(57)【要約】  ヒートポンプ装置において、除霜運転中の放熱ロスを低減するとともに、除霜運転中の圧縮機入力を低減し、除霜運転を高効率化することを目的とする。ヒートポンプ装置は、圧縮機１と第１熱交換器３と膨張機構４と第２熱交換器５とが順次接続された主冷媒回路と、開閉弁６が設けられ、膨張機構４をバイパスして接続するバイパス回路７とを備える。主冷媒回路には、主冷媒回路を冷媒が循環する順序を切り替えて、暖房運転と除霜運転とを切り替える四方弁２が設けられる。また、主冷媒回路には、第１温度検出部１０と第２温度検出部１１とが設けられ、これらの検出値から除霜運転時における第１熱交換器３の過熱度が計算される。ヒートポンプ装置は、暖房運転から除霜運転に切り替えられた場合、開閉弁６を開けて冷媒回路を循環する冷媒の循環量を増加させるとともに、前記過熱度が所定の目標値となるように圧縮機１の動作周波数を制御する。
2011010473.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機と第１熱交換器と膨張機構と第２熱交換器とが順次接続された冷媒回路と、
暖房運転時には冷媒が前記圧縮機、前記第１熱交換器、前記膨張機構、前記第２熱交換器の順に循環するようにし、除霜運転時には冷媒が前記圧縮機、前記第２熱交換器、前記膨張機構、前記第１熱交換器の順に循環するようにして、前記暖房運転と前記除霜運転とを切り替える切替部と、
前記除霜運転時における前記第１熱交換器での冷媒の過熱度を検出する過熱度検出部と、
前記切替部により前記暖房運転から前記除霜運転に切り替えられた場合、前記冷媒回路を循環する冷媒の循環量を増加させるとともに、前記過熱度検出部が検出した過熱度が所定の目標値になるように前記圧縮機の動作周波数を制御する制御部と
を備えることを特徴とするヒートポンプ装置。
【請求項２】
前記制御部は、暖房に必要な熱量である暖房負荷に応じて前記目標値を変更する
ことを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ装置。
【請求項３】
前記制御部は、暖房負荷が所定の値よりも大きい場合における前記目標値よりも、暖房負荷が前記所定の値よりも小さい場合における前記目標値を大きくすることで、暖房負荷が所定の値よりも大きい場合よりも、暖房負荷が前記所定の値よりも小さい場合には前記圧縮機の動作周波数を低くする
ことを特徴とする請求項２に記載のヒートポンプ装置。
【請求項４】
前記ヒートポンプ装置は、さらに、
暖房運転時における前記圧縮機の積算回転数を検出する圧縮機周波数検出部と、
暖房運転時間を計測する時間計測部とを備え、
前記制御部は、前記圧縮機周波数検出部が検出した暖房運転時における前記圧縮機の積算回転数を、前記時間計測部が計測した前記暖房運転時間で除した値から前記暖房負荷を算出する
ことを特徴とする請求項２又は３に記載のヒートポンプ装置。
【請求項５】
前記ヒートポンプ装置は、さらに、
開閉弁を有し、前記冷媒回路における前記第１熱交換器と前記膨張機構との間と、前記膨張機構と前記第２熱交換器との間とを、前記膨張機構をバイパスして接続するバイパス回路を備え、
前記制御部は、前記暖房運転から前記除霜運転に切り替えられた場合、前記バイパス回路が有する前記開閉弁を開くことにより、前記冷媒回路を循環する冷媒の循環量を増加させる
ことを特徴とする請求項１から４までのいずれかに記載のヒートポンプ装置。
【請求項６】
前記制御部は、前記暖房運転から前記除霜運転に切り替えられた場合、前記膨張機構の開度を広げることにより、前記冷媒回路を循環する冷媒の循環量を増加させる
ことを特徴とする請求項１から４までのいずれかに記載のヒートポンプ装置。
【請求項７】
前記ヒートポンプ装置は、さらに、
開閉弁を有し、前記冷媒回路における前記第１熱交換器と前記膨張機構との間と、前記膨張機構と前記第２熱交換器との間とを、前記膨張機構をバイパスして接続するバイパス回路を備え、
前記膨張機構は、第１熱交換器側から第２熱交換器へ順に、第１膨張機構、液溜め、第２膨張機構が順次接続されて構成され、
前記制御部は、前記暖房運転から前記除霜運転に切り替えられた場合、前記第１膨張機構を開けるとともに前記第２膨張機構を閉じ、所定の時間が経過すると、前記第１膨張機構を閉じるとともに、前記バイパス回路が有する前記開閉弁を開く
ことを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ装置。
【請求項８】
前記制御部は、前記除霜運転から前記暖房運転に切り替える場合、前記バイパス回路が有する前記開閉弁を閉じるとともに前記第１の膨張機構と前記第２膨張機構とを開き、所定の時間が経過すると、前記切替部を切り替えて前記圧縮機、前記第１熱交換器、前記膨張機構、前記第２熱交換器の順に冷媒が循環するようにする
ことを特徴とする請求項７に記載のヒートポンプ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば、ヒートポンプ給湯機等のヒートポンプ装置において、除霜運転を効率良く行う技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ヒートポンプ式空気調和機では、暖房運転時に室外機の熱交換器に着霜する場合がある。そして、ヒートポンプ式空気調和機には、暖房運転時に室外機の熱交換器に着霜した霜を除去する除霜運転を行うものがある。この除霜運転では、暖房運転時とは冷媒の流れを逆にし、圧縮機から吐出された高温高圧のガス冷媒が室外機の熱交換器で凝縮する際の放熱で除霜を行うのが一般的である。【０００３】
特許文献１には、通常の冷房運転時又は暖房運転時の流路抵抗よりも、除霜運転時の流路抵抗が小さくなるように膨張機構を構成することについての記載がある。これにより、霜を溶かすのに十分な冷媒流量を確保し、効率よい除霜運転を実現し、除霜運転時間を短くしている。【０００４】
特許文献２には、給湯装置における除霜運転についての記載がある。特に特許文献２には、除霜運転時に熱源となる水の温度により、冷媒循環量を調節することについての記載がある。これにより、水の温度に応じて除霜運転時間を短くして効率をよくするとともに、圧縮機への液バックを抑制し信頼性を向上させている。なお、液バックとは、液相冷媒が圧縮機へ流入することである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６１−０３６６５９号公報
【特許文献２】特開昭６１−０４６８４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載されたように、除霜運転時に、膨張機構の流路抵抗を小さくして冷媒循環量を増やした場合、熱源から採熱する熱量に対して冷媒の循環量が多くなりすぎる虞がある。熱源から採熱する熱量に対して冷媒の循環量が多くなった場合、圧縮機への液バックが発生する。その結果、圧縮機入力が大きくなるとともに、圧縮機が故障する虞がある。
実際、空気調和機においては、一般に除霜運転中の熱源側の送風機は停止している。そのため、熱源で十分に採熱されず、液バックが発生し易い。【０００７】
特許文献２に記載されたように、給湯装置において除霜運転中に熱源となる水の温度に応じて冷媒の循環量を調整する場合、圧縮機の吐出温度上昇による放熱ロスや、高低圧差が大きくなることによる圧縮機入力の増大により、逆に効率が悪くなる場合がある。【０００８】
この発明は、例えば、除霜運転中の放熱ロスを低減するとともに、除霜運転中の圧縮機入力を低減し、除霜運転の効率をよくすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明に係るヒートポンプ装置は、例えば、
圧縮機と第１熱交換器と膨張機構と第２熱交換器とが順次接続された冷媒回路と、
暖房運転時には冷媒が前記圧縮機、前記第１熱交換器、前記膨張機構、前記第２熱交換器の順に循環するようにし、除霜運転時には冷媒が前記圧縮機、前記第２熱交換器、前記膨張機構、前記第１熱交換器の順に循環するようにして、前記暖房運転と前記除霜運転とを切り替える切替部と、
前記除霜運転時における前記第１熱交換器での冷媒の過熱度を検出する過熱度検出部と、
前記切替部により前記暖房運転から前記除霜運転に切り替えられた場合、前記冷媒回路を循環する冷媒の循環量を増加させるとともに、前記過熱度検出部が検出した過熱度が所定の目標値になるように前記圧縮機の動作周波数を制御する制御部と
を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
この発明では、除霜運転中に冷媒循環量を増加させるとともに、圧縮機の動作周波数を低下させることにより、吐出温度が上昇することが抑制され放熱ロスが低減されるとともに、圧縮機入力が低減され、効率のよい除霜運転をすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施の形態１に係るヒートポンプ給湯器の冷媒回路構成図。
【図２】図１に示す冷媒回路における暖房運転時の冷媒の流れを示す図。
【図３】図１に示す冷媒回路における除霜運転時の冷媒の流れを示す図。
【図４】暖房運転開始から除霜運転終了までの能力変化を示す図。
【図５】暖房運転開始から除霜運転終了までの消費電力変化を示す図。
【図６】開閉弁６を閉じて除霜運転した場合のモリエル線図。
【図７】開閉弁６を開けて除霜運転した場合のモリエル線図。
【図８】暖房負荷を計算可能とした実施の形態１に係るヒートポンプ給湯器の冷媒回路構成図。
【図９】暖房負荷と、圧縮機積算回転数／暖房運転時間との関係を示す図。
【図１０】実施の形態１に係るヒートポンプ給湯器において、暖房運転から除霜運転に切り替える場合における制御部による制御動作を示すフローチャート。
【図１１】実施の形態２に係るヒートポンプ給湯器の冷媒回路構成図。
【図１２】図１１に示す冷媒回路における暖房運転から除霜運転に切り替わったときの冷媒の流れを示す図。
【図１３】図１１に示す冷媒回路における除霜運転に切り替え後所定の時間経過したときの冷媒の流れを示す図。
【図１４】図１１に示す冷媒回路における除霜運転から暖房運転に切り替えるときの冷媒の流れを示す図。
【図１５】実施の形態２に係るヒートポンプ給湯器において、暖房運転から除霜運転に切り替える場合における制御部による制御動作を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係るヒートポンプ給湯器の冷媒回路構成図である。図２は、図１に示す冷媒回路における暖房運転時の冷媒の流れを示す図である。図３は、図１に示す冷媒回路における除霜運転時の冷媒の流れを示す図である。なお、図２，３において、破線矢印は冷媒の流れを示し、実線矢印は水の流れを示す。
【００１３】
ヒートポンプ給湯器は、圧縮機１、第１熱交換器３、膨張機構４、第２熱交換器５が配管で順次接続された主冷媒回路を備える。また、主冷媒回路には、圧縮機１の吐出口側に四方弁２（切替部の一例）が設けられる。また、第２熱交換器５には、熱交換に利用されるファン８が設けられる。
また、ヒートポンプ給湯器は、主冷媒回路の第１熱交換器３と膨張機構４との間と、膨張機構４と第２熱交換器５との間とを膨張機構４をバイパスして接続するバイパス回路７を備える。なお、バイパス回路７には、開閉弁６が設けられている。
さらに、主冷媒回路には、第１熱交換器３と膨張機構４との間に第１温度検出部１０が設けられ、四方弁２と圧縮機１との間には第２温度検出部１１が設けられる。特に、第１温度検出部１０は、第１熱交換器３と膨張機構４との間におけるバイパス回路７の接続点よりも第１熱交換器３よりの位置に設けられる。なお、第１温度検出部１０と第２温度検出部１１とは過熱度検出部の一例である。
また、さらに、ヒートポンプ給湯器は、全体の動作を制御する制御部（図示していない）を備える。なお、制御部は、例えば、マイクロコンピュータ等のコンピュータである。
【００１４】
なお、ここでは、上述したようにヒートポンプ装置の一例としてヒートポンプ給湯器について説明するため、第１熱交換器３を冷媒と給湯用の水とを熱交換する熱交換器とし、第２熱交換器５を冷媒と空気とを熱交換する熱交換器とする。つまり、暖房運転時には、冷媒は、第２熱交換器５で空気から吸熱して、第１熱交換器３で水へ放熱することにより、水を温める。すなわち、ここで言う暖房（暖房運転）とは、建物や部屋の内部を暖めることだけでなく、水を温めることを含む。
【００１５】
図２に示すように、暖房運転時は、圧縮機１、第１熱交換器３、膨張機構４、第２熱交換器５の順に冷媒が循環するように、制御部が四方弁２を設定する。なお、制御部は、暖房運転時は開閉弁６を閉じておく。
つまり、圧縮機１から吐出された高温高圧のガス冷媒は、四方弁２を通り第１熱交換器３へ流入する。第１熱交換器３へ流入したガス冷媒は、水に放熱しながら凝縮し、液冷媒となって膨張機構４へ流入する。膨張機構４へ流入した冷媒は、低温低圧の気液二相冷媒に減圧された後、第２熱交換器５へ流入する。第２熱交換器５へ流入した気液二相冷媒は、空気から吸熱しながら低圧のガス冷媒となって圧縮機１に戻る。
【００１６】
暖房運転時に、冷媒の温度が０℃以下で空気の露点温度以下である場合に、空気中に含まれる水分が第２熱交換器５へ付着し霜へと成長する着霜現象が発生する。第２熱交換器５への着霜は、空気と冷媒との熱交換における熱抵抗や、ファン８によって発生される気流等の空気の流れを妨げる通風抵抗となる。つまり、第２熱交換器５に着霜することにより、熱交換量が低下する。そのため、ある程度着霜した場合、霜を除去する除霜運転を実施しなければならない。
【００１７】
図３に示すように、除霜運転時は、四方弁２を切り替えて暖房運転時とは冷媒を逆に流すことが一般的である。つまり、除霜運転時は、圧縮機１、第２熱交換器５、膨張機構４、第１熱交換器３の順に冷媒が循環するように、制御部が四方弁２を設定する。なお、ここでは、開閉弁６は閉じた状態であるとする。
つまり、圧縮機１から吐出された高温高圧のガス冷媒が、四方弁２を通り第２熱交換器５へ流入する。第２熱交換器５へ流入したガス冷媒は、放熱して霜を融かしながら凝縮し、液冷媒となって膨張機構４へ流入する。膨張機構４へ流入した冷媒は、低温低圧の気液二相冷媒に減圧された後、第１熱交換器３で水から吸熱しながら低圧のガス冷媒となって圧縮機１に戻る。なお、除霜運転時には、ファン８は停止している。
【００１８】
図４は、暖房運転開始から除霜運転終了までの能力変化を示す図である。図５は、暖房運転開始から除霜運転終了までの消費電力変化を示す図である。
暖房運転開始から除霜開始まで（つまり、暖房運転時）の積算加熱量をＱｈ＿ＳＵＭ（Ｊ）、積算消費電力量をＷｈ＿ＳＵＭ（Ｊ）とし、除霜運転中の水からの積算吸熱量をＱｄ＿ＳＵＭ（Ｊ）、積算消費電力量をＷｄ＿ＳＵＭ（Ｊ）とする。このとき、暖房運転開始から除霜運転終了までを１サイクルとしたサイクル平均ＣＯＰは、式１で表される。
＜式１＞
サイクル平均ＣＯＰ＝（Ｑｈ＿ＳＵＭ（Ｊ）−Ｑｄ＿ＳＵＭ（Ｊ））／（Ｗｈ＿ＳＵＭ（Ｊ）＋Ｗｄ＿ＳＵＭ（Ｊ））
ここで、式１の分子は水への積算加熱量（Ｊ）であるため、暖房運転時の積算加熱量Ｑｈ＿ＳＵＭ（Ｊ）から除霜運転中に水から吸熱する熱量Ｑｄ＿ＳＵＭ（Ｊ）を引いている。
【００１９】
また、除霜に使用される積算熱量（Ｊ）は式２で表される。
＜式２＞
除霜に使用される積算熱量（Ｊ）＝Ｑｄ＿ＳＵＭ（Ｊ）＋Ｗｄ＿ＳＵＭ（Ｊ）
【００２０】
図６は、開閉弁６を閉じて除霜運転した場合のモリエル線図である。
図６に示すように、開閉弁６を閉じて除霜運転した場合、圧縮機１から吐出された高温高圧のガス冷媒（図６の点１）が、第２熱交換器５で放熱して霜を融かしながら凝縮し液冷媒となり（図６の点２）、膨張機構４で低温低圧の気液二相冷媒に減圧され（図６の点３）、第１熱交換器３で水から吸熱しながら低圧のガス冷媒となって（図６の点４）、圧縮機１に戻る。
この場合、図６に示すモリエル線図において、点２から点３までの幅の広さが示すように、水を熱源として除霜運転を行う場合、膨張機構４部分の抵抗が大きい。そのため、水からの吸熱量に対する冷媒の循環量が少なくなってしまう。その結果、圧縮機１の吸入時における冷媒の過熱度が大きく（図６参照）、圧縮機１の吸入時における冷媒の温度が熱源である水温近くまで高くなり、圧縮機１の吐出温度が高くなってしまう。
【００２１】
圧縮機１の吐出温度が上昇すると、吐出された冷媒と空気の温度との温度差が大きくなり、冷媒から空気への放熱が多くなる。除霜に最低必要な熱量をＱ＿ｍｉｎ、空気への放熱をＱ＿ｌｏｓｓとすると、式３が成り立つ。なお、除霜に最低必要な熱量Ｑ＿ｍｉｎは着霜量に比例する量である。
＜式３＞
Ｑｄ＿ＳＵＭ（Ｊ）＋Ｗｄ＿ＳＵＭ（Ｊ）＝Ｑ＿ｍｉｎ＋Ｑ＿ｌｏｓｓ
つまり、圧縮機１の吐出温度が上昇して空気への放熱であるＱ＿ｌｏｓｓが上昇すると、除霜に使用される積算熱量（Ｊ）であるＱｄ＿ＳＵＭ（Ｊ）＋Ｗｄ＿ＳＵＭ（Ｊ）が大きくなってしまう。これは、除霜運転中に水から吸熱する熱量Ｑｄ＿ＳＵＭ（Ｊ）と、積算消費電力量Ｗｄ＿ＳＵＭ（Ｊ）とがともに増加することを意味する。つまり、圧縮機１の吐出温度が上昇して空気への放熱であるＱ＿ｌｏｓｓが上昇すると、式１で示したサイクル平均ＣＯＰが低下してしまう。
また、膨張機構４での圧力損失によっても、圧縮機入力が増大し、Ｗｄ＿ＳＵＭ（Ｊ）が増え、式１で示したサイクル平均ＣＯＰは低下してしまう。
【００２２】
そこで、実施の形態１に係るヒートポンプ給湯器の制御部は、除霜運転開始とともに、バイパス回路７に備えられた開閉弁６を開き、バイパス回路７を冷媒が流れるようにする。このとき、膨張機構４が全閉可能なものであるならば、制御部は膨張機構４を全閉にしても良い。
【００２３】
図７は、開閉弁６を開けて除霜運転した場合のモリエル線図である。
図７に示すように、開閉弁６を開けて除霜運転した場合、圧縮機１から吐出された高温高圧のガス冷媒（図７の点５）が、第２熱交換器５で放熱して霜を融かしながら凝縮し液冷媒となり（図７の点６）、バイパス回路７（及び膨張機構４）で低温低圧の気液二相冷媒に減圧され（図７の点７）、第１熱交換器３で水から吸熱して（図７の点８）、圧縮機１に戻る。
この場合、図６と図７とを比較することで分かるように、開閉弁６を開けたことにより、膨張機構４部分の抵抗が小さくなり（図６の点２，３間の幅＞図７の点６，７間の幅）、冷媒の循環量が多くなる。すなわち、開閉弁６を開けたことにより、バイパス回路７を冷媒が流れるようになり、冷媒の循環量が多くなる。また、ヒートポンプ給湯器における冷媒の高低圧差が小さくなる。
冷媒循環量が十分に確保されているため、圧縮機１の吸入時における冷媒の過熱度が小さくなる。そのため、圧縮機１の吐出温度が上昇することが抑制され、放熱ロスが低減される。つまり、空気への放熱であるＱ＿ｌｏｓｓが低減される。また、冷媒の高低圧差が小さくなることにより、圧縮機入力が低減され、Ｗｄ＿ＳＵＭ（Ｊ）が低減する。したがって、式１で示したサイクル平均ＣＯＰが向上する。
【００２４】
しかし、冷媒の循環量が水からの採熱量に対して多くなりすぎて、圧縮機１へ気液二相状態の冷媒が戻る場合がある。つまり、圧縮機１への液バックが発生する場合がある。
この場合、制御部が圧縮機１の動作周波数を変化させ熱交換量を調整することで、圧縮機１への吸入冷媒過熱度ＳＨが適正値となるようにする。吸入冷媒過熱度ＳＨは、第２温度検出部１１が検出する温度と第１温度検出部１０が検出する温度との差である。
具体的には、液バックが発生している場合、制御部は圧縮機１の動作周波数を低下させて熱交換量を減少させることで、吸入冷媒過熱度ＳＨを大きくする。圧縮機１の動作周波数を低下させて吸入冷媒過熱度ＳＨを適正値にすることで、液バック防止だけでなく、圧縮機入力が低減される。
【００２５】
このように、冷媒の循環量を増加させるとともに、圧縮機１の動作周波数を低下させて吸入冷媒過熱度ＳＨを適正値となるように制御することで、放熱ロスが抑制されるとともに、圧縮機入力が低減され、式１に示すサイクル平均ＣＯＰを向上させることができる。
【００２６】
ここで、適正な吸入冷媒過熱度ＳＨは、暖房負荷に応じて決定される。暖房負荷とは、暖房に必要な熱量である。つまり、ここでは、暖房負荷とは、第１熱交換器３により水を温めるのに必要な熱量である。
暖房負荷は、暖房運転時の運転状況から計算（推測）される。例えば、暖房負荷は、暖房運転中の圧縮機１の積算回転数を暖房運転時間で除した値により計算する。
【００２７】
図８は、暖房負荷を計算可能としたヒートポンプ給湯器の冷媒回路構成図である。
図８に示すヒートポンプ給湯器は、図１に示すヒートポンプ給湯器に加え、圧縮機周波数検出部１２を備える。その他は、図１に示すヒートポンプ給湯器と同一である。圧縮機周波数検出部１２は、圧縮機１に接続され、圧縮機１の動作周波数を検出する。そのため、圧縮機周波数検出部１２は、暖房運転中の圧縮機１の積算回転数を検出することができる。
つまり、制御部は、圧縮機周波数検出部１２により検出した暖房運転中の圧縮機１の積算回転数と、暖房運転時間とから暖房負荷を計算できる。なお、暖房運転時間は、ヒートポンプ給湯器が備えるタイマー（時間計測部）により計測することで得られる。
【００２８】
図９は、暖房負荷と、圧縮機積算回転数／暖房運転時間との関係を示す図である。
暖房負荷と圧縮機積算回転数／暖房運転時間との関係は、図９に示すように、暖房負荷が大きい場合ほど、圧縮機積算回転数／暖房運転時間が大きくなり、暖房負荷が小さいほど、圧縮機積算回転数／暖房運転時間が小さくなる。
【００２９】
例えば、暖房負荷が所定の値よりも大きい場合（暖房負荷が大きい場合）は、早く除霜を終了させて早期に暖房運転を行う必要がある。そのため、制御部は、吸入冷媒過熱度ＳＨの目標値を例えば３［Ｋ］のように小さく設定し、比較的高い動作周波数で圧縮機１を運転する。これにより、除霜能力Ｑｄ（Ｗ）が上昇し、短い時間で除霜を終了させることができる。
一方、暖房負荷が所定の値以下の場合（暖房負荷が小さい場合）は、早期に暖房運転に復帰する必要が無い。そのため、制御部は、除霜運転に時間はかかるものの、消費電力を低減させることができるように制御する。除霜運転中の圧縮機１の動作周波数を低くするほど、除霜能力Ｑｄ（Ｗ）は低下し除霜時間は長くなるものの、圧縮機入力が低減する。つまり、除霜運転中の圧縮機１の動作周波数を低くするほど、除霜運転中の積算消費電力量Ｗｄ＿ＳＵＭ（Ｊ）が低減する。そこで、所定の値よりも暖房負荷が小さい場合は、例えば、第２温度検出部１１が検出する冷媒の温度が水温になるような吸入冷媒過熱度ＳＨに吸入冷媒過熱度ＳＨの目標値を設定して、圧縮機１の動作周波数を低くすることで、さらなる省エネ効果が得られる。
また、上記説明では、暖房負荷が所定の値よりも大きい場合は高い動作周波数で圧縮機１を運転し、暖房負荷が所定の値以下の場合は低い動作周波数で圧縮機１を運転するとした。しかし、暖房負荷が大きいほど圧縮機１の動作周波数を高くし、暖房負荷が小さいほど圧縮機１の動作周波数を低くしてもよい。
【００３０】
図１０は、実施の形態１に係るヒートポンプ給湯器において、暖房運転から除霜運転に切り替える場合における制御部による制御動作を示すフローチャートである。
（Ｓ１１）では、制御部は、除霜運転開始とともに暖房運転時の圧縮機積算回転数／暖房運転時間、つまり暖房負荷を算出する。
（Ｓ１２）では、制御部は、四方弁２と開閉弁６とを切り替える。つまり、制御部は、冷媒の循環順序が暖房運転時と逆になるように四方弁２を切り替えるとともに、開閉弁６を開く。また、併せて、制御部は膨張機構４を全閉にしてもよい。
（Ｓ１３）では、（Ｓ１１）で算出した暖房負荷が所定の値より大きいか否かを判定する。暖房負荷が所定の値より大きい場合（Ｓ１３でＹＥＳ）、処理を（Ｓ１４）へ進める。一方、暖房負荷が所定の値以下の場合（Ｓ１３でＮＯ）、処理を（Ｓ１５）へ進める。
（Ｓ１４）では、制御部は、吸入冷媒過熱度ＳＨの目標値を小さい値に（例えば３［Ｋ］に）設定し、設定した吸入冷媒過熱度ＳＨになるように高い動作周波数で除霜運転終了まで動作させる。
（Ｓ１５）では、制御部は、吸入冷媒過熱度ＳＨの目標値を大きい値に設定し、設定した吸入冷媒過熱度ＳＨになるように低い動作周波数で除霜運転終了まで動作させる。
【００３１】
以上のように、実施の形態１に係るヒートポンプ温水器では、除霜運転時に、冷媒の循環量を多くするとともに、暖房負荷に応じて圧縮機１の動作周波数を制御するため、高効率な除霜運転が可能となる。
【００３２】
なお、上記説明では、膨張機構４部分の圧力損失改善のためにバイパス回路７を設けた。しかし、膨張機構４の全開時の弁口径を広くすることなどにより、バイパス回路７を設けなくても冷媒の循環量を十分確保できる場合は、バイパス回路７を設けなくてもよい。つまり、この場合、除霜運転時には、暖房運転時よりも膨張機構４の開度を広げることにより、冷媒の循環量を増加させればよい。
【００３３】
また、上記説明では、第２温度検出部１１を圧縮機１の吸入部分に設けたが、除霜運転時における第１熱交換器３の冷媒の出口部分に設けてもよい。
【００３４】
また、上記説明では、暖房負荷は圧縮機積算回転数を暖房運転時間で除した値により算出したが、他の方法により暖房負荷が判定できれば、その方法を用いてもよい。
【００３５】
また、上記説明では、ヒートポンプ装置の一例として、ヒートポンプ給湯器について説明した。しかし、除霜運転時の採熱量が十分確保できるのであれば、ヒートポンプ装置はヒートポンプ給湯器に限らず、例えば、ヒートポンプ空気調和機等の他のヒートポンプ装置であってもよい。
なお、ヒートポンプ装置がヒートポンプ空気調和機であれば、第１熱交換器３は、いわゆる室内機に設けられ、冷媒と空気とを熱交換する熱交換器となる。
【００３６】
実施の形態２．
図１１は、実施の形態２に係るヒートポンプ給湯器の冷媒回路構成図である。図１２は、図１１に示す冷媒回路における暖房運転から除霜運転に切り替わったときの冷媒の流れを示す図である。図１３は、図１１に示す冷媒回路における除霜運転に切り替え後所定の時間経過したときの冷媒の流れを示す図である。図１４は、図１１に示す冷媒回路における除霜運転から暖房運転に切り替えるときの冷媒の流れを示す図である。なお、図１２から図１４において、破線矢印は冷媒の流れを示し、実線矢印は水の流れを示す。
【００３７】
図１１に示す実施の形態２に係るヒートポンプ給湯器の冷媒回路について、図１に示す実施の形態１に係るヒートポンプ給湯器の冷媒回路と異なる部分のみ説明する。
実施の形態１に係るヒートポンプ給湯器における膨張機構４が、実施の形態２に係るヒートポンプ給湯器では第１膨張機構２０、液溜め２１、第２膨張機構２２により構成される。つまり、実施の形態２に係るヒートポンプ給湯器の主冷媒回路は、圧縮機１、第１熱交換器３、第１膨張機構２０、液溜め２１、第２膨張機構２２、第２熱交換器５が順次接続されて形成される。
また、バイパス回路７は、第１熱交換器３と第１膨張機構２０との間と、第２膨張機構２２と第２熱交換器５との間とを、第１膨張機構２０、液溜め２１、第２膨張機構２２をバイパスして接続する。
さらに、第１温度検出部１０は第１熱交換器３と第１膨張機構２０との間に設けられ、第２温度検出部１１は四方弁２と圧縮機１との間に設けられる。特に、第１温度検出部１０は、第１熱交換器３と第１膨張機構２０との間におけるバイパス回路７の接続点よりも第１熱交換器３よりの位置に設けられる。
【００３８】
図１２に示すように、暖房運転から除霜運転に切り替える場合、制御部は、第１膨張機構２０を開き（全開にし）、第２膨張機構２２を閉じ（全閉にし）、開閉弁６を閉じ、四方弁２を実施の形態１の除霜運転時と同じように設定する。この状態で、所定の時間運転する。これにより、液溜め２１に溜まった冷媒を取り出して、冷媒の循環量を増加させる。
【００３９】
図１３に示すように、除霜運転に切り替え後所定の時間経過した場合、つまり、液溜め２１に溜まった冷媒を取り出した後、制御部は、第１膨張機構２０を閉じ（全閉にし）、開閉弁６を開ける。つまり、制御部は、第１膨張機構２０を閉じ（全閉にし）、第２膨張機構２２を閉じ（全閉にし）、開閉弁６を開け、四方弁２を実施の形態１の除霜運転時と同じように設定する。この状態で暖房運転に切り替えされるまで運転する。
【００４０】
図１４に示すように、除霜運転から暖房運転に切り替える場合、制御部は、開閉弁６を閉じてから、第１膨張機構２０と第２膨張機構２２とを開ける。つまり、制御部は、第１膨張機構２０を開け（全開にし）、第２膨張機構２２を開け（全開にし）、開閉弁６を閉じ、四方弁２を実施の形態１の除霜運転時と同じように設定する。この状態で所定の時間運転する。これにより、液溜め２１に冷媒を溜める。このとき、液溜め２１に冷媒を溜められるのであれば、第１膨張機構２０を全閉にしても良い。
そして、所定の時間経過したら、つまり液溜め２１に冷媒が溜まったら、制御部は、四方弁２を実施の形態１の暖房運転時と同じように設定して、暖房運転を行う。
【００４１】
図１５は、実施の形態２に係るヒートポンプ給湯器において、暖房運転から除霜運転に切り替える場合における制御部による制御動作を示すフローチャートである。
（Ｓ２１）は、図１０に示す（Ｓ１１）と同一である。
（Ｓ２２）では、制御部は、図１２に示すように、第１膨張機構２０を開き（全開にし）、第２膨張機構２２を閉じ（全閉にし）、開閉弁６を閉じ、四方弁２を実施の形態１の除霜運転時と同じように設定する。そして、液溜め２１に溜まった冷媒を取り出す。
（Ｓ２３）では、液溜め２１に溜まった冷媒を取り出した後、制御部は、図１３に示すように、第１膨張機構２０を閉じ（全閉にし）、開閉弁６を開ける。
（Ｓ２４）から（Ｓ２６）は、それぞれ図１０に示す（Ｓ１３）から（Ｓ１５）と同一である。
そして、除霜運転から暖房運転に切り替える場合、制御部は、図１４に示すように、開閉弁６を閉じてから、第１膨張機構２０と第２膨張機構２２とを開ける。これにより、液溜め２１に冷媒を溜め、その後、四方弁２を切り替えて暖房運転を開始する。
【００４２】
以上のように、実施の形態１に係るヒートポンプ温水器では、除霜運転から暖房運転に復帰したときに、除霜運転中に第２熱交換器５に溜まった液冷媒の量を減らすことが可能となり、暖房復帰時の液バックを抑制できる。
【００４３】
なお、上記説明では、第２温度検出部１１を圧縮機１の吸入部分に設けたが、除霜運転時における第１熱交換器３の冷媒の出口部分に設けてもよい。
【００４４】
また、上記説明では、暖房負荷は圧縮機積算回転数を暖房運転時間で除したもので計算したが、他の方法で負荷が判定できれば、その方法を用いてもよい。
【００４５】
また、上記説明では、ヒートポンプ装置の一例として、ヒートポンプ給湯器について説明した。しかし、除霜運転時の採熱量が十分確保できるのであれば、ヒートポンプ装置はヒートポンプ給湯器に限らず、例えば、ヒートポンプ空気調和機等の他のヒートポンプ装置であってもよい。
なお、ヒートポンプ装置がヒートポンプ空気調和機であれば、第１熱交換器３は、いわゆる室内機に設けられ、冷媒と空気とを熱交換する熱交換器となる。
【００４６】
以上をまとめると、次のようになる。
以上の実施の形態に係るヒートポンプ給湯装置は、
圧縮機１、四方弁２、水−冷媒熱交換器（第１熱交換器３）、膨張機構４、空気−冷媒熱交換器（第２熱交換器５）が順次接続された主冷媒回路において、前記水−冷媒熱交換器と前記空気−冷媒熱交換器をバイパスするバイパス回路７を備え、前記バイパス回路７は開閉弁６を備え、前記空気−冷媒熱交換器を除霜する除霜運転時に前記水−冷媒熱交換器で蒸発した冷媒の過熱度を検出する冷媒過熱度検出部（第１温度検出部１０、第２温度検出部１１）を備え、除霜運転時には前記開閉弁６を開にして前記バイパス回路７に冷媒を流し、前期冷媒過熱度検出部の検出値が所定の目標値になるように圧縮機周波数を変更するようにしたことを特徴とする。
【００４７】
前記冷媒過熱度の目標値を暖房負荷により変更したことを特徴とする。
【００４８】
前記暖房負荷が所定の値よりも小さい場合は、前記冷媒過熱度の目標値を大きくし除霜運転中の圧縮機周波数を低下させ省エネ重視の運転を行い、前記暖房負荷が所定の値よりも大きい場合は、前記冷媒過熱度の目標値を小さくして圧縮機周波数を上昇させ能力重視の運転を行うことを特徴とする。
【００４９】
圧縮機周波数検出部１２を備え、暖房運転時の積算圧縮機回転数を検出し、前記積算圧縮機回転数を暖房運転時間で除したもので、前記暖房負荷を判定することを特徴とする。
【００５０】
前記膨張機構４は、第１膨張機構２０、液溜め２１、第２膨張機構２２を順次接続したことを特徴とする。
【００５１】
除霜運転開始時に、第１膨張機構２０を全開、第２膨張機構２２を全閉にして、前記液溜め２１内の冷媒を取り出した後、第１膨張機構２０を全閉とし、前記バイパス回路７に備えられた前記開閉弁６を開とすることを特徴とする。
【００５２】
暖房復帰時には、前記開閉弁６を閉じてから第１膨張機構２０と第２膨張機構２２を全開にし、液溜め２１に冷媒を溜めた後、前記四方弁２の切り替えを行うことを特徴とする。
【符号の説明】
【００５３】
１  圧縮機、２  四方弁、３  第１熱交換器、３−１  冷媒入口、３−２  冷媒出口、３−３  流体入口、３−４  流体出口、４  膨張機構、５  第２熱交換器、６  開閉弁、７  バイパス回路、８  ファン、１０  第１温度検出部、１１  第２温度検出部、１２  圧縮機周波数検出部、２０  第１膨張機構、２１  液溜め、２２  第２膨張機構。
【図１】
2011010473.tif 000003
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【手続補正書】
【提出日】平成24年9月19日(2012.9.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機と第１熱交換器と第１膨張機構と液溜めと第２膨張機構と第２熱交換器とが順次接続された冷媒回路と、
開閉弁を有し、前記冷媒回路における前記第１熱交換器と前記第１膨張機構との間と、前記第２膨張機構と前記第２熱交換器との間とを、前記第１膨張機構と前記液溜めと前記第２膨張機構とをバイパスして接続するバイパス回路と、
暖房運転と除霜運転とで冷媒の循環する方向を切り替えて、前記暖房運転と前記除霜運転とを切り替える切替部と、
前記除霜運転時における前記第１熱交換器での冷媒の過熱度を検出する過熱度検出部と、
前記切替部により前記暖房運転から前記除霜運転に切り替えられた場合、前記第１膨張機構を開けるとともに前記第２膨張機構を閉じ、所定の時間が経過すると、前記第１膨張機構を閉じるとともに、前記バイパス回路が有する前記開閉弁を開いて前記冷媒回路を循環する冷媒の循環量を増加させる制御部であって、前記過熱度検出部が検出した過熱度が所定の目標値になるように前記圧縮機の動作周波数を制御する制御部と
を備えることを特徴とするヒートポンプ装置。
【請求項２】
前記制御部は、暖房に必要な熱量である暖房負荷に応じて前記目標値を変更する
ことを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ装置。
【請求項３】
前記制御部は、暖房負荷が所定の値よりも大きい場合における前記目標値よりも、暖房負荷が前記所定の値よりも小さい場合における前記目標値を大きくすることで、暖房負荷が所定の値よりも大きい場合よりも、暖房負荷が前記所定の値よりも小さい場合には前記圧縮機の動作周波数を低くする
ことを特徴とする請求項２に記載のヒートポンプ装置。
【請求項４】
前記ヒートポンプ装置は、さらに、
暖房運転時における前記圧縮機の積算回転数を検出する圧縮機周波数検出部と、
暖房運転時間を計測する時間計測部とを備え、
前記制御部は、前記圧縮機周波数検出部が検出した暖房運転時における前記圧縮機の積算回転数を、前記時間計測部が計測した前記暖房運転時間で除した値から前記暖房負荷を算出する
ことを特徴とする請求項２又は３に記載のヒートポンプ装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記除霜運転から前記暖房運転に切り替える場合、前記バイパス回路が有する前記開閉弁を閉じるとともに前記第１膨張機構と前記第２膨張機構とを開き、所定の時間が経過すると、前記切替部により冷媒の循環する方向を切り替える
ことを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ装置。
【国際調査報告】
2011010473.tif 000018
2011010473.tif 000019
2011010473.tif 000020
2011010473.tif 000021