JP2009270734A - Heat pump hot water supply system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、貯湯機能と浴槽加温保温機能を備えたヒートポンプ給湯システムに関し、特にエネルギの有効利用を容易に図ることができるものに関する。 The present invention relates to a heat pump hot water supply system provided with a hot water storage function and a bath warming and warming function, and particularly relates to an apparatus that can easily make effective use of energy.
業務用給湯分野においては、シャワー給湯の給湯機(ボイラ)と、浴槽加温・保温のための給湯機(ボイラ)とが別途に設置されていた。このように異なる給湯システムを設定すると、設置コストが高くなるとともに、設置スペースが広くなるという問題があった。このため、ファミリーレストラン、老人福祉施設あるいはビジネスホテルなど大量に湯を使用する業態に使用される給湯システムとして、ヒートポンプを用いて給湯を行うヒートポンプ給湯システムが知られている(例えば、特許文献1参照)。 In the field of commercial hot water supply, a hot water heater (boiler) for shower hot water and a hot water heater (boiler) for heating / warming the bathtub were separately installed. When different hot water supply systems are set in this way, there is a problem that the installation cost becomes high and the installation space becomes wide. For this reason, a heat pump hot water supply system that uses a heat pump to supply hot water is known as a hot water supply system that is used in a business type that uses a large amount of hot water such as a family restaurant, an elderly welfare facility, or a business hotel (see, for example, Patent Document 1). ).
このようなヒートポンプ給湯システムは、複数の熱源機と、システムタンクユニットとが、それぞれ水供給管及び温水供給管によって並列に接続されている。温水供給管の出口側には開放型タンクが接続されている。開放型タンクにはさらに給湯管がポンプを介して接続され、給湯管の他端側は浴槽に給湯可能に接続されている。浴槽には、再加熱管路が設けられ、ボイラによって再加熱される。なお、ボイラの代わりにヒータが用いられる場合もある。また、浴槽ではなく、床暖房に温水が用いられる場合もある。 In such a heat pump hot water supply system, a plurality of heat source units and a system tank unit are connected in parallel by a water supply pipe and a hot water supply pipe, respectively. An open tank is connected to the outlet side of the hot water supply pipe. A hot water supply pipe is further connected to the open tank via a pump, and the other end of the hot water supply pipe is connected to the bathtub so that hot water can be supplied. The bathtub is provided with a reheating pipeline and reheated by a boiler. A heater may be used instead of the boiler. Moreover, hot water may be used for floor heating instead of a bathtub.
このようなヒートポンプ給湯システムでは、浴槽の内部の湯は3日に1回程度の割合で入れ替え、その他の日はボイラーによって適温となるように再加熱・保温している。 In such a heat pump hot water supply system, the hot water in the bathtub is replaced at a rate of about once every three days, and the other days are reheated and kept warm so as to be at an appropriate temperature by the boiler.
また、図2及び図3に示すようなヒートポンプ給湯システム200も知られている。すなわち、ヒートポンプ装置210、貯湯槽220、熱交換器230、浴槽240、シャワーやカラン等の利用端末250が配管260を介して接続されている。なお、図中矢印は水或いは湯の流れ方向を示している。
A heat pump hot
夜間は、図2に示すように、ヒートポンプ装置210に給水され、加熱されて貯湯槽220に湯が貯められる。
At night, as shown in FIG. 2, water is supplied to the
昼間は、図3に示すように、給湯を行うとともに、熱交換器230を介して浴槽240内の湯の保温を行う。このとき、貯湯槽220内の温度低下に伴って、貯湯槽220内の湯がヒートポンプ装置210に送られ、一定温度に維持するよう再循環加熱を行う。
上述したヒートポンプ給湯システムでは、次のような問題があった。すなわち、給湯用の加熱機と、浴槽や床暖房用の再加熱・保温用の加熱機とが別々にあり、初期設置コストが高かった。 The heat pump hot water supply system described above has the following problems. That is, the heater for hot water supply and the heater for reheating and heat insulation for bathtubs and floor heating were separately provided, and the initial installation cost was high.
一方、両者を一体化して初期設置コストを低減するために給湯・保温用の両者に用いることができるタンクを有するヒートポンプ装置も知られているが、保温用の熱交換器への供給エネルギー調整のための循環ポンプに能力可変ポンプを用いる必要があることから、ヒートポンプ装置と熱交換器との間で温度情報等の交換が必要になり、制御が複雑になっていた。 On the other hand, a heat pump device having a tank that can be used for both hot water supply and heat insulation in order to reduce the initial installation cost by integrating the two is also known, but it is necessary to adjust the energy supplied to the heat exchanger for heat insulation. Since it is necessary to use a variable capacity pump as a circulation pump for this purpose, it is necessary to exchange temperature information and the like between the heat pump device and the heat exchanger, and the control is complicated.
そこで本発明は、両方の機能を同一のヒートポンプユニットで行うことで、初期設置コスト、設置スペース、ランニングコストを低減するとともに、簡単な制御でエネルギの有効利用を図ることができるヒートポンプ給湯システムを提供することを目的としている。 Therefore, the present invention provides a heat pump hot water supply system that can reduce the initial installation cost, installation space, and running cost by performing both functions with the same heat pump unit, and can achieve effective use of energy with simple control. The purpose is to do.
前記課題を解決し目的を達成するために、本発明のヒートポンプ給湯システムは次のように構成されている。 In order to solve the problems and achieve the object, the heat pump hot water supply system of the present invention is configured as follows.
ヒートポンプ式給湯装置の水熱交換部で温水を生成し供給する複数台の熱源機と、前記水熱交換部で生成された温水を貯留する密閉型タンクと、この密閉型タンクに接続されるとともに、前記水熱交換部に冷水を供給する冷水供給管と、前記水熱交換部から温水を排出し、前記密閉型タンクに供給する温水供給管と、前記密閉型タンクと前記温水供給管を介して接続され、前記密閉型タンクから供給される温水を貯留する開放型タンクと、前記密閉型タンクと前記開放型タンクとの間の前記温水供給管に複数並列に設けられる流量調節弁と、この流量調節弁のそれぞれの下流側に設けられる複数の流路切換弁と、前記開放型タンクに一端が接続され供給ポンプにより開放型タンクの温水を利用端末へ供給する給湯配管と、前記開放タンクから供給される温水を利用するために貯留する温水槽と、一端側が前記流路切換弁を介して前記温水供給管に接続され、他端側が前記冷水供給管に接続された分岐配管と、前記分岐配管の中途部を1次側とする水熱交換器と、前記温水槽の水または温水を前記水熱交換器の2次側に送る循環配管とを備えていることを特徴とする。 A plurality of heat source units that generate and supply hot water in the water heat exchange unit of the heat pump hot water supply device, a sealed tank that stores the hot water generated in the water heat exchange unit, and the sealed tank connected to the sealed tank A cold water supply pipe for supplying cold water to the water heat exchange section, a hot water supply pipe for discharging hot water from the water heat exchange section and supplying it to the sealed tank, and via the sealed tank and the hot water supply pipe And an open type tank that stores hot water supplied from the sealed tank, and a plurality of flow rate control valves provided in parallel in the hot water supply pipe between the sealed tank and the open tank, A plurality of flow path switching valves provided on the downstream side of each of the flow rate control valves, a hot water supply pipe connected at one end to the open type tank and supplying hot water of the open type tank to a user terminal by a supply pump, and from the open tank A hot water tank for storing hot water to be supplied, a branch pipe having one end connected to the hot water supply pipe via the flow path switching valve and the other end connected to the cold water supply pipe, and the branch The water heat exchanger which makes the middle part of piping the primary side, and the circulation piping which sends the water or warm water of the said hot water tank to the secondary side of the said water heat exchanger are provided.
本発明によれば、初期設置コスト、設置スペース、ランニングコストを低減するとともに、簡単な制御でエネルギの有効利用を図ることが可能となる。 According to the present invention, it is possible to reduce initial installation cost, installation space, and running cost, and to achieve effective use of energy with simple control.
図1は本発明の一実施の形態に係るヒートポンプ給湯システム10の構成を示す説明図である。図1に示すように、ヒートポンプ給湯システム10は、ヒートポンプ式給湯装置の水熱交換部21で温水を生成し供給する8台の熱源機20と、システムタンクユニット11とを備えている。熱源機20は、後述するシステムコントローラ(制御部)120によって稼働台数が制御されている。
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a configuration of a heat pump hot
システムタンクユニット11には、水熱交換部21で生成された温水を貯留する密閉型タンク30と、この密閉型タンク30に接続されるとともに、水熱交換部21に冷水を供給する冷水供給管40と、水熱交換部21から温水を排出し、密閉型タンク30に供給する温水供給管50とが設けられている。
The
密閉タンク30には、タンクの高さ方向に複数の温度センサ31が設けられている。これらの温度センサ31の出力はシステムコントローラ120に入力され、65〜70℃の湯がタンクの中央部まで満たすように後述する流量調整弁52にて調整されている。
The sealed
冷水供給管40には、外部の水道管から冷水が供給される。なお、冷水供給管40の入口側には減圧弁41が設けられている。
Cold water is supplied to the cold
温水供給管50の供給側配管51は、3つに分岐した分岐配管51aを有している。分岐配管51aは、それぞれ流量調節弁52と、この流量調節弁52の下流側に流路の切換を行う三方弁(流路切替弁)53が取り付けられている。さらに、三方弁53の下流側はそれぞれ温水供給枝管54と分岐配管80に集合し、それぞれ開放型タンク60と、水熱交換器90側に接続されている。
The
開放型タンク60は、密閉型タンク30から供給される湯を貯留するものである。また、開放型タンク60に一端が接続され供給ポンプ71により開放型タンク60の温水を蛇口72、浴槽100、シャワーなどの利用端末へ供給する給湯配管70とが設けられている。給湯配管70には、ポンプ71が設けられ、必要に応じて蛇口72、浴槽100、シャワーなどに温水を供給する。
The
流量調節弁52は熱源機20で生成された温水の流量を調節する機能を有している。流量調節弁52の調節動作はシステムコントローラ120によって行われる。三方弁53には、開放型タンク60に温水供給管50からの湯を供給する温水供給枝管54と、熱交換器90の1次側に導入される分岐配管80が接続されており、三方弁53は熱源機20で生成された温水を温水供給枝管54側に流すか、分岐配管80側に流すかを選択的に切り替える機能を有している。三方弁53の切換動作はシステムコントローラ120によって行われる。
The flow
分岐配管80の中途部は、水熱交換器90の1次側に導入されており、三方弁53と水熱交換器90に導入される中途部との間に1次側ポンプ81が設けられている。分岐配管80は中途部で水熱交換器90に導入された後に、システムタンクユニット11内の冷水供給管40の密閉タンク30の上流側に接続される。すなわち分岐配管80から戻った水が密閉タンク30へ供給される。なお、その間に逆止弁82が設けられている。1次側ポンプ81は、加温、保温回路の湯の鮮度確保のため、システムとして定期的に高温水を循環させる機能を有している。
A midway portion of the
分岐配管80において、三方弁53から湯水が水熱交換器90へ導入される側、すなわち上流側と、水熱交換器90から逆止弁82を通り冷水供給管40へ戻る側、すなわち下流側の各々に第1温度センサ140、第2温度センサ141が設けられている。第1温度センサ140によって検出された温度をTW1、第2温度センサ141によって検出された温度をTW2とする。
In the
また、図中100は浴槽(温水槽)を示しており、この浴槽100には、循環配管110が接続されている。循環配管110の中途部は水熱交換器90の2次側に設けられ、三方弁53が分岐配管80側に切り替えられたときに熱源機20から送られる温水によって浴槽100の水または温水が加熱される。循環配管110にはろ過器111と2次側ポンプ112が設けられている。2次側ポンプ112には、浴槽温度を検知して運転ON/OFF、過熱、保温能力可変制御が組み込まれている。
In the figure,
このように構成されたヒートポンプ給湯システム10は、次のように動作する。すなわち、開放型タンク60に温水を供給する場合には、システムコントローラ120で温度・水量を設定する。この設定に基づいて各部が作動する。すなわち、冷水供給管40から冷水が各熱源機20に供給され、各熱源機20が駆動されると、温水供給管50を介して密閉型タンク30に温水が供給されるとともに、各三方弁53にも温水が送られる。各三方弁53はシステムコントローラ120によって切換動作が行われ、送られた温水を、温水供給枝管54を介して開放型タンク60に供給する。開放型タンク60からは必要に応じてポンプ71を駆動し、給湯配管70を介して蛇口72、浴槽100、シャワー等への給湯が行われる。
The heat pump hot
浴槽100の再加熱・保温用の加温を行う場合には、システムコントローラ120において湯温や開始時間・終了時間の設定を行うことで、三方弁53の切換動作が行われ、熱源機20が生成した温水が分岐配管80側に導入される。分岐配管80に導入された温水は、水熱交換器90の一次側に供給される。浴槽100の加温のために分岐配管80に送られた湯水は、水熱交換器90において熱を奪われ、水熱交換器90へ導入される前に比べて低温の状態で出てくる。この低温の湯水は、密閉タンク30の上流側に接続されている分岐配管80を介して密閉タンク30へ供給される。
When reheating / warming the
一方、循環配管110には、浴槽100内の水または温水が供給され、ろ過器111でろ過した後、循環ポンプ112にて水熱交換器90の2次側に供給する。これにより、循環配管110内の水または温水が加熱されて浴槽100内に戻される。そして、設定の温度になった時点で流量調整弁52を全て閉じる。
On the other hand, the water or hot water in the
密閉タンク30の内部ではその中央部において、高温水と低温水の境界層が構築されているが、水熱交換器90から分岐配管80を介して密閉タンク30に低温の湯水が戻ると、その境界層が密閉タンク30の中央部からずれてしまう。その境界層のずれを前記温度センサ31により感知すると、システムコントローラ120は自動で流量調整弁52を制御し、境界層が密閉タンク30の中央部に戻るよう、湯水の流量を調節する。したがって、作った湯を無駄なく供給することができる。
Inside the
さらに、温度センサ140と141によって熱源機20から供給される高温の湯水と、水熱交換器90から戻る低温の湯水の温度がチェックされ、システムコントローラ120に入力される。前記高温の湯水の温度をTW1、前記低温の湯水の温度をTW2とし、TW2を例えば45℃となるように設定したとすると、次のように制御される。
Furthermore, the
TW2の温度が45℃より低い場合、浴槽100の湯水を設定した温度にするには、水熱交換器90に供給される湯水の温度が低いか、供給される湯水の量が足りないということになる。したがってシステムコントローラ120は自動で熱源機20の稼動数を増やすか、三方弁53の任意の数を分岐配管80側へ切り換え、流量調整弁52を開き流量を増加させるよう指令を出す。これにより、水熱交換器90へ導入される高温の湯水が増え、多くの熱が水熱交換器90の1次側から2次側へ移動することにより、浴槽100の湯水の温度が上がることになる。
When the temperature of TW2 is lower than 45 ° C., the temperature of the hot water supplied to the
TW2の温度が45℃より高い場合、浴槽100の湯水を設定した温度にするには、水熱交換器90に供給される湯水の温度が高いか、供給される湯水の量が多いということになる。したがってシステムコントローラ120は自動で熱源機20の稼動数を減らすか、三方弁53の任意の数を貯湯タンク60側へ切り換え、残りの分岐配管80側へ流れる流量調整弁52を絞って流量を減少させるよう指令を出す。これにより、水熱交換器90へ導入される高温の湯水が減り、前記水熱交換器の1次側から2次側へ移動する熱が少なくなるため、浴槽100の湯水の温度上昇が適度なものとなる。
When the temperature of TW2 is higher than 45 ° C, the temperature of hot water supplied to the
これにより浴槽100の湯水の加温保温をするのに必要な、熱源機20と三方弁53及び流量調整弁52の制御を自動で行うことができる。また本実施例においては、ろ過、加温装置内の1次側ポンプがどのようなものであっても、流量の制御は流量調節弁52及び三方弁53によって行われるので、問題なく使用することができる。
Thereby, it is possible to automatically control the
また、開放型タンク60への湯水の供給と、浴槽100の再加熱・保温用の加温を同時に行いたい場合には、システムコントローラ120において設定することにより、三方弁53の任意の数が開放型タンク60側へ湯水を送るように切り替わり、同時に残りの三方弁53が分岐配管80側へ湯水を送るように切り替わる。これにより開放型タンク60と分岐配管80に同時に湯水を供給することが可能となる。
In addition, when it is desired to simultaneously supply hot water to the
なお、開放型タンク60へ供給される湯水の量と、分岐配管80へ送られる湯水の量は三方弁53の各々の上流側にある流量調節弁52によって調節される。
It should be noted that the amount of hot water supplied to the
なお、保温必要能力・加温必要能力について一例を挙げると、40.5℃の湯22トンを1時間で42℃に昇温するためには、38.4kWとなる。また、残り湯1トンを用いてろ過器111の逆洗浄を考慮し、25℃の湯10トンを5時間で42℃に昇温するためには、40.0kWの能力が必要となる。
An example of the required heat retention capacity and the required heat capacity is 38.4 kW in order to raise the temperature of 22 tons of 40.5 ° C. to 42 ° C. in one hour. Considering back washing of the
上述したように、ヒートポンプ給湯システム10によれば、熱源機20で生成された熱を開放型タンク60への給湯にも、浴槽100の再加熱・保温にも用いることができるため、ボイラやヒータが不要となり、初期設置コスト、設置スペース、ランニングコストを低減することが可能となる。
As described above, according to the heat pump hot
また、三方弁53の切り替え及び流量調整弁52の調節をシステムコントローラ120によって行うことで、開放型タンク60への給湯及び浴槽100の再加熱・保温を自動的に行うことができるため、制御が容易となる。
Further, by switching the three-
なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではない。例えば、上述した例では、温水槽として浴槽100を例示したが、床暖房用の温水パイプにも適用することができる。また、水熱交換器90とは独立して60℃の湯を供給し、リターン温度が45℃になるように保温能力を調整するようにしてもよい。この他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能であるのは勿論である。
The present invention is not limited to the above embodiment. For example, in the above-described example, the
10…ヒートポンプ給湯システム、20…熱源機、21…水熱交換部、30…密閉型タンク、40…冷水供給管、50…温水供給管、52…流量調整弁、53…三方弁(流路切替弁)、60…開放型タンク、70…給湯配管、80…分岐配管、90…水熱交換器、100…浴槽、110…循環配管、120…システムコントローラ(制御部)。
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記水熱交換部で生成された温水を貯留する密閉型タンクと、
この密閉型タンクに接続されるとともに、前記水熱交換部に冷水を供給する冷水供給管と、
前記水熱交換部から温水を排出し、前記密閉型タンクに供給する温水供給管と、
前記密閉型タンクと前記温水供給管を介して接続され、前記密閉型タンクから供給される温水を貯留する開放型タンクと、
前記密閉型タンクと前記開放型タンクとの間の前記温水供給管に複数並列に設けられる流量調節弁と、
この流量調節弁のそれぞれの下流側に設けられる複数の流路切換弁と、
前記開放型タンクに一端が接続され供給ポンプにより開放型タンクの温水を利用端末へ供給する給湯配管と、
前記開放タンクから供給される温水を利用するために貯留する温水槽と、
一端側が前記流路切換弁を介して前記温水供給管に接続され、他端側が前記冷水供給管に接続された分岐配管と、
前記分岐配管の中途部を1次側とする水熱交換器と、
前記温水槽の水または温水を前記水熱交換器の2次側に送る循環配管と、
を備えていることを特徴とするヒートポンプ給湯システム。 A plurality of heat source units that generate and supply hot water in the water heat exchanger of the heat pump hot water supply device;
A sealed tank for storing hot water generated in the water heat exchange unit;
A cold water supply pipe connected to the sealed tank and supplying cold water to the water heat exchange unit;
A hot water supply pipe for discharging hot water from the water heat exchanger and supplying the water to the sealed tank;
An open-type tank connected to the sealed tank via the hot water supply pipe and storing hot water supplied from the sealed tank;
A plurality of flow rate control valves provided in parallel in the hot water supply pipe between the sealed tank and the open tank;
A plurality of flow path switching valves provided on the downstream side of each flow rate control valve;
One end of the open type tank connected to the hot water supply pipe for supplying hot water of the open type tank to the user terminal by a supply pump;
A hot water tank for storing hot water supplied from the open tank;
One end side is connected to the hot water supply pipe via the flow path switching valve, and the other end side is connected to the cold water supply pipe.
A water heat exchanger having a middle part of the branch pipe as a primary side;
A circulating pipe for sending water in the hot water tank or hot water to the secondary side of the water heat exchanger;
A heat pump hot water supply system characterized by comprising:
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