特開 2023-6868 ヒートポンプ装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023006868

(43)【公開日】2023-01-18

(54)【発明の名称】ヒートポンプ装置

(51)【国際特許分類】

   F24H 4/02 20220101AFI20230111BHJP

   F25B 1/00 20060101ALI20230111BHJP

【ＦＩ】

F24H4/02 A

F25B1/00 304T

F25B1/00 361Q

F25B1/00 399Y

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021109702

(22)【出願日】2021-06-30

(71)【出願人】

【識別番号】000000538

【氏名又は名称】株式会社コロナ

(74)【代理人】

【識別番号】110003096

【氏名又は名称】弁理士法人第一テクニカル国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】窪田 広記

(72)【発明者】

【氏名】阿部 基

【テーマコード（参考）】

3L122

【Ｆターム（参考）】

3L122AA02

3L122AA23

3L122AB22

3L122BA13

3L122BA32

3L122BB02

3L122BB13

3L122BB14

3L122BC12

3L122BC13

3L122BC14

3L122BC17

3L122CA13

3L122DA22

3L122DA23

3L122DA24

3L122EA09

3L122EA52

3L122EA64

(57)【要約】

【課題】高出力運転から通常出力運転への切り替え時における、動作安定化及び高効率化の両立を図る。
【解決手段】圧縮機制御部４１０Ｂは圧縮機１４の回転数を所定の回転数変化率により増減制御する。膨張弁制御部４１０Ｃは電子膨張弁１６の開度を所定の操作周期ごとに増減制御する。高性能モードから定格モードへ切り替えられた際、変化率変更部４１０Ｂｃによって回転数変化率の値が減少することで、圧縮機１４の回転数の減少割合が通常の増減制御時の場合よりも緩やかになり、操作周期変更部４１０Ｃｃによって操作周期の値が減少することで、電子膨張弁１６の開度がそれまでよりも小さな時間刻みにより素早く操作される。これらにより、前述した湯水の沸上温度の急激な低下によるアンダーシュート等を防止でき、ヒートポンプユニット３全体の動作を安定化できる。
【選択図】図７

【特許請求の範囲】

【請求項1】

冷媒と熱源との熱交換を行う熱源側熱交換器と、圧縮機と、減圧器と、水冷媒熱交換器の冷媒側流路とを冷媒配管で環状に接続して冷媒循環回路を形成し、
前記水冷媒熱交換器の水側流路を温水循環回路の湯水配管に接続し、
予め定められた通常出力により前記湯水配管に温水を生成する通常モードでの運転、及び、前記通常出力よりも大きな出力により前記湯水配管に温水を生成する高出力モードでの運転、を選択的に実行可能なヒートポンプ装置において、
前記圧縮機の回転数を、前記通常モードでの運転か前記高出力モードでの運転かに応じて各モードに対応した目標圧縮機回転数となるように、所定の回転数変化率により増減制御する圧縮機制御手段と、
前記冷媒循環回路における状態検出値が所望の目標値となるように、前記減圧器の開度を所定の操作周期ごとに増減制御する減圧器制御手段と、
前記高出力モードでの運転から前記通常モードでの運転に切り替えられた後の第１所定期間、前記圧縮機制御手段における前記回転数変化率の値を、それまでの第１値よりも小さな第２値に変更する、変化率変更手段と、
前記高出力モードでの運転から前記通常モードでの運転に切り替えられた後の第２所定期間、前記減圧器制御手段における前記操作周期の値を、それまでの第３値よりも小さな第４値に変更する、周期変更手段と、
を有することを特徴とするヒートポンプ装置。

【請求項2】

計時カウント機能を備え、カウント値が前記操作周期の値となる度、対応する操作タイミングを前記減圧器制御手段へ通知するタイマーと、
前記高出力モードでの運転から前記通常モードでの運転に切り替えられたとき、前記タイマーによる前記カウント値をリセットするリセット手段と、
をさらに有することを特徴とする請求項１記載のヒートポンプ装置。

【請求項3】

前記高出力モードでの運転から前記通常モードでの運転に切り替えられた後、所望の目標沸上温度と前記水冷媒熱交換器の水側流路から流出する湯水の実沸上温度との温度差が所定値以上である間は、前記回転数変化率の値に係わらず、前記圧縮機制御手段による前記増減制御を禁止して前記圧縮機の回転数を保持する、圧縮機回転数保持手段をさらに有することを特徴とする請求項１又は請求項２記載のヒートポンプ装置。

【請求項4】

前記熱源側熱交換器は、
前記熱源である空気と前記冷媒との熱交換を行う空気熱交換器であり、
かつ、
前記空気熱交換器に外気を送り込む送風ファンと、
前記送風ファンの回転数を、前記通常モードでの運転か前記高出力モードでの運転かに応じて各モードに対応した目標ファン回転数となるように増減制御するファン制御手段と、
前記高出力モードでの運転から前記通常モードでの運転に切り替えられた後、第３所定期間が経過するまでの間、前記ファン制御手段による前記増減制御を禁止して前記送風ファンの回転数を保持する、ファン回転数保持手段と、
を設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載のヒートポンプ装置。

【請求項5】

前記減圧器制御手段は、
前記圧縮機から吐出される冷媒の吐出温度と前記水冷媒熱交換器の前記冷媒側流路から流出する冷媒の流出温度との温度差が、所望の目標沸き上げ温度と外気温度と前記水冷媒熱交換器の前記水側流路に流入する湯水の入水温度とに基づいて算出される所定の目標温度差となるように、前記減圧器の開度を制御する
ことを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１項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】

この発明は、水冷媒熱交換器を介して湯水の加温を行うヒートポンプ装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来よりこの種のヒートポンプ装置においては、特許文献１記載のように、深夜時間帯等の給湯負荷が小さい場合に低い回転数で圧縮機を駆動して予め定めた通常の加熱能力を得る通常出力運転（例えば加熱能力５ｋＷ）と、ユーザの使用時等の給湯負荷が大きい場合に高い回転数で圧縮機を駆動して通常出力より大きな加熱能力とする高出力運転（例えば加熱能力１０ｋＷ）と、を切り替えて実行するものがあった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００７－１１３８９７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記従来のものでは、例えば高出力運転から通常出力運転に切り替わった場合、その切り替えに伴い、圧縮機の回転数が高回転数から低回転数へと切り替えられることとなる。その際、ヒートポンプ装置の出力を迅速に低下させるために圧縮機の回転数の減少を早く行いすぎると、生成される湯水の沸上温度が急激に低下し目標沸上温度をアンダーシュートしてしまう等、ヒートポンプ装置全体の動作が不安定化する。これを回避するために圧縮機の回転数の減少を極めて緩慢にすると、低効率である高出力運転が無駄に長く継続することとなるという問題があった。

【課題を解決するための手段】

【0005】

上記課題を解決するために、本発明の請求項１では、冷媒と熱源との熱交換を行う熱源側熱交換器と、圧縮機と、減圧器と、水冷媒熱交換器の冷媒側流路とを冷媒配管で環状に接続して冷媒循環回路を形成し、前記水冷媒熱交換器の水側流路を温水循環回路の湯水配管に接続し、予め定められた通常出力により前記湯水配管に温水を生成する通常モードでの運転、及び、前記通常出力よりも大きな出力により前記湯水配管に温水を生成する高出力モードでの運転、を選択的に実行可能なヒートポンプ装置において、前記圧縮機の回転数を、前記通常モードでの運転か前記高出力モードでの運転かに応じて各モードに対応した目標圧縮機回転数となるように、所定の回転数変化率により増減制御する圧縮機制御手段と、前記冷媒循環回路における状態検出値が所望の目標値となるように、前記減圧器の開度を所定の操作周期ごとに増減制御する減圧器制御手段と、前記高出力モードでの運転から前記通常モードでの運転に切り替えられた後の第１所定期間、前記圧縮機制御手段における前記回転数変化率の値を、それまでの第１値よりも小さな第２値に変更する、変化率変更手段と、前記高出力モードでの運転から前記通常モードでの運転に切り替えられた後の第２所定期間、前記減圧器制御手段における前記操作周期の値を、それまでの第３値よりも小さな第４値に変更する、周期変更手段と、を有するものである。

【0006】

また、請求項２では、計時カウント機能を備え、カウント値が前記操作周期の値となる度、対応する操作タイミングを前記減圧器制御手段へ通知するタイマーと、前記高出力モードでの運転から前記通常モードでの運転に切り替えられたとき、前記タイマーによる前記カウント値をリセットするリセット手段と、をさらに有するものである。

【0007】

また、請求項３では、前記高出力モードでの運転から前記通常モードでの運転に切り替えられた後、所望の目標沸上温度と前記水冷媒熱交換器の水側流路から流出する湯水の実沸上温度との温度差が所定値以上である間は、前記回転数変化率の値に係わらず、前記圧縮機制御手段による前記増減制御を禁止して前記圧縮機の回転数を保持する、圧縮機回転数保持手段をさらに有するものである。

【0008】

また、請求項４では、前記熱源側熱交換器は、前記熱源である空気と前記冷媒との熱交換を行う空気熱交換器であり、かつ、前記空気熱交換器に外気を送り込む送風ファンと、前記送風ファンの回転数を、前記通常モードでの運転か前記高出力モードでの運転かに応じて各モードに対応した目標ファン回転数となるように増減制御するファン制御手段と、前記高出力モードでの運転から前記通常モードでの運転に切り替えられた後、第３所定期間が経過するまでの間、前記ファン制御手段による前記増減制御を禁止して前記送風ファンの回転数を保持する、ファン回転数保持手段と、を設けたものである。

【0009】

また、請求項５では、前記減圧器制御手段は、前記圧縮機から吐出される冷媒の吐出温度と前記水冷媒熱交換器の前記冷媒側流路から流出する冷媒の流出温度との温度差が、所望の目標沸き上げ温度と外気温度と前記水冷媒熱交換器の前記水側流路に流入する湯水の入水温度とに基づいて算出される所定の目標温度差となるように、前記減圧器の開度を制御するものである。

【発明の効果】

【0010】

この発明の請求項１によれば、温水生成時には、熱源側熱交換器、圧縮機、減圧器を備えた冷媒循環回路を循環する冷媒からの加熱により水冷媒熱交換器において水側流路の水が加温される。生成された温水は、温水循環回路の湯水配管を介し、例えば給湯設備の貯湯タンクや温水暖房を行う暖房端末等に供給される。
このとき、請求項１のヒートポンプ装置は、所定の通常出力を得る通常モードでの運転と、前記通常出力よりも大きな出力を得る高出力モードでの運転が切り替え可能であり、そのいずれのモードであるかに応じて、前記圧縮機及び前記減圧器の両方が制御される。

【0011】

すなわち、圧縮機の回転数は、圧縮機制御手段によって、前記通常モード及び前記高出力モードに対応したそれぞれの目標圧縮機回転数となるように、所定の回転数変化率により増減制御される。この結果、例えば高出力モードから通常モードへ切り替えられた際には、圧縮機の回転数は、高出力モードに対応した相対的に高い回転数から、通常モードに対応した相対的に低い回転数へと減少制御される。
また、減圧器の開度は、減圧器制御手段によって、前記冷媒循環回路における状態検出値が所望の目標値となるように、所定の操作周期ごとに増減制御される。この結果、例えば高出力モードから通常モードへ切り替えられた際には、減圧器の開度は、結果として、高出力モード時における相対的に大きな開度から、通常モード時における相対的に小さな開度へと減少制御される。このように、請求項１によれば、高出力モードから通常モードへの切り替えの際に、圧縮機の回転数のみならず減圧器の開度も併せて制御されることとなる。これにより、ヒートポンプ装置の出力を迅速にかつ確実に低下させることができる。

【0012】

そして請求項１によれば、上記制御の際、変化率変更手段によって、圧縮機制御手段における前記回転数変化率の値が第１値→第２値に減少することで、圧縮機の回転数の減少割合が通常の増減制御時の場合よりも緩やかになる。さらに、周期変更手段によって、減圧器制御手段における前記操作周期の値が第３値→第４値に減少することで、減圧器の開度がそれまでよりも小さな時間刻みにより素早く操作される。これら２つの制御により、前述した湯水の沸上温度の急激な低下によるアンダーシュート等を防止でき、ヒートポンプ装置全体の動作を安定化することができる。
以上の結果、請求項１によれば、高出力運転から通常出力運転への切り替え時において、動作安定化及び高効率化の両立を図ることができる。

【0013】

また、請求項２によれば、計時カウント機能を備えたタイマーが設けられており、カウント値が操作周期の値となる度、対応する操作タイミングが減圧器制御手段へ通知されることで、当該減圧器制御手段がそのタイミングで減圧器の開度を操作する。ここで、高出力モードから通常モードへ切り替わったとき、前述のように、前記操作周期の値がより小さな値に変更されて短い時間間隔で開度操作が行われるようになる。しかしながら、その切り替わりタイミングが、そのとき設定されている操作周期の途中であった場合には、カウント値がその操作周期の値となるまでの間、上記のような時間間隔の短縮化が反映されないこととなる。
そこで請求項２によれば、高出力モードから通常モードへ切り替わったときには、リセット手段により、前記タイマーによる前記カウント値がリセットされる。これにより、そのリセット時に即座に操作タイミングであることが減圧器制御手段に通知されて減圧器の開度操作が行われ、それ以降は変更後の短い時間間隔で減圧器の開度が操作される。この結果、高出力モードから通常モードへ切り替え時に、減圧器の操作時間間隔の短縮化を迅速に反映することができる。

【0014】

また、請求項３によれば、実沸上温度が目標沸上温度よりある程度低下してしまった場合には、圧縮機の回転数の減少制御を中止してその時点の回転数を維持することにより、実沸上温度のそれ以上の低下を防止することができる。

【0015】

また、請求項４によれば、熱源熱交換器として空気熱交換器が用いられる。この場合、空気熱交換器における熱交換量は、空気熱交換器に外気を送り込む送風ファンのファン回転数により変化する。
ファン回転数は、ファン制御手段によって、前記通常モード及び前記高出力モードに対応したそれぞれの目標ファン回転数となるように増減制御される。この結果、例えば高出力モードから通常モードへ切り替えられた場合、送風ファンの回転数は、高出力モードに対応した相対的に高い回転数から通常モードに対応した相対的に低い回転数へと減少制御され、これによって空気熱交換器における熱交換量も小さくなる。

【0016】

しかしながら、前記送風ファンの回転数の減少を前記通常モードへ切り替え後にすぐに実行した場合、空気熱交換器における熱交換量が急激に小さくなりすぎて前記実沸上温度が急激に低下する等ヒートポンプ装置全体の動作が不安定化する可能性があり得る。
そこで請求項４によれば、前記通常モードへ切り替え後第３所定期間が経過するまでの間はその時点のファン回転数を維持することにより、実沸上温度の急激な低下を防止し前記不安定化を防止することができる。

【0017】

また、請求項５によれば、減圧器制御手段は、前記圧縮機からの冷媒の吐出温度と前記水冷媒熱交換器から流出する冷媒の流出温度との温度差が、（目標沸き上げ温度と外気温度と水冷媒熱交換器に流入する湯水の入水温度とに基づいて算出される）所定の目標温度差となるように前記減圧器の開度を制御する、いわゆる目標温度差制御を行う。これにより、沸き上げ中、運転効率が高効率となる比エンタルピー差を保ちながらヒートポンプ装置を運転させることができる。
特に、前記減圧器の開度を制御することにより、前記圧縮機から吐出される冷媒の吐出温度及び前記水冷媒熱交換器から流出する冷媒の流出温度の双方が変化する結果、減圧器の開度変化に対する吐出温度と流出温度との温度差の温度変化量が大きく、吐出温度と流出温度との温度差を所定の目標温度差とするまでの制御速度が速く、すばやく高効率で運転させることができる。また、前記所定の目標温度差を目標沸き上げ温度、外気温度、入水温度に基づき算出することにより、外気温度や入水温度といった条件が刻々と変化する沸き上げ時において、その時その時で運転効率が高効率となる所定の目標温度差を確実に求めることができ、ヒートポンプ装置を確実に高効率で運転させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本発明の一実施形態のヒートポンプ式給湯装置の概略構成図

【図2】加熱制御装置の機能的構成を表す機能ブロック図

【図3】圧縮機及び室外ファンの目標回転数のモード別の挙動を表すグラフ図

【図4】圧縮機制御部が実行する制御手順を表すフローチャート図

【図5】膨張弁制御部が実行する制御手順を表すフローチャート図

【図6】室外ファン制御部が実行する制御手順を表すフローチャート図

【図7】本発明の一実施形態の制御を実行した場合の挙動を比較例と対比して示すタイムチャート図

【発明を実施するための形態】

【0019】

次に、本発明の一実施形態について図面に基づいて説明する。本実施形態は、本発明のヒートポンプ装置を給湯装置に適用した場合の実施形態である。

【0020】

＜概略回路構成＞
図１に示すように、本実施形態に係わるヒートポンプ式給湯装置１００は、湯水を貯湯する貯湯タンク２を有したタンクユニット１と、ヒートポンプユニット３（ヒートポンプ装置に相当）と、を有している。

【0021】

前記ヒートポンプユニット３は、前記貯湯タンク２内の湯水を加熱するために水冷媒熱交換器１５と、加熱循環ポンプ１９（給水ポンプ）と、を備えている。水冷媒熱交換器１５は、冷媒を流通させる冷媒側の流路１５ａと水側の流路１５ｂとを有し、高温高圧の冷媒と貯湯タンク２内の湯水とを熱交換する。すなわち、前記水冷媒熱交換器１５の前記水側の流路１５ａと前記貯湯タンク２とが湯水配管としての加熱往き管５及び加熱戻り管６によって環状に接続され、前記タンクユニット１と前記ヒートポンプユニット３とにわたる湯水循環回路としての加熱循環回路４が形成されている。

【0022】

加熱往き管５は、前記貯湯タンク２の下部に接続され、加熱戻り管６は、前記貯湯タンク２の上部に接続されている。前記加熱循環ポンプ１９は、前記加熱往き管５の途中に設けられ、前記水側の流路１５ａを介し前記加熱往き管５からの湯水を前記加熱戻り管６へ流通させつつ、貯湯タンク２の湯水を循環させる。なお、前記加熱往き管５には、前記水冷媒熱交換器１５の前記水側の流路１５ａに流入する入水温度Ｔ１（湯水の入口温度）を検出する入水温度センサ２３が設けられ、前記加熱戻り管６には、前記水側の流路１５ａから前記貯湯タンク２に向かって流出する沸上温度Ｔｂ（実沸上温度に相当）を検出する沸上温度センサ２４が設けられている。

【0023】

前記タンクユニット１において、貯湯タンク２の側面には、貯湯タンク２内の湯の温度を検出する貯湯温度センサ１２が上下にわたり複数設けられている。前記貯湯タンク２の下部にはまた、貯湯タンク２に水を給水する給水管７が接続され、前記貯湯タンク２の上部にはまた、貯湯されている高温水を出湯する出湯管８が接続され、給水管７からは給水バイパス管９が分岐して設けられている。さらに、出湯管８からの湯と給水バイパス管９からの水とを混合して給湯設定温度の湯とする混合弁１０と、混合弁１０で混合後の給湯温度を検出する給湯温度センサ１１と、が設けられている。

【0024】

前記ヒートポンプユニット３はまた、冷媒を圧縮する圧縮機１４と、四方弁３１と、前記水冷媒熱交換器１５通過後の冷媒を減圧させる減圧器としての電子膨張弁１６と、熱源としての空気と冷媒との熱交換を行う熱源側熱交換器としての空気熱交換器１７と、空気熱交換器１７に外気を送り込む室外ファン６７（送風ファンに相当）と、を備えている。そして、前記圧縮機１４と、前記四方弁３１と、前記圧縮機１４から吐出された冷媒が流通する前記水冷媒熱交換器１５の前記冷媒側の流路１５ｂと、前記電子膨張弁１６と、前記空気熱交換器１７とが冷媒配管１８で環状に接続されることにより冷媒循環回路３０が形成されている。

【0025】

前記四方弁３１は４つのポートを備える弁であり、前記冷媒配管１８のうち（冷媒主経路を構成する）前記配管部１８ｂ，１８ｄ用の２つのポートのそれぞれに対して、残りの前記配管部１８ａ，１８ｃ用の２つのポートのいずれを接続するかを切り替える。前記配管部１８ａ，１８ｃ用の２つのポートどうしは、ループ状に配置された前記配管部１８ａ，１８ｃからなる冷媒副経路によって接続されており、この冷媒副経路上に前記圧縮機１４が設けられている。例えば四方弁３１は、図１の状態に切り替えられた場合は、前記圧縮機１４の吐出側である前記配管部１８ａを前記水冷媒熱交換器１５の入口側である前記配管部１８ｂに連通させることで空気熱交換器１７を電子膨張弁１６からの低温低圧の冷媒を蒸発させる蒸発器として機能させ、水冷媒熱交換器１５において冷媒配管１８内の冷媒から放熱して熱を放出し加熱循環回路４内に温水を生成することができる。また四方弁３１が別の状態へ切り替えられた場合は、前記配管部１８ａを前記空気熱交換器１７側である前記配管部１８ｄに連通させ、空気熱交換器１７を凝縮器として機能させることができる。

【0026】

冷媒循環回路３０内には、冷媒として例えばＲ３２冷媒が用いられ、ヒートポンプサイクルを構成している。前記圧縮機１４と前記水冷媒熱交換器１５の冷媒側の流路１５ｂとの間の冷媒配管１８には、圧縮機１４から吐出される冷媒の吐出温度Ｔｏｕｔを検出する吐出温度センサ２０が設けられ、前記冷媒側の流路１５ｂと前記電子膨張弁１６との間の冷媒配管１８には、前記冷媒側の流路１５ｂから流出し前記電子膨張弁１６に向かう冷媒の流出温度Ｔ２（冷媒の出口温度）を検出する流出温度センサ２１が設けられ、前記空気熱交換器１７の空気入口側には、外気温度Ｔａｉｒを検出する外気温度センサ２２が設けられ、前記空気熱交換器１７と前記圧縮機１４との間の冷媒配管１８には、圧縮機１４へ吸入される冷媒の冷媒吸入温度Ｔｉｎを検出する吸入温度センサ３２が設けられている。なお、前記水冷媒熱交換器１５には、前記冷媒が前記冷媒側の流路１５ａにおいて凝縮する際の冷媒凝縮温度Ｔｃｏｎを検出する凝縮温度センサ３３が設けられている。

【0027】

そして、前記タンクユニット１には、前記した各センサ１２，１１の検出結果が入力される貯湯制御装置４０が設けられている。同様に、前記ヒートポンプユニット３には、前記した各センサ２０，２２，３２，２３，２４，２１，３３の検出結果が入力される加熱制御装置５０が設けられている。加熱制御装置５０及び貯湯制御装置４０は、互いに通信可能に接続されており、前記各センサ２３，２４，１２，１１，２０，２２，３２，３３の検出結果等に基づき、相互に連携しつつ、前記タンクユニット１及び前記ヒートポンプユニット３内の各機器の動作を制御する。

【0028】

なお、加熱制御装置５０と貯湯制御装置４０との間に制御上の主従関係があり、例えばセンサ１２，１１の検出結果に基づく運転指令を貯湯制御装置４０が加熱制御装置５０へ出力し、加熱制御装置５０はこの運転指令と各センサ２０，２２，３２，２３，２４，２１，３３の検出結果とに基づきヒートポンプユニット３内の各機器の動作を制御するようにしてもよい。以下、本明細書においては、このような場合を例にとって説明する。

【0029】

次に、前記ヒートポンプユニット３に備えられた前記加熱制御装置５０について説明する。加熱制御装置５０は、詳細な図示を省略するが、各種のデータやプログラムを記憶する記憶部と、演算・制御処理を行う制御部とを備えている。この加熱制御装置５０の機能的構成を図２により説明する。

【0030】

図２に示すように、前記加熱制御装置５０は、四方弁制御部４１０Ａと、圧縮機制御部４１０Ｂと、膨張弁制御部４１０Ｃと、室外ファン制御部４１０Ｄと、モード設定部４１０Ｅと、ポンプ制御部４１０Ｆと、を機能的に備えている。

【0031】

本実施形態のヒートポンプユニット３では、予め定められた定格出力（例えば２．５ｋＷ程度。通常出力に相当）により貯湯タンク２への温水を生成する定格モード（通常モードに相当）と、この定格出力よりも大きな高出力（例えば４．０ｋＷ程度、通常出力より大きな出力に相当）により温水を生成する高性能モード（高出力モードに相当）と、の２つのモードが選択的に実行可能に用意されている。このいずれのモードでヒートポンプユニット３を運転するかは、貯湯制御装置４０から出力される運転指令に基づき決定される。

【0032】

すなわち、モード設定部４１０Ｅには、前記貯湯制御装置４０により出力された運転指令が入力される。モード設定部４１０Ｅは、前記運転指令に応じて、実際にヒートポンプユニット３を、上記２つのモードのうちいずれのモードで運転を行うか、及び、空気熱交換器１７を蒸発器として機能させるか又は凝縮器として機能させるか、を決定する（定格モード及び高性能モードの詳細については後述）。そして、モード設定部４１０Ｅは、その決定結果に対応する運転情報を、前記四方弁制御部４１０Ａ、前記圧縮機制御部４１０Ｂ、膨張弁制御部４１０Ｃ、室外ファン制御部４１０Ｄ、及び、ポンプ制御部４１０Ｆに出力する。なおこの運転情報には、適宜に決定された目標沸上温度Ｔｂｏが含まれる。

【0033】

四方弁制御部４１０Ａには、モード設定部４１０Ｅから、空気熱交換器１７を蒸発器として機能させるか又は凝縮器として機能させるか、を表す前記運転情報が入力される。そして、四方弁制御部４１０Ａは、前記運転情報が表す運転態様に対応する開閉信号を四方弁３１へ出力し、四方弁３１を切り替える。

【0034】

圧縮機制御部４１０Ｂは、目標回転数設定部４１０Ｂａと、駆動信号出力部４１０Ｂｂと、変化率変更部４１０Ｂｃと、回転数保持部４１０Ｂｄと、を備える。圧縮機制御部４１０Ｂには、前記外気温度センサ２２により検出された前記外気温度Ｔａｉｒと、前記沸上温度センサ２４により検出された前記沸上温度Ｔｂと、前記貯湯制御装置４０の運転指令に対応した前記運転情報と、が入力される（直接入力される場合のほか、間接的に入力するようにしてもよい。以下同様）。

【0035】

目標回転数設定部４１０Ｂａは、前記運転情報の表す各モード（定格モード又は高性能モード）と、入力された前記外気温度Ｔａｉｒと、に基づき、前記圧縮機１４の目標回転数（圧縮機目標回転数）を設定する。

【0036】

目標回転数設定部４１０Ｂａによる目標回転数の設定の一例を図３（ａ）により説明する。図３（ａ）は、横軸に前記外気温度Ｔａｉｒをとって圧縮機１４の目標回転数の値の挙動を表した図である。
図示のように、定格モード時においては、０［℃］以下では目標回転数は約６０［ｒｐｓ］の一定値に設定され、０［℃］からは外気温度Ｔａｉｒの上昇と共に徐々に低下し、外気温度Ｔａｉｒ＝７［℃］で約５０［ｒｐｓ］となった後さらに低下し、外気温度Ｔａｉｒ＝３０［℃］で約２０［ｒｐｓ］に設定される。外気温度Ｔａｉｒが３０［℃］以上では２０［ｒｐｓ］の一定値に設定される。
これに対して、高性能モードにおいては、外気温度Ｔａｉｒのすべての温度域において、定格モードよりも高回転数側に設定される。すなわち、０［℃］以下では目標回転数は約１１０［ｒｐｓ］の一定値に設定され、０［℃］からは外気温度Ｔａｉｒの上昇と共に徐々に低下し、外気温度Ｔａｉｒ＝７［℃］で約１００［ｒｐｓ］となった後さらに低下し、外気温度Ｔａｉｒ＝３０［℃］で約７５［ｒｐｓ］に設定される。外気温度Ｔａｉｒが３０［℃］以上では７５［ｒｐｓ］の一定値に設定される。

【0037】

図２に戻り、駆動信号出力部４１０Ｂｂは、圧縮機１４の回転数を、目標回転数設定部４１０Ｂａにより設定された目標回転数とするための駆動信号（制御値）を生成して圧縮機１４へと出力することで、圧縮機１４の回転数を増減制御する（詳細な制御内容は後述）。その増減制御の際は、駆動信号出力部４１０Ｂｂは、圧縮機１４の回転数が予め定めた所定の回転数変化率（例えば毎秒当たり１．０［ｒｐｓ］）で増減するように、駆動信号を生成する。

【0038】

目標回転数設定部４１０Ｂａと駆動信号出力部４１０Ｂｂとが、圧縮機制御手段として機能する。変化率変更部４１０Ｂｃ及び回転数保持部４１０Ｂｄについては後述する。

【0039】

膨張弁制御部４１０Ｃは、目標温度差算出部４１０Ｃａと、駆動信号出力部４１０Ｃｂと、操作周期変更部４１０Ｃｃと、タイマー４１０Ｃｄと、タイマーリセット部４１０Ｃｅと、を備える。膨張弁制御部４１０Ｃには、前記吐出温度センサ２０により検出された前記冷媒吐出温度Ｔｏｕｔと、前記流出温度センサ２１により検出された前記冷媒流出温度Ｔ２と、前記外気温度センサ２２により検出された前記外気温度Ｔａｉｒと、前記入水温度センサ２３により検出された前記入水温度Ｔ１と、前記貯湯制御装置４０の運転指令に対応した前記運転情報と、が入力される。
目標温度差算出部４１０Ｃａは、いわゆる目標温度差制御を行うための目標温度差を算出する。すなわち本実施形態の膨張弁制御部４１０Ｃでは、前記圧縮機１４からの冷媒吐出温度Ｔｏｕｔと前記水冷媒熱交換器１５から流出する冷媒流出温度Ｔ２との温度差（冷媒循環回路における状態検出値に相当）が所定の目標温度差△Ｈ（所望の目標値に相当）となるように前記電子膨張弁１６の開度を制御する、いわゆる目標温度差制御が行われる。そのために、目標温度差算出部４１０Ｃでは、前述の運転情報に対応するモード（定格モード又は高性能モード）に応じて適宜に決定される目標沸上温度Ｔｂｏと、外気温度Ｔａｉｒと、水冷媒熱交換器１５に流入する湯水の入水温度Ｔ１とに基づいて、前記の目標温度差△Ｈが算出される。
駆動信号出力部４１０Ｃｂは、目標温度差算出部４１０Ｃａにより算出された目標温度差△Ｈを実現するための電子膨張弁１６の駆動信号（制御パルス）を生成して出力することで、電子膨張弁１６の開度を増減制御する。

【0040】

なお、電子膨張弁１６の開度の増減制御の際は、駆動信号出力部４１０Ｃｂは、前記駆動信号の出力を、予め定めた所定の操作周期（例えば８０秒ごと）で出力する。なお、この操作周期をカウントするためにタイマー４１０Ｃｄが設けられており、１つの駆動信号の出力から操作周期が経過して次の駆動信号の出力タイミング（操作タイミングに相当）が到来したことがタイマー４１０Ｃｄによって検知されると、その旨が駆動信号出力部４１０Ｃｂに通知される。これによって、駆動信号出力部４１０Ｃｂが駆動信号を電子膨張弁１６へ当該操作周期ごとに出力することができる。
目標温度差算出部４１０Ｃａと駆動信号出力部４１０Ｃｂとが、減圧器制御手段として機能する。操作周期変更部４１０Ｃｃ及びタイマーリセット部４１０Ｃｅについては後述する。

【0041】

室外ファン制御部４１０Ｄは、目標回転数設定部４１０Ｄａと、駆動信号出力部４１０Ｄｂと、回転数保持部４１０Ｄｃと、を備える。室外ファン制御部４１０Ｄには、前記外気温度センサ２２により検出された前記外気温度Ｔａｉｒと、前記貯湯制御装置４０の運転指令に対応した前記運転情報と、が入力される。

【0042】

目標回転数設定部４１０Ｄａは、前記運転情報の表す各モード（定格モード又は高性能モード）と、入力された前記外気温度Ｔａｉｒと、に基づき、前記室外ファン６７の目標回転数を設定する。詳細な値は省略するが、高性能モードにおいては、目標回転数は、外気温度Ｔａｉｒのすべての温度域において、定格モードよりも高回転数側に設定される。

【0043】

目標回転数設定部４１０Ｄａによる目標回転数の設定の一例を図３（ｂ）により説明する。図３（ｂ）は、横軸に前記外気温度Ｔａｉｒをとって室外ファン６７の目標回転数の値の挙動を表した図である。
図示のように、定格モード時においては、－３［℃］以下では目標回転数は約８５０［ｒｐｍ］の一定値に設定され、－３［℃］からは外気温度Ｔａｉｒの上昇と共に徐々に低下し、外気温度Ｔａｉｒ＝７［℃］で約５００［ｒｐｍ］となる。外気温度Ｔａｉｒが７［℃］から２２［℃］までは当該５００［ｒｐｍ］の一定値に設定される。外気温度Ｔａｉｒが２２［℃］以上となると、外気温度Ｔａｉｒの上昇と共に再び徐々に低下し、外気温度Ｔａｉｒ＝３０［℃］で約２００［ｒｐｍ］に設定される。外気温度Ｔａｉｒが３０［℃］以上では２００［ｒｐｍ］の一定値に設定される。
これに対して、高性能モードにおいては、外気温度Ｔａｉｒのすべての温度域において、定格モードよりも高回転数側に設定される。すなわち、－３［℃］以下では目標回転数は約１０００［ｒｐｍ］の一定値に設定され、－３［℃］からは外気温度Ｔａｉｒの上昇と共に徐々に低下し、外気温度Ｔａｉｒ＝７［℃］で約８００［ｒｐｍ］となる。外気温度Ｔａｉｒが７［℃］から２２［℃］までは当該８００［ｒｐｍ］の一定値に設定される。外気温度Ｔａｉｒが２２［℃］以上となると、外気温度Ｔａｉｒの上昇と共に再び徐々に低下し、外気温度Ｔａｉｒ＝３０［℃］で約４８０［ｒｐｍ］に設定される。外気温度Ｔａｉｒが３０［℃］以上では４８０［ｒｐｍ］の一定値に設定される。

【0044】

図２に戻り、駆動信号出力部４１０Ｄｂは、室外ファン６７の回転数を、目標回転数設定部４１０Ｄａにより設定された目標回転数とするための駆動信号を生成して室外ファン６７へと出力することで、室外ファン６７の回転数を増減制御する（詳細な制御内容は後述）。
目標回転数設定部４１０Ｄａと駆動信号出力部４１Ｄｂとが、ファン制御手段として機能する。回転数保持部４１０Ｄｃについては後述する。

【0045】

ポンプ制御部４１０Ｆには、前記沸上温度センサ２４により検出された前記沸上温度Ｔｂと、前記貯湯制御装置４０の運転指令に対応した前記運転情報と、が入力される。ポンプ制御部４１０Ｆは、前記運転情報の表す各モード（定格モード又は高性能モード）と、入力された前記沸上温度Ｔｂとに基づき、前記沸上ポンプ１９の回転数を制御する。

【0046】

＜高性能モードと定格モードとの切り替え＞
上述したように、高性能モードでは、圧縮機制御部４１０Ｂの目標回転数設定部４１０Ｂａ及び室外ファン制御部４１０Ｄの目標回転数設定部４１０Ｄａにより、圧縮機１４の及び室外ファン６７の回転数が、定格モードよりも高回転数側にそれぞれ制御されることで、定格出力よりも大きな高出力が実現される。その後、高性能モードを終了して定格モードへと再び切り替えられるときには、上記とは逆で、前記目標回転数設定部４１０Ｂａ及び前記目標回転数設定部４１０Ｄａにより、圧縮機１４の及び室外ファン６７の回転数が低回転数側にそれぞれ制御されることで、定格出力へと復帰する。

【0047】

ここで、例えば高性能モードから定格モードへの切り替えの際、ヒートポンプユニット３の出力を迅速に低下させるために圧縮機１４の回転数の減少を早く行いすぎると、生成される湯水の沸上温度が急激に低下し目標沸上温度をアンダーシュートしてしまう等、ヒートポンプユニット３全体の動作が不安定化する場合がある。これを回避するために、圧縮機１４の回転数の減少を極めて緩慢にすることも考えられるが、その場合、低効率である高出力運転が無駄に長く継続することとなる。

【0048】

＜実施形態の手法概要＞
そこで、本実施形態では、圧縮機制御部４１０Ｂ、膨張弁制御部４１０Ｃ、室外ファン制御部４１０Ｄにおいて、変化率変更部４１０Ｂｃ及び回転数保持部４１０Ｂｄ、操作周期変更部及びタイマーリセット部４１０Ｃｅ、回転数保持部４１０Ｄｃ、がそれぞれ設けられ、上記弊害を防止するための制御が行われる。以下、その詳細を順を追って説明する。

【0049】

＜圧縮機制御部での制御＞
前述の高性能モードから定格モードへの切り替えの際の弊害を防止するために圧縮機制御部４１０Ｂにより行われる制御手順を、図４のフローチャートにより説明する。まずＳ１０において、モード設定部４１０Ｅからの前記運転情報により、高性能モードから定格モードへの切り替えが指示されたか否かが判定される。定格モードへの切り替えが指示されていたらＹｅｓ判定され、Ｓ２０へ移行する。

【0050】

Ｓ２０では、目標回転数設定部４１０Ｂａにより、圧縮機１４の目標回転数が、それまでの高性能モードに対応した値から、それよりも低い定格モードに対応した値に設定される（図３（ａ）参照）。

【0051】

その後、Ｓ３０では、変化率変更部４１０Ｂｃ（変化率変更手段に相当）により、駆動信号出力部４１０Ｂｂによって圧縮機１４の回転数が増減変更されるときの前記回転数変化率が、それまでの値（第１値に相当。前述の例では毎秒当たり１．０［ｒｐｓ］）から、それよりも小さい値（第２値に相当。例えば毎秒当たり０．２［ｒｐｓ］）に変更される。すなわちこの場合は単位時間当たりの変化量が１／５に緩慢化するように変更される。

【0052】

なお、この回転数変化率の変更は、例えば以下の手法により行われる。例えば、圧縮機１４の回転数を増減変更するときの最小の増減幅刻み、すなわち分解能が０．１［ｒｐｓ］であったとすると、前回駆動信号の出力後、その駆動信号の値に対しその最小増減幅分だけ増減させた値の今回駆動信号を出力するまでの出力間隔を、上記の例では５倍に増やすことで、前記した変化量１／５の緩慢化を実現する。
あるいは、分解能（上記の例では０．１［ｒｐｓ］）に等しい最小増減幅に限られず、所定の増減幅（例えば１［ｒｐｓ］）を基準単位として、前回駆動信号の出力後、その駆動信号の値に対し上記所定の増減幅分（１［ｒｐｓ］）だけ増減させた値の駆動信号を出力するまでの出力間隔を５倍に増やすことで前記変化量１／５の緩慢化を実現するようにしてもよい。

【0053】

そして、Ｓ４０で、回転数保持部４１０Ｂｄ（圧縮機回転数保持手段に相当）により、
前述のようにして入力されている、前記運転情報に含まれている前記目標沸上温度Ｔｂｏと、前記沸上温度センサ２４により検出された前記沸上温度Ｔｂとの差Ｔｂｏ－Ｔｂが、所定値α（＞０。例えばα＝４。温度差の所定値に相当）以上となったか否かが判定される。Ｔｂｏ＜Ｔｂである場合はＮｏ判定され、後述のＳ６０へ移行する。Ｔｂｏ≧Ｔｂである場合にはＹｅｓ判定され、Ｓ５０へ移行する。

【0054】

Ｓ５０では、Ｓ２０での低い目標回転数の設定に基づき駆動信号出力部４１０Ｂｂによって圧縮機１４の回転数が徐々に低下している状態が中断され、その中断時点での圧縮機１４の回転数が維持されるような駆動信号が駆動信号出力部４１０Ｂｂによって出力される。その後、Ｓ６０へ移行する。

【0055】

Ｓ６０では、変化率変更部４１０Ｂｃにより、予め定められた、Ｓ３０から開始されている回転数変化率を低く設定する処理を終了するための条件が成立したか否か、が判定される。この処理終了条件は、例えば、前記Ｓ１０によりモード切替指示がなされＳ２０で目標回転数の低下設定が開始されてから所定期間（第１所定期間に相当）が経過したこと、である。あるいは、実際の圧縮機１４の回転数がＳ２０で設定された、定格モードに対応した目標回転数に達したこと、であってもよい。このような処理終了条件が成立していない間はＳ６０がＮｏ判定され、Ｓ３０に戻り同様の手順が繰り返される。終了処理条件が成立したらＳ６０がＹｅｓ判定され、Ｓ７０へ移行する。

【0056】

Ｓ７０では、変化率変更部４１０Ｂｃにより、駆動信号出力部４１０Ｂｂによって圧縮機１４の回転数が増減変更されるときの上記回転数変化率が、前述の小さくされた値（第２値。前述の例では毎秒当たり０．２［ｒｐｓ］）から、元の値（第１値。前述の例では毎秒当たり１．０［ｒｐｓ］）に戻され、このフローを終了する。

【0057】

＜膨張弁制御部での制御＞
次に、膨張弁制御部４１０Ｃにより行われる制御手順を、図５のフローチャートにより説明する。まずＳ１１０において、モード設定部４１０Ｅからの前記運転情報により、高性能モードから定格モードへの切り替えが指示されたか否かが判定される。定格モードへの切り替えが指示されていたらＹｅｓ判定され、Ｓ１２５へ移行する。
なお、このとき、図４のＳ２０において前述したように、定格モードへの切り替えによって圧縮機１４の目標回転数がそれまでよりも低い値に制御されるため冷媒循環回路３０のヒートポンプバランスが変わり、前記の冷媒吐出温度Ｔｏｕｔと冷媒流出温度Ｔ２との温度差が目標温度差△Ｈからずれる。そのため、前記目標温度差制御により、結果として、電子膨張弁１６の開度が絞り方向に制御される。すなわち、高性能モードから定格モードへの切り替えに伴い、電子膨張弁１６の開度は低下するように制御されることとなる。

【0058】

その後、Ｓ１２５では、タイマーリセット部４１０Ｃｅ（リセット手段に相当）により、前記タイマー４１０Ｃｄでカウントしているカウント値がリセットされる。

【0059】

そして、Ｓ１３０で、操作周期変更部４１０Ｃｃ（周期変更手段に相当）により、駆動信号出力部４１０Ｃｂによって電子膨張弁１６の開度が増減変更されるときの前記操作周期が、それまでの値（第３値に相当。前述の例では８０秒）から、それよりも小さい値（第４値に相当。例えば４０秒）に変更される。すなわちこの場合は、操作周期が１／２に短縮化するように変更される。なおこのとき、直前の前記Ｓ１２５でタイマー４１０Ｃｄのカウント値がリセットされているので、Ｓ１３０で変更された後の操作周期１／２が経過して次の駆動信号の出力タイミングが到来するまでのカウントが、タイマー４１０Ｃｄによって直ちに開始されることとなる。

【0060】

その後、Ｓ１６０において、操作周期変更部４１０Ｃｃにより、予め定められた、Ｓ１３０から開始されている開度の操作周期を低く設定する処理を終了するための条件が成立したか否か、が判定される。この処理終了条件は、例えば、前記Ｓ１０によりモード切替指示がなされてから所定期間（第２所定期間に相当。上記第１所定周期と違う値でも同じ値でもよい）が経過したこと、である。あるいは、前記図４のフローと同様、実際の圧縮機１４の回転数がＳ２０で設定された、定格モードに対応した目標回転数に達したこと、であってもよい。このような処理終了条件が成立していない間はＳ１６０がＮｏ判定され、Ｓ１２５に戻り同様の手順が繰り返される。終了処理条件が成立したらＳ１６０がＹｅｓ判定され、Ｓ１７０へ移行する。

【0061】

Ｓ１７０では、操作周期変更部４１０Ｃｃにより、駆動信号出力部４１０Ｃｂによって電子膨張弁１６の開度が増減変更されるときの上記操作周期が、前述の小さくされた値（第４値。前述の例では毎秒当たり４０秒）から、元の値（第３値。前述の例では８０秒）に戻され、このフローを終了する。

【0062】

＜室外ファン制御部での制御＞
前述の高性能モードから定格モードへの切り替えの際の弊害を防止するために室外ファン制御部４１０Ｄにより行われる制御手順を、図６のフローチャートにより説明する。まずＳ２１０において、モード設定部４１０Ｅからの前記運転情報により、高性能モードから定格モードへの切り替えが指示されたか否かが判定される。定格モードへの切り替えが指示されていたらＹｅｓ判定され、Ｓ２２０へ移行する。

【0063】

Ｓ２２０では、目標回転数設定部４１０Ｄａにより、室外ファン６７の目標回転数が、それまでの高性能モードに対応した値（例えば７００［ｒｐｍ］）から、それよりも低い定格モードに対応した値（例えば５００［ｒｐｍ］）に設定される。但しこの時点では、当該目標回転数に対応した駆動信号は駆動信号出力部４１０Ｄｂからは出力されないため（後述のＳ２８０で出力される）、実際の室外ファン６７の回転数は、高性能モードに対応した値（上記の例では７００［ｒｐｍ］）のまま保持される。

【0064】

その後、Ｓ２６０において、回転数保持部４１０Ｄｃ（ファン回転数保持手段に相当）により、予め定められた、Ｓ２２０で低く設定された目標回転数を出力せず実際の室外ファン６７の回転数を高性能モードの値のまま保持する処理を終了するための条件が成立したか否か、が判定される。このような保持終了条件は、例えば、前記Ｓ２１０によりモード切替指示がなされＳ２２０で目標回転数の低下設定が開始されてから所定期間（第３所定期間に相当。上記第１所定周期若しくは第２所定周期と違う値でも同じ値でもよい）が経過したこと、である。なお、前記所定期間は、前記第１所定期間又は前記第２所定期間よりも短いほうが好ましい。その場合、モード切替に要する時間の短縮を図ることができる。
あるいは、保持終了条件は、前記沸上温度Ｔｂが安定したこと（例えばＴｂ＝Ｔｂｏ±３［℃］以内となったこと）、若しくは、図示しない適宜のセンサにより検出した圧縮機１４から吐出される冷媒の吐出圧が所定値（例えば３．７ＭＰａ）以下となったこと、でもよい。この保持終了条件が成立したらＳ２６０がＹｅｓ判定され、Ｓ２７０へ移行する。

【0065】

Ｓ２７０では、駆動信号出力部４１０Ｄｂにより、前記Ｓ２２０で前記目標回転数設定部４１０Ｄａにより設定された室外ファン６７の目標回転数、すなわち低い定格モードに対応した値（前記の例では５００［ｒｐｍ］）とするための駆動信号が室外ファン６７へ出力され、このフローを終了する。

【0066】

＜ヒートポンプユニットにおける時間挙動＞
上述した制御により高性能モードから定格モードへの切り替え時に実現される本実施形態のヒートポンプユニット３における経時挙動を、そのような制御を行わない比較例と対比させて、図７により説明する。

【0067】

＜比較例＞
図７（ａ）に示す前記比較例では、時間ｔ０で高性能モードから定格モードへ切り替えられる。圧縮機１４の回転数の回転数変化率は、前述した本実施形態の制御が行われないため切替前の値が維持される結果、ｔ１１（例えばｔ１＝ｔ０＋６０秒）までの比較的短時間の間に急激に低下する。例えば、高性能モードに対応した１００［ｒｐｓ］から、上記時間ｔ１１において、定格モードに対応した５０［ｒｐｓ］まで一気に低下する。すなわちこの場合、目標回転数である５０［ｒｐｓ］までの到達時間Ｔｔは（上記の例では）Ｔｔ＝６０秒ということになる。

【0068】

一方、電子膨張弁１６の操作周期についても、前述した本実施形態の制御が行われない結果切替前の値が維持される結果、ｔ１１より後のタイミングであるｔ１２（例えばｔ１２＝ｔ０＋８０秒）、その後のｔ１３（例えばｔ１３＝ｔ０＋１６０秒）、その後のｔ１４（例えばｔ１４＝ｔ０＋２４０秒）、で低開度側へ制御される。すなわち、この例では操作周期Ｔｈ＝８０秒の間隔で電子膨張弁１６の絞り方向への操作が行われている。

【0069】

室外ファン６７の回転数は、時間ｔ０での高性能モードから定格モードへ切り替えに伴い、直ちに、高性能モードに対応した値（前記の例では７００［ｒｐｍ］から定格モードに対応した値（前記の例では５００［ｒｐｍ］）へ切り替えられている。

【0070】

以上のような制御の結果、この比較例では、前記沸上温度Ｔｂが時間ｔ０のモード切り替え時以降大きく低下し、この例では前記の時間ｔ１２の後のタイミング（例えばｔ０＋１００秒）にて目標沸上温度Ｔｂｏとの偏差△Ｔ（Ｔｂ０－Ｔｂ）が約１０［℃］に達している。この結果、偏差△Ｔが概ね０となり沸上温度Ｔｂが目標沸上温度Ｔｂｏと略等しくなるのは前記時間ｔ１４（＝ｔ０＋２４０秒）以降となっている。

【0071】

＜実施形態＞
図７（ｂ）に示す本実施形態においても、時間ｔ０で高性能モードから定格モードへ切り替えられる。本実施形態では、圧縮機１４の回転数の回転数変化率は、前述の制御により切替前の第１値から第２値に変更され（この例では例えば単位時間当たりの変化量が１／３に緩慢化）、その結果、ｔ３（例えばｔ３＝ｔ０＋１２０秒）までの比較的長時間でゆっくりと低下する。例えば、高性能モードに対応した１００［ｒｐｓ］から、上記時間ｔ３において、定格モードに対応した５０［ｒｐｓ］よりもやや高い７０［ｒｐｓ］まで低下する。

【0072】

このとき、電子膨張弁１６の操作周期は、前述の制御により切替前の第３値から第４値に変更された結果、ｔ１（例えばｔ１＝ｔ０＋４０秒）、その後のｔ２（例えばｔ２＝ｔ０＋８０秒）、その後のｔ３（例えばｔ３＝ｔ０＋１２０秒）、で小刻みに低開度側へ制御される。すなわち、この例では操作周期Ｔｈ＝４０秒の間隔で電子膨張弁１６の絞り方向への操作が行われている。

【0073】

また、室外ファン６７の回転数は、時間ｔ０での高性能モードから定格モードへ切り替えられた後、時間ｔ３までの間（前記の例では１２０秒）は高性能モードに対応した値が保持され、時間ｔ３になってから定格モードに対応した値へ切り替えられている。

【0074】

上記により、本実施形態では、前記沸上温度Ｔｂは、時間ｔ０のモード切り替え時以降それほど大きくは低下せずゆっくりと低下する挙動となり、この例では前記の時間ｔ３（例えばｔ０＋１２０秒）にて目標沸上温度Ｔｂｏとの偏差△Ｔ（Ｔｂ０－Ｔｂ）が前記α（前述の例では４［℃］）に達する。これにより、圧縮機１４の回転数は、前述の低減方向への制御が中断されて時間ｔ３における回転数（上記の例では７０［ｒｐｓ］）が保持され、この回転数の保持は前述の処理終了条件が成立するまで継続される（図４のＳ６０参照）。この例では時間ｔ３の後の時間ｔ４（例えばｔ０＋２００秒）にて処理終了条件が成立し、圧縮機１４の回転数の前記保持が解かれる。これにより、圧縮機１４の回転数は再び、前記の緩慢化した回転数変化率により、その後のｔ５（例えばｔ５＝ｔ０＋２４０秒）までゆっくりと低下し、ｔ５において定格モードに対応した５０［ｒｐｓ］に至る。この結果、圧縮機１４の回転数は、時間ｔ０におけるモード切り替えから、目標回転数である５０［ｒｐｓ］までの到達時間Ｔｔは（上記の例では）Ｔｔ＝２４０秒ということになる。そしてこの時間ｔ５において、偏差△Ｔが概ね０となり沸上温度Ｔｂが目標沸上温度Ｔｂｏと略等しくなっている。

【0075】

＜実施形態の効果＞
以上説明したように、本実施形態においては、温水生成時には、空気熱交換器１７、圧縮機１４、電子膨張弁１６を備えた冷媒循環回路３０を循環する冷媒からの加熱により水冷媒熱交換器１５において水側流路１５ａの水が加温される。生成された温水は、加熱循環回路４の加熱往き管５及び加熱戻り管６を介し、タンクユニット１の貯湯タンク２に供給される。

【0076】

このとき、本実施形態のヒートポンプユニット３は、所定の定格出力を得る定格モードでの運転と、前記定格出力よりも大きな出力を得る高性能モードでの運転が切り替え可能であり、そのいずれのモードであるかに応じて、前記圧縮機１４及び前記電子膨張弁１６の両方が制御される。

【0077】

すなわち、圧縮機１４の回転数は、圧縮機制御部４１０Ｂの目標回転数設定部４１０Ｂａ及び駆動信号出力部４１０Ｂｂによって、前記定格モード及び前記高性能モードに対応したそれぞれの目標圧縮機回転数となるように、所定の回転数変化率により増減制御される。この結果、例えば高性能モードから定格モードへ切り替えられた際には、圧縮機１４の回転数は、高性能モードに対応した相対的に高い回転数から、定格モードに対応した相対的に低い回転数へと減少制御される。

【0078】

また、電子膨張弁１６の開度は、膨張弁制御部４１０Ｃの目標温度差算出部４１０Ｃａ及び駆動信号出力部４１０Ｃｂによって、前記冷媒循環回路における状態検出値が所望の目標値となるように（前述の例では冷媒吐出温度Ｔｏｕｔと冷媒流出温度Ｔ２との温度差が目標温度差△Ｈとなるように）、所定の操作周期ごとに増減制御される。この結果、例えば高性能モードから定格モードへ切り替えられた際には、電子膨張弁１６の開度は、結果として、高性能モード時における相対的に大きな開度から、定格モード時における相対的に小さな開度へと減少制御される。このように、本実施形態では特に、高性能モードから定格モードへの切り替えの際に、圧縮機１４の回転数のみならず電子膨張弁１６の開度も併せて制御されることとなる。これにより、ヒートポンプユニット３の出力を迅速にかつ確実に低下させることができる。

【0079】

そして本実施形態では特に、上記制御の際、変化率変更部４１０Ｂｃによって、前記回転数変化率の値が第１値→第２値に減少することで、圧縮機１４の回転数の減少割合が通常の増減制御時の場合よりも緩やかになる。さらに、操作周期変更部４１０Ｃｃによって、前記操作周期の値が第３値→第４値に減少することで、電子膨張弁１６の開度がそれまでよりも小さな時間刻みにより素早く操作される。これら２つの制御により、前述した湯水の沸上温度Ｔｂの急激な低下によるアンダーシュート等を防止できるので（図７（ｂ）参照）、ヒートポンプユニット３全体の動作を安定化することができる。
以上の結果、本実施形態によれば、高性能モードから定格モードへの切り替え時において、動作安定化及び高効率化の両立を図ることができる。

【0080】

また、本実施形態では特に、膨張弁制御部４１０Ｃにおいて、計時カウント機能を備えたタイマー４１０Ｃｄが設けられており、カウント値が操作周期Ｔｈの値となる度、対応する操作タイミングが駆動信号出力部４１０Ｃｂへ通知されることで、当該駆動信号出力部４１０Ｃｂがそのタイミングで駆動信号を出力して電子膨張弁１６の開度を操作する。ここで、高性能モードから定格モードへ切り替わったとき、前述のように、前記操作周期Ｔｈの値がより小さな値に変更されて短い時間間隔で開度操作が行われるようになる（図７（ａ）及び図７（ｂ）参照）。しかしながら、その切り替わりタイミングが、そのとき設定されている操作周期Ｔｈの途中であった場合には、カウント値がその操作周期Ｔｈの値となるまでの間、上記のような時間間隔の短縮化が反映されないこととなる。

【0081】

そこで本実施形態では特に、高性能モードから定格モードへ切り替わったときには、タイマーリセット部４１０Ｃｅにより、前記タイマー４１０Ｃｄによる前記カウント値がリセットされる。これにより、そのリセット時に即座に操作タイミングであることが駆動信号出力部４１０Ｃｂに通知されて電子膨張弁１６の開度操作が行われ、それ以降は変更後の短い時間間隔で電子膨張弁１６の開度が操作される。この結果、高性能モードから定格モードへ切り替え時に、電子膨張弁１６の操作時間間隔の短縮化を迅速に反映することができる。

【0082】

また、本実施形態では特に、目標沸上温度Ｔｂｏと湯水の沸上温度Ｔｂとの温度差△Ｔが所定値α以上である間は、前記回転数変化率の値に係わらず、回転数保持部４１０Ｂｄにより、前記圧縮機制御部４１０Ｂにおける前記増減制御が禁止されて前記圧縮機１４の回転数が保持される。
これにより、沸上温度Ｔｂが目標沸上温度Ｔｂｏよりある程度低下してしまった場合には、回転数保持部４１０Ｂｄの制御により圧縮機１４の回転数の減少制御を中止してその時点の回転数が維持されるので、沸上温度Ｔｂのそれ以上の低下を防止することができる（図７（ｂ）参照）。

【0083】

また、本実施形態では特に、熱源熱交換器として空気熱交換器１７が用いられる。この場合、空気熱交換器１７における熱交換量は、空気熱交換器１７に外気を送り込む室外ファン６７のファン回転数により変化する。
ファン回転数は、室外ファン制御部４１０Ｄにおいて、前記定格モード及び前記高性能モードに対応したそれぞれの目標ファン回転数となるように増減制御される。この結果、例えば高性能モードから定格モードへ切り替えられた場合、室外ファン６７の回転数は、高性能モードに対応した相対的に高い回転数から定格モードに対応した相対的に低い回転数へと減少制御され、これによって空気熱交換器１７における熱交換量も小さくなる。

【0084】

しかしながら、前記室外ファン６７の回転数の減少を前記定格モードへ切り替え後にすぐに実行した場合、空気熱交換器１７における熱交換量が急激に小さくなりすぎて前記沸上温度Ｔｂが急激に低下する等、ヒートポンプユニット３全体の動作が不安定化する可能性があり得る。
そこで本実施形態では特に、前記定格モードへ切り替え後、前記第３所定期間（前述の例ではｔ０～ｔ３までの間）が経過するまでの間はその時点のファン回転数を維持する。これにより、沸上温度Ｔｂの急激な低下を防止し前記不安定化を防止することができる（図７（ｂ）参照）。

【0085】

また、本実施形態では特に、膨張弁制御部４１０Ｃにおいて、前記圧縮機１４からの冷媒の吐出温度Ｔｏｕｔと前記水冷媒熱交換器１５から流出する冷媒の流出温度Ｔ２との温度差が、（目標沸上温度Ｔｂｏと外気温度Ｔａｉｒと水冷媒熱交換器１５に流入する湯水の入水温度Ｔ１とに基づいて算出される）所定の目標温度差△Ｈとなるように前記電子膨張弁１６の開度を制御する、いわゆる目標温度差制御が行われる。これにより、沸き上げ中、運転効率が高効率となる比エンタルピー差を保ちながらヒートポンプユニット３を運転させることができる。

【0086】

特に、前記電子膨張弁１６の開度を制御することにより、前記圧縮機１４から吐出される冷媒の吐出温度Ｔｏｕｔ及び前記水冷媒熱交換器１５から流出する冷媒の流出温度Ｔ２の双方が変化する結果、電子膨張弁１６の開度変化に対する吐出温度Ｔｏｕｔと流出温度Ｔ２との温度差の温度変化量が大きく、吐出温度Ｔｏｕｔと流出温度Ｔ２との温度差を所定の目標温度差△Ｈとするまでの制御速度が速く、すばやく高効率で運転させることができる。また、前記所定の目標温度差△Ｈを目標沸上温度Ｔｂｏ、外気温度Ｔａｉｒ、入水温度Ｔ１に基づき算出することにより、外気温度Ｔａｉｒや入水温度Ｔ１といった条件が刻々と変化する沸き上げ時において、その時その時で運転効率が高効率となる所定の目標温度差△Ｈを確実に求めることができ、ヒートポンプユニット３を確実に高効率で運転させることができる。

【0087】

なお、本発明は以上の態様に限定されることなく、その趣旨を変更しない範囲で適用可能なものである。

【0088】

例えば、膨張弁制御部４１０Ｃにおいて、前述の例では、前記圧縮機１４からの冷媒吐出温度Ｔｏｕｔと前記水冷媒熱交換器１５から流出する冷媒流出温度Ｔ２との温度差が所定の目標温度差△Ｈとなるように、電子膨張弁１６の開度を制御する温度差制御を行ったが、これに限られない。すなわち、前記冷媒吐出温度Ｔｏｕｔが所定の目標吐出温度に一致するよう電子膨張弁１６の弁開度を制御する吐出温度制御を行ってもよい。あるいは、圧縮機１４から吐出される冷媒の吐出圧が所望の値となるように電子膨張弁１６の弁開度を制御する吐出圧力制御を行ってもよい。あるいは、これら以外に、ヒートポンプユニット３のヒートポンプサイクルにおける適宜の状態検出値が、所望の目標値になるように電子膨張弁１６の開度を制御する他の制御を行ってもよい。これらの場合も同様の効果を得る。
また例えば、本発明のヒートポンプユニット３を、前述のような給湯装置への給湯ではなく、温水暖房を行う暖房端末への湯水の加温に適用してもよい。この場合、水冷媒熱交換器１５において水側流路１５ａの水が加温されて生成された温水は、加熱循環回路４の加熱往き管５及び加熱戻り管６を介し、それらに接続された前記暖房端末へと供給される。この場合も、上記実施形態と同様の効果を得る。

【0089】

また、上記実施形態では、熱源側熱交換器としての、熱源である空気と冷媒との熱交換を行う空気熱交換器１７を例にとって説明したがこれに限られない。
すなわち、熱源側熱交換器として、水や不凍液等の液体が熱源として供給されそれらの液体と冷媒とで熱交換を行う熱交換器を用いてもよい。また、地中又は比較的大容量の水源を熱源として、それら地中又は水源と冷媒とが熱交換を行う熱交換器を用いてもよい。さらには、前記地中又は前記水源の熱を用いたヒートポンプ回路と空気熱を用いた別のヒートポンプ回路とを備えた複合熱源型の構成としてもよい。さらには、熱源側熱交換器において前記冷媒と熱交換できるものであれば、前記液体や前記外気や前記水源に代えて、それ以外のもの（例えば、発煙、排煙、各種高温ガス等を含む気体や、熱砂、塵埃、各種粒子等を含む流動固体）を熱源側熱交換器に通じたり、太陽光、反射光、その他輻射等による熱を熱源側熱交換器に供給して用いる構成としても良い。

【0090】

また例えば、前記ヒートポンプサイクルとしては、減圧器としてエジェクターを用いたエジェクターサイクルでもよいものである。

【0091】

また、前記ヒートポンプサイクルでは、水冷媒熱交換器１５を通過した後の高圧冷媒と圧縮機１４の吸入側の低圧冷媒との間で熱交換を行う内部熱交換器（図示せず）を備えた構成としてもよい。この場合、前記流出温度センサ２１は、水冷媒熱交換器１５より下流側で、高圧冷媒が通過する前記内部熱交換器より上流側の冷媒温度を検出する位置に配設され、前記吐出温度センサ２０の検出する冷媒吐出温度Ｔｏｕｔと前記流出温度センサ２１の検出する冷媒温度との温度差△Ｈが所定の目標温度差△Ｈｍとなるように電子膨張弁１６の開度が制御され、これによって、前記と同様の効果を得られるものである。

【符号の説明】

【0092】

２ 貯湯タンク
３ ヒートポンプユニット（ヒートポンプ装置）
４ 加熱循環回路（湯水循環回路）
５ 加熱往き管（湯水配管）
６ 加熱戻り管（湯水配管）
１４ 圧縮機
１５ 水冷媒熱交換器
１６ 電子膨張弁（減圧器）
１７ 空気熱交換器（熱源側熱交換器）
１８ 冷媒配管
３０ 冷媒循環回路
４０ 貯湯制御装置
５０ 加熱制御装置
６７ 室外ファン（送風ファン）
４１０Ｂ 圧縮機制御部
４１０Ｂａ 目標回転数設定部（圧縮機制御手段）
４１０Ｂｂ 駆動信号出力部（圧縮機制御手段）
４１０Ｂｃ 変化率変更部（変化率変更手段）
４１０Ｂｄ 回転数保持部（圧縮機回転数保持手段）
４１０Ｃ 膨張弁制御部
４１０Ｃａ 目標温度差算出部（減圧器制御手段）
４１０Ｃｂ 駆動信号出力部（減圧器制御手段）
４１０Ｃｃ 操作周期変更部（周期変更手段）
４１０Ｃｄ タイマー
４１０Ｃｅ タイマーリセット部（リセット手段）
４１０Ｄ 室外ファン制御部
４１０Ｄａ 目標回転数設定部
４１０Ｄｂ 駆動信号出力部
４１０Ｄｃ 回転数保持部（ファン回転数保持手段）
△Ｈ 冷媒吐出温度と冷媒流出温度との温度差
△Ｈｍ 目標温度差
Ｔ１ 入水温度
Ｔ２ 冷媒流出温度
Ｔａｉｒ 外気温度
Ｔｂｏ 目標沸上温度
Ｔｂ 沸上温度（実沸上温度）
Ｔｏｕｔ 冷媒吐出温度

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】