(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023151441
(43)【公開日】2023-10-16
(54)【発明の名称】ヒートポンプ装置
(51)【国際特許分類】
F24F 5/00 20060101AFI20231005BHJP
F24F 11/64 20180101ALI20231005BHJP
F24F 11/83 20180101ALI20231005BHJP
F24F 11/74 20180101ALI20231005BHJP
F24D 3/00 20220101ALI20231005BHJP
F24F 140/20 20180101ALN20231005BHJP
【FI】
F24F5/00 101Z
F24F5/00 101B
F24F11/64
F24F11/83
F24F11/74
F24D3/00 J
F24F140:20
【審査請求】有
【請求項の数】4
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2022061047
(22)【出願日】2022-03-31
(71)【出願人】
【識別番号】000006611
【氏名又は名称】株式会社富士通ゼネラル
(74)【代理人】
【識別番号】110002147
【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】島野 太貴
(72)【発明者】
【氏名】近藤 将弘
(72)【発明者】
【氏名】須田 和樹
【テーマコード(参考)】
3L054
3L070
3L260
【Fターム(参考)】
3L054BF02
3L070AA02
3L070AA06
3L070BB14
3L070BC02
3L260AB06
3L260BA02
3L260BA41
3L260CB37
3L260CB63
3L260EA07
3L260EA19
3L260FA04
3L260FA07
3L260FA10
3L260FB12
3L260FB29
3L260FB48
(57)【要約】
【課題】利用者の快適性の低下を抑制できるヒートポンプ装置を提供する。
【解決手段】ヒートポンプ装置は、熱源によって温水を生成する熱源機と、輻射式端末と、強制対流式端末と、制御装置とを有する。輻射式端末は、熱源機と接続され、熱源機から温水を輻射パネルに流入させることで得た輻射熱で室内空間の温度を調節する。強制対流式端末は、熱源機と接続され、熱源機から前記温水を利用側熱交換器に流入させ、送風ファンにより利用側熱交換器で温水と熱交換した空気を吹き出すことで室内空間の温度を調節する。制御装置は、熱源機、輻射式端末及び強制対流式端末を制御する。制御装置は、輻射式端末と強制対流式端末が同時に運転される場合、強制対流式端末のみが運転している場合の風量に比較して強制対流式端末の風量を下げるように強制対流式端末を制御する制御部を有する。
【選択図】
図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
熱源によって温水を生成する熱源機と、
前記熱源機と接続され、前記熱源機から前記温水を輻射パネルに流入させることで得た輻射熱で室内空間の温度を調節する輻射式端末と、
前記熱源機と接続され、前記熱源機から前記温水を利用側熱交換器に流入させ、送風ファンにより前記利用側熱交換器で前記温水と熱交換した空気を吹き出すことで前記室内空間の温度を調節する強制対流式端末と、
前記熱源機、前記輻射式端末及び前記強制対流式端末を制御する制御装置と、を有し、
前記制御装置は、
前記輻射式端末と前記強制対流式端末が同時に運転される場合、前記強制対流式端末のみが運転している場合の風量に比較して前記強制対流式端末の風量を下げるように前記強制対流式端末を制御する制御部を有することを特徴とするヒートポンプ装置。
【請求項2】
前記制御装置は、
前記熱源機によって生成される温水の温度を検出する検出部と、
前記温水の温度に応じた前記強制対流式端末の風量の目標値を記憶する記憶部と、を有し、
前記制御部は、
前記輻射式端末と前記強制対流式端末が同時に運転しているとき、前記検出部にて検出された温水の温度に応じた前記目標値を前記記憶部から読み出し、読み出した前記目標値になるように前記強制対流式端末を制御することを特徴とする請求項1に記載のヒートポンプ装置。
【請求項3】
前記検出部は、
前記熱源機によって生成される温水として、前記利用側熱交換器に流入する温水の温度を検出することを特徴とする請求項2に記載のヒートポンプ装置。
【請求項4】
前記制御部は、
前記強制対流式端末の風量を下げるように前記強制対流式端末を制御した後、前記強制対流式端末の室内空間の温度が低下した場合、前記強制対流式端末と前記輻射式端末への温水の流量が増加するように前記熱源機を制御することを特徴とする請求項1又は2に記載のヒートポンプ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ヒートポンプ装置に関する。
【背景技術】
【0002】
例えば、熱源機で生成した温水を室内端末に流し、室内端末が設置された室内空間の暖房を行うヒートポンプ装置が知られている。室内端末としては、例えば、室内端末からの強制的な対流で室内温度を調節する強制対流式端末や、室内端末内を通過する温水の輻射熱で室内温度を調節する輻射式端末とがある。
【0003】
ヒートポンプ装置と接続された強制対流式端末を用いて暖房運転を行うときは、室内空気を介して利用者に温熱を供給するため、輻射式端末を用いる場合に比較して、温水温度を高温にする必要がある。そのため、強制対流式端末を用いて暖房運転を行う場合には、暖房時の温水温度が高くなるように目標温度を設定することで、利用者の快適性を確保している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、従来のヒートポンプ装置では、強制対流式端末と輻射式端末とが同時に運転される場合、強制対流式端末に供給される温水と同じ温度の温水が、輻射式端末に供給される。その結果、輻射式端末では利用者が快適に感じる温度を超えた温度の温水が供給されるため、利用者が不快に感じる場合が考えらえる。
【0006】
本発明ではこのような問題に鑑み、利用者の快適性の低下を抑制できるヒートポンプ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】
【0007】
一つの態様のヒートポンプ装置は、熱源によって温水を生成する熱源機と、輻射式端末と、強制対流式端末と、制御装置とを有する。輻射式端末は、熱源機と接続され、熱源機から温水を輻射パネルに流入させることで得た輻射熱で室内空間の温度を調節する。強制対流式端末は、熱源機と接続され、熱源機から前記温水を利用側熱交換器に流入させ、送風ファンにより利用側熱交換器で温水と熱交換した空気を吹き出すことで室内空間の温度を調節する。制御装置は、熱源機、輻射式端末及び強制対流式端末を制御する。制御装置は、輻射式端末と強制対流式端末が同時に運転される場合、強制対流式端末のみが運転している場合の風量に比較して強制対流式端末の風量を下げるように強制対流式端末を制御する制御部を有する。
【発明の効果】
【0008】
一つの側面として、利用者の快適性の低下を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【
図1】
図1は、本実施例のヒートポンプ装置の一例を示す説明図である。
【
図2】
図2は、記憶部に記憶された風量目標値テーブルの一例を示す説明図である。
【
図3】
図3は、空調能力と循環水量との関係の一例を示す説明図である。
【
図4】
図4は、温度調節処理に関わる制御装置の処理動作の一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、図面に基づいて、本願の開示するヒートポンプ装置等の実施例を詳細に説明する。尚、本実施例により、開示技術が限定されるものではない。また、以下に示す各実施例は、矛盾を起こさない範囲で適宜変形しても良い。
【実施例0011】
<ヒートポンプ装置機の構成>
図1は、本実施例のヒートポンプ装置1の一例を示す説明図である。
図1に示すヒートポンプ装置1は、温水を生成する熱源機2と、複数の利用側端末4を含む利用側端末群3と、ヒートポンプ装置1全体を制御する制御装置5とを有する。
【0012】
<熱源機の構成>
熱源機2は、温水を生成する熱源20を有する。熱源20は、冷媒回路21と、水回路22とを有する。冷媒回路21は、例えば、圧縮機を用いて内部で冷媒が循環し、循環する冷媒と外気とを熱交換する回路である。水回路22は、内部で水が循環し、内部を循環する水と冷媒回路21内を循環する冷媒とを熱交換させることで温水を生成する。水回路22は、例えば、循環ポンプを用いて温水を利用側端末群3へ流入させることで、利用側端末群3の利用側端末4が配置された室内空間の温度を調節する。
【0013】
<利用側端末群の構成>
利用側端末群3は、複数の利用側端末4と、分岐管31と、合流管32とを有する。室内空間に設置された利用側端末4としては、例えば、輻射式端末4Aや、強制対流式端末4B等がある。
【0014】
輻射式端末4Aは、例えば床暖房端末であり、利用側熱交換器41である輻射パネル41Aを有し、熱源機2内の水回路22と接続され、水回路22から温水を輻射パネル41Aに流入させることで得た輻射熱で室内空間の温度を調節する。
【0015】
強制対流式端末4Bは、利用側熱交換器41B(41)と、送風ファン42と、ファン制御部43と、温度センサ44とを有する。利用側熱交換器41Bは、熱源機2内の水回路22と接続され、水回路22から温水が流入し、送風ファン42により利用側熱交換器41Bで温水と熱交換した空気を室内空間に吹き出すことで室内空間の温度を調節する。送風ファン42は、強制対流を生成するファンである。ファン制御部43は、送風ファン42の回転数を制御して風量を調節する。温度センサ44は、利用側熱交換器41Bの流入口に配置され、利用側熱交換器41Bに流入する温水の温度を検出するセンサである。
【0016】
<制御装置の構成>
制御装置5は、熱源機2、利用側端末4である輻射式端末4A及び強制対流式端末4Bを制御する。制御装置5は、検出部51と、記憶部52と、制御部53とを有する。検出部51は、熱源機2によって生成される温水の現在温度を検出する。具体的には、検出部51は、強制対流式端末4B内の温度センサ44から利用側熱交換器41Bに流入する温水の温度を現在温度として検出する。
【0017】
強制対流式端末4Bと輻射式端末4Aとが同時に運転される場合、従来は、強制対流式端末4Bと輻射式端末4Aに流入する温水温度を輻射式端末4Aのみを用いる場合と比較して高温にしていた。これは、強制対流式端末4Bでは室内空気を介して利用者に温熱を供給するため、輻射式端末4Aのみを用いる場合と比較して、温水温度を高温にする必要があるためである。その結果、強制対流式端末4Bに供給される温水と同じ温度の温水が、輻射式端末4Aに供給されることになり、強制対流式端末4Bの空気流量を低下させないと吹き出される空気の温度(吹出温度)が大幅に低下して利用者に不快感を与えてしまう。そこで、本実施例では、空気流量を変えることで温水から空気への放熱量を低下させ、温水の温度の低下を抑えることに着目している。単位時間あたりの温水から空気への放熱量は、空気比熱×空気密度×空気流量×温度差で算出できる。温度差は、(熱交換器内の温水の平均温度-空気吸込み温度)である。つまり、空気流量である風量を減らすことで、単位時間当たりの温水から空気への放熱量が小さくなるので、温水の温度の低下も小さくなる。従って温水の温度が同じでも風量を減らせば強制対流式端末4Bから吹出温度を適切な温度にすることができる。
【0018】
図2は、記憶部52に記憶された風量目標値テーブルの一例を示す説明図である。この風量目標値テーブルは、輻射式端末4Aと強制対流式端末4Bとが同時に運転される場合に使用するテーブルである。記憶部52は、温水の温度レベルに応じた強制対流式端末4Bの風量の目標値である風量レベルを記憶する。温水の温度レベルは、強制対流式端末4Bの利用側熱交換器に流入する温水の温度、つまり、温度センサ44の検出値である現在温度に対応したレベルである。温水の温度レベルには、現在温度が高い領域の「高」、現在温度が低い領域の「低」、現在温度が前述の「高」と「低」の間の領域の「中」の3段階のレベルである。風量レベルは、温水の温度レベルに応じた、利用者が快適と感じられるための強制対流式端末4Bの風量のレベルである。風量レベルにも、風量が大きい「大」、風量が小さい「小」、風量が前述の「大」と「小」の間の「中」の3段階のレベルである。
【0019】
温水の温度レベルが高の場合は強制対流式端末4Bの風量レベルは大、温水の温度レベルが中の場合は強制対流式端末4Bの風量レベルは中、温水の温度レベルが低の場合は強制対流式端末4Bの風量レベルは小である。温水の温度レベルが高い場合は、使用者が不快に感じない吹出温度にするための風量の低下幅は小さくて良い。一方で、温水の温度レベルが低い場合は、使用者が不快に感じない吹出温度となるように風量の低下幅を大きくする必要がある。尚、本実施例では3段階の温水の温度レベルに応じた風量レベルが設定されているが、温水温度に応じた風量が割り当てられ、温水温度が低いほど風量が低くなればこの限りでない。
【0020】
制御部53は、輻射式端末4Aと強制対流式端末4Bとが同時に運転される場合、強制対流式端末4Bのみが運転している場合の風量に比較して強制対流式端末4Bの風量を下げるように強制対流式端末4Bを制御する。具体的には、制御部53は、輻射式端末4Aと強制対流式端末4Bとが同時に運転されているとき、検出部51にて検出された温水の温度の温度レベルに応じた風量レベルを記憶部52から読み出し、読み出した風量レベルになるように強制対流式端末4Bを制御する。
【0021】
制御部53は、強制対流式端末4Bの風量を下げるように強制対流式端末4Bを制御した後、強制対流式端末4Bの室内空間の温度が低下した場合、強制対流式端末4Bと輻射式端末4Aへの温水の流量が増加するように熱源機2を制御する。温水から空気への放熱量が部屋の壁や窓、出入り口等による熱漏洩量と比較して小さい場合、室内空間の温度が低下する。そのため、使用者が不快に感じない吹出温度にできたとしても、室内空間の温度が低下することによって使用者が不快に感じてしまうおそれがある。そのため、強制対流式端末4Bと輻射式端末4Aへの温水の流量が増加するように熱源機2を制御することで、温水から空気への放熱量を増加させて吹出温度を上昇させている。
【0022】
図3は、空調能力と循環水量との関係の一例を示す説明図である。強制対流式端末4Bの空調能力は、
図3に示す通り、熱源機2の温水の循環流量が増加することで空調能力が高くなる。
【0023】
<ヒートポンプ装置の動作>
図4は、温度調節処理に関わる制御装置5の処理動作の一例を示すフローチャートである。
図4において制御装置5は、輻射式端末4Aが運転中であるか否かを判定する(ステップS11)。制御装置5は、輻射式端末4Aが運転中の場合(ステップS11:Yes)、強制対流式端末4Bが運転中であるか否かを判定する(ステップS12)。
【0024】
制御装置5は、強制対流式端末4Bが運転中の場合(ステップS12:Yes)、温水の設定温度を変更することなく(ステップS13)、検出部で検出した現在温度である温水の温度レベルに対応した目標値の風量である風量レベルを記憶部52から読み出す(ステップS14)。
【0025】
制御装置5は、読み出した目標値の風量(風量レベル)を強制対流式端末4Bに設定し(ステップS15)、
図4に示す処理動作を終了する。つまり、制御装置5は、輻射式端末4Aと強制対流式端末4Bとが同時に運転されているとき、検出された温水の温度の温度レベルに応じた風量レベルを記憶部52から読み出し、読み出した風量レベルになるように強制対流式端末4Bを制御する。その結果、輻射式端末4Aでは利用者が快適に感じる温度を維持しながら、強制対流式端末4Bでも、利用者の快適性の低下を抑制できる。
【0026】
制御装置5は、ステップS11にて輻射式端末4Aが運転中でない場合(ステップS11:No)、強制対流式端末4Bが運転中であるか否かを判定する(ステップS16)。制御装置5は、強制対流式端末4Bが運転中である場合(ステップS16:Yes)、温水の設定温度を調節し(ステップS17)、
図4に示す処理動作を終了する。つまり、制御装置5は、強制対流式端末4Bのみが運転されているとき、通常の風量レベルを変更することなく、現在の温水温度を調節するように熱源機2を制御する。具体的には、冷媒回路21において、冷媒と空気、水と冷媒との熱交換量を増やすため、圧縮機の回転数を増加させる。その結果、強制対流式端末4Bでは利用者が快適に感じる温度を維持できる。
【0027】
また、制御装置5は、強制対流式端末4Bが運転中でない場合(ステップS16:No)、
図4に示す処理動作を終了する。また、制御装置5は、強制対流式端末4Bが運転中でない場合(ステップS12:No)、
図4に示す処理動作を終了する。
【0028】
<実施例の効果>
本実施例のヒートポンプ装置1では、輻射式端末4Aと強制対流式端末4Bとが同時に運転されているとき、検出部51にて検出された温水の温度の温度レベルに応じた風量レベルを記憶部52から読み出し、読み出した風量レベルになるように強制対流式端末4Bを制御する。その結果、輻射式端末4Aでは利用者が快適に感じる温度を維持しながら、強制対流式端末4Bでも、利用者の快適性の低下を抑制できる。つまり、温水の温度が低い状態でも強制対流式端末4Bの風量レベルを下げて吹出温度を上昇させるため、利用者に風が当たっても快適性が低下するような事態を回避できる。
【0029】
ヒートポンプ装置1は、強制対流式端末4Bの風量を下げるように強制対流式端末4Bを制御した後、強制対流式端末4Bの室内空間の温度が低下した場合、強制対流式端末4B及び輻射式端末4Aへの温水の流量が増加するように熱源機2を制御する。その結果、空気側の循環量である強制対流式端末4Bの風量を下げる代わりに強制対流式端末4B及び輻射式端末4Aへの温水の循環量である流量を増加させることで吹出温度を上昇させることができ、空調能力を維持できる。
【0030】
尚、説明の便宜上、制御部53は、強制対流式端末4Bと輻射式端末4Aとが同時に運転される場合に検出部51にて検出された温水の温度レベルに応じた風量レベルを記憶部52から読み出し、読み出した風量レベルになるように強制対流式端末4Bを制御する場合を例示した。しかしながら、制御部53は、強制対流式端末4Bのみが運転している場合の風量に比較して強制対流式端末4Bの風量を下げるように強制対流式端末4Bを制御するようにしても良く、適宜変更可能である。その結果、輻射式端末4Aでは利用者が快適に感じる温度を維持させながら、強制対流式端末4Bでも、利用者の快適性の低下を抑制できる。例えば、強制対流式端末4B内の利用側熱交換器41Bを通過する空気の風量(風速)を下げることで、吹出温度が上昇する。すなわち、従来技術の様に温水の温度を調節しなくても、強制対流式端末4Bから吹き出される温度を調節できるため、快適性を確保できる。
【0031】
また、図示した各部の各構成要素は、必ずしも物理的に図示の如く構成されていることを要しない。すなわち、各部の分散・統合の具体的形態は図示のものに限られず、その全部又は一部を、各種の負荷や使用状況等に応じて、任意の単位で機能的又は物理的に分散・統合して構成することができる。
【0032】
更に、各装置で行われる各種処理機能は、CPU(Central Processing Unit)(又はMPU(Micro Processing Unit)、MCU(Micro Controller Unit)等のマイクロ・コンピュータ)上で、その全部又は任意の一部を実行するようにしても良い。また、各種処理機能は、CPU(又はMPU、MCU等のマイクロ・コンピュータ)で解析実行するプログラム上、又はワイヤードロジックによるハードウェア上で、その全部又は任意の一部を実行するようにしても良いことは言うまでもない。