(57)【要約】【課題】蒸発器の除霜運転から加熱運転に切り替えた場合、室内空間の快適性の低下を抑制する温水暖房装置を提供すること。【解決手段】温水暖房装置１０は、圧縮機２１、冷媒対流体熱交換器２２、膨張手段２３、蒸発器２４が環状に接続された冷媒回路２と、循環手段５４、冷媒対流体熱交換器２２、流路切替弁６０、放熱器５３が環状に接続された流体回路５と、流路切替弁６０を制御する制御装置４を備えている。蒸発器２４の除霜運転を開始する場合、流路切替弁６０をバイパス回路５６側へ切り替え、かつ、除霜運転を終了する場合、流路切替弁６０を放熱器５３側へ切り替えることにより、放熱器５３を介した室内空間からの吸熱が少なくなり、室内空間が冷却されにくくなり、室内空間の温度の低下が抑えられる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機、冷媒対流体熱交換器、膨張手段、蒸発器が環状に接続された冷媒回路と、循環手段、前記冷媒対流体熱交換器、流路切替弁、放熱器が環状に接続された流体回路と、前記流路切替弁から分岐し、バッファタンクを経由して前記冷媒対流体熱交換器と前記放熱器との間の前記流体回路に接続したバイパス回路と、制御装置とを備え、前記蒸発器の除霜運転を開始する場合は、前記流路切替弁を前記バイパス回路側へ切り替え、かつ、前記除霜運転を終了する場合は、前記流路切替弁を前記放熱器側へ切り替える構成としたことを特徴とする温水暖房装置。
【請求項２】
前記冷媒対流体熱交換器に流入する流体温度を検出する第１温度センサと、流出する流体温度を検出する第２温度センサとを備え、前記第２温度センサで検出される温度と、前記第１温度センサで検出される温度との差温が第１所定温度未満の場合、前記流路切替弁を前記バイパス回路側へ切り替える構成としたことを特徴とする請求項１に記載の温水暖房装置。
【請求項３】
前記流路切替弁を前記バイパス回路側へ切り替えた後、前記第２温度センサで検出される温度、または、前記第１温度センサで検出される温度が第２所定温度以上の場合、前記流路切替弁を前記放熱器側へ切り替える構成としたことを特徴とする請求項２に記載の温水暖房装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高温の流体を暖房運転（加熱運転）に用いる温水暖房装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、冷媒回路の冷媒対流体熱交換器の凝縮潜熱を利用して高温の流体を生成して循環させる温水暖房装置が知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、図４に示すような冷凍サイクル装置１００を用いて温水暖房を行うことが開示されている。
【０００４】
この冷凍サイクル装置１００は、冷媒を循環させる冷媒回路１１０、圧縮機１１１、四方弁１１２、蒸発器１１３、膨張手段１１４、冷媒対流体熱交換器１１５が配管により環状に接続されて構成されている。冷媒対流体熱交換器１１５では、冷媒回路１１０から分岐し、バイパス弁１１６ａを介して冷媒回路１１０へ接続するバイパス回路１１６が設けられている。
【０００５】
冷媒対流体熱交換器１１５は、冷媒回路１１０と、流体回路１２０とを備えている。流体回路は、冷媒対流体熱交換器１１５、放熱器１３０、循環手段１４０を備えている。
【０００６】
冷媒対流体熱交換器１１５で生成した高温の流体は流体回路１２０を循環し、流体の温熱を放熱器１３０で放熱する（加熱運転）。放熱された温熱は、床暖房等に使われる。
【０００７】
外気温度が低いときに加熱運転を継続すると、蒸発器１１３に霜が生成し蒸発器１１３の熱交量が低下する場合がある。この場合、冷凍サイクル装置１００は四方弁１１２を切り替えて、加熱運転から蒸発器１１３に生成した霜を除去する除霜運転へ切り替える。
【０００８】
除霜運転の場合は、バイパス回路１１６ａが連通してバイパス回路１１６ａに冷媒が流通する。
【０００９】
蒸発器１１３の霜が融解し除霜運転が終了すると、冷凍サイクル装置１００は四方弁１１２を除霜運転から加熱運転へ切り替えて、冷媒が冷媒対流体熱交換器１１５を流通する。
【００１０】
このように、蒸発器１１３の除霜運転の場合は、バイパス回路１１６ａに冷媒が流通することで蒸発器１１３の霜を融解させて温度が低下した冷媒が、冷媒対流体熱交換器１１５の流体を冷却することを防いでいる。
【００１１】
つまり、冷媒対流体熱交換器１１５で冷却された流体が放熱器１３０へ流入して室内空間を冷却することがないため、室内空間の快適性が維持される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特許第３９９８０２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、前記従来の構成では蒸発器の除霜運転から加熱運転へ切り替えた直後は、除霜運転中に蒸発器に発生した霜を融解することにより冷却された冷媒が冷媒対流体熱交換器に流入して流体回路の流体を冷却する。
【００１４】
その結果、冷却された流体が放熱器へ流入して室内空間から吸熱して室内空間の温度を低下させ、室内空間の快適性が低下するという課題を有していた。
【００１５】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、蒸発器の除霜運転から加熱運転に切り替えた場合、室内空間の快適性の低下を抑制する温水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】
【００１６】
前記従来の課題を解決するために、本発明の温水暖房装置は、圧縮機、冷媒対流体熱交換器、膨張手段、蒸発器が環状に接続された冷媒回路と、循環手段、前記冷媒対流体熱交換器、流路切替弁、放熱器が環状に接続された流体回路と、前記流路切替弁から分岐し、バッファタンクを経由して前記冷媒対流体熱交換器と前記放熱器との間の前記流体回路に接続したバイパス回路と、制御装置とを備え、前記蒸発器の除霜運転を開始する場合は、前記流路切替弁を前記バイパス回路側へ切り替え、かつ、前記除霜運転を終了する場合は、前記流路切替弁を前記放熱器側へ切り替える構成としたことを特徴とするものである。
【００１７】
これによって、除霜運転の場合、蒸発器の除霜に寄与し得る熱量は、圧縮機の入力による熱量、及びバイパス利用回路内の流体が保有する熱容量により賄われるため、バイパス利用回路の流体は冷媒対流体熱交換器を介して冷却されるが、冷媒対流体熱交換器から流出した流体は放熱器を循環しないため、流体は放熱器を介して室内空間から吸熱することがない。
【００１８】
また、除霜運転を終了する場合、流路切替弁をバイパス回路側から放熱器側へ切り替えるため、切り替え直後に、バイパス利用回路の冷却された流体が流体回路側に流出するが、バイパス回路のない流体回路のみの場合に比べて、流体回路中に冷却された流体の体積が少ないため、放熱器を介した室内空間からの吸熱が少なくなる。その結果、室内空間が冷却されにくくなり、室内空間の温度の低下が抑えられる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、蒸発器の除霜運転から加熱運転に切り替えた場合、室内空間の快適性の低下を抑制する温水暖房装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施の形態１における温水暖房装置の流体回路（加熱運転）の概略説明図
【図２】同温水暖房装置の流体回路（除霜運転）の概略説明図
【図３】同温水暖房装置の運転動作フローチャート
【図４】従来の温水暖房装置の概略構成図
【発明を実施するための形態】
【００２１】
第１の発明は、圧縮機、冷媒対流体熱交換器、膨張手段、蒸発器が環状に接続された冷媒回路と、循環手段、前記冷媒対流体熱交換器、流路切替弁、放熱器が環状に接続された流体回路と、前記流路切替弁から分岐し、バッファタンクを経由して前記冷媒対流体熱交換器と前記放熱器との間の前記流体回路に接続したバイパス回路と、制御装置とを備え、前記蒸発器の除霜運転を開始する場合は、前記流路切替弁を前記バイパス回路側へ切り替え、かつ、前記除霜運転を終了する場合は、前記流路切替弁を前記放熱器側へ切り替える
構成としたことを特徴とする温水暖房装置である。
【００２２】
これによって、除霜運転の場合、蒸発器の除霜に寄与し得る熱量は、圧縮機の入力による熱量、及びバイパス利用回路内の流体が保有する熱容量により賄われるため、バイパス利用回路の流体は冷媒対流体熱交換器を介して冷却されるが、冷媒対流体熱交換器から流出した流体は放熱器を循環しないため、流体は放熱器を介して室内空間から吸熱することがない。
【００２３】
また、除霜運転を終了する場合、流路切替弁をバイパス回路側から放熱器側へ切り替えるため、切り替え直後に、バイパス利用回路の冷却された流体が流体回路側に流出するが、バイパス回路のない流体回路のみの場合に比べて、流体回路中に冷却された流体の体積が少ないため、放熱器を介した室内空間からの吸熱が少なくなる。その結果、室内空間が冷却されにくくなり、室内空間の温度の低下が抑えられる。
【００２４】
第２の発明は、特に、第１の発明における温水暖房装置において、冷媒対流体熱交換器に流入する流体温度を検出する第１温度センサと、流出する流体温度を検出する第２温度センサとを備え、第１温度センサで検出される温度と、第２温度センサで検出される温度との差温が第１所定温度未満の場合、流路切替弁をバイパス回路側へ切り替える構成としたものである。
【００２５】
それにより、室内空間で加熱負荷が小さい場合にバッファタンクに高温の流体を流通させることができ、その結果、室内空間の快適性を損なうことなく、蒸発器に発生した霜の融解に寄与し得る高温の流体をバッファタンクに蓄えることができ、除霜時間の短縮を図ることができる。
【００２６】
第３の発明は、特に、第２の発明における温水暖房装置において、流路切替弁をバイパス回路側へ切り替えた後、第２温度センサで検出される温度、または、第１温度センサで検出される温度が第２所定温度以上の場合、バッファタンクに所定温度以上の流体を蓄えて、流体がバイパス回路に流通することを終了し、流路切替弁を放熱器側へ切り替える構成としたものである。
【００２７】
それにより、必要以上に流体をバイパス利用回路へ流し続けることがなく、流路切替弁を放熱器側へ切り替えた後は、流体が放熱器へ流入して室内空間を加熱するため、室内空間の快適性を損なうことなく、かつ、蒸発器に発生した霜の融解に寄与し得る最小限の熱量をバッファタンクに蓄えることができる。
【００２８】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００２９】
（実施の形態１）
図１に、本発明の第１の実施形態に係る温水暖房装置１０を示す。この温水暖房装置１０は、冷凍サイクル装置１と、流体回路５と、放熱器５３と、バッファタンク５５とを備えている。冷凍サイクル装置１は、冷媒を循環させる冷媒回路２を備えており、冷媒としては、例えば、Ｒ４１０Ａ等の擬似共沸混合冷媒、またはＲ３２等の単一冷媒等を用いることができる。
【００３０】
冷媒回路２は、圧縮機２１、冷媒対流体熱交換器２２、膨張弁やキャピラリーチューブなどの膨張手段２３及び蒸発器２４が配管により環状に接続されて構成されている。本実施形態では、蒸発器２４と圧縮機２１の間に、気液分離を行うアキュムレータ２６が設けられている。また、冷媒回路２には、蒸発器２４に生成した霜を除去する除霜運転を行う
ための四方弁２５が設けられている。
【００３１】
蒸発器２４と四方弁２５の間の冷媒回路２には、冷媒の温度を検出する第３温度センサ７２が設置されている。
【００３２】
本実施形態では、冷凍サイクル装置１は、冷媒対流体熱交換器２２で生成した高温の流体を暖房に利用する温水生成装置を構成しており、冷媒対流体熱交換器２２が、冷媒と流体との間で熱交換を行わせて流体を加熱するための熱交換器となっている。
【００３３】
流体回路５は、流入管５１、流出管５２、放熱器５３、循環手段５４、流路切替弁６０を備え、流路切替弁６０から分岐し、バッファタンク５５を経由して冷媒対流体熱交換器２２と放熱器５３との間の流体回路５に接続したバイパス回路５６と、制御装置４とを備えている。制御装置４は、流路切替弁６０がバイパス回路５６側から放熱器５３側へ切り替わった経過時間を検出する経過時間検出手段４ａを備えている。
【００３４】
流入管５１と流出管５２には、各々、流体の温度を検出する第１温度センサ７０および第２温度センサ７１が設置されている。
【００３５】
以上のように構成された温水暖房装置について、以下その動作、作用を説明する。
【００３６】
まず、図１では冷媒対流体熱交換器２２で生成された高温の流体が流体回路５を循環する加熱運転の場合の冷媒および流体の流れ方向を矢印で示している。圧縮機２１から吐出した高圧冷媒は四方弁２５を介して冷媒対流体熱交換器２２に流入し、冷媒対流体熱交換器２２を流通する流体を加熱する。流体としては、水または不凍液である。
【００３７】
冷媒対流体熱交換器２２から流出した高圧冷媒は、膨張手段２３によって減圧されて膨張した後に、蒸発器２４に流入する。蒸発器２４に流入した低圧冷媒は、ここで空気から吸熱し、四方弁２５、アキュムレータ２６を介して再度圧縮機２１に吸入する。
【００３８】
冷媒対流体熱交換器２２で加熱された流体は冷媒対流体熱交換器２２から流出し、流路切替弁６０を介してパネルヒータや床暖房パネル等の放熱器５３で放熱する。その後、流体は循環手段５４を通過し、再度冷媒対流体熱交換器２２に戻り流体回路５を循環する。制御装置４は、流路切替弁６０が放熱器５３側やバイパス回路５６側を向く制御を行う。
【００３９】
蒸発器２４に生成した霜を除去する除霜運転でも基本動作は上記加熱運転と同様である。除霜運転を開始する場合、制御装置４は流路切替弁６０をバイパス回路５６側へ切り替える。
【００４０】
圧縮機２１から吐出された冷媒が四方弁２６を介して蒸発器２４に流入し、蒸発器２４に生成した霜を加熱して除去する。このとき、冷媒自身は冷却し液化凝縮する。
【００４１】
冷却した冷媒は蒸発器２４から流出し、冷媒対流体熱交換器２２に流入する。冷媒対流体熱交換器２２に流入した冷媒は、ここで流体回路５の流体から吸熱し、再度圧縮機２１に吸入する。
【００４２】
冷媒対流体熱交換器２２で冷却された流体は冷媒対流体熱交換器２２から流出し、流路切替弁６０を介してバッファタンク５５、循環手段５４を流通し、再度冷媒対流体熱交換器２２に戻る。
【００４３】
以下、制御動作について説明する。温度センサで検出した温度に基づいて、制御装置４
は流路切替弁６０を制御する。加熱運転や除霜運転の場合の制御装置４の制御を図３に示すフローチャートを参照して説明する。
【００４４】
まず、加熱運転を行う場合、制御装置４は流路切替弁６０を放熱器５３側へ切り替える（ステップＳ１）。冷媒回路２の第３温度センサ７２は冷媒温度Ｔｒを検出し、制御装置４は冷媒温度Ｔｒと所定温度Ｔａを比較する（ステップＳ３）。冷媒温度Ｔｒが所定温度Ｔａ未満の場合は流路切替弁６０をバイパス回路５６側へ切り替え、蒸発器２４の除霜運転を開始する（ステップＳ４）。このときの除霜運転では、四方弁２５を切り替えて冷媒回路２の冷媒が流れる方向を加熱運転とは逆にする逆サイクルを優先に行なう。
【００４５】
除霜運転を開始すると、制御装置４は冷媒温度Ｔｒと所定温度Ｔｂを比較する（ステップＳ５）。冷媒温度Ｔｒが所定温度Ｔｂ未満の場合は除霜運転を継続し、冷媒温度Ｔｒが所定温度Ｔｂ以上の場合は除霜運転を終了し、流路切替弁６０を放熱器５３側へ切り替える（ステップＳ６）。
【００４６】
経過時間検出手段４ａは、流路切替弁６０がバイパス回路５６側から放熱器５３側へ切り替わった経過時間τを検出する（ステップＳ７）。
【００４７】
制御装置４は、冷媒温度Ｔｒが所定温度Ｔｃ以上であること、または、経過時間τが所定時間τ１未満であることのいずれかを満足するかを判定し（ステップＳ８）、少なくとも一方を満足する場合はステップＳ１へ戻り、いずれも満足しない場合は流路切替弁６０をバイパス回路５６側へ切り替える（ステップＳ１２）。
【００４８】
冷媒温度Ｔｒが所定温度Ｔａ以上の場合は、第１温度センサ７０は冷媒対流体熱交換器２２に流入する流体温度Ｔｉを検出し、第２温度センサ７１は冷媒対流体熱交換器２２から流出する流体温度Ｔｏを検出し（ステップＳ９）、制御装置４は流体温度Ｔｉと流体温度Ｔｏとの差温Ｔｄを算出する（ステップＳ１０）。
【００４９】
制御装置４は、差温Ｔｄと第１所定温度Ｔ１を比較し（ステップＳ１１）、差温Ｔｄが第１所定温度Ｔ１以上の場合は、加熱負荷が大きいと判定し加熱運転を継続して、流路切替弁６０がバイパス回路５６側から放熱器５３側へ切り替わった経過時間τを検出する（ステップＳ７）。
【００５０】
冷媒温度Ｔｒが所定温度Ｔｃ以上であること、または、経過時間τが所定時間τ１未満であることのいずれかを満足するかを判定し（ステップＳ８）、いずれも満足しない場合は、流路切替弁６０をバイパス回路５６側へ切り替える（ステップＳ１２）。
【００５１】
差温Ｔｄと第１所定温度Ｔ１を比較し（ステップＳ１１）、差温Ｔｄが第１所定温度Ｔ１未満の場合、加熱負荷が小さいと判定し、流路切替弁６０をバイパス回路５６側へ切り替える（ステップＳ１２）。
【００５２】
制御装置４は、第１温度センサ７０が検出する流体温度Ｔｉが第２所定温度以上であるか、または、第２温度センサ７１が検出する流体温度Ｔｉが第２所定温度以上であるかを判定する（ステップＳ１３）。いずれも満足しない場合はステップ１３を継続し、少なくとも一方を満足する場合は、流路切替弁６０を放熱器５３側へ切り替え（ステップＳ１４）、ステップ２に戻り冷媒温度の検出を行う。
【００５３】
以上のように、本実施の形態においては、蒸発器２４の除霜運転を開始する場合、流路切替弁６０をバイパス回路５６側へ切り替え、かつ、除霜運転を終了する場合、流路切替弁６０を放熱器側５３へ切り替える。
【００５４】
その結果、除霜運転の場合は、流体は放熱器を介して室内空間から吸熱することがなく、また、除霜運転を終了した場合は、バイパス回路のない流体回路のみの場合に比べて、流体回路中に冷却された流体の体積が少ないため、放熱器を介した室内空間からの吸熱が少なくなり、室内空間が冷却されにくくなり、室内空間の温度の低下が抑えられる。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
以上のように、本発明にかかる温水暖房装置は、高温の温水を生成し利用する場合に、流体の流路を切り替えて室内空間の快適性を損なうことなく除霜時間の短縮を図ることができるので、流体を加熱し、その流体を給湯に利用する温水暖房給湯装置等の用途にも適用できる。
【符号の説明】
【００５６】
２  冷媒回路
４  制御装置
５  流体回路
１０  温水暖房装置
２１  圧縮機
２２  冷媒対流体熱交換器
２３  膨張手段
２４  蒸発器
５３  放熱器
５４  循環手段
５５  バッファタンク
５６  バイパス回路
６０  流路切替弁
７０  第１温度センサ
７１  第２温度センサ
【図１】
2012117711.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2012117711.tif 000006