ヒートポンプ式冷温水冷房暖房装置
【課題】冷房運転時の結露を防止するヒートポンプ式冷温水冷房暖房装置を提供する。
【解決手段】冷媒を加熱および冷却するヒートポンプサイクル３９の冷媒と水と熱交換して高温水または冷水にする水冷媒熱交換器２を備えた熱交換ユニットＢと、水冷媒熱交換器２と湯水を循環する循環回路３８と、室内を暖房、冷房する暖房端末２３と冷房端末２２と、熱交換ユニットＢ内の湯水を循環回路３８を介して暖房端末２３および冷房端末２２へ送る沸き上げポンプ９と、熱交換ユニットＢ内部と外気を遮断する外装３７と、外装３７の表面温度を検知する熱交外装サーミスタ２８と、熱交換ユニットＢ内に設けられ内部の雰囲気温度を上げるヒータ２９を備え、ヒートポンプサイクル３９で冷却された冷媒を熱交換ユニットＢに送り、冷水を冷房端末２２へ送って室内を冷房する際に、露点温度までに低下し結露が発生する時、ヒータ２９に通電して外装３７の結露を防止する。
【解決手段】冷媒を加熱および冷却するヒートポンプサイクル３９の冷媒と水と熱交換して高温水または冷水にする水冷媒熱交換器２を備えた熱交換ユニットＢと、水冷媒熱交換器２と湯水を循環する循環回路３８と、室内を暖房、冷房する暖房端末２３と冷房端末２２と、熱交換ユニットＢ内の湯水を循環回路３８を介して暖房端末２３および冷房端末２２へ送る沸き上げポンプ９と、熱交換ユニットＢ内部と外気を遮断する外装３７と、外装３７の表面温度を検知する熱交外装サーミスタ２８と、熱交換ユニットＢ内に設けられ内部の雰囲気温度を上げるヒータ２９を備え、ヒートポンプサイクル３９で冷却された冷媒を熱交換ユニットＢに送り、冷水を冷房端末２２へ送って室内を冷房する際に、露点温度までに低下し結露が発生する時、ヒータ２９に通電して外装３７の結露を防止する。
【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生成した冷・温水で冷房および暖房を行うヒートポンプ式冷温水冷房暖房装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、石油やガスなどの燃焼系の燃料を熱源とした暖房機器の利用が大半を占めていたが、近年では、ヒートポンプ技術を利用した暖房市場が急激に拡大している。また、従来の空気調和機においてもヒートポンプ技術を利用して、冷房と暖房の双方を利用することができるものもある。
【０００３】
しかしながら、従来の空気調和機だけでは、暖房時に足元が暖まりにくい等の課題があり、それを解消するためにヒートポンプ技術を利用した温水暖房装置が開発されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の温水暖房装置では、高温冷媒と温水とを熱交換して、熱交換して昇温した温水を床暖房パネル等の暖房端末へ送り、暖房を行っている。
【０００４】
図９は、上記特許文献１に記載された従来のヒートポンプ式温水暖房装置の構成図である。
【０００５】
図９に示すように、従来のヒートポンプ式温水暖房装置は、圧縮機１０１と、水冷媒熱交換器１０２の冷媒流路と、減圧装置１０３と、蒸発器１０４とを順次冷媒配管１０５で環状に接続して冷凍サイクル１０６を構成し、水冷媒熱交換器１０２の水流路と、沸き上げポンプ１０９と、貯湯タンク１１０とを順次環状に接続して沸き上げサイクルを構成していた。
【０００６】
そして暖房運転を開始すると、温水循環ポンプ１１１が駆動することによって、貯湯タンク１１０内の温水を、暖房端末１０８へ送る。また、給湯運転を行う時には、貯湯タンク１１０内に設けられた給湯熱交換器１１２で、温水を貯湯タンク１１０内の高温水と熱交換して、給湯端末（図示せず）へ温水が供給される。
【０００７】
上記システムは、暖房だけを主体としたシステムで、主に北欧地域で使用されるシステムである。しかしながら、ヒートポンプを用いたシステムの特徴として、暖房だけでなく、冷房も行えるという特徴があり、欧州全域に対しては、冷房も行えることのできるシステムも要望されている。
【０００８】
そこで、欧州全域に対しては、冷房も行うことができるシステムとして、図１０で示されたヒートポンプ式冷温水冷房暖房装置が一般的になっており今後の需要が見込まれている。
【０００９】
図１０は、従来のヒートポンプ式冷温水冷房暖房装置の構成図である。
【００１０】
図１０に示すように、従来のヒートポンプ式冷温水冷房暖房装置は、圧縮機１０１と、水冷媒熱交換器１０２の冷媒流路と、減圧装置１０３と、蒸発器１０４とを、順次冷媒配管１０５で環状に接続して冷凍サイクル１０６を構成ししているが、さらに、四方弁１１３を設け、冷房時には、圧縮機１０１からの冷媒を水冷媒熱交換器１０２に送り、水冷媒熱交換器１０２の水流路（図示せず）の冷水を冷房端末１１５に送ることができる。
【００１１】
循環ポンプ１１６で、冷水を供給しているときは、三方弁１１４で、貯湯タンク１１７に送らずに、冷房端末１１５に送るよう切り替えられ、また、暖房端末１０８途中の経路にも２方弁１１８を設け、暖房端末１０８が結露しないように配慮する。また暖房時には、暖房端末１０８途中の２方弁１１８を開にして暖房を行うのと、三方弁１１４を切り替えることにより、暖房と給湯をそれぞれ交互に行うことができる。貯湯タンク１１７の水は、直接加熱せず、給湯熱交換器１１２を介して加熱される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００８−３９３０５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、上記従来のヒートポンプ式冷温水冷房暖房装置の構成では、単純にヒートポンプ冷房装置として冷房運転をする際にさまざまな課題を有している。
冷房と暖房を切り替える際の貯湯タンク１１７の沸き上げ制御や、冷房端末１１５の選定、冷房端末１１５と暖房端末１０８の切り替えなどが上げられるが、一番の課題として冷媒、および冷水が湿気を含んだ外気と接触する場合に結露を発生することが大きな課題であった。
【００１４】
結露が発生することは、循環ポンプ１１６などの機能部品、安全装置、制御器板に重大な影響を及ぼす恐れがあり、結露を発生させないことが重要である。また、本体内部の結露だけでなく本体外装部に付着した結露水は、床面や本体背面を濡らし、カビの発生や変色をおこし、使用者の家屋に被害をもたらすといった課題があった。
【００１５】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、冷房運転時の結露を防止し、安全で、快適性を損なうことのないヒートポンプ式冷温水冷房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、本発明のヒートポンプ式冷温水冷房暖房装置は、冷媒を加熱および冷却するヒートポンプサイクルと、前記ヒートポンプサイクルの冷媒と水と熱交換して高温水または冷水にする水冷媒熱交換器を備えた熱交換ユニットと、前記水冷媒熱交換器と湯水を循環する循環回路と、室内を暖冷房する暖房端末、冷房端末と、前記熱交換ユニット内の湯水を前記循環回路を介して前記暖房端末および前記冷房端末へ送る循環ポンプと、前記熱交換ユニット内部と外気を遮断する外装と、前記外装の表面温度を検知する熱交外装サーミスタと、前記熱交換ユニット内に設けられた加熱手段とを備え、前記ヒートポンプサイクルで冷却された冷媒が前記熱交換ユニットに送られ、冷水にして前記冷房端末へ送られ室内を冷房し、露点温度までに低下し結露が発生する場合に、前記加熱手段を動作させることを特徴とするもので、本体外装の温度が加熱手段によって上昇して、本体外装及び内部に結露が発生することがなくなり、熱交換ユニットの背面および床面のカビによる汚損および充電部の結露を防止することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明のヒートポンプ式冷温水冷房暖房装置は、本体を露点温度以上に保ち、外装に結露を防止し、また内部の結露も防止することができ、床面、壁面のカビによる汚損および充電部の結露を防止することができる快適性を損なうことのないヒートポンプ式冷温水冷房暖房装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施の形態１におけるヒートポンプ式冷温水冷房暖房装置の構成図
【図２】（ａ）同ヒートポンプ式冷温水冷房暖房装置の熱交換ユニットの正面図（ｂ）同熱交換ユニットの斜視図
【図３】同熱交換ユニットの他の例（対策案１）を示す構成図
【図４】同熱交換ユニットの他の例（対策案２）を示す構成図
【図５】同熱交換ユニットの他の例（対策案３）を示す構成図
【図６】同ヒートポンプ式冷温水冷房暖房装置のリモコン装置の正面図
【図７】同ヒートポンプ式冷温水冷房暖房装置の加熱手段動作温度と外気温度の特性図
【図８】同ヒートポンプ式冷温水冷房暖房装置の外気温度と熱交外装サーミスタとヒータの特性図
【図９】従来のヒートポンプ式温水暖房装置の構成図
【図１０】従来のヒートポンプ式冷温水冷房暖房装置の構成図
【発明を実施するための形態】
【００１９】
第１の発明は、冷媒を加熱および冷却するヒートポンプサイクルと、前記ヒートポンプサイクルの冷媒と水と熱交換して高温水または冷水にする水冷媒熱交換器を備えた熱交換ユニットと、前記水冷媒熱交換器と湯水を循環する循環回路と、室内を暖冷房する暖房端末、冷房端末と、前記熱交換ユニット内の湯水を前記循環回路を介して前記暖房端末および前記冷房端末へ送る循環ポンプと、前記熱交換ユニット内部と外気を遮断する外装と、前記外装の表面温度を検知する熱交外装サーミスタと、前記熱交換ユニット内に設けられた加熱手段とを備え、前記ヒートポンプサイクルで冷却された冷媒が前記熱交換ユニットに送られ、冷水にして前記冷房端末へ送られ室内を冷房し、露点温度までに低下し結露が発生する場合に、前記加熱手段を動作させることを特徴とするヒートポンプ式冷温水冷房暖房装置もので、本体外装の温度が加熱手段によって上昇して、本体外装及び内部に結露が発生することがなくなり、熱交換ユニットの背面および床面のカビによる汚損および充電部の結露を防止することができる。
【００２０】
第２の発明は、特に、第１の発明の熱交換ユニットに湿度条件を設定可能とする入力端末を備え、その地域の夏場の湿度条件に対して前記入力端末に湿度を入力し、運転開始する直前に熱交外装サーミスタが検知した外装温度と設定された湿度に対し、露点温度を算出し、前記熱交外装サーミスタが検知する外装温度が前記露点温度まで低下した場合に、加熱手段を動作させるもので、欧州全域に対して夏場の湿度条件もさまざまであり、湿度設定を変更することで無駄な電力を消費することなく、結露を防止することができる。
【００２１】
第３の発明は、特に、第１の発明の熱交換ユニットに湿度条件を設定可能とする入力端末と、外気温度を検出する外気温サーミスタを備え、その地域の夏場の湿度条件に対して前記入力端末に湿度を入力し、前記外気温サーミスタが検知した外気温度と設定された湿度に対し、露点温度を算出し、熱交外装サーミスタが検知する温度が前記露点温度まで低下した場合に、加熱手段を動作させるもので、１日の外気温の変化に対し、きめ細かな加熱手段の動作制御を行うことができ、結露を防止することができる。
【００２２】
第４の発明は、特に、第３の発明の熱交外装サーミスタ及び外気温サーミスタのそれぞれが検知する温度が０℃以下の場合に、加熱手段を動作させるもので、夏場の結露防止だけでなく、冬場の凍結防止の役目も同時に果たすことができる。
【００２３】
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。
【００２４】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１におけるヒートポンプ式冷温水冷房暖房装置について、図１〜８を用いて説明する。
【００２５】
図１は、本実施の形態１におけるヒートポンプ式冷温水冷房暖房装置の構成図である。図１において、本実施の形態におけるヒートポンプ式冷温水冷房暖房装置は、ヒートポンプユニットＡと、熱交換ユニットＢと、タンクユニットＣの３つのユニットで構成され、ヒートポンプユニットＡは、屋外に設置され、熱交換ユニットＢおよびタンクユニットＣは屋内に設置される。
【００２６】
そして本実施の形態におけるヒートポンプ式冷温水冷房暖房装置は、冷媒を圧縮して高温冷媒を吐出する圧縮機１と、水と高温冷媒とを熱交換して温水を生成する水冷媒熱交換器２と、冷媒を減圧する減圧装置３と、空気と冷媒とで熱交換を行う蒸発器４ａと、冷媒の流路を変更する四方弁５とを備えている。
【００２７】
そして、圧縮機１、水冷媒熱交換器２、減圧装置３、蒸発器４ａ、四方弁５を冷媒配管６で環状に接続してヒートポンプサイクル３９を構成している。さらに、蒸発器４ａに送風を行い、空気と冷媒との熱交換を促進させる送風ファン４ｂを設けている。なお、水冷媒熱交換器２の形態としては、プレート式や二重管方式のいずれの形態であっても問題はない。
【００２８】
また、水冷媒熱交換器２を、熱交換ユニットＢ内に配置し、圧縮機１、減圧装置３、蒸発器４ａ、四方弁５をヒートポンプユニットＡ内に配置することによって、屋内と屋外とは、冷媒配管６で接続されることになるため、ヒートポンプ式冷温水冷房暖房装置が寒冷地に設置された場合であっても、冷媒配管６が凍結する恐れが低い。３７は、熱交換ユニットＢ内部と外気を遮断する外装である。
【００２９】
また、本実施の形態では、冷媒をＲ４１０Ａとして説明するが、これに限定されることはなく、例えばＲ４０７Ｃ等のフロン系冷媒を用いることができる。
また、タンクユニットＣ内には、湯水を貯える貯湯タンク７を有しており、内部に熱交換器８があり、貯湯タンク７の下方部から、水冷媒熱交換器２へ低温水を送るための循環ポンプとしての沸き上げポンプ９を備えている。そして沸き上げポンプ９を駆動することによって、貯湯タンク７の下方部の水出口１０から低温水を水冷媒熱交換器２へ送り、水冷媒熱交換器２で冷媒から熱を貰い温水が生成されている。また、水冷媒熱交換器２で生成された温水は、貯湯タンク７の中間部の湯入口１１へ戻されている。また、貯湯タンク７はステンレスを用いている。
【００３０】
以上のように、本実施の形態では、沸き上げポンプ９と、水冷媒熱交換器２と、熱交換器８とで、湯水を循環させる循環回路３８を構成している。
【００３１】
また、水冷媒熱交換器２の水側入口には、入水温度を検出する温度センサ１２ａと、水冷媒熱交換器２の水側出口には、出湯温度を検出する温度センサ１２ｂとを設けている。また、沸き上げサイクル内に湯水が流れていることを検出するためのフロースイッチ１３を設けている。
【００３２】
図２（ａ）は、同ヒートポンプ式冷温水冷房暖房装置の熱交換ユニットの構成正面図、図２（ｂ）は、同熱交換ユニットの構成斜視図である。
【００３３】
図２（ａ）（ｂ）に示すように、本実施の形態では、熱交換ユニットＢ内で、フロースイッチ１３が沸き上げポンプ９よりも上方に配置させている。このように沸き上げポンプ９よりもフロースイッチ１３を上方に配置することで、フロースイッチ１３で湯水の流れ
を検知しなければ、沸き上げポンプ９が正常に動作していないことを検出することができる。
【００３４】
また、沸き上げサイクル内の圧力調整を行うための膨張タンク１４および過圧逃し弁１５が設けられており、膨張タンク１４で、内部の容積を変化させ圧力調整を行い、さらに沸き上げサイクル内に異常が発生して内圧が上昇した場合、過圧逃し弁１５の設定圧力よりも高くなると膨張した湯水を排水することができる。
【００３５】
また、貯湯タンク７の中央には、タンクヒータ１６が配置されている。このタンクヒータ１６は、水冷媒熱交換器２で加熱された湯で貯湯タンク７内部を熱交換器８で加熱するが、さらに高温の湯をためるために用いられる。タンクヒータ１６で加熱された湯の温度は、温度センサ１７で検知され、設定された温度に達するとタンクヒータ１６を停止させる。もし、温度センサ１７に異常を生じた場合には、温度過昇防止装置１８を設けて、タンクヒータ１６を停止させるように配慮している。
【００３６】
また、貯湯タンク７下部には、水道水を供給するための給水口１９を設け、貯湯タンク７の上端には、給湯端末３３に湯を供給する給湯口２０が設けられている。
【００３７】
また貯湯タンク７は沸き上げによる内圧上昇を防止するため、安全弁２０ａ、２０ｂを設けている。
【００３８】
以上のように構成された本実施の形態におけるヒートポンプ式冷温水冷房暖房装置の動作、作用について説明する。
【００３９】
まず、沸き上げ運転について説明する。まず、使用者は、熱交換ユニットＢに入力端末として設けられているリモコン装置３０で、水冷媒熱交換器２における湯水の沸き上げ温度Ｔｈを設定する。そして沸き上げ運転が開始されると、沸き上げポンプ９が駆動し、貯湯タンク７内の温水が水冷媒熱交換器２へ供給される。そして、温度センサ１２ｂで検出される温度が沸き上げ温度Ｔｈを超えるまで、ヒートポンプサイクルによる沸き上げ運転が継続される。なお、貯湯タンク７内の温水をヒートポンプサイクルで沸き上げる時には、圧縮機１から吐出する高温冷媒が、水冷媒熱交換器２へ流入する流路となるように四方弁５が切り替わっている。
【００４０】
その結果、圧縮機１から吐出される高温冷媒が、水冷媒熱交換器２へ流入し、湯水へと放熱することによって高温水を生成することができる。なお、水冷媒熱交換器２内では、水と冷媒とは対向流にして熱交換効率を向上させている。
【００４１】
そして、温度センサ１２ｂで検出する水冷媒熱交換器２から出湯する湯水の温度が、沸き上げ温度Ｔｈに近づいてくると、圧縮機１の回転数を小さくして能力を下げる。そして温度センサ１２ｂで検出する温度が、沸き上げ温度Ｔｈよりも所定温度Ｔａ（例えば、２℃）だけ高くなると、圧縮機１の運転を停止して沸き上げ運転を終了する。そして、貯湯タンク７は、沸き上げ温度Ｔｈの湯水で満たされることになる。
【００４２】
なお、水冷媒熱交換器２で生成された高温水は、暖房用温水部７ｂへ戻されるが、仕切り板３４の周囲と貯湯タンク７との間にできた隙間を通って、給湯用温水部７ａも沸き上げ温度Ｔｈの湯水で満たされる。このとき、制御装置３２では、圧縮機１の運転を停止した時に温度センサ１２ａで検出した入水温度Ｔｉを記憶しておく。
【００４３】
また、ヒートポンプサイクルによる沸き上げ運転が終了した後も、沸き上げポンプ９を駆動させて、貯湯タンク７内の温水を水冷媒熱交換器２へ循環させている。これは沸き上
げ運転停止中であっても、温度センサ１２ａおよび温度センサ１２ｂで貯湯タンク７内の温水の温度を検出しておく必要があり、貯湯タンク７内の温水の温度が低下するとすぐにヒートポンプサイクルによる沸き上げ運転を再開しなければならないからである。
【００４４】
そして、給湯運転停止中も、沸き上げポンプ９を駆動して、温度センサ１２ａで貯湯タンク７内の温水を常時検出しており、温度センサ１２ｂで検出する温度が、圧縮機１の運転を停止した時に記憶した入水温度Ｔｉよりも所定温度Ｔｂ（例えば、５℃）だけ小さくなった時に圧縮機１の運転を再開し、沸き上げ運転を開始する。
例えば、沸き上げ温度Ｔｈに５５℃を設定すると、温度センサ１２ｂで検出する温度が５７℃（＝５５℃＋２℃）を超えたときに、圧縮機１の運転を停止する。そして、圧縮機１の運転を停止した時の温度が５３℃であったとすると、入水温度Ｔｉが５３℃であると記憶する。
【００４５】
そして、圧縮機１の運転が停止後も、沸き上げポンプ９の駆動を行い、温度センサ１２ｂが検出する温度が、入水温度Ｔｉよりも所定温度Ｔｂ（例えば、５℃）小さくなったときに圧縮機１の運転を再開する。また、本実施の形態に示した所定温度Ｔａ、Ｔｂは、一つの実施例であって、本実施の形態に限定されることはない。
【００４６】
また、タンクユニットＣに設けられているリモコン装置３０では、タンクヒータ１６での沸き上げ温度を設定できるようになっている。図６は、リモコン装置３０の正面図である。図６に示すように、リモコン装置３０には、操作部３０ａ、表示部３０ｂを有しており、操作部３０ａを操作して温度を設定することができる。本実施の形態では、操作部３０ａを操作することによって、沸き上げ温度Ｔｋ、タンク温度Ｔｕを設定および表示することができる。
【００４７】
そして、本実施の形態では、タンクヒータ１６による沸き上げ温度Ｔｋよりも高い温度Ｔｕに設定することができる。例えば、リモコン装置３０で、沸き上げ温度Ｔｋを５５℃に設定し、リモコン装置３０で沸き上げ温度Ｔｕを７５℃に設定すると、水冷媒熱交換器２で沸き上げ温度Ｔｈ（５５℃）まで沸き上げ、さらにタンクヒータ１６で７５℃まで沸き上げ運転を行う。
【００４８】
次に、タンクヒータ１６での沸き上げ運転について説明する。
【００４９】
タンクヒータ１６の運転を開始するときは、タンクヒータ１６よりも高い位置に設けられた温度センサ１７で検出する温度が、沸き上げ温度Ｔｋよりも所定温度Ｔｃ（例えば、５℃）だけ低い温度を検出した時にタンクヒータ１６の出力をＯＮする。そしてタンクヒータ１６によって貯湯タンク７上部の温水を温め、タンクヒータ１６と同じ位置に設けられた温度センサ１７で検出する温度が、沸き上げ温度Ｔｋよりも所定温度Ｔｄ（例えば、２℃）だけ高い温度を検出した時にタンクヒータ１６の出力をＯＦＦしている。
【００５０】
これまでの回路は、貯湯タンク７を沸かすための回路であるが、冷・暖房を行ううえで回路を切り替えるために途中に三方弁２１を設け、給湯沸きあげを行う必要のない場合は三方弁２１を、冷房端末２２および暖房端末２３へ切り替える。冷房を行うときは、四方弁５が、蒸発器４ａ側へと切り替わり、水冷媒熱交換器２には、冷却された冷媒が流れ冷水を作る。
【００５１】
このとき暖房端末２３に冷水が流れると結露を発生して床が濡れてしまうため、二方弁２４を設け冷房端末２２だけに流れるようにする。
【００５２】
このように冷房時の結露について各ブロックごとの対策について説明する。
【００５３】
まず、外部に設けた配管について、ヒートポンプユニットＡから熱交換ユニットＢの冷媒配管６および熱交換ユニットＢからタンクユニットＣならびに、暖房端末２３、冷房端末２２間の配管は、断熱材（図示せず）で覆うことで湿気を含んだ外気に接触することを防止できるため結露の心配はない。
【００５４】
ヒートポンプユニットＡについては、冷媒配管６について結露を発生させるが、屋外に設置する機器であり、蒸発器４ａからもともと結露水が発生し本体下部のドレンパン２５で受け、ドレン口２６から排水されるため問題ない。残されたか所としては、熱交換ユニットＢの外装３７の結露と内部の結露の２つの課題がある。
【００５５】
そこで、結露を防止するための対策案としていくつか説明する。
【００５６】
図３に示す構成は、熱交換ユニットＢを、発泡系の断熱材で覆い本体内を密閉する案であるが、完全に断熱するためには、３０ｍｍ以上の厚みが必要であり、本体自体の容積が大きくなり、また内部に発火源がある場合において安全性の面で好ましくはない。
【００５７】
図４の構成は、熱交換ユニットＢの上下に開口３５を設け、本体内外の温度差をなくし外装３７表面の結露を防止する方法であるが、外装３７表面の結露はなくなっても本体内部の部品が湿気の多い空気にさらされ、制御部２７などの充電部が絶縁不良をおこす可能性があり、沸き上げポンプ９は、暖房時巻線温度の上昇を防ぐため断熱材をまくことはできず、また内部の結露水を処理するためにドレン口２６を設け排水させる必要がある。
【００５８】
図５に示す構成は、上記課題を解決するために、熱交換ユニットＢを密閉状態の外装３７で覆い、なおかつ、内部配管は、沸き上げポンプ９を除き断熱材で覆い本体内の冷却をできるだけ抑える。しかしこれでは、時間が経過するとともに本体内の温度は低下していき、熱交換ユニットＢの外装３７の温度も低下するため、外部の湿気の多い空気が接触して、結露を発生させる。
【００５９】
これを防止するため、制御部２７に熱交外装サーミスタ２８と、ヒータ２９を接続し、熱交外装サーミスタ２８の先端を熱交換ユニットＢの外装３７の内側に貼り付ける。運転前においては熱交外装サーミスタ２８先端の温度は、外気温度と同じであり、制御部２７に外気温定数として記憶する。冷房運転を開始すると、冷媒および冷却水の影響で本体内の温度は低下して結露をおこす温度となったときに外装３７に結露が発生する。このときの温度を露点温度というが、この露点温度は、外気温度と外気の湿度によって計算式や換算表で算出することができる。この計算式を以下に記載する。
【００６０】
露点温度を求める計算式
相対湿度や絶対湿度が解っている場合、前述の式よりその水蒸気圧を求める。求められた水蒸気圧が、露点温度における飽和水蒸気圧となる。
【００６１】
ｅ：露点温度における飽和水蒸気圧
飽和水蒸気圧から露点湿度を算出する計算式は、数１〜３に示すとおりである。
【００６２】
【数１】
【００６３】
【数２】
【００６４】
【数３】
【００６５】
また、氷の飽和水蒸気圧から露点温度を算出する計算式は、数４、５に示す通りである。
【００６６】
【数４】
【００６７】
【数５】
【００６８】
露点温度を算出する計算式は、かなり複雑、難解であるが、通常はＪＩＳ２８８０６に記載されている飽和水蒸気圧表を使用し、相対温度、露点温度、絶対温度等、色々な湿度を求めることができる。パソコン等を使用し、計算、データ解析を行う場合には、これらの計算式の方が使い勝手がよい場合もあり。機器が判断するうえでは重要な式となる。仮に外気温度が夏場２７℃で、湿度が６５％の場合の露点温度は、２４℃前後となる。
【００６９】
制御部２７には、あらかじめ夏場の湿度を入力して、熱交外装サーミスタ２８が初期値の温度と夏場の湿度の定数を計算し、露点温度を算出し、熱交外装サーミスタ２８の温度がそれに達した場合に、ヒータ２９をＯＮする。ＯＮしたヒーター２９は、算出した露点温度よりも５℃高くなった時点または初期温度を上回った時点でＯＦＦする。これにより熱交換ユニットＢの外装３７の温度がヒータ２９によって上昇して、外装３７に結露が発生することがなくなり、熱交換ユニットＢの背面および床面の汚損を防止することができる。
【００７０】
しかし、一定湿度条件をあらかじめ入力しておくのは、欧州全域において決定するのは困難であり、より安全を見て湿度条件を高く設定すると、ヒータ２９がＯＮしやすくなってしまう。
【００７１】
仮に湿度１００％を入力すると、外気温と露点温度が一致することなり、常にヒータ２９がＯＮすることとなる。また、夏場でも、湿度の低い地域では、露点温度も低く、ヒータ２９のＯＮする時間も短くなり、ランニングコストを抑えることができる。
【００７２】
図６は、本実施の形態１におけるリモコン装置３０の正面図である。図６に示すように、リモコン装置３０は、操作部３０ａ、表示部３０ｂを有しており、操作部３０ａを操作して温度を設定することができる。
【００７３】
そして、本実施の形態では、操作部３０ａのＳＥＴボタン３０ｃを５秒押し続けることで、定数設定モードに移ることになり、▲▼ボタン３０ｄで、湿度設定定数の項目を選択する表示部ＴｋにＨＵＭの表示がでると、ＳＥＬＥＣＴボタン３０ｅを押す。
【００７４】
あとは▲▼ボタン３０ｄで、Ｔｕの表示部分に、湿度濃度を選択し入力後は、最後にＳＥＴボタン３０ｃを押して入力完了となる。これにより欧州全域に対して夏場の湿度条件もさまざまであっても、湿度設定を変更することで、無駄な電力を消費することなく、結露を防止することができる。
【００７５】
また、本実施の形態では、外気温度を検出する手段として、ヒートポンプユニットＡに設けられた外気温サーミスタ３１を補正サーミスタとして用いる、これは、冷房運転中は、外気温度が変化しても検知することができず、いったん停止した後、再運転した場合に、実際の外気温度を検知するのが困難であり、機器が一定時間停止して、機器内外が安定条件にならなければ設定を変更することができない。
【００７６】
図７は、同実施の形態１におけるヒータ２９のＯＮ温度と外気温度の特性図である。ヒータ２９のＯＮ温度は、冷房運転直前に熱交外装サーミスタ２８が検知した温度で決定する。冷房運転中に、日中から夜に変わるにつれて、外気温度が変化して低くなるが、外気温サーミスタ３１で測定している温度をベースに、外気温度の変化をヒータ２９のＯＮ温度に反映させてシフトさせる。このことにより、外気温度の変化に対しても正確な露点温度を決定することができ、余分な電力を消費することなく、結露を防止することができる。
【００７７】
また本実施の形態では、結露に対しての対策としてヒータ２９を使用しているが、熱交換ユニットＢは、屋内設置を基本としているが、必ずしも外気温度が０℃以上になるとは限らない。冬場の条件で、熱交換ユニットＢが設置されている部屋が外気と同じ条件に近い場合、暖房運転を停止していれば凍結の恐れがある。凍結を防ぐためには、ヒートポンプユニットＡを強制的の沸き上げを行う必要がある。しかし凍結するかどうかは、熱交換ユニットＢの外気温度を測定しなければならず、沸き上げを行うか否かの判断ができない。また運転停止中に沸き上げを行うことは、お客様に誤作動と判断され、クレームとなる可能性があり、何らかの表示を行う必要がある。
【００７８】
これを解決するため、前記外気温サーミスタ３１かつ熱交外装サーミスタ２８が、０℃以下の場合、ヒータ２９をＯＮさせ、熱交換ユニットＢ内の雰囲気温度を上昇させる。熱交外装サーミスタ２８が、３℃以上になったのを確認できればヒータ２９をＯＦＦする。図８は、外気温度と熱交外装サーミスタ２８とヒータ２９の特性を図で表したものである。以上のようにヒートポンプで沸き上げを行わなくても、ヒータ２９で加熱することで、結露防止だけではなく、凍結防止にも役立てることができる。
【００７９】
また、本実施の形態で凍結防止を行っても、屋内に設置する熱交換ユニットＢが屋外に設置された場合は、ヒータ２９の能力から考えると凍結の可能性がある。近年、ヒートポンプ温水暖房器の動きとして、ヒートポンプユニットＡと熱交換ユニットＢを一体化して冷媒配管工事を廃止する動きがあるが、そうした場合、熱交換ユニットＢを屋外におく必要があり、凍結についての対策もさらに強化しなければならない。沸き上げポンプ９で循環可能な配管は、温水が循環することで凍結を防止できる。しかしながら、循環回路３８にない膨張タンク１４、過圧逃し弁１５等の部品については、配管に温水を循環させることができず、配管が凍結した場合、機器の異常を起こす可能性がある。
【００８０】
本実施の形態は、本体内の雰囲気温度を上げるヒータ２９を循環回路３８以外の部分に設けることで、膨張タンク１４、過圧逃し弁１５等の機能部品を凍結から保護し、機能を損ねることがないヒートポンプ式冷温水冷房暖房装置を提供できる。
【００８１】
また、貯湯タンク７の下部には、排水栓（図示せず）が設けられており、貯湯タンク７
内の湯水を外部に排水することができる。
【産業上の利用可能性】
【００８２】
以上のように、本発明に係るヒートポンプ式冷温水冷房暖房装置は、冷房運転中でも本体内の雰囲気温度が低下せず、本体内、本体外において結露の発生を抑え、本体背面や床面を汚すことがなく、また、同時に外気温度が低くなっても凍結を防止することも可能な冷房および暖房を提供することができる。
【符号の説明】
【００８３】
１ 圧縮機
２ 水冷媒熱交換器
３ 減圧装置
４ａ 蒸発器
４ｂ 送風ファン
５ 四方弁
６ 冷媒配管
７ 貯湯タンク
８ 熱交換器
９ 沸き上げポンプ（循環ポンプ）
１０ 水出口
１１ 湯入口
１２ａ、１２ｂ 温度センサ
１３ フロースイッチ
１４ 膨張タンク
１５ 過圧逃し弁
１６ タンクヒータ
１７ 温度センサ
１８ 温度過昇防止装置
１９ 給水口
２０ａ、２０ｂ 安全弁
２１ 三方弁
２２ 冷房端末
２３ 暖房端末
２４ 二方弁
２５ ドレンパン
２６ ドレン口
２７ 制御部
２８ 熱交外装サーミスタ
２９ ヒータ（加熱手段）
３０ リモコン装置（入力端末）
３１ 外気温サーミスタ
３２ 制御装置
３７ 外装
３８ 循環回路
３９ ヒートポンプサイクル
Ａ ヒートポンプユニット
Ｂ 熱交換ユニット
Ｃ タンクユニット
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒートポンプを用いて生成した冷・温水で冷房および暖房を行うヒートポンプ式冷温水冷房暖房装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、石油やガスなどの燃焼系の燃料を熱源とした暖房機器の利用が大半を占めていたが、近年では、ヒートポンプ技術を利用した暖房市場が急激に拡大している。また、従来の空気調和機においてもヒートポンプ技術を利用して、冷房と暖房の双方を利用することができるものもある。
【０００３】
しかしながら、従来の空気調和機だけでは、暖房時に足元が暖まりにくい等の課題があり、それを解消するためにヒートポンプ技術を利用した温水暖房装置が開発されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の温水暖房装置では、高温冷媒と温水とを熱交換して、熱交換して昇温した温水を床暖房パネル等の暖房端末へ送り、暖房を行っている。
【０００４】
図９は、上記特許文献１に記載された従来のヒートポンプ式温水暖房装置の構成図である。
【０００５】
図９に示すように、従来のヒートポンプ式温水暖房装置は、圧縮機１０１と、水冷媒熱交換器１０２の冷媒流路と、減圧装置１０３と、蒸発器１０４とを順次冷媒配管１０５で環状に接続して冷凍サイクル１０６を構成し、水冷媒熱交換器１０２の水流路と、沸き上げポンプ１０９と、貯湯タンク１１０とを順次環状に接続して沸き上げサイクルを構成していた。
【０００６】
そして暖房運転を開始すると、温水循環ポンプ１１１が駆動することによって、貯湯タンク１１０内の温水を、暖房端末１０８へ送る。また、給湯運転を行う時には、貯湯タンク１１０内に設けられた給湯熱交換器１１２で、温水を貯湯タンク１１０内の高温水と熱交換して、給湯端末（図示せず）へ温水が供給される。
【０００７】
上記システムは、暖房だけを主体としたシステムで、主に北欧地域で使用されるシステムである。しかしながら、ヒートポンプを用いたシステムの特徴として、暖房だけでなく、冷房も行えるという特徴があり、欧州全域に対しては、冷房も行えることのできるシステムも要望されている。
【０００８】
そこで、欧州全域に対しては、冷房も行うことができるシステムとして、図１０で示されたヒートポンプ式冷温水冷房暖房装置が一般的になっており今後の需要が見込まれている。
【０００９】
図１０は、従来のヒートポンプ式冷温水冷房暖房装置の構成図である。
【００１０】
図１０に示すように、従来のヒートポンプ式冷温水冷房暖房装置は、圧縮機１０１と、水冷媒熱交換器１０２の冷媒流路と、減圧装置１０３と、蒸発器１０４とを、順次冷媒配管１０５で環状に接続して冷凍サイクル１０６を構成ししているが、さらに、四方弁１１３を設け、冷房時には、圧縮機１０１からの冷媒を水冷媒熱交換器１０２に送り、水冷媒熱交換器１０２の水流路（図示せず）の冷水を冷房端末１１５に送ることができる。
【００１１】
循環ポンプ１１６で、冷水を供給しているときは、三方弁１１４で、貯湯タンク１１７に送らずに、冷房端末１１５に送るよう切り替えられ、また、暖房端末１０８途中の経路にも２方弁１１８を設け、暖房端末１０８が結露しないように配慮する。また暖房時には、暖房端末１０８途中の２方弁１１８を開にして暖房を行うのと、三方弁１１４を切り替えることにより、暖房と給湯をそれぞれ交互に行うことができる。貯湯タンク１１７の水は、直接加熱せず、給湯熱交換器１１２を介して加熱される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００８−３９３０５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、上記従来のヒートポンプ式冷温水冷房暖房装置の構成では、単純にヒートポンプ冷房装置として冷房運転をする際にさまざまな課題を有している。
冷房と暖房を切り替える際の貯湯タンク１１７の沸き上げ制御や、冷房端末１１５の選定、冷房端末１１５と暖房端末１０８の切り替えなどが上げられるが、一番の課題として冷媒、および冷水が湿気を含んだ外気と接触する場合に結露を発生することが大きな課題であった。
【００１４】
結露が発生することは、循環ポンプ１１６などの機能部品、安全装置、制御器板に重大な影響を及ぼす恐れがあり、結露を発生させないことが重要である。また、本体内部の結露だけでなく本体外装部に付着した結露水は、床面や本体背面を濡らし、カビの発生や変色をおこし、使用者の家屋に被害をもたらすといった課題があった。
【００１５】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、冷房運転時の結露を防止し、安全で、快適性を損なうことのないヒートポンプ式冷温水冷房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、本発明のヒートポンプ式冷温水冷房暖房装置は、冷媒を加熱および冷却するヒートポンプサイクルと、前記ヒートポンプサイクルの冷媒と水と熱交換して高温水または冷水にする水冷媒熱交換器を備えた熱交換ユニットと、前記水冷媒熱交換器と湯水を循環する循環回路と、室内を暖冷房する暖房端末、冷房端末と、前記熱交換ユニット内の湯水を前記循環回路を介して前記暖房端末および前記冷房端末へ送る循環ポンプと、前記熱交換ユニット内部と外気を遮断する外装と、前記外装の表面温度を検知する熱交外装サーミスタと、前記熱交換ユニット内に設けられた加熱手段とを備え、前記ヒートポンプサイクルで冷却された冷媒が前記熱交換ユニットに送られ、冷水にして前記冷房端末へ送られ室内を冷房し、露点温度までに低下し結露が発生する場合に、前記加熱手段を動作させることを特徴とするもので、本体外装の温度が加熱手段によって上昇して、本体外装及び内部に結露が発生することがなくなり、熱交換ユニットの背面および床面のカビによる汚損および充電部の結露を防止することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明のヒートポンプ式冷温水冷房暖房装置は、本体を露点温度以上に保ち、外装に結露を防止し、また内部の結露も防止することができ、床面、壁面のカビによる汚損および充電部の結露を防止することができる快適性を損なうことのないヒートポンプ式冷温水冷房暖房装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施の形態１におけるヒートポンプ式冷温水冷房暖房装置の構成図
【図２】（ａ）同ヒートポンプ式冷温水冷房暖房装置の熱交換ユニットの正面図（ｂ）同熱交換ユニットの斜視図
【図３】同熱交換ユニットの他の例（対策案１）を示す構成図
【図４】同熱交換ユニットの他の例（対策案２）を示す構成図
【図５】同熱交換ユニットの他の例（対策案３）を示す構成図
【図６】同ヒートポンプ式冷温水冷房暖房装置のリモコン装置の正面図
【図７】同ヒートポンプ式冷温水冷房暖房装置の加熱手段動作温度と外気温度の特性図
【図８】同ヒートポンプ式冷温水冷房暖房装置の外気温度と熱交外装サーミスタとヒータの特性図
【図９】従来のヒートポンプ式温水暖房装置の構成図
【図１０】従来のヒートポンプ式冷温水冷房暖房装置の構成図
【発明を実施するための形態】
【００１９】
第１の発明は、冷媒を加熱および冷却するヒートポンプサイクルと、前記ヒートポンプサイクルの冷媒と水と熱交換して高温水または冷水にする水冷媒熱交換器を備えた熱交換ユニットと、前記水冷媒熱交換器と湯水を循環する循環回路と、室内を暖冷房する暖房端末、冷房端末と、前記熱交換ユニット内の湯水を前記循環回路を介して前記暖房端末および前記冷房端末へ送る循環ポンプと、前記熱交換ユニット内部と外気を遮断する外装と、前記外装の表面温度を検知する熱交外装サーミスタと、前記熱交換ユニット内に設けられた加熱手段とを備え、前記ヒートポンプサイクルで冷却された冷媒が前記熱交換ユニットに送られ、冷水にして前記冷房端末へ送られ室内を冷房し、露点温度までに低下し結露が発生する場合に、前記加熱手段を動作させることを特徴とするヒートポンプ式冷温水冷房暖房装置もので、本体外装の温度が加熱手段によって上昇して、本体外装及び内部に結露が発生することがなくなり、熱交換ユニットの背面および床面のカビによる汚損および充電部の結露を防止することができる。
【００２０】
第２の発明は、特に、第１の発明の熱交換ユニットに湿度条件を設定可能とする入力端末を備え、その地域の夏場の湿度条件に対して前記入力端末に湿度を入力し、運転開始する直前に熱交外装サーミスタが検知した外装温度と設定された湿度に対し、露点温度を算出し、前記熱交外装サーミスタが検知する外装温度が前記露点温度まで低下した場合に、加熱手段を動作させるもので、欧州全域に対して夏場の湿度条件もさまざまであり、湿度設定を変更することで無駄な電力を消費することなく、結露を防止することができる。
【００２１】
第３の発明は、特に、第１の発明の熱交換ユニットに湿度条件を設定可能とする入力端末と、外気温度を検出する外気温サーミスタを備え、その地域の夏場の湿度条件に対して前記入力端末に湿度を入力し、前記外気温サーミスタが検知した外気温度と設定された湿度に対し、露点温度を算出し、熱交外装サーミスタが検知する温度が前記露点温度まで低下した場合に、加熱手段を動作させるもので、１日の外気温の変化に対し、きめ細かな加熱手段の動作制御を行うことができ、結露を防止することができる。
【００２２】
第４の発明は、特に、第３の発明の熱交外装サーミスタ及び外気温サーミスタのそれぞれが検知する温度が０℃以下の場合に、加熱手段を動作させるもので、夏場の結露防止だけでなく、冬場の凍結防止の役目も同時に果たすことができる。
【００２３】
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。
【００２４】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１におけるヒートポンプ式冷温水冷房暖房装置について、図１〜８を用いて説明する。
【００２５】
図１は、本実施の形態１におけるヒートポンプ式冷温水冷房暖房装置の構成図である。図１において、本実施の形態におけるヒートポンプ式冷温水冷房暖房装置は、ヒートポンプユニットＡと、熱交換ユニットＢと、タンクユニットＣの３つのユニットで構成され、ヒートポンプユニットＡは、屋外に設置され、熱交換ユニットＢおよびタンクユニットＣは屋内に設置される。
【００２６】
そして本実施の形態におけるヒートポンプ式冷温水冷房暖房装置は、冷媒を圧縮して高温冷媒を吐出する圧縮機１と、水と高温冷媒とを熱交換して温水を生成する水冷媒熱交換器２と、冷媒を減圧する減圧装置３と、空気と冷媒とで熱交換を行う蒸発器４ａと、冷媒の流路を変更する四方弁５とを備えている。
【００２７】
そして、圧縮機１、水冷媒熱交換器２、減圧装置３、蒸発器４ａ、四方弁５を冷媒配管６で環状に接続してヒートポンプサイクル３９を構成している。さらに、蒸発器４ａに送風を行い、空気と冷媒との熱交換を促進させる送風ファン４ｂを設けている。なお、水冷媒熱交換器２の形態としては、プレート式や二重管方式のいずれの形態であっても問題はない。
【００２８】
また、水冷媒熱交換器２を、熱交換ユニットＢ内に配置し、圧縮機１、減圧装置３、蒸発器４ａ、四方弁５をヒートポンプユニットＡ内に配置することによって、屋内と屋外とは、冷媒配管６で接続されることになるため、ヒートポンプ式冷温水冷房暖房装置が寒冷地に設置された場合であっても、冷媒配管６が凍結する恐れが低い。３７は、熱交換ユニットＢ内部と外気を遮断する外装である。
【００２９】
また、本実施の形態では、冷媒をＲ４１０Ａとして説明するが、これに限定されることはなく、例えばＲ４０７Ｃ等のフロン系冷媒を用いることができる。
また、タンクユニットＣ内には、湯水を貯える貯湯タンク７を有しており、内部に熱交換器８があり、貯湯タンク７の下方部から、水冷媒熱交換器２へ低温水を送るための循環ポンプとしての沸き上げポンプ９を備えている。そして沸き上げポンプ９を駆動することによって、貯湯タンク７の下方部の水出口１０から低温水を水冷媒熱交換器２へ送り、水冷媒熱交換器２で冷媒から熱を貰い温水が生成されている。また、水冷媒熱交換器２で生成された温水は、貯湯タンク７の中間部の湯入口１１へ戻されている。また、貯湯タンク７はステンレスを用いている。
【００３０】
以上のように、本実施の形態では、沸き上げポンプ９と、水冷媒熱交換器２と、熱交換器８とで、湯水を循環させる循環回路３８を構成している。
【００３１】
また、水冷媒熱交換器２の水側入口には、入水温度を検出する温度センサ１２ａと、水冷媒熱交換器２の水側出口には、出湯温度を検出する温度センサ１２ｂとを設けている。また、沸き上げサイクル内に湯水が流れていることを検出するためのフロースイッチ１３を設けている。
【００３２】
図２（ａ）は、同ヒートポンプ式冷温水冷房暖房装置の熱交換ユニットの構成正面図、図２（ｂ）は、同熱交換ユニットの構成斜視図である。
【００３３】
図２（ａ）（ｂ）に示すように、本実施の形態では、熱交換ユニットＢ内で、フロースイッチ１３が沸き上げポンプ９よりも上方に配置させている。このように沸き上げポンプ９よりもフロースイッチ１３を上方に配置することで、フロースイッチ１３で湯水の流れ
を検知しなければ、沸き上げポンプ９が正常に動作していないことを検出することができる。
【００３４】
また、沸き上げサイクル内の圧力調整を行うための膨張タンク１４および過圧逃し弁１５が設けられており、膨張タンク１４で、内部の容積を変化させ圧力調整を行い、さらに沸き上げサイクル内に異常が発生して内圧が上昇した場合、過圧逃し弁１５の設定圧力よりも高くなると膨張した湯水を排水することができる。
【００３５】
また、貯湯タンク７の中央には、タンクヒータ１６が配置されている。このタンクヒータ１６は、水冷媒熱交換器２で加熱された湯で貯湯タンク７内部を熱交換器８で加熱するが、さらに高温の湯をためるために用いられる。タンクヒータ１６で加熱された湯の温度は、温度センサ１７で検知され、設定された温度に達するとタンクヒータ１６を停止させる。もし、温度センサ１７に異常を生じた場合には、温度過昇防止装置１８を設けて、タンクヒータ１６を停止させるように配慮している。
【００３６】
また、貯湯タンク７下部には、水道水を供給するための給水口１９を設け、貯湯タンク７の上端には、給湯端末３３に湯を供給する給湯口２０が設けられている。
【００３７】
また貯湯タンク７は沸き上げによる内圧上昇を防止するため、安全弁２０ａ、２０ｂを設けている。
【００３８】
以上のように構成された本実施の形態におけるヒートポンプ式冷温水冷房暖房装置の動作、作用について説明する。
【００３９】
まず、沸き上げ運転について説明する。まず、使用者は、熱交換ユニットＢに入力端末として設けられているリモコン装置３０で、水冷媒熱交換器２における湯水の沸き上げ温度Ｔｈを設定する。そして沸き上げ運転が開始されると、沸き上げポンプ９が駆動し、貯湯タンク７内の温水が水冷媒熱交換器２へ供給される。そして、温度センサ１２ｂで検出される温度が沸き上げ温度Ｔｈを超えるまで、ヒートポンプサイクルによる沸き上げ運転が継続される。なお、貯湯タンク７内の温水をヒートポンプサイクルで沸き上げる時には、圧縮機１から吐出する高温冷媒が、水冷媒熱交換器２へ流入する流路となるように四方弁５が切り替わっている。
【００４０】
その結果、圧縮機１から吐出される高温冷媒が、水冷媒熱交換器２へ流入し、湯水へと放熱することによって高温水を生成することができる。なお、水冷媒熱交換器２内では、水と冷媒とは対向流にして熱交換効率を向上させている。
【００４１】
そして、温度センサ１２ｂで検出する水冷媒熱交換器２から出湯する湯水の温度が、沸き上げ温度Ｔｈに近づいてくると、圧縮機１の回転数を小さくして能力を下げる。そして温度センサ１２ｂで検出する温度が、沸き上げ温度Ｔｈよりも所定温度Ｔａ（例えば、２℃）だけ高くなると、圧縮機１の運転を停止して沸き上げ運転を終了する。そして、貯湯タンク７は、沸き上げ温度Ｔｈの湯水で満たされることになる。
【００４２】
なお、水冷媒熱交換器２で生成された高温水は、暖房用温水部７ｂへ戻されるが、仕切り板３４の周囲と貯湯タンク７との間にできた隙間を通って、給湯用温水部７ａも沸き上げ温度Ｔｈの湯水で満たされる。このとき、制御装置３２では、圧縮機１の運転を停止した時に温度センサ１２ａで検出した入水温度Ｔｉを記憶しておく。
【００４３】
また、ヒートポンプサイクルによる沸き上げ運転が終了した後も、沸き上げポンプ９を駆動させて、貯湯タンク７内の温水を水冷媒熱交換器２へ循環させている。これは沸き上
げ運転停止中であっても、温度センサ１２ａおよび温度センサ１２ｂで貯湯タンク７内の温水の温度を検出しておく必要があり、貯湯タンク７内の温水の温度が低下するとすぐにヒートポンプサイクルによる沸き上げ運転を再開しなければならないからである。
【００４４】
そして、給湯運転停止中も、沸き上げポンプ９を駆動して、温度センサ１２ａで貯湯タンク７内の温水を常時検出しており、温度センサ１２ｂで検出する温度が、圧縮機１の運転を停止した時に記憶した入水温度Ｔｉよりも所定温度Ｔｂ（例えば、５℃）だけ小さくなった時に圧縮機１の運転を再開し、沸き上げ運転を開始する。
例えば、沸き上げ温度Ｔｈに５５℃を設定すると、温度センサ１２ｂで検出する温度が５７℃（＝５５℃＋２℃）を超えたときに、圧縮機１の運転を停止する。そして、圧縮機１の運転を停止した時の温度が５３℃であったとすると、入水温度Ｔｉが５３℃であると記憶する。
【００４５】
そして、圧縮機１の運転が停止後も、沸き上げポンプ９の駆動を行い、温度センサ１２ｂが検出する温度が、入水温度Ｔｉよりも所定温度Ｔｂ（例えば、５℃）小さくなったときに圧縮機１の運転を再開する。また、本実施の形態に示した所定温度Ｔａ、Ｔｂは、一つの実施例であって、本実施の形態に限定されることはない。
【００４６】
また、タンクユニットＣに設けられているリモコン装置３０では、タンクヒータ１６での沸き上げ温度を設定できるようになっている。図６は、リモコン装置３０の正面図である。図６に示すように、リモコン装置３０には、操作部３０ａ、表示部３０ｂを有しており、操作部３０ａを操作して温度を設定することができる。本実施の形態では、操作部３０ａを操作することによって、沸き上げ温度Ｔｋ、タンク温度Ｔｕを設定および表示することができる。
【００４７】
そして、本実施の形態では、タンクヒータ１６による沸き上げ温度Ｔｋよりも高い温度Ｔｕに設定することができる。例えば、リモコン装置３０で、沸き上げ温度Ｔｋを５５℃に設定し、リモコン装置３０で沸き上げ温度Ｔｕを７５℃に設定すると、水冷媒熱交換器２で沸き上げ温度Ｔｈ（５５℃）まで沸き上げ、さらにタンクヒータ１６で７５℃まで沸き上げ運転を行う。
【００４８】
次に、タンクヒータ１６での沸き上げ運転について説明する。
【００４９】
タンクヒータ１６の運転を開始するときは、タンクヒータ１６よりも高い位置に設けられた温度センサ１７で検出する温度が、沸き上げ温度Ｔｋよりも所定温度Ｔｃ（例えば、５℃）だけ低い温度を検出した時にタンクヒータ１６の出力をＯＮする。そしてタンクヒータ１６によって貯湯タンク７上部の温水を温め、タンクヒータ１６と同じ位置に設けられた温度センサ１７で検出する温度が、沸き上げ温度Ｔｋよりも所定温度Ｔｄ（例えば、２℃）だけ高い温度を検出した時にタンクヒータ１６の出力をＯＦＦしている。
【００５０】
これまでの回路は、貯湯タンク７を沸かすための回路であるが、冷・暖房を行ううえで回路を切り替えるために途中に三方弁２１を設け、給湯沸きあげを行う必要のない場合は三方弁２１を、冷房端末２２および暖房端末２３へ切り替える。冷房を行うときは、四方弁５が、蒸発器４ａ側へと切り替わり、水冷媒熱交換器２には、冷却された冷媒が流れ冷水を作る。
【００５１】
このとき暖房端末２３に冷水が流れると結露を発生して床が濡れてしまうため、二方弁２４を設け冷房端末２２だけに流れるようにする。
【００５２】
このように冷房時の結露について各ブロックごとの対策について説明する。
【００５３】
まず、外部に設けた配管について、ヒートポンプユニットＡから熱交換ユニットＢの冷媒配管６および熱交換ユニットＢからタンクユニットＣならびに、暖房端末２３、冷房端末２２間の配管は、断熱材（図示せず）で覆うことで湿気を含んだ外気に接触することを防止できるため結露の心配はない。
【００５４】
ヒートポンプユニットＡについては、冷媒配管６について結露を発生させるが、屋外に設置する機器であり、蒸発器４ａからもともと結露水が発生し本体下部のドレンパン２５で受け、ドレン口２６から排水されるため問題ない。残されたか所としては、熱交換ユニットＢの外装３７の結露と内部の結露の２つの課題がある。
【００５５】
そこで、結露を防止するための対策案としていくつか説明する。
【００５６】
図３に示す構成は、熱交換ユニットＢを、発泡系の断熱材で覆い本体内を密閉する案であるが、完全に断熱するためには、３０ｍｍ以上の厚みが必要であり、本体自体の容積が大きくなり、また内部に発火源がある場合において安全性の面で好ましくはない。
【００５７】
図４の構成は、熱交換ユニットＢの上下に開口３５を設け、本体内外の温度差をなくし外装３７表面の結露を防止する方法であるが、外装３７表面の結露はなくなっても本体内部の部品が湿気の多い空気にさらされ、制御部２７などの充電部が絶縁不良をおこす可能性があり、沸き上げポンプ９は、暖房時巻線温度の上昇を防ぐため断熱材をまくことはできず、また内部の結露水を処理するためにドレン口２６を設け排水させる必要がある。
【００５８】
図５に示す構成は、上記課題を解決するために、熱交換ユニットＢを密閉状態の外装３７で覆い、なおかつ、内部配管は、沸き上げポンプ９を除き断熱材で覆い本体内の冷却をできるだけ抑える。しかしこれでは、時間が経過するとともに本体内の温度は低下していき、熱交換ユニットＢの外装３７の温度も低下するため、外部の湿気の多い空気が接触して、結露を発生させる。
【００５９】
これを防止するため、制御部２７に熱交外装サーミスタ２８と、ヒータ２９を接続し、熱交外装サーミスタ２８の先端を熱交換ユニットＢの外装３７の内側に貼り付ける。運転前においては熱交外装サーミスタ２８先端の温度は、外気温度と同じであり、制御部２７に外気温定数として記憶する。冷房運転を開始すると、冷媒および冷却水の影響で本体内の温度は低下して結露をおこす温度となったときに外装３７に結露が発生する。このときの温度を露点温度というが、この露点温度は、外気温度と外気の湿度によって計算式や換算表で算出することができる。この計算式を以下に記載する。
【００６０】
露点温度を求める計算式
相対湿度や絶対湿度が解っている場合、前述の式よりその水蒸気圧を求める。求められた水蒸気圧が、露点温度における飽和水蒸気圧となる。
【００６１】
ｅ：露点温度における飽和水蒸気圧
飽和水蒸気圧から露点湿度を算出する計算式は、数１〜３に示すとおりである。
【００６２】
【数１】
【００６３】
【数２】
【００６４】
【数３】
【００６５】
また、氷の飽和水蒸気圧から露点温度を算出する計算式は、数４、５に示す通りである。
【００６６】
【数４】
【００６７】
【数５】
【００６８】
露点温度を算出する計算式は、かなり複雑、難解であるが、通常はＪＩＳ２８８０６に記載されている飽和水蒸気圧表を使用し、相対温度、露点温度、絶対温度等、色々な湿度を求めることができる。パソコン等を使用し、計算、データ解析を行う場合には、これらの計算式の方が使い勝手がよい場合もあり。機器が判断するうえでは重要な式となる。仮に外気温度が夏場２７℃で、湿度が６５％の場合の露点温度は、２４℃前後となる。
【００６９】
制御部２７には、あらかじめ夏場の湿度を入力して、熱交外装サーミスタ２８が初期値の温度と夏場の湿度の定数を計算し、露点温度を算出し、熱交外装サーミスタ２８の温度がそれに達した場合に、ヒータ２９をＯＮする。ＯＮしたヒーター２９は、算出した露点温度よりも５℃高くなった時点または初期温度を上回った時点でＯＦＦする。これにより熱交換ユニットＢの外装３７の温度がヒータ２９によって上昇して、外装３７に結露が発生することがなくなり、熱交換ユニットＢの背面および床面の汚損を防止することができる。
【００７０】
しかし、一定湿度条件をあらかじめ入力しておくのは、欧州全域において決定するのは困難であり、より安全を見て湿度条件を高く設定すると、ヒータ２９がＯＮしやすくなってしまう。
【００７１】
仮に湿度１００％を入力すると、外気温と露点温度が一致することなり、常にヒータ２９がＯＮすることとなる。また、夏場でも、湿度の低い地域では、露点温度も低く、ヒータ２９のＯＮする時間も短くなり、ランニングコストを抑えることができる。
【００７２】
図６は、本実施の形態１におけるリモコン装置３０の正面図である。図６に示すように、リモコン装置３０は、操作部３０ａ、表示部３０ｂを有しており、操作部３０ａを操作して温度を設定することができる。
【００７３】
そして、本実施の形態では、操作部３０ａのＳＥＴボタン３０ｃを５秒押し続けることで、定数設定モードに移ることになり、▲▼ボタン３０ｄで、湿度設定定数の項目を選択する表示部ＴｋにＨＵＭの表示がでると、ＳＥＬＥＣＴボタン３０ｅを押す。
【００７４】
あとは▲▼ボタン３０ｄで、Ｔｕの表示部分に、湿度濃度を選択し入力後は、最後にＳＥＴボタン３０ｃを押して入力完了となる。これにより欧州全域に対して夏場の湿度条件もさまざまであっても、湿度設定を変更することで、無駄な電力を消費することなく、結露を防止することができる。
【００７５】
また、本実施の形態では、外気温度を検出する手段として、ヒートポンプユニットＡに設けられた外気温サーミスタ３１を補正サーミスタとして用いる、これは、冷房運転中は、外気温度が変化しても検知することができず、いったん停止した後、再運転した場合に、実際の外気温度を検知するのが困難であり、機器が一定時間停止して、機器内外が安定条件にならなければ設定を変更することができない。
【００７６】
図７は、同実施の形態１におけるヒータ２９のＯＮ温度と外気温度の特性図である。ヒータ２９のＯＮ温度は、冷房運転直前に熱交外装サーミスタ２８が検知した温度で決定する。冷房運転中に、日中から夜に変わるにつれて、外気温度が変化して低くなるが、外気温サーミスタ３１で測定している温度をベースに、外気温度の変化をヒータ２９のＯＮ温度に反映させてシフトさせる。このことにより、外気温度の変化に対しても正確な露点温度を決定することができ、余分な電力を消費することなく、結露を防止することができる。
【００７７】
また本実施の形態では、結露に対しての対策としてヒータ２９を使用しているが、熱交換ユニットＢは、屋内設置を基本としているが、必ずしも外気温度が０℃以上になるとは限らない。冬場の条件で、熱交換ユニットＢが設置されている部屋が外気と同じ条件に近い場合、暖房運転を停止していれば凍結の恐れがある。凍結を防ぐためには、ヒートポンプユニットＡを強制的の沸き上げを行う必要がある。しかし凍結するかどうかは、熱交換ユニットＢの外気温度を測定しなければならず、沸き上げを行うか否かの判断ができない。また運転停止中に沸き上げを行うことは、お客様に誤作動と判断され、クレームとなる可能性があり、何らかの表示を行う必要がある。
【００７８】
これを解決するため、前記外気温サーミスタ３１かつ熱交外装サーミスタ２８が、０℃以下の場合、ヒータ２９をＯＮさせ、熱交換ユニットＢ内の雰囲気温度を上昇させる。熱交外装サーミスタ２８が、３℃以上になったのを確認できればヒータ２９をＯＦＦする。図８は、外気温度と熱交外装サーミスタ２８とヒータ２９の特性を図で表したものである。以上のようにヒートポンプで沸き上げを行わなくても、ヒータ２９で加熱することで、結露防止だけではなく、凍結防止にも役立てることができる。
【００７９】
また、本実施の形態で凍結防止を行っても、屋内に設置する熱交換ユニットＢが屋外に設置された場合は、ヒータ２９の能力から考えると凍結の可能性がある。近年、ヒートポンプ温水暖房器の動きとして、ヒートポンプユニットＡと熱交換ユニットＢを一体化して冷媒配管工事を廃止する動きがあるが、そうした場合、熱交換ユニットＢを屋外におく必要があり、凍結についての対策もさらに強化しなければならない。沸き上げポンプ９で循環可能な配管は、温水が循環することで凍結を防止できる。しかしながら、循環回路３８にない膨張タンク１４、過圧逃し弁１５等の部品については、配管に温水を循環させることができず、配管が凍結した場合、機器の異常を起こす可能性がある。
【００８０】
本実施の形態は、本体内の雰囲気温度を上げるヒータ２９を循環回路３８以外の部分に設けることで、膨張タンク１４、過圧逃し弁１５等の機能部品を凍結から保護し、機能を損ねることがないヒートポンプ式冷温水冷房暖房装置を提供できる。
【００８１】
また、貯湯タンク７の下部には、排水栓（図示せず）が設けられており、貯湯タンク７
内の湯水を外部に排水することができる。
【産業上の利用可能性】
【００８２】
以上のように、本発明に係るヒートポンプ式冷温水冷房暖房装置は、冷房運転中でも本体内の雰囲気温度が低下せず、本体内、本体外において結露の発生を抑え、本体背面や床面を汚すことがなく、また、同時に外気温度が低くなっても凍結を防止することも可能な冷房および暖房を提供することができる。
【符号の説明】
【００８３】
１ 圧縮機
２ 水冷媒熱交換器
３ 減圧装置
４ａ 蒸発器
４ｂ 送風ファン
５ 四方弁
６ 冷媒配管
７ 貯湯タンク
８ 熱交換器
９ 沸き上げポンプ（循環ポンプ）
１０ 水出口
１１ 湯入口
１２ａ、１２ｂ 温度センサ
１３ フロースイッチ
１４ 膨張タンク
１５ 過圧逃し弁
１６ タンクヒータ
１７ 温度センサ
１８ 温度過昇防止装置
１９ 給水口
２０ａ、２０ｂ 安全弁
２１ 三方弁
２２ 冷房端末
２３ 暖房端末
２４ 二方弁
２５ ドレンパン
２６ ドレン口
２７ 制御部
２８ 熱交外装サーミスタ
２９ ヒータ（加熱手段）
３０ リモコン装置（入力端末）
３１ 外気温サーミスタ
３２ 制御装置
３７ 外装
３８ 循環回路
３９ ヒートポンプサイクル
Ａ ヒートポンプユニット
Ｂ 熱交換ユニット
Ｃ タンクユニット
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒を加熱および冷却するヒートポンプサイクルと、前記ヒートポンプサイクルの冷媒と水と熱交換して高温水または冷水にする水冷媒熱交換器を備えた熱交換ユニットと、前記水冷媒熱交換器と湯水を循環する循環回路と、室内を暖冷房する暖房端末、冷房端末と、前記熱交換ユニット内の湯水を前記循環回路を介して前記暖房端末および前記冷房端末へ送る循環ポンプと、前記熱交換ユニット内部と外気を遮断する外装と、前記外装の表面温度を検知する熱交外装サーミスタと、前記熱交換ユニット内に設けられた加熱手段とを備え、前記ヒートポンプサイクルで冷却された冷媒が前記熱交換ユニットに送られ、冷水にして前記冷房端末へ送られ室内を冷房し、露点温度までに低下し結露が発生する場合に、前記加熱手段を動作させることを特徴とするヒートポンプ式冷温水冷房暖房装置。
【請求項２】
熱交換ユニットに湿度条件を設定可能とする入力端末を備え、その地域の夏場の湿度条件に対して前記入力端末に湿度を入力し、運転開始する直前に熱交外装サーミスタが検知した外装温度と設定された湿度に対し、露点温度を算出し、前記熱交外装サーミスタが検知する外装温度が前記露点温度まで低下した場合に、加熱手段を動作させることを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ式冷温水冷房暖房装置。
【請求項３】
熱交換ユニットに湿度条件を設定可能とする入力端末と、外気温度を検出する外気温サーミスタを備え、その地域の夏場の湿度条件に対して前記入力端末に湿度を入力し、前記外気温サーミスタが検知した外気温度と設定された湿度に対し、露点温度を算出し、熱交外装サーミスタが検知する温度が前記露点温度まで低下した場合に、加熱手段を動作させることを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ式冷温水冷房暖房装置。
【請求項４】
熱交外装サーミスタ及び外気温サーミスタのそれぞれが検知する温度が０℃以下の場合に、加熱手段を動作させることを特徴とする請求項３に記載のヒートポンプ式冷温水冷房暖房装置。
【請求項１】
冷媒を加熱および冷却するヒートポンプサイクルと、前記ヒートポンプサイクルの冷媒と水と熱交換して高温水または冷水にする水冷媒熱交換器を備えた熱交換ユニットと、前記水冷媒熱交換器と湯水を循環する循環回路と、室内を暖冷房する暖房端末、冷房端末と、前記熱交換ユニット内の湯水を前記循環回路を介して前記暖房端末および前記冷房端末へ送る循環ポンプと、前記熱交換ユニット内部と外気を遮断する外装と、前記外装の表面温度を検知する熱交外装サーミスタと、前記熱交換ユニット内に設けられた加熱手段とを備え、前記ヒートポンプサイクルで冷却された冷媒が前記熱交換ユニットに送られ、冷水にして前記冷房端末へ送られ室内を冷房し、露点温度までに低下し結露が発生する場合に、前記加熱手段を動作させることを特徴とするヒートポンプ式冷温水冷房暖房装置。
【請求項２】
熱交換ユニットに湿度条件を設定可能とする入力端末を備え、その地域の夏場の湿度条件に対して前記入力端末に湿度を入力し、運転開始する直前に熱交外装サーミスタが検知した外装温度と設定された湿度に対し、露点温度を算出し、前記熱交外装サーミスタが検知する外装温度が前記露点温度まで低下した場合に、加熱手段を動作させることを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ式冷温水冷房暖房装置。
【請求項３】
熱交換ユニットに湿度条件を設定可能とする入力端末と、外気温度を検出する外気温サーミスタを備え、その地域の夏場の湿度条件に対して前記入力端末に湿度を入力し、前記外気温サーミスタが検知した外気温度と設定された湿度に対し、露点温度を算出し、熱交外装サーミスタが検知する温度が前記露点温度まで低下した場合に、加熱手段を動作させることを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ式冷温水冷房暖房装置。
【請求項４】
熱交外装サーミスタ及び外気温サーミスタのそれぞれが検知する温度が０℃以下の場合に、加熱手段を動作させることを特徴とする請求項３に記載のヒートポンプ式冷温水冷房暖房装置。
【図１】
【図３】
【図４】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図５】
【図６】
【図３】
【図４】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−１３３５８（Ｐ２０１２−１３３５８Ａ）
【公開日】平成２４年１月１９日（２０１２．１．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１５１７９２（Ｐ２０１０−１５１７９２）
【出願日】平成２２年７月２日（２０１０．７．２）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１月１９日（２０１２．１．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年７月２日（２０１０．７．２）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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