JP5580658B2 - 熱媒供給装置 - Google Patents
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Description
前記切換手段は、前記暖房端末にて要求されている暖房負荷に対して、前記バーナ加熱状態に切り換えた場合と前記ヒートポンプ加熱状態に切り換えた場合との1次エネルギー消費量が小さい方を選択して切り換え、
前記暖房端末に熱媒を供給する運転において、前記暖房端末にて要求されている異なる熱媒温度の複数種の運転モードが実行可能であり、前記運転モード毎に前記暖房負荷に対する前記バーナ加熱状態に切り換えた場合と前記ヒートポンプ加熱状態に切り換えた場合との前記1次エネルギー消費量を予め求めておき、前記運転モード毎に前記バーナ加熱状態と前記ヒートポンプ加熱状態とのうち前記1次エネルギー消費量が小さい方が設定されている点にある。
加えて、本特徴構成によれば、切換手段が、バーナ加熱状態とヒートポンプ加熱状態とで1次エネルギー消費量が小さい方に切り換えて運転することができるので、熱媒を加熱するために必要となる1次エネルギー消費量をより小さく抑えることができ、省エネ性の向上を効果的に図ることができる。
また、本特徴構成によれば、複数種の運転モードを備えて、暖房端末にて要求されている熱媒の温度によって異なる運転モードを実行可能とすることができる。このときに、運転モード毎に、1次エネルギー消費量が求められており、バーナ加熱状態とヒートポンプ加熱状態とのうち、求められた1次エネルギー消費量が小さい方が設定されているので、どの運転モードを実行するかによりバーナ加熱状態とヒートポンプ加熱状態とのどちらに切り換えるかを予め定めておくことができる。よって、バーナ加熱状態とヒートポンプ加熱状態との切換を容易に且つ的確に行うことができる。
前記切換手段は、前記暖房端末にて要求されている暖房負荷に対して、前記バーナ加熱状態に切り換えた場合と前記ヒートポンプ加熱状態に切り換えた場合との1次エネルギー消費量が小さい方を選択して切り換え、
前記暖房端末に熱媒を供給する運転において、前記暖房端末にて要求されている異なる熱媒温度の複数種の運転モードが実行可能であり、前記運転モード毎に前記暖房負荷に対する前記バーナ加熱状態に切り換えた場合と前記ヒートポンプ加熱状態に切り換えた場合との前記1次エネルギー消費量を予め求めておき、前記運転モード毎に前記バーナ加熱状態と前記ヒートポンプ加熱状態とのうち前記1次エネルギー消費量が小さい方が設定されている点にある。
加えて、本特徴構成によれば、切換手段が、バーナ加熱状態とヒートポンプ加熱状態とで1次エネルギー消費量が小さい方に切り換えて運転することができるので、熱媒を加熱するために必要となる1次エネルギー消費量をより小さく抑えることができ、省エネ性の向上を効果的に図ることができる。
また、本特徴構成によれば、複数種の運転モードを備えて、暖房端末にて要求されている熱媒の温度によって異なる運転モードを実行可能とすることができる。このときに、運転モード毎に、1次エネルギー消費量が求められており、バーナ加熱状態とヒートポンプ加熱状態とのうち、求められた1次エネルギー消費量が小さい方が設定されているので、どの運転モードを実行するかによりバーナ加熱状態とヒートポンプ加熱状態とのどちらに切り換えるかを予め定めておくことができる。よって、バーナ加熱状態とヒートポンプ加熱状態との切換を容易に且つ的確に行うことができる。
さらなる特徴構成は、前記暖房回路には、熱媒を貯留してその熱媒の膨張を許容する膨張タンクが備えられるとともに、当該膨張タンクからの熱媒を前記暖房回路を介して、前記暖房加熱部及び、前記バーナ加熱式熱交換器又は前記ヒートポンプ加熱式熱交換器に循環させる熱媒循環ポンプを備え、前記膨張タンク内の熱媒が、一部は前記暖房端末に供給され、残りの一部が前記バーナ加熱式熱交換器又は前記ヒートポンプ加熱式熱交換器に供給され加熱可能に構成され、
前記バーナ加熱式熱交換器又は前記ヒートポンプ加熱式熱交換器給湯により加熱された熱媒を貯湯タンクに貯湯することなく、前記膨張タンクから前記暖房加熱部に供給可能に構成されている点にある。
本特徴構成によれば、熱媒を貯留する貯湯タンクを設けなくても、バーナ加熱式熱交換器又はヒートポンプ加熱式熱交換器にて加熱された熱媒をそのまま直接暖房端末に供給することができる。
〔第1実施形態〕
この熱媒供給装置1は、図1に示すように、一般家庭用の水道管に接続された給水路2からの水を給湯加熱部3にて加熱してその加熱された湯水を給湯栓4等が接続された給湯路5に供給する給湯回路6と、暖房端末8からの熱媒を暖房加熱部7にて加熱してその加熱された熱媒を暖房端末8に供給する暖房回路9と、暖房加熱部7にて加熱された熱媒により浴槽10の湯水をふろ熱交換器11にて加熱してその加熱された湯水を浴槽10に供給する追焚回路12とを備えている。暖房端末8として、高温の熱媒(例えば80℃の熱媒)が要求される高温暖房端末8a(例えば浴室乾燥装置)とその高温暖房端末8aよりも低温の熱媒(例えば40〜75℃の熱媒)が要求される低温暖房端末8b(例えば床暖房パネル)とが備えられている。
運転制御手段56は、給湯栓4を開いて水量センサ24による検出水量が所定量以上になり給湯要求が要求されていると判別すると、給湯バーナ13を燃焼させて給湯加熱部3にて水を加熱させる給湯加熱作動を行う。つまり、運転制御手段56は、燃焼用ファンFの駆動を開始させた後、断続弁19を開弁し、ガス比例弁20の開度を調整してイグナイタにより給湯バーナ13に点火する。そして、運転制御手段56は、熱媒供給装置用リモコンでの給湯設定温度、給水サーミスタ25による検出水温、水量センサ24による検出水量等に基づいて、給湯温度を給湯設定温度とするための給湯バーナ13の目標燃焼量を求め、その求めた目標燃焼量となるようにガス比例弁20の開度及び燃焼用ファンFの回転速度を制御している。
運転制御手段56は、水量センサ24にて通水が検出されなくなると、ガス比例弁20及び断続弁19を閉弁させて燃料供給を停止して給湯バーナ13の燃焼を停止し且つ燃焼用ファンFも停止させて給湯運転を終了する。
運転制御手段56は、湯張りスイッチがON操作されてふろ湯張り要求が要求されると、湯張り弁53を開弁して通水を開始させ、出湯サーミスタ30の検出温度が湯張り用の目標温度になるように、給湯バーナ13を燃焼させて給湯加熱部3にて湯水を加熱させる給湯加熱作動を行う。そして、運転制御手段56は、水位センサ48にて検出される浴槽10の水位が設定水位に達すると、湯張り弁53を閉じて、給湯バーナ13の燃焼を停止し且つ燃焼用ファンFも停止させて給湯加熱作動を停止して湯張り運転を終了する。
この追焚運転では、運転制御手段56が、第1熱媒切換弁40及び第2熱媒切換弁42を切り換えることでバーナ加熱状態に切り換える。
運転制御手段56は、追焚スイッチがON操作されてふろ追焚要求が要求されると、ふろ循環ポンプ49を作動させて、浴槽10内の湯水をふろ戻り路47及びふろ往き路46を通して循環させる。そのときに水流スイッチ50によりそのことが検出されると、運転制御手段56は、ふろ熱動弁44を開弁させて熱媒循環ポンプ34を作動させるとともに、第1熱媒切換弁40及び第2熱媒切換弁42を切り換えることでバーナ加熱状態に切り換えて、暖房バーナ14を燃焼させてバーナ加熱式熱交換器15にて熱媒を加熱させる暖房バーナ加熱作動を行う。運転制御手段56は、暖房バーナ加熱作動として、燃焼用ファンFの駆動を開始させた後、断続弁19を開弁し、ガス比例弁20の開度を調整してイグナイタにより暖房バーナ14に点火する。そして、運転制御手段56は、熱媒サーミスタ37の検出温度と目標温度(例えば80℃)との偏差等に基づいて、熱媒サーミスタ37の検出温度を目標温度(例えば80℃)とするための暖房バーナ14の目標燃焼量を求め、その求めた目標燃焼量となるようにガス比例弁20の開度及び燃焼用ファンFの回転速度を制御している。
運転制御手段56は、ふろサーミスタ51の検出温度が追焚設定温度に達すると、ふろ循環ポンプ49及び熱媒循環ポンプ34を停止させるとともに、暖房バーナ14の燃焼を停止し且つ燃焼用ファンFも停止させて暖房バーナ加熱作動を停止して、追焚運転を終了する。
この高温暖房運転でも、運転制御手段56が、第1熱媒切換弁40及び第2熱媒切換弁42を切り換えることでバーナ加熱状態に切り換える。
運転制御手段56は、高温暖房端末8aから運転要求が要求されると、熱媒循環ポンプ34を作動させるとともに、上述の追焚運転と同様に、第1熱媒切換弁40及び第2熱媒切換弁42を切り換えることでバーナ加熱状態に切り換えて、暖房バーナ14を燃焼させてバーナ加熱式熱交換器15にて熱媒を加熱させる暖房バーナ加熱作動を行う。ここで、運転制御手段56は、熱媒サーミスタ37の検出温度と目標温度(例えば80℃)との偏差等に基づいて、熱媒サーミスタ37の検出温度を目標温度(例えば80℃)とするための暖房バーナ14の目標燃焼量を求め、その求めた目標燃焼量となるようにガス比例弁20の開度及び燃焼用ファンFの回転速度を制御している。
この低温暖房運転では、図1及び図2に示すように、運転制御手段56が、状況に応じて、バーナ加熱状態とヒートポンプ加熱状態とのうちの何れかに切り換える。運転制御手段56は、低温暖房端末8bにて要求される温度に応じて複数の運転モードが実行可能に構成されており、例えば、運転制御手段56がどの運転モードを実行するかの選択については、低温暖房端末8bにて要求されている熱媒の温度等に応じて選択するように構成されている。複数種の運転モードとして、図3に示すように、例えば、低温暖房端末8bに供給する熱媒の温度をホットダッシュ用設定温度(例えば75℃)とするホットダッシュ運転モード、低温暖房端末8bに供給する熱媒の温度を高温用設定温度(例えば60℃)とする高温運転モード、及び、低温暖房端末8bに供給する熱媒の温度を低温用設定温度(例えば40℃)とする低温運転モードを実行可能に構成されている。
また、ヒートポンプ加熱状態に切り換える場合の1次エネルギー消費量の求め方については、運転モード毎の暖房負荷をCOPにて除算することにより、その暖房負荷を賄うための電気需要(kWh)を求める。ここで、COPは、ヒートポンプ加熱状態に切り換えたヒートポンプ加熱式熱交換器17にて熱媒を加熱したときのCOPを用いる。そして、その求めた電気需要(kWh)を0.369で除算するとともに、3.6を乗算することにより1次エネルギー消費量(MJ)に換算して、ヒートポンプ加熱状態に切り換えた場合に運転モード毎に1次エネルギー消費量(MJ)を求めることができる。
この上述の構成に代えて、運転制御手段56は、暖房負荷に対するバーナ加熱状態に切り換えた場合とヒートポンプ加熱状態に切り換えた場合との1次エネルギー消費量を時間経過に伴って繰り返し求めて、1次エネルギー消費量を随時求めることができる。ちなみに、ヒートポンプ加熱で供給できる温水温度の上限が60℃であるので、低温暖房端末8bにて要求されている熱媒の温度が60℃よりも高い場合は、バーナ加熱状態に切り換える。ここで、1次エネルギー消費量を求めるときのCOPについては、低温暖房端末8bにて要求されている温度(例えば、60℃、40℃)毎に設定することができる。例えば、バーナ加熱状態に切り換える場合には、複数の温度(例えば、60℃、40℃)の夫々においてCOPを0.89とする。また、ヒートポンプ加熱状態に切り換える場合には、60℃のときにCOPを0.53とし、40℃のときにCOPを1.48とする。
この第2実施形態は、上記第1実施形態において暖房回路9におけるバーナ加熱式熱交換器15とヒートポンプ加熱式熱交換器17との配置構成についての別実施形態である。その他の構成については、上記第1実施形態と同様であるので、その説明は省略する。
この第3実施形態は、上記第1及び第2実施形態において、更に、暖房回路9の熱媒にて給湯回路6の給湯加熱部3に給水される水を加熱する構成を追加した実施形態である。その他の構成については、上記第1及び第2実施形態と同様であるので、以下、図6〜図9に基づいて、その他の構成については説明を省略し、暖房回路9の熱媒にて給湯回路6の給湯加熱部3に給水される水を加熱する構成を中心に説明する。ちなみに、図6〜図9は、同様の構成を示しているが、熱媒、媒体や水が通流する部位が異なるので、熱媒、媒体や水が通流する部位を太線にて示している。
そこで、運転制御手段56は、暖房回路9において暖房端末8(低温暖房端末8b)に供給される熱媒の温度が暖房端末8(低温暖房端末8b)にて要求されている設定温度以下になると、図8の太線にて示すように、給水路2の水を給水加熱熱交換器60を経由せずに給水加熱熱交換器60よりも下流側部位に供給する状態に第2三方弁65を切り換えることで、給水路2の水を第2バイパス路63にて三流体熱交換器S(給水加熱熱交換器60)をバイパスして給湯加熱部3に供給している。このようにして、第2バイパス手段B2が、運転制御手段56、第2バイパス路63、第2三方弁65にて構成されている。これにより、低温暖房端末8bには、要求されている設定温度の熱媒を供給して低温暖房運転を適切に行うことができながら、給湯運転や湯張り運転もその低温暖房運転と同時に行うことができる。
(1)上記第1〜第3実施形態では、暖房加熱部7にて加熱された熱媒を低温暖房端末8bに供給する暖房回路9に加えて、暖房加熱部7にて加熱された熱媒を高温暖房端末8aに供給する高温暖房回路、及び、暖房加熱部7にて加熱された熱媒により浴槽10の湯水を加熱して浴槽10に供給する追焚回路12を備えた例を示しているが、このような高温暖房回路や追焚回路12を備えなくてもよい。
6 給湯回路
7 暖房加熱部
8a 高温暖房端末
8b 暖房端末(低温暖房端末)
9 暖房回路
10 浴槽
12 追焚回路
15 バーナ加熱式熱交換器
16 ヒートポンプ装置
17 ヒートポンプ加熱式熱交換器
31、32、35、36 第1流路
31、32、35、36 第3流路
31、32、35、36、39、41 第2流路
40、42 切換弁
40 切換手段(第1熱媒切換弁)
42 切換手段(第2熱媒切換弁)
56 切換手段(運転制御手段、ヒートポンプ制御手段)
60 給水加熱熱交換器
61 給水用ヒートポンプ加熱式熱交換器
62 第1バイパス路
63 第2バイパス路
Claims (14)
- 暖房加熱部にて加熱された熱媒を暖房端末に供給する暖房回路を備え、前記暖房回路には、前記暖房加熱部として、バーナの燃焼により熱媒を加熱するバーナ加熱式熱交換器とヒートポンプ装置の媒体により熱媒を加熱するヒートポンプ加熱式熱交換器とが並列状態で設けられ、前記バーナ加熱式熱交換器にて熱媒を加熱するバーナ加熱状態と前記ヒートポンプ加熱式熱交換器にて熱媒を加熱するヒートポンプ加熱状態とに切換自在な切換手段が備えられ、
前記切換手段は、前記暖房端末にて要求されている暖房負荷に対して、前記バーナ加熱状態に切り換えた場合と前記ヒートポンプ加熱状態に切り換えた場合との1次エネルギー消費量が小さい方を選択して切り換え、
前記暖房端末に熱媒を供給する運転において、前記暖房端末にて要求されている異なる熱媒温度の複数種の運転モードが実行可能であり、前記運転モード毎に前記暖房負荷に対する前記バーナ加熱状態に切り換えた場合と前記ヒートポンプ加熱状態に切り換えた場合との前記1次エネルギー消費量を予め求めておき、前記運転モード毎に前記バーナ加熱状態と前記ヒートポンプ加熱状態とのうち前記1次エネルギー消費量が小さい方が設定されている熱媒供給装置。 - 前記バーナ加熱式熱交換器と前記ヒートポンプ加熱式熱交換器を並列状態で設ける前記暖房回路は、前記暖房端末からの熱媒を前記バーナ加熱式熱交換器を経由して前記暖房端末に戻す第1流路と、前記第1流路において熱媒の通流方向の前記バーナ加熱式熱交換器よりも上流側から分岐して前記ヒートポンプ加熱式熱交換器を経由して熱媒の通流方向の前記バーナ加熱式熱交換器よりも下流側に合流する第2流路と、前記暖房端末からの熱媒を前記第1流路にて前記バーナ加熱式熱交換器に供給するか又は前記バーナ加熱式熱交換器を経由しない前記第1流路と前記第2流路にて前記ヒートポンプ加熱式熱交換器に供給するかを切り換える切換弁とから構成されている請求項1に記載の熱媒供給装置。
- 暖房加熱部にて加熱された熱媒を暖房端末に供給する暖房回路を備え、前記暖房回路には、前記暖房加熱部として、バーナの燃焼により熱媒を加熱するバーナ加熱式熱交換器とヒートポンプ装置の媒体により熱媒を加熱するヒートポンプ加熱式熱交換器とが直列状態で設けられ、前記バーナ加熱式熱交換器にて熱媒を加熱するバーナ加熱状態と前記ヒートポンプ加熱式熱交換器にて熱媒を加熱するヒートポンプ加熱状態とに切換自在な切換手段が備えられ、
前記切換手段は、前記暖房端末にて要求されている暖房負荷に対して、前記バーナ加熱状態に切り換えた場合と前記ヒートポンプ加熱状態に切り換えた場合との1次エネルギー消費量が小さい方を選択して切り換え、
前記暖房端末に熱媒を供給する運転において、前記暖房端末にて要求されている異なる熱媒温度の複数種の運転モードが実行可能であり、前記運転モード毎に前記暖房負荷に対する前記バーナ加熱状態に切り換えた場合と前記ヒートポンプ加熱状態に切り換えた場合との前記1次エネルギー消費量を予め求めておき、前記運転モード毎に前記バーナ加熱状態と前記ヒートポンプ加熱状態とのうち前記1次エネルギー消費量が小さい方が設定されている熱媒供給装置。 - 前記バーナ加熱式熱交換器と前記ヒートポンプ加熱式熱交換器を直列状態で設ける前記暖房回路は、前記暖房端末からの熱媒を前記バーナ加熱式熱交換器及び前記ヒートポンプ加熱式熱交換器を経由して前記暖房端末に戻す第3流路から構成されている請求項3に記載の熱媒供給装置。
- 前記切換手段は、前記暖房負荷に対する前記バーナ加熱状態に切り換えた場合と前記ヒートポンプ加熱状態に切り換えた場合との前記1次エネルギー消費量を時間経過に伴って繰り返し求め、その求めた1次エネルギー消費量に所定のヒステリシスを設けて、前記1次エネルギー消費量が小さい方を選択する請求項1〜4の何れか一項に記載の熱媒供給装置。
- 給湯加熱部にて給湯用の水を加熱して給湯する給湯回路、前記暖房加熱部にて加熱された熱媒により浴槽の湯水を加熱して前記浴槽に供給する追焚回路、及び、前記暖房加熱部にて加熱された熱媒を前記暖房端末よりも高温の熱媒が要求される高温暖房端末に供給する高温暖房回路の少なくとも1つを備えている請求項1〜5の何れか1項に記載の熱媒供
給装置。 - 給湯加熱部にて給湯用の水を加熱して給湯する給湯回路と、前記暖房回路の熱媒で前記給湯回路の前記給湯加熱部に給水される水を加熱する給水加熱熱交換器とを備えている請求項1〜6の何れか1項に記載の熱媒供給装置。
- 前記給水加熱熱交換器を通過した水の温度が給湯設定温度以上であると、前記給水加熱熱交換器を通過した水を前記給湯加熱部をバイパスして給湯する第1バイパス手段が備えられている請求項7に記載の熱媒供給装置。
- 前記暖房回路において前記暖房端末に供給される熱媒の温度が設定温度以下になると、前記給湯回路の水を前記給水加熱熱交換器をバイパスして前記給湯加熱部に供給する第2バイパス手段が備えられている請求項7又は8に記載の熱媒供給装置。
- 前記暖房回路には、熱媒を貯留してその熱媒の放熱を防止する断熱構造を有する膨張タンクが備えられ、給湯負荷が発生する前に、前記切換手段を前記ヒートポンプ加熱状態に切り換えて、前記暖房回路の熱媒を前記ヒートポンプ加熱式熱交換器にて加熱する事前加熱運転を実行可能な運転制御手段が備えられている請求項7〜9の何れか1項に記載の熱媒供給装置。
- 前記ヒートポンプ加熱式熱交換器と前記給水加熱熱交換器が、前記ヒートポンプ装置の媒体と前記暖房回路の熱媒と前記給湯回路の水との間で熱交換自在な一体式の三流体熱交換器にて構成されている請求項7〜10の何れか1項に記載の熱媒供給装置。
- 給湯加熱部にて給湯用の水を加熱して給湯する給湯回路と、前記ヒートポンプ装置の媒体により前記給湯回路の前記給湯加熱部に給水される水を加熱する給水用ヒートポンプ加熱式熱交換器が備えられ、前記ヒートポンプ装置の運転を制御するヒートポンプ制御手段は、給湯負荷が発生している間は、前記ヒートポンプ装置を運転させる請求項1〜11の何れか1項に記載の熱媒供給装置。
- 前記暖房加熱部にて加熱された熱媒により浴槽の湯水を加熱して前記浴槽に供給する追焚回路を備え、前記切換手段は、追焚負荷が発生している間は、前記ヒートポンプ加熱状態に切換自在に構成されている請求項1〜12の何れか1項に記載の熱媒供給装置。
- 前記暖房回路には、熱媒を貯留してその熱媒の膨張を許容する膨張タンクが備えられるとともに、当該膨張タンクからの熱媒を前記暖房回路を介して、前記暖房加熱部及び、前記バーナ加熱式熱交換器又は前記ヒートポンプ加熱式熱交換器に循環させる熱媒循環ポンプを備え、前記膨張タンク内の熱媒が、一部は前記暖房端末に供給され、残りの一部が前記バーナ加熱式熱交換器又は前記ヒートポンプ加熱式熱交換器に供給され加熱可能に構成され、
前記バーナ加熱式熱交換器又は前記ヒートポンプ加熱式熱交換器給湯により加熱された熱媒を貯湯タンクに貯湯することなく、前記膨張タンクから前記暖房加熱部に供給可能に構成されている請求項1〜13の何れか1項に記載の熱媒供給装置。
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WO2019106560A1 (en) * | 2017-11-28 | 2019-06-06 | Officine Termotecniche Fraccaro O.T.F. S.R.L. | Hybrid ambient-air conditioning for civil or industrial use |
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