JP5603146B2

JP5603146B2 - ヒートポンプ温水暖房装置

Info

Publication number: JP5603146B2
Application number: JP2010140180A
Authority: JP
Inventors: 貢也長谷川; 正巳山口; 瑛一白井
Original assignee: Corona Corp
Current assignee: Corona Corp
Priority date: 2010-06-21
Filing date: 2010-06-21
Publication date: 2014-10-08
Anticipated expiration: 2030-06-21
Also published as: JP2012002471A

Description

この発明は、ヒートポンプで加熱した温水を暖房端末器内へ流入して暖房を行うヒートポンプ温水暖房装置の制御方法に関わるものである。

従来のヒートポンプ温水暖房装置について図３に基づいて説明する。
１０１は加熱手段としてのヒートポンプユニットであり内部に圧縮機１０２、冷媒水熱交換器１０３、膨張弁１０４、空気熱交換器１０５、冷凍サイクル制御部１０６を備えている。１０７は放熱器としての暖房端末器であり、１０８は冷媒水熱交換器１０３と暖房端末器１０７とを配管で接続する温水往き管である。１０９は温水往き管１０８途中に設けられた回転数可変の循環ポンプであり、循環ポンプ１０９を駆動させることで冷媒水熱交換器１０３で加熱された温水が膨張タンク１１０を通過し暖房端末器１０７内に流入することで床暖房が行われる。１１１は暖房端末器１０７で放熱され温度が低下した温水が流通する温水戻り管であり、冷媒水熱交換器１０３、膨張タンク１０９、温水往き管１０８、暖房端末器１０７、温水戻り管１１１で温水循環回路１１２を形成している。

このような構成のヒートポンプ温水暖房装置において、床暖房運転の開始時に冷媒水熱交換器１０３近傍に備えられた冷媒温度センサ１１３で検知される冷媒の凝縮温度に基づき、検知された冷媒の凝縮温度が設定値よりも低ければ循環ポンプ１０９の回転数を抑制もしくは停止して暖房端末器１０７内に流入する温水の循環流量を減らすことで、暖房運転開始時に必要な時間の短縮化を図るものがあった。

特開２００２−１２２３３４号公報

しかし、この従来のものでは、ヒートポンプ温水暖房装置の運転開始時に外気温が低温で、暖房循環回路１１２内の温水の温度が低く暖房負荷が大きい場合、設定温水温度に到達するには時間がかかる上に、循環ポンプ１０８の回転数の抑制や停止を行うと、暖房端末器１０７での暖房能力が落ちることで室内温度の上昇が鈍くなり、室内が十分に暖まるまでに時間がかかる。また、暖房端末器１０７を複数接続したシステムでは温水の循環流量が多大となるため、設定温水温度に到達するまでの時間がさらに長引く問題があった。

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、冷媒水熱交換器、膨張弁、空気熱交換器を環状に接続した加熱手段としてのヒートポンプサイクルと、前記冷媒水熱交換器で加熱された温水が流通する温水往き管と、前記温水往き管内の温水が流入するように接続された暖房端末器と、前記暖房端末器内を循環し温度低下した温水が流通する温水戻り管と、前記温水往き管もしくは前記温水戻り管に設置され前記暖房端末器への温水供給を制御する熱動弁としての温水制御弁と、外気温センサで検知された値に基づいて前記温水制御弁を制御する温水暖房制御部とを備えたヒートポンプ温水暖房装置において、前記温水往き管と前記温水戻り管とをバイパス管を介して接続し、前記バイパス管途中に開閉弁を設け、前記暖房端末器による暖房運転開始時に前記外気温センサの検知値が所定値を下回っていれば、前記温水暖房制御部が前記温水制御弁を閉止し前記開閉弁を開放し、加熱された温水がバイパス管から温水戻り管へ直接流入する回路を形成し、前記温水往き管もしくは前記温水戻り管内を流動する温水温度を検知する温水温度センサと、前記温水温度センサで検知した温水温度と設定温度とを比較する比較手段とを備え、前記温水暖房制御部が前記温水制御弁を閉止し前記開閉弁を開放した後、前記比較手段が前記温水温度センサで検知した温水温度が設定温度以上だと判断したら、前記温水暖房制御部が前記開閉弁を閉止し前記温水制御弁を開放して、前記暖房端末器へ加熱された温水を流すようにしたものである。

この発明によれば、外気温が所定値を下回っている場合、もしくは所定の運転モードが選択されている場合に、温水制御弁を閉止して開閉弁を開放することによって、暖房端末器を介さず温水が温水往き管及び温水戻り管内を循環して冷媒水熱交換器で加熱されるので、加熱される温水の流量が減少することで設定された温水温度に到達するまでの加熱時間が短縮され、暖房端末器内に設定温度の温水が早く流入するので室内を素早く暖めることが可能となり、温水温度を上昇させるためにヒートポンプサイクル内の圧縮機を最大出力で駆動させる時間が短縮するのでＣＯＰが向上する。

この発明の一実施形態を示すヒートポンプ温水暖房装置の概略構成図同実施形態の運転時の動作を示すフローチャート従来のヒートポンプ温水暖房装置の一実施形態を示す概略構成図

次に、この発明を適用した一実施形態を図１に基づいて説明する。
１は加熱手段としてのヒートポンプユニットで、冷媒を圧縮する作動数可変の圧縮機２と、高温の冷媒と温水とで熱交換を行う冷媒水熱交換器３と、熱交換後の冷媒を減圧する開度可変の減圧手段としての膨張弁４と、減圧された冷媒を空気の熱で蒸発させる空気熱交換器５とを環状に接続したヒートポンプサイクル６を内部に備えている。

７は室内に設置され機器内部に温水を流入させて床暖房を行う床暖パネル等で構成される暖房端末器であり、暖房端末器７を設置する部屋の暖房需要に沿って大きさや数量を変化させることが可能である。

８は冷媒水熱交換器３と暖房端末器７とを配管で接続する温水往き管で、配管途中には温水の体積膨張分を吸収して配管の損傷を防止する膨張タンク９と、加熱された温水を流動させる循環ポンプ１０と、加熱された温水の温度を検知する温水温度センサ１１とが備えられている。また、１２は暖房端末器７で放熱して温度低下した温水が流動する温水戻り管である。

１３は温水往き管８内の温水を複数の暖房端末器７内へ流入させるよう流路を分岐する往き温水ヘッダであり、１４は各暖房端末器７で放熱して温度低下した温水が流動する複数の流路を温水戻り管１２に流入させる戻り温水ヘッダである。

１５は圧縮機２で高温に加熱された冷媒の温度を検知する冷媒温度センサ、１６は外気温度を検知する外気温センサ、１７は冷媒温度センサ１５で検知された冷媒温度や外気温度センサ１６で検知された外気温度等から圧縮機２の出力を可変させ冷媒温度を制御する冷媒回路制御部である。

１８は暖房端末器７による暖房運転の各種設定の操作が可能なリモコンで、このリモコン１８には、暖房端末器７による運転の開始指示をスイッチのＯＮ／ＯＦＦで行う運転スイッチ１９と、運転モード選択手段としての運転モード選択スイッチ２０と、複数の暖房端末器７から暖房運転を行う端末を設定する暖房端末選択スイッチ２１と、低温から高温まで９段階の温度を選択して設定温度とする温度設定スイッチ２２と、運転モード選択スイッチ２０で選択された運転モードや温度設定スイッチ２２で設定された温度の状態等を表示する表示部２３とが備えられている。また、前記リモコン１８の各設定温度に基づいて温水の往き温度の最高温度を設定することで、暖房端末器７の過熱を防止するものである。

２４は各種検知手段からの情報とリモコン１８で設定された情報に基づいて暖房運転の制御を行う温水暖房制御部で、この温水暖房制御部２４には配管途中に備えられた各弁の開閉を行う弁開閉手段２５と、温水温度センサ１１や外気温度センサ１６での検知結果と予め設定されている設定温度とを比較する比較手段２６と、暖房運転を開始してから継続した時間等をカウントする計時手段２７とが備えられている。

２８は暖房端末器７への温水供給を弁の開閉によって制御する熱動弁としての温水制御弁、２９は暖房端末器７を介さず温水往き管８と温水戻り管１２とを接続するバイパス管、３０はバイパス管２９途中に設けられた電磁弁等からなる開閉弁である。

次に、このヒートポンプ温水暖房装置の一実施形態の動作について図２のフローチャートに基づいて説明する。
まず、リモコン１８に備えられた運転スイッチ１９がＯＮ操作されたか判断し（Ｓ２０１）、ＯＮ操作されていれば循環ポンプ１０を駆動させることで配管内の温水を循環させ（Ｓ２０２）、ＯＮ操作されていなければＳ２０１の判断を繰り返す。

Ｓ２０２で循環ポンプ１０を駆動させたら、外気温センサ１６で検知された外気温が５℃より低いか比較手段２６で判断して（Ｓ２０３）、５℃より低いと判断されたら次のステップに進み、５℃以上であると判断されたら、運転モード選択スイッチ２０で選択された運転モードがバイパス管２９に温水を流入させるバイパスモードであるか判断して（Ｓ２０４）、バイパスモードが選択されていれば次のステップに進む。

Ｓ２０３で外気温が５℃より低いと判断されたか、もしくはＳ２０４でバイパスモードが選択されていると判断されたら、温水制御弁２８を全て閉止し開閉弁３０を開放するよう弁開閉手段２５が操作して、加熱された温水がバイパス管２９から温水戻り管１２へ直接流入する回路を形成する（Ｓ２０５）。

Ｓ２０５で温水制御弁２８を閉止し開閉弁３０を開放してバイパス管２９へ温水が流入する回路が形成されたら、温水往き管８に設置された温水温度センサ１１で配管内の温水温度を検知して、検知された温水温度が予め設定された設定温水温度以上になったか比較手段２６で判断し（Ｓ２０６）、温水温度が設定温水温度以上になっていると判断されれば、開閉弁３０を閉止して、暖房運転を行う暖房端末器７に温水を流入させるよう温水制御弁２８を開放し（Ｓ２０７）、設定温水温度より低ければＳ２０６の判断を繰り返す。

Ｓ２０７で開閉弁３０を閉止し温水制御弁２８を開放したら、暖房端末選択スイッチ２１で選択された暖房端末器７内へ流入する温水温度を設定温水温度に維持するよう、温水温度センサ１１で検知される温水温度に基づいてヒートポンプユニット１内に設置された圧縮機２の出力を調節する通常の暖房運転を行う（Ｓ２０８）。

Ｓ２０８で通常の暖房運転を開始してから５分間以上継続したか計時手段２７で判断して（Ｓ２０９）、５分間以上継続して通常の暖房運転を行っていれば、温水温度センサ１１で温水往き管８内を流動する温水温度を確認し（Ｓ２１０）、継続時間が５分間未満であれば通常の暖房運転を続ける。

Ｓ２１０で温水温度センサ１１の検知結果を確認したら、検知された温水温度と設定温水温度−１０℃の値を比較手段２６で比較し（Ｓ２１１）、温水温度センサ１１で検知された温水温度が設定温水温度−１０℃を超えていれば通常の暖房運転を継続し（Ｓ２１２）、設定温水温度−１０℃以下であればステップＳ２０５に戻り、再び温水がバイパス管２９を流通する回路での加熱を行う。

Ｓ２１２で通常の暖房運転を継続することとなったら、リモコン１８に備えられた運転スイッチ１８がＯＦＦ操作されたか判断して（Ｓ２１３）、運転スイッチ１８がＯＦＦ操作されたと判断すれば循環ポンプ１０を停止させて暖房運転を終了し（Ｓ２１４）、ＯＦＦ操作していないと判断すれば、ステップＳ２０８に戻り通常の暖房運転を続行する。

以上の動作によって、暖房端末器７による暖房運転開始時に外気温センサ１６での検知結果が所定値を下回っているか、運転モード選択スイッチ２０でバイパスモードが選択されていれば、温水制御弁２８を閉止し開閉弁３０を開放してバイパス管２９内を温水が流通する回路を形成することで、設定温水温度に素早く到達でき室内の暖房感が得られるまでの時間が短縮される。また、通常の暖房運転中に設定温水温度から所定値低くなったら、再び温水制御弁２８を閉止して開閉弁３０を開放することで、温水温度低下によって室内の暖房感が喪失するのを防止でき、更に、バイパス管２９に温水を流入させる回路を形成することで回路内を循環する温水量が暖房運転中より少なくなるので、温水を加熱して設定温度にするために圧縮機２を最大出力で駆動させる時間が短縮するのでＣＯＰが向上する。

１ヒートポンプユニット
２圧縮機
３冷媒水熱交換器
４膨張弁
５空気熱交換器
６ヒートポンプサイクル
７暖房端末器
８温水往き管
１０循環ポンプ
１１温水温度センサ
１２温水戻り管
１６外気温センサ
２４温水暖房制御部
２６比較手段
２８温水制御弁
２９バイパス管
３０開閉弁

Claims

圧縮機、冷媒水熱交換器、膨張弁、空気熱交換器を環状に接続した加熱手段としてのヒートポンプサイクルと、前記冷媒水熱交換器で加熱された温水が流通する温水往き管と、前記温水往き管内の温水が流入するように接続された暖房端末器と、前記暖房端末器内を循環し温度低下した温水が流通する温水戻り管と、前記温水往き管もしくは前記温水戻り管に設置され前記暖房端末器への温水供給を制御する熱動弁としての温水制御弁と、外気温センサで検知された値に基づいて前記温水制御弁を制御する温水暖房制御部とを備えたヒートポンプ温水暖房装置において、前記温水往き管と前記温水戻り管とをバイパス管を介して接続し、前記バイパス管途中に開閉弁を設け、前記暖房端末器による暖房運転開始時に前記外気温センサの検知値が所定値を下回っていれば、前記温水暖房制御部が前記温水制御弁を閉止し前記開閉弁を開放し、加熱された温水がバイパス管から温水戻り管へ直接流入する回路を形成し、前記温水往き管もしくは前記温水戻り管内を流動する温水温度を検知する温水温度センサと、前記温水温度センサで検知した温水温度と設定温度とを比較する比較手段とを備え、前記温水暖房制御部が前記温水制御弁を閉止し前記開閉弁を開放した後、前記比較手段が前記温水温度センサで検知した温水温度が設定温度以上だと判断したら、前記温水暖房制御部が前記開閉弁を閉止し前記温水制御弁を開放して、前記暖房端末器へ加熱された温水を流すようにしたことを特徴としたヒートポンプ温水暖房装置。