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JP5898537B2 - ヒートポンプ式暖房装置 - Google Patents

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Description

ヒートポンプを利用して加熱した熱媒を循環させて暖房を行う暖房装置に関する技術が以下に開示される。
冷媒熱交換器、圧縮機、熱媒熱交換器、及び膨張弁を含むヒートポンプを利用した加熱装置によって、熱媒として水を加熱し、各部屋に設置した室内暖房器具であるパネル形のラジエータにその温水を流して室内を暖房する暖房装置がある。このヒートポンプ式暖房装置の概略構成につき、図1に示す。図示のようにヒートポンプ式暖房装置は、制御装置1が制御するヒートポンプ型加熱装置2及び循環ポンプ3により、暖房端末のパネルラジエータPR1〜4を通し温水を循環させ、これらパネルラジエータPR1〜PR4が設置されている部屋A〜Dの暖房を行う。制御装置1は、循環ポンプ3により加熱装置2から暖房端末へ向け送り出される温水の温度(往き熱媒温度)を温度センサ1aにより測定すると共に、暖房端末を通って加熱装置2に戻ってくる温水の温度(戻り熱媒温度)を温度センサ1bにより測定し、これら測定値と外気温度センサ1cにより測定される外気温度及び設定暖房温度などを基に演算される暖房負荷に応じて、加熱装置2及び循環ポンプ3を制御する。
循環ポンプ3により送り出される温水は、往きヘッダ(分配器)4を経由して複数のパネルラジエータPR1〜PR4へ並列に分配され、複数のパネルラジエータPR1〜PR4から戻ってくる温水は、戻りヘッダ(合流器)5を経由して一つに合流し、加熱装置2へ戻る。各パネルラジエータPR1〜PR4では、サーモヘッドを備えたサーモバルブTV1〜TV4を通し温水が流入して内部を流れた後、温水出口から戻りヘッダ5へ戻っていく。各温水入口に設けられるサーモバルブTV1〜TV4は、周囲温度感応型の個別流量調節具の一つであり、サーモバルブTV1〜TV4が設置されている場所の周囲温度に応じてバルブ開度が自動調節され、中を通る温水の流量が周囲温度、つまり室内温度に応じて自動的に調節される。
このような暖房装置のヒートポンプ型加熱装置2には、特許文献1,2に開示されるような、給湯用タンクに温水を貯湯することのできる貯湯式の装置もあれば、特許文献3に開示されるような、貯湯用のタンクを持たない装置もある。
以上のような中央暖房方式(セントラルヒーティング)の暖房装置において、制御装置1は、例えば特許文献1のように、操作パネルを通し設定される設定暖房温度と外気温度とに基づいて必要な暖房能力を演算し、これから往き熱媒温度を算出する(式1)。
[式1]
暖房能力=(Ts−Ta)×Q×A
=(To−Ti)×F×k
Ts:設定暖房温度
Ta:外気温度
Q:建物の熱損失係数
A:建物の床面積
To:往き熱媒温度
Ti:戻り熱媒温度
F:熱媒循環量
k:係数
つまり、外気温度と設定暖房温度の差を演算→必要暖房能力とこれに対応する往き熱媒温度を決定→制御安定後に戻り熱媒温度を測定→戻り熱媒温度測定値に基づいて暖房能力の過不足判断→暖房能力再決定という制御が実行される。
特開2009−275941号公報 特開2009−281666号公報 特開2001−124349号公報
暖房器具のパネルラジエータPR1〜PR4がそれぞれ設置される部屋A〜Dは、図2Aに示すように、一つの建物内でその配置や大きさはまちまちであり、暖房負荷が様々である。ある部屋は広くて暖房負荷が終日大きく、ある部屋は東向きで午後になると暖房負荷が増え、逆に西向きの部屋で午後に暖房負荷が減ったりと、暖房負荷のパターンは多様である。そこで、各部屋A〜DのパネルラジエータPR1〜PR4において、個々の部屋の室温に応じてサーモバルブTV1〜TV4がそれぞれ温水の流量調節を行い、その部屋の環境に応じた暖房能力の調節が個別に実施される。すなわち、中央暖房方式の暖房装置では、制御装置1が、各部屋A〜Dを暖房した後に戻りヘッダ5を経て合流した温水の戻り熱媒温度に基づいて往き熱媒温度(暖房能力)を制御し、個々のサーモバルブTV1〜TV4が、各部屋A〜Dの個別暖房負荷に応じた個別調節を行う仕組みになっている。
例えば、図2Bに示すように、全部屋A〜Dの合計暖房負荷が3.2kWから2.8kWへ下がったと仮定する。すなわち、個別暖房負荷が増加する部屋と減少する部屋とが混在し、各部屋A〜Dの個別暖房負荷を合計すると、結果的に全体の暖房負荷は下がっている、という状況を想定する。各部屋A〜DでそれぞれのサーモバルブTV1〜TV4が勝手に温水流量を個別調節するので、同じ合計暖房負荷3.2kW→2.8kWの変化であっても温水の循環量が場合によって違い、図2Bにおける例1の1.528L/min→1.18L/minに対し、例2では1.528L/min→1.348L/minであり、その結果、戻り熱媒温度が例1で30℃→26℃なのに対し、例2では30℃→30.2℃である。つまり、暖房負荷の異なる各部屋A〜Dからそれぞれ戻る、温度及び流量の違う個別戻り温水が合流するので、温度センサ1bで測定される戻り熱媒温度は、全部屋A〜Dの合計暖房負荷(すなわち、加熱装置2が本来担うべき暖房負荷)を正確には現さず、各部屋A〜Dの暖房器具PR1〜PR4に係る個別暖房負荷変動によって、同じ合計暖房負荷であっても異なる温度となる。
図示の例で例えると、制御装置1は、例1の場合は[往き熱媒温度60℃−戻り熱媒温度26℃]に基づいて暖房能力を決定するが、例2の場合は[往き熱媒温度60℃−戻り熱媒温度30.2℃]に基づいて暖房能力を決定するので、同じ暖房負荷2.8kWに対して状況により違う暖房能力が設定されてしまう。すなわち、中央暖房方式の暖房装置の場合、戻り熱媒温度だけでは、正確に暖房負荷の変化に対応して加熱装置2の暖房能力を制御することが実行されない場合がある。この点で、当該暖房装置には改善の余地がある。
当課題に対して提案するのは、一態様として、冷媒熱交換器で吸熱した冷媒を圧縮機で圧縮し、該圧縮後の冷媒を熱媒熱交換器に通した後、膨張弁で膨張させて前記冷媒熱交換器へ循環させる加熱装置と、前記熱媒熱交換器で吸熱した熱媒を通す暖房端末と、前記熱媒熱交換器と前記暖房端末との間で前記熱媒を循環させる循環ポンプと、前記加熱装置の暖房能力を制御する制御装置と、を含んで構成されるヒートポンプ式暖房装置であり、その制御装置が次の態様の制御を実行する。
第1態様の前記制御装置は、
必要な暖房能力を決定し、
該決定暖房能力の回転速度で前記圧縮機を動作させると共に当該圧縮機の吐出温度が所定値となるように前記膨張弁を制御し、
前記熱媒熱交換器から前記暖房端末へ送り出される熱媒の温度を測定した往き熱媒温度測定値が、前記決定暖房能力の往き熱媒温度決定値と一致するように制御し、
前記往き熱媒温度測定値が前記往き熱媒温度決定値に一致すると判断した後、前記熱媒熱交換器の出口側の冷媒出口温度を測定して、該冷媒出口温度測定値を、前記決定暖房能力における冷媒出口温度記憶値と比較し、
該比較の結果、前記冷媒出口温度測定値と前記冷媒出口温度記憶値との間に差があれば、当該差分を解消するように、前記決定暖房能力を変更する。
第2態様の前記制御装置は、
必要な暖房能力を決定し、
該決定暖房能力の回転速度で前記圧縮機を動作させると共に当該圧縮機の吐出温度が所定値となるように前記膨張弁を制御し、
前記熱媒熱交換器から前記暖房端末へ送り出される熱媒の温度を測定した往き熱媒温度測定値が、前記決定暖房能力の往き熱媒温度決定値と一致するように制御し、
前記往き熱媒温度測定値が前記往き熱媒温度決定値に一致すると判断した後、前記熱媒熱交換器の出口側の冷媒出口温度を測定して、該冷媒出口温度測定値と前記往き熱媒温度又は前記圧縮機吐出温度の測定値との間の温度差を求め、該測定値温度差を、前記決定暖房能力における記憶温度差と比較し、
該比較の結果、前記測定値温度差と前記記憶温度差との間に差があれば、当該差分を解消するように、前記決定暖房能力を変更する。
第3態様の前記制御装置は、
必要な暖房能力を決定し、
該決定暖房能力の回転速度で前記圧縮機を動作させると共に当該圧縮機回転速度が所定のしきい値以上か否か判断し、
前記しきい値以上と判断した場合、前記熱媒熱交換器から前記暖房端末へ送り出される熱媒の温度を測定した往き熱媒温度測定値が、予め決められた往き熱媒温度一定値と一致するように制御し、
前記しきい値よりも下と判断した場合、前記往き熱媒温度測定値が、前記決定暖房能力の往き熱媒温度決定値と一致するように制御し、
前記往き熱媒温度測定値が前記往き熱媒温度一定値又は前記往き熱媒温度決定値に一致すると判断した後、前記熱媒熱交換器の出口側の冷媒出口温度を測定して、該冷媒出口温度測定値を、前記決定暖房能力における冷媒出口温度記憶値と比較し、
該比較の結果、前記冷媒出口温度測定値と前記冷媒出口温度記憶値との間に差があれば、当該差分を解消するように、前記決定暖房能力を変更する。
第4の態様の前記制御装置は、
必要な暖房能力を決定し、
該決定暖房能力の回転速度で前記圧縮機を動作させると共に当該圧縮機回転速度が所定のしきい値以上か否か判断し、
前記しきい値以上と判断した場合、前記熱媒熱交換器から前記暖房端末へ送り出される熱媒の温度を測定した往き熱媒温度測定値が、予め決められた往き熱媒温度一定値と一致するように制御し、
前記しきい値よりも下と判断した場合、前記往き熱媒温度測定値が、前記決定暖房能力の往き熱媒温度決定値と一致するように制御し、
前記往き熱媒温度測定値が前記往き熱媒温度一定値又は前記往き熱媒温度決定値に一致すると判断した後、前記熱媒熱交換器の出口側の冷媒出口温度を測定して、該冷媒出口温度測定値と前記往き熱媒温度の測定値との間の温度差を求め、該測定値温度差を、前記決定暖房能力における記憶温度差と比較し、
該比較の結果、前記測定値温度差と前記記憶温度差との間に差があれば、当該差分を解消するように、前記決定暖房能力を変更する。
上記提案に係るヒートポンプ式暖房装置では、熱媒熱交換器出口の冷媒出口温度に基づいて、加熱装置の暖房能力が制御される。閉回路中を循環する冷媒の冷媒出口温度は、前述のように個別暖房負荷の影響を受ける戻り熱媒温度とは異なり、合流後の戻り熱媒の吸熱を反映した値であって合計暖房負荷をより正確に現す。したがって、当該冷媒出口温度が、そのときの決定暖房能力で予定されている値になるか否かをチェックすることで、決定暖房能力の過不足を従来より正確に判断することができる。
中央暖房方式の暖房装置に関し一例を示した概略図。 部屋ごとの暖房負荷変動に関する説明図(A)及びこれに起因した戻り熱媒温度の不安定性に関する説明図(B)。 ヒートポンプ式暖房装置の第1実施形態を示した概略図。 第1実施形態に係る制御装置が実行する暖房能力制御の第1例を示したフローチャート。 第1例のステップS0〜S1の別の制御例を示したフローチャート。 第1例のステップS0〜S1のさらに別の制御例を示したフローチャート。 第1実施形態に係る制御装置が実行する暖房能力制御の第2例を示したフローチャート。 第1実施形態に係る制御装置が実行する暖房能力制御の第3例を示したフローチャート。 第1実施形態に係る制御装置が実行する暖房能力制御の第4例及び第5例に関する説明図。 回転速度、往き熱媒温度などに関して制御目標範囲を設定することの説明図。 ヒートポンプ式暖房装置の第2実施形態を示した概略図。 ヒートポンプ式暖房装置の第3実施形態を示した概略図。
本実施形態の暖房装置は、前述した図1に示すように、制御装置1が制御するヒートポンプ型加熱装置2及び循環ポンプ3により、暖房端末として本例では四つのパネルラジエータPR1〜4を通し温水を循環させ、これら暖房器具であるパネルラジエータPR1〜PR4が設置されている部屋A〜Dの暖房を行う中央暖房方式である。制御装置1は、循環ポンプ3により加熱装置2から暖房端末へ向け送り出される熱媒の温度(往き熱媒温度)を測定する温度センサ1a、暖房端末を通って加熱装置2に戻ってくる熱媒の温度(戻り熱媒温度)を測定する温度センサ1b、さらに、外気温度を測定する外気温度センサ1cなどの各種センサを備える。なお、熱媒として通常は水が使用されるが、他の適切な液体又は気体を熱媒に使用することもできる。また、冷媒としてはCOが代表的であるが、他の冷媒でもよい。
循環ポンプ3により送り出される温水は、分配用の往きヘッダ4を経由して複数のパネルラジエータPR1〜PR4へ並列に分配され、複数のパネルラジエータPR1〜PR4から戻ってくる温水は、合流用の戻りヘッダ5を経由して一つに合流し、加熱装置2へ戻る。各パネルラジエータPR1〜PR4では、サーモヘッドを備えたサーモバルブTV1〜TV4を通し温水が流入して内部を流れた後、温水出口から戻りヘッダ5へ戻っていく。各温水入口に設けられるサーモバルブTV1〜TV4は、周囲温度感応型の個別流量調節具の一つであり、サーモバルブTV1〜TV4が設置されている場所の周囲温度に応じてバルブ開度が自動調節され、中を通る温水の流量が周囲温度、つまり室内温度に応じて自動的に調節される。
加熱装置2の第1実施形態を図3に示す。
第1実施形態の加熱装置2は、冷媒熱交換器2a、圧縮機2b、熱媒熱交換器2c、及び膨張弁2dを含んで構成される。冷媒は、大気や地中熱など外部と熱交換するための冷媒熱交換器2aで吸熱し、圧縮機2bで圧縮される。次いで、圧縮機2bから吐出される圧縮後の冷媒が、熱媒熱交換器2cで熱媒と熱交換し、膨張弁2dで膨張後に冷媒熱交換器2aへ循環する。圧縮機2bから吐出される冷媒の吐出温度が温度センサ2eで測定され、また、熱媒熱交換器2cの出口側に設けられた温度センサ2fで冷媒出口温度が測定される。温度センサ2e,2fにより測定される吐出温度及び冷媒出口温度は制御装置1へ提供される。
熱媒熱交換器2cで吸熱した熱媒が循環ポンプ3により送り出されて往きヘッダ4で分配され、サーモバルブTV1〜TV4を経て暖房端末のパネルラジエータPR1〜PR4を流れた後、戻りヘッダ5で合流して熱媒熱交換器2cへ循環する。制御装置1は、この熱媒交換器2cと暖房端末との間で熱媒を循環させる循環ポンプ3と、加熱装置2の圧縮機2b及び膨張弁2dとを主として制御することにより、加熱装置2の暖房能力を制御する。
その暖房能力制御の第1例を図4Aのフローチャートに示す。
この第1例の制御において制御装置1は、必要な暖房能力を決定し、この決定暖房能力の回転速度で圧縮機2bを動作させると共に当該圧縮機2bの吐出温度が所定値となるように膨張弁2dを制御する。次いで、熱媒熱交換器2cから暖房端末へ送り出される熱媒の温度を温度センサ1aで測定した往き熱媒温度測定値が、決定暖房能力の往き熱媒温度決定値と一致するように循環ポンプ3を制御する。そして、往き熱媒温度測定値が往き熱媒温度決定値に一致すると判断した後、熱媒熱交換器2cの出口側の冷媒出口温度を温度センサ2fで測定して、この冷媒出口温度測定値を、予め制御装置1内に記憶してある、決定暖房能力における冷媒出口温度記憶値と比較し、比較の結果、冷媒出口温度測定値と冷媒出口温度記憶値との間に差があれば、当該差分を解消するように、決定暖房能力を変更する。
以下、図4Aのステップごとに説明する。
ステップS0において制御装置1は、例えば、外気温度センサ1cにより測定される外気温度と操作パネル等によって設定される設定暖房温度とに基づいて、前述の式1から暖房負荷を演算し、必要な暖房能力を決定する。暖房能力の決定とは、圧縮機2bの回転速度と該回転速度における往き熱媒温度を決定することである。このとき決定される圧縮機回転速度と対応する往き熱媒温度決定値は、予め制御装置1内にテーブルとして記憶されているデータである。制御装置1は、決定した回転速度で圧縮機2bを回転させ、温度センサ2eで測定される吐出温度が当該圧縮機回転速度に対応して設定されている所定値となるように、膨張弁2dを制御する。そして、ステップS1で制御装置1は、温度センサ1aで往き熱媒温度を測定し、この往き熱媒温度測定値がステップS0の往き熱媒温度決定値と一致するように循環ポンプ3の回転速度を制御する。制御装置1は、往き熱媒温度測定値が、往き熱媒温度決定値に対して許容範囲内に収束すれば、一致すると判断する。
このステップS0〜S1の往き熱媒温度測定値の一致制御は、図4B又は図4Cのステップとすることもできる。
図4BのステップS0−1で、図4AのステップS0と同様に制御装置1は、圧縮機2bの回転速度と往き熱媒温度を決定する。そして、ステップS1−1aで制御装置1は、決定した回転速度で圧縮機2bを回転させると共に、これに対応する所定値の吐出温度となるように膨張弁2dを制御する。続いてステップS1−1bで、制御装置1は、往き熱媒温度測定値がステップS0−1の往き熱媒温度決定値と一致するか否か判断し、一致すると判断できたら、図4Aと同様に後述のステップS2以降の制御を実行する。一方、ステップS1−1bで一致すると判断できない場合の制御装置1は、ステップS1−1cでステップS0−1の決定に係る吐出温度が最大値に達しているか否か判断し、達していなければ、ステップS1−1dで吐出温度を変更してステップS1−1aから繰り返す。吐出温度が最大値に達していれば、制御装置1は、ステップS1−1eでステップS0−1の決定に係る圧縮機回転速度及び往き熱媒温度を変更し、ステップS1−1aから繰り返す。
図4CのステップS0−2では、制御装置1は、図4AのステップS0と同様に圧縮機2bの回転速度と往き熱媒温度を決定し、このときはさらに、対応する循環ポンプ3の回転速度も決定する。そして、ステップS1−2aで制御装置1は、決定した圧縮機回転速度、対応する吐出温度、循環ポンプ回転速度で運転を実行する。続いてステップS1−2bで、制御装置1は、往き熱媒温度測定値がステップS0−2の往き熱媒温度決定値と一致するか否か判断し、一致すると判断できたら、図4Aと同様に後述のステップS2以降の制御を実行する。一方、ステップS1−2bで一致すると判断できない場合の制御装置1は、ステップS1−2cで循環ポンプ回転速度が最大値又は最小値に到達しているか否か判断し、到達していなければ、ステップS1−2dで循環ポンプ回転速度を変更してステップS1−2aから繰り返す。循環ポンプ回転速度が最大値又は最小値に到達している場合の制御装置1は、ステップS1−2eでステップS0−2の決定に係る吐出温度が最大値に達しているか否か判断し、達していなければ、ステップS1−2fで吐出温度を変更してステップS1−2aから繰り返す。吐出温度が最大値に達していれば、制御装置1は、ステップS1−2gでステップS0−2の決定に係る圧縮機回転速度及び往き熱媒温度を変更し、ステップS1−2aから繰り返す。
制御装置1は、往き熱媒温度測定値が往き熱媒温度決定値に一致すると判断できたら、温度センサ2fにより冷媒出口温度を測定する。そして、ステップS2において制御装置1は、予め内蔵メモリ等に記憶してある冷媒出口温度記憶値を読み出す。この冷媒出口温度記憶値は、往き熱媒温度決定値(又は圧縮機回転速度)に対応させて記憶してある値で、ステップS0で決定した決定暖房能力の圧縮機回転速度及び往き熱媒温度のときに、熱媒熱交換器2cで熱媒と熱交換した後に冷媒がなっているはずの温度である。制御装置1は、続くステップS3において、冷媒出口温度測定値が冷媒出口温度記憶値と一致するか比較し、一致すれば(ある程度の許容範囲で一致判断してもよい)ステップS1(又はS1−1a、S1−2a)へ戻る。すなわち、図中右横のグラフに示すように、測定値=記憶値であれば、現在の決定暖房能力が実際の暖房負荷に見合っているということなので、制御装置1は、往き熱媒温度の一致制御へ戻る。
一方、制御装置1は、ステップS3の判断で測定値=記憶値でなかった場合は、ステップS4において、その冷媒出口温度の測定値と記憶値との差分を解消するように、ステップS0で決めた暖房能力を変更、すなわち再決定し、ステップS1へリターンする。図中左下のグラフに示すように、測定値<記憶値であった場合の制御装置1は、ステップS0の決定暖房能力が不足であったと判断し、その差分が解消されるように暖房能力を高くする。一方、図中右下のグラフに示すように、測定値>記憶値であった場合の制御装置1は、ステップS0の決定暖房能力が過剰であったと判断し、その差分が解消されるように暖房能力を低くする。すなわち、冷媒出口温度測定値が記憶値よりも低ければ、奪われている熱量が予想よりも多いということであり、冷媒出口温度測定値が記憶値よりも高ければ、奪われている熱量が予想よりも少ないということであり、いずれも実際の暖房負荷に対し暖房能力が見合っていないことを示すので、これを解消するように暖房能力が変更される。これら暖房能力変更に際しては、不足/過剰分量を判断して一気にステップアップ/ダウンしてもよいし、少しずつ徐々にステップアップ/ダウンしていく手法でもよい。
加熱装置2において閉回路中を循環する冷媒の冷媒出口温度は、前述した戻り熱媒温度のように、暖房端末を構成する各暖房器具PR1〜PR4に係る個別暖房負荷の影響(サーモバルブ等による勝手な流量変動)を受けない。すなわち、冷媒出口温度は、戻りヘッダ5で合流した後の戻り熱媒の吸熱を反映した値であって本来担うべき合計暖房負荷をより正確に現すので、当該冷媒出口温度が、決定暖房能力で予定されている値になるか否かをチェックすることで、決定暖房能力の過不足を従来より正確に判断することができる。
加熱装置2が実行する暖房能力制御の第2例が図5のフローチャートに示されている。
この第2例の制御において制御装置1は、必要な暖房能力を決定し、この決定暖房能力の回転速度で圧縮機2bを動作させると共に当該圧縮機2bの吐出温度が所定値となるように膨張弁2dを制御する。次いで、熱媒熱交換器2cから暖房端末へ送り出される熱媒の温度を温度センサ1aで測定した往き熱媒温度測定値が、決定暖房能力の往き熱媒温度決定値と一致するように循環ポンプ3を制御する。そして、往き熱媒温度測定値が往き熱媒温度決定値に一致すると判断した後、熱媒熱交換器2cの出口側の冷媒出口温度を温度センサ2fで測定して、この冷媒出口温度測定値と温度センサ1aで測定される往き熱媒温度測定値との間の温度差を求め、この測定値温度差を、予め制御装置1内に記憶してある、決定暖房能力における記憶温度差と比較し、比較の結果、測定値温度差と記憶温度差との間に差があれば、当該差分を解消するように、決定暖房能力を変更する。
この第2例が第1例と異なるのは、冷媒出口温度測定値と往き熱媒温度測定値との間の測定値温度差を判断対象にしている点である。すなわち、図4中のグラフに示す往き熱媒温度決定値と冷媒出口温度記憶値との間の温度差を予めテーブルとして用意し、この記憶温度差に基づいて制御するものである。
以下、図5のステップごとに説明する。
ステップS10〜ステップS11は上記第1例(図4A〜図4C)と同様であり、制御装置1は、暖房能力を決定したら温度センサ1aにより往き熱媒温度を測定し、測定値が決定暖房能力の往き熱媒温度決定値となるか否か判断する。
制御装置1は、往き熱媒温度測定値が往き熱媒温度決定値に一致すると判断できたら、温度センサ2fにより冷媒出口温度を測定する。そして、ステップS12において制御装置1は、往き熱媒温度測定値と冷媒出口温度測定値との間の測定値温度差を計算する。次いでステップS13において、制御装置1は、予め内蔵メモリ等に記憶してある記憶温度差を読み出して比較する。この記憶温度差は、暖房能力、つまり圧縮機回転速度に対応させて記憶してある値で、ステップS10で決定した決定暖房能力の圧縮機回転速度のときに、熱媒熱交換器2cで熱媒と冷媒が熱交換した後に現れるはずの両者間温度差である。制御装置1は、測定値温度差が記憶温度差と一致するか比較し、一致すれば(ある程度の許容範囲で一致判断してもよい)ステップS11(又はS1−1a、S1−2a)へ戻る。すなわち、図中右横のグラフに示すように、測定値温度差=記憶温度差であれば、現在の決定暖房能力が実際の暖房負荷に見合っているということなので、制御装置1は、往き熱媒温度の一致制御へ戻る。
一方、制御装置1は、ステップS13の判断で測定値温度差=記憶温度差でなかった場合は、ステップS14において、その測定値温度差と記憶温度差との間の差分を解消するように、ステップS10で決めた暖房能力を変更、すなわち再決定し、ステップS11へリターンする。図中左下のグラフに示すように、測定値温度差<記憶温度差であった場合の制御装置1は、ステップS10の決定暖房能力が過剰であったと判断し、その差分が解消されるように暖房能力を低くする。一方、図中右下のグラフに示すように、測定値温度差>記憶温度差であった場合の制御装置1は、ステップS10の決定暖房能力が不足であったと判断し、その差分が解消されるように暖房能力を高くする。すなわち、測定値温度差が記憶温度差よりも小さければ、奪われている熱量が予想よりも少ないということであり、測定値温度差が記憶温度差よりも大きければ、奪われている熱量が予想よりも多いということであり、いずれも実際の暖房負荷に対し暖房能力が見合っていないことを示すので、これを解消するように暖房能力が変更される。これら暖房能力変更に際しては、不足/過剰分量を判断して一気にステップアップ/ダウンしてもよいし、少しずつ徐々にステップアップ/ダウンしていく手法でもよい。
加熱装置2が実行する暖房能力制御の第3例が図6のフローチャートに示されている。
この第3例の制御において制御装置1は、必要な暖房能力を決定し、この決定暖房能力の回転速度で圧縮機2bを動作させると共に当該圧縮機2bの吐出温度が所定値となるように膨張弁2dを制御する。次いで、熱媒熱交換器2cから暖房端末へ送り出される熱媒の温度を温度センサ1aで測定した往き熱媒温度測定値が、決定暖房能力の往き熱媒温度決定値と一致するように循環ポンプ3を制御する。そして、往き熱媒温度測定値が往き熱媒温度決定値に一致すると判断した後、熱媒熱交換器2cの出口側の冷媒出口温度を温度センサ2fで測定して、この冷媒出口温度測定値と温度センサ2eで測定される圧縮機2bの吐出温度測定値との間の温度差を求め、この測定値温度差を、予め制御装置1内に記憶してある、決定暖房能力における記憶温度差と比較し、比較の結果、測定値温度差と記憶温度差との間に差があれば、当該差分を解消するように、決定暖房能力を変更する。
この第3例が第2例と異なるのは、温度差をみる対象を、冷媒出口温度測定値と吐出温度測定値との間の測定値温度差にしている点である。この温度差の本来あるべき値を予めテーブルとして用意し、この記憶温度差に基づいて制御する。
以下、図6のステップごとに説明する。
ステップS20〜ステップS21は上記第1例(図4A〜図4C)及び第2例(図5)と同様であり、制御装置1は、暖房能力を決定したら温度センサ1aにより往き熱媒温度を測定し、測定値が決定暖房能力の往き熱媒温度決定値となるか否か判断する。
制御装置1は、往き熱媒温度測定値が往き熱媒温度決定値に一致すると判断できたら、温度センサ2fにより冷媒出口温度を測定する。そして、ステップS22において制御装置1は、冷媒出口温度測定値と温度センサ2eで測定される圧縮機2bの吐出温度測定値との間の測定値温度差を計算する。次いでステップS23において、制御装置1は、予め内蔵メモリ等に記憶してある記憶温度差を読み出して比較する。この記憶温度差は、暖房能力、つまり圧縮機回転速度に対応させて記憶してある値で、ステップS20で決定した決定暖房能力の圧縮機回転速度のときに、熱媒熱交換器2cの入口と出口との間に現れるはずの、熱交換前後の冷媒温度差である。制御装置1は、測定値温度差が記憶温度差と一致するか比較し、一致すれば(ある程度の許容範囲で一致判断してもよい)ステップS21(又はS1−1a、S1−2a)へ戻る。すなわち、図中右横のグラフに示すように、測定値温度差=記憶温度差であれば、現在の決定暖房能力が実際の暖房負荷に見合っているということなので、制御装置1は、往き熱媒温度の一致制御へ戻る。
一方、制御装置1は、ステップS23の判断で測定値温度差=記憶温度差でなかった場合は、ステップS24において、その測定値温度差と記憶温度差との間の差分を解消するように、ステップS20で決めた暖房能力を変更、すなわち再決定し、ステップS21へリターンする。図中左下のグラフに示すように、測定値温度差<記憶温度差であった場合の制御装置1は、ステップS20の決定暖房能力が過剰であったと判断し、その差分が解消されるように暖房能力を低くする。一方、図中右下のグラフに示すように、測定値温度差>記憶温度差であった場合の制御装置1は、ステップS20の決定暖房能力が不足であったと判断し、その差分が解消されるように暖房能力を高くする。すなわち、測定値温度差が記憶温度差よりも小さければ、奪われている熱量が予想よりも少ないということであり、測定値温度差が記憶温度差よりも大きければ、奪われている熱量が予想よりも多いということであり、いずれも実際の暖房負荷に対し暖房能力が見合っていないことを示すので、これを解消するように暖房能力が変更される。これら暖房能力変更に際しては、不足/過剰分量を判断して一気にステップアップ/ダウンしてもよいし、少しずつ徐々にステップアップ/ダウンしていく手法でもよい。
なお、上記第2例及び第3例において、記憶温度差は、暖房能力が高くなる(圧縮機回転速度が上がる)に従って大きくなる(差が開く)ように設定する。これにより、加熱装置2の効率と能力向上を両立させることができる。
図7は、成績係数(COP)をより向上させることの可能な第4例に係る加熱装置2の制御について説明した図である。COPの観点で見ると、冷媒出口温度ができるだけ低くなるように運転する方が効率が良いので、第4例の制御は、この点を考慮した制御である。
熱媒出口温度を低めに維持するにあたっては、圧縮機2bの回転速度に係るしきい値を設け、このしきい値以上の回転速度では往き熱媒温度を一定に維持して冷媒出口温度のみを変化させ、しきい値よりも下の回転速度では逆に冷媒出口温度を一定に維持して往き熱媒温度のみを変化させるべく制御すると、COPが良くなる。その圧縮機回転速度のしきい値は、暖房端末であるパネルラジエータPR1〜PR4の能力に応じて設定し得る。すなわち、パネルラジエータPR1〜PR4の能力に応じて、これを通ったときの熱媒の温度低下幅(=往き熱媒温度−戻り熱媒温度)には限界が存在するので、冷媒出口温度は、一定値の往き熱媒温度に対して下げられる限界が存在する。そこで、往き熱媒温度一定値に対する冷媒出口温度の下げ幅限界のときの圧縮機2bの回転速度をしきい値に設定して、当該しきい値以上の回転速度では往き熱媒温度を一定に維持し(不変決定値)且つ冷媒出口温度のみを変化させ、当該しきい値よりも下の回転速度では逆に冷媒出口温度を一定に維持し且つ往き熱媒温度のみを変化させる(可変決定値)。このしきい値は、例えば、設置対象の家屋で部屋数、延床面積などに応じて決まる想定暖房負荷を基にして、暖房装置を設置するときに記憶させる値である。
したがって、第4例において制御装置1は、図4Aの第1例制御に則して説明すると、上記同様にして必要な暖房能力を決定した後(ステップS0)、この決定暖房能力の回転速度で圧縮機2bを動作させると共に当該決定した圧縮機2bの回転速度が所定のしきい値th以上か否か判断する。図7Aに示すように、制御装置1は、しきい値th以上と判断した場合は、熱媒熱交換器2cから暖房端末へ送り出される熱媒の温度を温度センサ1aで測定した往き熱媒温度測定値が、予め決められた往き熱媒温度一定値と一致するように、膨張弁2dの開度及び循環ポンプ3の回転速度を制御し、吐出温度及び熱媒循環量を制御する。このときの往き熱媒温度一定値は、暖房能力に関らずに例えば65℃で一定の予め記憶されたデータである。一方、しきい値thよりも下と判断した場合の制御装置1は、温度センサ1aで測定した往き熱媒温度測定値が、決定暖房能力の往き熱媒温度決定値と一致するように、膨張弁2d及び循環ポンプ3を制御する。このときの往き熱媒温度決定値は、決定された暖房能力に従って変化する予め記憶されたデータである。
制御装置1は、温度センサ1aによる往き熱媒温度測定値が往き熱媒温度一定値又は往き熱媒温度決定値に一致すると判断できれば、熱媒熱交換器2cの出口側の冷媒出口温度を温度センサ2fで測定する(ステップS1)。次いで、制御装置1は、予め内臓メモリ等に記憶してある冷媒出口温度記憶値を読み出す。この冷媒出口温度記憶値は、暖房能力(圧縮機回転速度)に対応させて記憶してある値で、決定暖房能力(ステップS0)の圧縮機回転速度のときに、熱媒熱交換器2cで熱媒と熱交換した後に冷媒がなっているはずの温度である。そして、制御装置1は、当該決定暖房能力における冷媒出口温度記憶値と冷媒出口温度測定値とを比較する(ステップS3)。比較の結果、冷媒出口温度測定値と冷媒出口温度記憶値との間に差がなければ次期暖房能力決定サイクルへ移り、一方、冷媒出口温度測定値と冷媒出口温度記憶値との間に差があれば、制御装置1は、当該差分を解消するように、決定暖房能力を変更する(ステップS4)。このときには、図7Aに示すように、測定値<記憶値であれば暖房能力を高くし、測定値>記憶値であれば暖房能力を低くする。
以上の第4例は図4A(あるいは図4B、図4C)の第1例に則した制御で説明したが、図5の第2例に則した第5例の制御も可能である。
すなわち、第5例の制御装置1は、第4例同様に、しきい値thに応じて往き熱媒温度測定値が一定値又は決定値に一致すると判断したら(ステップS10〜S11)、熱媒熱交換器2cの出口側の冷媒出口温度を温度センサ2fで測定する。そして、制御装置1は、その冷媒出口温度測定値と温度センサ1aによる往き熱媒温度の測定値との間の温度差を求め(ステップS12)、当該測定値温度差を、決定暖房能力(ステップS10)における記憶温度差と比較する(ステップS13)。このときの記憶温度差は、図7Aにおける往き熱媒温度一定値又は決定値と冷媒出口温度記憶値との差を記憶した値になる。制御装置1は、比較の結果、測定値温度差と記憶温度差との間に差がなければ、次期暖房能力決定サイクルへ移り、一方、測定値温度差と記憶温度差との間に差があれば、当該差分を解消するように、決定暖房能力を変更する(ステップS14)。
なお、第4例及び第5例の制御において、図7Aに示すように、熱媒循環量(循環ポンプ回転速度)の設定は、しきい値thで最低値をとるようにする。そして、しきい値thよりも暖房能力を低下させる場合に、冷媒出口温度を一定に保って熱媒循環量を上げていくことにより、往き熱媒温度を下降させる。以上の第4例及び第5例の制御の結果、図7Bに示すように、COPが向上する。
上記各例の圧縮機回転速度や往き熱媒温度、冷媒出口温度などの制御目標値は、図8に示すように、外気温度センサ1cにより測定される外気温度に対応して設定される中央値に対して、所定幅の上限値及び下限値のいずれか又は両方を設けると良い。ある程度の制御幅をもって制御することで、ハンチングの防止に役立つ。
図9には、ヒートポンプ型加熱装置2の第2実施形態として、カスケード熱交換器により二つの冷凍サイクルを接続した2元型ヒートポンプサイクルの形態を示す。
この第2実施形態の加熱装置2は、冷媒熱交換器2aで吸熱した冷媒を低元圧縮機2bで圧縮し、この圧縮後の冷媒を低元熱媒熱交換器2cに通した後、さらにカスケード熱交換器2gに通し、この後に低元膨張弁2dで膨張させて冷媒熱交換器2aへ循環させる低元サイクルを含む。そして、これに加えて、カスケード熱交換器2gで吸熱した冷媒を高元圧縮機2hで圧縮し、この圧縮後の冷媒を高元熱媒熱交換器2iに通した後、高元膨張弁2jで膨張させてカスケード熱交換器2gへ循環させる高元サイクルを備えている。低元サイクルには、低元圧縮機2bの吐出温度を測定する温度センサ2e及び低元熱媒熱交換器2cの出口側温度を測定する温度センサ2fが設けられ、高元サイクルには、高元圧縮機2hの吐出温度を測定する温度センサ2k及び高元熱媒熱交換器2iの出口側温度を測定する温度センサ2lが設けられる。
暖房端末のパネルラジエータPR1〜PR4から戻りヘッダ5を経て戻る戻り熱媒は、流量調節分配具としての三方弁6を通して低元熱媒熱交換器2cと高元熱媒熱交換器2iとに分配される。分配後に低元熱媒熱交換器2cと高元熱媒熱交換器2iとを通ってそれぞれ熱交換した熱媒は、混合タンク2mで混合された後、循環ポンプ3により往きヘッダ4を経て暖房端末へ送られ、各熱媒熱交換器2c,2iと暖房端末との間で循環する。
このような2元型の加熱装置2を用いた暖房装置であっても、上記第1例〜第5例の制御が適用される。
第1例(図4A〜図4C)相当の制御例において、第2実施形態の制御装置1は、必要な暖房能力を決定し、該決定暖房能力の回転速度で各圧縮機2b,2hを動作させると共にこれら圧縮機2b,2hの吐出温度が所定値となるように各膨張弁2d,2jを制御する(ステップS0)。そして、制御装置1は、各熱媒熱交換器2c,2iを通った後に混合タンク2mで混合されて循環ポンプ3により暖房端末へ送り出される熱媒の温度を温度センサ1aで測定した往き熱媒温度測定値が、決定暖房能力の往き熱媒温度決定値と一致するように制御する(ステップS1)。これにより往き熱媒温度測定値が往き熱媒温度決定値に一致すると判断した後、制御装置1は、各熱媒熱交換器2c,2iのいずれか一方又は両方の出口側の冷媒出口温度を温度センサ2f,2lで測定して、この冷媒出口温度測定値を、決定暖房能力における冷媒出口温度記憶値と比較する(ステップS3)。比較の結果、冷媒出口温度測定値と冷媒出口温度記憶値との間に差があれば、制御装置1は、当該差分を解消するように、決定暖房能力を変更する(ステップS4)。
第2例(図5)又は第3例(図6)相当の制御例において、第2実施形態の制御装置1は、必要な暖房能力を決定し、該決定暖房能力の回転速度で各圧縮機2b,2hを動作させると共にこれら各圧縮機2b,2hの吐出温度が所定値となるように各膨張弁2d,2jを制御する(ステップS10又はS20)。そして、制御装置1は、各熱媒熱交換器2c,2iを通った後に混合タンク2mで混合されて循環ポンプ3により暖房端末へ送り出される熱媒の温度を温度センサ1aで測定した往き熱媒温度測定値が、決定暖房能力の往き熱媒温度決定値と一致するように制御する(ステップS11又はS21)。これにより往き熱媒温度測定値が往き熱媒温度決定値に一致すると判断した後、制御装置1は、各熱媒熱交換器2c,2iのいずれか一方又は両方の出口側の冷媒出口温度を温度センサ2f,2lで測定して、この冷媒出口温度測定値と温度センサ1a又は温度センサ2e,2kで測定される往き熱媒温度又は圧縮機吐出温度の測定値との間の温度差を求める(ステップS12又はS22)。制御装置1は、その測定値温度差を、決定暖房能力における記憶温度差と比較する(ステップS13又はS23)。比較の結果、測定値温度差と記憶温度差との間に差があれば、制御装置1は、当該差分を解消するように、決定暖房能力を変更する(ステップS14又はS24)。
第4例(図7)相当の制御例において、第2実施形態の制御装置1は、必要な暖房能力を決定し、該決定暖房能力の回転速度で各圧縮機2b,2hを動作させると共にこれら圧縮機2b,2hの回転速度のいずれか一方又は両方が所定のしきい値th以上か否か判断する。次いで、制御装置1は、しきい値th以上と判断した場合、各熱媒熱交換器2c,2iを通った後に混合タンク2mで混合されて暖房端末へ送り出される熱媒の温度を温度センサ1aで測定した往き熱媒温度測定値が、予め決められた往き熱媒温度一定値と一致するように制御する。一方、制御装置1は、しきい値thよりも下と判断した場合、往き熱媒温度測定値が、決定暖房能力の往き熱媒温度決定値と一致するように制御する。これにより往き熱媒温度測定値が往き熱媒温度一定値又は往き熱媒温度決定値に一致すると判断した後、制御装置1は、各熱媒熱交換器2c,2iのいずれか一方又は両方の出口側の冷媒出口温度を温度センサ2f,2lで測定して、この冷媒出口温度測定値を、決定暖房能力における冷媒出口温度記憶値と比較する。比較の結果、冷媒出口温度測定値と冷媒出口温度記憶値との間に差があれば、制御装置1は、当該差分を解消するように、決定暖房能力を変更する。
第5例(図7)相当の制御例において、第2実施形態の制御装置1は、必要な暖房能力を決定し、該決定暖房能力の回転速度で各圧縮機2b,2hを動作させると共にこれら圧縮機2b,2hの回転速度のいずれか一方又は両方が所定のしきい値th以上か否か判断する。次いで、制御装置1は、しきい値th以上と判断した場合、各熱媒熱交換器2c,2iを通った後に混合タンク2mで混合されて暖房端末へ送り出される熱媒の温度を温度センサ1aで測定した往き熱媒温度測定値が、予め決められた往き熱媒温度一定値と一致するように制御する。一方、制御装置1は、しきい値thよりも下と判断した場合、往き熱媒温度測定値が、決定暖房能力の往き熱媒温度決定値と一致するように制御する。これにより往き熱媒温度測定値が往き熱媒温度一定値又は往き熱媒温度決定値に一致すると判断した後、制御装置1は、各熱媒熱交換器2c,2iのいずれか一方又は両方の出口側の冷媒出口温度を温度センサ2f,2lで測定して、この冷媒出口温度測定値と温度センサ1aで測定される往き熱媒温度の測定値との間の温度差を求め、この測定値温度差を、決定暖房能力における記憶温度差と比較する。比較の結果、測定値温度差と記憶温度差との間に差があれば、制御装置1は、当該差分を解消するように、決定暖房能力を変更する。
図10には、ヒートポンプ型加熱装置2の第3実施形態として、圧縮機及び熱媒熱交換器を2段に設けた2段型ヒートポンプサイクルの形態を示す。
この第3実施形態の加熱装置2は、冷媒熱交換器2aで吸熱した冷媒を第1段圧縮機2bで圧縮し、この圧縮後の冷媒を第1段熱媒熱交換器2cに通した後、さらに第2段圧縮機2nで圧縮し、この圧縮後の冷媒を第2段熱媒交換器2oに通す。この後、膨張弁2dで膨張させて冷媒熱交換器2aへ循環させる。その第1段圧縮機2bの吐出温度が温度センサ2eで測定され、第1段熱媒熱交換器2cの出口側温度が温度センサ2fで測定される。さらに、第2段圧縮機2nの吐出温度が温度センサ2pで測定され、第2段熱媒熱交換器2oの出口側温度が温度センサ2qで測定される。冷媒熱交換器2aの出口側と第2段圧縮機2nの入口側との間には、開閉弁2rを有するバイパス路が設けられており、圧縮機2b及び圧縮機2nの2台運転と、圧縮機2nのみの1台運転とを切り換えることが可能となっている。
暖房端末のパネルラジエータPR1〜PR4から戻りヘッダ5を経て戻る戻り熱媒は、第1段熱媒熱交換器2cと第2段熱媒熱交換器2oとに分流する。分流後に第1段熱媒熱交換器2cと第2段熱媒熱交換器2oとを通ってそれぞれ熱交換した熱媒は、流量調節合流具としての三方弁7を通して合流した後、循環ポンプ3により往きヘッダ4を経て暖房端末へ送られ、各熱媒熱交換器2c,2oと暖房端末との間で循環する。なお、変形例として、第3実施形態の三方弁7が第2実施形態の三方弁6の位置にあってもよいし、逆に、第2実施形態の三方弁6が第3実施形態の三方弁7の位置にあってもよい。
このような2段型の加熱装置2を用いた暖房装置でも、同じく上記第1例〜第5例の制御が適用される。
第1例(図4A〜図4C)相当の制御例において、第3実施形態の制御装置1は、必要な暖房能力を決定し、該決定暖房能力の回転速度で各圧縮機2b,2nを動作させると共にこれら圧縮機2b,2nの吐出温度が所定値となるように膨張弁2dを制御する(ステップS0)。そして、制御装置1は、各熱媒熱交換器2c,2oを通った後に三方弁7で合流して循環ポンプ3により暖房端末へ送り出される熱媒の温度を温度センサ1aで測定した往き熱媒温度測定値が、決定暖房能力の往き熱媒温度決定値と一致するように制御する(ステップS1)。これにより往き熱媒温度測定値が往き熱媒温度決定値に一致すると判断した後、制御装置1は、各熱媒熱交換器2c,2oのいずれか一方又は両方の出口側の冷媒出口温度を温度センサ2f,2qで測定して、この冷媒出口温度測定値を、決定暖房能力における冷媒出口温度記憶値と比較する(ステップS3)。比較の結果、冷媒出口温度測定値と冷媒出口温度記憶値との間に差があれば、制御装置1は、当該差分を解消するように、決定暖房能力を変更する(ステップS4)。
第2例(図5)又は第3例(図6)相当の制御例において、第3実施形態の制御装置1は、必要な暖房能力を決定し、該決定暖房能力の回転速度で各圧縮機2b,2nを動作させると共にこれら各圧縮機2b,2nの吐出温度が所定値となるように膨張弁2dを制御する(ステップS10又はS20)。そして、制御装置1は、各熱媒熱交換器2c,2oを通った後に三方弁7で合流して循環ポンプ3により暖房端末へ送り出される熱媒の温度を温度センサ1aで測定した往き熱媒温度測定値が、決定暖房能力の往き熱媒温度決定値と一致するように制御する(ステップS11又はS21)。これにより往き熱媒温度測定値が往き熱媒温度決定値に一致すると判断した後、制御装置1は、各熱媒熱交換器2c,2oのいずれか一方又は両方の出口側の冷媒出口温度を温度センサ2f,2qで測定して、この冷媒出口温度測定値と温度センサ1a又は温度センサ2e,2pで測定される往き熱媒温度又は圧縮機吐出温度の測定値との間の温度差を求める(ステップS12又はS22)。制御装置1は、その測定値温度差を、決定暖房能力における記憶温度差と比較する(ステップS13又はS23)。比較の結果、測定値温度差と記憶温度差との間に差があれば、制御装置1は、当該差分を解消するように、決定暖房能力を変更する(ステップS14又はS24)。
第4例(図7)相当の制御例において、第3実施形態の制御装置1は、必要な暖房能力を決定し、該決定暖房能力の回転速度で各圧縮機2b,2nを動作させると共にこれら圧縮機2b,2nの回転速度のいずれか一方又は両方が所定のしきい値th以上か否か判断する。次いで、制御装置1は、しきい値th以上と判断した場合、各熱媒熱交換器2c,2oを通った後に三方弁7で合流して暖房端末へ送り出される熱媒の温度を温度センサ1aで測定した往き熱媒温度測定値が、予め決められた往き熱媒温度一定値と一致するように制御する。一方、制御装置1は、しきい値thよりも下と判断した場合、往き熱媒温度測定値が、決定暖房能力の往き熱媒温度決定値と一致するように制御する。これにより往き熱媒温度測定値が往き熱媒温度一定値又は往き熱媒温度決定値に一致すると判断した後、制御装置1は、各熱媒熱交換器2c,2oのいずれか一方又は両方の出口側の冷媒出口温度を温度センサ2f,2qで測定して、この冷媒出口温度測定値を、決定暖房能力における冷媒出口温度記憶値と比較する。比較の結果、冷媒出口温度測定値と冷媒出口温度記憶値との間に差があれば、制御装置1は、当該差分を解消するように、決定暖房能力を変更する。
第5例(図7)相当の制御例において、第3実施形態の制御装置1は、必要な暖房能力を決定し、該決定暖房能力の回転速度で各圧縮機2b,2nを動作させると共にこれら圧縮機2b,2nの回転速度のいずれか一方又は両方が所定のしきい値th以上か否か判断する。次いで、制御装置1は、しきい値th以上と判断した場合、各熱媒熱交換器2c,2oを通った後に三方弁7で合流して暖房端末へ送り出される熱媒の温度を温度センサ1aで測定した往き熱媒温度測定値が、予め決められた往き熱媒温度一定値と一致するように制御する。一方、制御装置1は、しきい値thよりも下と判断した場合、往き熱媒温度測定値が、決定暖房能力の往き熱媒温度決定値と一致するように制御する。これにより往き熱媒温度測定値が往き熱媒温度一定値又は往き熱媒温度決定値に一致すると判断した後、制御装置1は、各熱媒熱交換器2c,2oのいずれか一方又は両方の出口側の冷媒出口温度を温度センサ2f,2qで測定して、この冷媒出口温度測定値と温度センサ1aで測定される往き熱媒温度の測定値との間の温度差を求め、この測定値温度差を、決定暖房能力における記憶温度差と比較する。比較の結果、測定値温度差と記憶温度差との間に差があれば、制御装置1は、当該差分を解消するように、決定暖房能力を変更する。
以上の実施形態に係るヒートポンプ式暖房装置によれば、前述の戻り熱媒温度よりも正確に合計暖房負荷を現す冷媒出口温度に基づいており、当該冷媒出口温度が、決定暖房能力で予定されている値になるか否かをチェックすることで、決定暖房能力の過不足を従来より正確に判断することができる。
1 制御装置
1a,1b,1c 温度センサ
2 加熱装置
2a 冷媒熱交換器
2b,2h,2n 圧縮機
2c,2i,2o 熱媒熱交換器
2d,2j 膨張弁
2e,2f,2k,2l,2p,2q 温度センサ
2g カスケード熱交換器
2m 混合タンク
3 循環ポンプ
4 往きヘッダ
5 戻りヘッダ
6,7 三方弁
PR1〜PR4 パネルラジエータ
TV1〜TV4 サーモバルブ

Claims (13)

  1. 冷媒熱交換器で吸熱した冷媒を圧縮機で圧縮し、該圧縮後の冷媒を熱媒熱交換器に通した後、膨張弁で膨張させて前記冷媒熱交換器へ循環させる加熱装置と、
    前記熱媒熱交換器で吸熱した熱媒を通す暖房端末と、
    前記熱媒熱交換器と前記暖房端末との間で前記熱媒を循環させる循環ポンプと、
    前記加熱装置の暖房能力を制御する制御装置と、
    を含んで構成されるヒートポンプ式暖房装置であって、
    前記制御装置は、
    必要な暖房能力を決定し、
    該決定暖房能力の回転速度で前記圧縮機を動作させると共に当該圧縮機の吐出温度が所定値となるように前記膨張弁を制御し、
    前記熱媒熱交換器から前記暖房端末へ送り出される熱媒の温度を測定した往き熱媒温度測定値が、前記決定暖房能力の往き熱媒温度決定値と一致するように制御し、
    前記往き熱媒温度測定値が前記往き熱媒温度決定値に一致すると判断した後、前記熱媒熱交換器の出口側の冷媒出口温度を測定して、該冷媒出口温度測定値を、前記決定暖房能力における冷媒出口温度記憶値と比較し、
    該比較の結果、前記冷媒出口温度測定値と前記冷媒出口温度記憶値との間に差があれば、当該差分を解消するように、前記決定暖房能力を変更する、
    ヒートポンプ式暖房装置。
  2. 冷媒熱交換器で吸熱した冷媒を圧縮機で圧縮し、該圧縮後の冷媒を熱媒熱交換器に通した後、膨張弁で膨張させて前記冷媒熱交換器へ循環させる加熱装置と、
    前記熱媒熱交換器で吸熱した熱媒を通す暖房端末と、
    前記熱媒熱交換器と前記暖房端末との間で前記熱媒を循環させる循環ポンプと、
    前記加熱装置の暖房能力を制御する制御装置と、
    を含んで構成されるヒートポンプ式暖房装置であって、
    前記制御装置は、
    必要な暖房能力を決定し、
    該決定暖房能力の回転速度で前記圧縮機を動作させると共に当該圧縮機の吐出温度が所定値となるように前記膨張弁を制御し、
    前記熱媒熱交換器から前記暖房端末へ送り出される熱媒の温度を測定した往き熱媒温度測定値が、前記決定暖房能力の往き熱媒温度決定値と一致するように制御し、
    前記往き熱媒温度測定値が前記往き熱媒温度決定値に一致すると判断した後、前記熱媒熱交換器の出口側の冷媒出口温度を測定して、該冷媒出口温度測定値と前記往き熱媒温度又は前記圧縮機吐出温度の測定値との間の温度差を求め、該測定値温度差を、前記決定暖房能力における記憶温度差と比較し、
    該比較の結果、前記測定値温度差と前記記憶温度差との間に差があれば、当該差分を解消するように、前記決定暖房能力を変更する、
    ヒートポンプ式暖房装置。
  3. 冷媒熱交換器で吸熱した冷媒を圧縮機で圧縮し、該圧縮後の冷媒を熱媒熱交換器に通した後、膨張弁で膨張させて前記冷媒熱交換器へ循環させる加熱装置と、
    前記熱媒熱交換器で吸熱した熱媒を通す暖房端末と、
    前記熱媒熱交換器と前記暖房端末との間で前記熱媒を循環させる循環ポンプと、
    前記加熱装置の暖房能力を制御する制御装置と、
    を含んで構成されるヒートポンプ式暖房装置であって、
    前記制御装置は、
    必要な暖房能力を決定し、
    該決定暖房能力の回転速度で前記圧縮機を動作させると共に当該圧縮機回転速度が所定のしきい値以上か否か判断し、
    前記しきい値以上と判断した場合、前記熱媒熱交換器から前記暖房端末へ送り出される熱媒の温度を測定した往き熱媒温度測定値が、予め決められた往き熱媒温度一定値と一致するように制御し、
    前記しきい値よりも下と判断した場合、前記往き熱媒温度測定値が、前記決定暖房能力の往き熱媒温度決定値と一致するように制御し、
    前記往き熱媒温度測定値が前記往き熱媒温度一定値又は前記往き熱媒温度決定値に一致すると判断した後、前記熱媒熱交換器の出口側の冷媒出口温度を測定して、該冷媒出口温度測定値を、前記決定暖房能力における冷媒出口温度記憶値と比較し、
    該比較の結果、前記冷媒出口温度測定値と前記冷媒出口温度記憶値との間に差があれば、当該差分を解消するように、前記決定暖房能力を変更する、
    ヒートポンプ式暖房装置。
  4. 冷媒熱交換器で吸熱した冷媒を圧縮機で圧縮し、該圧縮後の冷媒を熱媒熱交換器に通した後、膨張弁で膨張させて前記冷媒熱交換器へ循環させる加熱装置と、
    前記熱媒熱交換器で吸熱した熱媒を通す暖房端末と、
    前記熱媒熱交換器と前記暖房端末との間で前記熱媒を循環させる循環ポンプと、
    前記加熱装置の暖房能力を制御する制御装置と、
    を含んで構成されるヒートポンプ式暖房装置であって、
    前記制御装置は、
    必要な暖房能力を決定し、
    該決定暖房能力の回転速度で前記圧縮機を動作させると共に当該圧縮機回転速度が所定のしきい値以上か否か判断し、
    前記しきい値以上と判断した場合、前記熱媒熱交換器から前記暖房端末へ送り出される熱媒の温度を測定した往き熱媒温度測定値が、予め決められた往き熱媒温度一定値と一致するように制御し、
    前記しきい値よりも下と判断した場合、前記往き熱媒温度測定値が、前記決定暖房能力の往き熱媒温度決定値と一致するように制御し、
    前記往き熱媒温度測定値が前記往き熱媒温度一定値又は前記往き熱媒温度決定値に一致すると判断した後、前記熱媒熱交換器の出口側の冷媒出口温度を測定して、該冷媒出口温度測定値と前記往き熱媒温度の測定値との間の温度差を求め、該測定値温度差を、前記決定暖房能力における記憶温度差と比較し、
    該比較の結果、前記測定値温度差と前記記憶温度差との間に差があれば、当該差分を解消するように、前記決定暖房能力を変更する、
    ヒートポンプ式暖房装置。
  5. 冷媒熱交換器で吸熱した冷媒を低元圧縮機で圧縮し、該圧縮後の冷媒を低元熱媒熱交換器に通した後、さらにカスケード熱交換器に通し、この後に低元膨張弁で膨張させて前記冷媒熱交換器へ循環させる低元サイクルと、前記カスケード熱交換器で吸熱した冷媒を高元圧縮機で圧縮し、該圧縮後の冷媒を高元熱媒熱交換器に通した後、高元膨張弁で膨張させて前記カスケード熱交換器へ循環させる高元サイクルと、を備えた加熱装置と、
    前記各熱媒熱交換器で吸熱した熱媒を通す暖房端末と、
    前記各熱媒熱交換器と前記暖房端末との間で前記熱媒を循環させる循環ポンプと、
    前記加熱装置の暖房能力を制御する制御装置と、
    を含んで構成されるヒートポンプ式暖房装置であって、
    前記制御装置は、
    必要な暖房能力を決定し、
    該決定暖房能力の回転速度で前記各圧縮機を動作させると共に当該各圧縮機の吐出温度が所定値となるように前記各膨張弁を制御し、
    前記各熱媒熱交換器を通った後に混合されて前記暖房端末へ送り出される熱媒の温度を測定した往き熱媒温度測定値が、前記決定暖房能力の往き熱媒温度決定値と一致するように制御し、
    前記往き熱媒温度測定値が前記往き熱媒温度決定値に一致すると判断した後、前記各熱媒熱交換器のいずれか一方又は両方の出口側の冷媒出口温度を測定して、該冷媒出口温度測定値を、前記決定暖房能力における冷媒出口温度記憶値と比較し、
    該比較の結果、前記冷媒出口温度測定値と前記冷媒出口温度記憶値との間に差があれば、当該差分を解消するように、前記決定暖房能力を変更する、
    ヒートポンプ式暖房装置。
  6. 冷媒熱交換器で吸熱した冷媒を低元圧縮機で圧縮し、該圧縮後の冷媒を低元熱媒熱交換器に通した後、さらにカスケード熱交換器に通し、この後に低元膨張弁で膨張させて前記冷媒熱交換器へ循環させる低元サイクルと、前記カスケード熱交換器で吸熱した冷媒を高元圧縮機で圧縮し、該圧縮後の冷媒を高元熱媒熱交換器に通した後、高元膨張弁で膨張させて前記カスケード熱交換器へ循環させる高元サイクルと、を備えた加熱装置と、
    前記各熱媒熱交換器で吸熱した熱媒を通す暖房端末と、
    前記各熱媒熱交換器と前記暖房端末との間で前記熱媒を循環させる循環ポンプと、
    前記加熱装置の暖房能力を制御する制御装置と、
    を含んで構成されるヒートポンプ式暖房装置であって、
    前記制御装置は、
    必要な暖房能力を決定し、
    該決定暖房能力の回転速度で前記各圧縮機を動作させると共に当該各圧縮機の吐出温度が所定値となるように前記各膨張弁を制御し、
    前記各熱媒熱交換器を通った後に混合されて前記暖房端末へ送り出される熱媒の温度を測定した往き熱媒温度測定値が、前記決定暖房能力の往き熱媒温度決定値と一致するように制御し、
    前記往き熱媒温度測定値が前記往き熱媒温度決定値に一致すると判断した後、前記各熱媒熱交換器のいずれか一方又は両方の出口側の冷媒出口温度を測定して、該冷媒出口温度測定値と前記往き熱媒温度又は前記圧縮機吐出温度の測定値との間の温度差を求め、該測定値温度差を、前記決定暖房能力における記憶温度差と比較し、
    該比較の結果、前記測定値温度差と前記記憶温度差との間に差があれば、当該差分を解消するように、前記決定暖房能力を変更する、
    ヒートポンプ式暖房装置。
  7. 冷媒熱交換器で吸熱した冷媒を低元圧縮機で圧縮し、該圧縮後の冷媒を低元熱媒熱交換器に通した後、さらにカスケード熱交換器に通し、この後に低元膨張弁で膨張させて前記冷媒熱交換器へ循環させる低元サイクルと、前記カスケード熱交換器で吸熱した冷媒を高元圧縮機で圧縮し、該圧縮後の冷媒を高元熱媒熱交換器に通した後、高元膨張弁で膨張させて前記カスケード熱交換器へ循環させる高元サイクルと、を備えた加熱装置と、
    前記各熱媒熱交換器で吸熱した熱媒を通す暖房端末と、
    前記各熱媒熱交換器と前記暖房端末との間で前記熱媒を循環させる循環ポンプと、
    前記加熱装置の暖房能力を制御する制御装置と、
    を含んで構成されるヒートポンプ式暖房装置であって、
    前記制御装置は、
    必要な暖房能力を決定し、
    該決定暖房能力の回転速度で前記各圧縮機を動作させると共に当該圧縮機回転速度のいずれか一方又は両方が所定のしきい値以上か否か判断し、
    前記しきい値以上と判断した場合、前記各熱媒熱交換器を通った後に混合されて前記暖房端末へ送り出される熱媒の温度を測定した往き熱媒温度測定値が、予め決められた往き熱媒温度一定値と一致するように制御し、
    前記しきい値よりも下と判断した場合、前記往き熱媒温度測定値が、前記決定暖房能力の往き熱媒温度決定値と一致するように制御し、
    前記往き熱媒温度測定値が前記往き熱媒温度一定値又は前記往き熱媒温度決定値に一致すると判断した後、前記各熱媒熱交換器のいずれか一方又は両方の出口側の冷媒出口温度を測定して、該冷媒出口温度測定値を、前記決定暖房能力における冷媒出口温度記憶値と比較し、
    該比較の結果、前記冷媒出口温度測定値と前記冷媒出口温度記憶値との間に差があれば、当該差分を解消するように、前記決定暖房能力を変更する、
    ヒートポンプ式暖房装置。
  8. 冷媒熱交換器で吸熱した冷媒を低元圧縮機で圧縮し、該圧縮後の冷媒を低元熱媒熱交換器に通した後、さらにカスケード熱交換器に通し、この後に低元膨張弁で膨張させて前記冷媒熱交換器へ循環させる低元サイクルと、前記カスケード熱交換器で吸熱した冷媒を高元圧縮機で圧縮し、該圧縮後の冷媒を高元熱媒熱交換器に通した後、高元膨張弁で膨張させて前記カスケード熱交換器へ循環させる高元サイクルと、を備えた加熱装置と、
    前記各熱媒熱交換器で吸熱した熱媒を通す暖房端末と、
    前記各熱媒熱交換器と前記暖房端末との間で前記熱媒を循環させる循環ポンプと、
    前記加熱装置の暖房能力を制御する制御装置と、
    を含んで構成されるヒートポンプ式暖房装置であって、
    前記制御装置は、
    必要な暖房能力を決定し、
    該決定暖房能力の回転速度で前記各圧縮機を動作させると共に当該圧縮機回転速度のいずれか一方又は両方が所定のしきい値以上か否か判断し、
    前記しきい値以上と判断した場合、前記各熱媒熱交換器を通った後に混合されて前記暖房端末へ送り出される熱媒の温度を測定した往き熱媒温度測定値が、予め決められた往き熱媒温度一定値と一致するように制御し、
    前記しきい値よりも下と判断した場合、前記往き熱媒温度測定値が、前記決定暖房能力の往き熱媒温度決定値と一致するように制御し、
    前記往き熱媒温度測定値が前記往き熱媒温度一定値又は前記往き熱媒温度決定値に一致すると判断した後、前記各熱媒熱交換器のいずれか一方又は両方の出口側の冷媒出口温度を測定して、該冷媒出口温度測定値と前記往き熱媒温度の測定値との間の温度差を求め、該測定値温度差を、前記決定暖房能力における記憶温度差と比較し、
    該比較の結果、前記測定値温度差と前記記憶温度差との間に差があれば、当該差分を解消するように、前記決定暖房能力を変更する、
    ヒートポンプ式暖房装置。
  9. 冷媒熱交換器で吸熱した冷媒を第1段圧縮機で圧縮し、該圧縮後の冷媒を第1段熱媒熱交換器に通した後、さらに第2段圧縮機で圧縮し、該圧縮後の冷媒を第2段熱媒交換器に通した後、膨張弁で膨張させて前記冷媒熱交換器へ循環させる加熱装置と、
    前記各熱媒熱交換器で吸熱した熱媒を通す暖房端末と、
    前記各熱媒熱交換器と前記暖房端末との間で前記熱媒を循環させる循環ポンプと、
    前記加熱装置の暖房能力を制御する制御装置と、
    を含んで構成されるヒートポンプ式暖房装置であって、
    前記制御装置は、
    必要な暖房能力を決定し、
    該決定暖房能力の回転速度で前記各圧縮機を動作させると共に当該各圧縮機の吐出温度が所定値となるように前記膨張弁を制御し、
    前記各熱媒熱交換器を通った後に混合されて前記暖房端末へ送り出される熱媒の温度を測定した往き熱媒温度測定値が、前記決定暖房能力の往き熱媒温度決定値と一致するように制御し、
    前記往き熱媒温度測定値が前記往き熱媒温度決定値に一致すると判断した後、前記各熱媒熱交換器のいずれか一方又は両方の出口側の冷媒出口温度を測定して、該冷媒出口温度測定値を、前記決定暖房能力における冷媒出口温度記憶値と比較し、
    該比較の結果、前記冷媒出口温度測定値と前記冷媒出口温度記憶値との間に差があれば、当該差分を解消するように、前記決定暖房能力を変更する、
    ヒートポンプ式暖房装置。
  10. 冷媒熱交換器で吸熱した冷媒を第1段圧縮機で圧縮し、該圧縮後の冷媒を第1段熱媒熱交換器に通した後、さらに第2段圧縮機で圧縮し、該圧縮後の冷媒を第2段熱媒交換器に通した後、膨張弁で膨張させて前記冷媒熱交換器へ循環させる加熱装置と、
    前記各熱媒熱交換器で吸熱した熱媒を通す暖房端末と、
    前記各熱媒熱交換器と前記暖房端末との間で前記熱媒を循環させる循環ポンプと、
    前記加熱装置の暖房能力を制御する制御装置と、
    を含んで構成されるヒートポンプ式暖房装置であって、
    前記制御装置は、
    必要な暖房能力を決定し、
    該決定暖房能力の回転速度で前記各圧縮機を動作させると共に当該各圧縮機の吐出温度が所定値となるように前記膨張弁を制御し、
    前記各熱媒熱交換器を通った後に混合されて前記暖房端末へ送り出される熱媒の温度を測定した往き熱媒温度測定値が、前記決定暖房能力の往き熱媒温度決定値と一致するように制御し、
    前記往き熱媒温度測定値が前記往き熱媒温度決定値に一致すると判断した後、前記各熱媒熱交換器のいずれか一方又は両方の出口側の冷媒出口温度を測定して、該冷媒出口温度測定値と前記往き熱媒温度又は前記圧縮機吐出温度の測定値との間の温度差を求め、該測定値温度差を、前記決定暖房能力における記憶温度差と比較し、
    該比較の結果、前記測定値温度差と前記記憶温度差との間に差があれば、当該差分を解消するように、前記決定暖房能力を変更する、
    ヒートポンプ式暖房装置。
  11. 冷媒熱交換器で吸熱した冷媒を第1段圧縮機で圧縮し、該圧縮後の冷媒を第1段熱媒熱交換器に通した後、さらに第2段圧縮機で圧縮し、該圧縮後の冷媒を第2段熱媒交換器に通した後、膨張弁で膨張させて前記冷媒熱交換器へ循環させる加熱装置と、
    前記各熱媒熱交換器で吸熱した熱媒を通す暖房端末と、
    前記各熱媒熱交換器と前記暖房端末との間で前記熱媒を循環させる循環ポンプと、
    前記加熱装置の暖房能力を制御する制御装置と、
    を含んで構成されるヒートポンプ式暖房装置であって、
    前記制御装置は、
    必要な暖房能力を決定し、
    該決定暖房能力の回転速度で前記各圧縮機を動作させると共に当該圧縮機回転速度のいずれか一方又は両方が所定のしきい値以上か否か判断し、
    前記しきい値以上と判断した場合、前記各熱媒熱交換器を通った後に混合されて前記暖房端末へ送り出される熱媒の温度を測定した往き熱媒温度測定値が、予め決められた往き熱媒温度一定値と一致するように制御し、
    前記しきい値よりも下と判断した場合、前記往き熱媒温度測定値が、前記決定暖房能力の往き熱媒温度決定値と一致するように制御し、
    前記往き熱媒温度測定値が前記往き熱媒温度一定値又は前記往き熱媒温度決定値に一致すると判断した後、前記各熱媒熱交換器のいずれか一方又は両方の出口側の冷媒出口温度を測定して、該冷媒出口温度測定値を、前記決定暖房能力における冷媒出口温度記憶値と比較し、
    該比較の結果、前記冷媒出口温度測定値と前記冷媒出口温度記憶値との間に差があれば、当該差分を解消するように、前記決定暖房能力を変更する、
    ヒートポンプ式暖房装置。
  12. 冷媒熱交換器で吸熱した冷媒を第1段圧縮機で圧縮し、該圧縮後の冷媒を第1段熱媒熱交換器に通した後、さらに第2段圧縮機で圧縮し、該圧縮後の冷媒を第2段熱媒交換器に通した後、膨張弁で膨張させて前記冷媒熱交換器へ循環させる加熱装置と、
    前記各熱媒熱交換器で吸熱した熱媒を通す暖房端末と、
    前記各熱媒熱交換器と前記暖房端末との間で前記熱媒を循環させる循環ポンプと、
    前記加熱装置の暖房能力を制御する制御装置と、
    を含んで構成されるヒートポンプ式暖房装置であって、
    前記制御装置は、
    必要な暖房能力を決定し、
    該決定暖房能力の回転速度で前記各圧縮機を動作させると共に当該圧縮機回転速度のいずれか一方又は両方が所定のしきい値以上か否か判断し、
    前記しきい値以上と判断した場合、前記各熱媒熱交換器を通った後に混合されて前記暖房端末へ送り出される熱媒の温度を測定した往き熱媒温度測定値が、予め決められた往き熱媒温度一定値と一致するように制御し、
    前記しきい値よりも下と判断した場合、前記往き熱媒温度測定値が、前記決定暖房能力の往き熱媒温度決定値と一致するように制御し、
    前記往き熱媒温度測定値が前記往き熱媒温度一定値又は前記往き熱媒温度決定値に一致すると判断した後、前記各熱媒熱交換器のいずれか一方又は両方の出口側の冷媒出口温度を測定して、該冷媒出口温度測定値と前記往き熱媒温度の測定値との間の温度差を求め、該測定値温度差を、前記決定暖房能力における記憶温度差と比較し、
    該比較の結果、前記測定値温度差と前記記憶温度差との間に差があれば、当該差分を解消するように、前記決定暖房能力を変更する、
    ヒートポンプ式暖房装置。
  13. 前記暖房端末が、前記熱媒を分配して流す複数の暖房器具を含み、該暖房器具がそれぞれ前記熱媒の個別流量調節具を備える、請求項1〜12のいずれか1項に記載のヒートポンプ式暖房装置。
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