JP6200706B2 - 給熱設備 - Google Patents
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Description
特許文献1、2の設備は、太陽熱の集熱により加熱した熱媒を用いて貯湯タンク内の湯を加熱し、貯湯タンクからの出湯によって外部に熱を供給する。
特許文献3の設備は、太陽熱を集熱して昇温した湯を、直接、床暖房パネルに供給して床暖房を行うことができる。更に、この設備は、ヒートポンプにより沸き上げた貯湯タンク内の湯も、床暖房パネルに供給できるので、太陽熱の集熱が十分でない場合でも床暖房を安定的に行える。
また、特許文献3の設備においても、太陽熱の集熱量が減少すると、太陽熱を利用した床暖房は行えず、床暖房を行うための熱をヒートポンプの作動により得る必要があった。
本発明は、かかる事情に鑑みてなされるもので、太陽熱の集熱によって取り込んだ熱を効率的に利用する給熱設備を提供することを目的とする。
図1、図2に示すように、本発明の一実施の形態に係る給熱設備10は、集熱器11による太陽熱の集熱により加熱した熱媒Aを循環させて貯湯タンク12内の湯水(湯、又は、水を意味する)を加熱し、貯湯タンク12からの出湯によって外部に熱を供給する。以下、これらについて詳細に説明する。
日中に太陽熱を集熱する集熱器11は、熱媒Aが循環する循環回路17に接続され、集熱器11に流入した熱媒Aを、太陽熱の集熱により加熱する。本実施の形態では、熱媒Aに不凍液を用いている。
循環回路17には、図2に示すように、熱媒Aを循環回路17内で循環させるポンプ21が設けられ、循環回路20には、熱媒Cを循環回路20内で循環させるポンプ22と、貯湯タンク12内の下部に配置された図1に示す熱交換器23が設けられている。なお、図1においては、ポンプ21、22の記載が省略されている。
熱媒Aから熱を与えられて昇温した熱媒Cは、熱交換器23を通過の際に貯湯タンク12内の湯水に熱を与える。従って、循環回路17に熱媒Aを循環させ、循環回路20に熱媒Cを循環させることによって、太陽熱の集熱により熱媒Aに取り込んだ熱エネルギーを、熱媒Cを介して、貯湯タンク12内に取り込むことが可能である。
なお、貯湯タンク12には、図1に示すように、下部に貯湯タンク12内に水道水を供給する水道管12aが連結され、上部に貯湯タンク12から台所や浴槽に湯を送る出湯管12bが連結されている。
貯湯タンク12内全体の湯水が沸き上げられている際、あるいは、冬場で日差しが弱い際等に、温度差Tは所定温度未満になり得る。
なお、循環回路17には、集熱器11から送り出される熱媒Aの温度を計測する図示しない温度センサが設けられ、貯湯タンク12には、貯湯タンク12内の下部にある湯水の温度を計測する図示しない温度センサが設けられている。
循環回路26は、図2に示すように、室外機14の筺体27内に配置された熱交換器28(第3の熱交換器)に接続され、熱媒Dは、循環回路26に設けられたポンプ29の作動により循環回路26内を循環する。ポンプ29が作動中、熱交換器28から出た熱媒Dは、熱交換器25に向かい熱交換器25を通過した後に熱交換器28に戻る。
循環回路26には、ポンプ29の他、熱媒Dを蓄えたタンク30、熱交換器28に送られる熱媒Dの温度を計測する温度センサ31、熱交換器28から流れ出た熱媒Dの温度を計測する温度センサ32が設けられている。
ヒートポンプ回路33には、図2に示すように、暖房運転の際の熱媒Bの流れに沿って順に、外気と熱媒Bを熱交換する熱交換器35(第1の熱交換器)、熱媒Bを圧縮する圧縮機36、被空調空間34内の空気と熱媒Bを熱交換する熱交換器37(第2の熱交換器)、及び、熱媒Bを減圧する膨張弁38(膨張弁P)が設けられている。膨張弁38は、膨張弁38を熱媒Bが通過可能な状態と、熱媒Bが膨張弁38を通過できない閉止状態を切り替えることができる。
なお、本実施の形態では、熱媒BにフロンR410Aを用いているが、これに限定されず、所謂、冷媒であればよく、例えば、フロンR407Cを用いることができる。
室外機14の筺体27内には、熱交換器35、圧縮機36及び膨張弁38に加え、熱交換器35の熱交換を促進するプロペラファン40、外気の温度を計測する温度センサ41、所定の位置で熱媒Bの温度を計測する温度センサ42、43、44、液状の熱媒Bが圧縮機36に供給されるのを防ぐアキュームレータ45が配置されている。
四方弁46は、熱媒Bが熱交換器35、圧縮機36、熱交換器37、膨張弁38を順に通過する暖房用経路と、熱媒Bが熱交換器37、圧縮機36、熱交換器35、膨張弁38を順に通過する冷房用経路をヒートポンプ回路33に設けることができる。
本実施の形態では、回路設計を簡素にするため、流れ切替手段が四方弁46によって構成しているが、必ずしもその必要はなく、例えば、複数の開閉弁によって流れ切替手段を構成してもよい。
なお、室内機15の筺体39内には、筺体39内の空気を筺体39外に送り出すファン47が設けられている。
ヒートポンプ回路33に暖房用経路が形成されている際、熱交換器37から出た熱媒Bは、バイパス流路49を通って圧縮機36に送られる。
本実施の形態では、流路閉止手段として膨張弁50を採用しているが、これに限定されず、流路閉止手段に開閉弁を用いてもよい。但し、流路閉止手段に開閉弁を用いる場合、バイパス流路49を流れる熱媒Bを減圧する膨張弁を別途設ける必要がある。
そして、膨張弁38、50をそれぞれ熱媒Bが通過可能な状態にした上で、ヒートポンプ回路33に暖房用経路を形成し、圧縮機36を作動させると、熱交換器37から出た熱媒Bの一部が、バイパス流路49に流入して熱交換器28を通過した後、ヒートポンプ回路33に流入し圧縮機36を通って熱交換器37に向かい、熱交換器37から出た残りの熱媒Bは、ヒートポンプ回路33を循環して、熱交換器37に戻ることになる。
ここで、熱交換器28において、熱媒Bが熱媒Dから熱を与えられて温度が上昇するためには、循環回路17を循環する熱媒Aが集熱器11を通過の際に太陽熱を吸収し、その熱媒Aが熱交換器25を通過の際に循環回路26を循環する熱媒Dに熱を与えることが必要である。
従って、熱交換器37から出た熱媒Bの一部又は全てが、熱交換器28を通過して加熱され熱交換器37に送られることにより、熱交換器37から出た熱媒Bを、熱交換器28に送って、熱媒Bが熱交換器28を通過の際に熱媒Dを介して熱媒Aから与えられた熱を被空調空間34に放出することができる。
これにより、集熱器11による太陽熱の集熱によって熱媒Aに取り込まれた熱を利用した暖房運転が可能となる。
冬場は、他の季節に比べ、貯湯タンク12に供給される水道水の温度と太陽熱の集熱によって加熱された熱媒Aの温度の差が小さくなり、熱媒Aから貯湯タンク12内に取り込まれる熱量が低下する。このため、熱媒Aは、熱交換器19を通過した後も、熱媒Dを介して熱媒Bに熱を与えることができる状態になっている。よって、特に冬場は、貯湯タンク12内に取り込めなかった熱媒Aの熱量をヒートポンプ回路33に回収する効果が大きくなるいといえる。
ここで、太陽熱の集熱により熱媒Aに取り込まれる熱が、暖房運転に利用できないレベルであるか否かは、例えば、温度センサ32により計測される熱交換器28を通過した熱媒Dの温度と、温度センサ31により計測される熱交換器28に送られる熱媒Dの温度との差異によって検知可能である。
この冷房運転の際に、膨張弁50を熱媒Bが通過可能な状態にし、膨張弁38を閉止状態にしていると、熱交換器37を通過し圧縮機36から吐出された熱媒Bは、全てが、バイパス流路49に流入し、熱交換器28を通過して熱交換器37に送られる。
冷房運転の際に、熱交換器37を通過し圧縮機36から吐出された熱媒Bの一部又は全てがバイパス流路49に流入することにより、熱交換器28において、熱媒Bと熱媒Dの熱交換が行われる。
そして、熱交換器28による熱媒Bと熱媒Dの熱交換によって熱媒Bを凝縮させるためには、熱媒Dが熱媒Aに熱を与え、熱媒Aが外気に放熱する必要がある。
ここで、集熱器11は、夜間、放熱作用により熱媒Aの熱を外気に放出可能である。従って、夜間、循環回路17に熱媒Aを循環させ、循環回路26に熱媒Dを循環させることによって、熱媒Aは、熱媒Dから熱を得て、この熱を集熱器11を通過の際に外気に放出することができ、結果として、熱交換器28において、熱媒Bを凝縮させることが可能となる。
なお、本実施の形態では、熱交換器25及び循環回路26を設けて、熱媒Bの熱が、熱媒Dを介して熱媒Aに伝わるようにしているが、熱交換器25及び循環回路26を取り除き、循環回路17を、直接、熱交換器28に接続して、熱媒Bと熱媒Aが熱交換器28で、直接、熱交換できるように設計してもよい。
例えば、集熱器は集合住宅の屋上やベランダに設置することができる。
また、熱媒Aは不凍液に限定されず、例えば、水であってもよい。熱媒Aが水の場合、循環回路内の水を強制的に循環させることや、ヒータを設けること等によって循環回路内の水の凍結を防止することができる。
Claims (4)
- 集熱器による太陽熱の集熱により加熱した熱媒Aを循環回路R1で循環させて貯湯タンク内の湯水を加熱し、該貯湯タンクからの出湯によって外部に熱を供給する給熱設備であって、
熱媒Bを循環させて暖房運転を行うヒートポンプ回路が形成され、
前記ヒートポンプ回路に、暖房運転の際の前記熱媒Bの流れに沿って順に、外気と前記熱媒Bを熱交換する第1の熱交換器、前記熱媒Bを圧縮する圧縮機、被空調空間内の空気と前記熱媒Bを熱交換する第2の熱交換器、及び、前記熱媒Bを減圧する膨張弁Pが設けられ、
暖房運転の際の前記ヒートポンプ回路の前記第1の熱交換器の出側と前記第2の熱交換器の出側が、前記熱媒Aの熱を前記熱媒Bに与える第3の熱交換器が設けられたバイパス流路によって接続され、更に、前記第3の熱交換器と前記循環回路R1に接続された第4の熱交換器とに接続され、熱媒Dが循環する循環回路R2が設けられ、前記循環回路R2には、前記第3の熱交換器に送られる前記熱媒Dの温度及び該第3の熱交換器から流れ出た該熱媒Dの温度をそれぞれ計測する2つの温度センサが設けられ、
暖房運転の際、前記第2の熱交換器から出た前記熱媒Bを、前記第3の熱交換器を通過させ前記第2の熱交換器に送って、前記熱媒Bが前記第3の熱交換器の通過の際に前記熱媒Dを介して前記熱媒Aから与えられた熱を前記被空調空間に放出し、
更に、前記熱媒Bが前記ヒートポンプ回路を循環する方向及び前記熱媒Bが前記バイパス流路を流れる方向を逆にして、暖房運転と冷房運転を切り替える流れ切替手段が設けられ、
前記熱媒Bは、夜間の冷房運転の際、前記第2の熱交換器を通過して前記被空調空間から熱を吸収し、前記第3の熱交換器の通過によって前記熱媒Dを介して前記熱媒Aに熱を伝え、前記熱媒Aは、前記熱媒Bから伝えられた熱を、前記集熱器を通過して外気に放出することを特徴とする給熱設備。 - 請求項1記載の給熱設備において、前記流れ切替手段は、前記ヒートポンプ回路に設けられた四方弁であることを特徴とする給熱設備。
- 請求項1又は2記載の給熱設備において、前記バイパス流路には、該バイパス流路への前記熱媒Bの流入を止める流路閉止手段が設けられていることを特徴とする給熱設備。
- 請求項3記載の給熱設備において、前記流路閉止手段は、暖房運転の際の前記第3の熱交換器の上流側に配置され、前記第3の熱交換器に送られる前記熱媒Bを減圧する膨張弁Qであることを特徴とする給熱設備。
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