(57)【要約】【課題】運転負荷の変化に対応して快適な空調を提供できるヒートポンプシステムを提供するできる空気調和機を提供する。【解決手段】ヒートポンプシステム１は、水系媒体を環状の温水回路の内部で循環させる容量可変型の循環ポンプ４３ａと、利用側熱交換器４１ａの出口の水系媒体の温度が目標の第１目標温度Ｔｗｌｓとなるように冷媒回路における冷媒側循環量を制御するとともに、利用側熱交換器４１ａの出口と入口の水系媒体の媒体温度差ΔＴｗが目標の第２目標温度差ΔＴｗｓとなるように循環ポンプ４３ａの運転容量を制御する。【選択図】図１
2010196946.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機（２１）と、冷媒と水系媒体との間で熱交換を行う利用側熱交換器（４１ａ）と、膨張弁（２５、４２ａ）と、熱源側熱交換器（２４）が環状に接続された冷媒回路（２０）と、
前記利用側熱交換器（４１ａ）における水系媒体の熱交換器入口温度を測定する入口温度センサ（５１ａ）と、
前記利用側熱交換器（４１ａ）における水系媒体の熱交換器出口温度を測定する出口温度センサ（５２ａ）と、
前記水系媒体を環状の温水回路の内部で循環させる容量可変型の循環ポンプ（４３ａ）と、
前記利用側熱交換器（４１ａ）の出口の水系媒体の温度が目標の第１目標温度（Ｔｗｌｓ）となるように前記冷媒回路における冷媒側循環量を制御するとともに、前記利用側熱交換器（４１ａ）の出口と入口の水系媒体の媒体温度差（ΔＴｗ）が目標の第２目標温度差（ΔＴｗｓ）となるように前記循環ポンプ（４３ａ）の運転容量を制御する制御部（２０１）と
を備えているヒートポンプシステム。
【請求項２】
前記制御部（２０１）は、現時点の前記媒体温度差（ΔＴｗ）を前記第２目標温度差（ΔＴｗｓ）へ近づけるようにPI制御を行うことによって、前記循環ポンプ（４３ａ）の運転容量を制御する
請求項１に記載のヒートポンプシステム。
【請求項３】
前記利用側熱交換器（４１ａ）における冷媒の凝縮によって生成された温水を用いて、対象空間の暖房を行う
請求項１または２に記載のヒートポンプシステム。
【請求項４】
前記制御部（２０１）は、前記媒体温度差（ΔＴｗ）が前記第２目標温度差（ΔＴｗｓ）より小さく、かつ前記利用側熱交換器（４１ａ）の出口の水系媒体の温度が前記第１目標温度（Ｔｗｌｓ）以上の場合には、前記ポンプの運転容量を減少させる制御を行い、一方、前記媒体温度差（ΔＴｗ）が前記第２目標温度差（ΔＴｗｓ）より大きい場合には、前記循環ポンプ（４３ａ）の運転容量を増加させる制御を行う
請求項３に記載のヒートポンプシステム。
【請求項５】
暖房を行う前記対象空間の空気温度を設定する空気温度設定手段（２０２）と、
前記空気温度を検知する空気温度検知手段（２０３）と
をさらに備えており、
前記制御部（２０１）は、前記空気温度検知手段（２０３）によって検知された検知空気温度と前記空気温度設定手段（２０２）によって設定された設定空気温度との空気温度差（ΔＴａ）が所定の第３目標温度差（ΔＴｃｓ）よりも大きい場合には、前記媒体温度差（ΔＴｗ）が小さくなる方向に前記第２目標温度差（ΔＴｗｓ）を変更する
請求項４に記載のヒートポンプシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水系媒体を循環させるヒートポンプシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、特許文献１（特開２００３−３１４８３８号公報）に記載されるように、ヒートポンプ式の温水暖房装置が知られている。この温水暖房装置は、ヒートポンプ式の室外機と、冷媒と水とを熱交換させる水冷媒用熱交換器と、水冷媒用熱交換器と温水配管で接続された床暖房パネルや暖房用熱交換器と、温水配管の温水を循環させる循環ポンプとを備えている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、このような従来のヒートポンプ式の温水暖房装置では、室内を暖房する床暖房パネルや暖房用熱交換器等の負荷が減少した場合、水冷媒熱交換器の出入口温度差が小さくなり、床暖房パネルや暖房用熱交換器等に供給される水の過度な温度上昇が生じて、機器の発停やエネルギー効率の悪化を招き、さらには快適性が損なわれるという問題がある。
【０００４】
本発明の課題は、運転負荷の変化に対応して快適な空調を提供できるヒートポンプシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
第１発明のヒートポンプシステムは、冷媒回路と、利用側熱交換器における水系媒体の熱交換器入口温度を測定する入口温度センサと、利用側熱交換器における水系媒体の熱交換器出口温度を測定する出口温度センサと、水系媒体を環状の温水回路の内部で循環させる容量可変型の循環ポンプと、制御手段とを備えている。冷媒回路は、圧縮機と、冷媒と水系媒体との間で熱交換を行う利用側熱交換器と、膨張弁と、熱源側熱交換器が環状に接続された回路である。制御手段は、利用側熱交換器の出口の水系媒体の温度が目標の第１目標温度となるように冷媒回路における冷媒側循環量を制御するとともに、利用側熱交換器の出口と入口の水系媒体の媒体温度差が目標の第２目標温度差となるように循環ポンプの運転容量を制御する。
【０００６】
すなわち、このヒートポンプシステムでは、第１の制御として、利用側熱交換器の出口の水系媒体の温度が目標の第１目標温度となるように冷媒回路における冷媒側循環量を制御して、利用側熱交換器の出口側の水温が所定の温度に維持するように制御する。それとともに、第２の制御として、利用側熱交換器の出口と入口の水系媒体の媒体温度差が目標の第２目標温度差となるように循環ポンプの運転容量を制御して、出入口の温度差を所定の温度差になるように制御する。これにより、利用側熱交換器の負荷が減少した場合であっても、水系媒体の過度な温度変化を確実に防ぐことができる。
【０００７】
第２発明のヒートポンプシステムは、第１発明のヒートポンプシステムであって、制御手段は、現時点の媒体温度差を第２目標温度差へ近づけるようにPI制御を行うことによって、ポンプの運転容量を制御する。
【０００８】
ここでは、ＰＩ制御によって現時点の媒体温度差を第２目標温度差へ近づけて偏差を無くすように温度制御できるので、水系媒体の過度な温度上昇を確実に防ぐことができる。
【０００９】
第３発明のヒートポンプシステムは、第１発明または第２発明のヒートポンプシステムであって、利用側熱交換器における冷媒の凝縮によって生成された温水を用いて、対象空間の暖房を行う。
【００１０】
ここでは、利用側熱交換器における冷媒の凝縮によって生成された温水を用いて、対象空間の暖房を行うことにより、対象空間の室温が高くなり利用側熱交換器の負荷が減少した場合であっても、水系媒体の過度な温度上昇を確実に防ぐことができる。
【００１１】
第４発明のヒートポンプシステムは、第３発明のヒートポンプシステムであって、制御手段は、媒体温度差が第２目標温度差より小さく、かつ利用側熱交換器の出口の水系媒体の温度が第１目標温度以上の場合には、ポンプの運転容量を減少させる制御を行い、一方、媒体温度差が第２目標温度差より大きい場合には、ポンプの運転容量を増加させる制御を行う。
【００１２】
ここでは、媒体温度差が第２目標温度差より小さく、かつ利用側熱交換器の出口の水系媒体の温度が第１目標温度以上の場合には、ポンプの運転容量を減少させる制御を行い、一方、媒体温度差が第２目標温度差より大きい場合には、ポンプの運転容量を増加させる制御を行うことにより、媒体温度差が第２目標温度差より小さく、かつ利用側熱交換器の出口の水系媒体の温度が第１目標温度以上の場合には利用側熱交換器の負荷が減少したと判断して、水系媒体の過度な温度上昇をより確実に防ぐことができる。
【００１３】
第５発明のヒートポンプシステムは、第４発明のヒートポンプシステムであって、暖房を行う対象空間の空気温度を設定する空気温度設定手段と、空気温度を検知する空気温度検知手段とをさらに備えている。制御手段は、空気温度検知手段によって検知された検知空気温度と空気温度設定手段によって設定された設定空気温度との空気温度差が所定の第３目標温度差よりも大きい場合には、媒体温度差が小さくなる方向に第２目標温度差を変更する。
【００１４】
ここでは、空気温度検知手段によって検知された検知空気温度と空気温度設定手段によって設定された設定空気温度との空気温度差が所定の第３目標温度差よりも大きい場合には、媒体温度差が小さくなる方向に第２目標温度差を変更するので、室温と連動した水媒体の流量制御をすることができ、利用側熱交換器の負荷が減少した場合であっても、水系媒体の過度な温度上昇をより確実に防ぐことができる。
【発明の効果】
【００１５】
第１発明によれば、利用側熱交換器の負荷が減少した場合であっても、水系媒体の過度な温度変化を確実に防ぐことができる。
【００１６】
第２発明によれば、ＰＩ制御によって現時点の媒体温度差を前記第２目標温度差へ近づけて偏差を無くすように温度制御できるので、水系媒体の過度な温度上昇を確実に防ぐことができる。
【００１７】
第３発明によれば、利用側熱交換器における冷媒の凝縮によって生成された温水を用いて、対象空間の暖房を行うことにより、対象空間の室温が高くなり利用側熱交換器の負荷が減少した場合であっても、水系媒体の過度な温度上昇を確実に防ぐことができる。
【００１８】
第４発明によれば、媒体温度差が第２目標温度差より小さく、かつ利用側熱交換器の出口の水系媒体の温度が第１目標温度以上の場合には利用側熱交換器の負荷が減少したと判断して、水系媒体の過度な温度上昇をより確実に防ぐことができる。
【００１９】
第５発明によれば、室温と連動した水媒体の流量制御をすることができ、利用側熱交換器の負荷が減少した場合であっても、水系媒体の過度な温度上昇をより確実に防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施形態に係わるヒートポンプシステムの回路図。
【図２】図１のヒートポンプシステムによる水媒体の流量制御のフローチャート。
【図３】図１のヒートポンプシステムによる室温と水媒体の流量の連動制御のフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
つぎに本発明のヒートポンプシステムの実施形態を図面を参照しながら説明する。
〔実施形態〕
【００２２】
−全体−
図１は、本発明の実施形態にかかるヒートポンプシステム１の概略構成図である。ヒートポンプシステム１は、蒸気圧縮式のヒートポンプサイクルを利用して水媒体を加熱する運転等を行うことが可能な装置である。
【００２３】
ヒートポンプシステム１は、主として、熱源ユニット２と、利用ユニット４ａと、液冷媒連絡管１３と、ガス冷媒連絡管１４と、温水暖房ユニット９ａと、水媒体連絡管１５ａと、水媒体連絡管１６ａとを備えており、熱源ユニット２と利用ユニット４ａが冷媒連絡管１３、１４を介して接続されることによって、熱源側冷媒回路２０を構成し、利用ユニット４ａと温水暖房ユニット９ａとが水媒体連絡管１５ａ、１６ａを介して接続されることによって、水媒体回路８０ａを構成している。熱源側冷媒回路２０には、ＨＦＣ系冷媒の一種であるＨＦＣ−４１０Ａが熱源側冷媒として封入されており、また、ＨＦＣ系冷媒に対して相溶性を有するエステル系又はエーテル系の冷凍機油が熱源側圧縮機２１（後述）の潤滑のために封入されている。また、水媒体回路８０ａには、水媒体としての水が循環するようになっている。
【００２４】
このヒートポンプシステム１では、熱源側圧縮機２１と、冷媒と水系媒体との間で熱交換を行う利用側熱交換器４１ａと、膨張弁２５、４２ａと、熱源側熱交換器２４が環状に接続されることにより、一つの熱源側冷媒回路２０を構成している。
【００２５】
また、図１のヒートポンプシステム１は、温水暖房ユニット９ａが配置された部屋Ｒに設けられた室温コントローラ２０２と、空気温度センサ２０３と、水温コントローラ２０４と、これら室温コントローラ２０２、空気温度センサ２０３、および水温コントローラ２０４、その他各センサ類（水媒体入口温度センサ５１ａ、水媒体出口温度センサ５２ａその他）からの信号に基づいて、ヒートポンプシステム１の運転を制御する制御部２０１とをさらに備えている。
【００２６】
制御部２０１は、主として、熱源ユニット２側では、熱源側圧縮機２１および熱源側膨張機構２５など、および利用ユニット４ａ側では、利用側流量調節弁４２ａ、循環ポンプ４３ａなどの運転を制御する。
【００２７】
室温コントローラ２０２は、部屋Ｒの室温について希望温度を設定するためのコントローラであり、既存のリモコン等に設けられる。室温コントローラ２０２は、制御部２０１に設定温度の信号を送信する。
【００２８】
空気温度センサ２０３は、部屋Ｒの室温を検出し、検出された室温の信号を制御部２０１に送信する。
【００２９】
水温コントローラ２０４は、温水暖房ユニット９ａに供給される温水の水温を測定し、所定の設定水温に設定するコントローラである。水温コントローラ２０４は、制御部２０１に現在の水温の信号および設定水温の信号を送信する。
【００３０】
−熱源ユニット−
熱源ユニット２は、屋外に設置されており、冷媒連絡管１３、１４を介して利用ユニット４ａに接続されており、熱源側冷媒回路２０の一部を構成している。
【００３１】
熱源ユニット２は、主として、熱源側圧縮機２１と、油分離機構２２と、熱源側切換機構２３と、熱源側熱交換器２４と、熱源側膨張機構２５と、吸入戻し管２６と、過冷却器２７と、熱源側アキュムレータ２８と、液側閉鎖弁２９と、ガス側閉鎖弁３０と、吐出側閉鎖弁３１とを有している。
【００３２】
熱源側圧縮機２１は、熱源側冷媒を圧縮する機構であり、ここでは、ケーシング（図示せず）内に収容されたロータリ式やスクロール式等の容積式の圧縮要素（図示せず）が、同じくケーシング内に収容された熱源側圧縮機モータ２１ａによって駆動される密閉式圧縮機が採用されている。この熱源側圧縮機２１のケーシング内には、圧縮要素において圧縮された後の熱源側冷媒が充満する高圧空間（図示せず）が形成されており、この高圧空間には、冷凍機油が溜められている。熱源側圧縮機モータ２１ａは、インバータ装置（図示せず）によって、その回転数（すなわち、運転周波数）を可変でき、これにより、熱源側圧縮機２１の容量制御が可能になっている。
【００３３】
油分離機構２２は、熱源側圧縮機２１から吐出された熱源側冷媒中に含まれる冷凍機油を分離して熱源側圧縮機の吸入に戻すための機構であり、主として、熱源側圧縮機２１の熱源側吐出管２１ｂに設けられた油分離器２２ａと、油分離器２２ａと熱源側圧縮機２１の熱源側吸入管２１ｃとを接続する油戻し管２２ｂとを有している。油分離器２２ａは、熱源側圧縮機２１から吐出された熱源側冷媒中に含まれる冷凍機油を分離する機器である。油戻し管２２ｂは、キャピラリチューブを有しており、油分離器２２ａにおいて熱源側冷媒から分離された冷凍機油を熱源側圧縮機２１の熱源側吸入管２１ｃに戻す冷媒管である。
【００３４】
熱源側切換機構２３は、熱源側熱交換器２４を熱源側冷媒の放熱器として機能させる熱源側放熱運転状態と熱源側熱交換器２４を熱源側冷媒の蒸発器として機能させる熱源側蒸発運転状態とを切り換え可能な四路切換弁であり、熱源側吐出管２１ｂと、熱源側吸入管２１ｃと、熱源側熱交換器２４のガス側に接続された第１熱源側ガス冷媒管２３ａと、ガス側閉鎖弁３０に接続された第２熱源側ガス冷媒管２３ｂとに接続されている。そして、熱源側切換機構２３は、熱源側吐出管２１ｂと第１熱源側ガス冷媒管２３ａとを連通させるとともに、第２熱源側ガス冷媒管２３ｂと熱源側吸入管２１ｃとを連通（熱源側放熱運転状態に対応、図１の熱源側切換機構２３の実線を参照）したり、熱源側吐出管２１ｂと第２熱源側ガス冷媒管２３ｂとを連通させるとともに、第１熱源側ガス冷媒管２３ａと熱源側吸入管２１ｃとを連通（熱源側蒸発運転状態に対応、図１の熱源側切換機構２３の破線を参照）する切り換えを行うことが可能である。尚、熱源側切換機構２３は、四路切換弁に限定されるものではなく、例えば、複数の電磁弁を組み合わせる等によって、上述と同様の熱源側冷媒の流れの方向を切り換える機能を有するように構成したものであってもよい。
【００３５】
熱源側熱交換器２４は、熱源側冷媒と室外空気との熱交換を行うことで熱源側冷媒の放熱器又は蒸発器として機能する熱交換器であり、その液側に熱源側液冷媒管２４ａが接続されており、そのガス側に第１熱源側ガス冷媒管２３ａが接続されている。この熱源側熱交換器２４において熱源側冷媒と熱交換を行う室外空気は、熱源側ファンモータ３２ａによって駆動される熱源側ファン３２によって供給されるようになっている。
【００３６】
熱源側膨張弁２５は、熱源側熱交換器２４を流れる熱源側冷媒の減圧等を行う電動膨張弁であり、熱源側液冷媒管２４ａに設けられている。
【００３７】
吸入戻し管２６は、熱源側液冷媒管２４ａを流れる熱源側冷媒の一部を分岐して熱源側圧縮機２１の吸入に戻す冷媒管であり、ここでは、その一端が熱源側液冷媒管２４ａに接続されており、その他端が熱源側吸入管２１ｃに接続されている。そして、吸入戻し管２６には、開度制御が可能な吸入戻し膨張弁２６ａが設けられている。この吸入戻し膨張弁２６ａは、電動膨張弁からなる。
【００３８】
過冷却器２７は、熱源側液冷媒管２４ａを流れる熱源側冷媒と吸入戻し管２６を流れる熱源側冷媒（より具体的には、吸入戻し膨張弁２６ａによって減圧された後の冷媒）との熱交換を行う熱交換器である。
【００３９】
熱源側アキュムレータ２８は、熱源側吸入管２１ｃに設けられており、熱源側冷媒回路２０を循環する熱源側冷媒を熱源側吸入管２１ｃから熱源側圧縮機２１に吸入される前に一時的に溜めるための容器である。
【００４０】
液側閉鎖弁２９は、熱源側液冷媒管２４ａと液冷媒連絡管１３との接続部に設けられた弁である。ガス側閉鎖弁３０は、第２熱源側ガス冷媒管２３ｂとガス冷媒連絡管１４との接続部に設けられた弁である。
【００４１】
また、熱源ユニット２には、各種のセンサが設けられている。具体的には、熱源ユニット２には、熱源側圧縮機２１の吸入における熱源側冷媒の圧力である熱源側吸入圧力Ｐｓ１を検出する熱源側吸入圧力センサ３３と、熱源側圧縮機２１の吐出における熱源側冷媒の圧力である熱源側吐出圧力Ｐｄ１を検出する熱源側吐出圧力センサ３４と、熱源側熱交換器２４の液側における熱源側冷媒の温度である熱源側熱交換器温度Ｔｈｘを検出する熱源側熱交温度センサ３５と、外気温度Ｔｏを検出する外気温度センサ３６とが設けられている。
【００４２】
−液冷媒連絡管−
液冷媒連絡管１３は、液側閉鎖弁２９を介して熱源側液冷媒管２４ａに接続されており、熱源側切換機構２３が熱源側放熱運転状態において熱源側冷媒の放熱器として機能する熱源側熱交換器２４の出口から熱源ユニット２外に熱源側冷媒を導出することが可能で、かつ、熱源側切換機構２３が熱源側蒸発運転状態において熱源ユニット２外から熱源側冷媒の蒸発器として機能する熱源側熱交換器２４の入口に熱源側冷媒を導入することが可能な冷媒管である。
【００４３】
−ガス冷媒連絡管−
ガス冷媒連絡管１４は、ガス側閉鎖弁３０を介して第２熱源側ガス冷媒管２３ｂに接続されており、熱源側切換機構２３が熱源側放熱運転状態において熱源ユニット２外から熱源側圧縮機２１の吸入に熱源側冷媒を導入することが可能で、かつ、熱源側切換機構２３が熱源側蒸発運転状態において熱源側圧縮機２１の吐出から熱源ユニット２外に熱源側冷媒を導出することが可能な冷媒管である。
【００４４】
−利用ユニット−
利用ユニット４ａは、屋内に設置されており、冷媒連絡管１３を介して熱源ユニット２に接続されており、熱源側冷媒回路２０の一部を構成している。また、利用ユニット４ａは、水媒体連絡管１５ａ、１６ａを介して温水暖房ユニット９ａに接続されており、水媒体回路８０ａの一部を構成している。
【００４５】
利用ユニット４ａは、主として、利用側熱交換器４１ａと、利用側流量調節弁４２ａと、循環ポンプ４３ａとを有している。
【００４６】
利用側熱交換器４１ａは、熱源側冷媒と水媒体との熱交換を行うことで熱源側冷媒の放熱器として機能する熱交換器であり、その熱源側冷媒が流れる流路の液側には、利用側液冷媒管４５ａが接続されており、その熱源側冷媒が流れる流路のガス側には、利用側ガス冷媒管５４ａが接続されており、その水媒体が流れる流路の入口側には、利用側水入口管４７ａが接続されており、その水媒体が流れる流路の出口側には、利用側水出口管４８ａが接続されている。利用側液冷媒管４５ａには、液冷媒連絡管１３が接続されており、利用側ガス冷媒管５４ａには、ガス冷媒連絡管１４が接続されており、利用側水入口管４７ａには、水媒体連絡管１５ａが接続されており、利用側水出口管４８ａには、水媒体連絡管１６ａが接続されている。
【００４７】
利用側流量調節弁４２ａは、開度制御を行うことで利用側熱交換器４１ａを流れる熱源側冷媒の流量を可変することが可能な電動膨張弁であり、利用側液冷媒管４５ａに設けられている。
【００４８】
循環ポンプ４３ａは、水媒体の昇圧を行う機構であり、ここでは、遠心式や容積式のポンプ要素（図示せず）が循環ポンプモータ４４ａによって駆動されるポンプが採用されている。循環ポンプ４３ａは、利用側水出口管４８ａに設けられている。循環ポンプモータ４４ａは、インバータ装置（図示せず）によって、その回転数（すなわち、運転周波数）を可変でき、これにより、循環ポンプ４３ａの容量制御が可能になっている。
【００４９】
これにより、利用ユニット４ａは、利用側熱交換器４１ａを冷媒連絡管１４から導入される熱源側冷媒の放熱器として機能させることで、利用側熱交換器４１ａにおいて放熱した熱源側冷媒を液冷媒連絡管１３に導出し、利用側熱交換器４１ａにおける熱源側冷媒の放熱によって水媒体を加熱する給湯運転を行うことが可能になっている。
【００５０】
また、利用ユニット４ａには、各種のセンサが設けられている。具体的には、利用ユニット４ａには、利用側熱交換器４１ａの液側における熱源側冷媒の温度である利用側冷媒温度Ｔｓｃ１を検出する利用側熱交温度センサ５０ａと、利用側熱交換器４１ａの入口における水媒体の温度である水媒体入口温度Ｔｗｒを検出する水媒体入口温度センサ５１ａと、利用側熱交換器４１ａの出口における水媒体の温度である水媒体出口温度Ｔｗｌを検出する水媒体出口温度センサ５２ａとが設けられている。
【００５１】
−温水暖房ユニット−
温水暖房ユニット９ａは、屋内に設置されており、水媒体連絡管１５ａ、１６ａを介して利用ユニット４ａに接続されており、水媒体回路８０ａの一部を構成している。
【００５２】
温水暖房ユニット９ａは、主として、熱交換パネル９１ａを有しており、ラジエータや床暖房パネル等を構成している。
【００５３】
熱交換パネル９１ａは、ラジエータの場合には、室内の壁際等に設けられ、床暖房パネルの場合には、室内の床下等に設けられており、水媒体回路８０ａを循環する水媒体の放熱器として機能する熱交換器であり、その入口には、水媒体連絡管１６ａが接続されており、その出口には、水媒体連絡管１５ａが接続されている。
【００５４】
−水媒体連絡管−
水媒体連絡管１５ａは、温水暖房ユニット９ａの熱交換パネル９１ａの出口に接続されている。水媒体連絡管１６ａは、温水暖房ユニット９ａの熱交換パネル９１ａの入口に接続されている。
【００５５】
なお、水媒体連絡管１５ａ、１６ａには、温水暖房ユニット９ａと並列に貯湯ユニットを接続することも可能である。
【００５６】
−温水暖房運転−
次に、ヒートポンプシステム１の温水暖房運転について説明する。
【００５７】
利用ユニット４ａの温水暖房運転を行う場合には、熱源側冷媒回路２０においては、熱源側切換機構２３が蒸発運転状態（図１の熱源側切換機構２３の破線で示された状態）に切り換えられ、吸入戻し膨張弁２６ａが閉止された状態になる。
【００５８】
このような状態の熱源側冷媒回路２０において、冷凍サイクルにおける低圧の熱源側冷媒は、熱源側吸入管２１ｃを通じて、熱源側圧縮機２１に吸入され、冷凍サイクルにおける高圧まで圧縮された後に、熱源側吐出管２１ｂに吐出される。熱源側吐出管２１ｂに吐出された高圧の熱源側冷媒は、油分離器２２ａにおいて冷凍機油が分離される。油分離器２２ａにおいて熱源側冷媒から分離された冷凍機油は、油戻し管２２ｂを通じて、熱源側吸入管２１ｃに戻される。冷凍機油が分離された高圧の熱源側冷媒は、第２熱源側ガス冷媒管２３ｂ及びガス側閉鎖弁３０を通じて、熱源ユニット２から冷媒連絡管１４に送られる。
【００５９】
冷媒連絡管１４に送られた高圧の熱源側冷媒は、利用ユニット４ａに送られる。利用ユニット４ａに送られた高圧の熱源側冷媒は、利用側熱交換器４１ａに送られる。利用側熱交換器４１ａに送られた高圧の熱源側冷媒は、利用側熱交換器４１ａにおいて、循環ポンプ４３ａによって水媒体回路８０ａを循環する水媒体と熱交換を行って放熱する。利用側熱交換器４１ａにおいて放熱した高圧の熱源側冷媒は、利用側流量調節弁４２ａ及び利用側液冷媒管４５ａを通じて、利用ユニット４ａから液冷媒連絡管１３に送られる。
【００６０】
液冷媒連絡管１３に送られた熱源側冷媒は、熱源ユニット２に送られる。熱源ユニット２に送られた熱源側冷媒は、液側閉鎖弁２９を通じて、過冷却器２７に送られる。過冷却器２７に送られた熱源側冷媒は、吸入戻し管２６に熱源側冷媒が流れていないため、熱交換を行うことなく、熱源側膨張弁２５に送られる。熱源側膨張弁２５に送られた熱源側冷媒は、熱源側膨張弁２５において減圧されて、低圧の気液二相状態になり、熱源側液冷媒管２４ａを通じて、熱源側熱交換器２４に送られる。熱源側熱交換器２４に送られた低圧の冷媒は、熱源側熱交換器２４において、熱源側ファン３２によって供給される室外空気と熱交換を行って蒸発する。熱源側熱交換器２４において蒸発した低圧の熱源側冷媒は、第１熱源側ガス冷媒管２３ａ及び熱源側切換機構２３を通じて、熱源側アキュムレータ２８に送られる。熱源側アキュムレータ２８に送られた低圧の熱源側冷媒は、熱源側吸入管２１ｃを通じて、再び、熱源側圧縮機２１に吸入される。
【００６１】
一方、水媒体回路８０ａにおいては、利用側熱交換器４１ａにおける熱源側冷媒の放熱によって水媒体回路８０ａを循環する水媒体が加熱される。利用側熱交換器４１ａにおいて加熱された水媒体は、利用側水出口管４８ａを通じて、循環ポンプ４３ａに吸入され、昇圧された後に、利用ユニット４ａから水媒体連絡管１６ａに送られる。水媒体連絡管１６ａに送られた水媒体は、温水暖房ユニット９ａに送られる。
【００６２】
温水暖房ユニット９ａに送られた水媒体は、熱交換パネル９１ａにおいて放熱し、これにより、室内の壁際等を加熱したり室内の床を加熱する。
【００６３】
−水媒体回路を循環する水媒体の流量制御−
上述の温水暖房運転における水媒体回路８０ａを循環する水媒体の流量制御について、図２〜３のフローチャートを参照しながら説明する。
【００６４】
本実施形態のヒートポンプシステム１では、まず、制御部２０１は、利用側熱交換器４１ａの出口の水系媒体出口温度Ｔｗｌが目標の第１目標温度Ｔｗｌｓになるように圧縮機２１の運転周波数を変えて冷媒循環量を制御する。なお、冷媒循環量の制御は、以下の水媒体の流量制御中も並行して行われる。
【００６５】
それとともに、制御部２０１は、利用側熱交換器４１ａの出口と入口の水系媒体の出入口温度差ΔＴｗ（＝Ｔｗｌ−Ｔｗｒ）が目標の第２目標温度差である目標水媒体出入口温度差ΔＴｗｓになるように循環ポンプ４３ａの運転容量を制御する。
【００６６】
具体的には、図２のステップＳ１では、まず、循環ポンプモータ４４ａの回転数Ｒ（すなわち、運転周波数）を、初期値Ｒ０に設定する。
【００６７】
ついで、ステップＳ２では、制御部２０１は、循環ポンプモータ４４ａの回転数ＲをＲ０に維持して、循環ポンプ４３ａを一定時間運転するように制御する。
【００６８】
ついで、ステップＳ３では、制御部２０１は、利用側熱交換器４１ａの出口と入口の水系媒体の出入口温度差ΔＴｗが目標水媒体出入口温度差ΔＴｗｓよりも大きいか否か判定する。
【００６９】
水媒体出入口温度差ΔＴｗが目標水媒体出入口温度差ΔＴｗｓよりも大きい状態を所定時間維持している場合には（ステップＳ３がＹＥＳのとき）、水媒体回路８０ａを循環する水媒体の流量が少ないものと判定して、循環ポンプモータ４４ａの回転数（すなわち、運転周波数）を大きくすることで循環ポンプ４３ａの運転容量が大きくなるように制御する（ステップＳ４〜５）。本実施形態では、制御部２０１は、現時点の出入口温度差ΔＴｗを目標水媒体出入口温度差ΔＴｗｓへ近づけるようにＰＩ制御を行うことによって、循環ポンプ４３ａの運転容量を制御する。
【００７０】
ここで、ＰＩ制御は、いわゆる比例積分制御であり、入出力関係は一般的に以下の式（１）で示される。
ｕ（ｔ）＝ｋｐ｛ｅ（ｔ）＋（１／Ｔｉ）∫ｅ（ｔ）ｄｔ｝  式（１）
ここで、
ｕ（ｔ）：時間ｔに対する操作量の関数
ｋｐ：比例ゲイン
ｅ（ｔ）：時間ｔに対する偏差の関数
Ｔｉ：積分時間
である。
【００７１】
ＰＩ制御は、目標値の変更や定常的な 外乱があっても偏差（誤差）を生じさせないという特長がある。
【００７２】
上記のＰＩ制御の基本式（１）に基づいて、目標の温度差ΔＴｗｓと、利用側熱交換器の出入口の温度差ΔＴｗとの偏差ＥＦ（＝ΔＴｗｓ―ΔＴｗ）をゼロにするＰＩ制御を行う。この場合の循環ポンプモータ４４ａの回転数Ｒの補正値であるα値は、以下の式（２）の通りである。
α＝α＃＋Ｋｃ×｛（ＥＦ―ＥＦ＃）＋Ｋｉｃ×（ＥＦ＋ＥＦ＃）Δｔｃ／２Ｔｉｃ｝  式（２）
α＃：前回のα
ＥＦ：今回の偏差
ＥＦ＃：前回の偏差
Ｋｃ、Ｋｉｃ：ゲイン
Δｔｃ：サンプリング時間
Ｔｉｃ：積分定数
【００７３】
具体的には、ステップＳ４において、制御部２０１は、上の式（２）に基づいて、αを算出する。
【００７４】
ついで、ステップＳ５において、制御部２０１は、循環ポンプモータ４４ａの回転数Ｒを現在の回転数からα値を加えた回転数になるように補正し、循環ポンプ４３ａの運転容量を制御する。その後、ステップＳ２へ戻る。
【００７５】
一方、水媒体出入口温度差ΔＴｗが目標水媒体出入口温度差ΔＴｗｓよりも小さい場合には（ステップＳ３がＮＯのとき）であり、かつ、水媒体出口温度Ｔｗｌが目標の第１目標温度Ｔｗｌｓ以上のとき（ステップＳ６がＹＥＳのとき）には、水媒体回路８０ａを循環する水媒体の流量が多いものと判定して、循環ポンプモータ４４ａの回転数（すなわち、運転周波数）を小さくすることで循環ポンプ４３ａの運転容量が小さくなるように、前述と同様にＰＩ制御を行う（ステップＳ７〜８）。
【００７６】
具体的には、ステップＳ７において、制御部２０１は、上の式（２）に基づいて、αを算出する。
【００７７】
ついで、ステップＳ８において、制御部２０１は、循環ポンプモータ４４ａの回転数Ｒを現在の回転数からα値を引いた回転数になるように補正し、循環ポンプ４３ａの運転容量を制御する。その後、ステップＳ２へ戻る。
【００７８】
以上のような水媒体の流量制御により、水媒体回路８０ａを循環する水媒体の流量が適切に制御することが可能である。尚、目標水媒体出入口温度差ΔＴｗｓは、利用側熱交換器４１ａの熱交換能力の設計条件等を考慮して設定されている。
【００７９】
＜室温と水媒体の流量の連動制御＞
また、制御部２０１は、空気温度センサ２０３によって検知された部屋Ｒの内部の室温である検知空気温度Ｔｄと室温コントローラ２０２によって設定された設定空気温度Ｔｓとの空気温度差ΔＴａ（＝Ｔｓ−Ｔｄ）が所定の第３目標温度差ΔＴｃｓよりも大きい場合には、水媒体出入口温度差ΔＴｗが小さくなる方向に目標水媒体出入口温度差ΔＴｗｓを変える制御を行う。
【００８０】
具体的には、図３のフローチャートに示されるように、まず、制御部２０１は、ステップＳ３１において、目標水媒体出入口温度差ΔＴｗｓを初期値Ｔ０に設定する。
【００８１】
ついで、ステップＳ３２において、制御部２０１は、検知空気温度Ｔｄと室温コントローラ２０２によって設定された設定空気温度Ｔｓとの空気温度差ΔＴａが所定の第３目標温度差ΔＴｃｓよりも大きいか否か判定する。
【００８２】
ΔＴａがΔＴｃｓよりも大きい状態が所定時間維持されている場合には（ステップＳ３２がＹＥＳのとき）、ステップＳ３３において、制御部２０１は、目標水媒体出入口温度差ΔＴｗｓから所定の補正値Ｔδを引いた値を、新たな目標水媒体出入口温度差ΔＴｗｓとして、水媒体出入口温度差ΔＴｗが小さくなる方向に運転制御、すなわち、水媒体の循環量を増やす方向に循環ポンプ４３ａの運転容量を制御する。
【００８３】
一方、ΔＴａがΔＴｃｓよりも大きい状態が所定時間維持されていない場合には（ステップＳ３２がＮＯのとき）、目標水媒体出入口温度差ΔＴｗｓを初期値Ｔ０に設定する。
【００８４】
このような室温と連動した水媒体の流量制御をすることにより、温水暖房ユニット９ａや他の暖房用熱交換器の負荷が減少した場合であっても、水系媒体の過度な温度上昇を確実に防ぐことができる。
【００８５】
＜実施形態の特徴＞
（１）
実施形態のヒートポンプシステム１では、２つの制御を並行して行っている。第１の制御として、利用側熱交換器４１ａの出口の水系媒体の温度Ｔｗｌが目標の第１目標温度Ｔｗｌｓとなるように熱源側冷媒回路２０における冷媒側循環量を制御して、利用側熱交換器４１ａの出口側の水温が所定の温度に維持するように制御する。それとともに、第２の制御として、利用側熱交換器４１ａの出口と入口の水系媒体の媒体温度差ΔＴｗが目標の第２目標温度差ΔＴｗｓとなるように循環ポンプ４３ａの運転容量を制御して、従来のヒートポンプシステムでは据付時などの手動調整により固定されていた出入口の温度差を所定の温度差になるように自動的に制御する。これにより、利用側熱交換器４１ａの負荷が減少した場合であっても、水系媒体の過度な温度変化を確実に防ぐことができる。
【００８６】
（２）
したがって、利用側の負荷が減少した場合でも、第２目標温度差ΔＴｗｓに向かって利用側熱交換器４１ａの出入り口温度差である媒体温度差ΔＴｗを大きくするＰＩ制御することにより、温水暖房ユニット９ａなどの利用側機器の中間水温設備設計温度よりも上昇することを防ぎ、暖めすぎや機器の発停も防ぐことができる。その結果、エネルギー効率が向上し、快適性も向上する。さらに、循環ポンプ４３ａの水量調節を自動的に行うので、温水流量の管理および調整が容易である。
【００８７】
（３）
また、実施形態のヒートポンプシステム１では、制御部２０１は、現時点の出入口温度差ΔＴｗを目標水媒体出入口温度差ΔＴｗｓへ近づけるようにＰＩ制御を行うことによって、循環ポンプ４３ａの運転容量を制御する。
【００８８】
したがって、本実施形態のヒートポンプシステム１では、このようなＰＩ制御によって、現時点の出入口温度差ΔＴｗと目標水媒体出入口温度差ΔＴｗｓとの偏差を無くすように温度制御できるので、水系媒体の過度な温度上昇を確実に防ぐことができる。
【００８９】
（４）
さらに、実施形態のヒートポンプシステム１では、利用側熱交換器４１ａにおける冷媒の凝縮によって生成された温水を用いて、部屋Ｒの暖房を行う。これにより、部屋Ｒの室温が高くなり利用側熱交換器４１ａの負荷が減少した場合であっても、水系媒体の過度な温度上昇を確実に防ぐことができる。
【００９０】
（５）
実施形態のヒートポンプシステム１では、制御部２０１は、出入口温度差ΔＴｗが目標水媒体出入口温度差ΔＴｗｓより小さく、かつ利用側熱交換器４１ａの出口の水系媒体の温度度Ｔｗｌが目標の第１目標温度Ｔｗｌｓ以上の場合には、循環ポンプ４３ａの運転容量を減少させる制御を行い、一方、出入口温度差ΔＴｗが目標水媒体出入口温度差ΔＴｗｓより大きい場合には、循環ポンプ４３ａの運転容量を増加させる制御を行う。
【００９１】
これにより、出入口温度差ΔＴｗが目標水媒体出入口温度差ΔＴｗｓより小さく、かつ利用側熱交換器４１ａの出口の水系媒体の温度度Ｔｗｌが目標の第１目標温度Ｔｗｌｓ以上の場合には、利用側熱交換器４１ａの負荷が減少したと判断して、水系媒体の過度な温度上昇をより確実に防ぐことができる。
【００９２】
（６）
実施形態のヒートポンプシステム１では、制御部２０１は、空気温度センサ２０３によって検知された検知空気温度Ｔｄと室温コントローラ２０２によって設定された設定空気温度Ｔｓとの差ΔＴａ（＝Ｔｓ−Ｔｄ）が所定の第３目標温度差ΔＴｃｓよりも大きい場合には、出入口温度差ΔＴｗが小さくなる方向に目標水媒体出入口温度差ΔＴｗｓを変える。
【００９３】
このような室温と連動した水媒体の流量制御をすることにより、室温が設定温度よりも十分高くなって利用側熱交換器４１ａの負荷が減少した場合には、出入口温度差ΔＴｗが小さくなる方向に目標水媒体出入口温度差ΔＴｗｓを変えて、循環ポンプ４３ａの運転容量を増加させる制御を行うので、水系媒体の過度な温度上昇をより確実に防ぐことができる。
【００９４】
したがって、例えば、ヒートポンプシステム１のウォーミングアップ時などに能力が不足している場合には、目標水媒体出入口温度差ΔＴｗｓを自動的に変更することにより、循環ポンプ４３ａの運転容量を変更することが可能である。したがって、室温コントローラ２０２を用いて設定空気温度Ｔｓを変更する必要がなくなる。
【００９５】
＜変形例＞
（Ａ）
なお、上記実施形態では、本発明のヒートポンプシステム１の一例として、発明の理解を容易にするために、利用側に１基の利用ユニット４ａが設けられている例が示されているが、本発明はこれに限定されるものではなく、液冷媒連絡管１３およびガス冷媒連絡管１４には、利用ユニット４ａと並列に他の利用ユニット（室内空調ユニット等）を接続することも可能である。この場合も、上記実施形態の運転制御を行うことにより、利用側熱交換器４１ａの負荷が減少した場合であっても、水系媒体の過度な温度上昇を確実に防ぐことができる。
【００９６】
（Ｂ）
さらに、上記実施形態のヒートポンプシステム１では、利用ユニット４ａとして、利用側熱交換器４１ａにより熱源側冷媒回路２０の冷媒と水媒体回路８０ａの水との間で直接熱交換を行っているが、本発明はこれに限定されるものではなく、熱源側冷媒回路２０と水媒体回路８０ａとの間に別の冷媒回路を介在させてカスケード式のヒートポンプシステムを構成してもよい。この場合も、上記実施形態の運転制御を行うことにより、利用側熱交換器４１ａの負荷が減少した場合であっても、水系媒体の過度な温度上昇を確実に防ぐことができる。
【００９７】
（Ｃ）
また、上記実施形態のヒートポンプシステム１では、温水床暖房を行うヒートポンプシステムを礼に挙げて説明しているが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、ヒートポンプシステム１における熱源側切換機構２３を切り換えて熱源側冷媒回路２０における冷媒の流れを逆転し、利用側熱交換器４１ａにおける冷媒の蒸発によって生成された冷水を用いて部屋Ｒの冷房を行ってもよい。この場合には、上記の運転制御を行うことにより、利用側熱交換器４１ａの負荷が減少した場合に、水系媒体の過度な温度低下を確実に防ぐことができる。
【産業上の利用可能性】
【００９８】
本発明は、水系媒体を循環するヒートポンプシステムに種々適用することが可能である。
【符号の説明】
【００９９】
１  ヒートポンプシステム
２  熱源ユニット
４ａ  利用ユニット
１２  吐出冷媒連絡管
１３  液冷媒連絡管
１４  ガス冷媒連絡管
２０  熱源側冷媒回路
２１  熱源側圧縮機
２３  熱源側切換機構
２４  熱源側熱交換器
４１ａ  利用側熱交換器
４２ａ  利用側流量調節弁
４３ａ  循環ポンプ
８０ａ  水媒体回路
２０１  制御部
２０２  室温コントローラ
２０３  空気温度センサ
２０４  水温コントローラ
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１００】
【特許文献１】特開２００３−３１４８３８号公報
【図１】
2010196946.tif 000003
【図２】
2010196946.tif 000004
【図３】
2010196946.tif 000005