JP5764533B2 - Hot water heating system - Google Patents
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本明細書で開示する技術は、給湯暖房システムに関する。 The technology disclosed in the present specification relates to a hot water supply / heating system.
特許文献1には、冷媒を循環させる配管を備えるヒートポンプと、温水を貯留する貯湯タンクと、貯湯タンク内の水を導入し、導入した水を貯湯タンクに戻す加熱循環回路と、冷媒との熱交換によって、加熱循環回路内の水を加熱する水冷媒熱交換器と、外気温を検知する外気温検知センサとを備えるヒートポンプ式給湯機が開示されている。特許文献1のヒートポンプ式給湯機は、外気温検知センサが所定の凍結危険温度を検知すると、ヒートポンプを作動させ、かつ、加熱循環回路内の水を循環させる凍結防止運転を行う。この凍結防止運転によって加熱循環回路内に高温の湯が循環され、加熱循環回路の凍結が抑制される。 Patent Document 1 discloses a heat pump including a pipe for circulating a refrigerant, a hot water storage tank for storing hot water, a heating circulation circuit for introducing water in the hot water storage tank and returning the introduced water to the hot water storage tank, and heat of the refrigerant. A heat pump type hot water heater including a water-refrigerant heat exchanger that heats water in a heating circuit by exchange and an outside air temperature detection sensor that detects outside air temperature is disclosed. When the outside air temperature detection sensor detects a predetermined freezing risk temperature, the heat pump water heater of Patent Document 1 performs a freeze prevention operation that activates the heat pump and circulates the water in the heating circuit. By this anti-freezing operation, hot water is circulated in the heating circuit, and freezing of the heating circuit is suppressed.
ヒートポンプは、外気と冷媒との間で熱交換を行い、外気から熱を吸収する。そのため、外気温が低くなると、冷媒と外気温との温度差が小さくなり、ヒートポンプが外気から効率的に吸熱できない事態が生じ得る。そのような場合、特許文献1のヒートポンプ式給湯機では、ヒートポンプが熱源として効果的に作動しなくなる。そのため、凍結防止運転を行ったとしても、加熱循環回路内に高温の湯を循環させることができず、加熱循環回路の凍結を十分に抑制できないおそれがある。 The heat pump exchanges heat between the outside air and the refrigerant, and absorbs heat from the outside air. For this reason, when the outside air temperature becomes low, the temperature difference between the refrigerant and the outside air temperature becomes small, and a situation may occur in which the heat pump cannot efficiently absorb heat from the outside air. In such a case, in the heat pump type water heater of Patent Document 1, the heat pump does not effectively operate as a heat source. For this reason, even if anti-freezing operation is performed, high-temperature hot water cannot be circulated in the heating circulation circuit, and the freezing of the heating circulation circuit may not be sufficiently suppressed.
本明細書では、ヒートポンプの運転に適さないほど外気温が低温となっても、適切に配管類の凍結を抑制し得る給湯暖房システムを開示する。 In the present specification, a hot water supply and heating system capable of appropriately suppressing freezing of pipes even when the outside air temperature is so low as to be unsuitable for operation of a heat pump is disclosed.
本明細書が開示する給湯暖房システムは、ヒートポンプと、タンクと、タンク水循環路と、第2熱媒体循環路と、加熱装置と、暖房機と、三流体熱交換器と、外気温センサとを備える。ヒートポンプは、第1熱媒体を循環させる第1熱媒体循環路を備える。タンクは、温水利用箇所に供給する水を貯留する。タンク水循環路は、タンク内の水を導入し、導入した水をタンクに戻す。第2熱媒体循環路は、第2熱媒体を循環させる。加熱装置は、ガスを消費して発生させた熱によって第2熱媒体を加熱する。暖房機は、第2熱媒体の熱を利用して暖房する。三流体熱交換器は、第1熱媒体循環路とタンク水循環路の間、及び、第1熱媒体循環路と第2熱媒体循環路の間で熱交換を行う。外気温センサは、外気温を計測する。外気温センサが計測する外気温が、第1の所定温度より低い場合に、ヒートポンプを作動させずに加熱装置を作動させ、第2熱媒体循環路内の第2熱媒体を循環させ、タンク水循環路内の水を循環させる、第1の凍結防止運転を実行する。 The hot water supply and heating system disclosed in the present specification includes a heat pump, a tank, a tank water circulation path, a second heat medium circulation path, a heating device, a heater, a three-fluid heat exchanger, and an outside air temperature sensor. Prepare. The heat pump includes a first heat medium circulation path for circulating the first heat medium. The tank stores water to be supplied to the hot water use location. The tank water circuit introduces water in the tank and returns the introduced water to the tank. The second heat medium circulation path circulates the second heat medium. The heating device heats the second heat medium with heat generated by consuming the gas. The heater heats using the heat of the second heat medium. The three-fluid heat exchanger performs heat exchange between the first heat medium circuit and the tank water circuit and between the first heat medium circuit and the second heat medium circuit. The outside air temperature sensor measures the outside air temperature. When the outside air temperature measured by the outside air temperature sensor is lower than the first predetermined temperature, the heating device is operated without operating the heat pump, the second heat medium in the second heat medium circulation path is circulated, and the tank water circulation The first anti-freezing operation for circulating the water in the road is executed.
ここで、第1の所定温度は、例えば、外気温がその温度を下回ると、ヒートポンプが外気から効率的に吸熱できなくなる可能性が高くなる温度である。 Here, the first predetermined temperature is a temperature at which, for example, when the outside air temperature falls below that temperature, there is a high possibility that the heat pump cannot efficiently absorb heat from the outside air.
上記の通り、第1の所定温度は、例えば、外気温がその温度を下回ると、ヒートポンプが外気から効率的に吸熱できなくなる可能性が高くなる温度である。上記の給湯暖房システムでは、外気温センサが計測する外気温が第1の所定温度より低い場合に、ヒートポンプを作動させずに加熱装置を作動させて第1の凍結防止運転を実行する。これによって、第2熱媒体循環路内の第2熱媒体が、加熱装置によって加熱される。三流体熱交換器では、第2熱媒体循環路内の第2熱媒体と第1熱媒体循環路内の第1熱媒体の間で熱交換が行われ、第2熱媒体の熱によって第1熱媒体が加熱される。さらに、第1熱媒体循環路内の第1熱媒体と、タンク水循環路内の水の間で熱交換が行われ、第1熱媒体の熱によって水が加熱される。従って、第1の凍結防止運転の結果、第2熱媒体循環路内の第2熱媒体、第1熱媒体循環路内の第1熱媒体、及び、タンク水循環路内の水の温度が上昇する。その結果、外気温センサが計測する外気温が、第1の所定温度より低い場合において、ヒートポンプを作動させなくても、タンク水循環路、第1熱媒体循環路、第2熱媒体循環路等の配管類の凍結を抑制することができる。従って、上記の給湯暖房システムは、ヒートポンプの運転に適さないほど外気温が低温になっても、適切に配管類の凍結を抑制し得る。 As described above, the first predetermined temperature is a temperature at which, for example, when the outside air temperature falls below that temperature, there is a high possibility that the heat pump cannot absorb heat efficiently from the outside air. In the hot water supply and heating system, when the outside air temperature measured by the outside air temperature sensor is lower than the first predetermined temperature, the heating device is operated without operating the heat pump and the first antifreezing operation is executed. Accordingly, the second heat medium in the second heat medium circuit is heated by the heating device. In the three-fluid heat exchanger, heat is exchanged between the second heat medium in the second heat medium circuit and the first heat medium in the first heat medium circuit, and the first heat medium is heated by the heat of the second heat medium. The heat medium is heated. Furthermore, heat exchange is performed between the first heat medium in the first heat medium circuit and the water in the tank water circuit, and the water is heated by the heat of the first heat medium. Therefore, as a result of the first freeze prevention operation, the temperature of the second heat medium in the second heat medium circuit, the first heat medium in the first heat medium circuit, and the water in the tank water circuit increases. . As a result, when the outside air temperature measured by the outside air temperature sensor is lower than the first predetermined temperature, the tank water circulation path, the first heat medium circulation path, the second heat medium circulation path, etc. can be used without operating the heat pump. Freezing of piping can be suppressed. Therefore, the hot water supply and heating system can appropriately suppress the freezing of the pipes even when the outside air temperature becomes so low that it is not suitable for the operation of the heat pump.
以下に説明する実施例の主要な特徴を列記しておく。なお、以下に記載する技術要素は、それぞれ独立した技術要素であって、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。 The main features of the embodiments described below are listed. The technical elements described below are independent technical elements and exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. Absent.
(特徴1)外気温センサが計測する外気温が、第1の所定温度以上であり、かつ、第2の所定温度より低い場合に、ヒートポンプ及び加熱装置のうち少なくともヒートポンプを作動させ、第2熱媒体循環路内の第2熱媒体を循環させ、タンク水循環路内の水を循環させる、第2の凍結防止運転を実行することが好ましい。 (Feature 1) When the outside air temperature measured by the outside air temperature sensor is equal to or higher than the first predetermined temperature and lower than the second predetermined temperature, at least the heat pump of the heat pump and the heating device is operated, and the second heat It is preferable to execute the second anti-freezing operation in which the second heat medium in the medium circulation path is circulated and the water in the tank water circulation path is circulated.
第2の所定温度は、例えば、外気温がその温度を下回ると、タンク水循環路内の水が凍結するおそれがある温度である。第2の所定温度は、第1の所定温度より高い温度である。 The second predetermined temperature is, for example, a temperature at which the water in the tank water circulation path may freeze if the outside air temperature falls below that temperature. The second predetermined temperature is higher than the first predetermined temperature.
外気温が、第1の所定温度以上であり、かつ、第2の所定温度より低い場合、ヒートポンプは、外気から効率的に吸熱することができる。上記の構成によると、外気温センサが計測する外気温が、第1の所定温度以上であり、かつ、第2の所定温度より低い場合(即ち、ヒートポンプが外気から効率的に吸熱することができる外気温である場合)に、ヒートポンプ及び加熱装置のうち少なくともヒートポンプを作動させて、第2の凍結防止運転を実行する。ヒートポンプを熱源として利用できるため、配管類の凍結を効果的に抑制することができる。また、加熱装置のみを熱源とする場合と比べて、エネルギー効率も良い。従って、上記の給湯暖房システムは、適切に配管類の凍結を抑制し得る。 When the outside air temperature is equal to or higher than the first predetermined temperature and lower than the second predetermined temperature, the heat pump can efficiently absorb heat from the outside air. According to the above configuration, when the outside air temperature measured by the outside air temperature sensor is equal to or higher than the first predetermined temperature and lower than the second predetermined temperature (that is, the heat pump can efficiently absorb heat from the outside air). In the case of the outside air temperature), at least the heat pump is operated among the heat pump and the heating device, and the second antifreezing operation is executed. Since a heat pump can be used as a heat source, freezing of piping can be effectively suppressed. Moreover, energy efficiency is good compared with the case where only a heating device is used as a heat source. Therefore, the hot water supply / heating system can appropriately suppress the freezing of the piping.
(実施例)
図1に示すように、本実施例に係る給湯暖房システム2は、給湯系統104と、ヒートポンプ系統106と、暖房系統108と、外気温センサ40と、制御装置100とを備えている。
(Example)
As shown in FIG. 1, the hot water supply and
ヒートポンプ系統106は、ヒートポンプ50と、三流体熱交換器58とを備える。ヒートポンプ50は、熱媒体(例えば、HFC冷媒(R410A)、又は、CO2冷媒)を循環させるための熱媒体循環路52と、熱交換器(蒸発器)54と、ファン56と、圧縮器62と、膨張弁60とを備えている。熱媒体循環路52は、三流体熱交換器58内を通過している。また、熱交換器54と、圧縮器62と、膨張弁60とは、熱媒体循環路52内に設置されている。
The
熱交換器54は、ファン56によって送風された外気と熱媒体循環路52内の熱媒体との間で熱交換させることによって、熱媒体を加熱する。圧縮器62は、熱媒体循環路52内の熱媒体を圧縮して三流体熱交換器58側に送り出す。これによって、熱媒体循環路52内の熱媒体は、熱交換器54、圧縮器62、三流体熱交換器58、膨張弁60の順に循環する。
The
三流体熱交換器58の熱媒体循環路52には、圧縮器62から送り出された高温高圧の気体状態の熱媒体が供給される。三流体熱交換器58は、熱媒体循環路52内の熱媒体と、後述のタンク水循環路20内の水との間で熱交換を行うことができる。さらに、三流体熱交換器58は、熱媒体循環路52内の熱媒体と、後述の熱回収路88内の水との間で熱交換を行うことができる。即ち、三流体熱交換器58は、タンク水循環路20内の水を加熱する第1熱交換器、及び、熱回収路88内の水を加熱する第2熱交換器として機能する。熱媒体は、熱交換の結果、熱を奪われて凝縮する。これにより、熱媒体は、比較的低温で高圧の液体状態となる。
The high-temperature and high-pressure gaseous heat medium sent out from the
膨張弁60には、三流体熱交換器58を通過後の比較的低温で高圧の液体状態の熱媒体が供給される。熱媒体は、膨張弁60を通過することによって減圧され、低温低圧の液体状態となる。膨張弁60を通過した熱媒体は、上記の通り、熱交換器54に供給される。
The
給湯系統104は、タンク10と、タンク水循環路20と、水道水導入路24と、供給路36と、バーナ加熱装置81を備える。
The hot
タンク10は、ヒートポンプ50によって加熱された温水を貯える。タンク10は、密閉型であり、断熱材によって外側が覆われている。タンク10内には満水まで水が貯留されている。タンク10には、サーミスタ12、14、16、18がタンク10の高さ方向に略均等間隔で取り付けられている。各サーミスタ12、14、16、18は、その取付位置の水の温度を測定する。
The
タンク水循環路20は、上流端がタンク10の下部に接続されており、下流端がタンク10の上部に接続されている。タンク水循環路20には、循環ポンプ22が介装されている。循環ポンプ22は、タンク水循環路20内の水を上流側から下流側へ送り出す。また、上述したように、タンク水循環路20は、三流体熱交換器58を通過している。そのため、ヒートポンプ50を作動させると、タンク水循環路20内の水が三流体熱交換器58で加熱される。従って、循環ポンプ22とヒートポンプ50を作動させると、タンク10の下部の水が三流体熱交換器58に送られて加熱され、加熱された水がタンク10の上部に戻される。タンク水循環路20は、タンク10に蓄熱するための水路である。
The tank
水道水導入路24は、上流端が水道水供給源32に接続されている。水道水導入路24の下流側は、第1導入路24aと第2導入路24bに分岐している。第1導入路24aの下流端は、タンク10の下部に接続されている。第2導入路24bの下流端は、供給路36の途中に接続されている。第1導入路24aには、逆止弁26が介装されている。第2導入路24bには、逆止弁28と流量調整弁30が介装されている。流量調整弁30は、第2導入路24b内を流れる水道水の流量を調整する。
The upstream end of the tap
供給路36は、上流端がタンク10の上部に接続されている。上述したように、供給路36の途中には、水道水導入路24の第2導入路24bが接続されている。第2導入路24bとの接続部より上流側の供給路36には、流量調整弁34が介装されている。流量調整弁34は、供給路36内を流れる水の流量を調整する。第2導入路24bとの接続部より下流側の供給路36には、バーナ加熱装置81が介装されている。バーナ加熱装置81は、供給路36内の水を加熱する。供給路36の下流端は給湯栓38に接続されている。
The upstream end of the
暖房系統108は、シスターン70と、暖房用水循環路71と、バーナ加熱装置82と、暖房機76と、を備えている。暖房用水循環路71は、暖房往路72と、暖房復路84と、調整弁90と、熱回収路88と、バイパス路94と、循環流路96と、を備えている。暖房用水循環路71は、シスターン70内の水を循環させるための水路である。暖房用水循環路71内の水は、バーナ加熱装置82、三流体熱交換器58によって加熱される。
The
シスターン70は、上部が開放されている容器であり、内部に水を貯留している。シスターン70には、循環流路96の下流端と、暖房往路72の上流端とが接続されている。シスターン70内には、循環流路96から水が流入する。シスターン70内の水は、暖房往路72に導入される。
The
暖房往路72は、上流端がシスターン70に接続され、下流端が暖房機76の往き口に接続されている。暖房往路72には、循環ポンプ74が介装されている。循環ポンプ74は、暖房往路72内の水を下流側に送り出す。暖房機76より上流側の暖房往路72には、バーナ加熱装置82が介装されている。バーナ加熱装置82は、暖房往路72内の水を加熱する。バーナ加熱装置82が作動する様子は、図2に図示している。バーナ加熱装置82は、ヒートポンプ50よりも、暖房用水循環路71内を循環する水を加熱する能力が高い。言い換えると、バーナ加熱装置82は、ヒートポンプ50よりも、単位時間当りの加熱量が高い。バーナ加熱装置82で加熱された水は、暖房機76に供給される。また、暖房往路72のうち、バーナ加熱装置82の下流側であって、暖房機76の上流側には、サーミスタ86が介装されている。サーミスタ86は、バーナ加熱装置82を通過した後の暖房往路72内の水の温度を測定する。
The
暖房機76は、暖房往路72から供給される水の熱を利用して、居室を暖房する。暖房往路72から供給される水は、暖房に利用されると、熱を奪われ、比較的低温の水となる。暖房に利用された後の比較的低温の水は、暖房復路84に導入される。
The
暖房復路84は、上流端が暖房機76の戻り口に接続され、下流端が、バイパス路94の上流端及び熱回収路88の上流端に接続されている。
The
熱回収路88は、上流端がバイパス路94の上流端及び暖房復路84の下流端に接続され、下流端がバイパス路94の下流端及び循環流路96の上流端に接続されている。熱回収路88は、三流体熱交換器58を通過している。そのため、ヒートポンプ50を作動させると、熱回収路88内の水が三流体熱交換器58で加熱される。
The
バイパス路94は、上流端が暖房復路84の下流端及び熱回収路88の上流端に接続され、下流端が熱回収路88の下流端及び循環流路96の上流端に接続されている。即ち、バイパス路94は、三流体熱交換器58の上流側と下流側とをバイパスする。
The
調整弁90は、暖房復路84の下流端と、熱回収路88の上流端と、バイパス路94の上流端との接続部分に取り付けられている。調整弁90は、その開度を変化させることによって、熱回収路88を通過する水の流量(三流体熱交換器58を通過する水の流量)と、バイパス路94を通過する水の流量との割合を変化させることができる。調整弁90には、例えば三方弁が用いられる。
The regulating
循環流路96は、上流端が熱回収路88の下流端及びバイパス路94の下流端に接続され、下流端がシスターン70に接続されている。循環流路96には、サーミスタ98が介装されている。サーミスタ98は、循環流路96内の水の温度を測定する。
The
外気温センサ40は、給湯系統104のタンク10付近に備えられており、外気温を測定可能である。
The outside
制御装置100は、給湯系統104、ヒートポンプ系統106、暖房系統108、及び、外気温センサ40と電気的に接続されており、各構成要素の動作を制御する。
The
(給湯暖房システムの動作)
次いで、本実施例の給湯暖房システム2の動作について説明する。給湯暖房システム2は、蓄熱運転、給湯運転、暖房運転、及び、凍結防止運転を実行することができる。以下、各運転について説明する。
(Operation of hot water heating system)
Next, the operation of the hot water supply /
(蓄熱運転)
蓄熱運転は、ヒートポンプ50で生成した熱により、タンク10内の水を加熱する運転である。図1中の実線矢印は、蓄熱運転中におけるヒートポンプ50の熱媒体の流れ、及び、タンク10の水の流れを示している。制御装置100によって蓄熱運転の実行が指示されると、ヒートポンプ50が作動するとともに、循環ポンプ22が回転する。この際、ヒートポンプ50では、圧縮器62が作動する。
(Heat storage operation)
The heat storage operation is an operation in which water in the
ヒートポンプ50が作動することにより、熱媒体循環路52内の熱媒体は、熱交換器54、圧縮器62、三流体熱交換器58、膨張弁60の順に循環する。この場合、三流体熱交換器58を通過する熱媒体循環路52内の熱媒体は、高温高圧の気体状態である。また、循環ポンプ22が回転すると、タンク水循環路20内をタンク10内の水が循環する。即ち、タンク10の下部に存在する水がタンク水循環路20内に導入され、導入された水が三流体熱交換器58を通過する際に、熱媒体循環路52内の熱媒体の熱によって加熱され、加熱された水がタンク10の上部に戻される。これにより、タンク10に高温の水が貯められる。タンク10の上部には、高温の水の層が形成され、下部には、低温の水の層が形成される。
When the
(給湯運転)
給湯運転は、タンク10内の水を給湯栓38に供給する運転である。図1中の破線矢印は、給湯運転中におけるタンク10の水の流れを示している。給湯運転は、上記の蓄熱運転中にも実行することができる。給湯栓38が開かれると、制御装置100は、流量調整弁34を開く。すると、水道水供給源32からの水圧によって、水道水導入路24(第1導入路24a)からタンク10の下部に水道水が流入する。同時に、タンク10上部の温水が、供給路36を介して給湯栓38に供給される。
(Hot water operation)
The hot water supply operation is an operation for supplying water in the
制御装置100は、タンク10から供給路36に供給される水の温度(即ち、サーミスタ12の検出温度)が、給湯設定温度より高い場合には、流量調整弁30を開いて第2導入路24bから供給路36に水道水を導入する。従って、タンク10から供給された水と第2導入路24bから供給された水道水とが、供給路36内で混合される。制御装置100は、給湯栓38に供給される水の温度が、給湯設定温度と一致するように、流量調整弁30の開度を調整する。一方、制御装置100は、タンク10から供給路36に供給される水の温度が、給湯設定温度より低い場合には、バーナ加熱装置81を作動させる。従って、供給路36を通過する水がバーナ加熱装置81によって加熱される。制御装置100は、給湯栓38に供給される水の温度が、給湯設定温度と一致するように、バーナ加熱装置81の出力を制御する。
When the temperature of the water supplied from the
(暖房運転)
暖房運転は、暖房機76を作動させて居室を暖房する運転である。図2は、暖房運転中の各構成要素の動作の一例を示す。図2中の実線矢印は、ヒートポンプ50の熱媒体の流れ、及び、暖房用水循環路71内の水の流れを示している。
(Heating operation)
The heating operation is an operation in which the
ユーザによって暖房運転の実行が指示されると、制御装置100は、循環ポンプ74を作動させる。これにより、シスターン70内の水が、暖房往路72、暖房機76、暖房復路84、熱回収路88、及び、循環流路96をこの順で通過してシスターン70に戻るように循環する。なお、暖房運転が開始された直後では、調整弁90は、暖房用水循環路71内の水の全部が三流体熱交換器58を通過するように開度が調整されている。
When the execution of the heating operation is instructed by the user, the
さらに、制御装置100は、循環ポンプ74と同時に、バーナ加熱装置82と、ヒートポンプ50を作動させる。これにより、上記経路を循環する水は、暖房往路72を通過する際にバーナ加熱装置82によって加熱されるとともに、熱回収路88を通過する際に、三流体熱交換器58内で、熱媒体循環路52内の熱媒体の熱によって加熱される。この結果、暖房機76には、バーナ加熱装置82とヒートポンプ50の両方を用いて加熱された水が供給される。さらに、制御装置100は、暖房機76を作動させる。暖房機76は、供給された水の熱を利用して、居室を暖房する。
Further, the
その後、暖房用水循環路71内の水の温度が高くなり、ヒートポンプ50による水の加熱効率が低下する場合には、制御装置100は、図2に示すように、熱回収路88を流れる水の一部がバイパス路94を通過して循環流路96に導入されるように、調整弁90の開度を調整する。これにより、ヒートポンプ50で加熱される水の流量が減るため、暖房用水循環路71内の水の温度上昇を抑えることができる。
After that, when the temperature of the water in the heating
その後、暖房運転を継続することにより、暖房用水循環路71内の水の温度が再び高くなり、ヒートポンプ50による水の加熱効率が再び低下する場合には、制御装置100は、ヒートポンプ50を停止させる。これにより、暖房用水循環路71内の水は、ヒートポンプ50によって加熱されなくなる。
Thereafter, by continuing the heating operation, when the temperature of the water in the heating
その後、暖房運転を継続することにより、暖房用水循環路71内の水の温度が十分に高くなった場合(即ち、暖房機76が立ち上がった状態になる場合)、制御装置100は、バーナ加熱装置82を停止させる。暖房機76には、十分に加熱された暖房用水循環路71内の水の熱が供給される。
Thereafter, by continuing the heating operation, when the temperature of the water in the heating
その後、暖房運転を継続することにより、暖房用水循環路71内の水の温度が低下した場合、制御装置100は、適宜ヒートポンプ50を作動させて、暖房用水循環路71内の水の温度を加熱する。これにより、ヒートポンプ50を熱源として、安定した暖房運転を行うことができる。
Thereafter, when the temperature of the water in the heating
なお、暖房運転開始時点で、外気温センサ40の検出温度(即ち外気温T)が、ヒートポンプ50によって効率的に水を加熱することができないほどの低温である場合(例えば外気温が−10℃より低い場合)、制御装置100は、ヒートポンプ50を熱源として作動させずに、バーナ加熱装置82のみを熱源として作動させて、暖房運転を実行することもできる。
In addition, when the temperature detected by the outside air temperature sensor 40 (that is, the outside air temperature T) is low enough that the
(凍結防止運転)
凍結防止運転は、外気温が低い状況において、タンク水循環路20、暖房用水循環路71、熱媒体循環路52等の配管類が凍結破損することを防ぐための運転である。制御装置100は、タンク水循環路20の凍結破損を防止するためのタンク水循環路凍結防止運転(図3参照)、及び、暖房用水循環路71の凍結破損を防止するための暖房用水循環路凍結防止運転(図4参照)を同時に実行する。図3、図4は、それぞれ、タンク水循環路凍結防止運転、暖房用水循環路凍結防止運転を示すフローチャートである。制御装置100が、タンク水循環路凍結防止運転と暖房用水循環路凍結防止運転とを実行する結果として、給湯暖房システム2全体で、第1の凍結防止運転(図7参照)と、第2の凍結防止運転(図8参照)のいずれか一方が実行されることになる。図7は、第1の凍結防止運転時の各構成要素の動作を示す。図8は、第2の凍結防止運転時の各構成要素の動作を示す。
(Anti-freezing operation)
The freeze prevention operation is an operation for preventing the pipes such as the tank
以下、制御装置100が実行するタンク水循環路凍結防止運転と、暖房用水循環路凍結防止運転とについて、図3、図4を用いて順に説明する。
Hereinafter, the tank water circuit freezing prevention operation and the heating water circuit freezing prevention operation performed by the
(タンク水循環路凍結防止運転)
まず、図3を参照して、タンク水循環路20の凍結を防止するタンク水循環路凍結防止運転について説明する。S10及びS12では、制御装置100は、外気温センサ40が検出する外気温Tが、所定の閾値T1より低くなること、及び、サーミスタ21の検出温度(即ち、タンク水循環路20内の水の温度)が、所定の閾値T2より低くなることを監視する。所定の閾値T1は、外気温Tがその温度を下回ると、タンク水循環路内の水が凍結するおそれがある気温である。所定の閾値T1は、例えば、5℃である。また、所定の閾値T2は、サーミスタ21の検出温度(即ち、タンク水循環路20内の水の温度)が、その温度を下回ると、タンク水循環路20内の水が凍結するおそれがある水温である。所定の閾値T2は、例えば、10℃である。制御装置100は、外気温Tが閾値T1より低く、かつ、サーミスタ21の検出温度が閾値T2より低い場合に(S10でYES、かつ、S12でYESの場合)、S14に進む。
(Tank water circuit freeze prevention operation)
First, with reference to FIG. 3, the tank water circuit freezing prevention operation which prevents the
S14では、制御装置100は、循環ポンプ22を作動させる。これにより、タンク10の下部の水がタンク水循環路20に導入され、三流体熱交換器58を通過して、タンク10の上部に戻される。
In S <b> 14, the
次いで、S16では、制御装置100は、第1の循環時間が経過することを監視する。第1の循環時間は、例えば4分間である。第1の循環時間が経過すると、制御装置100は、S16でYESと判断し、S18に進む。
Next, in S16, the
S18では、制御装置100は、循環ポンプ22を停止させる。循環ポンプ22を、第1の循環時間の間作動させたことにより、タンク水循環路20内の各部の水の温度が均一化される。
In S18, the
次いで、S20では、制御装置100は、サーミスタ25の検出温度(即ち、三流体熱交換器58を通過した後のタンク水循環路20内の水の温度)が、所定の閾値T3より低いか否か判断する。所定の閾値T3は、例えば13℃である。例えば、タンク水循環路凍結防止運転が開始された時点で、サーミスタ21の検出温度(即ち、タンク水循環路20内の水の温度)が所定の閾値T2より低い場合であっても、タンク10内には比較的高温の水が貯留されている場合がある。その場合、上記のS14〜S18で、循環ポンプ22を第1の循環時間の間作動させると、タンク10内の比較的高温の水がタンク水循環路20内を循環する。その結果、S20の時点で、サーミスタ25の検出温度が閾値T3以上になる場合がある。サーミスタ25の検出温度が閾値T3以上になる場合、タンク水循環路20内の水が凍結する可能性は少ない。従って、その場合、制御装置100は、S20でNOと判断し、タンク水循環路凍結防止を終了し、再度S10及びS12に戻って、監視を行う。
Next, in S20, the
一方、S20の時点で、サーミスタ25の検出温度が閾値T3より低い場合、タンク水循環路20内の水が凍結する可能性がある。従って、その場合、制御装置100は、S20でYESと判断し、S24に進む。
On the other hand, if the detected temperature of the
S24では、制御装置100は、外気温センサ40が検出する外気温Tが、所定の閾値T4以上であるか否か判断する。ここで、所定の閾値T4は、外気温Tがその温度を下回ると、ヒートポンプ50が外気から効率的に吸熱できなくなる可能性が高い温度である。所定の閾値T4は、例えば−10℃である。所定の閾値T4は、所定の閾値T1より低い温度である。外気温Tが閾値T4以上である場合、制御装置100は、S24でYESと判断し、S26に進む。一方、外気温が閾値T4より低い場合、制御装置100は、S24でNOと判断し、S34に進む。
In S24, the
S26では、制御装置100は、循環ポンプ22及びヒートポンプ50を作動させる。これにより、タンク10の下部の水が三流体熱交換器58に送られて加熱され、加熱された水がタンク10の上部に戻される。その結果、タンク水循環路20内の水の温度が上昇する。S26で循環ポンプ22及びヒートポンプ50を作動させることにより、後で説明する第2の凍結防止運転(図8参照)が実現される。
In S26, the
S26で循環ポンプ22及びヒートポンプ50を作動させると、S28、S30において、制御装置100は、外気温Tが所定の閾値T1以上になること、又は、サーミスタ21の検出温度が、所定の閾値T2以上になることを監視する。外気温Tが閾値T1以上になる場合、制御装置100は、S28でYESと判断し、S32に進む。また、循環ポンプ22及びヒートポンプ50を作動させた結果、サーミスタ21の検出温度が閾値T2以上になる場合(即ち、タンク水循環路20内の水の温度が閾値T2以上になる場合)、制御装置100は、S30でYESと判断し、S32に進む。
When the
S32では、制御装置100は、循環ポンプ22及びヒートポンプ50を停止させる。S32を終えると、制御装置100は、タンク水循環路凍結防止運転を終了する。その場合、制御装置100は、再び、S10及びS12に戻って監視を行う。
In S32, the
一方、S34では、外気温が閾値T4より低いため、制御装置100は、ヒートポンプ50を作動させずに、循環ポンプ22のみを作動させる。この場合、後で説明するように、暖房用水循環路71(熱回収路88)内の水が、熱媒体循環路52内の熱媒体を加熱する。また、加熱された熱媒体循環路52内の熱媒体の熱によって、タンク水循環路20内の水が加熱される。その結果、タンク水循環路20内の水の温度が少しずつ上昇する。S34で循環ポンプ22を作動させることにより、後で説明する第1の凍結防止運転(図7参照)が実現される。
On the other hand, in S34, since the outside air temperature is lower than the threshold value T4, the
S34で循環ポンプ22を作動させると、S36、S38において、制御装置100は、外気温Tが所定の閾値T1以上になること、又は、サーミスタ21の検出温度が、所定の閾値T2以上になることを監視する。外気温Tが閾値T1以上になる場合、制御装置100は、S36でYESと判断し、S40に進む。また、サーミスタ21の検出温度が閾値T2以上になる場合、制御装置100は、S38でYESと判断し、S40に進む。
When the
S40では、制御装置100は、循環ポンプ22を停止させる。S40を終えると、制御装置100は、タンク水循環路凍結防止運転を終了する。その場合、制御装置100は、再び、S10及びS12に戻って監視を行う。
In S40, the
(暖房用水循環路凍結防止運転)
次いで、図4を参照して、暖房用水循環路71の凍結を防止する暖房用水循環路凍結防止運転について説明する。S50では、制御装置100は、外気温センサ40が検出する外気温Tが、所定の閾値T1より低くなることを監視する。制御装置100は、外気温Tが閾値T1より低い場合に、S50でYESと判断し、S52に進む。
(Heating water circuit freezing prevention operation)
Next, with reference to FIG. 4, the heating water circulation path freezing prevention operation for preventing the heating
S52では、制御装置100は、循環ポンプ74を作動させる。これにより、シスターン70内の水が、暖房往路72、暖房機76、暖房復路84、熱回収路88、及び、循環流路96をこの順で通過してシスターン70に戻るように循環する(図7、図8参照)。なお、暖房用水循環路凍結防止運転では、調整弁90は、暖房用水循環路71内の水の全部が三流体熱交換器58を通過するように開度が調整されている(図7、図8参照)。
In S <b> 52, the
次いで、S54では、制御装置100は、第2の循環時間が経過することを監視する。第2の循環時間は、例えば4分間である。第2の循環時間が経過すると、制御装置100は、S54でYESと判断し、S56に進む。
Next, in S54, the
S56では、制御装置100は、循環ポンプ74を停止させる。循環ポンプ74を、第2の循環時間の間作動させたことにより、暖房用水循環路71内の各部の水の温度が均一化される。
In S56, the
次いで、S58では、制御装置100は、サーミスタ98の検出温度TW(即ち、均一化された後の暖房用水循環路71内の水の温度)より、運転時間と供給温度を決定する。ここで、運転時間とは、循環ポンプ74及びバーナ加熱装置82を作動させる時間である。また、供給温度とは、三流体熱交換器58(熱回収路88)に供給される水の温度である。即ち、供給温度とは、バーナ加熱装置82で加熱された後の暖房往路72内の水の温度(サーミスタ86の検出温度)である。
Next, in S58, the
具体的には、S58では、制御装置100は、サーミスタ98の検出温度TWに応じて、予め設定されている運転時間及び供給温度を決定する(図5参照)。図5は、サーミスタ98の検出温度TW毎の運転時間及び供給時間の設定値を示す表である。図5に示すように、例えば、温度TWが20℃以上である場合、運転時間は2分、供給温度は55℃に設定されている。また、温度TWが15℃以上20℃未満の場合、運転時間は4分、供給温度は60℃に設定されている。即ち、本実施例では、温度TWが低温であるほど、運転時間は長く、供給温度は高くなるように設定されている。S58では、制御装置100は、サーミスタ98の検出温度TWに応じて、図5に従って、運転時間及び供給温度を決定する。
Specifically, in S58, the
次いで、S60では、制御装置100は、循環ポンプ74及びバーナ加熱装置82を作動させる。このとき、バーナ加熱装置82は、加熱後の暖房往路72内の水の温度がS58で決定された供給温度になるように加熱量を調整する。これにより、暖房用水循環路71内を循環する水は、バーナ加熱装置82によって加熱される。この結果、暖房用水循環路71内の水の温度は上昇する。S60で循環ポンプ74及びバーナ加熱装置82を作動させることにより、後で説明する第1の凍結防止運転(図7参照)、及び、第2の凍結防止運転(図8)が実現される。
Next, in S60, the
S60で循環ポンプ74及びバーナ加熱装置82を作動させると、S64で、制御装置100は、S58で決定された運転時間が経過することを監視する。運転時間が経過すると、制御装置100は、S64でYESと判断し、S66に進む。S66では、制御装置100は、循環ポンプ74及びバーナ加熱装置82を停止させる。
When the
次いで、S68では、制御装置100は、外気温センサ40によって検出される外気温Tに応じて、インターバル時間を決定する。インターバル時間とは、次に暖房用水循環路凍結防止運転を開始するまでの時間である。具体的には、S68では、制御装置100は、外気温Tに応じて、予め設定されているインターバル時間を決定する(図6参照)。図6は、外気温T毎のインターバル時間の設定値を示す表である。図6に示すように、例えば、外気温Tが3℃以上である場合、インターバル時間は60分に設定されている。また、外気温Tが1℃以上3℃未満の場合、インターバル時間は50分に設定されている。即ち、本実施例では、外気温Tが低温であるほど、インターバル時間が短くなるように設定されている。S68では、制御装置100は、外気温Tに応じて、図6に従って、インターバル時間を決定する。
Next, in S <b> 68, the
次いで、S70では、制御装置100は、S68で決定されたインターバル時間が経過することを監視する。インターバル時間が経過すると、制御装置100は、S70でYESと判断し、暖房用水循環路凍結防止運転を終了する。その場合、制御装置100は、S50に戻って監視を行う。
Next, in S70, the
以上、制御装置100が実行するタンク水循環路凍結防止運転、及び、暖房用水循環路凍結防止運転について説明した。次いで、制御装置100がタンク水循環路凍結防止運転、及び、暖房用水循環路凍結防止運転を実行する結果として、給湯暖房システム2全体で実現される第1の凍結防止運転(図7参照)及び第2の凍結防止運転(図8参照)について説明する。
The tank water circulation path freeze prevention operation and the heating water circulation path freeze prevention operation executed by the
(第1の凍結防止運転)
上記の通り、外気温Tが所定の閾値T4(例えば−10℃)より低い場合、ヒートポンプ50は外気から効率的に吸熱することができず、運転に適さない。その場合、制御装置100は、図3のS24でNOと判断するとともに、図4のS50でYESと判断する。その結果、図7に示すように、給湯暖房システム2では、第1の凍結防止運転が実現される。
(First freeze prevention operation)
As described above, when the outside air temperature T is lower than a predetermined threshold value T4 (for example, −10 ° C.), the
具体的には、制御装置100は、ヒートポンプ50を作動させずに、循環ポンプ22のみを作動させる(図3のS34)。これにより、タンク水循環路20内の水が循環する。さらに、制御装置100は、循環ポンプ74及びバーナ加熱装置82を作動させる(図4のS60)。これにより、暖房用水循環路71内の水は、暖房用水循環路71内を循環するとともに、バーナ加熱装置82によって加熱される。この結果、暖房用水循環路71内の水の温度が上昇する。
Specifically, the
図7に示すように、第1の凍結防止運転では、ヒートポンプ50は作動しないが、三流体熱交換器58では、暖房用水循環路71(熱回収路88)内の水と、熱媒体循環路52内の熱媒体との間で熱交換が行われる。即ち、熱回収路88内の水の熱で、熱媒体循環路52内の熱媒体が加熱される。さらに、三流体熱交換器58では、熱媒体循環路52内の熱媒体と、タンク水循環路20内の水との間で熱交換が行われる。即ち、熱媒体循環路52内の熱媒体の熱で、タンク水循環路20内の水が加熱される。そのため、第1の凍結防止運転の結果、タンク水循環路20内の水の温度が少しずつ上昇する。従って、暖房用水循環路71内の水、熱媒体循環路52内の熱媒体、及び、タンク水循環路20内の水の温度がそれぞれ上昇する。
As shown in FIG. 7, in the first freeze prevention operation, the
そのため、外気温が所定の閾値T4より低い場合において、ヒートポンプ50を作動させなくても、タンク水循環路20、熱媒体循環路52、暖房用水循環路71等の配管類の凍結を抑制することができる。従って、本実施例の給湯暖房システム2は、外気温が、ヒートポンプ50の運転に適さないほど低温になっても、適切に配管類の凍結を抑制することができる。
Therefore, when the outside air temperature is lower than the predetermined threshold T4, it is possible to suppress freezing of piping such as the tank
(第2の凍結防止運転)
上記の通り、外気温Tが所定の閾値T4(例えば−10℃)以上であるが、所定の閾値T1(例えば5℃)より低い場合、ヒートポンプ50は、外気から効率的に吸熱することができる。この場合、制御装置100は、図3のS24でYESと判断するとともに、図4のS50でYESと判断する。その結果、図8に示すように、給湯暖房システム2では、第2の凍結防止運転が実現される。
(Second anti-freezing operation)
As described above, the outside temperature T is equal to or higher than a predetermined threshold T4 (for example, −10 ° C.), but when it is lower than the predetermined threshold T1 (for example, 5 ° C.), the
具体的には、制御装置100は、ヒートポンプ50及び循環ポンプ22を作動させる(図3のS26)。これにより、タンク水循環路20内の水は、タンク水循環路20内を循環するとともに、三流体熱交換器58で加熱される。その結果、タンク水循環路20内の水の温度が上昇する。また、制御装置100は、循環ポンプ74及びバーナ加熱装置82を作動させる(図5のS60)。これにより、暖房用水循環路71内の水は、暖房用水循環路71内を循環するとともに、バーナ加熱装置82によって加熱される。この結果、暖房用水循環路71内の水の温度が上昇する。
Specifically, the
上記の通り、外気温Tが所定の閾値T4以上であって、所定の閾値T1より低い場合、バーナ加熱装置82に加えてヒートポンプ50を熱源として利用できるため、配管類の凍結を効果的に抑制することができる。従って、本実施例の給湯暖房システム2は、外気温が、配管類が凍結破損するおそれがある温度である場合において、適切に配管類の凍結を抑制することができる。
As described above, when the outside air temperature T is equal to or higher than the predetermined threshold value T4 and lower than the predetermined threshold value T1, the
以上、本実施例の給湯暖房システム2の構成及び動作について説明した。上記の通り、本実施例の給湯暖房システム2は、外気温が所定の閾値T4より低い場合(即ち、外気温が、ヒートポンプ50の運転に適さないほど低温である場合)に、第1の凍結防止運転を行うことにより、適切に配管類の凍結を抑制することができる。また、本実施例の給湯暖房システム2は、外気温Tが所定の閾値T4以上であって、所定の閾値T1より低い場合(即ち、外気温が、配管類が凍結破損するおそれがある温度である場合)に、第2の凍結防止運転を行うことにより、適切に配管類の凍結を抑制することができる。
In the above, the structure and operation | movement of the hot-water
本実施例の熱媒体循環路52、暖房用水循環路71が、それぞれ、「第1熱媒体循環路」、「第2熱媒体循環路」の一例である。閾値T4、閾値T1が、それぞれ、「第1の所定温度」、「第2の所定温度」の一例である。
The heat
以上、本発明の実施例について詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。例えば、以下の変形例が含まれる。 As mentioned above, although the Example of this invention was described in detail, these are only illustrations and do not limit a claim. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above. For example, the following modifications are included.
(変形例1) 上記の実施例では、制御装置100は、外気温Tが所定の閾値T4(例えば−10℃)以上であるが、所定の閾値T1(例えば5℃)より低い場合、バーナ加熱装置82に加えてヒートポンプ50を作動させ、熱源として利用している(第2の凍結防止運転)。これに限られず、制御装置100は、外気温Tが所定の閾値T4(例えば−10℃)以上であるが、所定の閾値T1(例えば5℃)より低い場合、ヒートポンプ50のみを熱源として利用してもよい。この場合、バーナ加熱装置82を熱源として利用する場合に比べて、エネルギー効率が良いという利点がある。
(Modification 1) In the above embodiment, the
2:給湯暖房システム
10:タンク
12、14、16、18:サーミスタ
20:タンク水循環路
22:循環ポンプ
24:水道水導入路
24a:第1導入路
24b:第2導入路
26:逆止弁
28:逆止弁
30:流量調整弁
32:水道水供給源
34:流量調整弁
36:供給路
38:給湯栓
50:ヒートポンプ
52:熱媒体循環路
54:熱交換器
56:ファン
58:三流体熱交換器
60:膨張弁
62:圧縮器
70:シスターン
71:暖房用水循環路
72:暖房往路
74:循環ポンプ
76:暖房機
81:バーナ加熱装置
82:バーナ加熱装置
84:暖房復路
86:サーミスタ
88:熱回収路
90:調整弁
94:バイパス路
96:循環流路
98:サーミスタ
100:制御装置
104:給湯系統
106:ヒートポンプ系統
108:暖房系統
2: Hot water supply / heating system 10:
Claims (2)
第1熱媒体を循環させる第1熱媒体循環路を備えたヒートポンプと、
温水利用箇所に供給する水を貯留するタンクと、
タンク内の水を導入し、導入した水をタンクに戻すタンク水循環路と、
第2熱媒体を循環させる第2熱媒体循環路と、
ガスを消費して発生させた熱によって第2熱媒体を加熱する加熱装置と、
第2熱媒体の熱を利用して暖房する暖房機と、
第1熱媒体循環路とタンク水循環路の間、及び、第1熱媒体循環路と第2熱媒体循環路の間で熱交換を行う三流体熱交換器と、
外気温を計測する外気温センサと、を備え、
外気温センサが計測する外気温が、第1の所定温度より低い場合に、
ヒートポンプを作動させずに加熱装置を作動させ、第2熱媒体循環路内の第2熱媒体を循環させ、タンク水循環路内の水を循環させる、第1の凍結防止運転を実行する、
給湯暖房システム。 A hot water and heating system,
A heat pump including a first heat medium circulation path for circulating the first heat medium;
A tank for storing water to be supplied to the hot water use point;
A tank water circulation path for introducing water in the tank and returning the introduced water to the tank;
A second heat medium circulation path for circulating the second heat medium;
A heating device that heats the second heat medium by heat generated by consuming the gas;
A heater for heating using the heat of the second heat medium;
A three-fluid heat exchanger that exchanges heat between the first heat medium circuit and the tank water circuit and between the first heat medium circuit and the second heat medium circuit;
An outside air temperature sensor for measuring outside air temperature,
When the outside air temperature measured by the outside air temperature sensor is lower than the first predetermined temperature,
The first freeze prevention operation is performed in which the heating device is operated without operating the heat pump, the second heat medium in the second heat medium circuit is circulated, and the water in the tank water circuit is circulated.
Hot water heating system.
ヒートポンプ及び加熱装置のうち少なくともヒートポンプを作動させ、第2熱媒体循環路内の第2熱媒体を循環させ、タンク水循環路内の水を循環させる、第2の凍結防止運転を実行する、
請求項1に記載の給湯暖房システム。 When the outside air temperature measured by the outside air temperature sensor is equal to or higher than the first predetermined temperature and lower than the second predetermined temperature,
Performing at least a heat pump of the heat pump and the heating device, circulating the second heat medium in the second heat medium circulation path, and circulating the water in the tank water circulation path;
The hot water supply and heating system according to claim 1.
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