JP2009097770A - Circulation flow volume calculating method for heat pump type hot water heating apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ヒートポンプ式加熱手段で加熱した一次側温水を暖房用熱交換器へ循環させて、温水暖房端末器に循環する二次側暖房循環水を加熱するようにしたヒートポンプ式温水暖房装置の二次側暖房循環水の循環流量の算出方法に関するものである。 The present invention relates to a heat pump type hot water heating apparatus in which primary side hot water heated by a heat pump type heating means is circulated to a heat exchanger for heating, and secondary side heating circulating water circulated to the hot water heating terminal is heated. The present invention relates to a method for calculating the circulation flow rate of secondary side heating circulating water.
従来よりこの種のヒートポンプ式温水暖房装置においては、ヒートポンプ式加熱手段で加熱した一次側温水を給湯用貯湯タンクを介することなく直接に暖房用熱交換器へ循環させて、温水暖房端末器に循環する二次側暖房循環水を加熱するようにしたものがあった。(特許文献1参照) Conventionally, in this type of heat pump type hot water heater, the primary side hot water heated by the heat pump type heating means is circulated directly to the heating heat exchanger without going through the hot water storage tank, and circulated to the hot water heating terminal. There was something to heat the secondary side heating circulation water. (See Patent Document 1)
また、温水暖房装置において、無駄な放熱が少ない効率的な暖房運転を行うために暖房負荷と温水暖房端末器での放熱量とをバランスさせようとしたものを本件出願人が先に出願している。(特許文献2参照) In addition, in the hot water heating system, the present applicant has filed an application that attempts to balance the heating load and the amount of heat released from the hot water heating terminal in order to perform efficient heating operation with less wasted heat dissipation. Yes. (See Patent Document 2)
しかし、温水暖房端末器での放熱量を適切にするためには、温水暖房端末器に流入させる二次側暖房循環水の循環流量を知る必要がある。二次側暖房循環水の循環流量を求めるには、二次側循環回路中に流量センサを設けて循環流量を測定するか、二次側循環ポンプの回転数から循環流量を算出するしかなかった。そして、二次側循環回路中に流量センサを設ける場合は、流量センサの分だけコスト高となってしまい、二次側循環ポンプの回転数から循環流量を算出する場合は、温水暖房端末器の種類や数、あるいは温水暖房端末器までの配管状況等、温水暖房装置の設置状況毎に異なる二次側循環回路の圧力損失が判らないと不正確な循環流量を算出してしまうため、温水暖房端末器での放熱量を適切にすることができないものであった。 However, in order to make the amount of heat radiation in the hot water heating terminal appropriate, it is necessary to know the circulation flow rate of the secondary side heating circulating water flowing into the hot water heating terminal. In order to obtain the circulation flow rate of the secondary side heating circulation water, there was no choice but to measure the circulation flow rate by installing a flow rate sensor in the secondary side circulation circuit or to calculate the circulation flow rate from the rotational speed of the secondary side circulation pump . When a flow sensor is provided in the secondary circulation circuit, the cost is increased by the flow sensor, and when the circulation flow is calculated from the rotation speed of the secondary circulation pump, the hot water heating terminal If the pressure loss of the secondary circulation circuit, which varies depending on the installation status of the hot water heater, such as the type and number, the piping status to the hot water heating terminal, etc., is not known, the inaccurate circulation flow rate will be calculated. The amount of heat radiation at the terminal could not be made appropriate.
そこで、本発明は、流量センサを用いることなく、より正確に二次側循環回路の循環流量を算出できるようにすることを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to make it possible to calculate the circulation flow rate of the secondary side circulation circuit more accurately without using a flow rate sensor.
本発明は、上記目的を達するため、ヒートポンプ式加熱手段で加熱した一次側温水を暖房用熱交換器へ循環させて、温水暖房端末器に循環する二次側暖房循環水を加熱するようにしたヒートポンプ式温水暖房装置の二次側暖房循環水の循環流量の算出方法であって、一次側温水の前記ヒートポンプ式加熱手段の出入り口温度差ΔThpと、一次側温水の前記ヒートポンプ式加熱手段の入水温度Thpiと外気温度Taとから推定されるヒートポンプ加熱能力Wと、一次側温水の前記暖房用熱交換器の出入り口温度差ΔT1と、二次側暖房循環水の前記暖房用熱交換器の出入り口温度差ΔT2と、前記暖房用熱交換器の熱交換効率ηとから二次側暖房循環水の循環流量G2を算出するようにした。 In order to achieve the above object, the present invention circulates the primary side hot water heated by the heat pump heating means to the heating heat exchanger and heats the secondary side heating circulating water circulated to the hot water heating terminal. It is a calculation method of the circulation flow rate of the secondary side heating circulating water of the heat pump type hot water heating device, and the inlet / outlet temperature difference ΔThp of the heat pump type heating means of the primary side hot water and the inlet temperature of the heat pump type heating means of the primary side hot water Heat pump heating capacity W estimated from Thpi and outside air temperature Ta, inlet / outlet temperature difference ΔT1 of the heating heat exchanger for the primary side hot water, and inlet / outlet temperature difference of the heating heat exchanger for the secondary side heating circulating water The circulation flow rate G2 of the secondary side heating circulating water is calculated from ΔT2 and the heat exchange efficiency η of the heating heat exchanger.
また、予め記憶設定されている入水温度Thpiと外気温度Taとに応じたヒーポン加熱能力Wのマトリクスマップを用いて、ヒートポンプ加熱能力Wを推定するようにした。 In addition, the heat pump heating capacity W is estimated using a matrix map of the heat pump heating capacity W according to the incoming water temperature Thpi and the outside air temperature Ta that are stored and set in advance.
また、二次側暖房循環水の流量G2を算出する際に、二次側暖房循環水の平均温度T2avを算出し、予め設定記憶されている二次側暖房循環水の平均温度T2avに応じた特性値C2の関係を用いて二次側暖房循環水の循環流量G2を算出するようにした。 Further, when calculating the flow rate G2 of the secondary side heating circulating water, the average temperature T2av of the secondary side heating circulating water is calculated, and the secondary side heating circulating water average temperature T2av is preset and stored. The circulation flow rate G2 of the secondary side heating circulating water is calculated using the relationship of the characteristic value C2.
本発明によれば、流量センサを用いることなく、より正確に二次側暖房循環水の流量を算出することが可能となったものである。 According to the present invention, it is possible to more accurately calculate the flow rate of the secondary side heating circulating water without using a flow rate sensor.
次に、本発明の第1の実施形態であるヒートポンプ式の貯湯式給湯暖房装置について、図面に基づいて説明する。
1は湯水を貯湯する貯湯タンク、2は貯湯タンク1底部に接続された給水管、3は貯湯タンク1上部に接続された給湯管、4は貯湯タンク1内の湯水を循環加熱するヒートポンプ式加熱手段、5は貯湯タンク1底部とヒートポンプ式加熱手段4の入水側を接続するHP往き管6とヒートポンプ式加熱手段4の出湯側と貯湯タンク1上部とを接続するHP戻り管7から構成されるヒーポン循環回路である。
Next, a heat pump hot water storage type hot water supply / room heating apparatus according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
1 is a hot water storage tank for storing hot water, 2 is a hot water supply pipe connected to the bottom of the hot
8は温水を循環させて暖房を行うための温水暖房端末器、9は貯湯タンク1内の湯またはヒートポンプ式加熱手段4で加熱した湯を循環させて温水暖房端末器8を循環する二次側暖房循環水を加熱するための暖房用熱交換器、10は温水暖房端末器8と暖房用熱交換器9とを暖房循環水を循環させる二次側循環回路、11は二次側循環回路10に設けられた二次側循環ポンプである。
8 is a hot water heating terminal for heating by circulating hot water, and 9 is a secondary side for circulating the hot
12は暖房用熱交換器9に湯を供給するための熱交往き管13と暖房用熱交換器9を流出した湯を貯湯タンク1の下部へ戻すための熱交戻り管14を備えた一次側循環回路、15は一次側循環回路に設けられた一次側循環ポンプ、16はHP戻り管7と熱交往き管11と接続した位置に設けられた分配弁で、ヒートポンプ式加熱手段4で加熱した湯を暖房用熱交換器9と貯湯タンク1とに任意の割合で分流するものである。
17は暖房用熱交換器9の一次側の入口側に設けられ一次側入口温度T1iを検出する一次側入口温度センサ、18は一次側の出口側に設けら一次側出口温度T1oを検出する一次側出口温度センサ、19は二次側の入口側に設けら二次側入口温度T2iを検出する二次側入口温度センサ、20は二次側の出口側に設けられ二次側出口温度T2oを検出する二次側出口温度センサである。
次に、前記ヒートポンプ式加熱手段4について詳細に説明すると、21は冷媒を圧縮して高圧にする圧縮機、22は冷媒と水との間で熱交換させる冷媒−水熱交換器、23は開度調整可能な電子膨張弁よりなる温度低下した冷媒を減圧する減圧手段、24は低温低圧の冷媒と空気とを熱交換させて蒸発させる空気熱交換器、25は空気熱交換器24に空気を強制的に送る送風機であり、これらによってヒートポンプサイクル26を構成している。
Next, the heat pump heating means 4 will be described in detail. 21 is a compressor that compresses the refrigerant to a high pressure, 22 is a refrigerant-water heat exchanger that exchanges heat between the refrigerant and water, and 23 is open. Decompressing means for depressurizing the refrigerant whose temperature has dropped, comprising an electronic expansion valve that can be adjusted, 24 is an air heat exchanger that evaporates by evaporating low-temperature and low-pressure refrigerant and air, and 25 is an air heat exchanger The blower is forcibly sent, and the
27はヒーポン循環回路5の途中に設けられたヒーポン循環ポンプ、28は外気温度Taを検出する外気温度センサ、29は冷媒−水熱交換器22の水入口側に設けられ入水温度Thpiを検出するヒーポン入水温度センサ、30は冷媒−水熱交換器22の水出口側に設けら出湯温度Thpoを検出するヒーポン出湯温度センサである。
27 is a heat pump circulation pump provided in the middle of the heat
そして、31は貯湯タンク1の側面上下に複数設けられ貯湯タンク1内の貯湯温度を検出する貯湯温度センサ、32は各センサの検出値が入力されて演算を行い各アクチュエータの作動を制御する制御装置で、試験等によって決められた各種のデータが設定記憶されているものである。
A plurality of hot water storage sensors 31 are provided on the upper and lower sides of the hot water storage tank 1 to detect the hot water storage temperature in the hot
次に、本発明のヒートポンプ式の貯湯式給湯暖房装置の作動について説明する。
まず、深夜時間帯になると、制御装置32は、ヒートポンプ式加熱手段4とヒーポン循環ポンプ27を作動し、貯湯タンク1下部から取り出した水を加熱して貯湯タンク1上部へ戻すようにして貯湯運転を行う。このとき、分配弁16は貯湯タンク1側を全開として沸き上げた温水が全て貯湯タンク1の上部から戻るようにしている。
Next, the operation of the heat pump type hot water storage type hot water heater of the present invention will be described.
First, at midnight, the
そして、蛇口(図示せず)が開かれると、給水管2から市水が貯湯タンク1底部に流入し、貯湯タンク1上部から湯が給湯管3を介して蛇口から給湯され給湯運転が行われる。
When the faucet (not shown) is opened, city water flows from the
次に、暖房運転を行う際の作動について説明する。暖房運転の要求があると、制御装置32は、ヒートポンプ式加熱手段4とヒーポン循環ポンプ27と一次側循環ポンプ15を作動させると共に、二次側循環ポンプ11を作動させる。このとき、分配弁16は暖房用熱交換器9側を全開とする。これにより、一次側では貯湯タンク1の底部からの低温水がヒートポンプ式加熱手段4で加熱され、加熱された高温水が暖房用熱交換器9へ流通し、温度低下した温水が貯湯タンク1の下部へ戻されると共に、二次側では暖房用熱交換器9で熱交換して加熱された暖房循環水が温水暖房端末器8へ循環して暖房を行い、温度低下した暖房循環水が再度暖房用熱交換器9へ循環する。
Next, the operation | movement at the time of performing heating operation is demonstrated. When there is a request for the heating operation, the
暖房負荷よりもヒートポンプ式加熱手段4の加熱能力Wが大きい場合は、制御装置32は、ヒートポンプ式加熱手段4で加熱した高温水を暖房用熱交換器9側と貯湯タンク1側に分配弁16の分配比率を適切な比率とすることで、暖房用熱交換器9側へ流入する熱量を制御する。ここで、暖房用熱交換器9側へ分配される一次側の温水の比率の値をdrとする。
When the heating capacity W of the heat pump heating means 4 is larger than the heating load, the
この暖房運転において、暖房負荷と温水暖房端末器での放熱量とをバランスさせるため、温水暖房端末器に流入させる二次側暖房循環水の循環流量を知る必要があるが、以下に説明する方法によって制御装置32が二次側暖房循環水の循環流量を算出する。
In this heating operation, in order to balance the heating load and the amount of heat released by the hot water heating terminal, it is necessary to know the circulation flow rate of the secondary side heating circulating water flowing into the hot water heating terminal, but the method described below Thus, the
まず、図2のステップ1では、外気温度センサ28で検出する外気温度Taと、ヒーポン入水温度センサ29で検出する入水温度Thpiと、予め制御装置32に記憶されている外気温度Taと入水温度Thpiとに基づいたヒーポン加熱能力Wのマトリクスマップ(表1参照)とからヒーポン加熱能力Wを決定する。
First, in step 1 of FIG. 2, the outside air temperature Ta detected by the outside
次に、ステップ2では、二次側入口温度センサ19で検出する二次側入口温度T2iと二次側出口温度センサ20で検出する二次側出口温度T2oとから二次側の暖房循環水の平均温度T2avを算出する。
Next, in
そして、ステップ3では、予め制御装置32に記憶されている暖房循環水の温度対特性値C2の関係(図3参照)から、平均温度T2avでの特性値C2を決定する。ここで、暖房循環水の特性値C2とは、暖房循環水の比熱と密度に基づいた値を示すものである。
In
そして、ステップ4〜7では、予め設定記憶されている暖房用熱交換器9の熱交換効率ηと予め設定記憶されている下記の数式1によって二次側の暖房循環水の循環流量G2を算出する。
Then, in
ΔT2=T2o−T2i
ΔThp=Thpo−Thpi
ΔT2 = T2o−T2i
ΔThp = Thpo−Thpi
このように、本発明のヒートポンプ式温水暖房装置の循環流量算出方法によれば、温水暖房端末器の種類や数、あるいは温水暖房端末器までの配管状況等、温水暖房装置の設置状況毎に異なる二次側循環回路の圧力損失が判らずとも、流量センサを用いることなく、より正確に二次側暖房循環水の流量を算出することが可能となり、暖房端末器での放熱量を適切にすることができ、温度変動や無駄な放熱の少ない効率的な温水暖房を実現できる。 As described above, according to the circulation flow rate calculation method for the heat pump type hot water heating apparatus of the present invention, the type and number of the hot water heating terminals, or the piping conditions to the hot water heating terminals, etc., differ depending on the installation situation of the hot water heating apparatus. Even if the pressure loss of the secondary circulation circuit is not known, the flow rate of the secondary heating circulation water can be calculated more accurately without using a flow rate sensor, and the amount of heat radiation at the heating terminal is made appropriate. Therefore, it is possible to realize efficient hot water heating with less temperature fluctuation and unnecessary heat dissipation.
また、ヒートポンプ式加熱手段4の加熱能力Wは、外気温度Taと入水温度Thpiに影響されるが、その影響を試験等により予め求め、マトリクスマップとして制御装置32に設定記憶されているため、外気温度Taや入水温度Thpiが時間の経過によって変化する等、様々な状況においても正確に二次側暖房循環水の流量を算出することが可能となる。
Further, the heating capacity W of the heat pump type heating means 4 is influenced by the outside air temperature Ta and the incoming water temperature Thpi, but the influence is obtained in advance by a test or the like, and is stored in the
さらに、二次側暖房循環水として不凍液を用いた場合、その温度変化に応じて比熱と密度が大きく変化するが、使用する不凍液の温度に応じた比熱と密度の積である特性値C2の関係が制御装置32に設定記憶されているため、不凍液の温度変化を考慮して、より正確な二次側暖房循環水の流量を算出することが可能となる。
Furthermore, when the antifreeze is used as the secondary side heating circulation water, the specific heat and the density greatly change according to the temperature change, but the relationship of the characteristic value C2 that is the product of the specific heat and the density according to the temperature of the antifreeze used. Is stored in the
なお、ここで、制御装置32には、温水暖房装置で実際に使用している不凍液の濃度を設定する手段(図示せず)が接続され、制御装置32は設定された濃度に応じて特性値C2を補正するようにしてもよい。これによって不凍液の濃度が異なっていても、より正確に二次側暖房循環水の流量を算出することが可能となる。不凍液の濃度を設定する手段としては、制御装置32の回路基板上にDIPスイッチを設けたり、リモコンでの特定の操作で設定可能とするような構成が例として挙げられる。
Here, means (not shown) for setting the concentration of the antifreeze actually used in the hot water heater is connected to the
4 ヒートポンプ式加熱手段
8 温水暖房端末器
9 暖房用熱交換器
4 Heat pump type heating means 8 Hot
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