JP6239333B2 - 給湯システムおよびその制御方法 - Google Patents
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Description
このため、貯湯タンクの温度成層の乱れや熱源機のCOPの低下に与える影響を最小限に抑え、負荷側への安定的な高温水の出湯と熱源機の高COPの維持とを両立できる技術が求められていた。
すなわち、本発明にかかる給湯システムは、低温水を加熱して高温水を製造する熱源機と、その熱源機に低温水配管および高温水配管を介して接続され、当該熱源機で製造された高温水をその上部側から温度成層を形成して順次貯湯する少なくとも1以上の貯湯タンクと、を備え、前記貯湯タンク内に設定温度の温水を貯湯完了後、その温度を維持可能に構成されている給湯システムにおいて、前記高温水配管と前記貯湯タンクへの給水配管を含む低温水系との間に、前記貯湯タンク内に貯湯された温水の温度を一定に維持する保温運転の開始時、前記熱源機から出湯される温水の温度が低い場合、その温水を切換え弁により前記低温水系にバイパスするバイパス回路を設け、前記バイパス回路にバイパスされた低温の温水を、その温水温度に基づく温度成層型貯湯タンクの混合特性値であるR値を指標として前記貯湯タンク側に切換える弁制御部を備え、前記R値は、前記貯湯タンク内において温度成層の形成を決定する混合特性値であり、前記貯湯タンクの深さ(Lo)に対する完全混合域深さ(L)の比率であるR=L/Loの式によって算出され、前記完全混合域深さ(L)は、L=m・Ar −0.5 ・dsで表され、mは配管接続構造によるパラメータ、Arはアルキメデス数、dsは配管径または円盤間距離であることを特徴とする。
図1には、本発明の一実施形態に係る給湯システムのシステム構成図が示されている。
本実施形態の給湯システム1において、熱源機2としてCO2冷媒を使用した超臨界サイクルのヒートポンプを用いたものが例示されている。熱源機2は、本実施形態のヒートポンプに限定されるものではなく、ボイラ、燃料電池等、他の構成機器としてもよいことはもちろんである。
R=L/Lo (1)
L=m・Ar−0.5・ds (2)
ただし、(2)式において、m:配管接続構造によるパラメータ(例えば、円管水平接続方式の場合、0.7、円管垂直接続方式の場合、1.3、水平円盤(じゃま板)方式の場合、1.8となる。)、Ar:アルキメデス数、ds:配管径もしくは円盤間距離を示す。
Ar=ds・g・|ρo−ρ|/ρ・1/u2 (3)
ただし、上記(3)式において、g:重力加速度[m/s2]、ρ:流入低温水密度[kg/m3]、ρo:貯湯タンク内水温密度[kg/m3]、u:入水流速[m/s](u=f/A(f:流量[m3/s]、A:タンク入口断面積[m2])を示す。
ここで、R値が大きいと、流入水がタンク内の水と混合し、R値が小さく、0.4以下であると、流入水がタンク内の水と混合せずに温度成層を形成する。
上記の給湯システム1およびその制御方法において、ヒートポンプ式熱源機2および水ポンプ14を運転し、水/冷媒熱交換器(ガスクーラ)4の冷媒流路4A側に高温高圧の冷媒ガスを流通させるとともに、水流路4B側に貯湯タンク11からの低温水を流通させて互いに熱交換させ、高温高圧の冷媒ガスで低温水を加熱することにより、高温水を生成することができる。この高温水を貯湯タンク11の上部に供給し、温度成層を形成して順次貯湯することにより、所要量の高温水を貯湯することができる。
2 ヒートポンプ式熱源機(熱源機)
10 給湯ユニット
11 貯湯タンク
12 水回路
13 低温水配管
14 水ポンプ
15 高温水配管
16 給水配管
22 制御部
25 切換え弁
26 バイパス回路
27 弁制御部
Claims (4)
- 低温水を加熱して高温水を製造する熱源機と、
その熱源機に低温水配管および高温水配管を介して接続され、当該熱源機で製造された高温水をその上部側から温度成層を形成して順次貯湯する少なくとも1以上の貯湯タンクと、を備え、
前記貯湯タンク内に設定温度の温水を貯湯完了後、その温度を維持可能に構成されている給湯システムにおいて、
前記高温水配管と前記貯湯タンクへの給水配管を含む低温水系との間に、前記貯湯タンク内に貯湯された温水の温度を一定に維持する保温運転の開始時、前記熱源機から出湯される温水の温度が低い場合、その温水を切換え弁により前記低温水系にバイパスするバイパス回路を設け、
前記バイパス回路にバイパスされた低温の温水を、その温水温度に基づく温度成層型貯湯タンクの混合特性値であるR値を指標として前記貯湯タンク側に切換える弁制御部を備え、
前記R値は、前記貯湯タンク内において温度成層の形成を決定する混合特性値であり、前記貯湯タンクの深さ(Lo)に対する完全混合域深さ(L)の比率であるR=L/Loの式によって算出され、
前記完全混合域深さ(L)は、L=m・Ar −0.5 ・dsで表され、mは配管接続構造によるパラメータ、Arはアルキメデス数、dsは配管径または円盤間距離であることを特徴とする給湯システム。 - 前記バイパス回路は、前記低温水系である前記貯湯タンクへの給水配管、前記貯湯タンク下部の低温水域、前記貯湯タンクから前記熱源機への前記低温水配管のいずれかに接続されていることを特徴とする請求項1に記載の給湯システム。
- 前記切換え弁は、貯湯タンク内の下部に低温水、上部に設定温度の高温水が貯湯されている状態下において、前記熱源機から出湯された低温の温水を前記貯湯タンクの下部から流入させた場合のR値と、上部から流入させた場合のR値とが交わるポイントで前記貯湯タンク側に切換えられる構成とされていることを特徴とする請求項1または2に記載の給湯システム。
- 低温水を加熱して高温水を製造する熱源機と、
その熱源機に低温水配管および高温水配管を介して接続され、当該熱源機で製造された高温水をその上部側から温度成層を形成して順次貯湯する少なくとも1以上の貯湯タンクと、を備え、
前記貯湯タンク内に設定温度の温水を貯湯完了後、その温度を維持可能に構成されている給湯システムの制御方法において、
前記高温水配管と前記貯湯タンクへの給水配管を含む低温水系との間に、前記貯湯タンク内に貯湯された温水の温度を一定に維持する保温運転の開始時、前記熱源機から出湯される温水の温度が低い場合、その温水を切換え弁により前記低温水系にバイパスするバイパス回路を設け、
前記バイパス回路にバイパスされた低温の温水を、その温水温度に基づく温度成層型貯湯タンクの混合特性値であるR値を指標として前記貯湯タンク側に切換え、
前記R値は、前記貯湯タンク内において温度成層の形成を決定する混合特性値であり、前記貯湯タンクの深さ(Lo)に対する完全混合域深さ(L)の比率であるR=L/Loの式によって算出され、
前記完全混合域深さ(L)は、L=m・Ar −0.5 ・dsで表され、mは配管接続構造によるパラメータ、Arはアルキメデス数、dsは配管径または円盤間距離であることを特徴とする給湯システムの制御方法。
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