(57)【要約】【課題】外気温度に応じて最適な圧縮機を駆動するモータの運転制御が可能なヒートポンプ装置を提供すること。【解決手段】本発明のヒートポンプ装置は、少なくとも運転周波数可変のモータで駆動される圧縮機４を有するヒートポンプサイクルと、外気温度を検出する外気温度検出手段４０とを備え、検出される外気温度に基づいてモータの電流位相を制御することにより、外気温度により負荷状態を推定し、負荷状態が高負荷の時には、必要なモータトルクになるようにモータ電流の位相の進角を弱めるようにして電力を低減し、負荷状態が低負荷の時には、進角を進ませるようにすれば、モータの運転周波数の立ち上がり状態を向上させることができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも運転周波数可変のモータで駆動される圧縮機を有するヒートポンプサイクルと、外気温度を検出する外気温度検出手段とを備え、検出される外気温度に基づいて前記モータの電流位相を制御することを特徴とするヒートポンプ装置。
【請求項２】
少なくとも運転周波数可変のモータで駆動される圧縮機を有するヒートポンプサイクルと、外気温度を検出する外気温度検出手段とを備え、検出される外気温度と、前記モータの運転周波数に基づいて前記モータの電流位相を制御することを特徴とするヒートポンプ装置。
【請求項３】
少なくとも運転周波数可変のモータで駆動される圧縮機を有するヒートポンプサイクルと、外気温度を検出する外気温度検出手段とを備え、検出される外気温度と、前記モータの運転電流に基づいて前記モータの電流位相を制御することを特徴とするヒートポンプ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒートポンプサイクルを構成する圧縮機の運転制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、運転周波数可変のモータで駆動される圧縮機を備え、最大暖房能力を向上させるために、冷凍サイクル負荷に応じてモータ電流の位相の進角を制御する手段を設ける空気調和機が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
従来においては、冷凍サイクル負荷が高い時には低振動で、負荷が低い時には最大暖房能力を向上させることができる圧縮機の運転制御方法が開示されている。
【特許文献１】特開２００５−２４１０３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の構成は、空気調和機におけるモータ電流の位相の進角制御であり、最大暖房性能を向上させるために進角を進めてモータの運転周波数を最大限上昇させるものであるので、負荷に応じて最適な電流位相がモータに供給されておらず、電力増加や、モータの運転周波数の立ち上がり状態が悪いという課題を有していた。
【０００５】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、外気温度に応じて最適な圧縮機を駆動するモータの運転制御が可能なヒートポンプ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記従来の課題を解決するために、本発明のヒートポンプ装置は、少なくとも運転周波数可変のモータで駆動される圧縮機を有するヒートポンプサイクルと、外気温度を検出する外気温度検出手段とを備え、検出される外気温度に基づいて前記モータの電流位相を制御することにより、外気温度により負荷状態を推定し、負荷状態が高負荷の時には、必要なモータトルクになるようにモータ電流の位相の進角を弱めるようにして電力を低減し、負荷状態が低負荷の時には、進角を進ませるようにすれば、モータの運転周波数の立ち上がり状態を向上させることができる。
【０００７】
また、前記従来の課題を解決するために、本発明のヒートポンプ装置は、少なくとも運転周波数可変のモータで駆動される圧縮機を有するヒートポンプサイクルと、外気温度を検出する外気温度検出手段とを備え、検出される外気温度と、前記モータの運転周波数に基づいて前記モータの電流位相を制御することにより、外気温度により負荷状態を推定し、負荷状態が高負荷の時には、必要なモータトルクになるようにモータ電流の位相の進角を弱めるようにして電力を低減し、負荷状態が低負荷の時には、進角を進ませるようにすれば、モータの運転周波数の立ち上がり状態を向上させることができる。
【０００８】
また、前記従来の課題を解決するために、本発明のヒートポンプ装置は、少なくとも運転周波数可変のモータで駆動される圧縮機を有するヒートポンプサイクルと、外気温度を検出する外気温度検出手段とを備え、検出される外気温度と、前記モータの運転電流に基づいて前記モータの電流位相を制御することにより、外気温度により負荷状態を推定し、負荷状態が高負荷の時には、必要なモータトルクになるようにモータ電流の位相の進角を弱めるようにして電力を低減し、負荷状態が低負荷の時には、進角を進ませるようにすれば、モータの運転周波数の立ち上がり状態を向上させることができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明は、外気温度に応じて最適な圧縮機を駆動するモータの運転制御が可能なヒートポンプ装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
第１の発明のヒートポンプ装置は、少なくとも運転周波数可変のモータで駆動される圧縮機を有するヒートポンプサイクルと、外気温度を検出する外気温度検出手段とを備え、検出される外気温度に基づいて前記モータの電流位相を制御することにより、外気温度により負荷状態を推定し、負荷状態が高負荷の時には、必要なモータトルクになるようにモータ電流の位相の進角を弱めるようにして電力を低減し、負荷状態が低負荷の時には、進角を進ませるようにすれば、モータの運転周波数の立ち上がり状態を向上させることができる。
【００１１】
第２の発明のヒートポンプ装置は、少なくとも運転周波数可変のモータで駆動される圧縮機を有するヒートポンプサイクルと、外気温度を検出する外気温度検出手段とを備え、検出される外気温度と、前記モータの運転周波数に基づいて前記モータの電流位相を制御することにより、外気温度により負荷状態を推定し、負荷状態が高負荷の時には、必要なモータトルクになるようにモータ電流の位相の進角を弱めるようにして電力を低減し、負荷状態が低負荷の時には、進角を進ませるようにすれば、モータの運転周波数の立ち上がり状態を向上させることができる。
【００１２】
第３の発明のヒートポンプ装置は、少なくとも運転周波数可変のモータで駆動される圧縮機を有するヒートポンプサイクルと、外気温度を検出する外気温度検出手段とを備え、検出される外気温度と、前記モータの運転電流に基づいて前記モータの電流位相を制御することにより、外気温度により負荷状態を推定し、負荷状態が高負荷の時には、必要なモータトルクになるようにモータ電流の位相の進角を弱めるようにして電力を低減し、負荷状態が低負荷の時には、進角を進ませるようにすれば、モータの運転周波数の立ち上がり状態を向上させることができる。
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００１４】
（実施の形態１）
図１は、本発明のヒートポンプ装置を用いた給湯装置の構成図である。図１において、給湯装置は、加熱手段であるヒートポンプユニット１と、湯水を貯える貯湯タンク３を有するタンクユニット２で構成されている。まず、ヒートポンプユニット１について説明する。
【００１５】
本実施の形態の加熱手段であるヒートポンプユニット１は、冷媒を圧縮し高温高圧冷媒にする圧縮機４、冷媒と水とが熱交換を行い高温水を生成する冷媒水熱交換器５、冷媒を減圧する減圧装置６、大気と冷媒とが熱交換を行い冷媒が大気から吸熱を行う蒸発器７を、順次冷媒配管８にて環状に接続して構成されるヒートポンプサイクルを有している。冷媒には二酸化炭素が用いられ、圧縮機４で圧縮された後の冷媒は超臨界圧力を超える状態となり、図１に矢印で示すように冷媒配管内を循環している。
【００１６】
なお、冷媒は二酸化炭素に限定されることはなく、Ｒ４１０Ａ等のフロン系冷媒や、プロパン等の炭化水素系冷媒を用いたとしても問題はない。またヒートポンプサイクルを構成する各機器の制御は、ヒートポンプユニット１およびタンクユニット２内に設けられた、マイクロコンピュータおよびその周辺回路で構成される制御手段（図示せず）の指示に基づいて行われている。さらに外気温度を検出するための外気温度検出手段であるサーミ
スタ４０が設けられている。
【００１７】
次に、タンクユニット２について説明する。タンクユニット２は、湯水を貯える貯湯タンク３を有し、貯湯タンク３の壁面には複数の残湯温度検出手段であるサーミスタ５０ａ〜５０ｅまでが取り付けられており、それぞれのサーミスタが検出する温度に基づいて、貯湯タンク３内にどれくらいの湯があるかを検出している。基本的には、夜間時間帯（２３時〜翌７時）の電気料金が安い時間帯に貯湯タンク３内の湯が沸き上げられるが、サーミスタ５０ａ〜５０ｅによって検出される温度に基づいて、貯湯タンク３内の残湯が少なくなってきたと判断すると、昼間時間帯であったとしてもヒートポンプユニット１で沸き増しをして、貯湯タンク３内に高温湯が貯えることで、昼間時間帯の湯切れを防止している。
【００１８】
また、貯湯タンク３の底部からヒートポンプユニット１内の冷媒水熱交換器５に低温水を搬送するための循環ポンプ１０が設けられており、循環ポンプ１０を駆動させることによって、貯湯タンク３の底部から冷媒水熱交換器５へ低温水が搬送される。
【００１９】
また、冷媒水熱交換器５で生成された高温水は、水流路を切り替える三方弁１１によって貯湯タンク３の上下へ送られる。冷媒水熱交換器５から出湯する湯水の温度を検出する出湯温度検出手段であるサーミスタ４１および冷媒水熱交換器５へ入水する湯水の温度を検出する入水温度検出手段であるサーミスタ４２が配設されており、サーミスタ４１で検出される温度が所定温度未満の場合には、三方弁１１は貯湯タンク３の底部と連通する方向に切り替えられ、下部給湯配管１２を経て貯湯タンク３の底部へ湯水が送られる。しかしながら、冷媒水熱交換器５で生成される温水の温度が所定温度以上の場合には、三方弁１１は貯湯タンク３の上部と連通する方向に切り替えられ、上部給湯配管１３を経て貯湯タンク３の上部へ湯水が送られる。
【００２０】
また、貯湯タンク３の下部に設けた給水口１４には、給水源から水を供給するための給水配管１５が接続され、貯湯タンク３の上部に設けた出湯口１６には、給湯端末へ高温水を供給するための出湯配管１７が接続されている。そして給水口１４には給水源からの水圧が常時掛かっている状態となり、出湯配管１７から高温水が出湯されるに伴って、給水口１４から水が供給される構成となっている。
【００２１】
また、給水配管１５から分岐した給水分岐配管１８が設けられており、出湯配管１７と給水分岐配管１８とは混合手段である電動式混合弁１９に接続され、使用者がリモコン装置３０で設定した温度が給湯端末２２へ出湯するように、電動式混合弁１９にて湯水が混合され給湯端末２２へ送られる構成になっている。そして電動式混合弁１９の下流側には、温度検知手段であるサーミスタ２０が配設されており、サーミスタ２０で検知する温度が、使用者が設定した設定温度となるように電動式混合弁１９の開度が変更される。また電動式混合弁１９の下流側には、流量を検知する第１の流量検出手段である流量検知装置２１が設けられており、給湯端末へ送られる湯水の流量を検出している。
【００２２】
また、給湯端末２２には、電動式混合弁１９から湯を供給する湯供給配管２８と、給水源から水を供給する水供給配管２９が接続されており、使用者が給湯端末２２にて実際に温度を見ながらさらに湯水を混合できる構成となっている。
【００２３】
以上のように構成された圧縮機４の制御について説明する。図２は、本発明の第１の実施の形態における圧縮機を駆動するモータの制御を示すフローチャートである。通常の圧縮機の運転周波数は、外気温度検出手段であるサーミスタ４０で検出される外気温度、入水温度検出手段であるサーミスタ４２で検出される入水温度、さらに冷媒水熱交換器５で生成される湯水の目標出湯温度から目標周波数が決定されて圧縮機の運転を行っている。
【００２４】
そして、ヒートポンプユニット内に設けた制御手段（図示せず）が所定のインターバルで、圧縮機の駆動を行っているモータの運転周波数を読み込む構成となっている（ステップ１）。そして読み込んだ運転周波数が所定の運転周波数以上であれば、ステップ２に進み、所定の運転周波数以上でなければフローチャートの初めに戻る。
【００２５】
ステップ２では、外気温度検出手段であるサーミスタ４０で外気温度αを検出し、ステップ３へ進む。
【００２６】
ステップ３では、予め外気温度毎に最適な進角値が、制御手段（図示せず）を構成するマイクロコンピュータに入力されているデータ表と、検出された外気温度αとを比較演算することで最適な進角値を選択し、ステップ４へ進む。
【００２７】
ステップ４では、選択された進角値でモータ電流の位相が制御され、圧縮機の運転制御が行われる。
【００２８】
以上のような圧縮機のモータ制御を行うことにより、高外気温度の時には、必要なモータトルクになるようにモータ電流の位相の進角を弱めて電力を低減することができ、低外気温度の時には同進角を進ませてモータの運転周波数の立ち上がり状態を向上させることができる。
【００２９】
（実施の形態２）
図３は、本発明の第２の実施の形態におけるヒートポンプ給湯装置の制御を示すフローチャートである。なお、本発明のヒートポンプ装置を用いた給湯装置の構成図は、実施の形態１と同じ形態であり、その説明は省略する。
【００３０】
次に圧縮機４の制御について説明する。図３は、本発明の第２の実施の形態における圧縮機を駆動するモータの制御を示すフローチャートである。通常の圧縮機の運転周波数は、外気温度検出手段であるサーミスタ４０で検出される外気温度、入水温度検出手段であるサーミスタ４２で検出される入水温度、さらに冷媒水熱交換器５で生成される湯水の目標出湯温度から目標周波数が決定されて圧縮機の運転を行っている。
【００３１】
そして、ヒートポンプユニット内に設けた制御手段（図示せず）が所定のインターバルで、圧縮機の駆動を行っているモータの運転周波数を読み込む構成となっている（ステップ１）。そして読み込んだ運転周波数が所定の運転周波数以上であれば、ステップ２に進み、所定の運転周波数以上でなければフローチャートの初めに戻る。
【００３２】
ステップ２では、外気温度検出手段であるサーミスタ４０で外気温度αを検出し、ステップ３へ進む。
【００３３】
ステップ３では、モータの運転周波数βを検出し、ステップ４へ進む。
【００３４】
ステップ４では、予め外気温度およびモータの運転周波数からなる負荷が、制御手段（図示せず）を構成するマイクロコンピュータに入力されているデータ表と、検出された外気温度αおよび運転周波数βとを比較演算すること負荷を類推し、ステップ５へ進む。
【００３５】
ステップ５では、類推した負荷値が所定値Ａ以上であればモータの進角値をゼロ度とし、所定値Ｂ≦負荷値＜所定値Ａであれば、モータの進角値を１度とし、負荷値＜所定値Ｂであれば、モータの進角値を２度として、負荷に応じて最適な進角値を選択する。
【００３６】
以上のような圧縮機のモータ制御を行うことにより、高外気温度の時には、必要なモータトルクになるようにモータ電流の位相の進角を弱めて電力を低減することができ、低外気温度の時には同進角を進ませてモータの運転周波数の立ち上がり状態を向上させることができる。
【００３７】
（実施の形態３）
図４は、本発明の第３の実施の形態におけるヒートポンプ給湯装置の制御を示すフローチャートである。なお、本発明のヒートポンプ装置を用いた給湯装置の構成図は、実施の形態１と同じ形態であり、その説明は省略する。
【００３８】
次に圧縮機４の制御について説明する。図４は、本発明の第３の実施の形態における圧縮機を駆動するモータの制御を示すフローチャートである。通常の圧縮機の運転周波数は、外気温度検出手段であるサーミスタ４０で検出される外気温度、入水温度検出手段であるサーミスタ４２で検出される入水温度、さらに冷媒水熱交換器５で生成される湯水の目標出湯温度から目標周波数が決定されて圧縮機の運転を行っている。
【００３９】
そして、ヒートポンプユニット内に設けた制御手段（図示せず）が所定のインターバルで、圧縮機の駆動を行っているモータの運転周波数を読み込む構成となっている（ステップ１）。そして読み込んだ運転周波数が所定の運転周波数以上であれば、ステップ２に進み、所定の運転周波数以上でなければフローチャートの初めに戻る。
【００４０】
ステップ２では、外気温度検出手段であるサーミスタ４０で外気温度αを検出し、ステップ３へ進む。
【００４１】
ステップ３では、モータの運転電流Ｉを検出し、ステップ４へ進む。
【００４２】
ステップ４では、予め外気温度およびモータの運転電流からなる負荷が、制御手段（図示せず）を構成するマイクロコンピュータに入力されているデータ表と、検出された外気温度αおよび運転電流Ｉとを比較演算すること負荷を類推し、ステップ５へ進む。
【００４３】
ステップ５では、類推した負荷値が所定値Ａ以上であればモータの進角値をゼロ度とし、所定値Ｂ≦負荷値＜所定値Ａであれば、モータの進角値を１度とし、負荷値＜所定値Ｂであれば、モータの進角値を２度として、負荷に応じて最適な進角値を選択する。
【００４４】
以上のような圧縮機のモータ制御を行うことにより、高外気温度の時には、必要なモータトルクになるようにモータ電流の位相の進角を弱めて電力を低減することができ、低外気温度の時には同進角を進ませてモータの運転周波数の立ち上がり状態を向上させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
以上のように、本発明に係るヒートポンプ装置は、ヒートポンプサイクルと給湯サイクルが一体に構成された一体型ヒートポンプ式給湯機、別体に構成された分離型ヒートポンプ式給湯機、給湯用熱交換器で加熱したお湯をそのまま出湯できる直接出湯型ヒートポンプ式給湯機などの各種ヒートポンプ給湯機に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】実施の形態１、２、３における給湯装置の構成図
【図２】実施の形態１における圧縮機の運転制御フローチャート
【図３】実施の形態２における圧縮機の運転制御フローチャート
【図４】実施の形態３における圧縮機の運転制御フローチャート
【符号の説明】
【００４７】
１  ヒートポンプユニット
２  タンクユニット
３  貯湯タンク
１１  三方弁
１２  下部給湯配管
１３  上部給湯配管
１４  給水口
１５  給水配管
１６  出湯口
１７  出湯配管
１８  給水分岐配管
１９  電動式混合弁
２０  サーミスタ（第１の温度検出手段）
２１  流量検知装置（第１の流量検出手段）
２２  給湯端末
３０  リモコン装置
３１  操作部
３２  表示部
４０  サーミスタ（外気温度検出手段）
４１  サーミスタ（出湯温度検出手段）
４２  サーミスタ（入水温度検出手段）
５０ａ〜５０ｅ  サーミスタ（残湯温度検出手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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