(57)【要約】  本発明は、熱媒体の加熱温度および加熱能力の低下を抑えつつ高圧側冷媒圧力の上昇を抑制することのできる冷凍サイクル装置を提供することを目的とする。  本発明の冷凍サイクル装置は、冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮機で圧縮された冷媒を熱媒体と熱交換する高温側熱交換器と、高温側熱交換器を通過した冷媒を膨張させる膨張部と、膨張部を通過した冷媒を流体と熱交換する低温側熱交換器と、低温側熱交換器へ流体を送る搬送部とを備え、圧縮機で圧縮された後の冷媒圧力を高圧側冷媒圧力、圧縮機で圧縮される前の冷媒圧力を低圧側冷媒圧力とし、圧縮機の冷媒圧縮能力を一定としたときに低圧側冷媒圧力を変化させた場合に高圧側冷媒圧力が最小になる運転状態を冷凍サイクルの目標運転状態とし、実際の運転状態が目標運転状態に近づくように搬送部の動作を制御する制御手段を備える。
2015045116.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒を圧縮する圧縮機と、
前記圧縮機で圧縮された冷媒を熱媒体と熱交換する高温側熱交換器と、
前記高温側熱交換器を通過した冷媒を膨張させる膨張部と、
前記膨張部を通過した冷媒を流体と熱交換する低温側熱交換器と、
前記低温側熱交換器へ前記流体を送る搬送部とを備え、
前記圧縮機で圧縮された後の冷媒圧力を高圧側冷媒圧力、前記圧縮機で圧縮される前の冷媒圧力を低圧側冷媒圧力とし、前記圧縮機の冷媒圧縮能力を一定としたときに低圧側冷媒圧力を変化させた場合に高圧側冷媒圧力が最小になる運転状態を冷凍サイクルの目標運転状態とし、実際の運転状態が前記目標運転状態に近づくように前記搬送部の動作を制御する制御手段を備える冷凍サイクル装置。
【請求項２】
前記圧縮機の冷媒圧縮能力を一定として低圧側冷媒圧力を変化させた場合に、低圧側冷媒圧力が低くなるにつれて高圧側冷媒圧力が低くなるような低圧側冷媒圧力の範囲と、低圧側冷媒圧力が低くなるにつれて高圧側冷媒圧力が高くなるような低圧側冷媒圧力の範囲とが存在し、それらの間で高圧側冷媒圧力が最小になる請求項１記載の冷凍サイクル装置。
【請求項３】
低圧側冷媒圧力および高圧側冷媒圧力を検出する圧力検出手段を備え、
前記目標運転状態の低圧側冷媒圧力および高圧側冷媒圧力の情報が前記制御手段に記憶されており、
前記制御手段は、前記圧力検出手段により検出される現在の低圧側冷媒圧力および高圧側冷媒圧力と、前記情報とに基づいて、前記流体の流量を増やすか減らすかを判断する請求項１または２記載の冷凍サイクル装置。
【請求項４】
低圧側冷媒圧力を検出する圧力検出手段を備え、
前記圧縮機の冷媒圧縮能力と、前記目標運転状態の低圧側冷媒圧力との関係が前記制御手段に記憶されており、
前記制御手段は、前記圧力検出手段により検出される現在の低圧側冷媒圧力と、現在の前記圧縮機の冷媒圧縮能力と、前記関係とに基づいて、前記流体の流量を増やすか減らすかを判断する請求項１または２記載の冷凍サイクル装置。
【請求項５】
前記制御手段は、前記現在の低圧側冷媒圧力が前記目標運転状態の低圧側冷媒圧力に比べて低い場合には前記流体の流量を増やし、前記現在の低圧側冷媒圧力が前記目標運転状態の低圧側冷媒圧力に比べて高い場合には前記流体の流量を減らす請求項３または４記載の冷凍サイクル装置。
【請求項６】
前記高温側熱交換器へ送られる前記熱媒体の温度である入り熱媒体温度を検出する熱媒体温度検出手段と、
前記低温側熱交換器へ送られる前記流体の温度である入り流体温度を検出する流体温度検出手段と、
を備え、
前記入り熱媒体温度と、前記入り流体温度と、前記目標運転状態を実現させる前記搬送部の動作点との関係が前記制御手段に記憶されており、
前記制御手段は、前記熱媒体温度検出手段により検出される現在の前記入り熱媒体温度、前記流体温度検出手段により検出される現在の前記入り流体温度、および前記関係に基づいて、前記搬送部の目標動作点を決定し、この目標動作点に基づいて前記搬送部の動作を制御する請求項１または２記載の冷凍サイクル装置。
【請求項７】
前記関係は、前記圧縮機の冷媒圧縮能力が、予め設定された基準能力であるときのものであり、
前記制御手段は、前記関係から求めた前記搬送部の動作点を、前記圧縮機の現在の能力と前記基準能力との差に基づいて補正することにより、前記搬送部の目標動作点を決定する請求項６記載の冷凍サイクル装置。
【請求項８】
高圧側冷媒圧力を検出する圧力検出手段を備え、
前記制御手段は、前記目標動作点に基づいて前記搬送部を制御した後、前記搬送部の動作点を変化させた上で高圧側冷媒圧力を前記圧力検出手段で検出することにより、前記搬送部の動作点の変化に対して高圧側冷媒圧力が最小になっているか否かを判定し、前記搬送部の動作点の変化に対して高圧側冷媒圧力が最小になっていない場合には、前記搬送部の動作点の変化に対して高圧側冷媒圧力が最小になるように前記搬送部の動作点を補正する請求項６または７記載の冷凍サイクル装置。
【請求項９】
前記高温側熱交換器へ送られる前記熱媒体の温度である入り熱媒体温度を検出する熱媒体温度検出手段と、
前記低温側熱交換器へ送られる前記流体の温度である入り流体温度を検出する流体温度検出手段と、
低圧側冷媒圧力を検出する圧力検出手段と、
を備え、
前記入り熱媒体温度と、前記入り流体温度と、前記目標運転状態を実現させる前記搬送部の動作点と、前記目標運転状態の低圧側冷媒圧力との関係が前記制御手段に記憶されており、
前記制御手段は、前記熱媒体温度検出手段により検出される現在の前記入り熱媒体温度、前記流体温度検出手段により検出される現在の前記入り流体温度、および前記関係に基づいて、前記搬送部の目標動作点および目標低圧側冷媒圧力を決定し、前記目標動作点に基づいて前記搬送部を制御した後、前記圧力検出手段により検出される現在の低圧側冷媒圧力が前記目標低圧側冷媒圧力に一致しているか否かを判定し、前記現在の低圧側冷媒圧力が前記目標低圧側冷媒圧力に一致していない場合には、低圧側冷媒圧力が前記目標低圧側冷媒圧力に近づくように前記搬送部の動作点を補正する請求項１または２記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１０】
前記関係は、前記圧縮機の冷媒圧縮能力が、予め設定された基準能力であるときのものであり、
前記制御手段は、前記関係から求めた前記搬送部の動作点および前記目標運転状態の低圧側冷媒圧力を、前記圧縮機の現在の能力と前記基準能力との差に基づいて補正することにより、前記搬送部の目標動作点および前記目標低圧側冷媒圧力を決定する請求項９記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１１】
前記制御手段は、前記搬送部の動作点の補正に際して前記搬送部の動作点を段階的に変化させるときに、前記圧縮機の冷媒圧縮能力が低いほど、一段階当たりの前記搬送部の動作点の変化の大きさを大きくする請求項８または９記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１２】
前記冷媒が二酸化炭素である請求項１乃至１１の何れか１項記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１３】
前記熱媒体が水であり、ヒートポンプ給湯装置として用いられる請求項１乃至１２の何れか１項記載の冷凍サイクル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷凍サイクル装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
外気の熱を吸収して湯を沸かすヒートポンプ給湯装置が広く用いられている。ヒートポンプ給湯装置は、外気温度が高い場合、入水温度が高い場合、またはその両方が高い場合に、冷媒回路の高圧側の冷媒圧力が上昇し易い性質がある。そのため、ヒートポンプ給湯装置は、高圧側冷媒圧力が上昇し易い条件のとき、高圧側冷媒圧力が冷媒回路の許容圧力を超えないように、運転状態を制御する必要がある。冷媒回路の許容圧力を上げるという対策も考えられるが、各部品の強度およびシール性を上げる必要があるので、コストおよび重量が増加するという問題がある。このため、冷媒回路の許容圧力を上げることには制限がある。【０００３】
日本特開２００７−１５５１５７号公報、すなわち特許文献１には、圧縮機の吐出冷媒圧力を検出する吐出圧力センサを設け、吐出圧力センサで検知した吐出冷媒圧力が設定値以上の場合に、絞り装置の開度を開方向に動作させるように制御するヒートポンプ給湯装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】日本特開２００７−１５５１５７号公報
【特許文献２】日本特開２００５−１２７５８８号公報
【特許文献３】日本特開２００３−２２２３９６号公報
【特許文献４】日本特開２００９−８３０８号公報
【特許文献５】日本特開２０１０−１６９３５０号公報
【特許文献６】日本特開２０１２−１８４８５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記公報に開示されたヒートポンプ給湯装置は、圧縮機の吐出冷媒圧力、すなわち高圧側冷媒圧力が設定値以上の場合に、膨張弁の開度を大きくすることで高圧側冷媒圧力を低下させることができる。しかしながら、膨張弁の開度を大きくすると、圧縮機から吐出される冷媒の温度が低下するため、出湯温度が低下するという問題がある。【０００６】
高圧側冷媒圧力を低下させる他の方法として、圧縮機の回転速度を低下させることにより圧縮機の冷媒圧縮能力を低下させ、高圧側冷媒圧力を低下させる方法がある。しかしながら、圧縮機の冷媒圧縮能力を低下させると、ヒートポンプの加熱能力、すなわち単位時間当たりに熱媒体を加熱する能力［ｋＷ］が低下するという問題がある。【０００７】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、熱媒体の加熱温度および加熱能力の低下を抑えつつ高圧側冷媒圧力の上昇を抑制することのできる冷凍サイクル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】
【０００８】
本発明に係る冷凍サイクル装置は、冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮機で圧縮された冷媒を熱媒体と熱交換する高温側熱交換器と、高温側熱交換器を通過した冷媒を膨張させる膨張部と、膨張部を通過した冷媒を流体と熱交換する低温側熱交換器と、低温側熱交換器へ流体を送る搬送部とを備え、圧縮機で圧縮された後の冷媒圧力を高圧側冷媒圧力、圧縮機で圧縮される前の冷媒圧力を低圧側冷媒圧力とし、圧縮機の冷媒圧縮能力を一定としたときに低圧側冷媒圧力を変化させた場合に高圧側冷媒圧力が最小になる運転状態を冷凍サイクルの目標運転状態とし、実際の運転状態が目標運転状態に近づくように搬送部の動作を制御する制御手段を備えるものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る冷凍サイクル装置によれば、熱媒体の加熱温度および加熱能力の低下を抑えつつ高圧側冷媒圧力の上昇を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態１の冷凍サイクル装置の構成図である。
【図２】本発明の実施の形態１の冷凍サイクル装置の、低圧側冷媒圧力と、高圧側冷媒圧力と、圧縮機の冷媒圧縮能力との関係を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態１の冷凍サイクル装置の、低圧側冷媒圧力と、高圧側冷媒圧力と、圧縮機の冷媒圧縮能力との関係を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態１において制御装置が送風機の動作を制御する処理を示すフローチャートである。
【図５】本発明の実施の形態２の冷凍サイクル装置の構成図である。
【図６】本発明の実施の形態２の冷凍サイクル装置の制御装置に記憶された関係を模式的に示す表である。
【図７】本発明の実施の形態２において制御装置が送風機の動作を制御する処理を示すフローチャートである。
【図８】本発明の実施の形態３の冷凍サイクル装置の、低圧側冷媒圧力と、高圧側冷媒圧力と、圧縮機の冷媒圧縮能力との関係を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態３において制御装置が送風機の動作を制御する処理を示すフローチャートである。
【図１０】本発明の実施の形態４の冷凍サイクル装置の構成図である。
【図１１】本発明の実施の形態４の冷凍サイクル装置の制御装置に記憶された関係を模式的に示す表である。
【図１２】本発明の実施の形態４において制御装置が送風機の動作を制御する処理を示すフローチャートである。
【図１３】本発明の実施の形態５の冷凍サイクル装置の構成図である。
【図１４】本発明の実施の形態５において制御装置が送風機の動作を制御する処理を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において共通する要素には、同一の符号を付して、重複する説明を省略する。なお、本発明は、以降に示す各実施の形態のあらゆる組み合わせを含むものとする。
【００１２】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１の冷凍サイクル装置の構成図である。図１に示す本実施の形態１の冷凍サイクル装置１００は、ヒートポンプ給湯装置として用いられる。冷凍サイクル装置１００で生成した湯は、湯を使用する利用者側に供給しても良いし、空調用の熱源として使用しても良い。この冷凍サイクル装置１００は、冷媒を圧縮する圧縮機１と、高温側熱交換器２と、膨張弁３と、低温側熱交換器４と、送風機５と、ポンプ６と、高圧センサ７と、低圧センサ８と、制御装置９とを備える。
【００１３】
圧縮機１、高温側熱交換器２、膨張弁３、および低温側熱交換器４は、冷媒配管を介して環状に接続され、冷媒回路を構成する。圧縮機１が冷媒を圧縮する能力は、可変である。本実施の形態１では、圧縮機１の回転速度を変えることにより、圧縮機１の冷媒圧縮能力を変えることができる。本実施の形態１では、冷媒として二酸化炭素を使用する。
【００１４】
高温側熱交換器２は、圧縮機１で圧縮された高温高圧の冷媒と、熱媒体とを熱交換させる。本実施の形態１では、この熱媒体は、水である。水は、ポンプ６により高温側熱交換器２へ送られる。水は、高温側熱交換器２で、高温の冷媒の熱を受けて加熱される。この水が加熱された高温の湯が高温側熱交換器２から流出する。高圧冷媒は、高温側熱交換器２で、水に熱を奪われて冷却される。冷却されて温度低下した高圧冷媒が高温側熱交換器２から流出する。圧縮機１から吐出される高圧冷媒の圧力が、臨界圧以上であれば、高温側熱交換器２内の高圧冷媒は、超臨界状態のまま気液相転移しないで温度低下する。一方、圧縮機１から吐出される高圧冷媒の圧力が、臨界圧以下であれば、高温側熱交換器２内の高圧冷媒は、温度低下に伴って液化する。
【００１５】
膨張弁３は、高温側熱交換器２を通過した高圧冷媒を膨張させる膨張部である。高圧冷媒は、膨張弁３を通過することにより、減圧され、低圧気液二相の状態になる。膨張弁３を通過した低圧冷媒は、低温側熱交換器４にて、流体と熱交換する。本実施の形態１では、この流体は、屋外の空気、すなわち外気である。送風機５は、空気を低温側熱交換器４へ送る搬送部である。低圧冷媒は、低温側熱交換器４を通過する間に空気の熱を吸収し、蒸発して気化する。空気は、低温側熱交換器４で、冷媒に熱を奪われ、冷却される。低温側熱交換器４を出た低圧冷媒ガスは、圧縮機１に吸入される。
【００１６】
高圧センサ７は、圧縮機１で圧縮された高圧冷媒の圧力、すなわち高圧側冷媒圧力を検出する圧力検出手段である。高圧センサ７は、圧縮機１の下流側の冷媒配管に設けられている。低圧センサ８は、圧縮機１で圧縮される前の低圧冷媒の圧力、すなわち低圧側冷媒圧力を検出する圧力検出手段である。低圧センサ８は、圧縮機１の上流側の冷媒配管に設置されている。
【００１７】
制御装置９は、冷凍サイクル装置１００の運転を制御する制御手段である。制御装置９には、圧縮機１、膨張弁３、送風機５、ポンプ６、高圧センサ７、および低圧センサ８が、それぞれ電気的に接続されている。更に、図示しないアクチュエータ、センサ、ユーザーインターフェース装置などが制御装置９に電気的に接続されていてもよい。制御装置９は、プロセッサ９１と、制御プログラムおよびデータを記憶するメモリ９２とを有する。制御装置９は、各センサで検出される情報、ユーザーインターフェース装置からの指示情報などに基づき、圧縮機１、膨張弁３、送風機５、およびポンプ６の動作をメモリ９２に記憶されたプログラムに従って制御することにより、冷凍サイクル装置１００の運転を制御する。
【００１８】
制御装置９は、圧縮機１の運転周波数すなわち電源周波数を変えることにより、圧縮機１の回転速度を変えることができる。これにより、制御装置９は、圧縮機１の冷媒圧縮能力を制御することができる。また、制御装置９は、膨張弁３の開度を制御することができる。また、制御装置９は、送風機５の動作点を変えることにより、低温側熱交換器４へ送られる空気の流量を制御することができる。以下の説明では、送風機５の動作点を、送風機５のファン回転速度で表す。制御装置９は、送風機５のファン回転速度を制御することにより、低温側熱交換器４へ送られる空気の流量を制御することができる。
【００１９】
制御装置９は、高温側熱交換器２から流出する湯の温度、すなわち出湯温度が、目標出湯温度になるように制御する。目標温度は、例えば６５℃〜９０℃程度に設定される。制御装置９は、例えば、ポンプ６の回転速度を制御することにより、出湯温度を制御することができる。冷凍サイクル装置１００によれば、屋外の空気の熱を吸収して湯を生成することができるので、高いエネルギー効率が得られる。
【００２０】
冷凍サイクル装置１００では、低温側熱交換器４へ送られる空気の温度（以下、「外気温度」と称する）が高い場合、または高温側熱交換器２へ送られる水の温度（以下、「入水温度」と称する）が高い場合、あるいは外気温度と入水温度との両方が高い場合に、高圧側冷媒圧力が上昇し易い傾向がある。このような場合には、高圧側冷媒圧力が冷媒回路の許容圧力を超えないように、運転状態を制御する必要がある。膨張弁３の開度を大きくすると、高圧側冷媒圧力を低下させることができる。しかしながら、膨張弁３の開度を大きくすると、圧縮機１から吐出される冷媒の温度が低下するため、出湯温度が低下する。このため、目標出湯温度を達成できないおそれがある。また、高圧側冷媒圧力を低下させる他の方法として、圧縮機１の回転速度を低下させる、すなわち圧縮機１の冷媒圧縮能力を低下させる方法がある。しかしながら、圧縮機１の冷媒圧縮能力を低下させると、高温側熱交換器２で水を加熱する能力が低下する。高温側熱交換器２での加熱能力が低下すると、出湯量が低下する。
【００２１】
高圧側冷媒圧力を低下させる更に別の方法として、低圧側冷媒圧力を低下させる方法が考えられる。送風機５のファン回転速度を低下させる、すなわち低温側熱交換器４へ送られる空気の流量を低下させると、低温側熱交換器４で冷媒が空気から吸収する熱量が減少し、低圧側冷媒圧力が低下する。逆に、送風機５のファン回転速度を上昇させる、すなわち低温側熱交換器４へ送られる空気の流量を上昇させると、低温側熱交換器４で冷媒が空気から吸収する熱量が増加し、低圧側冷媒圧力が上昇する。
【００２２】
図２は、冷凍サイクル装置１００の、低圧側冷媒圧力と、高圧側冷媒圧力と、圧縮機１の冷媒圧縮能力との関係を示す図である。図２の横軸が低圧側冷媒圧力であり、縦軸が高圧側冷媒圧力である。図２中の複数の曲線は、それぞれ、圧縮機１の冷媒圧縮能力が、１００％、９０％、８０％、７０％、６０％、５０％、４０％、である場合の、低圧側冷媒圧力と高圧側冷媒圧力との関係を表す。
【００２３】
図２に示すように、圧縮機１の冷媒圧縮能力を一定として低圧側冷媒圧力を変化させたと仮定した場合に、低圧側冷媒圧力が低くなるにつれて高圧側冷媒圧力が低くなるような低圧側冷媒圧力の範囲と、低圧側冷媒圧力が低くなるにつれて高圧側冷媒圧力が高くなるような低圧側冷媒圧力の範囲とが存在する。そして、その二つの範囲の間で高圧側冷媒圧力が最小になる。これは、圧縮機１の冷媒圧縮能力が、１００％、９０％、８０％、７０％、６０％、５０％、４０％、の何れの場合にも成り立つ。すなわち、圧縮機１の冷媒圧縮能力によらずに成り立つ。このように、冷凍サイクル装置１００では、圧縮機１の冷媒圧縮能力を一定として低圧側冷媒圧力を高い方から低い方へ向かって徐々に変えていくとき、途中までは、低圧側冷媒圧力が低くなるにつれて高圧側冷媒圧力も低くなる。しかしながら、途中からは、逆に、低圧側冷媒圧力が低くなるにつれて高圧側冷媒圧力が高くなる。したがって、低圧側冷媒圧力を低くし過ぎると、逆に、高圧側冷媒圧力が上昇する場合がある。このような特性を示す理由は、低圧側冷媒圧力が低くなることで低温側熱交換器４内の冷媒密度が低下する結果、低温側熱交換器４内の冷媒量が減少し、その分、高温側熱交換器２内の冷媒量が増加するためである。
【００２４】
上述した理由により、高圧側冷媒圧力を低下させるためには、必ずしも低圧側冷媒圧力を低下させればよいとは限らず、逆に、低圧側冷媒圧力を上昇させる必要がある場合もある。このような事項に鑑み、本実施の形態１の冷凍サイクル装置１００は、圧縮機１の冷媒圧縮能力を一定として低圧側冷媒圧力を変化させたと仮定した場合に高圧側冷媒圧力が最小になるような運転状態を、目標運転状態とする。そして、制御装置９は、冷凍サイクル装置１００の実際の運転状態が目標運転状態に近づくように、送風機５の動作を制御する。
【００２５】
図２中の点Ａは、圧縮機１の冷媒圧縮能力が１００％の場合に高圧側冷媒圧力が最小になる運転状態である。すなわち、この点Ａは、圧縮機１の冷媒圧縮能力が１００％の場合の目標運転状態である。図２の例では、点Ａの低圧側冷媒圧力は５．２ＭＰａ、高圧側冷媒圧力は１３．１ＭＰａである。ここでは、説明の便宜上、図２中に破線で示す１３．１ＭＰａが許容圧力であると仮定する。点Ｂに示すように、低圧側冷媒圧力が５．９ＭＰａであったとすると、高圧側冷媒圧力を許容圧力以内にするには、圧縮機１の冷媒圧縮能力を９０％に制限する必要がある。また、点Ｃに示すように、低圧側冷媒圧力が３．７ＭＰａであったとすると、高圧側冷媒圧力を許容圧力以内にするには、圧縮機１の冷媒圧縮能力を８３％に制限する必要がある。このように、冷凍サイクル装置１００の運転状態が、目標運転状態から外れていると、圧縮機１の冷媒圧縮能力を１００％発揮させることができず、冷凍サイクル装置１００のポテンシャルを活かし切れない場合がある。なお、上述した数値は、一例であり、装置の諸元によって異なることは言うまでもない。
【００２６】
図３は、図２と同様の図であり、冷凍サイクル装置１００の、低圧側冷媒圧力と、高圧側冷媒圧力と、圧縮機１の冷媒圧縮能力との関係を示す図である。図３中に黒点で示す点は、それぞれ、圧縮機１の冷媒圧縮能力が、１００％、９０％、８０％、７０％、６０％、５０％、４０％、であるときの、目標運転状態である。図３に示すように、現在の運転状態が点Ｂであるならば、低圧側冷媒圧力を低下させることにより、運転状態を目標運転状態へ近づけることができる。したがって、制御装置９は、現在の運転状態が点Ｂであるならば、送風機５のファン回転速度を低下させ、低温側熱交換器４へ送られる空気の流量を低下させるように制御する。低温側熱交換器４へ送られる空気の流量が低下すると、低圧側冷媒圧力が低下するので、運転状態を点Ｂから目標運転状態へ近づけることができる。運転状態を点Ｂから目標運転状態へ近づけることにより、高圧側冷媒圧力が低下し、許容圧力に対する余裕が生まれる。そのため、圧縮機１の冷媒圧縮能力を上昇させることが可能となるので、高温側熱交換器２の加熱能力を上昇させることが可能となる。
【００２７】
一方、現在の運転状態が点Ｃであるならば、低圧側冷媒圧力を上昇させることにより、運転状態を目標運転状態へ近づけることができる。したがって、制御装置９は、現在の運転状態が点Ｃであるならば、送風機５のファン回転速度を上昇させ、低温側熱交換器４へ送られる空気の流量を上昇させるように制御する。低温側熱交換器４へ送られる空気の流量が上昇すると、低圧側冷媒圧力が上昇するので、運転状態を点Ｃから目標運転状態へ近づけることができる。運転状態を点Ｃから目標運転状態へ近づけることにより、高圧側冷媒圧力が低下し、許容圧力に対する余裕が生まれる。そのため、圧縮機１の冷媒圧縮能力を上昇させることが可能となるので、高温側熱交換器２での加熱能力を上昇させることが可能となる。
【００２８】
本実施の形態１では、上述のような制御により、圧縮機１の冷媒圧縮能力を低下させることなく、高圧側冷媒圧力の上昇を抑制することができる。すなわち、高温側熱交換器２での加熱能力を低下させることなく、高圧側冷媒圧力の上昇を抑制することができる。また、本実施の形態１によれば、膨張弁３の開度を大きくすることなく、高圧側冷媒圧力の上昇を抑制することができる。このため、膨張弁３の開度を大きくした結果として圧縮機１からの吐出冷媒温度が低下することを回避できるので、高温側熱交換器２での加熱温度、すなわち出湯温度が低下することを回避することができる。このように、本実施の形態１によれば、冷凍サイクル装置１００の高温側熱交換器２での加熱能力および加熱温度を低下させることなく、高圧側冷媒圧力の上昇を抑制することができる。このため、冷媒回路の許容圧力を高くすることによる冷媒回路のコスト増および重量増を抑えることができる。
【００２９】
図４は、本実施の形態１において制御装置９が送風機５の動作を制御する処理を示すフローチャートである。図４のフローチャートおよび後述する実施の形態のフローチャートでは、便宜上、高圧側冷媒圧力を「高圧」と表記し、低圧側冷媒圧力を「低圧」と表記する。図４のステップＳ１で、まず、制御装置９は、高圧センサ７により検出される現在の高圧側冷媒圧力と、低圧センサ８により検出される現在の低圧側冷媒圧力とに基づいて、低圧側冷媒圧力の目標値、すなわち目標低圧側冷媒圧力を算出する。以下の説明では、便宜上、目標低圧側冷媒圧力を「目標低圧」と略称する。圧縮機１の冷媒圧縮能力に応じて異なる複数の目標運転状態の低圧側冷媒圧力および高圧側冷媒圧力の情報は、実験、シミュレーションなどにより予め調査され、その情報が制御装置９に記憶されている。例えば、制御装置９には、図３中の黒点で示す複数の目標運転状態の各点の低圧側冷媒圧力および高圧側冷媒圧力の値が予め記憶されている。図４のステップＳ１において制御装置９は、その記憶された情報に基づいて、現在の高圧側冷媒圧力に等しい高圧側冷媒圧力の値を有する目標運転状態を選定し、その選定した目標運転状態の低圧側冷媒圧力の値を目標低圧に設定する。例えば、現在の運転状態が図３中の点Ｂまたは点Ｃであり、現在の高圧側冷媒圧力が１３．１ＭＰａである場合には、制御装置９は、点Ａの低圧側冷媒圧力である５．２ＭＰａを目標低圧に設定する。
【００３０】
続いて、制御装置９は、ステップＳ２へ移行し、現在の低圧側冷媒圧力が目標低圧に一致しているか否かを判断する。その結果、現在の低圧側冷媒圧力が目標低圧に一致している場合には、制御装置９は、本フローチャートの処理を終了する。一方、ステップＳ２で現在の低圧側冷媒圧力が目標低圧に一致していない場合には、制御装置９はステップＳ３へ移行する。ステップＳ３において制御装置９は、以下のようにして、送風機５のファン回転速度を上昇または低下させる。現在の低圧側冷媒圧力が目標低圧に比べて高い場合には、制御装置９は、送風機５のファン回転速度を低下させる、すなわち低温側熱交換器４へ送られる空気の流量を減らす。一方、現在の低圧側冷媒圧力が目標低圧に比べて低い場合には、制御装置９は、送風機５のファン回転速度を上昇させる、すなわち低温側熱交換器４へ送られる空気の流量を増やす。制御装置９は、ステップＳ３の後は、ステップＳ１に戻る。このような図４のフローチャートの処理を繰り返すことにより、低圧側冷媒圧力を目標低圧に近づけることができるので、実際の運転状態を目標運転状態へ近づけることができる。
【００３１】
このようにして、本実施の形態１において制御装置９は、低圧側冷媒圧力が目標低圧に一致するように、低圧側冷媒圧力をフィードバック制御する。なお、制御装置９は、現在の低圧側冷媒圧力と目標低圧との偏差に基づき、比例制御、積分制御、微分制御、またはこれらの任意の組み合わせにより、ステップＳ３での送風機５のファン回転速度の上昇幅または低下幅を変化させてもよい。また、制御装置９は、ステップＳ２で現在の低圧側冷媒圧力が目標低圧に一致しているか否かを判定する際、許容範囲ΔＰ１およびΔＰ２を設定しておき、下記式が成立する場合には現在の低圧側冷媒圧力が目標低圧に一致していると判定しても良い。これにより、送風機５のファン回転速度が微小に変動を続けることを防止し、ファン回転速度をより安定的に収束させることができる。
目標低圧−ΔＰ１＜現在の低圧側冷媒圧力＜目標低圧＋ΔＰ２
【００３２】
なお、図４のフローチャートでは目標低圧を設定するようにしているが、制御装置９は、目標低圧を設定せずに、以下のように制御しても良い。まず、制御装置９は、現在の運転状態を表す点、すなわち現在の低圧側冷媒圧力および高圧側冷媒圧力で表される点が、図３中の複数の黒点を結んだ線で表される目標運転状態線の左側にあるか右側にあるかを判断する。現在の運転状態を表す点が目標運転状態線より右側にあることは、目標運転状態の低圧側冷媒圧力に比べて現在の低圧側冷媒圧力が高いことを意味する。このため、制御装置９は、現在の運転状態を表す点が目標運転状態線より右側にある場合には、送風機５のファン回転速度を低下させる。これにより、低圧側冷媒圧力が低下して目標低圧に近づくので、実際の運転状態を目標運転状態に近づけることができる。一方、現在の運転状態が目標運転状態線より左側にあることは、目標運転状態の低圧側冷媒圧力に比べて現在の低圧側冷媒圧力が低いことを意味する。このため、制御装置９は、現在の運転状態が目標運転状態線より左側にある場合には、送風機５のファン回転速度を上昇させる。これにより、低圧側冷媒圧力が上昇して目標低圧に近づくので、実際の運転状態を目標運転状態に近づけることができる。
【００３３】
また、本実施の形態１では、図４のフローチャートによる制御に代えて、以下のように制御しても良い。制御装置９は、目標運転状態の低圧側冷媒圧力と、圧縮機１の冷媒圧縮能力との関係を予め記憶する。例えば、制御装置９は、圧縮機１の冷媒圧縮能力が１００％、９０％、８０％、７０％、６０％、５０％、４０％であるときのそれぞれの目標運転状態の低圧側冷媒圧力の値を予め記憶する。制御装置９は、この記憶した関係と、現在の圧縮機１の冷媒圧縮能力とに基づいて、現在の圧縮機１の冷媒圧縮能力に対応する目標運転状態の低圧側冷媒圧力の値を、目標低圧に設定する。そして、制御装置９は、低圧センサ８で検出される現在の低圧側冷媒圧力が目標低圧に比べて高い場合には、送風機５のファン回転速度を低下させる。これにより、低圧側冷媒圧力が低下して目標低圧に近づくので、実際の運転状態を目標運転状態に近づけることができる。一方、制御装置９は、現在の低圧側冷媒圧力が目標低圧に比べて低い場合には、送風機５のファン回転速度を上昇させる。これにより、低圧側冷媒圧力が上昇して目標低圧に近づくので、実際の運転状態を目標運転状態に近づけることができる。以上のように制御する場合には、高圧側冷媒圧力を検出する必要がないので、高圧センサ７を設けなくてもよい。
【００３４】
また、本実施の形態１では、圧力検出手段として高圧センサ７および低圧センサ８を用いているが、本発明における圧力検出手段は、これに限定されない。例えば、冷媒が気液二相になる二相部に設けた温度センサの検出温度に基づいて飽和温度換算することで圧力を算出する圧力検出手段を用いてもよい。
【００３５】
本実施の形態１の冷凍サイクル装置１００は、二酸化炭素を冷媒に使用しているため、圧縮機１の吐出圧力（高圧側冷媒圧力）が超臨界になったり、圧縮機１の吸入圧力（低圧側冷媒圧力）が運転状態に応じて大きく変化（例えば４ＭＰａ程度変化）したりする。それゆえ、冷媒の密度変化が大きいことから、低圧側冷媒圧力の変化に応じて高圧側冷媒圧力が大きく変化する傾向がある。このような特性があることから、本実施の形態１では、本発明の効果が特に顕著に発揮される。ただし、本発明における冷媒は、二酸化炭素に限定されるものではない。本発明では、例えば、Ｒ４１０Ａ、プロパン、プロピレンなどの冷媒を用いることもできる。
【００３６】
また、本実施の形態１では、高温側熱交換器２で冷媒に加熱される熱媒体が水である例について説明したが、本発明における熱媒体は、水に限定されるものではない。本発明における熱媒体は、例えば、不凍液、ブラインなどでもよい。また、加熱された熱媒体の用途も、給湯に限らず、暖房など、いかなる用途でもよい。また、本実施の形態１では、低温側熱交換器４で冷媒に冷却される流体が空気（外気）である例について説明したが、本発明における流体は、空気に限定されるものではない。本発明において低温側熱交換器４で冷媒と熱交換する流体は、例えば、地下水、太陽熱温水などでもよい。また、本実施の形態１では、低温側熱交換器４に流体を送る搬送部が送風機５である例について説明したが、本発明で低温側熱交換器へ流体を送る搬送部は、送風機５に限定されるものではない。例えば、低温側熱交換器へ送る流体が液体である場合には、液体を送るポンプで搬送部を構成し、このポンプの動作を制御することにより、本実施の形態１と同様の制御を行うことが可能である。
【００３７】
実施の形態２．
次に、図５乃至図７を参照して、本発明の実施の形態２について説明するが、上述した実施の形態１との相違点を中心に説明し、同一部分または相当部分は同一符号を付し説明を省略する。図５は、本発明の実施の形態２の冷凍サイクル装置１００の構成図である。図５に示すように、本実施の形態２の冷凍サイクル装置１００は、高圧センサ７および低圧センサ８を備えておらず、入水温度センサ１０および外気温度センサ１１を備える。入水温度センサ１０は、高温側熱交換器２へ送られる水の温度、すなわち入水温度（入り熱媒体温度）を検出する。外気温度センサ１１は、低温側熱交換器４へ送られる空気の温度、すなわち外気温度（入り流体温度）を検出する。
【００３８】
冷凍サイクル装置１００の運転状態が目標運転状態になるときの送風機５のファン回転速度は、入水温度および外気温度に応じて、変化する。制御装置９には、入水温度と、外気温度と、その入水温度および外気温度のときに目標運転状態を実現させるような送風機５の動作点すなわちファン回転速度との関係が記憶されている。図６は、制御装置９に記憶されたその関係を模式的に示す表である。図６中のａ１，ａ２，ａ３，・・・，ｄ４，ｄ５は、それぞれ、該当する入水温度および外気温度のときに目標運転状態を実現させるようなファン回転速度を意味する。すなわち、これらのファン回転速度は、各々の入水温度および外気温度の条件下で、冷凍サイクル装置１００の運転状態が目標運転状態になるときの送風機５のファン回転速度である。図６に示すような関係が、実験、シミュレーションなどにより予め調査され、制御装置９に記憶されている。
【００３９】
図７は、本実施の形態２において制御装置９が送風機５の動作を制御する処理を示すフローチャートである。制御装置９は、まず、図７のステップＳ１１で、入水温度センサ１０により検出される現在の入水温度と、外気温度センサ１１により検出される現在の外気温度と、図６に示す関係とに基づいて、送風機５の目標ファン回転速度を算出する。続いて、制御装置９は、ステップＳ１２へ移行し、送風機５の実際のファン回転速度が、ステップＳ１１で算出した目標ファン回転速度になるように、送風機５を制御する。このようにして制御装置９が送風機５のファン回転速度を目標ファン回転速度に制御することにより、冷凍サイクル装置１００の運転状態を目標運転状態に近づけることができる。
【００４０】
前述した実施の形態１では、送風機５のファン回転速度が収束するまでに時間がかかる場合があるため、冷凍サイクル装置１００の運転状態が目標運転状態に近づくまでに時間がかかる場合がある。これに対し、本実施の形態２によれば、冷凍サイクル装置１００の運転状態を目標運転状態に近づけるために必要な時間を短縮することができる。
【００４１】
実施の形態３．
次に、図８および図９を参照して、本発明の実施の形態３について説明する。本実施の形態３は、前述した実施の形態２に類似しているので、実施の形態２との相違点を中心に説明し、同一部分または相当部分は同一符号を付し説明を省略する。本実施の形態３の冷凍サイクル装置１００の構成図は、前述した実施の形態２と同様であるので、省略する。
【００４２】
図８は、図３と同様の図であり、冷凍サイクル装置１００の、低圧側冷媒圧力と、高圧側冷媒圧力と、圧縮機１の冷媒圧縮能力との関係を示す図である。目標運転状態の低圧側冷媒圧力は、圧縮機１の冷媒圧縮能力に応じて変化する。図８に示すように、圧縮機１の冷媒圧縮能力が低くなるほど、目標運転状態の低圧側冷媒圧力は低くなる。このため、目標運転状態を実現するためには、圧縮機１の冷媒圧縮能力が低いほど、低温側熱交換器４への空気の流量を低くすること、すなわち送風機５のファン回転速度を低くすることが必要である。また、圧縮機１の冷媒圧縮能力が高いほど、低温側熱交換器４への空気の流量を高くすること、すなわち送風機５のファン回転速度を高くすることが必要である。このような事項に鑑み、本実施の形態３では、制御装置９は以下のような制御を行う。
【００４３】
本実施の形態３の冷凍サイクル装置１００の制御装置９には、入水温度と、外気温度と、その入水温度および外気温度のときに目標運転状態を実現させるような送風機５のファン回転速度との関係、すなわち、前述した図６と同様の関係が記憶されている。制御装置９に記憶された図６の関係は、圧縮機１の運転周波数が予め設定された基準周波数であるときの特性を表す。圧縮機１の冷媒圧縮能力は、圧縮機１の回転速度によって決まる。すなわち、圧縮機１の冷媒圧縮能力は、運転周波数によって決まる。圧縮機１の運転周波数が基準周波数より低い場合、すなわち圧縮機１の冷媒圧縮能力が、基準周波数に対応する基準能力より低い場合には、制御装置９は、図６の関係から算出した目標ファン回転速度を、低くする方向に補正する。一方、圧縮機１の運転周波数が基準周波数より高い場合、すなわち圧縮機１の冷媒圧縮能力が、上記基準能力より高い場合には、制御装置９は、図６の関係から算出した目標ファン回転速度を、高くする方向に補正する。
【００４４】
図９は、本実施の形態３において制御装置９が送風機５の動作を制御する処理を示すフローチャートである。制御装置９は、まず、図９のステップＳ２１で、入水温度センサ１０により検出される現在の入水温度と、外気温度センサ１１により検出される現在の外気温度と、図６に示す関係とに基づいて、送風機５の目標ファン回転速度を算出する。次いで、制御装置９は、ステップＳ２２へ移行し、現在の圧縮機１の運転周波数と、基準周波数との差に基づき、所定の計算式により、補正値を算出する。この補正値は、例えば補正係数である。以下では、補正値として補正係数を用いる場合について説明する。ステップ２２において、制御装置９は、現在の圧縮機１の運転周波数が基準周波数に等しい場合には補正係数を１として算出し、現在の圧縮機１の運転周波数が基準周波数より高い場合には補正係数を１より大きい値として算出し、現在の圧縮機１の運転周波数が基準周波数より低い場合には補正係数を１より小さい値として算出する。続いて、制御装置９は、ステップＳ２３へ移行し、ステップＳ２１で算出した目標ファン回転速度を、ステップＳ２２で算出した補正係数により補正する。すなわち、ステップＳ２３において制御装置９は、ステップＳ２１で算出した目標ファン回転速度に、ステップＳ２２で算出した補正係数を乗ずることにより、補正後の目標ファン回転速度を算出する。次いで、制御装置９は、ステップＳ２４へ移行し、送風機５の実際のファン回転速度が、ステップＳ２３で算出した補正後の目標ファン回転速度になるように、送風機５を制御する。このようにして制御装置９が送風機５のファン回転速度を補正後の目標ファン回転速度に制御することにより、冷凍サイクル装置１００の運転状態を目標運転状態に近づけることができる。
【００４５】
なお、上述した処理において、現在の圧縮機１の運転周波数と基準周波数との差に基づく補正値によって目標ファン回転速度を補正することは、現在の圧縮機１の冷媒圧縮能力と基準能力との差に基づいて目標ファン回転速度を補正することに相当する。
【００４６】
本実施の形態３によれば、圧縮機１の冷媒圧縮能力に応じて、送風機５のファン回転速度をより適切に制御することができるので、より高精度に、冷凍サイクル装置１００の運転状態を目標運転状態に近づけることができる。また、図６に示すような関係を、圧縮機１の運転周波数あるいは能力に応じて異なる複数組の関係として制御装置９に記憶する必要がなく、圧縮機１の運転周波数が基準周波数の場合の関係のみを制御装置９に記憶すれば済むので、記憶するデータ量を削減できる。
【００４７】
なお、本発明では、本実施の形態３のような補正を行うことに代えて、図６に示すような関係を、圧縮機１の運転周波数あるいは能力に応じて異なる複数組の関係として制御装置９に記憶してもよい。その場合には、圧縮機１の運転周波数あるいは冷媒圧縮能力に応じた送風機５の目標ファン回転速度を制御装置９に記憶された関係に基づいて直接計算することができる。
【００４８】
実施の形態４．
次に、図１０乃至図１２を参照して、本発明の実施の形態４について説明する。本実施の形態４は、前述した実施の形態３に対して更に制御を追加したものであるので、実施の形態３に対する追加部分を中心に説明し、同一部分または相当部分は同一符号を付し説明を省略する。図１０は、本実施の形態４の冷凍サイクル装置１００の構成図である。図１０に示すように、本実施の形態４の冷凍サイクル装置１００は、実施の形態３の構成に対して、低圧センサ８を追加したものである。
【００４９】
制御装置９には、入水温度と、外気温度と、目標運転状態の低圧側冷媒圧力との関係が更に記憶されている。図１１は、制御装置９に記憶されたその関係を模式的に示す表である。図１１中のｑ１，ｑ２，ｑ３，・・・，ｔ４，ｔ５は、それぞれ、該当する入水温度および外気温度のときの目標運転状態の低圧側冷媒圧力を意味する。図１１に示すような関係が、実験、シミュレーションなどにより予め調査され、制御装置９に記憶されている。制御装置９に記憶された図１１の関係は、圧縮機１の運転周波数が基準周波数であるときの特性を表す。前述したように、圧縮機１の冷媒圧縮能力が低くなるほど、目標運転状態の低圧側冷媒圧力は低くなる。このため、本実施の形態４では、圧縮機１の運転周波数が基準周波数より低い場合、すなわち圧縮機１の冷媒圧縮能力が基準能力より低い場合には、制御装置９は、図１１の関係から算出した目標低圧を、低くする方向に補正する。一方、圧縮機１の運転周波数が基準周波数より高い場合、すなわち圧縮機１の冷媒圧縮能力が基準能力より高い場合には、制御装置９は、図１１の関係から算出した目標低圧を、高くする方向に補正する。
【００５０】
図１２は、本実施の形態４において制御装置９が送風機５の動作を制御する処理を示すフローチャートである。制御装置９は、まず、図１２のステップＳ３１で、入水温度センサ１０により検出される現在の入水温度と、外気温度センサ１１により検出される現在の外気温度と、図６の関係と、図１１の関係とに基づいて、送風機５の目標ファン回転速度および目標低圧を算出する。次いで、制御装置９は、ステップＳ３２へ移行し、現在の圧縮機１の運転周波数と、基準周波数との差に基づき、目標ファン回転速度の補正値および目標低圧の補正値を算出する。これらの補正値は、例えば補正係数である。以下では、補正値として補正係数を用いる場合について説明する。ステップＳ３２において、制御装置９は、現在の圧縮機１の運転周波数が基準周波数に等しい場合には補正係数を１として算出し、現在の圧縮機１の運転周波数が基準周波数より高い場合には補正係数を１より大きい値として算出し、現在の圧縮機１の運転周波数が基準周波数より低い場合には補正係数を１より小さい値として算出する。続いて、制御装置９は、ステップＳ３３へ移行し、ステップＳ３１で算出した目標ファン回転速度および目標低圧を、ステップＳ３２で算出した補正係数により補正する。すなわち、ステップＳ３３において制御装置９は、ステップＳ３１で算出した目標ファン回転速度および目標低圧に、ステップＳ３２で算出した補正係数を乗ずることにより、補正後の目標ファン回転速度および補正後の目標低圧を算出する。次いで、制御装置９は、ステップＳ３４へ移行し、送風機５の実際のファン回転速度が、ステップＳ３３で算出した補正後の目標ファン回転速度になるように、送風機５を制御する。
【００５１】
続いて、制御装置９は、ステップＳ３５へ移行し、低圧センサ８で検出される現在の低圧側冷媒圧力が、ステップＳ３３で算出した補正後の目標低圧に一致しているか否かを判断する。その結果、現在の低圧側冷媒圧力が補正後の目標低圧に一致している場合には、制御装置９は、本フローチャートの処理を終了する。一方、ステップＳ３５で現在の低圧側冷媒圧力が補正後の目標低圧に一致していない場合には、制御装置９はステップＳ３６へ移行する。ステップＳ３６において制御装置９は、現在の低圧側冷媒圧力が補正後の目標低圧より高いか否かを判断する。ステップＳ３６で、現在の低圧側冷媒圧力が補正後の目標低圧に比べて高い場合には、制御装置９は、ステップＳ３７へ移行し、送風機５のファン回転速度を少し低下させるように補正する。すなわち、ステップＳ３７では、低温側熱交換器４へ送られる空気の流量が減らされる。一方、現在の低圧側冷媒圧力が補正後の目標低圧に比べて低い場合には、制御装置９は、ステップＳ３８へ移行し、送風機５のファン回転速度を少し上昇させるように補正する。すなわち、ステップＳ３８では、低温側熱交換器４へ送られる空気の流量が増やされる。制御装置９は、ステップＳ３７およびＳ３８の後、ステップＳ３５に戻る。
【００５２】
なお、制御装置９は、ステップＳ３５で現在の低圧側冷媒圧力が補正後の目標低圧に一致しているか否かを判定する際、許容範囲ΔＰ１およびΔＰ２を設定しておき、下記式が成立する場合には現在の低圧側冷媒圧力が補正後の目標低圧に一致していると判定しても良い。これにより、送風機５のファン回転速度が微小に変動を続けることを防止し、ファン回転速度をより安定的に収束させることができる。
補正後の目標低圧−ΔＰ１＜現在の低圧側冷媒圧力＜補正後の目標低圧＋ΔＰ２
【００５３】
以上のように、本実施の形態４では、制御装置９は、送風機５のファン回転速度を目標ファン回転速度に制御した後、低圧側冷媒圧力が補正後の目標低圧に一致しているかどうかを確認し、一致していない場合には、低圧側冷媒圧力が補正後の目標低圧に一致するようにファン回転速度を補正する。つまり、制御装置９は、低圧側冷媒圧力が補正後の目標低圧に一致するように、低圧側冷媒圧力をフィードバック制御する。このため、本実施の形態４によれば、実施の形態３に比べて、より高精度に、冷凍サイクル装置１００の運転状態を目標運転状態に近づけることができる。
【００５４】
本実施の形態４では、制御装置９が送風機５のファン回転速度を補正するとき、ステップＳ３７またはＳ３８の処理が繰り返されるので、送風機５のファン回転速度が段階的に変化する。ステップＳ３７およびＳ３８におけるファン回転速度の変化の大きさは、一段階当たりのファン回転速度の変化の大きさに相当する。圧縮機１の冷媒圧縮能力が低いほど、低圧側冷媒圧力の変化に対する高圧側冷媒圧力の変化の傾きが緩やかになる傾向がある。したがって、圧縮機１の冷媒圧縮能力が低いほど、送風機５のファン回転速度の変化に対する、高圧側冷媒圧力の変化の傾きが緩やかになる。このことに鑑み、制御装置９は、圧縮機１の冷媒圧縮能力が低いほど、ステップＳ３７およびＳ３８におけるファン回転速度の変化の大きさを大きくするようにしてもよい。これにより、圧縮機１の冷媒圧縮能力が低い場合であっても、ステップＳ３７またはＳ３８の処理の繰り返し回数の増加を抑制できるので、送風機５のファン回転速度が収束するまでの時間を短くすることができる。
【００５５】
実施の形態５．
次に、図１３乃至図１４を参照して、本発明の実施の形態５について説明する。本実施の形態５は、前述した実施の形態３に対して更に制御を追加したものであるので、実施の形態３に対する追加部分を中心に説明し、同一部分または相当部分は同一符号を付し説明を省略する。図１３は、本実施の形態５の冷凍サイクル装置１００の構成図である。図１３に示すように、本実施の形態５の冷凍サイクル装置１００は、実施の形態３の構成に対して、高圧センサ７を追加したものである。
【００５６】
目標運転状態は、低圧側冷媒圧力の変化に対して、高圧側冷媒圧力が最小になるような運転状態である。送風機５のファン回転速度を変化させると、低圧側冷媒圧力が変化する。したがって、目標運転状態は、送風機５のファン回転速度の変化に対して、高圧側冷媒圧力が最小になるような運転状態である、と言える。
【００５７】
本実施の形態５では、制御装置９は、まず、実施の形態３と同様に、送風機５のファン回転速度が補正後の目標ファン回転速度になるように制御する。その後、制御装置９は、送風機５のファン回転速度を少し変化させた上で、高圧側冷媒圧力を高圧センサ７で検出することにより、送風機５のファン回転速度の変化に対して高圧側冷媒圧力が最小になっているか否かを確認する。すなわち、制御装置９は、現在の運転状態が目標運転状態になっているかどうかを確認する。そして、制御装置９は、送風機５のファン回転速度の変化に対して高圧側冷媒圧力が最小になっていない場合には、送風機５のファン回転速度の変化に対して高圧側冷媒圧力が最小になるように、送風機５のファン回転速度を補正する。すなわち、制御装置９は、現在の運転状態が目標運転状態になっていない場合には、実際の運転状態が目標運転状態になるように、送風機５のファン回転速度を補正する。
【００５８】
図１４は、本実施の形態５において制御装置９が送風機５の動作を制御する処理を示すフローチャートである。図１４のステップＳ２１〜Ｓ２４の処理は、実施の形態３の図９と同じであるので、説明を省略する。本実施の形態５では、図１４に示すように、制御装置９は、ステップＳ２１〜Ｓ２４の処理の後、ステップＳ２５へ移行する。ステップＳ２５において制御装置９は、送風機５のファン回転速度を少し低下させる。次いで、制御装置９はステップＳ２６へ移行する。ステップＳ２６において制御装置９は、ステップＳ２５でファン回転速度を低下させる前と後とで、高圧センサ７により検出される高圧側冷媒圧力が変化したか否かを判断する。
【００５９】
図８を参照すると分かるように、目標運転状態においては、他の運転状態に比べて、低圧側冷媒圧力の変化に対する高圧側冷媒圧力の変化の傾きが小さくなる。このため、目標運転状態においては、送風機５のファン回転速度を少し変化させても、高圧側冷媒圧力はほとんど変化しない。逆に、送風機５のファン回転速度を少し変化させても高圧側冷媒圧力がほとんど変化しなかったならば、現在の運転状態が目標運転状態になっているとみなせる。このような事項に鑑み、ステップＳ２６において制御装置９は、高圧側冷媒圧力の変化の大きさと、予め設定された微小な参照値とを比較し、その比較結果に基づいて、以下のように判断する。
（１）制御装置９は、高圧側冷媒圧力の変化の大きさの絶対値が参照値以下である場合には、高圧側冷媒圧力が変化していないと判定する。この場合には、現在の運転状態が目標運転状態になっているとみなせるので、制御装置９は本フローチャートの処理を終了する。
（２）制御装置９は、高圧側冷媒圧力の変化の大きさの絶対値が参照値を超えており、且つ、高圧側冷媒圧力の変化がプラスである場合には、高圧側冷媒圧力が上昇したと判定する。この場合は、ステップＳ２５で送風機５のファン回転速度を少し低下させた後に高圧側冷媒圧力が上昇したことになるので、送風機５のファン回転速度を、逆に、上昇させる方向に補正する必要があることが分かる。このため、この場合には、制御装置９は、ステップＳ２７へ移行し、送風機５のファン回転速度を少し上昇させるように補正する。
（３）制御装置９は、高圧側冷媒圧力の変化の大きさの絶対値が参照値を超えており、且つ、高圧側冷媒圧力の変化がマイナスである場合には、高圧側冷媒圧力が低下したと判定する。この場合は、ステップＳ２５で送風機５のファン回転速度を少し低下させた後に高圧側冷媒圧力が低下したことになるので、送風機５のファン回転速度を、引き続き、低下させる方向に補正する必要があることが分かる。このため、この場合には、制御装置９は、ステップＳ２８へ移行し、送風機５のファン回転速度を少し低下させるように補正する。
【００６０】
制御装置９は、ステップＳ２７の処理を行った場合には、その後、ステップＳ２９へ移行する。ステップＳ２９において制御装置９は、ステップＳ２６と同様にして、高圧側冷媒圧力が変化したか否かを判断する。制御装置９は、高圧側冷媒圧力が低下したと判定した場合には、ステップＳ２７へ戻り、送風機５のファン回転速度を更に少し上昇させるように補正する。一方、制御装置９は、高圧側冷媒圧力が変化していないと判定した場合には、現在の運転状態が目標運転状態になったとみなせるので、本フローチャートの処理を終了する。このようにして、送風機５のファン回転速度の変化（上昇）に対して、高圧側冷媒圧力が変化しなくなるまで、ステップＳ２７の補正とステップＳ２９の判断とが繰り返されることにより、現在の運転状態を目標運転状態へ収束させることができる。
【００６１】
一方、制御装置９は、ステップＳ２８の処理を行った場合には、その後、ステップＳ２６へ戻る。ステップＳ２６において制御装置９は、ステップＳ２８でファン回転速度を低下させる前と後とで、高圧側冷媒圧力が変化したか否かを上記と同様に判断する。制御装置９は、高圧側冷媒圧力が低下したと判定した場合には、再度ステップＳ２８の処理を行う。このようにして、送風機５のファン回転速度の変化（低下）に対して、高圧側冷媒圧力が変化しなくなるまで、ステップＳ２８の補正とステップＳ２６の判断とが繰り返されることにより、現在の運転状態を目標運転状態へ収束させることができる。
【００６２】
以上のように、本実施の形態５では、送風機５のファン回転速度の変化に対して高圧側冷媒圧力が最小になるように、送風機５のファン回転速度を補正することができる。このため、本実施の形態５によれば、実施の形態３に比べて、より高精度に、冷凍サイクル装置１００の運転状態を目標運転状態に近づけることができる。
【００６３】
なお、図１４のフローチャートのステップＳ２５において制御装置９は、送風機５のファン回転速度を少し低下させているが、逆に、送風機５のファン回転速度を少し上昇させてもよい。そのようにした場合には、制御装置９は、ステップＳ２７でファン回転速度を少し低下させ、ステップＳ２８でファン回転速度を少し上昇させればよい。
【００６４】
本実施の形態５では、送風機５のファン回転速度を補正するとき、ステップＳ２７またはＳ２８の処理が繰り返されるので、送風機５のファン回転速度が段階的に変化する。ステップＳ２７およびＳ２８におけるファン回転速度の変化の大きさは、一段階当たりのファン回転速度の変化の大きさに相当する。圧縮機１の冷媒圧縮能力が低いほど、低圧側冷媒圧力の変化に対する高圧側冷媒圧力の変化の傾きが緩やかになる傾向がある。したがって、圧縮機１の冷媒圧縮能力が低いほど、送風機５のファン回転速度の変化に対する、高圧側冷媒圧力の変化の傾きが緩やかになる。このことに鑑み、制御装置９は、圧縮機１の冷媒圧縮能力が低いほど、ステップＳ２７およびＳ２８におけるファン回転速度の変化の大きさを大きくするようにしてもよい。これにより、圧縮機１の冷媒圧縮能力が低い場合であっても、ステップＳ２７またはＳ２８の処理の繰り返し回数の増加を抑制できるので、送風機５のファン回転速度が収束するまでの時間を短くすることができる。
【符号の説明】
【００６５】
１  圧縮機、２  高温側熱交換器、３  膨張弁、４  低温側熱交換器、５  送風機、６  ポンプ、７  高圧センサ、８  低圧センサ、９  制御装置、１０  入水温度センサ、１１  外気温度センサ、９１  プロセッサ、９２  メモリ、１００  冷凍サイクル装置
【図１】
2015045116.tif 000003
【図２】
2015045116.tif 000004
【図３】
2015045116.tif 000005
【図４】
2015045116.tif 000006
【図５】
2015045116.tif 000007
【図６】
2015045116.tif 000008
【図７】
2015045116.tif 000009
【図８】
2015045116.tif 000010
【図９】
2015045116.tif 000011
【図１０】
2015045116.tif 000012
【図１１】
2015045116.tif 000013
【図１２】
2015045116.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
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【手続補正書】
【提出日】平成28年1月5日(2016.1.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒を圧縮する圧縮機と、
前記圧縮機で圧縮された冷媒を熱媒体と熱交換する高温側熱交換器と、
前記高温側熱交換器を通過した冷媒を膨張させる膨張部と、
前記膨張部を通過した冷媒を流体と熱交換する低温側熱交換器と、
前記低温側熱交換器へ前記流体を送る搬送部とを備え、
前記圧縮機で圧縮された後の冷媒圧力を高圧側冷媒圧力、前記圧縮機で圧縮される前の冷媒圧力を低圧側冷媒圧力とし、前記圧縮機の冷媒圧縮能力を一定としたときに低圧側冷媒圧力を変化させた場合に高圧側冷媒圧力が最小になる運転状態を冷凍サイクルの目標運転状態とし、実際の運転状態が前記目標運転状態に近づくように前記搬送部の動作を制御する制御手段を備え、
前記圧縮機の冷媒圧縮能力を一定として低圧側冷媒圧力を変化させた場合に、低圧側冷媒圧力が低くなるにつれて高圧側冷媒圧力が低くなるような低圧側冷媒圧力の範囲と、低圧側冷媒圧力が低くなるにつれて高圧側冷媒圧力が高くなるような低圧側冷媒圧力の範囲とが存在し、それらの間で高圧側冷媒圧力が最小になる冷凍サイクル装置。
【請求項２】
低圧側冷媒圧力および高圧側冷媒圧力を検出する圧力検出手段を備え、
前記目標運転状態の低圧側冷媒圧力および高圧側冷媒圧力の情報が前記制御手段に記憶されており、
前記制御手段は、前記圧力検出手段により検出される現在の低圧側冷媒圧力および高圧側冷媒圧力と、前記情報とに基づいて、前記流体の流量を増やすか減らすかを判断する請求項１記載の冷凍サイクル装置。
【請求項３】
低圧側冷媒圧力を検出する圧力検出手段を備え、
前記圧縮機の冷媒圧縮能力と、前記目標運転状態の低圧側冷媒圧力との関係が前記制御手段に記憶されており、
前記制御手段は、前記圧力検出手段により検出される現在の低圧側冷媒圧力と、現在の前記圧縮機の冷媒圧縮能力と、前記関係とに基づいて、前記流体の流量を増やすか減らすかを判断する請求項１記載の冷凍サイクル装置。
【請求項４】
前記制御手段は、前記現在の低圧側冷媒圧力が前記目標運転状態の低圧側冷媒圧力に比べて低い場合には前記流体の流量を増やし、前記現在の低圧側冷媒圧力が前記目標運転状態の低圧側冷媒圧力に比べて高い場合には前記流体の流量を減らす請求項２または３記載の冷凍サイクル装置。
【請求項５】
前記高温側熱交換器へ送られる前記熱媒体の温度である入り熱媒体温度を検出する熱媒体温度検出手段と、
前記低温側熱交換器へ送られる前記流体の温度である入り流体温度を検出する流体温度検出手段と、
を備え、
前記入り熱媒体温度と、前記入り流体温度と、前記目標運転状態を実現させる前記搬送部の動作点との関係が前記制御手段に記憶されており、
前記制御手段は、前記熱媒体温度検出手段により検出される現在の前記入り熱媒体温度、前記流体温度検出手段により検出される現在の前記入り流体温度、および前記関係に基づいて、前記搬送部の目標動作点を決定し、この目標動作点に基づいて前記搬送部の動作を制御する請求項１記載の冷凍サイクル装置。
【請求項６】
前記関係は、前記圧縮機の冷媒圧縮能力が、予め設定された基準能力であるときのものであり、
前記制御手段は、前記関係から求めた前記搬送部の動作点を、前記圧縮機の現在の能力と前記基準能力との差に基づいて補正することにより、前記搬送部の目標動作点を決定する請求項５記載の冷凍サイクル装置。
【請求項７】
高圧側冷媒圧力を検出する圧力検出手段を備え、
前記制御手段は、前記目標動作点に基づいて前記搬送部を制御した後、前記搬送部の動作点を変化させた上で高圧側冷媒圧力を前記圧力検出手段で検出することにより、前記搬送部の動作点の変化に対して高圧側冷媒圧力が最小になっているか否かを判定し、前記搬送部の動作点の変化に対して高圧側冷媒圧力が最小になっていない場合には、前記搬送部の動作点の変化に対して高圧側冷媒圧力が最小になるように前記搬送部の動作点を補正する請求項５または６記載の冷凍サイクル装置。
【請求項８】
前記高温側熱交換器へ送られる前記熱媒体の温度である入り熱媒体温度を検出する熱媒体温度検出手段と、
前記低温側熱交換器へ送られる前記流体の温度である入り流体温度を検出する流体温度検出手段と、
低圧側冷媒圧力を検出する圧力検出手段と、
を備え、
前記入り熱媒体温度と、前記入り流体温度と、前記目標運転状態を実現させる前記搬送部の動作点と、前記目標運転状態の低圧側冷媒圧力との関係が前記制御手段に記憶されており、
前記制御手段は、前記熱媒体温度検出手段により検出される現在の前記入り熱媒体温度、前記流体温度検出手段により検出される現在の前記入り流体温度、および前記関係に基づいて、前記搬送部の目標動作点および目標低圧側冷媒圧力を決定し、前記目標動作点に基づいて前記搬送部を制御した後、前記圧力検出手段により検出される現在の低圧側冷媒圧力が前記目標低圧側冷媒圧力に一致しているか否かを判定し、前記現在の低圧側冷媒圧力が前記目標低圧側冷媒圧力に一致していない場合には、低圧側冷媒圧力が前記目標低圧側冷媒圧力に近づくように前記搬送部の動作点を補正する請求項１記載の冷凍サイクル装置。
【請求項９】
前記関係は、前記圧縮機の冷媒圧縮能力が、予め設定された基準能力であるときのものであり、
前記制御手段は、前記関係から求めた前記搬送部の動作点および前記目標運転状態の低圧側冷媒圧力を、前記圧縮機の現在の能力と前記基準能力との差に基づいて補正することにより、前記搬送部の目標動作点および前記目標低圧側冷媒圧力を決定する請求項８記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１０】
前記制御手段は、前記搬送部の動作点の補正に際して前記搬送部の動作点を段階的に変化させるときに、前記圧縮機の冷媒圧縮能力が低いほど、一段階当たりの前記搬送部の動作点の変化の大きさを大きくする請求項７または８記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１１】
前記冷媒が二酸化炭素である請求項１乃至１０の何れか１項記載の冷凍サイクル装置。
【請求項１２】
前記熱媒体が水であり、ヒートポンプ給湯装置として用いられる請求項１乃至１１の何れか１項記載の冷凍サイクル装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
本発明に係る冷凍サイクル装置は、冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮機で圧縮された冷媒を熱媒体と熱交換する高温側熱交換器と、高温側熱交換器を通過した冷媒を膨張させる膨張部と、膨張部を通過した冷媒を流体と熱交換する低温側熱交換器と、低温側熱交換器へ流体を送る搬送部とを備え、圧縮機で圧縮された後の冷媒圧力を高圧側冷媒圧力、圧縮機で圧縮される前の冷媒圧力を低圧側冷媒圧力とし、圧縮機の冷媒圧縮能力を一定としたときに低圧側冷媒圧力を変化させた場合に高圧側冷媒圧力が最小になる運転状態を冷凍サイクルの目標運転状態とし、実際の運転状態が目標運転状態に近づくように搬送部の動作を制御する制御手段を備え、圧縮機の冷媒圧縮能力を一定として低圧側冷媒圧力を変化させた場合に、低圧側冷媒圧力が低くなるにつれて高圧側冷媒圧力が低くなるような低圧側冷媒圧力の範囲と、低圧側冷媒圧力が低くなるにつれて高圧側冷媒圧力が高くなるような低圧側冷媒圧力の範囲とが存在し、それらの間で高圧側冷媒圧力が最小になるものである。
【国際調査報告】
2015045116.tif 000017
2015045116.tif 000018
2015045116.tif 000019