JP3900066B2 - Auxiliary heating device in heating system - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、温水による水熱媒で暖房を行う暖房システムにおける補助加熱装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
水熱媒を加熱する加熱手段としては、電気ヒータによるものや、石油やガスを燃焼させるものや、ヒートポンプサイクルにより採熱するものがある。この中で、ヒートポンプサイクルで暖房に使う水熱媒を生成し、室内放熱器に送水して暖房を行うヒートポンプチラー暖房システムとも称される暖房システムにおいては、ヒートポンプサイクルで採熱できる熱量が外気温度に左右されることから、外気温度が低いときには暖房能力が低下し、必要とする暖房雰囲気が得がたくなる。こうした熱源不足の問題を、室内側熱交換器の冷媒通路または室内側熱交換器に接続した水配管の内部にPTCヒータを設けるか、通水経路にセラミックヒータによる補助加熱装置を設けて解消している(例えば、特許文献1及び特許文献2参照)。また、この他の手段として、ヒートポンプ熱源機に電気ヒータを内蔵し、ヒートポンプの能力不足時に補助加熱する仕方も行われている。
【0003】
【特許文献1】
特開昭61―250462号公報(2頁〜3頁、第2図,第6図)
【特許文献2】
特開平11―170846号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来のヒートポンプ式暖房機においては、PTCヒータがヒートポンプ式の冷媒サイクルとは自立して運転するため、冷媒サイクル側の能力に十分余裕がある場合でも、暖房立上り時にはPTCヒータが運転してしまい、ランニングコストを高騰させている。また、ヒートポンプの効率は、生成する温水を低水温化することにより高くなることが知られているが、従来の技術では、暖房負荷が小さく、低温水で十分暖房が行える場合も、所定の水温に達するまでPTCヒータにより水温を上げざるを得ず、効率が悪い。また、ヒートポンプ熱源機にヒータを内蔵した場合、ヒータの制御は容易なものの、ヒートポンプ熱源機の構造が複雑になるうえ、電気容量も大きくなるため、施工性、メンテナンス性が悪く、コストも高くなるといった問題点がある。
【0005】
一方、熱源が電気ヒータや石油・ガスといった化石燃料を燃焼させる熱源機による暖房システムでは、当初のシステム設計に基づけば、外気温の低下等による能力不足は生じないものの、放熱器の増設や、住宅の増改築等により負荷が増加し、熱源機の能力を超えてしまった場合には、簡単に能力不足を補うことができず、能力に合った熱源機に取替えなければならない。
【0006】
本発明は、係る従来の問題点を解決するためになされたものであって、その課題とするところは、暖房負荷の増加による能力の不足の補完を簡易に実現できる暖房システムにおける補助加熱装置を得ることであり、その補助加熱装置の施工性、メンテナンス性を向上させると共に、小型化、低コスト化を図ることである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
前記課題を達成するために本発明は、熱源機と一機又は複数機の放熱機で構成される温水による暖房システムにおける主たる前記熱源機の加熱能力を補助する補助加熱装置について、その熱源機と放熱機の配管途中に接続できる入口側接続口と出口側接続口とを有する熱伝導性のある導管の外周に、熱良導体よりなる結合材によって結合された電気加熱手段をU字型の接続管を用いて導管に沿って複数個設け、複数個の電気加熱手段を熱良導体からなる固定部品で連結し、固定部品に温度過昇抑制手段として温度ヒューズと自動復帰型のオートカットを設け、自動復帰型のオートカットを補助加熱装置の水温をコントロールする制御手段とする手段を採用する。
【0008】
【発明の実施の形態】
図1〜図10によって示す本実施の形態は、不凍液等による水熱媒を生成して搬送する熱源機1で構成される熱源側熱媒サイクルと、これによって供給される水熱媒によって冷暖房を行う室内放熱器で構成される利用側サイクルとにより構成される暖房システムに関するものである。熱源機1は、図1に示すように水熱媒を貯留するバッファタンク2と、バッファタンク2の水熱媒を循環させる送水手段としての循環ポンプ3と、水熱媒を熱交換器4を介して加熱又は冷却するヒートポンプ方式の冷凍サイクルとによって構成されている。
【0009】
バッファタンク2には往き側接続口と、戻り側接続口がそれぞれ設けられていて、往き側接続口は、循環ポンプ3の吸込側に配管接続され、戻り側接続口は、採熱用の熱交換器4の二次流路に直列に接続された配管の出口側が接続されている。循環ポンプ3の吐出側には利用側サイクルの往き側配管が接続され、熱交換器4の二次流路の入口側には利用側サイクルの戻り側配管が接続されている。ヒートポンプによる冷凍サイクルは、一機又は複数機の室外熱交換器5と四方切換弁と圧縮機及び流量調節弁並びに熱交換器4の一次流路で構成された熱媒循環閉路であり、冷凍サイクルの冷媒と水熱媒とは相互に独立し、混じり合うことはないが熱交換器4により熱的には接続している。この熱源機1は、独自の電源6で動作し、少なくとも室外熱交換器5については屋外に設置される。
【0010】
利用側サイクルは、往き側配管と戻り側配管とによる主配管7に枝管8によって接続された室内放熱器による水熱媒の循環系として構成されている。室内放熱器としては、室内空気を循環させながら冷却或いは加熱することで冷暖房機能を果す冷暖房兼用の一機又は複数機のファンコイルユニット9や、輻射や自然対流による暖房機能を果す暖房専用の床暖房パネル10やパネルヒータ11が接続される。暖房専用の室内放熱器の接続された主配管7の往き側配管には、温水生成器としての補助熱源用加熱手段12が接続されている。補助熱源用加熱手段12は、熱源機1とは別の電源13で動作し、ファンコイルユニット9のような冷暖房兼用の室内放熱器が設置されるシステムでは、ファンコイルユニット9より下流側に電磁弁14又は熱動弁を介して、その能力に応じて一機又は複数機が配備される。
【0011】
熱源機1には、図2に示すように循環ポンプ3や圧縮機及び補助熱源用加熱手段12を制御するマイコンを含む制御手段15が搭載されており、この制御手段15に冷房モードや暖房モードの設定を行う設定スイッチや、LEDや液晶等により運転状態等を表示する表示手段を備えたコントローラ及び補助熱源用加熱手段12が信号線により信号のやりとりを可能に接続されている。制御手段15にはバッファタンク2の出口の水熱媒温度を検知する熱媒温度検知手段の出力、及び室外の温度を検知する外気温度検知手段の出力がそれぞれ制御情報として取込まれる。
【0012】
また、室内放熱器にはコントローラ及び室温を検知する室温検知手段が備えられ、コントローラの操作によって水熱媒の流量をそれ自体に設けられた流量調節弁を動かして、室温が設定温度になるようにフィードバック制御を行うとともに、熱源機1の制御手段15に運転情報や設定温度及び室内温度を制御情報として送信する。
【0013】
熱源機1のコントローラにより、暖房モードが設定されると、制御手段15はヒートポンプの冷凍サイクルを暖房サイクルに切換え、室内放熱器のコントローラからの運転情報の取込みを行う。室内放熱器のいずれかから運転要求の信号が入ると、利用側サイクルに送る水熱媒の温度を暖房できる温度になるように、熱源機1を制御する。水熱媒の温度が暖房できる温度にならない場合には、制御手段15は図2に示す接点16を閉じる制御信号を送る。この接点16が閉じると、補助熱源用加熱手段12の電気ヒータ17に繋がったリレー18のリレーコイルが励磁され、常開接点19が閉接点となり電源13と電気ヒータ17とが繋がり、補助熱源用加熱手段12が水熱媒の温度を上げるべく動作する。なお、室内放熱器側からの運転要求の信号が一つもない場合には、循環ポンプ3は停止状態におかれる。
【0014】
補助熱源用加熱手段12は、図3〜図5に示すように利用側サイクルを構成する主配管7の往き管に接続する入口側接続口20と、戻り管に接続する出口側接続口21を備えた熱伝導性のある導管22の外周に、アルミニウム等の熱良導体よりなる結合材23によって電気ヒータ17を一体に結合した構成で、入口側接続口20と出口側接続口21を除く全体が箱型の外殻24内に収納されている。入口側接続口20と出口側接続口21とは、接続管22aを介して導管22本体に接続されている。接続管22aは、熱遮断性があり、可撓性もある例えば、ゴム材により構成されている。導管22は、一本でも良いが、図5のように二本をU字管25で繋いだ二本構成でも、三本構成以上の構成でも良く、必要とする能力に応じて直列に接続され、外殻24の背面側と正面側及び両側面側に設けられた断熱材26によって、特別な固定手段を用いずに外殻24内に挟み付けられ拘束状態に置かれている。
【0015】
導管22の入口側接続口20と出口側接続口21は、外殻24又は外殻24の下面を構成する接続板27から外部に引出されている。入口側接続口20と出口側接続口21の引出し方向は、可撓性のある接続管22aにより外部配管の引出し位置に応じて、接続板27から平行方向(図7)、外殻24と接続板27から直角方向(図8)、外殻24から直線状(図9)など自由に選択することができる。また、接続管22aには熱遮断性があるので、入口側接続口20や出口側接続口21の温度上昇が抑制され、放熱による熱損失や、接続板27等が過昇温になることが防止される。
【0016】
二本の導管22の電気ヒータ17は上下対称となるように配置され、電気ヒータ17を跨ぐように表側に、伝熱性に富むヒータ取付板28が取付けられ、このヒータ取付板28の中心に温度過昇温抑制手段としての温度ヒューズ29と自動復帰型のオートカット30が取付けられている。温度過昇温抑制手段は、三つ以上設けてもよい。温度ヒューズ29とオートカット30は、ヒータ取付板28の熱を感知し、過度の発熱に対しては電気ヒータ17への通電を断つものであり、ヒータ取付板28の中心に配設することにより、通水方向に拘わらず機能することが可能になり、入口側接続口20、出口側接続口21の区別の必要がなくなる。また、自動復帰型のオートカット30は補助熱源用加熱手段12の水温をコントロールする制御手段とすることもできる。
【0017】
正面側の断熱材26には、仕切板31が重ねられ、この仕切板31に漏電遮断器32とリレー18及び表示ランプ33等の電装部品が取付けられている。断熱材26と仕切板31とで外殻24を階層構造にして電装部品を仕切ることにより、導管22系統から漏水し、飛散した場合にも電装部品に水熱媒がかかり漏電することはない。万が一、漏電した場合には、漏電遮断器32が電気ヒータ17への通電を遮断する。
【0018】
仕切板31の正面側は、仕切板31とは間隔を持つ着脱可能の正面板34で被覆され、正面板34を外すことによって電気配線や内部の構成部品のメンテナンスが可能である。外殻24の上下の二面を構成する接続板27と上面板35には取付フランジ36が設けられ、この取付フランジ36において壁面等にネジ付けされる。
【0019】
この補助熱源用加熱手段12では、水熱媒と電気ヒータ17が直接接触しないため、電気ヒータ17の腐食や水熱媒に含まれる成分の付着による発熱効率の低下を回避でき、導管22の流水抵抗も小さいため暖房システムの流量低下は極小さなものとなる。
【0020】
また、電気ヒータ17及び導管22等を断熱材26で拘束し、固定することにより、固定に必要な特別な部材が不用となり、低コスト化を図ることができるとともに、電気ヒータ17から外殻24への伝熱による外殻温度上昇、放熱ロスを抑え熱媒加熱効率を向上させることができる。電気ヒータ17を複数設ける場合、電気ヒータ17を上下対称に配置し、熱良導体よりなるヒータ取付板28で連結し、ヒータ取付板28に温度ヒューズ29とオートカット30からなる温度過昇抑制手段を二つ以上設けることにより、電気ヒータ17個々に温度過昇抑制手段を設ける必要はなくなり、低コスト化を図ることができるうえ、過度の発熱に対する温度過昇抑制の信頼性が高まる。
【0021】
導管22の入口側接続口20と出口側接続口21とは固定的でなく、どちらを往き管あるいは戻り管に接続してもよく、暖房システムを構成する際の配管の自由度は高い。仕切板31の正面側は、仕切板31とは間隔を持つ着脱可能の正面板34で被覆され、正面板34を外すことにより、電気配線や内部の構成部品のメンテナンスが可能になっており、メンテナンス性がよい。
【0022】
設置に関しては、壁面等へネジ固定する仕方の他、図6に示すように熱源機1とともに架台37に設置することもできる。いずれの場合も、入口側接続口20と出口側接続口21とは、図7〜図10に示すように並行にしたり、直角方向にしたり、直線上にしたりすることができ、主配管7との配管関係に応じて自由に設定することができ、施工の自由度は高い。
【0023】
この補助熱源用加熱手段12は、熱源が電気ヒータや石油・ガスといった化石燃料を燃焼させる熱源機による暖房システムにおいて、放熱器の増設や、住宅の増改築等により負荷が増加し、熱源機の能力を超えてしまった場合にも、主配管7に導管22を接続するだけで簡単に能力不足を補うことができ、当初の熱源機を能力に合ったものに取替えなければならないといった不都合を解消することができる。
【0024】
このように、この暖房システムでは、外気温度が極めて低く、ヒートポンプによる採熱が有効でないばかりでなく、運転により圧縮機が破損するような状況では、補助熱源用加熱手段12を有効に使って圧縮機の破損を回避したうえで、補助熱源用加熱手段12による快適な暖房を、低いランニングコストで行うことができる。補助熱源用加熱手段12を熱源機1の後流(出口)側に設ける構成を採ることにより、ヒートポンプの効率の悪化を招くことなく暖房能力、バックアップ機能を向上させることができる。
【0025】
補助熱源用加熱手段12を熱源機1とは別体とし、その電源13についても熱源機1の電源6とは別にすることにより、熱源機1の小型化、機器個々の小容量化が可能になり、施工性も向上する。補助熱源用加熱手段12の運転信号を接点信号とすることにより、補助熱源用加熱手段12の駆動装置を簡易化でき装置の低コスト化を推進できる。
【0026】
【発明の効果】
この発明によれば、暖房負荷の増加による能力の不足の補完を簡易に低コストで実現できる暖房システムにおける補助加熱装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 実施の形態の暖房システムを示すシステム構成図である。
【図2】 実施の形態の暖房システムにおける制御系のブロック構成図である。
【図3】 実施の形態の暖房システムにおける補助熱源用加熱手段を示す斜視図である。
【図4】 実施の形態の暖房システムにおける補助熱源用加熱手段の分解斜視図である。
【図5】 実施の形態の暖房システムにおける補助熱源用加熱手段の主要部の斜視図である。
【図6】 実施の形態の暖房システムにおける補助熱源用加熱手段の他の設置態様を示す斜視図である。
【図7】 実施の形態の暖房システムにおける補助熱源用加熱手段の他の設置態様を示す斜視図である。
【図8】 実施の形態の暖房システムにおける補助熱源用加熱手段の他の設置態様を示す斜視図である。
【図9】 実施の形態の暖房システムにおける補助熱源用加熱手段の他の設置態様を示す斜視図である。
【図10】 実施の形態の暖房システムにおける補助熱源用加熱手段の他の設置態様を示す斜視図である。
【符号の説明】
1 熱源機、 4 熱交換器、 6 電源、 7 主配管、 9 ファンコイルユニット、 11 パネルヒータ、 12 補助熱源用加熱手段、 13 電源、 17 電気ヒータ、 18 リレー、 19 常開接点、 20 入口側接続口、 21 出口側接続口、 22 導管、 22 23 結合材、 24a 接続管、 外殻、 26 断熱材。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an auxiliary heating device in a heating system that performs heating with a hydrothermal medium using hot water.
[0002]
[Prior art]
As a heating means for heating the water heating medium, there are an electric heater, an oil and gas burning type, and a heat collecting method using a heat pump cycle. Among them, in a heating system that is also called a heat pump chiller heating system that generates a water heat medium used for heating in a heat pump cycle and sends water to an indoor radiator to perform heating, the amount of heat that can be collected in the heat pump cycle is the outside air temperature. Therefore, when the outside air temperature is low, the heating capacity is lowered and it becomes difficult to obtain the required heating atmosphere. This shortage of heat sources can be solved by providing a PTC heater in the refrigerant passage of the indoor heat exchanger or the water pipe connected to the indoor heat exchanger, or providing an auxiliary heating device with a ceramic heater in the water flow path. (For example, see Patent Document 1 and Patent Document 2). As another means, an electric heater is built in the heat pump heat source machine, and auxiliary heating is performed when the capacity of the heat pump is insufficient.
[0003]
[Patent Document 1]
JP-A-61-250462 (
[Patent Document 2]
Japanese Patent Laid-Open No. 11-170846
[Problems to be solved by the invention]
In the above-described conventional heat pump heater, since the PTC heater operates independently of the heat pump refrigerant cycle, the PTC heater operates at the start of heating even when there is sufficient capacity on the refrigerant cycle side. The running cost has soared. In addition, it is known that the efficiency of the heat pump is increased by lowering the temperature of the generated hot water. However, in the conventional technology, even when the heating load is small and sufficient heating can be performed with low-temperature water, the predetermined water temperature The water temperature must be increased by the PTC heater until the temperature reaches the value, and the efficiency is poor. In addition, when the heater is built in the heat pump heat source machine, the control of the heater is easy, but the structure of the heat pump heat source machine is complicated and the electric capacity is increased, so the workability and maintainability are poor and the cost is high. There is a problem.
[0005]
On the other hand, in a heating system with a heat source that burns fossil fuels such as electric heaters and oil / gas, the heat source does not cause a shortage of capacity due to a decrease in outside air temperature, etc. When the load increases due to expansion or renovation of a house and exceeds the capacity of the heat source machine, the shortage of capacity cannot be easily compensated, and it must be replaced with a heat source machine suitable for the capacity.
[0006]
The present invention has been made in order to solve the conventional problems, and an object of the present invention is to provide an auxiliary heating device in a heating system that can easily realize a shortage of capacity due to an increase in heating load. In addition to improving the workability and maintainability of the auxiliary heating device, it is intended to reduce the size and cost.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention relates to an auxiliary heating device for assisting the heating capability of the main heat source unit in a heating system using hot water composed of a heat source unit and one or a plurality of radiators. An electric heating means connected to the outer periphery of a heat-conductive conduit having an inlet-side connection port and an outlet-side connection port that can be connected in the middle of a radiator pipe by a bonding material made of a good thermal conductor, and a U-shaped connection tube only more pieces set along the conduit using a plurality pieces of electrical heating means connected by a fixed part made of a good heat conductor, set the temperature fuse and the automatic return type automatic cutting as overtemperature suppression means to the fixed part Adopting means that uses the automatic return type automatic cut as a control means for controlling the water temperature of the auxiliary heating device .
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The embodiment shown in FIG. 1 to FIG. 10 performs cooling and heating by a heat source side heat medium cycle constituted by a heat source unit 1 that generates and conveys a water heat medium such as an antifreeze liquid and the water heat medium supplied thereby. It is related with the heating system comprised by the utilization side cycle comprised with the indoor heat radiator to perform. As shown in FIG. 1, the heat source unit 1 includes a
[0009]
The
[0010]
The utilization side cycle is configured as a circulation system of a water heat medium by an indoor radiator connected to a
[0011]
As shown in FIG. 2, the heat source unit 1 is equipped with a
[0012]
Also, the indoor radiator is equipped with a controller and a room temperature detecting means for detecting the room temperature. By operating the controller, the flow rate control valve provided in the hydrothermal medium is moved so that the room temperature becomes the set temperature. In addition to performing feedback control, the operation information, the set temperature, and the room temperature are transmitted as control information to the control means 15 of the heat source unit 1.
[0013]
When the heating mode is set by the controller of the heat source device 1, the control means 15 switches the refrigeration cycle of the heat pump to the heating cycle, and takes in the operation information from the controller of the indoor radiator. When an operation request signal is input from any of the indoor radiators, the heat source unit 1 is controlled so that the temperature of the hydrothermal medium sent to the use-side cycle becomes a temperature at which heating is possible. When the temperature of the water heating medium does not reach a temperature at which heating is possible, the control means 15 sends a control signal for closing the
[0014]
As shown in FIGS. 3 to 5, the auxiliary heat source heating means 12 includes an inlet
[0015]
The inlet-
[0016]
The
[0017]
A
[0018]
The front side of the
[0019]
In this auxiliary heat source heating means 12, since the water heating medium and the
[0020]
Further, by restraining and fixing the
[0021]
The inlet
[0022]
Regarding installation, in addition to the method of screw-fixing to a wall surface or the like, as shown in FIG. In any case, the inlet
[0023]
This auxiliary heat source heating means 12 is a heating system that uses a heat source that burns fossil fuel such as an electric heater or oil / gas, and the load increases due to the addition of a radiator or expansion / renovation of a house. Even if the capacity is exceeded, simply connecting the
[0024]
Thus, in this heating system, not only the outside air temperature is extremely low and the heat collection by the heat pump is not effective, but also the compressor is damaged by the operation, the auxiliary heat source heating means 12 is effectively used for compression. Comfortable heating by the auxiliary heat source heating means 12 can be performed at a low running cost after avoiding damage to the machine. By adopting a configuration in which the auxiliary heat source heating means 12 is provided on the downstream (exit) side of the heat source unit 1, the heating capacity and the backup function can be improved without causing deterioration of the efficiency of the heat pump.
[0025]
By making the auxiliary heat source heating means 12 separate from the heat source unit 1 and also by making the
[0026]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to obtain an auxiliary heating device in a heating system that can easily and inexpensively complement the lack of capacity due to an increase in heating load.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a system configuration diagram illustrating a heating system according to an embodiment.
FIG. 2 is a block configuration diagram of a control system in the heating system of the embodiment.
FIG. 3 is a perspective view showing heating means for an auxiliary heat source in the heating system according to the embodiment.
FIG. 4 is an exploded perspective view of heating means for an auxiliary heat source in the heating system according to the embodiment.
FIG. 5 is a perspective view of the main part of the heating means for the auxiliary heat source in the heating system of the embodiment.
FIG. 6 is a perspective view showing another installation mode of the heating means for the auxiliary heat source in the heating system of the embodiment.
FIG. 7 is a perspective view showing another installation mode of the heating means for the auxiliary heat source in the heating system of the embodiment.
FIG. 8 is a perspective view showing another installation mode of the heating means for the auxiliary heat source in the heating system of the embodiment.
FIG. 9 is a perspective view showing another installation mode of the heating means for the auxiliary heat source in the heating system of the embodiment.
FIG. 10 is a perspective view showing another installation mode of the heating means for the auxiliary heat source in the heating system of the embodiment.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Heat source machine, 4 Heat exchanger, 6 Power supply, 7 Main piping, 9 Fan coil unit, 11 Panel heater, 12 Heating means for auxiliary heat sources, 13 Power supply, 17 Electric heater, 18 Relay, 19 Normally open contact, 20 Inlet side Connection port, 21 outlet side connection port, 22 conduit, 22 23 binding material, 24a connection pipe, outer shell, 26 heat insulating material.
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