JP2004257646A

JP2004257646A - 温水暖房装置およびその制御方法

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Publication number: JP2004257646A
Application number: JP2003048737A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Yamaguchi; 正山口; Takashi Ando; 隆史安藤; Fumiaki Sato; 文明佐藤; Yoshio Muto; 好夫武藤
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd; Sanyo Electric Air Conditioning Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd; Sanyo Electric Air Conditioning Co Ltd
Priority date: 2003-02-26
Filing date: 2003-02-26
Publication date: 2004-09-16

Abstract

【課題】熱源機の発停回数を低減させ、熱源機にかかる負荷を軽減できる温水暖房装置およびその制御方法を提供する。
【解決手段】給湯用の熱源機と、この熱源機から温水が供給される複数の端末６〜８と、各端末６〜８への温水の供給を制限する複数の熱動弁１１〜１３とを備え、この熱動弁１１〜１３の一つが開くと熱源機が運転され、すべての熱動弁１１〜１３が閉じると熱源機が運転停止される温水暖房装置１００において、各熱動弁１１〜１３の動作時間を算出する手段５０と、先に開いた熱動弁１１〜１３が閉じてから、次に開く熱動弁１１〜１３が開くまでの時間が、所定時間以内の場合には、先に開いた熱動弁１１〜１３が閉じてから、次に開く熱動弁１１〜１３が開くまでの時間を含んで、先に開いた熱動弁１１〜１３が開いてから、次に開く熱動弁１１〜１３が閉じるまで、熱源機の運転を継続する制御手段５０とを備えたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱動弁の動作制御技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、給湯用の熱源機と、この熱源機から温水が供給される複数の端末と、各端末への温水の供給を制限する複数の熱動弁とを備え、この熱動弁の一つが開くと熱源機が運転され、すべての熱動弁が閉じると熱源機が運転停止される温水暖房装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この種のものでは、暖房開始時に、熱動弁が開かれるが、この熱動弁は、各系統の熱動弁毎に個別に開閉制御される。
【０００４】
図５Ａ〜Ｃは、従来のタイムチャートを示す。例えば、Ａ系統の熱動弁が開かれ、それからＴＡ時間遅れてＢ系統の熱動弁が開かれ、Ｂ系統の熱動弁が開いてからＴＢ時間遅れてＣ系統の熱動弁が開かれたとすると、それ以後、それぞれの熱動弁は、最初に開かれた時間から所定時間（例えば、３０分毎）周期毎に、次の周期の動作時間を計算して、個別に開閉制御される。
【０００５】
【特許文献１】
特開平６−８８６２８号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の構成では、各熱動弁の動作時間を全体としてみたとき、図５Ｄに示すように、時間間隔（ΔＴＡ，ΔＴＢ）が存在し、これが存在すると、図５Ｅに示すように、熱源機が頻繁に発停を繰り返す。また、この時間間隔が所定時間以内であり、かつ、この熱源機が圧縮機で駆動される場合、圧縮機の機能上、例えば３分間再起動できない状態となるため、温水を供給する際に熱源機が動作せずに、安定した温水供給ができなくなる等の問題がある。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、上述した従来の技術が有する課題を解消し、熱源機の発停回数を低減させ、熱源機にかかる負荷を軽減できる温水暖房装置およびその制御方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、給湯用の熱源機と、この熱源機から温水が供給される複数の端末と、各端末への温水の供給を制限する複数の熱動弁とを備え、この熱動弁の一つが開くと熱源機が運転され、すべての熱動弁が閉じると熱源機が運転停止される温水暖房装置において、各熱動弁の動作時間を算出する手段と、先に開いた熱動弁が閉じてから、次に開く熱動弁が開くまでの時間が、所定時間以内の場合には、先に開いた熱動弁が閉じてから、次に開く熱動弁が開くまでの時間を含んで、先に開いた熱動弁が開いてから、次に開く熱動弁が閉じるまで、熱源機の運転を継続する制御手段とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
請求項２記載の発明は、請求項１記載のものにおいて、前記熱源機が、圧縮機を含むヒートポンプユニットと、冷媒対水熱交換器とを備え、前記冷媒対水熱交換器を循環する暖房循環水が、前記熱動弁を介して、各端末に供給されることを特徴とする。
【００１０】
請求項３記載の発明は、給湯用の熱源機と、この熱源機から温水が供給される複数の端末と、各端末への温水の供給を制限する複数の熱動弁とを備え、この熱動弁の一つが開くと熱源機が運転され、すべての熱動弁が閉じると熱源機が運転停止される温水暖房装置の制御方法において、各熱動弁の動作時間を算出する過程と、先に開いた熱動弁が閉じてから、次に開く熱動弁が開くまでの時間が、所定時間以内の場合には、先に開いた熱動弁が閉じてから、次に開く熱動弁が開くまでの時間を含んで、先に開いた熱動弁が開いてから、次に開く熱動弁が閉じるまで、熱源機の運転を継続する制御過程とを備えたことを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
【００１２】
図１は、本実施形態にかかる暖房装置を用いた温水暖房装置１００の全体構成を示す系統図である。温水暖房装置１００は、図１に示すように、大別して、ヒートポンプユニット１と温水ユニット３とを備えている。これらが熱源機を構成する。ヒートポンプユニット１は、主に屋外に設置され、外気から熱を汲み取り、あるいは外気に熱を放出するものであり、ＨＦＣ、ＣＯ_２などの冷媒を高温、高圧に圧縮する圧縮機、四方弁、室外側熱交換器、減圧装置などが順次配管接続された冷媒回路、或いは、室外側送風機等（何れも図示省略）を内蔵している。
【００１３】
温水ユニット３は、ヒートポンプユニット１を熱源とするユニットであり、ヒートポンプユニット１から供給される冷媒と暖房循環水との熱交換を行う。具体的には、この温水ユニット３には、ヒートポンプユニット１の冷媒回路の配管接続部Ｔ１および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とを備える冷媒対水熱交換器４と、温水側コイル４Ｂの暖房循環水を床暖房パネル６〜８の各々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タンク１０とが内蔵されている。
【００１４】
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。また、温水ユニット３は、３つのサーミスタ１４，１５，１６を備えている。サーミスタ１４は、冷媒対水熱交換器４の温水側コイル４Ｂにて高温に昇温された暖房循環水の往き温度を検出するものであり、サーミスタ１５は、暖房循環水の戻り温度を検出するものである。また、サーミスタ１６は、冷媒温度を検出するものである。
【００１５】
温水暖房装置１００は、当該温水暖房装置の操作を行う、ボイラリモートコントローラ（以下、ボイラリモコンとする）１７を備えている。ボイラリモコン１７は、台所等に設置され、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。また、床暖房を行う各部屋には、床暖房リモートコントローラ（以下、床暖房リモコンとする）１８，１９，２０が設置され、これら床暖房リモコン１８，１９，２０は運転スイッチ１８ａ，１９ａ，２０ａと室温センサ１８ｂ，１９ｂ，２０ｂ等が設けられている。
【００１６】
床暖房パネル６，７，８が設置された、Ａ室，Ｂ室，Ｃ室のいずれかについて暖房を行う場合には、はじめにボイラリモコン１７の運転スイッチ１７ｂを入れる。その運転信号は、温水ユニット３内のコントローラ５０に入力され、タンク１０内に設けた水位センサ（図示省略）によって循環水の有無が検出される。タンク１０に循環水が有ると確認されると、循環ポンプ９を運転して循環水を循環させるとともに、ヒートポンプユニット１に運転信号を指示して運転させる。
【００１７】
ヒートポンプユニット１が運転されると、このヒートポンプユニット１から高温、高圧の冷媒が冷媒対水熱交換器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が加熱される。そして、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で設定された温度になるように、コントローラ５０によってヒートポンプユニット１の運転が制御され、暖房循環水の温度は適度に調整される。従って、暖房循環水の温度は、ボイラリモコン１７によって、適宜変更が可能である。
【００１８】
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を入れると、対応している熱動弁１１が開いて、冷媒対水熱交換器４によって暖められた暖房循環水（以下、温水という）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。
【００１９】
床暖房リモコン１８の室温センサ１８ｂにより室温上昇が検出され、温度偏差（室温−設定温度）に応じて熱動弁１１の開閉時間は制御され、温水の供給を断続的に行い、Ａ室の室温を設定温度に維持する。
【００２０】
同様に、Ｂ室，Ｃ室においても、床暖房リモコン１９，２０の運転スイッチ１９ａ，２０ａを入れると、それぞれの室温と設定温度との温度偏差に応じて、熱動弁１２，１３の開閉時間が各々制御され、温水の供給を断続的に行い、室温は設定温度に維持される。
【００２１】
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が出力する室温と設定温度との温度偏差に応じて、熱動弁１１、１２、１３の開閉時間は別個独立に制御されるため、各部屋が異なった設定温度とすることも可能である。
【００２２】
次に、本実施形態による、各熱動弁１１〜１３の開閉制御の動作について、図２を参照して説明する。図２は、すべての熱動弁１１〜１３が動作を開始してから、少なくともその動作周期Ｗ（後述する。）が、一周期以上経過した後のタイムチャートを示している。この動作周期Ｗは、コントローラ５０側が設定する周期であり、本実施形態では、暖房運転開始時に、最初に開いた熱動弁１１の開始タイミングを始点Ｌ１として開始し、始点Ｌ１から終点Ｌ２までの周期を、例えば３０分に設定されている。ここで、図２Ａ〜Ｃは、熱動弁１１〜１３の開閉動作を個別に示したものであり、図２Ｄは、すべての熱動弁の開閉動作をまとめて示したものである。
【００２３】
なお、コントローラ５０は、各熱動弁の動作時間を算出する手段及び、一定の要件下において、先に開いた熱動弁が開いてから、次に開く熱動弁が閉じるまで、熱源機を継続して運転する制御手段を構成する。
【００２４】
図３は、本実施形態による、各熱動弁１１〜１３の開閉制御の動作を示すフローチャートである。
【００２５】
コントローラ５０は、前の動作周期Ｗが、タイマオーバーしたかを判定する（ステップＳ１）。タイマオーバーしなければ、前の周期における熱動弁の開閉制御が実行される。タイマオーバーした場合、図２の始点Ｌ１で、次の周期における各熱動弁１１，１２，１３の動作時間Ｔａ，Ｔｂ，Ｔｃが算出される（ステップＳ２）。
【００２６】
この動作時間Ｔａ〜Ｔｃの算出は、各熱動弁１１〜１３に対応する床暖房パネル６〜８が配置されたＡ室〜Ｃ室の室温と、各設定温度との温度偏差に基づいて行われる。図４は、温水が所定温度（例えば、６０℃）の場合において、温度偏差と熱動弁の動作時間との関係を示す。
【００２７】
例えば、Ａ室の床暖房リモコン１８に備えられた室温センサ１８ｂにより、室温が検出され、この室温とＡ室の設定温度とから求められた温度偏差（室温−設定温度）が、１．５℃から２．０℃までの場合には、図４に示すように、対応する熱動弁１１の動作時間Ｔａは５分と算出される。この例では、動作周期Ｗは３０分であるから、この熱動弁１１を５分間開き、２５分間閉じるデューティー制御が行われる。
【００２８】
同様に、Ｂ室での温度偏差が１．０℃から１．５℃までの場合には、熱動弁１２の動作時間Ｔｂは７分と算出され、この熱動弁１２を７分間開き、２３分間閉じるデューティー制御が行われる。Ｃ室での温度偏差が−１．０℃から−０．５℃までの場合には、熱動弁１３の動作時間Ｔｃは１７分と算出され、この熱動弁１３を１７分間開き、１３分間閉じるデューティー制御が行われる。
【００２９】
コントローラ５０は、前の動作周期Ｗにおける、各熱動弁の動作時間Ｔａ〜Ｔｃを、本動作周期Ｗにおける動作時間に更新する（ステップＳ３）。続いて、コントローラ５０は、先に開いた熱動弁が閉じてから、次に開く熱動弁が開くまでの時間が、所定時間以内であるかどうかを判定する（ステップＳ４）。
【００３０】
この判定は、図２Ｄに示すように、先に開いた熱動弁１１が閉じて（時間Ｔ１）から、次に開く熱動弁１２が開く（時間ＴＡ）までの時間ΔＴＡと、所定時間（例えば、３分間）とを比較して行われる。この所定時間は、予め任意に設定することが可能である。例えば、ヒートポンプユニット１内の圧縮機（図示省略）は、一度停止すると、吐出側の圧力が下がるまで再起動できない構成となっている。そのため、所定時間は、上記圧縮機が再起動に要する時間に設定される。
【００３１】
同様に、先に開いた熱動弁１２が閉じて（時間Ｔ２）から、次に開く熱動弁１３が開く（時間ＴＢ）までの時間ΔＴＢと、所定時間とを比較する。
【００３２】
ここで、各熱動弁が開く時間は、それぞれの熱動弁が最初に動作開始された時間を基準として定められる。
【００３３】
例えば、熱動弁１２が、動作周期Ｗの始点Ｌ１（Ｔ＝０）からＴＡ時間だけ遅れて動作開始された場合には、その周期以降、熱動弁１２が開く時間は、各周期の始点Ｌ１からＴＡ時間遅れた時間（時間ＴＡ）となる。同様に、熱動弁１３が、動作周期Ｗの始点Ｌ１（Ｔ＝０）からＴＢ時間だけ遅れて動作開始された場合には、その周期以降、熱動弁１３が開く時間は、各周期の始点Ｌ１からＴＢ時間遅れた時間（時間ＴＢ）となる。なお、この実施形態では、熱動弁１１が動作開始した時間を基準として、動作周期Ｗの始点Ｌ１を定めているので、熱動弁１１が開く時間は、各周期においても始点Ｌ１（Ｔ＝０）となる。
【００３４】
コントローラ５０は、ステップＳ４の判定の結果、先に開いた熱動弁が閉じてから、次に開く熱動弁が開くまでの時間が、３分以内の場合には、先に開いた熱動弁が閉じてから、次に開く熱動弁が開くまでの時間を含んで、先に開いた熱動弁が開いてから、次に開く熱動弁が閉じるまで、ヒートポンプユニット１を継続して運転するように、ヒートポンプユニット１の動作時間を補正する（ステップＳ５）。
【００３５】
具体的には、先に開いた熱動弁１１が閉じて（時間Ｔ１）から、次に開く熱動弁１２が開く（時間ＴＡ）までの時間ΔＴＡが、３分以内である場合には、図２Ｅに示すように、この時間ΔＴＡを含んで、熱動弁１１が開いて（Ｔ＝０）から熱動弁１２が閉じる（時間Ｔ２）まで、ヒートポンプユニット１を継続して運転するように、ヒートポンプユニット１の動作時間が補正される。一方、この時間ΔＴＡが、３分以内でない場合には、当該補正はなされず、ヒートポンプユニット１は、図示は省略したが、熱動弁１１が閉じた時間（時間Ｔ１）に運転を停止し、熱動弁１２を開く時間（時間ＴＡ）に、運転を再開する。
【００３６】
同様に、先に開いた熱動弁１２が閉じて（時間Ｔ２）から、次に開く熱動弁１３が開く（時間ＴＢ）までの時間ΔＴＢが、３分以内である場合には、図示は省略したが、この時間ΔＴＢを含んで、熱動弁１２が開いて（時間ＴＡ）から熱動弁１３が閉じる（時間Ｔ３）まで、ヒートポンプユニット１を継続して運転するように、ヒートポンプユニット１の動作時間が補正される。一方、この時間ΔＴＢが、３分以内でない場合には、当該補正はなされず、ヒートポンプユニット１は、図２Ｅに示すように、熱動弁１２が閉じた時間（時間Ｔ２）に運転を停止し、熱動弁１３を開く時間（時間ＴＢ）に、運転を再開する。
【００３７】
コントローラ５０は、各熱動弁の動作時間Ｔａ〜Ｔｃに基づいて、対応する熱動弁の開閉を制御する。また、ヒートポンプユニット１の動作時間について、ステップＳ５に示す補正を要する場合には、当該補正後の動作時間に基づいてヒートポンプユニット１の運転を制御し、当該補正を要しない場合には、各熱動弁の動作時間Ｔａ〜Ｔｃに基づいてヒートポンプユニット１の運転を制御する（ステップＳ６）。
【００３８】
コントローラ５０は、動作周期Ｗの終点Ｌ２に至るまで、本周期における熱動弁の開閉制御及びヒートポンプユニットの運転制御を実施し、この終点Ｌ２に至ると、再び、次の周期における熱動弁の動作時間Ｔａ〜Ｔｃを算出し、これに基づいて、対応する熱動弁の開閉制御及びヒートポンプユニットの運転制御を実施する（ステップＳ２〜Ｓ６）。
【００３９】
上記実施形態において、最初の熱動弁１１の動作開始から一周期内に、他の熱動弁１２，１３の動作開始があれば、次の周期から図３の処理を開始する。ただし、最初の熱動弁１１の動作開始から一周期内に、熱動弁１２の動作開始があるが、熱動弁１３の動作開始がない場合には、熱動弁１１，１２については、次の周期から図３の処理を開始する。そして、その後、熱動弁１３の動作開始があった場合には、熱動弁１３の動作開始がされた次の周期から、熱動弁１１〜１３について、図３の処理を開始する。
【００４０】
上記実施形態では、一動作周期Ｗにおいて、最後に閉じる熱動弁が閉じた後は、ヒートポンプユニット１の運転を停止する。ここで、最後に閉じる熱動弁が閉じてから、次の周期の始点Ｌ１で、次に開く熱動弁が開くまでの時間が３分以内であれば、この最後に閉じる熱動弁が閉じてから、次に開く熱動弁が開くまでの時間を含んで、次に開く熱動弁が閉じるまでヒートポンプユニット１の運転を継続する構成とすることもできる。
【００４１】
本実施形態によれば、先に開いた熱動弁１１〜１３が閉じてから、次に開く熱動弁１１〜１３が開くまでの時間が、所定時間以内の場合であっても、先に開いた熱動弁１１〜１３が閉じてから、次に開く熱動弁１１〜１３が開くまでの時間を含んで、先に開いた熱動弁１１〜１３が開いてから、次に開く熱動弁１１〜１３が閉じるまで、ヒートポンプユニット１を継続して運転させるように制御するため、ヒートポンプユニット１が発停する回数を低減することができ、ヒートポンプユニット１にかかる負荷を軽減することができる。更に、ヒートポンプユニット１が再起動できない時間に、温水を供給することがなくなるため、温水供給を安定して行うことができる。
【００４２】
以上、一実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、種々変更が可能である。
【００４３】
【発明の効果】
本発明では、熱源機の発停回数を低減させ、熱源機にかかる負荷を軽減できるとともに、温水供給を安定して行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】温水暖房装置の全体系統図である。
【図２】一実施形態にかかる熱動弁の開閉状態を示したタイムチャートである。
【図３】熱動弁の開閉処理の動作を示すフローチャートである。
【図４】温度偏差と熱動弁の開放時間との関係を示す表である。
【図５】従来の熱動弁の開閉状態を示したタイムチャートである。
【符号の説明】
１ヒートポンプユニット
３温水ユニット
４冷媒対水熱交換器
６，７，８床暖房パネル（端末）
１１，１２，１３熱動弁
１７ボイラリモコン
１８，１９，２０床暖房リモコン
５０コントローラ（動作時間算出手段、制御装置）
１００温水暖房装置

Claims

給湯用の熱源機と、この熱源機から温水が供給される複数の端末と、各端末への温水の供給を制限する複数の熱動弁とを備え、この熱動弁の一つが開くと熱源機が運転され、すべての熱動弁が閉じると熱源機が運転停止される温水暖房装置において、
各熱動弁の動作時間を算出する手段と、
先に開いた熱動弁が閉じてから、次に開く熱動弁が開くまでの時間が、所定時間以内の場合には、先に開いた熱動弁が閉じてから、次に開く熱動弁が開くまでの時間を含んで、先に開いた熱動弁が開いてから、次に開く熱動弁が閉じるまで、熱源機の運転を継続する制御手段とを備えたことを特徴とする温水暖房装置。
前記熱源機が、圧縮機を含むヒートポンプユニットと、冷媒対水熱交換器とを備え、前記冷媒対水熱交換器を循環する暖房循環水が、前記熱動弁を介して、各端末に供給されることを特徴とする請求項１記載の温水暖房装置。
給湯用の熱源機と、この熱源機から温水が供給される複数の端末と、各端末への温水の供給を制限する複数の熱動弁とを備え、この熱動弁の一つが開くと熱源機が運転され、すべての熱動弁が閉じると熱源機が運転停止される温水暖房装置の制御方法において、
各熱動弁の動作時間を算出する過程と、
先に開いた熱動弁が閉じてから、次に開く熱動弁が開くまでの時間が、所定時間以内の場合には、先に開いた熱動弁が閉じてから、次に開く熱動弁が開くまでの時間を含んで、先に開いた熱動弁が開いてから、次に開く熱動弁が閉じるまで、熱源機の運転を継続する制御過程とを備えたことを特徴とする温水暖房装置の制御方法。