JP5520067B2 - 開放型温水循環装置及び電極高さ設定方法 - Google Patents
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Description
本発明者が上述の問題を詳細に解析したところ、あらたに導入した温水循環路を構成する管が、既存の管と異なる場合には、(特に既存の管が金属管であり、あらたに樹脂管を用いた場合には、)循環水が熱膨張するのに従って樹脂管も熱膨張するために、見かけ上、前記(3)の熱膨張容量が減少するためであることがわかった。
そこで、本発明の特徴構成は、水加熱器を備えた温水循環路に大気圧開放容器を設け、前記大気圧開放容器に内部の水位を検出する電極を一対設け、前記一対の電極のうち一方で、前記大気圧開放容器の高水位を検出し、他方の電極で前記大気圧開放容器の低水位を検出する開放型温水循環装置であって、前記一対の電極の少なくとも一方の電極の水位検出位置を可変に保持する電極取付部を備え、
前記大気圧開放容器にオーバーフロー排水路を設け、
前記大気圧開放容器が安定して温水循環可能な安定循環最低水位と、大気圧開放容器がオーバーフローするオーバーフロー水位との間の前記大気圧開放容器の実容量を、
前記温水循環路に充填した水を加熱した状態における体積増加分から、前記温水循環路を構成する配管が加熱された状態における容積増加分を差し引いた差である熱膨張容量の絶対値に、前記温水循環路の使用中に前記大気圧開放容器内の水が消失するのを許容する消失許容量を加えた容積に基づき設定するとともに、
前記熱膨張容量が正(水の体積増>配管の容積増)のとき、
前記電極の低水位検出位置を前記安定循環最低水位に基き設定し、
前記電極の高水位検出位置を、前記温水循環路に充填された水が加熱されたときに、大気圧開放容器内における水位が、前記オーバーフロー水位になる設定高水位に基き設定することができるように、もしくは、
前記熱膨張容量が負(水の体積増<配管の容積増)のとき、
前記電極の高水位検出位置を前記オーバーフロー水位に基き設定し、
前記電極の低水位検出位置を前記温水循環路に充填された水が加熱されたときに、大気圧開放容器内における水位が、前記安定循環最低水位になる設定低水位に基き設定することができるように、
前記電極の少なくとも高水位検出位置または低水位検出位置を位置変更自在に構成してある点にある。
つまり、温水循環路内部の水を水加熱器にて加熱すると、前記水は熱膨張するとともに前記温水循環路を構成する配管も熱膨張する。この配管の熱膨張による容積増加の度合いは、配管の材質、配管径によるが、あらかじめ算出しておくことが出来る。そこで、その容積増加と水の体積膨張の度合いを加味して大気圧開放容器の容量を決定することが出来るが、その際、内部の水位を検出する電極の位置は、温水循環路の種類、規模によって異なる。
しかし、本発明の構成によると、前記電極取付部は前記電極の水位検出位置を可変に保持するため、前記温水循環路の種類、規模によって前記大気圧開放容器の電極高さを適切に設定し保持させることが出来る。
即ち、最低容量としては、前記温水循環路に温水を循環させたときに、前記大気圧開放容器にてエア噛みしない水量、最高水量としては、前記温水が前記オーバーフロー排水路からオーバーフローしない水位が確保できる大気圧開放容器を選択することが出来る。
尚、前記大気圧開放容器が、貯湯型給湯システムの貯湯容器であることが好ましい。
つまり、貯湯型給湯システムは、接続機器が多く、配管の交換や、増設ニーズが多い上、近年配管を金属管から樹脂管へ交換するニーズも高まっているため、前記大気圧開放容器として容量の大きなものが必要であると考えられがちな一方、設置スペース等の問題で容量の大きな大気圧開放容器を採用することが出来ない事例に対して、既存の大気圧開放容器を利用しつつ、適切に水位の検出位置を設定して運用可能に出来る場合が多く、開放型温水循環装置の施行性、設計変更の利便性を向上し、施工可能な事例を新規に見出すのに役立てやすい。
前記温水循環路が、樹脂管により形成されていることが好ましい。
〔作用効果〕
つまり、前記温水循環路を樹脂管で構成すると、前記温水循環路は加熱運転状態では膨張して容積拡張される。すると、水の体積膨張分の一部あるいは全部あるいはそれ以上の水量を追加収容することが出来るようになり,樹脂管で構成される前記温水循環路を、前記開放型温水循環装置に追加、あるいは新規で採用すると、前記大気圧開放容器として、通常、金属管を採用したときに想定される容量よりも小さな容量の大気圧開放容器を利用することが出来るようになり、前記大気圧開放容器を設置するスペースが少なくて済み、従来、大気圧開放容器が設置できないことによって施工不可能と考えられていた場所であっても、開放型温水循環装置を施工することができるようになり、開放型温水循環装置利用の機会を増加することが出来た。
また、本発明の開放型温水循環装置の電極高さ設定方法は、水加熱器を備えた温水循環路に大気圧開放容器を設け、前記大気圧開放容器に内部の水位を検出する電極を一対設け、前記一対の電極のうち一方で、前記大気圧開放容器の高水位を検出し、他方の電極で前記大気圧開放容器の低水位を検出する開放型温水循環装置の電極高さ設定方法であって、
その特徴構成は、前記大気圧開放容器が安定して温水循環可能な安定循環最低水位と、大気圧開放容器がオーバーフローするオーバーフロー水位との間の前記大気圧開放容器の実容量を、
前記温水循環路に充填した水を加熱した状態における体積増加分から、前記温水循環路を構成する配管が加熱された状態における容積増加分を差し引いた差である熱膨張容量の絶対値に、前記温水循環路の使用中に前記大気圧開放容器内の水が消失するのを許容する消失許容量を加えた容積に基づき設定するとともに、
前記熱膨張容量が負(水の体積増<配管の容積増)のとき、
前記電極の高水位検出位置を前記オーバーフロー水位に基き設定し、
前記電極の低水位検出位置を前記温水循環路に充填された水が加熱されたときに、大気圧開放容器内における水位が、前記安定循環最低水位になる設定低水位に基き設定する点にある。
温水循環路内部の水を水加熱器にて加熱すると、前記水は熱膨張するとともに前記温水循環路を構成する配管も熱膨張する。この配管の熱膨張による容積増加の度合いは、配管の材質、配管径によるが、あらかじめ算出しておくことが出来る。そこで、その容積増加と水の体積膨張の度合いを加味して大気圧開放容器の容量を決定することが出来るが、その際、内部の水位を検出する電極の位置は、温水循環路の種類、規模によって異なる。
しかし、本発明の構成によると、前記電極取付部は前記電極の水位検出位置を可変に保持するため、前記温水循環路の種類、規模によって前記大気圧開放容器の電極高さを適切に設定し保持させることが出来る。
即ち、最低容量としては、前記温水循環路に温水を循環させたときに、前記大気圧開放容器にてエア噛みしない水量、最高水量としては、前記温水が前記オーバーフロー排水路からオーバーフローしない水位が確保できる大気圧開放容器を選択することが出来る。
この熱供給設備は、図1〜図6に示すように、電力と熱とを発生する熱電併給装置1と、その熱電併給装置1にて発生する電力にて作動可能な圧縮式ヒートポンプ装置2と、熱電併給装置1にて発生する排熱及び圧縮式ヒートポンプ装置2の冷媒から取得した熱を蓄熱可能な密閉型の蓄熱タンク3と、熱供給設備の運転を制御する運転制御手段としての運転制御部4とを備えている。これにより、熱電併給装置1の排熱だけでなく、ヒートポンプ装置2の冷媒による熱をも蓄熱タンク3に蓄熱して蓄熱タンク3への蓄熱を効率よく行うことができる。図1〜図6の夫々において、熱供給設備の概略構成については同様であり、その熱供給設備の概略構成において蓄熱水や冷却水等の流体が通流する部位を太線矢印にて示している。
まず、蓄熱タンク3の蓄熱水を循環させるために、蓄熱タンク3の下部から取り出した蓄熱水を、ヒートポンプ式加熱部18、排熱式加熱部19の順に通過させたのち蓄熱タンク3の上部に戻す循環路J(図1中太線矢印参照)が備えられている。ヒートポンプ式加熱部18は、圧縮式ヒートポンプ装置2の冷媒により蓄熱水を加熱するものであり、圧縮式ヒートポンプ装置2における凝縮器14に蓄熱水を通流させることで、ヒートポンプ式加熱部18が凝縮器14にて構成されている。排熱式加熱部19は、熱電併給装置1の排熱により蓄熱水を加熱するものである。エンジン6の冷却水を循環させる冷却水循環路21により、エンジン6の排熱を回収した冷却水を排熱式加熱部19に通流させることで、エンジン6の冷却水にて蓄熱水を加熱している。ここで、冷却水循環路21には、エンジン6から冷却水の通流方向の順に、冷却水の温度を検出する第1冷却水温度センサ22、排熱式加熱部19、冷却水を貯留する冷却水熱膨張タンク23、冷却水の温度を検出する第2冷却水温度センサ24、冷却水循環ポンプ25が備えられている。
上記熱電併給装置において、本願の開放型温水循環装置は、温水循環回路としての熱媒戻り路35及び熱媒往き路36に、水加熱器としての暖房用熱交換器27を設け、熱媒としての水を貯留する熱膨張タンク42を大気圧開放容器として設けた構成に該当する。
具体的に、敷設された温水循環路(熱媒戻り路35、熱媒往き路36)に大気圧開放容器(熱膨張タンク420)を設ける場合、まず、温水循環路35,36の大気圧開放容器420設置箇所に水量計を設けるなどして、常温時の充填水の体積および運転温度時の充填水の体積をもとめ、その最小値における水位が、前記大気圧開放容器420が温水を安定して循環させられる安定循環最低水位LL以上になるように、かつ、その充填水の体積の最大値にその大気圧開放容器420内の水が消失するのを許容する消失許容量Vを加えた水量における水位が、前記大気圧開放容器420がオーバーフローするオーバーフロー水位OFL以下になるように適した大気圧開放容器420を選択して設置する。そして、前記電極426、427の位置を前記電極取付部426c、427cに対して上下スライドさせて、適切な位置に設定する。
前記大気圧開放容器420が安定して温水循環可能な安定循環最低水位LLと、大気圧開放容器420がオーバーフローするオーバーフロー水位OFLとの間の前記大気圧開放容器420の実容量を、
前記温水循環路35,36に充填した水を加熱した状態における体積増加分から、前記温水循環路35,36を構成する配管が加熱された状態における容積増加分を差し引いた差である熱膨張容量Bの絶対値に、前記温水循環路35,36の使用中に前記大気圧開放容器420内の水が消失するのを許容する消失許容量Vを加えた容積に基づき設定するとともに、
前記熱膨張容量Bが負のとき、(水の体積増<配管の容積増)(図7a参照)
前記電極426の高水位HWL検出位置を前記オーバーフロー水位OFLに基き設定し、
前記電極427の低水位LWL検出位置を前記温水循環路35,36に充填された水が加熱されたときに、大気圧開放容器420内における水位が、前記安定循環最低水位LLになる設定低水位に基き設定することができるように、
前記電極426,427の高水位HWL検出位置または低水位LWL検出位置を位置変更する。
前記熱膨張容量Bが正のとき、(水の体積増>配管の容積増)(図7b参照)
前記電極427の低水位LWL検出位置を前記安定循環最低水位LLに基き設定し、
前記電極426の高水位HWL検出位置を、前記温水循環路35,36に充填された水が加熱されたときに、大気圧開放容器420内における水位が、前記オーバーフロー水位OFLになる設定高水位に基き設定することができるように設定する。
〔蓄熱運転〕
運転制御部4は、蓄熱運転を行うに当たり、熱電併給装置1が設定時間以上連続作動可能な作動開始条件が満たされているか否かを判別し、その作動開始条件が満たされていると、蓄熱運転を行う。ここで、設定時間とは、例えば、1時間に設定されており、作動開始条件は、前回の蓄熱運転の終了後設定時間(例えば1時間)が経過しており、且つ、蓄熱タンク3に設置された第1〜第5蓄熱温度センサC1〜C5の検出温度が下記の(1)及び(2)の2つの条件の何れかを満たしている条件に設定されている。ここで、第1〜第5蓄熱温度センサC1〜C5は、蓄熱タンク3の上下方向に間隔を隔てて設置されている。
(1)最上部に設置された第1蓄熱温度センサC1の検出温度が第1設定温度(例えば50℃)以下である
(2)第1〜第5蓄熱温度センサC1〜C5の夫々の検出温度の合計温度が第2設定温度(例えば250℃)以下である
この給湯用熱供給運転は、給湯部5及び浴槽5の少なくとも一方に蓄熱水を供給する運転であり、まず、給湯部5に蓄熱水を供給する場合について説明する。
この場合には、給湯部5での給湯栓の開操作により給湯用熱供給運転が開始され、給湯部5での給湯栓の閉操作により給湯用熱供給運転が終了される。そして、給湯用熱供給運転を開始する際に、熱電併給装置1及び圧縮式ヒートポンプ装置2が作動中であるときの動作と熱電併給装置1及び圧縮式ヒートポンプ装置2が作動停止しているときの動作とがある。
運転制御部4は、図2に示すように、熱電併給装置1、ヒートポンプ装置2、循環ポンプ26(最低回転速度にて作動)及び冷却水循環ポンプ25の夫々を作動させるとともに、第1制御弁V1及び第2制御弁V2を開弁させ、第2三方弁S2にて第3循環構成流路J3に蓄熱水を通流させる状態に切り換える。そして、運転制御部4は、第3蓄熱水温度センサT3の検出温度が熱供給用目標温度(蓄熱用目標温度よりも低い温度、例えば45℃)になるように、第1三方弁S1にて混合流路Qからの蓄熱水の混合量を調整している。
この場合は、風呂リモコンからの湯張り要求があることにより給湯用熱供給運転が開始され、浴槽5に所望量の蓄熱水を供給する(第4蓄熱水流量センサF4の積算流量が所定量となる)ことにより給湯用熱供給運転が終了される。そして、運転制御部4は、風呂リモコンからの湯張り要求により給湯用熱供給運転を開始したときには、給湯用熱供給運転を終了すると、上述の蓄熱運転を継続して行うように構成されている。このとき、運転制御部4は、熱電併給装置1の作動開始から設定時間(例えば30分)経過しており、第1〜第5蓄熱温度センサC1〜C5の夫々の検出温度の合計温度が第3設定温度(例えば300℃)以上となると、継続して行う蓄熱運転を終了する。
この循環用熱供給運転については、風呂リモコンからの追焚要求、高温暖房端末5からの高温暖房要求、或いは、床暖房装置5からの床暖房要求があることにより循環用熱供給運転が開始される。そして、風呂リモコンからの追焚要求により循環用熱供給運転を開始したときには、浴槽5の湯水の温度が追焚用設定温度になることにより循環用熱供給運転が終了され、高温暖房端末5からの高温暖房要求や床暖房装置5からの床暖房要求により循環用熱供給運転を開始したときには、その高温暖房要求や床暖房要求が解除されることにより循環用熱供給運転が終了される。ここで、運転制御部4は、循環用熱供給運転を終了すると、上述の蓄熱運転を継続して行うように構成されている。このとき、運転制御部4は、熱電併給装置1の作動開始から設定時間(例えば30分)経過しており、第1〜第5蓄熱温度センサC1〜C5の夫々の検出温度の合計温度が第3設定温度(例えば300℃)以上となると、継続して行う蓄熱運転を終了する。
この熱供給設備では、ヒートポンプ装置2を備えているので、冬季等の外気温度が低下したときに蒸発器16に着霜することがあるので、運転制御部4は、その霜を除去するためのデフロスト運転を実行可能に構成されている。蒸発器16に着霜すると、圧縮機13の吸い込み圧力が正常値よりも低下するので、図示は省略するが、圧縮機13の吸い込み圧力を検出する圧力センサの検出値が設定値よりも圧縮機13の吸い込み圧力の低下が検出されると、デフロスト運転を開始し、圧縮機13の吸い込み圧力の低下が検出できなくなると、デフロスト運転を終了する。
(1)上記実施形態では、熱電併給装置1として、エンジン6とそのエンジン6にて駆動される発電機7とを組み合わせたものを例示したが、例えば、都市ガス等を燃料として排熱と電力とを発生する燃料電池システムを熱電併給装置1として適応することも可能である。
2 圧縮式ヒートポンプ装置
3 蓄熱タンク
4 運転制御手段(運転制御部)
4、V4、V7、V8、S3 切換手段
4、V4、V7、V8、S3 熱供給状態切換手段
5 熱消費部(給湯箇所)
8 商用電力系統
9 インバータ
11 電力消費部
13 圧縮機
18 ヒートポンプ式加熱部
19 排熱式加熱部
26 循環ポンプ
29 熱消費用熱交換器
J 循環路
K1 給湯用供給路
K2 循環用供給路
Q 混合流路
S1 混合量調整手段(第1三方弁)
W 蓄熱水補給路
35 熱媒戻り路(温水循環回路)
36 熱媒往き路(温水循環回路)
27 暖房用熱交換器(水加熱器)
42 熱膨張タンク(大気圧開放容器)
420 熱膨張タンク本体
420a 上部
421 熱媒循環入口
422 熱媒循環出口
423 オーバーフロー部
424 補充水注入口
425 熱媒収容部
426 第1電極
426a 先端部
426b 基端部
426c 電極取付部
427 第2電極
427a 先端部
427b 基端部
427c 電極取付部
HWL 高水位
LWL 低水位
OFL オーバーフロー水位
LL 安定循環最低水位
B 熱膨張容量
V 消失許容量
Claims (4)
- 水加熱器を備えた温水循環路に大気圧開放容器を設け、前記大気圧開放容器に内部の水位を検出する電極を一対設け、前記一対の電極のうち一方で、前記大気圧開放容器の高水位を検出し、他方の電極で前記大気圧開放容器の低水位を検出する開放型温水循環装置であって、前記一対の電極の少なくとも一方の電極の水位検出位置を可変に保持する電極取付部を備え、
前記大気圧開放容器にオーバーフロー排水路を設け、
前記大気圧開放容器が安定して温水循環可能な安定循環最低水位と、大気圧開放容器がオーバーフローするオーバーフロー水位との間の前記大気圧開放容器の実容量を、
前記温水循環路に充填した水を加熱した状態における体積増加分から、前記温水循環路を構成する配管が加熱された状態における容積増加分を差し引いた差である熱膨張容量の絶対値に、前記温水循環路の使用中に前記大気圧開放容器内の水が消失するのを許容する消失許容量を加えた容積に基づき設定するとともに、
前記熱膨張容量が正(水の体積増>配管の容積増)のとき、
前記電極の低水位検出位置を前記安定循環最低水位に基き設定し、
前記電極の高水位検出位置を、前記温水循環路に充填された水が加熱されたときに、大気圧開放容器内における水位が、前記オーバーフロー水位になる設定高水位に基き設定することができるように、もしくは、
前記熱膨張容量が負(水の体積増<配管の容積増)のとき、
前記電極の高水位検出位置を前記オーバーフロー水位に基き設定し、
前記電極の低水位検出位置を前記温水循環路に充填された水が加熱されたときに、大気圧開放容器内における水位が、前記安定循環最低水位になる設定低水位に基き設定することができるように、
前記電極の少なくとも高水位検出位置または低水位検出位置を位置変更自在に構成してある開放型温水循環装置。 - 前記大気圧開放容器が、貯湯型給湯システムの貯湯容器である請求項1に記載の開放型温水循環装置。
- 前記温水循環路が、樹脂管により形成されている請求項1又は2に記載の開放型温水循環装置。
- 水加熱器を備えた温水循環路に大気圧開放容器を設け、前記大気圧開放容器に内部の水位を検出する電極を一対設け、前記一対の電極のうち一方で、前記大気圧開放容器の高水位を検出し、他方の電極で前記大気圧開放容器の低水位を検出する開放型温水循環装置の電極高さ設定方法であって、
前記大気圧開放容器が安定して温水循環可能な安定循環最低水位と、大気圧開放容器がオーバーフローするオーバーフロー水位との間の前記大気圧開放容器の実容量を、
前記温水循環路に充填した水を加熱した状態における体積増加分から、前記温水循環路を構成する配管が加熱された状態における容積増加分を差し引いた差である熱膨張容量の絶対値に、前記温水循環路の使用中に前記大気圧開放容器内の水が消失するのを許容する消失許容量を加えた容積に基づき設定するとともに、
前記熱膨張容量が負(水の体積増<配管の容積増)のとき、
前記電極の高水位検出位置を前記オーバーフロー水位に基き設定し、
前記電極の低水位検出位置を前記温水循環路に充填された水が加熱されたときに、大気圧開放容器内における水位が、前記安定循環最低水位になる設定低水位に基き設定する開放型温水循環装置の電極高さ設定方法。
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