JP2011237111A - ヒートポンプ温水暖房装置 - Google Patents

Abstract

【課題】暖房負荷が小さいときなどに、温水の往き温度に比べて目標吐出温度が高すぎてＣＯＰが悪化してしまう。
【解決手段】目標戻り温度と目標吐出温度とを設定するとともに、吐出温度センサ８で検出する吐出温度が目標吐出温度となるように減圧手段３の開度を制御し、かつ、戻り温度センサ１５で検出する戻り温度が目標戻り温度となるように圧縮機１の作動周波数を制御する制御手段１７を備えたヒートポンプ温水暖房装置において、制御手段１７は、往き温度に応じた目標吐出温度の関係を予め記憶し、暖房運転の安定時に往き温度センサ１４で検出した往き温度に応じた目標吐出温度を再設定するようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、ヒートポンプによって温水暖房端末器へ循環する温水を加熱するヒートポンプ温水暖房機に関するものである。

従来よりもこの種のヒートポンプ温水暖房機においては、冷媒を圧縮する作動周波数可変の圧縮機、暖房用温水を加熱するための温水熱交換器、冷媒を減圧する開度制御可能な減圧手段、冷媒を蒸発させる熱源熱交換器を環状に接続したヒートポンプ回路と、温水暖房端末器と前記温水熱交換器とを接続する温水循環回路と、前記温水循環回路の温水を循環させる循環ポンプと、前記圧縮機から吐出する冷媒の温度を検出する吐出温度センサと、前記温水熱交換器へ流入する温水の温度を検出する戻り温度センサと、目標戻り温度と目標吐出温度とを設定するとともに、前記吐出温度センサで検出する吐出温度が目標吐出温度となるように減圧手段の開度を制御し、かつ、前記戻り温度センサで検出する戻り温度が目標戻り温度となるように前記圧縮機の作動周波数を制御する制御手段とを備えたものがあった。

特開２００５−１８８８２０号公報

この従来のものでは、暖房運転の立ち上げ後の定常運転時の目標吐出温度が固定されているため、秋口や春先の暖房負荷が冬季に比べて小さいときなどに、温水の往き温度に比べて目標吐出温度が高すぎてＣＯＰ（エネルギー消費効率）が悪化してしまうという課題があった。

本発明は上記課題を解決するため、冷媒を圧縮する作動周波数可変の圧縮機、暖房用温水を加熱するための温水熱交換器、冷媒を減圧する開度制御可能な減圧手段、冷媒を蒸発させる蒸発器を環状に接続したヒートポンプ回路と、温水暖房端末器と前記温水熱交換器とを接続する温水循環回路と、前記温水循環回路の温水を循環させる循環ポンプと、前記圧縮機から吐出する冷媒の温度を検出する吐出温度センサと、前記温水熱交換器へ流入する温水の温度を検出する戻り温度センサと、目標戻り温度と目標吐出温度とを設定するとともに、前記吐出温度センサで検出する吐出温度が前記目標吐出温度となるように前記減圧手段の開度を制御し、かつ、前記戻り温度センサで検出する戻り温度が前記目標戻り温度となるように前記圧縮機の作動周波数を制御する制御手段とを備えたヒートポンプ温水暖房装置において、前記温水熱交換器から流出する温水の温度を検出する往き温度センサを設け、前記制御手段は、往き温度に応じた目標吐出温度の関係を予め記憶し、暖房運転の安定時に前記往き温度センサで検出した往き温度に応じた目標吐出温度を再設定するようにした。

また、冷媒を圧縮する作動周波数可変の圧縮機、暖房用温水を加熱するための温水熱交換器、冷媒を減圧する開度制御可能な減圧手段、冷媒を蒸発させる蒸発器を環状に接続したヒートポンプ回路と、温水暖房端末器と前記温水熱交換器とを接続する温水循環回路と、前記温水循環回路の温水を所定の循環量で循環させる循環ポンプと、前記圧縮機から吐出する冷媒の温度を検出する吐出温度センサと、前記温水熱交換器へ流入する温水の温度を検出する戻り温度センサと、目標戻り温度とこの目標戻り温度に応じた目標吐出温度とを設定するとともに、前記吐出温度センサで検出する吐出温度が目標吐出温度となるように減圧手段の開度を制御し、かつ、前記戻り温度センサで検出する戻り温度が目標戻り温度となるように前記圧縮機の作動周波数を制御する制御手段とを備えたヒートポンプ温水暖房装置において、前記温水熱交換器から流出する温水の温度を検出する往き温度センサを設け、前記制御手段は、往き温度に応じた目標吐出温度の関係を予め記憶し、暖房運転の安定時に前記往き温度センサで検出した往き温度に応じた目標吐出温度を再設定するようにした。

また、前記制御手段が記憶している往き温度に応じた目標吐出温度の関係は、往き温度が低い程目標吐出温度が低くなる関係である。

また、前記制御手段は、前記往き温度センサが検出する往き温度、または、前記圧縮機の作動周波数が一定時間所定の範囲内に収まったことを検知すると暖房運転が安定したと判断するようにした。

以上のように、本発明によれば、温水の往き温度と冷媒の吐出温度の関係を最適な状態に維持することができ、暖房負荷の大小に関わらず定常運転時のＣＯＰを向上させることができる。

本発明の一実施形態の概略構成図 同一実施形態の作動を説明するためのタイムチャート 同一実施形態の作動を説明するためのフローチャート

本発明のヒートポンプ温水暖房装置の実施形態を図面に基づいて説明する。
１は冷媒を圧縮する作動周波数可変の圧縮機、２は圧縮機１で高温高圧にされた冷媒と暖房用の循環水とを熱交換する温水熱交換器、３は熱交換後の冷媒を減圧する開度可変の減圧手段としての電子膨張弁、４は減圧手段３で減圧された冷媒を蒸発させる蒸発器としての空気熱交換器、であり、これらを冷媒配管５で環状に接続してヒートポンプ回路６を構成している。

７は空気熱交換器４へ熱源空気を強制送風するための送風機、８は圧縮機１から吐出される冷媒の温度を検出する吐出温度センサ、９は空気熱交換器４の熱源の温度を検出する熱源温度センサとしての外気温度センサである。

１０は温水暖房端末器としての床暖房パネル、１１は床暖房パネル１０と温水熱交換器２とを環状に接続する温水循環回路、１２は温水循環回路１１途中に設けられ温水を循環させる循環ポンプ、１３は加熱された暖房用の循環水の膨張を吸収するための膨張タンクである。１４は温水熱交換器２で加熱された循環水の温度を検出する往き温度センサ、１５は床暖房パネル１０で放熱して戻ってきた循環水の温度を検出する戻り温度センサである。

１６はこのヒートポンプ温水暖房装置の運転指示や暖房温度設定を行うためのリモートコントローラ、１７はこのヒートポンプ温水暖房装置の制御を行う制御手段で、予め作動を制御するためのプログラムが記憶されていると共に、演算、比較、記憶機能、時計機能を有しているものである。

次に、このヒートポンプ温水暖房装置の作動について説明すると、制御手段１７はリモートコントローラ１６からの運転開始指示を受けると、圧縮機１、送風機７、循環ポンプ１２をそれぞれ所定の周波数・回転数で駆動開始する。

そして、リモートコントローラ１６で設定された暖房設定温度に応じて暖房用の循環水の目標戻り温度を設定し、戻り温度センサ１５が検出する戻り温度が目標戻り温度となるように圧縮機１の作動周波数を制御し、目標戻り温度に応じた初期の目標吐出温度を設定し、吐出温度センサ１４が検出する吐出温度がこの初期の目標吐出温度となるように電子膨張弁３の開度を制御する。

ヒートポンプ温水暖房装置自体や床暖房パネル１０が暖まることによって暖房運転の立ち上げが終了すると、図２に示すように、戻り温度が安定すると同時に立ち上げ分の負荷の減少によって往き温度が低下する。この往き温度の低下幅は暖房負荷の大きさによって変動するもので、冬季の暖房負荷が大きい場合は往き温度の低下幅は小さく、秋口や春先の暖房負荷が小さい場合は往き温度の低下幅は大きくなる。

そして、図３に示すように、立ち上げが終了して冷媒状態および循環水温度が安定し、暖房状態が安定すると（ステップＳ１でＹｅｓ）、制御手段１７は往き温度センサ１４で検出する循環水の往き温度に応じた目標吐出温度を再設定するようにしており、ここでは目標戻り温度に往き温度毎に設定された所定値を加算するようにして目標吐出温度を決定している（ステップＳ２）。この往き温度毎に設定された所定値は、予め試験やシミュレーション等により往き温度毎にＣＯＰが向上する値を求め、これを記憶させておけばよいものである。

ここで、前記ステップＳ１の安定状態の判断は、例えば、往き温度センサ１４で検出する往き温度が一定時間以上所定の温度幅（例えば２ｄｅｇの温度幅）内に安定したことで暖房状態が安定したと判断することができるし、他にも、圧縮機１の作動周波数が往って時間以上所定の周波数幅内に安定したことで暖房状態が安定したと判断することができる。

ここで、制御手段１７が記憶している往き温度に応じた目標吐出温度は、往き温度が低くなるほど目標吐出温度が低くなる関係としており、往き温度が低い程目標吐出温度を低くすることで、低負荷時における定常運転時のＣＯＰをより一層向上することができる。

なお、制御手段１７が記憶している往き温度に応じた目標吐出温度は、検出した往き温度に一定の値を加算した値とする関係としてもよい。

そして、目標吐出温度が図２の点線で表されたように往き温度の低下に応じて初期の目標吐出温度より低く再設定されると、制御手段１７は、吐出温度センサ１４が検出する吐出温度がこの初期の目標吐出温度となるように電子膨張弁３の開度を制御すると同時に、戻り温度センサ１５が検出する戻り温度が目標戻り温度となるように圧縮機１の作動周波数を制御して暖房運転を継続する。

このようにして、暖房運転の安定後の定常運転時においても、暖房負荷の大小に関わらず、温水の往き温度と冷媒の吐出温度の関係を最適な状態に維持することができ、暖房運転のＣＯＰを向上させることができる。

なお、本発明は上記の一実施形態に限定されるものではなく、要旨を変更しない範囲で改変することができるもので、例えば、蒸発器として空気熱交換器の代わりに地中熱交換器を採用し、地中熱を蒸発熱源として用いてもよく、また、減圧手段としての電子膨張弁に代えてエジェクター式の減圧手段や膨張機等を用いることもできる。また、温水暖房端末器も床暖房パネルを一系統で説明したが、複数系統の床暖房パネルを設けたり、温水式のファンコンベクタやパネルラジエータなどを用いてもよいものである。

１ 圧縮機
２ 温水熱交換器
３ 電子膨張弁（減圧手段）
４ 空気熱交換器（蒸発器）
６ ヒートポンプ回路
８ 吐出温度センサ
１０ 床暖房パネル（温水暖房端末器）
１１ 温水循環回路
１２ 循環ポンプ
１４ 往き温度センサ
１５ 戻り温度センサ
１７ 制御手段

Claims (4)

1. 冷媒を圧縮する作動周波数可変の圧縮機、暖房用温水を加熱するための温水熱交換器、冷媒を減圧する開度制御可能な減圧手段、冷媒を蒸発させる蒸発器を環状に接続したヒートポンプ回路と、温水暖房端末器と前記温水熱交換器とを接続する温水循環回路と、前記温水循環回路の温水を循環させる循環ポンプと、前記圧縮機から吐出する冷媒の温度を検出する吐出温度センサと、前記温水熱交換器へ流入する温水の温度を検出する戻り温度センサと、目標戻り温度と目標吐出温度とを設定するとともに、前記吐出温度センサで検出する吐出温度が前記目標吐出温度となるように前記減圧手段の開度を制御し、かつ、前記戻り温度センサで検出する戻り温度が前記目標戻り温度となるように前記圧縮機の作動周波数を制御する制御手段とを備えたヒートポンプ温水暖房装置において、前記温水熱交換器から流出する温水の温度を検出する往き温度センサを設け、前記制御手段は、往き温度に応じた目標吐出温度の関係を予め記憶し、暖房運転の安定時に前記往き温度センサで検出した往き温度に応じた目標吐出温度を再設定するようにしたことを特徴とするヒートポンプ温水暖房装置。
2. 冷媒を圧縮する作動周波数可変の圧縮機、暖房用温水を加熱するための温水熱交換器、冷媒を減圧する開度制御可能な減圧手段、冷媒を蒸発させる蒸発器を環状に接続したヒートポンプ回路と、温水暖房端末器と前記温水熱交換器とを接続する温水循環回路と、前記温水循環回路の温水を所定の循環量で循環させる循環ポンプと、前記圧縮機から吐出する冷媒の温度を検出する吐出温度センサと、前記温水熱交換器へ流入する温水の温度を検出する戻り温度センサと、目標戻り温度とこの目標戻り温度に応じた目標吐出温度とを設定するとともに、前記吐出温度センサで検出する吐出温度が目標吐出温度となるように減圧手段の開度を制御し、かつ、前記戻り温度センサで検出する戻り温度が目標戻り温度となるように前記圧縮機の作動周波数を制御する制御手段とを備えたヒートポンプ温水暖房装置において、前記温水熱交換器から流出する温水の温度を検出する往き温度センサを設け、前記制御手段は、往き温度に応じた目標吐出温度の関係を予め記憶し、暖房運転の安定時に前記往き温度センサで検出した往き温度に応じた目標吐出温度を再設定するようにしたことを特徴とするヒートポンプ温水暖房装置。
3. 前記制御手段が記憶している往き温度に応じた目標吐出温度の関係は、往き温度が低い程目標吐出温度が低くなる関係であることを特徴とする請求項１または２記載のヒートポンプ温水暖房装置。
4. 前記制御手段は、前記往き温度センサが検出する往き温度、または、前記圧縮機の作動周波数が一定時間所定の範囲内に収まったことを検知すると暖房運転が安定したと判断するようにしたことを特徴とする請求項３記載のヒートポンプ温水暖房装置。

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