JP5945714B2 - Heat pump water heater - Google Patents
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Description
本発明は、ヒートポンプ給湯機に関するものである。 The present invention relates to a heat pump water heater.
従来この種の給湯装置は、加熱手段により貯湯槽内の低温水を加熱することにより高温水とし、その高温水を同じ貯湯槽内へ貯湯し、低温水と水回路内で混合することにより目標温度に制御して熱利用端末へ供給している。 Conventionally, this type of hot water supply device is configured to heat low temperature water in a hot water tank by heating means to make high temperature water, store the high temperature water in the same hot water tank, and mix it in the water circuit with low temperature water. The temperature is controlled and supplied to the heat utilization terminal.
また、熱利用端末(例えば浴槽)の熱を利用して貯湯槽内の低温水を加熱して貯湯槽内へ貯湯する回路を有したものも考えられている(例えば、特許文献1参照)。 Moreover, what has the circuit which heats the low-temperature water in a hot water storage tank using the heat of a heat | fever utilization terminal (for example, bathtub) and stores hot water in a hot water storage tank is also considered (for example, refer patent document 1).
図3は、特許文献1に記載された従来の給湯装置を示すものである。図3に示すように貯湯槽1と加熱手段2(電気ヒータ)と熱交換器20と熱利用端末23(浴槽)と熱利用出湯管21と熱利用戻り管22と給水管5から構成されている。
FIG. 3 shows a conventional hot water supply apparatus described in
しかしながら、前記従来の構成では、貯湯槽1の側面に熱利用戻り管22が直接接続され、熱利用戻り管22内を流れる湯水が貯湯槽1内へ熱利用戻り管22の出口から噴出するように構成されているため、噴出する水流による貯湯槽1内の湯水の攪拌量が大きくなり、攪拌の大きさによって生じる中温水の生成量が多くなる。
However, in the conventional configuration, the heat
加熱手段2が、電気ヒータの場合は問題ないが、ヒートポンプ装置の場合は、沸き上げ運転時の入水温度が上昇してヒートポンプ装置の効率の悪化につながる。 There is no problem if the heating means 2 is an electric heater, but in the case of a heat pump device, the incoming water temperature during the boiling operation rises, leading to deterioration of the efficiency of the heat pump device.
図4は、従来の技術における熱利用戻り管22から噴出される水流による貯湯槽1内の攪拌の状態について示したものである。
FIG. 4 shows the state of stirring in the
熱利用戻り管22の出口から噴出する水流の流束はひとつの円状となり、その大きさは熱利用戻り管22出口の管内径できまり、また水流速は出口面積とそこを通過する水流量により決まる。水流量は熱交換器20の加熱能力により決まり、また熱利用戻り管22の管径の大きさは、熱利用戻り管22による圧損がポンプ入力に悪影響を及ぼさない管径を維持する必要がある。
The flux of the water flow ejected from the outlet of the heat
これらの条件より従来、熱利用戻り管22出口から貯湯槽1内へ噴出す水流は噴流状態となり、図4に示すように貯湯槽1内を突進して対抗する貯湯槽1の内壁と衝突する。
Under these conditions, the water flow that is conventionally jetted from the outlet of the
その衝突により貯湯槽1の上下左右方向に水流が大きく反射することにより攪拌量が大きくなり、中温水の生成量が多くなる。
Due to the collision, the water flow is largely reflected in the vertical and horizontal directions of the
加熱手段2がヒートポンプ装置の場合は、貯湯槽1の底部から順番にヒートポンプ装置内に設置された加熱手段2へ水を循環して夜間の沸き上げ運転が行われるため、中温水の生成量が必要以上に多くなると、加熱手段2へ送られる中温水の量が増加し効率が低下することになる。
When the heating means 2 is a heat pump device, water is circulated from the bottom of the
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、中温水の発生量が増加することによる利用可能湯量の減少と、沸き上げ運転時の効率低下とを抑えて、省エネルギー性に優れたヒートポンプ給湯機を提供することを目的とする。 The present invention solves the above-described conventional problems, and suppresses a decrease in the amount of hot water that can be used due to an increase in the amount of intermediate-temperature water generated and a decrease in efficiency during boiling operation, and is an energy-saving heat pump hot water supply The purpose is to provide a machine.
前記従来の課題を解決するために、本発明のヒートポンプ給湯機は、貯湯槽の下部の水がヒートポンプ装置にて加熱され、再び前記貯湯槽の上部に戻され、貯湯されるヒートポンプ給湯機において、前記貯湯槽の上部の湯を熱交換器に導く熱利用出湯管と、前記熱交換器にて熱交換された湯水を、噴出し水流調整手段に導く熱利用戻り管とを備え、前記噴
出し水流調整手段の噴出し口からの湯水は、前記貯湯槽の内壁近傍で、前記貯湯槽の上下方向に対して略水平方向、かつ、前記熱利用戻り管の管内水流方向に対し略直角方向の両側のみから前記貯湯槽内へ流入する構成としたことを特徴とするものである。
In order to solve the conventional problem, the heat pump water heater of the present invention is a heat pump water heater in which water in a lower part of a hot water tank is heated by a heat pump device, returned to the upper part of the hot water tank, and hot water is stored. A heat-utilizing hot water discharge pipe for guiding the hot water in the upper part of the hot water storage tank to a heat exchanger; and a heat-utilizing return pipe for guiding the hot water heat-exchanged in the heat exchanger to an ejection water flow adjusting means. Hot water from the outlet of the water flow adjusting means is in the vicinity of the inner wall of the hot water storage tank, substantially in the horizontal direction with respect to the vertical direction of the hot water storage tank, and substantially perpendicular to the water flow direction in the pipe of the heat return pipe. It is characterized in that it is configured to flow into the hot water storage tank only from both sides .
これによって、熱利用戻り管を経由して貯湯槽に流入する湯水による貯湯槽内の攪拌量を減少させることが可能となり、したがって攪拌量が大きくなることによる中温水の生成量の増加を抑制することができる。 This makes it possible to reduce the amount of agitation in the hot water tank due to hot water flowing into the hot water tank via the heat utilization return pipe, and thus suppress an increase in the amount of medium-temperature water generated due to an increase in the amount of agitation. be able to.
本発明によれば、中温水の発生量が増加することによる利用可能湯量の減少と、沸き上げ運転時の効率低下とを抑えて、省エネルギー性に優れたヒートポンプ給湯機を提供できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the heat pump water heater excellent in energy saving property can be provided by suppressing the reduction | decrease in the amount of hot water available by the generation amount of middle temperature water increasing, and the efficiency fall at the time of boiling operation.
第1の発明は、貯湯槽の下部の水がヒートポンプ装置にて加熱され、再び前記貯湯槽の上部に戻され、貯湯されるヒートポンプ給湯機において、前記貯湯槽の上部の湯を熱交換器に導く熱利用出湯管と、前記熱交換器にて熱交換された湯水を、噴出し水流調整手段に導く熱利用戻り管とを備え、前記噴出し水流調整手段の噴出し口からの湯水は、前記貯湯槽の内壁近傍で、前記貯湯槽の上下方向に対して略水平方向、かつ、前記熱利用戻り管の管内水流方向に対し略直角方向の両側のみから前記貯湯槽内へ流入する構成としたことを特徴とするヒートポンプ給湯機である。 1st invention is the heat pump water heater with which the water of the lower part of a hot water storage tank is heated with a heat pump apparatus, is returned again to the upper part of the said hot water storage tank, and the hot water of the upper part of the said hot water storage tank is used as a heat exchanger. A heat-utilizing hot water pipe that leads and a heat-utilizing return pipe that guides hot water heat-exchanged by the heat exchanger to the jet water flow adjusting means, and hot water from the outlet of the jet water flow adjusting means is: In the vicinity of the inner wall of the hot water tank, the hot water tank flows into the hot water tank only from both sides in a direction substantially horizontal to the vertical direction of the hot water tank and in a direction substantially perpendicular to the water flow direction in the heat return pipe. It is the heat pump water heater characterized by having performed.
これによって、熱利用戻り管から貯湯槽に流入する噴出し水流により発生する攪拌量を低減することができ、噴出し水流による攪拌の大きさによって生成する中温水の量を抑制できる。 Thereby, the amount of stirring generated by the jet water flow flowing into the hot water storage tank from the heat utilization return pipe can be reduced, and the amount of medium-temperature water generated depending on the magnitude of stirring by the jet water flow can be suppressed.
したがって中温水の量が増加することによる利用可能湯量の減少とヒートポンプ装置の沸き上げ運転時の効率の低下を防ぐことができ、高い利便性と省エネルギー性を実現したヒートポンプ給湯機とすることができる。 Therefore, it is possible to prevent a decrease in the amount of available hot water due to an increase in the amount of medium-temperature water and a decrease in efficiency during the heating operation of the heat pump device, and it is possible to provide a heat pump water heater that realizes high convenience and energy saving. .
第2の発明は、前記噴出し水流調整手段の噴出し口の面積を、前記熱利用戻り管の水路面積より大きくしたことを特徴としたヒートポンプ給湯機である。 A second aspect of the present invention is a heat pump water heater characterized in that an area of an ejection port of the ejection water flow adjusting means is larger than an area of a water channel of the heat utilization return pipe.
これによって、噴出し口から噴出す水流の噴出し流速を、熱利用戻り管内を流れる水流の流速より小さくすることができ、前記貯湯槽内の噴出し水流による攪拌量を更に低減することが可能となることから、更に中温水の生成量を抑制できる。 As a result, the jet flow velocity of the water flow ejected from the jet outlet can be made smaller than the flow velocity of the water flow flowing in the heat return pipe, and the amount of stirring by the jet water flow in the hot water tank can be further reduced. Therefore, the production amount of intermediate temperature water can be further suppressed.
第3の発明は、前記噴出し水流調整手段の噴出し口に、流路抵抗体を設けたことを特徴とするヒートポンプ給湯機である。 A third invention is a heat pump water heater, characterized in that a flow path resistor is provided at an ejection port of the ejection water flow adjusting means.
これにより、流路抵抗体である網により噴出し水流の流束をより多く分割でき、均一に分散することが可能となり、流束の総表面積が増加することから、前記噴出し水流調整手段の噴出し口から流入する水流と、貯湯槽内の湯水との境界面で発生する水の粘性による摩擦力が増大する。 As a result, it is possible to more divide the flow of the jet water flow by the net, which is a flow path resistor, and to disperse it uniformly and to increase the total surface area of the flux. The frictional force due to the viscosity of the water generated at the boundary surface between the water flowing from the outlet and the hot water in the hot water tank increases.
これにより、噴出し水流の慣性力がより減衰され易くなり、前記貯湯槽の内壁および水流同志の衝突エネルギーを小さくでき、衝突により生ずる攪拌量を更に大きく低減することができる。 As a result, the inertial force of the jetted water flow is more easily attenuated, the collision energy between the inner wall of the hot water tank and the water flow can be reduced, and the amount of stirring generated by the collision can be further greatly reduced.
また、異物の貯湯槽内への侵入を防止する効果もあり、水回路に構成されたポンプおよび電動弁などへの悪影響も排除できる効果も併せて期待できる。 In addition, there is an effect of preventing entry of foreign matter into the hot water storage tank, and an effect of eliminating adverse effects on pumps and motor-operated valves configured in the water circuit can also be expected.
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。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態における貯湯式ヒートポンプ給湯機の構成および噴出し水流調整手段40から貯湯槽1内へ噴出された水流の状態を示した図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a hot water storage type heat pump water heater in the embodiment of the present invention and a state of a water flow jetted from the jet water flow adjusting means 40 into the
図1において、貯湯槽1内の湯水を沸き上げ運転する場合には、貯湯槽1の下部の水がヒートポンプ装置2にて加熱され、沸き上げ管3にて、再び貯湯槽1の上部に戻され、貯湯される。この構成のため、沸き上げ運転時終了直前等においては、ヒートポンプ装置2への入水温度が上昇し、高圧側のエンタルピー差が小さくなるため、ヒートポンプ装置2の運転効率が低下する傾向にある。
In FIG. 1, when the hot water in the
また、風呂や床暖房等の熱利用端末23にて熱伝達させる風呂追い焚き運転や床暖房運転を行う場合には、貯湯槽1の上部の湯を熱利用出湯管21を介して熱交換器20に導き、熱交換器20にて熱交換し、熱利用戻り管22を介して、後述の噴出し水流調整手段40より、貯湯槽1の高さ方向において、略中央部付近または熱利用出湯管21と略中央部との間に戻す構成としている。
In addition, when performing a bath reheating operation or a floor heating operation in which heat is transferred by a
そして、熱交換器20にて熱交換した熱を、熱利用回路17にて熱利用端末23に伝達している。
Then, the heat exchanged by the
また、貯湯槽1の側面に設けられた戻り口1bに噴出し水流調整手段40が連結され、熱利用戻り管22は噴出し水流調整手段40に連結されている。
Further, the jet water flow adjusting means 40 is connected to a return port 1 b provided on the side surface of the
噴出し水流調整手段40に形成された2つの噴出し口41aと41bは、貯湯槽1内の内壁近傍の位置に設けられ、貯湯槽1の上下方向に対して水平、かつ熱利用戻り管22の管内水流に対して略直角方向となるように両側に形成されている。
The two
また、2つの噴出し口41aと41bは開口面積を略同一とし、その合計面積は熱利用戻り管22の流路面積の約2〜3倍とした。
Further, the opening areas of the two
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.
熱利用戻り管22内を経由して噴出し水流調整手段40に流入する湯水は噴出し水流調整手段40に構成された噴出し口41aと41bから貯湯槽1内へ流入する。
Hot water flowing into the jet water flow adjusting means 40 through the heat
噴出し水流調整手段40に形成された複数の噴出し口41aと41bとは、貯湯槽1内
の内壁近傍の位置に熱利用戻り管22の管内水流に対して略直角方向となるように両側に形成され、かつ、貯湯槽1の上下方向に対して略水平関係になるように形成されている。
The plurality of
従って、噴出し口41aおよび41bから貯湯槽1内へ流入する水流は、貯湯槽1の上下方向に対して、略水平に流入するとともに、熱利用戻り管22の管内水流方向に対し略直角方向に左右方向の両側に分散して流入する。
Therefore, the water flow that flows into the
この流入方向により内壁への衝突角度を浅くできることから、概ね貯湯槽1の内壁の形状にそって周方向に進む水流となる。2つの水流が衝突するまでの走行距離は貯湯槽1の内壁の周長の1/2となり、従来の技術の走行距離である貯湯槽1内壁直径に比べて、走行距離が長くなる。水流の流速は周辺の水との粘性摩擦により走行距離が長くなるほど低下する。
Since the collision angle with the inner wall can be made shallower by this inflow direction, the water flow proceeds in the circumferential direction substantially along the shape of the inner wall of the
また、噴出し口41aと41bは開口面積をほぼ同等とし、その合計面積を熱利用戻り管22の水路面積の約2〜3倍としているので噴出し口41aおよび41bから流入する水流の噴出し流速は約1/2〜1/3と小さくなる。水流の衝突エネルギーと流速の関係はE=1/2mv2の関係があり、流速の二乗に比例する。したがって流速を1/2にすると衝突エレルギーは1/4となり攪拌量も1/4となる。
Further, the
このように噴き出し口の面積を熱利用戻り管22の水路面積に対して大きくすればするほど噴き出し口からの噴出し流速は小さくなるが、一方で噴出し口の面積を大きくすればするほど噴出し水流調整手段40の長さが長くなり、貯湯槽1内壁との相対位置が変化して内壁との衝突角度が深くなり効果が減少する。また、噴出し水流調整手段40のコストアップにつながり、組立て性も悪くなる。
Thus, the larger the area of the ejection port with respect to the water channel area of the heat
以上のことから本実施の形態においては、約2〜3倍とした。噴出し口41aおよび41bで分散された水流は貯湯槽1の内壁の周長の1/2を走行後、正面から衝突するが、噴出し流速を1/2〜1/3とすることにより衝突エネルギーを1/4〜1/9とし、かつ走行距離を(π/2)倍にしたことにより衝突する時点での衝突エネルギーは著しく小さくなる。よって衝突による攪拌量も効果的に小さくすることができる。
From the above, in the present embodiment, it is about 2-3 times. The water flow dispersed at the
貯湯槽1内の湯水の温度分布は密度差により貯湯槽1の上下方向に分布する。つまり、上下方向に攪拌が大きくなると、温度分布を乱すことにつながる。略水平に流入させ、かつ水流と貯湯槽1内壁および水流同士の衝突による上下方向の攪拌量を低減することで、中温水の生成量を抑制できる。
The temperature distribution of the hot water in the
よって、上下方向の攪拌量を低減することは、貯湯槽内の温度分布の乱れを抑制できことにつながる。 Therefore, reducing the amount of stirring in the vertical direction leads to suppression of disturbance of the temperature distribution in the hot water tank.
以上のように、本実施の形態においては、噴出し口41aおよび41bからの噴出し水流を略水平方向に複数分散させ、噴出し口の面積を大きくして噴出し流速を小さくした噴出し水流調整手段40を備えたヒートポンプ給湯機とした。
As described above, in the present embodiment, a plurality of jet water flows from the
これによって、貯湯槽内の湯水の温度分布の乱れを抑制することが可能となる。したがって中温水の増加による利用可能湯量の減少とヒートポンプ装置の沸き上げ運転時の効率低下を防止することができ利便性と省エネ性に優れたヒートポンプ給湯機とすることができる。 Thereby, it is possible to suppress the disturbance of the temperature distribution of the hot water in the hot water tank. Therefore, it is possible to prevent a decrease in the amount of hot water available due to an increase in medium-temperature water and a decrease in efficiency during the heating operation of the heat pump device, and it is possible to provide a heat pump water heater excellent in convenience and energy saving.
図2は噴出し水流調整手段40の噴出し口41a、41bの構成図である。(a)は、噴出し口を長穴形状として構成したものである。(b)は、噴出し口を複数の小穴形状と
して構成したものである。(c)は噴出し口に網を構成したものである。
FIG. 2 is a configuration diagram of the
何れも噴出し口41a、41bの面積を大きくすることにより噴出し流速を小さくし、かつ流束を分割して分散させるものである。
In either case, by increasing the area of the
また(c)の構成図においては噴出し口に、流路抵抗体である網42を配設することにより、異物の貯湯槽1内への侵入を防止する効果もあり、水回路に構成されたポンプおよび電動弁などへの悪影響も排除できる効果も併せて期待できる。
Further, in the configuration diagram of (c), by arranging the
これらの構成図は何れも噴出し流速を小さくし、流束の表面積を拡大して周辺の水との粘性摩擦を大きくすることにより、水流の衝突エネルギーをより効果的に減衰させることを目的に噴出し水流の流速と方向を制御するものであるが、この構成と形状の限りではない。 These diagrams all aim to attenuate the collision energy of the water flow more effectively by reducing the jet flow velocity, increasing the surface area of the flux and increasing the viscous friction with the surrounding water. Although it controls the flow velocity and direction of the water jet, it is not limited to this configuration and shape.
以上のように、本発明にかかるヒートポンプ給湯機は、中温水の量が増加することによる利用可能湯量の減少と、ヒートポンプ装置の沸き上げ運転効率の低下を防止することができるので、家庭用のほか、業務用などのヒートポンプ給湯機にも適用できる。 As described above, the heat pump water heater according to the present invention can prevent a decrease in the amount of hot water available due to an increase in the amount of medium-temperature water and a decrease in the boiling operation efficiency of the heat pump device. In addition, it can be applied to heat pump water heaters for business use.
1 貯湯槽
2 加熱手段(ヒートポンプ装置)
3 沸き上げ管
20 熱交換器
21 熱利用出湯管
22 熱利用戻り管
23 熱利用端末
40 噴出し水流調整手段
41a 噴出し口
41b 噴出し口
42 網(流路抵抗体)
50 攪拌領域
1
DESCRIPTION OF
50 stirring area
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