專利名稱：熱水供給裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種將沸騰了的熱水儲存在儲水槽中并利用供給熱水或利用其具有 的熱量的熱水供給裝置。
背景技術：
以往這種熱水供給裝置例如如圖14所示(例如參照專利文獻1)。
圖14示出了在專利文獻1中記載的以往的熱水供給裝置。如圖14所示，該熱水 供給裝置包括儲水槽1、設置在該儲水槽1內作為熱交換器的蛇狀管2，并構成為使浴缸10 中的水在蛇狀管2內循環(huán)，對洗澡水進行再加熱。
專利文獻1 日本特開平2003-214711號公報發(fā)明內容
但是，對于在熱交換器中使用蛇狀管2的以往結構來說，在蛇狀管2中使浴缸10 內的水循環(huán)時，蛇狀管2周圍的儲水槽內的熱水溫度降低，產生下降的水流。如圖15所示， 該水流會沿著蛇狀管2慢慢地加速(箭頭的長度表示流速)，速度增大的下降水流朝下方流 到儲水槽1內。
這種熱水供給裝置會形成溫度分層地儲存熱水，在利用熱水的過程中儲水槽1內 的熱水3和水4相接觸，變成處于中間溫度的層5 (以下稱為混合層幻，但是下降水流會到 達該混合層5并影響攪拌作用。
攪拌后，混合層5變大，由于所儲存熱水的溫度過度降低而減少了能夠利用的熱 水能量。同時混合層5下部的水溫也變得升高。由此，再次沸騰時，必須加熱到更高溫度的 水。在加熱裝置6使用熱泵的情況下，由于存在水溫高和運轉效率低下的特性，因此在有效 運轉方面存在問題。
這樣，對于在具有蛇狀管2這樣的儲水槽1內在高度方向配置了配管的熱交換器 來說，由于擴大了混合層5而減少了可利用的熱水能量，因此存在利用熱泵沸騰時的效率 低下的問題。
本發(fā)明的目的是提供一種用于解決以往的問題并提高加熱效率的熱水供給裝置。
解決問題的手段
為了解決上述以往的問題，本發(fā)明的熱水供給裝置包括儲水槽；在所述儲水槽內 由配管形成并使所述儲水槽內的熱水與流過所述配管的水進行熱交換的熱交換器，所述裝 置構成為將所述配管在所述儲水槽內配設成大致水平狀態(tài)，因此使在儲水槽內產生的下降 水流保持在最小限度，并能夠抑制混合層的攪拌作用。
發(fā)明效果
根據(jù)本發(fā)明能夠提供加熱效率提高的熱水供給裝置。


圖1是本發(fā)明的實施方式1的熱水供給裝置的結構圖。
圖2是同一熱交換器的平面圖。
圖3是示出了同一儲水槽內溫度分布的圖。
圖4是示出了同一熱交換器附近的流速的圖。
圖5是不同形狀的熱交換器的平面圖。
圖6是不同形狀的熱交換器的平面圖。
圖7是不同形狀的熱交換器的平面圖。
圖8是本發(fā)明的實施方式2的熱水供給裝置的結構圖。
圖9是同一熱交換器的平面圖。
圖10是示出了同一儲水槽內溫度分布的視圖。
圖11是示出了同一熱交換器附近的流速的視圖。
圖12是不同形狀的熱交換器的平面圖。
圖13是不同形狀的熱交換器的平面圖。
圖14是現(xiàn)有技術的熱水供給裝置的結構圖。
圖15是示出了同一熱交換器附近的流速的視圖。
符號說明
1儲水槽
6加熱裝置(熱泵單元)
9熱交換器
9a 配管
10 浴紅具體實施方式
第一發(fā)明的熱水供給裝置包括儲水槽；和在儲水槽內由配管形成并使儲水槽內 的熱水與流過配管的水進行熱交換的熱交換器，將所述配管在所述儲水槽內配設成水平狀 態(tài)。由于能夠使設置于儲水槽內的熱交換器的配管周圍產生的下降水流保持在最小限度， 并抑制儲水槽內的攪拌作用，以及能夠防止由于混合層的擴大而引起的可利用熱水能量的 減少，因此具有能夠實現(xiàn)良好的使用性和較高的節(jié)能性的效果。
第二發(fā)明的熱水供給裝置包括儲水槽；和在儲水槽內由配管形成并使儲水槽內的 熱水與流過所述配管的水進行熱交換的熱交換器，配管配設成在儲水槽內的下方向的開口 面積較大，大致為缽狀。由于能夠使設置于儲水槽內的熱交換器的配管周圍產生的下降水 流保持在最小限度，并抑制儲水槽內的攪拌作用，以及能夠防止由于混合層的擴大而引起 的可利用熱水能量的減少，因此具有能夠實現(xiàn)良好的使用性和較高的節(jié)能性的效果。
第三發(fā)明的特征在于，特別是第一或第二發(fā)明的熱交換器的配管形成為渦旋狀， 因此相對于一般的儲水槽形狀即圓筒形來說具有容易收集的效果。
第四發(fā)明的特征在于，特別是第一或第二發(fā)明的熱交換器的配管具有多個直線部 分和多個曲線部分，因此具有相應于儲水槽的形狀能夠任意構成配管的效果。
第五發(fā)明的特征在于，特別是第一至第四發(fā)明的熱交換器的配管由單一的路徑形成，因此具有能夠實現(xiàn)簡單的結構以及實現(xiàn)泄露等問題較少的高可靠性的效果。
第六發(fā)明的特征在于，特別是第一至第五發(fā)明的熱交換器的配管構成為在儲水槽 內的水的入口附近分支出多個配管，在水的出口附近連接在一起，因此具有能夠適當?shù)卦O 計需要的配管長度、壓力損失和熱通過率的效果。
第七發(fā)明的特征在于，特別是第一至第六發(fā)明中設有加熱儲水槽內的水的加熱裝 置，并使用熱泵循環(huán)作為所述加熱裝置，因此能夠提供能量的利用效率，實現(xiàn)節(jié)能性優(yōu)良的 熱水供給裝置。
第八發(fā)明是第七發(fā)明的熱泵循環(huán)是超臨界制冷劑回路，通過構成為使用升壓到臨 界壓力以上的制冷劑加熱水，使沸騰溫度達到高溫，因此能夠增大可利用的熱量和防止熱 水中斷。
下面參照

本發(fā)明的實施方式。此外，本發(fā)明不限于這些實施方式。
實施方式1
圖1是示出了根據(jù)本發(fā)明的第一實施方式的熱水供給裝置的結構圖。
在圖1中，熱水供給裝置包括儲水槽1 ；作為加熱該儲水槽1中的水的加熱裝置的 熱泵單元6 ；將加熱前的水輸送到該熱泵單元6并與儲水槽1的下部相連的第1配管7，將 加熱后的水從熱泵單元6返回到儲水槽1并與儲水槽1的上部相連的第2配管8，設置在儲 水槽1內的上方用于再熱洗澡水的熱交換器9，浴缸10，將浴缸10中的水輸送到熱交換器 9的第3配管11，將熱交換后的熱水從熱交換器9返回到浴缸10的第4配管12，熱水供給 栓13，用于向熱水供給栓13供給熱水并與儲水槽1的上部相連的供熱水管16，與儲水槽1 下部相連的供水管14。此外，供水管14通過混水閥15與供熱水管16相連。
此外，為了連接熱交換器9、第3配管11以及第4配管12，在儲水槽1中設有第1 連接件17和第2連接件18。
圖2示出了儲水槽1內的熱交換器9的平面圖。熱交換器9的本體是用不銹鋼管構 成的配管9a形成渦旋狀。配管9a的外側端部通過第1連接件17與第3配管11相連，配管9a 的內側端部通過設置在儲水槽1上部的第2連接件18(如圖1所示)與第4配管12相連。
下面說明上述結構的熱水供給裝置的動作和作用。
沸騰前儲水槽1中大部分是低溫水。開始運轉后，通過第1配管7將儲水槽1中 的水輸送到熱泵單元2，在此加熱后的高溫熱水通過第2配管8返回儲水槽1。由此儲水槽 1中儲存有高溫熱水。
利用沸騰后的熱水時，通過供熱水管16輸送儲水槽1中的高溫熱水，該高溫熱水 與來自供水管14的水在混水閥15中混合，調整到設定溫度后從熱水供給栓13供給。此外， 與熱水供給中使用的熱水量相同的水量通過供水管14從儲水槽1下部流入。
加熱洗澡水時，浴缸10中的水通過第3配管11輸送到熱交換器9，在熱交換器9 的配管9a中，與在儲水槽1內循環(huán)的熱水進行熱交換變成溫度升高的水，然后通過第4配 管12返回浴缸10。
在上述動作時，使用中的儲水槽1內，高溫熱水3和低溫水4變成不斷層積的狀 態(tài)，這些熱水3和水4之間由于熱傳導和對流而存在處于中間溫度的混合層5。
圖3說明了根據(jù)混合層5的大小引起的可利用的不同熱水量。以橫軸表示溫度、 縱軸表示儲水槽1的高度的方式示出了儲水槽1內熱水的溫度分布。示出的不同溫度分布5包括混合層fe較小的狀態(tài)19，和混合層恥較大的狀態(tài)20。
例如，溫度ts是可利用的熱水溫度的下限時，可利用的熱量差用模型表示時與區(qū) 域21相當，混合層5越大越容易導致熱水中斷，此外，可利用的熱量較少，即節(jié)能性差。
比較混合層fe、5b的下部，混合層恥的水溫高的情況更多，這樣下次沸騰時對于 熱泵單元6，流入更高溫的水。沸騰前的水溫越高，熱泵單元6的效率越惡化，因此即使在沸 騰時大的混合層5也會損失節(jié)能性。
圖4示出了儲水槽1內熱交換器9的橫截面。由于構成熱交換器9的不銹鋼配管 9a水平排列，因此配管9a的周圍產生的下降水流難以相互施加影響，這樣以小的流速流入 到儲水槽1內。因此，對混合層5的影響被抑制到最小限度。
這樣，通過使設置在儲水槽1內的熱交換器9的配管9a的周圍產生的下降水流保 持在最小限度，能夠抑制儲水槽1內的攪拌作用，防止由混合層5擴大而引起的可利用熱水 量的減少，以及防止熱泵單元2中沸騰效率的降低，因此能夠實現(xiàn)良好的使用性和高的節(jié) 能性。
此外，通過使熱交換器9形成大致圓形的渦旋狀，具有在圓筒形儲水槽1時容易確 保所需管長度的優(yōu)點。
此外，熱交換器9內水的流動為從配管9a的外側向內側，但是，逆時針方向，也就 是入口為第2連接件18側，出口為第1連接件17側，從內側向外側也可以得到相同的效果。
進一步地，熱泵單元6的制冷劑循環(huán)使用二氧化碳作為制冷劑，最好是在超過臨 界壓力的壓力下運轉。使用二氧化碳作為制冷劑時沸騰溫度處于高溫，因此能夠自由地控 制儲水槽1內的熱水溫度。
圖5是熱交換器9的平面圖，其中熱交換器9由形狀為直線部分和曲線部分的不 銹鋼配管9a相組合而構成，在儲水槽1的形狀不同的情況下，能夠有效地利用空間來配置 熱交換器9。
此外，圖5(a)中直線部分為平行地布置，圖5(b)是曲線部分超過180度使得管長 能夠更長時的熱交換器9的平面圖。
此外，圖6是加工成大致矩形形狀的熱交換器。此時儲水槽1可在角形場合有效 地利用空間。
此外，圖7中在流入儲水槽1內的熱交換器9內的水的入口附近設置第1分支部 22，在出水口附近設置第2分支部23。通過將熱交換器9的配管9a分成兩個系統(tǒng)，能夠適 當?shù)卦O計配管長度和壓力損失以及熱通過率的關系。
實施方式2
圖8是示出了根據(jù)本發(fā)明第二實施方式的熱水供給裝置的結構圖。
圖8中，熱水供給裝置包括儲水槽1，作為加熱該儲水槽1中的水的加熱裝置的熱 泵單元6，將加熱前的水輸送到該熱泵單元6并與儲水槽1的下部相連的第1配管7，將加 熱后的水從熱泵單元6返回到儲水槽1并與儲水槽1的上部相連的第2配管8，設置在儲水 槽1內的上方用于再加熱洗澡水的熱交換器9，浴缸10，將浴缸10中的水輸送到熱交換器 9的第3配管11，將熱交換后的熱水從熱交換器9返回到浴缸10的第4配管12，熱水供給 栓13，用于向熱水供給栓13供給熱水并與儲水槽1的上部相連的供熱水管16，與儲水槽1 下部相連的供水管14。此外，供水管14通過混水閥15與供熱水管16相連
此外，為了連接熱交換器9、第3配管11以及第4配管12，在儲水槽1中設有第1 連接件17和第2連接件18
圖9示出了儲水槽1內的熱交換器9的平面圖。熱交換器9的本體是用不銹鋼管 構成的配管9a形成渦旋狀。配管9a的外側端部通過第1連接件17與第3配管11相連， 配管9a的內側端部通過設置在儲水槽1上部的第2連接件18 (如圖8所示)與第4配管 12相連
設置在最外側的配管9a和儲水槽1的內表面保持大致一定的間隔，設置在更內側 的配管9a依次沿外側配管9a以沒有間隔的方式配置，相鄰的配管9a的內側處于比外側更 高的位置，也就是說，朝向儲水槽1的下方的開口面積更大，配置成大致缽狀。
下面說明上述結構的熱水供給裝置的動作和作用。
沸騰前儲水槽1中大部分是低溫水。開始運轉后，通過第1配管7將儲水槽1中 的水輸送到熱泵單元2，在此加熱后的高溫熱水通過第2配管8返回儲水槽1。由此儲水槽 1中儲存有高溫熱水。
利用沸騰后的熱水時，通過供熱水管16輸送儲水槽1中的高溫熱水，該高溫熱水 與來自供水管14的水在混水閥15中混合，混合到設定溫度后從熱水供給栓13供給。此外， 與熱水供給中使用的熱水量相同的水量通過供水管14從儲水槽1下部流入。
加熱洗澡水時，浴缸10中的水通過第3配管11輸送到熱交換器9，在熱交換器9 的配管9a中，與在儲水槽1內循環(huán)的熱水進行熱交換變成溫度升高的水，然后通過第4配 管12返回浴缸10。
在上述動作時，使用中的儲水槽1內，高溫熱水3和低溫水4變成不斷層積的狀 態(tài)，這些熱水3和水4之間由于熱傳導和對流而存在處于中間溫度的混合層5。
圖10說明了根據(jù)混合層5的大小引起的可利用的不同熱水量。以橫軸表示溫度、 縱軸表示儲水槽1的高度的方式示出了儲水槽1內熱水的溫度分布。示出的不同溫度分布 包括混合層fe較小的狀態(tài)19，和混合層恥較大的狀態(tài)20。
例如，溫度ts是可利用的熱水溫度的下限時，可利用的熱量差用模型表示時與區(qū) 域21相當，混合層5越大越容易導致熱水中斷，此外，可利用的熱量較少，即節(jié)能性差。
比較混合層fe、5b的下部，混合層恥的水溫高的情況更多，這樣下次沸騰時對于 熱泵單元6，流入更高溫的水。沸騰前的水溫越高，熱泵單元6的效率越惡化，因此即使在沸 騰時大的混合層5也會損失節(jié)能性。
圖11示出了儲水槽1內熱交換器9的橫截面。由于構成熱交換器9的不銹鋼配 管9a在儲水槽1內向外側依次以較低的位置排列，因此在配管9a的上側產生的水流緩緩 加速，同時到達儲水槽1的內表面附近并這樣沿該內表面下降。
由于該水流通向儲水槽1的最外側，因此很少與混合層5上殘留的高溫熱水的混 合，就到達混合層5。此外，即使到達了混合層5，由于在周邊引起攪拌，對混合層5的擴大 作用較小。
一方面，配管9下側的下降水流以較小的流速大致同樣地下降。該水流難以相互 施加影響，這樣以小的流速流入到儲水槽1內，從而對混合層5的影響也小。
這樣，通過使設置在儲水槽1內的熱交換器9的配管9a的周圍產生的下降水流保 持在最小限度，能夠抑制儲水槽1內的攪拌作用，防止由混合層5擴大而引起的可利用熱水量的減少，以及防止熱泵單元2中沸騰效率的降低，因此能夠實現(xiàn)良好的使用性和高的節(jié) 能性。
此外，通過使熱交換器9形成大致圓形的渦旋狀，具有在圓筒形儲水槽1的情況下 容易與該形狀相配合并確保所需管長度的優(yōu)點。
此外，熱交換器9內水的流動為從配管9a的外側向內側，但是，逆時針方向，也就 是入口為第2連接件18側，出口為第1連接件17側，從內側向外側也可以得到相同的效果。
進一步地，熱泵單元6的制冷劑循環(huán)使用二氧化碳作為制冷劑，最好是在超過臨 界壓力的壓力下運轉。使用二氧化碳作為制冷劑時沸騰溫度處于高溫，因此能夠自由地控 制儲水槽1內的熱水溫度。
此外，圖12是用直線部分和曲線部分構成配管9a，且加工成大致矩形形狀的熱交 換器，此時可適用于角形的儲水槽1。
此外，圖13中在流入儲水槽1的熱交換器9的水的入口附近設置第1分支部22， 在水的出口附近設置第2分支部23。通過將熱交換器9的配管9a分成兩個系統(tǒng)，能夠適當 地設計配管長度壓力損失以及熱通過率的關系。
產業(yè)上可利用性
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的熱水供給裝置能夠在利用儲水槽內的熱水熱量的情況下 最小限度地減少可利用的熱水量，除了能夠適用于家用熱水供給裝置，還能夠適用于在具 有熱源和儲水槽的系統(tǒng)中用于企業(yè)等大規(guī)模的用途，并提供優(yōu)異的節(jié)能性。
權利要求
1.一種熱水供給裝置，其特征在于包括儲水槽；和在所述儲水槽內由配管形成并使所述儲水槽內的熱水與流過所述配管 的水進行熱交換的熱交換器，將所述配管在所述儲水槽內配設成水平狀態(tài)。
2.一種熱水供給裝置，其特征在于包括儲水槽；和在所述儲水槽內由配管形成并使所述儲水槽內的熱水與流過所述配管 的水進行熱交換的熱交換器，所述配管配設成在所述儲水槽內的下方向的開口面積較大，大致為缽狀。
3.如權利要求1或2所述的熱水供給裝置，其特征在于，所述熱交換器的所述配管形成 為渦旋狀。
4.如權利要求1或2所述的熱水供給裝置，其特征在于，所述熱交換器的所述配管包括 多個直線部分和多個曲線部分。
5.如權利要求1至4任何一項所述的熱水供給裝置，其特征在于，所述熱交換器的所述 配管由單一的路徑形成。
6.如權利要求1至5任何一項所述的熱水供給裝置，其特征在于，所述熱交換器的所 述配管構成為在所述儲水槽內的水的入口附近分支出多個配管，在水的出口附近連接在一 起。
7.如權利要求1至6任何一項所述的熱水供給裝置，其特征在于，設有加熱所述儲水槽 內的水的加熱裝置，使用熱泵循環(huán)作為所述加熱裝置。
8.如權利要求7所述的熱水供給裝置，所述熱泵循環(huán)是超臨界制冷劑回路。
全文摘要
一種提高了加熱效率的熱水供給裝置，包括儲水槽(1)；具有配設在儲水槽(1)內的配管并使儲水槽(1)內的熱水與流過配管的水進行熱交換的熱交換器(9)，其特征在于所述裝置構成為將配管在儲水槽1內配設成大致水平狀態(tài)。
文檔編號F24H4/04GK102042679SQ20101053946
公開日2011年5月4日 申請日期2010年10月13日 優(yōu)先權日2009年10月14日
發(fā)明者中谷和人, 今川常子, 倉本哲英, 尾浜昌宏, 山本照夫, 渡邊伸二, 西山吉繼 申請人:松下電器產業(yè)株式會社