JP5391581B2 - 空調・給湯システム - Google Patents
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Description
本実施形態の空調・給湯システム(10)の動作について説明する。なお、この空調・給湯システム(10)では、電源がオンになっている間は、冷媒回路(21)の圧縮機(22)と、熱搬送回路(30)のポンプ(36)と、室内側回路(70)の室内用ポンプ(76)とが連続運転を行う。
室内側回路(70)の動作について説明する。室内用ポンプ(76)の運転中において、室内側回路(70)では、利用側熱交換器(35)と室内熱交換器(75)の間を利用側熱媒水が循環する。
集熱用回路(90)の動作について説明する。集熱用ポンプ(93)の運転中において、集熱用回路(90)では、太陽熱集熱器(91)と集熱用熱交換器(92)との間で熱媒体が循環する。具体的に、太陽熱集熱器(91)へ流入した熱媒体は、太陽熱によって加熱され、その後に集熱用熱交換器(92)へ送られる。集熱用熱交換器(92)へ流入した熱媒体は、集熱タンク(95)内の水へ放熱する。そして、集熱用熱交換器(92)で温度低下した熱媒体は、再び太陽熱集熱器(91)へ送られて加熱される。つまり、集熱用回路(90)の動作中において、太陽熱集熱器(91)で集熱された太陽熱は、集熱タンク(95)内の水を加熱するのに利用され、水の顕熱として集熱タンク(95)内に蓄えられる。
ヒートポンプユニット(20)の動作について説明する。ヒートポンプユニット(20)の冷媒回路(21)では、冷媒が循環することによって冷凍サイクルが行われる。また、冷媒回路(21)では、膨張機構(24)の開度が適宜調節される。
図2に示すように、通常動作では、第1開閉弁(41)が開状態に設定され、第2開閉弁(42)、第3開閉弁(43)、第4開閉弁(44)及び第5開閉弁(45)が閉状態に設定される。通常動作中において、熱搬送回路(30)では、熱源側熱交換器(23)で加熱された熱源側熱媒水だけが利用側熱交換器(35)へ供給される。
図3に示すように、蓄熱動作では、第1開閉弁(41)、第2開閉弁(42)及び第4開閉弁(44)が開状態に設定され、第3開閉弁(43)及び第5開閉弁(45)が閉状態に設定される。ポンプ(36)の吐出流量は、通常動作中と同じ値に設定される。蓄熱動作中において、熱搬送回路(30)では、熱源側熱交換器(23)で加熱された熱源側熱媒水が、利用側熱交換器(35)と蓄熱タンク(37)の両方へ供給される。
図4に示すように、利用動作では、第1開閉弁(41)、第3開閉弁(43)及び第5開閉弁(45)が開状態に設定され、第2開閉弁(42)及び第4開閉弁(44)が閉状態に設定される。ポンプ(36)の吐出流量は、通常動作中よりも大きな値に設定される。利用動作中において、熱搬送回路(30)では、熱源側熱交換器(23)で加熱された熱源側熱媒水と、蓄熱タンク(37)内に貯留されている高温の熱源側熱媒水とが、利用側熱交換器(35)へ供給される。
図5に示すように、第1動作では、第1混合弁(86)が第3給水通路(83)から給湯通路(85)への水の流入を許容する状態に設定され、第2混合弁(87)が出湯通路(64)の第2分岐通路(64b)から給湯通路(85)への水の流入を阻止する状態に設定される。
図6に示すように、第2動作では、第1混合弁(86)が第3給水通路(83)から給湯通路(85)への水の流入を阻止する状態に設定され、第2混合弁(87)が出湯通路(64)の第2分岐通路(64b)から給湯通路(85)への水の流入を許容する状態に設定される。
コントローラ(50)が熱搬送回路(30)に対して行う制御動作について説明する。コントローラ(50)には、出口温度センサ(16)の計測値(To)と、室内の設定温度(Ts)とが入力される。そして、コントローラ(50)は、入力されたこれらの値に基づいて通常動作と蓄熱動作と利用動作のうちの一つを選択し、選択した動作を熱搬送回路(30)に実行させるように構成されている。
上記の式1が成立する場合には、出口温度センサ(16)の計測値(To)と室内の設定温度(Ts)との差がそれほど大きくなく、室内熱交換器(75)の暖房能力が室内の暖房負荷と概ね均衡していると判断できる。そこで、この場合には、コントローラ(50)が通常動作を選択する。コントローラ(50)は、通常動作を選択すると、第1開閉弁(41)を開状態に設定し、第2開閉弁(42)、第3開閉弁(43)、第4開閉弁(44)及び第5開閉弁(45)を閉状態に設定することによって、熱搬送回路(30)に通常動作を実行させる。
上記の式2が成立する場合は、出口温度センサ(16)の計測値(To)が室内の設定温度(Ts)を大幅に上回っており、室内熱交換器(75)の暖房能力が室内の暖房負荷に対して大きすぎると判断できる。そこで、この場合には、コントローラ(50)が蓄熱動作を選択する。コントローラ(50)は、蓄熱動作を選択すると、第1開閉弁(41)、第2開閉弁(42)及び第4開閉弁(44)を開状態に設定し、第3開閉弁(43)及び第5開閉弁(45)を閉状態に設定することによって、熱搬送回路(30)に蓄熱動作を実行させる。また、コントローラ(50)は、ポンプ(36)の吐出流量を通常動作中と同じ値に設定する。
上記の式3が成立する場合は、出口温度センサ(16)の計測値(To)が室内の設定温度(Ts)を大幅に下回っており、室内熱交換器(75)の暖房能力が室内の暖房負荷に対して小さすぎると判断できる。そこで、この場合には、コントローラ(50)が利用動作を選択する。コントローラ(50)は、利用動作を選択すると、第1開閉弁(41)、第3開閉弁(43)及び第5開閉弁(45)を開状態に設定し、第2開閉弁(42)及び第4開閉弁(44)を閉状態に設定することによって、熱搬送回路(30)に利用動作を実行させる。また、コントローラ(50)は、ポンプ(36)の吐出流量を通常動作中よりも大きな値に設定する。
コントローラ(50)が給湯用回路(80)に対して行う制御動作について説明する。コントローラ(50)には、給湯側温度センサ(88)の計測値(Tw)と、ユーザーにより設定された給湯設定温度(Tws)とが入力される。そして、コントローラ(50)は、入力されたこれらの値に基づいて第1動作と第2動作のうちの一つを選択し、選択した動作を給湯用回路(80)に実行させるように構成されている。
本実施形態では、ヒートポンプユニット(20)で生成した温熱が室内の暖房や給湯用の水の加熱に利用される一方、太陽熱集熱器(91)で集熱された太陽熱が給湯用の水を加熱するためだけに利用される。ここで、給湯用の温水の温度は、例えば50℃以下の比較的低温に設定される場合が多い。また、給湯用の水を太陽熱だけで所定の設定温度にまで昇温できなくても、ヒートポンプユニット(20)の温熱を利用すれば、給湯用の水を所定の設定温度にまで昇温することは可能である。そして、その際には、ヒートポンプユニット(20)の温熱のうち給湯用の水の加熱に利用される分を、太陽熱の分だけ削減することができる。従って、本実施形態によれば、太陽熱集熱器(91)で集熱された太陽熱の温度レベルが室内の暖房に利用できないほど低い場合であっても、太陽熱集熱器(91)で集熱された太陽熱を給湯のために有効に利用することができる。
本実施形態の空調・給湯システム(10)は、燃料電池や発電機を駆動するガスエンジンを温熱源とするものであってもよい。ここでは、ヒートポンプユニット(20)と共に燃料電池やガスエンジン等を温熱源として備える空調・給湯システム(10)について説明する。
上記実施形態の空調・給湯システム(10)において、室内側回路(70)は、内部を循環する利用側熱媒水が大気と接触しない閉回路となっているが、この室内側回路(70)は、内部を循環する利用側熱媒水が大気と接触する開放回路となっていてもよい。開放回路に構成された室内側回路(70)には、密閉容器状の膨張タンク(78)に代えて、内部の水面が大気と接触する開放タンクが接続される。
20 ヒートポンプユニット(温熱源)
30 熱搬送回路
35 利用側熱交換器
37 温水タンク
80 給湯用回路
91 太陽熱集熱器
Claims (4)
- 冷凍サイクルを行うことによって温熱を生成するヒートポンプからなる温熱源(20)を備え、該温熱源(20)で生成した温熱を利用して室内を暖房する動作と、該温熱源(20)で生成した温熱によって加熱された水を出湯する動作とを行う空調・給湯システムであって、
太陽熱集熱器(91)を備え、該太陽熱集熱器(91)で集熱された太陽熱を給湯用の水を加熱するためだけに利用し、上記温熱源(20)で生成した温熱だけを利用して室内を暖房するように構成され、
上記太陽熱集熱器(91)で集熱された太陽熱によって加熱された第1の温水と、上記温熱源(20)で生成した温熱によって加熱された第2の温水のうち、上記第1の温水だけを出湯する第1動作と、上記第1の温水と上記第2の温水を混合して出湯する第2動作とを実行可能に構成された給湯用回路(80)を備えている
ことを特徴とする空調・給湯システム。 - 請求項1において、
利用側熱交換器(35)を備えて該利用側熱交換器(35)と上記温熱源(20)の間で熱媒水を循環させる熱搬送回路(30)を備え、上記利用側熱交換器(35)へ流入した熱媒水の温熱を暖房に利用するように構成される一方、
上記熱搬送回路(30)は、上記温熱源(20)で生成した温熱によって加熱された熱媒水の一部を給湯用の温水として上記給湯用回路(80)へ供給するように構成されている
ことを特徴とする空調・給湯システム。 - 請求項2において、
上記熱搬送回路(30)は、上記温熱源(20)で生成した温熱によって加熱された熱媒水を蓄えるための温水タンク(37)を備え、該温水タンク(37)に貯留された熱媒水を給湯用の温水として上記給湯用回路(80)へ供給するように構成されている
ことを特徴とする空調・給湯システム。 - 請求項3において、
上記熱搬送回路(30)は、上記温熱源(20)で生成した温熱によって加熱された熱媒水だけを上記利用側熱交換器(35)へ送る通常動作と、上記温熱源(20)で生成した温熱によって加熱された熱媒水を上記利用側熱交換器(35)と上記温水タンク(37)の両方へ送る蓄熱動作と、上記温熱源(20)で生成した温熱によって加熱された熱媒水と上記温水タンク(37)に貯留された熱媒水の両方を上記利用側熱交換器(35)へ送る利用動作とを選択的に行うように構成されている
ことを特徴とする空調・給湯システム。
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