JP6537990B2 - ヒートポンプ式冷温水供給システム - Google Patents

Description

本発明は、ヒートポンプ式熱源機で生成された温水または冷水を室内端末に供給して室内の暖房または冷房を行うヒートポンプ式冷温水供給システムに関するものである。

従来、圧縮機、負荷側熱交換器、膨張弁、熱源側熱交換器からなるヒートポンプ回路を有し、負荷側熱交換器にて冷媒と負荷側循環液とを熱交換させることにより加熱された負荷側循環液または冷却された負荷側循環液（以下、加熱された負荷側循環液を温水、冷却された負荷側循環液を冷水とする）を生成するヒートポンプ式熱源機と、室内に設置された冷暖房用の室内端末と、ヒートポンプ式熱源機と室内端末との間を接続しヒートポンプ式熱源機で生成された温水または冷水が流通する往き管と、ヒートポンプ式熱源機と室内端末との間を接続し室内端末を通過した温水または冷水をヒートポンプ式熱源機に戻す戻り管とを備え、ヒートポンプ式熱源機で加熱された温水または冷却された冷水を、往き管および戻り管を介して室内端末機とヒートポンプ式熱源機の間で循環させ、室内端末に供給される温水または冷水と室内空気を熱交換させることで、室内を暖房する暖房運転または室内を冷房する冷房運転を行うようにしたヒートポンプ式冷温水供給システムがあった。（例えば、特許文献１参照。）

特開２００９−１５６５１７号公報

ところで、上記ヒートポンプ式冷温水供給システムには、往き管または戻り管に備えられ室内端末への冷温水の供給を制御する冷温水制御弁と、往き管と戻り管とを接続するバイパス管とが設けられており、暖房運転または冷房運転を行っているときに、例えば、室内の温度がリモコンで設定された温度に達すると冷温水制御弁が閉じられて、ヒートポンプ式熱源機から供給される温水または冷水はバイパス管を介して循環されることとなる。

このような状態になると、温水または冷水は室内端末には循環されなくなるため、室内端末における放熱がなくなり、暖房運転であれば温水の温度が上昇し、温水の温度が予め設定された目標温度より高くなった場合は、温水の温度を下げるために圧縮機の回転数を下げるように制御し、冷房運転であれば冷水の温度が低下し、冷水の温度が予め設定された目標温度より低くなった場合は、冷水の温度を上げるために圧縮機の回転数を下げるように制御する。この時、室内端末における放熱はなくなったものの、バイパス管を介しての循環経路からは放熱があり、依然として負荷は存在するため、バイパス管を介しての循環経路の負荷を満たすために暖房運転または冷房運転が継続され、暖房運転であれば、圧縮機の回転数が低下して予め設定された下限回転数となり、その状態で温水の温度が目標温度よりも高い場合は圧縮機は停止され、冷房運転であれば、圧縮機の回転数が低下して予め設定された下限回転数となり、その状態で冷水の温度が目標温度より低い場合は圧縮機は停止されることになる。

ここで、暖房運転時と冷房運転時とにおいて、ヒートポンプ式熱源機、往き管、戻り管、バイパス管の設置場所の雰囲気温度（例えば外気温度）と負荷側循環液の温度との温度差を比較すると、例えば、暖房運転時の雰囲気温度が５℃で負荷側循環液の温度が６０℃であったとすると上記温度差は５５℃であり、冷房運転時の雰囲気温度が３０℃で負荷側循環液の温度が１０℃であったとすると上記温度差は２０℃であり、冷房運転時よりも暖房運転時の方が上記温度差がかなり大きく、放熱も大きいため、バイパス管を介しての循環経路の負荷も暖房運転時の方が大きくなるということになる。よって、暖房運転時と冷房運転時とで、圧縮機において同一の下限回転数が低回転数域に設定されていた場合、冷房運転時は、バイパス管を介しての循環経路の負荷が小さいため、圧縮機の回転数が下限回転数となっても、冷水の温度は予め設定された目標温度よりも低くなり、圧縮機は停止され、室内の空調に寄与しない運転はすぐに停止されることになるが、暖房運転時は、バイパス管を介しての循環経路の負荷が大きいため、圧縮機の回転数が下限回転数となったとしても、温水の温度が目標温度を超えずに、バイパス管を介しての循環経路の負荷を満たすためだけに圧縮機の駆動がいつまでも継続し、室内の空調に寄与しない運転が長時間無駄に行われてしまうおそれがあるという問題点を有するものであった。

本発明は上記課題を解決するために、請求項１では、圧縮機、四方弁、負荷側熱交換器、減圧手段、熱源側熱交換器を冷媒配管で接続したヒートポンプ回路を有するヒートポンプ式熱源機と、室内端末と、該室内端末と前記ヒートポンプ式熱源機とを往き管および戻り管で接続して形成された負荷側循環回路と、該負荷側循環回路に備えられ前記室内端末への冷温水供給を開閉により制御する冷温水制御弁と、前記往き管および前記戻り管を接続し前記室内端末をバイパスするバイパス管と、前記ヒートポンプ式熱源機で生成された温水を前記室内端末に供給し室内を暖房する暖房運転中または前記ヒートポンプ式熱源機で生成された冷水を前記室内端末に供給し室内を冷房する冷房運転中であって、前記冷温水制御弁が閉弁されたときに、前記ヒートポンプ式熱源機から供給される温水または冷水が前記往き管から前記バイパス管を介して前記戻り管に流れて前記ヒートポンプ式熱源機に戻される循環経路とを備えたヒートポンプ式冷温水供給システムにおいて、前記暖房運転または冷房運転に対応させて前記圧縮機の下限回転数を設定する下限回転数設定部を設け、該下限回転数設定部は、前記暖房運転時の前記圧縮機の下限回転数を、前記冷房運転時の前記圧縮機の下限回転数よりも高い回転数に設定するものとした。

この発明の請求項１によれば、暖房運転時において温水が循環経路を循環する状態となった場合と、冷房運転時において冷水が循環経路を循環する状態となった場合とを比較したときに、暖房運転時の循環経路の負荷の方が冷房運転時の循環経路の負荷よりも大きいことから、下限回転数設定部は、暖房運転時の圧縮機の下限回転数を、冷房運転時の圧縮機の下限回転数よりも高い回転数に設定したことで、暖房運転時において循環経路を循環する状態となり圧縮機の回転数が下限回転数となったとしても、温度の高い温水を生成しやすいので、圧縮機はすぐに停止される条件となり、暖房運転時に室内の空調に寄与しない運転はすぐに停止されて無駄な運転を抑制することができるものであり、また、冷房運転時の圧縮機の下限回転数は暖房運転時よりも低くできるので、きめ細かく冷水の温度を調整可能であり、室内の空調に寄与する運転を長くとることができると共に、冷房運転時において循環経路を循環する状態となり圧縮機の回転数が下限回転数となったとしても、冷房運転時の循環経路の負荷は小さいので、圧縮機はすぐに停止される条件となり、冷房運転時においても室内の空調に寄与しない運転はすぐに停止されて無駄な運転を抑制することができるものである。

この発明の一実施形態のヒートポンプ式冷温水供給システムの概略構成図。 同一実施形態のヒートポンプ式冷温水供給システムの暖房運転時において、冷温水制御弁開弁時の動作を説明する説明図。 同一実施形態のヒートポンプ式冷温水供給システムの暖房運転時において、冷温水制御弁閉弁時の動作を説明する説明図。 同一実施形態のヒートポンプ式冷温水供給システムの冷房運転時において、冷温水制御弁開弁時の動作を説明する説明図。 同一実施形態のヒートポンプ式冷温水供給システムの冷房運転時において、冷温水制御弁閉弁時の動作を説明する説明図。 同一実施形態のヒートポンプ式冷温水供給システムの暖房運転時および冷房運転時の圧縮機の回転数域を示す図。 この発明の他の実施形態のヒートポンプ式冷温水供給システムを説明する図。

次に、この発明の一実施形態のヒートポンプ式冷温水供給システムを図面に基づき説明する。
１は冷温水を供給するヒートポンプ式熱源機としてのヒートポンプユニットで、ヒートポンプユニット１は、その筐体内に、冷媒を圧縮する回転数可変の圧縮機２、四方弁３、負荷側熱交換器４、減圧手段としての膨張弁５、熱源側熱交換器６を備え、それらを冷媒配管７で環状に接続してヒートポンプ回路８を形成しているものである。なお、ヒートポンプ回路８を循環する冷媒としては、ＨＦＣ冷媒や二酸化炭素冷媒等の任意の冷媒を用いることができるものである。

前記負荷側熱交換器４および前記熱源側熱交換器６は液−冷媒熱交換器であり、例えばプレート式熱交換器で構成されている。このプレート式熱交換器は、複数の伝熱プレートが積層され、冷媒を流通させる冷媒流路と循環液等の液体を流通させる液体流路とが各伝熱プレートを境にして交互に形成されている。

前記冷媒配管７に設けられた四方弁３は、ヒートポンプ回路８における冷媒の流れ方向を切り換える切換弁としての機能を有し、圧縮機２から吐出された冷媒を、負荷側熱交換器４、膨張弁５、熱源側熱交換器６の順に流通させ、圧縮機２に戻す流路を形成する状態（暖房運転時の状態）と、圧縮機２から吐出された冷媒を、熱源側熱交換器６、膨張弁５、負荷側熱交換器４の順に流通させ、圧縮機２に戻す流路を形成する状態（冷房運転時の状態）とに切換可能なものである。

また、９は圧縮機２から吐出された冷媒の温度を検出する吐出温度センサ、１０は膨張弁５と熱源側熱交換器６とを接続する冷媒配管７に設けられ、ここを流通する冷媒の温度を検出する冷媒温度センサである。

１１は熱源側熱交換器６を流通する冷媒を加熱または冷却する熱源として地中に埋設された地中熱交換器で、熱源側熱交換器６の液体流路と地中熱交換器１１とを熱源側配管１２で環状に接続して熱源側循環回路１３を形成するものであり、熱源側配管１２には、熱源側循環回路１３に熱源側循環液（例えば、水や不凍液等）を循環させる回転数可変の熱源側循環ポンプ１４と、熱源側循環液を貯留し熱源側循環回路１３の圧力を調整する熱源側シスターン１５とを備えているものである。

１６はヒートポンプユニット１と往き管としての冷温水往き管１７および戻り管としての冷温水戻り管１８を介して接続されて室内に設置される、室内端末としてのファンコイルである。図１では室内端末１６を１台のみ設置しているが、複数台設置してあってもよいものである。

ここで、ヒートポンプユニット１から室内端末１６に向かって延びる前記冷温水往き管１７の途中には、１つの往きヘッダ１９が設けられており、冷温水往き管１７のうち往きヘッダ１９より上流側部分は、１つの共通往き管１７ａとして構成され、ヒートポンプユニット１の負荷側熱交換器４にて加熱または冷却された負荷側循環液（例えば、水や不凍液等であり、以下、加熱された負荷側循環液を温水、冷却された負荷側循環液を冷水と適宜表現する）が供給される。そして、冷温水往き管１７のうち往きヘッダ１９より下流側部分は室内端末１６の台数分だけ個別往き管１７ｂが分岐している。同様に、室内端末１６からヒートポンプユニット１に向かって延びる前記冷温水戻り管１８の途中には、１つの戻りヘッダ２０が設けられており、冷温水戻り管１８のうち戻りヘッダ２０より上流側部分は、室内端末１６の台数分だけ個別戻り管１８ｂが分岐している。そして、冷温水戻り管１８のうち戻りヘッダ２０より下流側部分は、１つの共通戻り管１８ａとして構成され、個別戻り管１８ｂを介して導入された負荷側循環液をヒートポンプユニット１へと戻すものである。

２１はヒートポンプユニット１に備えられた負荷側熱交換器４と室内端末１６とを、冷温水往き管１７および冷温水戻り管１８で接続して形成される負荷側循環回路で、冷温水戻り管１８には、負荷側循環回路２１に負荷側循環液を循環させる回転数可変の負荷側循環ポンプ２２と、室内端末１６から負荷側熱交換器４に流入する負荷側循環液の温度を検出する戻り温度検出手段としての戻り温度センサ２３と、負荷側循環液を貯留し負荷側循環回路２１の圧力を調整する負荷側シスターン２４とを備えているものである。

２５はヒートポンプユニット１外の冷温水往き管１７と冷温水戻り管１８とを接続（ここでは往きヘッダ１９の上流側の共通往き管１７ａと戻りヘッダ２０の下流側の共通戻り管１８ａとを接続）し、室内端末１６をバイパスするバイパス管である。このバイパス管２５は、室内端末１６側での閉塞等により負荷側循環液の流れが悪くなった場合にも、負荷側循環回路２１の循環を確保でき、負荷側循環ポンプ２２駆動時の負荷側循環ポンプ２２の保護が図れるものであり、室内端末１６に温水または冷水が供給されるときには、温水または冷水の大半は室内端末１６側に流れ、バイパス管２５側には少量のみ流れるように、バイパス管２５の管径を冷温水往き管１７や冷温水戻り管１８の管径に比べて小さく設定するものである。なお、バイパス管２５の管径を冷温水往き管１７や冷温水戻り管１８の管径に比べて小さくせずとも、バイパス管２５に流量調整弁を設け、施工時にバイパス管２５に流れる流量を一定流量に調整するようにしてもよい。

前記ファンコイル１６は、その内部に、送風ファン２６と、送風ファン２６の駆動によって循環される室内空気とヒートポンプユニット１から供給される負荷側循環液とを熱交換する端末熱交換器２７と、室内温度を検出する室温センサ２８と、ファンコイル１６への冷温水の供給を制御する冷温水制御弁２９と、室温センサ２８からの信号や後述する端末リモコン３１からの信号を受け、送風ファン２６や冷温水制御弁２９の駆動を制御する端末制御部３０とを備えているものである。

３１は室内端末１６を遠隔制御するワイヤレス式の端末リモコンで、端末リモコン３１は、室内端末１６に室内を暖房する暖房運転を行わせる暖房スイッチ３２と、室内端末１６に室内を冷房する冷房運転を行わせる冷房スイッチ３３と、室内端末１６の運転を停止させる停止スイッチ３４と、室内温度を設定する室内温度設定スイッチ３５と、室内の設定温度や運転状態を表示する表示部３６とを備えているものである。

３７はリビング等の室内に設置されるメインリモコンで、メインリモコン３７は、押圧によってメインリモコン３７とヒートポンプユニット１の電気系統に通電を行いヒートポンプユニット１を待機状態にする電源スイッチ３８と、ヒートポンプユニット１の待機状態を暖房運転にするか冷房運転にするかを選択する運転モード選択スイッチ３９と、押圧によって運転モード選択スイッチ３９で選択されている暖房運転または冷房運転にてヒートポンプユニット１の運転を開始させる運転スイッチ４０と、室内端末１６に供給する温水または冷水の温度を設定する供給水温設定スイッチ４１と、室内端末１６に供給する温水または冷水の設定温度やヒートポンプユニット１の運転状態を表示する表示部４２とを備えているものである。

４３は各種のデータやプログラムを記憶する記憶手段と、演算・制御処理を行う制御手段とを備えたヒーポン制御部であり、前記端末制御部３０とヒーポン制御部４３とでヒートポンプ式冷温水供給システムの制御部を構成するものである。また、ヒーポン制御部４３は、ヒートポンプユニット１内の各種センサの信号や、端末制御部３０やメインリモコン３７からの信号に基づいて、ヒートポンプユニット１の圧縮機２、四方弁３、膨張弁５、熱源側循環ポンプ１４、負荷側循環ポンプ２２の駆動を制御するものである。なお、４４は後述する暖房運転または冷房運転に対応させて圧縮機２の下限回転数を設定する下限回転数設定部であり、下限回転数設定部４４は、暖房運転時の圧縮機２の下限回転数を、冷房運転時の圧縮機２の下限回転数より高い回転数に設定するものである。

次に、この一実施形態のヒートポンプ式冷温水供給システムにおいて、暖房運転を行う場合の動作について説明する。ここで、メインリモコン３７の電源スイッチ３８はオンされており、ヒートポンプユニット１は待機状態となっているものとする。

ユーザにより前記端末リモコン３１の暖房スイッチ３２が操作され、ヒートポンプユニット１で生成された温水を負荷側循環ポンプ２２の駆動によりファンコイル１６に循環させて室内を暖房する暖房運転の開始指示がなされると、端末制御部３０はその旨の指示信号を受信し、端末制御部３０はヒーポン制御部４３に温水要求信号を出力すると共に、ファンコイル１６内部の冷温水制御弁２９を開弁させ、送風ファン２６の駆動を開始させる。

前記温水要求信号を受け取ったヒーポン制御部４３は、四方弁３を暖房運転時の流路状態となるようにし、圧縮機２、膨張弁５、熱源側循環ポンプ１４、負荷側循環ポンプ２２を駆動させて、ファンコイル１６に対して温水供給を開始させる。

ここで、暖房運転が開始されると、図２に示すように、ヒートポンプ回路８では、圧縮機２で圧縮された高温・高圧のガス冷媒が圧縮機２から吐出され、負荷側熱交換器４にて、負荷側循環回路２１を流れる負荷側循環液と熱交換を行って負荷側循環液に熱を放出して加熱しながら気液混合状態で高圧の冷媒に変化する。そして、この状態の冷媒が膨張弁５において減圧されて低圧の冷媒となって蒸発しやすい状態となり、熱源側熱交換器６において、熱源側循環回路１３を流れる熱源側循環液と熱交換を行って熱源側循環液から吸熱して低温・低圧のガス冷媒となって、再び圧縮機２へと戻るものである。

また、負荷側循環回路２１では、一定回転数で駆動される負荷側循環ポンプ２２の駆動により負荷側熱交換器４に流入した負荷側循環液は、負荷側熱交換器４にて圧縮機２から吐出された冷媒との熱交換を行って加熱され、冷温水往き管１７を流通しファンコイル１６に供給され、ファンコイル１６内部の端末熱交換器２７に通水させると共に送風ファン２６を駆動させて室内空気と熱交換させることで、室内の暖房が行われ、ファンコイル１６にて放熱された負荷側循環液は再び負荷側熱交換器４へと戻るものである。

また、熱源側循環回路１３では、地中熱交換器１１によって地中熱が採熱され、その熱を帯びた熱源側循環液が熱源側循環ポンプ１４の駆動により熱源側熱交換器６に供給される。そして熱源側熱交換器６にて冷媒と熱源側循環液とで熱交換が行われ、地中熱交換器１１にて採熱された地中熱が冷媒側に汲み上げられ、冷媒が加熱され蒸発するものである。

なお、前記ヒーポン制御部４３は、この暖房運転中、戻り温度センサ２３の検出する温水温度が、例えば、メインリモコン３７の供給水温設定スイッチ４１で設定した温水設定温度に基づいて設定される目標戻り温度になるように、圧縮機２の回転数を制御しているものである。

また、前記端末制御部３０は、この暖房運転中、室温センサ２８で検出される温度に応じて冷温水制御弁２９の開閉を制御するものであるが、室温センサ２８で検出する温度が目標温度、例えば端末リモコン３１の室内温度設定スイッチ３５で設定した設定温度に達するまでは、図２に示すように、冷温水制御弁２９を開弁状態として、ファンコイル１６に温水が供給されるものである。この時、ヒートポンプユニット１で生成された温水のうち少量はバイパス管２５側に流れるが、その流量は小さいためバイパス管２５側への温水の流れの図示は省略する。

そして、暖房運転が継続され、室温センサ２８で検出する温度が目標温度に達すると、図３に示すように、端末制御部３０は、冷温水制御弁２９を閉弁状態として、ファンコイル１６への温水供給を遮断するものである。冷温水制御弁２９が閉弁されると、負荷側熱交換器４から流出した温水は、共通往き管１７ａからバイパス管２５を介して共通戻り管１８ａを循環し、負荷側熱交換器４に戻されることとなる。

このような状態になると、温水はファンコイル１６には循環されなくなるため、ファンコイル１６における放熱がなくなり、戻り温度センサ２３で検出される温水の温度が上昇し、戻り温度センサ２３で検出される温水の温度が予め設定された目標戻り温度より高くなると、ヒーポン制御部４３は、温水の温度を下げるために圧縮機２の回転数を下げるように制御する。ここで、暖房運転時には、下限回転数設定部４４によって、暖房運転に対応する圧縮機２の下限回転数（例えば、４５ｒｐｓ）が設定されており、上記のように圧縮機２の回転数が低下するように制御され、圧縮機２の回転数が設定された下限回転数となり、その状態で戻り温度センサ２３で検出される温水の温度が目標戻り温度よりも高い場合は、ヒーポン制御部４３は圧縮機２を停止するものである。なお、圧縮機２が停止状態となっても負荷側循環ポンプ２２は駆動を継続するものである。

上記のように、圧縮機２が停止された後、戻り温度センサ２３で検出される温水の温度が目標戻り温度より低くなった場合は、圧縮機２の駆動は再開されるものであるし、ファンコイル１６が設置された室内の温度が、端末リモコン３１の室内温度設定スイッチ３５で設定した設定温度より低くなった場合は、冷温水制御弁２９を開弁し、ファンコイル１６への温水供給を再開するものである。

次に、この一実施形態のヒートポンプ式冷温水供給システムにおいて、冷房運転を行う場合の動作について説明する。ここで、メインリモコン３７の電源スイッチ３８はオンされており、ヒートポンプユニット１は待機状態となっているものとする。

ユーザにより前記端末リモコン３１の冷房スイッチ３３が操作され、ヒートポンプユニット１で生成された冷水を負荷側循環ポンプ２２の駆動によりファンコイル１６に循環させて室内を冷房する冷房運転の開始指示がなされると、端末制御部３０はその旨の指示信号を受信し、端末制御部３０はヒーポン制御部４３に冷水要求信号を出力すると共に、ファンコイル１６内部の冷温水制御弁２９を開弁させ、送風ファン２６の駆動を開始させる。

前記冷水要求信号を受け取ったヒーポン制御部４３は、四方弁３を冷房運転時の流路状態となるようにし、圧縮機２、膨張弁５、熱源側循環ポンプ１４、負荷側循環ポンプ２２を駆動させて、ファンコイル１６に対して冷水供給を開始させる。

ここで、冷房運転が開始されると、図４に示すように、ヒートポンプ回路８では、圧縮機２で圧縮された高温・高圧のガス冷媒が圧縮機２から吐出され、熱源側熱交換器６にて、熱源側循環回路１３を流れる熱源側循環液と熱交換を行って熱源側循環液に熱を放出しながら気液混合状態で高圧の冷媒に変化する。そして、この状態の冷媒が膨張弁５において減圧されて低圧の冷媒となって蒸発しやすい状態となり、負荷側熱交換器４において、負荷側循環回路２１を流れる負荷側循環液と熱交換を行って負荷側循環液から吸熱して低温・低圧のガス冷媒となって、再び圧縮機２へと戻るものである。

また、負荷側循環回路２１では、一定回転数で駆動される負荷側循環ポンプ２２の駆動により負荷側熱交換器４に流入した負荷側循環液は、負荷側熱交換器４にて膨張弁５から吐出された冷媒との熱交換を行って冷却され、冷温水往き管１７を流通しファンコイル１６に供給され、ファンコイル１６内部の端末熱交換器２７に通水させると共に送風ファン２６を駆動させて室内空気と熱交換させることで、室内の冷房が行われ、ファンコイル１６にて放熱された負荷側循環液は再び負荷側熱交換器４へと戻るものである。

また、熱源側循環回路１３では、熱源側循環液が熱源側循環ポンプ１４により熱源側熱交換器６に供給され、熱源側熱交換器６において、冷媒と熱源側循環液とが対向して流れて熱交換が行われ、高温となっている冷媒の熱が熱源側循環液の方に放熱され、熱源側循環液の熱は地中熱交換器１１によって地中へと放熱される。

なお、前記ヒーポン制御部４３は、この冷房運転中、戻り温度センサ２３の検出する冷水温度が、例えば、メインリモコン３７の供給水温設定スイッチ４１で設定した冷水設定温度に基づいて設定される目標戻り温度になるように、圧縮機２の回転数を制御しているものである。

また、前記端末制御部３０は、この冷房運転中、室温センサ２８で検出される温度に応じて冷温水制御弁２９の開閉を制御するものであるが、室温センサ２８の検出する温度が目標温度、例えば端末リモコン３１の室内温度設定スイッチ３５で設定した設定温度に達するまでは、図４に示すように、冷温水制御弁２９を開弁状態として、ファンコイル１６に冷水が供給されるものである。この時、ヒートポンプユニット１で生成された冷水のうち少量はバイパス管２５側に流れるが、その流量は小さいためバイパス管２５側への冷水の流れの図示は省略する。

そして、冷房運転が継続され、室温センサ２８で検出する温度が目標温度に達すると、図５に示すように、端末制御部３０は、冷温水制御弁２９を閉弁状態として、ファンコイル１６への冷水供給を遮断するものである。冷温水制御弁２９が閉弁されると、負荷側熱交換器４から流出した冷水は、共通往き管１７ａからバイパス管２５を介して共通戻り管１８ａを循環し、負荷側熱交換器４に戻されることとなる。

このような状態になると、冷水はファンコイル１６には循環されなくなるため、ファンコイル１６における放熱がなくなり、戻り温度センサ２３で検出される冷水の温度が低下し、戻り温度センサ２３で検出される冷水の温度が予め設定された目標戻り温度より低くなると、ヒーポン制御部４３は、冷水の温度を上げるために圧縮機２の回転数を下げるように制御する。ここで、冷房運転時には、下限回転数設定部４４によって、冷房運転に対応する圧縮機２の下限回転数（例えば、３０ｒｐｓ）が設定されており、上記のように圧縮機２の回転数が低下するように制御され、圧縮機２の回転数が設定された下限回転数となり、その状態で戻り温度センサ２３で検出される冷水の温度が目標戻り温度よりも低い場合は、ヒーポン制御部４３は圧縮機２を停止するものである。なお、圧縮機２が停止状態となっても負荷側循環ポンプ２２は駆動を継続するものである。

上記のように、圧縮機２が停止された後、戻り温度センサ２３で検出される冷水の温度が目標戻り温度より高くなった場合は、圧縮機２の駆動は再開されるものであるし、ファンコイル１６が設置された室内の温度が、端末リモコン３１の室内温度設定スイッチ３５で設定して設定温度より高くなった場合は、冷温水制御弁２９を開弁し、ファンコイル１６への冷水供給を再開するものである。

以上説明したヒートポンプ式冷温水供給システムにおいて、暖房運転時に設定される圧縮機２の回転数域および冷房運転時に設定される圧縮機２の回転数域は、図６に示すような回転数域であり、下限回転数設定部４４は、暖房運転時の圧縮機２の下限回転数を４５ｒｐｓ、冷房運転時の圧縮機２の下限回転数を３０ｒｐｓに設定する、すなわち、暖房運転時の圧縮機２の下限回転数を、冷房運転時の圧縮機２の下限回転数よりも高い回転数に設定するようにしているものである。ここで、暖房運転時と冷房運転時とにおいて、ヒートポンプユニット１、冷温水往き管１７、冷温水戻り管１８、バイパス管２５の設置場所の雰囲気温度（例えば外気温度）と負荷側循環液の温度との温度差を比較すると、例えば、暖房運転時の雰囲気温度が５℃で負荷側循環液の温度が６０℃であったとすると上記温度差は５５℃であり、冷房運転時の雰囲気温度が３０℃で負荷側循環液の温度が１０℃であったとすると上記温度差は２０℃であり、冷房運転時よりも暖房運転時の方が上記温度差がかなり大きく、放熱も大きい。そのため、図３に示すように、暖房運転時において、バイパス開閉弁２６が開弁されて、負荷側熱交換器４、冷温水往き管１７（共通往き管１７ａ）、バイパス管２５、冷温水戻り管１８（共通戻り管１８ａ）で形成される循環経路に温水が循環される状態となった場合と、図５に示すように、冷房運転時において、バイパス開閉弁２６が開弁されて、負荷側熱交換器４、冷温水往き管１７（共通往き管１７ａ）、バイパス管２５、冷温水戻り管１８（共通戻り管１８ａ）で形成される循環経路に冷水が循環される状態となった場合とを比較したときに、暖房運転時の循環経路の負荷の方が冷房運転時の循環経路の負荷よりも大きくなるということになる。よって、暖房運転時と冷房運転時とで、圧縮機２において同一の下限回転数が低回転数域に設定されていた場合、冷房運転時は、上記循環経路の負荷が小さいため、圧縮機２の回転数が下限回転数となっても、戻り温度センサ２３で検出される冷水の温度は予め設定された目標戻り温度よりも低くなり、圧縮機２は停止され、室内の空調に寄与しない運転はすぐに停止されることになるが、暖房運転時は、上記循環経路の負荷が大きいため、圧縮機２の回転数が下限回転数となったとしても、戻り温度センサ２３で検出される温水の温度は予め設定された目標戻り温度を超えずに、上記循環経路の放熱分の負荷を満たすためだけに圧縮機２の駆動がいつまでも継続し、室内の空調に寄与しない運転が長時間無駄に行われてしまうおそれがある。しかし、先に説明したように、暖房運転時の圧縮機２の下限回転数を、冷房運転時の圧縮機２の下限回転数よりも高い回転数に設定するようにしたことで、暖房運転時において、温水が上記循環経路を循環する状態となった場合で、圧縮機２の回転数が下限回転数となったとしても、暖房運転時の圧縮機２の下限回転数は冷房運転時の圧縮機２の下限回転数よりも高めに設定されているので、温度の高い温水を生成しやすく、戻り温度センサ２３で検出される温水の温度は予め設定された目標戻り温度よりも高くなり、圧縮機２はすぐに停止される条件となり、暖房運転時に室内の空調に寄与しない運転はすぐに停止されて無駄な運転を抑制することができるものである。さらに、暖房運転時においては、圧縮機２を低回転数域で駆動させることがなく、エネルギ効率が悪い状態での運転を防止することができるものである。一方、冷房運転時においては、圧縮機２を低回転数域で駆動させてもエネルギ効率の低下が小さいため、暖房運転時よりも圧縮機２の下限回転数を低くしても効率的な運転を行え、きめ細かく冷水の温度を調整可能であり、室内の空調に寄与する運転を長くとることができると共に、冷房運転時において、冷水が上記循環経路を循環する状態となった場合で、圧縮機２の回転数が下限回転数となったとしても、冷房運転時の上記循環経路の負荷は小さいので、戻り温度センサ２３で検出される冷水の温度は予め設定された目標戻り温度よりも低くなり、圧縮機２はすぐに停止される条件となり、冷房運転時に室内の空調に寄与しない運転はすぐに停止されて無駄な運転を抑制することができるものである。

なお、本発明は本実施形態に限定されるものでなく、本実施形態では、室内端末１６としてファンコイル１６を用いたが、図７に示すように、室内端末１６として冷暖房兼用端末である冷温水パネルを用いてもよいものである。

また、本実施形態では、室内端末であるファンコイル１６内に室内端末１６への冷温水の供給を制御する冷温水制御弁２９が設けられていたが、図７に示すように、冷温水制御弁２９を室内端末１６の外部に設けてもよいものであり、この場合、冷温水制御弁２９は、室内端末１６が設置された室内の温度や、負荷側循環回路２１を循環する負荷側循環液の温度に基づき、予め設定された目標温度に達したら前記制御部によって冷温水制御弁２９を閉弁し、目標温度を下回ったら冷温水制御弁２９を開弁するというような制御を行うことができるものである。なお、冷温水制御弁２９は、本実施形態では室内端末１６内部の負荷循環液の流通経路に設けられ、図７では、冷温水戻り管１８（個別戻り管１８ｂ）に設けられているものであるが、冷温水制御弁２９は、負荷側循環回路２１の冷温水往き管１７または冷温水戻り管１８または室内端末１６内部の負荷循環液の流通経路の何れかにであって、バイパス管２５が接続される冷温水往き管１７および冷温水戻り管１８の接続部よりも室内端末１６寄りの負荷側循環回路２１に設けられていればよいものである。

さらに、本実施形態では、往きヘッダ１９の上流側の共通往き管１７ａと戻りヘッダ２０の下流側の共通戻り管１８ａとを接続して、室内端末１６をバイパスするバイパス管２５としたが、図７に示すように、往きヘッダ１９の個別往き管１７ｂの一端が接続される接続口のうちの１つの接続口と戻りヘッダ２０の個別戻り管１８ｂの一端が接続される接続口のうちの１つの接続口とを配管接続し、室内端末１６をバイパスするバイパス管２５としてもよいものである。

また、本実施形態では、ヒートポンプユニット１の熱源として地中熱交換器１１を示したが、熱源としては、地中熱の他に、河川の水、海水、井戸水、貯水等が利用可能であり、種類は問わないものであり、さらに、熱源側熱交換器６に供給される熱源側循環液は熱源側循環回路１３のような閉回路を循環する形態でなくてもよく、熱源側循環液は熱源側熱交換器６で熱交換した後は外部に排出されるような開放式の形態であってもよいものである。

また、本実施形態では、ヒートポンプ式冷温水供給システムの熱源機として地中熱源式のヒートポンプユニット１を示したが、空気熱源式のヒートポンプユニットを熱源機とするヒートポンプ式冷温水供給システムに対しても本発明を適用することができるものであり、熱源が特に限定されるものではない。

１ ヒートポンプユニット
２ 圧縮機
３ 四方弁
４ 負荷側熱交換器
５ 膨張弁
６ 熱源側熱交換器
７ 冷媒配管
８ ヒートポンプ回路
１６ 室内端末
１７ 冷温水往き管
１８ 冷温水戻り管
２１ 負荷側循環回路
２５ バイパス管
２９ 冷温水制御弁
４４ 下限回転数設定部

Claims (1)

1. 圧縮機、四方弁、負荷側熱交換器、減圧手段、熱源側熱交換器を冷媒配管で接続したヒートポンプ回路を有するヒートポンプ式熱源機と、室内端末と、該室内端末と前記ヒートポンプ式熱源機とを往き管および戻り管で接続して形成された負荷側循環回路と、該負荷側循環回路に備えられ前記室内端末への冷温水供給を開閉により制御する冷温水制御弁と、前記往き管および前記戻り管を接続し前記室内端末をバイパスするバイパス管と、前記ヒートポンプ式熱源機で生成された温水を前記室内端末に供給し室内を暖房する暖房運転中または前記ヒートポンプ式熱源機で生成された冷水を前記室内端末に供給し室内を冷房する冷房運転中であって、前記冷温水制御弁が閉弁されたときに、前記ヒートポンプ式熱源機から供給される温水または冷水が前記往き管から前記バイパス管を介して前記戻り管に流れて前記ヒートポンプ式熱源機に戻される循環経路とを備えたヒートポンプ式冷温水供給システムにおいて、前記暖房運転または冷房運転に対応させて前記圧縮機の下限回転数を設定する下限回転数設定部を設け、該下限回転数設定部は、前記暖房運転時の前記圧縮機の下限回転数を、前記冷房運転時の前記圧縮機の下限回転数よりも高い回転数に設定するようにしたことを特徴とするヒートポンプ式冷温水供給システム。

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