JPS6039710Y2 - 貯湯槽 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は温度差のある複数の熱交換器を槽内に配設して
給湯用の水を同時に加熱する構造を採用した貯湯槽の改
良に関するものである。

貯湯槽内に複数の熱交換器を配設し、夫々に温度レベル
の異なる熱源例えば廃熱等を循環させて同時に加熱又は
蓄熱すると、槽内の水は自然対流を起こし、徐々に全体
の温度が上昇して行く。

このため、高温水を得たい場合にはある程度の待ち時間
が必要となったり、貯湯槽の容量を有効に使って熱を蓄
えられないなど使用上不便な欠点があつた。

例えばエンジン駆動ヒートポンプシステムに於ける廃熱
の利用例として従来の欠点を説明すると、第１図に於い
て、１８は貯湯槽、１１はエンジン、１２はコンプレッ
サ、１３は廃熱回路、１４は廃熱交換器（高温熱源用熱
交換器）、１５はヒートポンプ回路の凝縮器（低温熱源
用熱交換器）、１６は膨張弁、１７は蒸発器を示す。

このような廃熱利用システムに於いては廃熱回路１３側
の温度レベルＴｈは高（（例えば８０℃）、凝縮器１５
側の温度レベル刀は低い（例えば４５℃）。

したがって、貯湯槽１８内には温度レベルの異なる２種
類の熱源が存在することになり、貯湯槽１８内にこの２
種類の温度レベルの熱をいかに蓄熱するかが問題となる
。

第１図の場合には高温熱源の熱と低温熱源の熱は同時に
発生し、貯湯槽１８内の高温熱源用熱交換器１４の周囲
が高温熱源の温度Ｔｈに達した時か、あるいは低温熱源
用熱交換器１５の周囲が低温熱源の温度ＴＩに達した時
かどちらか早い時期にエンジン駆動ヒートポンプは貯湯
運転を停止する。

したがって、その時に貯湯槽１８に貯えられる熱量は、
貯湯槽１８の容量を一定とすれば、貯湯槽１８内の温度
分布さらには高温用、低温用熱交換器の配置に強く依存
することとなる。

貯湯槽内の水温がすべて給水温度と等しい状態で貯湯の
ための運転が開始されたとする。

貯湯運転停止時の貯湯槽内の温度分布は、第２図に示す
ようにＡ部には高温熱源と等しい温度Ｔｈの温水がａｌ
、 １３部には低温熱源と等しい温度Ｔ１の温水がｂｌ
貯えられるように各熱交換器が貯湯槽内に設置されてい
るものとする。

今、外部より温度り温水ｘｌの給湯需要があり、高温の
温水Ｘ１を使用したとする（ｘ＜ａＸ ｘ＜ｂ）。

温ｒｉｎの水が貯湯槽１８下部より給水され、貯湯槽１
８内の温度分布は第３図に示すようになり、給湯運転に
よって、給水温度Ｔｉｎの水Ｘｌが低温熱源によって、
温度Ｔ１の水Ｘ１が高温熱源によって加熱されることに
なる。

水の比熱をＣとすれば、温度ＴＩの水ａ１が温度りに達
するのに要する熱量は、（Ｔｈ−ＴＩ）Ｘ−ｃ、温度Ｔ
ｉｎの水Ｘ１が温度上に達するのに要する熱量は、（Ｔ
Ｉ −Ｔｉｎ） ・ｘ”ｃとなる。

この熱量の比をとると、 （Ｔｈ−Ｔ１）・Ｘ−ｃ：（Ｔ′１−Ｔｉｎ）・Ｘ−ｃ
＝ （Ｔｈ −ＴＩ） ： （ＴＩ−Ｔｉｎ） −
−−・−■となる。

しかるにガスエンジンヒートポンプにおいて高温熱源と
低温熱源から発生する熱量の比は例えば第４図に示すよ
うに定ったものであり、一般的には■式に示された比と
は一致しない。

このことは、高温熱源、低温熱源によって加熱される水
は、一般的には両方ともがそれぞれ到達可能な最高温度
まて達成できないことを示しており、貯湯槽の容量を有
効に活用しきれていないことを示している。

このような状態の生じる原因は、高温用熱交換器１４と
低温用熱交換器１５との貯湯槽１８における配置には、
レベル差があり、各熱交換器の上部の水は、その熱交換
器の温水によって加熱されて自然対流により徐々に全体
の温度を上げてゆき、最終的に熱源と等しい温度となる
のであって、その熱源と同じ温度に加熱された水が上部
より層を威して貯えられるのではないからである。

本考案は、この熱交換器による加熱に際して、該熱交換
器上部に存在する水の温度を全体的に徐々に上昇させる
のではなく、水を部分的に加熱し、熱源温度に近づけ該
水を層状に貯湯槽上部より貯える点に特徴がある。

以下第５図及び第６図に基づき本考案を詳記すると、第
５図は貯湯槽１８内に高温用熱交換器１４を装入し、こ
の周囲を断熱筒１にて覆い、断熱筒１の上部開口部２は
槽内上方に位置させ、下部開口部３は槽内下方に位置さ
せ、断熱筒１内には設定温度以下では閉、以上では開と
なるサーモバルブ（自動流量調節弁）４を取り付けた構
成である。

なお、サーモバルブ４は気体或いは液体の熱膨張を利用
したもの、或いは水温を検知して電気的に作動させるよ
うにしたもの等が考えられる。

第６図は貯湯槽１８内に於いて、上記構成の高温用熱交
換器１４の下方に低温用熱交換器１５を装入した実施例
である。

貯湯槽１８内を上記のように構威し、サーモバルブ４の
該設定温度を熱源の温度近傍に設定しておくと、断熱筒
１とサーモバルブ４に囲まれた水は、サーモバルブ４近
傍の温度が設定温度より低い間には、貯湯槽１８内を移
動することは許されず、サーモバルブ４近傍の温度が設
定温度となって初めてバルブ４は開き該断熱筒１内の温
度の高い水は貯湯槽１８の上部開口部２から出て槽内上
層部に貯えられる。

断熱筒１内から温度の高い水が出てゆき、サーモバルブ
４近傍の温度が低下すると、サーモバルブ４は閉じて同
様な作動を繰り返す。

これと、断熱筒１、サーモバルブ４が存在しない場合と
を比較すると、後者の場合には熱交換器周囲に存在する
水は熱源により加熱されると、わずかに温度が上った状
態でも周囲との比重差のため、貯湯槽上部に移行してし
まい、熱交換器の周囲には新たに低温の水が流入し、同
様な動作を繰り返す。

このように自然対流が貯湯槽内に自由に行われるため、
貯湯槽内の温度は徐々に全体として上昇してゆくのであ
って、本考案のように熱源と近い高温の水を上部より層
状に生じさせることはできない。

次に上記したような断熱筒１とサーモバルブ４を有する
熱交換器を高温熱源用の熱交換器として第６図に示すよ
うに貯湯槽１８内の十分低い位置に設置すれば、高温熱
源によって生じる温水は高温熱源近傍の温度となって貯
湯槽１８内の上部より貯えられ、高温用熱源より上部に
ある水全体に対して分散されることはない。

したがって貯湯運転を停止するのは低温用熱交換器１５
の周囲温度が低温熱源の温度となった時であり、自動的
にこの貯湯槽１８に貯え得る最大の熱量を有することに
なる。

以上述べたように本考案によれば、温度レベルの異なる
同時に生じる熱を１つの貯湯槽１８内に各々の温度レベ
ルに近い層として、また両者の層の境界は自動的に最適
な位置に形成して蓄熱し得る効果がある。

又、本考案によればサーモバルブ４の設定温度により貯
えられる温水の温度の設定が可能であると共に断熱筒１
には出来るだけ内と外の熱伝導の無いものを選択するこ
とにより、本考案の上記作用及び効果はより促進される
。

次に本考案によれば断熱筒１及びサーモバルブ４の作用
により槽内の上方から徐々に高温層を下方に拡大（降下
）させて貯湯を行うため、立ち上り時の給湯待ち時間を
短かくすることができると共に給湯及び蓄熱容量を大き
くすることが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の貯湯槽の説明図、第２〜４図は従来の貯
湯槽の説明図、第５，６図は本考案に係る貯湯槽の説明
図である。 １・・・・・・断熱筒、２・・・・・・上部開口部、３
・・・・・・下部開口部、４・・・・・・サーモバルブ
、１４・・・・・・高温用熱交換器、１５・・・・・・
低温用熱交換器、１８・・・・・・貯湯槽。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 槽内下方に低温用熱交換器を、上方に高温用熱交換器を
   配設して成る貯湯槽に於いて、高温用熱交換器を槽内た
   て方向に長い断熱筒にて覆うと共に断熱筒の上部及び下
   部を開放し、断熱筒内上部に自動流量調節弁を取り付け
   て威る貯湯槽。