JPH02126058A - ヒートポンプ装置の運転制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は、空調・給湯或いは空調を行なうヒートポン
プ装置の運転制御方法に関するものであ従来の技術 ヒ−）ポンプ装置においては、エンジンで駆動されるコ
ンプレッサの吐出冷媒を、給湯用熱交換器、空気側熱交
換器及び水側熱交換器等へ循環させて、その冷媒の凝縮
放熱及び気化潜熱を利用して、空調或いは給湯用水の祥
温を行なうようにしている。

このようなヒートポンプ装置において、従来においては
、要求される空調能力や給）易能力が過大となって、ｉ
ｔｉ前記エンジン側に過負荷が生じた場合、コンプレッ
サの気筒数を少なくすることによって、このコンプレッ
サの能力のみを一定時間経過させ、一定時間経過後に再
びコンプレッサの能力を元に房すようにして、過負荷状
態を回避してエンジンが停止するのを防止するようにし
ている。また、空調用の水側熱交換器は、この水側熱交
換器を通る空調用冷温水との熱交換によって、その空Ａ
１１ｌ用冷温水を温め或いは冷却して、冷温水タンク側
に循環させるとともに、更にこの冷温水タンク内の冷温
水を室内側の空調９荷Ｗ置側へ循環させるようにしてい
る。そして、水側熱交換器の熱交換能力の制御は、前記
空調負荷装置側を循環する冷温水の温度即ちその空調負
荷装置から戻る冷温水の温度によって負荷を検出するこ
とが可能であり、例えば、冷房時に冷温水の温度が冷温
水タンク内の温度よりも著しく増大している場合には、
負荷が増大していることを示し、これによって、その水
側熱交換器の熱交換能力を増大させるよう制御すること
が可能である。この場合、この種の制御において、制御
系の系が短い場合には、水側熱交換器の能力を変更制御
した結果は直ちに空調負荷装置側に表れることから、随
時その冷温水温度の検出と制御信号の出力を行なえば良
い。即ち、冷温水温度を検出してから、空調負荷装置側
にその結果が実現されるまでの時間が短い場合には、そ
の冷温水の服ンブリング周期と制御周期を短い時間で行
なえばよい。しかし、前記冷温水の空調負荷装置側への
回路の長い即ち系の長い、例えばビルやホテル等の空調
装置においては、水側熱交（※器の制御を行なってから
、前記空調負荷装置側にその結果が実現される迄の時間
が長いため、短い時間でサンプリングを行なうと制１１
１１が大きくなりすぎる。そのため、従来においては、
第１０図のように、その系の長さに見合った一定周期で
サンプリングを行なうこととしている。

発明が解決しようとする課題 上記従来のし一トポンプ装置の制御Ｂにおいては、まず
過負荷を検出したときに、コンプレッサの能力を予め定
められた一定時間低下させるのみであり、そのため、過
負荷が回避された場合であっても、依然としてコンプレ
ッサの能力を一定時間経過するまでは落とした状態で運
転しなければならず、システム全体の能力を充分活用で
きないという不都合がある。

また、上記のように、従来においては、空調負荷装置＾
、の冷ｌ詰水回路の循環系の長さに応じて制御周期を予
め設定し、この周期で制御を行なっているが、例えば、
ビルの空調において全室の空調負荷装置を使用ｊ７た状
態からそのほとんどが停止されて、空調負荷が大幅に軽
減されたような場合でも、このように同じ周期で制御を
行なうと、これに見合った制御を行なうまでの時間が長
くなり過ぎ、負荷が大幅に減少しているにもかかわらず
、元のままで制御が行なわれるため、第１１図で示すよ
うに、例えば、空調負荷装置側への循環水温が高くなり
過ぎ、更にそれを修正するため、逆の制御を行なうと循
環水温が低くなりすぎて、その繰り返しが長い間続くと
いった不都合を生ずる。

また、この場合、１回の制′４′Ｂ周期における制御量
は、上記のように定常運転を基準として設定されている
が、この場合の制御を行なうためのコンプレッサ回転数
の変化に対応した空調または給湯能力の変化量は、第１
２図のように外気温度によって変わる。従って、制御量
を同じにした場合には、その制御量に見合った空調若し
くは給湯能力の変化が外気温度によって異なるため、や
はり同様に空調能力が一定の状態に迄安定するのに時間
を要するという不都合を生じる。

この発明は、このような従来のヒートポンプ装置の制御
法の不都合を解消することを目的としてなされたもので
ある。

課題を解決するための手段 そして、上記の目的を達成するため、この出願の第１の
発明では、コンプレッサから吐出される冷媒を空気側熱
交換器、水側熱交換器及び給湯用熱交換器側へ循環させ
るようにしたし−トボンブ装置において、前記コンプレ
ッサを駆動するエンジンのｉ荷が過負荷になったときコ
ンプレッサ能力及びエンジン回転数を低下させた後再び
必要によりコンプレッサ能力を増大させ、これらを繰り
返して過負荷を回避できる最大能力で運転を行なうこと
を特徴とする。

また、この発明の第２の発明では、コンプレッサから吐
出される冷媒を空気側熱交換器及び水側熱交換器等の熱
交換器へ循環させて、前記水側熱交換器で熱交換された
空調用冷温水を、空調負荷装置側へ循環させるヒートポ
ンプ装置において、前記コンプレッサを駆動するエンジ
ンの出力を検出する出力検出手段と、冷温水の空調負荷
装置からの戻り側の温度によって空調負荷を検出する負
荷検出手段と、この負荷検出手段によって検出された負
荷の変ＩＪｌｉｔを算出する負荷変動量算出手段と、エ
ンジンの出力の制御手段とを設けて、負荷の変動量に応
じて前記エンジン出力制御手段による制御周期を変更す
ることを特徴とする。

更に、この第２の発明において、外気温度に合わせで制
御量を変更するため、その外気温度に応して制御量を補
正する補正手段を設けたことを特徴とする。

作　　用 上記この発明の制御ｕ方法によれば、また、エンジンの
負荷が過負荷若しくは過負荷に近い状態となったときに
、そのエンジン回転数を低下させながら負荷状態を検出
するので、システム全体の能力を最大限に使用して運転
を行なうことが可能となる。空調機側に負荷変動を生じ
た場合に、制御周期をそれに合わせて変更することによ
って、負荷装置側の目標温度までの安定化時間が短くな
る。

更に、外気温によって、上記制御量を補正するので、外
気温の変化にかかわらず、目標値までの制御ｎ時間が短
くなる。

実施例 第９図は、この発明の実施例に用いられるし一トポンプ
装置の回路図である０図において、（１）は、エンジン
（２）によって駆動されるコンプレッサである。このコ
ンプレッサ（１）の吐出側の通路は、第１分配通路（３
）と第２分配通路（４）とに分岐され、その一方の第１
分配通路（３）が、第１の電磁弁（５）を介して、給湯
用熱交換器（６）側へ接続されている。この給湯用熱交
換器（６）の出口側の通路（７）がレシーバ−タンク（
８）へ接続されている。前記第２の分配通路（４）は、
第２の電磁弁（９）を介して、四方弁（１０）の１つの
ボートへ接続されている。他の１つのポー）　（ｂ）が
、通路（１１）を介して水側熱交換器（１２）へ接続さ
れ、この水側熱交換器（１２）の反対側に接続された通
路（１３）が、膨張弁（１４）及び電磁弁（１５）等を
介して前記のレシーバ−タンク（８）へ接続しである。

更に、四方弁（１０）のボート（Ｃ）が、通路（１６）
を介して、空気側熱交換器（１７）へ接続され、この通
路（１６）の途中には別の電磁弁（１８）が設けられて
いる。

空気側熱交換器（１７）の反対側に接続された通路（１
９）が、電磁弁（２０）を介して同様に前記のしシーバ
ータンク（８）へ接続されている。また、この空気側熱
交換器（１７）は、前記レシーバ−タンク（８）側にの
み通路を開く逆止弁（２１）を介し、もう１つの通路（
２２）によってもレシーバ−タンク（８）へ接続されて
いる。更に、前記通路（１６）より分岐した通路（４６
）がアキュムレータ（４７）へ接続され、このアキュム
レータ（４７）からコンプレッサ（１）へ吸入されるよ
うになっている。

（２５）は、エンジン（２）の冷却水回路であり、この
冷却水回路（２５）の途中に排熱回収器（２６）が設け
られている。給湯用熱交換器（６）との熱交換によって
温められた湯は、前記排熱回収器（２６）において、冷
却水との熱交換によって昇温された後、湯供給通路（２
７）から貯湯タンク（２８）側に供給される。また、こ
の貯湯タンク（２８）内の湯は、戻り通路（２９）によ
って前記給湯用熱交換器（６）側に循環させられるよう
になっている。

貯湯タンク（２８）内に貯められた湯は、湯取出し通路
（３０）によってカラン（３１）に側に取り出される。

また、ヒートポンプ回路による能力を補うため、貯湯タ
ンク（２８）内の湯をボイラーその他の補助熱源（３２
）側へ循環させる補助熱源回路（３２）が接続されてい
る。

他方、水側熱交換器（１２）には、空調用冷温水タンク
（３４）と、この水側熱交換器（１２）を結ぶ冷温水回
路（３５）が設けられている。冷温水タンク（３４）内
の湯は、冷温水供給回路（３６）によって、室内側の空
調負荷装置（３７）側へ循環される。

また、同様に水側熱交換器（１２）による熱交換の能力
を補うため、冷温水タンク（３４）の湯を補助熱源（３
８）側へ循環させる補助熱源回路（３８）が設けられて
いる。

第９図は、前記貯湯タンク（２８）内の構造を示したも
ので、この貯湯タンク（２８）内は、前記給湯用熱交換
器（６）側からの湯及び補助熱源（３２）側からの湯を
、その貯湯タンク（２８）上部側から入れ、同しく補助
熱源（３２）及び給湯用熱交換器（６）側への循環湯の
取出しをタンク底部から行なうとともに、補給水の入口
（４１）をタンク底部に形成することによって、上部側
の高温湯層（４２）と下部側の低温湯層（４３）とから
なる成層状態を保持するようにしている。そして、前記
カラン（３１）　　（３１）側への取出し通路（３０）
への出口部を、前記高温湯層（４２）側に設けることに
よって、常に高温湯を取り出して使用できるようにして
いる。このような成層状態を維持するため、貯湯タンク
（２８）の上部及び底部近傍位置には、そのタンク内へ
の流入或いはタンクからの流出時に、タンク内の湯が乱
されないような多孔板からなる整流板（４４）　　（４
４）が設けられている。更に、この貯湯タンク（２８）
には、この貯湯タンク（２８）内の上下方向の各位置の
湯温を測定する湯温検出手段としての、多数のサーミス
タ（４５ａ　）　　（４５ｂ）・・・が適当な間隔をお
いて設けられている。

上記のようなヒートポンプ回路において、コンプレッサ
（１）より出た冷媒は、第１分配通路（３）と第２分配
通路（４）の電磁弁（５）（９）が開いている状態では
、その一部が第１分配通路（３）から給湯用熱交換器（
６）側へ流れ、ここでの凝縮時の放熱によって給湯用水
を温めた後、液化したガスがレシーバ−タンク（８）側
に流れる。第２分配通路（４）側に流れた冷媒は、水側
熱交換器（１２）を冷房として使用する場合には、まず
、四方弁（１０）から通路（１６）を通って空気側熱交
換器（１７）に流れる。そして、この空気側熱交換器（
１７）部での凝縮時の放熱によって熱を放出した冷媒は
、レシーバ−タンク（８）側に入り、前記給湯用熱交換
器（６）側からの冷媒と合流して通路（１３）を通り、
膨脂弁（１４）によって減圧された後、水側熱交換器（
１２）を通って、四方弁（１０）からアキュムレータ（
４７）側に流れ込んで、コンプレッサ（１）側に返る。

給湯を行なわない場合には、給湯用熱交換器（６）側に
流れる第１分配通路（３）中の電磁弁（５）が閉じられ
ており、冷媒ガスは、空気側熱交換器（１７）と水側熱
交換器（１２）　＠にのみ流れて、空調のみとなる。な
お、＠房時においては、空気側熱交換器（１７）と水側
熱交換器（１２）側へ循環する冷媒ガスの流れが逆方向
となる。冷房と給湯の双方を行なう場合において、給湯
用熱交換器（６）に必要とされる給湯能力或いは熱交換
能力が低い場合には、第２分配通路（４）側の電磁弁（
９）を閉じ、給湯用熱交換器（６）と水側熱交換器（１
２）のみによって、即ち、給湯用熱交換器（６）を凝縮
器とし、水側熱交換器（１２）を相手方の蒸発器として
使用することによって、空気側熱交換器（１７）側に冷
媒を循環させることなく給湯・冷房を行なうことができ
る。この状態では、冷媒ガスはその全量が給湯用熱交換
器（６）側に流れるため、冷媒流量は最大である。

次に、上記のようなヒートポンプ回路における具体的な
制’＜７５方法について説明する。

第１図は、この出願の第１の発明にしたがって構成され
た制御装置のブロックダイヤグラムである。

図において（５１）はコントローラであって、このコン
トローラには、通常マイクロコンピュータが用いられ、
エンジン負荷算出手段（５２）と、エンジン回転数制御
手段（５３）　と、コンプレッサ能力制御手段（５４）
とを有している。吸気圧センサー　（５５）　、エンジ
ン排気温センサー（５６）及びエンジン回転数検出手段
（５７）の検出信号が、このコントローラ（５１）へ人
力されるとともに、コントローラ（５１）の制御出力信
号は、エンジン（２）及びコンプレッサ（１）側に出力
されるようになっている。

第２図は、その具体的な制御方法の手順を示している。

このｗ制御では、エンジンのｉｔ荷を２段階に分け、過
負荷レベルが大の場合と小の場合とで異なる制御を行な
うようにしている。まず、プログラムがスタートすると
、通常能力制御の段階から前記吸気圧センサー（５５）
及び排気温センサー（５６）からの入力信号により、エ
ンジン負荷重を算出する（ステップ５１）０次に、その
負荷が過負荷状態であるか否かを判定しくＳ２）、過負
荷の場合には、更にその負荷レベルがどの段階にあるか
を判定する（Ｓ３＞、負荷レベルが大の場合には、前記
エンジン回転数制御手段（５３）及びコンプレッサ能力
制御手段（５４）からエンジン（１）及びコンプレッサ
（２）側へ出力信号を出力して、コンプレッサ（１）の
気筒数を減少する等によって能力をダウンさせるととも
に、エンジン回転数を低下させてそれに連動するコンプ
レッサ回転数を低下させる（Ｓ４）、地方、過負荷レベ
ルが小の場合には、エンジン（２）の回転数をダウンさ
せる（Ｓ５）。そして、再び過負荷であるか否かを判定
しく３６）、過負荷が解消されていない場合には、ステ
ップ３からの作業を繰り返す。

過負荷が解消されると、システムの出力を上げる必要が
あるか否かを判定しく５７）、必要のある場合には一定
時間過負荷を回避した後コンプレッサ能力を元に戻しく
Ｓ８、Ｓ９）、そうでない場合（空調負荷が減少したよ
うなとき）には通常の能力制御に戻る。そして、このよ
うな作業を繰り返しながら、過負荷を回避できるその能
力の最大位置までエンジン回転数を下げ、かつ、コンプ
レッサ能力を低下させることによって、そのシステムの
持つ最大能力を使用して運転を行なうことができる。第
３図に、そのときの回転数と熱交換能力の変化を示して
いる０図において、■−〇又は■→■が第２図の３４に
相当し、■−■又は■→■がＳ５に相当する。

第４図は、この出願の第２及び第３の発明にしたがって
構成されたブロックダイヤグラムであり、通常マイクロ
コンピュータによって用いられるコントローラ（５１）
には、エンジン出力算出手段（６１）、負荷変動量算出
手段（６２）　、制御周期設定手段（６３）　、制御址
設定手段（６４）及び制御量補正手段（６５）が設けら
れる。コントローラ（５１）には、吸気圧センサー（５
５）　、エンジン周囲の雰囲気温度センサー（６６）　
、エンジン回転数検出センサー（５７）　、空調冷温水
検出センサー（６８）及び外気温センサー（６７）の検
出信号が入力されるようになっている。

第５図が、外気温による補正を行なわない場合の、制御
手順のフロチャートである。プログラムがスタートする
と、まず、空調冷温水検出センサー　（６８）によって
検出された入力信号を入力する（Ｓｌ）、この入力信号
に基づき、その冷温水温度Ｔｏが予め記憶された前回の
温度′ｒ１と比較する（Ｓ２）、そして、前回温度との
差ΔＴが大であるかどうか即ち負荷変動が大きいかどう
かを判定しく３３）、負荷が急拡大した場合には、第６
図のように、制御周期を短くするとともに（Ｓ４）、制
御量を大きくして（Ｓ５）、その大きな負荷変動に対応
させる。他方、そうでないときは、入力されたエンジン
回転数検出センサー（５７）、吸気圧センサー（５５）
及び雰囲気温度センサー（６６）によって検出された信
号に基づいて現在のエンジン出力Ｐｒを算出する（３６
）、これに基づき、エンジン出力が予め定められた定数
値に２よりも大きいか否かを判定しくＳ７）、出力が大
きい場合即ち負荷が非常に小さいときには、制御周期を
短くし、かつ、制御量をも最小にする（３８、Ｓ９）、
他方、エンジン出力が大きくない場合には、通常の制御
に戻る（３１０）、上記のように、負荷変動が大きいと
きに制御周期を短くし、がっ、制御幅を増減することか
ら、第６図で示すように、負荷変動によって循環する冷
温水温度が大きく変動じた場合であっても、すみやかに
目標温度に復帰させることができる。

第７図は、上記のような制御に更に外気温による補正を
付加したものであり（ステップ８４“Ｓ８°）、制御量
を演算する前に、予め外気温度による出力の変化率を算
出し、これに基づいて、制御幅を決定させるようにした
ものである。第８図は、このような外気温度の補正を行
なう場合と行なわない場合の目標水温の変化を示してお
り、外気温度が例えば低いときで、その外気温度による
補正を行わない場合には、その冷温水温度が目標値を中
心として上下に大きく振幅するが、かかる補正を行なう
ことによってすみやかに目標水温で安定させることがで
きる。

発明の効果 以上のように、この発明では、エンジンの負荷が過負荷
になったときに、そのエンジン回転数を低下させながら
、その過負荷か否かを判定するようにしていることから
、従来のように過負荷になったとき、その負荷を判定し
ないで一定時間コンブレソサ回転数を低下させる場合と
異なり、システム全体の持つ能力を最大限に使用しなが
ら過負荷状態を回避できるという効果がある。

また、この出願の第２の発明では、空調回路の負荷が大
きく変動した場合に、制御周期（サンプリングタイム）
を短くすることから、空調用冷温水を目標温度まで早期
に安定させることができるという効果がある。

また、この出願の第３の発明では、外気温度による補正
をも付は加えていることから、制御の際の外気温度が通
常予定されている温度に対して大きく異なる場合であっ
ても、その外気温度に応じて制御量を変更することによ
って、やはり同様に目標温度までの安定化時間が短いと
いう効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の実施例を示す制御装置のブロック
ダイヤグラム、第２図は、エンジンの過負荷回避を行な
う制御手順のプログラムを示ずフロチャート、第３図は
、過負荷が発生したときの機関回転数の変化を示すグラ
フ、第４図は、この発明の別の実施例を示す制御装置の
ブロックダイヤグラム、第５図は、同じくその制御手順
のフロチャート、第６０は、時間の経過に伴う循環水温
の変化を示すグラフ、第７図は、この発明の更に別の実
施例を示す制御手順のフロチャート、第８図は、冷房時
におけるコンプレッサ回転数と冷温水温度の変化を示す
グラフ、第９図は、ヒートポンプ装置の全体回路図、第
１０図及び第１１図は、それぞれ制御の際の時間の経過
に伴う冷温水温度の変化を示すグラフ、第１２図は、コ
ンプレッサ回転数に対する空調及び給湯能力の変化を示
すグラフである。 （１）・・・コンプレ、す、（２）・・・エンジン、・
・・給湯用熱交換器、 ・・・水側熱交換器、 ・・・空気側熱交換器、 ・・・空調負荷装置。 特　許出願人 ヤンマーディーゼル株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、コンプレッサから吐出される冷媒を空気側熱交換器
   、水側熱交換器及び給湯用熱交換器側へ循環させるよう
   にしたヒートポンプ装置において、前記コンプレッサを
   駆動するエンジンの負荷が過負荷になったときコンプレ
   ッサ能力及びエンジン回転数を低下させた後再び必要に
   よりコンプレッサ能力を増大させ、これらを繰り返して
   過負荷を回避できる最大能力で運転を行なうことを特徴
   とするヒートポンプ装置の運転制御方法。 ２、コンプレッサから吐出される冷媒を空気側熱交換器
   及び水側熱交換器等の熱交換器へ循環させて、前記水側
   熱交換器で熱交換された空調用冷温水を、空調負荷装置
   側へ循環させるヒートポンプ装置において、前記コンプ
   レッサを駆動するエンジンの出力を検出する出力検出手
   段と、冷温水の空調負荷装置からの戻り側の温度によっ
   て空調負荷を検出する負荷検出手段と、この負荷検出手
   段によって検出された負荷の変動量を算出する負荷変動
   量算出手段と、エンジンの出力の制御手段とを設けて、
   負荷の変動量に応じて前記エンジン出力制御手段による
   制御周期を変更することを特徴とするヒートポンプ装置
   の運転制御方法。 ３、前記エンジン出力制御手段による制御量を外気温度
   に応じて補正する補正手段を設けた請求項２記載のヒー
   トポンプ装置の運転制御方法。