JP7202980B2 - ヒートポンプ式温水暖房システム - Google Patents

Description

本発明は、温水暖房を実行可能なヒートポンプ式温水暖房システムに関するものである。

従来この種のものでは、屋内に熱交換端末（例えば床暖房パネル等）が複数設置されたものにおいて、暖房運転時にヒートポンプ式熱源機の空気熱交換器の除霜が必要となった場合に、複数の熱交換端末の中で運転中の熱交換端末に対応する熱動弁を閉じ、複数の熱交換端末の中で停止中の熱交換端末に対応する熱動弁を開くものがあった。（例えば、特許文献１参照。）

前記空気熱交換器の除霜が行われる場合、冷媒の循環方向が逆転され、空気熱交換器が凝縮器、液冷媒熱交換器が蒸発器となり、除霜時に液冷媒熱交換器は低温となるものであるが、この従来のものは、除霜時に暖房運転中の熱交換端末に対応する熱動弁を閉じ、停止中の熱交換端末に対応する熱動弁を開くことで、暖房運転中の熱交換端末には温度の低下した冷水が流れないため、暖房中の室内の温度低下が抑制されて快適性が向上し、一方で停止中の熱交換端末に温度低下した冷水を流すことにより、停止中の熱交換端末が対応する室内から吸熱し、その熱を利用して空気熱交換器の除霜を行うものであった。

特開２０１６－２００３０２号公報

ところで、この従来のものは、除霜運転時に、停止中の熱交換端末に対応する熱動弁を開いて冷水を流すものであるが、暖房運転が行われていない室内はもちろん低温であり、停止中の熱交換端末に冷水を流しても、停止中の熱交換端末に対応する室内から吸熱できる熱量は非常に少なく、空気熱交換器の除霜に必要な熱が取れず、除霜運転が長時間に及ぶという問題が生じ、除霜が終了しないと暖房運転に復帰できず、暖房運転中の室内に長時間温水を供給することができなくなるため、快適性を損なうおそれがあった。

そこで、本発明は、除霜時間を短縮しながら暖房運転中の室内の快適性を損なうことがないヒートポンプ式温水暖房システムを提供することを目的とする。

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、空気熱交換器とを有するヒートポンプ式熱源機と、前記ヒートポンプ式熱源機の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暖房を行う複数の熱交換端末と、前記複数の熱交換端末に対応する個別の流量制御弁と、前記循環液を循環させる循環ポンプとを配管で接続し形成される前記循環液が循環する循環回路と、前記熱交換端末に供給される前記循環液の温度レベルを設定する設定手段と、前記熱交換端末に供給される前記循環液の温度が前記温度レベルになるように前記ヒートポンプ式熱源機および前記流量制御弁を制御して暖房運転を行う制御部と、を備えたヒートポンプ式温水暖房システムにおいて、前記暖房運転の際、前記複数の熱交換端末の中で運転中の熱交換端末に供給される前記循環液の温度が前記温度レベルに到達した場合に、前記複数の熱交換端末の中で停止中の熱交換端末の少なくとも１つに対応する流量制御弁を開いて前記停止中の熱交換端末に前記循環液を流し蓄熱する蓄熱運転を行う蓄熱制御手段と、前記ヒートポンプ式熱源機の前記空気熱交換器の除霜運転時に、前記複数の熱交換端末の中で前記運転中の熱交換端末に対応する流量制御弁を閉じ、前記複数の熱交換端末の中で前記蓄熱運転を行った前記停止中の熱交換端末に対応する流量制御弁を開く、除霜制御手段と、を設けたものとした。

また、請求項２では、前記蓄熱制御手段は、外気温度と前記空気熱交換器の冷媒温度とに基づいて設定される蓄熱準備条件を予め記憶し、前記複数の熱交換端末の中で前記運転中の熱交換端末に供給される前記循環液の温度が前記温度レベルに到達し、且つ前記蓄熱準備条件が成立した場合に、前記蓄熱運転を行うものとした。

また、請求項３では、前記蓄熱制御手段は、前記複数の熱交換端末の中で前記運転中の熱交換端末に供給される前記循環液の温度が前記温度レベルに到達し、且つ前記圧縮機の回転数が所定回転数以下の場合に、前記蓄熱運転を行うものとした。

また、請求項４では、前記蓄熱制御手段は、外気温度と前記空気熱交換器の冷媒温度とに基づいて設定される蓄熱準備条件を予め記憶し、前記複数の熱交換端末の中で前記運転中の熱交換端末に供給される前記循環液の温度が前記温度レベルに到達し、且つ前記圧縮機の回転数が所定回転数以下で、且つ前記蓄熱準備条件が成立した場合に、前記蓄熱運転を行うものとした。

また、請求項５では、前記蓄熱運転時において、前記複数の熱交換端末の中で前記停止中の熱交換端末に供給される前記循環液の前記温度レベルは、通常の暖房運転時に設定可能な前記温度レベルよりも低く設定されるものとした。

また、請求項６では、前記蓄熱制御手段は、前記蓄熱運転開始から一定時間が経過したら、前記停止中の熱交換端末に対応する流量制御弁を閉じるものとした。

この発明の請求項１によれば、運転中の熱交換端末に供給される循環液の温度が温度レベルに到達するまでは、運転中の熱交換端末にのみ循環液が循環され、運転中の熱交換端末に対応する被空調空間をすばやく暖房することができる。さらに、運転中の熱交換端末に供給される循環液の温度が設定した温度レベルに到達した場合、すなわち、運転中の熱交換端末に対応する被空調空間の負荷が減少し、その被空調空間の室温が安定した状態となった場合、停止中の熱交換端末に対応する流量制御弁も開いてそこに循環液を流すことで、運転中の熱交換端末に対応する被空調空間の室温の安定状態を維持しながら、停止中の熱交換端末に除霜用の熱を蓄熱することができる。そして、除霜運転時には、運転中の熱交換端末に対応する流量制御弁は閉じられるので、運転中の熱交換端末には除霜運転のために温度低下した循環液が流れることはなく、運転中の熱交換端末に対応する被空調空間の室温の低下を緩やかにすることができ、快適性を損なうことがないものであり、一方で、蓄熱運転時に蓄熱しておいた停止中の熱交換端末に対応する流量制御弁は開けられ、その熱交換端末内の循環液が循環されるので、液冷媒熱交換器にてその循環液が保有する保有熱が除霜用として冷媒側に汲み上げられ、冷媒の温度を高くすることができ、空気熱交換器を除霜する際の除霜運転時間を短縮することができる。

また、請求項２によれば、外気温度と空気熱交換器の冷媒温度とから、直に除霜運転が開始されると推測される蓄熱準備条件を予め記憶しておき、運転中の熱交換端末に供給される循環液の温度が設定された温度レベルに到達し、且つ前記蓄熱準備条件が成立した場合に、蓄熱運転を行うようにしたことで、除霜運転が開始される直前で蓄熱運転を行うことができ、除霜運転が開始されるまでに停止中の熱交換端末に蓄熱した熱が無駄に放熱される時間が少なくなり、蓄熱した多くの熱を空気熱交換器の除霜用に使用することができる。

また、請求項３によれば、運転中の熱交換端末に対応する被空調空間の負荷が大きく、運転中の熱交換端末に供給する循環液の温度を設定した温度レベルまで上げることはできたが、その被空調空間を暖房するのに精一杯で圧縮機の出力にあまり余裕がない状態の場合、すなわち、圧縮機の回転数が所定回転数より高い場合は、蓄熱運転を行わずに、運転中の熱交換端末に対応する被空調空間の暖房に専念させて快適性を維持し、圧縮機の出力に余裕がある状態、すなわち、圧縮機の回転数が所定回転数以下の場合は、蓄熱運転を行うことで、停止中の熱交換端末に空気熱交換器の除霜に必要な分の熱量を蓄熱することができる。

また、請求項４によれば、運転中の熱交換端末に対応する被空調空間の快適性が維持できている状態、且つ圧縮機の出力に余裕がある状態、且つ除霜運転が開始される直前において、蓄熱運転を行うことができ、運転中の熱交換端末に対応する被空調空間の快適性を維持しながら、停止中の熱交換端末に空気熱交換器の除霜に必要な分の熱量を蓄熱することができ、さらに、除霜運転が開始されるまでに停止中の熱交換端末に蓄熱した熱量が無駄に放熱される時間が少なくなり、蓄熱した多くの熱量を空気熱交換器の除霜用に使用することができる。

また、請求項５によれば、蓄熱運転時において、複数の熱交換端末の中で停止中の熱交換端末に供給される温水の温度レベルを、通常の暖房運転時に設定可能な温度レベルよりも低く設定されるので、停止中の熱交換端末に対応する被空調空間を無駄に暖房することなく、空気熱交換器の除霜に必要な分の熱を蓄熱することができる。

また、請求項６によれば、蓄熱運転開始から一定時間が経過したら、停止中の熱交換端末に対応する流量制御弁を閉じて、蓄熱運転を終了させるので、停止中の熱交換端末に対応する被空調空間を無駄に暖房することなく、空気熱交換器の除霜に必要な分の熱を蓄熱することができる。

本発明の一実施形態のヒートポンプ式温水暖房システムの概略構成図。 リモコンの画面表示例を表す図。 暖房運転時のリモコンの画面表示例を表す図。 暖房運転時の動作を説明する図。 暖房運転中における蓄熱運転時の動作を説明する図。 除霜運転時の動作を説明する図。 暖房運転時の制御手順を示すフローチャート。 暖房運転時の制御手順を示す他のフローチャート。 暖房運転時の制御手順を示すさらに他のフローチャート。 暖房運転時の制御手順を示す別のフローチャート。

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

２は加熱された循環液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。前記ヒートポンプ回路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、１２は膨張弁６から空気熱交換器８までの冷媒配管９に設けられ、暖房運転時に低圧側となる空気熱交換器８を通過する冷媒の温度を検出すると共に、除霜動作時に高圧側となる空気熱交換器８の通過した冷媒の温度を検出する冷媒温度センサである。冷媒温度センサ１２で検出する冷媒温度は空気熱交換器８を流通する冷媒温度とみなすことができる。

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（除霜運転時の状態）とに切換可能なものである。

１３はヒートポンプユニット２と配管としての往き管１４および戻り管１５を介して接続され、ヒートポンプユニット２で加熱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暖房を行う熱交換端末である。熱交換端末１３としては、床暖房パネルや輻射パネルやラジエータ等の輻射式端末を用いることができる。図１では３台の熱交換端末１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃが設けられているが、熱交換端末１３は２台でもよいし、３台以上の複数台であってもよい。

ここで、ヒートポンプユニット２の液冷媒熱交換器５から熱交換端末１３に向かって延びる前記往き管１４の途中には、１つの往きヘッダ１６が設けられており、往き管１４のうち往きヘッダ１６より上流側部分は、１つの共通往き管１４ａ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と適宜表現する）が供給される。そして、往き管１４のうち往きヘッダ１６より下流側部分は熱交換端末１３の台数分だけ（図示の例では３本）の個別往き管１４ｂが分岐している。分岐した個別往き管１４ｂには、それぞれ流量制御弁としての熱動弁１７（１７Ａ、１７Ｂ、１７Ｃ）が付設されている。

同様に、熱交換端末１３からヒートポンプユニット２の液冷媒熱交換器５に向かって延びる戻り管１５の途中には、１つの戻りヘッダ１８が設けられており、戻り管１５のうち戻りヘッダ１８より上流側部分は、熱交換端末１３の台数分だけ（図示の例では３本）の個別戻り管１５ｂが分岐している。そして、戻り管１５のうち戻りヘッダ１８より下流側部分は、１つの共通戻り管１５ａとして構成され、個別戻り管１５ｂを介して導入された循環液をヒートポンプユニット２の液冷媒熱交換器５へと戻すものである。

前記往きヘッダ１６および前記戻りヘッダ１８は、図示のようにヒートポンプユニット２の筐体内に設けられていても、ヒートポンプユニット２筺体外に設けられていても、どちらでもよい。

１９はヒートポンプユニット２の液冷媒熱交換器５と、熱交換端末１３とを、往き管１４および戻り管１５で接続して形成され循環液が循環する循環回路で、共通戻り管１５ａには、循環回路１９に循環液を循環させる回転数可変の循環ポンプ２０と、循環液を貯留し循環回路１９の圧力を調整するシスターン２１とを備えている。前記戻り管１５の前記個別戻り管１５ｂのそれぞれには、前記液冷媒熱交換器５の液流路に流入する循環液の戻り温度を検出する、戻り温度検出手段としての戻り温度センサ２２（２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ）が設けられている。

２３はリビング等の室内壁面に設置されるリモコンで、リモコン２３は、表示部２４と、操作スイッチとしての熱交換端末１３の運転開始・停止を指示するための運転／停止スイッチ２５と、熱交換端末１３に対しタイマーによる運転を指示するためのタイマースイッチ２６と、熱交換端末１３の運転態様（通常モード・セーブモード等）の切替を指示する運転切替スイッチ２７と、画面表示を１つ前の画面に戻すための戻るスイッチ２８と、メニュー／決定スイッチ２９と、上下左右方向への十字キー３０と、が備えられている。なお、リモコン２３には、各種の表示を行うための制御手段としてのＣＰＵや記憶手段としてのメモリ等が内蔵されており、後述する制御部３１との間で双方向通信により情報の伝達を行うことができ、リモコン２３は熱交換端末１３に供給する循環液の温度レベルを設定する設定手段としての機能を有し、本実施形態では、温度レベルとしてレベル１～９を設定することができる。

ここで、リモコン２３の表示について図２を用いて説明すると、表示部２４は、前記ＣＰＵの制御により、複数の設定画面（画面１００～１０１）を切替可能に表示することができる。すなわち、表示部２４は、図２（ａ）に示す例では、ヒートポンプ式温水暖房システム１全体に係わる設定を行うための全体設定画面１００を表示している。表示部２４に全体設定画面１００が表示されている場合、全体設定画面１００中央にヒートポンプユニット２（熱源）の運転状態が表される（この例では停止）と共に、メインタブＴＭ内にヒートポンプユニット２の運転状態を表す状態表示がなされる（この例では停止状態である「ＯＦＦ」が表記される）。

一方、図２（ｂ）に示す例では、表示部２４は、熱交換端末１３の運転開始・停止設定を含む、熱交換端末１３に係わる設定を行うための端末設定画面１０１を表示している。なお、端末設定画面１０１は、接続される熱交換端末１３の台数に対応した数（本実施形態では３つ）だけ設けることができる。表示部２４に端末設定画面１０１が表示されている場合、端末設定画面１０１中央に、対応する熱交換端末１３の部屋名および運転状態が表され、画面右寄りには、熱交換端末１３に供給される温水の温度レベルと、その温度レベルを表すインジケータが表示される。この例では、被空調空間としてＡ室に対応する熱交換端末１３Ａの端末設定画面１０１が表示され、画面中央にＡ室の温水暖房が停止状態であること、および画面右寄りに温水の温度レベルが５に設定されていることが表示されている。なお、タブＴＡ内には、Ａ室に対応する熱交換端末１３Ａの運転状態を表す状態表示（「ＯＦＦ」表記）がなされる。詳細な説明は省略するが、Ｂ室に対応する熱交換端末１３Ｂの端末設定画面１０１、Ｃ室に対応する熱交換端末１３Ｃの端末設定画面１０１に表示される内容は、上記のＡ室に対応する熱交換端末１３Ａの端末設定画面１０１に表示される内容と同様である。

本実施形態では、１つのリモコン２３で３台の熱交換端末１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃの運転設定を行えるようにしているが、リモコン２３を熱交換端末１３毎に設け、１つのリモコン２３から対応する１つの熱交換端末１３の運転設定を行えるようなものであってもよい。

３１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部であり、制御部３１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２３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、熱動弁１７、循環ポンプ２０の駆動を制御するものであり、熱交換端末１３に供給される温水の温度がリモコン２３で設定された温度レベルになるように、ヒートポンプユニット２（圧縮機３、四方弁４、膨張弁６、送風ファン７）、熱動弁１７、循環ポンプ２０を制御して暖房運転を行うものである。

前記制御部３１は、暖房運転の際、複数の熱交換端末１３の中で暖房運転中の熱交換端末１３に供給される温水の温度が温度レベルに到達した場合に、複数の熱交換端末１３の中で停止中の熱交換端末１３の少なくとも１つに対応する熱動弁１７を開いて、その停止中の熱交換端末１３に対して温水を流して蓄熱する蓄熱運転を行わせる蓄熱制御手段３２を有する。蓄熱運転の詳細については後述する。

また、前記制御部３１は、ヒートポンプユニット２の空気熱交換器８の除霜運転時に、複数の熱交換端末１３の中で暖房運転中の熱交換端末１３に対応する熱動弁１７を閉じ、複数の熱交換端末１３の中で蓄熱運転を行った停止中の熱交換端末１３に対応する熱動弁１７を開くように制御する除霜制御手段３３を有する。除霜運転の詳細については後述する。

次に、ヒートポンプ式温水暖房システム１の暖房運転時の動作について図面を用いて説明する。ここでは、熱交換端末１３Ａによる暖房運転が行われる場面について説明を行う。

まず、リモコン２３の表示部２４に端末設定画面１０１が表示された状態で、ユーザによりリモコン２３の運転／停止スイッチ２５が操作され、熱交換端末１３Ａの暖房運転開始指示がなされると、制御部３１でその指示信号を受ける。この時、リモコン２３の表示部２４には、図３（ｂ）に示されているように、運転状態（Ａ室温水暖房運転中）や温度レベル（レベル５）が表示され、タブＴＡ内は「ＯＮ」表記となる。全体設定画面１００では、図３（ａ）に示されているように、画面中央にヒートポンプユニット２（熱源）の運転状態（運転中）が表示されると共に、タブＴＭ内は「ＯＮ」表記となる。

前記暖房運転の開始指示が出ると、制御部３１はヒートポンプ回路１０の作動を開始、具体的には制御部３１は、四方弁４を暖房時の流路に切り替え、圧縮機３および送風ファン７の駆動を開始させ、さらに、制御部３１は、熱交換端末１３Ａに対応する熱動弁１７Ａを開弁させ、循環ポンプ２０の駆動を開始させることで、暖房運転が開始される。前記暖房運転中、ヒートポンプ回路１０では、圧縮機３で圧縮された高温・高圧のガス状の冷媒が圧縮機３から吐出され、冷媒は凝縮器として機能する液冷媒熱交換器５にて、循環回路１９を流れる温水と熱交換を行って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６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、蒸発器として機能する空気熱交換器８において、送風ファン７の駆動により送風される外気と熱交換を行って外気から吸熱して低温・低圧のガス状の冷媒となって、再び圧縮機３へ戻るものである。（図４中の矢印が示す冷媒の流れ参照。）

前記循環回路１９では、一定回転数で駆動される循環ポンプ２０の駆動により液冷媒熱交換器５に流入した温水は、凝縮器として機能する液冷媒熱交換器５において冷媒と熱交換されて加熱され、加熱された温水は、その後、熱交換端末１３Ａに供給されて熱交換端末１３Ａに対応する被空調空間（Ａ室）の暖房が行われ、熱交換端末１３Ａにて放熱されて温度低下した温水は再び液冷媒熱交換器５へと戻り加熱されるものである。ここでは、熱交換端末１３Ｂおよび熱交換端末１３Ｃによる暖房は停止されているため、熱交換端末１３Ｂに対応する熱動弁１７Ｂと、熱交換端末１３Ｃに対応する熱動弁１７Ｃとは閉弁された状態であり、図４に示すように、液冷媒熱交換器５で加熱された温水は熱交換端末１３Ａにのみ循環される。（図４中の矢線が示す温水の流れ参照。）

前記暖房運転時において、制御部３１は、熱動弁１７Ａを開弁状態とし、戻り温度センサ２２Ａの検出値に応じて、圧縮機３の回転数を制御する。すなわち、戻り温度センサ２２Ａにより検出される温水温度が、リモコン２３で設定された温度レベルに基づいて決定される目標温水温度になるように、圧縮機３の回転数を制御している。上記のように、戻り温度センサ２２Ａにより検出される温水温度がリモコン２３で設定された温度レベルに基づいて決定される目標温水温度になるように圧縮機３の回転数を制御することで、熱交換端末１３Ａに供給される温水温度が温度レベルになるようにしている。ここでは、戻り温度センサ２２Ａにより検出される温水温度が目標温水温度に到達することが、熱交換端末１３Ａに供給される温水の温度がリモコン２３で設定された温度レベルに到達したこととして判断される。

より詳細に圧縮機３の回転数制御について説明すると、制御部３１は、戻り温度センサ２２Ａにより検出される温水温度と目標温水温度との温度差から負荷の大きさを判断し、その負荷の大きさに応じて、圧縮機３の回転数を増減制御するものであり、前記戻り温度センサ２２Ａにより検出される温水温度が目標温水温度に達していない場合は、圧縮機３の回転数を増加させる。一方、前記戻り温度センサ２２Ａにより検出される温水温度が目標温水温度に到達してきたら、戻り温度センサ２２Ａにより検出される温水温度を目標温水温度に維持するために、圧縮機３の回転数を減少させるものである。

前記暖房運転を継続して行い、戻り温度センサ２２Ａにより検出される温水温度が目標温水温度に到達した（＝熱交換端末１３Ａに供給される温水の温度がリモコン２３で設定された温度レベルに到達した）場合に、前記蓄熱制御手段３２は、熱交換端末１３の中で現在停止中の熱交換端末１３（１３Ｂ、１３Ｃ）に対応する熱動弁１７（１７Ｂ、１７Ｃ）を開いて、その停止中の熱交換端末１３（１３Ｂ、１３Ｃ）に対して温水を流して、停止中の熱交換端末１３（１３Ｂ、１３Ｃ）に、空気熱交換器８の除霜に利用するための熱を蓄熱する蓄熱運転を行わせる。本実施形態では、図５に示すように、停止中の全ての熱交換端末１３（１３Ｂ、１３Ｃ）の熱動弁１７（１７Ｂ、１７Ｃ）を開弁するものとしているが、複数の熱交換端末１３の中で停止中の熱交換端末１３の少なくとも１つに対応する熱動弁１７を開くものであればよい。

なお、前記蓄熱制御手段３２は、上述のように、戻り温度センサ２２Ａにより検出される温水温度が目標温水温度に到達した場合に、蓄熱運転を行うものとしているが、戻り温度センサ２２Ａにより検出される温水温度が目標温水温度に到達した場合とは、戻り温度センサ２２Ａにより検出される温水温度が目標温水温度に到達した時点や、戻り温度センサ２２Ａにより検出される温水温度が目標温水温度に到達後、所定時間継続して戻り温度センサ２２Ａにより検出される温水温度が目標温水温度以上を検出している場合を含む。

前記蓄熱運転時において、停止中の熱交換端末１３（１３Ｂ、１３Ｃ）に供給される温水の温度レベルとしては、通常の暖房運転時に設定可能な温度レベルの下限値（レベル１）よりも低い設定となる蓄熱レベルに設定され、蓄熱制御手段３２は、蓄熱運転開始から一定時間が経過したら、停止中の熱交換端末１３（１３Ｂ、１３Ｃ）に対応する熱動弁１７（１７Ｂ、１７Ｃ）を閉じて、蓄熱運転を終了させる。なお、蓄熱運転の終了方法としては、上記のような蓄熱運転開始から一定時間が経過後に限定されず、例えば、蓄熱運転時に、停止中の熱交換端末１３に循環し、その停止中の熱交換端末１３に対応する戻り温度センサ２２により検出される温水温度が前記蓄熱レベルに対応する目標温水温度に到達した場合に、その停止中の熱交換端末１３に対応する熱動弁１７を閉弁して、蓄熱運転を終了させるようにしてもよい。

また、蓄熱運転終了後に所定の時間が経過した後であって、且つ暖房運転中の熱交換端末１３に供給される温水の温度が温度レベルに到達した場合に、再度、蓄熱運転を実行するというように、蓄熱運転を周期的に行うようにしてもよい。

前記暖房運転実行中において、外気温度が低い場合、空気熱交換器８は徐々に着霜する。暖房運転中に、空気熱交換器８に霜が付着していると判断した場合、除霜制御手段３３は空気熱交換器８の霜を溶かすための除霜運転を実行するものである。

前記除霜運転の形態は、暖房運転時と逆方向に冷媒を循環させる形態であり、具体的に除霜運転は、膨張弁６を暖房運転時よりも所定の開度（例えば全開）まで拡大すると共に、四方弁４を除霜運転時の状態に切り換えて冷媒の流れ方向が暖房運転時の冷媒の流れ方向と逆になるようにし、圧縮機３から吐出された冷媒を、空気熱交換器８に直接供給して空気熱交換器８に発生した霜を溶かす。空気熱交換器８にて霜との熱交換で温度低下した冷媒は、膨張弁６で減圧されることなく膨張弁６を通過し、液冷媒熱交換器５において温水により加熱され、再び圧縮機３に戻るものである。（図６中の矢印が示す冷媒の流れ参照。）なお、循環回路１９を循環する温水は、液冷媒熱交換器５での冷媒との熱交換により温度低下することになる。

前記除霜運転の開始は、例えば、外気温度センサ１１で検出した外気温度および冷媒温度センサ１２で検出した冷媒温度がそれぞれ予め設定された除霜開始温度に達したか否かなどを除霜制御手段３３が判断、すなわち、所定の除霜開始条件が成立したか否かを除霜制御手段３３が判断して、除霜開始条件が成立したと判断したら除霜運転を開始することができる。

また、前記除霜運転の完了は、冷媒温度センサ１２で検出する空気熱交換器８を流通してきた冷媒の温度が、予め設定された除霜終了温度に達したか否かを除霜制御手段３３が判断、すなわち所定の除霜終了条件が成立したか否かを除霜制御手段３３が判断して、除霜終了条件が成立したと判断したら除霜運転を終了することができる。

前記除霜運転時において、除霜制御手段３３は、循環ポンプ２０を駆動させながら、暖房運転中の熱交換端末１３Ａに対応する熱動弁１７Ａを閉じ、蓄熱運転時に蓄熱した停止中の熱交換端末１３Ｂに対応する熱動弁１７Ｂ、および蓄熱運転時に蓄熱した停止中の熱交換端末１３Ｃに対応する熱動弁１７Ｃを開く。このようにすることで、除霜運転時に運転中の熱交換端末１３Ａに対応する熱動弁１７Ａは閉じられ、熱交換端末１３Ａには除霜運転のために温度低下した温水が流れることはなく（図６中の矢線が示す温水の流れ参照。）、熱交換端末１３Ａに対応するＡ室の室温が低下するのを防止でき、快適性を損なうことがない。一方、除霜運転時に運転停止中の熱交換端末１３Ｂに対応する熱動弁１７Ｂ、および運転停止中の熱交換端末１３Ｃに対応する熱動弁１７Ｃは開けられ、前記蓄熱運転時に蓄熱した熱交換端末１３Ｂおよび熱交換端末１３Ｃ内の温水が循環され（図６中の矢線が示す温水の流れ参照。）、液冷媒熱交換器５にてその温水が保有する保有熱が除霜用として冷媒側に汲み上げられるため、冷媒の温度が高く、空気熱交換器８を除霜する除霜運転時間を従来よりも大幅に短縮することができる。なお、前記除霜運転開始時（除霜開始条件成立時）において、全ての熱交換端末１３（１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ）が暖房運転中の場合、除霜制御手段３３は、それらの熱交換端末１３（１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ）に対応する熱動弁１７（１７Ａ、１７Ｂ、１７Ｃ）を全て開弁しながら、除霜運転を行うものである。

次に、前記暖房運転時の動作について、その制御手順を図７のフローチャートを用いて説明する。ここでは、先に図４～図６で示したように、複数の熱交換端末１３の中で、熱交換端末１３Ａによる暖房運転が行われる場面に基づき説明する。

前記熱交換端末１３（熱交換端末１３Ａ）による暖房運転が開始され、ステップＳ１で、制御部３１は、熱交換端末１３（熱交換端末１３Ａ）に供給される温水の温度がリモコン２３で設定された温度レベルに到達したか否か（＝戻り温度センサ２２Ａにより検出される温水温度が目標温水温度に到達したか否か）を判定する。温水温度が設定された温度レベルに到達するまでは、ステップＳ１の判定が満たされず（Ｓ１：ＮＯ）ループ待機し、温水温度が設定された温度レベルに到達すると、ステップＳ１の判定が満たされ（Ｓ１：ＹＥＳ）、ステップＳ２に移る。

ステップＳ２では、蓄熱制御手段３２は、複数の熱交換端末１３の中で現在停止中の熱交換端末１３があるか否かを判定する。停止中の熱交換端末１３がない、すなわち全ての熱交換端末１３が暖房運転中の場合は、ステップＳ２の判定が満たされず（Ｓ２：ＮＯ）、Ｓ１の処理に戻る。一方、停止中の熱交換端末１３（熱交換端末１３Ｂ、１３Ｃ）がある場合は、ステップＳ２の判定が満たされ（Ｓ２：ＹＥＳ）、ステップＳ３に移る。

ステップＳ３では、蓄熱制御手段３２は蓄熱運転を開始し、具体的には、複数の熱交換端末１３の中で現在停止中の熱交換端末１３（熱交換端末１３Ｂ、１３Ｃ）に対応する熱動弁１７（熱動弁１７Ｂ、１７Ｃ）を開弁し、停止中の熱交換端末１３（熱交換端末１３Ｂ、１３Ｃ）にも温水を循環させ、ステップＳ４に移る。なお、ステップＳ３のとき、停止中の熱交換端末１３（１３Ｂ、１３Ｃ）に供給される温水の温度レベルとしては、通常の暖房運転時に設定可能な温度レベルの下限値（レベル１）よりも低い設定となる蓄熱レベルに設定される。

ステップ４では、蓄熱制御手段３２は、蓄熱運転を開始してから一定時間（例えば１０分）が経過したか否かを判定する。一定時間が経過するまでは、ステップＳ４の判定が満たされず（Ｓ４：ＮＯ）ループ待機し、一定時間が経過すると、ステップＳ４の判定が満たされ（Ｓ４：ＹＥＳ）、ステップＳ５に移る。

ステップＳ５では、蓄熱制御手段３２は、停止中の熱交換端末１３（熱交換端末１３Ｂ、１３Ｃ）に対応する熱動弁１７（熱動弁１７Ｂ、１７Ｃ）を閉弁して、停止中の熱交換端末１３（熱交換端末１３Ｂ、１３Ｃ）への温水循環を停止させて蓄熱運転を終了し、ステップ６へ移る。

ステップＳ６では、除霜制御手段３３は、所定の除霜開始条件が成立したか否かを判定する。所定の除霜開始条件が成立するまでは、ステップＳ６の判定が満たされず（Ｓ６：ＮＯ）ループ待機し、所定の除霜開始条件が成立すると、ステップＳ６の判定が満たされ（Ｓ６：ＹＥＳ）、ステップＳ７に移る。

ステップＳ７では、除霜制御手段３３は、ヒートポンプ回路１０を循環する冷媒の循環方向を暖房運転時と逆方向になるように四方弁４を切り替える等、ヒートポンプユニット２を制御するのと同時に、複数の熱交換端末１３の中で暖房運転中の熱交換端末１３（熱交換端末１３Ａ）に対応する熱動弁１７（熱動弁１７Ａ）を閉弁し、暖房運転中の熱交換端末１３（熱交換端末１３Ａ）への温水循環を停止させると共に、蓄熱運転により除霜用の熱を蓄熱した停止中の熱交換端末１３（熱交換端末１３Ｂ、１３Ｃ）に対応する熱動弁１７（熱動弁１７Ｂ、１７Ｃ）を開弁し、停止中の熱交換端末１３（熱交換端末１３Ｂ、１３Ｃ）への温水循環を開始させ、ステップＳ８に移る。なお、このステップＳ７において、除霜制御手段３３は、蓄熱運転時に除霜用の熱を蓄熱した停止中の熱交換端末１３（熱交換端末１３Ｂ、１３Ｃ）が、除霜運転を開始するタイミングでも停止中であると判断される場合に、蓄熱運転により除霜用の熱を蓄熱した停止中の熱交換端末１３（熱交換端末１３Ｂ、１３Ｃ）に対応する熱動弁１７（熱動弁１７Ｂ、１７Ｃ）を開弁するものである。

ステップＳ８では、除霜制御手段３３は、所定の除霜終了条件が成立したか否かを判定する。所定の除霜終了条件が成立するまでは、ステップＳ８の判定が満たされず（Ｓ８：ＮＯ）ループ待機し、所定の除霜終了条件が成立すると、ステップＳ８の判定が満たされ（Ｓ８：ＹＥＳ）、ステップＳ９に移る。

ステップＳ９では、除霜制御手段３３は、複数の熱交換端末１３の中で除霜運転を行う前に暖房運転中であった熱交換端末１３（熱交換端末１３Ａ）に対応する熱動弁１７（熱動弁１７Ａ）を開弁し、熱交換端末１３（熱交換端末１３Ａ）への温水循環を再開させると共に、停止中の熱交換端末１３（熱交換端末１３Ｂ、１３Ｃ）に対応する熱動弁１７（熱動弁１７Ｂ、１７Ｃ）を閉弁し、停止中の熱交換端末１３（熱交換端末１３Ｂ、１３Ｃ）への温水循環を停止させて除霜運転を終了させる。さらに、除霜制御手段３３は、ヒートポンプ回路１０を循環する冷媒の循環方向を暖房運転時の方向になるように四方弁４を切り替える等、ヒートポンプユニット２を制御して暖房運転を再開させる。

以上説明したように、本実施形態のヒートポンプ式温水暖房システム１によれば、暖房運転中に、複数の熱交換端末１３の中で運転中の熱交換端末１３に供給される温水の温度が温度レベルに到達した場合に、複数の熱交換端末１３の中で停止中の熱交換端末１３に対応する熱動弁１７を開いて、停止中の熱交換端末１３に温水を流し蓄熱する蓄熱運転を行うようにし、暖房運転中に除霜運転が行われる場合には、複数の熱交換端末１３の中で運転中の熱交換端末１３に対応する熱動弁１７を閉じると共に、蓄熱運転時に蓄熱しておいた停止中の熱交換端末１３に対応する熱動弁１７を開くようにしている。

これにより、暖房運転中の熱交換端末１３に供給される温水の温度が温度レベルに到達するまでは、暖房運転中の熱交換端末１３にのみ温水が循環され、暖房運転中の熱交換端末１３に対応する被空調空間をすばやく暖房することができる。さらに、運転中の熱交換端末１３に供給される温水の温度が温度レベルに到達した場合、すなわち、運転中の熱交換端末１３に対応する被空調空間の負荷が減少し、その被空調空間の室温が安定した状態となった場合、運転中の熱交換端末１３に対応する熱動弁１７以外の、停止中の熱交換端末１３に対応する熱動弁１７も開いて温水を流すことで、暖房運転中の熱交換端末１３に対応する被空調空間の室温の安定状態（快適性）を維持しながら、停止中の熱交換端末１３に除霜用の熱を蓄熱することができる。そして、除霜運転時には、暖房運転中の熱交換端末１３に対応する熱動弁１７は閉じられるので、運転中の熱交換端末１３には除霜運転のために温度低下した温水が流れることはなく、運転中の熱交換端末１３に対応する被空調空間の室温の低下を緩やかにすることができ、快適性を損なうことがないものであり、一方で、蓄熱運転時に蓄熱しておいた停止中の熱交換端末１３に対応する熱動弁１７は開けられ、その熱交換端末１３内の温水が循環されるので、液冷媒熱交換器５にてその温水が保有する保有熱が除霜用として冷媒側に汲み上げられ、冷媒の温度を高くすることができ、空気熱交換器８を除霜する際の除霜運転時間を短縮することができる。

また、本実施形態では特に、蓄熱運転時において、複数の熱交換端末１３の中で停止中の熱交換端末１３に供給される温水の温度レベルを、通常の暖房運転時に設定可能な温度レベルの下限値（レベル１）よりも低い設定となる蓄熱レベルに設定されるので、停止中の熱交換端末１３に対応する被空調空間を無駄に暖房することなく、空気熱交換器８の除霜に必要な分の熱量を蓄熱することができる。

また、本実施形態では特に、蓄熱運転時において、蓄熱制御手段３２は、蓄熱運転開始から一定時間が経過したら、停止中の熱交換端末１３に対応する熱動弁１７を閉じて、蓄熱運転を終了させるので、停止中の熱交換端末１３に対応する被空調空間を無駄に暖房することなく、空気熱交換器８の除霜に必要な分の熱量を蓄熱することができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更が可能である。

例えば、上記実施形態では、運転中の熱交換端末１３に供給される温水の温度が温度レベルに到達した場合に前記蓄熱運転を実施するようにしているが、他の変形例として、蓄熱制御手段３２に、外気温度と空気熱交換器８の冷媒温度とに基づいて設定される蓄熱準備条件、すなわち、外気温度と空気熱交換器８の冷媒温度とから、直に除霜運転が開始されると推測される条件（前記除霜開始条件が成立するよりも手前で成立する条件）を予め記憶しておき、図８のフローチャート（後述するステップＳ１００以外の処理は、図７のフローチャートと同じなので説明を省略する。）に示すように、蓄熱制御手段３２が、運転中の熱交換端末１３に供給される温水の温度が温度レベルに到達した場合（Ｓ１：ＹＥＳ）であって、且つ外気温度センサ１１の検出する外気温度と冷媒温度センサ１２の検出する冷媒温度とにより、前記蓄熱準備条件が成立したと判定した場合（Ｓ１００：ＹＥＳ）に、前記蓄熱運転を行うようにしてもよく、このようにすることで、除霜運転が開始される直前で蓄熱運転を行うことができ、除霜運転が開始されるまでに停止中の熱交換端末１３に蓄熱した熱量が無駄に放熱される時間が少なくなり、蓄熱した多くの熱量を空気熱交換器８の除霜用に使用することができる。

また、上記実施形態では、運転中の熱交換端末１３に供給される温水の温度が温度レベルに到達した場合に前記蓄熱運転を実施するようにしているが、さらに他の変形例として、図９のフローチャート（後述するステップＳ２００以外の処理は、図７のフローチャートと同じなので説明を省略する。）に示すように、蓄熱制御手段３２が、運転中の熱交換端末１３に供給される温水の温度が温度レベルに到達した場合（Ｓ１：ＹＥＳ）であって、且つ駆動中の圧縮機３の回転数が上限回転数より低い予め設定された所定回転数（例えば、７０ｒｐｓ）以下と判定した場合（Ｓ２００：ＹＥＳ）に、前記蓄熱運転を行うようにしてもよく、このようにすることで、暖房運転中の熱交換端末１３に対応する被空調空間の負荷が大きく、運転中の熱交換端末１３に供給する温水温度を設定した温度レベルまで上げることはできたが、その被空調空間を暖房するのに精一杯で圧縮機３の出力にあまり余裕がない状態の場合（圧縮機３の回転数が前記所定回転数より高い場合）は蓄熱運転を行わずに、運転中の熱交換端末１３に対応する被空調空間の暖房に専念させて快適性を維持し、圧縮機３の出力に余裕がある状態（圧縮機３の回転数が前記所定回転数以下の場合）は、蓄熱運転を行うことができ、停止中の熱交換端末１３に空気熱交換器８の除霜に必要な分の熱量を蓄熱することができる。

また、上記実施形態では、運転中の熱交換端末１３に供給される温水の温度が温度レベルに到達した場合に前記蓄熱運転を実施するようにしているが、さらに別の変形例として、蓄熱制御手段３２に、外気温度と空気熱交換器８の冷媒温度とに基づいて設定される蓄熱準備条件、すなわち、外気温度と空気熱交換器８の冷媒温度とから、直に除霜運転が開始されると推測される条件（前記除霜開始条件が成立するよりも手前で成立する条件）を予め記憶しておき、図１０のフローチャート（後述するステップＳ３００、Ｓ４００以外の処理は、図７のフローチャートと同じなので説明を省略する。）に示すように、蓄熱制御手段３２が、運転中の熱交換端末１３に供給される温水の温度が温度レベルに到達した場合（Ｓ１：ＹＥＳ）であって、且つ駆動中の圧縮機３の回転数が上限回転数より低い予め設定された所定回転数（例えば、７０ｒｐｓ）以下と判定した場合（Ｓ３００：ＹＥＳ）であって、且つ外気温度センサ１１の検出する外気温度と冷媒温度センサ１２の検出する冷媒温度とにより、前記蓄熱準備条件が成立したと判定した場合（Ｓ４００：ＹＥＳ）に前記蓄熱運転を行うようにしてもよく、このようにすることで、運転中の熱交換端末１３に対応する被空調空間の快適性が維持できている状態、且つ圧縮機３の出力に余裕がある状態、且つ除霜運転が開始される直前のときに蓄熱運転を行うことができ、運転中の熱交換端末１３に対応する被空調空間の快適性を維持しながら、停止中の熱交換端末１３に空気熱交換器８の除霜に必要な分の熱量を蓄熱することができ、さらに、除霜運転が開始されるまでに停止中の熱交換端末１３に蓄熱した熱量が無駄に放熱される時間が少なくなり、蓄熱した多くの熱量を空気熱交換器８の除霜用に使用することができる。

なお、本実施形態では、複数の熱交換端末１３の中で熱交換端末１３Ａを運転中とし、熱交換端末１３Ｂ、１３Ｃを停止中として説明してきたが、本発明が適用されるのはこの組み合わせに限定されず、例えば、複数の熱交換端末１３の中で熱交換端末１３Ｂを運転中とし、熱交換端末１３Ａ、１３Ｃを停止中としたものでもよく、複数の熱交換端末１３の中で熱交換端末１３Ａ、１３Ｂの２台を運転中とし、熱交換端末１３Ｃの１台のみを停止中としたものであってもよいものである。

その他、一々例示はしないが、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更が加えられて実施されるものである。

１ ヒートポンプ式温水暖房システム
２ ヒートポンプユニット
３ 圧縮機
５ 液冷媒熱交換器
６ 膨張弁
８ 空気熱交換器
１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ 熱交換端末
１４ 往き管
１５ 戻り管
１７Ａ、１７Ｂ、１７Ｃ 熱動弁
１９ 循環回路
２０ 循環ポンプ
２３ リモコン
３１ 制御部
３２ 蓄熱制御手段
３３ 除霜制御手段

Claims (6)

1. 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、空気熱交換器とを有するヒートポンプ式熱源機と、
   前記ヒートポンプ式熱源機の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暖房を行う複数の熱交換端末と、前記複数の熱交換端末に対応する個別の流量制御弁と、前記循環液を循環させる循環ポンプとを配管で接続し形成される前記循環液が循環する循環回路と、
   前記熱交換端末に供給される前記循環液の温度レベルを設定する設定手段と、
   前記熱交換端末に供給される前記循環液の温度が前記温度レベルになるように前記ヒートポンプ式熱源機および前記流量制御弁を制御して暖房運転を行う制御部と、
   を備えたヒートポンプ式温水暖房システムにおいて、
   前記暖房運転の際、前記複数の熱交換端末の中で運転中の熱交換端末に供給される前記循環液の温度が前記温度レベルに到達した場合に、前記複数の熱交換端末の中で停止中の熱交換端末の少なくとも１つに対応する流量制御弁を開いて前記停止中の熱交換端末に前記循環液を流し蓄熱する蓄熱運転を行う蓄熱制御手段と、
   前記ヒートポンプ式熱源機の前記空気熱交換器の除霜運転時に、前記複数の熱交換端末の中で前記運転中の熱交換端末に対応する流量制御弁を閉じ、前記複数の熱交換端末の中で前記蓄熱運転を行った前記停止中の熱交換端末に対応する流量制御弁を開く、除霜制御手段と、
   を設けたことを特徴とするヒートポンプ式温水暖房システム。
2. 前記蓄熱制御手段は、外気温度と前記空気熱交換器の冷媒温度とに基づいて設定される蓄熱準備条件を予め記憶し、前記複数の熱交換端末の中で前記運転中の熱交換端末に供給される前記循環液の温度が前記温度レベルに到達し、且つ前記蓄熱準備条件が成立した場合に、前記蓄熱運転を行うようにしたことを特徴とする請求項１記載のヒートポンプ式温水暖房システム。
3. 前記蓄熱制御手段は、前記複数の熱交換端末の中で前記運転中の熱交換端末に供給される前記循環液の温度が前記温度レベルに到達し、且つ前記圧縮機の回転数が所定回転数以下の場合に、前記蓄熱運転を行うようにしたことを特徴とする請求項１記載のヒートポンプ式温水暖房システム。
4. 前記蓄熱制御手段は、外気温度と前記空気熱交換器の冷媒温度とに基づいて設定される蓄熱準備条件を予め記憶し、前記複数の熱交換端末の中で前記運転中の熱交換端末に供給される前記循環液の温度が前記温度レベルに到達し、且つ前記圧縮機の回転数が所定回転数以下で、且つ前記蓄熱準備条件が成立した場合に、前記蓄熱運転を行うようにしたことを特徴とする請求項１記載のヒートポンプ式温水暖房システム。
5. 前記蓄熱運転時において、前記複数の熱交換端末の中で前記停止中の熱交換端末に供給される前記循環液の前記温度レベルは、通常の暖房運転時に設定可能な前記温度レベルよりも低く設定されることを特徴とする請求項１から４の何れか一項に記載のヒートポンプ式温水暖房システム。
6. 前記蓄熱制御手段は、前記蓄熱運転開始から一定時間が経過したら、前記停止中の熱交換端末に対応する流量制御弁を閉じるようにしたことを特徴とする請求項１から５の何れか一項に記載のヒートポンプ式温水暖房システム。

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