JP4517556B2 - Heat pump heating system - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ヒートポンプユニットにて熱交換媒体となる流体を加熱し、その流体を住居内に流通させて居室等を暖房するヒートポンプ式暖房装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
図7は、従来の床暖房配管8の配設状態を示す住居の平面図である。居室の暖房を得るため、屋外に置かれたヒートポンプユニット1で熱交換媒体となる不凍液等の流体を加熱し、その流体を屋内に引き込み、居室の床材下に配設した床暖房配管8内を循環させ、床材からの熱伝達と床面からの輻射熱により室内の暖房を行っている。
【0003】
そして、このような床暖房は、人体が直接床材に触れても快適な暖房感が得られるよう、流体を熱く感じない60℃程度の温度で供給し、冷たく感じない40℃程度の温度で戻ってくるよう、温度と流量をコントロールしている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、従来の暖房装置は、流体を加熱して充分な熱量を与えて供給しているにも係わらず、その与えた熱量を充分に放熱させてしまうと流体が冷たくなって冷感を与えてしまうので、冷たくならないうちに戻す。いわば、与えた熱量の一部だけを使って(放熱させて)は戻し、再加熱しながら暖房を行っている状況である。
【0005】
そこで発明者らは、この与えた熱量を有効利用するという点に着目して本発明を考案した。よって本発明の目的は、流体に与えた熱量を充分に有効利用できるヒートポンプ式暖房装置を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明では以下の技術的手段を採用する。
【0007】
請求項1記載の発明では、住居内を主暖房区域(A1)と従暖房区域(A2)とに分類し、ヒートポンプユニット(1)で加熱された流体が主暖房区域(A1)に流通して放熱により暖房を行った後、従暖房区域(A2)を流通してからヒートポンプユニット(1)へ戻る流路を構成するヒートポンプ式暖房装置において、
主暖房区域(A1)をなす居室の床材裏側に配される第1の配管(8a)と、従暖房区域(A2)をなす居室下の床下(U)に第1の配管(8a)よりも下方に配される第2の配管(8b)と、を備えることを特徴とする。
【0008】
これは、住居内を、所望の暖房状態にコントロールしたい居室を主暖房区域(A1)とし、暖房状態をコントロールできないまでも、主暖房区域(A1)の暖房効果を高めるのに効果がある床下(U)を従暖房区域(A2)としている。
【0009】
そして、主暖房区域(A1)である居室の床材裏側を流通して一部の熱量を放熱しただけの流体を従暖房区域(A2)である床下(U)に流通させ、残っている熱量を放熱させることで出来る限りの暖房をしようというものである。これにより、流体に与えた熱量を充分に有効利用する暖房装置とすることができる。これは、主暖房区域(A1)とした居室の下の床下(U)を、主暖房区域(A1)の暖房効果を高めるのに効果がある場所として、残り熱量での暖房を行うものである。
【0014】
これにより、従来、床材の裏側に床暖房配管を配設して加熱した流体を流通させて床暖房した場合、断熱材を用いているとはいえ床下側にも放熱して居室の暖房効率を落としていたが、居室の床材裏側に配される第1の配管(8a)を通った後の流体が、居室下の床下(U)に配される第2の配管(8b)を通るときに床下に対して放熱が行われる。このように床下を残り熱量での暖房することにより、居室の床材裏側の第1の配管(8a)から床下側への放熱量が減り、居室の暖房効率を良くすることができる。この結果、従来より流体の流量を絞っても、同等の暖房ができることとなる。
【0016】
上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【0017】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態を、図面に基づき説明する。
【0018】
(第1実施形態)
図1は、本発明の一実施形態におけるヒートポンプ式暖房装置の模式図である。不凍液等のブラインを加熱して(本実施形態では約60℃)床暖房等を行う超臨界ヒートポンプサイクルである。尚、超臨界ヒートポンプサイクル(以下、ヒートポンプと略す)とは、高圧側の冷媒圧力が冷媒の臨界圧力以上となるヒートポンプサイクルを言い、例えば二酸化炭素、エチレン、エタン、酸化窒素等を冷媒とするヒートポンプサイクルである。
【0019】
2は冷媒(本実施形態では二酸化炭素)を吸入圧縮する圧縮機であり、この圧縮機2は、冷媒を吸入圧縮する圧縮機構(図示せず)と、その圧縮機構を駆動する電動モータ(図示せず)とが一体となった電動圧縮機である。3は圧縮機2から吐出する冷媒と、不凍液等のブラインと熱交換する熱交換器である。
【0020】
4は熱交換器3から流出する冷媒を減圧する電気式膨張弁(減圧器)であり、5は電気式膨張弁4から流出する冷媒を蒸発させて大気中の熱を冷媒に吸収させると共に、アキュームレータ6(圧縮機2の吸入側)に向けて冷媒を流出する蒸発器である。5aは蒸発器5に空気(外気)を送風すると共に、その送風量を調節することができる送風機である。
【0021】
6は、蒸発器5から流出する冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離して、気相冷媒を圧縮機2の吸入側に流出すると共に、ヒートポンプ中の余剰冷媒を蓄えるアキュームレータである。
【0022】
7はブラインを熱交換器3へ供給する(循環させる)と共に、そのブライン量を調節する電動ポンプ(以下、ポンプと略す。)である。熱交換器3へ供給されたブラインは、ブライン用加熱部である第2チューブ3bにて、冷媒放熱器である第1チューブ3aと熱交換して加熱される。8はその加熱されたブラインを熱源とする床暖房配管(放熱器)であり、ブラインの流れに対して直列に配設されている。
【0023】
そして、熱交換器3から流出する冷媒の温度を検出する冷媒温度センサ、熱交換器3に流入するブラインの温度を検出する流入ブライン温度センサ、熱交換器3から流出するブラインの温度を検出する流出ブライン温度センサ等の図示しない各センサの検出信号は、同じく図示しない電子制御装置(ECU)に入力されている。
【0024】
そして先の圧縮機2、電気式膨張弁4、送風機5a、及びポンプ7は、これら図示しない各センサの検出信号に基づき、同じく図示しないECUにより制御されている。
【0025】
図2は、本発明の第1実施形態における床暖房配管8の流路を示す住居の平面図である。住居内を主暖房区域A1と従暖房区域A2とに分類し、ヒートポンプユニット1で加熱された流体が主暖房区域A1に流通して放熱により暖房を行った後、従暖房区域A2を流通してからヒートポンプユニット1へ戻る流路としている。
【0026】
図3は、ヒートポンプの動作状態を示すP−h線図である。図中の破線四角(a→b→c→d→a)が図7に示すような従来の床暖房配管8の流路での流体を加熱する時のサイクルであり、実線四角(a→b→e→f→a)が本発明の床暖房配管8の流路での流体を加熱する時のサイクルである。
【0027】
図形の違いからも分かるように、同じ動力Lを掛けて加熱した冷媒(a点→b点)で、従来はQ1だけの熱量を流体に与えて(b点→c点)運転していたのに対して、本発明では流体が従暖房区域A2でも放熱して冷えて戻ってくるため(例えば、従来40℃位だったものが20℃位になった場合)、Q2だけの熱量を流体に与えて(b点→e点)運転することとなり、運転効率も向上する。
【0028】
これは住居内を、所望の暖房状態にコントロールしたい場所を主暖房区域A1とし、暖房状態をコントロールできないまでも、寒くない・冷たくないことで快適性を得られる場所、0℃以上であれば暖房効果を発揮する場所、及び主暖房区域A1の暖房効果を高めるのに効果がある場所等を従暖房区域A2としている。
【0029】
そして、主暖房区域A1を流通して一部の熱量を放熱しただけの流体を従暖房区域A2に流通させ、残っている熱量を放熱させることで出来る限りの暖房をしようというものである。これにより、流体に与えた熱量を充分に有効利用する暖房装置とすることができる。
【0030】
また、主暖房区域A1を居室とし、従暖房区域A2をトイレ・洗面所・廊下・階段等の居室以外の共用部分としている。図2は、従暖房区域A2としてトイレと廊下を暖房した例である。
【0031】
このように、居室のように人がながく居る場所は、所望の暖房状態にコントロールする主暖房区域A1とし、トイレ・洗面所・廊下・階段等の居室以外の共用部分は、人がながくは居ないが暖房状態をコントロールできないまでも寒くない・冷たくないことで快適性を得られる従暖房区域A2として、残り熱量で暖房が行われる。
【0032】
また、0℃以上であれば暖房効果を発揮する場所として、積雪地域では屋根の融雪装置や、住居周りのロードヒーティングとしての利用も考えられ、居室暖房後の流体が屋根面裏や道路面下を流通してからヒートポンプユニット1へ戻る流路としても良い。
【0033】
(第2実施形態)
図4は、本発明の第2実施形態における床暖房配管8の流路を示す住居の平面図であり、図5は、図4の床暖房配管8の流路を側面から見た、住居の側面断面図である。また図6は、図5の床暖房配管8部分の拡大図である。
【0034】
本実施形態は、居室だけを暖房するものであるが、従来、図7に示すように床材9の裏面だけを蛇行して戻っていた床暖房配管8を、一通り床材9の裏面を蛇行した配管部分8a(A点→b点の実線部分)からb点で床下Uへ降りて、床下U内を蛇行した配管部分8b(b点→C点の破線部分)からC点に至ってヒートポンプユニット1へと戻る流路となっている。因みに、床材9の裏面を加熱する配管部分8aは、床下U側への放熱を防ぐ断熱材8cで被っている。
【0035】
このように、主暖房区域A1を居室とし、従暖房区域A2を居室の下の床下Uとして、床下Uを主暖房区域A1である居室の暖房効果を高めるのに効果がある場所として、残り熱量での暖房を行うものである。これは従来、床材9の裏側に床暖房配管8を配設して加熱した流体を流通させて床暖房した場合、断熱材8cを用いているとはいえ床下U側にも放熱して居室の暖房効率を落としていた。
【0036】
例えば、外気温が0℃とすると、床下Uの温度も通常外気温と等しく0℃程度であり、居室の室温を20℃に保とうとした場合、かなりの熱量が床下U側へも放熱されていた。ならば、従来、40℃程度の温度で戻していた流体を床下Uで取り回して放熱させることにより、従来0℃程度だった床下Uの温度を例えば10℃程度に上げられるならば、床材9の裏面配管部分8aから床下U側へ放熱する分を少なくすることができる。
【0037】
このように、床下Uを残り熱量での暖房を行うことにより床下U側への放熱量が減り、居室の暖房効率を良くすることができ、これは例えば、従来より絞った流量で同等の暖房ができることとなる。
【0038】
また、流体が従暖房区域A2としての床下Uで放熱して冷えて戻ってくるため(例えば、従来40℃位だったものが20℃位になった場合)、ヒートポンプは図3に示すQ2だけの熱量を流体に与えて運転することとなり、運転効率も向上するのは第1実施形態と同様である。
【0039】
因みに、主暖房区域A1の暖房効果を高めるのに効果がある場所として、居室の壁面や天井面を従暖房区域A2としても良い。これらの場所も残り熱量での暖房を行うことにより、居室からの放熱量が減るうえ床面以外からも熱輻射することで居室の暖房効率を良くすることができる。
【0040】
(その他の実施形態)
本発明は、上記した実施形態にのみ限定されるものではなく、次のように変形または拡張することができる。上述の実施形態では暖房専用機としているが、給湯機として湯を沸かしてタンクに溜め、その湯を床暖房に用いるタイプのものや、冷暖房を行う空調装置と兼ねたタイプのものであっても良い。
【0041】
また、ヒートポンプサイクルは二酸化炭素を冷媒とした超臨界ヒートポンプサイクルとしているが、一般的なフロン等を冷媒とした通常圧の蒸気圧縮式サイクルであっても良いし、熱源にガスや石油を用いたヒートポンプサイクルであっても良い。また、暖房手段として床暖房としているが、パネルヒータ等による空気暖房であっても良い。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態におけるヒートポンプ式暖房装置の模式図である。
【図2】本発明の第1実施形態における床暖房配管の流路を示す住居の平面図である。
【図3】本発明のヒートポンプの動作状態を示すP−h線図である。
【図4】本発明の第2実施形態における床暖房配管の流路を示す住居の平面図である。
【図5】図4の床暖房配管の流路を側面から見た、住居の側面断面図である。
【図6】図5の床暖房配管部分の拡大図である。
【図7】従来の床暖房配管の流路を示す住居の平面図である。
【符号の説明】
1 ヒートポンプユニット(加熱手段)
8 床暖房配管(暖房手段)
A1 主暖房区域
A2 従暖房区域
U 床下[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a heat pump heating device that heats a fluid that is a heat exchange medium in a heat pump unit and circulates the fluid in a residence to heat a room or the like.
[0002]
[Prior art]
FIG. 7 is a plan view of a dwelling showing an arrangement state of the conventional
[0003]
And such floor heating supplies the fluid at a temperature of about 60 ° C. so that a comfortable feeling of heating can be obtained even if the human body directly touches the flooring material, and at a temperature of about 40 ° C. that does not feel cold. The temperature and flow rate are controlled to return.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, in the conventional heating device, although the fluid is heated and supplied with a sufficient amount of heat, if the given amount of heat is sufficiently dissipated, the fluid becomes cold and the cold feeling is felt. Return it before it gets cold. In other words, only a part of the amount of heat given is used (dissipated) and returned, and heating is performed while reheating.
[0005]
Accordingly, the inventors have devised the present invention by paying attention to the effective use of the given heat quantity. Accordingly, an object of the present invention is to provide a heat pump type heating device that can sufficiently effectively use the amount of heat given to a fluid.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention employs the following technical means.
[0007]
In invention of
From the first pipe (8a) to the first pipe (8a) arranged on the back side of the floor material of the living room that forms the main heating area (A1) and under the floor (U) under the living room that forms the subheating area (A2) And a second pipe (8b) arranged below .
[0008]
This is because the living room where the house is desired to be controlled to a desired heating state is set as the main heating area (A1), and even if the heating state cannot be controlled, the floor under the floor is effective for enhancing the heating effect of the main heating area (A1) ( U) is a sub-heating zone (A2).
[0009]
And the fluid which distribute | circulated the floor material back side of the living room which is the main heating area (A1) and dissipated one part of heat | fever is distribute | circulated to the underfloor (U) which is a subheating area (A2) , and the remaining heat amount It is intended to heat as much as possible by dissipating heat. Thereby, it can be set as the heating apparatus which fully utilizes effectively the calorie | heat amount given to the fluid. In this case, the floor (U) under the living room as the main heating area (A1) is used as a place effective for enhancing the heating effect of the main heating area (A1), and heating with the remaining heat amount is performed. .
[0014]
As a result, conventionally, when floor heating is performed by arranging a floor heating pipe on the back side of the flooring material to heat the floor, even though heat insulation is used, heat is also radiated to the lower side of the floor to heat the room. However, the fluid after passing through the first pipe (8a) arranged on the back side of the floor material of the living room passes through the second pipe (8b) arranged under the floor (U) under the living room. Sometimes heat is dissipated under the floor. Heating the underfloor with the remaining amount of heat in this way reduces the amount of heat released from the first pipe (8a) on the back side of the flooring of the living room to the underfloor side, and can improve the heating efficiency of the living room. Result of this, even squeezing flow of conventionally fluid, and can be equivalent heating.
[0016]
The reference numerals in parentheses of the above means are an example showing the correspondence with the specific means described in the embodiments described later.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0018]
(First embodiment)
Drawing 1 is a mimetic diagram of a heat pump type heating device in one embodiment of the present invention. This is a supercritical heat pump cycle in which brine such as antifreeze is heated (about 60 ° C. in this embodiment) to perform floor heating and the like. The supercritical heat pump cycle (hereinafter abbreviated as heat pump) refers to a heat pump cycle in which the refrigerant pressure on the high pressure side is equal to or higher than the critical pressure of the refrigerant. For example, a heat pump using carbon dioxide, ethylene, ethane, nitrogen oxide or the like as the refrigerant. Cycle.
[0019]
[0020]
4 is an electric expansion valve (decompressor) that depressurizes the refrigerant flowing out of the
[0021]
An
[0022]
[0023]
And the refrigerant | coolant temperature sensor which detects the temperature of the refrigerant | coolant which flows out out of the heat exchanger 3, the inflow brine temperature sensor which detects the temperature of the brine which flows in into the heat exchanger 3, and the temperature of the brine which flows out out of the heat exchanger 3 are detected. Detection signals from sensors (not shown) such as an outflow brine temperature sensor are input to an electronic control unit (ECU) (not shown).
[0024]
The
[0025]
FIG. 2 is a plan view of a house showing the flow path of the
[0026]
FIG. 3 is a Ph diagram illustrating an operation state of the heat pump. A broken line square (a → b → c → d → a) in the figure is a cycle when the fluid in the flow path of the conventional
[0027]
As can be seen from the difference in the figure, the refrigerant was heated by applying the same power L (point a → b), and conventionally it was operated by giving only the amount of heat Q1 to the fluid (point b → c). On the other hand, in the present invention, the fluid radiates heat in the sub-heating area A2 and returns after cooling (for example, when the conventional temperature is about 40 ° C. becomes about 20 ° C.), the amount of heat of only Q2 is given to the fluid. (B point → e point) is given and the driving efficiency is improved.
[0028]
This is the place where you want to control the inside of your house to the desired heating state, the main heating area A1, even if you can not control the heating state, it is a place where you can get comfort by not being cold or cold, if it is 0 ° C or higher A place where the effect is exhibited and a place where the heating effect of the main heating area A1 is enhanced are defined as the sub-heating area A2.
[0029]
And it is going to heat as much as possible by distribute | circulating the fluid which distribute | circulated the main heating area A1 and radiated one part of heat quantity to sub-heating area A2, and radiated the remaining heat quantity. Thereby, it can be set as the heating apparatus which fully utilizes effectively the calorie | heat amount given to the fluid.
[0030]
In addition, the main heating area A1 is a living room, and the sub-heating area A2 is a shared part other than the living room such as a toilet, a washroom, a corridor, and stairs. FIG. 2 is an example in which a toilet and a corridor are heated as the sub-heating area A2.
[0031]
In this way, the place where people are long like a living room is the main heating area A1 that is controlled to the desired heating state, and the common parts other than the living room such as toilets, washrooms, corridors, stairs, etc. are not long. Although the heating state cannot be controlled, heating is performed with the remaining amount of heat as the sub-heating area A2 where comfort is obtained by not being cold / cold.
[0032]
In addition, in snowy areas, it can be used as a snow melting device for roofs and road heating around the house as a place where the heating effect is exhibited when the temperature is 0 ° C or higher. It is good also as a flow path which returns to the
[0033]
(Second Embodiment)
FIG. 4 is a plan view of a residence showing the flow path of the
[0034]
In the present embodiment, only the living room is heated. Conventionally, as shown in FIG. From the meandering
[0035]
As described above, the main heating area A1 is the living room, the subheating area A2 is the underfloor U under the living room, and the underfloor U is the place that is effective in enhancing the heating effect of the living room that is the main heating area A1. Heating is performed in the room. Conventionally, when the
[0036]
For example, if the outside air temperature is 0 ° C., the temperature of the underfloor U is also about 0 ° C., which is usually the same as the outside air temperature. If the room temperature is kept at 20 ° C., a considerable amount of heat is dissipated to the under-floor U side. It was. Then, if the temperature of the underfloor U, which was conventionally about 0 ° C., can be increased to, for example, about 10 ° C. by circulating the fluid that has been returned at a temperature of about 40 ° C. at the bottom U and dissipating heat, the flooring 9 The amount of heat radiated from the
[0037]
In this way, by heating the underfloor U with the remaining heat amount, the amount of heat released to the underfloor U can be reduced, and the heating efficiency of the living room can be improved. Will be able to.
[0038]
Moreover, since the fluid radiates heat in the underfloor U as the sub-heating area A2 and cools and returns (for example, when the temperature is about 40 ° C. in the past becomes 20 ° C.), the heat pump is only Q2 shown in FIG. It is the same as in the first embodiment that the operation is performed with the amount of heat applied to the fluid and the operation efficiency is improved.
[0039]
Incidentally, the wall surface and ceiling surface of the living room may be used as the sub-heating area A2 as a place that is effective in enhancing the heating effect of the main heating area A1. In these places, the amount of heat released from the room is reduced by heating with the remaining amount of heat, and the heating efficiency of the room can be improved by radiating heat from other than the floor.
[0040]
(Other embodiments)
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be modified or expanded as follows. In the above-described embodiment, a heating-only machine is used, but as a water heater, hot water is boiled and stored in a tank, and the hot water is used for floor heating, or a type that also serves as an air conditioner that performs cooling and heating. good.
[0041]
In addition, the heat pump cycle is a supercritical heat pump cycle using carbon dioxide as a refrigerant. However, a normal pressure vapor compression cycle using a refrigerant such as general chlorofluorocarbon may be used, and gas or oil is used as a heat source. It may be a heat pump cycle. Moreover, although floor heating is used as the heating means, air heating using a panel heater or the like may be used.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram of a heat pump heating device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a plan view of a residence showing the flow path of the floor heating pipe in the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a Ph diagram showing the operating state of the heat pump of the present invention.
FIG. 4 is a plan view of a residence showing a flow path of a floor heating pipe in a second embodiment of the present invention.
5 is a side sectional view of a dwelling as seen from the side of the flow path of the floor heating pipe of FIG. 4. FIG.
6 is an enlarged view of the floor heating pipe portion of FIG. 5. FIG.
FIG. 7 is a plan view of a residence showing a flow path of a conventional floor heating pipe.
[Explanation of symbols]
1 Heat pump unit (heating means)
8 Floor heating piping (heating means)
A1 Main heating area A2 Sub heating area U Underfloor
Claims (1)
前記主暖房区域(A1)をなす居室の床材裏側に配される第1の配管(8a)と、前記従暖房区域(A2)をなす居室下の床下(U)に前記第1の配管(8a)よりも下方に配される第2の配管(8b)と、を備えることを特徴とするヒートポンプ式暖房装置。A heat pump unit is a heating means for fluid to be heat-exchange medium (1), and a heating means for heating (8) said heat pump unit (1) flows through the heated fluid in a residential, said dwelling Are classified into a main heating area (A1) and a sub-heating area (A2), and the fluid heated by the heat pump unit (1) circulates in the main heating area (A1) and heats by heat dissipation. In the heat pump heating device that constitutes a flow path that circulates through the sub-heating zone (A2) and then returns to the heat pump unit (1) ,
The first pipe (8a) disposed on the back side of the floor material of the living room that forms the main heating area (A1) and the first pipe (U) under the living room that forms the subheating area (A2) ( And a second pipe (8b) arranged below 8a) .
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