JP7148309B2

JP7148309B2 - 温水暖房装置

Info

Publication number: JP7148309B2
Application number: JP2018145923A
Authority: JP
Inventors: 岳彦川上; 隆志眞柄
Original assignee: Corona Corp
Current assignee: Corona Corp
Priority date: 2018-08-02
Filing date: 2018-08-02
Publication date: 2022-10-05
Anticipated expiration: 2038-08-02
Also published as: JP2020020540A

Description

本発明は、温水を供給する熱源機を備え、室内機から熱源機に向けて一方向に出力される信号に基づいて熱源機を制御する温水暖房装置に関するものである。

従来、温水を生成する暖房専用の熱源機と、その熱源機の運転の開始または停止を指示する運転スイッチや温水温度を設定する温水温度設定スイッチ等を有するメインリモコンとを備え、熱源機で加熱された温水を、室内に設置された暖房用の室内機と熱源機の間で循環させ、室内機で放熱させることにより、室内の暖房を行うようにした温水供給システムがあり、このような温水供給システムにおいて、室内機と熱源機との間の通信は、室内機と熱源機とを接続し室内機から出力される運転要求の有無の信号のみを熱源機に一方向に伝える制御線（Ｅ－ｃｏｎ通信線）を介して行われ、室内機から出力される信号により熱源機の運転開始または停止を制御できるようにしている。（例えば、特許文献１参照。）また、暖房運転によって蒸発器に付着した霜を溶かして効率的な運転を行うために、定期的に蒸発器を加熱する除霜運転の機能を備える温水暖房システムがある。（例えば、特許文献２参照。）

特開２００４－１８３９４１号公報特開２０１６－２００３０２号公報

ところで、上記の温水暖房システムでは、通常除霜運転では蒸発器を一時的に加熱するために冷凍回路を切り換えると共に、室内の熱が冷凍回路に逆流しないように、循環ポンプを停止している。熱源機と室内機とが、一方向通信の端末制御線で接続され室内機から出力される信号により熱源機の運転開始または停止を制御するようにした場合、室内機は熱源機の運転状態を知ることができないために、熱源機が除霜運転を実施していることを室内機は知ることができない。そのために、室内ファンは冷風防止サーミスタが所定温度に低下するまで、比較的温度の低い温風を吹き出し続けることで使用者に不快感を与える問題があった。

また、熱源機と室内機との間の通信を双方向通信とすれば、熱源機が除霜運転を開始したときには室内ファンを直ちに停止することで、前記の問題が生じることはないが、双方向通信とすると、コストの上昇を招くだけでなく、自社ブランドの熱源機とそれに対応する自社ブランドの室内機との間でしか双方向通信の制御が統一されていないので、他社ブランドの任意の室内機と自社ブランドの熱源機を組み合わせて使用するといったことができず、汎用性を欠くという問題点を有するものであった。

本発明は上記課題を解決するため、熱源機内に、圧縮機と凝縮機と膨張弁と蒸発器とを冷媒配管で連通した冷凍回路と、前記蒸発器の温度を検知する室外熱交センサとを備え、前記凝縮機は前記冷凍回路と温水回路の間の熱交換を行う水ー冷媒熱交換器で構成し、室内機内に、室内熱交換器と室内ファンと前記室内熱交換器に流入する温水の温度を検知する熱交流入センサとを備え、前記温水回路は、前記水ー冷媒熱交換器と前記室内熱交換器と循環ポンプを温水配管で接続して形成し、前記熱源機には、該熱源機の動作を制御する熱源制御部と、前記室内機から出力された運転要求の信号を受信する受信手段とを備え、前記室内機には、前記熱交流入センサの検知する温度に応じて、前記室内ファンの動作を制御する室内制御部と、前記熱源機に対して信号を出力する送信手段とを備え、前記室内機の送信手段からの出力信号を、前記熱源機の前記受信手段に一方向にのみ伝える端末制御線とを備え、暖房運転時に、前記室内制御部は、前記熱交流入センサの検知温度が所定温度以上のときに前記室内ファンを作動し、前記熱源制御部は、前記圧縮機と前記膨張弁と前記循環ポンプとを作動し、前記圧縮機は、冷媒を前記凝縮機に送出し、前記蒸発器または前記冷媒配管の凍結を、前記室外熱交センサが所定温度を検知して除霜条件が成立したときには、前記圧縮機を停止させると共に、前記循環ポンプの運転を継続して熱交流入センサで検出する温水温度を前記所定温度未満まで下げる、または、前記圧縮機を低回転数まで低下させて冷媒を前記凝縮機に送出させると共に、前記循環ポンプの運転を継続して熱交流入センサで検出する温水温度を前記所定温度未満まで下げる除霜準備運転を実施し、前記除霜準備運転終了後に前記循環ポンプを停止すると共に、前記圧縮機を所定回転数で運転し、前記暖房運転と同じ方向である前記凝縮機に冷媒を送出させる除霜運転手段を備えるようにした。

除霜運転開始前に、循環ポンプの運転を所定時間継続する除霜準備運転をすることで、圧縮機停止後の冷たい水を温水回路に循環し、熱交流入センサを早めに冷却して、室内ファンを早く停止することで、室内機が長時間冷風を吹き出すことで使用者を不快にすることを防止できる。

この発明の一実施形態の温水暖房装置の概略構成図。同タイミングチャート図。同フローチャート図。

次に、この発明の一実施形態の温水暖房装置を図面に基づき説明する。
１は温水を生成するヒートポンプ式の熱源機としてのヒートポンプユニットで、ヒートポンプユニット１は、冷媒を圧縮する能力可変の圧縮機２、凝縮機３、膨張弁４、蒸発器５を備え、それらを冷媒配管６で環状に接続して冷凍回路７を形成している。なお、冷凍回路７を循環する冷媒としては、ＨＦＣ冷媒や二酸化炭素冷媒等の任意の冷媒を用いることができる。

前記凝縮機３は冷凍回路７と温水回路８の間の熱交換を行う第１水ー冷媒熱交換器９で構成する。１０はファンコンベクタ等の室内機で、内部にフィンチューブ型の室内熱交換器１１と、クロスフロー型の室内ファン１２と、熱動弁（図示せず）、室内温度を検出する室内温度センサ（図示せず）等を備え、室内ファン１２の回転によって室内の空気を吸い込んで室内熱交換器１１で加熱した空気を室内に吹き出すことで暖房を行う。室内熱交換器１１は第１水ー冷媒熱交換器９と温水配管１３によって環状に接続される。熱源機１内で、第１水ー冷媒熱交換器９の上流側温水回路８には室内機側循環ポンプ１４を有している。室内機１０内で、室内熱交換器１１の上流側で温水配管１３には熱交流入センサとしての冷風防止サーミスタ１５を有し、室内熱交換器１１に流入する温水の温度を検知し、温水の温度が所定温度（約４０℃）よりも低いときには室内ファン１２の回転を停止して、室内機１０から比較的温度の低い風が吹き出すことで、使用者が寒く感じて不快に思うことを防止する。

前記蒸発器５は冷凍回路７と熱源側循環回路１６の間の熱交換を行う第２水ー冷媒熱交換器１７で構成する。１８は第２水ー冷媒熱交換器１７を流通する冷媒を加熱する熱源として地中に設置された地中熱交換器で、第２水ー冷媒熱交換器１７と地中熱交換器１８を熱源側配管１９で環状に接続して熱源側循環回路１６を形成するものであり、熱源側配管１９には、熱源側循環回路１６に熱媒としてエチレングリコールやプロピレングリコール等を添加した不凍液を循環させる回転速度可変の熱源側循環ポンプ２０と、不凍液を貯留し熱源側循環回路１６の圧力を調整する熱源側シスターン２１とを備えている。

２２は圧縮機２から吐出された冷媒の温度を検出する吐出温度センサ、２３は暖房運転時は膨張弁４から蒸発器５に流入するまでの気液混合状態の冷媒の温度を検出する室外熱交センサで、室外熱交センサ２３の温度を検出することで、外気温が低い状態で暖房運転を継続したときに蒸発器５や蒸発器５近傍の冷媒配管６に霜や氷の発生を知ることができる。

２４は温水配管１３の室内機側循環ポンプ１４上流側に備える戻り温度センサで、戻り温度センサ２４が検知する戻り温水温度に応じて圧縮機２の回転等を変化して、熱源機１の出力を調整する。２５は温水を貯留し温水回路８の圧力を調整する室内側シスタンで、水または不凍液を貯留し温水回路８の圧力を調整する。

２６は室内機１０を遠隔制御するワイヤレス式の端末リモコンで、端末リモコン２６は、室内機１０に暖房運転を行わせる運転スイッチ２７と、室内機１０の運転を停止させる停止スイッチ２８と、室内温度を設定する室内温度設定スイッチ２９と、室内の設定温度や運転状態を表示する表示部３０とを備えている。

３１はリビング等の室内に設置されるメインリモコンで、メインリモコン３１は、押圧によってメインリモコン３１とヒートポンプユニット１の電気系統に通電を行いヒートポンプユニット１を待機状態にする電源スイッチ３２と、ヒートポンプユニット１の運転を開始させる運転スイッチ３３と、室内機１０に供給する温水または冷水の温度を設定する供給水温設定スイッチ３４と、室内機１０に供給する温水の設定温度やヒートポンプユニット１の運転状態を表示する表示部３５と、を備えている。

３６はヒートポンプユニット１内の各種センサの信号や、室内機１０の室内制御部３７から出力される信号や、メインリモコン３１からの信号を受け、圧縮機２、膨張弁４、熱源側循環ポンプ２０、負荷側循環ポンプ１４の駆動を制御する熱源制御部で、この熱源制御部３６はマイクロコンピュータ（図示せず）を主体として受信回路３８等で構成されているものであり、熱源制御部３６とメインリモコン３１の間は、双方向通信線３９で接続され信号のやりとりを相互に行っており、熱源制御部３６と室内制御部３７の間は、室内制御部３７からの運転要求の有無の信号のみを一方向に伝える端末制御線４０（Ｅ－ｃｏｎ通信線）で接続されている。なお、前記マイクロコンピュータおよび信号受信回路３８が、室内機１０側から出力された信号を受信する受信手段として機能するものである。また、室内制御部３７にはマイクロコンピュータ（図示せず）を主体として送信回路４１等で構成される送信手段を備えている。また、上記Ｅ－ｃｏｎ通信とは、大手ガス会社や暖房機器メーカ等の共通仕様で、端末機から出力される一方向の信号により、熱源機の動作を開始・停止させる通信を意味し、Ｅ－ｃｏｎ通信線は安価に利用でき、汎用性が高い。４２は熱源制御部３６内いに備える除霜運転手段で、蒸発器５や近傍の冷媒配管６に霜や氷が発生したとときに除霜運転をおこなうことで、暖房運転を継続可能にする。

次に、この一実施形態の温水暖房装置において、暖房運転と除霜運転の作動について図2－３を基に説明する。ここで、メインリモコン３１の電源スイッチ３２はオンされており、ヒートポンプユニット１は待機状態となっているものとする。

使用者により端末リモコン２６の運転スイッチ２７が操作され、暖房運転開始の指示がされると、室内制御部３７はその旨の指示信号を受信し、熱源制御部３６に暖房運転を開始する信号を出力する。熱源側制御部３６では圧縮機２、膨張弁４、負荷側循環ポンプ１４、熱源側循環ポンプ２０を適宜駆動して暖房運転が開始される。熱源機１の運転によって温水回路８が加熱され、冷風防止サーミスタ１５の温度が４０℃に到達すれば、室内ファン１２が始動して室内の空気を加熱し暖房が行われる。（ｓ１）

外気温が低下し、室内熱交換器１１周囲から吸収する熱量が低下すれば、蒸発器５や蒸発器近傍の冷媒配管６に霜や氷が付着する。これによって、蒸発器５の熱交換機能は更に低下するので、除霜運転（解氷運転）が必要になる。除霜条件である、室外熱交センサ２３が検知する室外熱交温度が所定温度０℃まで低下するかを判定する。（ｓ２）ここで、室外熱交温度が高ければ、霜や氷の心配がないのでＮｏのｓ９に進む。ｓ９では、運転停止の指示が有るかを判定し、Ｙｅｓならばｓ１０に進んで運転を停止し、暖房運転が継続されればＮｏでｓ２に戻る。ｓ２で室外熱交温度が氷点下になると除霜条件が成立するので、Ｙｅｓでｓ３に進んで除霜準備運転に切り替わる。除霜準備運転では、膨張弁４を全開し、圧縮機２の回転数を最低回転数２０Ｈｚまたは停止し、ｓ４に進む。

ｓ４では温水回路８に接続されている端末が、ファンコンベクタ１０かどうかを判定する。ファンコンベクタ１０が稼働中でであれば、Ｙｅｓでｓ５に進んで、負荷側の循環ポンプ１４は停止せずに運転を継続する（この実施例では２分間）ことで、熱源機１からの比較的冷たい温水を温水回路８に流し続けることで、冷風防止サーミスタ１５を早く冷却し、室内ファン１２を早く停止することができる。これによって、室内機が長時間冷風を吹き出すことで使用者を不快にすることを防止できる。

ｓ４でファンコンベクタ１０が稼働中で無いとき、ｓ５を飛び越してｓ６に進む。温水回路８にはファンコンベクタ１０だけでなく、床暖房パネルや暖房用のラジエタ等の室内ファン１２を備えない用途もあり、熱源制御部３６は、室内機１０からの運転要求の信号がないとき（室内機１０に換えて、床暖房パネルや暖房用のラジエタのみが接続されているとき）、除霜条件が成立したときには、除霜準備運転は必要ないのでｓ６に進んですぐに除霜運転を開始することで除霜運転に要する時間を短縮することができる。

ｓ６では負荷側循環ポンプ１４を停止して、圧縮機２の回転を６０Ｈｚに上昇することで、蒸発器５の近傍を加熱して除霜や解氷を実施し、ｓ７に進む。ｓ７では除霜が完了したかを室外熱交温度の上昇で判断する。この実施例では、室外熱交温度が８℃を超えたら除霜終了条件が成立したと判断し、Ｙｅｓでｓ８に進んで通常の暖房運転に復帰する。ｓ７でＮｏで、室外熱交温度の上昇が不足するときには除霜運転を継続する。なお、図２－３には示さなかったが、熱源側循環ポンプ２０は熱源側循環回路１６に熱を奪われることを防止するために、除霜準備運転の開始（ｓ３）から除霜運転終了（ｓ８）まで停止する。

以上説明したように、除霜運転開始前に、負荷側循環ポンプ１４の運転を所定時間継続する除霜準備運転をすることで、圧縮機２停止後の冷たい水を温水回路８に循環し、冷風防止サーミスタ１５を早めに冷却して、室内ファン１２を早く停止することで、室内機１０が長時間冷風を吹き出すことで使用者を不快にすることを防止できる。

また、端末制御線４０にＥ－ｃｏｎ通信線を用いたことで、室内制御部３７や熱源制御部３６の構成を簡素にすることで、コストダウンをすることができる。また、室内機１０にＥ－ｃｏｎ通信で接続される、他社製品の室内機１０を使用することができる。

また、本実施形態では、メインリモコン３１の電源スイッチ３２はオンされており、ヒートポンプユニット１は待機状態となっているものとして説明したが、メインリモコン３１の電源スイッチ３２がオンされていない状態のときに、使用者によって端末リモコン２６の運転スイッチ２７が操作された場合であっても、先に説明したのと同様に、室内機１０の室内制御部３７からの信号に基づいた動作をヒートポンプユニット１が開始するようにしてもよい、そうすることで、端末リモコン２６で操作した使用者が所望する運転をヒートポンプユニット１に確実に実行させることができるものである。

また、本実施形態では、温水暖房装置の熱源機１として地中熱源式のヒートポンプユニット１を示したが、空気熱源式のヒートポンプユニットを熱源機とする温水暖房装置に対しても本発明を適用することができる。

１ヒートポンプユニット（熱源機）
２圧縮機
３凝縮機
４膨張弁
５蒸発器
７冷凍回路
８温水回路
９第１水ー冷媒熱交換器
１０ファンコンベクタ（室内機）
１１室内熱交換器
１２室内ファン
１５冷風防止サーミスタ（熱交流入センサ）
２３室外熱交センサ
３６熱源制御部
３７室内制御部
３８受信回路
４０端末制御線
４１送信回路
４２除霜運転手段

Claims

熱源機内に、圧縮機と凝縮機と膨張弁と蒸発器とを冷媒配管で連通した冷凍回路と、前記蒸発器の温度を検知する室外熱交センサとを備え、
前記凝縮機は前記冷凍回路と温水回路の間の熱交換を行う水ー冷媒熱交換器で構成し、
室内機内に、室内熱交換器と室内ファンと前記室内熱交換器に流入する温水の温度を検知する熱交流入センサとを備え、
前記温水回路は、前記水ー冷媒熱交換器と前記室内熱交換器と循環ポンプを温水配管で接続して形成し、
前記熱源機には、該熱源機の動作を制御する熱源制御部と、前記室内機から出力された運転要求の信号を受信する受信手段とを備え、
前記室内機には、前記熱交流入センサの検知する温度に応じて、前記室内ファンの動作を制御する室内制御部と、前記熱源機に対して信号を出力する送信手段とを備え、
前記室内機の送信手段からの出力信号を、前記熱源機の前記受信手段に一方向にのみ伝える端末制御線とを備え、
暖房運転時に、前記室内制御部は、前記熱交流入センサの検知温度が所定温度以上のときに前記室内ファンを作動し、
前記熱源制御部は、前記圧縮機と前記膨張弁と前記循環ポンプとを作動し、
前記圧縮機は、冷媒を前記凝縮機に送出し、
前記蒸発器または前記冷媒配管の凍結を、前記室外熱交センサが所定温度を検知して除霜条件が成立したときには、
前記圧縮機を停止させると共に、前記循環ポンプの運転を継続して熱交流入センサで検出する温水温度を前記所定温度未満まで下げる、または、前記圧縮機を低回転数まで低下させて冷媒を前記凝縮機に送出させると共に、前記循環ポンプの運転を継続して熱交流入センサで検出する温水温度を前記所定温度未満まで下げる除霜準備運転を実施し、
前記除霜準備運転終了後に前記循環ポンプを停止すると共に、前記圧縮機を所定回転数で運転し、前記暖房運転と同じ方向である前記凝縮機に冷媒を送出させる除霜運転手段を備えることを特徴とする温水暖房装置。
前記除霜準備運転は、所定時間実施されるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の温水暖房装置。
前記熱源制御部は、前記室内機からの運転要求の信号がないときに、前記除霜条件が成立したときには、前記除霜準備運転を行わないようにしたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の温水暖房装置。