JP7130864B2 - 熱源システム - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、熱源システムに関する。

室外機が、冷媒と外気の間で熱交換するための熱交換器と、冷媒を圧縮するための圧縮機と、該圧縮機を加熱するための加熱器と、外気温度を検出するための外気温度検出器と、制御装置とを備え、圧縮機の運転が停止した場合に、その制御装置が外気温度検出器で検出した外気温度に基づいて、加熱器を用いた圧縮機の加熱制御を多段階で切り換えるようにすることにより、冷媒の寝込み現象の発生を抑制する技術が知られている。ここで、寝込み現象とは、圧縮機の運転停止後に、冷媒が温度の低下した圧縮機のケーシング内に集まって凝縮し、ケーシング内の冷凍機油に溶け込んでしまう現象である

特開２０１４－１２６３０９号公報

ところで、外気温度検出器で検出した外気温度と、圧縮機の実際の温度とは異なる場合もある。このような場合に対処するために、圧縮機の加熱制御を切り替える際に、最も厳しい環境条件に対応するように制御することが考えられる。このように圧縮機の加熱制御を実行すると、最も厳しい環境条件である場合にも対応することが可能になるが、その一方で最も厳しい環境条件にない場合には、余剰な加熱制御を圧縮機に対して行うことになる。このような状況においては、圧縮機の加熱制御に無駄な電力が消費される。

本発明の目的は、冷媒の寝込み現象の発生を適切に抑制すると共に、圧縮機の加熱制御の消費電力をさらに低減することができる熱源システムを得ることにある。

一実施形態に係る、熱源システムは、冷凍サイクルにより空気調和を実行する熱源システムである。熱源システムは、外気温度を測定する外気温度測定部と、前記冷凍サイクルに用いる圧縮機を加熱する加熱部と、前記外気温度測定部で測定する外気温度と、冷媒の飽和時の冷媒飽和温度との温度差と、前記加熱部の間欠運転の周期との関係性を記憶する記憶部と、前記圧縮機の運転停止時に、前記外気温度測定部で測定する外気温度と、前記記憶部に記憶される前記関係性に基づいて前記間欠運転の周期を決定し、当該決定した周期に応じて前記加熱部の加熱制御を実行する制御部と、を備える。

図１は、第１実施形態に係る熱源システムの一例を示す斜視図である。 図２は、同実施形態に係る熱源システムの制御構成の一例を示す図である。 図３は、同時実施形態に係る冷凍サイクルの構成の一例を示す図である。 図４は、同実施形態に係る冷媒飽和温度と外気温度との温度差と、間欠運転比率との関係性の一例を示す図である。 図５は、同実施形態に係る間欠運転比率の一例を示す図である。 図６は、同実施形態に係る間欠運転制御の処理の一例を示すフローチャートである。 図７は、第２実施形態に係る第１のコントローラの構成の一例を示す図である。 図８は、同実施形態に係る圧縮機の起動制御の一例を示す図である。 図９は、同実施形態に係る２つの起動パターンが利用される場合を説明するための図である。 図１０は、第３実施形態に係る第１のコントローラの構成の一例を示す図である。 図１１は、同実施形態に係る圧縮機の起動制御の一例を示す図である。

以下、各実施形態について図面を参照して説明する。
（第１実施形態）
図１は、冷水もしくは温水を生成する空冷式ヒートポンプチリング装置である熱源システム１０の一例を示す斜視図である。

熱源システム１０は、３つの空冷式ヒートポンプチリングユニット１１，１２，１３が短手方向に隣接するようにそれぞれ配置されている。熱源システム１０は、熱源システムの一例であって、冷却モードおよび加熱モードで運転が可能である。なお、本実施形態では、熱源システム１０は、３つの空冷式ヒートポンプチリングユニット１１，１２、１３を含む場合で説明するが、２つ、又は４つ以上の空冷式ヒートポンプチリングユニットを含むように構成されても良い。また、熱源システム１０は、例えば建屋の屋上のような水平な設置面の上に据え付けられる。

空冷式ヒートポンプチリングユニットの筐体２は、奥行き寸法が幅寸法よりも大きな略箱状に形成されている。ここで、本実施形態の空冷式ヒートポンプチリングユニットは、圧縮機、四方弁、空気熱交換器（室外熱交換器）、膨張装置、及び水熱交換器を順次冷媒配管で接続された冷凍サイクル回路を４つ備えている。冷凍サイクル回路については、図３を参照して説明する。本実施形態の筐体２は、上部構造体２１、および下部構造体２２で構成されている。各上部構造体２１は、冷凍サイクル回路毎に空気熱交換器等をそれぞれ含む４つのサーキット１１ａ～１１ｄ，１２ａ～１２ｄ，１３ａ～１３ｄが各空冷式ヒートポンプチリングユニット１１，１２，１３の長手方向にそれぞれ配置されて構成される。

次に、熱源システム１０の制御構成の一例について図２を参照して説明する。
図２に示すように、空冷式ヒートポンプチリングユニット１１，１２，１３に対応するように制御部１１１，１１２，１１３がそれぞれ設けられている。なお、３つの制御部１１１，１１２，１１３の有する共通構成については、同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。

制御部１１１，１１２，１１３は、第１のコントローラ１２０、第１の冷媒回路ＲＡ、第２の冷媒回路ＲＢ、第３の冷媒回路ＲＣ、第４の冷媒回路ＲＤを備えている。制御部１１２は、これらの構成に加えて、第２のコントローラ１３０を備えている。なお、第１の冷媒回路ＲＡから第４の冷媒回路ＲＤは、それぞれ、圧縮機や熱交換器等の冷凍サイクルに必要な要素を有している。

また、第１のコントローラ１２０は、メモリ１２１を備えている。メモリ１２１は、例えば、フラッシュＲＯＭのような不揮発性の記憶媒体である。このメモリ１２１には、第１のコントローラ１２０が圧縮機の加熱制御を実行する際に用いる、冷媒の飽和時の冷媒飽和温度と、冷媒飽和温度と外気温度との温度差に応じた間欠運転周期の通電比率の関係性等の情報を記憶する第１エリア１２２を含む。ここで冷媒飽和温度は、例えば、冷凍サイクル回路内の圧力を検知する圧力センサにて測定された圧力を基に換算式により算出する。

図２に示すように、第１のコントローラ１２０からの指令に応じて、第１の冷媒回路ＲＡ、第２の冷媒回路ＲＢ、第３の冷媒回路ＲＣおよび第４の冷媒回路ＲＤを制御する。
なお、第１のコントローラ１２０と第１～第４の冷媒回路Ｒａ，Ｒｂ，Ｒｃ，Ｒｄの間には中継ユニット等を介在させてもよい。

第２のコントローラ１３０は、制御部１１２内の第１のコントローラ１２０と接続されると共に、制御部１１１，１１３内の第１のコントローラ１２０とそれぞれ接続される。さらに、第２のコントローラは、操作パネル１４０と接続されている。第２のコントローラ１３０は、操作パネル１４０を介してオペレータにより設定された条件や、熱源システム１０に接続されている負荷（図示省略）の状態等に基づいて、３つの第１のコントローラ１２０に指令を出力し、熱源システム１０を、冷却モードおよび加熱モードで運転する。

さらに、第２のコントローラ１３０は、外気温度測定部（外気温度測定装置）１５０と接続されている。外気温度測定部１５０は、熱源システム１０の外気の温度を測定する装置である。外気温度測定部１５０が測定した温度は、第２のコントローラ１３０に送られ、第２のコントローラからさらに３つの第１のコントローラ１２０にそれぞれ送信される。なお、外気温度測定部１５０から３つの第１のコントローラ１２０に直接外気温度が送られるように構成してもよい。また、外気温度測定部１５０は各空冷式ヒートポンプチリングユニット１１、１２、１３のそれぞれに設けてもよい。

図３は、空冷式ヒートポンプチリングユニット１１、１２、１３の冷凍サイクルの構成の一例を示す図である。
圧縮機２１の吐出冷媒が四方弁２２を介して空気熱交換器２３ａ，２３ｂに流れ、その空気熱交換器２３ａ，２３ｂを経た冷媒が電子膨張弁２４ａ，２４ｂを介して水熱交換器３０の第１冷媒流路に流れる。水熱交換器３０の第１冷媒流路を経た冷媒は、四方弁２２およびアキュームレータ２５を通って圧縮機２１に吸込まれる。この冷媒流れ方向は冷却運転（冷水生成運転）時のもので、空気熱交換器２３ａ，２３ｂが凝縮器、水熱交換器３０の第１冷媒流路が蒸発器として機能する。加熱運転（温水生成運転）時は、四方弁２２の流路が切替わって冷媒の流れ方向が逆となり、水熱交換器３０の第１冷媒流路が凝縮器、空気熱交換器２３ａ，２３ｂが蒸発器として機能する。

これら圧縮機２１、四方弁２２、空気熱交換器２３ａ，２３ｂ、電子膨張弁２４ａ，２４ｂ、水熱交換器３０の第１冷媒流路、およびアキュームレータ２５により、第１ヒートポンプ式冷凍サイクルが構成される。

圧縮機４１の吐出冷媒が四方弁４２を介して空気熱交換器４３ａ，４３ｂに流れ、その空気熱交換器４３ａ，４３ｂを経た冷媒が電子膨張弁４４ａ，４４ｂを介して上記水熱交換器３０の第２冷媒流路に流れる。水熱交換器３０の第２冷媒流路を経た冷媒は、四方弁４２およびアキュームレータ４５を通って圧縮機４１に吸込まれる。この冷媒流れ方向は冷却運転（冷水生成運転）時のもので、空気熱交換器４３ａ，４３ｂが凝縮器、水熱交換器３０の第２冷媒流路が蒸発器として機能する。加熱運転（温水生成運転）時は、四方弁４２の流路が切替わって冷媒の流れ方向が逆となり、水熱交換器３０の第２冷媒流路が凝縮器、空気熱交換器４３ａ，４３ｂが蒸発器として機能する。

これら圧縮機４１、四方弁４２、空気熱交換器４３ａ，４３ｂ、電子膨張弁４４ａ，４４ｂ、水熱交換器３０の第２冷媒流路、およびアキュームレータ４５により、第２ヒートポンプ式冷凍サイクルが構成される。

圧縮機５１の吐出冷媒が四方弁５２を介して空気熱交換器５３ａ，５３ｂに流れ、その空気熱交換器５３ａ，５３ｂを経た冷媒が電子膨張弁５４ａ，５４ｂを介して水熱交換器６０の第１冷媒流路に流れる。水熱交換器６０の第１冷媒流路を経た冷媒は、四方弁５２およびアキュームレータ５５を通って圧縮機５１に吸込まれる。この冷媒流れ方向は冷却運転（冷水生成運転）時のもので、空気熱交換器５３ａ，５３ｂが凝縮器、水熱交換器６０の第１冷媒流路が蒸発器として機能する。加熱運転（温水生成運転）時は、四方弁５２の流路が切替わって冷媒の流れ方向が逆となり、水熱交換器６０の第１冷媒流路が凝縮器、空気熱交換器５３ａ，５３ｂが蒸発器として機能する。

これら圧縮機５１、四方弁５２、空気熱交換器５３ａ，５３ｂ、電子膨張弁５４ａ，５４ｂ、水熱交換器６０の第１冷媒流路、およびアキュームレータ５５により、第３ヒートポンプ式冷凍サイクルが構成される。

圧縮機７１の吐出冷媒が四方弁７２を介して空気熱交換器７３ａ，７３ｂに流れ、その空気熱交換器７３ａ，７３ｂを経た冷媒が電子膨張弁７４ａ，７４ｂを介して上記水熱交換器６０の第２冷媒流路に流れる。水熱交換器６０の第２冷媒流路を経た冷媒は、四方弁７２およびアキュームレータ７５を通って圧縮機７１に吸込まれる。この冷媒流れ方向は冷却運転（冷水生成運転）時のもので、空気熱交換器７３ａ，７３ｂが凝縮器、水熱交換器６０の第２冷媒流路が蒸発器として機能する。加熱運転（温水生成運転）時は、四方弁７２の流路が切替わって冷媒の流れ方向が逆となり、水熱交換器６０の第２冷媒流路が凝縮器、空気熱交換器７３ａ，７３ｂが蒸発器として機能する。

これら圧縮機７１、四方弁７２、空気熱交換器７３ａ，７３ｂ、電子膨張弁７４ａ，７４ｂ、水熱交換器６０の第２冷媒流路、およびアキュームレータ７５により、第４ヒートポンプ式冷凍サイクルが構成される。

上記水配管２ｂの水は、水熱交換器６０の水流路および水熱交換器３０の水流路を通り、上記水配管２ａへと導かれる。

水配管２ｂと水熱交換器６０の水流路との間の水配管に、ポンプ８０が配設される。ポンプ８０は、インバータ８１から供給される交流電圧により動作するモータを有し、そのモータの回転数に応じて揚程が変化する。インバータ８１は、商用交流電源８２の電圧を整流し、整流後の直流電圧をスイッチングにより所定周波数の交流電圧に変換し、変換した交流電圧をポンプ８０のモータに対する駆動電力として供給する。このインバータ８１の出力電圧の周波数（運転周波数）Ｆを変化させることにより、ポンプ８０のモータの回転数が変化する。

水熱交換器６０の水流入側の水配管と、水熱交換器３０の水流出側の水配管との間に、差圧センサ９０が配置される。差圧センサ９０は、水熱交換器６０に流入する水の圧力と水熱交換器３０から流出する水の圧力との差（水熱交換器６０，３０の両端間の水の圧力差）を検知する。この差圧センサ９０の検知差圧に基づき、水熱交換器６０，３０に流れる水の量、つまり熱源機に流れる水の量を検出することができる。

また、各圧縮機２１、４１、５１、７１の外側には加熱部であるヒータ線（以下、「ケースヒータ」という。）２１ａ、４１ａ、５１ａ、７１ａが巻き付けられている。ケースヒータ２１ａ、４１ａ、５１ａ、７１ａは圧縮機２１、４１、５１、７１をそれぞれ加熱するために設けられている。第１のコントローラ１２０は、ケースヒータ２１ａ、４１ａ、５１ａ、７１ａをそれぞれ別個に加熱制御することにより、圧縮機２１、４１、５１、７１をそれぞれ加熱する。

さらに、各圧縮機２１、４１、５１、７１の吐出側には、冷媒温度測定部である温度センサＳ１からＳ４がそれぞれ設けられている。この温度センサＳ１からＳ４は、それぞれ、圧縮機２１、４１、５１、７１内の吐出側の温度を測定し、第１のコントローラ１２０は、この測定した温度に基づいて、圧縮機２１、４１、５１、７１の温度をそれぞれ推定する。なお、圧縮機２１、４１、５１、７１が運転停止の場合、冷媒は吐出されないが、熱伝導により伝わる温度により、圧縮機２１、４１、５１、７１内の冷媒の温度を検知することが可能になる。これら温度センサＳ１からＳ４で測定される温度は、以下の第２、及び第３の実施形態で用いられる。

第１のコントローラ１２０は、圧縮機２１、４１、５１、７１の運転停止時に、外気温度測定部１５０で測定する外気温度と冷媒の飽和時の冷媒飽和温度との温度差を演算し、この演算結果と既述の第１のメモリ１２１に記憶される前記関係性とに基づいて間欠運転周期の通電比率を決定し、当該決定した通電比率に基づいて圧縮機２１、４１、５１、７１、つまり、ケースヒータ２１ａ、４１ａ、５１ａ、７１ａの加熱制御をそれぞれ実行する。この第１のコントローラ１２０のケースヒータの加熱制御についての詳細は、後述する。

図４は、冷媒飽和温度と外気温度との温度差と、間欠運転の通電比率ｒとの関係性を示す図である。
第１のコントローラ１２０は、圧縮機２１、４１、５１、７１それぞれの運転停止時に、外気温度測定部１５０、第２のコントローラ１３０を介して外気温度を取得し、この取得した外気温度と冷媒飽和温度とから温度差を算出し、この温度差から図４に示す関係性を利用して間欠運転周期の通電比率を算出する。そして、この間欠運転周期の通電比率に基づいて、ケースヒータ２１ａ、４１ａ、５１ａ、７１ａそれぞれの加熱制御を実行する。

また、図５は、間欠運転比率の一例を示す図である。
図５において、縦軸はケースヒータ２１ａの加熱制御のＯＮ／ＯＦＦを示しており、横軸は時間を示している。間欠運転の周期Ｔｓを所定時間（例えば、本実施形態では３０分）とし、その内の第１期間Ｔ１が経過する間においてケースヒータ２１ａの加熱をＯＦＦし、第１期間Ｔ１を経過した後、第２期間Ｔ２経過する間においてケースヒータ２１ａの加熱をＯＮするようになっている。すなわち、間欠運転周期ＴｓはＴ１＋Ｔ２の関係であり、間欠運転の通電比率ｒはＴ２／Ｔｓである。第１期間Ｔ１は（１－ｒ）・Ｔｓ、第２期間Ｔ２はｒ・Ｔｓの関係となる。なお、このような間欠運転の周期Ｔｓの第１期間Ｔ１と第２期間Ｔ２と比率を間欠運転比率ｒの決定は、他のケースヒータ４１ａ、５１ａ、７１ａでも同様に行われる。

次に、間欠運転制御について説明する。図６は、第１のコントローラ１２０が実行する間欠運転制御の処理の一例を示すフローチャートである。この処理は、所定のタイミング毎に実行されるものであり、例えば、１秒経過する毎に実行される。なお、各圧縮機２１、４１、５１、７１に対してそれぞれ本処理が実行されるが、以下では、説明を簡略するため、圧縮機２１に対する処理のみを説明する。

第１のコントローラ１２０は、圧縮機２１が運転中か否かを判定する（ＳＴ１０１）。圧縮機２１が運転中でないと判定した場合（ＳＴ１０１：ＮＯ）、第１のコントローラ１２０は、加算タイマーの加算を開始し、既述のように間欠運転の通電比率ｒを算出し、運転周期Ｔｓと通電比率ｒに応じた第１期間Ｔ１、第２期間Ｔ２を算出する（ＳＴ１０２）。ここで、加算タイマーは、例えば、メモリ１２１内に形成される。この加算タイマーは、例えば、既述の第１時間（第１期間）Ｔ１を経過して第２時間（第２期間）Ｔ２内、言い換えると、ケースヒータ２１ａの加熱制御を開始したか否かを判定するために用いられるタイマーである。

次に、第１のコントローラ１２０は、加算タイマー値が既述の間欠運転周期Ｔｓより大きいか否かを判定する（ＳＴ１０３）。加算タイマー値が間欠運転周期Ｔｓより小さいと判定した場合（ＳＴ１０３：ＮＯ）、第１のコントローラ１２０は、加算タイマー値が算出された第１期間Ｔ１より大きいか否かを判定する（ＳＴ１０４）。加算タイマー値が、第１期間Ｔ１より小さい場合（ＳＴ１０４：ＮＯ）、第１のコントローラ１２０は、ケースヒータ２１ａをＯＦＦとし加熱制御は行わず（ＳＴ１０５）、圧縮機２１が運転中か否かの判定（ＳＴ１０１）へ戻る。また、加算タイマー値が第１期間Ｔ１より大きい場合（ＳＴ１０４：ＹＥＳ）にはケースヒータ２１ａをＯＮとして加熱制御を行い（ＳＴ１０６）、圧縮機２１が運転中か否かの判定（ＳＴ１０１）へ戻る。

そして、処理は圧縮機２１が運転中か否かを判定する処理（ＳＴ１０１）にもどり、圧縮機２１が運転していない場合（ＳＴ１０１：ＮＯ）、第１のコントローラ１２０は、加算タイマー値が間欠運転周期Ｔｓに達するまでの間、ケースヒータ２１ａの加熱制御を継続する。そして、加算タイマー値が間欠運転周期Ｔｓに達した場合（ＳＴ１０３：ＹＥＳ）、第１のコントローラ１２０は、ケースヒータ２１ａをＯＦＦし、加算タイマー値をリセットする（ＳＴ１０７）。そして、処理は圧縮機２１が運転中か否かを判定する処理（ＳＴ１０１）へ戻り、圧縮機２１が運転を行うまでの間、上記判定を繰り返す。

なお、圧縮機２１が運転中である、または運転を開始した場合（ＳＴ１０１：ＹＥＳ）、第１のコントローラ１２０は、ケースヒータ２１ａをＯＦＦし、加算タイマーをリセットし（ＳＴ１０７）、処理を終了する。つまり、圧縮機２１が運転中はケースヒータ２１ａの加熱制御は実行されない。

以上のように構成されているため、第１のコントローラ１２０は、圧縮機２１、４１、５１、７１の運転停止時に、外気温度測定部１５０で測定する外気温度を取得し、この取得した外気温度と冷媒飽和温度との温度差を演算し、この演算結果と第１のメモリ１２０ａに記憶される関係性とに基づいて、ケースヒータ２１ａ、４１ａ、５１ａ、７１ａそれぞれの間欠運転周期Ｔｓを決定し、当該決定した周期に応じてケースヒータ２１ａ、４１ａ、５１ａ、７１ａの加熱制御を実行することができる。冷凍機油への冷媒の寝込み量は、冷凍機油温度と冷媒飽和温度との温度差が大きい程少なく、温度差が小さい程多くなる。また、冷凍サイクルが運転を停止している場合、冷媒飽和温度は室外熱交換器の周囲温度である外気温度または水熱交換器の温度である水温の内、低い方の温度に依存する。すなわち、冷媒飽和温度は水温と外気温の影響により変動する。一方、冷凍機油の温度は圧縮機周囲温度に依存して低下する。すなわち、外気温度が低いと圧縮機からの放熱量が増加するため、ケース温度も低下しやすい。そのため、圧縮機のケース温度は季節によって大きく変動するが、水熱交換器に供給される水温は年間を通して変動が少ない場合があり、冷媒飽和温度は外気温に依存しない場合がある。このように空冷式ヒートポンプチリング装置等のように利用側機器へ水等の利用側流体を用いて熱搬送を行う熱源システムにおいては、外気温と利用側機器の水温による影響で、冷凍機油への冷媒寝込み量が増減する。例えば、外気温度が高く飽和温度が低い（水温が低い）場合は冷凍機油温度と冷媒飽和温度の温度差が大きく希釈しにくい条件となるため、ヒータの熱量を少なくできる。

本願のように、冷媒飽和温度と外気温度との温度差に応じて、圧縮機２１、４１、５１、７１のケースヒータ２１ａ、４１ａ、５１ａ、７１ａそれぞれの通電比率を増減することで、省エネルギー化と必要な通電時間の最適化を図ることができる。

すなわち、利用側の用途や供給される水源の影響から水熱交換器３０に流入する水の水温が年間を通じて略一定である機器であっても、圧縮機２１、４１、５１、７１をケースヒータ２１ａ、４１ａ、５１ａ、７１ａによりそれぞれ適切に加熱することができ、冷媒の寝込み現象の発生を適切に抑制すると共に、圧縮機２１、４１、５１、７１の加熱制御の消費電力を低減することができる。

また、上記のように、外気温度と冷媒飽和温度の温度差により運転比率を算出することで、簡易な制御でありながら、年間を通して圧縮機への負担が少ない安定的で電力消費の少ない運転を行うことができる。

また、上記のような制御とすることで、ケース温度を計測する温度センサを設けずとも、電力消費を抑えた効率のよい圧縮機の加熱制御を行うことができる。

なお、上記では間欠運転周期Ｔｓを所定の時間として間欠運転の通電比率ｒに応じて通電を行わない第１期間と通電を行う第２期間を変更する方法としたが、この他にも、第１期間Ｔ１を固定時間とし、通電比率ｒに応じて間欠運転周期Ｔｓと第２期間Ｔ２を変更してもよい。また、第２期間Ｔ２を固定時間とし、通電比率ｒに応じて間欠運転周期Ｔｓと第１期間Ｔ１を変更してもよい。通電比率ｒに応じて第１期間Ｔ１と第２期間Ｔ２を決定すれば、各時間を可変としてよい。

（第２実施形態）
第１実施形態は圧縮機２１、４１、５１、７１が停止中のケースヒータ２１ａ、４１ａ、５１ａ、７１ａの加熱制御の処理について説明したが、第２実施形態では、圧縮機２１、４１、５１、７１が起動するときの処理について説明する。なお、第１実施形態と同一の構成には同一の符号を付し、これらの構成については詳細な説明を省略する。

図７は、第２実施形態の第１のコントローラ１２０の構成の一例を示す図である。第１実施形態と比較すると、メモリ１２１に第２エリア１２３が設けられると共に、第１の起動パターン１２５ａ、第２の起動パターン１２５ｂが追加されている点が異なっている。

第２エリア１２３は、圧縮機２１、４１、５１、７１の温度と、冷媒温度（吐出ガスの温度センサ値）との関係性を第１情報として記憶する。本実施形態では、冷媒温度は、各圧縮機２１、４１、５１、７１の吐出側に設けられた温度センサＳ１～Ｓ４から取得するようになっており、第１のコントローラ１２０は、このように測定した冷媒温度と、既述の第１情報から圧縮機２１、４１、５１、７１の温度を推定することができる。さらに、第１のコントローラ１２０は、この推定した温度と、所定の環境条件から推定する圧縮機２１、４１、５１、７１の凝縮温度との温度差を演算し、当該演算された温度差に応じて圧縮機２１、４１、５１、７１の起動パターンを、第１の起動パターン１２５ａと第２の起動パターン１２５ｂのいずれかに変更できるようになっている。

第１の起動パターン１２５ａは、信頼性を確保する起動パターンである。つまり、暖機運転をして冷凍機油が温まってから圧縮機２１、４１、５１、７１を高負荷運転させる起動パターンである。一方、第２の起動パターン１２５ｂは、通常の起動パターンである。つまり、直ぐに圧縮機２１、４１、５１、７１を高負荷運転させる起動パターンである。

次に、圧縮機の起動制御について説明する。図８は、第１のコントローラ１２０が実行する圧縮機２１の起動制御の一例を示す図である。なお、他の圧縮機４１、５１、７１についてもそれぞれ同様な処理を説明することになるため、本実施形態では、圧縮機２１を例挙げ、説明する。

まず、第１のコントローラ１２０は、起動前の所定時刻になったか否かを判定する（ＳＴ２０１）。ＮＯと判定した場合（ＳＴ２０１：ＮＯ）、処理は終了する。つまり、当該所定時刻になるまで、待機状態になる。

当該所定時刻になったと判定した場合（ＳＴ２０１：ＹＥＳ）、第１のコントローラ１２０は、圧縮機２１の温度の推定値を取得する（ＳＴ２０２）。具体的には、第１のコントローラ１２０は、センサＳ１の出力値（冷媒温度）と、第２エリア１２３に記憶されている第１情報とから、圧縮機２１の温度を推定し、その結果を推定値として取得する。

次に、第１のコントローラ１２０は、外気温度測定部１５０から取得する外気温度、冷却水の温度等の環境条件から凝縮温度を推定し、その結果を推定値として取得する（ＳＴ２０３）。

次に、第１のコントローラ１２０は、圧縮機２１の温度の推定値と、凝縮温度の推定値との温度差を算出し（ＳＴ２０４）、その算出した温度差が設定値を超えたか否かを判定する（ＳＴ２０５）。ここで、設定値は、圧縮機２１を起動する起動パターンを判別する閾値であり、例えば、第２エリア１２３に予め記憶されている値である。

温度差が設定値を超えていると判定した場合（ＳＴ２０５：ＹＥＳ）、第１のコントローラ１２０は、第１の起動パターン１２５ａで圧縮機２１を起動し（ＳＴ２０６）、温度差が設定値を超えていないと判定した場合（ＳＴ２０５：ＮＯ）、第１のコントローラ１２０は、第２の起動パターン１２５ｂで圧縮機２１を起動する（ＳＴ２０７）。

図９は、２つの起動パターンを説明するための図である。図９に示ように、時間が少し経過してから圧縮機２１の動作が開始するようになっている。温度差のグラフｇ１，ｇ２については、時間の経過と共にグラフｇ１が設定値を超えるのに対して、グラフｇ２は設定値を超えない。このため、温度差がグラフｇ１を描く場合には第１の起動パターン１２５ａで信頼性を確保した起動が必要であり、温度差がグラフｇ２を描く場合には第２の起動パターン１２５ｂで起動することが可能になる。

以上のように構成されているため、第１のコントローラ１２０は、圧縮機２１の停止中にケース温度や凝縮温度に変化が生じても、予め設定された設定値を超えたか否かで圧縮機２１の起動パターンを切り替えることができる。このため、設定値を超えている場合は、暖機運転をしてから高負荷運転を実行する第１の起動パターン１２５ａを採用することにより、圧縮機２１の停止中の冷凍機油の希釈度上昇を許容することが可能になる。

また、圧縮機２１の温度を、温度センサＳ１から取得するため、圧縮機２１自体の温度を測定する温度センサを設ける必要がない。

（第３実施形態）
第１実施形態は圧縮機２１、４１、５１、７１が停止中のケースヒータ２１ａ、４１ａ、５１ａ、７１ａの加熱制御の処理について説明したが、第３実施形態では、圧縮機２１、４１、５１、７１が起動するときの処理について説明する。なお、第１実施形態と同一の構成には同一の符号を付し、これらの構成については詳細な説明を省略する。

図１０は、第３実施形態の第１のコントローラ１２０の構成の一例を示す図である。第１実施形態と比較すると、メモリ１２１に第３エリア１２４が設けられると共に、第３の起動パターン１２５ｃ、第４の起動パターン１２５ｄが追加されている点が異なっている。

第３エリア１２４は、圧縮機２１、４１、５１、７１の温度と、冷媒温度（吐出ガスの温度センサ値）との関係性を第１情報として記憶する。本実施形態では、第２実施形態と同様に、冷媒温度は、各圧縮機２１、４１、５１、７１の吐出側に設けられた温度センサＳ１からＳ４から取得するようになっており、第１のコントローラ１２０は、このように取得した冷媒温度と、既述の第１情報から圧縮機２１、４１、５１、７１の温度を推定することができる。さらに、第１のコントローラ１２０は、測定される冷媒温度と第１情報とから圧縮機２１、４１、５１、７１の温度を推定し、この推定した温度と冷媒飽和温度との温度差を演算し、この演算した温度差が設定値を下回ったか否かに応じて圧縮機２１、４１、５１、７１の起動パターンを第３の起動パターン１２５ｃと第４の起動パターン１２５ｄのいずれかに変更できるようになっている。

第３の起動パターン１２５ｃは、第１の起動パターン１２５ａと同様に、信頼性を確保する起動パターンである。つまり、暖機運転をして冷凍機油が温まってから圧縮機２１、４１、５１、７１を高負荷運転させる起動パターンである。一方、第４の起動パターン１２５ｄは、第２の起動パターン１２５ｂと同様に、通常の起動パターンである。つまり、直ぐに圧縮機２１、４１、５１、７１を高負荷運転させる起動パターンである。

次に、圧縮機の起動制御について説明する。図１１は、第１のコントローラ１２０が実行する圧縮機２１の起動制御の一例を示す図である。なお、他の圧縮機４１、５１、７１についてもそれぞれ同様な処理を説明することになるため、本実施形態では、圧縮機２１を例挙げ、説明する。

まず、第１のコントローラ１２０は、圧縮機２１が停止中か否かを判定する（ＳＴ３０１）。ＮＯと判定した場合（ＳＴ３０１：ＮＯ）、処理は終了する。つまり、圧縮機２１が運転中は、本制御は実行されない。

圧縮機２１が停止中であると判定した場合（ＳＴ３０１：ＹＥＳ）、第１のコントローラ１２０は、圧縮機２１のケース温度の推定値を取得する（ＳＴ３０２）。第１のコントローラ１２０は、センサＳ１の出力値（冷媒温度）と、第３エリア１２４に記憶されている第１情報とから、圧縮機２１の温度を推定し、その結果を推定値として取得する。

次に、第１のコントローラ１２０は、第１のメモリ１２０ａに記憶されている冷媒飽和温度を取得し（ＳＴ３０３）、これらの温度差を算出する（ＳＴ３０４）。この温度差は、例えば、順次、第３エリア１２４に保存される。

次に、第１のコントローラ１２０は、圧縮機２１を起動するか否かを判定する（ＳＴ３０５）。つまり、圧縮機２１の起動が予定されている時間になったか否かが判定される。第１のコントローラ１２０が圧縮機２１を起動しないと判定した場合（ＳＴ３０５：ＮＯ）、処理は、ステップＳＴ３０２へ戻る。つまり、圧縮機２１が起動するまで、温度差を算出する処理が実行される。

一方、圧縮機２１を起動すると判定した場合（ＳＴ３０５：ＹＥＳ）、第１のコントローラ１２０は、温度差が設定値を下回ったか否かを判定する（ＳＴ３０６）。つまり、圧縮機２１が起動するまでに、既述の温度差が予め設定された設定値を下回った場合があったか否かが判定される。

温度差が設定値を下回った場合があると判定した場合（ＳＴ３０６：ＹＥＳ）、第１のコントローラ１２０は、第３の起動パターン１２５ｃで圧縮機２１を起動し（ＳＴ３０７）、温度差が設定値を下回った場合がないと判定した場合（ＳＴ３０６：ＮＯ）、第１のコントローラ１２０は、第４の起動パターン１２５ｄで圧縮機２１を起動する（ＳＴ３０７）。

以上のように構成されているため、第１のコントローラ１２０は、圧縮機２１の停止中に環境条件に変化が生じても、予め設定された設定値を下回ったことがあるか否かで圧縮機２１の起動パターンを切り替えることができる。このため、設定値を下回ったことがある場合は、暖機運転をしてから高負荷運転を実行する第３の起動パターン１２５ｃを採用することにより、圧縮機２１の停止中の冷凍機油の希釈度上昇を許容することが可能になる。

また、圧縮機２１の温度を、温度センサＳ１から取得するため、圧縮機２１自体の温度を測定する温度センサを設ける必要がないのは、第２実施形態と同様である。

その他、いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０…空冷式ヒートポンプチリング装置、１１，１２，１３…空冷式ヒートポンプチリングユニット、１１ａ～１１ｄ，１２ａ～１２ｄ，１３ａ～１３ｄ…サーキット、２１，４１，５１，７１…圧縮機、２１ａ，４１ａ，５１ａ，７１ａ…ケースヒータ、１２０…第１のコントローラ、１２１…メモリ、１２２…第１エリア、１２３…第２エリア、１２４…第３エリア、１２５ａ…第１の起動パターン、１２５ｂ…第２の起動バターン、１２５ｃ…第３の起動パターン、１２５ｄ…第４の起動パターン、１３０…第２のコントローラ、１５０…外気温度測定部、Ｔ１，Ｔ２…時間

Claims (4)

1. 冷凍サイクルにより空気調和を実行する熱源システムであって、
   外気温度を測定する外気温度測定部と、
   前記冷凍サイクルに用いる圧縮機を加熱する加熱部と、
   前記外気温度測定部で測定する外気温度と冷媒の飽和時の冷媒飽和温度との温度差と、前記加熱部の間欠運転周期との関係性を記憶する記憶部と、
   前記圧縮機の運転停止時に、前記外気温度測定部で測定する外気温度と冷媒の飽和時の冷媒飽和温度との温度差を演算し、この演算結果と前記記憶部に記憶される前記関係性とに基づいて前記間欠運転の通電比率を決定し、当該決定した通電比率に応じて前記加熱部の加熱制御を実行する制御部と、
   を備える熱源システム。
2. 前記周期は所定時間であり、
   前記制御部は、前記所定時間内の第１期間において前記加熱部の加熱をＯＦＦし、前記第１期間を経過した第２期間において前記加熱部の加熱をＯＮする、
   請求項１に記載の熱源システム。
3. 前記圧縮機から吐出される冷媒の冷媒温度を測定する冷媒温度測定部を備え、
   前記記憶部は、さらに、前記圧縮機の温度と、前記冷媒温度測定部で測定される前記冷媒温度との関係性を示す第１情報を記憶し、
   前記制御部は、前記圧縮機の運転前に、前記冷媒温度測定部で測定される冷媒温度と、前記第１情報とから前記圧縮機の温度を推定し、この推定した温度と、所定の環境条件から推定する前記圧縮機の運転後の凝縮温度との温度差を演算し、当該演算された温度差が設定値を超えた場合、前記圧縮機の信頼性を確保した起動を行う第１の起動パターンで前記圧縮機を起動し、前記温度差が前記設定値以下の場合は、通常の起動を行う第２の起動パターンで前記圧縮機を起動する、
   請求項１又は２に記載の熱源システム。
4. 前記圧縮機から吐出される冷媒の冷媒温度を測定する冷媒温度測定部を備え、
   前記記憶部は、さらに、前記記憶部は、さらに、前記圧縮機の温度と、前記冷媒温度測定部で測定される前記冷媒温度との関係性を示す第１情報を記憶し、
   前記制御部は、前記圧縮機の運転前に、前記冷媒温度測定部で測定される冷媒温度と、前記第１情報とから前記圧縮機の温度を推定し、この推定した温度と冷媒飽和温度との温度差を演算し、この演算した温度差が設定値を下回った場合、前記圧縮機の信頼性を確保した起動を行う第１の起動パターンで前記圧縮機を起動し、前記温度差が前記設定値を下回らなかった場合は、通常の起動を行う第２の起動パターンで前記圧縮機を起動する、
   請求項１又は２に記載の熱源システム。

Images