JP6465987B2 - 空気調和装置および空気調和制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、室内の空気を暖める暖房、および水を加熱する給湯を同時に実行することができる空気調和装置および空気調和制御方法に関し、特に、暖房時の吹出空気温度を高くする手法に関するものである。

室内空気を暖める暖房運転、および給湯用途として貯湯タンクへの蓄熱を行う給湯運転を同時に行うヒートポンプ熱源システムが、従来から存在する。このような従来のヒートポンプ熱源システムでは、暖房と給湯を１つのシステムにて行うことができる。このため、別々のシステムで構築する場合と比較して、設置スペースを小さくすることができる。この結果、設置制約の大きい物件に対しても、暖房と給湯の両方を備えるシステムを提供することが可能となる。

特開２０１４―１０９４３０号公報

しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。
特許文献１では、１つのヒートポンプ熱源機に対して、暖房熱媒体による暖房と、湯水による給湯とを同時に行うことができるシステムにおいて、暖房時の熱効率を高くする手法として、以下の２つが開示されている。
（手法１）暖房熱媒体と湯水の温度差が小さい場合に、同時運転を許可する。
（手法２）暖房熱媒体と湯水との温度差を小さくするように、湯水の流量分配変更制御を行う。

しかしながら、空気を加熱する暖房と、湯水を加熱する給湯の同時運転を行う場合には、湯水の水温が低いと、ヒートポンプ熱源機の冷媒温度が低下し、暖房の加熱能力が低下してしまう。このため、室内に供給される吹出空気温度が低くなる。そして、吹出空気温度の低い風が人体に当たった場合には、冷風感を与えてしまい、快適性を損なってしまう問題がある。従って、低温吹出の風が人体に当たることがないような工夫が必要となる。

本発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、室内空気を加熱する暖房と、湯水を加熱する給湯の同時運転を行う場合において、快適性を損なう低温吹出の風が人体に当たることがないように、低凝縮温度から高凝縮温度へ凝縮温度を速やかに立ち上げることができる空気調和装置および空気調和制御方法を得ることを目的とする。

本発明に係る空気調和装置は、冷媒との熱交換によって水を加熱する水熱交換器と、冷媒との熱交換によって室内空気を加熱する利用側熱交換器と、冷媒の凝縮温度を計測する凝縮温度検出器と、水熱交換器による加熱動作と、利用側熱交換器による加熱動作とを同時実行中において、凝縮温度検出器により計測された凝縮温度が、あらかじめ設定された目標凝縮温度未満である場合には、凝縮温度を目標凝縮温度以上とするように、同時実行を行う際の通常の制御状態とは異なる第１の制御を行い、第１の制御により凝縮温度が目標凝縮温度に到達した場合には、通常の制御状態に段階的に戻すように第２の制御を行うことで、凝縮温度調整制御を実行する制御装置とを備えるものである。

また、本発明に係る空気調和制御方法は、冷媒との熱交換によって水を加熱する水熱交換器と、冷媒との熱交換によって室内空気を加熱する利用側熱交換器と、冷媒の凝縮温度を計測する凝縮温度検出器とを備えた空気調和装置に対して、マイクロコンピュータを有する制御装置により実行される空気調和制御方法であって、制御装置において、水熱交換器による加熱動作と、利用側熱交換器による加熱動作とを同時実行中に、凝縮温度検出器により計測された凝縮温度が、あらかじめ設定された目標凝縮温度未満である場合には、凝縮温度を目標凝縮温度以上とするように、同時実行を行う際の通常の制御状態とは異なる第１の制御を行い、第１の制御により凝縮温度が目標凝縮温度に到達した場合には、通常の制御状態に段階的に戻すように第２の制御を行うことで、凝縮温度調整制御を実行する制御ステップを有し、制御ステップは、水熱交換器の加熱負荷を小さくする第１ステップと、利用側熱交換器の加熱負荷を小さくする第２ステップと、水熱交換器に供給される冷媒の流量を絞るように制御する第３ステップと、利用側熱交換器に供給される冷媒の流量を増やすように制御する第４ステップの少なくとも１つのステップを実行することで、凝縮温度調整制御を実行するものである。

本発明によれば、冷媒温度を暖房に必要な温度以上に維持する制御構成を備えることにより、室内空気を加熱する暖房と、湯水を加熱する給湯の同時運転を行う場合において、快適性を損なう低温吹出の風が人体に当たることがないように、低凝縮温度から高凝縮温度へ凝縮温度を速やかに立ち上げることができる空気調和装置および空気調和制御方法を得ることができる。

本発明の実施の形態１における空気調和装置の全体構成を示した概略図である。 本発明の実施の形態１における空気調和装置の冷媒回路構成図である。 本発明の実施の形態１に係る空気調和装置の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態１の暖房給湯同時運転時において、制御装置で実行される凝縮温度調整制御の一連動作を示したフローチャートである。 本発明の実施の形態１における凝縮温度調整制御を実施した際の、運転状態変化を示した概略図である。 本発明の実施の形態１における制御装置で実行される減圧機構能力分配調整による凝縮温度調整制御に関する説明図である。 本発明の実施の形態１における制御装置で実行される利用側送風機調整による凝縮温度調整制御に関する説明図である。 本発明の実施の形態１における制御装置で実行される水ポンプ調整による凝縮温度調整制御に関する説明図である。 本発明の実施の形態１に係る制御装置で実行される暖房一時中断による凝縮温度調整制御の一連動作を示したフローチャートである。

以下、本発明の空気調和装置および空気調和制御方法の好適な実施の形態につき、図面を用いて説明する。

実施の形態１．
＜システム構成＞
図１は、本発明の実施の形態１における空気調和装置の全体構成を示した概略図である。室外に熱源ユニット３０１が配置され、室内の１階に分岐ユニット３０２、利用ユニット３０３ａ、温水ユニット３０４が配置され、室内の２階に利用ユニット３０３ｂが設置されている。そして、各ユニットが、図１に示すように、配管により接続されている。

利用ユニット３０３ａ，３０３ｂは、室内に温風を供給して暖房を行う。また、温水ユニット３０４は、給湯熱を蓄熱する。なお、図１は、ユニット設置の一例を示したものであり、本発明が適用されるユニット配置は、このような図１に限定されるものではない。例えば、温水ユニット３０４は、２台以上であってもよく、利用ユニット３０３ａ、３０３ｂも、１台または３台以上であってもよい。

＜機器構成＞
図２は、本発明の実施の形態１における空気調和装置１００の冷媒回路構成図である。この図２に示した本実施の形態１における空気調和装置１００は、蒸気圧縮式のサイクル運転を行うことによって、利用ユニット３０３ａ、３０３ｂによる暖房指令（暖房ＯＮ／ＯＦＦ）と、温水ユニット３０４による給湯要求指令（給湯ＯＮ／ＯＦＦ）とを同時に処理することができる。

熱源ユニット３０１と分岐ユニット３０２とは、冷媒配管である配管３および配管９を介して接続されている。また、分岐ユニット３０２と利用ユニット３０３ａ，３０３ｂとは、冷媒配管である配管４ａ，４ｂ、および配管７ａ，７ｂを介して接続されている。さらに、分岐ユニット３０２と温水ユニット３０４とは、冷媒配管である配管１０および配管１２を介して接続されている。

空気調和装置に用いられる冷媒は、特に限定されない。例えば、Ｒ４１０Ａ、Ｒ３２などのＨＦＣ（Ｈｙｄｒｏ Ｆｌｕｏｒｏ Ｃａｒｂｏｎ）冷媒、ＨＣＦＣ（Ｈｙｄｒｏ Ｃｈｌｏｒｏ Ｆｌｕｏｒｏ Ｃａｒｂｏｎ）冷媒、炭化水素、ヘリウム等の自然冷媒を用いることができる。

熱源ユニット３０１は、圧縮機１と、四方弁２と、熱源側熱交換器１４と、熱源側送風機１５と、アキュムレータ１６とを備えて構成されている。また、圧力センサ２０１が圧縮機１の吐出側に設けられており、設置場所の冷媒圧力を計測する。また、温度センサ２０２が、圧縮機１の吐出側に設けられており、温度センサ２１２が、熱源側熱交換器１４の液側に設けられており、それぞれ、設置場所の冷媒温度を計測する。また、温度センサ２０７が空気吸込口に設けられており、外気温度を計測する。

分岐ユニット３０２は、利用側減圧機構８ａ，８ｂと、温水側減圧機構１３とを備えて構成されている。また、温度センサ２０３ａ、２０３ｂは、利用ユニット３０３ａ、３０３ｂのガス側に設けられ、温度センサ２０６は、温水ユニット３０４のガス側に設けられており、それぞれの設置場所の冷媒温度を計測する。

利用ユニット３０３ａは、利用側熱交換器５ａと、利用側送風機６ａとを備えて構成されている。同様に、利用ユニット３０３ｂは、利用側熱交換器５ｂと、利用側送風機６ｂとを備えて構成されている。利用側送風機６ａ、６ｂは、ともに送風量の調整が可能である。そして、利用ユニット３０３ａ，３０３ｂは、利用側送風機６ａ、６ｂの働きにより吸入した室内空気を、利用側熱交換器５ａ，５ｂにて冷媒と熱交換させた後に、室内に吹出す。

なお、利用ユニット３０３ａ、３０３ｂには、温度センサ２０５ａ，２０５ｂが利用側熱交換器５ａ，５ｂの液側に設けられており、それぞれの設置場所の冷媒温度を計測する。また、温度センサ２０４ａ，２０４ｂが室内空気の吸入口側に設けられており、ユニットに流入する室内空気の温度を計測する。

温水ユニット３０４は、水熱交換器１１と、水側回路とを備えて構成されている。ここで、水側回路は、水ポンプ１７と、コイル熱交換器１８と、貯湯タンク１９とにより構成されており、水媒体が熱交換の媒体として水回路を循環する。水ポンプ１７は、回転数がインバータで可変にできるように構成され、水媒体を循環させる。貯湯タンク１９は、満水式である。

図２では詳細には示していないが、この貯湯タンク１９は、沸きあげられた湯を貯留するとともに、出湯要求に応じてタンク上部より湯が出水し、出水した量だけ、低温の市水がタンク下部より給水される。なお、水媒体として用いられるものは、水あるいは不凍液を混合したブライン等である。

温水ユニット３０４には、温度センサ２０８が水熱交換器１１の液側に設けられており、この温度センサ２０８は、設置場所の冷媒温度を計測する。また、温度センサ２０９が水熱交換器１１の下流側に設置され、温度センサ２１０が水熱交換器１１の上流側に設置され、温度センサ２１１が貯湯タンク１９の側面に設置され、それぞれの設置位置の水温を計測する。

次に、水側回路の運転状態について説明する。水ポンプ１７により送水された水媒体は、水熱交換器１１で冷媒により加熱され、高温となる。そして、高温となった水媒体は、貯湯タンク１９内に流入し、コイル熱交換器１８にて貯湯水を加熱することで、温度低下する。その後、水媒体は、貯湯タンク１９内を経由して水熱交換器１１に再送水され、水熱交換器１１にて温水となる。このようなプロセスにて、貯湯タンク１９に湯が沸き上げられる。

次に、制御装置１０１による具体的な制御内容について、詳細に説明する。図３は、本発明の実施の形態１に係る空気調和装置の構成を示すブロック図である。この図３には、本実施の形態１に係る空気調和装置１００の制御を行う制御装置１０１、およびこの制御装置１０１に対する入力となるセンサ群および出力となるアクチュエータ群との接続構成を示している。なお、図３には示していないが、制御装置１０１は、リモートコントローラからの指令も読み取ることができる構成となっている。

センサ群とは、各種温度センサ２０２〜２１２、および圧力センサ２０１を含む総称である。また、アクチュエータ群とは、圧縮機１、四方弁２、減圧機構８ａ、８ｂ、１３、送風機６ａ、６ｂ、１５、および水ポンプ１７を含む総称である。

制御装置１０１は、測定部１０２、演算部１０３、制御部１０４、記憶部１０５を備えて構成されている。

測定部１０２は、圧力センサ２０１および各種温度センサ２０２〜２１２によって検知された各諸量を読み取る。そして、演算部１０３は、測定部１０２を介して読み取られた情報に基づき、制御演算を実行する。そして、制御部１０４は、演算部１０３による演算結果に基づく制御動作を実行することにより、アクチュエータ群の制御を行う。

また、制御装置１０１は、あらかじめ定められた定数、あるいはリモートコントローラから送信される設定値等を記憶する記憶部１０５を内蔵している。そして、制御部１０４は、必要に応じて、これらの記憶内容の参照、および書き換えを実施することが可能である。

図２、図３では図示していないが、分岐ユニット３０２と、利用ユニット３０３ａ，３０３ｂと、温水ユニット３０４とは、熱源ユニット３０１に対して、それぞれ通信線（有線または無線）で接続されている。このような構成を備えることで、制御装置１０１内の制御部１０４は、制御動作を分岐ユニット３０２と、利用ユニット３０３ａ，３０３ｂと、温水ユニット３０４のそれぞれに、直接、指令することができる。

上述した測定部１０２、演算部１０３、制御部１０４は、マイクロコンピュータにより構成されており、記憶部１０５は、半導体メモリなどによって構成されている。

また、図２では、熱源ユニット３０１に制御装置１０１を配置した場合を例示しているが、制御装置１０１の配置場所は、これに限定されない。

また、ユーザーは、リモートコントローラを介して、冷房ＯＮ／ＯＦＦ、暖房ＯＮ／ＯＦＦ、給湯ＯＮ／ＯＦＦを選択できるとともに、室内設定温度や沸き上げ温度を入力することができる。そして、制御装置１０１内の制御部１０４は、ユーザーの操作に基づく設定データを読み取ることができる。

また、演算部１０３は、測定部１０２によって読み取られた、貯湯タンク１９の壁側面に設置されている温度センサ２１１の検出温度が、所定値以下（例えば、４５℃以下）となった場合には、自動的に給湯ＯＮと判断することができる。

＜暖房給湯同時運転モード＞
次に、本願の目的である、低凝縮温度から高凝縮温度へ凝縮温度を速やかに立ち上げ、快適性を損なうことのない暖房給湯同時運転モードを実行するための具体的な制御方法について、詳細に説明する。

本実施の形態１における空気調和装置１００は、リモートコントローラにて設定された暖房ＯＮおよび給湯ＯＮを、同時に処理することが可能であり、暖房給湯同時運転を実施することができる。以下に、暖房給湯同時運転モードにおける冷媒の流れ状態および各機器の制御方法を説明する。

暖房給湯同時運転モードにおいて、四方弁２は、圧縮機１の吐出側を配管３と接続され、圧縮機１の吸入側を熱源側熱交換器１４のガス側に接続される。圧縮機１から吐出した高温・高圧のガス冷媒は、四方弁２を経由して配管３を流れ、配管４ａ，４ｂと配管１０とに分配される。

配管４ａ，４ｂに流れる冷媒は、利用側熱交換器５ａ，５ｂに流入し、利用側送風機６ａ，６ｂによって供給される室内空気を加熱して、利用側熱交換器５ａ，５ｂから流出する。その後、利用側熱交換器５ａ，５ｂから流出した冷媒は、配管７ａ，７ｂを経由して、利用側減圧機構８ａ，８ｂにより減圧され、配管１０、１２および温水側減圧機構１３を通過した冷媒と合流する。

一方、配管１０に分配された冷媒は、水熱交換器１１に流入し、水ポンプ１７によって供給される中間水を加熱する。その後、冷媒は、水熱交換器１１から流出し、配管１２を経由して、温水側減圧機構１３により減圧され、配管４ａ，４ｂに分配され、利用側減圧機構８ａ，８ｂにより減圧された冷媒と合流する。

合流後の冷媒は、配管９を経由して熱源側熱交換器１４に流入し、熱源側送風機１５によって供給される室外空気と熱交換を行ない、低圧ガス冷媒となる。熱源側熱交換器１４から流出した低圧ガス冷媒は、その後、四方弁２を経由して、アキュムレータ１６を通過後、再び圧縮機１に吸入される。

給湯ＯＮの状態では、湯切れ防止を優先して、圧縮機１の運転周波数を最大固定とする。また、熱源側送風機１５の回転数は、最大回転数で固定とする。利用側送風機６ａ、６ｂの回転数は、利用者によりリモコンで設定入力された指令値に固定され、水ポンプ１７の回転数は、所定の回転数に固定される。

利用側減圧機構８ａ，８ｂと温水側減圧機構１３は、利用ユニット３０３ａの容量、利用ユニット３０３ｂの容量、温水ユニット３０４の容量に基づいて、各ユニットの容量比に応じて、制御装置１０１によって開度制御される。

例えば、利用ユニット３０３ａが０．５馬力、利用ユニット３０３ｂが０．８馬力、温水ユニット３０４が２馬力の場合、利用側減圧機構８ａは、１００ｐｕｌｓｅ、利用側減圧機構８ｂは、１６０ｐｕｌｓｅ、温水側減圧機構１３は、４００ｐｕｌｓｅとして、開度制御される。なお、各ユニットの容量は、記憶部１０５にあらかじめ記憶されている。

＜凝縮温度調整制御＞
図４は、本発明の実施の形態１の暖房給湯同時運転時において、制御装置１０１で実行される凝縮温度調整制御の一連動作を示したフローチャートである。まず始めに、ステップＳ４０１において、制御装置１０１は、暖房ＯＮである暖房指令を受けることで、利用ユニット３０３ａ、３０３ｂの暖房運転を開始させる。

次に、ステップＳ４０２において、制御装置１０１は、温水ユニット３０４の運転が開始となるか否かを判定する。そして、制御装置１０１は、Ｎｏと判定した場合には、ステップＳ４０２を繰り返し、Ｙｅｓと判定した場合には、ステップＳ４０３に進む。そして、ステップＳ４０３において、制御装置１０１は、所定時間、利用ユニット３０３ａ、３０３ｂおよび温水ユニット３０４のそれぞれに関して、そのままの運転を継続する。

そして、ステップＳ４０４において、制御装置１０１は、凝縮温度があらかじめ設定された低凝縮温度以下になったか否かを判断する。ここで、凝縮温度は、圧力センサ２０１による計測圧力に対応する飽和温度として検出することができる。従って、圧力センサ２０１は、凝縮温度検出器に相当する。

ただし、凝縮温度の検出は、このような構成に限定されず、例えば、利用側熱交換器５ａ，５ｂに温度センサを設置し、その温度センサによる計測温度を凝縮温度の検出値としてもよい。

そして、制御装置１０１は、凝縮温度が低凝縮温度以下である場合には、ステップＳ４０５に進み、凝縮温度調整制御を実施することとなる。一方、制御装置１０１は、凝縮温度が低凝縮温度以下でない場合には、ステップＳ４０６に進み、凝縮温度調整制御を実施することなく、通常運転を継続することとなる。

なお、温水ユニット３０４は、貯湯タンク１９の湯（およそ５５℃）がタンク上部より出水されると、タンク下部より市水（およそ１０℃）が入水される。そして、市水が温度センサ２１１の設置高さまで入水し、温度センサ２１１による計測温度が沸き上げ開始温度（例えば、４５℃）以下になると、温水ユニット３０４の運転がＯＮ状態となる。

そのため、給湯開始初期は、水熱交換器１１に低温の水が入水し、凝縮温度が急激に低くなる。さらに、凝縮温度が低くなると、利用側熱交換器５ａ、５ｂの熱交換量が低下し、吹出温度が低下することとなる。

この結果、低温風が室内に吹出され、人体に低温風が当たることで、快適性が低下する。人体の温度は、およそ３６℃程度である。このため、吹出温度は、３６℃以上の確保が必要であり、快適性を保つための目標凝縮温度も、同様に３６℃以上とする必要がある。この快適性を保つための目標凝縮温度のことを、以下では、暖房時目標凝縮温度と称す。

なお、湯が長時間使われず、タンク放熱によって温度センサ２１１による計測温度が沸き上げ温度以下となり、温水ユニット３０４が運転開始となる場合には、比較的高温の湯が水熱交換器１１に流入する。このため、凝縮温度は、低下しない。

図５は、本発明の実施の形態１における凝縮温度調整制御を実施した際の、運転状態変化を示した概略図である。横軸は、比エンタルピー（ｋＪ／ｋｇ）を示しており、縦軸は、圧力（ＭＰａＧ）を示している。

本実施の形態１における制御装置１０１は、凝縮温度調整制御によって、図５に示すように、低凝縮温度から高凝縮温度へ凝縮温度を上げる動作を行う。凝縮温度を上げるための具体的な動作としては、減圧機構能力分配調整、利用側送風機調整、水ポンプ調整、暖房一時中断、暖房運転ＯＮ制限、などが挙げられる。

なお、以下では、水ポンプ調整により凝縮温度を上げる動作のことを「水熱交換器加熱負荷調整」あるいは「第１加熱負荷調整」と称し、利用側送風機調整、暖房一時中断により凝縮温度を上げる動作のことを「利用側熱交換器加熱負荷調整」あるいは「第２加熱負荷調整」と称す。

また、凝縮温度調整制御を実行するに当たっては、上述した動作のうちの１つを実行してもよく、必要に応じて、複数の動作を適宜組み合わせて、同時、あるいは適切な順序で実行してもよい。

最初に、制御装置１０１は、水熱交換器加熱負荷と利用側熱交換器加熱負荷のどちらを小さくするかを決める。どちらを小さくするかについては、インストール工事中に、熱源ユニット３０１によってあらかじめ設定しておくことができ、ユーザーが設定できるようにしてもよい。

後者であるユーザー設定時には、制御装置１０１は、暖房優先という設定で水熱交換器加熱負荷を小さくすると判断し、給湯優先という設定で利用側熱交換器加熱負荷を小さくすると判断する。

なお、加熱負荷を小さくしても凝縮温度が暖房時目標凝縮温度まで高くならなかった場合には、制御装置１０１は、次に、減圧機構能力分配調整を行い、凝縮温度を高くするように、減圧機構を制御する。

ただし、本実施の形態１における凝縮温度調整制御においては、減圧機構能力分配調整を行ってから、加熱負荷を小さくする順序で行うようにしてもよい。

図６は、本発明の実施の形態１における制御装置１０１で実行される減圧機構能力分配調整による凝縮温度調整制御に関する説明図である。上段は、減圧機構開度（ｐｕｌｓｅ）の時間変化、中段は、凝縮温度（℃）の時間変化、下段は、タンク水温（℃）の時間変化をそれぞれ示している。

制御装置１０１は、凝縮温度が暖房時目標凝縮温度以上になるように、時刻Ｔ０において、水熱交換器１１側の減圧機構１３を絞り、利用側熱交換器５ａ、５ｂ側の減圧機構８ａ，８ｂを開ける。

その後、制御装置１０１は、凝縮温度が、例えば、暖房時目標凝縮温度より２℃高い値である制御閾値以上になった場合には、少しずつ水熱交換器１１側の減圧機構１３を開け、その一方で、利用側熱交換器５ａ、５ｂ側の減圧機構８ａを閉め、通常の制御状態に戻していく。図６では、時刻Ｔ１、時刻Ｔ２の２段階で、減圧機構開度を徐々に通常の制御状態に戻している場合を例示している。

このように、減圧機構８ａ、８ｂ、１３の開度を制御量として凝縮温度調整制御を行うことで、図６の中段、下段に示したように、凝縮温度を速やかに暖房時目標凝縮温度以上にするとともに、貯湯タンク１９のタンク水温を上げることができる。この結果、利用側熱交換器５ａ、５ｂ側の加熱能力が高くなり、吹出空気温度を高くすることができる。

図７は、本発明の実施の形態１における制御装置１０１で実行される利用側送風機調整による凝縮温度調整制御に関する説明図である。上段は、利用側送風機回転数（ｒｐｍ）の時間変化、中段は、凝縮温度（℃）の時間変化、下段は、タンク水温（℃）の時間変化をそれぞれ示している。

制御装置１０１は、凝縮温度が暖房時目標凝縮温度以上になるように、時刻Ｔ０において、利用側送風機６ａ、６ｂのファン回転数（ファンノッチ）を自動で低くする。その後、制御装置１０１は、凝縮温度が制御閾値以上になった場合には、利用側送風機６ａ、６ｂのファン回転数を設定された値に戻し、通常の制御状態に復帰する。図７では、時刻Ｔ３の１段階で、制御装置１０１が利用側送風機回転数を弱ノッチから強ノッチに切り替え、通常の制御状態に戻している場合を例示している。

このように、利用側送風機６ａ、６ｂの回転数を制御量として凝縮温度調整制御を行うことで、図７の中段、下段に示したように、凝縮温度を速やかに暖房時目標凝縮温度以上にするとともに、貯湯タンク１９のタンク水温を上げることができる。この結果、室内に供給される風量が小さくなり、吹出空気温度を高くすることができる。

図８は、本発明の実施の形態１における制御装置１０１で実行される水ポンプ調整による凝縮温度調整制御に関する説明図である。上段は、水ポンプ回転数（ｒｐｍ）の時間変化、中段は、凝縮温度（℃）の時間変化、下段は、タンク水温（℃）の時間変化をそれぞれ示している。

制御装置１０１は、凝縮温度が暖房時目標凝縮温度以上となるように、時刻Ｔ０において、水ポンプ１７の回転数を徐々に低く制御する。その後、制御装置１０１は、凝縮温度が暖房時目標凝縮温度以上になった場合には、貯湯タンク１９のタンク水温が高くなることに伴って、水ポンプ１７の回転数を上昇させていく。図８では、時刻Ｔ４において、制御装置１０１が水ポンプ１７の回転数を下降から上昇に切り替えている場合を例示している。

その後、制御装置１０１は、水ポンプ回転数が設定されている回転数まで高くなった時刻Ｔ５において、その回転数に固定されるように制御することで、凝縮温度をさらに上昇させていく。

このように、水ポンプ１７の回転数を制御量として凝縮温度調整制御を行うことで、図８の中段、下段に示したように、凝縮温度を速やかに暖房時目標凝縮温度以上にするとともに、貯湯タンク１９のタンク水温を上げることができる。この結果、利用側熱交換器５ａ，５ｂの加熱能力が大きくなり、吹出空気温度を高くすることができる。

次に、暖房一時中断による凝縮温度調整制御について説明する。
近年は、住宅の断熱性能がますます向上しており、従来の住宅よりも暖房負荷が低いことが想定される。そして、壁が暖まっていれば、室内空気温度は、暖房ＯＦＦとしてもあまり低下してこない。すなわち、今後、高断熱住宅が増えれば、暖房負荷が低下する見込みであり、暖房一時中断による凝縮温度調整制御が有効になると考えられる。

図９は、本発明の実施の形態１に係る制御装置１０１で実行される暖房一時中断による凝縮温度調整制御の一連動作を示したフローチャートである。このフローチャートによる制御を、各利用ユニット３０３ａ、３０３ｂに適用する場合について、以下に説明する。

まず始めに、制御装置１０１は、ステップＳ９０１において、凝縮温度が暖房時目標凝縮温度以上であるか否かを判断する。そして、制御装置１０１は、凝縮温度が暖房時目標凝縮温度以上である場合には、一連処理を終了する。一方、制御装置１０１は、凝縮温度が暖房時目標凝縮温度以上でない場合には、ステップＳ９０２に進む。

そして、ステップＳ９０２において、制御装置１０１は、利用ユニット３０３ａ、３０３ｂに関して、室内差温が中断判定閾値以下か否かを判断する。ここで、室内差温とは、利用ユニット３０３ａ，３０３ｂの設定温度と、温度センサ２０４ａ，２０４ｂにより計測される吹出空気温度との温度差のことであり、下式として定義される。
室内差温＝設定温度−吹出空気温度

また、中断判定閾値としては、例えば、３℃を設定することができる。そして、制御装置１０１は、室内差温が中断判定閾値以下の利用ユニットに関しては、室内の壁が暖まっていると判断し、ステップＳ９０３において、利用側熱交換器５ａ，５ｂの加熱がされないように暖房を一時中断し、該当する利用ユニット３０３ａ，３０３ｂを暖房ＯＦＦとする。

一方、先のステップＳ９０２において、室内差温が中断判定閾値以下ではないと判断された利用ユニットに関しては、制御装置１０１は、室内の壁が冷えていると判断し、ステップＳ９０４において、該当する利用ユニット３０３ａ，３０３ｂの暖房をＯＮのまま継続し、ステップＳ９０５に進む。

そして、ステップＳ９０５において、制御装置１０１は、凝縮温度が暖房目標凝縮温度以上になったか否かを判断する。そして、制御装置１０１は、凝縮温度が暖房目標凝縮温度以上になったと判断した場合には、ステップＳ９０６に進み、一時中断していた利用ユニットがある場合には、ステップＳ９０７において、該当する利用ユニットの暖房を開始して、暖房ＯＮとする。

このように、制御装置１０１は、室内の暖房負荷が高い利用ユニットに関しては、暖房ＯＮのままとし、室内の暖房負荷が低い利用ユニットに関しては、暖房ＯＦＦとするようにして、凝縮温度調整制御を行う。この結果、暖房ＯＦＦとした室内においては、快適性を損なうことがなく、かつ、暖房ＯＮとした室内においては、吹出空気温度を高くすることができる。

なお、同時運転中において、加熱を中断する利用側熱交換器５ａ、５ｂの優先順位を、ユーザーがあらかじめ設定できるようにして、暖房運転ＯＮ制限をかけてもよい。このような暖房運転ＯＮ制限を行う具体例として、制御装置１０１は、例えば、１階リビングでは、暖房をできるだけ止めたくない場合に、同時運転中において、２階リビングの暖房を優先的に停止するようにする。このような制御を行うことで、１階リビングの暖房を中断する機会が減少し、高い快適性を確保できるとともに、運転状態も安定しやすくすることができる。

また、図９のフローチャートによる暖房一時中断処理を適用すべき利用ユニットを、ユーザーがあらかじめ設定できるようにしてもよい。このような制御を行うことによっても、１階リビングの暖房を中断することをなくし、高い快適性を確保できるとともに、運転状態も安定しやすくすることができる。

また、室内差温に基づく凝縮温度調整制御としては、暖房の一時中断動作を行う以外の方法も考えられる。具体的には、算出した室内差温が、あらかじめ設定した差温判定閾値以下の場合には、利用側熱交換器加熱負荷を小さくし、室内差温が差温判定閾値よりも大きい場合には、水熱交換器の加熱負荷を小さくする。このような制御を行うことによっても、快適性を損なうことを防止することができる。

また、簡易的な凝縮温度調整制御として、制御装置１０１は、以下のような手法を採用することもできる。
（手法１）水熱交換器による加熱動作と、利用側熱交換器による加熱動作を同時実行中においては、水熱交換器を加熱動作させずに利用側熱交換器のみを加熱動作させる際の加熱負荷よりも、利用側熱交換器の加熱負荷を小さくする。
（手法２）水熱交換器による加熱動作と、利用側熱交換器による加熱動作を同時実行中においては、あらかじめ設定された利用側熱交換器の加熱を停止する。

以上のように、実施の形態１によれば、減圧機構能力分配調整、利用側送風機調整、水ポンプ調整、暖房一時中断、暖房運転ＯＮ制限といった具体的な動作により、凝縮温度調整制御を行うことで、暖房と給湯を同時実行中に、低凝縮温度から高凝縮温度へ凝縮温度を速やかに立ち上げることができる。

この結果、室内空気を加熱する暖房と、湯水を加熱する給湯の同時運転を行う場合において、快適性を損なう低温吹出の風が人体に当たることがないように、低凝縮温度から高凝縮温度へ凝縮温度を速やかに立ち上げることができる空気調和装置および空気調和制御方法を実現できる。

Claims (14)

1. 冷媒との熱交換によって水を加熱する水熱交換器と、
   前記冷媒との熱交換によって室内空気を加熱する利用側熱交換器と、
   前記冷媒の凝縮温度を計測する凝縮温度検出器と、
   前記水熱交換器による加熱動作と、前記利用側熱交換器による加熱動作とを同時実行中において、前記凝縮温度検出器により計測された前記凝縮温度が、あらかじめ設定された目標凝縮温度未満である場合には、前記凝縮温度を前記目標凝縮温度以上とするように、同時実行を行う際の通常の制御状態とは異なる第１の制御を行い、前記第１の制御により前記凝縮温度が前記目標凝縮温度に到達した場合には、前記通常の制御状態に段階的に戻すように第２の制御を行うことで、凝縮温度調整制御を実行する制御装置と
   を備える空気調和装置。
2. 前記水熱交換器は、前記冷媒の流量を制御する温水側減圧機構を有し、
   前記利用側熱交換器は、前記冷媒の流量を制御する利用側減圧機構を有し、
   前記制御装置は、前記温水側減圧機構を絞り、前記利用側減圧機構を開けることで前記第１の制御を行うことにより前記凝縮温度調整制御を実行する
   請求項１に記載の空気調和装置。
3. 前記制御装置は、前記水熱交換器の加熱負荷である第１加熱負荷を小さくする第１加熱負荷調整、および前記利用側熱交換器の加熱負荷である第２加熱負荷を小さくする第２加熱負荷調整の少なくともいずれか一方を行うことで前記第１の制御を行うことにより、前記凝縮温度調整制御を実行する
   請求項１または２に記載の空気調和装置。
4. 前記制御装置は、前記利用側熱交換器により暖房される室内の空気温度を、温度センサからの検出値として取得し、前記室内の設定温度と前記空気温度とに基づいて、前記第２加熱負荷を小さくするか、または前記第１加熱負荷を小さくするかを決定する
   請求項３に記載の空気調和装置。
5. 前記利用側熱交換器は、少なくとも２つ以上で構成された複数の利用側熱交換器であり、
   前記制御装置は、前記複数の利用側熱交換器のそれぞれにより個別に暖房されるそれぞれの室内の空気温度を、各温度センサからの検出値として取得し、それぞれの室内について空気温度と設定温度との差温が、あらかじめ設定した中断判定閾値以下の室内に対応する利用側熱交換器については、加熱せずに暖房を一時中断し、前記差温が前記中断判定閾値よりも大きい室内に対応する利用側熱交換器については、加熱を継続することで前記第１の制御を行うことにより、前記凝縮温度調整制御を実行する
   請求項１から４のいずれか１項に記載の空気調和装置。
6. 前記制御装置は、暖房を一時中断する利用側熱交換器の順番を中断優先順位としてあらかじめ設定しておき、前記差温が前記中断判定閾値以下の室内に対応する利用側熱交換器が複数ある場合には、前記中断優先順位に従って、優先順位の最も高い利用側熱交換器から順番に暖房を一時中断させる
   請求項５に記載の空気調和装置。
7. 前記制御装置は、前記凝縮温度を前記目標凝縮温度以上とする前記凝縮温度調整制御を実行する際に暖房を一時中断する利用側熱交換器を中断用熱交換器としてあらかじめ設定しておき、前記差温が前記中断判定閾値以下の室内に対応する利用側熱交換器のうち、前記中断用熱交換器に相当する利用側熱交換器の暖房を一時中断させる
   請求項５に記載の空気調和装置。
8. 前記利用側熱交換器は、室内空気を供給する利用側送風機を有し、
   前記制御装置は、前記利用側送風機の回転数を低く制御することで前記第１の制御を行うことにより、前記凝縮温度調整制御を実行する
   請求項１から７のいずれか１項に記載の空気調和装置。
9. 前記水熱交換器は、熱媒体を供給する水ポンプを有し、
   前記制御装置は、前記水ポンプの回転数を低く制御することで前記第１の制御を行うことにより、前記凝縮温度調整制御を実行する
   請求項１から８のいずれか１項に記載の空気調和装置。
10. 前記制御装置は、前記水熱交換器による加熱動作と前記利用側熱交換器による加熱動作を同時実行中において、前記水熱交換器を加熱せず前記利用側熱交換器を加熱しているときよりも、前記利用側熱交換器の加熱負荷を小さくする
    請求項１から９のいずれか１項に記載の空気調和装置。
11. 前記制御装置は、前記水熱交換器による加熱動作と前記利用側熱交換器による加熱動作を同時実行中において、あらかじめ設定された利用側熱交換器の加熱を停止する
    請求項１から９のいずれか１項に記載の空気調和装置。
12. 冷媒との熱交換によって水を加熱する水熱交換器と、
    前記冷媒との熱交換によって室内空気を加熱する利用側熱交換器と、
    前記冷媒の凝縮温度を計測する凝縮温度検出器と
    を備えた空気調和装置に対して、マイクロコンピュータを有する制御装置により実行される空気調和制御方法であって、
    前記制御装置において、
    前記水熱交換器による加熱動作と、前記利用側熱交換器による加熱動作とを同時実行中に、前記凝縮温度検出器により計測された前記凝縮温度が、あらかじめ設定された目標凝縮温度未満である場合には、前記凝縮温度を前記目標凝縮温度以上とするように、同時実行を行う際の通常の制御状態とは異なる第１の制御を行い、前記第１の制御により前記凝縮温度が前記目標凝縮温度に到達した場合には、前記通常の制御状態に段階的に戻すように第２の制御を行うことで、凝縮温度調整制御を実行する制御ステップを有し、
    前記制御ステップは、
    前記水熱交換器の加熱負荷を小さくすることで前記第１の制御を行う第１ステップと、
    前記利用側熱交換器の加熱負荷を小さくすることで前記第１の制御を行う第２ステップと、
    前記水熱交換器に供給される冷媒の流量を絞るように制御することで前記第１の制御を行う第３ステップと、
    前記利用側熱交換器に供給される冷媒の流量を増やすように制御することで前記第１の制御を行う第４ステップ
    を有する
    空気調和制御方法。
13. 冷媒との熱交換によって水を加熱する水熱交換器と、
    前記冷媒との熱交換によって室内空気を加熱する利用側熱交換器と、
    前記冷媒の凝縮温度を計測する凝縮温度検出器と、
    前記水熱交換器による加熱動作と、前記利用側熱交換器による加熱動作とを同時実行中において、前記凝縮温度検出器により計測された前記凝縮温度が、あらかじめ設定された目標凝縮温度未満である場合には、前記凝縮温度を前記目標凝縮温度以上とする凝縮温度調整制御を実行する制御装置と
    を備え、
    前記制御装置は、
    前記水熱交換器の加熱負荷である第１加熱負荷を小さくする第１加熱負荷調整、および前記利用側熱交換器の加熱負荷である第２加熱負荷を小さくする第２加熱負荷調整の少なくともいずれか一方を行うことで、前記凝縮温度調整制御を実行し、
    前記利用側熱交換器により暖房される室内の空気温度を、温度センサからの検出値として取得し、前記室内の設定温度と前記空気温度とに基づいて、前記第２加熱負荷を小さくするか、または前記第１加熱負荷を小さくするかを決定する
    空気調和装置。
14. 冷媒との熱交換によって水を加熱する水熱交換器と、
    前記冷媒との熱交換によって室内空気を加熱する利用側熱交換器と、
    前記冷媒の凝縮温度を計測する凝縮温度検出器と、
    前記水熱交換器による加熱動作と、前記利用側熱交換器による加熱動作とを同時実行中において、前記凝縮温度検出器により計測された前記凝縮温度が、あらかじめ設定された目標凝縮温度未満である場合には、前記凝縮温度を前記目標凝縮温度以上とする凝縮温度調整制御を実行する制御装置と
    を備え、
    前記利用側熱交換器は、少なくとも２つ以上で構成された複数の利用側熱交換器であり、
    前記制御装置は、前記複数の利用側熱交換器のそれぞれにより個別に暖房されるそれぞれの室内の空気温度を、各温度センサからの検出値として取得し、それぞれの室内について空気温度と設定温度との差温が、あらかじめ設定した中断判定閾値以下の室内に対応する利用側熱交換器については、加熱せずに暖房を一時中断し、前記差温が前記中断判定閾値よりも大きい室内に対応する利用側熱交換器については、加熱を継続することで、前記凝縮温度調整制御を実行する
    空気調和装置。

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