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JP6052215B2 - Heat storage device - Google Patents

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JP6052215B2 JP2014059849A JP2014059849A JP6052215B2 JP 6052215 B2 JP6052215 B2 JP 6052215B2 JP 2014059849 A JP2014059849 A JP 2014059849A JP 2014059849 A JP2014059849 A JP 2014059849A JP 6052215 B2 JP6052215 B2 JP 6052215B2
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  • Heat-Pump Type And Storage Water Heaters (AREA)

Description

本発明は、蓄熱装置に関する。   The present invention relates to a heat storage device.

従来より、ヒートポンプサイクルと太陽熱集熱器とを組み合わせた給湯装置が提案されている。下記特許文献1には、貯湯タンク内の残湯量が少なく、かつ、太陽熱集熱器の表面温度が高い場合、ヒートポンプ回路で加熱した湯を高温用太陽熱集熱器に流入させ貯湯する貯湯運転を行う装置が開示されている。   Conventionally, a hot water supply apparatus combining a heat pump cycle and a solar heat collector has been proposed. Patent Document 1 below describes a hot water storage operation in which when the amount of remaining hot water in the hot water storage tank is small and the surface temperature of the solar heat collector is high, hot water heated by the heat pump circuit flows into the high temperature solar heat collector to store hot water. An apparatus for performing is disclosed.

特許第5187184号公報(図2)Japanese Patent No. 5187184 (FIG. 2)

特許文献1に示された装置では、ヒートポンプが停止している場合には、貯湯タンクの下部から取り出される低温水を太陽熱集熱器で加熱することになり、太陽エネルギーを有効に利用することができない。また、水回路の流路切替弁(第1三方弁58、第2三方弁60、第3三方弁86、第4三方弁87等)を多数必要とし、水回路構成が複雑で、機器コストが増大する。   In the apparatus shown in Patent Document 1, when the heat pump is stopped, the low-temperature water taken out from the lower part of the hot water storage tank is heated by the solar heat collector, and solar energy can be effectively used. Can not. In addition, a large number of water circuit flow path switching valves (first three-way valve 58, second three-way valve 60, third three-way valve 86, fourth three-way valve 87, etc.) are required, the water circuit configuration is complicated, and the equipment cost is low. Increase.

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、単純な水回路構成で、太陽エネルギーを有効に利用できる蓄熱装置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, and an object thereof is to provide a heat storage device that can effectively use solar energy with a simple water circuit configuration.

本発明に係る蓄熱装置は、上側が高温で下側が低温の温度成層を形成して液体を貯留する蓄熱槽と、液体を加熱するヒートポンプ加熱手段と、太陽熱で液体を加熱する太陽熱加熱手段と、蓄熱槽の下部から取り出した液体をヒートポンプ加熱手段へ送る下部送り経路と、液体をヒートポンプ加熱手段から蓄熱槽の上部と下部との間の高さの位置へ戻す中部戻し経路と、蓄熱槽の上部と下部との間の高さの位置から取り出した液体を太陽熱加熱手段へ送る中部送り経路と、液体を太陽熱加熱手段から蓄熱槽の上部へ戻す上部戻し経路と、を備えたものである。   The heat storage device according to the present invention is a heat storage tank that stores a liquid by forming a temperature stratification with a high temperature on the upper side and a low temperature on the lower side, a heat pump heating means that heats the liquid, a solar heat heating means that heats the liquid with solar heat, A lower feed path for sending the liquid taken out from the lower part of the heat storage tank to the heat pump heating means, an intermediate return path for returning the liquid from the heat pump heating means to a height position between the upper and lower parts of the heat storage tank, and an upper part of the heat storage tank A middle feed path for sending the liquid taken out from the position between the height and the lower part to the solar heating means, and an upper return path for returning the liquid from the solar heating means to the upper part of the heat storage tank.

本発明によれば、単純な水回路構成で、太陽エネルギーを有効に利用することが可能となる。   According to the present invention, solar energy can be effectively used with a simple water circuit configuration.

本発明の実施の形態1の蓄熱装置を示す構成図である。It is a block diagram which shows the thermal storage apparatus of Embodiment 1 of this invention. ヒートポンプユニットの加熱温度と、太陽光発電電力で駆動されたヒートポンプユニットの太陽エネルギー利用効率と、太陽熱集熱器の太陽エネルギー利用効率との関係を示したグラフである。It is the graph which showed the relationship between the heating temperature of a heat pump unit, the solar energy utilization efficiency of the heat pump unit driven with photovoltaic power, and the solar energy utilization efficiency of a solar heat collector.

実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1の蓄熱装置を示す構成図である。図1に示すように、本実施の形態1の蓄熱装置は、貯湯ユニット1と、ヒートポンプユニット2と、太陽熱集熱器3とを備える。貯湯ユニット1には、蓄熱槽6(貯湯タンク)が内蔵されている。蓄熱槽6は、上側が高温で下側が低温の温度成層を形成して液体(本実施の形態1では水)を貯留する。蓄熱槽6は、水の密度差による温度成層ができるように鉛直方向に長い形状となっている。なお、本発明では、水以外の液体(例えば、不凍液、ブラインなど)を蓄熱槽6に貯留しても良い。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a configuration diagram showing a heat storage device according to Embodiment 1 of the present invention. As shown in FIG. 1, the heat storage device according to the first embodiment includes a hot water storage unit 1, a heat pump unit 2, and a solar heat collector 3. The hot water storage unit 1 includes a heat storage tank 6 (hot water storage tank). The heat storage tank 6 stores a liquid (water in the first embodiment) by forming a temperature stratification with a high temperature on the upper side and a low temperature on the lower side. The heat storage tank 6 has a shape that is long in the vertical direction so as to allow temperature stratification due to a difference in water density. In the present invention, liquids other than water (for example, antifreeze liquid, brine, etc.) may be stored in the heat storage tank 6.

蓄熱槽6の下部には給水配管4が接続されている。水道等の水源から供給される低温水が給水配管4を通って蓄熱槽6の下部に流入する。蓄熱槽6の上部には給湯配管5が接続されている。給湯要求が発生した場合には蓄熱槽6の上部の高温水が給湯配管5を通って負荷側へ供給される。このとき、給水配管4からの低温水が蓄熱槽6の下部に流入することで、蓄熱槽6は満水状態に維持される。なお、本発明では、蓄熱槽6に貯留された液体を給湯配管5により暖房機器等へ送り、暖房機器等を通過した液体が給水配管4を通って蓄熱槽6に戻るように構成しても良い。   A water supply pipe 4 is connected to the lower part of the heat storage tank 6. Low-temperature water supplied from a water source such as water supply flows into the lower part of the heat storage tank 6 through the water supply pipe 4. A hot water supply pipe 5 is connected to the upper part of the heat storage tank 6. When a hot water supply request is generated, high-temperature water at the top of the heat storage tank 6 is supplied to the load side through the hot water supply pipe 5. At this time, the low temperature water from the water supply pipe 4 flows into the lower part of the heat storage tank 6 so that the heat storage tank 6 is maintained in a full water state. In the present invention, the liquid stored in the heat storage tank 6 may be sent to the heating equipment or the like through the hot water supply pipe 5, and the liquid passing through the heating equipment or the like may return to the heat storage tank 6 through the water supply pipe 4. good.

ヒートポンプユニット2は、液体(水)を加熱するヒートポンプ加熱手段である。ヒートポンプユニット2は、圧縮機13、温水熱交換器14、膨張弁15及び蒸発器16が冷媒配管により順次接続された冷凍サイクル回路を有する。蒸発器16には、外気と冷媒との熱交換量を調整するための送風機17が設置されている。ヒートポンプユニット2の冷凍サイクル回路は、蒸発器16によって外気から採熱し、温水熱交換器14で水を加熱する運転を行う。   The heat pump unit 2 is a heat pump heating means for heating the liquid (water). The heat pump unit 2 has a refrigeration cycle circuit in which a compressor 13, a hot water heat exchanger 14, an expansion valve 15, and an evaporator 16 are sequentially connected by a refrigerant pipe. The evaporator 16 is provided with a blower 17 for adjusting the amount of heat exchange between the outside air and the refrigerant. The refrigeration cycle circuit of the heat pump unit 2 collects heat from the outside air by the evaporator 16 and performs an operation of heating water by the hot water heat exchanger 14.

蓄熱槽6の下部と、温水熱交換器14の水入口とは、下部送り経路26を介して接続されている。蓄熱槽6の上部と下部との間の高さの位置と、温水熱交換器14の水出口とは、中部戻し経路27を介して接続されている。中部戻し経路27の途中には、水ポンプ7が配置されている。   The lower part of the heat storage tank 6 and the water inlet of the hot water heat exchanger 14 are connected via a lower feed path 26. The position of the height between the upper part and the lower part of the heat storage tank 6 and the water outlet of the hot water heat exchanger 14 are connected via a middle return path 27. A water pump 7 is disposed in the middle return path 27.

太陽熱集熱器3は、太陽熱で液体(水)を加熱する太陽熱加熱手段である。蓄熱槽6の上部と下部との間の高さの位置と、太陽熱集熱器3の水入口とは、中部送り経路28を介して接続されている。中部送り経路28の途中には、水ポンプ8が配置されている。蓄熱槽6の上部と、太陽熱集熱器3の水出口とは、上部戻し経路29を介して接続されている。本実施の形態1では、上部戻し経路29は、蓄熱槽6の頂部20に接続されている。   The solar heat collector 3 is solar heat heating means for heating a liquid (water) with solar heat. The position of the height between the upper part and the lower part of the heat storage tank 6 and the water inlet of the solar heat collector 3 are connected via the middle feed path 28. A water pump 8 is disposed in the middle of the middle feed path 28. The upper part of the heat storage tank 6 and the water outlet of the solar heat collector 3 are connected via an upper return path 29. In the first embodiment, the upper return path 29 is connected to the top 20 of the heat storage tank 6.

蓄熱槽6には、温度センサ9及び温度センサ10が取り付けられている。温度センサ9は、中部送り経路28と蓄熱槽6との接続位置12より低い位置に取り付けられている。温度センサ10は、接続位置12より高い位置に取り付けられている。   A temperature sensor 9 and a temperature sensor 10 are attached to the heat storage tank 6. The temperature sensor 9 is attached at a position lower than the connection position 12 between the middle feed path 28 and the heat storage tank 6. The temperature sensor 10 is attached at a position higher than the connection position 12.

ヒートポンプユニット2は、太陽光発電パネル22(太陽光発電手段)により発電された電力で稼動できる。太陽光発電パネル22は、パワーコンディショナ23に接続されている。パワーコンディショナ23は、系統電力線24に接続されている。また、パワーコンディショナ23は、ヒートポンプユニット電力線25を介してヒートポンプユニット2に接続されている。パワーコンディショナ23では、太陽光発電パネル22で発電された電力を、系統電力線24を介して系統電力に売却するか、ヒートポンプユニット電力線25を介してヒートポンプユニット2へ給電するかを、選択できるようになっている。ヒートポンプユニット2は、系統電力線24から供給される電力で稼動することもできる。   The heat pump unit 2 can be operated with electric power generated by the solar power generation panel 22 (solar power generation means). The photovoltaic power generation panel 22 is connected to the power conditioner 23. The power conditioner 23 is connected to the system power line 24. The power conditioner 23 is connected to the heat pump unit 2 via the heat pump unit power line 25. In the power conditioner 23, it is possible to select whether the power generated by the photovoltaic power generation panel 22 is sold to the grid power via the grid power line 24 or supplied to the heat pump unit 2 via the heat pump unit power line 25. It has become. The heat pump unit 2 can also be operated with electric power supplied from the system power line 24.

本実施の形態1の蓄熱装置は、制御部50を備える。制御部50は、例えばマイクロコンピュータ等により構成され、ROM、RAM、不揮発性メモリ等を含む記憶部と、記憶部に記憶されたプログラムに基いて演算処理を実行する演算処理装置(CPU)と、演算処理装置に対して外部の信号を入出力する入出力ポートとを備える。制御部50は、蓄熱装置の各種のアクチュエータ及びセンサにそれぞれ接続される。蓄熱装置の運転動作は、制御部50により制御される。   The heat storage device according to the first embodiment includes a control unit 50. The control unit 50 is configured by, for example, a microcomputer, and includes a storage unit including a ROM, a RAM, a nonvolatile memory, and the like, an arithmetic processing device (CPU) that executes arithmetic processing based on a program stored in the storage unit, And an input / output port for inputting / outputting external signals to / from the arithmetic processing unit. The control unit 50 is connected to various actuators and sensors of the heat storage device. The operation of the heat storage device is controlled by the control unit 50.

次に、本実施の形態1の蓄熱装置の運転動作について説明する。給湯要求が発生し、蓄熱槽6内の高温水が給湯配管5へ供給されると、給水配管4からの低温水(例えば10℃)が蓄熱槽6の下部に流入する。温度センサ9は、最低必要貯湯量を検知する温度センサである。制御部50は、温度センサ9で検知される温度が所定温度(例えば40℃)以下になった場合には、貯湯量が不足している判断し、ヒートポンプユニット2を用いた蓄熱運転(以下、「ヒートポンプ蓄熱運転」と称する)を開始させる。   Next, the operation | movement operation | movement of the thermal storage apparatus of this Embodiment 1 is demonstrated. When a hot water supply request is generated and high temperature water in the heat storage tank 6 is supplied to the hot water supply pipe 5, low temperature water (for example, 10 ° C.) from the water supply pipe 4 flows into the lower part of the heat storage tank 6. The temperature sensor 9 is a temperature sensor that detects the minimum required hot water storage amount. When the temperature detected by the temperature sensor 9 is equal to or lower than a predetermined temperature (for example, 40 ° C.), the control unit 50 determines that the amount of stored hot water is insufficient, and performs a heat storage operation using the heat pump unit 2 (hereinafter referred to as “heat storage operation”). (Referred to as “heat pump heat storage operation”).

ヒートポンプ蓄熱運転では、圧縮機13が稼働し、蒸発器16で外気から受熱して蒸発した冷媒が圧縮機13で圧縮され、高温高圧になった冷媒が温水熱交換器14に送られる。また、水ポンプ7が稼動することで、蓄熱槽6と下部送り経路26との接続位置21から取り出された低温水が温水熱交換器14に送られる。温水熱交換器14では、高温高圧の冷媒と、水とが熱交換し、水が加熱される。温水熱交換器14で加熱された水は、蓄熱槽6と中部戻し経路27との接続位置11から蓄熱槽6に流入する。このようなヒートポンプ蓄熱運転により、蓄熱槽6内では、ヒートポンプユニット2の温水熱交換器14で加熱された水の層が、接続位置11から下方へ向かって拡大していく。   In the heat pump heat storage operation, the compressor 13 is operated, the refrigerant that has received heat from the outside air and evaporated by the evaporator 16 is compressed by the compressor 13, and the high-temperature and high-pressure refrigerant is sent to the hot water heat exchanger 14. Moreover, the low temperature water taken out from the connection position 21 between the heat storage tank 6 and the lower feed path 26 is sent to the hot water heat exchanger 14 by operating the water pump 7. In the hot water heat exchanger 14, the high-temperature and high-pressure refrigerant and water exchange heat, and the water is heated. The water heated by the hot water heat exchanger 14 flows into the heat storage tank 6 from the connection position 11 between the heat storage tank 6 and the middle return path 27. By such a heat pump heat storage operation, the water layer heated by the hot water heat exchanger 14 of the heat pump unit 2 expands downward from the connection position 11 in the heat storage tank 6.

太陽熱集熱器3の水出口側には、温度センサ18が設けられている。制御部50は、温度センサ18で検知される温度に基づいて、日射があるかどうかを判断する。制御部50は、温度センサ18で検知される温度が所定温度(例えば70℃)以上になった場合には、日射があると判断し、太陽熱集熱運転を開始する。太陽熱集熱運転では、水ポンプ8が稼動することで、蓄熱槽6と中部送り経路28との接続位置12から取り出された水が太陽熱集熱器3へ送られる。太陽熱集熱器3で加熱された水は、頂部20から蓄熱槽6に流入する。このような太陽熱集熱運転により、蓄熱槽6内では、太陽熱集熱器3で加熱された水の層が頂部20から下方へ向かって拡大していき、接続位置12より上の範囲に貯留される。太陽熱集熱器3は、外気温度及び入水温度の影響をほとんど受けずに、日射量の60%程度の熱量を温水加熱に利用できる。日射がある場合には常に太陽熱集熱運転を行うことが好ましい。   A temperature sensor 18 is provided on the water outlet side of the solar heat collector 3. The control unit 50 determines whether there is solar radiation based on the temperature detected by the temperature sensor 18. When the temperature detected by the temperature sensor 18 is equal to or higher than a predetermined temperature (for example, 70 ° C.), the control unit 50 determines that there is solar radiation and starts the solar heat collecting operation. In the solar heat collecting operation, the water pump 8 is operated, so that the water taken out from the connection position 12 between the heat storage tank 6 and the middle feed path 28 is sent to the solar heat collector 3. The water heated by the solar heat collector 3 flows into the heat storage tank 6 from the top 20. By such solar heat collection operation, in the heat storage tank 6, the layer of water heated by the solar heat collector 3 expands downward from the top 20 and is stored in a range above the connection position 12. The The solar heat collector 3 can use the amount of heat of about 60% of the amount of solar radiation for warm water heating without being substantially affected by the outside air temperature and the incoming water temperature. It is preferable to perform solar heat collection operation whenever there is solar radiation.

温度センサ10は、太陽熱集熱器3によって昇温された領域を代表する上部貯湯温度を検知する。晴天日においては、この上部貯湯温度が例えば70℃程度まで昇温され、蓄熱槽6に蓄熱されている熱量が大きくなる。このように、太陽熱集熱運転による蓄熱量が大きい場合には、ヒートポンプ蓄熱運転による蓄熱量は比較的小さくて良い。このため、制御部50は、太陽熱集熱運転による蓄熱量が大きい場合には、ヒートポンプ蓄熱運転を終了するときの温度センサ9の検知温度を、比較的低い温度(例えば45℃程度)にする。   The temperature sensor 10 detects the upper hot water storage temperature representing the region heated by the solar heat collector 3. On a clear day, the temperature of the upper hot water storage is raised to, for example, about 70 ° C., and the amount of heat stored in the heat storage tank 6 increases. Thus, when the heat storage amount by the solar heat collection operation is large, the heat storage amount by the heat pump heat storage operation may be relatively small. For this reason, when the heat storage amount by the solar heat collection operation is large, the control unit 50 sets the temperature detected by the temperature sensor 9 when the heat pump heat storage operation is terminated to a relatively low temperature (for example, about 45 ° C.).

曇天日が継続するなど、太陽熱集熱器3の集熱量が低い場合には、太陽熱集熱運転による蓄熱量が小さくなる。太陽熱集熱運転による蓄熱量が小さい場合には、蓄熱槽6の全蓄熱量を必要量以上にするため、ヒートポンプ蓄熱運転による蓄熱量を比較的大きくする。この場合、制御部50は、ヒートポンプ蓄熱運転を終了するときの温度センサ9の検知温度を、比較的高い温度(例えば55℃程度)にする。   When the amount of heat collected by the solar heat collector 3 is low, such as when a cloudy day continues, the amount of heat stored by the solar heat collection operation becomes small. When the heat storage amount by the solar heat collection operation is small, the heat storage amount by the heat pump heat storage operation is made relatively large in order to make the total heat storage amount of the heat storage tank 6 more than necessary. In this case, the control unit 50 sets the temperature detected by the temperature sensor 9 when the heat pump heat storage operation is terminated to a relatively high temperature (for example, about 55 ° C.).

蓄熱槽6内の高温水が給湯配管5へ供給されることで、蓄熱槽6内に貯えられたヒートポンプユニット2で加熱された水の層が上方へ移動する。これにより、蓄熱槽6内に貯えられたヒートポンプユニット2で加熱された水の層が接続位置12に接する。よって、太陽熱集熱運転では、蓄熱槽6内に貯えられたヒートポンプユニット2で加熱された水が接続位置12から中部送り経路28へ取り出されて太陽熱集熱器3で加熱される。   By supplying the hot water in the heat storage tank 6 to the hot water supply pipe 5, the layer of water heated by the heat pump unit 2 stored in the heat storage tank 6 moves upward. Thereby, the layer of water heated by the heat pump unit 2 stored in the heat storage tank 6 contacts the connection position 12. Therefore, in the solar heat collecting operation, water heated by the heat pump unit 2 stored in the heat storage tank 6 is taken out from the connection position 12 to the middle feed path 28 and heated by the solar heat collector 3.

太陽熱集熱器3は、入水温度によらず、太陽から集熱した熱エネルギーをそのまま温水加熱に利用できる。このため、低温水を太陽熱集熱器3で加熱して中温水を生成するよりも、中温水を太陽熱集熱器3で加熱して高温水を生成する方が、得られるエクセルギーが大きい。すなわち、太陽熱集熱器3への入水温度が高い方が、得られるエクセルギーが大きい。本実施の形態1では、蓄熱槽6内に貯えられたヒートポンプユニット2で加熱された水(中温水)を太陽熱集熱器3で加熱して高温水を生成することができるので、得られるエクセルギーが大きくなり、太陽エネルギーをより有効に利用できる。なお、太陽熱集熱器3で高温水を生成する上では、太陽熱集熱器3からの放熱ロスを低減するため、太陽熱集熱器3を断熱性の高い構造にすることが望ましい。   The solar heat collector 3 can use the heat energy collected from the sun as it is for warm water heating, regardless of the incoming water temperature. For this reason, rather than heating low temperature water with the solar heat collector 3 and producing | generating intermediate temperature water, the direction which heats medium temperature water with the solar heat collector 3 and produces | generates high temperature water has a large exergy obtained. That is, the exergy obtained is higher when the temperature of water entering the solar heat collector 3 is higher. In this Embodiment 1, since the water (medium temperature water) heated with the heat pump unit 2 stored in the heat storage tank 6 can be heated with the solar-heat collector 3, and high temperature water can be produced | generated, the obtained Excel Gee increases and solar energy can be used more effectively. In addition, when producing | generating high temperature water with the solar-heat collector 3, in order to reduce the heat dissipation loss from the solar-heat collector 3, it is desirable to make the solar-heat collector 3 into a structure with high heat insulation.

蓄熱槽6に貯留する温水をできるだけ高温にした方が蓄熱槽6の小型化が可能になる。本実施の形態1では、ヒートポンプユニット2で加熱された水(例えば50℃)を太陽熱集熱器3で加熱して高温水(例えば70℃)を生成することができるので、蓄熱槽6の蓄熱密度を大きくでき、蓄熱槽6の小型化が可能になる。これに対し、太陽熱で低温水から高温水まで加熱する場合には、得られる高温水の量が少なく、蓄熱槽6の蓄熱密度を大きくできない。   The heat storage tank 6 can be reduced in size by setting the hot water stored in the heat storage tank 6 as high as possible. In this Embodiment 1, since the water (for example, 50 degreeC) heated with the heat pump unit 2 can be heated with the solar-heat collector 3, high temperature water (for example, 70 degreeC) can be produced | generated, Thermal storage of the thermal storage tank 6 The density can be increased and the heat storage tank 6 can be downsized. On the other hand, when heating from low temperature water to high temperature water by solar heat, the amount of high temperature water obtained is small, and the heat storage density of the heat storage tank 6 cannot be increased.

本実施の形態1では、ヒートポンプユニット2が停止した状態であっても、蓄熱槽6内に貯えられたヒートポンプユニット2で加熱された水を太陽熱集熱器3に供給できる。このため、太陽熱集熱運転の際に、ヒートポンプユニット2が停止した状態であっても、太陽熱集熱器3への入水温度を高くできる。また、本実施の形態1では、水回路が流路切替弁等で複雑な構成になることを抑制でき、単純な水回路構成で、太陽エネルギーを有効に利用できる。   In the first embodiment, even when the heat pump unit 2 is stopped, the water heated by the heat pump unit 2 stored in the heat storage tank 6 can be supplied to the solar heat collector 3. For this reason, even when the heat pump unit 2 is stopped during the solar heat collecting operation, the temperature of water entering the solar heat collector 3 can be increased. Moreover, in this Embodiment 1, it can suppress that a water circuit becomes a complicated structure with a flow-path switching valve etc., and can use solar energy effectively with a simple water circuit structure.

ヒートポンプユニット2から出る水の温度すなわちヒートポンプユニット2の加熱温度が低いほど、ヒートポンプユニット2の効率は高い。本実施の形態1では、ヒートポンプユニット2で加熱された水を太陽熱集熱器3でさらに加熱するので、ヒートポンプユニット2の加熱温度は比較的低くて良い。このため、ヒートポンプユニット2の効率を高くできる。   The lower the temperature of the water coming out of the heat pump unit 2, that is, the heating temperature of the heat pump unit 2, the higher the efficiency of the heat pump unit 2. In Embodiment 1, since the water heated by the heat pump unit 2 is further heated by the solar heat collector 3, the heating temperature of the heat pump unit 2 may be relatively low. For this reason, the efficiency of the heat pump unit 2 can be increased.

蓄熱槽6内の高温水が給湯配管5へ供給され、給水配管4からの低温水が蓄熱槽6の下部に流入することで、蓄熱槽6内の下側の低温水層が上方へ拡大していく。蓄熱槽6内の下側の低温水層が、中部送り経路28と蓄熱槽6との接続位置12に達すると、太陽熱集熱器3への入水温度が低下する。これに対し、本実施の形態1では、中部送り経路28と蓄熱槽6との接続位置12より低い位置にある温度センサ9で検知された温度に基づいてヒートポンプ蓄熱運転を開始させることで、蓄熱槽6内の下側の低温水層が接続位置12に達する前にヒートポンプ蓄熱運転を行うことができる。このため、太陽熱集熱器3への入水温度が低下することを確実に抑制できる。   When the high temperature water in the heat storage tank 6 is supplied to the hot water supply pipe 5 and the low temperature water from the water supply pipe 4 flows into the lower part of the heat storage tank 6, the lower low temperature water layer in the heat storage tank 6 expands upward. To go. When the lower low temperature water layer in the heat storage tank 6 reaches the connection position 12 between the middle feed path 28 and the heat storage tank 6, the incoming water temperature to the solar heat collector 3 decreases. On the other hand, in the first embodiment, heat storage is started by starting the heat pump heat storage operation based on the temperature detected by the temperature sensor 9 located at a position lower than the connection position 12 between the middle feed path 28 and the heat storage tank 6. The heat pump heat storage operation can be performed before the lower low temperature water layer in the tank 6 reaches the connection position 12. For this reason, it can suppress reliably that the incoming water temperature to the solar-heat collector 3 falls.

ヒートポンプユニット2の起動直後には、ヒートポンプユニット2から出る水の温度が低いため、接続位置11から蓄熱槽6に低温水が流入する場合がある。また、凍結防止運転などで、ヒートポンプユニット2を起動せずに水ポンプ7を稼動し、接続位置11から蓄熱槽6に低温水が流入する場合がある。低温水は密度が大きいので、接続位置11から蓄熱槽6に流入した低温水は下方に拡散する。よって、接続位置11から蓄熱槽6に低温水が流入しても、接続位置11より上の温水の温度は低下しない。本実施の形態1では、接続位置11が接続位置12より低い位置にあることで、接続位置11から蓄熱槽6に低温水が流入しても、接続位置12の温水の温度は低下しない。したがって、接続位置11から蓄熱槽6に低温水が流入した場合であっても、太陽熱集熱器3への入水温度が低下することを確実に抑制できる。   Immediately after the heat pump unit 2 is activated, the temperature of the water coming out of the heat pump unit 2 is low, so that low temperature water may flow into the heat storage tank 6 from the connection position 11. In addition, the water pump 7 may be operated without starting the heat pump unit 2 in a freeze prevention operation or the like, and low temperature water may flow into the heat storage tank 6 from the connection position 11. Since the low-temperature water has a high density, the low-temperature water flowing into the heat storage tank 6 from the connection position 11 diffuses downward. Therefore, even if low temperature water flows into the heat storage tank 6 from the connection position 11, the temperature of the hot water above the connection position 11 does not decrease. In this Embodiment 1, even if low temperature water flows in into the thermal storage tank 6 from the connection position 11 because the connection position 11 is in a position lower than the connection position 12, the temperature of the hot water of the connection position 12 does not fall. Therefore, even if the low temperature water flows into the heat storage tank 6 from the connection position 11, it is possible to reliably suppress a decrease in the incoming water temperature to the solar heat collector 3.

続いて、本実施の形態1におけるヒートポンプユニット2への電力供給方法について説明する。ヒートポンプユニット2の電源系統は、太陽光発電パネル22により発電された電力と、系統電力線24から供給される電力との2系統を選択して使用できる。   Then, the electric power supply method to the heat pump unit 2 in this Embodiment 1 is demonstrated. The power supply system of the heat pump unit 2 can select and use two systems of power generated by the solar power generation panel 22 and power supplied from the system power line 24.

パワーコンディショナ23は、ヒートポンプ蓄熱運転が要求されたとき、太陽光発電パネル22により発電された電力(以下、「太陽光発電電力」と称する)を優先的に使用するように選択する。このとき、太陽熱集熱器3も稼働し、ヒートポンプ蓄熱運転と太陽熱集熱運転とが同時に運転される。この場合、図2に示すように、ヒートポンプ蓄熱運転及び太陽熱集熱運転のそれぞれがどれだけ温水加熱をするかによって、システム全体の運転効率が変化する。   When the heat pump heat storage operation is requested, the power conditioner 23 selects the power generated by the solar power generation panel 22 (hereinafter referred to as “solar power generation power”) with priority. At this time, the solar heat collector 3 is also operated, and the heat pump heat storage operation and the solar heat collection operation are simultaneously performed. In this case, as shown in FIG. 2, the operation efficiency of the entire system changes depending on how much each of the heat pump heat storage operation and the solar heat collection operation is heated.

図2は、ヒートポンプユニット2の加熱温度と、太陽光発電電力で駆動されたヒートポンプユニット2の太陽エネルギー利用効率と、太陽熱集熱器3の太陽エネルギー利用効率との関係を示したグラフである。前述したように、太陽熱集熱運転では、蓄熱槽6内に貯えられたヒートポンプユニット2で加熱された水が太陽熱集熱器3に流入する。このため、太陽熱集熱器3への入水温度は、ヒートポンプユニット2の加熱温度におおむね等しい。太陽熱集熱器3の太陽エネルギー利用効率は、ヒートポンプユニット2の加熱温度(≒太陽熱集熱器3への入水温度)及び外気温度から受ける影響が小さく、ほぼ一定(およそ60%程度)である。一方、太陽光発電電力で駆動されたヒートポンプユニット2の太陽エネルギー利用効率は、ヒートポンプユニット2の加熱温度によって、大きく変化する。すなわち、ヒートポンプユニット2の加熱温度が低いほど、太陽光発電電力で駆動されたヒートポンプユニット2の太陽エネルギー利用効率が高くなる。また、蒸発器16の蒸発温度が高いほど、太陽光発電電力で駆動されたヒートポンプユニット2の太陽エネルギー利用効率が高くなる。外気温度が高いほど、蒸発器16の蒸発温度は高くなる。   FIG. 2 is a graph showing the relationship between the heating temperature of the heat pump unit 2, the solar energy utilization efficiency of the heat pump unit 2 driven by photovoltaic power generation, and the solar energy utilization efficiency of the solar heat collector 3. As described above, in the solar heat collecting operation, water heated by the heat pump unit 2 stored in the heat storage tank 6 flows into the solar heat collector 3. For this reason, the incoming water temperature to the solar heat collector 3 is substantially equal to the heating temperature of the heat pump unit 2. The solar energy utilization efficiency of the solar heat collector 3 is almost constant (about 60%), being less affected by the heating temperature of the heat pump unit 2 (≈water temperature entering the solar heat collector 3) and the outside air temperature. On the other hand, the solar energy utilization efficiency of the heat pump unit 2 driven by solar power generation varies greatly depending on the heating temperature of the heat pump unit 2. That is, the lower the heating temperature of the heat pump unit 2, the higher the solar energy utilization efficiency of the heat pump unit 2 driven by solar power. Moreover, the higher the evaporation temperature of the evaporator 16, the higher the solar energy utilization efficiency of the heat pump unit 2 driven by the photovoltaic power. The higher the outside air temperature, the higher the evaporation temperature of the evaporator 16.

ヒートポンプユニット2の加熱温度が低い場合には、太陽光発電電力で駆動されたヒートポンプユニット2の太陽エネルギー利用効率は、太陽熱集熱器3の太陽エネルギー利用効率より高い。ヒートポンプユニット2の加熱温度が高くなるにつれて、太陽光発電電力で駆動されたヒートポンプユニット2の太陽エネルギー利用効率と、太陽熱集熱器3の太陽エネルギー利用効率との差は縮まり、さらには大小関係が逆転する。すなわち、ヒートポンプユニット2の加熱温度が高い場合には、太陽光発電電力で駆動されたヒートポンプユニット2の太陽エネルギー利用効率は、太陽熱集熱器3の太陽エネルギー利用効率より低くなる。   When the heating temperature of the heat pump unit 2 is low, the solar energy utilization efficiency of the heat pump unit 2 driven by photovoltaic power is higher than the solar energy utilization efficiency of the solar heat collector 3. As the heating temperature of the heat pump unit 2 increases, the difference between the solar energy utilization efficiency of the heat pump unit 2 driven by photovoltaic power generation and the solar energy utilization efficiency of the solar heat collector 3 is reduced, and the magnitude relationship is further increased. Reverse. That is, when the heating temperature of the heat pump unit 2 is high, the solar energy utilization efficiency of the heat pump unit 2 driven by photovoltaic power is lower than the solar energy utilization efficiency of the solar heat collector 3.

前述したように、太陽熱集熱器3への入水温度(≒ヒートポンプユニット2の加熱温度)が高いほど、太陽熱集熱運転で得られるエクセルギーが大きくなる点で有利である。しかしながら、図2に示したように、ヒートポンプユニット2の加熱温度が高くなるほど、太陽光発電電力で駆動されたヒートポンプユニット2の太陽エネルギー利用効率が低下する。このため、本実施の形態1では、太陽光発電電力で駆動されたヒートポンプユニット2の太陽エネルギー利用効率と、太陽熱集熱器3の太陽エネルギー利用効率とがおおむね等しくなるようなヒートポンプユニット2の加熱温度が好ましく、図2のグラフの交点におけるヒートポンプユニット2の加熱温度が最適である。ヒートポンプユニット2の加熱温度をそのような好ましい目標値に制御することで、太陽熱集熱運転で得られるエクセルギーを十分に大きくしつつ、太陽光発電電力で駆動されたヒートポンプユニット2の太陽エネルギー利用効率を十分に高くできる。   As described above, the higher the incoming temperature to the solar heat collector 3 (≈the heating temperature of the heat pump unit 2), the more advantageous is the exergy obtained by the solar heat collection operation. However, as shown in FIG. 2, the higher the heating temperature of the heat pump unit 2, the lower the solar energy utilization efficiency of the heat pump unit 2 driven by photovoltaic power generation. Therefore, in the first embodiment, the heat pump unit 2 is heated so that the solar energy utilization efficiency of the heat pump unit 2 driven by the photovoltaic power and the solar energy utilization efficiency of the solar heat collector 3 are substantially equal. Temperature is preferred, and the heating temperature of the heat pump unit 2 at the intersection of the graph of FIG. 2 is optimal. By controlling the heating temperature of the heat pump unit 2 to such a preferable target value, the use of solar energy of the heat pump unit 2 driven by photovoltaic power generation while sufficiently increasing the exergy obtained by the solar heat collecting operation Efficiency can be increased sufficiently.

上述したように、ヒートポンプユニット2を太陽光発電電力で駆動する場合の最適なヒートポンプユニット2の加熱温度は、図2のグラフの交点である。したがって、蒸発器16の蒸発温度が高いほど、ヒートポンプユニット2を太陽光発電電力で駆動する場合の最適なヒートポンプユニット2の加熱温度は高くなる。よって、太陽光発電電力で駆動されるヒートポンプ蓄熱運転を行う場合、制御部50は、蒸発器16の蒸発温度に応じて、ヒートポンプユニット2の加熱温度を制御することが好ましい。すなわち、制御部50は、蒸発器16の蒸発温度が高いほど、ヒートポンプユニット2の加熱温度が高くなるように制御することが好ましい。なお、制御部50は、水ポンプ7による水流量を調整することで、ヒートポンプユニット2の加熱温度を目標値に制御することができる。ヒートポンプユニット2の加熱温度は、温水熱交換器14の出口側に設けられた温度センサ19で検知できる。また、蒸発器16の蒸発温度は、蒸発器16またはその近傍に温度センサを設けて検知しても良いし、外気温度等に基づいて蒸発温度を推定しても良い。以上のように制御することで、ヒートポンプユニット2を太陽光発電電力で駆動する場合のヒートポンプユニット2の加熱温度をより確実に最適値に近付けることができる。   As described above, the optimum heating temperature of the heat pump unit 2 when the heat pump unit 2 is driven by photovoltaic power is the intersection of the graphs in FIG. Therefore, as the evaporation temperature of the evaporator 16 is higher, the optimum heating temperature of the heat pump unit 2 when the heat pump unit 2 is driven by photovoltaic power is higher. Therefore, when performing the heat pump heat storage operation driven by photovoltaic power generation, it is preferable that the control unit 50 controls the heating temperature of the heat pump unit 2 according to the evaporation temperature of the evaporator 16. That is, it is preferable that the controller 50 controls the heating temperature of the heat pump unit 2 to be higher as the evaporation temperature of the evaporator 16 is higher. In addition, the control part 50 can control the heating temperature of the heat pump unit 2 to a target value by adjusting the water flow rate by the water pump 7. The heating temperature of the heat pump unit 2 can be detected by a temperature sensor 19 provided on the outlet side of the hot water heat exchanger 14. Further, the evaporation temperature of the evaporator 16 may be detected by providing a temperature sensor at or near the evaporator 16, or the evaporation temperature may be estimated based on the outside air temperature or the like. By controlling as described above, the heating temperature of the heat pump unit 2 when the heat pump unit 2 is driven by photovoltaic power can be more reliably brought close to the optimum value.

1 貯湯ユニット、2 ヒートポンプユニット、3 太陽熱集熱器、4 給水配管、5 給湯配管、6 蓄熱槽、7,8 水ポンプ、9,10 温度センサ、11,12 接続位置、13 圧縮機、14 温水熱交換器、15 膨張弁、16 蒸発器、17 送風機、18,19 温度センサ、20 頂部、21 接続位置、22 太陽光発電パネル、23 パワーコンディショナ、24 系統電力線、25 ヒートポンプユニット電力線、26 下部送り経路、27 中部戻し経路、28 中部送り経路、29 上部戻し経路、50 制御部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Hot water storage unit, 2 Heat pump unit, 3 Solar thermal collector, 4 Water supply piping, 5 Hot water supply piping, 6 Heat storage tank, 7, 8 Water pump, 9, 10 Temperature sensor, 11, 12 Connection position, 13 Compressor, 14 Hot water Heat exchanger, 15 Expansion valve, 16 Evaporator, 17 Blower, 18, 19 Temperature sensor, 20 Top, 21 Connection position, 22 Solar power generation panel, 23 Power conditioner, 24 System power line, 25 Heat pump unit power line, 26 Lower part Feed path, 27 Middle return path, 28 Middle feed path, 29 Upper return path, 50 Control section

Claims (4)

上側が高温で下側が低温の温度成層を形成して液体を貯留する蓄熱槽と、
液体を加熱するヒートポンプ加熱手段と、
太陽熱で液体を加熱する太陽熱加熱手段と、
前記蓄熱槽の下部から取り出した液体を前記ヒートポンプ加熱手段へ送る下部送り経路と、
液体を前記ヒートポンプ加熱手段から前記蓄熱槽の上部と下部との間の高さの位置へ戻す中部戻し経路と、
前記蓄熱槽の上部と下部との間の高さの位置から取り出した液体を前記太陽熱加熱手段へ送る中部送り経路と、
液体を前記太陽熱加熱手段から前記蓄熱槽の上部へ戻す上部戻し経路と、
を備える蓄熱装置。
A heat storage tank for storing liquid by forming a temperature stratification in which the upper side is high temperature and the lower side is low temperature;
A heat pump heating means for heating the liquid;
Solar heating means for heating the liquid with solar heat;
A lower feed path for sending the liquid taken out from the lower part of the heat storage tank to the heat pump heating means;
A middle return path for returning liquid from the heat pump heating means to a height position between the upper and lower portions of the heat storage tank;
A middle feed path for sending the liquid taken from the position between the upper and lower parts of the heat storage tank to the solar heating means;
An upper return path for returning liquid from the solar heating means to the upper part of the heat storage tank;
A heat storage device comprising:
前記中部戻し経路と前記蓄熱槽との接続位置が、前記中部送り経路と前記蓄熱槽との接続位置より低い位置にある請求項1に記載の蓄熱装置。   The heat storage device according to claim 1, wherein a connection position between the middle return path and the heat storage tank is lower than a connection position between the middle feed path and the heat storage tank. 前記中部送り経路と前記蓄熱槽との接続位置より低い位置にて前記蓄熱槽に取り付けられた温度センサを備え、
前記温度センサで検知された温度に基づいて、前記ヒートポンプ加熱手段による蓄熱運転を開始させる請求項1または請求項2に記載の蓄熱装置。
A temperature sensor attached to the heat storage tank at a position lower than the connection position between the middle feed path and the heat storage tank;
The heat storage device according to claim 1 or 2, wherein a heat storage operation by the heat pump heating unit is started based on a temperature detected by the temperature sensor.
前記ヒートポンプ加熱手段の蒸発器の蒸発温度に応じて、前記ヒートポンプ加熱手段から出る液体の温度を変化させる請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の蓄熱装置。   The heat storage device according to any one of claims 1 to 3, wherein the temperature of the liquid coming out of the heat pump heating unit is changed according to an evaporation temperature of an evaporator of the heat pump heating unit.
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