JP4025027B2

JP4025027B2 - Hot water heating system

Info

Publication number: JP4025027B2
Application number: JP2001058588A
Authority: JP
Inventors: 洋一佐藤; 義則知久; 徹哉石井
Original assignee: Corona Corp
Current assignee: Corona Corp
Priority date: 2001-03-02
Filing date: 2001-03-02
Publication date: 2007-12-19
Anticipated expiration: 2021-03-02
Also published as: JP2002257365A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ヒートポンプを用いた暖房システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、特開平９−１０１０５９号公報には、貯湯槽の内部に熱源器と熱交換器を収容した給湯暖房システムが記載されている。このシステムでは、貯湯槽内の水が、熱源器で加温され、給湯に供される。また、熱交換器で水から熱媒に熱が受け渡され、この熱媒が暖房器に送られることにより、暖房が行われる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来のシステムでは、暖房を継続して行うには、貯湯槽内の多量の水を熱源器で加温し続けなければならず、効率が悪いという問題があった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記問題を解決するために提案されたものであり、その第１の特徴では、熱媒を加温するヒートポンプと、このヒートポンプに熱媒循環系を介して接続され、上記熱媒から熱を受け取る暖房器と、上記ヒートポンプに上記熱媒循環系を介して接続され、上記熱媒から水に熱を受け渡させる熱交換器と、この熱交換器に水循環系を介して接続された貯湯槽とを備え、上記暖房器がオフの時に、上記ヒートポンプを駆動しながら上記熱媒循環系により上記熱媒を上記ヒートポンプと上記熱交換器との間で循環させるとともに、上記水循環系により水を上記貯湯槽と上記熱交換器との間で循環させる貯湯運転を実行し、上記暖房器がオンの時は、上記ヒートポンプを駆動しながら上記熱媒循環系により上記熱媒を上記ヒートポンプと上記暖房器との間で循環させる暖房運転を実行するものに於いて、上記貯湯運転の実行時、上記熱媒を上記ヒートポンプによる成績係数が１以下にならない限界温度まで加温するとともに、上記ヒートポンプが外気から採熱するものであり、上記成績係数を、外気温と、上記熱交換器の入口での水温と、上記ヒートポンプの出口での上記熱媒の温度とに基づいて推定する。
【０００５】
本発明の第２の特徴では、上記第１の特徴の給湯暖房システムが、上記ヒートポンプの出口での上記熱媒が所定温度になるように上記ヒートポンプを仮運転し、この仮運転時の成績係数に基づいて上記限界温度を定める。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係る給湯暖房システムＳ１を示したものである。このシステムＳ１は、貯湯槽１０と、この貯湯槽１０の外部に配されたヒートポンプ２０（熱源器）と、室内の床に設置された床暖房パネル３０（暖房器）とを備えている。
【００１２】
貯湯槽１０の下側部に給水管１１が連なっている。この給水管１１から供給された水で貯湯槽１０内が満たされている。後述するように、この槽１０内の水、特に槽１０の上側部の水は、貯湯運転によって約９０℃の熱湯にされている。
【００１３】
ヒートポンプ２０は、フロンや代替フロンなどからなる冷媒を循環させながら、蒸発と凝縮を反復させるようになっている。冷媒は、蒸発時に外気から採熱し、凝縮時にヒートポンプ２０内の受熱路２１へ放熱する。
【００１４】
貯湯槽１０には、水循環系４０が接続され、ヒートポンプ２０には、熱媒循環系６０が接続され、これら循環系４０，６０どうしが熱交換器５０を介して接続されている。熱交換器５０は、水を通す伝熱管５１と、例えばプロピレングリコールからなる熱媒を通す伝熱管５２とを有している。
【００１５】
水循環系４０は、貯湯槽１０の下端（下側部）から延びて熱交換器５０の伝熱管５１に連なる往路４１と、伝熱管５１からから延びて貯湯槽１０の上端（上側部）に連なる復路４２とを有している。往路４１には、水循環ポンプ４３が設けられている。復路４２には、追焚きヒータ４４（補助ヒータ）が設けられている。
【００１６】
熱媒循環系６０は、熱交換器５０の伝熱管５２から延びてヒートポンプ１０の受熱路２１に連なる熱媒通路６１と、受熱路２１から延びて伝熱管５２に連なる熱媒通路６２とを有している。熱媒通路６１には、熱媒循環ポンプ６３が設けられている。
【００１７】
熱媒循環系６０に上記床暖房パネル３０が接続されている。すなわち、床暖房パネル３０には、放熱路３１が内蔵されている。この放熱路３１の両端に、熱媒循環系６０の熱媒通路６５，６６が連ねられている。
【００１８】
放熱路３１の上流端に連なる熱媒通路６５は、電磁三方弁６４を介して熱媒通路６２に接続されている。電磁三方弁６４を境に、通路６２は、ヒートポンプ２０側の通路部６２ａと、熱交換器５０側の通路部６２ｂとに分けられている。
【００１９】
放熱路３１の下流端から延びる熱媒通路６６は、循環ポンプ６３より熱交換器５０側の熱媒通路６１に連なっている。この連通部を境に、通路６１は、熱交換器５０側の通路部６１ａと、ヒートポンプ２０側の通路部６１ｂとに分けられている。
【００２０】
電磁三方弁６４は、例えばソレノイドオフのとき、熱媒通路６２の通路部６２ａ，６２ｂどうしを連通するとともに、通路６５を遮断するようになっている。これによって、ヒートポンプ２０の受熱路２１、通路部６２ａ，６２ｂ、熱交換器５０の伝熱管５２、通路部６１ａ，６１ｂの順に（ヒートポンプ２０と熱交換器５０との間で）熱媒が循環する循環回路が形成されるようになっている。また、電磁三方弁６４は、ソレノイドオンのとき、ヒートポンプ側通路部６２ａと通路６５とを連通するとともに、熱交換器側通路部６２ｂを遮断するようになっている。これによって、受熱路２１、通路部６２ａ、通路６５、床暖房パネル３０の放熱路３１、通路６６、通路部６１ｂの順に（ヒートポンプ２０と床暖房パネル３０との間で）熱媒が循環する循環回路が形成されるようになっている。
【００２１】
さらに、給湯暖房システムＳ１には、コントローラ７０（制御手段）が備えられている。コントローラ７０は、ヒートポンプ２０や追焚きヒータ４４、循環系４０，６０の循環ポンプ４３，６３、電磁三方弁６４などを制御することにより、貯湯運転と暖房運転を実行する。以下、コントローラ７０の制御内容を説明する。
【００２２】
貯湯運転は、床暖房パネル３０がオフの時に適宜実行される。コントローラ７０は、ヒートポンプ１０と熱媒循環ポンプ６３を駆動するとともに、電磁三方弁６４により通路部６２ａ，６２ｂを連通させる。これによって、ヒートポンプ２０と熱交換器５０との間で熱媒が循環される。この熱媒は、ヒートポンプ２０を通過する過程で加温される。また、コントローラ７０は、水循環ポンプ４３を駆動する。これによって、貯湯槽１０と熱交換器５０との間で水が循環される。すなわち、貯湯槽１０の下側部の水が熱交換器５０に導かれる。これによって、熱交換器５０において、伝熱管５２を通過中の熱媒から伝熱管５１を通過中の水への熱交換が行われ、水が加温される。さらに、コントローラ７０は、追焚きヒータ４４を駆動する。これによって、熱交換器５０で加温後の水が、追焚きヒータ４４によって更に加温され、約９０℃の熱湯にされる。そして、貯湯槽１０の上側部に戻され、貯えられる。この熱湯を、貯湯槽１０の上側部から延びる給湯管１２を介して給湯に供することができる。
【００２３】
上記貯湯運転の実行時、コントローラ７０は、ヒートポンプ２０の成績係数を、投入電力と熱出力から求める。成績係数＞１の場合は、熱媒をヒートポンプ２０によって昇温可能な所望温度（例えば約７０℃）まで温める。これによって、熱交換器５０出口（伝熱管５１の下流端）での水温を可能な限り高く（例えば約６０℃）にすることができ、ひいては追焚きヒータ４４の負担を軽減することができる。
【００２４】
一方、成績係数≦１の場合は、熱媒の加温量を下げ、成績係数＞１になるようにする（熱媒を成績係数≦１にならない限界の温度（例えば約５０℃）まで加温する）。これによって、ヒートポンプ効率を良好に維持することができる。熱媒の加温量低下分に対する水の加温は、追焚きヒータ４４で補う。
【００２５】
成績係数は、実際の投入電力と熱出力から直接求めるのに代えて、外気温と、熱交換器５０の入口（伝熱管５１の上流端）での水温と、ヒートポンプ２０の出口（受熱路２１の下流端）での熱媒温度とに基づき、予め作成しておいたテーブル（上記外気温、水温、熱媒温度に対する成績係数のデータ）を使って推定することにしてもよい。或いは、ヒートポンプ２０の出口での熱媒が上記所望温度になるようにヒートポンプ２０を予め仮運転し、この仮運転時の成績係数に基づいて上記限界温度を定めることにしてもよい。
【００２６】
上記貯湯運転は、主に深夜（例えば午前１時〜午前５時）に実行するのが望ましい。これによって、ヒートポンプ２０の電力使用量を低減できる。
【００２７】
居住者のリモコン操作やタイマ予約などにより床暖房パネル３０がオンされると、コントローラ７０は、暖房運転を実行する。すなわち、ヒートポンプ２０と熱媒循環ポンプ６３を駆動するとともに、電磁三方弁６４により通路部６２ａと通路６５を連通させる。（水循環ポンプ４３と追焚きヒータ４４は停止する。）これによって、熱媒がヒートポンプ２０と床暖房パネル３０との間で循環される。この熱媒が、ヒートポンプ２０で加温され、床暖房パネル３０に放熱する。これによって、床暖房を行うことができる。この暖房状態は、ヒートポンプ２０の小さな出力で十分に維持可能であり、上記従来システムのように貯湯槽１０内の多量の水を加温し続ける必要はない。
【００２８】
次に、本発明の他の実施形態を説明する。以下の実施形態において、既述の実施形態と重複する構成に関しては、図面に同一符号を付して説明を省略する。
図２は、本発明の第２実施形態に係る給湯暖房システムＳ２を示したものである。このシステムＳ２では、貯湯槽１０の上側部に、伝熱管からなる採熱器１３が収容されている。採熱器１３の両端は、熱媒循環系６０の熱媒通路６７，６８に連ねられている。
【００２９】
採熱器１３の上流端に連なる通路６７には、熱媒循環ポンプ９０が設けられている。通路６７は、電磁三方弁６９を介して通路６６に接続されている。この接続部を境に、通路６６が、床暖房パネル３０側の通路部６６ａと、その逆側の通路部６６ｂとに分かれている。
【００３０】
採熱器１３の下流端から延びる通路６８は、通路６５に連なっている。この連通部を境に、通路６５が、弁６４側の通路部６５ａと、床暖房パネル３０側の通路部６５ｂとに分かれている。
【００３１】
電磁三方弁６９は、例えばソレノイドオフのとき、通路部６６ａ，６６ｂどうしを連通するとともに、通路６７を遮断するようになっている。これによって、熱媒が、通路６１ｂ、受熱路２１、通路部６２ａ，６５ａ，６５ｂ、放熱路３１、通路部６６ａ，６６ｂの順に（ヒートポンプ２０と床暖房パネル３０との間で）循環する循環回路が形成されるようになっている。また、電磁三方弁６９は、ソレノイドオンのとき、通路部６６ａと通路６７を連通するとともに、通路部６６ｂを遮断するようになっている。これによって、熱媒が、通路６７、採熱器１３、通路６８、通路部６５ｂ、放熱路３１、通路部６６ａの順に（採熱器１３と床暖房パネル３０との間で）循環する循環回路が形成されるようになっている。
【００３２】
システムＳ２のコントローラ７０は、暖房運転の際、先ず、熱媒循環ポンプ９０を駆動するとともに、電磁三方弁６６により通路部６６ａと通路６７を連通させる。これによって、熱媒が、採熱器１３と床暖房パネル３０との間で循環される。この熱媒が、採熱器１３を通過する過程で、貯湯槽１０の上側部の熱湯から多量の熱を受け取ることができる。これによって、放熱路３１から多量の放熱を行うことができる。この結果、床の温度を短時間で所望のレベルまで立ち上げることができる。
【００３３】
暖房開始から所定の時間（例えば５分〜３０分）が経過した後、又は、床暖房パネル３０の出口（放熱路３１の下流端）での熱媒温度が所定（例えば５０℃）に達した後、コントローラ７０は、循環ポンプ９０を停止する一方、循環ポンプ６３を駆動し、電磁三方弁６９により通路部６６ａ，６６ｂを連通させる。これによって、熱媒がヒートポンプ２０と床暖房パネル３０との間で循環され、上記第１実施形態で述べたのと同様に、ヒートポンプ２０の小さな出力により快適な暖房状態を効率的に維持することができる。
【００３４】
図３は、本発明の第３実施形態に係る給湯暖房システムＳ３を示したものである。このシステムＳ３は、上記第２実施形態のシステムＳ２に、太陽熱集熱器８０と太陽熱放熱器１４が付加されている。集熱器８０は、屋根などの屋外に設置され、太陽熱を集熱して熱媒に与える。放熱器１４は、伝熱管にて構成され、貯湯槽１０の下側部に収容されている。
【００３５】
これら集熱器８０と放熱器１４は、熱媒循環系６０を介して接続されている。すなわち、熱媒循環系６０は、集熱器８０の下流端から延びて放熱器１４の上流端に連なる熱媒通路９１と、放熱器１４の下流端から延びて集熱器８０の上流端に連なる熱媒通路９２とを含んでいる。通路９２には、熱媒循環ポンプ９３が設けられている。
【００３６】
熱媒通路９１の中途部には、電磁三方弁９７が設けられており、この弁９７から熱媒通路９４が延びて通路部６５ｂに連なっている。通路部６５ｂは、この連通部を境に、通路部６５ａ側の通路部分６５ｃと、床暖房パネル３０側の通路部分６２ｄとに分かれている。
【００３７】
さらに、床暖房パネル３０の下流側の通路部６６ａには、電磁三方弁９８が設けられており、この弁９８から熱媒通路９５が延びて弁９７より下流の熱媒通路９１に連なっている。通路部６６ａは、弁９８を挟んで床暖房パネル３０側の通路部分６６ｃと、その反対側の通路部分６６ｄとに分かれている。
【００３８】
通路９５との連通部より下流の熱媒通路９１には、電磁三方弁９９が設けられており、この弁９９から短絡通路９６が延びて、ポンプ９３より貯湯槽１０側の熱媒通路９２に連なっている。
【００３９】
熱媒通路９１は、集熱器８０と弁９７間の通路部９１ａと、弁９７と通路９５間の通路部９１ｂと、通路９５と弁９９間の通路部９１ｃと、弁９９と貯湯槽１０間の通路部９１ｄとに分けられている。
【００４０】
電磁三方弁９７は、例えばソレノイドオフのとき、通路部９１ａ，９１ｂどうしを連通するとともに、通路９４を遮断するようになっている。また、ソレノイドオンのとき、通路部９１ａと通路９４を連通するとともに、通路部９１ｂを遮断するようになっている。
【００４１】
電磁三方弁９８は、例えばソレノイドオフのとき、通路部分６６ｃ，６６ｄどうしを連通するとともに、通路９５を遮断するようになっている。また、ソレノイドオンのとき、通路部分６６ｃと通路９５を連通するとともに、通路部分６６ｄを遮断するようになっている。
【００４２】
電磁三方弁９９は、例えばソレノイドオフのとき、通路部９１ｃ，９１ｄどうしを連通するとともに、通路９６を遮断するようになっている。また、ソレノイドオンのとき、通路部９１ｄを遮断するとともに、通路部９１ｃと通路９６を連通し、ひいては通路９１，９２どうしを通路９６を介して短絡するようになっている。
【００４３】
システムＳ３のコントローラ７０には、モード指定スイッチ７１（指定手段）が接続されている。居住者は、このスイッチ７１により、熱媒循環系６０に対して貯湯主体モードと暖房貯湯モードの一方を指定できるようになっている。
【００４４】
すなわち、春〜秋などの暖房が不要な季節には、貯湯主体モードを指定しておく。このモードでは、晴天の日中などのように、集熱器８０が太陽熱を十分集熱できる時、具体的には、温度センサ７２による集熱器８０の出口での熱媒温度が、温度センサ７４による貯湯槽１０の放熱器１４周辺での水温より十分（例えば５℃〜１０℃以上）高くなった時、コントローラ７０が、電磁三方弁９７，９９により通路部９１ａ〜９１ｄを連通させるとともに、熱媒循環ポンプ９３を駆動することにより、太陽熱利用貯湯運転を実行する。これによって、熱媒が、集熱器８０、通路部９１ａ〜９１ｄ、放熱器１４、通路９２の順に循環される（集熱器８０と放熱器１４との間で循環される）。この熱媒が、集熱器８０で太陽熱を受け取り、放熱器１４で放熱する。これによって、貯湯槽１０内の水を加温することができる。
【００４５】
なお、貯湯主体モードにおいても、床暖房パネル３０がオンされると、上記第２実施形態のシステムＳ２と同様の暖房運転が実行される。太陽熱利用貯湯運転を実行中に、床暖房パネル３０がオンされた場合には、太陽熱利用貯湯運転と暖房運転とが併行して行われることになる。
【００４６】
冬季になると、スイッチ７１によって暖房貯湯モードを指定しておく。このモードでは、晴天の日中（太陽熱を十分集熱可能な時、具体的には、集熱器８０出口での熱媒温度が、温度センサ７３による床暖房パネル３０出口での熱媒温度や貯湯槽１０の放熱器１４周辺での水温より十分高い時）になると、コントローラ７０が、太陽熱利用暖房貯湯運転を実行する。すなわち、電磁三方弁９７により通路部９１ａと通路９４を連通させ、電磁三方弁９８により通路部分６６ｃと通路９５を連通させ、電磁三方弁９９により通路部９１ｃ，９１ｄを連通させ、さらに熱媒循環ポンプ９３を駆動する。
【００４７】
これによって、熱媒が、集熱器８０、通路部９１ａ、通路９４、通路部分６５ｄ、放熱路３１、通路部分６６ｃ、通路９５、通路部９１ｃ，９１ｄ、放熱器１４、通路９２の順に循環される。この熱媒が、集熱器８０から受け取った太陽熱を放熱路３１で放熱するとともに、放熱器１４で放熱する。放熱器１４での放熱によって貯湯槽１０内の水を加温することができる。また、放熱路３１での放熱によって、床暖房パネル３０がオフになっているときでも、床暖房パネル３０を温め、暖房状態にすることができる。
【００４８】
この太陽熱利用暖房貯湯運転だけでは暖房が十分でない場合には、床暖房パネル３０をオンする。これによって、太陽熱利用暖房貯湯運転が停止され、上記システムＳ２と同様の暖房運転が実行される。すなわち、コントローラ７０が、まず、電磁三方弁９８により通路部分６６ｃ，６６ｄを連通させ、電磁三方弁６９により通路部分６６ｄと通路６７を連通させ、熱媒循環ポンプ９０を駆動する。
【００４９】
これによって、熱媒が、通路６７、採熱器１３、通路６８、通路部分６５ｃ，６５ｄ、放熱路３１、通路部分６６ｃ，６６ｄの順に循環される。この熱媒が貯湯槽１０で採熱し、床暖房パネル３０で放熱する。床暖房パネル３０は、太陽熱利用暖房貯湯運転によって既に温められているので、より短い時間で快適な暖房状態にすることができる。
【００５０】
その後、コントローラ７０は、熱媒循環ポンプ９０を停止し、電磁三方弁６４により通路部６２ａ，６５ａを連通させ、電磁三方弁９８により通路部分６６ｃ，６６ｄを連通させ、電磁三方弁６９により通路部６６ａ，６６ｂを連通させ、さらに、ヒートポンプ２０と熱媒循環ポンプ４３を駆動する。これによって、熱媒が、通路部６１ｂ、受熱路２１、通路部６２ａ，６５ａ，通路部分６５ｃ，６５ｄ、放熱路３１、通路部分６６ｃ，６６ｄ、通路部６６ｂの順に循環される。この熱媒を介してヒートポンプ２０から床暖房パネル３０に熱が供給され、快適な暖房状態が維持される。
【００５１】
なお、暖房貯湯モードでも、貯湯主体モードと同様に、上記暖房運転と併行して、集熱器８０と放熱器１４との間で熱媒を循環させ、太陽熱利用貯湯運転を実行する場合がある。
【００５２】
暖房運転を停止している時において、集熱器８０が床暖房パネル３０より十分高温でない場合には、熱媒を集熱器８０と放熱器１４との間だけで循環させ、床暖房パネル３０をパスする。
【００５３】
一方、集熱器８０が貯湯槽１０より十分高温でない時には、熱媒を集熱器８０と床暖房パネル３０との間だけで循環させ、放熱器１４をパスする。すなわち、弁９７で通路部９１ａと通路９４を連通させ、弁９８で通路部分６６ｃと通路９５を連通させ、弁９９で通路部９１ｃと通路９６を連通させ、循環ポンプ９３を駆動することにより、熱媒を、通路９２、集熱器８０、通路部９１ａ、通路９４、通路部分６５ｄ、放熱路３１、通路部分６６ｃ、通路９５、通路部９１ｃ、通路９６の順に循環させる。
【００５４】
集熱器８０が、貯湯槽１０及び床暖房パネル３０の何れよりも十分高温でない時には、熱媒循環ポンプ９３が停止される。
【００５５】
深夜には、貯湯主体モード及び暖房貯湯モードの何れにおいても、第１実施形態で述べたのと同様の貯湯運転が実行される。なお、このシステムＳ３では、水循環系４０の往路４１の上流端が、貯湯槽１０における放熱器１４より上に配されている。したがって、貯湯運転によって、貯湯槽１０内の水は、放熱器１４より上側では熱湯になるが、放熱器１４の周りでは低温のまま維持される。これによって、明くる日の日中、太陽熱で貯湯する際に、放熱器１４での熱媒の放熱効率を高めることができ、ひいては、集熱器８０に入る熱媒を低温にして太陽熱集熱効率を高くすることができる。
【００５６】
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の改変が可能である。
例えば、熱源器として、超臨界領域で凝縮する物質（二酸化炭素など）を冷媒とするヒートポンプを用いてもよい。そうすると、熱媒のヒートポンプ出口温度を高温にすることができる。
システムＳ３において、モード指定スイッチ７１をリモコン操作装置に設け、スイッチング情報が無線でコントローラ７０に送られるようにしてもよい。さらに、指定手段が、モードを季節や気温などに応じて自動的に指定するようになっていてもよい。
【００５７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ヒートポンプを効率的に駆動でき、経済的に貯湯でき、またヒートポンプの成績係数を簡単に定めることができる。本発明の第２によれば、成績係数が１以下にならない限界温度を簡単に定めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る給湯暖房システムの概略構成図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係る給湯暖房システムの概略構成図である。
【図３】本発明の第３実施形態に係る給湯暖房システムの概略構成図である。
【符号の説明】
Ｓ１〜Ｓ３給湯暖房システム
１０貯湯槽
１３採熱器
１４放熱器
２０ヒートポンプ（熱源器）
３０床暖房パネル（暖房器）
４０水循環系
４２復路
４４追焚きヒータ（補助ヒータ）
５０熱交換器
６０熱媒循環系
７１モード指定スイッチ（指定手段）[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a heating system using a heat pump.
[0002]
[Prior art]
For example, Japanese Patent Laid-Open No. 9-101059 discloses a hot water supply / heating system in which a heat source and a heat exchanger are accommodated in a hot water storage tank. In this system, water in the hot water tank is heated by a heat source device and supplied to hot water. Further, heat is transferred from the water to the heat medium by the heat exchanger, and the heat medium is sent to the heater to perform heating.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional system described above, in order to continue heating, a large amount of water in the hot water storage tank must be continuously heated by a heat source device, which has a problem that efficiency is poor.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
The present invention has been proposed in order to solve the above-described problem. In the first feature, the heat pump is connected to the heat pump via a heat medium circulation system, and the heat medium is heated. A heater that receives heat from the heat pump , a heat exchanger that is connected to the heat pump via the heat medium circulation system, and that transfers heat from the heat medium to water, and is connected to the heat exchanger via a water circulation system. and a hot water storage tank, when the heater is off, the heating medium by the heat medium circulation system while driving the heat pump with circulating between the heat pump and the heat exchanger by the water circulation system water running hot water storage operation for circulating between the hot water tank and the heat exchanger, when the heater is on, and the heat pump to the heating medium by the heat medium circulation system while driving the heat pump the above In those performing the heating operation to be circulated between the tufts unit, during the execution of the hot water storage operation, with the heating medium coefficient of performance by the heat pump to heat up to the limit temperature that does not become less than 1, the heat pump Heat is collected from outside air, and the coefficient of performance is estimated based on the outside air temperature, the water temperature at the inlet of the heat exchanger, and the temperature of the heat medium at the outlet of the heat pump.
[0005]
In the second feature of the present invention, the hot water supply and heating system according to the first feature performs a temporary operation of the heat pump so that the heat medium at the outlet of the heat pump has a predetermined temperature, and a coefficient of performance during the temporary operation. Based on the above, the above limit temperature is determined.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a hot water supply and heating system S1 according to the first embodiment of the present invention. The system S1 includes a hot water tank 10, a heat pump 20 (heat source device) disposed outside the hot water tank 10, and a floor heating panel 30 (heater) installed on the floor of the room.
[0012]
A water supply pipe 11 is connected to the lower side of the hot water tank 10. The hot water tank 10 is filled with water supplied from the water supply pipe 11. As will be described later, the water in the tank 10, particularly the water on the upper side of the tank 10, is heated to about 90 ° C. by hot water storage operation.
[0013]
The heat pump 20 repeats evaporation and condensation while circulating a refrigerant made of chlorofluorocarbon or alternative chlorofluorocarbon. The refrigerant collects heat from the outside air during evaporation and dissipates heat to the heat receiving path 21 in the heat pump 20 during condensation.
[0014]
A water circulation system 40 is connected to the hot water tank 10, a heat medium circulation system 60 is connected to the heat pump 20, and the circulation systems 40, 60 are connected to each other via a heat exchanger 50. The heat exchanger 50 includes a heat transfer tube 51 through which water passes and a heat transfer tube 52 through which a heat medium made of, for example, propylene glycol passes.
[0015]
The water circulation system 40 extends from the lower end (lower side) of the hot water storage tank 10 and continues to the heat transfer pipe 51 of the heat exchanger 50, and extends from the heat transfer pipe 51 to the upper end (upper side) of the hot water storage tank 10. And a return path 42. A water circulation pump 43 is provided in the forward path 41. The return path 42 is provided with a follow-up heater 44 (auxiliary heater).
[0016]
The heat medium circulation system 60 has a heat medium passage 61 extending from the heat transfer pipe 52 of the heat exchanger 50 and continuing to the heat receiving path 21 of the heat pump 10, and a heat medium passage 62 extending from the heat receiving path 21 and continuing to the heat transfer pipe 52. is doing. A heat medium circulation pump 63 is provided in the heat medium passage 61.
[0017]
The floor heating panel 30 is connected to the heat medium circulation system 60. That is, the floor heating panel 30 incorporates a heat radiation path 31. Heat medium passages 65 and 66 of the heat medium circulation system 60 are connected to both ends of the heat radiation path 31.
[0018]
The heat medium passage 65 connected to the upstream end of the heat radiation path 31 is connected to the heat medium passage 62 via an electromagnetic three-way valve 64. With the electromagnetic three-way valve 64 as a boundary, the passage 62 is divided into a passage portion 62a on the heat pump 20 side and a passage portion 62b on the heat exchanger 50 side.
[0019]
The heat medium passage 66 extending from the downstream end of the heat radiation path 31 is connected to the heat medium passage 61 on the heat exchanger 50 side from the circulation pump 63. The passage 61 is divided into a passage portion 61a on the heat exchanger 50 side and a passage portion 61b on the heat pump 20 side with this communication portion as a boundary.
[0020]
The electromagnetic three-way valve 64 communicates the passage portions 62a and 62b of the heat medium passage 62 and blocks the passage 65 when the solenoid is off, for example. Thus, the heat medium circulates in the order of the heat receiving path 21 of the heat pump 20, the passage portions 62a and 62b, the heat transfer pipe 52 of the heat exchanger 50, and the passage portions 61a and 61b (between the heat pump 20 and the heat exchanger 50). A circulation circuit is formed. In addition, when the solenoid is on, the electromagnetic three-way valve 64 communicates the heat pump side passage portion 62a and the passage 65 and blocks the heat exchanger side passage portion 62b. Thereby, the circulation in which the heat medium circulates (in the order of the heat pump 20 and the floor heating panel 30) in the order of the heat receiving path 21, the passage portion 62a, the passage 65, the heat radiation path 31, the passage 66, and the passage portion 61b of the floor heating panel 30. A circuit is formed.
[0021]
Further, the hot water supply / heating system S1 is provided with a controller 70 (control means). The controller 70 performs the hot water storage operation and the heating operation by controlling the heat pump 20, the reheating heater 44, the circulation pumps 43 and 63 of the circulation systems 40 and 60, the electromagnetic three-way valve 64, and the like. Hereinafter, the control content of the controller 70 will be described.
[0022]
The hot water storage operation is appropriately executed when the floor heating panel 30 is off. The controller 70 drives the heat pump 10 and the heat medium circulation pump 63 and makes the passage portions 62 a and 62 b communicate with each other by the electromagnetic three-way valve 64. Thereby, the heat medium is circulated between the heat pump 20 and the heat exchanger 50. This heat medium is heated in the process of passing through the heat pump 20. In addition, the controller 70 drives the water circulation pump 43. Thereby, water is circulated between the hot water tank 10 and the heat exchanger 50. That is, the water on the lower side of the hot water tank 10 is guided to the heat exchanger 50. Thereby, in the heat exchanger 50, heat exchange from the heat medium passing through the heat transfer tube 52 to the water passing through the heat transfer tube 51 is performed, and the water is heated. Further, the controller 70 drives the tracking heater 44. As a result, the water heated by the heat exchanger 50 is further heated by the reheating heater 44 to be heated to about 90 ° C. And it returns to the upper part of the hot water tank 10, and is stored. This hot water can be supplied to hot water via a hot water supply pipe 12 extending from the upper side of the hot water tank 10.
[0023]
When executing the hot water storage operation, the controller 70 obtains the coefficient of performance of the heat pump 20 from the input power and the heat output. When the coefficient of performance> 1, the heat medium is heated to a desired temperature (for example, about 70 ° C.) at which the heat pump 20 can raise the temperature. Thereby, the water temperature at the outlet of the heat exchanger 50 (the downstream end of the heat transfer pipe 51) can be made as high as possible (for example, about 60 ° C.), and the burden on the reheating heater 44 can be reduced.
[0024]
On the other hand, if the coefficient of performance is ≦ 1, the heating medium heating amount is decreased so that the coefficient of performance is> 1 (the heating medium is heated to a limit temperature (for example, about 50 ° C.) that does not satisfy the coefficient of performance ≦ 1). To do). Thereby, heat pump efficiency can be maintained satisfactorily. The heating heater 44 supplements the heating of the water with respect to the decrease in the heating medium heating amount.
[0025]
The coefficient of performance is not obtained directly from the actual input power and heat output, but the outside air temperature, the water temperature at the inlet of the heat exchanger 50 (upstream end of the heat transfer pipe 51), and the outlet of the heat pump 20 (heat receiving path 21). Based on the heat medium temperature at the downstream end), it may be estimated using a table prepared beforehand (the above-mentioned data of coefficient of performance with respect to the outside air temperature, water temperature, and heat medium temperature). Alternatively, the heat pump 20 may be provisionally operated in advance so that the heat medium at the outlet of the heat pump 20 reaches the desired temperature, and the limit temperature may be determined based on the coefficient of performance during the provisional operation.
[0026]
The hot water storage operation is desirably performed mainly at midnight (for example, 1 am to 5 am). Thereby, the electric power consumption of the heat pump 20 can be reduced.
[0027]
When the floor heating panel 30 is turned on by a resident's remote control operation or timer reservation, the controller 70 performs the heating operation. That is, the heat pump 20 and the heat medium circulation pump 63 are driven, and the passage portion 62a and the passage 65 are communicated by the electromagnetic three-way valve 64. (The water circulation pump 43 and the reheating heater 44 are stopped.) Thereby, the heat medium is circulated between the heat pump 20 and the floor heating panel 30. This heat medium is heated by the heat pump 20 and radiates heat to the floor heating panel 30. Thereby, floor heating can be performed. This heating state can be sufficiently maintained with a small output of the heat pump 20, and it is not necessary to continue heating a large amount of water in the hot water storage tank 10 as in the conventional system.
[0028]
Next, another embodiment of the present invention will be described. In the following embodiments, the same reference numerals are given to the drawings for the same configurations as those of the above-described embodiments, and the description thereof is omitted.
FIG. 2 shows a hot water supply / heating system S2 according to the second embodiment of the present invention. In this system S <b> 2, a heat collector 13 made of a heat transfer tube is accommodated in the upper portion of the hot water tank 10. Both ends of the heat collector 13 are connected to heat medium passages 67 and 68 of the heat medium circulation system 60.
[0029]
A heat medium circulation pump 90 is provided in the passage 67 connected to the upstream end of the heat collector 13. The passage 67 is connected to the passage 66 via an electromagnetic three-way valve 69. The passage 66 is divided into a passage portion 66a on the floor heating panel 30 side and a passage portion 66b on the opposite side, with this connecting portion as a boundary.
[0030]
A passage 68 extending from the downstream end of the heat collector 13 is continuous with the passage 65. The passage 65 is divided into a passage portion 65a on the valve 64 side and a passage portion 65b on the floor heating panel 30 side with this communication portion as a boundary.
[0031]
For example, when the solenoid is off, the electromagnetic three-way valve 69 communicates the passage portions 66a and 66b and blocks the passage 67. Thereby, the circulation circuit in which the heat medium circulates in the order of the passage 61b, the heat receiving passage 21, the passage portions 62a, 65a, 65b, the heat radiation passage 31, and the passage portions 66a, 66b (between the heat pump 20 and the floor heating panel 30). Is to be formed. Further, when the solenoid is on, the electromagnetic three-way valve 69 communicates the passage portion 66a and the passage 67 and blocks the passage portion 66b. Accordingly, the circulation circuit in which the heat medium circulates in the order of the passage 67, the heat collector 13, the passage 68, the passage portion 65b, the heat radiation passage 31, and the passage portion 66a (between the heat collector 13 and the floor heating panel 30). Is to be formed.
[0032]
During the heating operation, the controller 70 of the system S2 first drives the heat medium circulation pump 90 and causes the passage portion 66a and the passage 67 to communicate with each other by the electromagnetic three-way valve 66. As a result, the heat medium is circulated between the heat collector 13 and the floor heating panel 30. A large amount of heat can be received from the hot water in the upper portion of the hot water storage tank 10 in the process of passing through the heat collector 13. Thereby, a large amount of heat can be radiated from the heat radiation path 31. As a result, the floor temperature can be raised to a desired level in a short time.
[0033]
After a predetermined time (for example, 5 to 30 minutes) has elapsed since the start of heating, or the heat medium temperature at the outlet of the floor heating panel 30 (downstream end of the heat radiation path 31) has reached a predetermined (for example, 50 ° C.). After that, the controller 70 stops the circulation pump 90 while driving the circulation pump 63 and causes the passage portions 66a and 66b to communicate with each other by the electromagnetic three-way valve 69. As a result, the heat medium is circulated between the heat pump 20 and the floor heating panel 30, and the comfortable heating state is efficiently maintained by the small output of the heat pump 20 as described in the first embodiment. Can do.
[0034]
FIG. 3 shows a hot water supply / heating system S3 according to a third embodiment of the present invention. In this system S3, a solar heat collector 80 and a solar heat radiator 14 are added to the system S2 of the second embodiment. The heat collector 80 is installed outdoors such as a roof, collects solar heat, and gives it to the heat medium. The radiator 14 is configured by a heat transfer tube and is accommodated in the lower side portion of the hot water storage tank 10.
[0035]
The heat collector 80 and the radiator 14 are connected via a heat medium circulation system 60. That is, the heat medium circulation system 60 extends from the downstream end of the heat collector 80 and continues to the upstream end of the radiator 14, and extends from the downstream end of the radiator 14 to the upstream end of the heat collector 80. And a continuous heat medium passage 92. A heat medium circulation pump 93 is provided in the passage 92.
[0036]
An electromagnetic three-way valve 97 is provided in the middle of the heat medium passage 91, and a heat medium passage 94 extends from the valve 97 and continues to the passage portion 65 b. The passage portion 65b is divided into a passage portion 65c on the passage portion 65a side and a passage portion 62d on the floor heating panel 30 side with this communication portion as a boundary.
[0037]
Further, an electromagnetic three-way valve 98 is provided in the passage portion 66 a on the downstream side of the floor heating panel 30, and a heat medium passage 95 extends from the valve 98 and continues to the heat medium passage 91 downstream from the valve 97. . The passage portion 66a is divided into a passage portion 66c on the floor heating panel 30 side and a passage portion 66d on the opposite side with the valve 98 interposed therebetween.
[0038]
An electromagnetic three-way valve 99 is provided in the heat medium passage 91 downstream from the communication portion with the passage 95, and a short-circuit passage 96 extends from the valve 99, and is connected to the heat medium passage 92 on the hot water tank 10 side from the pump 93. It is lined up.
[0039]
The heat medium passage 91 includes a passage portion 91 a between the heat collector 80 and the valve 97, a passage portion 91 b between the valve 97 and the passage 95, a passage portion 91 c between the passage 95 and the valve 99, the valve 99 and the hot water tank 10. It is divided into a passage portion 91d.
[0040]
For example, when the solenoid is off, the electromagnetic three-way valve 97 communicates the passage portions 91a and 91b and blocks the passage 94. When the solenoid is on, the passage portion 91a and the passage 94 are communicated with each other and the passage portion 91b is blocked.
[0041]
For example, when the solenoid is off, the electromagnetic three-way valve 98 communicates the passage portions 66c and 66d and blocks the passage 95. Further, when the solenoid is on, the passage portion 66c and the passage 95 are communicated with each other, and the passage portion 66d is blocked.
[0042]
For example, when the solenoid is off, the electromagnetic three-way valve 99 communicates the passage portions 91c and 91d and blocks the passage 96. Further, when the solenoid is on, the passage portion 91d is shut off, the passage portion 91c and the passage 96 are communicated, and as a result, the passages 91 and 92 are short-circuited via the passage 96.
[0043]
A mode designation switch 71 (designation means) is connected to the controller 70 of the system S3. The resident can designate one of the hot water storage main mode and the heating hot water storage mode with respect to the heat medium circulation system 60 by the switch 71.
[0044]
That is, the hot water storage main mode is designated in the season when heating is not required such as spring to autumn. In this mode, when the heat collector 80 can sufficiently collect solar heat, such as during daylight weather, specifically, the temperature of the heat medium at the outlet of the heat collector 80 by the temperature sensor 72 is the temperature sensor. When the controller 70 is sufficiently higher (for example, 5 ° C. to 10 ° C. or more) than the water temperature around the radiator 14 of the hot water storage tank 10 by 74, the controller 70 communicates the passage portions 91a to 91d with the electromagnetic three-way valves 97 and 99, By driving the heat-medium circulation pump 93, a solar heat utilizing hot water storage operation is executed. Thus, the heat medium is circulated in the order of the heat collector 80, the passage portions 91a to 91d, the radiator 14, and the passage 92 (circulated between the heat collector 80 and the radiator 14). This heat medium receives solar heat at the heat collector 80 and radiates heat at the radiator 14. Thereby, the water in the hot water tank 10 can be heated.
[0045]
Even in the hot water storage main mode, when the floor heating panel 30 is turned on, the heating operation similar to the system S2 of the second embodiment is performed. When the floor heating panel 30 is turned on during the execution of the solar heat using hot water storage operation, the solar heat using hot water storage operation and the heating operation are performed in parallel.
[0046]
In the winter season, the hot water storage mode is designated by the switch 71. In this mode, during sunny days (when solar heat can be collected sufficiently, specifically, the heat medium temperature at the outlet of the heat collector 80 is the temperature of the heat medium at the outlet of the floor heating panel 30 by the temperature sensor 73) When the temperature is sufficiently higher than the water temperature in the vicinity of the radiator 14 of the hot water storage tank 10), the controller 70 executes a solar-powered heating hot water storage operation. That is, the passage portion 91a and the passage 94 are communicated by the electromagnetic three-way valve 97, the passage portion 66c and the passage 95 are communicated by the electromagnetic three-way valve 98, the passage portions 91c and 91d are communicated by the electromagnetic three-way valve 99, and the heat medium is circulated. The pump 93 is driven.
[0047]
Accordingly, the heat medium is circulated in the order of the heat collector 80, the passage portion 91a, the passage 94, the passage portion 65d, the heat radiation path 31, the passage portion 66c, the passage 95, the passage portions 91c and 91d, the heat radiator 14, and the passage 92. The This heat medium radiates the solar heat received from the heat collector 80 through the heat radiating path 31 and radiates the heat from the heat radiator 14. The water in the hot water tank 10 can be heated by the heat radiation from the radiator 14. Moreover, even when the floor heating panel 30 is turned off by heat radiation in the heat radiation path 31, the floor heating panel 30 can be warmed to be in a heating state.
[0048]
When heating is not sufficient only by this solar heat utilization heating hot water storage operation, the floor heating panel 30 is turned on. As a result, the solar-heating-use heating and hot water storage operation is stopped, and the heating operation similar to that of the system S2 is executed. That is, the controller 70 first connects the passage portions 66 c and 66 d by the electromagnetic three-way valve 98, and connects the passage portion 66 d and the passage 67 by the electromagnetic three-way valve 69 to drive the heat medium circulation pump 90.
[0049]
Accordingly, the heat medium is circulated in the order of the passage 67, the heat collector 13, the passage 68, the passage portions 65c and 65d, the heat radiation passage 31, and the passage portions 66c and 66d. The heat medium collects heat in the hot water storage tank 10 and dissipates heat in the floor heating panel 30. Since the floor heating panel 30 has already been heated by the solar-heat-use heating hot water storage operation, it can be brought into a comfortable heating state in a shorter time.
[0050]
Thereafter, the controller 70 stops the heat medium circulation pump 90, communicates the passage portions 62 a, 65 a with the electromagnetic three-way valve 64, communicates the passage portions 66 c, 66 d with the electromagnetic three-way valve 98, and passes the passage portion with the electromagnetic three-way valve 69. 66a and 66b are communicated, and the heat pump 20 and the heat medium circulation pump 43 are driven. Thus, the heat medium is circulated in the order of the passage portion 61b, the heat receiving passage 21, the passage portions 62a and 65a, the passage portions 65c and 65d, the heat radiation passage 31, the passage portions 66c and 66d, and the passage portion 66b. Heat is supplied from the heat pump 20 to the floor heating panel 30 via this heat medium, and a comfortable heating state is maintained.
[0051]
In the heating hot water storage mode, as in the hot water storage main mode, there is a case where the heat medium is circulated between the heat collector 80 and the radiator 14 in parallel with the heating operation to execute the solar heat utilizing hot water storage operation. .
[0052]
When the heat collector 80 is not sufficiently hotter than the floor heating panel 30 when the heating operation is stopped, the heat medium is circulated only between the heat collector 80 and the radiator 14, and the floor heating panel 30. Pass.
[0053]
On the other hand, when the heat collector 80 is not sufficiently hotter than the hot water tank 10, the heat medium is circulated only between the heat collector 80 and the floor heating panel 30 to pass the radiator 14. That is, the passage portion 91a and the passage 94 are communicated by the valve 97, the passage portion 66c and the passage 95 are communicated by the valve 98, the passage portion 91c and the passage 96 are communicated by the valve 99, and the circulation pump 93 is driven. The heat medium is circulated in the order of the passage 92, the heat collector 80, the passage portion 91a, the passage 94, the passage portion 65d, the heat radiation passage 31, the passage portion 66c, the passage 95, the passage portion 91c, and the passage 96.
[0054]
When the heat collector 80 is not sufficiently hotter than either the hot water tank 10 or the floor heating panel 30, the heat medium circulation pump 93 is stopped.
[0055]
At midnight, the hot water storage operation similar to that described in the first embodiment is executed in both the hot water storage main mode and the heating hot water storage mode. In this system S 3, the upstream end of the forward path 41 of the water circulation system 40 is disposed above the radiator 14 in the hot water storage tank 10. Therefore, by the hot water storage operation, the water in the hot water storage tank 10 becomes hot water above the radiator 14, but is maintained at a low temperature around the radiator 14. As a result, when storing hot water with solar heat during the day tomorrow, the heat dissipation efficiency of the heat medium in the radiator 14 can be increased. As a result, the heat medium entering the heat collector 80 is lowered to increase the solar heat collection efficiency. can do.
[0056]
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made.
For example, a heat pump that uses a substance (such as carbon dioxide) that condenses in the supercritical region as a refrigerant may be used as the heat source. Then, the heat pump outlet temperature of the heat medium can be increased.
In the system S3, the mode designation switch 71 may be provided in the remote control device so that the switching information is transmitted to the controller 70 wirelessly. Furthermore, the designation means may automatically designate the mode according to the season, temperature, or the like.
[0057]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention , the heat pump can be driven efficiently, the hot water can be stored economically, and the coefficient of performance of the heat pump can be easily determined. According to the second aspect of the present invention, the limit temperature at which the coefficient of performance does not become 1 or less can be easily determined.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a hot water supply / heating system according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a hot water supply / heating system according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a schematic configuration diagram of a hot water supply / heating system according to a third embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
S1 to S3 Hot water supply and heating system 10 Hot water storage tank 13 Heat collector 14 Radiator 20 Heat pump (heat source device)
30 Floor heating panel (heater)
40 Water circulation system 42 Return path 44 Reheating heater (auxiliary heater)
50 Heat exchanger 60 Heat medium circulation system 71 Mode designation switch (designation means)

Claims

A heat pump for heating the heating medium, the heat pump is connected via a heating medium circulation system, a heater receiving heat from the heat medium, it is connected via the heating medium circulating system to the heat pump, the heat medium A heat exchanger that transfers heat from the water to the water and a hot water storage tank connected to the heat exchanger via a water circulation system, and the heat medium circulation while driving the heat pump when the heater is off. The heating medium is circulated between the heat pump and the heat exchanger by a system, and a hot water storage operation is performed in which water is circulated between the hot water tank and the heat exchanger by the water circulation system. when There when on, in the one that executes the heating operation circulates between the heat pump and the heater of the heating medium by the heat medium circulation system while driving the heat pump, the execution of the hot water storage operation The heating medium is heated to a limit temperature at which the coefficient of performance by the heat pump does not become 1 or less, and the heat pump collects heat from the outside air. The coefficient of performance is measured at the outside temperature and the inlet of the heat exchanger. It estimates based on the water temperature of this, and the temperature of the said heat medium in the exit of the said heat pump, The hot-water supply heating system characterized by the above-mentioned .

The hot water heater according to claim 1, wherein the heat pump is temporarily operated so that the heat medium at the outlet of the heat pump reaches a predetermined temperature, and the limit temperature is determined based on a coefficient of performance during the temporary operation. system.