JP5781060B2

JP5781060B2 - 空気調和装置

Info

Publication number: JP5781060B2
Application number: JP2012280510A
Authority: JP
Inventors: 慶郎青柳; 服部　太郎; 太郎服部; 耕司松澤
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2012-12-25
Filing date: 2012-12-25
Publication date: 2015-09-16
Anticipated expiration: 2032-12-25
Also published as: CN103900252B; JP2014126207A; EP2749821A1; EP2749821B1; CN103900252A; CN203629017U; US9920936B2; US20140174117A1

Description

この発明は、ヒートポンプ装置により加熱した流体を熱交換装置に流すことにより暖房を行う空気調和装置に関する。

ヒートポンプ装置により水を加熱し、加熱した水を部屋に設置された床暖房パネルやラジエータ等の熱交換装置に流して部屋の温度を高くする空気調和装置がある。この空気調和装置で用いられる熱交換装置は、空気調和装置を設置する業者等によって手配されたものが用いられる場合や、設置場所に元々設置されていたものが用いられる場合がある。そのため、空気調和装置が想定している放熱量に対して熱交換装置の放熱量が足りない場合がある。

特許文献１，２には、水の温度を検出して、熱交換装置へ流す水の温度を制御することや、異常を検知することについて記載されている。

特開２００７−１０２４２号公報特開２００１−９９４５９号公報

特許文献１，２に記載された技術では、空気調和装置が想定している放熱量に対して熱交換装置の放熱量が足りない場合に、できる限り熱交換装置の放熱量に合わせて水の温度を制御することや、異常であるとしてヒートポンプ装置を停止することは可能である。
しかし、特許文献１，２に記載された技術では、空気調和装置が想定しているものに対して熱交換装置の放熱量が足りないということを業者や利用者が認識することはできない。そのため、放熱量の足りない熱交換装置がそのまま利用されることになり、効率が悪くなる場合や、快適な室内環境を作ることができない場合がある。
この発明は、空気調和装置が想定しているものに対して熱交換装置の放熱量が足りないということを業者や利用者が認識できるようにすることを目的とする。

この発明に係る空気調和装置は、
ヒートポンプ装置により加熱された流体を室内に設置された熱交換装置へ送って、室内温度を高くする空気調和装置であり、
前記ヒートポンプ装置で加熱後の流体の温度である出湯温度を検出する出湯温度検出部と、
前記ヒートポンプ装置で加熱前の流体の温度である戻り温度を検出する戻り温度検出部と、
前記出湯温度検出部が検出した出湯温度と、前記戻り温度検出部が検出した戻り温度との温度差が予め定められた第１閾値よりも小さいか否かを判定する温度差判定部と、
前記温度差が前記第１閾値よりも小さいと前記温度差判定部が判定した場合、前記熱交換装置の放熱量が足りないことを通知する通知部と
を備えることを特徴とする。

この発明に係る空気調和装置では、出湯温度と戻り温度との温度差により、熱交換装置の放熱量が足りないか否かを判定し、足りない場合には通知する。これにより、空気調和装置が想定している放熱量に対して熱交換装置の放熱量が足りないということを業者や利用者が認識することができ、熱交換装置の交換等の対策を行うことが可能である。

実施の形態１に係る空気調和装置１００の構成図。図１に示す空気調和装置１００の暖房運転時の動作を示す図。実施の形態１に係る制御装置２５の構成図。実施の形態１に係る放熱量判定処理の流れを示すフローチャート。実施の形態１に係る空気調和装置１００の変形例の構成図。図１に示す空気調和装置１００の冷房運転時の動作を示す図。実施の形態２に係る制御装置２５の構成図。実施の形態２に係る放熱量判定処理の流れを示すフローチャート。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る空気調和装置１００の構成図である。
空気調和装置１００は、ヒートポンプ装置１０、水循環装置２０、熱交換装置４０、リモートコントローラ５０を備える。ヒートポンプ装置１０は、圧縮機１１、膨張弁１２、熱交換器１３、四方弁１４を備える。水循環装置２０は、熱交換器２１、ポンプ２２、温度センサ２３、温度センサ２４、制御装置２５を備える。

空気調和装置１００では、圧縮機１１と、熱交換器２１と、膨張弁１２と、熱交換器１３とが順次配管によって接続され、Ｒ４１０Ａ等の冷媒が循環する冷媒回路１５が構成されている。冷媒回路１５における圧縮機１１の吐出側には、四方弁１４が接続されており、冷媒の循環方向を切り替えられるようになっている。
また、空気調和装置１００では、熱交換器２１と、熱交換装置４０と、ポンプ２２とが順次配管により接続され、水が循環する水回路２６が構成されている。

温度センサ２３は、熱交換器２１で加熱された後の水の温度である出湯温度を検出し、温度センサ２４は、熱交換器２１で加熱される前の水の温度である戻り温度を検出する。また、熱交換装置４０の付近には、温度センサ４１が設けられており、温度センサ４１は、熱交換装置４０が設置された部屋の温度である部屋温度を検出する。

制御装置２５は、温度センサ２３，２４，４１が検出した温度等に基づき、圧縮機１１の動作周波数や、膨張弁１２の開度や、ポンプ２２の回転速度等の制御を行う。制御装置２５は、マイクロコンピュータ等により構成される。なお、ヒートポンプ装置１０にも別途制御装置を設け、ヒートポンプ装置１０が備える機器の制御については、ヒートポンプ装置１０に設けられた制御装置が行うようにしてもよい。

熱交換装置４０は、床暖房パネルやラジエータ等である。また、熱交換装置４０は、床暖房パネルやラジエータ等が組み合わされて構成されていてもよい。

リモートコントローラ５０は、空気調和装置１００の運転開始、運転停止等の指示や、室内の温度を何度にしたいかを示す設定温度の設定等を利用者が行うための機器である。リモートコントローラ５０は、表示部５１を有しており、現在の運転状態等の情報を表示部５１に表示する。

図２は、図１に示す空気調和装置１００の暖房運転時の動作を示す図である。
図２において、実線の矢印は冷媒の流れを示し、破線の矢印は水の流れを示す。
暖房運転時には、冷媒回路１５では、四方弁１４が図１の実線の流路に設定され、圧縮機１１、熱交換器２１、膨張弁１２、熱交換器１３の順に冷媒が循環する。また、水回路２６では、熱交換器２１、熱交換装置４０、ポンプ２２の順に水が循環する。
冷媒回路１５では、圧縮機１１から吐出された高温・高圧の冷媒が熱交換器２１へ流入する。すると、熱交換器２１で冷媒と水とが熱交換され、水が加熱され、冷媒が冷却される。冷却された冷媒は、膨張弁１２を通り、減圧されて熱交換器１３へ流入する。すると、熱交換器１３で冷媒と外気とが熱交換され、冷媒が加熱される。加熱された冷媒は、圧縮機１１で圧縮され、再び高温・高圧の冷媒になる。
一方、水回路２６では、熱交換器２１で加熱された水が熱交換装置４０へ流入する。すると、熱交換装置４０で部屋の空気が温められ、水が冷却される。冷却された水は、ポンプ２２を通って、熱交換器２１で再び加熱される。
これにより、部屋の空気が徐々に温められる。

ここで、熱交換装置４０は、空気調和装置１００を設置する業者によって選定される場合や、設置場所に元々設置されていたものが用いられる場合がある。そのため、空気調和装置１００が想定しているものに対して熱交換装置４０の熱交換面積が小さい等の理由から、熱交換装置４０の放熱量が足りない場合がある。
特に、図１に示す空気調和装置１００では、熱源装置としてヒートポンプ装置１０を用いることを想定しているが、以前は熱源装置としてボイラを用いるのが一般的であった。ヒートポンプ装置１０によって生成される温水は、ボイラによって生成される温水に比べて温度が低い。特に、外気温度が低い場合には、ヒートポンプ装置１０によって生成される温水の温度は低くなってしまう。しかし、そのことを業者がよく理解しておらず、業者が誤ってボイラに適した熱交換装置４０を選定してしまう場合もあるし、元々設置されていた、ボイラに適した熱交換装置４０を用いてしまう場合もある。そのため、空気調和装置１００が想定している放熱量に対して、熱交換装置４０の放熱量が足りない場合がある。

そこで、制御装置２５は、温度センサ２３，２４，４１が検出した温度に基づき、熱交換装置４０の放熱量が足りているか否かを判定して、その結果をリモートコントローラ５０が備える表示部５１に表示する放熱量判定処理を行う。これにより、熱交換装置４０の放熱量が足りていない場合に、そのことを業者や利用者に認識させ、熱交換装置４０の交換等を促す。

図３は、実施の形態１に係る制御装置２５の構成図である。
制御装置２５は、出湯温度検出部２５１、戻り温度検出部２５２、温度差判定部２５３、通知部２５４を備える。

図４は、実施の形態１に係る放熱量判定処理の流れを示すフローチャートである。
（Ｓ１１：温度検出処理）
暖房運転が開始され数分程度経過すると、出湯温度検出部２５１は、温度センサ２３により出湯温度を検出し、戻り温度検出部２５２は、温度センサ２４により戻り温度を検出する。
（Ｓ１２：放熱量判定処理）
温度差判定部２５３は、Ｓ１１で検出された出湯温度と戻り温度との温度差である住環境温度差が予め定められた第１閾値ΔＴ１（例えば、５℃）よりも小さいか否かを判定する。ここで、第１閾値ΔＴ１の例として上げた５℃は、ＥＮ規格のＥＮ１４５１１内の試験条項に定められた温度である。なお、ＥＮ規格とは、欧州３０か国で構成されるＣＥＮ（欧州標準化委員会）やＣＥＮＥＬＥＣ（欧州電気標準化委員会）やＥＴＳＩ（欧州通信規格協会）が発行する欧州の統一規格である。
住環境温度差が第１閾値ΔＴ１よりも小さい場合（Ｓ１２でＹＥＳ）、処理をＳ１３へ進める。一方、住環境温度差が第１閾値ΔＴ１以上の場合（Ｓ１２でＮＯ）、放熱量判定処理を終了する。
（Ｓ１３：通知処理）
通知部２５４は、住環境温度差が第１閾値ΔＴ１よりも小さい場合、熱交換装置４０の放熱量が足りていないと判定する。そして、制御装置２５は、熱交換装置４０の放熱量が足りていないことを示す情報を、リモートコントローラ５０の表示部５１に表示して、設置業者や利用者に通知する。

以上のように、実施の形態１に係る空気調和装置１００は、暖房運転時に住環境温度差に基づき、熱交換装置４０の放熱量が足りているか否かを判定し、足りない場合には通知する。これにより、空気調和装置１００が想定している放熱量に対して熱交換装置４０の放熱量が足りないということを業者や利用者が認識することができ、熱交換装置４０の交換等の対策を行うことが可能である。

なお、制御装置２５は、放熱量判定処理を実行する際、出湯温度が、最低外気温度時の上限出湯温度（例えば、５０℃）になるように、圧縮機１１や膨張弁１２等を制御する。

また、制御装置２５は、住環境温度差だけでなく、室内温度が上昇したか否かも考慮して、熱交換装置４０の放熱量が足りているか否かを判定してもよい。
この場合、Ｓ１１で、制御装置２５（部屋温度検出部）は、温度センサ４１により暖房運転開始時と暖房運転が開始され数分経過時との室内温度も検出する。Ｓ１２で、制御装置２５（温度差判定部２５３）は、住環境温度差が第１閾値ΔＴ１よりも小さいかを判定するとともに、制御装置２５（部屋温度判定部）は、暖房運転開始時の室内温度と、暖房運転が開始され数分経過時の室内温度との温度差である室内温度差が予め定められた第２閾値ΔＴ２（例えば、１℃）よりも小さいか否かを判定する。そして、制御装置２５は、住環境温度差が第１閾値ΔＴ１よりも小さく、かつ、室内温度差が第２閾値ΔＴ２よりも小さい場合、熱交換装置４０の放熱量が足りていないと判定する。
ここでは、暖房運転開始時の室内温度と、暖房運転が開始され数分経過時の室内温度との温度差を室内温度差とした。しかし、暖房運転が開始され数分経過時の室内温度と、その後数分経過時の室内温度との温度差を室内温度差としてもよい。

また、制御装置２５は、熱交換装置４０の放熱量が足りていないことを示す情報を、リモートコントローラ５０の表示部５１に表示するとした。しかし、制御装置２５は、例えば、空気調和装置１００と接続されたＰＣ（ＰｅｒｓｏｎａｌＣｏｍｐｕｔｅｒ）等のコンピュータに情報を表示してもよい。

また、図５に示すように、水循環装置２０は、図１に示す構成に加えて、タンク２７を備えていてもよい。
タンク２７は、水回路２６における熱交換器２１と熱交換装置４０との間に設けられた三方弁２８から、熱交換装置４０と熱交換器２１との間の合流点２９までを配管により接続する流路の途中に設けられる。タンク２７は、略円筒形であり、少なくとも外郭はステンレス鋼等の金属材料で構成され断熱材により覆われており、内部に水が蓄えられる。上述した暖房運転時に、三方弁２８を制御してタンク２７へ水を流すことにより、タンク２７の内部に蓄えられた水と、水回路２６を流れる水とが熱交換され、タンク２７の内部に蓄えられた水が加熱される。タンク２７の上側ほど高温となり、下側ほど低温となるように温度成層が形成される。
タンク２７の下部には、タンク２７内に水を供給するための給水配管３０が接続され、タンク２７の上部には、タンク２７内に蓄えられ、加熱された水をシャワー等へ供給するための出湯配管３１が接続されている。

また、図５に示すように、水循環装置２０は、図１に示す構成に加えてヒータ３２や膨張タンク３３等を備えていてもよい。
ヒータ３２は、熱交換器２１で水回路２６を循環する水を十分に加熱できない場合に、さらに水を加熱するための補助的な加熱装置である。膨張タンク３３は、水回路２６内の圧力を調整するためのタンクである。

実施の形態２．
実施の形態１では、暖房運転時に熱交換装置４０の放熱量が足りているか否かを判定することについて説明した。実施の形態２では、試運転モードを設け、試運転モードにおいて熱交換装置４０の放熱量が足りているか否かを判定する。

試運転モードの前提となる空気調和装置１００の冷房運転について説明する。
図６は、図１に示す空気調和装置１００の冷房運転時の動作を示す図である。
図６において、実線の矢印は冷媒の流れを示し、破線の矢印は水の流れを示す。
冷房運転時には、冷媒回路１５では、四方弁１４が図１の破線の流路に設定され、圧縮機１１、熱交換器１３、膨張弁１２、熱交換器２１の順に冷媒が循環する。また、水回路２６では、熱交換器２１、熱交換装置４０、ポンプ２２の順に水が循環する。
冷媒回路１５では、圧縮機１１から吐出された高温・高圧の冷媒が熱交換器１３へ流入する。すると、熱交換器１３で冷媒と外気とが熱交換され、冷媒が冷却される。冷却された冷媒は、膨張弁１２を通り、減圧されて熱交換器２１へ流入する。すると、熱交換器２１で冷媒と水とが熱交換され、水が冷却され、冷媒が加熱される。加熱された冷媒は、圧縮機１１で圧縮され、再び高温・高圧の冷媒になる。
一方、水回路２６では、熱交換器２１で冷却された水が熱交換装置４０へ流入する。すると、熱交換装置４０で部屋の空気が冷やされ、水が加熱される。加熱された水は、ポンプ２２を通って、熱交換器２１で再び冷却される。
これにより、部屋の空気が徐々に冷やされる。

試運転モードでは、冷房運転を行い部屋の温度を下げた後、暖房運転を行い、熱交換装置４０の放熱量が足りているか否かを判定する。冷房運転により強制的に部屋の温度を下げた後に判定を行うことで、的確に熱交換装置４０の放熱量が足りているか否かを判定することが可能になる。

図７は、実施の形態２に係る制御装置２５の構成図である。
制御装置２５は、図３に示す機能部に加え、運転制御部２５５を備える。

図８は、実施の形態２に係る放熱量判定処理の流れを示すフローチャートである。
（Ｓ２１：冷房処理）
試運転モードの実行がリモートコントローラ５０等から指示されると、運転制御部２５５は、四方弁１４を図１の破線の流路に設定して、冷房運転を開始する。
（Ｓ２２：切替判定処理）
運転制御部２５５は、温度センサ４１により部屋温度を検出して、検出した部屋温度が予め定められた指定温度（例えば、２０℃）以下になったか否かを判定する。
部屋温度が指定温度以下である場合（Ｓ２２でＹＥＳ）、処理をＳ２３へ進める。一方、部屋温度が指定温度よりも高い場合（Ｓ２２でＮＯ）、冷房運転を継続し、所定時間経過後再びＳ２２で判定を行う。
（Ｓ２３：切替処理）
運転制御部２５５は、四方弁１４を図１の実線の流路に設定して暖房運転を行う。この際、運転制御部２５５は、放熱量判定処理を実行する際、出湯温度が、最低外気温度時の上限出湯温度（例えば、５０℃）になるように、圧縮機１１や膨張弁１２等を制御する。
（Ｓ２４）から（Ｓ２６）の処理は、図３に示す（Ｓ１１）から（Ｓ１３）の処理と同じである。

以上のように、実施の形態２に係る空気調和装置１００は、冷房運転により強制的に部屋の温度を下げた後に判定を行う。そのため、例えば、空気調和装置１００の設置が暖房負荷の低い季節であっても、設置時に熱交換装置４０の放熱量が足りているか適切に判断することができる。

なお、実施の形態２においても、実施の形態１と同様に、制御装置２５は、住環境温度差だけでなく、室内温度が上昇したか否かも考慮して、熱交換装置４０の放熱量が足りているか否かを判定してもよい。

１０ヒートポンプ装置、１１圧縮機、１２膨張弁、１３熱交換器、１４四方弁、１５冷媒回路、２０水循環装置、２１熱交換器、２２ポンプ、２３温度センサ、２４温度センサ、２５制御装置、２６水回路、２７タンク、２８三方弁、２９合流点、３０給水配管、３１出湯配管、３２ヒータ、３３膨張タンク、４０熱交換装置、４１温度センサ、５０リモートコントローラ、５１表示部、１００空気調和装置、２５１出湯温度検出部、２５２戻り温度検出部、２５３温度差判定部、２５４通知部、２５５運転制御部。

Claims

ヒートポンプ装置により加熱された流体を室内に設置された熱交換装置へ送って、室内温度を高くすることが可能な空気調和装置であり、
前記ヒートポンプ装置で加熱後の流体の温度である出湯温度を検出する出湯温度検出部と、
前記ヒートポンプ装置で加熱前の流体の温度である戻り温度を検出する戻り温度検出部と、
前記出湯温度検出部が検出した出湯温度と、前記戻り温度検出部が検出した戻り温度との温度差が予め定められた第１閾値よりも小さいか否かを判定する温度差判定部と、
前記熱交換装置が設置可能な部屋の温度である部屋温度を検出する部屋温度検出部と、
前記部屋温度検出部が所定のタイミングに検出した部屋温度である前温度よりも、前記所定のタイミングの所定時間後に検出した部屋温度である後温度が予め定められた第２閾値以上高いか否かを判定する部屋温度判定部と、
前記温度差が前記第１閾値よりも小さいと前記温度差判定部が判定し、かつ、前記前温度よりも前記後温度が前記第２閾値以上高くないと前記部屋温度判定部が判定した場合、前記熱交換装置の放熱量が足りないことを通知する通知部と
を備えることを特徴とする空気調和装置。
前記ヒートポンプ装置は、前記流体を加熱することだけでなく、冷却することも可能であり、
前記空気調和装置は、さらに、
前記ヒートポンプ装置により前記流体を冷却し、冷却された流体を前記熱交換装置へ送って、前記室内温度を低くする冷房運転を実施した後、前記ヒートポンプ装置により前記流体を加熱し、加熱された流体を前記熱交換装置へ送って、前記室内温度を高くする暖房運転を実施する試運転を行う運転制御部
を備え、
前記温度差判定部は、前記試運転における前記暖房運転を前記運転制御部が実施している際に、前記温度差が前記第１閾値よりも小さいか否かを判定する
ことを特徴とする請求項１に記載の空気調和装置。
前記ヒートポンプ装置は、前記流体を加熱することだけでなく、冷却することも可能であり、
前記空気調和装置は、さらに、
前記ヒートポンプ装置により前記流体を冷却し、冷却された流体を前記熱交換装置へ送って、前記室内温度を低くする冷房運転を実施した後、前記ヒートポンプ装置により前記流体を加熱し、加熱された流体を前記熱交換装置へ送って、前記室内温度を高くする暖房運転を実施する試運転を行う運転制御部
を備え、
前記温度差判定部は、前記試運転における前記暖房運転を前記運転制御部が実施している際に、前記温度差が前記第１閾値よりも小さいか否かを判定し、
前記部屋温度判定部は、前記部屋温度検出部が前記暖房運転を開始時に検出した部屋温度である前温度よりも、前記暖房運転を開始した所定時間後に検出した部屋温度である後温度が前記第２閾値以上高いか否かを判定する
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の空気調和装置。
前記通知部は、前記熱交換装置の放熱量が足りないことを示す情報を、前記空気調和装置のリモートコントローラと、前記空気調和装置と接続されたコンピュータとの少なくともいずれかに表示して通知する
ことを特徴とする請求項１から３までのいずれかに記載の空気調和装置。