(57)【要約】【課題】水冷媒熱交換器の凍結を防止しながら除霜運転をすることができるヒートポンプ式温水暖房装置を提供する。【解決手段】圧縮機１と、冷媒流路を切り換える四方弁３０と、高温冷媒と水とが熱交換を行う水冷媒熱交換器２と、減圧装置３と、冷媒と空気とが熱交換を行う室外熱交換器４を順次環状に接続してなる冷凍サイクル６と、水冷媒熱交換器２で生成した高温水を暖房端末８へ送る温水ポンプ９と、温水を加熱する加熱ヒータ１０と、暖房端末８をバイパスするバイパス回路１２と、温水の流路をバイパス回路１２と暖房端末８とに切り換える電動弁１３を備え、除霜運転時に電動弁１３をバイパス回路１２側へ切り換えるもので、暖房端末８へ低温の温水が流れることによる暖房感の悪化を防ぎ、また温水温度に応じて加熱ヒータを使って除霜運転中の水冷媒熱交換器の凍結も防ぐことができる。【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、冷媒流路を切り換える四方弁と、冷媒と水とが熱交換を行う水冷媒熱交換器と、冷媒を減圧する減圧装置と、冷媒と空気とが熱交換を行う蒸発器を順次環状に接続してなる冷凍サイクルと、前記水冷媒熱交換器にて加熱生成した温水を暖房端末へ送る搬送手段と、前記温水を加熱する加熱手段と、前記暖房端末をバイパスするバイパス回路と、温水流路を前記バイパス回路側か前記暖房端末側かに切り換える切換弁とを備え、前記蒸発器の除霜運転時に、前記切換弁を前記バイパス回路側へ切り換えることを特徴とするヒートポンプ式温水暖房装置。
【請求項２】
前記加熱手段から出湯する湯水の温度を検出する出湯温度検出手段を備え、前記蒸発器の除霜運転において、前記出湯温度検出手段で検出された出湯温度が、所定温度以上の場合には暖房端末側に、所定温度より低い場合にはバイパス側へと、前記切換弁を切り換えることを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ式温水暖房装置。
【請求項３】
前記加熱手段から出湯する湯水の温度を検出する出湯温度検出手段を備え、前記蒸発器の除霜運転において、前記出湯温度検出手段で検出された出湯温度に基づいて、前記加熱手段の動作を変更することを特徴とする請求項１または２に記載のヒートポンプ式温水暖房装置。
【請求項４】
前記圧縮機、前記四方弁、前記減圧装置、前記蒸発器を収納するヒートポンプユニットと、前記水冷媒熱交換器、前記加熱手段、前記切換弁、前記搬送手段を収納する熱交換ユニットとを別ユニットにて構成し、前記熱交換ユニットを屋内に配したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のヒートポンプ式温水暖房装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒートポンプ式温水暖房装置に関連し、特に、ヒートポンプ式温水暖房装置の室外熱交換器（蒸発器）の除霜制御に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、石油やガスなどの燃焼系の燃料を熱源とした暖房装置の利用が大半を占めていたが、近年では、ヒートポンプ技術を利用した暖房市場が急激に拡大している。また、従来の空気調和機においてもヒートポンプ技術を利用して、冷房と暖房の双方を利用することができるものもある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図５は、上記特許文献１に記載された従来の冷暖可能な空気調和機の構成図である。
【０００４】
図５において、従来の空気調和機は、圧縮機１０１、四方弁１０２、室内熱交換器１０３、減圧装置１０４、室外熱交換器１０５を順次冷媒配管で環状に接続して構成される冷凍サイクルを有している。そして、室内熱交換器１０３および室外熱交換器１０５のそれぞれは、空気と冷媒との熱交換を促進させるための室内ファン１０６、室外ファン１０７を備えている。
【０００５】
そして、暖房運転時には、四方弁１０２を図５（ａ）に示すように切り替え、圧縮機１０１からの高温冷媒を室内熱交換器１０３へ送り、室内ファン１０６を運転させて室内を暖房している。
【０００６】
ところが、このような空気調和機において暖房運転を継続すると室外熱交換器に着霜してしまうことがある。そのため、図５（ｂ）のように四方弁を切り換えることによって、圧縮機１０１から吐出する高温冷媒を直接室外熱交換器１０５へ送り、冷媒の熱で除霜を行っている。このとき、室内ファン１０６の運転を停止することによって、室内が冷えないようにしている。
【０００７】
また最近では、従来の空気調和機だけでは暖房時に足元が暖まりにくい等の課題があり、それを解消するためにヒートポンプ技術を利用した温水暖房装置が開発されている。ヒートポンプ式温水暖房装置とは、従来の空気調和機が、空気と冷媒とを熱交換して室内を暖房していたのに対し、水と冷媒とで熱交換をして温水を室内に循環させることによって暖房を行うようにしたものである。
【０００８】
図６は、従来のヒートポンプ式温水暖房装置の構成である。図６に示すように、従来のヒートポンプ式温水暖房装置では、図５に示す室内熱交換器１０３に代えて、水と冷媒とが熱交換を行う水冷媒熱交換器２０３となる。そして、水冷媒熱交換器２０３で生成した温水を床暖房パネル等の暖房端末２０４へ送るための温水ポンプ２０５を備えている。
【０００９】
このように構成された従来のヒートポンプ式温水暖房装置では、温水ポンプ２０５を駆動することによって、暖房端末２０４内の温水を循環させて室内の暖房を行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００６−３３６９２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上記従来のヒートポンプ式温水暖房装置の構成では、暖房運転を継続していると室外熱交換器（蒸発器）１０５に着霜してしまうので、空気調和機と同じように四方弁１０２を切り替えて室外熱交換器１０５の除霜運転を行うと、水冷媒熱交換器２０３を通る水の熱を低温の冷媒に奪われてしまい、暖房端末２０４に低温の湯水を送ってしまうことになってしまう。
【００１２】
また、空気調和機が除霜運転中に室内ファン１０６の運転を停止するのと同じように、暖房端末２０４へ低温水を送らないために温水ポンプ２０５の運転を停止してしまうと、水冷媒熱交換器２０３内に残った水が凍結してしまうという課題を有していた。
【００１３】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、除霜運転時の暖房感の低下と水冷媒熱交換器の凍結を防止することができるヒートポンプ式温水暖房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】
【００１４】
前記従来の課題を解決するために、本発明のヒートポンプ式温水暖房装置は、冷媒を圧縮する圧縮機と、冷媒流路を切り換える四方弁と、冷媒と水とが熱交換を行う水冷媒熱交換器と、冷媒を減圧する減圧装置と、冷媒と空気とが熱交換を行う蒸発器を順次環状に接続してなる冷凍サイクルと、前記水冷媒熱交換器にて加熱生成した温水を暖房端末へ送る搬送手段と、前記温水を加熱する加熱手段と、前記暖房端末をバイパスするバイパス回路と、温水流路を前記バイパス回路側か前記暖房端末側かに切り換える切換弁とを備え、前記蒸発器の除霜運転時に、前記切換弁を前記バイパス回路側へ切り換えることを特徴とするもので、暖房端末へ低温の温水が流れることでの暖房感の悪化を防ぐことができるとともに、温水を加熱する加熱手段を備えているので、温水温度に応じて加熱手段を動作させることで、除霜運転中の水冷媒熱交換器の凍結も防ぐことができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のヒートポンプ式温水暖房装置は、水冷媒熱交換器の凍結を防止しながら暖房感を損ねることなく除霜運転をすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施の形態１におけるヒートポンプ式温水暖房装置の構成図
【図２】同ヒートポンプ式温水暖房装置の除霜運転時のフローチャート
【図３】同ヒートポンプ式温水暖房装置の構成図（通常除霜運転時の湯水の流を示す）
【図４】同ヒートポンプ式温水暖房装置の構成図（バイパス除霜運転時の湯水の流を示す）
【図５】（ａ）従来の空気調和機の構成図（暖房運転時の冷媒の流を示す）（ｂ）同空気調和機の構成図（除霜運転時の冷媒の流を示す）
【図６】従来のヒートポンプ式温水暖房装置の構成図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
第１の発明は、冷媒を圧縮する圧縮機と、冷媒流路を切り換える四方弁と、冷媒と水とが熱交換を行う水冷媒熱交換器と、冷媒を減圧する減圧装置と、冷媒と空気とが熱交換を行う蒸発器を順次環状に接続してなる冷凍サイクルと、前記水冷媒熱交換器にて加熱生成した温水を暖房端末へ送る搬送手段と、前記温水を加熱する加熱手段と、前記暖房端末をバイパスするバイパス回路と、温水流路を前記バイパス回路側か前記暖房端末側かに切り換える切換弁とを備え、前記蒸発器の除霜運転時に、前記切換弁を前記バイパス回路側へ
切り換えることを特徴とするヒートポンプ式温水暖房装置で、暖房端末へ低温の温水が流れることでの暖房感の悪化を防ぐことができるとともに、温水温度に応じて加熱手段を動作させることで、除霜運転中の水冷媒熱交換器の凍結も防ぐことができる。
【００１８】
第２の発明は、前記加熱手段から出湯する湯水の温度を検出する出湯温度検出手段を備え、前記蒸発器の除霜運転において、前記出湯温度検出手段で検出された出湯温度が、所定温度以上の場合には暖房端末側に、所定温度より低い場合にはバイパス側へと、前記切換弁を切り換えることを特徴とするもので、暖房感の低下防止と除霜時間短縮の両立を図れるものである。
【００１９】
第３の発明は、前記加熱手段から出湯する湯水の温度を検出する出湯温度検出手段を備え、前記蒸発器の除霜運転において、前記出湯温度検出手段で検出された出湯温度に基づいて、前記加熱手段の動作を変更することを特徴とするもので、水冷媒熱交換器での凍結を防止しつつも、より高効率な除霜運転を可能とすることができる。
【００２０】
第４の発明は、前記圧縮機、前記四方弁、前記減圧装置、前記蒸発器を収納するヒートポンプユニットと、前記水冷媒熱交換器、前記加熱手段、前記切換弁、前記搬送手段を収納する熱交換ユニットとを別ユニットにて構成し、前記熱交換ユニットを屋内に配したことを特徴とするもので、屋内と屋外との接続は冷媒配管で行うため、外気温度が低い寒冷地等においても配管が凍結する恐れを少なくすることができる。
【００２１】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００２２】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１におけるヒートポンプ式温水暖房装置について、図１〜４を用いて説明する。図１は、本実施の形態におけるヒートポンプ式温水暖房装置の構成図である。
【００２３】
図１において、本実施の形態におけるヒートポンプ式温水暖房装置は、冷媒を圧縮して高温冷媒を吐出する圧縮機１と、冷媒流路を切り換える四方弁３０と、水と高温冷媒とを熱交換して高温水を生成する水冷媒熱交換器２と、冷媒を減圧する減圧装置３と、空気と冷媒とで熱交換を行う蒸発器としての室外熱交換器４とを、順次冷媒配管５で環状に接続してなる冷凍サイクル６を有している。
【００２４】
さらに、室外熱交換器４の温度を検出する温度センサ４ａと、室外熱交換器４へ送風するための送風ファン７を有している。なお、冷媒には、Ｒ４１０Ａを用いているが、その他、フルオロカーボン系の冷媒を用いることができる。また、圧縮機１は、密閉型であり、高圧側にモータ（図示せず）を配し、モータには希土類磁石を用いている。また、アキュームレータを用いない構成とすることで、小型化・軽量化が可能となる。
【００２５】
また、居室内を暖房する暖房端末８（例えば、床暖房パネルや輻射パネル等）を備えており、暖房端末８の内部を、水冷媒熱交換器２で生成した高温水を流して居室内を暖房するものである。そのため、暖房端末８と水冷媒熱交換器２とを水が循環する構成となっており、水を循環させるための温水ポンプ９を備えている。
【００２６】
また厳冬期などの低外気温時にヒートポンプの加熱能力が低下して温水温度が低下し、暖房感が悪化することを防ぐために、加熱ヒータ１０を温水循環経路中に備えており、加熱ヒータ１０の温水出口側には、出湯温度を検出する出湯温度検出手段である温度センサ１０ａを配置している。
【００２７】
さらに、本実施の形態では、暖房端末８をバイパスする、すなわち加熱ヒータ１０と暖房端末８の間から温水ポンプ９の吸い込み側へ温水をバイパスするバイパス回路１２を設けており、バイパス回路１２入口には、経路を切り換えるための電動弁１３が設けられている。通常の暖房運転時には、電動弁１３は、暖房端末８側へと温水を流し、バイパス回路１２には温水が流れないようにしている。
【００２８】
そして、ヒートポンプ式温水暖房装置の通常時の暖房運転では、温水ポンプ９を駆動して、暖房端末８内に温水を循環させるとともに、温度センサ１０ａが検出する温水の温度が、リモコン装置等（図示せず）で設定した設定温度よりも所定温度高いことを検出するまで冷凍サイクルを運転し、温度センサ１０ａが検出する温度が、設定温度よりも所定温度高い温度を検出すると、冷凍サイクルの運転を停止するようになっている。
【００２９】
また厳冬期などの低外気温時に、ヒートポンプの加熱能力が低下して温水温度がリモコン装置等（図示せず）で設定した設定温度まで達しない場合のみ、加熱ヒータ１０に通電して温水温度を設定温度まで上昇させ、設定温度に達した際に加熱ヒータ１０への通電を停止する。
【００３０】
一方、冷凍サイクルの運転は、圧縮機１から吐出する冷媒の温度を検出し、吐出される冷媒の温度が所定の温度となるように、減圧装置３の開度が制御される。但し、冷凍サイクルの運転を停止させた以降も、暖房端末８内を循環する温水の温度を検出しなければならないため、温水ポンプ９は、駆動させたままの状態にする。なお、温水ポンプ９はＡＣポンプとＤＣポンプのいずれであってもかまわない。
【００３１】
また、本実施の形態におけるヒートポンプ式温水暖房装置は、冷凍サイクルを構成する機能部品のうち、水冷媒熱交換器２以外の部品を、ヒートポンプユニット１１ａの筐体内に収納し、水冷媒熱交換器２、温水ポンプ９、加熱ヒータ１０、電動弁１３を、熱交換ユニット１１ｂの筐体内に収納する構成であってもよい。
【００３２】
この場合、ヒートポンプユニット１１ａを屋外に配し、熱交換ユニット１１ｂを屋内に配することで、屋内と屋外とは冷媒配管５によって接続されることになる。そのため冬季など外気温度が低い時であっても、屋内と屋外とは、冷媒配管５で接続されているため、水配管で接続されているときに比べて凍結の恐れが低いという利点がある。
【００３３】
そして、ヒートポンプユニット１１ａを屋外に配し、熱交換ユニット１１ｂを屋内に配する構成のヒートポンプ式温水暖房装置では、施工時においてヒートポンプユニット１１ａと熱交換ユニット１１ｂとの接続を解除するときには、ヒートポンプユニット１１ａ内に冷媒を回収しなければならない。そのため本実施の形態のように、熱交換ユニット１１ｂを屋内に設けた構成においては、必ず四方弁３０が必要になってくる。また、ヒートポンプユニット１１ａ、熱交換ユニット１１ｂのいずれにも、制御装置１４ａ、１４ｂを有しており、各ユニット内に設けられた機器に運転指示を行う。
【００３４】
以上のように構成された本実施の形態におけるヒートポンプ式温水暖房装置による除霜運転について、以下に説明する。
【００３５】
まず、温度センサ４ａで検出した温度Ｔｇが、所定温度Ｔａよりも低いことを検出すると、制御装置１４ａは室外熱交換器４に着霜していると判断し、除霜運転を開始する。
【００３６】
図２は、除霜運転時のフローチャートである。以下、本実施の形態の除霜運転について、図２を用いて説明する。
【００３７】
除霜運転が開始されると、まずステップ１にて、温度センサ１０ａで検出される出湯温度Ｔｏが、第１の所定温度Ｔｂより大きいかどうかを判断する。そして、Ｔｏと第１の所定温度Ｔｂとを比較した結果、Ｔｏ≧第１の所定温度Ｔｂの関係が成立した場合にはステップ２へと進み、成立しない場合にはステップ３へと進む。
【００３８】
次に、ステップ２では通常除霜運転を行う。図３に通常除霜運転時の温水循環流路を太線で示す。通常除霜運転では、電動弁１３は、暖房時と同様に、暖房端末８へと温水を循環させる。通常除霜運転では、水冷媒熱交換器２を通して暖房運転中に蓄えた温水が熱源となり冷媒に熱を与えることで快適性が維持できる間は除霜時間を短縮するために通常除霜運転を行う。
【００３９】
また、ステップ３では、バイパス除霜運転を行う。図４に、バイパス除霜運転時の温水循環流路を太線で示す。バイパス除霜運転では、電動弁１３を切り替えて温水をバイパス回路１２へと流す。これにより、暖房端末８へは所定温度Ｔｂ以下の低温水が流れなくなり快適性を維持することができる。
【００４０】
そして、ステップ２またはステップ３での除霜運転を開始すると、ステップ４へと進む。ステップ４では、温度センサ１０ａで検出される出湯温度Ｔｏが、第２の所定温度Ｔｃよりも大きいかどうかを判断する。そして出湯温度Ｔｏと第２の所定温度Ｔｃとを比較した結果、出湯温度Ｔｏ≧第２の所定温度Ｔｃの関係が成立した場合にはステップ５へ進み、成立しない場合にはステップ６へ進む。
【００４１】
ステップ５では、出湯温度Ｔｏが有る程度高いため、温水循環経路中の加熱ヒータ１０は動作しない。
【００４２】
また、ステップ６では、出湯温度Ｔｏが低いため水冷媒熱交換器２内に残っている水が凍結してしまう恐れがあると判断し、温水循環経路中の加熱ヒータ１０に通電し、出湯温度が所定温度Ｔｄまで加熱することで、水冷媒熱交換器２の凍結を防ぐとともに、除霜時間の短縮を図ることが可能となる。
【００４３】
そして、ステップ５およびステップ６の次にステップ７へ進む。ステップ７では、温度センサ４ａで検出した温度Ｔｇが、除霜運転を開始するＴａよりも大きいかどうかを判断する。そして室外熱交換器温度Ｔｇ≧Ｔａの関係が成立した場合には、除霜運転を終了し、四方弁３０を切り替えて暖房運転へと戻る。
【００４４】
以上のように、本実施の形態におけるヒートポンプ式温水暖房装置は、暖房端末８の快適性を維持し、かつ、除霜時間をできるだけ短くすることができる。
【００４５】
なお、上記実施の形態では、貯湯タンクを備えていないヒートポンプ式温水暖房装置を例に説明したが、本発明は、貯湯タンクがあるヒートポンプ式温水暖房装置にも適用できることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
以上のように、本発明に係るヒートポンプ式温水暖房装置は、除霜運転時の暖房感の低下と水冷媒熱交換器の凍結を防止することができるもので、各種ヒートポンプ式温水暖房装置に適用できるものである。
【符号の説明】
【００４７】
１  圧縮機
２  水冷媒熱交換器
３  減圧装置
４  室外熱交換器（蒸発器）
４ａ  温度センサ
６  冷凍サイクル
７  送風ファン
８  暖房端末
９  温水ポンプ（搬送手段）
１０  加熱ヒータ（加熱手段）
１０ａ  温度センサ（出湯温度検出手段）
１１ａ  ヒートポンプユニット
１１ｂ  熱交換ユニット
１２  バイパス回路
１３  電動弁（切換弁）
３０  四方弁
【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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【図６】
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