(57)【要約】【課題】低温水システムのような熱媒体（水）が比較的低温でありながらも、除霜運転をする場合、熱源機における熱媒体の凍結を防止することができる加熱システムを提供する。【解決手段】制御部７は、熱源用熱交換器５を除霜するために、圧縮機１を起動して回転周波数を徐々に増加させた際、負荷用熱交換器３から流出する冷媒の圧力が低下して、予め定めた低圧閾値に達したところで、圧縮機１の回転周波数を徐々に減少させる容量減少ステップと、負荷用熱交換器３から流出する冷媒の圧力が上昇して、低圧閾値に達したところで、圧縮機１を停止させる除霜終了ステップと、を実行する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機、冷媒膨張装置、熱源用熱交換器、負荷用熱交換器、四方弁および制御部を具備し、ヒートポンプ式冷凍サイクルを実行する熱源機と、前記負荷用熱交換器に熱的に接続された負荷装置を具備する熱負荷源と、を有する加熱システムであって、
前記制御部は、前記四方弁を操作して冷媒の流れ方向を変更し、前記熱源用熱交換器を除霜する際、前記圧縮機を起動して回転周波数を徐々に増加させ、前記負荷用熱交換器から流出する冷媒の圧力が低下して予め定めた低圧閾値に達したところで、前記圧縮機の回転周波数を徐々に減少させ、該回転周波数の減少に伴って、前記負荷用熱交換器から流出する冷媒の圧力が上昇して前記低圧閾値に達したところで、前記圧縮機の回転周波数を徐々に増加させることを特徴とする加熱システム。
【請求項２】
前記制御部は、前記負荷用熱交換器に高圧高温の冷媒を供給する運転を開始する第１ステップと、
前記熱源用熱交換器に着霜が生じ、除霜を必要とする条件になっているか否かを判断する第２ステップと、
除霜を必要とする条件になっている場合は、前記圧縮機を停止する第３ステップと、
高圧高温の冷媒が前記熱源用熱交換器に供給されるように前記四方弁を切替える第４ステップと、
前記熱源用熱交換器を除霜するために、前記圧縮機を起動して回転周波数を変更する第５ステップと、
着霜が融けて、除霜を停止してもよい条件になっているか否かを判断する第６ステップと、
除霜を停止してもよい条件になっている場合は、圧縮機を停止する第７ステップと、
高圧高温の冷媒が前記負荷用熱交換器に供給されるように前記四方弁を切替える第８ステップと
前記第１ステップに戻る各ステップを実行することを特徴とする請求項１記載の加熱システム。
【請求項３】
前記熱負荷源の熱媒体が水であって、該水は、前記負荷用熱交換器に流入する際、３〜７℃であったものが、前記負荷用熱交換器から流出する際、１０〜２０℃に加熱されることを特徴とする請求項１または２記載の加熱システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は加熱システム、特に、ヒートポンプ式冷凍サイクルの熱交換器を具備する加熱システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
加熱した水を供給する温水システム等の加熱システムや空気調和機であって、ヒートポンプ式冷凍サイクルの熱交換器を具備するものは、被加熱体（水や空気等）の加熱に供しない熱交換器に着霜が生じ、熱交換効率が悪化する場合があることから、着霜が生じたときには、着霜を融解除去する除霜が行われる。
除霜は冷媒の循環方向を変更して、着霜が生じている熱交換器（蒸発器として機能していた）を、一時的に、凝縮器として機能させるものであって、除霜の間、被加熱体の加熱に供していた熱交換器は蒸発器として機能することになることから、被加熱体が加熱されない状態になる。
そのため、着霜の発生を正確に判断して、除霜時間を短縮することによって、除霜に伴う被加熱体の加熱能力（暖房能力に同じ）の低下を抑える発明が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭６３−２０４０５２号公報（第５−６頁、第４図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に開示された発明は、被加熱体の加熱能力（暖房能力）の変動に着目して、平均的な暖房能力値を演算して、平均的な暖房能力値が増加から減少に移行した時点で除霜を開始するものである。そのため、除霜を開始するタイミングが好適に決定されるものの、除霜開始後に以下のような問題があった。
すなわち、被加熱体（水や空気等の媒体、本発明において「熱媒体」と称す）が水であって、例えば５℃の水を１５℃まで上昇させるような、加熱運転を行うシステム（以下、「低温水システム」と称す）の場合、除霜運転をしようとしても、熱源機の入口水温が低いため出口水温が下がり、凍結の可能性があるため除霜ができないことがあった。
そのため、入口側の水温が自然に上昇するまで熱源機を停止していた。
【０００５】
本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、低温水システムのような熱媒体が比較的低温でありながらも、除霜運転をする場合、熱源機における熱媒体の凍結を防止することができる加熱システム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】
【０００６】
本発明に係わる加熱システムは、圧縮機、冷媒膨張装置、熱源用熱交換器、負荷用熱交換器、四方弁および制御部を具備し、ヒートポンプ式冷凍サイクルを実行する熱源機と、前記負荷用熱交換器に熱的に接続された負荷装置を具備する熱負荷源と、を有する加熱システムであって、前記制御部は、前記四方弁を操作して冷媒の流れ方向を変更し、前記熱源用熱交換器を除霜する際、前記圧縮機を起動して回転周波数を徐々に増加させ、前記負荷用熱交換器から流出する冷媒の圧力が低下して予め定めた低圧閾値に達したところで、前記圧縮機の回転周波数を徐々に減少させ、該回転周波数の減少に伴って、前記負荷用熱交換器から流出する冷媒の圧力が上昇して前記低圧閾値に達したところで、前記圧縮機の回転周波数を徐々に増加させることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、制御部は、予め低圧閾値を定め、除霜に際して圧縮機の回転周波数を変更する制御（以下「低圧による容量制御運転」と称す）を実行するから、負荷用熱交換器から流出する冷媒の圧力が過剰に低下することが防止される。したがって、熱媒体の凍結の可能性を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施の形態１に係る加熱システムの概略構成を示す構成図。
【図２】図１に説明した加熱システムの除霜制御方法を説明するフローチャート。
【図３】図１に説明した加熱システムの除霜制御方法における状態量の推移を示す制御図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
［実施の形態１］
図１〜図３は、本発明の実施の形態１に係る加熱システムを説明するものであって、図１は加熱システムの概略構成を示す構成図、図２は除霜制御方法を説明するフローチャート、図３は除霜制御方法における状態量の推移を示す制御図である。
【００１０】
（加熱システム）
図１において、加熱システム１００は、熱源機１０と、熱負荷源２０と、両者を連結する連結配管３０と、を有している。
熱源機１０は、ヒートポンプ式冷凍サイクルを実行するものであって、圧縮機１と、四方弁２と、負荷用熱交換器３と、冷媒膨張装置４と、熱源用熱交換器５と、これらを連結する熱源配管６と、少なくとも圧縮機１を制御する制御部７と、四方弁２と負荷用熱交換器３との間における熱源配管６を流れる冷媒の圧力を測定する圧力計８とを具備している。また、熱負荷源２０は、例えば、空気調和機であって、負荷装置（例えば、熱交換器等）２１を具備している。
そして、負荷装置２１はポンプ３１が設置された連結配管３０によって負荷用熱交換器３に接続されている。すなわち、負荷用熱交換器３において、熱源配管６を流れる冷媒から、連結配管３０を流れる熱媒体（例えば、水）に温熱または冷熱が受け渡される。
なお、熱媒体は、例えば「水」等であるが、本発明はこれに限定するものではない。
【００１１】
（除霜）
負荷用熱交換器３に高圧高温の冷媒が供給され、熱媒体（例えば、水）に温熱が受け渡されている間、熱源用熱交換器５に低圧低温の冷媒が供給されるため、熱源用熱交換器５に着霜が生じる場合がある。そうすると、熱源用熱交換器５に熱交換効率が悪化するため、除霜することが必要になる。すなわち、四方弁２を操作して、熱源配管６を流れる冷媒の流れ方向を逆転し、熱源用熱交換器５に高圧高温の冷媒を供給することによって、着霜を融かしている。
このとき、負荷用熱交換器３には低圧低温の冷媒が供給されることになるため、負荷用熱交換器３においては、熱媒体（例えば、水）は冷却される。
【００１２】
そうすると、負荷用熱交換器３に流入する熱媒体（例えば、水）の温度が低い場合（例えば、水温が５℃）、負荷用熱交換器３において熱媒体が凍結する可能性ある。このため、加熱システム１００は以下に説明する除霜制御方法（ホットガスデフロスト方式）を採用することによって、熱媒体の凍結を防止している。
なお、「高圧高温の冷媒」とは、圧縮機１から吐出され冷媒膨張装置４に流入する間の冷媒を、「低圧低温の冷媒」とは、冷媒膨張装置４から流出して圧縮機１に流入する間の冷媒を指し、冷媒を修飾する用語「高圧、高温、低圧、低温」は、特段の値に対応したものではない。
【００１３】
（除霜制御方法）
図２において、加熱システム１００における制御部７は、以下の各ステップを具備する除霜制御方法（ホットガスデフロスト方式）を実行する。
まず、負荷用熱交換器３に高圧高温の冷媒を供給する運転（以下「暖房運転」と称す）を開始し（Ｓ１）、暖房運転中に熱源用熱交換器５に着霜が生じ、除霜を必要とする条件（以下「除霜条件」と称す）になっているか否かを判断する（Ｓ２）。
そして、除霜条件になっていない場合は、暖房運転を継続し、一方、除霜条件になっている場合は、圧縮機１を停止し（Ｓ３）、高圧高温の冷媒が熱源用熱交換器５に供給されるように四方弁２を切替える（Ｓ４）。
そこで、圧縮機１を起動して、「低圧による容量制御運転（これについては別途詳細に説明する）」を実行する（Ｓ５）。
さらに、着霜が融けて、除霜を停止してもよい条件（以下「除霜完了条件」と称す）になっているか否かを判断する（Ｓ６）。
そして、除霜完了条件になっていない場合は、低圧による容量制御運転を継続し、一方、除霜完了条件になっている場合は、圧縮機１を停止し（Ｓ７）、かつ、四方弁２を切替え（Ｓ８）、暖房運転を再開する（Ｓ１に戻る）。
【００１４】
（低圧による容量制御運転）
図３において、本発明の低圧による容量制御運転は、除霜の際、圧縮機１の回転周波数（以下「圧縮機周波数」と称す）を変更するものである。
すなわち、低圧による容量制御運転は、圧縮機１の起動（Ｓ５）と共に、圧力計８によって熱源配管６を流れる冷媒の圧力を計測する。このとき、圧力計８は、負荷用熱交換器３から流出し、四方弁２を経由した圧縮機１に流入する前の、低圧低温の冷媒の圧力（以下「低圧」と称す）を計測している。
そして、圧縮機１を起動した（Ｓ５）後、圧縮機周波数を徐々に増加すると、低圧は徐々に下降する。そこで、低圧が、予め定められた閾値（以下「低圧閾値」と称す）にまで下降したところで、今度は、圧縮機周波数を徐々に減少する。そうすると、低圧の下降が緩慢になり、やがて低圧は上昇に転じる。
そして、低圧が再度、低圧閾値にまで上昇したところで、再度、圧縮機周波数を徐々に増加し、これに伴って、低圧を上昇させる。
【００１５】
以上のように、除霜開始直後は、熱源用熱交換器５に霜が付着しているため、凝縮器側の冷媒温度は低く（凝縮温度で０℃程度）、高圧（圧縮機１から吐出された冷媒の圧力）は高くない。すなわち、高圧が低いことから低圧（圧縮機１に流入する冷媒の圧力）も低くなり、かつ、負荷用熱交換器３（蒸発器）の入口水温も低いことから低圧は低下する。
そして、この状態が継続したのでは、負荷用熱交換器３が凍結に至り除霜運転ができなくなる可能性があることから、前記のように圧縮機１の容量制御（回転周波数を変更）をしている。
すなわち、圧縮機１の回転周波数を減少することにより、熱源機１０における冷媒循環量を減らし、冷媒温度を水温度に近づけることで低圧の低下を緩慢にし、さらに、上昇させている。例えば、水温度５℃に対して冷媒温度が−１０℃であれば、圧縮機周波数を落とすことにより、水温度と冷媒温度との差を小さくして、冷媒温度を水温度に近づけることで、低圧を上昇させることができる。
その後、低圧が上昇してくるのは、熱源用熱交換器５（凝縮器側）の高圧の上昇に伴い、低圧が上昇するためである。なお、圧縮機周波数を増加させるため、低圧はドリフトしながら上昇する。
【００１６】
以上のように、低圧が低圧閾値にまで下降したところで、圧縮機周波数を徐々に減少することによって、低圧の過剰な下降を防止しているから、除霜中の低圧低下による凍結の可能性を防止することができる。
すなわち、加熱システム１００が、熱媒体として「水」を用い、例えば、５℃の水を１５℃まで上昇するような比較的低温の水を加熱する「低温水システム」である場合に、本発明の低圧による容量制御運転の有効性が顕著になる。
なお、以上は、低圧を計測しているが、低圧に代えて、低圧に対応した冷媒の状態量（例えば、負荷用熱交換器３に流入する冷媒の圧力、あるいは、負荷用熱交換器３に流入または流出する冷媒の温度等）を用いてもよい。さらに、圧縮機１に代えて、冷媒膨張装置４を制御してもよい。
【符号の説明】
【００１７】
１  圧縮機、２  四方弁、３  負荷用熱交換器、４  冷媒膨張装置、５  熱源用熱交換器、６  熱源配管、７  制御部、８  圧力計、１０  熱源機、２０  熱負荷源、２１  負荷装置、３０  連結配管、３１  ポンプ、１００  加熱システム。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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