(57)【要約】【課題】運転開始時や、設定温度を上昇させる変更がされた場合において、暖房用の循環水温度の立ち上がりが速く、かつ整定時間が短い温水床暖房装置の制御技術を提供する。【解決手段】運転開始時又は温度設定手段３７により温水設定温度Ｔｗ０が切り替えられた時であって循環水温度Ｔｗが温水設定温度Ｔｗ０よりも低いとき、冷媒目標温度Ｔｒｔ及び温水目標温度Ｔｗｔを、定常運転時の冷媒目標温度Ｔｒ０及び温水設定温度Ｔｗ０よりも高い温度に設定する過渡目標温度設定手段３４、循環水温度Ｔｗが定常時の温水設定温度Ｔｗ０に所定の嵩上値βを加えた値を超えた時に、冷媒目標温度Ｔｒｔ及び温水目標温度Ｔｗｔを定常運転時の冷媒目標温度Ｔｒ０及び温水設定温度Ｔｗ０に再設定する目標温度再設定手段３５を備えた。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
室外空気と冷媒循環路内の冷媒との熱交換を行う空気冷媒熱交換器、前記空気冷媒熱交換器を通過した冷媒を加圧する圧縮機、前記圧縮機で加圧された冷媒と循環水管内の循環水との熱交換により循環水を加温する温水冷媒熱交換器、前記温水冷媒熱交換器を通過した冷媒を減圧して前記空気冷媒熱交換器に送る冷媒減圧機構、前記温水冷媒熱交換器の戻り側又は出口側に取り付けられ循環水温度Ｔｗを検出する循環水温度センサ、前記圧縮機が吐出する冷媒温度Ｔｒを検出する冷媒温度センサ、前記温水冷媒熱交換器で加温される循環水の最終的な温度目標値である温水設定温度Ｔｗ０を設定する温度設定手段、並びに、前記循環水温度Ｔｗと、前記圧縮機が吐出する冷媒の温度の目標値である冷媒目標温度Ｔｒｔと、前記温水冷媒熱交換器で加温される循環水の温度の目標値である温水目標温度Ｔｗｔとに基づき、前記圧縮機と前記冷媒減圧機構との動作制御を行う中央制御装置、を備え、加温された前記循環水により暖房を行う温水暖房装置において、
前記中央制御装置は、
運転を開始した場合、又は前記温度設定手段により前記温水設定温度Ｔｗ０が切り換えられた場合であって前記循環水温度Ｔｗが前記温水設定温度Ｔｗ０よりも低いとき、前記冷媒目標温度Ｔｒｔ及び前記温水目標温度Ｔｗｔを、定常運転時の冷媒目標温度Ｔｒ０及び温水設定温度Ｔｗ０よりも高い温度に設定する過渡目標温度設定手段と、
前記循環水温度Ｔｗが定常時の温水設定温度Ｔｗ０に所定の嵩上値βを加えた値を超えた時に、前記冷媒目標温度Ｔｒｔ及び前記温水目標温度Ｔｗｔを前記定常運転時の冷媒目標温度Ｔｒ０及び温水設定温度Ｔｗ０に再設定する目標温度再設定手段と、
を備えていることを特徴とする温水暖房装置。
【請求項２】
暖房が行われる室内の温度（室内温度）Ｔｉを検出する室内温度センサと、室外空気の温度（室外温度）Ｔｏを検出する室外温度センサと、を備え、
前記中央制御装置は、前記室内温度Ｔｉと前記室外温度Ｔｏとの差温度ΔＴｉｏ＝Ｔｉ−Ｔｏを演算し、この差温度ΔＴｉｏの関数として前記嵩上値βを決定する嵩上値決定手段を備えていることを特徴とする請求項１記載の温水暖房装置。
【請求項３】
目標温度再設定手段は、温水設定温度Ｔｗ０が変更された後に前記圧縮機と前記冷媒減圧機構との動作制御を開始してから、冷媒温度Ｔｒが定常時の冷媒目標温度Ｔｒ０に所定の嵩上値βを加えた値に達する前に所定の時間が経過した場合、又は冷媒温度Ｔｒが定常時の冷媒目標温度Ｔｒ０に所定の嵩上値βを加えた値に達する前に冷媒温度Ｔｒの上昇が止まった場合、前記冷媒目標温度Ｔｒｔ及び前記温水目標温度Ｔｗｔを前記定常運転時の冷媒目標温度Ｔｒ０及び温水設定温度Ｔｗ０に強制的に再設定することを特徴とする請求項１又は２記載の温水暖房装置。
【請求項４】
前記目標温度再設定手段は、前記循環水温度Ｔｗが定常時の温水設定温度Ｔｗ０に所定の嵩上値βを加えた値を超えた時に、前記冷媒目標温度Ｔｒｔ及び前記温水目標温度Ｔｗｔを、所定の時間で前記定常運転時の冷媒目標温度Ｔｒ０及び温水設定温度Ｔｗ０になるように、段階的に漸近するように再設定することを特徴とする請求項１乃至３の何れか一記載の温水暖房装置。
【請求項５】
室外空気と冷媒循環路内の冷媒との熱交換を行う空気冷媒熱交換器、前記空気冷媒熱交換器を通過した冷媒を加圧する圧縮機、前記圧縮機で加圧された冷媒と循環水管内の循環水との熱交換により循環水を加温する温水冷媒熱交換器、前記温水冷媒熱交換器を通過した冷媒を減圧して前記空気冷媒熱交換器に送る冷媒減圧機構、前記温水冷媒熱交換器の戻り側又は出口側に取り付けられ循環水温度Ｔｗを検出する循環水温度センサ、前記圧縮機が吐出する冷媒温度Ｔｒを検出する冷媒温度センサ、前記温水冷媒熱交換器で加温される循環水の最終的な温度目標値である温水設定温度Ｔｗ０を設定する温度設定手段、を備えた温水暖房装置を制御する制御方法であって、
運転開始時、又は前記温水設定温度Ｔｗ０が前記温度設定手段により切り換えられた時であって前記循環水温度Ｔｗが前記温水設定温度Ｔｗ０よりも低いとき、前記冷媒目標温度Ｔｒｔ及び前記温水目標温度Ｔｗｔを、定常運転時の冷媒目標温度Ｔｒ０及び温水設定温度Ｔｗ０よりも高い温度に設定する第１のステップ、
その後、前記循環水温度Ｔｗが上昇し定常時の前記温水設定温度Ｔｗ０に所定の嵩上値βを加えた値を超えた時に、前記冷媒目標温度Ｔｒｔ及び前記温水目標温度Ｔｗｔを前記定常運転時の冷媒目標温度Ｔｒ０及び温水設定温度Ｔｗ０に再設定する第２のステップ
を有することを特徴とする温水暖房装置の制御方法。
【請求項６】
前記温水暖房装置は、暖房が行われる室内の温度（室内温度）Ｔｉを検出する室内温度センサと、室外空気の温度（室外温度）Ｔｏを検出する室外温度センサと、を備えており、
前記第１のステップにおいて、前記嵩上値βは、前記室内温度Ｔｉと前記室外温度Ｔｏとの差温度ΔＴｉｏ＝Ｔｉ−Ｔｏを演算し、この差温度ΔＴｉｏの関数を演算することで決定されることを特徴とする請求項５記載の温水暖房装置の制御方法。
【請求項７】
前記第１のステップの後、冷媒温度Ｔｒが定常時の冷媒目標温度Ｔｒ０に所定の嵩上値βを加えた値に達する前に所定の時間が経過した場合、又は冷媒温度Ｔｒが定常時の冷媒目標温度Ｔｒ０に所定の嵩上値βを加えた値に達する前に冷媒温度Ｔｒの上昇が止まった場合、前記冷媒目標温度Ｔｒｔ及び前記温水目標温度Ｔｗｔを前記定常運転時の冷媒目標温度Ｔｒ０及び温水設定温度Ｔｗ０に強制的に再設定することを特徴とする請求項５又は６記載の温水暖房装置の制御方法。
【請求項８】
前記第１ステップにおいて、前記循環水温度Ｔｗが定常時の温水設定温度Ｔｗ０に所定の嵩上値βを加えた値を超えた時に、前記冷媒目標温度Ｔｒｔ及び前記温水目標温度Ｔｗｔを、所定の時間で前記定常運転時の冷媒目標温度Ｔｒ０及び温水設定温度Ｔｗ０になるように、段階的に漸近するように再設定することを特徴とする請求項５乃至７の何れか一記載の温水暖房装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒート・ポンプを用いて循環水を加温しその加温された循環水により暖房を行う温水暖房装置の制御技術に関し、特に、装置の起動直後や設定温度が変更された直後に循環水が所望の温度に達するまでの立ち上がり時間と整定時間が短い制御技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の温水暖房装置の起動時又は設定温度変更時の過渡状態における制御技術としては、特許文献１に記載されたものが知られている。
【０００３】
特許文献１に記載の制御技術は、ヒート・ポンプ式の温水床暖房装置を制御する技術である。この場合、温水床暖房装置は、冷媒によるヒート・ポンプ・サイクルによって、床暖房用の循環水を加温する。そして、加温した循環水によって床暖房を行うものである。床暖房装置は、冷媒を圧縮する圧縮機、圧縮機で加圧された冷媒の熱を循環水に供給する床暖房用熱交換器、床温を検出する床温検出手段、及び設定床温と検出床温との温度差に応じて圧縮機の運転制御を行う運転制御手段を備えた構成からなる。
【０００４】
運転制御手段は、床温検出手段によって検出される床温を、設定床温に向けて上昇させる場合、検出床温が設定床温に達する時刻ｔ１までは、圧縮機の出力（回転数）を最大とする。次いで、時刻ｔ１を経過後、ある設定時間ｔｍが経過するまでは、圧縮機の出力最大の状態を維持する。そして、設定時間ｔｍが経過した後は、通常のサーモ・オン／サーモ・オフ制御に切り替わる。また、設定時間ｔｍは、運転開始後のある特定時点における検出床温と設定床温との温度差ΔＴＦに応じて決定される。すなわち、温度差ΔＴＦが大きい場合には設定時間ｔｍを長くし、温度差ΔＴＦが小さい場合には設定時間ｔｍを短くする。このような制御により、床表面温度が設定温度まで達するまでの立ち上がり時間を短縮するとともに、床表面温度が設定温度に対して過度に上昇することを抑えている。
【特許文献１】特開２０００−２８１８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記従来の温水暖房装置においては、床温検出手段の検出する検出床温により、圧縮機の出力の制御を行っている。しかしながら、床暖房装置に熱を供給する循環水は、熱容量が大きい。従って、圧縮機の回転数を変更して循環水への供給熱量を低下させた場合であっても、その影響により床温が変化するまでの反応が遅いという特徴がある。すなわち、上記従来の温水床暖房装置の制御方法は、床温制御における時定数が非常に長い制御である。従って、床温のオーバー・シュートやアンダー・シュートといった過渡特性の制御が困難であるという問題を有している。人の温度に対する感覚は、温度のゆっくりとした変化に対しては鈍感であるが、比較的短時間の温度変化に対しては敏感である。従って、床温のオーバー・シュートやアンダー・シュートの正確な制御は、温水暖房装置の利用者の快適性を向上させる上で重要である。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、温水暖房装置の運転開始時や、設定温度を上昇させる変更がされた場合において、暖房用の循環水温度の立ち上がりが速く、かつ、循環水温度のオーバー・シュートやアンダー・シュートが小さく整定時間が短い温水床暖房装置の制御技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の温水床暖房装置の第１の構成は、室外空気と冷媒循環路内の冷媒との熱交換を行う空気冷媒熱交換器、前記空気冷媒熱交換器を通過した冷媒を加圧する圧縮機、前記圧縮機で加圧された冷媒と循環水管内の循環水との熱交換により循環水を加温する温水冷媒熱交換器、前記温水冷媒熱交換器を通過した冷媒を減圧して前記空気冷媒熱交換器に送る冷媒減圧機構、前記温水冷媒熱交換器の戻り側又は出口側に取り付けられ循環水温度Ｔｗを検出する循環水温度センサ、前記圧縮機が吐出する冷媒温度Ｔｒを検出する冷媒温度センサ、前記温水冷媒熱交換器で加温される循環水の最終的な温度目標値である温水設定温度Ｔｗ０を設定する温度設定手段、並びに、前記循環水温度Ｔｗと、前記圧縮機が吐出する冷媒の温度の目標値である冷媒目標温度Ｔｒｔと、前記温水冷媒熱交換器で加温される循環水の温度の目標値である温水目標温度Ｔｗｔとに基づき、前記圧縮機と前記冷媒減圧機構との動作制御を行う中央制御装置、を備え、加温された前記循環水により暖房を行う温水暖房装置において、前記中央制御装置は、運転を開始した場合、又は前記温度設定手段により前記温水設定温度Ｔｗ０が切り替えられた場合であって前記循環水温度Ｔｗが前記温水設定温度Ｔｗ０よりも低いとき、前記冷媒目標温度Ｔｒｔ及び前記温水目標温度Ｔｗｔを、定常運転時の冷媒目標温度Ｔｒ０及び温水設定温度Ｔｗ０よりも高い温度に設定する過渡目標温度設定手段と、前記循環水温度Ｔｗが定常時の温水設定温度Ｔｗ０に所定の嵩上値βを加えた値を超えた時に、前記冷媒目標温度Ｔｒｔ及び前記温水目標温度Ｔｗｔを前記定常運転時の冷媒目標温度Ｔｒ０及び温水設定温度Ｔｗ０に再設定する目標温度再設定手段とを備えていることを特徴とする。
【０００８】
このように、温水設定温度Ｔｗ０の切り替え直後において循環水温度Ｔｗが温水設定温度Ｔｗ０よりも低い場合、冷媒温度Ｔｒ及び循環水温度Ｔｗを、定常運転時の冷媒目標温度Ｔｒ０及び温水設定温度Ｔｗ０よりも高い温度に設定することで、それぞれの温度と目標温度との偏差が大きくなる。これにより、中央制御装置が圧縮機と冷媒減圧機構を制御する場合の操作量が大きくなるために、冷媒温度Ｔｒ及び循環水温度Ｔｗの立ち上がり時間が短くなる。従って、循環水温度Ｔｗを早期に温水設定温度Ｔｗ０に近づけることが可能となる。
【０００９】
また、目標温度再設定手段は、循環水温度Ｔｗが、温水設定温度Ｔｗ０に所定の嵩上値βを加えた値Ｔｗ０＋βを超えた時に、冷媒目標温度Ｔｒｔ及び温水目標温度Ｔｗｔを定常運転時の冷媒目標温度Ｔｒ０及び定常運転時の温水設定温度Ｔｗ０に再設定する。ここで、再設定手段が各目標温度を切り替えるタイミングを、Ｔｗが、Ｔｗ０に達した時ではなく、Ｔｒ０＋βに達した時としたことにより、各目標温度を切り替えた後に、循環水温度Ｔｗに生じるアンダー・シュートを抑えることができる。
【００１０】
すなわち、循環水が循環する循環水路や各機器は、通常、或る程度大きな熱容量を有している。従って、各目標温度を循環水温度Ｔｗが温水設定温度Ｔｗ０に達した時に切り替えると、循環水温度の制御における偏差が０となり、圧縮機の出力が低下する。これにより、冷媒から循環水への熱供給量が減少する。しかし、熱容量が大きいために、循環水路や各機器の温度は十分に上昇していないため、循環水の温度が低下してアンダー・シュートが生じる。一方、各目標温度を循環水温度ＴｗがＴｗ０＋βを超えた時に切り替えるようにすれば、循環水路や各機器の温度の上昇が追いついてくるため、循環水温度のアンダー・シュートが抑えられる。
【００１１】
ここで、中央制御装置が圧縮機と冷媒減圧機構を制御するときの制御方法は、ＰＩＤ制御、ＰＩ制御等の方法が用いられる。
【００１２】
嵩上値βの値は一定としてもよい。循環水路に取り付けられる暖房用パネルの種類に依って変更してもよい。温水設定温度の変更時の温水温度によって変えてもよい。また、外気温や室温に依存して変化させてもよい。嵩上値βの値は、循環水路や循環水路に取り付けられる各種機器の熱容量により最適な値が異なってくるため、それぞれの循環水路や各種機器を取り付けた状態で稼働させて、実験的に決定される。
【００１３】
本発明の温水床暖房装置の第２の構成は、上記第１の構成において、暖房が行われる室内の温度（室内温度）Ｔｉを検出する室内温度センサと、室外空気の温度（室外温度）Ｔｏを検出する室外温度センサと、を備え、前記中央制御装置は、前記室内温度Ｔｉと前記室外温度Ｔｏとの差温度ΔＴｉｏ＝Ｔｉ−Ｔｏを演算し、この差温度ΔＴｉｏの関数として前記嵩上値βを決定する嵩上値決定手段を備えていることを特徴とする。
【００１４】
このように、嵩上値βを差温度ΔＴｉｏの関数として決定することにより、循環水路やそれに取り付けられた機器を加熱するのに必要な熱量に応じて、嵩上値βを調節することができる。これにより、循環水温度が設定温度に達した後に生じるアンダー・シュートを、より小さく抑えることが可能となる。
【００１５】
本発明の温水床暖房装置の第３の構成は、上記第１又は２の構成において、目標温度再設定手段は、温水設定温度Ｔｗ０が変更された後に前記圧縮機と前記冷媒減圧機構との動作制御を開始してから、冷媒温度Ｔｒが定常時の冷媒目標温度Ｔｒ０に所定の嵩上値βを加えた値に達する前に所定の時間が経過した場合、又は冷媒温度Ｔｒが定常時の冷媒目標温度Ｔｒ０に所定の嵩上値βを加えた値に達する前に冷媒温度Ｔｒの上昇が止まった場合、前記冷媒目標温度Ｔｒｔ及び前記温水目標温度Ｔｗｔを前記定常運転時の冷媒目標温度Ｔｒ０及び温水設定温度Ｔｗ０に強制的に再設定することを特徴とする。
【００１６】
温水暖房装置の出力に対して、室内の熱容量が非常に大きい場合（例えば、温水暖房装置の暖房能力に対して部屋の広さが非常に広い場合や、部屋の窓や戸が開放されている場合）には、温水暖房装置が最大の出力で稼働しても、循環水温度が温水設定温度にまで達しない場合がある。このような場合、冷媒目標温度と循環水目標温度を通常よりも高く設定したままにしておくと、温水暖房装置の消費電力が大きくなり好ましくない。
【００１７】
そこで、かかる場合、目標温度再設定手段は、圧縮機と冷媒減圧機構の動作制御が開始されてから、冷媒温度ＴｒがＴｒ０＋βに達する前に所定の時間が経過した場合、又は冷媒温度Ｔｒが定常時の冷媒目標温度Ｔｒ０に所定の嵩上値βを加えた値に達する前に冷媒温度Ｔｒの上昇が止まった場合に、暖房負荷が過剰であると判断する。そして、冷媒目標温度Ｔｒｔ及び温水目標温度Ｔｗｔを定常運転時の冷媒目標温度Ｔｒ０及び温水設定温度Ｔｗ０に強制的に再設定する。これにより、電力の無駄な消費が抑えられる。
【００１８】
本発明の温水床暖房装置の第４の構成は、上記第１乃至３の何れか一の構成において、前記目標温度再設定手段は、前記循環水温度Ｔｗが定常時の温水設定温度Ｔｗ０に所定の嵩上値βを加えた値を超えた時に、前記冷媒目標温度Ｔｒｔ及び前記温水目標温度Ｔｗｔを、所定の時間で前記定常運転時の冷媒目標温度Ｔｒ０及び温水設定温度Ｔｗ０になるように、段階的に漸近するように再設定することを特徴とする。
【００１９】
この構成により、目標温度再設定手段が冷媒目標温度Ｔｒｔ及び前記温水目標温度Ｔｗｔを切り替えた際も、各目標温度の変化量を小さくすることができる。従って、各目標温度が急激に小さく設定されたために、圧縮機の運転を停止するという現象の発生を防止することができる。すなわち、通常、圧縮機は、冷媒の目標温度と冷媒温度との偏差によりＰＩＤ制御等の帰還制御によって制御されるが、冷媒の目標温度が急に小さくなって偏差が急激に大きくなると、圧縮機を停止する制御がされる場合がある。しかしながら、圧縮機は一度停止すると、圧縮機の保護のため、一定の時間は起動することができない。従って、圧縮機が停止してしまうと、循環水温度の大きなアンダー・シュートが生じることとなり、快適性の面から好ましくない。そこで、冷媒目標温度Ｔｒｔ及び温水目標温度Ｔｗｔを、所定の時間で定常運転時の冷媒目標温度Ｔｒ０及び温水設定温度Ｔｗ０になるように、段階的に漸近するように再設定することにより、このような事態を避けることが可能となる。
【００２０】
本発明の温水床暖房装置の制御方法の第１の構成は、室外空気と冷媒循環路内の冷媒との熱交換を行う空気冷媒熱交換器、前記空気冷媒熱交換器を通過した冷媒を加圧する圧縮機、前記圧縮機で加圧された冷媒と循環水管内の循環水との熱交換により循環水を加温する温水冷媒熱交換器、前記温水冷媒熱交換器を通過した冷媒を減圧して前記空気冷媒熱交換器に送る冷媒減圧機構、前記温水冷媒熱交換器の戻り側又は出口側に取り付けられ循環水温度Ｔｗを検出する循環水温度センサ、前記圧縮機が吐出する冷媒温度Ｔｒを検出する冷媒温度センサ、前記温水冷媒熱交換器で加温される循環水の最終的な温度目標値である温水設定温度Ｔｗ０を設定する温度設定手段、を備えた温水暖房装置を制御する制御方法であって、運転開始時、又は前記温水設定温度Ｔｗ０が前記温度設定手段により切り替えられた時であって前記循環水温度Ｔｗが前記温水設定温度Ｔｗ０よりも低いとき、前記冷媒目標温度Ｔｒｔ及び前記温水目標温度Ｔｗｔを、定常運転時の冷媒目標温度Ｔｒ０及び温水設定温度Ｔｗ０よりも高い温度に設定する第１のステップ、その後、前記循環水温度Ｔｗが上昇し定常時の前記温水設定温度Ｔｗ０に所定の嵩上値βを加えた値を超えた時に、前記冷媒目標温度Ｔｒｔ及び前記温水目標温度Ｔｗｔを前記定常運転時の冷媒目標温度Ｔｒ０及び温水設定温度Ｔｗ０に再設定する第２のステップを有することを特徴とする。
【００２１】
本発明の温水床暖房装置の制御方法の第２の構成は、上記第１の構成において、前記温水暖房装置は、暖房が行われる室内の温度（室内温度）Ｔｉを検出する室内温度センサと、室外空気の温度（室外温度）Ｔｏを検出する室外温度センサと、を備えており、前記第１のステップにおいて、前記嵩上値βは、前記室内温度Ｔｉと前記室外温度Ｔｏとの差温度ΔＴｉｏ＝Ｔｉ−Ｔｏを演算し、この差温度ΔＴｉｏの関数を演算することで決定されることを特徴とする。
【００２２】
本発明の温水床暖房装置の制御方法の第３の構成は、上記第１又は２の構成において、前記第１のステップの後、冷媒温度Ｔｒが定常時の冷媒目標温度Ｔｒ０に所定の嵩上値βを加えた値に達する前に所定の時間が経過した場合、又は冷媒温度Ｔｒが定常時の冷媒目標温度Ｔｒ０に所定の嵩上値βを加えた値に達する前に冷媒温度Ｔｒの上昇が止まった場合、前記冷媒目標温度Ｔｒｔ及び前記温水目標温度Ｔｗｔを前記定常運転時の冷媒目標温度Ｔｒ０及び温水設定温度Ｔｗ０に強制的に再設定することを特徴とする。
【００２３】
本発明の温水床暖房装置の制御方法の第４の構成は、上記第１乃至３の何れか一の構成において、前記第１ステップにおいて、前記循環水温度Ｔｗが定常時の温水設定温度Ｔｗ０に所定の嵩上値βを加えた値を超えた時に、前記冷媒目標温度Ｔｒｔ及び前記温水目標温度Ｔｗｔを、所定の時間で前記定常運転時の冷媒目標温度Ｔｒ０及び温水設定温度Ｔｗ０になるように、段階的に漸近するように再設定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
以上のように、本発明によれば、暖房装置の電源が入れられた直後や暖房の設定温度が切り替えられた直後の過渡状態において、循環水温度の立ち上がり時間を、従来よりも短縮することができる。また、循環水温度が設定温度に達した後に生じるアンダー・シュートが抑えられる。これにより、循環水温度が設定温度に収束するまでの整定時間を短縮することができる。その結果、暖房温度の整定が速く温度の上下変動が小さいので、温水暖房装置の使用者の快適性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００２６】
図１は本発明の実施例１に係るエアコン付きの温水暖房装置の構成を表す図である。実施例１では、温水暖房装置１の一例として、冷媒のヒート・ポンプ作用によるエアコンと温水熱による床暖房との両方の機能を備えたエアコン付きの温水暖房装置を示す。
【００２７】
温水暖房装置１は、室外に設置される室外機２、空調対象の室内の壁面の天井付近に設置される室内機３、及び、同室内の床に敷設される床暖房装置（床暖房パネル）４の３つの部分から構成されている。
【００２８】
室外機２と室内機３の間には、冷媒が循環する冷媒管（冷媒循環路）５が設けられている。室外機２側の冷媒管５の出入口には、接続バルブ５ｃ，５ｄが設けられている。室内機３側の冷媒管５の出入口には、接続口５ｅ，５ｆが設けられている。接続バルブ５ｃと接続口５ｅ、及び接続バルブ５ｄと接続口５ｆとの間は、保温パイプからなる冷媒管５によって接続されている。この冷媒管５に冷媒を循環させることによって、室外機２から室内機３に熱を汲み上げて、室内空気の暖房を行うことができる。また、逆に、室内機３から室外機２へ熱を汲み上げて、室内の冷房を行うことができる。尚、本発明においては、冷房機能については関係がないため、以下の説明では冷房機能に関しては省略する。
【００２９】
室外機２内の冷媒管５には、接続バルブ５ｄの側から接続バルブ５ｃの側にかけて、マフラ６、ストレーナ７、電子膨張弁８、キャピラリ・チューブ９、空気冷媒熱交換器１０、四方弁１１、圧縮機１２、四方弁１１、温水冷媒熱交換器１３の順に、各機器が接続されている。また、室内機３内の冷媒管５には、室内熱交換器１４が接続されている。
【００３０】
空気冷媒熱交換器１０には、室外空気と冷媒との熱交換を促進するため、プロペラファン１５が設けられている。プロペラファン１５は、空気冷媒熱交換器１０に室外空気を送風し、熱交換を促進する。また、室内熱交換器１４には、室内空気と冷媒との熱交換を促進するとともに、室内に温風を送るため、クロスフローファン１９が設けられている。
【００３１】
一方、室外機２と床暖房装置４との間には、循環水（温水）が循環する循環水管１６が設けられている。室外機２側の循環水管１６の出入口には、接続バルブ１６ａ，１６ｂが設けられている。この、接続バルブ１６ａ，１６ｂにおいて、床暖房装置４側の循環水管１６が取り外し可能とされている。
【００３２】
また、冷媒管５には、温水冷媒熱交換器１３と並列に、バイパス管５’が設けられている。そして、バイパス管５’には、接続バルブ５ｃの側から四方弁１１の側にのみ冷媒を通過させることができる逆止弁２０が設けられている。このバイパス管５’は、冷房運転時に冷媒が通過する経路であり、本発明には直接関係しないため、説明は省略する。
【００３３】
室外機２内の循環水管１６には、接続バルブ１６ａの側から、温水冷媒熱交換器１３、給水タンク１７、循環ポンプ１８が順に設けられている。循環水管１６内の循環水は、循環ポンプ１８により循環される。循環水は、循環ポンプ１８→床暖房装置４→温水冷媒熱交換器１３→給水タンク１７→循環ポンプ１８の順に循環する。循環水は、温水冷媒熱交換器１３において吸熱され、床暖房装置４において放熱する。これにより、温水による床暖房が行われる。
【００３４】
圧縮機１２と四方弁１１をつなぐ吐出側配管５ｂには、冷媒の温度を検出するための冷媒温度センサ２１が設けられている。接続バルブ１６ａ側の温水冷媒熱交換器１３出口近傍には、循環水の温度を検出するための循環水温度センサ２２が設けられている。また、室外機２の内部には、室外空気の温度を検出するための室外温度センサ２３が設けられている。室内機３の内部には、室内空気の温度を検出するための室内温度センサ２４が設けられている。
【００３５】
また、室外機２内には、温水暖房装置１の全体の動作制御を行うための中央制御装置２５が設けられている。室内機３の内部には、室内機３が備える各機器の制御を行う室内機コントローラ２６が設けられている。中央制御装置２５と室内機コントローラ２６とは、制御線２７により接続されており、互いにデータ通信が可能である。
【００３６】
室内機コントローラ２６には、室内機リモコン２８がケーブル又は無線で接続されている。使用者は、この室内機リモコン２８により、空調温度や床暖房温度の設定が可能である。また、床暖房装置４には、床暖房用リモコン２９が備えられている。この床暖房用リモコン２９は、中央制御装置２５にケーブル又は無線で接続されている。使用者は、この床暖房用リモコン２９により、床暖房温度の設定が可能である。
【００３７】
中央制御装置２５は、室内機コントローラ２６と協働して、室内機リモコン２８又は床暖房用リモコン２９により設定される空調温度及び床暖房温度と、冷媒温度センサ２１、循環水温度センサ２２、室外温度センサ２３、及び室内温度センサ２４により検出される各温度に基づいて、四方弁１１、圧縮機１２、電子膨張弁８、循環ポンプ１８、プロペラファン１５、及びクロスフローファン１９の動作制御を行う。
【００３８】
次に、この温水暖房装置１における暖房動作について、簡単に説明しておく。暖房動作においては、冷媒管５内の冷媒は、空気冷媒熱交換器１０において、室外の空気と熱交換して加温される。空気冷媒熱交換器１０で加温された冷媒は、四方弁１１を通って、吸入側配管５ａから圧縮機１２に送られる。ここで、四方弁１１は、冷媒管５内の冷媒の循環方向の切り替えを行う弁である。暖房時には、空気冷媒熱交換器１０が圧縮機１２の吸入側配管５ａに接続され、温水冷媒熱交換器１３が圧縮機１２の吐出側配管５ｂに接続される。逆に、冷房時には、空気冷媒熱交換器１０が圧縮機１２の吐出側配管５ｂに接続され、温水冷媒熱交換器１３が圧縮機１２の吸入側配管５ａに接続される。
【００３９】
冷媒は、圧縮機１２において圧縮され、四方弁１１を通過して温水冷媒熱交換器１３に送られる。温水冷媒熱交換器１３では、冷媒管５内を循環する冷媒と、循環水管１６内を循環する循環水との熱交換が行われる。その後、冷媒は、室内熱交換器１４に送られて、室内空気に放熱する。そして、マフラ６、ストレーナ７を通過して、電子膨張弁８及びキャピラリ・チューブ９からなる冷媒減圧機構に送られる。この冷媒減圧機構で減圧された冷媒は、膨張により室外空気よりも低温となる。そしてこの冷温の冷媒は、再び空気冷媒熱交換器１０に送られて、室外空気から吸熱する。以上のようなヒート・ポンプ・サイクルによって、冷媒循環による暖房が行われる。
【００４０】
一方、温水冷媒熱交換器１３において加温された循環水は、給水タンク１７、循環ポンプ１８を通過して床暖房装置４に送られる。床暖房装置４において、循環水は放熱し、床暖房が行われる。放熱により冷却された循環水は、再び温水冷媒熱交換器１３に送られて加温される。以上のようにして、温水による床暖房が行われる。
【００４１】
次に、中央制御装置２５の運転開始時又は設定温度変更時の初期動作に関わる機能について説明する。図２は中央制御装置とその周辺機器の過渡制御に関する機能ブロック図である。図２において、電子膨張弁８、圧縮機１２、冷媒温度センサ２１、循環水温度センサ２２、室外温度センサ２３、室内温度センサ２４、中央制御装置２５、室内機コントローラ２６、室内機リモコン２８、及び床暖房用リモコン２９は図１の同番号のものに対応している。
【００４２】
中央制御装置２５は、電子膨張弁制御部３１、圧縮機制御部３２、嵩上値決定手段３３、過渡目標温度設定手段３４、目標温度再設定手段３５、入出力インタフェース３６、及び温度設定手段３７を備えている。電子膨張弁制御部３１は、外部から設定される冷媒目標温度と冷媒温度センサ２１が検出する冷媒温度Ｔｒとの偏差に基づき、電子膨張弁８の開度についてのＰＩＤ制御を行う。圧縮機制御部３２は、外部から設定される温水目標温度と循環水温度センサ２２が検出する循環水温度Ｔｗとの偏差に基づき、圧縮機１２の回転数についてのＰＩＤ制御を行う。
【００４３】
嵩上値決定手段３３は、室内温度センサ２４が検出する室内温度Ｔｉと室外温度センサ２３が検出する室外温度Ｔｏとの差温度ΔＴｉｏ＝Ｔｉ−Ｔｏを演算し、この差温度ΔＴｉｏの関数として嵩上値βを決定し出力する。嵩上値βを求める関数としては、差温度ΔＴｉｏの値に対して単調増加する関数が用いられる。差温度ΔＴｉｏが大きいほど、循環水管１６やそれに付属する機器（床暖房装置４、給水タンク１７等）を加熱するために必要とされる熱量も大きくなるからである。嵩上値βを決める関数としては、例えば、差温度ΔＴｉｏの多項式やステップ関数を用いることができる。
【００４４】
尚、本実施例においては、嵩上値βは差温度ΔＴｉｏの関数としたが、循環水管１６やそれに付属する機器（床暖房装置４、給水タンク１７等）の熱容量が特に問題とならない場合には、嵩上値βは定数としてもよい。
【００４５】
入出力インタフェース３６は、中央制御装置２５において、室内機コントローラ２６との間で通信を行う際のインタフェースである。
【００４６】
温度設定手段３７は、室内機リモコン２８又は床暖房用リモコン２９から、使用者により設定される空調温度Ｔａ及び床暖房温度Ｔｆが入力されると、これらの値から温水設定温度Ｔｗ０と定常運転時の冷媒目標温度Ｔｒ０を求めて出力する。空調温度Ｔａ及び床暖房温度Ｔｆから温水設定温度Ｔｗ０及び定常運転時の冷媒目標温度Ｔｒ０を求める方法は、例えば、あらかじめ用意された温度値テーブルを参照する方法などが使用される。
【００４７】
過渡目標温度設定手段３４には、温度設定手段３７から温水設定温度Ｔｗ０と定常運転時の冷媒目標温度Ｔｒ０が入力される。また、循環水温度センサ２２からは循環水温度Ｔｗが入力される。過渡目標温度設定手段３４は、運転を開始した場合、又は温度設定手段３７により温水設定温度Ｔｗ０が切り替えられた場合であって循環水温度Ｔｗが温水設定温度Ｔｗ０よりも低いとき、冷媒目標温度Ｔｒｔ及び温水目標温度Ｔｗｔを、定常運転時の冷媒目標温度Ｔｒ０及び温水設定温度Ｔｗ０よりも高い温度Ｔｒ０＋ΔＴｒ，Ｔｗ０＋ΔＴｗとする。そして、圧縮機制御部３２の温水目標温度ＴｗｔをＴｗ０＋ΔＴｗに設定し、電子膨張弁制御部３１の冷媒目標温度ＴｒｔをＴｒ０＋ΔＴｒに設定する。
【００４８】
目標温度再設定手段３５には、温度設定手段３７から温水設定温度Ｔｗ０と定常運転時の冷媒目標温度Ｔｒ０が入力される。また、循環水温度センサ２２からは循環水温度Ｔｗが入力される。更に、嵩上値決定手段３３からは、嵩上値βが入力される。目標温度再設定手段３５は、循環水温度Ｔｗが定常時の温水設定温度Ｔｗ０に所定の嵩上値βを加えた値を超えた時に、冷媒目標温度Ｔｒｔ及び温水目標温度Ｔｗｔを定常運転時の冷媒目標温度Ｔｒ０及び温水設定温度Ｔｗ０とする。そして、圧縮機制御部３２の温水目標温度ＴｗｔをＴｗ０に設定し、電子膨張弁制御部３１の冷媒目標温度ＴｒｔをＴｒ０に再設定する。
【００４９】
以上のように構成された実施例１に係る温水暖房装置において、以下、運転開始時又は設定温度変更時の制御方法について説明する。
【００５０】
図３は暖房運転開始直後における温水暖房装置１の動作を表すフローチャートである。尚、設定温度変更時の動作についても、暖房運転開始直後と同様である。
【００５１】
まず、暖房運転が開始されると、温度設定手段３７は、室内機リモコン２８又は床暖房用リモコン２９から入力される空調温度Ｔａ及び床暖房温度Ｔｆから、定常運転時の冷媒目標温度Ｔｒ０及び温水設定温度Ｔｗ０を求めて出力する。また、嵩上値決定手段３３は、室内温度センサ２４が検出する室内温度Ｔｉと室外温度センサ２３が検出する室外温度Ｔｏとに基づいて、嵩上値βを決定する（Ｓ１）。ここで、温水設定温度Ｔｗ０は床暖房温度Ｔｆよりも高い値である。定常運転時の冷媒目標温度Ｔｒ０は空調温度Ｔａ及び温水設定温度Ｔｗ０よりも高い値である。
【００５２】
次に、過渡目標温度設定手段３４は、冷媒目標温度ＴｒｔをＴｒ０＋ΔＴｒに決定し、温水目標温度ＴｗｔをＴｗ０＋ΔＴｗに決定する（Ｓ２）。そして、過渡目標温度設定手段３４は、温水目標温度Ｔｗｔを電子膨張弁制御部３１に設定し、冷媒目標温度Ｔｒｔを圧縮機制御部３２に設定する（Ｓ３）。
【００５３】
次に、圧縮機制御部３２は、時刻０における冷媒温度Ｔｒ［０］を取得する。電子膨張弁制御部３１及び目標温度再設定手段３５は時刻０における循環水温度Ｔｗ［０］を取得する（Ｓ４）。
【００５４】
次に、中央制御装置２５は、時刻を表すカウンタｔの値を１に設定し、Ｔｒ［１］＝Ｔｒ［０］，Ｔｗ［１］＝Ｔｗ［０］として初期化する（Ｓ５）。
【００５５】
次に、循環水温度Ｔｗ［ｔ］が循環水目標温度Ｔｗ０よりも高い場合（Ｓ６）、圧縮機制御部３２は、圧縮機１２をＯＦＦ状態とし（Ｓ７）、ステップＳ１５に移行する。
【００５６】
一方、循環水温度Ｔｗ［ｔ］が循環水目標温度Ｔｗ０以下の場合（Ｓ６）、圧縮機制御部３２は、圧縮機１２をＯＮ状態とする（Ｓ８）。そして、圧縮機制御部３２は、圧縮機１２の回転数ωを偏差Ｔｗｔ−Ｔｗ［ｔ］により決定・制御する（Ｓ９）。また、このとき、電子膨張弁制御部３１は、電子膨張弁８の開度θを偏差Ｔｒｔ−Ｔｒ［ｔ］により決定・制御する（Ｓ１０）。
【００５７】
次いで、目標温度再設定手段３５は、Ｔｗ［ｔ］がＴｗ０＋β以下であるかどうかを判定する（Ｓ１１）。Ｔｗ［ｔ］＞Ｔｗ０＋βの場合には、目標温度再設定手段３５は、冷媒目標温度ＴｒｔをＴｒ０に再設定し、温水目標温度ＴｗｔをＴｗ０に再設定する。また、時刻を表すカウンタｔの値を０にリセットする（Ｓ１４）。そして、ステップＳ１５へ移行する。
【００５８】
一方、ステップＳ１１でＴｗ［ｔ］≦Ｔｗ０＋βの場合、目標温度再設定手段３５は、Ｔｗ［ｔ］がＴｗ［ｔ−１］以下であるかどうかを判定する（Ｓ１２）。Ｔｗ［ｔ］≦Ｔｗ［ｔ−１］の場合には、暖房負荷が過剰であると判断し、ステップＳ１４に移行する。
【００５９】
一方、ステップＳ１２において、Ｔｗ［ｔ］＞Ｔｗ［ｔ−１］の場合、目標温度再設定手段３５は、時刻を表すカウンタ値ｔが打ち切り時間ｔｍａｘを超えたかどうかを判断する（Ｓ１３）。ここで、ｔ＞ｔｍａｘの場合には、暖房負荷が過剰であると判断し、ステップＳ１４に移行する。一方、ｔ≦ｔｍａｘの場合には、ステップＳ１５に移行する。
【００６０】
以上の動作が終わると、中央制御装置２５は、時刻を表すカウンタｔの値を１だけインクリメントする（Ｓ１５）。圧縮機制御部３２は、時刻ｔにおける冷媒温度Ｔｒ［ｔ］を取得する。電子膨張弁制御部３１及び目標温度再設定手段３５は時刻０における循環水温度Ｔｗ［ｔ］を取得する（Ｓ１６）。そして、ステップＳ６の動作に戻る。
【００６１】
以上のような動作によって、循環水温度Ｔｗと冷媒温度Ｔｒは、例えば図４に示したように制御される。図４（ａ）は、目標温度を最初から固定した通常の温度制御を行った場合を表しており、図４（ｂ）は本実施例で説明した温度制御を行った例を示している。
【００６２】
通常の温度制御の場合には、圧縮機１２の運転を開始すると、冷媒温度Ｔｒが上昇し、設定値Ｔｒ０に達する。一方、循環水温度Ｔｗは、徐々に上昇する。時刻ｔ２において、循環水温度Ｔｗが設定温度に近づくと、圧縮機１２の回転数ωは徐々に小さくなる。時刻ｔ３で循環水温度Ｔｗは設定値に整定され、圧縮機１２の回転数ωは最終値に達する。この場合、循環水温度Ｔｗの立ち上がりが遅く、整定時間ｔ３が長い。
【００６３】
一方、本実施例の方法では、初期の冷媒目標温度Ｔｒｔは、Ｔｒ０よりも高く設定されているので、立ち上がり時の冷媒温度Ｔｒと冷媒目標温度Ｔｒｔとの偏差が大きく、電子膨張弁８の開度θは狭くなり、圧縮機１２の差圧が大きくなる。そのため、冷媒温度Ｔｒの立ち上がりが速く、時間ｔ１よりも短い時間ｔ１’で冷媒温度Ｔｒは冷媒目標温度Ｔｒｔ＝Ｔｒ０＋ΔＴｒに到達する。また、温水目標温度Ｔｗｔも定常状態の温水設定温度Ｔｗ０よりも高く設定されているため、温水温度Ｔｗの立ち上がりも速くなる。時刻ｔ２’において、循環水温度Ｔｗが温度Ｔｗ０＋βに到達すると、温水目標温度Ｔｗｔは温水設定温度Ｔｗ０に再設定される。これにより、温水温度Ｔｗは下降し、時刻ｔ３’で温水設定温度Ｔｗ０に整定される。この際、嵩上値βの値を適度に定めれば、温水温度Ｔｗのアンダー・シュートも抑制され、温水温度Ｔｗの整定時間ｔ３’は短くなる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の実施例１に係るエアコン付きの温水暖房装置の構成を表す図である。
【図２】中央制御装置とその周辺機器の過渡制御に関する機能ブロック図である。
【図３】暖房運転開始直後における温水暖房装置１の動作を表すフローチャートである。
【図４】運転開始時における循環水温度Ｔｗと冷媒温度Ｔｒの変化を表す図である。
【符号の説明】
【００６５】
１  温水暖房装置
２  室外機
３  室内機
４  床暖房装置（床暖房パネル）
５  冷媒管（冷媒循環路）
５’  バイパス管
５ａ  吸入側配管
５ｂ  吐出側配管
５ｃ，５ｄ  接続バルブ
５ｅ，５ｆ  接続口
６  マフラー
７  ストレーナ
８  電子膨張弁（冷媒減圧機構）
９  キャピラリ・チューブ（冷媒減圧機構）
１０  空気冷媒熱交換器
１１  四方弁
１２  圧縮機
１３  温水冷媒熱交換器
１４  室内熱交換器
１５  プロペラファン
１６  循環水管
１６ａ，１６ｂ  接続バルブ
１７  給水タンク
１８  循環ポンプ
１９  クロスフローファン
２０  逆止弁
２１  冷媒温度センサ
２２  循環水温度センサ
２３  室外温度センサ
２４  室内温度センサ
２５  中央制御装置
２６  室内機コントローラ
２７  制御線
２８  室内機リモコン
２９  床暖房用リモコン
３１  電子膨張弁制御部
３２  圧縮機制御部
３３  嵩上値決定手段
３４  過渡目標温度設定手段
３５  目標温度再設定手段
３６  入出力インタフェース
３７  温度設定手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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