JP6976878B2

JP6976878B2 - ヒートポンプ空調システム

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Publication number: JP6976878B2
Application number: JP2018025289A
Authority: JP
Inventors: 真典上田; 隆志眞柄; 岳彦川上
Original assignee: Corona Corp
Current assignee: Corona Corp
Priority date: 2018-02-15
Filing date: 2018-02-15
Publication date: 2021-12-08
Anticipated expiration: 2038-02-15
Also published as: JP2019138611A

Description

本発明は、ヒートポンプ熱源機で生成された循環液を空調端末に供給して、被空調空間の空調運転を行うヒートポンプ空調システムに関するものである。

従来この種のものでは、圧縮機、液冷媒熱交換器、膨張弁、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備え、液冷媒熱交換器において、冷媒と循環液とを熱交換させ、熱交換によって加熱または冷却された循環液を、循環ポンプの駆動によって空調端末に供給し、空調運転（暖房運転または冷房運転）を行うものがあり、空調運転として暖房運転を例に挙げて説明すると、暖房運転中は、循環液の温度が所定の目標温度になるように圧縮機の回転数を制御し、循環ポンプを通常回転数で駆動させる温調制御を行うと共に、暖房運転中に温調制御を停止させる停止条件が成立すると、圧縮機を停止させ、循環ポンプの回転数を温調制御時の通常回転数よりも低下させた待機回転数で駆動させる待機制御を行うものであり、待機制御時に温調制御を再開させる再開条件が成立すると、圧縮機の駆動を開始させると同時に循環ポンプの回転数を待機回転数から温調制御時の通常回転数に上昇させるものがあった。（例えば、特許文献１参照。）

特開２０１５−１７７４８号公報

ところで、この従来のものは、空調端末として、複数の空調端末が負荷側循環回路に互いに並列に設けられている、または、１つの空調端末内で複数の流路が並列に設けられていた場合、前記待機制御時は循環ポンプの回転数が温調制御時よりも低下していることから、循環ポンプの揚程が小さくなり流量も低下し、負荷側循環回路を循環する循環液は、圧力損失が小さいところ、例えば、複数の空調端末（ユーザ宅の１階と２階にそれぞれ１台の空調端末）が設けられている場合は、熱源機により近い位置に設置された空調端末（１階に配置された空調端末）に流れようとし、１つの空調端末内で複数の流路が並列に設けられている場合は、空調端末の循環液流入口から循環液流出口までの流路長さが短い流路を流れようとする。

そのため、待機制御時は、複数の空調端末が並列に設けられたものの場合においては、循環液は全ての空調端末を流れずに一部の空調端末にしか流れず、また、１つの空調端末内で複数の流路が並列に設けられているものの場合においては、循環液は全ての流路を流れずに一部の流路にしか流れないという状況が発生する。そうすると、負荷側循環回路に設けられた温度センサで検出される循環液の温度では空調端末側の正確な負荷の大きさが把握できない。その状況下で温調制御を再開させる再開条件が成立し、圧縮機の駆動を開始させると同時に循環ポンプの回転数を待機回転数から通常回転数に復帰させ、温調制御を再開すると、循環ポンプの回転数が上昇したことで循環ポンプの揚程が大きくなり、待機制御時に空調端末内で滞留していた温度の高い循環液が流れ出す。そうすると、待機制御時に検出していた循環液の温度と温調制御再開後に検出する循環液の温度が大きく変動し、それによって液冷媒熱交換器にて加熱されて流出する循環液の温度も大きく変動し、循環液の温度が目標温度に対してオーバーシュート（冷房運転であればアンダーシュート）して、温調制御復帰後にすぐに待機制御に移行するといった事態が生じる可能性があり、効率の悪い運転を行うおそれがあると共に、空調端末に供給される循環液の温度が大きく変動し快適性を損なうおそれがあった。

本発明は上記課題を解決するために、請求項１では、冷媒を圧縮する圧縮機と、循環液と前記冷媒とを熱交換させる液冷媒熱交換器と、減圧手段と、熱源側熱交換器とを有し、前記冷媒が循環するヒートポンプ回路と、前記液冷媒熱交換器と、前記循環液を熱源として被空調空間の空調を行う空調端末と、前記循環液を循環させる循環ポンプとを有し、前記循環液が循環する循環回路と、動作を制御する制御装置と、を備え、前記循環液を、前記循環ポンプの駆動によって前記空調端末に供給して空調運転を行うヒートポンプ空調システムにおいて、前記空調端末は、複数の前記空調端末が前記循環回路に互いに並列に設けられている、または、１つの前記空調端末内に複数の流路が並列に設けられており、前記制御装置は、前記空調運転中、前記循環液の温度が所定の目標温度になるように前記圧縮機の回転数を制御し、前記循環ポンプを通常回転数で駆動させる温調制御を行うと共に、前記温調制御時に、前記循環液の温度が前記所定の目標温度から所定値だけ離れたことで前記温調制御を停止させる停止条件が成立したと判断すると、前記圧縮機を停止させ、前記循環ポンプの回転数を前記通常回転数よりも低下させた待機回転数で駆動させる待機制御を行い、前記制御装置は、前記待機制御時に前記温調制御を再開させる再開条件が成立したと判断した場合、前記循環ポンプの回転数を前記待機回転数から前記通常回転数に戻して、前記通常回転数で駆動させ、前記循環ポンプの回転数を前記通常回転数に戻してから前記循環液の温度が安定する所定時間経過後に、前記圧縮機の駆動を再開させ、前記温調制御を行うものとした。

この発明の請求項１によれば、制御装置は、待機制御時に温調制御を再開させる再開条件が成立したと判断した場合、圧縮機を停止させたままで、循環ポンプの回転数を待機回転数から通常回転数に上昇させ、循環ポンプを通常回転数で駆動させ、前記循環液の温度が安定する所定時間経過後に、圧縮機の駆動を再開させ、温調制御を行うようにしたことで、空調端末に滞留していた循環液があったとしても、圧縮機の駆動が再開されるまでの所定時間の間、循環ポンプの通常回転数での駆動によって、その循環液も循環され、循環回路を循環する過程で混ざり合って、循環回路内の循環液の温度が略一様となっていき、液冷媒熱交換器に流入する流入温度が安定し、そして、所定時間経過後に圧縮機の駆動を再開させるようにしたことで、液冷媒熱交換器に流入する流入温度が安定した状態、すなわち、空調端末全体での空調負荷の大きさを正確に把握できた状態で、温調制御を行うことができるので、温調制御復帰後にすぐに待機制御に移行するといった事態が発生せず、効率のよい運転を行うことができ、空調端末に供給される循環液の温度が大きく変動することがなく快適性を損なうことがないものである。

本発明の一実施形態のヒートポンプ空調システムの概略構成図。ヒートポンプ空調システムの空調運転における温調制御時の動作を説明する概略構成図。ヒートポンプ空調システムの空調運転における待機制御時の動作を説明する概略構成図。ヒートポンプ空調システムの空調運転の動作を示すフローチャート。比較例のヒートポンプ空調システムの暖房運転における待機制御から温調制御に復帰する際の動作を示すタイムチャート。本発明のヒートポンプ空調システムの暖房運転における待機制御から温調制御に復帰する際の動作を示すタイムチャート。比較例のヒートポンプ空調システムの冷房運転における待機制御から温調制御に復帰する際の動作を示すタイムチャート。本発明のヒートポンプ空調システムの冷房運転における待機制御から温調制御に復帰する際の動作を示すタイムチャート。本発明の他の実施形態のヒートポンプ空調システムの概略構成図。

次に、この発明の一実施形態のヒートポンプ空調システム１の構成について、図面に基づき詳細に説明する。

２は加熱または冷却された循環液を供給するヒートポンプ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２は、その筐体内に、冷媒を圧縮する回転数可変の圧縮機３、流路切換手段としての四方弁４、冷媒と循環液との熱交換を行う液冷媒熱交換器５、減圧手段としての膨張弁６、送風ファン７の作動により送られる空気（外気）との熱交換を行う熱源側熱交換器としての空気熱交換器８とを有し、それらを冷媒配管９で環状に接続して冷媒が循環するヒートポンプ回路１０を形成しているものであり、ヒートポンプ回路１０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。前記液冷媒熱交換器５は、例えば、プレート式熱交換器で構成され、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を流通させる液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。また、１１は外気温度を検出する外気温度センサである。

前記冷媒配管９に設けられた四方弁４は、ヒートポンプ回路１０における冷媒の流れ方向を切り換える機能を有し、圧縮機３から吐出された冷媒を、液冷媒熱交換器５、膨張弁６、空気熱交換器８の順に流通させ、圧縮機３に戻す流路を形成する状態（暖房運転時の状態）と、圧縮機３から吐出された冷媒を、空気熱交換器８、膨張弁６、液冷媒熱交換器５の順に流通させ、圧縮機３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。

１２はヒートポンプユニット２と往き管としての冷温水往き管１３および戻り管としての冷温水戻り管１４を介して接続され、ヒートポンプユニット１で加熱または冷却された循環液が供給され、供給された循環液を熱源として被空調空間の空調（暖房または冷房）を行う空調端末である。空調端末１２としては、冷暖房兼用端末である輻射パネルやファンコイル、暖房専用端末である床暖房パネルやラジエータ等を用いるものである。図１では２台の空調端末１２ａ、１２ｂが設けられているが、２台以上の複数台の空調端末１２が設けられていてもよい。

ここで、ヒートポンプユニット２から空調端末１２に向かって延びる前記冷温水往き管１３の途中には、１つの往きヘッダ１５が設けられており、冷温水往き管１３のうち往きヘッダ１５より上流側部分は、１つの共通往き管１３ａとして構成され、ヒートポンプユニット２の液冷媒熱交換器５にて加熱または冷却された循環液（例えば、水や不凍液等であり、以下、加熱された循環液を温水、冷却された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１３のうち往きヘッダ１５より下流側部分は空調端末１２の台数分だけ個別往き管１３ｂが分岐している。同様に、空調端末１２からヒートポンプユニット２に向かって延びる前記冷温水戻り管１４の途中には、１つの戻りヘッダ１６が設けられており、冷温水戻り管１４のうち戻りヘッダ１６より上流側部分は、空調端末１２の台数分だけ個別戻り管１４ｂが分岐している。そして、冷温水戻り管１４のうち戻りヘッダ１６より下流側部分は、１つの共通戻り管１４ａとして構成され、個別戻り管１４ｂを介して導入された循環液をヒートポンプユニット２へと戻すものである。

１７はヒートポンプユニット２に備えられた液冷媒熱交換器５と空調端末１２とを、冷温水往き管１３および冷温水戻り管１４で接続して形成され循環液が循環する循環回路としての負荷側循環回路で、冷温水戻り管１４には、負荷側循環回路１７に循環液を循環させる回転数可変の循環ポンプ１８と、空調端末１２から液冷媒熱交換器５に流入する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１９と、循環液を貯留し負荷側循環回路１７の圧力を調整するシスターン２０とを備えている。

２１はリビング等の室内に設置されるリモコンで、リモコン２１は、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２２と、押圧によって運転モード選択スイッチ２２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２の運転を開始させる運転スイッチ２３と、空調端末１２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２４と、空調端末１２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２の運転状態を表示する表示部２５とを備えているものである。

２６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制御装置であり、制御装置２６はヒートポンプユニット２内の各種センサの信号やリモコン２１からの信号を受け、圧縮機３、四方弁４、膨張弁６、送風ファン７、循環ポンプ１８の駆動を制御するものである。

次に、ヒートポンプ空調システム１の空調運転時の動作について図２〜図４を用いて説明する。まずは、空調運転としての暖房運転の動作の説明を行う。

リモコン２１の運転モード選択スイッチ２２で暖房運転が選択されている状態で、運転スイッチ２３が押圧され、空調端末１２に温水を供給する暖房運転の指示がなされ、暖房運転要求（空調運転要求）ありの状態になると、制御装置２６は、四方弁４を暖房運転時の状態となるように流路を切り換え、圧縮機３、膨張弁６、送風ファン７を駆動させ、ヒートポンプ回路１０を作動させると共に、循環ポンプ１８を駆動させて暖房運転を開始させる。この時、制御装置２６は、負荷側循環回路１７を循環する温水の温度が供給水温設定スイッチ２４で設定された温度に基づいて決定される所定の目標温度になるように圧縮機３の回転数を制御（停止状態を除く、駆動状態にある圧縮機３の回転数を制御）すると共に、循環ポンプ１８の回転数を予め設定された通常回転数（例えば、３０００ｒｐｍ）で駆動させる温調制御を開始する。

暖房運転において、温調制御時、冷媒は、圧縮機３、四方弁４、液冷媒熱交換器５、膨張弁６、空気熱交換器８、四方弁４、圧縮機３の順で循環し（図２のヒートポンプ回路１０に実線で示した矢線参照。）、温水は、液冷媒熱交換器５から空調端末１２ａ、１２ｂに循環され、空調端末１２ａ、１２ｂから再度、液冷媒熱交換器５に戻されるものである（図２の負荷側循環回路１７に太実線で示した矢線参照。）。この時、液冷媒熱交換器５は凝縮器として機能し、液冷媒熱交換器５にて圧縮機３から吐出された高温高圧の気相状態の冷媒と循環ポンプ１８により循環される循環液とが熱交換され、冷媒の熱によって循環液が加熱され温水が生成される。一方、空気熱交換器８は蒸発器として機能し、空気熱交換器８にて膨張弁６から吐出された低温低圧の気液二相状態の冷媒と送風ファン７を駆動させることで送風される外気とが熱交換され、冷媒は外気から吸熱して気相状態へと変化し、圧縮機３へ戻るものである。

前記温調制御時、制御装置２６は、戻り温度センサ１９で検出される温水の温度が前記目標温度になるように圧縮機３の回転数を調整するものであり、戻り温度センサ１９で検出される温水の温度が目標温度より低い場合は圧縮機３の回転数を上昇させ、戻り温度センサ１９で検出される温水の温度が目標温度を上回る場合は圧縮機３の回転数を低下させることで、戻り温度センサ１９で検出される温水の温度が前記目標温度になるように制御する。なお、本実施形態では、制御装置２６は、戻り温度センサ１９で検出される温水の温度が前記目標温度になるように圧縮機３の回転数を調整するものとしているが、これに限定されず、制御装置２６は、液冷媒熱交換器５から流出し空調端末１２に向かう温水の温度が、供給水温設定スイッチ２４で設定された温度に基づいて決定される目標温度になるように圧縮機３の回転数を調整するものとしてもよい。

前記温調制御時に、制御装置２６は温調制御を停止させる停止条件が成立したか否かを判断し（図４ステップＳ１）、停止条件が成立したと判断すると、圧縮機３を停止させると共に、循環ポンプ１８の回転数を温調制御時の通常回転数よりも低下させた待機回転数（例えば、１０００ｒｐｍ）で駆動させる待機制御へと温調制御から移行させる（図４ステップＳ２）。ここで、前記温調制御を停止させる停止条件とは、暖房運転要求ありの状態、且つ、これ以上温水の加熱を必要としない熱要求無しの状態となることであり、具体的には、暖房運転中で、戻り温度センサ１９で検出される温水温度が目標温度+３℃以上を一定時間検出した場合や圧縮機３が下限回転数で駆動している状態で戻り温度センサ１９で検出される温水温度が目標温度+３℃以上を一定時間検出した場合などが挙げられる。

前記待機制御に移行すると、圧縮機３が停止され、循環ポンプ１８のみが駆動された状態となるため、図３に示すように、ヒートポンプ回路１０を冷媒が循環することはなく、負荷側循環回路１７にて温水だけが循環する状態となる。この待機制御時、循環ポンプ１８は温調制御時の通常回転数よりも低い回転数である待機回転数で駆動されることから、温調制御時よりも循環ポンプ１８の揚程が小さくなり、負荷側循環回路１７を循環する温水の流量も低下する。そうすると、負荷側循環回路１７を循環する温水は、圧力損失が小さいところを流れようとし、例えば、ユーザ宅の１階と２階にそれぞれ１台ずつ空調端末１２が設けられ、ユーザ宅の１階に設けられたものを空調端末１２ａ、２階に設けられたものを空調端末１２ｂ、ヒートポンプユニット２が地表に設置されているとすると、ヒートポンプユニット２により近い位置に設置された１階の空調端末１２ａにのみ温水が循環する場合がある（図３の負荷側循環回路１７に太実線で示した矢線参照。）。

そして、前記待機制御に、制御装置２６は温調制御を再開させる再開条件が成立したか否かを判断し（図４ステップＳ３）、再開条件が成立したと判断すると、循環ポンプ１８の回転数を待機回転数から温調制御時の通常回転数に復帰させ（図４ステップＳ４）、循環ポンプ１８の回転数を通常回転数に戻してから所定時間（例えば３分）が経過したか否か判断し（図４ステップＳ５）、所定時間が経過したと判断すると、圧縮機３の駆動を再開させ（図４ステップＳ６）、温調制御が行われるものである。なお、前記温調制御を再開させる再開条件とは、暖房運転要求ありの状態、且つ、温水の加熱が必要である熱要求ありの状態となることであり、具体的には、暖房運転中で、戻り温度センサ１９で検出される温水温度が目標温度−５℃以下になった場合などが挙げられる。

ここで、暖房運転における待機制御時から温調制御時に復帰する際の動作について、図５の比較例のタイムチャートと図６の本実施形態のタイムチャートとを用いてさらに詳細に説明する。なお、図５、６中の流入温度とは、液冷媒熱交換器５に流入する温水の温度、すなわち、戻り温度センサ１９で検出される温水の温度を示しており、流出温度とは、液冷媒熱交換器５から流出し、空調端末１２に供給される温水の温度を示すものとする。

図５に示した比較例の動作では、従来のように、待機制御時に温調制御を再開させる再開条件が成立すると（時間ｔ１）、圧縮機３の駆動を開始させると同時に循環ポンプ１８の回転数を待機回転数から温調制御時の通常回転数に上昇させる場合を示しており、待機制御を行っている間（時間ｔ０〜時間ｔ１）は、先に説明したように、空調端末１２ａにのみ温水が循環しており（図３参照）、空調端末１２ｂ側の温水は滞留している。そうすると、空調端末１２ｂ側の温水は、循環による放熱が無い分、空調端末１２ａ側の温水に比べて高い温水温度を維持している。戻り温度センサ１９で検出される温水の温度は、空調端末１２ａ側を循環してきた温水の温度となる。

そして、時間ｔ１において、温調制御を再開させる再開条件が成立すると、待機制御から温調制御に移行することになり、制御装置２６によって、圧縮機３の駆動が再開されると同時に、循環ポンプ１８の回転数が待機回転数から通常回転数に戻されることになるが、待機回転数から通常回転数への回転数の上昇により、循環ポンプ１８の揚程が大きくなり、空調端末１２ｂ側に滞留していた温水も循環され始める。そうすると、空調端末１２ｂ側に滞留していた高い温度の温水が空調端末１２ａ側を流通した温水と混ざり合って、液冷媒熱交換器５へ流入する温水の流入温度が、当初想定していた温度（戻り温度センサ１９で検出された温調制御を再開させる再開条件の温度である目標温度−５℃、ここでは２５℃）よりも高くなっていき、液冷媒熱交換器５で加熱されて出てくる温水の流出温度が急激に上昇し（時間ｔ１〜時間ｔ２）、制御装置２６が目標温度になるように圧縮機３の回転数を低下させるように制御（時間ｔ２〜）しても、制御が追いつかず、温水温度が目標温度に対してオーバーシュートして、温調制御を停止させる停止条件が成立してしまい（時間ｔ３）、温調制御復帰後にすぐに、再度待機制御に移行してしまう（時間ｔ３〜）。

このように、複数の空調端末１２ａ、１２ｂが負荷側循環回路１７に互いに並列に設けられているものにおいて、待機制御時に温調制御を再開させる再開条件が成立し、圧縮機３の駆動を開始させると同時に循環ポンプ１８の回転数を待機回転数から温調制御時の通常回転数に上昇させると、循環の無かった空調端末１２ｂに滞留していた温度の高い温水が流れ出し、それに起因した温度の高い温水を戻り温度センサ１９が検出して、検出温度が目標温度を超えていることから、制御装置２６は暖房負荷が小さいと判断してしまい、温調制御復帰後（圧縮機３の駆動再開後）にすぐに待機制御（圧縮機３の停止）に移行するといった効率の悪い運転が行われ、空調端末１２に供給される温水温度が大きく変動して快適性も損なわれてしまう。上記の動作では、複数の空調端末１２ａ、１２ｂ全体での暖房負荷の大きさを正確に把握できないため、効率の悪い運転が行われるということになる。

一方、図６に示した本実施形態の動作では、待機制御を行っている間（時間Ｔ０〜時間Ｔ１）は、比較例と同様に、空調端末１２ａにのみ温水が循環しており（図３参照）、空調端末１２ｂ側の温水は滞留している。そうすると、空調端末１２ｂ側の温水は、循環による放熱が無い分、空調端末１２ａ側の温水に比べて高い温水温度を維持している。戻り温度センサ１９で検出される温水の温度は、空調端末１２ａ側を循環してきた温水の温度となる。

そして、時間Ｔ１において、温調制御を再開させる再開条件が成立すると、待機制御から温調制御に移行されることになるが、比較例とは違い、制御装置２６は、圧縮機３を停止させたままで循環ポンプ１８の回転数を待機回転数から通常回転数に戻し、循環ポンプ１８を通常回転数で駆動させる（時間Ｔ１〜）。この時、待機回転数から通常回転数への回転数の上昇により、循環ポンプ１８の揚程が大きくなり、空調端末１２ｂ側に滞留していた温水も循環され始める。そうすると、空調端末１２ｂ側に滞留していた高い温度の温水が空調端末１２ａ側を流通した温水と混ざり合って、液冷媒熱交換器５へ流入する温水の流入温度が、当初想定していた温度（戻り温度センサ１９で検出された温調制御を再開させる再開条件の温度である目標温度−５℃、ここでは２５℃）よりも高くなっていく。しかし、ここでは、圧縮機３は停止したままなので、液冷媒熱交換器５で加熱されることなく通過するだけとなる（時間Ｔ１〜時間Ｔ２）。空調端末１２ｂ側に滞留していた高い温度の温水は負荷側循環回路１７を循環する過程で空調端末１２ａ側を循環していた温水と混ざり合って、負荷側循環回路１７内の温水温度が略一様となっていき、液冷媒熱交換器５に流入する流入温度が安定する。

また、循環ポンプ１８を通常回転数に戻してから所定時間（時間Ｔ１〜時間Ｔ２）が経過すると、制御装置２６が圧縮機３の駆動を再開させ（時間Ｔ２）、温水温度が目標温度になるように圧縮機３の回転数を制御し（時間Ｔ２〜）、戻り温度センサ１９で検出される温水温度が目標温度を上回る場合は、圧縮機３の回転数を低下させるように制御して（時間Ｔ３〜）、温水温度を目標温度に近づけるようにするものである。なお、前記所定時間（時間Ｔ１〜時間Ｔ２）は、温水が負荷側循環回路１７を一周する程度の時間が設定される。

このように、本実施形態では、複数の空調端末１２ａ、１２ｂが負荷側循環回路１７に互いに並列に設けられているものにおいて、待機制御時に温調制御を再開させる再開条件が成立した場合、まずは、圧縮機３を停止させたままで、循環ポンプ１８の回転数を待機回転数から温調制御時の通常回転数に上昇させ、循環ポンプ１８を通常回転数で駆動させ、所定時間経過後に、圧縮機３の駆動を再開させ、温調制御を行わせるようにしたことで、空調端末１２に滞留していた温水があったとしても、圧縮機３の駆動が再開されるまでの所定時間の間、循環ポンプ１８の通常回転数での駆動によって、その温水も循環され、負荷側循環回路１７を循環する過程で混ざり合って、負荷側循環回路１７内の温水温度が略一様となっていき、液冷媒熱交換器５に流入する流入温度（＝戻り温度センサ１９で検出される温水の温度）が安定し、所定時間経過後に圧縮機３の駆動を再開させるようにしたことで、液冷媒熱交換器５に流入する流入温度が安定した状態、すなわち、複数の空調端末１２ａ、１２ｂ全体での暖房負荷の大きさを正確に把握できた状態で、圧縮機３の回転数制御（温調制御）を行うことができるので、温調制御復帰後にすぐに待機制御に移行するといった事態が発生せず、効率のよい運転を行うことができ、空調端末１２に供給される温水温度が大きく変動することがなく快適性を損なうことがないものである。

次に、空調運転としての冷房運転について説明するが、ヒートポンプ空調システム１は暖房運転時と同様の構成を備えていることを前提とする。

リモコン２１の運転モード選択スイッチ２２で冷房運転が選択されている状態で、運転スイッチ２３が押圧され、空調端末１２に冷水を供給する冷房運転の指示がなされ、冷房運転要求（空調運転要求）ありの状態になると、制御装置２６は、四方弁４を冷房運転時の状態となるように流路を切り換え、圧縮機３、膨張弁６、送風ファン７を駆動させ、ヒートポンプ回路１０を作動させると共に、循環ポンプ１８を駆動させて冷房運転を開始させる。この時、制御装置２６は、負荷側循環回路１７を循環する冷水の温度が供給水温設定スイッチ２４で設定された温度に基づいて決定される目標温度になるように圧縮機３の回転数を制御すると共に、循環ポンプ１８の回転数を予め設定された通常回転数（例えば、３０００ｒｐｍ）で駆動させる温調制御を開始する。

冷房運転において、温調制御時、冷媒は、圧縮機３、四方弁４、空気熱交換器８、膨張弁６、液冷媒熱交換器５、四方弁４、圧縮機３の順で循環し（図２のヒートポンプ回路１０に破線で示した矢線参照。）、冷水は、液冷媒熱交換器５から空調端末１２ａ、１２ｂに循環され、空調端末１２ａ、１２ｂから再度、液冷媒熱交換器５に戻されるものである（図２の負荷側循環回路１７に太実線で示した矢線参照。）。この時、液冷媒熱交換器５は蒸発器として機能し、液冷媒熱交換器５にて膨張弁６から吐出された低温低圧の気液二相状態の冷媒と循環ポンプ１８により循環される循環液とが熱交換され、冷媒の熱によって循環液が冷却され冷水が生成される。一方、空気熱交換器８は凝縮器として機能し、空気熱交換器８にて圧縮機３から吐出された高温高圧の気相状態の冷媒と送風ファン７を駆動させることで送風される外気とが熱交換され、冷媒は外気へ放熱して温度低下し、気液二相状態で膨張弁６へ向かうものである。

前記温調制御時、制御装置２６は、戻り温度センサ１９で検出される冷水の温度が前記目標温度になるように圧縮機３の回転数を調整するものであり、戻り温度センサ１９で検出される冷水の温度が目標温度より高い場合は圧縮機３の回転数を上昇させ、戻り温度センサ１９で検出される冷水の温度が目標温度を下回る場合は圧縮機３の回転数を低下させることで、戻り温度センサ１９で検出される冷水の温度が前記目標温度になるように制御する。なお、本実施形態では、制御装置２６は、戻り温度センサ１９で検出される冷水の温度が前記目標温度になるように圧縮機３の回転数を調整するものとしているが、これに限定されず、制御装置２６は、液冷媒熱交換器５から流出し空調端末１２に向かう冷水の温度が、供給水温設定スイッチ２４で設定された温度に基づいて決定される目標温度になるように圧縮機３の回転数を調整するものとしてもよい。

ここで、図４に示したフローチャートは暖房運転時と冷房運転時とで温水と冷水の違いはあれども動作は同一なので、冷房運転時の動作の説明は省略し、暖房運転時との相違点のみ説明すると、冷房運転において、温調制御を停止させる停止条件は、冷房運転要求ありの状態、且つ、これ以上冷水の冷却を必要としない熱要求無しの状態となることであり、具体的には、戻り温度センサ１９で検出される冷水温度が目標温度−３℃以下を所定時間検出した場合や圧縮機３が下限回転数で駆動している状態で戻り温度センサ１９で検出される冷水温度が目標温度−３℃以下を所定時間検出した場合などが挙げられ、温調制御を再開させる再開条件は、冷房運転要求ありの状態、且つ、冷水の冷却が必要である熱要求ありの状態となることであり、具体的には、戻り温度センサ１９で検出される冷水温度が目標温度＋５℃以上になった場合などが挙げられる。

次に、冷房運転における待機制御時から温調制御時に復帰する際の動作について、図７の比較例のタイムチャートと図８の本実施形態のタイムチャートとを用いてさらに詳細に説明する。なお、図７、８中の流入温度とは、液冷媒熱交換器５に流入する冷水の温度、すなわち、戻り温度センサ１９で検出される冷水の温度を示しており、流出温度とは、液冷媒熱交換器５から流出し、空調端末１２に供給される冷水の温度を示すものとする。

図７に示した比較例の動作では、従来のように、待機制御時に温調制御を再開させる再開条件が成立すると（時間ｔ１）、圧縮機３の駆動を開始させると同時に循環ポンプ１８の回転数を待機回転数から温調制御時の通常回転数に上昇させる場合を示しており、待機制御を行っている間（時間ｔ０〜時間ｔ１）は、空調端末１２ａにのみ冷水が循環しており（図３参照）、空調端末１２ｂ側の冷水は滞留している。そうすると、空調端末１２ｂ側の冷水は、循環による吸熱が無い分、空調端末１２ａ側の冷水に比べて低い冷水温度を維持している。戻り温度センサ１９で検出される冷水の温度は、空調端末１２ａ側を循環してきた冷水の温度となる。

そして、時間ｔ１において、温調制御を再開させる再開条件が成立すると、待機制御から温調制御に移行することになり、制御装置２６によって、圧縮機３の駆動が再開されると同時に、循環ポンプ１８の回転数が待機回転数から通常回転数に戻されることになるが、待機回転数から通常回転数への回転数の上昇により、循環ポンプ１８の揚程が大きくなり、空調端末１２ｂ側に滞留していた冷水も循環され始める。そうすると、空調端末１２ｂ側に滞留していた低い温度の冷水が空調端末１２ａ側を流通した冷水と混ざり合って、液冷媒熱交換器５へ流入する冷水の流入温度が、当初想定していた温度（戻り温度センサ１９で検出された温調制御を再開させる再開条件の温度である目標温度＋５℃、ここでは２０℃）よりも低くなっていき、液冷媒熱交換器５で冷却されて出てくる冷水の流出温度が急激に低下し（時間ｔ１〜時間ｔ２）、制御装置２６が目標温度になるように圧縮機３の回転数を低下させるように制御（時間ｔ２〜）しても、制御が追いつかず、冷水温度が目標温度に対してアンダーシュートして、温調制御を停止させる停止条件が成立してしまい（時間ｔ３）、温調制御復帰後にすぐに、再度待機制御に移行してしまう（時間ｔ３〜）。

このように、複数の空調端末１２ａ、１２ｂが負荷側循環回路１７に互いに並列に設けられているものにおいて、待機制御時に温調制御を再開させる再開条件が成立し、圧縮機３の駆動を開始させると同時に循環ポンプ１８の回転数を待機回転数から温調制御時の通常回転数に上昇させると、循環の無かった空調端末１２ｂに滞留していた温度の低い冷水が流れ出し、それに起因した温度の低い冷水を戻り温度センサ１９が検出して、検出温度が目標温度を下回っていることから、制御装置２６は冷房負荷が小さいと判断してしまい、温調制御復帰後（圧縮機３の駆動再開後）にすぐに待機制御（圧縮機３の停止）に移行するといった効率の悪い運転が行われ、空調端末１２に供給される冷水温度が大きく変動して快適性も損なわれてしまう。上記の動作では、複数の空調端末１２ａ、１２ｂ全体での冷房負荷の大きさを正確に把握できないため、効率の悪い運転が行われるということになる。

一方、図８に示した本実施形態の動作では、待機制御を行っている間（時間Ｔ０〜時間Ｔ１）は、比較例と同様に、空調端末１２ａにのみ冷水が循環しており（図３参照）、空調端末１２ｂ側の冷水は滞留している。そうすると、空調端末１２ｂ側の冷水は、循環による吸熱が無い分、空調端末１２ａ側の冷水に比べて低い冷水温度を維持している。戻り温度センサ１９で検出される冷水の温度は、空調端末１２ａ側を循環してきた冷水の温度となる。

そして、時間Ｔ１において、温調制御を再開させる再開条件が成立すると、待機制御から温調制御に移行されることになるが、比較例とは違い、制御装置２６は、圧縮機３を停止させたままで循環ポンプ１８の回転数を待機回転数から通常回転数に戻し、循環ポンプ１８を通常回転数で駆動させる（時間Ｔ１〜）。この時、待機回転数から通常回転数への回転数の上昇により、循環ポンプ１８の揚程が大きくなり、空調端末１２ｂ側に滞留していた冷水も循環され始める。そうすると、空調端末１２ｂ側に滞留していた低い温度の冷水が空調端末１２ａ側を流通した冷水と混ざり合って、液冷媒熱交換器５へ流入する冷水の流入温度が、当初想定していた温度（戻り温度センサ１９で検出された温調制御を再開させる再開条件の温度である目標温度＋５℃、ここでは２０℃）よりも低くなっていく。しかし、ここでは、圧縮機３は停止したままなので、液冷媒熱交換器５で冷却されることなく通過するだけとなる（時間Ｔ１〜時間Ｔ２）。空調端末１２ｂ側に滞留していた低い温度の冷水は負荷側循環回路１７を循環する過程で空調端末１２ａ側を循環していた冷水と混ざり合って、負荷側循環回路１７内の冷水温度が略一様となっていき、液冷媒熱交換器５に流入する流入温度は安定する。

そして、循環ポンプ１８を通常回転数に戻してから所定時間（時間Ｔ１〜時間Ｔ２）が経過すると、制御装置２６が圧縮機３の駆動を再開させ（時間Ｔ２）、冷水温度が目標温度になるように圧縮機３の回転数を制御し（時間Ｔ２〜）、戻り温度センサ１９で検出される冷水温度が目標温度を下回る場合は、圧縮機３の回転数を低下させるように制御して（時間Ｔ３〜）、冷水温度を目標温度に近づけるようにするものである。なお、前記所定時間（時間Ｔ１〜時間Ｔ２）は、冷水が負荷側循環回路１７を一周する程度の時間が設定される。

このように、本実施形態では、複数の空調端末１２ａ、１２ｂが負荷側循環回路１７に互いに並列に設けられているものにおいて、待機制御時に温調制御を再開させる再開条件が成立した場合、まずは、圧縮機３を停止させたままで、循環ポンプ１８の回転数を待機回転数から温調制御時の通常回転数に上昇させ、循環ポンプ１８を通常回転数で駆動させ、所定時間経過後に、圧縮機３の駆動を再開させ、温調制御を行わせるようにしたことで、空調端末１２に滞留していた冷水があったとしても、圧縮機３の駆動が再開されるまでの所定時間の間、循環ポンプ１８の通常回転数での駆動によって、その冷水も循環され、負荷側循環回路１７を循環する過程で混ざり合って、負荷側循環回路１７内の冷水温度が略一様となっていき、液冷媒熱交換器５に流入する流入温度（＝戻り温度センサ１９で検出される冷水の温度）が安定し、そして、所定時間経過後に圧縮機３の駆動を再開させるようにしたことで、液冷媒熱交換器５に流入する流入温度が安定した状態、すなわち、複数の空調端末１２ａ、１２ｂ全体での暖房負荷の大きさを正確に把握できた状態で、圧縮機３の回転数制御（温調制御）を行うことができるので、温調制御復帰後にすぐに待機制御に移行するといった事態が発生せず、効率のよい運転を行うことができ、空調端末１２に供給される冷水温度が大きく変動することがなく快適性を損なうことがないものである。

なお、本発明は一実施形態に限定されるものではなく、本実施形態では、複数の空調端末１２ａ、１２ｂが負荷側循環回路１７に互いに並列に設けられているものとしたが、図９に示すように、１つの空調端末１２内で複数の流路１２Ａ、１２Ｂが並列に設けられているものであってもよい。この場合、待機制御時に循環ポンプ１８の回転数が通常回転数から待機回転数に低下すると、循環液（温水または冷水）は全ての流路１２Ａ、１２Ｂを流れずに一部の流路（例えば、圧力損失の小さい空調端末１２の循環液流入口から循環液流出口までの流路長さが短い流路１２Ｂのみ）にしか流れず、待機制御から温調制御に復帰した際に、循環ポンプ１８の回転数が待機回転数から通常回転数に上昇したとき、流路１２Ｂに滞留していた循環液が流れ出すという状況が起こり得るが、先に説明した一実施形態と同様、待機制御時に温調制御を再開させる再開条件が成立した場合、まずは、圧縮機３を停止させたままで、循環ポンプ１８の回転数を待機回転数から温調制御時の通常回転数に上昇させ、循環ポンプ１８を通常回転数で駆動させ、所定時間経過後に、圧縮機３の駆動を再開させて温調制御を行わせるようにしたことで、空調端末１２に滞留していた循環液があったとしても、圧縮機３の駆動が再開されるまでの所定時間の間、循環ポンプ１８の通常回転数での駆動によって、その循環液も循環され、負荷側循環回路１７を循環する過程で混ざり合って、負荷側循環回路１７内の循環液の温度が略一様となっていき、液冷媒熱交換器５に流入する流入温度（＝戻り温度センサ１９で検出される循環液の温度）が安定し、そして、所定時間経過後に圧縮機３の駆動を再開させるようにしたことで、液冷媒熱交換器５に流入する流入温度が安定した状態、すなわち、複数の流路１２Ａ、１２Ｂを有する１つの空調端末１２の空調負荷（暖房負荷または冷房負荷）の大きさを正確に把握できた状態で、圧縮機３の回転数制御（温調制御）を行うことができるので、温調制御復帰後にすぐに待機制御に移行するといった事態が発生せず、効率のよい運転を行うことができ、空調端末１２に供給される循環液の温度が大きく変動することがなく快適性を損なうことがないという、先に説明した一実施形態と同様の効果を得ることができるものである。

また、本実施形態では、四方弁４の切り替えによって暖房運転および冷房運転の両方を行えるヒートポンプ熱源機２を備えたヒートポンプ空調システム１に本発明を適用したが、これに限られない。すなわち、暖房運転を行わず冷房運転のみを行うヒートポンプ熱源機を備えたヒートポンプ空調システム、あるいは冷房運転を行わず暖房運転のみを行うヒートポンプ熱源機を備えたヒートポンプ空調システムに、本発明を適用してもよいものである。

また、本実施形態では、熱源機として、熱源側熱交換器としての空気熱交換器８に冷媒を通じる一方で外気を送風する送風ファン７を有し、熱源としての外気と前記冷媒とが熱交換される、空気熱源式のヒートポンプ熱源機２を使用した場合を例にとって説明したが、これに限られない。すなわち、ヒートポンプ熱源機２を、熱源側熱交換器に対して水や不凍液が供給されそれらの液体と冷媒とが当該熱源側熱交換器において熱交換する構成のものとしてもよい。
また、地中又は比較的大容量の水源中に熱源側熱交換器を設け、この熱源側熱交換器で前記地中又は前記水源と冷媒とが熱交換する構成のものとしてもよい。さらには、前記地中又は前記水源の熱を用いたヒートポンプ回路と空気熱を用いた別のヒートポンプ回路とを備えた複合熱源型の構成としてもよい。
さらには、熱源側熱交換器において前記冷媒と熱交換できるものであれば、前記液体や前記外気や前記水源に代えて、それ以外のもの（例えば、発煙、排煙、各種高温ガス等を含む気体や、熱砂、塵埃、各種粒子等を含む流動固体）を熱源側熱交換器に通じたり、太陽光、反射光、その他輻射等による熱を熱源側熱交換器に供給して用いる構成としてもよいものである。

１ヒートポンプ空調システム
３圧縮機
５液冷媒熱交換器
６膨張弁
８空気熱交換器
１０ヒートポンプ回路
１２空調端末（空調端末１２ａ、１２ｂ）
１２Ａ流路
１２Ｂ流路
１７循環回路
１８循環ポンプ
２６制御装置

Claims

冷媒を圧縮する圧縮機と、循環液と前記冷媒とを熱交換させる液冷媒熱交換器と、減圧手段と、熱源側熱交換器とを有し、前記冷媒が循環するヒートポンプ回路と、
前記液冷媒熱交換器と、前記循環液を熱源として被空調空間の空調を行う空調端末と、前記循環液を循環させる循環ポンプとを有し、前記循環液が循環する循環回路と、
動作を制御する制御装置と、を備え、
前記循環液を、前記循環ポンプの駆動によって前記空調端末に供給して空調運転を行うヒートポンプ空調システムにおいて、
前記空調端末は、複数の前記空調端末が前記循環回路に互いに並列に設けられている、または、１つの前記空調端末内に複数の流路が並列に設けられており、
前記制御装置は、前記空調運転中、前記循環液の温度が所定の目標温度になるように前記圧縮機の回転数を制御し、前記循環ポンプを通常回転数で駆動させる温調制御を行うと共に、前記温調制御時に、前記循環液の温度が前記所定の目標温度から所定値だけ離れたことで前記温調制御を停止させる停止条件が成立したと判断すると、前記圧縮機を停止させ、前記循環ポンプの回転数を前記通常回転数よりも低下させた待機回転数で駆動させる待機制御を行い、
前記制御装置は、前記待機制御時に前記温調制御を再開させる再開条件が成立したと判断した場合、前記循環ポンプの回転数を前記待機回転数から前記通常回転数に戻して、前記通常回転数で駆動させ、前記循環ポンプの回転数を前記通常回転数に戻してから前記循環液の温度が安定する所定時間経過後に、前記圧縮機の駆動を再開させ、前記温調制御を行うようにしたことを特徴とするヒートポンプ空調システム。