JP2012013356A

JP2012013356A - ヒートポンプ式温水暖房装置

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Publication number: JP2012013356A
Application number: JP2010151790A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Arashima; 博荒島; Toshihiro Horiuchi; 敏弘堀内; Yasuhiko Isayama; 安彦諌山
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2010-07-02
Filing date: 2010-07-02
Publication date: 2012-01-19

Abstract

【課題】三方弁切換時の加熱能力低下を防止するヒートポンプ式温水暖房装置を提供する。
【解決手段】圧縮機（図示せず）、冷媒流路を切り替える四方弁（図示せず）、高温冷媒と水が熱交換する水冷媒熱交換器（図示せず）、減圧装置（図示せず）、冷媒と空気が熱交換する室外熱交換器（図示せず）を順次環状に接続してなる冷凍サイクルと、水冷媒熱交換器、水冷媒熱交換器で生成した高温水で暖房を行う暖房端末（図示せず）及び給湯用温水を溜める給湯タンク（図示せず）、高温水を暖房端末または給湯タンクへ送る温水ポンプ（図示せず）、高温水の流れを暖房端末または給湯タンクに切り換える三方弁（図示せず）を接続してなる水回路とを備え、室外熱交換器を通る空気の温度と、水冷媒熱交換器に入る水の温度に応じて圧縮機の周波数を制御するもので、急激な水温変化に対応できるので、三方弁切換時の圧縮機の停止が不要で、加熱能力低下を防ぐことができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ヒートポンプ式温水暖房装置に関連し、特に、圧縮機周波数制御に関するものである。

従来から、灯油やガスなどを燃料としたボイラーによる温水暖房機器が寒冷地域を中心に普及していたが、最近では、省エネ性、ＣＯ_２排出量削減などエコロジーの観点からヒートポンプ技術を利用した温水暖房装置が開発されるようになってきた。

従来のヒートポンプ式温水暖房装置として、図１に示すようなものがある（例えば、特許文献１参照）。

図２は、上記特許文献１に記載された従来のヒートポンプ式温水暖房装置の構成を示す図である。

図２において、従来のヒートポンプ式温水暖房装置は、冷媒を圧縮して高温冷媒を吐出する圧縮機１と、冷媒流路を切り替える四方弁２と、水と高温冷媒とを熱交換して高温水を生成する水冷媒熱交換器３と、冷媒を減圧する減圧装置４と、空気と冷媒とで熱交換を行う蒸発器としての室外熱交換器５とを順次冷媒配管７で環状に接続してなる冷凍サイクルを有している。さらに、室外熱交換器５へ送風するための送風ファン６と、室外熱交換器５に吸い込まれる空気の温度を検出する外気温度検出手段である温度センサ５ａとを有している。

また、居室内を暖房する暖房端末２４（例えば、床暖房パネルや輻射パネル等）を備えており、暖房端末２４の内部を、水冷媒熱交換器３で生成した高温水を流して居室内を暖房するものである。更に、給湯（例えば、シャワー等）に用いるお湯を溜める給湯タンク２２を備えており、水冷媒熱交換器３で生成した高温水を給湯用熱交換器２３に流して給湯タンク２２内部の水を温める。

そのため、暖房端末２４と、給湯用熱交換器２３に交互に水冷媒熱交換器３で生成した高温水を流す三方弁２１が水冷媒熱交換器３との間に設けられており、三方弁２１を切り換えることで、給湯タンク２２側水回路と暖房端末２４側水回路にそれぞれ水が循環する構成となっており、水を循環させるための温水ポンプ８を備えている。

すなわち、水冷媒熱交換器３と、暖房端末２４と、給湯タンク２２と、温水ポンプ２８と、三方弁２１で水回路が構成されている。

また、水冷媒熱交換器３の温水入口側には入水温度を検出する入水温度検出手段である温度センサ３ａと、水冷媒熱交換器３の温水出口側には出湯温度を検出する出湯温度検出手段である温度センサ３ｂとを備えている。

また、冷凍サイクルを構成する機能部品のうち水冷媒熱交換器３以外の部品は、ヒートポンプユニット１０ａの筐体内に収納され、水冷媒熱交換器３および温水ポンプ８は、熱交換ユニット１０ｂの筐体内に収納されている。また、ヒートポンプユニット１０ａ、熱交換ユニット１０ｂのそれぞれに制御装置１１ａ、１１ｂが設けられ、各ユニット内に設けられた機器に運転指示を行うようになっている。

従来のヒートポンプ式温水暖房装置は、以上のように構成され、ヒートポンプ式温水暖房装置の通常時の暖房運転では、温水ポンプ８を駆動して暖房端末２４または給湯用熱交換器２３内に温水を循環させて、給湯または室内の暖房を行うようにし、温度センサ３ｂが検出する温水の温度が、リモコン装置等（図示せず）で設定した設定温度よりも所定温度高いことを検出するまで冷凍サイクルを運転し、温度センサ３ｂが検出する温度が設定温度よりも所定温度高い温度を検出すると、冷凍サイクルの運転を停止する。

一方、冷凍サイクルの運転は、圧縮機１から吐出する冷媒の温度を検出し、吐出される冷媒の温度が所定の温度となるように、減圧装置４の開度が制御される。但し、冷凍サイクルの運転を停止させた以降も、暖房端末２４または給湯用熱交換器２３内を循環する温水の温度を検出しなければならないため、温水ポンプ８は駆動させたままの状態にする。

特開２０１０−１１２６３０号公報

しかしながら、上記従来のヒートポンプ式温水暖房装置の構成では、暖房端末２４側を循環している温水の温度と給湯用熱交換器２３側を循環している温水の温度には大きな差があることが一般的であり、これにより、三方弁２１を切り換えた際に、水冷媒熱交換器３に流入する温水の温度は大きく変動してしまうため、切換時に圧縮機１を停止し、切換後に圧縮機１を再起動させていた。そのため、温水を加熱する能力が下がってしまうという課題を有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、圧縮機の信頼性を確保しつつ、三方弁切換時の加熱能力の低下を防止できるヒートポンプ式温水暖房装置を提供することを目的とする。

上記従来の課題を解決するために、本発明のヒートポンプ式温水暖房装置は、冷媒を圧縮する圧縮機、冷媒流路を切り替える四方弁、高温冷媒と水とが熱交換を行う水冷媒熱交換器、冷媒を減圧する減圧装置、冷媒と空気とが熱交換を行う蒸発器を順次環状に接続してなる冷凍サイクルと、前記水冷媒熱交換器、前記水冷媒熱交換器で生成した高温水を使用して暖房を行う暖房端末、前記水冷媒熱交換器で生成した高温水を使用して給湯用温水を溜める給湯タンク、前記高温水を前記暖房端末または前記給湯タンクへ送る温水ポンプ、前記高温水の流れを前記暖房端末または前記給湯タンクに切り換える三方弁を接続してなる水回路と、前記蒸発器を通る空気の温度を検出する外気温度検出手段と、前記水冷媒熱交換器に入ってくる水の温度を検出する入水温度検出手段と、制御手段とを備え、前記外気温度検出手段により検出された外気温度と前記入水温度検出手段により検出された入水温度とに基づいて、前記圧縮機の目標周波数を決定し、前記目標周波数になるように前記圧縮機周波数を制御することを特徴とするもので、圧縮機周波数を水温の変化に応じて制御することで、急激な水温変化にも対応することができるため、三方弁切換時の圧縮機停止が不要となり、加熱能力低下を防ぐことができる。

本発明のヒートポンプ式温水暖房装置は、圧縮機の信頼性を確保しつつ、三方弁切換時の加熱能力の低下を防止することができる。

本発明の実施の形態１におけるヒートポンプ式温水暖房装置の圧縮機周波数制御のブロック図従来のヒートポンプ式温水暖房装置の構成図

第１の発明のヒートポンプ式温水暖房装置は、冷媒を圧縮する圧縮機、冷媒流路を切り替える四方弁、高温冷媒と水とが熱交換を行う水冷媒熱交換器、冷媒を減圧する減圧装置、冷媒と空気とが熱交換を行う蒸発器を順次環状に接続してなる冷凍サイクルと、前記水冷媒熱交換器、前記水冷媒熱交換器で生成した高温水を使用して暖房を行う暖房端末、前記水冷媒熱交換器で生成した高温水を使用して給湯用温水を溜める給湯タンク、前記高温水を前記暖房端末または前記給湯タンクへ送る温水ポンプ、前記高温水の流れを前記暖房端末または前記給湯タンクに切り換える三方弁を接続してなる水回路と、前記蒸発器を通る空気の温度を検出する外気温度検出手段と、前記水冷媒熱交換器に入ってくる水の温度を検出する入水温度検出手段と、制御手段とを備え、前記外気温度検出手段により検出された外気温度と前記入水温度検出手段により検出された入水温度とに基づいて、前記圧縮機の目標周波数を決定し、前記目標周波数になるように前記圧縮機周波数を制御することを特徴とするもので、圧縮機周波数を水温の変化に応じて制御することで、急激な水温変化にも対応することができるため、三方弁切換時の圧縮機停止が不要となり、加熱能力低下を防ぐことができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１におけるヒートポンプ式温水暖房装置の圧縮機周波数制御のブロック図である。なお、本実施の形態におけるヒートポンプ式温水暖房装置と、従来のそれとは、圧縮機の制御方法のみ異なるもので、全体の構成は、従来のヒートポンプ式温水暖房装置と同一なので、同一部分には、同一符号を付してその説明を省略する。

以下に、本実施の形態におけるヒートポンプ式温水暖房装置の圧縮機周波数制御について説明する。

図２において、本実施の形態におけるヒートポンプ式温水暖房装置は、周波数決定手段４０を備え、この周波数決定手段４０は、入水負荷係数決定手段４１と圧縮機目標周波数決定手段４２を有している。入水負荷係数決定手段４１では、温度センサ５ａで検出した外気温度によって複数の区間に区分され、それぞれの区分において入水負荷係数を決定している。すなわち、外気温度区分ごとに入水温度と圧縮機周波数を関連付ける入水負荷係数を決定している。

圧縮機目標周波数決定手段４２では、温度センサ３ａで検出した入水温度と入水負荷係数決定手段４１で決定した入水負荷係数を用いて圧縮機目標周波数を決定している。この圧縮機目標周波数決定手段４２で決定された圧縮機周波数になるように圧縮機周波数制御手段４３が圧縮機１を制御するようにしている。

以上のように、本実施の形態におけるヒートポンプ式温水暖房装置は、圧縮機１の信頼性を確保しつつ、三方弁２１切換時の加熱能力の低下を防止することができる。

なお、本実施の形態では、冷媒には、Ｒ４１０Ａを用いているが、その他、フルオロカーボン系の冷媒を用いることができる。また、圧縮機１は、密閉型であり、高圧側にモータを配し、モータには希土類磁石を用いている。また、アキュームレータを用いない構成
とすることで、小型化・軽量化が可能となる。

また、温水ポンプ８は、ＡＣポンプとＤＣポンプのいずれであってもかまわない。

また、ヒートポンプユニット１０ａを屋外に配し、熱交換ユニット１０ｂを屋内に配することで、屋内と屋外とは冷媒配管７によって接続されることになる。そのため冬期など外気温度が低い時であっても、屋内と屋外とは冷媒配管で接続されているため、水配管で接続されているときに比べて凍結の恐れが低いという利点がある。

そして、ヒートポンプユニット１０ａを屋外に配し、熱交換ユニット１０ｂを屋内に配する構成のヒートポンプ式温水暖房装置では、施工時においてヒートポンプユニット１０ａと熱交換ユニット１０ｂとの接続を解除するときには、ヒートポンプユニット１０ａ内に冷媒を回収しなければならない。そのため、熱交換ユニット１０ｂを屋内に設けた構成においては、必ず四方弁２が必要になってくる。

なお、上記実施の形態では、給湯用熱交換器２３を内蔵した給湯タンク２２を用いて説明したが、給湯用熱交換器２３がない貯湯タンク２２を用いたヒートポンプ式温水暖房装置にも本発明が適用できることは言うまでもない。

以上のように、本発明に係るヒートポンプ式温水暖房装置は、圧縮機の信頼性を確保しつつ、三方弁切換時の加熱能力の低下を防止できるもので、各種ヒートポンプ式温水暖房装置に適用することができる。

１圧縮機
２四方弁
３水冷媒熱交換器
３ａ温度センサ（入水温度検出手段）
３ｂ温度センサ
４減圧装置
５室外熱交換器（蒸発器）
５ａ温度センサ（外気温度検出手段）
６送風ファン
８温水ポンプ
１０ａヒートポンプユニット
１０ｂ熱交換プユニット
２１三方弁
２２給湯タンク
２３給湯用熱交換器
２４暖房端末

Claims

冷媒を圧縮する圧縮機、冷媒流路を切り替える四方弁、高温冷媒と水とが熱交換を行う水冷媒熱交換器、冷媒を減圧する減圧装置、冷媒と空気とが熱交換を行う蒸発器を順次環状に接続してなる冷凍サイクルと、前記水冷媒熱交換器、前記水冷媒熱交換器で生成した高温水を使用して暖房を行う暖房端末、前記水冷媒熱交換器で生成した高温水を使用して給湯用温水を溜める給湯タンク、前記高温水を前記暖房端末または前記給湯タンクへ送る温水ポンプ、前記高温水の流れを前記暖房端末または前記給湯タンクに切り換える三方弁を接続してなる水回路と、前記蒸発器を通る空気の温度を検出する外気温度検出手段と、前記水冷媒熱交換器に入ってくる水の温度を検出する入水温度検出手段と、制御手段とを備え、前記外気温度検出手段により検出された外気温度と前記入水温度検出手段により検出された入水温度とに基づいて、前記圧縮機の目標周波数を決定し、前記目標周波数になるように前記圧縮機周波数を制御することを特徴とするヒートポンプ式温水暖房装置。