JPH0355736B2 - - Google Patents

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JPH0355736B2
JPH0355736B2 JP56106893A JP10689381A JPH0355736B2 JP H0355736 B2 JPH0355736 B2 JP H0355736B2 JP 56106893 A JP56106893 A JP 56106893A JP 10689381 A JP10689381 A JP 10689381A JP H0355736 B2 JPH0355736 B2 JP H0355736B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明はヒートポンプ式冷暖房装置に関し、特
に、能動制御によりその冷凍サイクルの成績係数
を向上させるようにしたものである。
ヒートポンプ式冷暖房装置は成績係数の優れた
冷暖房装置として最近注目されている。しかし、
同一の装置を熱冷媒の循環方向を逆流させて、暖
房モードと冷房モードとして使いわける場合、両
モードの間で室内外温度差や熱負荷が一般に異な
るため、両者の成績係数をともに最適化すること
が難しかつた。この欠点を改良するため、従来の
ヒートポンプ式冷暖房装置では、例えばリーデイ
等の米国特許願第465798号（特公昭53−41382号）
に見られるように、膨張装置の形態や配列を両モ
ードの間で変えて、暖房モードと冷房モードとの
両者の効率向上に努めている。しかし、かかる従
来の装置において、膨張装置の絞り度は各モード
において固定であり、回転式圧縮機の回転数も固
定であるので、ある設定された室内外温度差と熱
負荷において成績係数が最大になるものの、外気
温度がノミナル値よりも低くなつたり、また高く
なつたりすると成績係数が一般に低下する。
最近、省エネルギ冷暖房装置として、例えばド
ラツカに対する米国特許第4246956号に、太陽熱
集熱器をヒートポンプ式冷暖房装置と並列に設置
して使用することが提案されている。ここでは、
集熱の効率を高めるために、太陽の輻射熱を利用
しようとしている。しかし、かかるヒートポンプ
式冷暖房装置において、膨張装置の絞り度と回転
式圧縮機の回転数とが固定されている場合には、
太陽輻射熱のようにその大きさが変動する熱入力
に対しては、冷凍サイクルの成績係数をつねに最
大化することが難しい。
一方、従来の集中冷暖房装置、特に集中暖房装
置においては、全部屋の平均的な室温をまとめて
制御するだけで、各部屋の室温を個別に制御して
いない。このため、不要の部屋を暖めてエネルギ
を無駄使いしたり、熱源から遠い部屋は暖まりに
くい等の欠点をもつ。
本発明の第１の目的は、上述した従来の欠点を
除去し、室内外温度差と熱負荷の大きさに応じ
て、つねに理想的な冷凍サイクルを得て、その成
績係数を最大化するようにしたヒートポンプ式冷
暖房装置を提供することにある。
本発明の第２の目的は、上述した従来の欠点を
除去し、太陽輻射熱や夜間天空冷気への放射を冷
凍サイクルの付加的な熱冷源とし、これによつて
得た熱冷源を蓄熱冷槽にいつたん貯蔵し、熱冷源
が得られないときに、蓄熱冷槽に貯蔵した熱冷源
を利用することにより冷凍サイクルの成績係数を
さらに大幅に高めるようにしたヒートポンプ式冷
暖房装置を提供することにある。
本発明の第３の目的は、上述した従来の欠点を
除去し、不用の部屋の熱交換器は不使用とし、必
要な部屋のみ必要量の冷暖房を行うようにし、各
部屋の熱需要に応じて、蓄熱冷槽に蓄えられた熱
冷源を個別に分配することにより省エネルギを図
つたヒートポンプ式冷暖房装置を提供することに
ある。
第１の目的を達成するため、本発明の好ましい
実施例においては、冷凍サイクルの主要な各部に
温度センサ等を設け、これらの状態量を理想的な
値に近づけるため、マイクロプロセツサ等の制御
装置によりこれらセンサ等からの情報を処理して
回転式圧縮機の回転数と膨張弁の開度の双方を連
続的に実時間制御して、所望の冷凍サイクルに近
づけるための開ループおよび閉ループ制御を行わ
せる。
第２の目的を達成するために、本発明の好まし
い実施例においては、太陽熱集熱器を第２の室外
熱交換器として、従来の室外側熱交換器と並列に
接続し、太陽輻射熱や夜間天空冷気への放熱が得
られる場合は、第２の室外熱交換器を使用し、上
述した制御装置の制御の下に集放熱を行わせ、蓄
熱冷槽に熱冷源をいつたん貯蔵する。
第３の目的を実現するために、本発明の好まし
い実施例においては、上述の蓄熱冷槽と各室への
通路との間に回転数を可変制御できる循環ポンプ
を配設し、さらに、各部屋の熱交換器入口には開
度を可変制御できる流量制御弁を設けて、各部屋
の熱需要に応じて蓄熱冷槽からの温冷水の流量を
制御して、室温の微調整を個別に行わせる。
以下、図面に基づいて本発明を詳細に説明す
る。
上述したように、従来のヒートポンプ式冷暖房
装置においては、大気温度がノミナル値より低下
したり、また上昇したりしたとき、成績係数が一
般に低下する。これは、ヒートポンプ式冷暖房装
置の動力が、圧縮機が吸い込む熱冷媒の容積流量
に比例するのに対し、熱冷媒の熱輸送能力はその
重量流量に比例し、しかも、大気温度と熱冷媒と
の熱交換は両者の熱勾配に基づいて行われるの
で、これら３つの関係が適正でないと冷凍サイク
ルが最適化されないためである。
暖房モードにおける上記の現象を第１図を用い
て説明する。
いま、室内設定温度または室内温度を一定と仮
定し、回転式圧縮機の回転数と膨張弁の開度を固
定とする。このとき圧縮機が理想断熱圧縮すると
して、１回転あたりの動力Ｎは次式により求めら
れる。
ただし、W〓……重量流量、V1……圧縮機入口
での容積流量、P1……圧縮機入口絶対圧力、T1
……圧縮機入口絶対温度、p2……圧縮機吐出絶対
圧力、ｎ……断熱指数、……普遍ガス定数、ｍ
……熱冷媒の分子量。
(1)式より圧縮機の１回転あたりの動力は吸込み
圧力と吸込み容積の積に比例することがわかる。
ここで、大気温度がノミナルのとき、ノミナルよ
り低いとき、および高いときのそれぞれについ
て、圧縮機１回転あたりの室内への放熱量の大小
を比較して説明する。
大気温度がノミナルの場合は冷凍サイクルの状
態は第１図ｂに示すようになり、このとき室内へ
の放熱量は同図で斜線を施した部分の面積に等し
く、熱冷媒が利用できる比エントロビ変化を全量
使い切つている。大気温度がノミナル値より低温
になつた第１図ａの場合、圧縮機によつて得られ
る圧縮比では大気温度と熱冷媒との間の温度勾配
が不足し、熱冷媒が蒸発器中で十分蒸発し切れ
ず、圧縮機は湿り蒸気を吸入することとなる。こ
のとき、熱冷媒の比容積は減少して、見かけの重
量流量は増加して気液飽和線の間隔は同図の実線
のようにふくらむ。しかし、このとき重量流量の
一部の比エントロビ変化のみが使用されているに
すぎず、余分の液体を循環させるためにエネルギ
が消費されるので、放熱量は同図に斜線を施した
部分の面積しか得られず、同図上に一点鎖線で示
した第１図ｂの場合に比べて少ない。また、圧縮
機が湿り蒸気を吸い込むという不都合も多く、圧
縮機の効率が低下する。このため、大気が低温に
なるにしたがい、補助ヒータ等の補助熱源なしに
は、ヒートポンプとして十分な機能を発揮し得な
い場合が多い。一方、大気温度がノミナル値より
も高くなつた第１図ｃの場合、この圧縮比では大
気温度と熱冷媒との間の温度勾配が過大となり、
熱冷媒は蒸発器中で全量蒸発した後、さらに過熱
蒸気となる。このため、熱冷媒の比容積が増加
し、熱輸送に有効な圧縮機１回転あたりの重量流
量は減少する。したがつて、気液飽和線の間隔は
同図の実線のように縮退して、放熱量は同図に斜
線で施した部分の面積となり、同図に一点鎖線で
示した第１図ｂの場合に比べて少ない。これは(2)
式で圧縮機動力Ｎを一定にして、圧縮機入口絶対
温度T1を上げれば、重量流量W〓が減少すること
からも明らかである。また、圧縮機を過熱すると
圧縮効率が低下し、圧縮機の寿命を縮める等不具
合も多い。
なお、大気温度が一定で、室内設定温度または
室内温度がノミナル値よりも高い場合または低い
場合、ならびに、大気温度および室内（設定）温
度がともにノミナル値から外れた場合について
も、上記と同様な議論をすることができる。
以上の分析および(2)式より、室内外温度差と熱
冷媒の重量流量が与えられたとき、成績係数を最
大にする圧縮比、したがつてそれをもたらす回転
式圧縮機の回転数が存在することがわかる。
次に、同じく暖房モードにおいて、太陽熱集熱
器を用いることにより、大気温度が見かけ上上昇
することを説明する。太陽熱集熱器の単位面積あ
たりの集熱量q〓は次の(3)式により与えられる。
q〓＝aI−ｋ（t1′−t1） (3) ただし、ａ……集熱板の日射吸収率、Ｉ……太
陽輻射熱、ｋ……集熱板から大気への熱貫流率、
t1′……熱冷媒の温度（集熱温度）、t1……大気温
度。
ここでは、t1′＞t1と仮定し、(3)式右辺第２項は
熱冷媒から大気への対流による熱損失を表わして
いる。
(3)式を変形して、 q〓＝ｋ（t1e−t1′） (4) (3)式と(4)式を等置して、t1eについて解くと、 t1e＝a/kＩ＋t1 (5) ここで、(4)式は、太陽照射がある場合を、太陽
照射がなくて大気温度（実際には使用時の集熱板
温度）が等価的にt1eまで上昇したと仮想して、
(3)式で与えられたと同量の熱量が大気から熱冷媒
へ与えられるとしたときの式である。今後、(5)式
で定義される温度を相当外気温度と呼ぶ。(4)式か
ら太陽輻射熱を集熱する際に、熱冷媒の温度
t1′がなるべく低温の方が集熱量が大きいことが
わかる。本発明の好ましい実施例において、熱冷
媒の潜熱を使用して低温で集熱するのはこのため
である。夜間天空冷気への放射についても同様に
して、大気温度よりも低い相当外気温度を求める
ことができるが、ここでは詳細を省略する。
太陽熱集熱器により相当外気温度が高く（低
く）なることを説明したが、次に太陽熱集熱器を
第２の熱交換器として用いることにより、成績係
数が向上する理由を説明する。
第２図は理想的な熱の授受を行う逆カルノー冷
凍サイクルのＴ−ｓ線図を示し、Q1，Q2はそれ
ぞれ集熱量、放熱量、Ｌは単位熱冷媒重量あたり
の逆カルノー冷凍サイクルを行う装置への仕事量
を表わし、これは同図で斜線を施した部分の面積
に等しい。この冷凍サイクルを行う暖房モードお
よび冷房モードの成績係数φHおよびφCはそれぞ
れ次の式により与えられる。
φH＝Q2／Ｌ＝T2′／T2′−T1′＝T2＋ΔT2／
（T2＋ΔT2）−（T1−ΔT1）＝T2／T2−T1 １＋ΔT2／T
2／１＋ΔT1＋ΔT2／T2−T1 T2／T2−T1｛１−T1ΔT2＋T2ΔT1／T2（T2
−T1）｝(6) φC＝Q1／Ｌ＝T1′／T2′−T1′T2／T2−T1
（１−ΔT1／T1−ΔT1＋ΔT2／T2−T1）(7) (6)式および(7)式から、冷凍サイクルの成績係数
を向上させるためには、サイクルの高低温度差
（T2−T1）を小さくし、高温（T2）で放熱し、
熱伝達のための温度勾配（ΔT1およびΔT2）を小
さくすればよいことがわかる。例えば、t1＝−15
℃（T1＝258〓）、t2＝35℃（T2＝308〓）で動作
している従来のヒートポンプの実際の成績係数が
3.5、(6)式を用いた理想サイクルの計算値は約7.0
である。だとすると、太陽熱集熱器を用いて相当
外気温度t1＝15℃（T1＝288〓）で集熱する場合
には、(6)式で求めた計算式のT1，T2に相当する
数値を代入して、太陽熱集熱器を用いた場合の従
来のヒートポンプに対する比をとつた後、前記従
来のヒートポンプの成績係数の3.5をかけてその
成績係数を求めると約8.8になる。ただし、簡単
のためΔT1＝ΔT2＝０とした。このとき、従来の
ヒートポンプおよび太陽熱ヒートポンプの実際の
冷凍サイクルは第３図ａおよびｂに示すようにな
り、放熱量Q2が一定のもとでは、太陽輻射熱を
利用することにより、冷凍サイクルの線図が囲む
面積（斜線を施した部分）によつて表わされる圧
縮機の仕事率が大幅に減少することがわかる。ま
た、夏期には夜間天空冷気へ放熱することによ
り、集熱量Q1を一定のまま、従来の冷房装置の
凝縮温度を下げることができ、これによつて成績
係数が向上する。すなわち、従来の冷房装置およ
び夜間冷気式冷房装置のサイクルは第３図ｃおよ
びｄに示されるようになる。また、夜間冷気式冷
房装置においては、深夜割引料金による電力が使
用できるので、この点に関するメリツトも大き
い。なお、付加的熱冷源が得られるときには、回
転式圧縮機の回転数を適当量下げて、低圧縮比で
運転することになる。
このように、本発明の好ましい実施例では、冷
凍サイクルの圧縮比を周囲状況に適応させて変え
ることにより、その成績係数の向上を図るが、か
かる圧縮比を熱冷媒の容積流量との関係について
第４図ａ，ｂを参照して説明する。第４図ａに示
すように、回転式圧縮機にはある圧縮比でその効
率を最大にする熱冷媒の容積流量が存在する。こ
れらの各点をつないで同図に最適動作線を一点鎖
線で示した。この線上に冷凍サイクルの動作点を
もつてくるために、圧縮比のほか、熱冷媒の容積
流量も制御しなければならない。そのため、第４
図ｂに示すように、回転式圧縮機１の回転数と可
変開度膨張弁３の開度の双方を連続的に実時間制
御して、常に、その作動点での成績係数が最大に
近づくような冷凍サイクルを実現する。
すなわち、第４図ｂにおいて、前述した最適動
作線を得るように、回転式圧縮機１の回転数を電
動機２により変えるとともに可変開度膨張弁３の
開度も電動機４により変える。これにより、高温
側熱交換器５および低温側熱交換器６を理想的な
状態で駆動することができる。
回転式圧縮機の回転数と膨張弁の開度が固定の
従来のヒートポンプ式冷暖房装置では、室内への
放熱および室内からの集熱の制御は圧縮機を間欠
運転して行つている。このため、前述したように
冷凍サイクルが室内外温度差に応じて最適化され
ず、また室温のサイクリツクな変動を伴う等の欠
点を有する。
本発明の好ましい実施例における冷暖房装置で
は、でき得るかぎり太陽輻射熱や夜間天空冷気へ
の放熱を付加的な熱冷源として蓄熱冷槽へ貯蔵す
るので、蓄熱冷槽中の温冷水の温度は必ずしも一
定でない。一方、室内温度はほぼ一定値に保ちた
いので、蓄熱冷槽中の温冷水の温度と室内温度と
の差は一定ではないが、循環ポンプの回転数と各
部屋の室内側熱交換器への流量制御弁の開度とを
可変とすることにより、各部屋の熱需要に応じて
間欠運転なしに室温の微調を個別に行うことがで
きる。
このように本発明の冷暖房装置により、蓄熱冷
槽の上流側では成績係数を最大化しながら熱エネ
ルギを集放熱し、蓄熱冷槽の下流側では蓄熱冷槽
に貯えられた熱冷源を各部屋の需要に応じて適正
量を分配することが可能となり、きわめて省エネ
ルギなヒートポンプ式冷暖房装置が得られる。
なお、従来のヒートポンプでは、外気が低温に
なるにしたがつて起動特性が悪化したり、また室
外熱交換器に霜がついて熱伝達特性が悪化するた
め、一定間隔ごとの霜とり運転を要し、その間、
暖房運転を停止するので室内の人間に不快感を与
える等の欠点があつたが、本発明の好ましい実施
例においては、熱冷媒流路の中間に蓄熱冷槽を有
して、冷凍サイクルの開ループおよび閉ループ制
御を行うので、このような欠点は取り除かれる。
以下、本発明の好ましい実施例につき、第５図
を用いて冷暖房装置の構成を詳細に説明する。
本冷暖房装置の熱冷媒としてフロンを使用す
る。太陽熱集熱器３０と室外側熱交換器３２とを
並列に接続する。可変速回転式圧縮機３４により
低圧熱冷媒蒸気を高圧蒸気に圧縮し、可変開度膨
張弁３６により熱冷媒の流量および高低圧力差を
制御する。蓄熱冷槽３８を断熱しておき、後述す
るようにプログラムされた温度に従つて温冷水を
貯蔵する。この蓄熱冷槽３８には蓄熱冷槽熱交換
器４０を配設し、蓄熱冷槽熱交換器４０により上
述した熱冷媒と蓄熱冷槽３８内の温冷水との間の
熱の授受を行う。蓄熱冷槽３８中の温冷水を、可
変速循環ポンプ４２により、温冷水出口ポート４
４から室内側熱交換器４６に導いて放集熱して温
冷水入口ポート４８に還流させる。
受液器５０を可変開度膨張弁３６のすぐ下流側
に配設して、高温側の熱交換器からの液化熱冷媒
を液化していない気化熱冷媒から分離し、また使
用しない余分の液化熱冷媒を貯える。また、受液
器５０により、太陽熱集熱器３０と室外側熱交換
器３２との切り換えや、暖房モードと冷房モード
との切り換え等のオペレーシヨンモードの切り換
え時に熱冷媒液が吸収、再配分され、あるいは余
分な熱冷媒液が貯えられる。
電磁開閉弁５６，５８，６０，６２を操作して
太陽熱集熱器または室外側熱交換器を選択する。
また、電磁開閉弁５６，５８，６０，６２と並列
接続した逆止弁６４，６６，６８，７０によりオ
ペレーシヨンモードを切り換えるときに不使用の
熱交換器から熱冷媒を汲み上げる。圧縮機側電磁
四方弁７２および膨張弁側電磁四方弁７４によ
り、熱冷媒の流れを切り換えて、暖房モードまた
は冷房モードを選択する。本実施例におけるオペ
レーシヨンモードは、暖房モード、冷房モード、
太陽熱集熱器選択モードおよび室外側熱交換器選
択モードの４種類である。
電磁開閉弁７８を冷暖房の対象となる各部屋ご
とに配設して、冷暖房が必要な場合に室内スイツ
チ９９により電磁開閉弁７８を操作して温冷水を
部屋に導く。また、流量制御弁７９により各部屋
の熱需要に応じて、温冷水の循環流量を制御す
る。
太陽熱集熱器圧力トランスジユーサ８０、室外
側熱交換器圧力トランスジユーサ８２および蓄熱
冷槽熱交換器圧力トランスジユーサ８４により、
それぞれの熱交換器中を移動する熱冷媒の飽和蒸
気圧力を測定し、可変速循環ポンプ圧力トランス
ジユーサ８５により可変速循環ポンプ４２の吐出
圧力を測定する。本例では、これら各トランスジ
ユーサを圧電式とし、過圧防止用のセンサとして
も用いる。圧力トランスジユーサ８０または８
２、および圧力トランスジユーサ８４によつて、
それぞれの飽和蒸気圧力がわかれば、飽和蒸発温
度および飽和凝縮温度もそれぞれの飽和蒸気圧力
の関数として求められる。可変速圧縮機入口温度
センサ８６および可変開度膨張弁入口温度センサ
８８により、低温側および高温側熱交換器の入口
温度を測定し、これらと前記の飽和蒸発温度およ
び飽和凝縮温度に基づいて、後述するようにそれ
ぞれの熱冷媒の過熱度および過冷却度を計算す
る。集熱板温度センサ９０により前述の相当外気
温度を計測するとともに、室外側熱交換器に付設
する大気温度センサ９２により大気温度を測定し
て、双方の測定結果により太陽熱集熱器３０の使
用の可否を決定する。一方、蓄熱冷槽温度センサ
９４により蓄熱冷槽３８の温冷水の温度を測定
し、室内温度センサ９６により室内の温度を測定
する。本例では、これら温度センサをサーミスタ
型温度センサとする。また、室内温度指示器９８
により、室内温度を所望の値に設定でき、スイツ
チ９９により電磁開閉弁７８を制御して所望の部
屋にのみ温冷水を導く。
ステツピングモータ１００により可変開度膨張
弁３６の開度を連続的に変化させ、また可変速誘
導電動機１０２により可変速回転圧縮機３４の回
転数を連続的に変化させる。同様に、ステツピン
グモータ１０４、可変速誘導電動機１０６はそれ
ぞれ、流量制御弁７９の開度、可変速循環ポンプ
４２の回転数を連続的に変化させる。
１１０は制御装置であり、操作盤スイツチ７６
の状態や、各種圧力トランスジユーサ、温度セン
サの情報等に基づき、オペレーシヨンモードの決
定、各弁の切り換え、可変速誘導電動機の回転数
の決定および制御、可変開度膨張弁の開度の決定
および制御等を実行する。
次に、制御装置１１０と関連機器の詳細な構成
について、第６図のブロツク図をもとに以下に説
明する。
同図からわかるように、点線内の制御装置１１
０を、点線外の外部の関連機器と図示のように接
続する。まず、入力について言えば、圧力トラン
スジユーサ８０で得られる信号は、圧力トランス
ジユーサ８０に設けたシグナルコンデイシヨナに
よつて電圧調整、インピーダンス変換されて制御
装置１１０に入力される。他の圧力トランスジユ
ーサ、温度センサからの信号も同様にして制御装
置１１０に入力される。これらの信号はアナログ
マルチプレクサ１２０によりつぎつぎにサンプリ
ングされ、サンプルホールド１２１に与えられ
る。アナログマルチプレクサ１２０およびサンプ
ルホールド１２１はマイクロプロセツサ１２６か
ら制御バス１４４および入出力ポート１２４を介
してサンプリングの制御信号を受ける。マイクロ
プロセツサ１２６として、大規模集積回路（以下
LSIという）により構成された6502を使用し、水
晶発振器を有するクロツク発生器１２７より所定
クロツク信号を供給するサンプルホールド１２１
からの信号をＡ／Ｄ変換器１２２に入力して８ビ
ツトのデイジタル信号に変換した後、入出力ポー
ト１２４に入力する。Ａ／Ｄ変換器１２２はマイ
クロプロセツサ１２６から制御バス１４４および
入出力ポート１２４を介して、変換の制御信号を
受ける。入出力ポート１２４にはLSIの6520を使
用する。入出力ポート１２４にとり込まれたデー
タを、８ビツトのデータバス１４０を経てRAM
１２８内に収納する。マイクロプロセツサ１２６
の制御の下に、16ビツトのアドレスバス１４２に
よりRAM１２８のアドレスを指定して、そのア
ドレスに対応したデータを、ROM１３０に書き
込まれたプログラムにしたがつて、データバス１
４０を経由して、マイクロプロセツサ１２６にと
り込んで必要な演算処理をする。データバス１４
０を経てその演算結果を入出力ポート１２４から
各種機器に出力する。この出力動作はマイクロプ
ロセツサ１２６から制御バス１４４および入出力
ポート１２４を介して制御信号が送られ、この制
御信号の下に行われる。なお、RAM１２８には
LSIの2114、ROM１３０には同じく2716を使用
する。
演算結果を次のように処理して各種機器に供給
する。すなわち、サイリスタ駆動については、パ
ルス繰り返し周期とデユーテイサイクルの形でパ
ルス幅変調器１５０，１６０により得、ステツピ
ングモータ駆動については、パルス数の形でパル
ス発生器１７０，１８０により得る。また、整流
器１５２，１６２により商用電源を整流してサイ
リスタ１５４，１６４に供給し、パルス幅変調器
１５０，１６０からの入力に応じて、整流器１５
２，１６２からの直流をチヨツピングして矩形波
に変換する。このようにして、可変速誘導電動機
１０２，１０４の回転数を制御する。また、パル
ス発生器１７０，１８０からの信号に基づいてス
テツピングモータ１００，１０６を駆動して、可
変開度膨張弁３６および流量制御弁７９の開度を
制御する。
本発明の好ましい実施例における冷暖房装置の
動作は、(1)冷暖房モードの選択および装置の起
動、(2)使用熱交換器の選択および接続変換、(3)装
置の開ループ制御、(4)装置の閉ループ制御、およ
び(5)室内の放熱・集熱制御の５つの段階に大別さ
れる。以後、これらの１つずつについて順を追つ
て詳述する。
まず、本装置を暖房あるいは冷房モードで使用
するか、または不使用にするかを、第５図の操作
盤７６上に配列された手動スイツチにより選択す
る。いま、暖房モードが選ばれたとすると、圧縮
機側電磁四方弁７２および膨張弁側電磁四方弁７
４が第５図に示すように切り換えられ、熱冷媒が
実線で示されている方向に流れる。すなわち、第
５図は暖房モードでの位置を示している。冷房モ
ードのときは同図の点線で示されている方向に熱
冷媒が流れるように電磁四方弁が切り換わる。
冷暖房装置の起動時においては、まず暖房モー
ドを選択し、電磁開閉弁５６，５８，６０，６２
をすべて閉にして、可変速回転式圧縮機３４を回
転させる。これにより、太陽熱集熱器３０および
室外側熱交換器３２に残存していた熱冷媒が逆止
弁６８，７０および膨張弁側電磁四方弁７４を経
て受液器５０に流出する。このとき、電磁開閉弁
５６および５８は閉になつているので、膨張弁３
６を通つて熱冷媒は流れない。したがつて、受液
器５０内はだんだん高圧になり、受液器５０内の
気体熱冷媒の液化が促進される。ここで、高圧側
の蓄熱冷槽圧力トランスジユーサ８４の圧力があ
る設定された圧力以上になつたとき、太陽熱集熱
器３０または室外側熱交換器３２のどちらを使用
するかにしたがい、対応する電磁開閉弁を開にし
て定常運転に入る。なお、かかる操作は第６図の
制御装置１１０内のマイクロプロセツサ１２６に
より自動的に行うものとする。
次に、使用熱交換器の選択および接続変換につ
いて説明する。
暖房モードおよび冷房モード、いずれのモード
においても、太陽熱集熱器３０あるいは室外側熱
交換器３２のいずれを選択するかは成績係数の向
上にとつて重要な要因である。そこで、太陽熱集
熱器３０にとりつけられた集熱板温度センサ９０
および室外側熱交換器３２にとりつけられた大気
温度センサ９２のそれぞれの指示値の大小関係
を、制御装置１１０内のマイクロプロセツサ１２
６により比較して、いずれか一方の熱交換器を選
択する。
太陽熱集熱器３０は、冬期太陽輻射がある場
合、前述したように、輻射熱のためにその集熱板
の温度が上り、大気温度センサ９２が指示する大
気温度より集熱板温度センサ９０が指示する相当
外気温度が高くなる。また、夏期夜間には、太陽
熱集熱器３０は大気冷気へ輻射によつても放熱す
るため、その集熱板の温度は下り、集熱板温度セ
ンサ９０が指示する相当外気温度が、大気温度セ
ンサ９２が指示する大気温度よりも低くなる。こ
のような、相当外気温度と大気温度との温度差が
設定された値以上であり、かかる温度差がある一
定期間以上続いたとき、またはその逆の場合に
は、マイクロプロセツサ１２６の制御の下に、太
陽熱集熱器３０と室外側熱交換器３２との間で接
続変換を行う。ここで、熱交換器の接続変換のと
きに、不使用側の熱交換器中に熱冷媒液が残存し
ていると、冷凍サイクル中の熱冷媒の量が不足す
る等、不具合が生ずるので、接続変換の際は太陽
熱集熱器３０と室外側熱交換器３２の双方から熱
冷媒を汲み出して受液器５０に回収した後に、熱
交換器の切り換えを行うことが望ましい。そこ
で、先に起動時について述べたと同様な手順によ
り、まずかかる冷暖房装置を暖房モードにし、電
磁開閉弁５６，５８，６０，６２をすべて閉にし
て、可変速回転式圧縮機３４を回転させる。これ
により、逆止弁６８および７０を通つて熱交換器
中の熱冷媒が流出し、膨張弁側電磁四方弁７４を
経て受液器５０に貯る。蓄熱冷槽熱交換器４０内
が高圧になるにしたがい、受液器５０中の気体熱
冷媒が液化してくる。このようにして、蓄熱冷槽
圧力トランスジユーサ８４の圧力がある値以上に
なつたとき、所望の熱交換器の電磁開閉弁を開に
して、暖房モードあるいは冷房モードの定常運転
に入る。
さて次に、冷暖房装置の開ループ制御について
説明を行う。
開ループ制御の目的は、一日ないし数日の比較
的長期間の暖房あるいは冷房需要の予測に基づ
き、天候により変動する外的な熱冷源をどのよう
にして集放熱をするか、その戦略をプログラム制
御の形で与えるものである。
太陽輻射熱、夜間大気冷気を付加的な熱冷源と
して最大限に活用しつつ、放集熱負荷の要求を満
足するは、装置の一日ないし数日間にわたる積分
された成績係数を最大化することと等しい。しか
し、そのために蓄熱冷槽の温冷水の温度を上
（下）げ過ぎると同槽から大気への対流損が増加
する。したがつて、本装置の実機実験およびシミ
ユレーシヨン実験を通じて、これらの熱冷源の大
きさや放集熱負荷が与えられたときの蓄熱冷槽温
度の一日の最適なタイムヒストリ、したがつて蓄
熱冷槽への放集熱の最適なタイムヒストリを決め
る必要がある。成績係数最大化のためのこの放集
熱量のプログラムについての詳細はここでは触れ
ないが、このプログラムは状況の変化に迅速に適
応するため、簡単なアルゴリズムにより、一定期
間ごとにアツプデートできるものとする。
ここで、開ループ制御の動作の説明に入るが、
理解を容易にするため、はじめに熱力学の第１法
則を用いて、冷凍サイクルの熱平衡状態について
考察を加える。なお、ここでは、圧縮機の回転数
と膨張弁の開度との整合がとれており、その作動
点での最大効率が与えられるものと仮定して話を
進め、両者の整合のとり方については後述する。
第７図ａ，ｂに、ここで取り扱う理想的な暖房
モードにおける理想的な冷凍サイクルのシステム
線図とそのｐ−ｈ線図を示す。第７図ａに示すよ
うに、この流動する系を便宜的に、圧縮機１５の
入口１１から膨張弁１６の入口１３までの高圧側
と、膨張弁１６の入口１３から圧縮機１５の入口
１１までの低圧側の２つの開いた系にわける。な
お、１２は圧縮機１５の出口、１４は膨張弁１６
の出口であり、１７は凝縮器、１８は蒸発器であ
る。理想的な系を取り扱うので、系の配管等での
圧力損失や温度損失は考慮せず、また運動エネル
ギと位置エネルギは小さいので無視する。
各々の開いた系について、熱力学の第１法則に
よりつぎの式が成り立つ。
Ｑ−Ｗ＝mehe−mihi＋U〓 (8) ただし、Ｑ……系に入る熱量、Ｗ……系が外部
にする仕事の熱当量、me……系の出口における
熱冷媒の重量流量、mi……系の入口における熱
冷媒の重量流量、he……系の出口における熱冷媒
の比エンタルピ、hi……系の入口における熱冷媒
の比エンタルピ、U〓……系内の内部エネルギの増
加率。
ここで、定常的な流れの状態を考えると、熱冷
媒の重量流量が系のどこでも等しいので、 ｍ＝me＝mi (9) また、系内の内部エネルギは一定なので、 U〓＝０ （10） となる。
いま、高圧側に(8)式をあてはめるため、 Ｑ＝−Q2＝−mq2（放熱） （11） Ｗ＝−W2＝−mw2 （系に対する圧縮機の仕事の熱当量） （12） とおく。ただし、q2およびw2はそれぞれ単位熱
冷媒重量あたりの放熱量および仕事率である。第
７図ｂを参照すると次の熱平衡式が得られる。
mw2＋ｍ（h2i−h2e）＝mq2 （13） （13）式の右辺の放熱量mq2は熱冷媒から蓄熱
冷槽温冷水への対流伝熱を表わし、これは凝縮温
度、圧縮機の回転数、および蓄熱冷槽中の温冷水
温度の関数として、第８図ａの実線のように求め
られる。
一方、（13）式の左辺は圧縮機の仕事率＋放出
エンタルピを表わし、これは凝縮温度と圧縮機の
回転数の関数として第８図ａの点線のように求め
られる。ここで、グラフが右上りとなるのは以下
の理由による。すなわち、凝縮温度が上がるにつ
れて飽和蒸気と飽和液の比エンタルピの差（つま
りｐ−ｈ線図の山型の横幅）は若干減少するが、
飽和蒸発圧力の上昇につれて、第７図ｂに示すよ
うに、熱冷媒の比容積が減り、回転式圧縮機の一
定回転数あたりの重量流量ｍが増えるので、放出
エンタルピが増加するためである。
熱平衡状態を表わす（13）式を満足するのは、
これら実線と点線とが交わる点である。いま、蓄
熱冷槽の温度を「中」と仮定すると、第８図ａを
参照して、圧縮機の回転数N1およびN2に対し
て、それぞれＡ点およびＢ点がこれらの交点とし
て求められる。Ａ、Ｂ点を一点鎖線で結ぶと、蓄
熱冷槽温度が「中」の場合のシステムの平衡線が
得られる。蓄熱冷槽温度が「高」、「低」の場合に
対しても、第８図ａに示すように、同様な平衡線
を引くことができる。
この平衡線を用い、例えば蓄熱冷槽の温度が
「中」、圧縮機の回転数がN1であつたものが、蓄
熱冷槽の温度が「高」になり圧縮機の回転数を
N2にしたときには、放熱量Q2は同図のＡ点から
Ｃ点の縦座標に下る。このとき、対応する仕事率
＋放出エンタルピもＡ点からＣ点に下り、重量流
量、したがつて圧縮機の回転数もとの分だけ少な
くてよい。第８図ａを参照すると、蓄熱冷槽への
放熱量Q2が、圧縮機の回転数と蓄熱冷槽温度の
関数として与えられ、このとき凝縮温度も決まる
ことが分かる。言い換えれば、これら４つの変数
のうちの２つが与えられれば残りの２つの変数は
必然的に決まつてしまう。
次に、 Ｑ＝Q1＝mq1（集熱） （14） として(8)式を低圧側にあてはめると、第７図ｂを
参照して、下記の熱平衡式が得られる。
mq1＝ｍ（h1e−h1i） （15） ただし、q1は単位熱冷媒重量あたりの集熱量で
ある。
高温側の蓄熱冷槽への放熱量Q2が決まり、圧
縮機の回転数、したがつてその仕事率W2がわか
れば、低温側での集熱量Q1は、第７図ｂを参照
してつぎのように求められる。
Q1＝Q2−W2 （16） これは（15）式の左辺の集熱量Q1＝mq1を表わ
し、相当外気（または大気）より熱冷媒への対流
伝達を意味しており、蒸発温度、圧縮機の回転
数、および相当外気温度の関数として、第８図ｂ
の実線のように求められる。一方、（15）式の右
辺は獲得エンタルピを表わし、蒸発温度と圧縮機
回転数の関数として、第８図ｂの点線のように求
められる。このグラフが右上りなのは高圧側で説
明したのと同じ理由による。
さて、高圧側の第８図ａで行つた手法と同様に
して、低圧側にも第８図ｂに示すように平衡線を
引くことができる。
いま、集熱量Q1が第８図ｂのＤ点の縦座標で
表わされる分だけ要求されているときに、相当外
気温度が、突然、「低」から「高」に変つたとす
る。このとき同一の集熱量を得るためには、平衡
点の蒸発温度がＤ点の横座標からＥ点に上る。熱
平衡点がＤ点からＥ点に移動することは、蒸発温
度が高くなるにつれ、熱冷媒の比容積が減少する
ので、はじめの圧縮機の回転数N1に比べて少な
い回転数（同図ではN3）によつて同量のエンタ
ンルピ差を獲得できることになる。すなわち、定
トルク回転式圧縮機を用いるものとすれば、かか
る圧縮機の駆動動力は回転数に比例するので、回
転数の減少に伴い、圧縮機用誘導電動機への入力
電力を少なくすることができる。また、冷凍サイ
クルの高低圧力差が減少するのに従つて圧縮機の
負荷トルクが減り、圧縮機用誘導電動機への入力
電力が少なくてすむ。したがつて、第８図ｂから
太陽熱輻射があり、相当外気温度が上昇すれば、
少ない消費電力で太陽熱輻射がない場合と同量の
熱量を集放熱できることがわかる。
以上の熱平衡に対する説明は、圧縮機の回転数
と膨張弁の開度との整合がとれていると仮定して
行つてきたが、この整合のとりかたについてつぎ
に述べる。
いま、圧縮機の回転数がわかれば、圧縮機を通
る熱冷媒の容量流量が求まり、圧縮機吸入ポート
での熱冷媒の比容積を用いて、熱冷媒の重量流量
m1が求められる。また、熱冷媒の飽和凝縮温度
と飽和蒸発温度がわかれば、第７図ｂに示すよう
に、熱冷媒の高温側の飽和蒸気圧p2と低温側の飽
和蒸気圧p1が求められる。このとき、膨張弁の前
後が液体だとすると、膨張弁の開度A1はつぎの
等エンタヌピの絞りの式を満足しなければならな
い。
m1＝CqεA1√2（2−1） （17） ただし、Cq……流量係数、ε……p1，p2およ
び熱冷媒の比熱比によつて決まる修正係数、γ…
…高圧側における熱冷媒の比重量。
しかし、実際の膨張弁では絞りのために温度が
下り、熱冷媒の一部が膨張弁の中ですでに気化し
ている。いま、高圧側と低圧側の圧力比が約２倍
以上あり、低圧側が全部気体だとすると、膨張弁
の開度A2はつぎのノズルの臨界流量の式を満足
しなければならない。
m2＝τA2√22 2 （18） ただし、τ……比熱比によつて決まる定数、ｇ
……重力の加速度、v2……高圧側における熱冷媒
の比容積。
したがつて、実際の膨張弁では気液２相が、
（17）、（18）式に基づいて流れ、両者の間で混
合・摩擦等が行われているものと思われる。いず
れにせよ、ある条件のもとで、圧縮機の回転数が
決められると、その入口での重量流量が計算さ
れ、それに見合う膨張弁の開度Ａが（17）および
（18）式と実験結果から、圧縮機の回転数に対す
るマツチドセツトとして決まる。なお、両者が不
整合だと第４図ａに示したように、冷凍サイクル
の効率が低下することになる。
第８図の説明に関連して述べたように、蓄熱冷
槽の温冷水の温度と相当外気温度または大気温度
に基づき放熱量が決められれば、圧縮機の回転
数、したがつて膨張弁の開度が求められ、また飽
和凝縮温度と飽和蒸発温度、したがつて本冷暖房
装置の高・低飽和蒸気圧力も決まる。そこで、実
機実験およびシミユレーシヨン実験の結果に基づ
き、上述した関係を、第９図に一例を示したよう
なグラフの形、または２次式等の簡単な近似式と
して制御装置１１０内のROM１３０に貯えてお
く。すなわち、第９図のグラフをROM１３０に
格納しておくことにより、蓄熱冷槽温度と大気
（相当外気）温度の差、および蓄熱冷槽への放熱
量に応じて、可変速回転式圧縮機３４の回転数y1
と可変開度膨張弁３６の開度y2を近似的に決める
ことができる。これは、実験結果のみに基づいた
プログラム制御であり、現在時点のシステム状態
量のフイードバツクを伴わないため、開ループ制
御である。
ここで、かかる制御を第６図を参照して説明す
ると、ROM１３０から読み出して計算したy1お
よびy2を、それぞれパルス幅変調器１５０および
パルス発生器１７０への入力信号としてふさわし
い形態の信号に変換して入出力ポート１２４から
出力する。パルス幅変調器１５０の出力をサイリ
スタ１５４に供給してチヨツピングし、可変速誘
導電動機１０２の回転数を制御する。なお、整流
器１５２は商用電源を直流に変換してサイリスタ
１５４に供給するために設けた。また、パルス発
生器１７０の出力をステツピングモータ１００に
供給して可変開度膨張弁３６の開度を制御する。
外部状況の変化に適応するため、この制御を５分
間に１回程度、蓄熱冷槽３８への最適な放熱量の
アツプデートを行い、可変速回転式圧縮機３４の
回転数と可変開度膨張弁３６の開度を設定し直す
必要がある。この動作を後述するマイナーサイク
ルに対して、メジヤーサイクルと呼ぶ。
第９図からもわかるように、この制御の特色は
蓄熱冷槽の温冷水の温度と相当外気温度または大
気温度の差に基づき、圧縮機の回転数と膨張弁の
開度の双方を調整することによつて、従来は難か
しかつた、放集熱量の制御もできることである。
なお、今までの説明は主として暖房モードを例に
とつて行つたが、冷房モードについてもまつたく
同様な取扱いができる。
以上の開ループ制御の手順を第１０図に示した
フローチヤートに基づいて説明する。
まず、手順Ｓ１において、本冷暖房サイクルを
停止するか否かを判断する。すなわち、第５図示
の操作盤スイツチ７６が「入」であるときは手順
Ｓ２に進む。手順Ｓ１において肯定判断されれば
手順Ｓ１０に進み、本装置の停止のための一連の
動作を行つてサイクルを終了する。
次に、手順Ｓ２において、蓄熱冷槽３８の温冷
水の温度を温度センサ９４により測定し、相当外
気温度または大気温度を集熱板温度センサ９０、
または大気温度センサ９２により測定する。手順
Ｓ３では、集熱板温度センサ９０および大気温度
センサ９２により測定した温度の差に基づいて、
使用熱交換器の接続変換とそれに伴う開ループ制
御が必要か否かを判断する。肯定判断ならば手順
Ｓ４に進み、熱交換器の接続変換に伴う一連の動
作を行う。必要でなければ手順Ｓ９に進み、閉ル
ープ制御に移る。次いで、手順Ｓ５において、蓄
熱冷槽３８への放熱量または蓄熱冷槽３８からの
集熱量を最適化プログラムに基づく計算により求
める。手順Ｓ６においては、蓄熱冷槽３８の温冷
水の温度−（相当）外気温度および放熱量または
集熱量に基づいて、ROM１３０のテーブルルツ
クアツプを用いて圧縮機３４の回転数および膨張
弁３６の開度を読み出して計算する。ROM１３
０から読み出して計算した圧縮機３４の回転数y1
および膨張弁３６の開度y2についての信号を、手
順Ｓ７において所定の形態の信号に変換して、入
出力ポート１２４を介して、パルス幅変調器１５
０およびパルス発生器１７０へそれぞれ出力す
る。手順Ｓ８においては、パルス幅変調器１５０
の出力はサイリスタ１５４を介して可変速誘導電
動機１０２の回転数を、パルス発生器１７０の出
力はステツピングモータ１００を介して可変開度
膨張弁の開度をそれぞれ制御する。その後、手順
Ｓ９を介して第１２図に示す閉ループ制御の手順
Ｓ１２に進む。
次に、本発明における冷暖房装置の閉ループ制
御についての説明を行う。
前述の開ループ制御では比較的長期間の熱負荷
および天候予測に基づき、蓄熱冷槽の集放熱のプ
ログラム制御を行うために、第４図ａの最適動作
線上に圧縮比と容積流量がくるような予測制御を
行つた。これにより、第１図および第３図に関連
して述べたように、冷凍サイクル線図上の理想的
なサイクルに本冷暖房装置の冷凍サイクルを近づ
けることができる。閉ループ制御は、さらに冷凍
サイクルを理想的なサイクルに一致させ、その成
績係数を最大化することを目的とする。このため
に、冷凍サイクルの過熱度および過冷却度の２つ
の状態変数に着目し、これら２つの変数の理想的
な値からの偏差を閉ループ制御のフイードバツク
量として用いて、圧縮機の回転数と膨張弁の開度
の２つの制御変数の微調を行う。ここで、第１１
図に示すように、過熱度とは熱冷媒の圧縮機入口
での温度とその蒸発器中での蒸発温度との差であ
り、過冷却度とは熱冷媒の凝縮温度とその凝縮器
中での膨張弁入口での温度との差である。
この熱冷媒の過熱度および過冷却度について、
第１１図のｐ−ｈ線図に基づいて説明する。
第１１図には、暖房モードにおける理想的な冷
凍サイクルを太線で、等比容積線を点線で、等温
線を一点鎖線でそれぞれ表わしている。いま、圧
縮機がある一定回転数で回転しているときに、そ
の回転数に対して膨張弁の開度が幾分小さい場合
の冷凍サイクルの定常状態について考える。この
とき、膨張弁から蒸発器へ送られる熱冷媒量が、
圧縮機が蒸発器から汲み上げる量よりも少なく、
したがつて蒸発器中の内部エネルギが減少して蒸
発温度が下り、集熱量が増大して蒸発器中の熱冷
媒が過熱される結果、第１１図に示した圧縮機の
吸込み状態の理想平衡点Ａ点がＢ点に移動する。
このとき、熱冷媒の比容積が増加し、圧縮機の一
定回転数によつて循環する熱冷媒の重量が減少す
る結果、かかる冷暖房装置はこの新しい平衡状態
を維持する。このため、圧縮機の一定回転数にお
いて達成できる重量流量が得られないので、冷凍
サイクルの効率が低下する。
一方、圧縮機がある一定回転数で回転している
ときに、その回転数に対して膨張弁の開度が幾分
大きい場合について考える。このとき、膨張弁か
ら蒸発器へ送られる熱冷媒量が増えて蒸発温度が
上り、集熱量が減少して蒸発器内が液で満たされ
る傾向になり、第１１図の理想的平衡点Ａ点がＣ
点に移動する。このとき熱冷媒の比容積は減少
し、圧縮機の一定回転数あたりの熱冷媒の重量流
量は増加して、膨張弁の供給する熱冷媒量とつり
あう。しかし、このとき熱冷媒の単位重量あたり
に利用できる潜熱を全量使い切つていないので、
この新しい平衡状態におけるシステムの集熱効
率、したがつて成績係数が低下する。
このような理由から、上述してきたような冷暖
房装置の成績係数を最大化するための熱冷媒の最
適な過熱度が存在し、これは圧縮機の回転数と膨
張弁の開度の相対的な関係で制御することができ
る。以上の説明は、膨張弁の入口点での平衡状態
（第１１図のＤ点）にもあてはまり、この点にお
ける最適な過冷却度が存在し、これは過熱度と同
様に、圧縮機の回転数と膨張弁の開度の相対的な
関係によつて制御できる。
次に、過熱度および過冷却度を最適化するため
に、圧縮機３４の回転数と膨張弁３６の開度の閉
ループ制御をどのように行うかについて第１２図
のフローチヤートを参照して説明する。
第１０図の手順Ｓ９から受け継がれた信号は手
順Ｓ１２を経て手順Ｓ１３に進み、手順Ｓ１３に
おいて、第１１図示の手順Ｓ１と同様にして本冷
暖房サイクルを停止するか否かを判断する。否定
判断ならば手順Ｓ１４に進み、肯定判断であれば
手順Ｓ２４に進み、本装置の停止のための一連の
動作を行つてサイクルを終了する。次に、手順Ｓ
１４では、飽和蒸発圧力p1および飽和凝縮圧力p2
を、それぞれ圧力トランスジユーサ８０または８
２および圧力トランスジユーサ８４により測定
し、制御装置１１０内のRAM１２８に一時記憶
する。また、あらかじめ飽和蒸発圧力p1および飽
和凝縮圧力p2の関数として飽和蒸発温度t10およ
び飽和凝縮温度t20を次の（19）式のような関数
形として求めておく。
t10＝（p1） t20＝（p2） （19） これをROM１３０にテーブルルツクアツプと
して圧力p1およびp2に対応する飽和蒸発温度t10
および飽和凝縮温度t20の組として記憶しておく。
しかして、測定してRAM１２８に格納した圧力
p1およびp2を用いて、ROM１３０のテーブルル
ツクアツプの関数を内挿または外挿することによ
り飽和蒸発温度t10および飽和凝縮温度t20を計算
する。
次に、可変速回転式圧縮機３４の入口での温度
t1および可変開度膨張弁３６の入口での温度t2を
それぞれ可変速圧縮機入口温度センサ８６および
可変開度膨張弁入口温度センサ８８により測定
し、RAM１２８に一時記憶する。いま、現時点
での過熱度をΔt1、過冷却度をΔt2とすると、上
記のデータを用いてこれらを次のように定義する
（第１２図手順Ｓ１５）。
Δt1＝t1−t10 Δt2＝t2−t20 （20） また、ROM１３０に記憶されている理想的な
過熱度をΔt10、過冷却度をΔt20とすると、現時点
の過熱度、過冷却度の理想値からのずれx1および
x2をマイクロプロセツサ１２６により、次のよう
に求める（第１２図手順Ｓ１６）。
x1＝Δt1−Δt10 x2＝Δt2−Δt20 （21） ここで取り扱つている冷凍サイクルの理想サイ
クルからのずれは小さい。したがつて、可変速回
転式圧縮機３４の回転数の微調整量Δy1および可
変開度膨張弁３６の開度の微調整量Δy2と、上記
の過熱度偏差x1および過冷却度偏差x2とは線形な
関係により、飽和蒸発温度t10、飽和凝縮温度t20
の関数として次の感度係数を用いて定義すること
ができる。
ａ＝∂x1／∂y1＝11（t10） ｂ＝∂x1／∂y2＝12（t10） ｃ＝∂x2／∂y1＝21（t20） ｄ＝∂x2／∂y2＝22（t20） （22） したがつて、x1およびx2はΔy1およびΔy2との
間に次の線形な関係を有する（手順Ｓ１７）。
x1＝aΔy1＋bΔy2 x2＝cΔy1＋dΔy2 （23） （23）式をΔy1およびΔy2について解いて、 Δy1＝ｄ／ad−bcx1−ｃ／ad−bcx2 ＝Ax1＋Bx2 Δy2＝ｂ／ad−bcx1＋ａ／ad−bcx2 ＝Cx1＋Dx2 （24） ただし、ad−bc≠０とした。
ad−bc＝０のときは、（24）式の計算をせずに
先に進む。これら感度係数ａ、ｂ、ｃ、ｄと温度
偏差x1，x2を用いて、（24）式により可変速回転
式圧縮機の回転数修正量Δy1および可変開度膨張
弁の開度修正量Δy2をマイクロプロセツサ１２６
により計算する（手順Ｓ１８）。
このようにして求めたΔy1およびΔy2をそれぞ
れパルス幅変調器１５０およびパルス発生器１７
０への入力信号としてふさわしい形態の信号に変
換して入出力ポート１２４を通じて出力する（手
順Ｓ１９）。次いで手順Ｓ２０において、パルス
幅変調器１５０の出力はサイリスタ１５４を介し
て可変速誘導電動機１０２の回転数を、パルス発
生器１７０の出力はステツピングモータ１００を
介して可変開度膨張弁３６の開度をそれぞれ微制
御する。この計算と制御は0.5〜１分に１回行う
ものとし、これをマイナーサイクルと呼ぶ。手順
Ｓ２１では閉ループ制御の周期が経過したか否か
を判断し、肯定判断ならば手順Ｓ２２に進み、否
定判断なら手順Ｓ２１を繰り返す。手順Ｓ２２で
は、手順Ｓ２１と同様にして、閉ループ制御の周
期が経過したか否かを判断し、否定判断ならば手
順Ｓ１３に戻る。肯定判断ならば、手順Ｓ２３を
介して第１０図に示した開ループ制御の手順Ｓ１
１に戻り、開ループ制御を繰り返す。冷房モード
の場合も暖房の場合とまつたく同様にして冷凍サ
イクルの制御が行われるので、ここでは説明を省
略する。
本装置の蓄熱冷槽の集放熱に関する能動制御
は、以上述べたごとく２段階にわけて行う。すな
わち、開ループ制御では、蓄熱冷槽の温度と相当
外気温度または大気温度との差および蓄熱冷槽の
放集熱量に基づき、必量な冷凍サイクル上での高
低飽和蒸気圧力差の大きさを求め、それに対応す
る圧縮機の回転数と膨張弁の開度を近似的に求め
る。つぎに閉ループ制御では、現時点の冷凍サイ
クルの過熱度、過冷却度を希望値どおりに設定す
るように、圧縮機の回転数と膨張弁の開度を微調
して理想的な冷凍サイクルを実現する。
上記の詳細な説明は主として第５図の実施例に
ついて述べたが、蓄熱冷槽の代りに、室内空気と
熱交換を行う室内側熱交換器を持つヒートポンプ
式冷暖房装置についても、同様な議論をすること
ができる。
ｐ−ｈ線図上の高低飽和蒸気圧力差（したがつ
て圧縮機の回転数）が周囲状況に応じて適正に設
定され、しかも圧縮機の回転数と膨張弁の開度と
のマツチングがとれていれば、高圧および低圧の
飽和蒸気圧力、したがつて飽和凝縮温度および飽
和蒸発温度は、熱入力および熱出力の大きさに応
じて、自動的にｐ−ｈ冷凍サイクル線図上を上下
に平行移動して熱平衡状態に達する。したがつ
て、本発明冷暖房装置を、ｐ−ｈ線図上に任意の
理想的な冷凍サイクルがモデルとして与えられた
とき、実際の冷凍サイクルをこれに追随させる、
一種のモデルフオロワ適応制御装置とみなすこと
もできる。
最後に、室内の放熱集熱制御について第５図、
第６図および第１３図を参照して説明する。ある
部屋の冷暖房の要否は、その部屋にある手動スイ
ツチ９９により、電磁開閉弁７８を開または閉の
状態とすることにより決められる。スイツチ９９
が入の状態のときは、室内温度指示器９８の設定
温度θ0に室内温度θを一致させるため、初期設定
と定常制御の２段階の制御が行われる。
まず、各部屋の冷暖房を開にした瞬間から、あ
る一定期間の流量制御弁７９の開度を次のように
制御する。すなわち、室内温度指示器９８の設定
温度θ0、室内温度θ、および蓄熱冷槽３８の温冷
水の温度θ2の値に基づき、流量制御弁７９の開度
y3を次式の関数により決定する。
y3＝（θ0，θ，θ2） （25） （25）式の関数形をテーブルルツクアツプとし
てROM１３０に記憶しておき、マイクロプロセ
ツサ１２６により必要な計算を行う。
次に、一定期間の初期設定を経過した後の定常
制御は、第１３図に示すブロツク図にしたがい、
前述したマイナーサイクルと同じ周期の閉ループ
制御で行う。同図に示した演算は、制御装置１１
０内のマイクロプロセツサ１２６等により行われ
る。まず、現在の室温θを室内温度センサ９６に
より測定する。また、この室内温度センサ９６に
より過去にサンプルされた指示値を制御装置１１
０内のRAM１２８に一時記憶しておき、過去の
指示値と現在の室温の指示値とから、室温の変化
率θ〓をマイクロプロセツサ１２６により計算する。
現在の室温θおよび室温の変化率θ〓に、それぞれ
ゲインK1およびK2をかけて加算し、この加算結
果を設定室内温度θ0から減算して温度誤差Δθを
求める。この結果に基づき流量制御弁７９の開度
y3を計算する。以上の手順を式で表わすと次のよ
うになる。
Δθ＝θ0−（K1θ＋K2θ〓） （26） y3＝ｆ（Δθ） （27） これらの計算をマイクロプロセツサ１２６によ
り行うものとする。室内温度指示器９８の設定温
度θ0と蓄熱冷槽３８内の温冷水の温度θ2との間に
は通常可変の熱勾配Δtが存在する。すなわち、 Δt＝θ0−θ2 （28） この熱勾配の大きさにかかわらず、できるだけ
早く室温が設定温度に近づくことが望ましい。こ
のため、ゲインK1およびK2は熱勾配Δtの関数と
して、テーブルルツクアツプの形でROM１３０
に記憶しておき、その大きさを連続的に切り換え
て使用する。
流量制御弁７９の開度y3は、パルス発生器１８
０の入力信号としてふさわしい形態の信号に変換
して入出力ポート１２４を介してパルス発生器１
８０に供給し、このパルス発生器１８０の出力を
ステツピングモータ１０６に供給して流量制御弁
７９の開度を制御する。
各部屋の冷暖房需要に応じて、可変速循環ポン
プ４２を通る温冷水の循環流量が変化するが、こ
れにかかわらず、可変速循環ポンプ圧力トランス
ジユーサ８５が検出する可変速循環ポンプ４２の
吐出圧力が一定になるように、パルス幅変調器１
６０、サイリスタ１６４を介して可変速誘導電動
機１０４の回転数を制御して、可変速循環ポンプ
４２の吐出圧力を調整する。なお、整流器１６２
は商用電源を直流に変換してサイリスタ１６４に
供給するために設けた。
以上説明したように、本発明ヒートポンプ式冷
暖房装置によれば以下に列挙するような効果が得
られる。
(1) 圧縮機の回転数と膨張弁の開度を理想冷凍サ
イクルに追随させるように制御したので成績係
数を大幅に向上できる。
(2) 圧縮機の回転数と膨張弁の開度を理想冷凍サ
イクルに追随させるように制御し、太陽輻射
熱、夜間天空冷気への放熱等の付加的な熱冷源
を活用するため、太陽熱集熱器と室外側熱交換
器とを、適宜、接続変換して使用することによ
り、従来の冷暖房装置に比べて著しく成績係数
を向上させることができる。
(3) 太陽熱集熱器とヒートポンプ式冷暖房装置を
一体化して組み込んだため、従来のかかる冷暖
房装置で必要であつた、途中の熱交換器や循環
ポンプが不要となり、簡素な装置にすることが
できる。
(4) 小型で、しかも従来のヒートポンプ式冷暖房
装置と太陽熱給湯装置のコンポーネントがその
まま、または小改修するのみで使用できるので
初期の設備投資が少なくてよい。
(5) 蓄熱冷槽を持つので、熱負荷ピーク時に合わ
せて冷暖房装置を設計する必要がなく、また回
転数可変の圧縮機を幾分オーバドライブして冬
期の熱負荷ピーク時に対応でき、潜熱利用によ
るメリツトと合わせて、装置全体を小型化でき
る。
(6) フロン系熱冷媒を使用しているので、熱冷媒
の凝固点が低く、水のように凍結して熱交換器
を破損するようなことがない。
(7) ヒートポンプが蓄熱冷槽の上流側にあるの
で、霜とり時の不都合が生じない。
(8) 厳寒地方への応用には、蓄熱冷槽の温冷水に
より、室外側熱交換器を予熱して使用したり、
また蓄熱冷槽の下流側にも可変速圧縮機等を持
つヒートポンプを接続して使用することがで
き、室内外熱勾配の大きい場合にも応用でき
る。
(9) 太陽熱集熱器での熱冷媒の集熱温度は、従来
の太陽熱ヒートポンプ装置よりもかなり低く設
定でき、太陽からの輻射熱の他に、大気からの
対流伝熱も利用できる。
(10) 従来の太陽熱ヒートポンプ装置の顕熱利用に
対して、本装置は熱冷媒の蒸発潜熱を利用して
いるので、熱冷媒単位重量あたりの集熱量がは
るかに大きい。したがつて、小型・簡素な集熱
器でもきわめて高効率の集熱ができ、途中の配
管等での熱損失も少ない。
(11) 太陽熱集熱器を夏期夜間に放熱器として使
用でき、このとき、熱冷媒の凝縮温度が太陽熱
集熱板の温度に比べてかなり高いので、この場
合も高効率の放熱ができる。
(12) 夜間冷気式冷房装置においては、深夜割引
料金による電力が使用できるので、この点に関
するメリツトも大きい。
(13) 各部屋の熱需要に応じて各部屋の熱交換器
を個別に稼働させることができるので、省エネ
ルギ効果がある。
(14) 各部屋の冷暖房は流量制御弁の線形な制御
により、各部屋の設定温度に従うように行われ
るので、従来のオンオフ制御システムに見られ
た温度サイクリングがなく快適である。
【図面の簡単な説明】
第１図ａ〜ｃは回転式圧縮機の１回転あたりの
放熱量を大気温度をパラメータにしてそれぞれ比
較した線図、第２図は理想的な冷凍サイクルの逆
カルノーサイクルのＴ−ｓ線図、第３図ａ〜ｄは
太陽輻射熱や夜間天空冷気への放熱により冷凍サ
イクルの成績係数が向上することを表わしたＴ−
ｓ線図、第４図ａ，ｂは回転式圧縮機の効率を上
げるために、圧縮機の圧縮比と容積流量の双方
を、圧縮機の回転数と膨張弁の開度により最適化
しなければならないことを説明した線図、第５図
は本発明冷暖房装置の一例を示す構成図、第６図
は第５図に示した制御装置の詳細例を示すブロツ
ク図、第７図ａおよびｂは冷凍サイクルを便宜的
に高温側と低温側にわけて説明する線図およびそ
のｐ−ｈ線図、第８図ａ，ｂは冷凍サイクルの高
温側および低温側におけるそれぞれの熱平衡点を
求めるためのグラフ、第９図は暖房モードにおい
て、可変速回転式圧縮機の回転数と可変開度膨張
弁の開度が蓄熱冷槽の温冷水と相当外気温度また
は大気温度との温度差および蓄熱冷槽への放熱量
の関数として開ループ制御されることを表わした
グラフ、第１０図は開ループ制御のフローチヤー
ト、第１１図は冷凍サイクルの過熱度および過冷
却度をｐ−ｈ線図上に重畳した説明図、第１２図
は閉ループ制御のフローチヤート、第１３図は室
温制御の一例を示すブロツク図である。 １，１５……圧縮機、２，４……電動機、３，
１６……膨張弁、５，６……熱交換器、１１，１
３……入口、１２，１４……出口、１７……凝縮
器、１８……蒸発器、３０……太陽熱集熱器、３
２……室外側熱交換器、３４……圧縮機、３６…
…膨張弁、３８……蓄熱冷槽、４０……蓄熱冷槽
熱交換器、４２……循環ポンプ、４４……出口ポ
ート、４６……室内側熱交換器、４８……入口ポ
ート、５０……受液器、５６，５８，６０，６２
……電磁開閉弁、６４，６６，６８，７０……逆
止弁、７２，７４……電磁四方弁、７６……操作
盤、７８……電磁開閉弁、７９……流量制御弁、
８０，８２，８４，８５……圧力トランスジユー
サ、８６，８８，９０，９２，９４，９６……温
度センサ、９８……室内温度指示器、９９……ス
イツチ、１００，１０４……ステツピングモー
タ、１０２，１０６……電動機、１１０……制御
装置、１２０……マルチプレクサ、１２１……サ
ンプルホールド、１２２……Ａ／Ｄ変換器、１２
４……入出力ポート、１２６……マイクロプロセ
ツサ、１２８……ランダムアクセスメモリ、１３
０……リードオンリメモリ、１４０……データバ
ス、１４２……アドレスバス、１４４……制御バ
ス、１５０，１６０……パルス幅変調器、１５
２，１６２……整流器、１５４，１６４……サイ
リスタ、１７０，１８０……パルス発生器。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 圧縮機と、熱交換器としての蒸発器および凝
    縮器と、膨張弁とを具えて冷凍サイクルを構成す
    るヒートポンプ式冷暖房装置において、設定温度
    と、計測手段により測定した、少なくとも、室内
    温度、大気温度、熱冷媒温度および熱冷媒圧力を
    含む測定データを制御装置に供給し、該制御装置
    の制御の下に、前記冷凍サイクルの過熱度および
    過冷却度の双方を最適化することにより、前記冷
    凍サイクルの成績係数が、与えられた条件の下に
    おいて、最大となるように、前記圧縮機の回転数
    および前記膨張弁の開度を、連続的に、それぞれ
    関連して制御するようにしたことを特徴とするヒ
    ートポンプ式冷暖房装置。 ２ 室外の大気または輻射対象と熱冷媒との間で
    熱交換を行い、互いに並列に接続されて選択的に
    いずれか一方が使用される室外側熱交換器および
    太陽熱集熱器と、該室外側熱交換器および太陽熱
    集熱器に接続した圧縮機および膨張弁と、前記室
    外熱交換器または前記太陽熱集熱器を蒸発器とし
    て用いる場合には凝縮器として、凝縮器として用
    いる場合には蒸発器として用いて、熱冷媒と室内
    側の空気との間で熱交換を行う室内側熱交換器ま
    たは熱冷媒と蓄熱冷槽の温冷水との間で熱交換を
    行う蓄熱冷槽熱交換器とにより冷凍サイクルを構
    成し、設定温度と、計測手段により測定した、少
    なくとも、室内温度または前記蓄熱冷槽の温冷水
    温度、大気温度、熱冷媒温度および熱冷媒圧力を
    含む測定データを制御装置に供給し、該制御装置
    の制御の下に、前記冷凍サイクルの過熱度および
    過冷却度の双方を最適化することにより、前記冷
    凍サイクルの成績係数が、与えられた条件の下に
    おいて、最大となるように、前記圧縮機の回転数
    および前記膨張弁の開度を、連続的に、それぞれ
    関連して制御するようにしたことを特徴とするヒ
    ートポンプ式冷暖房装置。 ３ 特許請求の範囲第２項記載のヒートポンプ式
    冷暖房装置において、前記蓄熱冷槽熱交換器中の
    熱冷媒との間で熱交換した温冷水を貯留する蓄熱
    冷槽を具備したことを特徴とするヒートツポンプ
    式冷暖房装置。 ４ 圧縮機と、室外側の大気から吸熱または室外
    側の大気へ放熱を行う室外側熱交換器と、膨張弁
    と、蓄熱冷槽と、該蓄熱冷槽中に配設されて温冷
    水と熱交換を行う蓄熱冷槽熱交換器とを具えて冷
    凍サイクルを構成するヒートポンプ式冷暖房装置
    において、前記蓄熱冷槽に蓄えられた前記温冷水
    を一定圧力で吐出する可変速循環ポンプと、該可
    変速循環ポンプからの前記温冷水をしや断または
    通過させる電磁開閉弁と、前記温冷水の循環量を
    制御する流量制御弁と、各室ごとに配設されて室
    内の空気と前記温冷水との間で熱交換を行う室内
    側熱交換器とを有し、前記各室の空調オン・オフ
    状態および設定温度、また計測手段により測定し
    た各室温度を制御装置に供給し、該制御装置の制
    御の下に、前記各室の熱需要に基づいて、前記可
    変速循環ポンプ、前記電磁開閉弁および前記流量
    制御弁を制御して、それぞれの前記各室に前記温
    冷水を前記各室の熱需要に応じただけ導くように
    したことを特徴とするヒートポンプ冷暖房装置。 ５ 室外の大気または輻射対象と熱冷媒との間で
    熱交換を行い、互いに並列に接続されて選択的に
    いずれか一方が使用される室外側熱交換器および
    太陽熱集熱器と、該室外側熱交換器および太陽熱
    集熱器に接続した圧縮機および膨張弁と、前記室
    外熱交換器または前記太陽熱集熱器を蒸発器とし
    て用いる場合には凝縮器として、凝縮器として用
    いる場合には蒸発器として用いて、熱冷媒と蓄熱
    冷槽に貯留した温冷水との間で熱交換を行う蓄熱
    冷槽熱交換器と、前記蓄熱冷槽に蓄えられた前記
    温冷水を一定圧力で吐出する可変速循環ポンプ
    と、該可変速循環ポンプからの前記温冷水をしや
    断または通過させる電磁開閉弁と、前記温冷水の
    循環量を制御する流量制御弁と、各室ごとに配設
    されて室内の空気と前記温冷水との間で熱交換を
    行う室内側熱交換器とを有し、前記各室の空調オ
    ン・オフ状態および設定温度、また計測手段によ
    り測定した各室温度を制御装置に供給し、該制御
    装置の制御の下に、前記各室の熱需要に基づい
    て、前記可変速循環ポンプ、前記電磁開閉弁およ
    び前記流量制御弁を制御して、それぞれの前記室
    に前記温冷水を各室の熱需要に応じただけ導くよ
    うにしたことを特徴とするヒートポンプ冷暖房装
    置。 ６ 特許請求の範囲第１項記載のヒートポンプ式
    冷暖房装置において、前記制御装置は、 各種演算を実行し、各種機器のシーケンス制御
    を行うマイクロプロセツサ、 前記計測手段により測定した測定データをサン
    プリングして所望のアナログ信号を取り出すアナ
    ログマルチプレクサ、 前記サンプリングしたアナログ信号の測定値を
    記憶するサンプルホールド、 前記サンプルホールドしたアナログ信号をデイ
    ジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器、 前記デイジタル信号を前記マイクロプロセツサ
    に供給し、当該マイクロプロセツサで処理した信
    号を各種機器に出力する入出力ポート、 各種プログラムおよびテーブルルツクアツプデ
    ータ等を記憶するリードオンリメモリ、 演算途中のデータおよび前記測定データについ
    てのデイジタル信号等を一時記憶するランダムア
    クセスメモリ、 前記圧縮機の回転数を制御する回転数制御信号
    を前記測定データ等に基づいて得る回転数制御信
    号発生手段および、 前記膨張弁の開度を制御する開度制御信号を前
    記測定データ等に基づいて得る開度制御信号発生
    手段を具備したことを特徴とするヒートポンプ式
    冷暖房装置。 ７ 特許請求の範囲第６項記載のヒートポンプ式
    冷暖房装置において、前記回転数制御信号発生手
    段により可変繰返し周波数および可変パルス幅の
    変調信号を得、該変調信号を前記圧縮機を駆動す
    る可変速誘導電動機のステータ巻線に供給して、
    前記圧縮機の回転数を制御するようにしたことを
    特徴とするヒートポンプ式冷暖房装置。 ８ 特許請求の範囲第７項記載のヒートポンプ式
    冷暖房装置において、前記変調信号を、サイリス
    タをチヨツピングして得るようにしたことを特徴
    とするヒートポンプ式冷暖房装置。 ９ 特許請求の範囲第６項記載のヒートポンプ式
    冷暖房装置において、前記開度制御信号発生手段
    により可変パルス数の膨張弁制御信号を得、前記
    膨張弁の開度を制御するステツピングモータに当
    該膨張弁制御信号を供給して前記膨張弁開度を制
    御するようにしたことを特徴とするヒートポンプ
    式冷暖房装置。 １０ 特許請求の範囲第９項記載のヒートポンプ
    式冷暖房装置において、前記パルス数を、前記制
    御装置に設けたパルス発生器により得るようにし
    たことを特徴とするヒートポンプ式冷暖房装置。 １１ 特許請求の範囲第２項記載のヒートポンプ
    式冷暖房装置において、前記制御装置は、 各種演算を実行し、各種機器のシーケンス制御
    を行うマイクロプロセツサ、 前記計測手段により測定した測定データをサン
    プリングして所望のアナログ信号を取り出すアナ
    ログマルチプレクサ、 前記サンプリングしたアナログ信号の測定値を
    記憶するサンプルホールド、 前記サンプルホールドしたアナログ信号をデイ
    ジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器、 前記デイジタル信号を前記マイクロプロセツサ
    に供給し、当該マイクロプロセツサで処理した信
    号を各種機器に出力する入出力ポート、 各種プログラムおよびテーブルルツクアツプデ
    ータ等を記憶するリードオンメモリ、 演算途中のデータおよび前記測定データについ
    てのデイジタル信号等を一時記憶するランダムア
    クセスメモリ、 前記圧縮機の回転数を制御する回転数制御信号
    を前記測定データ等に基づいて得る回転数制御信
    号発生手段および、 前記膨張弁の開度を制御する開度制御信号を前
    記測定データ等に基づいて得る開度制御信号発生
    手段を具備したことを特徴とするヒートポンプ式
    冷暖房装置。 １２ 特許請求の範囲第４項記載のヒートポンプ
    式冷暖房装置において、前記制御装置は、 各種演算を実行し、各種機器のシーケンス制御
    を行うマイクロプロセツサ、 前記計測手段により測定した測定データをサン
    プリングして所望のアナログ信号を取り出すアナ
    ログマルチプレクサ、 前記サンプリングしたアナログ信号の測定値を
    記憶するサンプルホールド、 前記サンプルホールドしたアナログ信号をデイ
    ジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器、 前記デイジタル信号を前記マイクロプロセツサ
    に供給し、当該マイクロプロセツサで処理した信
    号を各種機器に出力する入出力ポート、 各種プログラムおよびテーブルルツクアツプデ
    ータ等を記憶するリードオンリメモリ、 演算途中のデータおよび前記測定データについ
    てのデーイジタル信号等を一時記憶するランダム
    アクセスメモリ、 前記循環ポンプの回転数を制御する回転数制御
    信号を前記測定データ等に基づいて得る回転数制
    御信号発生手段および、 前記流量制御弁の開度を制御する開度制御信号
    を前記測定データ等に基づいて得る開度制御信号
    発生手段を具備したことを特徴とするヒートポン
    プ式冷暖房装置。 １３ 特許請求の範囲第１２項記載のヒートポン
    プ式冷暖房装置において、前記回転数制御信号発
    生手段により可変繰返し周波数および可変パルス
    幅の変調信号を得、該変調信号を前記循環ポンプ
    を駆動する可変速誘導電動機のステータ巻線に供
    給して、前記循環ポンプの回転数を制御するよう
    にしたことを特徴とするヒートポンプ式冷暖房装
    置。 １４ 特許請求の範囲第１３項記載のヒートポン
    プ式冷暖房装置において、前記変調信号を、サイ
    リスタをチヨツピングして得るようにしたことを
    特徴とするヒートポンプ式冷暖房装置。 １５ 特許請求の範囲第１２項記載のヒートポン
    プ式冷暖房装置において、前記開度制御信号発生
    手段により可変パルス数の流量制御弁制御信号を
    得、前記流量制御弁の開度を制御するステツピン
    グモータに当該流量制御弁制御信号を供給して前
    記流量制御弁開度を制御するようにしたことを特
    徴とするヒートポンプ式冷暖房装置。 １６ 特許請求の範囲第１５項記載のヒートポン
    プ式冷暖房装置において、前記パルス数を、前記
    制御装置に設けたパルス発生器により得るように
    したことを特徴とするヒートポンプ式冷暖房装
    置。 １７ 特許請求の範囲第５項記載のヒートポンプ
    式冷暖房装置において、前記制御装置は、 各種演算を実行し、各種機器のシーケンス制御
    を行うマイクロプロセツサ、 前記計測手段により測定した測定データをサン
    プリングして所望のアナログ信号を取り出すアナ
    ログマルチプレクサ、 前記サンプリングしたアナログ信号の測定値を
    記憶するサンプルホールド、 前記サンプルホールドしたアナログ信号をデイ
    ジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器、 前記デイジタル信号を前記マイクロプロセツサ
    に供給し、当該マイクロプロセツサで処理した信
    号を各種機器に出力する入出力ポート、 各種プログラムおよびテーブルルツクアツプデ
    ータ等を記憶するリードオンリメモリ、 演算途中のデータおよび前記測定データについ
    てのデーイジタル信号等を一時記憶するランダム
    アクセスメモリ、 前記循環ポンプの回転数を制御する回転数制御
    信号を前記測定データ等に基づいて得る回転数制
    御信号発生手段および、 前記流量制御弁の開度を制御する開度制御信号
    を前記測定データ等に基づいて得る開度制御信号
    発生手段を具備したことを特徴とするヒートポン
    プ式冷暖房装置。 １８ 特許請求の範囲第１７項記載のヒートポン
    プ式冷暖房装置において、前記回転数制御信号発
    生手段により可変繰返し周波数および可変パルス
    幅の変調信号を得、該変調信号を前記循環ポンプ
    を駆動する可変速誘導電動機のステータ巻線に供
    給して、前記循環ポンプの回転数を制御するよう
    にしたことを特徴とするヒートポンプ式冷暖房装
    置。 １９ 特許請求の範囲第１８項記載のヒートポン
    プ式冷暖房装置において、前記変調信号を、サイ
    リスタをチヨツピングして得るようにしたことを
    特徴とするヒートポンプ式冷暖房装置。 ２０ 特許請求の範囲第１７項記載のヒートポン
    プ式冷暖房装置において、前記開度制御信号発生
    手段により可変パルス数の流量制御弁制御信号を
    得、前記流量制御弁の開度を制御するステツピン
    グモータに当該流量制御弁制御信号を供給して前
    記流量制御弁開度を制御するようにしたことを特
    徴とするヒートポンプ式冷暖房装置。 ２１ 特許請求の範囲第２０項記載のヒートポン
    プ式冷暖房装置において、前記パルス数を、前記
    制御装置に設けたパルス発生器により得るように
    したことを特徴とするヒートポンプ式冷暖房装
    置。 ２２ 特許請求の範囲第１項記載のヒートポンプ
    式冷暖房装置において、前記圧縮機の回転数およ
    び前記膨張弁の開度を、前記制御装置の制御の下
    に、開ループ制御および閉ループ制御により制御
    するようにしたことを特徴とするヒートポンプ式
    冷暖房装置。 ２３ 特許請求の範囲第２項記載のヒートポンプ
    式冷暖房装置において、前記圧縮機の回転数およ
    び前記膨張弁の開度を、前記制御装置の制御の下
    に、開ループ制御および閉ループ制御により制御
    するようにしたことを特徴とするヒートポンプ式
    冷暖房装置。 ２４ 特許請求の範囲第３項記載のヒートポンプ
    式冷暖房装置において、前記蓄熱冷槽の温冷水の
    温度と大気温度または前記太陽熱集熱器で測定し
    た相当外気温度との温度差、および前記温冷水の
    温度と前記大気温度または前記相当外気温度とに
    より決定される前記蓄熱冷槽への集放熱量に対応
    して前記リードオンリメモリに前記圧縮機の回転
    数および前記膨張弁の開度を記憶しておき、測定
    して求めた前記温度差および前記集放熱量に基づ
    いて、前記リードオンリメモリのテーブルルツク
    アツプを用いて前記回転数および開度を計算し
    て、前記圧縮機の回転数および膨張弁の開度を開
    ループ制御するとともに、理想冷凍サイクルにお
    ける熱冷媒の過熱度および過冷却度との偏差に対
    応させて、前記リードオンリメモリに前記圧縮機
    の回転数修正量および前記膨張弁の開度修正量を
    記憶しておき、測定して求めた前記過熱度および
    過冷却度に基づいて、前記リードオンリメモリの
    テーブルルツクアツプを用いて前記回転数修正量
    および開度修正量を計算して、前記圧縮機の回転
    数および前記膨張弁の開度を閉ループ制御により
    微調整するようにしたことを特徴とするヒートポ
    ンプ式冷暖房装置。 ２５ 特許請求の範囲第４項記載のヒートポンプ
    式冷暖房装置において、前記蓄熱冷槽の温冷水の
    温度および室内の設定温度に対応して前記リード
    オンリメモリに前記流量制御弁の開度をテーブル
    ルツクアツプとして記憶しておき、測定して求め
    た前記温冷水の温度および前記室内の設定温度に
    基づいて、前記リードオンリメモリのテーブルル
    ツクアツプを用いて前記流量制御弁の開度を計算
    して当該流量制御弁の開度を制御し、前記室内側
    熱交換器へ供給する前記温冷水の流量を前記循環
    ポンプの回転数制御により調節するようにしたこ
    とを特徴とするヒートポンプ式冷暖房装置。 ２６ 特許請求の範囲第４項記載のヒートポンプ
    式冷暖房装置において、前記室内の設定温度と前
    記室内の温度との差および前記室内の温度の変化
    率に応じて前記室内側熱交換器へ供給する前記温
    冷水の流量を閉ループ制御するようにしたことを
    特徴とするヒートポンプ式冷暖房装置。 ２７ 特許請求の範囲第５項記載のヒートポンプ
    式冷暖房装置において、前記蓄熱冷槽の温冷水の
    温度および室内の設定温度に対応して前記リード
    オンリメモリに前記流量制御弁の開度をテーブル
    ルツクアツプとして記憶しておき、測定して求め
    た前記温冷水の温度および前記室内の設定温度に
    基づいて、前記リードオンリメモリのテーブルル
    ツクアツプを用いて前記流量制御弁の開度を計算
    して当該流量制御弁の開度を制御し、前記室内側
    熱交換器へ供給する前記温冷水の流量を前記循環
    ポンプの回転数制御により調節するようにしたこ
    とを特徴とするヒートポンプ式冷暖房装置。 ２８ 特許請求の範囲第５項記載のヒートポンプ
    式冷暖房装置において、前記室内の設定温度と前
    記室内の温度との差および前記室内の温度の変化
    率に応じて前記室内側熱交換器へ供給する前記温
    冷水の流量を閉ループ制御するようにしたことを
    特徴とするヒートポンプ式冷暖房装置。
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