(57)【要約】【課題】蒸発器表面への着霜を安定的に検出するヒートポンプの着霜判定方法とその方法を採用したヒートポンプを提供する。【解決手段】冷媒の流れに沿って圧縮機１２の上流側に配置され外気から熱を取り込んで液状の冷媒を蒸発させる蒸発器１１に、霜が生じたのを検出するヒートポンプ１０の着霜判定方法において、圧縮機１２に流入する冷媒の温度から蒸発器１１を通過中の冷媒の温度を差し引いた温度が、予め定められた温度△Ｔ１以下で所定時間Ｐの間維持された際に、蒸発器１１に霜が生じたと判定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒の流れに沿って圧縮機の上流側に配置され外気から熱を取り込んで液状の該冷媒を蒸発させる蒸発器に、霜が生じたのを検出するヒートポンプの着霜判定方法において、
前記圧縮機に流入する前記冷媒の温度から前記蒸発器を通過中の前記冷媒の温度を差し引いた温度が、予め定められた温度△Ｔ１以下で所定時間Ｐの間維持された際に、前記蒸発器に霜が生じたと判定することを特徴とするヒートポンプの着霜判定方法。
【請求項２】
冷媒の流れに沿って圧縮機の上流側に配置され外気から熱を取り込んで液状の該冷媒を蒸発させる蒸発器に、霜が生じたのを検出するヒートポンプの着霜判定方法において、
前記圧縮機に流入する前記冷媒の温度から前記蒸発器を通過中の前記冷媒の温度を差し引いた温度が、予め定められた温度△Ｔ１以下で所定時間Ｐの間維持されるか、あるいは、前記圧縮機の下流側にある放熱器の加熱能力を所定時間Ｑごとに算出して得た積算平均値が連続して所定回数低下した際に、前記蒸発器に霜が生じたと判定することを特徴とするヒートポンプの着霜判定方法。
【請求項３】
冷媒の流れに沿って圧縮機の上流側に配置され外気から熱を取り込んで液状の該冷媒を蒸発させる蒸発器に、霜が生じたのを検出するヒートポンプの着霜判定方法において、
前記圧縮機に流入する前記冷媒の温度から前記蒸発器を通過中の前記冷媒の温度を差し引いた温度が予め定められた温度△Ｔ１以下であり、かつ、前記圧縮機に流入する前記冷媒の温度を外気温度から差し引いた温度が予め定められた温度△Ｔ２以上であり、かつ、前記外気温度が予め定められた温度Ｔ３以下である状態が、所定時間Ｐの間維持された際に、前記蒸発器に霜が生じたと判定することを特徴とするヒートポンプの着霜判定方法。
【請求項４】
冷媒の流れに沿って圧縮機の上流側に配置され外気から熱を取り込んで液状の該冷媒を蒸発させる蒸発器に、霜が生じたのを検出するヒートポンプの着霜判定方法において、
１）前記圧縮機に流入する前記冷媒の温度から前記蒸発器を通過中の前記冷媒の温度を差し引いた温度が予め定められた温度△Ｔ１以下であり、かつ、前記圧縮機に流入する前記冷媒の温度を外気温度から差し引いた温度が予め定められた温度△Ｔ２以上であり、かつ、前記外気温度が予め定められた温度Ｔ３以下である状態が、所定時間Ｐの間維持されるか、あるいは、２）前記圧縮機の下流側にある放熱器の加熱能力を所定時間Ｑごとに算出して得た積算平均値が連続して所定回数低下した際に、前記蒸発器に霜が生じたと判定することを特徴とするヒートポンプの着霜判定方法。
【請求項５】
蒸発器を通過中の冷媒の温度を計測する温度センサＡと、圧縮機に流入する前記冷媒の温度を計測する温度センサＢとを備え、前記蒸発器で外気から吸収した熱を、放熱器で放熱して水あるいは空気を加熱するヒートポンプにおいて、
前記温度センサＢの計測温度から前記温度センサＡの計測温度を差し引いた温度が、予め定められた温度△Ｔ１以下で所定時間Ｐの間維持された際に、前記蒸発器に霜が生じたと判定することを特徴とするヒートポンプ。
【請求項６】
蒸発器を通過中の冷媒の温度を計測する温度センサＡと、圧縮機に流入する前記冷媒の温度を計測する温度センサＢとを備え、前記蒸発器で外気から吸収した熱を、放熱器で放熱して水あるいは空気を加熱するヒートポンプにおいて、
前記温度センサＢの計測温度から前記温度センサＡの計測温度を差し引いた温度が、予め定められた温度△Ｔ１以下で所定時間Ｐの間維持されるか、あるいは、前記放熱器の加熱能力を所定時間Ｑごとに算出して得た積算平均値が連続して所定回数低下した際に、前記蒸発器に霜が生じたと判定することを特徴とするヒートポンプ。
【請求項７】
蒸発器を通過中の冷媒の温度を計測する温度センサＡと、圧縮機に流入する前記冷媒の温度を計測する温度センサＢと、外気の温度を計測する温度センサＣとを備え、前記蒸発器で外気から吸収した熱を、放熱器で放熱して水あるいは空気を加熱するヒートポンプにおいて、
前記温度センサＢの計測温度から前記温度センサＡの計測温度を差し引いた温度が予め定められた温度△Ｔ１以下であり、かつ、前記温度センサＣの計測温度から前記温度センサＢの計測温度を差し引いた温度が予め定められた温度△Ｔ２以上であり、かつ、前記温度センサＣの計測温度が予め定められた温度Ｔ３以下である状態が、所定時間Ｐの間維持された際に、前記蒸発器に霜が生じたと判定することを特徴とするヒートポンプ。
【請求項８】
蒸発器を通過中の冷媒の温度を計測する温度センサＡと、圧縮機に流入する前記冷媒の温度を計測する温度センサＢと、外気の温度を計測する温度センサＣとを備え、前記蒸発器で外気から吸収した熱を、放熱器で放熱して水あるいは空気を加熱するヒートポンプにおいて、
１）前記温度センサＢの計測温度から前記温度センサＡの計測温度を差し引いた温度が予め定められた温度△Ｔ１以下であり、かつ、前記温度センサＣの計測温度から前記温度センサＢの計測温度を差し引いた温度が予め定められた温度△Ｔ２以上であり、かつ、前記温度センサＣの計測温度が予め定められた温度Ｔ３以下である状態が、所定時間Ｐの間維持されるか、あるいは、２）前記放熱器の加熱能力を所定時間Ｑごとに算出して得た積算平均値が連続して所定回数低下した際に、前記蒸発器に霜が生じたと判定することを特徴とするヒートポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒートポンプの蒸発器に霜が生じたのを検出するヒートポンプの着霜判定方法とその方法を採用したヒートポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
ヒートポンプは、熱交換器である蒸発器として熱伝導率に優れた金属製のフィンを備え、このフィンを介して外気の熱をフィンの内側を流れる冷媒に取り込んで冷媒を気化させる。このフィンの表面（以下、「蒸発器の表面」ともいう）に霜が生じると、蒸発器の外気からの吸熱効率が低下するので、ヒートポンプは、除霜運転モードを備え、蒸発器の表面への着霜を検知した際に除霜運転を行って蒸発器の表面の霜を除去する。
【０００３】
除霜運転を行っている間、ヒートポンプは、本来の仕事、即ち、貯湯タンクの湯を沸かしたり、室内を暖房したりする仕事を行うことができないので、除霜運転は短時間で終了するのが望ましい。
そして、蒸発器表面への着霜が進行するほど、除霜運転に長い時間を要するので、除霜運転の時間を短縮するには、蒸発器表面への着霜が進行する前に除霜運転を開始するのが有効である。そのため、蒸発器表面への着霜が始まったタイミングを正確に検知することが重要であり、蒸発器表面への着霜が生じたタイミングを検知する方法の具体例が、特許文献１に記載されている。
【０００４】
特許文献１の方法は、所定時間ごとにヒートポンプによる湯の沸き上げ能力の積算平均値を算出し、この積算平均値が所定回数連続して低下した際に、蒸発器表面への着霜が開始したものと判定する。蒸発器表面に霜が生じて熱交換効率が低下すると湯の沸き上げ能力も低下する点に着目した方法である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−２２２３９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、本願の発明者らは、特許文献１の方法では、蒸発器の表面に霜が生じているにも関わらず、蒸発器への着霜が検出されないことがあるのを確認した。
これは、着霜の進行速度が緩やかな場合、湯の沸き上げ能力の積算平均値が連続して低下しないことがあることによる。
また、湯の沸き上げ能力はあくまで推定値であるため、実際の値と必ずしも一致しているとはいえず、このことによって、蒸発器への着霜を正確に検出できないことがあると考えられる。
本発明は、かかる事情に鑑みてなされるもので、蒸発器表面への着霜を安定的に検出するヒートポンプの着霜判定方法とその方法を採用したヒートポンプ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】
【０００７】
前記目的に沿う第１の発明に係るヒートポンプの着霜判定方法は、冷媒の流れに沿って圧縮機の上流側に配置され外気から熱を取り込んで液状の該冷媒を蒸発させる蒸発器に、霜が生じたのを検出するヒートポンプの着霜判定方法において、前記圧縮機に流入する前記冷媒の温度から前記蒸発器を通過中の前記冷媒の温度を差し引いた温度が、予め定められた温度△Ｔ１以下で所定時間Ｐの間維持された際に、前記蒸発器に霜が生じたと判定する。
【０００８】
前記目的に沿う第２の発明に係るヒートポンプの着霜判定方法は、冷媒の流れに沿って圧縮機の上流側に配置され外気から熱を取り込んで液状の該冷媒を蒸発させる蒸発器に、霜が生じたのを検出するヒートポンプの着霜判定方法において、前記圧縮機に流入する前記冷媒の温度から前記蒸発器を通過中の前記冷媒の温度を差し引いた温度が、予め定められた温度△Ｔ１以下で所定時間Ｐの間維持されるか、あるいは、前記圧縮機の下流側にある放熱器の加熱能力を所定時間Ｑごとに算出して得た積算平均値が連続して所定回数低下した際に、前記蒸発器に霜が生じたと判定する。
【０００９】
前記目的に沿う第３の発明に係るヒートポンプの着霜判定方法は、冷媒の流れに沿って圧縮機の上流側に配置され外気から熱を取り込んで液状の該冷媒を蒸発させる蒸発器に、霜が生じたのを検出するヒートポンプの着霜判定方法において、前記圧縮機に流入する前記冷媒の温度から前記蒸発器を通過中の前記冷媒の温度を差し引いた温度が予め定められた温度△Ｔ１以下であり、かつ、前記圧縮機に流入する前記冷媒の温度を外気温度から差し引いた温度が予め定められた温度△Ｔ２以上であり、かつ、前記外気温度が予め定められた温度Ｔ３以下である状態が、所定時間Ｐの間維持された際に、前記蒸発器に霜が生じたと判定する。
【００１０】
前記目的に沿う第４の発明に係るヒートポンプの着霜判定方法は、冷媒の流れに沿って圧縮機の上流側に配置され外気から熱を取り込んで液状の該冷媒を蒸発させる蒸発器に、霜が生じたのを検出するヒートポンプの着霜判定方法において、１）前記圧縮機に流入する前記冷媒の温度から前記蒸発器を通過中の前記冷媒の温度を差し引いた温度が予め定められた温度△Ｔ１以下であり、かつ、前記圧縮機に流入する前記冷媒の温度を外気温度から差し引いた温度が予め定められた温度△Ｔ２以上であり、かつ、前記外気温度が予め定められた温度Ｔ３以下である状態が、所定時間Ｐの間維持されるか、あるいは、２）前記圧縮機の下流側にある放熱器の加熱能力を所定時間Ｑごとに算出して得た積算平均値が連続して所定回数低下した際に、前記蒸発器に霜が生じたと判定する。
【００１１】
前記目的に沿う第５の発明に係るヒートポンプは、蒸発器を通過中の冷媒の温度を計測する温度センサＡと、圧縮機に流入する前記冷媒の温度を計測する温度センサＢとを備え、前記蒸発器で外気から吸収した熱を、放熱器で放熱して水あるいは空気を加熱するヒートポンプにおいて、前記温度センサＢの計測温度から前記温度センサＡの計測温度を差し引いた温度が、予め定められた温度△Ｔ１以下で所定時間Ｐの間維持された際に、前記蒸発器に霜が生じたと判定する。
【００１２】
前記目的に沿う第６の発明に係るヒートポンプは、蒸発器を通過中の冷媒の温度を計測する温度センサＡと、圧縮機に流入する前記冷媒の温度を計測する温度センサＢとを備え、前記蒸発器で外気から吸収した熱を、放熱器で放熱して水あるいは空気を加熱するヒートポンプにおいて、前記温度センサＢの計測温度から前記温度センサＡの計測温度を差し引いた温度が、予め定められた温度△Ｔ１以下で所定時間Ｐの間維持されるか、あるいは、前記放熱器の加熱能力を所定時間Ｑごとに算出して得た積算平均値が連続して所定回数低下した際に、前記蒸発器に霜が生じたと判定する。
【００１３】
前記目的に沿う第７の発明に係るヒートポンプは、蒸発器を通過中の冷媒の温度を計測する温度センサＡと、圧縮機に流入する前記冷媒の温度を計測する温度センサＢと、外気の温度を計測する温度センサＣとを備え、前記蒸発器で外気から吸収した熱を、放熱器で放熱して水あるいは空気を加熱するヒートポンプにおいて、前記温度センサＢの計測温度から前記温度センサＡの計測温度を差し引いた温度が予め定められた温度△Ｔ１以下であり、かつ、前記温度センサＣの計測温度から前記温度センサＢの計測温度を差し引いた温度が予め定められた温度△Ｔ２以上であり、かつ、前記温度センサＣの計測温度が予め定められた温度Ｔ３以下である状態が、所定時間Ｐの間維持された際に、前記蒸発器に霜が生じたと判定する。
【００１４】
前記目的に沿う第８の発明に係るヒートポンプは、蒸発器を通過中の冷媒の温度を計測する温度センサＡと、圧縮機に流入する前記冷媒の温度を計測する温度センサＢと、外気の温度を計測する温度センサＣとを備え、前記蒸発器で外気から吸収した熱を、放熱器で放熱して水あるいは空気を加熱するヒートポンプにおいて、１）前記温度センサＢの計測温度から前記温度センサＡの計測温度を差し引いた温度が予め定められた温度△Ｔ１以下であり、かつ、前記温度センサＣの計測温度から前記温度センサＢの計測温度を差し引いた温度が予め定められた温度△Ｔ２以上であり、かつ、前記温度センサＣの計測温度が予め定められた温度Ｔ３以下である状態が、所定時間Ｐの間維持されるか、あるいは、２）前記放熱器の加熱能力を所定時間Ｑごとに算出して得た積算平均値が連続して所定回数低下した際に、前記蒸発器に霜が生じたと判定する。
【発明の効果】
【００１５】
第１〜第４の発明に係るヒートポンプの着霜判定方法及び第５〜第８の発明に係るヒートポンプは、圧縮機に流入する冷媒の温度から蒸発器を通過中の冷媒の温度を差し引いた温度が、予め定められた温度△Ｔ１以下で所定時間Ｐの間維持された際に、蒸発器に霜が生じたと判定するので、蒸発器表面への着霜の速度によらず、安定的に蒸発器に霜が生じたのを判定することができる。これは、実験的検証によって確認されている。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施の形態に係るヒートポンプの着霜判定方法を採用したヒートポンプの回路図である。
【図２】除霜運転を示す説明図である。
【図３】比較例に係るヒートポンプの着霜判定方法を採用した際の除霜運転の時間を示すグラフである。
【図４】本発明の実施例に係るヒートポンプの着霜判定方法を採用した際の除霜運転の時間を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
図１に示すように、本発明の一実施の形態に係るヒートポンプの着霜判定方法を採用したヒートポンプ１０は、蒸発器１１、圧縮機１２、放熱器１３及び膨張弁１４が設けられた冷媒循環回路１５を備え、蒸発器１１で外気から吸収した熱を、放熱器１３で放熱して水あるいは空気を加熱する。以下、詳細に説明する。
【００１８】
本実施の形態では、図１に示すように、ヒートポンプ１０に湯水循環回路１６を介して貯湯タンク１７が接続されている。湯水循環回路１６は、貯湯タンク１７の下部と放熱器１３と貯湯タンク１７の上部を接続し、貯湯タンク１７の下部にある水を放熱器１３を経由して貯湯タンク１７の上部に導く。
放熱器１３は、貯湯タンク１７の下部から放熱器１３に送られる水と冷媒循環回路１５を流れる冷媒を熱交換して、貯湯タンク１７の下部から放熱器１３に送られる水を加熱する。放熱器１３の通過によって加熱された湯は、湯水循環回路１６を介して貯湯タンク１７の上部から貯湯タンク１７内に流入する。
【００１９】
湯水循環回路１６には、貯湯タンク１７の下部の水を放熱器１３に送り出す循環ポンプ１８と、放熱器１３を通過した湯水（湯又は水を意味する）の行先を切り替える三方弁１９が設けられている。
三方弁１９には、三方弁１９と貯湯タンク１７の下部を接続するバイパス管２０が連結され、三方弁１９は、放熱器１３を通過した湯水の温度に応じて、湯水の行先を切り替える。
【００２０】
具体的には、三方弁１９は、放熱器１３を通過した湯水が所定温度（本実施の形態では、４０℃）以下のとき、放熱器１３を通過した湯水をバイパス管２０を介して貯湯タンク１７の下部に送り、放熱器１３を通過した湯水が所定温度より高くなったときに、放熱器１３を通過した湯水を貯湯タンク１７の上部に送るようにする。
このように、放熱器１３を通過した湯水の行先を切り替えることによって、貯湯タンク１７の上部に低温水が流入するのを防止している。
【００２１】
なお、湯水循環回路１６には、放熱器１３に流入する水の温度を計測する温度センサ２１と放熱器１３を通過した湯水の温度を計測する温度センサ２２が設けられている。
そして、貯湯タンク１７の異なる高さ位置には、複数の温度センサ２３が配置され、この複数の温度センサ２３には、循環ポンプ１８及び三方弁１９に接続されたタンク側制御装置２４が信号接続されている。タンク側制御装置２４は、例えばマイクロコンピュータである。
【００２２】
また、貯湯タンク１７の上部には、貯湯タンク１７内の湯を台所や浴室に供給する給湯管２５が連結され、貯湯タンク１７の下部には、水道水を貯湯タンク１７内に供給する水道管２６が連結されている。
なお、温度センサ２１、２２は、蒸発器１１、圧縮機１２、放熱器１３、膨張弁１４及び冷媒循環回路１５と共にヒートポンプ１０の筺体内に収容されている。
【００２３】
冷媒循環回路１５には、放熱器１３に加え、放熱器１３を通過した冷媒を減圧する膨張弁１４と、減圧された冷媒を蒸発させて外気の熱を吸収する蒸発器１１と、蒸発器１１でガス状となった冷媒を圧縮する圧縮機１２が設けられている。
蒸発器１１は、冷媒の流れに沿って圧縮機１２の上流側に配置され、外気から熱を取り込んで液状の冷媒を蒸発させる。蒸発器１１の近傍には、蒸発器１１による冷媒の蒸発を促進するプロペラファン２８が設けられている。そして、蒸発器１１には、蒸発器１１を通過中の冷媒の温度を計測する温度センサ２９（温度センサＡ）が取り付けられている。
【００２４】
蒸発器１１を通過した冷媒は、圧縮機１２の手前側に設けられたアキュムレータ３０を介して、圧縮機１２に流入する。アキュムレータ３０は、蒸発器１１を通過した冷媒の全てがガス状にならず、冷媒が、気液混合状態で蒸発器１１から送り出された際に、気液混合状態の冷媒から液体の冷媒を取り除き、圧縮機１２内にガス状の冷媒のみを供給するようにする。
アキュムレータ３０によって気液混合状態の冷媒から取り除かれた液体の冷媒は、アキュムレータ３０内に蓄えられ、時間の経過に伴って蒸発しガス状となって圧縮機１２に流入する。
【００２５】
冷媒循環回路１５内の冷媒は、圧縮機１２の作動によって、冷媒循環回路１５内を循環する。
冷媒循環回路１５には、アキュムレータ３０の上流側に、圧縮機１２に流入する冷媒の温度を計測する温度センサ３１（温度センサＢ）が設けられ、圧縮機１２の下流側に、圧縮機１２から吐出された冷媒の温度を計測する温度センサ３２が設けられている。
【００２６】
冷媒循環回路１５には、圧力スイッチ３３が設けられ、圧縮機１２を通過した冷媒の圧力が所定の値（例えば、１３ＭＰａ）以上になった際に、圧縮機１２の運転を止めて冷媒循環回路１５の管や、冷媒循環回路１５に設けられた機器等に不具合が生じるのを防止する。
また、冷媒循環回路１５には、放熱器１３から膨張弁１４に送られる冷媒と蒸発器１１から圧縮機１２に送られる冷媒を熱交換する内部熱交換器３４が設けられている。冷媒は、膨張弁１４を通過することによって温度が低下するため、膨張弁１４を通過する前の冷媒は、膨張弁１４及び蒸発器１１を通過した冷媒に比べて高温である。このため、内部熱交換器３４は、放熱器１３から膨張弁１４に送られる冷媒の熱を蒸発器１１から圧縮機１２に送られる冷媒に与えることができる。
【００２７】
ヒートポンプ１０は、外気の温度を計測する温度センサ３５（温度センサＣ）に加え、温度センサ３５に接続されたＨＰ側制御装置３６を備えている。
ＨＰ側制御装置３６は、例えばマイクロコンピュータであり、温度センサ３５の他、温度センサ２１、２２、２９、３１、３２、膨張弁１４、プロペラファン２８、圧縮機１２及び圧力スイッチ３３とタンク側制御装置２４とに接続されている。このため、ＨＰ側制御装置３６及びタンク側制御装置２４は、相互に通信可能であり、ＨＰ側制御装置３６は、温度センサ２２の計測温度を取得し、取得した温度センサ２２の計測温度を基に、貯湯タンク１７の下部から送り出され放熱器１３を通過した湯水の行先を決定し、必要に応じてタンク側制御装置２４を介して三方弁１９に指令信号を送信する。
【００２８】
圧縮機１２及び循環ポンプ１８の作動によって、冷媒循環回路１５内の冷媒が循環を開始し、湯水循環回路１６に貯湯タンク１７の下部から水が送り出されると、貯湯タンク１７内の湯水の沸き上げが行われる。このとき、冷媒循環回路１５内を循環する冷媒は蒸発器１１を通過の際に蒸発し、蒸発器１１の表面温度を低下させる。
蒸発器１１の表面温度が低下すると、外気温度と湿度によっては、蒸発器１１の表面に霜が生じ、蒸発器１１における冷媒と外気の熱交換効率が低下する。
【００２９】
そこで、ＨＰ側制御装置３６は、蒸発器１１の表面に霜が生じたのを検出すると除霜運転を行って霜を除去し、蒸発器１１の熱交換効率の回復を図る。除霜運転では、図２に示すように、圧縮機１２が作動し冷媒循環回路１５内に冷媒を循環させ、循環ポンプ１８は最小の運転レベルで運転を行う。そして、膨張弁１４は開いた状態、即ち冷媒を減圧しない状態にされる。このようにすることによって、圧縮機１２からガス状で、例えば２０〜４０℃の冷媒が吐出され、この冷媒は、ガス状のまま、温度変化がほとんどない状態で、蒸発器１１に到達し、蒸発器１１表面の温度を上昇させる。蒸発器１１表面に生じていた霜は、蒸発器１１表面の温度上昇によって水となり、蒸発器１１等を収容している図示しない筺体から外に流れ出る。
なお、除霜運転中、貯湯タンク１７の下部から湯水循環回路１６に送り出される水は極少量であるので、図２においては、貯湯タンク１７の下部から湯水循環回路１６に送り出される水の流れの記載を省略している。
【００３０】
除霜運転は、他の方法であってもよく、例えば、圧縮機の冷媒の出側と蒸発器の冷媒の入側を直接接続するバイパス管を設けて行うこともできる。
具体的には、除霜運転を行わないときには閉じられているバイパス管を、除霜運転を行う際に開いて、圧縮機から吐出されたガス状で高温の冷媒を、直接、蒸発器に供給して蒸発器の表面に生じた霜を除去するものである。
【００３１】
ＨＰ側制御装置３６は、温度センサ３１の計測温度から温度センサ２９の計測温度を差し引いた判定対象温度が、予め定められた温度△Ｔ１以下で所定時間Ｐの間維持される条件１を満たすか、放熱器１３による貯湯タンク１７の水の加熱能力を所定時間Ｑ（本実施の形態では１０秒）ごとに算出して得た積算平均値が連続して所定回数Ｎ（本実施の形態では、３回）低下した条件２を満たした際に、蒸発器１１に霜が生じたとの判定を行い、除霜運転を開始する。即ち、条件１又は条件２を満たすことで、ＨＰ側制御装置３６は、蒸発器１１表面に霜が生じたとの判定を行う。
【００３２】
条件１は、蒸発器１１表面に霜がないとき、冷媒が蒸発器１１を通過の際に全て気化しガス状になるのに対し、蒸発器１１表面に霜があるとき、蒸発器１１の熱交換効率が低下し、冷媒は一部が液体のまま蒸発器１１から出る点に着目したものである。
冷媒は、気液混合状態で外部から熱を吸収して蒸発を行っている間、温度が上昇せず、蒸発が終了し全てガス状になった状態で外部から熱を吸収することにより昇温する。
【００３３】
このため、蒸発器１１の表面に霜がなく、冷媒が蒸発器１１を通過途中に全てガス状となっているときに、冷媒は、蒸発器１１から出る際の温度が、蒸発器１１に入る前の温度より高くなる。これに対し、蒸発器１１の表面に霜があって、冷媒が気液混合状態で蒸発器１１から出る場合、冷媒は、蒸発器１１から出る際の温度が、蒸発器１１に入る前の温度と等しい。
従って、冷媒は、蒸発器１１の表面に霜がある場合、蒸発器１１の表面に霜がない場合に比べ、蒸発器１１を出る際の温度が低くなる。条件１は、この事象を利用して、蒸発器１１の表面に霜が生じているのを判定する。
【００３４】
温度センサ２９は、蒸発器１１表面の霜の有無に関わらず、気液混合状態の冷媒が通過する位置に配置されている。本実施の形態では、蒸発器１１内の冷媒が流れる流路の長さをＬ、その流路の冷媒の入口を０位置、その流路の冷媒の出口をＬ位置として、温度センサ２９がＬ／４位置から３Ｌ／４位置の間に配置されている。
【００３５】
温度センサ３１は、内部熱交換器３４を通過した冷媒の温度を計測する位置に設けられている。蒸発器１１から出た冷媒は、内部熱交換器３４を通過中に、放熱器１３から膨張弁１４に向かう冷媒から熱を吸収し、その後、温度センサ３１によって温度が計測される。
全てがガス状となって蒸発器１１を出た冷媒は、内部熱交換器３４を通過する際に昇温する。よって、内部熱交換器３４が有る場合、内部熱交換器３４が無い場合に比べ、温度センサ３１の計測温度は高くなる。
【００３６】
一方、気液混合状態で蒸発器１１を出た冷媒は、内部熱交換器３４を通過中に蒸発を行う。そのため、内部熱交換器３４を通過してもなお、気液混合状態である場合には、温度センサ２９、３１の各計測温度は等しくなり、内部熱交換器３４を通過途中に全てがガス状になれば、温度センサ３１の計測温度は温度センサ２９の計測温度より高くなる。
そして、気液混合状態で蒸発器１１を出た冷媒は、内部熱交換器３４を通過中に全てガス状になったとしても、冷媒が全てガス状となって蒸発器１１を出た場合に比べ、温度センサ３１によって計測される温度が低くなる。
【００３７】
従って、内部熱交換器３４の有無に関わらず、冷媒が全てガス状となって、蒸発器１１を出た場合、冷媒が気液混合状態で蒸発器１１を出た場合に比べ、温度センサ３１の計測温度から温度センサ２９の計測温度を差し引いた温度、即ち、判定対象温度は大きくなる。
よって、判定対象温度が、予め定められた温度△Ｔ１以下で所定時間Ｐの間維持されると、蒸発器１１表面に霜が生じていると判断することができる。
【００３８】
温度△Ｔ１は、−２℃以上２℃以下の範囲であり、本実施の形態では、△Ｔ１＝０℃である。温度△Ｔ１を０℃のみに限定していないのは、温度センサ２９、３１の各計測地点間の管内の圧力差等が寄与して、ヒートポンプの機種ごとに、蒸発器１１の表面に霜が生じているときの判定対象温度が異なるためである。このため、ヒートポンプの機種ごとに実験等により、△Ｔ１の値を決定する必要がある。△Ｔ１に０℃より低い温度を設定できるようにしているのは、温度センサ３１が圧縮機１２の近傍にあって、温度センサ３１が取り付けられている位置の管内の圧力が、蒸発器１１の管内の圧力より低く、冷媒が全てガス状となって蒸発器１１を出たとしても、温度センサ３１の計測温度が温度センサ２９の計測温度より低くなることがあるためである。
【００３９】
時間Ｐは、１０秒以上６０秒以下であり、本実施の形態では、Ｐ＝３０秒である。
時間Ｐを設けているのは、蒸発器１１表面に霜が生じていない場合でも、判定対象温度≦温度△Ｔ１になることが実験的検証によって確認されたためである。除霜運転が行われている間、貯湯タンク１７の湯の沸き上げはなされないので、除霜運転は必要以上に行われないのが好ましい。そのため、蒸発器１１表面に霜が生じているのを安定的に検出すべく、この時間Ｐを設けている。
【００４０】
また、放熱器１３の加熱能力の低下は、蒸発器１１表面に霜が発生する以外の要因、例えば外気温度の低下によっても発生するので、条件１だけを満たしただけでは、蒸発器１１の表面に霜が生じたという判定をせず、条件１と同時に、以下の条件３及び条件４を満たした際に、蒸発器１１表面に霜が生じているとの判定を行うようにしてもよい。
【００４１】
条件３は、所定時間Ｐの間、温度センサ３５の計測温度（外気温度）から温度センサ３１の計測温度を差し引いた温度が予め定められた温度△Ｔ２以上で維持されるという条件である。この条件３は、温度センサ３１の温度により温度センサ３１が取り付けられている位置の管内の圧力を推定し、この推定された圧力を基に、蒸発器１１を通過した冷媒に液体が有るか無いかを判定するものである。
蒸発器１１から出た冷媒が気液混合状態の場合、蒸発器１１から出た冷媒が１００％ガス状である場合に比べ、温度センサ３１が取り付けられている位置の管内の圧力は低くなる。そして、温度センサ３１が取り付けられている位置の管内の圧力は、蒸発器１１から出た冷媒に液体が含まれているか否かに加え、外気温度によっても左右されるため、温度センサ３５の計測温度のみだけでなく、温度センサ３１の計測温度を加味した値を判断基準にしている。
【００４２】
条件４は、所定時間Ｐの間、温度センサ３５の計測温度が予め定められた温度Ｔ３以下で維持されるという条件であり、これは、外気が所定の温度以上であると、霜が生じないことに着目したものである。
条件４は考慮せず、条件１と同時に条件３を満たした際に、蒸発器１１表面に霜が生じているとの判定を行うようにしてもよく、条件３は考慮せず、条件１と同時に条件４を満たした際に、蒸発器１１表面に霜が生じているとの判定を行うようにしてもよい。
温度△Ｔ２は、２℃以上１３℃以下の範囲であり、本実施の形態では、△Ｔ２＝７℃である。温度Ｔ３は、３℃以上７℃以下の範囲であり、本実施の形態では、Ｔ３＝５℃である。温度△Ｔ２及び温度Ｔ３は、ヒートポンプの機種ごとに試験により定められる。
【００４３】
条件２は、蒸発器１１表面に霜が発生すると、蒸発器１１の熱交換効率が低下して放熱器１３による貯湯タンク１７の水の加熱能力（以下、単に「加熱能力」ともいう）が低下するという考えに基づくものである。
加熱能力は、温度センサ２２の計測温度から温度センサ２１の計測温度を差し引いた値に、循環ポンプ１８の出力値と係数とを乗算することで算出できる。そして、加熱能力はＨＰ側制御装置３６（タンク側制御装置２４であってもよい）によって算出される。
【００４４】
ＨＰ側制御装置３６は、新たに加熱能力を算出したタイミングで、それまでに算出した加熱能力の全ての値と新たに算出した加熱能力の値を対象に、加熱能力の積算平均値を得る。具体的には、新たにＮ＋１個目の加熱能力が算出されると、それまでに算出したＮ個の加熱能力のそれぞれの値と新たに算出した加熱能力の値を合算し、その合算値をＮ＋１で除算することで加熱能力の積算平均値が導出される。
【００４５】
そして、ＨＰ側制御装置３６は、新たに導出した加熱能力の積算平均値と、その前に導出した加熱能力の積算平均値の大小を比較し、新たな加熱能力の積算平均値がその前の加熱能力の積算平均値より小さくなるのが連続してＮ回続いたときに、蒸発器１１の表面に霜が生じたと判定する。
新たな加熱能力の積算平均値がその前の加熱能力の積算平均値より小さくなるのが１回だけでなく、連続してＮ回続いたとしているのは、蒸発器１１の表面に霜が生じていないときでも、新たに導出した加熱能力の積算平均値がその前に導出した加熱能力の積算平均値より小さくなることがあるためである。
なお、Ｑ＝１０秒に限定されず、Ｑとして、５秒以上２０秒以下の範囲の時間が設定可能であり、Ｎ＝３回に限定されず、Ｎとして、２回以上５回以下の範囲の回数が設定できる。
【００４６】
従来、条件１は考慮せず、条件２を満たすことのみによって、蒸発器１１表面に霜が生じたとの判定を行っていたが、条件２を満たしていない状態でも、蒸発器１１表面に霜が生じていることが、実験的検証によって確認された。例えば、蒸発器１１表面への着霜速度が緩やかな場合である。
このため、条件１又は条件２を満たすことによって、蒸発器１１に霜が生じたとの判定を行い、条件２を満たしていなくとも、条件１を満たすことで、霜が生じたとの判定を行うようにした。このようにすることによって、結果として、除霜運転の時間を短縮でき、放熱器１３による貯湯タンク１７の湯の沸き上げ時間を短くすることが可能となった。蒸発器１１に生じた霜が少量であると、除霜運転の時間が短くなることによる。
なお、条件１と同時に条件３及び条件４を満たすか、又は条件２を満たすことによって、蒸発器１１に霜が生じたとの判定を行うこともできる。
【実施例】
【００４７】
次に、本発明の作用効果を確認するために行った実施例について説明する。
図３、図４は、除霜運転の時間を調べた実験結果を示すグラフであり、図３のＸ１及び図４のＸ２が除霜運転を行っていた時間をそれぞれ示している。
図３、図４において、「推定能力」は放熱器の加熱能力の算出値を示し、除霜運転を開始することによって、この「推定能力」の値は急激に低下する。従って、「推定能力」の値が急激に低下したタイミングで除霜運転が開始されている。なお、「推定能力」は、除霜運転の開始を示すために記載したものであるため、図３、図４では、「推定能力」が急激に低下した以降の「推定能力」は記載していない。
【００４８】
図３、図４において、「吸入」は圧縮機に流入する温度を計測する温度センサの計測温度であり、「熱交」は蒸発器を通過中の冷媒の温度を計測する温度センサの計測温度である。
そして、「過熱度」は、判定対象温度に当たり、「吸入」の温度から「熱交」の温度を差し引いた値である。
【００４９】
図３は、条件２を満たした際に蒸発器の表面に霜が生じていると判定して、除霜運転を開始したもので、除霜運転の時間Ｘ１は７分間であった。これに対し、図４は、条件１又は条件２を満たした際に蒸発器の表面に霜が生じていると判定して、除霜運転を開始したもので、除霜運転の時間Ｘ２は５分間であった。
なお、除霜運転は、図３の実験及び図４の実験において、「熱交」の温度が２℃まで上昇したタイミングで終了している。
【００５０】
この実験結果より、蒸発器の表面に霜が生じていると判定する基準を、条件１又は条件２を満たしたこととした場合は、条件２のみを満たしたこととした場合よりも、除霜運転が短縮できることが確認された。
また、実験の結果、図３、図４のいずれの場合も、蒸発器の表面に霜が生じていると判定されたタイミングで、蒸発器の表面には実際に霜が生じていたことが確認されている。
【００５１】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は、上記した形態に限定されるものでなく、要旨を逸脱しない条件の変更等は全て本発明の適用範囲である。
例えば、ヒートポンプは、室内の温度を調整する空気温調機に使用されるものであってもよい。空気温調機の場合、放熱器の加熱能力とは、室内を暖房する能力であり、放熱器は室内機に設けられ、蒸発器は室外機に設けられることになる。
また、冷媒循環回路に内部熱交換器を設けなくともよい。
そして、条件１のみを蒸発器に霜が生じたと判定する判定基準にすることもできる。
【符号の説明】
【００５２】
１０：ヒートポンプ、１１：蒸発器、１２：圧縮機、１３：放熱器、１４：膨張弁、１５：冷媒循環回路、１６：湯水循環回路、１７：貯湯タンク、１８：循環ポンプ、１９：三方弁、２０：バイパス管、２１〜２３：温度センサ、２４：タンク側制御装置、２５：給湯管、２６：水道管、２８：プロペラファン、２９：温度センサ、３０：アキュムレータ、３１、３２：温度センサ、３３：圧力スイッチ、３４：内部熱交換器、３５：温度センサ、３６：ＨＰ側制御装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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