JP2004205200A - ヒートポンプ式温水暖房装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 床暖房パネルへ温水を供給する熱動弁の通電時間を可変制御するようにして、快適な床暖房を行う。
【解決手段】 ヒートポンプ式空気調和機の室外ユニット１と、この室外ユニット１から供給される冷媒と暖房循環水との熱交換を行う温水ユニット３とを備え、この温水ユニット１の暖房循環水を循環ポンプ９により床暖房パネル５等に供給するヒートポンプ式温水暖房装置である。そして、温水ユニット３の熱交換器４により昇温される温水温度を設定するメインリモコン１７と、このメインリモコンにより設定された設定温度と暖房空間内の室温との偏差温度を出力する床暖房リモコン１８、１９、２０と、この床暖房リモコンの偏差温度出力に基づいて床暖房パネル６乃至８へ温水を供給する熱動弁１１、１２、１３の通電時間を可変制御するマイクロコンピュータＭとを設けた構成である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ヒートポンプ式空気調和機の室外ユニットと、この室外ユニットから供給されるＨＦＣ、ＣＯ2等の冷媒と暖房循環水との熱交換を行う温水ユニットとを備え、この温水ユニットの暖房循環水を循環ポンプにより床暖房パネル等に供給するヒートポンプ式温水暖房装置に関する。

従来のこの種のヒートポンプ式温水暖房装置は、ヒートポンプ式空気調和機の室外ユニットの高温、高圧の冷媒を室内ユニットと温水ユニットに供給し、室内ユニットで室内空気を加熱して温風暖房を行うとともに、温水ユニットに内蔵された熱交換器で暖房循環水を加熱し、この温水ユニットの暖房循環水を循環ポンプにより床暖房パネル等に供給して温水暖房を行うものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開平６−８８６２８号公報

ところで、上述のものでは、一般に室内を温風による暖房を行うことで、室温が上昇して湿度が低下するために肌が荒れたり、風邪をひいたりする要因になっていた。また、足元が寒く、頭上が熱いといった温度分布の場合には、使用者にとって不快感を感ずることがあった。

また、ヒートポンプ式空気調和機の交換時や移設時に、冷媒やオイルを室外ユニットに回収するポンプダウン運転が行われるが、このポンプダウン運転では、冷房運転状態にして冷媒やオイルの回収を行うため、暖房循環水の循環路の水抜きが行われていないと、ポンプダウン運転中に温水ユニットの熱交換器内の水が凍結し、配管が破れたり、亀裂が発生することがあった。

そこで本発明は、使用者が快適と感ずる床暖房を行う温水温度に設定できると共に、各部屋において床暖房の前記設定温度と暖房空間内の室温との偏差温度に応じて床暖房パネルへ温水を供給する熱動弁の通電時間を可変制御するようにして、快適な床暖房を行うことを主たる目的としている。

また、その他の目的としては、ヒートポンプ式空気調和機のポンプダウン運転中に、暖房循環水がある場合でも、温水ユニットの熱交換器の水が凍結しないようにすることである。

請求項１に記載の発明は、ヒートポンプ式空気調和機の室外ユニットと、この室外ユニットから供給される冷媒と暖房循環水との熱交換を行う熱交換器を有する温水ユニットとを備え、この温水ユニットの暖房循環水を循環ポンプにより床暖房パネル等に供給するヒートポンプ式温水暖房装置において、前記温水ユニットの熱交換器により昇温される温水温度を設定するメインリモコンと、このメインリモコンにより設定された設定温度と暖房空間内の室温との偏差温度を出力する床暖房リモコンと、この床暖房リモコンの前記偏差温度出力に基づいて床暖房パネルへ温水を供給する熱動弁の通電時間を可変制御する制御手段とを設けたことを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のヒートポンプ式温水暖房装置において、前記温水ユニットには、床暖房パネル及びこの床暖房パネルに対応する熱動弁を複数並列に接続したことを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載のヒートポンプ式温水暖房装置において、前記制御手段は、前記ヒートポンプ空気調和機の室外ユニットに冷媒を回収するポンプダウン運転の開始時に前記暖房循環水の有無を検出し、その検出結果に基づいて前記循環ポンプの運転・停止を制御する構成としたことを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１に記載のヒートポンプ式温水暖房装置において、前記制御手段は、暖房循環水のないときには、熱交換器の温度を無視してポンプダウン運転を行うように制御し、かつ、暖房循環水があるときには熱交換器の温度が所定温度に低下した時点でポンプダウン運転を中止するように制御する構成としたことを特徴とする。

以上のように本発明は、使用者が快適と感ずる床暖房を行う温水温度に設定できると共に、各部屋において床暖房の前記設定温度と暖房空間内の室温との偏差温度に応じて床暖房パネルへ温水を供給する熱動弁の通電時間を可変制御するようにして、快適な床暖房を行うことができる。

以下、本発明の実施例を図面に基づき説明する。図１はヒートポンプ式温水暖房装置の全体システムを示す系統図である。図1において、１はＨＦＣ、ＣＯ2等の冷媒を高温、高圧に圧縮するコンプレッサ、四方切替弁、室外側熱交換器、減圧装置等が順次配管接続された冷媒回路と室外側送風機等（何れも図示せず）が内蔵された室外ユニット、２は前記室外ユニット１の冷媒回路の配管接続部Ｔ１及びＴ２に冷媒配管にて接続され、室内側熱交換器と室内側送風機等（何れも図示せず）が内蔵された室内ユニットであり、室内ユニット２は室外ユニット１から冷媒配管を介して冷媒が供給される室内側熱交換器と室内空気を熱交換し、室内に温風または冷風を供給するものである。この室外ユニット１と室内ユニット２とでヒートポンプ式空気調和機が構成されている。３はこのヒートポンプ式空気調和機の室外ユニット１を熱源とする温水ユニットで、室外ユニット１から供給される冷媒と暖房循環水との熱交換を行う。

前記温水ユニット３は室外ユニット１の冷媒回路の配管接続部Ｔ１及びＴ２に冷媒配管にて接続された冷媒側コイル４Ａと温水側コイル４Ｂとからなる熱交換器４と、温水側コイル４Ｂの暖房循環水を床暖房パネル５、６、７、８に強制的に循環させるための循環ポンプ９と、その循環路中に設けた膨張タンク１０とを内蔵している。また、暖房循環水の往き側には熱動弁１１、１２、１３を介して床暖房パネル６、７、８が並列接続されている。

１４は熱交換器４の温水側コイル４Bで高温に昇温された暖房循環水の往き温度を検出するサーミスタ、１５は暖房循環水の戻り温度を検出するサーミスタ、１６は冷媒温度を検出するためのサーミスタである。

１７は台所等に設置されるボイラリモートコントローラ（以下、「ボイラリモコン」という）であり、サーミスタ１４で検出する暖房循環水の制御温度を設定する摘み１７ａ、運転スイッチ１７ｂ、運転ランプ１７ｃ等が設けられている。１８、１９、２０は床暖房を行う部屋に設置している床暖房リモートコントローラ（以下、「床暖房リモコン」という）であり、運転スイッチ１８ａ、１９ａ、２０ａ、室温センサ１８ｂ、１９ｂ、２０ｂ等を設けている。

温水ユニット３内には、図２に示すように、メイン基板Ｋが設けられ、メイン基板ＫにはマイクロコンピュータＭ、水張りスイッチＫ１、暖房試運転スイッチＫ２、水張りランプＫ３、暖房試運転ランプＫ４等が設けられるとともに、基板端子には循環ポンプ９、熱動弁１１、１２、１３、サーミスタ１４、１５、１６、ボイラリモコン１７、床暖房リモコン１８、１９、２０、膨張タンク１０に取り付けられた水位センサ２１等が電気結線されている。

また、マイクロコンピュータＭには、図３に示すように、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭが内蔵されるとともに、上述した各床暖房リモコン１８〜２０、各サーミスタ１４〜１６、各スイッチＫ１、Ｋ２、及び水位センサ２１からの信号が入力されるとともに、室外ユニット１、循環ポンプ９、熱動弁１１〜１３、ボイラリモコン１７、ランプＫ３、Ｋ４に制御信号が出力される。

床暖房パネル５の暖房を行う場合、先ずボイラリモコン１７の運転スイッチ１７ｂを操作すると、運転ランプ１７ｃが点灯する。その運転信号が温水ユニット３内のメイン基板ＫのマイクロコンピュータＭに入力されると、膨張タンク１０内の循環水の有無を検出する水位センサ２１に電圧を印加して循環水の有無を検出する。そして、この水位センサ２１から循環水を介して電流が流れ、マイクロコンピュータＭが水位センサ２１からの水有り信号を入力すると、循環ポンプ９を運転して循環水を循環させるとともに、室外ユニット１に暖房運転信号を指示して暖房運転させる。

室外ユニット１が暖房運転することで、該室外ユニット１内のコンプレッサが運転して高温、高圧の冷媒が熱交換器４の冷媒側コイル４Ａに供給され、温水側コイル４Ｂを流れる暖房循環水を加熱する。このときサーミスタ１４で検出される暖房循環水の温度がボイラリモコン１７の摘み１７ａで設定された設定温度になるように、マイクロコンピュータＭが例えばコンプレッサをインバータ制御することにより熱交換器４での加熱量が制御され、床暖房パネル５に供給される循環水の温度が適度に調整される。このため、使用者がボイラリモコン１７を操作することにより暖房循環水の温度を所望の温度とし、快適な床温あるいは室温とするものである。

ボイラリモコン１７の運転スイッチ１７ｂをＯＮ（「オン」の意、以下同じ）した後、暖房したい部屋（例えばＡ室）に設置している床暖房リモコン１８の運転スイッチ１８ａをＯＮすると、対応している熱動弁１１がＯＮして温水が床暖房パネル６に供給され、Ａ室の暖房が行われることとなる。

その後、床暖房リモコン１８は室温センサ１８ｂにより室温上昇を検出し、温度偏差（室温−設定温度）が−１．１５℃（ｄｅｇ）を超えると、メイン基板Ｋに出力しているアナログ出力電圧を２０Ｖ（ボルト）から９Ｖの範囲で変化させる。そして、マイクロコンピュータＭは床暖房リモコン１８から出力されるアナログ電圧値に応じて、図４に示すように、前記熱動弁１１の通電時間をデューティ制御し、熱動弁１１の開時間を２０分ごとに２０分間（連続）から３分間に制御し、温水供給を断続的にＯＮ−ＯＦＦしてＡ室の室温を設定温度に維持する。

また、その他の床暖房パネル７、８に対応する床暖房リモコン１９、２０の運転スイッチ１９ａ、２０ａをＯＮすると、同様に、使用する部屋（Ｂ室、Ｃ室）の室温と設定温度とを比較演算した温度偏差信号がメイン基板Ｋに出力され、対応する熱動弁１２、１３のＯＮ−ＯＦＦ時間を各々制御して各Ｂ室、Ｃ室の室温を制御する。

このように、各Ａ、Ｂ、Ｃ室に配置した床暖房リモコン１８、１９、２０の出力する室温と設定温度との温度偏差により、熱動弁１１、１２、１３の開閉時間を制御することにより、温水温度に関係なく各部屋の室温を設定温度に維持できる。

尚、室内ユニット２は、温水ユニット３による暖房運転中には室内ユニット専用リモコン（図示せず）の操作により室外ユニット１から冷媒配管を介して冷媒が供給される室内側熱交換器と室内空気とが熱交換され、室内ユニット２は温風を供給して暖房運転が可能であるが、このときは、冷房運転は不可（できない）としている。また、室内ユニット２の冷房運転中は温水ユニット３による暖房運転は不可とし、温水ユニット３による暖房運転中は室内ユニット２による冷房運転は不可としている。

次に、ヒートポンプ式空気調和機の交換や移設の際、冷媒やオイルを室外ユニット１に回収するために行うポンプダウン運転について図５のフローチャートを参照して説明する。

ここで、ポンプダウン運転とは、空気調和機を冷房運転状態として室外ユニット１のコンプレッサを運転し、その後室外ユニット１の細管のサービスバルブ（図示せず）を閉める。すると、冷媒配管中の冷媒とオイルが室外ユニット１に回収され、その後太管のサービスバルブ（図示せず）を閉め、運転を終了させることにより、室内ユニット２、熱交換器４の冷媒側コイル４Ａ及び配管中の冷媒とオイルを室外ユニット１に回収する運転をいう。この実施態様では、このポンプダウン運転の際、暖房循環水がある場合でも、次のようにして温水側コイル４Bでの凍結を防止する。

〈暖房循環水がないとき〉
先ず、メイン基板Ｋの水張りスイッチＫ１と暖房試運転スイッチＫ２を、例えば５秒間同時押しすると、マイクロコンピュータＭは水張りランプＫ３と暖房試運転ランプＫ４を同時に点滅させ、ポンプダウンモードに入ったことを報知する。また、室外ユニット１に冷房運転を指示し、コンプレッサを運転する。次に、膨張タンク１０の水位センサ２１からの信号に基づき、マイクロコンピュータＭは暖房循環水の有無を判定し、暖房循環水がなければ、水有り記憶フラグに１がセットされていないので、サーミスタ１４、１５、１６の検出温度に関わらず（無視して）、循環ポンプ９を運転することなくポンプダウン運転を行う。そして、作業者はこのポンプダウン運転が終了するのを見計らって、水張りスイッチＫ１か暖房試運転スイッチＫ２を操作すると、マイクロコンピュータＭはポンプダウン運転が停止するように制御し、コンプレッサを停止すると共に水張りランプＫ３及び暖房試運転ランプＫ４を消灯させる。

〈暖房循環水があるとき〉
前述と同様に、メイン基板Ｋの水張りスイッチＫ１と暖房試運転スイッチＫ２を５秒間同時押しすると、マイクロコンピュータＭは水張りランプＫ３と暖房試運転ランプＫ４を同時に点滅させ、ポンプダウンモードに入ったことを報知する。また、室外ユニット１に冷房運転を指示し、コンプレッサを運転させ、ポンプダウン運転を行う。そして、水位センサ２１からの信号に基づき、マイクロコンピュータＭは暖房循環水の有無を判定し、暖房循環水があれば循環ポンプ９をＯＮして水張り記憶フラグに１をセットする。その後、ポンプダウン運転中は継続してサーミスタ１４により熱交換器４の温度が１℃に低下したか否かを検出し、ここで１℃以下を検出した場合にはマイクロコンピュータＭはポンプダウン運転の中止を室外ユニット１に指示し、このポンプダウン運転は終了することとなる。また、ポンプダウン運転中のエラー発生については、水張りランプＫ３及び暖房試運転ランプＫ４を交互に点滅させて異常を報知する。

〈ポンプダウン運転中に暖房循環水がなくなったとき〉
前述と同様に、メイン基板Ｋの水張りスイッチＫ１と暖房試運転スイッチＫ２を５秒間同時押しすると、マイクロコンピュータＭは水張りランプＫ３と暖房試運転ランプＫ４を同時に点滅させ、ポンプダウンモードに入ったことを報知する。また、室外ユニット１に冷房運転を指示し、コンプレッサを運転させ、ポンプダウン運転を行う。そして、水位センサ２１からの信号に基づき、マイクロコンピュータＭは暖房循環水の有無を判定し、暖房循環水があれば循環ポンプ９をＯＮして水張り記憶フラグに１をセットする。

その後、このポンプダウン運転中に暖房循環水が不足して膨張タンク１０の水位が水位センサ２１の検出部より低下した場合、水張り記憶フラグに１がセットされているので、マイクロコンピュータＭは循環ポンプ９の運転は停止させるが、ポンプダウン運転を継続する。そして、その後のポンプダウン運転中も継続してサーミスタ１４により熱交換器４の温度が１℃に低下したか否かを検出し、そこで１℃以下を検出した場合には、マイクロコンピュータＭはポンプダウン運転の中止を室外ユニット１に指示し、このポンプダウン運転は終了することとなる。また、ポンプダウン運転中のエラー発生については、水張りランプＫ３と暖房試運転ランプＫ４を交互に点滅させて異常を報知する。

以上説明したように、本発明によれば、温水ユニットの熱交換器により昇温される温水温度を設定するボイラリモコン１７と、このボイラリモコン１７により設定された設定温度と暖房空間内の室温との偏差温度を出力する床暖房リモコン１８、１９、２０と、この床暖房リモコンの偏差温度出力に基づいて床暖房パネル６、７、８へ温水を供給する熱動弁１１、１２、１３の通電時間を可変制御する制御手段Ｍとを備えた構成であり、複数の室内を温風或いは床暖房により暖房することができるので、快適性の高い暖房を行うことができる。また、ボイラリモコン１７により、床暖房を行う温水温度を設定できるようにしたので、使用者が快適と感ずる温水温度に設定できる。このため、厳冬期、秋、春など季節に応じて、使用者の感覚による快適な床温度にすることができる。

また、ボイラリモコン１７により使用者が温水温度を変更設定しても、各部屋に設置している床暖房リモコン１８、１９、２０が出力する偏差（室温−設定温度）信号に応じて、各床暖房パネル６、７、８へ温水を供給する熱動弁１１、１２、１３の通電時間を可変制御することで、各部屋とも使用者が設定した室温とすることができる。

また、マイクロコンピュータＭは、前記ヒートポンプ空気調和機の室外ユニット１に冷媒を回収するポンプダウン運転の開始時に、暖房循環水の有無を検出し、その検出結果に基づいて循環ポンプ９の運転・停止を制御する構成としたから、暖房用循環水があるときには、循環ポンプ９を運転しながらポンプダウン運転を行って、温水ユニット２の熱交換器４における温水側コイル４Ｂの水が凍結しないようにできる。

また、前マイクロコンピュータＭは、暖房循環水のないときには、熱交換器４の温度を無視してポンプダウン運転を行うように制御し、かつ、暖房循環水があるときには熱交換器４の温度が所定温度に低下した時点でポンプダウン運転を中止するように制御する構成としたから、暖房循環水のあるときには暖房循環水の凍結を防止しながらポンプダウン運転を行うことができるなど、機器の保護を図りながら交換や移設を行うことができる。

なお、以上本発明の一実施例について説明したが、上述の説明に基づいて当業者にとって種々の代替例、修正又は変形が可能であり、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で前述の種々の代替例、修正又は変形を包含するものである。

ヒートポンプ式温水暖房装置の全体系統図である。 メイン基板の電気配線図である。 制御装置のブロック図である。 制御装置の床暖房制御説明用の表である。 制御装置の動作説明用のフローチャートである。

符号の説明

１ 室外ユニット
３ 温水ユニット
４ 熱交換器
５〜８ 床暖房パネル
９ 循環ポンプ
１７ ボイラリモコン（メインリモコン）
２１ 水位センサ
Ｍ マイクロコンピュータ（制御手段）

Claims (4)

1. ヒートポンプ式空気調和機の室外ユニットと、この室外ユニットから供給される冷媒と暖房循環水との熱交換を行う熱交換器を有する温水ユニットとを備え、この温水ユニットの暖房循環水を循環ポンプにより床暖房パネル等に供給するヒートポンプ式温水暖房装置において、前記温水ユニットの熱交換器により昇温される温水温度を設定するメインリモコンと、このメインリモコンにより設定された設定温度と暖房空間内の室温との偏差温度を出力する床暖房リモコンと、この床暖房リモコンの前記偏差温度出力に基づいて床暖房パネルへ温水を供給する熱動弁の通電時間を可変制御する制御手段とを設けたことを特徴とするヒートポンプ式温水暖房装置。
2. 前記温水ユニットには、床暖房パネル及びこの床暖房パネルに対応する熱動弁を複数並列に接続したことを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ式温水暖房装置。
3. 前記制御手段は、前記ヒートポンプ式空気調和機の室外ユニットに冷媒を回収するポンプダウン運転の開始時に、前記暖房循環水の有無を検出し、その検出結果に基づいて前記循環ポンプの運転・停止を制御する構成としたことを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ式温水暖房装置。
4. 前記制御手段は、暖房循環水のないときには、熱交換器の温度を無視してポンプダウン運転を行うように制御し、かつ、暖房循環水があるときには熱交換器の温度が所定温度に低下した時点でポンプダウン運転を中止するように制御する構成としたことを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ式温水暖房装置。

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