特開 2024-126443 ヒートポンプ温水装置

(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】P2024126443

(43)【公開日】2024-09-20

(54)【発明の名称】ヒートポンプ温水装置

(51)【国際特許分類】

   F24H 4/02 20220101AFI20240912BHJP

   F24H 15/124 20220101ALI20240912BHJP

   F24H 15/258 20220101ALI20240912BHJP

   F24H 15/232 20220101ALI20240912BHJP

   F24H 15/215 20220101ALI20240912BHJP

   F24H 15/219 20220101ALI20240912BHJP

   F24H 15/38 20220101ALI20240912BHJP

   F24H 15/385 20220101ALI20240912BHJP

   F24H 15/429 20220101ALI20240912BHJP

【ＦＩ】

F24H4/02 A

F24H15/124

F24H15/258

F24H15/232

F24H15/215

F24H15/219

F24H15/38

F24H15/385

F24H15/429

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023034823

(22)【出願日】2023-03-07

(71)【出願人】

【識別番号】000000538

【氏名又は名称】株式会社コロナ

(71)【出願人】

【識別番号】000115854

【氏名又は名称】リンナイ株式会社

(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】眞柄 隆志

(72)【発明者】

【氏名】上田 真典

(72)【発明者】

【氏名】富澤 祥伍

(72)【発明者】

【氏名】赤木 伸行

(72)【発明者】

【氏名】田附 洋人

(72)【発明者】

【氏名】姫野 竜佑

(72)【発明者】

【氏名】中村 洋太

【テーマコード（参考）】

3L122

【Ｆターム（参考）】

3L122AA02

3L122AA23

3L122AA54

3L122AA62

3L122AB02

3L122AB22

3L122AB33

3L122BA13

3L122BA32

3L122BB02

3L122BB13

3L122BB14

3L122BC12

3L122BC13

3L122DA22

3L122DA23

3L122EA61

3L122FA02

3L122GA06

(57)【要約】

【課題】電力抑制制御の実行中に高出力モードから通常モードへの切り替えが行われた場合の、過電流検知による運転停止を防止する。
【解決手段】ヒートポンプ温水装置１００では、電力抑制判定部４１０Ｂｄにより電力抑制信号が入力されていると判定され、高性能モード運転から定格モード運転への切り替えが行われたことが運転切替判定部４１０Ｃａで判定されると、目標開度制限部４１０Ｃｂにより電子膨張弁１６の目標開度の下限値として最低開度Ｘｍｉｎが設定される。これにより、電子膨張弁１６の目標開度は、目標開度決定部４１０Ｃｃによってその最低開度Ｘｍｉｎ以上となるように制御される。これにより、圧縮機１４の負荷が低減され、高性能モード運転から定格モード運転への切り替え時においても、前述のように過電流検知が作動するのを回避し、ヒートポンプユニット３を停止させずに動作継続させることができる。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

圧縮機、減圧器、空気熱交換器を冷媒配管で接続したヒートポンプ装置と、
前記ヒートポンプ装置から前記冷媒配管を介し冷媒の供給を受けて水との熱交換により湯水循環回路側への温水を生成する水－冷媒熱交換器と、
を有し、
予め定められた通常出力により前記湯水循環回路側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循環回路側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温水装置において、
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増減制御する圧縮機制御手段と、
前記減圧器の開度を制御する減圧器制御手段と、
前記ヒートポンプ装置における消費電力の抑制を指示する電力抑制信号が入力されたか否かを判定する電力抑制判定手段と、
を有し、
前記減圧器制御手段は、
高圧側の前記冷媒の状態値が所定の目標値条件を満たすような、前記減圧器の目標開度を決定する目標開度決定手段と、
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への切り替えが行われたか否かを判定する運転切替判定手段と、
前記運転切替判定手段により前記通常モードでの運転への切り替えが行われたと判定され、かつ前記電力抑制判定手段により前記電力抑制信号が入力されていると判定された場合に、前記目標開度決定手段により決定される前記目標開度に対し、下限値としての最低開度を設定する目標開度制限手段と、
を有し、
前記目標開度決定手段は、
前記目標開度制限手段により設定された前記最低開度以上の範囲内で、前記減圧器の目標開度を決定することを特徴とするヒートポンプ温水装置。

【請求項2】

前記目標開度決定手段は、
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、生成される温水の目標温水温度と前記水－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、若しくは、
前記流出温度と前記水－冷媒熱交換器に流入する湯水の入水温度との温度差が一定となるように、若しくは、
前記吐出温度が目標吐出温度となるように、
前記減圧器の目標開度を決定することを特徴とする請求項１記載のヒートポンプ温水装置。

【請求項3】

前記目標開度制限手段は、
前記湯水循環回路において生成される温水の目標温水温度、前記湯水循環回路において生成された温水の実温水温度、及び、外気温、の少なくとも１つに応じて、前記最低開度を可変に設定する
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温水装置。

【請求項4】

前記目標開度制限手段により設定された前記最低開度の有効期間を設定する制限期間設定手段をさらに有し、
前記目標開度決定手段は、
前記制限期間設定手段により設定された前記有効期間の間は、前記最低開度以上の範囲内で前記減圧器の目標開度を決定する
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温水装置。

【請求項5】

前記制限期間設定手段は、
前記湯水循環回路において生成する温水の目標温水温度、前記湯水循環回路において生成された温水の実温水温度、及び、外気温、の少なくとも１つに応じて、前記有効期間を可変に設定する
ことを特徴とする請求項４記載のヒートポンプ温水装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、水－冷媒熱交換器での冷媒との熱交換により温水を生成するヒートポンプ温水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温水装置においては、特許文献１記載のように、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モードでの運転と、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モードより大きな加熱能力とする高出力モードでの運転と、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】

特許文献１記載の技術において、例えば通常モードでの運転から高出力モードでの運転へ切り替わると、圧縮機を含むヒートポンプ装置側における運転電流の最大値が増大すると共に、運転中に変化する電流値の幅も増大する場合がある。

【0005】

一方、近年、前記ヒートポンプ装置について、ＡＣ２００Ｖの専用電源を設けることなく例えばＡＣ１００Ｖの家庭用電源や蓄電池から電力供給を受けて作動させる構成が提唱されている。この場合、限られた電源容量を、通常の家庭での各電化製品等とヒートポンプ装置とで共有することとなるため、前記ヒートポンプ装置における消費電力の抑制を指示する電力抑制信号が、外部から入力される場合がある。前記電力抑制信号には、ヒートポンプ装置において消費することが許容される消費電力上限値が指示されている。前記電力抑制信号が入力されると、ヒートポンプ装置で消費する電力が前記消費電力上限値以内となるように電力抑制制御が行われ、圧縮機の回転数が制限される。

【0006】

このような電力抑制制御が行われている状態で前記の高出力モードでの運転から通常モードでの運転への切り替えが行われた場合、高出力モードで運転電流の最大値が高くなった状態のまま通常モードに切り替わることから、過電流検知が作動し、ヒートポンプ装置が停止してしまうという問題があった。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するために、本発明の請求項１では、圧縮機、減圧器、空気熱交換器を冷媒配管で接続したヒートポンプ装置と、前記ヒートポンプ装置から前記冷媒配管を介し冷媒の供給を受けて水との熱交換により湯水循環回路側への温水を生成する水－冷媒熱交換器と、を有し、予め定められた通常出力により前記湯水循環回路側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循環回路側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温水装置において、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増減制御する圧縮機制御手段と、前記減圧器の開度を制御する減圧器制御手段と、前記ヒートポンプ装置における消費電力の抑制を指示する電力抑制信号が入力されたか否かを判定する電力抑制判定手段と、を有し、前記減圧器制御手段は、高圧側の前記冷媒の状態値が所定の目標値条件を満たすような、前記減圧器の目標開度を決定する目標開度決定手段と、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への切り替えが行われたか否かを判定する運転切替判定手段と、前記運転切替判定手段により前記通常モードでの運転への切り替えが行われたと判定され、かつ前記電力抑制判定手段により前記電力抑制信号が入力されていると判定された場合に、前記目標開度決定手段により決定される前記目標開度に対し、下限値としての最低開度を設定する目標開度制限手段と、を有し、前記目標開度決定手段は、前記目標開度制限手段により設定された前記最低開度以上の範囲内で、前記減圧器の目標開度を決定するものである。

【0008】

また、請求項２では、前記目標開度決定手段は、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、生成される温水の目標温水温度と前記水－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、若しくは、前記流出温度と前記水－冷媒熱交換器に流入する湯水の入水温度との温度差が一定となるように、若しくは、前記吐出温度が目標吐出温度となるように、前記減圧器の目標開度を決定するものである。

【0009】

また、請求項３では、前記目標開度制限手段は、前記湯水循環回路において生成される温水の目標温水温度、前記湯水循環回路において生成された温水の実温水温度、及び、外気温、の少なくとも１つに応じて、前記最低開度を可変に設定するものである。

【0010】

また、請求項４では、前記目標開度制限手段により設定された前記最低開度の有効期間を設定する制限期間設定手段をさらに有し、前記目標開度決定手段は、前記制限期間設定手段により設定された前記有効期間の間は、前記最低開度以上の範囲内で前記減圧器の目標開度を決定するものである。

【0011】

また、請求項５では、前記制限期間設定手段は、前記湯水循環回路において生成する温水の目標温水温度、前記湯水循環回路において生成された温水の実温水温度、及び、外気温、の少なくとも１つに応じて、前記有効期間を可変に設定するものである。

【発明の効果】

【0012】

この発明の請求項１によれば、電力抑制判定手段により電力抑制信号が入力されていると判定された状態において、高出力モード運転から通常モード運転への切り替えが行われたことが運転切替判定手段で判定されると、目標開度制限手段により減圧器の目標開度の下限値として最低開度が設定される。これにより、減圧器の目標開度は、目標開度決定手段によってその最低開度以上となるように（最低開度未満にはならないように）制御されることとなる。
したがって、減圧器の開度が小さくなり過ぎることがなくなり、冷媒配管内に冷媒を吐出して流通させる圧縮機の負荷が低減される。これにより、高出力モード運転から通常モード運転への切り替え時においても、前述のように過電流検知が作動するのを回避し、ヒートポンプ装置を停止させずに動作継続させることができる。

【0013】

また、請求項２によれば、目標開度決定手段において、減圧器の目標開度が、冷媒吐出温度と冷媒流出温度との温度差が目標温水温度と湯水の入水温度とに基づく所定の目標温度差となるように（いわゆる△Ｈ制御）、若しくは、前記冷媒流出温度と前記入水温度との温度差が一定となるように（いわゆる△Ｔ制御）、若しくは、 前記冷媒吐出温度が目標吐出温度となるように（いわゆる吐出温度制御）、決定されることで、ヒートポンプ装置での効率最大化が図られる。また、これら各種制御が行われている際に高出力モード運転から通常モード運転への切り替えが行われた場合でも、ヒートポンプ装置を停止させず動作継続させることができる。

【0014】

また、請求項３によれば、例えば外気温が高いほど最低開度を大きめにする、目標温水温度や実温水温度が高いほど最低開度を小さめにする等、ヒートポンプ装置の動作条件や動作環境等に応じて最適な最低開度をきめ細やかに設定することができる。

【0015】

また、請求項４によれば、過電流検知を回避しヒートポンプ装置を動作継続させるのに必要な最小限の期間を過ぎたら、目標開度制限手段による目標開度の制限を解除し、目標開度決定手段による元通りの目標開度の決定手法に復帰することができる。

【0016】

また、請求項５によれば、例えば外気温が高いほど有効期間を短めにする、目標温水温度や実温水温度が高いほど有効期間を長めにする等、ヒートポンプ装置の動作条件や動作環境等に応じて最適な有効期間の長さをきめ細やかに設定することができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明の一実施形態のヒートポンプ温水装置の概略構成図

【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】高性能モードから定格モードへ切り替えが行われたときの、圧縮機の回転数、吐出温度、吐出圧、電子膨張弁の開度、沸上温度、及び、ヒートポンプユニットでの消費電流、の挙動の一例をそれぞれ表す説明図

【図4】本発明の一実施形態の手法により電子膨張弁の開度において最低開度を設定したときの、圧縮機の回転数、吐出温度、吐出圧、電子膨張弁の開度、沸上温度、及び、ヒートポンプユニットでの消費電流、の挙動の一例をそれぞれ表す説明図

【図5】加熱制御装置が実行する制御手順を表すフローチャート図

【図6】最低開度の設定に時間的制限をかける変形例における、加熱制御装置の機能的構成を表す機能ブロック図

【発明を実施するための形態】

【0018】

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。

【0019】

＜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温水装置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と、を有している。

【0020】

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の水冷媒熱交換器１５（水－冷媒熱交換器に相当）と、加熱循環ポンプ１９（循環ポンプに相当）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１５ｂと水側の流路１５ａ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とが加熱往き管５（往き管に相当）及び加熱戻り管６（戻り管に相当）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。

【0021】

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を検出する沸上温度センサ２４が設けられている。

【0022】

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Ｔｗ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、出湯管８には、貯湯タンク２内が負圧になった場合に開弁して貯湯タンク２内に空気を導入する負圧吸気弁１１９が設けられ、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で混合された湯を給湯端末１２５に給湯するための給湯管１０８ａと、給湯管１０８ａ内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。

【0023】

なお、前記タンクユニット１外における給湯管１０８ａの給湯端末１２５側には給湯管１０８ｂが設けられており、これら給湯管１０８ａ，１０８ｂの間には混合弁１０で混合された湯を加熱可能なガス熱源機１３０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、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と、を備えている。そして、前記圧縮機１４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】

冷媒配管１８は、圧縮機１４の吐出側を前記水冷媒熱交換器１５の入口側に連通させ、また圧縮機１４の吸込側を前記空気熱交換器の出口側に連通させる。なお、冷媒配管１８及びこれに接続された圧縮機１４、空気熱交換器１７、電子膨張弁１６が、ヒートポンプ装置に相当している。また、本実施形態では、前記ヒートポンプ装置を構成する前記圧縮機１４等を含むヒートポンプユニット３及びタンクユニット１について専用電源が設けられることなく、それらヒートポンプユニット３及びタンクユニットは、いずれも例えばＡＣ１００Ｖの家庭用電源や蓄電池から電力供給を受けて作動する構成となっている。

【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。前記冷媒配管１８の前記圧縮機１４の吐出側の部位には、圧縮機１４から吐出される冷媒の冷媒吐出温度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（外気温検出手段に相当）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２０，２２，２４，２１，２３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１２，１１，２０，２２，２４，２１，２３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や電力抑制信号（後述）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はこの運転指令や電力抑制信号と各センサ２０，２２，２４，２１，２３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】

＜ヒートポンプ消費電力検出装置＞
ヒートポンプユニット３には、当該ヒートポンプユニット３内で消費する電力（以下適宜、単に「ＨＰ消費電力」と称する。図示も同様）を検出するヒートポンプ消費電力検出装置２００が設けられている。ヒートポンプ消費電力検出装置２００は、ヒートポンプユニット３へ供給される電圧値及び電流値をそれぞれ公知のセンサにより検出し、それら電圧値及び電流値を積算することで前記ＨＰ消費電力を算出する。算出されたＨＰ消費電力は、加熱制御装置５０へと出力される。

【0030】

＜加熱制御装置＞
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。

【0031】

図２に示すように、前記加熱制御装置５０は、運転切替部４１０Ａと、圧縮機制御部４１０Ｂ（圧縮機制御手段に相当）と、膨張弁制御部４１０Ｃ（減圧器制御手段に相当）と、室外ファン制御部４１０Ｄと、ポンプ制御部４１０Ｆと、を機能的に備えている。

【0032】

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。

【0033】

すなわち、運転切替部４１０Ａには、前記貯湯制御装置４０により出力される運転指令、及び、電力抑制信号（詳細は後述）が入力される。運転切替部４１０Ａ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後述の沸上運転を行うか行わないか、を決定する。また、運転切替部４１０Ａは、その決定結果に対応する運転情報を、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、前記貯湯温度センサ１２により検出された貯湯タンク２内の湯の温度Ｔｗ、及び、適宜に決定された目標沸上温度Ｔｂｏ、等が含まれる。

【0034】

圧縮機制御部４１０Ｂには、この例では、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、前記貯湯制御装置４０からの電力抑制信号と、ヒートポンプ消費電力検出装置２００からのＨＰ消費電力と、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）。また圧縮機制御部４１０Ｂは、運転モード判定部４１０Ｂａと、最大回転数設定部４１０Ｂｂと、目標回転数決定部４１０Ｂｃと、電力抑制判定部４１０Ｂｄと、を有する。

【0035】

運転モード判定部４１０Ｂａは、運転切替部４１０Ａからの前記運転情報に基づき、前述の定格モード及び高性能モードのうちいずれのモードで運転されているかを判定する。
最大回転数設定部４１０Ｂｂは、運転モード判定部４１０Ｂａでの判定結果に基づき、対応する圧縮機１４の目標回転数の最大値（最大目標回転数）を決定する。例えば、定格モードの場合は最大目標回転数が５０［ｒｐｓ］に設定され、高性能モードの場合は最大目標回転数が９０［ｒｐｓ］に設定される。
目標回転数決定部４１０Ｂｃは、設定された当該最大目標回転数の範囲内で、入力された前記外気温度Ｔａｉｒ及び前記目標沸上温度Ｔｂｏ及び前記電力抑制信号に基づき、前記圧縮機１４の目標回転数（圧縮機目標回転数に相当）を設定し、この目標回転数となるように圧縮機１４の回転数を増減制御する（詳細には圧縮機１４を回転駆動するモータを制御する）。
なお、電力抑制判定部４１０Ｂｄについては、後述する。

【0036】

膨張弁制御部４１０Ｃには、この例では、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、前記貯湯制御装置４０からの電力抑制信号と、が入力される。また膨張弁制御部４１０Ｃは、運転切替判定部４１０Ｃａと、目標開度制限部４１０Ｃｂ（目標開度制限手段に相当）と、目標開度決定部４１０Ｃｃと、を有する。

【0037】

目標開度決定部４１０Ｃｃは、高圧側の前記冷媒の状態値が所定の目標値条件を満たすような、前記減圧器の目標開度を決定する。具体的には、この例では、目標開度決定部４１０Ｃｃは、冷媒吐出温度Ｔｏｕｔと前記冷媒流出温度Ｔ２との温度差Ｔｏｕｔ－Ｔ２（高圧側の冷媒の状態値に相当）が、前記目標沸上温度Ｔｂｏと前記外気温度Ｔａｉｒと前記入水温度Ｔ１とに基づいて算出される所定の目標温度差△Ｈ（所定の目標値条件に相当）となるような、電子膨張弁１６の目標開度を決定する。

【0038】

運転切替判定部４１０Ｃａは、運転切替部４１０Ａからの前記運転情報に基づき、前記定格モードでの運転から前記高性能モードでの運転への切り替え、又は、前記高性能モードでの運転から前記定格モードでの運転への切り替え、が行われたか否かを判定する。
なお、目標開度制限部４１０Ｃｂについては、後述する。

【0039】

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。室外ファン制御部４１０Ｄは、入力された前記運転情報及び前記外気温度Ｔａｉｒと、に基づき前記室外ファン６７の目標回転数を設定し、室外ファン６７の回転数がその目標回転数となるように増減制御する。

【0040】

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、これらに基づき、前記加熱循環ポンプ１９の回転数を制御する。

【0041】

＜沸上運転＞
前記したように、本実施形態のヒートポンプユニット３では、圧縮機１４の吐出側が前記水冷媒熱交換器１５の入口側に連通し、圧縮機１４の吸込側が前記空気熱交換器の出口側に連通しており、これによって空気熱交換器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る。すなわち、水冷媒熱交換器１５において冷媒配管１８内の冷媒からの放熱により熱が放出され、加熱循環回路４内に温水が生成される。生成された温水は、加熱循環ポンプ１９が誘起する加熱循環回路４内の温水の流れによって加熱戻り管６を介し貯湯タンク２内に供給され、これによって貯湯タンク２内の湯水の温度を上昇させることができる（＝温水生成運転としての沸上運転）。

【0042】

＜電力抑制制御＞
ここで、前記のようにヒートポンプユニット３の圧縮機１４等が家庭用電源や蓄電池から電力供給を受けて作動する場合、限られた電源容量を、タンクユニット１や家庭での各電化製品等と共有することとなる。そのため、本実施形態では、圧縮機１４等における消費電力の抑制を指示する電力抑制信号が、前記貯湯制御装置４０から加熱制御装置５０の前記運転切替部４１０Ａ、圧縮機制御部４１０Ｂ、膨張弁制御部４１０Ｃへと入力される。前記電力抑制信号には、前記圧縮機１４等において消費することが許容される消費電力上限値が指示されている。

【0043】

前記したように、圧縮機制御部４１０Ｂには、電力抑制判定部４１０Ｂｄが設けられている。この電力抑制判定部４１０Ｂｄは、前記電力抑制信号が入力されたか否かの判定を行う。電力抑制信号が入力されたと判定された場合、電力抑制判定部４１０Ｂｄは、当該電力抑制信号により指定される前記消費電力上限値の値を前記目標回転数決定部４１０Ｂｃへと出力する。なお、図示を省略しているが、この電力抑制判定部４１０Ｂｄによる判定結果は、後述の目標開度制限部４１０Ｃｂへも出力される。
目標回転数決定部４１０Ｂｃは、最大回転数設定部４１０Ｂｂにより設定された前記最大目標回転数の範囲内で、かつ、ヒートポンプ消費電力検出装置２００から入力されたＨＰ消費電力が前記消費電力上限値以下となる範囲内で、前記圧縮機１４の目標回転数を設定し、この目標回転数となるように圧縮機１４の回転数を増減制御する。

【0044】

＜電力抑制制御時に運転切り替えが行われた場合＞
ところで、例えば前記定格モードでの運転から高性能モードでの運転へ切り替わると、圧縮機１４を含むヒートポンプユニット３側における運転電流の最大値とヒートポンプユニット３全体の消費電流Ｉの所定の制限値Ｉｌｉｍｉｔが増大すると共に、運転中に変化する電流値の幅も増大する場合がある。前記のような電力抑制制御が行われている状態で、このような高性能モードでの運転から再び定格モードでの運転への切り替えが行われた場合、前記したように高性能モードで運転電流の最大値が高くなった状態のまま定格モードに切り替わることから、過電流検知が作動し、ヒートポンプユニット３が運転停止してしまうおそれがある。

【0045】

詳細には、例えば図３に模式的に示すように、定格モードへの切り替えにより圧縮機１４の回転数Ｎが急激に低減されると、そのままでは、膨張弁制御部４１０Ｃの目標開度決定部４１０Ｃｃが前記高圧側の前記冷媒の状態値が所定の目標値条件を満たすように（前記の例では目標温度差△Ｈを維持するように）、電子膨張弁１６の開度Ｘを急激に小さくする。そのため、圧縮機１４の負荷が急激に増大して圧縮機１４の駆動モータの駆動電流が大幅に増加する結果、ヒートポンプユニット３全体の消費電流Ｉが定格モードでの所定の制限値Ｉｌｉｍｉｔを超過し、過電流状態が検知されてヒートポンプユニット３が運転停止されてしまう。

【0046】

そこで本実施形態では、膨張弁制御部４１０Ｃに、目標開度制限部４１０Ｃｂが設けられる。目標開度制限部４１０Ｃｂは、運転切替判定部４１０Ｃａにより高性能モードから定格モードでの運転への切り替えが行われたと判定され、かつ前記電力抑制判定部４１０Ｂｄにより前記電力抑制信号が入力されていると判定された場合に、前記目標開度決定部４１０Ｃｃにより決定される電子膨張弁１６の前記目標開度に対し、下限値としての最低開度Ｘｍｉｎを設定する。目標開度決定部４１０Ｃｃは、目標開度制限部４１０Ｃｂにより設定された前記最低開度Ｘｍｉｎに応じて、前記電子膨張弁１６の目標開度を決定する。この結果、図３に対応する図４に模式的に示すように、電子膨張弁１６の開度Ｘはその最低開度Ｘｍｉｎ以上となるように（Ｘ＜Ｘｍｉｎにはならないように）制御され、開度Ｘが小さくなり過ぎることがなくなる。これにより、冷媒配管１８内に冷媒を吐出して流通させる圧縮機１４の負荷が低減されるため、前述のように圧縮機１４の駆動モータが大幅に増大するのを防止し、消費電流Ｉが制限値Ｉｌｉｍｉｔに達することはなくなる。その結果、前記の過電流検知が作動するのを回避し、ヒートポンプユニット３を停止させずに動作継続させることができる。

【0047】

＜制御手順＞
以上の手法を実現するために本実施形態の前記加熱制御装置５０により実行される制御手順を、図５のフローチャートにより説明する。

【0048】

図５において、まずＳ５で、前記定格モードから前記高性能モードへの切り替わりを表すフラグＦが０に初期化される。

【0049】

その後、Ｓ１０で、膨張弁制御部４１０Ｃの運転切替判定部４１０Ｃａにより、前記定格モード及び前記高性能モードのうち定格モードに切り替えられているか否かが判定される。定格モードに切り替えられている場合はＹｅｓ判定され（圧縮機制御部４１０Ｂの運転モード判定部４１０Ｂａにおいても、定格モードとなっていることが判定される）、Ｓ１５へ移行する。

【0050】

Ｓ１５では、圧縮機制御部４１０Ｂの最大回転数設定部４１０Ｂｂにより、圧縮機１４の最大目標回転数が、定格モード用のものに設定される。前述の例に沿うと、最大目標回転数が５０［ｒｐｓ］に設定される。

【0051】

その後、Ｓ２０において、上記フラグＦ＝１であるか否かが判定される。定格モードから高性能モードに切り替えられた状態ではなくＦ＝０のままであればＮｏ判定され、Ｓ２５へ移行する。

【0052】

Ｓ２５では、膨張弁制御部４１０Ｃの前記目標開度決定部４１０Ｃｃにより、前記Ｔｏｕｔ－Ｔ２が前記所定の目標温度差△Ｈとなるような、電子膨張弁１６の目標開度が決定される（△Ｈ制御）。さらに、この△Ｈ制御により決定された目標開度となるようにパルスモータへ駆動指示信号が出力される。そして、前記貯湯制御装置４０からの運転指令に対応した運転切替部４１０Ａからの運転情報に基づき、前記沸上運転が実行される。

【0053】

その後、Ｓ３０で、前述の貯湯タンク２内の温度Ｔｗが所定値に達した等、前記沸上運転を終了すべきタイミングとなったか否かが前記運転切替部４１０Ａにより判定される。終了すべきタイミングになっていればＹｅｓ判定され、Ｓ５５において運転切替部４１０Ａからの運転情報に基づき沸上運転を終了し、このフローを終了する。Ｓ５５において前記沸上運転を終了すべきタイミングにまだなっていなければＮｏ判定されてＳ１０へ戻り、沸上運転が続行される。

【0054】

Ｓ１０で高性能モードに切り替えられている場合はＮｏ判定され（圧縮機制御部４１０Ｂの運転モード判定部４１０Ｂａにおいても、高性能モードとなっていることが判定される）、Ｓ３５へ移行し、前記Ｆ＝１とされた後、Ｓ４０へ移行する。

【0055】

Ｓ４０では、圧縮機制御部４１０Ｂの最大回転数設定部４１０Ｂｂにより、圧縮機１４の最大目標回転数が、高性能モード用のものに設定される。前述の例に沿うと、最大目標回転数が９０［ｒｐｓ］に設定される。前記定格モードから高性能モードへと切り替えられていた場合は、前記最大目標回転数は５０［ｒｐｓ］から９０［ｒｐｓ］に変更され、前記ＨＰ消費電力上限値を超えないように圧縮機１４の回転数が増加されていくことになる。

【0056】

Ｓ４０の後は、前記同様のＳ２５へ移行し、同様の△Ｈ制御が行われる。

【0057】

一方、前記のように高性能モードにより沸上運転が行われていた後、定格モードへと切り替えられた場合は、Ｓ１０の判定が満たされてＳ１５に移行し、前述の例に沿うと、最大目標回転数が９０［ｒｐｓ］から５０［ｒｐｓ］に変更され、ＨＰ消費電力上限値を超えないように圧縮機１４の回転数が低減されていく。その後、Ｓ２０においてＹｅｓ判定され、Ｓ４５へ移行する。

【0058】

Ｓ４５では、膨張弁制御部４１０Ｃの目標開度制限部４１０Ｃｂにより、前記目標開度決定部４１０Ｃｃにより決定される前記目標開度に対しての最低開度Ｘｍｉｎが設定される。この結果、目標開度決定部４１０Ｃｃにより、前記電子膨張弁１６の目標開度は、この最低開度Ｘｍｉｎを下回らないように決定されることになる。

【0059】

なおこのとき、目標開度制限部４１０Ｃｂは、前記最低開度Ｘｍｉｎを、前記目標沸上温度Ｔｂｏ（目標温水温度に相当）、前記沸上温度Ｔｂ（実温水温度に相当）、及び、前記外気温度Ｔａｉｒ、のうち少なくとも１つに応じて、可変に設定するようにしてもよい。

【0060】

Ｓ４５の後は、Ｓ５０で前記フラグＦ＝０とされた後、前記Ｓ２５へと移行し、同様の手順が繰り返される。

【0061】

＜実施形態の効果＞
以上説明したように、本実施形態のヒートポンプ温水装置１００では、前記電力抑制判定部４１０Ｂｄにより電力抑制信号が入力されていると判定された状態において、高性能モード運転から定格モード運転への切り替えが行われたことが運転切替判定部４１０Ｃａで判定されると、目標開度制限部４１０Ｃｂにより電子膨張弁１６の目標開度の下限値として最低開度Ｘｍｉｎが設定される。これにより、電子膨張弁１６の目標開度は、目標開度決定部４１０Ｃｃによってその最低開度Ｘｍｉｎ以上となるように（最低開度Ｘｍｉｎ未満にはならないように）制御されることとなる。したがって、電子膨張弁１６の開度Ｘが小さくなり過ぎることがなくなり、冷媒配管１８内に冷媒を吐出して流通させる圧縮機１４の負荷が低減される。これにより、高性能モード運転から定格モード運転への切り替え時においても、前述のように過電流検知が作動するのを回避し、ヒートポンプユニット３を停止させずに動作継続させることができる。

【0062】

また、本実施形態では特に、目標開度決定部４１０Ｃｃにおいて、電子膨張弁１６の目標開度が、冷媒吐出温度Ｔｏｕｔと冷媒流出温度Ｔ２との温度差Ｔｏｕｔ－Ｔ２が目標沸上温度Ｔｂｏと湯水の入水温度Ｔ１とに基づく所定の目標温度差△Ｈとなるように（いわゆる△Ｈ制御）決定されることで、ヒートポンプユニット３での効率最大化が図られる。また、これら各種制御が行われている際に高性能モード運転から定格モード運転への切り替えが行われた場合でも、ヒートポンプユニット３を停止させず動作継続させることができる。

【0063】

また、本実施形態では特に、目標開度制限部４１０Ｃｂは、目標沸上温度Ｔｂｏ、沸上温度Ｔｂ、及び、外気温度Ｔａｉｒ、の少なくとも１つに応じて、前記最低開度Ｘｍｉｎを可変に設定する。これにより、例えば外気温度Ｔａｉｒが高いほど最低開度Ｘｍｉｎを大きめにする、目標沸上温度Ｔｂｏや沸上温度Ｔｂが高いほど最低開度Ｘｍｉｎを小さめにする等、ヒートポンプユニット３の動作条件や動作環境等に応じて最適な最低開度Ｘｍｉｎをきめ細やかに設定することができる。

【0064】

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。

【0065】

（１）最低開度の設定に時間的制限をかける場合
本変形例における加熱制御装置５０の機能的構成を、前記図２に対応する図６より説明する。図６に示すように、本変形例では、膨張弁制御部４１０Ｃにおいて、新たに、有効期間決定部４１０Ｃｄ（制限期間設定手段に相当）が設けられる。

【0066】

有効期間決定部４１０Ｃｄは、前記目標開度制限部４１０Ｃｂにより設定された前記最低開度Ｘｍｉｎの有効期間（例えば、１０分間等）を設定する。そして、前記目標開度決定部４１０Ｃｃは、前記有効期間決定部４１０Ｃｄにより設定された前記有効期間の間、前記最低開度Ｘｍｉｎ以上の範囲内で前記電子膨張弁１６の目標開度を決定する。
例えば、有効期間決定部４１０Ｃｄが決めた前記有効期間の間だけ、目標開度制限部４１０Ｃｂから目標開度決定部４１０Ｃｃへの前記最低開度Ｘｍｉｎが出力されるようにしてもよい。あるいは、目標開度制限部４１０Ｃｂから目標開度決定部４１０Ｃｃへは所定の長期間前記最低開度Ｘｍｉｎが出力されているが、目標開度決定部４１０Ｃｃにおいて有効期間決定部４１０Ｃｄが決めた前記有効期間の間だけ、当該最低開度Ｘｍｉｎを採択しそれ以外は無視するようにしてもよい。

【0067】

なおこのとき、有効期間決定部４１０Ｃｄは、前記有効期間を、前記目標沸上温度Ｔｂｏ（目標温水温度に相当）、前記沸上温度Ｔｂ（実温水温度に相当）、及び、前記外気温度Ｔａｉｒ、のうち少なくとも１つに応じて、可変に設定するようにしてもよい。

【0068】

本変形例においても、上記実施形態と同様、高性能モード運転から定格モード運転への切り替え時においても、前述のように過電流検知が作動するのを回避し、ヒートポンプユニット３を停止させずに動作継続させることができる。
また本変形例では特に、過電流検知を回避しヒートポンプユニット３を動作継続させるのに必要な最小限の期間を過ぎたら、目標開度制限部４１０Ｃｂによる目標開度の制限を解除し、目標開度決定部４１０Ｃｃによる元通りの目標開度の決定手法に復帰することができる。
さらに、有効期間決定部４１０Ｃｄが、目標沸上温度Ｔｂｏ、沸上温度Ｔｂ、及び、外気温度Ｔａｉｒ、の少なくとも１つに応じて、前記有効期間を可変に設定することで、例えば外気温度Ｔａｉｒが高いほど前記有効期間を短めにする、目標沸上温度Ｔｂｏや沸上温度Ｔｂが高いほど有効期間を長めにする等、ヒートポンプユニット３の動作条件や動作環境等に応じて最適な有効期間の長さをきめ細やかに設定できる効果もある。

【0069】

（２）その他
上記実施形態では、膨張弁制御部４１０Ｃの目標開度決定部４１０Ｃｃが、電子膨張弁１６の目標開度を、冷媒吐出温度Ｔｏｕｔと冷媒流出温度Ｔ２との温度差が目標沸上温度Ｔｂｏと入水温度Ｔ１とに基づく△Ｈとなるように決定する、△Ｈ制御を行う場合を例にとって説明したが、これに限られない。
すなわち、目標開度決定部４１０Ｃｃが、水冷媒熱交換器１５から流出する冷媒の前記流出温度Ｔ２と水冷媒熱交換器１５に流入する湯水の前記入水温度Ｔ１との温度差Ｔ２－Ｔ１が一定となるように電子膨張弁１６の開度をフィードバック制御する、いわゆる△Ｔ制御を行うようにしてもよい。あるいは、目標開度決定部４１０Ｃｃが、前記冷媒吐出温度Ｔｏｕｔが目標吐出温度（例えば目標沸上温度Ｔｂｏプラス一定値［℃］）となるように電子膨張弁１６の開度をフィードバック制御する、いわゆる吐出温度制御を行うようにしてもよい。これらの場合も、前記同様、電子膨張弁１６の開度Ｘに対し最低開度Ｘｍｉｎを設定することで、前記過電流検知が作動するのを回避し、ヒートポンプユニット３を動作継続させることができる。

【0070】

また、上記実施形態では、水冷媒熱交換器１５の負荷側に加熱往き管５及び加熱戻り管６からなる加熱循環回路４を介して貯湯タンク２を接続することで、水冷媒熱交換器１５で前記のように生成した温水を貯湯タンク２に供給する前記沸上運転を行うようにしたが、これに限られない。すなわち、加熱循環回路４と同様の温水を循環させる循環回路を介してファンコイル、床暖房パネル、パネルコンベクタ等の適宜の熱交換端末を接続しその熱交換端末に温水を供給して暖房を行う、温水生成運転としての暖房運転を行うようにしてもよい。なおこの場合は、例えば熱交換端末を操作するリモコンの設定温度レベルに応じた目標戻り温度が、前記の目標温水温度に相当する。
この場合も、前述と同様の手法によって同様の効果を得ることができる。

【0071】

また、前記実施形態における前記ヒートポンプサイクルとして、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。

【0072】

また、上記実施形態では、熱源機として、熱源側熱交換器としての空気熱交換器１７に冷媒を通じる一方で外気を送風する室外ファン６７を有し、熱源としての外気と前記冷媒とが熱交換される、空気熱源式のヒートポンプである場合を例にとって説明したが、これに限られない。すなわち、熱源機を、熱源側熱交換器に対して水や不凍液が供給されそれらの液体と冷媒とが当該熱源側熱交換器において熱交換する構成のものとしてもよい。
また、地中又は比較的大容量の水源中に熱源側熱交換器を設け、この熱源側熱交換器で前記地中又は前記水源と冷媒とが熱交換する構成のものとしてもよい。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。

【符号の説明】

【0073】

１ タンクユニット
２ 貯湯タンク
３ ヒートポンプユニット
４ 加熱循環回路（湯水循環回路）
５ 加熱往き管
６ 加熱戻り管
１４ 圧縮機
１５ 水冷媒熱交換器（水－冷媒熱交換器）
１６ 電子膨張弁（減圧器）
１７ 空気熱交換器
１８ 冷媒配管
１９ 加熱循環ポンプ
２０ 吐出温度センサ
２１ 流出温度センサ
２２ 外気温度センサ
２３ 入水温度センサ
３０ 冷媒循環回路
４０ 貯湯制御装置
５０ 加熱制御装置
１００ ヒートポンプ温水装置
４１０Ａ 運転切替部
４１０Ｂ 圧縮機制御部（圧縮機制御手段）
４１０Ｃ 膨張弁制御部（減圧器制御手段）
４１０Ｃａ 運転切替判定部（運転切替判定手段）
４１０Ｃｂ 目標開度制限部（目標開度制限手段）
４１０Ｃｃ 目標開度決定部（目標開度決定手段）
Ｔａｉｒ 外気温度
Ｔｏｕｔ 冷媒吐出温度
Ｔ１ 入水温度
Ｔ２ 流出温度

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】