JP6537641B2 - 温冷水空調システム - Google Patents

Description

本発明は、ヒートポンプ熱源機により生成された温水または冷水を温冷水空調機器に送って室内を暖房または冷房する温冷水空調システムに関するものである。

ヒートポンプサイクルを利用する給湯や暖房を行うヒートポンプ温水暖房システムでは、ヒートポンプサイクルの冷媒から熱交換器を介して加熱された温水を、暖房を行う室内放熱器や貯湯タンクに供給し、その後、利用した温水をヒートポンプサイクルの熱交換器に戻す暖房温水循環回路を有している。その供給する温水を制御するために、暖房温水循環回路には、供給される温水の往き温度を検出する往き温度センサーが設けられている。

これまでのヒートポンプ温水暖房システムでは、主として、ヒートポンプサイクルにおけるヒートポンプ容量（圧縮機の運転周波数）の変化に対して、応答性が速く制御しやすい往き温度制御が行われている。このような往き温度制御では、温水暖房システムの負荷側にある室内放熱器の効率が低い場合や、季節の中間期など必要とする空調給湯負荷が小さい場合、ヒートポンプサイクル熱源側は圧縮機の運転周波数制御を実施し、最小供給能力で圧縮機を運転する。この最小供給能力の運転により供給される熱量が空調給湯負荷側の放熱量より大きいと、暖房温水循環回路の往き温度が目標往き温度を超えるため、供給能力を下げるべく、圧縮機の運転が、サーモＯＮ／ＯＦＦが短期間で断続的に発生するいわゆるＯＮ／ＯＦＦサイクル運転の状態になることがある。

特許文献１に記載の空気調和装置では、ヒートポンプ熱源側の供給能力が空調給湯負荷を超えている場合にＯＮ／ＯＦＦサイクル運転となることを回避するために、サーモＯＮ／ＯＦＦの動作点温度を補正している。すなわち、所定時間内の圧縮機の停止回数が多くなっていることが検出されると、予め設定された冷媒の蒸発温度または凝縮温度の目標値を変更し、実際の蒸発温度または凝縮温度との偏差を小さくする制御が行われる。また、特許文献２に記載の空気調和装置では、初期値として設定されたサーモオフ動作点温度およびサーモオン動作点温度をサーモオフの持続時間に応じて補正し、サーモオフの時間が短くなることを防止している。

特開２００２−６１９２５号公報 特開２００８−２０９０２９号公報

特許文献１および特許文献２に記載の空気調和装置における制御では、ヒートポンプ熱源機におけるサーモＯＮ／ＯＦＦの時間間隔の拡張は、サーモＯＮ／ＯＦＦの動作の開始の判定基準となる目標値若しくは初期値等の閾値を変更することにより行われている。従って、ヒートポンプ熱源側の供給能力が空調給湯負荷を超えている場合に発生する可能性のある圧縮機への液冷媒の流入、およびそれに伴う冷凍機油の油濃度の低下という問題は回避できないという問題がある。

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、ヒートポンプ熱源側の供給能力が空調給湯負荷を超えた場合であっても、ヒートポンプ熱源機のサーモＯＮ／ＯＦＦサイクル運転を防止すると共に圧縮機における油濃度の低下を抑制することを目的とする。

本発明に係る温冷水空調システムは、圧縮機を有するヒートポンプ熱源機と、室内の空調を行う空調機器と、前記ヒートポンプ熱源機と前記空調機器とを環状に接続した循環水路と、前記循環水路内の水を循環させる水循環ポンプと、前記水循環ポンプの運転によって前記ヒートポンプ熱源機から流出する水の温度である往き水温を検出する水温センサーと、前記ヒートポンプ熱源機のサーモＯＮ／ＯＦＦを制御する制御装置とを備え、前記制御装置は、設定される目標水温と前記往き水温との差分が第１温度差のときサーモＯＮし、前記目標水温と前記往き水温との差分が第２温度差のときサーモＯＦＦするサーモＯＮ／ＯＦＦ通常制御と、前記サーモＯＮ／ＯＦＦ通常制御のサーモＯＮ／ＯＦＦの時間間隔より長い時間間隔でサーモＯＮ／ＯＦＦするサーモＯＮ／ＯＦＦ抑制制御とを実行する、サーモＯＮ／ＯＦＦ制御手段と、前記サーモＯＮ／ＯＦＦ通常制御から前記サーモＯＮ／ＯＦＦ抑制制御へ切り替える切替手段とを有し、前記切替手段は、前記ヒートポンプ熱源機の最小供給能力が前記空調機器の必要熱量よりも大きく、かつ、サーモＯＮ／ＯＦＦが所定の時間間隔より短い時間間隔で繰り返される回数をカウントする変数が所定値に達した場合、前記サーモＯＮ／ＯＦＦ通常制御から前記サーモＯＮ／ＯＦＦ抑制制御への切替を実行し、前記サーモＯＮ／ＯＦＦ制御手段は、前記切替手段により前記サーモＯＮ／ＯＦＦ通常制御から前記サーモＯＮ／ＯＦＦ抑制制御へ切り替えられたときの前記圧縮機における冷媒温度に基づいて、前記圧縮機を停止する強制停止時間を設定し、前記強制停止時間中に発生する前記往き水温の変化に基づいて第３温度差を設定し、前記強制停止時間が経過し、かつ前記目標水温と前記往き水温との差分が前記第１温度差のときサーモＯＮし、前記目標水温と前記往き水温との差分が前記第３温度差のとき、サーモＯＦＦするものである。

本発明に係る温冷水空調システムによると、サーモＯＮ／ＯＦＦサイクル運転の状態が確認されて実行されるサーモＯＮ／ＯＦＦ抑制制御において、サーモＯＮ／ＯＦＦサイクル運転が実行されていることが確認された時点での圧縮機の冷媒温度に基づいて圧縮機を強制的に停止する強制停止時間を設定し、強制停止時間の経過をサーモＯＮの条件に加えると共に、強制停止中に生じた往き水温の温度変化に基づいて、サーモＯＦＦの動作点温度を変更している。従って、圧縮機の運転状態を加味しながらサーモＯＮ／ＯＦＦサイクル運転を抑制することができる。その結果、ヒートポンプ熱源機の最小供給能力が空調機器の必要熱量を超えている場合であっても、サーモＯＮ／ＯＦＦサイクル運転を防止すると共に、圧縮機における油濃度の低下を抑制することができ、高効率かつ高寿命な温冷水空調システムを提供することができる。

本発明の実施の形態１に係る温冷水空調システムの概略構成を示すブロック図である。 図１に示すヒートポンプ熱源機の概略構成を示す冷媒回路図である。 本発明の実施の形態１に係る温冷水空調システムの制御装置と、該制御装置との間で入出力が行われる構成要素とを示すブロック図である。 本発明の実施の形態１に係る温冷水空調システムの温水暖房運転における圧縮機の制御動作を示すフローチャートである。 従来の温冷水空調システムにおいて温水暖房運転における圧縮機の運転状態を示すタイムチャートである。 本発明の実施の形態１に係る温冷水空調システムにおいて温水暖房運転における圧縮機の運転状態を示すタイムチャートである。 本発明の実施の形態２に係る温冷水空調システムの概略構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態３に係る温冷水空調システムの概略構成を示すブロック図である。

以下に、本発明における温冷水空調システムの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態によって本発明が限定されるものではない。また、以下の図面においては各構成部材の大きさは実際の装置とは異なる場合がある。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る温冷水空調システムの概略構成を示すブロック図である。図１に示す温冷水空調システムは、温水暖房または冷水冷房のいずれかの運転を行うことができるヒートポンプ熱源機１と、室内の空調を行うための温冷水空調機器２（空調機器）と、ヒートポンプ熱源機１と温冷水空調機器２とを環状に接続して循環水路を形成する配管４と、その循環水路内の水を循環させる水循環ポンプ３と、水循環ポンプ３の運転によってヒートポンプ熱源機１から流出する温水または冷水の温度（以下、水温という）を検出する往き水温センサー５と、制御装置６とを備えている。

温冷水空調機器２は、ヒートポンプ熱源機１から配管４を介して流入する温水または冷水に応じて、室内の空間を暖房または冷房する。水循環ポンプ３は、制御装置６の制御によって交流電源が印加されたときに一定の回転速度で回転する。この水循環ポンプ３を用いることにより、水循環ポンプ３の回転数を制御する必要がないので、制御アルゴリズムを比較的シンプルで低コストにできる。

ここで、ヒートポンプ熱源機１の構成について、図２を用いて説明する。図２は、図１に示すヒートポンプ熱源機の概略構成を示す冷媒回路図である。ヒートポンプ熱源機１は、圧縮機１０３、四方弁１０４、水熱交換器１０２、第１膨張弁１０６、中圧レシーバ１０５、第２膨張弁１０７、および空気熱交換器１０１を備え、これらを順次に配管で接続して冷媒回路が構成されている。この冷媒回路の構成は、一例であって、限定されるものではない。

圧縮機１０３は、インバータ装置等を備え、制御装置６により制御される運転周波数に応じて、冷媒を吸入圧縮して吐出する容量を細かく変化させる。四方弁１０４は、温水暖房運転時に圧縮機１０３からの冷媒が水熱交換器１０２に流れるように切り替えると共に、空気熱交換器１０１からの冷媒が圧縮機１０３に吸入されるように切り替える。また、四方弁１０４は、冷水冷房運転時に圧縮機１０３からの冷媒が空気熱交換器１０１に流れるように切り替えると共に、水熱交換器１０２からの冷媒が圧縮機１０３に吸入されるように切り替える。この四方弁１０４の切り替えは、制御装置６によって行われる。

水熱交換器１０２は、冷媒回路を流れる冷媒と配管内を流れる水との熱交換を行う。この水熱交換器１０２は、温水暖房運転時に放熱器（凝縮器）として作用し、配管内を流れる水を加熱する。また、水熱交換器１０２は、冷水冷房運転時に吸熱器（蒸発器）として作用し、配管内を流れる水を冷却する。なお、本実施の形態１では、水熱交換器１０２をヒートポンプ熱源機１に内蔵させているが、例えば水熱交換器１０２をヒートポンプ熱源機１から分離して独立に設けるようにしてもよいし、温冷水空調機器２内に設けてもよい。

第１膨張弁１０６は、冷媒の流量を調整して、例えば水熱交換器１０２を流れる冷媒の圧力を調整（減圧）する。中圧レシーバ１０５は、冷媒回路の第１膨張弁１０６と第２膨張弁１０７との間に設けられ、冷媒回路の余剰冷媒を溜める。中圧レシーバ１０５には、四方弁１０４から圧縮機１０３の吸入側に接続されている吸入配管が通過している。この中圧レシーバ１０５は、吸入配管を通過する冷媒と余剰冷媒との熱交換を行うことができ、内部熱交換器としての機能を備えている。

また、第２膨張弁１０７は、第１膨張弁１０６と同様に、冷媒の流量を調整して、圧力を調整する。第１膨張弁１０６および第２膨張弁１０７には、制御装置６からの指示に基づいて弁の開度を変化させることができる電子膨張弁が用いられている。空気熱交換器１０１は、冷媒と送風機により送られる外気との熱交換を行う、例えばフィンアンドチューブ型熱交換器である。この空気熱交換器１０１は、温水暖房運転時には吸熱器（蒸発器）として作用し、冷水冷房運転時には放熱器（凝縮器）として作用する。

ヒートポンプ熱源機１の冷媒回路を流れる冷媒として、例えば、ＨＦＣ系の混合冷媒であるＲ４１０ＡあるいはＲ４０７Ｃ、さらには、地球温暖化係数が低いＨＦＣ系の単一冷媒であるＲ３２のいずれかを用いてもよい。また、これらに代えて、ハイドロフルオロオレフィン系の冷媒（ＨＦＯ１２３４ｙｆ、ＨＦＯ１２３４ｚｅなど）、ＨＣ系のＲ２９０（プロパン）あるいはＲ１２７０（プロピレン）の単一または混合冷媒のいずれかを用いてもよい。

上述の制御装置６は、往き水温センサー５により検出される水温に基づいて、圧縮機１０３のＯＮ／ＯＦＦ運転、圧縮機１０３の運転周波数を制御する。また、制御装置６は、利用者のリモコン操作によって設定された室内設定温度、温冷水空調機器２の空調によって得られる室内温度、往き水温センサー５により検出される水温などを基に、ヒートポンプ熱源機１の運転を制御する。

上述のように構成された温冷水空調システムにおいて、温水暖房運転または冷水冷房運転を行っているときの水サイクルについて説明する。温水暖房運転においては、一定の回転速度で回転する水循環ポンプ３により、水がヒートポンプ熱源機１と温冷水空調機器２との間を循環する。水循環ポンプ３から吐出される循環水は、ヒートポンプ熱源機１に流入し、ヒートポンプ熱源機１の水熱交換器１０２を通過しながら加熱される。加熱された循環水の温水は、温冷水空調機器２へ供給されて室内の空気と熱交換（放熱）し、室内を暖房する。そして、その熱交換によって温度が下がった温水は、再び水循環ポンプ３に吸引され、ヒートポンプ熱源機１へ送り込まれて循環する。

冷水冷房運転においては、水循環ポンプ３から吐出される循環水は、ヒートポンプ熱源機１の水熱交換器１０２により冷却される。冷却された循環水の冷水は、温冷水空調機器２へ供給されて室内の空気と熱交換（吸熱）し、室内を冷房する。そして、その熱交換により温度が上がった冷水は、再び水循環ポンプ３に吸引され、ヒートポンプ熱源機１へ送り込まれて循環する。

図３は、実施の形態１に係る温冷水空調システムの制御装置と、該制御装置との間で入出力が行われる構成要素とを示すブロック図である。制御装置６は、サーモＯＮ／ＯＦＦ制御手段６１と、切替手段６２と、復帰手段６３とを備えている。サーモＯＮ／ＯＦＦ制御手段６１は、往き水温センサー５から入力される往き水温度に基づいて、サーモＯＮ／ＯＦＦが所定の時間間隔で繰り返されるサーモＯＮ／ＯＦＦ通常制御と、サーモＯＮ／ＯＦＦが所定の時間間隔より長い時間間隔で実行されるサーモＯＮ／ＯＦＦ抑制制御とを実行する。切替手段６２は、往き水温センサー５から入力される往き水温度と圧縮機１０３の運転周波数とに基づいて、サーモＯＮ／ＯＦＦ通常制御からサーモＯＮ／ＯＦＦ抑制制御への切替えを実行する。復帰手段６３は、往き水温度と圧縮機１０３の運転周波数とに基づいて、サーモＯＮ／ＯＦＦ抑制制御からサーモＯＮ／ＯＦＦ通常制御への復帰を実行する。

次に、この温冷水空調システムにおいて温水暖房運転における圧縮機１０３の制御ついて、図４に基づいて説明をする。図４は、実施の形態１に係る温冷水空調システムの温水暖房運転における圧縮機の制御動作を示すフローチャートである。図４のフローチャートに示す制御は制御装置６が実行する。

まず、制御装置６は、四方弁１０４を駆動して、圧縮機１０３の吐出側と水熱交換器１０２とを接続すると共に、空気熱交換器１０１と圧縮機１０３の吸入側とを接続する。次いで、制御装置６は、圧縮機１０３を駆動して冷媒を吐出させ、冷媒回路内を循環させる。そして、制御装置６は、水循環ポンプ３を一定の回転速度で回転させて配管４内の水を循環させ、温水暖房の運転を開始する。

その後、制御装置６のサーモＯＮ／ＯＦＦ制御手段６１は、ステップＳ１で、圧縮機１０３のサーモＯＮ／ＯＦＦ通常制御を開始する。まず、サーモＯＮ／ＯＦＦ制御手段６１は、往き水温センサー５により検出された水温を読み込み、次いで、読み込んだ水温と目標水温とを比較して、圧縮機１０３のサーモＯＮ／ＯＦＦおよび運転周波数を制御する。この目標水温は、例えばユーザーのリモコン操作によって設定された値である。往き水温センサー５により検知した往き水温検知温度Ｔｍが、目標往き水温Ｔｔ−Ｔ１（第１温度差、例えば、０．５ｄｅｇ）以下であれば、サーモＯＮとなる。一方、往き水温センサー５により検知した往き水温検知温度Ｔｍが、目標往き水温Ｔｔ＋Ｔ２（第２温度差、例えば、２ｄｅｇ）以上あれば、サーモＯＦＦとなる。

本実施の形態１では、ステップＳ１のサーモＯＮ／ＯＦＦ通常制御による運転中に、サーモＯＮ／ＯＦＦ抑制制御への切替判定を実施する。その内容について、以下に説明する。ステップＳ２で、切替手段６２は、ヒートポンプ熱源機１の圧縮機１０３の運転周波数が最小周波数（例えば、２５Ｈｚ）であるか否かをチェックする。圧縮機１０３の運転周波数が最小周波数でないことが確認されたらステップＳ３へ進む。圧縮機１０３が最小周波数より大きい周波数で運転されているということは、ヒートポンプ熱源機１の最小供給能力が温冷水空調機器２の必要熱量を上回っていないと判断できる。そこで、ステップＳ３では、サーモＯＮ／ＯＦＦ通常制御からサーモＯＮ／ＯＦＦ抑制制御への切替判定に用いる変数である判定カウント数Ｎｃｏｕｎｔをゼロにリセットする。判定カウント数Ｎｃｏｕｎｔは、短時間でのサーモＯＮ／ＯＦＦの切替が検出されたときに１インクリメントされる変数である。切替手段６２は、判定カウント数Ｎｃｏｕｎｔをゼロにリセットする。その後、制御はステップＳ１へ戻り、サーモＯＮ／ＯＦＦ制御手段６１によるサーモＯＮ／ＯＦＦ通常制御が継続される。

ステップＳ２で、圧縮機１０３の運転周波数が最小周波数であることが確認されたら、ステップＳ４へ進む。ステップＳ４では、切替手段６２は、サーモＯＮしてから所定時間ＴＡ（第１の所定時間、例えば、１０分）以内にサーモＯＦＦしたか否かをチェックする。サーモＯＮからサーモＯＦＦまでの時間間隔が所定時間ＴＡより長い、すなわちサーモＯＮによる運転が所定時間ＴＡ以上経過しているということは、サーモＯＮ／ＯＦＦサイクル運転の状態にはないと判断できる。従って、サーモＯＮしてから所定時間ＴＡ以内にサーモＯＦＦしていないことが確認されたらステップＳ３へ進み、判定カウント数Ｎｃｏｕｎｔをゼロにリセットする。その後、制御はステップＳ１へ戻り、サーモＯＮ／ＯＦＦ制御手段６１によるサーモＯＮ／ＯＦＦ通常制御が継続される。

ステップＳ４で、サーモＯＮしてから所定時間ＴＡ以内にサーモＯＦＦしたことが確認されたら、ステップＳ５へ進む。ステップＳ５へ進む場合とは、圧縮機１０３の最小周波数での運転能力よりも温冷水空調機器２の必要熱量が小さくなっている状態において、サーモＯＮから所定時間ＴＡが経過する前にサーモＯＦＦになった場合である。ステップＳ５では、判定カウント数Ｎｃｏｕｎｔがゼロであるか否かをチェックする。判定カウント数Ｎｃｏｕｎｔがゼロではない場合は、ステップＳ６へ進む。

ステップＳ６で、切替手段６２は、前回、判定カウント数Ｎｃｏｕｎｔに１を加えてから所定時間ＴＢ（第２の所定時間、例えば、１０分）が経過しているか否かをチェックする。ステップＳ６において所定時間ＴＢが経過していないことが確認される場合とは、サーモＯＮからサーモＯＦＦするまでの時間が所定時間ＴＡより短いことが確認されてから所定時間ＴＢが経過する前に、再びサーモＯＮからサーモＯＦＦするまでの時間が所定時間ＴＡより短いことが確認される場合である。すなわち、サーモＯＮ／ＯＦＦサイクル運転が開始されている可能性がある。そこで、この場合はステップＳ７へ進み、判定カウント数Ｎｃｏｕｎｔに１を加える。

ステップＳ６で、所定時間ＴＢが経過していることが確認される場合とは、前回、サーモＯＮからサーモＯＦＦするまでの時間が所定時間ＴＡより短いことが確認されてから、再び、サーモＯＮからサーモＯＦＦするまでの時間が所定時間ＴＡより短いことが確認されるまで、所定時間ＴＢが経過している場合である。従って、サーモＯＮ／ＯＦＦサイクル運転の状態にはないと判断される。そこで、この場合はステップＳ３へ進み、切替手段６２は、判定カウント数Ｎｃｏｕｎｔをゼロにリセットする。その後、制御はステップＳ１へ戻り、サーモＯＮ／ＯＦＦ制御手段６１によるサーモＯＮ／ＯＦＦ通常制御が継続される。

一方、ステップＳ５において、判定カウント数Ｎｃｏｕｎｔをゼロであることが確認されたら、ステップＳ６の処理はスキップし、ステップＳ７の処理が実行される。ステップＳ５において、短時間でのサーモＯＮ／ＯＦＦの繰り返しは発生していないものの、サーモＯＮから所定時間ＴＡ以内にサーモＯＦＦが確認されており、サーモＯＮ／ＯＦＦサイクル運転が開始されている可能性がある。そこで、この場合は、ステップＳ６の処理は行われず、ステップＳ７で判定カウント数Ｎｃｏｕｎｔに１が加えられる。

ステップＳ７の処理の後、ステップＳ８へ進み、切替手段６２は、判定カウント数Ｎｃｏｕｎｔが一定回数以上であるか否かをチェックする。判定カウント数Ｎｃｏｕｎｔが一定回数未満である場合とは、圧縮機１０３が最低周波数で運転されている状態において、短時間でのサーモＯＮ／ＯＦＦが頻繁には起きていない場合であり、サーモＯＮ／ＯＦＦサイクル運転の状態にはない場合である。この場合は、サーモＯＮ／ＯＦＦ通常制御を継続しても、冷媒回路を構成する各部品の寿命に影響を与えることはなく、また圧縮機１０３内における液冷媒の吸入という問題も生じないと判断できる。従って、判定カウント数Ｎｃｏｕｎｔが一定回数未満である場合、制御はステップＳ１へ戻り、サーモＯＮ／ＯＦＦ制御手段６１によるサーモＯＮ／ＯＦＦ通常制御が継続される。

一方、判定カウント数Ｎｃｏｕｎｔが一定回数に達している場合とは、圧縮機１０３が最低周波数で運転されている状態において、サーモＯＮからサーモＯＦＦへの切替えおよびサーモＯＦＦからサーモＯＮへの切替えが、それぞれ所定時間ＴＡ、ＴＢ以下の時間間隔で繰り返し実行される場合である。すなわち、サーモＯＮ／ＯＦＦサイクル運転が実行されていると判断される。この場合は、サーモＯＮ／ＯＦＦ通常制御を継続すると、冷媒回路を構成する各部品の寿命に影響を与える可能性があり、また圧縮機１０３内において液冷媒が吸入される可能性もある。従って、切替手段６２は、サーモＯＮ／ＯＦＦ通常制御からサーモＯＮ／ＯＦＦ抑制制御への切替えを実行する。判定カウント数Ｎｃｏｕｎｔが一定回数に達していることが確認されたらステップＳ９へ進み、サーモＯＮ／ＯＦＦ制御手段６１によるサーモＯＮ／ＯＦＦ抑制制御が開始される。

上述のステップＳ２からステップＳ８までは、切替手段６２により実行される処理手順であり、サーモＯＮ／ＯＦＦ通常制御を実施している最中に、サーモＯＮ／ＯＦＦ抑制制御への切替えを判定する処理手順である。サーモＯＮ／ＯＦＦ制御手段６１は以下の制御を実施する。サーモＯＮした後、往き水温センサー５により検知した往き水温検知温度Ｔｍが目標往き水温Ｔｔ＋Ｔ２に達しておらず、その差が大きいとき、サーモＯＮ／ＯＦＦ制御手段６１は、圧縮機１０３の運転周波数を上げて供給熱量を高める。この制御によりヒートポンプ熱源機１の加熱能力が温冷水空調機器２の放熱量よりも大きくなれば、往き水温センサー５により検知される往き水温検知温度Ｔｍは上昇する。そして、往き水温検知温度Ｔｍが目標往き水温Ｔｔに到達したら、サーモＯＮ／ＯＦＦ制御手段６１は、ヒートポンプ熱源機１の供給能力と温冷水空調機器２の放熱量が釣り合うように、圧縮機１０３の運転周波数を徐々に下げ、往き水温の温度を維持する。

このとき、圧縮機１０３の運転周波数が最小周波数（例えば、２５Ｈｚ）になっても、往き水温センサー５による往き水温検知温度Ｔｍが上昇し続けてサーモＯＦＦとなれば、ヒートポンプ熱源機１の最小周波数運転での最小供給能力は、温冷水空調機器２の放熱量よりも大きいと見なせる。

サーモＯＦＦして圧縮機１０３が停止すると、ヒートポンプ熱源機１の供給能力はゼロとなる。その結果、往き水温センサー５により検出される往き水温検知温度Ｔｍは下がり、再び目標往き水温Ｔｔ−Ｔ１以下になると、サーモＯＮする。しかし、サーモＯＮしても、ヒートポンプ熱源機１の最小周波数運転での最小供給能力は、温冷水空調機器２の放熱量よりも大きいため、さらに再びサーモＯＦＦする。すなわち、ヒートポンプ熱源機１の最小周波数運転での最小供給能力が温冷水空調機器２の放熱量よりも大きい場合、サーモＯＮ（圧縮機１０３を最小周波数で運転）とサーモＯＦＦ（圧縮機１０３停止）が短いサイクルで断続的に繰り返すサーモＯＮ／ＯＦＦサイクル運転となる。

切替手段６２は、一定の時間内でこのＯＮ／ＯＦＦサイクル運転となったかどうかを上述のステップＳ２〜Ｓ８の処理で判定している。

ステップＳ９で実行されるサーモＯＮ／ＯＦＦ抑制制御について説明する。サーモＯＮ／ＯＦＦ抑制制御において、サーモＯＮ／ＯＦＦ制御手段６１は、往き水温センサー５により検知された往き水温検知温度Ｔｍを目標往き水温Ｔｔと比較することなく強制的に圧縮機１０３を停止する強制停止時間αを設定する。強制停止時間αは、例えば１０分である。そして、強制停止時間αの経過後、往き水温検知温度Ｔｍを目標往き水温Ｔｔと比較する。サーモＯＮ／ＯＦＦ制御手段６１は、往き水温検知温度Ｔｍが目標往き水温Ｔｔ−Ｔ１以下となったら、サーモＯＮを実施する。一方、往き水温検知温度Ｔｍが目標往き水温Ｔｔ＋所定の閾値Ｔ３（第３温度差、例えば、５ｄｅｇ）以上となったらサーモＯＦＦを実施する。

サーモＯＮ／ＯＦＦ抑制制御において設定される圧縮機１０３の強制停止時間αは、サーモＯＮ動作中に、判定カウント数Ｎｃｏｕｎｔが一定回数に達したときの、圧縮機１０３における冷媒温度（例えば、圧縮機１０３の吸入過熱度）により決定される。換言すると、切替手段６２により、サーモＯＮ／ＯＦＦ通常制御からサーモＯＮ／ＯＦＦ抑制制御に切り替えられたときの、圧縮機１０３における冷媒温度により決定される。この冷媒温度が相対的に高いとき、強制停止時間αは相対的に長く設定される。また、サーモＯＮ／ＯＦＦ抑制制御においてサーモＯＦＦの実施を判断する際、往き水温検知温度Ｔｍと目標往き水温Ｔｔとの比較に用いられる閾値Ｔ３は、サーモＯＮ／ＯＦＦ抑制制御が開始された後の初回のサーモＯＦＦが確認されるときに、強制停止時間αにおける往き水温の低下の度合いに応じて設定される。換言すると、サーモＯＮ／ＯＦＦ抑制制御において、サーモＯＦＦの動作点温度は、強制停止時間αにおける往き水温の低下の度合いに基づいて補正される。従って、冷媒温度が相対的に高く、強制停止時間αが長く設定されれば、往き水温の低下はより大きくなるため、閾値Ｔ３は高く設定される。強制停止時間αおよび閾値Ｔ３は、ヒートポンプ熱源機１の性能によって適正な値が異なるため、実際にサーモＯＮ／ＯＦＦサイクル運転を発生される試験を行った結果に基づいて設定される。

さらに、サーモＯＮ／ＯＦＦ抑制制御において、往き水温センサー５により検知した往き水温検知温度Ｔｍと往き水温上限値Ｔｘとを比較し、往き水温検知温度Ｔｍが往き水温上限値Ｔｘを超えている場合、サーモＯＮ／ＯＦＦ制御手段６１は、圧縮機１０３を停止する処理を実行する。往き水温上限値Ｔｘは、ユーザーがリモコンなどで設定する。この処理により、往き水温が高温になることで温冷水空調機器２に許容上限温度以上の高温水が流入し、温冷水空調機器２の動作に不具合が生じることが防止される。

本実施の形態１では、ステップＳ９のサーモＯＮ／ＯＦＦ抑制制御による運転中、復帰手段６３は、サーモＯＮ／ＯＦＦ通常制御への復帰判定を実施する。その内容について、以下に説明する。ステップＳ１０において、復帰手段６３は、圧縮機１０３が最小運転周波数より高い周波数で所定時間（第３の所定時間）連続して運転しているか否か（例えば、最小運転周波数が２５Ｈｚとし、所定時間が６０分だとすると、２６Ｈｚで６０分間、連続して運転しているか否か）をチェックする。復帰手段６３が圧縮機１０３の運転周波数が最低周波数であることを確認したら、制御は再びステップＳ９へ戻り、サーモＯＮ／ＯＦＦ制御手段６１によるサーモＯＮ／ＯＦＦ抑制制御が継続される。

圧縮機１０３が最小運転周波数より高い周波数で所定時間、連続して運転している場合とは、ヒートポンプ熱源機１の最小供給能力が温冷水空調機器２の放熱量以下であり、サーモＯＮ／ＯＦＦ通常制御を実施しても、サーモＯＮ／ＯＦＦサイクル運転となる可能性は低いと判断できる。従って、この場合はステップＳ３へ進み、復帰手段６３は、判定カウント数Ｎｃｏｕｎｔをリセットしてゼロとし、ステップＳ１へ戻り、サーモＯＮ／ＯＦＦ制御手段６１による制御をサーモＯＮ／ＯＦＦ抑制制御からサーモＯＮ／ＯＦＦ通常制御へ復帰させる。

ここで、従来の圧縮機の運転状態と本実施の形態１における圧縮機の運転状態の相違を図５および図６を用いて説明する。図５は従来の温冷水空調システムにおいて温水暖房運転における圧縮機の運転状態を示すタイムチャート、図６は実施の形態１に係る温冷水空調システムにおいて温水暖房運転における圧縮機の運転状態を示すタイムチャートである。図５および図６のタイムチャートは、ヒートポンプ熱源機の最小供給能力が温冷水空調機器の放熱量より大きい場合の運転状態を示している。すなわち、図５は、本実施の形態１に係るサーモＯＮ／ＯＦＦ抑制制御（上述のステップＳ９の処理）を行っているときの水温の変化と圧縮機１０３の運転状態を示している。

従来の圧縮機１０３の運転では、図５に示すように、サーモＯＮ／ＯＦＦ通常制御のみが実行される。往き水温センサー５により検出される水温の応答性が早いがゆえに、サーモＯＮしてから間も無く水温が目標水温以上となりサーモＯＦＦ（ヒートポンプ熱源機１の圧縮機１０３の運転を停止）となる。圧縮機１０３は停止しても、水循環ポンプ３は駆動して循環水は流れている。従って、サーモＯＦＦした後、水温は間も無く目標水温よりも低くなり、サーモＯＮする。つまり、圧縮機１０３はサーモＯＮ／ＯＦＦサイクル運転となり、ヒートポンプ熱源機１はＯＮ／ＯＦＦ運転を行うことになる。

これに対して、本実施の形態１においては、短い時間間隔でのサーモＯＮ／ＯＦＦが所定回数に達し、サーモＯＮ／ＯＦＦサイクル運転を検出すると、サーモＯＮ／ＯＦＦ通常制御からサーモＯＮ／ＯＦＦ抑制制御へ切り替えられる。サーモＯＮ／ＯＦＦ抑制制御では、サーモＯＮ／ＯＦＦ抑制制御に切り替わったとき、すなわちサーモＯＮ／ＯＦＦが所定回数に達したときの圧縮機１０３の例えば吸入加熱度等の冷媒温度に基づいて強制停止時間が設定される。そして、サーモＯＮとする条件に強制停止時間の経過が加えられる。さらに、強制停止時間中に発生する往き水温の温度低下に基づいて、次回以降のサーモＯＦＦの動作点温度を補正している。その結果、空調の快適性を損なうことなく、サーモＯＮ／ＯＦＦの時間間隔を拡張し、サーモＯＮ／ＯＦＦ回数を抑制することができる。

本実施の形態１を温水暖房運転する場合について説明したが、冷水冷房運転においても、図４に示すフローチャートと同様の処理手順で、サーモＯＮ／ＯＦＦ通常制御とサーモＯＮ／ＯＦＦ抑制制御の切替が実行される。冷水冷房運転の場合は、四方弁１０４の切り替えにより、冷媒の流れは温水暖房運転のときと反転する。つまり、空気熱交換器１０１が放熱器（凝縮器）として作用し、水熱交換器１０２が吸熱器（蒸発器）として作用し、水熱交換器１０２を流れる水を冷却する。

冷水冷房運転におけるサーモＯＮ／ＯＦＦ通常制御では、制御装置６は、往き水温センサー５により検知した往き水温検知温度Ｔｍが、目標往き水温Ｔｔ＋Ｔ４（第１温度差、例えば、Ｔ４＝０．５ｄｅｇ）以上のときサーモＯＮし、往き水温センサー５により検知した往き水温検知温度Ｔｍが、目標往き水温Ｔｔ−Ｔ５（第２温度差、例えば、Ｔ５＝２ｄｅｇ）以下のときサーモＯＦＦする。冷水冷房運転におけるサーモＯＮ／ＯＦＦ通常制御からサーモＯＮ／ＯＦＦ抑制制御への切替は、上述のステップＳ２〜Ｓ８と同様に実行される。冷水冷房運転におけるサーモＯＮ／ＯＦＦ抑制制御は、上述のステップＳ９と同様に実行される。サーモＯＮ／ＯＦＦが所定回数に達したときの圧縮機１０３の冷媒温度に基づいて強制停止時間を設定する。サーモＯＮの条件に圧縮機１０３を強制停止時間の経過が加えられると共に、強制停止時間中に発生する往き水温の温度上昇に基づいて、次回以降のサーモＯＦＦの動作点温度が補正される。

以上のように、本実施の形態１に係る温冷水空調システムにおいて、制御装置６は、ヒートポンプ熱源機１の最小供給能力が温冷水空調機器２の必要とする放熱量または吸熱量を上回っている状態で、短時間におけるサーモＯＮ／ＯＦＦの断続的な切替を検出すると、サーモＯＮ／ＯＦＦ通常制御からモサーモＯＮ／ＯＦＦ抑制制御に切り替え、一方、ヒートポンプ熱源機１の最小供給能力が温冷水空調機器２の必要とする放熱量または吸熱量を下回っていることを検出するとサーモＯＮ／ＯＦＦ抑制制御からサーモＯＮ／ＯＦＦ通常制御に切り替えて運転をしている。そして、サーモＯＮ／ＯＦＦ抑制制御では、サーモＯＮ／ＯＦＦサイクル運転の状態にあると判断された時点での圧縮機１０３の冷媒温度に基づいて、サーモＯＮおよびサーモＯＦＦの条件を設定している。従って、ヒートポンプ熱源機１の最小供給能力が温冷水空調機器２の温水暖房の場合の放熱量または冷水冷房の場合の吸熱量より大きい場合でも、圧縮機１０３の運転状態を加味しながらサーモＯＮ／ＯＦＦサイクル運転を抑制することができる。その結果、サーモＯＮ／ＯＦＦサイクル運転を防止すると共に、圧縮機１０３における油濃度の低下を抑制することができ、高効率かつ高寿命な温冷水空調システムを提供することができる。

実施の形態２．
図７は、本発明の実施の形態２に係る温冷水空調システムの概略構成を示すブロック図である。本実施の形態２は、実施の形態１の温冷水空調システムにおいて、ヒートポンプ熱源機１と往き水温センサー５との間に循環水を加熱する補助ヒーター７を備えたものである。温水暖房運転において、ヒートポンプ熱源機１の供給能力が不足したときに、補助ヒーター７を補助熱源として循環水を加熱する。補助ヒーター７への電力供給は、制御装置６によって行われる。

本実施の形態２においては、温水暖房運転または冷水冷房運転での圧縮機１０３の制御動作は図４に示すフローチャートと同じである。つまり、制御装置６は、ヒートポンプ熱源機１の最小供給能力が温冷水空調機器２の必要とする放熱量または吸熱量を上回っている状態で、短時間におけるサーモＯＮ／ＯＦＦの断続的な切替を検出すると、サーモＯＮ／ＯＦＦ通常制御からモサーモＯＮ／ＯＦＦ抑制制御に切り替える。また、ヒートポンプ熱源機１の最小供給能力が温冷水空調機器２の必要とする放熱量または吸熱量を下回っていることを検出するとサーモＯＮ／ＯＦＦ抑制制御からサーモＯＮ／ＯＦＦ通常制御に切り替える。そして、制御装置６は、サーモＯＮ／ＯＦＦ抑制制御では、サーモＯＮ／ＯＦＦサイクル運転の状態にあると判断された時点での圧縮機１０３の冷媒温度に基づいて、サーモＯＮおよびサーモＯＦＦの条件を設定する。

従って、圧縮機１０３の運転周波数の制御によるヒートポンプ熱源機１の最小供給能力が、温冷水空調機器２の温水暖房の場合の放熱量、または冷水冷房の場合の吸熱量より大きい場合でも、圧縮機１０３の運転状態を加味した状態でサーモＯＮ／ＯＦＦサイクル運転を抑制することができ、実施の形態１と同様の効果が得られる。

実施の形態３．
図８は、実施の形態３に係る温冷水空調システムの概略構成を示すブロック図である。本実施の形態３は、実施の形態２の温冷水空調システムにおいて、熱交換器８が内蔵された貯湯タンク９を備えたものである。熱交換器８の一端は、補助ヒーター７と温冷水空調機器２との間の配管４に挿入された分岐管１２ａ（分岐点）に配管１２を介して接続され、熱交換器８の他端は、水循環ポンプ３と温冷水空調機器２との間の配管４に挿入された電動三方弁１１（合流点）に配管１２を介して接続されている。すなわち、貯湯タンク９は、配管１２を介して温冷水空調機器２に対して並列に接続されている。また、貯湯タンク９には、熱交換器８により加熱される貯湯タンク９内の水温を検知するタンク水温センサー１０が取り付けられている。

本実施の形態３における制御装置６は、例えばユーザーのリモコン操作に従って、温水暖房運転または冷水冷房運転、給湯運転のいずれかを選択する。制御装置６は、温水暖房運転または冷水冷房運転のときには、前述したようにヒートポンプ熱源機１と温冷水空調機器２との間で水（温水または冷水）が循環するように電動三方弁１１を駆動する。また、制御装置６は、給湯運転のときには、ヒートポンプ熱源機１と熱交換器８との間で温水が循環するように電動三方弁１１を駆動する。

本実施の形態３においては、温水暖房運転または冷水冷房運転の動作、および給湯運転の動作での圧縮機１０３の制御動作は、図４に示すフローチャートと同様であり、実施の形態２について上述した通りである。従って、圧縮機１０３の運転周波数の制御によるヒートポンプ熱源機１の最小供給能力が、温冷水空調機器２の温水暖房の場合の放熱量、または冷水冷房の場合の吸熱量より大きい場合でも、圧縮機１０３の運転状態を加味した状態でサーモＯＮ／ＯＦＦサイクル運転を抑制することができ、実施の形態１および実施の形態２と同様の効果が得られる。

本実施の形態３において、ヒートポンプ熱源機１と温冷水空調機器２との間に補助ヒーター７が設けられているがこれに限るものではない。補助ヒーター７を介さずにヒートポンプ熱源機１と温冷水空調機器２とを接続する構成としてもよい。

実施の形態１〜３において、制御装置６は、ヒートポンプ熱源機１の最小供給能力が温冷水空調機器２の必要熱量よりも大きく、サーモＯＮ／ＯＦＦが所定の時間間隔より短い状態が繰り返される回数が所定回数に達した場合、サーモＯＮ／ＯＦＦ通常制御から前記サーモＯＮ／ＯＦＦ抑制制御に切り替えている。従って、ヒートポンプ熱源機１の最小供給能力が温冷水空調機器２の必要熱量よりも大きい場合であっても、サーモＯＮ／ＯＦＦサイクル運転となることを防止することができる。

実施の形態１〜３において、制御装置６のサーモＯＮ／ＯＦＦ制御手段６１は、サーモＯＮ／ＯＦＦサイクル運転が実行されていると判断されたときの、圧縮機１０３における冷媒温度が相対的に高いとき、強制停止時間を相対的に長く設定している。その結果、強制停止時間の間、変化した往き水温に基づいて補正される閾値も相対的に大きくなる。すなわち、圧縮機１０３の動作状態を加味してサーモＯＮの条件、サーモＯＦＦの動作点が設定される。従って、サーモＯＮ／ＯＦＦ抑制制御において、サーモＯＮ／ＯＦＦの時間間隔を拡張すると共に、圧縮機１０３における液冷媒の流入、およびそれに伴う冷凍機油の油濃度の低下を防止することができる。

切替手段６２は、サーモＯＮによる運転において圧縮機１０３の運転周波数が最小周波数でないとき、サーモＯＮによる運転が所定時間ＴＡを経過して連続しているとき、および、サーモＯＮからサーモＯＦＦするまでの時間が所定時間ＴＡより短いことが確認されてから、再びサーモＯＮからサーモＯＦＦするまでの時間が所定時間ＴＡより短いことが確認されるまでに、所定時間ＴＢが経過しているときのそれぞれの場合に、判定カウント数Ｎｃｏｕｎｔをリセットして、サーモＯＮ／ＯＦＦ通常制御を継続している。従って、サーモＯＮ／ＯＦＦ通常制御からサーモＯＮ／ＯＦＦ抑制通常制御への切替を的確に実行することができる。

実施の形態１〜３において、復帰手段６３は、サーモサーモＯＮ／ＯＦＦ抑制制御の実行中に、ヒートポンプ熱源機１の圧縮機１０３が、最小運転周波数より大きい運転周波数で、例えば６０分の間、連続して運転されているとき、サーモＯＮ／ＯＦＦ抑制制御からサーモＯＮ／ＯＦＦ通常制御へ切り替えている。従って、サーモＯＮ／ＯＦＦ抑制制御の終了を的確に実行することができる。

１ ヒートポンプ熱源機、２ 温冷水空調機器、３ 水循環ポンプ、４ 配管、５ 往き水温センサー、６ 制御装置、７ 補助ヒーター、８ 熱交換器、９ 貯湯タンク、１０ タンク水温センサー、１１ 電動三方弁、１２ 配管、１２ａ 分岐管、６１ サーモＯＮ／ＯＦＦ制御手段、６２ 切替手段、６３ 復帰手段、１０１ 空気熱交換器、１０２ 水熱交換器、１０３ 圧縮機、１０４ 四方弁、１０５ 中圧レシーバ、１０６ 第１膨張弁、１０７ 第２膨張弁。

Claims (7)

1. 圧縮機を有するヒートポンプ熱源機と、
   室内の空調を行う空調機器と、
   前記ヒートポンプ熱源機と前記空調機器とを環状に接続した循環水路と、
   前記循環水路内の水を循環させる水循環ポンプと、
   前記水循環ポンプの運転によって前記ヒートポンプ熱源機から流出する水の温度である往き水温を検出する水温センサーと、
   前記ヒートポンプ熱源機のサーモＯＮ／ＯＦＦを制御する制御装置とを備え、
   前記制御装置は、
   設定される目標水温と前記往き水温との差分が第１温度差のときサーモＯＮし、前記目標水温と前記往き水温との差分が第２温度差のときサーモＯＦＦするサーモＯＮ／ＯＦＦ通常制御と、前記サーモＯＮ／ＯＦＦ通常制御のサーモＯＮ／ＯＦＦの時間間隔より長い時間間隔でサーモＯＮ／ＯＦＦするサーモＯＮ／ＯＦＦ抑制制御とを実行する、サーモＯＮ／ＯＦＦ制御手段と、
   前記サーモＯＮ／ＯＦＦ通常制御から前記サーモＯＮ／ＯＦＦ抑制制御へ切り替える切替手段とを有し、
   前記切替手段は、前記ヒートポンプ熱源機の最小供給能力が前記空調機器の必要熱量よりも大きく、かつ、サーモＯＮ／ＯＦＦが所定の時間間隔より短い時間間隔で繰り返される回数をカウントする変数が所定値に達した場合、前記サーモＯＮ／ＯＦＦ通常制御から前記サーモＯＮ／ＯＦＦ抑制制御への切替を実行し、
   前記サーモＯＮ／ＯＦＦ制御手段は、
   前記切替手段により前記サーモＯＮ／ＯＦＦ通常制御から前記サーモＯＮ／ＯＦＦ抑制制御へ切り替えられたときの前記圧縮機における冷媒温度に基づいて、前記圧縮機を停止する強制停止時間を設定し、前記強制停止時間中に発生する前記往き水温の変化に基づいて第３温度差を設定し、前記強制停止時間が経過し、かつ前記目標水温と前記往き水温との差分が前記第１温度差のときサーモＯＮし、前記目標水温と前記往き水温との差分が前記第３温度差のとき、サーモＯＦＦする
   温冷水空調システム。
2. 前記サーモＯＮ／ＯＦＦ制御手段は、前記切替手段により前記サーモＯＮ／ＯＦＦ通常制御から前記サーモＯＮ／ＯＦＦ抑制制御へ切り替えられたときの、前記圧縮機における冷媒温度が相対的に高いとき、前記強制停止時間を相対的に長く設定する
   請求項１に記載の温冷水空調システム。
3. 前記切替手段は、サーモＯＮからサーモＯＦＦするまでの時間が第１の所定時間より短いことが確認されてから第２の所定時間が経過する前に、再びサーモＯＮからサーモＯＦＦするまでの時間が前記第１の所定時間より短いことが確認されたら、前記変数を１インクリメントする
   請求項１または２に記載の温冷水空調システム。
4. 前記切替手段は、サーモＯＮによる運転において前記圧縮機の運転周波数が最小周波数でないとき、サーモＯＮによる運転が前記第１の所定時間を経過して連続しているとき、および、サーモＯＮからサーモＯＦＦするまでの時間が前記第１の所定時間より短いことが確認されてから、再びサーモＯＮからサーモＯＦＦするまでの時間が前記第１の所定時間より短いことが確認されるまでに、前記第２の所定時間が経過しているときのそれぞれの場合に前記変数をリセットする
   請求項３に記載の温冷水空調システム。
5. 前記制御装置は、さらに前記サーモＯＮ／ＯＦＦ抑制制御から前記サーモＯＮ／ＯＦＦ通常制御へ復帰させる復帰手段を有し、
   前記復帰手段は、前記サーモＯＮ／ＯＦＦ制御手段による前記サーモＯＮ／ＯＦＦ抑制制御の実行中に、前記圧縮機が、最小運転周波数より大きい運転周波数で、第３の所定時間の間、連続して運転されているとき、前記サーモＯＮ／ＯＦＦ抑制制御から前記サーモＯＮ／ＯＦＦ通常制御へ復帰させる
   請求項１〜４のいずれか１項に記載の温冷水空調システム。
6. 前記循環水路において、前記ヒートポンプ熱源機と前記水温センサーとの間に補助熱源を備えている
   請求項１〜５のいずれか１項に記載の温冷水空調システム。
7. 前記循環水路において、
   前記水温センサーと前記空調機器の間を分岐点とし、前記空調機器と前記水循環ポンプの間を合流点とし、前記空調機器に対して並列に配管で接続された熱交換器を有する貯湯タンクと、
   前記貯湯タンク内の水温を検知するタンク水温センサーと、
   前記分岐点および前記合流点のいずれかに設けられ、前記水循環ポンプにより循環する水を前記空調機器側および前記貯湯タンク側のいずれかに流れるよう切り替える三方弁とを備える
   請求項１〜６のいずれか１項に記載の温冷水空調システム。

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