JP2014214984A - ヒートポンプ給湯装置 - Google Patents

Abstract

【課題】除霜運転時間の短縮化を容易に且つ確実に実現可能なヒートポンプ給湯装置を提供すること、除霜運転時に圧縮機への液戻りを防止可能なヒートポンプ給湯装置を提供すること、等である。
【解決手段】ヒートポンプ給湯装置１は、圧縮機２１と給湯用熱交換器２２と膨張弁２３と外気熱吸収用熱交換器２４とを冷媒回路２５で接続したヒートポンプユニット２０と、冷媒回路２５に設けられ且つ膨張弁２３をバイパスするバイパス回路３１と、このバイパス回路３１に設けられた除霜用電磁弁３２とを備え、さらに、外気熱吸収用熱交換器２４の着霜を検知した場合には、給湯用熱交換器２２での熱交換を停止すると共に除霜運転を開始する除霜運転制御手段を備え、除霜運転制御手段は、除霜運転中には、圧縮機２１の吐出冷媒温度に応じて又は周期的に除霜用電磁弁３２を開閉制御する。
【選択図】図２

Description

本発明はヒートポンプ給湯装置に関し、特に除霜運転時に除霜弁を利用して除霜を行うものに関する。

従来から、冷媒を利用した熱交換式のヒートポンプ給湯装置が一般に広く普及している。この種のヒートポンプ給湯装置は、冷媒により湯水を加熱するヒートポンプユニット、加熱された湯水を貯留する貯湯タンク、ヒートポンプユニットと貯湯タンクとの間に湯水を循環する加熱循環回路等を備え、夜間割引の安価な電力を利用して、貯湯タンク内の湯水を加熱循環回路に循環させてヒートポンプユニットで加熱して、加熱された湯水を貯湯タンク内に戻して貯留しておき、蛇口や風呂等の所望の給湯先に給湯するものである。

上記のヒートポンプユニットは、圧縮機、給湯用熱交換器、膨張弁、蒸発熱交換器が冷媒配管を介して接続されることで構成され、冷媒回路に封入された冷媒を利用して給湯加熱運転が行われる。この給湯加熱運転では、圧縮機と蒸発熱交換器用の送風ファンとが夫々駆動され、給湯用熱交換器により冷媒回路を流れる冷媒と加熱循環回路を流れる湯水との間で熱交換が行われて湯水が加熱される。

ところで、上記のヒートポンプユニットにおいて、蒸発熱交換器で冷媒が外気から吸熱する構造上、寒冷地や冬場等では、蒸発熱交換器の表面に大気中の水蒸気が付着して凍結することで霜が発生する場合がある。蒸発熱交換器に霜が付着すると、蒸発熱交換器における吸熱効率が著しく低下してしまい、結果的にヒートポンプ給湯装置の運転効率が低下してしまうという問題がある。

このため、ヒートポンプ給湯装置には、一般的に、給湯加熱運転を停止して蒸発熱交換器に付着した霜を取り除く為の除霜運転の機能が設けられている。このような除霜運転としては、以下に説明するような種々の技術が実用化されている。

例えば、従来の除霜運転では、圧縮機に四方弁を設け、除霜運転時には、この四方弁を介して冷媒を通常運転時とは逆方向に流すことで、圧縮機で加熱された冷媒を蒸発熱交換器に直接流して蒸発熱交換器の霜を取り除いたり、給湯用熱交換器をバイパスするバイパス回路を設け、このバイパス回路に除霜弁を設け、除霜運転時には、除霜弁を開弁して圧縮機で加熱された冷媒を、バイパス回路を介して蒸発熱交換器に直接流して蒸発熱交換器の霜を取り除く技術が実用化されている。

特許文献１の冷凍サイクル装置では、上記のバイパス回路と除霜弁を備えると共に、冷媒が膨張する際のエネルギーを電力や動力に変換する膨張機が膨張弁に代えて設けられた構造が開示されている。除霜運転時には、除霜弁を開弁してバイパス回路に冷媒を流すと共に膨張機の回転数を増加して冷媒回路にも冷媒を流すことで、蒸発熱交換器への冷媒流量を増加して除霜を行う。

特許４０５３０８２号公報

従来のバイパス回路と除霜弁を備えた構造では、除霜運転が開始されると、除霜弁が開放されて、圧縮機から非圧縮状態の冷媒が吐出され、この非圧縮状態の冷媒を循環させることで除霜を行うが、蒸発熱交換器で冷媒の温度は急速に低下してしまうので、温度低下した冷媒を循環させても除霜を効果的に行えない。つまり、蒸発熱交換器での熱交換後の冷媒は熱量が不足するので、除霜に時間がかかってしまい、ヒートポンプ給湯装置の運転効率が著しく低下してしまう。

また、特許文献１の除霜運転では、膨張機の回転数を制御することで、除霜弁が設置されたバイパス回路と膨張機が設置された冷媒回路との２つの回路に冷媒を流して、蒸発熱交換器への冷媒流量を増加させているが、膨張機の回転数を制御するのは手間がかかるので、コスト高となる虞がある。

本発明の目的は、除霜運転時間の短縮化を容易に且つ確実に実現可能なヒートポンプ給湯装置を提供すること、除霜運転時に圧縮機への液戻りを防止可能なヒートポンプ給湯装置を提供すること、等である。

請求項１のヒートポンプ給湯装置は、圧縮機と給湯用熱交換器と膨張手段と蒸発熱交換器とを冷媒回路で接続したヒートポンプユニットと、前記冷媒回路に設けられ且つ前記膨張手段をバイパスするバイパス回路と、このバイパス回路に設けられた除霜弁とを備えたヒートポンプ給湯装置であって、前記蒸発熱交換器の着霜を検知した場合には、前記給湯用熱交換器での熱交換を停止すると共に除霜運転を開始する除霜運転制御手段を備えたヒートポンプ給湯装置において、前記除霜運転制御手段は、前記除霜運転中には、前記除霜弁を周期的に開閉制御することを特徴としている。

請求項２のヒートポンプ給湯装置は、圧縮機と給湯用熱交換器と膨張手段と蒸発熱交換器とを冷媒回路で接続したヒートポンプユニットと、前記冷媒回路に設けられ且つ前記膨張手段をバイパスするバイパス回路と、このバイパス回路に設けられた除霜弁とを備えたヒートポンプ給湯装置であって、前記蒸発熱交換器の着霜を検知した場合には、前記給湯用熱交換器での熱交換を停止すると共に除霜運転を開始する除霜運転制御手段を備えたヒートポンプ給湯装置において、前記除霜運転制御手段は、前記除霜運転中には、前記圧縮機の吐出冷媒温度に応じて、前記除霜弁を開閉制御することを特徴としている。

請求項３のヒートポンプ給湯装置は、請求項１又は２の発明において、前記除霜運転制御手段は、前記除霜運転の開始時には、前記膨張手段を所定時間全開に設定し、この所定時間経過後に、前記除霜弁の開閉制御を開始するように制御することを特徴としている。

請求項４のヒートポンプ給湯装置は、請求項１又は２の発明において、前記除霜運転制御手段は、前記除霜運転の開始時には、前記圧縮機の吐出冷媒温度が設定温度以下となるまで前記膨張手段を全開に設定し、設定温度以下となった場合に前記除霜弁の開閉制御を開始するように制御することを特徴としている。

請求項１の発明によれば、ヒートポンプ給湯装置は、蒸発熱交換器の着霜を検知した場合には、給湯用熱交換器での熱交換を停止すると共に除霜運転を開始する除霜運転制御手段を備え、除霜運転制御手段は、除霜運転中には、除霜弁を周期的に開閉制御するので、除霜弁が閉止状態の場合、給湯用熱交換器にて高温高圧の冷媒を溜め込み、除霜弁が開放状態の場合、給湯用熱交換器で溜め込んだ高温の冷媒を蒸発熱交換器に流し、この開閉状態の切り換え制御を周期的に繰り返し行うことで除霜を行う。

従って、除霜運転制御手段が、除霜運転中に除霜弁の開閉状態を交互に切り換える制御を行うことで、蒸発熱交換器に高温の冷媒を繰り返し流すことができるので、除霜運転中に除霜に利用される冷媒の温度を高く維持することができ、故に、除霜運転時間の短縮化を容易に且つ確実に実現することができるので、ヒートポンプ給湯装置の省エネルギー化を図ることができる。

請求項２の発明によれば、ヒートポンプ給湯装置は、蒸発熱交換器の着霜を検知した場合には、給湯用熱交換器での熱交換を停止すると共に除霜運転を開始する除霜運転制御手段を備え、除霜運転制御手段は、除霜運転中には、前記圧縮機の吐出冷媒温度に応じて、除霜弁を開閉制御するので、除霜弁が閉止状態の場合、給湯用熱交換器にて高温高圧の冷媒を溜め込み、除霜弁が開放状態の場合、給湯用熱交換器に溜め込んだ高温の冷媒を蒸発熱交換器に流し、この開閉状態の切り換え制御を圧縮機の吐出冷媒温度に応じて繰り返し行うことで除霜を行う、故に、請求項１の発明と同様の効果を奏する。

請求項３の発明によれば、除霜運転制御手段は、除霜運転の開始時には、膨張手段を所定時間全開に設定し、この所定時間経過後に、除霜弁の開閉制御を開始するように制御するので、除霜運転の開始時に、全開状態でも冷媒回路の断面積より小さい膨張手段で冷媒が絞られて冷媒温度が下げられ、冷媒温度と外気温度との温度差を小さくすると共に蒸発熱交換器への冷媒流量を制限することで、蒸発熱交換器での冷媒の急激な温度変化を抑制して、圧縮機への液戻りを防止することができる。

請求項４の発明によれば、除霜運転制御手段は、除霜運転の開始時には、前記圧縮機の吐出冷媒温度が設定温度以下となるまで膨張手段を全開に設定し、設定温度以下となった場合に前記除霜弁の開閉制御を開始するように制御するので、請求項３と同様の効果を奏する。

本発明の実施例１に係るヒートポンプ給湯装置の概略構成図である。 除霜運転制御のフローチャートである。 除霜運転時における冷媒温度変化を示した線図である。 実施例２に係る除霜運転制御のフローチャートである。

以下、本発明を実施するための形態について実施例に基づいて説明する。

先ず、本発明のヒートポンプ給湯装置１の全体構成について説明する。
図１に示すように、ヒートポンプ給湯装置１は、湯水を貯留する貯湯タンク５を備えた貯湯給湯装置２、貯湯タンク５の湯水の加熱を行うヒートポンプ式熱源機３、ヒートポンプ給湯装置１を制御する制御ユニット４、貯湯給湯装置２とヒートポンプ式熱源機３との間に湯水を循環させる循環用配管８ａ，８ｂ等から構成されている。

図１に示すように、貯湯給湯装置２は、縦長筒状の外周面を有する貯湯タンク５、各種の配管６，７，８ａ，８ｂ、湯水循環ポンプ１１、開閉弁１２、混合弁１３、主制御ユニット１６、外装ケース１７等を備えている。貯湯タンク５は、ヒートポンプ式熱源機３で加熱された高温の湯水（例えば、８０〜９０℃）を貯留するものである。

貯湯タンク５の下端部には、給水配管６と循環用配管８ａとが接続されている。給水配管６には、貯湯タンク５へ低温の上水を供給する為の開閉弁１２が設けられている。貯湯タンク５の上端部には、循環用配管８ｂと出湯配管７とが接続され、循環用配管８ｂから戻された高温の湯水を貯湯タンク５内に貯留し、給湯時には貯湯タンク５内の高温の湯水を出湯配管７に供給することができる。

貯湯タンク５には、複数の温度センサ５ａ〜５ｄが高さ方向所定間隔おきの位置に配置され、温度センサ５ａ〜５ｄの温度検出信号が主制御ユニット１６に供給される。外装ケース１７は、薄鋼板製の箱状に形成され、貯湯タンク５、各種の配管類６，７、循環用配管８ａ，８ｂの大部分、湯水循環ポンプ１１、開閉弁１２、混合弁１３、各種の温度センサ１５ａ〜１５ｄ、主制御ユニット１６等を収容している。

次に、ヒートポンプ式熱源機３について説明する。
図１に示すように、ヒートポンプ式熱源機３は、圧縮機２１と、凝縮器としての給湯用熱交換器２２と、高圧の冷媒を急膨張させて温度と圧力を下げる膨張弁２３と、蒸発熱交換器としての外気熱吸収用熱交換器２４とを有し、これら機器２１〜２４が冷媒回路２５を介して接続されヒートポンプユニット２０を構成し、冷媒回路２５に収容された冷媒を利用して給湯加熱運転を行う。

ヒートポンプ式熱源機３は、さらに、送風モータ２７ａで駆動される蒸発熱交換器用の送風ファン２７と、主制御ユニット１６に接続され且つヒートポンプ式熱源機３を制御する補助制御ユニット３３と、これらを収納する外装ケース３５等を備えている。

圧縮機２１は、気相状態の冷媒を断熱圧縮して温度上昇させる公知の密閉型圧縮機である。尚、除霜運転時には、除霜用電磁弁３２が閉止状態の場合、圧縮機２１は冷媒を断熱圧縮し、除霜用電磁弁３２が開放状態の場合、圧縮機２１を冷媒を圧縮しないポンプとして駆動可能であり、圧縮機２１から非圧縮状態の冷媒が吐出される。

給湯用熱交換器２２は、循環用配管８ａ，８ｂ間に設置された熱交換器通路部２２ａと冷媒回路２５の一部となる内部通路２２ｂとを有する二重管で構成されている。給湯用熱交換器２２において、内部通路２２ｂを流れる冷媒と循環用配管８ａから熱交換器通路部２２ａに供給される湯水との間で熱交換され、湯水は加熱され冷媒は冷却され液化する。

膨張弁２３（膨張手段に相当する）は、液相状態の冷媒を断熱膨張させ温度低下させるものである。膨張弁２３は、絞り量が可変な制御弁からなる。膨張弁２３は、全開状態でも冷媒回路２５の断面積より小さい断面積を有する、つまり、膨張弁２３は、除霜運転時に設定される全開状態でも絞り機能を奏するので、膨張弁２３の入口側と出口側の冷媒には、後述するバイパス回路３１が閉鎖されている場合は温度差や圧力差が存在する（図３の膨張弁入口温度と膨張弁出口温度参照）。

外気熱吸収用熱交換器２４は、冷媒回路２５に含まれる蒸発器通路部２４ａを有し、この蒸発器通路部２４ａは伝熱管と複数のフィンとを有し、この外気熱吸収用熱交換器２４において、蒸発器通路部２４ａを流れる冷媒と外気との間で熱交換され、冷媒は外気から吸熱して気化する。

冷媒回路２５において、圧縮機２１の吐出側に設けられ且つ圧縮機２１から吐出する冷媒温度を検知する圧縮機吐出側温度センサ２９ａ、外気熱吸収用熱交換器２４の出口側に設けられ且つ外気熱吸収用熱交換器２４から流出する冷媒温度を検知する蒸発熱交換器出口側温度センサ２９ｂ、膨張弁２３の入口側に設けられ且つ膨張弁２３に流入する冷媒温度を検知する膨張弁入口側温度センサ２９ｃ、膨張弁２３の出口側に設けられ且つ膨張弁２３から流出する冷媒温度を検知する膨張弁出口側温度センサ２９ｄ等が設けられている。

冷媒回路２５には、膨張弁２３をバイパスするように膨張弁２３の入口側と出口側とに接続されたバイパス回路３１が設けられている。バイパス回路３１には、膨張弁２３と並列接続されるように且つ除霜運転時に補助制御ユニット３３によって開閉制御される除霜用電磁弁３２（除霜弁に相当する）が設けられている。

ヒートポンプ式熱源機３の給湯加熱運転時において、圧縮機２１により高圧に圧縮された加熱状態の冷媒は、給湯用熱交換器２２に送られ、湯水循環ポンプ１１の駆動により貯湯タンク５の下端部から循環用配管８ａを経て熱交換器通路部２２ａに流入した水と熱交換してその水を暖め、温度が低下した冷媒は膨張弁２３に送られ、加熱された湯水が循環用配管８ｂを通って貯湯給湯装置２の貯湯タンク５に貯留され、ヒートポンプ式熱源機３を経由する加熱動作を繰り返すことで貯湯タンク５に高温の湯水が貯留される。

次に、制御ユニット４について説明する。
図１に示すように、ヒートポンプ給湯装置１は、主制御ユニット１６と補助制御ユニット３３からなる制御ユニット４によって制御される。各種の温度センサ等の検出信号が制御ユニット４に送信され、この制御ユニット４により、貯湯給湯装置２とヒートポンプ式熱源機３の動作、各種のポンプの作動・停止、各種の弁の開閉状態の切り換え及び開度調整等を制御し、各種運転（加熱循環運転、給湯運転、除霜運転等）を実行する。

主制御ユニット１６は、ユーザーが操作可能な操作リモコン３６との間でデータ通信可能であり、操作リモコン３６のスイッチ操作により目標給湯温度が設定されると、その目標給湯温度データが操作リモコン３６から主制御ユニット１６に送信される。補助制御ユニット３３は、主制御ユニット１６との間でデータ通信可能であり、主制御ユニット１６からの指令に従ってヒートポンプ式熱源機３の各種機器（圧縮機２１、膨張弁２３、送風モータ２７ａ、除霜用電磁弁３２等）の駆動制御を行う。

次に、外気熱吸収用熱交換器２４の着霜を検知した場合に自動的に行われる、外気熱吸収用熱交換器２４に対する除霜運転制御について、図２のフローチャートと図３の除霜運転開始後の温度変化を示した線図とに基づいて説明する。尚、図中の符号Ｓｉ（ｉ=１，２，・・）は各ステップを示す。この除霜運転制御の制御プログラムは、制御ユニット４に予め格納されている。

図２のフローチャートにおいて、この制御が開始されると、最初にＳ１において、除霜運転開始条件成立か否か判定される。除霜運転を開始する為の条件が成立している場合、つまり、Ｓ１の判定がＹｅｓの場合は、Ｓ２に移行し、Ｓ１の判定がＮｏの場合は、Ｓ１を繰り返す。

尚、除霜運転開始条件としては、例えば、蒸発熱交換器出口側温度センサ２９ｂの検知信号を読み込み、外気熱吸収用熱交換器２４から吐出される冷媒の温度が一定温度（例えば−５℃）以下の場合に除霜運転を開始しても良いし、外気熱吸収用熱交換器２４の外周部近傍に設置され且つ外気熱吸収用熱交換器２４に霜が付着したことを検知可能な着霜センサからの検知信号に基づいても良く、種々の条件を採用可能であり特に限定する必要はない。

次に、Ｓ２において、給湯用熱交換器２２での熱交換を停止すると共に除霜運転を開始し（図３の時間Ｔａ）、Ｓ３に移行する。具体的に、このＳ２では、貯湯式給湯装置２側においては、主制御ユニット１６によって、湯水循環ポンプ１１の駆動を停止して給湯加熱運転を停止する。

一方、ヒートポンプ式熱源機３側においては、補助制御ユニット３３によって、送風ファン２７ａを停止し、圧縮機２１を駆動し、膨張弁２３を全開状態に設定する。この設定では、冷媒は圧縮機２１によって圧縮され、給湯用熱交換器２２で熱交換されずに高温状態で膨張弁２３に達する。膨張弁２３は、全開状態に設定しても絞り機能を奏するので、給湯用熱交換器２２からの冷媒は膨張弁２３によって絞られて温度が低下し、外気熱吸収用熱交換器２４に流入する。

このように、高温の冷媒を、全開状態の膨張弁２３で冷媒温度を下げて冷媒温度と外気温度との温度差を小さくすると共に外気熱吸収用熱交換器２４への冷媒流量を制限することで、高温の冷媒を外気熱吸収用熱交換器２４へ一気に流した際に発生する圧縮機２１への液戻りを防止する。

次に、Ｓ３において、圧縮機吐出側温度センサ２９ａの検知信号を読み込み、圧縮機２１から吐出される冷媒の温度が、例えば５０℃以下か否か判定する。このＳ３では、図３に示すように、圧縮機２１から吐出される冷媒温度が、外気熱吸収用熱交換器２４で熱交換される影響で徐々に低下し（図３の時間Ｔａ−Ｔｂ間）、冷媒温度が例えば５０℃以下になった場合（図３の時間Ｔｂ）、つまり、Ｓ３の判定がＹｅｓの場合は、Ｓ４に移行し、Ｓ３の判定がＮｏのうちはＳ３を繰り返し実行する。

次に、Ｓ４において、除霜用電磁弁３２を開弁してバイパス回路３１を導通状態に設定し、フラグＦに１を設定し、Ｓ５に移行する。このＳ４では、バイパス回路３１の導通に伴い圧縮機２１は冷媒を圧縮せずポンプとして駆動されるので、圧縮機２１からの非圧縮状態の冷媒は、膨張弁２３を流れずにバイパス回路３１を流れて外気熱吸収用熱交換器２４に一気に流入し除霜を行う。

次に、Ｓ５において、圧縮機吐出側温度センサ２９ａの検知信号を読み込み、圧縮機２１から吐出される冷媒の温度が、例えば２８℃以下か否か判定する。このＳ５では、図３に示すように、バイパス回路３１の導通に伴い冷媒流量は増加して外気熱吸収用熱交換器２４での熱交換量が増大するので、圧縮機２１から吐出される冷媒温度は急激に低下し（図３の時間Ｔｂ−Ｔｃ間）、冷媒温度が２８℃以下になった場合（図３の時間Ｔｃ）、つまり、Ｓ５の判定がＹｅｓの場合は、Ｓ６に移行し、Ｓ５の判定がＮｏの場合は、Ｓ７に移行する。

次に、Ｓ６において、除霜用電磁弁３２を閉弁してバイパス回路３１を遮蔽状態に設定し、フラグＦに０を設定し、Ｓ７に移行する。このＳ６では、図３に示すように、圧縮機２１によって冷媒が圧縮され、給湯用熱交換器２２で冷媒が溜め込まれることで冷媒の温度及び圧力が上昇していく蓄熱運転が行われる（図３の時間Ｔｃ−Ｔｄ間）。尚、この蓄熱運転時には、膨張弁２３を全開状態のまま維持しても良いし全閉状態にしても良い。

次に、Ｓ７において、フラグＦが０か否か判定する。このＳ７では、除霜用電磁弁３２が開放状態か閉止状態か判定し、除霜用電磁弁３２が閉止状態（Ｆ＝０）の場合、つまり、Ｓ７の判定がＹｅｓの場合は、Ｓ８に移行し、除霜用電磁弁３２が開放状態（Ｆ＝１）の場合、つまり、Ｓ７の判定がＮｏの場合は、Ｓ１０に移行する。

次に、Ｓ８において、圧縮機吐出側温度センサ２９ａの検知信号を読み込み、圧縮機２１から吐出される冷媒の温度が、例えば４０℃以上か否か判定する。このＳ８では、図３に示すように、圧給湯用熱交換器２２で蓄熱運転が行われているので、圧縮機２１の吐出側の冷媒の温度は徐々に上昇していき、冷媒温度が４０℃以上となった場合（図３の時間Ｔｄ）、つまり、Ｓ８の判定がＹｅｓとなった場合は、Ｓ９に移行し、Ｓ８の判定がＮｏの場合は、Ｓ１０に移行する。

次に、Ｓ９において、除霜用電磁弁３２を開弁してバイパス回路３１を導通状態に設定し、フラグＦに１を設定し、Ｓ１０に移行する。このＳ９では、Ｓ４と同様に、バイパス回路３１の導通に伴い圧縮機２１はポンプとして駆動されるので、圧縮機２１からの非圧縮状態の冷媒は、膨張弁２３を流れずにバイパス回路３１側を流れて外気熱吸収用熱交換器２４に一気に流入して除霜を行う。

次に、Ｓ１０において、蒸発熱交換器出口側温度センサ２９ｂの検知信号を読み込み、外気熱吸収用熱交換器２４から吐出される冷媒の温度が一定温度（例えば５℃）以上か否か判定する。このＳ１０では、図３に示すように、外気熱吸収用熱交換器２４に付着した霜の除霜が完了して冷媒温度が５℃以上になった場合（図３の時間Ｔｅ）、つまり、Ｓ１０の判定がＹｅｓの場合は、Ｓ１１に移行し、除霜運転を終了して通常の給湯加熱運転を再開する。冷媒の温度が５℃以下の場合は除霜が完了せず霜が付着した状態のままなので、Ｓ１０の判定がＮｏとなり、Ｓ５に戻り、Ｓ５〜Ｓ９を繰り返し実行する。

ここで、図３に示すように、除霜運転開始後から、外気熱吸収用熱交換器２４から吐出される冷媒の温度は徐々に上昇する（時間Ｔａ−Ｔｄ間）。除霜がある程度完了している時間Ｔｄの段階で、高温の冷媒を外気熱吸収用熱交換器２４に一気に流すと、外気熱吸収用熱交換器２４から吐出される冷媒の温度は急激に上昇して（時間Ｔｄ−Ｔｅ間）、除霜が完了する。仮に、時間Ｔｂの段階で、除霜用電磁弁３２の開放状態を維持して除霜運転を行った場合、上記のような冷媒の急激な温度上昇は見込めないので、除霜用電磁弁３２の開閉制御を繰り返す場合と比較すると、除霜時間は長くなってしまう。

このように、制御ユニット４は、圧縮機吐出側温度センサ２９ａにより検知された圧縮機２１の吐出冷媒温度に応じて、除霜用電磁弁３２を開閉制御することで、外気熱吸収用熱交換器２４に高温の冷媒を繰り返し流して、外気熱吸収用熱交換器２４の伝熱管やフィンを効率良く加熱するので、外気熱吸収用熱交換器２４の除霜を短時間に行うことができる。

尚、除霜運転終了条件としては、上記では、外気熱吸収用熱交換器２４から流出する冷媒の温度を検出する蒸発熱交換器出口側温度センサ２９ｂからの検出信号に基づいているが、特に限定する必要はなく、外気熱吸収用熱交換器２４の外周部近傍に設置され且つ外気熱吸収用熱交換器２４に霜が付着したことを検知可能な着霜センサからの検知信号に基づいても良く、種々の条件を採用可能であり特に限定する必要はない。

次に、本発明のヒートポンプ給湯装置の作用及び効果について説明する。
ヒートポンプ給湯装置１において、外気熱吸収用熱交換器２４の着霜を検知した場合には、制御ユニット４（除霜運転制御手段）が、圧縮機吐出側温度センサ２９ａにより検知された圧縮機２１の吐出冷媒温度に応じて、除霜用電磁弁３２を開閉制御する。

即ち、除霜用電磁弁３２が閉止状態の場合、給湯用熱交換器２２にて高温高圧の冷媒を溜め込み、除霜用電磁弁３２が開放状態の場合、給湯用熱交換器２２で溜め込んだ高温の冷媒を外気熱吸収用熱交換器２４に流し、この開閉状態の切り換え制御を圧縮機２１の吐出冷媒温度に応じて繰り返し行うことで除霜を行う。

このように、制御ユニット４が、除霜運転中に除霜用電磁弁３２の開閉状態を交互に切り換える制御を行うことで、外気熱吸収用熱交換器２４に高温の冷媒を繰り返し流すことができるので、除霜運転中に除霜に利用される冷媒の温度を高く維持することができ、故に、除霜運転時間の短縮化を容易に且つ確実に実現することができるので、ヒートポンプ給湯装置１の省エネルギー化を図ることができる。

また、制御ユニット４は、除霜運転の開始時には、圧縮機２１の吐出冷媒温度が設定温度以下となるまで膨張弁２３を全開に設定し、設定温度以下となった場合に除霜用電磁弁３２の開閉制御を開始するように制御するので、除霜運転の開始時に、全開状態でも冷媒回路の断面積より小さい膨張弁２３で冷媒が絞られて冷媒温度が下げられ、冷媒温度と外気温度との温度差を小さくすると共に外気熱吸収用熱交換器２４への冷媒流量を制限することで、外気熱吸収用熱交換器２４での冷媒の急激な温度変化を抑制して、圧縮機２１への液戻りを防止することができる。

次に、実施例１のヒートポンプ給湯装置１を部分的に変更した実施例２について説明する。尚、実施例１では、除霜運転時に、圧縮機２１の吐出冷媒温度に応じて、除霜用電磁弁３２を開閉制御するモードについて説明したが、実施例２では、除霜運転時に、周期的に除霜用電磁弁３２を開閉制御するモードについて説明する。

外気熱吸収用熱交換器２４の着霜を検知した場合に自動的に行われる、外気熱吸収用熱交換器２４に対する除霜運転制御について、図４のフローチャートに基づいて説明する。尚、図中の符号Ｓｉ（ｉ=１，２，・・）は各ステップを示す。この除霜運転制御の制御プログラムは、制御ユニット４に予め格納されている。尚、Ｓ１〜Ｓ３，Ｓ１１は、実施例１と同様であるので、説明は省略する。

Ｓ２１において、除霜用電磁弁３２を開弁してバイパス回路３１を導通状態に設定し、フラグＦに１を設定し、タイマーをスタートし、Ｓ２２に移行する。このＳ２１では、バイパス回路３１の導通に伴い圧縮機２１は冷媒を圧縮せずにポンプとして駆動されるので、圧縮機２１からの非圧縮状態の冷媒は、膨張弁２３を流れずにバイパス回路３１を流れて外気熱吸収用熱交換器２４に一気に流入して、除霜が行われる。

次に、Ｓ２２において、タイマーの信号を読み込み、所定時間経過したか否かを判定する。このＳ２２では、所定時間（例えば、除霜用電磁弁３２が開放状態の場合は２分、閉止状態の場合は３分）経過していた場合、つまり、Ｓ２２の判定がＹｅｓの場合は、Ｓ２３に移行し、所定時間経過していない場合、つまり、Ｓ２２の判定がＮｏの場合は、Ｓ２６に移行する。

次に、Ｓ２３において、フラグＦが１か否か判定する。このＳ２３では、除霜用電磁弁３２が開放状態か閉止状態か判定し、除霜用電磁弁３２が開放状態（Ｆ＝１）の場合、つまり、Ｓ２３の判定がＹｅｓの場合は、Ｓ２４に移行し、除霜用電磁弁３２が閉止状態（Ｆ＝０）の場合、つまり、Ｓ２３の判定がＮｏの場合は、Ｓ２５に移行する。

次に、Ｓ２４において、除霜用電磁弁３２を閉弁してバイパス回路３１を遮蔽状態に設定し、フラグＦに０を設定し、タイマーを一度リセットしてからスタート設定し、Ｓ２６に移行する。このＳ２４では、圧縮機２１によって冷媒が圧縮され、給湯用熱交換器２２で冷媒が溜め込まれることで冷媒の圧力及び温度が上昇していく蓄熱運転が行われる。

一方、Ｓ２５において、Ｓ２１と同様に除霜用電磁弁３２を開弁してバイパス回路３１を導通状態に設定し、フラグＦに１を設定し、タイマーを一度リセットしてからスタート設定し、Ｓ２６に移行する。

次に、Ｓ２６において、蒸発熱交換器出口側温度センサ２９ｂの検知信号を読み込み、外気熱吸収用熱交換器２４から吐出される冷媒の温度が一定温度（例えば５℃）以上か否か判定する。実施例１のＳ１０と同様に、外気熱吸収用熱交換器２４に付着した霜の除霜が完了すると、外気熱吸収用熱交換器２４から吐出される冷媒の温度は上昇し、冷媒温度が５℃以上になった場合、つまり、Ｓ２６の判定がＹｅｓとなった場合は、Ｓ１１に移行し、除霜運転を終了する。冷媒の温度が５℃以下の場合は除霜が完了せず霜が付着した状態のままなので、Ｓ２６の判定がＮｏとなり、Ｓ２２に戻り、Ｓ２２〜Ｓ２５を繰り返し実行する。

このように、制御ユニット４は、周期的に除霜用電磁弁３２を開閉制御することで、外気熱吸収用熱交換器２４に高温の冷媒を繰り返し流して、外気熱吸収用熱交換器２４の伝熱管やフィンを効率良く加熱するので、外気熱吸収用熱交換器２４の除霜を短時間に行うことができる。その他の構成、作用及び効果は、前記実施例１と同様であるので説明は省略する。

次に、前記実施例１，２を部分的に変更した形態について説明する。
［１］前記実施例１，２において、除霜運転制御の制御プログラムのＳ３では、除霜運転の開始時に、膨張弁２３を全開に設定し、圧縮機２１の吐出冷媒温度に応じて除霜電磁弁３２を開放しているが、特にこの制御に限定する必要はなく、膨張弁２３を所定時間全開に設定し、この所定時間経過後に、除霜電磁弁３２を開放するように制御しても良い。

［２］前記実施例１，２において、圧縮機吐出側温度センサ２９ａに代えて、給湯用熱交換器２２の入口の冷媒温度を検知する給湯熱交換器入口側センサを設け、この給湯熱交換器入口側センサの検知信号に基づいて、除霜用電磁弁３２を開閉制御するようにしても良い。

［３］前記実施例１，２において、バイパス回路３１は、膨張弁２３をバイパスするように設けられているが、給湯用熱交換器２２と膨張弁２３とをバイパスするように設けられても良い。この構造の場合、除霜運転時には、圧縮機２１と膨張弁２３との間の冷媒回路２５にて蓄熱運転が行われる。

［４］前記実施例１，２において、外気熱吸収用熱交換器２４と圧縮機２１との間にアキュムレータを設置しても良い。この構造の場合、アキュムレータによって圧縮機２１への液戻りをより確実に防止することができる。

［５］その他、当業者であれば、本発明の趣旨を逸脱することなく、前記実施例に種々の変更を付加した形態で実施可能であり、本発明はそのような変更形態を包含するものである。

１ ヒートポンプ給湯装置
４ 制御ユニット
２０ ヒートポンプユニット
２１ 圧縮機
２２ 給湯用熱交換器
２３ 膨張弁
２４ 外気熱吸収用熱交換器
２５ 冷媒回路
２９ａ 圧縮機吐出側温度センサ
２９ｂ 蒸発熱交換器出口側温度センサ
３１ バイパス回路
３２ 除霜用電磁弁

Claims (4)

1. 圧縮機と給湯用熱交換器と膨張手段と蒸発熱交換器とを冷媒回路で接続したヒートポンプユニットと、前記冷媒回路に設けられ且つ前記膨張手段をバイパスするバイパス回路と、このバイパス回路に設けられた除霜弁とを備えたヒートポンプ給湯装置であって、前記蒸発熱交換器の着霜を検知した場合には、前記給湯用熱交換器での熱交換を停止すると共に除霜運転を開始する除霜運転制御手段を備えたヒートポンプ給湯装置において、
   前記除霜運転制御手段は、前記除霜運転中には、前記除霜弁を周期的に開閉制御することを特徴とするヒートポンプ給湯装置。
2. 圧縮機と給湯用熱交換器と膨張手段と蒸発熱交換器とを冷媒回路で接続したヒートポンプユニットと、前記冷媒回路に設けられ且つ前記膨張手段をバイパスするバイパス回路と、このバイパス回路に設けられた除霜弁とを備えたヒートポンプ給湯装置であって、前記蒸発熱交換器の着霜を検知した場合には、前記給湯用熱交換器での熱交換を停止すると共に除霜運転を開始する除霜運転制御手段を備えたヒートポンプ給湯装置において、
   前記除霜運転制御手段は、前記除霜運転中には、前記圧縮機の吐出冷媒温度に応じて、前記除霜弁を開閉制御することを特徴とするヒートポンプ給湯装置。
3. 前記除霜運転制御手段は、前記除霜運転の開始時には、前記膨張手段を所定時間全開に設定し、この所定時間経過後に、前記除霜弁の開閉制御を開始するように制御することを特徴とする請求項１又は２に記載のヒートポンプ給湯装置。
4. 前記除霜運転制御手段は、前記除霜運転の開始時には、前記圧縮機の吐出冷媒温度が設定温度以下となるまで前記膨張手段を全開に設定し、設定温度以下となった場合に前記除霜弁の開閉制御を開始するように制御することを特徴とする請求項１又は２に記載のヒートポンプ給湯装置。