JP2013160467A - Heat pump type hydronic heater - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ヒートポンプ式温水暖房装置に関するものである。 The present invention relates to a heat pump type hot water heater.
従来のヒートポンプ式温水暖房装置を図3に示す。 A conventional heat pump hot water heater is shown in FIG.
従来から欧州等の寒冷地に普及しているヒートポンプ式温水暖房装置は、建物において温水を循環させて暖房を行う温水暖房循環システムであり、ヒートポンプ16と温水を貯めるタンク18と、三方弁23、24と温水循環ポンプ22を内蔵するコントロールユニット17と、暖房循環ポンプ21とを備えている。ヒートポンプ16内の熱交換器19で生成された温水を温水循環パイプ26でタンク18内に供給する。
A heat pump type hot water heating apparatus that has been widely used in cold regions in Europe and the like is a hot water heating circulation system in which heating is performed by circulating hot water in a building. The
タンク18内の温水は三方弁23により切り替えられ、暖房循環ポンプ21で暖房循環往きパイプ27aを通して暖房用に建物へ送られる。暖房として放熱した温水は、暖房循環戻りパイプ27bを通して三方弁24により切り替えられ、タンク18内に戻される。
The hot water in the
タンク16内の温水の再加熱は、三方弁24により切り替えられ、温水循環ポンプ22によりヒートポンプ16へ送られ、熱交換器19で再加熱されてタンク18内へ送られる。
The reheating of the hot water in the
給湯する場合には、タンク18内の給湯用熱交換器20により、給水管28からの水をタンク18内の温水と熱交換して温水を作成し、給湯管29により給湯用温水を供給する。またタンク18内の温水がヒートポンプ16により十分加熱できない場合の加熱用として、ヒータ25を備えている(例えば、特許文献1参照)。
When hot water is supplied, hot water is generated by exchanging heat from the
また、欧州でも北欧を中心に普及しているヒートポンプ式温水暖房装置は、図3とはタンク仕様が異なっており、図4に示す。 In addition, the heat pump type hot water heating apparatus that is widely used in Europe mainly in Northern Europe has a tank specification different from that in FIG. 3, and is shown in FIG.
ヒートポンプ16で生成された温水は、コントロールユニット17内の三方弁23により切り替えられ、タンク30を通らずに、暖房循環ポンプ21により暖房循環往きパイプ27aを通して暖房用に建物へ送られる。
The hot water generated by the
給湯する場合には、ヒートポンプ16で生成された温水が、三方弁23により切り替えられ、タンク30内の給湯用熱交換器31によりタンク30内に温水を作成する。またタンク18内の温水がヒートポンプ16により十分加熱できない場合に、ヒータ25により加熱する。タンク30は給水管28より給水し、給湯管29よりタンク内の温水を給湯する構成となっている。
When hot water is supplied, the hot water generated by the
そしてヒートポンプ式温水暖房装置の通常の暖房運転では、温水循環ポンプ22で温水を循環させるとともに、温度センサ32が検出する温水の温度が、リモコン装置等(図示せず)で設定した設定温度よりも所定温度高いことを検出すると、ヒートポンプ16の運転を停止する。
In the normal heating operation of the heat pump type hot water heating apparatus, the hot
タンク30内に温水を作成する場合も同様に、温度センサ32が検出する温水の温度が決められた設定温度よりも所定温度高いことを検出すると、ヒートポンプ16の運転を停止する。この場合の設定温度はリモコン装置等の設定温度とヒートポンプ16内の圧縮機(図示せず)の保護を目的とする温度から決定される(例えば、特許文献2、特許文献3
参照)。
Similarly, when hot water is created in the
reference).
従来、欧州等の寒冷地には、ヒートポンプ式温水暖房装置が普及する以前に、石油やガスを使用したボイラ等を熱源とする温水暖房装置が普及していた。 Conventionally, in cold districts such as Europe, before the heat pump type hot water heating apparatus has become widespread, the hot water heating apparatus using a boiler or the like using oil or gas as a heat source has been widespread.
したがって、ヒートポンプ式温水暖房装置を設置する場合に、既設の貯湯用タンクを使用することがある。既設の貯湯用タンクの給湯用熱交換器は、石油やガスを使用したボイラ等を対象としており、熱交換効率の高いものから低いものまで様々であり、熱交換効率の低い給湯用熱交換器にヒートポンプ式温水暖房装置を設置し運転すると、タンク内の水の温度が十分に上がらない場合がある。 Therefore, when a heat pump hot water heater is installed, an existing hot water storage tank may be used. Existing hot water storage heat exchangers for hot water supply are for boilers using oil and gas, and range from high heat exchange efficiency to low heat exchange heat exchangers with low heat exchange efficiency. If a heat pump type hot water heater is installed and operated, the temperature of the water in the tank may not rise sufficiently.
給湯用熱交換器の熱交換効率が低いと、循環する温水の熱がタンク内の水に伝わらず、循環する温水の温度が上昇して、温度センサが検出する温水の温度が決められた設定温度よりも所定温度高いことを検出して、ヒートポンプ式熱源器の運転が停止する。 If the heat exchange efficiency of the hot water supply heat exchanger is low, the temperature of the circulating hot water is not transferred to the water in the tank, and the temperature of the circulating hot water rises. It is detected that the temperature is higher than the temperature by a predetermined temperature, and the operation of the heat pump heat source unit is stopped.
したがって、ヒータの運転が多くなり、ヒートポンプの特性を十分に生かした熱効率や省電力効果が得られず、ヒータが備わっていないタンクでは、タンク内に十分に温水を作成することができない現象が発生する。 Therefore, the operation of the heater is increased, the thermal efficiency and power saving effect that make full use of the characteristics of the heat pump cannot be obtained, and there is a phenomenon that hot water cannot be created sufficiently in the tank without a heater To do.
また、既設の貯湯用タンクでなくとも、ヒートポンプ式温水暖房装置を提供する販売会社が推奨していないタンクを使用した場合は、前記と同様の現象が発生する場合がある。 Moreover, even if it is not an existing hot water storage tank, if a tank that is not recommended by a sales company that provides a heat pump hot water heating apparatus is used, the same phenomenon as described above may occur.
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、既設の給湯用熱交換器を備えた貯湯用タンクを使用して運転した場合でも、貯湯用タンク内の給湯用温水の温度を十分に上昇させることができるヒートポンプ式温水暖房装置を提供することを目的とする。 The present invention solves the above-described conventional problems, and even when operated using a hot water storage tank equipped with an existing hot water supply heat exchanger, the temperature of hot water for hot water supply in the hot water storage tank is sufficiently increased. An object of the present invention is to provide a heat pump type hot water heating apparatus that can be made to operate.
前記従来の課題を解決するために、本発明のヒートポンプ式温水暖房装置は、ヒートポンプ式熱源器と、前記ヒートポンプ式熱源器で加熱した冷媒と水とを熱交換する水冷媒熱交換器と、前記水冷媒熱交換器にて加熱された循環用温水を循環させる循環ポンプと、給湯用温水を貯湯する貯湯用タンクと、前記循環用温水と前記給湯用温水とを熱交換する給湯用熱交換器と、制御手段とを備え、前記制御手段が、前記ヒートポンプ式熱源器を複数回繰り返し運転させることで、前記給湯用温水を加熱することを特徴とするものである。 In order to solve the conventional problems, a heat pump type hot water heating device of the present invention includes a heat pump type heat source device, a water refrigerant heat exchanger that exchanges heat between the refrigerant heated by the heat pump type heat source device and water, A circulation pump that circulates circulating hot water heated by a water-refrigerant heat exchanger, a hot water storage tank that stores hot water for hot water supply, and a hot water supply heat exchanger that exchanges heat between the circulating hot water and the hot water hot water And a control means, wherein the control means heats the hot water supply hot water by repeatedly operating the heat pump heat source device a plurality of times.
これにより、水冷媒熱交換器で生成された循環用温水の熱を、貯湯用タンク内の水に十分に伝えるまで、ヒートポンプ式熱源器を複数回運転して、循環用温水を繰り返し循環して熱交換することで、給湯用熱交換器の熱交換効率に起因せず、貯湯用タンク内の給湯用温水の温度を十分に上昇させることができるヒートポンプ式温水暖房装置を提供できる。 As a result, the heat pump heat source is operated multiple times until the heat of the circulating hot water generated by the water refrigerant heat exchanger is sufficiently transmitted to the water in the hot water storage tank, and the circulating hot water is circulated repeatedly. By performing heat exchange, it is possible to provide a heat pump type hot water heating apparatus that can sufficiently raise the temperature of hot water for hot water supply in a hot water storage tank without causing the heat exchange efficiency of the heat exchanger for hot water supply.
本発明によれば、既既設の給湯用熱交換器を備えた貯湯用タンクを使用して運転した場合でも、貯湯用タンク内の給湯用温水の温度を十分に上昇させることができるヒートポン
プ式温水暖房装置を提供できる。
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, even when it operates using the hot water storage tank provided with the existing heat exchanger for hot water supply, the heat pump hot water which can fully raise the temperature of the hot water for hot water supply in the hot water storage tank A heating device can be provided.
第1の発明は、ヒートポンプ式熱源器と、前記ヒートポンプ式熱源器で加熱した冷媒と水とを熱交換する水冷媒熱交換器と、前記水冷媒熱交換器にて加熱された循環用温水を循環させる循環ポンプと、給湯用温水を貯湯する貯湯用タンクと、前記循環用温水と前記給湯用温水とを熱交換する給湯用熱交換器と、制御手段とを備え、前記制御手段が、前記ヒートポンプ式熱源器を複数回繰り返し運転させることで、前記給湯用温水を加熱することを特徴とするヒートポンプ式温水暖房装置である。 The first invention includes a heat pump heat source, a water refrigerant heat exchanger for exchanging heat between the refrigerant heated by the heat pump heat source and water, and hot water for circulation heated by the water refrigerant heat exchanger. A circulation pump for circulation, a hot water storage tank for storing hot water for hot water supply, a hot water supply heat exchanger for exchanging heat between the hot water for circulation and the hot water for hot water supply, and control means, the control means comprising: The heat pump type hot water heater is characterized in that the hot water for hot water supply is heated by repeatedly operating the heat pump type heat source device a plurality of times.
これにより、水冷媒熱交換器で生成された循環用温水の熱を、貯湯用タンク内の水に十分に伝えるまで、ヒートポンプ式熱源器を複数回運転して、循環用温水を繰り返し循環して熱交換することで、給湯用熱交換器の熱交換効率に起因せず、貯湯用タンク内の給湯用温水の温度を十分に上昇させることができるヒートポンプ式温水暖房装置を提供できる。 As a result, the heat pump heat source is operated multiple times until the heat of the circulating hot water generated by the water refrigerant heat exchanger is sufficiently transmitted to the water in the hot water storage tank, and the circulating hot water is circulated repeatedly. By performing heat exchange, it is possible to provide a heat pump type hot water heating apparatus that can sufficiently raise the temperature of hot water for hot water supply in a hot water storage tank without causing the heat exchange efficiency of the heat exchanger for hot water supply.
第2の発明は、前記循環用温水の温度を検出する温度センサを備え、前記ヒートポンプ式熱源器の運転を停止する高温側設定温度を設けたことを特徴とするものである。 2nd invention is provided with the temperature sensor which detects the temperature of the said warm water for a circulation, and provided the high temperature side preset temperature which stops the operation | movement of the said heat pump type heat source device, It is characterized by the above-mentioned.
これにより、貯湯用タンクには給湯用熱交換器に加えてヒータが備えられているものがあり、給湯用熱交換器よりもタンク上部に、ヒータと給湯用温水の温度を検出する温度センサが配置されていると、ヒータの加熱により、タンクの上部の給湯用温水の温度は上昇するが、給湯用熱交換器周辺のタンク下部の給湯用温水の温度は十分に上がっていないことがある。 Accordingly, some hot water storage tanks are provided with a heater in addition to the hot water heat exchanger, and a temperature sensor that detects the temperature of the heater and hot water for hot water supply is located above the hot water heat exchanger. If it is arranged, the temperature of hot water for hot water supply at the upper part of the tank rises due to heating of the heater, but the temperature of hot water for hot water supply at the lower part of the tank around the hot water supply heat exchanger may not be sufficiently raised.
そこで、循環用温水の温度を検出する温度センサが高温側設定温度を検出するまで、ヒートポンプ式熱源器を複数回繰り返し運転することで、貯湯用タンクの下部の給湯用温水まで十分に温度を上げることができる。 Therefore, by repeatedly operating the heat pump type heat source device several times until the temperature sensor that detects the temperature of the circulating hot water detects the high temperature side set temperature, the temperature is sufficiently raised to the hot water for hot water supply at the bottom of the hot water storage tank. be able to.
第3の発明は、前記ヒートポンプ式熱源器が運転を再開する低温側設定温度を設けたことを特徴とするもので、この運転を繰り返すことで、ヒートポンプ式熱源器内の圧縮機を保護しつつ、貯湯用タンク内の給湯用温水を加熱することができる。 The third invention is characterized in that the heat pump type heat source device is provided with a low temperature set temperature at which the operation is resumed, and by repeating this operation, the compressor in the heat pump type heat source device is protected. The hot water for hot water supply in the hot water storage tank can be heated.
第4の発明は、前記給湯用温水の温度を検出する温度センサを備え、前記温度センサが所定温度を検出すると、前記ヒートポンプ式熱源器の運転を停止することを特徴とするもので、リモコン等で設定された設定温度に貯湯用タンク内の給湯用温水の温度が上昇するまで、ヒートポンプ式熱源器を複数回運転して、かつ、循環用温水を繰り返し循環して熱交換するもので、貯湯用タンクの給湯用温水を設定温度まで上げることができる。 4th invention is equipped with the temperature sensor which detects the temperature of the said hot water for hot water supply, and if the said temperature sensor detects predetermined temperature, it will stop the operation | movement of the said heat pump type heat source device, It is characterized by the above-mentioned. The heat pump type heat source is operated several times until the temperature of the hot water for hot water supply in the hot water storage tank rises to the set temperature set in, and the hot water for circulation is circulated repeatedly to exchange heat. The hot water for hot water supply in the tank can be raised to the set temperature.
第5の発明は、前記ヒートポンプ式熱源器が、予め設定された所定時間を連続運転すると、前記ヒートポンプ式熱源器の運転を停止することを特徴とするもので、ヒートポンプ式熱源器の保護と不要な加熱を防止することができる。 According to a fifth aspect of the present invention, when the heat pump heat source device is continuously operated for a predetermined time set in advance, the operation of the heat pump heat source device is stopped, and the heat pump heat source device is protected and unnecessary. Heating can be prevented.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の
形態によって本発明が限定されるものではない。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.
(実施の形態)
図1は、実施の形態におけるヒートポンプ式温水暖房装置の構成図である。まず、図1を用いて本実施の形態のヒートポンプ式温水暖房装置の構成を説明する。
(Embodiment)
ヒートポンプ式熱源器1では冷媒を加熱し冷媒配管2を通って水冷媒熱交換器4に送る。冷媒にはR410Aを用いているが、その他、フルオロカーボン系の冷媒を用いることができる。水冷媒熱交換器4はステンレスのプレートを積み重ねた熱交換器を用いているが、2重の銅管で構成した熱交換器を使用しても良い。
In the heat pump
循環ポンプ6は循環水を循環温水戻りパイプ11bを通して水冷媒熱交換器4に送る。水冷媒熱交換器4では加熱された冷媒と循環水を熱交換し循環用温水を作成する。循環用温水は循環温水往きパイプ11aを通り、暖房する場合は三方弁7で切り替えられ、暖房循環往きパイプ15aを通って建物内に送られる。
The circulation pump 6 sends the circulating water to the water
建物内で放熱された循環用温水は暖房循環戻りパイプ15bを通って循環ポンプ6で水冷媒熱交換器4に送られて再加熱される。これらの水冷媒熱交換器4と循環ポンプ6と三方弁7とリモコン装置等の制御手段(図示せず)は同じケース内に組み込まれ、主に屋内に設置されている。
The circulating hot water radiated in the building passes through the heating
暖房する場合には循環用温水の温度はリモコンで設定でき、主に35℃から55℃の範囲で調整される。給湯する場合には、水冷媒熱交換器4で生成された循環用温水が、三方弁7により切り替えられ、貯湯用タンク3内の給湯用熱交換器5送られ、貯湯用タンク3内に給湯用温水を作成する。
In the case of heating, the temperature of the circulating hot water can be set by a remote controller, and is mainly adjusted in the range of 35 ° C to 55 ° C. In the case of supplying hot water, the circulating hot water generated by the water /
給湯用熱交換器5は螺旋状に巻いたステンレス管で構成され、貯湯用タンク3の内部に溶接されて固定してある。貯湯用タンク3は給水管9より給水し、給湯管10より給湯用温水を給湯する構成となっている。貯湯用タンク3に作成される給湯用温水の温度もリモコンで設定でき、主に35℃から75℃で調整される。
The hot water
貯湯用タンク3内の水がすべて常温の状態から加熱する場合は、まず、給湯用熱交換器5に循環用温水が送られ、貯湯用タンク3内の水を加熱する。リモコンで設定された一定時間後にヒータ8が作動し、加熱を始める。
When all the water in the hot
リモコンで設定された貯湯用タンク3内の給湯用温水の温度が55℃以下の場合は、給湯温水用温度センサ14が設定温度を検知すると、ヒートポンプ式熱源器1および循環ポンプ6の運転を停止し、ヒータ8の通電を停止する。
When the temperature of the hot water supply hot water in the hot
リモコンで設定された給湯用温水の温度が55℃以上の場合、給湯温水用温度センサ14が55℃を検知するとヒートポンプ式熱源器1および循環ポンプ6の運転を停止するが、ヒータ8は設定温度を検知するまで通電を継続し、加熱を行う。
When the temperature of hot water for hot water supply set by the remote controller is 55 ° C. or higher, when the
本実施の形態のヒートポンプ式温水暖房装置では、ヒートポンプ式熱源器1の出力が16kwであり、推奨する貯湯タンクの給湯用熱交換器の表面積は、約1.4m2で55℃の給湯用温水を作成できる。
In the heat pump type hot water heating apparatus of the present embodiment, the output of the heat pump type
その際、冷媒水熱交の循環用温水往きパイプ11aに取り付けられた循環温水用温度センサ13で検知する循環水の温度は約60℃となる。循環水の温度を上げた場合、冷媒温度も上がり、ヒートポンプ式熱源器1内の圧縮機(図示せず)の圧力が上がるため、圧縮
機を保護するための循環水の高温側設定温度を設けてあり、循環温水用温度センサ13が高温側設定温度を検知すると、ヒートポンプ式熱源器1の運転を停止するようにしている。高温側設定温度は60℃にしてある。
At that time, the temperature of the circulating water detected by the circulating hot
給湯用熱交換器5の熱交換効率が小さい貯湯用タンク3を使用した場合、例えば、給湯用熱交換器5の表面積が0.8m2であった場合、貯湯用タンク3内の水に伝わる熱量は少なくなるため、貯湯用タンク3内の給湯用温水の温度があまり上がらないうちに循環水の温度が高温側設定温度に到達してしまうことになる。
When the hot
循環水の温度が60℃に到達した時、貯湯用タンク3内の給湯用温水の温度は約40℃程度である。さらに温度を上げるためにヒータ8に通電して貯湯用タンク3内の給湯用温水の温度を設定温度にする。
When the temperature of the circulating water reaches 60 ° C., the temperature of hot water for hot water supply in the hot
ヒータ8にはシーズヒータを使用しており、ヒートポンプに比べて熱効率が劣るため、できるだけヒートポンプで給湯用温水を作成する方が省電力となる。したがって、図2のグラフに示すように、複数回、ヒートポンプ式熱源器1を運転して貯湯用タンク3内の水を加熱する構成としている。
Since a sheathed heater is used as the heater 8 and its thermal efficiency is inferior to that of a heat pump, it is possible to save power by creating hot water for hot water supply with a heat pump as much as possible. Therefore, as shown in the graph of FIG. 2, the heat pump
貯湯用タンク3内の水を加熱していくと、循環温水温度と給湯用温水温度が上昇し、循環温水用温度センサが高温側設定温度を検知して、一旦ヒートポンプ式熱源器1の運転が停止する。給湯用温水温度がリモコンで設定された温度以下および55℃以下の時、循環ポンプ6の運転を継続する。
When the water in the hot
循環用温水の温度は下がり、ヒートポンプ式熱源器1を再運転するように予め設定された低温側設定温度を循環温水用温度センサが検知すると、ヒートポンプ式熱源器1を再運転し、再度タンク内の給湯用温水を加熱する。
When the temperature of the circulating hot water decreases and the circulating hot water temperature sensor detects the low temperature side preset temperature set in advance so that the heat pump
ヒートポンプ式熱源器1の再運転と停止を複数回運転したのち、給湯温水用温度センサ14が設定温度を検知すると、ヒートポンプ式熱源器1および循環ポンプ6の運転を停止する。本実施の形態では、給湯用熱交換器5の表面積が0.8m2と熱交換効率が小さくても、給湯用温水の温度を55℃まで上げることができる。
After the heat pump
また、貯湯用タンク3内の水を加熱する際、ヒートポンプ式熱源器1とヒータ8を同時に通電すると、貯湯用タンク3の上部の給湯用温水は早い時間で設定温度に到達するが、ヒータ8よりも下部の給湯用温水は設定温度に到達していない場合が発生する。
Further, when the water in the hot
そこで、ヒートポンプ式熱源器1は、循環温水用温度センサが高温側設定温度を一度は検出するまで、ヒートポンプ式熱源器を運転して給湯用温水の温度を十分上げるようにすることで、早い時間で少量の給湯を使用可能にしつつ、貯湯用タンク3全体に給湯用温水をつくることができる。
Therefore, the heat pump type
また、貯湯用タンク3の給湯用熱交換器5の熱交換効率が小さく、かつ、ヒータ8が備えられていないタンク、または、ヒータ8の配線をはずしている場合、繰り返しヒートポンプ式熱源器1を運転させて貯湯用タンク3内の水を加熱しても、全く設定温度に達しない場合がある。そこでヒートポンプ式熱源器が予め決められた所定時間連続運転すると、運転を停止し、ヒートポンプ式熱源器の保護と不要な加熱を防止している。
Further, when the heat exchange efficiency of the hot water
以上のように、本発明のヒートポンプ式温水暖房装置は、既設の給湯用熱交換器を備えた貯湯用タンクを使用して運転した場合でも、貯湯用タンク内の給湯用温水の温度を十分
に上昇させることができるため、従来の石油やガスを使用したボイラ等を熱源とする温水暖房装置や電気ヒータを熱源とした温水暖房装置にも有用である。
As described above, the heat pump type hot water heating apparatus of the present invention can sufficiently maintain the temperature of hot water for hot water in the hot water storage tank even when operated using a hot water storage tank equipped with an existing hot water supply heat exchanger. Since it can raise, it is useful also for the hot water heating apparatus which used the boiler etc. which used the conventional oil and gas as a heat source, and the hot water heating apparatus which used the electric heater as the heat source.
1 ヒートポンプ式熱源器
3 貯湯用タンク
4 水冷媒熱交換器
5 給湯用熱交換器
6 循環ポンプ
7 三方弁
13 循環温水用温度センサ
14 給湯温水用温度センサ
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