JP2007240126A - Heat pump heat supply system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ヒートポンプを利用して加熱された湯水を利用して、床暖房端末や風呂の追焚用熱交換器などの所望の熱負荷に対して熱を供給するのに用いられるヒートポンプ熱供給システムに関する。 The present invention relates to a heat pump heat supply used to supply heat to a desired heat load such as a floor heating terminal or a heat exchanger for bath remedy using hot water heated using a heat pump. About the system.
周知のとおり、ヒートポンプ熱供給システムは、たとえば深夜の電気料金割引時間帯の電力を利用して湯水の沸き上げを行なってから、この高温の湯水を貯湯タンクに貯留させておき、その後必要に応じてこの貯湯タンクから出湯が行なわれるようにしているのが一般的である。一方、貯湯タンクに貯留された湯は、水と混合されて温度調整されてから台所の給湯栓などにそのまま流出して使用されるだけではなく、たとえば床暖房端末などの熱負荷に送られて利用される場合もある。この場合、熱負荷に送られて温度が低下した湯水は、貯湯タンクに戻されて再利用される。ただし、この湯水は、使い勝手が悪い中温水であり、この中温水をヒートポンプにそのまま供給して加熱したのでは、ヒートポンプの成績係数(COP)が悪くなる。 As is well known, the heat pump heat supply system, for example, boils hot water using electricity in the late-night electricity rate discount time zone, and then stores this hot hot water in a hot water storage tank, and then as necessary. Generally, hot water is discharged from a hot water storage tank. On the other hand, the hot water stored in the hot water storage tank is not only used after being mixed with water and temperature-adjusted but then flowing out directly to a kitchen tap, etc., and sent to a thermal load such as a floor heating terminal. Sometimes used. In this case, the hot water whose temperature has been lowered due to the heat load is returned to the hot water storage tank and reused. However, this hot water is medium-temperature water that is inconvenient to use, and if this medium-temperature water is supplied to the heat pump as it is and heated, the coefficient of performance (COP) of the heat pump will deteriorate.
そこで、従来においては、前記したような中温水についての不具合を防止するための手段として、たとえば特許文献1〜3に記載された手段がある。これらの文献1〜3に記載された手段においては、いずれもヒートポンプの内部に、湯水の熱を利用して冷媒を加熱するための湯水−冷媒熱交換器が組み込まれている。そして、特許文献1においては、貯湯タンク内の中間高さ領域から中温水を湯水−冷媒熱交換器に供給することにより、この湯水の温度を低下させて低温水とし、これを貯湯タンクに戻している。特許文献2においては、湯水−冷媒熱交換器に供給されて低温水となった湯水を貯湯タンクにそのまま戻すことなく、ヒートポンプによって加熱し、高温水としてから貯湯タンクの上部に戻すようにしている。特許文献3においては、熱負荷に送られて発生した中温水を湯水−冷媒熱交換器に供給し、この湯水の温度を低下させてから貯湯タンクの下部に戻すようにしている。これら特許文献1〜3に記載された手段によれば、貯湯タンク内に使い勝手の悪い中温水が多く溜まらないようにすることができる。また、中温水の熱を利用してヒートポンプの冷媒を加熱することができるために、ヒートポンプの効率を高めることもできる。
Therefore, conventionally, there are means described in
しかしながら、前記特許文献1〜3に記載の手段においては、次に述べるように、未だ改善すべき点がある。
However, the means described in
すなわち、ユーザがヒートポンプ熱供給システムを実際に使用する場合、湯水の利用の仕方についての要求は様々である。たとえば、貯湯タンク内に高温の湯水が満杯であったとしても、その湯水をその後に多量に使用する予定があるなどの理由から、貯湯タンク内の高温の湯水を減少させないようにして、湯水を利用した床暖房を行いたいような場合がある。また、これとは異なり、貯湯タンク内の高温の湯水を使い切ってしまった後において、温水を利用した床暖房を直ちに開始したいような場合もある。これに対し、前記特許文献1〜3に記載の手段においては、いずれも熱負荷に対して熱供給を行なうときには、貯湯タンクに貯留されている湯水を利用している。具体的には、貯留タンクの上部から高温水を出湯させて、これを熱負荷に供給するように構成されている。これでは、貯湯タンク内の湯水を用いることなく床暖房などを行いたいという前記した要望に的確に応えることができない。
That is, when the user actually uses the heat pump heat supply system, there are various demands on how to use the hot water. For example, even if hot water in the hot water tank is full, the hot water in the hot water tank should not be reduced so that the hot water in the hot water tank is not reduced because the hot water is scheduled to be used in large quantities thereafter. Sometimes you want to use floor heating. In addition, there is a case where it is desired to immediately start floor heating using hot water after the hot water in the hot water storage tank has been used up. On the other hand, in each of the means described in
前記要望に応えるための手段としては、床暖房などを行ないたいときには、貯湯タンクから出湯を行なわせるのではなく、ヒートポンプをリアルタイムで駆動させて、このヒートポンプによって加熱された湯水を熱負荷に供給することが考えられる。ところが、このように単にヒートポンプを駆動させて湯水を熱負荷に供給させるだけでは、貯湯タンク内が湯水の満杯状態のままであるために、熱負荷に供給された後の湯水を貯湯タンクに収容させることはできない。したがって、その湯水の残熱をその後も有効に利用し得るように処理することは難しく、この点において苦慮することとなる。また、ヒートポンプを通常通りに運転させるだけでは、その成績係数を高くすることが難しい場合もある。 As a means for meeting the demand, when floor heating or the like is desired, hot water is not discharged from a hot water storage tank, but a heat pump is driven in real time, and hot water heated by the heat pump is supplied to a heat load. It is possible. However, simply by driving the heat pump and supplying hot water to the heat load in this way, the hot water tank remains full, so the hot water after being supplied to the heat load is stored in the hot water tank. I can't let you. Therefore, it is difficult to treat the residual heat of the hot water so that it can be used effectively thereafter, and this is a problem. In addition, it may be difficult to increase the coefficient of performance simply by operating the heat pump as usual.
本発明は、このような事情のもとで考え出されたものであって、貯湯タンク内の蓄熱量を減少させないようにしつつ、所望の熱負荷に対する熱供給動作を効率良く、かつ適切に行なわせることが可能なヒートポンプ熱供給システムを提供することを、その課題としている。 The present invention has been conceived under such circumstances, and efficiently and appropriately performs a heat supply operation for a desired heat load while not reducing the amount of heat stored in the hot water storage tank. An object of the present invention is to provide a heat pump heat supply system that can be used.
上記の課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を講じている。 In order to solve the above problems, the present invention takes the following technical means.
本発明により提供されるヒートポンプ熱供給システムは、貯湯タンクと、この貯湯タンクの上部から湯水の供給を受け、かつこの湯水の熱を所望の熱負荷に供給し、またはそれ自体が熱負荷とされる負荷用熱交換器と、前記貯湯タンクの下部から湯水の供給を受け、かつこの湯水を冷媒の熱により加熱してから前記貯湯タンクに戻すことが可能とされた湯水加熱用熱交換器、および前記貯湯タンクの中間高さ領域から湯水の供給を受け、かつこの湯水の熱を利用して前記冷媒を加熱可能な湯水−冷媒熱交換器を有するヒートポンプと、を備えている、ヒートポンプ熱供給システムであって、前記負荷用熱交換器、前記ヒートポンプの湯水−冷媒熱交換器、および湯水加熱用熱交換器が配管を介して一連に繋がり、かつ前記湯水加熱用熱交換器によって加熱された湯水が前記負荷用熱交換器および前記湯水−冷媒熱交換器に順次供給されてから前記湯水加熱用熱交換器に戻されるように循環する湯水循環回路を設定可能に構成されていることを特徴としている。 The heat pump heat supply system provided by the present invention receives a hot water supply from a hot water storage tank and the upper part of the hot water storage tank, and supplies the hot water heat to a desired heat load, or is itself a heat load. A load heat exchanger, and a hot water heating heat exchanger that is supplied with hot water from the lower part of the hot water storage tank and that can be returned to the hot water storage tank after the hot water is heated by the heat of the refrigerant, And a heat pump having a hot water-refrigerant heat exchanger that is supplied with hot water from an intermediate height region of the hot water storage tank and that can heat the refrigerant by using the heat of the hot water. A heat exchanger for load, a hot water / refrigerant heat exchanger of the heat pump, and a hot water heating heat exchanger are connected in series via a pipe, and the hot water heating heat exchanger is a system Accordingly, a hot water circulation circuit that circulates the heated hot water so that it is sequentially supplied to the load heat exchanger and the hot water-refrigerant heat exchanger and then returned to the hot water heating heat exchanger can be set. It is characterized by being.
本発明において、前記湯水循環回路を設定すると、この湯水循環回路を構成する配管内に存在する一定量の湯水がこの回路を循環流通する。この循環過程においては、湯水加熱用熱交換器の加熱により高温水が生成されて、この高温水が負荷用熱交換器に対して連続的に繰り返し供給されることとなる。したがって、貯湯タンク内の蓄熱量を減少させることなく、熱負荷への熱供給を適切に行なうことができる。また、前記循環過程においては、負荷用熱交換器に供給されて発生した中温水がヒートポンプの湯水−冷媒熱交換器に送られることにより、その残熱が冷媒の加熱に利用される。さらに、前記中温水は、冷媒加熱に利用されることによって低温水となってからヒートポンプの湯水加熱用熱交換器に戻されるため、この湯水加熱用熱交換器における加熱効率も高められる。したがって、負荷用熱交換器に供給された後の湯水の残熱が無駄になるようなことはなく、またヒートポンプの成績係数を高める効果も期待できる。このようなことから、本発明によれば、貯湯タンク内の蓄熱量を減少させることなく、暖房端末などの熱負荷に対する熱供給動作を効率良く、かつ適切に行ないたい場合に、好適に対処することができる。 In the present invention, when the hot water circulation circuit is set, a certain amount of hot water existing in the piping constituting the hot water circulation circuit circulates and circulates in this circuit. In this circulation process, hot water is generated by heating the hot water heating heat exchanger, and this high temperature water is continuously and repeatedly supplied to the load heat exchanger. Therefore, it is possible to appropriately supply heat to the heat load without reducing the amount of heat stored in the hot water storage tank. Further, in the circulation process, the intermediate temperature water generated by being supplied to the load heat exchanger is sent to the hot water-refrigerant heat exchanger of the heat pump, and the residual heat is used for heating the refrigerant. Further, since the medium temperature water is used for refrigerant heating to become low temperature water and then returned to the hot water heating heat exchanger of the heat pump, the heating efficiency in the hot water heating heat exchanger is also increased. Therefore, the residual heat of the hot water after being supplied to the load heat exchanger is not wasted, and an effect of increasing the coefficient of performance of the heat pump can be expected. Therefore, according to the present invention, it is preferable to appropriately deal with a case where it is desired to efficiently and appropriately perform a heat supply operation for a heat load such as a heating terminal without reducing the amount of heat stored in the hot water storage tank. be able to.
本発明の好ましい実施の形態においては、前記湯水循環回路とは別の湯水循環回路として、前記貯湯タンクの下部から流出した湯水が前記ヒートポンプの湯水加熱用熱交換器に供給されて加熱された後に、前記負荷用熱交換器を経て前記貯湯タンクの中間高さ領域に戻される動作が繰り返し実行される湯水循環回路を切り換え設定可能とされている。 In a preferred embodiment of the present invention, as the hot water circulation circuit different from the hot water circulation circuit, the hot water flowing out from the lower part of the hot water storage tank is supplied to the hot water heating heat exchanger of the heat pump and heated. The hot water circulation circuit in which the operation of returning to the intermediate height region of the hot water storage tank through the load heat exchanger is repeatedly executed can be switched and set.
このような構成によれば、負荷用熱交換器に湯水を供給するための方式として、貯湯タンク内の下部からたとえば低温水を流出させ、かつこの低温水をヒートポンプによって加熱させてから負荷用熱交換器に供給する方式を実行することが可能となる。このような方式によっても、熱負荷への熱供給を適切に行なうことができる。また、貯湯タンク内の湯水を使用するものの、負荷用熱交換器に送られた湯水が貯湯タンク内に戻されるために、貯湯タンク内の蓄熱量を増加させることができる。したがって、貯湯タンク内の蓄熱量が比較的少なく、その蓄熱量を増加させたい場合に、そのような要望に合致したシステム運転が可能となる。 According to such a configuration, as a method for supplying hot water to the load heat exchanger, for example, low temperature water flows out from the lower part of the hot water storage tank, and the low temperature water is heated by the heat pump, and then the heat for load is used. It is possible to execute a method of supplying to the exchanger. Also by such a system, it is possible to appropriately supply heat to the heat load. Moreover, although the hot water in the hot water storage tank is used, since the hot water sent to the load heat exchanger is returned to the hot water storage tank, the amount of heat stored in the hot water storage tank can be increased. Therefore, when the amount of heat stored in the hot water storage tank is relatively small, and it is desired to increase the amount of stored heat, system operation that meets such demands becomes possible.
本発明の好ましい実施の形態においては、前記ヒートポンプは、冷媒用の蒸発器、圧縮機、熱膨張弁を備えており、前記湯水−冷媒熱交換器は、前記蒸発器の下流かつ前記圧縮機の上流に設けられ、または前記蒸発器と並列に設けられている。 In a preferred embodiment of the present invention, the heat pump includes a refrigerant evaporator, a compressor, and a thermal expansion valve, and the hot-water / refrigerant heat exchanger is disposed downstream of the evaporator and in the compressor. It is provided upstream or in parallel with the evaporator.
このような構成によれば、湯水−冷媒熱交換器に凍結が発生するといった不具合を適切に防止することができる。すなわち、前記構成とは異なり、たとえば湯水−冷媒熱交換器を蒸発器よりも冷媒流れ方向上流に設けた場合には、その部分の冷媒温度が非常に低く、湯水−冷媒熱交換器の内部に凍結を生じる虞れがある。これに対し、前記構成によれば、そのような虞れは適切に解消される。 According to such a configuration, it is possible to appropriately prevent a problem that freezing occurs in the hot water / refrigerant heat exchanger. That is, unlike the above configuration, for example, when a hot water-refrigerant heat exchanger is provided upstream of the evaporator in the refrigerant flow direction, the temperature of the refrigerant in that portion is very low, and the hot water-refrigerant heat exchanger is located inside the hot water-refrigerant heat exchanger. There is a risk of freezing. On the other hand, according to the said structure, such a fear is eliminated appropriately.
本発明の好ましい実施の形態においては、前記貯湯タンクの上部、下部、および中間高さ部分にそれぞれの一端が接続されている上部配管、下部配管、および中間高さ配管と、
一端が前記下部配管に接続され、かつ他端が前記上部配管に第1の方向切換弁を介して接続されているとともに、液送ポンプを備えており、前記下部配管から受けた湯水を前記ヒートポンプの湯水加熱用熱交換器および前記第1の方向切換弁に順次導くことが可能な湯水加熱用配管と、一端が前記第1の方向切換弁に接続され、かつ他端が前記湯水加熱用配管のうち、前記液送ポンプよりも湯水流れ方向上流の位置に第2の方向切換弁を介して接続され、配管途中部が前記中間高さ配管に接続されている湯水往き戻し配管と、を備えており、前記湯水往き戻し配管は、前記湯水加熱用配管から前記第1の方向切換弁に導かれた湯水を、前記負荷用熱交換器に導いた後に前記湯水−冷媒熱交換器および前記第2の方向切換弁に順次導く第1の湯水流通状態と、前記湯水を前記負荷用熱交換器に導いた後に前記湯水−冷媒熱交換器に導くことなく前記中間高さ配管に導く第2の湯水流通状態とが切り換え設定可能に構成されている。
In a preferred embodiment of the present invention, an upper pipe, a lower pipe, and an intermediate height pipe each having one end connected to an upper part, a lower part, and an intermediate height part of the hot water storage tank,
One end is connected to the lower pipe, and the other end is connected to the upper pipe via a first direction switching valve, and a liquid feed pump is provided, and hot water received from the lower pipe is supplied to the heat pump. A hot water heating pipe capable of sequentially leading to the hot water heating heat exchanger and the first direction switching valve, one end connected to the first direction switching valve, and the other end of the hot water heating pipe A hot water return pipe connected to a position upstream of the liquid feed pump in the hot water flow direction via a second direction switching valve, and a middle portion of the pipe being connected to the intermediate height pipe. The hot and cold water return pipe is connected to the hot water-refrigerant heat exchanger and the first hot water led from the hot water heating pipe to the first directional control valve after being led to the load heat exchanger. 1st hot water which leads sequentially to 2 direction switching valves It is configured to be switchable between a distribution state and a second hot water distribution state in which the hot water is led to the intermediate heat pipe without being led to the hot water-refrigerant heat exchanger after being led to the load heat exchanger. Yes.
このような構成によれば、第1および第2の方向切換弁を切り換え動作させるなどして、前記した2通りの湯水循環回路のいずれについても自在に切り換え設定することが可能となる。また、前記した2通りの湯水循環回路のいずれを設定した場合であっても、湯水の流通動作は、1つの液送ポンプを用いるだけで可能であり、液送ポンプの数を少なくし得る利点も得られる。 According to such a configuration, it is possible to freely switch and set any of the above-described two hot water circulation circuits by switching the first and second directional control valves. In addition, regardless of which of the two types of hot water circulation circuits described above, the hot water circulation operation can be performed using only one liquid feed pump, and the number of liquid feed pumps can be reduced. Can also be obtained.
本発明の好ましい実施の形態においては、前記湯水往き戻し配管のうち、前記湯水−冷媒熱交換器よりも上流部分と下流部分とを繋ぐバイパス経路と、このバイパス経路および前記湯水−冷媒熱交換器のそれぞれへの湯水の流れ込みの阻止およびその解除が切り換え自在な第3の方向切換弁と、をさらに備えている。 In a preferred embodiment of the present invention, a bypass path connecting an upstream part and a downstream part of the hot water / refrigerant heat exchanger in the hot / cold water return pipe, the bypass path, and the hot water / refrigerant heat exchanger. And a third directional control valve that can be switched between prevention and release of hot water flow into each of the above.
このような構成によれば、湯水を湯水−冷媒熱交換器に供給させる状態と、供給させない状態とが切り換え自在となる。たとえば、湯水−冷媒熱交換器に供給される湯水の温度が熱交換対象となる冷媒の温度と大差無いような場合には、湯水を利用して冷媒を加熱する効果は低い。このような場合、湯水をバイバス経路に導いてバイパスさせることにより、湯水の流路を短くして流路抵抗を少なくし、液送ポンプの負荷を軽減するといったことが可能となる。また、前記第3の方向切換弁は、湯水往き戻し配管を流通する湯水を貯湯タンクの中間高さ配管に導く状態と、導かない状態とを切り換えるための弁として役立たせることもできる。 According to such a configuration, a state where hot water is supplied to the hot water-refrigerant heat exchanger and a state where hot water is not supplied can be switched freely. For example, when the temperature of hot water supplied to the hot water-refrigerant heat exchanger is not significantly different from the temperature of the refrigerant to be heat exchanged, the effect of heating the refrigerant using hot water is low. In such a case, it is possible to reduce the flow path resistance by reducing the flow path resistance by reducing the flow path resistance by guiding the hot water to the bypass path and bypassing it. The third direction switching valve can also serve as a valve for switching between a state where hot water flowing through the hot water return pipe is guided to the intermediate height pipe of the hot water storage tank and a state where the hot water is not guided.
本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行なう発明の実施の形態の説明から、より明らかになるであろう。 Other features and advantages of the present invention will become more apparent from the following description of embodiments of the present invention with reference to the accompanying drawings.
以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照して具体的に説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明が適用されたヒートポンプ熱供給システムの一実施形態を示している。同図に示すように、本実施形態のヒートポンプ熱供給システムAは、ヒートポンプ1、貯湯タンク2、および負荷用熱交換器5を備えている。このシステムAは、負荷用熱交換器5に湯水を供給する手段として、図2(a),(b)に示す第1および第2の湯水循環回路C1,C2を設定することが可能な点に最大の特徴があるが、この点については後述する。
FIG. 1 shows an embodiment of a heat pump heat supply system to which the present invention is applied. As shown in the figure, the heat pump heat supply system A of this embodiment includes a
負荷用熱交換器5は、浴室乾燥機や床暖房端末などの1または複数の熱負荷4に対して熱を供給するための熱交換器である。風呂追焚加熱用の熱交換器も熱負荷4となり得るが、この場合には、負荷用熱交換器5をそのまま風呂追焚加熱用の熱交換器として用いることが可能である。したがって、負荷用熱交換器5自体が熱負荷となる場合もある。この負荷用熱交換器5には、液送ポンプP1を有する熱負荷接続用の配管部39が接続されており、この配管部39に熱負荷4が適当なアダプタ40を介して配管接続される。
The
ヒートポンプ1は、たとえばCO2 などの冷媒の循環流通経路上に、大気熱を吸収するための蒸発器11、圧縮機12、凝縮器としての湯水加熱用熱交換器13、熱膨張弁14、および湯水−冷媒熱交換器15が設けられたものである。蒸発器11には、ファン10が付属して設けられている。湯水−冷媒熱交換器15は、蒸発器11と圧縮機12との間に設けられており、蒸発器11を通過してから圧縮機12に向かう冷媒を後述する中温水によって加熱するとともに、その中温水の温度を低下させて低温水を生成するのに役立つ。このヒートポンプ1の基本的なヒートポンプサイクルは、従来既存のものと同様であり、その詳細は省略する。
The
貯湯タンク2は、ヒートポンプ1によって加熱された湯水を貯留させておくためのものであり、上下高さ方向(鉛直方向)に延びた略円筒状、あるいはそれ以外の適当な形状である。この貯湯タンク2の上部、下部、およびそれらの中間高さの部分には、湯水の流出入を行なわせるための上部配管30a,30a'、下部配管30b、および中間高さ配管30cのそれぞれの一端が接続されている。下部配管30bの他端には、水道管などの給水管31が接続される配管32が接続されており、給水管31から供給されてくる水が貯湯タンク2内にその下部から入水するようになっている。上部配管30a'は、台所、洗面所、またはその他の箇所に設置された給湯栓(図示略)に向けて湯水を送り出すための配管である。貯湯タンク2は、上部配管30a'に設けられている開閉弁V1が開かれると、前記した貯湯タンク2内の下部への入水が行なわれると同時に、貯湯タンク2内の湯水が上部配管30a'に流出するようになっている。この湯水は、分岐配管32aを別途流通してくる水と混合弁V2において所定の比率で混合され、目標温度に調整されてから給湯先に送られる。
The hot
下部配管30bの他端には、湯水加熱用配管33の一端も接続されている。この湯水加熱用配管33は、本来的には、液送ポンプP2の運転によって貯湯タンク2の下部から流出させた湯水をヒートポンプ1の湯水加熱用熱交換器13に送り込んで加熱させるための配管である。この湯水加熱用配管33の他端は、上部配管30aの他端に三方弁V3を介して接続されている。この三方弁V3には、負荷用熱交換器5を通過する湯水往き戻し配管34の一端も接続されている。この湯水往き戻し配管34の他端は、湯水加熱用配管33のうち、液送ポンプP2よりも湯水流れ方向上流部分に対して、三方弁V4を介して接続されている。ただし、この湯水往き戻し配管34の途中部分には、中間高さ配管30cの他端が接続されているとともに、それよりも湯水流れ方向下流部分には、三方弁V5が設けられている。この三方弁V5から分岐する1つの経路34aは、湯水−冷媒熱交換器15を通過する経路であり、また他の1つの経路34bは、湯水−冷媒熱交換器15への湯水供給を阻止するためのバイパス経路である。
One end of a hot
次に、ヒートポンプ熱供給システムAの使用例ならびに作用について、図2および図3を参照して説明する。これらの図の配管部分のうち、太線で表わした部分は湯水流通がなされる部分である。 Next, the usage example and effect | action of the heat pump heat supply system A are demonstrated with reference to FIG. 2 and FIG. Of the piping parts in these figures, the part indicated by the thick line is the part where hot water flows.
このシステムAにおいては、負荷用熱交換器5に湯水を供給し、浴室乾燥機などの熱負荷4に熱供給を行なう場合、図2(a),(b)に示すような第1および第2の湯水循環回路C1,C2を切り換え設定可能である。図2(a)に示す第1の湯水循環回路C1は、湯水加熱用配管33と湯水往き戻し配管34とが三方弁V3,V4を介して閉回路状に一連に繋がって構成されており、貯湯タンク2との間で湯水の流通が行なわれないようになっている。この第1の湯水循環回路C1が設定された場合、液送ポンプP2を駆動させると、この回路C1の配管内に存在する一定量の湯水がこの回路C1を循環流通する。この循環流通時においては、ヒートポンプ1の湯水加熱用熱交換器13によって加熱された湯水が、負荷用熱交換器5および湯水−冷媒熱交換器15に順次送られてから、湯水加熱用熱交換器13に再度戻されるという動作が連続的に繰り返される。
In this system A, when hot water is supplied to the
前記の動作時においては、まず湯水加熱用熱交換器13によって加熱された高温水が負荷用熱交換器5に送られることによって中温水となるものの、この中温水は湯水−冷媒熱交換器15に送られることにより、その残熱が冷媒の加熱に利用される。また、そのことにより、前記中温水は温度低下を生じて低温水となり、この低温水が湯水加熱用熱交換器13に送られる。したがって、貯湯タンク2の湯水を使用することなくヒートポンプ1を運転させて熱供給動作を行なわせているものの、その熱効率は良好である。このような運転状態に設定すれば、貯湯タンク2内の湯水が使用されない。したがって、たとえば貯湯タンク2内に十分な蓄熱量の湯水が存在しない場合、あるいは仮に十分な蓄熱量の湯水が存在したとしてもその湯水の使用用途が既に決定されているなどして、その湯水を使用したくないような場合に好適である。
At the time of the above operation, first, the hot water heated by the hot water
なお、このシステムAの運転条件などによっては、湯水−冷媒熱交換器15に供給される湯水の温度が蒸発器11を通過した冷媒の温度と大差がなく、それらの間で熱交換を実行しても冷媒加熱効果が余り期待できない状況も生じ得る。このような場合には、三方弁V5を切り換えて、湯水をバイパス経路34bに流すことにより、湯水−冷媒熱交換器15に湯水が供給されることを阻止する。このようにすれば、湯水往き戻し配管34の流路長を実質的に短くして、配管流路抵抗を減少させることができるために、液送ポンプP2の負担が軽減される。
Depending on the operating conditions of the system A, the temperature of the hot water supplied to the hot water-
図2(b)に示す第2の湯水循環回路C2は、下部配管30b、湯水加熱用配管33、湯水往き戻し配管34の一部、および中間高さ配管30cが閉回路状に一連に繋がって構成されている。湯水往き戻し配管34の一部と中間高さ配管30cとを連通させるには、三方弁V5の上流側部分を閉状態に設定すればよい。三方弁V5は、経路34aとバイパス経路34bとの切り換え制御のみならず、第2の湯水循環回路C2の設定にも役立つように設けられており、合理的である。第2の湯水循環回路C2が設定された場合において、液送ポンプP2を駆動させると、貯湯タンク2内の下部から湯水が下部配管30bおよび湯水加熱用配管33に流出し、湯水加熱用熱交換器13によって加熱される。そして、この加熱された湯水は、負荷用熱交換器5に送られてから中間高さ配管30cを経て貯湯タンク2内の中間高さ領域に戻される。
The second hot water circulation circuit C2 shown in FIG. 2 (b) has a
このような運転動作によれば、湯水−冷媒熱交換器15が利用されていないために、図2(a)に示した場合と比較すると、ヒートポンプ1の効率が低くなる虞れはあるものの、先に述べた図2(a)の場合と同様に、貯湯タンク2内に高温水が多く存在しない場合であっても、熱負荷4に対する熱供給を適切に行なうことが可能である。一方、この運転動作時においては、負荷用熱交換器5に送られて発生した中温水が貯湯タンク2内に戻されるために、貯湯タンク2内の蓄熱量が増加することとなる。したがって、この運転動作は、熱負荷4への熱供給を行なうと同時に、貯湯タンク2内の蓄熱量を増加させたい場合に最適となる。
According to such an operation, since the hot water-
このヒートポンプ熱供給システムAにおいては、前記したような第1および第2の湯水循環回路C1,C2を任意に選択設定することができるために、ユーザの要望に応じたシステム運転が可能となる。既述したとおり、第1および第2の湯水循環回路C1,C2を比較すると、第1の湯水循環回路C1を設定したときの方がヒートポンプ1の効率は良好である。したがって、たとえば熱負荷4への熱供給を行なう場合、基本的には第1の湯水循環回路C1が設定されるようにしておき、例外的にユーザのスイッチ操作などによって、第2の湯水循環回路C2が設定されるように構成することができる。もちろん、CPUなどを用いた制御部の制御によってそれらを切り換え設定できるようにし、たとえば貯湯タンク2の蓄熱量が所定量以上の場合には第1の湯水循環回路C1が設定され、そうでない場合には第2の湯水循環回路C2が設定されるといった構成とすることもできる。
In the heat pump heat supply system A, since the first and second hot water circulation circuits C1 and C2 as described above can be arbitrarily selected and set, the system operation according to the user's request becomes possible. As described above, when the first and second hot water circulation circuits C1 and C2 are compared, the efficiency of the
このヒートポンプ熱供給システムAにおいては、前記した動作以外として、たとえば図3(a),(b)に示すように、貯湯タンク2内の湯水を沸かす動作も実行可能である。すなわち、同図(a)に示す動作においては、貯湯タンク2内の下部から流出した湯水は、ヒートポンプ1の湯水加熱用熱交換器13によって加熱されてから貯湯タンク2内の上部に戻される。このような動作は、貯湯タンク2内の蓄熱量が非常に少なく、深夜の電気料金割引時間帯などを利用して貯湯タンク2内の蓄熱量を大幅に増加させる場合に行なわれる。同図(b)に示す動作においては、貯湯タンク2内の中間高さ領域の湯水が、ヒートポンプ1の湯水−冷媒熱交換器15に送られた後に湯水加熱用熱交換器13に送られて加熱されてから貯湯タンク2の上部に戻される。このような動作は、貯湯タンク2内の中間高さ領域にいわゆる中温水が多く溜まっている場合に、この中温水を高温に沸かして貯湯タンク2内の蓄熱量を増やす場合に行なわれる。また、この動作では、中温水の熱を利用してヒートポンプ1の冷媒加熱がなされ、またそれによって低温水となった湯水を湯水加熱用熱交換器13で加熱するために、熱効率を良くすることが可能である。
In the heat pump heat supply system A, an operation of boiling hot water in the hot
図4(a),(b)は、本発明において用いられるヒートポンプの他の例を示している。これらの図において、前記実施形態と同一または類似の要素には、前記実施形態と同一の符号を付している。 4 (a) and 4 (b) show another example of a heat pump used in the present invention. In these drawings, elements that are the same as or similar to those in the above embodiment are given the same reference numerals as in the above embodiment.
図4(a)に示す構成においては、湯水−冷媒熱交換器15が蒸発器11と並列に設けられている。より好ましくは、ヒートポンプ1の冷媒循環経路には、冷媒を湯水−冷媒熱交換器15と蒸発器11との双方に流す状態と、蒸発器11のみに流す状態とを切り換えることが可能な方向切換弁V6が設けられている。本実施形態の構成によっても、湯水の熱を利用して冷媒を加熱することができるとともに、湯水の温度を低下させて低温水を生成することができる。また、湯水−冷媒熱交換器15を蒸発器11よりも上流に設ける場合とは異なり、湯水−冷媒熱交換器15の内部がかなりの低温になることは回避され、内部が凍結するといった不具合も防止される。これは、先の実施形態において、湯水−冷媒熱交換器15を蒸発器11の下流に設けていた場合にも得られる効果である。
In the configuration shown in FIG. 4A, a hot water /
図4(b)に示す構成においては、湯水−冷媒熱交換器15が蒸発器11と一体化されていることにより、これらが並列に設けられている。このような構成によっても、先に述べた実施形態と同様な効果が得られる。また、一体化によりヒートポンプ1の小型化を図ることもできる。なお、湯水−冷媒熱交換器15は、必ずしも液々型の熱交換器である必要はなく、蒸発器に向けて送られる空気が湯水の熱を利用して加熱されるようにされた液−空気型の熱交換器であってもかまわない。
In the configuration shown in FIG. 4B, the hot water /
本発明は、上述した実施形態に限定されない。本発明に係るヒートポンプ熱供給システムの各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。 The present invention is not limited to the embodiment described above. The specific configuration of each part of the heat pump heat supply system according to the present invention can be varied in design in various ways.
本発明は、貯湯タンク内の蓄熱量を減少させることなく、ヒートポンプの湯水−冷媒熱交換器および湯水加熱用熱交換器を利用して、負荷用熱交換器に対する湯水供給を効率良く実行することが可能な所定の湯水循環回路を設定可能な構成に最大の特徴があるが、その湯水循環回路を構成する具体的な配管構造としては、上述の実施形態とは異なる構造にすることも可能である。ヒートポンプは、大気熱以外の熱を利用するものとして構成することができる。熱負荷や負荷用熱交換器の具体的な構造、種類、数なども限定されない。 The present invention efficiently performs hot water supply to a load heat exchanger using a hot water-refrigerant heat exchanger and a hot water heating heat exchanger of a heat pump without reducing the amount of heat stored in the hot water storage tank. However, as a specific piping structure constituting the hot water circulation circuit, a structure different from the above-described embodiment can be used. is there. The heat pump can be configured to use heat other than atmospheric heat. The specific structure, type, number, etc. of the heat load and the load heat exchanger are not limited.
A ヒートポンプ熱供給システム
C1,C2 第1および第2の湯水循環回路(湯水循環回路)
P2 液送ポンプ
V3 三方弁(第1の方向切換弁)
V4 三方弁(第2の方向切換弁)
V5 三方弁(第3の方向切換弁)
1 ヒートポンプ
2 貯湯タンク
4 熱負荷
5 負荷用熱交換器
11 蒸発器
12 圧縮機
13 湯水加熱用熱交換器
14 熱膨張弁
15 湯水−冷媒熱交換器
30a 上部配管
30b 下部配管
30c 中間高さ配管
33 湯水加熱用配管
34 湯水往き戻し配管
34b バイパス経路
A heat pump heat supply system C1, C2 first and second hot water circulation circuits (hot water circulation circuit)
P2 Liquid feed pump V3 Three-way valve (first direction switching valve)
V4 Three-way valve (second direction switching valve)
V5 three-way valve (third direction switching valve)
DESCRIPTION OF
Claims (5)
この貯湯タンクの上部から湯水の供給を受け、かつこの湯水の熱を所望の熱負荷に供給し、またはそれ自体が熱負荷とされる負荷用熱交換器と、
前記貯湯タンクの下部から湯水の供給を受け、かつこの湯水を冷媒の熱により加熱してから前記貯湯タンクに戻すことが可能とされた湯水加熱用熱交換器、および前記貯湯タンクの中間高さ領域から湯水の供給を受け、かつこの湯水の熱を利用して前記冷媒を加熱可能な湯水−冷媒熱交換器を有するヒートポンプと、
を備えている、ヒートポンプ熱供給システムであって、
前記負荷用熱交換器、前記ヒートポンプの湯水−冷媒熱交換器、および湯水加熱用熱交換器が配管を介して一連に繋がり、かつ前記湯水加熱用熱交換器によって加熱された湯水が前記負荷用熱交換器および前記湯水−冷媒熱交換器に順次供給されてから前記湯水加熱用熱交換器に戻されるように循環する湯水循環回路を設定可能に構成されていることを特徴とする、ヒートポンプ熱供給システム。 A hot water storage tank,
A load heat exchanger that receives supply of hot water from the upper part of the hot water storage tank and supplies the heat of the hot water to a desired heat load, or is itself a heat load;
A hot water heating heat exchanger that is supplied with hot water from a lower part of the hot water storage tank and that is heated by the heat of the refrigerant and then returned to the hot water storage tank, and an intermediate height of the hot water storage tank A heat pump having a hot water-refrigerant heat exchanger that receives supply of hot water from an area and can heat the refrigerant using heat of the hot water;
A heat pump heat supply system comprising:
The load heat exchanger, the hot water-refrigerant heat exchanger of the heat pump, and the hot water heating heat exchanger are connected in series via a pipe, and the hot water heated by the hot water heating heat exchanger is used for the load. A heat pump heat characterized by being configured to be able to set a hot water circulation circuit that is circulated so that it is sequentially supplied to the heat exchanger and the hot water-refrigerant heat exchanger and then returned to the hot water heating heat exchanger. Supply system.
一端が前記下部配管に接続され、かつ他端が前記上部配管に第1の方向切換弁を介して接続されているとともに、液送ポンプを備えており、前記下部配管から受けた湯水を前記ヒートポンプの湯水加熱用熱交換器および前記第1の方向切換弁に順次導くことが可能な湯水加熱用配管と、
一端が前記第1の方向切換弁に接続され、かつ他端が前記湯水加熱用配管のうち、前記液送ポンプよりも湯水流れ方向上流の位置に第2の方向切換弁を介して接続され、配管途中部が前記中間高さ配管に接続されている湯水往き戻し配管と、を備えており、
前記湯水往き戻し配管は、前記湯水加熱用配管から前記第1の方向切換弁に導かれた湯水を、前記負荷用熱交換器に導いた後に前記湯水−冷媒熱交換器および前記第2の方向切換弁に順次導く第1の湯水流通状態と、前記湯水を前記負荷用熱交換器に導いた後に前記湯水−冷媒熱交換器に導くことなく前記中間高さ配管に導く第2の湯水流通状態とが切り換え設定可能に構成されている、請求項1ないし3のいずれかに記載のヒートポンプ熱供給システム。 An upper pipe, a lower pipe, and an intermediate height pipe each having one end connected to an upper part, a lower part, and an intermediate height part of the hot water storage tank;
One end is connected to the lower pipe, and the other end is connected to the upper pipe via a first direction switching valve, and a liquid feed pump is provided, and hot water received from the lower pipe is supplied to the heat pump. A hot water heating heat exchanger and a hot water heating pipe capable of being sequentially led to the first direction switching valve;
One end is connected to the first direction switching valve, and the other end is connected to a position upstream of the liquid feed pump in the hot water flow direction via the second direction switching valve in the hot water heating pipe. A hot water return pipe connected to the intermediate height pipe in the middle of the pipe, and
The hot and cold water return pipe includes the hot water and the refrigerant heat exchanger and the second direction after the hot water led from the hot water heating pipe to the first direction switching valve is led to the load heat exchanger. A first hot water circulation state that is sequentially guided to the switching valve; and a second hot water circulation state that is guided to the intermediate height pipe without being led to the hot water-refrigerant heat exchanger after the hot water is led to the load heat exchanger. The heat pump heat supply system according to any one of claims 1 to 3, wherein and can be switched and set.
このバイパス経路および前記湯水−冷媒熱交換器のそれぞれへの湯水の流れ込みの阻止およびその解除が切り換え自在な第3の方向切換弁と、
をさらに備えている、請求項4に記載のヒートポンプ熱供給システム。 Of the hot and cold water return piping, a bypass path connecting the upstream portion and the downstream portion of the hot water-refrigerant heat exchanger,
A third directional control valve that is switchable to prevent and release the flow of hot water into each of the bypass path and the hot water-refrigerant heat exchanger;
The heat pump heat supply system according to claim 4, further comprising:
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