JP4833931B2 - ヒートポンプシステム - Google Patents
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Description
ここで,ヒートポンプ式給湯機では,ヒートポンプユニットが運転されていない待機動作中でも該ヒートポンプユニットにおいて電力消費が生じる。そこで,ヒートポンプサイクルを稼働する必要がない場合には,そのヒートポンプユニットへの電力供給を遮断することで省電力を図ることが考えられる。
一方,従来から,一つのヒートポンプユニットに給湯機やエアコン室内機などの熱交換ユニットが複数台接続されたヒートポンプシステムがある(例えば,特許文献1参照)。この場合には,例えば,その全ての熱交換ユニットが運転されない場合に,ヒートポンプユニットへの電力供給を遮断することで省電力を図ることは可能である。
従って,本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり,その目的とするところは,一つのヒートポンプユニットに複数の熱交換ユニットが接続されたヒートポンプシステムにおいて不要な電力消費をできるだけ削減することにある。
このように構成された本発明に係るヒートポンプシステムでは,前記末端熱交換ユニットの非運転時に,該末端熱交換ユニットの前記通信回路の外部接続や該通信回路への電力供給が遮断されるため,該通信回路の待機時における電力消費を省減することができ,システム全体の省電力化を図ることができる。
さらに,ヒートポンプシステムでは,前記第1の熱交換ユニットが,前記第2の熱交換ユニット及び前記ヒートポンプユニットの間の通信を前記通信回路で中継する構成であるため,前記電源遮断手段は,前記第1の熱交換ユニットの前記通信回路から前記ヒートポンプユニットに伝達される通信信号に応じて前記ヒートポンプユニットの運転の必要性を判断することが可能である。そして、電源遮断手段は,運転が不要と判断した場合には,前記第1の電源接続部と前記ヒートポンプユニットの前記第2の電源接続部との接続を遮断する。それゆえ,ヒートポンプユニットへの電力供給を遮断できる。したがって,ヒートポンプユニットにおける待機消費電力を削減することができ,ヒートポンプシステム全体の待機消費電力をより削減することができる。
具体的に,前記中継熱交換ユニット及び前記末端熱交換ユニットが,信号ライン,電源ライン及びこれらに共通する共通ラインで接続されている場合には,前記通信接続遮断手
段が,前記信号ライン上に設けられた通電スイッチを切るものであることが考えられる。これにより,外部から前記通信回路への信号伝送経路が遮断されるため,例えば外部からの信号を受信するまでの間に消費される待機電力を削減することができる。
ところで,複数の前記熱交換ユニットは,例えば空気調和機の室内ユニット,給湯機のタンクユニット,床暖房装置,及び浴室機器のいずれか一つ又は複数を含むものであることが考えられる。
また,前記第1の熱交換ユニットに,前記ヒートポンプユニットの非運転時に該第1の熱交換ユニットの前記第1の電源接続部と前記ヒートポンプユニットの前記第2の電源接続部との接続を遮断する電源遮断手段を設けており,電源遮断手段がヒートポンプユニットの運転が不要と判断した場合には,前記第1の電源接続部と前記ヒートポンプユニットの前記第2の電源接続部との接続を遮断するため、前記ヒートポンプユニットの非運転時の電力消費を削減できる。
ここに,図1は本発明の実施の形態に係るヒートポンプシステムXの全体構成を示すブロック図,図2はヒートポンプユニットXの電気回路を説明するための図である。
まず,図1を用いて,本発明の実施の形態に係るヒートポンプシステムXの全体構成について説明する。
図1に示すように,ヒートポンプシステムXは,大別すると,冷媒が循環されるヒートポンプサイクル(冷凍サイクル)10,20を有するヒートポンプユニット1,ヒートポンプユニット1のヒートポンプサイクル10,20に循環される冷媒を熱交換媒体として用いるタンクユニット(給湯機)2及びエアコン室内機3を備えている。
ここに,タンクユニット2及びエアコン室内機3は,熱交換ユニットの一例に過ぎず,他に,前記冷媒を熱交換媒体として用いる床暖房装置や浴室機器(風呂水追い炊き回路や浴室乾燥機など)等も,熱交換ユニットに該当する。また,本実施の形態では,ヒートポンプユニット1に,タンクユニット2及びエアコン室内機3の2台の熱交換ユニットが接続されている場合を例に挙げて説明するが,さらに複数の熱交換ユニットが接続される場合にも同様に適用可能である。
ヒートポンプシステムXでは,ヒートポンプユニット1にタンクユニット2及びエアコン室内機3の2台の熱交換ユニットが接続されているため,該ヒートポンプユニット1に,2系統のヒートポンプサイクル10,20が形成されている。
一方,エアコン室内機3は,ヒートポンプサイクル10に循環される冷媒と室内空気との間で熱交換を行う室内空気熱交換器31及び該室内空気熱交換器31に室内空気を送風する送風ファン32を有している。そして,エアコン室内機3では,図示する実線矢印方向又は破線矢印方向に循環される冷媒を熱交換媒体として,室内空気を加熱又は冷却することにより室内の暖房運転(実線矢印方向)又は冷房運転(破線矢印方向)が実現される。なお,エアコン室内機3は,一般的な空気調和機が備える他の構成要素も備えているが,従来と異なるところがないため,ここではその図示及び説明を省略する。
一方,タンクユニット2は,貯湯タンク21,循環ポンプ22,切換弁23〜25を備えている。タンクユニット2では,給水口又は貯湯タンク21から供給された水が切換弁23を経て,ヒートポンプユニット1の水熱交換器18に向けて出力される。そして,ヒートポンプユニット1の水熱交換器18で加熱された後の温水は,切換弁24を経て貯湯タンク21又は給湯口に供給される。なお,給湯口に供給された温水は,必要に応じて台所や浴室,洗面所などに供給される。また,切換弁25は,水熱交換器18や貯湯タンク21から給湯口に供給される温水に,給水口からの水を混合することにより,温水の温度を調整するためのものである。
図2に示すように,ヒートポンプシステムXでは,ヒートポンプユニット1とタンクユニット2,タンクユニット2とエアコン室内機3の各々が,電源ラインL1,信号ラインL3,及び電源ラインL1と信号ラインL3の共通ラインである電源信号共通ラインL2で接続されている。
ヒートポンプユニット1は,CPUやRAM,ROMなどを有する制御回路100と,他の機器との間で直接又は間接的にシリアル通信を行うための通信回路101と,電源ラインL1,電源信号共通ラインL2,信号ラインL3が接続される電気接続端子102(第2の電源接続部の一例)とを備えている。なお,電源ラインL1,電源信号共通ラインL2,信号ラインL3は,電線によって形成される通電経路である。
ヒートポンプユニット1は,電気接続端子102に接続された電源ラインL1及び電源信号共通ラインL2から供給される電力によって稼働し,また,電気接続端子102に接続された信号ラインL3及び電源信号共通ラインL2によって他の機器との間でシリアル通信を行う。そして,制御回路100は,電気接続端子102に接続された信号ラインL3及び電源信号共通ラインL2から受信されるシリアル信号に基づいてヒートポンプユニット1の運転動作を制御する。
エアコン室内機3は,電気接続端子302に接続された電源ラインL1及び電源信号共通ラインL2から供給される電力によって稼働し,また,電気接続端子302に接続された信号ラインL3及び電源信号共通ラインL2によって他の機器との間でシリアル通信を行う。具体的に,通信回路301は,ヒートポンプユニット1の通信回路101との間で,タンクユニット2に設けられた制御回路200を介して間接的にシリアル通信を行う。なお,エアコン室内機3は,第2の熱交換ユニットの一例である。
タンクユニット2は,電源端子41に接続された電源ラインS1,S2から供給される電力によって稼働し,また,電気接続端子202,204に接続された信号ラインL3及び電源信号共通ラインL2によって他の機器との間でシリアル通信を行う。具体的に,通信回路201はヒートポンプユニット1の通信回路101との間で,通信回路203はエアコン室内機3の通信回路301との間でシリアル通信を行う。また,制御回路200は,電源ラインS1,S2を介して商用交流電源40から供給された電力を利用して,ヒートポンプユニット1やエアコン室内機3に電力を供給する。なお,タンクユニット2は,第1の熱交換ユニットの一例である。
また,タンクユニット2の制御回路200は,エアコン室内機3及びヒートポンプユニット1の間の信号ラインL3及び電源信号共通ラインL2の接続を中継することにより,これらの間のシリアル通信を中継している。即ち,タンクユニット2の通信回路201からヒートポンプユニット1に伝達されるシリアル信号には,エアコン室内機3からヒートポンプユニット1に向けて出力されたシリアル信号が含まれる。したがって,制御回路200は,エアコン室内機3及びヒートポンプユニット1の間で行われるシリアル通信によって送受信されるシリアル信号を参照することで,該シリアル信号の内容を確認することが可能である。ここに,タンクユニット2が中継熱交換ユニットの一例であり,エアコン室内機3が末端熱交換ユニットの一例である。
また,通信回路101,201,203,301は,各々に接続された制御回路100,200,300から伝達されたシリアル信号を信号ラインL3及び電源信号共通ラインL2を通じて外部に送信する。
この通信回路101,201,203,301では,シリアル通信が行われる際,即ちシリアル信号の送信時及び受信時における信号処理によって電力が消費される。
しかし,通信回路101,201,203,301では,シリアル信号の送受信が行われない場合であっても,該通信回路を構成するコンデンサや抵抗,IC,ダイオードなどの電子部品において,制御回路100,200,300に設けられた電源回路(不図示)から供給されるシリアル通信用や動作電源用の電力が消費される。また,通信回路101,201,203,301がシリアル信号を受信すると,その内部回路が動作するため,さらに電力消費が加算される。一般に,これらの電力消費は待機消費電力と呼ばれる。 本発明の実施の形態に係るヒートポンプシステムXは,この通信回路101,201,203,301における待機消費電力をできるだけ削減することにより,該ヒートポンプシステムX全体の消費電力の削減を図っている。以下,具体的に説明する。
この通電スイッチ51は,信号ラインL3上の通電の有無を切り換える,即ち信号伝送の可否を切り換えるためのものであって,該通電スイッチ51の入り切りは,制御回路300によって制御される。例えば,通電スイッチ51は,リレー(継電器)や半導体スイッチなどで構成される。
このように構成されたヒートポンプシステムXでは,エアコン室内機3の制御回路300によって,必要に応じて通電スイッチ51の切換制御が行われることにより,システム全体の待機消費電力が省減される。
これにより,通信回路301は,外部機器との間のシリアル通信が可能となる。具体的にここでは,タンクユニット2へのシリアル信号の送信及びタンクユニット2からのシリアル信号の受信が可能となる。
そして,制御回路300は,通信回路301からタンクユニット2を中継してヒートポンプユニット1に対してその旨を示すシリアル信号(運転開始信号など)を送信することにより,該ヒートポンプユニット1の運転を制御する。例えば,ヒートポンプユニット1に対してヒートポンプサイクル10における冷媒の循環を開始させる。
その後,制御回路300は,信号ラインL3上に設けられた通電スイッチ51をOFF(切状態)にして自己の通信回路301の外部接続を遮断し,次に冷暖房運転の開始が要求されるまでの間,即ち非運転時(待機中)には,通電スイッチ51を遮断した状態で維持する。ここに,かかる処理を実行するときの制御回路300が通信接続遮断手段に相当する。
これにより,エアコン室内機3の非運転時には,通信回路301は,外部機器との間のシリアル通信,即ちタンクユニット2へのシリアル信号の送信及びタンクユニット2からのシリアル信号の受信ができない状態となる。したがって,タンクユニット2からエアコン室内機3の運転に向けてシリアル信号が送信されたとしても,そのシリアル信号は,通電スイッチ51で遮断され,通信回路301で受信されない。また,仮に制御回路300から通信回路300にシリアル信号が伝達されたとしても,そのシリアル信号は,通電スイッチ51で遮断されるため,タンクユニット2の通信回路203で受信されない。
このように,ヒートポンプシステムXでは,エアコン室内機3の非運転時には,通電スイッチ51が切られて,通信回路301のシリアル通信が遮断されるため,通信回路301における待機消費電力を削減することができ,該ヒートポンプシステムX全体の省電力を図ることができる。
そこで,ヒートポンプシステムXでは,タンクユニット2に,ヒートポンプユニット1に電力を供給するために制御回路200から電気接続端子202の間に接続された電源ラインL1上に通電スイッチ52が設けられている。この通電スイッチ52は,ヒートポンプユニット1への電源ラインL1上の通電の有無を切り換えるためのものであって,該通電スイッチ52の入り切りは,制御回路200によって制御される。例えば,通電スイッチ51は,リレー(継電器)や半導体スイッチなどで構成される。
このように構成されたヒートポンプシステムXでは,タンクユニット2の制御回路200によって,必要に応じて通電スイッチ52の切換制御が行われることにより,システム全体の待機消費電力が更に省減される。
具体的に,制御回路200は,貯湯タンク21内の温水を所定の温度に保つために再加熱する必要があるか否か,あるいは前記給湯操作部(不図示)に対してユーザ操作による給湯運転の実行要求又は終了要求がなされたか否か,即ちタンクユニット2からヒートポンプユニット1に対して運転開始信号又は運転終了信号のいずれが送信されたか否かを判断する。なお,給湯運転とは,例えば給湯口から直接温水を給湯する直湯運転や,貯湯タンク21に温水の貯留させるための貯湯運転などである。
さらに,制御回路200は,エアコン室内機3からヒートポンプユニット1に対して運転開始信号又は運転終了信号のいずれが送信されたかを判断する。また,エアコン室内機3に対してシリアル通信によって運転の有無を問い合わせるための処理を実行することによって判断してもよい。
このように,タンクユニット2の制御回路200は,該タンクユニット2及びエアコン室内機3の運転の有無を判断することにより,ヒートポンプユニット1の運転の必要性を判断する。
これにより,ヒートポンプユニット1には,電源ラインL1及び電源信号共通ラインL2を介して電力が供給されることになり,該ヒートポンプユニット1は運転可能な状態となる。
その後,制御回路200は,通信回路202からヒートポンプユニット1に対してシリアル信号を送信することにより,該ヒートポンプユニット1の運転を制御する。
このように,ヒートポンプシステムXでは,タンクユニット2の制御回路200が,タンクユニット2の通信回路201からヒートポンプシステム1に伝達されるシリアル信号(通信信号)に応じてヒートポンプユニット1の運転の有無を判断し,ヒートポンプユニット1の運転が必要ない非運転時には,通電スイッチ52を切ることによってヒートポンプユニット1への電力供給を遮断する。したがって,ヒートポンプユニット1における待機消費電力を削減することができ,該ヒートポンプシステムX全体の待機消費電力をより削減することができる。
例えば,通信回路301の機能を停止させることも考えられる。具体的に,制御回路300に設けられた電源回路(不図示)は,通信回路301のシリアル通信用や動作電源用に例えば24Vや5V程度の直流電圧を生成し,該通信回路301に供給している。そこで,その制御回路300の電源回路(不図示)から通信回路301に供給される電力を遮断するための動作電源スイッチ(不図示)を設けておくことが考えられる。なお,前記動作電源スイッチ(不図示)は,リレー(継電器)又は半導体スイッチなどである。
そして,制御回路300は,エアコン室内機3の非運転時に,その動作電源スイッチ(不図示)を切ることで通信回路301への電力供給を遮断して,該通信回路301の動作を完全に停止させるように処理する。これにより,通信回路301の待機消費電力を削減することができる。
もちろん,通電スイッチ51及び前記動作電源スイッチ(不図示)の両方を設けておき,制御回路300が,エアコン室内機3の非運転時に,その両方を切る構成も考えられる。ここで説明した各処理を実行する制御回路300は,通信接続遮断手段の一例である。
しかし,本発明は,これに限られるものではなく,ヒートポンプユニット1やエアコン室内機3に先に商用交流電源40が接続されており,そこから他の機器に電力が供給される構成であってもよい。但し,ヒートポンプユニット1に商用交流電源40が一次接続されている場合には,ヒートポンプユニット1の非運転時に該ヒートポンプユニット1の電源を切ることはできない。
10,20…ヒートポンプサイクル
11…圧縮機
12…膨張弁
13…室外空気熱交換器
14…送風ファン
15…四方弁
16,17…切換弁
18…水熱交換器
2…タンクユニット
21…貯湯タンク
22…循環ポンプ
23〜25…切換弁
3…エアコン室内機
31…室内空気熱交換器
32…送風ファン
40…商用交流電源
41…電源端子
51,52…通電スイッチ
100,200,300…制御回路
101,201,203,301…通信回路
102,202,204,302…電気接続端子
L1…電源ライン
L2…電源信号共通ライン
L3…信号ライン
Claims (3)
- 冷媒が循環されるヒートポンプサイクルを有するヒートポンプユニットと,
前記ヒートポンプユニットとの間で直接又は間接的に通信を行う通信回路を有してなり,前記ヒートポンプサイクルに循環される冷媒を熱交換媒体として用いる複数の熱交換ユニットと,を備えてなるヒートポンプシステムであって,
複数の前記熱交換ユニットのうち他の熱交換ユニット及び前記ヒートポンプユニットの間の通信を前記通信回路で中継する中継熱交換ユニットを除く一又は複数の末端熱交換ユニットが,該末端熱交換ユニットの非運転時に自己の前記通信回路の外部接続及び/又は該通信回路への電力供給を遮断する通信接続遮断手段を備えてなり,
複数の前記熱交換ユニットのうちいずれか一つの第1の熱交換ユニットが,所定の外部電源に接続される第1の電源接続部を有してなり,
複数の前記熱交換ユニットのうち前記第1の熱交換ユニットを除く一又は複数の第2の熱交換ユニット及び前記ヒートポンプユニットが,前記第1の電源接続部に直接又は間接的に接続される第2の電源接続部を有してなり,
前記第1の熱交換ユニットが,前記ヒートポンプユニットの非運転時に,該第1の熱交換ユニットの前記第1の電源接続部と前記ヒートポンプユニットの前記第2の電源接続部との接続を遮断する電源遮断手段を備えてなり,
前記第1の熱交換ユニットが,全ての前記第2の熱交換ユニット及び前記ヒートポンプユニットの間の通信を前記通信回路で中継するものであって,
前記電源遮断手段が,前記第1の熱交換ユニットの前記通信回路から前記ヒートポンプユニットに伝達される通信信号に応じて前記ヒートポンプユニットの運転の必要性を判断し,当該運転が不要と判断した場合には前記第1の電源接続部と前記ヒートポンプユニットの前記第2の電源接続部との接続を遮断する,ヒートポンプシステム。 - 前記中継熱交換ユニット及び前記末端熱交換ユニットが,信号ライン,電源ライン及びこれらに共通する共通ラインで接続されてなり,
前記通信接続遮断手段が,前記信号ライン上に設けられた通電スイッチを切るものである請求項1に記載のヒートポンプシステム。 - 複数の前記熱交換ユニットが,空気調和機の室内ユニット,給湯機のタンクユニット,床暖房装置,及び浴室機器のいずれか一つ又は複数を含むものである請求項1または2に記載のヒートポンプシステム。
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