WO2018142473A1

WO2018142473A1 - 熱媒体循環システム

Info

Publication number: WO2018142473A1
Application number: PCT/JP2017/003426
Authority: WO
Inventors: 周吾遠藤; ▲泰▼成松村; 直紀柴崎
Original assignee: 三菱電機株式会社
Priority date: 2017-01-31
Filing date: 2017-01-31
Publication date: 2018-08-09
Also published as: JP6645593B2; JPWO2018142473A1

Abstract

熱媒体循環システム（１Ａ）は、熱媒体を加熱するヒートポンプユニット（２）、蓄熱槽（１０）、流路切替弁（１５）、流量調整弁（１７）、バイパス通路（１８）、及び制御装置（３０）を備える。熱供給モードにおいて、ヒートポンプユニット（２）を通過した熱媒体と、バイパス通路（１８）を通過した熱媒体とが流量調整弁（１７）にて混合された混合流体を、第二通路（１２）を介して暖房器具（２０）へ供給可能である。蓄熱モードにおいて、蓄熱槽（１０）の出口（１０ｂ）から流出した熱媒体が、流量調整弁（１７）を通ることなく、ヒートポンプユニット（２）を経由して蓄熱槽（１０）の入口（１０ａ）に戻る。

Description

熱媒体循環システム

　本発明は、熱媒体循環システムに関する。

　下記特許文献１に開示されたヒートポンプ給湯暖房システムは、熱源機（１）と貯湯タンク（１１）との間に水熱媒を循環させる貯湯回路と、熱源機（１）と室内放熱器（２０）との間に水熱媒を循環させる暖房回路とを切り替える流路選択手段（１７）と、熱源機（１）の熱交換器（４）の流入側と流出側とを接続するバイパス流路（１８）と、バイパス流路（１８）の流量を調整する流量調整手段（１９）とを備える。なお、括弧内は、特許文献１における符合を表す。

日本特開２０１６－１６６７１８号公報

　上述した従来のシステムでは、貯湯回路が流路選択手段（１７）及び流量調整手段（１９）の両方を経由するため、貯湯回路の圧力損失が高いという課題がある（特許文献１の図２参照）。

　本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、蓄熱モードにおける熱媒体の回路の圧力損失を低減できる熱媒体循環システムを提供することを目的とする。

　本発明の熱媒体循環システムは、熱需要部に対して熱媒体を供給可能な熱媒体循環システムにおいて、入口及び出口を有し、熱媒体を加熱する加熱手段と、入口及び出口を有し、熱媒体を貯留する蓄熱槽と、加熱手段を通過した熱媒体が熱需要部へ供給される熱供給モードと、加熱手段を通過した熱媒体が蓄熱槽に流入する蓄熱モードとを切り替える流路切替手段と、熱需要部から戻った熱媒体と、蓄熱槽の出口から流出した熱媒体とが通過可能であり、加熱手段の入口に接続された第一通路と、熱需要部へ向かう熱媒体が通る第二通路と、加熱手段を通過した熱媒体を受け入れる第一入口と、第二入口と、第二通路に接続された出口とを有する流量調整手段と、第一通路の途中にある分岐部と、流量調整手段の第二入口との間をつなぐバイパス通路と、加熱手段、流路切替手段、及び流量調整手段の動作を制御する制御手段と、を備える。熱供給モードにおいて、加熱手段を通過した熱媒体と、バイパス通路を通過した熱媒体とが流量調整手段にて混合された混合流体を、第二通路を介して熱需要部へ供給可能である。蓄熱モードにおいて、蓄熱槽の出口から流出した熱媒体が、流量調整手段を通ることなく、加熱手段を経由して蓄熱槽の入口に戻る。

　本発明によれば、蓄熱モードにおける熱媒体の回路の圧力損失を低減することが可能となる。

実施の形態１による熱媒体循環システムを示す図である。実施の形態１の熱媒体循環システムの暖房モードを示す図である。実施の形態１における暖房モードの処理を示すフローチャートである。実施の形態１の熱媒体循環システムの蓄熱モードを示す図である。実施の形態１の熱媒体循環システムの両用モードを示す図である。実施の形態２による熱媒体循環システムを示す図である。実施の形態３による熱媒体循環システムを示す図である。

　以下、図面を参照して実施の形態について説明する。各図において共通または対応する要素には、同一の符号を付して、重複する説明を簡略化または省略する。本開示は、以下の各実施の形態で説明する構成のうち、組み合わせ可能な構成のあらゆる組み合わせを含み得る。

実施の形態１．
　図１は、実施の形態１による熱媒体循環システム１Ａを示す図である。図１に示すように、本実施の形態の熱媒体循環システム１Ａは、ヒートポンプユニット２及びタンクユニット３を備える。ヒートポンプユニット２は、熱媒体を加熱する加熱手段の例である。タンクユニット３が備える筐体の内部に、蓄熱槽１０が設置されている。蓄熱槽１０は、熱媒体を貯留する。本発明における熱媒体は、水でもよい。本発明における熱媒体は、例えば、塩化カルシウム水溶液、エチレングリコール水溶液、アルコールのような、水以外の液状熱媒体でもよい。蓄熱槽１０内には、温度の違いによる熱媒体の密度の差により、上側が高温、下側が低温の温度成層を形成可能である。

　ヒートポンプユニット２とタンクユニット３との間は、熱媒体の流路と、図示しない電気配線とを介して接続されている。ヒートポンプユニット２は、屋外に設置される。本実施の形態においてタンクユニット３は屋内に設置されるが、タンクユニット３を屋外に設置してもよい。本実施の形態の熱媒体循環システム１Ａは、ヒートポンプユニット２とタンクユニット３とが分かれた構成を有する。このような構成に代えて、タンクユニット３とヒートポンプユニット２とが一体化していてもよい。

　ヒートポンプユニット２は、圧縮機４、熱交換器５、減圧装置６、及び蒸発器７を冷媒配管８により環状に接続した冷媒回路を備える。この冷媒回路に封入される冷媒は、例えば、二酸化炭素でもよい。ヒートポンプユニット２は、この冷媒回路によりヒートポンプサイクルの運転を行う。熱交換器５は、冷媒が流れる一次側流路と、熱媒体が流れる二次側流路とを備える。圧縮機４で圧縮された高温高圧の冷媒は、熱交換器５の一次側流路に流入する。熱交換器５内では、冷媒と熱媒体との間で熱を交換することで、熱媒体が加熱される。熱交換器５の二次側流路は、入口５ａ及び出口５ｂを備えている。入口５ａは、加熱手段の入口に相当する。出口５ｂは、加熱手段の出口に相当する。

　減圧装置６は、熱交換器５を通過した後の高圧冷媒を膨張させて低圧冷媒にする。開度を調整可能な膨張弁が減圧装置６として用いられてもよい。蒸発器７は、低圧冷媒と流体との間で熱を交換させる。本実施の形態では、ヒートポンプユニット２は、蒸発器７へ送風する送風機９を備える。蒸発器７は、送風機９により取り込まれた外気の熱を冷媒に吸収させることで、冷媒を蒸発させる。蒸発器７は、例えば地下水、排水、太陽熱温水のような、外気以外の流体と冷媒との間で熱を交換させてもよい。

　圧縮機４の動作速度は、可変である。例えば、圧縮機４が備える電動機の運転周波数をインバーター制御により可変にすることで、圧縮機４の動作速度を可変にできる。圧縮機４の動作速度を可変にすることで、ヒートポンプユニット２が時間当たりに熱媒体を加熱する加熱出力［ｋＷ］を可変にできる。

　本発明における加熱手段は、ヒートポンプユニット２のようなヒートポンプ加熱装置に限定されない。加熱手段は、ガス、灯油、重油、石炭のような燃料の燃焼熱で加熱する燃焼式加熱装置でもよい。加熱手段は、太陽熱によって熱媒体を加熱する加熱装置でもよい。本発明における加熱手段は、複数の加熱装置を組み合わせたものでもよい。

　本実施の形態の熱媒体循環システム１Ａは、暖房器具２０に対して熱媒体を供給可能である。暖房器具２０は、熱を必要とする熱需要部の例である。本実施の形態に代えて、熱需要部は、例えば、浴槽またはスウィミングプールの水を保温するための熱交換器を備えるものでもよい。

　本実施の形態の熱媒体循環システム１Ａは、第一通路１１、第二通路１２、第三通路１３、第四通路１４、流路切替弁１５、循環ポンプ１６、流量調整弁１７、バイパス通路１８、下部通路１９及び制御装置３０を備える。流路切替弁１５、循環ポンプ１６、流量調整弁１７、バイパス通路１８、下部通路１９及び制御装置３０は、タンクユニット３内に配置されている。

　タンクユニット３から暖房器具２０へ向けて供給される熱媒体は、第二通路１２を通過する。暖房器具２０からタンクユニット３に戻った熱媒体は、第三通路１３を通過する。第三通路１３の下流端は、循環ポンプ１６の吸入口に連通する。

　蓄熱槽１０は、入口１０ａ及び出口１０ｂを有する。入口１０ａは、蓄熱槽１０の上部にある。出口１０ｂは、蓄熱槽１０の下部にある。蓄熱槽１０の出口１０ｂは、下部通路１９を介して、循環ポンプ１６の吸入口に連通する。

　第一通路１１は、循環ポンプ１６の吐出口と、ヒートポンプユニット２の熱交換器５の入口５ａとの間をつなぐ。暖房器具２０から戻った熱媒体は、第三通路１３及び第一通路１１を通過して、ヒートポンプユニット２の熱交換器５に流入可能である。また、蓄熱槽１０の出口１０ｂから流出した熱媒体は、下部通路１９及び第一通路１１を通過して、ヒートポンプユニット２の熱交換器５に流入可能である。

　流路切替弁１５は、入口１５ａ、第一出口１５ｂ、及び第二出口１５ｃを有する。流量調整弁１７は、第一入口１７ａ、第二入口１７ｂ、及び出口１７ｃを有する。

　ヒートポンプユニット２の熱交換器５の出口５ｂは、第四通路１４を介して、流路切替弁１５の入口１５ａに連通する。ヒートポンプユニット２の熱交換器５の出口５ｂから出た熱媒体は、第四通路１４を通過して、入口１５ａから流路切替弁１５に流入する。流路切替弁１５の第一出口１５ｂは、上部通路２１を介して、蓄熱槽１０の入口１０ａに連通する。

　流路切替弁１５の第二出口１５ｃは、接続通路２２を介して、流量調整弁１７の第一入口１７ａに連通する。ヒートポンプユニット２を通過した熱媒体は、流路切替弁１５の第二出口１５ｃ及び接続通路２２を通って、第一入口１７ａから流量調整弁１７に流入可能である。第一通路１１の途中に分岐部１１ａが形成されている。バイパス通路１８は、分岐部１１ａと、流量調整弁１７の第二入口１７ｂとの間をつなぐ。バイパス通路１８は、熱媒体をヒートポンプユニット２に通さずに循環させるための通路である。流量調整弁１７の出口１７ｃは、第二通路１２の上流端に連通する。

　循環ポンプ１６は、回路内の熱媒体を循環させる。循環ポンプ１６は、例えば、制御装置３０によりパルス幅変調（ＰＷＭ）制御される直流駆動式の電動機を備えてもよい。この場合、制御装置３０は、速度指令電圧に応じて、循環ポンプ１６の回転速度を制御することが可能である。

　本実施の形態の熱媒体循環システム１Ａは、運転モードとして、暖房モード及び蓄熱モードを備える。暖房モードでは、ヒートポンプユニット２を通過した熱媒体が暖房器具２０へ供給される。暖房モードは、加熱手段を通過した熱媒体が熱需要部へ供給される熱供給モードの例である。蓄熱モードでは、ヒートポンプユニット２を通過した熱媒体が蓄熱槽１０に流入する。

　流路切替弁１５は、暖房モードと蓄熱モードとを切り替える流路切替手段の例である。流路切替弁１５は、例えば、電磁式の三方弁により構成される。流路切替弁１５は、第一位置と第二位置とに切り替え可能である。流路切替弁１５を第一位置に切り替えると、蓄熱モードの回路が機能し、熱媒体がヒートポンプユニット２と蓄熱槽１０との間を循環可能になる。流路切替弁１５を第二位置に切り替えると、暖房モードの回路が機能し、熱媒体がヒートポンプユニット２と暖房器具２０との間を循環可能になる。

　流量調整弁１７は、流量調整手段の例である。暖房モードにおいては、ヒートポンプユニット２を通過した熱媒体と、バイパス通路１８を通過した熱媒体とが流量調整弁１７にて混合された混合流体を、第二通路１２を介して暖房器具２０へ供給可能である。暖房モードにおいて、ヒートポンプユニット２を通過する熱媒体の流量に対する、バイパス通路１８を通過する熱媒体の流量の比を「バイパス比」と称する。流量調整弁１７によりバイパス比を調整可能である。

　流量調整弁１７は、例えば、電磁式の三方弁により構成される。流量調整弁１７は、遮断位置と流量調整位置とに切り替え可能である。流量調整弁１７は、流量調整位置での弁開度を連続的に変化させる機能を備えている。流量調整弁１７を遮断位置に切り替えると、バイパス通路１８が遮断され、バイパス比がゼロになる。流量調整弁１７を流量調整位置に切り替えると、ヒートポンプユニット２を通過した熱媒体と、バイパス通路１８を通過した熱媒体との混合流体が暖房器具２０へ供給される。このとき、流量調整弁１７によりバイパス比を変化させることができる。

　暖房器具２０は、ヒートポンプユニット２により加熱された熱媒体を用いて暖房を行う。暖房器具２０は、第二通路１２から供給された熱媒体の熱を室内空間に放熱することで、室内空間を暖める。図示の例では、２個の暖房器具２０が備えられているが、暖房器具２０の個数は、１個でもよいし、３個以上でもよい。複数個の暖房器具２０が接続される場合には、必ずしもこれらを並列に接続する必要はなく、すべての暖房器具２０を直列に接続してもよいし、直列接続と並列接続を混在させてもよい。

　暖房器具２０は、例えば、床下に設置される床暖房パネル、室内壁面に設置されるラジエータまたはパネルヒーター、ファンコンベクターのうちの少なくとも一種でもよい。ファンコンベクターは、室内空気循環用の送風機と、室内空気と熱媒体との間で熱を交換する熱交換器とを備え、強制対流により暖房を行う。

　熱媒体循環システム１Ａにおける制御系統について説明する。制御装置３０及び操作パネル３１は、タンクユニット３に内蔵されている。リモコン３２は、暖房器具２０の近くに配置されている。制御装置３０は、熱媒体循環システム１Ａの運転を制御する。制御装置３０は、マイクロコンピュータを備えてもよい。制御装置３０は、制御プログラムが記憶されたメモリと、制御プログラムに基づいて演算を行うプロセッサと、信号の入出力を行う入出力ポートとを備える。入出力ポートには、圧縮機４、送風機９、流路切替弁１５、循環ポンプ１６、流量調整弁１７等を含む各種のアクチュエータ類及びセンサ類が接続される。

　制御装置３０は、操作パネル３１及びリモコン３２に対して、相互に通信可能に接続されている。制御装置３０は、センサ類、操作パネル３１及びリモコン３２から入力される情報に基づいてアクチュエータ類を駆動することにより、熱媒体循環システム１Ａの運転を実行する。

　操作パネル３１は、ユーザー等が各種の設定を行うための機器である。操作パネル３１は、目標室温を設定する目標室温設定部と、熱媒体の温度を設定する温度設定部と、暖房モードの運転方法を切り替える運転切換部とを備える。運転切換部は、暖房モードの運転方法を、温度固定運転、ヒートカーブ運転、及び室温制御運転のいずれかに切り替える。

　以下の説明では、暖房器具２０に供給される熱媒体の温度、すなわち第二通路１２を流れる熱媒体の温度を「供給温度」と称し、暖房器具２０から戻った熱媒体の温度、すなわち第三通路１３を流れる熱媒体の温度を「戻り温度」と称する。温度固定運転では、供給温度を任意の温度に固定した状態とする。ヒートカーブ運転では、ヒートポンプユニット２に設けられた外気温度センサ（図示せず）により検出された外気温に応じて、供給温度を決定する。室温制御運転では、目標室温と現在の室温とから推定される暖房負荷に応じて、供給温度を可変にする。すなわち、暖房負荷が高い場合には、比較的高い供給温度で運転し、暖房負荷が低い場合には、比較的低い供給温度で運転する。

　リモコン３２は、暖房器具２０が設置された部屋に配置される。リモコン３２は、部屋の現在室温を取得する機能と、ユーザーが目標室温を設定可能にする機能とを備える。リモコン３２は、有線通信または無線通信により、操作パネル３１または制御装置３０に対して相互に通信可能に接続されている。リモコン３２により取得された現在室温及び目標室温の情報は、操作パネル３１または制御装置３０に送信される。複数の部屋に暖房器具２０が設置されている場合には、各部屋にリモコン３２が配置されてもよい。

　供給温度を検出する温度センサ２３が第二通路１２に取り付けられてもよい。蓄熱槽１０内に貯留された熱媒体の温度を検出する温度センサ（図示省略）が蓄熱槽１０に取り付けられてもよい。

　図示を省略するが、以下のような給湯熱交換器がタンクユニット３内に備えられてもよい。給湯熱交換器は、蓄熱槽１０から供給される熱媒体と、水源から供給される水との間で熱を交換することにより、水を加熱する。蓄熱槽１０内の上部から取り出された高温の熱媒体が給湯熱交換器に流入する。給湯熱交換器を通過した低温の熱媒体は、蓄熱槽１０内の下部に戻される。給湯熱交換器から流出した湯は、給湯管を通って、タンクユニット３の外部へ供給される。

　また、蓄熱槽１０内に熱媒体として湯が貯留されている場合には、以下のようにしてもよい。蓄熱槽１０の上部に接続された給湯管（図示省略）を介して、蓄熱槽１０内に貯留された湯をタンクユニット３の外部へ供給する。蓄熱槽１０の下部には、水源からの水を供給する給水管（図示省略）が接続されている。蓄熱槽１０の上部から給湯管へ流出した湯と同量の水が給水管から蓄熱槽１０の下部に流入することで、蓄熱槽１０内が満水状態に維持される。

　次に、暖房モードの運転についてさらに説明する。図２は、実施の形態１の熱媒体循環システム１Ａの暖房モードを示す図である。図中の太字の線が流体の流れを示している。暖房モードでは、ヒートポンプユニット２とバイパス通路１８の両方に熱媒体を流通させることにより、暖房器具２０を流れる熱媒体の循環流量を増加させることができる。

　図２の暖房モードでは、以下のようになる。制御装置３０は、流路切替弁１５を第二位置に切り替える。これにより、流路切替弁１５において、入口１５ａが第二出口１５ｃに連通するとともに第一出口１５ｂが遮断される。また、制御装置３０は、ヒートポンプユニット２及び循環ポンプ１６を運転し、流量調整弁１７を流量調整位置に切り替える。暖房器具２０から戻った熱媒体は、第三通路１３を通って、循環ポンプ１６に吸入される。循環ポンプ１６の下流の熱媒体の流れは、ヒートポンプユニット２へ向かう流れと、バイパス通路１８に入る流れとに、分岐部１１ａで分かれる。ヒートポンプユニット２を通過した熱媒体は、第四通路１４、流路切替弁１５、及び接続通路２２を通って、第一入口１７ａから流量調整弁１７に流入する。バイパス通路１８を通過した熱媒体は、第二入口１７ｂから流量調整弁１７に流入する。流量調整弁１７にて合流及び混合した熱媒体は、第二通路１２を通過して、暖房器具２０へ供給される。

　以下の説明では、ヒートポンプユニット２を通過する熱媒体の流量を「ヒートポンプ通過流量」と称し、バイパス通路１８を通過する熱媒体の流量を「バイパス通過流量」と称し、第二通路１２を通過する熱媒体の流量を「暖房流量」と称する。制御装置３０は、ヒートポンプ通過流量と、バイパス通過流量との比率を流量調整弁１７により調整可能である。一例を挙げると、循環ポンプ１６の回転速度を３０００ｒｐｍから４０００ｒｐｍ程度とし、ヒートポンプ通過流量を３Ｌ／ｍｉｎ程度の比較的低い流量とし、バイパス通過流量を５Ｌ／ｍｉｎ程度としてもよい。この場合、暖房流量は、８Ｌ／ｍｉｎ程度の比較的高い流量になる。

　上記の例において、暖房器具２０への供給温度の目標値を５０℃、暖房器具２０からの戻り温度を４０℃と仮定する。この場合、ヒートポンプユニット２は、例えば５．６ｋＷの加熱出力により、４０℃の熱媒体を６６．５℃まで加熱する。ヒートポンプユニット２を通過した、流量３Ｌ／ｍｉｎで温度６６．５℃の熱媒体と、バイパス通路１８を通過した流量５Ｌ／ｍｉｎで温度４０℃の熱媒体とが、流量調整弁１７にて合流及び混合する。これにより、第二通路１２には、流量８Ｌ／ｍｉｎ、温度５０℃の熱媒体が流通する。

　例えば床暖房パネルのような暖房器具２０が用いられている場合には、比較的高い暖房流量、及び比較的低い供給温度が望ましい。本実施の形態であれば、流量調整弁１７によりバイパス比を調整することで、比較的高い暖房流量、及び比較的低い供給温度を達成することが可能となる。

　その一方で、例えばラジエータまたはパネルヒータのような暖房器具２０が用いられている場合には、比較的低い暖房流量、及び比較的高い供給温度が適する。暖房流量が比較的低いと、熱媒体が暖房器具２０を通過する時間が長くなるため、供給温度と戻り温度との差が大きくなる。供給温度と戻り温度との差が大きいほど、ヒートポンプユニット２の効率が高くなる傾向がある。特に、冷媒が二酸化炭素の場合には、その傾向が強い。

　バイパス通路１８が遮断された状態での暖房モード、すなわちバイパス比をゼロとする暖房モードをユーザーが選択できるようにしてもよい。例えば、ユーザーが操作パネル３１またはリモコン３２を操作することで、暖房モードのときにバイパス通路１８を遮断するか否かを事前に選択可能となるように構成してもよい。制御装置３０は、流量調整弁１７を遮断位置に切り替えることで、バイパス比をゼロとする暖房モードを実施できる。比較的低い暖房流量、及び比較的高い供給温度が適する暖房器具２０が用いられている場合には、バイパス比をゼロとする暖房モードを実施してもよい。バイパス比をゼロとする暖房モードによれば、供給温度と戻り温度との差が大きくなるので、ヒートポンプユニット２の効率を向上できる。

　以下に説明するように、制御装置３０は、暖房モードの初期の運転におけるバイパス比が、暖房モードの初期より後の時期の運転におけるバイパス比より低くなるように、流量調整弁１７を制御してもよい。また、制御装置３０は、暖房モードの運転を終了する場合に、ヒートポンプユニット２を停止した後に、循環ポンプ１６を停止するように制御してもよい。

　図３は、実施の形態１における暖房モードの処理を示すフローチャートである。図３に示すように、制御装置３０は、暖房モードの運転を開始すると、まず、ステップＳ１において、バイパス比を低くした運転を実施する。この場合、制御装置３０は、流量調整弁１７を遮断位置にすることで、バイパス比をゼロにしてもよい。暖房モードの運転開始から間もないときには、回路内の熱媒体の温度が低い。暖房モードの運転が開始した当初は、暖房器具２０への供給温度を速やかに上昇させることが望ましい。暖房モードの初期の運転においてバイパス比を低くすれば、暖房器具２０への供給温度を速やかに上昇させることが可能となる。

　暖房モードの運転開始から所定時間が経過した後、処理はステップＳ１からステップＳ２へ進む。当該所定時間は、例えば３分間でもよい。または、供給温度が目標値に達した後に、処理がステップＳ１からステップＳ２へ進むようにしてもよい。ステップＳ２で、制御装置３０は、ステップＳ１に比べてバイパス比を高くした運転を実施する。

　暖房モードの運転を停止する場合には、処理はステップＳ２からステップＳ３へ進む。ステップＳ３で、制御装置３０は、ヒートポンプユニット２の圧縮機４を停止させる。これにより、ヒートポンプユニット２による熱媒体の加熱を停止する。その後、処理はステップＳ３からステップＳ４へ進む。ステップＳ４で、制御装置３０は、循環ポンプ１６を停止させる。これにより、熱媒体の循環が停止する。このようにすることで、暖房モードの運転を停止するときに、ヒートポンプユニット２の効率の悪化を防止することが可能となる。

　次に、蓄熱モードの運転についてさらに説明する。図４は、実施の形態１の熱媒体循環システム１Ａの蓄熱モードを示す図である。図中の太字の線が運転中の流体の流れを示している。

　蓄熱モードでは、以下のようになる。制御装置３０は、流路切替弁１５を第一位置に切り替える。これにより、流路切替弁１５において、入口１５ａが第一出口１５ｂに連通するとともに第二出口１５ｃが遮断される。また、制御装置３０は、ヒートポンプユニット２及び循環ポンプ１６を運転し、流量調整弁１７を遮断位置に切り替える。蓄熱槽１０の下部の出口１０ｂから低温の熱媒体が流出する。この熱媒体が、下部通路１９、循環ポンプ１６、及び第一通路１１を通って、ヒートポンプユニット２に流入する。ヒートポンプユニット２により加熱された高温の熱媒体は、第四通路１４、流路切替弁１５、及び上部通路２１を通って、入口１０ａから蓄熱槽１０内の上部に流入する。このような蓄熱モードの運転を行うことで、蓄熱槽１０内に高温の熱媒体を上から下に向かって徐々に蓄積することができる。

　本実施の形態の蓄熱モードによれば、流量調整弁１７を遮断位置に切り替えること、すなわち流量調整弁１７によりバイパス通路１８を遮断することで、以下の効果が得られる。蓄熱槽１０の下部から流出した熱媒体は、バイパス通路１８に流通せず、ヒートポンプユニット２にのみ流通する。これにより、蓄熱モードにおけるヒートポンプユニット２の高効率化が可能となる。

　本実施の形態の蓄熱モードにおいては、蓄熱槽１０の出口１０ｂから流出した熱媒体が、流量調整弁１７を通ることなく、ヒートポンプユニット２を経由して蓄熱槽１０の入口１０ａに戻る。これにより、以下の効果が得られる。蓄熱モードにおける熱媒体の回路が流量調整弁１７を通らないので、当該回路の圧力損失を低減できる。よって、蓄熱モードにおける循環ポンプ１６の消費電力を低減できる。

　本実施の形態において、制御装置３０は、両用モードで熱媒体循環システム１Ａを運転させることが可能でもよい。両用モードによれば、暖房器具２０への熱媒体の供給と、蓄熱槽１０への蓄熱とを同時並行で実施できる。図５は、実施の形態１の熱媒体循環システム１Ａの両用モードを示す図である。図中の太字の線が流体の流れを示している。

　図５に示すように、両用モードでは、以下のようになる。制御装置３０は、流路切替弁１５を第一位置に切り替え、流量調整弁１７を流量調整位置に切り替え、ヒートポンプユニット２及び循環ポンプ１６を運転する。暖房器具２０から戻った熱媒体と、蓄熱槽１０の出口１０ｂから流出した熱媒体との両方が合流し、その合流した熱媒体が、循環ポンプ１６を通って第一通路１１に流入する。第一通路１１に流入した熱媒体は、ヒートポンプユニット２へ向かう流れと、バイパス通路１８に入る流れとに、分岐部１１ａで分かれる。バイパス通路１８を通過した熱媒体は、流量調整弁１７及び第二通路１２を通過して、暖房器具２０へ供給される。ヒートポンプユニット２を通過した熱媒体は、第四通路１４、流路切替弁１５、及び上部通路２１を通って、入口１０ａから蓄熱槽１０内の上部に流入する。

　制御装置３０は、蓄熱槽１０内の下部の熱媒体の温度が、暖房器具２０への供給温度の目標値以上であることを条件に、両用モードの運転をしてもよい。制御装置３０は、蓄熱槽１０内の下部の熱媒体の温度が、例えば５０℃以上である場合に、両用モードの運転をしてもよい。両用モードによれば、以下の効果が得られる。暖房器具２０による暖房と、蓄熱槽１０への蓄熱とを同時並行で実施できる。蓄熱槽１０の蓄熱量が不足に陥ることを防止しつつ、暖房を実施できるため、ユーザーにとって使い勝手が向上する。

実施の形態２．
　次に、図６を参照して、実施の形態２について説明するが、前述した実施の形態１との相違点を中心に説明し、同一部分または相当部分については説明を簡略化または省略する。図６は、実施の形態２による熱媒体循環システム１Ｂを示す図である。図６に示すように、本実施の形態の熱媒体循環システム１Ｂは、第二通路１２に設置された流路開閉弁２４を備える。流路開閉弁２４は、第二通路１２を遮断可能な流路開閉手段の例である。流路開閉弁２４を閉じると、第二通路１２が遮断される。流路開閉弁２４を開くと、第二通路１２を熱媒体が通過可能になる。

　本実施の形態において、制御装置３０は、蓄熱モードのときに、流路開閉弁２４を閉じることで第二通路１２を遮断する。これにより、流量調整弁１７がバイパス通路１８を遮断しなくても、蓄熱槽１０の下部から流出した熱媒体は、バイパス通路１８に流通せず、ヒートポンプユニット２にのみ流通する。これにより、蓄熱モードにおけるヒートポンプユニット２の高効率化が可能となる。本実施の形態において流量調整弁１７は、遮断位置に切り替え不能なものでもよい。

実施の形態３．
　次に、図７を参照して、実施の形態３について説明するが、前述した実施の形態１との相違点を中心に説明し、同一部分または相当部分については説明を簡略化または省略する。図７は、実施の形態３による熱媒体循環システム１Ｃを示す図である。図７に示すように、本実施の形態の熱媒体循環システム１Ｃは、実施の形態１の熱媒体循環システム１Ａと比べて、流路切替弁１５に代えて流路切替弁２５を備える。流路切替弁２５は、暖房モードと蓄熱モードとを切り替える流路切替手段の例である。流路切替弁２５は、例えば、電磁式の三方弁により構成される。

　流路切替弁２５は、第一入口２５ａ、第二入口２５ｂ、及び出口２５ｃを有する。流路切替弁２５の第一入口２５ａは、下部通路１９を介して、蓄熱槽１０の下部の出口１０ｂに連通する。蓄熱槽１０の出口１０ｂから出た熱媒体は、第一入口２５ａから流路切替弁２５に流入する。流路切替弁２５の第二入口２５ｂは、第三通路１３の下流端に接続されている。暖房器具２０から戻った熱媒体は、第三通路１３を通り、第二入口２５ｂから流路切替弁２５に流入する。流路切替弁２５の出口２５ｃは、第一通路１１を介して、ヒートポンプユニット２の熱交換器５の入口５ａにつながる。第一通路１１の途中に、循環ポンプ１６が接続されている。

　第四通路１４の下流端は、分岐部２６において、上部通路２１の上流端、及び接続通路２２の上流端に連通している。

　図７は、実施の形態３の熱媒体循環システム１Ｃの蓄熱モードを示す。図中の太字の線が運転中の流体の流れを示している。本実施の形態の熱媒体循環システム１Ｃの蓄熱モードでは、以下のようになる。制御装置３０は、流路切替弁２５を第一位置に切り替える。これにより、流路切替弁２５において、第一入口２５ａが出口２５ｃに連通するとともに第二入口２５ｂが遮断される。第二入口２５ｂが遮断されることで第三通路１３が遮断されるので、熱媒体は第二通路１２及び暖房器具２０を通過できない。よって、ヒートポンプユニット２の下流側の第四通路１４を通過した熱媒体が、分岐部２６から接続通路２２に流入することはない。ヒートポンプユニット２の下流側の第四通路１４を通過した熱媒体は、上部通路２１を通って、入口１０ａから蓄熱槽１０内の上部に流入する。以上のようにして、本実施の形態の蓄熱モードによれば、実施の形態１と同様に熱媒体が循環するので、実施の形態１と同様の効果が得られる。

　図示を省略するが、実施の形態３の熱媒体循環システム１Ｃの暖房モードでは、以下のようになる。制御装置３０は、流路切替弁２５を第二位置に切り替える。これにより、流路切替弁２５において、第二入口２５ｂが出口２５ｃに連通するとともに第一入口２５ａが遮断される。第一入口２５ａが遮断されることで、蓄熱槽１０の出口１０ｂが遮断されるので、熱媒体は入口１０ａから蓄熱槽１０に流入できない。よって、ヒートポンプユニット２の下流側の第四通路１４を通過した熱媒体が、分岐部２６から上部通路２１に流入することはない。ヒートポンプユニット２の下流側の第四通路１４を通過した熱媒体は、接続通路２２、流量調整弁１７、及び第二通路１２を通って、暖房器具２０へ供給される。流量調整弁１７によりバイパス比を調整可能であることは実施の形態１と同様である。以上のようにして、本実施の形態の暖房モードによれば、実施の形態１と同様に熱媒体が循環するので、実施の形態１と同様の効果が得られる。

　流路切替弁２５は、第一入口２５ａから流入した熱媒体と、第二入口２５ｂから流入した熱媒体との混合流体が出口２５ｃから流出する位置に切り替え可能でもよい。熱媒体循環システム１Ｃにおいて、当該位置に流路切替弁２５を切り替えることで、図５と同様の回路に熱媒体が循環する両用モードの運転が可能になる。

１Ａ，１Ｂ，１Ｃ　熱媒体循環システム、　２　ヒートポンプユニット、　３　タンクユニット、　４　圧縮機、　５　熱交換器、　１０　蓄熱槽、　１０ａ　入口、　１０ｂ　出口、　１１　第一通路、　１１ａ　分岐部、　１２　第二通路、　１３　第三通路、　１４　第四通路、　１５　流路切替弁、　１５ａ　入口、　１５ｂ　第一出口、　１５ｃ　第二出口、　１６　循環ポンプ、　１７　流量調整弁、　１７ａ　第一入口、　１７ｂ　第二入口、　１７ｃ　出口、　１８　バイパス通路、　２０　暖房器具、　２４　流路開閉弁、　２５　流路切替弁、　２５ａ　第一入口、　２５ｂ　第二入口、　２５ｃ　出口、　３０　制御装置、　３１　操作パネル、　３２　リモコン

Claims

　熱需要部に対して熱媒体を供給可能な熱媒体循環システムにおいて、
　入口及び出口を有し、前記熱媒体を加熱する加熱手段と、
　入口及び出口を有し、前記熱媒体を貯留する蓄熱槽と、
　前記加熱手段を通過した前記熱媒体が前記熱需要部へ供給される熱供給モードと、前記加熱手段を通過した前記熱媒体が前記蓄熱槽に流入する蓄熱モードとを切り替える流路切替手段と、
　前記熱需要部から戻った前記熱媒体と、前記蓄熱槽の前記出口から流出した前記熱媒体とが通過可能であり、前記加熱手段の前記入口に接続された第一通路と、
　前記熱需要部へ向かう前記熱媒体が通る第二通路と、
　前記加熱手段を通過した前記熱媒体を受け入れる第一入口と、第二入口と、前記第二通路に接続された出口とを有する流量調整手段と、
　前記第一通路の途中にある分岐部と、前記流量調整手段の前記第二入口との間をつなぐバイパス通路と、
　前記加熱手段、前記流路切替手段、及び前記流量調整手段の動作を制御する制御手段と、
　を備え、
　前記熱供給モードにおいて、前記加熱手段を通過した前記熱媒体と、前記バイパス通路を通過した前記熱媒体とが前記流量調整手段にて混合された混合流体を、前記第二通路を介して前記熱需要部へ供給可能であり、
　前記蓄熱モードにおいて、前記蓄熱槽の前記出口から流出した前記熱媒体が、前記流量調整手段を通ることなく、前記加熱手段を経由して前記蓄熱槽の前記入口に戻る、
　熱媒体循環システム。
　前記流路切替手段は、前記加熱手段の前記出口からの前記熱媒体を受け入れる入口と、前記蓄熱槽の前記入口に連通する第一出口と、前記流量調整手段の前記第一入口に連通する第二出口とを有する請求項１に記載の熱媒体循環システム。
　前記流路切替手段は、前記蓄熱槽の前記出口からの前記熱媒体を受け入れる第一入口と、前記熱需要部から戻った前記熱媒体を受け入れる第二入口と、出口とを有し、
　前記第一通路は、前記流路切替手段の前記出口と、前記加熱手段の前記入口との間をつなぎ、
　前記制御手段は、前記蓄熱モードにおいて、前記流路切替手段の前記第二入口を遮断する請求項１に記載の熱媒体循環システム。
　前記制御手段は、前記蓄熱モードにおいて、前記流量調整手段により前記バイパス通路を遮断する請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の熱媒体循環システム。
　前記第二通路を遮断可能な流路開閉手段を備え、
　前記制御手段は、前記蓄熱モードにおいて、前記流路開閉手段により前記第二通路を遮断する請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の熱媒体循環システム。
　前記熱供給モードのときに前記バイパス通路を遮断するか否かを事前に選択可能にする手段を備える請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の熱媒体循環システム。
　前記加熱手段を通過する前記熱媒体の流量に対する、前記バイパス通路を通過する前記熱媒体の流量の比をバイパス比とし、
　前記制御手段は、前記熱供給モードの初期の運転における前記バイパス比が、前記熱供給モードの前記初期より後の時期の運転における前記バイパス比より低くなるように、前記流量調整手段を制御する請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の熱媒体循環システム。
　前記熱媒体を循環させる循環ポンプを備え、
　前記制御手段は、前記熱供給モードの運転を停止する場合に、前記加熱手段を停止した後に、前記循環ポンプを停止する請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の熱媒体循環システム。
　前記制御手段は、両用モードで前記熱媒体循環システムを運転させることが可能であり、
　前記両用モードにおいて、前記熱需要部から戻った前記熱媒体と前記蓄熱槽の前記出口から流出した前記熱媒体との両方が前記第一通路に流入し、前記第一通路に流入した前記熱媒体が前記加熱手段と前記バイパス通路とに分かれて流入し、前記加熱手段を通過した前記熱媒体が前記蓄熱槽に流入し、前記バイパス通路を通過した前記熱媒体が前記熱需要部へ供給される請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の熱媒体循環システム。