JP4157074B2

JP4157074B2 - 暖房制御装置

Info

Publication number: JP4157074B2
Application number: JP2004130720A
Authority: JP
Inventors: 茂秋山; 正雄神戸; 照之山田
Original assignee: Corona Corp
Current assignee: Corona Corp
Priority date: 2004-04-27
Filing date: 2004-04-27
Publication date: 2008-09-24
Anticipated expiration: 2024-04-27
Also published as: JP2005315442A

Description

この発明は床暖パネルやコンベクター、ファンコンベクター等の放熱器に、熱媒としての温水を循環させて室内の暖房を行う暖房制御装置に関するものである。

従来よりこの種のものでは、運転開始直後は室内は勿論、床や放熱用フィンを含めた負荷が冷えている為に、通常運転時よりは高い温度の熱媒を供給する運転を一定時間行うことで、短時間に良好な暖房状態とすることが出来るものであった。（例えば、特許文献１参照。）
特許第２６５１５２０号公報

ところでこの従来のものでは、運転開始時には常に高温の熱媒を供給するので、短時間の再運転や室温が高い時などは、温度が上がり過ぎて過剰暖房となる不具合を有するものであった。

この発明はこの点に着目し上記問題点を解決する為、特にその構成を請求項１では、室内の暖房を行う放熱器の設置された室内温度を検出する温度検出手段と、前記放熱器へ熱媒を供給する熱源装置と、前記室内の目標温度を設定する温度設定手段と、運転開始時の所定時間は熱源装置に規定された最高温度の熱媒を放熱器に供給する即暖運転と、この即暖運転後は前記温度検出手段の検出温度が温度設定手段の目標温度になるように制御する制御手段とを備え、前記制御手段には運転停止からの時間を計時する計時手段と、該計時手段の計時で運転開始が前回の運転停止から所定時間以上経過していなければ、即暖運転をキャンセルして通常の暖房運転を行わせる即暖運転判定手段とを備え、更に前記即暖運転判定手段は、計時手段の運転停止からの経過時間が所定時間以上経過していなくても、運転開始の温度検出手段による室内温度が所定温度以下の場合には、停止時間に関係なく即暖運転を行わせるものである。

この発明の請求項１によれば、前回の暖房運転停止からの時間が所定時間以上経過を条件として、即暖運転を行うようにしたので、即暖運転が必要な時だけ確実に強力な暖房が得られるものであり、過剰暖房となって使用者に不快感を与える不具合を確実に防止出来、常に良好な暖房が行えるものであり、更に運転停止からの時間に関係なく、現状の室温状況に応じて即暖運転するか通常の暖房運転するかを決定するので、現状に合った最適な暖房が得られ、過剰暖房を気にすることなく、安心して使用出来るものである。

次にこの発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
１は深夜電力や時間帯別契約電力の電力単価が安価な深夜時間帯に湯水を沸き上げて貯湯し、この貯湯した湯水を主に給湯に用いるヒートポンプ式給湯機からなる熱源機器で、湯水を貯湯する貯湯タンク２を備えた貯湯タンクユニットから構成されており、３は貯湯タンク２内の湯水を加熱する加熱手段としてのヒートポンプユニット、４は台所や洗面所等に設けられた給湯栓、５はこの給湯栓４の近傍に設けられた給湯リモコン、６は貯湯タンク２内の高温水を熱源とする床暖パネルから成る放熱器である。

前記貯湯タンクユニット１の貯湯タンク２は、上端に出湯管７と、下端に給水管８とが接続され、さらに、下部に加熱循環回路を構成する加熱往き管９と、上部に加熱循環回路を構成する加熱戻り管１０とが接続され、前記ヒートポンプユニット３によって加熱往き管９から取り出した貯湯タンク２内の湯水を沸き上げて加熱戻り管１０から貯湯タンク２内に戻して貯湯され、給水管８からの給水により貯湯タンク２内の湯水が押し上げられて貯湯タンク２内上部の高温水が出湯管７から押し出されて給湯されるものである。

前記ヒートポンプユニット３は、圧縮機１１と凝縮器としての冷媒−水熱交換器１２と電子膨張弁１３と強制空冷式の蒸発器１４で構成されたヒートポンプ回路１５と、貯湯タンク２内の湯水を前記加熱往き管９および加熱戻り管１０を介して冷媒−水熱交換器１２に循環させる加熱循環ポンプ１６と、それらの駆動を制御する加熱制御部１７とを備え、貯湯タンク２内の湯水を循環して指示された沸き上げ温度まで沸かし上げるものである。なお、ヒートポンプ回路１５内には冷媒として二酸化炭素が用いられて超臨界ヒートポンプサイクルを構成しているので、低温水を電熱ヒータなしで約９０℃の高温まで沸き上げることが可能なものである。

ここで、前記冷媒−水熱交換器１２は冷媒と被加熱水たる貯湯タンク２内の湯水とが対向して流れる対向流方式を採用しており、超臨界ヒートポンプサイクルでは熱交換時において冷媒は超臨界状態のまま凝縮されるため効率良く高温まで被加熱水を加熱することができ、被加熱水の冷媒−水熱交換器１２入口温度と冷媒の出口温度との温度差が一定になるように前記電子膨張弁１３または圧縮機１１を制御することで、被加熱水の冷媒−水熱交換器１２の入口温度が５〜２０℃程度の低い温度であるとＣＯＰ（エネルギー消費効率）がとても良い状態で被加熱水を加熱することが可能なものである。

１８は前記放熱器６の熱媒である湯水を加熱するための熱交換器で、その一次側には貯湯タンク２上部に接続された熱交往き管１９と貯湯タンク２下部に接続された熱交戻り管２０とが接続されて熱交循環回路を構成し、熱交戻り管２０途中に設けられた熱交循環ポンプ２１の作動により貯湯タンク２から取り出した高温水を熱交換器１８に循環させ、熱交換により温度低下した中温水を再び貯湯タンク２内に戻すものである。

前記熱交換器１８の二次側には、熱利用機器６の循環水を循環可能に暖房往き管２２と暖房戻り管２３より構成される暖房循環回路が接続され、暖房戻り管２３途中に設けられた暖房循環ポンプ２４の作動により熱利用機器６の循環水が熱交換器１８に循環されて、一次側の高温水により加熱されて暖房あるいは乾燥が行われるものである。

次に、２５は貯湯タンク２の前記熱交戻り管２０より高く前記出湯管７より低い中間位置に接続された中間出湯管で、前記熱交換器１８で二次側と熱交換して温度低下した中温水などの貯湯タンク２の中間位置に貯められている湯水を貯湯タンク２から出湯するものである。

２６は、前記出湯管７途中で前記中間出湯管２５の下流に設けられた電動ミキシング弁より構成された中間混合弁、２７はこの中間混合弁２６下流に設けた中間混合温度センサで、貯湯タンク２中間位置付近の中温水と貯湯タンク２上端に接続された出湯管７からの高温水とを給湯リモコン５でユーザーが設定した給湯設定温度より所定温度高い温度になるように混合比率が制御されるものである。

次に、２８は中間混合弁２６からの湯水と給水管８から分岐された給水バイパス管２９からの低温水を混合する電動ミキシング弁より構成された給湯混合弁であり、その下流の給湯管３０に設けた給湯温度センサ３１で検出した湯温が給湯リモコン５でユーザーが設定した給湯設定温度になるように混合比率を制御するものである。

次に、３２は貯湯タンク２の上下方向に複数個配置された貯湯温度センサで、この実施形態では５つの貯湯温度センサが配置され上から３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ、３２ｅと呼び、これらの貯湯温度センサ３２が検出する温度情報によって、貯湯タンク２内にどれだけの熱量が残っているかを検知し、そして貯湯タンク２内の上下方向の温度分布を検知するものである。

前記給湯リモコン５には、給湯設定温度を設定する給湯温度設定スイッチ３３が設けられ、給湯温度設定手段を構成しているものである。

３４は貯湯タンクユニット１内の各センサの入力を受け各アクチュエータの駆動を制御するマイコンを有した給湯制御部である。この給湯制御部３４に前記給湯リモコン５が無線または有線により接続されユーザーが任意の給湯設定温度を設定できるようにしているものであると共に、前記ヒーポン制御部１７と有線にて接続されて沸かし上げ温度および沸かし上げ動作の発停の指示を前記ヒーポン制御部１７へ送るものである。

３５は放熱器６が設置された室内に備えられたコントローラーから成る制御手段で、運転スイッチ３６と室内の目標温度を設定する温度設定手段３７を設けると共に、暖房戻り管２３途中に備えられ戻り湯温で室温換算する温度検出手段３８と、同じく暖房戻り管２３途中に備えられ設定温度で管路を遮断する熱動弁３９とが接続され、設定目標温度に室温がなるように温度検出手段３８の検出温度を見ながら、通常時は５０℃程度の温水を循環させ、目標設定温度に達すると熱動弁３９を遮断、熱交循環ポンプ２１及び暖房循環ポンプ２４を停止させ、室温が低下すれば再び駆動開始するものである。

４０は前記制御手段３５内に備えられ、暖房運転開始時は所定時間ここでは１時間の間、熱交循環ポンプ２１の駆動を遅くすることで、放熱器６に７０℃程度の高温水を循環させての即暖運転を行うかどうかの判断をする即暖運転判定手段で、運転スイッチ３６のＯＦＦ操作で計時開始して所定時間ここでは４時間のカウントを行う計時手段４１と接続し、運転スイッチのＯＮ時には、計時手段４１の計時が終了しているかどうか、即ち前回の運転停止から４時間以上経過しているかどうかを判断するものであり、更に４時間以上経過していない場合でも、温度検出手段３８による現在室温（床温度）が所定温度以下ここでは１５℃以下では、停止時間に関係なく即暖運転を行わせるもので、この温度より上の時には所定時間に達していないので即暖運転は行わずに通常の運転を行うもので、所定時間が経過していれば勿論、即暖運転を行うようにするものである。

一方給湯制御部３４は、過去複数日分の使用熱量から翌日に必要な必要熱量Ｑを演算すると共に、通常は必要熱量Ｑと貯湯タンク容量Ａから沸き上げ温度Ｔを算出しているものである。

ここで、前記給湯制御部３４は夏季等で必要熱量Ｑが少ない場合に、必要熱量Ｑと予め記憶されている貯湯タンク容量Ａと給水温度センサ４２で検出する給水温度Ｔｗから、第１の温度Ｔ１で沸き上げる湯量Ａ１および第１の温度Ｔ１よりも高い第２の温度Ｔ２で沸き上げる湯量Ａ２を算出する湯量算出手段４３を有し、湯量算出手段４３はこの一実施形態では下記式より各沸き上げ温度Ｔ１、Ｔ２で沸き上げる湯量Ａ１、Ａ２を算出するようにしている。

（Ｔ１−Ｔｗ）・Ａ１＋（Ｔ２−Ｔｗ）・Ａ２＝Ｑ
※Ａ１＋Ａ２＝Ａ

ここで、第１の沸き上げ温度Ｔ１はヒートポンプ回路１６で沸き上げるのに効率的で消費電力の少ない比較的低い温度（例えば６５℃程度）で、第２の沸き上げ温度Ｔ２は熱源として有効な８０℃程度の温度としている。

次に図２に示す沸き上げ運転時の作動について説明すると、深夜電力時間帯になると給湯制御部３４は翌日に必要な必要熱量Ｑと貯湯タンク容量Ａから沸き上げ温度Ｔを算出し、ヒーポン制御部１７に対して沸き上げ温度Ｔと沸き上げ開始指示を発する。

このとき、夏季等で必要熱量Ｑが少ない場合には、前記湯量算出手段４３が第１の温度Ｔ１で沸き上げる湯量Ａ１と、第１の温度Ｔ１よりも高い第２の温度Ｔ２で沸き上げる湯量Ａ２を算出し、給湯制御部３４がヒートポンプ制御部１７に対して先に第１の沸き上げ温度Ｔ１を湯量Ａ１だけ沸き上げるよう指示しする。

指示を受けたヒーポン制御部１７は圧縮機１１を起動した後に加熱循環ポンプ１６を駆動開始し、貯湯タンク２下部に接続された加熱往き管９から取り出した湯水を冷媒−水熱交換器１２で第１の沸き上げ温度Ｔ１に加熱し、貯湯タンク２上部に接続された加熱戻り管１０から貯湯タンク２内に戻し、貯湯タンク２の上部から順次積層して沸き上げた湯水を貯湯していく。

そして、指示された湯量Ａ１を第１の沸き上げ温度Ｔ１まで沸き上げると、給湯制御部１７は残りの湯量Ａ２を第１の沸き上げ温度Ｔ１より高い第２の沸き上げ温度Ｔ２まで沸き上げるよう指示する。指示を受けたヒーポン制御部１７は冷媒−水熱交換器１２で湯水を第２の沸き上げ温度Ｔ２になるよう圧縮機１１および電子膨張弁１３を制御し、温度Ｔ２に沸き上げられた湯水は加熱戻り管１０を介して貯湯タンク２の上部に戻され、先ほどの温度Ｔ１の湯水の上に順次積層して貯湯されていく。

必要熱量Ｑ相当の湯水が沸き上げられると給湯制御部３４はヒーポン制御部１７に対して沸き上げ停止指令を発し、これを受けたヒーポン制御部１７は圧縮機１１を停止すると共に加熱循環ポンプ１６も停止して沸き上げ動作を終了するもので、このようにして貯湯タンク２の上部に高い温度である第２の温度Ｔ２の湯を貯湯させ、その下部に第２の温度Ｔ２より低い温度である第１の温度Ｔ１の湯を貯湯させることができるものである。

次に図３に示す給湯運転時の作動について説明すると、給湯栓４を開くと給水管８からの給水が貯湯タンク２下部に流れ込む。そして中間出湯管２４を介して中間混合弁２５に湯水が押し出される。なお、貯湯タンク２内に流れ込む給水と貯湯されている沸き上げられた湯水との温度差により比重差が発生し、温度境界層を形成して比重の軽い高温の湯水が上部に、比重の重い給水が下部に位置することとなるので互いに混じり合うことはないものである。

ここで、給湯制御部３４は中間出湯管２５からの湯水と出湯管７からの湯水を中間混合弁２６にて給湯リモコン５で設定された給湯設定温度より所定温度高い温度となるように中間混合弁２６を適当な比率に調整する。なお、ここでは、中間出湯管２５から流入する湯が沸き上げられた湯水であり、給湯設定温度より高いため、中間混合弁２６の出湯管７側が閉じられ、出湯管７からは湯水が流出せず中間出湯管２５からの湯水がそのまま給湯混合弁２８へ流入することとなる。

そして、中間混合弁２６から流出した湯は給湯混合弁２８へ流入し、給水バイパス管２９からの給水と混合され、給湯制御部３４が給湯混合弁２８の混合比率を調整し給湯設定温度の湯が給湯栓４から給湯される。そして、給湯栓４の閉止によって給湯が終了するものである。

このように、前記中間混合弁２６は給湯設定温度よりも所定温度高い温度の湯を供給するようにしているので、中間出湯管２５が接続されている部位付近の湯水の温度が給湯設定温度よりも低い場合は、給湯制御部３４により中間混合弁２６の混合比率が調整されて出湯管７からの高温水を用いて給湯設定温度よりも所定温度高い温度の湯を供給するようにし、貯湯タンク２の上部に貯められている高温水の使用を最小限に留めるようにしている。

次に図４に示す経路図及び図６のフローチャートで、熱源装置による床暖房の作動について説明すると、ステップ４４で運転スイッチ３６がＯＮされると、ステップ４５に進み即暖運転判定手段４０によって、先ず暖房運転停止からの時間が所定時間経過したかを判断し、所定時間経過していれば、ＹＥＳでステップ４６に進んで即暖運転を行うもので、この即暖運転は熱交循環ポンプ２１及び暖房循環ポンプ２４を駆動し、熱交往き管１９を介して貯湯タンク２上部の高温水を熱交換器１８に循環させることで、二次側の熱媒を熱交換で加熱し放熱器６で放熱させて室内の暖房を行うが、即暖運転では熱交循環ポンプ２１の駆動を周波数制御で可変し、低速駆動で熱交換器１８での熱交換をゆっくり行わせることで、通常５０℃の熱媒温度を７０℃まで上げて１時間循環させることにより、暖房初期で冷えている負荷の影響を受けることなく、良好な暖房を得ようとするものであり、ステップ４７で即暖運転の一定時間のカウントを行い、一定時間のカウントでステップ４８に進んで通常の暖房運転を行うものである。

一方、逆にステップ４５で所定時間経過していなかった場合は、ＮＯでステップ４９に進み温度検出手段３８により検出される現在室温（床温度）が、所定温度である１５℃以下かを判定し、ＹＥＳでは前記ステップ４６に進んで即暖運転を行うものであり、暖房停止時間が短くても室温が低い場合には即暖運転が行われ、停止時間だけでなく現状の室温（床温度）の状態に応じても即暖運転が行え、より実状に合った暖房が可能となるものである。

更に前記ステップ４９で室温（床温度）が所定温度より高い場合には、ＮＯでステップ４８に進んで即暖運転を行うことなく通常の暖房運転を行って、過剰暖房となることを確実に防止して、常に状況に応じた良好な暖房が得られ、安心して使用出来るものである。

又この熱源装置１を深夜電力で湯を沸かして貯湯するヒートポンプ式給湯機や電気温水器で構成することで、安価な湯水を暖房にも使用出来、極めて経済的であると共に、即暖運転を状況によって使い分けることにより、簡単に追い焚きが出来ないこの種の熱源装置１には欠かすことの出来ない機能であり、この機能によってヒートポンプ式給湯機や電気温水器を熱源とすることも可能となったものである。

この発明の実施形態の概略構成図。同沸き上げ運転の作動を説明する経路図。同給湯運転の作動を説明する経路図。同暖房運転の作動を説明する経路図。同要部電気回路のブロック図。同暖房運転のフローチャート。

符号の説明

１貯湯タンクユニット（熱源装置）
２貯湯タンク
６放熱器
３５制御手段
３６運転スイッチ
３７温度設定手段
３８温度検出手段
４０即暖運転判定手段
４１計時手段

Claims

室内の暖房を行う放熱器の設置された室内温度を検出する温度検出手段と、前記放熱器へ熱媒を供給する熱源装置と、前記室内の目標温度を設定する温度設定手段と、運転開始時の所定時間は熱源装置に規定された最高温度の熱媒を放熱器に供給する即暖運転と、この即暖運転後は前記温度検出手段の検出温度が温度設定手段の目標温度になるように制御する制御手段とを備え、前記制御手段には運転停止からの時間を計時する計時手段と、該計時手段の計時で運転開始が前回の運転停止から所定時間以上経過していなければ、即暖運転をキャンセルして通常の暖房運転を行わせる即暖運転判定手段とを備え、更に前記即暖運転判定手段は、計時手段の運転停止からの経過時間が所定時間以上経過していなくても、運転開始の温度検出手段による室内温度が所定温度以下の場合には、停止時間に関係なく即暖運転を行わせる事を特徴とする暖房制御装置。