実施の形態1.
図1乃至図10は実施の形態1を示す図で、図1はヒートポンプ式融雪装置20の全体構成図、図2はヒートポンプ式融雪装置20の冷媒回路と温水回路のブロック図冷媒回路および2次熱媒体回路である温水回路の構成図、図3はヒートポンプ式融雪装置20の制御系の接続関係を示すブロック図、図4は熱源機リモコン19の製品の一例を示す正面図、図5は熱源機30の運転制御フローを示す図、図6は温水回路のヒータ80の動作を説明するタイムチャート図((a)は戻り水温、(b)は圧縮機運転周波回転数、(c)はヒータ80のON/OFF)、図7は熱源機30を1号機、2号機からN号機まで同時に運転制御する場合の接続方法を示す図、図8は熱源機30を架台60に設置した状態を示す斜視図、図9は架台60の斜視図、図10は熱源機30の斜視図、図11はサービスパネル90の拡大図である、図12はピークカット時間帯の通電遮断設定パターンを説明する図である。
図1において、ヒートポンプ式融雪装置20は、室外機15と温水ユニット16とが一体に組合された熱源機30を備える。室外機15と温水ユニット16の構成は後述する。
また、ヒートポンプ式融雪装置20は、温水ユニット16に収納される融雪用熱交換器(図示せず)に接続される融雪パイプ7aを有する融雪部7を備える。融雪部7には、地中の温度を検知する地中温度センサ17を設けてもよい。融雪部7は、住宅や店舗に近接接ししたて路面下に設置される。例えば住宅の玄関前や店舗入口前の路面を含む地中へ面の下に敷設される。
また、ヒートポンプ式融雪装置20は、温水ユニット16と融雪部7との間に、温水ユニット16から送出される2次熱媒体である温水(不凍液であり、2次熱媒体としての一例である)を加熱するヒータ80を備える。ヒータ80は、室外機15の能力を補うもので、融雪部7に送出するる温水が設定値された温度に達しない場合に動作させるものである。
また、ヒートポンプ式融雪装置20は、降雪を検知する降雪センサ14と、降雪センサ制御装置13とを備える。降雪センサ14は、屋根からの落雪や飛ばされてきた雪の影響を受けにくい屋外(例えば住宅の外壁面等)に設置されるが、熱源機30または後述する架台60に一体に設けてもよい。
温水ユニット16は、融雪部7から温水ユニット16に戻る戻り水(戻り2次熱媒体)の温度を検出する戻り水温センサ83(2次熱媒体温度センサの一例)を備える。
さらに、ヒートポンプ式融雪装置20は、住宅や店舗の室内に設置される熱源機リモコン19を備える。熱源機リモコン19は熱源機30を遠隔制御する。熱源機リモコン19は、ヒートポンプ式融雪装置20の入/切スイッチ(図示せず)を有する。この入/切スイッチを切にした場合は、ヒートポンプ式融雪装置20は、停止する。また、入/切スイッチを入にした場合は、熱源機30は降雪センサ14の制御信号に基づいて運転を行う。但し、ヒートポンプ式融雪装置20の据付時に、温水ユニット16が持つ2次熱媒体である水が循環する温水回路の予熱運転制御の有効/無効を切替える切替手段(予熱運転設定スイッチ90e(図11参照))が有効に設定された場合は、降雪センサ14の制御信号がオフOFFでも、温水ユニット16は動作する。また、戻り水温(戻り水温センサ83が検出する温度)が設定値された温度2(設定値2;例えば、0〜8℃)に達しない場合は、室外機15も動作する。
熱源機リモコン19は、表示部(図示せず)を有し、表示部はヒートポンプ式融雪装置20の運転の有無、異常等の表示を行う。
次に、ヒートポンプ式融雪装置20を運転するための電源について言及する。降雪センサ14用の電源は、通常の家庭用電源である。熱源機30用の電源は、専用の融雪用電源を使用することが多い。熱源機リモコン19の電源も融雪用電源を使用する。融雪用電源は、例えば16時から21時の間に、合計2時間のピークカットがある。ピークカットのパターンは15分単位で任意に選択可能である。
次に、図2により熱源機30の1次熱媒体である冷媒が循環する冷媒回路と前述した温水回路の構成を説明する。熱源機30の冷媒回路は、低温低圧のガス冷媒を吸入して圧縮し高温高圧のガス冷媒を吐出する圧縮機1と、冷媒の流れる方向を切り替える四方弁2と、融雪用の架台60のオプション部品として、雪よけの屋根82を用意している。屋根82は、熱源機30の上面に取り付けられる。屋根82により熱源機30への積雪を抑制できるので、前述した温水回路への不凍液または水の補充を行う場合に、温水回路中(例えば温水ユニット)に設けられ2次熱媒体である水(不凍液、またはブラインとも呼ばれ言い、具体的には、例えばプロピレングリコール30〜60%水溶液)と1次熱媒体である冷媒とが熱交換を行う融雪用熱交換器4(温水ユニット16に収納される)と、冷媒を膨張させる膨張機構である電子膨張弁5と、冷媒と外気が熱交換する室外熱交換器6とを順次接続して冷凍サイクルを構成する。圧縮機1、四方弁2、室外熱交換器6、電子膨張弁5は室外機15に設置される。融雪用熱交換器4は温水ユニット16に設置される。冷媒には、HFC系のR32、R410A、R404Aといった単一冷媒や混合冷媒、又は二酸化炭素、炭化水素等の自然冷媒を使用する。自然冷媒を用いることにより、地球環境保護により一層寄与することができる。
次に、本実施の形態における冷媒回路の構成を説明する。また、融雪用の温水回路の上部には(架台60のオプション部品として、雪よけの屋根82を用意している。屋根82は、熱源機30の上面に取り付けられる。屋根82により熱源機30への積雪を抑制できるので、前述した温水回路への不凍液または水の補充を行う場合に、温水回路中(例えば温水ユニット)に設けられ2次熱媒体回路)は、融雪用の温水(架台60のオプション部品として、雪よけの屋根82を用意している。屋根82は、熱源機30の上面に取り付けられる。屋根82により熱源機30への積雪を抑制できるので、前述した温水回路への不凍液または水の補充を行う場合に、温水回路中(例えば温水ユニット)に設けられ2次熱媒体)と冷媒とが熱交換を行う融雪用熱交換器4と、融雪部7の融雪パイプ7aと、温水を循環させるポンプ8とを備える。融雪用熱交換器4と、ポンプ8とが温水ユニット16に設けられる。
即ち、図2に示すように、圧縮機1の吐出側に一端が接続された四方弁2を介して室外熱交換器6が接続される。この室外熱交換器6に電子膨張弁5を介して融雪用熱交換器4が接続され、この融雪用熱交換器4の他端は四方弁2に接続されて冷媒回路が構成される。ここで、四方弁2は融雪運転で室外熱交換器に着いた霜によって融雪能力が低下するためにある程度定期的に実施する霜取り運転で冷媒の流れを切り替えるために使用される。
一方、融雪用の温水回路は前述の融雪用熱交換器4と、融雪部7の融雪パイプ7aと、温水を循環させるポンプ8とを備える。融雪部7の融雪パイプ7aの一端は、融雪用熱交換器4に接続され、他端はポンプ8を介して融雪用熱交換器4に接続され架台60のオプション部品として、雪よけの屋根82を用意している。屋根82は、熱源機30の上面に取り付けられる。屋根82により熱源機30への積雪を抑制できるので、前述した温水回路への不凍液または水の補充を行う場合に、作業性が向上する。温水回路中(例えば温水ユニット)に設けられ、2次熱媒体である温水を循環する構成である。融雪用熱交換器4と、ポンプ8とが温水ユニット16に設けられる。
図3によりヒートポンプ式融雪装置20の制御入出力演算動作の概要を説明する。熱源機制御装置50は、熱源機リモコン19、及び各センサからの信号が入力される入力部51と、入力部51に入力された信号に基づいてヒートポンプ式融雪装置20の運転に必要な指令を演算する演算部52と、この指令を冷媒回路及び温水回路に出力する出力部53とを備える。
熱源機リモコン19は、融雪部7から温水ユニット16、詳しくは温水ユニット16に設けられたポンプに戻る戻り水(戻ってくる2次熱媒体の)温度を設定する設定部である水温設定部19aと、ヒートポンプ式融雪装置20の運転の入/切を切替える入/切切替部19bと、ヒートポンプ式融雪装置20の異常を表示する異常表示部19cとを備える。
熱源機リモコン19の製品の一例を図4に示す。水温設定部19aは、この例では温水温度を約4目盛相当連続的に変化させることができる。
入/切切替部19bは、例えば熱源機30の入/切の設定ができるスイッチである。スイッチを切に設定した場合は、ヒートポンプ式融雪装置20は全ての動作を停止する。スイッチを入に設定した場合は、既に若干触れたが、降雪センサ制御装置13からオンON信号が熱源機制御装置50の入力部51に送信された場合、熱源機30は融雪運転を行う。また、降雪センサ制御装置13からオフOFF信号が熱源機制御装置50の入力部51に送信された場合でも、ヒートポンプ式融雪装置20の据付時に予熱運転制御が有効に設定されている場合は、少なくとも温水ユニット16は運転を行う。戻り水温センサ83の検出値が設定値(設定された温度)より低い場合は、室外機15も運転を行う。
異常表示部19cは、図4の例では、運転中はランプが点灯する。停止中はランプが消灯する。温水回路を循環する循環液(2次熱媒体である温水)の量が不足するとランプが1回点滅する。この場合は、使用者等が循環液の補充を行う。また、部品の不具合が発生すると2〜7回点滅する。点滅回数で、どの部品に不具合があるか解るようになっている。
熱源機リモコン19の水温設定部19aから温水温度の設定値が熱源機制御装置50の入力部51に送信される。また、入/切切替部19bから、ヒートポンプ式融雪装置20の運転の入/切の信号が熱源機制御装置50の入力部51に送信される。
降雪センサ14は、水分センサ14aと降雪センサ用外気温度センサ14bとを備える(図3)。降雪センサ14は、水分と外気温(0℃以下)を検知した場合に降雪状態とみなし降雪信号を出力する。また、降雪センサ14は、赤外線を利用するもの等他の方式のものであってもよく、その出力が降雪の検出時に無電圧の接点であるものがよい。
降雪センサ制御装置13に、降雪センサ14と地中温度センサ17との信号が入力される。降雪センサ制御装置13は、熱源機制御装置50の入力部51と有線で接続されている。具体的には、室外機15内制御部の運転指令入力用端子台と降雪センサ制御装置13とが有線で接続されている。
降雪センサ制御装置13からの熱源機制御装置50の入力部51への信号は、以下の通りである。
(1)降雪センサ制御装置13が自動設定の場合
降雪センサ制御装置13が降雪を検出すると、熱源機制御装置50の入力部51へ運転指令を送信する。
降雪センサ制御装置13が降雪を検出しない場合は、熱源機制御装置50の入力部51へ運転指令を送信しない。
(2)降雪センサ制御装置13が連続設定の場合
使用者が降雪センサ制御装置13で融雪運転を指令するため、降雪の有無に関係なく降雪センサ制御装置13は熱源機制御装置50の入力部51へ運転指令を送信する。
温水ユニット16に設けられた戻り水温センサ83の信号が、熱源機制御装置50の入力部51へ送信される。例えば、予熱運転が設定されている場合、降雪センサ制御装置13からの運転指令がない場合でも、戻り水温センサ83が検知する温水ユニット16(ポンプ8)への戻り水温センサ83が検知する戻り水温が設定値2された温度(設定値2;例えば、0〜8℃)以上になるように熱源機30を運転する。予熱運転は、ヒートポンプ式融雪装置20の融雪運転の立上りを早くするために行うものである。
冷媒回路の室外熱交換器6の吸入側に外気温度センサ31が設けられる。また、電子膨張弁5と室外熱交換器6との間の冷媒配管に冷媒温度センサ32(霜取りセンサとも呼ぶ)が設けられる(図2)。冷媒温度センサ32の位置は、電子膨張弁5と室外熱交換器6の中間付近との間であれば何処でもよい。
通常、ヒートポンプ式融雪装置20は、定期的に室外熱交換器6の霜取りを行う。しかし、外気温度が低い場合は、空気中の水分が少ないため室外熱交換器6に霜が付き難い。そこで、外気温度が低い場合は、室外熱交換器6の霜の付着状態を見て、必要な場合に霜取りを行う。室外熱交換器6の霜の付着状態を、外気温度センサ31と冷媒温度センサ32とを用いて間接的に検出する。室外熱交換器6に着霜すると熱交換性能が悪化する。そのため、室外熱交換器6の冷媒温度は低下する。例えば、外気温度センサ31と冷媒温度センサ32との温度差を演算し、この温度差が所定値(例えば、10℃deg)を超えた場合、霜取りが必要と判断する。
熱源機制御装置50は、熱源機リモコン19、及び各センサから入力部51に入力される信号に基づいて、演算部52においてヒートポンプ式融雪装置20の運転に必要な演算を行う。演算結果は、出力部53から熱源機リモコン19、室外機15の冷媒回路の各要素(圧縮機1、四方弁2、電子膨張弁5)、温水ユニット16のポンプ8へ送信される。
図3に示すように、熱源機制御装置50は、出力部53から次号熱源機への運転指令95を出力する機能を持つ。この機能は、熱源機30を複数台使用する場合に必要となるものである。降雪センサ制御装置13から受けた自らの運転指令と同じ運転指令を次号熱源機へ出力する。
次に、ヒートポンプ式融雪装置20の動作について説明する。融雪運転時には、圧縮機1から出た高温高圧の冷媒は融雪用熱交換器4で2次熱媒体である水(不凍液)に放熱して凝縮液化する。その後、電子膨張弁5で低圧低温の二相冷媒となり、室外熱交換器6へ流入、ここで外気から吸熱して冷媒は蒸発ガス化して再び圧縮機1へ戻る。
高圧冷媒を低圧冷媒に膨張させる膨張機構である電子膨張弁5は、圧縮機1出口の配管温度(吐出管温度)または圧縮機1頂部のシェル温度が予め設定されている目標温度となるようにその開度をフィードバック制御する。
融雪用熱交換器4の温水コイルで概20〜40℃程度に加熱された温水は、温水ポンプ8によって室外機15から融雪部7に敷設された融雪パイプ7aに流入する。融雪部7は住宅の玄関前や駐車スペースおよびこれらと道路との間のアプローチ部分、さらには店舗入口前などの地面(路面を含む)の下に設置されており、融雪パイプ7a内を循環する温水からの放熱によって、雪が積もらないよう設置した地表面が0℃より高い温度に維持される。
熱源機制御装置50による熱源機30の運転(融雪用熱交換器4での熱交換運転)は、以下の場合に実施される。熱源機リモコン19の運転スイッチが入で、
(1)降雪を検出した降雪センサ制御装置13からの運転指令を受けた場合;
(2)使用者が降雪センサ制御装置13で融雪運転を指令した場合;
(3)使用者が予熱運転を設定している場合。
予熱運転は、降雪センサ制御装置13からの運転指令がない場合でも温水ユニット16への戻り水温(戻り2次熱媒体の温度)がある設定温度以上になるように運転する。路盤設置した地面(路面を含む)の表面温度を0℃以上に保つことで、非降雪時の地面や路面の凍結を防ぐと共に、地盤や路盤の蓄熱効果により降雪時の素早い融雪を可能とする。予熱運転時は、省電力の観点から、効率の悪いヒータ80は使用しない。
熱源機30の運転制御フローは、図5のようになる。先ず、S10において、熱源機30の立ち上げ処理を行う。立ち上げ処理は、例えば電子膨張弁5、マイコン(熱源機制御装置50等の)の初期設定等である。S11で外部運転指令(降雪センサ制御装置13からの指令)がONか判断し、ONの場合はS12に進み、戻り水温が設定された温度(設定値1;(例えば、10〜25℃))と比較する。戻り水温が設定値1以上であれば、S30に進み停止処理を行う。停止処理は、例えば次回の始動時に圧縮機1が始動しやすいように、電子膨張弁5を開けて冷媒回路を均圧化する処理である。S12で戻り水温が設定値1未満であれば、S13に進み熱源機30が運転中か判断する。熱源機30が運転中であれば、戻り水温と設定値1との温度差に応じた圧縮機1の容量制御を行う(S15)。S15からは、S11に戻る。
S11で外部運転指令(降雪センサ制御装置13からの指令)がOFFの場合は、S16に進み熱源機30の予熱運転設定が有効か判断する。予熱運転設定が有効の場合は、S17に進み戻り水温と設定された温度(設定値2(;例えば、0〜8℃)とを比較する。戻り水温が設定値2以上であれば、S30で停止処理を行う。S17で戻り水温が設定値2未満であれば、S18に進み熱源機30が運転中か判断する。熱源機30が運転中であれば、S19に進み戻り水温と設定値2との温度差に応じた圧縮機1の容量制御を行う(S19)。S19からは、S11に戻る。
S18で熱源機30が停止中であれば、熱源機30を運転する(S20)。S20からS19に進む。
S16で予熱運転が無効の場合は、S21に進み室外熱交換器6の霜取り運転を行う。霜取り運転終了後、S30に進み停止処理を行う。
温水回路に設けられるヒータ80の動作を説明する。省電力の観点から、効率の高い熱源機30を優先して運転する。熱源機30のみではどうしても戻り水の温度が設定値に達しない場合だけヒータ80を動作させるのが、基本である。
図6に示すように、時刻t1で、降雪センサ制御装置13がON信号を熱源機制御装置50へ送信すると熱源機30が運転を開始する。室外機15の圧縮機1が始動し、その運転周波数回転数を徐々にあげる。そして、最大周波数回転数である、例えば115Hzrpsで運転を続ける(図6(b))。
温水ユニット16に設けられた戻り水温センサ83が検出する戻り水温は図6(a)に示すように徐々に上昇する。時刻t2(所定時間)になっても、戻り水温が設定温度(例えば、20℃)に達しない場合は、熱源機制御装置50が熱源機30のみでは能力が不足していると判断し、ヒータ80をONする(図6(c))。
時刻t3で戻り水温が設定温度に近づいた場合、ヒータ80をOFFする(図6(c))。このとき圧縮機1の運転周波数回転数は、最大周波数回転数を所定時間維持する。
戻り水温が設定温度を超えた場合は、圧縮機1の運転周波数回転数を徐々に下げながら、圧縮機1は最終的に停止する(時刻t4)。
その後、戻り水温は徐々に低下し、予め設定された温度まで低下した場合、圧縮機1を再び始動させる(時刻t5)。圧縮機1が停止中でも温水ユニット16は運転を継続する。
圧縮機1の運転周波数を徐々に上げる。そして、最大周波数である、例えば115Hzで運転を続ける(図6(b))。温水ユニット16に設けられた戻り水温センサ83が検出する戻り水温は図6(a)に示すように一旦は時刻t5後も慣性により低下するが、その後しばらく低下した後徐々に上昇する。そして時刻t6(所定時間)になっても、戻り水温が設定温度(例えば、20℃)に達しない場合は、熱源機制御装置50が熱源機30のみでは能力が不足していると判断し、ヒータ80をONする(図6(c))。
時刻t7で戻り水温が設定温度に近づいた場合、ヒータ80をOFFする(図6(c))。このとき圧縮機1の運転周波数回転数は、最大周波数回転数を所定時間維持する。
戻り水温が設定温度を超えた場合は、圧縮機1の運転周波数回転数を徐々に下げながら、圧縮機1は最終的に停止する(時刻t8)。
以後は、上記の動作を繰り返す。
次に、室外機15の室外熱交換器6に付着する霜取りについて説明する。室外熱交換器6は、融雪運転において蒸発器として作用するので、室外空気中の水分が霜として室外熱交換器6に付着する。この室外熱交換器6に付着した霜を取る霜取り運転を定期的に行うことが避けられない。大気(外気である室外空気)を熱源とするヒートポンプ式融雪装置20において欠かせない霜取り制御を最適化し、ヒートポンプの能力を最大限発揮すると共にエネルギ効率の高いヒートポンプ式融雪装置20を得る。
霜取り運転は、冷媒回路の四方弁2を切替えて、圧縮機1から吐出される高温・高圧の冷媒ガスを室外熱交換器6に流し、温水(2次熱媒体)から採熱した熱により室外熱交換器6の霜を溶かす。この霜取り運転中、温水回路のポンプ8を動かす。温水の熱を利用して室外熱交換器6の霜を早く溶かすのが目的である。
室外熱交換器6が着霜状態で熱源機30が停止すると、次の融雪運転開始時に適正な能力を発揮できないので、熱源機30は、できるだけ霜がない状態で次の運転を開始するようにしたい。そこで、降雪センサ制御装置13からの運転OFF信号を受信した直後に霜取り運転に入るように、熱源機制御装置50が冷媒回路等を制御する。降雪センサ制御装置13からの運転OFF信号が送信されるのは、例えば雪が止んだ時であり、このとき融雪用熱交換器4が蒸発器として作用して温水を冷しても影響は少ない。また、本実施の形態では、四方弁2によって冷媒流路を切り替える霜取り方式で説明したが、圧縮機1の吐出冷媒配管と、室外熱交換器6と電子膨張弁5との間の配管を接続し、圧縮機1の吐出冷媒のエネルギで室外熱交換器6を霜取りする方式等、他の霜取り方式を採用しても構わない。
次に、温水回路について説明する。温水回路の融雪パイプ7aには、架橋ポリエチレン管を使用する。架橋ポリエチレンとは、熱可塑性プラスチックとしての鎖状構造ポリエチレンの分子同士の所々を結合させて、立体の網目構造にした超高分子量のポリエチレンを言う。従って、架橋反応が終了した時点でポリエチレンは、恰も熱硬化性樹脂のような立体網目構造となり、耐熱性、クリープ性能とも向上する。
原料ポリエチレンの有する長所は、以下の通りである。
(1)軽い;
(2)柔軟性がある;
(3)耐食性に優れる;
(4)耐衝撃性に優れる;
(5)低温特性に優れる;
(6)電気特性に優れる(電気腐食を受けない)。
架橋によりさらに以下の性能が向上する。
(7)耐ESC(環境応力亀裂)が向上する;
(8)クリープ性能が向上する;
(9)耐薬品性が向上する;
(10)耐熱老化性が向上する。
架橋ポリエチレンは、このような性能を有するため、架橋ポリエチレン管は以下のような特徴特長がある。
(1)酸・アルカリ・耐薬品性などに優れた耐食性を示し、錆びの心配がない。
(2)水道水に含まれている塩素にも、優れた耐食性を持っている。
(3)耐寒性、耐熱性に優れている。
(4)パイプの内側は、非常に円滑で摩擦抵抗が小さく、スケールが付着しにくい。
(5)電気絶縁性に優れているので、金属管のような電食の心配がない。
(6)化学的に安定しており、水質に影響を及ぼさない安全なパイプである。
(7)水道用はもちろん、給湯用として長期間利用できる。
(8)樹脂材料の課題とされる環境応力亀裂(ESC)に対し、優れた性能を有し、長期にわたって劣化が少ない。
(9)長期にわたってパイプ内に圧力をかけたまま放置した場合に起こる塑性変形量(クリープ現象)が小さく、破損しにくい。
(10)材質自体が軽量・柔軟であり、取り扱いやすい。パイプは長尺であり中間接続が不要になり、施工が極めて簡単である。
但し、架橋ポリエチレン管は、酸素透過性がある。そのため、温水回路内に圧力を加えて密閉化しても、架橋ポリエチレン管を温水中の酸素がが酸素透過性を有するしてしまうため圧力を維持できない。
従って、施工性・耐久性に優れ、安価な架橋ポリエチレン管を融雪パイプ7aに使用する本実施の形態のでは、温水回路は密閉式ではなく、開放式とする。開放式温水回路とは例えば、2次熱媒体である不凍液が循環する温水回路の一部を構成するし、2次熱媒体である不凍液を貯留するタンクにおいて、そのタンクの一部が大気に開放されているものである。開放式温水回路の場合、密閉式回路で必要となる圧力計、膨張タンク、逃がし弁等の部材を必要としないから、施工性を向上させると共に初期コストを削減させることができるという効果がある。メンテナンス性については、例えば、温水である不凍液の量が何らかの原因で不足する場合、既に述べたように熱源機リモコン19の異常表示部19cに2次熱媒体である不凍液の量が不足していることが表示されるので、開放式であれば、使用者でも簡単に不凍液を補充できる。補充するのは実際には水である。蒸発して不足するのは水だからである。
一方、2次熱媒体である温水回路中の不凍液の濃度調整や水の補給(水だけの補給を含む)等の手間を省略することに重きを置く場合には、温水回路を密閉式や半密閉式にすると良い。この場合、圧力計、膨張タンク、逃がし弁等の部材が必要となるので初期コストは上がるが、温水回路中の水の蒸発量は開放式よりは少なくなり、メンテナンスの回数は開放式よりも削減できる。
次に、融雪電力について説明する。既に若干触れているが、ヒートポンプ式融雪装置20の使用者に供給される融雪電力には、例えば夜間(16−21時)に計2時間のピークカットが義務づけ強いられる。ピークカットのパターンは15分単位で任意に選択可能である。
ピークカット時間帯のヒートポンプ式融雪装置20の運転時間は30分以上となるように電力会社と契約する(図12参照)。例えば、
(1)30分停止−30分運転のサイクルを4回。
(2)60分停止−60分運転のサイクルを2回。
そして、上記(1)30分停止−30分運転のサイクルを4回で契約した場合は、30分運転の最後の約5分を霜取り運転に充てる。これにより、ピークカット前に室外熱交換器6に着霜していても確実に除霜できる。
ピークカット時間帯(16−21時)に融雪運転を行う場合は、停電があるためヒートポンプ式融雪装置20は停電自動復帰機能を備える必要がある。
停電自動復帰機能とは、ヒートポンプ式融雪装置20の使用者が何もしなくても、停電が復帰したとき自動的にヒートポンプ式融雪装置20が運転を再開することができる機能をいう。例えば、熱源機制御装置50が、停電前の降雪センサ制御装置13からの運転指令を記憶しておき、停電復帰後その運転指令に基づいてヒートポンプ式融雪装置20が自動的に運転を再開する。
熱源機30と、降雪センサ制御装置13及び熱源機リモコン19とが無線で信号のやり取りを行う場合、また有線の場合でも指令がパルス等で単発的に行われる場合でも、上記停電自動復帰機能を備えれば、停電復帰後、使用者は何もしなくてもヒートポンプ式融雪装置20の運転を自動的に再開することができる。
本実施の形態の融雪用ヒートポンプ式の熱源機30は、停電が復帰して停電前と同様に運転を再開した場合、その20〜25分後に必ず霜取り運転に入るようプログラムされている。融雪電力のように、ピークカットがある電源が供給されている場合、電力供給遮断のタイミングは熱源機では判断ができないため、熱交換器に多量の霜をつけた状態で電力供給が遮断されることが考えられる。さらに外気温度が0℃以下の場合、熱交換器の霜は外気では融けないため、ピークカット時間中も霜付き状態のまま電源復帰によって運転を再開するケースが考えられる。このような場合、電力供給が開始されても熱交換器の通風が悪いため外気から採熱することができず、温水温度が上昇せず、融雪が不可能となる。さらに、そのまま運転を続けて次回のピークカット時間を迎えると、熱交換器の霜付きを解消することなく、ピークカット時間帯中融雪能力が全く発揮できなくなる恐れがある。そこで、本実施の形態の融雪用ヒートポンプ式の熱源機30は、停電が復帰して停電前と同様に運転を再開した場合、その20〜25分後に必ず霜取り運転に入ることで、ピークカット時間帯中の次回以降の通電時間帯開始時には熱交換器に霜が付いていないので適切な融雪能力を発揮させることができるという効果がある。
融雪面積が広く複数の融雪用ヒートポンプ式の熱源機30を使用する場合には、複数の熱源機30を一つの降雪センサ制御装置13で同時に運転制御したい。ところが、一般に市販されている降雪センサ14および降雪センサ制御装置13からの運転出力は極性のない無電圧a接点である。そのため、熱源機制御装置50の入力部51の運転指令入力端子を渡り配線すると、熱源機30同士の入力回路が閉ループを構成してしまい、連続運転になってしまうという課題が生じる可能性があった。
そこで、本実施の形態では熱源機制御装置50の出力部53に次号機への運転指令出力端子(無電圧a接点出力)を新たに設け、この端子と次号機の熱源機制御装置50の入力部51の運転指令入力端子とを無極性で接続する構成とした。
図7に熱源機30を1号機、2号機からN号機まで同時に運転制御する場合の接続方法を示す。降雪センサ制御装置13の出力部13aと熱源機(1号機)30−1内に設けられている熱源機(1号機)制御装置50−1の入力部51−1の運転指令入力端子とを二芯の有線で接続する。次に熱源機(1号機)制御装置50−1の出力部53−1に設けられている次号機への運転指令出力端子と熱源機(2号機)制御装置50−2の入力部51−2の運転指令入力端子とを二芯の有線で接続する。以下、同様に熱源機(N号機)制御装置50−Nの出力部53−Nに設けられているN+1号機への運転指令出力端子と熱源機(N+1号機)制御装置50−N+1の入力部51−N+1の運転指令入力端子とを二芯の有線で接続する。このように構成・接続することにより、無電圧a接点出力を有する市販の降雪センサ14および降雪センサ制御装置13を1台でN台の熱源機30を制御することができる。
次に、熱源機30の設置について説明する。図8は熱源機30を架台60に設置する状態を示す斜視図、図9は架台60の斜視図である。図8に示すように、室外機15と温水ユニット16とを備える熱源機30は、架台60に設置される。
架台60は、室外機15底面を設置する部分を、地面から離して設置する。脚部62の長さを、例えば800mmにするが好ましいが、実用上は500mm以上あればよい。何故このような構成にするかというと、室外機15の霜取りで発生するドレン水が室外機15底面から下方に滴下するが、外気が低いためこのドレン水が凍結する。ドレン水が凍結した氷は、室外機15底面から地面に略円錐状に成長する。
1回の霜取り運転で、発生するドレン水の量は、一例では約1,000gである。ヒートポンプ式融雪装置20の1シーズンの総運転時間は、例えば約500500時間である。霜取り間隔が3050分とすると、霜取り回数は約1000600回となる。従って、1シーズンの除霜に伴い発生するドレン水の総量は、約440600kgとなる。この約440600kgのドレン即ち水の全てが架台60の下部で凍結するわけではなく、地中に浸透したり排水又は蒸発するのでその半分約1/3程度(約220200kg)が凍結し、且つ略円錐状に氷が成長すると仮定する。その場合、底面の直径約1mの略円錐状に氷の高さは約500800mmとなる。従って、脚部62の長さは、例えば800mmにするのが好ましい。但し、ドレン水は実際にはきれいな円錐状に凍るわけではなく横へ広がりもするので、フィールドテスト時の観察等により実用上は500mm以上あればよい。
このように架台60の熱源機30の底面を設置する部分の高さを、地面から500mm以上することで、凍結したドレン水が熱源機30まで到達することを避けることができる。凍結したドレン水が熱源機30まで到達してしまうと、熱源機30からドレン水が落下できずに熱源機30の底面等に溜まってそこで氷結してしまう。い、すると室外送風機(図示せず)が回転時に氷結したドレン水に接触して破損してしまったり、室外熱交換器6の表面でドレン水が氷結してしまい、室外熱交換器6での熱交換が阻害されたりしてしまう。また氷結したドレン水が室外熱交換器6を構成する冷媒管(通常は銅管)を破損して冷媒が漏れてしまう。が、架台60の熱源機30の底面を設置する部分の高さを、地面から500mm以上にすることで、このような問題の発生を回避することができる。また凍結したドレン水が熱源機30の底面に接触して熱源機30を倒したり、あるいは架台60までも倒したりしてしまうことも避けることができる。なお、脚部62の長さを2000mm以上にすると、熱源機30の据付性が悪くなると共に、脚部62の強度が不十分となる恐れがあるので、脚部62の長さは、2000mm以下とする。
架台60は、室外機15の室外熱交換器6で冷媒と熱交換するための空気を吸込みむ側に雪の吹き込みを防止するL字状の防雪フード61(防雪部材の一例)を備える。防雪フード61により、雪が熱源機30の室外熱交換器6に侵入して風路を閉塞することに伴って、室外熱交換器6の性能が低下するのを抑制する。
また、架台60には、脚部62が例えば4本ある。これらの4本の脚部62は、略直方体を形成するように配置される。従って、そこの直方体の天面と底面を除く、4面には強度確保の筋交いがあるため、見栄えが悪い。何もない。そこで、正面、二つの側面に化粧パネルを設ける。正面には、化粧パネル(正面)70a、二つの側面には化粧パネル(側面)70bを設ける。架台60の裏面は、室外機15の吸込み側である。空気の吸込みに影響しないように架台60の裏面は、化粧パネルで塞がない方がよい。但し、裏面に化粧パネルを付けたい場合は、化粧パネル(正面)70aまたは、化粧パネル(側面)70bのうちの少なくとも一面は取り付けない。このように、架台60の脚部62に化粧パネルを取り付ける場合は三面以内として、必ず一面を開けて室外熱交換器6の吸い込み風量を確保する。下方に隙間があるので、裏面にも化粧パネルを付けてもよい。
架台60のオプション部品として、雪よけの屋根82を用意している。屋根82は、熱源機30の上面に取り付けられる。屋根82により熱源機30への積雪を抑制できるので、前述した温水回路への不凍液または水の補充を行う場合に、温水回路中(例えば温水ユニット)に設けられた給水口(図示せず)を開け易いなど、メンテ性や施工性において作業性を向上させられる。
次に熱源機30のサービスパネル90について説明する。図10に示すように、熱源機30はサービスパネル90を有する。図10ではサービスパネル90のカバーは取り外している。また、図10では、温水ユニット16にサービスパネル90を設けているが、室外機15に設けてもよい。
図11に示すように、サービスパネル90には、施工時に必要なスイッチや端子台等がまとめて配置されている。ポンプ試運転スイッチ90aは、温水ユニット16のポンプ8の試運転を行うスイッチである。電源端子台90bには、融雪電力が供給される電源が接続される。降雪センサ制御装置端子台90cは、降雪センサ制御装置13が有線で熱源機30に接続される端子台である。熱源機リモコン接続端子台90dは、熱源機リモコン19が有線で熱源機30に接続される端子台である。予熱運転設定スイッチ90eは、温水ユニット16が持つ温水回路の予熱運転制御の有効/無効を切替える切替手段である。通常、据付時に据付業者が設定を行う。ヒータ接続端子90fは、温水回路のヒータ80を接続する端子である。次号熱源機運転指令出力端子90gは、次号熱源機への運転指令95を出力する端子である。このように施工、初期設定に必要な操作部、接続部をひとつのサービスカバーの内側に集中して配置したので、施工、サービス時にカバーを一箇所外すだけで簡単に取り扱うことができる。
また、熱源機30は、ベース(例えば、室外機15の底板)が霜取り時に発生するドレン水の凍結を防止するベース凍結防止装置(図示せず)を有する。ベース凍結防止装置は、ヒータ又は冷媒配管(高温の冷媒が通る)で構成される。
なお上記した実施の形態では、熱源機は温水ユニット16と室外機15と2つのユニットから構成したが、温水ユニット16および室外機15とを別々の構成を分ける必要はなく、両ユニットの構成部品を始めから別々のユニットに分けずに一体的に構成して熱源機30としてもよい。
このように温水ユニット16と室外機15を分けずに、一体的に熱源機30を構成したヒートポンプ式融雪装置であっても、上記した実施の形態同様に動作する。その際温水ユニット16の運転/停止をポンプ8の運転/停止と読み替え、室外機15の運転/停止を圧縮機1や室外送風機(図示せず)の運転/停止と読み替えればよい。
また温水ユニット16は室外機15の上に配置されていなくてもよい。例えば温水ユニット16を室外機15の右側面に配置してもよく、このように構成すると2次熱媒体である不凍液の注入、補給口が比較的低い位置に配置されるので、熱源機30が比較的高さのある架台60に載った状態でのメンテや施工行時の作業性が向上する。
また熱源機30が架台60の上に設置されていたが、住宅や店舗の外壁面から水平方向に支持部材を設置して、そこに熱源機30を設置してもよい。この場合、住宅や店舗の外壁面がある程度防雪の役目を果たすので防雪フード61が不要となり、熱源機30の設置の作業性が向上する。この場合でも、熱源機30の下面は、地表面から500mm以上、より好ましくは800mm以上離して設置するのがよいのは上記した架台60の場合と同様である。
1 圧縮機、2 四方弁、4 融雪用熱交換器、5 電子膨張弁、6 室外熱交換器、7 融雪部、7a 融雪パイプ、8 ポンプ、13 降雪センサ制御装置、13a 出力部、14 降雪センサ、14a 水分センサ、14b 降雪センサ用外気温度センサ、15 室外機、16 温水ユニット、17 地中温度センサ、19 熱源機リモコン、19a 水温設定部、19b 入/切切替部、19c 異常表示部、20 ヒートポンプ式融雪装置、30 熱源機、31 外気温度センサ、32 冷媒温度センサ、50 熱源機制御装置、50−1 熱源機(1号機)制御装置、50−2 熱源機(2号機)制御装置、50−3 熱源機(3号機)制御装置、50−N 熱源機(N号機)制御装置、51 入力部、51−1 入力部、51−2 入力部、51−3 入力部、51−N 入力部、52 演算部、52−1 演算部、52−2 演算部、52−3 演算部、52−N 演算部、53 出力部、53−1 出力部、53−2 出力部、53−3 出力部、53−N 出力部、60 架台、61 防雪フード、62 脚部、70a 化粧パネル(正面)、70b 化粧パネル(側面)、80 ヒータ、82 屋根、83 戻り水温センサ、90 サービスパネル、90a ポンプ試運転スイッチ、90b 電源端子台、90c 降雪センサ制御装置端子台、90d 熱源機リモコン接続端子台、90e 予熱運転設定スイッチ、90f ヒータ接続端子、90g 次号熱源機運転指令出力端子、95 次号熱源機への運転指令。