(57)【要約】【課題】従来、制御偏差＝制御目標温度―制御温度測定値などによってヒートポンプの能力制御を行っていたが、制御偏差とヒートポンプ状態にはなんら相互関係がなく多大の時間遅れがあったため、制御結果にハンチングを生じるなどの問題があった。【解決手段】制御目標温度を制御目標高圧圧力に変換する手段を設け、制御目標高圧圧力を制御するようにした。制御偏差からの制御目標高圧圧力の補正量算出手段をもうけ、制御目標高圧圧力を補正するようにした。【選択図】  図１
2005016754.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転数が制御できる電動機によって駆動される圧縮機と、凝縮器と、膨張機構と、蒸発器とが冷媒配管で接続された冷凍サイクルと、この冷凍サイクルによって温度が調節される調節対象の温度を設定する操作手段と、前記冷凍サイクルの状態量を前記設定温度に対応させて設定し、この設定された状態量に基づいて前記電動機の回転数を制御する電動機制御手段とを備えた冷凍サイクル装置。
【請求項２】
回転数が制御できる電動機によって駆動される圧縮機と、凝縮器と、膨張機構と、蒸発器とが冷媒配管で接続された冷凍サイクルと、この冷凍サイクルによって温度が調節される調節対象の温度を設定する操作手段と、前記冷凍サイクルの高圧側圧力を前記設定温度に対応させて設定し、この設定された高圧側圧力に基づいて前記電動機の回転数を制御する電動機制御手段とを備えた冷凍サイクル装置。
【請求項３】
回転数が制御できる電動機によって駆動される圧縮機と、凝縮器と、膨張機構と、蒸発器とが冷媒配管で接続され、凝縮過程における温度勾配の小さい冷媒を用いた冷凍サイクルと、この冷凍サイクルによって温度が調節される調節対象の温度を設定する操作手段と、前記冷凍サイクルの高圧側圧力を前記設定温度に対応させて設定し、この設定された高圧側圧力に基づいて前記電動機の回転数を制御する電動機制御手段とを備えた冷凍サイクル装置。
【請求項４】
回転数が制御できる電動機によって駆動される圧縮機と、凝縮器と、膨張機構と、蒸発器とを冷媒配管で接続した冷凍サイクルと、この冷凍サイクルによって温度が調節される調節対象の温度を設定する操作手段と、前記冷凍サイクルの高圧側圧力を前記設定温度に対応させて設定し、この設定された高圧側圧力と検出された高圧側圧力の偏差に基づいて前記電動機の回転数を制御する電動機制御手段とを備えた冷凍サイクル装置。
【請求項５】
回転数が制御できる電動機によって駆動される圧縮機と、凝縮器と、膨張機構と、蒸発器とが冷媒配管で接続された冷凍サイクルと、この冷凍サイクルによって温度が調節される調節対象の温度を設定する操作手段と、前記冷凍サイクルの状態量を前記設定温度に対応させて設定し、この設定された状態量及び前記調節対象の検出温度に基づいて前記電動機の回転数を制御する電動機制御手段とを備えた冷凍サイクル装置。
【請求項６】
回転数が制御できる電動機によって駆動される圧縮機と、凝縮器と、膨張機構と、蒸発器とが冷媒配管で接続された冷凍サイクルと、この冷凍サイクルによって温度が調節される調節対象の温度を設定する操作手段と、前記冷凍サイクルの高圧側圧力を前記設定温度に対応させて設定し、この設定された高圧側圧力及び前記調節対象の検出温度に基づいて前記電動機の回転数を制御する電動機制御手段とを備えた冷凍サイクル装置。
【請求項７】
回転数が制御できる電動機によって駆動される圧縮機と、凝縮器と、膨張機構と、蒸発器とが冷媒配管で接続され、凝縮過程における温度勾配の小さい冷媒を用いた冷凍サイクルと、この冷凍サイクルによって温度が調節される調節対象の温度を設定する操作手段と、前記冷凍サイクルの高圧側圧力を前記設定温度に対応させて設定し、この設定された高圧側圧力及び前記調節対象の検出温度に基づいて前記電動機の回転数を制御する電動機制御手段とを備えた冷凍サイクル装置。
【請求項８】
回転数が制御できる電動機によって駆動される圧縮機と、凝縮器と、膨張機構と、蒸発器とを冷媒配管で接続した冷凍サイクルと、この冷凍サイクルによって温度が調節される調節対象の温度を設定する操作手段と、前記冷凍サイクルの高圧側圧力を前記設定温度に対応させて設定し、この設定された高圧側圧力を前記調節対象の検出温度によって補正し、この補正された高圧側圧力と検出された高圧側圧力の偏差に基づいて前記電動機の回転数を制御する電動機制御手段とを備えた冷凍サイクル装置。
【請求項９】
請求項８において、前記補正を行う周期を前記回転数の制御周期よりも長くした冷凍サイクル装置。
【請求項１０】
請求項８において、前回との速度指令の変化量を記憶し、速度指令変化量が増加であって前記補正量が増加の場合、若しくは速度指令変化量が減少であって前記補正量が減少の場合、前回補正量を保持するようにした冷凍サイクル装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ヒートポンプ式冷凍サイクルの能力制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のヒートポンプ式給湯装置は、特許文献１及び特許文献２に記載されているように、貯湯タンクの底部から取り出した湯水をヒートポンプ式加熱器で貯湯目標温度に加熱し、貯湯タンク上部に供給して、高温の湯水を貯湯するように構成されている。そして、給湯するときは、貯湯タンクからの湯水と水道管からの水とを混合して要求された湯温になるように調節している。
【０００３】
一方、ヒートポンプ式加熱器による湯水の沸き上げ温度を貯湯目標温度範囲にするため、冷媒圧力が設定目標圧力になるように冷媒圧縮機の回転速度を制御することにより、加熱対象となる湯水を貯湯目標温度範囲の沸き上げ温度に加熱するのに必要とする加熱力をヒートポンプ式加熱器が出力する状態となるように調整することが上記特許文献に記載されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１‐２９６０５３号公報
【特許文献２】
特開２００２‐２９５８９９号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献１、２に記載された貯湯タンクの湯温は、湯水循環量を調節することで行なわれている。
【０００６】
上記従来技術に記載した貯湯タンク式のヒートポンプ式給湯装置では、一般的に、貯湯タンクの湯を沸き上げる時間帯は深夜の安い電力料金帯を利用するため、昼間の湯の使用量が多いと貯湯タンク内の高温の湯がなくなってしまう、所謂、湯切れを起こしてしまうという問題がある。
【０００７】
このため、水道水をヒートポンプ式給湯機で加熱し、加熱された湯水を台所、洗面所またはシャワーに直接給湯する瞬間式ヒートポンプ給湯機が考えられている。
【０００８】
この給湯機は瞬間式であるため、供給水量は使用者が湯の使用時に決めるため、上記従来技術の如く、水量を調節して湯温を制御することはできない。
【０００９】
従って、圧縮機から吐出された高温の冷媒と水との間で熱交換する水冷媒熱交換器の水の出力温度を使用者の要求する温度になるように圧縮機の回転数を制御することが考えられる。
【００１０】
しかしながら、水冷媒熱交換器からの水の温度に基づいてフィードバック制御を行なうと、水冷媒熱交換器のヒートマスが大きいため、給湯水温がハンチングを起こし一定水温を得にくい。また、給湯する水量も使用者が自由に変化させるため、水量の増減に合わせて圧縮機の能力（回転数）を制御することが困難であった。
【００１１】
このことは、ヒートポンプ式冷凍サイクルを空気調和装置として特に暖房運転する場合にも当てはまる。
【００１２】
本発明の目的は、ヒートポンプ式冷凍サイクルによって温度調節対象の温度を調節する際、ハンチングを抑制する制御を提供することにある。
【００１３】
また、本発明の第２の目的は、上記のハンチングを抑制する制御を行なう際に、温度調節対象の温度をより設定温度に近づける制御を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記第１の目的は、回転数が制御できる電動機によって駆動される圧縮機と、凝縮器と、膨張機構と、蒸発器とが冷媒配管で接続された冷凍サイクルと、この冷凍サイクルによって温度が調節される調節対象の温度を設定する操作手段と、前記冷凍サイクルの状態量を前記設定温度に対応させて設定し、この設定された状態量に基づいて前記電動機の回転数を制御する電動機制御手段とを備えることによって達成される。
【００１５】
上記第１の目的は、回転数が制御できる電動機によって駆動される圧縮機と、凝縮器と、膨張機構と、蒸発器とが冷媒配管で接続された冷凍サイクルと、この冷凍サイクルによって温度が調節される調節対象の温度を設定する操作手段と、前記冷凍サイクルの高圧側圧力を前記設定温度に対応させて設定し、この設定された高圧側圧力に基づいて前記電動機の回転数を制御する電動機制御手段とを備えることによって達成される。
【００１６】
上記第１の目的は、回転数が制御できる電動機によって駆動される圧縮機と、凝縮器と、膨張機構と、蒸発器とが冷媒配管で接続され、凝縮過程における温度勾配の小さい冷媒を用いた冷凍サイクルと、この冷凍サイクルによって温度が調節される調節対象の温度を設定する操作手段と、前記冷凍サイクルの高圧側圧力を前記設定温度に対応させて設定し、この設定された高圧側圧力に基づいて前記電動機の回転数を制御する電動機制御手段とを備えることによって達成される。
【００１７】
上記第１の目的は、回転数が制御できる電動機によって駆動される圧縮機と、凝縮器と、膨張機構と、蒸発器とを冷媒配管で接続した冷凍サイクルと、この冷凍サイクルによって温度が調節される調節対象の温度を設定する操作手段と、前記冷凍サイクルの高圧側圧力を前記設定温度に対応させて設定し、この設定された高圧側圧力と検出された高圧側圧力の偏差に基づいて前記電動機の回転数を制御する電動機制御手段とを備えることによって達成される。
【００１８】
上記第２の目的は、回転数が制御できる電動機によって駆動される圧縮機と、凝縮器と、膨張機構と、蒸発器とが冷媒配管で接続された冷凍サイクルと、この冷凍サイクルによって温度が調節される調節対象の温度を設定する操作手段と、前記冷凍サイクルの状態量を前記設定温度に対応させて設定し、この設定された状態量及び前記調節対象の検出温度に基づいて前記電動機の回転数を制御する電動機制御手段とを備えることによって達成される。
【００１９】
上記第２の目的は、回転数が制御できる電動機によって駆動される圧縮機と、凝縮器と、膨張機構と、蒸発器とが冷媒配管で接続された冷凍サイクルと、この冷凍サイクルによって温度が調節される調節対象の温度を設定する操作手段と、前記冷凍サイクルの高圧側圧力を前記設定温度に対応させて設定し、この設定された高圧側圧力及び前記調節対象の検出温度に基づいて前記電動機の回転数を制御する電動機制御手段とを備えることによって達成される。
【００２０】
上記第２の目的は、回転数が制御できる電動機によって駆動される圧縮機と、凝縮器と、膨張機構と、蒸発器とが冷媒配管で接続され、凝縮過程における温度勾配の小さい冷媒を用いた冷凍サイクルと、この冷凍サイクルによって温度が調節される調節対象の温度を設定する操作手段と、前記冷凍サイクルの高圧側圧力を前記設定温度に対応させて設定し、この設定された高圧側圧力及び前記調節対象の検出温度に基づいて前記電動機の回転数を制御する電動機制御手段とを備えることによって達成される。
【００２１】
上記第２の目的は、回転数が制御できる電動機によって駆動される圧縮機と、凝縮器と、膨張機構と、蒸発器とを冷媒配管で接続した冷凍サイクルと、この冷凍サイクルによって温度が調節される調節対象の温度を設定する操作手段と、前記冷凍サイクルの高圧側圧力を前記設定温度に対応させて設定し、この設定された高圧側圧力を前記調節対象の検出温度によって補正し、この補正された高圧側圧力と検出された高圧側圧力の偏差に基づいて前記電動機の回転数を制御する電動機制御手段とを備えることによって達成される。
【００２２】
【発明の実施の形態】
温度調節対象が室内空気である空気調和機に係るヒートポンプ式冷凍サイクルを図８を用いて、また温度調節対象が湯水である給湯機に係るヒートポンプ式冷凍サイクルを図９を用いて以下説明する。
【００２３】
図８は本実施例のヒートポンプ制御の適用対象である空気調和機の構成例を説明する。５００は空調機の制御装置、４００は空調機の制御装置５００の中に設けられたインバータによって回転駆動されるモータ（電動機）が直結した圧縮機（密閉型電動圧縮機）、２１０は、冷媒流路切り換え用の四方弁、２２０は室外に設けられる空気熱交換器、２３０は室外送風機、２４０は室外送風機を駆動する室外ファンモータ、２５０は膨張弁であり、室外ユニット２００を構成している。
【００２４】
１１０は室内空気熱交換器、１２０は室内送風機、１３０は室内送風機を駆動する室内ファンモータであり、室内ユニット１００を構成している。室内ユニットと室外ユニットの冷媒配管は、接続金具３００、３１０によって接続されている。
【００２５】
冷房運転時は、四方弁２１０を切り換え、破線矢印のように冷媒を流し、室内を冷房する。暖房運転時は、四方弁２１０を切り換え、実線矢印のように冷媒を流し、室内を暖房する。
【００２６】
空調機の制御装置５００は、リモコンなどの操作手段５１０の操作により動作する。冷媒圧力測定手段１０００、２１００、空調負荷検出手段（たとえば室内空気温度センサ）２０００などの入力信号を取り込み、空調機の状態および空調負荷を求め、空調機が最適な状態となるように、室内ファンモータ１３０、室外ファンモータ２４０、電動圧縮機４００を駆動制御する。特に、本実施例にかかる空調機の制御装置５００の動作は、詳細を後述する。
【００２７】
図９を用いてヒートポンプ制御の適用対象である温水生成装置（瞬間式ヒートポンプ給湯機）の構成例について説明する。５００は温水生成装置の制御装置、４００は温水生成装置の制御装置５００の中に設けられたインバータモータ駆動手段によって駆動されるモータに直結した圧縮機（密閉型電動圧縮機）、２２０は室外に設けられる空気熱交換器、２３０は室外送風機、２４０は室外送風機を駆動する室外ファンモータ、２５０は膨張弁であり、室外の熱源側装置２００を構成している。
【００２８】
１１０は利用側水熱交換器（水冷媒熱交換器）であり、圧縮機より吐出された高温、高圧の冷媒が流入する。他方、太線矢印のごとく給水が流入し、高温、高圧の冷媒と熱交換し、流出口より温められた温水が流出するようになっていて、利用側装置１００を構成している。利用側の水（温水）流路には、種々の温水利用機器、装置が接続されているが、その詳細は本発明の本質ではないので、図示を省略した。
【００２９】
温水生成装置の制御装置５００は、操作手段５１０の操作、および、流水路に設けた流水の流量センサ２２００などにより、動作し、冷媒圧力測定手段１０００、２１００、温水生成負荷検出手段（たとえば流出側の温水温度センサ）２０００などの入力信号を取り込み、温水生成装置の状態およびヒートポンプ負荷を求め、温水生成装置が最適な状態となるように、室外ファンモータ２４０、電動圧縮機４００を駆動制御する。
【００３０】
このような、空気調和機やヒートポンプ給湯機の問題点を説明する。
【００３１】
ヒートポンプ式冷凍サイクルの能力は、圧縮機の回転数を制御することで行なわれる。そして、この圧縮機の回転数は、一般に、制御偏差（＝制御目標―制御目標測定値）を０とするように、インバータによって圧縮機用モータの速度を制御する。この結果圧縮機の冷媒搬送能力を制御対象の要求負荷に適合させるようにしている。ここで、制御偏差と称するものは、ヒートポンプを室内の暖房に使う場合は、制御すべき室内の目標空気温度（設定温度）から室内の空気温度（検出空気温度）を引いた値である。また、ヒートポンプを温水発生熱源として利用する場合は、熱交換器出口目標温水温度（設定水温）から熱交換器出口温水温度（検出水温）を引いた値である。
【００３２】
ところが、能力を制御すべき冷凍サイクルの状態と上記制御対象の要求負荷との間には何ら物理的相関関係がない。より具体的に説明すれば、ヒートポンプをその能力をあげるようにモータの速度（回転数）を増加すれば、その出力は増大し、暖房においては、室内空気を暖める能力が増大するし、温水発生熱源として利用する場合は、温水を暖める能力が増大する。
【００３３】
しかしながら、このような制御においては、冷凍サイクルの状態が制御目標に反映されるまでにはかなりの時間遅れがあるにも関わらず、そのときの冷凍サイクルの状態を考慮せず、制御偏差（温度偏差）に応じて、モータの速度を増減していた。
【００３４】
この結果、図５に示すように、制御偏差が大きい（＞０：低温状態）状態から制御偏差が小さくなるように、モータの速度を増加してゆくと、いずれ冷凍サイクルの状態は、この場合、圧縮機吐出冷媒圧力は、目標とする出力温度に対応する圧力よりもずっと高温に対応する圧力状態になる。この状態で、実際の出力温度が目標出力温度に到達すると、すなわち、制御偏差が０を示す状態に到達すると、この時点では、ヒートポンプ（冷凍サイク）の能力が過大となっているので、すこし時間が経過すると、実際の出力温度は行き過ぎてしまう（制御偏差＜０）ことになる。
【００３５】
制御偏差＝０にするように制御するためには、今度は、モータの速度を減少させるように制御される。減少のプロセスでは、上記増加のプロセスと同様の現象が生じる。このようにハンチングを起こす状況は好ましいものではない。また、応答遅れがあるために、ハンチング発生以前に、モータの速度が最大と最小の間を往復したり、最大近くまで上昇するような事態においては、ヒートポンプに使用する圧縮機の許容最大圧力を超えてしまって、最大圧力保護のために急激に速度を低減させなければならない状態となって、制御ができなくなってしまう場合も想定される。
【００３６】
本実施例はこのような問題を解決するためになされたものである。モータの速度制御結果に対する前記した空気温度または温水温度の応答時定数が数分であるのに対して、ヒートポンプ（冷凍サイクル）の圧縮機吐出冷媒圧力変化の時定数は数十秒の単位であることに着目し、ヒートポンプの状態を制御を主体とし、要求されるヒートポンプ負荷をヒートポンプ状態である吐出冷媒圧力に換算・適合させ、吐出冷媒圧力を制御目標とすることによって、高速な応答をする制御系を構成し、結果として、前記した空気温度または温水温度制御結果を良好にする。また、高圧側圧力を直接の制御対象とするので、制御系の制御論理の中に圧縮機の高圧側保護に対する配慮を含めることができるので、ヒートポンプ運転上の信頼性も大幅に向上する。本実施例の適用結果は、図５に対比して、図６に例示するようなものとなる。すなわち、モータ速度、吐出冷媒圧力及び制御結果は、ハンチングが少ないものとなる。
【００３７】
さらに、吐出冷媒圧力を制御することによって前記した空気温度目標値または温水温度目標値との乖離が生じる場合には、それを補正する手段を準備し、最終の制御目標を達成できるようにする。この内容は第２の実施例で詳述する。この適用結果は、図５との対比において、図７に例示するようなものとなる。多少のハンチングは見られるものの、最終的に要求値になるように制御されている。
【００３８】
具体的には、ヒートポンプに要求されるヒートポンプ負荷（制御目標）を高圧吐出冷媒圧力目標値に変換する高圧冷媒圧力変換手段を設け、変換手段の出力を制御目標（圧力制御目標）に設定する。高圧冷媒圧力検出手段、検出した高圧冷媒圧力と圧力制御目標との圧力偏差検出手段、圧力偏差検出手段の出力に応じたモータの速度指令生成手段を設け、ヒートポンプの状態を上記ヒートポンプの高圧吐出冷媒圧力を圧力制御目標圧力に保つように制御する（以下第１実施例において詳細説明する）。
【００３９】
さらに、空気温度または温水温度目標値を厳密に制御しなければならない場合、この制御目標偏差（＝空気温度目標値―空気温度、または、＝温水温度目標値―温水温度）をヒートポンプの吐出冷媒圧力補正量に換算する制御目標補正手段を設け、前記した高圧吐出冷媒の圧力制御目標を補正する（以下第２実施例において詳細説明する）。
【００４０】
なお、いずれの実施例においても、瞬間式温水生成装置（瞬間式ヒートポンプ給湯機）を主体に説明する。
【００４１】
図１は、本発明に係るヒートポンプ式給湯機の制御ブロック図である。特に、ヒートポンプの高圧冷媒圧力制御を説明するブロック図である。図１において、操作手段５１０は、図７、図８に示したものと同様であり、空調機の場合は、室内温度目標値、温水生成装置の場合は、水冷媒熱交換器１１０より流出する温水温度目標値の設定値を保持している。制御装置５００の中には、制御目標値から制御目標とする高圧冷媒圧力目標値を求めるための高圧冷媒圧力変換手段３０００、高圧冷媒圧力目標値と測定圧力との差である圧力制御偏差検出用の加え合わせ点、一定時間毎（たとえば、１０秒毎）に動作して、圧力制御偏差を速度指令生成手段３２００に伝達するサンプラＴ１、制御偏差をもとに圧縮機駆動用モータの速度指令信号を生成する速度指令生成手段３２００、指令された速度指令に従って圧縮機を駆動するインバータ３５００よりなっている。圧縮機４００の速度制御結果は、冷凍サイクルの出力となり、冷凍サイクルの状態は、高圧圧力検出手段２１００によって検出されるように構成されている。
【００４２】
図１の制御系の動作について説明する。操作手段５１０の保持する制御目標は、たとえば、図３に示すような対応にて、高圧冷媒圧力（圧縮機の吐出冷媒圧力）の目標値に変換される。
【００４３】
図３の変換関係の基本的考え方は、冷媒の飽和温度に対応する冷媒の飽和圧力である。したがって、もっとも単純な変換関係は、横軸の制御目標温度を冷媒の飽和温度とし、縦軸に、対応する冷媒の飽和圧力をとったものである。この冷媒の飽和温度は、冷媒の凝縮温度であり、この温度は温度勾配を有さない。ここで用いる冷媒は、ＨＦＣ系冷媒であり、単一冷媒の他、Ｒ４１０Ａのような擬似共沸混合冷媒、多少温度勾配を有するがあまり大きくないＲ４０７Ｃのような非共沸混合冷媒、ＨＣ冷媒等が用いられる。また、圧縮機の出口側から凝縮器を介して膨張弁に至る配管内圧力は同じ圧力である。
【００４４】
図９における水冷媒熱交換器１１０の冷媒温度は一定の凝縮温度であり、この凝縮温度は圧力に対応していることを利用して、図３に示した設定温度―高圧側設定圧力に変換している。
【００４５】
なお、図３の左右の水平線部分は、高圧冷媒圧力の低圧、高圧側の保護限界として設定している。
【００４６】
空調機の場合、特に、暖房の場合は、制御目標温度（室内温度）から、空調機への要求暖房能力を算定し、空調機の室内側の熱交換性能を勘案しこれを室内熱交換器での熱交換温度差に変換し、空調機の吐出すべき空気温度を、たとえば、（制御目標温度＋熱交換温度差）のように算定し横軸の値とし、縦軸に、これに対応する飽和冷媒圧力曲線を準備すればいい。
【００４７】
温水生成装置の場合は、案外簡単で、一般に、冷媒と水の熱交換を対向流（冷媒の流れる方向と逆向きに水を流す）の形にするので、（制御目標温度＋α）を横軸の値とし、縦軸に、これに対応する飽和冷媒圧力曲線を準備すればいい。αは、水熱交換器の設計上の調整値であり、値的には、ほとんど０度Ｃに近いものを設定すればいい場合がほとんどである。精度を要求する場合は、空調機の場合と同様に熱交換温度差に相当するものをαに設定すればよい。
【００４８】
また、空調機の場合、特に冷房の場合は、制御目標温度（室内温度）から、空調機への要求冷房能力を算定し、これを空調機の室外での放熱要求能力（暖房能力）に換算し、室外側の熱交換性能を勘案して、これを室外熱交換器での熱交換温度差に変換し、（室外空気温度＋熱交換温度差）を横軸の値とし、縦軸に、これに対応する飽和冷媒圧力曲線を準備すればいい。このように、高圧側を制御対象としながら空調機の冷房能力をも制御できる。したがって、空調機の冷房の場合と類似の変換手段を準備すれば、図９にて示した温水生成装置のみならず、冷水生成装置にも本発明を適用することが可能である。冷水生成装置に適用する場合の装置構成は、図９の温水生成を冷水生成となるように構成することは容易であるから、図示を省略する。
【００４９】
図１では、高圧冷媒圧力変換手段３０００は、操作手段の保持する必須のパラメータである制御目標であるリモコンによる設定温度のみで動作するように簡略化して記載しているが、適用の対象によっては、上記説明に書いたように外気温などのパラメータを必要とする場合が生じる。
【００５０】
なお、図３などを利用して求める高圧冷媒圧力目標値は、それを目標に制御すれば、必ず、制御目標の要求するヒートポンプ能力以上が発揮されるような値が設定されるように準備するとよい。このようにすることで、ヒートポンプを運転すれば、必ず、良好な立ち上がり応答特性を示すことが保証される。
【００５１】
目標高圧冷媒圧力は、高圧圧力検出手段２１００によって冷凍サイクルより検出される高圧冷媒圧力と図１の加え合わせ点で引き算され、圧力制御偏差（＝高圧圧力目標値―高圧圧力測定値）に変換される。圧力制御偏差は、サンプラＴ１によって、一定時間、たとえば、Ｔ１＝１０秒毎にサンプルホールドされ、速度指令生成手段３２００に提供される。
【００５２】
速度指令生成手段３２００は、サンプラＴ１より提供される圧力制御偏差をもとに、所定の制御演算を行って、圧縮機４００を駆動するモータの速度指令（回転数指令）を生成し、インバータ３５００に指令する。
【００５３】
インバータ３５００は、圧縮機４００を駆動するモータの速度を指令速度に一致させるように駆動信号を生成し、モータを駆動する。
【００５４】
この結果、冷凍サイクル内の冷媒循環量が制御され、冷凍サイクルは、電動圧縮機の速度に応じた性能を発揮する。
【００５５】
冷凍サイクルの状態は、高圧圧力検出手段２１００によってモニタされ、前記したフィードバックループによって、所定の高圧冷媒圧力を保持するように制御されることになる。
【００５６】
前記、速度指令生成手段３２００の制御演算は、圧力制御偏差および制御偏差の変化率を用いた周知のＰＩ制御方式、または、ファジー制御方式などを用いれば、容易に実現することができる。目的を達成できるものであれば、特にその内容は問わない。
【００５７】
また、上記高圧圧力制御は、冷凍サイクルの状態量である高圧圧力と等価な飽和冷媒温度を制御目標として制御するようにすることもできる。この場合は、圧力センサを温度センサに置き換えるなど、構成手段を飽和温度処理をするものに置換して実現するものとする。
【００５８】
以上により、冷凍サイクルの応答性のもっとも速い高圧冷媒圧力を制御目標にして、ヒートポンプを制御するようにしたので、従来例に示したようなハンチング現象を示すことのない、応答性にすぐれた高性能なヒートポンプの制御方式を確立することができた。特に、ハンチングが少なくなることによって、制御性が向上するのみでなく、利用する電源系統への悪影響をも大幅に低減することができるという優れたメリットをももたらすことになった。また、ヒートポンプの直接の制御目標が高圧冷媒圧力であるので、圧縮機保護のための高圧圧力の異常上昇についての配慮を制御系の中に含めることができたので、ヒートポンプの制御中に、高圧圧力の異常上昇による制御外論理を用いた圧縮機保護制御をする必要がなくなり、制御性の向上とヒートポンプ機器への信頼性の向上にも貢献しする。
【００５９】
なお、上記実施例では、ヒートポンプの制御目標を、冷凍サイクルの状態量である高圧冷媒圧力に変換して、高圧冷媒圧力を制御するようにしたが、厳密な意味では、高圧冷媒圧力のみでは、たとえば、目的とする温水出口温度を得ることができない場合がある。上記実施例の適用は、たとえば、温水生成装置の場合において、風呂のお湯を追い炊きして温めるなど、風呂のお湯の目標温度＋αの温水出口温度が実現できればいい場合には、制御系の構成が簡単になり、また、出口温度のセンシングが不用になるなどして好都合なものとなる。
【００６０】
以上説明した第１の実施例は、最終制御対象の空気又は水の温度をフィードバックして圧縮機の回転数を制御すると空気や水の応答速度が遅く、応答速度が速い冷凍サイクル内の圧縮機吐出圧力がハンチングして、系全体がハンチングを起こす可能性があることから、温度に関してはオープン制御とし、これに代わって設定温度に対応する圧縮機吐出圧力（高圧側圧力）を制御目標として圧縮機の回転数を制御することとした。上記したように、この高圧側圧力を少し高めに見積もれば、結果的に温度が設定温度になる筈である。しかし、温度に関しては、オープン制御であるので、制御結果が必ずしも設定温度となっている補償はない。この点を解決した実施例を以下に第２実施例として説明する。
【００６１】
例えば、瞬間式ヒートポンプ給湯機の場合、水冷媒熱交換器１１０は、前述したように、対向流としている。すなわち、水冷媒熱交換器１１０の水の出口側が冷媒の入口側となるのである。この場合、水冷媒熱交換器１１０の全領域で冷媒が気液二相流（凝縮過程）となっていれば、水の出口温度は冷媒の凝縮温度となり、制御目標通りに温度制御がなされるのである。しかし、外気温度が高い場合、蒸発器２２０の出口温度である蒸発温度が高くなるため、水冷媒熱交換器１１０のガス冷媒域が増大してしまう。このガス域は温度勾配を持っているため、水の出口側で凝縮温度よりも高い温度領域が形成され、結果として、水の温度は冷媒の凝縮温度とならずにこれよりも高い温度で出湯されてしまうのである。このような場合、例えば４０℃に水温設定した使用者が、４０℃のつもりで湯を使用すると熱いと感じてしまう不具合が生じる。
【００６２】
このように制御目標を厳密に達成する必要がある場合の制御に係る第２の実施例について、図２によって詳細に説明する。図２は、基本的に、図１に対して、制御目標補正手段３１００を追加したものである。
【００６３】
図２において、操作手段５１０は、図１に示したものと同様であり、空調機の場合は、室内温度目標値、温水生成装置の場合は、水熱交換器１１０より流出する温水温度目標値の設定値を保持している。
【００６４】
制御装置５００の中には、図１の場合と同様、制御目標値から制御目標とする高圧冷媒圧力を求めるための高圧冷媒圧力変換手段３０００を設けている。
【００６５】
これと並列に、操作手段５１０の保持する制御目標値と冷凍サイクル側から測定される実際の制御量との差を求める加え合わせ点、その結果である制御目標との偏差を、サンプラＴ２によって、たとえば、Ｔ２＝３０秒毎にサンプルホールドして制御目標補正量を求める制御目標補正手段３１００に供給するようにしている。
【００６６】
制御目標補正手段３１００は、サンプラＴ２から供給される偏差および偏差の変化率から、周知のＰＩ制御方式、または、ファジー制御方式などを用いて、高圧圧力制御目標の補正量を求める。演算手法は、目的を達成できるものであれば、特にその内容は問わない。
【００６７】
また、高圧冷媒圧力変換手段３０００の設定する高圧圧力制御目標を間違いなくヒートポンプの制御目標値（温度など）を上回るような値にしておけば、制御目標補正手段３１００の生成する補正量を高圧圧力を低下させるようにのみすることができるので、ヒートポンプの立ち上がりを速くして、急速に制御目標に到達させ、能力の余力に対しては、高圧圧力を下げることによって対処できる。この結果、より安定的なヒートポンプ制御性能を得ることができる。
【００６８】
高圧冷媒圧力変換手段３０００の出力と制御目標補正手段３１００の出力は、加え合わせ点で加算され、実際の高圧圧力制御目標となり、次の加え合わせ点に供給される。次の加え合わせ点では、高圧圧力制御目標と実際の高圧圧力との測定値との差である圧力制御偏差が求められる。
【００６９】
圧力制御偏差は、サンプラＴ１によって、たとえば、Ｔ１＝１０秒毎にサンプルホールドされ、速度指令生成手段３２００に供給される。速度指令生成手段３２００以下の構成、動作は前述のとおりである。
【００７０】
ここで、サンプラＴ１とサンプラＴ２のサンプリング周期は、前述したように、Ｔ２＞Ｔ１とした。図４は、図２の内容を演算処理によって実現する場合の例を示す。
【００７１】
サンプラＴ１及びサンプラＴ２のサンプリング周期をＴ２＝ｎ＊Ｔ１のように、Ｔ２をＴ１の整数ｎ倍とすることで、モータの駆動指令生成周期に同期するようにする。これは、指令制御関係を同一タイミングで処理するようにするためである。これにより、ヒートポンプの制御をより安定したものにすることができる。
【００７２】
さらに、前回のモータの速度指令（回転数指令）の増減を記憶しておき、モータの速度指令が増加し、制御目標補正手段３１００が補正量の増加（高圧圧力増加）結果を出力したとき、補正量の増加を行なわずに、実際にモータが駆動された結果を待つ。逆に、モータの速度指令が減少し、制御目標補正手段３１００が補正量の減少（高圧圧力減少）結果を出力したとき、補正量の減少をこのタイミングで行なわずに、実際のモータの駆動結果を待つ。このように補正量の増減をスキップするような機能を盛り込むことで、モータの速度制御と制御目標補正の相互干渉を低減でき、さらに良好なるヒートポンプの制御方式を実現することができる。
【００７３】
なお、モータの速度指令の変化量の絶対値が一定以上の場合について、増加、減少の判別をするようにしてもよい。
【００７４】
上記を、図４を用いて詳細に説明する。なお、図４では、演算処理に伴う初期設定は別途実施されているものとし、初期設定については記載していない。図４は、ヒートポンプの制御において、繰り返し実行される処理内容を示している。
【００７５】
まず、ブロック５０００において、サンプラＴ１のタイミングに相当する時間Ｔ１の経過を待つ。時間が経過しなければ、ブロック５１００によって、処理を終了し、次の繰り返しで、開始ブロックより再開する。時間Ｔ１が経過すれば、次の時間測定のために、時間Ｔ１をブロック５２００によって再設定する。
【００７６】
次に、ブロック５３００において、高圧冷媒圧力変換手段３０００の動作に対応する高圧圧力制御目標の設定を行う。
【００７７】
次に、サンプラＴ２の動作タイミングに相当する時間を得るために、ブロック５４００において、時間Ｔ１の経過回数ｎを判別する。経過回数がｎにみたなければ、ブロック５５００の処理に移る。経過回数がｎになれば、ブロック６０００〜の処理に移る。
【００７８】
ブロック６０００〜の処理は、制御目標補正手段の動作に相当する。まず、ブロック６０００において、次のサンプラＴ２に相当するタイミングを得るために、回数ｎを再設定する。
【００７９】
次に、ブロック６１００において、制御目標偏差等を用いて制御目標補正値増分の計算を行う。この「増分」とは、これまでの補正量の積分値に対して、さらに追加する補正量のことで符号は正負の両方ある。
【００８０】
速度指令生成手段３２００は、前回指令した速度指令を保持し、制御目標補正手段３１００が前回までに生成した補正量の積分値を加算した高圧側圧力指令値と高圧圧力検出手段２１００からの出力値との偏差から得られる速度指令値を算出し、保持した速度指令との差を計算する。この差を制御目標補正手段３１００に出力し、制御目標補正手段３１００が、更に補正量の増分を加算するかどうかを判断し、速度指令生成手段３２００はこの結果を受けて速度指令を算出して出力する。
【００８１】
制御目標補正手段３１００が行なう、更なる補正量の増分を加算するかどうかの判断は、補正値増分の符号およびモータに指令した速度の増分メモの符号を判別し、ブロック６２００に記載の条件が成立した場合は、ブロック６３００において、補正値増分＝０に設定する。
【００８２】
補正量の増分が０以上で、速度指令の増分（前回値との差）が正の場合、速度指令が増えていることから、前回までの補正量の積分値で実制御をかけてやり様子を見る。もしここで、補正量の増分を加算してしまうと補正しすぎの場合もありうるためである。
【００８３】
補正量の増分が負で、かつ速度の増分も負である場合も同様である。
【００８４】
一方、補正量の増分が０以上で、速度指令の増分が０以下の場合、補正量が足りないと判断して、補正量に増分を加える。補正量の増分が０よりも小さく、速度の増分が０以上の場合、補正量を増加（この場合は制御目標値を低くする）させて速度指令を減少させる必要があると判断する。先の、水冷媒熱交換器のガス域が増大する場合がこれに該当する。
【００８５】
すなわち、モータの速度指令の状況を勘案し、制御目標補正値を増減しなくても制御目標が達成できる方向にモータを動作させているときは、制御目標補正値を前回のまま保持するようにする。
【００８６】
最後に、ブロック６４００において、前回の制御目標補正値に今回の補正値増分を加えて、新規の制御目標補正値を得る。続いて、ブロック５５００の処理に移る。
【００８７】
ブロック５５００では、高圧圧力制御目標に制御目標補正値を加えて実際の高圧圧力制御目標とする。
【００８８】
次に、ブロック５６００において、実際の高圧圧力制御目標と高圧圧力測定値の差である圧力制御偏差を求める。
【００８９】
最後に、ブロック５７００において、圧力制御偏差等からモータへ指令する速度増分を求める。次にブロック６２００の判断に利用する速度増分をメモする。ここでメモする速度増分は、速度増分がヒートポンプ性能変化に及ぼす影響度合いを勘案し、求めた速度増分／ｍ（ｍは、１、２、、などの整数値）とする。次に、前回のインバータモータへの速度指令に今回求めた速度増分を加えて新規速度指令を得る。最後にインバータに速度指令を送信して処理を終了する。
【００９０】
上記説明した手順を繰り返し実行して、ヒートポンプの制御を行う。
【００９１】
このようにして、応答の速い冷凍サイクルの高圧冷媒圧力を基準に冷凍サイクルを制御し、応答の遅い制御目標、空調機の場合は、室内空気温度、温水生成装置の場合は、水熱交換器出口温度をその応答速度に合致したより遅い周期で制御し、ヒートポンプの制御目標を達成するようにしたので、制御結果にハンチングを生じることなく、かつ、安定した制御性能を実現するヒートポンプの制御方式を確立することができる。
【００９２】
応答の速い冷凍サイクルの高圧冷媒圧力を基準に冷凍サイクルを制御し、応答の遅いヒートポンプの制御目標に対しては、制御目標偏差をもとに高圧冷媒圧力の制御目標を補正するようにして、ヒートポンプの制御目標を実現するようにした。また、応答の速い高圧圧力制御の制御サンプリングレートＴ１を短く、応答の遅いヒートポンプの制御目標の制御サンプリングレートＴ２を長くかつＴ２＝ｎｘＴ１のような整数倍の関係にして同期をとるようにしたので次のような効果を得ることができる。ヒートポンプの能力制御の即応性が高まり、ハンチングの少ない高性能な制御結果を得ることがでた。圧縮機の高圧冷媒保護制御をヒートポンプの能力制御論理の中で行えるようになったので、制御外の論理によって、ヒートポンプの制御状態が乱されることがなくなり、より高性能な制御結果を実現でき使用機器の寿命向上を達成した。圧縮機速度のハンチングが少なくなったので、電力系統に及ぼす悪影響を大きく低減できた。
【００９３】
【発明の効果】
本発明によれば、ヒートポンプ式冷凍サイクルによって温度調節対象の温度を調節する際、ハンチングを抑制する制御を提供することができる。
【００９４】
また、本発明によれば、上記のハンチングを抑制する制御を行なう際に、温度調節対象の温度をより設定温度に近づける制御を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のヒートポンプの高圧圧力制御方式を説明するブロック図。
【図２】本発明のヒートポンプの制御目標を実現する高圧圧力制御方式を説明するブロック図。
【図３】制御目標温度の制御目標高圧圧力への変換対応例図。
【図４】本発明のヒートポンプの制御目標を実現する別の実施例を示すフローチャート。
【図５】従来の制御方法による制御結果のハンチング状況を説明する図。
【図６】本発明のヒートポンプの高圧圧力制御方法による制御結果を説明する図。
【図７】本発明のヒートポンプの制御目標を実現する制御方法による制御結果を説明する図。
【図８】本発明を適用する空気調和機の構成図。
【図９】本発明を適用する温水生成装置の構成図。
【符号の説明】
３０００…高圧冷媒圧力変換手段、３２００…速度指令生成手段、２１００…高圧圧力検出手段。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【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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