JP2004156805A - Heat pump system - Google Patents

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JP2004156805A
JP2004156805A JP2002321106A JP2002321106A JP2004156805A JP 2004156805 A JP2004156805 A JP 2004156805A JP 2002321106 A JP2002321106 A JP 2002321106A JP 2002321106 A JP2002321106 A JP 2002321106A JP 2004156805 A JP2004156805 A JP 2004156805A
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JP
Japan
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temperature
heat
fluid
heat exchanger
pump
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Pending
Application number
JP2002321106A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Osamu Kuwabara
修 桑原
Masahiro Kobayashi
雅博 小林
Hiroshi Mukoyama
洋 向山
Takanori Iwasaki
崇徳 岩崎
Yutaka Tamura
裕 田村
Mitsuhiro Ishikawa
光浩 石川
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
三洋電機株式会社
Hokkaido Electric Power Co Inc:The
北海道電力株式会社
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Filing date
Publication date
Application filed by Sanyo Electric Co Ltd, 三洋電機株式会社, Hokkaido Electric Power Co Inc:The, 北海道電力株式会社 filed Critical Sanyo Electric Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a heat pump system capable of enhancing heat utilization efficiency. <P>SOLUTION: A heat utilizing apparatus 30 is composed of a high temperature type apparatus 31 with a high request temperature, and a low temperature type apparatus 32 with a lower request temperature than the high temperature type apparatus 31. The high temperature type apparatus 31 and the low temperature type apparatus 32 are connected in series so that a secondary fluid from a heat exchanger 12 is supplied to the low temperature apparatus 32 after passing through the high temperature type apparatus 31 and then returned to the heat exchanger 12. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱利用効率を向上させたヒートポンプシステムに関する。
【0002】
【従来の技術】
今日、暖房や給湯の熱源としてサイクル効率の高いヒートポンプシステムの利用が広く研究され、利用に供給され始めている。
【0003】
このようなヒートポンプシステムは、冷媒を圧縮する圧縮機、圧縮されて高温になった冷媒と2次流体とを熱交換させて当該2次流体を加熱する熱交換器、該熱交換器からの冷媒を膨張させる膨張弁、膨張した冷媒を蒸発させる蒸発器等を有して、2次流体が熱利用機器に循環してその熱を利用する構成となっている。
【0004】
なお、冷媒を床暖房パネル、空調機等の熱利用機器に直接供給する構成もあり、これらの複数の熱利用機器を負荷とする場合には、2次流体を分流して各熱利用機器に供給したりしている(特許文献1〜特許文献3参照)。
【0005】
【特許文献1】
特開平6−88628号公報
【特許文献2】
特開2000−18609号公報
【特許文献3】
特開2001−108249号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、複数の熱利用機器を負荷とする場合には、上述したように各熱利用機器は並列に接続されているためヒートポンプシステムとして熱利用効率を高めることが困難である問題があった。
【0007】
そこで、本発明は、熱利用効率を高めることができるようにしたヒートポンプシステムを提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項1にかかる発明は、圧縮機で圧縮された高温の冷媒が循環すると共に、熱利用機器に供給される2次流体が循環して、冷媒の熱で2次流体を加熱することにより温度上昇した当該2次流体の熱を熱利用機器で利用するヒートポンプシステムにおいて、熱利用機器を要求温度の高い高温型機器と、該高温型機器より要求温度の低い低温型機器とにより構成し、熱交換器からの2次流体が高温型機器を通り、次に低温型機器に供給されて該熱交換器に戻るように、高温型機器と低温型機器とを直列に接続して、熱利用効率を高めることができるようにしたことを特徴とする。
【0009】
請求項2にかかる発明は、熱交換器と高温型機器との間に循環ポンプが設けられると共に、該循環ポンプと熱交換器との間に3方弁が設けられ、かつ、当該3方弁の一端が高温型機器と低温型機器とを接続する配管とバイパス管により接続されて、熱交換器、3方弁、循環ポンプ、高温型機器、低温型機器を循環する流路と、3方弁、循環ポンプ、高温型機器、バイパス管を循環する流路とを形成したことを特徴とする。
【0010】
請求項3にかかる発明は、熱交換器で2次流体と熱交換した冷媒が循環して、当該冷媒の熱を利用する熱利用機器を設けたことを特徴とする。
【0011】
請求項4にかかる発明は、熱交換器と並列に、該熱交換器で熱交換して高温になった2次流体を貯留するバッファタンクを設けたことを特徴とする。
【0012】
請求項5にかかる発明は、冷媒が、二酸化炭素冷媒であり、2次流体が市水等の水又はブラインであることを特徴とする。
【0013】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図を参照して説明する。図1は本発明に係るヒートポンプシステムの回路図である。
【0014】
当該ヒートポンプシステム1は、冷媒を圧縮する圧縮機11、該圧縮機11からの冷媒と2次流体とを熱交換させる熱交換器12、熱交換器12で熱交換した冷媒を膨張させる膨張弁13、膨張した冷媒と送風機14で送風された外気とを熱交換させる蒸発器15、2次流体を循環させる循環ポンプ16等を主要構成として、2次流体が熱利用機器30に循環するようになっている。
【0015】
なお、2次流体としては市水等の水やブラインが利用可能であり、冷媒としては二酸化炭素冷媒やHFC冷媒等の種々の冷媒を用いることができる。
【0016】
また、熱利用機器30として、ラジエタ、床暖房パネル、ファンコンベクタ等の要求される温度が高い機器(本明細書では高温型機器と記載する)、これらより要求される温度が低い空調機、融雪槽、融雪パネル等(本明細書では低温型機器と記載する)が例示できる。
【0017】
本明細書では、要求される温度が高い機器を高温型機器31と記載し、これらより要求される温度が低い機器を低温型機器32と記載する。
【0018】
図1に示すように、本発明にかかるヒートポンプシステム1では、高温型機器31と低温型機器32とが直列に接続されて、熱交換器12から循環ポンプ16により圧送された2次流体は高温型機器31、低温型機器32を順次流動する。
【0019】
このように高温型機器31と低温型機器32とを直列接続にしたのは、熱利用効率を向上させて熱の有効利用を図るためである。
【0020】
即ち、従来のように高温型機器31と低温型機器32とを同時に運転する場合に、これらを並列に接続して、それぞれに供給される2次流体の量を制御することにより要求される熱量を供給する構成では、熱交換器12に戻る2次流体の温度は十分に低くならず発生した熱を有効に利用できない問題があった。
【0021】
例えば、床暖房パネルでは、パネル面での温度分布が発生しないことが要求されるが、かかる床暖房パネルは2次流体が流動する管を一筆書きに近い状態でパネル面内に蛇行して埋設することにより形成されている。
【0022】
従って、温度分布を小さくするため、2次流体の流量を多くしたりして、パネルの入口温度と出口温度との温度差を小さくしている。
【0023】
このことは、2次流体のほんの一部しか利用されないことを意味しており、熱利用効率が低くなってしまう。
【0024】
熱利用効率が低くなると、2次流体と熱交換する冷媒の放熱量も少なくなり、圧縮機11から吐出された温度の冷媒が略その温度で膨張弁13に流入して膨張され、蒸発器15で蒸発することになる。
【0025】
一般に、暖房は外気温が低い冬季において利用されるが、蒸発器15で冷媒が蒸発するためには、外気により冷媒が加熱(ヒートポンプ)される必要がある。
【0026】
ところが上述したように蒸発器15に温度の高い冷媒が流入する状態では、外気による加熱効率が悪く、殆どヒートポンプしない状態で圧縮機11に流入してしまい、サイクル効率までもが低下する。
【0027】
そこで、本発明では、高温型機器31と低温型機器32とを直列接続することで、例え床暖房パネルのような高温型機器31での温度降下が小さくても、次の低温型機器32で2次流体を再利用し、これにより熱交換器12に戻る2次流体の温度を低くするようにしている。
【0028】
熱交換器12に戻る2次流体の温度が低くなることは、圧縮機11からの冷媒がこの熱交換器12で十分に放熱することを意味し、冬季のように外気温が低い場合であっても蒸発器15で効率的な蒸発(大きなヒートポンプ)を行うことが可能になりサイクル効率を高めることが可能となる。
【0029】
図2は、熱交換器12からの2次流体を高温型機器31(例えば、床暖房パネル)にのみ循環させた場合(abcfaのサイクル)に対して、高温型機器31(例えば、床暖房パネル)と低温型機器32(例えば、融雪パネル)とを直列接続して循環させた場合(abcdefaのサイクル)を対比して示したp−h線図を示している。
【0030】
p−h線図に示すように高温型機器31と低温型機器32とを直列に接続することによりこの仕事量を増大させることが可能であることが理解できる。
【0031】
このように、本発明では、高温型機器31と低温型機器32とを直列接続することにより熱利用効率のみならずサイクル効率も向上させることが可能になる。
【0032】
次に、本発明の第2の実施の形態を図を参照して説明する。なお、第1の実施の形態と同一構成に関しては同一符号を用い説明を適宜省略する。
【0033】
第1の実施の形態では、熱利用効率等を向上させるために高温型機器31と低温型機器32とを直列接続した。このため、高温型機器31と低温型機器32とには同じ量の2次流体が供給されることになる。
【0034】
しかし、床暖房パネルでは温度分布を抑制するために流量を多くする必要があるが、空調機や融雪パネルでは、温度分布が発生しても問題にならず、寧ろ熱利用効率の観点から流量が少ない方が好ましい場合がある。
【0035】
例えば、高温型機器31に床暖房パネルを用い、低温型機器32に融雪パネルを用いるような構成で、2次流体の流量を床暖房パネルに対して設定すると、2次流体は融雪パネルで十分に熱回収されない状態で熱交換器12に戻るようになって、熱利用効率をより向上させることができない場合が生じる。
【0036】
そこで、本実施の形態では、各熱利用機器で要求される水量が異なる場合でも、この要求をも満たしながら熱利用効率やサイクル効率を向上させるように、図3に示すように循環ポンプ16と熱交換器12とを接続する配管途中に3方弁17を設けると共に、バイパス管18を設けている。
【0037】
そして、このバイパス管18の一端は高温型機器31と低温型機器32とを接続する配管に接続され、他端は3方弁17に接続している。
【0038】
3方弁17は、2つの入口に対して1つの出口を持つ弁で、一方の入口の弁解度を大きくすると、それに応じて他方の入口の弁解度が小さくなるように形成されている。
【0039】
従って、循環ポンプ16が駆動されると、この循環ポンプ16の駆動条件により決る流量を流すように2つの入口から2次流体が流入し、これらが混合して1つの出口から流出する。
【0040】
図3に示す、実線矢印は流路Aを示し、点線矢印は流路Bを示して、2つの入口から流入して流れる2次流体の流路を示している。
【0041】
このように2次流体は2つの流路を流れ、流路Bを流れる2次流体は高温型機器31にしか流れないので、その分だけ低温型機器32より流量を多くすることが可能になる。
【0042】
従って、高温型機器31として床暖房パネルを用いた場合であっても温度分布の発生を抑制することが可能になると共に、この高温型機器31で放熱した2次流体の一部が低温型機器32に供給されるので、当該低温機器に供給される2次流体の熱は殆ど利用できるようになって熱利用効率及びサイクル効率を更に向上させることが可能になる。
【0043】
なお、このような構成では、流路Bを循環する2次流体は熱交換器12で加熱されないことになるので、高温型機器31に供給される2次流体の温度が低下してしまうことが危惧される。
【0044】
しかし、熱交換器12から流出する2次流体の温度は約90℃まであげることが可能であり、高温型機器31で要求される温度はこれより低く、床暖房パネルでは60℃〜80℃であり、また3方弁17を調整することにより、多少の温度低下は実用上問題がない。
【0045】
以上説明したように、バイパス管18や3方弁17を設けることにより、高温型機器31と低温型機器32とを循環する2次流体の流量が調整できるようになり、各熱利用機器30が要求する流量を供給しながら熱利用効率及びサイクル効率をさらに向上させることができるようになる。
【0046】
次に、本発明の第3の実施の形態を図を参照して説明する。なお、これまで説明した構成と同一構成に関しては同一符号を用い説明を適宜省略する。
【0047】
第1及び第2の実施の形態においては、熱利用効率の向上を図るべく、高温型機器31と低温型機器32とを直列に接続して熱交換器12に戻る2次流体の温度を下げるようにした。
【0048】
そして、熱交換器12に戻る2次流体の温度を下げることは、膨張弁13、蒸発器15を介して圧縮機11に戻る冷媒の温度を下げることでもあり、このためサイクル効率も向上した。
【0049】
そこで、本実施の形態では、図4に示すように、低温型機器32を熱交換器12と膨張弁13との間に接続して、熱交換器12で熱交換した後の冷媒を再利用することにより熱利用効率やサイクル効率を向上させるようにしたものである。
【0050】
無論、高温型機器31を圧縮機11と熱交換器12との間に接続してもよい。以下、図4に示す構成を例に説明する。
【0051】
図4に示す構成では、圧縮機11からの冷媒は熱交換器12で2次流体と熱交換し、その後低温型機器32に供給され、ここで熱利用が行われて膨張弁13、蒸発器15を介して圧縮機11に戻る。
【0052】
従って、高温型機器31には高温の2次流体が供給でき、かつ、必要とする流量は循環ポンプ16の運転条件を制御することにより調整できるようになると共に、低温型機器32では熱交換器12で熱交換した冷媒が再利用されて熱利用効率及びサイクル効率が向上する。
【0053】
特に、高温型機器31と低温型機器32とを流動する流体が、2次流体と冷媒とであるため、例えば給湯器や風呂のように安全衛生上から市水等を用いなければならない機器との併用も可能になると共に、高温型機器31で凍結が危惧される場合にはブラインを用いることも可能になる利点がある。
【0054】
なお、第1及び第2の実施の形態における構成に、かかる冷媒を循環させて利用する機器を接続することも可能である。図5は、図3に示す構成に対して冷媒回路側に熱利用機器33を設けた場合を示している。
【0055】
このような構成にすることで、より多くの熱が利用できるようになり、さらなる熱利用効率やサイクル効率の向上が可能になる。
【0056】
次に、本発明の第4の実施の形態を図を参照して説明する。なお、これまで説明した構成と同一構成に関しては同一符号を用い説明を適宜省略する。
【0057】
熱利用機器30として種々のものが例示できることは先に述べたが、例えば風呂のお湯張り等におけるように、一時的に大量の湯が必要になったりすることがある。
【0058】
また、電力代の節約を図るために深夜等の料金の安い時間帯に高温の2次流体を作り、それを日中利用することが考えられる。
【0059】
さらに、外気温が低い場合には蒸発器15に霜や氷が付着することがあり、この場合には除霜運転を行うが、除霜運転中は熱利用機器30への温熱を供給できなくなる。
【0060】
そこで、本発明では、図6に示すように、図3に示す構成に対して熱交換器12と並列にバッファタンク19を設けると共に、貯留用ポンプ20及び第1及び第2切換バルブ22,21を設けている。
【0061】
そして、熱交換器12で加熱された2次流体をそのまま熱利用機器30に供給する場合には(バッファタンク19に貯留しない場合)、貯留用ポンプ20を停止し、第1切換バルブ22を開き、第2切換バルブ21を閉じて循環ポンプ16を運転する。
【0062】
また、バッファタンク19に貯留する場合には、第1,第2切換バルブ22,21を開き、循環ポンプ16を停止して貯留用ポンプ20を運転する。
【0063】
これにより熱交換器12で加熱された2次流体は、バッファタンク19の上部から当該バッファタンク19内に流入し、また該バッファタンク19の下部から貯留用ポンプ20に流出するようになる。
【0064】
このバッファタンク19は、外気に対して断熱されて湯が成層をなして貯留できるようになっている。なお、成層とはタンク内で対流が殆どなく、貯留されている湯の温度勾配が例えばタンクの上部から下部に向って滑らかに変化している状態を言う。
【0065】
従って、貯留運転を開始すると、その運転時間に応じてバッファタンク19の上部から下部に向って、当該バッファタンク19に貯留していた温度の低い2次流体が高温の2次流体に置き換わって貯留が完了する。
【0066】
一方、貯留された2次流体を用いる場合には、貯留用ポンプ20を停止し、第1切換バルブ22を閉じ、第2切換バルブ21を開いて循環ポンプ16を運転する。
【0067】
これにより2次流体は、バッファタンク19の上部から3方弁17、循環ポンプ16を介して熱利用機器30に供給できるようになる。
【0068】
【発明の効果】
以上説明したように請求項1にかかる発明によれば、熱利用機器を要求温度の高い高温型機器と、該高温型機器より要求温度の低い低温型機器とにより構成し、熱交換器からの2次流体が高温型機器を通り低温型機器に供給されて該熱交換器に戻るように、高温型機器と低温型機器とを直列に接続したので、熱利用効率及びサイクル効率を向上させることが可能になる。
【0069】
請求項2にかかる発明によれば、熱交換器と高温型機器との間に循環ポンプが設けられると共に、該循環ポンプと熱交換器との間に3方弁が設けられ、かつ、当該3方弁の一端が高温型機器と低温型機器とを接続する配管とバイパス管により接続されて、熱交換器、3方弁、循環ポンプ、高温型機器、低温型機器を循環する流路と、3方弁、循環ポンプ、高温型機器、バイパス管を循環する流路とを形成したので、各熱利用機器で要求される流量を供給しながら熱利用効率及びサイクル効率を向上させることが可能になる。
【0070】
請求項3にかかる発明によれば、熱交換器で2次流体と熱交換した冷媒が循環して、当該冷媒の熱を利用する熱利用機器を設けたので、熱利用効率及びサイクル効率を向上させることが可能になる。
【0071】
請求項4にかかる発明によれば、熱交換器と並列に、該熱交換器で熱交換して高温になった2次流体を貯留するバッファタンクを設けので、一時的に大量の熱が必要になるような場合に対応できるようになると共に、電力のやすい時間帯に高温の2次流体を作り貯留することが可能になって、経済性が向上する。
【0072】
請求項5にかかる発明によれば、冷媒として二酸化炭素冷媒を用い、2次流体が市水等の水又はブラインを選択して用いるようにしたので、高温の2次流体が供給できるようになると共に、用途に合わせた2次流体を用いることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態の説明に適用されるヒートポンプサイクルの構成図である。
【図2】高温型機器と低温型機器とを直列接続した場合の効果を示すh−p線図である。
【図3】本発明の第2の実施の形態の説明に適用されるヒートポンプサイクルの構成図である。
【図4】本発明の第3の実施の形態の説明に適用されるヒートポンプサイクルの構成図である。
【図5】図4に代る構成を示すヒートポンプサイクルの構成図である。
【図6】本発明の第4の実施の形態の説明に適用されるヒートポンプサイクルの構成図である。
【符号の説明】
1 ヒートポンプシステム
11 圧縮機
12 熱交換器
13 膨張弁
15 蒸発器
16 循環ポンプ
18 バイパス管
19 バッファタンク
20 貯留用ポンプ
21 第2切換バルブ
22 第1切換バルブ
30,33 熱利用機器
31 高温型機器
32 低温型機器
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a heat pump system with improved heat utilization efficiency.
[0002]
[Prior art]
Today, the use of a heat pump system with high cycle efficiency as a heat source for heating and hot water supply has been widely studied and is being supplied for use.
[0003]
Such a heat pump system includes a compressor for compressing a refrigerant, a heat exchanger for exchanging heat between the compressed high-temperature refrigerant and the secondary fluid to heat the secondary fluid, and a refrigerant from the heat exchanger. The secondary fluid circulates to a heat utilization device to utilize the heat by an expansion valve for expanding the refrigerant, an evaporator for evaporating the expanded refrigerant, and the like.
[0004]
In addition, there is also a configuration in which a refrigerant is directly supplied to a heat utilization device such as a floor heating panel or an air conditioner. When a plurality of these heat utilization devices are used as loads, a secondary fluid is divided and supplied to each heat utilization device. (See Patent Documents 1 to 3).
[0005]
[Patent Document 1]
JP-A-6-88628 [Patent Document 2]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-18609 [Patent Document 3]
JP 2001-108249 A [0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, when a plurality of heat utilization devices are used as loads, there is a problem that it is difficult to increase the heat utilization efficiency as a heat pump system because the heat utilization devices are connected in parallel as described above.
[0007]
Therefore, an object of the present invention is to provide a heat pump system capable of improving heat use efficiency.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problem, the invention according to claim 1 circulates a high-temperature refrigerant compressed by a compressor and circulates a secondary fluid supplied to a heat utilization device, so that secondary heat is generated by the heat of the refrigerant. In a heat pump system that uses the heat of the secondary fluid whose temperature has been increased by heating the fluid in a heat utilization device, the heat utilization device is a high temperature type device having a higher required temperature and a low temperature type having a lower required temperature than the high temperature type device. The high-temperature equipment and the low-temperature equipment are connected in series so that the secondary fluid from the heat exchanger passes through the high-temperature equipment and is then supplied to the low-temperature equipment and returns to the heat exchanger. It is characterized in that it can be connected to increase the heat utilization efficiency.
[0009]
According to a second aspect of the present invention, a circulation pump is provided between the heat exchanger and the high-temperature equipment, a three-way valve is provided between the circulation pump and the heat exchanger, and the three-way valve is provided. One end is connected by a pipe and a bypass pipe for connecting the high-temperature equipment and the low-temperature equipment, and a flow path for circulating the heat exchanger, the three-way valve, the circulation pump, the high-temperature equipment and the low-temperature equipment, A valve, a circulation pump, a high-temperature device, and a flow path for circulating the bypass pipe are formed.
[0010]
The invention according to claim 3 is characterized in that a heat utilization device that circulates the refrigerant that has exchanged heat with the secondary fluid in the heat exchanger and uses the heat of the refrigerant is provided.
[0011]
The invention according to claim 4 is characterized in that a buffer tank is provided in parallel with the heat exchanger for storing a secondary fluid that has become high in temperature due to heat exchange in the heat exchanger.
[0012]
The invention according to claim 5 is characterized in that the refrigerant is a carbon dioxide refrigerant, and the secondary fluid is water such as city water or brine.
[0013]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a circuit diagram of a heat pump system according to the present invention.
[0014]
The heat pump system 1 includes a compressor 11 for compressing a refrigerant, a heat exchanger 12 for exchanging heat between the refrigerant from the compressor 11 and a secondary fluid, and an expansion valve 13 for expanding the refrigerant exchanging heat in the heat exchanger 12. The evaporator 15 for exchanging heat between the expanded refrigerant and the outside air blown by the blower 14 is mainly composed of a circulation pump 16 for circulating a secondary fluid, and the like, so that the secondary fluid circulates to the heat utilization device 30. ing.
[0015]
Water such as city water or brine can be used as the secondary fluid, and various refrigerants such as a carbon dioxide refrigerant and an HFC refrigerant can be used as the refrigerant.
[0016]
In addition, as the heat utilization device 30, devices such as a radiator, a floor heating panel, and a fan convector that require a high temperature (hereinafter, referred to as high-temperature devices), an air conditioner that requires a lower temperature than these devices, and snow melting A tank, a snow melting panel, and the like (here, described as a low-temperature device) can be exemplified.
[0017]
In this specification, a device having a higher required temperature is referred to as a high-temperature device 31, and a device having a lower required temperature is referred to as a low-temperature device 32.
[0018]
As shown in FIG. 1, in the heat pump system 1 according to the present invention, a high-temperature type device 31 and a low-temperature type device 32 are connected in series, and the secondary fluid pumped from the heat exchanger 12 by the circulation pump 16 has a high temperature. The mold device 31 and the low-temperature device 32 flow sequentially.
[0019]
The reason why the high-temperature type device 31 and the low-temperature type device 32 are connected in series in this way is to improve the heat use efficiency and to effectively use the heat.
[0020]
That is, when the high-temperature type device 31 and the low-temperature type device 32 are simultaneously operated as in the related art, the amount of heat required by connecting these in parallel and controlling the amount of the secondary fluid supplied to each is controlled. Has a problem that the temperature of the secondary fluid returning to the heat exchanger 12 is not sufficiently lowered and the generated heat cannot be used effectively.
[0021]
For example, in a floor heating panel, it is required that a temperature distribution does not occur on the panel surface. However, such a floor heating panel embeds a pipe through which a secondary fluid flows in a meandering manner in the panel surface in a state similar to a single stroke. It is formed by doing.
[0022]
Therefore, in order to reduce the temperature distribution, the flow rate of the secondary fluid is increased, and the temperature difference between the inlet temperature and the outlet temperature of the panel is reduced.
[0023]
This means that only a part of the secondary fluid is used, and the heat utilization efficiency is reduced.
[0024]
When the heat utilization efficiency decreases, the amount of heat released by the refrigerant that exchanges heat with the secondary fluid also decreases, and the refrigerant at the temperature discharged from the compressor 11 flows into the expansion valve 13 at approximately that temperature and expands, and expands. Will evaporate.
[0025]
Generally, heating is used in winter when the outside air temperature is low. However, in order for the refrigerant to evaporate in the evaporator 15, the refrigerant needs to be heated (heat pump) by the outside air.
[0026]
However, as described above, when the high-temperature refrigerant flows into the evaporator 15, the heating efficiency by the outside air is poor, and the refrigerant flows into the compressor 11 with almost no heat pump, and the cycle efficiency is reduced.
[0027]
Therefore, in the present invention, by connecting the high-temperature device 31 and the low-temperature device 32 in series, even if the temperature drop in the high-temperature device 31 such as a floor heating panel is small, the next low-temperature device 32 can be used. The secondary fluid is reused, thereby lowering the temperature of the secondary fluid returning to the heat exchanger 12.
[0028]
The decrease in the temperature of the secondary fluid returning to the heat exchanger 12 means that the refrigerant from the compressor 11 sufficiently radiates heat in the heat exchanger 12, which is the case when the outside air temperature is low as in winter. Even in this case, efficient evaporation (large heat pump) can be performed by the evaporator 15, and cycle efficiency can be improved.
[0029]
FIG. 2 shows a case where the secondary fluid from the heat exchanger 12 is circulated only to the high-temperature equipment 31 (for example, floor heating panel) (abcfa cycle), whereas the high-temperature equipment 31 (for example, floor heating panel) is used. ) And a low-temperature device 32 (for example, a snow-melting panel) connected in series and circulated (abcdefa cycle) are shown in a ph diagram for comparison.
[0030]
It can be seen that this work can be increased by connecting the high-temperature equipment 31 and the low-temperature equipment 32 in series as shown in the ph diagram.
[0031]
As described above, in the present invention, not only the heat utilization efficiency but also the cycle efficiency can be improved by connecting the high-temperature device 31 and the low-temperature device 32 in series.
[0032]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the same components as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted as appropriate.
[0033]
In the first embodiment, the high-temperature device 31 and the low-temperature device 32 are connected in series in order to improve the heat utilization efficiency and the like. For this reason, the same amount of the secondary fluid is supplied to the high-temperature device 31 and the low-temperature device 32.
[0034]
However, floor heating panels need to increase the flow rate to suppress the temperature distribution.However, in air conditioners and snow melting panels, even if the temperature distribution occurs, there is no problem. In some cases, less is preferred.
[0035]
For example, in a configuration in which a floor heating panel is used for the high-temperature type device 31 and a snow melting panel is used for the low-temperature type device 32, if the flow rate of the secondary fluid is set for the floor heating panel, the secondary fluid is sufficient for the snow melting panel. In this case, the heat is returned to the heat exchanger 12 in a state where the heat is not recovered, so that the heat utilization efficiency may not be further improved.
[0036]
Therefore, in the present embodiment, even when the amount of water required by each heat utilization device is different, the circulation pump 16 and the circulation pump 16 as shown in FIG. A three-way valve 17 is provided in the piping connecting the heat exchanger 12, and a bypass pipe 18 is provided.
[0037]
One end of the bypass pipe 18 is connected to a pipe connecting the high-temperature equipment 31 and the low-temperature equipment 32, and the other end is connected to the three-way valve 17.
[0038]
The three-way valve 17 is a valve having one outlet for two inlets. The three-way valve 17 is formed so that when one valve has a larger valley, the other valve has a corresponding lower valency.
[0039]
Therefore, when the circulation pump 16 is driven, the secondary fluid flows in from the two inlets so as to flow at a flow rate determined by the driving conditions of the circulation pump 16, and they mix and flow out from the one outlet.
[0040]
In FIG. 3, the solid arrows indicate the flow path A, and the dotted arrows indicate the flow path B, indicating the flow path of the secondary fluid flowing from the two inlets.
[0041]
As described above, the secondary fluid flows through the two flow paths, and the secondary fluid flowing through the flow path B flows only through the high-temperature equipment 31, so that the flow rate can be increased by that much compared to the low-temperature equipment 32. .
[0042]
Therefore, even when a floor heating panel is used as the high-temperature device 31, it is possible to suppress the occurrence of temperature distribution, and a part of the secondary fluid radiated by the high-temperature device 31 is partially cooled. 32, the heat of the secondary fluid supplied to the low-temperature equipment can be almost used, and the heat utilization efficiency and the cycle efficiency can be further improved.
[0043]
In such a configuration, since the secondary fluid circulating in the flow path B is not heated by the heat exchanger 12, the temperature of the secondary fluid supplied to the high-temperature equipment 31 may decrease. I am worried.
[0044]
However, the temperature of the secondary fluid flowing out of the heat exchanger 12 can be raised to about 90 ° C., and the temperature required for the high-temperature equipment 31 is lower than this, and the floor heating panel has a temperature of 60 ° C. to 80 ° C. Yes, and by adjusting the three-way valve 17, a slight temperature drop does not pose any practical problem.
[0045]
As described above, by providing the bypass pipe 18 and the three-way valve 17, the flow rate of the secondary fluid circulating between the high-temperature device 31 and the low-temperature device 32 can be adjusted, and each heat utilization device 30 Heat supply efficiency and cycle efficiency can be further improved while supplying the required flow rate.
[0046]
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the same components as those described above are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted as appropriate.
[0047]
In the first and second embodiments, the temperature of the secondary fluid returning to the heat exchanger 12 is reduced by connecting the high-temperature device 31 and the low-temperature device 32 in series in order to improve the heat utilization efficiency. I did it.
[0048]
Then, lowering the temperature of the secondary fluid returning to the heat exchanger 12 also means lowering the temperature of the refrigerant returning to the compressor 11 via the expansion valve 13 and the evaporator 15, and thus the cycle efficiency was improved.
[0049]
Therefore, in the present embodiment, as shown in FIG. 4, the low-temperature device 32 is connected between the heat exchanger 12 and the expansion valve 13, and the refrigerant after heat exchange in the heat exchanger 12 is reused. By doing so, the heat utilization efficiency and the cycle efficiency are improved.
[0050]
Of course, the high-temperature equipment 31 may be connected between the compressor 11 and the heat exchanger 12. Hereinafter, the configuration shown in FIG. 4 will be described as an example.
[0051]
In the configuration shown in FIG. 4, the refrigerant from the compressor 11 exchanges heat with the secondary fluid in the heat exchanger 12, and then is supplied to the low-temperature device 32, where the heat is used and the expansion valve 13 and the evaporator are used. It returns to the compressor 11 via 15.
[0052]
Therefore, a high-temperature secondary fluid can be supplied to the high-temperature device 31 and the required flow rate can be adjusted by controlling the operating conditions of the circulating pump 16. The refrigerant that has exchanged heat in step 12 is reused to improve heat use efficiency and cycle efficiency.
[0053]
In particular, since the fluid flowing through the high-temperature type device 31 and the low-temperature type device 32 is a secondary fluid and a refrigerant, for example, a device such as a water heater or a bath that must use city water or the like for safety and health reasons. And the use of brine can be used when freezing is feared in the high-temperature device 31.
[0054]
Note that it is also possible to connect a device that circulates and uses the refrigerant to the configurations in the first and second embodiments. FIG. 5 shows a case where a heat utilization device 33 is provided on the refrigerant circuit side in the configuration shown in FIG.
[0055]
With such a configuration, more heat can be used, and the heat use efficiency and cycle efficiency can be further improved.
[0056]
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the same components as those described above are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted as appropriate.
[0057]
As described above, various examples of the heat utilization device 30 can be given. However, for example, a large amount of hot water may be needed temporarily, such as in hot water bathing.
[0058]
It is also conceivable to create a high-temperature secondary fluid during low-cost hours such as late at night and use it during the day in order to save electricity costs.
[0059]
Furthermore, when the outside air temperature is low, frost or ice may adhere to the evaporator 15, and in this case, the defrosting operation is performed. However, during the defrosting operation, it becomes impossible to supply heat to the heat utilization device 30. .
[0060]
Therefore, in the present invention, as shown in FIG. 6, a buffer tank 19 is provided in parallel with the heat exchanger 12 in the configuration shown in FIG. 3, and a storage pump 20 and first and second switching valves 22, 21 are provided. Is provided.
[0061]
When the secondary fluid heated by the heat exchanger 12 is supplied to the heat utilization device 30 as it is (when the secondary fluid is not stored in the buffer tank 19), the storage pump 20 is stopped and the first switching valve 22 is opened. Then, the second switching valve 21 is closed and the circulation pump 16 is operated.
[0062]
When storing in the buffer tank 19, the first and second switching valves 22 and 21 are opened, the circulation pump 16 is stopped, and the storage pump 20 is operated.
[0063]
As a result, the secondary fluid heated by the heat exchanger 12 flows into the buffer tank 19 from above the buffer tank 19 and flows out from the lower part of the buffer tank 19 to the storage pump 20.
[0064]
The buffer tank 19 is insulated from the outside air and can store hot water in a stratified state. Note that stratification means a state in which there is almost no convection in the tank, and the temperature gradient of the stored hot water changes smoothly, for example, from the upper part to the lower part of the tank.
[0065]
Therefore, when the storage operation is started, the low-temperature secondary fluid stored in the buffer tank 19 is replaced by the high-temperature secondary fluid from the upper part to the lower part of the buffer tank 19 in accordance with the operation time. Is completed.
[0066]
On the other hand, when the stored secondary fluid is used, the storage pump 20 is stopped, the first switching valve 22 is closed, and the second switching valve 21 is opened to operate the circulation pump 16.
[0067]
As a result, the secondary fluid can be supplied from above the buffer tank 19 to the heat utilization device 30 via the three-way valve 17 and the circulation pump 16.
[0068]
【The invention's effect】
As described above, according to the first aspect of the present invention, the heat utilization device is constituted by a high-temperature type device having a high required temperature and a low-temperature type device having a lower required temperature than the high-temperature type device. Improving heat utilization efficiency and cycle efficiency by connecting a high-temperature device and a low-temperature device in series so that the secondary fluid is supplied to the low-temperature device through the high-temperature device and returns to the heat exchanger. Becomes possible.
[0069]
According to the invention of claim 2, a circulation pump is provided between the heat exchanger and the high-temperature equipment, and a three-way valve is provided between the circulation pump and the heat exchanger. One end of the one-way valve is connected by a pipe and a bypass pipe connecting the high-temperature equipment and the low-temperature equipment, and a heat exchanger, a three-way valve, a circulating pump, a high-temperature equipment, a flow path that circulates the low-temperature equipment, The three-way valve, circulation pump, high-temperature equipment, and flow path for circulating the bypass pipe are formed, so that the heat use efficiency and cycle efficiency can be improved while supplying the flow rate required by each heat use equipment. Become.
[0070]
According to the third aspect of the present invention, since the refrigerant that has exchanged heat with the secondary fluid in the heat exchanger circulates and the heat utilization device that utilizes the heat of the refrigerant is provided, the heat utilization efficiency and the cycle efficiency are improved. It becomes possible to do.
[0071]
According to the invention according to claim 4, a buffer tank is provided in parallel with the heat exchanger for storing the secondary fluid which has become high in temperature due to heat exchange in the heat exchanger, so that a large amount of heat is temporarily required. In addition to being able to cope with such a case, it becomes possible to create and store a high-temperature secondary fluid in a time zone where electric power is easy, thereby improving economic efficiency.
[0072]
According to the invention according to claim 5, since a carbon dioxide refrigerant is used as a refrigerant and water or brine such as city water is selected and used as a secondary fluid, a high-temperature secondary fluid can be supplied. At the same time, it becomes possible to use a secondary fluid according to the application.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of a heat pump cycle applied to the description of a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an hp diagram showing an effect when a high-temperature device and a low-temperature device are connected in series.
FIG. 3 is a configuration diagram of a heat pump cycle applied to the description of a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a configuration diagram of a heat pump cycle applied to the description of a third embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a configuration diagram of a heat pump cycle showing a configuration instead of FIG. 4;
FIG. 6 is a configuration diagram of a heat pump cycle applied to the description of a fourth embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Heat pump system 11 Compressor 12 Heat exchanger 13 Expansion valve 15 Evaporator 16 Circulation pump 18 Bypass pipe 19 Buffer tank 20 Storage pump 21 Second switching valve 22 First switching valve 30, 33 Heat utilization equipment 31 High temperature equipment 32 Low temperature equipment

Claims (5)

  1. 圧縮機で圧縮された高温の冷媒が循環すると共に、熱利用機器に供給される2次流体が循環して、前記冷媒の熱で前記2次流体を加熱することにより温度上昇した当該2次流体の熱を前記熱利用機器で利用するヒートポンプシステムにおいて、
    前記熱利用機器を要求温度の高い高温型機器と、該高温型機器より要求温度の低い低温型機器とにより構成し、前記熱交換器からの2次流体が高温型機器を通り、次に低温型機器に供給されて該熱交換器に戻るように、前記高温型機器と低温型機器とを直列に接続したことを特徴とするヒートポンプシステム。
    The secondary fluid supplied to the heat utilization device circulates while the high-temperature refrigerant compressed by the compressor circulates, and the secondary fluid whose temperature rises by heating the secondary fluid with the heat of the refrigerant In a heat pump system using the heat of the heat utilizing equipment,
    The heat utilization device is composed of a high temperature type device having a high required temperature and a low temperature type device having a lower required temperature than the high temperature type device, and the secondary fluid from the heat exchanger passes through the high temperature type device and then has a low temperature. A heat pump system, wherein the high-temperature device and the low-temperature device are connected in series so as to be supplied to the mold device and return to the heat exchanger.
  2. 前記熱交換器と高温型機器との間に循環ポンプが設けられると共に、該循環ポンプと前記熱交換器との間に3方弁が設けられ、かつ、当該3方弁の一端が前記高温型機器と低温型機器とを接続する配管とバイパス管により接続されて、前記熱交換器、3方弁、循環ポンプ、高温型機器、低温型機器を循環する流路と、前記3方弁、循環ポンプ、高温型機器、バイパス管を循環する流路とを形成したことを特徴とする請求項1記載のヒートポンプシステム。A circulation pump is provided between the heat exchanger and the high-temperature equipment, a three-way valve is provided between the circulation pump and the heat exchanger, and one end of the three-way valve is A flow path circulating the heat exchanger, the three-way valve, the circulating pump, the high-temperature equipment, the low-temperature equipment connected by a pipe and a bypass pipe connecting the equipment and the low-temperature equipment, and the three-way valve, the circulation The heat pump system according to claim 1, wherein a pump, a high-temperature device, and a flow path for circulating the bypass pipe are formed.
  3. 前記熱交換器で前記2次流体と熱交換した冷媒が循環して、当該冷媒の熱を利用する熱利用機器を設けたことを特徴とする請求項1又は2記載のヒートポンプシステム。The heat pump system according to claim 1, wherein a refrigerant that exchanges heat with the secondary fluid in the heat exchanger circulates, and a heat utilization device that uses heat of the refrigerant is provided.
  4. 前記熱交換器と並列に、該熱交換器で熱交換して高温になった2次流体を貯留するバッファタンクを設けたことを特徴とする請求項1乃至3いずれか1項記載のヒートポンプシステム。The heat pump system according to any one of claims 1 to 3, wherein a buffer tank that stores a secondary fluid that has become high in temperature by exchanging heat with the heat exchanger is provided in parallel with the heat exchanger. .
  5. 前記冷媒が、二酸化炭素冷媒であり、前記2次流体が市水等の水又はブラインであることを特徴とする請求項1乃至4いずれか1項記載のヒートポンプシステム。The heat pump system according to any one of claims 1 to 4, wherein the refrigerant is a carbon dioxide refrigerant, and the secondary fluid is water such as city water or brine.
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