JP2010175164A

JP2010175164A - 液体循環式暖房システム

Info

Publication number: JP2010175164A
Application number: JP2009019235A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiko Isayama; 安彦諌山; Kazuo Nakatani; 和生中谷
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2009-01-30
Filing date: 2009-01-30
Publication date: 2010-08-12

Abstract

【課題】タンク内の加熱液体の量に拘わらずに直ちに暖房を行うことのできる液体循環式暖房システムを提供する。
【解決手段】液体循環式暖房システム１は、加熱液体を生成する冷媒放熱器２２を有するヒートポンプ回路２０と、加熱液体を貯めるタンク８と、加熱液体を放熱させる暖房用放熱器３とを備える。タンク８と冷媒放熱器２２は、供給管３１および回収管３２により接続されており、タンク８と暖房用放熱器３は、送り管８１および戻し管８２により接続されている。さらに、液体循環式暖房システム１は、回収管３２から分岐して送り管８１につながるバイパス管３５と、冷媒放熱器２２で生成された加熱流体についての、回収管３２のバイパス管３５が分岐する位置よりも下流側へ流すべき量とバイパス管３５へ流すべき量の比である分配比を変更する分配比変更手段と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、液体を利用して暖房を行う液体循環式暖房システムに関する。

従来から、ボイラーあるいは電気ヒータによって温水を生成し、この温水を使って暖房を行う液体循環式暖房システムが知られている。近年では、ボイラーおよび電気ヒータに代わる熱源として、高効率で温水を生成できるヒートポンプを採用することが検討されている。例えば特許文献１では、ヒートポンプによって温水を生成し、この温水を貯湯タンクに貯める液体循環式暖房システムが提案されている。この液体循環式暖房システムでは、貯湯タンクに貯められた温水が例えば居室内に配置された暖房用放熱器に送られ、ここで放熱した後に貯湯タンクに戻されるようになっている。
特開２００８−３９３０６号公報

しかしながら、特許文献1の液体循環式暖房システムでは、貯湯タンクに所定温度以上の温水が十分に貯まっていなければ暖房を行うことができない。それ故に、貯湯タンク内の温水の温度が低下する等して貯湯タンク内の温水の量が少なくなった場合には、再度温水を生成しこれを貯湯タンクに貯める必要があり、暖房開始までに時間がかかることになる。

本発明は、このような事情に鑑み、タンク内の加熱液体の量に拘わらずに暖房を行うことのできる液体循環式暖房システムを提供することを目的とする。

すなわち、本発明は、循環する冷媒を放熱させて液体を加熱し、加熱液体を生成する冷媒放熱器を有するヒートポンプ回路と、生成された前記加熱液体を貯めるタンクと、前記タンクの下部から前記冷媒放熱器へ前記液体を導く供給管と、前記冷媒放熱器から前記タンクの上部へ前記加熱液体を導く回収管と、生成された前記加熱液体を放熱させる暖房用放熱器と、前記タンクに貯められた前記加熱液体を前記暖房用放熱器に送る送り管と、前記暖房用放熱器で放熱した前記加熱液体を前記タンクに戻す戻し管と、前記回収管から分岐して前記送り管につながるバイパス管と、前記冷媒放熱器で生成された加熱流体についての、前記回収管の前記バイパス管が分岐する位置よりも下流側へ流すべき量と前記バイパス管へ流すべき量の比である分配比を変更する分配比変更手段と、を備える、液体循環式暖房システムを提供する。

上記の構成によれば、冷媒放熱器から暖房用放熱器に直接的に加熱液体を送ることが可能となっている。従って、本発明によれば、タンク内の加熱液体の量に拘わらずに暖房を行うことができる。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明は本発明の一例に関するものであり、本発明はこれらによって限定されるものではない。

図１に、本発明の一実施形態に係る液体循環式暖房システム１を示す。この液体循環式暖房システム１は、液体を加熱して加熱液体を生成し、この加熱液体の熱を暖房用放熱器３から放出させることにより、例えば居室内の暖房を行うものである。液体としては、例えば、水にプロピレングリコール等を混入した不凍液を用いることも可能であるが、安価で大量入手可能な水を用いることが好ましい。以下では、液体が水であり、加熱液体が温水であるとして説明する。

具体的に、液体循環式暖房システム１は、温水を生成するためのヒートポンプ２と、生成された温水を貯める貯湯タンク８と、生成された温水を放熱させる暖房用放熱器３と、機器の全体的な制御を行う統括制御装置５とを備えている。

ヒートポンプ２は、冷媒を循環させるヒートポンプ回路２０を有している。このヒートポンプ回路２０は、冷媒を圧縮する圧縮機２１と、圧縮された冷媒を放熱させる放熱器（冷媒放熱器）２２と、放熱した冷媒を膨張させる膨張弁２３と、膨張した冷媒を蒸発させる蒸発器２４とを有し、これらの機器２１〜２４が配管によって順に接続されて構成されている。また、ヒートポンプ２は、統括制御装置５からの指令に基づいて、圧縮機２１および膨張弁２３を制御するヒートポンプ制御装置２６を有している。なお、膨張弁２３に代えて、膨張する冷媒から動力を回収するための膨張機を採用することも可能である。

放熱器２２では、放熱器２２を通過する水と冷媒との間で熱交換が行われて水が加熱され、これにより温水が生成される。蒸発器２４では、ファン２５によって送風される空気と冷媒との間で熱交換が行われて冷媒が吸熱する。冷媒としては、代替フロンまたはアンモニアなどを用いることも可能であるが、圧縮されたときに超臨界状態となる二酸化炭素、または地球温暖化係数の低いＨＦＯ１２３４単体もしくはその混合冷媒を用いることが好ましい。

貯湯タンク８は、鉛直方向に延びる円筒状の密閉容器であり、内部は水で満たされている。貯湯タンク８の下部は、放熱器２２に水を供給する供給管３１によって放熱器２２と接続され、貯湯タンク８の上部は、放熱器２２で生成された温水を回収する回収管３２によって放熱器２２と接続されている。供給管３１には加熱用ポンプ６１が設けられており、回収管３２には放熱器２２で生成された温水の温度を検出する第１温度センサ７１が設けられている。

そして、加熱用ポンプ６１が回転させられると、供給管３１によって貯湯タンク８の下部から放熱器２２へ水が導かれるとともに、放熱器２２で生成された温水が回収管３２によって放熱器２２から貯湯タンク８の上部へ導かれる。これにより、貯湯タンク８内には生成された温水が上側から貯められる。さらに、貯湯タンク８の側面には、貯湯タンク８内にどれだけの温水が残っているかを判定するための複数の第２温度センサ７２が上下に離間する位置に設けられている。

なお、本実施形態では、貯湯タンク８内の上側位置に給湯用の熱交換器９２が配設されており、この熱交換器９２に給水管９１および出湯管９３が接続されている。すなわち、本実施形態では、生成した温水を、給湯用の熱源として利用できるようになっている。また、貯湯タンク８内の上側位置には、温水を再加熱するためのヒータ８５も配設されている。

暖房用放熱器３は、温水を流しながら放熱させるものであり、内部に温水を流入させる流入口と、放熱した温水を内部から流出させる流出口を有している。例えば、暖房放熱器３としては、建物の居室内に設置されるラジエータを採用してもよいし、床に敷設される温水パネルを採用してもよい。

暖房用放熱器３の流入口は、送り管８１によって貯湯タンク８の上部と接続されており、暖房用放熱器３の流出口は、戻し管８２によって貯湯タンク８の下部と接続されている。本実施形態では、戻し管８２に循環用ポンプ６２が設けられているが、循環用ポンプ６２は送り管８１に設けられていてもよい。そして、循環用ポンプ６２が回転させられると、貯湯タンク８に貯められた温水が送り管８１を通じて暖房用放熱器３に送られるとともに、暖房用放熱器３で放熱した温水が戻し管８２を通じて貯湯タンク８に戻される。

さらに、本実施形態の液体循環式暖房システム１には、回収管３２から分岐して送り管８１につながるバイパス管３５が設けられている。具体的には、回収管３２の途中（第１温度センサ７１よりも下流側）には分配弁６３が設けられているとともに、送り管８１の途中には三方弁６４が設けられている。そして、バイパス管３５の上流端が分配弁６３に接続され、バイパス管３５の下流端が三方弁６４に接続されている。

分配弁６３は、放熱器２２で生成された温水についての、回収管３２のバイパス管３５が分岐する位置よりも下流側へ流すべき量とバイパス管３５へ流すべき量の比である分配比を変更するものであり、本発明の分配比変更手段を構成する。すなわち、分配弁６３は、回収管３２の分配弁６３よりも上流側部分３２ａを回収管３２の分配弁６３よりも下流側部分３２ｂとバイパス管３５のどちらにどれだけの割合で連通させるかを任意に（０〜１００％で）決定可能なものである。例えば、分配弁６３が回収管３２の上流側部分３２ａを下流側部分３２ｂと１００％連通させる場合には、放熱器２２からの温水が回収管３２の下流側部分３２ｂを通じて貯湯タンク８だけに送られ、分配弁６３が回収管３２の上流側部分３２ａをバイパス管３５と１００％連通させる場合には、放熱器２２からの温水がバイパス管３５を通じて送り管８１だけに送られ、分配弁６３が回収管３２の上流側部分３２ａを下流側部分３２ｂとバイパス管３５の双方に連通させる場合には、放熱器２２からの温水が分配弁６３で所定の比で分配され、回収管３２の下流側部分３２ｂおよびバイパス管３５を通じて貯湯タンク８と送り管８１の双方に送られる。

三方弁６４は、暖房用放熱器３への温水の供給を貯湯タンク８から行うか放熱器２２から行うかを切り替えるためのものである。すなわち、三方弁６４は、送り管８１の三方弁６４よりも下流側部分８１ｂを送り管８１の三方弁６４よりも上流側部分８１ａとバイパス管３５のどちらかに連通させる。なお、三方弁６４を設ける代わりに、バイパス管３５と送り管８１の上流側部分８１ａとにそれぞれ開閉弁を設けてもよい。

上述したヒートポンプ制御装置２６、第１および第２温度センサ７１，７２、加熱用ポンプ６１、循環用ポンプ６２、分配弁６３および三方弁６４は、統括制御装置５と接続されている（図２参照）。統括制御装置５は、マイクロコンピュータまたはＤＳＰ（digital signal processor）などで構成されている。そして、統括制御装置５は、予め記憶されたプログラムに従って、第１および第２温度センサ７１，７２で検出された温度などに基づいて、ヒートポンプ制御装置２６に指令を出すとともに、ポンプ６１，６２および弁６３，６４の制御を行う。

次に、統括制御装置５が行う制御について具体的に説明する。

＜貯湯運転＞
統括制御装置５は、例えば、夜間時間帯（例えば、２３時〜７時）に、第２温度センサ７２で検出される温度から残湯量が少ないと判定すると、貯湯運転を行う。具体的に、統括制御装置５は、分配弁６３を回収管３２の上流側部分３２ａが下流側部分３２ｂと１００％連通する状態に制御する。さらに、統括制御装置５は、加熱用ポンプ６１を回転させるとともに、ヒートポンプ制御装置２６に運転開始の信号を送る。これにより、放熱器２２で水が加熱されて温水が生成され、生成された温水が貯湯タンク８に貯められる。また、統括制御装置５は、第１温度センサ７１で検出される水の温度が所定温度（例えば、６５℃）となるように、加熱用ポンプ６１の回転数を制御して供給管３１を流れる水の流量を調整する。

＜暖房運転＞
統括制御装置５は、ユーザーによって図略の暖房スイッチがＯＮにされると、まず第２温度センサ７２で検出される温度から残湯量が十分であるか少ないかを判定する。残湯量が十分であると判定した場合には、統括制御装置５は、三方弁６４を送り管８１の下流側部分８１ｂが上流側部分８１ａと連通する状態に切り替え、循環用ポンプ６２を回転させる。これにより、貯湯タンク８内に貯められた温水が暖房用放熱器３に送られて暖房が行われる。

一方、残湯量が少ないと判定した場合には、統括制御装置５は、三方弁６４を送り管８１の下流側部分８１ｂがバイパス管３５と連通する状態に切り替えるとともに、分配弁６３を回収管３２の上流側部分３２ａが下流側部分３２ｂとバイパス管３５の双方に連通する状態に制御する。このとき、分配弁６３によって回収管３２の上流側部分３２ａが下流側部分３２ｂとバイパス管３５のどちらにどれだけの割合で連通させられるかは、例えば第２温度センサ７２のうちの中央に位置する第２温度センサ（以下「中央第２温度センサ」という。）７２で検出された温度に基づいて決定される。

例えば、中央第２温度センサ７２で検出された温度が相対的に高い場合は、回収管３２の上流側部分３２ａがバイパス管３５と連通する割合が大きくされる。これにより、放熱器２２からの温水が、分配弁６３によって回収管３２の下流側部分３２ｂとバイパス管３５とに例えば３０：７０の分配比で分配される。逆に、中央第２温度センサ７２で検出された温度が相対的に低い場合は、回収管３２の上流側部分３２ａが下流側部分３２ｂと連通する割合が大きくされる。これにより、放熱器２２からの温水が、分配弁６３によって回収管３２の下流側部分３２ｂとバイパス管３５とに例えば７０：３０の分配比で分配される。

その後、統括制御装置５は、加熱用ポンプ５および循環用ポンプ６２を回転させる。これにより、放熱器２２で生成された温水が暖房用放熱器３に送られて暖房が行われるとともに、貯湯タンク８にも送られて貯湯が行われる。なお、統括制御装置５は、分配弁６３が回収管３２の上流側部分３２ａを下流側部分３２ｂに連通する割合を増すにつれて、加熱用ポンプ６１および循環用ポンプ６２の回転数を増加させることにより、暖房用放熱器３からの放熱量を調整する。

あるいは、残湯量が少ないと判定した場合には、統括制御装置５は、三方弁６４を送り管８１の下流側部分８１ｂがバイパス管３５と連通する状態に切り替えるとともに、分配弁６３を回収管３２の上流側部分３２ａがバイパス管３５と１００％連通する状態に制御してもよい。これにより、放熱器２２で生成された温水が暖房用放熱器３のみに送られて、暖房が行われる。

以上説明したように、本実施形態の液体循環式暖房システム１では、放熱器２２から暖房用放熱器３に直接的に温水を送ることが可能となっている。従って、本実施形態によれば、貯湯タンク８内の温水の量に拘わらずに暖房を行うことができる。

しかも、本実施形態では、分配弁６３により貯湯タンク８と放熱器２２とに同時に温水を供給できるようになっているので、温水を放熱器２２から暖房用放熱器３に直接送る場合でも貯湯タンク８内に貯湯することができる。すなわち、貯湯タンク８の残湯量が少ない場合には、貯湯しながら暖房を行うことができる。さらに、貯湯タンク８の残湯量が少ないときほど回収管３２の下流側部分３２ｂを流れる温水の量が増やされるために、短い時間で貯湯タンク８へ必要量の温水を貯めることができる。

また、温水を貯湯タンク８を介して暖房用放熱器３に送った場合には、貯湯タンク８内に貯められている間に温水の温度が低下して放熱ロスが生じることもあるが、本実施形態のように温水を貯湯タンク８を介さずに暖房用放熱器３に送れば、そのような放熱ロスを少なくすることができ、暖房効率を向上させることができる。

ところで、暖房用放熱器３で放熱した温水を貯湯タンク８にいったん戻さずに放熱器２２に直接戻すことも考えられる。しかしながら、このようにした場合には、暖房用放熱器３で放熱した温水は比較的高い温度に保たれていることが多いため、ヒートポンプ２の効率が低下する。これに対し、本実施形態では、放熱後の温水をいったん貯湯タンク８に戻すことにより、その熱を合理的に利用して貯湯タンク８内の水を加熱できるとともに、放熱器２２に送る水の温度も低下させてヒートポンプ２の効率も向上させることができる。

なお、前記実施形態では、回収管３２に設けられた分配弁６３によって本発明の分配比変更手段が構成された形態を示したが、回収管３２の下流側部分３２ｂとバイパス管３５のそれぞれに開度調整可能な開閉弁を設ければ、これらの開閉弁によって本発明の分配比変更手段を構成することも可能である。

また、分配弁６３に代えて、三方弁を設けることも可能である。すなわち、本発明の分配比変更手段は、回収管３２の下流側部分３２ｂへ流すべき量とバイパス管３５へ流すべき量を０：１００と１００：０のどちらかに変更するものであってもよい。

本発明の一実施形態に係る液体循環式暖房システムの概略構成図である。図１に示す液体循環式暖房システムのブロック図である。

１液体循環式暖房システム
２ヒートポンプ
２０ヒートポンプ回路
２２放熱器（冷媒放熱器）
３暖房用放熱器
３１供給管
３２回収管
３５バイパス管
６１加熱用ポンプ
６２循環用ポンプ
６３分配弁（分配比変更手段）
６４三方弁
８貯湯タンク
８１送り管
８２戻し管

Claims

循環する冷媒を放熱させて液体を加熱し、加熱液体を生成する冷媒放熱器を有するヒートポンプ回路と、
生成された前記加熱液体を貯めるタンクと、
前記タンクの下部から前記冷媒放熱器へ前記液体を導く供給管と、
前記冷媒放熱器から前記タンクの上部へ前記加熱液体を導く回収管と、
生成された前記加熱液体を放熱させる暖房用放熱器と、
前記タンクに貯められた前記加熱液体を前記暖房用放熱器に送る送り管と、
前記暖房用放熱器で放熱した前記加熱液体を前記タンクに戻す戻し管と、
前記回収管から分岐して前記送り管につながるバイパス管と、
前記冷媒放熱器で生成された加熱流体についての、前記回収管の前記バイパス管が分岐する位置よりも下流側へ流すべき量と前記バイパス管へ流すべき量の比である分配比を変更する分配比変更手段と、を備える、
液体循環式暖房システム。
前記分配比変更手段は、前記回収管に設けられ、前記バイパス管の上流端が接続された分配弁である、請求項１に記載の液体循環式暖房システム。
前記送り管には三方弁が設けられており、この三方弁に前記バイパス管の下流端が接続されている、請求項２に記載の液体循環式暖房システム。
前記液体は水であり、前記加熱液体は温水である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の液体循環式暖房システム。