特開 2024-45788 ヒートポンプ式熱源装置

(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】P2024045788

(43)【公開日】2024-04-03

(54)【発明の名称】ヒートポンプ式熱源装置

(51)【国際特許分類】

   F25B 49/02 20060101AFI20240327BHJP

   F25B 1/00 20060101ALI20240327BHJP

【ＦＩ】

F25B49/02 520E

F25B1/00 304G

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021024459

(22)【出願日】2021-02-18

(71)【出願人】

【識別番号】505461072

【氏名又は名称】東芝キヤリア株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001737

【氏名又は名称】弁理士法人スズエ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】岡本 隆宏

(57)【要約】

【課題】過熱度の目標値を運転状態に応じて適切に設定し、膨張弁の開度の制御精度の向上を図ることが可能なヒートポンプ式熱源装置を提供する。
【解決手段】一実施形態に係るヒートポンプ式熱源装置は、圧縮機、水熱交換器、空気熱交換器、四方弁、膨張弁、第１および第２温度センサ、制御部を備える。第１温度センサは、四方弁で導かれて圧縮機に吸い込まれる冷媒の第１温度を検出する。第２温度センサは、膨張弁で減圧されて空気熱交換器に流入する冷媒の第２温度を検出する。制御部は、第１温度から第２温度を減じて冷媒の過熱度を算出し、算出した過熱度が目標値となるように膨張弁の開度を変更する際、圧縮機から吐出される冷媒と圧縮機に吸い込まれる冷媒とが四方弁を通過する際の熱交換に応じて変動する第１の補正値を用いて目標値を補正する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

圧縮した冷媒を吐出する圧縮機と、
内部に有する流路を流れる水を前記冷媒で加熱する水熱交換器と、
前記水熱交換器で熱交換された前記冷媒を外気から吸熱して蒸発させる空気熱交換器と、
前記圧縮機から吐出された前記冷媒を前記水熱交換器に導くとともに、前記空気熱交換器で熱交換された前記冷媒を前記圧縮機に導く四方弁と、
前記水熱交換器で熱交換された前記冷媒を減圧して前記空気熱交換器に導く、開度が変更できる膨張弁と、
前記四方弁で導かれて前記圧縮機に吸い込まれる前記冷媒の第１温度を検出する第１温度センサと、
前記膨張弁で減圧されて前記空気熱交換器に流入する前記冷媒の第２温度を検出する第２温度センサと、
前記第１温度から前記第２温度を減じて前記冷媒の過熱度を算出し、算出した前記過熱度が目標値となるように前記膨張弁の開度を変更する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記圧縮機から吐出される前記冷媒と前記圧縮機に吸い込まれる前記冷媒とが前記四方弁を通過する際の熱交換に応じて変動する第１の補正値を用いて前記目標値を補正する
ことを特徴とするヒートポンプ式熱源装置。

【請求項2】

前記空気熱交換器から流出して前記四方弁に至る前記冷媒の第３温度を検出する第３温度センサをさらに備え、
前記制御部は、前記第１温度から前記第３温度を減じて前記第１の補正値を算出する
ことを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ式熱源装置。

【請求項3】

前記制御部は、前記空気熱交換器で熱交換されて前記圧縮機に至る前記冷媒の液戻りの発生有無を判定し、前記液戻りが発生している場合、前記第１の補正値を所定値だけ増加させ、前記液戻りが発生していない場合、前記第１の補正値を維持する
ことを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ式熱源装置。

【請求項4】

前記制御部は、前記膨張弁の開度を変更してから所定時間経過後に前記液戻りの発生有無を判定し、判定結果に応じて前記第１の補正値の値を変更する
ことを特徴とする請求項３に記載のヒートポンプ式熱源装置。

【請求項5】

前記制御部は、前記過熱度、前記第２温度、および前記圧縮機の回転数の各現在値と、前記第１の補正値の変更要否の前回判定時の前記過熱度、前記第２温度、および前記圧縮機の回転数の各値とを比較し、前記液戻りの発生有無を判定する
ことを特徴とする請求項３に記載のヒートポンプ式熱源装置。

【請求項6】

前記制御部は、前記圧縮機の回転数の変動に応じて変動する第２の補正値を前記第１の補正値から減じて算出した値を、前記圧縮機の回転数によらない一定値である基準値に加えて前記目標値を補正する
ことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のヒートポンプ式熱源装置。

【請求項7】

前記第２の補正値は、前記空気熱交換器での前記冷媒の圧力損失に応じて予め設定される
ことを特徴とする請求項６に記載のヒートポンプ式熱源装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、ヒートポンプ式冷凍サイクルの運転により暖房や給湯に使用する温水を生成するヒートポンプ式熱源装置に関する。

【背景技術】

【0002】

ヒートポンプ式冷凍サイクルの運転により外気から熱を汲み上げ、その汲み上げ熱で温めた温水を暖房用放熱器や給湯用タンクなどに送るヒートポンプ式熱源装置が知られている。ヒートポンプ式熱源装置は、主たる構成要素として圧縮機、四方弁、水熱交換器、減圧器（膨張弁）、蒸発器（空気熱交換器）、および制御ユニットを備え、水熱交換器を流れる水を圧縮機の吐出冷媒で加熱する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第３４９５４８６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

このような構成のヒートポンプ式冷凍サイクルでは、加熱運転時、例えば圧縮機に吸い込まれる冷媒の温度と空気熱交換器に流入する冷媒の温度との差を空気熱交換器における冷媒の過熱度（スーパーヒート）として求め、過熱度が目標値となるように膨張弁の開度を制御する。これにより、空気熱交換器に流入する冷媒量が最適量に設定され、空気熱交換器において冷媒を効率よく蒸発させることができる。

【0005】

かかる過熱度の目標値を設定するにあたり、目標値が高く設定され過ぎると、運転状態によっては過熱度の調整精度が低下するおそれがある。また、目標値が低く設定され過ぎると、膨張弁の開度のハンチングが発生するおそれがある。したがって、過熱度の目標値を適切に設定して膨張弁の開度を制御する必要がある。

【0006】

本発明の実施形態の目的は、過熱度の目標値を運転状態に応じて適切に設定し、膨張弁の開度の制御精度の向上を図ることが可能なヒートポンプ式熱源装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

一実施形態に係るヒートポンプ式熱源装置は、圧縮機と、水熱交換器と、空気熱交換器と、四方弁と、膨張弁と、第１および第２温度センサと、制御部とを備える。前記圧縮機は、圧縮した冷媒を吐出する。前記水熱交換器は、内部に有する流路を流れる水を前記冷媒で加熱する。前記空気熱交換器は、前記水熱交換器で熱交換された前記冷媒を外気から吸熱して蒸発させる。前記四方弁は、前記圧縮機から吐出された前記冷媒を前記水熱交換器に導くとともに、前記空気熱交換器で熱交換された前記冷媒を前記圧縮機に導く。前記膨張弁は、前記水熱交換器で熱交換された前記冷媒を減圧して前記空気熱交換器に導き、開度が変更できる。前記第１温度センサは、前記四方弁で導かれて前記圧縮機に吸い込まれる前記冷媒の第１温度を検出する。前記第２温度センサは、前記膨張弁で減圧されて前記空気熱交換器に流入する前記冷媒の第２温度を検出する。前記制御部は、前記第１温度から前記第２温度を減じて前記冷媒の過熱度を算出し、算出した前記過熱度が目標値となるように前記膨張弁の開度を変更する。その際、前記制御部は、前記圧縮機から吐出される前記冷媒と前記圧縮機に吸い込まれる前記冷媒とが前記四方弁を通過する際の熱交換に応じて変動する第１の補正値を用いて前記目標値を補正する。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】実施形態に係るヒートポンプ式熱源装置およびヒートポンプ式給湯装置の構成を概略的に示すブロック図である。

【図2】第１の実施形態に係るヒートポンプ式熱源装置およびヒートポンプ式給湯装置の加熱運転時におけるコントローラの制御フロー図である。

【図3】第１の実施形態に係るヒートポンプ式熱源装置およびヒートポンプ式給湯装置の加熱運転時において、過熱度の目標値を設定する際の参照テーブルを示す図である。

【図4】第２の実施形態に係るヒートポンプ式熱源装置およびヒートポンプ式給湯装置の加熱運転時におけるコントローラの制御フロー図である。

【図5】第２の実施形態に係るヒートポンプ式熱源装置およびヒートポンプ式給湯装置の加熱運転時において、過熱度の目標値を設定する際の参照テーブルを示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、実施形態について、図１から図５を参照して説明する。
（第１の実施形態）
図１は、本実施形態に係るヒートポンプ式熱源装置を含むヒートポンプ式給湯装置ＨＰの構成を概略的に示すブロック図である。ヒートポンプ式給湯装置ＨＰは、ヒートポンプ式冷凍サイクルの運転により温水を生成し、それを暖房等に利用する装置である。図１に示すように、ヒートポンプ式給湯装置ＨＰは、一般的に屋外に設置される室外ユニットＡ、屋内に設置される水熱交換ユニットＢ、空調を行う部屋や屋内の空きスペースに設置される負荷ユニットＣ、制御ユニットＤを備える。ヒートポンプ式熱源装置は、後述するヒートポンプ式給湯装置ＨＰの構成要素のうち、給湯タンク１３、放熱コイル（水放熱器）１４、ヒータ１５、放熱器２１，２２，２３、およびタンク水温センサ３６を除く構成を備えた装置である。要するにヒートポンプ熱源装置は、室外ユニットＡと水熱交換ユニットＢで構成される。

【0010】

ヒートポンプ式給湯装置ＨＰにおいては、室外ユニットＡと水熱交換ユニットＢとの間が配管接続されて冷媒が循環し、水熱交換ユニットＢと負荷ユニットＣとの間が配管接続されて水（温水）が循環する。これら冷媒および水（温水）の流れは、制御ユニットＤにより制御される。

【0011】

室外ユニットＡは、主たる構成要素として圧縮機１、四方弁２、膨張弁４、空気熱交換器５、アキュームレータ６を備える。水熱交換ユニットＢは、主たる構成要素として水熱交換器３、循環ポンプ１１を備える。圧縮機１は、図示しないインバータによりその回転数が可変速制御される。四方弁２は、圧縮機１から吐出された冷媒を水熱交換器３に導くとともに、空気熱交換器５で熱交換された冷媒を圧縮機１に導く。

【0012】

圧縮機１の吐出口には、四方弁２を介して水熱交換器３の冷媒流路の一端が配管接続され、その冷媒流路の他端は減圧器である膨張弁４を介して空気熱交換器５の一端に配管接続される。そして、空気熱交換器５の他端は、四方弁２およびアキュームレータ６を介して圧縮機１の吸込口に配管接続される。これらの配管接続により、ヒートポンプ式冷凍サイクルが構成される。本実施形態において、膨張弁４は、一例として入力される駆動パルスの数に応じて開度が連続的に変化するパルスモータバルブ（ＰＭＶ）であり、後述する制御ユニットＤのコントローラ４０によって最小開度と最大開度との間で開度が制御される。開度制御された膨張弁４は、水熱交換器３で熱交換された冷媒を減圧して空気熱交換器５に導く。

【0013】

空気熱交換器５の近傍には、室外ファン７が配置される。室外ファン７は、外気を吸い込み、その吸込空気を空気熱交換器５に通す。室外ファン７により形成される吸込風路の上流側には、外気温度センサ３０が配置される。外気温度センサ３０は、室外ファン７により吸い込まれる外気の温度を検出する。

【0014】

暖房時および後述する給湯タンク１３内の湯の加熱時、矢印で示すように、圧縮機１に吸い込まれたガス冷媒は、圧縮機１で圧縮されて吐出される。四方弁２およびアキュームレータ６を介して圧縮機１の吸込口に至る配管には、温度センサ（第１温度センサ。以下、吸込冷媒温度センサという）３１が取り付けられている。吸込冷媒温度センサ３１は、四方弁２で導かれて圧縮機１に吸い込まれるガス冷媒の温度（第１温度）、つまり圧縮機１に吸い込まれる直前のガス冷媒の温度（以下、吸込冷媒温度ＴＳという）を検出する。

【0015】

圧縮機１から吐出される圧縮されたガス冷媒は、四方弁２を通って水熱交換器３の冷媒流路を流れる。水熱交換器３の冷媒流路を流れる際、ガス冷媒は水熱交換器３の水流路を流れる水に熱を奪われて凝縮する。すなわち、水熱交換器３は、内部に有する冷媒流路を流れる水をガス冷媒で加熱する。水熱交換器３の冷媒流路から流出する液冷媒は、膨張弁４で減圧されて空気熱交換器５を流れる。膨張弁４から空気熱交換器５に至る配管には、温度センサ（第２温度センサ。以下、入口冷媒温度センサという）３２が取り付けられている。入口冷媒温度センサ３２は、膨張弁４で減圧されて空気熱交換器５に流入する液冷媒の温度（第２温度。以下、入口冷媒温度ＴＥという）を検出する。

【0016】

空気熱交換器５を流れる液冷媒は、外気から熱を汲み上げて蒸発する。すなわち、空気熱交換器５は、水熱交換器３で熱交換された液冷媒を外気から吸熱して蒸発させる。空気熱交換器５から流出するガス冷媒は、四方弁２およびアキュームレータ６を通って圧縮機１に吸い込まれる。空気熱交換器５から四方弁２に至る配管には、温度センサ（第３温度センサ。以下、出口冷媒温度センサという）３３が取り付けられている。出口冷媒温度センサ３３は、空気熱交換器５から流出して四方弁２に至るガス冷媒の温度（第３温度。以下、出口冷媒温度ＴＸという）を検出する。

【0017】

このように暖房時において、水熱交換器３は凝縮器として機能し、空気熱交換器５は蒸発器として機能する。

【0018】

暖房および給湯タンク１３内の湯の加熱中に空気熱交換器５の除霜が必要となる場合、四方弁２で流路が切り換えられ、圧縮機１から吐出される圧縮された高温のガス冷媒は四方弁２から空気熱交換器５の冷媒流路を流れる。この高温のガス冷媒が流れることで空気熱交換器５が高温となり、除霜される。除霜時において、空気熱交換器５は凝縮器として機能し、水熱交換器３は蒸発器として機能する。

【0019】

水熱交換器３の水流路の出口は、循環ポンプ１１の吸込口に配管接続され、循環ポンプ１１の吐出口は、三方弁１２の水入口１２ａに配管接続される。そして、三方弁１２の水出口１２ｂは、給湯タンク１３に収容された放熱コイル（水放熱器）１４の水流入口に配管接続され、放熱コイル１４の水流出口は、水熱交換器３の水流路の入口と配管接続される。さらに、三方弁１２の水出口１２ｃは、複数の暖房用の放熱器２１，２２，２３、いわゆるファンコイルユニットの水入口にそれぞれ接続され、各放熱器２１，２２，２３の水出口は、水熱交換器３の水流路の入口に配管接続される。放熱器２１，２２，２３は、暖房を行うための各部屋に設置される。放熱器２１，２２，２３は、床暖房機でもよい。

【0020】

循環ポンプ１１は、水熱交換器３から流出する温水を給湯タンク１３または放熱器２１，２２，２３に送り、給湯タンク１３または放熱器２１，２２，２３から戻ってきた水を水熱交換器３に流入させる。

【0021】

三方弁１２は、水入口１２ａおよび２つの水出口１２ｂ，１２ｃを有し、水入口１２ａから水出口１２ｂに至る第１流路および水入口１２ａから水出口１２ｃに至る第２流路のいずれか一方に内部流路を切り換える電磁弁である。

【0022】

これら水熱交換器３と給湯タンク１３および放熱器２１，２２，２３との間の配管接続により、温水循環サイクルが形成される。

【0023】

暖房時には、三方弁１２は、後述する制御ユニットＤによって水入口１２ａが水出口１２ｃに接続され、循環ポンプ１１から送り出された温水は、放熱器２１，２２，２３に供給される。一方、給湯タンク１３内の湯を加熱する加熱運転時には、三方弁１２は、制御ユニットＤによって水入口１２ａが水出口１２ｂに接続され、循環ポンプ１１から送り出された温水は給湯タンク１３内の放熱コイル１４に供給される。

【0024】

給湯タンク１３および放熱器２１，２２，２３から水熱交換器３に至る配管は途中で合流し、その合流部よりも下流側の配管に、入口水温センサ３４が取り付けられる。図１に示す例では、入口水温センサ３４は水熱交換ユニットＢに配置される。入口水温センサ３４は、給湯タンク１３および放熱器２１，２２，２３から流出して水熱交換器３の水流路に流入する水の温度を検出する。

【0025】

水熱交換器３から給湯タンク１３または放熱器２１，２２，２３に至る配管には、出口水温センサ３５が取り付けられる。図１に示す例では、出口水温センサ３５は水熱交換器３と循環ポンプ１１の間の配管に配置される。出口水温センサ３５は、水熱交換器３から流出して給湯タンク１３または放熱器２１，２２，２３に送られる温水の温度を検出する。

【0026】

給湯タンク１３は、放熱コイル１４およびヒータ（電気ヒータ）１５を内蔵し、入水管１６から流入する水を放熱コイル１４の放熱およびヒータ１５の発熱により加熱して給湯用の温水として貯留し、貯留した温水を出水管１７に導く。放熱コイル１４は、水熱交換器３から流出した温水を水流入口から水流出口まで流し、その間に給湯タンク１３に貯留された水（温水）に放熱する。出水管１７の先端の蛇口１７ａが開くと、給湯タンク１３内の温水が出水管１７を介して流出する。給湯タンク１３内には、タンク水温センサ３６が配置される。タンク水温センサ３６は、給湯タンク１３に貯留された水の温度を検出する。

【0027】

圧縮機１、四方弁２、膨張弁４、空気熱交換器５、アキュームレータ６、室外ファン７、外気温度センサ３０、吸込冷媒温度センサ３１、入口冷媒温度センサ３２、および出口冷媒温度センサ３３は、室外ユニットＡの構成要素に含まれる。水熱交換器３、循環ポンプ１１、入口水温センサ３４、および出口水温センサ３５は、水熱交換ユニットＢの構成要素に含まれる。給湯タンク１３、放熱コイル１４、ヒータ１５、放熱器２１，２２，２３、および三方弁１２は、負荷ユニットＣの構成要素に含まれる。ただし、これら各構成要素をいずれのユニットＡ，Ｂ，Ｃが含むかは上記に限定されない。

【0028】

制御ユニットＤは、室外ユニットＡ、水熱交換ユニットＢ、負荷ユニットＣの動作を制御し、室外ユニットＡと水熱交換ユニットＢとの間で冷媒を循環させ、水熱交換ユニットＢと負荷ユニットＣとの間で温水を循環させる。制御ユニットＤは、コントローラ４０、操作表示器４１を備える。制御ユニットＤは、負荷ユニットＣと同様に屋内に据え付けられる。

【0029】

コントローラ４０は、室外ユニットＡ、水熱交換ユニットＢ、負荷ユニットＣ、および操作表示器４１にそれぞれ電気的に接続される。コントローラ４０は、ＣＰＵ、メモリ、記憶装置（不揮発メモリ）、入出力回路、タイマなどを含み、所定の演算処理を実行する。例えば、コントローラ４０は、各種データを入出力回路により読み込み、記憶装置からメモリに読み出したプログラムを用いてＣＰＵで演算処理し、処理結果に基づいて室外ユニットＡ、水熱交換ユニットＢ、負荷ユニットＣの動作制御を行う。ヒートポンプ式給湯装置ＨＰにおいて、コントローラ４０は、圧縮機１の回転数や膨張弁４の開度を制御する制御部に相当する。すなわち、コントローラ４０は、圧縮機１との間で回転数の制御データを、膨張弁４との間で開度の制御データをそれぞれ遂次送受信する。

【0030】

操作表示器４１は、ヒートポンプ式給湯装置ＨＰに対してユーザが運転条件の設定を行うリモートコントロール式のインターフェース部である。操作表示器４１は、例えばヒートポンプ式給湯装置ＨＰの運転の開始と停止を指定する運転釦、給湯の設定温度（給湯温度）や暖房時の室内設定温度の操作釦、循環ポンプ１１の運転モードを指定する操作釦、ヒートポンプ式給湯装置ＨＰの運転状態を報知する表示部などを有する。操作表示器４１は温水の各供給先や被空調空間である部屋などの利用側に設置されるが、設置場所はこれらに限定されない。

【0031】

操作表示器４１とコントローラ４０は、一体の筐体に収納されてもよいし、それぞれが別の筐体に収納され、各々が異なる位置に設置されてもよい。操作表示器４１とコントローラ４０は、給湯タンク１３の近くに設置されることが一般的である。ただし、これらの配置は、これに限定されず任意である。例えば、制御ユニットとして、室外ユニットＡ、水熱交換ユニットＢ、および負荷ユニットＣの各動作をそれぞれ個別に制御する制御部が各ユニットＡ，Ｂ，Ｃにそれぞれ設置されていてもよい。これらの制御部は、相互に電気的に接続され、必要に応じて制御データを送受信する。

【0032】

ここで、ヒートポンプ式給湯装置ＨＰの加熱運転時の動作と作用について、室外ユニットＡ、水熱交換ユニットＢ、負荷ユニットＣに対するコントローラ４０の制御フローに従って説明する。図２には、加熱運転時におけるコントローラ４０の制御フローを示す。なお、暖房時のヒートポンプ式給湯装置ＨＰの暖房運転制御もコントローラ４０によって実行されるが、本実施形態の主題ではないため、その説明を省略する。

【0033】

ヒートポンプ式給湯装置ＨＰにおいて、給湯タンク１３に貯留された水（温水）を沸き上げるための加熱運転は、例えばユーザが操作表示器４１の運転釦を操作することにより開始される。通常、ユーザは、設置時に運転釦を操作して運転を開始させ、その後は長期の留守となる場合以外、運転を停止させることはない。

【0034】

操作表示器４１から加熱運転の開始指示がなされると、コントローラ４０は、サーモＯＮ条件を判定する（Ｓ１０１）。サーモＯＮ条件は、加熱運転の開始指示がなされた際、給湯タンク１３に貯留された水（温水）を沸き上げる必要があるか否かの判定条件である。サーモＯＮ条件の成否に応じて、循環ポンプ１１および圧縮機１を起動させるか否かが決定される。具体的には、給湯タンク１３のタンク水温がサーモＯＮ水温以下であるか否かがサーモＯＮ条件として判定される。サーモＯＮ水温は、給湯タンク１３に貯留された温水の沸き上げが必要な温度であり、例えばユーザが操作表示器４１の操作釦を操作して設定したタンク水温である給湯温度（後述するサーモＯＦＦ温度）から所定値（一例として、２０℃）を差し引いた値である。サーモＯＮ水温の値は、例えばコントローラ４０の記憶装置に保持され、サーモＯＮ条件の判定時にメモリに読み出されてパラメータとして使用される。

【0035】

サーモＯＮ条件の判定にあたって、コントローラ４０は、タンク水温センサ３６からタンク水温を取得し、サーモＯＮ水温と比較する。本実施形態では一例として、タンク水温がサーモＯＮ水温以下である場合、コントローラ４０は、給湯タンク１３に貯留された温水を沸き上げる必要があるものとして、サーモＯＮ条件が成立すると判定する。一方、タンク水温がサーモＯＮ水温を超えている場合、コントローラ４０は、給湯タンク１３に貯留された温水を沸き上げる必要がないものとして、サーモＯＮ条件が成立しないと判定する。

【0036】

コントローラ４０は、サーモＯＮ条件が成立するまでサーモＯＮ条件の判定を繰り返す。その際、コントローラ４０は、所定の不成立処理を実行してもよい。不成立処理は、例えばサーモＯＮ条件の判定を所定時間待機する待機処理、所定時間もしくは所定回数に亘って判定を繰り返してもサーモＯＮ条件が成立しない場合に加熱運転を終了させるタイムアウト処理やリトライ処理、これらを組み合わせた処理などである。

【0037】

一方、Ｓ１０１においてサーモＯＮ条件が成立する場合、コントローラ４０は、循環ポンプ１１を起動させる（Ｓ１０２）。これにより、水熱交換ユニットＢと給湯タンク１３（具体的には放熱コイル１４）との間で温水が循環を開始する。以下、このように水熱交換ユニットＢと給湯タンク１３との間を循環する温水を循環水という。その際、コントローラ４０は、水入口１２ａから水出口１２ｂに至る第１流路となるように三方弁１２の内部流路を切り換える。

【0038】

続いて、コントローラ４０は、圧縮機１を起動させる（Ｓ１０３）。その際、コントローラ４０は、四方弁２を制御し、圧縮機１から吐出される冷媒を水熱交換器３、膨張弁４、空気熱交換器５、四方弁２、アキュームレータ６を順に経由して気液相変化させつつ、圧縮機１に戻るように循環させる。これにより、水熱交換ユニットＢと給湯タンク１３との間を循環する温水（循環水）は、水熱交換器３を流れる間に圧縮機１から吐出されたガス冷媒で加熱され、水温が上昇する。そして、かかる温水は、放熱コイル１４を流れる間に給湯タンク１３内で放熱する。これにより、給湯タンク１３のタンク水温が上昇する。

【0039】

次いで、コントローラ４０は、室外ユニットＡの所定箇所における冷媒の温度を取得する。本実施形態において、コントローラ４０は、吸込冷媒温度ＴＳ、入口冷媒温度ＴＥ、および出口冷媒温度ＴＸの値をそれぞれ取得する（Ｓ１０４）。その際、コントローラ４０は、吸込冷媒温度センサ３１から吸込冷媒温度ＴＳ、入口冷媒温度センサ３２から入口冷媒温度ＴＥ、出口冷媒温度センサ３３から出口冷媒温度ＴＸの各検出値をそれぞれ取得する。

【0040】

取得したこれらの検出値に基づいて、コントローラ４０は、冷媒の過熱度ＳＨを制御する際の目標値（目標過熱度）ＳＨ０を設定する（Ｓ１０５）。過熱度ＳＨの値は、吸込冷媒温度ＴＳと入口冷媒温度ＴＥとの温度差（ＴＳ－ＴＥ）で算出される値である。目標値ＳＨ０の設定にあたって、コントローラ４０は、図３に示すテーブルＴ３を参照する。テーブルＴ３は、例えばコントローラ４０の記憶装置に格納されている。目標値ＳＨ０の設定時、コントローラ４０は、テーブルＴ３に記録された所望の値をメモリに読み出し、その値に応じて目標値ＳＨ０を設定する。設定された目標値ＳＨ０は、例えばコントローラ４０のメモリに保持され、後述する開度変更条件の判定時（Ｓ１１１，Ｓ１１３）にパラメータとして読み出される。

【0041】

図３に示すように、目標値ＳＨ０は、圧縮機１の回転数Ｈｚに応じて、過熱度ＳＨの基準値ＳＨＶに所定の補正値ＳＨＸを加味して算出される。具体的には、基準値ＳＨＶに補正値ＳＨＸを加算して目標値ＳＨ０が算出される（ＳＨ０＝ＳＨＶ＋ＳＨＸ）。なお、圧縮機１の回転数Ｈｚは、例えば生成する温水温度（出口水温センサ３５で検出される温度）と給湯設定温度との差、水熱交換器３の入口と出口の水温差（出口水温センサ３５と入口水温センサ３４との検出温度差）、温水を流す放熱器２１，２２，２３が設置されている部屋の室温と設定室温との差、給湯タンク１３の水温（タンク水温センサ３６で検出される温度）と給湯タンク給湯設定温度との差、あるいはこれらの組み合わせ、またはそれぞれのＰＩＤ（Proportional Integral Differential）制御の組み込みなどによってインバータの出力を変化させることで制御される。

【0042】

基準値ＳＨＶは、空気熱交換器５での冷媒の熱交換量（温度変化）であり、一定値である。図３に示す例では、基準値ＳＨＶを２としているが、これに限定されず任意に設定可能である。補正値ＳＨＸは、第１の補正値Ｘ１と第２の補正値Ｘ２を含み、第１の補正値Ｘ１から第２の補正値Ｘ２を減じて算出される（ＳＨＸ＝Ｘ１－Ｘ２）。換言すれば、目標値ＳＨ０は、補正値ＳＨＸ（第１の補正値Ｘ１と第２の補正値Ｘ２）を用いて補正される。第１の補正値Ｘ１は、四方弁２での過熱度ＳＨの増加量を考慮した補正値であり、圧縮機１から吐出される冷媒と、圧縮機１に吸い込まれる冷媒とが四方弁２を通過する際の熱交換に応じて変動する。本実施形態において、第１の補正値Ｘ１は、吸込冷媒温度ＴＳと出口冷媒温度ＴＸとの温度差（ＴＳ－ＴＸ）、つまり、吸込冷媒温度ＴＳから出口冷媒温度ＴＸを減じて算出された値である。第２の補正値Ｘ２は、空気熱交換器５での冷媒の圧力損失を考慮した補正値であり、圧縮機１の回転数Ｈｚに応じて予め設定された変動値である。

【0043】

図３に示す例では、圧縮機１の回転数Ｈｚは、四つの閾値によって分類されている。Ｚ１は第１の閾値、Ｚ２は第２の閾値、Ｚ３は第３の閾値、Ｚ４は第４の閾値である。各閾値は、Ｚ１が最小値でありＺ２，Ｚ３の順に大きくなり、Ｚ４が最大値である。これらの値は任意に設定可能であるが、例えば、第４の閾値Ｚ４は圧縮機１の許容運転範囲の最大回転数の値である。コントローラ４０は、第１から第４の閾値Ｚ１～Ｚ４によって区切られた四つの範囲のいずれに圧縮機１の回転数Ｈｚが該当するかに応じて目標値ＳＨ０を算出する。なお、閾値の数は、三つ以下、あるいは五つ以上であってもよい。

【0044】

テーブルＴ３によれば、圧縮機１の回転数ＨｚがＺ１以下である（以下、第１の範囲内という）場合、第２の補正値Ｘ２は０である。圧縮機１の回転数ＨｚがＺ１より大きく、Ｚ２以下である（以下、第２の範囲内という）場合、第２の補正値Ｘ２は１である。圧縮機１の回転数ＨｚがＺ２より大きく、Ｚ３以下である（以下、第３の範囲内という）場合、第２の補正値Ｘ２は２である。圧縮機１の回転数ＨｚがＺ３より大きく、Ｚ４以下である（以下、第４の範囲内という）場合、第２の補正値Ｘ２は３である。例えば、Ｚ１は３０Ｈｚ、Ｚ２は４５Ｈｚ、Ｚ３は６０Ｈｚ、Ｚ４は９０Ｈｚ（最大値）である。

【0045】

コントローラ４０は、テーブルＴ３に基づいて、基準値ＳＨＶに補正値ＳＨＸを加算して目標値ＳＨ０を算出する（ＳＨ０＝ＳＨＶ＋ＳＨＸ）。すなわち、目標値ＳＨ０は、基準値ＳＨＶと第１の補正値Ｘ１を加算し、加算値から第２の補正値Ｘ２を減じた値である（ＳＨ０＝ＳＨＶ＋Ｘ１－Ｘ２）。また、第１の補正値Ｘ１は、吸込冷媒温度ＴＳと出口冷媒温度ＴＸとの温度差（ＴＳ－ＴＸ）である。したがって、目標値ＳＨ０は、四方弁２での過熱度ＳＨの増加量を示す第１の補正値Ｘ１と、空気熱交換器５での冷媒の圧力損失を示す第２の補正値Ｘ２とをそれぞれ考慮して、空気熱交換器５での冷媒の熱交換量である基準値ＳＨＶを補正することで設定される。

【0046】

具体的には、圧縮機１の回転数Ｈｚが第１の範囲内である場合、コントローラ４０は、目標値ＳＨ０を第１の補正値Ｘ１に２を加えた値（２＋Ｘ１）に設定する。圧縮機１の回転数Ｈｚが第２の範囲内である場合、コントローラ４０は、目標値ＳＨ０を第１の補正値Ｘ１に１を加えた値（１＋Ｘ１）に設定する。圧縮機１の回転数Ｈｚが第３の範囲内である場合、コントローラ４０は、目標値ＳＨ０を第１の補正値Ｘ１の値に設定する。圧縮機１の回転数Ｈｚが第４の範囲内である場合、コントローラ４０は、目標値ＳＨ０を第１の補正値Ｘ１から１を減じた値（－１＋Ｘ１）に設定する。

【0047】

目標値ＳＨ０を設定すると、コントローラ４０は、過熱度ＳＨが設定した目標値ＳＨ０となるように、膨張弁４の開度の制御を開始する（Ｓ１０６）。別の捉え方をすれば、コントローラ４０は、出口冷媒温度ＴＸと入口冷媒温度ＴＥとの温度差が基準値ＳＨＶとなるように、膨張弁４の開度を変更する。これにより、ヒートポンプ式給湯装置ＨＰにおいて、冷媒の過熱度ＳＨの値、つまり吸込冷媒温度ＴＳと入口冷媒温度ＴＥとの温度差（ＴＳ－ＴＥ）を目標値ＳＨ０とするべく、膨張弁４の開度制御が開始される。

【0048】

膨張弁４の開度制御を開始すると、コントローラ４０は、サーモＯＦＦ条件を判定する（Ｓ１０７）。サーモＯＦＦ条件の成否により、コントローラ４０は、膨張弁４の開度制御を継続するか否かを決定する。サーモＯＦＦ条件は、給湯タンク１３に貯留された温水を沸き上げる必要がなくなったか否かの判定条件である。サーモＯＦＦ条件の成否に応じて、循環ポンプ１１および圧縮機１を停止させるか否かが決定される。本実施形態では、第１のサーモＯＦＦ条件と第２のサーモＯＦＦ条件のいずれか一方が成立する場合、サーモＯＦＦ条件が成立して圧縮機１が停止され、第１のサーモＯＦＦ条件と第２のサーモＯＦＦ条件がいずれも成立しない場合、サーモＯＦＦ条件は成立せず、循環ポンプ１１および圧縮機１の運転が継続される。

【0049】

具体的には、給湯タンク１３のタンク水温がサーモＯＦＦ水温以上であるか否かが第１のサーモＯＦＦ条件として判定される。サーモＯＦＦ水温は、給湯タンク１３に貯留された温水をこれ以上加熱する（沸き上げる）ことを要しない温度であり、例えばユーザが操作表示器４１の操作釦を操作して設定した給湯温度である。サーモＯＦＦ水温の値は、例えばコントローラ４０のメモリに保持され、第１のサーモＯＦＦ条件の判定時にパラメータとして使用される。

【0050】

第１のサーモＯＦＦ条件の判定にあたって、コントローラ４０は、タンク水温センサ３６からタンク水温を取得し、サーモＯＦＦ水温と比較する。本実施形態では一例として、タンク水温が設定温度であるサーモＯＦＦ水温以上である場合、コントローラ４０は、給湯タンク１３に貯留された温水を沸き上げる必要がなくなったものとして、第１のサーモＯＦＦ条件が成立すると判定する。一方、タンク水温がサーモＯＦＦ水温未満である場合、コントローラ４０は、給湯タンク１３に貯留された温水をさらに沸き上げる必要があるものとして、第１のサーモＯＦＦ条件が成立しないと判定する。

【0051】

また、入口水温が保護温度以上であるか否かが第２のサーモＯＦＦ条件として判定される。保護温度は、吸込冷媒温度ＴＳが過度に高温となることを回避して圧縮機１を保護するために設定されており、水熱交換器３への流入が許容される温水（循環水）の上限温度である。換言すれば、保護温度は、高温のガス冷媒と熱交換する循環水の上限温度であり、例えば圧縮機１の性能などに応じて予め設定されている。保護温度の値は、例えばコントローラ４０の記憶装置に保持され、第２のサーモＯＦＦ条件の判定時にメモリに読み出されてパラメータとして使用される。

【0052】

第２のサーモＯＦＦ条件の判定にあたって、コントローラ４０は、入口水温センサ３４から入口水温を取得し、保護温度（例えば、５４℃）と比較する。本実施形態では一例として、入口水温が保護温度以上である場合、コントローラ４０は、第２のサーモＯＦＦ条件が成立すると判定する。この場合、圧縮機１の許容運転範囲を超えないよう、停止を要する状況であるとして、第２のサーモＯＦＦ条件が成立するとされている。これにより、圧縮機１の保護が図られる。一方、入口水温が保護温度未満である場合、コントローラ４０は、第２のサーモＯＦＦ条件が成立しないと判定する。この場合、給湯タンク１３に貯留された温水をさらに沸き上げても圧縮機１の許容運転範囲内であり、圧縮機１の運転継続が可能な状況であるとして、第２のサーモＯＦＦ条件が成立しないとされている。

【0053】

これら第１のサーモＯＦＦ条件および第２のサーモＯＦＦ条件により、サーモＯＦＦ条件が成立する場合、コントローラ４０は、圧縮機１を停止させる（Ｓ１０８）。

【0054】

続いて、コントローラ４０は、目標値ＳＨ０の補正値ＳＨＸを初期値にリセットする（Ｓ１０９）。補正値ＳＨＸの初期値は、例えば０（ゼロ）であり、この場合、コントローラ４０は、補正値ＳＨＸをゼロクリアする。すなわち、第１の補正値Ｘ１および第２の補正値Ｘ２の値がいずれもゼロクリアされる。これにより、ヒートポンプ式給湯装置ＨＰにおける膨張弁４の開度制御が終了する。

【0055】

次いで、コントローラ４０は、循環ポンプ１１を停止させる（Ｓ１１０）。これにより、ヒートポンプ式給湯装置ＨＰの加熱運転が終了する。

【0056】

一方、Ｓ１０７においてサーモＯＦＦ条件が成立しない場合、コントローラ４０は、引き続き、膨張弁４の開度を適宜変更する。このため、コントローラ４０は開度変更条件を判定する。開度変更条件は、膨張弁４の開度を上昇、低下、維持のいずれに遷移させるかの判定条件である。開度変更条件の成否に応じて、膨張弁４の開度を上昇、低下、維持のいずれに遷移させるかが決定される。本実施形態では、開度変更条件として、第１の開度変更条件と第２の開度変更条件がそれぞれ判定される。第１の開度変更条件が成立する場合には膨張弁４の開度が上げられ、第２の開度変更条件が成立する場合には膨張弁４の開度が下げられる。第１および第２の開度変更条件がいずれも成立しない場合、膨張弁４の開度が維持される。

【0057】

開度変更条件の判定にあたって、コントローラ４０は、一例としてまず第１の開度変更条件を判定する（Ｓ１１１）。第１の開度変更条件は、過熱度ＳＨが目標値ＳＨ０を超えているか否かの判定条件である。第１の開度変更条件の成否に応じて、膨張弁４の開度を上げるか否かが決定される。第１の開度変更条件の判定にあたって、コントローラ４０は、吸込冷媒温度センサ３１から吸込冷媒温度ＴＳを取得するとともに、入口冷媒温度センサ３２から入口冷媒温度ＴＥを取得し、これらの温度差（ＴＳ－ＴＥ）として過熱度ＳＨを算出する。そして、コントローラ４０は、Ｓ１０５においてメモリに保持した目標値ＳＨ０を読み出し、算出した過熱度ＳＨの値と比較する。過熱度ＳＨが目標値ＳＨ０を超えている場合、コントローラ４０は、第１の開度変更条件が成立すると判定する。一方、過熱度ＳＨが目標値ＳＨ０を超えていない（ＳＨ０以下である）場合、コントローラ４０は、第１の開度変更条件が成立しないと判定する。

【0058】

第１の開度変更条件が成立する場合、コントローラ４０は、膨張弁４の開度を上昇させる（Ｓ１１２）。膨張弁４の開度が上昇すると、空気熱交換器５に流入する冷媒量が増大する。これに対し、外気からの汲み上げ熱量は変わらないため、吸込冷媒温度ＴＳが低下し、入口冷媒温度ＴＥとの温度差、つまり過熱度ＳＨの値が小さくなる。開度の上げ幅は、特に限定されず任意に設定可能である。

【0059】

一方、Ｓ１１１において第１の開度変更条件が成立しない場合、コントローラ４０は、第２の開度変更条件を判定する（Ｓ１１３）。第２の開度変更条件は、過熱度ＳＨが目標値ＳＨ０に達しているか否かの判定条件である。第２の開度変更条件の成否に応じて、膨張弁４の開度を下げるか否かが決定される。第２の開度変更条件の判定にあたって、コントローラ４０は、第１の開度変更条件の判定時と同様に、吸込冷媒温度ＴＳと入口冷媒温度ＴＥの温度差（ＴＳ－ＴＥ）として過熱度ＳＨの値を算出し、メモリから読み出した目標値ＳＨ０と比較する。過熱度ＳＨが目標値ＳＨ０に達していない（ＳＨ０未満である）場合、コントローラ４０は、第２の開度変更条件が成立すると判定する。一方、過熱度ＳＨが目標値ＳＨ０以上である場合、コントローラ４０は、第２の開度変更条件が成立しないと判定する。

【0060】

第２の開度変更条件が成立する場合、コントローラ４０は、膨張弁４の開度を低下させる（Ｓ１１４）。膨張弁４の開度が低下すると、空気熱交換器５に流入する冷媒量が減少する。これに対し、外気からの汲み上げ熱量は変わらないため、吸込冷媒温度ＴＳが上昇し、入口冷媒温度ＴＥとの温度差、つまり過熱度ＳＨの値が大きくなる。開度の下げ幅は、特に限定されず任意に設定可能である。例えば、開度の上げ幅と下げ幅は一致していてもよいし、異なっていてもよい。また、これらは、例えば過熱度ＳＨと目標値ＳＨ０との差異に関わらず固定幅（固定値）であってもよいし、かかる差異に応じた変動幅（変動値）であってもよい。

【0061】

一方、Ｓ１１３において第２の開度変更条件が成立しない場合、コントローラ４０は、膨張弁４の開度を維持させる（Ｓ１１５）。この場合には、過熱度ＳＨと目標値ＳＨ０が一致している、つまり冷媒の過熱度が目標値となっており、膨張弁４の開度は変更されることなく、その開度のまま維持される。したがって、空気熱交換器５に流入する冷媒量もそのまま維持される。これにより、吸込冷媒温度ＴＳが保たれ、入口冷媒温度ＴＥとの温度差、つまり過熱度ＳＨの値が維持される。

【0062】

Ｓ１１２、Ｓ１１４、Ｓ１１５において、膨張弁４の開度を上昇、低下、維持のいずれかに遷移させると、コントローラ４０は、所定時間内においてこのような開度の変更を繰り返すべく、開度変更用のタイマを始動させる（Ｓ１１６）。所定時間は、例えばヒートポンプ式給湯装置ＨＰの運転条件などに応じて、膨張弁４の開度を変更させる間隔として最適な値に設定されればよい。

【0063】

所定時間が経過した場合（Ｓ１１７においてＹｅｓ）、膨張弁４の開度の変更を繰り返すべく、コントローラ４０は開度変更条件を再び判定する。具体的には、コントローラ４０は、第１の開度変更条件を判定し（Ｓ１１１）、その成否に応じて、Ｓ１１２からＳ１１６の制御を適宜実行する。その際、コントローラ４０は、カウントアップしたタイマをリセットする。

【0064】

所定時間が経過していない場合（Ｓ１１７においてＮｏ）、コントローラ４０は、再びサーモＯＦＦ条件を判定する（Ｓ１１８）。サーモＯＦＦ条件が成立しない場合（Ｓ１１８においてＮｏ）、コントローラ４０は、再び所定時間が経過したか否かを判定する（Ｓ１１７）。すなわち、コントローラ４０は、所定時間内においてサーモＯＦＦ条件が成立するまで、開度変更条件の判定を適宜繰り返す。したがって、これら条件の成否に応じて、膨張弁４の開度の上昇、低下、維持が適宜繰り返される。

【0065】

そして、例えばタンク水温がサーモＯＦＦ水温以上となれば、サーモＯＦＦ条件（第１のサーモＯＦＦ条件）が成立し（Ｓ１１８においてＹｅｓ）、圧縮機１が停止され（Ｓ１０８）、目標値ＳＨ０の補正値ＳＨＸが初期値にリセットされ（Ｓ１０９）、循環ポンプ１１が停止される（Ｓ１１０）。これにより、ヒートポンプ式給湯装置ＨＰにおける膨張弁４の開度制御が終了するとともに、ヒートポンプ式給湯装置ＨＰの加熱運転が終了する。

【0066】

このように、本実施形態のヒートポンプ式給湯装置ＨＰおよびヒートポンプ式熱源装置によれば、冷媒の過熱度ＳＨが目標値ＳＨ０となるように、膨張弁４の開度を制御している。その際、目標値ＳＨ０は、圧縮機１の回転数Ｈｚに応じて基準値ＳＨＶに所定の補正値ＳＨＸを加味して算出されている。補正値ＳＨＸは、第１の補正値Ｘ１から第２の補正値Ｘ２を減じて算出されている（ＳＨＸ＝Ｘ１－Ｘ２）。第１の補正値Ｘ１は、吸込冷媒温度ＴＳと出口冷媒温度ＴＸとの温度差（ＴＳ－ＴＸ）であり、四方弁２での過熱度ＳＨの増加量を考慮して変動する補正値である。また、第２の補正値Ｘ２は、空気熱交換器５での冷媒の圧力損失を考慮した補正値であり、圧縮機１の回転数Ｈｚに応じた変動値である。

【0067】

したがって、目標値ＳＨ０を第１の補正値Ｘ１によって、換言すれば四方弁２での過熱度ＳＨの増加量を考慮して補正できる。また、目標値ＳＨ０を第２の補正値Ｘ２によって、換言すれば空気熱交換器５での冷媒の圧力損失を考慮して補正できる。これにより、四方弁２での過熱度ＳＨの増加量および空気熱交換器５での圧力損失を考慮して、膨張弁４の開度を変更することができるとともに、過熱度ＳＨを目標値ＳＨ０とする（実質的には、目標値ＳＨ０に近づける）ことが可能となる。

【0068】

加熱負荷が小さく、圧縮機１の回転数Ｈｚが低下した際、冷媒循環量が低下すると、四方弁２を通過するときの熱交換による冷媒温度の変化が大きくなる。すなわち、四方弁２で過熱度ＳＨが増加することになる。本実施形態では、四方弁２での過熱度ＳＨの増加量を考慮した第１の補正値Ｘ１で目標値ＳＨ０を補正しているため、四方弁２での過熱度ＳＨの増加を見込んで予め目標値ＳＨ０を高く設定する必要がない。

【0069】

例えば、四方弁２での吸熱により３［Ｋ］分程度の過熱度を取ることが可能であるため、従来においては、過熱度の目標値を３とし、空気熱交換器５での過熱度を０、四方弁２での過熱度を３に近づけるように膨張弁４の開度が制御される。その際、空気熱交換器５での過熱度を０とすると、冷媒は液のまま四方弁２を通過する。液冷媒は、ガス冷媒よりも密度が高く、熱交換に多くのエネルギーを要するため、四方弁２で３［Ｋ］分の吸熱がされ難くなる。その結果、全体として過熱度が０となってしまい、膨張弁４を絞るような制御に転じる。したがって、膨張弁４の制御を安定させるためには、過熱度の目標値は、４以上に設定する必要がある。

【0070】

仮に、目標値ＳＨ０の設定が高すぎると、膨張弁４の開度を過度に下げることになる。その結果、空気熱交換器５での熱交換効率が低下し、ヒートポンプ式給湯装置ＨＰの運転性能の悪化につながってしまうおそれがある。本実施形態では、四方弁２での過熱度ＳＨの増加量を考慮して変動する第１の補正値Ｘ１で目標値ＳＨ０を補正しているため、このような事態を回避できる。四方弁２での過熱度ＳＨの上昇量は、冷凍サイクルの状態によって変化するため、本実施形態のように目標値ＳＨ０を固定値ではなく変動値とし、ヒートポンプ式給湯装置ＨＰの運転状態に合わせた値とすることで、膨張弁４の絞り過ぎを抑制できる。これに対し、目標値ＳＨ０の設定が低すぎると、膨張弁４の開度がハンチングしてしまうおそれがある。このような膨張弁４の開度のハンチングも、四方弁２での過熱度ＳＨの増加量を考慮して変動する第１の補正値Ｘ１で目標値ＳＨ０を補正することで回避できる。

【0071】

このように本実施形態によれば、過熱度ＳＨの目標値ＳＨ０をヒートポンプ式給湯装置ＨＰの運転状態に応じて適切に設定でき、膨張弁４の開度の制御精度の向上を図ることが可能となる。これにより、空気熱交換器５に流入する冷媒量が最適量に設定され、空気熱交換器５において冷媒を効率よく蒸発させることができる。このため、ヒートポンプ式給湯装置ＨＰの加熱性能の向上を図ることが可能となる。

【0072】

(第２の実施形態)
上述した第１の実施形態では、冷媒の過熱度ＳＨの目標値ＳＨ０を圧縮機１の回転数Ｈｚに応じて基準値ＳＨＶに補正値Ｘを加味して算出している。補正値ＳＨＸのうち、第１の補正値Ｘ１は、四方弁２での過熱度ＳＨの増加量を考慮した補正値であり、吸込冷媒温度ＴＳと出口冷媒温度ＴＸとの温度差（ＴＳ－ＴＸ）である。ただし、出口冷媒温度ＴＸを考慮することなく、補正値ＳＨＸとは異なる補正値に基づいて目標値ＳＨ０を算出することも可能である。このように出口冷媒温度ＴＸを考慮しない補正値に基づいて目標値ＳＨ０を算出する他の実施形態を第２の実施形態として以下に説明する。第２の実施形態のヒートポンプ式熱源装置の構成自体は、図１に示す第１の実施形態のヒートポンプ式給湯装置ＨＰの構成と同等である。ただし、第２の実施形態のヒートポンプ式給湯装置ＨＰにおいて、出口冷媒温度センサ３３は省略可能であり、必須の構成要素ではない。

【0073】

図４には、本実施形態における加熱運転時におけるコントローラ４０の制御フローを示す。以下、図４に示す制御フローに従って、本実施形態における加熱運転時におけるコントローラ４０の制御について説明する。なお、本実施形態の加熱運転の制御フローは、第１の実施形態の制御フロー（図２）の一部を第２の実施形態に特有の制御に付加、変更するものである。したがって、上述した第１の実施形態と同等の制御については同一のステップ番号を付して説明を省略し、第２の実施形態に特有の制御について詳述する。

【0074】

図４に示すように、加熱運転時において、コントローラ４０は、サーモＯＮ条件を判定し（Ｓ１０１）、サーモＯＮ条件が成立する場合、循環ポンプ１１を起動させる（Ｓ１０２）とともに、圧縮機１を起動させる（Ｓ１０３）。その際、コントローラ４０は、サーモＯＮ条件が成立するまでサーモＯＮ条件の判定を繰り返す。また、コントローラ４０は、圧縮機１の連続運転時間を計測するタイマを始動させる。

【0075】

圧縮機１を起動させると、コントローラ４０は、吸込冷媒温度ＴＳおよび入口冷媒温度ＴＥの値をそれぞれ取得する（Ｓ２０１）。その際、コントローラ４０は、吸込冷媒温度センサ３１から吸込冷媒温度ＴＳ、入口冷媒温度センサ３２から入口冷媒温度ＴＥの各検出値をそれぞれ取得する。

【0076】

取得したこれらの検出値に基づいて、コントローラ４０は、過熱度ＳＨを制御する際の目標値ＳＨ０を設定する（Ｓ２０２）。目標値ＳＨ０の設定にあたって、コントローラ４０は、第１の実施形態のテーブルＴ３（図３）とは異なり、図５に示すテーブルＴ５を参照する。テーブルＴ５は、例えばコントローラ４０の記憶装置に格納されている。目標値ＳＨ０の設定時、コントローラ４０は、テーブルＴ５に記録された所望の値をメモリに読み出し、その値に応じて目標値ＳＨ０を設定する。設定された目標値ＳＨ０は、例えばコントローラ４０のメモリに保持され、後述する開度変更条件の判定時（Ｓ１１１，Ｓ１１３）にパラメータとして読み出される。

【0077】

図５に示すように、目標値ＳＨ０は、圧縮機１の回転数Ｈｚに応じて、過熱度ＳＨの基準値ＳＨＶに所定の補正値ＳＨＹを加味して算出される。具体的には、基準値ＳＨＶに補正値ＳＨＹを加算して目標値ＳＨ０が算出される（ＳＨ０＝ＳＨＶ＋ＳＨＹ）。なお、圧縮機１の回転数Ｈｚは、第１の実施形態と同様に制御されればよい。

【0078】

図５に示す例では、基準値ＳＨＶを２としており、この点は第１の実施形態と同様である。なお、基準値ＳＨＶの値がこれに限定されず任意に設定可能である点についても、第１の実施形態と同様である。補正値ＳＨＹは、第１の補正値Ｙ１と第２の補正値Ｙ２２を含み、第１の補正値Ｙ１から第２の補正値Ｙ２を減じて算出される（ＳＨＹ＝Ｙ１－Ｙ２）。

【0079】

第１の補正値Ｙ１は、四方弁２での過熱度ＳＨの増加量を考慮した補正値であり、圧縮機１から吐出される冷媒と、圧縮機１に吸い込まれる冷媒とが四方弁２を通過する際の熱交換に応じて変動し、その初期値は０（ゼロ）である。第１の補正値Ｙ１は、ヒートポンプ式給湯装置ＨＰの加熱運転時（もしくは暖房運転時）における空気熱交換器５から四方弁２への冷媒の液戻りを判定するごとに所定値（一例として、１）ずつ加算される。かかる液戻りの判定による第１の補正値Ｙ１の加算は、例えば後述する開度変更条件の判定時に過熱度ＳＨの変化を監視し、圧縮機１の回転数Ｈｚに大きな変化がないにも関わらず過熱度ＳＨが低下に転じた場合などに行われる。ただし、着霜時の過熱度ＳＨの低下時や圧縮機１の起動後、運転状態が安定する前の過渡期などには、かかる第１の補正値Ｙ１の加算は行われない。第２の補正値Ｙ２は、第１の実施形態における第２の補正値Ｘ２と同様に、空気熱交換器５での冷媒の圧力損失を考慮した補正値であり、圧縮機１の回転数Ｈｚに応じて予め設定された変動値である。

【0080】

図５に示す例では、第１の実施形態と同様に、圧縮機１の回転数Ｈｚが第１から第４の閾値Ｚ１～Ｚ４によって分類されている。コントローラ４０は、第１から第４の閾値Ｚ１～Ｚ４によって区切られた四つの範囲のいずれに圧縮機１の回転数Ｈｚが該当するかに応じて目標値ＳＨ０を算出する。ただし、第１の実施形態と同様に、閾値の数は、三つ以下、あるいは五つ以上であってもよい。

【0081】

テーブルＴ５によれば、圧縮機１の回転数Ｈｚが第１の範囲内である場合、第２の補正値Ｙ２は０である。圧縮機１の回転数Ｈｚが第２の範囲内である場合、第２の補正値Ｙ２は１である。圧縮機１の回転数Ｈｚが第３の範囲内である場合、第２の補正値Ｙ２は２である。圧縮機１の回転数Ｈｚが第４の範囲内である場合、第２の補正値Ｙ２は３である。

【0082】

コントローラ４０は、テーブルＴ５に基づいて、基準値ＳＨＶに補正値ＳＨＹを加算して目標値ＳＨ０を算出する（ＳＨ０＝ＳＨＶ＋ＳＨＹ）。すなわち、目標値ＳＨ０は、基準値ＳＨＶと第１の補正値Ｘ１を加算し、加算値から第２の補正値Ｘ２を減じた値である（ＳＨ０＝ＳＨＶ＋Ｙ１－Ｙ２）。また、第１の補正値Ｙ１は、空気熱交換器５から四方弁２への冷媒の液戻りの有無に応じた変動値である。したがって、第１の実施形態と同様に、目標値ＳＨ０は、四方弁２での過熱度ＳＨの増加量を示す第１の補正値Ｙ１と、空気熱交換器５での冷媒の圧力損失を示す第２の補正値Ｙ２とをそれぞれ考慮して、空気熱交換器５での冷媒の熱交換量である基準値ＳＨＶを補正することで設定される。

【0083】

具体的には、圧縮機１の回転数Ｈｚが第１の範囲内である場合、コントローラ４０は、目標値ＳＨ０を第１の補正値Ｙ１に２を加えた値（２＋Ｙ１）に設定する。圧縮機１の回転数Ｈｚが第２の範囲内である場合、コントローラ４０は、目標値ＳＨ０を第１の補正値Ｙ１に１を加えた値（１＋Ｙ１）に設定する。圧縮機１の回転数Ｈｚが第３の範囲内である場合、コントローラ４０は、目標値ＳＨ０を第１の補正値Ｙ１の値に設定する。圧縮機１の回転数Ｈｚが第４の範囲内である場合、コントローラ４０は、目標値ＳＨ０を第１の補正値Ｙ１から１を減じた値（－１＋Ｙ１）に設定する。

【0084】

また、コントローラ４０は、過熱度ＳＨ、入口冷媒温度ＴＥ、圧縮機１の回転数Ｈｚの現在値をメモリに記録し、保持する（Ｓ２０３）。保持されたこれらの値は、後述する第１の補正値Ｙ１の補正値変更条件の判定時（Ｓ２０４，Ｓ２０５，Ｓ２０６）にパラメータとして読み出される。過熱度ＳＨの値は、第１の実施形態と同様に、吸込冷媒温度ＴＳと入口冷媒温度ＴＥとの温度差（ＴＳ－ＴＥ）で算出される値である。

【0085】

そして、コントローラ４０は、過熱度ＳＨの値が設定した目標値ＳＨ０となるように、膨張弁４の開度の制御を開始する（Ｓ１０６）。別の捉え方をすれば、コントローラ４０は、出口冷媒温度ＴＸと入口冷媒温度ＴＥとの温度差が基準値ＳＨＶとなるように、膨張弁４の開度を変更する。これにより、ヒートポンプ式給湯装置ＨＰにおいて、冷媒の過熱度ＳＨの値、つまり吸込冷媒温度ＴＳと入口冷媒温度ＴＥとの温度差（ＴＳ－ＴＥ）を目標値ＳＨ０とするべく、膨張弁４の開度制御が開始される。

【0086】

膨張弁４の開度制御を開始すると、コントローラ４０は、サーモＯＦＦ条件を判定する（Ｓ１０７）。サーモＯＦＦ条件の成否により、コントローラ４０は、膨張弁４の開度制御を継続するか否かを決定する。

【0087】

サーモＯＦＦ条件が成立する場合、コントローラ４０は、圧縮機１を停止させる（Ｓ１０８）。続いて、コントローラ４０は、目標値ＳＨ０の補正値ＳＨＹを初期値にリセットする（Ｓ１０９）。この場合、コントローラ４０は、第１の補正値Ｙ１および第２の補正値Ｙ２の値をいずれもゼロクリアする。これにより、ヒートポンプ式給湯装置ＨＰにおける膨張弁４の開度制御が終了する。次いで、コントローラ４０は、循環ポンプ１１を停止させる（Ｓ１１０）。これにより、ヒートポンプ式給湯装置ＨＰの加熱運転が終了する。

【0088】

一方、Ｓ１０７においてサーモＯＦＦ条件が成立しない場合、コントローラ４０は、引き続き、膨張弁４の開度を適宜変更する。このため、コントローラ４０は開度変更条件を判定する。開度変更条件は、第１の実施形態と同様であり、開度変更条件として第１の開度変更条件と第２の開度変更条件がそれぞれ判定されることも第１の実施形態と同様である。したがって、第１の開度変更条件が成立する場合には膨張弁４の開度が上げられ、第２の開度変更条件が成立する場合には膨張弁４の開度が下げられる（Ｓ１１１～Ｓ１１４）。第１および第２の開度変更条件がいずれも成立しない場合、膨張弁４の開度が維持される（Ｓ１１５）。

【0089】

Ｓ１１２、Ｓ１１４、Ｓ１１５において、膨張弁４の開度を上昇、低下、維持のいずれかに遷移させると、コントローラ４０は、所定時間内においてこのような開度の変更を繰り返すべく、さらに本実施形態では第１の補正値Ｙ１の変更要否を判定するべく、開度変更用のタイマを始動させる（Ｓ１１６）。

【0090】

所定時間が経過していない場合（Ｓ１１７においてＮｏ）、コントローラ４０は、再びサーモＯＦＦ条件を判定し（Ｓ１１８）、所定時間内においてサーモＯＦＦ条件が成立するまで、開度変更条件の判定および第１の補正値Ｙ１の変更要否の判定を適宜繰り返す。したがって、第１の実施形態と同様に、これら条件の成否に応じて、膨張弁４の開度の上昇、低下、維持、および第１の補正値Ｙ１の変更が適宜繰り返される。

【0091】

そして、例えばタンク水温がサーモＯＦＦ水温以上となれば、サーモＯＦＦ条件（第１のサーモＯＦＦ条件）が成立し（Ｓ１１８においてＹｅｓ）、圧縮機１が停止され（Ｓ１０８）、目標値ＳＨ０の補正値ＳＨＹが初期値にリセットされ（Ｓ１０９）、循環ポンプ１１が停止される（Ｓ１１０）。これにより、ヒートポンプ式給湯装置ＨＰにおける膨張弁４の開度制御が終了するとともに、ヒートポンプ式給湯装置ＨＰの加熱運転が終了する。

【0092】

一方、所定時間が経過した場合（Ｓ１１７においてＹｅｓ）、コントローラ４０は、第１の補正値Ｙ１の変更要否を判定するべく、補正値変更条件を判定する。補正値変更条件は、第１の補正値Ｙ１を変更させるか否かの判定条件である。ここでの補正値変更条件は、空気熱交換器５で熱交換されて圧縮機１に至る冷媒の液戻りの発生有無を判定するための条件である。補正値変更条件の成否に応じて、第１の補正値Ｙ１を所定値（一例として、１）ずつ加算するかが決定される。本実施形態では、補正値変更条件、換言すれば冷媒の液戻りの発生条件として、第１から第４の補正値変更条件がそれぞれ判定される。第１から第４の補正値変更条件のすべてが成立する場合には第１の補正値Ｙ１が加算され、いずれかの補正値変更条件が成立しない場合には第１の補正値Ｙ１が加算されずにその値が維持される。

【0093】

補正値変更条件の判定にあたって、コントローラ４０は、一例としてまず第１の補正値変更条件を判定する（Ｓ２０４）。第１の補正値変更条件は、過熱度ＳＨが前回の条件判定時の過熱度ＳＨよりも所定値だけ低下しているか否かの判定条件である。所定値は、任意の値に設定可能であるが、本実施形態では一例として３としている。第１の補正値変更条件の判定にあたって、コントローラ４０は、吸込冷媒温度センサ３１から吸込冷媒温度ＴＳを取得するとともに、入口冷媒温度センサ３２から入口冷媒温度ＴＥを取得し、これらの温度差（ＴＳ－ＴＥ）として過熱度ＳＨ（以下、現過熱度ＳＨという）を算出する。そして、コントローラ４０は、メモリに保持した過熱度ＳＨ（以下、前過熱度ＳＨという）を読み出して所定値だけ減じた値と、現過熱度ＳＨの値とを比較する。前過熱度ＳＨの値は、第１の補正値変更条件の初回判定時は、Ｓ２０３においてメモリに保持された値であり、それ以降の判定時は、後述するＳ２０９においてメモリに保持された値である。現過熱度ＳＨの前過熱度ＳＨからの低下が所定値以上である（現ＳＨ≦前ＳＨ－３）場合、コントローラ４０は、第１の補正値変更条件が成立すると判定する。一方、現過熱度ＳＨの前過熱度ＳＨからの低下が所定値未満である（現ＳＨ＞前ＳＨ－３）場合、コントローラ４０は、第１の補正値変更条件が成立しないと判定する。

【0094】

第１の補正値変更条件が成立する場合、コントローラ４０は、第２の補正値変更条件を判定する（Ｓ２０５）。第２の補正値変更条件は、入口冷媒温度ＴＥが前回の条件判定時の入口冷媒温度ＴＥよりも所定値だけ低下しているか否かの判定条件である。所定値は、任意の値に設定可能であるが、本実施形態では一例として２としている。第２の補正値変更条件の判定にあたって、コントローラ４０は、入口冷媒温度センサ３２から取得した入口冷媒温度ＴＥ（以下、現入口冷媒温度ＴＥという）の値と、メモリから読み出した入口冷媒温度ＴＥ（以下、前入口冷媒温度ＴＥという）の値から所定値だけ減じた値とを比較する。前入口冷媒温度ＴＥの値は、第２の補正値変更条件の初回判定時は、Ｓ２０３においてメモリに保持された値であり、それ以降の判定時は、後述するＳ２０９においてメモリに保持された値である。現入口冷媒温度ＴＥの前入口冷媒温度ＴＥからの低下が所定値以下である（現ＴＥ≧前ＴＥ－２）場合、コントローラ４０は、第２の補正値変更条件が成立すると判定する。一方、現入口冷媒温度ＴＥの前入口冷媒温度ＴＥからの低下が所定値を超えている（現ＴＥ＜前ＴＥ－２）場合、コントローラ４０は、第２の補正値変更条件が成立しないと判定する。

【0095】

第２の補正値変更条件が成立する場合、コントローラ４０は、第３の補正値変更条件を判定する（Ｓ２０６）。第３の補正値変更条件は、圧縮機１の回転数Ｈｚと前回の条件判定時の回転数Ｈｚとの差が所定範囲内である否かの判定条件である。所定範囲は、任意の範囲に設定可能であるが、本実施形態では一例として－５以上、５以下の範囲内としている。第３の補正値変更条件の判定にあたって、コントローラ４０は、圧縮機１から取得した回転数Ｈｚ（以下、現回転数Ｈｚという）の値と、メモリから読み出した回転数Ｈｚ（以下、前回転数Ｈｚという）の値との差が所定範囲内であるか判定する。前回転数Ｈｚの値は、第３の補正値変更条件の初回判定時は、Ｓ２０３においてメモリに保持された値であり、それ以降の判定時は、後述するＳ２０９においてメモリに保持された値である。現回転数Ｈｚと前回転数Ｈｚとの差が所定範囲内である（－５≦現Ｈｚ－前Ｈｚ≦５）場合、コントローラ４０は、第３の補正値変更条件が成立すると判定する。一方、現回転数Ｈｚと前回転数Ｈｚとの差が所定範囲内でない（現Ｈｚ－前Ｈｚ＜－５、もしくは現Ｈｚ－前Ｈｚ＞５）場合、コントローラ４０は、第３の補正値変更条件が成立しないと判定する。

【0096】

第３の補正値変更条件が成立する場合、コントローラ４０は、第４の補正値変更条件を判定する（Ｓ２０７）。第４の補正値変更条件は、圧縮機１の起動開始から一定時間経過したか否かの判定条件である。一定時間は、圧縮機１が起動開始してから安定稼働するまでに必要な連続運転時間の値として予め設定されており、例えばコントローラ４０の記憶装置に保持され、第４の補正値変更条件の判定時にメモリに読み出されてパラメータとして使用される。第４の補正値変更条件の判定にあたって、コントローラ４０は、例えば圧縮機１の連続運転時間を計測するタイマの計測値が一定時間を超えているか判定する。一定時間を超えている場合、コントローラ４０は、第４の補正値変更条件が成立すると判定する。一方、一定時間以下である場合、コントローラ４０は、第４の補正値変更条件が成立しないと判定する。

【0097】

第４の補正値変更条件が成立する場合、コントローラ４０は、第１の補正値Ｙ１を所定値（一例として、１）だけ加算する（Ｓ２０８）。この場合、第１から第４の補正値変更条件のすべてが成立、つまり補正値変更条件が成立しており、第１の補正値Ｙ１が変更される。すなわちこの場合、空気熱交換器５で熱交換されて圧縮機１に至る冷媒の液戻りが発生している、つまり冷媒の液戻りの発生条件が成立している場合に相当する。これにより、補正値ＳＨＹが１だけ増加し、結果として目標値ＳＨ０も１だけ増加される。

【0098】

このように第１の補正値Ｙ１が変更されると、コントローラ４０は、過熱度ＳＨ、入口冷媒温度ＴＥ、圧縮機１の回転数Ｈｚの現在値をメモリに記録し、保持する（Ｓ２０９）。かかる現在値は、Ｓ２０４、Ｓ２０５、Ｓ２０６で使用された現過熱度ＳＨ、現入口冷媒温度ＴＥ、現回転数Ｈｚの各値である。保持されたこれらの値は、次回の補正値変更条件の判定時に前回判定時の値としてメモリから読み出され、パラメータとして使用される。

【0099】

これらの値が保持されると、膨張弁４の開度の変更を繰り返すべく、コントローラ４０は開度変更条件を再び判定する。具体的には、コントローラ４０は、第１の開度変更条件を判定し（Ｓ１１１）、その成否に応じて、Ｓ１１２からＳ１１６の制御を適宜実行する。その際、コントローラ４０は、カウントアップした開度変更用のタイマをリセットする。また、Ｓ２０４において第１の補正値変更条件が成立しない場合、Ｓ２０５において第２の補正値変更条件が成立しない場合、Ｓ２０６において第３の補正値変更条件が成立しない場合、Ｓ２０６において第４の補正値変更条件が成立しない場合も同様に、コントローラ４０は開度変更条件を再び判定する。

【0100】

なお、本実施形態では、Ｓ２０６において第３の補正値変更条件が成立しない場合、コントローラ４０は、開度変更条件を再び判定する前に、目標値ＳＨ０の第１の補正値Ｙ１を初期値にリセットする。この場合、コントローラ４０は、第１の補正値Ｙ１の値を一旦ゼロクリアする。

【0101】

このように本実施形態によれば、第１の実施形態と同様に、目標値ＳＨ０を第１の補正値Ｙ１によって、換言すれば四方弁２での過熱度ＳＨの増加量を考慮して補正できる。これにより、四方弁２での過熱度ＳＨの増加量を考慮して、膨張弁４の開度を変更することができるとともに、過熱度ＳＨを目標値ＳＨ０とする（実質的には、目標値ＳＨ０に近づける）ことが可能となる。したがって、過熱度ＳＨの目標値ＳＨ０をヒートポンプ式給湯装置ＨＰの運転状態に応じて適切に設定でき、膨張弁４の開度の制御精度の向上を図ることが可能となる。これにより、空気熱交換器５に流入する冷媒量が最適量に設定され、空気熱交換器５において冷媒を効率よく蒸発させることができる。このため、ヒートポンプ式給湯装置ＨＰの加熱性能の向上を図ることが可能となる。

【0102】

また、本実施形態によれば、出口冷媒温度センサ３３は、必須の構成要素ではなく、省略可能である。したがって、出口冷媒温度センサ３３の分だけ構成部材の調達コストを削減できる。

【0103】

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、各実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0104】

１…圧縮機、３…水熱交換器、４…膨張弁、５…空気熱交換器、７…室外ファン、１２ａ…水入口、１２ｂ…水出口、１２ｃ…水出口、１３…給湯タンク、１４…放熱コイル（水放熱器）、１６…入水管、１７…出水管、２１，２２，２３…放熱器、３０…外気温度センサ、３１…吸込冷媒温度センサ（第１温度センサ）、３２…入口冷媒温度センサ（第２温度センサ）、３３…出口冷媒温度センサ（第３温度センサ）、３４…入口水温センサ、３５…出口水温センサ、３６…タンク水温センサ、４０…コントローラ、４１…操作表示器、Ａ…室外ユニット、Ｂ…水熱交換ユニット、Ｃ…負荷ユニット、Ｄ…制御ユニット、ＨＰ…ヒートポンプ式給湯装置。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】