JP2011069570A - ヒートポンプサイクル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】種々の運転条件に対応してサブクール制御を行い、運転効率を向上させたヒートポンプサイクル装置を提供する。
【解決手段】圧縮機１と、水と冷媒とを熱交換する利用側熱交換器３と、電子膨張弁４と、室外熱交換器５とが順次配管接続された冷媒回路と、同冷媒回路を制御する制御手段７と、冷媒回路のサブクールを算出するサブクール算出手段１４と、圧縮機１の凝縮圧力を検出する凝縮圧力検出手段１３と、圧縮機１の回転数を検出する圧縮機回転数検出手段７ｂと、凝縮圧力と圧縮機１の回転数とから目標サブクールを求める目標サブクール抽出手段７ａとを備え、制御手段７は、冷媒回路のサブクールが目標サブクール温度となるように電子膨張弁４の開度を調整する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ヒートポンプ式の床暖房装置や給湯装置などのヒートポンプサイクル装置に係わり、より詳細には、水を熱交換して温水に変換する冷媒回路の運転において、温水生成に適した効率的な運転制御に関する。

従来、ヒートポンプサイクル装置としては、空気調和機が代表的な装置である。そしてこの空気調和機を効率的に暖房運転するために、冷凍サイクルにおいて過冷却度（サブクール）を制御する方法が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。

この特許文献１には、圧縮機と凝縮器と電子膨張弁と蒸発器とを順次配管接続したヒートポンプ式の冷媒回路について記載されている。そしてこの冷媒回路において、凝縮器には凝縮器の冷媒温度を検出する凝縮温度検知器と、凝縮器の出口部での冷媒温度を検知する温度検知器とが備えられている。そして、この冷媒回路を制御する制御部では、凝縮温度検知器と温度検知器とで検知した冷媒の温度から過冷却度を算出し、この算出結果が目標値となるように電子膨張弁の開度を制御するようになっている。

また、制御部は、凝縮温度検知器での検知温度、または、圧縮機での冷媒吐出温度が所定値を越える毎に目標とする過冷却度を所定量だけ低下させるように電子膨張弁の開度を制御する。このため運転効率の低下を抑制して安定した運転を行うようになっている。

一方、ヒートポンプサイクル装置の１つであるヒートポンプ式床暖房装置では、空気調和機の室内機熱交換器が空気を熱交換の対象としているのとは異なり、床暖房パネルを循環する水と熱交換することが大きな相違点ではあるが、冷媒回路としてはほぼ同じ構成であるため、空気調和機の室外機をヒートポンプ式床暖房装置の室外機として流用することもあり、サブクールの制御としては同じ方法が実施される場合があった。

しかしながら、過冷却度とＣＯＰ（Coefficient Of Performance〜成績係数）との関係において、空気調和機に比較してヒートポンプ式床暖房装置では、サブクールの変化が与えるＣＯＰの変化の割合が大きく、厳密なサブクールの制御をしないとＣＯＰが悪化して効率の悪い運転になる場合があった。

以下にこの過冷却度とＣＯＰとの関係を、エアコンと従来のヒートポンプ式床暖房装置とについて、図２のサブクール−ＣＯＰ特性のグラフを用いて比較して説明する。なお、図２〜図１０におけるグラフやデータ値は実験で求めた値、もしくは、この値に基づいて決定した値である。

図２はサブクール（過冷却度）とＣＯＰとの関係について、ヒートポンプ式床暖房装置とエアコンとを比較して示すグラフであり、外気温７℃の場合を示している。図２に示すように、従来のヒートポンプ式床暖房装置はエアコンに比較して、サブクールの変化がＣＯＰに与える影響が大きいことが読み取れる。

次に図２のデータを測定した従来のヒートポンプ式床暖房装置とエアコンとの冷媒回路、及びその制御について説明する。

従来のヒートポンプ式床暖房装置と本発明の実施例で説明するヒートポンプ式床暖房装置とは、その制御方法が異なること以外は同じため、図１に示す本発明によるヒートポンプ式床暖房装置の冷媒回路を用いて説明する。ただし、図１の制御手段７における目標サブクール抽出手段７ａと、圧縮機回転数検出手段７ｂとは、本発明固有の手段であり、従来のヒートポンプ式床暖房装置には存在しない手段である。

ヒートポンプ式床暖房装置の冷媒回路は、圧縮機１と、四方弁２と、冷媒と水とを熱交換する利用側熱交換器３と、電子膨張弁４と、室外熱交換器５と、アキュムレータ６とが順次接続されており、四方弁２を介して冷媒循環方向を切り替えるように構成されている。また、圧縮機１の吐出側に吐出圧力を検出する圧力センサ１０が、また、利用側熱交換器３と電子膨張弁４との間には、電子膨張弁４付近の冷媒温度を検出する冷媒温度センサ１１がそれぞれ設けられている。

一方、利用側熱交換器３では冷媒と熱交換された水が循環するように構成されており、利用側熱交換器３、内部に蛇行パイプ８ａを備えた床暖房パネル８、温水用ポンプ９が順次接続されて循環路が形成されている。また、この循環路における利用側熱交換器３の水の出口には出湯温度を検出する出湯温度センサ１２が設けられている。

そして、圧力センサ１０と出湯温度センサ１２と冷媒温度センサ１１とで検出された値に対応して、圧縮機１と四方弁２とポンプ９と電子膨張弁４とを駆動制御する制御手段７が備えられている。次にこの制御手段７が行う制御について説明する。

従来のヒートポンプ式床暖房装置では運転を開始すると制御手段７がポンプ９を回転させ、利用側熱交換器３と床暖房パネル８との間で水を循環させる。

同時に制御手段７は出湯温度センサ１２で検出された現在の出湯温度、つまり、利用側熱交換器３で暖められた水の温度が、予め設定された目標の温度（出湯目標温度）になるように圧縮機１を回転させる。なお、圧縮機１で高温高圧のガスとなった冷媒は四方弁２を通過し、利用側熱交換器３で熱を放出して液体となり、さらに、電子膨張弁４で減圧されて室外熱交換器５で蒸発して外気と熱交換し、ガスとなって再び圧縮機１で圧縮される過程を繰り返す。なお、四方弁２は除霜運転時に冷媒の循環方向を逆転させるために用いられる。

次に図２のグラフのデータを測定したエアコンの暖房運転における冷媒回路と、その制御方法について説明する。このエアコンの冷媒回路と制御とは前述した従来のヒートポンプ式床暖房装置とほぼ同じであり、従来のヒートポンプ式床暖房装置に比較して、利用側熱交換器３が図示しない室内熱交換器に、また、出湯温度センサ１２が室内温度センサに、ポンプ９が送風ファンに、床暖房パネル８とこのための循環用水とが室内の空気に、それぞれ代替されたものと考えることができる。

また、このエアコンにおける設定温度（目標となる室温）は、前述したヒートポンプ式床暖房装置における出湯目標温度と同じ考え方であり、室内温度センサで検出した室温が設定温度になるように圧縮機１の回転数を制御する。このため、室内温度センサで検出した室温に対応して決定される目標吐出温度になるように圧縮機１や電子膨張弁４の開度が制御される。なお、この場合のサブクールはなりゆきに任せており、吐出温度を主体とした制御になっている。つまり、前述した従来のヒートポンプ式床暖房装置とエアコンとはほぼ同じ制御方法で冷媒回路を制御している。

このように、従来のエアコンの冷媒回路の制御は、サブクールに関して特別な制御を行う必要がなかった。これは図２に示すように、エアコンの冷媒回路の制御において、ＣＯＰに与えるサブクールの影響が少ないからである。なお、サブクールは使用している冷媒の特性と凝縮器の冷媒温度と凝縮器の出口部での冷媒温度とが判明すれば算出できるが、詳細については省略する。次に図２について詳細に説明する。

図２はグラフの横軸に熱交換器出口のサブクール（単位：℃）を、グラフの縦軸にはその時の対最高ＣＯＰ比を、ヒートポンプ式床暖房装置とエアコンとの場合毎に示している。この図においてＣＯＰが高いほど効率のよい運転であるため、この対最高ＣＯＰ比を高く維持できるサブクール値を目標に運転することになる。なお、対最高ＣＯＰ比とは、ヒートポンプ式床暖房装置とエアコンにおいて、それぞれの機器で測定したＣＯＰが最も高い値である最高ＣＯＰに対する比率である。

例えば、ヒートポンプ式床暖房装置ではＣＯＰが最も高い時（対最高ＣＯＰ比：１．０）にサブクールが５．０℃であり、逆にＣＯＰが最も低い時（対最高ＣＯＰ比：０．８７）にサブクールが１０．９℃であり、それはＣＯＰが最も高い場合に比較して１３％のダウンとなる。

つまり、前述したエアコンのように、出湯温度センサ１２で検出した水温に対応して決定される目標吐出温度になるように圧縮機１や電子膨張弁４の開度を制御する方式で、ヒートポンプ式床暖房装置を制御し、サブクールをなりゆきに任せた場合、この程度の効率悪化が発生する可能性を示している。なお、特定の運転条件の元でＣＯＰが最も高い時のサブクールを、その運転における最適ＳＣと呼称する。

一方、エアコンの場合はＣＯＰが最も高い時（対最高ＣＯＰ比：１．０）にサブクールが８．４℃であり、逆にＣＯＰが最も低い時（対最高ＣＯＰ比：０．９７７）にサブクールが１６．２℃であり、それはＣＯＰが最も高い場合に比較して２．３％のダウンとなる。

つまり、エアコンの場合は特別なサブクール制御を行わなくても、最大で２．３％程度の効率悪化しかならないことを示している。従ってヒートポンプ式床暖房装置はエアコンに比較してきめ細やかなサブクール制御を行わないと成績係数が悪化してしまうという問題があった。

このようなヒートポンプサイクル装置とエアコンとの特性の違いは、冷媒と熱交換する対象が異なるために発生する。つまり、ヒートポンプサイクル装置は水を、エアコンは空気を、それぞれ熱交換相手としている。水の熱伝達率は空気の熱伝達率よりも高いため、水の熱交換器はコンパクトに設計することができる。これは、水の熱交換器において、水と冷媒とが熱交換する経路が短くて済むからである。
このため、同能力の空気熱交換器に対して、水の熱交換器は熱交換器内の冷媒側の管内容積が小さくなり、ＣＯＰが高いサブクール範囲が狭くなる。これに対応して、ヒートポンプサイクル装置ではきめ細やかな冷媒制御が必要となる。

特開平３−２１７７６７号公報（第２−３頁、図２）

本発明は以上述べた問題点を解決し、種々の運転条件に対応してサブクール制御を行い、運転効率を向上させたヒートポンプサイクル装置を提供することを目的とする。

本発明は上述の課題を解決するため、圧縮機と、水と冷媒とを熱交換する利用側熱交換器と、電子膨張弁と、室外熱交換器とが配管接続された冷媒回路と、前記圧縮機や前記電子膨張弁を制御する制御手段と、前記冷媒回路のサブクールを算出するサブクール算出手段と、前記圧縮機の凝縮圧力を検出する凝縮圧力検出手段と、前記圧縮機の回転数を検出する圧縮機回転数検出手段と、前記凝縮圧力検出手段で検出した凝縮圧力と前記圧縮機回転数検出手段で検出した前記圧縮機の回転数とから、予め記憶している目標サブクールを選択して抽出する目標サブクール抽出手段とを備え、
同目標サブクール抽出手段は前記目標サブクールを抽出し、
前記制御手段は、前記冷媒回路のサブクールが、前記目標サブクール抽出手段によって抽出された目標サブクールとなるように前記電子膨張弁の開度を調整することを特徴とする。

また、前記目標サブクール抽出手段は、前記凝縮圧力検出手段で検出した前記凝縮圧力と前記圧縮機回転数検出手段で検出した前記圧縮機の回転数との値のゾーン毎に予め決められた前記目標サブクールの値を記憶しており、
同記憶された目標サブクールの値は、前記凝縮圧力が高くなるに従って小さく、また、前記圧縮機の回転数が高くなるに従って大きくなることを特徴とする。

以上の手段を用いることにより、本発明によるヒートポンプサイクル装置によれば、
請求項１に係わる発明は、目標サブクールを凝縮圧力だけでなく、圧縮機の回転数も考慮して決定し、そこに向けてサブクールを制御を行うことにより、ヒートポンプ式床暖房装置や給湯装置などのヒートポンプサイクル装置において、高効率での運転を可能にする。

請求項２に係わる発明は、凝縮圧力の値が大きくなるに従って目標サブクールを小さく、また、圧縮機の回転数が高くなるに従って目標サブクールを大きく、それぞれ目標ＳＣテーブルに予め決めて記憶させておき、凝縮圧力の値と圧縮機の回転数の値とをゾーンで制御し、この各組合せゾーン毎に目標サブクールを記憶しているため、凝縮圧力の値と圧縮機の回転数の値との両方の条件に対応して目標サブクールを抽出することができる。

本発明によるヒートポンプ式床暖房装置の実施例を示す冷媒回路図である。 サブクールとＣＯＰとの関係を示すグラフである。 凝縮圧力と最適サブクールとの関係を示すグラフである。 凝縮圧力とサブクール目標値との関係を示す説明図である。 圧縮機の回転数変化におけるサブクールとＣＯＰとの関係を示すグラフである。 最適サブクールと圧縮機回転数との関係を示すグラフである。 凝縮圧力と圧縮機回転数とサブクール目標値との関係を示す説明図である。 最適サブクールと外気温との関係を示すグラフである。 最適サブクールと配管長との関係を示すグラフである。 凝縮圧力と圧縮機回転数とサブクール目標値とをテーブル化した目標サブクールテーブルの説明図である。 本発明による制御を説明するフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態を、添付図面に基づいた実施例として詳細に説明する。なお図１の冷媒回路については、本発明で使用する回路であるが、背景技術の項で詳細に説明しているので説明を省略する。ただし、制御手段７については、内蔵されたマイコンに本発明特有の制御を行うプログラムが記憶されており、このマイコンがプログラムに従って動作することで、以下に示す制御や各種の手段が実現される。

なお、図１において、制御手段７と圧力センサ１０と冷媒温度センサ１１とで、冷媒回路のサブクールを算出するサブクール算出手段を、また、制御手段７と圧力センサ１０とで吐出圧力を検出して凝縮圧力とする凝縮圧力検出手段１３をそれぞれ構成している。さらに、制御手段７の内部には、制御手段７が制御する圧縮機１の回転数管理データから現在の回転数を抽出する圧縮機回転数検出手段７ｂと、凝縮圧力と圧縮機１の回転数とから目標サブクールを求める目標サブクール抽出手段７ａとを備えている。これらの各手段については後で詳細に説明する。

まず、種々の運転条件に対応してサブクール制御を行うために、それぞれの運転条件によって変化する最適ＳＣ（サブクール）について特性を説明する。なお、本実施例で説明するグラフやそのデータは実験的に測定したデータであり、個々の機器や冷媒の配管長などの測定条件で異なる。本発明はこれらの測定条件を変化させて検出した実験データからヒートポンプサイクル装置の特性を抽出し、その傾向を把握して実際の機器の制御に適用してＣＯＰを向上させるものである。なお、以降の説明において、サブクールをＳＣと呼称する。

図３は凝縮圧力と最適ＳＣとの関係を示すグラフであり、横軸が凝縮圧力（単位：ＭＰａＧ〜メガパスカルゲージ圧）、縦軸が最適サブクール（単位：℃）を示している。なお、凝縮圧力は図１の圧力センサ１０で検出した圧力とほぼ同じため、本実施例では同じものとして取り扱う。従って凝縮圧力は吐出圧力を示す。また、最適ＳＣは外気温：７℃で圧縮機１の回転数を６５ｒｐｓ(rotation per second) に固定した場合の凝縮圧力の変化による最適サブクールの変化を表している。なお、圧縮機１の回転数を固定とした場合、電子膨張弁４の開度も連動して固定となる。この場合の凝縮圧力の最適ＳＣの変化は、負荷となる利用側熱交換器３に循環する水の温度に影響される。

図３の凝縮圧力と最適ＳＣとの関係を示すグラフに示すように、凝縮圧力が増加するに従って最適ＳＣは徐々に低下する傾向にあることがわかる。従って、実際の冷凍サイクルの制御においては、圧力センサ１０で検出した凝縮圧力が一定量増加したら、目標とするサブクール、つまり、最適ＳＣは一定量だけ減少させることが必要である。

この考え方を図式化したものが図４の凝縮圧力とＳＣ目標値の説明図である。この例では、凝縮圧力を３つのゾーンに分け、各ゾーン毎にＳＣ目標値を規定している。なお、このゾーンの閾値は、制御におけるハンチング（ばたつき）を低減するため、凝縮圧力の上昇／下降に対応してヒステリシスを持たせてある。

つまり、圧力上昇傾向の時は、３．００ＭＰａＧ未満、３．００ＭＰａＧ以上〜３．６０ＭＰａＧ未満、３．６０ＭＰａＧ以上のゾーンに分け、それぞれ、圧力が小さいゾーンから順にＳＣ目標値を１０℃、８℃、６℃と規定している。逆に、圧力減少傾向の時は、２．８０ＭＰａＧ未満、２．８０ＭＰａＧ以上〜３．４０ＭＰａＧ未満、３．４０ＭＰａＧ以上のゾーンに分け、それぞれ、圧力が小さいゾーンから順にＳＣ目標値を１０℃、８℃、６℃と規定している。このように、凝縮圧力が変化しても、これに対応してＳＣ目標値を切り替えるため、凝縮圧力が変化しても高いＣＯＰを維持できる。

次に圧縮機１の回転数によるサブクールとＣＯＰとの関係について、図５のＳＣ−ＣＯＰ特性のグラフに基づいて説明する。図５において、縦軸はＣＯＰを、横軸はサブクール（単位：℃）を示す。また、圧縮機１の回転数は、２０ｒｐｓ、６５ｒｐｓ、９０ｒｐｓの３つの場合についてそれぞれ、ＳＣ−ＣＯＰ特性を記載している。

図５に示すように、各回転数毎に最も高いＣＯＰを示すポイントが存在する。２０ｒｐｓではサブクール４．２℃の時にＣＯＰのピークは４．３８であり、６５ｒｐｓではサブクール１０．５℃の時にＣＯＰのピークは４．２０であり、９０ｒｐｓではサブクール１２．３℃の時にＣＯＰのピークは３．４２である。これらの各ＣＯＰのピークが、各回転数における最適ＳＣとなる。

図６は最適サブクールと圧縮機回転数との関係を示すグラフである。これは図５の各回転数ごとの最適サブクール（単位：℃）を縦軸に、また、圧縮機の回転数（ｒｐｓ）を横軸に示している。この図６に示すように圧縮機の回転数が増加すると、最適ＳＣもほぼ直線的に増加する。

図７は図４で示したＳＣ目標値の規定方法に追加して、図６で示した圧縮機１の回転数の特性を対応させた凝縮圧力と圧縮機回転数とＳＣ目標値との関係を示す説明図である。
図４における凝縮圧力の各ゾーン毎に、圧縮機の回転数が増加する段階毎にＳＣ目標値も段階的に増加させたものに規定している。

具体的には、凝縮圧力が上昇時で３．００ＭＰａＧ未満、または、凝縮圧力が下降時で２．８０ＰａＧ未満の場合、回転数が４０ｒｐｓ未満、４０以上ｒｐｓ〜７０ｒｐｓ未満、７０ｒｐｓ以上の各ゾーンごとに、回転数が低い順に目標サブクール値を６℃、１０℃、１２℃と規定している。なお、他の凝縮圧力のゾーンでも同様の回転数ゾーンを形成し、各目標サブクール値を規定している。

この図７のＳＣ目標値を実際の制御に対応させるためにテーブル化したものが、図１０に示す目標ＳＣテーブルである。この目標ＳＣテーブルは、左欄が項目を示しており、上から下の順に、『凝縮圧力状態』、『凝縮圧力閾値』単位：ＭＰａＧ、『回転数』単位：ｒｐｓとなっており、『回転数』は３つのゾーン、すなわち、７０ｒｐｓ以上、４０ｒｐｓ以上で７０ｒｐｓ未満、４０ｒｐｓ未満に別れている。なお、この目標ＳＣテーブルにおけるＳＣ目標値は実験で求めた値を基に決定されており、この決定した値が予めテーブルとして記憶されている。

なお、『凝縮圧力状態』は凝縮圧力が上昇中であるか、下降中であるかを区別するものである。実際には、制御手段７が圧力センサ１０で間欠的に検出した圧力値が、閾値に対して下から上に、または、上から下となるように変化したのかで上昇中／下降中を判断する。

次に、この目標ＳＣテーブルを用いたサブクールの制御方法を説明する。
制御手段７は、最新の凝縮圧力上昇／下降中の状態と、最新の圧力センサ１０の検出値から凝縮圧力と、最新の圧縮機１の回転数とをそれぞれ抽出し、この目標ＳＣテーブルの『凝縮圧力状態』と『凝縮圧力閾値』と『回転数』欄の各ゾーンとから、目標ＳＣテーブルの中に記載された目標サブクール値を抽出する。

この目標ＳＣテーブルを記憶し、この目標サブクール値を抽出する処理を行う手段が前述した目標サブクール抽出手段７ａである。また、現在の圧縮機１の回転数を検出する手段が圧縮機回転数検出手段７ｂであり、制御手段７が制御する圧縮機１の記憶管理データである現在の回転数を抽出する。

そして、制御手段７はサブクール算出手段１４によって現在のサブクールを算出し、この算出されたサブクールと抽出した目標サブクールとを比較し、この差によって電子膨張弁４の開度を調整する。なお、例えばサブクールは、サブクール算出手段１４を用いて算出され、現在使用している冷媒のモリエル線図における飽和液線に対する現在の凝縮圧力（吐出圧力）で算出した液化温度から、冷媒温度センサ１１で検出した温度を減算することで求める。

制御手段７は現在のサブクールから目標サブクールを減算し、この減算結果がプラスの時には、その減算結果の値に対応して電子膨張弁４の開度を開けるように制御し、この減算結果がマイナスの時には、その減算結果の値に対応して電子膨張弁４の開度を閉めるように制御する。このような制御をすることで現在のサブクールが、常に目標サブクール値となるように制御されることになり、結果的にＣＯＰが高い状態で維持されることになる。

なお、実際の制御としては前述したように、制御手段７は出湯温度センサ１２で検出された現在の出湯温度、つまり、利用側熱交換器３で暖められた水の温度が、予め設定された出湯目標温度になるように圧縮機１を回転させる。この時、電子膨張弁４は圧縮機１の回転数に対応するように制御される。一方、本発明による電子膨張弁４の調整は比較的小さい範囲で開度の制御が行われようになっている。つまり、電子膨張弁４の比較的大きな開度制御は、現在の出湯温度と出湯目標温度の差によって決定される圧縮機１の回転数に対応しており、本発明による電子膨張弁４の調整はこの開度を補正するような制御を行う。

次に他の特性について説明する。図８は縦軸が最適ＳＣ（単位：℃）を、横軸が外気温（℃）をそれぞれ示す最適ＳＣと外気温との関係図である。図８に示すように外気温が２０℃を越えると急激に最適ＳＣが低下する傾向があるため、外気温に対応して図１０の目標ＳＣテーブルの値を補正するとよい。これにより、外気温が高い場合でもＣＯＰを比較的高く維持できる。

図９は縦軸が最適ＳＣ（単位：℃）を、横軸が配管長（単位：メートル）をそれぞれ示す最適ＳＣと配管長との関係図である。ここで示す配管長とは利用側熱交換器３と室外熱交換器５との間の配管長、つまり、エアコンで例えるならば室内機と室外機とを接続する配管の長さを示す。

図９に示すように能力の異なる２つの機種では、最適ＳＣの具体的な値自体は異なるが、そのグラフの傾向はほぼ同じであり、配管長が長くなるに従って最適サブクール値も減少傾向になる。従って、ヒートポンプ式床暖房装置を設置後、その配管長のデータを制御手段７に記憶させ、この配管長に対応して図１０の目標ＳＣテーブルの値を補正するとよい。これにより、配管長が設置条件により変化した場合でもＣＯＰを高く維持できる。

一方、配管長を標準の長さに規定し、これに対応する最適ＳＣを用いて制御している機器において、設置工事の都合により配管長が長くなる場合であっても、冷媒の循環量が減少するために制御手段７は電子膨張弁４を開く方向に制御することになり、吐出圧力が異常に高くなるような不具合を回避することができる。

以上説明したように、目標サブクールの設定を凝縮圧力だけでなく、圧縮機１の回転数も考慮してきめ細かく行うことにより、ヒートポンプ式床暖房装置や給湯装置などのヒートポンプサイクル装置においてＣＯＰを高く維持できる。

また、図１０で示すように、圧縮機１の凝縮圧力の値が大きくなるに従って目標サブクールを小さく、また、圧縮機１の回転数が高くなるに従って目標サブクールを大きく、それぞれ目標ＳＣテーブルに予め実験的に求めて記憶させておき、凝縮圧力の値と圧縮機の回転数の値とをゾーンで管理し、この各組合せゾーン毎に目標サブクールを記憶しているため、凝縮圧力の値と圧縮機の回転数の値との両方の条件に対応して目標サブクールを抽出することができる。

次に図１１で示すヒートポンプ式床暖房装置の制御フローチャートを用いて、制御手段７での処理の流れを説明する。図１１（Ａ）はヒートポンプ式床暖房装置のメインルーチンである。図１１（Ｂ）は本発明によるサブクール制御ルーチンを示している。このサブクール制御ルーチンは、メインルーチンと同時に動作するようになっており、タイマー割り込みで一定時間毎に起動され、メインルーチンで制御された電子膨張弁４の開度を微調整（補正）するようになっている。

また、これらのフローチャートにおいて、ＳＴはステップを表し、これに続く数字はステップ番号を表している。なお、図１１では本発明による処理を中心にして説明しており、ユーザーの設定操作処理や、詳細な出湯温度制御などの一般的な処理の説明を省略する。

図１１（Ａ）に示すように制御手段７は制御を開始すると、まず、温水用のポンプ９の回転を開始させ、利用側熱交換器３と床暖房パネル８との間で水を循環させる（ＳＴ１）。そして、出湯温度センサ１２から循環する水の温度、つまり、出湯温度を入力する（ＳＴ２）。次に出湯温度センサ１２の検出値が、予め設定されている出湯温度となるように圧縮機１の回転数を決定して回転させてヒートポンプ式床暖房装置を運転する（ＳＴ３）。なお、前述のように圧縮機１の回転数によって電子膨張弁４の開度は粗く制御されている。次にＳＴ２へジャンプして処理を繰り返す。

一方、図１１（Ｂ）に示すように、前述したメインルーチン処理と並行して、制御手段７は、冷媒温度センサ１１から電子膨張弁４直前の冷媒温度を入力する（ＳＴ１０）。次に、圧力センサ１０により圧縮機１の吐出圧力（凝縮圧力）を入力する（ＳＴ１１）。そして、圧縮機１の現在の回転数を抽出する（ＳＴ１２）。制御手段７は圧縮機１の制御も行っており、現在の回転数を目標となる回転数となるように制御しているため、現在の回転数も記憶している。ここではその回転数の値を抽出する。

そして、圧縮機１による凝縮圧力の上昇／下降を判断する（ＳＴ１３）。これは前述したように、定期的に複数回に渡って取り込んだ圧力センサ１０の値が時系列で大きくなるか、小さくなるかで判断する。そして、ＳＴ１１〜ＳＴ１３で入手した凝縮圧力、圧縮機１の回転数、凝縮圧力の上昇／下降の各パラメータを用いて、図１０で説明した目標ＳＣテーブルから目標とするサブクールを抽出する（ＳＴ１４）。

次にＳＴ１０で検出した冷媒温度と、ＳＴ１１で検出した圧縮機１の吐出圧力、つまり、凝縮温度とから現在のＳＣ温度を算出する（ＳＴ１５）。そしてＳＴ１４で抽出した目標ＳＣと、ＳＴ１５で算出した現在のＳＣとの差に対応して電子膨張弁４の開度を微調整する（ＳＴ１６）。

具体的には現在のＳＣから目標ＳＣを減じ、この結果がプラスの時は、その値に対応して電子膨張弁４を開ける方向に制御し、逆に減算結果がマイナスの場合は、その値に対応して電子膨張弁４を閉める方向に制御する。そしてこの処理を抜ける。

なお、この実施例では凝縮圧力検出手段１３を圧力センサ１０と制御手段７とで構成しているが、これに限るものでなく、圧力センサ１０に代替して冷媒温度センサを用い、制御手段７で冷媒温度を冷媒圧力に換算してもよい。また、圧縮機回転数検出手段７ｂを制御手段７の内部に備えているが、これに限るものでなく、直接、圧縮機１の駆動モータの回転位置センサを用いて回転数を求めてもよい。さらに、サブクール算出手段１４を圧力センサ１０と制御手段７と冷媒温度センサ１１とで構成しているが、これに限るものでなく、利用側熱交換器３に設けた凝縮温度センサと制御手段７と冷媒温度センサ１１とで構成してもよい。

１ 圧縮機
２ 四方弁
３ 利用側熱交換器
４ 電子膨張弁
５ 室外熱交換器
６ アキュムレータ
７ 制御手段
７ａ 目標サブクール抽出手段
７ｂ 圧縮機回転数検出手段
８ 床暖房パネル
８ａ 蛇行パイプ
９ ポンプ
１０ 圧力センサ
１１ 冷媒温度センサ
１２ 出湯温度センサ
１３ 凝縮圧力検出手段
１４ サブクール算出手段

Claims (2)

1. 圧縮機と、水と冷媒とを熱交換する利用側熱交換器と、電子膨張弁と、室外熱交換器とが配管接続された冷媒回路と、前記圧縮機や前記電子膨張弁を制御する制御手段と、前記冷媒回路のサブクールを算出するサブクール算出手段と、前記圧縮機の凝縮圧力を検出する凝縮圧力検出手段と、前記圧縮機の回転数を検出する圧縮機回転数検出手段と、前記凝縮圧力検出手段で検出した凝縮圧力と前記圧縮機回転数検出手段で検出した前記圧縮機の回転数とから、予め記憶している目標サブクールを選択して抽出する目標サブクール抽出手段とを備え、
   同目標サブクール抽出手段は前記目標サブクールを抽出し、
   前記制御手段は、前記冷媒回路のサブクールが、前記目標サブクール抽出手段によって抽出された目標サブクールとなるように前記電子膨張弁の開度を調整することを特徴とするヒートポンプサイクル装置。
2. 前記目標サブクール抽出手段は、前記凝縮圧力検出手段で検出した前記凝縮圧力と前記圧縮機回転数検出手段で検出した前記圧縮機の回転数との値のゾーン毎に予め決められた前記目標サブクールの値を記憶しており、
   同記憶された目標サブクールの値は、前記凝縮圧力が高くなるに従って小さく、また、前記圧縮機の回転数が高くなるに従って大きくなることを特徴とする請求項１記載のヒートポンプサイクル装置。

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