JP2017150774A - Heat source water piping structure for ground thermal energy heat pump system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、地中熱を利用したヒートポンプシステムのヒートポンプの地中熱採熱側の熱交換器の熱交換効率を高める熱源水配管および、その運用方法に関する。 The present invention relates to a heat source water pipe that increases the heat exchange efficiency of a heat exchanger on the ground heat collection side of a heat pump of a heat pump system that uses geothermal heat, and an operation method thereof.
地中の温度は、年平均気温程度で略一定であり、また、井戸水の温度と略等しいため、冷房を稼動する夏には外気より低く、暖房を稼動する冬には外気より高い。そのため、地中熱は、冷暖房や冬季の給湯にとって好適な熱源となる。 The underground temperature is approximately constant at about the annual average temperature, and is substantially equal to the temperature of the well water. Therefore, it is lower than the outside air in the summer when the cooling is operated and higher than the outside air in the winter when the heating is operated. Therefore, geothermal heat is a suitable heat source for air conditioning and winter hot water supply.
地中熱利用ヒートポンプシステムは、ヒートポンプの熱源に地中熱を用い、地中熱の熱媒体として水、あるいは不凍液を用いるのが一般的である。地中熱の採放熱に供する地中熱交換器は、その多くは、ボーリング孔や基礎杭等に熱源水(循環水)配管を配して構成する。前記熱源水配管は、ヒートポンプ室外機側の熱交換器(一次側熱交換器)に連結され、熱源水は、循環ポンプにより、地中熱交換器とヒートポンプの一次側熱交換器とを循環するとともに、前記一次側熱交換器において、ヒートポンプの冷媒と熱源水の間で熱交換が行われる。 In general, a heat pump system using geothermal heat uses geothermal heat as a heat source of the heat pump and uses water or an antifreeze as a heat medium for the geothermal heat. Many of the underground heat exchangers used for collecting and radiating ground heat are constructed by arranging heat source water (circulating water) piping in boreholes, foundation piles, and the like. The heat source water pipe is connected to a heat exchanger (primary side heat exchanger) on the heat pump outdoor unit side, and the heat source water is circulated between the underground heat exchanger and the primary side heat exchanger of the heat pump by a circulation pump. At the same time, heat exchange is performed between the refrigerant of the heat pump and the heat source water in the primary side heat exchanger.
このような地中熱利用ヒートポンプシステムを空調に用いる場合、冷房時には、ヒートポンプの一次側熱交換器は、圧縮機によって高温高圧化された冷媒を、熱源水によって冷却、液化する凝縮器として作用する。暖房時には、ヒートポンプの一次側熱交換器は、膨張弁によって減圧された冷媒を、熱源水によって加熱、気化させる蒸発器として作用する。冷房と暖房の切替は、四方弁によって、ヒートポンプ内の冷媒の流れる方向を切り替えることによって行われている。 When such a geothermal heat pump system is used for air conditioning, during cooling, the primary heat exchanger of the heat pump acts as a condenser that cools and liquefies the high-temperature and high-pressure refrigerant by the compressor using heat source water. . During heating, the primary heat exchanger of the heat pump acts as an evaporator that heats and vaporizes the refrigerant decompressed by the expansion valve with heat source water. Switching between cooling and heating is performed by switching the flow direction of the refrigerant in the heat pump using a four-way valve.
発明者らは、市販の地中熱利用ヒートポンプシステムについて試験を行った。その結果、地中熱利用ヒートポンプシステムは、空気熱源ヒートポンプと比較して、冷房時で40%以上の省エネルギー効果を確認した一方で、暖房時には10%〜20%程度の省エネルギー効果しか得られなかった。調査の結果、暖房時の省エネルギー効果が冷房よりも小さかった原因として、比較的温暖地域での試験だったため、熱源水温度と外気温の差が大きくなかったほかに、一次側熱交換器部分での熱交換効率に差が生じていたことをつきとめた。 The inventors tested a commercially available heat pump system using underground heat. As a result, the heat pump system using geothermal heat has confirmed an energy saving effect of 40% or more during cooling compared with an air heat source heat pump, while only obtaining an energy saving effect of about 10% to 20% during heating. . As a result of the investigation, the energy saving effect at the time of heating was smaller than the cooling, because it was a test in a relatively warm area, the difference between the heat source water temperature and the outside air temperature was not large, and in the primary heat exchanger part It was found that there was a difference in the heat exchange efficiency.
また、熱源水の流れ方向が一方向であるため、長期的には、一次側熱交換器内部にスケールが蓄積し、熱交換効率が低下することも懸念された。 Moreover, since the flow direction of the heat source water is unidirectional, in the long term, there is a concern that scale accumulates inside the primary side heat exchanger and heat exchange efficiency decreases.
熱交換効率に差が生じた原因をさらに調査したところ、冷房時には一次側熱交換器内で冷媒と熱源水は、流れる方向が互いに逆向きの対向流となっていたのに対し、暖房時には冷媒と熱源水の流れる方向が同一である並行流であり、それによって暖房時には熱交換効率が低下して省エネルギー効果に差が生じていることがわかった。 When the cause of the difference in heat exchange efficiency was further investigated, the refrigerant and heat source water flowed in opposite directions in the primary heat exchanger during cooling, whereas the refrigerant and heat source water flowed in opposite directions. It was found that the flow direction of the heat source water is the same as the flow direction of the heat source water, which reduces the heat exchange efficiency during heating, resulting in a difference in energy saving effect.
これを、図7及び図8を用いて具体的に説明する。図7は、従来の地中熱利用ヒートポンプシステムの冷房時の冷媒と熱源水の流れを示す概念図であり、図8は、暖房時の冷媒と熱源水の流れ示す概念図である。図中の矢印は、冷媒および熱源水の流れる方向を示している。従来の地中熱利用ヒートポンプシステムでは、地中熱利用ヒートポンプ室外機8(以下、室外機8)内において、冷房時と暖房時で、四方弁7を切替え、圧縮機6から吐出される冷媒が循環する方向を逆転させている。一方、地中熱交換部13を有する熱源水配管1において、冷房時、暖房時とも、熱源水は常に循環ポンプ18によって一方向に流れている。図7に示すように、冷房時では、冷媒と熱源水の流れる方向が対向流であったため、高い熱交換効率が得られていたが、図8に示すように、暖房時では、冷媒と熱源水の流れる方向が並行流となり、熱交換効率が冷房時よりも低下し、省エネルギー効果が小さくなっていた。
This will be specifically described with reference to FIGS. FIG. 7 is a conceptual diagram showing the flow of refrigerant and heat source water during cooling in a conventional geothermal heat pump system, and FIG. 8 is a conceptual diagram showing the flow of refrigerant and heat source water during heating. The arrows in the figure indicate the direction in which the refrigerant and heat source water flow. In a conventional geothermal heat pump system, in the geothermal heat pump outdoor unit 8 (hereinafter referred to as the outdoor unit 8), the four-
特許文献1では、空気熱源ヒートポンプにおいて、冷房時、暖房時のいずれの場合も、室内機および室外機の熱交換器において、空気と冷媒の流れ方向とを常に対向流とする技術が提案されている。具体的には、特許文献1では、ヒートポンプ室内機および室外機内の双方の熱交換器の入口部分と出口部分に、冷媒の流れる方向を切替える切替弁とバイパス配管を設け、暖房時に熱交換器内の冷媒の流れ方向を逆転させることにより、各熱交換器において熱交換される空気と冷媒の流れ方向が常に対向流となるようにして空気調和機の運転効率を向上させている。 In patent document 1, in the air heat source heat pump, in both cases of cooling and heating, a technique has been proposed in which the air and refrigerant flow directions are always opposed to each other in the heat exchanger of the indoor unit and the outdoor unit. Yes. Specifically, in Patent Document 1, a switching valve and a bypass pipe for switching the flow direction of the refrigerant are provided at the inlet portion and the outlet portion of the heat exchangers in both the heat pump indoor unit and the outdoor unit, and the heat exchanger is heated. By reversing the flow direction of the refrigerant, the operation efficiency of the air conditioner is improved so that the flow direction of the air exchanged with the air exchanged in each heat exchanger is always the opposite flow.
特許文献2では、地熱バイナリ発電予熱器のスケール除去の方法として、冷媒流れ方向を一定として、熱源水の流れを逆転させてスケール除去を行う技術が提案されている。具体的には、三方弁とゲートバルブ、バイパス配管を用いて熱源水の流入出方向を変更することで、熱交換器に温度変化を与え、熱膨張差によって、熱交換器配管内に析出付着したスケールを破壊、剥離するものである。 In Patent Document 2, as a method for removing the scale of the geothermal binary power generation preheater, a technique for removing the scale by reversing the flow of the heat source water with the refrigerant flow direction constant is proposed. Specifically, by changing the inflow / outflow direction of the heat source water using a three-way valve, gate valve, and bypass pipe, the heat exchanger is given a temperature change, and deposited in the heat exchanger pipe due to the difference in thermal expansion. It breaks and peels off the scale.
熱源水と冷媒の流れ方向が並行流になると、対向流の時よりも熱交換効率が低下してしまうため、冷暖房において常に対向流となるしくみが求められる。また、一次側熱交換器内で熱源水が常に一方向に流れると、スケールが内部に蓄積しやすくなり、スケール蓄積による熱交換効率低下の問題も課題である。 When the flow directions of the heat source water and the refrigerant are in parallel flow, the heat exchange efficiency is lower than that in the case of counter flow, and therefore a mechanism for always having a counter flow in cooling and heating is required. In addition, when the heat source water always flows in one direction in the primary side heat exchanger, the scale easily accumulates inside, and the problem of a decrease in heat exchange efficiency due to the scale accumulation is also a problem.
特許文献1の技術は、冷暖房とも常に熱交換器内の冷媒の流れる方向が同じになるように冷媒の向きを再逆転させるバイパス回路がヒートポンプ内に設置され、冷媒と空気が常に対向流となるように制御している。そのため、ヒートポンプ内部の構造が複雑化し、保守の手間と設備コストが増加する問題がある。また、本発明では、熱源に空気ではなく水を用いており、熱源水が一方向に流れているために、特許文献1の方式を援用した場合、スケールが熱交換器内部にたまってしまう問題が解決されていない。 In the technology of Patent Document 1, a bypass circuit that reversely reverses the direction of the refrigerant is installed in the heat pump so that the direction of the refrigerant flowing in the heat exchanger is always the same in both the cooling and heating, and the refrigerant and the air are always in opposite flows. So that it is controlled. Therefore, there is a problem that the structure inside the heat pump becomes complicated, and maintenance labor and equipment cost increase. Further, in the present invention, water is used instead of air as a heat source, and the heat source water flows in one direction. Therefore, when the method of Patent Document 1 is used, the scale accumulates inside the heat exchanger. Is not solved.
熱交換器内部に蓄積するスケール除去については、特許文献2において、熱源水流を逆転させることが示されている。ここでは、熱交換器も運転停止せずに熱利用運転を継続したままの状態で熱交換器の伝熱管に付着堆積したスケールを剥離させて捕集できるようにしているが、スケール除去運転時には冷媒と熱源水が並行流となるために、採熱効率が低下する問題がある。また、スケール除去装置に至る流路は、常時運転時には閉じられており、常時運転においては、熱源水中のスケールを除去する手段がない問題もある。 Regarding the scale removal accumulated in the heat exchanger, Patent Document 2 discloses that the heat source water flow is reversed. Here, the heat exchanger is also able to collect by peeling off the scale deposited on the heat transfer tubes of the heat exchanger while keeping the heat utilization operation without stopping the operation, but during the scale removal operation Since the refrigerant and the heat source water are in parallel flow, there is a problem that the heat collection efficiency is lowered. Further, the flow path leading to the scale removing device is closed during normal operation, and there is a problem that there is no means for removing scale in the heat source water during normal operation.
本発明は、上記のような問題点に対してなされたものであり、熱交換器内部で冷媒と熱源水を低廉かつ保守容易な状態で対向流となし、さらに、熱交換器内にたまってしまうスケールの除去も行うことができる地中熱利用ヒートポンプシステムの熱源水配管構造およびその運用方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems. The refrigerant and the heat source water are made into a counter flow in a low-cost and easy-to-maintain state inside the heat exchanger, and further accumulated in the heat exchanger. It is an object of the present invention to provide a heat source water piping structure of an underground heat utilization heat pump system that can also remove the scale and the operation method thereof.
本発明は、上記のような目的を達成するため、以下のような特徴を有している。 The present invention has the following features in order to achieve the above object.
[1]ヒートポンプ室外機の一次側熱交換器に接続される熱源水配管であって、
熱源水と地盤との間で熱交換を行う地中熱交換部と、
一次側熱交換器との第1接続部Xから地中熱交換部を介して一次側熱交換器との第2の接続部Yに至る主配管と、
主配管上の、第1接続部X側の分岐点Aと、第2接続部Y側の分岐点Bとの間に設けられた第1分岐配管と、
主配管上の、第1接続部Xと分岐点Aとの間に設けられた分岐点Cと、第2接続部Y側の分岐点Bよりも一次側熱交換器から遠い位置に設けられた分岐点Dとの間に設けられた第2分岐配管と、
主配管上の、分岐点Aより一次側熱交換器から遠い位置に設けられ、かつ分岐点Aに向けて吐出する循環ポンプと、
分岐点Aにおいて、第1分岐配管側の流路と分岐点C側の流路とを切替可能な第1切替手段と、
分岐点Dにおいて、第2分岐配管側の流路と分岐点B側の流路とを切替可能な第2切替手段と、を備える熱源水配管。
[1] A heat source water pipe connected to a primary heat exchanger of a heat pump outdoor unit,
An underground heat exchange section that exchanges heat between the heat source water and the ground,
A main pipe from the first connection X with the primary heat exchanger to the second connection Y with the primary heat exchanger via the underground heat exchange;
On the main pipe, a first branch pipe provided between a branch point A on the first connection part X side and a branch point B on the second connection part Y side;
On the main pipe, provided at a position farther from the primary heat exchanger than the branch point C provided between the first connection part X and the branch point A and the branch point B on the second connection part Y side. A second branch pipe provided between the branch point D and
A circulation pump which is provided at a position farther from the primary heat exchanger than the branch point A on the main pipe and discharges toward the branch point A;
A first switching means capable of switching the flow path on the first branch pipe side and the flow path on the branch point C side at the branch point A;
A heat source water pipe comprising, at a branch point D, second switching means capable of switching between a flow path on the second branch pipe side and a flow path on the branch point B side.
[2]第1切替手段及び第2切替手段を用いて、一次側熱交換器内の熱源水の流れる方向を切り替え、一次側熱交換器内において隣接して流れるヒートポンプの冷媒と熱源水の流れ方向を、採熱時と放熱時のいずれにおいても対向流とする[1]に記載の熱源水配管。 [2] Using the first switching unit and the second switching unit, the flow direction of the heat source water in the primary side heat exchanger is switched, and the refrigerant of the heat pump and the flow of the heat source water that flow adjacently in the primary side heat exchanger. The heat source water pipe according to [1], wherein the direction is a counter flow both during heat collection and during heat release.
[3]主配管において、循環ポンプよりも一次側熱交換器から遠い位置に設けられた分岐点Eと、分岐点Dよりも一次側熱交換器から遠い位置に設けられた分岐点Fとの間に設けられた第3分岐配管と、
分岐点Eにおいて、第3分岐配管側の流路と、分岐点A側の流路とを切替える第3切替手段と、
分岐点Fにおいて、第3分岐配管側の流路と、分岐点D側の流路とを切替える第4切替手段と、
分岐点Aと分岐点Eとの間にタンクからの配管接続部を有し、
分岐点Cから一次側熱交換器を介して分岐点Bに至るまでの流路に設けられた排出口と、を備える[1]又は[2]に記載の熱源水配管。
[3] In the main pipe, a branch point E provided at a position farther from the primary side heat exchanger than the circulation pump, and a branch point F provided at a position farther from the primary side heat exchanger than the branch point D. A third branch pipe provided therebetween;
A third switching means for switching the flow path on the third branch pipe side and the flow path on the branch point A side at the branch point E;
A fourth switching means for switching the flow path on the third branch pipe side and the flow path on the branch point D side at the branch point F;
Between the branch point A and the branch point E, there is a pipe connection part from the tank,
The heat source water pipe according to [1] or [2], comprising: a discharge port provided in a flow path from the branch point C to the branch point B via the primary side heat exchanger.
[4]分岐点Aと循環ポンプの間にスケール除去装置を配したことを特徴とする、[1]乃至[3]のいずれかに記載の熱源水配管。 [4] The heat source water pipe according to any one of [1] to [3], wherein a scale removing device is disposed between the branch point A and the circulation pump.
[5] [1]乃至[4]のうちいずれかに記載の熱源水配管とヒートポンプとを備えた地中熱利用ヒートポンプシステム。 [5] A geothermal heat pump system comprising the heat source water pipe according to any one of [1] to [4] and a heat pump.
[6] 第1切替手段と第2切替手段を用いて、ヒートポンプの一次側熱交換器における第1接続部Xから第2接続部Yまでの熱源水配管を流れる熱源水の流れの方向を交互に切り替えた後、タンクから分岐点Aと分岐点Eとの間へタンク内に貯留した流体を供給し、
前記流体によって押し出された熱源水を、排出口から排出する[3]または[4]に記載の熱源水配管とヒートポンプを備えた地中熱利用ヒートポンプシステムの一次側熱交換器内部の洗浄方法。
[6] Using the first switching means and the second switching means, the direction of the heat source water flowing through the heat source water piping from the first connection portion X to the second connection portion Y in the primary heat exchanger of the heat pump is alternated. After switching to, supply the fluid stored in the tank between the branch point A and the branch point E from the tank,
A method for cleaning the inside of a primary heat exchanger using a geothermal heat pump system including the heat source water pipe and the heat pump according to [3] or [4], wherein the heat source water pushed out by the fluid is discharged from a discharge port.
[7] [4]に記載の熱源水配管とヒートポンプを備えた地中熱利用ヒートポンプシステムの一次側熱交換器内部の洗浄方法であって、
第1切替手段と第2切替手段を用いて、ヒートポンプの一次側熱交換器における第1接続部Xから第2接続部Yまでの熱源水配管を流れる熱源水の流れの方向を交互に切り替え、一次側熱交換器内部のスケールを、分岐点Aと循環ポンプ間に設置したスケール除去装置により捕捉する一次側熱交換器内部の洗浄方法。
[7] A method for cleaning the inside of a primary heat exchanger of a heat pump system using a geothermal heat including a heat source water pipe and a heat pump according to [4],
Using the first switching means and the second switching means, alternately switch the direction of the flow of the heat source water flowing through the heat source water pipe from the first connection portion X to the second connection portion Y in the primary heat exchanger of the heat pump, A cleaning method for the inside of the primary side heat exchanger, in which the scale inside the primary side heat exchanger is captured by a scale removing device installed between the branch point A and the circulation pump.
[8]第3分岐配管側の流路を設定し、地中熱交換部への循環を停止した状態で洗浄を行うことを特徴とした、[6]又は[7]に記載の洗浄方法。 [8] The cleaning method according to [6] or [7], wherein the cleaning is performed in a state where a flow path on the third branch pipe side is set and circulation to the underground heat exchange unit is stopped.
[9][5]に記載の地中熱利用ヒートポンプシステムを使用し、
一次側熱交換器及び二次側熱交換器を有するヒートポンプの一次側熱交換器に接続され、一次側熱交換器内部において、地盤と熱交換する地中熱交換部を有する熱源水配管に流れる熱源水と、ヒートポンプの冷媒との熱交換方法であって、
採熱時と放熱時で、熱源水配管に設けられた切替手段によって、一次側熱交換器において流れる熱源水の向きを切替えて、一次側熱交換器において隣接して流れるヒートポンプの冷媒と熱源水の流れを、採熱時と放熱時のいずれにおいても対向流とする熱交換方法。
[9] Use the geothermal heat pump system according to [5],
It is connected to the primary side heat exchanger of the heat pump having the primary side heat exchanger and the secondary side heat exchanger, and flows to the heat source water pipe having the underground heat exchange part for exchanging heat with the ground inside the primary side heat exchanger. A heat exchange method between heat source water and a heat pump refrigerant,
The heat source water flowing in the primary side heat exchanger and the heat source water flowing adjacent to each other in the primary side heat exchanger by switching the direction of the heat source water flowing in the primary side heat exchanger by switching means provided in the heat source water piping during heat collection and heat dissipation Exchange method in which the flow of water is counterflowed both during heat collection and heat dissipation.
本発明によれば、ヒートポンプ内部に熱交換器内の冷媒の流れ方向を冷暖房時に同じにすることができる冷媒配管の切替手段が設けてられていない既存のヒートポンプを用いても、冷房時及び暖房時の両方で、一次側熱交換器内部で冷媒と熱源水とを低コストで対向流とすることができ、高い熱交換効率を得ることができるとともに、前記熱交換器内部でスケールの蓄積を抑制することができる。さらに、一次側熱交換器の洗浄は、バイパス回路によって極狭い範囲のみ熱源水の循環を行なうようにしたので、全循環系統にスケールを循環させることなく熱源水を清浄に保つことができるとともに、洗浄に供する熱源水の量を削減することができる。そして、タンクの内部の洗浄水の重力によって、開放弁からスケールを含む熱源水を排出することができるので、熱交換器14内のスケールを容易に洗浄することができる。
According to the present invention, even when using an existing heat pump in which the refrigerant pipe switching means that can make the flow direction of the refrigerant in the heat exchanger the same during the cooling and heating is not provided in the heat pump, the cooling and heating At both times, the refrigerant and the heat source water can be made into a counter flow at a low cost inside the primary side heat exchanger, high heat exchange efficiency can be obtained, and the scale can be accumulated inside the heat exchanger. Can be suppressed. Furthermore, since the heat source water is circulated only in an extremely narrow range by the bypass circuit in the cleaning of the primary side heat exchanger, the heat source water can be kept clean without circulating the scale in the entire circulation system, The amount of heat source water used for cleaning can be reduced. And since the heat source water containing a scale can be discharged | emitted from an open valve by gravity of the washing water inside a tank, the scale in the
以下、図面を参照し、本発明の実施の形態について説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は、本発明の実施の形態1に係るヒートポンプに接続される熱源水配管と、これを含む地中熱利用ヒートポンプシステムを示す概要図である。 FIG. 1 is a schematic diagram showing a heat source water pipe connected to the heat pump according to Embodiment 1 of the present invention and a geothermal heat pump system including the heat source water pipe.
地中熱利用ヒートポンプシステム100は、冷暖房などの空調や給湯など種々の用途に利用することができるが、以下の説明では、冷暖房に用いる2次側直膨方式の地中熱利用ヒートポンプシステム100を例に説明する。
Although the geothermal
地中熱利用ヒートポンプ101の室外機8(以下、室外機8)には、圧縮機6、四方弁7及び一次側熱交換器14(以下、熱交換器14)が備えられている。室外機8と室内機(図示せず)は、冷媒が循環する冷媒配管15によって接続されている。
The outdoor unit 8 (hereinafter referred to as the outdoor unit 8) of the
四方弁7は、冷房時と暖房時において冷媒配管15および熱交換器14に流れる冷媒の向きを反転させる。なお、室内機についても熱交換器(二次側熱交換器)が備えられているが、室内機の構成についての説明は省略する。
The four-
熱交換器14には、冷媒配管15と熱源水配管系統102が接続されている。熱交換器14内では、冷媒と熱源水が流れる流路が隣接して並んで配され、相互で熱交換が行われる。
A
熱源水配管系統102は、主配管16、地中熱交換部13、第1分岐配管19、第2分岐配管20、複数の切替手段21、22、23、24、循環ポンプ18及びタンク30、ストレーナ(図示せず)を備えている。
The heat source
主配管16は、一端が熱交換器14の第1の接続部Xに接続され、他端が熱交換器14の第2の接続部Yに接続されている。
One end of the
主配管16は、先端をU字状に折り返して、地中に設けられたボーリング孔等の鉛直方向に延びる空洞に挿入、埋設されている。この部分は、地中熱を採放熱する地中熱交換部13として機能する。地中熱交換部13では、熱源水を介して地盤との間で熱交換が行われる。なお、地中熱交換部13は、地中に埋め込まれ、先端が閉塞された円形鋼管に挿入されるように構成してもよい。
The
熱交換器14との第1の接続部X側の主配管16には、第1の接続部X側から、分岐点C、分岐点A、分岐点Eを有する。
The
熱交換器14との第2の接続部Y側の主配管16には、第2の接続部Y側から、分岐点B、分岐点D、分岐点Fを有する。
The
分岐点Aと分岐点Bは、第1分岐配管19で接続され、分岐点Cと分岐点Dは、第2分岐配管20で接続され、分岐点Eと分岐点Fは、第3分岐配管28で接続されている。
The branch point A and the branch point B are connected by a
また、主配管16上の、第1の接続部X側から分岐点Aと分岐点Eの間には、循環ポンプ18が設けられている。循環ポンプ18は、分岐点Aに向って熱源水を送り出すように設置している。
A
タンク30は、その底部が主配管16および熱交換器14よりも高い位置に設置されており、循環ポンプ18と分岐点Eの間には、タンク30との接続部Gを有する。当該接続部Gは、配管の上面側に設けられ、タンク30と前記接続部Gの間には、図示しないが開閉バルブを設けており、熱源水の温度差による体積変化の吸収および配管漏水時の熱源水供給のため、開閉バルブは常時開放している。
The
分岐点Aには第1切替手段21、分岐点Dには第2切替手段22として、それぞれ三方弁が設けられ、循環ポンプ18から送り出された熱源水を、第1分岐配管19及び第2分岐配管20を介さずに熱交換器14、地中熱交換部13に送る流路と、第1分岐配管19及び第2分岐配管20を介して熱交換器14、地中熱交換部13に送る流路とを切替えることができる。
As the first switching means 21 at the branch point A and as the second switching means 22 at the branch point D, a three-way valve is provided, and the heat source water sent from the
分岐点Eには第3切替手段23、分岐点Fには第4切替手段24として、それぞれ三方弁が設けられ、循環ポンプ18から送り出された熱源水を、地中熱交換部13に送る流路と、第3分岐配管28を介して、地中熱交換部13をバイパスする流路とを切替えることができる。
A three-way valve is provided as a third switching means 23 at the branch point E and a fourth switching means 24 at the branch point F, respectively, and the heat source water sent from the
ストレーナ等、配管内のごみ、スケール成分を除去するスケール除去装置は、図示していないが、循環ポンプ18と分岐点Aとの間に設ける。
A scale removing device such as a strainer for removing dust and scale components in the pipe is not shown, but is provided between the
排出口25は、分岐点Cから熱交換器14を介して分岐点Bに至る範囲内に設けられるが、図1に示すように、第1の接続部Xと分岐点Cの間に設けることがより望ましい。排出口25は、通常時には閉じられている。
The
次に、冷暖房時における、本発明の実施の形態に係る室外機8に接続される熱源水配管系統102の熱源水と、これを含む地中熱利用ヒートポンプシステム100の冷媒の流れについて図2及び図3を用いて説明し、また、熱源水配管系統102の洗浄工程を、図4乃至図6を用いて説明する。なお、図2乃至図6では、切替手段の閉じている側の流路を黒色で、開いている側の流路を白色で示している。また、熱源水が流れている流路を実線で、熱源水の流れが止まっている流路を点線で示している。なお、タンク30から主配管16に至る流路は常時開放されているが、ここでは通常運転時に水流はないものとして取り扱う。
Next, FIG. 2 shows the heat source water of the heat source
図2は、本発明の実施の形態に係る地中熱利用ヒートポンプシステムの冷房時の熱源水と冷媒の流れを示す図である。 FIG. 2 is a diagram showing the flow of heat source water and refrigerant during cooling of the geothermal heat pump system according to the embodiment of the present invention.
冷房時において、室外機8の冷媒は、圧縮機6から吐出され、四方弁7において、熱交換器14の冷媒配管接続部N側に導かれ、熱交換器14内部を矢印で示すように冷媒配管接続部M側へ流れている。
During cooling, the refrigerant in the
熱源水は、熱源水配管系統102に配された切替手段によって流路を設定する。冷房時においては、以下の設定を行う。分岐点Aにおいて、第1切替手段21によって、第1分岐配管19側の流路を閉じ、循環ポンプ18から分岐点Cに流れる流路を開く。
The heat source water sets a flow path by switching means arranged in the heat source
同様に、分岐点Dにおいて、第2切替手段22によって、第2分岐配管20側の流路を閉じ、第2の接続部Yから、地中熱交換部13方向へ流れる流路を開く。
Similarly, at the branch point D, the flow path on the
分岐点Eと分岐点Fにおいて、第3切替手段23、第4切替手段24は、第3分岐配管28側の流路を閉じる。
At the branch point E and the branch point F, the
熱源水は、循環ポンプ18から分岐点Aに向って送り出される。そのため、上述の設定においては、図2のように、熱源水は、分岐点Aから、第1の接続部X、第2の接続部Y、分岐点D、地中熱交換部13を経由して循環する。
The heat source water is sent out from the
すなわち、冷房時の熱源水は、熱交換器14内において、第1の接続部Xから第2の接続部Yに流れ、隣接して流れる冷媒と熱源水が対向流となる。
That is, the heat source water at the time of cooling flows from the first connection part X to the second connection part Y in the
図3は、本発明の実施の形態に係る地中熱利用ヒートポンプシステムの暖房時の熱源水と冷媒の流れを示す図である。 FIG. 3 is a diagram showing the flow of heat source water and refrigerant during heating in the geothermal heat pump system according to the embodiment of the present invention.
暖房時において、室外機8の冷媒は、圧縮機6から吐出され、四方弁7において、室内機(図示せず)を経由して、熱交換器14の冷媒配管接続部M側に導かれ、熱交換器14内部を矢印で示すように冷媒配管接続部N側に向って流れる。
During heating, the refrigerant of the
熱源水は、熱源水配管系統102に配された切替手段によって流路を設定する。暖房時においては、以下の設定を行う。分岐点Aにおいて、第1切替手段21によって、分岐点C側の流路を閉じ、循環ポンプ18の出側から、第1分岐配管19、分岐点Bを経由して第2の接続部Yに流れる流路を開く。
The heat source water sets a flow path by switching means arranged in the heat source
同様に、第2切替手段22によって、分岐点B側の流路を閉じ、第1の接続部Xから、第2分岐配管20、分岐点Dを経由して地中熱交換部13方向へ流れる流路を開く。
Similarly, the flow path on the branch point B side is closed by the second switching means 22, and flows from the first connection part X toward the underground
なお、分岐点Eと分岐点Fにおいて、第3切替手段23、第4切替手段24は、冷房時と同じく、第3分岐配管28の流路を閉じたままである。
Note that, at the branch point E and the branch point F, the
熱源水は、冷房時と同じく、循環ポンプ18から分岐点Aに向かって送り出される。そのため、上述の設定においては、図3のように、熱源水は、分岐点Aから、分岐点B、第2の接続部Y、第1の接続部X、分岐点C、分岐点D、地中熱交換部13を経由して循環する。
The heat source water is sent from the
すなわち、暖房時の熱源水は、熱交換器14内において、第2の接続部Yから第1の接続部Xに流れ、隣接して流れる冷媒と熱源水が対向流となる。
That is, the heat source water at the time of heating flows from the second connection portion Y to the first connection portion X in the
なお、上述のように、第1切替手段21、第2切替手段22は連動して制御されるため、これらは電磁弁により構成し、一斉にコンピュータにより開閉制御するよう構成してもよい。しかしながら、これらの開閉制御は、軽微な操作であるため、手動により操作してもよい。 As described above, since the first switching means 21 and the second switching means 22 are controlled in conjunction with each other, they may be configured by electromagnetic valves and may be configured to be controlled to be opened and closed by a computer all at once. However, these open / close controls are minor operations, and may be operated manually.
以上では、冷房と暖房を例に説明したが、冷房とは、熱交換器14における放熱を代表し、暖房とは、採熱を代表する用語として用いており、さらに、暖房時に対向流、冷房時に並行流となるヒートポンプ室外機においては、冷房と暖房を読み替えて対応するのは言うまでもない。
In the above description, cooling and heating have been described as examples. Cooling represents heat dissipation in the
次に、図4乃至図6を用いて、本実施の形態の地中熱利用ヒートポンプの熱交換器14および流路の洗浄工程について説明する。洗浄時には、熱源水配管系統102に配された切替手段によって熱源水流を正逆繰り返し、熱交換器14内部のスケールを剥離して、洗浄を行う。
Next, with reference to FIGS. 4 to 6, the
はじめに、循環ポンプ18の運転を停止する。そして、分岐点Eにおいて、第3切替手段23の、地中熱交換部13側の流路を閉じ、第3分岐配管28側の流路を開く。合わせて、分岐点Fにおいて、第4切替手段24の、地中熱交換部13側の流路を閉じ、第3分岐配管28側の流路を開く。これにより、地中熱交換部13側への熱源水の循環を遮断する。
First, the operation of the
そして、循環ポンプ18を運転し、図4と図5に示すように、前記冷房時の流路設定と、暖房時の流路設定を所定の時間交互に繰り返すことにより、熱交換器14内の熱源水の向きを、第1の接続部Xから第2の接続点Yに流れる方向と、第2の接続点Yから第1の接続部Xに流れる方向とを交互に切替える。これにより、熱交換器14内の熱源水流路に堆積したスケールを剥離する。
Then, the
その後、循環ポンプ18を停止し、排出口25を開放する。図6では、より望ましい形として、第2切替手段22の第2分岐配管20側の流路を閉じた状態を示しているが、上記工程を1サイクル以上繰り返した後であれば、図4または図5に示す工程終了後に行ってもよい。これによって、熱交換器14内から剥離したスケールを含む熱源水は、タンク30内にある熱源水の圧力によって、排出口25より排出される。
Thereafter, the
なお、熱交換器14内の汚れが激しい場合には、その後、排出口25を再び閉鎖し、タンク30から新たに熱源水または洗浄用流体26を主配管16に補充して、上記の図4、図5に示す工程を繰り返し行っても良い。
If the
また、洗浄の前に、第3切替手段23及び第4切替手段24の地中熱交換部13側の流路を閉じた段階で、タンク30内に洗浄用流体26を投入し、排出口25を開放し、当該範囲の熱源水配管系統102内の熱源水を一部排出して前記洗浄用流体26を主配管16内に導入してもよく、排出口25を開放し、当該範囲の熱源水配管102系統内の熱源水を一旦排出し、再度排出口25を閉めたのち、タンク30内に新たに洗浄用流体26を入れ、循環ポンプ18を運転して、洗浄作業を行ってもよい。
Further, before the cleaning, the cleaning
第3切替手段23及び第4切替手段24や排出口25に電磁弁を設け、その開閉操作を電気的に制御してもよいが、手動としてもよい。
An electromagnetic valve may be provided in the
排出した熱源水の補充は、排出口25を閉めたのちにタンク30から行ってもよいが、排出口25を開放したまま、タンク30内に熱源水を供給し、排出口25から新たな熱源水が出てきた段階で排出口25を閉めれば、残存していたスケールを含む熱源水を全て排出し、新たな熱源水を補充することができる。
The replenishment of the discharged heat source water may be performed from the
熱源水の補充後、循環ポンプ18を稼動させる。この工程で、熱源水配管系統102内に残存する空気は、接続部Gが配管上面側に設けられているので、タンク30を介して抜けていく。上記工程は、第3切替手段23及び第4切替手段24を予め操作して、分岐配管28側の流路を閉めた状態としておくと、主配管16内のエア抜き工程と並行しながら、通常の稼動状態に復帰する。
After replenishing the heat source water, the
以上では、スケールを含む熱源水を外部に排出して交換する洗浄専用の工程を示したが、冷房または暖房運転と並行して熱交換器14内部のスケール除去を行うこともできる。具体的には、第1切替手段21、第2切替手段22を図2、図3に示すように交互に操作して熱交換器14の熱源水の流れる方向を交互に変える。この過程で剥離して熱源水配管系統102を熱源水とともに循環するスケールは、循環ポンプ18と分岐点Aとの間に設けられたストレーナで捕集される。本発明の構成では、どのような流路を設定しても、この区間は常に同じ方向に熱源水が流れるため、バイパス回路を用いずに主配管16上にストレーナを設けても、ストレーナに捕集されたごみやスケールが再放出されるおそれがない。
In the above, the cleaning-only process for discharging the heat source water including the scale to the outside and exchanging it has been shown, but the scale inside the
このように、本実施の形態に係るヒートポンプに接続される熱源水配管系統102は、第1分岐配管19及び第2分岐配管20を設け、第1分岐配管19及び第2分岐配管20を経由して熱源水を流すか否かを切替えることで、熱交換器14内の熱源水の流れ方向を切替ることができる。
Thus, the heat source
これにより、冷房時と暖房時で、冷媒配管15内の冷媒の流れ方向が切り替わるのに応じて、熱交換器14内の熱源水の流れ方向を切替え、冷房時と暖房時のいずれにおいても、熱交換器14における冷媒と熱源水を対向流とし、熱交換効率を向上させることができる。
Thereby, the flow direction of the heat source water in the
また、本実施の形態に係るヒートポンプに接続される熱源水配管系統102に、熱交換器14内の熱源水の流れ方向を切替る構造を設けているため、室外機8内部に冷媒の流れ方向を切換えて、熱交換器14で冷媒と熱源水とを対向流にする切替弁が設けられていないヒートポンプであっても、冷房時及び暖房時の両方において高い熱交換効率を得ることができる。
Moreover, since the heat source
また、本実施の形態に係るヒートポンプに接続される熱源水配管系統102に、熱交換器14内の熱源水の流れ方向を切替える手段(第1分岐配管19、第2分岐配管20、第1切替手段21、第2切替手段22)を簡易な構成で設けたので室外機8側に切替弁を設けるよりも、設備コストを削減して同様の効果を得ることができる。
Further, means for switching the flow direction of the heat source water in the heat exchanger 14 (the
さらに、本実施の形態では、第3分岐配管28によるバイパス回路、タンク30、排出口25の位置を適切に配置し、さらに熱交換器14近傍に設けることにより、洗浄に供する熱源水の量を削減し、熱交換器14内のスケールを容易に洗浄することができる。
Further, in the present embodiment, the position of the bypass circuit by the
なお、本発明は、上記のような実施の形態に限られるものではなく、いわゆる当業者によって種々の設計変更を行うことができる。 The present invention is not limited to the embodiment as described above, and various design changes can be made by a person skilled in the art.
例えば、本実施の形態では、第1切替手段21と第2切替手段22が分岐点Aと分岐点Dのそれぞれに設けられているが、分岐点Bや分岐点Cにさらに切替手段を設置するように構成してもよく、さらに、切替手段は三方弁に限定しない。
For example, in the present embodiment, the
また、ストレーナ等、配管内のごみ、スケール成分を除去するスケール除去装置を、循環ポンプ18と分岐点Aとの間に設けることにより、どのような流路を設定しても、この区間は常に同じ方向に熱源水が流れるため、バイパス回路を用いずに主配管16上にストレーナを設けても、ストレーナに捕集されたごみやスケールが再放出されるおそれがない。
In addition, by providing a scale remover, such as a strainer, that removes dirt and scale components in the pipe between the
8 地中熱利用ヒートポンプ室外機
13 地中熱交換部
14 熱交換器(一次側熱交換器)
15 冷媒配管
16 主配管
18 循環ポンプ
19 第1分岐配管
20 第2分岐配管
21 第1切替手段
22 第2切替手段
23 第3切替手段
24 第4切替手段
25 排出口
26 洗浄用流体
28 第3分岐配管
30 タンク
100 地中熱利用ヒートポンプシステム
101 地中熱利用ヒートポンプ
102 熱源水配管系統
8 Heat pump outdoor unit using
DESCRIPTION OF
Claims (9)
熱源水と地盤との間で熱交換を行う地中熱交換部と、
一次側熱交換器との第1接続部Xから地中熱交換部を介して一次側熱交換器との第2の接続部Yに至る主配管と、
主配管上の、第1接続部X側の分岐点Aと、第2接続部Y側の分岐点Bとの間に設けられた第1分岐配管と、
主配管上の、第1接続部Xと分岐点Aとの間に設けられた分岐点Cと、第2接続部Y側の分岐点Bよりも一次側熱交換器から遠い位置に設けられた分岐点Dとの間に設けられた第2分岐配管と、
主配管上の、分岐点Aより一次側熱交換器から遠い位置に設けられ、かつ分岐点Aに向けて吐出する循環ポンプと、
分岐点Aにおいて、第1分岐配管側の流路と分岐点C側の流路とを切替可能な第1切替手段と、
分岐点Dにおいて、第2分岐配管側の流路と分岐点B側の流路とを切替可能な第2切替手段と、を備える熱源水配管。 A heat source water pipe connected to the primary heat exchanger of the heat pump outdoor unit,
An underground heat exchange section that exchanges heat between the heat source water and the ground,
A main pipe from the first connection X with the primary heat exchanger to the second connection Y with the primary heat exchanger via the underground heat exchange;
On the main pipe, a first branch pipe provided between a branch point A on the first connection part X side and a branch point B on the second connection part Y side;
On the main pipe, provided at a position farther from the primary heat exchanger than the branch point C provided between the first connection part X and the branch point A and the branch point B on the second connection part Y side. A second branch pipe provided between the branch point D and
A circulation pump which is provided at a position farther from the primary heat exchanger than the branch point A on the main pipe and discharges toward the branch point A;
A first switching means capable of switching the flow path on the first branch pipe side and the flow path on the branch point C side at the branch point A;
A heat source water pipe comprising, at a branch point D, second switching means capable of switching between a flow path on the second branch pipe side and a flow path on the branch point B side.
分岐点Eにおいて、第3分岐配管側の流路と、分岐点A側の流路とを切替える第3切替手段と、
分岐点Fにおいて、第3分岐配管側の流路と、分岐点D側の流路とを切替える第4切替手段と、
分岐点Aと分岐点Eとの間にタンクからの配管接続部を有し、
分岐点Cから一次側熱交換器を介して分岐点Bに至るまでの流路に設けられた排出口と、を備える請求項1又は2に記載の熱源水配管。 In the main piping, it is provided between a branch point E provided at a position farther from the primary side heat exchanger than the circulation pump and a branch point F provided at a position farther from the primary side heat exchanger than the branch point D. A third branch pipe,
A third switching means for switching the flow path on the third branch pipe side and the flow path on the branch point A side at the branch point E;
A fourth switching means for switching the flow path on the third branch pipe side and the flow path on the branch point D side at the branch point F;
Between the branch point A and the branch point E, there is a pipe connection part from the tank,
The heat source water pipe according to claim 1, further comprising: an outlet provided in a flow path from the branch point C to the branch point B through the primary side heat exchanger.
第1切替手段と第2切替手段を用いて、ヒートポンプの一次側熱交換器における第1接続部Xから第2接続部Yまでの熱源水配管を流れる熱源水の流れの方向を交互に切り替えた後、
タンクから分岐点Aと分岐点Eとの間へタンク内に貯留した流体を供給し、
前記流体によって押し出された熱源水を、排出口から排出する地中熱利用ヒートポンプシステムの一次側熱交換器内部の洗浄方法。 A method for cleaning the inside of a primary heat exchanger of a geothermal heat pump system comprising the heat source water pipe and the heat pump according to claim 3,
Using the first switching means and the second switching means, the direction of the flow of the heat source water flowing through the heat source water pipe from the first connection portion X to the second connection portion Y in the primary heat exchanger of the heat pump was alternately switched. rear,
Supply the fluid stored in the tank between the branch point A and the branch point E from the tank,
A method for cleaning the inside of a primary heat exchanger using a geothermal heat pump system that discharges heat source water pushed out by the fluid from a discharge port.
第1切替手段と第2切替手段を用いて、ヒートポンプの一次側熱交換器における第1接続部Xから第2接続部Yまでの熱源水配管を流れる熱源水の流れの方向を交互に切り替え、
一次側熱交換器内部のスケールを、分岐点Aと循環ポンプ間に設置したスケール除去装置により捕捉する一次側熱交換器内部の洗浄方法。 A method for cleaning the inside of a primary heat exchanger of a geothermal heat pump system comprising the heat source water pipe according to claim 4 and a heat pump,
Using the first switching means and the second switching means, alternately switch the direction of the flow of the heat source water flowing through the heat source water pipe from the first connection portion X to the second connection portion Y in the primary heat exchanger of the heat pump,
A cleaning method for the inside of the primary side heat exchanger, in which the scale inside the primary side heat exchanger is captured by a scale removing device installed between the branch point A and the circulation pump.
一次側熱交換器及び二次側熱交換器を有するヒートポンプの一次側熱交換器に接続され、一次側熱交換器内部において、地盤と熱交換する地中熱交換部を有する熱源水配管に流れる熱源水と、ヒートポンプの冷媒との熱交換方法であって、
採熱時と放熱時で、熱源水配管に設けられた切替手段によって、一次側熱交換器において流れる熱源水の向きを切替えて、一次側熱交換器において隣接して流れるヒートポンプの冷媒と熱源水の流れを、採熱時と放熱時のいずれにおいても対向流とする熱交換方法。 Using the ground heat utilization heat pump system according to claim 5,
It is connected to the primary side heat exchanger of the heat pump having the primary side heat exchanger and the secondary side heat exchanger, and flows to the heat source water pipe having the underground heat exchange part for exchanging heat with the ground inside the primary side heat exchanger. A heat exchange method between heat source water and a heat pump refrigerant,
The heat source water flowing in the primary side heat exchanger and the heat source water flowing adjacent to each other in the primary side heat exchanger by switching the direction of the heat source water flowing in the primary side heat exchanger by switching means provided in the heat source water piping during heat collection and heat dissipation Exchange method in which the flow of water is counterflowed both during heat collection and heat dissipation.
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