JPH06307727A

JPH06307727A - 蓄熱暖房装置とその制御方法

Info

Publication number: JPH06307727A
Application number: JP5100733A
Authority: JP
Inventors: Minoru Tagashira; 實田頭; Kazuo Nakatani; 和生中谷; Shozo Funakura; 正三船倉; Yuji Yoshida; 雄二吉田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1993-04-27
Filing date: 1993-04-27
Publication date: 1994-11-01

Abstract

(57)【要約】【目的】簡単な構成で高効率な運転ができ、輻射効果
を考慮した快適な暖房を行うことができる蓄熱暖房装置
及びその制御方法を提供すること。【構成】低段圧縮機１及び高段圧縮機４と、それら低
段圧縮機１及び高段圧縮機４の接続関係を並列又は直列
に変更する四方弁２と、冷媒吐出側に並列に接続された
室内熱交換器６及び蓄熱式輻射熱交換器９と、蓄熱式輻
射熱交換器９の温度を検知する温度検知器１５と、温度
検知器１５により検知された温度が設定温度以上、且つ
温度変化率が設定値以下になった場合、低段圧縮機１及
び高段圧縮機４が直列接続となるように四方弁２を制御
する制御器１７とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、２段圧縮冷凍サイクル
及び蓄熱式輻射方式を用いた蓄熱暖房装置及びその制御
方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、圧縮機を２台直列に接続して冷媒
を２段階に圧縮する２段圧縮冷凍サイクルは、圧縮比が
高くなる運転条件における圧縮効率の向上を目的として
採用されている。またマイルドな暖房を実現する方法と
して、輻射暖房装置が知られている。従来の輻射暖房装
置は、床面に配管パイプを付設し、その内部に温水を流
通させるものや、あるいは冷媒配管を付設し冷凍サイク
ルの凝縮器として作用させることにより、室内床面から
の温熱輻射によりドラフト感の少ない快適な暖房を実現
しようとするものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のような２段圧縮冷凍サイクルでは、比較的圧縮比の
小さい暖房運転時においても、２台の圧縮機が絶えず運
転されるという問題があり、また、高圧縮比に対応し
た、２台の圧縮機を持った２段圧縮冷凍機では、蓄熱材
が暖房運転で放熱し終わった状態では、蓄熱材の温度が
低く、蓄熱運転初期状態では高圧縮比運転は必要でな
く、むしろ高能力運転が要求される。また一部では能力
の可変幅を拡大するために２台の圧縮機を並列に運転可
能にしたシステムもあるが回路が複雑であるといった問
題がある。さらに従来の輻射暖房装置では、輻射による
ドラフト感の少ない快適な暖房を目指しながらも設定室
温のみを制御する手法を用いているため、輻射効果によ
り設定室温と異なる室温で、より快適な状態が予想され
るにもかかわらず、現状では輻射効果の積極的な利用が
考慮されていないという課題がある。

【０００４】本発明は、従来の蓄熱暖房装置のこのよう
な課題を考慮し、簡単な構成で高効率な運転ができ、輻
射効果を考慮した快適な暖房を行うことができる蓄熱暖
房装置及びその制御方法を提供することを目的とするも
のである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、冷媒を圧縮す
るための低段圧縮機及び高段圧縮機と、それら低段圧縮
機及び高段圧縮機の接続関係を変更する切り替え手段
と、圧縮された冷媒吐出側に接続された蓄熱式輻射熱交
換器と、その蓄熱式輻射熱交換器の温度を検知する温度
検知手段とを備え、切り替え手段は、温度検知手段によ
り検知された温度に応じて、低段圧縮機及び高段圧縮機
の接続関係を切り替え、圧縮比を変更する蓄熱暖房装置
である。

【０００６】

【作用】本発明は、温度検知手段が、冷媒吐出側に接続
された蓄熱式輻射熱交換器の温度を検知し、切り替え手
段が、検知された蓄熱式輻射熱交換器の温度に応じて、
冷媒を圧縮するための低段圧縮機及び高段圧縮機の接続
関係を変更し、冷媒の圧縮比を変更する。

【０００７】

【実施例】以下に、本発明をその実施例を示す図面に基
づいて説明する。

【０００８】図１は、本発明にかかる一実施例の蓄熱暖
房装置の構成図である。すなわち、蓄熱暖房装置には、
冷媒を圧縮するための低段圧縮機１及び高段圧縮機４が
設けられ、その低段圧縮機１の吐出側には冷媒流路を切
り替えるための切り替え手段として四方弁２が設けられ
ている。その四方弁２は、流入口の１つが低段圧縮機１
の吸入側に接続され、流出側の１つが高段圧縮機４の吸
入側に接続され、又、四方弁２のもう一方の流出側と高
段圧縮機４の吐出側との間には、逆止弁３が接続され、
この逆止弁３は高段圧縮器４の吐出冷媒ガスが四方弁２
を通って低段圧縮機１の吸入側へ流れることを防止し、
又、高段圧縮機４が単独で運転されたときは、高圧冷媒
ガスが低段圧縮機１の吐出側へ逆流することを防止す
る。

【０００９】高段圧縮機４の吐出側には、順に冷媒の流
量を調節する制御弁Ａ５、室内１８の空気との熱交換を
行う室内熱交換器６、副絞り装置７が接続され、この室
内熱交換器６の冷媒流路と並列に、制御弁Ｂ８、室内１
８の床面に設けられた蓄熱式輻射熱交換器９、副絞り装
置１０が接続され、この蓄熱式輻射熱交換器９の冷媒流
路と室内熱交換器６の冷媒流路は、副絞り装置７，１０
の流出側で合流している。この合流点から、中間絞り装
置１１、中間熱交換器１２が接続され、更に主絞り装置
１３、室外空気との間で熱交換を行う熱源側熱交換器１
４が接続され、その熱源側熱交換器１４は低段圧縮機１
の吸入側に接続されている。

【００１０】又、蓄熱式輻射熱交換器９には、蓄熱材１
６の温度を検出する温度検知手段である温度検知器１５
が取り付けられている。

【００１１】又、上述の四方弁２、制御弁Ａ５、制御弁
Ｂ８、室内熱交換器６、温度検知器１５には、制御器１
７が接続され、その制御器１７は、内部に設けられた設
定室温補正手段により室内熱交換器６の室内設定温度
を、温度検知器１５により検知された蓄熱材１６の温度
に応じて補正すると同時に、蓄熱材１６の温度が設定温
度以上で且つ温度変化率が設定値以下の場合、低段圧縮
機１の吐出側を高段圧縮機４の吸入側に接続されるよう
に四方弁２を切り換える。

【００１２】図２は、蓄熱式輻射熱交換器９の断面図で
あり、床面２１の下側に、冷媒ガス流路１９と、その冷
媒ガスの熱を均等に伝達させる均熱板２０と、その均熱
板２０からの熱を蓄熱する蓄熱材１６とにより構成さ
れ、蓄熱材１６の表面には温度検知器１５が取り付けら
れている。

【００１３】次に、上記実施例の運転方法及び動作につ
いて説明する。

【００１４】まず、通常の暖房運転の場合は（四方弁２
は実線で示すように切り替えられている）、高段圧縮機
４から吐出された冷媒ガスは、制御弁Ａ５を通り室内１
８に設置された室内熱交換器６により室内空気と熱交換
して凝縮液化し、副絞り装置Ａ７から中間熱交換器１２
を通り主絞り装置１３により減圧膨張し、熱源側熱交換
器１４で外気から熱を奪い蒸発ガス化する。蒸発した冷
媒ガスは、四方弁２から高段圧縮機４に吸入される。こ
のとき低段圧縮機１は停止しており高段圧縮機４から吐
出された冷媒ガスは逆止弁３により低段圧縮機１の吐出
側への冷媒ガスの逆流が防止されている。又、暖房負荷
が大きく高段圧縮機４の単独運転では室温を維持できな
い場合、低段圧縮機１が同時に運転される。低段圧縮機
１から吐出された冷媒ガスは逆止弁３を通り高段圧縮機
４から吐出された冷媒ガスと合流し、制御弁Ａ５から室
内熱交換器６へ流入する。ここで、本実施例では室内熱
交換器６を１台としているが複数台接続することは可能
であり、以降の冷媒ガスの流れは前述した通常の暖房運
転と同様である。

【００１５】次に、高温風による暖房あるいは蓄熱する
ための高温が必要な場合、低段圧縮機１の吐出側と高段
圧縮機４の吸入側とが接続されるように四方弁２を切り
換える（点線で示す）。これにより２段圧縮されて高段
圧縮機４から吐出された高圧の冷媒ガスは、制御弁Ａ５
を通り室内１８に設置された室内熱交換器６により室内
空気と熱交換され、高温風が室内１８に吹出され、その
後、凝縮液化し副絞り装置Ａ７から一部分岐されて中間
熱交換器１２に流入する。一部分岐された他方の冷媒
は、中間絞り装置１１により中間圧力まで減圧され、中
間熱交換器１２に貯留している冷媒液を冷却し、後述す
る低段圧縮機１の吐出した冷媒ガスを冷却する。中間熱
交換器１２を出た液冷媒は主絞り装置１３で減圧膨張
し、熱源側熱交換器１４で外気から熱を奪い蒸発ガス化
する。その後、蒸発した冷媒ガスは、低段圧縮機１に吸
入・圧縮・吐出されて四方弁２を通り、前述の中間絞り
装置１１、中間熱交換器１２を通過した冷媒と合流して
冷却され、高段圧縮機４に吸入されて２段圧縮サイクル
が実現される。ここで、制御弁Ａ５と制御弁Ｂ８は加熱
冷媒量の制御用であり、副絞り装置７，１０は各熱交換
器６，９の適正な過冷却を確保するためのものである。

【００１６】次に、蓄熱式輻射熱交換器９の蓄熱方法に
ついて説明する。

【００１７】まず、蓄熱材１６が放熱を完了している場
合は、その温度がほぼ室温と同程度であるため制御器１
７で設定されている温度より低く前述した通常の暖房と
同じ運転がなされる。図２に示すように、冷媒ガス流路
１９内を冷媒ガスが流れることで均熱板２０に接した蓄
熱材１６が加熱される。図３は、蓄熱材１６の時間に対
する温度変化を示す図である。温度検知器１５により蓄
熱材１６の温度上昇を検知し、検知された温度が、設定
温度（図３の一点鎖線イで示す）を越え且つ温度上昇の
変化率が設定された値（図３の点線ロで示す）より小さ
く（図３の点線ハで示す）なると、蓄熱材１６の相変化
温度に達したと判断し、前述した高圧縮比で高効率な２
段圧縮サイクルが構成されるように四方弁２を切り換え
加熱する。更に、加熱を続けると蓄熱が完了し、再び温
度の変化率が大きくなると（図３の点線ニで示す）、蓄
熱材１６の加熱を停止する。この蓄熱は夜間の深夜電力
を用いて蓄熱することでランニングコストが低減でき
る。昼間は、蓄熱材１６からの放熱による輻射暖房がな
されるが能力の不足を室内熱交換器６で補うことにな
る。そのときの室温の設定温度は、輻射の効果が反映さ
れた設定温度でなくてはならない。図４は、蓄熱材１６
の温度に対する設定室温の補正値を示す図である。図４
に示すように、温度検知器１５により検知された蓄熱材
１６の温度が高いほど補正値を大きくする。これを（数
１）で表す。

【００１８】

【数１】補正後の設定室温＝設定室温−補正値更に、床面積の効果を反映するため室内表面積に対する
輻射面積の割合を補正値に掛けても良い。これを（数
２）で表す。

【００１９】

【数２】補正後の設定室温＝設定室温−（補正値×輻射面積／室内表面積）これにより蓄熱材１６の温度が高い場合は、床面２１の
温度も高くなり輻射の効果が大きく補正値も大きい。従
って補正後の設定室温は低くなる。これにより輻射の効
果を取り入れた暖房が可能となり、より快適な室内環境
が実現できる。

【００２０】以上のように、通常の暖房時においては、
暖房負荷の多少に合わせて低段圧縮機１、高段圧縮機４
を並列、あるいは高段圧縮機４を単独で運転し、同時に
制御弁Ａ５を開放して室内熱交換器６で暖房する。一
方、暖房で高温風が必要な場合、低段圧縮機１の吐出側
が高段圧縮機４の吸入側に接続されるように四方弁２を
切り換え、高圧縮比で高効率な２段圧縮運転を行うこと
が可能となる。又、制御弁Ｂ８を夜間などの深夜電力時
間帯に開放することで蓄熱式輻射熱交換器９に冷媒が流
れ蓄熱材１６に蓄熱される。この蓄熱材１６は相変化す
る蓄熱材としており、その温度が設定温度より高く且つ
温度変化率が設定値以下となった場合は、低段圧縮機１
の吐出側が高段圧縮機４の吸入側に接続されるように四
方弁２を切り換え、高圧縮比で高効率な２段圧縮運転を
行うことが可能となる。従って、四方弁２及び逆止弁３
の簡単な構成により、低圧縮比での高能力運転と高圧縮
比での高効率運転とが可能となる。又、蓄熱式輻射熱交
換器９から自然放熱をしながら同時に室内熱交換器６で
暖房をする場合、室内設定温度に対して蓄熱材温度が高
い場合は室内設定温度を低めに設定し、放熱による蓄熱
材温度の低下と共に室内設定温度を上昇させるように制
御することで輻射効果を取り入れた暖房が可能となり、
より快適な状態が実現できる。

【００２１】従って、蓄熱材１６の温度に応じて、通常
の暖房構成及び高圧縮比で高効率な２段圧縮サイクルが
可能な構成が選択でき省エネルギー化が図られる。更
に、設定室温に対して輻射の効果をもたせるために蓄熱
材１６の温度に応じた補正値を求めることができ、設定
室温を低くすることが可能となり快適性を維持しつつ省
エネルギー化か実現できる。

【００２２】なお、上記実施例では、切り替え手段とし
て四方弁２を用いたが、これに限らず、同様の機能を実
現できれば例えば一般の弁の組合せであってもよい。

【００２３】また、上記実施例では、室内熱交換器６及
び蓄熱式輻射熱交換器９をそれぞれ１基づつ設ける構成
としたが、それぞれの基数は１基に限定されないことは
いうまでもない。

【００２４】また、上記実施例では、温度検知器１５を
蓄熱式輻射熱交換器９の１箇所に設けた構成としたが、
温度検知器の数、位置等はこれに限定されるものではな
く、例えば複数個設けてその平均値を用いてもよい。

【００２５】また、上記実施例では、低段圧縮機１及び
高段圧縮機４は各１台の構成であったが、これに限ら
ず、例えば、各２台構成等であってもよい。

【００２６】また、上記実施例では、蓄熱材１６を相変
化する材料により構成したが、蓄熱材の材料としてこれ
に限定されるものではない。

【００２７】また、上記実施例では、２段圧縮運転を行
う判断条件として、設定温度及び温度変化率を用いた
が、これに代えて、設定温度のみにより判断してもよ
い。

【００２８】また、上記実施例では、設定室温の補正値
を蓄熱材１６の温度に比例した値としたが、これに限ら
ず、蓄熱材１６の温度に他の関数を適用して補正値を求
めてもよい。この場合の関数としては、最もよい快適さ
が実現できるものがよい。

【００２９】また、上記実施例では、設定室温補正手段
を含む制御器１７を専用のハードウェアにより構成した
が、これに代えて、同様の機能をコンピュータを用いて
ソフトウェア的に実現してもよい。

【００３０】

【発明の効果】以上述べたところから明らかなように本
発明は、切り替え手段が、温度検知手段により検知され
た温度に応じて、低段圧縮機及び高段圧縮機の接続関係
を切り替え、圧縮比を変更するので、簡単な構成で高効
率な運転ができるという長所を有する。

【００３１】また、室内熱交換器に対する設定室温を、
蓄熱式輻射熱交換器の温度に応じて補正する設定室温補
正手段を備えているので、輻射効果を考慮した快適な暖
房を行うことができるという利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる一実施例の蓄熱暖房装置の構成
図である。

【図２】同実施例の蓄熱暖房装置に用いられる蓄熱式輻
射熱交換器の断面図である。

【図３】同実施例の蓄熱暖房装置に用いられる蓄熱式輻
射熱交換器の蓄熱材温度の変化を説明する図である。

【図４】同実施例における蓄熱材温度と設定室温に対す
る補正値との関係を示す図である。

【符号の説明】

１低段圧縮機２四方弁３逆止弁４高段圧縮機６室内熱交換器９蓄熱式輻射熱交換器１４熱源側熱交換器１５温度検知器１６蓄熱材１７制御器１８室内１９冷媒ガス流路２１床面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者吉田雄二大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】冷媒を圧縮するための低段圧縮機及び高
段圧縮機と、それら低段圧縮機及び高段圧縮機の接続関
係を変更する切り替え手段と、圧縮された冷媒吐出側に
接続された蓄熱式輻射熱交換器と、その蓄熱式輻射熱交
換器の温度を検知する温度検知手段とを備え、前記切り
替え手段は、前記温度検知手段により検知された温度に
応じて、前記低段圧縮機及び高段圧縮機の接続関係を切
り替え、圧縮比を変更することを特徴とする蓄熱暖房装
置。
【請求項２】室内の熱交換を行う室内熱交換器と、そ
の室内熱交換器に対する設定室温を、前記検知された蓄
熱式輻射熱交換器の温度に応じて補正する設定室温補正
手段とを備えたことを特徴とする請求項１記載の蓄熱暖
房装置。
【請求項３】蓄熱式輻射熱交換器の温度を検知し、そ
の検知された温度に応じて、低段圧縮機及び高段圧縮機
の接続関係を切り替え、圧縮比を変更することを特徴と
する蓄熱暖房装置の制御方法。
【請求項４】更に、室内熱交換器に対する設定室温
を、前記検知された温度に応じて補正することを特徴と
する請求項３記載の蓄熱暖房装置の制御方法。
【請求項５】蓄熱式輻射熱交換器の蓄熱材は相変化す
る蓄熱材であって、切り替え手段は、前記検知された温
度が所定設定温度以上で且つ温度上昇変化率が所定設定
値以下になった場合、前記低段圧縮機の吐出側が前記高
段圧縮機の吸入側に接続されるように接続関係を変更す
ることを特徴とする請求項３、又は４記載の蓄熱暖房装
置の制御方法。