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JP2018169108A - 加熱装置、及び、加熱方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】負荷が変動する場合であっても、高効率を維持可能な加熱装置、及び、加熱方法を提供する。【解決手段】負荷側熱交換器３の入口３ａ側での戻り流路６と循環路５との接続部分に設けられ、戻り流路６を介して負荷側熱交換器３の出口３ｂから負荷側熱交換器３の入口３ａに向かう水Ｗの流量である第一流量Ｑ１、及び、冷媒であるＣＯ２が凝縮と蒸発を繰り返して循環する熱交換部２の出口２ｂから負荷側熱交換器３の入口３ａに向かう水Ｗの流量である第二流量Ｑ２とを調整可能な流量調整部１０と、負荷側熱交換器３が設置された環境の温度に応じて流量調整部１０を動作させ、第一流量Ｑ１と第二流量Ｑ２との比率を調整させる制御部１１と、を備えている。【選択図】図１

Description

本発明は、ＣＯ２冷媒を用いた加熱装置、及び、被加熱液体の加熱方法に関する。
従来から、環境負荷の少ない自然冷媒と呼ばれるＣＯ２（二酸化炭素）を用いたヒートポンプが知られている（特許文献１参照）。
このようなヒートポンプはＣＯ２の特性上、高温状態での一過式の加熱運転を得意とするシステムである。このため低温状態で、入口温度と出口温度の温度差が少ない運転を行った場合には、ＣＯＰ（Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ Ｏｆ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ）が大幅に低下してしまうといった問題がある。
ここでヒートポンプの負荷側が例えば床暖房である場合、床暖房は低温低負荷であるため、ヒートポンプと床暖房との間での熱交換に供される媒体（水等）の温度は比較的低くなる。よってこの媒体のヒートポンプの入口と出口とでの温度差は小さくなり、例えば床暖房等の低負荷にＣＯ２冷媒のヒートポンプを用いようとすると、ヒートポンプの効率（ＣＯＰ）は低下する。
そこで、現状では例えば貯湯タンク内の媒体（水）をミキシングバルブによって撹拌し、媒体の温度を低下させるシステムを用いることで、ＣＯ２冷媒のヒートポンプを用いても運転効率低下を抑制しつつ、床暖房等の低温循環加熱運転を可能としている。
特開２０１０−１０１５４９号公報
しかしながら、このようなＣＯ２冷媒のヒートポンプシステムを用いた場合、負荷へは一定温度、一定流量の媒体しか供給できない。仮にヒートポンプの負荷が床暖房である場合には、季節に応じて負荷から返送される媒体の温度が変動する。特に比較的寒くない季節には負荷である床暖房での熱交換量が少なくなり、負荷から返送される媒体の温度が高くなる。この結果、ヒートポンプの入口の媒体の温度が高くなり、ヒートポンプの入口と出口との温度差は小さくなる。
そこで本発明は、負荷が変動する場合であっても、高効率を維持可能な加熱装置、及び、加熱方法を提供する。
本発明の第一の態様に係る加熱装置は、冷媒であるＣＯ２が凝縮と蒸発を繰り返して循環する冷媒回路を有するとともに、入口から導入された被加熱液体を加熱して出口から吐出する熱交換部と、前記熱交換部の入口と出口とに接続されて前記被加熱液体が循環する循環路と、前記循環路の前記被加熱液体と熱交換を行って該被加熱液体を冷却する負荷側熱交換器と、前記負荷側熱交換器の入口側と出口側との間で前記循環路を接続する戻り流路と、前記負荷側熱交換器の入口側での前記戻り流路と前記循環路との接続部分に設けられ、前記戻り流路を介して前記負荷側熱交換器の出口から前記負荷側熱交換器の入口に向かう前記被加熱液体の流量である第一流量、及び、前記熱交換部の出口から前記負荷側熱交換器の入口に向かう前記被加熱液体の流量である第二流量とを調整可能な流量調整部と、前記負荷側熱交換器が設置された環境の温度に応じて、前記流量調整部を動作させ、前記第一流量と前記第二流量との比率を調整させる制御部と、を備えている。
このような加熱装置によれば、負荷側熱交換器の環境の温度に応じて流量調整部を制御し、被加熱液体の第一流量と第二流量との比率を調整可能となっている。従って、例えば負荷側熱交換器の環境の温度が高くなった際には、負荷側熱交換器の出口から戻り流路を介して再び負荷側熱交換器の入口に流入する被加熱液体の第一流量を、熱交換部の出口から負荷側熱交換器の入口に流入する被加熱液体の第二流量と比べて少なくする。すると、負荷側熱交換器の入口での被加熱液体の温度を下げることができる。この結果、負荷側熱交換器の設置された環境の温度の上昇に応じて負荷側熱交換器の出口での被加熱液体の温度が高くなってしまうことを回避できる。よって負荷側熱交換器の出口から熱交換部の入口へ導入される被加熱液体の温度を低く抑えることができる。
また、本発明の第二の態様に係る加熱装置は、冷媒であるＣＯ２が凝縮と蒸発を繰り返して循環する冷媒回路を有するとともに、入口から導入された被加熱液体を加熱して出口から吐出する熱交換部と、前記熱交換部の入口と出口とに接続されて前記被加熱液体が循環する循環路と、前記循環路の前記被加熱液体と熱交換を行って該被加熱液体を冷却する負荷側熱交換器と、前記負荷側熱交換器の入口側と出口側との間で前記循環路を接続する戻り流路と、前記負荷側熱交換器の入口側での前記戻り流路と前記循環路との接続部分に設けられ、前記戻り流路を介して前記負荷側熱交換器の出口から前記負荷側熱交換器の入口に向かう前記被加熱液体の流量である第一流量、及び、前記熱交換部の出口から前記負荷側熱交換器の入口に向かう前記被加熱液体の流量である第二流量を調整可能な第一流量調整部と、前記負荷側熱交換器の出口と前記第一流量調整部との間に設けられ、前記負荷側熱交換器の出口側の前記被加熱液体の流量を調整可能な第二流量調整部と、前記負荷側熱交換器の入口側と出口側での前記被加熱液体の温度差を一定に保つように前記第二流量調整部を動作させ、前記負荷側熱交換器の出口側での前記被加熱液体の流量を調整させる出口側制御部と、前記負荷側熱交換器の入口側での前記被加熱液体の温度を一定に保つように前記第一流量調整部を動作させ、前記第一流量と前記第二流量との比率を調整させる入口側制御部と、を備えている。
このような加熱装置によれば、負荷側熱交換器の環境の温度に応じて第二流量調整部を制御し、負荷側熱交換器の出口側での前記被加熱液体の流量を調整可能となっている。即ち。例えば負荷側熱交換器の環境の温度が高くなった際には、負荷側熱交換器の入口側と出口側との被加熱液体の温度差を一定に保つように、負荷側熱交換器の出口から戻り流路を介して再び負荷側熱交換器の入口に流入する被加熱液体の流量を少なくして負荷側熱交換器での熱交換量を減少させることができる。よって、負荷側熱交換器の出口側での被加熱液体の温度が上昇することを抑えることができる。よって負荷側熱交換器の出口から熱交換部の入口へ導入される被加熱液体の温度を低く抑えることができる。
本発明の第三の態様に係る加熱装置は、上記第二の態様において、前記入口側制御部は、前記負荷側熱交換器が設置された環境の温度に応じて、前記第一流量調整部を動作させ、前記第一流量と前記第二流量との比率を調整してもよい。
このような加熱装置によれば、負荷側熱交換器の出口から熱交換部の入口へ再び導入される被加熱液体の温度を低く抑えることができるとともに、第一流量を第二流量と比べて少なくすることで負荷側熱交換器の入口での被加熱液体の温度を下げることができる。よって、負荷側熱交換器の設置された環境の温度の上昇にともなって負荷側熱交換器の出口での被加熱液体の温度が高くなってしまうことを回避できる。よって負荷側熱交換器の出口から熱交換部の入口へ導入される被加熱液体の温度をさらに低く抑えることができる。
本発明の第四の態様に係る加熱装置は、上記第一から第三の態様において、上部が、前記循環路と前記戻り流路との接続部分と、前記熱交換部の出口との間で前記循環路に接続され、下部が、前記循環路と前記戻り流路との接続部分と、前記熱交換部の入口との間で前記循環路に接続されて、前記被加熱液体を貯留する貯留槽と、前記貯留槽の上部で所定の温度以上となった前記被加熱液体の液量に応じて前記熱交換部を停止及び運転する制御を行う運転制御部と、をさらに備えていてもよい。
このような貯留槽が設けられていることで、熱交換部でＯＮ／ＯＦＦ制御を行いつつ常に一定の温度の被加熱液体を負荷側熱交換器に向けて吐出することができる。また、貯留槽が設けられたＣＯ２冷媒のヒートポンプ装置（ＣＯ２給湯機）を、そのまま本態様の加熱装置に適用することができる。よって加熱装置のコストを抑えることが可能である。
本発明の第五の態様に係るＣＯ２冷媒加熱装置は、上記第一から第三の態様において、前記負荷側熱交換器が設置された環境の温度に応じて、前記熱交換部の熱交換能力を調整する運転制御部をさらに備えていてもよい。
このような運転制御部によって、被加熱液体を貯留する貯留槽がなくとも、常に所定の温度の被加熱液体を負荷側熱交換器に向けて吐出することができる。また、貯留槽を設ける必要がなくなり、加熱装置の簡素化が可能となる。
本発明の第六の態様の加熱方法は、冷媒であるＣＯ２が凝縮と蒸発を繰り返して循環する冷媒回路を有するとともに、入口から導入された被加熱液体を加熱して出口から吐出する熱交換部と、前記熱交換部の入口と出口に接続されて前記被加熱液体が循環する循環路と、前記循環路の前記被加熱液体と熱交換を行って該被加熱液体を冷却する負荷側熱交換器と、前記負荷側熱交換器の入口側と出口側との間で前記循環路を接続する戻り流路と、を備える装置で前記被加熱液体を加熱する加熱方法であって、前記負荷側熱交換器が設置された環境の温度に応じて、前記戻り流路を介して前記負荷側熱交換器の出口から前記負荷側熱交換器の入口に向かう前記被加熱液体の流量と、前記熱交換部の出口から前記負荷側熱交換器の入口に向かう前記被加熱液体の流量との比率を調整する流量比率調整工程を含んでいる。
このような加熱方法によれば、例えば負荷側熱交換器の環境の温度が高くなった際には、第一流量を第二流量と比べて少なくすることで、負荷側熱交換器の設置された環境の温度の上昇にともなって負荷側熱交換器の出口での被加熱液体の温度が高くなってしまうことを回避できる。よって負荷側熱交換器の出口から熱交換部の入口へ導入される被加熱液体の温度を低く抑えることができる。
本発明の第七の態様の加熱方法は、冷媒であるＣＯ２が凝縮と蒸発を繰り返して循環する冷媒回路を有するとともに、入口から導入された被加熱液体を加熱して出口から吐出する熱交換部と、前記熱交換部の入口と出口とに接続されて前記被加熱液体が循環する循環路と、前記循環路の前記被加熱液体と熱交換を行って該被加熱液体を冷却する負荷側熱交換器と、前記負荷側熱交換器の入口側と出口側との間で前記循環路を接続する戻り流路と、を備える装置で前記被加熱液体を加熱する加熱方法であって、前記負荷側熱交換器の入口側と出口側での前記被加熱液体の温度差を一定に保つように前記負荷側熱交換器の出口側での前記被加熱液体の流量を調整する流量調整工程と、前記負荷側熱交換器の入口側での前記被加熱液体の温度を一定に保つように、前記戻り流路を介して前記負荷側熱交換器の出口から前記負荷側熱交換器の入口に向かう前記被加熱液体の流量と、前記熱交換部の出口から前記負荷側熱交換器の入口に向かう前記被加熱液体の流量との比率を調整する流量比率調整工程とを含んでいる。
このような加熱方法によれば、例えば負荷側熱交換器の環境の温度が高くなった際には、負荷側熱交換器の出口から戻り流路を介して再び負荷側熱交換器の入口に流入する被加熱液体の流量を少なくする。すると負荷側熱交換器での熱交換量が減少し、この結果、負荷側熱交換器の入口側での被加熱液体の温度は一定に保たれているため負荷側熱交換器の出口側での被加熱液体の温度が上昇することを抑えることができる。よって負荷側熱交換器の出口から熱交換部の入口へ導入される被加熱液体の温度を低く抑えることができる。
本発明の第八の態様の加熱方法は、上記第七の態様において、前記流量比率調整工程では、前記負荷側熱交換器が設置された環境の温度に応じて、前記戻り流路を介して前記負荷側熱交換器の出口から前記負荷側熱交換器の入口に向かう前記被加熱液体の流量と、前記熱交換部の出口から前記負荷側熱交換器の入口に向かう前記被加熱液体の流量との比率をさらに調整してもよい。
このような加熱方法によれば、負荷側熱交換器の出口から戻り流路を介して再び負荷側熱交換器の入口に流入する被加熱液体の流量を少なくすることで負荷側熱交換器の出口から熱交換部の入口へ導入される被加熱液体の温度を低く抑えることができる。よって、負荷側熱交換器の設置された環境の温度の上昇にともなって負荷側熱交換器の出口での被加熱液体の温度が高くなってしまうことを回避できる。よって負荷側熱交換器の出口から熱交換部の入口へ導入される被加熱液体の温度をさらに低く抑えることができる。
上記の加熱装置、及び、加熱方法によれば、負荷が変動する場合であっても、熱交換部でのＣＯＰを向上でき、高効率を維持可能である。
本発明の第一実施形態の加熱装置の全体構成図である。 本発明の第二実施形態の加熱装置の全体構成図である。 本発明の第三実施形態の加熱装置の全体構成図である。 本発明の第四実施形態の加熱装置の全体構成図である。
〔第一実施形態〕
以下、本発明の第一実施形態の加熱装置１について説明する。
図１に示すように、本実施形態に係る加熱装置１は、水（被加熱液体）Ｗを加熱する熱交換部２と、加熱された水（湯）Ｗと熱交換を行って水Ｗを冷却する負荷側熱交換器３と、熱交換部２と負荷側熱交換器３との間を接続して水Ｗが循環可能な循環路５と、循環路５に設けられた戻り流路６、第一流量調整部（流量調整部）１０、及び貯湯槽（貯留槽）１７と、第一流量調整部１０を制御するＭＰＵ等からなる入口側制御部１１と、熱交換部２の運転を制御するＭＰＵ等からなる運転制御部１８を備えている。
熱交換部２は、冷媒としてＣＯ２（二酸化炭素）が循環する冷媒回路１３を有している。冷媒回路１３は不図示の圧縮機、熱交換器、配管等を有するヒートポンプである。冷媒回路１３をＣＯ２が凝縮と蒸発を繰り返して循環する。これにより熱交換部２の入口２ａから水Ｗが導入されると、この水Ｗが加熱されて出口２ｂから吐出される。
負荷側熱交換器３は、例えば床暖房パネル等である。この負荷側熱交換器３が設けられた環境の温度（室内の温度や外気温）は、季節によって変動する。比較的寒くない季節、日には負荷側熱交換器３での負荷は低くなり、熱交換部２で加熱された水（湯）Ｗとの熱交換量は低くなる。
循環路５は、熱交換部２の出口２ｂと、負荷側熱交換器３の入口３ａとを接続するとともに、負荷側熱交換器３の出口３ｂと熱交換部２の入口２ａとを接続する管路である。これにより、水Ｗが熱交換部２と負荷側熱交換器３との間で循環するようになっている。
戻り流路６は、負荷側熱交換器３の入口３ａ側と出口３ｂ側との間で循環路５を接続する。即ち、戻り流路６は、熱交換部２の出口２ｂと負荷側熱交換器３の入口３ａとの間、及び、熱交換部２の入口２ａと負荷側熱交換器３の出口３ｂとの間で循環路５を接続している。これにより、負荷側熱交換器３の出口３ｂからの水Ｗの一部が戻り流路６を介して負荷側熱交換器３の入口３ａに向かって流通し、残りの一部は熱交換部２の入口２ａに向かって流通するようになっている。
本実施形態では、負荷側熱交換器３の出口３ｂ側で、戻り流路６と循環路５との接続部分よりも負荷側熱交換器３側に循環ポンプ７が設けられている。
第一流量調整部１０は、例えば三方弁である。この第一流量調整部１０は、負荷側熱交換器３の入口３ａ側での戻り流路６と循環路５との接続部分に設けられている。そして第一流量調整部１０によって、戻り流路６を介して負荷側熱交換器３の出口３ｂから負荷側熱交換器３の入口３ａに向かう水Ｗの流量（第一流量Ｑ１）と、熱交換部２の出口２ｂから負荷側熱交換器３の入口３ａに向かう水Ｗの流量（第二流量Ｑ２）とを調整可能としている。
入口側制御部１１は、負荷側熱交換器３が設置された環境の温度に応じて、第一流量調整部１０を動作させる。そして第一流量Ｑ１と第二流量Ｑ２との比率が調整される。入口側制御部１１は、第一流量Ｑ１と第二流量Ｑ２との比率を適宜調整することで、負荷側熱交換器３の入口３ａに供給される水Ｗの温度を積極的に調整する。負荷側熱交換器３が設置された環境の温度は、例えば外気温を計測する外温センサ１５等から取得される。また負荷側熱交換器３の入口３ａに供給される水Ｗの温度（出湯温度）は、循環路５における第一流量調整部１０と負荷側熱交換器３の入口３ａとの間に設置された温度センサ１６で計測される。
また、入口側制御部１１は、外気温に対して何度の水Ｗ（湯）を負荷側熱交換器３に供給するべきかを決定するため、例えば予め外気温と、外気温に応じた負荷側熱交換器３で必要な熱量を確保するための出湯温度（負荷側熱交換器３へ導入する水Ｗの温度）との関係を示すテーブルを記憶している。
貯湯槽（貯留槽）１７は循環路５に設けられ、水（湯）Ｗを貯留する。より具体的には、貯湯槽１７の上部は、循環路５と戻り流路６との接続部分と、熱交換部２の出口２ｂとの間で循環路５に接続され、貯湯槽１７の下部は、循環路５と戻り流路６との接続部分と、熱交換部２の入口２ａとの間で循環路５に接続されている。貯湯槽１７内では温度の高い水（湯）Ｗが上部に、温度の低い水Ｗが下部に貯留されている。貯湯槽１７の上部の側壁面には上部温度センサ１９ａが、下部の側壁面には下部温度センサ１９ｂが設けられている。
運転制御部１８は、上部温度センサ１９ａの設けられた高さ位置で貯湯槽１７内の水（湯）Ｗの温度が所定の温度以上であるか否かに基づき、熱交換部２の圧縮機（不図示）の運転の停止、又は、開始を行う。即ち、運転制御部１８は所定の温度以上である水（湯）Ｗの水量が上部温度センサ１９ａの高さ位置までの水量となったか否かに基づき熱交換部２の圧縮機（不図示）の運転の停止、又は、開始を行う。
より具体的には、上部温度センサ１９ａで、貯湯槽１７内の水（湯）Ｗの温度が所定の温度以上となったことが計測された場合には熱交換部２の運転を停止し、水（湯）Ｗの温度が所定の温度よりも低くなった場合には熱交換部２の運転を開始するように、熱交換部２のＯＮ／ＯＦＦ制御を行う。
ここで上記の「所定の温度」は、６０度以上９０度以下であるとよいが、少なくとも６０度以上の温度であるとよい。従って、貯湯槽１７からは常時、例えば６０度以上の所定の温度の水Ｗ（湯）が循環路５に供給され、第一流量調整部１０に向かって流通する。
次に、本実施形態で水Ｗを加熱する加熱方法の手順を説明する。
まず、外温センサ１５の計測値に基づき、負荷側熱交換器３で必要な熱交換量を入口側制御部１１にて判断する。その後、入口側制御部１１は、上記テーブルに基づいて出湯温度を決定する。
比較的寒くない季節、日には負荷側熱交換器３での負荷が下がる。よって、このような場合には、例えば負荷側熱交換器３に流入させる水（湯）Ｗの温度が３５度で運転を行っている状態から、３０度にする必要がある。
そこで、入口側制御部１１は、負荷側熱交換器３の出口３ｂから戻り流路６を介して再び負荷側熱交換器３の入口３ａに流入する水（湯）Ｗの流量（第一流量Ｑ１）を、熱交換部２の出口２ｂから貯湯槽１７を介して第一流量調整部１０を通過し、負荷側熱交換器３の入口３ａに向かう水（湯）Ｗの流量（第二流量Ｑ２）に比べて少なくする（流量比率調整工程）。すると、負荷側熱交換器３に流入させる水（湯）Ｗの温度が例えば３５度から３０度に下がる。
以上説明した本実施形態の加熱装置１によれば、負荷側熱交換器３の環境の温度に応じて第一流量調整部１０を制御し、上記のように例えば負荷側熱交換器３の環境の温度が高くなった際には、第一流量Ｑ１を、第二流量Ｑ２と比べて少なくする。すると、負荷側熱交換器３の入口３ａでの水Ｗの温度を下げることができる。
この結果、負荷側熱交換器３の設置された環境の温度の上昇に応じて負荷側熱交換器３の出口３ｂでの水Ｗの温度が高くなってしまうことを回避できる。よって負荷側熱交換器３の出口３ｂから熱交換部２の入口２ａへ導入される水Ｗの温度を低く抑えることができる。よって、負荷側熱交換器３での負荷が変動する場合であっても、熱交換部２の入口２ａと出口２ｂとの温度差を大きくすることができ、加熱装置１のＣＯＰを高い状態に維持できる。よって負荷が変動する場合であっても、高効率化を達成可能である。
〔第二実施形態〕
次に、本発明の第二実施形態の加熱装置２１について説明する。以下に説明する第二実施形態においては、第一実施形態と同一部分に同一符号を付して説明するとともに、重複説明を省略する。第二実施形態では、第一実施形態の構成に加え、第二流量調整部２２、及びＭＰＵ等からなる出口側制御部２３を備えている点で第一実施形態とは異なっている。また入口側制御部１１の機能が第一実施形態とは異なっている。
第二流量調整部２２は、例えば弁や、インバータポンプ等である。第二流量調整部２２にインバータポンプを用いる場合は循環ポンプ７は不要である。第二流量調整部２２は負荷側熱交換器３の出口３ｂ側で、かつ、循環路５と戻り流路６との接続部分よりも負荷側熱交換器３側に設けられている。即ち、第二流量調整部２２は、負荷側熱交換器３の出口３ｂと第一流量調整部１０との間に設けられている。第二流量調整部２２は、負荷側熱交換器３の出口３ｂ側の水Ｗの流量を調整する。
ここで本実施形態では、負荷側熱交換器３の出口３ｂと第二流量調整部２２との間で循環路５に流量センサ２８が設けられている。また、第一流量調整部１０と負荷側熱交換器３との間には入口側温度センサ２５が設けられ、負荷側熱交換器３の出口３ｂと戻り流路６との間に出口側温度センサ２６が設けられている。入口側温度センサ２５と、入口側制御部１１が監視する上記温度センサ１６とは共通化してもよい。
出口側制御部２３は、外温センサ１５の計測値に基づき、負荷側熱交換器３が設置された環境の温度に応じて第二流量調整部２２を動作させる。即ち、出口側制御部２３は、入口側温度センサ２５と出口側温度センサ２６との温度差が常に一定となるように第二流量調整部２２を動作させる。
入口側制御部１１は、第一実施形態とは異なり、負荷側熱交換器３の入口３ａ側での水（湯）Ｗの温度を一定に保つように第一流量調整部１０を動作させ、第一流量Ｑ１と第二流量Ｑ２との比率を調整する。
次に、本実施形態で水Ｗを加熱する加熱方法の手順を説明する。
まず、負荷側熱交換器３の入口３ａ側と出口３ｂ側での水Ｗの温度差を一定に保つように、入口側温度センサ２５、出口側温度センサ２６、及び流量センサ２８の計測値を見ながら、負荷側熱交換器３の出口３ｂ側での水Ｗの流量を決定する。
この際、入口側制御部１１は常に負荷側熱交換器３の入口３ａでの水Ｗ（湯）の温度が一定となるように第一流量Ｑ１と第二流量Ｑ２の比率を調整する（流量比率調整工程）。
比較的寒くない季節、日には負荷側熱交換器３での負荷が下がる。よって、負荷側熱交換器３を流通する水Ｗの流量が変わらない場合には、負荷側熱交換器３の出口３ｂ側での水Ｗの温度が高くなってしまう。そこで、このような日には負荷側熱交換器３での熱交換量を減らし、負荷側熱交換器３の出口３ｂ側での水Ｗの温度上昇を抑え、負荷側熱交換器３の出口３ｂ側での水Ｗの温度を低い状態に保つために、負荷側熱交換器３の入口３ａ側と出口３ｂ側との温度差を一定に保つようにする必要がある。そこで、例えば負荷側熱交換器３に流入させる水（湯）Ｗの流量が１で運転を行っている状態から、負荷側熱交換器３に流入させる水（湯）Ｗの流量が０．８で運転を行う状態とする必要がある。
出口側制御部２３は、負荷側熱交換器３の出口３ｂ側で第二流量調整部２２を動作させ、負荷側熱交換器３を流通する水Ｗの流量を０．８の状態とする（流量調整工程）。またこの際、第二流量Ｑ２が減少するため第二流量Ｑ２と第一流量Ｑ１との比率が変化し、第一流量調整部１０から負荷側熱交換器３の入口３ａに流入する水（湯）Ｗの温度が低下する。しかし、第一流量調整部１０が入口側制御部１１で制御されて負荷側熱交換器３の入口３ａ側の水Ｗの温度は一定に保たれる。このため、結果として負荷側熱交換器３の出口３ｂ側の水Ｗの温度上昇が抑制される。
以上説明した本実施形態の加熱装置２１によれば、負荷側熱交換器３の環境の温度に応じて第二流量調整部２２を制御し、負荷側熱交換器３の出口３ｂ側での水Ｗの流量を調整可能となっている。従って負荷側熱交換器３の出口３ｂから熱交換部２の入口２ａへ導入される水Ｗの温度を低く抑えることができる。よって、加熱装置２１のＣＯＰを高い状態に維持できる。即ち負荷が変動する場合であっても高効率化を達成可能である。
また貯湯槽１７が設けられていることで、常に一定の温度の水Ｗを負荷側熱交換器３に向けて流通させることができる。さらに貯湯槽１７が設けられたＣＯ２冷媒のヒートポンプ装置（ＣＯ２給湯機）を、そのまま本実施形態の加熱装置２１に適用することができる。よって加熱装置２１のコストを抑えることが可能である。
〔第三実施形態〕
次に、本発明の第三実施形態の加熱装置３１について説明する。以下に説明する第三実施形態においては、第一実施形態及び第二実施形態と同一部分に同一符号を付して説明するとともに、重複説明を省略する。第三実施形態は、第一実施形態及び第二実施形態の両方の構成を備えている。
即ち、図３に示すように本実施形態に係る加熱装置３１は、水Ｗを加熱する熱交換部２と、加熱された水（湯）Ｗと熱交換を行って水Ｗを冷却する負荷側熱交換器３と、熱交換部２と負荷側熱交換器３との間を接続して水Ｗが循環可能な循環路５と、循環路５に設けられた戻り流路６、第一流量調整部（流量調整部）１０、第二流量調整部２２、及び貯湯槽（貯留槽）１７と、第一流量調整部１０を制御する入口側制御部１１と、第二流量調整部２２を制御する出口側制御部２３と、熱交換部２の運転を制御する運転制御部１８を備えている。
このような本実施形態の加熱装置３１によれば、上記の他の実施形態で説明したように負荷側熱交換器３での負荷が変動する場合であっても、入口側制御部１１によって熱交換部２の入口２ａと出口２ｂとの温度差を大きくすることができる。よって、加熱装置３１のＣＯＰを高い状態に維持でき、高効率化を達成可能である。また、出口側制御部２３によって負荷側熱交換器３の出口３ｂから熱交換部２の入口２ａへ導入される水Ｗの温度を低く抑えることができる。よって、加熱装置３１のＣＯＰを高い状態に維持でき、高効率化を達成可能である。
〔第四実施形態〕
次に、本発明の第四実施形態の加熱装置４１について説明する。以下に説明する第四実施形態においては、第一実施形態から第三実施形態と同一部分に同一符号を付して説明するとともに、重複説明を省略する。第四実施形態は図４に示すように、第三実施形態とは異なり、貯湯槽１７が設けられていない。
本実施形態では、運転制御部４２は、負荷側熱交換器３が設置された環境の温度に応じて、熱交換部２の熱交換能力を調整するようになっている。より具体的には運転制御部４２は、冷媒回路１３の圧縮機の回転数を調整することで、熱交換部２の出口２ｂから吐出される水（湯）Ｗの温度を適宜調整するようになっている。
このような本実施形態の加熱装置４１によれば、運転制御部４２によって、水Ｗを貯留する貯湯槽がなくとも、常に所定の温度の水Ｗを熱交換部２から吐出可能となる。
また、貯湯槽を設ける必要がなくなり、加熱装置４１の簡素化が可能となる。
ここで、本実施形態のように貯湯槽が無い加熱装置４１は、第一実施形態に適用してもよいし、第二実施形態に適用してもよい。
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、各実施形態における各構成及びそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。また、本発明は実施形態によって限定されることはなく、特許請求の範囲によってのみ限定される。
例えば、入口側制御部１１、出口側制御部２３を用いず、手動で第一流量調整部１０、第二流量調整部２２を動作させてもよい。
１…加熱装置
２…熱交換部
２ａ…入口
２ｂ…出口
３…負荷側熱交換器
３ａ…入口
３ｂ…出口
５…循環路
６…戻り流路
７…循環ポンプ
１０…第一流量調整部
１１…入口側制御部
１３…冷媒回路
１５…外温センサ
１６…温度センサ
１７…貯湯槽(貯留槽)
１８…運転制御部
１９ａ…上部温度センサ
１９ｂ…下部温度センサ
２１…加熱装置
２２…第二流量調整部
２３…出口側制御部
２５…入口側温度センサ
２６…出口側温度センサ
２８…流量センサ
３１…加熱装置
４１…加熱装置
４２…運転制御部
Ｑ１…第一流量
Ｑ２…第二流量
Ｗ…水

Claims (8)

  1. 冷媒であるＣＯ２が凝縮と蒸発を繰り返して循環する冷媒回路を有するとともに、入口から導入された被加熱液体を加熱して出口から吐出する熱交換部と、
    前記熱交換部の入口と出口とに接続されて前記被加熱液体が循環する循環路と、
    前記循環路の前記被加熱液体と熱交換を行って該被加熱液体を冷却する負荷側熱交換器と、
    前記負荷側熱交換器の入口側と出口側との間で前記循環路を接続する戻り流路と、
    前記負荷側熱交換器の入口側での前記戻り流路と前記循環路との接続部分に設けられ、前記戻り流路を介して前記負荷側熱交換器の出口から前記負荷側熱交換器の入口に向かう前記被加熱液体の流量である第一流量、及び、前記熱交換部の出口から前記負荷側熱交換器の入口に向かう前記被加熱液体の流量である第二流量を調整可能な流量調整部と、
    前記負荷側熱交換器が設置された環境の温度に応じて、前記流量調整部を動作させ、前記第一流量と前記第二流量との比率を調整させる制御部と、
    を備える加熱装置。
  2. 冷媒であるＣＯ２が凝縮と蒸発を繰り返して循環する冷媒回路を有するとともに、入口から導入された被加熱液体を加熱して出口から吐出する熱交換部と、
    前記熱交換部の入口と出口とに接続されて前記被加熱液体が循環する循環路と、
    前記循環路の前記被加熱液体と熱交換を行って該被加熱液体を冷却する負荷側熱交換器と、
    前記負荷側熱交換器の入口側と出口側との間で前記循環路を接続する戻り流路と、
    前記負荷側熱交換器の入口側での前記戻り流路と前記循環路との接続部分に設けられ、前記戻り流路を介して前記負荷側熱交換器の出口から前記負荷側熱交換器の入口に向かう前記被加熱液体の流量である第一流量、及び、前記熱交換部の出口から前記負荷側熱交換器の入口に向かう前記被加熱液体の流量である第二流量を調整可能な第一流量調整部と、
    前記負荷側熱交換器の出口と前記第一流量調整部との間に設けられ、前記負荷側熱交換器の出口側の前記被加熱液体の流量を調整可能な第二流量調整部と、
    前記負荷側熱交換器の入口側と出口側での前記被加熱液体の温度差を一定に保つように前記第二流量調整部を動作させ、前記負荷側熱交換器の出口側での前記被加熱液体の流量を調整させる出口側制御部と、
    前記負荷側熱交換器の入口側での前記被加熱液体の温度を一定に保つように前記第一流量調整部を動作させ、前記第一流量と前記第二流量との比率を調整させる入口側制御部と、
    を備える加熱装置。
  3. 前記入口側制御部は、前記負荷側熱交換器が設置された環境の温度に応じて、前記第一流量調整部を動作させ、前記第一流量と前記第二流量との比率を調整する請求項２に記載の加熱装置。
  4. 上部が、前記循環路と前記戻り流路との接続部分と、前記熱交換部の出口との間で前記循環路に接続され、下部が、前記循環路と前記戻り流路との接続部分と、前記熱交換部の入口との間で前記循環路に接続されて、前記被加熱液体を貯留する貯留槽と、
    前記貯留槽の上部で所定の温度以上となった前記被加熱液体の液量に応じて前記熱交換部を停止及び運転する制御を行う運転制御部と、
    をさらに備える請求項１から３のいずれか一項に記載の加熱装置。
  5. 前記負荷側熱交換器が設置された環境の温度に応じて、前記熱交換部の熱交換能力を調整する運転制御部をさらに備える請求項１から３のいずれか一項に記載の加熱装置。
  6. 冷媒であるＣＯ２が凝縮と蒸発を繰り返して循環する冷媒回路を有するとともに、入口から導入された被加熱液体を加熱して出口から吐出する熱交換部と、
    前記熱交換部の入口と出口とに接続されて前記被加熱液体が循環する循環路と、
    前記循環路の前記被加熱液体と熱交換を行って該被加熱液体を冷却する負荷側熱交換器と、
    前記負荷側熱交換器の入口側と出口側との間で前記循環路を接続する戻り流路と、
    を備える装置で前記被加熱液体を加熱する加熱方法であって、
    前記負荷側熱交換器が設置された環境の温度に応じて、前記戻り流路を介して前記負荷側熱交換器の出口から前記負荷側熱交換器の入口に向かう前記被加熱液体の流量と、前記熱交換部の出口から前記負荷側熱交換器の入口に向かう前記被加熱液体の流量との比率を調整する流量比率調整工程を含む加熱方法。
  7. 冷媒であるＣＯ２が凝縮と蒸発を繰り返して循環する冷媒回路を有するとともに、入口から導入された被加熱液体を加熱して出口から吐出する熱交換部と、
    前記熱交換部の入口と出口とに接続されて前記被加熱液体が循環する循環路と、
    前記循環路の前記被加熱液体と熱交換を行って該被加熱液体を冷却する負荷側熱交換器と、
    前記負荷側熱交換器の入口側と出口側との間で前記循環路を接続する戻り流路と、
    を備える装置で前記被加熱液体を加熱する加熱方法であって、
    前記負荷側熱交換器の入口側と出口側での前記被加熱液体の温度差を一定に保つように前記負荷側熱交換器の出口側での前記被加熱液体の流量を調整する流量調整工程と、
    前記負荷側熱交換器の入口側での前記被加熱液体の温度を一定に保つように、前記戻り流路を介して前記負荷側熱交換器の出口から前記負荷側熱交換器の入口に向かう前記被加熱液体の流量と、前記熱交換部の出口から前記負荷側熱交換器の入口に向かう前記被加熱液体の流量との比率を調整する流量比率調整工程と、
    を含む加熱方法。
  8. 前記流量比率調整工程では、前記負荷側熱交換器が設置された環境の温度に応じて、前記戻り流路を介して前記負荷側熱交換器の出口から前記負荷側熱交換器の入口に向かう前記被加熱液体の流量と、前記熱交換部の出口から前記負荷側熱交換器の入口に向かう前記被加熱液体の流量との比率をさらに調整する請求項７に記載の加熱方法。
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