特許 7484958 ヒートポンプ装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-05-08

(45)【発行日】2024-05-16

(54)【発明の名称】ヒートポンプ装置

(51)【国際特許分類】

   F24F 5/00 20060101AFI20240509BHJP

   F24F 11/64 20180101ALI20240509BHJP

   F24F 11/83 20180101ALI20240509BHJP

   F24F 11/74 20180101ALI20240509BHJP

   F24D 3/00 20220101ALI20240509BHJP

   F24F 140/20 20180101ALN20240509BHJP

【ＦＩ】

F24F5/00 101Z

F24F5/00 101B

F24F11/64

F24F11/83

F24F11/74

F24D3/00 J

F24F140:20

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2022061047

(22)【出願日】2022-03-31

(65)【公開番号】P2023151441

(43)【公開日】2023-10-16

【審査請求日】2023-02-28

【前置審査】

(73)【特許権者】

【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

【審査官】奈須 リサ

(56)【参考文献】

【文献】特開平０９－２８７７４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭５７－１３７９４３（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２００３－３２２３４８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ２４Ｆ ５／００

Ｆ２４Ｆ １１／００－１１／８９

Ｆ２４Ｄ ３／００

(57)【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、かつ、前記温水の温度が低くなるに連れて前記強制対流式端末の風量を下げて前記強制対流式端末の吹出温度を調整するように前記強制対流式端末の風量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の風量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の風量を制御した後、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】

【文献】特開２０１９－７０４９８号公報

【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。

【符号の説明】

【0033】

１ ヒートポンプ装置
２ 熱源機
４Ａ 輻射式端末
４Ｂ 強制対流式端末
５ 制御装置
２０ 熱源
４１Ａ 輻射パネル
４１Ｂ 利用側熱交換器
５１ 検出部
５２ 記憶部
５３ 制御部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】