WO1980002737A1 - Natural circulation-type hot water storage heater - Google Patents

Description

明 細 書 '

発明の名称

自 然循環形 貯湯式給湯機 '

技術分野 - この発 明は、 循環パイ ブを備えた 自 然循環形貯湯式給

湯機に関する も ので あ る 。

背景技術

従来の 自 然循環形貯湯式給湯機の .構造は第 1 図 に示す

よ う に なっている 。

従来の 自 然循環形貯湯式給湯機を 第 1 図を参照 して説

明する と 、 給水 口（1)及 び給湯 口 ） を有する貯湯 タ ン ク ) 内の水を、 タ ン ク 底部に接続 した 第 〗 の循環 パ イ ブ（⁴)を

経て熱交換器 （⁵) にお て燃焼器（⁶)か らの 熱に よ i9 加熱 し

て湯と し、 こ の湯を 第 2 の循環パ イ プ ）に よ 貯湯タ ン

ク （3)の 上部に供給す る。

こ の 場合に、 第 1 循環 パ イ ブ（⁴)内を通過する 水の平均

密度を ·! 、 第 2 循環パ イ ブ（⁷) 内を通過する湯の平均密

度を 2 、 熱交換器（⁵)の 中心位置 か ら貯湯タ ン ク ） 内の- 湯と水の境界面ま での高 さ を と す る と、 自 然循環力 F

は、

と な ]5 、 第 1 循環パ イ プ（4)、 熱 交換器（5)及び第 2 循環パ

ィ ブ（⁷)か ら な る循環経路 A 内 を通過する水又は湯 の流量

ω は、

O PI

——— ― ω QC Fⁿ ( _n ≥ 1 ) (2)

なる関係 が成立する こ と が知 られて る。

ま た、 熱交換器 ）にお いて燃焼器（⁶) か らの熱に よ 水 が得る 受熱量を 、 水の定ー圧比熱を C _P、 熱交換器（⁵)の 入 口及び出 口 における水又は湯の温度を Tin , Out とす る と 、

( = Q,/ Cp (T out 一 Tin) (3)

と な ！） 、 上記 (2) ， （3)式よ ]?

1

C F (4)

(Tout - Tin)

な る関係が成立 し、 自 然循環力 F が小さ く なればな る程 温度差 （ T_{0 u}t— Tin ) が大 き く な る こ と と なる 。

つま 第 1 図に 示す よ う に貯湯タ ンク （³)内に 破線

で示す部分ま で湯が貯 る と Η は I! に減少し、 ま た （ "

- 2 ) は少 し増加する が、 H の減少率の方が大 き いため

(1)式における 自 然循環力 F が減少 して熱交換器前後の温 度 差 （ T_0ut - Tin ) が大 き く な j？ 、 これは タ ン ク 上部に 貯ま る 湯量が多 く な る程温度差 （ Tout - Tin ) が大 き く な る こ と と な る。 こ の原理から従来の 自 然循環形貯湯式 給湯機の タ ン ク 内の沸 き上 ！？ 温 度分布は 第 2 図に示すよ う に、 タ ン ク 底部には貯湯初期の低温湯が存在し上部に な る につれて 高温 が存在する温 度勾配を有 してい た。 従 つて、 使用に供 し得 る 高温度の湯量、 即ち有効貯湯量は 実質のタ ン ク 内容積 よ ！） も 少な い と い う欠点が あった。 EAC

OMPI

WIFO ま た、 給湯時にお いては、 給湯に よ ]? 循環 力 ？ 、 即ち 第 2 循環パ イ ブ ）か らの 流出 量が変動する ため、 湯 と水 と の境界面が変動 し燃焼器（⁶)の燃焼が ON - O FF を繰

返すが、 燃焼 0 N 時は貯湯-タ ン ク 内の貯湯量が少な く な つ て るため に 自然循環 力 F が大 き く な ！） 、 第 2 循環 ハ' ィ プよ ]) 流出す る湯温が低 く 給湯温度も 低 下す る。 逆に 燃焼 OFF 時には タ ン ク 内 の貯湯量が多 く な ってい るため 循環力 F が小さ く 高温の湯が給湯さ れる。 従っ て 第 5 図 に示す よ う に、 給湯時の湯温変動が激 し く 、 例えばシ ャ ヮ —等に使用する には不向 き であ った。

発明の開 示

こ の発明の 目 的は、 この よ う な従来の 自 然循環形貯湯 式給湯機におけ る欠点を 解消せん と する も の であ 、 熱 交換器の出 口 側の循環パ イ ブ内に湯温が高 く なる と開 口 面積が拡が 低 く な る と 狭 く な る よ う動作す るサ ー モパ ル ブを 取 ]? 付ける こ と に よ ] 3 、 タ ン ク 内の沸 き 上 ])温度 分布を タ ン ク全体につい て 同一温 度に し て有効貯湯量を 増大 させ、 ま た給湯時 に湯温変動のな 自 然循環形貯湯 式給湯機を提供す るに あ る 。

図面の簡単 な説明

第 1 図ない し第 3 図は従来の 自 然循環形貯湯式給湯機 を示 し、 第 1 図はその全体縦断概略正面図、 第 2 図はそ の給湯機におけ る沸 き 上 時の タ ン ク 内温度分布図、 第

3 図はその給湯機の使用時の給湯温度の変化図 であ！？ 、 一 O PI _

、 WIPO一 . 第 4 図 ない し第 8 図は こ の発明に よ る 自 然循環形貯湯式 給湯機の一実施例を示 し、 第 4 図はその全体縦断概略正 面図、 第 5 図はサ ー モ バ ル ブ の閉状態を 示す縦断正面図 第 6 図はサ ー モ バ ル ブの 開状 態を 示す縦斬正面図、 第 7 図はその給湯機における沸 き 上 ]Ρ 時の タ ンク 内温度分布 図、 第 8 図 はその給湯機の 使用時の給湯温 度の変化図で あ U 、 第 9 図は従来及び こ の発 明の給湯機の使用時の給 湯温度の変化図で ある。

発 明を実施するための 最良の形態

この発明の一実施例を、 図面を参照 し なが ら以下 説 明す る。

第 4 図にお い て 、 （1)は給水 口 、 は） は給湯 口 、 （³) は貯湯 タ ン ク 、 は第 1 循環パ イ ブ 、 （⁵)は熱交換器、 )は燃焼 器、 （⁷)は第 2 循環パ イ ブで あ る。 そして本発明の特徵は . 循環絰路 A に介装 した熱交換器（5) の下流側の第 2 循環パ ィ ブ ） 内に湯温が高 く な る と開 口面積が拡が D 湯温が低 く な る と開 口面積が狭 く なる よ う動作す るサ ー モ バ ル ブ (⁸)を設けたこ とであ る。

サ ― モ バ ル ブ （S)は 第 5 図 に示す よ う に、 第 2 循環 パ イ ブ（⁷) 内部の熱交澳器の出 口側近傍に固定 した 円錐形状の オ リ フ ィ ス板（⁹) に ピ ン固定板 W及びス プ リ ン グ固定板な1) を 固定 し、 サ ー モ ワ ッ ク スを封入した感温 部^ に固定 し た円板状の可動板 を オ リ フ ィ ス板（⁹) に近づけ て位置さ せる よ う に して、 こ の可動板 &3 と ス ブ 'リ ン グ固定板 &!) と

O PI WIPO の間 にス プ リ ン グ (14)を 配置 し、 かつ感温部 3の上端から 伸縮 自 在に突 出する ピ ン （15) の先端を ビ ン固定板 ω に当接 させて構成 され る。

感温部（12) 内に封入される 'サ — モ ヮ ッ ク ス は、 湯温に応 じ液相又は固 相に変化 して膨脹又は収縮 し、 感温部 (12に 対 してス ブ リ ン グ Μの付勢力 と のバ ラ ン スに よ ]5 ピ ン （13 を伸縮させる。 従って、 湯温 が低 く ワ ッ ク スが収縮 して る状態では、 ス プリ ン グ 4)の 伸展力に よ ！） 可動板（13)を 介 して感温部 &²)がス ブ リ ン グ固定板（IDに対 して図 の上方 に押 され、 円錐形状の オ リ フ ィ ス板（⁹) と 円板状の 可動板

&³)と の間の湯の流通部 の面積が小さ く な ]?、 循環 流量 ω が 少な く な る。 反対に湯温が高 く なる と ワ ッ ク ス が膨脹 し、 上記 と 逆の動作で可動板 ³) が ス プ リ ン グ （14)に抗 して 図の 下方に押 し下げ ら れ、 第 ό 図に示す よ う に、 オ リ フ イ ス板（⁹) と可動板 &³)の 間の流通部 面積が大 き く な ]3 、 循 環流量 ωが多 く な る。

次に こ の よ う なサ ー モバ ル ブ を取！） 付けた この発明の 給湯機の実施例の作用を説 明する。

第 4 図な い し第 ό 図に.おい て、 ま ず、 貯湯時の場合、 燃焼器 ）が 0 Ν し て熱交換器（S)か ら出 た湯 が第 2 循環パ イ ブ （⁷)を経て貯湯タ ン クは） の上部に溜 始める。 そ して 、 タ ンク 上部に 少量の湯が溜って いる 時には従来では循環 力 が大き いため循環流量 ω が大 き く 熱交換器 ）の 出 口 温度が低 く な つて しま う が、 本発明で は前記出 口 温度が 低 く なろ う とすれば、 サ ― モ バ ル ブ （S)の感温度（12)がそれ を感知して流通路面積を 小さ く し湯の流量を 低下させる よ う に動作す る 。 ま た、 貯湯タ ン ク ）内に 多量の湯が貯 湯された と き には、 従来で—は循環力 iが小さ く 流量 "が 小さ く 出 口温度が高 ぐ な つて し ま う が、 この発 明では前 記出 口温度が高 く な る と すればサ ー モバ ル ブ （⁸)が感知し て湯の流量を増大さ せる よ う 動作する。 こ のため、 貯湯 タ ン ク ） 内の 貯湯量 と は無関係に循環流量が略一定に な る。 この よ う なサ ー モ バ ル ブ（⁸) の作用によ ]?、 熱交換器

(⁵)の 出 口 の湯温 Tout を略一定に制御 して る。

従って、 こ の発 明の給湯機の貯湯タ ン ク 内の漭き 上 D 時の温度分布 は第 7 図に 示す よ う に、 タ ン ク の高 さ全体

^亘つて貯湯温度が略一定にな 、 従って貯湯 タ ン ク 内 容積に対 して最大限有効に貯湯する こ とが で き る。

ま た、 給湯時において給湯量が循環 流量 ω よ ]3 小さ く なる場合は燃焼器（6) ON - OFF を 繰 返すが第 2 循環 パ イ ブ（⁷)か ら は略一定温変の湯 が供給 される ので第 8 図に 示す よ う に燃 焼の O N - OFF に関係な く 安定 した湯温 で連 続給湯で き る こ と と な る。

ま た、 給湯量 が循環 流量 ω よ 大 き い場合にお て、 第 4 図の破線 B ₂ ま で給水 されて燃焼器（⁶)が燃焼 0 N に な ったと き 、 給湯量を W 、 破線 B 2 から 第 2 循環パイ ブ ） の出 口位置 （ 破線 B ₃ ) ま で の貯湯量 を V。 、 自然循 環 流量を と した と き の給湯温度の変化は、 第 9 図に示 すよ う に、 従来の 自 然循環形貯湯式給湯機 では、 図中破 線 X で示す よ う に燃焼開 始 （ 点 c ) と 同時に湯温変動を 起こ していたのに対し、 こ の発明の給湯機では、 自然循 環に よ D 第 2 循環パ イ ブ を'流れ る湯の温度 out が一定 で あ るため、 実質上 （ W — ω ) の給湯量 と な 、 図 中実 線 Y で示す如 く燃焼開始 （ 点 C ) 後も 連続 した一定温度 の湯を

Yo / 一 Ύ₀ ZW (5)

の時間だけ 長 く 給湯す る こ と がで き 、 貯湯 タ ン ク 内容積 以上の有効貯湯量を持つ こ と にな る。

Claims

請 求 の 範 囲 _

1. 中間部に熱 交換器を有 し一端が貯湯タ ン ク の底部に 接続さ れ他端が 前記貯湯タ ン クの上部に位置 された循 環 パイ ブを 備え、 前記熱-交換器に よ ]? 加熱さ れた湯を 前記貯湯タ ン ク の上部か ら貯湯する 自 然循環形貯湯式 給湯機におい て、 前記循環パ イ ブの熱交換器 よ 下流 側に湯温が高 く な る と 開 口 面積が拡が ]) 湯温が低 く な る と 開 口面積が狭 く な る サ ー モパ ル プを設け、 前記循 環パイ ブか ら流出す る湯温を略一定にす る よ う 構成 し たこ と を特徵 とす る 自 然循環形貯湯式給湯機。

2. 熱交換器 が燃焼器に よ 加熱さ れる こ と を 特徵とす

る特許請求の範囲 第 1 項記載の 自 然循環形貯湯式給湯 '機。

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