JP4447259B2 - 暖房装置 - Google Patents

Description

本発明は、温水等の熱媒液を利用して室内を暖める暖房装置に関する。

従来、温水や不凍液等の熱媒液を利用して室内を暖める暖房装置が知られている。かかる暖房装置は、熱媒液が循環する循環路と、熱媒液の放熱により室内を暖める放熱器と、電力を消費して熱媒液を加熱する加熱手段と、熱媒液を貯めて蓄熱する貯湯槽とからなる（例えば、特許文献１参照）。

ここで、近年、節電のため、例えば消費電力のピークの時間帯等のある時間帯において、専用電力ラインの電力の使用を一定時間停止した場合に、電力料金を割引するサービスが提供されている。例えば、北海道電力株式会社が提供するホットタイム１９・２２エコ等がこれにあたる。ホットタイム１９・２２エコは、融雪用の電力ラインであるが、暖房装置にも使用することができる。

そこで、このような専用電力ラインに少なくとも暖房装置の加熱手段を接続することにより、暖房装置について電力料金の割引を適用することができる。しかし、加熱手段の運転を長時間停止すると、循環路を流れる熱媒液の温度が大幅に下がり、放熱器からの放熱量が著しく減少するという問題がある。

このため、従来は、暖房装置に設けられた貯湯槽に、加熱手段等の運転を一定時間停止しても放熱器からの放熱量が著しく低下しないようあらかじめ蓄熱することにより、加熱手段等の運転の一定時間停止中であっても放熱器から所要の放熱量を得られるようにしていた。しかしながら、暖房装置に貯湯槽を設けると暖房装置の製造コストがかかりすぎるという問題がある。
特公平０３−５９３４１号公報（第２−３頁、第１図）

本発明は上記背景を鑑みてなされたものであり、貯湯槽を設けることなく、ある時間帯において専用電力ラインの電力の使用を一定時間停止した場合に電力料金が割引されるサービスに、対応した暖房装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の暖房装置は、熱媒液が循環する循環路と、熱媒液の温度を設定する温度設定手段と、熱媒液を、温度設定手段により設定された温度まで、電力を消費して加熱する加熱手段と、熱媒液の放熱により室内を暖める放熱器とからなる暖房装置において、加熱手段は、ある時間帯において電力の使用を一定時間停止した場合に、電力料金が割引となる専用電力ラインに接続され、前記時間帯では、加熱手段の運転と停止とを交互に行い、前記時間帯に入る前に、熱媒液の温度が温度設定手段で設定される第１の設定温度よりも高い第２の設定温度に上昇するように加熱手段を制御すると共に、前記時間帯における加熱手段の運転時は熱媒液の温度が第１の設定温度以上に上昇することを許容するように加熱手段を制御し、かつ、該時間帯において加熱手段の運転停止時間の合計が前記一定時間になるように決定された加熱手段の運転と停止との時間間隔に従って加熱手段の運転と停止とを制御する制御手段を備えることを特徴とする。

かかる構成によれば、前記時間帯に入る前に、温度設定手段により設定された第1の設定温度よりも高い第２の設定温度に上昇させて熱媒液を加熱しているため、該時間帯に入って加熱手段の運転を停止しても、放熱器の放熱量をある程度まで維持することができる。また、該時間帯に入ってからは、加熱手段の運転と停止とを交互に行っているため、貯湯槽を設けずとも循環路を流れる熱媒液の温度を制御手段により決定された時間間隔で上昇させることができる。また、加熱手段の運転時に熱媒液の温度を第１の設定温度以上に上昇可能としているため、加熱手段の運転停止時における放熱器の放熱量の低下を可及的に抑制できる。また、制御手段により、前記時間帯において、加熱手段の運転停止時間の合計が電力料金の割引が適用されるために必要な前記一定時間となるように前記時間間隔が決定されているため、確実に電力料金の割引を受けることができる。

本発明の実施の形態を図１から図２を参照して説明する。図１は本実施形態の暖房装置の構成を示す模式図、図２は時間間隔と温度変化とを示すグラフである。

図１に示すように、本実施形態の暖房装置１は、ポンプＰ_１により温水や不凍液等の熱媒液が循環する循環路２と、熱媒液の温度を設定する温度設定手段としての操作部３と、加熱手段としてのヒートポンプ４と、熱媒液の放熱により室内を暖める放熱器５とからなる。ヒートポンプ４は、蒸発器４１と、圧縮機４２と、凝縮器４３と、膨張弁４４と、圧縮機４２の運転を制御する制御手段４５とからなる。これらのヒートポンプ４の構成要素は、蒸発器４１から圧縮機４２へ、圧縮機４２から凝縮器４３へ、凝縮器４３から膨張弁４４へ、膨張弁４４から蒸発器４１へと、冷媒が流れる管路４６によって接続されている。

また、ヒートポンプ４の構成要素で、電力を消費するものは、圧縮機４２と、制御手段４５のみである。圧縮機４２は、割引サービスが提供されている専用電力ラインに接続されている。また、制御手段４５は、圧縮機４２の運転を制御するため、常に電力が供給されている必要がある。このため、本実施形態の制御手段４５は、通常の電力ラインに接続されている。なお、制御手段４５も専用電力ラインに接続する場合は、暖房装置１に蓄電手段を設け、圧縮機４２の運転時に蓄電し、圧縮機４２の停止時に蓄電手段から制御手段４５に電力を供給することにより対応する。

ヒートポンプ４の動作は、既に周知であるが、ここで簡単に説明する。

本実施形態のヒートポンプ４は、地中熱で加熱される熱媒体をポンプＰ_２により循環させる地中熱回路６を熱源として利用するものである。ヒートポンプ４は、管路４６を流れる冷媒が蒸発器４１で地中の熱を吸収して蒸発、気化し、低温低圧の冷媒蒸気となる。そして、低温低圧の冷媒蒸気は、圧縮機４２で高温高圧の冷媒蒸気に圧縮され、凝縮器４３で、放熱して、凝縮液化する。そして、凝縮液化された冷媒は、膨張弁４４で減圧膨張されて低温低圧の冷媒となる。そして、再び蒸発器４１で吸熱して蒸発、気化し、低温低圧の冷媒蒸気となる。

次いで、本実施形態における暖房装置１の動作について説明する。ここでは、例えば、午後４時から午後９時までの５時間の間に、電力を使用していない時間が２時間であった場合には、電力料金の割引が適用されるサービスが提供されているとして説明する。

図２のグラフに示すように、操作部３により設定された室内の温度を得るために必要な熱媒液の設定温度を第１の設定温度として、これが３５℃であったとすると、制御手段４５は、午後４時から圧縮機４２の運転を停止しても、放熱器５の放熱量をある程度維持できるように、第２の設定温度を、例えば４０℃に設定する。そして、制御手段４５は、午後３時３０分に熱媒液の設定温度を第１の設定温度から第２の設定温度に切り換え、午後４時までに熱媒液の温度が４０℃となるように圧縮機４２の運転を制御する。

次いで、制御手段４５は、圧縮機４２の運転時間と停止時間との時間間隔を決定する。例えば、ユーザによって、割引サービスが提供されている午後４時から午後９時までの時間帯と、割引が適用されるために必要な停止時間としての２時間（一定時間）とが手動入力される。そして、制御手段４５は、入力された一定時間である２時間を複数回の時間間隔、例えば２０分毎に小分けして計６回の停止の時間間隔として決定する。また、午後４時から９時までの５時間から一定時間である２時間を引くと残りは３時間である。この３時間を、例えば停止の時間間隔の６回と比較して１回少ない回数である５回で分割すると１回は３６分である。そして、制御手段４５は、得られた３６分毎に計５回の時間間隔を、運転の時間間隔として決定する。このようにして、決定された圧縮機４２の運転の時間間隔である３６分と、停止の時間間隔である２０分とを交互に行うように、制御手段４５は、圧縮機４２を制御する。

より具体的には、制御手段は、午後４時０分になると圧縮機４２の運転を２０分間停止する。そして、４時２０分から４時５６分までは、圧縮機４２の運転が再開される。以下同様に運転と停止とが交互に行われる。そして、制御手段４５は、９時００分になり、圧縮機４２の停止時間の合計が２時間に達すると、再び圧縮機４２の通常の運転が再開され、熱媒液の温度は、第１の設定温度である３５℃に制御される。

本実施形態の暖房装置１は、電力料金の割引が適用される午後４時から午後９時までの時間帯に入る前に、温度設定手段としての操作部３で設定された室内の温度を得るために必要な熱媒液の温度である第1の設定温度３５℃よりも、高い第２の設定温度４０℃に上昇させて熱媒液を加熱している。このため、該時間帯に入って加熱手段としての圧縮機４２の運転を停止しても、放熱器５の放熱量をある程度まで維持することができる。また、該時間帯に入ってからは、圧縮機４２の運転時間３６分と停止時間２０分とを交互に行っているため、貯湯槽を設けずとも循環路２を流れる熱媒液の温度を２０分間の停止後に３６分間圧縮機４２を運転させて上昇させ、かつ３５℃以上に上昇可能としているため、圧縮機４２の停止時における放熱器５の放熱量の低下を可及的に抑制できる。また、制御手段４５により、前記時間帯において、ヒートポンプ４の圧縮機４２の停止時間の合計が電力料金の割引が適用されるために必要な２時間となるように、時間間隔が、運転時間について３６分、停止時間について２０分に制御されているため、確実に電力料金の割引を受けることができる。

なお、本実施形態の暖房装置１においては、制御手段４５が加熱手段としてのヒートポンプ４の圧縮機４２の運転と停止との時間間隔を常に変動しない３６分と２０分として制御することにより、比較的安定した熱媒液の温度を得られるようにしている。しかしながら、割引サービスが適用される時間帯の放熱器５の放熱量の変動に伴って、加熱手段の運転と停止との時間間隔を変動するようにしてもよい。

本実施形態の例に即して説明すると、例えば、夕方の午後４時から５時までは、放熱器５の放熱量が比較的少なく、熱媒液の温度低下が緩やかであるとする。逆に、夜の午後８時から９時までは、放熱器５の放熱量が比較的多く、熱媒液の温度低下が急激であるとする。このとき制御手段４５は、夕方の午後４時から５時までの間には、圧縮機４２の運転の時間間隔と比較して、停止の時間間隔の比率を大きく取り、夜８時から９時までの間の冷え込んできたときには、圧縮機４２の停止の時間間隔と比較して、運転の時間間隔を大きくとれるように時間間隔を制御してもよい。これにより、放熱器５の放熱量が変動しても、熱媒液の温度を可及的に維持することができる。

また、本実施形態においては、制御手段４５は、圧縮機４２の運転と停止との時間間隔を、ユーザの手動入力により入力された時間帯と一定時間とに基づいて決定しているが、時間帯と一定時間とが予め分かっている場合は、制御手段４５に、時間帯と一定時間と時間間隔とを予め記憶させておき、記憶されたデータに基づいて圧縮機４２の運転と停止との時間間隔を決定するようにしてもよい。これにより、ユーザの手動入力作業を省略することができる。

本実施形態の暖房装置の構成を示す模式図。 時間間隔と温度変化とを示すグラフ。

符号の説明

１…暖房装置、 ２…循環路、 ３…操作部、 ４…ヒートポンプ、 ４１…蒸発器、 ４２…圧縮機、 ４３…凝縮器、 ４４…膨張弁、 ４５…制御手段、 ４６…管路、 ５…放熱器、 ６…地中熱回路。

Claims (1)

1. 熱媒液が循環する循環路と、熱媒液の温度を設定する温度設定手段と、熱媒液を、温度設定手段により設定された温度まで、電力を消費して加熱する加熱手段と、熱媒液の放熱により室内を暖める放熱器とからなる暖房装置において、
   加熱手段は、ある時間帯において電力の使用を一定時間停止した場合に、電力料金が割引となる専用電力ラインに接続され、
   前記時間帯では、加熱手段の運転と停止とを交互に行い、前記時間帯に入る前に、熱媒液の温度が温度設定手段で設定される第１の設定温度よりも高い第２の設定温度に上昇するように加熱手段を制御すると共に、前記時間帯における加熱手段の運転時は熱媒液の温度が第１の設定温度以上に上昇することを許容するように加熱手段を制御し、かつ、該時間帯において加熱手段の運転停止時間の合計が前記一定時間になるように決定された加熱手段の運転と停止の時間間隔に従って加熱手段の運転と停止とを制御する制御手段を備えることを特徴とする暖房装置。
   

Images