(57)【要約】      （修正有）【課題】対象流体が加熱されて目標温度に達するまでの時間を短縮する。【解決手段】ヒートポンプ１は、放熱器１３が接続された冷媒回路１０と、該放熱器１３に接続されて熱媒体が循環し、該放熱器１３で１００℃以上に加熱された熱媒体によって対象流体である恒温槽１０３内の水を加熱する加熱熱交換器１０２が設けられた熱媒体回路１００とを備えている。このヒートポンプ１では、加熱熱交換器１０２で恒温槽１０３内の水を目標温度に加熱する通常運転を行う前に、その水を加熱熱交換器１０２で予熱温度まで予め加熱する予熱運転が行われる。【選択図】図１
2014009900.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機構（11,12,16）、放熱器（13）、膨張機構（14）、及び蒸発器（15）が順に接続されて冷凍サイクルを行う冷媒回路（10）と、
上記放熱器（13）に接続されて熱媒体が循環し、上記放熱器（13）で１００℃以上に加熱された熱媒体によって対象流体を加熱する加熱熱交換器（102）が設けられた熱媒体回路（100）とを備えたヒートポンプであって、
上記加熱熱交換器（102）で対象流体を目標温度Ｔ2に加熱する通常運転と、該通常運転の所定の開始時刻ｔ1に上記対象流体が予熱温度Ｔ1になるように、上記加熱熱交換器（102）で対象流体を予め加熱する予熱運転とを実行させる実行部（51）を備えている
ことを特徴とするヒートポンプ。
【請求項２】
請求項１において、
上記実行部（51）は、冷凍サイクルのＣＯＰが最大となるように上記予熱運転を行う高効率モードが実行可能である
ことを特徴とするヒートポンプ。
【請求項３】
請求項２において、
上記実行部（51）は、上記高効率モードよりも上記放熱器（13）の加熱能力が高くなるように上記予熱運転を行う高加熱モードと上記高効率モードの何れか一方を実行させる
ことを特徴とするヒートポンプ。
【請求項４】
請求項２または３において、
上記実行部（51）は、予熱運転毎に予熱運転中の対象流体の温度変化を示す指標値を計算して更新する更新部（53b）と、該更新部（53b）で更新された上記指標値と次の予熱運転で予定する上昇温度分ΔＴとから、次の予熱運転で予定する運転時間Δｔを求める算出部（53c）とを有している
ことを特徴とするヒートポンプ。
【請求項５】
請求項１において、
上記実行部（51）は、上記予熱運転の運転時間Δｔがユーザによって指定され、上記予熱運転の開始から上記運転時間Δｔが経過した時刻に上記対象流体が上記予熱温度Ｔ1になるように、ＣＯＰが最大となる高効率動作と該高効率動作よりも上記放熱器（13）の加熱能力が高い高加熱動作とを切り換えて運転する時間指定モードが実行可能である
ことを特徴とするヒートポンプ。
【請求項６】
請求項５において、
上記実行部（51）は、予熱運転毎に上記高効率動作中の対象流体の温度変化を示す指標値と上記高加熱動作中の対象流体の温度変化を示す指標値とを計算して更新する更新部（53b）と、該更新部（53b）で更新された上記２つの指標値と、次の予熱運転で予定する上記運転時間Δｔと、次の予熱運転で予定する上昇温度分ΔＴとから、次の予熱運転で予定する上記高効率動作の動作時間Δｔaと上記高加熱動作の動作時間Δｔbとを求める算出部（53c）とを有している
ことを特徴とするヒートポンプ。
【請求項７】
請求項３において、
上記熱媒体回路（100）には、熱媒体を加熱する補助加熱部（107）が接続され、
上記実行部（51）は、上記高加熱モードで上記予熱運転を行う時に、上記補助加熱部（107）を加熱動作させる
ことを特徴とするヒートポンプ。
【請求項８】
請求項３において、
対象流体を加熱する補助加熱部（108）を備え、
上記実行部（51）は、上記高加熱モードで上記予熱運転を行う時に、上記補助加熱部（108）を加熱動作させる
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、対象流体を高温に加熱するヒートポンプに関し、特に利便性の向上策に係るものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、冷凍サイクルを行って対象流体を加熱するヒートポンプが知られている。例えば、特許文献１に開示のヒートポンプは、放熱器が接続された冷媒回路と、その放熱器に接続されて熱媒体が循環し、熱媒体によって対象流体（この場合、空気）を加熱する加熱熱交換器が設けられた熱媒体回路とを備えている。このヒートポンプでは、冷凍サイクルを行うと、放熱器では、冷媒が凝縮することによって熱媒体が加熱され、加熱熱交換器では、放熱器で加熱された熱媒体によって対象流体が所定温度まで加熱される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１３２６１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来のヒートポンプでは、熱媒体を高温（例えば、１００℃以上）に加熱して、対象流体を高温に加熱しようとすると、熱負荷が大きいため、対象流体が所定温度に達するまでに多大な時間を要してしまう。そのため、所定温度の対象流体を利用する時期が大幅に遅れる虞があり、利便性が悪いという問題があった。
【０００５】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、対象流体を高温に加熱するヒートポンプにおいて、対象流体を速やかに所定温度に達するようにして、利便性を向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の発明は、圧縮機構（11,12,16）、放熱器（13）、膨張機構（14）、及び蒸発器（15）が順に接続されて冷凍サイクルを行う冷媒回路（10）と、上記放熱器（13）に接続されて熱媒体が循環し、上記放熱器（13）で１００℃以上に加熱された熱媒体によって対象流体を加熱する加熱熱交換器（102）が設けられた熱媒体回路（100）とを備えたヒートポンプを対象としている。そして、本発明は、上記加熱熱交換器（102）で対象流体を目標温度Ｔ2に加熱する通常運転と、該通常運転の所定の開始時刻ｔ1に上記対象流体が予熱温度Ｔ1になるように、上記加熱熱交換器（102）で対象流体を予め加熱する予熱運転とを実行させる実行部（51）を備えているものである。
【０００７】
上記第１の発明では、ユーザの指定時刻（通常運転の所定の開始時刻ｔ1）より前に予熱運転を行うことで、対象流体が予め加熱される。予熱運転を行うと、対象流体はユーザの指定時刻（通常運転の所定の開始時刻ｔ1）に所定の予熱温度Ｔ1に達する。そのため、その指定時刻が経過した後に、継続して通常運転を行うと、対象流体は目標温度Ｔ2と予熱温度Ｔ1の温度差分だけ上昇して、速やかに目標温度Ｔ2に達する。
【０００８】
第２の発明は、上記第１の発明において、上記実行部（51）は、冷凍サイクルのＣＯＰが最大となるように上記予熱運転を行う高効率モードが実行可能である。
【０００９】
上記第２の発明では、予熱運転として高効率モードを実行させると、冷凍サイクルのＣＯＰ（成績係数）が最も高い状態となる。そのため、対象流体の加熱速度は比較的遅いが、対象流体は低消費電力で予熱温度Ｔ1まで加熱される。
【００１０】
上記第３の発明は、上記第２の発明において、上記実行部（51）は、上記高効率モードよりも上記放熱器（13）の加熱能力が高くなるように上記予熱運転を行う高加熱モードと上記高効率モードの何れか一方を実行させるものである。
【００１１】
上記第３の発明では、予熱運転として高加熱モードを実行させると、高効率熱モードを実行させた時よりも、放熱器（13）の加熱能力が高くなる。そのため、高効率熱モードよりも消費電力が高くなるが、対象流体は短時間で予熱温度Ｔ1まで加熱される。
【００１２】
上記第４の発明は、上記第２または第３の発明において、上記実行部（51）は、予熱運転毎に予熱運転中の対象流体の温度変化を示す指標値を計算して更新する更新部（53b）と、該更新部（53b）で更新された上記指標値と次の予熱運転で予定する上昇温度分ΔＴとから、次の予熱運転で予定する運転時間Δｔを求める算出部（53c）とを有している。
【００１３】
上記第４の発明では、対象流体の温度変化の傾向（加熱時間と対象流体の温度との関係）が日々刻々と変化するような場合でも、予熱運転時に必ず更新された上記指標値に基づいて、次の予熱運転の運転時間Δｔを求めるため、予熱運転の温度誤差が小さくなる。
【００１４】
上記第５の発明は、上記第１の発明において、上記実行部（51）は、上記予熱運転の運転時間Δｔがユーザによって指定され、上記予熱運転の開始から上記運転時間Δｔが経過した時刻に上記対象流体が上記予熱温度Ｔ1になるように、ＣＯＰが最大となる高効率動作と該高効率動作よりも上記放熱器（13）の加熱能力が高い高加熱動作とを切り換えて運転する時間指定モードが実行可能である。
【００１５】
上記第５の発明では、予熱運転として時間指定モードを実行させると、高効率動作と高加熱動作とが適正な時間配分で切り換わり実行される。そして、ユーザが指定する時間Δｔが経過すると、対象流体は予熱温度Ｔ1に達する。
【００１６】
上記第６の発明は、上記第５の発明において、上記実行部（51）は、予熱運転毎に上記高効率動作中の対象流体の温度変化を示す指標値と上記高加熱動作中の対象流体の温度変化を示す指標値とを計算して更新する更新部（53b）と、該更新部（53b）で更新された上記２つの指標値と、次の予熱運転で予定する上記運転時間Δｔと、次の予熱運転で予定する上昇温度分ΔＴとから、次の予熱運転で予定する上記高効率動作の動作時間Δｔaと上記高加熱動作の動作時間Δｔbとを求める算出部（53c）とを有している。
【００１７】
上記第６の発明では、対象流体の温度変化の傾向（加熱時間と対象流体の温度との関係）が日々刻々と変化するような場合でも、予熱運転時に必ず更新された上記２つの指標値に基づいて、次の予熱運転の２つの動作の動作時間Δｔa、Δｔbを求めるため、予熱運転の温度誤差が小さくなる。
【００１８】
上記第７の発明は、上記第３の発明において、上記熱媒体回路（100）には、熱媒体を加熱する補助加熱部（107）が接続され、上記実行部（51）は、上記高加熱モードで上記予熱運転を行う時に、上記補助加熱部（107）を加熱動作させることを特徴とする。
【００１９】
上記第７の発明では、高加熱モードの予熱運転が開始されると、補助加熱部（107）によって熱媒体の加熱が開始されるため、補助加熱部（107）がない場合よりも、対象流体を加熱する能力が高くなる。
【００２０】
上記第８の発明は、上記第３の発明において、対象流体を加熱する補助加熱部（108）を備え、上記実行部（51）は、上記高加熱モードで上記予熱運転を行う時に、上記補助加熱部（108）を加熱動作させることを特徴とする。
【００２１】
上記第８の発明では、高加熱モードの予熱運転が開始されると、補助加熱部（108）によって対象流体の加熱が開始されるため、補助加熱部（108）がない場合よりも、対象流体を加熱する能力が高くなる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、ユーザの指定時刻（通常運転の所定の開始時刻ｔ1）より前に、予熱運転を行って、対象流体を予め加熱するようにした。こうすることで、ユーザの指定時刻が経過した後、対象流体を速やかに目標温度Ｔ2にすることができる。その結果、所定温度の対象流体を利用する時期が大幅に遅れる事態を回避することができ、ヒートポンプ（1）の利便性を向上させることができる。
【００２３】
第２の発明によれば、予熱運転として、高効率モードを実行可能にした。こうすることで、予熱運転時の消費電力を極力低く抑えることができる。
【００２４】
第３の発明によれば、予熱運転として、さらに、高加熱モードを実行可能にした。こうすることで、時間に余裕がない時に短時間で確実に予熱を完了させることができる。
【００２５】
第４の発明によれば、高効率モードと高加熱モードの何れかを実行する場合、予熱運転毎に予熱運転中の対象流体の温度変化を示す指標値を計算して更新し、その更新された上記指標値に基づいて、次の予熱運転の運転時間Δｔを求めるようにした。こうすることで、対象流体の温度変化の傾向（加熱時間と対象流体の温度との関係）が日々刻々と変化するような場合でも、温度誤差を小さくして精度良く予熱運転することができる。
【００２６】
第５の発明によれば、予熱運転として、時間指定モードを実行可能にした。こうすることで、消費電力を低く抑えつつユーザの指定時間に確実に予熱を完了させることができる。
【００２７】
第６の発明によれば、時間指定モードを実行する場合に、予熱運転毎に、高効率動作中の対象流体の温度変化を示す指標値と高加熱動作中の対象流体の温度変化を示す指標値を計算して更新し、その更新された２つの指標値に基づいて、次の予熱運転の２つの動作の動作時間Δｔa、Δｔbを求めるようにした。こうすることで、対象流体の温度変化の傾向（加熱時間と対象流体の温度との関係）が日々刻々と変化するような場合でも、温度誤差を小さくして精度良く予熱運転することができる。
【００２８】
第７の発明によれば、高加熱モードの予熱運転時に、熱媒体を加熱する補助加熱部（107）を加熱動作させるようにした。これにより、対象流体を加熱する能力を高くすることができ、対象流体の予熱を一層短時間で終わらすことができる。
【００２９】
第８の発明によれば、高加熱モードの予熱運転時に、対象流体を加熱する補助加熱部（108）を加熱動作させるようにした。これにより、対象流体を加熱する能力を高くすることができ、対象流体の予熱を一層短時間で終わらすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】図１は、実施形態１に係るヒートポンプの構成を示す配管系統図である。
【図２】図２は、実施形態１に係るタイマー起動部の制御フロー図である。
【図３】図３は、省エネモードの予熱運転時における対象流体（恒温槽内の水）の温度変化を示す図である。
【図４】図４は、急速加熱モードの予熱運転時における対象流体（恒温槽内の水）の温度変化を示す図である。
【図５】図５は、時間指定モードの予熱運転時における対象流体（恒温槽内の水）の温度変化を示す図である。
【図６】図６は、実施形態１の変形例に係るヒートポンプの構成を示す配管系統図である。
【図７】図７は、実施形態２に係るヒートポンプの構成を示す配管系統図である。
【図８】図８は、実施形態３に係るヒートポンプの構成を示す配管系統図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。
【００３２】
《実施形態１》
本実施形態のヒートポンプ（1）は、産業用として用いられるものであり、対象流体を高温に加熱するものである。図１に示すように、ヒートポンプ（1）は、冷媒回路（10）と熱媒体回路（100）とコントローラ（50）とを備えている。
【００３３】
冷媒回路（10）は、冷媒が循環して二段圧縮式の冷凍サイクルを行うものである。冷媒回路（10）は、低段側圧縮機（11）および高段側圧縮機（12）と、放熱器（13）と、膨張弁（膨張機構）（14）と、蒸発器（15）とが順に冷媒配管によって接続されている。本実施形態では、冷媒として、Ｒ２４５ｆａが用いられている。
【００３４】
低段側圧縮機（11）および高段側圧縮機（12）は、図示しないが、全密閉型で構成され、圧縮部とその圧縮部を回転駆動するモータとを収容したケーシング内が吸入圧力の雰囲気になる、いわゆる低圧ドーム型に構成されている。つまり、各圧縮機（11,12）では吸入冷媒がケーシング内に流入し、圧縮部で圧縮された冷媒がケーシング内に流出することなくケーシング外へ直接吐出される。各圧縮機（11,12）は、運転回転数が可変に構成されている。両圧縮機（11,12）は、互いに直列に接続されて冷媒を二段圧縮するものであり、冷媒の圧縮機構を構成している。
【００３５】
放熱器（13）は、低温流路（13a）と高温流路（13b）とを有している。高温流路（13b）は、流入端が高段側圧縮機（12）の吐出側に接続され、流出端が後述する過冷却熱交換器（21）に接続されている。一方、放熱器（13）の低温流路（13a）は熱媒体回路（100）に接続されている。放熱器（13）では、高温流路（13b）を流れる高圧冷媒と低温流路（13a）を流れる熱媒体回路（100）の熱媒体（例えば、水や油）とが熱交換し、熱媒体が１００℃以上（例えば、１２０℃）に加熱される。
【００３６】
膨張弁（14）は、開度が調節可能な電子膨張弁で構成されている。
【００３７】
蒸発器（15）は、低温流路（15a）と高温流路（15b）とを有している。低温流路（15a）は、流入端が膨張弁（14）に接続され、流出端が低段側圧縮機（11）の吸入側に接続されている。一方、蒸発器（15）の高温流路（15b）は冷水回路（110）に接続されている。蒸発器（15）では、低温流路（15a）を流れる低圧冷媒と高温流路（15b）を流れる冷水回路（110）の水とが熱交換し、水が冷却される。
【００３８】
また、冷媒回路（10）には、過冷却熱交換器（21）とインジェクション通路（22）が設けられている。過冷却熱交換器（21）は、放熱器（13）と膨張弁（14）との間に接続されており、高温流路（21a）および低温流路（21b）を有している。インジェクション通路（22）は、流入端が放熱器（13）と過冷却熱交換器（21）との間に接続され、流出端が低段側圧縮機（11）と高段側圧縮機（12）との間に接続されている。インジェクション通路（22）には流量調整弁（23）が設けられている。流量調整弁（23）は、通過する冷媒を減圧する作用も有している。
【００３９】
過冷却熱交換器（21）の高温流路（21a）は、流入端が放熱器（13）と接続され、流出端が膨張弁（14）と接続されている。過冷却熱交換器（21）の低温流路（21b）は、インジェクション通路（22）における流量調整弁（23）の下流側に接続されている。過冷却熱交換器（21）では、高温流路（21a）を流れる放熱器（13）の出口冷媒と低温流路（21b）を流れる前記出口冷媒の分岐冷媒とが熱交換し、高温流路（21a）の出口冷媒が過冷却される一方、低温流路（21b）の分岐冷媒が蒸発する。インジェクション通路（22）は、過冷却熱交換器（21）で蒸発した分岐冷媒を、低段側圧縮機（11）と高段側圧縮機（12）の間の中間圧の冷媒、即ち圧縮機構における圧縮途中の冷媒と合流させるものである。
【００４０】
熱媒体回路（100）は、熱媒体が循環し、放熱器（13）で加熱された熱媒体によって対象流体である水を加熱するものである。この熱媒体回路（100）には、ポンプ（101）と加熱熱交換器（102）とが接続されている。
【００４１】
ポンプ（101）は、熱媒体を循環させるものである。
【００４２】
加熱熱交換器（102）は、水（対象流体）を貯留する恒温槽（103）内に設けられている。加熱熱交換器（102）では、熱媒体回路（100）を流れる熱媒体と恒温槽（103）内の水とが熱交換し、その水が一定温度（例えば、８０℃）に加熱される。また、恒温槽（103）内には、水の温度を検出する水温度センサ（105）が設けられている。
【００４３】
コントローラ（50）は、ヒートポンプ（1）の運転を制御するものである。このコントローラ（50）は、タイマー起動部（51）を備えている。
【００４４】
タイマー起動部（51）では、ユーザの指定時刻に起動を完了させるタイマー起動運転が制御される。タイマー起動運転は、起動が完了するまでの運転と、起動完了後の運転とに区分される。起動が完了するまでの運転では、恒温槽（103）内の水が予め加熱される。一方、起動完了後の運転では、恒温槽（103）内の水が目標温度Ｔ2（例えば、８０℃）まで加熱される。つまり、タイマー起動部（51）は、恒温槽（103）内の水を予め加熱する予熱運転と予熱運転後に恒温槽（103）内の水を目標温度Ｔ2まで加熱する通常運転とを実行させるものであり、本発明の実行部を構成している。タイマー起動部（51）は、通常運転制御部（52）と予熱運転制御部（53）とを有している。
【００４５】
通常運転制御部（52）は、通常運転を制御する。通常運転制御部（52）には、通常運転の開始時刻（起動完了時刻）ｔ1と目標温度Ｔ2がユーザ設定される。
【００４６】
予熱運転制御部（53）は、予熱運転を制御する。予熱運転制御部（53）は、設定部（53a）と更新部（53b）と算出部（53c）とを有している。
【００４７】
設定部（53a）には、予熱の目標温度（予熱温度Ｔ1）と予熱運転の運転モードがユーザ設定される。設定部（53a）は、省エネモード（高効率モード）、急速加熱モード（高加熱モード）、及び時間指定モードの３つの運転モードの内、１つを選択するようになっている。
【００４８】
更新部（53b）は、予熱運転が行われる毎に、予熱運転中の恒温槽（103）内の水の温度変化を示す指標値（本実施形態では温度係数α）を計算して更新するものである。
【００４９】
算出部（53c）は、更新部（53b）で更新された指標値（温度係数α）を用いて、省エネモードの運転時間Δｔ、急速加熱モードの運転時間Δｔ、時間指定モードの省エネ動作（高効率動作）の動作時間Δｔa、及び急速加熱動作（高加熱動作）の動作時間Δｔbを算出するものである。
【００５０】
〈ヒートポンプの運転動作〉
ヒートポンプ（1）の運転を開始すると、両圧縮機（11,12）が駆動され、低段側圧縮機（11）で圧縮された冷媒は高段側圧縮機（12）で更に圧縮されて高圧冷媒となる。高段側圧縮機（12）から吐出された高圧冷媒は、放熱器（13）で熱媒体回路（100）の熱媒体と熱交換して凝縮し、熱媒体が１００℃以上（例えば、１２０℃）に加熱される。放熱器（13）で凝縮した高圧冷媒は、一部がインジェクション通路（22）に流れ、残りが過冷却熱交換器（21）の高温流路（21a）に流れる。インジェクション通路（22）に流れた高圧冷媒は、流量調整弁（23）で減圧された後、過冷却熱交換器（21）の低温流路（21b）に流れて高温流路（21a）の高圧冷媒と熱交換する。これによって、高温流路（21a）の高圧冷媒は過冷却される一方、低温流路（21b）の冷媒は蒸発して中間圧の過熱ガス冷媒となる。高温流路（21a）の高圧冷媒は、過冷却されたことによって冷媒のエンタルピーが減少する。
【００５１】
過冷却熱交換器（21）で過冷却された高圧冷媒は、膨張弁（14）で減圧されて低圧冷媒となる。低圧冷媒は、蒸発器（15）に流れて、冷水回路（110）の熱源水と熱交換して蒸発し、熱源水が冷却されて冷水となる。蒸発器（15）に流れる低圧冷媒は上述したように過冷却された分だけエンタルピーが減少しているので、蒸発器（15）の蒸発能力（冷却能力）が増大する。蒸発器（15）から流出した冷媒は、低段側圧縮機（11）に吸入されて再び圧縮される。低段側圧縮機（11）から吐出された冷媒は、インジェクション通路（22）からの中間圧の過熱ガス冷媒と合流して高段側圧縮機（12）に吸入される。
【００５２】
熱媒体回路（100）では、放熱器（13）で加熱された熱媒体が加熱熱交換器（102）に流れて恒温槽（103）内の水と熱交換し、恒温槽（103）内の水が加熱されて目標温度Ｔ2となる。
【００５３】
しかし、ヒートポンプ（1）では、熱媒体を１００℃以上に加熱して、恒温槽（103）内の水を高温に加熱しようとすると、熱負荷が大きいため、恒温槽（103）内の水が目標温度Ｔ2に達するまでに多大な時間を要してしまう。そのため、目標温度Ｔ2の温水を利用する時期が大幅に遅れる虞があり、利便性が悪いという問題があった。
【００５４】
そこで、本実施形態のヒートポンプ（1）では、恒温槽（103）内の水を速やかに目標温度Ｔ2に達するようにするため、タイマー起動運転が行われる。
【００５５】
〈タイマー起動運転の動作〉
コントローラ（50）のタイマー起動部（51）では、図２に示す制御フローで、タイマー起動運転が行われる。
【００５６】
まず、ステップST1では、タイマー起動運転前（予熱運転開始前）にユーザ設定が行われる。具体的には、予熱運転の運転モードと、予熱運転における恒温槽（103）内の水の目標温度（予熱温度Ｔ1）と、通常運転の開始時刻ｔ1（起動完了時刻）と、通常運転における恒温槽（103）内の水の目標温度Ｔ2とが設定される。予熱運転の運転モードは、省エネモードと、急速加熱モードと、時間指定モードとの中から１つが選択される。さらに、時間指定モードが選択された場合は、予熱運転の運転時間Δｔが設定される。
【００５７】
次に、ステップST2では、ステップST1において省エネモードまたは急速加熱モードが選択された場合に、算出部（53c）において、予熱運転の運転時間Δｔが算出される。
【００５８】
具体的に、予熱運転の運転時間Δｔは、タイマー起動運転開始前（予熱運転開始前）の恒温槽（103）内の水の温度Ｔ0（測定値）と、ステップST1で設定された予熱温度Ｔ1と、温度係数α（恒温槽（103）内の水を１℃上昇させるのに必要な加熱時間）との関係式（１）から求められる。（ここで、Ｔ1−Ｔ0は、予熱運転で予定する上昇温度分ΔＴに相当する。）
【００５９】
【数１】
2014009900.tif 000003
【００６０】
この時、温度係数αは、１回目の予熱運転時には、試運転時に算出部（53c）で求められた温度係数の初期値α0が用いられ、２回目以降の予熱運転には、前回の予熱運転時に算出部（53c）で求められた温度係数の更新値αnewが用いられる。そして、予熱運転の運転時間Δｔが求められると、ステップST4へと進む。
【００６１】
ステップST3では、ステップST1において時間指定モードが選択された場合に、算出部（53c）において、省エネ動作の動作時間Δｔaと急速加熱動作の動作時間Δｔbとが算出される。
【００６２】
具体的に、各動作の動作時間Δｔa、Δｔbは、タイマー起動運転開始前（予熱運転開始前）の恒温槽（103）内の水の温度Ｔ0（測定値）と、ステップST1で設定された予熱温度T1と、ステップST1で設定された運転時間Δｔと、省エネ動作時の温度係数αaと、急速加熱動作時の温度係数αbとの関係式（２）及び（３）から算出される。（ここで、Ｔ1−Ｔ0は、予熱運転で予定する上昇温度分ΔＴに相当する。）
【００６３】
【数２】
2014009900.tif 000004
【００６４】
【数３】
2014009900.tif 000005
【００６５】
この時、各動作時の温度係数αa、αbは、１回目の予熱運転時には、試運転時に算出部（53c）で求められた温度係数の初期値αa0、αb0が用いられ、２回目以降の予熱運転には、前回の予熱運転時に算出部（53c）で求められた温度係数の更新値αanew、αbnewが用いられる。そして、各動作の動作時間Δｔa、Δｔbが求められると、ステップST4へと進む。
【００６６】
ステップST4では、タイマー起動運転（予熱運転）が開始される。予熱運転は、ユーザ設定された通常運転の開始時刻ｔ1（予熱運転の終了時刻）から、予熱運転の運転時間Δｔ分だけ遡った時刻（予熱運転の開始時刻ｔ0）に開始される。
【００６７】
省エネモードの場合、予熱運転が開始されると、冷凍サイクルのＣＯＰが最大となるように冷凍サイクルが制御され、図３に示すように、恒温槽（103）内の水の加熱速度が比較的遅く、消費電力が低い状態となる。
【００６８】
急速加熱モードの場合、予熱運転が開始されると、省エネモードよりも放熱器（13）の加熱能力が高くなるように冷凍サイクルが制御され、図４に示すように、恒温槽（103）内の水の加熱速度が比較的速く、消費電力が高い状態となる。
【００６９】
時間指定モードの場合、予熱運転が開始されると、図５に示すように、まず、冷凍サイクルのＣＯＰが最大となる省エネ動作がΔｔa行われ、続いて、省エネ動作よりも放熱器（13）の加熱能力が高い急速加熱動作がΔｔb行われる。
【００７０】
次に、ステップST5では、予熱運転制御部（53）において、予熱運転の終了判定が行われる。予熱運転の終了判定は、恒温槽（103）内の水の温度を基準に行われる。具体的に、恒温槽（103）内の水の温度が予熱温度Ｔ1よりも低い場合は、予熱運転中と判定され、予熱運転が継続される。そして、恒温槽（103）内の水の温度が予熱温度Ｔ1に達すると、予熱運転終了と判定される。この時、予熱運転の実運転時間Δｔ'（予熱運転の開始時刻t0から恒温槽（103）内の水の温度が予熱温度Ｔ1になるまでの時間）が算出部（53c）に記憶される。その後、ステップST6へと進む。
【００７１】
次に、ステップST6では、起動が完了し、予熱運転から通常運転へ運転が移行される。通常運転では、恒温槽（103）内の水の温度が目標温度Ｔ2に達した後、該目標温度Ｔ2を維持するように、冷凍サイクルが制御される。
【００７２】
次に、ステップST7では、更新部（53b）において、温度係数αが更新される。
【００７３】
省エネモードまたは急速加熱モードの場合、温度係数の更新値αnewは、ステップST5に記憶された予熱運転の実運転時間Δｔ'と、予熱運転開始前の恒温槽（103）内の水の温度Ｔ0（測定値）と、ステップST1で設定された予熱温度T1との関係式（４）から算出されるα’と更新前の温度係数αoldとの平均値として求められる。（関係式（5）参照）この更新値αnewは、次回の予熱運転時のステップST2において、予熱運転の運転時間Δｔを算出する際に用いられる。
【００７４】
【数４】
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【００７５】
【数５】
2014009900.tif 000007
【００７６】
時間指定モードの場合、各動作時の温度係数の更新値αanew、αbnewは、省エネ動作の動作時間Δｔa（算出値）と、ステップST5に記憶された予熱運転の実運転時間Δｔ'と、予熱運転開始前の恒温槽（103）内の水の温度Ｔ0（測定値）と、省エネ動作から急速加熱動作への切り換え時における恒温槽（103）内の水の温度Ｔab（測定値）と、ステップST1で設定された予熱温度T1との関係式（６）及び（７）から、まずαa'とαb'が算出される。そして、更新値αanew、αbnewは、算出されたαa'、αb'と更新前の温度係数αaold、αboldとの平均値として求められる。（関係式（８）参照）この更新値αanew、αbnewは、次回の予熱運転時のステップST3において、各動作の動作時間Δｔa、Δｔbを算出する際に用いられる。
【００７７】
【数６】
2014009900.tif 000008
【００７８】
【数７】
2014009900.tif 000009
【００７９】
【数８】
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【００８０】
−実施形態の効果−
本実施形態によれば、タイマー起動運転を実行可能にした。具体的には、ユーザの指定時刻（通常運転の所定の開始時刻ｔ1）より前に運転を起動（予熱運転）し、恒温槽（103）内の水を予熱温度Ｔ1まで予め加熱するようにした。こうすることで、ユーザの指定時刻が経過した後、恒温槽（103）内の水を速やかに目標温度Ｔ2にすることができる。その結果、目標温度Ｔ2の温水を利用する時期が大幅に遅れる事態を回避することができ、ヒートポンプ（1）の利便性を向上させることができる。
【００８１】
また、本実施形態によれば、予熱運転の３つの運転モード（省エネモード、急速加熱モード、時間指定モード）の内、１つを選択して実行するようにした。こうすることで、ユーザは要望に応じて予熱運転の内容を変更することができる。省エネモードを実行すると、消費電力を極力低く抑えることができる。また、急速加熱モードを実行すると、時間に余裕がない時でも短い時間で確実に予熱を完了させることができる。また、時間指定モードを実行すると、消費電力を低く抑えつつユーザの指定時間に確実に予熱を完了させることができる。
【００８２】
また、本実施形態によれば、省エネモードと急速加熱モードの何れかを実行する場合、予熱運転が行われる毎に温度係数αを計算して更新し、その更新された温度係数αnewに基づいて、次の予熱運転の運転時間Δｔを求めるようにした。これにより、恒温槽（103）内の水の温度変化の傾向（加熱時間と水の温度との関係）が日々刻々と変化するような場合でも、温度誤差を小さくして精度良く予熱運転することができる。
【００８３】
また、本実施形態によれば、時間指定モードを実行する場合に、予熱運転が行われる毎に温度係数αa、αbを計算して更新し、その更新された温度係数αanew、αbnewに基づいて、次の予熱運転の動作時間Δｔa、Δｔbを求めるようにした。これにより、恒温槽（103）内の水の温度変化の傾向（加熱時間と水の温度との関係）が日々刻々と変化するような場合でも、温度誤差を小さくして精度良く予熱運転することができる。
【００８４】
〈実施形態１の変形例〉
上記実施形態１では、冷媒回路（10）に、過冷却熱交換器（21）、流量調整弁（23）、及びインジェクション通路（22）が設けられている。しかし、冷媒回路（10）の構成はこれに限らず、例えば、図６に示すように、冷媒回路（10）に、圧縮機（16）、放熱器（13）、膨張弁（14）、及び蒸発器（15）が順に接続されただけの構成であっても構わない。
【００８５】
《実施形態２》
実施形態２のヒートポンプ（1）は、上記実施形態１の変形例のヒートポンプ（1）に、熱媒体を加熱する手段を追加したものである。つまり、上記実施形態１の変形例の熱媒体回路（100）には、熱媒体を加熱するために放熱器（13）だけが設けられているが、実施形態２の熱媒体回路（100）には、図７に示すように、放熱器（13）以外に加熱ヒータ（107）（補助加熱部）が設けられている。
【００８６】
加熱ヒータ（107）は、タイマー起動部（51）の予熱運転制御部（53）でオン／オフ制御され、急速加熱モードの予熱運転時にオン状態となって加熱動作を行うように構成されている。
【００８７】
実施形態２では、急速加熱モードの予熱運転が開始されると、加熱ヒータ（107）による熱媒体の加熱が開始される。そのため、恒温槽（103）内の水を加熱する能力を高くすることができ、その水の予熱を一層短時間で終わらすことができる。
【００８８】
尚、加熱ヒータ（107）は、熱媒体を加熱するものであれば良く、電気ヒータ、ＩＨヒータ、蒸気熱源、ガス炊き等、その熱源は如何なるものでも構わない。
【００８９】
《実施形態３》
実施形態３のヒートポンプ（1）は、上記実施形態１のヒートポンプ（1）に恒温槽（103）内の水を加熱する手段を追加したものである。つまり、上記実施形態１の恒温槽（103）には、水を加熱するために加熱熱交換器（102）だけが設けられているが、実施形態３の恒温槽（103）には、図８に示すように、加熱熱交換器（102）以外に加熱ヒータ（108）（補助加熱部）が設けられている。
【００９０】
加熱ヒータ（108）は、例えばシーズヒータで構成されている。この加熱ヒータ（108）は、タイマー起動部（51）の予熱運転制御部（53）でオン／オフ制御され、急速加熱モードの予熱運転時にオン状態となって加熱動作を行うように構成されている。
【００９１】
実施形態３では、急速加熱モードの予熱運転が開始されると、加熱ヒータ（108）による恒温槽（103）内の水の加熱が開始される。そのため、恒温槽（103）内の水を加熱する能力を高くすることができ、その水の予熱を一層短時間で終わらすことができる。
【００９２】
尚、加熱ヒータ（108）は、恒温槽（103）内の水を加熱するものであれば良く、電気ヒータ、ＩＨヒータ、蒸気熱源、ガス炊き等、その熱源は如何なるものでも構わない。
【００９３】
《その他の実施形態》
上記実施形態では、予熱運転中の恒温槽（103）内の水の温度変化を示す指標値として、温度係数αが用いられている。しかし、この指標値は温度係数αに限らず、例えば、温度勾配（単位時間あたりの水の温度の上昇量）でも構わない。
【００９４】
また、上記実施形態において、対象流体は水に限らず、空気、油等の他の流体を用いてもよい。
【００９５】
また、上記実施形態において、冷媒はＲ２４５ｆａに限らず、臨界温度が１００℃を超える他の冷媒を用いてもよい。
【００９６】
また、上記実施形態において、各圧縮機（11,12,16）はいわゆる高圧ドーム型のものを用いても良い。
【産業上の利用可能性】
【００９７】
本発明は、対象流体を高温に加熱するヒートポンプについて有用である。
【符号の説明】
【００９８】
１        ヒートポンプ
１０      冷媒回路
１１      低段側圧縮機（圧縮機構）
１２      高段側圧縮機（圧縮機構）
１３      放熱器
１４      膨張弁（膨張機構）
１５      蒸発器
１６      圧縮機（圧縮機構）
５１      タイマー起動部（実行部）
５３b     更新部
５３c     算出部
１００    熱媒体回路
１０２    加熱熱交換器
１０７    加熱ヒータ（補助加熱部）
１０８    加熱ヒータ（補助加熱部）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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