JP5887230B2 - Hot water storage water heater - Google Patents
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Description
本発明は、貯湯タンク内の湯を給湯外熱交換器の一次側に循環させて二次側を流れる流水を加熱して給湯する貯湯式給湯機に関するものである。 The present invention relates to a hot water storage type hot water heater that circulates hot water in a hot water storage tank to a primary side of a hot water supply external heat exchanger and heats flowing water flowing on a secondary side to supply hot water.
従来よりこの種の給湯外熱交換器を有した貯湯式給湯機においては、特許文献1のように、湯水を貯湯する貯湯タンクと、前記貯湯タンク内の湯水を加熱する加熱手段と、一次側を循環する前記貯湯タンク内の湯水を熱源として二次側の流水を加熱して給湯する給湯外熱交換器と、前記貯湯タンク上部と前記給湯外熱交換器の一次側入口とを接続する一次側往き管と、前記給湯外熱交換器の一次側出口と前記貯湯タンクとを接続する一次側戻り管と、前記一次側戻り管の途中に設けられて前記貯湯タンク内の湯水を前記給湯外熱交換器の一次側に循環させる一次側ポンプと、前記給湯外熱交換器の二次側入口に接続される給水管と、前記給湯外熱交換器の二次側出口に接続される給湯管とを備えたものがあった。
Conventionally, in a hot water storage type water heater having an external heat exchanger of this type, as in
しかし、このような従来のものでは、給湯外熱交換器の下側に一次側出口と二次側入口とが設けられ、給湯外熱交換器の上側に一次側入口と二次側出口とが設けられているため、給湯停止後、給湯外熱交換器の一次側の上部に高温の湯が残り、同じく給湯外熱交換器の上部の二次側の湯水が過熱されて後沸きが生じ、次回の給湯開始初期に給湯温度が給湯設定温度を大きく上回るオーバーシュートが発生してしまうという問題があった。 However, in such a conventional apparatus, a primary side outlet and a secondary side inlet are provided below the hot water supply external heat exchanger, and a primary side inlet and a secondary side outlet are provided above the hot water supply external heat exchanger. Because it is provided, hot water remains on the upper part of the primary side of the hot water external heat exchanger after hot water is stopped, and hot water on the secondary side of the upper part of the hot water external heat exchanger is also overheated, resulting in post boiling. There was a problem that an overshoot occurred in which the hot water temperature greatly exceeded the hot water set temperature at the beginning of the next hot water supply.
そこで、本発明は上記課題を解決するために、湯水を貯湯する貯湯タンクと、前記貯湯タンク内の湯水を加熱する加熱手段と、一次側を循環する前記貯湯タンク内の湯水を熱源として二次側の流水を加熱して給湯するプレート式熱交換器で構成された給湯外熱交換器と、前記貯湯タンク上部と前記給湯外熱交換器の一次側入口とを接続する一次側往き管と、前記給湯外熱交換器の一次側出口と前記貯湯タンクとを接続する一次側戻り管と、前記一次側往き管または前記一次側戻り管の何れか一方の途中に設けられて前記貯湯タンク内の湯水を前記給湯外熱交換器の一次側に循環させる一次側ポンプと、前記給湯外熱交換器の二次側入口に接続される給水管と、前記給湯外熱交換器の二次側出口に接続される給湯管とを備え、前記給湯外熱交換器は、立てた姿勢で配置固定されていると共に、前記一次側入口と前記二次側出口が該給湯外熱交換器の下部に、かつ前記一次側出口と前記二次側入口が該給湯外熱交換器の上部に設けられているものとした。 Therefore, in order to solve the above-described problems, the present invention provides a hot water storage tank for storing hot water, heating means for heating the hot water in the hot water storage tank, and hot water in the hot water storage tank circulating in the primary side as a heat source as a secondary source. A hot water external heat exchanger composed of a plate heat exchanger that heats and supplies hot water on the side, and a primary forward pipe that connects the upper part of the hot water storage tank and a primary inlet of the hot water external heat exchanger; A primary side return pipe connecting the primary outlet of the hot water supply external heat exchanger and the hot water storage tank, and provided in the middle of either the primary side forward pipe or the primary side return pipe in the hot water storage tank A primary side pump for circulating hot water to the primary side of the hot water supply external heat exchanger, a water supply pipe connected to a secondary side inlet of the hot water supply external heat exchanger, and a secondary side outlet of the hot water supply external heat exchanger A hot water supply pipe connected to the hot water supply outside heat exchange It is arranged closer fixed upright posture, the bottom of the secondary side outlet and the primary inlet fed-Yugai heat exchanger, and the primary outlet and the secondary inlet fed-Yugainetsu It was assumed that it was provided in the upper part of the exchanger.
本発明によれば、給湯停止後に、給湯外熱交換器の下に位置する一次側入口と二次側出口付近に残留する高温の湯の熱は、給湯外熱交換器の上に残留する温度の低い湯水に素早く熱伝導し、給湯外熱交換器の二次側の湯水が過熱されてしまう後沸きの発生が生じることがなく、次回の給湯開始初期のオーバーシュートの発生を防止することができる。 According to the present invention, after the hot water supply is stopped, the heat of the hot water remaining near the primary inlet and the secondary outlet located below the hot water external heat exchanger is the temperature remaining on the hot water external heat exchanger. Heat transfer quickly to low hot water, and no boiling occurs after hot water on the secondary side of the hot water heat exchanger is overheated, preventing overshoot from occurring at the beginning of the next hot water supply. it can.
次に、本発明の一実施形態の貯湯式給湯機を図面に基づいて説明する。
1は湯水を貯湯する貯湯タンク2を備えたタンクユニット、3は貯湯タンク2内の湯水を熱源として給水を加熱するためのプレート式熱交換器よりなる給湯外熱交換器、4は貯湯タンク2内の湯水を給湯外熱交換器3の一次側に循環させる一次側循環回路で、この一次側循環回路4は、給湯外熱交換器3の一側入口3aと貯湯タンク2上部とを接続する一次側往き管5と、給湯外熱交換器3の一次側出口3bと貯湯タンク2下部とを接続する一次側戻り管6とから構成され、一次側戻り管6途中には、貯湯タンク2上部から取り出した高温湯を給湯外熱交換器3の一次側に循環させる一次側ポンプ7が設けられている。
Next, a hot water storage type water heater according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
1 is a tank unit having a hot
8は給湯外熱交換器3の二次側入口3cに接続される給水管、9は給湯外熱交換器3の二次側出口3dと給湯栓10とを接続する給湯管である。ここで、給水管8は市水から減圧弁を介することなく給湯外熱交換器3に直接接続されているものである。
8 is a water supply pipe connected to the
ここで、給湯外熱交換器3は、公知のプレート式熱交換器を立てた姿勢でタンクユニット1内に配置固定されており、一面のエンドプレートの下部に一次側入口3aと二次側出口3dとが配置され、また同一面のエンドプレートの上部に一次側出口3bと二次側入口3cとが配置されているものである。なお、一面側のエンドプレート下部に一次側入口3aと二次側出口3dとが配置され、他面側のエンドプレート上部に一次側出口3bと二次側入口3cとが配置されているものでもよい。
Here, the hot water supply
11は貯湯タンク2内の湯水を加熱する加熱手段としてのヒートポンプユニット、12は貯湯タンク2内の湯水をヒートポンプユニット11に循環させる加熱循環回路で、この加熱循環回路12は、ヒートポンプユニット11の入口側と貯湯タンク2下部とを接続する加熱往き管13と、ヒートポンプユニット11の出口側と貯湯タンク2上部とを接続する加熱戻り管14とから構成され、加熱往き管13途中には、貯湯タンク2下部から取り出した湯水をヒートポンプユニット11の冷媒水熱交換器15の水側に循環させる加熱循環ポンプ16が設けられているものである。
11 is a heat pump unit as a heating means for heating the hot water in the hot
17は冷媒を圧縮する圧縮機、18は冷媒の圧力を減圧膨張する膨張弁、19は液冷媒を蒸発させる蒸発器、20は蒸発器19へ熱源となる外気を送風する送風機、21は冷媒水熱交換器15の水側に流入する貯湯タンク2からの湯水の温度を検出する入水温度センサ、22は冷媒水熱交換器15の水側から流出するヒートポンプユニット11で沸き上げられた湯水の温度を検出する沸き上げ温度センサ、23は外気温度を検出する外気温度センサで、ヒートポンプユニット11は蒸発器19で吸熱した冷媒を圧縮機17で圧縮して冷媒水熱交換器15を介して水を加熱するようにしているものである。
17 is a compressor that compresses refrigerant, 18 is an expansion valve that decompresses and expands the pressure of the refrigerant, 19 is an evaporator that evaporates liquid refrigerant, 20 is a blower that blows outside air as a heat source to the
24は加熱戻り管14途中から分岐されて一次側戻り管6に接続される加熱分岐管、25は加熱戻り管14と加熱分岐管24の分岐点に設けられて、ヒートポンプユニット11からの湯水を貯湯タンク2上部に戻すか、加熱分岐管24および一次側戻り管6を介して貯湯タンク2下部に戻すかを切り替える加熱切り替え弁である。
26は給湯管9から分岐されて一次側戻り管6の一次側ポンプ7と加熱分岐管24の接続点との間に接続される補水管、27は補水管26途中に設けられて給水圧を減圧する減圧弁、28は一次側往き管5途中に接続され貯湯タンク2内の過圧を逃がす過圧逃がし弁である。
26 is a supplementary water pipe branched from the hot
29は給水管8途中に設けられて給水温度を検出する給水温度センサ、30は給湯管9途中に設けられて給湯温度を検出する給湯温度センサ、31は給湯管9途中に設けられて給湯流量を検出する給湯流量センサ、32は一次側往き管5途中に設けられ給湯外熱交換器3へ流入する熱源としての湯水の温度を検出する一次入口温度センサ、33は一次側戻り管6途中に設けられ給湯外熱交換器3から流出する一次側の湯水の温度を検出する一次出口温度センサ、34は貯湯タンク2の側面上下に複数設けられてそれぞれ貯湯温度を検出する貯湯温度センサである。
29 is a water supply temperature sensor that is provided in the middle of the water supply pipe 8 to detect the water supply temperature, 30 is a hot water supply temperature sensor that is provided in the middle of the hot
35は、所望の給湯設定温度を設定する操作スイッチや給湯設定温度を表示する表示部を備えたリモコンである。
36は入水温度センサ21、沸き上げ温度センサ22、外気温度センサ23、給水温度センサ29、給湯温度センサ30、給湯流量センサ31、一次入口温度センサ32、一次出口温度センサ33、貯湯温度センサ34の検出値が入力され、一次側ポンプ7、ヒートポンプユニット11、加熱循環ポンプ16、圧縮機17、膨張弁18、送風機20、加熱切り替え弁25の作動を制御すると共に、リモコン35と通信可能に接続された制御手段である。この制御手段36は、予め給湯機の作動を制御するためのプログラムが記憶されていると共に、演算、比較、記憶機能、時計機能を有しているものである。
<沸き上げ動作>
電力料金単価の安価な所定時間帯(深夜時間帯)の開始時刻になると、制御手段36はそれまでの給湯負荷量に見合う湯量を沸き上げ開始するべく、ヒートポンプユニット11と加熱循環ポンプ16を駆動開始して貯湯タンク2下部から取り出した湯水を沸き上げ設定温度まで加熱開始する。
<Boiling operation>
At the start time of a predetermined time zone (midnight time zone) at which the power unit price is cheap, the control means 36 drives the
このとき、制御手段36は、沸き上げ温度センサ22が検出する沸き上げ温度が沸き上げ設定温度より低い所定温度未満の間は、加熱切り替え弁25を加熱分岐管24側にしておき、温度の低い湯が貯湯タンク2上部から流入して貯湯温度を低下してしまうことを防止し、沸き上げ温度が沸き上げ設定温度より低い所定温度以上にまで達したら、加熱切り替え弁25を貯湯タンク2上部側を連通するようにして沸き上げた湯を貯湯タンク2上部へ戻し、貯湯タンク2上部から沸き上げ設定温度の湯を積層状に貯湯する。
At this time, the control means 36 keeps the
そして、最下部の貯湯温度センサ34が所定の沸き上げ終了判定温度を検出すると、制御手段36は、ヒートポンプユニット11と加熱循環ポンプ16を駆動停止して沸き上げ運転を終了する。
When the lowest hot water
このとき、貯湯タンク2内の湯水の温度上昇に伴って貯湯されている湯水が膨張し、貯湯タンク2内の圧力が過圧逃がし弁28の設定圧力を超過すると過圧逃がし弁28が開いて膨張水が排水され、貯湯タンク2内の圧力が過圧逃がし弁28の設定圧力以下になると過圧逃がし弁28が閉じて排水が停止して、貯湯タンク2内を適正圧力に保つようにしている。
At this time, the hot water stored in the hot
そして、時間経過による貯湯タンク2内の湯水の自然放熱や後述する給湯に伴う貯湯タンク2内の湯水の温度低下に伴って貯湯されている湯水が収縮し、貯湯タンク2内の圧力が減圧弁27の設定圧力より低くなると減圧弁27を介して補水管25から市水が貯湯タンク2内に流入し、貯湯タンク2内の圧力が減圧弁28の設定圧力以上となると補水管25からの市水の流入が停止して貯湯タンク2内を適正圧力での満水状態に保つようにしている。
Then, the hot water stored in the hot
<給湯動作>
次に、給湯動作について説明すると、給湯栓10が開かれると、給湯外熱交換器3の二次側に給水管8から市水が流入し、給湯外熱交換器3の二次側を通過した湯水が給湯管9から給湯栓10に向けて流出する。このとき、給湯流量センサ31が所定の最小作動水量以上を検出すると、制御手段36は、給水温度センサ29で検出している給水温度と、リモコン35で設定された給湯設定温度と、給湯流量センサ31で検出している給湯流量とから給湯要求熱量を算出し、最上部の貯湯温度センサ34で検出する貯湯温度と算出した給湯要求熱量とに応じた回転数で一次側ポンプ7を駆動開始する。
<Hot-water supply operation>
Next, the hot water supply operation will be described. When the
そして、給湯温度センサ30で検出する給湯温度がリモコン35で設定した給湯設定温度に一致するように一次側ポンプ7の回転数をフィードバック制御して、給湯設定温度の給湯を行う。
Then, the number of revolutions of the primary pump 7 is feedback-controlled so that the hot water temperature detected by the hot
そして、給湯栓10が閉じられる等によって給湯流量センサ31で検出する給湯流量が最小作動水量未満まで低下すると、制御手段36は、一次側ポンプ7の作動を停止して給湯を終了する。
When the hot water supply flow rate detected by the hot water supply
<給湯待機中>
給湯停止後の給湯待機中には、給湯外熱交換器3の一次側入口3a付近には貯湯タンク2の上部から流入した高温の湯が残留して二次側出口3d付近の二次側の湯水を加熱してしまうが、一次側入口3aおよび二次側出口3dは給湯外熱交換器3の下部に位置しているため、一次側入口3a付近の高温の湯は給湯外熱交換器3の上側の温度の低い一次側および二次側の湯水に熱伝導し、さらに給湯外熱交換器3上側の温度の低い一次側および二次側の湯水との比重差も相俟って上方向へ熱拡散し、給湯外熱交換器3の一次側入口3a付近の高温の湯は素早く温度低下し、給湯外熱交換器3の二次側の湯水が過熱されてしまう後沸きが生じることがない。
<Waiting for hot water supply>
During the hot water supply standby after the hot water supply is stopped, the hot water flowing from the upper part of the hot
このようにして、給湯待機中の給湯外熱交換器3内の二次側の湯水に後沸きが生じることがないため、次回の給湯開始初期の給湯温度のオーバーシュートの発生を防止することができる。
In this way, since no secondary boiling occurs in the hot water on the secondary side in the hot water supply
なお、本発明は上記一実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を変更しない範囲で改変可能なものである。 The present invention is not limited to the above embodiment, Ru der capable modifications without departing from the scope of the invention.
また、加熱手段はヒートポンプユニット11のみに限られず、例えば、コージェネレーションによる排熱や太陽熱、あるいは電熱ヒータを加熱手段として用いても良いものである。
Further, the heating means is not limited to the
2 貯湯タンク
3 給湯外熱交換器
3a 一次側入口
3b 一次側出口
3c 二次側入口
3d 二次側出口
5 一次側往き管
6 一次側戻り管
7 一次側ポンプ
8 給水管
9 給湯管
11 ヒートポンプユニット(加熱手段)
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