(57)【要約】【課題】除霜運転時間の短縮を図ることができるヒートポンプ式給湯装置を提供する。【解決手段】本発明の一形態に係るヒートポンプ式給湯装置は、冷媒回路と、流量制御部と、圧力検出部とを備える。流量制御部は、第１膨張弁及び第２膨張弁をそれぞれ所定の開度に維持する給湯運転モードと、空気熱交換器を除霜する除霜運転モードと、を有する。前記流量制御部は、前記除霜運転モードにおいて、前記第１膨張弁を第１の開度に維持し、かつ、前記第２膨張弁を全閉にする第１の運転手順と、前記圧力検出部の出力に基づいて取得される冷媒の圧力が前記第１の運転手順によって第１の圧力に達したときに、前記第２膨張弁を全閉としたままの状態で前記第１膨張弁の開度を前記第１の開度よりも大きい第２の開度に変化させる第２の運転手順と、を実行する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機から吐出された冷媒と水を熱交換させる第１水熱交換器と、前記第１水熱交換器と並列に接続され前記圧縮機から吐出された冷媒と水を熱交換させる第２水熱交換器と、前記第１水熱交換器及び前記第２水熱交換器から流出した冷媒と外気を熱交換させる空気熱交換器と、を有する冷媒回路と、
前記第１水熱交換器の出口と前記空気熱交換器の入口との間に設けられる第１膨張弁と、前記第２水熱交換器の出口と前記空気熱交換器の入口との間に設けられる第２膨張弁と、前記第１膨張弁の開度及び前記第２膨張弁の開度をそれぞれ制御するコントローラと、を有する流量制御部と、
前記圧縮機から前記第１水熱交換器及び前記第２水熱交換器へ流入する冷媒の圧力を検出する圧力検出部と、
を備え、
前記流量制御部は、前記第１膨張弁及び前記第２膨張弁をそれぞれ所定の開度に維持する給湯運転モードと、前記空気熱交換器を除霜する除霜運転モードと、を有し、
前記流量制御部は、前記除霜運転モードにおいて、
前記第１膨張弁を第１の開度に維持し、かつ、前記第２膨張弁を全閉にする第１の運転手順と、
前記圧力検出部の出力に基づいて取得される冷媒の圧力が前記第１の運転手順によって第１の圧力に達したときに、前記第２膨張弁を全閉としたままの状態で前記第１膨張弁の開度を前記第１の開度よりも大きい第２の開度に変化させる第２の運転手順と、を実行する
ヒートポンプ式給湯装置。
【請求項２】
請求項１に記載のヒートポンプ式給湯装置であって、
前記流量制御部は、前記第２の運転手順において、前記第１膨張弁を前記第１の開度から前記第２の開度へ徐々に変化させる
ヒートポンプ式給湯装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のヒートポンプ式給湯装置であって、
前記第２の開度は、前記第１膨張弁の全開の開度である
ヒートポンプ式給湯装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１つに記載のヒートポンプ式給湯装置であって、
前記流量制御部は、前記圧力検出部の出力に基づいて取得される冷媒の圧力が前記第２の運転手順によって第２の圧力にまで低下したときに、前記第２膨張弁を開く第３の運転手順をさらに実行する
ヒートポンプ式給湯装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１つに記載のヒートポンプ式給湯装置であって、
前記冷媒回路は、前記第１水熱交換器及び前記第２水熱交換器から流出する冷媒と前記空気熱交換器から流出する冷媒を熱交換させる内部熱交換器をさらに有する
ヒートポンプ式給湯装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、除霜運転モードを有するヒートポンプ式給湯装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、ヒートポンプ式給湯装置は、圧縮機と、放熱器としての水熱交換器と、蒸発器としての空気熱交換器とを有する冷媒回路を備え、圧縮機で圧縮された高温高圧の冷媒を水熱交換器で水と熱交換させて、冷媒の放熱する熱により水を加熱する。この種のヒートポンプ式給湯装置としては、通常の給湯運転モードだけでなく、空気熱交換器の除霜運転モードを有するものが知られている。
【０００３】
例えば特許文献１には、圧縮機、放熱器、第１減圧機構（膨張弁）、蒸発器、第２減圧機構（膨張弁）を順に環状に接続した冷媒サイクルを備え、通常運転時は、蒸発器下流側の第２減圧機構を全開にして蒸発器上流側の第１減圧機構で冷媒を減圧し、除霜運転時は第１減圧機構を全開にして第２減圧機構で冷媒を減圧する冷凍サイクル装置が開示されている。これにより、除霜運転時において蒸発器を流れる冷媒の温度を高くできるため、除霜運転時間を短縮できるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−７８２８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の技術では、除霜運転時において第１減圧機構を全開にして冷媒の減圧量を最小にするため、第２減圧機構の上流側（蒸発器側）の方が第２減圧機構の下流側（圧縮機側）よりも液冷媒の割合が高くなり、放熱器に冷媒が滞留して、冷媒回路の冷媒循環量が減少しやくなる。冷媒循環量の減少は、冷凍サイクルにおける低圧側の圧力の低下をもたらすため、高圧側の圧力も低下する。その結果、除霜運転時に蒸発器を流れる冷媒の温度も下がるため、除霜運転時間の短縮効果が弱いという問題がある。
【０００６】
さらに特許文献１に記載の技術では、蒸発器の下流側に第２減圧機構が設けられているため、通常運転時での低圧側の圧損が大きくなる。一方、当該低圧側の圧損を低減するために弁口径の大きな膨張弁を採用すると、膨張弁の大型化によるコストアップと制御性（応答性）の悪化という別の問題を招く。
【０００７】
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、除霜運転時間の短縮を図ることができるヒートポンプ式給湯装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一形態に係るヒートポンプ式給湯装置は、冷媒回路と、流量制御部と、圧力検出部とを備える。
前記冷媒回路は、冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機から吐出された冷媒と水を熱交換させる第１水熱交換器と、前記第１水熱交換器と並列に接続され前記圧縮機から吐出された冷媒と水を熱交換させる第２水熱交換器と、前記第１水熱交換器及び前記第２水熱交換器から流出した冷媒と外気を熱交換させる空気熱交換器と、を有する。
前記流量制御部は、前記第１水熱交換器の出口と前記空気熱交換器の入口との間に設けられる第１膨張弁と、前記第２水熱交換器の出口と前記空気熱交換器の入口との間に設けられる第２膨張弁と、前記第１膨張弁の開度及び前記第２膨張弁の開度をそれぞれ制御するコントローラと、を有する。
前記圧力検出部は、前記圧縮機から前記第１水熱交換器及び前記第２水熱交換器へ流入する冷媒の圧力を検出する。
前記流量制御部は、前記第１膨張弁及び前記第２膨張弁をそれぞれ所定の開度に維持する給湯運転モードと、前記空気熱交換器を除霜する除霜運転モードと、を有する。
前記流量制御部は、前記除霜運転モードにおいて、
前記第１膨張弁を第１の開度に維持し、かつ、前記第２膨張弁を全閉にする第１の運転手順と、
前記圧力検出部の出力に基づいて取得される冷媒の圧力が前記第１の運転手順によって第１の圧力に達したときに、前記第２膨張弁を閉弁させた状態で前記第１膨張弁の開度を前記第１の開度よりも大きい第２の開度に変化させる第２の運転手順と、を実行する。
【０００９】
前記流量制御部は、前記第２の運転手順において、前記第１膨張弁を前記第１の開度から前記第２の開度へ徐々に変化させてもよい。
【００１０】
前記第２の開度は、前記第１膨張弁の全開の開度であってもよい。
【００１１】
前記流量制御部は、前記圧力検出部の出力に基づいて取得される冷媒の圧力が前記第２の運転手順によって第２の圧力にまで低下したときに、前記第２流量制御弁を開く第３の運転手順をさらに実行してもよい。
【００１２】
前記冷媒回路は、前記第１水熱交換器及び前記第２水熱交換器から流出する冷媒と前記空気熱交換器から流出する冷媒を熱交換させる内部熱交換器をさらに有してもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、除霜運転時間の短縮を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係るヒートポンプ式給湯装置を示す系統図である。
【図２】上記ヒートポンプ式給湯装置の除霜運転モードにおける処理手順を示すフローチャートである。
【図３】上記除霜運転モードにおける冷媒の圧力の時間変化並びに第１膨張弁及び第２膨張弁の開度の時間変化を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
【００１６】
図１は、本発明の一実施形態に係るヒートポンプ式給湯装置１００を示す系統図である。
【００１７】
［全体構成］
本実施形態のヒートポンプ式給湯装置１００は、冷媒回路１１０と、給湯回路５００とを備える。冷媒回路１１０は、圧縮機１１と、第１水熱交換器１２ａと、第２水熱交換器１２ｂと、内部熱交換器１３と、空気熱交換器１４とを有する。
ヒートポンプ式給湯装置１００はさらに、流量制御部１５と、圧力検出部１６と、温度検出部１７と、外気温度検出部１８とを備える。
【００１８】
圧縮機１１は、低温低圧の冷媒を圧縮して高温高圧の冷媒を吐出する。圧縮機１１から吐出された高温高圧の冷媒は、配管９１を介して第１水熱交換器１２ａ及び第２水熱交換器１２ｂへ供給される。
【００１９】
冷媒の種類は特に限定されず、本実施形態では、自然冷媒である二酸化炭素が用いられるが、これに限られず、フロン系の冷媒（Ｒ４１０Ａ、Ｒ３２など）が採用されてもよい。圧縮機１１の種類も特に限定されず、例えば、インバータにより回転数が制御される図示しないモータによって駆動される能力可変の圧縮機が採用される。
【００２０】
第１水熱交換器１２ａ及び第２水熱交換器１２ｂは、圧縮機１１から吐出された高温高圧の冷媒と、給湯回路５００を循環する水（水道水などの市水）とを熱交換させる放熱器である。第１水熱交換器１２ａ及び第２水熱交換器１２ｂは、冷媒回路１１０と給湯回路５００で共用される。
【００２１】
第１水熱交換器１２ａ及び第２水熱交換器１２ｂはそれぞれ同一の容量を有し、典型的には、冷媒回路１１０において必要とされる冷媒の加熱能力を備えた一台の放熱器を２つに分割したものに相当する。一方の第１水熱交換器１２ａは、配管９１から分岐する一方の分岐配管９１ａを介して圧縮機１１の吐出口に接続され、他方の第２水熱交換器１２ｂは、配管９１から分岐する他方の分岐配管９１ｂを介して、第１水熱交換器１２ａとは並列に圧縮機１１の吐出口に接続される。
【００２２】
給湯回路５００は、貯湯タンク５０１と、貯湯タンク５０１へ市水を導入する水道管５０２と、貯湯タンク５０１と第１水熱交換器１２ａ及び第２水熱交換器１２ｂとの間で水を循環させるポンプＰを含む水循環回路５０３と、貯湯タンク５０１内の温水を外部へ供給する給湯管５０４とを有する。
【００２３】
第１水熱交換器１２ａ及び第２水熱交換器１２ｂは、水と冷媒の間の熱交換ができる、例えばプレート型熱交換器、二重管式熱交換器や多管式熱交換器などの種々の型式の熱交換器が採用できる。第１水熱交換器１２ａ及び第２水熱交換器１２ｂにおいて水と熱交換した冷媒は、それぞれ配管９２ａ及び配管９２ｂを介して内部熱交換器１３へ供給される。
【００２４】
内部熱交換器１３は、第１水熱交換器１２ａ及び第２水熱交換器１２ｂから流出する冷媒と空気熱交換器１４から流出する冷媒を熱交換させる。これにより圧縮機１１に流入される冷媒の温度が上昇するため、第１水熱交換器１２ａ及び第２水熱交換器１２ｂに流入する冷媒の温度も上昇することになる。本実施形態において内部熱交換器１３は、第１内部熱交換器１３ａと第２内部熱交換器１３ｂの２分割構造を有する。第１内部熱交換器１３ａは、配管９２ａを介して第１水熱交換器１２ａと接続され、第２内部熱交換器１３ｂは、配管９２ｂを介して第２水熱交換器１２ｂと接続される。
【００２５】
第１内部熱交換器１３ａは第１水熱交換器１２ａから空気熱交換器１４へ供給される冷媒（高圧冷媒）が通る高圧配管と、空気熱交換器１４から圧縮機１１へ供給される冷媒（低圧冷媒）が通る低圧配管とを有する。また、第２内部熱交換器１３ｂは第２水熱交換器１２ｂから空気熱交換器１４へ供給される冷媒（高圧冷媒）が通る高圧配管と、空気熱交換器１４から圧縮機１１へ供給される冷媒（低圧冷媒）が通る低圧配管とを有する。そして、第１内部熱交換器１３ａ及び第２内部熱交換器１３ｂはそれぞれ、上記高圧冷媒と上記低圧冷媒とを熱交換させる。第１内部熱交換器１３ａ及び第２内部熱交換器１３ｂは、上記高圧冷媒と低圧冷媒の間の熱交換ができる、例えばプレート型熱交換器、二重管式熱交換器や多管式熱交換器などの種々の型式の熱交換器が採用できる。
【００２６】
なお、内部熱交換器１３は、第１内部熱交換器１３ａ及び第２内部熱交換器１３ｂの２つの熱交換器である場合に限られず、２つの熱交換器が一体となった１つの熱交換器であってもよい。第１内部熱交換器１３ａと第２内部熱交換器１３ｂは典型的には並列に接続される。また、内部熱交換器１３は、必要に応じて省略されてもよい。
【００２７】
空気熱交換器１４から流出した冷媒（低圧冷媒）と第１内部熱交換器１３ａで熱交換した冷媒（高圧冷媒）は流量制御部１５における第１膨張弁１５ａを介して、空気熱交換器１４から流出した冷媒（低圧冷媒）と第２内部熱交換器１３ｂで熱交換した冷媒（高圧冷媒）は流量制御部１５における第２膨張弁１５ｂを介して、それぞれ空気熱交換器１４へ供給される。
【００２８】
第１膨張弁１５ａ及び第２膨張弁１５ｂはそれぞれ、開度を制御できる電子膨張弁である。第１膨張弁１５ａは、配管９３ａを介して第１内部熱交換器１３ａと接続され、配管９４ａを介して空気熱交換器１４と接続される。第２膨張弁１５ｂは、配管９３ｂを介して第２内部熱交換器１３ｂと接続され、配管９４ｂを介して空気熱交換器１４と接続される。配管９４ａと配管９４ｂは、空気熱交換器１４の入口に一端が接続される配管９４の分岐配管であり、配管９４ａと配管９４ｂを流れる冷媒は、配管９４で合流して空気熱交換器１４へ流入する。
【００２９】
第１膨張弁１５ａ及び第２膨張弁１５ｂは、内部熱交換器１３から流出した冷媒を減圧する減圧手段としての機能と、内部熱交換器１３から空気熱交換器１４へ流出する冷媒の流量を調整する流量調整手段としての機能を有する。第１膨張弁１５ａ及び第２膨張弁１５ｂを含む流量制御部１５の詳細については、後述する。
【００３０】
空気熱交換器１４は、第１流量制御弁１５ａ及び第２流量制御弁１５ｂから流出した冷媒と外気を熱交換させる蒸発器である。空気熱交換器１４は、典型的には、室外に設置される。空気熱交換器１４の種類は特に限定されず、例えば空気と冷媒の間の熱交換ができるパラレルフロー型熱交換器、フィンチューブ型熱交換器、プレートフィン型熱交換器などの種々の型式の熱交換器が採用できる。空気熱交換器１４の近傍には送風用のファン１４Ｆが配置される。
【００３１】
空気熱交換器１４において外気と熱交換した冷媒は、配管９５を介して第１内部熱交換器１３ａ及び第２内部熱交換器１３ｂへ供給される。一方の第１内部熱交換器１３ａは、配管９５から分岐する一方の分岐配管９５ａを介して空気熱交換器１４の出口に接続され、他方の第２内部熱交換器１３ｂは、配管９５から分岐する他方の分岐配管９５ｂを介して、第１内部熱交換器１３ａとは並列に空気熱交換器１４の出口に接続される。
【００３２】
第１内部熱交換器１３ａにおいて第１水熱交換器１２ａから流出した冷媒（高圧冷媒）と熱交換した冷媒（低圧冷媒）は、配管９６ａを介して圧縮機１１へ戻される。第２内部熱交換器１３ｂにおいて第２水熱交換器１２ｂから流出した冷媒と熱交換した冷媒は、配管９６ｂを介して圧縮機１１へ戻される。配管９６ａと配管９６ｂは、圧縮機１１の吸込口に一端が接続される配管９６の分岐配管であり、配管９６ａと配管９６ｂを流れる冷媒は、配管９６で合流して圧縮機１１へ戻される。
【００３３】
圧力検出部１６は、配管９１に取り付けられ、圧縮機１１から第１水熱交換器１２ａ及び第２水熱交換器１２ｂへ流入する冷媒の圧力を検出する圧力センサである。圧力センサの種類は特に限定されず、拡散式、静電容量式などの各種のセンサを採用できる。圧力検出部１６は、例えば、配管９２ａ上において第１水熱交換器１２ａの出口圧力を検出するセンサ、あるいは、配管９４上において空気熱交換器１４の入口圧力を検出するセンサなどであってもよい。
【００３４】
温度検出部１７は、配管９４に取り付けられ、空気熱交換器１４へ流入する冷媒の温度を検出する温度センサである。温度検出部１７は、配管９４に取り付けられる場合に限られず、空気熱交換器１４や配管９５に取り付けられてもよい。
【００３５】
外気温度検出部１８は、空気熱交換器１４が収容される図示しない筐体内部に外気を取り込むための吸込口の近傍に取り付けられ、当該筐体内へ流入する外気の温度を検出する。
【００３６】
［流量制御部］
続いて、流量制御部１５の詳細について説明する。流量制御部１５は、第１流量制御弁１５ａと、第２流量制御弁１５ｂと、コントローラ１５ｃとを有する。
【００３７】
上述のように、第１膨張弁１５ａは、第１水熱交換器１２ａの出口（本実施形態では第１内部熱交換器１３ａの出口）と空気熱交換器１４の入口との間に設けられ、第２膨張弁１５ｂは、第２水熱交換器１２ｂの出口（本実施形態では第２内部熱交換器１３ｂの出口）と空気熱交換器１４の入口との間に設けられる。
【００３８】
第１流量制御弁１５ａ及び第２流量制御弁１５ｂは、上述のように、開度を制御できる電子膨張弁である。本実施形態では、放熱器としての水熱交換器が第１水熱交換器１２ａと第２水熱交換器１２ｂの２つに分割されているため、第１流量制御弁１５ａ及び第２流量制御弁１５ｂには、第１水熱交換器１２ａ及び第２水熱交換器１２ｂの容量に見合う比較的小さな弁口径の電子膨張弁が採用される。これにより、より細かな制御を行えるため制御性が高まるとともに、応答性も高まる。
【００３９】
コントローラ１５ｃは、ＣＰＵとメモリ等を含むマイクロコンピュータであり、第１膨張弁１５ａの開度及び第２膨張弁１５ｂの開度をそれぞれ制御する制御装置である。コントローラ１５ｃは、圧力検出部１６、温度検出部１７及び外気温度検出部１８の出力に基づいて、第１膨張弁１５ａ及び第２膨張弁１５ｂの開度を制御する。コントローラ１５ｃは、第１膨張弁１５ａ及び第２膨張弁１５ｂだけでなく、冷媒回路１１０及び給湯回路５００を含むヒートポンプ式給湯装置１００全体の動作を統括的に制御する制御装置であってもよい。
【００４０】
流量制御部１５は、給湯回路５００を循環する水を加熱する通常運転である給湯運転モードと、空気熱交換器１４を除霜する除霜運転モードとを有する。コントローラ１５ｃは、流量制御部１５の運転モードに応じて、第１流量制御弁１５ａ及び第２流量制御弁１５ｂの開度を個々に制御する。
【００４１】
［ヒートポンプ式給湯装置の動作］
続いて、流量制御部１５の詳細について、ヒートポンプ式給湯装置１００の動作とともに説明する。
【００４２】
（給湯運転モード）
【００４３】
コントローラ１５ｃは、通常運転モードでは、第１膨張弁１５ａ及び第２膨張弁１５ｂをそれぞれ所定の開度に維持する。所定の開度とは、第１水熱交換器１２ａ及び第２水熱交換器１２ｂから流出する高温高圧の冷媒を適切な低温低圧冷媒にする開度であって、例えば、圧縮機１１の吐出温度に応じて制御される。給湯運転モードにおける第１膨張弁１５ａ及び第２膨張弁１５ｂの開度は、第１水熱交換器１２ａ及び第２水熱交換器１２ｂの容量が同一の場合、典型的には、同一の開度である。
【００４４】
圧縮機１１から吐出された高温高圧の冷媒は、第１水熱交換器１２ａ及び第２水熱交換器１２ｂへ流入し、貯湯タンク５０１からポンプＰによって送出された水と熱交換して放熱する。貯湯タンク５０１内の水は、第１水熱交換器１２ａ及び第２水熱交換器１２ｂにおいて冷媒と熱交換をして加熱され、所定温度の温水となる。
【００４５】
第１水熱交換器１２ａから流出した高温高圧の冷媒は第１内部熱交換器１３ａへ、第２水熱交換器１２ｂから流出した高温高圧の冷媒は第２内部熱交換器１３ｂへそれぞれ流入し、空気熱交換器１４から流出した低温低圧の冷媒と熱交換する。第１内部熱交換器１３ａから流出した冷媒は第１流量制御弁１５ａで、第２内部熱交換器１３ｂから流出した冷媒は第２流量制御弁１５ｂでそれぞれ減圧されて空気熱交換器１４へ流入し、外気と熱交換する。空気熱交換器１４から流出した低圧の冷媒は、第１内部熱交換器１３ａ及び第２内部熱交換器１３ｂを介して圧縮機１１へ戻る。
【００４６】
通常、第１水熱交換器１２ａ及び第２水熱交換器１２ｂから流出する冷媒の温度は、空気熱交換器１４から流出する冷媒の温度よりも高い。このため、第１水熱交換器１２ａ及び第２水熱交換器１２ｂから流出する高圧冷媒は、空気熱交換器１４から流出する低圧冷媒により冷却され、上記低圧冷媒は、上記高圧冷媒により加熱される。これにより、内部熱交換器１３を経由しない場合と比較して、第１水熱交換器１２ａから第１流量制御弁１５ａへ、第２水熱交換器１２ｂから第２流量制御弁１５ｂへ供給されるそれぞれの冷媒の比エンタルピーは小さくなり、空気熱交換器１４から圧縮機１１へ供給される冷媒の比エンタルピーは大きくなる。その結果、圧縮機１１から吐出される冷媒の温度が高まるため、第１水熱交換器１２ａ及び第２水熱交換器１２ｂにおける水の加熱能力が向上する。
【００４７】
（除霜運転モード）
除霜運転モードは、空気熱交換器１４に付着した霜や氷を除去するための運転モードであり、圧縮機１１から吐出された高温高圧の冷媒を空気熱交換器１４へ流入させて空気熱交換器１４に付着した霜や氷を融解させる。これにより、着霜あるいは着氷による空気熱交換器１４の熱交換能力の低下を防止する。
【００４８】
図２は、コントローラ１５ｃにおいて実行される除霜運転モードの処理手順の一例を示すフローチャートである。図３は、除霜運転モードにおける冷媒の圧力の時間変化並びに第１膨張弁１５ａ及び第２膨張弁１５ｂの開度の時間変化を示す図であって、（Ａ）は、高圧側である配管９１を流れる圧縮機１１からの吐出冷媒の圧力、（Ｂ）は、低圧側である配管９４を流れる空気熱交換器１４への流入冷媒の圧力、そして（Ｃ）は、第１膨張弁１５ａ及び第２膨張弁１５ｂの開度の時間変化を示している。
【００４９】
ここで、図３（Ａ）に示す圧力の時間変化は、圧力検出部１６で取得される冷媒の圧力の時間変化に相当する。図３（Ｂ）に示す圧力の時間変化は、空気熱交換器１４に流れ込む低圧冷媒の圧力の時間変化に相当する。
【００５０】
図２に示すように、除霜運転モードは、第１の運転手順（運転I）と、第２の運転手順（運転II）と、第３の運転手順（運転III）とを有する。
【００５１】
≪第１の運転手順≫
第１の運転手順は、除霜運転の予備運転に相当し、図３の運転Iに対応する。コントローラ１５ｃは、所定の除霜運転開始条件が成立したか否かを判断する（ＳＴ１０１）。ここで、所定の除霜運転開始条件は特に限定されず、例えば、温度検出部１７で検出される配管温度が所定の温度（例えば−１５℃）を下回ったとき、又は、空気熱交換器１４の温度が０℃以下であり且つその温度が外気温度より１０℃以上低い状態が１０分以上継続したとき、にコントローラ１５ｃは除霜運転開始条件が成立したと判定する。
【００５２】
コントローラ１５ｃは、所定の除霜運転開始条件が成立したと判断したとき（ＳＴ１０１−Ｙｅｓ）、圧力検出部１６で圧力（高圧）の初期値を検出して記憶するとともに、図示しないタイマーを起動して除霜運転の運転時間の計時を開始する（ＳＴ１０２）。また、コントローラ１５ｃは、ＳＴ１０１で所定の除霜運転開始条件が成立していないと判断したとき（ＳＴ１０１−Ｎｏ）、ＳＴ１０１に処理を戻す。
【００５３】
次に、コントローラ１５ｃは、第１膨張弁１５ａを第１の開度に維持し、かつ、第２膨張弁１５ｂを全閉にする（ＳＴ１０３）。
【００５４】
第１の開度は特に限定されず、本実施形態では除霜運転モードの開始直前における開度である。この開度は、除霜運転開始前の給湯運転モードでの第１膨張弁１５ａの開度に相当する。これにより、第１の運転手順を速やかに実行することができる。本実施形態の給湯運転モードでは、第１水熱交換器１２ａと第２水熱交換器１２ｂに等しい熱交換能力を発揮させるため、第１膨張弁１５ａの開度と第２膨張弁１５ｂの開度は同じ開度とされている。なお以下の説明では、第１膨張弁１５ａ及び第２膨張弁１５ｂの全開状態を開度１００％としたとき、第１の開度を５０％とする。
【００５５】
第１の運転手順では、第２流量制御弁１５ｂが全閉に切り替えられるため、第１水熱交換器１２ａに流れる冷媒の流量が増加する。第１膨張弁１５ａの開度は給湯運転モードでの開度に維持されているため、配管９１を流れる圧縮機１１から吐出冷媒の圧力は徐々に上昇し（図３（Ａ）参照）、圧力の上昇とともに温度も上昇する。一方、配管９４を流れ空気熱交換器１４へ流入する冷媒の圧力は、第１膨張弁１５ａでの圧力降下により、徐々に低下する（図３（Ｂ）参照）。
【００５６】
第１の運転手順は、除霜運転開始前の準備運転であり、このため本実施形態では、コントローラ１５ｃは除霜運転モードの開始時に給湯回路５００のポンプＰの駆動を停止させて、第１水熱交換器１２ａにおける水と冷媒の熱交換を行わないようにする。これにより、第１水熱交換器１２ａによる冷媒の放熱が抑えられるため、冷媒の圧力が速やかに上昇する。
【００５７】
コントローラ１５ｃは、圧力検出部１６の出力に基づいて取得される冷媒の圧力が第１の運転手順によって第１の圧力に達したか否かを判断する（ＳＴ１０４）。コントローラ１５ｃは、冷媒の圧力が第１の圧力に達したと判断したとき（ＳＴ１０４−Ｙｅｓ）、ＳＴ１０５に処理を進める。また、コントローラ１５ｃは、ＳＴ１０４の処理で冷媒の圧力が第１の圧力に達していないと判断したとき（ＳＴ１０４−Ｎｏ）、ＳＴ１０４に処理を戻す。
【００５８】
≪第２の運転手順≫
第２の運転手順は、図３の運転IIに対応する。コントローラ１５ｃは、圧力検出部１６の出力に基づいて取得される冷媒の圧力が第１の運転手順によって第１の圧力に達したと判断したとき（ＳＴ１０４−Ｙｅｓ）、それに続く第２の運転手順で、第２膨張弁１５ｂの開度を全閉としたまま第１膨張弁１５ａの開度を上記第１の開度よりも大きい第２の開度に徐々に変化させる（開いていく）（ＳＴ１０５）。
【００５９】
圧力検出部１６の出力に基づいて取得される冷媒の圧力は、第１水熱交換器１２ａを流れる冷媒の圧力に相当する。第１の圧力は、空気熱交換器１４の除霜運転を行うのに十分な冷媒の温度が得られる圧力であれば特に限定されず、典型的には、除霜運転開始直前で得られる圧力よりも高く、本実施形態では圧力検出部１６の出力に基づいて取得される冷媒の圧力の最大値（最大圧力）とする（図３（Ａ），（Ｃ））。冷媒の圧力が高くなると温度も高くなる。これにより、最高温度の冷媒で空気熱交換器１４の除霜を開始できる。なお、冷媒の圧力の最大値には、例えば、ＳＴ１０３の処理とともに圧力検出部１６により冷媒の圧力変化を監視し、圧力が上昇した後に変化が安定したときの圧力を用いればよい。
【００６０】
第２の開度は、上記第１の開度よりも大きい開度であれば特に限定されず、本実施形態では、第２の開度を第１膨張弁１５ａの全開の開度とする。これにより、第１の圧力にまで上昇した冷媒を空気熱交換器１４へ供給できるので、除霜効率の向上が図れる。
【００６１】
第１の開度から第２の開度への変化は連続的に行ってもよいし、複数回に分けて段階的に行ってもよい。いずれにしても、空気熱交換器１４へ流入する冷媒の流量を徐々に増やすようにすることで、高圧を維持しながら空気熱交換器１４を効率よく除霜できる。
【００６２】
第１膨張弁１５ａの開度が大きくなるに従い、第１膨張弁１５ａの上流側（高圧側）の冷媒の圧力（第１水熱交換器１２ａを流れる冷媒の圧力）は、図３（Ａ）に示すように徐々に低下する。一方、第１膨張弁１５ａの下流側（低圧側）の冷媒の圧力（空気熱交換器１４へ流入する冷媒の圧力）は、図３（Ｂ）に示すように徐々に上昇し、最大値に達した後に低下する。図３（Ａ），（Ｂ）において予備運転に相当する上記の第１の運転手順（運転I）によって圧力を上昇させた結果生じるハッチングで示す領域の熱量が、空気熱交換器１４の除霜時間の短縮に貢献する。
【００６３】
なお、コントローラ１５ｃは、除霜運転モードの開始時において空気熱交換器１４へ送風するファン１４Ｆの駆動を停止させる処理を実行する。これにより、空気熱交換器１４へ流入する冷媒の圧力（及び温度）の低下を抑制し、除霜作用を発揮できる状態を維持することができる。
【００６４】
続いて、コントローラ１５ｃは、圧力検出部１６の出力に基づいて取得される冷媒の圧力が第２の運転手順によって第２の圧力にまで低下したか否かを判断する（ＳＴ１０６）。コントローラ１５ｃは、冷媒の圧力が第２の圧力にまで低下したと判断したとき（ＳＴ１０６−Ｙｅｓ）、ＳＴ１０８に処理を進める。
【００６５】
また、コントローラ１５ｃは、ＳＴ１０６の処理で冷媒の圧力が第２の圧力に達していないと判断したとき（ＳＴ１０６−Ｎｏ）、除霜運転終了条件が成立したか否かを判断する（ＳＴ１０７）。ここで除霜運転終了条件は、例えば、温度検出部１７で検出される配管９４の温度が上記の所定の温度（例えば１０℃）を上回ったか否か、又は、ＳＴ１０２で計時を開始した除霜運転の時間が所定の時間（例えば１５分）を超えたか否かである。
【００６６】
コントローラ１５ｃは、ＳＴ１０７の処理で温度検出部１７で検出される配管９４の温度が上記所定の温度を上回ったことを検出、又は、除霜運転の時間が所定の時間を超えたことを計時したとき、除霜運転終了条件が成立したと判断し（ＳＴ１０７−Ｙｅｓ）、第１膨張弁１５ａの開度及び第２膨張弁１５ｂの開度をそれぞれ給湯運転モードの実行できる開度に制御し、流量制御部１５が除霜運転モードから通常の給湯運転モードに復帰する（ＳＴ１１０）。また、ＳＴ１０７の処理で除霜運転終了条件が成立していない判断したとき（ＳＴ１０７−Ｎｏ）、ＳＴ１０５に処理を戻す。
【００６７】
≪第３の運転手順≫
第３の運転手順は、図３の運転IIIに対応する。コントローラ１５ｃは、第２の運転手順で冷媒の圧力が第２の圧力にまで低下したと判断したとき（ＳＴ１０６−Ｙｅｓ）、それに続く第３の運転手順で、第２膨張弁１５ｂの開度を全閉から全開まで徐々に変化させる（開いていく）（ＳＴ１０８）。
【００６８】
第２の圧力は、典型的には第１の圧力よりも低い圧力であり、本実施形態では第１の運転手順を実行する直前の冷媒の圧力、すなわち除霜運転モードの開始時における圧力の初期値とする（図３（Ａ），（Ｃ））。これにより、冷媒の循環量の減少を防ぎつつ、第２水熱交換器１２ｂ内の高圧の冷媒を用いて空気熱交換器１４の除霜を継続できる。
【００６９】
また、コントローラ１５ｃがＳＴ１０８の処理を実行するとき、第１膨張弁１５ａの開度は全開であってもよいし、全開になる前の段階であってもよい。第２膨張弁１５ｂが開かれ、第２水熱交換器１２ｂ内の高圧冷媒が空気熱交換器１４へ流入することにより、空気熱交換器１４の除霜作用が継続する。さらに、冷媒回路１１０における冷媒循環量の低下が抑えられるため、空気熱交換器１４を流れる冷媒の温度の低下を防止して除霜時間を短縮できる。
【００７０】
コントローラ１５ｃは、ＳＴ１０８の処理に続いて、除霜運転終了条件が成立したか否かを判断する（ＳＴ１０９）。この除霜運転終了条件は、ＳＴ１０７で判断に用いた条件と同一でよい。コントローラ１５ｃは、除霜運転終了条件が成立したと判断したとき（ＳＴ１０９−Ｙｅｓ）、ＳＴ１１０に処理を進める。また、除霜運転終了条件が成立していないと判断したとき（ＳＴ１０９−Ｎｏ）、ＳＴ１０８に処理を戻す。
【００７１】
なお、図３（Ａ）〜（Ｃ）の第３の運転手順の後の圧力と膨張弁開度のグラフは、除霜運転が終了した後のそれぞれの状態の例を示したグラフである。また、実際の除霜運転では第２の運転手順以降の除霜運転において、第２の除霜運転手順のＳＴ１０７で除霜運転終了条件が成立したと判断した場合（ＳＴ１０７−Ｙｅｓ）は冷媒の圧力が第２の圧力にまで低下する前に、第３の除霜運転手順のＳＴ１０９で除霜運転終了条件が成立したと判断した場合（ＳＴ１０９−Ｙｅｓ）は第２膨張弁１５ｂの開度が全開となる前に、それぞれ除霜運転を終了する。
【００７２】
ＳＴ１０９−Ｙｅｓの判断に続くＳＴ１１０の処理では、コントローラ１５ｃは、第１膨張弁１５ａの開度及び第２膨張弁１５ｂの開度をそれぞれ給湯運転モードの実行できる開度に制御し、流量制御部１５が除霜運転モードから通常の給湯運転モードに復帰する（ＳＴ１１０）。
【００７３】
［ヒートポンプ式給湯装置の作用効果］
以上のように本実施形態のヒートポンプ式給湯装置１００によれば、２つに分割された第１水熱交換器１２ａ及び第２水熱交換器１２ｂと、これら第１水熱交換器１２ａ及び第２水熱交換器１２ｂと空気熱交換器１４との間にそれぞれ接続された第１膨張弁１５ａ及び第２膨張弁１５ｂとを備えているため、第１膨張弁１５ａ及び第２膨張弁のうちいずれか一方（本実施形態では第２膨張弁１５ｂ）を全閉にすることで、除霜運転開始直前時よりも高い圧力の冷媒が容易に得られる。これにより、除霜運転モードの運転開始時において空気熱交換器１４の除霜効果が高まり、除霜期間を短縮できる。
【００７４】
また本実施形態によれば、除霜運転中に第１膨張弁１５ａの開度を徐々に全開にするため、高圧冷媒が一定時間にわたって空気熱交換器１４へ流入する。これにより、空気熱交換器１４が加熱される時間が安定に確保されるため、除霜効率が向上する。
【００７５】
さらに本実施形態によれば、第１膨張弁１５ａの開弁後に第２膨張弁１５ｂを全開にするため、冷媒の循環量の低下が抑制される。これにより、圧縮機１１から吐出される冷媒の圧力の低下が抑えられる結果、空気熱交換器１４へ流入する冷媒の圧力の低下も抑えられるため、除霜効率を向上させることができる。
【００７６】
さらに、空気熱交換器１４の出口と圧縮機１１の吸込口との間に膨張弁等の減圧機構が存在しないため、通常の給湯運転モードにおいて空気熱交換器１４から圧縮機１１側へ流出する低圧側の冷媒の圧損を生じさせることなく、冷媒を圧縮機１１へ還流させることができる。
【００７７】
そして、給湯運転モード時にそれぞれ減圧弁として機能する第１膨張弁１５ａ及び第２膨張弁１５ｂの開度の調整のみで除霜運転用の高圧冷媒を生成できるため、除霜運転時に水熱交換器をバイパスさせるバイパス回路のような除霜運転専用の冷媒回路を必要とすることなく、高効率の除霜運転を実現することができる。
【００７８】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく種々変更を加え得ることは勿論である。
【００７９】
例えば以上の実施形態では、除霜運転モードの第１の運転手順において第１膨張弁１５ａの開度を維持し、第２膨張弁１５ｂを全閉にしたが、第１膨張弁１５ａを全閉にし、第２膨張弁１５ｂの開度を維持するようにしてもよい。
【００８０】
また、以上の実施形態では、水熱交換器を第１水熱交換器１２ａ及び第２水熱交換器１２ｂの２つに分割したが、３つ以上に分割してもよい。この場合、各水熱交換器の出口側に膨張弁が配置される。複数の水熱交換器の容量は、それぞれ同一であってもよいし、少なくとも１つが他の水熱交換器とは異なる容量を有してもよい。
【符号の説明】
【００８１】
１１…圧縮機
１２ａ…第１水熱交換器
１２ｂ…第２水熱交換器
１３…内部熱交換器
１４…空気熱交換器
１５…流量制御部
１５ａ…第１膨張弁
１５ｂ…第２膨張弁
１５ｃ…コントローラ
１６…圧力検出部
１７…温度検出部
１８…外気温度検出部
１００…ヒートポンプ式給湯装置
１１０…冷媒回路
５００…給湯回路
【図１】
2020165552.tif 000003
【図２】
2020165552.tif 000004
【図３】
2020165552.tif 000005