JP2004218912A

JP2004218912A - ヒートポンプ式給湯暖房装置

Info

Publication number: JP2004218912A
Application number: JP2003005956A
Authority: JP
Inventors: Koji Namikata; 浩二南方; Tadao Okada; 忠夫岡田; Kiyoshi Koyama; 清小山; Satoshi Hoshino; 聡星野; Yoshinori Enya; 義徳遠谷
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd; Sanyo Electric Air Conditioning Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd; Sanyo Electric Air Conditioning Co Ltd
Priority date: 2003-01-14
Filing date: 2003-01-14
Publication date: 2004-08-05

Abstract

【課題】ヒートポンプユニットの冷媒回路に給湯用の水冷媒熱交換器と暖房用の水冷媒熱交換器を組み込み、貯湯運転と温水暖房運転が行えるようにしたものにおいて、温水暖房運転中に暖房負荷が小さくなった場合に圧縮機に大きな負荷がかからないようにすること。
【解決手段】能力調整可能な圧縮機１１、第１水冷媒熱交換器９、第２水冷媒熱交換器１２、減圧装置１３及び空気熱交換器１４とを順次環状に接続してなる冷媒回路Ｒと、第１水冷媒熱交換器９と床暖房パネル１、２等の温水暖房器との間で温水を循環させる第１温水循環路Ｃ１と、第２水冷媒熱交換器１２と貯湯タンク２５との間で温水を循環させる第２温水循環路Ｃ２と、第１温水循環路Ｃ１による温水暖房運転中に第１温水循環路Ｃ１の温水温度又は冷媒回路の冷媒温度が所定値以上になったとき第２温水循環路Ｃ２の温水を強制循環させる制御手段Ｓ１とを備えている。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＨＦＣやＣＯ_２等の冷媒を用いたヒートポンプ式給湯暖房装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種のヒートポンプ式給湯暖房装置は、ヒートポンプユニットで熱交換して得られた高温水を貯湯タンクに貯湯・蓄熱し、このタンクの高温水を給湯や風呂に使用するとともに、この高温水と熱交換して得られた暖房用温水を用いて温水暖房を行うものが知られている。このものでは、暖房負荷が大きいと十分な温度の温水が得られないものであった。
【０００３】
また、ヒートポンプユニットの冷媒回路に給湯用の水冷媒熱交換器と暖房用の水冷媒熱交換器を組み込み、貯湯運転と温水暖房運転が行えるようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
ところが、このものでは、温水暖房運転中に暖房負荷が少なくなると、温水循環路の戻り側の温水温度が高くなり、熱交換が十分に行われずに冷媒温度が高くなり、圧縮機の負荷が高くなる問題があった。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−２５７３６６号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明は、ヒートポンプユニットの冷媒回路に給湯用の水冷媒熱交換器と暖房用の水冷媒熱交換器を組み込み、貯湯運転と温水暖房運転が行えるようにしたものにおいて、温水暖房運転中に暖房負荷が小さくなった場合に圧縮機に大きな負荷がかからないようにすることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
このため第１の発明は、能力調整可能な圧縮機、第１水冷媒熱交換器、第２水冷媒熱交換器、減圧装置及び空気熱交換器とを順次環状に接続してなる冷媒回路と、前記第１水冷媒熱交換器と床暖房パネル等の温水暖房器との間で温水を循環させる第１温水循環路と、前記第２水冷媒熱交換器と貯湯タンクとの間で温水を循環させる第２温水循環路と、前記第１温水循環路による温水暖房運転中に該第１温水循環路の温水温度又は前記冷媒回路の冷媒温度が所定値以上になったとき前記第２温水循環路の温水を強制循環させる制御手段とを備えたことを特徴とする。
【０００８】
第２の発明は、前記制御手段は、前記第１温水循環路による温水暖房運転又は前記第２温水循環路による貯湯運転のいずれかの運転中、又は同時運転中に圧縮機の能力を可変とすることを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。図１はヒートポンプ式給湯暖房装置の全体システムを示す系統図である。図１において、Ａはヒートポンプユニット、Ｂはタンクユニット、Ｃ１は温水暖房用の第１温水循環路、Ｃ２は貯湯用の第２温水循環路、ＲはヒートポンプユニットＡに内蔵された冷媒回路である。ＨＦＣやＣＯ_２等の冷媒を用いることができるが、本実施形態ではＣＯ_２を用いる。
【００１０】
１及び２は第１温水循環路Ｃ１に設けられた床暖房パネル、３及び４は床暖房パネル１及び２に対応して設けられた床暖房リモートコントローラ（以下、「床暖房リモコン」という）であり、前記第１温水循環路Ｃ１には、熱動弁５及び６、循環ポンプ７、膨張タンク８、第１水冷媒熱交換器９の水流路９Ｂ、バイパス管１０などが設けられている。
【００１１】
前記冷媒回路Ｒは、ＣＯ_２冷媒を用いた能力調整が可能な２段圧縮式の圧縮機１１と、第１水冷媒熱交換器９の冷媒流路９Ａ、第２水冷媒熱交換器１２の一次流路１２Ａ、膨張弁（減圧装置）１３、空気熱交換器１４と、アキュムレーター１５とが順次環状に配管接続されている。
【００１２】
前記温水循環路Ｃ１には、第１水冷媒熱交換器９の水流路９Ｂから流出した暖房用温水の温度を検出するサーミスタ１８、流量調整弁１９、浴室暖房用のファンコイル２０が設けられている。２１は浴室暖房リモートコントローラ（以下、「浴室暖房リモコン」という）、２２はファンコイルの２０の入口部に設けられた熱動弁、２３は循環ポンプ７によって膨張タンク８から流出した温水の一部を床暖房パネル１、２に供給するための熱動弁、２４は床暖房パネル１、２に流入する温水温度を検知するサーミスタである。
【００１３】
前記第２温水循環路Ｃ２は、第２水冷媒熱交換器１２の水流路１２Ｂと貯湯タンク２５とが循環ポンプ２６、流量調整弁２８を介して環状に接続されている。２９は第２水冷媒熱交換器１２の水流路１２Ｂから流出した温水温度を検知するサーミスタである。
【００１４】
前記貯湯タンク２５には水々熱交換器３０の一次流路３０Ａが循環ポンプ３１を介して接続されている。また、水々熱交換器３０の二次流路３０Ｂには循環ポンプ３２を介して浴槽３３が接続されている。３４は貯湯タンク２５の上部に接続された給湯管であり、この給湯管３４にはミキシングバルブ３５が設けられている。３７は給水管であり、この給水管３７は貯湯タンク２５の下部とミキシングバルブ３５とに分岐接続され、更に開閉弁３８を介して膨張タンク８に接続されている。
【００１５】
また、ヒートポンプユニットＡとタンクユニットＢにはそれぞれマイクロコンピュータから成る制御装置（制御手段）Ｓ１、Ｓ２が設けられている。この制御装置Ｓ１、Ｓ２は床暖房リモコン３、４や浴室暖房用のファンコイル２０からの運転信号や温度信号と、サーミスタ１８、２４、２９の温度信号とに応じて、圧縮機１１の運転と周波数制御、循環ポンプ７、２６の運転制御、熱動弁５、６、２３、膨張弁１３の開度制御、流量調整弁１９、２８の開度制御などを行うものであり、以下その動作を説明する。
【００１６】
〈床暖房運転〉
床暖房パネル１による床暖房を行う場合、その部屋の壁面等に取り付けられた床暖房リモコン３の運転スイッチをオンにする。すると、これに対応した熱動弁５が開き、循環ポンプ７が運転し、第１温水循環路Ｃ１では、膨張タンク８→循環ポンプ７→第１水冷媒熱交換器９の水流路９Ｂ→流量調整弁１９→熱動弁５→床暖房パネル１→膨張タンク８の順に温水が流れる。なお、バイパス管１０は、熱動弁５が開くのに時間がかかり、また熱動弁５が故障している場合でも対応できるように、温水の一部をバイパスさせるものであり、微少量の温水が流れる。
【００１７】
また、前記床暖房リモコン３の運転スイッチをオンにした際に、ヒートポンプユニットＡの圧縮機１１が運転し、冷媒回路Ｒでは、圧縮機１１→第１水冷媒熱交換器９の冷媒流路９Ａ→水冷媒熱交換器１２の一次流路１２Ａ→膨張弁１３→空気熱交換器１４→アキュムレーター１５→圧縮機１１の順に冷媒が流れる。このとき、貯湯は行われないので、水冷媒熱交換器１２の一次流路１２Ａにはただ冷媒が流れるだけである。
【００１８】
前記床暖房パネル１に供給される温水の温度は６０〜７０℃であるが、サーミスタ１８が検知する温水温度がこの温度になるように圧縮機１１の周波数制御、膨張弁１３の弁開度制御及び流量調整弁１９の弁開度制御が行われる。
【００１９】
また、床暖房制御は、床暖房リモコン３に搭載された室温サーミスタ（図示せず）により室温を検知し、設定温度と室温との偏差に基づき熱動弁５を開閉制御し、床暖房パネル１への温水量を制御することにより行われる。
【００２０】
また、床暖房パネル２で同時に床暖房を行う場合、床暖房リモコン４の運転スイッチをオンにすることにより、同様に熱動弁６が開閉制御され、床暖房パネル１及び２に同時に温水が供給され、床暖房パネル１及び２への温水量を個別に制御することにより、床暖房の個別制御が可能となっている。
【００２１】
このような床暖房運転を行う場合、床暖房する部屋が暖まってくると、床暖房パネル１、２からの放熱量が小さくなり、膨張タンク８から水冷媒熱交換器９の水流路９Ｂへは５０〜６０℃の温水が供給されることとなる。このため、水冷媒熱交換器９ではそれほど熱交換されず、冷媒温度も高温となって圧縮機１１に負荷がかかる。
【００２２】
このような場合、サーミスタ１８の検知温度が７０℃を超えた所定温度以上になると、第２温水循環路Ｃ２の循環ポンプ２６が強制運転され、水冷媒熱交換器１２でも熱交換が行われるため、冷媒回路Ｒの冷媒温度の上昇が抑制され、圧縮機１１の負荷が過大にならないようにでき、圧縮機１１の保護が図られる。もちろん、水冷媒熱交換器１２の二次回路１２Ｂの温水は貯湯タンク２５に貯湯・蓄熱され、無駄なく利用される。
【００２３】
また、冷媒回路Ｒに冷媒温度を検知するサーミスタ（図示せず）を設け、このサーミスタの検知温度が所定温度以上になったときに循環ポンプ２６を強制運転させ、貯湯運転が行われるようにしても良い。
【００２４】
〈浴室暖房運転〉
ファンコイル２０による浴室暖房を行う場合、浴室暖房リモコン２１をオンにする。すると、ファンコイル２０入口部の熱動弁２２が開き、循環ポンプ７が運転する。第１温水循環路Ｃ１では、膨張タンク８→循環ポンプ７→第１水冷媒熱交換器９の水流路９Ｂ→流量調整弁１９→熱動弁２２→ファンコイル２０→膨張タンク８の順に温水が流れる。バイパス管１０は、熱動弁２２が開くのに時間がかかり、また熱動弁２２が故障している場合でも対応できるように、温水の一部をバイパスさせるものであり、微少量の温水が流れる。
【００２５】
ヒートポンプユニットＡの動作と冷媒循環は床暖房運転と同様であり、貯湯は行われないので、水冷媒熱交換器１２の一次流路１２Ａにはただ冷媒が流れるだけである。
【００２６】
前記ファンコイル２０に供給される温水の温度は８０℃であるが、そのための温水制御は床暖房運転の場合と同様である。また、浴室暖房制御はファンコイル２０に搭載された室温サーミスタ（図示せず）により室温を検知し、ファン回転数を制御し、熱動弁２２を開閉制御することにより行われる。
【００２７】
〈床暖房と浴室暖房の同時運転〉
床暖房パネル１、２による床暖房と、ファンコイル２０による浴室暖房を同時に行う場合、それぞれのリモコン３、４、２１の運転スイッチをオンにする。すると、熱動弁５、６、２２が開き、循環ポンプ７が運転し、第１温水循環路Ｃ１では、膨張タンク８→循環ポンプ７→第１水冷媒熱交換器９の水流路９Ｂ→流量調整弁１９→熱動弁５、６→床暖房パネル１、２→膨張タンク８の順に温水が流れると共に、膨張タンク８→循環ポンプ７→第１水冷媒熱交換器９の水流路９Ｂ→流量調整弁１９→熱動弁２２→ファンコイル２０→膨張タンク８の順に温水が流れる。
【００２８】
バイパス管１０は、熱動弁５、６、２２が開くのに時間がかかり、また熱動弁５、６、２２が故障している場合でも対応できるように、温水の一部をバイパスさせるものであり、微少量の温水が流れる。
【００２９】
このときのサーミスタ１８による温水温度制御は８０℃であるが、これでは床暖房パネル１、２用の温水としては温度が高すぎることになる。これを解決するために、熱動弁２３を開くことで８０℃の温水に膨張タンク８からの中温水を混ぜ、サーミスタ２４にて検知される温水の温度が６０〜７０℃になるように制御している。また、中温水を混ぜすぎて低温になった場合は熱動弁２３を閉じ、サーミスタ２４の検知温度に基づく熱動弁２３の開閉制御を行う。
【００３０】
ヒートポンプユニットＡの動作と冷媒循環は床暖房運転又は浴室暖房運転と同様であり、貯湯は行われないので、水冷媒熱交換器１２の一次流路１２Ａにはただ冷媒が流れるだけである。
【００３１】
〈貯湯運転〉
貯湯タンク２５に貯湯を行う場合、循環ポンプ２６が運転し、第２温水循環路Ｃ２では、貯湯タンク２５→循環ポンプ２６→第２水冷媒熱交換器１２の水流路１２Ｂ→流量調整弁２８→貯湯タンク２５の順に給湯用の温水が流れ、貯湯タンク２５に貯湯される。
【００３２】
ヒートポンプユニットＡでは圧縮機１１が運転し、冷媒回路Ｒでは、圧縮機１１→第１水冷媒熱交換器９の冷媒流路９Ａ→水冷媒熱交換器１２の一次流路１２Ａ→膨張弁１３→空気熱交換器１４→アキュムレーター１５→圧縮機１１の順に冷媒が流れる。このとき、暖房は行われないので、水冷媒熱交換器９の一次流路９Ａにはただ冷媒が流れるだけである。
【００３３】
貯湯タンク２５へ供給される温水温度は９０℃であるが、サーミスタ２９が検知する温度がこの温度になるように、圧縮機１１の周波数制御、膨張弁１３の弁開度制御、流量調整弁２８の弁開度制御が行われる。
【００３４】
貯湯タンク２５に貯湯された高温水はミキシングバルブ３５にて適度な温度に調整され、給湯管３４から台所やシャワーへの給湯や浴槽３３へのお湯張り等に利用される。そして、給湯が行われると、給水管３７から貯湯タンク２５に給水が行われる。また、循環ポンプ３１、３２を運転することにより、貯湯タンク２５の高温水と浴槽３３の温水を水々熱交換器３０で熱交換し、浴槽３３の温水の追い焚きを行うこともできる。
【００３５】
〈暖房と貯湯の同時運転〉
この場合の暖房用温水の循環経路と貯湯用の温水の循環経路は上述したとおりである。冷媒回路Ｒでは、圧縮機１１→第１水冷媒熱交換器９の冷媒流路９Ａ→水冷媒熱交換器１２の一次流路１２Ａ→膨張弁１３→空気熱交換器１４→アキュムレーター１５→圧縮機１１の順に冷媒が流れる。このとき、水冷媒熱交換器９及び水冷媒熱交換器１２の双方で熱交換が行われるのは言うまでもない。
【００３６】
また、サーミスタ１８、２４、２９においてそれぞれ上述した目標温度になるように、圧縮機１１の周波数制御、膨張弁１３の弁開度制御、流量調整弁１９、２８の弁開度制御が行われる。同時運転が行われた場合には、圧縮機１１は最大能力で運転するようにしてあり、暖房側と貯湯側とで十分な能力が得られるようにしてある。
【００３７】
以上本発明の実施態様について説明したが、上述の説明に基づいて当業者にとって種々の代替例、修正又は変形が可能であり、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で前述の種々の代替例、修正又は変形を包含するものである。
【００３８】
【発明の効果】
以上のように本発明は、能力調整可能な圧縮機、第１水冷媒熱交換器、第２水冷媒熱交換器、減圧装置及び空気熱交換器とを順次環状に接続してなる冷媒回路と、前記第１水冷媒熱交換器と床暖房パネル等の温水暖房器との間で温水を循環させる第１温水循環路と、前記第２水冷媒熱交換器と貯湯タンクとの間で温水を循環させる第２温水循環路と、前記第１温水循環路による温水暖房運転中に該第１温水循環路の温水温度又は前記冷媒回路の冷媒温度が所定値以上になったとき前記第２温水循環路の温水を強制循環させる制御手段とを備えたものであるから、貯湯運転と温水暖房運転を単独又は同時に行えるようにしつつ、温水暖房運転中に暖房負荷が小さくなった場合には強制的に貯湯運転を行い、圧縮機に大きな負荷がかからないようにでき、圧縮機の保護が図れるなど、使い勝手と信頼性の高いヒートポンプ式給湯暖房装置を提供できるものである。
【００３９】
また、第１温水循環路による温水暖房運転又は第２温水循環路による貯湯運転のいずれかの運転中、又は同時運転中に圧縮機の能力を可変するようにしたので、ヒートポンプ能力を十分に確保しながら、負荷に応じて適度に調整することができ、効率の良いヒートポンプ式給湯暖房装置を提供できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】ヒートポンプ式給湯暖房装置の全体系統図である。
【符号の説明】
１、２床暖房パネル（温水暖房器）
９、１２水冷媒熱交換器
１１圧縮機
１３膨張弁（減圧装置）
１４空気熱交換器
２５貯湯タンク
Ｃ１第１温水循環路（温水暖房器）
Ｃ２第２温水循環路（貯湯タンク）
Ｒ冷媒回路
Ｓ１、Ｓ２制御装置（制御手段）

Claims

能力調整可能な圧縮機、第１水冷媒熱交換器、第２水冷媒熱交換器、減圧装置及び空気熱交換器とを順次環状に接続してなる冷媒回路と、前記第１水冷媒熱交換器と床暖房パネル等の温水暖房器との間で温水を循環させる第１温水循環路と、前記第２水冷媒熱交換器と貯湯タンクとの間で温水を循環させる第２温水循環路と、前記第１温水循環路による温水暖房運転中に該第１温水循環路の温水温度又は前記冷媒回路の冷媒温度が所定値以上になったとき前記第２温水循環路の温水を強制循環させる制御手段とを備えたことを特徴とするヒートポンプ式給湯暖房装置。
前記制御手段は、前記第１温水循環路による温水暖房運転又は前記第２温水循環路による貯湯運転のいずれかの運転中、又は同時運転中に圧縮機の能力を可変とすることを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ式給湯暖房装置。