JP6009797B2

JP6009797B2 - 暖房システム

Info

Publication number: JP6009797B2
Application number: JP2012089628A
Authority: JP
Inventors: 小川　純一; 純一小川
Original assignee: Rinnai Corp
Current assignee: Rinnai Corp
Priority date: 2012-04-10
Filing date: 2012-04-10
Publication date: 2016-10-19
Anticipated expiration: 2032-04-10
Also published as: KR101460882B1; JP2013217599A; KR20130115137A

Description

本発明は、熱媒体を加熱する加熱装置と、複数の暖房端末と、加熱装置と各暖房端末との間で熱媒体を循環させる、循環ポンプを有する暖房回路とを備える暖房システムに関する。

従来、この種の暖房システムは例えば特許文献１で知られている。このものでは、加熱装置が、熱媒体を所定の第１温度に加熱する液−液熱交換器（低温側加熱装置）と、第１温度の熱媒体をこの第１温度より高い所定の第２温度に補助的に加熱する、バーナで加熱される熱交換器を備えた熱源機（高温側加熱装置）とで構成されている。各暖房端末のうち第１温度の熱媒体が循環されるものを低温側端末、第２温度の熱媒体が循環されるものを高温側端末とし、各低温側端末には、液−液熱交換器からの暖房回路の低温側行き管路を分流して第１温度の熱媒体が夫々供給され、各高温側端末には、高温側加熱装置からの暖房回路の高温側行き管路を分流して第２温度の熱媒体が夫々供給される。そして、各低温側端末と各高温側端末とを夫々通過した熱媒体は、暖房回路の戻り管路に合流された後、即ち、各低温側端末を通過した熱媒体と各高温側端末を通過した熱媒体とを混合して低温側加熱装置へと戻される。

ところで、近年では、床暖房や浴室暖房機等の普及に伴い、暖房システムで用いられる暖房端末の数が増加する傾向にあり、これに伴い、暖房端末を含めた暖房回路の圧力損失も増加している。一般に、浴室暖房機等の高温側端末は、床暖房等の低温側端末と比較してその圧力損失が大きいため、暖房端末の全てが同時使用されたときでも高温側端末に十分な流量の熱媒体が供給されるように高温側端末への熱媒体の供給圧力を高くする必要がある。そして、上記従来例のように低温側及び高温側の各端末を夫々通過した熱媒体を混合して低温側加熱装置に戻す構成では、暖房端末の数が多くなると、送液能力の高い大型の循環ポンプを用いる必要がある。然し、これでは、循環ポンプの設置スペースが増えるばかりか、消費電力も多大となるという問題がある。

特開２０１１−１１２３２０号公報

本発明は、以上の点に鑑み、暖房端末の数が多い場合でも、暖房回路に大型の循環ポンプを必要としない暖房システムを提供することをその課題とするものである。

上記課題を解決するために、熱媒体を加熱する加熱装置と、複数の暖房端末と、加熱装
置と各暖房端末との間で熱媒体を循環させる、循環ポンプを有する暖房回路とを備える本発明の暖房システムは、加熱装置が、熱媒体を所定の第１温度に加熱する低温側加熱装置と、この第１温度より高い所定の第２温度に熱媒体を加熱する高温側加熱装置とで構成され、各暖房端末のうち第１温度の熱媒体が循環されるものを低温側端末、第２温度の熱媒体が循環されるものを高温側端末とし、低温側加熱装置からの暖房回路の低温側往き管路を分流して各低温側端末に第１温度の熱媒体が夫々供給され、高温側加熱装置からの暖房回路の高温側往き管路を分流して各高温側端末に第２温度の熱媒体が夫々供給されるように構成され、各高温側端末を夫々通過した熱媒体が合流する暖房回路の高温側戻り管路は高温側加熱装置に接続され、各低温側端末を夫々通過した熱媒体が合流する暖房回路の低温側戻り管路は低温側加熱装置を経由して高温側戻り管路に接続され、各高温側端末を夫々通過した熱媒体を合流させる戻り用の高温側分岐ヘッダーと、各低温側端末を夫々通過した熱媒体を合流させる戻り用の低温側分岐ヘッダーとを備え、高温側分岐ヘッダーと低温側分岐ヘッダーは、一端が封止された主管であってその外周面に複数個の接続部が周方向に互い違いに向けて突設されたものを両主管が同一軸線状に位置するように連結して一体に構成されていることを特徴とする。

本発明によれば、暖房回路の高温側戻り管路を高温側加熱装置に接続して、比較的圧力損失が大きい高温側端末を通過した熱媒体を高温側加熱装置へと低温側加熱装置を経由せずに短い経路で戻す構成としたため、暖房端末を含めた暖房回路の圧力損失は、同数の暖房端末が接続される場合における上記従来例のものと比較して小さくなる。その結果、暖房回路に設ける循環ポンプを送液能力の高い大型のものにしなくても、圧力損失の大きな高温側端末に十分な流量で熱媒体を供給することができる。なお、本発明にいう熱媒体としては例えば温水や不凍液が挙げられ、また、暖房には、暖房端末に熱媒体を循環させたときの放熱で衣類乾燥を行うような場合も含む。また、高温側分岐ヘッダーと低温側分岐ヘッダーとをコンパクトな構成にできてよい。

また、本発明においては、前記低温側加熱装置がヒートポンプユニットで構成され、前記高温側加熱装置が、バーナで加熱される熱交換器を備えた熱源機で構成されることが好ましい。これによれば、ヒートポンプユニットに低温側端末を通過した低温の熱媒体のみを戻してこの熱媒体を第１温度に再加熱し、低温側端末に供給できるため、ヒートポンプユニットを負荷の少ない環境で稼働させることができ、しかも、高温側端末も使用するような場合には、熱源機が、第１温度の熱媒体と高温側端末を通過した熱媒体とを合流させたものを第２温度に加熱すればよいため、その加熱量が少なくても済み、結果として、エネルギー効率のよい暖房システムを実現することができる。

本発明の暖房システムの構成を説明する模式図。図１の暖房システムに用いられる分岐ヘッダーを説明する図。

以下、図面を参照して、熱媒体を温水とし、この熱媒体を第１温度（例えば４０℃）に加熱する低温側熱源機をヒートポンプユニット、熱媒体を第１温度より高い第２温度（例えば８０℃）に加熱する高温側加熱装置を、バーナで加熱される熱交換器を備えた熱源機とした場合を例に本発明の実施形態を説明する。

図１を参照して、ＷＳは、本実施形態の給湯機能付き暖房システムであり、暖房システムＷＳは、ヒートポンプユニット１と、熱源機２と、複数の暖房端末３と、ヒートポンプユニット１及び熱源機２と各暖房端末３との間で温水を循環させる、循環ポンプ４１を有する暖房回路４と、温水を貯蔵するタンクユニット５とを備えている。暖房端末３は、第１温度の熱媒体が循環される床暖房等の複数の低温側端末３１と、第２温度の熱媒体が循環される浴室暖房機等の複数の高温側端末３２とで構成される。なお、低温側端末３１と高温側端末３２の数は任意に設定でき、また、これらの低温側端末３１と高温側端末３２は公知のものであるため、ここでは詳細な説明は省略する。

ヒートポンプユニット１は、冷媒を蒸発器１１からコンプレッサ１２と放熱器１３と膨張弁１４とを介して蒸発器１１に戻す閉回路で構成されるものである。蒸発器１１にはファン１５が付設され、冷媒がファン１５により送風される大気の熱を吸熱して蒸発し、この蒸発した冷媒がコンプレッサ１２で圧縮されて高温高圧になり、放熱器１３で放熱した後、膨張弁１４で減圧されて蒸発器１１に戻される。ヒートポンプユニット１は、タンク水加熱回路５１を介して、タンクユニット５の貯湯タンク５０に接続されている。タンク水加熱回路５１には、ヒートポンプユニット１内に位置させて、循環ポンプ５２が介設されている。そして、循環ポンプ５２の作動により、貯湯タンク５０の底部から低温のタンク水が放熱器１３に供給され、放熱器１３における冷媒との熱交換でタンク水が加熱されて貯湯タンク５０の頂部に戻され、貯湯タンク５０の温水を一定の温度（例えば、４５℃）に保持するようにしている。

貯湯タンク５０の底部には給水路５３が接続され、頂部には出湯路５４が接続されている。給水路５３には、図外の給水用外部配管からの冷水が減圧弁５３ａを介して供給される。また、給水路５３には、減圧弁５３ａの下流側の給水路５３の部分から分岐する分岐給水路５３ｂが接続され、分岐給水路５３ｂと出湯路５４とが、給湯栓等の給湯端末（図示せず）に連なる給湯路５５の上流端に設けた湯水混合弁５６に夫々接続されている。そして、貯湯タンク５０から出湯路５４を介して出湯される温水と、分岐給水路５３ｂを介して供給される冷水との混合比を湯水混合弁５６により調節し、設定温度の湯が給湯端末に供給されるようにしている。

また、給湯路５５には、バイパス弁５５ａが介設されると共に、このバイパス弁５５ａの上流側及び下流側には、熱源機２の給湯用熱源部２１に通じる給水路２２ａと、この給湯用熱源部２１からの出湯路２２ｂとが接続されている。給湯用熱源部２１は、バーナ２１ａと、このバーナ２１ａで加熱される熱交換器２１ｂとを備えたものである。そして、出湯路５４に出湯される温水の温度が設定温度未満になったとき、バイパス弁５５ａを閉弁して給湯用熱源部２１を作動させ、給湯用熱源部２１により貯湯タンク５０からの温水を設定温度に加熱する。また、熱源機２には、バーナ２３ａとこのバーナ２３ａで加熱される熱交換器２３ｂとを備えた暖房用熱源部２３が設けられ、この暖房用熱源部２３が本発明の高温側加熱装置を構成する。なお、給湯用熱源部２１と暖房用熱源部２３としては、給湯及び暖房機能を有する一般的なガス複合熱源機の給湯用熱源部と暖房用熱源部とを用いることができ、ここでは詳細な説明を省略する。

暖房回路４は、熱源機２内に位置させて夫々設けられる、往き用の低温側分岐ヘッダー４１_１及び高温側分岐ヘッダー４１_２と、戻り用の低温側分岐ヘッダー４２_１及び高温側分岐ヘッダー４２_２とを備えている。また、暖房回路４は、低温側分岐ヘッダー４１_１に第１温度の温水を供給する低温側往き管路４３と、高温側分岐ヘッダー４１_２に第２温度の温水を供給する高温側往き管路４４と、戻り用の低温側分岐ヘッダー４２_１で合流された温水をヒートポンプユニット１に戻す低温側戻り管路４５と、戻り用の高温側分岐ヘッダー４２_２で合流された温水を熱源機２に戻す高温側戻り管路４６とを備え、低温側戻り管路４５が、ヒートポンプユニット１を経由した後、高温側戻り管路４６に接続されている。

ここで、往き用の低温側分岐ヘッダー４１_１と高温側分岐ヘッダー４１_２としては、同一形態のものが用いられ、一端が封止された主管４１ａを備え、その外周面に、低温側端末３１と高温側端末３２とに夫々通じる低温側循環往き管路４７_１と高温側循環往き管４７_２とが夫々接続される複数個の接続部４１ｂを突設した公知のものが利用できる。また、戻り用の低温側分岐ヘッダー４２_１及び高温側分岐ヘッダー４２_２も、往き用の低温側分岐ヘッダー４１_１と高温側分岐ヘッダー４１_２と同一形態のものを用いることができる。然し、暖房システムＷＳに接続すべき暖房端末３の数が多いとき、低温側分岐ヘッダー４２_１及び高温側分岐ヘッダー４２_２用の設置スペースが熱源機２内にとれない虞がある。そこで、本実施形態では、低温側分岐ヘッダー４２_１と高温側分岐ヘッダー４２_２とを一体に構成している。

図２を参照して、低温側分岐ヘッダー４２_１（図２中、右側に位置するもの）は、一端が封止された主管（以下、これを第１の主管という）４２ａを備え、その外周面には、各低温側端末３１から低温側循環戻り管路４８_１が夫々接続される複数個の接続部４２ｂが突設されている。この場合、各接続部４２ｂは、鉛直方向（図２中、上下方向）に対して所定角度で傾斜し、互いに隣接するものが異なる方向を指向するようにしている。これにより、各接続部４２ｂ相互の間隔を小さく設定しても、低温側循環戻り管路４８_１を配管し易くすることができる。また、第１の主管４２ａの他端には、この主管４２ａの内部通路４２１に連通する内部通路４２２を有し、第１の主管４２ａに対して交差する方向にのびるジョイント部４２ｃが接続されている。このジョイント部４２ｃには開閉弁Ｖ１が設けられ、その下流端に低温側戻り管路４５が接続される。そして、複数の低温側端末３１を経た温水が低温側分岐ヘッダー４２_１で合流され、低温側戻り管路４５によりヒートポンプユニット１に戻され、放熱器１３における冷媒との熱交換で低温側端末３１を経た温水が再加熱される。

また、ジョイント部４２ｃには高温側分岐ヘッダー４２_２の主管（以下、これを第２の主管という）４２ｄが、第１の主管４２ａと同一線上に位置するように、その一端側から連結され、第２の主管４２ｄの一端がジョイント部４２ｃで封止されている。第２の主管４２ｄの外周面にもまた、上記低温側分岐ヘッダー４２_１と同様に、高温側端末３２から高温側循環戻り管路４８_２が夫々接続される複数個の接続部４２ｅが突設されている。第２の主管４２ｄの他端には、高温側戻り管路４６の上流端をなすＴ字管４６ａが設けられ、ヒートポンプユニット１を経由した低温側戻り管路４５が接続されている。この場合、Ｔ字管４６ａには、第２の主管４２ｄの他端を閉塞する開閉弁Ｖ２が設けられている。そして、高温側戻り管路４６には、熱源機２内で上流側（暖房端末側）から順に、シスターン４２と循環ポンプ４１とが介設され、この循環ポンプ４１と暖房用熱源部２３との間の高温側戻り管路４６の下流側部分４６ｂから、低温側分岐ヘッダー４１_１に第１温度の温水を供給する低温側往き管路４３が分岐される。

以上の実施形態によれば、暖房回路４の高温側戻り管路４６を高温側加熱装置である暖房用熱源部２３に接続して、比較的圧力損失が大きい高温側端末３２を通過した温水を暖房用熱源部２３へとヒートポンプユニット１を経由せずに短い経路で戻す構成としたため、暖房端末３を含めた暖房回路の圧力損失は、同数の暖房端末が接続される場合における上記従来例のものと比較して小さくなる。その結果、暖房回路４に設ける循環ポンプ４１を送液能力の高い大型のものにしなくても、圧力損失の大きな高温側端末３２に十分な流量で熱媒体を供給することができる。

また、低温側加熱装置をヒートポンプユニット１、高温側加熱装置を、バーナ２３ａで加熱される熱交換器２３ｂを備えた暖房用熱源部（熱源機）２３で構成したため、ヒートポンプユニット１に低温側端末３１を通過した低温の温水のみを戻してこの熱媒体を第１温度に再加熱し、低温側端末３１に供給できる。従って、ヒートポンプユニット１を負荷の少ない環境で稼働させることができ、しかも、高温側端末３２も使用するような場合には、暖房用熱源部２３が、第１温度の温水と高温側端末３２を通過した温水とを合流させたものを第２温度に加熱すればよいため、その加熱量が少なくても済み、結果として、エネルギー効率のよい暖房システムＷＳとなる。更に、戻り用の低温側分岐ヘッダー４２_１と高温側分岐ヘッダー４２_２とを上記の如く一体に構成したため、コンパクトな構成にでき、例えば熱源機２の狭い設置スペースに配置できてよい。また、低温側分岐ヘッダー４２_１と高温側分岐ヘッダー４２_２とに夫々開閉弁Ｖ１，Ｖ２とを設けたため、施工時に低温側と高温側とに分けて漏水検査を行うことができてよい。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記のものに限定されるものではない。上記実施形態では、低温側加熱装置をヒートポンプユニット１、高温側加熱装置を、バーナ２３ａで加熱される熱交換器２３ｂを備えた熱源機２３で構成したものを例に説明したが、熱交換により熱媒体を第１温度または第２温度に加熱されるものであれば、本発明は上記のものに限定されるものではない。例えば、低温側加熱装置として、太陽熱を利用した加熱装置や、貯蔵タンクユニットに貯蔵した温水との液−液熱交換機等を用いることができる。また、上記実施形態において、タンクユニットは省略することもできる。

ＷＳ…暖房システム、１…ヒートポンプユニット（低温側加熱装置）、２…熱源機（高温側加熱装置）、３…暖房端末、３１…低温側端末、３２…高温側端末、４…暖房回路、４１…循環ポンプ、４３…低温側往き管路、４４…高温側往き管路、４５…低温側戻り管路、４６…高温側戻り管路、４２_１…戻り用の低温側分岐ヘッダー、４２_２…戻り用の高温側分岐ヘッダー、４２ａ、４２ｄ…主管、４２ｂ、４２ｅ…接続部。

Claims

熱媒体を加熱する加熱装置と、複数の暖房端末と、加熱装置と各暖房端末との間で熱媒体を循環させる、循環ポンプを有する暖房回路とを備える暖房システムであって、
加熱装置が、熱媒体を所定の第１温度に加熱する低温側加熱装置と、この第１温度より高い所定の第２温度に熱媒体を加熱する高温側加熱装置とで構成され、各暖房端末のうち第１温度の熱媒体が循環されるものを低温側端末、第２温度の熱媒体が循環されるものを高温側端末とし、低温側加熱装置からの暖房回路の低温側往き管路を分流して各低温側端末に第１温度の熱媒体が夫々供給され、高温側加熱装置からの暖房回路の高温側往き管路を分流して各高温側端末に第２温度の熱媒体が夫々供給されるように構成したものにおいて、
各高温側端末を夫々通過した熱媒体が合流する暖房回路の高温側戻り管路は高温側加熱装置に接続され、各低温側端末を夫々通過した熱媒体が合流する暖房回路の低温側戻り管路は低温側加熱装置を経由して高温側戻り管路に接続され、
各高温側端末を夫々通過した熱媒体を合流させる戻り用の高温側分岐ヘッダーと、各低温側端末を夫々通過した熱媒体を合流させる戻り用の低温側分岐ヘッダーとを備え、高温側分岐ヘッダーと低温側分岐ヘッダーとは、一端が封止された主管であってその外周面に複数個の接続部が周方向に互い違いに向けて突設されたものを両主管が同一軸線状に位置するように連結して一体に構成されていることを特徴とする暖房システム。
前記低温側加熱装置がヒートポンプユニットで構成され、前記高温側加熱装置が、バー
ナで加熱される熱交換器を備えた熱源機で構成されることを特徴とする請求項１記載の暖
房システム。