(57)【要約】【課題】  ヒートポンプ装置を熱源とした床暖房装置において、運転開始時、局所的に暖房を行うことにより、ヒートポンプ装置における温水生成遅延による立ち上がり特性を改善する。【解決手段】  床暖房運転が開始され、ヒートポンプ装置１が始動すると循環ポンプ９は停止状態となり、冷媒間熱交換器４内に貯留された水は滞留状態となり加熱される。温水温度センサ１１により温水温度が所定温度に達したことが検知され、床面に配設された特定番号の圧力センサ１２から送出されてきた信号から、制御部１０は、人体を検出した圧力センサ１２と冷媒間熱交換器４との距離を算出し、循環ポンプ９の運転時間を算出するようになっている。制御部１０が、循環ポンプ９を算出された時間だけ運転すると、温水が送出され、人体が検出された圧力センサ１２を中心として、その前後に、所定温度に達した温水を一定時間、間欠的に滞留させる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒が循環するヒートポンプ装置からなる熱源と、同熱源からの熱を冷媒間熱交換器により熱交換して温水を生成し、循環ポンプにより、床面下に埋設された温水パイプ内を循環させて室内を暖房する温水回路と、これらを制御する制御部とを備えた床暖房装置において、
前記制御部は、前記ヒートポンプ装置の冷媒を循環させる一方、前記循環ポンプを停止した状態で前記冷媒間熱交換器に水を滞留させて加熱し、同水が所定温度以上の温水となったら、前記循環ポンプを始動させて前記温水パイプの特定箇所に送出するとともに、前記循環ポンプの始動、停止を反復することにより、前記特定箇所に温水を間欠的に滞留させ、部分的に暖房を行うことを特徴とする床暖房装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記冷媒間熱交換器と前記特定箇所までの距離に対応して前記循環ポンプを運転することにより、前記特定箇所に温水を送出することを特徴とする請求項１に記載の床暖房装置。
【請求項３】
室内に人体検知センサを設け、同人体検知センサが検知した箇所を前記特定箇所とすることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の床暖房装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒートポンプ装置を熱源とした床暖房装置に関わり、より詳細には、運転開始時に局所暖房を行うことにより速暖性を向上させた構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の床暖房装置は、例えば図４で示すように、燃焼装置５１と、同燃焼装置５１への燃焼ガスの供給量を調整するガス弁５８とを備えた熱源機５０と、温水配管５２と、同温水配管５２内で温水を循環させる循環ポンプ５３と、温水配管５２の一部を蛇行状に配設し、温水配管５２からの放熱により床面及び室内を暖房する床暖房器５４と、温水配管５２の出力側に設けられ、温水循環の始動、停止を行う開閉弁５７とで構成されるとともに、運転スイッチ５５ａと室温センサ５５ｂとを備えたリモコン５５と、同リモコン５５と接続され、燃焼装置５１のガス弁５８と、温水配管５２の開閉弁５７の開閉制御を行う制御装置５６とから構成されている。
【０００３】
温水配管５２の一部は、パイプ状熱交換器５２ａとして燃焼装置５１の外周面に巻回されており、燃焼装置５１においてガス弁５８を介して供給されたガスが着火され燃焼を開始すると、循環ポンプ５３によりパイプ状熱交換器５２ａを循環する水が加熱され温水が生成されるようになっている。
【０００４】
リモコン５５において、運転スイッチ５５ａが押され、室温が設定されると、これに接続された制御装置５６は、ガス弁５８によるガス供給量を調整し、燃焼量を調節してパイプ状熱交換器５２ａ内を流動する温水の温度を所定温度まで加熱し、加熱された温水は循環ポンプ５３により床暖房器５４まで循環して周囲に放熱し、室内の暖房を行うようになっている。
【０００５】
制御装置５５は、間欠運転機能を備えており、一定周期毎に温水配管５２に備えられた開閉弁５７の開閉を行うことにより、温水配管５２内を循環する温水の流動及び滞留を行ない、暖房効率とともに、省エネ性を向上させるようになっている。例えば、設定温度よりも室温が低い場合、開閉弁５７の開放時間を長くして温水配管５２内に高温に加熱された温水を循環させた後、開閉弁５７を所定時間、閉鎖して温水を温水配管５２内に滞留させるようになっている。このサイクルを繰返すことにより、省エネ性を維持しながら効率良く暖房運転を行えるようになっている。また、設定温度よりも室温が高い場合、開閉弁５７の開放時間を短くして温水配管５２内に温水を循環させた後、開閉弁５７を開放時間より長い時間、閉鎖して、温水を温水配管５２内に滞留させるようになっている
上記したように、暖房負荷が大きい際は、開閉弁５７の開放時間を長くして暖房能力を大きくし、暖房負荷が小さい際は、開閉弁５７の開放時間を短くして暖房能力を小さくすることにより、幅広い範囲で暖房能力を可変しながら、省エネ性と暖房効率を向上させ、また、暖房運転開始時の速暖性も改善するようになっている。
【０００６】
しかしながら、上記した構成と相違し、温水を加熱する熱源として、冷媒が循環するヒートポンプ装置を用いた場合、燃焼装置による熱源と比較して、温水の最大上昇温度が低くなるとともに、温水が所定最大温度に達するまでの時間を非常に長く要するという問題があり、真冬等の寒冷時に暖房運転を開始すると、床面及び室温の温度上昇が鈍く、使用者に不快感を感じさせるというような虞があった。このため、熱源として、二酸化炭素等を排出しない環境性に優れたヒートポンプ装置を用いながら、幅広い暖房能力とともに、速暖性が向上した床暖房装置が求められていた。
【特許文献１】特開２００４−２８４７４号（４頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記問題点に鑑み、熱源として環境性に優れたヒートポンプ装置を用いながら、幅広い暖房能力とともに、冬季等の寒冷時においても速暖性が向上した床暖房装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するため、冷媒が循環するヒートポンプ装置からなる熱源と、同熱源からの熱を冷媒間熱交換器により熱交換して温水を生成し、循環ポンプにより、床面下に埋設された温水パイプ内を循環させて室内を暖房する温水回路と、これらを制御する制御部とを備えた床暖房装置において、前記制御部は、前記ヒートポンプ装置の冷媒を循環させる一方、前記循環ポンプを停止した状態で前記冷媒間熱交換器に水を滞留させて加熱し、同水が所定温度以上の温水となったら、前記循環ポンプを始動させて前記温水パイプの特定箇所に送出するとともに、前記循環ポンプの始動、停止を反復することにより、前記特定箇所に温水を間欠的に滞留させ、部分的に暖房を行う構成となっている。
【０００９】
また、前記制御部は、前記冷媒間熱交換器と前記特定箇所までの距離に対応して前記循環ポンプを運転することにより、前記特定箇所に温水を送出する構成となっている。
【００１０】
また、室内に人体検知センサを設け、同人体検知センサが検知した箇所を前記特定箇所とする構成となっている。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１記載の発明によれば、温水を加熱する加熱時間を長く要するヒートポンプ装置を熱源とした床暖房装置において、温水パイプの特定箇所に温水を間欠的に滞留させて、部分的に暖房を行うことにより、運転開始時の速暖性を損なうことなく、また、通常時でも、床面全体を加熱することなく、特定箇所のみを加熱して暖房を行うことにより、エネルギ消費量が減少した省エネ運転を行うことができるようになっている。
【００１２】
請求項２記載の発明によれば、冷媒間熱交換器と前記特定箇所までの距離に対応して温水を送出することにより、温水回路において、電磁開閉弁あるいは温度センサ等を不要として最小の機器で暖房を行うことができるようになっている。
【００１３】
請求項３記載の発明によれば、人体検知センサが検知した箇所を前記特定箇所とし、温水を送出することにより、最小の湯量で効率的に暖房を行うことができ、また、人が居る場所を集中的に暖房できるようになっている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態を、添付図面に基づいた実施例として詳細に説明する。
【実施例１】
【００１５】
図１は本発明による床暖房装置の構成図であり、図２は制御手順を示すフローチャートである。また、図３は第二実施例を説明する説明図である。
【００１６】
本発明による床暖房装置は、図１で示すように、温水を加熱する熱源としてのヒートポンプ装置１と、同ヒートポンプ装置１で加熱された温水を室内に循環させ暖房を行う温水回路２と、これらに備えられた種々のセンサと、制御部とから構成されている。ヒートポンプ装置１は、圧縮機３と、凝縮器としての冷媒間熱交換器４と、膨張弁５と、蒸発器としての室外熱交換器６と、これらを接続する冷媒配管７とから冷媒回路が構成されており、同冷媒回路に冷媒が循環して温水を生成することにより、ガスを燃焼させて温水を加熱する熱源と比較して、二酸化炭素及び他の有害ガス等を排出することなく温水を生成できるようになっており、環境性に優れた熱源となっている。
【００１７】
温水回路２は、冷媒間熱交換器４に接続され、循環ポンプ９を備えるとともに、暖房を行う室内の床面下に蛇行状に配設された温水パイプ８とからなり、同温水パイプ８は伝熱性に優れた金属性部材等から形成されるとともに、図示は省略するが、蛇行状に配設された温水パイプ８は、例えば、床材下に配設された平板状の広面積な放熱板を上部に介して埋設され、その下方には床下への放熱を防ぐ断熱材あるいは蓄熱板が、放熱板とともに温水パイプ８を挟持するようにして配設されている。また、上記した冷媒間熱交換器４内には、例えば、ヒートポンプ装置１の循環回路を構成する冷媒配管が蛇行状に配設され、その周囲を温水パイプ８から供給された水あるいは温水が流動することにより、冷媒と水あるいは温水が熱交換を行うようになっている。
【００１８】
上記したヒートポンプ装置１において、圧縮機３で圧縮され高温高圧となったガス状冷媒は、冷媒間熱交換器４に流入し、周囲を流れる水あるいは温水と熱交換して、これらを加熱することにより冷却されて凝縮する。凝縮して液相状態となった冷媒は、続いて膨張弁５で膨張して減圧されることにより低温低圧の二相冷媒となり、室外熱交換器６に流入して、同室外熱交換器６の周囲を流れる空気から吸熱して蒸発し、蒸発したガス状冷媒は再び圧縮機３に還流するようになっている。
【００１９】
冷媒間熱交換器４で、ヒートポンプ装置１を循環する冷媒により加熱された温水は、循環ポンプ９により室内の床面下に配設された蛇行状配管に送出され、周囲に放熱することにより床面及び室内空気の加熱を行った後、再び冷媒間熱交換器４に還流して加熱されるようになっている。
【００２０】
以上説明した構成を用いて本発明の原理を説明する。背景技術で説明したように、一般的に温水を作るための熱源としてのヒートポンプ方式は、ガスなどの燃焼方式と比較して温水の最高温度が低い。このため、広い床面全体を急速に暖めることは困難である。そこで、低い温度の温水を有効に活用するため、床暖房の運転開始時に、使用者がいる場所、もしくは、最も使用頻度が高い場所、つまり、特定箇所付近を集中的に暖める制御を行うことが本発明の特徴である。
【００２１】
このため、通常運転のように一定速度で温水を循環させ、広い床面全体の温度を徐々に上昇させるのでなく、冷媒間熱交換器４内に滞留させた水を最高温度まで加熱して温水とし、この温水を通常運転の数倍の速度で特定箇所へ循環させ、この特定箇所で温水を滞留させて放熱させる。この滞留時間中に冷媒間熱交換器４内で次の温水が加熱されており、最高温度まで加熱された温水は前述のように再度、特定箇所へ循環させてここで滞留しながら放熱を繰り返す。従って、特定箇所のみが繰り返し、最高温度の温水で暖められるため、局所的に暖房の立ち上がりを急速に行うことができる。
【００２２】
ただし、最高温度の温水を特定箇所へ循環させる間に放熱が行われて温水の温度が低下するが、以下のデータに示すように、高速で循環させることにより、特定箇所以外への放熱を抑制することができる。例えば、床暖房パネル：３８２ミリ×１７２０ミリ、放熱面積０．６４２平方メートル、全放熱量１４６４．４ワット、温水パイプ長７．５メートルを用いて、室温２０℃で測定した床暖房パネルの出口温度の比較による効果の比率は以下の通りである。
【００２３】
循環する温水の循環流量が１リッター／分の時を１００％とすると、循環流量が２リッター／分の時１０８％、循環流量が３リッター／分の時１１０％となり、温水の循環流量が増加することで、加熱された温水が素早く移動し、特定箇所における温度低下が少ない、つまり、比較的高温の温水を提供することができる。
【００２４】
次に、制御構成について説明する。蛇行状に形成された温水パイプ８を床面下に配設した室内の床面上には、図１に示すように、人体の圧力を検出する圧力センサ１２が多数設けられており、これらは、点線で示す信号線１３により制御部１０に接続されている。圧力センサ１２には、図示はしないが、温水の流路方向に沿って順番を示す番号が付与されており、制御部１０のメモリ部には、冷媒間熱交換器４と、各番号の圧力センサ１２との距離が予め記憶されている。また、冷媒間熱交換器４には、ヒートポンプ装置１により加熱された温水の温度を検出する温水温度センサ１１が設けられ、同温水温度センサ１１で検出された検出値は信号線１５により制御部１０に送出されるようになっている。尚、制御部１０は、ヒートポンプ装置１の圧縮機３の始動、停止及び運転能力の制御とともに、膨張弁５の弁開度等の制御も行うようになっているが、図示と説明は省略する。
【００２５】
また、制御部１０は、制御線１４により、温水を温水パイプ８に循環させる循環ポンプ９の始動、停止制御を行うとともに、循環ポンプ９に内蔵されたモータの回転数制御により温水の流動速度を任意に、あるいは段階的に設定できるようになっており、段階的に行う場合は、超  速、  速及び通常の流動速度である中速等を設定できるようになっている。また、制御部１０には、通常の運転モードと、運転開始時に行う局所暖房モードとが設定されており、これらは、使用者が図示しないリモートコントローラにより任意に設定できるようになっている。
【００２６】
上記した局所暖房モードについて説明する。冷媒の循環により水を加熱するヒートポンプ装置１は、通常の冷媒を使用した場合、得られる温水温度の最高値が約７０°Ｃ前後であり、室内を充分に暖房するまでには時間を要する。真冬等の寒冷時において床暖房装置の運転が開始され、使用者がすぐに暖房効果を得たい場合には、リモートコントローラ等を用いて局所暖房モードに設定すると、使用者の周辺の床面のみが加熱され、短時間で暖房効果を得ることができるようになっている。
【００２７】
次に、局所暖房モードを用いた制御手順について説明する。図２のフローチャートで示すように、制御部１０は、まずリモートコントローラ等に設定された運転モードが局所暖房モードか、通常運転モードかを判定する（ＳＴＥＰ１）。使用者により設定された運転モードが局所暖房モードであれば（ＳＴＥＰ１−ＹＥＳ）、ヒートポンプ装置１の運転を開始し（ＳＴＥＰ３）、局所暖房モードでなければ（ＳＴＥＰ１−ＮＯ）、温水回路２に水又は温水を循環させながら冷媒間熱交換器４で加熱をおこなう通常運転モードを実行し、（ＳＴＥＰ２）、次に、（ＳＴＥＰ１）にジャンプする。
【００２８】
制御部１０は、（ＳＴＥＰ３）において、ヒートポンプ装置１は始動させるが温水回路２の循環ポンプ９は停止状態を維持し温水回路２に水を循環させないようにする。ヒートポンプ装置１の圧縮機３が起動されると、圧縮され高温高圧となった冷媒が冷媒間熱交換器４で凝縮することにより同冷媒間熱交換器４に滞留している温水回路２の水を加熱する。温水回路２の水を加熱し凝縮した冷媒は、続いて膨張弁５により減圧されて低温低圧の二相冷媒となり、次に、室外熱交換器６に流入して、同室外熱交換器６の周囲を流れる空気から吸熱して蒸発し、再び圧縮機３に還流するようになっている。このサイクルが繰り替えされることにより、冷媒間熱交換器４に滞留している水は徐々に温度が上昇し、これにより温水が生成されるようになっている。
【００２９】
次に、制御部１０は、冷媒間熱交換器４に設けられている温水温度センサ１１を介して監視されている温水温度が、制御部１０に予め設定された、局所暖房モードに必要な、例えば７０°Ｃの所定温度に達したかどうかを判定する（ＳＴＥＰ４）。温水温度が所定温度に達していなければ（ＳＴＥＰ４−ＮＯ）、（ＳＴＥＰ３）にジャンプしてヒートポンプ装置１により温水への加熱運転を継続するようになっている。
【００３０】
温水温度が所定温度に達していれば（ＳＴＥＰ４−ＹＥＳ）、次に、制御部１０は、床面に配設された多数の圧力センサ１２により、室内に人がいるかどうかを判定する（ＳＴＥＰ５）。人が居ることが判定されれば（ＳＴＥＰ５−ＹＥＳ）、次に、どの圧力センサ１２が人体を感知したのかを検出する（ＳＴＥＰ６）。これは特定番号の圧力センサ１２が人体により押圧されると、当該番号の圧力センサ１２から、その検出信号が制御部１０に送出されることにより検出される。
【００３１】
もし室内に人が居ることが検知されなかった場合には（ＳＴＥＰ５−ＮＯ）、制御部１０は、例えば、人の集まる場所として室内の中央部あるいはテレビの前面等の特定箇所を検知箇所に指定し（ＳＴＥＰ７）、続いて（ＳＴＥＰ８）にジャンプする。
【００３２】
続いて制御部１０は、（ＳＴＥＰ６）及び（ＳＴＥＰ７）において、検知され、あるいは指定された箇所と冷媒間熱交換器４との距離を算出する（ＳＴＥＰ８）。これは、制御部１０のメモリ部に予め記憶された冷媒間熱交換器４と各圧力センサとの距離テーブルから距離を読み出すことによる。尚、温水の送出方向については、左右廻りで、いずれか近い方向の距離を算出し、そちらに向けて送出することができるようになっている。次に、制御部１０は、算出された距離から、循環ポンプ９の運転時間を制御部１０のメモリ部に予め記憶された、流速−距離−必要運転時間をプロットした流速−距離−運転時間テーブルから読み出す（ＳＴＥＰ９）とともに、送出する温水の流速も、特定箇所までに到達するまで温度が低下しないよう高速に設定する。
【００３３】
次に、制御部１０は、循環ポンプ９を始動させて、冷媒間熱交換器４において、所定温度、例えば７０°Ｃに達した温水を冷媒間熱交換器４から、（ＳＴＥＰ８）で求めた送出方向に対して温水パイプ８に送出する。そして、制御部１０は、（ＳＴＥＰ９）において、読み出された運転時間が経過すると循環ポンプ９を停止させる（ＳＴＥＰ１０）。これにより、人体が検出された圧力センサ１２を中心として、あるいは指定された箇所を中心としてその前後に、温水が滞留するようになっている。指定された箇所に温水が到達するまで多少の放熱があるため、７０°Ｃの温水温度は６０°Ｃ前後に低下してしまう虞があるが、冬場は室内温度は１０°Ｃ以下に低下している場合が多く、この温度差によって暖房効果は損なわれないようになっている。人体付近に滞留した６０°Ｃ前後の温水が温水パイプ８を介して周囲に熱を放出することにより、人は暖房感を得ることができるようになっており、これによりヒートポンプ装置１の始動開始から短時間内で暖房効果を得ることができ、室内が充分、暖められるまで時間を要するという立ち上がり運転の悪さによる使用者の不快感を極力、和らげることができるようになっている。
【００３４】
次に、制御部１０は局所暖房モードが一定時間、経過したかどうかを判定する（ＳＴＥＰ１０）。制御部１０に予め設定され、温水回路２に温水を循環させてヒートポンプ装置１で加熱することにより、充分高温な温水が得られると判断される、例えば、一定時間としての３０分間が経過すると（ＳＴＥＰ１０−ＹＥＳ）、制御部１０は（ＳＴＥＰ２）へジャンプして局所暖房モードから通常運転モードに床暖房運転を切換える。一定時間に達していない場合は（ＳＴＥＰ１０−ＮＯ）、（ＳＴＥＰ３）にジャンプし、そして、上記したような局所暖房モードによる運転を繰り返すことにより使用者は引き続き速暖性の効果を得ることができるようになっている。
【００３５】
尚、通常運転モードにおいても室内が充分に暖房された後は、局所暖房モードに任意に切換え、床面全体を加熱するのでなく、部分的に特定箇所を加熱することにより、電気代等のエネルギ節約を図りながら効率の向上した省エネ運転を行うことができるようになっている。また、温水回路２において、電磁開閉弁あるいは温度センサ等の他の機器をを不要として最小の機器で局所暖房運転を行うことができるようになっている。
【実施例２】
【００３６】
次に、第二実施例について説明する。第二実施例は、図３で示すように、室内に複数の人体を検知した場合である。局所暖房モードにおいて圧力センサ１２により室内に複数の人体を検知した場合は、制御部１０は検知した時刻により、検知した順番を記憶するようになっている。記憶した順番に従い制御部１０は、冷媒間熱交換器４に滞留し、所定温度に達した温水を当初に検知された圧力センサ１２の近傍に送出し、予め定められた一定時間、温水を滞留させた後、次に、検知された圧力センサ１２の近傍に、冷媒間熱交換器４で所定温度に達した温水を送出するようになっている。これを繰り返すことにより、室内に居る使用者に対し、公平に暖房を行うようになっている。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明による床暖房装置の構成図である。
【図２】制御手順を示すフローチャートである。
【図３】（Ａ）は第二実施例を（Ｂ）は第三実施例を夫々説明する説明図である。
【図４】従来の床暖房装置を示す構成図である。
【符号の説明】
【００３８】
１  ヒートポンプ装置
２  温水回路
３  圧縮機
４  冷媒間熱交換器
５  膨張弁
６  室外熱交換器
７  冷媒配管
８  温水パイプ
９  循環ポンプ
１０  制御部
１１  温水温度センサ
１２  圧力センサ
１３  信号線
１４  制御線
１５  信号線
【図１】
2010133669.tif 000003
【図２】
2010133669.tif 000004
【図３】
2010133669.tif 000005
【図４】
2010133669.tif 000006