JP6616233B2 - ヒートポンプシステム及びこれを備えた電力制限システム - Google Patents

Description

本発明は、圧縮機を備えたヒートポンプシステム及びこれを備えた電力制限システムに関する。

従来、使用電力量を制限するデマンド制御が行われている。冷房時のデマンド制御では、圧縮機の運転容量を低下させることで使用電力量を低減している。

特開２０１２−２４７１１８号公報

例えば使用電力を管理するＨＥＭＳコントローラからの信号により圧縮機の使用電力を低減させるためには、圧縮機の運転容量を低下する他、使用電力が所定の上限値を超えると圧縮機を停止することが考えられる。

この場合において、圧縮機の使用電力が垂下制限値を超えた場合に圧縮機の周波数を垂下させ、その後、圧縮機の使用電力が垂下制限値より大きい上限値を超えた場合に圧縮機を停止することが考えられる。圧縮機を用いたヒートポンプシステムにおいて上限値が変化する場合に圧縮機の周波数を垂下させる垂下制限値は上限値に応じて変化させるが、上限値が低下した場合、上限値が低下した直後に、圧縮機の使用電力が上限値を超え、圧縮機が停止する問題がある。

そこで、この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、圧縮機の使用電力の上限値が低下した場合において、上限値が低下した直後に圧縮機が停止するのを防止できるヒートポンプシステム及びこれを備えた電力制限システムを提供することを目的とする。

第１の発明に係るヒートポンプシステムは、圧縮機と熱源側熱交換器と減圧機構と利用側熱交換器とを接続し、冷媒が循環する冷媒回路を備えたヒートポンプシステムであって、通常モードと、圧縮機の使用電力、使用電流又は使用皮相電力に上限値を設けて運転する上限値設定モードとで運転可能であって、前記上限値設定モードでは、圧縮機の使用電力、使用電流又は使用皮相電力が垂下制限値を超えた場合に圧縮機の周波数を垂下させ、且つ、圧縮機の使用電力、使用電流又は使用皮相電力が前記垂下制限値より大きい上限制限値を超えた場合に圧縮機が停止するように制御され、前記上限値設定モードにおいて、第１上限値設定モードから、第１上限値設定モードに基づいた第１上限値より小さい第２上限値をもつ第２上限値設定モードに変化した場合に、前記第１上限値設定モードに基づいた第１垂下制限値から前記第２上限値設定モードに基づいた第２垂下制限値に変更され、所定時間が経過した後で、前記第１上限値設定モードに基づいた第１上限制限値から前記第２上限値設定モードに基づいた第２上限制限値に変更される。

このヒートポンプシステムでは、上限値設定モードにおいて、第１上限値設定モードから、第１上限値設定モードに基づいた第１上限値より小さい第２上限値をもつ第２上限値設定モードに変化した場合に、第１上限値設定モードに基づいた第１垂下制限値から第２上限値設定モードに基づいた第２垂下制限値に変更され、所定時間が経過した後で、第１上限値設定モードに基づいた第１上限値から第２上限値設定モードに基づいた第２上限制限値に変更される。したがって、上限値設定モードにおいて、第１上限値設定モードから、第１上限値設定モードに基づいた第１上限値より小さい第２上限値をもつ第２上限値設定モードに変化した場合に、上限値の変更に応じて、垂下制限値が変更され、圧縮機の周波数が垂下し、圧縮機の使用電流が低下すると考えられる。したがって、その後、所定時間が経過し、上限値が変更されるまでの所定時間に、圧縮機の周波数が垂下することにより、上限値が低下した直後に、圧縮機の使用電力等が上限値を超え圧縮機が停止するのを防止できる。

第２の発明に係るヒートポンプシステムは、第１の発明において、前記所定時間は、前記第１上限値と前記第２上限値との差が大きいほど長い時間に決定されることを特徴とする。

このヒートポンプシステムでは、上限値設定モードにおいて、第１上限値から第１上限値より小さい第２上限値に変化した場合に、第１上限値と第２上限値との差が大きいほど長い所定時間が決定される。したがって、上限値が大幅に低下した場合において、上限値が低下した直後に、圧縮機の使用電力等が上限値を超え圧縮機が停止するのを防止できる。

第３の発明に係るヒートポンプシステムは、第１または第２の発明において、前記所定時間は、外部からの信号により変更可能であることを特徴とする。

このヒートポンプシステムでは、上限値設定モードにおいて、所定時間が外部からの信号により変更可能であって、所定時間を適宜変更できる。

第４の発明に係るヒートポンプシステムは、第１−第３のいずれかの発明において、前記上限値設定モードにおいて、第１上限値設定モードから、第１上限値設定モードに基づいた第１上限値より大きい第３上限値をもつ第３上限値設定モードに変化した場合に、前記第１上限値設定モードに基づいた第１垂下制限値から前記第３上限値設定モードに基づいた第３垂下制限値に変更されると同時に、前記第１上限値設定モードに基づいた第１上限制限値から前記第３上限値設定モードに基づいた第３上限制限値に変更される。

このヒートポンプシステムでは、上限値設定モードにおいて、第１上限値設定モードから、第１上限値設定モードに基づいた第１上限値より大きい第３上限値をもつ第３上限値設定モードに変化した場合に、第１上限値設定モードに基づいた第１垂下制限値から第３上限値設定モードに基づいた第３垂下制限値に変更されると同時に、第１上限値設定モードに基づいた第１上限制限値から第３上限値設定モードに基づいた第３上限制限値に変更される。したがって、第１上限値設定モードに基づいた第１上限値より大きい第３上限値をもつ第３上限値設定モード変化した場合に、圧縮機を適正に制御できる。

第５の発明に係る電力制限システムは、請求項１−４のいずれかに記載のヒートポンプシステムと、前記ヒートポンプシステムに接続され、使用電力、使用電流又は使用皮相電力を管理するＨＥＭＳコントローラとを備え、制御モードが、前記ＨＥＭＳコントローラから前記ヒートポンプシステムへの信号により、前記通常モードから前記上限値設定モードに切り換わることを特徴とする。

この電力制限システムでは、制御モードが、ＨＥＭＳコントローラからヒートポンプシステムの信号により、通常モードから上限値設定モードに切り換わる。ＨＥＭＳコントローラを用いることで、ヒートポンプシステムの使用電力等を確実に制御できる。

第６の発明に係る電力制限システムは、第５の発明において、前記ＨＥＭＳコントローラがインターネットに接続され、前記ＨＥＭＳコントローラから前記ヒートポンプシステムへの信号は、前記インターネットを介して受信した外部信号に基づいて変更されることを特徴とする。

この電力制限システムでは、ＨＥＭＳコントローラからヒートポンプシステムへの信号は、インターネットを介して受信した外部信号に基づいて変更される。これにより、インターネットからの外部信号により通常モードから上限値設定モードに切り換えることができる。

第１の発明では、上限値設定モードにおいて、第１上限値設定モードから、第１上限値設定モードに基づいた第１上限値より小さい第２上限値をもつ第２上限値設定モードに変化した場合に、第１上限値設定モードに基づいた第１垂下制限値から第２上限値設定モードに基づいた第２垂下制限値に変更され、所定時間が経過した後で、第１上限値設定モードに基づいた第１上限値から第２上限値設定モードに基づいた第２上限制限値に変更される。したがって、上限値設定モードにおいて、第１上限値設定モードから、第１上限値設定モードに基づいた第１上限値より小さい第２上限値をもつ第２上限値設定モードに変化した場合に、上限値の変更に応じて、垂下制限値が変更され、圧縮機の周波数が垂下し、圧縮機の使用電流が低下すると考えられる。したがって、その後、所定時間が経過し、上限値が変更されるまでの所定時間に、圧縮機の周波数が垂下することにより、上限値が低下した直後に、圧縮機の使用電力等が上限値を超え圧縮機が停止するのを防止できる。

第２の発明では、上限値設定モードにおいて、第１上限値から第１上限値より小さい第２上限値に変化した場合に、第１上限値と第２上限値との差が大きいほど長い所定時間が決定される。したがって、上限値が大幅に低下した場合において、上限値が低下した直後に、圧縮機の使用電力等が上限値を超え圧縮機が停止するのを防止できる。

第３の発明では、上限値設定モードにおいて、所定時間が外部からの信号により変更可能であって、所定時間を適宜変更できる。

第４の発明では、上限値設定モードにおいて、第１上限値設定モードから、第１上限値設定モードに基づいた第１上限値より大きい第３上限値をもつ第３上限値設定モードに変化した場合に、第１上限値設定モードに基づいた第１垂下制限値から第３上限値設定モードに基づいた第３垂下制限値に変更されると同時に、第１上限値設定モードに基づいた第１上限制限値から第３上限値設定モードに基づいた第３上限制限値に変更される。したがって、第１上限値設定モードに基づいた第１上限値より大きい第３上限値をもつ第３上限値設定モード変化した場合に、圧縮機を適正に制御できる。

第５の発明では、制御モードが、ＨＥＭＳコントローラからヒートポンプシステムへの信号により、通常モードから上限値設定モードに切り換わる。ＨＥＭＳコントローラを用いることで、ヒートポンプシステムの使用電力等を確実に制御できる。

第６の発明では、ＨＥＭＳコントローラからヒートポンプシステムへの信号は、インターネットを介して受信した外部信号に基づいて変更される。これにより、インターネットからの外部信号により通常モードから上限値設定モードに切り換えることができる。

本発明の一実施形態に係る電力制限システムを含む電力ネットワークの概略図である。 本発明の一実施形態に係るヒートポンプユニットを含む給湯システムの構成図である。 通常モードから上限値設定モードに切り換えるときの制御フロー図である。 上限値設定モードでの圧縮機の周波数の制御ゾーンを示す図である。 上限値設定モードにおいて圧縮機の周波数の制御ゾーンを変更するときの制御フロー図である。 上限値設定モードにおいて圧縮機が停止された場合の制御フロー図である。 本発明の変形例に係るヒートポンプユニットを含む空気調和システムの構成図である。

以下、本発明の一実施形態に係る電力制限システム１３を含む電力ネットワーク１０について、添付図面に従って説明する。

電力ネットワーク１０は、図１に示すように、電力供給者としての電力会社１１と、電力会社１１とインターネット１２を介して接続された電力制限システム１３とで構成されている。電力制限システム１３は、ＨＥＭＳコントローラ１５と、給湯システム２０と、設備機器Ａと、設備機器Ｂとから構成されている。給湯システム２０、設備機器Ａ及び設備機器Ｂは、ＨＥＭＳコントローラ１５に並列に接続されている。

給湯システム２０は、圧縮機３１、膨張弁３３、ファン３４及び温度センサ３６，４７ａ，４７ｂなどを含むヒートポンプユニット（ヒートポンプシステム）３０（図２参照）と、ポンプ４１などを含むタンクユニット４０（図２参照）とを有する。また、給湯システム２０は、ＨＥＭＳコントローラ１５に接続された制御装置２１を有している。制御装置２１は、ヒートポンプユニット３０の圧縮機３１、膨張弁３３、ファン３４、及び、タンクユニット４０のポンプ４１を制御するものであり、これらユニット３０，４０に兼用されている。設備機器Ａ及び設備機器Ｂは、ＨＥＭＳコントローラ１５に接続された、例えば空気調和機、テレビや照明などであるが、これらに限定するものではない。

電力会社１１は自ら発電した電力、及び／又は、他者が発電した電力を、給湯システム２０と設備機器Ａと設備機器Ｂとに供給する。また、電力会社１１は、例えば、ある時間帯などの所定期間において電力を制限したい場合などに、給湯システム２０と設備機器Ａと設備機器Ｂとでの使用電力を制限する制限信号、及び、当該所定期間以外において使用電力の制限を解除する解除信号を送信する。

ＨＥＭＳコントローラ１５は、インターネット１２を介して電力会社１１に接続され、電力会社１１から送信された外部信号である制限信号及び解除信号を受信する。ＨＥＭＳコントローラ１５は、給湯システム２０と設備機器Ａと設備機器Ｂとでの使用電力を管理する。

また、ＨＥＭＳコントローラ１５は、設定部１６と電力検知部１７と演算部１８とを有する。設定部１６は、制限信号に基づいて給湯システム２０と設備機器Ａと設備機器Ｂとでの電力制限値を設定する。電力制限値は、給湯システム２０と設備機器Ａと設備機器Ｂとが使用できる合計電力の制限値である。電力制限値は、インターネット１２を介してＨＥＭＳコントローラ１５が受信した電力会社１１からの外部信号（制限信号及び解除信号）に基づいて変更される。

電力検知部１７は、設備機器Ａおよび設備機器Ｂが使用している電力を検知する。演算部１８は、給湯システム２０が使用できる電力の上限値を演算する。この給湯システム用上限値は、設定部１６で設定された給湯システム２０と設備機器Ａと設備機器Ｂとでの電力制限値から、電力検知部１７が検知した設備機器Ａと設備機器Ｂとで使用される電力値を引いて求められる。

ＨＥＭＳコントローラ１５は、給湯システム用上限値を演算し、当該上限値を設定するための上限値設定信号を制御装置２１に送信する。また、ＨＥＭＳコントローラ１５は、電力会社１１からの解除信号を受信すると、給湯システム用上限値を設定しない上限値解除信号を制御装置２１に送信する。

制御装置２１は、ＨＥＭＳコントローラ１５からの上限値設定信号を受信すると、給湯システム２０の制御モード（ヒートポンプユニット３０の制御モード）を通常モードから上限値設定モードに切り換える。一方、制御装置２１は、ＨＥＭＳコントローラ１５からの上限値解除信号を受信すると、給湯システム２０の制御モード（ヒートポンプユニット３０の制御モード）を上限値設定モードから通常モードに切り換える。上限値設定モードとは、給湯システム２０の使用電力に給湯システム用上限値を設け、この上限値を超えないように給湯システム２０を運転する制御モードである。また、上限値設定モードとは、ヒートポンプユニット３０の使用電力にヒートポンプユニット用上限値を設け、この上限値を超えないようにヒートポンプユニット３０を運転する制御モードである。通常モードは、給湯システム２０の使用電力に上限値を設けない制御モードである。

制御装置２１には、給湯システム２０に係る各種動作の制御プログラムやデータなどが格納されたＲＯＭ、給湯システム２０の各部の動作を制御する信号を生成するために各種演算を実行するＣＰＵ、各種設定やＣＰＵでの演算結果などのデータを一時保管するＲＡＭなどの部材が含まれている。これら各種部材およびソフトウェアによって、図１に示すように、制御装置２１には、運転制御部２２、モード設定部２３、電力検知部２４、演算部２５及び記憶部２６が形成されている。制御装置２１には、圧縮機３１と、ファン３４と、ポンプ４１と、給湯システム２０に対する運転開始、運転停止および運転設定（例えば、設定温度）等の操作を行うコントローラ２０ａとが接続されている。

運転制御部２２は、運転設定（例えば、設定温度）に基づいて圧縮機３１、膨張弁３３、ファン３４、ポンプ４１の動作を制御して、ユーザの要求を満足する加熱運転（後述する）を実行する。

モード設定部２３は、ＨＥＭＳコントローラ１５からの上限値設定信号を受信すると、上限値設定モードを設定する。一方、モード設定部２３は、ＨＥＭＳコントローラ１５からの上限値解除信号を受信すると、通常モードを設定する。

電力検知部２４は、ヒートポンプユニット３０（圧縮機３１、膨張弁３３、ファン３４等）及びタンクユニット４０（ポンプ４１等）が使用している電力を検知する。

演算部２５は、ヒートポンプユニット３０の圧縮機３１が使用できる電力の上限値を演算する。この圧縮機用上限値は、給湯システム用上限値から、電力検知部２８が検知したヒートポンプユニット３０の圧縮機３１以外で使用される電力値と、タンクユニット４０（ポンプ４１等）で使用される電力値とを引いて求められる。

記憶部２６は、上限値設定モードにおいて、圧縮機３１の使用電力が上限値を超えて圧縮機３１を停止した場合に、圧縮機停止時の上限値を記憶する。また、記憶部２６は、上限値設定モードの上限値の変化幅に応じ、２種類の所定時間を記憶している。具体的には、上限値の変化幅が所定変化幅より小さい場合の第１所定時間と、上限値の変化幅が所定変化幅以上の場合の第１所定時間より長い第２所定時間と記憶している。なお、記憶される所定時間は２種類に限定されない。

図２を参照しながら給湯システム２０について説明する。

給湯システム２０は、ヒートポンプユニット３０と、タンクユニット４０とを有している。ヒートポンプユニット（ヒートポンプシステム）３０は、圧縮機３１と、室外熱交換器（熱源側熱交換器）３２と、減圧機構としての膨張弁３３と、給湯用熱交換器（利用側熱交換器）３９と、ファン３４と、冷媒配管３５と、温度センサ３６、４７ａ、４７ｂと、制御装置２１（図１参照）とを有している。なお、制御装置２１は、ヒートポンプユニット３０とタンクユニット４０とに兼用されている。

温度センサ３６は、外気温度を検知し、制御装置２１に出力する。温度センサ４７ａは、給湯用熱交換器３９の温水流出口の近傍に配置されており、給湯用熱交換器３９から流出した温水の温度を検知し、制御装置２１に出力する。温度センサ４７ｂは、給湯タンク４２の温水流出口の近傍に配置されており、給湯タンク４２から流出した温水の温度を検知し、制御装置２１に出力する。なお、運転制御部２２は、温度センサ４７ｂから出力された温度が設定温度に達したときに、加熱運転を終了する。なお、温度検知手段としての温度センサ３６、４７ａ、４７ｂは、検知した温度を制御装置２１に出力することが可能であれば、どのようなものであってもよい。

ヒートポンプユニット３０には、室外熱交換器３２と膨張弁３３と給湯用熱交換器３９とを接続する冷媒配管３５内に冷媒が循環する冷媒回路３８が構成されている。この冷媒回路３８において、圧縮機３１の吐出側には、給湯用熱交換器３９の冷媒流入口が接続され、圧縮機３１の吸入側には、室外熱交換器３２の一端が接続されている。そして、室外熱交換器３２の他端には、膨張弁３３の一端が接続され、膨張弁３３の他端には、給湯用熱交換器３９の冷媒流出口が接続されている。ファン３４は、室内熱交換器３２に対向するように配置されている。

給湯システム２０は、通常モード及び上限値設定モードのいずれの場合においても加熱運転などの運転が可能であって、制御装置２１の運転制御部２２によっていずれかの運転が実行される。加熱運転では、図２中矢印で示すように、圧縮機３１から吐出される冷媒が給湯側熱交換器３９、膨張弁３３、室外熱交換器３２へと順に流れ、室外熱交換器３２を経た冷媒が圧縮機３１に戻る加熱サイクル（正サイクル）が形成される。すなわち、給湯側熱交換器３９が凝縮器、室外熱交換器３２が蒸発器として機能する。この加熱運転では、給湯用熱交換器３９で圧縮機３１の吐出側から流入した冷媒と給湯用温水との間で熱交換されることによって、給湯用温水が加熱される。

タンクユニット４０は、ポンプ４１と、給湯タンク４２と、給湯端末４３と、水配管４５，４６と、制御装置２１とを有する。タンクユニット４０には、ポンプ４１と給湯用熱交換器３９とを接続する水配管４５内に温水が循環する温水回路４８が構成されている。この温水回路４８において、ポンプ４１の吐出側が給湯用熱交換器３９の温水流入口に接続され、ポンプ４１の吸入側が給湯タンク４２の一端に接続されている。給湯用熱交換器３９の温水流出口は給湯タンク４２の他端に接続されている。

温水回路４８では、給湯用熱交換機３９を流れる冷媒と熱交換する温水が循環する。具体的には、加熱運転が実行されるときに、ポンプ４１によって給湯タンク４２から流出した給湯用温水が給湯用熱交換器３９に供給され、給湯用熱交換器３９で加熱された温水が給湯タンク４２に戻される。なお、給湯タンク４２に水配管４６で接続された給湯端末４３は、給湯タンク４２内の温水をユーザに使用可能とする。

次に、ヒートポンプユニット３０を含む給湯システム２０の通常モードから上限値設定モードへの切り換えについて図３に基づいて説明する。

図３に示すように、ステップＳ１では制御装置２１がヒートポンプユニット３０を通常モードで運転している。ステップＳ２では、ＨＥＭＳコントローラ１５がインターネット１２を介して電力会社１１から外部信号（制限信号）を受信したか否かを判定し、制限信号を受信していなければ、ステップＳ２を繰り返す。

一方、ＨＥＭＳコントローラ１５が電力会社１１からの制限信号を受信していれば、ステップＳ３に進む。ステップＳ３では、設定部１６が、電力会社１１からの電力制限要求に応じた給湯システム２０と設備機器Ａと設備機器Ｂとでの電力制限値を設定する。

ステップＳ４で電力検知部１７が、設備機器Ａおよび設備機器Ｂが使用している電力を検知する。ステップＳ５では、演算部１８が、給湯システム２０が使用できる電力の上限値を演算する。このとき、ＨＥＭＳコントローラ１５が上限値設定信号を制御装置２１に送信する。

ステップＳ６では、制御装置２１がＨＥＭＳコントローラ１５からの上限値設定信号を受信することで、制御モードを通常モードから上限値設定モードに切り換える。こうして、通常モードから上限値設定モードへの制御モードの切り換えが終了する。上限値設定モードでは、制御装置２１の運転制御部２２は、演算部２５により演算された圧縮機用上限値に基づいて、圧縮機３１を制御して加熱運転を実行する。

ステップＳ７では、電力検知部２４が、ヒートポンプユニット３０のファン３４等（圧縮機３１以外）およびタンクユニット４０（ポンプ４１等）が使用している電力を検知する。ステップＳ８では、演算部２５が、圧縮機３１が使用できる電力の上限値を演算する。その後、ステップＳ７に進んで同様の処理が行われる。よって、圧縮機３１が使用できる電力の上限値（現在の上限値）は、ヒートポンプユニット３０のファン３４等（圧縮機３１以外）およびタンクユニット４０（ポンプ４１等）が使用している電力の変化に応じて変化する。

図３では、通常モードから上限値設定モードへの切り換えについて説明したが、上限値設定モードから通常モードへの切り換えは、ＨＥＭＳコントローラ１５が電力会社１１からの外部信号（解除信号）を受信し、制御装置２１がＨＥＭＳコントローラ１５から送信される上限値解除信号を受信することで、給湯システム２０の制御モードを上限値設定モードから通常モードに切り換える。こうして、上限値設定モードから通常モードへの制御モードの切り換えが終了する。制御装置２１の運転制御部２２は、特に上限値が設定されていない状態で、圧縮機３１などを制御して加熱運転を実行する。

以下、上限値設定モードでの圧縮機の周波数の制御について、図４に基づいて説明する。図４は、上限値設定モードでの圧縮機の周波数の制御ゾーンを示す図である。

上限値設定モードにおいて、圧縮機の周波数は、図４に示す制御ゾーンに基づいた制御が行われる。圧縮機の周波数は、圧縮機の使用電流が、停止ゾーン、垂下ゾーン、無変化ゾーン、アップゾーン、復帰ゾーンのいずれにあるかに基づいて制御される。図４に示すように、それぞれの制御ゾーンは、第１閾値ａ１（上限制限値）、第２閾値ａ２（垂下制限値）、第３閾値ａ３、第４閾値ａ４を閾値とするように構成される。第１閾値は、演算部２５で演算された圧縮機用上限値に対応した圧縮機３１の電流値である。以下では、ａ１＞ａ２＞ａ３＞ａ４、ｂ１＞ｂ２＞ｂ３＞ｂ４、ｃ１＞ｃ２＞ｃ３＞ｃ４、ｂ１＜ａ１＜ｃ１である場合を説明する。

電流上昇時において、圧縮機の使用電流が第４閾値ａ４以下であるときは復帰ゾーンであって、圧縮機の使用電流が第４閾値ａ４を超えるとアップゾーンに突入し、圧縮機の使用電流が第３閾値ａ３を超えると無変化ゾーンに突入し、圧縮機の使用電流が第２閾値ａ２を超えると垂下ゾーンに突入し、圧縮機の使用電流が圧縮機の上限値に対応した第１閾値ａ１を超えると停止ゾーンに突入する。

電流下降時において、圧縮機の使用電流が圧縮機の上限値に対応した第１閾値ａ１を超えるときは停止ゾーンであって、圧縮機の使用電流が第１閾値ａ１より小さくなると垂下ゾーンに突入し、圧縮機の使用電流が第２閾値ａ２より小さくなると無変化ゾーンに突入し、圧縮機の使用電流が第３閾値ａ３より小さくなるとアップゾーンに突入し、圧縮機の使用電流が第４閾値ａ４より小さくなると復帰ゾーンに突入する。

圧縮機の使用電流がそれぞれのゾーンにあるときの圧縮機の周波数の制御について説明する。

圧縮機の使用電流がアップゾーンにある場合、アップゾーン突入時の周波数を上限周波数とし、本制御の上限周波数をアップゾーン突入時から１２０秒経過ごとに２Ｈｚ増加させる。ただし、アップゾーンにおいて、通常モードで外気温度や出湯温度に基づいた指令周波数を超えて増加しないように制御される。圧縮機の使用電流が無変化ゾーンにある場合、本制御の上限周波数が保持される。圧縮機の使用電流が、垂下ゾーンにある場合、垂下ゾーン突入時の周波数から２Ｈｚ垂下させた周波数を上限周波数とし、本制御の上限周波数を垂下ゾーン突入時から１秒経過ごとに２Ｈｚ垂下させる。圧縮機の使用電流が停止ゾーンにある場合、停止ゾーン突入時から所定時間が計測され、停止ゾーン突入時から所定の上限時間が経過するまでは垂下ゾーンと同一の制御が行われ、所定の上限時間が経過すると圧縮機が停止される。圧縮機の使用電流が復帰ゾーンにある場合、本制御の上限周波数が解除される。

本実施形態では、無変化ゾーンの電流値の幅（第２閾値ａ２と第３閾値ａ３の差）およびアップゾーンの電流値の幅（第３閾値ａ３と第４閾値ａ４の差）は、垂下ゾーンの電流値の幅（第１閾値ａ１と第２閾値ａ２との差）より小さい。無変化ゾーンの電流値の幅とアップゾーンの電流値の幅は同一である。

ヒートポンプユニット３０では、上限値設定モードにおいて、ヒートポンプユニット３０のファン３４等（圧縮機３１以外）およびタンクユニット４０のポンプ４１等が使用している電力の変化に応じて圧縮機３１の使用電流の上限値が変化する。したがって、上限値設定モードにおいて、圧縮機３１の使用電流の上限値が変化すると、その変化に応じて、第１閾値ａ１、第２閾値ａ２、第３閾値ａ３、第４閾値ａ４が変更され、圧縮機３１の周波数の制御ゾーンが変更される。

具体的には、上限値設定モードにおいて、第１上限値設定モードから、第１上限値設定モードに基づいた第１上限値より大きい第３上限値をもつ第３上限値設定モードに変化した場合、第１閾値ａ１、第２閾値ａ２、第３閾値ａ３、第４閾値ａ４が、それぞれ、第１閾値ｃ１、第２閾値ｃ２、第３閾値ｃ３、第４閾値ｃ４に変更される。

また、ヒートポンプユニット３０では、上限値設定モードにおいて、第１上限値設定モードから、第１上限値設定モードに基づいた第１上限値より小さい第２上限値をもつ第２上限値設定モードに変化した場合、第１閾値ａ１、第２閾値ａ２、第３閾値ａ３、第４閾値ａ４が、それぞれ、第１閾値ｂ１、第２閾値ｂ２、第３閾値ｂ３、第４閾値ｂ４に変更される。

ここで、第１上限値設定モードから、第１上限値設定モードに基づいた第１上限値より大きい第３上限値をもつ第３上限値設定モードに変化した場合（上限値が増加した場合）と、第１上限値設定モードから、第１上限値設定モードに基づいた第１上限値より小さい第２上限値をもつ第２上限値設定モードに変化した場合（上限値が減少した場合）で、第１閾値ａ１、第２閾値ａ２、第３閾値ａ３、第４閾値ａ４が変更される方法が異なる。

第１上限値をもつ第１上限値設定モードから第３上限値をもつ第３上限値設定モードに変化した場合（上限値が増加した場合）、第１閾値がａ１からｃ１に変化すると同時に、第２閾値ａ２、第３閾値ａ３、第４閾値ａ４が、それぞれ、第２閾値ｃ２、第３閾値ｃ３、第４閾値ｃ４に変更される。よって、上限値が変化（増加）し、第１閾値、第２閾値、第３閾値、第４閾値が変更された場合、垂下ゾーン、無変化ゾーンおよびアップゾーンのそれぞれの電流値の幅は変化しない。

これに対し、第１上限値をもつ第１上限値設定モードから、第２上限値をもつ第２上限値設定モードに変化した場合（上限値が減少した場合）、第２閾値ａ２、第３閾値ａ３、第４閾値ａ４が、それぞれ、第２閾値ｂ２、第３閾値ｂ３、第４閾値ｂ４に変更され、所定時間が経過した後、第１閾値がａ１からｂ１に変更される。よって、上限値が変化（減少）し、第２閾値、第３閾値、第４閾値が変更された場合、無変化ゾーンおよびアップゾーンのそれぞれの電流値の幅は変化しないのに対し、第２閾値、第３閾値、第４閾値が変更された後、第１閾値が変更されるまでの所定時間では、垂下ゾーンの電流値の幅は大きくなる。その後、所定時間が経過し、第１閾値が変更されると、垂下ゾーンの電流値の幅は、第２閾値、第３閾値、第４閾値が変更されるまでの幅と同一になる。

本実施形態のヒートポンプユニット３０では、第１上限値をもつ第１上限値設定モードから、第１上限値と異なる上限値をもつ上限値設定モードに変化した場合、第１閾値、第２閾値、第３閾値、第４閾値が変更されることによって、圧縮機の周波数を制御するときの制御ゾーンが変更される。このように、上限値設定モードにおいて、圧縮機の周波数を制御するときの制御ゾーンが変更されることにより、圧縮機の使用電流の上限値が変化した場合において、圧縮機の使用電流が上限値を超えて停止されるのを防止できる。

また、本実施形態のヒートポンプユニット３０では、圧縮機の使用電流がアップゾーンにある場合、本制御の上限周波数をアップゾーン突入時から１２０秒経過ごとに２Ｈｚ増加させるのに対し、圧縮機の使用電流が垂下ゾーンにある場合、本制御の上限周波数を垂下ゾーン突入時から１秒経過ごとに２Ｈｚ垂下させる。このように、圧縮機の周波数の上昇時は上限周波数の変化速度を遅くして、オーバーシュートを防止し、圧縮機の周波数の下降時は上限周波数の変化速度を速くして、圧縮機の使用電流を低減させることができる。

図５は、上限値設定モードにおいて圧縮機の周波数の制御ゾーンを変更するときの制御フロー図である。

まず、ステップＳ１１において、制御モードが上限値設定モードである場合に、ステップＳ１２では、上限値設定モードの上限値が変化したか否かを判断する。上限値設定モードの上限値が変化した場合、ステップＳ１３に進む。

ステップＳ１３では、上限値定モードの上限値が減少したか否かを判断する。上限値設定モードの上限値が減少してない場合（増加した場合）、ステップＳ１４に進む。ステップＳ１４では、第１閾値、第２閾値、第３閾値、第４閾値が同時に変更される。

ステップＳ１３において、上限値設定モードの上限値が減少した場合、ステップ１５に進む。

ステップＳ１５では、第２閾値、第３閾値、第４閾値が変更される。その後、ステップ１６において、所定時間が経過したか否かを判断する。所定時間が経過した場合、ステップＳ１７において、第１閾値が変更される。

ステップ１６において、所定時間は、記憶部２６に記憶された２種類の所定時間のうち、上限値設定モードの上限値の変化幅に応じた所定時間が使用される。即ち、上限値の変化幅が所定変化幅より小さい場合、第１所定時間が使用され、上限値の変化幅が所定変化幅以上の場合、第１所定時間より長い第２所定時間が使用される。したがって、上限値設定モードの上限値の変化幅が大きいほど、第２閾値、第３閾値、第４閾値を変更した後、第１閾値を変更するまでの所定時間が長い。

その後、ステップＳ１２に進んで同様の処理が行われる。

図６は、上限値設定モードにおいて圧縮機が停止された場合の制御フロー図である。

まず、ステップＳ２１において、制御モードが上限値設定モードである場合に、ステップＳ２２において、圧縮機の使用電流が上限値設定モードの上限値を超えたか否かを判断する。圧縮機の使用電流が上限値設定モードの上限値を超えた場合、ステップＳ２３に進んで、圧縮機を停止する。このとき、圧縮機停止時の上限値が記憶部２６に記憶される。

その後、圧縮機が停止した状態において、ステップＳ２４では、上限値設定モードにおいて、現在の上限値が圧縮機停止時の上限値より大きいか否かを判断する。現在の上限値が圧縮機停止時の上限値より大きい場合、ステップＳ２８に進んで、圧縮機の運転を再開する。

ステップＳ２４において、現在の上限値が圧縮機停止時の上限値以下である場合、ステップＳ２５に進んで、上限値設定モードから通常モードに変化したか否かを判断する。上限値設定モードから通常モードに変化した場合、ステップＳ２８に進んで、圧縮機の運転を再開する。

ステップＳ２５において、上限値設定モードから通常モードに変化してない場合、ステップＳ２６に進んで、給湯システム２０の電源（ヒートポンプユニット３０の電源）がオンからオフに変化したか否かを判断する。給湯システム２０の電源（ヒートポンプユニット３０の電源）がオンからオフに変化した場合、ステップＳ２８に進んで、圧縮機の運転を再開する。

ステップＳ２６において、給湯システム２０の電源（ヒートポンプユニット３０の電源）がオンからオフに変化してない場合、ステップＳ２７に進んで、コントロー２０ａに対し、給湯システム２０の運転開始操作（ヒートポンプユニット３０の運転開始操作、または、圧縮機の運転開始操作）が行われたか否かを判断する。運転開始操作が行われた場合、ステップＳ２８に進んで、圧縮機の運転を再開する。

ステップＳ２７において、運転開始操作が行われてない場合、ステップＳ２３に進んで同様の処理が行われる。

[本実施形態の電力制限システムおよびヒートポンプユニットの特徴]
本実施形態の電力制限システムおよびヒートポンプユニットには以下の特徴がある。

本実施形態のヒートポンプユニット３０では、上限値設定モードにおいて、第１上限値設定モードから、第１上限値設定モードに基づいた第１上限値より小さい第２上限値をもつ第２上限値設定モードに変化した場合に、第１上限値設定モードに基づいた第２閾値ａ２、第３閾値ａ３、第４閾値ａ４から第２上限値設定モードに基づいた第２閾値ｂ２、第３閾値ｂ３、第４閾値ｂ４に変更され、所定時間が経過した後で、第１上限値設定モードに基づいた第１閾値ａ１から第２上限値設定モードに基づいた第１閾値ｂ１に変更される。したがって、上限値設定モードにおいて、第１上限値設定モードから、第１上限値設定モードに基づいた第１上限値より小さい第２上限値をもつ第２上限値設定モードに変化した場合に、上限値の変更に応じて、第２閾値が変更され、圧縮機の周波数が垂下し、圧縮機の使用電流が低下すると考えられる。したがって、その後、所定時間が経過し、第１閾値が変更されるまでの所定時間に、圧縮機の周波数が垂下することにより、上限値が低下した直後に、圧縮機の使用電力が上限値を超え圧縮機が停止するのを防止できる。

本実施形態のヒートポンプユニット３０では、上限値設定モードにおいて、第１上限値から第１上限値より小さい第２上限値に変化した場合に、第１上限値と第２上限値との差が大きいほど長い所定時間が決定される。したがって、上限値が大幅に低下した場合において、上限値が低下した直後に、圧縮機の使用電力が上限値を超え圧縮機が停止するのを防止できる。

本実施形態のヒートポンプユニット３０では、上限値設定モードにおいて、第１上限値設定モードから、第１上限値設定モードに基づいた第１上限値より大きい第３上限値をもつ第３上限値設定モードに変化した場合に、第１上限値設定モードに基づいた第２閾値ａ２、第３閾値ａ３、第４閾値ａ４から第３上限値設定モードに基づいた第２閾値ｃ２、第３閾値ｃ３、第４閾値ｃ４に変更されると同時に、第１上限値設定モードに基づいた第１閾値ａ１から第３上限値設定モードに基づいた第１閾値ｃ１に変更される。したがって、第１上限値設定モードに基づいた第１上限値より大きい第３上限値をもつ第３上限値設定モード変化した場合に、圧縮機を適正に制御できる。

本実施形態の電力制限システム１３では、制御モードが、ＨＥＭＳコントローラからヒートポンプユニット３０への信号により、通常モードから上限値設定モードに切り換わる。ＨＥＭＳコントローラを用いることで、ヒートポンプユニット３０の使用電力を確実に制御できる。

本実施形態の電力制限システム１３では、ＨＥＭＳコントローラからヒートポンプユニット３０への信号は、インターネットを介して受信した外部信号に基づいて変更される。これにより、インターネットからの外部信号により通常モードから上限値設定モードに切り換えることができる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明の具体的な構成は、上記実施形態に限定されるものでないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記実施形態の説明だけではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。なお、後述する変更形態は、適宜組み合わせて実施することも可能である。

上述の実施形態では、圧縮機の周波数の制御ゾーンが、停止ゾーン、垂下ゾーン、無変化ゾーン、アップゾーン、復帰ゾーンを含む場合を説明したが、圧縮機の周波数の制御ゾーンが、少なくとも停止ゾーン、垂下ゾーンを含む場合、本発明を適用できる。また、圧縮機の周波数の制御ゾーンにおいて、それぞれのゾーンの電流値の幅は変更してよい。

上述の実施形態では、圧縮機の周波数の制御ゾーンにおいて、電流上昇時と電流下降時とで、第１閾値、第２閾値、第３閾値、第４閾値が同一である場合を説明したが、電流上昇時と電流下降時とで、第１閾値、第２閾値、第３閾値、第４閾値が同一でなくてよい。したがって、電流上昇時において、圧縮機の使用電流が第４閾値ａ４以下であるときは復帰ゾーンであって、圧縮機の使用電流が第４閾値ａ４を超えるとアップゾーンに突入し、圧縮機の使用電流が第３閾値ａ３を超えると無変化ゾーンに突入し、圧縮機の使用電流が第２閾値（垂下制限値）ａ２を超えると垂下ゾーンに突入し、圧縮機の使用電流が圧縮機の上限値に対応した第１閾値ａ１を超えると停止ゾーンに突入する場合において、電流下降時は、圧縮機の使用電流が圧縮機の上限値に対応した第１閾値ａ１を超えるときは停止ゾーンであって、圧縮機の使用電流が第１閾値ａ１より小さくなると垂下ゾーンに突入し、圧縮機の使用電流が第２閾値ａ２より小さい閾値より小さくなると無変化ゾーンに突入し、圧縮機の使用電流が第３閾値ａ３より小さい閾値より小さくなるとアップゾーンに突入し、圧縮機の使用電流が第４閾値ａ４より小さい閾値より小さくなると復帰ゾーンに突入するものであってよい。

上述の実施形態では、上限値設定モードにおいて、圧縮機の周波数の制御ゾーンを変更するときの所定時間が、上限値の変化幅に基づいて決定された場合を説明したが、圧縮機の周波数の制御ゾーンを変更するときの所定時間は、他の方法で決定されてよい。また、圧縮機の周波数の制御ゾーンを変更するときの所定時間は、上限値の変化幅にかかわらず、一定であってよい。また、圧縮機の周波数の制御ゾーンを変更するときの所定時間は、コントローラ２０ａに対する操作に基づいた外部からの信号により決定されてよい。所定時間がコントローラ２０ａに対する操作に基づいた外部からの信号により決定される場合として、「所定時間を、電力供給部の耐力に応じた上限以下で変化させる場合（例：太陽光パネルなどのハード的な電流超過時間の許容値）」や、「所定時間を、契約電力プランに応じた上限以下で変化させる場合（例：電力契約プランの契約内容によって決定される電流超過時間の許容値）」等が考えられる。

上述の実施形態では、ヒートポンプユニット３０とタンクユニット４０とで構成された給湯システムを採用しているが、図７に示した空気調和システム（ヒートポンプシステム）１２０を採用してもよい。

図７に示すように、本変形例の空気調和システム１２０は、圧縮機１３１と、圧縮機１３１の吐出側が一端に接続された四路切換弁１３２と、四路切換弁１３２に一端が接続された室外熱交換器１３３と、室外熱交換器１３３の他端に接続された減圧機構としての膨張弁１３４と、膨張弁１３４の他端に接続された室内熱交換器１３５とを備えている。上記の室内熱交換器１３５の他端は、四路切換弁２を介して圧縮機１３１の吸入側に接続されている。上記の圧縮機１３１、四路切換弁１３２、室外熱交換器１３３、電動膨張弁１３４および室内熱交換器１３５で冷媒回路が構成されている。

また、この空気調和システム１２０は、室外熱交換器１３３の近傍に配置された室外ファン１３６と、室内熱交換器１３５の近傍に配置された室内ファン１３７とを備えている。上記の圧縮機１３１、四路切換弁１３２、室外熱交換器１３３、膨張弁１３４及び室外ファン１３６は、室外機１２０ａに配置され、室内熱交換器１３５及び室内ファン１３７は、室内機１２０ｂに配置されている。

この空気調和機では、暖房運転時、四路切換弁１３２を実線の切換え位置に切り換えて、圧縮機１３１を起動すると、圧縮機１３１から吐出された高圧冷媒が四路切換弁１３２を通って室内熱交換器１３５に入る。そして、室内熱交換器１３５で凝縮した冷媒は、膨張弁１３４で減圧された後に室外熱交換器１３３に入る。室外熱交換器１３３で蒸発した冷媒が四路切換弁１３２を介して圧縮機１３１の吸入側に戻る。こうして、圧縮機１３１、室内熱交換器１３５、膨張弁１３４および室外熱交換器１３３で構成された冷媒回路を冷媒が循環して、冷凍サイクルを実行する。そして、室内ファン１３７により室内熱交換器１３５を介して室内空気を循環させることにより室内を暖房する。

これに対して、冷房運転時（除湿運転時を含む）は、四路切換弁１３２を点線の切換え位置に切り換えて、圧縮機１３１を起動すると、圧縮機１３１から吐出された高圧冷媒が四路切換弁１３２を通って室外熱交換器３に入る。そして、室外熱交換器１３３で凝縮した冷媒は、電動膨張弁１３４で減圧された後に室内熱交換器１３５に入る。室内熱交換器１３５で蒸発した冷媒が四路切換弁１３２を介して圧縮機１３１の吸入側に戻る。こうして、圧縮機１３１、室外熱交換器１３３、膨張弁１３４および室内熱交換器１３５の順に冷媒が循環する冷凍サイクルを実行する。そして、室内ファン１３７により室内熱交換器１３５を介して室内空気を循環させることにより室内を冷房する。

上述の実施形態では、ＨＥＭＳコントローラ１５からの上限値設定信号及び上限値解除信号を受信することで、通常モードと上限値設定モードとの切り換えを行っていた。しかしそれに限定されず、ヒートポンプユニット３０に付属する図示しない電力計またはリモコンからの信号により制御装置２１が制御モードを切り換えてもよい。タンクユニット４０の給湯タンク４２からの信号、またはタンクユニット４０に代えてエアコンを用いる場合は室内機からの信号により制御モードを切り換えてもよい。また、これらの切り換え制御は以下の切り換え制御と組み合わせてもよい。

また、ヒートポンプユニット３０自身が判断して切り換えてもよい。例えば、ヒートポンプユニット３０の制御装置２１に内蔵されたカレンダー機能、または時計などに予めプログラムされた条件が成立することで制御モードを切り換えてもよい。同様に、外気温度、使用状況または電流値により制御モードを切り換えてもよい。

ＨＥＭＳコントローラ１５の代わりに、ＢＥＭＳコントローラ、ＭＥＭＳコントローラ等を採用してもよい。

上限値設定モードは、圧縮機３１の使用電力に上限値を設けて運転するモードに限定されず、圧縮機３１の使用電流又は使用皮相電力に上限値を設けて運転するモードであってもよい。電流又は皮相電力は、電力よりも、検知が容易であり、安価なセンサで検知が可能である。

本発明を利用すれば、圧縮機の周波数が垂下することにより、上限値が低下した直後に、圧縮機の使用電力が上限値を超え圧縮機が停止するのを防止できる。

１２ インターネット
１３ 電力制限システム
１５ ＨＥＭＳコントローラ
３０ ヒートポンプユニット（ヒートポンプシステム）
３１ 圧縮機
３２ 室外熱交換器（熱源側熱交換器）
３３ 膨張弁（減圧機構）
３９ 給湯用熱交換器（利用側熱交換器）

Claims (6)

1. 圧縮機と熱源側熱交換器と減圧機構と利用側熱交換器とを接続し、冷媒が循環する冷媒回路を備えたヒートポンプシステムであって、
   通常モードと、圧縮機の使用電力、使用電流又は使用皮相電力に上限値を設けて運転する上限値設定モードとで運転可能であって、
   前記上限値設定モードでは、圧縮機の使用電力、使用電流又は使用皮相電力が垂下制限値を超えた場合に圧縮機の周波数を垂下させ、且つ、圧縮機の使用電力、使用電流又は使用皮相電力が前記垂下制限値より大きい上限制限値を超えた場合に圧縮機が停止するように制御され、
   前記上限値設定モードにおいて、
   第１上限値設定モードから、第１上限値設定モードに基づいた第１上限値より小さい第２上限値をもつ第２上限値設定モードに変化した場合に、前記第１上限値設定モードに基づいた第１垂下制限値から前記第２上限値設定モードに基づいた第２垂下制限値に変更され、所定時間が経過した後で、前記第１上限値設定モードに基づいた第１上限制限値から前記第２上限値設定モードに基づいた第２上限制限値に変更されることを特徴とするヒートポンプシステム。
2. 前記所定時間は、前記第１上限値と前記第２上限値との差が大きいほど長い時間に決定されることを特徴とする請求項１に記載の特徴とするヒートポンプシステム。
3. 前記所定時間は、外部からの信号により変更可能であることを特徴とする請求項１または２に記載の特徴とするヒートポンプシステム。
4. 前記上限値設定モードにおいて、
   第１上限値設定モードから、第１上限値設定モードに基づいた第１上限値より大きい第３上限値をもつ第３上限値設定モードに変化した場合に、前記第１上限値設定モードに基づいた第１垂下制限値から前記第３上限値設定モードに基づいた第３垂下制限値に変更されると同時に、前記第１上限値設定モードに基づいた第１上限制限値から前記第３上限値設定モードに基づいた第３上限制限値に変更されることを特徴とする請求項１−３のいずれかに記載の特徴とするヒートポンプシステム。
5. 請求項１−４のいずれかに記載のヒートポンプシステムと、
   前記ヒートポンプシステムに接続され、使用電力、使用電流又は使用皮相電力を管理するＨＥＭＳコントローラを備え、
   制御モードが、前記ＨＥＭＳコントローラから前記ヒートポンプシステムへの信号により、前記通常モードから前記上限値設定モードに切り換わることを特徴とする電力制限システム。
6. 前記ＨＥＭＳコントローラがインターネットに接続され、
   前記ＨＥＭＳコントローラから前記ヒートポンプシステムへの信号は、前記インターネットを介して受信した外部信号に基づいて変更されることを特徴とする請求項５に記載の電力制限システム。

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