JP7569737B2 - 空調装置 - Google Patents

Description

本明細書で開示する技術は、空調装置に関する。

特許文献１に空調装置が開示されている。特許文献１の空調装置は、熱媒の熱により室内を空調するファンコンベクタと、ファンコンベクタに供給する熱媒を加熱する熱源機とを備えている。

特開２０２０－１３４０９７号公報

特許文献１の空調装置では、ファンコンベクタのファンの回転数を制御することがある。例えば、熱源機からファンコンベクタに供給される熱媒の温度が低い場合に、ファンコンベクタから室内に供給される熱量を一定に維持するために、ファンコンベクタのファンの回転数を大きくすることがある。また、熱源機からファンコンベクタに供給される熱媒の温度が高い場合に、ファンコンベクタから室内に供給される熱量を一定に維持するために、ファンコンベクタのファンの回転数を小さくすることがある。この構成では、熱源機からファンコンベクタに供給される熱媒の温度によってファンコンベクタのファンの回転数が大きく変動することがある。一方、ファンの回転数の変動を抑制しようとすると、ファンコンベクタから室内に適切な熱量を供給できなくなることがある。そうすると、室内を適切な温度に空調することができなくなる。そこで本明細書では、空調端末のファンの回転数が大きく変動することを抑制することができると共に、適切な熱量で室内を空調することができる技術を提供する。

本明細書が開示する空調装置は、熱媒の熱により室内を空調する空調端末と、前記空調端末に供給する熱媒を加熱する熱源機と、を備えている。空調装置では、前記熱源機で加熱された熱媒を前記空調端末に供給し、前記空調端末で放熱された熱媒を前記熱源機に戻す。また、空調装置は、前記熱源機に戻る熱媒の温度を検出する温度センサと、制御部と、を備えている。前記空調端末は、前記熱源機から前記空調端末に供給された熱媒の熱を放熱する放熱機と、前記放熱機に送風して前記放熱機から放熱される熱媒の熱を室内に供給するファンと、を備えている。前記制御部は、前記ファンの回転数が一定になるように前記ファンの動作が制御されている状態で、前記温度センサにより検出される熱媒の温度が前記空調端末の空調設定温度に基づいて算出される熱媒基準温度と一致するように、前記熱源機での熱媒の加熱量を制御して前記空調端末に供給する熱媒の温度を制御する。

この構成によれば、空調端末のファンの回転数が大きく変動することを抑制することができる。また、空調端末に供給する熱媒の温度を制御することにより、適切な熱量で室内を空調することができる。例えば、空調端末から熱源機に戻る熱媒の温度が熱媒基準温度よりも低い場合は、室内を空調するための熱量が不足しており、今よりも大きい熱量が必要であると考えられる。そのため、この場合は、温度センサにより検出される熱媒の温度が熱媒基準温度と一致するように、熱源機での熱媒の加熱量を大きくする。これにより、適切な熱量で室内を空調することができる。一方、空調端末から熱源機に戻る熱媒の温度が熱媒基準温度よりも高い場合は、室内を空調するための熱量が余分であり、今よりも小さい熱量で足りると考えられる。そのため、この場合は、温度センサにより検出される熱媒の温度が熱媒基準温度と一致するように、熱源機での熱媒の加熱量を小さくする。これにより、適切な熱量で室内を空調することができる。したがって、上記の構成によれば、空調端末のファンの回転数が大きく変動することを抑制することができると共に、適切な熱量で室内を空調することができる。

前記熱媒基準温度は、以下の式（１）に基づいて算出されてもよい。
Ｔ＝Ｂ×（Ｘ－Ｃ）＋Ｃ・・・式（１）

式（１）において、Ｔは、前記熱媒基準温度であり、Ｂは、所定の係数であり、Ｘは、前記熱源機から前記空調端末に供給する熱媒の熱媒設定温度であり、Ｃは、前記空調端末の空調設定温度である。

この構成によれば、簡潔な計算により熱媒基準温度を迅速に算出することができる。そのため、熱源機での熱媒の加熱量を迅速に制御することができる。

実施例に係る空調装置２の構成を示すブロック図である。 実施例に係る熱源機１００の加熱部１０８の構成を模式的に示す図である。 実施例に係る熱媒温度制御処理のフローチャートである。

実施例に係る空調装置２について図面を参照して説明する。図１に示すように、空調装置２は、熱源機１００と、第１暖房端末９６（例えば、パネルラジエータ、床暖房機等）と、第２暖房端末９０（例えば、ファンコンベクタ等）とを備えている。空調装置２は、熱源機１００で加熱した暖房用熱媒を第２暖房端末９０（或いは、第１暖房端末９６）に供給し、第２暖房端末９０（或いは、第１暖房端末９６）において暖房用熱媒の熱を放熱することにより、室内（例えば、居室内）を暖房する装置である。

（熱源機１００の構成）
熱源機１００は、暖房用の水（暖房用熱媒）を加熱して温水を生成し、生成した温水を第１暖房端末９６及び第２暖房端末９０に供給する機器である。熱源機１００は、例えば、電気式、ガス式、または、電気及びガス式の熱源機である。以下では、電気及びガス式の熱源機１００の構成について説明する。

熱源機１００は、操作部１０２と、通信Ｉ／Ｆ１０４と、制御部１０６と、加熱部１０８とを備えている。操作部１０２は、複数のボタン（図示省略）を備えている。空調装置２のユーザや設置業者は、操作部１０２を操作することによって、様々な指示を熱源機１００に入力することができる。

通信Ｉ／Ｆ１０４は、第２暖房端末９０と有線通信または無線通信を実行するためのインターフェースである。通信Ｉ／Ｆ１０４は、第１暖房端末９６と有線通信または無線通信を実行するためのインターフェースであってもよい。

制御部１０６は、揮発性メモリ、不揮発性メモリなどによって構成される記憶部１０７を備えており、記憶部１０７に記憶されているプログラムに従って、熱源機１００の各部の動作を制御する。制御部１０６が実行する制御や処理については後述する。

（加熱部１０８の構成；図２）
次に、加熱部１０８の構成について説明する。図２に示すように、加熱部１０８は、熱交換ユニット７と、ヒートポンプ熱源４と、燃焼熱源３とを備えている。熱交換ユニット７は、熱交換器７０を備えている。熱交換器７０は、例えばプレート式の熱交換器であり、加熱用熱媒と暖房用熱媒との熱交換により、プレートを通過する水（暖房用熱媒）を加熱することができる。熱交換器７０には、暖房往路５２の上流端と、熱媒往路６２の上流端が接続されている。熱交換器７０で加熱された水（暖房用熱媒）が暖房往路５２へ送り出される。熱交換器７０で熱交換された加熱用熱媒が熱媒往路６２へ送り出される。

暖房往路５２には、暖房出湯サーミスタ４６が設けられている。暖房出湯サーミスタ４６は、暖房往路５２を流れる水の温度を検出する。暖房往路５２の下流端には、第１暖房経路４１の上流端と、第２暖房経路４２の上流端と、凍結防止用バイパス路５６の上流端が接続されている。

第１暖房経路４１は、加熱部１０８から第１暖房端末９６に温水（暖房用熱媒）を供給する経路である。第１暖房経路４１は、加熱部１０８から第１暖房端末９６を経由して再び加熱部１０８に戻るように構成されている。温水の熱が第１暖房端末９６から放熱されることにより室内が暖房される。第１暖房端末９６は、例えば、居室を暖房するためのパネルラジエータや床暖房機等である。

第２暖房経路４２は、加熱部１０８から第２暖房端末９０に温水（暖房用熱媒）を供給する経路である。第２暖房経路４２は、加熱部１０８から第２暖房端末９０を経由して再び加熱部１０８に戻るように構成されている。温水の熱が第２暖房端末９０から放熱されることにより室内が暖房される。第２暖房端末９０は、例えば、居室を暖房するためのファンコンベクタ等である。

第２暖房端末９０は、暖房放熱器９２と、暖房ファン９４とを備えている。暖房放熱器９２は、第２暖房経路４２に設けられている。暖房用熱媒の熱が暖房放熱器９２から放熱されることにより室内が暖房される。暖房ファン９４は、暖房放熱器９２に送風することにより、暖房放熱器９２から放熱される熱を室内に供給する。

第１暖房経路４１の下流端と、第２暖房経路４２の下流端と、凍結防止用バイパス路５６の下流端は、ヒートポンプ往路５３の上流端に接続されている。ヒートポンプ往路５３には、ヒートポンプ入水サーミスタ８２が設けられている。ヒートポンプ入水サーミスタ８２は、ヒートポンプ往路５３を流れる水（暖房用熱媒）の温度を検出することにより、第２暖房端末９０（或いは、第１暖房端末９６）から熱源機１００に戻された暖房用熱媒の温度を検出する。ヒートポンプ入水サーミスタ８２の検出温度Ｐの情報は、熱源機１００の制御部１０６（図１参照）に供給される。

ヒートポンプ熱源４は、ヒートポンプ往路５３の下流端から流入する水を加熱して、ヒートポンプ復路５１の上流端に送り出す。ヒートポンプ熱源４は、冷媒（例えばＲ３２といったＨＦＣ冷媒や、Ｒ７４４といったＣＯ２冷媒）を循環させるための冷媒循環路１８と、圧縮機２０と、凝縮器２２と、減圧機構２４と、蒸発器２６と、ファン２８を備えている。圧縮機２０は、気相状態の冷媒を加圧して凝縮器２２へ送り出す。凝縮器２２は、水（暖房用熱媒）への放熱によって冷媒を凝縮させて、液相状態の冷媒を減圧機構２４へ送り出す。減圧機構２４は、例えば開度を調整可能な膨張弁であって、冷媒を減圧して蒸発器２６へ送り出す。蒸発器２６は、ファン２８によって送風される外気からの吸熱によって冷媒を蒸発させて、気相状態の冷媒を圧縮機２０へ送り出す。ヒートポンプ熱源４においては、ヒートポンプ往路５３から送られた水（暖房用熱媒）が凝縮器２２で加熱されて、加熱後の温水が凝縮器２２からヒートポンプ復路５１へ送り出される。

ヒートポンプ復路５１には、第１循環ポンプ５０と、ヒートポンプ出湯サーミスタ８１が設けられている。第１循環ポンプ５０が駆動すると、加熱部１０８と暖房放熱器９６、９０との間で水（暖房用熱媒）が循環する。ヒートポンプ出湯サーミスタ８１は、ヒートポンプ復路５１を流れる水の温度を検出する。

ヒートポンプ復路５１の下流端には、三方弁５５が設けられている。三方弁５５には、暖房復路５７の上流端と、加熱バイパス路５４の上流端が接続されている。三方弁５５は、ヒートポンプ復路５１から暖房復路５７に流れる水の流量と、ヒートポンプ復路５１から加熱バイパス路５４に流れる水の流量の割合を調整可能である。暖房復路５７の下流端は、熱交換器７０に接続されている。加熱バイパス路５４の下流端は、暖房往路５２に接続されている。

燃焼熱源３は、バーナ３１と、熱交換器３２を備えている。バーナ３１は、都市ガス等の燃料を燃焼させる。熱交換器３２には、熱媒往路６２の下流端と、熱媒復路６１の上流端が接続されている。熱交換器３２は、熱媒往路６２の下流端から流入する加熱用熱媒をバーナ３１の燃焼熱によって加熱して、加熱後の加熱用熱媒を熱媒復路６１の上流端へ送り出す。熱媒復路６１の下流端は、熱交換器７０に接続されている。

熱媒往路６２には、熱動弁７１と、第２循環ポンプ６０が設けられている。熱動弁７１は、熱媒往路６２を開閉する。第２循環ポンプ６０が駆動すると、熱交換器７０と燃焼熱源３との間で加熱用熱媒が循環する。

（第２暖房端末９０の構成）
第２暖房端末９０の構成について説明する。図１に示すように、第２暖房端末９０は、操作部２０２と、表示部２０３と、通信Ｉ／Ｆ２０４と、制御部２０５とを備えている。なお、第２暖房端末９０の暖房放熱器９２と、暖房ファン９４については、上述したので説明を省略する。

操作部２０２は、複数のボタン（図示省略）を備えている。空調装置２のユーザは、操作部２０２を操作することによって、様々な指示を第２暖房端末９０に入力することができる。例えば、ユーザは、操作部２０２を操作することによって、第２暖房端末９０の暖房設定温度Ｃ（例えば、２５℃）を入力することができる。また、ユーザは、操作部２０２を操作することによって、第２暖房端末９０の暖房設定風量（例えば、中）を入力することができる。第２暖房端末９０に入力される暖房設定温度や暖房設定風量の情報は、通信Ｉ／Ｆ２０４を介して熱源機１００に送信される。熱源機１００の制御部１０６は、第２暖房端末９０から受信する暖房設定温度や暖房設定風量の情報を記憶部１０７に記憶する。

表示部２０３は、様々な情報を表示するためのディスプレイである。表示部２０３はタッチパネル（即ち操作部）として機能してもよい。表示部２０３は、例えば、第２暖房端末９０の暖房設定温度や暖房設定風量を表示する。通信Ｉ／Ｆ２０４は、熱源機１００と有線通信または無線通信を実行するためのインターフェースである。

制御部２０５は、揮発性メモリ、不揮発性メモリなどによって構成される記憶部２０６を備えており、記憶部２０６に記憶されているプログラムに従って、第２暖房端末９０の各部の動作を制御する。例えば、制御部２０５は、第２暖房端末９０の暖房設定風量（例えば、中）が設定されると、暖房ファン９４の風量が暖房設定風量と一致するように暖房ファン９４の動作を制御する。また、制御部２０５は、暖房ファン９４の回転数が一定になるように暖房ファン９４の動作を制御する。例えば、制御部２０５は、「中」の風量を維持するように暖房ファン９４の回転数を維持する。

（熱媒温度制御処理）
次に、熱源機１００の制御部１０６が実行する熱媒温度制御処理について説明する。図３は、実施例に係る熱媒温度制御処理のフローチャートである。熱媒温度制御処理は、例えば、空調装置２の電源がオンになると開始される。図３に示すように、熱媒温度制御処理のＳ２では、制御部１０６が、第２暖房端末９０の現在の暖房設定温度Ｃを認識する。現在の暖房設定温度Ｃは、記憶部１０７に記憶されている。

続くＳ４では、制御部１０６が、Ｓ２で認識した暖房設定温度Ｃに基づいて熱媒基準温度Ｔを算出する。制御部１０６は、下記の式（１）に基づいて熱媒基準温度Ｔを算出する。
Ｔ＝Ｂ×（Ｘ－Ｃ）＋Ｃ・・・式（１）

式（１）において、Ｂは、所定の係数であり、例えば０．６７である。また、Ｃは、第２暖房端末９０の暖房設定温度であり、例えば２５℃である。Ｘは、熱源機１００から第２暖房端末９０に供給する暖房用熱媒の熱媒設定温度である。Ｘの初期値は、第２暖房端末９０の暖房設定温度Ｃに応じて設定される。その後、Ｘは、ヒートポンプ入水サーミスタ８２の検出温度Ｐ（即ち、第２暖房端末９０から熱源機１００に戻された暖房用熱媒の温度）に応じて修正される（後述するＳ８、Ｓ１０参照）。

続くＳ６では、制御部１０６が、ヒートポンプ入水サーミスタ８２の検出温度ＰがＳ４で算出した熱媒基準温度Ｔよりも低いか否かを判断する。ヒートポンプ入水サーミスタ８２の検出温度Ｐが熱媒基準温度Ｔよりも低い場合（Ｐ＜Ｔの場合）は、処理はＳ８に進む（Ｓ６でＹＥＳ）。検出温度Ｐが熱媒基準温度Ｔよりも低くない場合（ＮＯの場合）は、処理はＳ１０に進む。

続くＳ８では、制御部１０６が、Ｘ（熱源機１００から第２暖房端末９０に供給する暖房用熱媒の熱媒設定温度）をＹ１℃高くする。修正後のＸは、修正前のＸ＋Ｙ１℃である。制御部１０６は、熱源機１００から第２暖房端末９０に供給する暖房用熱媒の温度が修正後のＸと一致するように、熱源機１００の動作を制御する。例えば、制御部１０６は、加熱部１０８の三方弁５５の開度、ヒートポンプ熱源４、燃焼熱源３のバーナ３１の動作を制御する（図２参照）。

上記のＳ６でＮＯの後のＳ１０では、制御部１０６が、ヒートポンプ入水サーミスタ８２の検出温度ＰがＳ４で算出した熱媒基準温度Ｔよりも高いか否かを判断する。ヒートポンプ入水サーミスタ８２の検出温度Ｐが熱媒基準温度Ｔよりも高い場合（Ｐ＞Ｔの場合）は、処理はＳ１２に進む（Ｓ１０でＹＥＳ）。検出温度Ｐが熱媒基準温度Ｔよりも高くない場合（ＮＯの場合）は、処理はＳ１４に進む。Ｓ１０でＮＯの場合は、Ｐ＝Ｔである。

続くＳ１２では、制御部１０６が、Ｘ（熱源機１００から第２暖房端末９０に供給する暖房用熱媒の熱媒設定温度）をＹ２℃低くする。修正後のＸは、修正前のＸ－Ｙ２℃である。制御部１０６は、熱源機１００から第２暖房端末９０に供給する暖房用熱媒の温度が修正後のＸと一致するように、熱源機１００の動作を制御する。例えば、制御部１０６は、加熱部１０８の三方弁５５の開度、ヒートポンプ熱源４、燃焼熱源３のバーナ３１の動作を制御する（図２参照）。

上記のＳ１０でＮＯの後のＳ１４では、制御部１０６が、Ｘ（熱源機１００から第２暖房端末９０に供給する暖房用熱媒の熱媒設定温度）を修正せずに維持する。

続くＳ１６では、制御部１０６が、Ｓ８、Ｓ１２またはＳ１４の処理から所定の時間（例えば、５分）が経過したか否かを判断する。所定の時間が経過した（ＹＥＳの場合）場合は、処理はＳ２に戻る。所定の時間が経過しない（ＮＯの場合）場合は、処理は待機する。制御部１０６は、Ｓ２からＳ１４の処理を繰り返すことにより、所定の時間間隔（例えば、５分間隔）でＸを修正または維持する。制御部１０６が熱媒温度制御処理を実行している間、第２暖房端末９０の制御部２０５は、暖房ファン９４の回転数が一定になるように暖房ファン９４の動作を制御している。熱媒温度制御処理は、例えば、空調装置２の電源がオフになると終了する。

以上、実施例について説明した。以上の説明から明らかなように、空調装置２は、暖房用熱媒の熱により室内を空調する第２暖房端末９０と、第２暖房端末９０に供給する暖房用熱媒を加熱する熱源機１００とを備えている。空調装置２は、熱源機１００で加熱された暖房用熱媒を第２暖房端末９０に供給し、第２暖房端末９０で放熱された暖房用熱媒を熱源機１００に戻す構成である。また、空調装置２は、熱源機１００に戻る暖房用熱媒の温度を検出するヒートポンプ入水サーミスタ８２と、制御部１０６とを備えている。第２暖房端末９０は、熱源機１００から第２暖房端末９０に供給された暖房用熱媒の熱を放熱する暖房放熱器９２と、暖房放熱器９２に送風して暖房放熱器９２から放熱される暖房用熱媒の熱を室内に供給する暖房ファン９４とを備えている。制御部１０６は、暖房ファン９４の回転数が一定になるように暖房ファン９４の動作が制御されている状態で、ヒートポンプ入水サーミスタ８２の検出温度Ｐが第２暖房端末９０の暖房設定温度Ｃに基づいて算出される熱媒基準温度Ｔと一致するように、熱源機１００での暖房用熱媒の加熱量を制御して第２暖房端末９０に供給する暖房用熱媒の温度を制御する（図３参照）。

この構成によれば、暖房ファン９４の回転数が大きく変動することを抑制することができる。また、第２暖房端末９０に供給する暖房用熱媒の温度を制御することにより、適切な熱量で室内を空調することができる。例えば、第２暖房端末９０から熱源機１００に戻る暖房用熱媒の温度（即ち、ヒートポンプ入水サーミスタ８２の検出温度Ｐ）が熱媒基準温度Ｔよりも低い場合は、室内を空調するための熱量が不足しており、今よりも大きい熱量が必要であると考えられる。そのため、この場合は、ヒートポンプ入水サーミスタ８２の検出温度Ｐが熱媒基準温度Ｔと一致するように、熱源機１００での暖房用熱媒の加熱量を大きくする。これにより、適切な熱量で室内を空調することができる。一方、第２暖房端末９０から熱源機１００に戻る暖房用熱媒の温度（即ち、ヒートポンプ入水サーミスタ８２の検出温度Ｐ）が熱媒基準温度Ｔよりも大きい場合は、室内を空調するための熱量が余分であり、今よりも小さい熱量で足りると考えられる。そのため、この場合は、ヒートポンプ入水サーミスタ８２の検出温度Ｐが熱媒基準温度Ｔと一致するように、熱源機１００での暖房用熱媒の加熱量を小さくする。これにより、適切な熱量で室内を空調することができる。したがって、上記の構成によれば、暖房ファン９４の回転数が大きく変動することを抑制することができると共に、適切な熱量で室内を暖房することができる。

また、上記の構成によれば、暖房ファン９４の回転数が過大になることを抑制することができるので、暖房ファン９４の騒音を抑制することができる。また、暖房ファン９４の風量が過大になることを抑制することができる。更に、暖房用熱媒の温度が過剰に高くなることを抑制することができ、無駄なエネルギー消費を抑制することができる。

また、空調装置２では、熱媒基準温度Ｔが式（１）に基づいて算出される。この構成によれば、簡潔な計算により熱媒基準温度Ｔを迅速に算出することができる。そのため、熱源機１００での暖房用熱媒の加熱量を迅速に制御することができる。

（対応関係）
第２暖房端末９０が「空調端末」の一例である。ヒートポンプ入水サーミスタ８２が「温度センサ」の一例である。

以上、各実施例について詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

２：空調装置、３：燃焼熱源、４：ヒートポンプ熱源、７：熱交換ユニット、４１：第１暖房経路、４２：第２暖房経路、４６：暖房出湯サーミスタ、５０：第１循環ポンプ、５１：ヒートポンプ復路、５２：暖房往路、５３：ヒートポンプ往路、５４：加熱バイパス路、５５：三方弁、５７：暖房復路、６０：第２循環ポンプ、７０：熱交換器、７１：熱動弁、８１：ヒートポンプ出湯サーミスタ、８２：ヒートポンプ入水サーミスタ９０：第２暖房端末、９２：暖房放熱器、９４：暖房ファン、９６：第１暖房端末、１００：熱源機、１０６：制御部、１０８：加熱部、２０５：制御部

Claims (2)

1. 熱媒の熱により室内を空調する空調端末と、
   前記空調端末に供給する熱媒を加熱する熱源機と、を備えており、
   前記熱源機で加熱された熱媒を前記空調端末に供給し、前記空調端末で放熱された熱媒を前記熱源機に戻す空調装置であって、
   前記熱源機に戻る熱媒の温度を検出する温度センサと、
   制御部と、を備えており、
   前記空調端末は、前記熱源機から前記空調端末に供給された熱媒の熱を放熱する放熱機と、前記放熱機に送風して前記放熱機から放熱される熱媒の熱を室内に供給するファンと、を備えており、
   前記制御部は、前記ファンの回転数が一定になるように前記ファンの動作が制御されている状態で、前記温度センサにより検出される熱媒の温度が前記空調端末の空調設定温度に基づいて算出される熱媒基準温度と一致するように、前記熱源機での熱媒の加熱量を制御して前記空調端末に供給する熱媒の温度を制御する、空調装置。
2. 前記熱媒基準温度は、以下の式（１）に基づいて算出される、請求項１に記載の空調装置。
   Ｔ＝Ｂ×（Ｘ－Ｃ）＋Ｃ・・・式（１）
   式（１）において、Ｔは、前記熱媒基準温度であり、Ｂは、所定の係数であり、Ｘは、前記熱源機から前記空調端末に供給する熱媒の熱媒設定温度であり、Ｃは、前記空調端末の空調設定温度である。
   

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