JP2014145572A - ヒートポンプ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ヒートポンプ運転が開始されるまでの待ち時間を適切に調節する。
【解決手段】ヒートポンプ装置１は、ヒートポンプサイクル３と、制御装置２１とを有する。制御装置２１は、ヒートポンプサイクル３の起動時に、圧縮機１１を保護するための起動制御を実行する。起動制御においては、減圧器１４を開くことにより、圧縮機１１における冷媒の圧力差が抑制され、かつ、圧縮機１１の潤滑が促進される。さらに、熱源側熱交換器１５の冷媒温度Ｔｒｆ１が外気温度Ｔａｍを上回る場合、ファン１６の風量が抑制される。これにより、熱源側熱交換器１５における冷媒から熱源媒体への放熱が抑制される。熱源側熱交換器１５の冷媒温度Ｔｒｆ１が外気温度Ｔａｍを下回る場合、ファン１６の風量の抑制が解除される。この結果、ヒートポンプ運転のために必要な量の熱源媒体が供給される。
【選択図】図１

Description

ここに開示される発明は、蒸気圧縮式冷凍サイクルによって熱源から熱を獲得し、加熱対象に熱を供給するヒートポンプ装置に関する。

特許文献１は、ヒートポンプ装置を開示する。この技術は、除霜運転によって熱源側空気熱交換器に与えられた熱を、除霜運転の後のヒートポンプ運転に有効利用する。この技術は、除霜運転の終了後、熱源側空気熱交換器に送風するファンの再起動を一定時間遅らせる遅延手段を設けることを提案している。この装置によると、除霜運転が終了した後のヒートポンプ運転において熱源側空気熱交換器がもつ熱がファンの送風によって持ち去られない。

特開昭６１−８５７２号公報

従来技術の構成では、タイマなどの遅延手段によってファンの起動を遅延する。このため、長すぎる遅延、または短すぎる遅延が発生することがある。例えば、ヒートポンプ運転が再開された後に、熱源側空気熱交換器における冷媒温度が十分に低下していても、ファンの起動が遅延されることがある。また、ヒートポンプ運転が再開された後に、熱源側空気熱交換器における冷媒温度が十分に低下していないのに、ファンの起動が再開されることがある。このような課題は、低温時における初期起動時においても発生する。

このような観点から、電力変換装置にはさらなる改良が求められている。

発明の目的のひとつは、ヒートポンプ運転が開始されるまでの待ち時間を適切に調節できるヒートポンプ装置を提供することである。

発明の目的の他のひとつは、熱源媒体が低温であるときの上記待ち時間を適切に調節できるヒートポンプ装置を提供することである。

発明の目的の他のひとつは、起動時における圧縮機の負荷を抑制するとともに、上記待ち時間を適切に調節できるヒートポンプ装置を提供することである。

発明の目的の他のひとつは、起動時における圧縮機の負荷を抑制するための起動運転に起因する上記待ち時間の長期間化を抑制できるヒートポンプ装置を提供することである。

本発明は上記目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。なお、特許請求の範囲およびこの項に記載した括弧内の符号は、ひとつの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

開示された発明のひとつは、圧縮機（１１）、利用側熱交換器（５）、減圧器（１４）、および熱源側熱交換器（１５）を有するヒートポンプ装置において、熱源側熱交換器に供給される熱源媒体の流量を調節する流量調節器（１６）と、熱源側熱交換器における冷媒温度（Ｔｒｆ１、Ｔｒｆ２）を検出する冷媒温度検出手段（２２、３２２）と、熱源側熱交換器に供給される熱源媒体温度（Ｔａｍ）を検出する熱源温度検出手段（２３）と、圧縮機を起動した後に、冷媒温度が熱源媒体温度を下回るまで熱源媒体の流量を抑制し、冷媒温度が熱源媒体温度を下回った後に熱源媒体の流量を増加させるように流量調節器を制御する流量制御手段（１６１、１５４、１６２、２６２、２６６）とを備えることを特徴とする。

この構成によると、圧縮機が起動された後、冷媒温度が熱源媒体温度を下回るまで熱源媒体の流量が抑制される。これにより、熱源側熱交換器における冷媒から熱源媒体への放熱が抑制される。さらに、冷媒温度が熱源媒体温度を下回った後に熱源媒体の流量が増加される。これにより、ヒートポンプ運転に必要な量の熱源媒体が熱源側熱交換器に供給される。熱源側熱交換器における冷媒温度と熱源媒体温度とに基づいて、冷媒から熱源媒体への放熱が抑制される期間が適切に設定される。よって、過剰に長い抑制期間、または過剰に短い抑制期間が回避される。

発明の第１実施形態に係るヒートポンプ装置のブロック図である。 第１実施形態の制御処理を示すフローチャートである。 第１実施形態の作動の一例を示す波形図である。 発明の第２実施形態の制御処理を示すフローチャートである。 第２実施形態の作動の一例を示す波形図である。 発明の第３実施形態に係るヒートポンプ装置のブロック図である。

以下に、図面を参照しながら発明を実施するための複数の形態を説明する。各形態において先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を適用することができる。また、後続の実施形態においては、先行する実施形態で説明した事項に対応する部分に百以上の位だけが異なる参照符号を付することにより対応関係を示し、重複する説明を省略する場合がある。各実施形態で具体的に組合せが可能であることを明示している部分同士の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、明示してなくとも実施形態同士を部分的に組み合せることも可能である。

（第１実施形態）
（構成）
図１において、この実施形態に係るヒートポンプ装置１は、温水機器２と、ヒートポンプサイクル３とを備える。ヒートポンプ装置１は、水を加熱することによって温水を供給する給湯装置を提供する。温水機器２は、温水を貯える貯湯タンク、蛇口、湯船、床暖房装置などを含むことができる。

ヒートポンプサイクル３は、フロン、二酸化炭素などの冷媒が循環する冷媒系統４を備える。冷媒系統４は、利用側熱交換器５を備える。利用側熱交換器５は、ヒートポンプサイクル３がヒートポンプ運転されるとき冷媒から放熱するための放熱器として機能する。利用側熱交換器５は凝縮器とも呼ばれる。利用側熱交換器５は、冷媒と加熱対象との間の熱交換を提供する水冷媒熱交換器である。この実施形態では、加熱対象は、温水機器２において利用される水である。温水機器２と利用側熱交換器５との間には、水系統６が設けられている。水系統６は、温水機器２から利用側熱交換器５に低温水を供給し、利用側熱交換器５によって加熱された高温水、すなわち湯を温水機器２に供給する。

ヒートポンプサイクル３は、圧縮機１１を備える。圧縮機１１は、電動圧縮機である。圧縮機１１は、圧縮機構１２と、電動機１３とを備える。電動機１３の回転数Ｃｍｐは電気的に調節可能である。電動機１３の回転数Ｃｍｐが調節されることにより、圧縮機１１により圧縮される冷媒量が調節される。

ヒートポンプサイクル３は、減圧器１４を備える。減圧器１４は絞り通路を有する。減圧器１４は、絞り通路の開度Ｅｐｖを調節するためのアクチュエータを含む。よって、減圧器１４は、電気的に絞り通路の開度Ｅｐｖを調節可能な絞り装置である。

ヒートポンプサイクル３は、熱源側熱交換器１５を備える。熱源側熱交換器１５は、ヒートポンプサイクル３がヒートポンプ運転されるとき、吸熱器、すなわち蒸発器として機能する。熱源側熱交換器１５は、冷媒と熱源媒体との間の熱交換を提供する。ヒートポンプサイクル３は、室外の空気を熱源媒体として利用する。この結果、ヒートポンプ装置１は、圧縮機１１、利用側熱交換器５、減圧器１４、および熱源側熱交換器１５を有する。

ヒートポンプサイクル３は、送風のためのファン１６を備える。ファン１６は、熱源側熱交換器１５に供給される熱源媒体の流量を調節するための流量調節器である。ファン１６は、熱源側熱交換器１５を通過するように空気を送風する軸流ファン１７と、軸流ファン１７を回転駆動する電動機１８とを備える。電動機１８の回転数は電気的に調節可能である。電動機１８の回転数が調節されることにより、ファン１６によって送風される風量Ｆｖｏが調節される。

ヒートポンプ装置１は、制御装置２１を備える。制御装置２１は、ヒートポンプサイクル３を構成する要素１１、１４、１６を制御する。制御装置２１は、温水機器２も制御するように構成することができる。制御装置２１は、電子制御装置（Electronic Control Unit）である。制御装置は、処理装置（ＣＰＵ）と、プログラムを記憶する記憶媒体としてのメモリ（ＭＭＲ）とを有する。制御装置は、コンピュータによって読み取り可能な記憶媒体を備えるマイクロコンピュータによって提供される。記憶媒体は、コンピュータによって読み取り可能なプログラムを非一時的に格納している。記憶媒体は、半導体メモリまたは磁気ディスクによって提供されうる。プログラムは、制御装置によって実行されることによって、制御装置をこの明細書に記載される装置として機能させ、この明細書に記載される制御方法を実行するように制御装置を機能させる。制御装置が提供する手段は、所定の機能を達成する機能的ブロック、またはモジュールとも呼ぶことができる。

ヒートポンプ装置１は、熱源側熱交換器１５における冷媒の温度を検出する温度センサ２２を備える。温度センサ２２は、熱源側熱交換器１５の冷媒入口の近傍に設けられている。温度センサ２２は、熱源側熱交換器１５の冷媒入口における冷媒温度Ｔｒｆ１を検出する。冷媒温度Ｔｒｆ１は、入口冷媒温度とも呼ばれる。温度センサ２２の検出信号は制御装置２１に入力される。温度センサ２２は、熱源側熱交換器１５における冷媒の温度を検出する冷媒温度検出手段を提供する。

ヒートポンプ装置１は、熱源側熱交換器１５に供給される熱源媒体の温度を検出する温度センサ２３を備える。温度センサ２３は、新鮮な外気が当たる位置に設けられている。温度センサ２３は、室外の気温、すなわち外気温度Ｔａｍを検出する。温度センサ２３の検出信号は制御装置２１に入力される。温度センサ２３は、熱源側熱交換器１５に供給される熱源媒体の温度を検出する熱源温度検出手段を提供する。外気温度Ｔａｍは、熱源媒体温度Ｔａｍとも呼ばれる。

制御装置２１は、温度センサ２２、２３によって検出された温度Ｔｒｆ１、Ｔａｍに基づいて、圧縮機１１の回転数Ｃｍｐ、減圧器１４の開度Ｅｐｖおよびファン１６の風量Ｆｖｏを制御する。

（制御処理）
図２には、ヒートポンプサイクル３のための制御処理１５０が図示されている。制御処理１５０は制御装置２１によって実行される。ステップ１５１では、ヒートポンプ装置１の運転が求められているか否かが判定される。例えば、ヒートポンプ装置１の運転スイッチがＯＦＦ状態からＯＮ状態に切換えられたか否かが判定される。

（運転停止処理）
運転スイッチがＯＦＦ状態にある場合、ステップ１５２へ進む。ステップ１５２では、減圧器１４が停止状態におかれる。ステップ１５３では、圧縮機１１が停止状態におかれる。ステップ１５４では、ファン１６が停止状態におかれる。この結果、ヒートポンプサイクル３は運転されない。

（起動制御処理）
運転スイッチがＯＮ状態にある場合、ステップ１５５へ進む。ステップ１５５では、起動制御中であるか否かが判定される。ステップ１５５の判定は、起動制御が実行されるべき時期であるか否かを判定することによって提供することができる。起動制御は、起動時に圧縮機１１に与えられる負荷を抑制するための制御である。起動制御は、起動時の冷媒状態に起因する不具合を抑制するための制御である。起動制御は、圧縮機１１を保護するための制御である。起動制御においては、減圧器１４の開度Ｅｐｖが比較的大きい開度に調節され、圧縮機１１の回転数Ｃｍｐが徐々に高められる。これにより、圧縮機１１が回転を開始した直後における冷媒の圧力差が抑制される。また、圧縮機１１が回転を開始した直後における圧縮機１１の潤滑が改善される。

起動制御中である場合、ステップ１５６へ進む。ステップ１５６では、減圧器１４の開度Ｅｐｖが初期開度Ｅ０に調節される。初期開度Ｅ０は、起動時において圧縮機１１における冷媒の圧力差を抑制できる比較的大きい開度である。初期開度Ｅ０は、全開開度、または所定の開度とすることができる。

ステップ１５７では、減圧器１４が初期開度Ｅ０に到達したか否かが判定される。減圧器１４が初期開度Ｅ０に到達していない場合、ステップ１５３へ進む。よって、圧縮機１１は停止状態に維持され、ファン１６は停止状態に維持される。

減圧器１４が初期開度Ｅ０に到達すると、ステップ１５８へ進む。ステップ１５８では、圧縮機１１の回転数Ｃｍｐが徐々に増加される。起動制御においては、圧縮機１１の回転数Ｃｍｐは所定の初期回転数Ｃ０まで増加される。ステップ１５３、１５５−１５８は、起動制御を実行する起動制御手段を提供する。起動制御手段は、圧縮機１１を起動するにあたり、減圧器１４の開度Ｅｐｖを所定の初期開度Ｅ０に調節し、圧縮機１１の回転数Ｃｍｐを徐々に増加させる起動制御を実行する。

（通常のヒートポンプ制御処理）
ステップ１５５へ戻り、起動制御中ではない場合、ステップ１５９へ進む。ステップ１５９では、減圧器１４の開度Ｅｐｖがヒートポンプ運転のための開度に調節される。例えば、利用側熱交換器５における冷媒温度、または湯の温度が目標温度となるように開度Ｅｐｖがフィードバック制御される。ステップ１６０では、圧縮機１１の回転数Ｃｍｐがヒートポンプ運転のための回転数に調節される。例えば、利用側熱交換器５における冷媒温度、または湯の温度が目標温度となるように回転数Ｃｍｐがフィードバック制御される。ステップ１５９および１６０は、起動制御が完了した後の通常のヒートポンプ運転を提供する。

（ファン制御処理）
ステップ１５８またはステップ１６０の後、ステップ１６１へ進む。ステップ１６１では、冷媒温度Ｔｒｆ１と外気温度Ｔａｍとが比較される。ここでは、冷媒温度Ｔｒｆ１が外気温度Ｔａｍを上回る場合（Ｔｒｆ１＞Ｔａｍ）と、冷媒温度Ｔｒｆ１が外気温度Ｔａｍを下回る場合（Ｔｒｆ１＜Ｔａｍ）とが判定される。

冷媒温度Ｔｒｆ１が外気温度Ｔａｍを上回るとき、熱源側熱交換器１５において熱源媒体と冷媒との熱交換を抑制することが望ましい。熱源側熱交換器１５における冷媒は利用可能な熱量を有しているからである。例えば、冬期のように外気温度Ｔａｍが低い場合に冷媒温度Ｔｒｆ１が外気温度Ｔａｍを上回ることがある。

冷媒温度Ｔｒｆ１が外気温度Ｔａｍを上回る場合（Ｔｒｆ１＞Ｔａｍ）、ステップ１５４へ進む。よって、ファン１６は停止状態に維持される。ステップ１６１からステップ１５４を経由する場合、熱源側熱交換器１５における冷媒からの放熱が抑制される。よって、冷媒がもつ熱量の減少が抑制され、この後にヒートポンプ運転が開始された場合に迅速に利用側熱交換器５における冷媒温度を高めることができる。

冷媒温度Ｔｒｆ１が外気温度Ｔａｍを下回る場合（Ｔｒｆ１＜Ｔａｍ）、ステップ１６２へ進む。ステップ１６２では、ステップ１５４による風量Ｆｖｏの抑制が解除される。ステップ１６２では、ファン１６の風量Ｆｖｏが所定の高風量Ｆ０へ増加される。高風量Ｆ０は、ヒートポンプ運転を実行するために必要とされる量の熱源媒体を熱源側熱交換器１５へ供給できるように設定されている。これにより、冷媒温度Ｔｒｆ１が外気温度Ｔａｍを下回るときには、ヒートポンプ運転のために必要な量の熱源媒体を熱源側熱交換器１５へ供給することができる。

冷媒温度Ｔｒｆ１が外気温度Ｔａｍと等しい場合（Ｔｒｆ１＝Ｔａｍ）、直前の状態が維持される。すなわち、ステップ１６１は、ヒステリシス特性をもつ判定処理、または分岐処理を提供する。なお、ステップ１６１における判定処理は、冷媒温度Ｔｒｆ１が外気温度Ｔａｍを上回る（Ｔｒｆ１＞Ｔａｍ）か否（Ｔｒｆ１≦Ｔａｍ）かの判定に置き換えることができる。また、ステップ１６１における判定処理は、冷媒温度Ｔｒｆ１が外気温度Ｔａｍ以上である（Ｔｒｆ１≧Ｔａｍ）か否（Ｔｒｆ１＜Ｔａｍ）かの判定に置き換えることができる。

ステップ１５７を経由してステップ１６１へ至る起動制御中においては、冷媒温度Ｔｒｆ１が外気温度Ｔａｍを上回る場合に、熱源側熱交換器１５における冷媒から熱源媒体への放熱が抑制される。起動制御中においても、冷媒温度Ｔｒｆ１が外気温度Ｔａｍを下回る場合には、風量Ｆｖｏ、すなわち熱源媒体の流量が増加され、熱源側熱交換器１５における冷媒と熱源媒体との熱交換が促進される。よって、熱源媒体が比較的低温である時には冷媒からの放熱を抑制し、熱源媒体が比較的高温である時には冷媒への吸熱を促進することができる。

ステップ１５９および１６０を経由してステップ１６１へ至る通常のヒートポンプ運転においても、後続のステップ１６１、１５４、１６２が実行される。この結果、起動制御中ではない場合、すなわち起動制御の後においても、冷媒温度Ｔｒｆ１が外気温度Ｔａｍを上回る場合に、熱源側熱交換器１５における冷媒から熱源媒体への放熱が抑制される。起動制御の後に、冷媒温度Ｔｒｆ１が外気温度Ｔａｍを下回る場合には、風量Ｆｖｏ、すなわち熱源媒体の流量が増加され、熱源側熱交換器１５における冷媒と熱源媒体との熱交換が促進される。よって、熱源媒体が比較的低温である時には冷媒からの放熱を抑制し、熱源媒体が比較的高温である時には冷媒への吸熱を促進することができる。

ステップ１６１および１５４は、冷媒温度Ｔｒｆ１が外気温度Ｔａｍ、すなわち熱源媒体温度を上回る場合に、ファン１６による熱源媒体の供給量を抑制する抑制手段を提供する。抑制手段は、熱源側熱交換器１５における冷媒から熱源媒体への放熱を抑制するように供給量を抑制する。ステップ１６１および１６２は、冷媒温度Ｔｒｆ１が外気温度Ｔａｍより低くなったことが判定された後に、ステップ１６１および１５４による風量の抑制を解除する解除手段を提供する。言い換えると、ステップ１６１および１６２は、冷媒温度Ｔｒｆ１が外気温度Ｔａｍ、すなわち熱源媒体温度を下回る場合に、ファン１６による熱源媒体の供給量を増加する増加手段を提供する。

ステップ１６１、１５４、１６２は、圧縮機１１を起動した後に、冷媒温度Ｔｒｆ１が熱源媒体温度Ｔａｍを下回るまで熱源媒体の流量を抑制し、冷媒温度Ｔｒｆ１が熱源媒体温度Ｔａｍを下回った後に熱源媒体の流量を増加させるように流量調節器１６を制御する流量制御手段を提供する。流量制御手段は、抑制手段と、解除手段とを備える。

ステップ１６１、１５４は、圧縮機１１を起動した後に、冷媒温度Ｔｒｆ１が熱源媒体温度Ｔａｍを下回るまで熱源媒体の流量が抑制されるように流量調節器１６を制御する抑制手段を提供する。ステップ１６１、１６２は、冷媒温度Ｔｒｆ１が熱源媒体温度Ｔａｍを下回った後に流量抑制手段による抑制が解除され、熱源媒体の流量が増加されるように流量調節器１６を制御する解除手段を提供する。ステップ１６１は、冷媒温度Ｔｒｆ１が熱源媒体温度Ｔａｍを下回るか否かを判定する判定手段を提供する。

ステップ１６１、１５４が提供する抑制手段は、圧縮機１１を起動した後に、冷媒温度Ｔｒｆ１が熱源媒体温度Ｔａｍを下回るまで流量調節器１６を停止させる停止手段である。ステップ１６１、１６２が提供する解除手段は、冷媒温度Ｔｒｆ１が熱源媒体温度Ｔａｍを下回った後に流量調節器１６の作動を開始させる開始手段である。

（除霜制御処理）
ステップ１６３では、熱源側熱交換器１５における除霜を開始すべきか否かが判定される。例えば、ヒートポンプ運転が所定時間にわたって継続した場合、または熱源側熱交換器１５の表面における温度が所定値を下回る場合など、熱源側熱交換器１５に所定量を上回る霜が付着していると考えられる場合に、除霜が開始される。

除霜を開始すべきではない場合、一連の処理を繰り返す。除霜を開始すべき場合、ステップ１６４へ進む。ステップ１６４では、予め設定された除霜運転が実行される。除霜運転は、熱源側熱交換器１５における霜を除去するように設定されている。除霜運転においては、熱源側熱交換器１５の温度を高めることにより霜が溶かされ、除去される。除霜運転においては、例えば、ヒートポンプサイクル３内における冷媒の循環方向を逆転させ、熱源側熱交換器１５を放熱器として機能させる。また、除霜運転においては、圧縮機１１から吐出された高温高圧の冷媒を熱源側熱交換器１５に導入するバイパス通路を利用してもよい。この結果、除霜運転においては熱源側熱交換器１５の温度が高められる。

ステップ１６５では、除霜が終了したか否かが判定される。除霜が終了していない場合、ステップ１６４へ戻り、除霜運転を繰り返す。除霜が終了すると、ステップ１５９へ戻る。よって、除霜が終了した後は、ヒートポンプ運転のための制御が実行される。

さらに、除霜が終了した後は、ステップ１６１が実行される。よって、除霜が終了した後においても、冷媒温度Ｔｒｆ１と外気温度Ｔａｍとの比較に基づいてファン１６の風量Ｆｖｏが調節される。この結果、除霜が終了した後に、熱源側熱交換器１５における冷媒から熱源媒体への放熱が抑制される。

ステップ１６３−１６５は、熱源側熱交換器１５の霜を除去するための除霜運転を実行する除霜制御手段を提供する。ステップ１６１、１５４、１６２が提供する流量制御手段は、除霜運転の後に、冷媒温度Ｔｒｆ１が熱源媒体温度Ｔａｍを下回るまで熱源媒体の流量を抑制し、冷媒温度Ｔｒｆ１が熱源媒体温度Ｔａｍを下回った後に熱源媒体の流量を増加させるように流量調節器１６を制御する。

（作動）
この実施形態では、運転スイッチがＯＮ状態に操作されると、ステップ１５１、１５５、１５６、１５７、１５３、１５４、１５８によって、まず起動制御が実行される。起動制御の下では、減圧器１４および圧縮機１１が起動運転される。この結果、減圧器１４の開度Ｅｐｖが徐々に増加し、圧縮機１１の回転数Ｃｍｐが徐々に増加する。具体的には、減圧器１４の開度Ｅｐｖが初期開度Ｅ０に到達した後に、圧縮機１１の回転数Ｃｍｐが徐々に増加する。ステップ１６１および１５４は、起動制御中において、冷媒温度Ｔｒｆ１が外気温度Ｔａｍより高い間中、冷媒からの放熱を抑制するようにファン１６の風量を抑制する。ステップ１６１および１６２は、冷媒温度Ｔｒｆ１が外気温度Ｔａｍより低くなったことが判定された後に、ファン１６の風量を増加させる。

やがて、圧縮機１１の回転数Ｃｍｐが初期回転数Ｃ０に到達することにより起動制御が終了すると、ステップ１５９および１６０により通常のヒートポンプ運転が実行される。通常のヒートポンプ運転においても、ステップ１６１および１５４は、冷媒温度Ｔｒｆ１が外気温度Ｔａｍより高い間中、冷媒からの放熱を抑制するようにファン１６の風量を抑制する。ステップ１６１および１６２は、冷媒温度Ｔｒｆ１が外気温度Ｔａｍより低くなったことが判定された後に、ファン１６の風量を増加させる。

さらに、熱源側熱交換器１５の霜を除去する必要が判定されると、ステップ１６３−１６５により除霜運転が実行される。除霜運転の後、通常のヒートポンプ運転に復帰する。この場合、ステップ１６１および１５４は、除霜運転の直後において、冷媒温度Ｔｒｆ１が外気温度Ｔａｍより高い間中、冷媒からの放熱を抑制するようにファン１６の風量を抑制する。ステップ１６１および１６２は、除霜運転の後に、冷媒温度Ｔｒｆ１が外気温度Ｔａｍより低くなったことが判定された後に、ファン１６の風量を増加させる。

図３において、作動の一例を説明する。ヒートポンプサイクル３が所定の長時間にわたって停止されていた場合、冷媒温度Ｔｒｆ１は、外気温度Ｔａｍとほぼ等しくなる。時刻ｔ１１において運転スイッチがＯＮ状態に操作される。運転スイッチがＯＮ状態に操作された直後は起動制御が実行される。よって、時刻ｔ１１から開度Ｅｐｖは徐々に増加する。開度Ｅｐｖが初期開度Ｅ０に到達するまで、圧縮機１１およびファン１６は停止状態に維持される。

やがて、時刻ｔ１２において開度Ｅｐｖが初期開度Ｅ０に到達する。よって、時刻ｔ１２の後に、圧縮機１１の回転数Ｃｍｐが徐々に増加される。圧縮機１１が回転駆動されると、電気的な発熱、および機械的な発熱に起因して冷媒温度Ｔｒｆ１は徐々に上昇する。この結果、起動制御の間に、冷媒温度Ｔｒｆ１は外気温度Ｔａｍを上回るように変化する。言い換えると、起動制御の間に、ヒートポンプサイクル３内の冷媒には熱量が蓄えられる。

やがて、時刻ｔ１３において回転数Ｃｍｐが初期回転数Ｃ０に到達すると、起動制御が終了する。よって、時刻ｔ１３の後は、開度Ｅｐｖおよび回転数Ｃｍｐはヒートポンプ運転を実行するように制御される。このとき、開度Ｅｐｖは、熱源側熱交換器１５を吸熱器、すなわち蒸発器として機能させるために徐々に絞られ、小さくなってゆく。この結果、冷媒温度Ｔｒｆ１は徐々に低下してゆく。

時刻ｔ１４において、冷媒温度Ｔｒｆ１が外気温度Ｔａｍを下回ると、ファン１６の風量Ｆｖｏは、ＯＦＦ状態（停止）から高風量Ｆ０へ増加する。これにより、ヒートポンプ運転に必要な量の熱源媒体が熱源側熱交換器１５へ供給される。

この実施形態によると、時刻ｔ１１から時刻ｔ１３の間に起動制御が実行される。この結果、起動直後における圧縮機１１の負荷を抑制しながら、ヒートポンプサイクル３を起動することができる。

この実施形態では、冷媒温度Ｔｒｆ１が外気温度Ｔａｍ、すなわち熱源媒体の温度を上回る期間中は、熱源側熱交換器１５への熱源媒体の供給量が抑制される。この結果、熱源側熱交換器１５における冷媒から熱源媒体への放熱が抑制される。

冷媒温度Ｔｒｆ１が外気温度Ｔａｍを下回ると、すなわち冷媒への吸熱に適した温度関係が得られると、熱源側熱交換器１５への熱源媒体の供給量が増加される。よって、起動制御が終了した後にヒートポンプ運転のために冷媒温度Ｔｒｆ１が低下すると、熱源側熱交換器１５における熱源媒体から冷媒への熱移動を実現できる。しかも、冷媒温度Ｔｒｆ１と熱源媒体の温度（Ｔａｍ）とに応じて熱源媒体の供給量の増加時期が調節される。この結果、熱源側熱交換器１５における冷媒温度Ｔｒｆ１と熱源媒体温度とに基づいて、冷媒から熱源媒体への放熱が抑制される期間が適切に設定される。熱源媒体からの吸熱を利用した実質的なヒートポンプ運転の開始時期、言い換えると待ち時間を適切に調節できる。よって、過剰に長い抑制期間、または過剰に短い抑制期間が回避される。

この実施形態では、起動制御の間中にも冷媒温度Ｔｒｆ１と熱源媒体の温度とに応じたファン１６の制御が実行されるから、起動制御の期間中においても、熱源側熱交換器１５における熱源媒体から冷媒への熱移動を実現できる場合がある。

（第２実施形態）
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。上記実施形態では、冷媒温度Ｔｒｆ１が外気温度Ｔａｍを上回るとき（Ｔｒｆ１＞Ｔａｍ）、ファンを停止した。これに代えて、冷媒温度Ｔｒｆ１が外気温度Ｔａｍを上回るとき、ファンを低風量で運転することにより、熱源媒体である室外空気の風量Ｆｖｏを抑制してもよい。

図４に図示されるヒートポンプ装置３のための制御処理２５０が採用される。制御処理２５０では、ステップ１６１においてＹＥＳに分岐した場合、ステップ２６６へ進む。ステップ２６６では、ファン１６の風量Ｆｖｏが低風量ＦＬｏに設定される。これにより、熱源側熱交換器１５における冷媒温度Ｔｒｆ１が外気温度Ｔａｍを上回るときにファン１６の風量Ｆｖｏが抑制される。低風量ＦＬｏは、熱源側熱交換器１５における冷媒から熱源媒体への放熱を抑制できる程度の抑制された風量である。

ステップ１６１においてＮＯに分岐した場合、ステップ２６２に進む。ステップ２６２では、ステップ２６６による風量Ｆｖｏの抑制が解除される。ステップ２６２では、ファン１６の風量Ｆｖｏが、ヒートポンプ運転を実行するための所定の高風量ＦＨｉに設定される。この結果、熱源側熱交換器１５にはヒートポンプ運転を実行するために必要な熱源媒体が供給される。

この実施形態では、ステップ１６１、２６６により抑制手段が提供される。ステップ１６１、２６２により解除手段が提供される。ステップ１６１、２６６が提供する抑制手段は、圧縮機１１を起動した後に、冷媒温度Ｔｒｆ１が熱源媒体温度Ｔａｍを下回るまで熱源媒体の流量が低流量ＦＬｏにするように流量調節器１６を制御する低流量制御手段である。ステップ１６１、２６２が提供する解除手段は、冷媒温度Ｔｒｆ１が熱源媒体温度Ｔａｍを下回った後に熱源媒体の流量が低流量より大きい高流量ＦＨｉに増加するように流量調節器１６を制御する高流量制御手段である。

図５に図示されるように、時刻ｔ１２において、減圧器１４の開度Ｅｐｖが初期開度Ｅｐ０に到達すると、ファン１６の風量Ｆｖｏは、停止、すなわちＯＦＦ状態から、低風量ＦＬｏに切替えられる。この状態では、ファン１６の風量Ｆｖｏが低風量ＦＬｏに抑制される。これにより、起動制御中における冷媒から熱源媒体への放熱が抑制される。

やがて、時刻ｔ１３において起動運転が終了し、さらに減圧器１４の開度がヒートポンプ運転のために絞られると、冷媒温度Ｔｒｆ１が徐々に低下する。時刻ｔ１４において、冷媒温度Ｔｒｆ１が外気温度Ｔａｍを下回ると、ファン１６の風量Ｆｖｏは、低風量ＦＬｏから高風量ＦＨｉへ増加する。これにより、ヒートポンプ運転に必要な量の熱源媒体が熱源側熱交換器１５へ供給される。

（第３実施形態）
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。上記実施形態では、熱源側熱交換器１５、すなわち熱源側熱交換器の入口における冷媒温度Ｔｒｆ１を検出した。これに代えて、熱源側熱交換器における冷媒温度として、熱源側熱交換器１５の出口における冷媒温度Ｔｒｆ２を検出し、利用することができる。

図６に図示されるように、第３実施形態に係るヒートポンプ装置３は、熱源側熱交換器１５の出口における冷媒温度Ｔｒｆ２を検出するための温度センサ３２２を備える。温度センサ３２２によって検出された冷媒温度Ｔｒｆ２は、先行する実施形態における冷媒温度Ｔｒｆ１に代えて用いられる。温度センサ３２２は、冷媒温度検出手段を提供する。

（他の実施形態）
以上、発明の好ましい実施形態について説明したが、発明は上述した実施形態に何ら制限されることなく、種々変形して実施することが可能である。上記実施形態の構造は、あくまで例示であって、発明の技術的範囲はこれらの記載の範囲に限定されるものではない。発明は、実施形態において示された組み合わせに限定されることなく、それぞれ独立して実施可能である。発明のいくつかの技術的範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含むものである。

例えば、制御装置が提供する手段と機能は、ソフトウェアのみ、ハードウェアのみ、あるいはそれらの組合せによって提供することができる。例えば、制御装置をアナログ回路によって構成してもよい。

上記実施形態では、冷媒温度Ｔｒｆ１、Ｔｒｆ２が外気温度Ｔａｍを上回る場合に、風量Ｆｖｏを抑制した。これに代えて、冷媒温度Ｔｒｆ１、Ｔｒｆ２が外気温度Ｔａｍを所定温度差を越えて上回る場合に、風量Ｆｖｏを抑制してもよい。これにより、冷媒から熱源媒体への過剰な放熱だけを抑制することができる。また、冷媒温度Ｔｒｆ１、Ｔｒｆ２が外気温度Ｔａｍを所定温度差を越えて下回るまで、風量Ｆｖｏの抑制を継続してもよい。これにより、冷媒から熱源媒体への放熱を確実に回避することができる。

また、上記実施形態では、熱源側熱交換器１５における冷媒温度を温度センサによって直接的に検出した。これに代えて、熱源側熱交換器１５における冷媒圧力に基づいて冷媒温度を推定してもよい。また、ヒートポンプ装置３内における冷媒流量、冷媒圧力など複数の検出信号に基づいて、熱源側熱交換器１５における冷媒温度を推定することにより、熱源側熱交換器１５における冷媒温度を検出してもよい。この場合、冷媒温度検出手段は、熱源側熱交換器１５における冷媒温度を演算処理により推定することによって検出する推定手段によって提供される。

また、上記実施形態では、起動制御において、減圧器１４の開度が初期開度Ｅ０に到達した後に、圧縮機１１の回転数を増加させた。これに代えて、減圧器１４の開度を増加させながら、同時に圧縮機１１の回転数を増加させてもよい。

また、上記実施形態では、ヒートポンプシステム１は、空気を熱源媒体とした。これに代えて、水を熱源媒体としてもよい。上記実施形態では、ヒートポンプシステム１は、水を加熱する給湯装置を提供した。これに代えて、ヒートポンプシステム１は、空気を加熱する暖房装置を提供してもよい。

１ ヒートポンプ装置、 ２ 温水機器、 ３ ヒートポンプサイクル、
４ 冷媒系統、 ５ 利用側熱交換器、 ６ 水系統、
１１ 圧縮機、 １２ 圧縮機構、 １３ 電動機、
１４ 減圧器、 １５ 熱源側熱交換器、
１６ ファン、 １７ 軸流ファン、 １８ 電動機、
２１ 制御装置、
２２、３２２ 温度センサ（冷媒）、
２３ 温度センサ（空気／熱源媒体）。

Claims (9)

1. 圧縮機（１１）、利用側熱交換器（５）、減圧器（１４）、および熱源側熱交換器（１５）を有するヒートポンプ装置において、
   前記熱源側熱交換器に供給される熱源媒体の流量を調節する流量調節器（１６）と、
   前記熱源側熱交換器における冷媒温度（Ｔｒｆ１、Ｔｒｆ２）を検出する冷媒温度検出手段（２２、３２２）と、
   前記熱源側熱交換器に供給される熱源媒体温度（Ｔａｍ）を検出する熱源温度検出手段（２３）と、
   前記圧縮機を起動した後に、前記冷媒温度が前記熱源媒体温度を下回るまで前記熱源媒体の流量を抑制し、前記冷媒温度が前記熱源媒体温度を下回った後に前記熱源媒体の流量を増加させるように前記流量調節器を制御する流量制御手段（１６１、１５４、１６２、２６２、２６６）とを備えることを特徴とするヒートポンプ装置。
2. さらに、前記圧縮機を起動するにあたり、前記減圧器（１４）の開度（Ｅｐｖ）を所定の初期開度（Ｅ０）に調節し、前記圧縮機の回転数（Ｃｍｐ）を徐々に増加させる起動制御を実行する起動制御手段（１５３、１５５−１５８）を備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。
3. 前記流量制御手段は、
   前記圧縮機を起動した後に、前記冷媒温度が前記熱源媒体温度を下回るまで前記熱源媒体の流量が抑制されるように前記流量調節器を制御する抑制手段（１６１、１５４、２６６）と、
   前記冷媒温度が前記熱源媒体温度を下回った後に前記流量抑制手段による抑制が解除され、前記熱源媒体の流量が増加されるように前記流量調節器を制御する解除手段（１６１、１６２、２６２）とを備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のヒートポンプ装置。
4. 前記抑制手段（１６１、１５４）は、前記圧縮機を起動した後に、前記冷媒温度が前記熱源媒体温度を下回るまで前記流量調節器を停止させる停止手段であり、
   前記解除手段（１６１、１６２）は、前記冷媒温度が前記熱源媒体温度を下回った後に前記流量調節器の作動を開始させる開始手段であることを特徴とする請求項３に記載のヒートポンプ装置。
5. 前記抑制手段（１６１、２６６）は、前記圧縮機を起動した後に、前記冷媒温度が前記熱源媒体温度を下回るまで前記熱源媒体の流量が低流量（ＦＬｏ）にするように前記流量調節器を制御する低流量制御手段（１６１、２６６）であり、
   前記解除手段（１６１、２６２）は、前記冷媒温度が前記熱源媒体温度を下回った後に前記熱源媒体の流量が前記低流量より大きい高流量（ＦＨｉ）に増加するように前記流量調節器を制御する高流量制御手段であることを特徴とする請求項３に記載のヒートポンプ装置。
6. 前記冷媒温度検出手段は、前記熱源側熱交換器における冷媒温度を検出する温度センサ（２２、３２２）であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載のヒートポンプ装置。
7. 前記冷媒温度検出手段は、前記熱源側熱交換器の入口または出口における冷媒温度を検出する温度センサ（２２、３２２）であることを特徴とする請求項６に記載のヒートポンプ装置。
8. 前記冷媒温度検出手段は、前記熱源側熱交換器における冷媒温度を演算処理により推定することによって検出する推定手段であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載のヒートポンプ装置。
9. さらに、前記熱源側熱交換器（１５）の霜を除去するための除霜運転を実行する除霜制御手段（１６３−１６５）を備え、
   前記流量制御手段（１６１、１５４、１６２、２６２、２６６）は、前記除霜運転の後に、前記冷媒温度が前記熱源媒体温度を下回るまで前記熱源媒体の流量を抑制し、前記冷媒温度が前記熱源媒体温度を下回った後に前記熱源媒体の流量を増加させるように前記流量調節器を制御することを特徴とする請求項１から請求項８のいずれかに記載のヒートポンプ装置。

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