特許 6052493 ヒートポンプサイクル装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6052493

(24)【登録日】2016年12月9日

(45)【発行日】2016年12月27日

(54)【発明の名称】ヒートポンプサイクル装置

(51)【国際特許分類】

   F25B 30/02 20060101AFI20161219BHJP

   F25B 1/00 20060101ALI20161219BHJP

【ＦＩ】

   F25B30/02 H

   F25B1/00 361A

【請求項の数】1

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2012-200928(P2012-200928)

(22)【出願日】2012年9月12日

(65)【公開番号】特開2014-55718(P2014-55718A)

(43)【公開日】2014年3月27日

【審査請求日】2015年3月31日

(73)【特許権者】

【識別番号】000006611

【氏名又は名称】株式会社富士通ゼネラル

(72)【発明者】

【氏名】安孫子 博

(72)【発明者】

【氏名】山本 秀樹

(72)【発明者】

【氏名】野口 将典

(72)【発明者】

【氏名】土畠 伸幸

【審査官】 横溝 顕範

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−００７８５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−０５２８７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１０９１２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−２１０４７８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２５Ｂ ３０／００

Ｆ２５Ｂ １／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

圧縮機と、利用側熱交換器と、流量調整手段と、熱源側熱交換器と、外気温度を検出する外気温度検出手段と、前記利用側熱交換器が凝縮器として機能するときに同利用側熱交換器における凝縮圧力を検出する圧力検出手段と、前記圧縮機を駆動制御するとともに、前記流量調整手段の開度制御を行う制御手段とを備えたヒートポンプサイクル装置であって、
前記制御手段は、前記凝縮圧力に対応して前記圧縮機の回転数制御を定めた回転数制御テーブルを有し、
前記回転数制御テーブルでは、
前記圧縮機の吐出圧力の性能上限値に対応する凝縮圧力上限値より小さい凝縮圧力値である第１閾値と、同第１閾値より小さい凝縮圧力値である少なくとも１つの第２閾値とが定められ、
前記凝縮圧力が前記第１閾値以上前記凝縮圧力上限値未満では、前記圧縮機の回転数の上昇を行わない圧縮機回転数上昇禁止制御、あるいは、前記圧縮機の回転数を下降させる圧縮機回転数下降制御のうち少なくともいずれか一方が定められ、
前記凝縮圧力が前記第１閾値未満では、前記圧縮機の回転数の上昇を許可する圧縮機回転数上昇許可制御が定められ、
前記圧縮機回転数上昇許可制御においては、前記凝縮圧力が上昇して前記第２閾値を超える毎に前記圧縮機の回転数上昇率を小さくするとともに、前記凝縮圧力が下降して前記第２閾値を超える毎に前記圧縮機の回転数上昇率を大きくし、
前記制御手段は、前記圧力検出手段から前記凝縮圧力を取り込み、前記回転数制御テーブルを参照して前記圧縮機の回転数制御を行い、前記外気温度検出手段で検出した外気温度が所定外気温度以下であるとき、前記回転数制御テーブルにおける前記第１閾値や前記第２閾値を、前記外気温度に応じて所定の割合で変化させることを特徴とするヒートポンプサイクル装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、冷媒と空気や水との間で熱交換を行うヒートポンプサイクル装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、ヒートポンプサイクル装置としては、冷媒と空気との熱交換を行うことで部屋の空調を行う空気調和機や、冷媒と水との熱交換を行うことで生成した湯水を利用した暖房運転や給湯を行うヒートポンプ式の給湯機が知られている。例えば、特許文献１に記載されているヒートポンプサイクル装置は、圧縮機と利用側熱交換器と膨張弁と熱源側熱交換器とが冷媒配管で順次接続された冷媒回路と、循環ポンプと貯湯タンクとが給湯配管で接続され給湯配管の両端が利用側熱交換器に接続されている給湯回路とを備えたヒートポンプ式の給湯機であって、所定温度に加熱された湯水を貯湯タンクに貯留し、貯留された湯水を水道水と適宜混ぜ合わせて温度調節を行い風呂や洗面台等に供給するものである。

【0003】

上記のようなヒートポンプ式給湯機では、貯湯タンクに貯留される湯水の温度（以後、貯湯タンク温度と記載する）が、最終的に到達させたい貯湯タンク温度（以後、目標貯湯タンク温度と記載する）となるよう沸き上げ運転が行われる。沸き上げ運転では、圧縮機から吐出された冷媒が冷媒回路を流れ利用側熱交換器に流入し、貯湯タンクから供給され循環ポンプの駆動によって給湯回路を流れて利用側熱交換器に流入した水と熱交換を行う。これにより、加熱された湯水が利用側熱交換器から流出し、給湯回路を流れて貯湯タンクに流入する。沸き上げ運転時の制御例としては、例えば、目標貯湯タンク温度に所定温度（例えば、３℃。湯水が給湯回路を流れる際に放熱することを考慮した温度）を加えた目標出口水温を設定し、利用側熱交換器における給湯回路の出口水温が目標出口水温となるように、圧縮機の回転数や膨張弁の開度を制御する。

【0004】

以上説明した沸き上げ運転を行い、貯湯タンク温度が目標貯湯タンク温度に到達すれば、沸き上げ運転を終了する。尚、貯湯タンクに貯留された湯水が使用されて減少した場合は、減少した分の水が水道から貯湯タンクに供給されるが、これにより貯湯タンク温度は低下する。そして、貯湯タンク温度が所定温度以下、例えば、貯湯タンク温度が目標貯湯タンク温度から５℃以上低い温度となれば、再度沸き上げ運転を行って、貯湯タンク温度を目標貯湯タンク温度まで加熱する。

【0005】

一方、上述したヒートポンプ式給湯機と冷媒回路の構成は同じであるが、給湯回路に、貯湯タンクに加えて温水床暖房装置やラジエター等の室内ユニットが接続されているヒートポンプサイクル装置が存在する。このヒートポンプサイクル装置では、給湯回路に流路切換手段（例えば、三方弁）が設けられており、この流路切換手段を切り換えることによって、利用側熱交換器で加熱された湯水を貯湯タンクに供給する沸き上げ運転や、室内ユニットに流す暖房運転を選択的に行える。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２００４−２１８９０７号公報（第６〜９頁、第１図）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

上記のようなヒートポンプサイクル装置に備えられた圧縮機は、圧縮機個別に定められた圧縮比（吐出圧力を吸入圧力で割ったもの）の性能上限値（圧縮機の製造業者が性能を保証できる上限値として定めたもの）を有しており、圧縮比が性能上限値以上となっている状態で圧縮機の運転を続けると、圧縮機の機構部（ベーン等）の摩耗・劣化が早くなって圧縮機の寿命を縮める虞がある。従って、圧縮機を運転するときは、圧縮比が性能上限値を超えないように圧縮機の回転数や膨張弁の開度を制御することが望ましい。

【0008】

一方、ヒートポンプサイクル装置を運転しているときは、使用者が要求する室内温度や目標貯湯タンク温度に早く到達させるよう、圧縮機は高回転で駆動することが望ましく、例えば、ヒートポンプ給湯機で沸き上げ運転を行うときは、沸き上げ運転を早く完了させるため（貯湯タンク温度を目標貯湯タンク温度に早く到達させるため）にできる限り高い回転数を維持して圧縮機を運転することが望ましい。

【0009】

しかし、圧縮機の回転数を高くすると、吐出圧力が上昇するとともに吸入圧力が低下して圧縮比が上昇し性能上限値を超えてしまう虞があった。また、圧縮機の回転数を高くしていなくても、例えば、外気温度が低くて蒸発器として機能している熱源側熱交換器での蒸発圧力が低下することによって吸入圧力が低下し、圧縮比が上昇して性能上限値を超えてしまう虞があった。

【0010】

本発明は以上述べた問題点を解決し、圧縮比が性能上限値を超えないようにしつつ、使用者が要求する室内温度や目標貯湯タンク温度に早く到達させることができる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。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本発明は上述の課題を解決するものであって、本発明のヒートポンプサイクル装置は、圧縮機と、利用側熱交換器と、流量調整手段と、熱源側熱交換器と、外気温度を検出する外気温度検出手段と、利用側熱交換器が凝縮器として機能するときに利用側熱交換器における凝縮圧力を検出する圧力検出手段と、圧縮機と循環ポンプとを駆動制御するとともに、流量調整手段の開度制御を行う制御手段とを備えたものであって、制御手段は、凝縮圧力に対応して前記圧縮機の回転数制御を定めた回転数制御テーブルを有している。この回転数制御テーブルでは、圧縮機の吐出圧力の性能上限値に対応する凝縮圧力上限値より小さい凝縮圧力値である第１閾値と、第１閾値より小さい凝縮圧力値である少なくとも１つの第２閾値とが定められており、凝縮圧力が第１閾値以上凝縮圧力限界値未満では、圧縮機の回転数の上昇を行わない圧縮機回転数上昇禁止制御、あるいは、圧縮機の回転数を下降させる圧縮機回転数下降制御のうち少なくともいずれか一方が定められているとともに、凝縮圧力が第１閾値未満では、圧縮機の回転数の上昇を許可する圧縮機回転数上昇許可制御が定められている。また、圧縮機回転数上昇許可制御においては、凝縮圧力が上昇して第２閾値を超える毎に圧縮機の回転数上昇率を小さくするとともに、凝縮圧力が下降して第２閾値を超える毎に圧縮機の回転数上昇率を大きくしている。そして、制御手段は、圧力検出手段から凝縮圧力を取り込み、回転数制御テーブルを参照して圧縮機の回転数制御を行っている。

【0012】

また、外気温度検出手段で検出した外気温度が所定外気温度以下であるとき、回転数制御テーブルにおける第１閾値や第２閾値を、外気温度に応じて所定の割合で変化させるものである。

【発明の効果】

【0013】

本発明のヒートポンプサイクル装置は、回転数制御テーブルを参照し、暖房運転時や沸き上げ運転時に凝縮圧力に応じて圧縮機の回転数制御を行うので、圧縮比が性能上限値を超えないようにしつつ、使用者が要求する室内温度や目標貯湯タンク温度に早く到達させることができる。また、所定外気温度以下では、外気温度に応じて、回転数制御テーブルの第１閾値や第２閾値を所定の割合で変化させるので、外気温度が低いときでも圧縮比が性能上限値を超えないよう圧縮機を制御することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の実施例におけるヒートポンプサイクル装置の構成図である。

【図2】本発明の実施例における、回転数制御テーブルである。

【図3】本発明の実施例における、圧縮機回転数制御を説明するフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本発明の実施の形態を、添付図面に基づいて詳細に説明する。実施例としては、貯湯タンクと、床暖房装置やラジエター等の室内ユニットとを有し、利用側熱交換器で冷媒と熱交換を行った湯水で貯湯タンク内部に貯留された水を加熱するヒートポンプサイクル装置を例に挙げて説明することとする。尚、本発明は以下の実施形態に限定されることはなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々変形することが可能である。

【実施例】

【0016】

図１は、本発明によるヒートポンプサイクル装置の構成を示している。このヒートポンプサイクル装置１００は、能力可変型の圧縮機１、四方弁２、冷媒と水との熱交換を行う利用側熱交換器３、流量調整手段である膨張弁４、熱源側熱交換器５、アキュムレータ６を順に冷媒配管１１で接続した冷媒回路１０を有しており、四方弁２を切り換えることによって冷媒循環方向を切り換えることができるようになっている。

【0017】

この冷媒回路１０において、圧縮機１の吐出口付近の冷媒配管１１には、圧縮機１から吐出された冷媒の温度を検出するための吐出冷媒温度センサ５１が備えられている。また、利用側熱交換器３と膨張弁４との間の冷媒配管１１には、膨張弁４付近の冷媒温度を検出する冷媒温度センサ５３が、膨張弁４と熱源側熱交換器５との間の冷媒配管１１には、熱源側熱交換器５の温度を検出する熱交温度センサ５４が、それぞれ備えられている。さらには、圧縮機１の吐出側（四方弁２と利用側熱交換器３との間）の冷媒配管１１には、圧力検出手段である圧力センサ５０が備えられている。

【0018】

圧縮機１の図示しない密閉容器の下方には、圧縮機１の温度を検出するための圧縮機温度センサ５２が備えられている。また、熱源側熱交換器５近傍には、外気温度検出手段である外気温度センサ５５が設けられている。

【0019】

熱源側熱交換器５の近傍には、ヒートポンプサイクル装置１００の筺体内部に外気を取り込んで熱源側熱交換器５に外気を流通させるファン７が配置されている。ファン７は、図示しない回転数を可変できるモータの出力軸（回転軸）に取り付けられている。尚、膨張弁４は、ステッピングモータを用いて弁の開度をパルス制御可能としたものである。

【0020】

利用側熱交換器３には、冷媒配管１１と給湯配管１２ａとが接続されている。図１に示すように、給湯配管１２ａの一端は三方弁３１に接続されており、この三方弁３１には室内ユニット側配管１２ｃの一端と貯湯タンク側配管１２ｂの一端とが各々接続されている。また、給湯配管１２ａの他端には、室内ユニット側配管１２ｃの他端と貯湯タンク側配管１２ｂの他端とが接続されている（図１において、給湯配管１２ａと貯湯タンク側配管１２ｂと室内ユニット側配管１２ｃとの接続部を接続点１３としている）。室内ユニット側配管１２ｃには、床暖房装置やラジエター等の室内ユニット４０が設けられており、また、貯湯タンク側配管１２ｂには、貯湯タンク７０が設けられている。

【0021】

貯湯タンク７０内部の下方には、スパイラル形状に形成された熱交換部７１が備えられている。熱交換部７１の両端は貯湯タンク側配管１２ｂに接続されており、貯湯タンク側配管１２ｂを流れる湯水が熱交換部７１に流れるようになっている。貯湯タンク７０の上部には、貯湯タンク７０内部に貯留されている湯水を浴槽や洗面台蛇口等に供給するための給湯口７３が備えられている。また、貯湯タンク７０の下部には、貯湯タンク７０内部に水を供給するための入水口７２が備えられており、入水口７２には図示しない水道管が直結されている。

【0022】

接続点１３と利用側熱交換器３との間には、能力可変型の循環ポンプ３０が設けられている。循環ポンプ３０を駆動することにより、利用側熱交換器３で冷媒と熱交換された水の流れが、図１に示す矢印９０の方向に循環する。尚、利用側熱交換器３から流出した水は、三方弁３１の切り換えに応じて室内ユニット側配管１２ｃに流れて室内ユニット４０に流入する、あるいは、貯湯タンク側配管１２ｂに流れて貯湯タンク７０に流入する。そして、室内ユニット４０や貯湯タンク７０から流出した水は、接続点１３を介して利用側熱交換器３に流入する。

【0023】

以上説明したように、利用側熱交換器３と循環ポンプ３０と室内ユニット４０と貯湯タンク７０とが給湯配管１２ａと貯湯タンク側配管１２ｂと室内ユニット側配管１２ｃとで接続されて、ヒートポンプサイクル装置１００の給湯回路１２を構成している。

【0024】

給湯配管１２ａにおける利用側熱交換器３の水の入口側には、利用側熱交換器３に流入する水の温度を検出する入口温度センサ５６が、給湯配管１２における利用側熱交換器３の水の出口側には、利用側熱交換器３から流出するする水の温度を検出する出口温度センサ５７が、それぞれ備えられている。また、貯湯タンク７０内部の上下方向の略中央部には、貯湯タンク７０内部に滞留する湯水の温度を検出する貯湯タンク温度センサ５８が備えられている。

【0025】

以上説明した構成の他に、ヒートポンプサイクル装置１００には制御手段６０が備えられている。制御手段６０は、各温度センサで検出した温度や圧力センサ５０で検出した凝縮圧力を取り込み、あるいは、図示しないリモコン等による使用者からの運転要求を取り込み、これらに応じて圧縮機１やファン７や循環ポンプ３０の駆動制御、四方弁２の切り換え制御、膨張弁４の開度制御や三方弁３１の切り換え制御等といった、ヒートポンプサイクル装置１００の運転に関わる様々な制御を行う。

【0026】

図１に示すように、冷媒回路１０を暖房サイクルとしてヒートポンプサイクル装置１００を運転したときは、四方弁２から流出した冷媒は利用側熱交換器３、膨張弁４、熱源側熱交換器５と順に流れて再び四方弁２に流入する（図１に示す矢印８０）。尚、冷媒回路１０を冷房サイクルとしてヒートポンプサイクル装置１００を運転したときは、四方弁２から流出した冷媒は熱源側熱交換器５、膨張弁４、利用側熱交換器３と順に流れて再び四方弁２に流入する、というように、暖房サイクルとして運転したとき（矢印８０の方向）と逆方向となるが、図１においてこの場合の冷媒流れ方向の記載は省略している。

【0027】

次に、以上説明した本発明のヒートポンプサイクル装置１００における、冷媒回路１０の動作やその作用・効果について説明する。尚、以下の説明では、ヒートポンプサイクル装置１００の冷媒回路１０が暖房サイクルとして運転する場合であって、室内ユニット４０を駆動して暖房運転を行う場合と、貯湯タンク７０に貯留されている水を所定温度に加熱する沸き上げ運転を行う場合とを例に挙げて説明する。

【0028】

まず、室内ユニット４０を駆動して暖房運転を行う場合について説明する。使用者が室内ユニット４０のリモコン等を操作してスイッチをオンし、暖房運転を指示すると、制御手段６０は、循環ポンプ３０を所定の回転数で起動するとともに、室内ユニット側配管１２ｃに湯水が流れるように三方弁３１を切り換える。これにより、利用側熱交換器３と室内ユニット４０との間で湯水が循環する。

【0029】

また、制御手段６０は、冷媒回路１０が暖房サイクルとなるように四方弁２を切り換える。具体的には、制御手段６０は、圧縮機１の吐出側と利用側熱交換器３とが接続されるよう、また、圧縮機１の吸入側と熱源側熱交換器５とが接続されるよう、四方弁２を切り換えることによって、利用側熱交換器３が凝縮器として機能するように、また、熱源側熱交換器５が蒸発器として機能するようにする。

【0030】

次に、制御手段６０は、圧縮機１およびファン７を所定の回転数で起動してヒートポンプサイクル装置１００の暖房運転を開始する。制御手段６０は、出口水温センサ５７で検出された現在の水温、つまり、利用側熱交換器３で加熱された水の温度が、使用者が設定した暖房運転の目標温度である設定温度に対応する水温となるように圧縮機１の回転数を決定し、これに応じた圧縮機１の駆動制御を行う。圧縮機１から吐出された冷媒は四方弁２を通過し、利用側熱交換器３で水と熱交換して凝縮し、さらに膨張弁４で減圧されて熱源側熱交換器５で外気と熱交換して蒸発し、圧縮機１に吸入されて再び圧縮機１で圧縮される過程を繰り返す。

【0031】

一方、利用側熱交換器３で所定温度に加熱された湯水は、循環ポンプ３０の駆動によって給湯配管１２ａに流出し、三方弁３１を介して室内ユニット側配管１２ｃを流れて室内ユニット４０に流入する。室内ユニット４０が設置されている部屋は、室内ユニット４０（を流れる湯水）の放熱によって暖房される。室内ユニット４０から流出した湯水は、接続点１３、循環ポンプ３０を介して利用側熱交換器３に流入し、再び冷媒と熱交換を行って加熱される。

【0032】

次に、沸き上げ運転を行う場合について説明する。尚、沸き上げ運転時の冷媒回路１０の状態や冷媒の流れについては上述した暖房運転時と同じであるため、詳細な説明は省略する。また、以下の説明では、貯湯タンク温度センサ５８で検出した温度を貯湯タンク温度Ｔｓ、使用者による設定等によって予め定められている貯湯タンク７０に貯留する湯水の温度を目標貯湯タンク温度Ｔｓａとする。

【0033】

貯湯タンク７０に貯留されている湯水は、給湯口７３から流出することによって減少する。入水口７２には前述したように水道管が直結されているので、水道管の水圧によって貯湯タンク７０には、減少した分だけ入水口７２から水が供給される。これにより、貯湯タンク７０に貯留されている湯水の温度は低下する。

【0034】

制御手段６０は、貯湯タンク７０に貯留されている湯水の温度として、貯湯タンク温度センサ５８で検出した貯湯タンク温度Ｔｓを常時監視しており、取り込んだ貯湯タンク温度Ｔｓが、目標貯湯タンク温度Ｔｓａから予め定められた所定温度（例えば、５℃）低い温度（以後、沸き上げ開始温度Ｔｓｆと記載）以下となれば、貯湯タンク７０に貯留されている湯水の温度を目標貯湯タンク温度Ｔｓａとするために沸き上げ運転を開始する。

【0035】

制御手段６０は、循環ポンプ３０を所定回転数で起動するとともに、貯湯タンク側配管１２ｂに水が流れるように三方弁３１を切り換える。これにより、利用側熱交換器３と貯湯タンク７０との間で湯水が循環する。利用側熱交換器３で加熱された湯水は、循環ポンプ３０の運転によって利用側熱交換器３から給湯配管１２ａに流出し、三方弁３１を介して貯湯タンク側配管１２ｂを流れて貯湯タンク７０内部に配置されている熱交換部７１に流入する。貯湯タンク７０に貯留されている水は、熱交換部７１を流れる湯水によって加熱される。熱交換部７１から流出した湯水は、接続点１３、循環ポンプ３０を介して利用側熱交換器３に流入し、再び冷媒と熱交換を行って加熱される。

【0036】

以上説明した沸き上げ運転を行っているとき、貯湯タンク温度Ｔｓが目標貯湯タンク温度Ｔｓａに近づいたときや、利用側熱交換器３に流入する水量が減少したとき等に、利用側熱交換器３における凝縮圧力が上昇して圧縮機１の吐出圧力が上昇する虞がある。また、外気温度が低いときに暖房運転や沸き上げ運転を行っている場合は、蒸発器として機能している熱源側熱交換器５での蒸発圧力が低下することによって、圧縮機１の吸入圧力が低下する虞がある。

【0037】

吐出圧力が上昇したり吸入圧力が低下したりすれば、圧縮機１の圧縮比が性能上限値以上となっている虞があり、この状態で圧縮機１の運転を続けると、圧縮機１の機構部（ベーン等）の摩耗・劣化が早くなって圧縮機１の寿命を縮める虞がある。

【0038】

通常、本実施例のようなヒートポンプサイクル装置では、例えば、圧縮機１の吐出圧力が性能上限値より所定値だけ低い吐出圧力を超えた場合や吸入圧力が性能下限値より所定値だけ高い吸入圧力を下回った場合は、圧縮機１の回転数を下降させる、あるいは、圧縮機１の運転を停止する等の保護制御を行うことによって、吐出圧力を低下させる、および、吸入圧力を上昇させることで圧縮比を性能上限値以下にまで低下させる。

【0039】

しかし、上記保護制御を行っているときは、利用側熱交換器３における凝縮能力が低下するので、その分、利用側熱交換器３で加熱される湯水の温度上昇も遅くなり、暖房運転時に室内温度が設定温度に到達するのに時間がかかったり、熱交換部７１による貯湯タンク７０内部に滞留する湯水の加熱が遅くなってしまい沸き上げ運転に時間がかかるという問題がある。従って、ヒートポンプサイクル装置１００で沸き上げ運転を行うときは、圧縮機１の圧縮比が性能上限値を超えないようにしつつ、できる限り圧縮機１の回転数を高くして圧縮機１を駆動し続けることが望ましい。

【0040】

そこで、本発明のヒートポンプサイクル装置１００では、暖房運転時や沸き上げ運転時に図２に示す回転数制御テーブル２００を用いて圧縮機１の回転数制御を行うことで、圧縮機１の圧縮比が性能上限値を超えないようにしつつ、暖房運転時の室内温度の迅速な設定温度への到達や迅速な沸き上げ運転の完了を実現している。以下、回転数制御テーブル２００を用いた圧縮機１の回転数制御について詳細に説明する。

【0041】

制御手段６０の図示しない記憶部には、図２に示す回転数制御テーブル２００が記憶されている。この回転数制御テーブル２００は、予め実施された試験の結果等に基づいて作成し制御手段６０に記憶されているものである。回転数制御テーブル２００は、縦軸が後述する各制御領域を区画するための領域規定凝縮圧力Ｐｃｓとされており、その目盛は０ＭＰａから圧縮機１の吐出圧力の性能上限値に対応した凝縮圧力値である４．５ＭＰａ（凝縮圧力上限値）までとなっている。また、横軸が外気温度Ｔｏとされており、その目盛は、例えばヒートポンプサイクル装置１００の使用温度範囲である−２０℃から３５℃までとなっている。

【0042】

そして、図２に示すように、回転数制御テーブル２００は、凝縮圧力上限値：４．５ＭＰａ以下の凝縮圧力において、所定外気温度である−５℃を境に温度が高い方をゾーン１、温度の低い方をゾーン２に分け、各ゾーンにおいて領域規定凝縮圧力Ｐｃｓの低い方から順に、圧縮機１の回転数上昇を許可する圧縮機回転数上昇許可領域、圧縮機１の回転数上昇を禁止する圧縮機回転数上昇禁止領域、圧縮機１の回転数を下降させる圧縮機回転数下降領域、に凝縮圧力により区画している。

【0043】

次に、ゾーン１、ゾーン２の順で、各ゾーンについて詳細に説明する。ゾーン１では、図２に示すように、領域規定凝縮圧力Ｐｃｓが第１閾値である３．７ＭＰａまでの領域を圧縮機回転数上昇許可領域、３．７ＭＰａ以上３．８ＭＰａ未満の領域を圧縮機回転数上昇禁止領域、３．８ＭＰａ以上４．５ＭＰａ未満の領域を圧縮機回転数下降領域としている。そして、圧縮機回転数上昇禁止領域では、圧縮機１の回転数上昇を禁止する制御Ｄが定められており、圧縮機回転数下降領域では、圧縮機１の回転数を所定の回転周波数下降率（例えば、−１．０Ｈｚ／秒）で下降させる制御Ｅが定められている。

【0044】

また、圧縮機回転数上昇領域は、領域規定凝縮圧力Ｐｃｓによりさらに３つの領域に区画されており、領域規定凝縮圧力Ｐｃｓが０ＭＰａ以上３．０ＭＰａ未満の領域では、圧縮機１の回転周波数上昇率を０．３Ｈｚ／秒とした制御Ａが、３．０ＭＰａ以上３．５ＭＰａ未満の領域では、圧縮機１の回転周波数上昇率を０．２Ｈｚ／秒とした制御Ｂが、３．５ＭＰａ以上３．７ＭＰａ未満の領域では、圧縮機１の回転周波数上昇率を０．１Ｈｚ／秒とした制御Ｃが、それぞれ定められている。尚、上記３．０ＭＰａや３．５ＭＰａが本発明の第２閾値である。

【0045】

前述したように、暖房運転や沸き上げ運転を行っているときは、圧縮機１の圧縮比が性能上限値を超えないようにしつつ、できる限り圧縮機１の回転数を高くして圧縮機１を駆動し続けることが望ましい。つまり、上記ゾーン１においては、凝縮圧力が上昇しても制御Ｄを行う圧縮機回転数上昇禁止領域に凝縮圧力が留まるよう制御すれば、凝縮圧力が３．８ＭＰａ未満に収まり、凝縮圧力が圧縮機回転数下降領域を規定する凝縮圧力となって、圧縮機１の回転数を下降させる制御（制御Ｅ）を行わずに済む。

【0046】

一方で、凝縮圧力を圧縮機回転数上昇禁止領域を規定する値に上昇させるまでの圧縮機１の回転数制御を、凝縮圧力の上昇に応じて圧縮機回転数上昇許可領域で定めた制御Ａ、制御Ｂ、制御Ｃの順に行う。これにより、回転数の上昇速度が徐々に遅くなって凝縮圧力が３．８ＭＰａ以上にオーバーシュートすることを抑制できるので、凝縮圧力が圧縮機回転数上昇禁止領域に確実に留まるよう制御することができる。

【0047】

尚、圧縮機回転数上昇禁止領域で実行する制御Ｄは、圧縮機１の回転数上昇を禁止する制御であり、回転数を上昇させることによって凝縮圧力が３．８ＭＰａ以上とならないようにしている。また、圧縮機回転数下降領域で実行する制御Ｅは、圧縮機１の回転周波数を所定速度で下降させる（本実施例では、１秒間に１．０Ｈｚの速度で下降させる）制御であり、凝縮圧力が凝縮圧力上限値である４．５ＭＰａに到達して圧縮機１を停止する（圧縮機停止制御を実行する）ことにならないようにしている。

【0048】

一方、ゾーン２は、領域規定凝縮圧力Ｐｃｓの低い方から順に、圧縮機回転数上昇許可領域、圧縮機回転数上昇禁止領域、圧縮機回転数下降領域、に凝縮圧力により区画している点はゾーン１と同じであるが、各領域を区画する領域規定凝縮圧力（第１閾値や第２閾値）を、外気温度に応じて異ならせている。

【0049】

具体的には、ゾーン２における各領域を区画する領域規定凝縮圧力Ｐｃｓは、予め定められた所定の計算式によって算出され、本実施例では、外気温度が１℃変化する毎に領域規定凝縮圧力Ｐｃｓを０．１ＭＰａ変化させる（図２に記載の、０．１ＭＰａ／℃）。

【0050】

例えば、圧縮機回転数上昇許可領域を区画する領域規定凝縮圧力Ｐｃｓは、ゾーン１で３．７ＭＰａであったものが外気温度：−２０℃では、２．２ＭＰａ（３．７ＭＰａ−０．１ＭＰａ×１５℃、で計算）となっている。また、圧縮機回転数上昇禁止領域を区画する領域規定凝縮圧力Ｐｃｓは、ゾーン１で３．８ＭＰａであったものが外気温度：−２０℃では、２．３ＭＰａ（３．８ＭＰａ−０．１ＭＰａ×１５℃、で計算）となっている。

【0051】

従って、ゾーン２では、図２に示すように、例えば外気温度が−２０℃のとき、領域規定凝縮圧力Ｐｃｓが０ＭＰａ以上２．２ＭＰａ未満の領域を圧縮機回転数上昇許可領域（２．２ＭＰａが第１閾値）、２．２ＭＰａ以上２．３ＭＰａ未満の領域を圧縮機回転数上昇禁止領域、２．３ＭＰａ以上４．５ＭＰａ未満の領域を圧縮機回転数下降領域としている。そして、ゾーン１の場合と同様に、圧縮機回転数上昇禁止領域では、圧縮機１の回転数上昇を禁止する制御Ｄが定められており、圧縮機回転数下降領域では、圧縮機１の回転周波数を所定の下降率（例えば、−１．０ｒｐｓ／秒）で下降させる制御Ｅが定められている。

【0052】

また、圧縮機回転数下降領域では、ゾーン１と同様に領域規定凝縮圧力Ｐｃｓによりさらに３つの領域に区画されているが、各々の領域を区画する領域規定凝縮圧力Ｐｃｓは、ゾーン１で３．０ＭＰａであったものが外気温度：−２０℃では、１．５ＭＰａ（３．１ＭＰａ−０．１ＭＰａ×１５℃、で計算）、ゾーン１で３．５ＭＰａであったものが外気温度：−２０℃では、２．０ＭＰａ（３．５ＭＰａ−０．１ＭＰａ×１５℃、で計算）となっている。尚、上記１．５ＭＰａや２．０ＭＰａが本発明の第２閾値である。

【0053】

これにより、上記３つの領域は、領域規定凝縮圧力Ｐｃｓが０ＭＰａ以上１．５ＭＰａ未満の領域では、圧縮機１の回転周波数上昇率を０．３Ｈｚ／秒とした制御Ａが、１．５ＭＰａ以上２．０ＭＰａ未満の領域では、圧縮機１の回転周波数上昇率を０．２Ｈｚ／秒とした制御Ｂが、２．２ＭＰａ以上２．４ＭＰａ未満の領域では、圧縮機１の回転周波数上昇率を０．１Ｈｚ／秒とした制御Ｃが、それぞれ定められている。

【0054】

外気温度が低いとき（本実施例では、外気温度が−５℃以下であるとき）は、蒸発器として機能している熱源側熱交換器５における蒸発圧力が低下し、これにより圧縮機１の吸入圧力も低下する。このとき、ゾーン１で定めている各領域を区画する領域規定凝縮圧力Ｐｃｓで各制御Ａ〜Ｅを実行すれば、吐出圧力と吸入圧力との差が大きくなって圧縮機１の圧縮比が性能上限値を超えてしまう虞がある。

【0055】

そこで、本実施例では、回転数制御テーブル２００において、外気温度が−５℃以下の低外気温度時は、外気温度に応じて各制御Ａ〜Ｅを実行する領域を区画する領域規定凝縮圧力Ｐｃｓを変化させている。これにより、低外気温度時の沸き上げ運転において、圧縮機１の圧縮比が性能上限値を超えないよう制御しつつ、できる限り圧縮機１を高回転で駆動して暖房運転時の室内温度が設定温度に到達する時間や沸き上げ時間の短縮を実現している。

【0056】

尚、以上説明した回転数制御テーブル２００では、ゾーン１の各領域規定凝縮圧力Ｐｃｓの圧力差を、ゾーン２についてもそのまま適用している（例えば、ゾーン１における第１閾値：３．７ＭＰａと第２閾値：３．５ＭＰａとの圧力差は０．２ＭＰａであり、ゾーン２における第１閾値：２．２ＭＰａと第２閾値：２．０ＭＰａとの圧力差も同じく０．２ＭＰａとしている）が、これに限るものではなく、ゾーン２における各領域規定凝縮圧力Ｐｃｓの差はゾーン１に関係なく外気温度に応じて定めてもよい。

【0057】

次に、図３に示すフローチャートを用いて、回転数制御テーブル２００を使用した圧縮機１の制御について説明する。図３に示すフローチャートは、ヒートポンプサイクル装置１００で暖房運転や沸き上げ運転を行うときの圧縮機１の回転数制御に関する処理の流れを示すものであり、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。尚、室内ユニット４０を用いた暖房運転や、熱源側熱交換器５の除霜運転等、本発明に関わる処理以外の、ヒートポンプサイクル装置１００の一般的な制御に関しては、説明を省略する。

【0058】

また、以下の説明では、上述した貯湯タンク温度Ｔｓ、目標貯湯タンク温度Ｔｓａ、沸き上げ開始温度Ｔｓｆ、外気温度Ｔｏ、領域規定凝縮圧力Ｐｃｓに加えて、圧力センサ５０で検出する利用側熱交換器３における凝縮圧力を凝縮圧力Ｐｃとして説明する。制御手段６０は、上記各パラメータのうち領域規定凝縮圧力Ｐｃｓ以外のパラメータについては、定期的（例えば、１０秒毎）に取り込んでいる。

【0059】

制御手段６０は、使用者から冷房運転の指示があるか否かを判断する（ＳＴ１）。冷房運転の指示があれば（ＳＴ１−Ｙｅｓ）、制御手段６０は、三方弁３１を切り換えて室内ユニット４０に利用側熱交換器３で冷却された水が流れるようにし、また、循環ポンプ３０を所定回転数で駆動するとともに、四方弁２を切り換えて冷媒回路１０を冷房サイクルとなるようにして圧縮機１やファン７を所定回転数で駆動し、膨張弁４を所定開度として冷房運転を開始する（ＳＴ１０）。そして、制御手段６０は、ＳＴ１に処理を戻す。

【0060】

ＳＴ１において、冷房運転の指示がなければ（ＳＴ１−Ｎｏ）、制御手段６０は、暖房運転の指示があるか、あるいは、貯湯タンク温度センサ５８から取り込んだ貯湯タンク温度Ｔｓが沸き上げ開始温度Ｔｓｆ以下であるか否かを判断する（ＳＴ２）。暖房運転の指示がなければ、あるいは、貯湯タンク温度Ｔｓが沸き上げ開始温度Ｔｓｆ以下でなければ（ＳＴ２−Ｎｏ）、制御手段６０は、ＳＴ１に処理を戻す。暖房運転の指示があれば、あるいは、貯湯タンク温度Ｔｓが沸き上げ開始温度Ｔｓｆ以下であれば（ＳＴ２−Ｙｅｓ）、制御手段６０は、三方弁３１を切り換えて室内ユニットもしくは貯湯タンク７０に利用側熱交換器３で加熱された湯水が流れるようにし、また、四方弁２を制御して冷媒回路１０を暖房サイクルとするとともに、圧縮機１やファン７を所定回転数で駆動し、膨張弁４を所定開度として、暖房運転あるいは沸き上げ運転を開始する（ＳＴ３）。

【0061】

次に、制御手段６０は、外気温度センサ５５で検出した外気温度Ｔｏと、圧力センサ５０で検出した凝縮圧力Ｐｃとを取り込む（ＳＴ４）。次に、制御手段６０は、取り込んだ外気温度Ｔｏが−５℃未満であるか否かを判断する（ＳＴ５）。

【0062】

外気温度Ｔｏが−５℃未満でなければ（ＳＴ５−Ｎｏ）、制御手段６０は、回転数制御テーブル２００のゾーン１を参照して圧縮機１の回転数を制御し（ＳＴ１１）、ＳＴ８に処理を進める。外気温度Ｔｏが−５℃未満であれば（ＳＴ５−Ｙｅｓ）、制御手段６０は、回転数制御テーブル２００のゾーン２において各制御領域を規定する領域規定凝縮圧力Ｐｃｓを算出し（ＳＴ６）、ゾーン２を参照して圧縮機１の回転数を制御し（ＳＴ７）、ＳＴ８に処理を進める。

【0063】

ＳＴ７やＳＴ１１において、制御手段６０は、ＳＴ５で取り込んだ外気温度Ｔｏと凝縮圧力Ｐｃとから、現在の状態が回転数制御テーブル２００におけるゾーン１やゾーン２のどの領域に該当するかを確認し、該当する領域に対応する制御（制御Ａ〜Ｅ）を抽出して実行する。例えば、取り込んだ凝縮圧力が２．３ＭＰａであった場合に外気温度が１０℃であれば、制御手段６０は、現在の状態がゾーン１にあると判断し、回転数制御テーブル２００のゾーン１を参照して、圧縮機１の回転数制御として「制御Ａ」を抽出して実行する。

【0064】

また、例えば、取り込んだ凝縮圧力が２．３ＭＰａであった場合に外気温度が−１７℃であれば、制御手段６０は、現在の状態がゾーン２にあると判断し、各領域を規定する領域規定凝縮圧力Ｐｃｓを算出し（この場合、領域規定凝縮圧力Ｐｃｓは、ゾーン１における各領域規定凝縮圧力Ｐｃから各々１．２ＭＰａを引いた値となり、低い方から順に、１．８ＭＰａ、２．３ＭＰａ、２．５ＭＰａ、および２．６ＭＰａとなる）、次に回転数制御テーブル２００のゾーン２を参照して、適用する圧縮機１の回転数制御を抽出する。この場合は、取り込んだ凝縮圧力が２．３ＭＰａであるため、制御手段６０は、圧縮機１の回転数制御として「制御Ｂ」を抽出して実行する。

【0065】

ＳＴ７やＳＴ１１の処理を行った制御手段６０は、取り込んだ凝縮圧力Ｐｃが凝縮圧力上限値である４．５ＭＰａ以上であるか否かを判断する（ＳＴ８）。前述したように、凝縮圧力上限値は圧縮機１の吐出圧力の性能上限値に対応した凝縮圧力値であり、凝縮圧力が凝縮圧力上限値以上となれば、圧縮機１の吐出圧力が性能上限値を超えている虞がある。

【0066】

従って、制御手段６０は、取り込んだ凝縮圧力Ｐｃが４．５ＭＰａ以上であれば（ＳＴ８−Ｙｅｓ）、圧縮機１の運転を停止し（ＳＴ９）、処理を終了する。これにより、吐出圧力の上昇に起因する圧縮機１の寿命低下を防いでいる。

【0067】

また、取り込んだ凝縮圧力Ｐｃが４．５ＭＰａ以上でなければ（ＳＴ８−Ｎｏ）、制御手段６０は、暖房運転の終了指示があるか、あるいは、貯湯タンク温度Ｔｓが目標貯湯タンク温度Ｔｓａ以上となったか否かを判断する（ＳＴ１２）。暖房運転の終了指示がなければ、あるいは、貯湯タンク温度Ｔｓが目標貯湯タンク温度Ｔｓａ以上となっていなければ（ＳＴ１２−Ｎｏ）、制御手段６０は、ＳＴ３に処理を戻して暖房運転あるいは沸き上げ運転を継続する。暖房運転の終了指示があれば、あるいは、貯湯タンク温度Ｔｓが目標貯湯タンク温度Ｔｓａ以上となっていれば（ＳＴ１２−Ｙｅｓ）、制御手段６０は、暖房運転あるいは沸き上げ運転を終了して（ＳＴ１３）、ＳＴ１に処理を戻す。

【0068】

以上説明した通り、本発明のヒートポンプサイクル装置は、回転数制御テーブル２００を参照し、暖房運転時や沸き上げ運転時に凝縮圧力Ｐｃに応じて圧縮機１の回転数制御を行うので、圧縮比が性能上限値を超えないようにしつつ暖房運転や迅速な沸き上げ運転が行える。また、所定外気温度以下では、外気温度Ｔｏに応じて、回転数制御テーブル２００の第１閾値（３．７ＭＰａ）や第２閾値（３．０−ＭＰａと３．５ＭＰａ）を所定の割合（０．１ＭＰａ／℃）で変化させるので、外気温度Ｔｏが低いときでも圧縮比が性能上限値を超えないよう圧縮機１を制御することができる。

【符号の説明】

【0069】

１ 圧縮機
２ 四方弁
３ 利用側熱交換器
５ 熱源側熱交換器
１０ 冷媒回路
１２ 給湯回路
４０ 室内ユニット
５０ 圧力センサ
５５ 外気温度センサ
５８ 貯湯タンク温度センサ
６０ 制御手段
７０ 貯湯タンク
８０ 冷媒の流れ
９０ 湯の流れ
１００ ヒートポンプサイクル装置
２００ 回転数制御テーブル
Ｔｓ 貯湯タンク温度
Ｔｓａ 目標貯湯タンク温度
Ｔｓｆ 沸き上げ開始温度
Ｔｏ 外気温度
Ｐｃ 凝縮圧力
Ｐｃｓ 領域規定凝縮圧力

【図1】

【図2】

【図3】