(57)【要約】【課題】高い効率での運転を可能にしながら、安全性および安定性等の他の性能への配慮もなされたヒートポンプ装置を提供する。【解決手段】ヒートポンプ装置１００は、圧縮機１１、放熱器１２、膨張機１３および蒸発器１４を備えている。バイパス経路２３および補助吸入経路２２が主高圧経路２１から分岐する形で設けられている。各経路には、弁２４〜２６が設けられている。ヒートポンプ装置１００は、さらに、弁制御部４２および制御方針選択部５０を備えている。弁制御部４２は、複数の制御方針のいずれかに従って弁２４〜２６を制御するように構成されている。制御方針選択部５０は、運転状態に応じて複数の制御方針から一の制御方針を選択するとともに、選択した制御方針に従って弁制御部４２に弁２４〜２６を制御させるように構成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
作動流体を圧縮する圧縮機と、
前記圧縮機で圧縮された作動流体を冷却する放熱器と、
動力伝達が行われるように前記圧縮機に連結されており、前記放熱器で冷却された作動流体を膨張させることによって動力回収を行う膨張機と、
膨張した作動流体を蒸発させる蒸発器と、
作動流体を前記放熱器から前記膨張機の主吸入孔へと導く主高圧経路と、
作動流体を前記膨張機から前記蒸発器へと導く主低圧経路と、
前記放熱器から流出した作動流体が前記膨張機を迂回して前記蒸発器に流入しうるように、前記主高圧経路から分岐して前記主低圧経路に合流しているバイパス経路と、
前記放熱器から流出した作動流体を、前記主吸入孔とは別に前記膨張機に設けられた補助吸入孔を通じて前記膨張機内に導く補助吸入経路と、
前記バイパス経路の上流端よりも下流側において、前記主高圧経路上に設けられた第一弁と、
前記補助吸入経路上に設けられた第二弁と、
前記バイパス経路上に設けられた第三弁と、
当該ヒートポンプ装置の運転状態を検出する運転状態検出部と、
複数の制御方針のいずれかに従って前記第一〜第三弁を制御するように構成された弁制御部と、
前記運転状態検出部の検出結果に応じて前記複数の制御方針から一の制御方針を選択するとともに、選択した制御方針に従って前記弁制御部に前記第一〜第三弁を制御させるように構成された制御方針選択部と、
を備えた、ヒートポンプ装置。
【請求項２】
前記複数の制御方針が、当該ヒートポンプ装置の効率を最優先する効率優先制御方針と、当該ヒートポンプ装置の安全性を最優先する安全優先制御方針とを含み、
前記弁制御部が、前記効率優先制御方針に従って前記第一〜第三弁を制御するように構成された効率優先制御部と、前記安全優先制御方針に従って前記第一〜第三弁を制御するように構成された安全優先制御部とを含む、請求項１に記載のヒートポンプ装置。
【請求項３】
前記運転状態が、前記安全優先制御部に前記第一〜第三弁を制御させるべき状態から脱した場合に、前記制御方針選択部による前記効率優先制御方針の選択が許容される、請求項２に記載のヒートポンプ装置。
【請求項４】
前記複数の制御方針が、当該ヒートポンプ装置の応答性を最優先する応答優先制御方針をさらに含み、
前記弁制御部が、前記応答優先制御方針に従って前記第一〜第三弁を制御するように構成された応答優先制御部をさらに含む、請求項２に記載のヒートポンプ装置。
【請求項５】
前記運転状態が、前記安全優先制御部に前記第一〜第三弁を制御させるべき状態から脱した場合に、前記制御方針選択部による前記応答優先制御方針の選択が許容され、
前記運転状態が、前記安全優先制御部に前記第一〜第三弁を制御させるべき状態から脱し、かつ前記応答優先制御部に前記第一〜第三弁を制御させるべき状態から脱した場合に、前記制御方針選択部による前記効率優先制御方針の選択が許容される、請求項４に記載のヒートポンプ装置。
【請求項６】
前記複数の制御方針が、当該ヒートポンプ装置の能力の調節を最優先する能力優先制御方針をさらに含み、
前記弁制御部が、前記能力優先制御方針に従って前記第一〜第三弁を制御するように構成された能力優先制御部をさらに含む、請求項２〜５のいずれか１項に記載のヒートポンプ装置。
【請求項７】
前記第一〜第三弁が、それぞれ、開度調節可能な弁であり、
前記効率優先制御部は、（i）最初に前記第一弁の開度を大きくし、前記第一弁が全開になった後、前記第二弁の開度を大きくし、前記第二弁が全開になった後、前記第三弁の開度を大きくする開制御と、（ii）最初に前記第三弁の開度を小さくし、前記第三弁が全閉になった後、前記第二弁の開度を小さくし、前記第二弁が全閉になった後、前記第一弁の開度を小さくする閉制御とを実行する、請求項２〜６のいずれか１項に記載のヒートポンプ装置。
【請求項８】
前記安全優先制御部は、（i）前記第一〜第三弁の開度を小さくする際における各弁の単位時間あたりの開度の変化量を相対的に小さくし、前記第一〜第三弁の開度を大きくする際における各弁の単位時間あたりの開度の変化量を相対的に大きくする制御を実行する、または（ii）前記第一〜第三弁の開度を小さくする際における各弁の単位時間あたりの開度の変化量を相対的に大きくし、前記第一〜第三弁の開度を大きくする際における各弁の単位時間あたりの開度の変化量を相対的に小さくする制御を実行する、請求項２〜７のいずれか１項に記載のヒートポンプ装置。
【請求項９】
前記応答優先制御部は、前記第一〜第三弁から選ばれる２以上の弁の開度を同時に小さくする制御および／または同時に大きくする制御を実行する、請求項４に記載のヒートポンプ装置。
【請求項１０】
前記能力優先制御部は、前記第一弁の開度を最小に固定し、前記第二弁の開度を全閉に固定しつつ、前記第三弁の開度を調節する制御を実行する、請求項６に記載のヒートポンプ装置。
【請求項１１】
前記運転状態検出部は、前記圧縮機から吐出された作動流体の圧力である吐出圧力Ｐｄを検出する吐出圧力センサを含み、
前記吐出圧力Ｐｄが所定値Ｐｄ１よりも高い場合に、前記制御方針選択部は前記安全優先制御方針を選択する、請求項２〜１０のいずれか１項に記載のヒートポンプ装置。
【請求項１２】
前記運転状態検出部は、前記圧縮機から吐出された作動流体の温度である吐出温度Ｔｄを検出する吐出温度センサを含み、
前記吐出温度Ｔｄが所定値Ｔｄ１よりも高い場合に、前記制御方針選択部は前記安全優先制御方針を選択する、請求項２〜１０のいずれか１項に記載のヒートポンプ装置。
【請求項１３】
前記運転状態検出部は、前記圧縮機から吐出された作動流体の温度である吐出温度Ｔｄを検出する吐出温度センサを含み、
前記吐出温度Ｔｄが所定値Ｔｄ１よりも高い場合に、前記制御方針選択部は前記安全優先制御方針を選択し、
前記吐出温度Ｔｄが前記所定値Ｔｄ１よりも小さい所定値Ｔｄ２よりも低い場合に、前記制御方針選択部は応答優先制御方針を選択する、請求項４に記載のヒートポンプ装置。
【請求項１４】
前記運転状態検出部は、外気温度Ｔａを検出する外気温度センサを含み、
前記外気温度Ｔａが所定値Ｔａ１よりも低い場合に、前記制御方針選択部は前記能力優先制御方針を選択する、請求項６または１０に記載のヒートポンプ装置。
【請求項１５】
前記運転状態検出部は、外気温度Ｔａを検出する外気温度センサと、前記圧縮機が吸入するべき作動流体の温度である吸入温度Ｔｓを検出する吸入温度センサとを含み、
前記外気温度Ｔａと前記吸入温度Ｔｓとの差が所定値Ｔｕ’よりも小さい場合に、前記制御方針選択部は前記安全優先制御方針を選択する、請求項２〜１０のいずれか１項に記載のヒートポンプ装置。
【請求項１６】
前記運転状態検出部は、前記圧縮機が吸入するべき作動流体の温度である吸入温度Ｔｓを検出する吸入温度センサと、前記蒸発器での作動流体の温度である蒸発温度Ｔｅを検出する蒸発温度センサとを含み、
前記吸入温度Ｔｓと前記蒸発温度Ｔｅとの差が所定値Ｔｕよりも小さい場合に、前記制御方針選択部は前記安全優先制御方針を選択する、請求項２〜１０のいずれか１項に記載のヒートポンプ装置。
【請求項１７】
前記運転状態検出部は、前記圧縮機の出力Ｗｏを検出する出力センサおよび前記圧縮機の入力Ｗｉを検出する入力センサの少なくとも一方を含み、
前記出力Ｗｏが所定値Ｗｏ１よりも大きい場合または前記入力Ｗｉが所定値Ｗｉ１よりも大きい場合に、前記制御方針選択部は前記能力優先制御方針を選択する、請求項６または１０に記載のヒートポンプ装置。
【請求項１８】
前記運転状態検出部は、当該ヒートポンプ装置の運転時間を計測するカウンタを含み、
前記制御方針選択部は、前記運転時間の増加に応じて、前記複数の制御方針における一の制御方針から他の制御方針へと切り替える、請求項２〜１０のいずれか１項に記載のヒートポンプ装置。
【請求項１９】
前記運転状態検出部が、当該ヒートポンプ装置の運転モードを制御する運転モード制御部を含み、
前記運転モードが一の運転モードから他の運転モードへと変更された場合に、前記制御方針選択部は、前記複数の制御方針における一の制御方針から他の制御方針へと切り替える、請求項２〜１０のいずれか１項に記載のヒートポンプ装置。
【請求項２０】
前記運転状態検出部は、前記圧縮機から吐出された作動流体の圧力を検出する吐出圧力センサを含み、
前記吐出圧力センサの検出値の単位時間あたりの変化量Ｐｄｃが所定値Ｐｄｃ１よりも大きい場合に、前記制御方針選択部は前記安全優先制御方針を選択する、請求項２〜１０のいずれか１項に記載のヒートポンプ装置。
【請求項２１】
前記運転状態検出部は、前記圧縮機から吐出された作動流体の温度を検出する吐出温度センサを含み、
前記吐出温度センサの検出値の単位時間あたりの変化量Ｔｄｃが所定値Ｔｄｃ１よりも大きい場合に、前記制御方針選択部は前記安全優先制御方針を選択する、請求項２〜１０のいずれか１項に記載のヒートポンプ装置。
【請求項２２】
前記運転状態検出部は、外気温度を検出する外気温度センサを含み、
前記外気温度の単位時間あたりの変化量Ｔａｃが所定値Ｔａｃ１よりも大きい場合に、前記制御方針選択部は前記能力優先制御方針を選択する、請求項６または１０に記載のヒートポンプ装置。
【請求項２３】
前記運転状態検出部は、外気温度を検出する外気温度センサと、前記圧縮機が吸入するべき作動流体の温度である吸入温度を検出する吸入温度センサとを含み、
前記外気温度と前記吸入温度との差の単位時間あたりの変化量Ｔｈｃ’が所定値Ｔｈｃ１’よりも大きい場合に、前記制御方針選択部は前記安全優先制御方針を選択する、請求項２〜１０のいずれか１項に記載のヒートポンプ装置。
【請求項２４】
前記運転状態検出部は、前記圧縮機が吸入するべき作動流体の温度である吸入温度を検出する吸入温度センサと、前記蒸発器での作動流体の温度である蒸発温度を検出する蒸発温度センサとを含み、
前記蒸発温度と前記吸入温度との差の単位時間あたりの変化量Ｔｈｃが所定値Ｔｈｃ１よりも大きい場合に、前記制御方針選択部は前記安全優先制御方針を選択する、請求項２〜１０のいずれか１項に記載のヒートポンプ装置。
【請求項２５】
前記運転状態検出部は、前記圧縮機の出力を検出する出力センサおよび前記圧縮機の入力を検出する入力センサの少なくとも一方を含み、
前記出力の単位時間あたりの変化量Ｗｏｃが所定値Ｗｏｃ１よりも大きい場合または前記入力の単位時間あたりの変化量Ｗｉｃが所定値Ｗｉｃ１よりも大きい場合に、前記制御方針選択部は前記能力優先制御方針を選択する、請求項６または１０に記載のヒートポンプ装置。
【請求項２６】
前記作動流体が二酸化炭素であり、
サイクルの高圧が二酸化炭素の臨界圧力以上に設定されている、請求項１〜２５のいずれか１項に記載のヒートポンプ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒートポンプ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、膨張弁に代えて容積式膨張機を用いたヒートポンプ装置の開発が進められている。容積式膨張機によれば、冷媒が膨張する過程で放出する圧力エネルギーを動力の形で回収できる。膨張機をシャフトで圧縮機に連結すれば、膨張機が回収した動力を圧縮機で消費できる。これにより、圧縮機を駆動するためのモータの消費電力を低減でき、ヒートポンプ装置の成績係数が向上する。ただし、膨張機がシャフトで圧縮機に連結されているので、外気温度等の運転条件に応じて、圧縮機を通過する冷媒の質量流量に対して膨張機を通過できる冷媒の質量流量が不足したり、過剰になったりする。そのため、高い成績係数を常時維持するためには、膨張機の質量流量を調節するための手段が必要である。
【０００３】
例えば、特許文献１には次のような冷凍装置が記載されている。図１５は、特許文献１に記載された従来の冷凍装置の構成図である。冷凍装置７０は、冷媒回路７１とコントローラ７２とを備えている。冷媒回路７１には、室内熱交換器７３、室外熱交換器７４、圧縮機７５、膨張機７６、バイパス配管７７、バイパス弁７８、インジェクション配管７９およびインジェクション弁８０が設けられている。膨張機７６は、圧縮機７５に一軸に連結されている。
【０００４】
コントローラ７２は、冷凍サイクルの高圧Ｐｈが所定の目標値に近づくように、インジェクション弁８０およびバイパス弁７８を制御する。具体的には、高圧Ｐｈが目標値よりも高ければ、高圧Ｐｈが目標値に近づくようにインジェクション弁８０の開度を大きくする。インジェクション弁８０が全開になった後、バイパス弁７８の開度を大きくする。逆に、高圧Ｐｈが目標値よりも低ければ、高圧Ｐｈが目標値に近づくようにバイパス弁７８の開度を小さくする。バイパス弁７８が全閉になった後、インジェクション弁８０の開度を小さくする。
【０００５】
特許文献２には次のような冷凍装置が記載されている。図１６は、特許文献２に記載された従来の冷凍装置の構成図である。同一参照符号で示すように、冷凍装置９０は、図１５に示す冷凍装置７０と類似の構成を有している。冷凍装置９０は、膨張機７６の主吸入孔に連通している導入管８１に前絞り弁８２が設けられている点で、冷凍装置７０（図１５）と相違している。また、膨張機７６の補助吸入孔に連通している導入管７９に設けられた弁８０ａが開閉弁である。冷凍サイクルの高圧が目標値に近づくように、３つの弁７８、８０ａおよび８２を制御する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−２３００４号公報
【特許文献２】国際公開２００８／０７２５７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１および２に記載された技術は、高い効率での運転を可能にする点で優れている。特に、図１６に示す冷凍装置９０は、制御すべき弁の数が図１５に示す冷凍装置７０よりも多いので、より広い範囲で細かな運転を行える可能性がある。しかし、弁の数を増やすと制御が複雑になる。この場合、安全性および安定性等の他の特性をどのようにして確保するのか、未だ実効的な提案はなされていない。
【０００８】
本発明は、動力回収を行う膨張機と複数の弁とを備え、高い効率での運転を可能にしながら、安全性および安定性等の他の特性への配慮もなされた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】
【０００９】
すなわち、本発明は、
作動流体を圧縮する圧縮機と、
前記圧縮機で圧縮された作動流体を冷却する放熱器と、
動力伝達が行われるように前記圧縮機に連結されており、前記放熱器で冷却された作動流体を膨張させることによって動力回収を行う膨張機と、
膨張した作動流体を蒸発させる蒸発器と、
作動流体を前記放熱器から前記膨張機の主吸入孔へと導く主高圧経路と、
作動流体を前記膨張機から前記蒸発器へと導く主低圧経路と、
前記放熱器から流出した作動流体が前記膨張機を迂回して前記蒸発器に流入しうるように、前記主高圧経路から分岐して前記主低圧経路に合流しているバイパス経路と、
前記放熱器から流出した作動流体を、前記主吸入孔とは別に前記膨張機に設けられた補助吸入孔を通じて前記膨張機内に導く補助吸入経路と、
前記バイパス経路の上流端よりも下流側において、前記主高圧経路上に設けられた第一弁と、
前記補助吸入経路上に設けられた第二弁と、
前記バイパス経路上に設けられた第三弁と、
当該ヒートポンプ装置の運転状態を検出する運転状態検出部と、
複数の制御方針のいずれかに従って前記第一〜第三弁を制御するように構成された弁制御部と、
前記運転状態検出部の検出結果に応じて前記複数の制御方針から一の制御方針を選択するとともに、選択した制御方針に従って前記弁制御部に前記第一〜第三弁を制御させるように構成された制御方針選択部と、
を備えた、ヒートポンプ装置を提供する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のヒートポンプ装置によれば、運転状態検出部の検出結果に応じて、複数の制御方針から一の制御方針が選択される。弁制御部は、選択された制御方針に従って第一〜第三弁を制御する。複数の制御方針は、例えば、効率を優先する制御方針、安全性を優先する制御方針、応答性を優先する制御方針、能力の確保を優先する制御方針等を含む。したがって、本発明によれば、高い効率での運転を可能にしながら、安全性および安定性等の他の特性への配慮もなされたヒートポンプ装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態に係るヒートポンプ装置の構成図
【図２】図１に示すヒートポンプ装置の制御系を示す構成図
【図３】第１実施形態に係る弁制御のフローチャート
【図４】各弁を開くときの効率優先制御のフローチャート
【図５】各弁を閉じるときの効率優先制御のフローチャート
【図６】安全優先制御（１）のフローチャート
【図７】安全優先制御（２）のフローチャート
【図８】応答優先制御のフローチャート
【図９】能力優先制御のフローチャート
【図１０】本発明の第２実施形態に係るヒートポンプ装置の制御系を示す構成図
【図１１】第２実施形態に係る弁制御のフローチャート
【図１２】本発明の第３実施形態に係るヒートポンプ装置の制御系を示す構成図
【図１３】第３実施形態に係る弁制御のフローチャート
【図１４】第４実施形態に係る弁制御のフローチャート
【図１５】従来の冷凍装置の構成図
【図１６】従来の他の冷凍装置の構成図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、添付の図面を参照しつつ本発明の実施形態を説明する。
【００１３】
（第１実施形態）
図１に示すように、本実施形態のヒートポンプ装置１００は、圧縮機１１、放熱器１２、膨張機１３および蒸発器１４を備えている。これらの機器により、主冷媒回路１０が形成されている。主冷媒回路１０には、作動流体としての冷媒が充填されている。圧縮機１１は、冷媒を高温高圧に圧縮する。放熱器１２は、圧縮機１１によって圧縮された冷媒を冷却して周囲へと放熱させる。膨張機１３は、放熱器１２で冷却された冷媒を減圧膨張させることによって、その冷媒から動力を回収する。蒸発器１４は、膨張した冷媒を蒸発させる。
【００１４】
圧縮機１１および膨張機１３は、それぞれ、スクロール型、ロータリ型、レシプロ型等の容積型流体機械で構成されている。膨張機１３は、動力伝達が行われるようにシャフト１６で圧縮機１１に連結されている。圧縮機１１と膨張機１３との間には、シャフト１６を駆動するためのモータ１７が配置されている。膨張機１３によって回収された動力は圧縮機１６で使用され、これにより、モータ１７の消費電力を低減できる。本実施形態では、圧縮機１１の回転数が膨張機１３の回転数に常に一致している。なお、圧縮機１１、モータ１７、シャフト１６および膨張機１３は、共通の密閉容器（図示せず）内に収容されている。このタイプの流体機械は、例えば国際公開２００６／０３５９３４号公報に開示されている。
【００１５】
冷媒として二酸化炭素を使用した場合、冷凍サイクルの高低圧差が大きいので回収できるエネルギーも大きく、高い効率向上効果を期待できる。本実施形態のヒートポンプ装置１００では、サイクルの高圧が二酸化炭素の臨界圧力以上に設定されている。
【００１６】
膨張機１３は、作動室に冷媒を導くための吸入孔として、主吸入孔１３ａおよび補助吸入孔１３ｂを有する。補助吸入孔１３ｂは、主吸入孔１３ａを通じて膨張機１３内の作動室に吸入された冷媒が膨張している最中に、その作動室に冷媒を追加的に供給できる位置に設けられている。ただし、補助吸入孔１３ｂは、膨張機１３の吸入容積（閉じ込め容積）を変更できる位置に設けられていてもよい。
【００１７】
ヒートポンプ装置１００は、さらに、補助吸入経路２２およびバイパス経路２３を備えている。補助吸入経路２２（インジェクション経路）は、放熱器１２から流出した冷媒を、主吸入孔１３ａとは別に膨張機１３に設けられた補助吸入孔１３ｂを通じて膨張機１３内に導くように構成された経路である。バイパス経路２３は、放熱器１２から流出した冷媒が膨張機１３を迂回して蒸発器１４に流入しうるように、膨張機１３の上流で主冷媒回路１０から分岐するとともに膨張機１３の下流で主冷媒回路１０に合流している経路である。具体的に、主冷媒回路１０は、放熱器１２と膨張機１３とを接続する経路としての主高圧経路２１と、膨張機１３と蒸発器１４とを接続する経路としての主低圧経路２７とを含む。主高圧経路２１により、冷媒が放熱器１２から膨張機１３の主吸入孔１３ａへと導かれる。主低圧経路２７により、冷媒が膨張機１３から蒸発器１４へと導かれる。バイパス経路２３は、主高圧経路２１から分岐して主低圧経路２７に合流している。補助吸入経路２２は、バイパス経路２３から分岐している。ただし、補助吸入経路２２が主高圧経路２１から直接分岐していてもよい。
【００１８】
ヒートポンプ装置１００は、さらに、第一弁２４（予膨張弁）、第二弁２５（インジェクション弁）および第三弁２６（バイパス弁）を備えている。第一弁２４は、バイパス経路２３の上流端（バイパス経路２３の主高圧経路２１からの分岐点）よりも下流側において、主高圧経路２１上に設けられている。第二弁２５は、補助吸入経路２２上に設けられている。第三弁２６は、バイパス経路２３からの補助吸入経路２２の分岐点よりも下流側において、バイパス経路２３上に設けられている。本実施形態において、弁２４〜２６は、開度調節可能な弁、例えば電動膨張弁で構成されている。ただし、第一弁２４が全閉に制御されることはない。第一弁２４の最小開度は、例えば、全開時の流路面積の半分の流路面積を示す開度（開度５０％）に設定されている。
【００１９】
ヒートポンプ装置１００は、さらに、吐出圧力センサ３１、吐出温度センサ３２、蒸発温度センサ３３、吸入温度センサ３４、外気温度センサ３５および入力センサ３６を備えている。これらのセンサ３１〜３６は、ヒートポンプ装置１００の運転状態を検出する運転状態検出部としての役割を担う。
【００２０】
吐出圧力センサ３１および吐出温度センサ３２は、圧縮機１１の出口（出口配管）に設けられており、それぞれ、圧縮機１１から吐出された冷媒の圧力である吐出圧力Ｐｄおよび温度である吐出温度Ｔｄを検出する。蒸発温度センサ３３は、蒸発器１４内に設けられており、蒸発器１４における冷媒の温度である蒸発温度Ｔｅを検出する。吸入温度センサ３４は、圧縮機１１の入口（入口配管）に設けられており、圧縮機１１が吸入するべき冷媒の温度である吸入温度Ｔｓを検出する。外気温度センサ３５は、放熱器１２または蒸発器１４が配置された室外の温度である外気温度Ｔａを検出する。入力センサ３６は、圧縮機１１の入力Ｗｉを検出するために使用されるセンサであって、電流センサで構成されうる。圧縮機１１の入力Ｗｉは、モータ１７の単位時間あたりの消費電力に対応している。モータ１７への給電ラインの電流値から入力Ｗｉを正確に知ることができる。
【００２１】
なお、図２および図１４に示すフローチャートにおいて、入力Ｗｉに代えて、出力Ｗｏを使用することも可能である。圧縮機１１の出力Ｗｏは、圧縮機１１が吸入するべき冷媒の比エンタルピ（Ｊ／ｋｇ）と圧縮機１１から吐出された冷媒の比エンタルピ（Ｊ／ｋｇ）との差に冷媒循環量（ｋｇ／時）を乗ずることによって算出できる。冷媒の比エンタルピは、冷媒の温度および圧力から算出できる。単位時間あたりの冷媒循環量は、圧縮機１１の回転数、圧縮機１１の容積および圧縮機１１が吸入するべき冷媒の密度から算出できる。出力Ｗｏを得るための出力センサとして、吐出圧力センサ３１、吐出温度センサ３２、蒸発温度センサ３３および吸入温度センサ３４を使用できる。
【００２２】
ヒートポンプ装置１００は、さらに、運転を制御する手段としての制御装置４０を備えている。制御装置４０は、センサ３１〜３６からの信号が入力されるように構成されている。センサ３１〜３６からの信号に基づき、制御装置４０は、モータ１７の制御と併せて、弁２４〜２６を制御する。モータ１７を制御することによって、圧縮機１１および膨張機１３の回転数が調節される。制御装置４０には、操作部３７からの信号も入力される。操作部３７の具体例としては、電源スイッチおよびタッチスクリーン等が挙げられる。
【００２３】
図２に示すように、制御装置４０は、弁制御部４２、制御方針選択部５０およびモータ制御部５１を含む。弁制御部４２は、複数の制御方針のいずれかに従って弁２４〜２６を制御するように構成されている。複数の制御方針には、ヒートポンプ装置１００の効率を最優先する効率優先制御方針と、ヒートポンプ装置１００の安全性を最優先する安全優先制御方針と、ヒートポンプ装置１００の応答性を最優先する応答優先制御方針と、ヒートポンプ装置１００の能力の調節を最優先する能力優先制御方針とが含まれる。詳細には、弁制御部４２は、効率優先制御部４４、安全優先制御部４５、応答優先制御部４６および能力優先制御部４７で構成されている。これらの優先制御部４４〜４７は、それぞれ、効率優先制御方針、安全優先制御方針、応答優先制御方針および能力優先制御方針に従って弁２４〜２６を制御するように構成されている。
【００２４】
制御方針選択部５０は、センサ３１〜３６の検出結果に応じて複数の制御方針から一の制御方針を選択するとともに、選択した制御方針に従って弁制御部４２に弁２４〜２６を制御させるように構成されている。モータ制御部５１は、操作部３７およびセンサ３１〜３６からの信号に基づいて、インバータ（図示省略）を介してモータ１７を制御する。
【００２５】
制御装置４０として、Ａ／Ｄ変換回路、入出力回路、演算回路、記憶装置等を含むＤＳＰ（Digital Signal Processor）を使用できる。制御装置４０には、モータ１７および弁２４〜２６を制御するための各種プログラムが格納されている。プログラムの実行によって、弁制御部４２（優先制御部４４〜４７）、制御方針選択部５０およびモータ制御部５１の各機能が提供される。このことは、第２および第３実施形態で説明する運転時間計測部５２および運転モード制御部５３についても同じである。
【００２６】
次に、ヒートポンプ装置１００の運転について説明する。圧縮機１１で圧縮された冷媒は、高温高圧へと変化する。圧縮冷媒は放熱器１２へと送られ、放熱器１２で冷却される。放熱器１２から流出した冷媒は、主高圧経路２１、第一弁２４および主吸入孔１３ａを経て、膨張機１３に吸入される。第二弁２５が開いている場合、放熱器１２から流出した冷媒の一部は、補助吸入経路２２、第二弁２５および補助吸入孔１３ｂを経て、膨張機１３に吸入される。膨張機１３に吸入された冷媒は、エンタルピの減少を伴って膨張する。第三弁２６が開いている場合、放熱器１２から流出した冷媒の他の一部は、バイパス経路２３および第三弁２６を経て、主高圧経路２１から主低圧経路２７へと直接送られ、膨張機１３から吐出された冷媒と合流する。膨張した冷媒は、蒸発器１４において蒸発し、圧縮機１１へと戻される。
【００２７】
次に、フローチャートを参照して、弁２４〜２６の制御方法を説明する。図３〜９は、弁２４〜２６を制御するために制御装置４０で実行される処理のフローチャートである。図３がメインルーチンを表しており、図４〜９は、メインルーチン中のサブルーチンを表している。ヒートポンプ装置１００の起動後、図３に示す処理を定期的に実行することによって、弁２４〜２６が適切に制御される。
【００２８】
図３に示すステップＳ１〜７の処理は、制御方針選択部５０が実行する処理であり、ステップＳ８〜１４の処理は、弁制御部４２（優先制御部４４〜４７）が実行する処理である。まず、ステップＳ１において、制御方針選択部５０はセンサ３１〜３６から信号を取得し、吐出温度Ｔｄ、蒸発温度Ｔｅ、吸入温度Ｔｓ、外気温度Ｔａ、吐出圧力Ｐｄおよび入力Ｗｉを検出（把握）する。
【００２９】
次に、ステップＳ２において、吐出温度Ｔｄが所定の閾値Ｔｄ１よりも高いかどうかを判断する。吐出温度Ｔｄが閾値Ｔｄ１より高い場合に、ステップＳ９の安全優先制御（１）を実行する。ステップＳ３において、吐出圧力Ｐｄが所定の閾値Ｐｄ１よりも高いかどうかを判断する。吐出圧力Ｐｄが閾値Ｐｄ１よりも高い場合に、ステップＳ１０の安全優先制御（１）を実行する。ステップＳ４において、吸入温度Ｔｓと蒸発温度Ｔｅとの差（＝過熱度ＳＨ）が所定の閾値Ｔｕよりも小さいかどうかを判断する。過熱度ＳＨが閾値Ｔｕよりも小さい場合に、ステップＳ１１の安全優先制御（２）を実行する。すなわち、ステップＳ２〜４において、制御方針選択部５０は安全優先制御方針を選択する。
【００３０】
閾値Ｔｄ１、Ｐｄ１およびＴｕは、それぞれ、ヒートポンプ装置１００の安全性を十分に保障できる吐出温度、吐出圧力および過熱度に等しい。例えば、二酸化炭素を冷媒として使用したヒートポンプ装置１００を給湯機に適用する場合（以下、他の閾値を例示する場合も同様）には、閾値Ｔｄ１を１００℃に、閾値Ｐｄ１を１０．５ＭＰａに、閾値Ｔｕを５℃に設定しうる。
【００３１】
ステップＳ５において、吐出温度Ｔｄが所定の閾値Ｔｄ２よりも低いかどうかを判断する。吐出温度Ｔｄが所定の閾値Ｔｄ２よりも低い場合に、ステップＳ１２の応答優先制御を実行する。すなわち、ステップＳ５において、制御方針選択部５０は応答優先制御方針を選択する。閾値Ｔｄ２は、吐出温度Ｔｄを迅速に上昇させるべきであると判断できる下限温度に等しい。すなわち、閾値Ｔｄ２は閾値Ｔｄ１よりも小さい値であり、例えば５０℃である。
【００３２】
ステップＳ６において、外気温度Ｔａが所定の閾値Ｔａ１よりも低いかどうかを判断する。外気温度Ｔａが閾値Ｔａ１よりも低い場合に、ステップＳ１３の能力優先制御を実行する。ステップＳ７において、圧縮機１１の入力Ｗｉが所定の閾値Ｗｉ１よりも大きいかどうかを判断する。入力Ｗｉが閾値Ｗｉ１よりも大きい場合に、ステップＳ１４の能力優先制御を実行する。すなわち、ステップＳ６および７において、制御方針選択部５０は能力優先制御方針を選択する。閾値Ｔａ１は、ヒートポンプ装置１００の能力の確保が困難であると判断できる外気温度に等しく、例えば−１５℃に設定しうる。閾値Ｗｉ１は、圧縮機１１の容積、ヒートポンプ装置１００の用途、冷媒の種類等の種々の設計条件に応じて定められる値である。閾値Ｗｉ１は、例えば、定格消費電力の１２０％に設定できる。
【００３３】
ステップＳ２〜７の条件を全て満たさない場合に、ステップＳ８の効率優先制御を実行する。すなわち、制御方針選択部５０は効率優先制御方針を選択する。
【００３４】
なお、ステップＳ４において、吸入温度Ｔｓと蒸発温度Ｔｅとの差（＝過熱度ＳＨ）に代えて、外気温度Ｔａと吸入温度Ｔｓとの差を使用してもよい。すなわち、外気温度Ｔａと吸入温度Ｔｓとの差が所定の閾値Ｔｕ’よりも小さい場合に、ステップＳ１１の安全優先制御を実行してもよい。これは、蒸発温度Ｔｅと外気温度Ｔａとの間に密接な関係が存在することに基づく。また、入力Ｗｉに代えて、出力Ｗｏを使用してもよい。すなわち、出力Ｗｏが所定の閾値Ｗｏ１よりも大きい場合に、ステップＳ１４の能力優先制御を実行してもよい。
【００３５】
図３のフローチャートによれば、ヒートポンプ装置１００の運転状態が、安全優先制御部４５に弁２４〜２６を制御させるべき状態から脱した場合に、制御方針選択部５０による効率優先制御方針（効率優先制御部４４）の選択が許容される。このようにすれば、安全性を確保したうえで効率のよい運転を行える。より詳細には、ヒートポンプ装置１００の運転状態が、安全優先制御部４５に弁２４〜２６を制御させるべき状態から脱した場合に、制御方針選択部５０による応答優先制御方針（応答優先制御部４６）の選択が許容される。さらに、運転状態が、安全優先制御部４５に弁２４〜２６を制御させるべき状態から脱し、かつ応答優先制御部４６に弁２４〜２６を制御させるべき状態から脱した場合に、制御方針選択部５０による効率優先制御方針（効率優先制御部４４）の選択が許容される。このようにすれば、安全性を確保したうえで優れた応答性を得ることができる。応答性の向上により、ヒートポンプ装置１００の運転状態をより素早く所望の運転状態に近づけることができる。また、高い安全性および優れた応答性を確保したうえで効率のよい運転を行える。
【００３６】
次に、サブルーチンの形で準備された各優先制御の詳細を説明する。
【００３７】
図４は、弁を開くときの効率優先制御のフローチャートである。詳細には、圧縮機１１を通過する冷媒の質量流量に対して膨張機１３を通過できる冷媒の質量流量が不足している場合、すなわち膨張機１３の容量が不足している場合に効率優先制御部４４によって実行される処理を表している。膨張機１３の容量の過不足は、吐出圧力Ｐｄ、吐出温度Ｔｄ、外気温度Ｔａ、蒸発温度Ｔａ等に基づいて判断できる。例えば、これらの計測値に基づいて、膨張機の容積が不足しているかどうかを判断するための参照テーブルを制御装置４０に持たせる。運転時において、吐出温度Ｔｄ等を計測し、計測値を用いてテーブルを参照することにより、膨張機１３の容量の過不足を判断できる。参照テーブルは、実機を用いた予備実験またはシミュレーションによって作成されうる。
【００３８】
ステップＳ２１において、第一弁２４が全開かどうかを判断する。第一弁２４が全開でない場合に、ステップＳ２２に進み、第一弁２４の開度を大きくする。第一弁２４が全開の場合に、ステップＳ２３に進み、第二弁２５が全開かどうかを判断する。第二弁２５が全開でない場合に、ステップＳ２４に進み、第二弁２５の開度を大きくする。第二弁２５が全開の場合に、ステップＳ２５に進み、第三弁２６が全開かどうかを判断する。第三弁２６が全開でない場合に、ステップＳ２６に進み、第三弁２６の開度を大きくする。段階的に開度を調節できる電動膨張弁を弁２４〜２６に使用した場合、ステップＳ２２、２４および２６で開度を例えば１段階ずつ変化させる。
【００３９】
このように、効率優先制御部４４は、最初に第一弁２４の開度を大きくし、第一弁２４が全開になった後、第二弁２５の開度を大きくし、第二弁２５が全開になった後、第三弁２６の開度を大きくする開制御を実行する。第一弁２４が全開になるまでは、第二弁２５および第三弁２６は全閉に維持される。また、第一弁２４および第二弁２５が全開になるまでは、第三弁２６は全閉に維持される。膨張機１３を通過しうる冷媒の質量流量は冷凍サイクルを安定させうる最大量に調節され、かつ膨張機１３を迂回する冷媒の質量流量は最小量に調節される。したがって、冷凍サイクルを安定させつつ、動力回収量を最大化でき、ひいては高い効率での運転が可能となる。
【００４０】
図５は、弁を閉じるときの効率優先制御のフローチャートである。詳細には、圧縮機１１を通過する冷媒の質量流量に対して膨張機１３を通過できる冷媒の質量流量が過剰である場合、すなわち膨張機１３の容量が大きすぎる場合に効率優先制御部４４によって実行される処理を表している。ステップＳ３１において、第三弁２６が全閉かどうかを判断する。第三弁２６が全開でない場合に、ステップＳ３２に進み、第三弁２６の開度を小さくする。第三弁２６が全閉の場合に、ステップＳ３３に進み、第二弁２５が全閉かどうかを判断する。第二弁２５が全閉でない場合に、ステップＳ３４に進み、第二弁２５の開度を小さくする。第二弁２５が全閉の場合に、ステップＳ３５に進み、第一弁２４の開度が最小かどうかを判断する。第一弁２４の開度が最小でない場合に、ステップＳ３６に進み、第一弁２４の開度を小さくする。
【００４１】
このように、効率優先制御部４４は、最初に第三弁２６の開度を小さくし、第三弁２６が全閉になった後、第二弁２５の開度を小さくし、第二弁２５が全閉になった後、第一弁２４の開度を小さくする閉制御を実行する。第三弁２６が全閉になるまでは、第一弁２４および第二弁２５は全開に維持される。また、第二弁２５および第三弁２６が全閉になるまでは、第一弁２４は全開に維持される。膨張機１３を通過しうる冷媒の質量流量は冷凍サイクルを安定させうる最大量に調節され、かつ膨張機１３を迂回する冷媒の質量流量は最小量に調節される。したがって、冷凍サイクルを安定させつつ、動力回収量を最大化でき、ひいては高い効率での運転が可能となる。
【００４２】
図６は、安全優先制御（１）のフローチャートである。詳細には、吐出圧力Ｐｄが異常な上昇を起こした場合に安全優先制御部４５によって実行される処理を表している。ステップＳ４１において、どのような弁制御が必要か判断する。具体的には、圧縮機１１を通過する冷媒の質量流量に対して膨張機１３を通過できる冷媒の質量流量が不足しているのか過剰であるのかを判断する。過剰であると判断した場合に、効率優先制御（図５）の手順に従って、弁２４〜２６の中から開度を小さくするべき弁を特定する。その後、ステップＳ４２に進み、その特定した弁の開度を現在の開度ＬよりもＬｘ小さい開度に設定する。不足していると判断した場合にも、同様に、効率優先制御（図４）の手順に従って、弁２４〜２６の中から開度を大きくするべき弁を特定する。その後、ステップＳ４３に進み、その特定した弁の開度を現在の開度Ｌよりも（Ｌｘ＋Ｌ１）大きい開度に設定する。
【００４３】
ステップＳ４２に示すように、開度を小さくする場合、単位時間あたり（例えば１制御サイクルあたり）の開度の変化量は、Ｌｘである。ステップＳ４３に示すように、開度を大きくする場合、単位時間あたり（例えば１制御サイクルあたり）の開度の変化量は、（Ｌｘ＋Ｌ１）である。Ｌｘは、開度を小さくする場合と大きくする場合とに共通な値であり、例えば、制御可能な全範囲（開度）の３％程度に設定できる。Ｌｘ＜（Ｌｘ＋Ｌ１）であるから、安全優先制御（１）において、開度を大きくする場合の変化量は、開度を小さくする場合の変化量よりも大きい。
【００４４】
ステップＳ４３において、異常値が大きければ大きいほど、Ｌ１を大きくしてもよい。「異常値」とは、吐出圧力Ｐｄと閾値Ｐｄ１との差で表される値である。例えば、吐出圧力Ｐｄと閾値Ｐｄ１との差が０．５ＭＰａ未満の場合に、Ｌ１を制御可能な全範囲（開度）の３％程度に設定し、吐出圧力Ｐｄと閾値Ｐｄ１との差が０．５ＭＰａ以上の場合に、Ｌ１を制御可能な全範囲（開度）の１０％程度に設定する。
【００４５】
図６に示すように、安全優先制御（１）によれば、弁２４〜２６の開度を小さくする際における各弁の単位時間あたりの開度の変化量を相対的に小さくし、弁２４〜２６の開度を大きくする際における各弁の単位時間あたりの開度の変化量を相対的に大きくする制御が実行される。吐出圧力Ｐｄが異常に上昇した場合に、吐出圧力Ｐｄを下げるために、弁２４〜２６を開く際の制御量を閉じる際の制御量よりも大きくする。このようにすれば、吐出圧力Ｐｄを迅速に下げることができるので、ヒートポンプ装置１００の安全性を確実に保障できる。
【００４６】
図７は、安全優先制御（２）のフローチャートである。詳細には、過熱度ＳＨ（＝Ｔｓ−Ｔｅ）が異常な低下を起こした場合に安全優先制御部４５によって実行される処理を表している。ステップＳ５１において、上述した安全優先制御（１）と同じ手順で、どのような弁制御が必要か判断する。すなわち、弁２４〜２６の中から開度を大きくする、または小さくするべき弁を特定する。ステップＳ５２では、特定した弁の開度を現在の開度Ｌよりも（Ｌｙ＋Ｌ２）小さくする。ステップＳ５３では、特定した弁の開度を現在の開度ＬよりもＬｙ大きい開度に設定する。
【００４７】
ステップＳ５２に示すように、開度を小さくする場合、単位時間あたりの開度の変化量は、（Ｌｙ＋Ｌ２）である。ステップＳ５３に示すように、開度を大きくする場合、単位時間あたりの開度の変化量は、Ｌｙである。Ｌｙは、開度を小さくする場合と大きくする場合とに共通な値であり、例えば、制御可能な全範囲（開度）の３％程度に設定できる。Ｌｙ＜（Ｌｙ＋Ｌ２）であるから、開度を小さくする場合の変化量は、開度を大きくする場合の変化量よりも大きい。
【００４８】
ステップＳ５３において、異常値が大きければ大きいほど、Ｌ２を大きくしてもよい。「異常値」とは、過熱度ＳＨと閾値Ｔｕ（例えば２℃）との差で表される値である。例えば、過熱度ＳＨが２〜５℃の範囲の値を有する場合に、Ｌ２を制御可能な全範囲（開度）の３％程度に設定し、過熱度ＳＨが２℃未満の場合に、Ｌ２を制御可能な全範囲（開度）の１０％程度に設定する。
【００４９】
図７に示すように、安全優先制御（２）によれば、弁２４〜２６の開度を小さくする際における各弁の単位時間あたりの開度の変化量を相対的に大きくし、弁２４〜２６の開度を大きくする際における各弁の単位時間あたりの開度の変化量を相対的に小さくする制御が実行される。過熱度ＳＨが異常に低下した場合に、過熱度ＳＨを上げるために、弁２４〜２６を閉じる際の制御量を開く際の制御量よりも大きくする。このようにすれば、過熱度ＳＨを迅速に上げることができるので、圧縮機１１で液圧縮が起こるのを防止でき、ひいてはヒートポンプ装置１００の安全性を確実に保障できる。
【００５０】
図８は、応答優先制御のフローチャートである。詳細には、吐出温度Ｔｄが低すぎる場合に応答優先制御部４６によって実行される処理を表している。ステップＳ６１で、圧縮機１１を通過する冷媒の質量流量に対して膨張機１３を通過できる冷媒の質量流量が不足しているか過剰であるかを判断する。すなわち、膨張機１３の容量が不足しているかどうかを判断する。容量が不足している場合に、ステップＳ６３に進み、弁２４〜２６の全ての開度を同時に大きくする。容量が大きすぎる場合に、ステップＳ６２に進み、弁２４〜２６の全ての開度を同時に小さくする。吐出温度Ｔｄが低すぎる場合、基本的には、弁２４〜２６の開度を小さくする必要がある。したがって、吐出温度Ｔｄが閾値Ｔｄ２よりも小さい場合、弁２４〜２６の開度の開度を同時に小さくする制御のみを行ってもよい。なお、「同時に」とは、本実施形態では、弁２４〜２６の開度を変更すべき旨を１制御サイクルの中で決定し、その決定に基づいて弁２４〜２６に駆動信号を与えることを意味しているが、必ずしもこれに限定されるわけではない。冷凍サイクルの追従を許さない程度、例えば数秒以内であれば、一の弁の開度変更と他の弁の開度変更との間にタイムラグがあったとしても「同時」とみなせる。
【００５１】
このように、応答優先制御部４６は、弁２４〜２６の開度を同時に小さくする制御（または同時に大きくする制御）を実行する。これにより、速やかに必要な吐出温度Ｔｄを確保できる。なお、弁２４〜２６の開度を小さくする必要がある場合にのみ、開度を同時に調節する制御を行うことが可能である。同様に、弁２４〜２６の開度を大きくする必要がある場合にのみ、開度を同時に調節する制御を行うことが可能である。さらに、弁２４〜２６から選ばれる２以上の弁の開度を同時に小さくしたり、大きくしたりしてもよい。これらの場合にも、応答性を改善する効果が得られるからである。
【００５２】
図９は、能力優先制御のフローチャートである。詳細には、外気温度Ｔａが低すぎる場合および／または圧縮機１１の入力Ｗｉが高すぎる場合に能力優先制御部４７によって実行される処理を表している。外気温度Ｔａが低下するにつれて、圧縮機１１の出口における冷媒の温度（吐出温度Ｔｄ）と膨張機１３の出口における冷媒の温度（≒蒸発温度Ｔｅ）との差が大きくなり、圧縮機１１から膨張機１３への熱移動が増加する。その結果、吐出温度Ｔｄが低下し、加熱能力が不足する可能性がある。これに対し、図９に示す能力優先制御によると、外気温度Ｔａが低い場合に、より多くの冷媒をバイパス経路２３に流す。そのため、圧縮機１１から膨張機１３への熱移動を減らすことができ、それにより、吐出温度Ｔｄの低下を抑制できる。外気温度Ｔａが極めて低い場合、動力回収を行うよりもバイパス経路２３を用いた方が吐出温度Ｔｄを確保しやすい。また、より多くの冷媒をバイパス経路２３に流すことによって、入力Ｗｉの過昇を回避しつつ必要な吐出温度Ｔｄを確保できる。このような場合に、バイパス経路２３の流量を増やすべく、図９に示す能力優先制御を実行しうる。
【００５３】
まず、ステップＳ７１において、第一弁２４の開度が最小かどうかを判断する。第一弁２４の開度が最小でない場合に、ステップＳ７２に進み、第一弁２４の開度を最小にする。次に、ステップＳ７３において、第二弁２５が全閉かどうかを判断する。第二弁２５が全閉でない場合に、ステップＳ７４に進み、第二弁２５を全閉にする。その後、ステップＳ７５において、第三弁２６の開度を小さくすべきか大きくすべきかを判断する。第三弁２６の開度を小さくする必要がある場合に、ステップＳ７６に進み、第三弁２６の開度を小さくする。第三弁２６の開度を大きくする必要がある場合に、ステップＳ７７に進み、第三弁２６の開度を大きくする。具体的には、圧縮機１１を通過する冷媒の質量流量に対して膨張機１３を通過できる冷媒の質量流量が過剰である場合に第三弁２６の開度を小さくし、不足している場合に第三弁２６の開度を大きくする。
【００５４】
このように、能力優先制御部４７は、第一弁２４を最小開度に固定し、第二弁２５を全閉に固定し、かつ第三弁２６の開度のみを調節する制御を実行する。これにより、圧縮機１１から膨張機１３への熱移動を抑制し、必要な吐出温度Ｔｄを確保できる。また、より低い入力Ｗｉで必要な吐出温度Ｔｄを確保できるので、冷凍サイクルの効率も改善する。
【００５５】
（第２実施形態）
図１０に示すように、本実施形態において、制御装置４０は、第１実施形態の構成に加えて、運転時間計測部５２を含む。運転時間計測部５２は、ヒートポンプ装置１００の運転時間Ｔｉを計測するカウンタで構成されている。運転時間計測部５２も、ヒートポンプ装置１００の運転状態を検出する運転状態検出部としての役割を担う。
【００５６】
図１１は、第２実施形態に係る弁制御のフローチャートである。本実施形態では、ヒートポンプ装置１００の運転時間Ｔｉの増加に応じて、複数の制御方針における一の制御方針から他の制御方針へと切り替える。
【００５７】
制御方針選択部５０によってステップＳ８１〜８７の処理が実行され、応答優先制御部４６によってステップＳ８８および９０の処理が実行され、効率優先制御部４４によってステップＳ８７、８９および９１の処理が実行され、安全優先制御部４５によってステップＳ９２の処理が実行される。運転時間Ｔｉが増加するにつれて、応答優先制御、効率優先制御、応答優先制御、効率優先制御、安全優先制御および効率優先制御の順番で実行される。安全優先制御として、図６に示す安全優先制御（１）を採用できる。場合によっては、図７に示す安全優先制御（２）も採用できる。ステップＳ８１〜８７において、所定の閾値Ｔｉ１〜Ｔｉ５の関係は、Ｔｉ１＜Ｔｉ２＜Ｔｉ３＜Ｔｉ４＜Ｔｉ５である。例えば、５分、１０分、１５分…と一定の時間間隔で制御が切り替わるように、閾値Ｔｉ１〜Ｔｉ５を設定しうる。
【００５８】
また、各制御を継続して実行すべき時間に応じて、閾値Ｔｉ１〜Ｔｉ５を設定しうる。例えば、応答優先制御、効率優先制御、応答優先制御、効率優先制御、安全優先制御および効率優先制御の各制御が、それぞれ、システム起動時、安定運転時、除霜運転突入時、除霜運転時、除霜運転からの復帰時および安定運転時に実行すべき制御である場合、除霜運転を行うべき時間間隔に応じて、閾値Ｔｉ１〜Ｔｉ５を設定しうる。
【００５９】
ヒートポンプ装置１００の起動後、運転時間計測部５２によって運転時間Ｔｉが計測される。制御方針選択部５０は、ステップＳ８１において、運転時間計測部５２に問い合わせることにより、運転時間Ｔｉを取得（検出）する。つまり、先に触れたように、運転時間計測部５２は、ヒートポンプ装置１００の運転状態を検出する運転状態検出部としての役割を担っている。
【００６０】
起動後に、まずステップＳ８８の応答優先制御を実行することにより、迅速に目標の運転状態（吐出温度Ｔｄ等）を得ることができる。これにより、ユーザの利便性が向上する。運転時間Ｔｉが閾値Ｔｉ１に達したら、運転状態が安定したものとみなして、ステップＳ８９の効率優先制御を実行する。これにより、消費電力の低減を図れる。次に、運転時間Ｔｉが閾値Ｔｉ２に達して除霜運転が始まったら、除霜運転突入時の制御として、ステップＳ９０の応答優先制御を実行する。これにより、システムがいち早く安定除霜状態に達し、除霜時間の短縮化に寄与する。次に、運転時間Ｔｉが閾値Ｔｉ３に達したら、除霜運転時の制御として、ステップＳ９１の効率優先制御を実行する。これにより、除霜運転中の消費電力を低減できる。次に、運転時間Ｔｉが閾値Ｔｉ４に達したら、除霜運転からの復帰時の制御として、ステップＳ９２の安全優先制御を実行する。除霜運転からの復帰時において、サイクルが不安定になりやすく、吐出圧力Ｐｄおよび吐出温度Ｔｄの異常上昇が起こりやすい。このような異常状態の発生を防ぐために、除霜運転からの復帰時に安全優先制御を実行することが特に有効である。その後、運転時間Ｔｉが閾値Ｔｉ５に達したら、再び効率優先制御へと移行する（ステップＳ８７）。なお、ステップＳ８７の効率優先制御の終了後は、運転時間ＴｉをＴｉ１に再設定することで、次の除霜運転まで効率優先制御を継続できる。
【００６１】
以上のように、運転時間Ｔｉに応じて弁２４〜２６の制御方針を選択する（切り替える）ことにより、効率、安全性、信頼性、応答性および安定性等の特性を高いレベルで発揮しうるヒートポンプ装置１００を提供できる。
【００６２】
（第３実施形態）
図１２に示すように、本実施形態において、制御装置４０は、第１実施形態の構成に加えて、運転モード制御部５３を含む。運転モード制御部５３は、ヒートポンプ装置１００の運転モードを制御する。運転モード制御部５３も、ヒートポンプ装置１００の運転状態を検出する運転状態検出部としての役割を担う。
【００６３】
図１３は、第３実施形態に係る弁制御のフローチャートである。本実施形態では、運転モードが一の運転モードから他の運転モードへと変更された場合に、複数の制御方針における一の制御方針から他の制御方針へと切り替える。
【００６４】
制御方針選択部５０によってステップＳ１０１〜１０７の処理が実行され、応答優先制御部４６によってステップＳ１０９の処理が実行され、効率優先制御部４４によってステップＳ１０８および１１０の処理が実行され、安全優先制御部４５によってステップＳ１１１、１１２および１１３の処理が実行され、能力優先制御部４７によってステップＳ１１４の処理が実行される。
【００６５】
制御方針選択部５０は、ステップＳ１０１において、運転モード制御部５３に問い合わせることにより、現在の運転モードＭｏを取得（検出）する。つまり、先に触れたように、運転モード制御部５３は、ヒートポンプ装置１００の運転状態を検出する運転状態検出部としての役割を担っている。
【００６６】
次に、ステップＳ１０２において、運転モードが起動モードかどうかを判断する。運転モードが起動モードである場合に、ステップＳ１０９の応答優先制御を実行する。同様に、ステップＳ１０３において、運転モードが定常モードかどうかを判断する。運転モードが定常モードの場合に、ステップＳ１１０の効率優先制御を実行する。ステップＳ１０４において、運転モードが除霜モードかどうかを判断する。運転モードが除霜モードである場合に、ステップＳ１１１の安全優先制御（１）を実行する。ステップＳ１０５において、運転モードが停止モードかどうかを判断する。運転モードが停止モードの場合に、ステップＳ１１２の安全優先制御（１）を実行する。ステップＳ１０６において、運転モードが低温モードかどうかを判断する。運転モードが低温モードの場合に、ステップＳ１１３の安全優先制御（２）を実行する。ステップＳ１０７において、運転モードが高出力モードかどうかを判断する。運転モードが高出力モードである場合に、ステップＳ１１４の能力優先制御を実行する。ステップＳ１０２〜１０７の条件を全て満たさない場合に、ステップＳ１０８の効率優先制御を実行する。
【００６７】
以上のように、運転モードＭｏに応じて弁２４〜２６の制御方針を選択する（切り替える）ことにより、効率、安全性、信頼性、応答性および安定性等の特性を高いレベルで発揮しうるヒートポンプ装置１００を提供できる。
【００６８】
（第４実施形態）
図１４は、第４実施形態に係る弁制御のフローチャートである。ステップＳ２０１において、制御方針選択部５０はセンサ３１〜３６から信号を取得し、吐出温度Ｔｄ、蒸発温度Ｔｅ、吸入温度Ｔｓ、外気温度Ｔａ、吐出圧力Ｐｄおよび入力Ｗｉを検出（把握）する。次に、ステップＳ２０２において、吐出温度Ｔｄの単位時間（例えば１分）あたりの変化量Ｔｄｃ、外気温度Ｔａの単位時間あたりの変化量Ｔａｃ、吐出圧力Ｐｄの単位時間あたりの変化量Ｐｄｃ、吸入温度Ｔｓと外気温度Ｔａとの差（過熱度）の単位時間あたりの変化量Ｔｈｃ、圧縮機１１の入力Ｗｉの単位時間あたりの変化量Ｗｉｃを算出する。
【００６９】
次に、ステップＳ２０３において、変化量Ｔｄｃが所定の閾値Ｔｄｃ１よりも大きいかどうかを判断する。変化量Ｔｄｃが閾値Ｔｄｃ１より大きい場合に、ステップＳ２１０の安全優先制御（１）を実行する。同様に、ステップＳ２０４において、変化量Ｐｄｃが所定の閾値Ｐｄｃ１よりも大きいかどうかを判断する。変化量Ｐｄｃが閾値Ｐｄｃ１よりも大きい場合に、ステップＳ２１１の安全優先制御（１）を実行する。ステップＳ２０５において、変化量Ｔｈｃが所定の閾値Ｔｈｃ１よりも大きいかどうかを判断する。変化量Ｔｈｃが閾値Ｔｈｃ１よりも大きい場合に、ステップＳ２１２の安全優先制御（２）を実行する。すなわち、ステップＳ２０３〜２０５において、制御方針選択部５０は安全優先制御方針を選択する。
【００７０】
閾値Ｔｄｃ１、Ｐｄｃ１およびＴｈｃ１は、それぞれ、ヒートポンプ装置１００の安全性を十分に保障できる変化量に等しい。例えば、閾値Ｔｄｃ１を５℃／ｍｉｎに、閾値Ｐｄｃ１を０．２ＭＰａ／ｍｉｎに、閾値Ｔｈｃ１を０．５℃／ｍｉｎに設定しうる。
【００７１】
ステップＳ２０６において、変化量Ｔａｃが所定の閾値Ｔａｃ１よりも大きいどうかを判断する。変化量Ｔａｃが閾値Ｔａｃ１よりも大きい場合に、ステップＳ２１３の能力優先制御を実行する。ステップＳ２０７において、変化量Ｗｉｃが所定の閾値Ｗｉｃ１よりも大きいどうかを判断する。変化量Ｗｉｃが閾値Ｗｉｃ１よりも大きい場合に、ステップＳ２１４の能力優先制御を実行する。すなわち、ステップＳ２０６および２０７において、制御方針選択部５０は能力優先制御方針を選択する。閾値Ｔａｃ１は、ヒートポンプ装置１００の能力の確保が困難であると判断できる変化量に等しく、例えば１℃／ｍｉｎに設定しうる。閾値Ｗｉｃ１は、圧縮機１１の容積、ヒートポンプ装置１００の用途、冷媒の種類等の種々の設計条件に応じて定められる値である。閾値Ｗｉｃ１は、例えば、定格消費電力の１５％／ｍｉｎに設定できる。
【００７２】
ステップＳ２０３〜２０７の条件を全て満たさない場合に、ステップＳ２０８の効率優先制御を実行する。すなわち、制御方針選択部５０は効率優先制御方針を選択する。
【００７３】
なお、吸入温度Ｔｓと蒸発温度Ｔｅとの差（過熱度）の単位時間あたりの変化量Ｔｈｃに代えて、外気温度Ｔａと吸入温度Ｔｓとの差の単位時間あたりの変化量を使用してもよい。すなわち、外気温度Ｔａと吸入温度Ｔｓとの差の単位時間あたりの変化量Ｔｈｃ’が所定の閾値Ｔｈｃ１’よりも大きい小さい場合に、ステップＳ２１２の安全優先制御を実行してもよい。また、入力Ｗｉに代えて、出力Ｗｏを使用してもよい。すなわち、出力Ｗｏの単位時間あたりの変化量Ｗｏｃが所定の閾値Ｗｏｃ１よりも大きい場合に、ステップＳ２１５の能力優先制御を実行してもよい。
【００７４】
以上のように、各種変化量と閾値との大小関係に応じて弁２４〜２６の制御方針を選択する（切り替える）ことにより、効率、安全性、信頼性、応答性および安定性等の特性を高いレベルで発揮しうるヒートポンプ装置１００を提供できる。
【００７５】
（応用例）
第１〜第４実施形態から理解できるように、弁制御部４２を構成する効率優先制御部４４、安全優先制御部４５、応答優先制御部４６および能力優先制御部４７を適宜取捨選択できる。例えば、効率優先制御と安全優先制御との組み合わせは好適で、効率優先制御および安全優先制御のいずれかが常時選択される実施形態を採用しうる。さらに、各制御部４４〜４７のいずれかを単独で採用した実施形態も採用できる。安全優先制御および応答優先制御は、本明細書で説明した方法以外の方法で複数の弁を制御する場合にも容易に適用できる。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
本発明のヒートポンプ装置は、給湯機、冷凍機、空調機、乾燥機等の機器に広く利用できる。
【符号の説明】
【００７７】
１０  主冷媒回路
１１  圧縮機
１２  放熱器
１３  膨張機
１４  蒸発器
１６  シャフト
１７  モータ
２１  主高圧経路
２２  第一弁（予膨張弁）
２３  補助吸入経路（インジェクション経路）
２４  第二弁（インジェクション弁）
２５  バイパス経路
２６  第三弁（バイパス弁）
３１  吐出圧力センサ
３２  吐出温度センサ
３３  蒸発温度センサ
３４  吸入温度センサ
３５  外気温度センサ
３６  入力センサ
４０  制御装置
４２  弁制御部
４４  効率優先制御部
４５  安全優先制御部
４６  応答優先制御部
４７  能力優先制御部
５０  制御方針選択部
５１  モータ制御部
５２  運転時間計測部
５３  運転モード制御部
１００  ヒートポンプ装置
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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