特許 6880650 ヒートポンプ装置

(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】6880650

(24)【登録日】2021年5月10日

(45)【発行日】2021年6月2日

(54)【発明の名称】ヒートポンプ装置

(51)【国際特許分類】

   F25B 49/02 20060101AFI20210524BHJP

   F25B 30/02 20060101ALI20210524BHJP

   F25B 1/00 20060101ALI20210524BHJP

   F24H 4/02 20060101ALI20210524BHJP

【ＦＩ】

   F25B49/02 560

   F25B30/02 J

   F25B1/00 371Z

   F24H4/02 H

【請求項の数】7

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2016-208376(P2016-208376)

(22)【出願日】2016年10月25日

(65)【公開番号】特開2018-71813(P2018-71813A)

(43)【公開日】2018年5月10日

【審査請求日】2019年9月13日

(73)【特許権者】

【識別番号】000005234

【氏名又は名称】富士電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100161562

【弁理士】

【氏名又は名称】阪本 朗

(72)【発明者】

【氏名】因 道伸

【審査官】 庭月野 恭

(56)【参考文献】

【文献】 特許第５９００６９０（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】 特開２００７−１９８７０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２８１６８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−２９３８７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−００７４２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０６−２１３４９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−２１１３０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１６７８９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭６２−１３２３７７（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開平０５−２０３２３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０６−０７４５７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１５／００６６２１７（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２５Ｂ １／００

Ｆ２５Ｂ ３０／０２

Ｆ２５Ｂ ４９／０２

Ｆ２４Ｈ ４／０２

Ｈ０２Ｍ ７／４８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

圧縮機、凝縮器、膨張機構および蒸発器を環状に接続し、前記蒸発器で外部熱源から熱を回収し前記凝縮器で被加熱媒体を加熱するヒートポンプ部と、前記ヒートポンプ部の運転を制御する制御部と、前記制御部を構成する電装部品を収納した電装ボックスと、前記ヒートポンプ部および前記電装ボックスを内部に収容する筐体と、を備えたヒートポンプ装置であって、
前記電装ボックス内の温度を測定する電装ボックス温度測定手段を備え、
前記制御部は、通常運転モード時に前記電装ボックス内の温度が第１設定温度以上の場合、前記圧縮機を低出力運転モードで制御することを備え、
前記筐体内の温度を測定する筐体温度測定手段をさらに備え、
前記制御部は、前記低出力運転モード時に前記筐体内の温度が第２設定温度未満の場合、前記圧縮機を通常運転モードで制御することを特徴とするヒートポンプ装置。

【請求項2】

前記第２設定温度は、前記第１設定温度よりも高いことを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ装置。

【請求項3】

前記制御部は、前記筐体内の温度が前記第２設定温度よりも高い筐体側停止温度以上の場合、前記圧縮機を停止させることを特徴とする請求項１または２に記載のヒートポンプ装置。

【請求項4】

前記筐体内の温度を測定する筐体温度測定手段をさらに備え、
前記制御部は、前記低出力運転モード時に前記筐体内の温度から前記電装ボックス内の温度を引いた温度差が正の温度差設定値未満の場合に、前記圧縮機を通常運転モードで制御することを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ装置。

【請求項5】

前記制御部は、前記通常運転モード時に前記温度差が負の場合に、前記圧縮機を停止させることを特徴とする請求項４に記載のヒートポンプ装置。

【請求項6】

前記電装ボックス内の空気を前記筐体内に排出する１台以上のボックスファンを備え、
前記制御部は、前記通常運転モード時に前記電装ボックス内の温度が前記第１設定温度以上の場合、前記ボックスファンの運転台数を増加させ、所定時間経過後も前記電装ボックス内の温度が前記第１設定温度以上の場合、前記圧縮機を低出力運転モードで制御することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のヒートポンプ装置。

【請求項7】

前記制御部は、前記低出力運転モード時に前記電装ボックス内の温度が前記第１設定温度未満の場合、前記圧縮機を通常運転モードで制御し、前記通常運転モード時に前記電装ボックス内の温度が前記第１設定温度未満の場合、前記ボックスファンの運転台数を減少させることを特徴とする請求項６に記載のヒートポンプ装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、外部熱源から熱を回収して被加熱媒体を加熱するヒートポンプ装置に関する。

【背景技術】

【0002】

一般的なヒートポンプ装置には、制御部の温度があらかじめ設定した範囲外となった場合に圧縮機などを停止制御する制御装置が搭載されている。しかし、ヒートポンプ装置は起動に長い時間を要するため、頻繁な起動停止を繰り返すと運転効率が大きく低下する一方、起動停止頻度を下げるために正常動作温度範囲を広くすると、適切に異常を検知できない恐れがある。
特許文献１では、温度測定値および温度変化量の双方に基づいて温度異常を判断し、圧縮機の駆動を制御することで、温度測定値異常の履歴を残しながら運転制御の継続を可能としたヒートポンプ給湯器について開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１３−１９０１１７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、制御部とヒートポンプ部とが同一筐体に収納された一体化構造のヒートポンプ装置では、制御部がヒートポンプ部と隣接して配置されるため、制御部の温度はヒートポンプ部の温度に大きく影響される。このため単位時間あたりの温度変化量が大きくなり、温度測定値と温度変化量の双方を制御に用いても、適切に運転を継続することができない。また、温水や蒸気を扱うヒートポンプ装置の場合は、ヒートポンプ部が高温となりやすいため、制御部の温度変化が特に顕著となる。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、制御部とヒートポンプ部とを一体化した構造のヒートポンプ装置においても、制御部の温度上昇に対する装置の制御を適切に行うことを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明にかかるヒートポンプ装置は、圧縮機、凝縮器、膨張機構および蒸発器を環状に接続し、前記蒸発器で外部熱源から熱を回収し前記凝縮器で被加熱媒体を加熱するヒートポンプ部と、前記ヒートポンプ部の運転を制御する制御部と、前記制御部を構成する電装部品を収納した電装ボックスと、前記ヒートポンプ部および前記電装ボックスを内部に収容する筐体と、を備えたヒートポンプ装置であって、前記電装ボックス内の温度を測定する電装ボックス温度測定手段を備え、前記制御部は、通常運転モード時に前記電装ボックス内の温度が第１設定温度以上の場合、前記圧縮機を低出力運転モードに制御することを特徴とする。

【発明の効果】

【0006】

本発明によれば、制御部とヒートポンプ部とを一体化した構造のヒートポンプ装置においても、制御部の温度上昇に対する装置の制御を適切に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】本発明の一実施形態に係るヒートポンプ装置の外観構造を示す斜視図であり、図１（Ａ）は正面側、図１（Ｂ）は背面側から見た図である。

【図2】図１に示すヒートポンプ装置の回路構造を模式的に示す構成図である。

【図3】図１に示す筐体の内部構造を模式的に示す側面断面図である。

【図4】本発明の第１の実施形態に係る制御部の制御処理を示すフローチャートである。

【図5】本発明の第２の実施形態に係る制御部の制御処理を示すフローチャートである。

【図6】本発明の第３の実施形態に係る制御部の制御処理を示すフローチャートである。

【図7】本発明の変形例に係る筐体排気口の構成例を示す側面断面図である。

【図8】本発明の変形例に係るボックス排気口の構成例を示す側面断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、本発明に係るヒートポンプ装置について好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るヒートポンプ装置１２の外観構造を示す斜視図であり、図１（Ａ）は、正面側から見た図であり、図１（Ｂ）は、背面側から見た図である。ヒートポンプ装置１２は、工場排水等の温水から回収した排熱を利用して水蒸気を生成するシステムであり、生成した水蒸気は乾燥装置や殺菌装置等の外部の蒸気利用設備に送られる。

【0009】

まず、ヒートポンプ装置１２の回路構造の構成例について説明する。
図２に示すように、ヒートポンプ装置１２は、温水供給部１６によって供給される温水（熱源温水）から熱を回収するヒートポンプサイクル１８と、ヒートポンプサイクル１８で回収した熱で水を蒸発させて水蒸気を生成し、外部へと送り出す蒸気生成部２０とからなるヒートポンプ部２２と、システムの制御を行う制御部３０とを備える。
ヒートポンプ部サイクル１８は、冷媒を圧縮する圧縮機３１と、圧縮機３１で圧縮された冷媒を凝縮させる凝縮器３２と、凝縮器３２を出た冷媒を減圧する膨張機構３４と、温水から熱を回収して冷媒を蒸発させる蒸発器３６とを冷媒配管３７を用いて環状に接続し、冷媒を循環させる。本実施形態では、凝縮器３２の出口側と膨張機構３４の入口側との間に給水を予備加熱する加熱器３８を接続している。膨張機構３４は、例えば電子膨張弁であり、制御部３０の制御下に開度を調整可能である。
圧縮機３１で圧縮されて高温高圧となった冷媒は、凝縮器３２で蒸気生成部２０を循環する水と熱交換して冷却され凝縮する。凝縮器３２を出た冷媒は、加熱器３８で給水管（給水経路）４０ａを流れる水を予熱してさらに冷却された後、膨張機構３４で断熱膨張され、蒸発器３６で温水供給部１６を流れる温水から吸熱して蒸発して圧縮機３２に戻る。
圧縮機３１は、制御部３０の制御下に、その吸入側や吐出側の冷媒の圧力及び温度に基づきインバータを介してその運転回転数が制御される。

【0010】

蒸気生成部２０は、ヒートポンプサイクル１８を循環する冷媒を熱源として水を蒸発させて蒸気を生成する凝縮器３２と、凝縮器３２で生成される水蒸気と水を含む気液二相流を蒸気と水とに分離する水蒸気分離器４１と、水蒸気分離器４１で分離された水を給水管４０ａから供給される被加熱水と合流させて凝縮器３２に導入する循環管４０ｂと、凝縮器３２からの気液二相流を水蒸気分離器４１へと導く蒸気管４０ｃと、水蒸気分離器４１で分離された蒸気を外部の蒸気利用設備へと送り出す送出管４０ｄとを有する。
水蒸気分離器４１は、鉛直方向に沿った円筒状容器で構成され、下端壁に接続された循環管４０ｂに接続された給水管４０ａから水が給水補給されることで容器内部に水を貯留する。給水管４０ａは、図示しない水道管や水タンクからの水（被加熱水）を給水ポンプ４７によって循環管４０ｂまで導入する。給水ポンプ４７は制御部３０によって運転制御される。循環管４０ｂは、水蒸気分離器４１の下端壁から凝縮器３２までを連通する経路である。蒸気管４０ｃは、凝縮器３２から水蒸気分離器４１の上部側壁までを連通し、気液二相流が流通する経路である。

【0011】

送出管４０ｄは、水蒸気分離器４１の上端壁に接続され、蒸気管４０ｃから当該水蒸気分離器４１内に供給され、ここで水が分離された後の蒸気を外部に送り出す経路である。送出管４０ｄには、制御部３０の制御下にその開度が適宜調整されることにより、当該ヒートポンプ装置１２から外部に送り出される蒸気の流量や圧力を制御する蒸気調整弁４８が設けられている。

【0012】

蒸気生成部２０では、水蒸気分離器４１の水面と凝縮器３２の水面との高低差により、水蒸気分離器４１から凝縮器３２へと循環管４０ｂを介して水が供給されると共に、凝縮器３２で生成された水蒸気が蒸気管４０ｃから水蒸気分離器４１を介して送出管４０ｄへと送り出されるサーモサイフォン回路が形成される。その結果、循環管４０ｂ、蒸気管４０ｃ及び水蒸気分離器４１で形成される水循環系統内に循環ポンプ等の動力源を設けることなく、水を循環させることができる。以下では、水が液相から気相に相変化しつつ流通する給水管４０ａ、循環管４０ｂ、蒸気管４０ｃ及び送出管４０ｄについて、まとめて水配管４０と呼ぶこともある。

【0013】

温水供給部１６は、蒸発器３６に温水を供給する温水供給経路１６ａと、蒸発器３６から温水を排出する温水排出経路１６ｂとを有する。温水供給経路１６ａには、外部の温水タンク等の温水供給源から供給される温水を所定の流量で送水する図示しない温水ポンプが設けられる。

【0014】

本実施形態に係るヒートポンプ装置１２では、このような蒸気生成部２０、温水供給部１６及びヒートポンプサイクル１８を構成する各要素を筐体１４の内部に収容している（図１参照）。

【0015】

そこで、次に、筐体１４の内部構造について図３を用いて説明する。
図３は、図１に示す筐体１４の内部構造を模式的に示す側面断面図である。 図１（Ａ）、図１（Ｂ）、図３に示すように、筐体１４は、脚部４９を介して地面や床面上に設置される箱状構造であり、正面に設けられた開口を扉５０によって開閉可能である一方、正面以外の５面（上面、底面、背面、左右側面）がパネル５２によって閉塞されている。筐体１４の内部には、温水供給部１６とヒートポンプ部２２を構成する各機器や配管等が収容されている。

【0016】

図３に示すように、ヒートポンプ部２２では、圧縮機３１およびその駆動用のモータ３１ｍが筐体１４の底面上で正面側（扉５０側）に沿って左右に並んで配置され、凝縮器３２が筐体１４の底面上で圧縮機３１の背面側に配置されている。一方、蒸発器３６および加熱器３８は筐体１４の天面と床面との間となる高さ位置に梁材等を用いて並んで配設されている。さらに、このように配置されたヒートポンプ部２２の各機器を接続する冷媒配管３７（図示省略）は、その大部分が筐体１４内で天面と床面との間となる高さ位置に配設されている。本実施形態では、別体のモータ３１ｍからの動力がベルトを介して伝達される開放型構造の圧縮機３１を用いているが、モータ３１ｍを一体に組み込んだ密閉型構造の圧縮機を用いてもよい。

【0017】

また、蒸気生成部２０では、給水ポンプ４７が筐体１４の底面上でモータ３１ｍの背面側に配置されている。一方、水蒸気分離器４１は筐体１４の天面と床面との間となる高さ位置に梁材等を用いて配設され、凝縮器３２の上方に位置している。また、このように配置された蒸気生成部２０の各機器を接続する水配管４０（４０ａ〜４０ｄ、４０ｂおよび４０ｃは図示省略）は、その大部分が筐体１４内で天面と床面との間となる高さ位置に配設されている。

【0018】

図示はしていないが、温水供給部１６の温水供給経路１６ａおよび温水排出経路１６ｂも筐体１４外から筐体１４内へと配設され、筐体１４内の高位置に設置された蒸発器３６に接続されている。なお、本実施形態では、水蒸気分離器４１、蒸発器３６、凝縮器３２、水配管４０および冷媒配管３７を適宜断熱材で覆っており、温水供給経路１６ａおよび温水排出経路１６ｂについても同様に断熱材で覆っている。
図１および図３に示すように、このような筐体１４の正面壁となる扉５０には、操作者が当該ヒートポンプ装置１２の制御部３０に対する各種設定や運転指令等を行う際に操作する操作盤５４が設けられている。また、扉５０の内面には、制御部３０を構成する電装部品５５を収納した電装ボックス５６が取り付けられている。すなわち、電装ボックス５６は筐体１４の内部に設置されているが、電装部品５５は電装ボックス５６の壁面によってヒートポンプ部２２を構成する機器と隔てられている。

【0019】

図１および図３に示すように、筐体１４では、その正面壁となる扉５０の略中央に外部の空気を吸入するボックス吸気口５８が設けられ、筐体１４の背面壁となるパネル５２の下部に外部の空気を吸入する筐体吸気口５９が設けられ、筐体１４の背面壁となるパネル５２の上部に外部へと空気を排出する筐体排気口６０が設けられている。なお、筐体吸気口５９および筐体排気口６０は筐体１４の背面壁に設けられているが、側面壁のパネル５２に設けてもよい。

【0020】

筐体吸気口５９の近傍には、該筐体吸気口５９から外気を吸入するための筐体吸気ファン６２が設けられている。筐体排気口６０の近傍には、該筐体排気口６０から外気を排出するための筐体排気ファン６３が設けられている。筐体排気ファン６３は１つの筐体排気口６０に対して左右一対設けられている。筐体排気口６０の外面側には庇部材６１が設けられており、筐体排気口６０から筐体１４内への雨水等の浸入を防止している。

【0021】

ボックス吸気口５８は、扉５０の略中央やや下寄りの位置に設けられている。ボックス吸気口５８は、扉５０の内面と電装ボックス５６との間に形成された空隙であるダクト領域Ｄを介して電装ボックス５６内へと外気を取り入れる吸気口である。電装ボックス５６の背面上部には筐体１４内に開口するボックス排気口６４が設けられている。ボックス排気口６４の近傍には、ボックス吸気口５８からダクト領域Ｄおよび電装ボックス５６内へと外気を吸入し、該ボックス排気口６４から筐体１４内へと排出するボックスファン６５およびボックス吸気口５８を通過する空気の温度を測定するボックス温度センサ５７ａが設けられている。ボックス排気口６４およびボックスファン６５は電装ボックス５６上部で左右一対設けられており、電装ボックス５６内へと外気を供給するボックス吸気口５８より上部に配置されている。なお、ボックス排気口６４は電装ボックス５６の背面に設けられているが、側面に設けてもよい。

【0022】

このようなヒートポンプ装置１２では、その運転時に筐体吸気ファン６２、ボックスファン６５および筐体排気ファン６３が駆動される。これにより、図３に示すように、筐体吸気ファン６２によって筐体吸気口５９から筐体１４内に吸入された空気は、給水ポンプ４７、モータ３１ｍおよび圧縮機３１の一部を冷却しつつ、電装ボックス５６の背面壁５６ｂに沿って筐体１４内を上昇する。また、ボックスファン６５によってボックス吸気口５８から吸入される空気は、ダクト領域Ｄに流入する。このダクト領域Ｄに流入した空気はダクト領域Ｄを上昇しつつ、一部が電装ボックス５６の正面壁５６ａに形成された図示しない開口部から電装ボックス５６内へと流入し、電装部品５５を冷却し、ボックス排気口６４から筐体１４内へと排出される。そして、筐体１４内を上昇する空気と、電装ボックス５６内を冷却した空気とは、筐体１４の上部で合流し、筐体排気口６０から筐体１４外へと排出される。

【0023】

次に、本発明の第１の実施形態に係るヒートポンプ装置１２について、図４のフローチャートを用いて説明する。本フローチャートでは１サイクルのみを記載しているが、実際の制御上では、ヒートポンプ装置１２が運転している間、このサイクルが繰り返し実行される。

【0024】

ヒートポンプ装置１２の運転時、ボックス温度センサ５７ａで検出されたボックス温度Ｔａがボックス側停止温度Ｔｓ１以上（Ｓ１０１、ＮＯ）の場合、制御部３０は重故障と判断し、圧縮機３１を停止させヒートポンプ装置１２を停止させる（Ｓ１０９）。ボックス温度Ｔａがボックス側停止温度Ｔｓ１未満（Ｓ１０１、ＹＥＳ）の場合、引き続き運転モードの判定を行う（Ｓ１０２）。

【0025】

ヒートポンプ装置１２が通常運転モード時（Ｓ１０２、ＹＥＳ）は、引き続きボックス温度Ｔａが第１設定温度Ｔｃ１以上であるか否かを判定する（Ｓ１０３）。ボックス温度Ｔａが第１設定温度Ｔｃ１以上（Ｓ１０３、ＹＥＳ）の場合、制御部３０は電装ボックス内温度上昇と判断し、圧縮機３１の回転数を低下させる低出力運転モードに移行し（Ｓ１０７）、サイクルを終了する。ボックス温度Ｔａが第１設定温度Ｔｃ１未満（Ｓ１０３、ＮＯ）の場合は、通常運転モードを維持したままサイクルを終了する。低出力運転モードでは、圧縮機の回転数はあらかじめ設定した通常運転時よりも低い固定値で運転させてもよく、ボックス温度Ｔａに基づき、例えば温度が高くなるほど回転数を減少させるような制御としてもよい。なお、第１設定温度Ｔｃ１は、第１停止温度Ｔｓ１よりも低い値に設定される。

【0026】

ヒートポンプ装置１２が通常運転モードではない時（Ｓ１０２、ＮＯ）、引き続きヒートポンプ装置１２が低出力運転モードか否かを判定する（Ｓ１１１）。低出力運転モードではない場合（Ｓ１１１、ＮＯ）、つまり起動モード時や緊急制御モードなどを実行中の場合は、現状の運転モードを維持したままサイクルを終了する。低出力運転モード時（Ｓ１１１、ＹＥＳ）は、引き続きボックス温度Ｔａが第１設定温度Ｔｃ１以上か否かを判定する（Ｓ１１２）。ボックス温度Ｔａが第１設定温度Ｔｃ１未満（Ｓ１１２、ＮＯ）の場合、制御部３０は正常復旧と判断し、通常運転モードに移行する（Ｓ１１３）。ボックス温度Ｔａが第１設定温度Ｔｃ１以上（Ｓ１１２、ＹＥＳ）の場合、低出力運転モードを維持したままサイクルを終了する。

【0027】

このような構成とすることで、電装ボックス５６の温度がある程度上昇しても、低出力運転モードを実行する温度帯を設けることで、圧縮機３１の運転を停止することなく、運転を継続することができる。なお、低出力運転モード時に、給水ポンプ４７の回転数を減少させる、蒸気調整弁４８の開度を小さくする制御を併せて行ってもよく、給水ポンプ４７を停止し、蒸気調整弁４８を閉制御してもよい。このように、蒸気生成を一時的に抑制または停止するアイドリング運転を行うことで、ヒートポンプサイクル１８を流通する冷媒量が低下した場合でも、ヒートポンプ装置１２の運転を長時間継続させることが可能となる。

【0028】

続いて、本発明の第２の実施形態に係るヒートポンプ装置１２について、図５のフローチャートを用いて説明する。本フローチャートでは１サイクルのみを記載しているが、実際の制御上ではヒートポンプ装置１２が運転している間、このサイクルが繰り返し実行される。第２の実施形態では、図３におけるボックスファン６５を２台備え、通常運転モード時には１台のみが運転される。また、図３における筐体１４内の筐体排気口６０近傍に、該筐体排気口６０を通過する空気の温度を測定する筐体温度センサ５７ｂがさらに設けられている。

【0029】

ヒートポンプ装置１２の運転時、ボックス温度センサ５７ａで検出されたボックス温度Ｔａがボックス側停止温度Ｔｓ１以上（Ｓ２０１、ＮＯ）、または筐体温度センサ５７ｂで検出された筐体温度Ｔｂが筐体側停止温度Ｔｓ２以上（Ｓ２０２、ＮＯ）の場合、制御部３０は重故障と判断し、圧縮機３１を停止させヒートポンプ装置１２を停止させる（Ｓ２１１）。ボックス温度センサ５７ａで検出されたボックス温度Ｔａがボックス側停止温度Ｔｓ１未満（Ｓ２０１、ＹＥＳ）、かつ筐体温度センサ５７ｂで検出された筐体温度Ｔｂが筐体側停止温度Ｔｓ２未満（Ｓ２０２、ＮＯ）の場合、引き続き運転モードの判定を行う（Ｓ２０３）。

【0030】

ヒートポンプ装置１２が通常運転モード時（Ｓ２０３、ＹＥＳ）は、引き続きボックス温度Ｔａが第１設定温度Ｔｃ１以上であるか否かを判定する（Ｓ２０４）。ボックス温度Ｔａが第１設定温度Ｔｃ１以上（Ｓ２０４、ＹＥＳ）の場合、制御部３０は電装ボックス内温度上昇と判断し、停止状態となっている方のボックスファン６５を運転して電装ボックス５６内に流通する外気量を増加させ（Ｓ２０５）、さらに筐体温度Ｔｂが第２設定温度Ｔｃ２以上か否かを判定する（Ｓ２０６）。筐体温度Ｔｂが第２設定温度Ｔｃ２以上の場合（Ｓ２０６、ＮＯ）、圧縮機３１の回転数を低下させる低出力運転モードに移行し（Ｓ２０８）、サイクルを終了する。筐体温度Ｔｂが第２設定温度Ｔｃ２未満（Ｓ２０６、ＹＥＳ）の場合は、ボックスファン６５の運転台数が増加してからの経過時間Ｓａがあらかじめ設定した所定時間Ｓｃ以上かどうかを判定する（Ｓ２０７）。ボックスファン６５の運転台数が増加してからの経過時間Ｓａがあらかじめ設定した所定時間Ｓｃ未満の場合（Ｓ２０７、ＹＥＳ）は、通常運転モードを継続したままサイクルを終了させる。また、ボックスファン６５の運転台数が増加してからの経過時間Ｓａがあらかじめ設定した所定時間Ｓｃ以上の場合（Ｓ２０７、Ｎｏ）は、低出力運転モードに移行（Ｓ２０９）し、サイクルを終了させる。なお、低出力運転モードから通常運転モードに復旧した際に、経過時間Ｓａはリセットされる。

【0031】

低出力運転モードでは、圧縮機の回転数はあらかじめ設定した通常運転時よりも低い固定値で運転させてもよく、ボックス温度Ｔａや筐体温度Ｔｂに基づき、例えば温度が高くなるほど回転数を減少させるような制御としてもよい。なお、第１設定温度Ｔｃ１は、第１停止温度Ｔｓ１よりも低い値に、第２設定温度Ｔｃ２は、第２停止温度Ｔｓ２よりも低い値に設定される。また、ヒートポンプ部２２による発熱量が大きいため、ヒートポンプ装置１２の運転中は、電装ボックス５６内部よりも筐体１４内部の方が高温となる。このため、第２設定温度Ｔｃ２は、第１設定温度Ｔｃ１よりも高い温度に設定される。

【0032】

ヒートポンプ装置１２が通常運転モードではない時（Ｓ２０３、Ｎｏ）、引き続きヒートポンプ装置１２が低出力運転モードか否かを判定する（Ｓ２３１）。低出力運転モードではない場合（Ｓ２３１、Ｎｏ）、つまり起動モード時や緊急制御モードなどを実行中の場合は、現状の運転モードを維持したままサイクルを終了する。低出力運転モード時（Ｓ２３１、ＹＥＳ）は、引き続きボックス温度Ｔａが第１設定温度Ｔｃ１以上か否かを判定する（Ｓ２３２）。ボックス温度Ｔａが第１設定温度Ｔｃ１未満（Ｓ２３２、ＮＯ）の場合、制御部３０は正常復旧と判断し、通常運転モードに移行する（Ｓ２３５）。また、ボックス温度Ｔａが第１設定温度Ｔｃ１以上（Ｓ２３２、ＹＥＳ）の場合、筐体温度Ｔｂが第２設定温度Ｔｃ２未満か否かを判定する（Ｓ２３３）。筐体温度Ｔｂが第２設定温度Ｔｃ２未満（Ｓ２３３、ＹＥＳ）の場合は、制御部３０は仮復旧と判断し、ボックスファン６５の運転台数を維持したまま、通常運転モードに移行し、圧縮機３１の回転数を通常制御に戻す（Ｓ２３４）。筐体温度Ｔｂが第２設定温度Ｔｃ２以上（Ｓ２３３、ＮＯ）の場合、低出力運転モードを維持したままサイクルを終了する。

【0033】

また、通常運転モードに移行した後に、ボックス温度Ｔａが第１設定温度Ｔｃ１未満（Ｓ２０４、ＮＯ）の場合、制御部３０は正常復旧と判断し、ボックスファン６５の運転台数を通常の台数にリセットする（Ｓ２１０）。この際、低出力運転モードに移行した際に運転状態となったボックスファン６５の運転を継続し、他のボックスファン６５を停止状態としてもよい。このような運転とすることで、複数台のボックスファン６５で負荷を平準化し、メンテナンス間隔を長くすることが可能となる。

【0034】

本実施形態では、異常を判断する温度と、復旧を判断する温度をともに同じ設定値としているが、制御のチャタリングを防止するためにヒステリシスを設けてもよい。具体的には、復旧判断時に使用する温度には第１設定温度Ｔｃ１および第２設定温度Ｔｃ２を用いず、第１設定温度Ｔｃ１よりも低く設定された第３設定温度Ｔｃ３および第２設定温度Ｔｃ２よりも低く設定された第４設定温度Ｔｃ４を用いてもよい。
次に、本発明の第３の実施形態に係るヒートポンプ装置１２について、図６のフローチャートを用いて説明する。本フローチャートでは１サイクルのみを記載しているが、実際の制御上ではヒートポンプ装置１２が運転している間、このサイクルが繰り返し実行される。なお、第２の実施形態と同様の制御を行う制御ステップについては、同じ符号で表し、説明を省略する。

【0035】

ボックス温度Ｔａが第１設定温度Ｔｃ１以上（Ｓ２０４、ＹＥＳ）の場合、制御部３０はボックスファン６５の運転台数を増加させて電装ボックス５６内に流通する外気量を増加させ（Ｓ２０５）、さらに筐体温度Ｔｂからボックス温度Ｔａを引いた温度差ΔＴ（ΔＴ＝Ｔｂ−Ｔａ）を判定する（Ｓ２２１）。温度差ΔＴがゼロ未満、つまりボックス温度Ｔａの方が筐体温度Ｔｂよりも高い場合（Ｓ２２１、ＮＯ）、さらにボックスファン６５の運転台数が増加してからの経過時間Ｓａを判定する（Ｓ２２４）。ボックスファン６５の運転台数が増加してからの経過時間Ｓａがあらかじめ設定した第１所定時間Ｓｃ１以上の場合（Ｓ２２４、ＹＥＳ）、制御部３０は電装ボックス５６内の発熱異常もしくは吸排気異常と判断し、圧縮機３１を停止させヒートポンプ装置１２を停止させる（Ｓ２２５）。温度差ΔＴがゼロ以上（Ｓ２２１、ＹＥＳ）もしくはボックスファン６５の運転台数が増加してからの経過時間Ｓａが第１所定時間Ｓｃ１未満の場合（Ｓ２２４、ＮＯ）、温度差ΔＴがあらかじめ設定された正の値である温度差設定値Ｔｄ未満かどうかを判定する（Ｓ２２２）。温度差ΔＴがあらかじめ設定された正の値である温度差設定値Ｔｄ以上の場合、（Ｓ２２２、ＮＯ）、圧縮機３１の回転数を低下させる低出力運転モードに移行する（Ｓ２２３）。温度差ΔＴが温度差設定値Ｔｄ未満（Ｓ２０７、ＹＥＳ）の場合、ボックスファン６５の運転台数が増加してからの経過時間Ｓａを判定する（Ｓ２０７）。ボックスファン６５の運転台数が増加してからの経過時間Ｓａがあらかじめ設定した第２所定時間Ｓｃ２以上の場合（Ｓ２０７、ＮＯ）、低出力運転モードに移行する（Ｓ２０９）。ボックスファン６５の運転台数が増加してからの経過時間Ｓａがあらかじめ設定した第２所定時間Ｓｃ２未満の場合（Ｓ２０７、ＹＥＳ）は、通常運転モードを継続したままサイクルを終了させる。

【0036】

ヒートポンプ装置１２が通常運転モードではない時（Ｓ２０３、ＮＯ）、引き続きヒートポンプ装置１２が低出力運転モードか否かを判定する（Ｓ２３１）。低出力運転モードではない場合（Ｓ２３１、ＮＯ）、つまり起動モード時や緊急制御モードなどを実行中の場合は、現状の運転モードを維持したままサイクルを終了する。低出力運転モード時（Ｓ２３１、ＹＥＳ）は、温度差ΔＴを判定する（Ｓ２４１）。温度差ΔＴがゼロ未満の場合（Ｓ２４１、ＮＯ）、引き続きボックスファン６５の運転台数が増加してからの経過時間Ｓａを判定する（Ｓ２４４）。ボックスファン６５の運転台数が増加してからの経過時間Ｓａがあらかじめ設定した第３所定時間Ｓｃ３以上の場合（Ｓ２２４、ＹＥＳ）、制御部３０は電装ボックス５６内の発熱異常もしくは吸排気異常と判断し、圧縮機３１を停止させヒートポンプ装置１２を停止させる（Ｓ２４５）。温度差ΔＴがゼロ以上（Ｓ２４１、ＹＥＳ）もしくはボックスファン６５の運転台数が増加してからの経過時間Ｓａが第３所定時間Ｓｃ３未満の場合（Ｓ２４４、ＮＯ）、引き続きボックス温度Ｔａが第１設定温度Ｔｃ１以上か否かを判定する（Ｓ２３２）。ボックス温度Ｔａが第１設定温度Ｔｃ１未満（Ｓ２３２、ＮＯ）の場合、制御部３０は正常復旧と判断し、通常運転モードに移行する（Ｓ２３５）。ボックス温度Ｔａが第１設定温度Ｔｃ１未満（Ｓ２３２、ＮＯ）の場合、低出力運転モードを維持したままサイクルを終了する。また、ボックス温度Ｔａが第１設定温度Ｔｃ１以上（Ｓ２３２、ＹＥＳ）の場合、温度差ΔＴが温度差設定値Ｔｄ未満か否かを判定する（Ｓ２４２）。温度差ΔＴが温度差設定値Ｔｄ未満（Ｓ２４２、ＹＥＳ）の場合は、制御部３０は仮復旧と判断し、ボックスファン６５の運転台数を維持したまま、通常運転モードに移行し、圧縮機３１の回転数を通常制御に戻す（Ｓ２４３）。また、温度差ΔＴが温度差設定値Ｔｄ未満（Ｓ２４２、ＮＯ）の場合、低出力運転モードを継続したままサイクルを終了させる。なお、通常運転モードに移行した後に、ボックス温度Ｔａが第１設定温度Ｔｃ１未満となる（Ｓ２０４、ＮＯ）と、制御部３０は正常復旧と判断し、ボックスファン６５の運転台数を通常の台数にリセットする（Ｓ２１０）。

【0037】

本発明の第３の実施形態に係るヒートポンプ装置１２では、ボックス温度Ｔａが第１設定温度Ｔｃ１以上となった際に、筐体温度Ｔｂとボックス温度Ｔａの温度差ΔＴに基づいて圧縮機３１の制御を行うため、温度上昇の原因が電装ボックス５６側、ヒートポンプ部２２のどちらにあるのかをより適切に判断し、圧縮機３１に制御を行うことが可能となる。

【0038】

なお、本発明の第２の実施形態、第３の実施形態では、制御部は圧縮機３１の回転数とボックスファン６５の運転台数を別々に制御しているが、低出力運転モード時にボックスファン６５の運転台数を増加させるような制御としてもよい。また、ボックスファン６５の制御は行わず、圧縮機３１のみの制御としてもよい。
上記各実施形態では、ボックスファン６５を複数台備えた上での台数制御としているが、ボックスファン６５が１台であっても同様の制御が可能である。すなわち、通常運転時はボックスファン６５を停止状態とし、所定の条件を満たした場合のみにボックスファン６５を運転するような制御としてもよい。また、ボックスファン６５を３台以上備えるような構成とし、段階的にボックスファン６５の運転台数を増減するような制御としてもよい。その場合、それぞれのボックスファン６５に対して個別の設定温度としてもよい。また、ボックスファン６５の運転台数ではなく、ボックスファン６５の回転数を増減してもよい。これらのボックスファン制御については、他の実施形態に適用して組み合わせることも可能である。

【0039】

なお、図７に示すように、筐体排気口６０を筐体１４の上面に設けてもよく、風向を上向きにする整流板６６ａをさらに設けてもよい。

【0040】

また、図８に示すように、ボックス排気口６４を電装ボックス５６の上面に設けてもよく、風向を筐体排気口６０側に向ける整流板６６ｂをさらに設けてもよい。

【0041】

ボックス温度センサ５７ａは、電装部品５５による熱の影響を精度よく測定するために、ボックス排気口５４近傍に設けることが望ましいが、ボックス排気口５４から排出される空気の温度を測定可能な位置に設けられていればよい。また、筐体温度センサ５７ｂは筐体１４内の上部領域、特に筐体排気口６０近傍に設けることが望ましいが、筐体排気口６０から排気される空気の温度を測定可能な位置に設けられていればよい。

【0042】

なお、本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で自由に変更可能である。

【符号の説明】

【0043】

１２ ヒートポンプ装置
１４ 筐体
１６ 温水供給部
１６ａ 温水供給経路
１６ｂ 温水排出経路
１８ ヒートポンプサイクル
２０ 蒸気生成部
２２ ヒートポンプ部
３０ 制御部
３１ 圧縮機
３２ 凝縮器
３４ 膨張機構
３６ 蒸発器
３７ 冷媒配管
３８ 加熱器
４０ａ 給水管
４０ｂ 循環管
４０ｃ 蒸気管
４０ｄ 送出管
４１ 水蒸気分離器
４７ 給水ポンプ
４８ 蒸気調整弁
５０ 扉
５４ 操作盤
５５ 電装部品
５６ 電装ボックス
５７ａ ボックス温度センサ
５７ｂ 筐体温度センサ
５８ ボックス吸気口
５９ 筐体吸気口
６０ 筐体排気口
６４ ボックス排気口

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】