JP5649030B2

JP5649030B2 - 温水暖房装置

Info

Publication number: JP5649030B2
Application number: JP2010026197A
Authority: JP
Inventors: 安彦諌山; 繁男青山; 俊二森脇; 岡座　典穂; 典穂岡座
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2010-02-09
Filing date: 2010-02-09
Publication date: 2015-01-07
Anticipated expiration: 2030-02-09
Also published as: JP2011163641A

Description

本発明は、凝縮器の凝縮潜熱を利用して暖房運転を行う冷凍サイクル装置およびこの冷凍サイクル装置を用いた温水暖房装置に関する。

従来、凝縮器の凝縮潜熱を利用して温水を生成し、その温水をファンコイルユニットやパネルヒータなどの端末機器に供給し、暖房運転を行う冷凍サイクル装置が知られている。このような冷凍サイクル装置として、ヒートポンプ熱源機（冷凍サイクル手段）とは別に、独自の電源で動作する補助熱源用加熱手段（補助加熱手段）を備えるものもある（例えば、特許文献１参照）。

この冷凍サイクル装置は、水熱媒を熱交換器（凝縮器）を介して冷媒により加熱する冷凍サイクル手段と、水熱媒を送水する送水手段と、外気温度が低い場合などに水熱媒を加熱する補助加熱手段と、加熱された水熱媒により暖房を行う端末機器とからなる。

この冷凍サイクル装置は、暖房運転を開始させる場合は、まず、冷凍サイクル手段の圧縮機を運転させる。圧縮機で圧縮された冷媒は、凝縮器へ流入し、凝縮器で水熱媒を加熱する。凝縮器で加熱された水熱媒は、送水手段により、補助加熱手段、端末機器へと送水される。端末機器に送水された水熱媒は、暖房を行って放熱した後、再び、凝縮器へ流入する。

冷凍サイクル手段は、端末機器で暖房が行える温度となるように水熱媒を加熱する。しかし、外気温度が低い場合などには冷凍サイクル手段のみでは十分に加熱できず、水熱媒の温度が端末機器で暖房が行える温度にならない場合がある。この場合には、補助加熱手段を動作させ、端末機器で暖房が行える温度になるまで補助加熱手段でさらに水を加熱する。

特開２００４−１３２６１２号公報

しかしながら、前記従来の冷凍サイクル装置では、圧縮機の起動時には、補助加熱手段は加熱を行っていないので、圧縮機を起動しても、凝縮器内の水熱媒（熱媒）の温度、さらには熱媒と熱交換する冷媒の温度や圧力（凝縮圧力）が上昇するのに時間がかかる。このため、外気温度が低い状態で、冷凍サイクル装置が長時間停止した後など、熱媒の温度が低い状態で圧縮機を起動すると、凝縮圧力が十分に上昇しないままで、圧縮機の起動運転が長時間継続されることとなる。凝縮圧力が低い状態では、オイルを供給するための圧力差が十分に得られず、圧縮機の摺動部へのオイル供給が不十分となる。このように、従来の冷凍サイクル装置では、外気温度や熱媒の温度が低い状態から暖房運転を開始する場合、圧縮機の起動時に圧縮機の信頼性低下を引き起こすという課題を有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、暖房運転を開始する際の圧縮機の信頼性を向上させる冷凍サイクル装置および温水暖房装置を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の温水暖房装置は、圧縮機と、凝縮器の冷媒側流路と、膨張手段と、蒸発器とが配管により接続されて形成された冷媒回路と、前記凝縮器に設けられて前記冷媒側流路内の冷媒と熱交換する熱媒が流れる熱媒側流路、前記熱媒側流路の入口側に設けられて前記熱媒側流路に流入する前記熱媒を加熱する補助加熱手段、前記補助加熱手段の上流側に設けられた循環ポンプ、が途中に設けられ、部屋の暖房を行う端末機器と配管によって接続されることで、前記循環ポンプ、前記補助加熱手段、前記熱媒側流路、前記端末機器、の順に熱媒が循環するように構成される熱媒回路と、前記凝縮器および／または前記補助加熱手段で加熱された前記熱媒を、前記循環ポンプによって前記端末機器へと送る暖房運転を実行する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記暖房運転の開始時において、前記凝縮器の冷媒圧力が第１の所定値以下の場合、または、前記凝縮器の温度が第２の所定値以下の場合に、前記循環ポンプ及び前記補助加熱手段を動作させて、前記補助加熱手段により加熱した前記熱媒を前記凝縮器及び前記端末機器に送ることで、前記凝縮器の冷媒圧力を上昇させた後に、前記圧縮機の運転を開始することを特徴とするものである。

これによって、補助加熱手段により、凝縮器の冷媒を間接的に加熱し、冷媒の圧力を高めた後に、圧縮機の運転を開始させる。

本発明の冷凍サイクル装置は、あらかじめ凝縮器内の冷媒圧力を上昇させておくことで、圧縮機の摺動部へのオイル供給を良好にし、暖房運転を開始する際の圧縮機の信頼性を向上させることができる。

本発明の実施の形態１における冷凍サイクル装置の概略構成図本発明の実施の形態１における制御フローチャート本発明の実施の形態２における冷凍サイクル装置の概略構成図本発明の実施の形態２における制御フローチャート

第１の発明は、圧縮機と、凝縮器の冷媒側流路と、膨張手段と、蒸発器とが配管により接続されて形成された冷媒回路と、前記凝縮器に設けられて前記冷媒側流路内の冷媒と熱交換する熱媒が流れる熱媒側流路、前記熱媒側流路の入口側に設けられて前記熱媒側流路に流入する前記熱媒を加熱する補助加熱手段、前記補助加熱手段の上流側に設けられた循環ポンプ、が途中に設けられ、部屋の暖房を行う端末機器と配管によって接続されることで、前記循環ポンプ、前記補助加熱手段、前記熱媒側流路、前記端末機器、の順に熱媒が循環するように構成される熱媒回路と、前記凝縮器および／または前記補助加熱手段で加熱された前記熱媒を、前記循環ポンプによって前記端末機器へと送る暖房運転を実行する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記暖房運転の開始時において、前記凝縮器の冷媒圧力が第１の所定値以下の場合、または、前記凝縮器の温度が第２の所定値以下の場合に、前記循環ポンプ及び前記補助加熱手段を動作させて、前記補助加熱手段により加熱した前記熱媒を前記凝縮器及び前記端末機器に送ることで、前記凝縮器の冷媒圧力を上昇させた後に、前記圧縮機の運転を開始することを特徴とする温水暖房装置である。これにより、あらかじめ凝縮器内の冷媒圧力を上昇させておくことで、圧縮機の摺動部へのオイル供給が良好な圧縮機の起動が可能となり、圧縮機の信頼性を向上させることができる。

第２の発明は、特に、第１の発明の冷凍サイクル装置において、凝縮器の冷媒の圧力を検出する圧力検出手段を備え、圧力検出手段の検出値が、あらかじめ定めた前記第１の所定値を超えれば、圧縮機の運転を開始することで、確実に凝縮器内の冷媒圧力が上昇した状態で、圧縮機の起動が可能となり、圧縮機の信頼性を向上させることができる。

第３の発明は、特に、第１の発明の冷凍サイクル装置において、凝縮器の温度を検出する温度検出手段を備え、温度検出手段の検出値があらかじめ定めた前記第２の所定値を超えれば、圧縮機の運転を開始することで、確実に凝縮器内の冷媒圧力が上昇した状態で、圧縮機の起動が可能となり、圧縮機の信頼性を向上させることができる。また、安価な温度検出手段を用いることで圧縮機の信頼性を向上を容易に実現できる。

第４の発明は、特に、第１から第３のいずれかの発明の冷凍サイクル装置において、熱媒回路を流れる熱媒は、水、または不凍液であることで、外気温度が低い場合の温水暖房装置の圧縮機の信頼性を向上させることができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態における冷凍サイクル装置の概略構成図を示すものである。図１において、この冷凍サイクル装置は、冷媒を循環させる冷媒回路２を備えた冷凍サイクル手段１と、冷媒が加熱した熱媒を循環させる熱媒回路７と、制御装置３とを備えている。

冷媒回路２は、圧縮機２１、凝縮器２２の冷媒側流路２２ａ、膨張弁（本発明の膨張手段）２３および蒸発器２４が配管により順次接続し形成されている。凝縮器２２の冷媒側流路２２ａと熱媒側流路２２ｂはそれぞれの流路内の冷媒と熱媒とが熱交換するように構成されている。本実施形態では、蒸発器２４と圧縮機２１の間に、気液分離を行うアキュムレータ２５が設けられている。また、冷媒回路２には、通常運転と除霜運転を切り換えるための四方弁２６が設けられている。凝縮器２２の冷媒側流路２２ａ近傍には、冷媒の圧力を検出する圧力検出手段５１が設けられている。

熱媒回路７は、パネルヒータや床暖房パネル等の端末機器としての放熱器７１、送水手段としての循環ポンプ７２、熱媒回路７を流れる熱媒を加熱する補助加熱手段７３、凝縮器２２の熱媒側流路２２ｂが配管により順次接続し形成されている。補助加熱手段７３は、凝縮器２２の熱媒側流路２２ｂ入口側に設置されており、凝縮器２２に流入する熱媒を加熱できる。

制御装置３は、圧縮機２１および補助加熱手段７３が所定の動作を行うように制御するもので、電子制御基板（図示せず）の一部として構成されている。

以上のように構成された冷凍サイクル装置について、以下その動作、作用を説明する。

図１においては暖房運転時の冷媒および加熱された熱媒の流れ方向を矢印で示している。暖房運転が行われている場合は、圧縮機２１から吐出された高圧冷媒は、四方弁２６を介して凝縮器２２の冷媒側流路２２ｂに流入し、凝縮器２２の熱媒側流路２２ｂを通過する熱媒を加熱する。熱媒としては、水または不凍液等である。

凝縮器２２の冷媒側流路２２ｂから流出した高圧冷媒は、膨張弁２３によって減圧されて膨張した後に、蒸発器２４に流入する。蒸発器２４に流入した低圧冷媒は、ここで空気
から吸熱し、再度圧縮機２１に吸入される。

凝縮器２２の熱媒側流路２２ｂで加熱された熱媒は、循環ポンプ７２により、放熱器７１に送られ、放熱器７１で端末機器が設置された部屋の暖房負荷に放熱する。その後、熱媒は補助加熱手段７３を通過し、再度凝縮器２２に戻り熱媒回路７を循環する。

次に、暖房運転を開始させる場合の動作について、図２に示すフローチャートを参照しながら説明する。まず、暖房運転を開始させる場合には、制御装置３は、圧縮機２１および補助加熱手段７３が停止していることを確認する（ステップＳ１）。

次に、圧力検出手段５１により凝縮器２２の冷媒側流路２２ａ内の冷媒圧力Ｐｃを検出し（ステップＳ２）、この凝縮器２２の冷媒圧力Ｐｃを、あらかじめ定められ制御装置３内のメモリなどに記憶されている所定値Ｐｏと比較し、冷媒圧力Ｐｃが所定値Ｐｏ以下か否かを判定する（ステップＳ３）。

凝縮器２２の冷媒圧力Ｐｃが所定値Ｐｏ以下の場合は、補助加熱手段７３を動作させ（ステップＳ４）、凝縮器２２の熱媒側流路２２ｂに流入する熱媒の温度を上昇させる。熱媒側流路２２ｂに流入する熱媒の温度を上昇させることで、凝縮器２２の冷媒側流路２２ａの冷媒を間接的に加熱する。その後、ステップＳ２に戻り、ステップＳ２からＳ３の動作を繰り返す。

一方、ステップＳ３で、凝縮器２２の冷媒圧力Ｐｃが所定値Ｐｏを超えた場合は、補助加熱手段７３を停止させ（ステップＳ５）、圧縮機２１を動作させる（ステップＳ６）。

以上のように、本実施の形態においては、外気温度や熱媒の温度が低い状態から暖房運転を開始させる場合であっても、圧縮機２１および補助加熱手段７３の動作を停止させた状態から、補助加熱手段７３の動作を開始させて凝縮器２２内の冷媒の圧力を高めた後に、圧縮機２１の運転動作を開始させることにより、圧縮機２１の摺動部へのオイル供給が良好な圧縮機２１の起動が可能となり、圧縮機２１の信頼性を向上させることができる。

また、凝縮器２２の冷媒圧力の上昇速度を早めることができ、それに伴い、蒸発器２４内の冷媒の圧力である蒸発圧力の上昇も早まり、圧縮機２１の適正運転範囲（あらかじめ定められた蒸発圧力下限値以上での運転範囲）での運転が可能となり、圧縮機２１の信頼性を向上させることができる。

特に、補助加熱手段７３は、熱媒が流入する凝縮器２２の凝縮器の熱媒側流路２２ｂ入口側に設置しているため、凝縮器２２ｂ出口側に設置する場合に比べて凝縮器２２の熱媒や冷媒の温度上昇速度を早めることができる。

なお、本実施の形態では、圧力センサ５１が凝縮器２２の出口側に設けられているが、圧力センサ５１は、圧縮機２１の吐出側と膨張弁２３の入口側の間であれば、冷媒回路２のどの位置に設けられていてもよい。

また、補助加熱手段７３は、凝縮器２２ｂ出口側や、放熱器７１と循環ポンプ７２との間に設置してもよい。

（実施の形態２）
図２は、本発明の第１の実施の形態における冷凍サイクル装置の概略構成図を示すものである。本実施の形態が実施の形態１と異なる点は、圧力検出手段５１の代わりに温度検出手段５２を設けた点である。温度検出手段５２は、凝縮器２２の冷媒側流路２２ａのほ
ぼ中間の位置に設けられ、凝縮器２２の冷媒側流路２２ａの冷媒の温度を検出する。

本実施の形態において、暖房運転を開始させる場合には、制御装置３は、圧縮機２１および補助加熱手段７３が停止していることを確認する（ステップＳ１１）。

次に、温度検出手段５２により凝縮器２２の冷媒側流路２２ａ内の温度Ｔｃを検出し（ステップＳ１２）、この凝縮器２２の温度Ｔｃを、あらかじめ定められ制御装置３内のメモリなどに記憶されている所定値Ｔｏと比較し、温度Ｔｃが所定値Ｔｏ以下か否かを判定する（ステップＳ１３）。所定値Ｔｏは、温度検出手段５２の検出温度と凝縮器２２の冷媒圧力との相関関係より、起動時でも十分に圧縮機２１の摺動部にオイル供給可能な凝縮圧力に対応する温度をあらかじめ求めたものである。

凝縮器２２の温度Ｔｃが所定値Ｔｏ以下の場合は、補助加熱手段７３を動作させ（ステップＳ１４）、凝縮器２２の熱媒側流路２２ｂに流入する熱媒の温度を上昇させる。熱媒側流路２２ｂに流入する熱媒の温度を上昇させることで、凝縮器２２の冷媒側流路２２ａの冷媒を間接的に加熱する。その後、ステップＳ１２に戻り、ステップＳ１２からＳ１３の動作を繰り返す。

一方、ステップＳ１３で、凝縮器２２の温度Ｔｃが所定値Ｔｏを超えた場合は、補助加熱手段７３を停止させ（ステップＳ１５）、圧縮機２１を動作させる（ステップＳ１６）。

以上のように、本実施の形態においては、圧力検出手段５１に比べて安価な温度検出手段５２を用いることで容易に本発明の冷凍サイクル装置を実現できる。

なお、本実施の形態では、温度検出手段５２は、凝縮器２２の冷媒側流路２２ａのほぼ中間の位置に設けられているが、凝縮器２２の熱媒側流路２２ｂの近傍や、凝縮器２２出口側と放熱器７１入り口側の間の熱媒回路に設け、熱媒の温度を検出するようにしてもよい。この場合には、熱媒の温度と凝縮器２２の冷媒圧力との相関関係より、あらかじめ所定値Ｔｏを求めておくとよい。

以上のように、本発明にかかる冷凍サイクル装置は、外気温度が低い場合の暖房運転を開始させる場合の圧縮機の信頼性を高めることが可能となるので、温水を生成し、その温水を暖房や給湯に利用する温水暖房装置、温水冷暖房装置、温水給湯装置等の用途に適用できる。

１冷凍サイクル装置
２冷媒回路
３制御装置
７熱媒回路
２１圧縮機
２２凝縮器
２３膨張弁（膨張手段）
２４蒸発器
５１圧力検出手段
５２温度検出手段
７３補助加熱手段

Claims

圧縮機と、凝縮器の冷媒側流路と、膨張手段と、蒸発器とが配管により接続されて形成された冷媒回路と、
前記凝縮器に設けられて前記冷媒側流路内の冷媒と熱交換する熱媒が流れる熱媒側流路、前記熱媒側流路の入口側に設けられて前記熱媒側流路に流入する前記熱媒を加熱する補助加熱手段、前記補助加熱手段の上流側に設けられた循環ポンプ、が途中に設けられ、部屋の暖房を行う端末機器と配管によって接続されることで、前記循環ポンプ、前記補助加熱手段、前記熱媒側流路、前記端末機器、の順に熱媒が循環するように構成される熱媒回路と、
前記凝縮器および／または前記補助加熱手段で加熱された前記熱媒を、前記循環ポンプによって前記端末機器へと送る暖房運転を実行する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、前記暖房運転の開始時において、前記凝縮器の冷媒圧力が第１の所定値以下の場合、または、前記凝縮器の温度が第２の所定値以下の場合に、前記循環ポンプ及び前記補助加熱手段を動作させて、前記補助加熱手段により加熱した前記熱媒を前記凝縮器及び前記端末機器に送ることで、前記凝縮器の冷媒圧力を上昇させた後に、前記圧縮機の運転を開始することを特徴とする温水暖房装置。
前記凝縮器の冷媒の圧力を検出する圧力検出手段を備え、
前記圧力検出手段の検出値が、あらかじめ定めた前記第１の所定値を超えれば、前記圧縮機の運転を開始することを特徴とする請求項１に記載の温水暖房装置。
前記凝縮器の温度を検出する温度検出手段を備え、
前記温度検出手段の検出値があらかじめ定めた前記第２の所定値を超えれば、前記圧縮機の運転を開始することを特徴とする請求項１に記載の温水暖房装置。
前記熱媒回路を流れる熱媒は、水、または不凍液であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の温水暖房装置。