(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒を圧縮して吐出する圧縮機（２１）と、
前記圧縮機（２１）から吐出された高圧冷媒と加熱対象流体とを熱交換させて前記加熱対象流体を加熱する加熱用熱交換器（２２）と、
前記加熱用熱交換器（２２）から流出した冷媒を減圧させる減圧装置（２３）と、を備えるヒートポンプサイクルの制御方法であって、
前記ヒートポンプサイクル（２０）には、前記ヒートポンプサイクル（２０）に消費させる消費指示電力量（Ｅｏ１）に相関を有する電力管理用制御信号を出力する電力管理装置（１０）が接続されており、
前記電力管理用制御信号に応じて決定される目標冷媒吐出能力に近づくように、前記圧縮機（２１）の冷媒吐出能力を制御する吐出能力制御ステップ（Ｓ３）と、
前記電力管理用制御信号の変化があった後に、前記圧縮機（２１）の吐出口側から前記減圧装置（２３）の入口側へ至る冷媒流路を流通する高圧側冷媒の高圧側冷媒圧力（Ｐｄ）の変動を抑制するように、前記減圧装置（２３）の絞り開度を制御する変化時絞り開度制御ステップ（Ｓ８、Ｓ８１、Ｓ８２）と、を有することを特徴とするヒートポンプサイクルの制御方法。
【請求項２】
冷媒を圧縮して吐出する圧縮機（２１）と、
前記圧縮機（２１）から吐出された高圧冷媒と加熱対象流体とを熱交換させて前記加熱対象流体を加熱する加熱用熱交換器（２２）と、
前記加熱用熱交換器（２２）から流出した冷媒を減圧させる減圧装置（２３）と、を備えるヒートポンプサイクルの制御方法であって、
前記ヒートポンプサイクル（２０）には、前記ヒートポンプサイクル（２０）に消費させる消費指示電力量（Ｅｏ１）に相関を有する電力管理用制御信号を出力する電力管理装置（１０）が接続されており、
前記電力管理用制御信号に応じて決定される目標冷媒吐出能力に近づくように、前記圧縮機（２１）の冷媒吐出能力を制御する吐出能力制御ステップ（Ｓ３）と、
前記電力管理用制御信号が変化した際に、前記圧縮機（２１）の吐出口側から前記減圧装置（２３）の入口側へ至る冷媒流路を流通する高圧側冷媒の高圧側冷媒圧力（Ｐｄ）の変動を抑制するように、前記減圧装置（２３）の絞り開度を制御する変化時絞り開度制御ステップ（Ｓ８、Ｓ８１、Ｓ８２）と、を有し、
前記変化時絞り開度制御ステップ（Ｓ８、Ｓ８１、Ｓ８２）は、前記電力管理用制御信号が変化してから、前記圧縮機（２１）の単位時間当たりの回転数の変動量が予め定めた基準変動量以下となるまで、実行されることを特徴とするヒートポンプサイクルの制御方法。
【請求項３】
冷媒を圧縮して吐出する圧縮機（２１）と、
前記圧縮機（２１）から吐出された高圧冷媒と加熱対象流体とを熱交換させて前記加熱対象流体を加熱する加熱用熱交換器（２２）と、
前記加熱用熱交換器（２２）から流出した冷媒を減圧させる減圧装置（２３）と、を備えるヒートポンプサイクルの制御方法であって、
前記ヒートポンプサイクル（２０）には、前記ヒートポンプサイクル（２０）に消費させる消費指示電力量（Ｅｏ１）に相関を有する電力管理用制御信号を出力する電力管理装置（１０）が接続されており、
前記電力管理用制御信号に応じて決定される目標冷媒吐出能力に近づくように、前記圧縮機（２１）の冷媒吐出能力を制御する吐出能力制御ステップ（Ｓ３）と、
前記電力管理用制御信号が変化した際に、前記圧縮機（２１）の吐出口側から前記減圧装置（２３）の入口側へ至る冷媒流路を流通する高圧側冷媒の高圧側冷媒圧力（Ｐｄ）の変動を抑制するように、前記減圧装置（２３）の絞り開度を制御する変化時絞り開度制御ステップ（Ｓ８、Ｓ８１、Ｓ８２）と、を有し、
前記変化時絞り開度制御ステップ（Ｓ８、Ｓ８１、Ｓ８２）は、前記電力管理用制御信号が変化してから、予め定めた基準経過時間（ＫＴｍ）が経過するまで、実行されることを特徴とするヒートポンプサイクルの制御方法。
【請求項４】
サイクルの成績係数（ＣＯＰ）が極大値に近づくように、前記減圧装置（２３）の絞り開度を制御する通常時絞り開度制御ステップ（Ｓ７）を有し、
前記変化時絞り開度制御ステップ（Ｓ８）では、前記通常時絞り開度制御ステップ（Ｓ７）よりも、単位時間当たりの前記絞り開度の変化量を増加させることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載のヒートポンプサイクルの制御方法。
【請求項５】
前記ヒートポンプサイクル（２０）は、前記高圧側冷媒圧力（Ｐｄ）を検出する高圧側冷媒圧力検出手段（４６）を備え、
前記電力管理用制御信号が変化する直前の高圧側冷媒圧力（Ｐｄ）を直前高圧側冷媒圧力（Ｐｄ＿ＯＬＤ）としたときに、
前記変化時絞り開度制御ステップ（Ｓ８１）では、前記高圧側冷媒圧力（Ｐｄ）が前記直前高圧側冷媒圧力（Ｐｄ＿ＯＬＤ）に維持されるように、前記減圧装置（２３）の絞り開度を変化させることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載のヒートポンプサイクルの制御方法。
【請求項６】
前記変化時絞り開度制御ステップ（Ｓ８２）では、前記減圧装置（２３）の絞り開度を変化させる制御周期（τ）を、前記電力管理用制御信号が変化する直前よりも短縮させることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載のヒートポンプサイクルの制御方法。
【請求項７】
前記電力管理用制御信号は、前記ヒートポンプサイクル（２０）に消費させる消費指示電力量（Ｅｏ１）であることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載のヒートポンプサイクルの制御方法。
【請求項８】
前記ヒートポンプサイクル（２０）は、前記高圧側冷媒圧力（Ｐｄ）が冷媒の臨界圧力以上となる超臨界冷凍サイクルを構成していることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１つに記載のヒートポンプサイクルの制御方法。
【請求項９】
前記冷媒は、二酸化炭素であることを特徴とする請求項８に記載のヒートポンプサイクルの制御方法。
【請求項１０】
前記電力管理装置（１０）には、電力を生じさせる発電装置（１２）が接続されており、
前記電力管理装置（１０）は、前記発電装置（１２）の発電量に基づいて、前記電力管理用制御信号を決定するものであることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１つに記載のヒートポンプサイクルの制御方法。
【請求項１１】
電力を生じさせる発電装置（１２）と、
電力を供給されることによって作動するヒートポンプサイクル（２０）と、
前記発電装置（１２）にて発電された電力のうち前記ヒートポンプサイクル（２０）に消費させる消費指示電力量（Ｅｏ１）に相関を有する電力管理用制御信号を出力する電力管理装置（１０）と、を備え、
前記ヒートポンプサイクル（２０）は、冷媒を圧縮して吐出する圧縮機（２１）、前記圧縮機（２１）から吐出された高圧冷媒と加熱対象流体とを熱交換させて前記加熱対象流体を加熱する加熱用熱交換器（２２）、前記加熱用熱交換器（２２）から流出した冷媒を減圧させる減圧装置（２３）、前記圧縮機（２１）の作動を制御する吐出能力制御手段（４０ａ）、および前記減圧装置（２３）の作動を制御する絞り開度制御手段（４０ｂ）を有し、
前記吐出能力制御手段（４０ａ）は、前記電力管理用制御信号に応じて決定される目標冷媒吐出能力に近づくように、前記圧縮機（２１）の冷媒吐出能力を制御するものであり、
前記絞り開度制御手段（４０ｂ）は、前記電力管理用制御信号の変化があった後に、前記圧縮機（２１）の吐出口側から前記減圧装置（２３）の入口側へ至る冷媒流路を流通する高圧側冷媒の高圧側冷媒圧力（Ｐｄ）の変動を抑制するように、前記減圧装置（２３）の絞り開度を制御するものであることを特徴とする加熱システム。
【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の制御方法、およびヒートポンプサイクルにて加熱対象流体を加熱する加熱システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ヒートポンプサイクルにて加熱した給湯水（湯）を貯湯タンクに貯湯し、貯湯された給湯水をキッチンや風呂場等へ給湯するヒートポンプ式給湯機が知られている。例えば、特許文献１には、商用電力の電気料金が他の時間帯よりも安価に設定された深夜電力時間帯に、ヒートポンプサイクルを作動させて給湯水を加熱するヒートポンプ式給湯機が開示されている。
【０００３】
ところで、近年、電力の効率的な消費を目的として、電力の地産地消化（電力を消費する場所で必要とされる電力を発電すること）が提案されている。さらに、このような電力の地産地消化を実現する手段として、いわゆるＨＥＭＳ（ホーム・エネルギ・マネージメント・システム）の開発が進められている。
【０００４】
ここで、ＨＥＭＳとは、太陽光発電装置や風力発電装置等の発電装置、空調装置やヒートポンプ式給湯機等の電動装置、入力側に接続された発電装置の発電量等に応じて出力側に接続された電動装置に消費させる電力量を管理する電力管理装置等によって構成されるシステムである。
【０００５】
ＨＥＭＳによれば、例えば、昼間に太陽光発電装置によって発電された電力が余剰となった際に、この余剰電力を消費させるように電力管理装置がヒートポンプ式給湯機のヒートポンプサイクルを作動させることができる。
【０００６】
このように、深夜よりも外気温が高くなる昼間にヒートポンプサイクルを作動させることで、深夜電力時間帯よりも外気からの吸熱量を増加させてヒートポンプサイクルの成績係数（ＣＯＰ）を向上させることができる。さらに、深夜電力時間帯のヒートポンプサイクルの作動時間を短縮させることができる。従って、ＨＥＭＳによれば、余剰電力を有効に活用して、電力の効率的な消費を実現することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−２６６１３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところが、太陽光発電装置の発電量は日射条件の変化等によって変化しやすい。このため、電力管理装置が太陽光発電装置の発電量等に応じて決定するヒートポンプサイクルに消費させる電力量（以下、消費指示電力量という。）も変化しやすい。
【０００９】
従って、ヒートポンプサイクルに電力管理装置が決定した消費指示電力量を確実に消費させるためには、消費指示電力量に応じて、ヒートポンプサイクルの加熱能力を変化させて実際の消費電力量を速やかに変化させる必要がある。さらに、ヒートポンプサイクルの実際の消費電力量を速やかに変化させる手段としては、圧縮機の回転数（冷媒吐出能力）を速やかに変化させる手段が有効である。
【００１０】
しかしながら、圧縮機の回転数（冷媒吐出能力）を急変させると、サイクルの高圧側冷媒圧力の異常上昇を招いてしまうことがあり、ヒートポンプサイクルの耐久寿命に悪影響を及ぼしてしまうおそれがある。
【００１１】
本発明は、上記点に鑑み、耐久寿命に悪影響を及ぼすことなく、消費電力量を速やかに変更可能なヒートポンプサイクルの制御方法を提供することを目的とする。
【００１２】
また、本発明は、ヒートポンプサイクルの耐久寿命に悪影響を及ぼすことなく、ヒートポンプサイクルの消費電力量を速やかに変更可能な加熱システムを提供することを別の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、上記目的を達成するために案出されたもので、請求項１に記載の発明では、冷媒を圧縮して吐出する圧縮機（２１）と、圧縮機（２１）から吐出された高圧冷媒と加熱対象流体とを熱交換させて加熱対象流体を加熱する加熱用熱交換器（２２）と、加熱用熱交換器（２２）から流出した冷媒を減圧させる減圧装置（２３）と、を備えるヒートポンプサイクルの制御方法であって、
ヒートポンプサイクル（２０）には、ヒートポンプサイクル（２０）に消費させる消費指示電力量（Ｅｏ１）に相関を有する電力管理用制御信号を出力する電力管理装置（１０）が接続されており、
電力管理用制御信号に応じて決定される目標冷媒吐出能力に近づくように、圧縮機（２１）の冷媒吐出能力を制御する吐出能力制御ステップ（Ｓ３）と、
電力管理用制御信号の変化があった後に、圧縮機（２１）の吐出口側から減圧装置（２３）の入口側へ至る冷媒流路を流通する高圧側冷媒の高圧側冷媒圧力（Ｐｄ）の変動を抑制するように、減圧装置（２３）の絞り開度を制御する変化時絞り開度制御ステップ（Ｓ８、Ｓ８１、Ｓ８２）と、を有することを特徴としている。
【００１４】
これによれば、吐出能力制御ステップ（Ｓ３）にて、電力管理用制御信号に応じて決定される目標冷媒吐出能力に近づくように圧縮機（２１）の冷媒吐出能力を制御するので、電力管理装置（１０）が決定した消費指示電力量（Ｅｏ１）の変化に応じて圧縮機（２１）の冷媒吐出能力を速やかに変化させることができる。従って、ヒートポンプサイクル（２０）の実際の消費電力量を、速やかに消費指示電力量（Ｅｏ１）に近づけることができる。
【００１５】
さらに、電力管理用制御信号の変化があった後に、変化時絞り開度制御ステップ（Ｓ８、Ｓ８１、Ｓ８２）にて、高圧側冷媒圧力（Ｐｄ）の変動を抑制するように減圧装置（２３）の絞り開度を制御するので、高圧側冷媒圧力（Ｐｄ）の異常上昇を抑制することができる。
【００１６】
従って、本請求項に記載の発明によれば、電力管理装置（１０）が決定した消費指示電力量（Ｅｏ１）が変化しても、ヒートポンプサイクルの耐久寿命に悪影響を及ぼすことなく、消費電力量を速やかに変化させることができる。
また、請求項２に記載の発明では、冷媒を圧縮して吐出する圧縮機（２１）と、圧縮機（２１）から吐出された高圧冷媒と加熱対象流体とを熱交換させて加熱対象流体を加熱する加熱用熱交換器（２２）と、加熱用熱交換器（２２）から流出した冷媒を減圧させる減圧装置（２３）と、を備えるヒートポンプサイクルの制御方法であって、
ヒートポンプサイクル（２０）には、ヒートポンプサイクル（２０）に消費させる消費指示電力量（Ｅｏ１）に相関を有する電力管理用制御信号を出力する電力管理装置（１０）が接続されており、
電力管理用制御信号に応じて決定される目標冷媒吐出能力に近づくように、圧縮機（２１）の冷媒吐出能力を制御する吐出能力制御ステップ（Ｓ３）と、
電力管理用制御信号が変化した際に、圧縮機（２１）の吐出口側から減圧装置（２３）の入口側へ至る冷媒流路を流通する高圧側冷媒の高圧側冷媒圧力（Ｐｄ）の変動を抑制するように、減圧装置（２３）の絞り開度を制御する変化時絞り開度制御ステップ（Ｓ８、Ｓ８１、Ｓ８２）と、を有し、
変化時絞り開度制御ステップ（Ｓ８、Ｓ８１、Ｓ８２）は、電力管理用制御信号が変化してから、圧縮機（２１）の単位時間当たりの回転数の変動量が予め定めた基準変動量以下となるまで、実行されることを特徴としている。
これによれば、請求項１に記載の発明と同様の効果を得ることができる。
また、請求項３に記載の発明では、冷媒を圧縮して吐出する圧縮機（２１）と、圧縮機（２１）から吐出された高圧冷媒と加熱対象流体とを熱交換させて加熱対象流体を加熱する加熱用熱交換器（２２）と、加熱用熱交換器（２２）から流出した冷媒を減圧させる減圧装置（２３）と、を備えるヒートポンプサイクルの制御方法であって、
ヒートポンプサイクル（２０）には、ヒートポンプサイクル（２０）に消費させる消費指示電力量（Ｅｏ１）に相関を有する電力管理用制御信号を出力する電力管理装置（１０）が接続されており、
電力管理用制御信号に応じて決定される目標冷媒吐出能力に近づくように、圧縮機（２１）の冷媒吐出能力を制御する吐出能力制御ステップ（Ｓ３）と、
電力管理用制御信号が変化した際に、圧縮機（２１）の吐出口側から減圧装置（２３）の入口側へ至る冷媒流路を流通する高圧側冷媒の高圧側冷媒圧力（Ｐｄ）の変動を抑制するように、減圧装置（２３）の絞り開度を制御する変化時絞り開度制御ステップ（Ｓ８、Ｓ８１、Ｓ８２）と、を有し、
変化時絞り開度制御ステップ（Ｓ８、Ｓ８１、Ｓ８２）は、電力管理用制御信号が変化してから、予め定めた基準経過時間（ＫＴｍ）が経過するまで、実行されることを特徴としている。
これによれば、請求項１に記載の発明と同様の効果を得ることができる。
【００１７】
また、請求項１１に記載の発明では、電力を生じさせる発電装置（１２）と、電力を供給されることによって作動するヒートポンプサイクル（２０）と、発電装置（１２）にて発電された電力のうちヒートポンプサイクル（２０）に消費させる消費指示電力量（Ｅｏ１）に相関を有する電力管理用制御信号を出力する電力管理装置（１０）と、を備え、
ヒートポンプサイクル（２０）は、冷媒を圧縮して吐出する圧縮機（２１）、圧縮機（２１）から吐出された高圧冷媒と加熱対象流体とを熱交換させて加熱対象流体を加熱する加熱用熱交換器（２２）、加熱用熱交換器（２２）から流出した冷媒を減圧させる減圧装置（２３）、圧縮機（２１）の作動を制御する吐出能力制御手段（４０ａ）、および減圧装置（２３）の作動を制御する絞り開度制御手段（４０ｂ）を有し、
吐出能力制御手段（４０ａ）は、電力管理用制御信号に応じて決定される目標冷媒吐出能力に近づくように、圧縮機（２１）の冷媒吐出能力を制御するものであり、
絞り開度制御手段（４０ｂ）は、電力管理用制御信号の変化があった後に、圧縮機（２１）の吐出口側から減圧装置（２３）の入口側へ至る冷媒流路を流通する高圧側冷媒の高圧側冷媒圧力（Ｐｄ）の変動を抑制するように、減圧装置（２３）の絞り開度を制御するものである加熱システムを特徴としている。
【００１８】
これによれば、吐出能力制御手段（４０ａ）が、電力管理用制御信号に応じて決定される目標冷媒吐出能力に近づくように、圧縮機（２１）の冷媒吐出能力を制御するので、電力管理装置（１０）が決定した消費指示電力量（Ｅｏ１）の変化に応じて圧縮機（２１）の冷媒吐出能力を速やかに変化させることができる。従って、ヒートポンプサイクル（２０）の実際の消費電力量を、速やかに消費指示電力量（Ｅｏ１）に近づけることができる。
【００１９】
さらに、電力管理用制御信号の変化があった後に、絞り開度制御手段（４０ｂ）が、圧縮機（２１）の吐出口側から減圧装置（２３）の入口側へ至る冷媒流路を流通する高圧側冷媒の高圧側冷媒圧力（Ｐｄ）の変動を抑制するように、減圧装置（２３）の絞り開度を制御するので、高圧側冷媒圧力（Ｐｄ）の異常上昇を抑制することができる。
【００２０】
従って、本請求項に記載の発明によれば、ヒートポンプサイクル（２０）の耐久寿命に悪影響を及ぼすことなく、ヒートポンプサイクル（２０）の消費電力量を速やかに変更可能な加熱システムを提供することができる。
【００２１】
なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】第１実施形態のヒートポンプ式給湯システムの全体構成図である。
【図２】第１実施形態の電力管理装置のブロック図である。
【図３】第１実施形態のヒートポンプサイクルの電気制御部のブロック図である。
【図４】第１実施形態のヒートポンプサイクルの制御処理を示すフローチャートである。
【図５】第１実施形態の電力管理装置の制御処理を示すフローチャートである。
【図６】第１実施形態のヒートポンプサイクルにおける消費指示電力量の変化に伴う高圧側冷媒圧力の変化等を示すタイムチャートである。
【図７】第２実施形態のヒートポンプサイクルの制御処理を示すフローチャートである。
【図８】第３実施形態のヒートポンプサイクルの制御処理を示すフローチャートである。
【図９】第３実施形態のヒートポンプサイクルにおける消費指示電力量の変化に伴う高圧側冷媒圧力の変化等を示すタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
（第１実施形態）
以下、図面を用いて、本発明の第１実施形態を説明する。本実施形態では、ヒートポンプサイクル２０によって給湯水（加熱対象流体）を加熱するヒートポンプ式給湯システム１（加熱システム）について説明する。このヒートポンプ式給湯システム１は、図１に示すように、ヒートポンプサイクル２０へ供給される電力を管理する電力管理装置１０を備えている。
【００２４】
電力管理装置１０は、ＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭ等を含む周知のマイクロコンピュータとその周辺回路から構成されている。
【００２５】
電力管理装置１０の入力側には、商用電力の受電用端子１１の他に、発電装置としての太陽光発電装置１２が接続されている。さらに、電力管理装置１０の入力側には、図２のブロック図に示すように、供給されている商用電力量Ｅｉ１を検出する商用電力量検出手段としての商用電力用電力計１１ａ、および太陽光発電装置１２の発電量Ｅｉ２を検出する太陽光発電量検出手段としての太陽光発電用電力計１２ａが接続されている。
【００２６】
一方、電力管理装置１０の出力側には、ヒートポンプサイクル２０の他に、その他の電動装置としての空調装置３０が接続されている。より具体的には、本実施形態では、電力管理装置１０の出力側に、ヒートポンプサイクル２０の給湯用制御装置４０の入力側が接続されている。さらに、電力管理装置１０の出力側には、太陽光発電装置１２にて発電した電力を電力会社に売電するための売電用端子１３が接続されている。
【００２７】
そして、電力管理装置１０は、上述した各電力計１１ａ、１２ａの検出信号等に基づいて、ヒートポンプサイクル２０（具体的には、給湯用制御装置４０）に対して、ヒートポンプサイクル２０に消費させる消費指示電力量Ｅｏ１を電力管理用制御信号として出力する。さらに、電力管理装置１０は、発電装置の発電量および電動装置の消費電力量等に基づいて売電量Ｅｓを決定し、売電用の電力を売電用端子１３へ出力する。
【００２８】
従って、本実施形態のヒートポンプ式給湯システム１は、発電装置（本実施形態では、太陽光発電装置１２）や、その他の電動装置（本実施形態では、空調装置３０）とともに、ＨＥＭＳ（ホーム・エネルギ・マネージメント・システム）を構成している。
【００２９】
次に、ヒートポンプサイクル２０について説明する。ヒートポンプサイクル２０は、給湯水を加熱する蒸気圧縮式の冷凍サイクルである。より詳細には、ヒートポンプサイクル２０は、図１に示すように、圧縮機２１、水−冷媒熱交換器２２、電気式膨張弁２３、および蒸発器２４を順次配管で接続して構成されたものである。
【００３０】
また、本実施形態のヒートポンプサイクル２０では、冷媒として二酸化炭素を採用しており、圧縮機２１の吐出口側から電気式膨張弁２３の入口側へ至るサイクルの高圧側冷媒圧力が冷媒の臨界圧力以上となる超臨界冷凍サイクルを構成している。この冷媒には圧縮機２１を潤滑するための冷凍機油が混入されており、冷凍機油の一部は冷媒とともにサイクルを循環している。
【００３１】
圧縮機２１は、ヒートポンプサイクル２０において冷媒を吸入し、臨界圧力以上となるまで圧縮して吐出するもので、吐出容量が固定された固定容量型圧縮機構を電動モータにて駆動する電動圧縮機である。固定容量型圧縮機構としては、具体的に、スクロール型圧縮機構、ベーン型圧縮機構等の各種圧縮機構を採用することができる。
【００３２】
電動モータは、給湯用制御装置４０から出力される制御信号によって、その回転数が制御されるもので、交流モータ、直流モータのいずれの形式を採用してもよい。そして、この回転数制御によって、圧縮機２１の冷媒吐出能力が変更される。従って、本実施形態の電動モータは、圧縮機２１の吐出能力変更手段を構成している。
【００３３】
圧縮機２１の吐出口には、水−冷媒熱交換器２２の冷媒通路入口側が接続されている。水−冷媒熱交換器２２は、圧縮機２１から吐出された高圧冷媒を流通させる冷媒通路、および後述する水循環回路２５を循環する給湯水を流通させる水通路を有し、冷媒通路を流通する高圧冷媒と水通路を流通する給湯水とを熱交換させて、給湯水を加熱する加熱用熱交換器である。
【００３４】
このような水−冷媒熱交換器２２の具体的構成としては、冷媒通路の外周に水通路を配置して冷媒と冷却水とを熱交換させる構成を採用してもよい。また、冷媒通路として冷媒を流通させる蛇行状のチューブあるいは複数本のチューブを採用し、隣り合うチューブ間に水通路を形成し、さらに、冷媒と冷却水との間の熱交換を促進するコルゲートフィンやプレートフィンを設ける構成を採用してもよい。
【００３５】
さらに、本実施形態では、水−冷媒熱交換器２２として、冷媒通路を流通する冷媒の流れ方向と水通路を流通する給湯水の流れ方向が対向流となる対向流型の熱交換器を採用している。また、本実施形態のヒートポンプサイクル２０は、前述の如く、超臨界冷凍サイクルを構成しているので、水−冷媒熱交換器２２の冷媒通路では、冷媒は凝縮することなく超臨界状態のまま放熱する。
【００３６】
水−冷媒熱交換器２２の冷媒通路出口には、電気式膨張弁２３の入口側が接続されている。電気式膨張弁２３は冷媒通路から流出した冷媒を減圧させる減圧装置である。
【００３７】
より具体的には、本実施形態の電気式膨張弁２３は、絞り開度を変更可能に構成された弁体、およびこの弁体の絞り開度を変化させる電動アクチュエータを有する可変絞り機構で構成されている。この電動アクチュエータは、給湯用制御装置４０から出力される制御信号によって、その作動が制御される。
【００３８】
電気式膨張弁２３の出口には、蒸発器２４の冷媒入口側が接続されている。蒸発器２４は、電気式膨張弁２３にて減圧された低圧冷媒と送風ファン２４ａにより送風された外気（室外空気）とを熱交換させることによって、低圧冷媒を蒸発させて吸熱作用を発揮させる吸熱用の室外熱交換器である。送風ファン２４ａは、給湯用制御装置４０から出力される制御電圧によって回転数（送風空気量）が制御される外気送風手段である。
【００３９】
蒸発器２４の冷媒出口には、圧縮機２１の吸入口側が接続されている。なお、蒸発器２４の冷媒出口側から圧縮機２１の吸入口側へ至る冷媒経路に、蒸発器２４から流出した冷媒の気液を分離し、分離された気相冷媒を圧縮機２１の吸入口側へ流出させるとともに、分離された液相冷媒を余剰冷媒として貯えるアキュムレータを配置してもよい。
【００４０】
水循環回路２５は、ヒートポンプサイクル２０の水−冷媒熱交換器２２と貯湯タンク２６との間で給湯水を循環させる水回路である。
【００４１】
貯湯タンク２６は、水−冷媒熱交換器２２にて加熱された給湯水を貯湯する貯湯手段である。より詳細には、貯湯タンク２６は、耐食性に優れた金属（例えば、ステンレス合金）で形成されており、その外周を断熱材で覆う断熱構造あるいは二重タンクによる真空断熱構造等を有し、高温の給湯水を長時間保温することができる。
【００４２】
さらに、貯湯タンク２６は、中空円柱状に形成され、軸方向が略鉛直方向に延びる縦長形状に形成されている。貯湯タンク２６の上方側には、水−冷媒熱交換器２２にて加熱された給湯水を流入させる給湯水入口、および貯湯タンク２６内に貯湯されている給湯水を流出させる給湯水出口が設けられている。
【００４３】
給湯水出口には、図示しない温度調整弁を介して、キッチンや風呂場等に配置された蛇口、シャワーといった給湯端末が接続されている。温度調整弁は、貯湯タンク２６から流出した高温の給湯水と低温の水道水とを混合させて、給湯端末から出湯される給湯水をユーザの所望の温度に調整するものである。
【００４４】
一方、貯湯タンク２６の下方側には、水道水を流入させる水道水入口と、貯湯タンク２６内の比較的低い温度の低温給湯水を水−冷媒熱交換器２２側へ流出させる低温水出口が設けられている。また、水循環回路２５には、低温水出口から吸入した低温給湯水を水−冷媒熱交換器２２の水通路へ圧送する水ポンプ２７が配置されている。水ポンプ２７は、給湯用制御装置４０から出力される制御電圧によって、その作動が制御される。
【００４５】
次に、図３のブロック図を用いて、給湯用制御装置４０について説明する。給湯用制御装置４０は、電力管理装置１０と同様に、ＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭ等を含む周知のマイクロコンピュータとその周辺回路から構成されている。そして、そのＲＯＭ内に記憶された制御プログラムに基づいて各種演算、処理を行い、その出力側に接続された各種制御対象機器の作動を制御する。
【００４６】
給湯用制御装置４０の出力側には、圧縮機２１の電動モータ、電気式膨張弁２３の電動アクチュエータ、送風ファン２４ａ、および水ポンプ２７等の各種制御対象機器が接続されている。
【００４７】
一方、給湯用制御装置４０の入力側には、電力管理装置１０の他に、タンク内温度センサ４１、入水温度センサ４２、沸上温度センサ４３、蒸発器温度センサ４４、外気温センサ４５、吐出圧力センサ４６等が接続され、これらのセンサ群の検出信号が給湯用制御装置４０へ入力される。
【００４８】
タンク内温度センサ４１は、貯湯タンク２６内に貯湯された給湯水の温度を検出するタンク内温度検出手段である。より具体的には、本実施形態のタンク内温度センサ４１は、貯湯タンク２６内に上下方向に並んで配置された複数個（本実施形態では、５つ）の温度センサによって構成されている。
【００４９】
これにより、給湯用制御装置４０では、複数のタンク内温度センサ４１の出力信号によって、貯湯タンク２６内の水位レベルに応じた給湯水の温度、および貯湯タンク２６内の温度分布を検出することができる。
【００５０】
入水温度センサ４２は、水−冷媒熱交換器２２の水通路入口側の給湯水温度である入水温度Ｔｗｉを検出する入水温度検出手段である。沸上温度センサ４３は、水通路出口側の給湯水温度である沸上温度Ｔｗｏを検出する沸上温度検出手段である。
【００５１】
蒸発器温度センサ４４は、蒸発器２４における冷媒蒸発温度（蒸発器２４の温度）Ｔｅを検出する蒸発器温度検出手段である。より具体的には、本実施形態の蒸発器温度センサ４４は、蒸発器２４内の冷媒温度を検出している。もちろん、蒸発器温度検出手段として、蒸発器２４の熱交換フィン温度を検出する温度検出手段を採用してもよいし、蒸発器２４のその他の部位の温度を検出する温度検出手段を採用してもよい。
【００５２】
外気温センサ４５は、蒸発器２４にて低圧冷媒と熱交換する外気の温度である外気温Ｔａｍを検出する外気温検出手段である。吐出圧力センサ４６は、圧縮機２１の吐出口側から２３の入口側へ至る冷媒流路を流通する高圧側冷媒の圧力（高圧側冷媒圧力）Ｐｄを検出する高圧側冷媒圧力検出手段である。
【００５３】
さらに、給湯用制御装置４０の入力側には、室内に配置されたリモコン（操作パネル）５０が接続されている。このリモコン５０には、ヒートポンプサイクル２０の作動を要求する作動要求信号および停止を要求する停止要求信号を出力する作動スイッチ、各給湯端末から出湯される給湯水の温度（目標出湯温度）を設定する温度設定スイッチ等が設けられており、これらのスイッチの操作信号が給湯用制御装置４０へ入力される。
【００５４】
また、本実施形態の給湯用制御装置４０は、その出力側に接続された各種制御対象機器を制御する制御手段が一体的に構成されたものであるが、給湯用制御装置４０のうちそれぞれの制御対象機器の作動を制御する構成（ハードウェアおよびソフトウェア）が、それぞれの制御対象機器の作動を制御する制御手段を構成している。
【００５５】
例えば、給湯用制御装置４０のうち、圧縮機２１の作動（冷媒吐出能力）を制御する構成が吐出能力制御手段４０ａを構成しており、電気式膨張弁２３の作動（絞り開度）を制御する構成が絞り開度制御手段４０ｂを構成している。さらに、吐出能力制御手段４０ａ、および絞り開度制御手段４０ｂを、給湯用制御装置４０に対して別の装置で構成してもよい。
【００５６】
次に、図４、図５のフローチャートを用いて、上記構成における本実施形態のヒートポンプ式給湯システム１の作動を説明する。
【００５７】
図４のフローチャートは、給湯用制御装置４０が実行する制御処理を示している。この制御処理は、給湯用制御装置４０の記憶回路に予め記憶されており、リモコン５０の作動スイッチが投入（ＯＮ）されるとスタートする。なお、図４に示すフローチャートの各制御ステップは、給湯用制御装置４０が有する各種の機能実現手段を構成している。このことは、後述する各実施形態においても同様である。
【００５８】
まず、ステップＳ１では、フラグ、タイマ等の初期化がなされ、続くステップＳ２では、操作パネルの操作信号および上述した制御用センサ群により検出された検出信号を読み込む。さらに、この制御処理では、ステップＳ２０に示すように、電力管理装置１０から出力された電力管理用制御信号（ヒートポンプサイクル２０に消費させる消費指示電力量Ｅｏ１）を適時読み込んでいる。
【００５９】
ここで、電力管理装置１０から出力される消費指示電力量Ｅｏ１について説明する。本実施形態のヒートポンプ式給湯システム１では、電力コストの低減のため、商用電力の電気料金が他の時間帯よりも安価に設定されている深夜電力時間帯（例えば、２３時から翌朝７時に至る時間帯）に、商用電力によってヒートポンプサイクル２０を作動させ、加熱された給湯水（湯）を貯湯タンク２６に貯湯する沸上運転を実行する。
【００６０】
従って、電力管理装置１０では、深夜電力時間帯には、ヒートポンプサイクル２０が給湯水を加熱するために必要とする電力を消費指示電力量Ｅｏ１として出力する。このため、深夜電力時間帯に沸上運転が実行されている際は、消費指示電力量Ｅｏ１は、基本的には殆ど変化することなく一定の値となる。
【００６１】
さらに、深夜電力時間帯以外の時間帯では、余剰電力量Ｅｅｘを有効に活用するために、電力管理装置１０は、図５のフローチャートに示すように決定された値を消費指示電力量Ｅｏ１として出力する。なお、図５のフローチャートは、電力管理装置１０が実行する制御処理のメインルーチンのサブルーチンとして実行される制御処理を示している。
【００６２】
図５のステップＳ３１では、太陽光発電用電力計１２ａによって検出された発電量Ｅｉ２等の検出信号を読み込む。続くステップＳ３２では、余剰電力量Ｅｅｘを算定する。具体的には、ステップＳ３２では、以下数式Ｆ１によって余剰電力量Ｅｅｘを算定する。
Ｅｅｘ＝Ｅｉ２−Ｅｓ−Ｅｏ２  …（Ｆ１）
ここで、Ｅｓは、電力管理装置１０が別の制御ルーチンで決定した売電量であり、Ｅｏ２は、電力管理装置１０が別の制御ルーチンで決定した空調装置３０に消費させる消費指示電力量Ｅｏ２である。
【００６３】
ステップＳ３３では、Ｅｅｘが０より大きいか否かを判定する。ステップＳ３３にて、Ｅｅｘが０より大きいと判定された際には、ステップＳ３４へ進み、ヒートポンプサイクル２０に消費させる消費指示電力量Ｅｏ１をＥｅｘに決定してステップＳ３６へ進む。一方、ステップＳ３３にて、Ｅｅｘが０より大きくなっていないと判定された際には、ステップＳ３５へ進み、消費指示電力量Ｅｏ１を０に決定してステップＳ３６へ進む。
【００６４】
つまり、深夜電力時間帯以外の時間帯では、ステップＳ３３、Ｓ３４で説明したように、太陽光発電装置１２にて発電された電力量の範囲内で、消費指示電力量Ｅｏ１が決定される。
【００６５】
ステップＳ３６では、給湯用制御装置４０に対して、消費指示電力量Ｅｏ１を出力してメインルーチンへ戻る。つまり、深夜電力時間帯以外の時間帯では、図５の制御ステップＳ３６にて出力された消費指示電力量Ｅｏ１が、図４の制御ステップＳ２０に示すように給湯用制御装置４０に読み込まれる。
【００６６】
次に、図４のフローチャートに戻り、ステップＳ３〜Ｓ８では、電力管理装置１０から出力された消費指示電力量Ｅｏ１、並びに、ステップＳ２で読み込んだ操作信号および検出信号に基づいて、給湯用制御装置４０の出力側に接続されたヒートポンプサイクル２０の各構成機器の制御状態を決定する。
【００６７】
まず、ステップＳ３では、圧縮機２１の回転数（冷媒吐出能力）、すなわち圧縮機２１の電動モータへ出力される制御信号を決定する。
【００６８】
より具体的には、ステップＳ３では、消費指示電力量Ｅｏ１および外気温センサ４５によって検出された外気温Ｔａｍに基づいて、予め給湯用制御装置４０が記憶している制御マップを参照して圧縮機２１の目標回転数（目標冷媒吐出能力）を決定する。この制御マップでは、消費指示電力量Ｅｏ１の増加および外気温Ｔａｍの低下に伴って、圧縮機２１の目標回転数（目標冷媒吐出能力）が増加するように決定される。
【００６９】
そして、実際の圧縮機２１の回転数（冷媒吐出能力）が目標回転数（目標冷媒吐出能力）に近づくように、圧縮機２１の回転数を予め定めた基準変化量の分だけ増減させる。従って、本実施形態の圧縮機２１の回転数は、制御周期毎に基準変化量の分だけ変化する。さらに、本実施形態の制御ステップＳ３は、特許請求の範囲に記載された吐出能力制御ステップを構成している。
【００７０】
ステップＳ４では、送風ファン２４ａの回転数（送風能力）、すなわち送風ファン２４ａへ出力される制御電圧を決定する。送風ファン２４ａへ出力される制御電圧については、外気温Ｔａｍに基づいて、予め給湯用制御装置４０に記憶された制御マップを参照して決定される。
【００７１】
ステップＳ５では、水ポンプ２７の回転数（水圧送能力）、すなわち水ポンプ２７へ出力される制御電圧を決定する。水ポンプ２７へ出力される制御電圧については、フィードバック制御手法等を用いて、沸上温度センサ４３によって検出された沸上温度Ｔｗｏが目標沸上温度Ｔｗ（本実施形態では、９０℃）となるように決定される。
【００７２】
この目標沸上温度Ｔｗは、貯湯タンク２６に貯えられる給湯水の温度が、貯湯タンク２６内のレジオネラ菌を死滅させることのできる温度以上、あるいは、レジオネラ菌の繁殖を抑制可能な温度以上となるように設定されている。
【００７３】
続くステップＳ６では、消費指示電力量Ｅｏ１が変化してからの経過時間Ｔｍが、予め定めた基準経過時間ＫＴｍ以上となっているか否かを判定する。ステップＳ６にて、経過時間Ｔｍが基準経過時間ＫＴｍ以上となっていると判定された際には、ステップＳ７へ進む。一方、ステップＳ６にて、経過時間Ｔｍが基準経過時間ＫＴｍ以上となっていないと判定された際には、ステップＳ８へ進む。
【００７４】
ここで、基準経過時間ＫＴｍは、消費指示電力量Ｅｏ１の変化に伴って圧縮機２１の回転数を変化させた際に、圧縮機２１の回転数の変化を完了可能な時間に設定されている。従って、経過時間Ｔｍが基準経過時間ＫＴｍ以上となっている場合には、圧縮機２１の回転数変化は収束しており、回転数は略一定となっている。
【００７５】
ステップＳ７、およびステップＳ８では、電気式膨張弁２３の絞り開度、すなわち電気式膨張弁２３の電動アクチュエータへ出力される制御信号を決定する。まず、ステップＳ７では、圧縮機２１の回転数が略一定となっている際に、電気式膨張弁２３の電動アクチュエータへ出力される制御信号を決定する。
【００７６】
このステップＳ７では、外気温Ｔａｍおよび吐出圧力センサ４６よって検出された高圧側冷媒圧力Ｐｄに基づいて、予め給湯用制御装置４０が記憶している制御マップを参照して、高圧側冷媒圧力Ｐｄの目標高圧Ｐｄｏを決定する。目標高圧Ｐｄｏは、ヒートポンプサイクル２０の成績係数（ＣＯＰ）が極大値となるように決定される。
【００７７】
さらに、図４のステップＳ７に記載された制御特性図に示すように、目標高圧Ｐｄｏと吐出冷媒圧力Ｐｄとの偏差（Ｐｄｏ−Ｐｄ）に応じて、電気式膨張弁２３の絞り開度の変化量を決定して、ステップＳ９へ進む。
【００７８】
より詳細には、ステップＳ７では、偏差（Ｐｄｏ−Ｐｄ）が０よりも大きくなるに伴って、絞り開度の増加量を増大させ、偏差（Ｐｄｏ−Ｐｄ）が０よりも小さくなるに伴って、絞り開度の減少量を増大させるように変化量決定する。これにより、電気式膨張弁２３の絞り開度は、高圧側冷媒圧力Ｐｄが目標高圧Ｐｄｏに近づくように、すなわちヒートポンプサイクル２０のＣＯＰが極大値に近づくように制御される。
【００７９】
一方、ステップＳ８では、消費指示電力量Ｅｏ１が変化してから基準経過時間ＫＴｍが経過するまでの間に、電気式膨張弁２３の電動アクチュエータへ出力される制御信号を決定する。ステップＳ８では、ステップＳ７と同様に、目標高圧Ｐｄｏを決定し、図４のステップＳ８に記載された制御特性図に示すように、偏差（Ｐｄｏ−Ｐｄ）に応じて、電気式膨張弁２３の絞り開度の変化量を決定して、ステップＳ９へ進む。
【００８０】
より詳細には、ステップＳ８では、消費指示電力量Ｅｏ１が増加する側に変更された際には、ステップＳ７よりも絞り開度の増加量を増大させ、消費指示電力量Ｅｏ１が減少する側に変更された際には、ステップＳ７よりも絞り開度の減少量を増大させるように変化量を決定する。つまり、ステップＳ８では、ステップＳ７よりも、単位時間当たりの絞り開度の変化量を増加させている。
【００８１】
以上の説明から明らかなように、本実施形態の制御ステップＳ７は、特許請求の範囲に記載された通常時絞り開度制御ステップを構成しており、制御ステップＳ８は、特許請求の範囲に記載された変化時絞り開度制御ステップを構成している。
【００８２】
次に、ステップＳ９では、ステップＳ３〜Ｓ８にて決定された制御信号および制御電圧を各種制御対象機器へ出力する。続くステップＳ１０では、予め定めた作動停止条件が成立したか否かを判定し、ステップＳ１０にて作動停止条件が成立していると判定された際にはヒートポンプサイクル２０の作動を停止させ、作動停止条件が成立していないと判定された際には、ステップＳ２へ戻る。
【００８３】
ここで、作動停止条件としては、深夜電力時間帯では、タンク内温度センサ４１のうち所定のセンサによって検出された給湯水の温度が予め定めた基準温度以上となった際に、成立するものとすればよい。また、深夜電力時間帯以外の時間帯では、消費指示電力量Ｅｏ１が０となった際に、作動停止条件が成立するものとすればよい。さらに、ユーザが作動スイッチをＯＦＦとした際にも、作動停止条件が成立するものとすればよい。
【００８４】
従って、本実施形態のヒートポンプサイクル２０が作動すると、圧縮機２１から吐出された高温高圧冷媒が水−冷媒熱交換器２２の冷媒通路へ流入する。冷媒通路へ流入した高温高圧冷媒は、水ポンプ２７によって水−冷媒熱交換器２２の水通路へ圧送された給湯水と熱交換する。これにより、水−冷媒熱交換器２２へ流入した給湯水が目標沸上温度Ｔｗとなるように加熱される。
【００８５】
水−冷媒熱交換器２２から流出した高圧冷媒は、電気式膨張弁２３にて減圧される。電気式膨張弁２３にて減圧された冷媒は、蒸発器２４へ流入し、送風ファン２４ａから送風された外気から吸熱して蒸発する。蒸発器２４から流出した冷媒は、圧縮機２１へ吸入されて再び圧縮される。
【００８６】
一方、水−冷媒熱交換器２２にて加熱された給湯水は、貯湯タンク２６の上方側へ流入して貯湯される。なお、本実施形態の貯湯タンク２６は、その軸方向が略鉛直方向に延びる縦長形状に形成されているので、沸上運転が終了した際の貯湯タンク２６内の給湯水には、上方側から下方側へ向かって徐々に温度低下する温度分布が生じることになる。
【００８７】
貯湯タンク２６の上方側に貯湯された高温の給湯水は、温度調整弁にてユーザの所望の温度に調整されて、各給湯端末から出湯される。
【００８８】
以上の如く、本実施形態のヒートポンプ式給湯システム１によれば、ユーザの所望の温度に調整された給湯水を各給湯端末から出湯することができる。この際、電力管理装置１０が、深夜電力時間帯には、安価な商用電力によってヒートポンプサイクル２０を作動させるように消費指示電力量Ｅｏ１を出力するので、給湯水を加熱するために必要な電力コストを低減させることができる。
【００８９】
さらに、深夜電力時間帯以外の時間帯であっても、電力管理装置１０が、余剰電力量Ｅｅｘに応じて消費指示電力量Ｅｏ１を出力するので、余剰電力を有効に活用して、給湯水を加熱することができる。
【００９０】
これによれば、深夜よりも外気温が高くなる昼間にヒートポンプサイクル２０を作動させることができるので、深夜電力時間帯よりも外気からの吸熱量を増加させてヒートポンプサイクルＣＯＰを向上させることができる。さらに、深夜電力時間帯のヒートポンプサイクルの作動時間を短縮させることができる。従って、より一層、電力コストを低減させることができる。
【００９１】
ところが、太陽光発電装置１２の発電量Ｅｉ２は日射条件の変化等によって変化しやすい。このため、電力管理装置１０が、深夜電力時間帯以外の時間帯に出力する消費指示電力量Ｅｏ１も変化しやすい。従って、ヒートポンプサイクル２０に消費指示電力量Ｅｏ１を確実に消費させるためには、消費指示電力量Ｅｏ１に応じて、ヒートポンプサイクル２０の実際の消費電力量を速やかに変化させる必要がある。
【００９２】
さらに、ヒートポンプサイクル２０の実際の消費電力量を速やかに変化させる手段として、圧縮機２１の回転数（冷媒吐出能力）を変化させる手段が考えられるものの、圧縮機２１の回転数（冷媒吐出能力）を急変させると、高圧側冷媒圧力Ｐｄの異常上昇を招いてしまうことがある。その結果、ヒートポンプサイクル２０の耐久寿命に悪影響を及ぼしてしまうおそれがある。
【００９３】
これに対して、本実施形態のヒートポンプ式給湯システム１では、給湯用制御装置４０（具体的には、吐出能力制御手段４０ａ）が、吐出能力制御ステップ（制御ステップＳ３）にて説明したように、消費指示電力量Ｅｏ１によって決定される目標冷媒吐出能力に近づくように圧縮機２１の冷媒吐出能力を制御する。従って、電力管理装置１０が決定した消費指示電力量Ｅｏ１の変化に応じて圧縮機２１の冷媒吐出能力を速やかに変化させることができる。
【００９４】
さらに、消費指示電力量Ｅｏ１が変化した際に、給湯用制御装置４０（具体的には、絞り開度制御手段４０ｂ）が、変化時絞り開度制御ステップ（制御ステップＳ８）にて説明したように、通常時絞り開度制御ステップ（制御ステップＳ７）よりも単位時間当たりの電気式膨張弁２３の絞り開度の変化量を増加させる。従って、消費指示電力量Ｅｏ１が変化した際に、高圧側冷媒圧力Ｐｄの変動を抑制するように、電気式膨張弁２３の絞り開度を変更することができる。
【００９５】
このことを図６のタイムチャートを用いてより詳細に説明する。消費指示電力量Ｅｏ１が変化すると、消費指示電力量Ｅｏ１によって決定される目標冷媒吐出能力に近づくように圧縮機２１の回転数も変化する。そして、この圧縮機２１の回転数変化に応じて、電気式膨張弁２３の開度も変化する。
【００９６】
この際、太実線で示す変化時絞り開度制御ステップでは、破線で示す通常時絞り開度制御ステップよりも、単位時間当たりの絞り開度の変化量を増加させるので、速やかに絞り開度が変化する。従って、変化時絞り開度制御ステップでは、通常時絞り開度制御ステップよりも高圧側冷媒圧力Ｐｄの変動を抑制することができる。
【００９７】
その結果、本実施形態のヒートポンプ式給湯システム１（本実施形態のヒートポンプサイクルの制御方法）によれば、電力管理装置１０が決定した消費指示電力量Ｅｏ１が変化しても、ヒートポンプサイクル２０の耐久寿命に悪影響を及ぼすことなく、ヒートポンプサイクル２０の実際の消費電力量を速やかに変化させることができる。
【００９８】
また、本実施形態のヒートポンプ式給湯システム１では、電力管理装置１０から出力された消費指示電力量Ｅｏ１が変化してから基準経過時間ＫＴｍが経過するまで、変化時絞り開度制御ステップ（制御ステップＳ８）が実行される。従って、圧縮機２１の単位時間当たりの回転数変動が比較的少ない時に、不必要に電気式膨張弁２３の絞り開度の変化量を増加させてしまうことがない。
【００９９】
また、本実施形態のヒートポンプサイクル２０では、冷媒として二酸化炭素を採用し、超臨界冷凍サイクルを構成しているので、高圧側冷媒圧力Ｐｄが高くなりやすい。従って、本実施形態のように、消費指示電力量Ｅｏ１が変化した際に、高圧側冷媒圧力Ｐｄの異常上昇を抑制できることは、ヒートポンプサイクル２０の信頼性を確保するために極めて有効である。
【０１００】
（第２実施形態）
本実施形態では、第１実施形態に対して、図７に示すように、給湯用制御装置４０が実行する制御処理を変更した例を説明する。図７は、第１実施形態で説明した図４に対応するフローチャートであり、第１実施形態と同一もしくは均等の制御処理が実行される制御ステップには、同一の符号を付している。このことは、以下のフローチャートにおいても同様である。
【０１０１】
本実施形態の制御処理では、図７に示すように、ステップＳ２にて操作信号および検出信号を読み込んだ後、ステップＳ２１にて、消費指示電力量Ｅｏ１の変化の有無を判定する。ステップＳ２１にて、消費指示電力量Ｅｏ１の変化が有ったと判定された際には、ステップＳ２２へ進み、高圧側冷媒圧力Ｐｄが直前高圧側冷媒圧力Ｐｄ＿ＯＬＤとして記憶されて、ステップＳ３へ進む。一方、ステップＳ２１にて、消費指示電力量Ｅｏ１の変化が無かったと判定された際には、ステップＳ３へ進む。
【０１０２】
ここで、ステップＳ２１にて、消費指示電力量Ｅｏ１の変化が有ったと判定された際には、ステップＳ３における圧縮機２１の回転数（冷媒吐出能力）の制御は実行されていない。従って、制御ステップＳ２２にて記憶される直前高圧側冷媒圧力Ｐｄ＿ＯＬＤは、消費指示電力量Ｅｏ１が変化する直前の高圧側冷媒圧力Ｐｄに等しい。
【０１０３】
また、本実施形態の制御処理では、ステップＳ６にて、経過時間Ｔｍが基準経過時間ＫＴｍ以上となっていると判定された際には、ステップＳ７へ進む。一方、ステップＳ６にて、経過時間Ｔｍが基準経過時間ＫＴｍ以上となっていないと判定された際には、ステップＳ８１へ進む。
【０１０４】
ステップＳ７では、第１実施形態と同様に、フィードバック制御手法等を用いて、ヒートポンプサイクル２０の成績係数（ＣＯＰ）が極大値となるように、電気式膨張弁２３の絞り開度の変化量が決定されてステップＳ９へ進む。ステップＳ８１では、フィードバック制御手法等を用いて、高圧側冷媒圧力Ｐｄが直前高圧側冷媒圧力Ｐｄ＿ＯＬＤに維持されるように、電気式膨張弁２３の絞り開度の変化量が決定されてステップＳ９へ進む。
【０１０５】
つまり、本実施形態では、制御ステップＳ８１が、特許請求の範囲に記載された変化時絞り開度制御ステップを構成している。その他のヒートポンプ式給湯システム１の構成および作動は、第１実施形態と同様である。
【０１０６】
従って、本実施形態のヒートポンプ式給湯システム１を作動させても、第１実施形態と同様に、ユーザの所望の温度に調整された給湯水を各給湯端末から出湯することができる。さらに、給湯水を加熱するために必要な電力コストを低減させることができる。
【０１０７】
また、本実施形態のヒートポンプ式給湯システム１によれば、変化時絞り制御ステップ（制御ステップＳ８１）にて、高圧側冷媒圧力Ｐｄが直前高圧側冷媒圧力Ｐｄ＿ＯＬＤに維持されるように、給湯用制御装置４０が電気式膨張弁２３の絞り開度の変化量を決定する。従って、高圧側冷媒圧力Ｐｄの変動を抑制するように、電気式膨張弁２３の絞り開度を変更することができる。
【０１０８】
その結果、第１実施形態と同様に、電力管理装置１０が決定した消費指示電力量Ｅｏ１が変化しても、ヒートポンプサイクル２０の耐久寿命に悪影響を及ぼすことなく、ヒートポンプサイクル２０の実際の消費電力量を速やかに変化させることができる。
【０１０９】
（第３実施形態）
本実施形態では、第１実施形態に対して、図８に示すように、給湯用制御装置４０が実行する制御処理を変更した例を説明する。図８は、第１実施形態で説明した図４に対応するフローチャートである。
【０１１０】
本実施形態の制御処理では、図８に示すように、ステップＳ６にて、経過時間Ｔｍが基準経過時間ＫＴｍ以上となっていると判定された際には、ステップＳ７１へ進む。一方、ステップＳ６にて、経過時間Ｔｍが基準経過時間ＫＴｍ以上となっていないと判定された際には、ステップＳ８２へ進む。
【０１１１】
ステップＳ７１では、第１実施形態と同様に、フィードバック制御手法等を用いて、ヒートポンプサイクル２０の成績係数（ＣＯＰ）が極大値となるように、電気式膨張弁２３の絞り開度の変化量が決定されるとともに、待ち時間Ａが１０カウントに設定されてステップＳ８３へ進む。ステップＳ８２では、ステップＳ７１と同様に、電気式膨張弁２３の絞り開度の変化量が決定されるとともに、待ち時間Ａが１カウントに設定されてステップＳ８３へ進む。
【０１１２】
ステップ８３では、制御周期τが待ち時間Ａより大きくなっているか否かを判定する。ステップ８３にて、制御周期τが待ち時間Ａより大きくなっていると判定された際には、ステップＳ８５へ進む。ステップＳ８５では、電気式膨張弁２３の電動アクチュエータへ制御信号を出力するとともに、制御周期τ＝０に設定してステップＳ９１へ進む。
【０１１３】
一方、ステップ８３にて、制御周期τが待ち時間Ａより大きくなっていないと判定された際には、ステップＳ８４へ進む。ステップＳ８５では、制御周期τに１カウントを加えてステップＳ９１へ進む。ステップＳ９１では、ステップＳ３〜Ｓ５にて決定された制御信号および制御電圧が、電気式膨張弁２３を除く制御対象機器へ出力される。
【０１１４】
つまり、本実施形態では、制御ステップＳ７１が、特許請求の範囲に記載された通常時絞り開度制御ステップを構成しており、制御ステップＳ８２が、特許請求の範囲に記載された変化時絞り開度制御ステップを構成している。その他のヒートポンプ式給湯システム１の構成および作動は、第１実施形態と同様である。
【０１１５】
従って、本実施形態のヒートポンプ式給湯システム１を作動させても、第１実施形態と同様に、ユーザの所望の温度に調整された給湯水を各給湯端末から出湯することができる。さらに、給湯水を加熱するために必要な電力コストを低減させることができる。
【０１１６】
また、本実施形態のヒートポンプ式給湯システム１によれば、変化時絞り制御ステップ（制御ステップＳ８２）にて説明したように、通常時絞り制御ステップ（制御ステップＳ７１）よりも、待ち時間Ａを短縮させる。従って、消費指示電力量Ｅｏ１が変化した際に、高圧側冷媒圧力Ｐｄの変動を抑制するように、電気式膨張弁２３の絞り開度を変更することができる。
【０１１７】
このことを図９のタイムチャートを用いてより詳細に説明する。消費指示電力量Ｅｏ１が変化すると、消費指示電力量Ｅｏ１によって決定される目標冷媒吐出能力に近づくように圧縮機２１の回転数も変化する。そして、この圧縮機２１の回転数変化に応じて、電気式膨張弁２３の開度も変化する。
【０１１８】
この際、太実線で示す変化時絞り開度制御ステップでは、破線で示す通常時絞り開度制御ステップよりも、待ち時間Ａが短いので、速やかに絞り開度が変化する。つまり、変化時絞り開度制御ステップでは、電気式膨張弁２３の絞り開度を変化させる制御周期τを、通常時絞り開度制御ステップよりも短縮させることができる。
【０１１９】
換言すると、変化時絞り開度制御ステップでは、電気式膨張弁２３の絞り開度を変化させる制御周期τを、消費指示電力量Ｅｏ１が変化する直前よりも短縮させることができる。従って、通常時絞り開度制御ステップよりも高圧側冷媒圧力Ｐｄの変動を抑制することができる。
【０１２０】
その結果、本実施形態のヒートポンプ式給湯システム１よれば、第１実施形態と同様に、電力管理装置１０が決定した消費指示電力量Ｅｏ１が変化しても、ヒートポンプサイクル２０の耐久寿命に悪影響を及ぼすことなく、ヒートポンプサイクル２０の実際の消費電力量を速やかに変化させることができる。
【０１２１】
（他の実施形態）
本発明は上述の実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、以下のように種々変形可能である。
【０１２２】
（１）上述の実施形態では、電力管理装置１０から出力された電力管理用制御信号（消費指示電力量Ｅｏ１）が変化してから基準経過時間ＫＴｍが経過するまで、変化時絞り開度制御ステップを実行させる例を説明したが、変化時絞り開度制御ステップの実行はこれに限定されない。
【０１２３】
例えば、圧縮機２１の回転数を検出する回転計を備え、電力管理用制御信号（消費指示電力量Ｅｏ１）が変化してから、回転計の検出値の単位時間当たりの変動量が予め定めた基準変動量以下となるまで、変化時絞り開度制御ステップを実行するようにしてもよい。
【０１２４】
（２）上述の実施形態の制御ステップＳ７等では、ヒートポンプサイクル２０のＣＯＰが極大値となるように目標高圧Ｐｄｏを決定し、高圧側冷媒圧力Ｐｄが目標高圧Ｐｄｏに近づくように、電気式膨張弁２３の絞り開度を制御した例を説明したが、電気式膨張弁２３の制御はこれに限定されない。
【０１２５】
例えば、外気温Ｔａｍおよび圧縮機２１から吐出された冷媒の吐出冷媒温度Ｔｄに基づいて、制御マップを参照してヒートポンプサイクル２０のＣＯＰが極大値となるように目標温度Ｔｄｏを決定し、吐出冷媒温度Ｔｄが目標温度Ｔｄｏに近づくように、電気式膨張弁２３の絞り開度を制御してもよい。
【０１２６】
（３）上述の実施形態では、電力管理装置１０からヒートポンプサイクル２０の給湯用制御装置４０へ出力される電力管理用制御信号として、消費指示電力量Ｅｏ１を用いた例を説明したが、電力管理用制御信号はこれに限定されない。
【０１２７】
すなわち、電力管理用制御信号は、消費指示電力量Ｅｏ１に相関を有する信号であって、給湯用制御装置４０が圧縮機２１の目標回転数（目標冷媒吐出能力）を決定可能な信号であればよい。例えば、消費指示電力量Ｅｏ１の大きさを段階的に区切ったレベル値に変換し、このレベル値を、電力管理用制御信号として用いてもよい。
【０１２８】
（４）上述の実施形態では、電力管理装置１０が別の制御ルーチンで決定する売電量Ｅｓの詳細については説明していないが、売電量Ｅｓについては、余剰電力量Ｅｅｘの不必要な変動を抑制するように、発電量Ｅｉ２の変化に応じて決定してもよい。これによれば、圧縮機２１の頻繁な回転数変化や電気式膨張弁２３の頻繁な絞り開度変化を抑制することができ、より一層、ヒートポンプサイクル２０の耐久寿命を向上させることができる。
【０１２９】
（５）上述の実施形態では、加熱対象流体として給湯水を加熱する加熱システム（ヒートポンプ式給湯システム１）について説明したが、本発明の加熱システムは、これに限定されない。例えば、加熱対象流体として室内送風空気を加熱する空調システムとして構成されていてもよい。
【０１３０】
（６）上述の実施形態では、電力管理装置１０に接続される発電装置として、太陽光発電装置１２を採用した例を説明したが、発電装置はこれに限定されず、風力発電装置等を採用してもよい。
【０１３１】
また、上述の実施形態では、電力管理装置１０に接続される電動装置として、ヒートポンプサイクル２０、空調装置３０を採用した例を説明したが、電動装置はこれに限定されない。例えば、電動装置として、冷蔵・冷凍装置等を採用してもよい。さらに、電動装置は、必ずしも複数設けられている必要はなく、１つの電動装置（例えば、ヒートポンプサイクル２０）が接続されていてもよい。
【０１３２】
また、上述の実施形態では、電力管理装置１０として、売電機能を有するもの採用した例を説明したが、売電機能は本発明の効果を得るために必須の機能ではない。さらに、電力管理装置１０に、発電装置にて発電された電力のうち余剰電力を蓄える蓄電手段を接続してもよい。
【０１３３】
例えば、売電機能を有しておらず、かつ、１つの電動装置が接続されている電力管理装置１０では、図５で説明したように消費指示電力量を決定することができない。そこで、電力管理装置１０が、商用電力の消費電力のピーク値（瞬間的な最大消費電流）が予め定めた基準値を超えないように、消費指示電力量を決定するようになっていてもよい。
【０１３４】
（７）上述の実施形態のヒートポンプサイクル２０では、冷媒として二酸化炭素を採用し、超臨界冷凍サイクルを構成しているが、これに限らず、冷媒としてフロン系冷媒、ＨＣ系冷媒等を採用して、サイクルの高圧側冷媒圧力が冷媒の臨界圧力を超えない亜臨界冷凍サイクルを構成してもよい。
【符号の説明】
【０１３５】
１０    電力管理装置
１２    太陽光発電装置（発電装置）
２０    ヒートポンプサイクル
２１    圧縮機
２２    水−冷媒熱交換器（加熱用熱交換器）
２３    電気式膨張弁（減圧装置）
４０    給湯用制御装置
４０ａ  吐出能力制御手段
４０ｂ  絞り開度制御手段
【図１】
0006380088.tif 000002
【図２】
0006380088.tif 000003
【図３】
0006380088.tif 000004
【図４】
0006380088.tif 000005
【図５】
0006380088.tif 000006
【図６】
0006380088.tif 000007
【図７】
0006380088.tif 000008
【図８】
0006380088.tif 000009
【図９】
0006380088.tif 000010