(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御可能な圧縮機を備え、かつ、通常運転に加え霜取り運転を実行するヒートポンプ装置、制御可能な補助ヒータ、前記ヒートポンプ装置の前記通常運転によって加熱された流体を利用する加熱流体利用装置、前記補助ヒータから前記加熱流体利用装置に向けて流体を循環させる制御可能な循環ポンプがこの順に接続されて流体の循環する流体循環回路の、前記補助ヒータと前記加熱流体利用装置との間を流れる流体の温度を検知する温度センサと、
前記ヒートポンプ装置の霜取り運転中における前記温度センサによる検知温度ｔＳを監視し、前記温度センサによる前記検知温度ｔＳが前記循環ポンプと前記圧縮機とのいずれかの前記制御を開始するべき予め定められた温度を示す温度ｔＸ以下、かつ、前記温度ｔＸよりも低い温度であって前記補助ヒータの制御を開始するべき予め定められた温度を示す温度ｔＨよりも高いときには、前記循環ポンプの回転数を上げる制御と前記圧縮機の運転周波数を下げる制御との少なくもいずれかの制御を実行し、
前記検知温度ｔＳが前記温度ｔＨ以下のときには、前記循環ポンプの回転数を上げる制御と前記圧縮機の運転周波数を下げる制御と前記補助ヒータを作動させる制御とを実行する制御部と
を備え、
前記制御部は、
前記検知温度ｔＳが前記温度ｔＸと前記温度ｔＨとの間の予め定められた温度ｔＹよりも高く、かつ、前記温度ｔＸ以下のときには、前記循環ポンプの回転数を上げる制御を実行し、
前記検知温度ｔＳが前記温度ｔＹ以下、かつ、前記温度ｔＨよりも高いときには、前記循環ポンプの回転数を上げる制御と、前記圧縮機の運転周波数を下げる制御とを実行することを特徴とする補助ヒータ制御装置。
【請求項２】
制御可能な圧縮機を備え、かつ、通常運転に加え霜取り運転を実行するヒートポンプ装置、制御可能な補助ヒータ、前記ヒートポンプ装置の前記通常運転によって加熱された流体を利用する加熱流体利用装置、前記補助ヒータから前記加熱流体利用装置に向けて流体を循環させる制御可能な循環ポンプがこの順に接続されて流体の循環する流体循環回路と、
前記補助ヒータと前記加熱流体利用装置との間を流れる流体の温度を検知する温度センサと、
前記ヒートポンプ装置の霜取り運転中における前記温度センサによる検知温度ｔＳを監視し、前記循環ポンプと前記圧縮機とのいずれかの前記制御を開始するべき予め定められた温度を示す温度ｔＸ以下、かつ、前記温度ｔＸよりも低い温度であって前記補助ヒータの制御を開始するべき予め定められた温度を示す温度ｔＨよりも高いときには、前記循環ポンプの回転数を上げる制御と前記圧縮機の運転周波数を下げる制御との少なくもいずれかの制御を実行し、
前記検知温度ｔＳが前記温度ｔＨ以下のときには、前記循環ポンプの回転数を上げる制御と前記圧縮機の運転周波数を下げる制御と前記補助ヒータを作動させる制御とを実行する制御部と
を備え、
前記制御部は、
前記検知温度ｔＳが前記温度ｔＸと前記温度ｔＨとの間の予め定められた温度ｔＹよりも高く、かつ、前記温度ｔＸ以下のときには、前記循環ポンプの回転数を上げる制御を実行し、
前記検知温度ｔＳが前記温度ｔＹ以下、かつ、前記温度ｔＨよりも高いときには、前記循環ポンプの回転数を上げる制御と、前記圧縮機の運転周波数を下げる制御とを実行することを特徴とする加熱流体利用システム。
【請求項３】
制御可能な圧縮機を備え、かつ、通常運転に加え霜取り運転を実行するヒートポンプ装置、制御可能な補助ヒータ、前記ヒートポンプ装置の前記通常運転によって加熱された流体を利用する加熱流体利用装置、前記補助ヒータから前記加熱流体利用装置に向けて流体を循環させる制御可能な循環ポンプがこの順に接続されて流体の循環する流体循環回路の、前記補助ヒータと前記加熱流体利用装置との間を流れる流体の温度を検知し、
前記ヒートポンプ装置の霜取り運転中における検知温度ｔＳを監視し、前記検知温度ｔＳが前記循環ポンプと前記圧縮機とのいずれかの前記制御を開始するべき予め定められた温度を示す温度ｔＸ以下、かつ、前記温度ｔＸよりも低い温度であって前記補助ヒータの制御を開始するべき予め定められた温度を示す温度ｔＨよりも高いときには、前記循環ポンプの回転数を上げる制御と前記圧縮機の運転周波数を下げる制御との少なくもいずれかの制御を実行し、
前記検知温度ｔＳが前記温度ｔＨ以下のときには、前記循環ポンプの回転数を上げる制御と前記圧縮機の運転周波数を下げる制御と前記補助ヒータを作動させる制御とを実行すると共に、
前記検知温度ｔＳが前記温度ｔＸと前記温度ｔＨとの間の予め定められた温度ｔＹよりも高く、かつ、前記温度ｔＸ以下のときには、前記循環ポンプの回転数を上げる制御を実行し、
前記検知温度ｔＳが前記温度ｔＹ以下、かつ、前記温度ｔＨよりも高いときには、前記循環ポンプの回転数を上げる制御と、前記圧縮機の運転周波数を下げる制御とを実行することを特徴とする補助ヒータ制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ヒートポンプ熱源（以下、ヒートポンプ装置ともいう）の霜取り運転時における循環水の凍結防止に関する補助ヒータ制御装置、加熱流体利用システム及び補助ヒータ制御方に関する。
【背景技術】
【０００２】
ヒートポンプ装置を用いた温水暖房システムでは、霜取り運転中、ヒートポンプ装置は循環水を冷却することになる。このため、循環水の凍結防止のため様々な方法が考案されている。【０００３】
例えば、ヒートポンプ装置が霜取り運転中のとき補助ヒータが常時作動する、あるいは循環水の温度が凍結判定温度以下になると補助ヒータが作動する等により、循環水の凍結を防止する方法がある。【０００４】
また、給湯用途機能を備えた給湯温水暖房システムでは、貯湯タンク内の高温水を利用することで、循環水の凍結を防止する方法がある。【０００５】
（補助ヒータの使用）
しかしながら、補助ヒータは消費電力が大きい。このため、省エネの観点から、上記のようにヒートポンプ装置が霜取り運転中の場合に補助ヒータを常時作動させる方法、あるいは循環水の温度が凍結判定温度以下になると補助ヒータを作動させる方法は、極力使用を抑えることが好ましい。【０００６】
（貯湯タンクの存在）
また、上記のように貯湯タンク内の高温水を利用する方法は、給湯用途機能を備えた給湯温水暖房システムで貯湯タンクが存在することが前提である。このため、ヒートポンプ装置、循環ポンプ、温水暖房器具を配管で環状に接続しただけのシンプルな水回路構成の温水暖房システムには適用できない。【０００７】
補助ヒータの使用を抑制する従来技術として特許文献１がある。特許文献１には、温水暖房システムにおいてヒートポンプ熱源が霜取り運転時に補助熱源が不必要に作動することを回避する制御方法が開示されている。特許文献１では温水暖房システムの各温度情報によって補助ヒータのＯＮ／ＯＦＦを判定している。【０００８】
しかし、特許文献１の技術は制御対象が補助ヒータのみであるため、補助ヒータの使用を抑制し、省エネルギー化を促進するという観点からは十分とはいえない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００４−１３２６１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、貯湯タンクを持たないシンプルな水回路構成にも簡単に取り付ける事ができると共に循環水の凍結を確実に防止可能であり、また補助ヒータの使用を抑えることができる装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この発明の補助ヒータ制御装置は、
制御可能な圧縮機を備え、かつ、通常運転に加え霜取り運転を実行するヒートポンプ装置、制御可能な補助ヒータ、前記ヒートポンプ装置の前記通常運転によって加熱された流体を利用する加熱流体利用装置、前記補助ヒータから前記加熱流体利用装置に向けて流体を循環させる制御可能な循環ポンプがこの順に接続されて流体の循環する流体循環回路の、前記補助ヒータと前記加熱流体利用装置との間を流れる流体の温度を検知する温度センサと、
前記ヒートポンプ装置の霜取り運転中における前記温度センサによる検知温度ｔＳを監視し、前記検知温度ｔＳに応じて、前記循環ポンプの制御と、前記圧縮機の制御と、前記補助ヒータの制御との、少なくともいずれかの制御を選択的に実行する制御部と
を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明により、貯湯タンクを持たないシンプルな水回路構成にも簡単に取り付ける事ができると共に循環水の凍結を確実に防止可能であり、また補助ヒータの使用を極力抑えることができる装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施の形態１における温水暖房システム１００の構成を示す図。
【図２】実施の形態１におけるヒートポンプ装置１０の構成を示す図。
【図３】実施の形態１における制御装置６０の動作フローチャート。
【図４】実施の形態１における制御装置６０の第１の凍結防止制御方式を示す図。
【図５】実施の形態２における制御装置６０の第２の凍結防止制御方式を示す図。
【図６】実施の形態３における制御装置６０の第３の凍結防止制御方式を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
実施の形態１．
図１は実施の形態１の温水暖房システム１００（加熱流体利用システム）を示す水回路図である。
【００１５】
（システム構成）
温水暖房システム１００は、ヒートポンプ装置１０、補助ヒータ２０、温水暖房器具３０（加熱流体利用装置の一例）、循環ポンプ４０、これらを接続するための水路形成手段５０（例えば配管）から成る。ヒートポンプ装置１０は、通常動作時には、水回路を循環する水を加熱する熱源である。補助ヒータ２０はヒートポンプ装置１０の霜取り運転中に循環水を加熱する補助熱源である。温水暖房器具３０は温水を利用する加熱流体利用装置の一例である。温水暖房器具３０としてラジエター、ファンコイルユニット、床暖房装置などがある。温水暖房器具３０以外には貯湯タンクでもよい。
【００１６】
（水回路１０１）
図１に示すように、ヒートポンプ装置１０、制御可能な補助ヒータ２０、ヒートポンプ装置１０の通常運転によって加熱された温水を利用する温水暖房器具３０、補助ヒータ２０から温水暖房器具３０に向けて温水を循環させる制御可能な循環ポンプ４０がこの順に接続されて温水の循環する水回路１０１（流体循環回路）を構成している。補助ヒータ２０及び循環ポンプ４０は後述の制御装置６０によって制御可能である。
【００１７】
（ヒートポンプ装置１０の構成）
図２はヒートポンプ装置１０の構成の一例を示す図である。ヒートポンプ装置１０は、圧縮機１１、通常運転時には放熱器として機能する第１熱交換器１２、膨張機構１３、通常運転時には吸熱器として機能する第２熱交換器１４、冷媒の循環方向を切り替える切替装置１５（例えば４方弁）、ファン１６から構成されている。ヒートポンプ装置１０は通常運転時では圧縮機１１で圧縮された高温高圧の冷媒１７を第１熱交換器１２に供給する。また霜取り運転時では、ヒートポンプ装置１０は圧縮機１１で圧縮された高温高圧の冷媒を第２熱交換器１４へ供給し、冷媒１８が膨張機構１３から第１熱交換器１２へ流れ込む。圧縮機１１は後述の制御装置６０により運転周波数が制御可能である。
【００１８】
（制御装置６０、温度センサ７０）
温水暖房システム１００は、さらに、制御装置６０（制御部の一例）を備えている。また、温水暖房システム１００は温度センサ７０を備えている。温度センサ７０は、補助ヒータ２０と温水暖房器具３０との間を接続する配管配置されている。温度センサ７０は、補助ヒータ２０から流出し、温水暖房器具３０へ流入する温水の温度を計測するセンサである。
【００１９】
（補助ヒータ制御装置１１０）
制御装置６０と温度センサ７０とは、補助ヒータ制御装置１１０を構成する。補助ヒータ制御装置１１０は、貯湯タンクを持たない簡易な温水暖房システムに簡単に取り付けることができる。
【００２０】
（制御装置６０の機能）
制御装置６０は、温度センサ７０の計測情報（検知温度ｔＳ）に基づいて、ヒートポンプ装置１０の霜取り運転時に、循環ポンプ４０の回転数をアップする制御、ヒートポンプ装置１０（圧縮機）の運転周波数をダウンする制御、補助ヒータ２０をＯＮにする制御を実行する。
【００２１】
（水サイクル）
次に、温水暖房システム１００での水サイクルについて説明する。温水暖房システム１００の通常運転時は、循環ポンプ４０により水回路１０１内を温水が循環する。循環ポンプ４０から吐出された温水はヒートポンプ装置１０により加熱される。加熱された温水は補助ヒータ２０を経て温水暖房器具３０へ供給されて放熱される。放熱された温水は循環ポンプ４０に吸入される。
【００２２】
（ヒートポンプ装置１０による霜取り運転）
ヒートポンプ装置１０が霜取り運転に入ると、循環ポンプ４０から吐出された温水はヒートポンプ装置１０で冷却される。すなわちヒートポンプ装置１０がリバースサイクルの運転状態になる。ヒートポンプ装置１０で冷却された水は、補助ヒータ２０、温水暖房器具３０を経て循環ポンプ４０に吸入される。このとき温水暖房器具３０では供給された水温度が温水暖房器具３０が設置された空間温度よりも低くなると、水は空間の熱により加熱される。
【００２３】
（第１の凍結防止制御方式）
図３は、ヒートポンプ装置１０が霜取り運転になったときの制御装置６０の動作を示すフローチャートである。図４は制御装置６０の制御方式を示す図である。図３、図４を参照して、ヒートポンプ装置１０の霜取り運転中における、制御装置６０による第１の凍結防止制御方式を説明する。
【００２４】
図４において、温度軸ｔの上側の範囲（ａ）は制御対象となる装置を示す。範囲（ａ）の一番下は循環ポンプ４０を示し、中央は圧縮機１１を示し、一番上は補助ヒータ２０を示す。温度軸ｔの下側の範囲（ｂ）は温度範囲を示している。すなわち図４は次の内容を示している。
制御装置６０は、
ｔＹ＜ｔＳ≦ｔＸの場合は、循環ポンプ４０のみを制御し、
ｔＨ＜ｔＳ≦ｔＹの場合は、循環ポンプ４０、圧縮機１１を制御し、
ｔＳ≦ｔＨの場合は、循環ポンプ４０、圧縮機１１、補助ヒータ２０を制御する。
ここで、
ｔＳ：温度センサ７０による検知温度、
ｔＸ：循環ポンプ４０と圧縮機１１とのいずれかの制御を開始するべき予め定められた温度、
ｔＹ：ｔＸより低くｔＨよりも高い予め定められた温度、
ｔＨ：補助ヒータ２０の制御を開始するべき予め定められた温度、
である。また、
ｔＨ＜ｔＹ＜ｔＸ
である。
以下、図３のフローチャートを参照して具体的に説明する。
【００２５】
（ステップＳ１：ｔＸ判定ステップ）
まず図３のステップＳ１で、制御装置６０は、温度センサ７による検知温度ｔＳが第１の凍結判定温度ｔＸ以下であるかどうかを判定する。検知温度ｔＳが凍結判定温度ｔＸ以下であれば、制御装置６０は、ステップＳ２で循環ポンプ４０の回転数を上げた後、判定ステップのステップＳ３に進む。図４に示すように、
「ｔＳ≦ｔＸ」
であれば、少なくとも循環ポンプ４０は制御装置６０の制御対象となる。
【００２６】
（循環ポンプ４０の回転数上昇の効果）
ここで、
霜取りによる水冷却能力Ｑ、
循環水流量Ｌ、
ヒートポンプ熱源１の水出入口温度差Δｔ、
とすると、
これらは、
「Ｑ∝Ｌ×Δｔ」
の関係である。すなわち水冷却能力Ｑは、循環水流量Ｌと水出入口温度差Δｔとの積に比例する。このため、循環ポンプ４０の回転数が上がると循環水流量が増大するので、霜取りによる水冷却能力一定よりヒートポンプ装置１０の水出入口温度差は減少する。つまり、例えばヒートポンプ装置１０の水入口温度が１５℃、水出口温度５℃であった場合、循環水流量を２倍にすると水出口温度は１０℃となるので、循環ポンプ４０の回転数を上げることで水温低下の度合いを抑えることができる。温度センサ７による検知温度が凍結判定温度ｔＸ以下でなければ、制御装置６０の処理は循環ポンプ４０の回転数を維持して再度ステップＳ１に戻る。
【００２７】
（ステップＳ３：ｔＹ判定ステップ）
ステップＳ２で循環ポンプ４の回転数が上がった後、制御装置６０は、ステップＳ３において、検知温度ｔＳが第２の凍結判定温度ｔＹ以下であるかどうかを判定する。検知温度ｔＳが第２の凍結判定温度ｔＹ以下であれば、制御装置６０はステップＳ４で圧縮機１１の運転周波数を下げてステップＳ３に進む。圧縮機１１の運転周波数を下げることで水冷却能力が下がるので、温水暖房器具３による空間の熱により水加熱能力と等しくなると、これ以上水温を低下することなく霜取り運転を継続できる。制御装置６０は、検知温度ｔＳが第２の凍結判定温度ｔＹ以下でなければ、圧縮機１１の運転周波数を維持して再度ステップＳ１に戻る。
【００２８】
（ステップＳ５：ｔＨ判定ステップ）
ステップＳ４で圧縮機１１の運転周波数が下がった後、制御装置６０は、ステップＳ５において、検知温度ｔＳが第３の凍結判定温度ｔＨ以下であるかどうかを判定する。ステップＳ４で圧縮機１１の運転周波数をある程度下げても水温が低下し、検知温度ｔＳが第３の凍結判定温度ｔＨ以下となれば、制御装置６０は、ステップＳ６において初めて補助ヒータ２０を「作動」させる。この場合、前回に補助ヒータ２０を「ＯＮ」させている場合には、今回の制御は補助ヒータ２０の出力を制御する構成でもよい。検知温度ｔＳが第３の凍結判定温度ｔＨ以下でなければ、制御装置６０は補助ヒータ２０の「ＯＦＦ状態」を維持して、再度ステップＳ１に戻る。
【００２９】
実施の形態１では一例として図３のようなフローチャートを示したが次のような構成でもよい。制御装置６０は、検知温度ｔＳが図４における温度範囲８１、範囲８２、範囲８３のうちどの温度範囲に属するかを特定する。制御装置６０は、温度範囲と制御内容との対応テーブルを有している。制御装置６０は検知温度ｔＳをキーとして、対応テーブルから制御内容を特定するた。例えば検知温度ｔＳから温度範囲８２を特定すれば、制御装置６０は、循環ポンプ４０と圧縮機１１との両方の制御を実行する。すなわち、制御装置６０は、ヒートポンプ装置１０の霜取り運転中における温度センサ７０による検知温度ｔＳを監視し、検知温度ｔＳに応じて、循環ポンプ４０の制御と、圧縮機１１の制御と、補助ヒータ２０の制御との、少なくともいずれかの制御を選択的に実行する。
【００３０】
以上のように、温水暖房システム１００の補助ヒータ制御装置１１０は、ヒートポンプ装置１０の霜取り運転中において、温度センサ７０の検知値に応じて、以下の制御を実行する。すなわち、制御装置６０は、循環ポンプ４０の回転数を上げる制御、ヒートポンプ装置１０の圧縮機１１の運転周波数を抑制する制御、補助ヒータ２０を作動させる制御の３つのうち、循環ポンプを対象とする制御方式、循環ポンプと圧縮機とを対象とする制御方式、循環ポンプと圧縮機と補助ヒータとを対象とする制御方式のいずれかを実行する。このように、補助ヒータ２０が作動する前段階として、循環ポンプ４０の回転数の制御や圧縮機１１の運転周波数の制御により水温低下を抑制可能とした。このため、貯湯タンクを持たないようなシンプルな水回路構成の温水暖房システムに対しも、確実に循環水の凍結を防止できる。また、補助ヒータの使用を極力抑えることが可能になる。
【００３１】
実施の形態２．
図５を参照して実施の形態２の「第２の凍結防止制御方式」を説明する。実施の形態２は、温度センサ７０の検知温度ｔＳが、
「ｔＨ＜ｔＳ≦ｔＸ」
の場合に循環ポンプ４０と圧縮機１１との両方の制御を実行する実施形態である。
【００３２】
図５は、図４の場合の「（１）」の範囲がないので、補助ヒータ２０の使用前段階における温度低下抑制の効果を、すばやく得る事ができる。
【００３３】
実施の形態３．
図６を参照して実施の形態３の「第３の凍結防止制御方式」を説明する。実施の形態３は、実施の形態１に対して、循環ポンプ４０の制御と、圧縮機１１の制御とを入れ替えた方式である。
【００３４】
すなわち、
ｔＹ＜ｔＳ≦ｔＸの場合、制御装置６０は圧縮機１１の運転周波数を制御し、
ｔＨ＜ｔＳ≦ｔＹの場合、制御装置６０は圧縮機１１の制御、及び循環ポンプ４０の回転数を制御し、
ｔＳ≦ｔＨの場合、制御装置６０は圧縮機１１の制御、循環ポンプ４０の制御、及び補助ヒータ２０を作動させる制御を実行する。
【００３５】
実施の形態３では、補助ヒータ２０の作動開始の前段階として圧縮機１１、循環ポンプ４０を制御するので補助ヒータの作動のエネルギーを低減できる。
【００３６】
実施の形態１〜３では温度ｔＸ、ｔＹ、ｔＨを判定基準としている。このうち、たとえば温度ｔＸとｔＹとは、第１の凍結防止制御方式〜第３の凍結防止制御方式で、適宜、好ましい温度を設定することができる。すなわち、温度ｔＸ、ｔＹは各凍結制御方式で同じ値でもよいし、方式ごとに異なる値としても構わない。
【００３７】
実施の形態１〜３では補助ヒータ制御装置１１０を説明したが、補助ヒータ制御装置１１０の温度センサ７０、制御装置６０の動作をステップととらえることで、補助ヒータ制御装置１１０を補助ヒータ制御方法として把握することも可能である。
【符号の説明】
【００３８】
１０  ヒートポンプ装置、１１  圧縮機、１２  第１熱交換器、１３  膨張機構、１４  第２熱交換器、１５  ４方弁、１６  ファン、２０  補助ヒータ、３０  温水暖房器具、４０  循環ポンプ、５０  水路形成手段、６０  制御装置、７０  温度センサ、８１〜８３  温度範囲、１００  温水暖房システム、１１０  補助ヒータ制御装置。
【図１】
0005626918.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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