JP2012189250A

JP2012189250A - ヒートポンプ式温水暖房装置

Info

Publication number: JP2012189250A
Application number: JP2011052409A
Authority: JP
Inventors: Seijiro Takano; 清次郎高野; Mamoru Saito; 守斉藤; Teppei Muto; 哲平武藤
Original assignee: Corona Corp
Current assignee: Corona Corp
Priority date: 2011-03-10
Filing date: 2011-03-10
Publication date: 2012-10-04

Abstract

【課題】除霜運転で蒸発器から流れ落ちたドレン水の再凍結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】冷媒回路１１と温水回路２０の一部と送風ファン９とを収納した室外機１を構成する底面板３６上に、上面がアルミ箔４１で凍結防止ヒータ４０を被覆し下面が両面テープ４２で底面板３６に貼着してドレン穴４３に嵌合するドレン排出口４５が形成されたヒータシート３９設置することで、極低温の際、凍結防止ヒータ４０に通電することで除霜運転で蒸発器１０から流れ落ちたドレン水の再凍結を防止し、ドレン排出口４５から室外機１の外部に排出することで、送風ファン９及び蒸発器１０を構成する部位の破損を防止することができる。
【選択図】図５

Description

この発明は、冷媒回路で加熱した冷媒と熱交換した温水によって暖房を行うヒートポンプ式温水暖房装置に関するものである。

従来より、圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器を順次配管で接続した冷媒回路と、凝縮器として作用する冷媒水熱交換器に接続された温水回路を構成する配管を内蔵した室外機を設置し、冷媒回路を構成する冷媒水熱交換器で加熱した温水を温水回路に接続されたファンコンベクタや床暖パネル等の放熱器に流入することで、暖房運転を可能とするヒートポンプ式温水暖房装置があり、室外機に設置された外気温センサで検出された温度が蒸発器に着霜する温度まで低下したら、膨張弁を全開にして高温の冷媒を蒸発器に流通させる除霜運転を行うことで、蒸発器に付着した霜を溶かして冷媒回路の加熱能力低下を防止するものがあった。

特開２０１０−１６４１９９号公報

しかし、この従来のものでは、除霜運転によって溶かした霜がドレン水となって室外機の底面板に流れ落ち、底面板の所定位置に形成されたドレン穴から室外機の外部に排出されるが、外気温が極度に低いと底面板に流れ落ちたドレン水が再凍結し、凍結が進行することで大きくなった氷によって蒸発器を構成する配管がつぶれたり、雪が室外機に入り込むことで蒸発器に対向して設置された送風ファンのファンロックを引き起こすことから、暖房運転に支障をきたす問題があった。

上記課題を解決するために、本発明の請求項１では圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器を順次配管で接続した冷媒回路と、該凝縮器に接続され温水が循環する温水回路と、該温水回路途中に設置され温水を循環させる循環ポンプと、前記温水回路に接続され室内の暖房を行う放熱器と、前記蒸発器に対向するよう設けられ外気を吹き込む送風ファンと、前記冷媒回路と温水回路の少なくとも凝縮器と接続した配管と送風ファンを収納した室外機と、該室外機の底面を構成しドレン水を外部へ案内するドレン穴が形成された底面板とを備えたヒートポンプ式温水暖房装置において、前記室外機内の蒸発器及び送風ファンと底面板の間に凍結防止ヒータを内蔵したヒータシートを設置したものである。

また、請求項２では前記ヒータシートは上面が均熱材で構成され前記凍結防止ヒータを被覆し、下面が粘着材で構成され前記底面板に貼着しているものである。

また、請求項３では前記均熱材は金属箔であるものである。

また、請求項４では前記ヒータシートに前記底面板に固定するネジが取り付けられるネジ穴を形成したものである。

この発明の請求項１によれば、室外機に収納された蒸発器及び送風ファンと底面板の間に凍結防止ヒータを内蔵したヒータシートを設置することで、外気温が極度に低い状況で除霜運転を行う際、ヒータシートに内蔵された凍結防止ヒータに通電することで、底面板で再凍結して氷となったドレン水や室外機に吹き込んできた雪を溶かすことできるため、蒸発器を構成する配管を保護して、送風ファンのファンロックを防止できる。

また、請求項２によれば、ヒータシートは上面が均熱材で構成され下面が粘着材で構成され底面板に貼着することから、凍結防止ヒータで発生した熱を底面板の上面に対して均一に広げることができ、粘着材によりヒータシートの下面方向へ熱が伝わり難くいので、効率よく加熱を行いドレン水の再凍結を防止できる。

また、請求項３によれば、均熱材を金属箔で構成することで熱導電率が向上するため、凍結防止ヒータでの消費電力を低減させることができる。

また、請求項４によれば、ヒータシートに底面板に固定するネジが取り付けられるネジ穴を形成したことで、ヒータシートの底面板に対する固定をより強固にすることができる。

この発明の一実施形態を示す概略構成図同発明を示す要部説明図同発明のヒータシートを示す平面図図３におけるＡ−Ａ線断面図同発明の室外機を示す分解斜視図同発明の室外機を示す分解斜視図

次に、この発明を適用した一実施形態を図面に基づいて説明する。
１はヒートポンプ式暖房装置の室外機、２は循環ポンプユニット、３は循環ポンプユニット２に隣接して設置されたヘッダユニット、４は床暖パネル等で構成される放熱器であり、室外機１から流出した温水が循環ポンプユニット２とヘッダユニット３を経て放熱器４に流入することで、放熱器４の設置箇所における暖房を可能とする。

５は室外機１に内蔵されているヒートポンプユニットであり、冷媒を圧縮する圧縮機６と、高温の冷媒と湯水とで熱交換を行う凝縮器としての冷媒水熱交換器７と、熱交換後の冷媒を減圧する膨張弁８と、減圧された冷媒を送風ファン９で送風された外気で蒸発させる蒸発器１０とを環状に接続した冷媒回路１１が設置されている。

１２は冷媒水熱交換器７と膨張弁８との間に設けられた加熱器で、蒸発器１０の風下側の下端から上下に設置された２本の銅管で冷媒水熱交換器７と膨張弁８に接続されており、蒸発器１０と一体に形成されることで内部熱交換器を使用せずに吐出圧力の上昇を抑えることができ、製造コストが低く抑えられる。また、除霜運転での溶け残りを防止するため除霜の効率が向上し、吐出圧力の上昇を抑えるので圧縮機６の消費電力が低減することでＣＯＰが向上する。

１３は圧縮機６の吐出側の配管に取り付けられ冷媒の吐出温度を検出して冷媒回路制御部１４へ信号を送る吐出温センサ、１５は外気温を検出する外気温センサ、１６は蒸発器１０に設置され蒸発器１０の温度を検出して除霜運転の制御をする熱交センサ、１７は冷媒水熱交換器７の中間位置に設置され熱交内部を流動する冷媒の温度を検出する冷媒中間センサである。

１８は冷媒水熱交換器７で加熱された温水を放熱器４に導く温水往き管、１９は放熱器４で放熱し温度が低下した温水を冷媒水熱交換器７に導く温水戻り管であり、温水往き管１８と温水戻り管１９とで温水回路２０が形成され温水による暖房運転を可能とする。

２１は温水回路２０の温水を流動させる循環ポンプ、２２は温水の体積膨張分を吸収する温水タンクであり、循環ポンプユニット２内の温水往き管１８途中に設置されている。また、循環ポンプユニット２内には、温水往き管１８を流動する温水の温度を検出する往き管温度センサ２３と、温水戻り管１９を流動する温水の温度を検出する戻り温度センサ２４とが設置され、検出された温水温度に基づいて冷媒回路制御部１４及び循環制御部２５が圧縮機６の出力と循環ポンプ２１の回転数を制御することで、最適な暖房運転を可能とする。

ヘッダユニット３には、温水往き管１８に接続され複数の放熱器４に流入させるために温水の流路を分岐する温水往きヘッダ２６と、温水戻り管１９に接続され複数の放熱器４で放熱した温水を一本の経路に流入させるための温水戻りヘッダ２７と、温水往きヘッダ２６に設置され弁を開閉して放熱器４への温水の供給を制御する熱動弁２８とが設置され、暖房運転を行う放熱器４だけに温水が供給されるようヘッダ制御部２９によって熱動弁２８の開閉を制御する。また、３０は温水往き管１８と温水戻り管１９とを放熱器４を介さず接続するバイパス管で、放熱器４へ流入する温水の流量を調節し、更に熱動弁２８を閉止して温水回路２０の圧力が増加した際、バイパス管３０に温水を流入させることで圧力の上昇による配管の損傷を防止するものである。

３１は放熱器４での暖房運転に関する各種設定が可能なリモコンであり、暖房運転の開始又は停止をスイッチのＯＮ／ＯＦＦで操作する運転スイッチ３２と、複数の放熱器４から暖房運転を行うために稼働させるものを選択する選択スイッチ３３と、放熱器４に流入する温水温度を９段階のレベルで設定可能な温度設定スイッチ３４と、温度設定スイッチ３４で設定された温水温度のレベルや現在時刻等を表示する表示部３５とが備えられている。

３６は室外機１の底面を構成する底面板であり、該底面板３６の表面には、送風ファン９を取り付けるファン設置板３７と、蒸発器１０から流れ落ちたドレン水を室外機１外部に導く丸穴形状のドレン穴３８が形成されている。

３９はヒータシートであり、図示しない先端にある端子から供給される電力で加熱する凍結防止ヒータ４０が搭載され、上面が凍結防止ヒータ４０を被覆する金属箔としてのアルミ箔４１と、下面が底面板３６に貼着する粘着材としての両面テープ４２とで構成されている。また、ヒータシート３９には、底面板３６の所定箇所に固定するためのネジを取り付けるネジ穴４３と、ファン設置台３７を据え置くための設置台固定部４４と、上面から下面に貫通しておりドレン穴３８の内径に嵌り込んで固定するドレン排出口４５とが形成されている。

ヒータシート３９の表面にあり凍結防止ヒータ４０を被覆するアルミ箔４１の熱伝導率は約２００Ｗ／ｍ・Ｋと高いので、凍結防止ヒータ４０に通電した際に効率よく上面温度を上昇させることができ、少ない消費電力でドレン水の再凍結を防止可能な熱量が得られる。対して、両面テープ４２の熱伝導率は約３Ｗ／ｍ・Ｋと低く凍結防止ヒータ４０の熱は下面に伝わり難いことから、アルミ箔４１で覆われた上面全体のみを効率よく加熱することができる。また、底面板３６に連通するネジ穴４３を形成してネジでの固定を可能としたことで、ヒータシート３９をより強固に固定することで底面板３６から剥がれないようにしている。また、ヒータシート３９は送風ファン９の下面にある底面板３６との間に設置されているので、雪が室外機１に入り込み底面板３６に積もったとしても凍結防止ヒータ４０に通電して雪を溶かすことで、送風ファン９が雪に引っかかってファンロックすることが防止可能であり、暖房運転に支障をきたすことがない。また、底面板３６に形成されたドレン穴３８に嵌り込むドレン排出口４５に向けてヒータシート３９全体が下り傾斜していることで、凍結防止ヒータ４０で溶かしたドレン水を確実にドレン排出口４５まで案内して室外機１の外部に排出することができる。

次に、このヒートポンプ式暖房装置における暖房運転を説明する。
まず、リモコン３１に設置された運転スイッチ３２を操作し、暖房運転のレベルを温度設定スイッチ３４で選択する。暖房運転のレベルは９段階から選択可能であり、例えば、レベル８は強運転で約２７〜３２℃の温水を放熱器４に流入し、レベル２は弱運転で約２３〜２４℃の温水を放熱器４に流入し、レベル５は強運転と弱運転の中間で約２５〜２８℃の温水を放熱器４に流入するモードである。

温度設定スイッチ３４で暖房運転のレベルを設定したら、暖房運転を行う放熱器４を選択スイッチ３３で選択し、ヘッダ制御部２９によって選択された放熱器４に接続されている熱動弁２８を開成して、循環ポンプ２２を駆動させ放熱器４に温水を導くことで暖房運転が開始される。

暖房運転が開始されると、往き管温度センサ２３で検出された温度が温度設定スイッチ３４で選択したレベルに適合しているか循環制御部２５で判断して、選択レベルに適合するよう圧縮機６の出力と循環ポンプ２１の回転数とを調節することで放熱器４に適切な温度の温水を流入することができる。

暖房運転中に再度運転スイッチ３１が操作されたら、暖房運転の停止指令として循環ポンプ２１の駆動を停止させ、熱動弁２８を閉止することで温水回路２０の温水の循環を停止して放熱器４による暖房運転を終了させる。

次に、蒸発器１０における除霜運転について説明する。
暖房運転を開始してヒートポンプユニット５内の冷媒回路１１を冷媒が循環すると、蒸発器１０では送風ファン９から送風された外気の熱を奪って冷媒を蒸発させているため、外気温が低くなると周囲にある空気が凝結して蒸発器１０の表面に着霜する。この霜が成長すると蒸発器１０における熱交換効率が著しく低下するため、霜を溶かす除霜運転を行う必要がある。

具体的には、ヒートポンプユニット５に設置された外気温センサ１５で検出された温度と熱交センサ１６で検出された温度の差が所定値以上（例えば７℃）となったら、膨張弁８を全開にした状態で圧縮器６を駆動させ送風ファン９の回転を停止させて、高温の冷媒を蒸発器１０に流入して表面の着霜を溶かす。熱交センサ１６の温度が除霜運転開始前から所定値（例えば５℃）上昇したら、除霜運転を終了して通常の暖房運転を再開する。

また、蒸発器１０と一体に加熱器１２を設置したことで、前記除霜運転で蒸発器１０表面の着霜が全て溶けなかったとしても、通常の暖房運転の際に冷媒水熱交換器７から流出した冷媒の熱で着霜を溶かすことができるため、熱交換効率の低下を招くことなく暖房運転を行える。

更に、外気温度が極低温（例えば−１０℃以下）の際は、除霜運転を行いつつヒータシート３９に設置された凍結防止ヒータ４０に通電することで、熱伝導率の高いアルミ箔４１で構成された表面が加熱され、除霜運転によって蒸発器１０の表面から底面板３６に流れ落ちたドレン水の再凍結を確実に防止し、ドレン排出口４５から室外機１の外部へ排出することができる。

また、ヒータシート３９に温度センサや質量センサを設置し、上面に所定量以上の雪が積もったと判断したら凍結防止ヒータ４０に通電する制御を加えてもよく、これにより送風ファン９が雪によってファンロックすることを防止できる。

以上のように、室外機１の底面板３６上に凍結防止ヒータ４０を搭載したヒータシート３９を設置することで、外気温が極低温の際における除霜運転で凍結防止ヒータ４０に通電するとアルミ箔４１で覆われた表面を均一に効率よく加熱してドレン水の再凍結を防止し内部に吹き込んだ雪を溶かすことができるため、流れ落ちたドレン水が氷となって大きくなり蒸発器１０を構成する配管を押し潰すことや、送風ファン９が雪でファンロックすることを確実に防止することができ、暖房運転に支障をきたすことがない。

また、ヒータシート３９の上面をアルミ箔４１で構成し下面を両面テープ４２で構成して底面板３６に貼着したことで、凍結防止ヒータ４０から発生する熱を熱伝導率の低い両面テープ４２より下面に伝熱させず、熱伝導率の高いアルミ箔４１で覆われた上面を効率よく加熱することができ、少ない消費電力で氷や雪を溶かすことができる。

また、ヒータシート３９の所定位置に底面板３６に連通するネジ穴４３を形成してネジによる固定を行うことで、底面板３６上の所定場所において強固に固定することができる。

また、ヒータシート３９は底面板３６に形成されたドレン穴３８に嵌り込むドレン排出口４５に向けて下り傾斜しているので、蒸発器１０から流れ落ちてきたドレン水を確実にドレン排出口４５まで案内することができ、室外機１内にドレン水を残すことなく排水することができる。

１室外機
４放熱器
５ヒートポンプユニット
６圧縮機
７凝縮器
８膨張弁
９送風ファン
１０蒸発器
１１冷媒回路
２０温水回路
３６底面板
３８ドレン穴
３９ヒータシート
４０凍結防止ヒータ
４１アルミ箔
４２両面テープ
４３ネジ穴
４５ドレン排出口

Claims

圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器を順次配管で接続した冷媒回路と、該凝縮器に接続され温水が循環する温水回路と、該温水回路途中に設置され温水を循環させる循環ポンプと、前記温水回路に接続され室内の暖房を行う放熱器と、前記蒸発器に対向するよう設けられ外気を吹き込む送風ファンと、前記冷媒回路と温水回路の少なくとも凝縮器と接続した配管と送風ファンを収納した室外機と、該室外機の底面を構成しドレン水を外部へ案内するドレン穴が形成された底面板とを備えたヒートポンプ式温水暖房装置において、前記室外機内の蒸発器及び送風ファンと底面板の間に凍結防止ヒータを内蔵したヒータシートを設置したことを特徴とするヒートポンプ式温水暖房装置。
前記ヒータシートは上面が均熱材で構成され前記凍結防止ヒータを被覆し、下面が粘着材で構成され前記底面板に貼着していることを特徴とする請求項１記載のヒートポンプ式温水暖房装置。
前記均熱材は金属箔であることを特徴とする請求項１、２のいずれか１項に記載のヒートポンプ式温水暖房装置。
前記ヒータシートに前記底面板に固定するネジが取り付けられるネジ穴を形成したことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のヒートポンプ式温水暖房装置。