JP3702855B2 - ヒートポンプ床暖房空調装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ヒートポンプにより加熱された２次側熱媒体が床暖房パネルを循環するヒートポンプ床暖房空調装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図２４は特開２０００−４６４１７号公報に示される従来のヒートポンプ床暖房空調装置を示すブロック図であり、図において、１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、２は四方弁、３は室内熱交換器、４は床暖房用の２次側熱媒体と冷媒を熱交換する床暖房用熱交換器、５ａ、５ｂは絞り装置、６は室外熱交換器、７は床暖房パネル、８は床暖房の２次側熱媒体を循環するためのポンプである。
【０００３】
この従来のヒートポンプ床暖房空調装置は、圧縮機１の吐出側に一端が接続された四方弁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の他端に一端が絞り装置５ａを介して接続された室内熱交換器３の他端が四方弁２へ接続されるとともに、前記室外熱交換器６の他端に一端が絞り装置５ｂを介して接続された床暖房用熱交換器４が前記室内熱交換器３と並列に四方弁２へ接続される。一方、床暖房パネル７の一端は床暖房用熱交換器４に接続され、他端はポンプ８を介して前記床暖房用熱交換器４に接続され２次側熱媒体である温水を循環する構成である。
【０００４】
以上のように構成された従来のヒートポンプ床暖房空調装置において、例えば床暖房＋空調暖房運転の場合について動作を説明する。圧縮機1より高温高圧のガス冷媒が吐出し、四方弁２を通った後室内熱交換器３に接続される配管と床暖房用熱交換器４に接続される配管に分岐される。室内熱交換器３に分岐したガス冷媒の一部は室内空気と熱交換することにより、気液二相冷媒または液冷媒に凝縮し、室内熱交換器３を流出する。また、床暖房用熱交換器４に分岐した残りのガス冷媒は２次側熱媒体と熱交換することにより、気液二相冷媒または液冷媒に凝縮し、床暖房用熱交換器４を流出する。室内熱交換器３を流出した冷媒は絞り装置５ａにより減圧され、床暖房用熱交換器４を流出した冷媒は絞り装置５ｂにより減圧されたのち合流し、室外熱交換器６に流入する。ここで外気と熱交換することにより冷媒は蒸発し、乾き度の高い二相冷媒またはガス冷媒となって流出し、四方弁２を通って圧縮機１に吸入される。
【０００５】
また図２５は、２次側熱媒体であるブラインの送水温度と床暖房パネル表面の温度の関係を実験した結果であるが、一般的に快適と考えられている床暖房パネル表面温度は２８℃〜３０℃と言われており、これより必要なブライン送水温度は少なくとも４０℃以上が必要と言える。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前記のような従来のヒートポンプ床暖房空調装置は、室内熱交換器３と床暖房用熱交換器４が並列の回路となっている。床暖房用熱交換器４は４０℃以上の２次側熱媒体温度を確保するために、常に比較的高めの冷媒温度を必要とするのに対し、室内熱交換器３は暖房負荷に応じて必要な冷媒温度は変化し、また伝熱面積が広く伝熱性能の良い室内熱交換器３では冷媒温度は床暖房用熱交換器４で必要な冷媒温度よりも低い温度で十分である。しかし、従来のヒートポンプ床暖房空調装置では室内熱交換器３と床暖房用熱交換器４は並列に配管接続されているため、圧縮機１から吐出した同じ温度の吐出ガス冷媒が流入する構造となっており、床暖房能力に合わせて圧縮機周波数を調整すると室内空調暖房能力が過大となったり、逆に空調暖房能力に合わせて圧縮機周波数を調整すると床暖房能力が不足し床暖房パネルの表面温度が不足するという不具合があった。
【０００７】
また、圧縮機から吐出したガス冷媒は室内熱交換器と床暖房用熱交換器に分岐されるため、それぞれの熱交換器を流れる冷媒流量は減少し、伝熱性能が低下し効率が悪くなるという不具合があった、また、それぞれの熱交換器に対応して絞り装置を有するため、制御が複雑になり、コストも高いという問題があった。
【０００８】
本発明は、かかる課題を解決するためになされたもので、床暖房と空調暖房を同時に運転する場合、床暖房用熱交換器に室内熱交換器よりも高い温度の冷媒が流れるように構成することにより、暖房能力が過大となったり、逆に床暖房パネルの表面温度が不足する等の不具合を回避することを目的としている。また圧縮機から吐出された冷媒が全て床暖房用熱交換器および室内熱交換器を流れる構成とすることにより伝熱性能の低下を防止することを目的としている。さらに冷媒回路を簡素化し、通常の空調機の標準的な冷媒回路に床暖房用冷媒回路を付加することによりヒートポンプ床暖房空調装置を実現できる構成とし、より汎用性が高くコストも低く抑えることを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係るヒートポンプ床暖房空調装置は、圧縮機、熱源側熱交換器、絞り装置、負荷側熱交換器を順に接続した冷凍サイクルを備え、前記負荷側熱交換器は空調用の室内熱交換器と床暖房用熱交換器を副絞り装置と該副絞り装置に並列で二方弁を有してバイパスするバイパス回路とを介して直列に配管接続してともに凝縮器として使用して床暖房と空調暖房の併用運転を行うものである。
【００２０】
本発明の請求項２に係るヒートポンプ床暖房空調装置は、前記副絞り装置が、可動式で絞り量の変更が可能である。
【００２２】
本発明の請求項３に係るヒートポンプ床暖房空調装置は、床暖房と空調暖房の併用運転において床暖房能力を空調暖房能力に優先して運転する際、前記二方弁を閉じると共に前記絞り装置の開度を大きくする制御を行うものである。
【００２３】
本発明の請求項４に係るヒートポンプ床暖房空調装置は、床暖房と空調暖房の併用運転において床暖房能力を空調暖房能力に優先して運転する際、前記二方弁を閉じると共に前記圧縮機の運転周波数を下げる制御を行うものである。
【００２４】
本発明の請求項５に係るヒートポンプ床暖房空調装置は、床暖房と空調暖房の併用運転において床暖房能力を空調暖房能力に優先して運転する際、前記二方弁を閉じると共に前記暖房用熱交換器への送風量を下げる制御を行うものである。
【００２５】
本発明の請求項６に係るヒートポンプ床暖房空調装置は、床暖房と空調暖房の併用運転において床暖房能力を空調暖房能力に優先して運転する際、前記二方弁を閉じると共に前記暖房用熱交換器を通過した後の空気の風向を上向きに変える制御を行うものである。
【００２６】
本発明の請求項７に係るヒートポンプ床暖房空調装置は、床暖房と空調暖房の併用運転において床暖房能力を空調暖房能力に優先した運転を解除する際、前記二方弁を開けると共に前記絞り装置の開度を小さくする制御を行うものである。
【００２７】
本発明の請求項８に係るヒートポンプ床暖房空調装置は、冷凍機油として弱溶解性の油を用いたものである。
【００２８】
本発明の請求項９に係るヒートポンプ床暖房空調装置は、冷媒として、ＨＦＣ冷媒またはＨＣ冷媒またはＣＯ２冷媒を用いたものである。
【００２９】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態1に係るヒートポンプ床暖房空調装置を示すブロック図である。なお、図1の冷凍サイクルは空調暖房＋床暖房運転時の状態を示しており、図２４で説明した従来と同一又は相当部分には同じ符号を付し説明を省略する。
【００３０】
図１において、５は室外熱交換器６と室内熱交換器３とを接続する冷媒配管に取り付けられた絞り装置であり、２は圧縮機１に接続され流れ方向を切換える四方弁である。４は床暖房用熱交換器であり、図に示すように暖房運転時の冷媒流れ方向において、室内熱交換器３の上流側に冷媒配管により直列接続されている。したがって、熱源側熱交換器である室外熱交換器６に対応した負荷側熱交換器は直列に接続された床暖房用熱交換器４と室内熱交換器３となる。また床暖房用熱交換器４にはブラインなどの２次側熱媒体を循環させるためのポンプ８と床暖房パネル７を２次側熱媒体で順次環状に接続している。
【００３１】
このヒートポンプ床暖房空調装置の構成について説明する。図１に示すように、圧縮機１から四方弁２を介して一端は室外熱交換器６から絞り装置５を経て室内熱交換器３へ順次配管接続され、四方弁２のもう一端は床暖房用熱交換器４へ配管接続されている。そして、前記室内熱交換器３の絞り装置逆側の一端と前記床暖房用熱交換器４の四方弁とは逆側の一端を配管接続することで圧縮機１から吐出した冷媒が循環する冷凍サイクルが形成されている。なお、圧縮機１、四方弁２、室外熱交換器６及び絞り装置５は通常一般的に用いられている空気調和機室外機の主要冷媒回路部であり、また室内熱交換器３は空気調和機室内機の主要冷媒回路部、床暖房用熱交換器４は床暖房用熱交換ユニットの主要冷媒回路部である。したがって、通常一般的に用いられている空気調和機室外機と空気調和機室内機、および床暖房用熱交換ユニットとを冷媒配管で順次接続した構成となっている。また、床暖房用熱交換器４から圧縮機から吐出された冷媒と熱交換する２次側熱媒体を流通させる配管により床暖房パネル７へ接続され、さらに床暖房パネルの他端からポンプ８を介して床暖房熱交換器４へ配管接続して２次側熱媒体の循環回路を形成している。
【００３２】
次に、このように構成された冷凍サイクルにおいて空調暖房＋床暖房運転時の動作を図２を参照しながら説明する。図２は空調暖房＋床暖房運転時のモリエル線図の一例である。
圧縮機1より高温高圧のガス冷媒が吐出し、四方弁２を通った後床暖房用熱交換器４に流入する（図２のイ）。床暖房用熱交換器４に流入したガス冷媒はポンプ８により循環している２次側熱媒体であるブラインと熱交換することにより、吐出温度より冷却されたガス冷媒または乾き度の高い二相冷媒に凝縮し、床暖房用熱交換器４を流出する（図２のロ）。一方、温度の上昇したブラインは床暖房パネル７内の配管に入り床暖房パネルの表面温度を上昇させ、床暖房運転を実現させる。床暖房用熱交換器４を流出したガス冷媒または二相冷媒は室内熱交換器３に流入し、室内空気と熱交換することにより、乾き度の低い気液二相冷媒または過冷却液冷媒に凝縮し、室内熱交換器３を流出する（図２のハ）。一方室内熱交換器を通った室内空気は冷媒との熱交換により温度が上昇し、空調暖房運転を実現する。室内熱交換器３を流出した冷媒は絞り装置５により減圧され、室外熱交換器６に流入する。ここで外気と熱交換することにより冷媒は蒸発し、乾き度の高い気液二相冷媒またはガス冷媒となって室外熱交換器６を流出し、四方弁２を通って圧縮機１に吸入される。
【００３３】
以上のように実施の形態１によれば、空調暖房＋床暖房運転を実施する場合、高温の吐出ガス冷媒を室内熱交換器３より優先して床暖房用熱交換器４に流し、その後床暖房用熱交換器４で放熱し温度の低下したガス冷媒または二相冷媒を下流の室内熱交換器３に流す構成としているため、圧縮機から吐出された過熱ガス冷媒を有効に利用してブライン温度を高温化することができ、空調暖房負荷が小さく室内熱交換器３の冷媒の凝縮温度を下げて運転をしても、床暖房用熱交換器４には必要なブライン温度を確保することが可能となり、暖房能力を過大にすることなく十分な床暖房パネルの表面温度を実現することができる。
【００３４】
また、圧縮機１から吐出された冷媒が全て直列に配管接続された床暖房用熱交換器４および室内熱交換器３を順に流れるため、冷媒流速を確保し伝熱性能の低下を防止することができる。
【００３５】
また、圧縮機、四方弁、室外熱交換器、絞り装置、室内熱交換器で構成される部分の冷媒回路は、一般的に量産されている空調機の冷媒回路とまったく同じであり、床暖房用熱交換器を空調機の冷媒回路に配管接続して組合せることによってヒートポンプ床暖房空調装置を構成することが可能となり、低コストでヒートポンプ床暖房空調装置を提供することができる。
【００３６】
実施の形態２．
図３は本発明の実施の形態２に係るヒートポンプ床暖房空調装置を示すブロック図である。図３の冷凍サイクルは暖房運転による室外熱交換器６への着霜を取り除くためのデフロスト運転時の状態を示しており、図中、１０は冷房運転またはデフロスト運転時に逆止弁９を介して床暖房用熱交換器４をバイパスする第１バイパス配管である。ここで、逆止弁９は室内熱交換器３から四方弁２を介して圧縮機１へ向かう流れ方向を流通可能とするものである。なお、図1と同一又は相当部分には同じ符号を付し説明を省略する。
【００３７】
本実施の形態２のヒートポンプ床暖房空調装置において、デフロスト運転時の動作を説明する。
圧縮機1より高温高圧のガス冷媒が吐出し、四方弁２を経て室外熱交換器６に流入する。室外熱交換器６に流入したガス冷媒は室外熱交換器６のフィンに着霜した霜と熱交換することによって霜を溶かし、冷媒は二相冷媒または過冷却液冷媒となって流通する。そして、室外熱交換器６を流出した冷媒は絞り装置５を通って減圧され、０℃以下の低温状態となって室内熱交換器３に流入する。室内熱交換器３には送風されていないため熱交換が行われず、冷媒はほとんど蒸発することなく室内熱交換器３を流出する。室内熱交換器３を流出した低温の冷媒は床暖房用熱交換器４と逆止弁９を有した第１バイパス配管１０にそれぞれの配管抵抗に反比例して分岐するが、第１バイパス配管１０の配管抵抗は床暖房用熱交換器４の配管抵抗に比べて非常に小さいため、ほとんどの低温冷媒が第１バイパス配管１０側に流れて床暖房用熱交換器４側をバイパスする。第１バイパス配管１０を流出した冷媒は四方弁２を通って圧縮機１に吸入される。
一方、床暖房＋空調暖房運転時は冷媒の流れ方向がデフロスト運転と逆方向となるため、逆止弁９が閉となり第１バイパス配管１０は機能せず、実施の形態１と同様に圧縮機１から吐出した冷媒は床暖房用熱交換器４から空調用の室内熱交換器３へと流通する動作となる。上述のように第１バイパス配管１０に逆止弁９を設けた構成としたので、安価な装置を提供することができる。
【００３８】
以上のように実施の形態２によれば、デフロスト運転時に０℃以下となる低温冷媒を逆止弁９を有した第１バイパス配管１０に流通させ、床暖房用熱交換器４をバイパスさせることができるため、床暖房用熱交換器４内部の床暖房パネル７へ循環する２次側熱媒体のブラインが冷却凍結して床暖房用熱交換器４が破壊されることを防止できる。なお、上記第１バイパス配管１０に逆止弁９を設けた構成で説明したが、逆止弁に限ることはなく、開閉弁でもよく、四方弁による流路切換えに応じてこの開閉弁を操作すれば同様の効果が得られる。
【００３９】
また、図４は本発明の実施の形態２に係る別のヒートポンプ床暖房空調装置を示すブロック図である。図４の冷凍サイクルは床暖房単独運転時の状態を示しており、図中の１２は二方弁１１を介して室内熱交換器３をバイパスする第２バイパス配管であり、図３とは上記第２バイパス配管１２を追加した点が異なるものである。なお、図３と同一又は相当部分には同じ符号を付し説明を省略する。
【００４０】
図４のヒートポンプ床暖房空調装置において、室内空調を行わない床暖房単独運転時の動作を説明する。
圧縮機1より高温高圧のガス冷媒が吐出し、四方弁２を通った後、冷媒は第１バイパス配管１０には逆止弁９が設けてあるため床暖房用熱交換器４に流入する。床暖房用熱交換器４に流入したガス冷媒は床暖房パネル７へ循環する２次側熱媒体のブラインと熱交換することにより、吐出温度より冷却されたガス冷媒または乾き度の高い二相冷媒に凝縮し、床暖房用熱交換器４を流出する。床暖房用熱交換器４を流出したガス冷媒または二相冷媒は室内熱交換器３と二方弁１１を有した第２バイパス配管１２にそれぞれの配管抵抗に反比例して分岐するが、第２バイパス配管１２に設けた二方弁１１が開状態に設定されているので配管抵抗は室内熱交換器３の配管抵抗に比べて非常に小さいため、ほとんどの冷媒が第２バイパス配管１２側に流れて室内熱交換器３をバイパスする。バイパスした冷媒は絞り装置５により減圧され、室外熱交換器６に流入する。ここで外気と熱交換することにより冷媒は蒸発し、乾き度の高い二相冷媒またはガス冷媒となって室外熱交換器６を流出し、四方弁２を通って圧縮機１に吸入される。
【００４１】
図４におけるヒートポンプ床暖房空調装置は、床暖房単独運転時に床暖房用熱交換器４を流出した冷媒を二方弁１１を開状態として第２バイパス配管１２の方へ流すことにより、室内熱交換器３をバイパスしているため、室内熱交換器３による無駄な放熱ロスをなくすことが可能となり、効率を改善することができる。また、室内熱交換器３に冷媒を流さないため、停止している室内機より冷媒流動音が発生することも防止できる。なお、これまで第２バイパス配管１２に二方弁１１を備えた構成で説明したがこれに限るものではなく、第２バイパス配管１２の分岐部に三方弁を設けて流路を切換えてもよく、同様の効果が得られる。
【００４２】
また、図５は本発明の実施形態２に係るヒートポンプ床暖房空調装置に用いる二重管式の床暖房用熱交換器である。図中、４１、４２はそれぞれ床暖房運転時の冷媒入口管、冷媒出口管、４３、４４はそれぞれ床暖房運転時の２次側熱媒体のブライン入口管、ブライン出口管である。断面ＡＡの図に示すように、大小の円管が互いに接しないように二重に配置され、内側の小さい円管の内部を冷媒が流通し、その外側の大円管と小円管で挟まれた流路を床暖房パネル７へ循環する２次側熱媒体のブラインが流通する構成となっている。
【００４３】
本実施の形態のヒートポンプ床暖房空調装置において、床暖房＋空調暖房運転時などに床暖房用熱交換器を利用する場合の床暖房用熱交換器４内の冷媒およびブラインの流れについて説明する。
【００４４】
圧縮機１を吐出した高温高圧のガス冷媒は冷媒入口管４１より流入する（実線矢印）。一方、２次側熱媒体であるブラインはブライン入口管４３より流入する（二重線矢印）。ガス冷媒は熱交換器４内を流れながら、ブラインと熱交換し、冷媒出口管４２では過熱度の小さいガス冷媒または乾き度の高い二相冷媒となって流出し、下流側の室内熱交換器３側へ流れる。ブラインは床暖房用熱交換器４内を流れながらガス冷媒と熱交換し、ブライン出口管４１では高温のブラインとなって流出する。
【００４５】
本実施の形態のヒートポンプ床暖房空調装置の床暖房用熱交換器４は、冷媒と２次側熱媒体であるブラインをお互いに逆方向で流すいわゆる対向流で流す構成としているため、図６に示すように、床暖房用熱交換器４の冷媒側流路の多くの部分を顕熱変化をする過熱ガス冷媒で占められる場合、２次側熱媒体であるブラインとの平均温度差を小さくする事が可能となり効率を向上することができるとともに、冷媒出口温度よりも高いブライン出口温度を得ることができる。なお、本実施例では二重管熱交換器を例に挙げたが、別の形態として波状のプレートを積層してブレージング加工によりプレート同士を接合して流路を形成し、冷媒とブラインを交互の流路に流すことにより熱交換をさせるプレート式熱交換器を用いても、同様の効果を得ることができる。またさらに、二重管熱交換器の冷媒が流通する内側円管に伝熱促進手段として溝付伝熱管としてもよく、これにより熱交換を促進させて、二重管熱交換器をコンパクトにできる効果もある。
【００４６】
また、図７は本発明の実施の形態２に係る別のヒートポンプ床暖房空調装置を示すブロック図である。なお、図７のヒートポンプ床暖房空調装置はデフロスト運転時の状態を示しており、図３と同一又は相当部分には同じ符号を付し説明を省略する。図において、１３は床暖房用熱交換器４と床暖房パネル７を接続する回路中にブラインを循環するポンプ８の吸入側に配設されたバッファータンクである。
【００４７】
次に、図７のヒートポンプ床暖房空調装置において、デフロスト運転時の動作を説明する。圧縮機１から吐出される冷媒の動作については図３と同様であるので省略する。本実施の形態では、２次側熱媒体であるブラインを循環させるポンプ８の吸入側に余分なブラインを貯溜することができるバッファータンク１３を有しており、床暖房運転時にバッファータンク１３内に貯溜されたブラインは床暖房で必要な温度に昇温された状態で保たれている。デフロスト運転時は、冷媒流れ方向は逆転し、逆止弁９を有した第１バイパス配管１０側を冷媒が流通して床暖房用熱交換器４内の冷媒は停滞し低温となるため、ブラインは床暖房用熱交換器４により加熱されることはない。しかし、バッファータンク１３内には高温のブラインが保温貯溜されているため、バッファータンク１３内のブラインの熱量にて、デフロスト時間内の床暖房能力をまかなうことができるようにバッファータンク１３の容量を決めておけば、２次側熱媒体を循環させるポンプ８を運転すことにより、床暖房パネル７へ高温のブラインを連続して供給することが可能となり、デフロスト運転時も床暖房パネル７の表面温度を下げることなく快適性を維持することができる。
【００４８】
なお、図７に示すようにバッファータンク１３の出口側ブライン配管はブラインをポンプ８で吸引する必要があるため、タンクの下部に配設されている。そして、ポンプ８を床暖房用熱交換器４の下流側に配置してブラインをポンプ８で床暖房用熱交換器４へ押し込む形態としているのは、この床暖房用熱交換器４により熱交換された２次側熱媒体のブラインの温度が上昇するので、ポンプ８の信頼性を保つために高温になったブラインの影響を受けないような配置としたためである。
【００４９】
以上のように本実施の形態２のヒートポンプ床暖房空調装置は、２次側熱媒体循環用のポンプ８の吸入側にバッファータンク１３を有し、床暖房運転時にこのバッファータンク１３内のブラインは高温に維持した状態となるため、デフロスト運転時においてもポンプ８を運転することにより、床暖房パネル７へ高温のブラインを供給することが可能となり、デフロスト運転時も床暖房パネル７の表面温度を維持し、使用者に床暖房パネル表面温度の低下による不快感を与えることを防止することができる。
【００５０】
また、本発明の実施の形態２に係るヒートポンプ床暖房空調装置の床暖房用熱交換器として用いた二重管熱交換器４は、図５に示すように冷媒流入口４１を冷媒流出口４２よりも重力方向に高い位置となるように構成したものである。
【００５１】
本実施の形態においては、図２のモリエル線図に示すように、二重管熱交換器４内の冷媒は過熱ガス冷媒が大部分を占めるため、二重管熱交換器４内の冷凍機油は単相ガス冷媒のせん断力により引っ張られるような形で流動し、流動状態はあまり良くない状態である。そこで、本実施例では冷媒流入口４１を冷媒流出口４２よりも重力方向に高い位置となるように構成することにより、重力により冷凍機油の移動を促進することが可能となり、冷凍機油が床暖房用熱交換器４内に滞留することを防止できる。
【００５２】
また、図８は本発明の実施形態２に係る別のヒートポンプ床暖房空調装置を示すブロック図である。図８のヒートポンプ床暖房空調装置は床暖房＋空調暖房運転時の状態を示しており、図中の１５はブライン温度センサー、１６は吸込み空気温度センサー、１７は制御回路である。なお、図８中、図３と同一又は相当部分には同じ符号を付し説明を省略する。そして、図９は図８のヒートポンプ床暖房空調装置における床暖房＋空調暖房運転時の制御を示すフローチャートである。
【００５３】
図８の制御回路１７は床暖房パネル７へ流す２次側熱媒体であるブライン温度Ｔｂをブライン温度センサー１５により検知し（Ｓ３）、ブライン温度があらかじめ設定された目標温度Ｔｂｏ（Ｓ１）となるように、ブライン温度Ｔｂとブライン目標温度Ｔｂｏを比較し（Ｓ４）、ブライン温度Ｔｂが目標温度Ｔｂｏより低い場合は圧縮機１の運転周波数Ｈｚを増加し（Ｓ５）、ブライン温度Ｔｂが目標温度Ｔｂｏより高い場合は周波数を下げる（Ｓ６）調整をおこなう。一方、室内機においてはあらかじめ設定された目標室温Ｔａｏ（Ｓ２）に対し、吸込み空気温度センサー１６により検知された実際の吸込み空気温度Ｔａを検知し（Ｓ７）、その温度差をにより、吸込み空気温度Ｔａと目標室温Ｔａｏの温度差が大きくなれば室内ファンを通常回転数で運転して暖房運転を行い（Ｓ１０）、吸込み空気温度Ｔａと目標室温Ｔａｏの温度差が小さくなれば室内ファンを停止または低回転で運転し（Ｓ９）、暖房運転を停止または暖房能力を下げる。
【００５４】
以上のように、床暖房パネルへ流すブライン温度Ｔｂは圧縮機周波数の調節によってあらかじめ設定された目標温度Ｔｂｏとなるように調節することができるため、床暖房パネルの表面温度は環境条件が変化しても常に快適な状態を維持することが可能であり、また、空調機室内機は吸込み空気温度Ｔａと目標室温Ｔａｏの温度差が大きくなれば室内ファンを運転し、吸込み空気温度Ｔａと目標室温Ｔａｏの温度差が小さくなれば室内ファンを停止または低回転で運転し暖房運転を停止または暖房能力を下げるため、室内温度は快適な温度範囲内に維持することができる。
【００５５】
実施の形態３．
図１０は本発明の実施の形態３に係るヒートポンプ床暖房空調装置のシステム図である。図において、３０は冷媒流出接続口３２および冷媒流入接続口３１を有する空調用室外機、５０は床暖房用熱交換器４および２次熱媒体を循環するポンプ８を内蔵し、床暖房用熱交換器４が冷媒配管によって接続された冷媒流入接続口５１と冷媒流出接続口２５、およびポンプ８から床暖房用熱交換器４へブライン配管によって接続されたブライン流入口５３とブライン流出口５２を備えた床暖房用熱交換ユニットである温水ユニット、７はブライン流入口７１、ブライン流出口７２を有する床暖房パネル、６０は室内熱交換器を有した空調用室内機である。なお、空調用室外機３０には圧縮機１、四方弁２、室外熱交換器３および絞り装置５を配管で接続し内蔵している。また、３３、３４、３５は冷媒配管、７３、７４はブライン配管である。これらは、図に示すように、空調用室外機３０、空調用室内機６０、温水ユニット５０および床暖房パネル７の４つのユニットから構成され、それぞれを冷媒配管またはブライン配管にて接続される。
【００５６】
この実施の形態３のヒートポンプ床暖房空調装置は、一般的に用いられている空調用室外機３０の冷媒流出口３２を温水ユニット５０の冷媒流入口５１に冷媒配管３３を介して接続し、温水ユニット５０の冷媒流出口５２を空調用室内機６０に冷媒配管３４を介して接続し、空調用室外機３０の冷媒流入口３１を空調用室内機６０に冷媒配管３５を介して接続することにより冷媒回路が構成される。また、温水ユニット５０のブライン流出口５４を床暖パネル７のブライン流入口７１にブライン配管７４を介して接続し、温水ユニット５０のブライン流出口５３を床暖パネル７のブライン流出口７２にブライン配管７３を介して接続することによってブライン回路が構成される。なお、床暖房パネル７はフローリングタイプのものが一般的であるが、カーペットの内部にブライン配管を通したカーペットタイプのものでもよい。
【００５７】
以上のように、本実施の形態３のヒートポンプ床暖房空調装置は一般的な空調用室外機３０と空調用室内機６０と床暖房パネル７を温水ユニット５０と冷媒配管およびブライン配管で接続することによりシステムを構成することができるため、既設の空調用室外機３０と空調用室内機６０による空調機をそのまま用いて容易にヒートポンプ床暖房空調装置にシステム化する事が可能となる。また、空調用室外機３０と温水ユニット５０と空調用室内機６０と床暖房パネル７を別々分けて設置場所へ搬入し、現地で接続し組立てることで本システムを容易に構成できるため、少ない人数でも本システムを搬入し設置することができる。また、一部のユニットで故障が発生した場合、故障したユニットだけを取り外し交換することで修理が完了するため、修理時間も短縮でき、さらに修理費用も安価にすることができる。
【００５８】
ここで、上述したヒートポンプ床暖房空調装置を現地の据付け現場で組み立てる場合について説明する。工場から搬出してきた空調機室外ユニット３０の上部に床暖房用熱交換ユニットである温水ユニット５０を搭載固定し、冷媒配管３３の接続を行う。次に、空調機室内ユニット６０を延長配管３４，３５で空調機室外ユニットおよび温水ユニットに接続し、空調機室内ユニットと温水ユニットの冷媒回路での真空引きを行う。その後、空調機室外ユニットのバルブを開いて冷媒を回路へまわす。一方、床暖房側は、床暖房パネル７と温水ユニット５０をブライン配管７３，７４で接続した後、２次側熱媒体であるブラインを充填してポンプ８を運転しながらブラインを床暖房側回路へ流通させて組立てが完了する。なお、本実施の形態３における空調用室外機は、空調用室内機を1台接続するタイプを用いて説明したが、空調用室内機を複数台接続するマルチタイプの空調用室外機を用いても良く同様の効果が得られる。
【００５９】
また、本発明の実施の形態３に係るヒートポンプ床暖房空調装置は使用する冷凍機油として冷媒に対して弱溶解性の油を用いたものである。
【００６０】
例えば、冷媒に対して弱溶解性の油であるアルキルベンゼン油は、非常に安定性が高い油として知られており、水分などの異物が混入しても分解することなくスラッジの発生により冷媒回路が閉塞することを低減できる。
【００６１】
以上のように、本実施例のヒートポンプ床暖房空調装置は、冷凍機油として非常に安定性が高い弱溶解性油を用いているため、設置工事などの際、異物が混入しても冷凍サイクルに故障を起こすことは少なく高い信頼性を確保することができる。
【００６２】
また、本発明の実施の形態３に係るヒートポンプ床暖房空調装置は使用する冷媒としてＲ１３４ａ、Ｒ４１０Ａ、Ｒ４０７Ｃ、Ｒ４０７Ｅ、Ｒ４０７ＡなどのＨＦＣ冷媒またはＲ２９０、Ｒ６００ａなどのＨＣ冷媒またはＣＯ２冷媒を用いたものである。
【００６３】
したがって、このヒートポンプ床暖房空調装置において、ＨＦＣ冷媒またはＨＣ冷媒を用いているため、オゾン層破壊や地球温暖化など地球環境に悪影響を与えないヒートポンプ床暖房空調装置を提供することができる。
【００６４】
実施の形態４．
図１１は本発明の実施の形態４に係るヒートポンプ床暖房空調装置を示すブロック図である。なお、図１１の冷凍サイクルは空調暖房＋床暖房運転時の状態を示しており、図２４で説明した従来と同一又は相当部分には同じ符号を付し説明を省略する。
【００６５】
図１１において、５は室外熱交換器６と室内熱交換器３とを接続する冷媒配管に取り付けられた絞り装置であり、２は圧縮機１に接続され流れ方向を切換える四方弁である。４は床暖房用熱交換器であり、図に示すように暖房運転時の冷媒流れ方向において、室内熱交換器３の上流側に副絞り装置１８を介して冷媒配管により直列接続されている。したがって、熱源側熱交換器である室外熱交換器６に対応した負荷側熱交換器は直列に接続された床暖房用熱交換器４と室内熱交換器３の両方となる。また床暖房用熱交換器４にはブラインなどの２次側熱媒体を循環させるためのポンプ８と床暖房パネル７を２次側熱媒体で順次環状に接続している。
【００６６】
このヒートポンプ床暖房空調装置の構成について説明する。図１１に示すように、圧縮機１から四方弁２を介して一端は室外熱交換器６から絞り装置５を経て室内熱交換器３へ順次配管接続され、四方弁２のもう一端は床暖房用熱交換器４へ配管接続されている。そして、前記室内熱交換器３の絞り装置逆側の一端と前記床暖房用熱交換器４の四方弁とは逆側の一端を副絞り装置１８を介して配管接続することで圧縮機１から吐出した冷媒が循環する冷凍サイクルが形成されている。なお、圧縮機１、四方弁２、室外熱交換器６及び絞り装置５は通常一般的に用いられている空気調和機室外機の主要冷媒回路部であり、また室内熱交換器３は空気調和機室内機の主要冷媒回路部、床暖房用熱交換器４は床暖房用熱交換ユニットの主要冷媒回路部である。したがって、通常一般的に用いられている空気調和機室外機と空気調和機室内機、および床暖房用熱交換ユニットとを冷媒配管で順次接続した構成となっている。また、床暖房用熱交換器４から圧縮機から吐出された冷媒と熱交換する２次側熱媒体を流通させる配管により床暖房パネル７へ接続され、さらに床暖房パネルの他端からポンプ８を介して床暖房熱交換器４へ配管接続して２次側熱媒体の循環回路を形成している。
【００６７】
次に、このように構成された冷凍サイクルにおいて空調暖房＋床暖房運転時の動作を図１２を参照しながら説明する。図１２は空調暖房＋床暖房運転時のモリエル線図の一例である。
圧縮機1より高温高圧のガス冷媒が吐出し、四方弁２を通った後床暖房用熱交換器４に流入する（図１２のイ）。床暖房用熱交換器４に流入したガス冷媒はポンプ８により循環している２次側熱媒体であるブラインと熱交換することにより、吐出温度より冷却されたガス冷媒または乾き度の高い二相冷媒に凝縮し、床暖房用熱交換器４を流出する（図１２のロ）。一方、温度の上昇したブラインは床暖房パネル７内の配管に入り床暖房パネルの表面温度を上昇させ、床暖房運転を実現させる。床暖房用熱交換器４を流出したガス冷媒または二相冷媒は副絞り装置１８によって高圧から中圧に減圧され、凝縮温度は床暖房用熱交換器内の高温から中温に低下して室内熱交換器３に流入する（図１２のハ）。中圧中温の二相冷媒は室内空気と熱交換することにより、乾き度の低い気液二相冷媒または過冷却液冷媒に凝縮し、室内熱交換器３を流出する（図１２のニ）。一方室内熱交換器を通った室内空気は冷媒との熱交換により温度が上昇し、空調暖房運転を実現する。室内熱交換器３を流出した冷媒は絞り装置５により減圧され、室外熱交換器６に流入する。ここで外気と熱交換することにより冷媒は蒸発し、乾き度の高い気液二相冷媒またはガス冷媒となって室外熱交換器６を流出し、四方弁２を通って圧縮機１に吸入される。
【００６８】
以上のように本実施の形態４によれば、空調暖房＋床暖房運転を実施する場合、副絞り装置１８によって２つの凝縮温度を作りだし、高温高圧の吐出ガス冷媒を室内熱交換器３より優先して床暖房用熱交換器４に流し、床暖房用熱交換器４で放熱し温度の低下したガス冷媒または二相冷媒を副絞り装置１８によって減圧させ中圧中温の二相冷媒として下流の室内熱交換器３に流す構成としているため、圧縮機から吐出された過熱ガス冷媒を有効に利用しさらに高凝縮温度の二相冷媒と熱交換することによってブライン温度を高温化することができ床暖房能力を増加することが可能となり、一方室内熱交換器３へは凝縮温度の低下した中圧中温の冷媒を流すため、暖房能力を抑制することが可能となり、暖房能力を過大にすることなく床暖房能力を優先する運転が可能となり、室温を適性に保ちながら、床暖房パネルの表面温度の上昇を実現することができる。
【００６９】
また、圧縮機１から吐出された冷媒が全て直列に配管接続された床暖房用熱交換器４および室内熱交換器３を順に流れるため、冷媒流速を確保し伝熱性能の低下を防止することができる。
【００７０】
また、圧縮機、四方弁、室外熱交換器、絞り装置、室内熱交換器で構成される部分の冷媒回路は、一般的に量産されている空調機の冷媒回路とまったく同じであり、床暖房用熱交換器を空調機の冷媒回路に配管接続して組合せることによってヒートポンプ床暖房空調装置を構成することが可能となり、低コストでヒートポンプ床暖房空調装置を提供することができる。
【００７１】
また、図１３は実施の形態４の別のヒートポンプ床暖房空調装置を示すブロック図である。なお、図１３の冷凍サイクルは空調暖房＋床暖房運転時の状態を示しており、図２４で説明した従来と同一又は相当部分には同じ符号を付し説明を省略する。冷凍サイクルの動作に付いては、実施形態１と同様であるので説明を省略する。
【００７２】
ここで本実施形態においては、副絞り装置１８は可動式で絞り量の調整が可能であるため必要に応じて絞り量を変更し、床暖房用熱交換器４の凝縮温度と室内熱交換器３の凝縮温度を同じにしたり床暖房用熱交換器側を室内熱交換器よりも高くすることで、空調暖房優先運転と床暖房優先運転を切換えることができる。
【００７３】
また、図１４は実施の形態４のさらに別のヒートポンプ床暖房空調装置を示すブロック図である。なお、図１４の冷凍サイクルは空調暖房＋床暖房運転時の状態を示しており、図２４で説明した従来と同一又は相当部分には同じ符号を付し説明を省略する。図中の１９は副絞り装置１８のバイパス回路に配設された二方弁である。
【００７４】
図１４のヒートポンプ床暖房空調装置において、空調暖房＋床暖房運転時の２つの運転モードの動作を説明する。
まず、空調暖房優先モードにおいては、二方弁１９を開の状態で運転する。圧縮機1より高温高圧のガス冷媒が吐出し、四方弁２を通った後床暖房用熱交換器４に流入する。床暖房用熱交換器４に流入したガス冷媒はポンプ８により循環している２次側熱媒体であるブラインと熱交換することにより、吐出温度より冷却されたガス冷媒または乾き度の高い二相冷媒に凝縮し、床暖房用熱交換器４を流出する。一方、温度の上昇したブラインは床暖房パネル７内の配管に入り床暖房パネルの表面温度を上昇させ、床暖房運転を実現させる。床暖房用熱交換器４を流出したガス冷媒または二相冷媒は二方弁１９を介して室内熱交換器３に流入し、室内空気と熱交換することにより、高圧で乾き度の低い気液二相冷媒または過冷却液冷媒に凝縮し、室内熱交換器３を流出する。一方室内熱交換器を通った室内空気は冷媒との熱交換により温度が上昇し、空調暖房運転を実現する。室内熱交換器３を流出した冷媒は絞り装置５により減圧され、室外熱交換器６に流入する。ここで外気と熱交換することにより冷媒は蒸発し、乾き度の高い気液二相冷媒またはガス冷媒となって室外熱交換器６を流出し、四方弁２を通って圧縮機１に吸入される。
【００７５】
このように空調暖房優先モードにおいては、二方弁１９を開で運転するため、床暖房用熱交換器４と室内熱交換器３を流れる冷媒は同じ高圧となり、相対的に伝熱面積が大きく伝熱性能の良い室内熱交換器３の凝縮能力によって高圧の動作圧力が決まる。したがって、空調暖房能力が床暖房能力に比べて相対的に大きくなり、空調暖房優先の運転を実現することができる。空調暖房優先モードは特に室温が低い立ち上がり時に適用され、床温度よりも室温の上昇を優先する場合の運転モードである。
【００７６】
また、もう一つの運転モードである床暖房優先モードにおいては、二方弁１９を閉の状態で運転する。圧縮機1より高温高圧のガス冷媒が吐出し、四方弁２を通った後床暖房用熱交換器４に流入する。床暖房用熱交換器４に流入したガス冷媒はポンプ８により循環している２次側熱媒体であるブラインと熱交換することにより、吐出温度より冷却されたガス冷媒または乾き度の高い二相冷媒に凝縮し、床暖房用熱交換器４を流出する。一方、温度の上昇したブラインは床暖房パネル７内の配管に入り床暖房パネルの表面温度を上昇させ、床暖房運転を実現させる。床暖房用熱交換器４を流出したガス冷媒または二相冷媒は副絞り装置１８によって高圧から中圧に減圧され、凝縮温度は床暖房用熱交換器内の高温から中温に低下して室内熱交換器３に流入する。中圧中温の二相冷媒は室内空気と熱交換することにより、乾き度の低い気液二相冷媒または過冷却液冷媒に凝縮し、室内熱交換器３を流出する。一方室内熱交換器を通った室内空気は冷媒との熱交換により温度が上昇し、空調暖房運転を実現する。室内熱交換器３を流出した冷媒は絞り装置５により減圧され、室外熱交換器６に流入する。ここで外気と熱交換することにより冷媒は蒸発し、乾き度の高い気液二相冷媒またはガス冷媒となって室外熱交換器６を流出し、四方弁２を通って圧縮機１に吸入される。
【００７７】
このように床暖房優先モードにおいては、空調暖房＋床暖房運転を実施する場合、副絞り装置１８によって２つの凝縮温度を作りだし、高温高圧の吐出ガス冷媒を室内熱交換器３より優先して床暖房用熱交換器４に流し、床暖房用熱交換器４で放熱し温度の低下したガス冷媒または二相冷媒を副絞り装置１８によって減圧させ中圧中温の二相冷媒として下流の室内熱交換器３に流す構成としているため、圧縮機から吐出された過熱ガス冷媒を有効に利用しさらに高凝縮温度の二相冷媒と熱交換することによってブライン温度を高温化することができ床暖房能力を増加することが可能となり、一方室内熱交換器３へは凝縮温度の低下した中圧中温の冷媒を流すため、空調暖房能力を抑制することが可能となり、空調暖房能力を過大にすることなく床暖房能力を優先する運転が可能となり、室温を適性に保ちながら、床暖房パネルの表面温度の上昇を実現することができる。床暖房優先モードは特に室温が設定温度付近で床温度が十分に上がっていない場合に適用され、室温よりも床温度の上昇を優先する場合の運転モードである。
【００７８】
以上のように、本実施形態においては副絞り装置１８を二方弁を介してバイパスするバイパス回路を配設しているため、二方弁の開閉によって空調暖房優先運転と床暖房優先運転を切換えることが可能となり、負荷に応じて適切な運転をすることができる。
【００７９】
実施の形態５．
図１５は本発明の実施の形態５に係るヒートポンプ床暖房空調装置を示すブロック図である。また、図１６は床暖房優先運転開始時の絞り装置制御を示すフローチャートである。床暖房優先運転時の冷凍サイクルの動作については実施形態４と同様であるので省略する。ここで、床暖房優先運転時の絞り装置制御について説明する。制御装置１７は床暖房優先指令を受けると二方弁１９を閉じると共に、絞り装置５を副絞り装置１８側で冷媒が絞られ抵抗が増加しても冷媒回路全体として絞り過ぎとならない状態まで開くように制御する。
【００８０】
以上のように本実施形態においては、制御装置１７は床暖房優先指令を受けると二方弁１９を閉じると共に絞り装置５を開く制御を行うため、二方弁１９を閉じた時に絞り過ぎの状態となることを回避し、低圧の異常低下による室外熱交換器３への着霜や、床暖房能力の低下を防止することができる。
【００８１】
図１７は本発明の実施の形態５に係る別のヒートポンプ床暖房空調装置を示すブロック図である。また、図１８は床暖房優先運転開始時の圧縮機運転周波数制御を示すフローチャートである。床暖房優先運転時の冷凍サイクルの動作については実施形態４と同様であるので省略する。ここで、床暖房優先運転時の圧縮機運転周波数制御について説明する。制御装置１７は床暖房優先指令を受けると二方弁１９を閉じると共に、副絞り装置１８側で冷媒が絞られ抵抗が増加しても冷媒回路全体として絞り過ぎとならない冷媒循環流量になるまで圧縮機運転周波数を低下させる。
【００８２】
以上のように本実施の形態においては、制御装置１７は床暖房優先指令を受けると二方弁１９を閉じると共に圧縮機運転周波数を下げる制御を行うため、二方弁１９を閉じた時に冷媒循環量が多すぎて副絞り装置１８にて絞り過ぎの状態となることを回避し、低圧の異常低下による室外熱交換器３への着霜や、床暖房能力の低下を防止することができる。
【００８３】
実施の形態６．
図１９は本発明の実施の形態６に係るヒートポンプ床暖房空調装置を示すブロック図である。また、図２０は床暖房優先運転開始時の室内風量制御を示すフローチャートである。床暖房優先運転時の冷凍サイクルの動作については実施形態４と同様であるので省略する。ここで、床暖房優先運転時の室内風量制御について説明する。制御装置１７は床暖房優先指令を受けると二方弁１９を閉じると共に室内ファン２０に連結された室内ファンモータ２1の回転数を落とし、室内風量を小さくする。
【００８４】
実施の形態４で説明したように、空調暖房優先運転から床暖房優先運転に切換える際、二方弁１９を閉じ、副絞り装置１８に冷媒を流通させて床暖房熱交換器４と室内熱交換器３で異なる凝縮圧力を作り出すため、室内熱交換器３の凝縮圧力は空調暖房優先運転から床暖房優先運転に切換えることで低下する。これに伴なって、凝縮温度も低下するため、吹出し空気温度が低下し、使用者に冷風感を与えて快適性を損なう可能性がある。
【００８５】
本実施の形態においては、制御装置１７は床暖房優先指令を受けると二方弁１９を閉じると共に室内ファン２０に連結された室内ファンモータ２1の回転数を落とし、使用者に冷風が強く吹き付けない状態まで室内風量を小さくするため、快適性を低下させることがない。
【００８６】
また、図２１は実施の形態６の別の実施形態を示すヒートポンプ床暖房空調装置を示すブロック図である。また、図２２は床暖房優先運転開始時の室内風向制御を示すフローチャートである。ここで、床暖房優先運転時の室内風向制御について説明する。制御装置１７は床暖房優先指令を受けると二方弁１９を閉じると共に室内フラップ２２に連結されたステッピングモータ２３を室内フラップ２２が上向きとなる方向に回転させ、使用者に冷風が当らない状態まで室内風向を上向きとする。
【００８７】
本実施の形態においては、制御装置１７は床暖房優先指令を受けると二方弁１９を閉じると共に室内フラップ２２に連結されたステッピングモータ２３を室内フラップ２２が上向きとなる方向に回転させ、使用者に冷風が当らない状態まで室内風向を上向きとし、快適性を低下させることがない。
【００８８】
実施の形態７．
図２３は床暖房優先運転から空調暖房優先運転へ切換え時の絞り装置制御を示すフローチャートである。ここで、床暖房優先運転から空調暖房優先運転へ切換え時の絞り装置制御について説明する。制御装置１７は床暖房優先運転から暖房優先運転への切換え指令を受けると二方弁１９を開けると共に二方弁１９を開いて抵抗が小さくなった状態でも、冷凍サイクル全体の絞りが開き過ぎの状態とならない状態まで絞り装置５の開度を小さくする。
【００８９】
床暖房優先運転の場合、絞り装置５は開いた状態で運転しており、空調暖房優先運転に切換えるため二方弁１９を開けると、絞り装置５は開き過ぎの状態となり、圧縮機吸入側に大量の液バックが発生し、圧縮機が故障するなどの危険がある。本実施の形態では、床暖房優先運転から空調暖房優先運転への切換え指令を受けると二方弁１９を開けると共に、二方弁１９を開いて抵抗が小さくなった状態でも、冷凍サイクル全体の絞りが開き過ぎの状態とならない状態まで絞り装置５の開度を小さくする制御をするため、圧縮機への大量の液バックを防止し、圧縮機の故障等を防止することができる。
【００９０】
また、本発明に係るヒートポンプ床暖房空調装置は使用する冷凍機油として冷媒に対して弱溶解性の油を用いたものであってもよい。
【００９１】
例えば、冷媒に対して弱溶解性の油であるアルキルベンゼン油は、非常に安定性が高い油として知られており、水分などの異物が混入しても分解することなくスラッジの発生により冷媒回路が閉塞しすることを低減できる。
【００９２】
以上のように、本実施例のヒートポンプ床暖房空調装置は、冷凍機油として非常に安定性が高い弱溶解性油を用いているため、設置工事などの際、異物が混入しても冷凍サイクルに故障を起こすことは少なく高い信頼性を確保することができる。
【００９３】
また、本発明に係るヒートポンプ床暖房空調装置は使用する冷媒としてＲ１３４ａ、Ｒ４１０Ａ、Ｒ４０７Ｃ、Ｒ４０７Ｅ、Ｒ４０７ＡなどのＨＦＣ冷媒またはＲ２９０、Ｒ６００ａなどのＨＣ冷媒またはＣＯ２冷媒を用いたものであってもよい。
【００９４】
したがって、このヒートポンプ床暖房空調装置において、ＨＦＣ冷媒またはＨＣ冷媒またはＣＯ２冷媒を用いているため、オゾン層破壊や地球温暖化など地球環境に悪影響を与えないヒートポンプ床暖房空調装置を提供することができる。
【００９５】
【発明の効果】
以上のように本発明の請求項１に係るヒートポンプ床暖房空調装置は、圧縮機、熱源側熱交換器、絞り装置、負荷側熱交換器を順に接続した冷凍サイクルを備え、前記負荷側熱交換器は空調用の室内熱交換器と床暖房用熱交換器を副絞り装置と該副絞り装置に並列で二方弁を有してバイパスするバイパス回路とを介して直列に配管接続してともに凝縮器として使用して床暖房と空調暖房の併用運転を行うので、空調暖房＋床暖房運転を実施する場合、副絞り装置によって２つの凝縮温度を作りだし、高温高圧の吐出ガス冷媒を室内熱交換器より優先して床暖房用熱交換器に流し、床暖房用熱交換器で放熱し温度の低下したガス冷媒または二相冷媒を副絞り装置によって減圧させ中圧中温の二相冷媒として下流の室内熱交換器に流す構成としているため、圧縮機から吐出された過熱ガス冷媒を有効に利用しさらに高凝縮温度の二相冷媒と熱交換することによってブライン温度を高温化することができ床暖房能力を増加することが可能となり、一方室内熱交換器へは凝縮温度の低下した中圧中温の冷媒を流すため、暖房能力を抑制することが可能となり、暖房能力を過大にすることなく床暖房能力を優先する運転が可能となり、室温を適性に保ちながら、床暖房パネルの表面温度の上昇を実現することができる。
また、空調暖房優先モードにおいては、二方弁を開で運転するため、床暖房用熱交換器と室内熱交換器を流れる冷媒は同じ高圧となり、相対的に伝熱面積が大きく伝熱性能の良い室内熱交換器の凝縮能力によって高圧の動作圧力が決まる。したがって、空調暖房能力が床暖房能力に比べて相対的に大きくなり、空調暖房優先の運転を実現することができる。空調暖房優先モードは特に室温が低い立ち上がり時に適用され、床温度よりも室温の上昇を優先する場合のモードである。
また圧縮機から吐出された冷媒が全て直列に配管接続された床暖房用熱交換器および室内熱交換器を順に流れるため、冷媒流速を確保し伝熱性能の低下を防止することができる。
また、圧縮機、四方弁、室外熱交換器、絞り装置、室内熱交換器で構成される部分の冷媒回路は、一般的に量産されている空調機の冷媒回路とまったく同じであり、床暖房用熱交換器を空調機の冷媒回路に配管接続して組合せることによってヒートポンプ床暖房空調装置を構成することが可能となり、低コストでヒートポンプ床暖房空調装置を提供することができる。
【０１０６】
また、本発明の請求項２に係るヒートポンプ床暖房空調装置は、副絞り装置として可動式で絞り量の変更が可能であるので、副絞り装置は可動式で絞り量の調整が可能でるため必要に応じて絞り量を変更し、床暖房用熱交換器の凝縮温度と室内熱交換器の凝縮温度を同じにした空調暖房優先運転と床暖房用熱交換器側の凝縮温度を室内熱交換器よりも高くする床暖房優先運転を切換えることができる。
【０１０８】
また、本発明の請求項３に係るヒートポンプ床暖房空調装置は、床暖房と空調暖房の併用運転において床暖房能力を空調暖房能力に優先して運転する際、前記二方弁を閉じると共に前記絞り装置の開度を大きくする制御を行うので、制御装置は床暖房優先指令を受けると二方弁を閉じると共に絞り装置を開く制御を行うため、二方弁を閉じた時に絞り過ぎの状態となることを回避し、低圧の異常低下による室外熱交換器への着霜や、床暖房能力の低下を防止することができる。
【０１０９】
また、本発明の請求項４に係るヒートポンプ床暖房空調装置は、床暖房と空調暖房の併用運転において床暖房能力を空調暖房能力に優先して運転する際、前記二方弁を閉じると共に前記圧縮機の運転周波数を下げる制御を行うので、制御装置は床暖房優先指令を受けると二方弁を閉じると共に圧縮機運転周波数を下げる制御を行うため、二方弁を閉じた時に冷媒循環量が多すぎて副絞り装置にて絞り過ぎの状態となることを回避し、低圧の異常低下による室外熱交換器への着霜や、床暖房能力の低下を防止することができる。
【０１１０】
また、本発明の請求項５に係るヒートポンプ床暖房空調装置は、床暖房と空調暖房の併用運転において床暖房能力を空調暖房能力に優先して運転する際、前記二方弁を閉じると共に前記暖房用熱交換器への送風量を下げる制御を行うので、制御装置は床暖房優先指令を受けると二方弁を閉じると共に室内ファンに連結された室内ファンモータの回転数を落とし、室内風量を小さくするため、使用者に冷風が強く吹き付けることを防止し、快適性を低下させることがない。
【０１１１】
また、本発明の請求項６に係るヒートポンプ床暖房空調装置は、床暖房と空調暖房の併用運転において床暖房能力を空調暖房能力に優先して運転する際、前記二方弁を閉じると共に前記暖房用熱交換器を通過した後の空気の風向を上向きに変える制御を行うので、制御装置は床暖房優先指令を受けると二方弁を閉じると共に室内フラップに連結されたステッピングモータを室内フラップが上向きとなる方向に回転させ、室内風向を上向きとするため、使用者に冷風が強く吹き付けることを防止し、快適性を低下させない。
【０１１２】
また、本発明の請求項７に係るヒートポンプ床暖房空調装置は、床暖房と空調暖房の併用運転において床暖房能力を空調暖房能力に優先した運転を解除する際、前記二方弁を開けると共に前記絞り装置の開度を小さくする制御を行うので、床暖房優先運転から空調暖房優先運転への切換え指令を受けると二方弁を開けると共に絞り装置の開度を小さくする制御をするため、圧縮機への大量の液バックを防止し、圧縮機の故障等を防止することができる。
【０１１３】
また、本発明の請求項８に係るヒートポンプ床暖房空調装置は、冷凍機油として弱溶解性の油を用いたので、設置工事などの際、異物が混入しても冷凍サイクルに故障を起こすことは少なく高い信頼性を確保することができる。
【０１１４】
また、本発明の請求項９に係るヒートポンプ床暖房空調装置は、冷媒として、ＨＦＣ冷媒またはＨＣ冷媒またはＣＯ２冷媒を用いたたので、オゾン層破壊や地球温暖化など地球環境に悪影響を与えないヒートポンプ床暖房空調装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態1に係るヒートポンプ床暖房空調装置を示すブロック図である。
【図２】 本発明の実施の形態１に係わり、床暖房＋空調暖房運転時のモリエル線図である。
【図３】 本発明の実施の形態２に係るヒートポンプ床暖房空調装置を示すブロック図である。
【図４】 本発明の実施の形態２に係る別のヒートポンプ床暖房空調装置を示すブロック図である。
【図５】 本発明の実施の形態２に係わり、ヒートポンプ床暖房空調装置に用いられる床暖房用熱交換器の構成図である。
【図６】 本発明の実施の形態２に係わり、ヒートポンプ床暖房空調装置に用いられる床暖房用熱交換器内の冷媒とブラインの温度変化を示す図である。
【図７】 本発明の実施の形態２に係るさらに別のヒートポンプ床暖房空調装置を示すブロック図である。
【図８】 本発明の実施の形態２に係る別のヒートポンプ床暖房空調装置を示すブロック図である。
【図９】 本発明の実施の形態２に係る別のヒートポンプ床暖房空調装置の床暖房＋空調暖房運転時の制御を示すフローチャートである。
【図１０】 本発明の実施の形態３に係るヒートポンプ床暖房空調装置を示すシステム図である。
【図１１】 本発明の実施の形態４に係るヒートポンプ床暖房空調装置を示すブロック図である。
【図１２】 本発明の実施の形態４に係わり、床暖房＋空調暖房運転時のモリエル線図である。
【図１３】 本発明の実施の形態４の別のヒートポンプ床暖房空調装置を示すブロック図である。
【図１４】 本発明の実施の形態４のさらに別のヒートポンプ床暖房空調装置を示すブロック図である。
【図１５】 本発明の実施の形態５に係るヒートポンプ床暖房空調装置を示すブロック図である。
【図１６】 本発明の実施の形態５に係わるヒートポンプ床暖房空調装置の床暖房優先運転開始時の絞り装置制御を示すフローチャートである。
【図１７】 本発明の実施の形態５に係る別のヒートポンプ床暖房空調装置を示すブロック図である。
【図１８】 本発明の実施の形態５に係る別のヒートポンプ床暖房空調装置の床暖房優先運転開始時の圧縮機運転周波数制御を示すフローチャートである。を示すブロック図である。
【図１９】 本発明の実施の形態６に係るヒートポンプ床暖房空調装置を示すブロック図である。
【図２０】 本発明の実施の形態６に係るヒートポンプ床暖房空調装置の床暖房優先運転開始時の室内風量制御を示すフローチャートである。
【図２１】 本発明の実施の形態６の別の実施形態を示すヒートポンプ床暖房空調装置を示すブロック図である。
【図２２】 本発明の実施の形態６の別の実施形態を示すヒートポンプ床暖房空調装置の床暖房優先運転開始時の室内風向制御を示すフローチャートである。
【図２３】 本発明の実施の形態７のヒートポンプ床暖房空調装置の床暖房優先運転から暖房優先運転へ切換え時の絞り装置制御を示すフローチャートである。
【図２４】 従来のヒートポンプ床暖房空調装置のブロック図である。
【図２５】 ブライン送水温度と床暖房パネル表面温度の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１ 圧縮機、 ２ 四方弁、 ３ 室内熱交換器、 ４ 床暖房用熱交換器、５，５ａ、５ｂ 絞り装置、 ６ 室外熱交換器、 ７ 床暖房パネル、 ８ポンプ、 ９ 逆止弁、 １０ 第１バイパス配管、 １１ 二方弁、 １２第２バイパス配管、 １３ バッファータンク、 １４ 室内ファン、 １５ブライン温度センサー、 １６ 吸込み空気温度センサー、 １７ 制御回路、 １８ 副絞り装置、 １９ 二方弁、 ２０ 室内ファン、 ２１ 室内ファンモータ、 ２２ 室内フラップ、 ２３ ステッピングモータ、 ３０ 空調用室外機、 ３１ 室外機冷媒流入口、 ３２ 室外機冷媒流出口、 ３３、３４、３５ 冷媒配管、 ５０ 温水ユニット、 ５１ 温水ユニット冷媒流入口、 ５２ 温水ユニット冷媒流出口、 ５３ 温水ユニットブライン流入口、５４ 温水ユニットブライン流出口、 ６０ 空調用室内機、 ７１ 床暖パネルブライン流入口、 ７２ 床暖パネルブライン流出口、 ７３、７４ ブライン配管。
【発明の属する技術分野】
本発明は、ヒートポンプにより加熱された２次側熱媒体が床暖房パネルを循環するヒートポンプ床暖房空調装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図２４は特開２０００−４６４１７号公報に示される従来のヒートポンプ床暖房空調装置を示すブロック図であり、図において、１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、２は四方弁、３は室内熱交換器、４は床暖房用の２次側熱媒体と冷媒を熱交換する床暖房用熱交換器、５ａ、５ｂは絞り装置、６は室外熱交換器、７は床暖房パネル、８は床暖房の２次側熱媒体を循環するためのポンプである。
【０００３】
この従来のヒートポンプ床暖房空調装置は、圧縮機１の吐出側に一端が接続された四方弁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の他端に一端が絞り装置５ａを介して接続された室内熱交換器３の他端が四方弁２へ接続されるとともに、前記室外熱交換器６の他端に一端が絞り装置５ｂを介して接続された床暖房用熱交換器４が前記室内熱交換器３と並列に四方弁２へ接続される。一方、床暖房パネル７の一端は床暖房用熱交換器４に接続され、他端はポンプ８を介して前記床暖房用熱交換器４に接続され２次側熱媒体である温水を循環する構成である。
【０００４】
以上のように構成された従来のヒートポンプ床暖房空調装置において、例えば床暖房＋空調暖房運転の場合について動作を説明する。圧縮機1より高温高圧のガス冷媒が吐出し、四方弁２を通った後室内熱交換器３に接続される配管と床暖房用熱交換器４に接続される配管に分岐される。室内熱交換器３に分岐したガス冷媒の一部は室内空気と熱交換することにより、気液二相冷媒または液冷媒に凝縮し、室内熱交換器３を流出する。また、床暖房用熱交換器４に分岐した残りのガス冷媒は２次側熱媒体と熱交換することにより、気液二相冷媒または液冷媒に凝縮し、床暖房用熱交換器４を流出する。室内熱交換器３を流出した冷媒は絞り装置５ａにより減圧され、床暖房用熱交換器４を流出した冷媒は絞り装置５ｂにより減圧されたのち合流し、室外熱交換器６に流入する。ここで外気と熱交換することにより冷媒は蒸発し、乾き度の高い二相冷媒またはガス冷媒となって流出し、四方弁２を通って圧縮機１に吸入される。
【０００５】
また図２５は、２次側熱媒体であるブラインの送水温度と床暖房パネル表面の温度の関係を実験した結果であるが、一般的に快適と考えられている床暖房パネル表面温度は２８℃〜３０℃と言われており、これより必要なブライン送水温度は少なくとも４０℃以上が必要と言える。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前記のような従来のヒートポンプ床暖房空調装置は、室内熱交換器３と床暖房用熱交換器４が並列の回路となっている。床暖房用熱交換器４は４０℃以上の２次側熱媒体温度を確保するために、常に比較的高めの冷媒温度を必要とするのに対し、室内熱交換器３は暖房負荷に応じて必要な冷媒温度は変化し、また伝熱面積が広く伝熱性能の良い室内熱交換器３では冷媒温度は床暖房用熱交換器４で必要な冷媒温度よりも低い温度で十分である。しかし、従来のヒートポンプ床暖房空調装置では室内熱交換器３と床暖房用熱交換器４は並列に配管接続されているため、圧縮機１から吐出した同じ温度の吐出ガス冷媒が流入する構造となっており、床暖房能力に合わせて圧縮機周波数を調整すると室内空調暖房能力が過大となったり、逆に空調暖房能力に合わせて圧縮機周波数を調整すると床暖房能力が不足し床暖房パネルの表面温度が不足するという不具合があった。
【０００７】
また、圧縮機から吐出したガス冷媒は室内熱交換器と床暖房用熱交換器に分岐されるため、それぞれの熱交換器を流れる冷媒流量は減少し、伝熱性能が低下し効率が悪くなるという不具合があった、また、それぞれの熱交換器に対応して絞り装置を有するため、制御が複雑になり、コストも高いという問題があった。
【０００８】
本発明は、かかる課題を解決するためになされたもので、床暖房と空調暖房を同時に運転する場合、床暖房用熱交換器に室内熱交換器よりも高い温度の冷媒が流れるように構成することにより、暖房能力が過大となったり、逆に床暖房パネルの表面温度が不足する等の不具合を回避することを目的としている。また圧縮機から吐出された冷媒が全て床暖房用熱交換器および室内熱交換器を流れる構成とすることにより伝熱性能の低下を防止することを目的としている。さらに冷媒回路を簡素化し、通常の空調機の標準的な冷媒回路に床暖房用冷媒回路を付加することによりヒートポンプ床暖房空調装置を実現できる構成とし、より汎用性が高くコストも低く抑えることを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係るヒートポンプ床暖房空調装置は、圧縮機、熱源側熱交換器、絞り装置、負荷側熱交換器を順に接続した冷凍サイクルを備え、前記負荷側熱交換器は空調用の室内熱交換器と床暖房用熱交換器を副絞り装置と該副絞り装置に並列で二方弁を有してバイパスするバイパス回路とを介して直列に配管接続してともに凝縮器として使用して床暖房と空調暖房の併用運転を行うものである。
【００２０】
本発明の請求項２に係るヒートポンプ床暖房空調装置は、前記副絞り装置が、可動式で絞り量の変更が可能である。
【００２２】
本発明の請求項３に係るヒートポンプ床暖房空調装置は、床暖房と空調暖房の併用運転において床暖房能力を空調暖房能力に優先して運転する際、前記二方弁を閉じると共に前記絞り装置の開度を大きくする制御を行うものである。
【００２３】
本発明の請求項４に係るヒートポンプ床暖房空調装置は、床暖房と空調暖房の併用運転において床暖房能力を空調暖房能力に優先して運転する際、前記二方弁を閉じると共に前記圧縮機の運転周波数を下げる制御を行うものである。
【００２４】
本発明の請求項５に係るヒートポンプ床暖房空調装置は、床暖房と空調暖房の併用運転において床暖房能力を空調暖房能力に優先して運転する際、前記二方弁を閉じると共に前記暖房用熱交換器への送風量を下げる制御を行うものである。
【００２５】
本発明の請求項６に係るヒートポンプ床暖房空調装置は、床暖房と空調暖房の併用運転において床暖房能力を空調暖房能力に優先して運転する際、前記二方弁を閉じると共に前記暖房用熱交換器を通過した後の空気の風向を上向きに変える制御を行うものである。
【００２６】
本発明の請求項７に係るヒートポンプ床暖房空調装置は、床暖房と空調暖房の併用運転において床暖房能力を空調暖房能力に優先した運転を解除する際、前記二方弁を開けると共に前記絞り装置の開度を小さくする制御を行うものである。
【００２７】
本発明の請求項８に係るヒートポンプ床暖房空調装置は、冷凍機油として弱溶解性の油を用いたものである。
【００２８】
本発明の請求項９に係るヒートポンプ床暖房空調装置は、冷媒として、ＨＦＣ冷媒またはＨＣ冷媒またはＣＯ２冷媒を用いたものである。
【００２９】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態1に係るヒートポンプ床暖房空調装置を示すブロック図である。なお、図1の冷凍サイクルは空調暖房＋床暖房運転時の状態を示しており、図２４で説明した従来と同一又は相当部分には同じ符号を付し説明を省略する。
【００３０】
図１において、５は室外熱交換器６と室内熱交換器３とを接続する冷媒配管に取り付けられた絞り装置であり、２は圧縮機１に接続され流れ方向を切換える四方弁である。４は床暖房用熱交換器であり、図に示すように暖房運転時の冷媒流れ方向において、室内熱交換器３の上流側に冷媒配管により直列接続されている。したがって、熱源側熱交換器である室外熱交換器６に対応した負荷側熱交換器は直列に接続された床暖房用熱交換器４と室内熱交換器３となる。また床暖房用熱交換器４にはブラインなどの２次側熱媒体を循環させるためのポンプ８と床暖房パネル７を２次側熱媒体で順次環状に接続している。
【００３１】
このヒートポンプ床暖房空調装置の構成について説明する。図１に示すように、圧縮機１から四方弁２を介して一端は室外熱交換器６から絞り装置５を経て室内熱交換器３へ順次配管接続され、四方弁２のもう一端は床暖房用熱交換器４へ配管接続されている。そして、前記室内熱交換器３の絞り装置逆側の一端と前記床暖房用熱交換器４の四方弁とは逆側の一端を配管接続することで圧縮機１から吐出した冷媒が循環する冷凍サイクルが形成されている。なお、圧縮機１、四方弁２、室外熱交換器６及び絞り装置５は通常一般的に用いられている空気調和機室外機の主要冷媒回路部であり、また室内熱交換器３は空気調和機室内機の主要冷媒回路部、床暖房用熱交換器４は床暖房用熱交換ユニットの主要冷媒回路部である。したがって、通常一般的に用いられている空気調和機室外機と空気調和機室内機、および床暖房用熱交換ユニットとを冷媒配管で順次接続した構成となっている。また、床暖房用熱交換器４から圧縮機から吐出された冷媒と熱交換する２次側熱媒体を流通させる配管により床暖房パネル７へ接続され、さらに床暖房パネルの他端からポンプ８を介して床暖房熱交換器４へ配管接続して２次側熱媒体の循環回路を形成している。
【００３２】
次に、このように構成された冷凍サイクルにおいて空調暖房＋床暖房運転時の動作を図２を参照しながら説明する。図２は空調暖房＋床暖房運転時のモリエル線図の一例である。
圧縮機1より高温高圧のガス冷媒が吐出し、四方弁２を通った後床暖房用熱交換器４に流入する（図２のイ）。床暖房用熱交換器４に流入したガス冷媒はポンプ８により循環している２次側熱媒体であるブラインと熱交換することにより、吐出温度より冷却されたガス冷媒または乾き度の高い二相冷媒に凝縮し、床暖房用熱交換器４を流出する（図２のロ）。一方、温度の上昇したブラインは床暖房パネル７内の配管に入り床暖房パネルの表面温度を上昇させ、床暖房運転を実現させる。床暖房用熱交換器４を流出したガス冷媒または二相冷媒は室内熱交換器３に流入し、室内空気と熱交換することにより、乾き度の低い気液二相冷媒または過冷却液冷媒に凝縮し、室内熱交換器３を流出する（図２のハ）。一方室内熱交換器を通った室内空気は冷媒との熱交換により温度が上昇し、空調暖房運転を実現する。室内熱交換器３を流出した冷媒は絞り装置５により減圧され、室外熱交換器６に流入する。ここで外気と熱交換することにより冷媒は蒸発し、乾き度の高い気液二相冷媒またはガス冷媒となって室外熱交換器６を流出し、四方弁２を通って圧縮機１に吸入される。
【００３３】
以上のように実施の形態１によれば、空調暖房＋床暖房運転を実施する場合、高温の吐出ガス冷媒を室内熱交換器３より優先して床暖房用熱交換器４に流し、その後床暖房用熱交換器４で放熱し温度の低下したガス冷媒または二相冷媒を下流の室内熱交換器３に流す構成としているため、圧縮機から吐出された過熱ガス冷媒を有効に利用してブライン温度を高温化することができ、空調暖房負荷が小さく室内熱交換器３の冷媒の凝縮温度を下げて運転をしても、床暖房用熱交換器４には必要なブライン温度を確保することが可能となり、暖房能力を過大にすることなく十分な床暖房パネルの表面温度を実現することができる。
【００３４】
また、圧縮機１から吐出された冷媒が全て直列に配管接続された床暖房用熱交換器４および室内熱交換器３を順に流れるため、冷媒流速を確保し伝熱性能の低下を防止することができる。
【００３５】
また、圧縮機、四方弁、室外熱交換器、絞り装置、室内熱交換器で構成される部分の冷媒回路は、一般的に量産されている空調機の冷媒回路とまったく同じであり、床暖房用熱交換器を空調機の冷媒回路に配管接続して組合せることによってヒートポンプ床暖房空調装置を構成することが可能となり、低コストでヒートポンプ床暖房空調装置を提供することができる。
【００３６】
実施の形態２．
図３は本発明の実施の形態２に係るヒートポンプ床暖房空調装置を示すブロック図である。図３の冷凍サイクルは暖房運転による室外熱交換器６への着霜を取り除くためのデフロスト運転時の状態を示しており、図中、１０は冷房運転またはデフロスト運転時に逆止弁９を介して床暖房用熱交換器４をバイパスする第１バイパス配管である。ここで、逆止弁９は室内熱交換器３から四方弁２を介して圧縮機１へ向かう流れ方向を流通可能とするものである。なお、図1と同一又は相当部分には同じ符号を付し説明を省略する。
【００３７】
本実施の形態２のヒートポンプ床暖房空調装置において、デフロスト運転時の動作を説明する。
圧縮機1より高温高圧のガス冷媒が吐出し、四方弁２を経て室外熱交換器６に流入する。室外熱交換器６に流入したガス冷媒は室外熱交換器６のフィンに着霜した霜と熱交換することによって霜を溶かし、冷媒は二相冷媒または過冷却液冷媒となって流通する。そして、室外熱交換器６を流出した冷媒は絞り装置５を通って減圧され、０℃以下の低温状態となって室内熱交換器３に流入する。室内熱交換器３には送風されていないため熱交換が行われず、冷媒はほとんど蒸発することなく室内熱交換器３を流出する。室内熱交換器３を流出した低温の冷媒は床暖房用熱交換器４と逆止弁９を有した第１バイパス配管１０にそれぞれの配管抵抗に反比例して分岐するが、第１バイパス配管１０の配管抵抗は床暖房用熱交換器４の配管抵抗に比べて非常に小さいため、ほとんどの低温冷媒が第１バイパス配管１０側に流れて床暖房用熱交換器４側をバイパスする。第１バイパス配管１０を流出した冷媒は四方弁２を通って圧縮機１に吸入される。
一方、床暖房＋空調暖房運転時は冷媒の流れ方向がデフロスト運転と逆方向となるため、逆止弁９が閉となり第１バイパス配管１０は機能せず、実施の形態１と同様に圧縮機１から吐出した冷媒は床暖房用熱交換器４から空調用の室内熱交換器３へと流通する動作となる。上述のように第１バイパス配管１０に逆止弁９を設けた構成としたので、安価な装置を提供することができる。
【００３８】
以上のように実施の形態２によれば、デフロスト運転時に０℃以下となる低温冷媒を逆止弁９を有した第１バイパス配管１０に流通させ、床暖房用熱交換器４をバイパスさせることができるため、床暖房用熱交換器４内部の床暖房パネル７へ循環する２次側熱媒体のブラインが冷却凍結して床暖房用熱交換器４が破壊されることを防止できる。なお、上記第１バイパス配管１０に逆止弁９を設けた構成で説明したが、逆止弁に限ることはなく、開閉弁でもよく、四方弁による流路切換えに応じてこの開閉弁を操作すれば同様の効果が得られる。
【００３９】
また、図４は本発明の実施の形態２に係る別のヒートポンプ床暖房空調装置を示すブロック図である。図４の冷凍サイクルは床暖房単独運転時の状態を示しており、図中の１２は二方弁１１を介して室内熱交換器３をバイパスする第２バイパス配管であり、図３とは上記第２バイパス配管１２を追加した点が異なるものである。なお、図３と同一又は相当部分には同じ符号を付し説明を省略する。
【００４０】
図４のヒートポンプ床暖房空調装置において、室内空調を行わない床暖房単独運転時の動作を説明する。
圧縮機1より高温高圧のガス冷媒が吐出し、四方弁２を通った後、冷媒は第１バイパス配管１０には逆止弁９が設けてあるため床暖房用熱交換器４に流入する。床暖房用熱交換器４に流入したガス冷媒は床暖房パネル７へ循環する２次側熱媒体のブラインと熱交換することにより、吐出温度より冷却されたガス冷媒または乾き度の高い二相冷媒に凝縮し、床暖房用熱交換器４を流出する。床暖房用熱交換器４を流出したガス冷媒または二相冷媒は室内熱交換器３と二方弁１１を有した第２バイパス配管１２にそれぞれの配管抵抗に反比例して分岐するが、第２バイパス配管１２に設けた二方弁１１が開状態に設定されているので配管抵抗は室内熱交換器３の配管抵抗に比べて非常に小さいため、ほとんどの冷媒が第２バイパス配管１２側に流れて室内熱交換器３をバイパスする。バイパスした冷媒は絞り装置５により減圧され、室外熱交換器６に流入する。ここで外気と熱交換することにより冷媒は蒸発し、乾き度の高い二相冷媒またはガス冷媒となって室外熱交換器６を流出し、四方弁２を通って圧縮機１に吸入される。
【００４１】
図４におけるヒートポンプ床暖房空調装置は、床暖房単独運転時に床暖房用熱交換器４を流出した冷媒を二方弁１１を開状態として第２バイパス配管１２の方へ流すことにより、室内熱交換器３をバイパスしているため、室内熱交換器３による無駄な放熱ロスをなくすことが可能となり、効率を改善することができる。また、室内熱交換器３に冷媒を流さないため、停止している室内機より冷媒流動音が発生することも防止できる。なお、これまで第２バイパス配管１２に二方弁１１を備えた構成で説明したがこれに限るものではなく、第２バイパス配管１２の分岐部に三方弁を設けて流路を切換えてもよく、同様の効果が得られる。
【００４２】
また、図５は本発明の実施形態２に係るヒートポンプ床暖房空調装置に用いる二重管式の床暖房用熱交換器である。図中、４１、４２はそれぞれ床暖房運転時の冷媒入口管、冷媒出口管、４３、４４はそれぞれ床暖房運転時の２次側熱媒体のブライン入口管、ブライン出口管である。断面ＡＡの図に示すように、大小の円管が互いに接しないように二重に配置され、内側の小さい円管の内部を冷媒が流通し、その外側の大円管と小円管で挟まれた流路を床暖房パネル７へ循環する２次側熱媒体のブラインが流通する構成となっている。
【００４３】
本実施の形態のヒートポンプ床暖房空調装置において、床暖房＋空調暖房運転時などに床暖房用熱交換器を利用する場合の床暖房用熱交換器４内の冷媒およびブラインの流れについて説明する。
【００４４】
圧縮機１を吐出した高温高圧のガス冷媒は冷媒入口管４１より流入する（実線矢印）。一方、２次側熱媒体であるブラインはブライン入口管４３より流入する（二重線矢印）。ガス冷媒は熱交換器４内を流れながら、ブラインと熱交換し、冷媒出口管４２では過熱度の小さいガス冷媒または乾き度の高い二相冷媒となって流出し、下流側の室内熱交換器３側へ流れる。ブラインは床暖房用熱交換器４内を流れながらガス冷媒と熱交換し、ブライン出口管４１では高温のブラインとなって流出する。
【００４５】
本実施の形態のヒートポンプ床暖房空調装置の床暖房用熱交換器４は、冷媒と２次側熱媒体であるブラインをお互いに逆方向で流すいわゆる対向流で流す構成としているため、図６に示すように、床暖房用熱交換器４の冷媒側流路の多くの部分を顕熱変化をする過熱ガス冷媒で占められる場合、２次側熱媒体であるブラインとの平均温度差を小さくする事が可能となり効率を向上することができるとともに、冷媒出口温度よりも高いブライン出口温度を得ることができる。なお、本実施例では二重管熱交換器を例に挙げたが、別の形態として波状のプレートを積層してブレージング加工によりプレート同士を接合して流路を形成し、冷媒とブラインを交互の流路に流すことにより熱交換をさせるプレート式熱交換器を用いても、同様の効果を得ることができる。またさらに、二重管熱交換器の冷媒が流通する内側円管に伝熱促進手段として溝付伝熱管としてもよく、これにより熱交換を促進させて、二重管熱交換器をコンパクトにできる効果もある。
【００４６】
また、図７は本発明の実施の形態２に係る別のヒートポンプ床暖房空調装置を示すブロック図である。なお、図７のヒートポンプ床暖房空調装置はデフロスト運転時の状態を示しており、図３と同一又は相当部分には同じ符号を付し説明を省略する。図において、１３は床暖房用熱交換器４と床暖房パネル７を接続する回路中にブラインを循環するポンプ８の吸入側に配設されたバッファータンクである。
【００４７】
次に、図７のヒートポンプ床暖房空調装置において、デフロスト運転時の動作を説明する。圧縮機１から吐出される冷媒の動作については図３と同様であるので省略する。本実施の形態では、２次側熱媒体であるブラインを循環させるポンプ８の吸入側に余分なブラインを貯溜することができるバッファータンク１３を有しており、床暖房運転時にバッファータンク１３内に貯溜されたブラインは床暖房で必要な温度に昇温された状態で保たれている。デフロスト運転時は、冷媒流れ方向は逆転し、逆止弁９を有した第１バイパス配管１０側を冷媒が流通して床暖房用熱交換器４内の冷媒は停滞し低温となるため、ブラインは床暖房用熱交換器４により加熱されることはない。しかし、バッファータンク１３内には高温のブラインが保温貯溜されているため、バッファータンク１３内のブラインの熱量にて、デフロスト時間内の床暖房能力をまかなうことができるようにバッファータンク１３の容量を決めておけば、２次側熱媒体を循環させるポンプ８を運転すことにより、床暖房パネル７へ高温のブラインを連続して供給することが可能となり、デフロスト運転時も床暖房パネル７の表面温度を下げることなく快適性を維持することができる。
【００４８】
なお、図７に示すようにバッファータンク１３の出口側ブライン配管はブラインをポンプ８で吸引する必要があるため、タンクの下部に配設されている。そして、ポンプ８を床暖房用熱交換器４の下流側に配置してブラインをポンプ８で床暖房用熱交換器４へ押し込む形態としているのは、この床暖房用熱交換器４により熱交換された２次側熱媒体のブラインの温度が上昇するので、ポンプ８の信頼性を保つために高温になったブラインの影響を受けないような配置としたためである。
【００４９】
以上のように本実施の形態２のヒートポンプ床暖房空調装置は、２次側熱媒体循環用のポンプ８の吸入側にバッファータンク１３を有し、床暖房運転時にこのバッファータンク１３内のブラインは高温に維持した状態となるため、デフロスト運転時においてもポンプ８を運転することにより、床暖房パネル７へ高温のブラインを供給することが可能となり、デフロスト運転時も床暖房パネル７の表面温度を維持し、使用者に床暖房パネル表面温度の低下による不快感を与えることを防止することができる。
【００５０】
また、本発明の実施の形態２に係るヒートポンプ床暖房空調装置の床暖房用熱交換器として用いた二重管熱交換器４は、図５に示すように冷媒流入口４１を冷媒流出口４２よりも重力方向に高い位置となるように構成したものである。
【００５１】
本実施の形態においては、図２のモリエル線図に示すように、二重管熱交換器４内の冷媒は過熱ガス冷媒が大部分を占めるため、二重管熱交換器４内の冷凍機油は単相ガス冷媒のせん断力により引っ張られるような形で流動し、流動状態はあまり良くない状態である。そこで、本実施例では冷媒流入口４１を冷媒流出口４２よりも重力方向に高い位置となるように構成することにより、重力により冷凍機油の移動を促進することが可能となり、冷凍機油が床暖房用熱交換器４内に滞留することを防止できる。
【００５２】
また、図８は本発明の実施形態２に係る別のヒートポンプ床暖房空調装置を示すブロック図である。図８のヒートポンプ床暖房空調装置は床暖房＋空調暖房運転時の状態を示しており、図中の１５はブライン温度センサー、１６は吸込み空気温度センサー、１７は制御回路である。なお、図８中、図３と同一又は相当部分には同じ符号を付し説明を省略する。そして、図９は図８のヒートポンプ床暖房空調装置における床暖房＋空調暖房運転時の制御を示すフローチャートである。
【００５３】
図８の制御回路１７は床暖房パネル７へ流す２次側熱媒体であるブライン温度Ｔｂをブライン温度センサー１５により検知し（Ｓ３）、ブライン温度があらかじめ設定された目標温度Ｔｂｏ（Ｓ１）となるように、ブライン温度Ｔｂとブライン目標温度Ｔｂｏを比較し（Ｓ４）、ブライン温度Ｔｂが目標温度Ｔｂｏより低い場合は圧縮機１の運転周波数Ｈｚを増加し（Ｓ５）、ブライン温度Ｔｂが目標温度Ｔｂｏより高い場合は周波数を下げる（Ｓ６）調整をおこなう。一方、室内機においてはあらかじめ設定された目標室温Ｔａｏ（Ｓ２）に対し、吸込み空気温度センサー１６により検知された実際の吸込み空気温度Ｔａを検知し（Ｓ７）、その温度差をにより、吸込み空気温度Ｔａと目標室温Ｔａｏの温度差が大きくなれば室内ファンを通常回転数で運転して暖房運転を行い（Ｓ１０）、吸込み空気温度Ｔａと目標室温Ｔａｏの温度差が小さくなれば室内ファンを停止または低回転で運転し（Ｓ９）、暖房運転を停止または暖房能力を下げる。
【００５４】
以上のように、床暖房パネルへ流すブライン温度Ｔｂは圧縮機周波数の調節によってあらかじめ設定された目標温度Ｔｂｏとなるように調節することができるため、床暖房パネルの表面温度は環境条件が変化しても常に快適な状態を維持することが可能であり、また、空調機室内機は吸込み空気温度Ｔａと目標室温Ｔａｏの温度差が大きくなれば室内ファンを運転し、吸込み空気温度Ｔａと目標室温Ｔａｏの温度差が小さくなれば室内ファンを停止または低回転で運転し暖房運転を停止または暖房能力を下げるため、室内温度は快適な温度範囲内に維持することができる。
【００５５】
実施の形態３．
図１０は本発明の実施の形態３に係るヒートポンプ床暖房空調装置のシステム図である。図において、３０は冷媒流出接続口３２および冷媒流入接続口３１を有する空調用室外機、５０は床暖房用熱交換器４および２次熱媒体を循環するポンプ８を内蔵し、床暖房用熱交換器４が冷媒配管によって接続された冷媒流入接続口５１と冷媒流出接続口２５、およびポンプ８から床暖房用熱交換器４へブライン配管によって接続されたブライン流入口５３とブライン流出口５２を備えた床暖房用熱交換ユニットである温水ユニット、７はブライン流入口７１、ブライン流出口７２を有する床暖房パネル、６０は室内熱交換器を有した空調用室内機である。なお、空調用室外機３０には圧縮機１、四方弁２、室外熱交換器３および絞り装置５を配管で接続し内蔵している。また、３３、３４、３５は冷媒配管、７３、７４はブライン配管である。これらは、図に示すように、空調用室外機３０、空調用室内機６０、温水ユニット５０および床暖房パネル７の４つのユニットから構成され、それぞれを冷媒配管またはブライン配管にて接続される。
【００５６】
この実施の形態３のヒートポンプ床暖房空調装置は、一般的に用いられている空調用室外機３０の冷媒流出口３２を温水ユニット５０の冷媒流入口５１に冷媒配管３３を介して接続し、温水ユニット５０の冷媒流出口５２を空調用室内機６０に冷媒配管３４を介して接続し、空調用室外機３０の冷媒流入口３１を空調用室内機６０に冷媒配管３５を介して接続することにより冷媒回路が構成される。また、温水ユニット５０のブライン流出口５４を床暖パネル７のブライン流入口７１にブライン配管７４を介して接続し、温水ユニット５０のブライン流出口５３を床暖パネル７のブライン流出口７２にブライン配管７３を介して接続することによってブライン回路が構成される。なお、床暖房パネル７はフローリングタイプのものが一般的であるが、カーペットの内部にブライン配管を通したカーペットタイプのものでもよい。
【００５７】
以上のように、本実施の形態３のヒートポンプ床暖房空調装置は一般的な空調用室外機３０と空調用室内機６０と床暖房パネル７を温水ユニット５０と冷媒配管およびブライン配管で接続することによりシステムを構成することができるため、既設の空調用室外機３０と空調用室内機６０による空調機をそのまま用いて容易にヒートポンプ床暖房空調装置にシステム化する事が可能となる。また、空調用室外機３０と温水ユニット５０と空調用室内機６０と床暖房パネル７を別々分けて設置場所へ搬入し、現地で接続し組立てることで本システムを容易に構成できるため、少ない人数でも本システムを搬入し設置することができる。また、一部のユニットで故障が発生した場合、故障したユニットだけを取り外し交換することで修理が完了するため、修理時間も短縮でき、さらに修理費用も安価にすることができる。
【００５８】
ここで、上述したヒートポンプ床暖房空調装置を現地の据付け現場で組み立てる場合について説明する。工場から搬出してきた空調機室外ユニット３０の上部に床暖房用熱交換ユニットである温水ユニット５０を搭載固定し、冷媒配管３３の接続を行う。次に、空調機室内ユニット６０を延長配管３４，３５で空調機室外ユニットおよび温水ユニットに接続し、空調機室内ユニットと温水ユニットの冷媒回路での真空引きを行う。その後、空調機室外ユニットのバルブを開いて冷媒を回路へまわす。一方、床暖房側は、床暖房パネル７と温水ユニット５０をブライン配管７３，７４で接続した後、２次側熱媒体であるブラインを充填してポンプ８を運転しながらブラインを床暖房側回路へ流通させて組立てが完了する。なお、本実施の形態３における空調用室外機は、空調用室内機を1台接続するタイプを用いて説明したが、空調用室内機を複数台接続するマルチタイプの空調用室外機を用いても良く同様の効果が得られる。
【００５９】
また、本発明の実施の形態３に係るヒートポンプ床暖房空調装置は使用する冷凍機油として冷媒に対して弱溶解性の油を用いたものである。
【００６０】
例えば、冷媒に対して弱溶解性の油であるアルキルベンゼン油は、非常に安定性が高い油として知られており、水分などの異物が混入しても分解することなくスラッジの発生により冷媒回路が閉塞することを低減できる。
【００６１】
以上のように、本実施例のヒートポンプ床暖房空調装置は、冷凍機油として非常に安定性が高い弱溶解性油を用いているため、設置工事などの際、異物が混入しても冷凍サイクルに故障を起こすことは少なく高い信頼性を確保することができる。
【００６２】
また、本発明の実施の形態３に係るヒートポンプ床暖房空調装置は使用する冷媒としてＲ１３４ａ、Ｒ４１０Ａ、Ｒ４０７Ｃ、Ｒ４０７Ｅ、Ｒ４０７ＡなどのＨＦＣ冷媒またはＲ２９０、Ｒ６００ａなどのＨＣ冷媒またはＣＯ２冷媒を用いたものである。
【００６３】
したがって、このヒートポンプ床暖房空調装置において、ＨＦＣ冷媒またはＨＣ冷媒を用いているため、オゾン層破壊や地球温暖化など地球環境に悪影響を与えないヒートポンプ床暖房空調装置を提供することができる。
【００６４】
実施の形態４．
図１１は本発明の実施の形態４に係るヒートポンプ床暖房空調装置を示すブロック図である。なお、図１１の冷凍サイクルは空調暖房＋床暖房運転時の状態を示しており、図２４で説明した従来と同一又は相当部分には同じ符号を付し説明を省略する。
【００６５】
図１１において、５は室外熱交換器６と室内熱交換器３とを接続する冷媒配管に取り付けられた絞り装置であり、２は圧縮機１に接続され流れ方向を切換える四方弁である。４は床暖房用熱交換器であり、図に示すように暖房運転時の冷媒流れ方向において、室内熱交換器３の上流側に副絞り装置１８を介して冷媒配管により直列接続されている。したがって、熱源側熱交換器である室外熱交換器６に対応した負荷側熱交換器は直列に接続された床暖房用熱交換器４と室内熱交換器３の両方となる。また床暖房用熱交換器４にはブラインなどの２次側熱媒体を循環させるためのポンプ８と床暖房パネル７を２次側熱媒体で順次環状に接続している。
【００６６】
このヒートポンプ床暖房空調装置の構成について説明する。図１１に示すように、圧縮機１から四方弁２を介して一端は室外熱交換器６から絞り装置５を経て室内熱交換器３へ順次配管接続され、四方弁２のもう一端は床暖房用熱交換器４へ配管接続されている。そして、前記室内熱交換器３の絞り装置逆側の一端と前記床暖房用熱交換器４の四方弁とは逆側の一端を副絞り装置１８を介して配管接続することで圧縮機１から吐出した冷媒が循環する冷凍サイクルが形成されている。なお、圧縮機１、四方弁２、室外熱交換器６及び絞り装置５は通常一般的に用いられている空気調和機室外機の主要冷媒回路部であり、また室内熱交換器３は空気調和機室内機の主要冷媒回路部、床暖房用熱交換器４は床暖房用熱交換ユニットの主要冷媒回路部である。したがって、通常一般的に用いられている空気調和機室外機と空気調和機室内機、および床暖房用熱交換ユニットとを冷媒配管で順次接続した構成となっている。また、床暖房用熱交換器４から圧縮機から吐出された冷媒と熱交換する２次側熱媒体を流通させる配管により床暖房パネル７へ接続され、さらに床暖房パネルの他端からポンプ８を介して床暖房熱交換器４へ配管接続して２次側熱媒体の循環回路を形成している。
【００６７】
次に、このように構成された冷凍サイクルにおいて空調暖房＋床暖房運転時の動作を図１２を参照しながら説明する。図１２は空調暖房＋床暖房運転時のモリエル線図の一例である。
圧縮機1より高温高圧のガス冷媒が吐出し、四方弁２を通った後床暖房用熱交換器４に流入する（図１２のイ）。床暖房用熱交換器４に流入したガス冷媒はポンプ８により循環している２次側熱媒体であるブラインと熱交換することにより、吐出温度より冷却されたガス冷媒または乾き度の高い二相冷媒に凝縮し、床暖房用熱交換器４を流出する（図１２のロ）。一方、温度の上昇したブラインは床暖房パネル７内の配管に入り床暖房パネルの表面温度を上昇させ、床暖房運転を実現させる。床暖房用熱交換器４を流出したガス冷媒または二相冷媒は副絞り装置１８によって高圧から中圧に減圧され、凝縮温度は床暖房用熱交換器内の高温から中温に低下して室内熱交換器３に流入する（図１２のハ）。中圧中温の二相冷媒は室内空気と熱交換することにより、乾き度の低い気液二相冷媒または過冷却液冷媒に凝縮し、室内熱交換器３を流出する（図１２のニ）。一方室内熱交換器を通った室内空気は冷媒との熱交換により温度が上昇し、空調暖房運転を実現する。室内熱交換器３を流出した冷媒は絞り装置５により減圧され、室外熱交換器６に流入する。ここで外気と熱交換することにより冷媒は蒸発し、乾き度の高い気液二相冷媒またはガス冷媒となって室外熱交換器６を流出し、四方弁２を通って圧縮機１に吸入される。
【００６８】
以上のように本実施の形態４によれば、空調暖房＋床暖房運転を実施する場合、副絞り装置１８によって２つの凝縮温度を作りだし、高温高圧の吐出ガス冷媒を室内熱交換器３より優先して床暖房用熱交換器４に流し、床暖房用熱交換器４で放熱し温度の低下したガス冷媒または二相冷媒を副絞り装置１８によって減圧させ中圧中温の二相冷媒として下流の室内熱交換器３に流す構成としているため、圧縮機から吐出された過熱ガス冷媒を有効に利用しさらに高凝縮温度の二相冷媒と熱交換することによってブライン温度を高温化することができ床暖房能力を増加することが可能となり、一方室内熱交換器３へは凝縮温度の低下した中圧中温の冷媒を流すため、暖房能力を抑制することが可能となり、暖房能力を過大にすることなく床暖房能力を優先する運転が可能となり、室温を適性に保ちながら、床暖房パネルの表面温度の上昇を実現することができる。
【００６９】
また、圧縮機１から吐出された冷媒が全て直列に配管接続された床暖房用熱交換器４および室内熱交換器３を順に流れるため、冷媒流速を確保し伝熱性能の低下を防止することができる。
【００７０】
また、圧縮機、四方弁、室外熱交換器、絞り装置、室内熱交換器で構成される部分の冷媒回路は、一般的に量産されている空調機の冷媒回路とまったく同じであり、床暖房用熱交換器を空調機の冷媒回路に配管接続して組合せることによってヒートポンプ床暖房空調装置を構成することが可能となり、低コストでヒートポンプ床暖房空調装置を提供することができる。
【００７１】
また、図１３は実施の形態４の別のヒートポンプ床暖房空調装置を示すブロック図である。なお、図１３の冷凍サイクルは空調暖房＋床暖房運転時の状態を示しており、図２４で説明した従来と同一又は相当部分には同じ符号を付し説明を省略する。冷凍サイクルの動作に付いては、実施形態１と同様であるので説明を省略する。
【００７２】
ここで本実施形態においては、副絞り装置１８は可動式で絞り量の調整が可能であるため必要に応じて絞り量を変更し、床暖房用熱交換器４の凝縮温度と室内熱交換器３の凝縮温度を同じにしたり床暖房用熱交換器側を室内熱交換器よりも高くすることで、空調暖房優先運転と床暖房優先運転を切換えることができる。
【００７３】
また、図１４は実施の形態４のさらに別のヒートポンプ床暖房空調装置を示すブロック図である。なお、図１４の冷凍サイクルは空調暖房＋床暖房運転時の状態を示しており、図２４で説明した従来と同一又は相当部分には同じ符号を付し説明を省略する。図中の１９は副絞り装置１８のバイパス回路に配設された二方弁である。
【００７４】
図１４のヒートポンプ床暖房空調装置において、空調暖房＋床暖房運転時の２つの運転モードの動作を説明する。
まず、空調暖房優先モードにおいては、二方弁１９を開の状態で運転する。圧縮機1より高温高圧のガス冷媒が吐出し、四方弁２を通った後床暖房用熱交換器４に流入する。床暖房用熱交換器４に流入したガス冷媒はポンプ８により循環している２次側熱媒体であるブラインと熱交換することにより、吐出温度より冷却されたガス冷媒または乾き度の高い二相冷媒に凝縮し、床暖房用熱交換器４を流出する。一方、温度の上昇したブラインは床暖房パネル７内の配管に入り床暖房パネルの表面温度を上昇させ、床暖房運転を実現させる。床暖房用熱交換器４を流出したガス冷媒または二相冷媒は二方弁１９を介して室内熱交換器３に流入し、室内空気と熱交換することにより、高圧で乾き度の低い気液二相冷媒または過冷却液冷媒に凝縮し、室内熱交換器３を流出する。一方室内熱交換器を通った室内空気は冷媒との熱交換により温度が上昇し、空調暖房運転を実現する。室内熱交換器３を流出した冷媒は絞り装置５により減圧され、室外熱交換器６に流入する。ここで外気と熱交換することにより冷媒は蒸発し、乾き度の高い気液二相冷媒またはガス冷媒となって室外熱交換器６を流出し、四方弁２を通って圧縮機１に吸入される。
【００７５】
このように空調暖房優先モードにおいては、二方弁１９を開で運転するため、床暖房用熱交換器４と室内熱交換器３を流れる冷媒は同じ高圧となり、相対的に伝熱面積が大きく伝熱性能の良い室内熱交換器３の凝縮能力によって高圧の動作圧力が決まる。したがって、空調暖房能力が床暖房能力に比べて相対的に大きくなり、空調暖房優先の運転を実現することができる。空調暖房優先モードは特に室温が低い立ち上がり時に適用され、床温度よりも室温の上昇を優先する場合の運転モードである。
【００７６】
また、もう一つの運転モードである床暖房優先モードにおいては、二方弁１９を閉の状態で運転する。圧縮機1より高温高圧のガス冷媒が吐出し、四方弁２を通った後床暖房用熱交換器４に流入する。床暖房用熱交換器４に流入したガス冷媒はポンプ８により循環している２次側熱媒体であるブラインと熱交換することにより、吐出温度より冷却されたガス冷媒または乾き度の高い二相冷媒に凝縮し、床暖房用熱交換器４を流出する。一方、温度の上昇したブラインは床暖房パネル７内の配管に入り床暖房パネルの表面温度を上昇させ、床暖房運転を実現させる。床暖房用熱交換器４を流出したガス冷媒または二相冷媒は副絞り装置１８によって高圧から中圧に減圧され、凝縮温度は床暖房用熱交換器内の高温から中温に低下して室内熱交換器３に流入する。中圧中温の二相冷媒は室内空気と熱交換することにより、乾き度の低い気液二相冷媒または過冷却液冷媒に凝縮し、室内熱交換器３を流出する。一方室内熱交換器を通った室内空気は冷媒との熱交換により温度が上昇し、空調暖房運転を実現する。室内熱交換器３を流出した冷媒は絞り装置５により減圧され、室外熱交換器６に流入する。ここで外気と熱交換することにより冷媒は蒸発し、乾き度の高い気液二相冷媒またはガス冷媒となって室外熱交換器６を流出し、四方弁２を通って圧縮機１に吸入される。
【００７７】
このように床暖房優先モードにおいては、空調暖房＋床暖房運転を実施する場合、副絞り装置１８によって２つの凝縮温度を作りだし、高温高圧の吐出ガス冷媒を室内熱交換器３より優先して床暖房用熱交換器４に流し、床暖房用熱交換器４で放熱し温度の低下したガス冷媒または二相冷媒を副絞り装置１８によって減圧させ中圧中温の二相冷媒として下流の室内熱交換器３に流す構成としているため、圧縮機から吐出された過熱ガス冷媒を有効に利用しさらに高凝縮温度の二相冷媒と熱交換することによってブライン温度を高温化することができ床暖房能力を増加することが可能となり、一方室内熱交換器３へは凝縮温度の低下した中圧中温の冷媒を流すため、空調暖房能力を抑制することが可能となり、空調暖房能力を過大にすることなく床暖房能力を優先する運転が可能となり、室温を適性に保ちながら、床暖房パネルの表面温度の上昇を実現することができる。床暖房優先モードは特に室温が設定温度付近で床温度が十分に上がっていない場合に適用され、室温よりも床温度の上昇を優先する場合の運転モードである。
【００７８】
以上のように、本実施形態においては副絞り装置１８を二方弁を介してバイパスするバイパス回路を配設しているため、二方弁の開閉によって空調暖房優先運転と床暖房優先運転を切換えることが可能となり、負荷に応じて適切な運転をすることができる。
【００７９】
実施の形態５．
図１５は本発明の実施の形態５に係るヒートポンプ床暖房空調装置を示すブロック図である。また、図１６は床暖房優先運転開始時の絞り装置制御を示すフローチャートである。床暖房優先運転時の冷凍サイクルの動作については実施形態４と同様であるので省略する。ここで、床暖房優先運転時の絞り装置制御について説明する。制御装置１７は床暖房優先指令を受けると二方弁１９を閉じると共に、絞り装置５を副絞り装置１８側で冷媒が絞られ抵抗が増加しても冷媒回路全体として絞り過ぎとならない状態まで開くように制御する。
【００８０】
以上のように本実施形態においては、制御装置１７は床暖房優先指令を受けると二方弁１９を閉じると共に絞り装置５を開く制御を行うため、二方弁１９を閉じた時に絞り過ぎの状態となることを回避し、低圧の異常低下による室外熱交換器３への着霜や、床暖房能力の低下を防止することができる。
【００８１】
図１７は本発明の実施の形態５に係る別のヒートポンプ床暖房空調装置を示すブロック図である。また、図１８は床暖房優先運転開始時の圧縮機運転周波数制御を示すフローチャートである。床暖房優先運転時の冷凍サイクルの動作については実施形態４と同様であるので省略する。ここで、床暖房優先運転時の圧縮機運転周波数制御について説明する。制御装置１７は床暖房優先指令を受けると二方弁１９を閉じると共に、副絞り装置１８側で冷媒が絞られ抵抗が増加しても冷媒回路全体として絞り過ぎとならない冷媒循環流量になるまで圧縮機運転周波数を低下させる。
【００８２】
以上のように本実施の形態においては、制御装置１７は床暖房優先指令を受けると二方弁１９を閉じると共に圧縮機運転周波数を下げる制御を行うため、二方弁１９を閉じた時に冷媒循環量が多すぎて副絞り装置１８にて絞り過ぎの状態となることを回避し、低圧の異常低下による室外熱交換器３への着霜や、床暖房能力の低下を防止することができる。
【００８３】
実施の形態６．
図１９は本発明の実施の形態６に係るヒートポンプ床暖房空調装置を示すブロック図である。また、図２０は床暖房優先運転開始時の室内風量制御を示すフローチャートである。床暖房優先運転時の冷凍サイクルの動作については実施形態４と同様であるので省略する。ここで、床暖房優先運転時の室内風量制御について説明する。制御装置１７は床暖房優先指令を受けると二方弁１９を閉じると共に室内ファン２０に連結された室内ファンモータ２1の回転数を落とし、室内風量を小さくする。
【００８４】
実施の形態４で説明したように、空調暖房優先運転から床暖房優先運転に切換える際、二方弁１９を閉じ、副絞り装置１８に冷媒を流通させて床暖房熱交換器４と室内熱交換器３で異なる凝縮圧力を作り出すため、室内熱交換器３の凝縮圧力は空調暖房優先運転から床暖房優先運転に切換えることで低下する。これに伴なって、凝縮温度も低下するため、吹出し空気温度が低下し、使用者に冷風感を与えて快適性を損なう可能性がある。
【００８５】
本実施の形態においては、制御装置１７は床暖房優先指令を受けると二方弁１９を閉じると共に室内ファン２０に連結された室内ファンモータ２1の回転数を落とし、使用者に冷風が強く吹き付けない状態まで室内風量を小さくするため、快適性を低下させることがない。
【００８６】
また、図２１は実施の形態６の別の実施形態を示すヒートポンプ床暖房空調装置を示すブロック図である。また、図２２は床暖房優先運転開始時の室内風向制御を示すフローチャートである。ここで、床暖房優先運転時の室内風向制御について説明する。制御装置１７は床暖房優先指令を受けると二方弁１９を閉じると共に室内フラップ２２に連結されたステッピングモータ２３を室内フラップ２２が上向きとなる方向に回転させ、使用者に冷風が当らない状態まで室内風向を上向きとする。
【００８７】
本実施の形態においては、制御装置１７は床暖房優先指令を受けると二方弁１９を閉じると共に室内フラップ２２に連結されたステッピングモータ２３を室内フラップ２２が上向きとなる方向に回転させ、使用者に冷風が当らない状態まで室内風向を上向きとし、快適性を低下させることがない。
【００８８】
実施の形態７．
図２３は床暖房優先運転から空調暖房優先運転へ切換え時の絞り装置制御を示すフローチャートである。ここで、床暖房優先運転から空調暖房優先運転へ切換え時の絞り装置制御について説明する。制御装置１７は床暖房優先運転から暖房優先運転への切換え指令を受けると二方弁１９を開けると共に二方弁１９を開いて抵抗が小さくなった状態でも、冷凍サイクル全体の絞りが開き過ぎの状態とならない状態まで絞り装置５の開度を小さくする。
【００８９】
床暖房優先運転の場合、絞り装置５は開いた状態で運転しており、空調暖房優先運転に切換えるため二方弁１９を開けると、絞り装置５は開き過ぎの状態となり、圧縮機吸入側に大量の液バックが発生し、圧縮機が故障するなどの危険がある。本実施の形態では、床暖房優先運転から空調暖房優先運転への切換え指令を受けると二方弁１９を開けると共に、二方弁１９を開いて抵抗が小さくなった状態でも、冷凍サイクル全体の絞りが開き過ぎの状態とならない状態まで絞り装置５の開度を小さくする制御をするため、圧縮機への大量の液バックを防止し、圧縮機の故障等を防止することができる。
【００９０】
また、本発明に係るヒートポンプ床暖房空調装置は使用する冷凍機油として冷媒に対して弱溶解性の油を用いたものであってもよい。
【００９１】
例えば、冷媒に対して弱溶解性の油であるアルキルベンゼン油は、非常に安定性が高い油として知られており、水分などの異物が混入しても分解することなくスラッジの発生により冷媒回路が閉塞しすることを低減できる。
【００９２】
以上のように、本実施例のヒートポンプ床暖房空調装置は、冷凍機油として非常に安定性が高い弱溶解性油を用いているため、設置工事などの際、異物が混入しても冷凍サイクルに故障を起こすことは少なく高い信頼性を確保することができる。
【００９３】
また、本発明に係るヒートポンプ床暖房空調装置は使用する冷媒としてＲ１３４ａ、Ｒ４１０Ａ、Ｒ４０７Ｃ、Ｒ４０７Ｅ、Ｒ４０７ＡなどのＨＦＣ冷媒またはＲ２９０、Ｒ６００ａなどのＨＣ冷媒またはＣＯ２冷媒を用いたものであってもよい。
【００９４】
したがって、このヒートポンプ床暖房空調装置において、ＨＦＣ冷媒またはＨＣ冷媒またはＣＯ２冷媒を用いているため、オゾン層破壊や地球温暖化など地球環境に悪影響を与えないヒートポンプ床暖房空調装置を提供することができる。
【００９５】
【発明の効果】
以上のように本発明の請求項１に係るヒートポンプ床暖房空調装置は、圧縮機、熱源側熱交換器、絞り装置、負荷側熱交換器を順に接続した冷凍サイクルを備え、前記負荷側熱交換器は空調用の室内熱交換器と床暖房用熱交換器を副絞り装置と該副絞り装置に並列で二方弁を有してバイパスするバイパス回路とを介して直列に配管接続してともに凝縮器として使用して床暖房と空調暖房の併用運転を行うので、空調暖房＋床暖房運転を実施する場合、副絞り装置によって２つの凝縮温度を作りだし、高温高圧の吐出ガス冷媒を室内熱交換器より優先して床暖房用熱交換器に流し、床暖房用熱交換器で放熱し温度の低下したガス冷媒または二相冷媒を副絞り装置によって減圧させ中圧中温の二相冷媒として下流の室内熱交換器に流す構成としているため、圧縮機から吐出された過熱ガス冷媒を有効に利用しさらに高凝縮温度の二相冷媒と熱交換することによってブライン温度を高温化することができ床暖房能力を増加することが可能となり、一方室内熱交換器へは凝縮温度の低下した中圧中温の冷媒を流すため、暖房能力を抑制することが可能となり、暖房能力を過大にすることなく床暖房能力を優先する運転が可能となり、室温を適性に保ちながら、床暖房パネルの表面温度の上昇を実現することができる。
また、空調暖房優先モードにおいては、二方弁を開で運転するため、床暖房用熱交換器と室内熱交換器を流れる冷媒は同じ高圧となり、相対的に伝熱面積が大きく伝熱性能の良い室内熱交換器の凝縮能力によって高圧の動作圧力が決まる。したがって、空調暖房能力が床暖房能力に比べて相対的に大きくなり、空調暖房優先の運転を実現することができる。空調暖房優先モードは特に室温が低い立ち上がり時に適用され、床温度よりも室温の上昇を優先する場合のモードである。
また圧縮機から吐出された冷媒が全て直列に配管接続された床暖房用熱交換器および室内熱交換器を順に流れるため、冷媒流速を確保し伝熱性能の低下を防止することができる。
また、圧縮機、四方弁、室外熱交換器、絞り装置、室内熱交換器で構成される部分の冷媒回路は、一般的に量産されている空調機の冷媒回路とまったく同じであり、床暖房用熱交換器を空調機の冷媒回路に配管接続して組合せることによってヒートポンプ床暖房空調装置を構成することが可能となり、低コストでヒートポンプ床暖房空調装置を提供することができる。
【０１０６】
また、本発明の請求項２に係るヒートポンプ床暖房空調装置は、副絞り装置として可動式で絞り量の変更が可能であるので、副絞り装置は可動式で絞り量の調整が可能でるため必要に応じて絞り量を変更し、床暖房用熱交換器の凝縮温度と室内熱交換器の凝縮温度を同じにした空調暖房優先運転と床暖房用熱交換器側の凝縮温度を室内熱交換器よりも高くする床暖房優先運転を切換えることができる。
【０１０８】
また、本発明の請求項３に係るヒートポンプ床暖房空調装置は、床暖房と空調暖房の併用運転において床暖房能力を空調暖房能力に優先して運転する際、前記二方弁を閉じると共に前記絞り装置の開度を大きくする制御を行うので、制御装置は床暖房優先指令を受けると二方弁を閉じると共に絞り装置を開く制御を行うため、二方弁を閉じた時に絞り過ぎの状態となることを回避し、低圧の異常低下による室外熱交換器への着霜や、床暖房能力の低下を防止することができる。
【０１０９】
また、本発明の請求項４に係るヒートポンプ床暖房空調装置は、床暖房と空調暖房の併用運転において床暖房能力を空調暖房能力に優先して運転する際、前記二方弁を閉じると共に前記圧縮機の運転周波数を下げる制御を行うので、制御装置は床暖房優先指令を受けると二方弁を閉じると共に圧縮機運転周波数を下げる制御を行うため、二方弁を閉じた時に冷媒循環量が多すぎて副絞り装置にて絞り過ぎの状態となることを回避し、低圧の異常低下による室外熱交換器への着霜や、床暖房能力の低下を防止することができる。
【０１１０】
また、本発明の請求項５に係るヒートポンプ床暖房空調装置は、床暖房と空調暖房の併用運転において床暖房能力を空調暖房能力に優先して運転する際、前記二方弁を閉じると共に前記暖房用熱交換器への送風量を下げる制御を行うので、制御装置は床暖房優先指令を受けると二方弁を閉じると共に室内ファンに連結された室内ファンモータの回転数を落とし、室内風量を小さくするため、使用者に冷風が強く吹き付けることを防止し、快適性を低下させることがない。
【０１１１】
また、本発明の請求項６に係るヒートポンプ床暖房空調装置は、床暖房と空調暖房の併用運転において床暖房能力を空調暖房能力に優先して運転する際、前記二方弁を閉じると共に前記暖房用熱交換器を通過した後の空気の風向を上向きに変える制御を行うので、制御装置は床暖房優先指令を受けると二方弁を閉じると共に室内フラップに連結されたステッピングモータを室内フラップが上向きとなる方向に回転させ、室内風向を上向きとするため、使用者に冷風が強く吹き付けることを防止し、快適性を低下させない。
【０１１２】
また、本発明の請求項７に係るヒートポンプ床暖房空調装置は、床暖房と空調暖房の併用運転において床暖房能力を空調暖房能力に優先した運転を解除する際、前記二方弁を開けると共に前記絞り装置の開度を小さくする制御を行うので、床暖房優先運転から空調暖房優先運転への切換え指令を受けると二方弁を開けると共に絞り装置の開度を小さくする制御をするため、圧縮機への大量の液バックを防止し、圧縮機の故障等を防止することができる。
【０１１３】
また、本発明の請求項８に係るヒートポンプ床暖房空調装置は、冷凍機油として弱溶解性の油を用いたので、設置工事などの際、異物が混入しても冷凍サイクルに故障を起こすことは少なく高い信頼性を確保することができる。
【０１１４】
また、本発明の請求項９に係るヒートポンプ床暖房空調装置は、冷媒として、ＨＦＣ冷媒またはＨＣ冷媒またはＣＯ２冷媒を用いたたので、オゾン層破壊や地球温暖化など地球環境に悪影響を与えないヒートポンプ床暖房空調装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態1に係るヒートポンプ床暖房空調装置を示すブロック図である。
【図２】 本発明の実施の形態１に係わり、床暖房＋空調暖房運転時のモリエル線図である。
【図３】 本発明の実施の形態２に係るヒートポンプ床暖房空調装置を示すブロック図である。
【図４】 本発明の実施の形態２に係る別のヒートポンプ床暖房空調装置を示すブロック図である。
【図５】 本発明の実施の形態２に係わり、ヒートポンプ床暖房空調装置に用いられる床暖房用熱交換器の構成図である。
【図６】 本発明の実施の形態２に係わり、ヒートポンプ床暖房空調装置に用いられる床暖房用熱交換器内の冷媒とブラインの温度変化を示す図である。
【図７】 本発明の実施の形態２に係るさらに別のヒートポンプ床暖房空調装置を示すブロック図である。
【図８】 本発明の実施の形態２に係る別のヒートポンプ床暖房空調装置を示すブロック図である。
【図９】 本発明の実施の形態２に係る別のヒートポンプ床暖房空調装置の床暖房＋空調暖房運転時の制御を示すフローチャートである。
【図１０】 本発明の実施の形態３に係るヒートポンプ床暖房空調装置を示すシステム図である。
【図１１】 本発明の実施の形態４に係るヒートポンプ床暖房空調装置を示すブロック図である。
【図１２】 本発明の実施の形態４に係わり、床暖房＋空調暖房運転時のモリエル線図である。
【図１３】 本発明の実施の形態４の別のヒートポンプ床暖房空調装置を示すブロック図である。
【図１４】 本発明の実施の形態４のさらに別のヒートポンプ床暖房空調装置を示すブロック図である。
【図１５】 本発明の実施の形態５に係るヒートポンプ床暖房空調装置を示すブロック図である。
【図１６】 本発明の実施の形態５に係わるヒートポンプ床暖房空調装置の床暖房優先運転開始時の絞り装置制御を示すフローチャートである。
【図１７】 本発明の実施の形態５に係る別のヒートポンプ床暖房空調装置を示すブロック図である。
【図１８】 本発明の実施の形態５に係る別のヒートポンプ床暖房空調装置の床暖房優先運転開始時の圧縮機運転周波数制御を示すフローチャートである。を示すブロック図である。
【図１９】 本発明の実施の形態６に係るヒートポンプ床暖房空調装置を示すブロック図である。
【図２０】 本発明の実施の形態６に係るヒートポンプ床暖房空調装置の床暖房優先運転開始時の室内風量制御を示すフローチャートである。
【図２１】 本発明の実施の形態６の別の実施形態を示すヒートポンプ床暖房空調装置を示すブロック図である。
【図２２】 本発明の実施の形態６の別の実施形態を示すヒートポンプ床暖房空調装置の床暖房優先運転開始時の室内風向制御を示すフローチャートである。
【図２３】 本発明の実施の形態７のヒートポンプ床暖房空調装置の床暖房優先運転から暖房優先運転へ切換え時の絞り装置制御を示すフローチャートである。
【図２４】 従来のヒートポンプ床暖房空調装置のブロック図である。
【図２５】 ブライン送水温度と床暖房パネル表面温度の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１ 圧縮機、 ２ 四方弁、 ３ 室内熱交換器、 ４ 床暖房用熱交換器、５，５ａ、５ｂ 絞り装置、 ６ 室外熱交換器、 ７ 床暖房パネル、 ８ポンプ、 ９ 逆止弁、 １０ 第１バイパス配管、 １１ 二方弁、 １２第２バイパス配管、 １３ バッファータンク、 １４ 室内ファン、 １５ブライン温度センサー、 １６ 吸込み空気温度センサー、 １７ 制御回路、 １８ 副絞り装置、 １９ 二方弁、 ２０ 室内ファン、 ２１ 室内ファンモータ、 ２２ 室内フラップ、 ２３ ステッピングモータ、 ３０ 空調用室外機、 ３１ 室外機冷媒流入口、 ３２ 室外機冷媒流出口、 ３３、３４、３５ 冷媒配管、 ５０ 温水ユニット、 ５１ 温水ユニット冷媒流入口、 ５２ 温水ユニット冷媒流出口、 ５３ 温水ユニットブライン流入口、５４ 温水ユニットブライン流出口、 ６０ 空調用室内機、 ７１ 床暖パネルブライン流入口、 ７２ 床暖パネルブライン流出口、 ７３、７４ ブライン配管。
Claims (9)
- 圧縮機、熱源側熱交換器、絞り装置、負荷側熱交換器を順に接続した冷凍サイクルを備え、前記負荷側熱交換器は空調用の室内熱交換器と床暖房用熱交換器を副絞り装置と該副絞り装置に並列で二方弁を有してバイパスするバイパス回路とを介して直列に配管接続してともに凝縮器として使用して床暖房と空調暖房の併用運転を行うことを特徴とするヒートポンプ床暖房空調装置。
- 前記副絞り装置は、可動式で絞り量の変更が可能であることを特徴とする請求項１記載のヒートポンプ床暖房空調装置。
- 床暖房と空調暖房の併用運転において床暖房能力を空調暖房能力に優先して運転する際、前記二方弁を閉じると共に前記絞り装置の開度を大きくする制御を行うことを特徴とする請求項１または請求項２記載のヒートポンプ床暖房空調装置。
- 床暖房と空調暖房の併用運転において床暖房能力を空調暖房能力に優先して運転する際、前記二方弁を閉じると共に前記圧縮機の運転周波数を下げる制御を行うことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のヒートポンプ床暖房空調装置。
- 床暖房と空調暖房の併用運転において床暖房能力を空調暖房能力に優先して運転する際、前記二方弁を閉じると共に前記暖房用熱交換器への送風量を下げる制御を行うことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のヒートポンプ床暖房空調装置。
- 床暖房と空調暖房の併用運転において床暖房能力を空調暖房能力に優先して運転する際、前記二方弁を閉じると共に前記暖房用熱交換器を通過した後の空気の風向を上向きに変える制御を行うことを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載のヒートポンプ床暖房空調装置。
- 床暖房と空調暖房の併用運転において床暖房能力を空調暖房能力に優先した運転を解除する際、前記二方弁を開けると共に前記絞り装置の開度を小さくする制御を行うことを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれかに記載のヒートポンプ床暖房空調装置。
- 冷凍機油として弱溶解性の油を用いたことを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれかに記載のヒートポンプ床暖房空調装置。
- 冷媒として、ＨＦＣ冷媒またはＨＣ冷媒またはＣＯ２冷媒を用いたことを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれかに記載のヒートポンプ床暖房空調装置。
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