JP5747159B2 - ヒートポンプ温水暖房機 - Google Patents

Description

本発明は、ヒートポンプ温水暖房機の省エネルギー制御に係るものである。

従来のヒートポンプ温水暖房機は、ヒートポンプサイクルと水熱媒サイクルを備え、ヒートポンプサイクルを流れる冷媒が、水熱媒サイクルを流れる水熱媒を水熱媒熱交換器１１５で加熱し、加熱された水熱媒が複数の室内放熱器１２５に送水され放熱し、部屋の暖房行う。水熱媒を送水する手段としては、交流もしくは直流電源で駆動する循環ポンプ１２１が利用されている。

交流電源駆動の循環ポンプを利用した場合、常に一定の揚程で運転するため、暖房運転を行う室内放熱器の数が同じである限り、常に水熱媒の循環流量は同じとなる。交流電源駆動の循環ポンプは、低コストで制御が容易であるという利点から、広く利用されている。しかし、水熱媒の循環流量が一定であるため、ヒートポンプ温水暖房機の効率が悪くなる場合がある。
室内放熱器の総数が４台で、交流電源駆動の循環ポンプ１２１が毎分６．０Ｌの水熱媒を送水しているヒートポンプ温水暖房機にて説明する。

ヒートポンプ温水暖房機の効率が悪くなる例として、４台全ての室内放熱器（１２５ａ〜１２５ｄ）に水熱媒を送水し、水熱媒熱交換器１１５から流出する水熱媒の往き温度Ｔｗｏが目標往き温度Ｔｗｏｔとなり、かつ、水熱媒熱交換器１１５で水熱媒を加熱する熱量と、室内放熱器１２５で放熱する熱量とが平衡となっている状態から、利用者の設定により、３台の室内放熱（１２５ａ〜１２５ｃ）への水熱媒の送水を停止した後の状態が挙げられる。

室内放熱器１２５ａ〜１２５ｄがすべて同じものであると仮定すると、４台全ての室内放熱器に水熱媒を送水している状態では、室内放熱器１台当たりに送水される水熱媒の流量は毎分６．０Ｌ／４＝１．５Ｌである。

ここで、室内放熱器１２５ａ〜１２５ｃへの水熱媒の送水を停止すると、残りの室内放熱器１２５ｄにおける水熱媒の循環流量は、４倍の毎分６．０Ｌと大幅に増加する。

実際には、室内放熱器内に敷設された水熱媒配管に流れる水熱媒の量が増加すると、抵抗が増加するため、室内放熱器１２５ｄにおける水熱媒の循環流量は、毎分６．０Ｌよりも少し小さな値となるが、ここでは、単純化するため、毎分６．０Ｌとなるものとする。

一般的に、水熱媒熱交換器１１５から流出する水熱媒の往き温度Ｔｗｏ、水熱媒熱交換器１１５に流入する戻り温度Ｔｗｉ、水熱媒熱交換器１１５を流れる水熱媒の循環流量をＭ_Ｅ、そして、水熱媒熱交換器１１５において水熱媒を加熱する熱量Ｑ_Ｅとの間には、数１で示す関係式が成り立つ。

また、室内放熱器１２５ｉ（ｉ＝ａ〜ｄ）から流出する水熱媒の温度をＴｗｉ_ｉ、室内放熱器１２５ｉを流れる水熱媒の循環流量をＭ_ｉ、室内放熱器１２５ｉにおいて室内に放熱する熱量をＱｉとし、室内放熱器１２５ｉに流入する水熱媒の温度は往き温度Ｔｗｏと
等しいと仮定すると、数２で示す関係式が成り立つ。

数１と数２の間には、Ｑ_Ｅ＝ΣＱ_ｉ、Ｍ_Ｅ＝ΣＭ_ｉが成り立つ。前記において、室内放熱器１２５ｄにおける放熱量Ｑ_ｄが一定であると仮定すると、室内放熱器１２５ｄにおける水熱媒の循環流量Ｍ_ｄが、毎分１．５Ｌから４倍の６．０Ｌに増加すると、数２の関係より、温度差Ｔｗｏ−Ｔｗｉ_ｄは１／４に縮小することになる。しかし、実際には、室内放熱器１２５ｄ内に敷設された水熱媒配管内には数Ｌの水熱媒を保有しているため、即座に温度差Ｔｗｏ−Ｔｗｉ_ｄは１／４に縮小しない。

この理由は、水熱媒の循環流量Ｍ_ｄが増加しても、その瞬間において、室内放熱器１２５ｄ内の流出配管により近い位置に存在する水熱媒ほど、水熱媒の循環流量Ｍ_ｄの増加により配管内を流れる熱流媒の温度低下を小さくする影響を受けずに、室内放熱器１２５ｄから流出するためである。すなわち、室内放熱器１２５ｄから流出する水熱媒の温度Ｔｗｉ_ｄは徐々に上昇することになる。

次に、水熱媒熱交換器１１５で加熱された後の水熱媒の往き温度Ｔｗｏは、戻り温度Ｔｗｉの上昇に追随して上昇する。熱媒熱交換器１１５を流れる水熱媒の循環流量Ｍ_Ｅは毎分６．０Ｌで変化しないため、水熱媒熱交換器１１５において水熱媒を加熱する熱量Ｑ_Ｅが一定ならば、数１の関係より、温度差Ｔｗｏ−Ｔｗｉが一定となるからである。

従来のヒートポンプ温水暖房機では、往き温度Ｔｗｏを、利用者が設定した目標往き温度Ｔｗｏｔとなるように、主にヒートポンプサイクルの圧縮機の周波数を制御している。

上記のように往き温度Ｔｗｏが上昇した場合は、圧縮機の周波数を下げ、水熱媒熱交換器１１５において水熱媒を加熱する熱量Ｑ_Ｅを下げて、往き温度Ｔｗｏを低下させる制御を行う。十分に時間が経過した後では、Ｑ_Ｅ＝Ｑ_ｄとなるまで圧縮機の周波数は下げられており、往き温度Ｔｗｏは目標往き温度Ｔｗｏｔに保持される。

一方、室内放熱器１２５ｄから流出する水熱媒の温度Ｔｗｉ_ｄは上昇したままになっており、十分に時間が経過した後では、温度差Ｔｗｏ−Ｔｗｉ_ｄは、数２に基づき、１／４となる。

すなわち、戻り温度Ｔｗｉは上昇し、往き温度Ｔｗｏに接近している。結果として、ヒートポンプサイクルにおける凝縮温度は高くなり、サイクル効率が悪化してしまう。

このような事態を避けるため、直流電源駆動で循環流量を制御できる循環ポンプを使用し、ヒートポンプ温水暖房機の高効率化を図る技術がある（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。

特許文献１には、水熱媒の往き温度Ｔｗｏと戻り温度Ｔｗｉとの差である往き戻り温度差Ｔｗｏ−Ｔｗｉが、所定の範囲内となるように、循環ポンプの回転数の制御方法が開示されている。

特許文献１では、戻り温度Ｔｗｉの過度の上昇を抑え、すなわち、水熱媒熱交換器における冷媒凝縮温度の過度の上昇を抑えて、サイクル効率悪化を防止し、かつ、循環ポンプの消費電力を削減できると記述されている。

図６に、この制御方法の循環ポンプの制御フローを示す。

往き戻り温度差ΔＴａ（＝Ｔｗｏ−Ｔｗ）を算出し（ステップＳ０４）、往き戻り温度差が所定値（４Ｋ）よりも小さい場合、もしくは、目標往き温度Ｔｗｏｔが確保されていない場合は、水熱媒の循環流量を下げるよう、循環ポンプを制御する（ステップＳ０９）。

逆に、往き温度Ｔｗｏが目標往き温度Ｔｗｏｔとほぼ近い温度を確保していても、往き戻り温度差が所定値（２０Ｋ）以上となっている場合は、水熱媒の循環流量を大きくするよう、循環ポンプを制御する（ステップＳ１０）。

すなわち、往き戻り温度差が所定範囲内（４Ｋ以上２０Ｋ未満）で、かつ目標往き温度Ｔｗｏｔが確保されている場合のみ、水熱媒の循環流量は保持される（ステップＳ０８）。

また、特許文献２には、水熱媒の往き温度Ｔｗｏが目標往き温度（Ｔｗｏｔ）となるようにヒートポンプサイクルにおけるヒートポンプサイクルの圧縮機の周波数を制御し、これと平行して、往き戻り温度差Ｔｗｏ−Ｔｗｉが目標往き戻り温度差となるように循環ポンプを制御する方法が開示されている。

図７に、この制御方法の循環ポンプの制御フローを示す。往き戻り温度差ΔＴａ（＝Ｔｗｏ−Ｔｗ）を算出し（ステップＳ２４）、往き戻り温度差ΔＴａが目標往き戻り温度差ΔＴａｔよりも大きい状態を所定時間維持しているならば、温度差が大きすぎるとみなして、水熱媒の循環流量を大きくするよう、循環ポンプを制御する（ステップＳ２６）。

逆に、往き戻り温度差ΔＴａが目標往き戻り温度差ΔＴａｔよりも小さい、もしくは往き戻り温度差ΔＴａが目標往き戻り温度差ΔＴａｔよりも大きい状態を所定時間維持できていない場合は、往き温度Ｔｗｏと目標往き温度Ｔｗｏｔとの関係を調べる（ステップＳ２７）。

往き温度Ｔｗｏが目標往き温度Ｔｗｏｔ以上の状態が所定時間維持されている状態では、水熱媒の循環流量を下げるよう、循環ポンプを制御する（ステップＳ２８）。逆に、往き温度Ｔｗｏが目標往き温度Ｔｗｏｔ未満、もしくは、往き温度Ｔｗｏが目標往き温度Ｔｗｏｔ以上の状態が所定時間維持されていない状態では、水熱媒の循環流量は据え置く。

なお、ステップＳ２６とステップＳ２８において、循環ポンプの制御には、ＰＩ制御が用いられている。また、Ｓ２５以降の処理は一定時間ごと行い、水熱媒の循環流量はその間据え置く。

特許文献２でも、特許文献１と同様、水熱媒熱交換器における冷媒凝縮温度の過度の上昇を抑えて、サイクル効率悪化を防止し、かつ、循環ポンプの消費電力を削減できるとしている。

特開２００９−２８７８９５号公報 特開２０１０−１９６９４６号公報

特許文献１には、循環ポンプの回転数の制御のみ記載されており、ヒートポンプサイクルの圧縮機の周波数制御との関連が記載されていない。このような制御を行うと、上述した例では、往き温度Ｔｗｏが目標往き温度Ｔｗｏｔに保てない場合がある。

４台全ての室内放熱器（１２５ａ〜１２５ｄ）に水熱媒を送水している状態から、利用者の設定により、３台の室内放熱（１２５ａ〜１２５ｃ）への水熱媒の送水を停止した直後は、上述したように、室内放熱器１２５ｄから流出する水熱媒の温度Ｔｗｉ_ｄが上昇し、水熱媒熱交換器１１５に流入する戻り温度Ｔｗｉも上昇するため、水熱媒熱交換器１１５を通過した後の往き温度Ｔｗｏも上昇する。

特許文献１の制御方法では、往き温度Ｔｗｏの上昇により、水熱媒の循環流量を下げるよう、循環ポンプを制御する（ステップＳ０９）。この結果、水熱媒熱交換器１１５を流れる水熱媒の循環流量Ｍ_Ｅは低下する。

一方、水熱媒熱交換器１１５において水熱媒を加熱する熱量Ｑ_Ｅは調整せず一定であるため、数１より、往き戻り温度差Ｔｗｏ−Ｔｗｉは拡大する。このとき、戻り温度Ｔｗｉは上昇する傾向にあるため、往き温度Ｔｗｏはさらに上昇し、目標往き温度Ｔｗｏｔから大きく乖離してしまう恐れがある。

特許文献２には、循環ポンプの回転数の制御と、ヒートポンプサイクルの圧縮機の周波数制御とが平行して行う旨が記載されている。しかし、両者の制御時間間隔の関係についての記述はなく、制御が不安定になる恐れがある。

前述の例で説明すると、３台の室内放熱器（１２５ａ〜１２５ｃ）への水熱媒の送水を停止すると、水熱媒熱交換器１１５において水熱媒を加熱する熱量Ｑ_Ｅは明らかに過大である。従って、ヒートポンプサイクルの圧縮機の周波数制御は、往き温度Ｔｗｏが上昇し、目標往き温度Ｔｗｏｔから乖離し始めると、往き温度Ｔｗｏが目標往き温度Ｔｗｏｔを保てるよう、比較的短い時間（１０〜３０秒）で動作する必要がある。

前述したように、圧縮機周波数のみを低下させた場合、往き温度Ｔｗｏの上昇は抑制され、低下に転じる。一方で、戻り温度Ｔｗｉは徐々に上昇し、往き戻り温度差Ｔｗｏ−Ｔｗｉは徐々に縮小する。

もし、図６におけるステップＳ２３の「一定時間」と、ステップＳ２５やステップＳ２７の「所定時間」が、圧縮機の周波数制御が行われる時間間隔と同等以下の場合は、循環ポンプ１２１のＰＩ制御は、上記のような過渡状態において行われることになり、圧縮機の周波数制御の影響が反映され、不安定に陥る恐れがある。

圧縮機の周波数制御の影響を排除するため、ステップＳ２３の「一定時間」と、ステップＳ２５やステップＳ２７の「所定時間」は、ともに十分長く取る必要がある。制御による省エネ効果を発揮するためには、該時間をできるだけ短く設定したほうがよいが、室内放熱器１２５ａ〜１２５ｄが異なる広さを持ち、上記過渡状態が送水する室内放熱器ごとに違う場合も考慮すると、上記時間の具体的な設定方法を明確化する必要があった。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、ヒートポンプサイクルにおける凝縮温度の過度の上昇を確実に抑えるとともに、循環ポンプの消費電力を削減し、効率が高いヒートポンプ温水暖房機を提供することを目的とする。

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温水暖房機は、往き温度検知
手段で検知される往き温度の時間変化量が往き温度許容変化量以下となり、戻り温度検知手段で検知される戻り温度の時間変化量が戻り温度許容変化量以下となり、往き温度と目標往き温度との差が往き温度許容誤差以下となった場合に、目標往き温度が利用者が設定した第１目標往き温度のときは、目標往き温度を第１目標往き温度よりも低い第２目標往き温度に変更し、目標往き温度が第２目標往き温度のときは、戻り温度が第２目標往き温度よりも所定温度差以上低い目標戻り温度となるように、循環ポンプにより熱媒の流量を調整するものである。

これにより、室内放熱器が設置された部屋が十分に暖まっていると判断した場合には、まず、目標往き温度を、利用者が設定した第１目標往き温度よりも低く変更して、往き温度を低下させ、さらに、水熱媒の循環流量を制御して戻り温度の上昇を抑えることができる。

本発明によれば、ヒートポンプサイクルにおける凝縮温度の過度の上昇を確実に抑えるとともに、循環ポンプの消費電力を削減し、効率が高いヒートポンプ温水暖房機を提供できる。

本発明の実施の形態１におけるヒートポンプ温水暖房機の圧縮機の周波数と循環ポンプの回転数の制御フローチャート 同ヒートポンプ温水暖房機起動後の圧縮機の周波数、循環ポンプの回転数、往き温度、戻り温度の時間変化を示した図 本発明の実施の形態２におけるヒートポンプ温水暖房機の圧縮機の周波数と循環ポンプの回転数の制御フローチャート 本発明の実施の形態３におけるヒートポンプ温水暖房機の圧縮機の周波数と循環ポンプの回転数の制御フローチャート 本発明の実施の形態１〜３におけるヒートポンプ温水暖房機の構成図 従来の循環ポンプの制御フローチャート 従来の他の循環ポンプの制御フローチャート

第１の発明は、利用者が第１目標往き温度を設定する第１目標往き温度設定手段を備え、起動時は目標往き温度として第１目標往き温度を設定し、往き温度検知手段で検知される往き温度が、目標往き温度となるように圧縮機の動作周波数を制御するヒートポンプ温水暖房機において、往き温度の時間変化量が往き温度許容変化量以下となり、戻り温度検知手段で検知される戻り温度の時間変化量が戻り温度許容変化量以下となり、往き温度と目標往き温度との差が往き温度許容誤差以下となった場合に、目標往き温度が第１目標往き温度である場合は、目標往き温度として第１目標往き温度よりも低い第２目標往き温度を設定し、目標往き温度が第２目標往き温度である場合は、戻り温度が第２目標往き温度よりも第１所定温度差以上低い目標戻り温度となるように、循環ポンプにより熱媒の流量を調整する。

このため、室内放熱器が設置された部屋が十分に暖まっていると判断した場合には、目標往き温度を、利用者が設定した第１目標往き温度よりも低い温度に変更して、往き温度を低下させ、さらに、水熱媒の循環流量を下げて戻り温度の上昇を抑え、ヒートポンプサイクルの凝縮温度の上昇を確実に防いで、ヒートポンプサイクルの効率の低下を防止すると共に、循環ポンプの運転動力を削減することができる。

また、循環ポンプの制御は、圧縮機の周波数がほぼ一定となった状態で行われるため、
圧縮機の制御の影響を受けることがなく、不安定になることがないという効果を有する。

第２の発明は、第１の発明において、目標往き温度が第２目標往き温度である場合に、第１目標往き温度設定手段により第１目標往き温度が変更された場合には、目標往き温度として、変更された第１目標往き温度を設定するものである。

これにより、利用者が第１目標往き温度を変更した場合は、目標往き温度が第２目標往き温度で、省エネ運転中であっても、即座に目標往き温度として新しい第１目標往き温度を設定するので、利用者の設定変更を優先することができる。

第３の発明は、第２の発明において、第１目標往き温度が第２目標往き温度よりも低い温度に変更された場合には、第２目標往き温度として、変更された第１目標往き温度よりも低く、かつ、目標戻り温度よりも第１所定温度差以上高い温度に変更するものである。

これにより、通常運転から予熱運転に移行する場合のように、第１目標往き温度が４０℃以下の比較的低い温度に設定変更された場合でも、第１目標往き温度に応じて、自動的に第２目標往き温度を変更する。

また、通常運転から予熱運転に切り換えられる場合でも、往き温度を低下させ、かつ、戻り温度が往き温度に接近することを抑え、ヒートポンプサイクルの効率低下を防止することができる。また、この場合でも、循環ポンプの運転動力を削減することができる。

第４の発明は、第１〜第３のいずれかの発明において、目標往き温度を第２目標往き温度に変更した後、第２所定時間経過すると、目標往き温度を第１目標往き温度に変更する制御と、目標往き温度を第１目標往き温度に変更した後、第１所定時間経過すると、目標往き温度を第２目標往き温度に変更する制御とを繰り返すものである。

これにより、目標往き温度が第１目標往き温度のときは、利用者が要望する温度の温水を供給し、目標往き温度が第２目標往き温度のときは、往き温度を低下させ、かつ、戻り温度が往き温度に接近することを抑える。

このため、利用者の要望に対応した温水供給が可能となると共に、目標往き温度が第２目標往き温度のときは、ヒートポンプサイクルの凝縮温度を低下させ、効率低下を防止することができる。

第５の発明は、第１〜第４のいずれかの発明において、第１目標往き温度がより高い温度に変更された場合、あるいは、熱媒熱交換器との間で水熱媒を循環させる室内放熱器の数が増加した場合は、水熱媒の流量が最大となるように循環ポンプを制御し、往き温度を最大限に低下させる。

このため、目標往き温度がより高い温度に変更された場合や、水熱媒を循環させる室内放熱器の数が増加した場合のように、室内暖房負荷が急上昇した場合に、圧縮機の周波数の速やかな上昇を促し、利用者の要望に応じて室内放熱器を迅速に暖めることができる。

第６の発明は、第１〜第５のいずれかの発明において、第２目標往き温度と目標戻り温度を、人体の皮膚の温受容器が感受する温覚刺激が優位な、３４℃以上４５℃以下の第１温度範囲から選択するようにしている。

このため、特に室内放熱器が床暖房パネルの場合に、触って冷たい、あるいは触って熱いと不快を感じることがない範囲で、凝縮温度の上昇を防いで、ヒートポンプサイクルの
効率の低下を防止することができると共に、循環ポンプの運転動力を削減することができる。

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。

（実施の形態１）
図５は、本発明の実施の形態におけるヒートポンプ温水暖房機１００の構成図である。

ヒートポンプ温水暖房機１００は、ヒートポンプサイクル１１０、水熱媒サイクル１２０、そして制御部１３０とで構成される。

ヒートポンプサイクル１１０は、気体状態の冷媒を吸入して圧縮し、高温高圧の冷媒を吐出する圧縮機１１１、室外空気から採熱する空気熱交換器１１２、室外空気を強制的に空気熱交換器１１２に導入する空気熱交換器ファン１１３、冷媒の流量を調整する冷媒流量調整弁１１４、そして、冷媒と水熱媒との熱交換を行う水熱媒熱交換器１１５で構成されている。

一方、水熱媒サイクル１２０は、水熱媒熱交換器１１５と接続され、水熱媒サイクル１２０内の水熱媒を循環させる循環ポンプ１２１、水熱媒を貯留するバッファタンク１２２、４台の室内放熱器１２５ａ〜１２５ｄ、そして、個々の室内放熱器１２５への水熱媒供給を制御する開閉弁１２３で構成されている。

ヒートポンプサイクル１１０の冷媒と水熱媒サイクル１２０の水熱媒とは、互いに独立し、混合することはないが、水熱媒熱交換器１１５を介して熱交換可能な構成となっている。水熱媒熱交換器１１５には、二重管式熱交換器やプレート熱交換器が使用される。

また、直流電源によって駆動される循環ポンプ１２１は羽根車を有し、この羽根車の回転数をＰＷＭ制御することで、水熱媒サイクル１２０内の水熱媒の循環流量を変更することができる。

水熱媒サイクル１２０において、水熱媒熱交換器１１５の出口側には、水熱媒熱交換器１１５から室内放熱器１２５ａ〜１２５ｄに向かう水熱媒の往き温度Ｔｗｏを計測する往き温度検知センサ１２６が設置されている。

また、水熱媒熱交換器１１５の入口側には、室内放熱器１２５ａ〜１２５ｄから水熱媒交換器１１５に戻る水熱媒の戻り温度Ｔｗｉを計測する戻り温度検知センサ１２７が設置されている。

制御部１３０は、マイコン（図示せず）に組み込まれた制御プログラムで、室外温度、圧縮機１１１の吐出温度（ともに図示しない温度センサにより検知）、往き温度検知センサ１２６で検知した往き温度Ｔｗｏ、戻り温度検知センサ１２７で検知した戻り温度Ｔｗｉを取得し、圧縮機１１１の周波数、空気熱交換器ファン１１３の回転数、冷媒流量調整弁１１４の開度、使用する室内放熱器１２５ａ〜１２５ｄと接続した開閉弁１２３の開度、および、循環ポンプ１２１の回転数を制御する。

リモコン１２４と室内放熱器１２５ａ〜１２５ｄは、共に暖房対象となる部屋内に設置される。リモコン１２４は、４台接続して、室内放熱器１２５ａ〜１２５ｄを個別に制御するようにしても、２〜３台接続して、室内放熱器１２５ａ〜１２５ｄのうち数台ごとに制御するようにしても、１台接続して、室内放熱器１２５ａ〜１２５ｄの全てを制御する
ようにしてもよい。

リモコン１２４の操作により、ヒートポンプ温水暖房機１００が稼動し、加熱された水熱媒が循環ポンプ１２１により室内放熱器１２５ａ〜１２５ｄに搬送され放熱することにより、部屋の暖房が行われる。

なお、室内放熱器１２５としては、床に埋め込まれ輻射暖房を行う床暖房パネル、室内壁面に設置され輻射暖房を行うラジエータ、送風機を使い室内放熱器１２５の熱を強制的に部屋内に供給するファンコンベクターなどを利用する。

ヒートポンプ温水暖房機１００の利用者は、リモコン１２４において第１目標往き温度Ｔｗｏｔ１を設定する。

あるいは、暖房強度レベル、例えば、室内放熱器１２５に床暖房パネルを用いる場合は床面温度の高さレベルを設定する。この場合、制御部１３０は、利用者が設定した暖房強度レベルに応じて、第１目標往き温度Ｔｗｏｔ１を計算し保持する。

また、ヒートポンプ温水暖房機１００の利用者は、リモコン１２４において、第２目標往き温度Ｔｗｏｔ２と目標戻り温度Ｔｗｉｔを設定する。第２目標往き温度Ｔｗｏｔ２と目標戻り温度Ｔｗｉｔは、必ずしも利用者が設定しなくてもよい。

次に、ヒートポンプ温水暖房機１００の動作について説明する。

図１は、本発明の第１に実施の形態における制御部１３０の圧縮機１１１と循環ポンプ１２１に対する制御動作を説明したフローチャートである。

ヒートポンプ温水暖房機１００を起動し、加熱した水熱媒を、室内放熱器１２５ａ〜１２５ｄへ一斉に搬送開始してからの、制御部１３０の制御動作について説明する。

利用者がリモコン１２４で運転開始操作（ステップＳ００１）をすると、リモコン１２４は、運転開始指令とともに、利用者が設定した第１目標往き温度Ｔｗｏｔを制御部１３０に送信する。制御部１３０は受信した第１目標往き温度Ｔｗｏｔを保持する。

リモコン１２４が暖房強度レベルを制御部１３０に送信した場合は、制御部１３０は、受信した暖房強度レベルに応じた第１目標往き温度Ｔｗｏｔを計算し、保持する（ステップＳ００２）。

次に、ステップＳ００３において、リモコン１２４は、利用者が設定した第２目標往き温度Ｔｗｏｔ２を制御部１３０に送信する。制御部１３０は受信した第２目標戻り温度Ｔｗｏｔ２を保持する。

利用者が、リモコン１２４において、第２目標往き温度Ｔｗｏｔ２を設定しない、あるいは、設定できない場合は、制御部１３０が自動的に第２目標往き温度Ｔｗｏｔ２を設定する。

さらに、ステップＳ００４において、リモコン１２４は、利用者が設定した目標戻り温度Ｔｗｉｔを制御部１３０に送信する。制御部１３０は受信した目標戻り温度Ｔｗｉｔを保持する。利用者が、リモコン１２４において、目標戻り温度Ｔｗｉｔを設定しない、あるいは、設定できない場合は、制御部１３０が自動的に目標戻り温度Ｔｗｉｔを設定する。

人間の皮膚には、冷受容器と温受容器とで構成される温度受容器が存在する。一般的に、皮膚が触れる温度が３２．５℃〜３３．５℃のとき、冷・温受容器が受ける刺激が同程度となり、熱くも冷たくも感じない無感温度となる。３４℃〜４５℃では、皮膚の温受容器のみが刺激を受けて温かいと感じるが、３６℃を超えると、その刺激の強さは温度上昇とともに低下する。また、４５℃を越えると、皮膚の冷受容器も刺激されて熱いと感じるようになる（中山昭雄編「温熱生理学」理工学社出版（Ｐ．２１８−２２０）。

以上の知見を踏まえ、第２目標往き温度Ｔｗｏｔ２と目標戻り温度Ｔｗｉｔの設定範囲について説明する。

室内放熱器１２５が十分に暖まった場合の往き温度は、室内放熱器１２５の表面の最も高い温度よりも若干高い程度となる。よって、第２目標往き温度Ｔｗｏｔ２は、皮膚の温受容器のみが刺激を受けて温かいと感じる３４℃〜４５℃の間が望ましく、さらに温水暖房機としての機能を考慮すると、４３〜４５℃とするのが最も望ましい。

一方、室内放熱器１２５が十分に暖まった場合の戻り温度Ｔｗｉは、室内放熱器１２５の表面の最も低い温度よりも若干高い程度である。そこで、目標戻り温度Ｔｗｉｔも、人間の皮膚の温受容器のみが刺激を受け、温かいと感じる３４℃〜４５℃とするのが望ましいが、ヒートポンプサイクルは、凝縮温度を下げたほうが高効率となるため、戻り温度Ｔｗｉを、できるだけ低くするほうが有効である。

皮膚が触れる温度が３６℃を超えると、皮膚の温受容器の刺激の強さは温度上昇とともに低下することも考慮すると、目標戻り温度Ｔｗｉｔは、３４℃〜３６℃とすることが最も望ましい。

また、利用者が部屋を離れる場合などに行う余熱運転では、第１目標往き温度Ｔｗｏｔ１が低く（４０℃以下）に設定される。この場合、最も望ましい第２目標往き温度Ｔｗｏｔ２である４３〜４５℃よりも、第１目標往き温度Ｔｗｏｔ１のほうが低い温度となる。

この場合は、第２目標往き温度Ｔｗｏｔ２を、第１目標往き温度Ｔｗｏｔ１よりも低い温度に変更する。例えば、第１目標往き温度Ｔｗｏｔ１が３８℃のときは、第２目標往き温度Ｔｗｏｔ２を３６℃とする。

これに伴い、第２目標往き温度Ｔｗｏｔと、３４〜４５℃の範囲から選択される目標戻り温度Ｔｗｉｔとの間の温度差が接近し、余熱運転中のヒートポンプサイクルの効率が悪化する恐れがある。上述にように、第２目標往き温度Ｔｗｏｔが３６℃と設定されている場合、目標戻り温度Ｔｗｉｔの下限値は３４℃となり、それらの温度差は２Ｋしかない。

このような場合は、目標往き温度Ｔｗｏｔ＝３６℃から、所定値、たとえば５Ｋ低い、３１℃を目標戻り温度Ｔｗｉｔとする。

なお、この所定値は、第１目標往き温度Ｔｗｏｔ１、あるいは第２目標往き温度Ｔｗｏｔ２ごとに予め定めておいてもよいし、リモコン１２４において、利用者が設定できるようにしてもよい。

第１目標往き温度Ｔｗｏｔ１、第２目標往き温度Ｔｗｏｔ２、目標戻り温度Ｔｗｉｔを設定すると、制御部１３０は、まず、目標往き温度Ｔｗｏｔを第１目標往き温度Ｔｗｏｔ１に設定し（ステップＳ００５）、圧縮機１１１、空気熱交換器ファン１１３、冷媒流量調整弁１１４、循環ポンプ１２１の運転を開始する。

循環ポンプ１２１の回転数Ｆｓに関しては、Ｆｓ＝０から段階的に上げる起動時循環流量制御を行う。起動時循環流量制御は、循環ポンプ１２１の起動開始（ステップＳ００６）から、所定時間、例えば１０分経過するまで行われる。一般的には、該所定時間内に、循環ポンプ１２１の回転数Ｆｓが最大回転数Ｆｓｍａｘに達するよう、３〜５段階に分けて、回転数Ｆｓを上昇させる（ステップＳ００８）。

起動時循環流量制御を実施する理由は、ヒートポンプサイクル１１０起動直後に、循環ポンプ１２１の回転数Ｆｓを急激に上げてしまうと、室内放熱器１２５に滞留していた冷えた水熱媒が水熱媒熱交換器１１５に大量に流れて、水熱媒熱交換器１１５におけるヒートポンプサイクル１１０側の冷媒凝縮温度の上昇が遅れ、室内放熱器１２５の温度上昇に時間を要する恐れがあり、これを避けるためである。

上記の起動時循環流量制御と同時に、圧縮機１１１の周波数Ｆｃの制御も行う。この制御の最も基本的な手法は、往き温度Ｔｗｏが目標往き温度Ｔｗｏｔとなるように、圧縮機１１１の周波数Ｆｃの調整を行うＰ制御（比例制御）である。

圧縮機１１１の周波数ＦｃのＰ制御（比例制御）では、往き温度Ｔｗｏと目標往き温度Ｔｗｏｔとの温度差Ｔｗｏ−Ｔｗｏｔに、比例ゲインＫｐ１を乗じたＫｐ１×（Ｔｗｏ−Ｔｗｏｔ）を、圧縮機１１１の周波数Ｆｃを修正する値とする（ステップＳ００７とステップＳ００８）。

比例ゲインＫｐ１の値は、次のような効果が出るよう、負の値をとる。すなわち、Ｔｗｏ−Ｔｗｏｔ＞０のときは、圧縮機１１１の周波数Ｆｃを低下させて、水熱媒熱交換器１１５において水熱媒を加熱する熱量Ｑ_Ｅを低下させる。逆に、Ｔｗｏ−Ｔｗｏｔ＜０のときは、圧縮機１１１の周波数を上昇させ、熱量Ｑ_Ｅを上昇させる。

圧縮機１１１の周波数Ｆｃの制御方法としては、Ｐ制御の替わりに、いわゆるＰＩ制御を用いてもよい。

ＰＩ制御では、往き温度Ｔｗｏと目標往き温度Ｔｗｏｔとの温度差Ｔｗｏ−Ｔｗｏｔの時間積分に積分ゲインＫｉ１を乗じたＫｉ１×∫（Ｔｗｏ−Ｔｗｏｔ）ｄｔと、Ｐ制御（比例制御）のＫｐ１×（Ｔｗｏ−Ｔｗｏｔ）との和を用いて、圧縮機１１１の周波数を修正する。

Ｐ制御では、往き温度Ｔｗｏの変化がなくなった状態（定常状態）でも、往き温度Ｔｗｏと目標往き温度Ｔｗｏｔとの間に、残留偏差（オフセット）が生じる可能性がある。

しかし、比例ゲインＫｐと積分ゲインＫｉとを適切に設定したＰＩ制御を用いると、往き温度Ｔｗｏを目標往き温度Ｔｗｏｔに確実に収束させることができる。

なお、制御部１３０は、起動時循環流量制御を実施中、空気熱交換器ファン１１３の回転数と、冷媒流量調整弁１１４の開度も、それぞれ制御する。

たとえば、空気熱交換器ファン１１３の回転数は、圧縮機１１１の周波数Ｆｃに応じて制御し、冷媒流量調整弁１１４の開度は、目標往き温度Ｔｗｏｔに応じて制御する。

さて、起動時循環流量制御が所定時間（たとえば１０分）経過して終了すると、循環ポンプ１２１の回転数Ｆｓは最大回転数に達している。

この時点から、制御部１３０は、往き温度Ｔｗｏの変化量ΔＴｗｏ、および戻り温度Ｔｗｉの変化量ΔＴｗｉが、それぞれ、数３、数４を満たしているかどうかの監視を開始する（ステップＳ０１３とステップＳ０１４）。

なお、数３におけるε１は、往き温度許容変化量、数４におけるε２は、戻り温度許容変化量を示し、それぞれの値は、たとえば、０．５Ｋとする。

往き温度Ｔｗｏの変化量ΔＴｗｏ、および戻り温度Ｔｗｉの変化量ΔＴｗｉは、現在の計測値と、現在から所定時間（たとえば５分）前の計測値との差としてもよいし、所定時間内（たとえば５分）の、それぞれの計測値の最大値から最小値を引いた値を用いても良い。

数３と数４とを同時に満たさない場合は、ステップＳ００９とステップＳ０１０の処理、すなわち、圧縮機１１１の周波数Ｆｃの制御を行う。

逆に、数３と数４とを同時に満たす場合には、ヒートポンプ温水暖房機１００の運転状態は、定常状態になっているとみなし、ステップＳ０１５に移行し、往き温度Ｔｗｏが目標往き温度Ｔｗｏｔに達しているかどうかを判断する。

ステップＳ０１５では、往き温度Ｔｗｏと目標往き温度Ｔｗｏｔとの差が数５を満たしているかどうかを調べる。数５において、ε３は往き温度許容誤差であり、この値は、たとえば、０．３Ｋとする。

ステップＳ０１５において、数５を満たさない場合は、室内放熱器１２５が放熱している部屋が、十分に暖まっていない可能性があるため、ステップＳ００９とステップＳ０１０の処理、すなわち、圧縮機１１１の周波数Ｆｃの制御を継続する。

ステップＳ０１３〜Ｓ０１５において、数３〜数５を満たし、室内放熱器１２５が放熱している部屋が、十分に暖まっていると判断した場合は、ステップＳ０１６、Ｓ０１７に移行して、目標往き温度Ｔｗｏｔを、第１目標往き温度Ｔｗｏｔ１よりも低い第２目標往き温度Ｔｗｏｔ２に変更する。

そして、これ以降、目標往き温度が第２目標往き温度となるよう、ステップＳ００９とステップＳ０１０において、圧縮機１１１の周波数Ｆｃの制御が行われる。

なお、室内放熱器１２５が放熱している部屋が十分に暖まっているかどうかを判定する（ステップＳ０１３〜Ｓ０１５）前に、利用者が第１目標往き温度Ｔｗｏｔ１を変更したかどうかを監視するステップを設けている（ステップＳ０１１）。

もし、第１目標往き温度Ｔｗｏｔ１が変更された場合は、今の目標往き温度Ｔｗｏｔが、第１目標往き温度Ｔｗｏｔ１であるか、第２目標往き温度Ｔｗｏｔ２であるかに関わら
ず、目標往き温度Ｔｗｏｔは新しい第１目標往き温度Ｔｗｏｔ１に更新される（ステップＳ０１２）。

このため、目標往き温度Ｔｗｏｔが、古い第１目標往き温度Ｔｗｏｔ１、あるいは、第２目標往き温度Ｔｗｏｔ２となり、数３〜数５を満たしている状態であっても、第１目標往き温度Ｔｗｏｔ１が変更されると、ステップＳ０１５において、数５を満たさないと判断される。

すると、ステップＳ００９とステップＳ０１０の処理に移行し、往き温度Ｔｗｏｔが新しい第１目標往き温度Ｔｗｏｔ１となるまで、圧縮機１１１の周波数Ｆｃの制御が行われる。

さて、制御部１３０は、目標往き温度Ｔｗｏｔが第２目標往き温度Ｔｗｏｔ２の状態で、ステップＳ０１３〜Ｓ０１５で数３〜数５を満たしていると判断すると、戻り温度Ｔｗｉが目標往き温度Ｔｗｉｔとなるように、循環ポンプ１２１の回転数Ｆｓの制御を行う。この制御の最も基本的な手法は、循環ポンプ１２１の回転数Ｆｓの調整を行うＰ制御（比例制御）である。

循環ポンプ１２１の回転数Ｆｓの調整を行うＰ制御（比例制御）では、戻り温度Ｔｗｉと目標戻り温度Ｔｗｉｔとの温度差Ｔｗｉ−Ｔｗｉｔに、比例ゲインＫｐ２を乗じたＫｐ２×（Ｔｗｉ−Ｔｗｉｔ）を、循環ポンプ１２１の回転数Ｆｓを修正する値とする（ステップＳ０１８とステップＳ０１９）。

比例ゲインＫｐ２の値は、次のような効果が出るよう、負の値をとる。すなわち、Ｔｗｉ−Ｔｗｉｔ＞０のときは、循環ポンプ１２１の回転数Ｆｓを低下させ、往き温度Ｔｗｏとの温度差を拡大させることでＴｗｉを下げる。逆に、Ｔｗｉ−Ｔｗｉｔ＜０のときは、循環ポンプ１２１の回転数Ｆｓを上昇させ、往き温度Ｔｗｏとの温度差を縮小させることでＴｗｉを上げる。

循環ポンプ１２１の回転数Ｆｓの制御方法としては、Ｐ制御の替わりに、いわゆるＰＩ制御を用いてもよい。ＰＩ制御では、戻り温度Ｔｗｉと目標戻り温度Ｔｗｉｔとの温度差Ｔｗｉ−Ｔｗｉｔの時間積分に積分ゲインＫｉ２を乗じたＫｉ２×∫（Ｔｗｉ−Ｔｗｉｔ）ｄｔと、Ｐ制御（比例制御）のＫｐ２×（Ｔｗｉ−Ｔｗｉｔ）との和を用いて、循環ポンプ１２１の回転数Ｆｓを修正する。

Ｐ制御では、戻り温度Ｔｗｉの変化がなくなった状態（定常状態）でも、戻り温度Ｔｗｉと目標戻り温度Ｔｗｉｔとの間に、残留偏差（オフセット）が生じる可能性がある。しかし、比例ゲインＫｐ２と積分ゲインＫｉ２とを適切に設定したＰＩ制御を用いると、戻り温度Ｔｗｉを目標戻り温度Ｔｗｉｔに確実に収束させることができる。

図２に、ヒートポンプ温水暖房機１００が起動後、往き温度Ｔｗｏと戻り温度Ｔｗｉとがほぼ一定値になり、かつ、往き温度Ｔｗｏが目標往き温度Ｔｗｏｔに達してからの、圧縮機１１１の周波数Ｆｃと循環ポンプ１２１の回転数Ｆｓの制御の様子と、これらの制御に伴う、往き温度Ｔｗｏと戻り温度Ｔｗｉの時間変化の概要を示す。

なお、第１目標往き温度Ｔｗｏｔ１は５０℃、第２目標往き温度Ｔｗｏｔ２は４５℃、目標戻り温度Ｔｗｉｔは３５℃に設定されているものとする。

また、時刻Ｔ１では、目標往き温度Ｔｗｏｔは第１目標往き温度Ｔｗｏｔ１（＝５０℃）であり、往き温度Ｔｗｏは５０℃、戻り温度Ｔｗｉは４３℃に達しており、時刻Ｔ１以
降は、室内放熱器１２５において放熱する熱量（熱負荷）は一定であるものとする。

時刻Ｔ１において、制御部１３０は、往き温度Ｔｗｏと戻り温度Ｔｗｉとがほぼ一定値になる定常状態となり、かつ、往き温度Ｔｗｏが目標往き温度Ｔｗｏｔに達したと判断すると（ステップＳ０１３〜ステップＳ０１５）、目標往き温度Ｔｗｏｔを、第１目標往き温度Ｔｗｏｔ１（＝５０℃）から第２目標往き温度Ｔｗｏｔ２（＝４５℃）に変更する（ステップＳ０１６〜ステップＳ０１７）。

次いで、ステップＳ００９〜Ｓ０１０に移行し、圧縮機１１１の周波数Ｆｃの制御を開始する。

目標往き温度Ｔｗｏｔが５０℃から４５℃と低くなったため、制御部１３０は、時刻Ｔ１以降、圧縮機１１１の周波数Ｆｃを下げ始める。圧縮機１１１の周波数Ｆｃが低下すると、これに比例して、水熱媒熱交換器１１５において水熱媒を加熱する熱量Ｑ_Ｅも減少する。室内放熱器１２５から戻る水熱媒の戻り温度Ｔｗｉは、時刻Ｔ１後も数分間は、主にバッファタンク１２２と室内放熱器１２５が保有する１０〜１５Ｌ程度の水熱媒が戻ってくるため、変化しない。よって、まず往き温度Ｔｗｏのみが低下する。

往き温度Ｔｗｏは、目標往き温度Ｔｗｏｔ（＝４５℃）まで低下すると、圧縮機１１１の周波数Ｆｃの低下が止まり、目標往き温度Ｔｗｏｔで一度安定する。

一方、戻り温度Ｔｗｉは、往き温度Ｔｗｏが低下した水熱媒が、室内放熱器１２５において放熱し、バッファタンク１２２を通り、水熱媒熱交換器１１５に戻ってくるのにあわせて、低下し始める（時刻Ｔ２）。

戻り温度Ｔｗｉが低下し始めると、往き温度Ｔｗｏも、目標往き温度Ｔｗｏｔからさらに低下し始める。制御部１３０は、低下する往き温度Ｔｗｏを目標往き温度Ｔｗｏｔ（＝４５℃）に戻すため、圧縮機１１１の周波数Ｆｃを上昇させ始める。

こうして、十分時間が経過した時刻Ｔ３では、室内放熱器１２５において放熱する熱量（熱負荷）が時刻Ｔ１以前と等しいため、圧縮機１１１の周波数Ｆｃは、時刻Ｔ１以前と同じとなっている。すなわち、水熱媒熱交換器１１５において水熱媒を加熱する熱量Ｑ_Ｅは、時刻Ｔ１以前のそれと同じ状態となっている。

また、循環ポンプ１２１の回転数Ｆｓも時刻Ｔ１以前から変化していないため、数１の関係により、時刻Ｔ３における往き温度Ｔｗｏと戻り温度Ｔｗｉとの温度差Ｔｗｏ−Ｔｗｉは、時刻Ｔ１以前の温度差７Ｋ（＝５０℃−４３℃）と等しい。

時刻Ｔ３では、往き温度Ｔｗｏが４５℃になっているため、戻り温度Ｔｗｉは３８℃になっている。

実際は、水熱媒の流量一定のもとで水熱媒の温度が低下した時刻Ｔ３では、時刻Ｔ１以前に比べて、水熱媒と、室内放熱器１２５が暖める部屋の空気温度との温度差が小さくなり、単位面積当たりの放熱量が減ってしまう。

したがって、往き温度Ｔｗｏを目標往き温度Ｔｗｏｔとする制御下では、時刻Ｔ３の戻り温度Ｔｗｉは、時刻Ｔ１以前よりも若干上昇することになる。

すなわち、時刻Ｔ３では、水熱媒熱交換器１１５において水熱媒を加熱する熱量Ｑ_Ｅは、時刻Ｔ１以前と比べて少なくてよく、圧縮機１１１の周波数Ｆｃは時刻Ｔ１以前より若
干低い値で落ち着く。

時刻Ｔ３にて、制御部１３０は、往き温度Ｔｗｏと戻り温度Ｔｗｉとがほぼ一定値になる定常状態となり、かつ、往き温度Ｔｗｏが目標往き温度Ｔｗｏｔに達したと判断すると（ステップＳ０１３〜ステップＳ０１５）、目標往き温度Ｔｗｏｔが第２目標往き温度（＝４５℃）となっているため（ステップＳ０１６）、循環ポンプ１２１の回転数Ｆｓの回転数を制御し始める（ステップＳ０１８とステップＳ０１９）。

時刻Ｔ３における戻り温度Ｔｗｉ（＝３８℃）は、目標戻り温度Ｔｗｉｔ（＝３５℃）よりも高いため、戻り温度Ｔｗｉを下げるために、循環ポンプ１２１の回転数Ｆｓを下げる。

この時点では、まだ圧縮機１１１の周波数Ｆｃは制御していないため、水熱媒熱交換器１１５において水熱媒を加熱する熱量Ｑ_Ｅは変わらない。

よって、循環ポンプ１２１の回転数Ｆｓのみが低下し、水熱媒の循環流量Ｍ_Ｅが低下することになり、数１の関係より、往き戻り温度差Ｔｗｏ−Ｔｗｉは拡大する。１０〜１５Ｌの水熱媒を保有する、バッファタンク１２２と室内放熱器１２５から戻る水熱媒の温度Ｔｗｉの変化は遅いため、まずは往き温度Ｔｗｏが急上昇しはじめる。

なお、この往き温度Ｔｗｏの急上昇は、循環ポンプ１２１の回転数Ｆｓの変化量に比例する。この変化量があまり大きいと、往き温度Ｔｗｏの上昇が２〜３Ｋ以上となる。特に室内放熱器１２５に床暖房パネルを使用する場合、床面の温度の変化が大きくなり、利用者の快適性が損なわれる可能性がある。

したがって、循環ポンプ１２１の回転数Ｆｓの変化量には上限値を設け、往き温度Ｔｗｏの上昇を抑えることが望ましい。その上限値は、たとえば、現在の循環ポンプ１２１の回転数Ｆｓの１０〜２０％に設定する。

往き温度Ｔｗｏが急上昇すると、ステップＳ０１３で数３を満たさなくなるため、圧縮機１１１の周波数Ｆｃの制御（ステップＳ００９とＳ０１０）に移行する。

そして、制御部１３０は、往き温度Ｔｗｏを目標往き温度Ｔｗｏｔに戻すために、圧縮機１１１の周波数Ｆｃを落とす。この結果、往き温度Ｔｗｏの上昇は止まり、逆に下降に転じる。

ところが、室内放熱器１２５で放熱する熱量（熱負荷）は一定であるため、圧縮機１１１の周波数Ｆｃを落とした影響を受けて、往き温度Ｔｗｏが目標往き温度Ｔｗｏｔを下回ってしまうようになる。そこで、制御部１３０は、往き温度Ｔｗｏを目標往き温度Ｔｗｏｔに戻すために、再度、圧縮機１１１の周波数Ｆｃを上げる（ステップＳ００７とＳ００８）。

一方、戻り温度Ｔｗｉは、上述したような、往き温度Ｔｗｏの急上昇の影響を受けて細かい変化をするが、数分単位のスパンで見ると、循環ポンプ１２１の回転数Ｆｓが低下したことによる、往き戻り温度差Ｔｗｏ−Ｔｗｉを拡大させようとする効果と、往き温度Ｔｗｏを目標往き温度Ｔｗｏｔに戻そうとする圧縮機１１１の周波数Ｆｃの制御の影響を受けて、徐々に低下する。

こうして、十分時間が経過した時刻Ｔ４では、圧縮機１１１の周波数Ｆｃは、時刻Ｔ３以前と同じとなり、循環ポンプ１２１の回転数Ｆｓのみが低下している。そして、再び、
往き温度Ｔｗｏと戻り温度Ｔｗｉとがほぼ一定値となり、かつ、往き温度Ｔｗｏが目標往き温度Ｔｗｏｔ（＝４５℃）に達した状態となる。

ただし、戻り温度Ｔｗｉは、時刻Ｔ３の３８℃よりも目標戻り温度Ｔｗｉｔ（＝３５℃）に近い値になる。

制御部１３０は、時刻Ｔ４において、戻り温度Ｔｗｉが、時刻Ｔ４よりもさらに目標戻り温度Ｔｗｉｔ（３５℃）に近い温度となるように、再び、循環ポンプ１２１の回転数Ｆｓを制御する。

以上のように、制御部１３０は、ヒートポンプ温水暖房機１００が起動して、起動時循環流量制御（ステップＳ００３）で水熱媒の循環流量を徐々に上げて、ヒートポンプサイクル１１０を安定させた後、まず、往き温度Ｔｗｏと戻り温度Ｔｗｉとがほぼ一定値になり、かつ、往き温度Ｔｗｏが利用者が設定した第１目標往き温度Ｔｗｏｔ１に達するまで、圧縮機１１１の周波数Ｆｃの制御のみを行う。

往き温度Ｔｗｏと戻り温度Ｔｗｉとがほぼ一定値になり、かつ、往き温度Ｔｗｏが目標往き温度Ｔｗｏｔに達すると、圧縮機１１１の周波数Ｆｃはほとんど変化しない状態となる。

制御部１３０は、この状態になると、室内放熱器１２５が放熱する部屋が十分に暖まったと判断し、目標往き温度Ｔｗｏｔを、利用者が設定した第１目標往き温度Ｔｗｏｔ１よりも低い第２目標往き温度Ｔｗｏｔ２に変更する。第２目標往き温度は、人体の皮膚の温受容器が感受する温覚刺激が優位な、３４℃以上４５℃以下の温度範囲から選択するため、利用者が寒くて不快と感じることはない。

そして、目標往き温度Ｔｗｏｔが第２目標往き温度Ｔｗｏｔ２のもとで、再度、往き温度Ｔｗｏと戻り温度Ｔｗｉとがほぼ一定値になり、かつ、往き温度Ｔｗｏが目標往き温度Ｔｗｏｔに達し、圧縮機１１１の周波数Ｆｃはほとんど変化しない状態となると、戻り温度Ｔｗｉが目標戻り温度Ｔｗｉｔとなるように、循環ポンプ１２１の回転数Ｆｓの制御を行う。目標戻り温度Ｔｗｉｔも、人体の皮膚の温受容器が感受する温覚刺激が優位な、３４℃以上４５℃以下の温度範囲から選択するため、利用者が寒くて不快と感じることはない。

このように、本実施の形態では、往き温度Ｔｗｏと戻り温度Ｔｗｉの、それぞれの値と時間変化を監視しながら、室内放熱器１２５が放熱する部屋が十分に暖まったと判断すると、目標往き温度Ｔｗｏｔを、利用者が設定した第１目標往き温度Ｔｗｏｔ１よりも低い第２目標往き温度Ｔｗｏｔ２に変更し、往き温度Ｔｗｏを低下させる。

さらに、循環ポンプ１２１の回転数Ｆｓの制御を行い、目標戻り温度Ｔｗｉｔの上昇も抑える。よって、ヒートポンプサイクルの凝縮温度を確実に低下させ、その効率向上を実現するとともに、循環ポンプの運転動力を削減することができる。

また、制御部１３０は、循環ポンプ１２１の回転数Ｆｓの制御を、比較的短い周期で制御する必要のある圧縮機１１１の周波数Ｆｃがほとんど変化しない状態でのみ行う。したがって、循環ポンプ１２１の回転数Ｆｓの制御は、圧縮機１１１の周波数Ｆｃの制御の影響を受けて不安定に陥ることはなく、制御安定性にも優れたヒートポンプ温水暖房機を提供することが可能となる。

（実施の形態２）
図４は、本発明の第２の実施の形態における、制御部１３０の、圧縮機１１１、および、循環ポンプ１２１に対する制御動作を説明したフローチャート図である。なお、本実施の形態において、ヒートポンプ温水暖房機１００の構成は図５と同じであるため、その構成要素の説明は省略する。

以下、第１の実施の形態で説明した、図２における時刻Ｔ４の状態以降の動作について、図１のフローチャートからの追加点であるステップＳ０２０〜Ｓ０２６の処理と併せて説明する。時刻Ｔ４では、目標往き温度Ｔｗｏｔは第２目標往き温度Ｔｗｏｔ２となっており、循環ポンプ１２１の回転数Ｆｓは、最大回転数Ｆｓｍａｘよりも低い状態となっている。

本実施の形態では、目標往き温度Ｔｗｏｔを第１目標往き温度Ｔｗｏｔ１に変更すると、目標往き温度Ｔｗｏｔが第１目標往き温度Ｔｗｏｔ１となっている経過時間をカウントする第１タイマＴｍ１が作動する（ステップＳ０２４）。

また、目標往き温度Ｔｗｏｔを第２目標往き温度Ｔｗｏｔ２に変更すると、目標往き温度Ｔｗｏｔが第２目標往き温度Ｔｗｏｔ２となっている経過時間をカウントする第２タイマＴｍ２が作動する（ステップＳ０２１）。

したがって、目標往き温度Ｔｗｏｔを第２目標往き温度Ｔｗｏｔ２に変更した時刻Ｔ１で、第２タイマＴｍ２が作動し（ステップＳ０２１）、第１タイマＴｍ１は０リセットされた状態になっている（時刻Ｔ１におけるステップＳ０２６の処理）。

制御部１３０は、まず、現在の目標往き温度Ｔｗｏｔが第２目標往き温度Ｔｗｏｔ２かどうかを監視する（ステップＳ０１６）。時刻Ｔ４では、目標往き温度Ｔｗｏｔが第２目標往き温度Ｔｗｏｔ２となっているため、ステップＳ０２１で、第２タイマＴｍ２をカウントし、次いで、ステップＳ０２２で、第２タイマＴｍ２が所定時間Ｔ２に達していないかどうかを判定する。

もし、第２タイマＴｍ２が所定時間Ｔ２に達していない場合は、第１の実施の形態と同じく、往き温度Ｔｗｏと戻り温度Ｔｗｉの値と時間変化を調べ（ステップＳ０１３〜Ｓ０１５）、圧縮機１１１の周波数Ｆｃの制御（ステップＳ００９、Ｓ０１０）か、循環ポンプ１２１の回転数Ｆｓの制御（ステップＳ０１８、Ｓ０１９）かを切り換える。

第２タイマＴｍ２が所定時間Ｔ２を超えた場合は、目標往き温度Ｔｗｏｔを、利用者が設定した第１目標往き温度Ｔｗｏｔ１に変更し（ステップＳ０２３）、第１タイマＴｍ１と第２タイマＴｍ２を共にリセットする（ステップＳ０２６）。

さらに、ステップＳ００９、Ｓ０１０に移行し、目標往き温度Ｔｗｏｔを第１目標往き温度Ｔｗｏｔ１に近づけるべく、圧縮機１１１の周波数Ｆｃの制御を行う。

目標往き温度Ｔｗｏｔが第１目標往き温度Ｔｗｏｔ１に変更された後は、ステップＳ０２４にて、第１タイマＴｍ１がカウントされる。

そして、ステップＳ０２５において、第１タイマＴｍ１が所定時間Ｔ１に達していないかどうかを調べ、第１タイマＴｍ１が所定時間Ｔ１に達していない場合は、第１の実施の形態と同じく、往き温度Ｔｗｏと戻り温度Ｔｗｉの値と時間変化の状態より、圧縮機１１１の周波数Ｆｃの制御（ステップＳ００９、Ｓ０１０）を行うか、循環ポンプ１２１の回転数Ｆｓの制御（ステップＳ０１８、Ｓ０１９）を行うかを選択する。

ステップＳ０２５において、第１タイマＴｍ１が所定時間Ｔ１を超えた場合は、目標往き温度Ｔｗｏｔを、再度、第２目標往き温度Ｔｗｏｔ２に変更し（ステップＳ０１７）、第１タイマＴｍ１と第２タイマＴｍ２を共にリセットする（ステップＳ０２６）。

さらに、ステップＳ００９、Ｓ０１０に移行し、目標往き温度Ｔｗｏｔを第２目標往き温度Ｔｗｏｔ２に近づけるべく、圧縮機１１１の周波数Ｆｃの制御を行う。

なお、上述したような、目標往き温度Ｔｗｏｔの切り換えの判断を行う前に、利用者が第１目標往き温度Ｔｗｏｔ１を変更したかどうかを監視するステップを設けている（ステップＳ０１１）。

もし、第１目標往き温度Ｔｗｏｔ１が変更された場合は、今の目標往き温度Ｔｗｏｔが、第１目標往き温度Ｔｗｏｔ１であるか、第２目標往き温度Ｔｗｏｔ２であるかに関わらず、目標往き温度Ｔｗｏｔは新しい第１目標往き温度Ｔｗｏｔ１に更新し（ステップＳ０１２）、第１タイマＴｍ１と第２タイマＴｍ２を共にリセットする（ステップＳ０２０）。

利用者が第１目標往き温度Ｔｗｏｔ１を変更した場合、第１タイマＴｍ１と第２タイマＴｍ２を共にリセットするため、ステップＳ０１６、Ｓ０２５、Ｓ０１５を通って、圧縮機１１１の周波数Ｆｃの制御（ステップＳ００９、Ｓ０１０）に移行する。

また、所定時間Ｔ１とＴ２は、目標往き温度Ｔｗｏｔを切り換えてから、圧縮機１１１の周波数Ｆｃと、循環ポンプ１２１の回転数Ｆｓとがほとんど変化しない状態に落ち着くまでの時間、たとえば、２０〜４０分程度が望ましい。この所定時間Ｔ１とＴ２は、リモコン１２４で利用者が設定できるようにしても構わない。

以上のように、本実施の形態では、目標往き温度Ｔｗｏｔを、利用者が設定した第１目標往き温度Ｔｗｏｔ１とする運転と、第１目標往き温度Ｔｗｏｔ１よりも低い第２目標往き温度Ｔｗｏｔ２とする運転とを所定時間ごとに繰り返す。

よって、目標往き温度Ｔｗｏｔが第２目標往き温度Ｔｗｏｔ２のときは、第１の実施の形態と同様に、往き温度Ｔｗｏを低下させ、戻り温度が往き温度に接近することを抑えて、ヒートポンプサイクルの効率低下を防止することができる。

さらに、所定時間ごとに目標往き温度Ｔｗｏｔを第１目標往き温度に戻すので、利用者は、往き温度Ｔｗｏが低下していることに気が付きにくくなるという効果を有する。

（実施の形態３）
図４は、本発明の第２の実施の形態における、制御部１３０の、圧縮機１１１、および、循環ポンプ１２１に対する制御動作を説明したフローチャート図である。

なお、本実施の形態において、ヒートポンプ温水暖房機１００の構成は図５と同じであるため、その構成要素の説明は省略する。

以下、水熱媒を供給する室内放熱器１２５の数が増加した場合や、利用者が第１目標往き温度Ｔｗｏｔ１を上げた場合など、熱負荷が増加した場合の動作について、図１のフローチャートからの追加点であるステップＳ０３０、Ｓ０３１、Ｓ０３２の処理と併せて説明する。

起動時循環流量制御が所定時間（たとえば１０分）経過して終了し、循環ポンプ１２１
の回転数Ｆｓが最大回転数Ｆｓｍａｘに達すると、制御部１３０は、利用者がリモコン１２４の操作により、水熱媒を供給する室内放熱器１２５の数を増加させたかどうかを監視し始める（Ｓ０３０）。

利用者が、水熱媒を供給する室内放熱器１２５の数を増加させたと判断した場合には、ステップＳ０３２に移り、循環ポンプ１２１の回転数Ｆｓを最大回転数Ｆｓｍａｘとする。

一方、水熱媒を供給する室内放熱器１２５の数が同じ、あるいは減った場合には、ステップＳ０１１に移り、第１目標往き温度Ｔｗｏｔ１が変更されていないかどうかを判断する。

もし、第１目標往き温度Ｔｗｏｔ１が変更されている場合は、ステップＳ０１２にて、目標往き温度Ｔｗｏｔを新しい第１目標往き温度Ｔｗｏｔ１に置き換える。

さらに、ステップＳ０３１にて、変更後の第１目標往き温度Ｔｗｏｔ１が、変更前の第１目標往き温度Ｔｗｏｔ１よりも高いと判断した場合は、ステップＳ０３２に移り、循環ポンプ１２１の回転数Ｆｓを最大回転数Ｆｓｍａｘとする。

ステップＳ０３２において、循環ポンプ１２１の回転数Ｆｓが最大回転数Ｆｓｍａｘとなると、水熱媒の循環流量が最大となり、往き温度Ｔｗｏと戻り温度Ｔｗｉとの温度差は、数１の関係式に基づき、小さくなる。

水熱媒の循環流量が最大となってから数１０秒間は、バッファタンク１２２の水熱媒が水熱媒熱交換器１１５に流入するため、戻り温度Ｔｗｉに大きな変化はない。したがって、往き温度Ｔｗｏのみが低下することになる。

水熱媒を供給する室内放熱器１２５の数が増える、あるいは、目標往き温度Ｔｏｗｔが高く設定変更され、水熱媒の循環流量が最大となると、次の制御ループでは、ステップＳ０１３〜Ｓ０１５のいずれかを満たさなくなり、ステップＳ００９およびステップＳ０１０の処理に移行する。

往き温度Ｔｗｏが低下し、目標往き温度Ｔｗｏｔと往き温度Ｔｗｏとの温度差が大きくなっているため、Ｐ制御（比例制御）あるいはＰＩ制御を用いれば、圧縮機１１１の周波数Ｆｃは速やかに上昇する。

なお、ステップＳ０１１において、第１目標往き温度Ｔｗｏｔ１が変更されていないと判断した場合、あるいは、ステップＳ０３１において、第１目標往き温度Ｔｗｏｔ１が低く設定変更されたと判断した場合は、ステップＳ０１３〜Ｓ０１５に移行し、往き温度Ｔｗｏと戻り温度Ｔｗｉの値と時間変化を調べる。

第１目標往き温度Ｔｗｏｔ１が低く設定変更されたと判断した場合は、ステップＳ０１５において数５の関係が成立しなくなるため、ステップＳ００９およびステップＳ０１０の処理に移行し、新しい目標往き温度Ｔｗｏｔになるように、圧縮機１１１の周波数Ｆｃは低下する。

一方、第１目標往き温度Ｔｗｏｔ１が変更されていないと判断した場合の、ステップＳ０１３以降の処理は、実施の形態１と同様である。

以上のように、本実施の形態によれば、利用者が、リモコン１２４により、水熱媒を供
給する室内放熱器１２５の数を増加させたり、第１目標往き温度Ｔｗｏｔ１を高く設定変更させたりして、急に熱負荷が増加した場合には、水熱媒の流量が最大となるように、循環ポンプ１２１を制御する。

水熱媒の流量を最大にすると、往き温度Ｔｗｏが最大限に低下するので、圧縮機の周波数の速やかな上昇を促し、利用者の要求に見合うように室内放熱器を迅速に暖めることができる。

以上のように、本発明にかかるヒートポンプ温水暖房機は、ヒートポンプサイクルの冷媒から水熱媒熱交換器において加熱された水熱媒が、循環ポンプにより室内放熱器に搬送され部屋を暖房するとともに、部屋が十分に暖まり、室内熱負荷が小さくなっている場合において、ヒートポンプサイクルの効率の低下を防止して、循環ポンプの運転動力を削減することができるので、ランニングコストの小さいヒートポンプ温水暖房機に適用できる。

１００ ヒートポンプ温水暖房機
１１０ ヒートポンプサイクル
１１１ 圧縮機
１１２ 空気熱交換器
１１３ 空気熱交換器ファン
１１４ 冷媒流量調整弁
１１５ 水熱媒熱交換器
１２０ 水熱媒サイクル
１２１ 循環ポンプ
１２２ バッファタンク
１２３ 開閉弁
１２４ リモコン
１２５ 室内放熱器
１２６ 往き温度検知センサ
１２７ 戻り温度検知センサ
１３０ 制御部

Claims (6)

1. 圧縮機と、冷媒と熱媒との間で熱交換を行う熱媒熱交換器と、膨張弁と、熱源側熱交換器とで構成されるヒートポンプサイクルと、前記熱媒により暖房を行う室内放熱器と、前記熱媒熱交換器と前記室内放熱器との間で前記熱媒を循環させる循環ポンプと、前記熱媒熱交換器から前記室内放熱器に向かう前記熱媒の往き温度を検知する往き温度検知手段と、前記室内放熱器から前記熱媒熱交換器に戻る前記熱媒の戻り温度を検知する戻り温度検知手段と、利用者が第１目標往き温度を設定する第１目標往き温度設定手段とを備え、起動時は目標往き温度として前記第１目標往き温度を設定し、前記往き温度検知手段で検知される往き温度が、前記目標往き温度となるように前記圧縮機の動作周波数を制御するヒートポンプ温水暖房機において、前記往き温度の時間変化量が往き温度許容変化量以下となり、前記戻り温度検知手段で検知される戻り温度の時間変化量が戻り温度許容変化量以下となり、前記往き温度と前記目標往き温度との差が往き温度許容誤差以下となった場合に、前記目標往き温度が前記第１目標往き温度である場合は、前記目標往き温度として前記第１目標往き温度よりも低い第２目標往き温度を設定し、前記目標往き温度が前記第２目標往き温度である場合は、前記戻り温度が前記第２目標往き温度よりも第１所定温度差以上低い目標戻り温度となるように、前記循環ポンプにより前記熱媒の流量を調整することを特徴とするヒートポンプ温水暖房機。
2. 前記目標往き温度が前記第２目標往き温度である場合に、前記第１目標往き温度設定手段により前記第１目標往き温度が変更された場合には、前記目標往き温度として、変更された前記第１目標往き温度を設定することを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ温水暖房機。
3. 前記第１目標往き温度設定手段により、前記第１目標往き温度が前記第２目標往き温度よりも低い温度に変更された場合には、前記第２目標往き温度として、変更された前記第１目標往き温度よりも低く、かつ、前記目標戻り温度よりも前記第１所定温度差以上高い温度に変更することを特徴とする請求項２に記載のヒートポンプ温水暖房機。
4. 前記目標往き温度を前記第２目標往き温度に変更した後、第２所定時間経過すると、前記目標往き温度を前記第１目標往き温度に変更する制御と、前記目標往き温度を前記第１目標往き温度に変更した後、第１所定時間経過すると、前記目標往き温度を前記第２目標往き温度に変更する制御とを繰り返すことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のヒートポンプ温水暖房機。
5. 前記室内放熱器は複数あって、前記第１目標往き温度設定手段により、前記第１目標往き温度がより高い温度に変更された場合、あるいは、前記熱媒熱交換器との間で前記熱媒を循環させる前記室内放熱器の数が増加した場合は、前記熱媒の流量が最大となるように、前記循環ポンプを制御することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のヒートポンプ温水暖房機。
6. 前記第２目標往き温度と前記目標戻り温度は、ともに、３４℃以上４５℃以下の第１温度範囲より選択することを特徴とした請求項１〜５のいずれか１項に記載のヒートポンプ温水暖房機。