JP7274896B2 - heating system - Google Patents
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Description
本発明は、暖房システムに関するものである。 The present invention relates to heating systems.
従来、ヒートポンプ温水暖房システムが知られている（例えば特許文献１参照）。ヒートポンプ温水暖房システムは、暖房に使う熱媒水を生成するヒートポンプ加熱装置と、床暖房パネル等の暖房器具に温水を供給する給湯器等の被加熱装置とにより構成されている。第二の熱交換器、熱媒水配管、被加熱装置等により、熱媒水循環回路が形成されている。ヒートポンプ加熱装置は、ヒートポンプサイクルを構成することで、第二の熱交換器を循環する熱媒水に熱を供給する。（特許文献１の［００１８］［００２０］図１参照）。
Conventionally, a heat pump hot water heating system is known (see
ところで、上述したヒートポンプ温水暖房システムにあっては、起動運転時、ヒートポンプ加熱装置における熱の生成の効率が低く、省エネ性が低いものであった。 By the way, in the heat pump hot water heating system described above, the efficiency of heat generation in the heat pump heating device is low at the start-up operation, and the energy saving performance is low.
本発明は上記従来の問題点に鑑みたものであって、省エネ性が高い暖房システムを提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a heating system with high energy efficiency.
上記課題を解決するために、請求項１に係る暖房システムは、ヒートポンプユニットと、暖房用熱媒が循環する暖房用熱媒回路と、熱媒熱交換器と、端末と、熱源ユニットと、制御部と、を備える。前記ヒートポンプユニットは、圧縮機と、凝縮器と、膨張機構と、蒸発器と、を有する。前記熱媒熱交換器は、前記暖房用熱媒回路に設けられ、前記凝縮器と熱交換した空気と前記暖房用熱媒とを熱交換させる。前記端末は、前記暖房用熱媒回路に設けられ、前記暖房用熱媒を利用する。前記制御部は、前記ヒートポンプユニット及び前記熱源ユニットを制御する。前記熱源ユニットは、主熱媒を加熱する熱源部と、前記主熱媒が循環する主熱媒回路と、往き熱交換器と、戻り熱交換器と、流路切替手段と、を有する。前記往き熱交換器は、前記主熱媒回路に設けられ、前記主熱媒が、前記暖房用熱媒回路を前記熱媒熱交換器から前記端末に向けて通流する前記暖房用熱媒と熱交換するためのものである。前記戻り熱交換器は、前記主熱媒回路に前記往き熱交換器と並列に設けられ、前記主熱媒が、前記暖房用熱媒回路を前記端末から前記熱媒熱交換器に向けて通流する前記暖房用熱媒と熱交換するためのものである。前記流路切替手段は、前記主熱媒が前記往き熱交換器を通流する往き加熱流路と前記戻り熱交換器を通流する戻り加熱流路とを切り替え可能である。
In order to solve the above problems, the heating system according to
また、請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明において、前記制御部は、前記ヒートポンプユニットの起動運転時に、前記戻り加熱流路を構成するように前記流路切替手段を制御する。
Further, the invention according to
請求項１に係る発明にあっては、ヒートポンプユニットの起動運転時に、熱源ユニットを動作させて、主熱媒を介して熱を熱媒熱交換器に付与することができる。これにより、ヒートポンプユニットの動作に要するエネルギーが低下し、熱源ユニットの動作に要するエネルギーは増加するが、この増加分は、ヒートポンプユニットの動作に要するエネルギーの低下分よりも低くてすむ。このため、ヒートポンプユニットの起動運転時における省エネ性が高い暖房システムとすることができる。
In the invention according to
請求項２に係る発明にあっては、ヒートポンプユニットの起動運転時に、主熱媒が戻り熱交換器を通流することにより、戻り熱交換器で加熱されて高温となった暖房用熱媒が熱媒熱交換器に戻ることとなる。この結果、室内側冷媒熱交換器が空気を介して熱媒熱交換器を通流する暖房用熱媒に付与すべき熱量が低下するため、ヒートポンプユニットの動作に要するエネルギーが低くてすむ。
In the invention according to
本開示は、暖房システムに関し、更に詳しくは、ヒートポンプユニット及び熱源ユニットを備えた暖房システムに関するものである。以下、本開示に係る暖房システムの一実施形態について、図１～図６に基づいて説明する。なお、本開示に係る暖房システムの実施形態は、下記実施形態に限定されるものではなく、本開示に係る技術的思想を逸脱しない範囲において、種々の変更が可能である。 FIELD OF THE DISCLOSURE The present disclosure relates to a heating system, and more particularly to a heating system with a heat pump unit and a heat source unit. An embodiment of a heating system according to the present disclosure will be described below with reference to FIGS. 1 to 6. FIG. In addition, the embodiment of the heating system according to the present disclosure is not limited to the following embodiments, and various modifications are possible without departing from the technical idea of the present disclosure.
暖房システムは、ヒートポンプユニットにより冷凍サイクルを成立させるのみならず、熱源ユニットを用いて熱媒を加熱して、温水床暖房装置等の端末に熱媒を介して熱を付与する。 A heating system not only establishes a refrigerating cycle with a heat pump unit, but also heats a heat medium using a heat source unit to apply heat to a terminal such as a hot water floor heating device through the heat medium.
図１に示すように、暖房システム１は、ヒートポンプユニット２と、暖房ユニット４と、熱源ユニット（貯湯ユニット３）と、制御部１０（図２参照）と、を備える。
As shown in FIG. 1, the
ヒートポンプユニット２は、圧縮機２１と、室外側冷媒熱交換器２２と、膨張機構２３と、室内側冷媒熱交換器２４と、ヒートポンプ制御部２０（図２参照）と、を有する。ヒートポンプユニット２が動作することにより、冷凍サイクルが成立する。
The
ヒートポンプユニット２は、室外機２０１と室内機２０２とを有する。室外機２０１は、ケーシング（不図示）と、ケーシング内に収容される、圧縮機２１と、室外側冷媒熱交換器２２と、膨張機構２３と、四方弁２５と、送風装置２６等の機器を有する。
The
膨張機構２３は、キャピラリチューブや電子膨張弁等により構成される。膨張機構２３の流路の一端は、冷媒流路２７を介して室外側冷媒熱交換器２２の流路の一端に接続される。室外側冷媒熱交換器２２は、室外機２０１内の外気流路（不図示）の途中に配置される。室外機２０１のケーシングは、外気を吸込むための吸込み口（不図示）と、空気を吹出すための吹出し口（不図示）とを有し、吸込み口と吹出し口との間に外気流路が形成される。外気流路の途中には更に、送風装置２６としてのファンが配置される。
The
室外側冷媒熱交換器２２の流路の他端は、冷媒流路２７を介して四方弁２５の第１のポート２５１に接続される。四方弁２５の第２のポート２５２は、冷媒流路２７を介して圧縮機２１の流路の一端に接続される。圧縮機２１の流路の他端は、冷媒流路２７を介して四方弁２５の第３のポート２５３に接続される。膨張機構２３の流路の他端に接続される冷媒流路２７と、四方弁２５の第４のポート２５４に接続される冷媒流路２７とは、室外機２０１より導出され、室内機２０２に導入される。
The other end of the flow path of the outdoor
室内機２０２は、ケーシング（不図示）と、ケーシング内に収容される、室内側冷媒熱交換器２４と、後述する熱媒熱交換器４１と、送風装置２８等の機器を有する。ただし、熱媒熱交換器４１は、暖房システム１を構成する要素であるが、ヒートポンプユニット２を構成する要素（すなわち冷凍サイクルを成立させるための要素）ではない。室内機２０２のケーシングは、空気を吸込むための吸込み口（不図示）と、空気を吹出すための吹出し口（不図示）とを有し、吸込み口と吹出し口との間に空気流路（不図示）が形成される。空気流路の途中には、吸込み口側から吹出し口側にかけて、室内側冷媒熱交換器２４と、熱媒熱交換器４１と、送風装置２８としてのファンと、がこの順に配置される。
The
室内側冷媒熱交換器２４の流路の一端は、冷媒流路２７を介して四方弁２５の第４のポート２５４に接続される。室内側冷媒熱交換器２４の流路の他端は、冷媒流路２７を介して膨張機構２３の流路の他端に接続される。
One end of the flow path of the indoor-side
四方弁２５は、第１のポート２５１と第２のポート２５２とが通じると共に第３のポート２５３と第４のポート２５４とが通じる状態と、第１のポート２５１と第３のポート２５３とが通じると共に第２のポート２５２と第４のポート２５４とが通じる状態のいずれかに任意に切り替えることができる。
The four-
ヒートポンプ制御部２０は、ヒートポンプユニット２を制御する。ヒートポンプ制御部２０は、例えばマイクロコンピュータを有し、ＲＯＭ（Read Only Memory）等の記憶媒体に記憶されたプログラムを実行することで、ヒートポンプユニット２を構成する要素の動作を制御する。ヒートポンプ制御部２０は、具体的には、圧縮機２１により搬送される冷媒の単位時間当たりの搬送量（ｌ／ｓ）、室外機２０１及び室内機２０２に配置された送風装置２６，２８による単位時間当たりの風量（ｍ３／ｓ）、四方弁２５の切り替えを制御することができる。ヒートポンプ制御部２０は、室内機２０２に設けられるが、室外機２０１に設けられてもよく、設けられる場所は特に限定されない。
The heat
ヒートポンプユニット２は、本実施形態では、外気温度検知部２０４（図２参照）を備えている。外気温度検知部２０４は、室外機２０１の外気流路の吸込み口近傍に配置されている。外気温度検知部２０４は、サーミスタにより構成されるが、サーミスタ以外にも各種の温度センサが適宜利用可能であり、特に限定されない。外気温度検知部２０４は、室外機２０１の外気流路に吸込まれる空気（外気）の外気温度Ｔｏ（℃）を検知する。外気温度検知部２０４により検知された外気温度Ｔｏ情報は、ヒートポンプ制御部２０に受信される。
The
ヒートポンプユニット２は、本実施形態では、暖房操作部２９（図２参照）を備えている。暖房操作部２９より入力された情報は、ヒートポンプ制御部２０に受信される。
The
このヒートポンプユニット２により、冷凍サイクルによる冷房運転と暖房運転とが選択的に運転可能である。冷房運転では、ヒートポンプ制御部２０は、四方弁２５を、第１のポート２５１と第２のポート２５２とが通じると共に第３のポート２５３と第４のポート２５４とが通じる状態とする。これにより、圧縮機２１、室外側冷媒熱交換器２２（凝縮器）、膨張機構２３、室内側冷媒熱交換器２４（蒸発器）、圧縮機２１へと到る冷媒流路２７が形成され、冷房運転の冷凍サイクルが成立する。
This
また、暖房運転では、四方弁２５を、第１のポート２５１と第３のポート２５３とが通じると共に第２のポート２５２と第４のポート２５４とが通じる状態とする。これにより、圧縮機２１、室内側冷媒熱交換器２４（凝縮器）、膨張機構２３、室外側冷媒熱交換器２２（蒸発器）、再び圧縮機２１へと到る冷媒流路２７が形成され、暖房運転が行われる。このようなヒートポンプユニット２は、従来広く知られており、様々なものが適宜利用可能であって特に限定されない。また、ヒートポンプユニット２が適宜アキュミュレータ等の機器を有してもよい。
In the heating operation, the four-
本実施形態では、熱源ユニットは貯湯ユニット３により構成される。貯湯ユニット３は、主熱媒と、熱源部３１と、主熱媒が循環する主熱媒回路３２と、を有する。更に、貯湯ユニット３は、貯湯部３３と、出湯流路３４と、主熱媒供給部３７と、貯湯制御部３０（図２参照）と、を有する。本実施形態では、主熱媒として湯水（水）が利用されるが、特に湯水でなくてもよく、他の液体や各種溶液であってもよく、限定されない。なお、熱源ユニットは、貯湯ユニット３により構成されなくてもよく、少なくとも熱源部３１と主熱媒回路３２とを有していればよい。
In this embodiment, the heat source unit is composed of the hot
熱源部３１は、主熱媒を加熱する。本実施形態では、固体高分子形燃料電池（Polymer Electrolyte Fuel Cell、略してＰＥＦＣという）により、熱源部３１が構成されている。燃料電池において発電に伴って発生する熱（排熱）が、熱交換器３１１を介して主熱媒に付与される。なお、熱源部３１は、ＰＥＦＣに限定されず、他の種類の燃料電池であってもよいし、燃料電池以外であってもよい。例えば、熱源部３１は、エンジンやガスタービンによりジェネレータを動作させる発電装置であってもよい。
The
主熱媒回路３２には、熱源部３１から排熱を回収した主熱媒が通流する。主熱媒回路３２は、途中に、ポンプ等からなる搬送装置３２１と、流量調整弁３２２と、を有する。
A main heat medium that recovers exhaust heat from the
貯湯部３３は、主熱媒回路３２に設けられる。貯湯部３３は、主熱媒回路３２を通流する主熱媒が貯められる。貯湯部３３は、本実施形態では貯湯タンクにより構成されるが、貯湯タンクにより構成されないものであってもよく、限定されない。主熱媒回路３２及び貯湯部３３により、循環する主熱媒の一流路が形成される。
The hot
出湯流路３４は、貯湯部３３から主熱媒を搬出するための流路である。出湯流路３４の上流端は、貯湯部３３の上部（上端部）に接続されている。出湯流路３４には、出湯量調整部（不図示）が設けられる。出湯量調整部は、流量調整弁からなり、貯湯部からの出湯の実行及び停止を切り替え可能であると共に、出湯量を調整可能である。
The hot
主熱媒回路３２は、貯湯部３３と並列に接続される第一熱交換流路３５を有する。更に、主熱媒回路３２は、貯湯部３３及び第一熱交換流路３５と並列に接続される第二熱交換流路３６を有する。第一熱交換流路３５及び第二熱交換流路３６は、主熱媒回路３２の一部である。
The main
主熱媒供給部３７は、主熱媒回路３２又は貯湯部３３に主熱媒を供給する。本実施形態では、主熱媒供給部３７は、給水管３７１及び給水管３７１に設けられる調整弁３７２により構成される。給水管３７１の上流端は、水道等の給水源（不図示）に接続されており、給水管３７１の下流端は、貯湯部３３の下部（下端部）に接続されている。主熱媒供給部３７は、貯湯部３３への給水の実行及び停止を切り替え可能であると共に、給水量を調整可能である。
The main heat
貯湯制御部３０は、貯湯ユニット３を構成する要素の動作を制御する。貯湯制御部３０は、例えばマイクロコンピュータを有し、ＲＯＭ等の記憶媒体に記憶されたプログラムを実行することで、貯湯ユニット３の要素の動作を制御する。貯湯制御部３０は、熱源部３１を制御して、熱源部３１における単位時間当たりの発熱量を調整することができる。また、貯湯制御部３０は、主熱媒回路３２に設けられた搬送装置３２１、流量調整弁３２２を制御して、主熱媒回路３２（ただし貯湯部３３を通流する流路）を通流する主熱媒の通流の実行及び停止、主熱媒の通流量を調整することができる。また、貯湯制御部３０は、出湯量調整部を制御して、出湯の実行及び停止と、出湯量とを調整することができる。また、貯湯制御部３０は、主熱媒供給部３７を制御して、貯湯部３３への給水の実行及び停止と、給水量とを調整することができる。
The hot water
貯湯ユニット３は、本実施形態では、貯湯操作部３８（図２参照）を備えている。使用者は、貯湯操作部３８を操作して、熱源部３１の動作及び停止と発電量、主熱媒の出湯及び停止、出湯量等の各種設定を行う。貯湯操作部３８より入力された情報は、貯湯制御部３０に受信される。
The hot
暖房システム１は、ヒートポンプ制御部２０と貯湯制御部３０との間で通信を行う通信装置（不図示）を更に備える。通信装置により、ヒートポンプ制御部２０と貯湯制御部３０とは、無線又は有線により相互に送受信を行うことができる。このような通信装置は、従来知られている様々なものが適宜利用可能であり、特に限定されない。
The
本実施形態では、暖房システム１の制御部１０は、ヒートポンプ制御部２０と貯湯制御部３０とにより構成される。すなわち、制御部１０は、ヒートポンプユニット２及び貯湯ユニット３（熱源ユニット）を制御する。ヒートポンプ制御部２０と貯湯制御部３０とが協働して、暖房システム１の全体の制御部１０として機能する。なお、暖房システム１が単一の制御部１０を備え、単一の制御部１０が暖房システム１の全体を制御してもよい。
In this embodiment, the
暖房ユニット４は、暖房用熱媒と、暖房用熱媒が循環する暖房用熱媒回路４０と、熱媒熱交換器４１と、端末４２と、を有する。本実施形態では、暖房用熱媒として湯水（水）が利用されるが、特に湯水でなくてもよく、他の液体や各種溶液であってもよく、限定されない。
The
熱媒熱交換器４１は、暖房用熱媒回路４０に設けられる。熱媒熱交換器４１は、凝縮器（暖房運転時における室内側冷媒熱交換器２４）と熱交換した空気流路を通流する空気と、暖房用熱媒回路４０を通流する暖房用熱媒とを熱交換させる。更に説明すると、空気流路を通流する空気は、凝縮器である室内側冷媒熱交換器２４において加熱される。室内側冷媒熱交換器２４に加熱された空気は、熱媒熱交換器４１において暖房用熱媒に熱を付与する。すなわち、暖房用熱媒回路４０を通流する暖房用熱媒は、熱媒熱交換器４１において加熱される。
The heat
端末４２は、暖房用熱媒回路４０に設けられる。端末４２は、内部流路４２０を有する床暖房パネルであり、内部流路４２０に暖房用熱媒が通流する。
暖房用熱媒回路４０の途中には、ポンプ等からなる搬送装置４３と、流量調整弁４４とが設けられる。暖房用熱媒回路４０においては、搬送装置４３により、暖房用熱媒の通流の実行及び停止が切り替え可能であると共に、流量調整弁４４により、暖房用熱媒の通流量が調整可能である。
A conveying
主熱媒回路３２には、往き熱交換器５１が設けられる。本実施形態では、往き熱交換器５１は、主熱媒回路３２のうちの第一熱交換流路３５と、暖房用熱媒回路４０において暖房用熱媒が熱媒熱交換器４１から端末４２に向けて通流する流路と、の間に跨るように設けられる。往き熱交換器５１は、主熱媒が、暖房用熱媒回路４０を熱媒熱交換器４１から端末４２に向けて通流する暖房用熱媒と熱交換するためのものである。
A
主熱媒回路３２には、戻り熱交換器５２が設けられる。戻り熱交換器５２は、主熱媒回路３２において、往き熱交換器５１と並列に設けられる。本実施形態では、戻り熱交換器５２は、主熱媒回路３２のうちの第二熱交換流路３６と、暖房用熱媒回路４０において暖房用熱媒が端末４２から熱媒熱交換器４１に向けて通流する流路と、の間に跨るように設けられる。戻り熱交換器５２は、主熱媒が、暖房用熱媒回路４０を端末４２から熱媒熱交換器４１に向けて通流する暖房用熱媒と熱交換するためのものである。
A
暖房システム１は、流路切替手段６を有する。流路切替手段６は、主熱媒が往き熱交換器５１を通流する往き加熱流路と、戻り熱交換器５２を通流する戻り加熱流路と、を切り替え可能とするものである。往き加熱流路は、主熱媒回路３２のうちの熱交換器３１１を含む部分と第一熱交換流路３５とからなり、途中に熱交換器３１１と往き熱交換器５１とを有する主熱媒の回路である。また、戻り加熱流路は、主熱媒回路３２のうちの熱交換器３１１を含む部分と第二熱交換流路３６とからなり、途中に熱交換器３１１と戻り熱交換器５２とを有する主熱媒の回路である。
The
本実施形態では、流路切替手段６は、第一ダンパ６１と、第二ダンパ６２とにより構成される。第一ダンパ６１は、第一熱交換流路３５の往き熱交換器５１の上流側の部分及び下流側の部分に設けられる。第一ダンパ６１により、往き熱交換器５１を通流する主熱媒の通流の実行及び停止が切り替え可能であると共に、往き熱交換器５１を通流する主熱媒の通流量が調整可能である。
In this embodiment, the flow path switching means 6 is composed of a
また、第二ダンパ６２は、第二熱交換流路３６の戻り熱交換器５２の上流側の部分及び下流側の部分に設けられる。第二ダンパ６２により、戻り熱交換器５２を通流する主熱媒の通流の実行及び停止が切り替え可能であると共に、戻り熱交換器５２を通流する主熱媒の通流量が調整可能である。
The
流路切替手段６は、第一ダンパ６１を開とすると共に第二ダンパ６２を閉とすることにより、往き加熱流路を構成することができる。また、流路切替手段６は、第一ダンパ６１を閉とすると共に第二ダンパ６２を開とすることにより、戻り加熱流路を構成することができる。また、第一ダンパ６１を開とすると共に第二ダンパ６２を開とすることにより、往き加熱流路及び戻り加熱流路を構成することができる。このとき、第一ダンパ６１の開度と第二ダンパ６２の開度を適宜調整することにより、第一熱交換流路３５を通流する通流量と第二熱交換流路３６を通流する通流量とを適宜調整することができる。
The channel switching means 6 can configure a forward heating channel by opening the
次に、ヒートポンプユニット２の特性について説明する。ヒートポンプユニット２の負荷Ｗと冷凍サイクルにおける成績係数（Coefficient Of Performance、以下ＣＯＰとする）との間には、図３に示す関係が存在する。ここで、Ｗｍｉｎ（Ｗ）は負荷Ｗの最小値であり、主に、圧縮機２１により搬送される冷媒の最小限界搬送量と、外気温度Ｔｏと、に基づいて定まる最小絞り負荷である。最小限界搬送量は、主に、圧縮機２１が有するモータの単位時間当たりの回転数の下限値により決まる。
Next, the characteristics of the
また、Ｗｍａｘ（Ｗ）は負荷Ｗの最大値であり、主に、圧縮機２１により搬送される冷媒の最大限界搬送量と、外気温度Ｔｏと、に基づいて定まる。最大限界搬送量は、主に、圧縮機２１が有するモータの単位時間当たりの回転数の上限値により決まる。
Wmax(W) is the maximum value of the load W, and is mainly determined based on the maximum limit conveyed amount of refrigerant conveyed by the
なお、負荷Ｗ及びＣＯＰの具体的な値は、ヒートポンプユニット２毎に定まるため、具体的な値についての説明は省略する。
Since specific values of the load W and COP are determined for each
ＣＯＰが最大となる負荷ＷをＷｃｍａｘ（Ｗ）としたとき、上限をＷｃｍａｘ＋α１（Ｗ）とすると共に下限をＷｃｍａｘ－α２（Ｗ）とする範囲を、最適化負荷範囲Ｚ１とする。ここで、α１及びα２は、ＣＯＰ及びエネルギー効率等の観点から各種の許容範囲をどの位広くとるか等により、適宜決められる。 Assuming that the load W at which the COP is maximum is Wcmax (W), the range in which the upper limit is Wcmax+α1 (W) and the lower limit is Wcmax−α2 (W) is defined as an optimized load range Z1. Here, α1 and α2 are appropriately determined depending on how wide various permissible ranges are to be taken from the viewpoint of COP, energy efficiency, and the like.
冷凍サイクルは、負荷Ｗが最適化負荷範囲Ｚ１内にある場合に行われると、ＣＯＰ及びエネルギー効率が高く好ましい。また、最適化負荷範囲Ｚ１外の負荷Ｗの範囲を非最適化負荷範囲Ｚ２とする。最適化負荷範囲Ｚ１のうち、負荷ＷがＷｃｍａｘ未満である領域を範囲Ｚ１１とし、負荷ＷがＷｃｍａｘ以上である領域を範囲Ｚ１２とする。また、非最適化負荷範囲Ｚ２のうち、負荷ＷがＷｃｍａｘ－α２未満である領域を範囲Ｚ２１とし、負荷ＷがＷｃｍａｘ＋α１以上である領域を範囲Ｚ２２とする。 The refrigeration cycle is preferable for high COP and energy efficiency when the load W is within the optimized load range Z1. Also, the range of the load W outside the optimized load range Z1 is defined as a non-optimized load range Z2. In the optimized load range Z1, the area where the load W is less than Wcmax is defined as a range Z11, and the area where the load W is greater than or equal to Wcmax is defined as a range Z12. Further, in the non-optimized load range Z2, the area where the load W is less than Wcmax-α2 is defined as a range Z21, and the area where the load W is greater than or equal to Wcmax+α1 is defined as a range Z22.
また、ヒートポンプユニット２にあっては、暖房運転の起動時の省エネ性が低い。そこで、暖房運転を行うにあたり、ヒートポンプユニット２の起動運転時に、ヒートポンプユニット２のみ動作させるのではなく、熱源ユニット（貯湯ユニット３）を動作させる運転を行う。具体的には、ヒートポンプユニット２の起動運転時に、制御部１０は、貯湯ユニット３を動作させ、戻り加熱流路を構成するように流路切替手段６を制御する。
Also, in the
ヒートポンプユニット２の起動運転時に、必要な熱需要をヒートポンプユニット２のみの運転で賄おうとすると、ヒートポンプユニット２の動作に要するエネルギーが膨大となり、省エネ性が低い。
If the necessary heat demand is covered by the operation of the
本実施形態においては、ヒートポンプユニット２の起動運転時に、貯湯ユニット３を動作させて、主熱媒回路３２を通流する主熱媒を介して、熱を熱媒熱交換器４１に付与している。これにより、ヒートポンプユニット２の動作に要するエネルギーが低下すると共に、ヒートポンプユニット２における熱需要を賄う能力（熱供給能力）が低下する。ヒートポンプユニット２における熱供給能力の低下分は、貯湯ユニット３により賄われるが、これに伴って貯湯ユニット３の動作に要するエネルギーは、ヒートポンプユニット２の動作に要するエネルギーの低下分よりも低くてすむ。このため、ヒートポンプユニット２の起動運転時に、貯湯ユニット３を併せて動作させると、省エネ性が高い。
In this embodiment, when the
具体的には、ヒートポンプユニット２の起動運転時に、戻り加熱流路が構成されて、主熱媒が戻り熱交換器５２を通流する。これにより、戻り熱交換器５２で加熱されて高温となった暖房用熱媒が熱媒熱交換器４１に戻ることとなり、室内側冷媒熱交換器２４が空気を介して熱媒熱交換器４１を通流する暖房用熱媒に付与すべき熱量が低下するため、ヒートポンプユニット２の動作に要するエネルギーが低くてすむ。
Specifically, when the
以下、暖房システム１の運転例１について説明する。図４に、運転例１の全体制御のフロー図を示す。
An operation example 1 of the
使用者は、暖房操作部２９を操作して、設定温度（室内目標温度）を設定し、暖房システム１による運転を開始する。なお、使用者が暖房操作部２９を操作する前は、ヒートポンプユニット２は停止しているものとする。
The user operates the heating operation unit 29 to set the set temperature (indoor target temperature) and start the operation of the
ステップＳ１において、ヒートポンプユニット２の起動運転を開始する。次に、ステップＳ２に進む。
In step S1, start-up operation of the
ステップＳ２において、一定時間が経過したか否かが判定され、一定時間が経過していないと判定された場合には、ステップＳ２に戻る。一定時間は、適宜設定されるもので、特に限定されない。ステップＳ２において、一定時間が経過していると判定された場合には、ステップＳ３に進む。 In step S2, it is determined whether or not a certain period of time has elapsed, and if it is determined that the certain period of time has not elapsed, the process returns to step S2. The certain period of time is set as appropriate and is not particularly limited. If it is determined in step S2 that the predetermined time has passed, the process proceeds to step S3.
ステップＳ３において、ヒートポンプユニット２の起動運転を終了する。次に、ステップＳ４に進む。
At step S3, the start-up operation of the
ステップＳ４において、ヒートポンプユニット２の定常運転を開始する。ヒートポンプユニット２の定常運転では、使用者が暖房操作部２９を操作して設定した設定温度を基に、制御部１０がヒートポンプユニット２及び貯湯ユニット３を制御する。運転例１では、設定温度を例えば９段階にテーブル化し、テーブル化した各段階の設定温度にそれぞれ対応するように、室内側冷媒熱交換器２４及び往き熱交換器５１で暖房用熱媒に付与すべき熱量を例えば９段階にテーブル化している。なお、テーブル化するにあたっての段階数は限定されない。
In step S4, steady operation of the
例えば、設定温度１６℃未満の場合はメモリ１、設定温度１６℃以上１８℃未満の場合はメモリ２、設定温度１８℃以上２０℃未満の場合はメモリ３、設定温度２０℃以上２２℃未満の場合はメモリ４、設定温度２２℃以上２４℃未満の場合はメモリ５、設定温度２４℃以上２６℃未満の場合はメモリ６、設定温度２６℃以上２８℃未満の場合はメモリ７、設定温度２８℃以上３０℃未満の場合はメモリ８、設定温度３０℃以上の場合はメモリ９、というようにテーブル化している。次に、ステップＳ５に進む。
For example,
ステップＳ５において、設定温度が、第一定常運転をすべき温度範囲にあるか否かが判定される。ステップＳ５において、設定温度が、第一定常運転をすべき温度範囲にあると判定された場合には、ステップＳ６に進む。運転例１では、メモリ１～４に対応する範囲（すなわち設定温度が２２℃未満の場合）が、第一定常運転をすべき温度範囲である。
In step S5, it is determined whether or not the set temperature is within the temperature range in which the first steady operation should be performed. When it is determined in step S5 that the set temperature is within the temperature range in which the first steady operation should be performed, the process proceeds to step S6. In operation example 1, the range corresponding to
ステップＳ６において、第一定常運転が開始される。第一定常運転は、ヒートポンプユニット２が動作せず、貯湯ユニット３のみ動作する運転である。第一定常運転では、熱源部３１の排熱を回収した例えば４０℃程の主熱媒が、往き熱交換器５１で暖房用熱媒に熱を付与する。暖房用熱媒へ付与する熱量は、デューティ制御により制御する。運転例１では、メモリ１（設定温度１６℃未満）の場合には、暖房用熱媒を端末４２への通流時間が５分間で、暖房用熱媒の端末４２への通流の停止時間が１５分間、というサイクルを繰り返す。メモリ２（設定温度１６℃以上１８℃未満）の場合には通流時間が１０分間で停止時間が１０分間、メモリ３（設定温度１８℃以上２０℃未満）の場合には通流時間が１５分間で停止時間が５分間、メモリ４（設定温度２０℃以上２２℃未満）の場合には通流時間が２０分間で停止時間が０分間、というサイクルを繰り返す。次に、ステップＳ８に進む。
In step S6, the first steady operation is started. The first steady operation is an operation in which the
また、ステップＳ５において、設定温度が、第一定常運転をすべき温度範囲にないと判定された場合には、ステップＳ７に進む。 Further, when it is determined in step S5 that the set temperature is not within the temperature range in which the first steady operation should be performed, the process proceeds to step S7.
ステップＳ７において、第二定常運転が開始される。第二定常運転は、設定温度が、メモリ５～９に対応する範囲（すなわち設定温度が２２℃以上）である場合に、実行される。第二定常運転は、ヒートポンプユニット２及び貯湯ユニット３の両方が動作する運転である。第二定常運転においても、暖房用熱媒へ付与する熱量は、デューティ制御により制御する。次に、ステップＳ８に進む。
In step S7, the second steady operation is started. The second steady operation is executed when the set temperature is within the range corresponding to memories 5 to 9 (that is, the set temperature is 22° C. or higher). The second steady operation is an operation in which both the
ステップＳ８において、暖房操作部２９が操作されて、設定温度が変更されたか否かが判定される。ステップＳ８において、設定温度が変更されたと判定された場合には、ステップＳ５に戻る。ステップＳ８において、設定温度が変更されたと判定されない場合には、ステップＳ８に戻る。 In step S8, it is determined whether or not the heating operation unit 29 has been operated to change the set temperature. If it is determined in step S8 that the set temperature has been changed, the process returns to step S5. If it is determined in step S8 that the set temperature has not been changed, the process returns to step S8.
また、暖房操作部２９が操作されて、暖房運転の停止が入力されると、制御部１０は、暖房運転を停止する。
Further, when the heating operation unit 29 is operated to input the stop of the heating operation, the
次に、ステップＳ１におけるヒートポンプユニット２の起動運転について説明する。図５に、運転例１のヒートポンプユニット２の起動運転のフロー図を示す。
Next, the startup operation of the
ステップＳ１１において、制御部１０は、第一ダンパ６１を閉とすると共に、第二ダンパ６２を開とし、戻り加熱流路を構成する。次に、ステップＳ１２に進む。
In step S11, the
ステップＳ１２において、暖房用熱媒回路４０における戻り熱交換器５２に入る暖房用熱媒の温度Ｔｉｎを計測する。なお、温度Ｔｉｎは、センサ等により計測されて、制御部１０に受信される。次に、ステップＳ１３に進む。
In step S12, the temperature Tin of the heating medium entering the
ステップＳ１３において、第二熱交換流路３６を通流する主熱媒の通流量ｑｗが最大値ｑｗｍａｘである場合に、主熱媒が戻り熱交換器５２において放出する熱量Ｑｗｍａｘを算出する。熱量Ｑｗｍａｘは、制御部１０が、通流量ｑｗｍａｘ、熱源部３１での発熱量等の諸量を基に算出する。次に、ステップＳ１４に進む。
In step S13, the amount of heat Qwmax released by the main heat medium in the
ステップＳ１４において、暖房用熱媒回路４０における戻り熱交換器５２から出る暖房用熱媒の温度Ｔｏｕｔを算出する。ここで、（戻り熱交換器５２において暖房用熱媒に付与される熱量）／（戻り熱交換器５２において主熱媒が放出する熱量）を熱交換比率ｋｗとする。また、暖房用熱媒回路４０を通流する暖房用熱媒の通流量をｑとする。温度Ｔｏｕｔは、
Ｔｏｕｔ＝ｋｗ・Ｑｗｍａｘ／ｑ＋Ｔｉｎ ・・・（式１）
より算出される。次に、ステップＳ１５に進む。
In step S14, the temperature Tout of the heating medium coming out of the
Tout=kw·Qwmax/q+Tin (Formula 1)
Calculated from Next, the process proceeds to step S15.
ステップＳ１５において、暖房用熱媒回路４０における熱媒熱交換器４１から出て端末４２に向かって通流する暖房用熱媒の温度をＴｉｓｖとするために必要な、ヒートポンプユニット２が熱媒熱交換器４１において放出する熱量Ｑｒｓｖを算出する。ここで、（熱媒熱交換器４１において暖房用熱媒に付与される熱量）／（熱媒熱交換器４１においてヒートポンプユニット２が放出する熱量）を熱交換比率ｋｒとする。熱量Ｑｒｓｖは、
Ｑｒｓｖ＝ｑ／ｋｒ・（Ｔｉｓｖ－Ｔｏｕｔ） ・・・（式２）
より算出される。次に、ステップＳ１６に進む。
In step S15, the
Qrsv=q/kr·(Tisv−Tout) (Formula 2)
Calculated from Next, the process proceeds to step S16.
ステップＳ１６において、熱媒熱交換器４１において熱量Ｑｒｓｖを放出するために必要なヒートポンプユニット２における負荷Ｗｓｖを算出する。なお、負荷Ｗｓｖは、式に数値を代入して演算して算出してもよいし、予め負荷Ｗｓｖ及び諸量がテーブル化されていて、テーブル上で諸量を当てはめて、対応する負荷Ｗｓｖを選択してもよい。次に、ステップＳ１７に進む。
In step S16, the load Wsv in the
ステップＳ１７において、冷凍サイクル最適設定制御を行う。冷凍サイクル最適設定制御について図６に基づいて説明する。 In step S17, refrigerating cycle optimum setting control is performed. Refrigerating cycle optimum setting control will be described with reference to FIG.
ステップＳ２１において、負荷Ｗｓｖが、ＣＯＰが最大となるＷｃｍａｘ（図３参照）未満か否かが判定される。ステップＳ２１において、ＷｓｖがＷｃｍａｘ未満でないと判定された場合には、冷凍サイクル最適設定制御を終了して、ステップＳ１８（図５参照）に戻る。ステップＳ２１において、ＷｓｖがＷｃｍａｘ未満であると判定された場合には、ステップＳ２２に進む。 In step S21, it is determined whether or not the load Wsv is less than Wcmax (see FIG. 3) that maximizes the COP. If it is determined in step S21 that Wsv is not less than Wcmax, the refrigerating cycle optimum setting control is terminated, and the process returns to step S18 (see FIG. 5). When it is determined in step S21 that Wsv is less than Wcmax, the process proceeds to step S22.
ステップＳ２２において、負荷ＷｓｖをＷｃｍａｘにまで上昇させる。次に、ステップＳ２３に進む。 In step S22, the load Wsv is raised to Wcmax. Next, the process proceeds to step S23.
ステップＳ２３において、負荷Ｗｓｖに対応する、ヒートポンプユニット２が熱媒熱交換器４１において放出する熱量Ｑｒを算出する。次に、ステップＳ２４に進む。
In step S23, the amount of heat Qr emitted by the
ステップＳ２４において、（式２）のＱｒｓｖに、ステップＳ２３において算出した熱量Ｑｒを代入して、（式２）を満たすＴｏｕｔとしてＴｏｕｔｍａｘを算出する。次に、ステップＳ２５に進む。 In step S24, the amount of heat Qr calculated in step S23 is substituted for Qrsv in (formula 2), and Toutmax is calculated as Tout that satisfies (formula 2). Next, the process proceeds to step S25.
ステップＳ２５において、（式１）のＴｏｕｔにＴｏｕｔｍａｘを代入して、（式１）を満たすＱｗｍａｘとしてＱｗ′を算出する。次に、ステップＳ２６に進む。 In step S25, Toutmax is substituted for Tout in (Equation 1) to calculate Qw' as Qwmax that satisfies (Equation 1). Next, the process proceeds to step S26.
ステップＳ２６において、算出したＱｗ′に対応するように、通流量ｑｗをｑｗｍａｘからｑｗ′に変更する。次に、冷凍サイクル最適設定制御を終了して、ステップＳ１８（図５参照）に戻る。 In step S26, the flow qw is changed from qwmax to qw' so as to correspond to the calculated Qw'. Next, the refrigerating cycle optimum setting control is ended, and the process returns to step S18 (see FIG. 5).
ステップＳ１８において、ヒートポンプユニット２及び貯湯ユニット３を動作させる。次に、ステップＳ２（図４参照）に進む。
At step S18, the
運転例１においては、ヒートポンプユニット２の起動運転時に、貯湯ユニット３を最大限動作させて、主熱媒回路３２を通流する主熱媒を介して、熱を熱媒熱交換器４１に付与するため、ヒートポンプユニット２の動作に要するエネルギーが最小限ですむ。これにより、ヒートポンプユニット２は、省エネ性の低い起動運転時に、動作に要するエネルギーが最小限ですむため、省エネ性が高くなる。
In operation example 1, when the
また、冷凍サイクル最適設定制御を行うことにより、ＣＯＰが最大となるＷｃｍａｘによりヒートポンプユニット２を運転することができ、省エネ性がより一層向上する。なお、冷凍サイクル最適設定制御は任意であり、行われなくてもよい。
Further, by performing the refrigerating cycle optimum setting control, the
１ 暖房システム
１０ 制御部
２ ヒートポンプユニット
２１ 圧縮機
２２ 室外側冷媒熱交換器（蒸発器）
２３ 膨張機構
２４ 室内側冷媒熱交換器（凝縮器）
３ 貯湯ユニット（熱源ユニット）
３１ 熱源部
３２ 主熱媒回路
４０ 暖房用熱媒回路
４１ 熱媒熱交換器
４２ 端末
５１ 往き熱交換器
５２ 戻り熱交換器
６ 流路切替手段
1
23
3 hot water storage unit (heat source unit)
31
Claims (1)
暖房用熱媒が循環する暖房用熱媒回路と、
前記暖房用熱媒回路に設けられ、前記凝縮器と熱交換した空気と前記暖房用熱媒とを熱交換させる熱媒熱交換器と、
前記暖房用熱媒回路に設けられ、前記暖房用熱媒を利用する端末と、
熱源ユニットと、
前記ヒートポンプユニット及び前記熱源ユニットを制御する制御部と、を備え、
前記熱源ユニットは、
主熱媒を加熱する熱源部と、
前記主熱媒が循環する主熱媒回路と、
前記主熱媒回路に設けられ、前記主熱媒が、前記暖房用熱媒回路を前記熱媒熱交換器から前記端末に向けて通流する前記暖房用熱媒と熱交換するための往き熱交換器と、
前記主熱媒回路に前記往き熱交換器と並列に設けられ、前記主熱媒が、前記暖房用熱媒回路を前記端末から前記熱媒熱交換器に向けて通流する前記暖房用熱媒と熱交換するための戻り熱交換器と、
前記主熱媒が前記往き熱交換器を通流する往き加熱流路と前記戻り熱交換器を通流する戻り加熱流路とを切り替え可能な流路切替手段と、を有し、
前記制御部は、
前記ヒートポンプユニットの起動運転時に、前記戻り加熱流路を構成するように前記流路切替手段を制御する
ことを特徴とする暖房システム。 a heat pump unit having a compressor, a condenser, an expansion mechanism, and an evaporator;
a heating heat medium circuit in which a heating heat medium circulates;
a heat medium heat exchanger provided in the heating heat medium circuit for exchanging heat between the air heat-exchanged with the condenser and the heating heat medium;
a terminal provided in the heating heat medium circuit and using the heating heat medium;
a heat source unit;
a control unit that controls the heat pump unit and the heat source unit,
The heat source unit
a heat source that heats the main heat medium;
a main heat medium circuit in which the main heat medium circulates;
Forward heat provided in the main heat medium circuit, wherein the main heat medium exchanges heat with the heat medium for heating that flows through the heat medium circuit for heating from the heat medium heat exchanger toward the terminal. an exchanger;
The heating heat medium is provided in the main heat medium circuit in parallel with the forward heat exchanger, and the main heat medium flows through the heating heat medium circuit from the terminal toward the heat medium heat exchanger. a return heat exchanger for exchanging heat with
a channel switching means capable of switching between a forward heating channel through which the main heat medium flows through the forward heat exchanger and a return heating channel through which the return heat exchanger flows;
The control unit
controlling the flow path switching means to form the return heating flow path during start-up operation of the heat pump unit;
A heating system characterized by :
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP2019053807A JP7274896B2 (en) | 2019-03-20 | 2019-03-20 | heating system |
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| JP2003130491A (en) | 2001-10-18 | 2003-05-08 | Toshiba International Fuel Cells Corp | Fuel cell exhaust heat utilizing air conditioning system |
| JP2009281644A (en) | 2008-05-21 | 2009-12-03 | Daikin Ind Ltd | Heating system |
-
2019
- 2019-03-20 JP JP2019053807A patent/JP7274896B2/en active Active
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