JP2014062657A - ヒートポンプサイクル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】圧縮比が性能上限値を超えないようにしつつ、使用者が要求する室内温度や給湯温度に早く到達させることができるヒートポンプサイクル装置を提供する。
【解決手段】ヒートポンプサイクル装置１００で暖房運転や沸き上げ運転を行っているとき、制御手段６０は外気温度Ｔｏと凝縮圧力Ｐｃとを取り込み、最大回転数テーブルを参照して圧縮機の許容最大回転数Ｆを抽出し、これを超えないように圧縮機の回転数制御を行う。最大回転数テーブルは、外気温度：−１５℃を境にテーブルａとテーブルｂとに分けられており、テーブルａで許容最大回転数Ｆを規定する第１閾値と、テーブルｂで許容最大回転数Ｆを規定する第２閾値および第３閾値との関係は、第１閾値＞第２閾値＞第３閾値、となっている。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷媒と空気や水との間で熱交換を行うヒートポンプサイクル装置に関する。

従来、ヒートポンプサイクル装置としては、冷媒と空気との熱交換を行うことで部屋の空調を行う空気調和機や、冷媒と水との熱交換を行うことで生成した湯水を利用した暖房運転や給湯を行うヒートポンプ式の給湯機が知られている。例えば、特許文献１に記載されているヒートポンプサイクル装置は、圧縮機と利用側熱交換器と膨張弁と熱源側熱交換器とが冷媒配管で順次接続された冷媒回路と、循環ポンプと貯湯タンクとが給湯配管で接続され給湯配管の両端が利用側熱交換器に接続されている給湯回路とを備えたヒートポンプ式の給湯機であって、所定温度に加熱された湯水を貯湯タンクに貯留し、貯留された湯水を水道水と適宜混ぜ合わせて温度調節を行い風呂や洗面台等に供給するものである。

上記のようなヒートポンプ式給湯機では、貯湯タンクに貯留される湯水の温度（以後、貯湯タンク温度と記載する）が、最終的に到達させたい貯湯タンク温度（以後、目標貯湯タンク温度と記載する）となるよう沸き上げ運転が行われる。沸き上げ運転では、圧縮機から吐出された冷媒が冷媒回路を流れ利用側熱交換器に流入し、貯湯タンクから供給され循環ポンプの駆動によって給湯回路を流れて利用側熱交換器に流入した水と熱交換を行う。これにより、加熱された湯水が利用側熱交換器から流出し、給湯回路を流れて貯湯タンクに流入する。沸き上げ運転時の制御例としては、例えば、目標貯湯タンク温度に所定温度（例えば、３℃。湯水が給湯回路を流れる際に放熱することを考慮した温度）を加えた目標出口水温を設定し、利用側熱交換器における給湯回路の出口水温が目標出口水温となるように、圧縮機の回転数や膨張弁の開度を制御する。

以上説明した沸き上げ運転を行い、貯湯タンク温度が目標貯湯タンク温度に到達すれば、沸き上げ運転を終了する。尚、貯湯タンクに貯留された湯水が使用されて減少した場合は、減少した分の水が水道から貯湯タンクに供給されるが、これにより貯湯タンク温度は低下する。そして、貯湯タンク温度が所定温度以下、例えば、貯湯タンク温度が目標貯湯タンク温度から５℃以上低い温度となれば、再度沸き上げ運転を行って、貯湯タンク温度を目標貯湯タンク温度まで加熱する。

一方、上述したヒートポンプ式給湯機と冷媒回路の構成は同じであるが、給湯回路に、貯湯タンクに加えて温水床暖房装置やラジエター等の室内ユニットが接続されているヒートポンプサイクル装置が存在する。このヒートポンプサイクル装置では、給湯回路に流路切換手段（例えば、三方弁）が設けられており、この流路切換手段を切り換えることによって、利用側熱交換器で加熱された湯水を貯湯タンクに供給する沸き上げ運転や、室内ユニットに流す暖房運転を選択的に行える。

特開２００４−２１８９０７号公報（第６〜９頁、第１図）

上記のようなヒートポンプサイクル装置に備えられた圧縮機は、圧縮機個別に定められた圧縮比（吐出圧力を吸入圧力で割ったもの）の性能上限値（圧縮機の製造業者が性能を保証できる上限値として定めたもの）を有しており、圧縮比が性能上限値以上となっている状態で圧縮機の運転を続けると、圧縮機の機構部（ベーン等）の摩耗・劣化が早くなって圧縮機の寿命を縮める虞がある。従って、圧縮機を運転するときは、圧縮比が性能上限値を超えないように圧縮機の回転数や膨張弁の開度を制御することが望ましい。

一方、ヒートポンプサイクル装置を運転しているときは、使用者が要求する室内温度や目標貯湯タンク温度に早く到達させるよう、圧縮機は高回転で駆動することが望ましく、例えば、ヒートポンプ給湯機で沸き上げ運転を行うときは、沸き上げ運転を早く完了させるため（貯湯タンク温度を目標貯湯タンク温度に早く到達させるため）にできる限り高い回転数を維持して圧縮機を運転することが望ましい。

利用側熱交換器が水と冷媒との熱交換を行う熱交換器である場合、利用側熱交換器が凝縮器として機能しているときの凝縮圧力は、冷媒の熱交換対象が空気より熱容量の大きい水であることから変化しづらく、これにより圧縮機の吐出圧力も変化しづらくなっている。一方、蒸発器として機能している熱源側熱交換器では冷媒の熱交換相手が空気であるため蒸発圧力が変化しやすく、これにより圧縮機の吸入圧力は変化しやすくなっている。

従って、ヒートポンプサイクル装置が暖房運転や沸き上げ運転を行っているとき（つまり、利用側熱交換器が凝縮器として機能しているとき）に、圧縮機の回転数を高い状態に維持して駆動しつづけると、吸入圧力が低下して圧縮比が性能上限値を超えてしまう虞があり、特に外気温度が低いときには、蒸発器として機能している熱源側熱交換器での蒸発圧力が低下することによって、圧縮機の吸入圧力が大きく低下する虞があり、圧縮比が性能上限値を超えてしまう危険性が高まるという問題があった。

本発明は以上述べた問題点を解決し、圧縮比が性能上限値を超えないようにしつつ、使用者が要求する室内温度や目標貯湯タンク温度に早く到達させることができるヒートポンプサイクル装置を提供することを目的とする。

本発明は上述の課題を解決するものであって、本発明のヒートポンプサイクル装置は、圧縮機と、利用側熱交換器と、流量調整手段と、熱源側熱交換器と、外気温度を検出する外気温度検出手段と、利用側熱交換器が凝縮器として機能するときに利用側熱交換器における凝縮圧力を検出する圧力検出手段と、圧縮機と循環ポンプとを駆動制御するとともに流量調整手段の開度制御を行う制御手段とを備えたものであって、制御手段は、複数の凝縮圧力と外気温度とに対応させて圧縮機の許容最大回転数を定めた最大回転数テーブルを有するものである。そして、最大回転数テーブルでは、外気温度が所定外気温度以上である場合は、凝縮圧力が圧縮機の吐出圧力の性能上限値に対応する凝縮圧力上限値より小さい凝縮圧力値である第１閾値以上である場合の許容最大回転数に比べて、凝縮圧力が第１閾値未満である場合の許容最大回転数が大きくなるように定められるとともに、外気温度が所定外気温度未満である場合は、凝縮圧力が圧縮機の吐出圧力の性能上限値に対応する凝縮圧力上限値より小さい第２閾値以上である場合の許容最大回転数、および、凝縮圧力が第２閾値よりも小さい第３閾値未満である場合の許容最大回転数に比べて、凝縮圧力が第３閾値以上第２閾値未満である場合の許容最大回転数が大きくなるように定められているものである。

また、凝縮圧力が第１閾値未満である場合の許容最大回転数、および、凝縮圧力が第３閾値以上第２閾値未満である場合の許容最大回転数は、圧縮機固有の性能上限回転数が定められているものであり、さらには、第１閾値と第２閾値と第３閾値とは、凝縮圧力が上昇しているときの値に比べて、凝縮圧力が下降しているときの値を各々低く定めているものである。

本発明のヒートポンプサイクル装置は、最大回転数テーブルを参照し、暖房運転時や沸き上げ運転時に凝縮圧力に応じて圧縮機の許容最大回転数を設定して圧縮機を制御するので、圧縮比が性能上限値を超えないようにしつつ、できる限り高回転で圧縮機を駆動することによって、使用者が要求する室内温度や目標貯湯タンク温度に早く到達させることができる。また、凝縮圧力が上昇しているときに比べて下降しているときの凝縮圧力の各閾値を低くしているので、圧縮機の回転数制御を安定して行えるとともに、より確実に圧縮比が性能上限値を超えないように制御することができる。

本発明の実施例におけるヒートポンプサイクル装置の構成図である。 本発明の実施例における、最大回転数テーブルである。 本発明の実施例における、圧縮機の許容最大回転数を決定する際の処理を説明するフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態を、添付図面に基づいて詳細に説明する。実施例としては、貯湯タンクと、床暖房装置やラジエター等の室内ユニットとを有し、利用側熱交換器で冷媒と熱交換を行った湯水で貯湯タンク内部に貯留された水を加熱するヒートポンプサイクル装置を例に挙げて説明することとする。尚、本発明は以下の実施形態に限定されることはなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々変形することが可能である。

図１は、本発明によるヒートポンプサイクル装置の構成を示している。このヒートポンプサイクル装置１００は、能力可変型の圧縮機１、四方弁２、冷媒と水との熱交換を行う利用側熱交換器３、流量調整手段である膨張弁４、熱源側熱交換器５、アキュムレータ６を順に冷媒配管１１で接続した冷媒回路１０を有しており、四方弁２を切り換えることによって冷媒循環方向を切り換えることができるようになっている。

この冷媒回路１０において、圧縮機１の吐出口付近の冷媒配管１１には、圧縮機１から吐出された冷媒の温度を検出するための吐出冷媒温度センサ５１が備えられている。また、利用側熱交換器３と膨張弁４との間の冷媒配管１１には、膨張弁４付近の冷媒温度を検出する冷媒温度センサ５３が、膨張弁４と熱源側熱交換器５との間の冷媒配管１１には、熱源側熱交換器５の温度を検出する熱交温度センサ５４が、それぞれ備えられている。さらには、圧縮機１の吐出側（四方弁２と利用側熱交換器３との間）の冷媒配管１１には、圧力検出手段である圧力センサ５０が備えられている。

圧縮機１の図示しない密閉容器の下方には、圧縮機１の温度を検出するための圧縮機温度センサ５２が備えられている。また、熱源側熱交換器５近傍には、外気温度検出手段である外気温度センサ５５が設けられている。

熱源側熱交換器５の近傍には、ヒートポンプサイクル装置１００の筺体内部に外気を取り込んで熱源側熱交換器５に外気を流通させるファン７が配置されている。ファン７は、図示しない回転数を可変できるモータの出力軸（回転軸）に取り付けられている。尚、膨張弁４は、ステッピングモータを用いて弁の開度をパルス制御可能としたものである。

利用側熱交換器３には、冷媒配管１１と給湯配管１２ａとが接続されている。図１に示すように、給湯配管１２ａの一端は三方弁３１に接続されており、この三方弁３１には室内ユニット側配管１２ｃの一端と貯湯タンク側配管１２ｂの一端とが各々接続されている。また、給湯配管１２ａの他端には、室内ユニット側配管１２ｃの他端と貯湯タンク側配管１２ｂの他端とが接続されている（図１において、給湯配管１２ａと貯湯タンク側配管１２ｂと室内ユニット側配管１２ｃとの接続部を接続点１３としている）。室内ユニット側配管１２ｃには、床暖房装置やラジエター等の室内ユニット４０が設けられており、また、貯湯タンク側配管１２ｂには、貯湯タンク７０が設けられている。

貯湯タンク７０内部の下方には、スパイラル形状に形成された熱交換部７１が備えられている。熱交換部７１の両端は貯湯タンク側配管１２ｂに接続されており、貯湯タンク側配管１２ｂを流れる湯水が熱交換部７１に流れるようになっている。貯湯タンク７０の上部には、貯湯タンク７０内部に貯留されている湯水を浴槽や洗面台蛇口等に供給するための給湯口７３が備えられている。また、貯湯タンク７０の下部には、貯湯タンク７０内部に水を供給するための入水口７２が備えられており、入水口７２には図示しない水道管が直結されている。

接続点１３と利用側熱交換器３との間には、能力可変型の循環ポンプ３０が設けられている。循環ポンプ３０を駆動することにより、利用側熱交換器３で冷媒と熱交換された水の流れが、図１に示す矢印９０の方向に循環する。尚、利用側熱交換器３から流出した水は、三方弁３１の切り換えに応じて室内ユニット側配管１２ｃに流れて室内ユニット４０に流入する、あるいは、貯湯タンク側配管１２ｂに流れて貯湯タンク７０に流入する。そして、室内ユニット４０や貯湯タンク７０から流出した水は、接続点１３を介して利用側熱交換器３に流入する。

以上説明したように、利用側熱交換器３と循環ポンプ３０と室内ユニット４０と貯湯タンク７０とが給湯配管１２ａと貯湯タンク側配管１２ｂと室内ユニット側配管１２ｃとで接続されて、ヒートポンプサイクル装置１００の給湯回路１２を構成している。

給湯配管１２ａにおける利用側熱交換器３の水の入口側には、利用側熱交換器３に流入する水の温度を検出する入口温度センサ５６が、給湯配管１２における利用側熱交換器３の水の出口側には、利用側熱交換器３から流出するする水の温度を検出する出口温度センサ５７が、それぞれ備えられている。また、貯湯タンク７０内部の上下方向の略中央部には、貯湯タンク７０内部に滞留する湯水の温度を検出する貯湯タンク温度センサ５８が備えられている。

以上説明した構成の他に、ヒートポンプサイクル装置１００には制御手段６０が備えられている。制御手段６０は、各温度センサで検出した温度や圧力センサ５０で検出した凝縮圧力を取り込み、あるいは、図示しないリモコン等による使用者からの運転要求を取り込み、これらに応じて圧縮機１やファン７や循環ポンプ３０の駆動制御、四方弁２の切り換え制御、膨張弁４の開度制御や三方弁３１の切り換え制御等といった、ヒートポンプサイクル装置１００の運転に関わる様々な制御を行う。

図１に示すように、冷媒回路１０を暖房サイクルとしてヒートポンプサイクル装置１００を運転したときは、四方弁２から流出した冷媒は利用側熱交換器３、膨張弁４、熱源側熱交換器５と順に流れて再び四方弁２に流入する（図１に示す矢印８０）。尚、冷媒回路１０を冷房サイクルとしてヒートポンプサイクル装置１００を運転したときは、四方弁２から流出した冷媒は熱源側熱交換器５、膨張弁４、利用側熱交換器３と順に流れて再び四方弁２に流入する、というように、暖房サイクルとして運転したとき（矢印８０の方向）と逆方向となるが、図１においてこの場合の冷媒流れ方向の記載は省略している。

次に、以上説明した本発明のヒートポンプサイクル装置１００における、冷媒回路１０の動作やその作用・効果について説明する。尚、以下の説明では、ヒートポンプサイクル装置１００の冷媒回路１０が暖房サイクルとして運転する場合であって、室内ユニット４０を駆動して暖房運転を行う場合と、貯湯タンク７０に貯留されている水を所定温度に加熱する沸き上げ運転を行う場合とを例に挙げて説明する。

まず、室内ユニット４０を駆動して暖房運転を行う場合について説明する。使用者が室内ユニット４０のリモコン等を操作してスイッチをオンし、暖房運転を指示すると、制御手段６０は、循環ポンプ３０を所定の回転数で起動するとともに、室内ユニット側配管１２ｃに湯水が流れるように三方弁３１を切り換える。これにより、利用側熱交換器３と室内ユニット４０との間で湯水が循環する。

また、制御手段６０は、冷媒回路１０が暖房サイクルとなるように四方弁２を切り換える。具体的には、制御手段６０は、圧縮機１の吐出側と利用側熱交換器３とが接続されるよう、また、圧縮機１の吸入側と熱源側熱交換器５とが接続されるよう、四方弁２を切り換えることによって、利用側熱交換器３が凝縮器として機能するように、また、熱源側熱交換器５が蒸発器として機能するようにする。

次に、制御手段６０は、圧縮機１およびファン７を所定の回転数で起動してヒートポンプサイクル装置１００の暖房運転を開始する。制御手段６０は、出口水温センサ５７で検出された現在の水温、つまり、利用側熱交換器３で加熱された水の温度が、使用者が設定した暖房運転の目標温度である設定温度に対応する水温となるように圧縮機１の回転数を決定し、これに応じた圧縮機１の駆動制御を行う。圧縮機１から吐出された冷媒は四方弁２を通過し、利用側熱交換器３で水と熱交換して凝縮し、さらに膨張弁４で減圧されて熱源側熱交換器５で外気と熱交換して蒸発し、圧縮機１に吸入されて再び圧縮機１で圧縮される過程を繰り返す。

一方、利用側熱交換器３で所定温度に加熱された湯水は、循環ポンプ３０の駆動によって給湯配管１２ａに流出し、三方弁３１を介して室内ユニット側配管１２ｃを流れて室内ユニット４０に流入する。室内ユニット４０が設置されている部屋は、室内ユニット４０（を流れる湯水）の放熱によって暖房される。室内ユニット４０から流出した湯水は、接続点１３、循環ポンプ３０を介して利用側熱交換器３に流入し、再び冷媒と熱交換を行って加熱される。

次に、沸き上げ運転を行う場合について説明する。尚、沸き上げ運転時の冷媒回路１０の状態や冷媒の流れについては上述した暖房運転時と同じであるため、詳細な説明は省略する。また、以下の説明では、貯湯タンク温度センサ５８で検出した温度を貯湯タンク温度Ｔｓ、使用者による設定等によって予め定められている貯湯タンク７０に貯留する湯水の温度を目標貯湯タンク温度Ｔｓａとする。

貯湯タンク７０に貯留されている湯水は、給湯口７３から流出することによって減少する。入水口７２には前述したように水道管が直結されているので、水道管の水圧によって貯湯タンク７０には、減少した分だけ入水口７２から水が供給される。これにより、貯湯タンク７０に貯留されている湯水の温度は低下する。

制御手段６０は、貯湯タンク７０に貯留されている湯水の温度として、貯湯タンク温度センサ５８で検出した貯湯タンク温度Ｔｓを常時監視しており、取り込んだ貯湯タンク温度Ｔｓが、目標貯湯タンク温度Ｔｓａから予め定められた所定温度（例えば、５℃）低い温度（以後、沸き上げ開始温度Ｔｓｆと記載）以下となれば、貯湯タンク７０に貯留されている湯水の温度を目標貯湯タンク温度Ｔｓａとするために沸き上げ運転を開始する。

制御手段６０は、循環ポンプ３０を所定回転数で起動するとともに、貯湯タンク側配管１２ｂに水が流れるように三方弁３１を切り換える。これにより、利用側熱交換器３と貯湯タンク７０との間で湯水が循環する。利用側熱交換器３で加熱された湯水は、循環ポンプ３０の運転によって利用側熱交換器３から給湯配管１２ａに流出し、三方弁３１を介して貯湯タンク側配管１２ｂを流れて貯湯タンク７０内部に配置されている熱交換部７１に流入する。貯湯タンク７０に貯留されている水は、熱交換部７１を流れる湯水によって加熱される。熱交換部７１から流出した湯水は、接続点１３、循環ポンプ３０を介して利用側熱交換器３に流入し、再び冷媒と熱交換を行って加熱される。

以上説明した暖房運転や沸き上げ運転を行っているときは、利用側熱交換器３が凝縮器として機能する。利用側熱交換器３における冷媒の熱交換対象は、空気より熱容量の大きい水であるため凝縮圧力が変化しづらく、圧縮機１の吐出圧力も変化しづらくなっている。一方、熱源側熱交換器５は蒸発器として機能しており、熱源側熱交換器５における冷媒の熱交換対象は空気であることから蒸発圧力が変化しやすく、圧縮機１の吸入圧力も変化しやすくなっている。

従って、暖房運転や沸き上げ運転を行っているときに圧縮機１を高い回転数に維持して駆動し続けると、吸入圧力が低下して圧縮比が性能上限値を超えてしまう虞があり、特に外気温度が低いときには、蒸発器として機能している熱源側熱交換器５での蒸発圧力が低下することによって、圧縮機１の吸入圧力が大きく低下する虞があり、圧縮比が性能上限値を超えてしまう危険性が高まる。そして、圧縮比が性能上限値を超えた状態で圧縮機１の運転を続けると、圧縮機１の機構部（ベーン等）の摩耗・劣化が早くなって圧縮機１の寿命を縮める虞がある。

通常、本実施例のようなヒートポンプサイクル装置では、上記のような問題が発生しないようにするために、例えば、吸入圧力が性能下限値より所定値だけ高い吸入圧力を下回った場合に、圧縮機１の回転数を下降させる、あるいは、圧縮機１の運転を停止する等の保護制御を行うことによって、吸入圧力を上昇させることで圧縮比を性能上限値以下にまで低下させる。

しかし、上記保護制御を行うと、冷媒回路１０における冷媒循環量が低下もしくは冷媒循環が停止するので、利用側熱交換器３で加熱される湯水の温度上昇も遅くなり、暖房運転時に室内温度が設定温度に到達するのに時間がかかったり、熱交換部７１による貯湯タンク７０内部に滞留する湯水の加熱が遅くなってしまい沸き上げ運転に時間がかかるという問題がある。従って、ヒートポンプサイクル装置１００で沸き上げ運転を行うときは、圧縮機１の圧縮比が性能上限値を超えないようにしつつ、できる限り圧縮機１の回転数を高くして圧縮機１を駆動し続けることが望ましい。

そこで、本発明のヒートポンプサイクル装置１００では、暖房運転時や沸き上げ運転時に図２に示す最大回転数テーブル２００を用いて、凝縮圧力に応じて圧縮機１の許容最大回転数を決定しこの許容最大回転数を超えないように圧縮機１を制御することで、圧縮機１の圧縮比が性能上限値を超えないようにしつつ、暖房運転時の室内温度の迅速な設定温度への到達や迅速な沸き上げ運転の完了を実現している。以下、回転数制御テーブル２００を用いて許容最大回転数を決定し、これに基づいた圧縮機１の制御について詳細に説明する。

尚、以下の説明では、外気温度をＴｏ（単位：℃）、凝縮圧力をＰｃ（単位：ＭＰａ）、圧縮機１の許容最大回転数をＦ（単位：ｒｐｓ）としている。また、圧縮機１の性能上限回転数（圧縮機固有のものであって、圧縮機の製造業者が性能を保証できる上限値として定めたもの）を１２０ｒｐｓとしている。

制御手段６０の図示しない記憶部には、図２に示す最大回転数テーブル２００が記憶されている。この回転数制御テーブル２００は、予め実施された試験の結果等に基づいて作成し制御手段６０に記憶されているものである。

最大回転数テーブル２００は、外気温度Ｔｏが−１５℃（本実施例の所定外気温度）以上である場合に凝縮圧力Ｐｃに応じて許容最大回転数Ｆを定めたテーブルａと、外気温度Ｔｏが−１５℃未満である場合に凝縮圧力Ｐｃに応じて許容最大回転数Ｆを定めたテーブルｂとに分けられている。また、各テーブルにおいて、凝縮圧力Ｐｃが上昇している場合（以下、「上昇時」と記載）に比べて下降している場合（以下、「下降時」と記載）の許容最大回転数Ｆを規定する凝縮圧力Ｐｃの値は低く設定されている。

次に、テーブルａ、テーブルｂの順で、各テーブルについて詳細に説明する。図２に示すように、テーブルａでは、「上昇時」：３．３ＭＰａ以上／「下降時」：３．１ＭＰａ以上である場合は、許容最大回転数Ｆは１０５ｒｐｓとなっており、「上昇時」：３．３ＭＰａ未満／「下降時」：３．１ＭＰａ未満である場合は、許容最大回転数Ｆは圧縮機１の性能上限回転数である１２０ｒｐｓとなっている。尚、上記凝縮圧力値Ｐｃ：３．３ＭＰａと３．１ＭＰａが、本実施例における第１閾値であり、圧縮機１の吐出圧力の性能上限値に対応した凝縮圧力値である凝縮圧力上限値（例えば、４．５ＭＰａ）より低い値で設定される。

一方、テーブルｂでは、「上昇時」：２．５ＭＰａ以上／「下降時」：２．３ＭＰａ以上である場合は、許容最大回転数Ｆは９０ｒｐｓ、「上昇時」：１．９ＭＰａ以上２．５ＭＰａ未満／「下降時」：１．７ＭＰａ以上２．３ＭＰａ未満である場合は、許容最大回転数Ｆは圧縮機１の性能上限回転数である１２０ｒｐｓ、「上昇時」：１．９ＭＰａ未満／「下降時」：１．７ＭＰａ未満である場合は、許容最大回転数Ｆは８０ｒｐｓ、となっている。尚、上記凝縮圧力値Ｐｃ：２．５ＭＰａと２．３ＭＰａが、本実施例における第２閾値であり、凝縮圧力値Ｐｃ：１．９ＭＰａと１．７ＭＰａが、本実施例における第３閾値である。

以上説明したように、最大回転数テーブル２００は、外気温度Ｔｏ：−１５℃を境にテーブルａ、テーブルｂに分けられており、テーブルａの第１閾値と、テーブルｂの第２閾値および第３閾値との大小関係は、第１閾値＞第２閾値＞第３閾値、とされている。このように最大回転数テーブル２００が定められている理由について、以下に説明する。

前述したように、外気温度Ｔｏが低いときに暖房運転や沸き上げ運転を行っている場合は、蒸発器として機能している熱源側熱交換器５での蒸発圧力が低下することによって、圧縮機１の吸入圧力が低下する虞がある。この状態で圧縮機１を高回転で駆動し続けると、圧縮機１の吸入圧力がさらに低下するので、外気温度Ｔｏが高い場合に比べて圧縮比が性能上限値を超えやすくなる。

そこで、本実施例では、外気温度Ｔｏが高いとき（本実施例における−１５℃以上）の第１閾値に比べて外気温度Ｔｏが低いとき（本実施例における−１５℃未満）の第２閾値を小さくし、かつ、許容最大回転数Ｆも小さく（テーブルａでは１０５ｒｐｓであるものを、テーブルｂでは９０ｒｐｓ）して、凝縮圧力Ｐｃが低い段階から圧縮機１の許容最大回転数Ｆを低くして圧縮機１の回転数制御を行うことで、吸入圧力の低下を抑えて圧縮比が性能上限値を超えないようにしている。

尚、テーブルｂにおいて、凝縮圧力Ｐｃが第２閾値以上である場合の許容最大回転数Ｆと比べて第３閾値未満である場合の許容最大回転数Ｆが小さく設定されているが、これは、圧縮機１の吸入圧力が性能下限値以下となることを防ぐためであり、凝縮圧力Ｐｃが低いときは蒸発圧力も低くなっておりこの状態で圧縮機１が高回転で駆動することによりさらに圧縮機１の吸入圧力が低下して性能下限値を下回ってしまうことを防ぐためである。

また、テーブルａにおける第１閾値未満である場合と、テーブルｂにおける第３閾値以上第２閾値未満である場合の許容最大回転数Ｆが、圧縮機１の性能上限回転数である１２０ｒｐｓに設定されているが、凝縮圧力Ｐｃが上記範囲にある場合では、圧縮機１の回転数を１２０ｒｐｓまで上昇させても圧縮比が性能上限値を超えない（前述した、最大回転数テーブル２００を設定する際の試験の結果等で確認）ためであり、圧縮機１の回転数をできる限り上げることで、暖房運転時の室内温度の迅速な設定温度への到達や迅速な沸き上げ運転の完了を実現するためである。

さらには、各テーブルにおいて、「上昇時」に比べて「下降時」の許容最大回転数Ｆを規定する凝縮圧力Ｐｃの値を低く設定しているので、凝縮圧力Ｐｃが各閾値付近で頻繁に変化することによって許容最大回転数Ｆが頻繁に変更される、ということを防ぐことができ、安定して圧縮機１の回転数制御を行える。

次に、図３に示すフローチャートを用いて、最大回転数テーブル２００を用いて圧縮機１の許容最大回転数Ｆを決定しこれに基づいて行う圧縮機１の制御について説明する。図３に示すフローチャートは、ヒートポンプサイクル装置１００で暖房運転や沸き上げ運転を行うときの圧縮機１の回転数制御に関する処理の流れを示すものであり、ＳＴはステップを表し、これに続く数字はステップ番号を表している。尚、室内ユニット４０を用いた暖房運転や、熱源側熱交換器５の除霜運転等、本発明に関わる処理以外の、ヒートポンプサイクル装置１００の一般的な制御に関しては、説明を省略する。

また、以下の説明では、上述した外気温度Ｔｏ、凝縮圧力Ｐｃ、許容最大回転数Ｆに加えて、沸き上げ運転時の制御パラメータである貯湯タンク温度をＴｓ、目標貯湯タンク温度をＴｓａ、沸き上げ開始温度をＴｓｆとして説明する。制御手段６０は、上記各パラメータのうち、外気温度Ｔｏ、凝縮圧力Ｐｃ、および貯湯タンク温度をＴｓの各パラメータを、定期的（例えば、１０秒毎）に取り込んでいる。

制御手段６０は、使用者から冷房運転の指示があるか否かを判断する（ＳＴ１）。冷房運転の指示があれば（ＳＴ１−Ｙｅｓ）、制御手段６０は、三方弁３１を切り換えて室内ユニット４０に利用側熱交換器３で冷却された水が流れるようにし、また、循環ポンプ３０を所定回転数で駆動するとともに、四方弁２を切り換えて冷媒回路１０を冷房サイクルとなるようにして圧縮機１やファン７を所定回転数で駆動し、膨張弁４を所定開度として冷房運転を開始する（ＳＴ１０）。そして、制御手段６０は、ＳＴ１に処理を戻す。

ＳＴ１において、冷房運転の指示がなければ（ＳＴ１−Ｎｏ）、制御手段６０は、暖房運転の指示があるか、あるいは、貯湯タンク温度センサ５８から取り込んだ貯湯タンク温度Ｔｓが沸き上げ開始温度Ｔｓｆ以下であるか否かを判断する（ＳＴ２）。暖房運転の指示がなければ、あるいは、貯湯タンク温度Ｔｓが沸き上げ開始温度Ｔｓｆ以下でなければ（ＳＴ２−Ｎｏ）、制御手段６０は、ＳＴ１に処理を戻す。

暖房運転の指示があれば、あるいは、貯湯タンク温度Ｔｓが沸き上げ開始温度Ｔｓｆ以下であれば（ＳＴ２−Ｙｅｓ）、制御手段６０は、三方弁３１を切り換えて室内ユニットもしくは貯湯タンク７０に利用側熱交換器３で加熱された湯水が流れるようにし、また、四方弁２を制御して冷媒回路１０を暖房サイクルとするとともに、圧縮機１やファン７を所定回転数で駆動し、膨張弁４を所定開度として、暖房運転あるいは沸き上げ運転を開始する（ＳＴ３）。

次に、制御手段６０は、外気温度センサ５５で検出した外気温度Ｔｏと、圧力センサ５０で検出した凝縮圧力Ｐｃとを取り込む（ＳＴ４）。次に、制御手段６０は、取り込んだ外気温度Ｔｏが−１５℃以上であるか否かを判断する（ＳＴ５）。

外気温度Ｔｏが−１５℃以上でなければ（ＳＴ５−Ｎｏ）、制御手段６０は、最大回転数テーブル２００のテーブルｂを参照して現在の凝縮圧力Ｐｃに応じた圧縮機１の許容最大回転数Ｆを抽出し（ＳＴ１１）、ＳＴ７に処理を進める。外気温度Ｔｏが−１５℃以上であれば（ＳＴ５−Ｙｅｓ）、制御手段６０は、最大回転数テーブル２００のテーブルａを参照して現在の凝縮圧力Ｐｃに応じた圧縮機１の許容最大回転数Ｆを抽出し（ＳＴ６）、ＳＴ７に処理を進める。

尚、制御手段６０は、取り込んだ凝縮圧力Ｐｃを時系列で比べることで凝縮圧力Ｐｃが「上昇時」であるか「下降時」であるかを判断しており、例えば、直近で取り込んだ凝縮圧力Ｐｃと１回前に取り込んだ凝縮圧力Ｐｃとを比べて判断する。そして、制御手段６０は、凝縮圧力Ｐｃが「上昇時」あるいは「下降時」であるかに応じて、最大回転数テーブル２００を参照して許容最大回転数Ｆを抽出する。

ＳＴ７において、制御手段６０は、ＳＴ６やＳＴ１１で抽出した許容最大回転数Ｆを上限として、圧縮機１の回転数制御を実行する。次に、制御手段６０は、取り込んだ凝縮圧力Ｐｃが凝縮圧力上限値である４．５ＭＰａ以上であるか否かを判断する（ＳＴ８）。前述したように、凝縮圧力上限値は圧縮機１の吐出圧力の性能上限値に対応した凝縮圧力値であり、凝縮圧力が凝縮圧力上限値以上となれば、圧縮機１の吐出圧力が性能上限値を超えている虞がある。

従って、制御手段６０は、取り込んだ凝縮圧力Ｐｃが４．５ＭＰａ以上であれば（ＳＴ８−Ｙｅｓ）、圧縮機１の運転を停止し（ＳＴ９）、処理を終了する。これにより、吐出圧力の上昇に起因する圧縮機１の寿命低下を防いでいる。

また、取り込んだ凝縮圧力Ｐｃが４．５ＭＰａ以上でなければ（ＳＴ８−Ｎｏ）、制御手段６０は、暖房運転の終了指示があるか、あるいは、貯湯タンク温度Ｔｓが目標貯湯タンク温度Ｔｓａ以上となったか否かを判断する（ＳＴ１２）。暖房運転の終了指示がなければ、あるいは、貯湯タンク温度Ｔｓが目標貯湯タンク温度Ｔｓａ以上となっていなければ（ＳＴ１２−Ｎｏ）、制御手段６０は、ＳＴ３に処理を戻して暖房運転あるいは沸き上げ運転を継続する。暖房運転の終了指示があれば、あるいは、貯湯タンク温度Ｔｓが目標貯湯タンク温度Ｔｓａ以上となっていれば（ＳＴ１２−Ｙｅｓ）、制御手段６０は、暖房運転あるいは沸き上げ運転を終了して（ＳＴ１３）、ＳＴ１に処理を戻す。

以上説明した通り、本発明のヒートポンプサイクル装置は、最大回転数テーブル２００を参照し、暖房運転時や沸き上げ運転時に凝縮圧力Ｐｃに応じて圧縮機１の許容最大回転数Ｆを設定して圧縮機１を制御するので、圧縮比が性能上限値を超えないようにしつつ、できる限り高回転で圧縮機１を駆動することによって、使用者が要求する室内温度や目標貯湯タンク温度Ｔｓａに早く到達させることができる。また、凝縮圧力Ｐｃが上昇しているときに比べて下降しているときの凝縮圧力の各閾値を低くしているので、圧縮機１の回転数制御を安定して行えるとともに、より確実に圧縮比が性能上限値を超えないように制御することができる。

１ 圧縮機
３ 利用側熱交換器
１０ 冷媒回路
１２ 給湯回路
４０ 室内ユニット
５０ 圧力センサ
５５ 外気温度センサ
６０ 制御手段
１００ ヒートポンプサイクル装置
２００ 最大回転数テーブル
Ｔｏ 外気温度
Ｐｃ 凝縮圧力

Claims (4)

1. 圧縮機と、利用側熱交換器と、流量調整手段と、熱源側熱交換器と、外気温度を検出する外気温度検出手段と、前記利用側熱交換器が凝縮器として機能するときに同利用側熱交換器における凝縮圧力を検出する圧力検出手段と、前記圧縮機と前記循環ポンプとを駆動制御するとともに前記流量調整手段の開度制御を行う制御手段とを備えたヒートポンプサイクル装置であって、
   前記制御手段は、複数の前記凝縮圧力と前記外気温度とに対応させて前記圧縮機の許容最大回転数を定めた最大回転数テーブルを有し、
   前記最大回転数テーブルでは、
   前記外気温度が所定外気温度以上である場合は、前記凝縮圧力が前記圧縮機の吐出圧力の性能上限値に対応する凝縮圧力上限値より小さい凝縮圧力値である第１閾値以上である場合の前記許容最大回転数に比べて、前記凝縮圧力が前記第１閾値未満である場合の前記許容最大回転数が大きくなるように定められ、
   前記外気温度が所定外気温度未満である場合は、前記凝縮圧力が前記圧縮機の吐出圧力の性能上限値に対応する凝縮圧力上限値より小さい第２閾値以上である場合の前記許容最大回転数、および、前記凝縮圧力が前記第２閾値よりも小さい第３閾値未満である場合の前記許容最大回転数に比べて、前記凝縮圧力が前記第３閾値以上前記第２閾値未満である場合の前記許容最大回転数が大きくなるように定められている、
   ことを特徴とするヒートポンプサイクル装置。
2. 前記第１閾値は前記第２閾値より大きい値であることを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプサイクル装置。
3. 前記凝縮圧力が前記第１閾値未満である場合の前記許容最大回転数、および、前記凝縮圧力が前記第３閾値以上前記第２閾値未満である場合の前記許容最大回転数は、前記圧縮機固有の性能上限回転数が定められていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のヒートポンプサイクル装置。
4. 前記第１閾値と前記第２閾値と前記第３閾値とは、前記凝縮圧力が上昇しているときの値に比べて、前記凝縮圧力が下降しているときの値を各々低く定めていることを特徴とする請求項１乃至請求項３に記載のヒートポンプサイクル装置。

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