JP5637903B2

JP5637903B2 - 給湯システム

Info

Publication number: JP5637903B2
Application number: JP2011047057A
Authority: JP
Inventors: 正純知崎; 伸哲上原
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2011-03-04
Filing date: 2011-03-04
Publication date: 2014-12-10
Anticipated expiration: 2031-03-04
Also published as: EP2495500A2; JP2012184865A; CN102654310B; CN102654310A; EP2495500A3; EP2495500B1

Description

本発明は、給湯システムに関するものである。

従来、真空断熱材を適用した給湯タンクがある（例えば、特許文献１参照）。給湯タンクの外周に真空断熱材を適用すると、その熱漏洩量が低減し、結果として電力量が低減する。

また、ヒートポンプ熱源機を適用した給湯暖房システムがある（例えば、特許文献２参照）。

特開２００５−２２６９６５号公報特開２００７−５１８３０号公報

給湯システムにおいて、タンクだけでなく配管も断熱することが望ましい。しかしながら、タンクと配管とを個々に断熱すると、必然的に断熱材の厚みが増し、製品全体としてのサイズが大きくなる等の課題がある。

本発明は、例えば、配管断熱に使用する断熱材の量を削減することで、製品全体としてのサイズを小さくすることを目的とする。

本発明の一の態様に係る給湯システムは、
ヒートポンプサイクルを利用して温められる水を貯めるタンクと、
前記タンクを収納するケースと、
前記ケースの内部で前記タンクに接続される接続部と、前記ケースの内部で前記接続部から折れ曲がって前記ケースの端部まで延びる延部とをそれぞれ有する複数の配管と、
前記ケースの内部で前記タンクを囲む断熱材であり、前記タンクと前記断熱材との間に、前記複数の配管のうち少なくとも１つの配管の接続部と延部の少なくとも一部とが配置される空間を形成する断熱材とを備える。

本発明の一の態様では、タンクと断熱材との間に、少なくとも１つの配管の接続部と延部の少なくとも一部とが配置される空間が形成されている。したがって、配管断熱に使用する断熱材の量が削減され、製品全体としてのサイズが小さくなる。

実施の形態１に係る給湯暖房システムの構成図。実施の形態１に係る給湯暖房システムのタンク及び配管の断熱を示す横断面図。実施の形態１に係る給湯暖房システムのタンク及び配管の断熱を示す縦断面図。

以下、本発明の実施の形態について、図を用いて説明する。

実施の形態１．
図１は、本実施の形態に係る給湯暖房システム１０の構成図である。

図１において、給湯暖房システム１０は、タンク１１、ヒートポンプ熱源機１３、水循環ポンプ１５、電磁三方弁１６、温水暖房器具１７（例えば、床暖房）を備える。また、給湯暖房システム１０は、複数の配管の例として、給水管２０、出湯管２１、戻り管２２、流入管２３を備える。

給湯暖房システム１０では、流体回路の例として、水回路１０ａ、給湯回路１０ｂ、暖房回路１０ｃが構成されている。水回路１０ａ、給湯回路１０ｂ、暖房回路１０ｃでは、流体の一例として水が循環する。

ヒートポンプ熱源機１３は、膨張装置、蒸発器、圧縮機、水冷媒熱交換器１４（例えば、凝縮器）が接続されて冷媒（例えば、ＣＯ_２）が循環するヒートポンプ回路を備える。圧縮機は、冷媒を圧縮して加熱する。水冷媒熱交換器１４は、圧縮機によって加熱された冷媒を利用して、水回路１０ａを流れる水を加熱する。膨張装置は、膨張冷却により冷媒を冷却する。蒸発器は、膨張装置によって冷媒が冷却された後、外気から冷媒に熱を回収する。このように、ヒートポンプ熱源機１３は、ヒートポンプサイクル運転を行うことにより、水回路１０ａを循環する水を温める。

電磁三方弁１６は、水回路１０ａ、給湯回路１０ｂ、暖房回路１０ｃの水の往路を接続する。電磁三方弁１６は、ヒートポンプ熱源機１３のヒートポンプサイクルにより温められる水を、給湯回路１０ｂと暖房回路１０ｃとに流入させる。給湯回路１０ｂと暖房回路１０ｃとへの水の流量は、外部から制御される。

タンク１１は、貯湯槽１１ａと熱交換器１２（具体的には、水熱交換器）とを有する。貯湯槽１１ａは、水を貯める。熱交換器１２は、給湯回路１０ｂを循環する水（即ち、ヒートポンプ熱源機１３のヒートポンプサイクルにより温められた水）を利用して、貯湯槽１１ａに貯められた水を温める。

給水管２０は、水をタンク１１の貯湯槽１１ａに供給する。流入管２３は、給湯回路１０ｂを循環する水をタンク１１の熱交換器１２に流入させる。戻り管２２は、熱交換器１２により利用された水を給湯回路１０ｂに戻す。出湯管２１は、熱交換器１２により温められた水を貯湯槽１１ａから流出させる。

本実施の形態において、給湯暖房システム１０は、給湯システムの一例であり、温水暖房器具１７を備えていなくてもよい。この場合、電磁三方弁１６は不要である。

本実施の形態において、タンク１１は、ヒートポンプサイクルを間接的に利用して温められる水を貯めるが、ヒートポンプサイクルを直接的に利用して温められる水を貯めてもよい。つまり、タンク１１は、熱交換器１２を有していなくてもよい。この場合、給湯回路１０ｂを循環する水は、流入管２３を介してタンク１１の貯湯槽１１ａに流入し、貯湯槽１１ａ内に貯められる。この水が使用された後、あるいは、別途給水管２０から供給された水が、戻り管２２を介して給湯回路１０ｂに戻される。

以下、給湯暖房システム１０の動作について説明する。

給湯暖房システム１０の運転時は、ヒートポンプ熱源機１３内に配設されている水冷媒熱交換器１４により水回路１０ａ内の水が加熱される。水循環ポンプ１５により水回路１０ａ内を温水が循環する。水循環ポンプ１５から吐出された温水は、電磁三方弁１６により給湯回路１０ｂ、暖房回路１０ｃへと切り換えられる。給湯回路１０ｂ内の温水は、流入管２３を介して、タンク１１の貯湯槽１１ａ内に配設された熱交換器１２に送られる。熱交換器１２に送られた温水は、貯湯槽１１ａ内の水と熱交換され、戻り管２２を介して、再び水循環ポンプ１５により水回路１０ａに戻される。熱交換により加熱された貯湯槽１１ａ内の温水は、出湯管２１を介して、シャワー等に使用される。暖房回路１０ｃ内の温水は、温水暖房器具１７に送られ、室内空間を暖房することで放熱され、再び水循環ポンプ１５により水回路１０ａに戻される。

図２は、給湯暖房システム１０のタンク１１及び配管の断熱を示す横断面図である。図３は、給湯暖房システム１０のタンク１１及び配管の断熱を示す縦断面図である。

給湯暖房システム１０は、さらに、タンク１１を覆うケース１８（即ち、給湯タンク外箱）、断熱材１９（具体的には、真空断熱材）を備える。

ケース１８は、例えば直方形状であり、タンク１１、配管群（即ち、給水管２０、出湯管２１、戻り管２２、流入管２３）を内部に収納する。配管群は、ケース１８のコーナー部で、ケース１８と円柱形状のタンク１１との間に上下方向に配置される。出湯管２１、戻り管２２、流入管２３を流れる温水の温度差はおよそ１０〜１５℃であり、タンク１１の貯湯温度とも温度差は少ない。そのため、出湯管２１、戻り管２２、流入管２３は、同じ断熱材１９で覆われた空間の内側に配置される。給水管２０には据付現地での市場利用の水が流れ、この水の温度は冬場では数℃と低くなる。そのため、給水管２０は、断熱材１９で覆われた空間の外側に配置される。

断熱材１９は、タンク１１、出湯管２１、戻り管２２、流入管２３を取り囲むように配設されている。出湯管２１、戻り管２２、流入管２３は、互いに近接しており、またタンク１１との距離が短くなるように配設されている。一方、給水管２０は、断熱材１９の外側に配設されている。給水管２０と他の配管群（即ち、出湯管２１、戻り管２２、流入管２３）とは、ケース１８の異なるコーナー部に配置される。断熱材１９の一部は、給水管２０を避けるように形状及び配置が工夫されている。具体的には、出湯管２１、戻り管２２、流入管２３が配置されたコーナー部では、ケース１８の内壁に沿って断熱材１９が設けられており、それ以外のコーナー部（特に、給水管２０が配置されたコーナー部）では、タンク１１の外壁に沿って断熱材１９が設けられている。このような構成を採用したことにより、本実施の形態によれば、ケース１８内に収納された出湯管２１、戻り管２２、流入管２３の配管群は配管単独での断熱処理が不要となっている。

断熱材１９は、真空断熱材であることが望ましい。図２及び図３では、タンク１１の側面全体を覆うように平らな板状の真空断熱材（即ち、真空断熱パネル）を、タンク１１の形状に沿って組み合わせ、連続的に設置している。図には示していないが、タンク１１の天面側にも断熱のために真空断熱パネルを用いることが望ましい。被断熱物の形状に合わせた形状に加工できる真空断熱材を用いれば、さらに断熱保温性能が向上する。

以下、さらに詳細について説明する。

図３に示すように、それぞれの配管（即ち、給水管２０、出湯管２１、戻り管２２、流入管２３）は、ケース１８の内部でタンク１１に接続される接続部２０ａ，２１ａ，２２ａ，２３ａと、ケース１８の内部で接続部２０ａ，２１ａ，２２ａ，２３ａから折れ曲がってケース１８の端部（例えば、上端）まで延びる延部２０ｂ，２１ｂ，２２ｂ，２３ｂとを有する。断熱材１９は、タンク１１と断熱材１９との間に、全ての配管の接続部２０ａ，２１ａ，２２ａ，２３ａと、出湯管２１、戻り管２２、流入管２３の延部２１ｂ，２２ｂ，２３ｂとが配置される空間を形成している。給水管２０の延部２０ｂは、この空間の外に配置されている。

このように、本実施の形態では、タンク１１と、一定以上の温度の流体が流れる配管群（即ち、出湯管２１、戻り管２２、流入管２３）とを共通の断熱材１９によって断熱している。そのため、全体としての断熱材１９の使用量を大幅に削減することができる。さらに、ケース１８のサイズがコンパクトになり、軽量化も図れる。

また、図３に示すように、断熱材１９によって断熱される配管群の延部（即ち、出湯管２１、戻り管２２、流入管２３の延部２１ｂ，２２ｂ，２３ｂ）は、他の配管の延部（即ち、給水管２０の延部２０ｂ）とタンク１１を挟んで略反対側に配置されている。つまり、出湯管２１、戻り管２２、流入管２３の延部２１ｂ，２２ｂ，２３ｂは、給水管２０の延部２０ｂより互いに近くに配置されている。

このように、本実施の形態では、内部水温の近い出湯管２１、戻り管２２、流入管２３を互いに近接させることで周囲への熱漏洩量を低減させることができる。また、これらの配管群とタンク１１との距離を短くすることで、配管群とタンク１１との間で起きる自然対流を弱めることができる。結果として、さらに周囲への熱漏洩量が低減し、電力量が低減する。

一方で、給水管２０は、その他の配管群（即ち、出湯管２１、戻り管２２、流入管２３）と内部水温が異なるため、断熱材１９の外側に配設されている。これにより、無駄な熱漏洩を抑制することができる。また、断熱材１９の該当する部分は、図２に示すように形状及び配置を工夫しているため、さらに断熱材１９の使用量を削減することができる。

本実施の形態において、断熱材１９は、出湯管２１、戻り管２２、流入管２３の延部２１ｂ，２２ｂ，２３ｂの略全体を囲んでいるが、出湯管２１、戻り管２２、流入管２３の延部２１ｂ，２２ｂ，２３ｂのそれぞれの一部（例えば、タンク１１の上端と同じ又はそれより低い位置にある部分）のみを囲んでもよい。この場合も、上記のような効果が一定程度は得られる。

本実施の形態において、断熱材１９は、給水管２０を除く全ての配管を囲んでいるが、出湯管２１、戻り管２２、流入管２３のいずれか１つ又は２つのみを囲んでもよい。この場合も、上記のような効果が一定程度は得られる。

本実施の形態において、出湯管２１、戻り管２２、流入管２３の延部２１ｂ，２２ｂ，２３ｂがタンク１１の外壁に沿って真っ直ぐ延びているが、いずれかの配管の延部が異なる方向（例えば、斜め方向）に延びていてもよいし、途中で曲がっていてもよいし、湾曲していてもよい。いずれの場合も、断熱材１９の形状や配置を、出湯管２１、戻り管２２、流入管２３の延部２１ｂ，２２ｂ，２３ｂの形状に合わせることで対応できる。

以上説明したように、本実施の形態では、ヒートポンプ熱源機１３を使用した給湯暖房システム１０が、真空断熱材を備える。給湯タンクの周囲は真空断熱材で覆われる。この真空断熱材で覆われた部分の中には配管群も合わせて配置される。このように、本実施の形態では、省スペース化のために共通の真空断熱材を使用して給湯タンクと配管とを断熱するので、真空断熱材の使用量を削減することができる。

また、本実施の形態では、上記配管群は、給湯タンクに貯められた温水の温度に近い温度の水が流れる配管群（即ち、給水管２０以外の配管群）であり、それぞれの配管同士が近接して並行に配置される。このように、本実施の形態では、内部水温の近い配管同士を近接して配設し、給水管２０を真空断熱材の外側に配設しているので、無駄な熱漏洩を抑制し、さらに真空断熱材の使用量を削減することができる。

１０給湯暖房システム、１０ａ水回路、１０ｂ給湯回路、１０ｃ暖房回路、１１タンク、１１ａ貯湯槽、１２熱交換器、１３ヒートポンプ熱源機、１４水冷媒熱交換器、１５水循環ポンプ、１６電磁三方弁、１７温水暖房器具、１８ケース、１９断熱材、２０給水管、２０ａ，２１ａ，２２ａ，２３ａ接続部、２０ｂ，２１ｂ，２２ｂ，２３ｂ延部、２１出湯管、２２戻り管、２３流入管。

Claims

ヒートポンプサイクルを利用して温められる水を貯めるタンクと、
内側に４つのコーナー部を有し、前記タンクを収納するケースと、
前記ケースの内部で前記タンクに接続される接続部と、前記ケースの内部で前記接続部から折れ曲がって前記ケースの端部まで延びる延部とをそれぞれ有する複数の配管と、
前記ケースの内部で前記タンクを囲むように、前記４つのコーナー部のうち、いずれか１つのコーナー部では前記ケースの内壁に沿って設けられ、他の３つのコーナー部では前記タンクの外壁に沿って設けられる断熱材と
を備え、
前記複数の配管は、前記ヒートポンプサイクルを利用して温められる前の水を前記タンクに供給するための給水管と、前記給水管以外の少なくとも１つの配管とを含み、
前記１つのコーナー部では、前記少なくとも１つの配管の接続部と延部の少なくとも一部とが前記タンクの外壁と前記断熱材との間に配置され、
前記３つのコーナー部のうち、前記１つのコーナー部から対角線上にあるコーナー部では、前記給水管の延部が前記断熱材と前記ケースの内壁との間に配置されることを特徴とする給湯システム。
前記タンクは、水を貯める貯湯槽と、前記ヒートポンプサイクルにより温められる流体が循環する流体回路に接続され、前記流体回路を循環する流体を利用して、前記貯湯槽に貯められる水を温める熱交換器とを有し、
前記少なくとも１つの配管は、前記流体回路を循環する流体を前記熱交換器に流入させる流入管と、前記熱交換器により利用された流体を前記流体回路に戻す戻り管と、前記熱交換器により温められた水を前記貯湯槽から流出させる出湯管とを含むことを特徴とする請求項１の給湯システム。
前記複数の配管の延部は、前記タンクの外壁に沿って延び、
前記１つのコーナー部では、前記少なくとも１つの配管の接続部と延部の略全体とが前記タンクの外壁と前記断熱材との間に配置されることを特徴とする請求項１又は２の給湯システム。
前記断熱材は、複数の真空断熱パネルを組み合わせて構成されることを特徴とする請求項１から３のいずれかの給湯システム。