JP6421880B2 - 熱媒体循環システム - Google Patents

Description

本発明は、熱媒体循環システムに関する。

下記特許文献１には、一定速回転の交流電源駆動式の循環ポンプを利用する温冷水空調システムが開示されている。当該システムは、ヒートポンプ熱源の出口の往き水温センサと、ヒートポンプ熱源の入口の戻り水温センサを備える。当該システムの制御装置は、往き水温センサにより検知された往き水温と目標往き水温との差に基づいてヒートポンプ熱源の起動及び停止を制御する往き水温制御と、戻り水温センサにより検知された戻り水温と目標戻り水温との差に基づいてヒートポンプ熱源の起動及び停止を制御する戻り水温制御とを切り換える。

日本特開２０１５−４５４７９号公報

上述した特許文献１のシステムでは、以下のような課題がある。循環ポンプが常に一定の速度で回転するため、暖房用の水回路の循環流量は一定になる。ヒートポンプ熱源の最低加熱能力よりも暖房負荷が小さい場合などには、往き水温あるいは戻り水温が目標値を超えやすくなる。その場合、ヒートポンプ熱源が停止と再起動を繰り返すことになる結果、ヒートポンプ熱源の寿命低下をもたらす可能性がある。また、暖房負荷が大きい場合などにおいて、ヒートポンプ熱源で加熱される前の水すなわち熱媒体と、ヒートポンプ熱源で加熱された後の熱媒体との温度が小さくなると、暖房運転の効率が低くなってしまう可能性がある。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、熱媒体を加熱する加熱手段の寿命低下の抑制、及び暖房運転の効率低下の抑制が可能な熱媒体循環システムを提供することを目的とする。

本発明の熱媒体循環システムは、熱媒体を加熱する加熱手段と、加熱手段及び暖房器具を通る暖房回路の熱媒体を流れさせる循環ポンプと、暖房回路における加熱手段の下流側かつ暖房器具の上流側の熱媒体の温度である供給温度を検知する供給温度センサと、検知された供給温度に応じて加熱手段の起動及び停止を制御する第一制御手段と、暖房回路における熱媒体の循環流量を制御する第二制御手段と、を備え、第二制御手段は、加熱手段の起動及び停止の頻度が第一基準に比べて高い場合には、加熱手段の停止前の循環流量に比べて、加熱手段の再起動後の循環流量を高くするものである。
また、本発明の熱媒体循環システムは、熱媒体を加熱する加熱手段と、加熱手段及び暖房器具を通る暖房回路の熱媒体を流れさせる循環ポンプと、暖房回路における加熱手段の下流側かつ暖房器具の上流側の熱媒体の温度である供給温度を検知する供給温度センサと、検知された供給温度に応じて加熱手段の起動及び停止を制御する第一制御手段と、暖房回路における熱媒体の循環流量を制御する第二制御手段と、を備える熱媒体循環システムにおいて、第二制御手段は、加熱手段の起動及び停止の頻度が基準に比べて高い場合には循環流量を増加させ、第二制御手段は、熱媒体循環システムの設置後の初回の運転のときには、循環流量を最低流量に設定するものである。
また、本発明の熱媒体循環システムは、熱媒体を加熱する加熱手段と、加熱手段及び暖房器具を通る暖房回路の熱媒体を流れさせる循環ポンプと、暖房回路における加熱手段の下流側かつ暖房器具の上流側の熱媒体の温度である供給温度を検知する供給温度センサと、検知された供給温度に応じて加熱手段の起動及び停止を制御する第一制御手段と、暖房回路における熱媒体の循環流量を制御する第二制御手段と、を備え、第二制御手段は、加熱手段の起動及び停止の頻度が基準に比べて高い場合には循環流量を増加させ、第二制御手段は、加熱手段の運転中には循環流量が一定になるように制御するものである。

本発明の熱媒体循環システムによれば、熱媒体を加熱する加熱手段の寿命低下の抑制、及び暖房運転の効率低下の抑制が可能となる。

実施の形態１の熱媒体循環システムを示す構成図である。 実施の形態１におけるリモートコントローラの外観を示す図である。 実施の形態１の熱媒体循環システムの暖房運転時の水の循環回路を示す図である。 実施の形態１の熱媒体循環システムの機能ブロック図である。 実施の形態１の熱媒体循環システムの暖房運転において制御装置が実施する処理を示すフローチャートである。 実施の形態１の熱媒体循環システムが備える制御装置のハードウェア構成の例を示す図である。 実施の形態１の熱媒体循環システムが備える制御装置のハードウェア構成の他の例を示す図である。

以下、図面を参照して実施の形態について説明する。各図において共通する要素には、同一の符号を付して、重複する説明を簡略化または省略する。なお、本発明における装置、器具、及び部品等の、個数、配置、向き、形状、及び大きさは、原則として、図面に示す個数、配置、向き、形状、及び大きさに限定されない。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１の熱媒体循環システムを示す構成図である。図１に示す実施の形態１の熱媒体循環システム１は、ヒートポンプ式給湯暖房システムである。熱媒体循環システム１は、ヒートポンプ装置１００と、タンクユニット２００と、制御装置１０とを備える。ヒートポンプ装置１００とタンクユニット２００との間は、出口導管３、入口導管９、及び電気配線（図示省略）を介して接続される。実施の形態１の熱媒体循環システム１は、ヒートポンプ装置１００とタンクユニット２００とが分かれた構成である。この構成に限らず、ヒートポンプ装置１００とタンクユニット２００とが一体化していてもよい。

実施の形態１のヒートポンプ装置１００は、熱媒体を加熱する加熱手段の例である。ヒートポンプ装置１００は、冷媒を圧縮する圧縮機１３と、水−冷媒熱交換器１５と、冷媒を減圧させる減圧装置１６と、冷媒を蒸発させる蒸発器１７と、これらの機器を環状に接続する冷媒配管１４とを含む冷媒回路を備える。ヒートポンプ装置１００は、この冷媒回路でヒートポンプサイクルすなわち冷凍サイクルの運転を行うことで、熱媒体である水を加熱する。ヒートポンプ装置１００は、圧縮機１３で圧縮された高温高圧の冷媒と、水とを、水−冷媒熱交換器１５にて熱交換させることで、水を加熱する。圧縮機１３の運転を開始することでヒートポンプ装置１００が起動する。圧縮機１３の運転を停止することでヒートポンプ装置１００が停止する。蒸発器１７で冷媒と熱交換する流体は、例えば、外気、地下水、排水、太陽熱温水などでもよい。ヒートポンプ装置１００は、当該流体を蒸発器１７へ送る図示しない送風機、ポンプ等を備えてもよい。

本発明における加熱手段は、上述したヒートポンプ装置に限定されるものではなく、いかなる方式のものでもよい。例えば、本発明における加熱手段は、燃料（例えばガス、灯油、重油、石炭など）の燃焼熱で加熱する燃焼式加熱装置でもよい。本発明における加熱手段は、複数の加熱装置を含んでもよい。例えば、本発明における加熱手段は、ヒートポンプ装置と、燃焼式加熱装置との双方を含んでもよい。また、実施の形態１における熱媒体は水であるが、本発明における熱媒体は、不凍液、ブラインなどの、水以外の液状の熱媒体でもよい。

タンクユニット２００は、蓄熱槽２、切替弁６、及び循環ポンプ１１を内蔵する。蓄熱槽２内には、水が貯留される。蓄熱槽２内では、温度の違いによる水の密度の差により、上側が高温で下側が低温になる温度成層を形成できる。蓄熱槽２の下部には、給水管１８が接続される。水道等の水源から供給される水が給水管１８を通って蓄熱槽２内に供給される。蓄熱槽２の上部には、給湯管１９が接続される。外部へ給湯する際には、給水管１８に作用する水源水圧により、蓄熱槽２内の湯が給湯管１９へ送り出される。

蓄熱槽２は、出口２５及び入口２６を有する。蓄熱槽２の内部の水が出口２５から出る。ヒートポンプ装置１００で加熱された湯が入口２６から蓄熱槽２の内部へ入る。出口２５は、蓄熱槽２の下部にある。入口２６は、蓄熱槽２の上部にある。切替弁６は、第一ポート６ａ、第二ポート６ｂ、及び第三ポート６ｃを有する。切替弁６は、第三ポート６ｃを第一ポート６ａに連通させて第二ポート６ｂを遮断する状態と、第三ポート６ｃを第二ポート６ｂに連通させて第一ポート６ａを遮断する状態とに切り替え可能である。

下部管８は、蓄熱槽２の出口２５と、入口導管９の上流端との間を接続する。入口導管９の下流端は、ヒートポンプ装置１００の水−冷媒熱交換器１５の水入口に接続される。入口導管９の途中に、循環ポンプ１１が接続される。循環ポンプ１１は、その出力あるいは回転速度が可変である。循環ポンプ１１として、例えば、制御装置１０からの速度指令電圧により出力あるいは回転速度を変えられるパルス幅変調制御型の直流モータを備えたものを好ましく用いることができる。実施の形態１では、循環ポンプ１１をタンクユニット２００に設置している。この構成に代えて、循環ポンプ１１は、ヒートポンプ装置１００に設置されてもよい。出口導管３は、ヒートポンプ装置１００の水−冷媒熱交換器１５の水出口と、切替弁６の第三ポート６ｃとの間を接続する。上部管４は、切替弁６の第一ポート６ａと、蓄熱槽２の入口２６との間を接続する。実施の形態１では、循環ポンプ１１を入口導管９の途中に接続している。この構成に代えて、循環ポンプ１１は、出口導管３の途中に接続されてもよい。

暖房設備１２は、ヒートポンプ装置１００及びタンクユニット２００の外部に備えられる。暖房設備１２は、１または複数の暖房器具２４を備える。ヒートポンプ装置１００で加熱された水を暖房器具２４に流すことで、室内の空気の温度を上昇させる。暖房器具２４としては、例えば、床下に設置される床暖房パネル、室内壁面に設置されるラジエータまたはパネルヒーター、及び、ファンコンベクターのうち、少なくとも一種を用いることができる。暖房設備１２が複数の暖房器具２４を備える場合、それらの種類は同じでもよいし異なっていてもよい。暖房設備１２が複数の暖房器具２４を有する場合、複数の暖房器具２４の接続方法は、直列、並列、直列及び並列の組み合わせ、のいずれでもよい。

タンクユニット２００と暖房設備１２との間は、第一外部管２２及び第二外部管２３を介して接続される。タンクユニット２００は、出口２７及び入口２８を有する。タンクユニット２００から暖房設備１２へ供給される水は、出口２７からタンクユニット２００外へ出る。第一内部管５は、タンクユニット２００の内部で、切替弁６の第二ポート６ｂと、出口２７との間を接続する。第一外部管２２の上流端は、タンクユニット２００の外側から出口２７に接続される。第一外部管２２の下流端は、暖房設備１２の入口に接続される。第二外部管２３の上流端は、暖房設備１２の出口に接続される。第二外部管２３の下流端は、タンクユニット２００の外側から入口２８に接続される。第二内部管７は、タンクユニット２００の内部で、入口２８と、入口導管９の上流端との間を接続する。暖房設備１２からタンクユニット２００へ戻る水は、入口２８からタンクユニット２００内へ入る。

タンクユニット２００は、制御装置１０を内蔵する。制御装置１０とリモートコントローラ２１とは、無線または有線により、双方向にデータ通信可能に接続されている。リモートコントローラ２１は、熱媒体循環システム１が備えるユーザーインターフェースの例である。リモートコントローラ２１は、暖房器具２４が備えられた室内に設置されてもよい。リモートコントローラ２１は、それ以外の場所に設置されてもよい。ユーザーは、リモートコントローラ２１から、熱媒体循環システム１の運転に関する指令及び設定値の変更などを入力できる。熱媒体循環システム１が備えるアクチュエータ類及びセンサ類は、制御装置１０に電気的に接続される。制御装置１０は、センサ類の検知値及びリモートコントローラ２１からの信号などに基づいて、熱媒体循環システム１の動作を制御する。

蓄熱槽２の表面には、複数の温度センサ（図示省略）が、鉛直方向に間隔をあけて、取り付けられている。制御装置１０は、これらの温度センサにより、蓄熱槽２内の鉛直方向の温度分布を検知することで、蓄熱槽２内の貯湯量、蓄熱量、残湯量等を算出できる。

出口導管３には、流量センサ３０及び供給温度センサ３１が設けられている。流量センサ３０は、出口導管３を通る水の流量を検知する。供給温度センサ３１は、ヒートポンプ装置１００から流出する水の温度を検知する。供給温度センサ３１により、ヒートポンプ装置１００で加熱された水の温度を検知できる。ヒートポンプ装置１００で加熱された水の温度を以下「ヒートポンプ加熱温度」とも呼ぶ。実施の形態１では、流量センサ３０及び供給温度センサ３１をタンクユニット２００に設置している。この構成に代えて、流量センサ３０及び供給温度センサ３１をヒートポンプ装置１００に設置してもよい。

入口導管９には、戻り温度センサ３２が設けられている。戻り温度センサ３２は、ヒートポンプ装置１００に流入する水の温度を検知する。ヒートポンプ装置１００に流入する水の温度を以下「ヒートポンプ戻り温度」とも呼ぶ。実施の形態１では、戻り温度センサ３２をタンクユニット２００に設置している。この構成に代えて、戻り温度センサ３２をヒートポンプ装置１００に設置してもよい。

ヒートポンプ装置１００は、加熱能力［ｋＷ］が可変であることが望ましい。加熱能力とは、単位時間当たりにヒートポンプ装置１００が熱媒体に与える熱量である。制御装置１０は、例えば、ヒートポンプ装置１００の圧縮機１３の容量を変えることで、ヒートポンプ装置１００の加熱能力を制御できる。制御装置１０は、例えば、圧縮機１３の回転速度を変えることで、圧縮機１３の容量を制御できる。制御装置１０は、例えば、インバータ制御により、圧縮機１３の回転速度を変えることができる。

次に、熱媒体循環システム１の蓄熱運転について説明する。蓄熱運転は、以下のような運転である。切替弁６は、第三ポート６ｃを第一ポート６ａに連通させ、かつ、第二ポート６ｂを遮断する状態に制御される。ヒートポンプ装置１００及び循環ポンプ１１が運転される。蓄熱運転では、蓄熱槽２の下部の低温水が、出口２５、下部管８、及び入口導管９を通り、ヒートポンプ装置１００の水−冷媒熱交換器１５に送られる。そして、水−冷媒熱交換器１５で加熱されることで高温になった水が、出口導管３、切替弁６の第三ポート６ｃ、第一ポート６ａ、上部管４、及び、入口２６を通り、蓄熱槽２の上部に流入する。蓄熱運転では、上記のように水が循環することで、蓄熱槽２の内部に上から下に向かって高温水が貯えられていく。これにより、蓄熱槽２の蓄熱量が増加する。上述した蓄熱運転時の水の循環回路を「蓄熱回路」と称する。

制御装置１０は、蓄熱槽２内の残湯量または蓄熱量が、予め設定された低レベル以下になった場合に、蓄熱運転を開始してもよい。蓄熱運転により、蓄熱槽２内の貯湯量及び蓄熱量が増加して、予め設定された高レベルに達した場合に、制御装置１０は、蓄熱運転を終了してもよい。

蓄熱運転のとき、制御装置１０は、以下のようにして、供給温度センサ３１で検知されるヒートポンプ加熱温度が、目標値に等しくなるように制御してもよい。制御装置１０は、循環ポンプ１１の出力または回転速度を増減すること、すなわち水の循環流量を増減することで、ヒートポンプ加熱温度を制御できる。ヒートポンプ加熱温度が目標値より高い場合には、制御装置１０は、水の循環流量を増加させることで、ヒートポンプ加熱温度を目標値まで低下させることができる。ヒートポンプ加熱温度が目標値より低い場合には、制御装置１０は、水の循環流量を低下させることで、ヒートポンプ加熱温度を目標値まで上昇させることができる。制御装置１０は、ヒートポンプ装置１００の冷媒回路の動作を調整することで、ヒートポンプ加熱温度を制御してもよい。蓄熱運転のときのヒートポンプ加熱温度の目標値は、例えば、６０℃から８０℃程度の範囲の値でもよい。

図２は、実施の形態１におけるリモートコントローラ２１の外観を示す図である。図２に示すように、本実施の形態におけるリモートコントローラ２１は、表示部２１ａ、第一操作部２１ｂ、第二操作部２１ｃ、スピーカ２１ｄ、及びマイク２１ｅを備える。表示部２１ａは、熱媒体循環システム１の状態または設定内容などに関する情報を表示可能なディスプレイである。第一操作部２１ｂ及び第二操作部２１ｃについては後述する。

次に、図３を参照して、熱媒体循環システム１の暖房運転について説明する。図３は、実施の形態１の熱媒体循環システム１の暖房運転時の水の循環回路を示す図である。図３中の矢印は、水が流れる方向を示す。暖房運転は、以下のような運転である。切替弁６は、第三ポート６ｃを第二ポート６ｂに連通させ、かつ、第一ポート６ａを遮断する状態に制御される。ヒートポンプ装置１００及び循環ポンプ１１が運転される。暖房運転では、ヒートポンプ装置１００の水−冷媒熱交換器１５で加熱された水が、出口導管３、切替弁６の第三ポート６ｃ、第二ポート６ｂ、第一内部管５、出口２７、及び、第一外部管２２を通り、暖房設備１２に送られる。この水は、暖房設備１２の暖房器具２４を通過する間に、室内空気または床などに熱を奪われることで、温度低下する。この温度低下した水は、第二外部管２３、入口２８、第二内部管７、及び、入口導管９を通り、ヒートポンプ装置１００の水−冷媒熱交換器１５に戻る。水−冷媒熱交換器１５に戻った水は、再加熱され、再循環する。上述した暖房運転時の水の循環回路を「暖房回路」と称する。実施の形態１では、切替弁６により、蓄熱回路と暖房回路とを切り替え可能である。

暖房器具２４が備えられた室内には、室温センサを備えた室内リモートコントローラ（図示省略）が設置されてもよい。室内リモートコントローラと、制御装置１０とは、有線または無線により、双方向にデータ通信可能に接続される。室内リモートコントローラは、室温センサで検知された室温の情報を制御装置１０へ送信できる。暖房器具２４が備えられた室内に、前述したリモートコントローラ２１が設置される場合には、リモートコントローラ２１が室温センサを備え、室温情報をリモートコントローラ２１が制御装置１０へ送信してもよい。制御装置１０は、室内リモートコントローラまたはリモートコントローラ２１から受信した情報に基づき、室温が目標温度に達したときに、暖房運転を終了してもよい。

図４は、実施の形態１の熱媒体循環システム１の機能ブロック図である。図４では、熱媒体循環システム１が備える要素のうち、暖房運転に関係しない要素を省略している。図４に示すように、制御装置１０は、暖房運転判定部１０ａ、起動停止頻度判定部１０ｂ、及び循環流量制御部１０ｃを備える。以下、実施の形態１の熱媒体循環システム１の暖房運転について、さらに説明する。

供給温度センサ３１は、暖房回路におけるヒートポンプ装置１００の下流側かつ暖房器具２４の上流側の水の温度を検知できる。すなわち、供給温度センサ３１は、ヒートポンプ装置１００から暖房器具２４への水の供給温度を検知できる。暖房運転判定部１０ａは、供給温度センサ３１の検知温度と、暖房運転の目標供給温度との比較結果に応じて、ヒートポンプ装置１００を起動する。例えば、暖房運転判定部１０ａは、供給温度センサ３１の検知温度が、暖房運転の目標供給温度より低い場合に、ヒートポンプ装置１００を起動してもよい。例えば、供給温度センサ３１の検知温度が３０℃、暖房運転の目標供給温度が５０℃の場合に、暖房運転判定部１０ａは、ヒートポンプ装置１００を起動してもよい。あるいは、暖房運転判定部１０ａは、供給温度センサ３１の検知温度が、暖房運転の目標供給温度に比べて、所定温度差以上に低い場合に、ヒートポンプ装置１００を起動してもよい。

暖房運転判定部１０ａは、供給温度センサ３１の検知温度と、暖房運転の目標供給温度との比較結果に応じて、ヒートポンプ装置１００を停止する。例えば、暖房運転判定部１０ａは、供給温度センサ３１の検知温度が、暖房運転の目標供給温度より高い場合に、ヒートポンプ装置１００を停止してもよい。例えば、供給温度センサ３１の検知温度が５１℃、暖房運転の目標供給温度が５０℃の場合に、暖房運転判定部１０ａは、ヒートポンプ装置１００を停止してもよい。あるいは、暖房運転判定部１０ａは、供給温度センサ３１の検知温度が、暖房運転の目標供給温度に比べて、所定温度差以上に高い場合に、ヒートポンプ装置１００を停止してもよい。

暖房運転判定部１０ａは、ヒートポンプ装置１００を停止した場合に、循環ポンプ１１の運転を継続してもよい。暖房運転判定部１０ａは、ヒートポンプ装置１００を停止した後、循環ポンプ１１の運転を停止してもよい。循環ポンプ１１の運転を停止した場合には、暖房運転判定部１０ａは、ヒートポンプ装置１００を再起動するときに、循環ポンプ１１を再起動する。

暖房運転判定部１０ａは、室内リモートコントローラまたはリモートコントローラ２１から受信した室温などの情報に基づいて、暖房運転の目標供給温度を変更してもよい。暖房運転判定部１０ａは、室温が低いほど、暖房運転の目標供給温度を高くしてもよい。

なお、本実施の形態における暖房運転判定部１０ａは、供給温度センサ３１の検知温度に応じてヒートポンプ装置１００の起動及び停止を制御する第一制御手段に相当する。

制御装置１０は、例えば暖房運転の目標供給温度が高い場合など、暖房負荷が高い場合にはヒートポンプ装置１００の加熱能力を高くしてもよい。制御装置１０は、例えば暖房運転の目標供給温度が低い場合など、暖房負荷が低い場合にはヒートポンプ装置１００の加熱能力を低くしてもよい。

起動停止頻度判定部１０ｂは、暖房運転におけるヒートポンプ装置１００の起動及び停止の頻度（以下、「起動停止頻度」とも呼ぶ）が高いか低いかを判定する。ヒートポンプ装置１００の起動停止頻度が高いと、圧縮機１３の起動及び停止の回数が増加することで、ヒートポンプ装置１００の寿命、特に圧縮機１３の寿命が低下する可能性がある。本実施の形態における起動停止頻度判定部１０ｂは、現在から過去所定時間以内（例えば、過去３０分以内）の期間にヒートポンプ装置１００が起動及び停止した回数をカウントする。起動停止頻度判定部１０ｂは、そのカウントした回数を、閾値となる回数と比較することで、起動停止頻度の高低を判定する。当該閾値は、例えば、３回でもよい。本明細書において、ヒートポンプ装置１００が起動及び停止した回数とは、ヒートポンプ装置１００の起動から停止までを１回と数えるものとする。ヒートポンプ装置１００が起動及び停止した回数を以下「ヒートポンプ装置１００の起動停止回数」と称する。なお、起動停止頻度判定部１０ｂは、他の方法で起動停止頻度の高低を判定してもよい。例えば、起動停止頻度判定部１０ｂは、ヒートポンプ装置１００の起動から停止までの時間を、直近の所定回数について算術平均した平均時間が長い場合には起動停止頻度が低いと判定し、当該平均時間が短い場合には起動停止頻度が高いと判定してもよい。

循環流量制御部１０ｃは、暖房回路における水の循環流量を制御する。暖房回路における水の循環流量を以下「暖房循環流量」と称する。循環流量制御部１０ｃは、循環ポンプ１１の出力または回転速度を制御することで、暖房循環流量を制御できる。本実施の形態における循環流量制御部１０ｃは、ヒートポンプ装置１００の運転中には暖房循環流量が一定になるように制御する。循環流量制御部１０ｃは、ヒートポンプ装置１００の停止中に、暖房循環流量を変更する。ヒートポンプ装置１００の運転中に暖房循環流量が変わると、ヒートポンプ装置１００から暖房器具２４への水の供給温度が変動しやすい。このため、ヒートポンプ装置１００の運転中に暖房循環流量を変えると、ヒートポンプ装置１００から暖房器具２４への水の供給温度を制御することが困難になる可能性がある。これに対し、本実施の形態であれば、ヒートポンプ装置１００の運転中には暖房循環流量が一定になるように制御することで、ヒートポンプ装置１００から暖房器具２４への水の供給温度を良好に制御できる。

循環流量制御部１０ｃは、流量センサ３０で検知される暖房循環流量が目標循環流量に等しくなるように、循環ポンプ１１の出力または回転速度を制御してもよい。本実施の形態における循環流量制御部１０ｃは、ヒートポンプ装置１００の運転中には目標循環流量を変更せず、ヒートポンプ装置１００の停止中にのみ目標循環流量を変更する。これにより、本実施の形態であれば、ヒートポンプ装置１００の運転中に暖房循環流量が変動することを抑制できる。

本実施の形態における循環流量制御部１０ｃは、起動停止頻度判定部１０ｂで判定された起動停止頻度の高低に応じて、目標循環流量を変更することで、暖房循環流量を制御する。

本実施の形態における循環流量制御部１０ｃは、ヒートポンプ装置１００の起動停止頻度が第一基準に比べて高い場合には、暖房循環流量を増加させる。これにより、以下の効果が得られる。ヒートポンプ装置１００の起動停止頻度が高いことは、供給温度センサ３１で検知されるヒートポンプ加熱温度が暖房運転の目標供給温度を超える事態の発生頻度が高いことを意味する。暖房循環流量が低いと、水が水−冷媒熱交換器１５の通過に要する時間、すなわち水が水−冷媒熱交換器１５で加熱される時間が長くなる。例えば暖房運転の目標供給温度が低い場合など、暖房負荷が低い場合において、暖房循環流量が低すぎると、水が水−冷媒熱交換器１５で長い時間加熱されることで、ヒートポンプ加熱温度が暖房運転の目標供給温度を超える事態の発生頻度が高くなる場合がある。このように、暖房循環流量が低すぎることが原因で、ヒートポンプ装置１００の起動停止頻度が高くなっていると考えられる。この場合に、暖房循環流量を増加させることで、水が水−冷媒熱交換器１５で加熱される時間が短くなる結果、ヒートポンプ加熱温度が暖房運転の目標供給温度を超える事態の発生頻度を低下させること、すなわちヒートポンプ装置１００の起動停止頻度を低下させることが可能となる。本実施の形態であれば、このようにして、暖房運転のときにヒートポンプ装置１００の起動停止頻度が高くなりすぎることを抑制できる。このため、ヒートポンプ装置１００の寿命低下を抑制できる。

暖房循環流量を高くすると、ヒートポンプ加熱温度とヒートポンプ戻り温度との差が小さくなる。この温度差が小さいと、暖房運転の効率が低くなる可能性がある。本実施の形態であれば、ヒートポンプ装置１００の起動停止頻度が第一基準に比べて高くない場合には、暖房循環流量を増加させないので、暖房運転の効率の低下を抑制できる。

本実施の形態における循環流量制御部１０ｃは、ヒートポンプ装置１００の起動停止頻度が、第一基準より低い第二基準に比べて低い場合には、暖房循環流量を低下させる。これにより、以下の効果が得られる。ヒートポンプ装置１００の起動停止頻度が低いことは、ヒートポンプ加熱温度が暖房運転の目標供給温度を超える事態の発生頻度が低いことを意味する。暖房循環流量が高いと、水が水−冷媒熱交換器１５の通過に要する時間、すなわち水が水−冷媒熱交換器１５で加熱される時間が短くなる。暖房循環流量が高いと、水−冷媒熱交換器１５での熱交換効率が低下する可能性がある。例えば暖房運転の目標供給温度が高い場合など、暖房負荷が高い場合において、暖房循環流量が高すぎると、水が水−冷媒熱交換器１５で加熱される時間が短いことで、ヒートポンプ加熱温度が低くなりやすい。その結果、ヒートポンプ加熱温度が暖房運転の目標供給温度を超える事態の発生頻度が低くなる場合がある。ヒートポンプ装置１００の起動停止頻度が低いときには、暖房循環流量が高すぎる状態になっていると考えられる。暖房循環流量が高すぎると、ヒートポンプ加熱温度とヒートポンプ戻り温度との差が小さくなる。この温度差が小さすぎると、暖房運転の効率が低くなる。本実施の形態であれば、このような場合に、暖房循環流量を低下させることで、ヒートポンプ加熱温度とヒートポンプ戻り温度との差が拡大する結果、暖房運転の効率を向上できる。

図５は、実施の形態１の熱媒体循環システム１の暖房運転において制御装置１０が実施する処理を示すフローチャートである。制御装置１０は、ヒートポンプ装置１００を再起動する場合に図５に示すフローチャートの処理を実行する。例えば、供給温度センサ３１の検知温度と暖房運転の目標供給温度との比較結果に応じて暖房運転判定部１０ａがヒートポンプ装置１００を停止した後、供給温度センサ３１の検知温度が暖房運転の目標供給温度より低くなることでヒートポンプ装置１００の再起動が必要になったときに、制御装置１０が図５に示すフローチャートの処理を実行してもよい。

図５のステップＳ１で、起動停止頻度判定部１０ｂは、現在から過去所定時間以内（例えば、過去３０分以内）の期間におけるヒートポンプ装置１００の起動停止回数を、第一閾値と比較する。第一閾値は、例えば、３回でもよい。当該期間を以下の説明では「頻度判定期間」と称する。頻度判定期間におけるヒートポンプ装置１００の起動停止回数が第一閾値以上である場合には、ステップＳ１からステップＳ２へ移行する。これに対し、頻度判定期間におけるヒートポンプ装置１００の起動停止回数が第一閾値未満である場合には、ステップＳ１からステップＳ３へ移行する。なお、ステップＳ１で、頻度判定期間におけるヒートポンプ装置１００の起動停止回数が第一閾値以上であることは、ヒートポンプ装置１００の起動停止頻度が第一基準に比べて高いことに相当する。例として、第一閾値が３回であるとすると、以下のようになる。頻度判定期間におけるヒートポンプ装置１００の起動停止回数が２回以下のときに、ステップＳ１からステップＳ３へ移行する。

ステップＳ２で、循環流量制御部１０ｃは、ヒートポンプ装置１００の再起動後の目標循環流量を、ヒートポンプ装置１００の前回運転時の目標循環流量に比べて、１Ｌ／ｍｉｎ高い値に設定する。循環流量制御部１０ｃは、当該設定された目標循環流量に対して、流量センサ３０で検知する循環流量が等しくなるように、循環ポンプ１１を制御する。ステップＳ２の処理は、ヒートポンプ装置１００の起動停止頻度が第一基準に比べて高い場合に、暖房循環流量を増加させることに相当する。ステップＳ２の処理は、ヒートポンプ装置１００の起動停止頻度が第一基準に比べて高い場合に、ヒートポンプ装置１００の停止前の暖房循環流量に比べて、ヒートポンプ装置１００の再起動後の暖房循環流量を高くすることに相当する。ステップＳ２の処理によれば、ヒートポンプ加熱温度が抑制されることで、暖房運転のときにヒートポンプ装置１００の起動停止頻度が高くなりすぎることを抑制できる。このため、ヒートポンプ装置１００の寿命低下を抑制できる。ステップＳ２の処理の後、本ルーチンを終了する。

ステップＳ３で、起動停止頻度判定部１０ｂは、頻度判定期間におけるヒートポンプ装置１００の起動停止回数を第二閾値と比較する。第二閾値は、第一閾値より小さい値である。頻度判定期間におけるヒートポンプ装置１００の起動停止回数が第二閾値以下である場合には、ステップＳ３からステップＳ４へ移行する。

ステップＳ３で、頻度判定期間におけるヒートポンプ装置１００の起動停止回数が第二閾値以下であることは、ヒートポンプ装置１００の起動停止頻度が、第一基準より低い第二基準に比べて低いことに相当する。

第二閾値は、例えば、０回でもよい。前回のヒートポンプ装置１００の運転開始時期が頻度判定期間より前である場合には、頻度判定期間におけるヒートポンプ装置１００の起動回数が０回であるので、頻度判定期間におけるヒートポンプ装置１００の起動停止回数は０回となる。例として、現在から過去３０分以内の期間を頻度判定期間とし、１時間前にヒートポンプ装置１００が起動した後、ヒートポンプ装置１００が今回停止するまで継続して運転していた場合には、頻度判定期間におけるヒートポンプ装置１００の起動停止回数は０回となる。例として、第一閾値が３回、第二閾値が０回であるとすると、以下のようになる。頻度判定期間におけるヒートポンプ装置１００の起動停止回数が０回の場合には、ステップＳ３からステップＳ４へ移行する。頻度判定期間におけるヒートポンプ装置１００の起動停止回数が１回または２回の場合には、ステップＳ３の後、本ルーチンを終了する。

ステップＳ４で、循環流量制御部１０ｃは、ヒートポンプ装置１００の再起動後の目標循環流量を、ヒートポンプ装置１００の前回運転時の目標循環流量に比べて、１Ｌ／ｍｉｎ低い値に設定する。循環流量制御部１０ｃは、当該設定された目標循環流量に対して、流量センサ３０で検知する循環流量が等しくなるように、循環ポンプ１１を制御する。ステップＳ４の処理は、ヒートポンプ装置１００の起動停止頻度が第二基準に比べて低い場合に、暖房循環流量を低下させることに相当する。ステップＳ４の処理は、ヒートポンプ装置１００の起動停止頻度が第二基準に比べて低い場合に、ヒートポンプ装置１００の停止前の暖房循環流量に比べて、ヒートポンプ装置１００の再起動後の暖房循環流量を低くすることに相当する。ステップＳ４の処理によれば、ヒートポンプ加熱温度とヒートポンプ戻り温度との差が小さいことが原因で暖房運転の効率が低くなっていると考えられる場合に、暖房循環流量を低下させることができる。これにより、ヒートポンプ加熱温度とヒートポンプ戻り温度との差が拡大する結果、暖房運転の効率を向上できる。ステップＳ４の処理の後、本ルーチンを終了する。

ステップＳ３で、頻度判定期間におけるヒートポンプ装置１００の起動停止回数が第二閾値を超える場合には、本ルーチンを終了する。この場合には、目標循環流量は変更されない。すなわち、この場合には、循環流量制御部１０ｃは、流量センサ３０で検知する循環流量が、ヒートポンプ装置１００の前回運転時の目標循環流量に等しくなるように、循環ポンプ１１を制御する。これにより、以下のようになる。頻度判定期間におけるヒートポンプ装置１００の起動停止回数が第一閾値未満かつ第二閾値を超える場合、すなわちヒートポンプ装置１００の起動停止頻度が第一基準と第二基準との間である場合には、ヒートポンプ装置１００の再起動後の暖房循環流量は、ヒートポンプ装置１００の停止前の暖房循環流量に等しくなる。ヒートポンプ装置１００の起動停止頻度が第一基準と第二基準との間である場合には、現在の暖房循環流量は適切な値であり、暖房循環流量を変更する必要はないと考えられる。このため、ヒートポンプ装置１００の再起動後の暖房循環流量を、ヒートポンプ装置１００の停止前の暖房循環流量に等しくすることで、適切な暖房運転を実施できる。

なお、本実施の形態における起動停止頻度判定部１０ｂ及び循環流量制御部１０ｃは、暖房循環流量を制御し、ヒートポンプ装置１００の起動停止頻度が高い場合には暖房循環流量を増加させる第二制御手段に相当する。

本実施の形態の熱媒体循環システム１の設置後の初回の暖房運転のときには、制御装置１０は、以下のように制御してもよい。循環流量制御部１０ｃは、暖房循環流量を最低流量に設定してもよい。最低流量は、例えば、設定可能な循環ポンプ１１の最低回転速度に応じて定まる。最低流量の値は、例えば、３Ｌ／ｍｉｎでもよい。暖房循環流量を低くすると、以下のようになる。水−冷媒熱交換器１５での熱交換効率が向上する。ヒートポンプ加熱温度が高くなる。ヒートポンプ加熱温度とヒートポンプ戻り温度との差が大きくなる。暖房運転の効率が向上する。したがって、熱媒体循環システム１の設置後の初回の暖房運転のときに、暖房循環流量を最低流量に設定することで、暖房運転を高効率で実施できる。熱媒体循環システム１の設置後の初回の暖房運転のときには、循環流量制御部１０ｃは、ヒートポンプ装置１００の起動停止頻度によらずに、暖房循環流量を一定にしてもよい。

本実施の形態では、リモートコントローラ２１の第一操作部２１ｂを使用者等が操作することで、起動停止頻度判定部１０ｂ及び循環流量制御部１０ｃ、すなわち第二制御手段による暖房循環流量の制御を無効にすることを選択可能である。すなわち、使用者等が第一操作部２１ｂを操作することで、起動停止頻度判定部１０ｂ及び循環流量制御部１０ｃによる暖房循環流量の制御を許可するか禁止するかを選択可能である。起動停止頻度判定部１０ｂ及び循環流量制御部１０ｃによる暖房循環流量の制御を許可することが選択されている場合には、上述した図５に示すような制御を制御装置１０が実施する。起動停止頻度判定部１０ｂ及び循環流量制御部１０ｃによる暖房循環流量の制御を禁止することが選択されている場合には、循環流量制御部１０ｃは、ヒートポンプ装置１００の起動停止頻度によらずに、暖房循環流量を一定にする。本実施の形態であれば、第二制御手段による暖房循環流量の制御を無効にすることを選択可能とする上記のような無効化手段を備えたことで、第二制御手段による暖房循環流量の制御を望まない使用者等は、当該制御を禁止できる。

本実施の形態では、リモートコントローラ２１の第二操作部２１ｃを使用者等が操作することで、起動停止頻度判定部１０ｂ及び循環流量制御部１０ｃ、すなわち第二制御手段による暖房循環流量の変化量を増減できる。上述した図５に示す例では、ステップＳ２及びステップＳ４の暖房循環流量の変化量は、１Ｌ／ｍｉｎ刻みである。リモートコントローラ２１の第二操作部２１ｃを使用者等が操作することで、この暖房循環流量の変化量を増減できる。例えば、図５のステップＳ２及びステップＳ４の暖房循環流量の変化量を、１Ｌ／ｍｉｎ刻みから０．５Ｌ／ｍｉｎ刻みへ減らしたり、１Ｌ／ｍｉｎ刻みから２Ｌ／ｍｉｎ刻みへ増やしたりできる。本実施の形態であれば、第二制御手段による暖房循環流量の変化量の増減を可能にする、上記のような調整手段を備えたことで、以下の効果が得られる。例えば暖房器具２４の使用条件などに応じて、暖房循環流量の変化量を調整することで、暖房循環流量が適切な流量に対してオーバーシュートしたりアンダーシュートしたりすることをより確実に抑制できる。

図６は、実施の形態１の熱媒体循環システム１が備える制御装置１０のハードウェア構成の例を示す図である。制御装置１０の各機能は、処理回路により実現される。図６に示す例では、制御装置１０の処理回路は、少なくとも１つのプロセッサ１０１と少なくとも１つのメモリ１０２とを備える。処理回路が少なくとも１つのプロセッサ１０１と少なくとも１つのメモリ１０２とを備える場合、制御装置１０の各機能は、ソフトウェア、ファームウェア、またはソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェアおよびファームウェアの少なくとも一方は、プログラムとして記述される。ソフトウェアおよびファームウェアの少なくとも一方は、少なくとも１つのメモリ１０２に格納される。少なくとも１つのプロセッサ１０１は、少なくとも１つのメモリ１０２に記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、制御装置１０の各機能を実現する。少なくとも１つのプロセッサ１０１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）ともいう。例えば、少なくとも１つのメモリ１０２は、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ−Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）等の、不揮発性または揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）等である。

図７は、実施の形態１の熱媒体循環システム１が備える制御装置１０のハードウェア構成の他の例を示す図である。図７に示す例では、制御装置１０の処理回路は、少なくとも１つの専用のハードウェア１０３を備える。処理回路が少なくとも１つの専用のハードウェア１０３を備える場合、処理回路は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ−Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）、またはこれらを組み合わせたものである。制御装置１０の各部の機能がそれぞれ処理回路で実現されても良い。また、制御装置１０の各部の機能がまとめて処理回路で実現されても良い。

また、制御装置１０の各機能について、一部を専用のハードウェア１０３で実現し、他の一部をソフトウェアまたはファームウェアで実現してもよい。処理回路は、ハードウェア１０３、ソフトウェア、ファームウェア、またはこれらの組み合わせによって、制御装置１０の各機能を実現しても良い。

また、単一の制御装置により熱媒体循環システム１の動作が制御される構成に限定されるものではなく、複数の制御装置が連携することで熱媒体循環システム１の動作を制御する構成にしても良い。

上述した実施の形態では、給湯暖房システムに本発明を適用した例について説明したが、本発明は、給湯を行わない暖房専用のシステムにも適用可能である。本発明の熱媒体循環システムは、蓄熱槽を備えないもの、すなわち蓄熱運転を実施しないものでもよい。

１ 熱媒体循環システム、 ２ 蓄熱槽、 ３ 出口導管、 ４ 上部管、 ５ 第一内部管、 ６ 切替弁、 ６ａ 第一ポート、 ６ｂ 第二ポート、 ６ｃ 第三ポート、 ７ 第二内部管、 ８ 下部管、 ９ 入口導管、 １０ 制御装置、 １０ａ 暖房運転判定部、 １０ｂ 起動停止頻度判定部、 １０ｃ 循環流量制御部、 １１ 循環ポンプ、 １２ 暖房設備、 １３ 圧縮機、 １４ 冷媒配管、 １５ 水−冷媒熱交換器、 １６ 減圧装置、 １７ 蒸発器、 １８ 給水管、 １９ 給湯管、 ２１ リモートコントローラ、 ２１ａ 表示部、 ２１ｂ 第一操作部、 ２１ｃ 第二操作部、 ２１ｄ スピーカ、 ２１ｅ マイク、 ２２ 第一外部管、 ２３ 第二外部管、 ２４ 暖房器具、 ２５ 出口、 ２６ 入口、 ２７ 出口、 ２８ 入口、 ３０ 流量センサ、 ３１ 供給温度センサ、 ３２ 戻り温度センサ、 １００ ヒートポンプ装置、 １０１ プロセッサ、 １０２ メモリ、 １０３ ハードウェア、 ２００ タンクユニット

Claims (7)

1. 熱媒体を加熱する加熱手段と、
   前記加熱手段及び暖房器具を通る暖房回路の前記熱媒体を流れさせる循環ポンプと、
   前記暖房回路における前記加熱手段の下流側かつ前記暖房器具の上流側の前記熱媒体の温度である供給温度を検知する供給温度センサと、
   前記検知された供給温度に応じて前記加熱手段の起動及び停止を制御する第一制御手段と、
   前記暖房回路における前記熱媒体の循環流量を制御する第二制御手段と、
   を備え、
   前記第二制御手段は、前記加熱手段の起動及び停止の頻度が第一基準に比べて高い場合には、前記加熱手段の停止前の前記循環流量に比べて、前記加熱手段の再起動後の前記循環流量を高くする熱媒体循環システム。
2. 前記第二制御手段は、前記頻度が、前記第一基準より低い第二基準に比べて低い場合には、前記加熱手段の停止前の前記循環流量に比べて、前記加熱手段の再起動後の前記循環流量を低くする請求項１に記載の熱媒体循環システム。
3. 前記第二制御手段は、前記頻度が、前記第一基準と前記第二基準との間である場合には、前記加熱手段の再起動後の前記循環流量を、前記加熱手段の停止前の前記循環流量に等しくする請求項２に記載の熱媒体循環システム。
4. 熱媒体を加熱する加熱手段と、
   前記加熱手段及び暖房器具を通る暖房回路の前記熱媒体を流れさせる循環ポンプと、
   前記暖房回路における前記加熱手段の下流側かつ前記暖房器具の上流側の前記熱媒体の温度である供給温度を検知する供給温度センサと、
   前記検知された供給温度に応じて前記加熱手段の起動及び停止を制御する第一制御手段と、
   前記暖房回路における前記熱媒体の循環流量を制御する第二制御手段と、
   を備える熱媒体循環システムにおいて、
   前記第二制御手段は、前記加熱手段の起動及び停止の頻度が基準に比べて高い場合には前記循環流量を増加させ、
   前記第二制御手段は、前記熱媒体循環システムの設置後の初回の運転のときには、前記循環流量を最低流量に設定する熱媒体循環システム。
5. 熱媒体を加熱する加熱手段と、
   前記加熱手段及び暖房器具を通る暖房回路の前記熱媒体を流れさせる循環ポンプと、
   前記暖房回路における前記加熱手段の下流側かつ前記暖房器具の上流側の前記熱媒体の温度である供給温度を検知する供給温度センサと、
   前記検知された供給温度に応じて前記加熱手段の起動及び停止を制御する第一制御手段と、
   前記暖房回路における前記熱媒体の循環流量を制御する第二制御手段と、
   を備え、
   前記第二制御手段は、前記加熱手段の起動及び停止の頻度が基準に比べて高い場合には前記循環流量を増加させ、
   前記第二制御手段は、前記加熱手段の運転中には前記循環流量が一定になるように制御する熱媒体循環システム。
6. 前記第二制御手段による前記循環流量の制御を無効にすることを選択可能な無効化手段を備える請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の熱媒体循環システム。
7. 前記第二制御手段による前記循環流量の変化量の増減を可能にする調整手段を備える請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の熱媒体循環システム。

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