JP6852984B2 - ヒートポンプシステム及びこれを備えた電力制限システム - Google Patents

Description

本発明は、使用電力、使用電流又は使用皮相電力に上限値を設ける上限値設定モードにおいて除霜運転を実行可能なヒートポンプシステム及びこれを備えた電力制限システムに関する。

従来、圧縮機の使用電力を低減するデマンド制御が行われている。デマンド制御では、圧縮機の運転容量を低下させることで使用電力を低減している（特許文献１参照）。

特開２０１２−２４７１１８号公報

例えば、使用電力を管理するＨＥＭＳコントローラからの信号により圧縮機を含むヒートポンプシステムの使用電力を低減させるためには、特許文献１で記載されたような、ヒートポンプシステムの使用電力、使用電流又は使用皮相電力に上限値を設けて運転する上限値設定モードを採用することが考えられる。このような上限値設定モードにおいて、熱源側熱交換器に着霜が生じ、当該熱交換器に付着した霜を除去する除霜運転を実行したとしても、ヒートポンプシステムに含まれる圧縮機の使用電力が低減されるため、熱源側熱交換器に付着した霜を完全に溶かしにくくなるという問題が生じる。

そこで、本発明の目的は、上限値設定モードにおいて除霜運転が実行されても、霜を完全に溶かしやすくすることが可能なヒートポンプシステム及びこれを備えた電力制限システムを提供することである。

第１の発明にかかるヒートポンプシステムは、圧縮機と、熱源側熱交換器と、減圧手段と、利用側熱交換器とを有する冷媒回路と、前記熱源側熱交換器の温度を検知する温度検知手段とを備えたヒートポンプシステムであって、通常モードと、前記ヒートポンプシステムの使用電力、使用電流又は使用皮相電力に上限値を設けて運転する上限値設定モードとで運転可能であり、前記利用側熱交換器を凝縮器、前記熱源側熱交換器を蒸発器として作用させる加熱運転と、前記熱源側熱交換器に付着した霜を除去する除霜運転とを実行可能であり、前記温度検知手段が検知した温度が所定の開始温度以下であるときに前記除霜運転が実行され、前記上限値設定モードは、第１上限値設定モードと、前記第１上限値設定モードよりも前記上限値が低い第２上限値設定モードとを含み、前記上限値設定モードにおける前記開始温度が、前記通常モードにおける前記開始温度よりも高く設定されており、前記第２上限値設定モードにおける前記開始温度が、前記第１上限値設定モードにおける前記開始温度よりも高く設定されていることを特徴とする。

このヒートポンプシステムでは、除霜運転が通常モードのときよりも上限値設定モードのときの方が開始されやすくなる。このため、熱源側熱交換器に付着する霜の量が通常モードのときよりも上限値設定モードのときの方が少なくなる。したがって、除霜運転が上限値設定モードで実行されても、霜を完全に溶かしやすくなる。
さらに、このヒートポンプシステムでは、使用電力の上限値が下がるほど、除霜運転による加熱能力が小さくなるが、除霜運転をより開始しやすくすることで、着霜量を減らし、小さい除霜能力でも霜を溶かしきることができる。

第２の発明にかかるヒートポンプシステムは、前記除霜運転が、前記加熱運転と同方向に冷媒を流動させる正サイクルで実行されることを特徴とする。

このヒートポンプシステムでは、除霜運転が正サイクルで行われても、熱源側熱交換器に付着する霜の量が少ないため、霜を完全に溶かしやすくなる。

第３の発明にかかるヒートポンプシステムは、所定時間経過して終了するタイマーオーバーが生じた前記除霜運転の次に実行される前記除霜運転の前記開始温度が、前記タイマーオーバーが生じた前記除霜運転の前記開始温度よりも高くなるように設定されていることを特徴とする。

このヒートポンプシステムでは、タイマーオーバーが生じた除霜運転の次に実行される除霜運転の方が、タイマーオーバーが生じた除霜運転より開始されやすくなる。タイマーオーバーで終了した除霜運転では、熱源側熱交換器に付着した霜が完全に溶けておらず、溶け残りが発生している。このため、前回除霜時の溶け残り分と、今回の着霜分をまとめて除霜することができる。

第４の発明にかかるヒートポンプシステムは、前記第２上限値設定モードにおいて開始された前記除霜運転が、前記第１上限値設定モードにおいて開始された前記除霜運転よりも、前記圧縮機の周波数が低いことを特徴とする。

第５の発明にかかる電力制限システムは、上述の第１〜第４の発明にかかるいずれかのヒートポンプシステムと、前記ヒートポンプシステムに接続され、使用電力、使用電流又は使用皮相電力を管理するＨＥＭＳコントローラとを備え、制御モードが、前記ＨＥＭＳコントローラから前記ヒートポンプシステムへの信号により、前記通常モードから前記上限値設定モードに切り換わることを特徴とする。

この電力制限システムでは、ＨＥＭＳコントローラからヒートポンプシステムへの信号により、ヒートポンプシステムの制御モードを切り換えることができる。

第６の発明にかかる電力制限システムは、前記ＨＥＭＳコントローラがインターネットに接続され、前記ＨＥＭＳコントローラから前記ヒートポンプシステムへの信号は、前記インターネットを介して受信した外部信号に基づいて変更されることを特徴とする。

この電力制限システムでは、インターネットからの外部信号により、ヒートポンプシステムの制御モードを切り換えることができる。

第１の発明では、除霜運転が通常モードのときよりも上限値設定モードのときの方が開始されやすくなる。このため、熱源側熱交換器に付着する霜の量が通常モードのときよりも上限値設定モードのときの方が少なくなる。したがって、除霜運転が上限値設定モードで実行されても、霜を完全に溶かしやすくなる。
さらに、第１の発明では、使用電力の上限値が下がるほど、除霜運転による加熱能力が小さくなるが、除霜運転をより開始しやすくすることで、着霜量を減らし、小さい除霜能力でも霜を溶かしきることができる。

第２の発明では、除霜運転が正サイクルで行われても、熱源側熱交換器に付着する霜の量が少ないため、霜を完全に溶かしやすくなる。

第３の発明では、タイマーオーバーが生じた除霜運転の次に実行される除霜運転の方が、タイマーオーバーが生じた除霜運転より開始されやすくなる。タイマーオーバーで終了した除霜運転では、熱源側熱交換器に付着した霜が完全に溶けておらず、溶け残りが発生している。このため、前回除霜時の溶け残り分と、今回の着霜分をまとめて除霜することができる。

第５の発明では、ＨＥＭＳコントローラからヒートポンプシステムへの信号により、ヒートポンプシステムの制御モードを切り換えることができる。

第６の発明では、インターネットからの外部信号により、ヒートポンプシステムの制御モードを切り換えることができる。

本発明の一実施形態に係る電力制限システムを含む電力ネットワークの概略図である。 本発明の一実施形態に係るヒートポンプユニットを含む給湯システムの構成図である。 除霜運転の開始条件である第１〜第４除霜開始条件の説明図である。 通常モードから上限値設定モードに切り換えるときの制御フロー図である。 加熱運転処理を行うときの制御フロー図である。 図５に示す通常モードでの加熱運転処理の制御フロー図である。 図５に示す上限値設定モードでの加熱運転処理の制御フロー図である。 給湯システムの主電源がオフにされたときの制御フロー図ある。 本発明の一実施形態に係るヒートポンプユニットの変形例を示すシステム構成図である。

以下、本発明の一実施形態に係る電力制限システム１３を含む電力ネットワーク１０について、添付図面に従って説明する。

電力ネットワーク１０は、図１に示すように、電力供給者としての電力会社１１と、電力会社１１とインターネット１２を介して接続された電力制限システム１３とで構成されている。電力制限システム１３は、ＨＥＭＳコントローラ１５と、給湯システム２０と、設備機器Ａと、設備機器Ｂとから構成されている。給湯システム２０、設備機器Ａ及び設備機器Ｂは、ＨＥＭＳコントローラ１５に並列に接続されている。

給湯システム２０は、圧縮機３１、膨張弁３３、ファン３４及び温度センサ３６，３７，４７などを含むヒートポンプユニット（ヒートポンプシステム）３０（図２参照）と、ポンプ４１などを含むタンクユニット４０（図２参照）とを有する。また、給湯システム２０は、ＨＥＭＳコントローラ１５に接続された制御装置２１を有している。制御装置２１は、ヒートポンプユニット３０の圧縮機３１、ファン３４、及び、タンクユニット４０のポンプ４１を制御するものであり、これらユニット３０，４０に兼用されている。設備機器Ａ及び設備機器Ｂは、ＨＥＭＳコントローラ１５に接続された、例えばテレビや照明などであるが、これらに限定するものではなく、いずれかが空調であってもよい。

電力会社１１は自ら発電した電力、及び／又は、他者が発電した電力を、給湯システム２０と設備機器Ａと設備機器Ｂとに供給する。また、電力会社１１は、例えば、ある時間帯などの所定期間において電力を制限したい場合などに、給湯システム２０と設備機器Ａと設備機器Ｂとでの使用電力を制限する制限信号、及び、当該所定期間以外において使用電力の制限を解除する解除信号を送信する。

ＨＥＭＳコントローラ１５は、インターネット１２を介して電力会社１１に接続され、電力会社１１から送信された外部信号である制限信号及び解除信号を受信する。ＨＥＭＳコントローラ１５は、給湯システム２０と設備機器Ａと設備機器Ｂとでの使用電力を管理する。

また、ＨＥＭＳコントローラ１５は、設定部１６と電力検知部１７と演算部１８とを有する。設定部１６は、制限信号に基づいて給湯システム２０と設備機器Ａと設備機器Ｂとでの電力制限値を設定する。電力制限値は、給湯システム２０と設備機器Ａと設備機器Ｂとが使用できる合計電力の制限値である。電力制限値は、インターネット１２を介してＨＥＭＳコントローラ１５が受信した電力会社１１からの外部信号（制限信号及び解除信号）に基づいて変更される。

電力検知部１７は、設備機器Ａおよび設備機器Ｂが使用している電力を検知する。演算部１８は、給湯システム２０が使用できる電力の上限値を演算する。この給湯システム用上限値は、設定部１６で設定された給湯システム２０と設備機器Ａと設備機器Ｂとでの電力制限値から、電力検知部１７が検知した設備機器Ａと設備機器Ｂとで使用される電力値を引いて求められる。

ＨＥＭＳコントローラ１５は、演算された給湯システム用上限値を設定するための上限値設定信号を制御装置２１に送信する。また、ＨＥＭＳコントローラ１５は、電力会社１１からの解除信号を受信すると、給湯システム用上限値を設定しない上限値解除信号を制御装置２１に送信する。

制御装置２１は、ＨＥＭＳコントローラ１５からの上限値設定信号を受信すると、給湯システム２０の制御モードを通常モードから上限値設定モードに切り換える。一方、制御装置２１は、ＨＥＭＳコントローラ１５からの上限値解除信号を受信すると、給湯システム２０の制御モードを上限値設定モードから通常モードに切り換える。上限値設定モードとは、給湯システム２０の使用電力に給湯システム用上限値を設け、この上限値を超えないように給湯システム２０を運転する制御モードである。通常モードは、給湯システム２０の使用電力に上限値を設けない制御モードである。なお、給湯システム２０の制御モードとヒートポンプユニット３０の制御モードとは同一である。

制御装置２１には、給湯システム２０に係る各種動作の制御プログラムやデータなどが格納されたＲＯＭ、給湯システム２０の各部の動作を制御する信号を生成するために各種演算を実行するＣＰＵ、各種設定やＣＰＵでの演算結果などのデータを一時保管するＲＡＭなどの部材が含まれている。これら各種部材およびソフトウェアによって、図１に示すように、制御装置２１には、運転制御部２２、停止制御部２３、記憶部２４、タイマ部２５、リセット部２６、モード設定部２７、電力検知部２８及び演算部２９が形成されている。

運転制御部２２は、運転設定（例えば、設定温度）に基づいて圧縮機３１、ファン３４、ポンプ４１などの動作を制御して、ユーザの要求を満足する加熱運転（後述する）を実行する。また、運転制御部２２は、所定の除霜開始条件を満たした場合に、圧縮機３１及びファン３４などの動作を制御して、除霜運転（後述する）を実行する。運転制御部２２は、上限値設定モードにおいて、演算部２９で演算されたヒートポンプユニット用上限値（後述する）が低くなるほど、ヒートポンプユニット３０の使用電力が低減する（すなわち、圧縮機３１の使用電力が低減するように周波数を低くする）ように、圧縮機３１及びファン３４を制御する。

停止制御部２３は、上限値設定モードにおいて、タイマーオーバーの回数が所定回数に達したときに、加熱運転を実行させない停止状態とする。つまり、運転制御部２２によって加熱運転が実行されている場合は、強制的に当該運転を停止させるとともに、停止状態を解除する条件を満たすまで、停止状態を保持する。また、停止制御部２３は、停止状態において、上限値設定モードから通常モードに切り換わった場合に停止状態を解除する。

なお、タイマーオーバーとは、除霜運転が所定時間に達して終了することである。換言すると、除霜運転が、所定時間内に正常終了条件を満たさずに終了することである。本実施形態における除霜運転の正常終了条件とは、室外熱交換器３２の温度が室外熱交換器３２に付着した霜を完全に溶かすことが可能な所定温度以上になることである。つまり、正常終了条件を満たすとは、所定時間内に温度センサ３６によって検知された温度が所定温度以上になることである。

記憶部２４は、図３に示すように、除霜運転の開始温度である第１〜第４除霜開始条件Ｌ１〜Ｌ４を記憶している。これら第１〜第４除霜開始条件Ｌ１〜Ｌ４は、外気温度に応じた室外熱交換器３２の温度である。第１除霜開始条件Ｌ１は、通常モードでの条件であり、例えば、外気温度２℃のときに室外熱交換器３２の温度が−７℃である。

第２除霜開始条件Ｌ２は、演算部２９で演算されたヒートポンプユニット用上限値が高い場合（所定値以上の場合）の上限値設定モードでの条件であり、例えば、外気温度２℃のときに室外熱交換器３２の温度が−５℃である。第３除霜開始条件Ｌ３は、当該ヒートポンプユニット用上限値が低い場合（所定値未満の場合）の上限値設定モードでの条件であり、例えば、外気温度２℃のときに室外熱交換器３２の温度が−３℃である。このようにヒートポンプユニット用上限値が低いほど、除霜運転の開始温度が高くなっている。なお、本実施形態においては、ヒートポンプユニット用上限値に応じて２つの除霜開始条件Ｌ２，Ｌ３を記憶しているが、上限値が低くなるほど開始温度が高くなる３以上の除霜開始条件を記憶していてもよい。

第４除霜開始条件Ｌ４は、タイマーオーバーが生じた場合の上限値設定モードでの条件であり、例えば、外気温度２℃のときに室外熱交換器３２の温度が−２℃である。このように第４除霜開始条件Ｌ４は、第１〜第３除霜開始条件Ｌ１〜Ｌ３よりも、開始温度が高く設定されている。また、記憶部２４は、タイマーオーバーが生じた回数も記憶する。

タイマ部２５は、除霜運転が開始される度に当該除霜運転の経過時間を計測する。リセット部２６は、タイマーオーバーの回数やタイマーオーバーが生じることでセットされたフラグをリセットする。

モード設定部２７は、ＨＥＭＳコントローラ１５からの上限値設定信号を受信すると、上限値設定モードを設定する。一方、モード設定部２７は、ＨＥＭＳコントローラ１５からの上限値解除信号を受信すると、通常モードを設定する。

電力検知部２８は、ヒートポンプユニット（圧縮機３１、ファン３４など）３０、及び、タンクユニット（ポンプ４１など）４０が使用している電力を検知する。演算部２９は、ヒートポンプユニット３０が使用できる電力の上限値を演算する。このヒートポンプユニット用上限値は、給湯システム用上限値から、電力検知部２８が検知したタンクユニット４０で使用される電力値を引いて求められる。

図２を参照しながら給湯システム２０について説明する。

給湯システム２０は、ヒートポンプユニット３０と、タンクユニット４０とを有している。ヒートポンプユニット（ヒートポンプシステム）３０は、圧縮機３１と、室外熱交換器（熱源側熱交換器）３２と、減圧手段としての膨張弁３３と、給湯用熱交換器（利用側熱交換器）３９と、ファン３４と、冷媒配管３５と、温度センサ３６，３７，４７と、制御装置２１（図１参照）とを有している。なお、制御装置２１は、ヒートポンプユニット３０とタンクユニット４０とに兼用されている。

温度センサ３６は、室外熱交換器３２の温度を検知し、制御装置２１に出力する。温度センサ３７は、外気温度を検知し、制御装置２１に出力する。温度センサ４７は、給湯タンク４２のポンプ４１への温水流出口近傍に配置されており、給湯タンク４２から流出する温水の温度を検知し、制御装置２１に出力する。なお、運転制御部２２は、温度センサ４７から出力された温度が設定温度に達したときに、加熱運転を終了する。なお、温度検知手段としての温度センサ３６、３７、４７は、検知した温度を制御装置２１に出力することが可能であれば、どのようなものであってもよい。

ヒートポンプユニット３０には、室外熱交換器３２と膨張弁３３と給湯用熱交換器３９とを接続する冷媒配管３５内に冷媒が循環する冷媒回路３８が構成されている。この冷媒回路３８において、圧縮機３１の吐出側には、給湯用熱交換器３９の冷媒流入口が接続され、圧縮機３１の吸入側には、室外熱交換器３２の一端が接続されている。そして、室外熱交換器３２の他端には、膨張弁３３の一端が接続され、膨張弁３３の他端には、給湯用熱交換器３９の冷媒流出口が接続されている。ファン３４は、室外熱交換器３２に対向するように配置されている。

給湯システム２０は、通常モード及び上限値設定モードのいずれの場合においても加熱運転及び除霜運転などの運転が可能であって、制御装置２１の運転制御部２２によっていずれかの運転が実行される。加熱運転では、図２中矢印で示すように、圧縮機３１から吐出される冷媒が給湯用熱交換器３９、膨張弁３３、室外熱交換器３２へと順に流れ、室外熱交換器３２を経た冷媒が圧縮機３１に戻る加熱サイクル（正サイクル）が形成される。すなわち、給湯用熱交換器３９が凝縮器、室外熱交換器３２が蒸発器として機能する。この加熱運転では、給湯用熱交換器３９で圧縮機３１の吐出側から流入した冷媒と給湯用温水との間で熱交換されることによって、給湯用温水が加熱される。

除霜運転でも、加熱運転と同方向に冷媒を流動させる正サイクルが形成される。このとき、例えば、特開２００１−８２８０２号公報に記載のように、膨張弁３３の弁開度を加熱運転時より大きく（例えば全開）し、圧縮機３１から吐出された高温冷媒を室外熱交換器３２に流し、且つファン３４を停止する。これにより、室外熱交換器３２に付着した霜が溶ける。

タンクユニット４０は、ポンプ４１と、給湯タンク４２と、給湯端末４３と、水配管４５，４６と、制御装置２１とを有する。タンクユニット４０には、ポンプ４１と給湯用熱交換器３９とを接続する水配管４５内に温水が循環する温水回路４８が構成されている。この温水回路４８において、ポンプ４１の吐出側が給湯用熱交換器３９の温水流入口に接続され、ポンプ４１の吸入側が給湯タンク４２の温水流出口（一端）に接続されている。給湯用熱交換器３９の温水流出口は給湯タンク４２の温水流入口（他端）に接続されている。

温水回路４８では、給湯用熱交換器３９を流れる冷媒と熱交換する温水が循環する。具体的には、加熱運転が実行されるときに、ポンプ４１によって給湯タンク４２から流出した給湯用温水が給湯用熱交換器３９に供給され、給湯用熱交換器３９で加熱された温水が給湯タンク４２に戻される。なお、給湯タンク４２に水配管４６で接続された給湯端末４３は、給湯タンク４２内の温水をユーザに使用可能とする。

次に、ヒートポンプユニット３０を含む給湯システム２０の通常モードから上限値設定モードへの切り換えについて説明する。

図４に示すように、ステップＳ１では制御装置２１がヒートポンプユニット３０を通常モードで運転している。ステップＳ２では、ＨＥＭＳコントローラ１５がインターネット１２を介して電力会社１１から外部信号（制限信号）を受信したか否かを判定し、制限信号を受信していなければ（ＮＯ）、ステップＳ２を繰り返す。

一方、ＨＥＭＳコントローラ１５が電力会社１１からの制限信号を受信していれば（ＹＥＳ）、ステップＳ３に進む。ステップＳ３では、設定部１６が、電力会社１１からの電力制限要求に応じた給湯システム２０と設備機器Ａと設備機器Ｂとでの電力制限値を設定する。

ステップＳ４で電力検知部１７が、設備機器Ａおよび設備機器Ｂが使用している電力を検知する。ステップＳ５では演算部１８が、給湯システム２０が使用できる電力の上限値を演算する。このとき、ＨＥＭＳコントローラ１５が上限値設定信号を制御装置２１に送信する。

ステップＳ６では、制御装置２１がＨＥＭＳコントローラ１５からの上限値設定信号を受信することで、モード設定部２７が給湯システム２０の制御モードを通常モードから上限値設定モードに切り換える。こうして、通常モードから上限値設定モードへの制御モードの切り換えが終了する。制御装置２１の運転制御部２２は、演算部２９により演算されたヒートポンプユニット用上限値に基づいて、圧縮機３１などを制御して加熱運転及び除霜運転のいずれかを実行する。

一方、上限値設定モードから通常モードへの切り換えは、ＨＥＭＳコントローラ１５が電力会社１１からの外部信号（解除信号）を受信し、制御装置２１がＨＥＭＳコントローラ１５から送信される上限値解除信号を受信することで、モード設定部２７が給湯システム２０の制御モードを上限値設定モードから通常モードに切り換える。こうして、上限値設定モードから通常モードへの制御モードの切り換えが終了する。制御装置２１の運転制御部２２は、特に給湯システム２０の上限値が設定されていない状態で、圧縮機３１などを制御して加熱運転及び除霜運転のいずれかを実行する。

続いて、各モードで実行される加熱運転及び除霜運転ついて、図５〜図７を参照しつつ以下に説明する。

加熱運転をする場合、まず、図５に示すように、ステップＦ１で、通常モードであるか否かが判定される。つまり、モード設定部２７によって設定された制御モードが通常モードであれば（ＹＥＳ）、ステップＦ２に進み、上限値設定モードであれば（ＮＯ）、ステップＦ３に進む。

ステップＦ２では、通常モードでの加熱運転処理が実行される。通常モードでの加熱運転処理は、図６に示すように、ステップＧ１において、運転制御部２２が圧縮機３１、ファン３４、ポンプ４１などを制御して、加熱運転を開始する。ステップＧ２では、加熱運転が終了したか否かが判定される。この判定は、温度センサ４７から出力された温度が設定温度に達しているか否かで判定され、設定温度に達した場合（ＹＥＳ）、運転制御部２２が圧縮機３１、ファン３４、ポンプ４１などを制御して、加熱運転を終了する。こうして、通常モードでの加熱運転処理が終了する。一方、設定温度に達していない場合（ＮＯ）、ステップＧ３に進む。

ステップＧ３では、第１除霜開始条件を満たしたか否かを判定する。つまり、室外熱交換器３２の温度が除霜運転の開始温度（例えば外気温度２℃のときに−７℃）以下であるか否かを判定する。開始温度を超えている場合（ＮＯ）、ステップＧ２に戻る。一方、開始温度以下である場合（第１除霜開始条件を満たした場合：ＹＥＳ）、ステップＧ４に進む。

ステップＧ４では、運転制御部２２がファン３４及びポンプ４１を停止させて加熱運転を強制的に終了させ、除霜運転に切り換える。このとき、運転制御部２２は、所定時間内に正常終了条件を満たすと除霜運転を終了する。また、運転制御部２２は、タイマ部２５が計測する経過時間が正常終了条件を満たしていない場合でも所定時間に達すると、除霜運転を終了する。

ステップＧ５では、除霜運転を正常終了条件で終了したか否かを判定する。つまり、所定時間内に正常終了条件を満たすことで除霜運転が終了した場合（ＹＥＳ）、ステップＧ６に進む。ステップＧ６では、室外熱交換器３２の霜が完全に溶かされた状態となる。このとき、リセット部２６は、記憶部２４にタイマーオーバーの回数が記憶されている場合、及び、フラグがセットされている場合、当該タイマーオーバーの回数及びフラグをリセットする。この後、ステップＧ１に戻り、加熱運転が終了するまで上述のステップＧ１〜Ｇ７が繰り返され、加熱運転が終了することで、通常モードでの加熱運転処理が終了する。

一方、除霜運転がタイマーオーバーで終了した場合（ＮＯ）、ステップＧ７に進む。ステップＧ７では、室外熱交換器３２の霜が完全に溶かされていない状態となる。このとき、制御装置２１はフラグをセットし、上限値設定モードでの除霜運転の開始条件となる開始温度が高くなるようにする。この後、ステップＧ１に戻り、加熱運転が終了するまで上述のステップＧ１〜Ｇ７が繰り返され、加熱運転が終了することで、通常モードでの加熱運転処理が終了する。再度、加熱運転が実行される場合は、ステップＦ１から実行される。

ステップＦ１からステップＦ３に進んだ場合、上限値設定モードでの加熱運転処理が実行される。上限値設定モードでの加熱運転処理は、図７に示すように、ステップＨ１において、運転制御部２２が圧縮機３１、ファン３４、ポンプ４１などを制御して、加熱運転を開始する。

ステップＨ２では、演算部２９が、ヒートポンプユニット３０が使用できる電力の上限値を演算する。こうして、ヒートポンプユニット用上限値が決定し、運転制御部２２が、当該ヒートポンプユニット用上限値を超えないように圧縮機３１及びファン３４を制御する。このとき、運転制御部２２は、使用電力を低減するために、ヒートポンプユニット用上限値が低くなるほど、圧縮機３１の周波数を低くして駆動する。

ステップＨ３では、上述のステップＧ２と同様に、加熱運転が終了したか否かが判定される。温度センサ４７から出力された温度が設定温度に達した場合（ＹＥＳ）、運転制御部２２が圧縮機３１、ファン３４、ポンプ４１などを制御して、加熱運転を終了する。こうして、上限値設定モードでの加熱運転処理が終了する。一方、設定温度に達していない場合（ＮＯ）、ステップＨ４に進む。

ステップＨ４では、上述のステップＧ７や後述のステップＨ１５でタイマーオーバーを示すフラグがセットされているか否かを判定する。フラグがセットされていない場合（ＮＯ）、ステップＨ５に進む。ステップＨ５では、上述のＨ２で決定されたヒートポンプユニット用上限値が高い場合（ＹＥＳ）、ステップＨ６に進み、当該上限値が低い場合（ＮＯ）、ステップＨ７に進む。

ステップＨ６では、第２除霜開始条件を満たしたか否かを判定する。つまり、温度センサ３６によって検知された室外熱交換器３２の温度が除霜運転の開始温度（例えば外気温度２℃のときに−５℃）以下であるか否かを判定する。開始温度を超えている場合（ＮＯ）、ステップＨ２に戻る。一方、開始温度以下である場合（第２除霜開始条件を満たした場合：ＹＥＳ）、ステップＨ９に進む。

ステップＨ７では、第３除霜開始条件を満たしたか否かを判定する。第３除霜開始条件である除霜運転の開始温度は、第２除霜開始条件よりも高く（例えば外気温度２℃のときに−３℃）されている。つまり、上限値が低くなるほど、除霜運転が実行されやすくなっている。温度センサ３６によって検知された室外熱交換器３２の温度が開始温度を超えている場合（ＮＯ）、ステップＨ２に戻る。一方、開始温度以下である場合（第３除霜開始条件を満たした場合：ＹＥＳ）、ステップＨ９に進む。

ステップＨ４において、フラグがセットされている場合（ＹＥＳ）、ステップＨ８に進む。ステップＨ８では、第４除霜開始条件を満たしたか否かを判定する。第４除霜開始条件である除霜運転の開始温度は、第１〜３除霜開始条件よりも高く（例えば外気温度２℃のときに−２℃）されている。つまり、室外熱交換器３２に付着した霜が前回行われた除霜運転で完全に溶けていない場合、次回行う除霜運転が実行されやすくなっている。温度センサ３６によって検知された室外熱交換器３２の温度が開始温度を超えている場合（ＮＯ）、ステップＨ２に戻る。一方、開始温度以下である場合（第４除霜開始条件を満たした場合：ＹＥＳ）、ステップＨ９に進む。

ステップＨ９では、記憶部２４に記憶されているタイマーオーバーの回数に１を加える。本実施形態においては、第２〜第４除霜開始条件のいずれかを満たしてからタイマーオーバーの回数を増やすことで、仮に除霜運転が何らかの理由で終了（すなわち、室外熱交換器３２に霜が付着した状態で終了：タイマーオーバーに相当）した場合でも、タイマーオーバーの回数を増やすことが可能となる。この結果、万が一、異常停止が繰り返し生じても後述のステップＨ１０からＨ１６に進むことで、加熱運転を停止状態とすることが可能となる。

ステップＨ１０では、タイマーオーバーの回数が所定回数に達したか否かを判定する。なお、所定回数は２以上であればよく、適宜設定すればよい。タイマーオーバーの回数が、所定回数未満の場合（ＮＯ）、ステップＨ１１に進む。ステップＨ１１では、運転制御部２２がファン３４及びポンプ４１を停止させて加熱運転を強制的に終了させ、除霜運転に切り換える。

ステップＨ１２では、上述のステップＨ２と同様に、ヒートポンプユニット３０が使用できる電力の上限値を演算する。こうして、ヒートポンプユニット用上限値が決定し、運転制御部２２が、当該ヒートポンプユニット用上限値を超えないように圧縮機３１を制御する。このときも、運転制御部２２は、使用電力を低減するために、ヒートポンプユニット用上限値が低くなるほど、圧縮機３１の周波数を低くして駆動する。また、このとき、運転制御部２２は、所定時間内に正常終了条件を満たすと除霜運転を終了する。また、運転制御部２２は、タイマ部２５が計測する経過時間が正常終了条件を満たしていない場合でも所定時間に達すると、除霜運転を終了する。

ステップＨ１３では、除霜運転を正常終了条件で終了したか否かを判定する。つまり、所定時間内に正常終了条件を満たすことで除霜運転が終了した場合（ＹＥＳ）、ステップＨ１４に進む。ステップＨ１４でも、上述のステップＧ６と同様に、室外熱交換器３２の霜が完全に溶かされた状態となる。このため、ステップＨ１４では、上述のステップＧ６と同様に、リセット部２６がタイマーオーバーの回数及びフラグをリセットする。この後、ステップＨ１に戻り、同様の処理が実行され、加熱運転が終了することで、上限値設定モードでの加熱運転処理が終了する。

一方、除霜運転がタイマーオーバーで終了した場合（ＮＯ）、ステップＨ１５に進む。ステップＨ１５では、上述のステップＧ７と同様に、制御装置２１はフラグをセットし、上限値設定モードでの除霜運転の開始条件となる開始温度が第１〜第３除霜開始条件よりも高くなるようにする。この後、ステップＨ１に戻り、同様の処理が実行され、加熱運転が終了することで、上限値設定モードでの加熱運転処理が終了する。再度、加熱運転が実行される場合は、ステップＦ１から実行される。

ステップＨ１０において、タイマーオーバーの回数が所定回数に達した場合（ＹＥＳ）、ステップＨ１６に進む。ステップＨ１６では、除霜運転のタイマーオーバーが繰り返し生じることで室外熱交換器３２に霜が付着したままである可能性が非常に高い状態を示す。このため、停止制御部２３が強制的に加熱運転を停止させるとともに、停止状態を解除する条件を満たすまで、停止状態に保持する。こうして、上限値設定モードにおける加熱運転処理が終了する。

上限値設定モードにおける加熱運転処理が終了すると、図５に示すステップＦ４では、停止状態であるか否かを判定する。停止状態でない場合（ＮＯ）、当該フローが終了し、再度、加熱運転が実行される場合は、ステップＦ１から実行される。停止状態である場合（ＹＥＳ）、ステップＦ５に進む。

ステップＦ５では、上限値設定モードであるか否かを判定する。上限値設定モードのままである場合（ＹＥＳ）、ステップＦ５が繰り返される。一方、ＨＥＭＳコントローラ１５が電力会社１１からの外部信号（解除信号）を受信することで、ＨＥＭＳコントローラ１５から上限値解除信号が送信される。ＨＥＭＳコントローラ１５から送信される上限値解除信号を制御装置２１が受信することで、モード設定部２７が制御モードを上限値設定モードから通常モードに切り換える。このように制御モードが上限値設定モードから通常モードに切り換えられた場合（ＮＯ）、ステップＦ６に進む。ステップＦ６では、停止制御部２３が停止状態を解除する。こうして、当該フローが終了し、再度、加熱運転が実行される場合は、ステップＦ１から実行される。

続いて、給湯システム２０の主電源がオフにされた場合、制御フローについて、図８を参照しつつ以下に説明する。

図８に示すように、ユーザによって給湯システム２０の主電源スイッチ（不図示）がオフにされると（ステップＪ１）、当該主電源スイッチからの信号によって、上述のステップＧ６と同様に、リセット部２６がタイマーオーバーの回数及びフラグをリセットする（ステップＪ２）。こうして、当該フローが終了する。

なお、記憶部２４に記憶されたタイマーオーバーの回数及びセットされたフラグは、除霜運転が正常終了条件を満たす場合（ステップＧ５からステップＧ６、ステップＨ１３からステップＨ１４に進む場合）と、主電源スイッチがオフにされる場合（ステップＪ１からステップＪ２に進む場合）にのみ、リセットされ、これ以外はその記憶状態が保持される。つまり、通常モードと上限値設定モードとが切り換わっても、その記憶状態が保持されている。

[本実施形態のヒートポンプユニット及びこれを備えた電力制限システムの特徴]
本実施形態のヒートポンプユニット３０及び電力制限システム１３には以下の特徴がある。

本実施形態のヒートポンプユニット３０では、上限値設定モードにおける第２除霜開始条件の開始温度が、通常モードにおける第１除霜開始条件の開始温度よりも高く設定されている。このため、除霜運転が通常モードのときよりも上限値設定モードのときの方が開始されやすくなる。このため、室外熱交換器３２に付着する霜の量が通常モードのときよりも上限値設定モードのときの方が少なくなる。したがって、除霜運転が上限値設定モードで実行されても（圧縮機３１の周波数が低い状態で駆動されても）、霜を完全に溶かしやすくなる。

本実施形態のヒートポンプユニット３０では、除霜運転が正サイクルで行われても、上述のように室外熱交換器３２に付着する霜の量が少ないため、霜を完全に溶かしやすくなる。

本実施形態のヒートポンプユニット３０では、ステップＧ７及びステップＨ１５でフラグがセットされるため、上限値設定モードにおいて、タイマーオーバーが生じた除霜運転の次に実行される除霜運転の開始温度が、タイマーオーバーが生じた除霜運転の開始温度よりも高くなるように設定される。このため、タイマーオーバーが生じた除霜運転の次に実行される除霜運転の方が、タイマーオーバーが生じた除霜運転より開始されやすくなる。タイマーオーバーで終了した除霜運転では、室外熱交換器３２に付着した霜が完全に溶けておらず、溶け残りが発生している。このため、前回除霜時の溶け残り分と、今回の着霜分をまとめて除霜することができる。

本実施形態のヒートポンプユニット３０では、ステップＨ５〜Ｈ７により、除霜開始条件である開始温度は、ヒートポンプユニット用上限値が下がるほど高くなるように設定される。これにより、使用電力の上限値が下がるほど、除霜運転による加熱能力が小さくなるが、除霜運転をより開始しやすくすることで、着霜量を減らし、小さい除霜能力でも霜を溶かしきることができる。

本実施形態の電力制限システム１３では、制御モードが、ＨＥＭＳコントローラ１５からヒートポンプユニット３０に含まれる制御装置２１への信号（上限値設定信号及び上限値解除信号）により、ヒートポンプユニット３０の制御モードを切り換えることができる。

本実施形態の電力制限システム１３では、ＨＥＭＳコントローラ１５からヒートポンプユニット３０に含まれる制御装置２１への信号（上限値設定信号及び上限値解除信号）は、インターネット１２を介して受信した外部信号（制限信号及び解除信号）に基づいて変更される。これにより、インターネット１２を介して受信した外部信号により、ヒートポンプユニット３０の制御モードを切り換えることができる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明の具体的な構成は、上記実施形態に限定されるものでないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記実施形態の説明だけではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。なお、後述する変更形態は、適宜組み合わせて実施することも可能である。

上述の実施形態では、第２〜第４除霜開始条件を記憶しているが、本発明の参考例では、第２又は第３除霜開始条件を記憶しておればよい。つまり、上述の実施形態では、除霜運転の開始温度が、上限値設定モードでの上限値が下がるほど、高くなるように設定されているが、本発明の参考例では、特に変更しなくてもよい。

上述の実施形態では、除霜運転が正サイクルで実行されているが、四方弁や冷媒配管などをさらに設けて、除霜運転を逆サイクルで実行してもよい。こうすれば、さらに室外熱交換器３２に付着した霜を完全に溶かしやすくなる。

上述の実施形態では、ヒートポンプユニット３０とタンクユニット４０とで構成された給湯システムを採用しているが、図９に示した空気調和システム（ヒートポンプユニット）１２０を採用してもよい。

図９に示すように、本変形例の空気調和システム１２０は、圧縮機１３１と、圧縮機１３１の吐出側が一端に接続された四路切換弁１３２と、四路切換弁１３２に一端が接続された室外熱交換器１３３と、室外熱交換器１３３の他端に接続された減圧機構としての膨張弁１３４と、膨張弁１３４の他端に接続された室内熱交換器１３５とを備えている。上記の室内熱交換器１３５の他端は、四路切換弁１３２を介して圧縮機１３１の吸入側に接続されている。上記の圧縮機１３１、四路切換弁１３２、室外熱交換器１３３、膨張弁１３４および室内熱交換器１３５で冷媒回路が構成されている。

また、この空気調和システム１２０は、室外熱交換器１３３の近傍に配置された室外ファン１３６と、室内熱交換器１３５の近傍に配置された室内ファン１３７と、上述の温度センサ３６，３７とを備えている。上記の圧縮機１３１、四路切換弁１３２、室外熱交換器１３３、膨張弁１３４及び室外ファン１３６は、室外機１２０ａに配置され、室内熱交換器１３５及び室内ファン１３７は、室内機１２０ｂに配置されている。

この空気調和システム１２０では、暖房運転時、四路切換弁１３２を実線の切換え位置に切り換えて、圧縮機１３１を起動すると、圧縮機１３１から吐出された高圧冷媒が四路切換弁１３２を通って室内熱交換器１３５に入る。そして、室内熱交換器１３５で凝縮した冷媒は、膨張弁１３４で減圧された後に室外熱交換器１３３に入る。室外熱交換器１３３で蒸発した冷媒が四路切換弁１３２を介して圧縮機１３１の吸入側に戻る。こうして、圧縮機１３１、室内熱交換器１３５、膨張弁１３４および室外熱交換器１３３で構成された冷媒回路を冷媒が循環して、冷凍サイクルを実行する。そして、室内ファン１３７により室内熱交換器１３５を介して室内空気を循環させることにより室内を暖房する。

これに対して、冷房運転時（除湿運転時を含む）は、四路切換弁１３２を点線の切換え位置に切り換えて、圧縮機１３１を起動すると、圧縮機１３１から吐出された高圧冷媒が四路切換弁１３２を通って室外熱交換器１３３に入る。そして、室外熱交換器１３３で凝縮した冷媒は、膨張弁１３４で減圧された後に室内熱交換器１３５に入る。室内熱交換器１３５で蒸発した冷媒が四路切換弁１３２を介して圧縮機１３１の吸入側に戻る。こうして、圧縮機１３１、室外熱交換器１３３、膨張弁１３４および室内熱交換器１３５の順に冷媒が循環する冷凍サイクルを実行する。そして、室内ファン１３７により室内熱交換器１３５を介して室内空気を循環させることにより室内を冷房する。

このような空気調和システム１２０に採用しても、上述の実施形態と同様な効果を得ることができる。

上述の実施形態では、タイマーオーバーが生じた除霜運転の次に実行される除霜運転の開始温度は、タイマーオーバーが生じた除霜運転の開始温度よりも高くなるように設定されているが、開始温度を変更しなくてもよい。この場合、第４除霜開始条件を記憶していなくてもよいし、フラグもセットする必要がなくなり、制御が簡易になる。

第２及び／又は第３除霜開始条件と第４除霜開始条件とには、加熱運転処理における積算運転時間が除霜開始条件として含まれていてもよい。この場合、第４除霜開始条件の積算運転時間は第２及び／又は第３除霜開始条件の積算運転時間よりも短く設定されていることが好ましい。これにおいても、タイマーオーバーが生じた除霜運転の次に実行される除霜運転の方が、タイマーオーバーが生じた除霜運転より開始されやすくなる。このため、霜を完全に溶かしやすくなる。

上述の実施形態では、ＨＥＭＳコントローラ１５からの上限値設定信号及び上限値解除信号を受信することで、通常モードと上限値設定モードとの切り換えを行っていた。しかしそれに限定されず、ヒートポンプユニット３０に付属する図示しない電力計またはリモコンからの信号により制御装置２１が制御モードを切り換えてもよい。タンクユニット４０の給湯タンク４２からの信号、またはタンクユニット４０に代えてエアコンを用いる場合は室内機からの信号により制御モードを切り換えてもよい。また、これらの切り換え制御は以下の切り換え制御と組み合わせてもよい。

また、ヒートポンプユニット３０自身が判断して切り換えてもよい。例えば、ヒートポンプユニット３０の制御装置２１に内蔵されたカレンダー機能、または時計などに予めプログラムされた条件が成立することで制御モードを切り換えてもよい。同様に、外気温度、使用状況または電流値により制御モードを切り換えてもよい。

ＨＥＭＳコントローラ１５の代わりに、ＢＥＭＳコントローラ、ＭＥＭＳコントローラ等を採用してもよい。

上限値設定モードは、ヒートポンプユニット３０の使用電力に上限値を設けて運転するモードに限定されず、ヒートポンプユニット３０の使用電流又は使用皮相電力に上限値を設けて運転するモードであってもよい。電流又は皮相電力は、電力よりも、検知が容易であり、安価なセンサで検知が可能である。

本発明を利用すれば、上限値設定モードにおいて除霜運転が実行されても、霜を完全に溶かしやすくすることができる。

１２ インターネット
１３ 電力制限システム
１５ ＨＥＭＳコントローラ
３０，１２０ヒートポンプユニット（ヒートポンプシステム）
３１ 圧縮機
３２ 室外熱交換器（熱源側熱交換器）
３３ 膨張弁（減圧手段）
３６ 温度センサ（温度検知手段）
３８ 冷媒回路
３９ 給湯用熱交換器（利用側熱交換器）

Claims (6)

1. 圧縮機と、熱源側熱交換器と、減圧手段と、利用側熱交換器とを有する冷媒回路と、
   前記熱源側熱交換器の温度を検知する温度検知手段とを備えたヒートポンプシステムであって、
   通常モードと、前記ヒートポンプシステムの使用電力、使用電流又は使用皮相電力に上限値を設けて運転する上限値設定モードとで運転可能であり、
   前記利用側熱交換器を凝縮器、前記熱源側熱交換器を蒸発器として作用させる加熱運転と、前記熱源側熱交換器に付着した霜を除去する除霜運転とを実行可能であり、
   前記温度検知手段が検知した温度が所定の開始温度以下であるときに前記除霜運転が実行され、
   前記上限値設定モードは、第１上限値設定モードと、前記第１上限値設定モードよりも前記上限値が低い第２上限値設定モードとを含み、
   前記上限値設定モードにおける前記開始温度が、前記通常モードにおける前記開始温度よりも高く設定されており、
   前記第２上限値設定モードにおける前記開始温度が、前記第１上限値設定モードにおける前記開始温度よりも高く設定されていることを特徴とするヒートポンプシステム。
2. 前記除霜運転は、前記加熱運転と同方向に冷媒を流動させる正サイクルで実行されることを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプシステム。
3. 所定時間経過して終了するタイマーオーバーが生じた前記除霜運転の次に実行される前記除霜運転の前記開始温度は、前記タイマーオーバーが生じた前記除霜運転の前記開始温度よりも高くなるように設定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のヒートポンプシステム。
4. 前記第２上限値設定モードにおいて開始された前記除霜運転は、前記第１上限値設定モードにおいて開始された前記除霜運転よりも、前記圧縮機の周波数が低いことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のヒートポンプシステム。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のヒートポンプシステムと、
   前記ヒートポンプシステムに接続され、使用電力、使用電流又は使用皮相電力を管理するＨＥＭＳコントローラとを備え、
   制御モードが、前記ＨＥＭＳコントローラから前記ヒートポンプシステムへの信号により、前記通常モードから前記上限値設定モードに切り換わることを特徴とする電力制限システム。
6. 前記ＨＥＭＳコントローラがインターネットに接続され、
   前記ＨＥＭＳコントローラから前記ヒートポンプシステムへの信号は、前記インターネットを介して受信した外部信号に基づいて変更されることを特徴とする請求項５に記載の電力制限システム。

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