(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸発器と圧縮機と凝縮器と膨張弁とを、熱媒配管で順次接続して構成されたヒートポンプと、
前記凝縮器が途中に接続された水循環路と、
前記水循環路に水を流通させる循環ポンプと、
前記膨張弁をバイパスして、前記熱媒配管の前記膨張弁の上流側と下流側の箇所を連通する膨張弁バイパス管と、
前記膨張弁バイパス管を開閉する電磁弁と、
前記電磁弁を開弁した状態で前記圧縮機を作動させることにより、前記蒸発器の除霜を行う除霜運転と、前記圧縮機を停止して、前記電磁弁を開弁した状態で前記循環ポンプを作動させた後、前記電磁弁を閉弁して前記圧縮機を作動させることにより、前記凝縮器において、前記水循環路を流通する水を前記熱媒配管を流通する熱媒により加熱する水加熱運転とを行う制御部と
を備えたことを特徴とするヒートポンプ熱源装置。
【請求項２】
請求項１に記載のヒートポンプ熱源装置において、
前記制御部は、
前記水循環路内の水が凍結しているか否かを判定する所定の凍結判定条件が成立したとき、前記圧縮機を停止して前記電磁弁を開弁した状態で、前記循環ポンプを作動させる凍結防止運転を行うことを特徴とするヒートポンプ熱源装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載のヒートポンプ熱源装置において、
前記水循環路及び前記循環ポンプは、前記水循環路に接続された温水暖房端末に温水を供給する暖房装置、又は前記水循環路に接続された貯湯タンク内の水を加熱する給湯装置を構成し、
前記制御部は、単一の基板に実装された電子回路により構成されて、前記暖房装置又は前記給湯装置の作動を制御することを特徴とするヒートポンプ熱源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水循環路を流通する水をヒートポンプにより加熱するヒートポンプ熱源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ヒートポンプを用いた熱源装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載された熱源装置は、温水暖房端末（床暖房機、温水温風暖房機等）と連通した暖房循環路を流通する温水と、貯湯タンクと連通したタンク循環路を流通する水とを、ヒートポンプにより加熱する構成となっている。
【０００３】
ヒートポンプは、蒸発器（外気−熱媒熱交換器）、圧縮機、凝縮器（熱媒−水熱交換器）、及び膨張弁を、熱媒配管により順次接続して構成され、凝縮器により、熱媒配管を流通する熱媒とタンク循環路及び暖房循環路を流通する水との間で熱交換を行って水を加熱する。
【０００４】
また、蒸発器の除霜を行うために、膨張弁をバイパスするバイパス路とバイパス路を開閉する除霜弁が設けられている。除霜弁を開弁して圧縮機を作動させることによって、圧縮機から送出される高温の熱媒により蒸発器の除霜を行うことができる。
【０００５】
ここで、除霜弁としては電磁弁を用いるのが一般的であり、電磁弁の吸気側（上流側（凝縮器側））と排気側（下流側（蒸発器側））のポート間の圧力は、圧縮機が作動しているときは吸気側が排気側よりも高い順圧の状態となり、圧縮機が停止しているときには吸気側と排気側の圧力が等しい平衡状態となる。
【０００６】
しかしながら、熱源装置の運転状況によっては、電磁弁の吸気側の圧力が排気側の圧力よりも低い逆圧の状態になる場合があり、逆圧の状態になると除霜弁からビビリ音が発生するという不都合がある。
【０００７】
そこで、このビビリ音の発生を防止するために、熱媒配管に逆止弁を設ける構成（例えば、特許文献２参照）や、電磁弁ではなく電子膨張弁（モータにより弁体を開閉する膨張弁）を除霜弁に用いた構成（例えば、特許文献３参照）が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１３−１８１６８２号公報
【特許文献２】特開２００７−０５１８３８号公報
【特許文献３】特開２０１２−１６７８６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
除霜弁からのビビリ音の発生を防止するために、上記特許文献２，３に記載された構成のように逆止弁或いは電子膨張弁を用いた場合には、部品コストが増大すると共に装置の構成も複雑になるという不都合がある。
【００１０】
本発明はかかる背景に鑑みてなされたものであり、除霜弁からのビビリ音の発生を、部品コストの増大及び装置の複雑化を回避して防止したヒートポンプ熱源装置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】
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明のヒートポンプ熱源装置は、
蒸発器と圧縮機と凝縮器と膨張弁とを、熱媒配管で順次接続して構成されたヒートポンプと、
前記凝縮器が途中に接続された水循環路と、
前記水循環路に水を流通させる循環ポンプと、
前記膨張弁をバイパスして、前記熱媒配管の前記膨張弁の上流側と下流側の箇所を連通する膨張弁バイパス管と、
前記膨張弁バイパス管を開閉する電磁弁と、
前記電磁弁を開弁した状態で前記圧縮機を作動させることにより、前記蒸発器の除霜を行う除霜運転と、前記圧縮機を停止して、前記電磁弁を開弁した状態で前記循環ポンプを作動させた後、前記電磁弁を閉弁して前記圧縮機を作動させることにより、前記凝縮器において、前記水循環路を流通する水を前記熱媒配管を流通する熱媒により加熱する水加熱運転とを行う制御部と
を備えたことを特徴とする。
【００１２】
かかる本発明によれば、前記蒸発器の除霜を行うために、前記膨張弁バイパス管と前記電磁弁とが備えられている。そして、前記制御部により前記除霜運転と前記水加熱運転とが実行される。
【００１３】
ここで、前記水加熱運転を開始するときに、前記圧縮機が停止して前記電磁弁が閉弁した状態で前記循環ポンプを作動させると、前記凝縮器において、前記水循環路を流通する水により前記熱媒配管内の熱媒が冷却される。その結果、前記電磁弁の吸気側（上流側）の前記熱媒配管内の熱媒の圧力が減少して、前記電磁弁の吸気側（上流側）にかかる圧力が排気側（下流側）にかかる圧力よりも低い逆圧の状態となり、前記電磁弁からビビリ音が生じてしまう。
【００１４】
そこで、前記制御部は、前記水加熱運転を開始するときに、前記電磁弁を開弁した状態で前記循環ポンプを作動させることによって、前記電磁弁の上流側と下流側の前記熱媒配管内の圧力を均一化してから、前記電磁弁を閉弁して前記圧縮機を作動させる。これにより、前記電磁弁に逆圧がかかることを防止し、逆圧により前記電磁弁にビビリ音が生じることを防止することができる。そして、本発明の構成によれば、前記水加熱運転を開始するときの前記電磁弁の開弁制御により、前記電磁弁にビビリ音が生じることを防止することができる。そのため、上述した特許文献２，３に記載された構成のように、逆止弁や電子膨張弁等の部品を使用することによる部品コストのアップや構成の複雑化を回避して、前記電磁弁にビビリ音が生じることを防止することができる。
【００１５】
また、前記制御部は、前記水循環路内の水が凍結しているか否かを判定する所定の凍結判定条件が成立したとき、前記圧縮機を停止して前記電磁弁を開弁した状態で、前記循環ポンプを作動させる凍結防止運転を行うことを特徴とする。
【００１６】
この構成によれば、前記凍結防止運転により前記循環ポンプを作動させて、前記水循環路内に水を流通させることによって、前記水循環路内で水が凍結することを防止することができる。しかしながら、前記圧縮機を停止して前記電磁弁を閉弁した状態で、前記循環ポンプを作動させると、上述したように、前記凝縮器において熱媒が冷却されて前記電磁弁に逆圧がかかる状態になり、前記電磁弁からビビリ音が発生してしまう。
【００１７】
そこで、本構成により、前記圧縮機を停止して前記電磁弁を開弁した状態で、前記循環ポンプを作動させて前記凍結防止運転を行うことによって、前記電磁弁に逆圧がかかる状態となることを回避して、前記電磁弁からビビリ音が生じることを防止することができる。
【００１８】
また、前記水循環路及び前記循環ポンプは、前記水循環路に接続された温水暖房端末に温水を供給する暖房装置、又は前記水循環路に接続された貯湯タンク内の水を加熱する給湯装置を構成し、
前記制御部は、単一の基板に実装された電子回路により構成されて、前記暖房装置又は前記給湯装置の作動を制御することを特徴とする。
【００１９】
この構成によれば、単一の基板に実装された電子回路により構成された前記制御部により、前記暖房装置又は前記給湯装置と前記ヒートポンプとが制御されるため、前記制御部により、前記圧縮機と前記電磁弁と前記循環ポンプを連動させる制御を容易に実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】ヒートポンプ熱源装置の構成図。
【図２】除霜電磁弁に逆圧がかかる状況の説明図。
【図３】沸かし上げ運転開始時の従来及び本実施形態のヒートポンプ熱源装置のタイミングチャート。
【図４】沸かし上げ運転開始時のコントローラの作動フローチャート。
【図５】除霜運転開始時のコントローラの作動フローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明の実施形態について、図１〜図５を参照して説明する。図１を参照して、本実施形態のヒートポンプ熱源装置１は、ヒートポンプ熱源装置１の全体的な作動を制御するコントローラ５、ヒートポンプ１０、タンク循環路４１に設けられたタンク循環ポンプ４２、及び暖房循環路５１に設けられた暖房循環ポンプ５２を備えている。
【００２２】
ここで、コントローラ５は本発明の制御部の機能を含む。また、タンク循環路４１と暖房循環路５１は本発明の水循環路に相当し、タンク循環ポンプ４２と暖房循環ポンプ５２は本発明の循環ポンプに相当する。
【００２３】
コントローラ５は、図示しないＣＰＵ，メモリ等により構成された電子回路ユニットであり、メモリに保持されたヒートポンプ熱源装置１の制御用プログラムを、ＣＰＵで実行することによって、ヒートポンプ熱源装置１の作動を制御する機能を果たす。また、コントローラ５には、使用者がヒートポンプ熱源装置１を遠隔操作するためのリモコン６が備えられている。
【００２４】
ヒートポンプ１０は、蒸発器２１（外気−熱媒熱交換器）、圧縮機２２、凝縮器２３（熱媒−水熱交換器）、及び膨張弁２４を、熱媒配管２０により順次接続して構成されている。
【００２５】
蒸発器２１は、ファン２８の作動により供給される空気（外気）と熱媒配管２０内を流通する熱媒（ハイドロフルオロカーボン（ＨＦＣ）等の代替フロン、二酸化炭素等）との間で熱交換を行う。圧縮機２２は、蒸発器２１から送出された熱媒を圧縮して高圧・高温とし、凝縮器２３に送出する。膨張弁２４は、圧縮機２２で加圧された熱媒の圧力を開放する。膨張弁２４は、ステッピングモータにより開度が変更される電子膨張弁である。
【００２６】
膨張弁２４をバイパスして、熱媒配管２０の膨張弁２４が設けられた箇所の上流側と下流側とを連通する膨張弁バイパス管２５には、除霜電磁弁２６（本発明の電磁弁に相当する）が設けられている。除霜電磁弁２６は、蒸発器２１の除霜を行うためのものであり、駆動コイル（図示しない）に通電されているときは開弁状態となり、駆動コイルへの通電が遮断されているときには閉弁状態となる。
【００２７】
コントローラ５は、除霜電磁弁２６を開弁状態として、圧縮機２２及びファン２８を作動させることにより、圧縮機２２から送出される高圧・高温の熱媒を、膨張弁バイパス管２５を介して蒸発器２１に流通させて、蒸発器２１を除霜する除霜運転を実行する。
【００２８】
熱媒配管２０の圧縮機２２が設けられた箇所の上流側及び下流側と、熱媒配管２０の膨張弁２４が設けられた箇所の上流側及び下流側とに、熱媒配管２０内を流通する熱媒の温度を検出する熱媒温度センサ３０，３１，３２，３３がそれぞれ設けられている。
【００２９】
凝縮器２３には、凝縮器２３内を流通する熱媒の中間温度を検出する熱媒温度センサ３５が設けられている。また、蒸発器２１の付近には、ファン２８の作動により蒸発器２１に向かって吸入される空気の温度を検出する空気温度センサ３４が設けられている。
【００３０】
凝縮器２３はタンク循環路４１と接続され、圧縮機２２により高圧・高温とされた熱媒と、タンク循環路４１を流通する水との熱交換により、タンク循環路４１を流通する水を加熱する。コントローラ５は、タンク循環ポンプ４２を作動させた状態で、ヒートポンプ１０を作動させることにより、貯湯タンク４０内の水を加熱する沸かし上げ運転（本発明の水加熱運転に相当する）を実行する。
【００３１】
沸かし上げ運転において、貯湯タンク４０内の下部に貯まった水は、タンク循環ポンプ４２によりタンク循環路４１に導かれ、凝縮器２３で加熱されて貯湯タンク４０の上部に戻される。タンク循環路４１の凝縮器２３が設けられた箇所の上流側及び下流側には、タンク循環路４１を流通する水の温度を検出する温度センサ４３，４４が設けられている。
【００３２】
貯湯タンク４０内の湯は給湯管４６から出湯され、出湯に応じて給水管４５から貯湯タンク４０に水が供給される。なお、貯湯タンク４０、タンク循環路４１、タンク循環ポンプ４２、温度センサ４３，４４、給水管４５、給湯管４６、及び凝縮器２３により本発明の給湯装置が構成される。
【００３３】
また、凝縮器２３は暖房循環路５１とも接続され、圧縮機２２により高圧・高温とされた熱媒と、暖房循環路５１を流通する温水との熱交換により、暖房循環路５１内を流通する温水を加熱する。コントローラ５は、暖房循環ポンプ５２を循環させた状態で、ヒートポンプ１０を作動させることにより、凝縮器２３で加熱された温水を暖房循環路５１を介して温水暖房端末５０に供給する暖房運転（本発明の水加熱運転に相当する）を実行する。
【００３４】
なお、温水暖房端末５０、暖房循環路５１、暖房循環ポンプ５２、温度センサ５３，５４、及び凝縮器２３により本発明の暖房装置が構成される。
【００３５】
ヒートポンプ１０に設けられた温度センサ３０〜３５と、タンク循環路４１に設けられた温度センサ４３，４４と、暖房循環路５１に設けられた温度センサ５３，５４の温度検出信号は、コントローラ５に入力される。また、コントローラ５から出力される制御信号によって、圧縮機２２、ファン２８、タンク循環ポンプ４２、及び暖房循環ポンプ５２の作動が制御される。
【００３６】
図１は、沸かし上げ運転を実行している状態を示しており、除霜電磁弁２６が閉弁状態とされて、圧縮機２２、ファン２８、及びタンク循環ポンプ４２が作動状態（ＯＮ状態）となっている。この場合は、圧縮機２２の作動により、除霜電磁弁２６の上流側の熱媒配管２０内が高圧となり、下流側の熱媒配管２０内が低圧となって、除霜電磁弁２６は順圧（吸気側のポートの圧力が排気側のポートの圧力よりも高い状態）がかかった状態になる。
【００３７】
それに対して、図２は、図３（ａ）に示した従来の仕様によるタイミングチャートに従って、ヒートポンプ１０が作動を停止してファン２８及び圧縮機２２が停止状態にあるときに、タンク循環ポンプ４２を作動させた場合を示している。
【００３８】
図３（ａ）のタイミングチャートでは、ｔ10でタンク循環ポンプ４２の作動を開始（先行運転）すると共に、膨張弁２４の０点出し（初期位置の検出）を行い、ｔ11でタンク循環ポンプ４２を通常制御にして膨張弁２４を初期開度とする仕様となっている。また、ｔ12でファンモータの作動が開始され、ｔ13で圧縮機２２の作動が開始されている。
【００３９】
図３（ａ）のタイミングチャートによる場合には、ｔ10〜ｔ13の期間において、圧縮機２２が停止した状態でタンク循環ポンプ４２が作動した状態になっている。そして、この状態では、凝縮器２３において、タンク循環路４１を流通する水により熱媒配管２０内の熱媒が冷却されるため、熱媒配管２０の圧縮機２２から除霜電磁弁２６及び膨張弁２４までの区間の圧力が低下する。その結果、除霜電磁弁２６は、吸気ポート側（上流側）の圧力が排気ポート側（下流側）よりも低くなった逆圧の状態となり、除霜電磁弁２６からビビリ音が発生する。
【００４０】
そこで、このようなビビリ音の発生を防止するため、コントローラ５は、沸かし上げ運転の開始時に、図３（ｂ）に示したタイミングチャートのシーケンスによって、除霜電磁弁２６の開閉の制御を行う。コントローラ５は、図４に示したフローチャートの処理を実行することにより、図３（ｂ）に示したタイミングチャートのシーケンスを実現する。
【００４１】
コントローラ５は、使用者がリモコン６により沸かし上げ運転の開始指示を行ったとき、予め設定された沸かし上げ時刻になったとき、及び貯湯タンク４０内の湯の残量が少なくなったとき等に、図４のフローチャートによる処理を行って、沸かし上げ運転を開始する。
【００４２】
コントローラ５は、図４のＳＴＥＰ１で、タンク循環ポンプ４２を作動（先行運転）させると共に、ＳＴＥＰ２で除霜電磁弁２６を開弁し、ＳＴＥＰ３で膨張弁２４の初期動作（０点出し）を行う。そして、続くＳＴＥＰ４で第１所定時間（例えば３０秒）の経過を待ってＳＴＥＰ５に進み、コントローラ５は、タンク循環ポンプ４２を通常運転に切替えると共に、ＳＴＥＰ６で膨張弁２４を初期開度に制御する。
【００４３】
続くＳＴＥＰ７で、第２所定時間（例えば５秒）の経過を待ってＳＴＥＰ８に進み、コントローラ５は、ファン２８の作動が開始する。次のＳＴＥＰ９で、第３所定時間（例えば１５秒）の経過を待ってＳＴＥＰ１０に進み、コントローラ５は除霜電磁弁２６を閉弁すると共に、ＳＴＥＰ１１で圧縮機２２の作動を開始する。
【００４４】
そして、続くＳＴＥＰ１２で、コントローラ５は、沸かし上げ運転の通常運転を開始する。通常運転において、コントローラ５は、温度センサ４４の検出温度（貯湯タンク４０の上部に戻される水の温度）が、リモコン６により設定された貯湯温度となるように、温度センサ４３，４４及び温度センサ３０〜３５の検出温度に基づいてヒートポンプ１０の作動を制御する。
【００４５】
図４のフローチャートの処理を行うことにより、図３（ｂ）に示したように、ｔ20で沸かし上げ運転が開始されたときに、除霜電磁弁２６が開弁された状態でタンク循環ポンプ４２が作動を開始する。この場合、凝縮器２３において、タンク循環路４１内を流通する水によって熱媒配管２０内の熱媒が冷却されても、除霜電磁弁２６が開弁しているため、除霜電磁弁２６の上流側と下流側の熱媒配管２０内の圧力は等しくなり、上述した逆圧がかかることによるビビリ音は発生しない。
【００４６】
そして、ｔ23で圧縮機２２が作動を開始した後は、除霜電磁弁２６の入力ポート側（上流側）が高圧になるので、除霜電磁弁２６を閉弁してもビビリ音は発生せず、通常の沸かし上げ運転を実行することができる。
【００４７】
ここで、前回の暖房運転の終了時からある程度の時間が経過して、暖房循環路５１内の水の温度が低くなっているときに、圧縮機２２が停止した状態で、暖房循環ポンプ５２を作動させたときにも、凝縮器２３において、暖房循環路５１内を流通する水により熱媒配管２０内の熱媒が冷却されるため、上述した除霜電磁弁２６のビビリ音が発生する。
【００４８】
そのため、コントローラ５は、暖房運転の開始時にも、沸かし上げ運転の開始時と同様に、除霜電磁弁２６を開弁状態として、除霜電磁弁２６に逆圧がかかることを防止する処理を行う。暖房運転において、コントローラ５は、温度センサ５３の検出温度が予め設定された暖房温度となるように、温度センサ５３，５４及び温度センサ３０〜３５の検出温度に基づいて、ヒートポンプ１０の作動を制御する。
【００４９】
次に、図５に示したフローチャートに従って、コントローラ５による凍結運転開始時の処理について説明する。
【００５０】
コントローラ５は、ＳＴＥＰ２０で凍結判定条件が成立したときにＳＴＥＰ２１に進み、ＳＴＥＰ２１〜ＳＴＥＰ２６の処理を実行する。凍結判定条件としては、温度センサ４３，４４により検出されるタンク循環路４１内の水の温度が所定温度以下になったこと、空気温度センサ３４の検出温度が所定温度以下になったこと、等が設定されている。
【００５１】
ＳＴＥＰ２１で、コントローラ５は除霜電磁弁２６を開弁し、ＳＴＥＰ２２でタンク循環ポンプ４２の作動を開始する。そして、続くＳＴＥＰ２３で終了条件（例えば所定時間の経過等）が成立したときにＳＴＥＰ２４に進む。
【００５２】
コントローラ５は、ＳＴＥＰ２４でタンク循環ポンプ４２を停止すると共に、ＳＴＥＰ２５で除霜電磁弁２６を閉弁して凍結防止運転を終了する。そして、ＳＴＥＰ２６に進んで、コントローラ５は、通常運転を再開する。
【００５３】
なお、本実施形態では、ヒートポンプ１０により、タンク循環路４１を流通する水と暖房循環路５１を流通する水とを加熱するヒートポンプ熱源装置１を示したが、本発明の適用対象はこれに限られず、循環ポンプにより水循環路に水を流通させてヒートポンプにより加熱するヒートポンプ熱源装置であれば、本発明の適用が可能である。
【００５４】
また、本実施形態では、凍結防止運転を行うヒートポンプ熱源装置１を示したが、凍結防止運転を行わない場合にも本発明の効果を得ることができる。
【００５５】
また、本実施形態において、コントローラ５は、単一の基板に実装された電子回路により構成されているが、例えば、ヒートポンプ１０の作動を制御するコントローラと、タンク循環ポンプ４２の作動を制御するコントローラと、暖房循環ポンプ５２の作動を制御するコントローラとを、別基板に実装された電子回路により構成し、各コントローラ間で通信を行ってヒートポンプ熱源装置１の全体的な作動を制御するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００５６】
１…ヒートポンプ熱源装置、５…コントローラ（制御部）、１０…ヒートポンプ、２０…熱媒配管、２１…蒸発器、２２…圧縮機、２３…凝縮器、２４…膨張弁、２５…膨張弁バイパス管、２６…除霜電磁弁（電磁弁）、４０…貯湯タンク、４１…タンク循環路、４２…タンク循環ポンプ、５０…温水暖房端末、５１…暖房循環路、５２…暖房循環ポンプ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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