JP5073970B2 - ヒートポンプ給湯床暖房装置 - Google Patents

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Description

本発明は、ヒートポンプ給湯床暖房装置にかかり、特に、床暖房運転における熱媒体の温度安定と省エネを図ったヒートポンプ給湯床暖房装置に関する。

近年、ヒートポンプ給湯機の普及に伴い、給湯機能に加えて床暖房機能を備えたものが提案されている。

このようなヒートポンプ給湯暖房装置は、その給湯運転時において、例えば、毎日、夜中にヒートポンプ運転を行い、給湯用水熱交換器で加熱した約65℃の湯を400〜500Lの大きな貯湯タンクに貯えておき、使用する際に、貯湯タンクの湯に適量の水を混合することにより、約40℃の適温水を給湯するようにしている(例えば、特許文献1参照)。

そして、床暖房運転の際は、例えば、膨張タンクに貯えた水をヒートポンプの床暖房用の水冷媒熱交換器で加熱して温水とし、その温水をポンプによって床暖房パネルとの間で循環させることにより床暖房を行なう。この循環水の加熱出湯温度は、例えば、運転当初が60〜70℃、温度安定時が50〜60℃と予め高めに設定しておき、熱動弁を用いて循環水の温度に応じて流量を絞り調整することにより、床暖房の温度を調整するようにしている。

特開2005−274021号公報

しかしながら、上記特許文献1のように、床暖房機能を備えたヒートポンプ給湯機においては、床暖房用の循環水の温度が予め設定されているため、使用環境や使用者の多様な床暖房温度の要求に対し、十分な対応ができないという問題がある。

また、省エネの観点から見ると、ヒートポンプ運転は給水温度一定のとき加熱出湯温度が高いほど運転効率が低くなるが、従来のヒートポンプ給湯機によれば、加熱不足を避けるため、例えば、運転当初が60〜70℃、温度安定時でも50〜60℃と高めに設定しなければならず、その分ヒートポンプの成績係数(COP)が低くなるという問題がある。

さらに、従来使用している熱動弁は加熱流体の温度に応じて開度を調整する構成のため、構造が複雑化して通常の開閉弁と比べて大幅にコスト高となり、しかも、熱感知のため応答性が遅いという問題がある。

本発明は、床暖房機能を備えたヒートポンプ給湯機の成績係数を向上させることを課題とする。

本発明では、夜間における事前のヒートポンプ運転を行なわず、湯を使用する際に、熱源となるヒートポンプ回路を運転し、加熱適温水を直接使用端末に給湯する瞬間式ヒートポンプ給湯機等において、熱媒体を循環させる床暖房回路を付加し、その熱媒体の加熱温度を制御することにより、必要な範囲において低温暖房を可能とし、ヒートポンプ給湯機の効率向上を図るものである。

具体的に、本発明は、上記課題を解決するため、圧縮機、給湯用熱交換器、給湯用減圧装置、蒸発器から構成される給湯用熱源回路と、前記圧縮機、床暖用熱交換器、床暖用減圧装置、前記蒸発器から構成される床暖用熱源回路と、床暖用熱交換器と床暖用熱負荷との間で熱媒体を循環させる床暖房回路と、給湯用熱源回路と床暖用熱源回路との間で冷媒流路を切り替える切替手段と、運転制御手段とを備え、運転制御手段は、床暖用熱交換器に戻される熱媒体の戻り温度と床暖用熱交換器に流れる熱媒体の戻り温度設定値との差と、床暖用熱交換器から床暖用熱負荷に供給される熱媒体の往き温度の現在の目標値とに基づいて往き温度の新たな目標値を算出し、熱媒体の往き温度が往き温度の新たな目標値となるように、圧縮機の回転速度を制御することを特徴とする。

これによれば、例えば、リモコンの床暖設定温度によって床暖房に最適な熱媒体の目標温度を設定し、この設定温度に使用条件に応じて変化する熱媒体の戻り温度を加味することにより熱媒体の往き温度の目標値を随時再設定できるため、常時床暖房に最適な温度制御が可能となる。このため、従来のように、リモコンの床暖設定温度や様々な使用条件を考慮して、高温の熱媒体による温度制御を行う必要がなく、熱媒体の往き温度の目標値を低く抑えることができるため、ヒートポンプ成績係数(COP)を向上させることができる。

また、高価な熱動弁を必要とせず、安価な電磁式の床暖用開閉弁を使用しているため、コスト低減が図れるとともに、床暖房負荷の変化に対する応答性を向上させることができる。

この場合において、例えば、運転制御手段は、床暖用熱源回路の運転開始直後、つまり運転開始してから設定時間経過するまでの間は、往き温度の目標値を戻り温度設定値に対応して設定するものとする。これによれば、運転開始当初の所定時間は、往き温度の目標値を高めに設定することにより、温度立ち上がり時間を短縮し、早期に安定運転に移行できる。

また、運転制御手段は、熱媒体の戻り温度と戻り温度設定値との差と、往き温度の現在の目標値及び外気温度の検出値とに基づいて、往き温度の新たな目標値を設定するようにしてもよい。また、運転制御手段は、戻り温度が戻り温度設定値より高いとき、往き温度の現在の目標値から、戻り温度と戻り温度設定値との差を引くことにより、往き温度の新たな目標値を算出するようにしてもよい。

また、本発明は、圧縮機、熱交換器、減圧装置、蒸発器から構成され、少なくとも熱交換器が独立して設けられる複数の熱源回路と、一の熱源回路の熱交換器によって加熱された給水を直接使用端末へ供給する直接給湯回路と、他の熱源回路の熱交換器と床暖用熱負荷との間で熱媒体を循環させる床暖房回路と、運転制御手段とを備え、運転制御手段は、他の熱源回路の熱交換器に戻される熱媒体の戻り温度と該熱交換器に流れる熱媒体の戻り温度設定値との差と、他の熱源回路の熱交換器から床暖用熱負荷に供給される熱媒体の往き温度の現在の目標値とに基づいて往き温度の新たな目標値を算出し、熱媒体の往き温度が往き温度の新たな目標値となるように、圧縮機の回転速度を制御するものとしてもよい。

すなわち、瞬間式の直接給湯回路による給湯運転は、貯湯式ヒートポンプ給湯機のように高温貯湯する必要がなく、給湯運転、床暖房運転ともに適温加熱運転とすることができるため、ヒートポンプの成績係数の向上を図ることができる。また、給湯運転、床暖房運転の加熱温度が近似することにより、両機能に対するヒートポンプ成績係数の最適化を図ることができる。

本発明のヒートポンプ給湯床暖房装置によれば、簡単な構成で、ヒートポンプの成績係数を向上させることができ、しかも、床暖房負荷の変化に対する高い応答性を得ることができる。

以下、本発明の実施形態について図1を用いて説明する。図1において、ヒートポンプ給湯床暖房装置は、床暖用熱源回路41及び給湯用熱源回路42の2系統のヒートポンプ熱源回路からなる熱源回路40、給湯回路45、床暖房回路50及び運転制御手段55を備えて構成される。

熱源回路40、給湯回路45及び床暖房回路50の各構成部品は床暖パネルを除いて同一箱体内に一体的に収納されており、運転制御手段55は給湯リモコン56及び床暖房リモコン57により構成される。

なお、給湯回路45の使用端末である台所蛇口23、風呂循環アダプター29を有する浴槽30、及び床暖パネル35,36は、ヒートポンプ給湯床暖房装置と別個に準備し、使用する現地において給水金具13、台所出湯金具22、入出湯金具28、風呂出湯金具31、床暖用給湯金具32、33、及び床暖用戻り金具34にそれぞれ接続して使用するものである。

熱源回路40は床暖房及び給湯の加熱源としての働きをするもので、床暖用熱源回路41は、圧縮機1a、冷媒開閉弁2b、床暖用熱交換器8に配置される床暖用冷媒管8a、減圧装置4c、蒸発器5aのそれぞれを冷媒配管で順次接続した密閉サイクルで構成されており、その中に冷媒が封入されている。

給湯用熱源回路42は、圧縮機1b、冷媒開閉弁2c、給湯用熱交換器3に配置される給湯用冷媒管3b、減圧装置4b、蒸発器5bのそれぞれを冷媒配管で順次接続した密閉サイクル、及び圧縮機1a、冷媒開閉弁2a、給湯用熱交換器3に配置される給湯用冷媒管3a、減圧装置4a、蒸発器5aのそれぞれを冷媒配管で順次接続した密閉サイクルの2サイクルで構成されており、その中に冷媒が封入されている。

ここで、圧縮機1a及び蒸発器5aは、床暖用熱源回路41及び給湯用熱源回路42の共用部品として使用され、冷媒開閉弁2a、2bの開閉によって、床暖用熱源回路41と給湯用熱源回路42の切り替えを行なうものである。

圧縮機1a,1bは加熱水を直接給湯する瞬間式ヒートポンプ給湯機に適合できるような大容量で、かつ、給湯熱量に応じて回転数を変えられる回転数制御形圧縮機である。すなわち、圧縮機1a、1bはPWM制御、電圧制御(例えばPAM制御)及びこれらの組合せ制御により、低速(例えば700回転/分)から高速(例えば7000回転/分)まで回転数制御されるようになっている。

また、圧縮機1a,1bを主とするヒートポンプ回路の設計は、直接給湯における適切温度(約40〜45℃)及び床暖房安定時における適切温度(約40〜50℃)が近似しているため、この使用温度近辺においてもっとも成績係数(COP)が高くなるように設計されている。

給湯用熱交換器3は給湯用冷媒管3a,3b及び給水側伝熱管3c、3dを備えており、給湯用冷媒管3a,3bと給水側伝熱管3c,3dとの間で熱交換を行なうように構成される。

減圧装置4a,4b,4cは、一般的には、キャピラリチューブや温度式膨張弁、電動膨張弁等が使用され、給湯用熱交換器3、風呂用熱交換器6、床暖用熱交換器8を経て送られてくる中温高圧冷媒を減圧し、蒸発し易い低圧冷媒として蒸発器5a、5bへ送る。また、ヒートポンプ給湯床暖房装置の場合、減圧装置4a,4b,4cは加熱能力に応じて冷媒通路の絞り量を変えヒートポンプ回路内の冷媒循環量を調節する働きや、給湯用熱源回路42において前記絞り量を全開にして中温冷媒を蒸発器5a、5bに多量に送って霜を溶かす除霜装置の役目も行なうため、絞り量が可変で、かつ応答性の良い電動膨張弁が適している。

また、蒸発器5a,5bはファン(図示せず)の回転によって外気を取り込み、空気と冷媒との熱交換を行なう空気冷媒熱交換器で構成される。

次に、床暖房及び給湯運転時のヒートポンプ運転について説明する。

床暖房運転は、床暖用熱源回路41を運転し、圧縮機1aで圧縮された高温高圧の冷媒が冷媒開閉弁2bを通って床暖用冷媒管8aに流入して床暖用伝熱管8bを流れる熱媒体を加熱し、減圧装置4cで減圧された後に蒸発器5aで低温低圧ガスとなった冷媒が圧縮機1aに戻る。この冷媒循環を繰り返すことによって、床暖用熱媒体を連続加熱する。

また、床暖用熱交換器8内で加熱された熱媒体は、床暖用伝熱管8bから床暖用開閉弁11,12及び床暖用給湯金具32,33を経て床暖パネル35,36の放熱管35a,36aで床を加熱した後、床暖用戻り金具34、床暖用タンク10を経て床暖用循環ポンプ9の運転により循環され、床暖用熱交換器8内で加熱と床暖パネル35、36での放熱を連続して行なうものである。なお、床暖パネル35,36の使い分けは床暖用開閉弁11,12の開閉によって、各一個使用または同時に二個使用を選択することができる。

次に、給湯運転は、圧縮機1a,1bで圧縮された高温高圧の冷媒が、冷媒開閉弁2a,2cを通って給湯用熱交換器3の給湯用冷媒管3a,3bに流入して給水側伝熱管3c,3dを流れる給水を加熱し、減圧装置4a,4bで減圧された後に蒸発器5a,5bで低温低圧ガスとなった冷媒が圧縮機1a,1bに戻る。この冷媒循環を繰り返すことによって、給水を連続加熱し給湯することができる。
給湯運転において、圧縮機1a,1bは給水温度及び給湯温度などの給湯負荷に応じた回転数制御を行なって運転される。

また、給湯用熱交換器3内で加熱された温水は、給水側伝熱管3c,3dから合流して給湯混合弁19、湯水混合弁20、流量調整弁21、台所出湯金具22を経て、使用端末である台所蛇口23から給湯される。その間において、給湯混合弁19はヒートポンプ運転開始直後における給湯用熱交換器3での加熱不足分を貯湯タンク17内の貯湯湯で補う役目をし、湯水混合弁20は給湯混合弁19で混合された温水が使用適温より高い場合に給水金具13からの水を混合して適温水とする役目をし、流量調整弁21は端末使用状況と運転制御手段55からの給湯温度指令に基づき給湯加熱温度を維持するため流量を調整するものである。

次に、水系統の給湯回路について説明する。

台所給湯回路は、給水金具13、減圧弁14、給水水量センサ15、水用逆止弁16、給水側伝熱管3c,3d、給湯混合弁19、湯水混合弁20、流量調整弁21、台所出湯金具22が水配管を介して順次接続され構成される。

なお、給水金具13は水道などの給水源に接続され、台所出湯金具22は台所蛇口23などに接続される。

風呂給湯回路は、給水金具13、減圧弁14、給水水量センサ15、水用逆止弁16、給水側伝熱管3c、3d、給湯混合弁19、湯水混合弁20、流量調整弁21、風呂注湯弁24、フロースイッチ25、風呂循環ポンプ26、水位センサ27、入出湯金具28が水配管を介して順次接続され構成される。

風呂追焚き回路は、入出湯金具28、水位センサ27、風呂循環ポンプ26、フロースイッチ25、風呂用熱交換器6の風呂用水配管6b、風呂出湯金具31が水配管を介して順次接続され構成される。

なお、入出湯金具28は風呂循環アダプター29を介して浴槽30に接続されており、風呂給湯時は水位センサ27側から浴槽30側へ給湯し、風呂追焚き時には浴槽30側から水位センサ27側へ水循環するように構成される。

また、風呂追焚き時には、風呂循環ポンプ26を運転して風呂追焚回路による浴槽水の水循環を行なうとともに、給湯用熱源回路42によるヒートポンプ運転を行ない、風呂用熱交換器6で浴槽30の残り湯を加熱して浴槽30に戻し風呂追焚きを行なうものである。

次に、運転制御手段55は、給湯リモコン56及び床暖房リモコン57の操作設定により、熱源回路40の運転・停止並びに圧縮機1a,1bの回転数制御を行なうとともに、冷媒開閉弁2a〜2cの開閉、減圧装置4a,4b,4cの冷媒絞り量調整、風呂熱交開閉弁7の開閉、床暖用循環ポンプ9、床暖用開閉弁11,12の開閉、機内循環ポンプ18及び風呂循環ポンプ26の運転・停止、及び給湯混合弁19、湯水混合弁20、流量調整弁21、風呂注湯弁24を制御することにより、床暖房運転、給湯運転、風呂湯張り運転、風呂追焚き運転等を円滑に行なうようになっている。

また、運転制御手段55は、圧縮機1a,1bの回転数を制御し、運転開始直後には加熱立上げ時間を早めるため所定の高速回転数で運転し、比較的熱負荷の軽い安定運転時には加熱温度に見合った中低速回転数で運転するよう制御する。
更に、ヒートポンプ給湯床暖房装置には、床暖用熱交換器8で加熱された熱媒体の温度を検知する往き温度サーミスタ8c、戻り温度サーミスタ10a、給水温度を検知する給水サーミスタ37、給湯用熱交換器3の出湯温度を検知する熱交サーミスタ3e、給湯温度を検知する給湯サーミスタ38、浴槽水の温度を検知する風呂サーミスタ39、及び圧縮機1a、1bの吐出圧力を検知する圧力センサ(図示せず)、浴槽29内の水位を検出する水位センサ27等が設けられ、各検出信号は運転制御手段55に入力されるように構成される。運転制御手段55はこれらの信号に基づいて各機器を制御するものである。

また、運転制御手段55には、使用端末の同時使用により加熱能力が不足した場合の優先順位が設定されており、給湯使用と、床暖房使用又は風呂追焚き使用が同時に行なわれた場合は、給湯運転を優先し、台所給湯使用と風呂給湯使用が行なわれた場合は、台所給湯運転を優先する。

減圧弁14は、例えば、給水源の水道から供給される200〜600kPaものバラツキのある高い水圧を約170kPa程度の使用上適切な一定水圧にコントロールするものであり、水用逆止弁16は、一方向にのみ水を流し、逆流を防止するものである。

次に、本発明のヒートポンプ給湯床暖房装置の運転動作について、図1の熱源回路40、給湯回路45及び床暖房回路50を参照しながら、図2〜図5のフローチャートについて説明する。

図2は、床暖房運転における温度制御のフローチャートを示す。

先ず、床暖房リモコン57の床暖房モードを選択して床暖房運転開始信号を製品本体に送る(ステップ71)とともに床暖房の温度選択を行なう(ステップ72)と、床暖用ヒートポンプ運転が開始される。(ステップ73)
すなわち、床暖用熱源回路41においては、冷媒開閉弁2aが閉じ冷媒開閉弁2bが開いて、圧縮機1a→冷媒開閉弁2b→床暖用冷媒管8a→減圧装置4c→蒸発器5a→圧縮機1aのヒートポンプ回路で床暖用加熱運転が行なわれる。

一方、床暖房回路50においては、床暖房リモコン57の選択により床暖用開閉弁11,12のいずれか又は両方が開放され、床暖用循環ポンプ9の運転により、床暖用タンク10→床暖用循環ポンプ9→床暖用伝熱管8b→床暖用開閉弁11,12→床暖用給湯金具32,33→放熱管35a,36a→床暖用戻り金具34→床暖用タンク10の閉回路で熱媒体(図示せず)が循環し、床暖用熱交換器8で吸熱した熱媒体は床暖装置35,36で床を暖房、放熱する。

床暖房回路50を循環する熱媒体については、床暖用伝熱管8bの出口部の往き温度を往き温度サーミスタ8cで検知し、床暖用タンク10の入り口部の戻り温度を戻り温度サーミスタ10aで検知して、それぞれの温度情報を運転制御手段に随時送信している。

次に、床暖房運転開始直後の立ち上がり運転時(ステップ74)は、温度安定時に対しやや高めに設定されたリモコンの床暖往き温度設定値に基づいて連続運転することにより、床暖房の適温到達時間を短縮させ、床温度が適温の安定状態に達すると、往き温度制御運転に切り替える。(ステップ75)
往き温度制御運転(ステップ75)は、リモコンの床暖往き温度設定値を下げ、かつ、リモコンの床暖戻り温度設定値と実機の床暖戻り温度との差に基づいて床暖往き温度目標値を設定するもので、その詳細について説明する。

先ず、立ち上がり運転から往き温度制御運転に切り変わると、実機の床暖戻り温度とリモコンの入力により設定される床暖戻り温度設定値との比較を行ない、[戻り温度≧戻り温度設定値]を満足するとき(ステップ76)は、新往き温度目標値を[旧往き温度目標値−(戻り温度−戻り温度設定値)]とする(ステップ76a)。さらに、新往き温度目標値が下限温度(例えば30℃)以下であれば(ステップ76b)新往き温度目標値を30℃とする(ステップ76c)。また、[戻り温度<戻り温度設定値−2℃]を満足するとき(ステップ77)は、新往き温度目標値を[旧往き温度目標値+(戻り温度設定値−戻り温度)]とする(ステップ77a)。さらに、新往き温度目標値が上限温度(例えば70℃)以上であれば(ステップ77b)、新往き温度目標値を70℃とする(ステップ77c)。

往き温度制御運転は、所定間隔(例えば10分)で繰り返し、戻り温度の判定を行なって往き温度を更新することにより、常に適温を保つ温度制御が可能となり、余分な加熱運転を排除し、成績係数(COP)の良い必要最小限の低温連続運転を可能にするものである。この場合において、下限温度及び上限温度は、いかなる場合においても、この温度以内とする限界値であって床暖房の通常時における制御温度ではなく、これによって本発明の低温制御による成績係数(COP)の向上効果を損なうものではない。

タイマー又はリモコンの操作により、床暖運転停止信号が出る(ステップ78)と、床暖用循環ポンプ9及び床暖用ヒートポンプ運転を停止し、床暖運転は終了する(ステップ79)。

次に、フローチャートによる床暖房運転制御の具体例を図1及び図3によって説明する。

本実施例においては、床暖往き温度として往き温度サーミスタ8cで検知する床暖用伝熱管8bの出口温度を使用し、床暖戻り温度としては戻り温度サーミスタ10aで検知する床暖用タンクの入口温度を使用する。
なお、本発明は本実施例に限定されるものではなく、床暖往き温度は床暖用伝熱管8bの出口から床暖パネル35、36の入口間であれば同様の効果を有し、床暖戻り温度は床暖用タンク10の入口から床暖パネル35、36の出口間であれば同様の効果を有するものである。

図3は、横軸に床暖房運転の時間経過を、縦軸に圧縮機回転数及び熱媒体温度を示す床暖房運転制御の一実施例である。

先ず、床暖房リモコン57により、床暖房回路50における床暖用タンク10の入口側の熱媒体の温度設定値(以下、戻り温度設定値という。)及び床暖用熱交換器8の出口側の熱媒体の初期温度目標値(以下、初期往き温度目標値という。)が設定される。ここで、例えば、戻り温度設定値は、高(50℃)、中(40℃)、低(30℃)の3つの選択モードを有し、各モードに対応して往き温度目標値が決められる。以下、戻り温度設定値は、中(40℃)を選定し、初期往き温度目標値を60℃とした場合について、運転制御手段55による動作を説明する。

運転当初の所定時間は立ち上がり運転であり、初期往き温度目標値が高めの60℃に設定されているため、温度立ち上がり時間を短縮し、早期に安定運転に達することができる。

次に、運転開始から設定時間(例えば30分)経過すると、床暖パネル35,36への往き温度制御運転に切り換わり(A点)、戻り温度設定値と実際の熱媒体の戻り温度(以下、単に戻り温度という。)とを比較して、新往き温度目標値を決める。A点において、戻り温度(50℃)は戻り温度設定値(40℃)より高いため、新往き温度目標値は、初期往き温度目標値(60℃)−[戻り温度(50℃)−戻り温度設定値(40℃)]=50℃となる。

A点(30分)以降は、例えば、10分経過毎に戻り温度と戻り温度設定値(40℃)との比較を行なうが、横軸の40,50,60分後においては、戻り温度<戻り温度設定値、かつ、戻り温度≧[戻り温度設定値−2℃]であり、設定温度と熱媒体の加熱温度とがほぼ一致していることを示し、余分な温度切り換えは行なわず、安定した床暖房運転を継続することができる。

さらに、B点のように、戻り温度(35℃)が[戻り温度設定値(40℃)−2℃]よりも低い場合、新往き温度目標値は、前記の新往き温度目標値(50℃)+[戻り温度設定値(40℃)−戻り温度(35℃)]=55℃となる。

Tmin(30℃)及びTmax(70℃)は、往き温度目標値の限界を示し、往き温度の設定式の算出結果がこの範囲を超える場合は、新往き温度目標値は30℃又は70℃とするものである。

なお、図3は、床暖パネルへの往き温度切り換え動作を説明するため、実施例での温度曲線を作図したものであり、時間、温度設定、温度目標値など、このグラフの内容は条件設定により当然変わるものである。

また、本実施例では、説明上、リモコン設定温度を戻り温度設定値としたが、これに限定されるものではなく、例えば、低(30℃)、中(40℃)、高(50℃)のように予め設定された温度としてもよいし、床暖用熱交換器に流れる熱媒体の特定位置の温度を設定するようにしてもよい。

上記のように常時実機の戻り温度を検知し、所定間隔(例えば10分)毎に戻り温度と戻り温度設定値との比較に基づき往き温度目標値を更新することにより、実機負荷の変化に対応した床暖房の温度制御を行なうことができる。

次に、図4で床暖房運転時における成績係数(COP)について説明する。

図4は、床暖房運転時における熱媒体の往き温度(床暖用伝熱管の出口側温度)を横軸に、成績係数(COP)を縦軸として、往き温度と成績係数との相関関係を表したものである。使用条件が同一の場合、床暖房運転においては、図4に示すように往き温度が低いほど成績係数は高くなる。

本発明においては、床暖房初期運転時は立ち上がり時間の短縮を重視して往き温度目標値をやや高め(50〜60℃)とするため、成績係数は約2〜2.5とやや低いが、温度安定後は初期往き温度目標値を30〜40℃とし、成績係数は約3.5〜4.0に向上させることができる。

次に、図5で台所蛇口による温水使用時の給湯運転について説明する。台所蛇口23を開けて温水使用が始まる(ステップ81)と、給水水量センサ15が流量を検知して給湯開始の判定を行ない(ステップ82)、流量が一定以上であれば給湯開始と判定して、運転制御手段55は、圧縮機1a,1bを始動させ、ヒートポンプ運転を開始し(ステップ83)、給水金具13、減圧弁14、給水水量センサ15、水用逆止弁16、給水側伝熱管3c,3d、給湯混合弁19、湯水混合弁20、流量調整弁21、台所出湯金具22、台所蛇口23の給湯回路により給湯を開始する(ステップ84)。

ここで、運転制御手段55は、圧縮機1a,1bを回転数制御で運転し、圧縮した高温高圧冷媒を循環させると同時に、熱源回路40の冷媒開閉弁2a及び冷媒開閉弁2cを開き、冷媒開閉弁2bを閉じることにより、給湯用熱交換器3には冷媒循環するが、床暖用熱交換器8には冷媒循環を行なわない。また、減圧装置4a,4bを開放調整し、減圧装置4cは閉じる。

すなわち、圧縮機1a,1bで圧縮された高温高圧冷媒を給湯用熱交換器3の冷媒側伝熱管3a,3bに送り込み、給水側伝熱管3c,3dを流れる給水を加熱して湯水混合弁20側へ流出するが、運転立ち上がり直後は給湯用熱交換器3に送り込まれてくる冷媒が充分に高温高圧となり切らず温度が低く、かつ給湯用熱交換器3全体が冷えているため、水を加熱する加熱能力が充分でない。時間の経過とともに冷媒は高温高圧となり、それに伴い、発生する冷媒からの放熱量が増加し、水への加熱能力が次第に増加するが、この運転開始から給湯温度が適温(約40℃)に達するまでの運転立ち上がり時は、貯湯タンクに予め溜めておいた適温以上の温度(例えば60〜65℃)の湯を出湯し、給湯混合弁19で給水側伝熱管3c,3dからくる湯と混合して適温以上の高温水とし、さらに湯水混合弁20で給水水量センサ15側からの冷水を適量混合して使用適温に合せた後、流量調整弁21、台所出湯金具22を通して台所蛇口23へ給湯する。

この給湯運転においては、図1の床暖用熱源回路41及び給湯用熱源回路42をともに運転し、圧縮機1a,1bは、運転制御手段によって回転数制御を行ない、水源の水道等から供給される給水温度が高い夏期は小さな加熱量で済むため回転数を低くし、給水温度が低い冬期は大きな加熱量を必要とするため回転数を高くして運転する。

従来の貯湯式ヒートポンプ給湯機においては、圧縮機を3000〜4000回転/分で運転して高温貯湯しておく。床暖房使用の場合は、貯湯運転と同様に圧縮機を3000〜4000回転/分で運転して高温水を循環させるため、給湯運転に比べて負荷の軽い床暖房運転においては、圧縮機を頻繁に断続させている。

これに対し、本発明の瞬間式ヒートポンプ給湯床暖房装置は、給湯使用負荷に応じた圧縮機回転数で運転して瞬間湯沸器のように給湯するものであるが、床暖房運転時においては、貯湯式ヒートポンプ給湯機のように高速回転で断続運転を行なわず、圧縮機を低速連続運転しているため、効率(COP)を向上させることができる。

図5に戻って、給湯開始(ステップ84)後、給水水量センサ15、給水サーミスタ37、給湯サーミスタ38等の検知データによって、運転制御手段55は給湯温度及び流量の調整を行ない(ステップ85)、適正温度、適正流量の給湯運転を続ける。さらに、給湯温度及び流量の判定を繰り返し行ない(ステップ86)、規定内であれば蛇口が閉じられるまで給湯を継続する(ステップ87)。台所蛇口23が閉じられ温水使用が終了すると(ステップ88)、運転制御手段55は、ヒートポンプ運転を停止し(ステップ89)、給湯運転は終了する(ステップ80)。

次に、風呂給湯回路について図1を用いて説明する。

風呂湯張運転は、ヒートポンプ運転と同時に、給水金具13→減圧弁14→給水水量センサ15→水用逆止弁16→給水側伝熱管3c、3d→給湯混合弁19→湯水混合弁20→流量調整弁21→風呂注湯弁24→フロースイッチ25→風呂循環ポンプ26→水位センサ27→入出湯金具28→風呂循環アダプター29→浴槽30の風呂給湯回路により風呂湯張りを行なう。

また、風呂湯張り時には、ヒートポンプ運転による風呂給湯と並行して、給水金具13→減圧弁14→給水水量センサ15→貯湯タンク17→給湯混合弁19→湯水混合弁20→流量調整弁21→風呂注湯弁24→フロースイッチ25→風呂循環ポンプ26→水位センサ27→入出湯金具28→風呂循環アダプター29→浴槽30の貯湯タンクからの風呂給湯も行ない、風呂湯張り時間の短縮を図っている。なお、貯湯タンク17からの給湯量は、風呂湯張り後の給湯使用のために最小必要限の湯水を貯湯タンク17内に残せる範囲内において風呂湯張りに使用するものである。

また、風呂追い焚き運転は、ヒートポンプ運転により給水側伝熱管3c,3d内で加熱された温水が機内循環ポンプ18の運転により、給水側伝熱管3c,3d→風呂熱交開閉弁7→風呂加熱管6a→機内循環ポンプ18→給水側伝熱管3c、3dの加熱水循環を行なうと同時に、風呂循環ポンプ26の運転により、風呂伝熱管6b→風呂出湯金具31→風呂循環アダプター29→浴槽30→風呂循環アダプター29→入出湯金具28→水位センサ27→風呂循環ポンプ26→フロースイッチ→風呂伝熱管6bの風呂水循環を行ない、風呂熱交換器6において風呂加熱管6a内の高温水で風呂伝熱管6b内の風呂循環水を加熱して風呂追い焚きを行なう。

以上、本発明の一実施例について説明したが、ヒートポンプ給湯方式は瞬間式に限らず、貯湯方式においても効果を有する。また、床暖房運転開始時は、リモコンの高め設定温度、つまり床暖用熱媒体の往き温度目標値に従って床暖房運転を行ない、所定時間経過以降はリモコンによる床暖用熱媒体の戻り温度設定値と実際の戻り温度との差に基づいて、往き温度目標値を設定することにより、床暖房の立ち上がり時間を短縮し、かつ、安定後の加熱成績係数の向上を図ることができる。

なお、本発明の主眼は、床暖用熱媒体の往き温度目標値の設定において戻り温度を加味することにあり、設定温度、戻り温度の他に、外気温度を加味しても発明の構成を逸脱するものではない。

また、上記実施例においては、給湯と床暖房との切り替えに冷媒開閉弁2a,2bを用いたが、減圧装置4a,4cに全閉機能を持たせ、冷媒開閉弁2a,2bを無くし、減圧装置4a,4cのみで冷媒流路の切り替えを行うようにしてもよい。ここで、使用しない給湯用熱交換器3又は床暖用熱交換器8が冷え、冷媒が凝縮、貯溜し、動作しているヒートポンプサイクルの冷媒不足を防ぐため、使用しない熱交換器側の減圧装置を微小量開けて、冷媒が溜まるのを防ぐようにしてもよい。

また、上記実施例では、床暖房用と一部の給湯用の熱源回路を切り替えて用いる構成を説明したが、これに限定されず、例えば、それぞれ独立した熱源回路を備える構成としてもよいことは言うまでもない。

本発明のヒートポンプ給湯床暖房装置における床暖用熱源回路、給湯用熱源回路、給湯回路、床暖房回路、運転制御手段、及び部品の概略構成の一実施例を示す模式図である。 本発明のヒートポンプ給湯床暖房装置における床暖房時の運転動作の一実施例を示すフローチャートである。 本発明のヒートポンプ給湯床暖房装置において床暖房運転時の往き温度制御の一実施例を説明するための模式図である。 本発明のヒートポンプ給湯床暖房装置における床暖房時の往き温度(床暖用伝熱管出口温度)と成績係数(COP)の相関関係の一実施例を説明するための線図である。 本発明のヒートポンプ給湯床暖房装置における台所給湯時の運転動作の一実施例を示すフローチャートである。

符号の説明

1a,1b 圧縮機
2a,2b,2c 冷媒開閉弁
3 給湯用熱交換器
4a,4b,4c 減圧装置
5a,5b 蒸発器
8 床暖用熱交換器
8c 往き温度サーミスタ
9 床暖用循環ポンプ
10 床暖用タンク
10a 戻り温度サーミスタ
11,12 床暖用開閉弁
17 貯湯タンク
35,36 床暖パネル
40 熱源回路
41 床暖用熱源回路
42 給湯用熱源回路
45 給湯回路
50 床暖房回路
55 運転制御手段
57 床暖房リモコン

Claims (4)

  1. 圧縮機、給湯用熱交換器、給湯用減圧装置、蒸発器から構成される給湯用熱源回路と、
    前記圧縮機、床暖用熱交換器、床暖用減圧装置、前記蒸発器から構成される床暖用熱源回路と、
    前記床暖用熱交換器と床暖用熱負荷との間で熱媒体を循環させる床暖房回路と、
    前記給湯用熱源回路と前記床暖用熱源回路との間で冷媒流路を切り替える切替手段と、運転制御手段とを備え、
    前記運転制御手段は、前記床暖用熱交換器に戻される前記熱媒体の戻り温度と前記床暖用熱交換器に流れる前記熱媒体の戻り温度設定値との差と、前記床暖用熱交換器から前記床暖用熱負荷に供給される前記熱媒体の往き温度の現在の目標値とに基づいて往き温度の新たな目標値を算出し、該熱媒体の往き温度が前記往き温度の新たな目標値となるように、前記圧縮機の回転速度を制御してなるヒートポンプ給湯床暖房装置。
  2. 前記運転制御手段は、前記戻り温度が前記戻り温度設定値より高いとき、前記往き温度の現在の目標値から、前記戻り温度と前記戻り温度設定値との差を引くことにより、前記往き温度の新たな目標値を算出する請求項1に記載のヒートポンプ給湯床暖房装置。
  3. 前記運転制御手段は、前記床暖用熱源回路の運転開始から設定時間が経過するまでの間は、前記往き温度の目標値を前記戻り温度設定値に対応して設定する請求項1に記載のヒートポンプ給湯床暖房装置。
  4. 前記運転制御手段は、前記熱媒体の戻り温度と前記戻り温度設定値との差と、前記往き温度の現在の目標値及び外気温度の検出値とに基づいて、前記往き温度の新たな目標値を設定することを特徴とする請求項1に記載のヒートポンプ給湯床暖房装置。
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