JP5894402B2

JP5894402B2 - 給湯装置

Info

Publication number: JP5894402B2
Application number: JP2011204818A
Authority: JP
Inventors: 桂子金川; 佐藤　全秋; 全秋佐藤
Original assignee: Toshiba Carrier Corp
Current assignee: Toshiba Carrier Corp
Priority date: 2011-09-20
Filing date: 2011-09-20
Publication date: 2016-03-30
Anticipated expiration: 2031-09-20
Also published as: JP2013064575A

Description

本発明の実施形態は給湯装置に関する。

従来から、給湯装置の一例としては、温水を貯留する貯湯タンクを設け、この貯湯タンク内の下部の低温水をヒートポンプユニット等の加熱手段に導水し、このヒートポンプユニットにより加熱した温水を貯湯タンク内に上部から再び還流させるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

そして、この貯湯タンクは、その底部の給水口から水道水等の冷水を給水するので、その内部には、高温の温水が分布する上部の高温水層と、低温の冷水が分布する下部の冷水層の上下２層が形成される。このために、貯湯タンクから給湯栓等の給湯端末に給湯する場合には、貯湯タンク内上部の高温水層の温水を給湯している。

また、この給湯される温水を所定温度に保持するためには、貯湯タンク内で高温の温水と低温の給水とが混合しないことが必要である。

そこで、貯湯タンク底部の内側に給水口と対向して整流板を設け、給水口から給水される冷水が貯湯タンク内で高温の温水と混合しないようにしている。

特開２００４−２１８９２１号公報

しかしながら、整流板本体が単に平板である場合には、給水口から流入した水が整流板本体に高速で衝突し、貯湯タンクの内底面へ高速で跳ね返る。このために、冷水が貯湯タンクの内底面から内側周面に沿って昇流し、上部の高温の温水層に流入して高温水と混合し、高温水の温度を低下させ、貯湯タンク内の有効熱量を減少させるという課題がある。

本発明が解決しようとする課題は、貯湯タンク内の高温の温水と低温の給水との混合を抑制して高温の温水の温度低下を抑制できる給湯装置を提供することにある。

実施形態の給湯装置は、水を加熱する加熱手段と、加熱手段により加熱された湯を貯める貯湯タンクと、貯湯タンクの底部に設けられ、水道水を給水する給水管が接続される給水口と、貯湯タンクの底部から取水した水を、加熱手段で加熱した後、貯湯タンクの上部に設けられた流入口から貯湯タンク内に戻す沸き上げ回路と、を具備している。

また、実施形態の給湯装置は、貯湯タンクの上部に接続され、湯を出湯する給湯管と、給水口および流入口にそれぞれ面して上記貯湯タンク内に設けられた各整流板と、を具備し、給水口に面して設けられた整流板の給水口と対向する位置に、給水口側に向って突出し、その中央部に向って突出高さが高くなる球面状突出部を設け、この球面状突出部の周囲を平面状に形成し、上記球面状突出部の基部直径を上記給水口の内径の０．３倍ないし１．５倍に形成していることを特徴とする。

一実施形態に係る給湯装置の全体構成図。図１で示す貯湯タンクの縦断面図。図２で示す整流板の拡大平面図。図３のＩＶ−ＩＶ線断面図。図２で示す貯湯タンクの給水口およびその周辺部の縦断面を拡大して示す模式図。図４，図５等で示す整流板の突出部直径／給水口内径と、貯湯タンク内の温水と冷水の混合度との相対関係を示すグラフ。

以下、実施形態の給湯装置を図面に基づいて説明する。なお、複数の図面中、同一または相当部分には同一符号を付している。

図１は一実施形態の給湯装置の全体構成図である。図１に示すように給湯装置１は、加熱手段であるヒートポンプユニット２と、このヒートポンプユニット２により加熱されてなる湯を貯留する貯湯タンク３をタンクユニット筐体４ａ内に収容した貯湯タンクユニット４を備えている。

ヒートポンプユニット２は、そのヒートポンプユニット筐体２ｆ内に、圧縮機２ａ、冷媒側流路２ｂ１と水側流路２ｂ２を有する水−冷媒熱交換器２ｂ、膨張弁２ｃおよび蒸発器２ｄが冷媒配管により順次環状に接続されて冷媒が循環する冷凍サイクルと、蒸発器２ｄに外気を送風するファン２ｅを収容している。

一方、貯湯タンクユニット４は、そのタンクユニット筐体４ａ内に、貯湯タンク３内の水を水−冷媒熱交換器２ｂの水側流路２ｂ２に送水する循環ポンプ５と、貯湯タンク３の底部に設けられた給水口６ａに接続され、例えば水道水等の水を供給する給水管６と、水道水の圧力を所定の圧力以下に減圧する減圧弁７と、一端が貯湯タンク３の上部に接続され、貯湯タンク３内の湯と給水管６の水を混合してユーザの要求する温度の温水を作る混合弁８と、この混合弁８を介して温水を給湯栓や浴槽等の給湯端末９に温水を供給する給湯管１０を収容している。

ここで、貯湯タンク３は、筒状の胴部を有し、この胴部の軸心がほぼ鉛直となるように立設されている。

そして、水−冷媒熱交換器２ｂは、その水側流路２ｂ２入口側を、貯湯タンク３の底部に、循環ポンプ５を介して往き配管１１により接続する一方、この水側流路２ｂ２の出口側を貯湯タンク３の上部に、戻り配管１２により接続することにより、ヒートポンプユニット２と貯湯タンクユニット４とを接続する沸き上げ回路１３を構成している。

貯湯タンク３は、ヒートポンプユニット２により水を加熱してなる湯を、戻り配管１２を通して貯湯タンク３に還流させるための流入口１２ａをその上部に設けている。そして貯湯タンク３内には、給水口６ａと流入口１２ａに面して、図２〜図５で示す整流板１４，１５をそれぞれ配設している。これら各整流板１４、１５は、図２に示すように貯湯タンク３の給水口６ａと、流入口１２ａとにそれぞれ所定の間隔を置いて対向配置され、流入口１２ａと給水口６ａから貯湯タンク３内に流入する水と温水の流速ベクトルを変更させると同時に減速させる。これら各整流板１４、１５は、その材質が例えばステンレス鋼、銅または樹脂等であり、貯湯タンク３の内面に溶接、接着、カシメなどの方法で固定されている。

図３，図４に示すように、各整流板１４、１５は、例えばステンレス鋼、銅または合成樹脂等により形成された、図３中横方向に長いほぼ長方形の平板状の整流板本体１４ａ、１５ａを有する。この整流板本体１４ａ、１５ａはその長手方向両端を外方凸の円弧面に形成している。また、整流板本体１４ａ、１５ａは、貯湯タンク３の給水口６ａまたは流入口１２ａに対向する一面（図４では下面）のほぼ中央部に、これら給水口６ａまたは流入口１２ａ側へそれぞれ突出するドーム状の突出部１４ｂ、１５ｂを形成している。突出部１４ｂ、１５ｂは、流入した水を、その円周方向に均一に分散させるために、半球状や、球面の一部の湾曲面を有する球面状に形成することが最も望ましいが、円錐状や多角錐等でもよく、中央部に向って突出高さが漸次高くなる形状であればよい。

また、各整流板１４、１５は、整流板本体１４ａ、１５ａの短手方向両側部（図３では上側縁部と下側縁部）であって、その長手方向中間部にて、Ｌ字状の上下一対の支持脚１４ｃ、１４ｄ、１５ｃ、１５ｄを形成している。これら各対の支持脚１４ｃ、１４ｄ、１５ｃ、１５ｄはそのＬ字状折曲端部をそれぞれ外側（対向方向反対側）に向けた状態で給水口６ａと流入口１２ａの外周縁部上に溶接や、接着、カシメ等の固定手段により固定している。

図５に代表して給水管６及び給水口６ａと整流板１４の関係を示すが、戻り配管１２及び流入口１２ａと整流板１５の関係も同一である。図５に示すように整流板１４は、その突出部１４ｂ中心を給水管６の中心軸Ｏ上に一致させると共に、整流板本体１４ａを給水管６の中心軸Ｏに対し、ほぼ垂直に設けている。

整流板１４は、その給水管６の内部の直径（Ｄａ）が例えば２４ｍｍである場合に、高さｈが１５ｍｍ、整流板本体１４ａの幅Ｗｏが８７ｍｍ、突出部１４ｂの直径Ｄｂが２４ｍｍである。但し、整流板１４の寸法及び給水管６の中心軸Ｏに対する角度は、適宜変更してもよい。

図６に整流板１４の突出部１４ｂの基部の直径Ｄｂと給水管６の内径Ｄａ、すなわち貯湯タンク３の給水口６ａの内径との比（突出部１４の基部の直径／給水口６ａの内径）と、給水口６ａから貯湯タンク３内に流入する水と貯湯タンク３内の高温の温水との混合度と、の相対関係を示す。

なお、この図６で示すグラフは、給水口６ａの内径Ｄａを流入口１２ａの内径に置換して実験した場合でもほぼ同様の結果が得られた。また、温水冷水混合度は、給水口６ａから多数の粒子を流入させ、その粒子が給水口６ａから所定高さ離れた位置に到達した個数で判断した。

この図６に示すように突出部直径／給水口内径が０．３ないし１．５のときに温水冷水混合度が約１００以下であり、温水冷水混合度が低いので、整流板１４の突出部１４ｂの基部の直径Ｄｂは貯湯タンク３の給水口６ａまたは流入口１２ａの内径の０．３倍ないし１．５倍が望ましく、０．５倍が最も望ましい。

次に本実施形態に係る給湯装置１の作用を説明する。

給湯タンク３の沸き上げ運転である貯湯運転モードでは、まず、図１に示すように、ヒートポンプユニット２と循環ポンプ５が運転される。このために、貯湯タンク３内の湯は、沸き上げ回路１３により所定温度に沸き上げられる。すなわち、圧縮機２ａにより圧縮された高温高圧のガス状冷媒は、沸き上げ回路１３の水−冷媒熱交換器２ｂの冷媒側流路２ｂ１に流入し、ここで、放熱し、凝縮して液化する。

この後、水−冷媒熱交換器２ｂから流出した液冷媒は、膨張弁２ｃで減圧された後、熱源側熱交換器である蒸発器２ｄにより気化して外気から吸熱し、このガス状冷媒は再び圧縮機２ａに吸入され、以下繰り返される。

したがって、水−冷媒熱交換器２ｂでは、その水側流路２ｂ２を流れる水が冷媒側流路２ｂ１を通って放熱する高温高圧のガス状冷媒の当該放熱により加熱されて温水になる。この温水は戻り配管１２を通って貯湯タンク３内へ、その上部の流入口１２ａから流入され、貯湯される。この貯湯タンク３内の上部の温水層の高温水は、貯湯タンク３の上部に接続された給湯管１０を通して三方弁よりなる混合弁８へ流入する。ここで、温水は、給水管６の分岐管６ｂからの給水の一部と混合され、温水がユーザの要求温度に調整されてから浴室やキッチン、洗面所等の給湯栓等の給湯端末９に給湯される。

一方、給水管６から給水される水道水は、その圧力が減圧弁７により所定圧に減圧されて、給水として貯湯タンク３内へ、その下部の給水口６ａから給水される。この貯湯タンク３の下部の貯湯は、往き配管１１を介して水−冷媒熱交換器２ｂの水側流路２ｂ２を流れる。このとき、温水は冷媒側流路２ｂ１を流れる高温高圧のガス状冷媒の放熱により加熱され、さらに高温の温水となって戻り配管１２により、再び貯湯タンク３内へ、その上部の流入口２ａから流入される。

このように貯湯タンク３では、その上部の流入口１２ａから温水が流入され、低温の給水（冷水）がタンク下部の給水口６ａから給水されるので、貯湯タンク３内では、その上部内に高温の温水層が形成され、その下部内に低温の冷水層が形成される。この上部の高温の温水層はヒートポンプユニット２の運転時間の進行に伴って徐々に厚くなって行く。

そして、貯湯タンク３の下部側に設けた図示省略の温度センサにより、貯湯タンク３内に、給湯に十分な温度と量の温水が貯湯された状態を検知したときに、沸き上げ運転が終了される。

そして、給水管６から水が貯湯タンク３内へ、その下部の給水口６ａから給水されると、この水は整流板１４のドーム状の突出部１４ｂに衝突し、突出部１４ｂのドーム状球面に沿って全周方向外方、すなわち、横方向へほぼ均一に分散される。このために、貯湯タンク３内底面側へ給水が強く跳ね返されるのを防止または低減できるので、水が貯湯タンク３の内周面に沿って昇流し、高温水層の高温水に混合して温水の温度を低下させることを低減できる。

これとほぼ同様に、貯湯タンク３内へ、その上部の流入口１２ａから温水が流入すると、この温水は整流板１５の突出部１５ｂのドーム状球面に沿って周方向外方、すなわち横方向へほぼ均一に分散される。このために、温水が貯湯タンク３の上端内周面側へ強く跳ね返されて、内周面に沿って降下し、下層部の低温の冷水層と混合して上層部の温水層が薄くなることを低減できる。

なお、上記実施形態では、給水口６ａと流入口１２ａに面して設けられた整流板１４、１５の両方に、給水口６ａまたは流入口１２ａ側へそれぞれ突出する突出部１４ｂ、１５ｂを形成したが、給水口６ａに面して設けられた整流板１４にのみ突出部１４ｂを設けても良い。

以上、本発明の幾つかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、本発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、本発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…給湯装置、２…ヒートポンプユニット（加熱手段）、３…貯湯タンク、４…貯湯タンクユニット、６…給水管、６ａ…給水口、１０…給湯管、１２…戻り配管、１３…沸き上げ回路、１４、１５…整流板、１４ａ、１５ａ…整流板本体、１４ｂ、１５ｂ…突出部。

Claims

水を加熱する加熱手段と、
上記加熱手段により加熱された湯を貯める貯湯タンクと、
上記貯湯タンクの底部に設けられ、水道水を給水する給水管が接続される給水口と、
上記貯湯タンクの底部から取水した水を、上記加熱手段で加熱した後、上記貯湯タンクの上部に設けられた流入口から上記貯湯タンク内に戻す沸き上げ回路と、
上記貯湯タンクの上部に接続され、湯を出湯する給湯管と、
上記給水口および流入口にそれぞれ面して上記貯湯タンク内に設けられた各整流板と
を備えた給湯装置において、
上記給水口に面して設けられた上記整流板の上記給水口と対向する位置に、上記給水口側に向って突出し、その中央部に向って突出高さが高くなる球面状突出部を設け、この球面状突出部の周囲を平面状に形成し、上記球面状突出部の基部直径を上記給水口の内径の０．３倍ないし１．５倍に形成していることを特徴とする給湯装置。
上記流入口に面して設けられた上記整流板の上記流入口と対向する位置に、上記流入口側に向って突出し、その中央部に向って突出高さが高くなる突出部を設け、上記整流板の上記突出部周囲が平面状に形成されていることを特徴とする請求項１記載の給湯装置。
上記整流板は、上記貯湯タンク内の給水口および流入口の外周縁部上にそれぞれ固定されたＬ字状の一対の支持脚を有し、この各支持脚のＬ字状折曲端部を上記球面状突出部に対して反対方向に折り曲げて固定していることを特徴とする請求項１記載の給湯装置。