JP2012159253A - 加温システム - Google Patents
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Abstract
加温する負荷の大きさに応じて最適な加熱能力を備えたヒートポンプ式熱源機を準備しなければならず、機種数が多くなってしまい、製造や流通が非効率的になるという問題が生じる。
【解決手段】
水配管によって負荷と複数台のヒートポンプ式熱源機の冷凍サイクル中の水―冷媒熱交換器を直列に接続し、各ヒートポンプ式熱源機は、水―冷媒熱交換器の入口側の水温と停止温度とを比較して冷凍サイクルの運転/停止を制御する運転制御手段と、水―冷媒熱交換器の出口側の水温と目標温度とを比較して冷凍サイクルによる加熱量を制御する加熱量制御手段とを備え、上流側のヒートポンプ式熱源機の目標温度を、下流側のヒートポンプ式熱源機の冷凍サイクルの停止温度以上に設定した加温システム。
【選択図】図1
Description
また、加熱能力を大きくするために複数の冷凍サイクルを備え、各冷凍サイクルの加熱出力となる水熱交換器を直列に接続して大能力化を図ったヒートポンプ式熱源機も考えられている。(特許文献1参照)
各ヒートポンプ式熱源機は、水―冷媒熱交換器の入口側の水温を検出する入口温度センサと、水―冷媒熱交換器の出口側の水温を検出する出口温度センサと、入口温度センサによって検出した入口水温と停止温度とを比較してヒートポンプ冷凍サイクルの運転/停止を制御する運転制御手段と、出口温度センサによって検出した出口水温と目標温度とを比較してヒートポンプ冷凍サイクルによる加熱量を制御する加熱量制御手段とを備える。 加温システムは、直列接続されたヒートポンプ式熱源機中の上流側のヒートポンプ式熱源機の目標温度を、下流側のヒートポンプ式熱源機の冷凍サイクルの停止温度以上に設定する。
なお、図1では最終段のヒートポンプ式熱源機HS(n)と負荷4との間にポンプ3を配置しているが、ポンプ3の設置位置は水配管5途中のどこに設けても良い。
ポンプ3の運転によって、負荷4から流出した低温水は、複数のヒートポンプ式熱源機HS(1)〜HS(n)を直列に流れる。ここで、ヒートポンプ式熱源機HS(1)〜HS(n)が運転されれば、水配管5内の水が所望の温度になるまで各ヒートポンプ式熱源機HS(1)〜HS(n)で順次加熱され、この加熱された水(湯)が、再び負荷4に戻る。この結果、負荷4には温水が供給され、その熱を放熱して、暖房または加温が実行される。
なお、四方弁25は熱源側熱交換器28の表面に空気中の水分が凝縮してできる着霜を溶かす除霜運転のために設けられるが、着霜しない高温の雰囲気条件下で熱源側熱交換器28が使用されるのであれば、四方弁25は不要となる。
また、各ヒートポンプ式熱源機HS(1)〜HS(n)は全く同一でなくとも、各ヒートポンプ式熱源機HS(1)〜HS(n)の加熱能力を異ならせても良い。例えば、加熱能力が5Kwのヒートポンプ式熱源機と2.5Kwのヒートポンプ式熱源機を組み合わせることも可能である。
負荷4が必要とする最大加熱能力が7Kwの場合の組み合わせとして、水配管5中の水の流れに対して上流側から5Kwのヒートポンプ式熱源機を1台と2.5Kwのヒートポンプ式熱源機2台を直列に接続(合計最大加熱能10Kw)すればよい。この組み合わせであれば、上流側の5Kwのヒートポンプ式熱源機を1台とその下流側の2.5Kwのヒートポンプ式熱源機1台で、負荷4の最大加熱能力である7Kwを超えた7.5Kwとなり、最下流の2.5Kwのヒートポンプ式熱源機HS(n)は余裕分となる。
(1) 入口水温Tin(i)と停止温度Toff(i)を比較し、その結果に応じてヒートポンプ熱源機HS(i)の冷凍サイクルの運転/停止を制御する運転制御手段。
(2) ヒートポンプ熱源機HS(i)の運転中、目標温度Ts(i)と出口水温Tout(i)との差ΔT(i)に応じてインバータ装置23の出力周波数f(i)を変化させ、圧縮機24の回転数を制御してヒートポンプ熱源機HS(i)の加熱量を制御する加熱量制御手段。
(3) 熱源側熱交換器28の冷媒温度Teと熱交換用の空気温度Toの差(To−Te)及びその差の時間変化に基づき着霜状態を検出し、その着霜量が除霜に必要な量に到達したか否かを判断し、除霜が必要と判断した場合、除霜運転を行う除霜運転手段。
制御器21は、運転/停止釦22cにおいて運転が設定されている間は、ヒートポンプ熱源機HS(i)を運転するために操作器22に設定された停止温度Toff(i)、目標温度Ts(i)を読み込むと共に各種温度センサの検出値である入口水温Tin(i)、出口水温Tout(i)、冷媒温度Teと熱交換用の空気温度Toを読み込む(ステップST0)。なお、運転/停止釦22cにおいて停止が設定されていれば、ヒートポンプ熱源機HS(i)の運転を停止する。
一方、ステップST7において除霜が不要と判断された場合(ステップST7のNo)は、ステップST0に戻り、再び各ステップを繰り返す。
ここで、図4中、t0〜t1の区間のようにヒートポンプ式熱源機HS(1)〜(n)の合計加熱能力よりも負荷4の放熱量が少ない状態では、上流側のヒートポンプ式熱源機HS(1)〜HS(i)によって水が十分な温度にまで昇温できるため、ヒートポンプ式熱源機HS(i)の出口水温Tout(i)は、目標温度Ts(i)の47℃近くに維持されている。このため、下流側のヒートポンプ式熱源機HS(i+1)は、入口水温Tin(i+1)が停止温度Toff(i+1)=46℃を超えているため、冷凍サイクルの運転を停止している。
なお、図4に示すようにヒートポンプ式熱源機HS(i)の出口配管とヒートポンプ式熱源機HS(i+1)の入口配管は水配管5によって直接接続されているため、ヒートポンプ式熱源機HS(i)の出口水温Tout(i)とヒートポンプ式熱源機HS(i+1)の入口水温Tin(i+1)はほぼ同じとなる。
ここで、最下流のヒートポンプ式熱源機HS(n)が除霜運転に入った場合、低い出口水温Tout(n)の水が負荷4に流れることになってしまうが、本実施の形態の加温システム1では上流側のヒートポンプ式熱源機ほど運転頻度(時間)が多く、下流側に行くほど運転頻度(時間)が少なくなる。このため、最下流のヒートポンプ式熱源機HS(n)が除霜運転に入る状況は、極めて稀であり、その可能性は極めて低い。したがって、ほぼ常に最終段のヒートポンプ式熱源機HS(n)の出口水温Tout(n)である負荷4への供給水の温度は、負荷4の要求する温度を維持することができる。
Claims (2)
- 水配管によって負荷と複数台のヒートポンプ式熱源機の冷凍サイクル中の水―冷媒熱交換器を直列に接続し、
各ヒートポンプ式熱源機は、前記水―冷媒熱交換器の入口側の水温を検出する入口温度センサと、前記水―冷媒熱交換器の出口側の水温を検出する出口温度センサと、前記入口温度センサによって検出した入口水温と停止温度とを比較して冷凍サイクルの運転/停止を制御する運転制御手段と、前記出口温度センサによって検出した出口水温と目標温度とを比較して冷凍サイクルによる加熱量を制御する加熱量制御手段とを備え、
前記水―冷媒熱交換器が直列接続された前記ヒートポンプ式熱源機中の上流側の前記ヒートポンプ式熱源機の前記目標温度を、下流側の前記ヒートポンプ式熱源機の前記停止温度以上に設定したことを特徴とする加温システム。 - 前記複数台のヒートポンプ式熱源機は、その合計最大加熱能力が、負荷の最大放熱量より大きいことを特徴とする請求項1記載の加温システム。
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