JP2009115426A - Hot water supply system and hot water supply method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ヒートポンプを利用した給湯システム及び給湯方法に関する。 The present invention relates to a hot water supply system and a hot water supply method using a heat pump.
ヒートポンプ(ヒートポンプ回路)を備えた給湯システムは、大気の熱を利用することから、電気温水器などの他の一般的な給湯機に比べて、水加熱時におけるエネルギー利用効率が比較的高いことが知られている(例えば、特許文献1,2参照)。
従来より、ヒートポンプ給湯システムでは、貯湯スペース(タンク)の容量が比較的大きいことが課題となっている。ヒートポンプ給湯システムの一般家庭へのさらなる普及のために、システムの小型化が望まれている。また、より一層のエネルギー効率の向上が望まれている。 Conventionally, heat pump hot water supply systems have a problem that the capacity of a hot water storage space (tank) is relatively large. In order to further spread the heat pump hot water supply system to general households, downsizing of the system is desired. In addition, further improvement in energy efficiency is desired.
本発明は、システムの小型化が可能な給湯システム及び給湯方法を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a hot water supply system and a hot water supply method capable of downsizing the system.
本発明の態様に従えば、第1流体が流れるヒートポンプを有する第1ユニットと、蓄熱材が配置されかつ第2流体が少なくとも一時的に貯えられるタンクを有する第2ユニットであり、前記蓄熱材及び前記第1流体の少なくとも一方からの伝達熱によって前記第2流体が加熱される前記第2ユニットと、を備える給湯システムが提供される。 According to an aspect of the present invention, a first unit having a heat pump through which a first fluid flows, and a second unit having a tank in which a heat storage material is disposed and a second fluid is stored at least temporarily, the heat storage material and There is provided a hot water supply system comprising: the second unit that heats the second fluid by heat transferred from at least one of the first fluids.
本発明の別の態様に従えば、ヒートポンプと蓄熱材とを用いた給湯方法であって、前記ヒートポンプからの熱を、タンク内に配置された前記蓄熱材に蓄える工程と、前記ヒートポンプによって加熱された第1湯を前記タンクに貯える工程と、前記タンクに貯えられた前記第1湯を所定設備に供給する工程と、前記タンク内で前記蓄熱材によって加熱された第2湯を前記所定設備に供給する工程と、前記ヒートポンプによって加熱された第3湯を直接的に前記所定設備に供給する工程と、を有する給湯方法が提供される。 According to another aspect of the present invention, there is provided a hot water supply method using a heat pump and a heat storage material, the step of storing the heat from the heat pump in the heat storage material disposed in a tank, and the heat pump Storing the first hot water in the tank, supplying the first hot water stored in the tank to a predetermined facility, and supplying the second hot water heated by the heat storage material in the tank to the predetermined facility. There is provided a hot water supply method including a step of supplying and a step of supplying third hot water heated by the heat pump directly to the predetermined facility.
本発明の態様によれば、蓄熱材を利用することにより、従来に比べてシステムの小型化が可能となる。 According to the aspect of the present invention, it is possible to reduce the size of the system by using the heat storage material as compared with the conventional case.
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図1は、第1実施形態を示す概略図である。図1において、給湯システム10は、作動流体(作動媒体、第1流体)が流れるヒートポンプ(ヒートポンプ回路)20を有するヒートポンプユニット(第1ユニット)12と、被加熱流体(被加熱媒体、第2流体)としての水の供給ユニット(第2ユニット)30と、制御装置70とを備える。制御装置70は、システム全体を統括的に制御する。給湯システム10の構成は、設計要求に応じて様々に変更可能である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic diagram showing the first embodiment. In FIG. 1, a hot
ヒートポンプ20は、蒸発、圧縮、凝縮、及び膨張の各工程からなるサイクルにより、作動流体の状態変化を利用して複数の物体間で熱の授受を行う回路である。ヒートポンプは一般に、エネルギー効率が比較的高いという利点を有する。本実施形態において、ヒートポンプ20は、大気から熱を汲み上げ、それを熱源として水を加熱する。
The
本実施形態において、ヒートポンプ20は、吸熱部21、圧縮部22、放熱部(第1放熱部23A、第2放熱部23B)、及び膨張部24を有し、これらは導管を介して接続されている。
In the present embodiment, the
吸熱部21では、主経路25内を流れる作動流体がサイクル外の熱源の熱を吸収する。本実施形態において、ヒートポンプ20の吸熱部21は、大気の熱を吸収する。ヒートポンプ20の吸熱部21が大気以外の熱源(例えば冷熱供給装置)の熱を吸収する構成とすることもできる。
In the
圧縮部22は、圧縮機等によって作動流体を圧縮する。この際、通常、作動流体の温度が上がる。圧縮部22は、作動流体を単段又は複数段に圧縮する構造を有する。圧縮の段数は、給湯システム10の仕様に応じて設定され、1、2、3、4、5、6、7、8、9、あるいは10以上である。圧縮部22は、軸流圧縮機、遠心圧縮機、レシプロ式圧縮機、ロータリー式圧縮機などの様々な圧縮機のうち、作動流体の圧縮に適するものが適用される。圧縮機には動力が供給される。
The
本実施形態において、圧縮部22は、作動流体を多段に圧縮する構造を有する。図1に示す圧縮部22は、第1圧縮部22A、及び第2圧縮部22Bを含む2段圧縮構造を有する。圧縮部22は、各圧縮部22A,22Bに対応する回転数が個々に制御される多軸圧縮構造を有することができる。あるいは、圧縮部22は、同軸圧縮構造を有することができる。本実施形態において、圧縮部22は、圧縮部22A及び22Bに対応する多軸構造を有し、2軸のそれぞれに動力が供給される。各圧縮部22A,22Bの圧縮比(圧力比)は、給湯システム10の仕様に応じて設定される。
In this embodiment, the
放熱部23A,23Bは、圧縮部22で圧縮された作動流体が流れる導管を有し、主経路25内を流れる作動流体の熱をサイクル外の物体に与える。本実施形態において、作動流体の流れ方向に沿って、第1放熱部23A、及び第2放熱部23Bがその順に並んでいる。放熱部の数は、給湯システム10の仕様に応じて設定され、2、3、4、5、6、7、8、9、10、あるいは11以上である。第1放熱部23Aは第2圧縮部22Bの下流位置に配置され、第2放熱部23Bは、第1放熱部23Aの下流位置に配置される。各放熱部23A,23Bは、供給ユニット30の一部に熱的に接続されている。
The
膨張部24は、減圧弁またはタービン等によって作動流体を膨張させる。タービンを使用した場合には膨張部24から動力を取り出すことができ、その動力を例えば圧縮部22に供給してもよい。ヒートポンプ20に使用される作動流体として、フロン系媒体(HFC 245faなど)、アンモニア、水、二酸化炭素、空気などの公知の様々な熱媒体が、給湯システム10の仕様及び熱バランス等に応じて用いられる。ヒートポンプ20の放熱部22A,22Bを流れる作動流体の少なくとも一部が超臨界状態であってもよい。
The
本実施形態において、ヒートポンプ20はさらに、バイパス経路27と、再生器28とを有する。バイパス経路27の入口端がヒートポンプ20の主経路25における第1放熱部23Aと第2放熱部23Bとの間の導管に流体的に接続される。バイパス経路27の出口端が主経路25における第2放熱部23Bと膨張部24との間の配管に流体的に接続される。バイパス経路27の入口に、作動流体のバイパス流量を制御する流量制御弁を設けることができる。バイパス経路27において、第1放熱部23Aからの作動流体の一部が、第2放熱部23Bを迂回し、膨張部24の手前で第2放熱部23Bからの作動流体と合流する。第1放熱部23Aからの残りの作動流体は、第2放熱部23Bを流れ、第2放熱部23Bからの熱が供給ユニット30内の水に伝わる。
In the present embodiment, the
再生器28は、バイパス経路27の導管の一部と、ヒートポンプ20の主経路25の導管(吸熱部21と圧縮部22との間の導管)の一部とが熱的に接続された構成を有する。例えば、両導管が互いに接触あるいは隣接して配置される。ヒートポンプ20において、吸熱部21からの作動流体に比べて、第1放熱部23Aからの作動流体は高温である。再生器28において、バイパス経路27を流れる第1放熱部23Aからの作動流体と、ヒートポンプ20の主経路25を流れる吸熱部21からの作動流体とが熱交換する。この熱交換により、バイパス経路27内の作動流体の温度が降下し、主経路25内の作動流体の温度が上昇する。再生器28は、低温の流体(主経路25内の作動流体)と高温の流体(バイパス経路27内の作動流体)とが対向して流れる向流型の熱交換構造を有することができる。あるいは、再生器28は、高温流体と低温流体とが並行して流れる並行流型の熱交換構造を有してもよい。
The
供給ユニット30は、水の供給源15、貯湯タンク32、第1蓄熱タンク34、及び第2蓄熱タンク36を有する。供給ユニット30は、必要に応じて、導管、ポンプ、及びバルブをさらに有する。本実施形態において、供給源15からの水は、バルブ41を介して経路51及び/又は経路52に送られる。制御装置70の制御によって、バルブ41及び/又は他の流量制御手段を介して、経路51を流れる水の流量及び経路52を流れる水の流量が制御される。
The
経路51は、ヒートポンプ20の第2放熱部23Bに熱的に接続されかつ供給源15からの水が流れる第1加熱導管51Aと、第2加熱導管51Bとを有する。第1加熱導管51Aと第2放熱部23Bとによって第1熱交換器61が構成される。第1熱交換器61は、低温の流体(第1加熱導管51A内の水)と高温の流体(ヒートポンプ20内の作動流体)とが対向して流れる向流型の熱交換方式を有することができる。あるいは、第1熱交換器61は、高温流体と低温流体とが並行して流れる並行流型の熱交換方式を有してもよい。本実施形態において、第1熱交換器61の熱交換構造として、公知の様々なものを採用することができる。第1加熱導管51Aと第2放熱部23Bの導管とは互いに接触あるいは隣接して配置される。例えば、第2放熱部23Bの導管を、第1加熱導管51Aの導管の外周面や内部に配設することができる。ヒートポンプ20の第2放熱部23Bからの伝達熱によって、第1加熱導管51A内の水が温度上昇する。
The
また、第2加熱導管51Bと第1放熱部23Aとによって第2熱交換器63が構成される。第2熱交換器63は、第1熱交換器61と同様に、低温の流体(第2加熱導管51B内の水)と高温の流体(ヒートポンプ20内の作動流体)とが対向して流れる向流型の熱交換方式を有することができる。あるいは、第2熱交換器63は、高温流体と低温流体とが並行して流れる並行流型の熱交換方式を有してもよい。本実施形態において、第2熱交換器63の熱交換構造として、公知の様々なものを採用することができる。第2加熱導管51Bと第1放熱部23Aの導管とは互いに接触あるいは隣接して配置される。例えば、第1放熱部23Aの導管を、第2加熱導管51Bの導管の外周面や内部に配設することができる。ヒートポンプ20の第1放熱部23Aからの伝達熱によって、第2加熱導管51B内の水(第1加熱導管51Aからの温水)がさらに温度上昇する。
Moreover, the
経路52は、第1蓄熱タンク34及び第2蓄熱タンク36に流体的に接続される。バルブ41からの水は、経路52を介して、第1蓄熱タンク34及び第2蓄熱タンク36に送られる。経路52は、第1蓄熱タンク34及び第2蓄熱タンク36への水の供給量を制御するバルブを有してもよい。
The
経路51上には貯湯タンク32への温水の供給量を制御するバルブ42が配置される。バルブ42の配置位置は、経路51における第1加熱導管51Aと第2加熱導管51Bとの間である。経路53がバルブ42を介して経路51に流体的に接続される。第1熱交換器61で温度上昇した水が経路53を介して貯湯タンク32に供給される。貯湯タンク32に貯留された温水は、不図示のバルブを介して、貯湯タンク32に流体的に接続された排出管54に適宜導かれる。
A
経路51上にはさらに第1蓄熱タンク34及び第2蓄熱タンク36への温水の供給量を制御するバルブ43及びバルブ44がそれぞれ配置される。第2蓄熱タンク36への温水の供給量を制御するバルブ43の配置位置は、経路51における第2加熱導管51Bの下流位置である。第1蓄熱タンク34への温水の供給量を制御するバルブ44の配置位置も同様に、経路51における第2加熱導管51Bの下流位置である。図1において、バルブ43とバルブ44とを1つに統合してもよく、バルブ43とバルブ44の経路51上の位置関係を図1のそれの逆にしてもよい。
A
分岐経路55及び56がバルブ43及び44を介して経路51に流体的にそれぞれ接続される。第2熱交換器63で温度上昇した水が分岐経路55,56を介して第2蓄熱タンク36,第1蓄熱タンク34にそれぞれ供給される。
前述したように、第1及び第2蓄熱タンク34,36には、供給源15からの加熱されていない水、及び第1及び第2放熱部23A,23Bからの加熱された水(温水)が供給可能である。
As described above, in the first and second
さらに、第1蓄熱タンク34には、第1圧縮部22Aからの作動流体が供給可能である。第1圧縮部22Aと第2圧縮部22Bとの間の経路には、第1圧縮部22Aからの作動流体を第1蓄熱タンク34又は第2圧縮部22Bに選択的に導くバルブ71が配置される。第1圧縮部22Aで圧縮された作動流体が、バルブ71及び経路81を介して第1蓄熱タンク34に供給される。第1蓄熱タンク34からの作動流体は、経路82及びバルブ72を介して第1圧縮部22Aと第2圧縮部22Bとの間の経路に導かれる。
Furthermore, the working fluid from the
一方、第2蓄熱タンク36には、第2圧縮部22Bからの作動流体が供給可能である。第2圧縮部22Bと第1放熱部23Aとの間の経路には、第2圧縮部22Bからの作動流体を第2蓄熱タンク36又は第1放熱部23Aに選択的に導くバルブ73が配置される。第2圧縮部22Bで圧縮された作動流体が、バルブ73及び経路83を介して第2蓄熱タンク36に供給される。第2蓄熱タンク36からの作動流体は、経路84及びバルブ74を介して第1放熱部23Aと第2放熱部23Bとの間の経路に導かれる。
On the other hand, the working fluid from the
第1及び第2蓄熱タンク34,36内には、蓄熱材100が配置される。第1蓄熱タンク34の蓄熱材100は、第1圧縮部22Aからの作動流体からの伝達熱を蓄えることができる。一方、第2蓄熱タンク36の蓄熱材100は、第2圧縮部22Bからの作動流体の伝達熱を蓄えることができる。
A
給湯システム10の仕様に応じて、蓄熱材100の材料特性が定められる。本実施形態において、蓄熱材100は、液体−固体の相変化を伴って蓄熱及び放熱する潜熱蓄熱材(PCM: Phase Change Material)を含む。すなわち、蓄熱材100は、融解する際に熱を蓄え、凝固するときに放熱する。潜熱蓄熱材の融点は、給湯システム10の仕様に応じて設定され、例えば、20〜30℃、30〜40℃、40〜50℃、50〜60℃、60〜70℃、70〜80℃、80〜90℃、90〜100℃、又は100℃以上である。潜熱蓄熱材としては、エリスリトール、アルカン類等の炭化水素、ワックス系(パラフィンワックス、マイクロクリスタリンワックス等)、酢酸ナトリウム、酢酸ナトリウム三水塩、又は無機水和塩等を主成分とする材料が挙げられる。一例として、RUBITHRM 社製の RUBITHERM RTシリーズ(登録商標)、ENVIRONMENTAL PROCESS SYSTEMS 社製の PULSE ICE Eシリーズ(登録商標)、三菱化学エンジニアリング社製の STL シリーズ(登録商標)などがある。潜熱蓄熱材は、相変化に伴う体積変化が小さく(すなわち、蓄積エネルギー密度が高い)、装置のコンパクト化に有利である。蓄熱材100として、顕熱蓄熱材、化学反応蓄熱材、超臨界流体を用いた蓄熱材等の他の物質を用いてもよい。
The material characteristics of the
本実施形態において、各タンク34,36内には、蓄熱材100が収容される複数の容器102が配置されている。複数の容器102は、同じ形状を有してもよく、互いに異なる形状を有してもよい。図2A及び2Bは、蓄熱材100の容器102の一例を示す模式断面図である。図2A及び2Bに示すように、各容器102の外形は、例えば、略球状、又は突起及び/又は窪みを有する略球状を有することができる。容器102の形状は上記の例に限定されない。各容器102の外形は、略楕円状、略矩形状など様々な形状を有することができる。内容量に対する表面積の割合が比較的大きい形状を容器102が有することにより、蓄熱材100と他の物体との間の熱交換効率の向上が図られる。
In the present embodiment, a plurality of
図1に戻り、複数の容器102は、各タンク34,36内で比較的分散して配置される。例えば、複数の容器102は、少なくとも部分的に互いに離間して配置される。複数の容器102の間隙及び/又はその間隙に位置する流路を第1圧縮部22A又は第2圧縮部22Bからの圧縮された高温の作動流体が流れることができる。各タンク34,36において、作動流体から熱を受けた蓄熱材100は、固体から液体に相変化する。本実施形態において、各タンク34,36内で、蓄熱材100が収容された複数の容器102のそれぞれが作動流体と熱交換する。すなわち、蓄熱材100(容器102)が分散配置されているので、各タンク34,36内のほぼ全体にわたって、短時間で、作動流体の熱を固体の蓄熱材100に伝えることができる。その結果、タンク34,36内の蓄熱材100の全体が比較的均質に相変化し、タンク34,36における相変化位置の偏り及び/又は部分的な相変化遅れが抑制される。
Returning to FIG. 1, the plurality of
また、液化した蓄熱材100を有する複数の容器102の間隙及び/又はその間隙に位置する流路を供給源15及び経路52からの水が流れることができる。各タンク34,36において、蓄熱材100は、その低温の水に熱を伝えることができる。蓄熱材100から伝達熱を受けた水は温度上昇し、不図示のバルブを介して、各タンク34,36に流体的に接続された排出管54に適宜導かれる。
Moreover, the water from the
蓄熱タンク34,36において、熱を奪われた蓄熱材100は、液体から固体に相変化する。この相変化においても、蓄熱材100(容器102)の分散配置のため、タンク34,36内の蓄熱材100の全体が比較的均質に相変化し、タンク34,36における相変化位置の偏り及び/又は部分的な相変化遅れが抑制される。
In the
相変化に伴って蓄熱材100が体積変化する。本実施形態において、各タンク34,36内の複数の容器102に蓄熱材100が分散配置されているから、個々の容器102での蓄熱材100の体積変化は比較的小さい。そのため、蓄熱材100の体積変化に伴う容器102及びタンク34,36の破損が防止される。
The
なお、容器102は、様々な材料から構成することができる。例えば、容器102は、高剛性を有する材料、又は変形可能な材料(例えば樹脂材など)から構成することができる。容器102が蓄熱材100の体積変化に応じて変形(例えば弾性変形)することにより、蓄熱材100の体積変化に伴う容器102及びタンク34,36の破損がより確実に防止される。
The
なお、蓄熱タンク34,36及び容器102の形状、配列、材質などは任意に設定可能であり、様々な態様が適用可能である。本実施形態において、第2蓄熱タンク36の容量(大きさ)は、第1蓄熱タンク34に比べて大きく設定されているが、本発明はこれに限定されない。複数の容器102は、各タンク34,36内で配置位置が固定されていてもよく、流動可能に配置されていてもよい。蓄熱タンク34,36には、断熱材が必要に応じて配置される。蓄熱タンク34,36がフィンなどの熱伝達促進部材を必要に応じて有してもよい。
In addition, the shape, arrangement | sequence, material, etc. of the
制御装置70は、ヒートポンプ20における各機器、及びポンプ及びバルブを含む各種配管機器等の制御を行って、給湯システム10を統括的に制御するものであり、演算及び制御を行う演算部の他、記憶部、入出力部等を有する。給湯システム10は、不図示の温度センサ及び流量センサ等の計測器が適宜有している。制御装置70は例えばこれらの計測器の計測結果に基づいて上記制御を行う。
The
次に、給湯システム10の動作について説明する。本実施形態において、給湯システム10は、第1蓄熱モード、第2蓄熱モード、第1給湯モード、第2給湯モード、及び第3給湯モードを少なくとも有する。図3は、第1蓄熱モードにおける、ヒートポンプの作動流体の温度変化を模式的に示す図である。図4は、第2蓄熱モード及び第3給湯モードにおける、ヒートポンプの作動流体の温度変化を模式的に示す図である。図5は、第2給湯モードにおける、水の温度変化を模式的に示す図である。
Next, the operation of the hot
<第1蓄熱モード>
第1蓄熱モードにおいて、例えば夜間電力(深夜電力)を利用して給湯システム10のヒートポンプ20が稼動される。ヒートポンプ20の稼動は、例えば電力料金が低く設定されている時間帯とすることができる。こうした時間帯の電力利用により、エネルギーコストの低減が図られる。
<First heat storage mode>
In the first heat storage mode, the
第1蓄熱モードにおいて、第1圧縮部22Aで圧縮された作動流体が温度上昇する(図3のm1)。ヒートポンプ20のバルブ71は、第1圧縮部22Aからの作動流体を第1蓄熱タンク34に導く。第1圧縮部22Aからの圧縮された作動流体の温度は、例えば約90℃である。第1蓄熱タンク34において、作動流体からの伝達熱が蓄熱材100に蓄えられる。すなわち、図3の(a)に示すように、第1圧縮部22Aからの作動流体から伝わる熱によって容器102内の蓄熱材100(PCM)が加熱され、蓄熱材100が固相から液相に変化する。第1蓄熱タンク34において、潜熱蓄熱材の融点は、例えば約50〜65℃である。制御装置70は、システムを統括的に制御する。第1蓄熱タンク34において、蓄熱材100の液状化に伴い、蓄熱材100の融解潜熱が蓄えられる。第1蓄熱タンク34において、蓄熱材100に熱を奪われることで、作動流体の温度は下降する。
In the first heat storage mode, the temperature of the working fluid compressed by the
第1蓄熱モードにおいて、温度降下した第1蓄熱タンク34からの作動流体は、第2圧縮部22Bに導入される。バルブ73は、第2圧縮部22Bからの作動流体を第2蓄熱タンク36に導く。第2圧縮部22Bからの圧縮された作動流体が温度上昇する(図3のm2)。第2圧縮部22Bで圧縮された作動流体の温度は、第1圧縮部22Aからの作動流体の温度と同程度であり、例えば約90℃である。第2蓄熱タンク36において、作動流体からの伝達熱が蓄熱材100に蓄えられる。すなわち、図3の(b)に示すように、第2圧縮部22Bからの作動流体から伝わる熱によって容器102内の蓄熱材100が加熱され、蓄熱材100が固相から液相に変化する。第2蓄熱タンク36においても、潜熱蓄熱材の融点は、例えば約50〜65℃である。制御装置70は、システムを統括的に制御する。第2蓄熱タンク36において、蓄熱材100の液状化に伴い、蓄熱材100の融解潜熱が蓄えられる。
In the first heat storage mode, the working fluid from the first
第1蓄熱モードにおいて、上記の第1及び第2蓄熱タンク34,36での蓄熱と並行して、第1熱交換器61を利用して貯湯タンク32に温水が貯えられる。すなわち、図3の(c)に示すように、ヒートポンプ20の稼動状態において、供給源15から経路51に水が導入される。経路51の第1加熱導管51Aを流れる水が第2放熱部23Bからの伝達熱によって加熱される。バルブ42は、第2放熱部23Bからの温水を貯湯タンク32に導く。その温水が貯湯タンク32に貯えられる。供給源15からの水の温度は、例えば約20℃、貯湯タンク32内の温水の温度は、例えば約50〜65℃である。
In the first heat storage mode, hot water is stored in the hot
所定時間を経過すると、蓄熱材100に所定量の熱が蓄えられるとともに、貯湯タンク32に所定量の温水が貯えられる。例えば、時刻、処理時間、第1及び第2蓄熱タンク34,36の温度、及び/又は貯湯タンク32の貯水量などに基づいて、第1蓄熱モードの終了が判断される。
When a predetermined time elapses, a predetermined amount of heat is stored in the
<第2蓄熱モード>
次に、第2蓄熱モードにおいて、例えば夜間電力(深夜電力)を利用して給湯システム10のヒートポンプ20が稼動される。第2蓄熱モードにおいて、ヒートポンプ20のバルブ71は、第1圧縮部22Aからの作動流体を第2圧縮部22Bに導く。第1及び第2圧縮部22A,22Bで2段圧縮によって作動流体が温度上昇する(図4のm1+m2)。その作動流体の温度は、例えば約105℃である。バルブ73は、第2圧縮部22Bからの作動流体を第1放熱部23Aに導く。図4の(e)に示すように、第1熱交換器61において、経路51の第1加熱導管51Aを流れる供給源15からの水が第2放熱部23Bからの伝達熱によって加熱される。さらに、図4の(d)に示すように、第2熱交換器63において、経路51の第2加熱導管51Bを流れる第1加熱導管51Aからの水(温水)が第1放熱部23Aからの伝達熱によって加熱される。第2熱交換器63からの水(温水)の温度は、例えば約95℃である。
<Second heat storage mode>
Next, in the second heat storage mode, the
第2蓄熱モードにおいて、バルブ43及び経路55を介して第2熱交換器63からの温水が第2蓄熱タンク36に導入される。また、バルブ44及び経路56を介して第2熱交換器63からの温水が第1蓄熱タンク34に導入される。すなわち、第1及び第2蓄熱タンク34,36において、蓄熱材100が有する潜熱に加え、第2熱交換器63からの温水が有する顕熱が蓄えられる。各タンク34,36に供給された温水によって、蓄熱材100の温度がさらに上昇してもよい。蓄熱タンク34,36内の温水の温度は、例えば約80〜95℃である。
In the second heat storage mode, hot water from the
所定時間を経過すると、第1及び第2蓄熱タンク34,36に所定量の温水が貯えられる。例えば、時刻、処理時間、及び/又は第1及び第2蓄熱タンク34,36の貯水量などに基づいて、第2蓄熱モードの終了が判断される。
When a predetermined time has elapsed, a predetermined amount of hot water is stored in the first and second
<第1給湯モード>
第1給湯モードにおいて、バルブやポンプ等の制御によって、温水需要に応じて、貯湯タンク32及び/又は第1及び第2蓄熱タンク34,36からの温水が配水部95に導入される。その温水が配水部95から、風呂、台所、洗面所などの各種設備に供給される。温水は、製造プラント、調理施設、空調設備、発電プラントなどに供給されてもよい。前述したように、貯湯タンク32の温水の温度は例えば約50〜65℃であり、蓄熱タンク34,36の温水の温度は例えば約80〜95℃である。両者の温水を適宜組み合わせることにより、供給温水温度を、所定範囲内で変化させることができる。第1給湯モードにおいて、通常、ヒートポンプ20は非稼動状態である。このモードは、給湯開始時に好ましく用いられる。このモードでは、指示から給湯に要する時間が比較的短く、蓄熱タンク34,36の貯湯容量の範囲内で持続的に給湯可能である。
<First hot water supply mode>
In the first hot water supply mode, hot water from the hot
<第2給湯モード>
第2給湯モードにおいて、バルブやポンプ等の制御によって、温水需要に応じて、供給源15からの水が経路52を介して第1及び第2蓄熱タンク34,36に導入される。図5に示すように、蓄熱材100によって加熱された水は温度上昇する。第1及び第2蓄熱タンク34,36からの温水は、配水部95を介して、風呂、台所、洗面所などの設備に供給される。第2給湯モードにおいても、通常、ヒートポンプ20は非稼動状態である。このモードは、蓄熱材100の蓄熱容量に応じた給湯能力(貯湯量)を有している。
<Second hot water supply mode>
In the second hot water supply mode, water from the
<第3給湯モード>
第3給湯モードにおいて、温水需要に応じて、ヒートポンプ20が稼動される。ヒートポンプ20のバルブ71は、第1圧縮部22Aからの作動流体を第2圧縮部22Bに導く。第1及び第2圧縮部22A,22Bで2段圧縮された作動流体は温度上昇する(図4のm1+m2)。その作動流体の温度は、例えば約105℃である。バルブ73は、第2圧縮部22Bからの作動流体を第1放熱部23Aに導く。図4の(e)に示すように、第1熱交換器61において、経路51の第1加熱導管51Aを流れる供給源15からの水が第2放熱部23Bからの伝達熱によって加熱される。さらに、図4の(d)に示すように、第2熱交換器63において、経路51の第2加熱導管51Bを流れる第1加熱導管51Aからの水(温水)が第1放熱部23Aからの伝達熱によって加熱される。第2熱交換器63からの水(温水)の温度は、例えば約95℃である。第2熱交換器63からの温水は、配水部95を介して、風呂、台所、洗面所などの設備に供給される。このモードは、例えば、蓄熱タンク34,36における蓄熱量が所定量を下回るなど、貯湯タンク32、第1蓄熱タンク34、及び第2蓄熱タンク36による蓄熱が温水需要に対応できなくなった場合に補助的に用いられる。
<Third hot water supply mode>
In the third hot water supply mode, the
このように、本実施形態において、給湯システム10は、電気料金の低い夜間にヒートポンプ20を稼動し、需要に応じて温水を外部に供給する。蓄熱モードでは、貯湯タンク32、第1蓄熱タンク34、及び第2蓄熱タンク36に熱を蓄える。なお、タンク32,34,36の少なくとも1つ温水が貯えられることは、給湯の立ち上がり時間の短縮に有利である。
Thus, in this embodiment, the hot
本実施形態において、従来の貯湯タンクの機能の少なくとも一部を、蓄積エネルギー密度の高い潜熱蓄熱材100を有する蓄熱タンク34,36で補完するから、装置全体のコンパクト化が図られる。
In this embodiment, since at least a part of the function of the conventional hot water storage tank is supplemented by the
高い熱容量(蓄積エネルギー密度)を有する蓄熱材100(潜熱蓄熱材)を利用した蓄熱は蓄熱スペースの縮小化に有利である。ここで、蓄熱材100として、酢酸ナトリウム三水和物を用いる場合を考える。酢酸ナトリウム三水和物の熱容量は約255kJ/kg(融解熱)、比重は約1.3、蓄熱温度は約58℃である。一方、水の熱容量は251kJ/kg(30〜90℃)、比重は1.0である。つまり、酢酸ナトリウム三水和物は、水と比較して、熱容量はほぼ等しく、比重が1.3倍である。これは、水のそれに比べて酢酸ナトリウム三水和物を使った蓄熱のスペース効率が30%高いことを示す。
Heat storage using the heat storage material 100 (latent heat storage material) having a high heat capacity (accumulated energy density) is advantageous in reducing the heat storage space. Here, the case where sodium acetate trihydrate is used as the
蓄熱材100の蓄熱温度が比較的低い場合(酢酸ナトリウム三水和物の蓄熱温度:58℃)、第1蓄熱モードにおける第1蓄熱タンク34から第2圧縮部22Bに導入される作動流体の温度が比較的低く抑えられる。これは、第2圧縮部22Bの圧縮効率の向上、及びヒートポンプ20の性能向上に有利である。
When the heat storage temperature of the
また、第1蓄熱モードにおいて、第1及び第2圧縮部22A,22Bからの作動流体は、蓄熱材100を融解可能な程度の比較的低レベルの温度を有すればよい。これは、COPの向上に有利である。
Further, in the first heat storage mode, the working fluid from the first and
また、本実施形態において、蓄熱タンク34,36には、蓄熱材100による潜熱と、温水による顕熱とが蓄えられる。各タンク34,36内に蓄熱材100と温水とが収容されることにより、温水の熱で蓄熱材100の温度が一定値以上に保持され、その結果、蓄熱材100の固化が防止される。これは、蓄熱材100が有する熱の安定利用に有利である。
In the present embodiment, the
また、本実施形態において、蓄熱タンク34,36で蓄熱材100は複数の容器102に収容されており、したがって、タンク34,36内の蓄熱材100の全体が比較的均質に相変化する。蓄熱タンク34,36における複数の容器102以外のスペースを顕熱蓄熱用の温水で埋めることができ、これは、スペースの利用効率の向上、及びシステムの小型化に有利である。
Moreover, in this embodiment, the
また、本実施形態において、第2蓄熱モードでは、第1及び第2熱交換器61,63によって加熱された温水は比較的高い温度を有する。顕熱蓄熱用の温水が比較的高い温度(多くの熱量)を有することは、スペース利用の効率化に有利である。
In the present embodiment, in the second heat storage mode, the hot water heated by the first and
また、本実施形態において、水の加熱温度は、需要サイドの実際の使用温度に近く、これはシステム全体の温度レベルの抑制につながる。システムの温度レベルが低いことは、装置コスト及び熱損失の抑制、システムのCOPの向上に有利である。 In this embodiment, the heating temperature of water is close to the actual use temperature on the demand side, which leads to the suppression of the temperature level of the entire system. The low temperature level of the system is advantageous for reducing the equipment cost and heat loss and improving the COP of the system.
潜熱蓄熱材100による蓄熱は、バッテリを使用した蓄熱に比べて、イニシャルコストの抑制に有利であり、また、同等以上の蓄熱効率を期待できる。本実施形態の変形例として、電力補完的に、バッテリを使用することも可能である。例えば、給湯開始時における水の加熱に、バッテリに蓄えたエネルギーを利用することが可能である。
The heat storage by the latent
また、本実施形態において、バイパス経路27を介して作動流体の一部が第1熱交換器61を迂回することにより、第1熱交換器61に入る作動流体の流量が最適化される。これは、作動流体の保有熱を有効に使う上で有利である。作動流体のバイパス量は、水及び作動流体の各物性値(比熱など)等に応じて定められる。
In the present embodiment, a part of the working fluid bypasses the
バイパス経路27を流れる作動流体は、再生器28において、ヒートポンプ20の主経路25を流れる吸熱部21からの作動流体と熱交換する。この熱交換により、バイパス経路27内の作動流体の温度が降下し、ヒートポンプ20の主経路25内の作動流体の温度が上昇する。圧縮部22に対する作動流体の入力温度の上昇により、圧縮部22の動力の低減が図られる。
The working fluid flowing through the
また、本実施形態において、再生器28で温度降下したバイパス経路27内の作動流体は、膨張部24の手前で、ヒートポンプ20の主経路25を流れる第1熱交換器61(第2放熱部23B)からの作動流体と合流する。前述した流量最適化の効果により、第1熱交換器61からの作動流体の出力温度も十分に低い。そのため、膨張部24には、比較的低い温度の作動流体が導入される。膨張部24に対する作動流体の入力温度の低下は、作動流体の液ガス比の最適化に有利である。その結果、吸熱部21においてサイクル外の熱源(大気)から有効に熱が吸収される。このように、本実施形態において、蓄熱材100の加熱に用いた後の作動流体が水の加温と作動流体の再生とに用いられることにより、熱の有効利用が図られる。
In the present embodiment, the working fluid in the
上記説明において使用した数値は一例であって、本発明はこれに限定されない。 The numerical value used in the above description is an example, and the present invention is not limited to this.
以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明はこれら実施形態に限定されることはない。上記説明において使用した数値は一例であって、本発明はこれに限定されない。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。本発明は前述した説明によって限定されることはなく、添付の請求の範囲によってのみ限定される。 As mentioned above, although preferable embodiment of this invention was described, this invention is not limited to these embodiment. The numerical value used in the above description is an example, and the present invention is not limited to this. Additions, omissions, substitutions, and other modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. The present invention is not limited by the above description, but only by the appended claims.
12…ヒートポンプユニット(第1ユニット)、15…供給源、20…ヒートポンプ、21…吸熱部、22…圧縮部、22A…第1圧縮部、22B…第2圧縮部、23A…第1放熱部、23B…第2放熱部、24…膨張部、25…主経路、27…バイパス経路、28…再生器、30…供給ユニット(第2ユニット)、32…貯湯タンク、34…第1蓄熱タンク、36…第2蓄熱タンク、51A…第1加熱導管、51B…第2加熱導管、61…第1熱交換器、63…第2熱交換器、70…制御装置、95…配水部、100…蓄熱材、102…容器。
DESCRIPTION OF
Claims (15)
蓄熱材が配置されかつ第2流体が少なくとも一時的に貯えられるタンクを有する第2ユニットであり、前記蓄熱材及び前記第1流体の少なくとも一方からの伝達熱によって前記第2流体が加熱される前記第2ユニットと、
を備えることを特徴とする給湯システム。 A first unit having a heat pump through which the first fluid flows;
A second unit having a tank in which a heat storage material is disposed and a second fluid is stored at least temporarily, wherein the second fluid is heated by heat transferred from at least one of the heat storage material and the first fluid; A second unit;
A hot water supply system comprising:
前記ヒートポンプは、前記第1流体を圧縮する第1及び第2圧縮部と、前記第1圧縮部からの前記第1流体を前記第1タンク又は前記第2圧縮部に選択的に導く第1弁と、前記第2圧縮部からの前記第1流体の熱を前記第2タンクに向かう前記第2流体に与える第1放熱部と、前記第2圧縮部からの前記第2流体を前記第2タンク又は前記第1放熱部に選択的に導く第2弁と、を有し、
前記供給ユニットは、前記第1放熱部からの熱を受けた前記第2流体を前記第1タンク及び前記第2タンクに導く経路をさらに有することを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載の給湯システム。 The tank has first and second tanks,
The heat pump includes first and second compression units that compress the first fluid, and a first valve that selectively guides the first fluid from the first compression unit to the first tank or the second compression unit. A first heat dissipating part that gives heat of the first fluid from the second compressing part to the second fluid toward the second tank, and the second fluid from the second compressing part to the second tank. Or a second valve that selectively leads to the first heat radiation part,
The said supply unit further has the path | route which guide | induces the said 2nd fluid which received the heat | fever from the said 1st thermal radiation part to the said 1st tank and the said 2nd tank, Any one of Claim 1 to 3 characterized by the above-mentioned. Hot water supply system according to crab.
前記ヒートポンプからの熱を、タンク内に配置された前記蓄熱材に蓄える工程と、
前記ヒートポンプによって加熱された第1湯を前記タンクに貯える工程と、
前記タンクに貯えられた前記第1湯を所定設備に供給する工程と、
前記タンク内で前記蓄熱材によって加熱された第2湯を前記所定設備に供給する工程と、
前記ヒートポンプによって加熱された第3湯を直接的に前記所定設備に供給する工程と、を有することを特徴とする給湯方法。 A hot water supply method using a heat pump and a heat storage material,
Storing heat from the heat pump in the heat storage material disposed in the tank;
Storing the first hot water heated by the heat pump in the tank;
Supplying the first hot water stored in the tank to a predetermined facility;
Supplying the second hot water heated by the heat storage material in the tank to the predetermined facility;
Supplying a third hot water heated by the heat pump directly to the predetermined facility.
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2009157475A1 (en) | 2008-06-24 | 2009-12-30 | 新日本製鐵株式会社 | Gas charge container, atom probe apparatus, and method for analyzing hydrogen position in material |
EP3121522A1 (en) * | 2014-03-18 | 2017-01-25 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Heat storage device and hot water generation device provided with same |
Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH11159884A (en) * | 1997-11-28 | 1999-06-15 | Mitsubishi Electric Corp | Heat accumulator |
JP2000146326A (en) * | 1998-11-09 | 2000-05-26 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | Vapor compressing refrigerating machine |
JP2004028479A (en) * | 2002-06-27 | 2004-01-29 | Hitachi Ltd | Heat pump water heater |
JP2004101014A (en) * | 2002-09-06 | 2004-04-02 | Daikin Ind Ltd | Water heater |
JP2004257634A (en) * | 2003-02-25 | 2004-09-16 | Daikin Ind Ltd | Heat storage unit and water heater |
JP2005016759A (en) * | 2003-06-24 | 2005-01-20 | Hitachi Home & Life Solutions Inc | Heat pump type water heater |
JP2007017089A (en) * | 2005-07-08 | 2007-01-25 | Jfe Engineering Kk | Heat storage type air conditioner, and operation method of heat storage type air conditioner |
JP2007051830A (en) * | 2005-08-18 | 2007-03-01 | Corona Corp | Heat storage type hot water supply apparatus |
JP2007120914A (en) * | 2005-10-31 | 2007-05-17 | Tokyo Electric Power Co Inc:The | Vapor generation system |
-
2007
- 2007-11-09 JP JP2007291907A patent/JP5169157B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH11159884A (en) * | 1997-11-28 | 1999-06-15 | Mitsubishi Electric Corp | Heat accumulator |
JP2000146326A (en) * | 1998-11-09 | 2000-05-26 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | Vapor compressing refrigerating machine |
JP2004028479A (en) * | 2002-06-27 | 2004-01-29 | Hitachi Ltd | Heat pump water heater |
JP2004101014A (en) * | 2002-09-06 | 2004-04-02 | Daikin Ind Ltd | Water heater |
JP2004257634A (en) * | 2003-02-25 | 2004-09-16 | Daikin Ind Ltd | Heat storage unit and water heater |
JP2005016759A (en) * | 2003-06-24 | 2005-01-20 | Hitachi Home & Life Solutions Inc | Heat pump type water heater |
JP2007017089A (en) * | 2005-07-08 | 2007-01-25 | Jfe Engineering Kk | Heat storage type air conditioner, and operation method of heat storage type air conditioner |
JP2007051830A (en) * | 2005-08-18 | 2007-03-01 | Corona Corp | Heat storage type hot water supply apparatus |
JP2007120914A (en) * | 2005-10-31 | 2007-05-17 | Tokyo Electric Power Co Inc:The | Vapor generation system |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2009157475A1 (en) | 2008-06-24 | 2009-12-30 | 新日本製鐵株式会社 | Gas charge container, atom probe apparatus, and method for analyzing hydrogen position in material |
EP3121522A1 (en) * | 2014-03-18 | 2017-01-25 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Heat storage device and hot water generation device provided with same |
EP3121522A4 (en) * | 2014-03-18 | 2017-03-29 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Heat storage device and hot water generation device provided with same |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
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