WO2025154239A1

WO2025154239A1 - ヒートポンプシステム

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Publication number: WO2025154239A1
Application number: PCT/JP2024/001297
Authority: WO
Inventors: 章吾玉木; 進一内野
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2024-01-18
Filing date: 2024-01-18
Publication date: 2025-07-24
Anticipated expiration: 2026-07-18

Abstract

本開示に係るヒートポンプシステムは、冷凍サイクル装置と、冷凍サイクル装置の消費電力を計測する電力計と、冷凍サイクル装置の能力を検出する能力検出器と、消費電力と冷凍サイクル装置の能力とから算出される実ＣＯＰがＣＯＰ保護値以下とならないように冷凍サイクル装置の運転容量を低下させるＣＯＰ保護制御を行うように構成された処理回路と、ＣＯＰ保護値を補正するＣＯＰ保護値補正機能と、を備える。ＣＯＰ保護値補正機能は、リモコン装置またはモバイル端末に搭載されている。

Description

ヒートポンプシステム

　本開示は、ヒートポンプシステムに関する。

　下記特許文献１には、ヒートポンプサイクルを用いて給湯用の液体を加熱し、その加熱された液体を貯湯タンクに蓄えるヒートポンプ給湯装置において、ヒートポンプサイクルの制御手段として加熱能力を目標とする場合と運転効率を目標とする場合を切り替える優先順位制御手段を備えたことを特徴とするヒートポンプ給湯装置が開示されている。

日本特開２００５－１２７５８８号公報

　上述した従来の装置では、運転効率優先時は給湯運転開始から常に圧縮機周波数が低くなり、加熱能力が低下するので湯切れとなる可能性が高まる。

　本開示は、上述のような課題を解決するためになされた。本開示の目的は、給湯運転を短時間で完了することと、ＣＯＰ（Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ　Ｏｆ　Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ）を高くすることとを両立する上で有利になるヒートポンプシステムを提供することである。

　本開示に係るヒートポンプシステムは、冷凍サイクル装置と、冷凍サイクル装置の消費電力を計測する電力計と、冷凍サイクル装置の能力を検出する能力検出器と、消費電力と冷凍サイクル装置の能力とから算出される実ＣＯＰがＣＯＰ保護値以下とならないように冷凍サイクル装置の運転容量を低下させるＣＯＰ保護制御を行うように構成された処理回路と、ＣＯＰ保護値を補正するＣＯＰ保護値補正機能と、を備えたものである。

　本開示によれば、給湯運転を短時間で完了することと、ＣＯＰを高くすることとを両立する上で有利になるヒートポンプシステムを提供することが可能となる。

実施の形態１におけるヒートポンプシステムの給湯運転モード時の冷媒、熱媒体及び水の流れを示したシステム回路図である。ヒートポンプ制御装置の構成を示すブロック図である。ハイドロ制御装置の構成を示すブロック図である。実施の形態１における制御動作を示すフローチャートである。実施の形態１におけるモバイル端末の表示画面の例を示す図である。実施の形態１におけるモバイル端末の表示画面の他の例を示す図である。実施の形態１においてＣＯＰ保護値を自動で補正するためのフローチャートである。図７のフローチャートの処理を実施した結果、ｎ日目にＣＯＰ保護値の調整が完了した場合の動作例を示すグラフである。実施の形態１におけるヒートポンプ制御装置及びハイドロ制御装置の機能を実現する構成の一例を示す図である。

　以下、図面を参照して実施の形態について説明する。各図において共通または対応する要素には、同一の符号を付して、説明を簡略化または省略する。以下の説明において、「水」または「湯」との記載は、原則として、液体の水を意味し、冷水から熱湯までもが含まれうるものとする。また、以下に示す実施の形態に示した構成は、本開示に係る技術的思想の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本開示に記載の複数の技術的思想を組み合わせることも可能である。また、本開示の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略または変更することも可能である。

実施の形態１．
＜機器構成＞
　図１は、本開示の実施の形態１に係るヒートポンプシステム１００のシステム回路図である。図１に示すように、ヒートポンプシステム１００は、蒸気圧縮式冷凍サイクル（ヒートポンプサイクル）の冷媒回路５１と加熱循環回路５２の一部とを搭載したヒートポンプユニット３０１と、加熱循環回路５２の一部と貯湯回路５３とを搭載した貯湯タンクユニット３０２と、加熱循環回路５２の一部により構成され、室内を暖房する暖房ユニット３０５ａ，３０５ｂとを備えている。ヒートポンプユニット３０１と貯湯タンクユニット３０２とは、熱媒体配管３０３及び熱媒体配管３０４を介して接続されている。貯湯タンクユニット３０２と暖房ユニット３０５ａ，３０５ｂとは、熱媒体配管３０６及び熱媒体配管３０７を介して接続されている。また、貯湯タンクユニット３０２は、給湯端末（例えば、台所あるいは洗面所等の蛇口）に繋がる給湯管３０８と、水道等の水源から給水するための給水管３０９とに接続されている。ヒートポンプシステム１００は、給湯機能と空調機能を備えた給湯空調システムに相当する。

　ヒートポンプユニット３０１の冷媒回路５１に用いられる冷媒は、特に限定されず、例えば、Ｒ４１０Ａ、Ｒ３２、ＨＦＯ－１２３４ｙｆ、炭化水素あるいは二酸化炭素のような自然冷媒、などを用いることができる。また、加熱循環回路５２に用いられる熱媒体は、特に限定されず、例えば、水、エチレングリコール、プロピレングリコール、ナイブライン（ナイブラインは登録商標）、あるいはこれらの混合物、などの液体を用いることができる。また、エチレングリコール、プロピレングリコール、ナイブラインなどは、任意の濃度のものを用いることができる。

　このヒートポンプシステム１００は、例えば一般住宅あるいはオフィスビル等に設置される。ヒートポンプシステム１００は、貯湯タンクユニット３０２にて選択された給湯指令（給湯ＯＮ／ＯＦＦ）又は暖房指令（暖房ＯＮ／ＯＦＦ）を処理することができる。

＜ヒートポンプユニット３０１＞
　ヒートポンプユニット３０１は、圧縮機１と、凝縮器２と、膨張弁３と、蒸発器４とを冷媒配管により環状に接続した冷媒回路５１を搭載している。圧縮機１は、冷媒を吸入し圧縮して高温高圧の状態にする。圧縮機１は、例えばインバータ制御により、回転速度が制御されるタイプのものが好ましい。凝縮器２は、熱媒体と冷媒とを熱交換させることで、熱媒体を加熱し、冷媒を冷却する。凝縮器２は、例えばプレート式熱交換器により構成される。膨張弁３は、冷媒を減圧して低温低圧の状態にする。膨張弁３の開度は、可変である。蒸発器４は、外気と冷媒を熱交換させることで、外気から熱を吸収して冷媒を加熱する。蒸発器４は、例えば、伝熱管と多数のフィンとにより構成されたクロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型空気熱交換器で構成される。蒸発器４には送風機５が設置されている。送風機５により、外気を吸入して、蒸発器４にて熱交換した後に、その空気を外部に排出する。送風機５は、プロペラファン等のファンと、このファンを駆動する、例えば、ＤＣファンモータからなるモータとを備えている。送風機５は、供給する空気の流量を可変とするように構成される。ヒートポンプユニット３０１は、冷凍サイクル装置に相当する。

　ヒートポンプユニット３０１は、更に、圧縮機１から吐出される冷媒の圧力を検出する圧力センサ２０１と、圧縮機１から吐出される冷媒の温度を検出する温度センサ２０２と、凝縮器２から流出する冷媒の温度を検出する温度センサ２０３と、蒸発器４に流入する冷媒の温度を検出する温度センサ２０４と、蒸発器４に流入する空気の温度すなわち外気温度を検出する温度センサ２０５と、凝縮器２に流入する熱媒体の温度を検出する温度センサ２０６と、凝縮器２から流出する熱媒体の温度を検出する温度センサ２０７とを備えている。

＜貯湯タンクユニット３０２＞
　貯湯タンクユニット３０２には、熱媒体ポンプ６、三方弁７、加熱熱交換器８、水ポンプ９、貯湯タンク１０、及び混合弁１１等が搭載されている。熱媒体ポンプ６は、加熱循環回路５２にて熱媒体を循環させる機能を有している。熱媒体ポンプ６は、可変速式のもの（例えばインバータ制御によるもの）でもよいし、あるいは一定速式のものでもよい。三方弁７は、熱媒体の流れ方向を切り換える流路切換手段として機能するものである。貯湯タンク１０に湯を供給して貯湯タンク１０に蓄熱する給湯運転の時には、熱媒体が加熱熱交換器８に流れるように三方弁７が切り換えられる。暖房運転時には、熱媒体が暖房ユニット３０５ａ，３０５ｂに流れるように三方弁７が切り換えられる。加熱熱交換器８は、熱媒体と水とを熱交換させることで、水を加熱し、熱媒体を冷却する。加熱熱交換器８は、例えばプレート式熱交換器により構成される。本実施形態では、加熱熱交換器８内で熱媒体と水とが逆方向に流れるように構成されている。水ポンプ９は、貯湯回路５３にて水を循環させる機能を有している。水ポンプ９は、可変速式のもの（例えばインバータ制御によるもの）でもよいし、あるいは一定速式のものでもよい。貯湯タンク１０は、加熱された湯及び加熱前の水を貯留する機能を有している。貯湯タンク１０は、満水式である。貯湯タンク１０の下部の接続点１４には貯湯回路５３の一端が接続されている。貯湯タンク１０の下部のうち、接続点１４よりも高い位置にある接続点１７には貯湯回路５３の他端が接続されている。水ポンプ９を駆動することにより、貯湯タンク１０内の水が接続点１４から流出し、加熱熱交換器８に送られて加熱された後、貯湯タンク１０に戻り、接続点１７から貯湯タンク１０内に流入する。

　出湯管１５は、貯湯タンク１０の上部と混合弁１１とを接続している。給水管３０９は、貯湯タンク１０の下部と、混合弁１１とにそれぞれ接続されている。混合弁１１には更に給湯管３０８が接続されている。ユーザーの給湯要求に応じて、貯湯タンク１０の上部から出湯管１５へ湯が流出し、混合弁１１に供給される。この際、出湯管１５へ流出した湯と同量の低温水が給水管３０９から貯湯タンク１０の下部に流入する。混合弁１１は、出湯管１５からの湯と、給水管３０９からの低温水とを混合して、給湯管３０８へ送水する。混合弁１１は、湯と低温水との混合比を制御可能になっており、予め設定された温度の湯を生成する。

　貯湯タンクユニット３０２は、更に、加熱熱交換器８に流入する熱媒体の温度を検出する温度センサ２０８と、加熱熱交換器８から流出する熱媒体の温度を検出する温度センサ２０９と、加熱熱交換器８に流入する水の温度を検出する温度センサ２１０と、加熱熱交換器８から流出する水の温度を検出する温度センサ２１１と、貯湯タンク１０内の水温を検出する温度センサ２１２と、給湯管３０８内の水温を検出する温度センサ２１６とを備えている。

＜暖房ユニット３０５ａ，３０５ｂ＞
　暖房ユニット３０５ａ，３０５ｂは、暖房熱交換器としてのラジエータ１２ａ，１２ｂ（パネルヒータ）を備えている。ラジエータ１２ａ，１２ｂに熱媒体を流すことによって、室内の空気を輻射により暖房する。

　本実施の形態では、暖房ユニットを２台にしているが、暖房ユニットを１台若しくは３台以上としても良い。また、本実施の形態では、暖房熱交換器をラジエータとしたが、例えばファンコイルユニットあるいは床暖房ヒータ等の他種の暖房熱交換器を用いても良く、複数種類の暖房熱交換器が混在した形態としても良い。

＜ヒートポンプ制御装置１０１及びハイドロ制御装置１２１＞
　ヒートポンプユニット３０１には、例えばマイクロコンピュータにより構成されたヒートポンプ制御装置１０１が設けられている。ヒートポンプ制御装置１０１は、処理回路に相当する。貯湯タンクユニット３０２には、例えばマイクロコンピュータにより構成されたハイドロ制御装置１２１が設けられている。ハイドロ制御装置１２１は、処理回路に相当する。図２は、ヒートポンプ制御装置１０１の構成を示したブロック線図である。ヒートポンプ制御装置１０１は、圧力センサ２０１あるいは温度センサ２０２，２０３，２０４，２０５，２０６，２０７などの出力に基づいて圧力あるいは温度の情報を取得する計測手段１０２と、ヒートポンプユニット３０１の運転状態（温度、圧力など）あるいは異常信号などをハイドロ制御装置１２１に送信したり、また逆に貯湯タンクユニット３０２の運転状態（温度、機器動作など）あるいは異常信号などをハイドロ制御装置１２１から受信したりするための通信手段１０３と、計測手段１０２により取得された計測情報に基づいて凝縮温度あるいは過冷却度などを演算する演算手段１０４と、上記計測情報あるいは演算手段１０４の演算結果等に基づいてヒートポンプユニット３０１の運転状態（圧縮機１の運転方法あるいは膨張弁３の開度など）を制御する制御手段１０５とを有している。なお、通信手段１０３は、例えば電話回線、ＬＡＮ回線、無線通信などにより、後述する通信手段１２５と相互に通信を行うように構成されている。

　図３は、ハイドロ制御装置１２１の構成を示したブロック線図である。ハイドロ制御装置１２１には、温度センサ２０８，２０９，２１０，２１１，２１２，２１６の出力に基づいて温度の情報を取得する計測手段１２２と、加熱循環回路５２を流れる熱媒体の種類などを記憶する記憶手段１２３と、ユーザーからの運転モードのＯＮ／ＯＦＦ指令あるいは据付け業者からのインプット情報などの入力を認識する入力手段１２４と、貯湯タンクユニット３０２の運転状態（温度あるいは機器動作など）あるいは異常信号などをヒートポンプ制御装置１０１に送信したり、また逆にヒートポンプユニット３０１の運転状態（温度、圧力など）あるいは異常信号などをヒートポンプ制御装置１０１から受信したりするための通信手段１２５と、計測手段１２２により取得された計測情報に基づいて加熱熱交換器８に出入りする水の温度差及び加熱熱交換器８に出入りする熱媒体の温度差などを演算する演算手段１２６と、上記計測情報あるいは演算手段１２６の演算結果等に基づいて貯湯タンクユニット３０２の運転状態（熱媒体ポンプ６及び水ポンプ９の運転状態あるいは三方弁７の切り換えなど）を制御する制御手段１２７とを有している。

　また、ハイドロ制御装置１２１には、冷凍サイクル装置であるヒートポンプユニット３０１の消費電力を計測する電力計１４１と、リモコン装置２５１と、フローセンサ１３１とがさらに接続されている。フローセンサ１３１は、加熱循環回路５２を流れる熱媒体の体積流量を検知する。

　リモコン装置２５１は、ユーザーインターフェースの例である。ユーザー等の人間は、リモコン装置２５１を操作することで、ヒートポンプシステム１００を遠隔操作したり、各種の設定などを行ったりすることが可能である。ハイドロ制御装置１２１とリモコン装置２５１との間は、有線通信でも無線通信でもよい。リモコン装置２５１は、浴室に設置されてもよい。リモコン装置２５１は、台所に設置されてもよい。ヒートポンプシステム１００は、異なる場所に設置された複数のリモコン装置２５１を備えてもよい。リモコン装置２５１は、表示部と、操作部と、音声出力部とを備える。表示部は、例えば、液晶ディスプレイまたは有機ＥＬディスプレイでもよい。表示部は、例えば、ヒートポンプシステム１００の状態に関する情報、ヒートポンプシステム１００の設定内容に関する情報などを表示できる。表示部は、ユーザー等の人間に情報を報知する報知手段として機能する。操作部は、ユーザーが操作するためのボタン、ダイヤル、キーなどを含んでもよい。表示部は、操作部の機能を兼ね備えるタッチスクリーンでもよい。音声出力部は、ユーザー等の人間に情報を音声により報知する報知手段として機能する。リモコン装置２５１に代えて、あるいはリモコン装置２５１に加えて、例えばスマートフォンその他のモバイル端末４０１をユーザーインターフェースとして利用できるように構成してもよい。

　なお、実施の形態１では、ヒートポンプ制御装置１０１がヒートポンプユニット３０１に設置され、ハイドロ制御装置１２１が貯湯タンクユニット３０２に設置された構成となっているが、このような構成に限定されず、貯湯タンクユニット３０２にヒートポンプ制御装置１０１が設置されたり、ヒートポンプユニット３０１にハイドロ制御装置１２１が設置された構成としてもよい。また、ヒートポンプ制御装置１０１とハイドロ制御装置１２１とが一体化されていてもよい。また、ヒートポンプユニット３０１及び貯湯タンクユニット３０２以外の場所に制御装置（図示せず）を用意し、その制御装置がヒートポンプ制御装置１０１及びハイドロ制御装置１２１の一部又は全部の機能を引き受ける構成としても良い。

＜運転モード＞
　ヒートポンプシステム１００は、暖房ユニット３０５ａ，３０５ｂに要求される暖房負荷及び貯湯タンクユニット３０２に要求される給湯要求に応じて、ヒートポンプユニット３０１、貯湯タンクユニット３０２及び暖房ユニット３０５ａ，３０５ｂに搭載されている各機器の制御を行い、暖房運転モード若しくは給湯運転モードを実行する。暖房運転モード若しくは給湯運転モードのＯＮ／ＯＦＦの情報は、ユーザーにより、若しくは時刻等に基づいて自動で、ハイドロ制御装置１２１の入力手段１２４に入力される。その入力情報は、通信手段１２５によりヒートポンプ制御装置１０１に送信される。以下、各運転モードにおける運転動作について説明する。

［暖房運転モード］
　まず、暖房運転モードについて説明する。暖房運転モードでは、三方弁７は、凝縮器２の出口と暖房ユニット３０５ａ，３０５ｂとを接続するように切り換えられる。この状態にてヒートポンプユニット３０１及び貯湯タンクユニット３０２の運転を実施する。そうすると、冷媒回路５１では圧縮機１から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、凝縮器２に流入し、熱媒体により冷却されて高圧液冷媒になる。その後、冷媒は、凝縮器２から流出し、膨張弁３にて減圧され低圧の二相冷媒となる。その後、冷媒は、蒸発器４に流入し、外気から熱を吸収して低圧ガス冷媒となる。その後、冷媒は、再び圧縮機１に吸入される。圧縮機１、膨張弁３及び送風機５は、計測手段１０２により計測された温度あるいは圧力に応じてヒートポンプ制御装置１０１の制御手段１０５により運転状態が制御されている。

　一方、加熱循環回路５２では、熱媒体ポンプ６により送流された熱媒体が貯湯タンクユニット３０２より流出し、熱媒体配管３０４を経由してヒートポンプユニット３０１に流入する。熱媒体は、ヒートポンプユニット３０１に流入後、凝縮器２にて冷媒により加熱され、高温状態となる。この高温の熱媒体は、ヒートポンプユニット３０１より流出し、熱媒体配管３０３を経由して、再び貯湯タンクユニット３０２に流入する。熱媒体は、その後、三方弁７を経由して貯湯タンクユニット３０２から流出し、熱媒体配管３０６を経由して、暖房ユニット３０５ａ，３０５ｂに流入する。ラジエータ１２ａ，１２ｂにて熱媒体と室内空気とが熱交換することにより室内を暖房し、熱媒体は低温となる。低温となった熱媒体は、暖房ユニット３０５ａ，３０５ｂから流出し、熱媒体配管３０７を経由して貯湯タンクユニット３０２に流入し、再び熱媒体ポンプ６に流入する。熱媒体ポンプ６は、計測された温度あるいは圧力に応じて、ハイドロ制御装置１２１の制御手段１２７により運転状態が制御されている。なお、暖房運転モードでは、貯湯タンク１０の水を加熱しないため、水ポンプ９は停止しており、貯湯回路５３の水は流れていない。

［給湯運転モード］
　次に、給湯運転モードについて説明する。なお、図１中の矢印は、給湯運転モードにおける冷媒、熱媒体及び水の流れ方向を示している。給湯運転モードでは、三方弁７は、凝縮器２の出口と加熱熱交換器８の入口とを接続するように切り換えられる。この状態にてヒートポンプユニット３０１及び貯湯タンクユニット３０２の運転を実施する。そうすると、冷媒回路５１では圧縮機１から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、凝縮器２に流入し、熱媒体により冷却されて高圧液冷媒になる。冷媒は、その後、凝縮器２から流出し、膨張弁３にて減圧され低圧の二相冷媒となる。冷媒は、その後、蒸発器４に流入し、外気から熱を吸収して低圧ガス冷媒となる。冷媒は、その後、再び圧縮機１に吸入される。圧縮機１、膨張弁３及び送風機５は、計測手段１０２により計測された温度あるいは圧力に応じてヒートポンプ制御装置１０１の制御手段１０５により運転状態が制御されている。

　一方、加熱循環回路５２では、熱媒体ポンプ６により送流された熱媒体は貯湯タンクユニット３０２より流出し、熱媒体配管３０４を経由してヒートポンプユニット３０１に流入する。熱媒体は、ヒートポンプユニット３０１に流入後、凝縮器２にて冷媒により加熱され、高温状態となる。この高温の熱媒体は、ヒートポンプユニット３０１より流出し、熱媒体配管３０３を経由して、再び貯湯タンクユニット３０２に流入する。熱媒体は、その後、三方弁７を経由して加熱熱交換器８に流入し、水と熱交換を行うことで水を加熱し、熱媒体は低温となる。この温度低下した熱媒体は、その後、再び熱媒体ポンプ６に流入する。

　一方、貯湯回路５３では、貯湯タンク１０の接続点１４より流出した水が水ポンプ９により加熱熱交換器８へ送流される。この水は、加熱熱交換器８にて熱媒体により加熱されて、湯となる。加熱熱交換器８から流出した湯は、接続点１７から貯湯タンク１０に流入し、貯えられる。貯湯タンク１０の接続点１４より水が連続して流出し、湯が接続点１７へ連続して流入することにより、貯湯タンク１０内の水温は増加する。なお、給湯運転モードでは、室内の暖房を実施しておらず、暖房ユニット３０５ａ，３０５ｂに熱媒体は流れていない。

　上述したように、加熱熱交換器８にて加熱された水は、貯湯タンク１０の下部の接続点１７より貯湯タンク１０内に流入する。貯湯タンク１０の下部には、低温の水が存在している。加熱熱交換器８にて加熱された水が貯湯タンク１０内に流入することで、貯湯タンク１０全体の水温が上昇する。本実施の形態における給湯運転は、貯湯タンク１０の全体を徐々に昇温させる運転動作となり、加熱熱交換器８にて複数回の熱交換がなされることにより貯湯タンク１０に湯が貯まる。この加熱方式を循環加温という。循環加温では、加熱熱交換器８にて水を例えば５℃昇温させ、貯湯タンク１０の水温を上昇させる。そのため、加熱熱交換器８に流入する水の温度は例えば２５℃、３０℃、・・・と上昇していき、それにつれて加熱熱交換器８から流出する水の温度も３０℃、３５℃、・・・と上昇していく。循環加温では、加熱開始初期は、貯湯タンク１０の水温が低く、加熱熱交換器８に流入する熱媒体の温度及び加熱熱交換器８から流出する水の温度も低いので、凝縮器２から流出する熱媒体の温度及び凝縮器２に流入する熱媒体の温度が低くなる。そのため、ヒートポンプユニット３０１の運転効率が高い状態となる。

　水ポンプ９の制御方法は次の通りとなる。加熱熱交換器８に流入する熱媒体の温度を低く抑えるため、水の流量を多くして加熱熱交換器８から流出する水の温度を低くする。つまり、水ポンプ９は、例えば、加熱熱交換器８における水の入口出口間温度差が５℃程度となるような流量で、一定運転とする。例えば、加熱熱交換器８の加熱能力が９ｋＷの場合、水の比熱が４．１８ｋＪ／ｋｇＫ、水の密度が１０００ｋｇ／ｍ^３とすると、必要となる水の流量は２５．８４リットル／分となる。したがって、水ポンプ９としては、２５．８４リットル／分の流量を確保できるポンプを選定する。

　熱媒体ポンプ６においても、加熱熱交換器８における熱媒体の入口出口間温度差を水の入口出口間温度差以下とするためには、水の流量以上の熱媒体の流量を確保しなければならない。つまり、水ポンプ９の送水する水の流量が２５．８４リットル／分の場合、熱媒体ポンプ６としては、２５．８４リットル／分以上の流量を確保できるポンプを選定する必要がある。

　高圧液冷媒温度は、冷媒回路５１を流れる冷媒の凝縮器２の出口での温度である。ヒートポンプユニット３０１の膨張弁３の制御においても、凝縮器２に流入する熱媒体の温度若しくは凝縮器２から流出する熱媒体の温度とのどちらか一方に応じて高圧液冷媒温度の目標値を設定し、高圧液冷媒温度が目標値となるように膨張弁３により制御する。高圧液冷媒温度の目標値は、例えば、凝縮器２に流入する熱媒体の温度より３℃高い値とすることができる。また、加熱熱交換器８における熱媒体の入口出口間温度差が５℃程度となるように熱媒体ポンプ６により制御されているため、凝縮器２の熱媒体の入口出口間温度差も５℃程度となる。そのため、凝縮器２に流入する熱媒体の温度がそれほど低くなっていないため、凝縮器２の過冷却度が目標値（例えば２℃）となるように膨張弁３を制御するようにしても良い。ここで、凝縮器２の過冷却度とは、圧力センサ２０１にて検出される圧力の飽和温度から、温度センサ２０３にて検出される温度を差し引いた値である。

　以上のようにすることで、ヒートポンプシステム１００において、暖房運転と給湯運転とを実施することが可能であり、かつ、効率の高い給湯運転が実施できる。具体的には、貯湯タンク１０の外部に設置した加熱熱交換器８を用いたことにより、伝熱性能が向上する。ヒートポンプユニット３０１に流入する熱媒体の温度を低くすることができるので、ヒートポンプユニット３０１を高い運転効率にて運転することができる。また、貯湯タンク１０の外部に加熱熱交換器８を設置したため、加熱熱交換器８に不具合が発生した場合に取替えが容易にできるため、メンテナンス性も向上する。

　給湯要求と空調要求が同時にある場合には、給湯要求優先で、給湯運転を実施するが、給湯運転時間が第一所定時間（例えば１時間）に到達した場合には室内快適性のため、一時的に第二所定時間（例えば３０分間）の暖房運転を実施する。そして、貯湯タンク１０内の湯温が十分に高くなったら、空調要求に従って暖房運転を実施する。

　本実施の形態において、ヒートポンプユニット３０１の加熱能力は、冷凍サイクル装置の能力に相当している。ハイドロ制御装置１２１は、温度センサ２０８で検知される出口水温と、温度センサ２０９で検知される入口水温と、フローセンサ１３１で検知される熱媒体の流量とに基づいて、ヒートポンプユニット３０１の加熱能力［ｋＷ］を以下の式により算出できる。なお、熱媒体比熱と熱媒体密度は、記憶手段１２３に記憶されている。
　加熱能力＝熱媒体流量×熱媒体比熱×熱媒体密度×（出口水温－入口水温）

　本実施の形態において、温度センサ２０８，２０９及びフローセンサ１３１は、冷凍サイクル装置の能力を検出する能力検出器に相当している。

　本実施の形態において、ヒートポンプ制御装置１０１とハイドロ制御装置１２１とは、給湯運転のときに、ＣＯＰ保護制御を行うように構成されている。ＣＯＰ保護制御は、実ＣＯＰがＣＯＰ保護値以下とならないように冷凍サイクル装置の運転容量を低下させる制御である。ＣＯＰ保護値は、記憶手段１２３に記憶されている。ハイドロ制御装置１２１は、電力計１４１により計測されたヒートポンプユニット３０１の消費電力と、上記のようにして計算された加熱能力とから次式により実ＣＯＰを算出する。
　実ＣＯＰ＝加熱能力［ｋＷ］／消費電力［ｋＷ］

　圧縮機１の周波数が高いほど、冷凍サイクル装置の運転容量は高くなる。本実施の形態では、圧縮機１の周波数を低下させることで、冷凍サイクル装置の運転容量を低下させる。このような構成に限らず、複数台の圧縮機が設けられたシステムにおいては、運転する圧縮機の台数を減らすことで冷凍サイクル装置の運転容量を低下させてもよい。

　給湯運転中、凝縮器２に流入する熱媒体の温度は徐々に上昇する。凝縮器２に流入する熱媒体の温度が上昇するほど加熱能力は低下する。このため、ＣＯＰも徐々に低下する。

　圧縮機１の周波数が低いほど、ＣＯＰは高くなる。このため、圧縮機１の周波数を下げることで、実ＣＯＰがＣＯＰ保護値以下とならないようにすることが可能となる。なお、ＣＯＰ保護値は、一例として、３．０でもよい。

　本実施の形態であれば、凝縮器２に流入する熱媒体の温度が高くない給湯運転の初期から中盤にかけては加熱能力を高い状態に維持し、凝縮器２に流入する熱媒体の温度が高くなってきたときにＣＯＰを高く維持した動作になるため、給湯運転時間を湯切れしない程度の長さに維持しつつ、省エネルギーを達成することが可能となる。

　ヒートポンプシステム１００は、ＣＯＰ保護値を補正するＣＯＰ保護値補正機能を有している。これにより、ＣＯＰ保護値を据え付け先物件の特性に応じた保護値に変更することができる。このため、据え付け先物件に対してより適合した運転状態に調整することができる。

　ＣＯＰ保護値補正機能は、リモコン装置２５１またはモバイル端末４０１に搭載されていてもよい。これにより、ユーザーまたは据え付け業者は、リモコン装置２５１またはモバイル端末４０１を操作することで、ＣＯＰ保護値を容易に補正することができる。ＣＯＰ保護値補正機能がモバイル端末４０１に搭載されている場合には、ユーザーが外出時などにもＣＯＰ保護値を補正することが可能となる。

　省エネ優先モードのＯＮ／ＯＦＦをユーザーがリモコン装置２５１またはモバイル端末４０１を操作することで選択可能となっていてもよい。省エネ優先モードは、通常モードに比べて、省エネルギーを優先した運転を行うモードである。ヒートポンプ制御装置１０１及びハイドロ制御装置１２１は、省エネ優先モードがＯＮの場合にＣＯＰ保護制御を実施し、省エネ優先モードがＯＦＦの場合にＣＯＰ保護制御を実施しないように構成されていてもよい。すなわち、省エネ優先モードがＯＦＦの場合には、ヒートポンプ制御装置１０１は、実ＣＯＰがＣＯＰ保護値以下になっても、圧縮機１の周波数を低下させない。これにより、ユーザーは、湯の消費量が多いと予め分かる場合には省エネ優先運転モードをＯＦＦにすることで、給湯運転時間を短縮することができるので、湯切れを確実に回避することができる。

　ヒートポンプ制御装置１０１は、ＣＯＰ保護制御において圧縮機１の周波数が低下した状態で送風機５の回転数を低下させるように構成されていてもよい。これにより、圧縮機１が出力する冷媒流量に合わせて送風機５が出力する送風流量を調整することができるため、無駄なファン送風動力を削減することができ、省エネルギーとなる。

　ヒートポンプシステム１００では、運転データをＷｉ－Ｆｉ（登録商標）などの通信手段によりクラウド上に保存してもよい。ＣＯＰあるいは外気温度は、クラウド上で過去所定期間の平均値として演算され、保存されてもよい。

　図４は、実施の形態１における制御動作を示すフローチャートである。以下、図４のフローチャートに沿って説明する。ステップＳ１として、ヒートポンプ制御装置１０１及びハイドロ制御装置１２１は、給湯運転を開始する。ここでは、圧縮機周波数を給湯周波数に固定し、送風機回転数を給湯回転数に固定する。給湯周波数は最大周波数でもよい。給湯回転数は最大回転数でもよい。

　次いで、ステップＳ２として、ハイドロ制御装置１２１は、電力計１４１により消費電力を測定し、加熱能力を演算して、実ＣＯＰを演算する。次いで、ステップＳ３として、省エネ優先モードがＯＮであるかどうかを判断する。省エネ優先モードがＯＮでない場合には、処理はステップＳ８に進む。ステップＳ８では、ハイドロ制御装置１２１は、給湯運転が完了したかどうかを判断する。給湯運転が完了していない場合にはステップＳ２に戻る。給湯運転が完了した場合には、処理はステップＳ９に進み、給湯運転を終了する。

　ステップＳ３で省エネ優先モードがＯＮであった場合には、ステップＳ５に進み、ハイドロ制御装置１２１は、実ＣＯＰがＣＯＰ保護値以下であるかどうかを判断する。実ＣＯＰがＣＯＰ保護値以下である場合には、処理はステップＳ６に進み、ヒートポンプ制御装置１０１は、圧縮機１の周波数を下げる処理を実施する。その後、処理はステップＳ８に進む。また、ステップＳ５で、実ＣＯＰがＣＯＰ保護値以下でない場合には、処理はステップＳ８に進む。

　上述した実施の形態では、給湯運転のときにＣＯＰ保護制御を実施する例について説明したが、暖房運転のときにＣＯＰ保護制御を実施してもよい。

　図５は、実施の形態１におけるモバイル端末４０１の表示画面の例を示す図である。以下、給湯運転のときのモバイル端末４０１の表示画面の例について説明するが、リモコン装置２５１の表示画面についても同様である。

　図５に示すように、モバイル端末４０１の表示画面４１３には、給湯運転中の平均ＣＯＰと外気温度の情報を表示する。外気温度の情報は、一日の平均気温、最低温度、最高温度を含む。平均ＣＯＰの表示値は、過去１日または過去１週間の平均値である。

　また、モバイル端末４０１の表示画面４１３には、現在のＣＯＰ保護値が表示される。同じ画面でＣＯＰ保護値を設定変更できるようにしてもよい。

　このように、モバイル端末４０１の表示画面４１３には、ＣＯＰ保護値と外気温度とが同じ画面に表示される。外気温度とＣＯＰとは相関関係が強いので、ＣＯＰ保護値と外気温度とが同じ画面に表示されることで、ユーザーがＣＯＰ増減に対する理由を理解する助力となる。

　外気温度あるいは平均ＣＯＰは、過去の特定の時期または過去の値の推移が表示可能なようにしてもよい。そのようにすることで、ＣＯＰ増減に対するユーザーの理解の助力となる。

　また、モバイル端末４０１の表示画面４１３には、給湯時間の合計である合計給湯時間と、そのうちでＣＯＰ保護制御が実施された時間であるＣＯＰ保護時間とが表示されている。

　モバイル端末４０１の表示画面４１３に表示される上記データは、クラウド上で保存されていてもよい。

　図６は、実施の形態１におけるモバイル端末４０１の表示画面の他の例を示す図である。図６に示すように、モバイル端末４０１の表示画面４１５には、平均ＣＯＰに代えて省エネ性を星の数で示す複数の星マークが表示されている。省エネ性という表示にすることで、ＣＯＰという言葉に馴染みのないユーザーでも消費電力削減に関して認識を高めることができる。

　また、図５の表示画面４１３に対して図６の表示画面４１５では、ＣＯＰ保護値という記載を目標給湯運転時間という記載にしており、ユーザーには目標とする給湯運転時間の設定をさせるようにする。

　ハイドロ制御装置１２１は、１回の給湯要求が開始されてから終了するまでの時間中の合計給湯運転時間が目標給湯運転時間と一致するようにＣＯＰ保護値を調整する。１回の給湯要求が開始されてから終了するまでの時間とは、貯湯タンク１０の湯が減って、給湯運転を開始してから湯の生成が完了するまでの時間である。

　図６の目標給湯運転時間は、給湯時間関係パラメータの例である。ヒートポンプシステム１００は、給湯時間関係パラメータをユーザーまたは据え付け業者等が入力する入力手段１２４を備えている。リモコン装置２５１またはモバイル端末４０１を入力手段として利用してもよい。

　目標給湯運転時間の表示をすることで、ＣＯＰに馴染みがないユーザーでも運転状態の要望に関する情報をヒートポンプシステム１００に入力可能となり、ＣＯＰ保護値の補正に反映することができる。

　図６の例では、ＡＭ６：００－ＰＭ２２：００の目標給湯運転時間が１時間３０分とされ、ＰＭ２２：００－ＡＭ６：００の目標給湯運転時間が３時間とされている。このように、一日のうちの複数の時間帯のそれぞれに対して異なる値の給湯時間関係パラメータを設定可能である。すなわち、目標給湯運転時間を複数の時間帯で別々に設定できるようにすることで、通常、夜間はユーザーが就寝しているので空調負荷が昼間よりも小さくなり、昼間の負荷によらず、夜間の空調負荷（冬場の場合は温水暖房負荷）に応じたＣＯＰ保護値を決めることが可能となる。

　目標給湯運転時間は３つの時間帯以上で設定できるようにしてもよい。例えば、日中の不在時間に相当する時間帯を追加してもよい。また、曜日に応じて目標給湯運転時間を別で設定できるようにしてもよい。例えば、休日と平日で目標給湯運転時間を分けてもよい。

　図７は、実施の形態１においてＣＯＰ保護値を自動で補正するためのフローチャートである。図７のステップＳ２１で給湯運転が開始すると、ハイドロ制御装置１２１は、ステップＳ２２として給湯運転時間を計測する。ステップＳ２３で給湯運転が完了すると、ハイドロ制御装置１２１は、ステップＳ２４として、給湯運転時間が給湯時間関係パラメータよりも長いかどうかを判断する。給湯運転時間が給湯時間関係パラメータよりも長い場合には、ステップＳ２５に進み、ＣＯＰ保護値が小さくなるように補正する。その後、ステップＳ２６に進む。これに対し、給湯運転時間が給湯時間関係パラメータよりも長くない場合には、そのままステップＳ２６に進む。

　ステップＳ２６では、給湯運転時間が給湯時間関係パラメータよりも短いかどうかを判断する。給湯運転時間が給湯時間関係パラメータよりも短い場合には、ステップＳ２７に進み、ＣＯＰ保護値が大きくなるように補正する。その後、本フローチャートの処理を終了する。これに対し、給湯運転時間が給湯時間関係パラメータよりも短くない場合には、そのまま本フローチャートの処理を終了する。

　上述した例において、ＣＯＰ保護値補正機能は、給湯時間関係パラメータを用いてＣＯＰ保護値を自動で補正する。これにより、適切なＣＯＰ保護値を自動的に設定できる。

　図８は、図７のフローチャートの処理を実施した結果、ｎ日目にＣＯＰ保護値の調整が完了した場合の動作例を示すグラフである。図８の例では、ｎ日目の２４時から６時の間の給湯運転時間が１日目よりも長くなっている。ここでは、給湯運転の途中で空調運転すなわち暖房運転になった後、再び給湯運転に戻っている。

　図９は、ヒートポンプ制御装置１０１及びハイドロ制御装置１２１の機能を実現する構成の一例を示す図である。ヒートポンプ制御装置１０１及びハイドロ制御装置１２１の各機能は、例えば、処理回路により実現される。処理回路は、専用ハードウェア６００であってもよい。処理回路は、プロセッサ６０１およびメモリ６０２を備えていてもよい。処理回路の一部が専用ハードウェア６００として形成され、且つ、当該処理回路は更にプロセッサ６０１およびメモリ６０２を備えていてもよい。図９に示す例において、処理回路の一部は専用ハードウェア６００として形成されている。また、図９に示す例において、処理回路は、専用ハードウェア６００に加えて、プロセッサ６０１およびメモリ６０２を更に備えている。

　一部が少なくとも１つの専用ハードウェア６００である処理回路には、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ、またはこれらを組み合わせたものが該当する。

　処理回路が少なくとも１つのプロセッサ６０１および少なくとも１つのメモリ６０２を備える場合、ヒートポンプ制御装置１０１及びハイドロ制御装置１２１の各部の機能は、ソフトウェア、ファームウェア、またはソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。

　ソフトウェアおよびファームウェアはプログラムとして記述され、メモリ６０２に格納される。プログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されていてもよい。プロセッサ６０１は、メモリ６０２に記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、各部の機能を実現する。プロセッサ６０１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータあるいはＤＳＰともいう。メモリ６０２には、例えば、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリー、ＥＰＲＯＭおよびＥＥＰＲＯＭ等の不揮発性または揮発性の半導体メモリ、または磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスクおよびＤＶＤ等が該当する。

　このように、処理回路は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはこれらの組み合わせによって、ヒートポンプ制御装置１０１及びハイドロ制御装置１２１の機能を実現することができる。なお、ヒートポンプ制御装置１０１及びハイドロ制御装置１２１の各機能は、複数の機器が連携することで実現されてもよいし、単一の機器によって実現されてもよい。また、ヒートポンプ制御装置１０１及びハイドロ制御装置１２１の各機能の少なくとも一部は、外部ネットワーク上のサーバ等に実装されていてもよい。

１　圧縮機、　２　凝縮器、　３　膨張弁、　４　蒸発器、　５　送風機、　６　熱媒体ポンプ、　７　三方弁、　８　加熱熱交換器、　９　水ポンプ、　１０　貯湯タンク、　１１　混合弁、　１２ａ，１２ｂ　ラジエータ、　１４　接続点、　１５　出湯管、　１７　接続点、　５１　冷媒回路、　５２　加熱循環回路、　５３　貯湯回路、　１００　ヒートポンプシステム、　１０１　ヒートポンプ制御装置、　１０２　計測手段、　１０３　通信手段、　１０４　演算手段、　１０５　制御手段、　１２１　ハイドロ制御装置、　１２２　計測手段、　１２３　記憶手段、　１２４　入力手段、　１２５　通信手段、　１２６　演算手段、　１２７　制御手段、　１３１　フローセンサ、　１４１　電力計、　２０１　圧力センサ、　２０２　温度センサ、　２０３　温度センサ、　２０４　温度センサ、　２０５　温度センサ、　２０６　温度センサ、　２０７　温度センサ、　２０８　温度センサ、　２０９　温度センサ、　２１０　温度センサ、　２１１　温度センサ、　２１２　温度センサ、　２１６　温度センサ、　２５１　リモコン装置、　３０１　ヒートポンプユニット、　３０２　貯湯タンクユニット、　３０３　熱媒体配管、　３０４　熱媒体配管、　３０５ａ，３０５ｂ　暖房ユニット、　３０６　熱媒体配管、　３０７　熱媒体配管、　３０８　給湯管、　３０９　給水管、　４０１　モバイル端末、　４１３，４１５　表示画面、　６００　専用ハードウェア、　６０１　プロセッサ、　６０２　メモリ

Claims

　冷凍サイクル装置と、
　前記冷凍サイクル装置の消費電力を計測する電力計と、
　前記冷凍サイクル装置の能力を検出する能力検出器と、
　前記消費電力と前記冷凍サイクル装置の能力とから算出される実ＣＯＰがＣＯＰ保護値以下とならないように前記冷凍サイクル装置の運転容量を低下させるＣＯＰ保護制御を行うように構成された処理回路と、
　前記ＣＯＰ保護値を補正するＣＯＰ保護値補正機能と、
　を備えたヒートポンプシステム。
　前記ＣＯＰ保護値補正機能は、リモコン装置またはモバイル端末に搭載されている請求項１に記載のヒートポンプシステム。
　前記リモコン装置または前記モバイル端末の表示部には、前記ＣＯＰ保護値と外気温度とが同じ画面に表示される請求項２に記載のヒートポンプシステム。
　給湯時間に関係する給湯時間関係パラメータを入力する入力手段を備え、
　前記ＣＯＰ保護値補正機能は、前記給湯時間関係パラメータを用いて前記ＣＯＰ保護値を自動で補正する請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のヒートポンプシステム。
　一日のうちの複数の時間帯のそれぞれに対して異なる値の前記給湯時間関係パラメータを設定可能である請求項４に記載のヒートポンプシステム。