えて、この冷媒閉回路は熱交換器４０を備えている。流体／生活用水熱交換器１４とは対照的に、これは流体／空気熱交換器である。この場合、冷媒１６中に存在する熱エネルギーは、加熱されるべき空気４２に伝達される。この空気４２は車両が静止状態のとき、又は駆動の間において車両内部４４を加熱するのに使用され、快適な内部温度を生じさせるようになっている。これらの列記した部材に加えて、この冷媒閉回路は配管５０〜５８および電磁弁２２，２４を備えている。この電磁弁２２，２４は、流体／生活用水熱交換器１４と流体／空気熱交換器４０との間、並びに燃焼エンジン４６とエンジン非依存型空気加熱システム１８との間の接続部に一体化されている。

図示の構成のものは特に２つのモードで操作することができる。第１の操作モードにおいて、冷媒１６は、エンジン非依存型空気加熱システム１８、流体／生活用水熱交換器１４、流体／空気熱交換器４０および燃焼エンジン４６の部材間を循環するようになっている。この場合、エンジン非依存型空気加熱システム１８は、燃料２６をパイプライン８０を介して燃料タンク４８から取り出し、それにより冷媒１６を加熱すようにしている。この冷媒はパイプライン５０を介して流体／生活用水熱交換器１４へと流れ、そこで、図１を参照して説明したように、その熱エネルギーの一部を、生活用水タンク１２内に収容されている生活用水２０に伝達するようにしている。パイプライン５２を介して、冷媒１６が流体／空気熱交換器４０へと流れ、そこで再び、その熱エネルギーの一部を加熱されるべき空気４２に伝達するようにしている。これは車両内部４４を加熱するのに使用される。ついで、冷媒１６がパイプライン５４を介して燃焼エンジン４６へ流され、ここで燃焼エンジン４６をその操作温度まで加熱するのに使用される。更に冷媒１６は、パイプライン５６を介してエンジン非依存型空気加熱システム１８に戻される。この操作モードにおいて、冷媒１６は生活用水２０および車両内部４４の空気４２を加熱するため、並びに燃焼エンジン４６のための正しい操作温度を発生させるために使用される。しかし、或る駆動条件においては、例えば、もしも外部温度が十分に高い場合は、生活用水２０のみの加熱が望ましい場合がある。この場合は、第２の操作モードにおいて、電磁弁２２，２４を使用して冷媒回路のサイズを減少させることができる。このとき、この冷媒回路はエンジン非依存型空気加熱システム１８および流体／生活用水熱交換器１４のみを具備するものとなり、パイプライン５８を介して閉じられる。この場合、冷媒１６の熱エネルギーの全てを、流体／生活用水熱交換器１４を介して生活用水２０を加熱するのに使用することができる。

上述の冷媒回路は単に、本発明の概念を説明するためにのみ表したものである。勿論、更に複合化させた回路（例えば多数の電磁弁を有するもの）も考えることができる。この場合、例えば、各熱源及び／又は個々の熱エネルギー消費媒体をこの冷媒回路に付加したり、冷媒回路から除去したりすることができる。このタイプの回路は、より多数又は少数の熱エネルギー消費媒体を具備することができる。

図３は本発明による方法を説明するためのフロー図である。この方法は工程Ｓ１で開始される。工程Ｓ２において、冷媒がエンジン非依存型空気加熱システムを介して加熱され、この加熱システムは車両の他の部分を加熱するためにも使用することができる。工程Ｓ３において、加熱された冷媒が冷媒／生活用水熱交換器を通って流される。工程Ｓ４において、冷媒がその熱エネルギーの少なくとも一部を生活用水に移送させる。工程Ｓ５において、制御ユニットが、生活用水がその所望とする最終温度に達したか否かをモニターする。もし達成されていたとすると、この方法は工程Ｓ６で終了する。もしも、そうでないときは工程Ｓ２で再び開始される。

上記詳細な説明、一連の図面および請求の範囲で開示した本発明の特徴的要素は、本発明を実施するため、単独ないし任意の組合せにおいても、必須のものであると解することができる。

本発明の生活用水加熱ユニットを示す斜視図。 本発明の生活用水加熱ユニットを備えた伝熱閉回路を示すブロック図。 本発明の方法の一実施例を説明するフロー図。

符号の説明

１０ 生活用水加熱ユニット
１２ 生活用水貯蔵ユニット
１４ 流体／生活用水熱交換器
１６ 流体
１８ 補助加熱装置
２０ 生活用水
２２，２４ 電磁弁
２６ 燃料
２８ パイプ部
３０ 巻き線部
３２ 絶縁部材
４０ 流体／空気熱交換器
４２ 空気
４４ 車両内部
４６ 燃焼エンジン
４８ 燃料タンク
５０〜５８ パイプライン
６０ 生活用水入口
６２ 生活用水出口
６３ フランジコネクター対応物
６４ フランジコネクター
６６ フランジネジ
６８ 熱交換器入口
７０ 熱交換器出口
８０，８２ 燃料ライン

Claims (10)

1. 移動用途のための生活用水貯蔵ユニット（１２）を備えた生活用水加熱ユニットであって、この生活用水加熱ユニット（１０）が流体／生活用水熱交換器（１４）を具備してなり、熱エネルギーが補助加熱装置（１８）を介して流体（１６）に供給され、該流体（１６）からの熱エネルギーが熱交換器を介して少なくとも部分的に生活用水（２０）に移送されるようにしたことを特徴とする生活用水加熱ユニット。
2. 流体（１６）が伝熱閉回路のための熱媒体を形成するものである請求項１記載の生活用水加熱ユニット。
3. 前記伝熱回路が電磁弁（２２，２４）を有している請求項２記載の生活用水加熱ユニット。
4. 補助加熱装置（１８）が液体燃料（２６）で駆動されるものである請求項１ないし３のいずれかに記載の生活用水加熱ユニット。
5. 前記熱交換器が生活用水貯蔵ユニット（１２）内に配置されている請求項１ないし４のいずれかに記載の生活用水加熱ユニット。
6. 前記熱交換器が前記伝熱回路のパイプ部（２８）を形成している請求項５記載の生活用水加熱ユニット。
7. 前記パイプ部（２８）が螺旋形のものである請求項１ないし６のいずれかに記載の生活用水加熱ユニット。
8. 前記生活用水貯蔵ユニット（１２）が断熱部材（３２）を有する請求項１ないし７のいずれかに記載の生活用水加熱ユニット。
9. 前記生活用水貯蔵ユニット（１２）が円筒状タンクを有する請求項１ないし８のいずれかに記載の生活用水加熱ユニット。
10. 移動用途のための生活用水を加熱するための方法であって、以下の工程：
    − 補助加熱装置を使用して伝熱回路内の伝熱流体を加熱すること；
    − 伝熱流体を流体／流体熱交換器に流通させること；
    − 伝熱流体からの熱エネルギーの少なくとも一部を、流体／流体熱交換器を介して、生活用水に移送させること；
    を具備してなる方法。

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