JP2007192432A - Hot water storage system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、水を加熱して貯湯槽に温水を貯える貯湯システムに関する。詳しくは、加熱する水の温度に応じて、圧縮式ヒートポンプのみを利用した加熱と、吸収式ヒートポンプと圧縮式ヒートポンプを併用した加熱とを切換ることで、高いCOP(Coefficient of Performance)を実現する貯湯システムに関する。 The present invention relates to a hot water storage system that heats water and stores hot water in a hot water storage tank. Specifically, high COP (Coefficient of Performance) is realized by switching between heating using only a compression heat pump and heating using an absorption heat pump and a compression heat pump in accordance with the temperature of the water to be heated. It relates to a hot water storage system.
従来から、ヒートポンプを利用して水を加熱し、貯湯槽へ温水を貯湯するシステムが知られている。ヒートポンプとしては種々の様式のものが利用されているが、代表的には圧縮式ヒートポンプと吸収式ヒートポンプが知られている。 Conventionally, a system that heats water using a heat pump and stores hot water in a hot water tank is known. Various types of heat pumps are used. Typically, a compression heat pump and an absorption heat pump are known.
圧縮式ヒートポンプは、作動流体を圧縮する圧縮器と、圧縮された作動流体を冷却する冷却手段と、冷却された作動流体を膨張させる膨張器と、膨張した作動流体を加熱する加熱手段を備えている。作動流体は圧縮器で圧縮され、冷却手段で冷却され、膨張器で膨張して、加熱手段で加熱されるサイクルを繰返す。 The compression heat pump includes a compressor that compresses the working fluid, a cooling unit that cools the compressed working fluid, an expander that expands the cooled working fluid, and a heating unit that heats the expanded working fluid. Yes. The working fluid is compressed by the compressor, cooled by the cooling means, expanded by the expander, and repeated in a cycle heated by the heating means.
上記の圧縮式ヒートポンプを利用して、冷却手段において水と作動流体を熱交換させ、加熱手段において大気と作動流体を熱交換させることで、水を加熱することができる。この場合、膨張器で膨張した作動流体は大気より低温となっており、大気との熱交換によって作動流体は加熱される。また圧縮器で圧縮された作動流体は高温となっており、水との熱交換によって作動流体は冷却される。加熱された水を貯湯槽へ流入させることで、貯湯槽に温水を貯えることができる。貯湯槽から水を汲出し、圧縮式ヒートポンプで加熱して、加熱された水を貯湯槽へ戻す一連の処理を繰返すことで、所望の温度まで昇温された温水を貯湯槽に貯えることができる。 Using the compression heat pump, water can be heated by causing the cooling means to exchange heat with water and the working fluid, and the heating means to exchange heat between the atmosphere and the working fluid. In this case, the working fluid expanded by the expander is at a lower temperature than the atmosphere, and the working fluid is heated by heat exchange with the atmosphere. Further, the working fluid compressed by the compressor is at a high temperature, and the working fluid is cooled by heat exchange with water. By flowing the heated water into the hot water tank, hot water can be stored in the hot water tank. The hot water heated to the desired temperature can be stored in the hot water tank by repeating a series of processes in which water is pumped from the hot water tank, heated by a compression heat pump, and the heated water is returned to the hot water tank. .
上記した圧縮式ヒートポンプを利用した貯湯システムでは、大気から吸収した熱を利用して水を加熱するため、少ないエネルギー消費量で貯湯槽へ大きな熱量の温水を貯えることが可能であり、高いCOPを実現することができる。 In the hot water storage system using the compression heat pump described above, water is heated using heat absorbed from the atmosphere, so it is possible to store a large amount of hot water in the hot water storage tank with low energy consumption, and a high COP. Can be realized.
一方、吸収式ヒートポンプは、溶媒で希釈された溶液を加熱して溶媒蒸気と濃縮溶液に分離する再生器と、分離された溶媒蒸気を冷却して凝縮させる凝縮器と、凝縮された溶媒を加熱して蒸発させる蒸発器と、蒸発した溶媒を濃縮溶液に吸収させて希釈し、希釈された溶液を冷却する吸収器を備えている。溶媒は、蒸発器で蒸発し、吸収器で濃縮溶液に吸収され、再生器で溶液から蒸発して分離され、凝縮器で凝縮されるサイクルを繰返す。溶液は、吸収器で溶媒を吸収して希釈化され、再生器で溶媒が蒸発して濃縮されるサイクルを繰返す。 On the other hand, an absorption heat pump heats a solution diluted with a solvent to separate it into a solvent vapor and a concentrated solution, a condenser that cools and condenses the separated solvent vapor, and heats the condensed solvent. And an evaporator that evaporates and absorbs the evaporated solvent in a concentrated solution for dilution, and cools the diluted solution. The solvent evaporates in the evaporator, is absorbed in the concentrated solution by the absorber, is evaporated and separated from the solution in the regenerator, and is condensed in the condenser. The solution is diluted by absorbing the solvent in the absorber and evaporating and concentrating the solvent in the regenerator.
再生器では溶液中の溶媒が蒸発熱を吸収して蒸発する。蒸発した溶媒は、凝縮器で凝縮熱を放出して凝縮する。従って、再生器で加えられた熱を利用して、凝縮器で作動流体を加熱することができる。加熱された作動流体を、貯湯のために水を加熱する手段として利用することができる。 In the regenerator, the solvent in the solution absorbs the heat of evaporation and evaporates. The evaporated solvent is condensed by releasing heat of condensation in the condenser. Therefore, the working fluid can be heated by the condenser using the heat applied by the regenerator. The heated working fluid can be used as a means for heating water for hot water storage.
また蒸発器では溶媒が蒸発熱を吸収して蒸発する。蒸発した溶媒は、吸収器で濃縮溶液に吸収され、吸収熱を放出する。従って、蒸発器で加えられた熱を利用して、吸収器で作動流体を加熱することができる。加熱された作動流体を、貯湯のために水を加熱する手段として利用することができる。 In the evaporator, the solvent absorbs the heat of evaporation and evaporates. The evaporated solvent is absorbed into the concentrated solution by the absorber and releases heat of absorption. Therefore, the working fluid can be heated by the absorber using the heat applied by the evaporator. The heated working fluid can be used as a means for heating water for hot water storage.
吸収式ヒートポンプは、圧縮式ヒートポンプに比べてCOPは劣るものの、溶質と溶媒の組み合わせや、溶液の濃度や、溶媒の蒸発や凝縮の圧力を調整することによって、作動流体の温度を調整することが可能である。 Although the absorption heat pump is inferior to the compression heat pump in COP, the temperature of the working fluid can be adjusted by adjusting the combination of the solute and the solvent, the concentration of the solution, and the pressure of evaporation and condensation of the solvent. Is possible.
上記した圧縮式ヒートポンプと吸収式ヒートポンプを併用したハイブリッドヒートポンプシステムが、例えば特許文献1から5に記載されている。
圧縮式ヒートポンプを用いた貯湯システムでは、水を高温まで加熱しようとすると、圧縮器に過大な負荷がかかり、COPが低下してしまうという問題がある。例えば水を20℃から30℃まで加熱する場合に比べて、40℃から50℃まで加熱する場合では、COPが大きく低下してしまう。従って、圧縮式ヒートポンプを用いた貯湯システムでは、例えば40℃程度まで水を加熱しておき、40℃程度のそれほど高温でない温水を大型の貯湯槽へ貯える。貯湯されている温水の温度よりも低温の温水(例えば30℃程度の温水)を給湯したい場合には、貯湯槽の温水を水道水と混合してから給湯することで、所望の温度に調整された温水を給湯することができる。より高温の温水(例えば60℃程度の温水)を給湯したい場合には、貯湯槽から汲出される温水をバーナ等の補助熱源機でさらに加熱して、所望の温度まで昇温してから給湯を行う。このように補助熱源機を用いると、熱損失が増大してシステムの熱効率を低下させてしまう。 In a hot water storage system using a compression heat pump, when trying to heat water to a high temperature, there is a problem that an excessive load is applied to the compressor and COP is lowered. For example, compared with the case where water is heated from 20 ° C. to 30 ° C., the case where the water is heated from 40 ° C. to 50 ° C. greatly reduces the COP. Therefore, in a hot water storage system using a compression heat pump, water is heated to, for example, about 40 ° C., and hot water that is not so hot at about 40 ° C. is stored in a large hot water storage tank. If you want to supply hot water that is lower than the temperature of the hot water stored (for example, hot water of about 30 ° C), mix the hot water in the hot water tank with tap water and then supply the hot water to the desired temperature. Hot water can be supplied. If you want to supply hot water at a higher temperature (for example, hot water of about 60 ° C.), heat the hot water drawn from the hot water storage tank with an auxiliary heat source machine such as a burner and raise the temperature to the desired temperature before supplying hot water. Do. If the auxiliary heat source device is used in this way, heat loss increases and the thermal efficiency of the system decreases.
補助熱源機を用いることなく高温の温水を給湯できるシステムとして、圧縮式ヒートポンプと吸収式ヒートポンプを併用するシステムが考えられる。圧縮式ヒートポンプと吸収式ヒートポンプを併用することで、熱効率を低下させずに、水を高温まで加熱することができる。高温まで加熱された温水(例えば60℃程度の温水)を貯湯槽へ貯えておけば、補助熱源機を用いることなく、高温の温水を給湯することができる。貯湯されている温水の温度よりも低温の温水を給湯したい場合には、貯湯槽の温水を水道水と混合してから給湯することで、所望の温度に調整された温水を給湯することができる。 As a system that can supply high-temperature hot water without using an auxiliary heat source device, a system that uses a compression heat pump and an absorption heat pump in combination can be considered. By using a compression heat pump and an absorption heat pump in combination, water can be heated to a high temperature without reducing thermal efficiency. If hot water heated to a high temperature (for example, hot water of about 60 ° C.) is stored in a hot water storage tank, high temperature hot water can be supplied without using an auxiliary heat source machine. If you want to supply hot water at a temperature lower than the temperature of the hot water stored in the hot water, you can supply hot water adjusted to the desired temperature by mixing the hot water in the hot water tank with hot water and then supplying hot water. .
しかしながら、水道水などの低温の水を高温まで加熱する場合、水の温度がそれほど高温でない間は、圧縮式ヒートポンプと吸収式ヒートポンプを併用するよりも、圧縮式ヒートポンプのみを利用して水を加熱する方が熱効率は高い。例えば水を20℃から30℃まで加熱する場合には、圧縮式ヒートポンプと吸収式ヒートポンプを併用するよりも、圧縮式ヒートポンプのみを利用する方が、COPは高い。 However, when heating low-temperature water such as tap water to a high temperature, the water is heated using only a compression heat pump rather than using a compression heat pump and an absorption heat pump as long as the water temperature is not so high. The thermal efficiency is higher. For example, when water is heated from 20 ° C. to 30 ° C., the COP is higher when only the compression heat pump is used than when the compression heat pump and the absorption heat pump are used in combination.
上述のように、圧縮式ヒートポンプのみを利用して水を加熱する貯湯システムと、圧縮式ヒートポンプと吸収式ヒートポンプを併用する貯湯システムには、それぞれに一長一短がある。両者を適宜使い分けることができれば、高いCOPで高温の温水を貯湯槽へ貯えることが可能となる。 As described above, a hot water storage system that heats water using only a compression heat pump and a hot water storage system that uses a compression heat pump and an absorption heat pump together have advantages and disadvantages. If both can be properly used, high-temperature hot water can be stored in a hot water storage tank with a high COP.
本発明では、高温の温水を貯湯槽に貯えることが可能な貯湯システムにおいて、高いCOPを実現することが可能な技術を提供する。 The present invention provides a technology capable of realizing a high COP in a hot water storage system capable of storing high-temperature hot water in a hot water storage tank.
本発明は圧縮式ヒートポンプと吸収式ヒートポンプを併用して貯湯槽に温水を貯える貯湯システムとして具現化される。その圧縮式ヒートポンプは、第1作動流体を圧縮する圧縮器と、第1作動流体を膨張させる膨張器と、第1作動流体と大気の間で熱交換して第1作動流体を加熱する吸熱器を備えている。その吸収式ヒートポンプは、溶液を加熱して溶媒蒸気と濃縮溶液に分離する再生器と、分離された溶媒蒸気を冷却して凝縮させる凝縮器と、凝縮した溶媒と第1作動流体の間で熱交換して溶媒を加熱して蒸発させる蒸発器と、溶媒蒸気を濃縮溶液に吸収させて濃縮溶液を希釈し、希釈された溶液と第2作動流体の間で熱交換して溶液を冷却する吸収器と、冷却された溶液を再生器に還流させる手段を備えている。その貯湯システムは、貯湯槽と、貯湯槽の底部を第1熱交換器と第2熱交換器を経て貯湯槽の上部に接続する水流路と、貯湯槽の底部の水を水流路を経て貯湯槽の上部へ還流させる駆動手段と、第1作動流体を、圧縮器と第1熱交換器と膨張器と吸熱器の順に循環する第1循環路を循環させる第1循環手段と、第1作動流体を、圧縮器と蒸発器と膨張器と吸熱器の順に循環する第2循環路を循環させる第2循環手段と、第2作動流体を、吸収器と第2熱交換器の順に循環させる第3循環路を循環させる第3循環手段を備えている。その貯湯システムは、貯湯槽の底部から水流路へ流入する水の温度が所定温度に満たない場合には、圧縮式ヒートポンプと第1循環手段を運転して、第1熱交換器で水を加熱する。その貯湯システムは、貯湯槽の底部から水流路へ流入する水の温度が前記所定温度を超える場合には、圧縮式ヒートポンプと吸収式ヒートポンプと第2循環手段と第3循環手段を運転して、第2熱交換器で水を加熱する。 The present invention is embodied as a hot water storage system in which hot water is stored in a hot water storage tank using a compression heat pump and an absorption heat pump in combination. The compression heat pump includes a compressor that compresses a first working fluid, an expander that expands the first working fluid, and a heat absorber that heats the first working fluid by exchanging heat between the first working fluid and the atmosphere. It has. The absorption heat pump includes a regenerator that heats a solution to separate it into a solvent vapor and a concentrated solution, a condenser that cools and condenses the separated solvent vapor, and heat between the condensed solvent and the first working fluid. An evaporator that heats and evaporates the solvent, and an absorption that absorbs the solvent vapor into the concentrated solution, dilutes the concentrated solution, and heat-exchanges between the diluted solution and the second working fluid to cool the solution And a means for refluxing the cooled solution to the regenerator. The hot water storage system includes a hot water storage tank, a water flow path connecting the bottom of the hot water storage tank to the upper part of the hot water storage tank via the first heat exchanger and the second heat exchanger, and the water at the bottom of the hot water storage tank through the water flow path. Drive means for refluxing to the upper part of the tank, first circulation means for circulating the first working fluid in a first circulation path for circulating the compressor, the first heat exchanger, the expander, and the heat absorber in order, and the first operation A second circulation means for circulating the fluid in the order of the compressor, the evaporator, the expander, and the heat absorber; and the second circulation means for circulating the second working fluid in the order of the absorber and the second heat exchanger. Third circulation means for circulating the three circulation paths is provided. In the hot water storage system, when the temperature of the water flowing into the water flow path from the bottom of the hot water tank does not reach a predetermined temperature, the compression heat pump and the first circulation means are operated to heat the water with the first heat exchanger. To do. The hot water storage system operates the compression heat pump, the absorption heat pump, the second circulation means, and the third circulation means when the temperature of the water flowing into the water flow path from the bottom of the hot water tank exceeds the predetermined temperature, Water is heated in the second heat exchanger.
上記の貯湯システムでは、駆動手段によって貯湯槽の底部から水を汲出し、汲出した水を第1熱交換器または第2熱交換器によって加熱し、加熱された水を貯湯槽の上部へ還流させる。このような循環加熱を繰返すことによって、貯湯槽の内部に所望の温度の温水を貯えることができる。貯湯槽に貯えられる温水は、例えば給湯や暖房などに利用することができる。 In the above hot water storage system, water is pumped from the bottom of the hot water tank by the driving means, the pumped water is heated by the first heat exchanger or the second heat exchanger, and the heated water is returned to the upper part of the hot water tank. . By repeating such circulating heating, hot water having a desired temperature can be stored in the hot water tank. The hot water stored in the hot water storage tank can be used for hot water supply or heating, for example.
上記の貯湯システムは、貯湯槽の底部から汲出した水を加熱する熱源として、圧縮式ヒートポンプと吸収式ヒートポンプを備えている。上記の貯湯システムは、貯湯槽の底部から水流路へ流入する水の温度に応じて、圧縮式ヒートポンプのみを利用して水を加熱することもあるし、圧縮式ヒートポンプと吸収式ヒートポンプを併用して水の加熱を加熱することもある。 The hot water storage system includes a compression heat pump and an absorption heat pump as a heat source for heating water drawn from the bottom of the hot water tank. The above hot water storage system may heat water using only a compression heat pump depending on the temperature of water flowing into the water flow path from the bottom of the hot water tank, or it may use both a compression heat pump and an absorption heat pump. Heating water may also be heated.
貯湯槽の底部から水流路へ流入する水の温度が所定温度に満たない場合、すなわち貯湯槽の底部から水流路へ流入する水がそれほど高温でない場合には、圧縮式ヒートポンプによって大気中から熱を吸収して、吸収した熱を利用して水流路を流れる水を加熱する。このような場合には、圧縮式ヒートポンプの第1作動流体はそれほど高温としなくても水を加熱することが可能であるから、圧縮器に過大な負荷をかけることがなく、高いCOPを実現しながら水を加熱することができる。 When the temperature of the water flowing into the water channel from the bottom of the hot water tank is less than the predetermined temperature, that is, when the temperature of the water flowing into the water channel from the bottom of the hot water tank is not so high, heat is released from the atmosphere by the compression heat pump. It absorbs and heats the water flowing through the water channel using the absorbed heat. In such a case, the first working fluid of the compression heat pump can heat the water even if the temperature is not so high, so that a high COP is realized without applying an excessive load to the compressor. Water can be heated while.
貯湯槽の底部から水流路へ流入する水の温度が所定温度を超える場合、すなわち貯湯槽の底部から水流路へ流入する水が高温の場合には、圧縮式ヒートポンプによって大気から熱を吸収して、その吸収した熱を吸収式ヒートポンプの蒸発器の熱源として利用する。吸収式ヒートポンプは、蒸発器で第1作動流体から加えられた熱を利用して、吸収器で第2作動流体を加熱する。加熱された第2作動流体が、水流路を流れる水を加熱する。吸収式ヒートポンプでは、それほど高温ではない第1作動流体を蒸発器の熱源とした場合であっても、吸収器で第2作動流体を高温まで加熱することが可能である。従って、圧縮式ヒートポンプの圧縮器に過大な負荷をかけることなく、水流路を流れる高温の水を加熱することができる。 When the temperature of the water flowing into the water channel from the bottom of the hot water tank exceeds a predetermined temperature, that is, when the temperature of the water flowing into the water channel from the bottom of the hot water tank is high, the heat from the atmosphere is absorbed by the compression heat pump. The absorbed heat is used as a heat source for the evaporator of the absorption heat pump. The absorption heat pump uses the heat applied from the first working fluid in the evaporator to heat the second working fluid in the absorber. The heated second working fluid heats the water flowing through the water flow path. In the absorption heat pump, even when the first working fluid that is not so hot is used as a heat source of the evaporator, the second working fluid can be heated to a high temperature by the absorber. Therefore, high-temperature water flowing through the water flow path can be heated without applying an excessive load to the compressor of the compression heat pump.
なお、第1作動流体と第2作動流体は、同種の流体を用いていてもよい。 In addition, the 1st working fluid and the 2nd working fluid may use the same kind of fluid.
なお、貯湯槽の底部から水流路へ流入する水の温度は、種々の手法によって計測することができる。例えば、貯湯槽の内部の水温を計測する温度センサであって、貯湯槽の底部付近に設けられたものを用いて計測することもできる。あるいは、水流路の内部の水温を計測する温度センサであって、第1熱交換器および第2熱交換器のいずれよりも上流側に設けられたものを用いて計測することもできる。 In addition, the temperature of the water flowing into the water channel from the bottom of the hot water tank can be measured by various methods. For example, a temperature sensor that measures the water temperature inside the hot water storage tank, which is provided near the bottom of the hot water storage tank, can also be measured. Or it is a temperature sensor which measures the water temperature inside a water flow path, Comprising: It can also measure using what was provided in the upstream rather than any of a 1st heat exchanger and a 2nd heat exchanger.
上記の貯湯システムでは、吸収式ヒートポンプの凝縮器が、分離された溶媒蒸気と第2作動流体の間で熱交換して溶媒蒸気を冷却する熱交換器を備えており、第3循環手段が、第2作動流体を、吸収器と凝縮器と第2熱交換器の順に循環させることが好ましい。 In the above hot water storage system, the condenser of the absorption heat pump includes a heat exchanger that cools the solvent vapor by exchanging heat between the separated solvent vapor and the second working fluid, and the third circulation means includes: The second working fluid is preferably circulated in the order of the absorber, the condenser, and the second heat exchanger.
上記のような構成とすることによって、水流路を流れる高温の水を加熱する際に、吸収式ヒートポンプの吸収器において第2作動流体に加えられる熱と、凝縮器において第2作動流体に加えられる熱の双方を利用して、水を加熱することができる。貯湯槽の底部から汲出された水が貯湯槽の上部へ戻るまでの昇温幅が増大し、短期間で高温の温水を貯湯槽へ貯えることができる。 With the above configuration, when heating the high-temperature water flowing through the water flow path, the heat applied to the second working fluid in the absorber of the absorption heat pump is added to the second working fluid in the condenser. Both heats can be used to heat the water. The temperature rise range until the water pumped out from the bottom of the hot water tank returns to the upper part of the hot water tank increases, and hot hot water can be stored in the hot water tank in a short period of time.
本発明によれば、高温の温水を貯湯槽に貯えることが可能な貯湯システムにおいて、高いCOPを実現することができる。 According to the present invention, a high COP can be realized in a hot water storage system capable of storing high-temperature hot water in a hot water storage tank.
以下に説明する実施例の主要な特徴を最初に列記する。
(形態1)圧縮式ヒートポンプの第1作動流体は、フレオン、炭酸ガスなどの圧縮性流体である。
(形態2)吸収式ヒートポンプの溶液は、臭化リチウム水溶液などのリチウム塩溶液、あるいはアンモニア水溶液である。
(形態3)吸収式ヒートポンプの蒸発器と吸収器は、共通のタンクの内部に設けられている。
(形態4)吸収式ヒートポンプを高い温度領域で使用する場合には、溶液としてリチウム塩溶液を用いる。この場合には、水が溶媒となる。蒸発器および吸収器は、内部が低圧に維持される。
(形態5)吸収式ヒートポンプを低い温度領域で使用する場合には、溶液としてアンモニア水溶液を用いる。この場合には、アンモニアが溶媒となる。蒸発器および吸収器は、内部が高圧に維持される。
The main features of the embodiments described below are listed first.
(Mode 1) The first working fluid of the compression heat pump is a compressive fluid such as Freon or carbon dioxide.
(Mode 2) The absorption heat pump solution is a lithium salt solution such as an aqueous lithium bromide solution or an aqueous ammonia solution.
(Mode 3) The evaporator and the absorber of the absorption heat pump are provided inside a common tank.
(Mode 4) When the absorption heat pump is used in a high temperature range, a lithium salt solution is used as the solution. In this case, water becomes a solvent. The evaporator and the absorber are maintained at a low pressure inside.
(Mode 5) When the absorption heat pump is used in a low temperature range, an aqueous ammonia solution is used as the solution. In this case, ammonia is the solvent. The evaporator and the absorber are maintained at a high pressure inside.
本発明を具現化したシステム100を、図面を参照しながら詳細に説明する。図1から図5に示すように、システム100は主に、空調装置102と、貯湯槽104と、吸収式ヒートポンプ106と、圧縮式ヒートポンプ108と、コントローラ300と、リモコン302から構成されている。システム100は、コントローラ300によって運転の態様を制御されており、冷房運転、暖房運転、貯湯運転などを行うことができる。
A
リモコン302はコントローラ300と通信可能である。システム100の利用者は、リモコン302を操作することによって、システム100の運転状態や、冷房運転または暖房運転の際の設定温度や、貯湯槽への貯湯温度や、給湯温度などを設定することができる。リモコン302において利用者によって設定された内容は、コントローラ300へ送信される。コントローラ300は、利用者によって設定された内容に基づいて、システム100を構成する各種の弁やポンプやコンプレッサや加熱源などの動作を制御して、システム100の運転を制御する。
The
(1)冷房運転、暖房運転
図1は、本実施例のシステム100の冷房運転時の状態を示す。システム100は、リモコン302において利用者が冷房運転の開始を設定すると、冷房運転を開始する。
(1) Cooling operation, heating operation FIG. 1 shows a state during cooling operation of the
空調装置102は、水を作動流体とする空調装置である。空調装置102はコントローラ300と通信可能であって、コントローラ300からの指示に応じて冷房運転と暖房運転のいずれかを実施する。冷房運転の際には、作動流体を吸収式ヒートポンプ106によって冷却し、冷却された作動流体を用いて冷房運転を行う。暖房運転の際には、作動流体を吸収式ヒートポンプ106によって加熱し、加熱された作動流体を用いて暖房運転を行う。
The
吸収式ヒートポンプ106は、臭化リチウム水溶液などのリチウム塩溶液を作動流体とする。吸収式ヒートポンプ106は、主に、高温再生器110と、分離機122と、低温再生器112と、凝縮器114と、蒸発器116と、吸収器118から構成されている。低温再生器112、凝縮器114、蒸発器116、吸収器118は、内部が低圧に保たれた負圧タンク120内に形成されている。
The
高温再生器110は、低濃度の溶液(以下では希液という)が通過する高温再生熱交換器124と、高温再生熱交換器124を通過する希液を燃焼ガスによって加熱する加熱源(バーナ)126を備えている。希液流路130内の希液は、ポンプ128によって駆動されて高温再生器110へ流入し、高温再生熱交換器124へ供給される。高温再生熱交換器124を通過する間に加熱され沸騰した希液は、分離器122に導かれ、水蒸気と、濃縮した中濃度の溶液(以下では中液という)に分離される。
The high-
分離器122で分離された水蒸気と中液は、それぞれ水蒸気流路132、中液流路134を経て、負圧タンク120内の上部に形成された低温再生器112に区分して供給される。低温再生器112に供給される際に、中液流路134を流れる中液は、希液流路130を流れる希液と、熱交換器136で熱交換する。これによって、中液は冷却されて低温再生器112に供給され、希液は加熱されて高温再生器110へ供給される。
The water vapor and the intermediate liquid separated by the
低温再生器112内には、低温再生熱交換器138が備えられており、水蒸気流路132から低温再生熱交換器138内に流入する水蒸気と、中液流路134から低温再生熱交換器138の表面に滴下する中液との間で熱交換が行われる。熱交換によって、水蒸気は冷却され、中液は加熱される。冷却された水蒸気は凝縮して水となり、低温再生熱交換器138から凝縮器114に導かれ、凝縮器114の底部に溜められる。水蒸気が凝縮する際に生じる凝縮熱は中液に吸収され、中液は再び沸騰し、水蒸気と高濃度の溶液(以下では濃液という)が生成される。水蒸気と濃液は低温再生器112内で分離し、濃液は低温再生器112の底部に溜められる。中液より生成した水蒸気は、蒸気圧の低い凝縮器114内へ移動する。
A low-temperature
凝縮器114内の水蒸気は、冷房運転時には、図1に示すようにバルブ140を備える水蒸気流路142を経由して、送風機144によって冷却される大気熱交換器146に導かれる。水蒸気は大気熱交換器146で凝縮し、凝縮器114へ還流し、凝縮器114の底部に溜められる。この際の凝縮熱は、大気熱交換器146から大気へ放出される。暖房運転時には、図2に示すようにバルブ140が閉止され、凝縮器114内に設けられた凝縮熱交換器148の表面で凝縮し、凝縮器114の底部に溜められる。この際の凝縮熱は、凝縮熱交換器148内を流れる作動流体によって吸収される。
During the cooling operation, the water vapor in the
負圧タンク120の下部には、2つの熱交換器150、152が備えられている。熱交換器150、152は、三方弁154、156の流路切替えによって、一方が蒸発器116の熱交換器(蒸発熱交換器)として機能し、他方が吸収器118の熱交換器(吸収熱交換器)として機能する。図1に示すように、冷房運転時には熱交換器150が吸収熱交換器、熱交換器152が蒸発熱交換器として機能する。図2に示すように、暖房運転時には熱交換器152が吸収熱交換器、熱交換器150が蒸発熱交換器として機能する。吸収熱交換器には、濃液流路158を経由して低温再生器112の底部から供給される濃液が、上方から散布される。この際に、濃液流路158を流れる濃液は、希液流路130を流れる希液と、熱交換器162で熱交換する。これによって、希液流路130を流れる希液は加熱されて熱交換器136へ供給され、濃液流路158を流れる濃液は冷却されて吸収器118に供給される。蒸発熱交換器には、水流路160を経由して凝縮器114の底部から供給される水が、上方から散布される。
Two
蒸発熱交換器(図1に示す冷房運転時は熱交換器152)に散布された水は、蒸発熱交換器の表面で蒸発して水蒸気となり、蒸気圧の低い吸収器118に移動する。この際に、蒸発熱交換器の表面で発生する水蒸気によって、蒸発熱交換器内を流れる作動流体から蒸発熱が奪われ、作動流体が冷却される。吸収器118に移動した水蒸気は、吸収熱交換器(冷房運転時は熱交換器150)の表面で濃液に吸収され、希液となって吸収器118の底部に溜められる。この際に発生する吸収熱は、吸収熱交換器内を流れる作動流体によって吸収される。
The water sprayed on the evaporative heat exchanger (
濃液流路158、水流路160は、それぞれ三方弁154、156を備えている。冷房運転時には、三方弁154は濃液が熱交換器150へ流れるように、三方弁156は水が熱交換器152へ流れるように切替わる。暖房運転時には、三方弁154は濃液が熱交換器152へ流れるように、三方弁156は水が熱交換器150へ流れるように切替わる。
The concentrated
高温再生器110には、高温再生熱交換器124での熱交換によって希液を加熱した後の燃焼ガス(燃焼排ガス)と、内部を流れる作動流体とを熱交換する排熱回収熱交換器196が設けられている。作動流体との熱交換によって、燃焼排ガスは冷却されて高温再生器110の外部へ排出される。燃焼排ガスとの熱交換によって、排熱回収熱交換器196の内部を流れる作動流体は加熱される。
The high-
圧縮式ヒートポンプ108は、フレオン、炭酸ガスなどの圧縮性流体を作動流体とする。圧縮式ヒートポンプ108は、コンプレッサ164と、大気熱交換器166と、膨張弁168を備えている。大気熱交換器166には送風機144が付設されている。圧縮式ヒートポンプ108は四方弁170、172、178、三方弁184を備えており、コントローラ300からの指示に応じて、作動流体の流路を切換える。
The
冷房運転時は、図1に示すように、コントローラ300は四方弁170、172、178、三方弁184を切換えて、コンプレッサ164で圧縮された作動流体が、大気熱交換器166、膨張弁168、熱交換器150(冷房運転時には吸収熱交換器として機能する)の順に通過して、コンプレッサ164へ戻る流路を形成する。作動流体はコンプレッサ164によって圧縮されて高温高圧となり、大気熱交換器166において送風機144によって冷却されて凝縮し、凝縮熱を大気に放出する。凝縮した作動流体は膨張弁168で膨張して低温となり、熱交換器150に供給される。熱交換器150へ流入した低温の作動流体は、熱交換器150の表面で発生する吸収熱によって加熱されて蒸発する。蒸発した作動流体はコンプレッサ164へ戻る。
During cooling operation, as shown in FIG. 1, the
暖房運転時は、図2に示すように、コントローラ300は四方弁170、172、178、三方弁184を切替えて、コンプレッサ164で圧縮された作動流体が、熱交換器150(暖房運転時には蒸発熱交換器として機能する)、膨張弁168、大気熱交換器166の順に通過して、コンプレッサ164へ戻る流路を形成する。作動流体はコンプレッサ164によって圧縮されて高温高圧となり、熱交換器150に供給される。熱交換器150に流入した作動流体は、熱交換器150の表面で発生する水蒸気に蒸発熱を奪われ、冷却されて凝縮する。凝縮した作動流体は膨張弁168で膨張して低温となり、大気熱交換器166において送風機144によって加熱され、蒸発する。蒸発した作動流体はコンプレッサ164へ戻る。
During the heating operation, as shown in FIG. 2, the
空調装置102の作動流体の流れについて説明する。冷房運転時は、図1に示すように、四方弁186、188、三方弁190、192が切換えられる。これによって、ポンプ194によって空調装置102から供給される作動流体が、熱交換器152(冷房運転時には蒸発熱交換器として機能する)を通過して、空調装置102へ戻る流路が形成される。冷房運転時に空調装置102から供給される高温の作動流体は、熱交換器152の表面で発生する水蒸気に蒸発熱を奪われ、低温となって空調装置102へ戻る。
The flow of the working fluid in the
暖房運転時は、図2に示すように、四方弁186、188、三方弁190、192が切換えられる。これによって、ポンプ194によって空調装置102から供給される作動流体が、排熱回収熱交換器196、熱交換器152(暖房運転時には吸収熱交換器として機能する)、凝縮熱交換器148の順に通過して、空調装置102へ戻る流路が形成される。暖房運転時に空調装置102から供給される低温の作動流体は、高温再生器110の排熱回収熱交換器196で燃焼排ガスによって加熱され、熱交換器152の表面で発生する吸収熱によって加熱され、凝縮熱交換器148の表面で発生する凝縮熱によって加熱されて、空調装置102へ戻る。
During the heating operation, the four-
本実施例のシステム100は、空調装置102が冷房運転を行う際に、空調装置102で吸収した熱を、大気熱交換器146、166を用いて大気へ放出することによって、冷房を行うことができる。圧縮式ヒートポンプ108と吸収式ヒートポンプ106を併用することで、吸収式ヒートポンプ106のみを利用する場合に比べて、高いCOPを実現することができる。また圧縮式ヒートポンプ108と吸収式ヒートポンプ106を併用することで、圧縮式ヒートポンプ108のみを利用する場合に比べて、コンプレッサ164にかかる負荷を軽減することができる。
When the
本実施例のシステム100は、空調装置102が暖房運転を行う際に、大気熱交換器166で大気中から吸収した熱と、高温再生器110の高温再生熱交換器124で燃焼ガスから吸収した熱と、コンプレッサ164で作動流体に付与されるエネルギーを利用して、暖房を行うことができる。圧縮式ヒートポンプ108と吸収式ヒートポンプ106を併用することで、吸収式ヒートポンプ106のみを利用する場合に比べて、高いCOPを実現することができる。また圧縮式ヒートポンプ108と吸収式ヒートポンプ106を併用することで、圧縮式ヒートポンプ108のみを利用する場合に比べて、コンプレッサ164にかかる負荷を軽減することができる。
In the
本実施例のハイブリッドヒートポンプ100では、空調装置102が暖房運転を行う際に、空調用の作動流体を高温再生器110の熱交換器196で燃焼排ガスを利用して加熱している。これによって、高温再生器110の燃焼ガスの熱を有効に活用することができ、COPをさらに向上することができる。
In the
(2)貯湯運転
本発明のシステム100の貯湯運転について、図3と図4を参照しながら説明する。
貯湯槽104は、内部に温水を蓄えている。貯湯槽104の内部の温水は温度成層を形成しており、貯湯槽104の上部には高温の温水が貯えられ、下部には低温の温水が貯えられる。給湯を行う際には、貯湯槽104の上部から高温の温水が汲出され、貯湯槽104の下部から水道水が給水される。
貯湯槽104の底部付近には、貯湯槽104の内部の水温を計測する温度センサ306が設けられている。温度センサ306は、計測される温度をコントローラ300へ送信する。
(2) Hot Water Storage Operation The hot water storage operation of the
The
A
コントローラ300は、温度センサ306によって計測される温度を看視している。温度センサ306によって計測される温度が、リモコン302において設定された貯湯温度に満たない場合に、コントローラ300は貯湯運転を開始する。
The
貯湯運転を開始すると、コントローラ300は、温度センサ306によって計測される温度に応じて、第1貯湯運転を行うか、第2貯湯運転を行うかを判断する。温度センサ306によって計測される温度が45℃未満の場合には、コントローラ300は第1貯湯運転を開始する。温度センサ306によって計測される温度が45℃以上の場合には、コントローラ300は第2貯湯運転を開始する。
When the hot water storage operation is started, the
(A)第1貯湯運転
温度センサ306で計測される温度、すなわち貯湯槽104の内部の底部付近の水温が45℃に満たない場合、システム100は、吸収式ヒートポンプ106を駆動せずに、圧縮式ヒートポンプ108のみを用いて水の加熱を行う。図3を参照しながら、第1貯湯運転について説明する。
(A) First hot water storage operation When the temperature measured by the
第1貯湯運転を開始すると、コントローラ300は、圧縮式ヒートポンプ108の四方弁170、172、178、三方弁184を切換える。これによって、コンプレッサ164から流出する作動流体が、熱交換器200、膨張弁168、熱交換器150、大気熱交換器166を順に通過して、コンプレッサ164に戻る流路が形成される。コントローラ300がコンプレッサ164を駆動することによって、形成された流路を作動流体が循環する。
またコントローラ300は、四方弁198を切換える。これによって、貯湯槽104の底部から熱交換器200を経由して貯湯槽104の上部に戻る流路が形成される。コントローラ300がポンプ204を駆動することによって、形成された流路を貯湯槽104の内部の水が循環する。
なお第1貯湯運転時には、吸収式ヒートポンプ106は動作しておらず、熱交換器150では熱交換が行われない。
When the first hot water storage operation is started, the
The
During the first hot water storage operation, the
第1貯湯運転においては、コンプレッサ164から熱交換器200へ流入する高温高圧の作動流体と、ポンプ204の駆動によって貯湯槽104の底部から熱交換器200へ汲出された水との間で熱交換が行われる。熱交換器200での熱交換によって、作動流体は冷却されて凝縮し、水は加熱されて昇温する。熱交換器200で加熱された水は、貯湯槽104の上部へ還流する。熱交換器200で冷却されて凝縮した作動流体は、膨張弁168で膨張し、低温となる。膨張弁168で膨張して低温となった作動流体は、大気熱交換器166で大気と熱交換する。大気熱交換器166での熱交換によって、作動流体は加熱されて蒸発する。大気熱交換器166で加熱されて蒸発した作動流体は、コンプレッサ164へ流入する。
In the first hot water storage operation, heat exchange is performed between the high-temperature and high-pressure working fluid flowing from the
作動流体が上記のように循環することで、大気熱交換器166で大気から吸収した熱を利用して、貯湯槽104の底部から汲出された水を加熱することができる。貯湯槽104の水を上記のように循環加熱することによって、貯湯槽104の内部の水は徐々に昇温していく。
By circulating the working fluid as described above, the water pumped out from the bottom of the
第1貯湯運転を行っている間、コントローラ300は温度センサ304で計測される水温を看視している。温度センサ304で計測される水温は、貯湯槽104の底部から汲出される水の温度を示している。温度センサ304で計測される水温が45℃以上となった場合、コントローラ300は後述する第2貯湯運転へ処理を移行する。温度センサ304で計測される水温が45℃に満たない場合、コントローラ300は第1貯湯運転を継続する。
During the first hot water storage operation, the
第1貯湯運転を行っている間は、熱交換器200へ流入する水の温度は45℃未満である。従って、熱交換器200へ供給する作動流体の温度を、それほど高温まで上げる必要がなく、コンプレッサ164における消費エネルギーも低い。圧縮式ヒートポンプ108を高いCOPで運転させることができる。
During the first hot water storage operation, the temperature of the water flowing into the
(B)第2貯湯運転
温度センサ306で計測される温度が45℃以上の場合、あるいは温度センサ304で計測される温度が45℃以上の場合、システム100は圧縮式ヒートポンプ108と吸収式ヒートポンプ106を併用して水の加熱を行う。図4を参照しながら、第2貯湯運転について説明する。
(B) Second Hot Water Storage Operation When the temperature measured by the
第2貯湯運転を開始すると、コントローラ300は、圧縮式ヒートポンプ108の四方弁170、172、178、三方弁184を切換える。これによって、コンプレッサ164から流出する作動流体が、熱交換器150、膨張弁168、大気熱交換器166を順に通過して、コンプレッサ164に戻る流路が形成される。コントローラ300がコンプレッサ164を駆動することによって、形成された流路を作動流体が循環する。
またコントローラ300は、吸収式ヒートポンプ106の三方弁154、156を切換える。これによって、熱交換器150は蒸発熱交換器として機能し、熱交換器152は吸収熱交換器として機能する。コントローラ300がポンプ128を駆動し、加熱源126の燃焼を開始することで、吸収式ヒートポンプ106における一連のサイクルが進行する。
またコントローラ300は、四方弁186、188、三方弁190、192を切換える。これによって、ポンプ206から流出する作動流体が、排熱回収熱交換器196、熱交換器152、凝縮熱交換器148、熱交換器202を順に経由して、ポンプ206に戻る作動流体の流路が形成される。コントローラ300がポンプ206を駆動することによって、形成された流路を作動流体が循環する。
さらにコントローラ300は、四方弁198を切換える。これによって、貯湯槽104の底部から熱交換器200、202を経由して貯湯槽104の上部に戻る流路が形成される。コントローラ300がポンプ204を駆動することによって、形成された流路を貯湯槽104の内部の水が循環する。
なお第2貯湯運転においては、圧縮式ヒートポンプ108の作動流体は熱交換器200を流れず、熱交換器200における熱交換は行われない。
When the second hot water storage operation is started, the
The
The
Furthermore, the
In the second hot water storage operation, the working fluid of the
第2貯湯運転においては、ポンプ206の駆動によって熱交換器202から流出する作動流体は、排熱回収熱交換器196によって加熱される。加熱された作動流体は、熱交換器152(吸収熱交換器に相当する)において、熱交換器152の表面で発生する吸収熱によって加熱される。加熱された作動流体は、凝縮熱交換器148において、凝縮熱交換機148の表面で発生する凝縮熱によって加熱される。高温再生器110の燃焼排ガスの排熱と、吸収器118の吸収熱と、凝縮器114の凝縮熱で加熱された作動流体は、熱交換器202へ戻り、貯湯槽104の下部からポンプ204によって汲出された水を加熱する。加熱された水は、貯湯槽104の上部へ還流する。
In the second hot water storage operation, the working fluid flowing out from the
第2貯湯運転においては、コンプレッサ164によって圧縮されて高温高圧となった作動流体が熱交換器150(蒸発熱交換器に相当する)へ流入する。熱交換器150に流入した作動流体は、熱交換器150の表面で発生する水蒸気に蒸発熱を奪われ、冷却されて凝縮する。凝縮した作動流体は膨張弁168で膨張して低温となり、大気熱交換器166において送風機144によって加熱され、蒸発する。蒸発した作動流体はコンプレッサ164へ戻る。
In the second hot water storage operation, the working fluid that has been compressed by the
圧縮式ヒートポンプ108が駆動することにより、大気熱交換器166で吸収した熱を利用して、吸収式ヒートポンプ106の蒸発熱交換器で水が蒸発する。吸収式ヒートポンプ106が駆動することにより、熱交換器202を流れる作動流体は、高温再生器110の燃焼排ガスから回収される熱と、吸収熱交換器における吸収熱と、凝縮熱交換器148における凝縮熱によって加熱される。加熱された作動流体との熱交換によって、貯湯槽104から汲出された水が加熱される。貯湯槽104の水が上記のように循環することによって、貯湯槽104の内部の水は徐々に昇温していく。
When the
第2貯湯運転を行っている間、コントローラ300は温度センサ304で計測される水温を看視している。温度センサ304で計測される水温は、貯湯槽104の底部から汲出される水の温度を示している。温度センサ304で計測される水温が60℃以上となった場合、コントローラ300はこれ以上の貯湯は必要ないと判断して、貯湯運転を終了する。
During the second hot water storage operation, the
第2貯湯運転を行っている間は、熱交換器202へ流入する水の温度は45℃から60℃の範囲内である。従って、熱交換器202へ供給する作動流体の温度は、高温とする必要がある。本実施例では、圧縮式ヒートポンプ108を利用して吸収式ヒートポンプ106の蒸発器116へ熱を供給し、吸収式ヒートポンプ106の吸収器118や凝縮器114を利用して熱交換器202へ供給する作動流体を加熱している。このような構成とする場合、圧縮式ヒートポンプ108の作動流体の温度は、それほど高温まで上げる必要がない。従って、圧縮式ヒートポンプ108を高いCOPで運転させることができるため、システム全体での熱効率を高いものとすることができる。
During the second hot water storage operation, the temperature of the water flowing into the
本実施例のシステム100では、貯湯槽104への貯湯を行う際に、貯湯槽104の底部から汲出される水の温度に応じて、第1貯湯運転と第2貯湯運転を切換える。貯湯槽104から汲出される水が低温の間は、圧縮式ヒートポンプ108のみを利用して水を加熱する第1貯湯運転を実施し、貯湯槽104から汲出される水が高温となると、圧縮式ヒートポンプ108と吸収式ヒートポンプ106を併用して水を加熱する第2貯湯運転を実施する。圧縮式ヒートポンプ108のコンプレッサ164に過剰な負荷をかけることがないため、システム全体の熱効率を高いものとすることができる。
In the
(3)冷房・貯湯運転
本実施例のシステム100は、冷房運転を行っている間に貯湯運転を開始して、冷房運転と貯湯運転を並行して行うこともできるし、貯湯運転を行っている間に冷房運転を開始して、冷房運転と貯湯運転を並行して行うこともできる。以下では冷房運転と貯湯運転を並行して行う態様を冷房・貯湯運転と記述する。図5を参照しながら、冷房・貯湯運転について説明する。
(3) Cooling / Hot Water Storage Operation The
冷房・貯湯運転を開始すると、コントローラ300は四方弁198を切換える。これによって、貯湯槽104の底部から熱交換器200、202を経由して貯湯槽104の上部に戻る流路が形成される。コントローラ300がポンプ204を駆動することによって、形成された流路を貯湯槽104の内部の水が循環する。
またコントローラ300は、圧縮式ヒートポンプ108の四方弁170、172、178、三方弁184を切換える。これによって、コンプレッサ164から流出する作動流体が、熱交換器200、膨張弁168、熱交換器150を順に通過して、コンプレッサ164に戻る流路が形成される。
またコントローラ300は、吸収式ヒートポンプ106の三方弁154、156を切換える。これによって、熱交換器150は吸収熱交換器として機能し、熱交換器152は蒸発熱交換器として機能する。コントローラ300がポンプ128を駆動し、加熱源126の燃焼を開始することで、吸収式ヒートポンプにおける一連のサイクルが進行する。
さらにコントローラ300は、四方弁186、三方弁190、192を切換える。これによって、ポンプ194から流出する作動流体が、空調装置102、熱交換器152を順に経由して、ポンプ194に戻る流路が形成される。コントローラ300がポンプ194を駆動することによって、形成された流路を作動流体が循環する。コントローラ300は、四方弁188を切換える。これによって、ポンプ206から流出する作動流体が、凝縮熱交換器148、熱交換器202を順に経由してポンプ206に戻る流路が形成される。コントローラ300がポンプ206を駆動することによって、形成された流路を作動流体が循環する。
When the cooling / hot water storage operation is started, the
The
The
Further, the
冷房・貯湯運転においては、吸収式ヒートポンプ106と、圧縮式ヒートポンプ108の双方の運転によって、貯湯槽104の水を加熱する。冷房・貯湯運転においては、吸収式ヒートポンプ106は、冷房運転時とほぼ同様の運転を行うが、凝縮器114内の水蒸気を大気熱交換器146で大気との熱交換によって冷却する代わりに、蒸発熱交換器148内を流れる作動流体との熱交換によって冷却する。圧縮式ヒートポンプ108の作動流体は、コンプレッサ164によって圧縮されて高温となり、熱交換器200において冷却されて凝縮し、凝縮熱を放出する。凝縮した作動流体は膨張弁168で膨張して低温となり、熱交換器150に供給される。低温の作動流体は熱交換器150の表面で発生する吸収熱によって加熱されて蒸発する。蒸発した作動流体は排熱回収熱交換器185において高温再生器110の燃焼排ガスによって加熱され、コンプレッサ164へ戻る。熱交換器200では、ポンプ204の駆動によって貯湯槽104の底部から汲出された水と、コンプレッサ164で圧縮されて高温となった作動流体との間で熱交換が行われ、水は加熱されて熱交換器202へ供給される。
冷房・貯湯運転においては、ポンプ206の駆動によって、作動流体は熱交換器202から凝縮熱交換器148を経由して熱交換器202に戻る。作動流体は凝縮熱交換器148において、凝縮熱交換器148の表面で発生する凝縮熱によって加熱されて高温となる。高温となった作動流体は、熱交換器202において、貯湯槽104に戻る水と熱交換する。熱交換器202で加熱されて高温となった水は、貯湯槽104の上部に還流する。
上記のようにして、本実施例のシステム100は、冷房運転と貯湯運転を同時並行して行うことができる。
In the cooling / hot water storage operation, the water in the hot
In the cooling / hot water storage operation, the working fluid returns from the
As described above, the
以上のように、本実施例のシステム100は、圧縮式ヒートポンプ108と吸収式ヒートポンプ106を併用して貯湯槽104に温水を貯える貯湯システムである。圧縮式ヒートポンプ108は、第1作動流体を圧縮するコンプレッサ164と、第1作動流体を膨張させる膨張弁168と、第1作動流体と大気の間で熱交換して第1作動流体を加熱する大気熱交換器166を備えている。吸収式ヒートポンプ106は、溶液を加熱して溶媒蒸気と濃縮溶液に分離する高温再生器110および低温再生器112と、分離された溶媒蒸気を冷却して凝縮させる凝縮器114と、凝縮した溶媒と第1作動流体の間で熱交換して溶媒を加熱して蒸発させる蒸発器116と、溶媒蒸気を濃縮溶液に吸収させて濃縮溶液を希釈し、希釈された溶液と第2作動流体の間で熱交換して溶液を冷却する吸収器118と、冷却された溶液を高温再生器110および低温再生器112に還流させる手段を備えている。そのシステム100は、貯湯槽104と、貯湯槽104の底部を熱交換器200と熱交換器202を経て貯湯槽104の上部に接続する水流路と、貯湯槽104の底部の水を水流路を経て貯湯槽104の上部へ還流させるポンプ204と、第1作動流体を、コンプレッサ164と熱交換器200と膨張弁168と大気熱交換器166の順に循環する第1循環路を循環させる第1循環手段と、第1作動流体を、コンプレッサ164と蒸発器116と膨張弁168と大気熱交換器166の順に循環する第2循環路を循環させる第2循環手段と、第2作動流体を、吸収器118と熱交換器202の順に循環させる第3循環路を循環させる第3循環手段を備えている。システム100は、貯湯槽104の底部から水流路へ流入する水の温度が所定温度に満たない場合には、圧縮式ヒートポンプ108と第1循環手段を運転して、熱交換器200で水を加熱する。システム100は、貯湯槽104の底部から水流路へ流入する水の温度が前記所定温度を超える場合には、圧縮式ヒートポンプ108と吸収式ヒートポンプ106と第2循環手段と第3循環手段を運転して、熱交換器202で水を加熱する。
As described above, the
またシステム100は、凝縮器114が、分離された溶媒蒸気と第2作動流体の間で熱交換して溶媒蒸気を冷却する凝縮熱交換器148を備えており、前記第3循環手段が、第2作動流体を、吸収器118と凝縮器114と熱交換器202の順に循環させるものである。
The
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
Specific examples of the present invention have been described in detail above, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above.
In addition, the technical elements described in the present specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology illustrated in the present specification or the drawings achieves a plurality of objects at the same time, and has technical utility by achieving one of the objects.
100:システム
102:空調装置
104:貯湯槽
106:吸収式ヒートポンプ
108:圧縮式ヒートポンプ
110:高温再生器
112:低温再生器
114:凝縮器
116:蒸発器
118:吸収器
120:負圧タンク
122:分離器
124:高温再生熱交換器
126:加熱源
128、194、204、206:ポンプ
130:希液流路
132、142:水蒸気流路
134:中液流路
136、150、152、162、200、202:熱交換器
138:低温再生熱交換器
140:バルブ
144:送風機
146、166:大気熱交換器
148:凝縮熱交換器
154、156、184、190、192:三方弁
158:濃液流路
160:水流路
164:コンプレッサ
168:膨張弁
170、172、178、186、188、198:四方弁
196:排熱回収熱交換器
300:コントローラ
302:リモコン
304、306:温度センサ
100: system 102: air conditioner 104: hot water storage tank 106: absorption heat pump 108: compression heat pump 110: high temperature regenerator 112: low temperature regenerator 114: condenser 116: evaporator 118: absorber 120: negative pressure tank 122: Separator 124: High temperature regenerative heat exchanger 126:
Claims (2)
圧縮式ヒートポンプは、
第1作動流体を圧縮する圧縮器と、
第1作動流体を膨張させる膨張器と、
第1作動流体と大気の間で熱交換して第1作動流体を加熱する吸熱器を備えており、
吸収式ヒートポンプは、
溶液を加熱して溶媒蒸気と濃縮溶液に分離する再生器と、
分離された溶媒蒸気を冷却して凝縮させる凝縮器と、
凝縮した溶媒と第1作動流体の間で熱交換して溶媒を加熱して蒸発させる蒸発器と、
溶媒蒸気を濃縮溶液に吸収させて濃縮溶液を希釈し、希釈された溶液と第2作動流体の間で熱交換して溶液を冷却する吸収器と、
冷却された溶液を再生器に還流させる手段を備えており、
その貯湯システムは、
貯湯槽と、
貯湯槽の底部を第1熱交換器と第2熱交換器を経て貯湯槽の上部に接続する水流路と、
貯湯槽の底部の水を水流路を経て貯湯槽の上部へ還流させる駆動手段と、
第1作動流体を、圧縮器と第1熱交換器と膨張器と吸熱器の順に循環する第1循環路を循環させる第1循環手段と、
第1作動流体を、圧縮器と蒸発器と膨張器と吸熱器の順に循環する第2循環路を循環させる第2循環手段と、
第2作動流体を、吸収器と第2熱交換器の順に循環させる第3循環路を循環させる第3循環手段を備えており、
貯湯槽の底部から水流路へ流入する水の温度が所定温度に満たない場合には、圧縮式ヒートポンプと第1循環手段を運転して、第1熱交換器で水を加熱し、
貯湯槽の底部から水流路へ流入する水の温度が前記所定温度を超える場合には、圧縮式ヒートポンプと吸収式ヒートポンプと第2循環手段と第3循環手段を運転して、第2熱交換器で水を加熱することを特徴とする貯湯システム。 A hot water storage system that uses a compression heat pump and an absorption heat pump together to store hot water in a hot water tank,
The compression heat pump
A compressor for compressing the first working fluid;
An inflator for inflating the first working fluid;
A heat absorber for heating the first working fluid by exchanging heat between the first working fluid and the atmosphere;
Absorption heat pump
A regenerator that heats the solution to separate it into solvent vapor and concentrated solution;
A condenser for cooling and condensing the separated solvent vapor;
An evaporator that heats and evaporates the solvent by exchanging heat between the condensed solvent and the first working fluid;
An absorber that absorbs the solvent vapor into the concentrated solution to dilute the concentrated solution and heat exchange between the diluted solution and the second working fluid to cool the solution;
Means for refluxing the cooled solution to the regenerator,
The hot water storage system
A hot water tank,
A water flow path connecting the bottom of the hot water tank to the upper part of the hot water tank via the first heat exchanger and the second heat exchanger;
Driving means for returning water at the bottom of the hot water tank to the upper part of the hot water tank through the water flow path;
A first circulation means for circulating a first working fluid through a first circulation path that circulates in order of a compressor, a first heat exchanger, an expander, and a heat absorber;
Second circulation means for circulating a first working fluid through a second circulation path for circulating the first working fluid in the order of the compressor, the evaporator, the expander, and the heat absorber;
A third circulating means for circulating a third working path for circulating the second working fluid in the order of the absorber and the second heat exchanger;
When the temperature of the water flowing into the water flow path from the bottom of the hot water tank is less than the predetermined temperature, the compression heat pump and the first circulation means are operated to heat the water with the first heat exchanger,
When the temperature of the water flowing into the water flow path from the bottom of the hot water tank exceeds the predetermined temperature, the second heat exchanger is operated by operating the compression heat pump, the absorption heat pump, the second circulation means, and the third circulation means. Hot water storage system characterized by heating water with water.
前記第3循環手段が、第2作動流体を、吸収器と凝縮器と第2熱交換器の順に循環させることを特徴とする請求項1の貯湯システム。 The condenser includes a heat exchanger that cools the solvent vapor by exchanging heat between the separated solvent vapor and the second working fluid;
The hot water storage system according to claim 1, wherein the third circulation means circulates the second working fluid in the order of an absorber, a condenser, and a second heat exchanger.
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