JP2001336809A - 温調装置の弁制御機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 水循環経路に熱動弁を介設した温調装置にお
いて、従来のような大きな突入電流を必要とせず、その
ため安価に構成可能であると共に、優れた動作信頼性を
得ることが可能な温調装置の弁制御機構を提供する。 【解決手段】 温調水を送出するポンプ９と、床暖房パ
ネルのような温調機器２とを配管接続することによって
構成した水循環経路に、運転停止時に水循環経路を遮断
する熱動弁１５の複数個を介設する。複数の熱動弁１５
の開度を同時に制御するに際して、いずれかの熱動弁１
５に通電を開始してその動作を行わせた後、一定時間経
過後に他の熱動弁１５に通電する。この熱動弁１５への
通電は、１個ずつ順に行ってもよいし、複数個の熱動弁
１５より成るグループ毎に順に行ってもよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、温調水を床温調
パネル等の温調機器に循環供給する温調装置に関するも
のであり、特に温調水循環経路内に介設された熱動弁の
動作状態の改善された温調装置の弁制御機構に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】水熱交換器、循環ポンプ等を有する温水
ユニットと、温水によって温度調節可能な床暖房パネル
とを配管によって接続し、上記水循環経路内の湯水と冷
媒回路を流通する冷媒との間の熱交換を上記水熱交換器
で行うように構成したヒートポンプ式床暖房装置が従来
から知られている（例えば、特開２０００−１８６７１
号公報、特開２０００−２８１８２号公報）。そしてこ
のようなヒートポンプ式床暖房装置では、熱源側の室外
熱交換器を蒸発器として機能させる共に、利用側の水熱
交換器を凝縮器として機能させることにより、床暖房パ
ネルに温水を供給する床暖房を行うことが可能である。

【０００３】ところで上記のような床暖房装置におい
て、複数の床暖房パネルを並設して複数の水循環経路を
構成し、１台のポンプでもって各水循環経路に独立して
温水を供給するような構成を採用する場合、各水循環経
路に開閉弁として熱動弁が介設される。この熱動弁は、
図５に示すような構造のもので、この熱動弁において
は、弁本体７１内に、入口通路７２と出口通路７３とを
設けると共に、両通路７２、７３を開閉するための弁体
７４を軸方向に摺動自在に配置している。また、弁体７
４の端部近傍には、ワックスの内蔵されたベローズ７５
を配置し、このベローズ７５の内部を電気ヒータ７６に
よって加熱し得るようにしている。すなわち、電気ヒー
タ７６に通電してワックスを膨張させることによってベ
ローズ７５を伸張させ、これにより弁体７４を開弁方向
に移動させるのである。なお、弁体７４は、バネ７７に
よって、閉弁方向に付勢されており、弁体７４は、上記
ベローズ７５の伸張によって、このバネ７７の力に抗し
て開弁動作することになる。このような構成の熱動弁
は、コンパクトな構造でありながらも、比較的大きな駆
動力が得られることから、水回路に好適なものとして一
般的に使用されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記のように熱動弁
は、電気ヒータ７６によってワックスを加熱し、これを
膨張させることによって、開弁動作させる機構のもので
あるため、開弁動作に対しては、比較的多くの電流を必
要とする。従って、同時に複数個の熱動弁を開動作させ
るような場合には、図６に示すように、大きな突入電流
を必要とし、そのため配線やリレー等の電気部品に大き
な容量のものを要し、またノイズ対策も必要となる。

【０００５】この発明は上記従来の欠点を解決するため
になされたものであり、その目的は、水循環経路に熱動
弁を介設した温調装置において、上記従来のような大き
な突入電流を必要とせず、そのため安価に構成可能であ
ると共に、優れた動作信頼性を得ることが可能な温調装
置の弁制御機構を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】そこで請求項１の温調装
置の弁制御機構は、温調水を送出するポンプ９と、床暖
房パネルのような温調機器２とを配管接続することによ
って水循環経路を構成し、上記水循環経路に、運転停止
時に水循環経路を遮断する熱動弁１５の複数個を介設し
た温調装置において、複数の熱動弁１５の開度を同時に
制御するに際して、いずれかの熱動弁１５に通電を開始
してその動作を行わせた後、一定時間経過後に他の熱動
弁１５に通電することを特徴としている。この熱動弁１
５への通電は、請求項２のように、１個ずつ順に行って
もよいし、また請求項３のように、複数個の熱動弁１５
より成るグループ毎に順に行ってもよい。

【０００７】上記請求項１の温調装置の弁制御機構で
は、熱動弁１５への通電を順に遅延させて行うようにし
ているので、突入電流を従来よりもすくなくでき、その
ため配線、コネクタ、リレー等の電気部品として小容量
のものが使用でき、またノイズ対策も簡素化できる。こ
の場合、制御構成としては、例えばタイマを使用すれば
よいので、その構成は簡素なものとなり、また製造コス
トを抑制できる。さらに、装置の動作信頼性も充分に確
保することが可能である。

【０００８】

【発明の実施の形態】次に、この発明の温調装置の弁制
御機構の具体的な実施の形態について、図面を参照しつ
つ詳細に説明する。まず、図１に示しているシステム
は、マルチ型のヒートポンプシステムを利用したもの
で、一台の室外機に対して、室内ユニットと温調ユニッ
トとを並列に接続している。そして室外機と室内ユニッ
トとによって空気調和機が構成されており、また室外機
と温調ユニット、床温調パネル等によって床温調機が構
成さている。この実施形態において、特徴的なのは、温
調装置としての床温調機であるが、いま便宜上、両者に
ついて説明する。図１は、上記加熱源としてヒートポン
プを用いた床温調機の水系統及び床温調機と空気調和機
との冷媒系統を示す回路図である。

【０００９】まず図１における回路図の床温調機の水系
統について説明する。同図において、１は温調ユニッ
ト、２は家屋の床面に配置された床温調パネルであり、
両者１、２及びヒートポンプシステムの室外機１７によ
って床温調機（温調装置）が構成されている。上記温調
ユニット１と床温調パネル２とは、温調水往き配管３ａ
と温調水戻り配管３ｂとから成る温調水配管３によって
接続されている。そしてこの温調水配管３を通して、温
調ユニット１と床温調パネル２との間の温調水８の循環
供給を行うよう構成されている。

【００１０】上記温調ユニット１は、機械室１ａとヘッ
ダ室１ｂとを備えており、上記機械室１ａには、水熱交
換器１６、簡易密閉型の膨張タンク７、循環ポンプ９、
電装品３３等が設けられている。一方、上記ヘッダ室１
ｂには往きヘッダ４、戻りヘッダ６等が設けられてい
る。詳細に説明すると、上記機械室１ａにおける膨張タ
ンク７の底部には往き管１０が接続されており、その先
端が循環ポンプ９を介してヘッダ室１ｂの往きヘッダ４
に接続されている。上記往きヘッダ４は、略筒状のヘッ
ダ本体４ａと、その基端部に形成された主管接続部４ｂ
と、ヘッダ本体４ａ外周部の長手方向に並設して形成さ
れた複数個（本実施形態では、２個）の分岐管接続部４
ｃ、４ｃとから成り、上記主管接続部４ｂに往き管１０
が接続され、また各分岐管接続部４ｃに上記床温調パネ
ル２へと通じる温調水往き配管３ａの一端が接続されて
いる。そしてこれら温調水往き配管３ａ、３ａには、各
分岐管接続部４ｃ、４ｃに対応させて開閉弁である熱動
弁１５、１５が付設されている。一方、上記温調水往き
配管３ａの他端は、床温調パネル２に形成された蛇行形
状の温調水循環パイプ１１の一端の接続部５に接続され
ている。従って、上記膨張タンク７内の温調水８は循環
ポンプ９の作動によって往き管１０に供給され、さらに
往きヘッダ４で複数本の温調水往き配管３ａに分流され
て、各床温調パネル２へと供給される。

【００１１】一方、上記床温調パネル２に形成された温
調水循環パイプ１１のもう一方の接続部５には、温調水
戻り配管３ｂが接続されており、さらにその先端がヘッ
ダ室１ｂの戻りヘッダ６に接続されている。上記戻りヘ
ッダ６は、往きヘッダ４と同様に、略筒状のヘッダ本体
６ａと、その基端部に形成された主管接続部６ｂと、ヘ
ッダ本体６ａ外周部の長手方向に並設して形成された複
数個（本実施形態では２個）の分岐管接続部６ｃ、６ｃ
とから成り、上記分岐管接続部６ｃに温調水戻り配管３
ｂが接続されると共に、上記主管接続部４ｂに戻り管１
２が接続されている。また、上記戻り管１２と膨張タン
ク７とは熱交換路１３によって接続されているが、この
熱交換路１３は、以下に述べる冷媒回路の凝縮器又は蒸
発器として機能する水熱交換器１６と熱交換可能に設け
られており、ここで、上記戻り管１２から返流される温
調水８を加熱又は冷却するようにしている。そしてこの
熱交換路１３の先端が膨張タンク７の底部に接続されて
いるのである。なお、図１では、１対の温調水配管３の
みを示したが、図示しない他の温調水配管３についても
同様に床温調パネル２や他の温調機器に接続されている
ものとする。これより、床温調パネル２の温調水循環パ
イプ１１を流通した温調水８は、温調水戻り配管３ｂを
通って戻りヘッダ６に流入し、この戻りヘッダ６によっ
て各温調水戻り配管３ｂ、３ｂを流通する温調水８が合
流されて戻り管１２に供給され、さらに上記熱交換路１
３で加熱された後、膨張タンク７に供給される。このと
き上記戻り管１２には、温度検知手段である戻り温度検
知サーミスタ３５が、また上記水熱交換器１６には、水
熱交温度検知サーミスタ３６が取付けられている。

【００１２】次に冷媒系統について説明する。なお以下
においては、暖房運転時を例にしてその説明を行ってい
る。本実施の形態では温調水８の加熱に水熱交換器１６
を使用し、この水熱交換器１６と、マルチ型のヒートポ
ンプシステムの室外機１７がの室外熱交換器１９との間
で冷媒循環回路を構成して、熱交換路１３を流れる温調
水８を加熱するようにしている。また図１に示すよう
に、このヒートポンプシステムの室外機１７に接続され
た１台の室内ユニット１８を備えており、室外機１７と
室内ユニット１８によって空気調和機を構成している。
この空気調和機では、冷媒が循環可能な順序で、圧縮機
２１、室内ファン２０ａを付設した室内熱交換器２０、
減圧機構２２、室外ファン１９ａを付設した室外熱交換
器１９を接続して冷媒循環回路を構成している。より詳
しく説明すると、圧縮機２１の吐出管２１ａと吸入管２
１ｂとが四路切換弁２３の１次ポートに接続されてお
り、上記吸込管２１ｂにアキュムレータ３１が介設され
る一方、上記吐出管２１ａには、吐出管温度検知サーミ
スタ３８が付設されている。また、上記四路切換弁２３
の一対の２次ポートの間には第１ガス管２４ａ、室内熱
交換器２０、第１液管２４ｂ、減圧機構２２、第２液管
２４ｃ、室外熱交換器１９及び第２ガス管２４ｄが、順
番に環状に接続されている。このとき、上記室内熱交換
器２０と室外熱交換器１９には、それぞれ室内熱交温度
検知サーミスタ４３と室外熱交温度検知サーミスタ４１
とが付設されており、さらに上記室内ユニット１８と室
外機１７には、室内温度検知サーミスタ４４と外気温度
検知サーミスタ４２とがそれぞれ取付けられている。

【００１３】また上記第１液管２４ｂには、上記温調ユ
ニット１内に設けられた各ヘッダ４、６と同様の略筒状
のヘッダ２６が介設されており、このヘッダ２６と室内
熱交換器２０とを結ぶ間の部分が連絡配管２５の液管２
５ａとなる。同様に上記第１ガス管２４ａにも略筒状の
ヘッダ２７が介設されており、このヘッダ２７と室内熱
交換器２０とを結ぶ間の部分が連絡配管２５のガス管２
５ｂとなる。そして、上記ヘッダ２６に接続されたもう
１つの連絡配管２８である液管２８ａが、温調ユニット
１の水熱交換器１６の一端に接続され、また上記ヘッダ
２７に接続されたもう１つの連絡配管２８であるガス管
２８ｂが、水熱交換器１６の他端に接続されている。こ
れによって、四路切換弁２３には室外熱交換器１９、減
圧機構２２、温調ユニット１の水熱交換器１６が環状に
接続されることになる。また、連絡配管２５、２８の各
液管２５ａ、２８ａはそれぞれ電動膨張弁２９、３０を
介してヘッダ２６に接続されており、この電動膨張弁２
９、３０の開閉を適宜制御することによって、室内ユニ
ット１８及び温調ユニット１の両方に供給する冷媒量を
制御できるように成っている。ここで、上記液管２５ａ
の室内ユニット１８側と、液管２８ａの温調ユニット１
側には、それぞれ液管温度検知サーミスタ３９、３７が
付設されており、上記ガス管２５ｂ、２８ｂの室外機１
７側には、それぞれガス管温度検知サーミスタ４０ａ、
４０ｂが付設されている。

【００１４】なお、室外機１７に設けた電装品３２に
は、電源から例えば２００Ｖ、２０Ａの電力が供給さ
れ、室外機１７内の電気的制御が行われる。また、上記
床温調機には、室内の冷暖房運転の開始や停止等の操作
を行うためのワイヤレスリモコン４５と、床の冷暖房に
対して同様の操作を行うためのワイヤードリモコン４６
とがそれぞれ設けられている。なおこれら各リモコン４
５、４６によって、利用者が希望する室温、床温等の設
定も行われる。さらに、この室外機１７の電装品３２と
室内ユニット１８に設けた電装品３４、及び上記室外機
１７の電装品３２と温調ユニット１に設けた電装品３３
とは、それぞれ信号・電源線で接続されている。このた
め、空気調和機と温調ユニット１とを連動させる設定が
利用者によって行われると、例えばワイヤレスリモコン
４５における運転開始操作で、空気調和機と温調ユニッ
ト１とを併用した運転を開始させることも可能である。

【００１５】次に上記床温調機及び空気調和機の各運転
動作について説明する。このシステムでは、上記したよ
うにリモコン等からの指示に基づいて、冷房運転又は暖
房運転が可能である。そこで、まず室内の冷房運転のみ
を行う場合には、温調ユニット１側の電動膨張弁２９を
閉じた状態において、四路切換弁２３を図１に示す実線
方向とは逆方向に切り換え、圧縮機２１を駆動する。す
ると冷媒が圧縮機２１から順に室外熱交換器１９、減圧
機構２２、室内熱交換器２０と流通し、室外熱交換器１
９が凝縮器として機能すると共に、室内熱交換器２０が
蒸発器として機能し、これによって、冷房運転を行うこ
とができる。

【００１６】一方、室内の暖房運転のみを行う場合に
は、温調ユニット１側の電動膨張弁２９を小開度に維持
した状態において、四路切換弁２３を図１に示す実線方
向に切り換え、圧縮機２１を駆動する。すると冷媒が圧
縮機２１から順に室内熱交換器２０、減圧機構２２、室
外熱交換器１９と流通し、室外熱交換器１９が蒸発器と
して機能すると共に、室内熱交換器２０が凝縮器として
機能し、これによって、暖房運転を行うことができる。

【００１７】また、床暖房運転のみを行う場合には、上
記室内ユニット１８側の電動膨張弁３０を小開度に維持
し、温調ユニット１側の電動膨張弁２９を開いた状態に
おいて、圧縮機２１を駆動し、水熱交換器１６を凝縮器
として機能させると共に、室外熱交換器１９を蒸発器と
して機能させる。そして、この状態で上記温調ユニット
１内の循環ポンプを駆動する。すると、膨張タンク７内
の温調水８が往き管１０内に流出し、温調水配管３及び
温調水循環パイプ１１を介して戻り管１２に返流され、
次いで熱交換路１３を流通する。このとき凝縮器として
機能している水熱交換器１６によって、上記熱交換路１
３を流れる温調水８が加熱され、その後、膨張タンク７
内へと供給される。そしてこのような運転を継続して行
うことによって、床暖房運転を行うことができる。また
本実施の形態においては、主に床暖房について述べてい
るが、上記室外熱交換器１９を凝縮器として機能させる
と共に、水熱交換器１６を蒸発器として機能させれば、
温調水８が冷却されるため、これによって床冷房運転を
行うこともできる。さらに上記室内ユニット１８と温調
ユニット１との両側の電動膨張弁２９、３０を両方とも
開とすることにより、室内と床との冷暖房を同時に行う
ことも可能である。

【００１８】図２には、本発明の実施形態の特徴的な床
温調機の弁制御機構の制御ブロック図を、また図３には
その回路図を示している。同図に示すように、この床温
調機は、温調ユニット１に設けた本体制御部５１を有し
ており、本体制御部５１は、マイコン等より成る主制御
部５２と、タイマ５３、駆動回路５４を有している。タ
イマ５３は、熱動弁１５の開弁指令が出力されて、特定
の熱動弁１５に通電した後、次の熱動弁１５に通電する
までの時間をカウントを開始するもので、特定の熱動弁
１５への通電開始後、一定時間（例えば、１．５分）が
経過するとタイムアップ信号を主制御部５２に出力す
る。上記駆動回路５４は、主制御部５２からの指令によ
り、次の熱動弁１５に通電すべく、これに対応するリレ
ー５５をＯＮ動作させる。なお、図３において、５６は
ヒューズである。

【００１９】次に、本実施形態のヒートポンプ式床温調
機の弁制御機構の制御方法について、図４のフローチャ
ートに基づいて説明する。まず、リモコン４６の操作に
よって床暖房運転指令が出力されると、ステップＳ１に
おいて、熱動弁１５のＯＮ指令が出力される。そうする
とまず、１番目の熱動弁１５に通電が開始される（ステ
ップＳ２）。そしてその後、一定時間（１．５分）が経
過すると、２番目の熱動弁１５に通電が開始される（ス
テップＳ３）。このように、この実施の形態では、１個
ずつ順に熱動弁１５への通電がなされることになるので
ある。

【００２０】以上のように本実施の形態によれば、熱動
弁１５への通電を順に遅延させて行うようにしているの
で、突入電流を従来よりもすくなくでき、そのため配
線、コネクタ、リレー等の電気部品として小容量のもの
が使用でき、またノイズ対策も簡素化できる。この場
合、制御構成としては、例えばタイマを使用すればよい
ので、その構成は簡素なものとなり、また製造コストを
抑制できる。さらに、装置の動作信頼性も充分に確保す
ることが可能である。

【００２１】以上にこの発明の具体的な実施の形態につ
いて説明したが、この発明は上記形態に限定されるもの
ではなく、この発明の範囲内で種々変更して実施するこ
とができる。すなわち本実施の形態では、加熱源として
ヒートポンプ式加熱源を用いたが、ガス等の他の熱源を
利用したものであっても上記と同様に実施可能である。
また上記実施形態では、温調機器に床温調パネル２を用
いたが、これ以外のもの、例えばファンコイルユニット
等を用いた温調装置にも適用することが可能である。さ
らに、上記では熱動弁１５に対する通電タイミングを１
個ずつ順に遅延させる例を示しているが、複数個の熱動
弁１５を１グループとし、各グループ毎に通電タイミン
グを順に遅延させるようにしてもよい。また、上記では
熱動弁１５に対して通電することによって開動作させる
例を示しているが、通電により閉動作させる場合にも上
記と同様にその適用が可能である。

【００２２】

【発明の効果】以上のように請求項１の温調装置の弁制
御機構によれば、熱動弁への通電を順に遅延させて行う
ようにしているので、突入電流を従来よりもすくなくで
き、そのため配線、コネクタ、リレー等の電気部品とし
て小容量のものが使用でき、またノイズ対策も簡素化で
きる。この場合、制御構成としては、例えばタイマを使
用すればよいので、その構成は簡素なものとなり、また
製造コストを抑制できる。さらに、装置の動作信頼性も
充分に確保することが可能である。また、この請求項１
の実施に際しては、熱動弁への通電は、請求項２のよう
に、１個ずつ順に行ってもよいし、また請求項３のよう
に、複数個の熱動弁より成るグループ毎に順に行っても
よい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態の前提となるヒートポンプ式
床温調機の水系統及び冷媒系統を示す回路図である。

【図２】上記ヒートポンプ式床温調機の弁制御機構の制
御ブロック図である。

【図３】上記ヒートポンプ式床温調機の弁制御機構の回
路図である。

【図４】上記ヒートポンプ式床温調機における弁制御機
構の制御フローチャートである。

【図５】熱動弁の構造を説明するための縦断面図であ
る。

【図６】熱動弁の同時動作に必要な突入電流を説明する
ためのタイムチャート図である。

【符号の説明】

１ 温調ユニット ２ 床温調パネル（温調機器） ９ 循環ポンプ １５ 熱動弁

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 温調水を送出するポンプ（９）と、床暖
   房パネルのような温調機器（２）とを配管接続すること
   によって水循環経路を構成し、上記水循環経路に、運転
   停止時に水循環経路を遮断する熱動弁（１５）の複数個
   を介設した温調装置において、複数の熱動弁（１５）の
   開度を同時に制御するに際して、いずれかの熱動弁（１
   ５）に通電を開始してその動作を行わせた後、一定時間
   経過後に他の熱動弁（１５）に通電することを特徴とす
   る温調装置の弁制御機構。
2. 【請求項２】 上記熱動弁（１５）への通電は、１個ず
   つ順に行うことを特徴とする請求項１の温調装置の弁制
   御機構。
3. 【請求項３】 上記熱動弁（１５）への通電は、複数個
   の熱動弁（１５）より成るグループ毎に順に行うことを
   特徴とする請求項１の温調装置の弁制御機構。