特表 2022-508635 効率が改善されたヒートポンプ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2022-01-19

(54)【発明の名称】効率が改善されたヒートポンプ

(51)【国際特許分類】

   F25B 45/00 20060101AFI20220112BHJP

   F25B 1/00 20060101ALI20220112BHJP

【ＦＩ】

F25B45/00 C

F25B1/00 371C

F25B1/00 371E

F25B45/00 A

F25B45/00 F

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2021544084

(86)(22)【出願日】2019-10-07

(85)【翻訳文提出日】2021-04-06

(86)【国際出願番号】 KR2019013145

(87)【国際公開番号】W WO2020101176

(87)【国際公開日】2020-05-22

(31)【優先権主張番号】10-2018-0141188

(32)【優先日】2018-11-15

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(31)【優先権主張番号】10-2018-0142871

(32)【優先日】2018-11-19

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(31)【優先権主張番号】10-2019-0043404

(32)【優先日】2019-04-13

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(31)【優先権主張番号】10-2019-0057587

(32)【優先日】2019-05-16

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(31)【優先権主張番号】10-2019-0094645

(32)【優先日】2019-08-04

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】521145532

【氏名又は名称】イ、トン ウォン

(74)【代理人】

【識別番号】110001519

【氏名又は名称】特許業務法人太陽国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】イ、トン ウォン

(57)【要約】

本発明はヒートポンプに関する。より詳しくは、多数の負荷条件で効率を測定するヒートポンプにおいて、各負荷条件で目標高圧と目標低圧とを設定し、前記目標圧力を最優先で達成するヒートポンプに関する。特に時間経過に伴って負荷が徐々に変われば、圧縮器を負荷に合わせて徐々に制御して、消費電力の変動が小さい、効率が改善されたヒートポンプに関する。
【選択図】図９

【特許請求の範囲】

【請求項1】

可変容量圧縮器、凝縮器、膨張バルブおよび蒸発器を含む回路が密閉された冷媒ラインを通して連結され、凝縮器ファン、蒸発器ファン、前記回路に冷媒を充填または前記回路から冷媒を回収する冷媒（充填）量調節手段および制御器を含むヒートポンプであって、
前記制御器の役割は、１）外気温度および負荷を参照して室外熱交換器内部の目標圧力を設定し、２）内気温度および設定温度を参照して室内熱交換器内部の目標圧力を設定し、３）目標過冷度および目標過熱度を設定し、４）前記二つのファンの両方とも温度を調節するかまたは両方とも圧力を調節するかのいずれか一つになるように制御し、
４ａ）前記二つのファンの両方とも温度を調節する場合には、前記凝縮器ファンで過冷度を調節し、前記蒸発器ファンで過熱度を調節し、前記膨張バルブおよび冷媒（充填）量調節手段のいずれか一つで高圧を調節し、残りの一つで低圧を調節し［ケースａ、ａ’］、
４ｂ）前記二つのファンの両方とも圧力を調節する場合には、前記凝縮器ファンで高圧を調節し、前記蒸発器ファンで低圧を調節し、前記膨張バルブおよび冷媒（充填）量調節手段のいずれか一つで過冷度を調節し、残りの一つで過熱度を調節し［ケースｂ、ｂ’］、
５）負荷を参照して単位時間当たりに所定の冷媒が圧縮（ｇ／ｓ）されるように前記圧縮器を制御することを含み、時間が０時から２４時になるにつれて負荷が徐々に変われば、前記ヒートポンプにおいて消費される電力も負荷と類似した形態に徐々に変わることを特徴とするヒートポンプ。

【請求項2】

可変容量圧縮器、凝縮器、膨張バルブおよび蒸発器を含む回路が密閉された冷媒ラインを通して連結され、凝縮器ファン、蒸発器ファン、前記回路に冷媒を充填または前記回路から冷媒を回収する冷媒（充填）量調節手段および制御器を含むヒートポンプであって、
前記制御器の役割は、１）外気温度および負荷を参照して室外熱交換器内部の目標圧力を設定し、２）内気温度および設定温度を参照して室内熱交換器内部の目標圧力を設定し、３）目標過冷度および目標過熱度を設定し、４）前記二つのファンのいずれか一つは圧力を調節し、残りの一つは温度を調節するように制御し、
４ａ）前記蒸発器ファンが低圧を調節する時には、前記凝縮器ファンは過冷度を調節し、前記膨張バルブおよび冷媒（充填）量調節手段のいずれか一つは高圧を調節し、残りの一つは過熱度を制御し［ケースｄ、ｄ’］、
４ｂ）前記凝縮器ファンが高圧を調節する時には、前記蒸発器ファンは過熱度を調節し、前記膨張バルブおよび冷媒（充填）量調節手段のいずれか一つは低圧を調節し、残りの一つは過冷度を制御し［ケースｅ、ｅ’］、
５）負荷を参照して単位時間当たりに所定の冷媒が圧縮（ｇ／ｓ）されるように前記圧縮器を制御することを含み、時間が０時から２４時になるにつれて負荷が徐々に変われば、前記ヒートポンプにおいて消費される電力も負荷と類似した形態に徐々に変わることを特徴とするヒートポンプ。

【請求項3】

前記冷媒（充填）量調節手段は冷媒を貯蔵する貯蔵空間、前記回路から前記冷媒貯蔵空間に冷媒を回収する回収バルブ、および前記冷媒貯蔵空間から前記回路に冷媒を充填する充填バルブを含んで構成され、
前記冷媒充填回収手段は前記膨張バルブと並列に設けられ、
前記回収バルブは凝縮器出口と連結され、
前記充填バルブは低圧と連結されることを特徴とする、請求項１～２のいずれか１項に記載のヒートポンプ。

【請求項4】

前記冷媒（充填）量調節手段が前記膨張バルブの役割を兼ねるように、前記制御器は、前記回収バルブと前記充填バルブの開度を同時に増やすかまたは同時に減らす制御を実行することを特徴とする、請求項３に記載のヒートポンプ。

【請求項5】

可変容量圧縮器、凝縮器、膨張バルブおよび蒸発器を含む回路が密閉された冷媒ラインを通して連結され、凝縮器ファン、蒸発器ファン、前記回路に冷媒を充填または前記回路から冷媒を回収する冷媒（充填）量調節手段および制御器を含むヒートポンプであって、
前記制御器は冷房期間エネルギー消費効率（以下、「ＣＳＰＦ」）を計算する温度範囲で曲線に補正した目標凝縮温度および目標蒸発温度を用い、
前記曲線は図１２の様式の性能係数テーブルにおいて外気温度が低い側に現れ、
前記テーブルにおいて第１地点（ＣＳＰＦ計算に用いられる外気最大温度において目標蒸発温度）と第２地点（ＣＳＰＦ計算に用いられる外気最小温度において目標蒸発温度）とを連結する直線の右側に前記曲線（「外気が低い側の蒸発温度の曲線補正」）が現れることを特徴とするヒートポンプ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、効率が改善されたヒートポンプ（Ｈｅａｔ ｐｕｍｐ ｈａｖｉｎｇ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ）に関する。

【背景技術】

【0002】

ヒートポンプは、熱源から「ヒートシンク」と呼ばれる目的地に熱を伝達する装置である。ヒートポンプは、冷たい空間において熱を吸収し、暖かい空間に熱を放出する。エアコンを含む空調装置（ＨＶＡＣ：Ｈｅａｔｉｎｇ Ｖｅｎｔｉａｌａｔｉｎｇ ａｎｄ Ａｉｒ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ）および冷蔵庫がヒートポンプの代表的な例である。そして、ヒートポンプを使う機器としては、冷水／温水を提供する浄水機、乾燥機、洗濯機、自動販売機などが挙げられる。

【0003】

ヒートポンプは、圧縮器、凝縮器、膨張バルブおよび蒸発器を含んで構成される。一般に、エアコンは扇風機より電気を約２０倍多く消費すると知られている。それに基づいて計算してみれば、圧縮器は９０％の電気を消費し、凝縮器ファンおよび蒸発器ファンは各々５％の電気を消費する。

【0004】

従来技術においては、圧縮器の消費電力を減らすために、インバータ圧縮器を用いて、負荷が小さければ低い周波数で稼動した。圧縮器の入口圧力と出口圧力との差が大きくなれば、同一な周波数で稼動しても、圧縮器は、電気をさらに多く消費する。多数の負荷条件で測定を行う冷房期間エネルギー消費効率（ＣＳＰＦ）および統合冷房効率（ＩＥＥＲ）は、積極的に目標低圧と目標高圧を達成してこそヒートポンプ効率が改善されるにもかかわらず、従来には圧縮器の入口圧力と出口圧力を最優先達成目標に設定し制御しなかったので効率が低いという問題がある。

【0005】

そして、ＵＳ２００９／００１３７００１および韓国特許出願ＫＲ１０－２０１６－００７２９３４号などにおいては、電気消費の大きい圧縮器により目標圧力（低圧）を達成するので消費電力の変動が大きいという問題がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】韓国特許出願ＫＲ１０－２００７－７００９９５２号（ＵＳ２００９／００１３７００ Ａ１）

【特許文献2】韓国特許出願ＫＲ１０－２０１６－００７２９３４号

【特許文献3】韓国特許出願ＫＲ１０－２０１３－００８４６６５号（ＵＳ２０１５／００２０５３６ Ａ１）

【特許文献4】韓国特許出願ＫＲ１０－２０１６－７０２６７４０号（ＵＳ２０１６／０３７００４４ Ａ１）

【特許文献5】韓国特許出願第１０－２００７－００８４９６０号

【特許文献6】ＵＳ２０１１／００４１５２３ Ａ１

【特許文献7】ＵＳ７，０１０，９２７ Ｂ２

【特許文献8】ＵＳ９，７３８，１３８ Ｂ２

【特許文献9】ＵＳ２０１７／００５９２１９ Ａ１

【特許文献10】ＵＳ２０１７／０１１５０４３ Ａ１

【非特許文献】

【0007】

【非特許文献1】Ｍｙｕｎｇ Ｓｕｐ Ｙｏｏｎ、Ｊａｅ Ｈｕｎ Ｌｉｍ、Ｔｕｒｋｉ Ｓａｌｅｍ Ｍ ＡＬ Ｑａｈｔａｎｉ、ａｎｄ ＹｕｊｉｎＮａｍ、「Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ ｅｎｅｒｇｙ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｃｏｎｓｔａｎｔ ａｎｄ ｖａｒｉａｂｌｅ ｓｐｅｅｄ ａｉｒ－ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｅｒｓ ｉｎ ｔｗｏ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｃｌｉｍａｔｅｓ」、Ａｓｉａｎ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｏｎ ａｎｄ Ａｉｒ－ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｊｕｎｅ ２０１８、Ｓａｐｐｏｒｏ、ＪＡＰＡＮ

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

多数の負荷条件で効率を測定するヒートポンプにおいて、各負荷条件で目標高圧と目標低圧とを設定し、前記目標圧力を最優先で達成するようにする。また、電気消費の大きい圧縮器により目標圧力を達成しないようにして、効率が改善されたヒートポンプを提供する。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明に係るヒートポンプは、可変容量圧縮器Ｃ、凝縮器ＨＥＸ＿Ｃ、膨張バルブＥＸＶおよび蒸発器ＨＥＸ＿Ｅを含む回路が密閉された冷媒ラインを通して連結され、凝縮器ファンＦＮ＿Ｃ、蒸発器ファンＦＮ＿Ｅ、前記回路に冷媒を充填または前記回路から冷媒を回収する冷媒（充填）量調節手段ＲＡＡＭおよび制御器２２４を含み、前記制御器２２４の役割は、１）外気温度および負荷を参照して室外熱交換器ＨＥＸ＿ＥＸ内部の目標圧力を設定し、２）内気温度および設定温度を参照して室内熱交換器ＨＥＸ＿ＩＮ内部の目標圧力を設定し、３）目標過冷度ＳＣ＿ｔおよび目標過熱度ＳＨ＿ｔを設定し、４）前記二つのファンの両方とも温度を調節するかまたは両方とも圧力を調節するかのいずれか一つになるように制御し、４ａ）前記二つのファンの両方とも温度を調節する場合には、前記凝縮器ファンＦＮ＿Ｃで過冷度ＳＣを調節し、前記蒸発器ファンＦＮ＿Ｅで過熱度ＳＨを調節し、前記膨張バルブＥＸＶおよび冷媒（充填）量調節手段ＲＡＡＭのいずれか一つで高圧ＨＰを調節し、残りの一つで低圧ＬＰを調節し［ケースａ、ａ’］、４ｂ）前記二つのファンの両方とも圧力を調節する場合には、前記凝縮器ファンＦＮ＿Ｃで高圧ＨＰを調節し、前記蒸発器ファンＦＮ＿Ｅで低圧ＬＰを調節し、前記膨張バルブＥＸＶおよび冷媒（充填）量調節手段ＲＡＡＭのいずれか一つで過冷度（ＳＣを調節し、残りの一つで過熱度ＳＨを調節し［ケースｂ、ｂ’］、５）負荷を参照して単位時間当たりに所定の冷媒が圧縮（ｇ／ｓ）されるように前記圧縮器Ｃを制御することを含み、時間が０時から２４時になるにつれて負荷が徐々に変われば、前記ヒートポンプにおいて消費される電力も負荷と類似した形態に徐々に変わることを特徴とする。

【0010】

本発明に係るヒートポンプは、可変容量圧縮器Ｃ、凝縮器ＨＥＸ＿Ｃ、膨張バルブＥＸＶおよび蒸発器ＨＥＸ＿Ｅを含む回路が密閉された冷媒ラインを通して連結され、凝縮器ファンＦＮ＿Ｃ、蒸発器ファンＦＮ＿Ｅ、前記回路に冷媒を充填または前記回路から冷媒を回収する冷媒（充填）量調節手段ＲＡＡＭおよび制御器２２４を含み、前記制御器２２４の役割は、１）外気温度および負荷を参照して室外熱交換器ＨＥＸ＿ＥＸ内部の目標圧力を設定し、２）内気温度および設定温度を参照して室内熱交換器ＨＥＸ＿ＩＮ内部の目標圧力を設定し、３）目標過冷度ＳＣ＿ｔおよび目標過熱度ＳＨ＿ｔを設定し、４）前記二つのファンのいずれか一つは圧力を調節し、残りの一つは温度を調節するように制御し、４ａ）前記蒸発器ファンＦＮ＿Ｅが低圧ＬＰを調節する時には、前記凝縮器ファンＦＮ＿Ｃは過冷度ＳＣを調節し、前記膨張バルブＥＸＶおよび冷媒（充填）量調節手段ＲＡＡＭのいずれか一つは高圧ＨＰを調節し、残りの一つは過熱度ＳＨを制御し［ケースｄ、ｄ’］、４ｂ）前記凝縮器ファンＦＮ＿Ｃが高圧ＨＰを調節する時には、前記蒸発器ファンＦＮ＿Ｅは過熱度ＳＨを調節し、前記膨張バルブＥＸＶおよび冷媒（充填）量調節手段ＲＡＡＭのいずれか一つは低圧ＬＰを調節し、残りの一つは過冷度ＳＣを制御し［ケースｅ、ｅ’］、５）負荷を参照して単位時間当たりに所定の冷媒が圧縮（ｇ／ｓ）されるように前記圧縮器Ｃを制御することを含み、時間が０時から２４時になるにつれて負荷が徐々に変われば、前記ヒートポンプにおいて消費される電力も負荷と類似した形態に徐々に変わることを特徴とする。

【0011】

この時、前記冷媒（充填）量調節手段ＲＡＡＭは冷媒を貯蔵する貯蔵空間ＲＳ、前記回路から前記冷媒貯蔵空間ＲＳに冷媒を回収する回収バルブｖｖｄ、および前記冷媒貯蔵空間ＲＳから前記回路に冷媒を充填する充填バルブｖｖｃを含んで構成され、前記冷媒充填回収手段ＲＣＲＭは前記膨張バルブＥＸＶと並列に設けられ、前記回収バルブｖｖｄは凝縮器ＨＥＸ＿Ｃ出口と連結され、前記充填バルブｖｖｃは低圧と連結されることが好ましい。

【0012】

また、前記冷媒（充填）量調節手段ＲＡＡＭが前記膨張バルブＥＸＶの役割を兼ねるように、前記制御器２２４は、前記回収バルブｖｖｄと前記充填バルブｖｖｃの開度を同時に増やすかまたは同時に減らす制御を実行することが好ましい。

【0013】

本発明に係るヒートポンプは、可変容量圧縮器Ｃ、凝縮器ＨＥＸ＿Ｃ、膨張バルブＥＸＶおよび蒸発器ＨＥＸ＿Ｅを含む回路が密閉された冷媒ラインを通して連結され、凝縮器ファンＦＮ＿Ｃ、蒸発器ファンＦＮ＿Ｅ、前記回路に冷媒を充填または前記回路から冷媒を回収する冷媒（充填）量調節手段ＲＡＡＭおよび制御器２２４を含み、前記制御器２２４は冷房期間エネルギー消費効率（以下、「ＣＳＰＦ」）を計算する温度範囲で曲線に補正した目標凝縮温度ＨＰ＿ｔおよび目標蒸発温度ＬＰ＿ｔを用い、前記曲線は図１２の様式の性能係数テーブルにおいて外気温度が低い側に現れ、前記テーブルにおいて第１地点（ＣＳＰＦ計算に用いられる外気最大温度において目標蒸発温度）と第２地点（ＣＳＰＦ計算に用いられる外気最小温度において目標蒸発温度）とを連結する直線の右側に前記曲線（「外気が低い側の蒸発温度の曲線補正」）が現れることを特徴とする。

【発明の効果】

【0014】

本発明のヒートポンプ制御方法によれば、多数の負荷条件で効率を測定するヒートポンプにおいて、各負荷条件で目標高圧と目標低圧とを設定し、前記目標圧力を最優先で達成するヒートポンプが提供される。また、電気消費の大きい圧縮器により目標圧力を達成しないようにして、効率が改善されたヒートポンプを提供できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】従来技術によるｐ－ｈ線図の一例である。

【図2】本発明の第１制御～第４制御の理解を助ける図である。

【図3】本発明によるｐ－ｈ線図の一例である。

【図4】本発明の制御順の一例である。

【図5】本発明の制御順の種類を羅列した一例である。

【図6】本発明に好適なヒートポンプ回路の一例である。

【図7】本発明に好適なヒートポンプ回路の他の一例である。

【図8】本発明に好適なヒートポンプ回路のまた他の一例である。

【図9】本発明に好適なヒートポンプ回路のまた他の一例である。

【図10】本発明に好適な主要部品の役割を表で整理したものである。

【図11】本発明に好ましいＣＳＰＦを計算する例示である。

【図12】本発明に好ましいＣＳＰＦを計算する他の例示である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、添付図面を参照して本発明の好ましい実施形態を詳しく説明する。この時、添付された図面において、同一な構成要素は可能な限り同一な符号を付していることに留意しなければならない。本明細書において、単数型は、特に言及しない限り複数型も含む。本明細書で用いられる「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」および／または「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」に言及された構成要素、ステップおよび／または動作は、一つ以上の他の構成要素、ステップおよび／または動作の存在または追加を排除するものではない。

【0017】

また、以下にて説明する本明細書および請求範囲で用いられた用語や単語は通常的または辞典的な意味に限定して解釈してはならず、本発明の技術的思想に符合する意味と概念として解釈しなければならない。そして、本発明の要旨を不要に濁す恐れがあると判断される公知の構成および機能に関する詳しい説明を省略する。

【0018】

以下では、説明の便宜上、特に言及しない限り、理想的なヒートポンプを用いて説明する。この時、制御器は、ヒートポンプの部品を制御して各部品の性能を調節する。以下の説明において、「調節して」、「制御して」、「制御される」などの記述があれば、制御器を別に言及しなくても、「制御器が前記記述が行われるように制御値を提供する」ことを意味する。また、制御器が実行する「制御」は、ある「役割」であってもよく、ある「順序」であっても良い。本明細書において、「制御」は、特に言及しない限り、「役割」として解釈しなければならない。また、本明細書において、用語「圧力」は、「その圧力で冷媒が沸騰する温度、すなわち、凝縮温度または蒸発温度」と解釈できることに留意しなければならない。

【0019】

＜主な概念の説明＞
熱交換器は、熱交換量をＱ＝ｃ・ｍ・ｄＴで計算することができる。ここで、Ｑを同じにするｍとｄＴの組み合わせは多い。上記の数式において、ｍは（例えば、熱交換物質が空気である場合）空気量、空気重さ、風速、熱交換器ファン速度、ファン消費電力などとして解釈することができる。この時、ｃは空気比熱または比例係数になるであろう。そして、温度差ｄＴ（熱交換器通過前の空気温度－通過後の空気温度）は、熱交換器内部で冷媒が沸騰する温度と流入空気の温度差によって変わりうる。本発明において、前記ｄＴを減らす制御は、「熱交換器内部で冷媒が沸騰する温度と熱交換器と熱交換しようとする物質（例えば、空気）の温度差を減らす制御」を意味する。

【0020】

より詳しく説明すれば、熱交換器温度（熱交換器内部で冷媒が沸騰する温度）と空気温度が同じであれば熱交換は発生しない。したがって、前記温度差ｄＴを減らす方法の一つは、熱交換器に流入される空気温度と熱交換器内部で冷媒が沸騰する温度（以下、「熱交換器温度」）との差を減らすものである。このためには、熱交換器の内部圧力を調節しなければならない。

【0021】

一般に、圧縮器の消費電力がファンの消費電力より遥かに大きいため、前記温度差ｄＴが所定の値以上に大きい場合には、ｍを増やしｄＴを減らして目標熱交換量（Ｑ＝ｃ・ｍ・ｄＴ）を達成すれば、全体消費電力が減少して、ヒートポンプの効率が改善される。

【0022】

＜要素技術の説明＞
以下、図１および図２を参照して説明する。
ヒートポンプシステムに冷媒を注入することについて説明する。ヒートポンプの配管設置が完了すれば、先ず、真空ポンプを用いて前記配管の内部を真空にする。そして、外部（電子秤上にある）冷媒筒と低圧ラインを連結し圧縮器を稼動する。外部冷媒筒のバルブを開けば、外部冷媒筒からヒートポンプ内部に冷媒が充填される。設定された重さの冷媒が充填されれば、外部冷媒筒のバルブを閉める。すると、ヒートポンプにおいて高圧と低圧が適切に形成される。例えば、第１冷房サイクル（８１）－（８２）－（８３）－（８４）のようになる。ここで、冷媒を充填（以下、「第１制御」）すれば、高圧ＨＰと低圧ＬＰが全て（真空から低圧、真空から高圧に）増加（１）することが分かる。その逆に、冷媒を回収（以下、「第２制御」）すれば、高圧ＨＰと低圧ＬＰが全て（低圧から真空、高圧から真空に）減少（２）することが分かる。

【0023】

別に説明すれば、高圧と低圧が適切に形成されている冷房回路に、外部から前記回路の低圧に冷媒を追加的に充填すれば、前記追加された冷媒は、低圧にのみ全部があるのではなく（高圧・低圧が安定するまで）高圧に一部移動するようになる。ここで、冷媒を充填すれば（すなわち、第１制御をすれば）、高圧ＨＰと低圧ＬＰが全て増加（１）することが分かる。その逆に、冷媒を回収すれば（すなわち、第２制御をすれば）、高圧ＨＰと低圧ＬＰが全て減少（２）することが分かる。

【0024】

第１冷房サイクル（８１）－（８２）－（８３）－（８４）が形成された状態で、膨張バルブをさらに閉じる操作をすれば（以下、高圧と低圧の差が増加する「第３制御」）、高圧ＨＰは増加し低圧ＬＰは減少（３）して、第２冷房サイクル（９１）－（９２）－（９３）－（９４）のようになる。前記第３制御は、インバータ圧縮器をさらに速く駆動して実現することもできる。また、第２冷房サイクル（９１）－（９２）－（９３）－（９４）が形成された状態で、膨張バルブをさらに開ける操作をすれば（以下、高圧と低圧の差が減少する「第４制御」）、高圧ＨＰは減少し低圧ＬＰは増加（４）して、第１冷房サイクル（８１）－（８２）－（８３）－（８４）のようになる。前記第４制御は、インバータ圧縮器をさらに低い周波数で駆動して実現することもできる。この時、前記膨張バルブは、電子膨張バルブＥＥＶであることが好ましい。

【0025】

第１制御（１）または第２制御（２）をすれば、高圧と低圧は全て増加（ＵＵ）するかまたは全て減少（ＤＤ）する。第３制御（３）または第４制御（４）をすれば、高圧が増加（ｕ）すれば低圧は減少（ｄ）し、高圧が減少（ｄ）すれば低圧は増加（ｕ）する。二つの圧力の両方とも一側に動く制御と互いに反対側に動く制御を組み合わせれば、一側の圧力を維持しつつ他側の圧力を調節することができる。

【0026】

例えば、第１制御（１）と第３制御（３）を同時にまたは（順序に関係なく）順次実行［（１）＋（３）］すれば、高圧は増加し、低圧は相殺して変動しない。また、第１制御（１）と第４制御（４）を同時にまたは（順序に関係なく）順次実行［（１）＋（４）］すれば、低圧は増加し、高圧は相殺して変動しない。また、第２制御（２）と第３制御（３）を同時にまたは（順序に関係なく）順次実行［（２）＋（３）］すれば、低圧は減少し、高圧は相殺して変動しない。また、第２制御（２）と第４制御（４）を同時にまたは（順序に関係なく）順次実行［（２）＋（４）］すれば、高圧は減少し、低圧は相殺して変動しない。この時、凝縮器ファンおよび蒸発器ファンを制御して過冷度および過熱度が設計値になるようにすることが好ましい。

【0027】

第３制御（３）と第４制御（４）を同時にまたは（順序に関係なく）順次実行［（３）＋（４）］すれば、高圧と低圧を変更せずに単位時間当たりの冷媒循環量を調節することができる。より詳しくは、第３制御（３）では圧縮器の単位時間当たりの冷媒圧縮量をさらに増やして高圧と低圧の差をさらに増やし、第４制御（４）では膨張バルブをさらに開けて高圧と低圧の差をさらに減らせば、高圧と低圧は変わらないが、単位時間当たりに回路を循環する冷媒量（ｇｒａｍ／ｓｅｃ、以下、「ｇ／ｓ」）はさらに増やすことができる。一方、第３制御と第４制御の制御対象を変えれば、回路を循環する冷媒量はさらに減らせることは当然である。

【0028】

以上、一側の圧力を維持しつつ他側の圧力を調節するのに必要な要素技術について説明した。本明細書では、高圧を「高圧で冷媒が沸騰する温度」、すなわち「凝縮温度」、低圧を「低圧で冷媒が沸騰する温度」、すなわち「蒸発温度」と解釈できることに留意しなければならない。

【0029】

＜第１実施形態＞
以下、図２～図４を参照して、本発明に係るヒートポンプにおいて、蒸発温度をさらに高くなるように制御する一実施形態（エアコン冷房モード）について説明する。

【0030】

図４は、蒸発器の蒸発温度をさらに高くなるように制御する順序の例である。制御順１００は、第４制御（４）および第１制御（１）を連続して２回実行した例である。初期状態Ｌ０で、制御器は、ある必要により、目標低圧ＬＰ＿ｔを現在低圧ＬＰ＿０より高く設定する。すると、低圧が目標値と異なるようになり、低圧を目標値と同じにしようとするために、制御器は第４制御（４）を実行する。その結果、低圧は上がり、高圧は下がって、状態Ｌ１になる。所望のとおりに低圧が上がって蒸発温度はさらに高くなったが、高圧が下がって凝縮温度が目標凝縮温度ＨＰ＿ｔより低くなった。ここで、高圧を目標値ＨＰ＿ｔと同じにしようとするために、制御器が第１制御（１）を実行すれば、冷媒が充填されて高圧および低圧が全て上昇して状態Ｌ２になる。つまり、低圧の蒸発温度はさらに上昇して目標蒸発温度ＬＰ＿ｔにさらに近くなり、高圧は目標凝縮温度ＨＰ＿ｔを維持するようになる。状態Ｌ３および状態Ｌ４は、前記第４制御（４）および第１制御（１）を順次もう一度繰り返したものを図示したものである。すると、低圧はＬＰ＿ｒｉｓｅに沿って上昇して目標低圧ＬＰ＿ｔに到達するようになる。

【0031】

制御器の観点で制御順１００について説明すれば、初期状態Ｌ０で、制御器は、ある必要により、目標低圧ＬＰ＿ｔを現在低圧ＬＰ＿０より高く設定する。制御器は、初期状態Ｌ０で低圧ＬＰ＿０が目標値ＬＰ＿ｔより低いことを認知し、低圧を目標値ＬＰ＿ｔと同じにしようとするために、膨張バルブをさらに開放する第４制御（４）を実行する。その結果、状態Ｌ１になる。状態Ｌ１で、制御器は、高圧が目標値より低いことを認知し、高圧を目標値ＨＰ＿ｔと同じにしようとするために、冷媒を充填する第１制御（１）を実行する。ここで、制御器の役割は、低圧が目標値を脱すれば膨張バルブを調節して目標値を達成し、高圧が目標値を脱すれば冷媒充填量を調節して目標値を達成することが分かる。

【0032】

図４において、制御順１０１は、制御順１００と同様に第４制御（４）と第１制御（１）とを使うが、第１制御（１）を先に実行する場合である。初期状態Ｌ０ａで、制御器は、ある必要により、目標低圧ＬＰ＿ｔを現在低圧ＬＰ＿０より高く設定する。すると、低圧が目標値と異なるようになり、低圧を目標値と同じにしようとするために、制御器は第１制御（１）を実行する。その結果、低圧は上がり、高圧は下がって、状態Ｌ１ａになる。所望のとおりに低圧が上がって蒸発温度はさらに高くなったが、高圧が下がって凝縮温度が目標凝縮温度ＨＰ＿ｔより高くなった。ここで、高圧を目標値ＨＰ＿ｔと同じにしようとするために、制御器が第４制御（４）を実行すれば、高圧は下がり、低圧は上がって、状態Ｌ２ａになる。つまり、低圧の蒸発温度はさらに上昇して目標蒸発温度ＬＰ＿ｔにさらに近くなり、高圧は目標凝縮温度ＨＰ＿ｔを維持するようになる。状態Ｌ３ａおよび状態Ｌ４ａは、前記第１制御（１）および第４制御（４）を順次もう一度繰り返したものを図示したものである。すると、低圧はＬＰ＿ｒｉｓｅに沿って上昇して目標低圧ＬＰ＿ｔに到達するようになる。

【0033】

制御器の観点で制御順１０１について説明すれば、初期状態Ｌ０ａで、制御器は、ある必要により、目標低圧ＬＰ＿ｔを現在低圧ＬＰ＿０より高く設定する。制御器は、初期状態Ｌ０ａで低圧ＬＰ＿０が目標値ＬＰ＿ｔより低いことを認知し、低圧を目標値ＬＰ＿ｔと同じにしようとするために、冷媒を充填する第１制御（１）を実行する。その結果、状態Ｌ１ａになる。状態Ｌ１ａで、制御器は、高圧が目標値より高いことを認知し、高圧を目標値ＨＰ＿ｔと同じにしようとするために、膨張バルブをさらに開放する第４制御（４）を実行する。ここで、制御器の役割は、高圧が目標値を脱すれば膨張バルブを調節して目標値を達成し、低圧が目標値を脱すれば冷媒充填量を調節して目標値を達成することが分かる。

【0034】

制御順１００および１０１を比較して要約すれば、いずれも目標低圧ＬＰ＿ｔを現在より高く設定し前記目標を達成する。そして、両方とも第１制御（１）および第４制御（４）を使う。しかし、前記第１制御および第４制御の目標は互いに変わっている。前記第１制御は冷媒を充填するが、一方では目標高圧を達成するのに使い、他方では目標低圧を達成するのに使う。別に表現すれば、第１制御（１）と第４制御（４）との順序を変えても同一な結果を得ることができる。このためには、各制御の目標を互いに変えなければならない。

【0035】

制御順１００および１０１に示すように、第１制御（１）と第４制御（４）との順序が変わっても同じ効果を得ることができる。したがって、本発明において、制御順１００は広義に解釈すれば制御順１０１を含むことは当然である。また、以下にて説明する各制御順１５０、２００および２５０も広義に解釈しなければならない。

【0036】

図５において、制御順２００は、第１制御（１）および第３制御（３）を連続して２回実行した一例である。初期状態Ｈ０で、制御器は、ある必要により、目標高圧ＨＰ＿ｔを現在高圧ＨＰ＿０より高く設定する。すると、高圧が目標値と異なるようになり、高圧を目標値ＨＰ＿ｔと同じにしようとするために、制御器は冷媒を充填する第１制御（１）を実行する。その結果、高圧および低圧が全て上がって状態Ｈ１になる。所望のとおりに高圧が上がって、凝縮温度は目標凝縮温度ＨＰ＿ｔにさらに近くなった。しかし、低圧も上がって、蒸発温度が目標蒸発温度ＬＰ＿ｔより高くなった。低圧を目標値ＬＰ＿ｔと同じにしようとするために、制御器が膨張バルブで第３制御（３）を実行すれば、高圧と低圧の差がさらに大きくなって、高圧は上がり、低圧は下がって、状態Ｈ２になる。つまり、高圧の凝縮温度はさらに上昇して目標凝縮温度ＨＰ＿ｔにさらに近くなり、低圧は目標蒸発温度ＬＰ＿ｔを維持するようになる。状態Ｈ３および状態Ｈ４は、前記第１制御（１）および第３制御（３）を順次もう一度繰り返したものを図示したものである。すると、高圧はＨＰ＿ｒｉｓｅに沿って上昇して目標高圧ＨＰ＿ｔに到達するようになる。

【0037】

制御器の観点で制御順２００について説明すれば、初期状態Ｈ０で、制御器は、ある必要により、目標高圧ＨＰ＿ｔを現在高圧ＨＰ＿０より高く設定する。すると、高圧が目標値と異なるようになり、高圧を目標値ＨＰ＿ｔと同じにしようとするために、制御器は冷媒を充填する第１制御（１）を実行する。その結果、状態Ｈ１になる。状態Ｈ１で、制御器は、低圧が目標値より高いことを認知し、低圧を目標値ＬＰ＿ｔと同じにしようとするために、膨張バルブをさらに閉じる第３制御（３）を実行する。ここで、制御器の役割は、高圧が目標値を脱すれば冷媒充填量を調節して目標値を達成し、低圧が目標値を脱すれば膨張バルブを調節して目標値を達成することが分かる。制御順２００において、第１制御（１）と第３制御（３）との順序を互いに変えれば、制御器は、低圧は冷媒充填量をもって調節し、高圧は膨張バルブをもって調節することは当然である。

【0038】

図５において、制御順１５０は、第３制御（３）および第２制御（２）を連続して２回実行した例である。初期状態Ｌ５で、制御器は、ある必要により、目標低圧ＬＰ＿ｔを現在低圧ＬＰ＿０より低く設定する。すると、低圧が目標値と異なるようになり、低圧を目標値ＬＰ＿ｔと同じにしようとするために、制御器は膨張バルブで第３制御（３）を実行する。その結果、高圧は上がり、低圧は下がって、状態Ｌ６になる。所望のとおりに低圧が下がって蒸発温度はさらに低くなったが、高圧が上がって凝縮温度が目標凝縮温度ＨＰ＿ｔより高くなった。高圧を目標値ＨＰ＿ｔと同じにしようとするために、制御器が第２制御（２）を実行すれば、冷媒が回収されて高圧および低圧が全て下降して状態Ｌ７になる。つまり、低圧の蒸発温度はさらに下降して目標蒸発温度ＬＰ＿ｔにさらに近くなり、高圧は目標凝縮温度ＨＰ＿ｔを維持するようになる。状態Ｌ８および状態Ｌ９は、前記第３制御（３）および第２制御（２）を順次もう一度繰り返したものを図示したものである。すると、低圧はＬＰ＿ｆａｌｌに沿って下降して目標低圧ＬＰ＿ｔに到達するようになる。

【0039】

制御器の観点で制御順１５０について説明すれば、初期状態Ｌ５で、制御器は、ある必要により、目標低圧ＬＰ＿ｔを現在低圧ＬＰ＿０より低く設定する。制御器は、初期状態Ｌ５で低圧ＬＰ＿０が目標値ＬＰ＿ｔより高いことを認知し、低圧を目標値ＬＰ＿ｔと同じにしようとするために、膨張バルブをさらに閉じる第３制御（３）を実行する。その結果、状態Ｌ６になる。状態Ｌ６で、制御器は、高圧が目標値より高いことを認知し、高圧を目標値ＨＰ＿ｔと同じにしようとするために、冷媒を回収する第２制御（２）を実行する。ここで、制御器の役割は、低圧が目標値を脱すれば膨張バルブを調節して目標値を達成し、高圧が目標値を脱すれば冷媒充填量を調節して目標値を達成することが分かる。一方、制御順１５０において、第２制御（２）および第３制御（３）の順序を互いに変えれば、制御器は、低圧は冷媒充填量をもって調節し、高圧は膨張バルブをもって調節することは当然である。

【0040】

図５において、制御順２５０は、第２制御（２）および第４制御（４）を連続して２回実行した例である。初期状態Ｈ５で、制御器は、ある必要により、目標高圧ＨＰ＿ｔを現在高圧ＨＰ＿０より低く設定する。すると、高圧が目標値と異なるようになり、高圧を目標値ＨＰ＿ｔと同じにしようとするために、制御器は冷媒を回収する第２制御（２）を実行する。その結果、高圧および低圧が全て下がって状態Ｈ６になる。所望のとおりに高圧が下がって、凝縮温度は目標凝縮温度ＨＰ＿ｔにさらに近くなった。しかし、低圧も下がって、蒸発温度が目標蒸発温度ＬＰ＿ｔより低くなった。低圧を目標値ＬＰ＿ｔと同じにしようとするために、制御器が第４制御（４）を実行すれば、高圧と低圧との差がさらに減って、高圧は下がり、低圧は上がって、状態Ｈ７になる。つまり、高圧の凝縮温度はさらに下降して目標凝縮温度ＨＰ＿ｔにさらに近くなり、低圧は目標蒸発温度ＬＰ＿ｔを維持するようになる。状態Ｈ８および状態Ｈ９は、前記第２制御（２）および第４制御（４）を順次もう一度繰り返したものを図示したものである。すると、高圧はＨＰ＿ｆａｌｌに沿って下降して目標高圧ＨＰ＿ｔに到達するようになる。

【0041】

制御器の観点で制御順２５０について説明すれば、初期状態Ｈ５で、制御器は、ある必要により、目標高圧ＨＰ＿ｔを現在高圧ＨＰ＿０より低く設定する。すると、高圧が目標値と異なるようになり、高圧を目標値ＨＰ＿ｔと同じにしようとするために、制御器は冷媒を回収する第２制御（２）を実行する。その結果、状態Ｈ６になる。状態Ｈ６で、制御器は、低圧が目標値より低いことを認知し、低圧を目標値ＬＰ＿ｔと同じにしようとするために、膨張バルブをさらに開放する第４制御（４）を実行する。ここで、制御器の役割は、低圧が目標値を脱すれば膨張バルブを調節して目標値を達成し、高圧が目標値を脱すれば冷媒充填量を調節して目標値を達成することが分かる。要約すれば、制御器は、低圧は膨張バルブをもって調節し、高圧は冷媒充填量をもって調節する。制御順２５０において、第２制御（２）および第４制御（４）の順序を互いに変えれば、制御器は、低圧は冷媒充填量をもって調節し、高圧は膨張バルブをもって調節することは当然である。

【0042】

従来のエアコンは、ある程度稼動して、冷房負荷が減少（すなわち、熱交換要求量が減少）した場合（または外気温度が下がって負荷が減少した場合）には、室外機ファンＦＮ＿ＥＸが最大速力以下で回転するようになる。この時、凝縮器において熱交換温度差が大きい場合には、本発明の制御順２５０で蒸発温度を維持しつつ凝縮温度を下げることが好ましい。すると、室外熱交換器ＨＥＸ＿ＥＸの熱交換量（Ｑ＝ｃ・ｍ・ｄＴ）を負荷の大きさに対応する所定の値に維持しつつ、ｄＴを減らし、ｍを増やして、エアコンの電気消費を減らすことができる。

【0043】

従来のエアコンは、ある程度稼動して、冷房負荷が減少（すなわち、熱交換要求量が減少）ある場合には、室内機ファンＦＮ＿ＩＮが最大速力以下で回転するようになる。この時、蒸発器において熱交換温度差が大きい場合には、本発明の制御順１００に凝縮温度を維持しつつ蒸発温度を高めることが好ましい。すると、室内熱交換器ＨＥＸ＿ＩＮの熱交換量（Ｑ＝ｃ・ｍ・ｄＴ）を負荷の大きさに維持しつつ、ｄＴを減らし、ｍを増やして、エアコンの電気消費を減らすことができる。

【0044】

ここで、ｍを増やすとは、「ファンの回転速度をさらに高める」または「単位時間当たりに移送した空気重さをさらに増やす」と解釈することができる。そして、ｄＴを減らすとは、実際に圧縮器の消費電力を減らすこと（例えば、インバータ圧縮器駆動周波数を下げること）、圧縮器を別に制御しなくても［制御順２５０の結果または制御順１００の結果］高圧と低圧との差が減って圧縮器の消費電力が下がることを含む。

【0045】

過冷度ＳＣが一定の値に維持される状態で、高圧が低くなれば、単位重さの冷媒で蒸発器ＨＥＸ＿Ｅにおいて交換できる熱量が増加する。より詳しく説明すれば、（低圧と）過冷度ＳＣを所定の値に維持しつつ高圧を下げれば、すなわち、制御順２５０を実行すれば、（ｐ－ｈ線図）高圧において飽和液点と飽和蒸気点の距離がさらに遠くなる。その結果、同一な量の冷媒で（室内／室外）熱交換器において熱交換をさらに多くすることができる。この時、（冷房または暖房）に必要な熱交換要求量が変わらなかったとすれば、１）単位時間当たりの冷媒循環量（ｇ／ｓ）を減らして（例えば、インバータ圧縮器駆動周波数を下げて）圧縮器において消費される電力を減らすことができる。そして、２）圧縮器両端の圧力差が減って圧縮器において消費される電力を減らすことができる。

【0046】

また、過熱度ＳＨが一定の値に維持される状態で、低圧が高くなれば、低圧において冷媒密度が高くなって単位時間当たりの冷媒循環量（ｇ／ｓ）が増加し、（室内／室外）熱交換器において交換できる熱量が増加する。この時、（冷房または暖房）に必要な熱交換要求量が変わらなかったとすれば、１）単位時間当たりの冷媒循環量（ｇ／ｓ）を減らして（例えば、インバータ圧縮器駆動周波数を下げて）圧縮器において消費される電力を減らすことができる。また、２）圧縮器両端の圧力差が減って圧縮器において消費される電力を減らすことができる。

【0047】

したがって、負荷が定格より小さく、ｄＴが所定の値より大きい場合には、制御順１００または／および２５０を実行すれば、ヒートポンプの効率は改善される。多数の先行実験により多数の条件（例えば、外気温度、設定温度、内気温度など）で好ましい目標高圧ＨＰ＿ｔおよび目標低圧ＬＰ＿ｔを求めることができることは当然である。

【0048】

本発明のヒートポンプの制御概念は暖房にも適用できることは当然である。したがって、本明細書で説明した冷房モードの「目標蒸発温度」は、「室内熱交換器ＨＥＸ＿ＩＮの熱交換温度」と解釈することが好ましい。そして、「目標凝縮温度」は、「室外熱交換器ＨＥＸ＿ＥＸの熱交換温度」と解釈することが好ましい。

【0049】

＜第２実施形態＞
以下、図６を参照して、本発明に好適なヒートポンプ６００の一例を説明する。
ヒートポンプ６００は、圧縮器Ｃ、凝縮器ＨＥＸ＿Ｃ、膨張バルブＥＸＶおよび蒸発器ＨＥＸ＿Ｅを含む「回路」が密閉された冷媒ラインを通して連結される。そして、前記膨張バルブＥＸＶと並列に冷媒貯蔵タンクＲＳ１が設けられる。前記膨張バルブＥＸＶの入口と前記タンクＲＳ１の入口との間には、「回路」から冷媒を回収する回収バルブｖｖｄが設けられる。そして、前記膨張バルブＥＸＶの出口と前記タンクＲＳ１の出口との間には、「回路」に冷媒を充填する充填バルブｖｖｃが設けられる。以下では、前記冷媒貯蔵タンクＲＳ１、前記回収バルブｖｖｄおよび前記充填バルブｖｖｃを括って「冷媒（充填）量調節手段ＲＡＡＭ」と称する。

【0050】

以下、ヒートポンプ６００の設置時に冷媒を充填する一例を説明する。先ず、ヒートポンプ６００の配管を設けた後にバルブＥＸＶ、ｖｖｄ、ｖｖｃを開け、外部真空ポンプを用いて「回路」と冷媒貯蔵タンクＲＳ１の内部を真空状態にする。そして、回収バルブｖｖｄと充填バルブｖｖｃとを完全に閉じる。ヒートポンプ６００の外部冷媒筒を前記「回路」に連結し、圧縮器Ｃを稼動する。そして、外部冷媒筒バルブを開ければ、外部冷媒筒からヒートポンプ６００に冷媒が充填される。設計量の冷媒が充填されれば、外部冷媒筒バルブを完全に閉める。

【0051】

以下、ヒートポンプ６００の「回路」から冷媒を回収して冷媒貯蔵タンクＲＳ１に貯蔵する第２制御（２）について説明する。冷媒回収バルブｖｖｄを開ければ、「回路」の高圧は高く、貯蔵タンクＲＳ１の内部は真空であるため、「回路」から貯蔵タンクＲＳ１に凝縮された冷媒が回収されて膨張する。一定量の冷媒が貯蔵タンクＲＳ１に回収されれば、（高圧と貯蔵タンク内部の圧力とが同じになって）これ以上冷媒が回収されなくなる。この時、低圧に連結された冷媒充填バルブｖｖｃを少し開けて貯蔵タンクＲＳ１内部の膨張された冷媒を排出すれば、貯蔵タンクＲＳ１の内部圧力が低くなるため、凝縮された冷媒回収が続く。

【0052】

以下、ヒートポンプ６００の「回路」に冷媒を充填する第１制御（１）について説明する。回収バルブｖｖｄは、閉じられている状態で充填バルブｖｖｃを開ければ、圧縮器の吸入力によって冷媒貯蔵タンクＲＳ１内部の冷媒が移動して「回路」に充填される。最終的には、低圧ラインの圧力と冷媒貯蔵タンクＲＳ１の内部圧力とが同じになるまで冷媒が「回路」に充填される。

【0053】

本実施形態において、第３制御（３）および第４制御（４）に関する説明は、本発明の要素技術の説明で詳細にしたので省略する。以上の説明から、ヒートポンプ６００において、本発明の要素技術である第１制御（１）～第４制御（４）が可能である。

【0054】

図７のヒートポンプ７００は、冷媒充填バルブｖｖｃが貯蔵タンクＲＳ２と圧縮器Ｃ入口との間に設けられた場合を例示したものである。

【0055】

図８のヒートポンプ８００は、図６のヒートポンプ６００において、膨張バルブＥＸＶを除去し、冷媒貯蔵タンクＲＳ１を気液分離が可能な貯蔵タンクＲＳ３に変更し、前記気液分離器ＲＳ３内部の気体を圧縮器Ｃで注入（より広い意味の用語は「供給」）できるように変更したものである。この時、前記回収バルブＥ＿ｖｖｄと前記充填バルブＥ＿ｖｖｃとの開度を同時に増やすかまたは同時に減らす制御をして膨張バルブＥＸＶの機能を実行する。冷媒の充填および回収は、ヒートポンプ６００と同様の原理で可能であるので詳細な説明は省略する。

【0056】

図６～図８の冷媒（充填）量調節手段ＲＡＡＭは、膨張バルブＥＸＶと並列に設けられたものとして解釈しなければならない。

【0057】

＜第３実施形態＞
以下、図６を参照して、本発明に好適なヒートポンプ６００の冷房モード制御方法の一例を説明する。ヒートポンプ６００の回路構成は前述したので省略する。本発明において、制御器２２４は、以下の第１役割～第７役割を含むことが好ましい。

【0058】

１）可変容量圧縮器の制御：制御器２２４は、圧縮器Ｃが設定された冷媒量を単位時間当たりに圧縮（ｇ／ｓ）するように制御する。前記圧縮量（ｇ／ｓ）は、冷房負荷を参照して計算することができる。インバータ圧縮器Ｃの場合は、負荷に対応して設定された周波数で稼動する。低圧および過熱度ＳＣが一定に維持されるのであれば、その条件で冷媒の密度は一定であるため、前記圧縮器Ｃが単位時間当たりに圧縮する冷媒量（ｇ／ｓ）は駆動周波数別に計算されるであろう（以下、「単位時間当たりの冷媒圧縮量の制御」）。本発明において、圧縮行程距離が可変する圧縮器を使用できることは当然である。

【0059】

２）凝縮器ファン速度の制御：凝縮器ＨＥＸ＿Ｃの出口で測定された冷媒の過冷度ＳＣが目標過冷度ＳＣ＿ｔになるように、制御器２２４は凝縮器ファンＦＮ＿Ｃの速度を制御する（以下、「凝縮器ファンで過冷度の制御」）。

【0060】

３）蒸発器ファン速度の制御：蒸発器ＨＥＸ＿Ｅの出口で測定された冷媒の過熱度ＳＨが目標過熱度ＳＨ＿ｔになるように、制御器２２４は蒸発器ファンＦＮ＿Ｅの速度を制御する（以下、「蒸発器ファンで過熱度の制御」）。

【0061】

４）膨張バルブ開度の制御：膨張バルブＥＥＶを現在よりさらに開ければ、高圧は下がり、低圧は上がる。その逆に、膨張バルブＥＥＶを現在よりさらに閉じれば、高圧は上がり、低圧は下がる。本発明では、二つの圧力のうち一側の圧力を目標圧力になるように、制御器２２４が膨張バルブＥＸＶを制御する。以下、制御器２２４が膨張バルブで低圧を調節することを最優先達成目標にする場合には、「膨張バルブで低圧制御」という。そして、高圧を調節することを最優先達成目標にする場合には、「膨張バルブで高圧制御」という。このために、前記膨張バルブＥＸＶは、電子膨張バルブＥＥＶであることが好ましい。

【0062】

５）冷媒（充填）量調節手段ＲＡＡＭの制御：冷媒を回路に充填すれば高圧と低圧が全て上がり、回収すれば全て下がる。本発明では、二つの圧力のうち一側の圧力を目標圧力になるように、制御器２２４が冷媒（充填量）調節手段を制御する。以下、制御器が冷媒（充填量）調節手段で高圧を調節することを最優先達成目標にする場合には、「冷媒（充填）量調節手段ＲＡＡＭで高圧制御」という。そして、低圧を調節することを最優先達成目標にする場合には、「冷媒（充填）量調節手段ＲＡＡＭで低圧制御」という。

【0063】

６）目標凝縮温度の設定：制御器２２４は、公式１のように外気温度Ｔａを参照して、外気温度より所定の値ｃ１だけ高く目標凝縮温度ＨＰ＿ｔを設定することが好ましい。
Ｔｃ＝Ｔａ＋ｃ１ （式１）
例）ｃ１＝１０．０、負荷の大きさに関係なく、Ｔｃ＝Ｔａ＋１０．０
そして、公式２のように外気温度および負荷大きさを参照して設定することも好ましい。
Ｔｃ＝Ｔａ＋ｃ１＋ｃ２×Ｑｃ／Ｑｃ＿ｍａｘ （式２）
例）ｃ１＝１０．０、ｃ２＝１．０、定格凝縮負荷Ｑｃ＿ｍａｘ＝１０．０ｋＷ、
凝縮負荷Ｑｃ＝２ｋＷであれば、Ｔｃ＝Ｔａ＋１０．２℃、
凝縮負荷Ｑｃ＝４ｋＷであれば、Ｔｃ＝Ｔａ＋１０．４℃

【0064】

７）目標蒸発温度の設定：制御器２２４は、公式３のように内気温度Ｔｉｎを参照して、内気温度より所定の値ｅ１だけ低く目標蒸発温度を設定することが好ましい。
Ｔｅ＝Ｔｉｎ－ｅ１ （式３）
例）ｅ１＝１５．０、負荷の大きさに関係なく、Ｔｅ＝Ｔｉｎ－１５．０
そして、公式４のように内気温度Ｔｉｎおよび負荷大きさを参照して設定することも好ましい。
Ｔｅ＝Ｔｉｎ－（ｅ１＋ｅ２×Ｑｅ／Ｑｅ＿ｍａｘ） （式４）
例）ｅ１＝１０．０、ｅ２＝１０．０、定格蒸発負荷Ｑｅ＿ｍａｘ＝１０．０ｋＷ
蒸発負荷Ｑｅ＝３ｋＷであれば、Ｔｅ＝Ｔｉｎ－１３．０℃
蒸発負荷Ｑｅ＝９ｋＷであれば、Ｔｅ＝Ｔｉｎ－１９．０℃

【0065】

一方、様々な環境（例えば、外気温度、内気温度、湿度、設定温度など）で多数の先行実験により目標凝縮温度ＨＰ＿ｔおよび目標蒸発温度ＬＰ＿ｔを求めることができ、前記求められた値を制御器２２４が使用できることは当然である。そして、制御器は、負荷の変動に応じて随時にまたは所定の制御周期で前記目標値ＨＰ＿ｔ、ＬＰ＿ｔを設定できることは当然である。

【0066】

以下、図５の制御順１００を参照して、低圧を上げようとする場合（高圧は維持）の好ましい制御順について説明する。現在［初期状態Ｌ０］より低圧を上げようとするため、制御器２２４は、目標低圧ＬＰ＿ｔを現在ＬＰ＿０より高く設定する。すると、現在低圧ＬＰ＿０と目標低圧ＬＰ＿ｔが異なるため、低圧を目標値ＬＰ＿ｔと同じにしようとするために、「膨張バルブで低圧制御」が動作して、膨張バルブを現在よりさらに開放する第４制御（４）をする。前記第４制御（４）により、高圧は下がり、低圧は上がって、状態はＬ０からＬ１になる。前記第４制御（４）により、高圧が目標値ＨＰ＿ｔを脱した。そのため、目標高圧ＨＰ＿ｔを維持するために、「冷媒（充填）量調節手段ＲＡＡＭで高圧制御」が動作して、回路に冷媒を充填する第１制御（１）をする。前記第１制御（１）により高圧および低圧が全て上昇して、状態はＬ１からＬ２になる。その結果、高圧は初期状態Ｌ０と同じ値を維持するようになり、低圧は目標低圧ＬＰ＿ｔにさらに近くなる。状態Ｌ３および状態Ｌ４は、前記第４制御（４）および第１制御（１）を順次もう一度繰り返したものを図示したものである。

【0067】

以下、図５の制御順１５０を参照して、低圧を下げようとする場合（高圧は維持）の好ましい制御順について説明する。現在［初期状態Ｌ５］より低圧を下げようとするため、制御器２２４は、目標低圧ＬＰ＿ｔを現在ＬＰ＿０より低く設定する。すると、現在低圧ＬＰ＿０と目標低圧ＬＰ＿ｔとが異なるため、低圧を目標値ＬＰ＿ｔと同じにしようとするために、「膨張バルブで低圧制御」が動作して、膨張バルブを現在よりさらに閉じる第３制御（３）をする。前記第３制御（３）により、高圧は上がり、低圧は下がって、状態はＬ５からＬ６になる。前記第３制御（３）により、高圧が目標値ＨＰ＿ｔを脱した。そのため、目標高圧ＨＰ＿ｔを維持するために、「冷媒（充填）量調節手段ＲＡＡＭで高圧制御」が動作して、回路から冷媒を回収する第２制御（２）をする。前記第２制御（２）により高圧および低圧が全て下がって、状態はＬ６からＬ７になる。その結果、高圧は初期状態Ｌ５と同じ値を維持するようになり、低圧は目標低圧ＬＰ＿ｔにさらに近くなる。状態Ｌ８および状態Ｌ９は、前記第３制御（３）および第２制御（２）を順次もう一度繰り返したものを図示したものである。

【0068】

制御順２００および２５０は、前述した制御順１００および１５０と類似した枠組みで説明が可能であるので、詳細な説明は省略する。

【0069】

以下、図４の制御順１０１を参照して、低圧を上げようとする場合（高圧は維持）の好ましい制御順について説明する。現在［初期状態Ｌ０ａ］より低圧を上げようとするため、制御器２２４は、目標低圧ＬＰ＿ｔを現在ＬＰ＿０より高く設定する。すると、現在低圧ＬＰ＿０と目標低圧ＬＰ＿ｔとが異なるため、低圧を目標値ＬＰ＿ｔと同じにしようとするために、「冷媒（充填）量調節手段ＲＡＡＭで低圧制御」が動作して、冷媒を充填する第１制御（１）をする。前記第１制御（１）により高圧と低圧が全て上がって、状態はＬ０ａからＬ１ａになる。前記第１制御（１）により、高圧が目標値ＨＰ＿ｔを脱した。そのため、目標高圧ＨＰ＿ｔを維持するために、膨張バルブで高圧制御」が動作して、膨張バルブをさらに開放する第４制御（４）をする。前記第４制御（４）により、高圧は下がり、低圧は上がって、状態はＬ１ａからＬ２ａになる。その結果、高圧は初期状態Ｌ０ａと同じ値を維持するようになり、低圧は目標低圧ＬＰ＿ｔにさらに近くなる。状態Ｌ３ａおよび状態Ｌ４ａは、前記第４制御（４）および第１制御（１）を順次もう一度繰り返したものを図示したものである。

【0070】

本実施形態で説明した制御順１００を広義に解釈すれば制御順１０１を含むものとして解釈しなければならない。より詳しくは、制御順１００および１０１は、全て冷媒を充填する第１制御（１）と膨張バルブをさらに閉じる第４制御（４）を使う。冷媒を充填する制御により、制御順１００では低圧を調節し、制御順１０１では高圧を調節した。そして、膨張バルブをさらに閉じる制御により、制御順１００では低圧を調節し、制御順１０１では高圧を調節した。要約すれば、第１制御（１）と第４制御（４）の順序を変えても同一な結果を得ることができる。このためには、第１制御（１）と第４制御（４）との目標を互いに変えなければならない。

【0071】

＜第４実施形態＞
図９を参照して、本発明のヒートポンプの冷房モードにおいて、主要部品に対する制御器２２４の好ましい役割について説明する。本発明の制御順１００～２５０は、図９においてケースａとして実現されることができる。より詳しく説明すれば、制御器２２４は、以下の第１～第７役割を実行して制御順１００～２５０を実行することができる。

【0072】

１）目標凝縮温度ＨＰ＿ｔの設定：制御器２２４は、外気温度、負荷などを参照して、室外熱交換器（凝縮器）内部で冷媒が沸騰する目標温度（目標凝縮温度）を設定する役割をする。朝から昼になるにつれて外気温度および負荷が徐々に上昇する場合には、目標凝縮温度ＨＰ＿ｔを現在ＨＰより高く徐々に設定することができる。

【0073】

２）目標蒸発温度ＬＰ＿ｔの設定：制御器２２４は、内気温度、設定温度などを参照して、室内熱交換器（蒸発器）内部で冷媒が沸騰する目標温度（目標蒸発温度）を設定する役割をする。内気温度と設定温度の差が小さい場合、そして現在の蒸発器ファンＦＮ＿Ｅの速度が設計定格以下である場合、目標蒸発温度ＬＰ＿ｔを現在より高く設定することができる。

【0074】

３）冷媒圧縮量の制御：所定の設定された冷媒量を単位時間当たりに圧縮（ｇ／ｓ）するように、制御器２２４は、可変容量圧縮器Ｃを制御する役割をする。例えば、低圧および過熱度ＳＣが一定の値を維持するのであれば、その条件で冷媒の密度は一定であるため、前記圧縮器Ｃが単位時間当たりに圧縮する冷媒量（ｇ／ｓ）は、圧縮器駆動周波数別に計算されるであろう［図９においてＡ］。

【0075】

４）過熱度の制御：過熱度ＳＨが目標過熱度ＳＨ＿ｔになるように、制御器２２４は、蒸発器ファンＦＮ＿Ｅの速度を制御する役割をする［図９においてＳＨ＿ｔとＦＮ＿Ｅの交差点ａ］。

【0076】

５）過冷度の制御：過冷度ＳＣが目標過冷度ＳＣ＿ｔになるように、制御器２２４は、凝縮器ファンＦＮ＿Ｃの速度を制御する［図９においてＳＣ＿ｔとＦＮ＿Ｃの交差点ａ］。

【0077】

６）低圧の制御：低圧ＬＰが目標圧力ＬＰ＿ｔになるように、制御器２２４は、膨張バルブＥＸＶを制御する役割をする。より詳しくは、膨張バルブを調節すれば、高圧と低圧とが共に変更される。この時、制御器は、低圧が目標値になるように制御する「膨張バルブで低圧制御」役割をする［図９においてＬＰ＿ｔとＥＸＶの交差点ａ］。

【0078】

７）高圧の制御：高圧ＨＰが目標圧力ＨＰ＿ｔになるように、制御器２２４は、冷媒（充填）量調節手段ＲＡＡＭを制御する役割をする。冷媒を充填または回収すれば、高圧と低圧とが同時に上がるかまたは下がる。この時、制御器は、高圧が目標値になるように制御する「冷媒（充填）量調節手段ＲＡＡＭで高圧制御」役割をする［図９においてＨＰ＿ｔとＲＡＡＭの交差点ａ］。

【0079】

制御器２２４が前記第１～第７役割を実行するにおいて特に要求される順序はない。極端な例として、各部品に制御器が１個ずつ割り当てられ、各制御器は独立した目標を有し、その目標を達成するために制御を実行すれば良い。

【0080】

一方、図５の制御順１００～２５０が実行されるためには、現在圧力と目標圧力が異なるべきであるため、目標圧力を設定する前記第１または第２役割が他の役割より優先的に実行されなければならないであろう。例えば、制御順１００は、目標蒸発温度ＬＰ＿ｔを現在より高く設定する（第２役割）。すると、低圧が目標値と異なるため、「膨張バルブで低圧制御」が自動で動作する（第６役割）。そして、前記第６役割により高圧が変更され、「冷媒（充填）量調節手段ＲＡＡＭで高圧制御」が自動で動作する（第７役割）。

【0081】

制御順１５０は、制御順１００のように前記第２、第６および第７役割で実現される。但し、前記第２の役割において目標蒸発温度ＬＰ＿ｔを現在より低く設定することが制御順１００とは異なる。

【0082】

制御順２００および２５０は、目標凝縮温度を設定する第１役割が先に実行される。すると、高圧が目標値と異なるため、「冷媒（充填）量調節手段ＲＡＡＭで高圧制御」が自動で動作する（第７役割）。そして、前記第７役割により低圧が変更され、「膨張バルブで低圧制御」が自動で動作する（第６役割）。

【0083】

以上、目標高圧または目標低圧を設定すれば、低圧制御（第６役割）および高圧制御（第７役割）が自動で動作して本発明の制御順１００～２５０が実行されることを説明した。

【0084】

第１実施形態および第３実施形態において、膨張バルブＥＸＶと冷媒（充填）量調節手段ＲＡＡＭの制御目標を変えた制御順１０１と１０１は同じ結果になることを説明した。これを図９のケースａに適用すればケースａ’になる。より詳しくは、制御器が冷媒（充填）量調節手段ＲＡＡＭで低圧を調節し［図９においてＬＰ＿ｔとＲＡＡＭの交差点ａ’］、膨張バルブで高圧を調節すれば［図９においてＨＰ＿ｔとＥＸＶの交差点ａ’、以下、「図９において」は省略する］、ケースａ’になる。

【0085】

以下にて説明する図９のケースｂ～ｅでは、第１～第３役割はケースａと同様であり、第４～第７役割が異なる。

【0086】

図９のケースｂおよびｂ’は、全ての圧力（高圧、低圧）をファン速度で制御し、過熱度と過冷度を膨張バルブと冷媒（充填）量調節手段で制御することを図示したものである。より詳しくは、凝縮器ファンＦＮ＿Ｃの速度を制御して高圧ＨＰを調節し［ＨＰ＿ｔとＦＮ＿Ｃの交差点ｂ］、蒸発器ファンＦＮ＿Ｅの速度を制御して低圧ＬＰを調節する［ＬＰ＿ｔとＦＮ＿Ｅの交差点ｂ］。そして、膨張バルブＥＸＶで過熱度ＳＨを調節し［ＳＨ＿ｔとＥＸＶの交差点ｂ］、冷媒（充填）量調節手段ＲＡＡＭで過冷度ＳＣを調節すれば［ＳＣ＿ｔとＲＡＡＭの交差点ｂ］、ケースｂになる。

【0087】

第１実施形態および第３実施形態において、膨張バルブＥＸＶと冷媒（充填）量調節手段ＲＡＡＭの制御目標を変えた制御順１０１と１０１は同じ結果になることを説明した。これを図９のケースｂに適用すればケースｂ’になる。より詳しくは、ケースｂにおいて膨張バルブＥＸＶと冷媒（充填）量調節手段ＲＡＡＭの制御目標を互いに変えれば、ケースｂ’になる。冷媒（充填）量調節手段ＲＡＡＭで過熱度ＳＨを調節し［ＳＨ＿ｔとＲＡＡＭの交差点ｂ’］、膨張バルブＥＸＶで過冷度ＳＣを調節すれば［ＳＣ＿ｔとＥＸＶの交差点ｂ’］、ケースｂ’になる。

【0088】

前記ケースａ、ａ’、ｂおよびケースｂ’は、ファン（蒸発器ファン、凝縮器ファン）が全て圧力（高圧、低圧）を制御するか、または全て温度（過熱度、過冷度）を調節する。

【0089】

以下、高圧ＨＰが目標高圧ＨＰ＿ｔになるように、制御器２２４が冷媒（充填）量調節手段ＲＡＡＭを制御する役割をする時にはｘ１と称し、制御器２２４が膨張バルブＥＸＶを制御する役割をする時にはｘ２と称し、制御器２２４が凝縮器ファンＦＮ＿Ｃの速度を制御する役割をする時にはｘ３と称する。

【0090】

そして、低圧ＬＰが目標低圧ＬＰ＿ｔになるように、制御器２２４が冷媒（充填）量調節手段ＲＡＡＭを制御する役割をする時にはｙ１と称し、制御器２２４が膨張バルブＥＸＶを制御する役割をする時にはｙ２と称し、制御器２２４が蒸発器ファンＦＮ＿Ｅの速度を制御する役割をする時にはｙ３と称する。

【0091】

前記高圧を調節するｘ１～ｘ３と、低圧を調節するｙ１～ｙ３とを組み合わせれば、下記の７つの組み合わせにより高圧と低圧を調節することができる。すなわち、（ｘ１、ｙ２）（ｘ１、ｙ３）（ｘ２、ｙ１）（ｘ２、ｙ３）（ｘ３、ｙ１）（ｘ３、ｙ２）および（ｘ３、ｙ３）である。ここで、ケースａは（ｘ１、ｙ２）組み合わせであり、ケースａ’は（ｘ２、ｙ１）組み合わせであり、ケースｂは（ｘ３、ｙ３）組み合わせであることが分かる。

【0092】

一方、図９のケースｄおよびｅは、二つのファン（蒸発器ファン、凝縮器ファン）のうち一つは圧力を制御し、残りの一つは過熱度または過冷度のいずれか一つの温度を制御する場合である。

【0093】

より詳しくは、ケースｄは、（ｘ１、ｙ３）組み合わせであって、蒸発器ファンＦＮ＿Ｅの速度を制御して低圧ｙ３を調節し［ＬＰ＿ｔとＦＮ＿Ｅの交差点ｄ］、膨張バルブＥＸＶを制御して過熱度ＳＨを調節する［ＳＨ＿ｔとＥＸＶの交差点ｄ］。冷媒（充填）量調節手段ＲＡＡＭを制御して高圧ＨＰを調節する［ＨＰ＿ｔとＲＡＡＭの交差点ｄ］。そして、凝縮器ファンＦＮ＿Ｃの速度を制御して過冷度ＳＣを調節する［ＳＣ＿ｔとＦＮ＿Ｃの交差点ｄ］。

【0094】

ケースｄにおいて膨張バルブＥＸＶと冷媒（充填）量調節手段ＲＡＡＭの制御目標を互いに変えれば、ケースｄ’になる。より詳しくは、膨張バルブＥＸＶを制御して高圧ＨＰを調節し［ＨＰ＿ｔとＥＸＶの交差点ｄ’］、冷媒（充填）量調節手段ＲＡＡＭを制御して過熱度ＳＨを調節する［ＳＨ＿ｔとＲＡＡＭの交差点ｄ’］。一例として、過熱度が目標より高ければ、冷媒を前記手段で充填して目標過熱度ＳＨ＿ｔを達成する。ここで、ケースｄ’は、（ｘ２、ｙ３）組み合わせであることが分かる。

【0095】

ケースｅは、（ｘ３、ｙ２）組み合わせであって、凝縮器ファンＦＮ＿Ｃの速度を制御して高圧ＨＰを調節し［ＨＰ＿ｔとＦＮ＿Ｃの交差点ｅ］、蒸発器ファンＦＮ＿Ｅの速度を制御して過熱度ＳＨを調節する［ＳＨ＿ｔとＦＮ＿Ｅの交差点ｅ］。膨張バルブＥＸＶを制御して低圧ＬＰを調節する［ＬＰ＿ｔとＥＸＶの交差点ｅ］。そして、冷媒（充填）量調節手段ＲＡＡＭを制御して過冷度ＳＣを調節する［ＳＣ＿ｔとＲＡＡＭの交差点ｅ］。

【0096】

ケースｅにおいて膨張バルブＥＸＶと冷媒（充填）量調節手段ＲＡＡＭの制御目標を互いに変えれば、ケースｅ’になる。より詳しくは、膨張バルブＥＸＶを制御して過冷度ＳＣを調節し［ＳＣ＿ｔとＥＸＶの交差点ｅ’］、冷媒（充填）量調節手段ＲＡＡＭを制御して低圧ＬＰを調節する［ＬＰ＿ｔとＲＡＡＭの交差点ｅ’］。ここで、ケースｅ’は、（ｘ３、ｙ１）組み合わせであることが分かる。

【0097】

＜産業効果＞
以下、図１０を参照して、本発明の利点を簡単に説明する。図１０は、本明細書で言及した（非特許文献）先行技術から引用したものであって、インバータエアコンを２４時間稼動しつつ測定した結果である。

【0098】

図１０において、室内負荷ＩｄＬｄは四角形で、外気温度ＯｄＴは円で、室内温度ＩｄＴは点で表示されている。そして、消費電力Ｐｄは実線で表示されている。室内温度ＩｄＴが約２６℃から２８℃の間に適切に制御されている。時間が０時から２４時になるにつれて外気温度ＯｄＴと室内負荷ＩｄＬｄが徐々に変わり、その形態は類似している。

【0099】

測定された消費電力Ｐｄは、約１時間半を周期に騰落を繰り返している。その騰落幅が１．５ｋＷ程度であるものもある。これは、従来技術（例えば、ＵＳ２００９／００１３７００１および韓国出願第ＫＲ１０－２０１６－００７２９３４号）が、ヒートポンプにおいて電気を最も多く消費する圧縮器で低圧を制御するためである。電気消費の小さい他の部品（例えば、膨張バルブ）または手段（例えば、冷媒充填量調節手段）で目標圧力を達成するのであれば、前記消費電力の騰落幅は数ワットから数十ワット以内に安定化することができる。その結果、ヒートポンプの消費電力も、室内負荷ＩｄＬｄと類似した形態Ｐｄ２に徐々に変わるであろう。

【0100】

この時、圧縮器は、熱交換要求量ＩｄＬｄに適するように制御されることが好ましい。例えば、圧縮器の入口圧力および過熱度が所定の値に制御されているのであれば、圧縮器入口の冷媒密度もある値に固定される。したがって、熱交換要求量ＩｄＬｄに好適な冷媒量を単位時間当たりに圧縮（ｇ／ｓ）しようとすれば、インバータ圧縮器の周波数を制御すれば良い。図１０のように室内負荷ＩｄＬｄが徐々に変われば、インバータ圧縮器の周波数も徐々に変わるであろう。そして、消費電力Ｐｄ２も室内負荷と類似した形態に徐々に変わるであろう。

【0101】

本発明において、従来のヒートポンプ消費電力Ｐｄから約１時間半の間隔で現れる数ｋＷの電力変動を除去できることによって発電所の予備電力を下げることができる。そして、圧力を能動的に生成する圧縮器駆動周波数が徐々に変わるため、高圧および低圧も徐々に変わるので、制御プログラムが単純になる。その結果、従来よりも高いレベルの最適化が可能となって、エネルギー効率の向上が予想される。

【0102】

＜第５実施形態＞
以下、本発明に好適なヒートポンプの冷房モード制御において、目標凝縮温度ＨＰ＿ｔおよび目標蒸発温度ＬＰ＿ｔを設定する一例を説明する。図１１の左側は、凝縮温度Ｔｃと蒸発温度Ｔｅの組み合わせに対する性能係数（以下、「ＣＯＰ」）をテーブルに作ったものである。そして、図１１の右側は、前記ＣＯＰを用いて冷房期間エネルギー消費効率（以下、「ＣＳＰＦ」）を計算した一例である。

【0103】

先ず、図１１のＣＯＰテーブルにおいて、コラムＡには、外気温度Ｔａが高い値から低い値に１℃の間隔で記録されている。コラムＢには、前記外気温度Ｔａでの凝縮温度Ｔｃの目標値が記録されている。前記目標凝縮温度ＨＰ＿ｔは、公式１を用いて外気温度Ｔａより１０℃高く設定したものである。コラムＤは、蒸発温度Ｔｅを８℃にし、凝縮温度はコラムＢの値を用いて計算したＣＯＰを示したものである。コラムＥ～Ｍは、コラムＤと同様の方法で計算されたＣＯＰを示したものである。前記ＣＯＰ計算において、蒸発温度Ｔｅは８℃から１７℃の間の値であり、凝縮温度ＴｃはコラムＢの値である。

【0104】

以下、目標蒸発温度ＬＰ＿ｔを選定する方法について説明する。図１１のＣＯＰテーブルにおいて、凝縮温度Ｔｃが最も高く（５３℃）蒸発温度が最も低い（８℃）地点（以下、「第１地点」）から、凝縮温度Ｔｃが最も低く（２５℃）蒸発温度が最も高い（１７℃）地点（以下、「第２地点」）を連結する直線をひく。そして、前記直線下の（斜めの数字で表示された）ＣＯＰ値をコラムＲに記録し、ＣＳＰＦを計算する時に用いる。そして、前記直線下の（斜めの数字で表示された）ＣＯＰに適用された蒸発温度ＴｅをコラムＣに記録する。コラムＣの蒸発温度Ｔｅが目標蒸発温度ＬＰ＿ｔである（以下、「蒸発温度の直線補正」）。

【0105】

以下、ＣＳＰＦを計算する方法について説明する。図１１において、ＣＳＰＦ計算は、コラムＮ～Ｒを用いて計算する。コラムＮには、外気温度Ｔａが記録されている。コラムＲには、前記外気温度ＴａにおいてヒートポンプのＣＯＰ（図１１において直線下の斜めの数字）が記録されている。コラムＯ～Ｑには、地域別の外気温度に対するエアコン稼動時間が記されている。コラムＯはインド、コラムＰは韓国であり、コラムＱはＩＳＯ １６３５８値である。前記コラムのエアコン稼動時間を用いてＣＳＰＦを計算すれば、インドは６．３３、韓国は６．９８、そしてＩＳＯ １６３５８の場合は７．６０になる。

【0106】

以上の方法において、外気温度が低くなるほど目標蒸発温度を高くなるように設定した。これは、一般に、外気温度が低くなるほど、冷房負荷が下がるので可能である。この時、熱交換量はＱ＝ｃ・ｍ・ｄＴで計算されるものを利用し、Ｑは負荷を満たすようにする。より詳しくは、ｄＴを下げて、ヒートポンプにおいて電気を最も多く消費する圧縮器の電力消費を減らし、ｍを高めて、ＱがｄＴを下げる前と同じにする。ここで、ｄＴを下げるとは、冷媒の蒸発温度を高くして（すなわち、低圧を高くして）熱交換器に流入される空気との温度差を減らせば良い。

【0107】

以下、ＣＳＰＦをさらに改善する方法について説明する。図１２のＣＯＰテーブルにおいて、前記第２地点の近く（すなわち、蒸発温度１７℃、凝縮温度２５℃～３１℃）では、前記二つの地点を連結する直線下のＣＯＰより高い値のＣＯＰを目標ＣＯＰに選定する。そして、前記目標ＣＯＰが計算される蒸発温度Ｔｅを目標蒸発温度ＬＰ＿ｔにする。そして、前記目標ＣＯＰをＣＳＰＦ計算に用いる。具体的な数値として、例えば、外気温度Ｔａが２８℃である場合、前記直線下のＣＯＰは６．５０である。前記値より高いＣＯＰ値のうち（曲線下の）７．１４を選択する。そして、前記ＣＯＰが計算される蒸発温度Ｔｅの１５℃を目標蒸発温度ＬＰ＿ｔに選定する。前記第２地点近くの曲線から選択されたＣＯＰは直線から選択されたＣＯＰより高く、エアコン稼動時間も相対的に多いことにより、ＣＳＰＦは以前より大きく改善される（以下、「外気が低い側の蒸発温度の曲線補正」）。

【0108】

以上の説明で選択されたＣＯＰの一例を視覚的に表現すれば、図１２に点線で表示された曲線のように例示することができる。図１２において、前記曲線下の（斜めの数字で表示された）ＣＯＰ値を用いてＣＳＰＦを計算すれば、直線下のＣＯＰ値を用いた場合より改善される。つまり、インドは６．３３から６．８２、韓国は６．９８から７．６８、そしてＩＳＯ １６３５８は７．６０から８．４０にＣＳＰＦが改善される。この時、前記「外気が低い側の蒸発温度の曲線補正は」、図１２の様式において（前記第１地点と第２地点とを連結する）直線の右側に現れる。

【0109】

本実施形態においては、コラムＲに表示された１セットの目標ＣＯＰ値を用いて多数地域のＣＳＰＦを計算した。実際の実現では、各地域別に最適化された目標凝縮温度ＨＰ＿ｔおよび目標蒸発温度ＬＰ＿ｔを用いてＣＳＰＦを計算することができる。別に表現すれば、各地域別にＣＳＰＦを計算するのに用いられる外気の最大温度と最小温度を第１地点および第２地点にして目標蒸発温度を選定することができる。したがって、凝縮温度および蒸発温度の最小および最大値は各地域別に異なりうる。

【0110】

一方、幾つかの負荷において（例えば、１００％、７５％、５０％および２５％負荷）負荷別の性能係数を求め、各負荷別の稼動時間を考慮した重みを付与して計算する統合冷房効率（ＩＥＥＲ）にも本実施形態の概念が適用できることは当然である。

【0111】

以上、本発明の好ましい実施形態を説明した。

【0112】

本発明では、ヒートポンプを冷房モードで運転する場合について詳しく説明したが、暖房モードにも本発明の概念を使用できることは当然である。そして、各々、一つの圧縮器、一つの室外熱交換器ＨＥＸ＿ＥＸおよび一つの室内熱交換器ＨＥＸ＿ＩＮをもって説明したが、複数の熱交換器、複数の圧縮器をもって本発明が実現できることは当業者にとって当然である。また、先行技術文献に例示されているヒートポンプ回路に発明の概念および制御方法を適用できることは当然である。

【0113】

本明細書では、空気と熱交換するものとして説明したが、液体と熱交換できることは当業者にとって当然である。したがって、本発明において、空気は水を含む「流体」として解釈しなければならない。この時、熱交換器に流体を供給するファンは、熱交換器に液体を流すポンプを含むことは当然である。

【0114】

以上、本発明に対してその好ましい実施形態を説明したが、これは例示に過ぎず、本技術分野における通常の知識を有した者であれば、これより様々な変形された実施形態が可能であることを理解しなければならない。したがって、本明細書と図面に開示された本発明の実施形態は、本発明の技術内容を容易に説明し、本発明の理解を助けるために特定例を提示したものに過ぎず、本発明の範囲を限定しようとするものではない。

【産業上の利用可能性】

【0115】

本発明のヒートポンプは、熱交換量は維持しつつ高圧と低圧との差を最小化してエネルギー効率が改善されるため、産業上の利用可能性が非常に高い。より詳しくは、ヒートポンプにおいて電気を最も多く消費する圧縮器は、圧縮器の入口圧力と出口圧力の差が大きくなれば、同一な周波数で稼動しても電気をさらに多く消費する。本発明によれば、圧縮器の入口圧力と出口圧力を最優先達成目標に設定し制御して、従来よりも効率が改善されたヒートポンプが提供されるため、産業上の利用可能性が非常に高い。

【0116】

また、本発明では、従来のヒートポンプにおいて約１時間半の間隔で現れる数ｋＷの電力変動を除去することができるため、発電所の予備電力を下げることができる。そして、圧力を能動的に生成する圧縮器駆動周波数が徐々に変わるため、高圧および低圧も徐々に変わるので、制御プログラムが単純になる。その結果、従来よりも高いレベルの最適化が可能となって、従来よりも効率が改善されたヒートポンプが提供されるため、産業上の利用可能性が非常に高い。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【国際調査報告】