JP2017003158A - ヒートポンプ装置及び貯湯式給湯機 - Google Patents

Abstract

【課題】除霜運転の消費電力を抑制しつつ、空気熱交換器に霜が残ることを確実に抑制できるヒートポンプ装置及び貯湯式給湯機を提供する。
【解決手段】ヒートポンプ装置は、圧縮機４で圧縮された冷媒と液状熱媒体との間で熱を交換する液熱交換器５と、減圧装置（膨張弁６）で減圧された冷媒と空気との間で熱を交換する空気熱交換器８と、液熱交換器５に液状熱媒体を流れさせるポンプ（水ポンプ１５）と、空気熱交換器８に付着した霜を融かす除霜運転を制御する制御手段（ヒートポンプユニット制御部５０及びタンクユニット制御部５１）とを備える。制御手段は、除霜運転を行ったときに、制限時間内に霜を除去できなかった場合には、今回の除霜運転の圧縮機４の運転周波数に比べて、次回の除霜運転のときの圧縮機４の運転周波数を高くする。
【選択図】図１

Description

本発明は、ヒートポンプ装置及び貯湯式給湯機に関する。

下記特許文献１に開示されたヒートポンプ式給湯機は、以下のように構成される。貯湯タンクの下部から循環路に流出した低温水を、ヒートポンプ加熱源にて加熱して沸き上げ、貯湯タンクの上部に出湯する運転が可能である。ヒートポンプ加熱源の冷媒循環回路が、圧縮機からのホットガスを空気熱交換器に供給するためのデフロスト回路を備える。循環路の水循環用ポンプを停止した状態でホットガスを空気熱交換器に供給するデフロスト運転が可能である。外気温度が所定低温度以下の場合には、デフロスト運転を開始して所定時間以上継続したときに、水循環用ポンプを駆動させることで、循環路内の凍結を防止する。

特開２００３−２２２３９１号公報

特許文献１の発明では、着霜条件に対して除霜能力が過剰である場合には、除霜運転の消費電力が必要以上に過大になる可能性がある。特許文献１の発明では、着霜条件に対して除霜能力が不足する場合には、空気熱交換器に霜が残ることを抑制できない可能性がある。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、除霜運転の消費電力を抑制しつつ、空気熱交換器に霜が残ることを確実に抑制できるヒートポンプ装置及び貯湯式給湯機を提供することを目的とする。

本発明に係るヒートポンプ装置は、冷媒を圧縮する圧縮機と、圧縮機で圧縮された冷媒と、液状熱媒体との間で熱を交換する液熱交換器と、冷媒を減圧させる減圧装置と、減圧装置で減圧された冷媒と、空気との間で熱を交換する空気熱交換器と、液熱交換器に液状熱媒体を流れさせるポンプと、空気熱交換器に付着した霜を融かす除霜運転を制御する制御手段と、を備え、制御手段は、除霜運転を行ったときに、制限時間内に霜を除去できなかった場合には、今回の除霜運転の圧縮機の運転周波数に比べて、次回の除霜運転のときの圧縮機の運転周波数を高くするものである。

本発明によれば、除霜運転の消費電力を抑制しつつ、空気熱交換器に霜が残ることを確実に抑制することが可能となる。

本発明の実施の形態１のヒートポンプ装置を適用した貯湯式給湯機を示す構成図（バイパス回路の状態）である。 本発明の実施の形態１のヒートポンプ装置を適用した貯湯式給湯機を示す構成図（貯湯回路の状態）である。 本発明の実施の形態１における除霜運転の制御動作を示すフローチャートである。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。各図において共通する要素には、同一の符号を付して、重複する説明を簡略化または省略する。なお、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。本発明における装置、器具、及び部品等の、個数、配置、向き、形状、及び大きさは、原則として、図面に示す個数、配置、向き、形状、及び大きさに限定されない。また、本発明は、以下の各実施の形態で説明する構成のうち、組合わせ可能な構成のあらゆる組合わせを含むものである。

実施の形態１．
図１及び図２は、本発明の実施の形態１のヒートポンプ装置を適用した貯湯式給湯機を示す構成図である。図１は、後述するバイパス回路の状態を示す。図２は、後述する貯湯回路の状態を示す。

図１及び図２に示すように、本実施の形態の貯湯式給湯機１は、ヒートポンプユニット２と、タンクユニット３とを備える。ヒートポンプユニット２は、圧縮機４、液熱交換器５、膨張弁６、空気熱交換器８、外気温度センサ２９、及び送風機３０を備える。低圧冷媒を輸送する低圧側冷媒配管７は、膨張弁６の出口と空気熱交換器８の入口との間をつなぎ、かつ、空気熱交換器８の出口と圧縮機４の入口との間をつなぐ。高圧冷媒を輸送する高圧側冷媒配管９は、圧縮機４の出口と液熱交換器５の入口との間をつなぎ、かつ、液熱交換器５の出口と膨張弁６の入口との間をつなぐ。

液熱交換器５は、圧縮機４で圧縮された高温高圧の冷媒と、水との間で熱を交換することで水を加熱する熱交換器である。本実施の形態では、液熱交換器５が給湯用の水を加熱する構成を例に説明する。なお、本発明は、水以外の液状熱媒体（例えば、ブライン、暖房用循環液など）を加熱する液熱交換器を備えたヒートポンプ装置にも適用できる。

膨張弁６は、冷媒を減圧させる減圧装置の例である。空気熱交換器８は、膨張弁６で減圧された低圧冷媒と、空気（大気）との間で熱を交換する熱交換器である。空気熱交換器８は、空気（大気）の熱を冷媒に吸収させることで冷媒を蒸発させる蒸発器である。空気熱交換器８の出口に設置された霜取温度サーミスタ２３は、空気熱交換器８から流出する冷媒の温度を検知する。送風機３０は、外気が空気熱交換器８を通過するように送風する。

タンクユニット３は、貯湯タンク１０、減圧弁１２、水ポンプ１５、流路切替弁１８、風呂側混合弁２０、給湯側混合弁２１、電磁弁２２、受水口２６、第一出湯口２７、及び第二出湯口２８を備える。貯湯タンク１０は、湯水を貯留する。温度による水の密度の差により、貯湯タンク１０の内部では、上側が高温で下側が低温になる温度成層を形成できる。貯湯タンク１０には、高さが異なる複数の個所に貯湯温度センサ（図示省略）が取り付けられる。これらの貯湯温度センサで貯湯タンク１０内の鉛直方向の温度分布を検知することで、貯湯タンク１０の残湯量及び蓄熱量を算出できる。

受水口２６には、外部給水管（図示省略）が接続される。当該外部給水管は、水道等の外部の水源からの水を供給する。当該外部給水管から供給される水は、タンクユニット３内の給水管１１を通って、貯湯タンク１０の下部と、風呂側混合弁２０と、給湯側混合弁２１とにそれぞれ流入可能である。給水管１１の途中に配置された減圧弁１２は、給水圧力を所定の圧力に減圧する。

入水管１３は、貯湯タンク１０の下部と、液熱交換器５の水入口との間をつなぐ。入水管１３の途中に、水ポンプ１５が配置される。ヒートポンプユニット２の内部には、入水管１３から液熱交換器５に流入する水の温度を検知する入水温度サーミスタ１４が設置されている。入水管１３の一部は、ヒートポンプユニット２及びタンクユニット３の外部の空間を通る。

流路切替弁１８は、ａポート、ｂポート、及びｃポートを備える。流路切替弁１８は、ａポートをｂポートに連通させてｃポートを遮断する第一流路形態と、ａポートをｃポートに連通させてｂポートを遮断する第二流路形態とに切り替え可能である。

出湯管２４は、液熱交換器５の水出口と、流路切替弁１８のａポートとの間をつなぐ。ヒートポンプユニット２の内部には、液熱交換器５から出湯管２４へ流出する水（湯）の温度を検知する出湯温度サーミスタ１７が設置されている。出湯管２４の一部は、ヒートポンプユニット２及びタンクユニット３の外部の空間を通る。上部管１６は、流路切替弁１８のｃポートと、貯湯タンク１０の上部との間をつなぐ。バイパス管２５は、流路切替弁１８のｂポートと、貯湯タンク１０の下部との間をつなぐ。

貯湯タンク１０に貯えられた湯は、貯湯タンク１０の上部から給湯管１９へ取り出され、風呂側混合弁２０及び給湯側混合弁２１に供給される。給水管１１から貯湯タンク１０の下部に作用する水圧により、貯湯タンク１０の上部の湯が給湯管１９へ押し出される。貯湯タンク１０の上部から給湯管１９へ流出した湯と同量の水が給水管１１から貯湯タンク１０の下部に流入することで、貯湯タンク１０が満水状態に維持される。

風呂側混合弁２０は、給湯管１９から供給される高温水と、給水管１１から供給される低温水とを混合することで給湯温度を調整する。風呂側混合弁２０で温度調整された湯は、第一出湯口２７へ供給される。当該湯は、第一出湯口２７に接続された外部給湯管（図示省略）を通って、例えば浴槽へ供給される。電磁弁２２は、風呂側混合弁２０と第一出湯口２７との間の給湯管を開閉する。

給湯側混合弁２１は、給湯管１９から供給される高温水と、給水管１１から供給される低温水とを混合することで給湯温度を調整する。給湯側混合弁２１で温度調整された湯は、第二出湯口２８へ供給される。当該湯は、第二出湯口２８に接続された外部給湯管（図示省略）を通って、例えば、シャワー、流し台、洗面台などへ供給される。

ヒートポンプユニット２は、ヒートポンプユニット制御部５０を備える。ヒートポンプユニット２が備える各種のアクチュエータ（圧縮機４、膨張弁６、送風機３０等）及び各種のセンサ（入水温度サーミスタ１４、出湯温度サーミスタ１７、霜取温度サーミスタ２３、外気温度センサ２９等）は、ヒートポンプユニット制御部５０に電気的に接続される。ヒートポンプユニット制御部５０は、プロセッサ及びメモリを備える。ヒートポンプユニット制御部５０の機能は、プロセッサがメモリに記憶されたプログラムを実行することにより、達成される。

タンクユニット３は、タンクユニット制御部５１を備える。タンクユニット３が備える各種のアクチュエータ（水ポンプ１５、流路切替弁１８、風呂側混合弁２０、給湯側混合弁２１、電磁弁２２等）及び各種のセンサ（貯湯温度センサ等）は、タンクユニット制御部５１に電気的に接続される。

ヒートポンプユニット制御部５０とタンクユニット制御部５１とは、双方向にデータ通信可能に接続される。本実施の形態では、ヒートポンプユニット制御部５０とタンクユニット制御部５１とが連携することで、貯湯式給湯機１の運転動作を制御する。本実施の形態では、ヒートポンプユニット制御部５０及びタンクユニット制御部５１が制御手段に相当する。

タンクユニット制御部５１は、リモコン装置６０と双方向にデータ通信可能に接続される。リモコン装置６０は、使用者が運転動作指令及び設定値の変更等の操作をするためのユーザーインターフェース装置の例である。リモコン装置６０には、図示を省略するが、貯湯式給湯機１の状態等の情報を表示する表示部、使用者が操作するスイッチ等の操作部、音声アナウンス装置などが搭載されている。リモコン装置６０の表示部または音声アナウンス装置は、使用者に情報を報知する報知手段の例である。

図１は、流路切替弁１８が、ａポートをｂポートに連通させてｃポートを遮断する第一流路形態であるときの状態を示す。この状態で水ポンプ１５が動作すると、図１中の太線で示すバイパス回路に水が流れる。バイパス回路は、貯湯タンク１０の下部→入水管１３及び水ポンプ１５→液熱交換器５→出湯管２４→流路切替弁１８→バイパス管２５→貯湯タンク１０の下部、の順に水が流れる回路である。

図２は、流路切替弁１８が、ａポートをｃポートに連通させてｂポートを遮断する第二流路形態であるときの状態を示す。この状態で水ポンプ１５が動作すると、図２中の太線で示す貯湯回路に水が流れる。貯湯回路は、貯湯タンク１０の下部→入水管１３及び水ポンプ１５→液熱交換器５→出湯管２４→流路切替弁１８→上部管１６→貯湯タンク１０の上部、の順に水が流れる回路である。

沸き上げ運転は、貯湯タンク１０に蓄熱する運転である。沸き上げ運転では、貯湯回路に水を流し、ヒートポンプユニット２で水を加熱する。沸き上げ運転のとき、ヒートポンプユニット制御部５０及びタンクユニット制御部５１は、出湯温度サーミスタ１７で検知される温度が目標沸き上げ温度に一致するように、水ポンプ１５の動作速度、冷媒回路の動作等を制御する。目標沸き上げ温度は、例えば６５℃〜９０℃の範囲で決定される。沸き上げ運転では、ヒートポンプユニット２で加熱された高温水が貯湯タンク１０内に上側から溜まっていくことで、貯湯タンク１０の蓄熱量が増加する。ヒートポンプユニット制御部５０及びタンクユニット制御部５１は、貯湯タンク１０の蓄熱量が目標値に到達した場合には、沸き上げ運転が完了したと判定し、沸き上げ運転を終了する。

低外気温度条件で沸き上げ運転を実施すると、空気熱交換器８に霜が付着する場合がある。空気熱交換器８に霜が付着すると、空気熱交換器８の熱交換効率が低下し、ヒートポンプユニット２の加熱能力が低下する。貯湯式給湯機１では、空気熱交換器８に霜が付着した場合には、沸き上げ運転を一時的に中断し、空気熱交換器８に付着した霜を融かすための除霜運転を実施する。

ヒートポンプユニット制御部５０は、沸き上げ運転の実行中に、除霜運転が必要であるかどうかを判定する除霜判定を実施する。本実施の形態では、霜取温度サーミスタ２３の検知温度に基づいて、除霜判定を行う。除霜判定では、例えば、霜取温度サーミスタ２３が、所定の閾値（例えば−３℃）以下の温度を、一定時間（例えば３分間）以上連続して検知した場合に、除霜運転が必要であると判定する。

除霜運転のとき、タンクユニット制御部５１は、図２に示す貯湯回路から図１に示すバイパス回路へ、流路切替弁１８を切り替える。除霜運転のとき、ヒートポンプユニット制御部５０は、圧縮機４で圧縮された高温の冷媒ガス（ホットガス）が空気熱交換器８へ流入するように制御する。本実施の形態では、除霜運転のとき、膨張弁６を全開にする。膨張弁６を全開にすることで、ホットガスが液熱交換器５及び膨張弁６を通過する間に温度低下することを抑制し、高温のホットガスを空気熱交換器８へ流入させることができる。除霜運転では、空気熱交換器８に流入したホットガスの熱で霜が融かされる。本実施の形態であれば、冷媒の流路を切り替えることなく除霜運転を実施できるので、簡易な構成で除霜運転を実施できる。

ヒートポンプユニット制御部５０は、インバータ制御により、圧縮機４の運転周波数を変えることで、圧縮機４の動作速度を制御できる。ヒートポンプユニット制御部５０は、除霜運転のときの圧縮機４の運転周波数（例えば４０ヘルツ）を、沸き上げ運転のときの圧縮機４の運転周波数（例えば７０ヘルツ）に比べて、低くしても良い。以下の説明では、圧縮機４の運転周波数を「圧縮機周波数」と略称する。

ヒートポンプユニット制御部５０は、除霜運転の実行中に、空気熱交換器８に付着した霜を除去できたかどうかを判定する。本実施の形態では、ヒートポンプユニット制御部５０は、霜取温度サーミスタ２３の検知温度に基づいて、霜を除去できたかどうかを判定する。例えば、霜取温度サーミスタ２３が、所定の閾値以上の温度を、一定時間以上連続して検知した場合に、霜を除去できたと判定する。霜を除去できたと判定された場合には、除霜運転を終了し、沸き上げ運転を再開する。

タンクユニット制御部５１は、除霜運転のときに、水ポンプ１５を停止させる場合がある。水ポンプ１５を停止させると、液熱交換器５に水が流れなくなるので、圧縮機４から吐出されたホットガスの熱が水に奪われることをより確実に抑制できる。その結果、空気熱交換器８へ流入するホットガスの熱量をより高くできるので、除霜能力をより高くできる。

除霜運転のときに水ポンプ１５が停止していると、入水管１３あるいは出湯管２４等の配管の内部にとどまっている水が外気によって冷却されて凍結する可能性がある。タンクユニット制御部５１は、除霜運転のときに配管が凍結するおそれがある場合には、水ポンプ１５により液熱交換器５に水を流れさせることで配管の凍結を防止する凍結防止運転を実施する。凍結防止運転では、水ポンプ１５を低速で動作させることで、圧縮機４から吐出されたホットガスの熱が液熱交換器５を流れる水に奪われることを抑制できる。

沸き上げ運転をなるべく早く完了するためには、除霜運転をなるべく早く終了して沸き上げ運転を再開することが望ましい。そこで、本実施の形態では、除霜運転に一定の制限時間（例えば１５分間）を設定している。除霜運転において制限時間内に霜を除去できなかった場合には、着霜条件に対して除霜能力が不足していると判断できる。本実施の形態では、除霜運転において制限時間内に霜を除去できなかった場合には、今回の除霜運転の除霜能力に比べて、次回の除霜運転の除霜能力が高くなるように制御するリトライ制御を実施する。このような制御によれば、除霜能力の最適化が図れる。

図３は、本実施の形態における除霜運転の制御動作を示すフローチャートである。ヒートポンプユニット制御部５０及びタンクユニット制御部５１は、図３のフローチャートの処理を周期的に実行する。図３のステップＳ１では、上述した除霜判定を実施し、除霜運転が必要であるかどうかを判定する。除霜運転が必要であると判定された場合には、ステップＳ２へ移行する。除霜運転が必要でないと判定された場合には、ステップＳ２へ移行せず、そのまま沸き上げ運転を継続する。

ステップＳ２では、凍結防止運転が必要であるかどうかを判定する。本実施の形態では、外気温度センサ２９で検知される外気温度に基づいて、凍結防止運転が必要であるかどうかを判定する。例えば、外気温度センサ２９で検知される外気温度と、所定の閾値Ａ℃（例えば０℃）とを比較する。外気温度が閾値Ａ℃未満の場合には、水ポンプ１５を停止すると配管が凍結するおそれがあるため、凍結防止運転が必要であると判定される。外気温度が閾値Ａ℃以上の場合には、水ポンプ１５を停止しても配管が凍結するおそれがないため、凍結防止運転が不要であると判定される。

ステップＳ２で凍結防止運転が不要であると判定された場合には、ステップＳ３へ移行する。ステップＳ３では、水ポンプ１５を停止した状態で除霜運転を実施する。ステップＳ３で、ヒートポンプユニット制御部５０は、次のようにして、除霜運転の圧縮機周波数を制御する。
・今回の除霜運転が、今回の沸き上げ運転における初回の除霜運転に該当する場合には、圧縮機周波数を所定の初期値（例えば４０ヘルツ）に設定する。当該初期値は、圧縮機４の上限周波数に比べて、十分に低い周波数である。
・今回の除霜運転が、今回の沸き上げ運転における２回目以降の除霜運転に該当する場合には、圧縮機周波数を、前回の除霜運転の終了時に決定された値に設定する。

ヒートポンプユニット制御部５０は、ステップＳ３で除霜運転を実行中に、空気熱交換器８に付着した霜を除去できたかどうかを判定する。霜を除去できたと判定された場合には、除霜運転を終了する。霜を除去できたと判定されていない場合であっても、今回の除霜運転の実施時間が制限時間に到達した場合には、除霜運転を終了する。

ステップＳ３で除霜運転を終了した場合には、ステップＳ４へ移行する。ステップＳ４では、今回の除霜運転で制限時間内に霜を除去できたかどうかを確認する。今回の除霜運転で制限時間内に霜を除去できなかった場合には、今回の除霜運転の除霜能力は着霜条件に対して不足していると判断できる。今回の除霜運転で制限時間内に霜を除去できなかった場合には、ステップＳ４からステップＳ６へ移行する。

ステップＳ６では、今回の除霜運転の圧縮機周波数が上限周波数であったかどうかを判断する。今回の除霜運転の圧縮機周波数が上限周波数未満である場合には、ステップＳ６からステップＳ７へ移行する。ステップＳ７では、今回の除霜運転の圧縮機周波数に所定の補正値を加算した値を、次回の除霜運転の圧縮機周波数として決定する。当該補正値をＢヘルツと称する。例えば、Ｂヘルツ＝４ヘルツである。このようにして、次回の除霜運転の圧縮機周波数を、今回の除霜運転の圧縮機周波数に比べて、高い値に設定することで、次回の除霜運転での除霜能力の不足を改善できる。その結果、空気熱交換器８に霜が残ることを確実に抑制できる。ステップＳ７の処理の終了後は、ステップＳ１に戻る。

本実施の形態であれば、除霜能力が着霜条件に対して不足している場合には、各回の除霜運転の圧縮機周波数を、比較的低い初期値から、補正値Ｂヘルツずつ、段階的（多段階）に上げていくことができる。このため、過剰な除霜能力になることを防止しつつ、適切な除霜能力に制御できる。よって、除霜運転の消費電力を抑制しつつ、空気熱交換器８に霜が残ることを確実に抑制できる。

ステップＳ６で今回の除霜運転の圧縮機周波数が上限周波数であった場合には、ステップＳ８へ移行する。今回の除霜運転の圧縮機周波数が上限周波数であった場合には、次回の除霜運転の圧縮機周波数を上げることができない。このため、ステップＳ８では、今回の除霜運転の圧縮機周波数に等しい値、すなわち上限周波数を、次回の除霜運転の圧縮機周波数として決定する。

水ポンプ１５を停止し、圧縮機周波数を上限周波数として除霜運転を行うことで、最大の除霜能力が得られる。最大の除霜能力で除霜運転を行っても制限時間内に霜を除去できなかった場合には、ヒートポンプユニット２またはその周囲に何らかの異常が発生している可能性がある。例えば、ヒートポンプユニット２が雪に埋もれているなどの異常が発生している可能性がある。ステップＳ８では、タンクユニット制御部５１は、そのような異常が発生している可能性があることをリモコン装置６０の表示部または音声アナウンス装置により使用者に報知させる。当該報知を行うことで、ヒートポンプユニット２及びその周囲の状態を確認することを使用者に促すことができる。ステップＳ８の処理の終了後は、ステップＳ１に戻る。

ステップＳ４で、今回の除霜運転で制限時間内に霜を除去できたと判断された場合には、今回の除霜運転の除霜能力は着霜条件に対して足りていると判断できる。今回の除霜運転で制限時間内に霜を除去できた場合には、ステップＳ４からステップＳ５へ移行する。ステップＳ５では、今回の除霜運転の実施時間が、前回の除霜運転の実施時間に比べて、一定時間以上短いかどうかを判断する。当該一定時間をＣ時間と称する。例えば、Ｃ時間＝６０秒間である。

除霜能力が高いほど、霜が早く融けるので、除霜運転の実施時間は短くなる。今回の除霜運転の実施時間が、前回の除霜運転の実施時間に比べて、Ｃ時間以上短い場合には、今回の除霜運転の除霜能力は着霜条件に対して過剰であると判断できる。今回の除霜運転の実施時間が、前回の除霜運転の実施時間に比べて、Ｃ時間以上短い場合には、ステップＳ５からステップＳ１０へ移行する。ステップＳ１０では、今回の除霜運転の圧縮機周波数から、所定の補正値を減算した値を、次回の除霜運転の圧縮機周波数として決定する。当該補正値をＤヘルツと称する。例えば、Ｄヘルツ＝４ヘルツである。このようにして、次回の除霜運転の圧縮機周波数を、今回の除霜運転の圧縮機周波数に比べて、低い値に設定することで、次回の除霜運転で除霜能力が過剰になることを抑制できる。その結果、適切な除霜能力に制御でき、除霜運転の消費電力を抑制できる。ステップＳ１０の処理の終了後は、ステップＳ１に戻る。

ステップＳ５で、今回の除霜運転の実施時間が、前回の除霜運転の実施時間に比べて、Ｃ時間以上短くない場合には、今回の除霜運転の除霜能力は、着霜条件に対して過剰ではなく、適切であると判断できる。この場合には、ステップＳ５からステップＳ９へ移行する。ステップＳ１０では、今回の除霜運転の圧縮機周波数に等しい値を、次回の除霜運転の圧縮機周波数として決定する。

以上、ステップＳ２で凍結防止運転が不要であると判定された場合について説明した。次に、ステップＳ２で凍結防止運転が必要であると判定された場合について説明する。凍結防止運転が必要であると判定された場合には、ステップＳ２からステップＳ１１へ移行する。ステップＳ１１では、凍結防止運転を伴う除霜運転を実施する。すなわち、水ポンプ１５を動作させた状態で除霜運転を実施する。凍結防止運転では水ポンプ１５を低速で動作させることが望ましい。例えば、凍結防止運転では水ポンプ１５を沸き上げ運転の場合よりも低い速度（例えば水ポンプ１５の仕様上の最低速度（例えば５００ｒｐｍ））で動作させることが望ましい。水ポンプ１５を低速で動作させることで、液熱交換器５での熱交換が抑制され、除霜能力の低下を極力抑制できる。

ステップＳ１１で、ヒートポンプユニット制御部５０は、次のようにして、除霜運転の圧縮機周波数を制御する。
・今回の除霜運転が、今回の沸き上げ運転における初回の除霜運転に該当する場合には、圧縮機周波数を所定の初期値（例えば４０ヘルツ）に設定する。当該初期値は、圧縮機４の上限周波数に比べて、十分に低い周波数である。
・今回の除霜運転が、今回の沸き上げ運転における２回目以降の除霜運転に該当する場合には、圧縮機周波数を、前回の除霜運転の終了時に決定された値に設定する。

ヒートポンプユニット制御部５０は、ステップＳ１１で、凍結防止運転を伴う除霜運転を実行中に、空気熱交換器８に付着した霜を除去できたかどうかを判定する。霜を除去できたと判定された場合には、除霜運転を終了する。霜を除去できたと判定されていない場合であっても、今回の除霜運転の実施時間が制限時間に到達した場合には、除霜運転を終了する。

ステップＳ１１で除霜運転を終了した場合には、ステップＳ１２へ移行する。ステップＳ１２では、今回の除霜運転で制限時間内に霜を除去できたかどうかを確認する。今回の除霜運転で制限時間内に霜を除去できなかった場合には、今回の除霜運転の除霜能力は着霜条件に対して不足していると判断できる。今回の除霜運転で制限時間内に霜を除去できなかった場合には、ステップＳ１２からステップＳ１４へ移行する。

ステップＳ１４では、今回の除霜運転の圧縮機周波数が上限周波数であったかどうかを判断する。今回の除霜運転の圧縮機周波数が上限周波数未満である場合には、ステップＳ１４からステップＳ１５へ移行する。ステップＳ１５では、今回の除霜運転の圧縮機周波数に所定の補正値を加算した値を、次回の除霜運転の圧縮機周波数として決定する。当該補正値をＥヘルツと称する。例えば、Ｅヘルツ＝４ヘルツである。なお、Ｅヘルツ≠Ｂヘルツとしても良い。このようにして、次回の除霜運転の圧縮機周波数を、今回の除霜運転の圧縮機周波数に比べて、高い値に設定することで、次回の除霜運転での除霜能力の不足を改善できる。その結果、空気熱交換器８に霜が残ることを確実に抑制できる。ステップＳ１５の処理の終了後は、ステップＳ１に戻る。

本実施の形態であれば、凍結防止運転を伴う除霜運転を行った場合に、除霜能力が着霜条件に対して不足している場合には、各回の除霜運転の圧縮機周波数を、比較的低い初期値から、補正値Ｅヘルツずつ、段階的（多段階）に上げていくことができる。このため、過剰な除霜能力になることを防止しつつ、適切な除霜能力に制御できる。よって、除霜運転の消費電力を抑制しつつ、空気熱交換器８に霜が残ることを確実に抑制できる。

ステップＳ１４で、今回の除霜運転の圧縮機周波数が上限周波数であった場合には、ステップＳ１４からステップＳ３へ移行する。ステップＳ３へ移行することで、次回の除霜運転は、水ポンプ１５を停止した状態で実施される。水ポンプ１５を停止することで、ホットガスの熱が液熱交換器５で水に奪われることを抑止できるので、除霜能力が向上する。このように、本実施の形態であれば、凍結防止運転を伴って除霜運転を行ったときに、制限時間内に霜を除去できず、かつ、今回の除霜運転の圧縮機周波数が上限周波数だった場合には、水ポンプ１５を停止して次回の除霜運転を行う。これにより、次回の除霜運転において除霜能力を向上できるので、空気熱交換器８に霜が残ることを確実に抑制できる。ステップＳ１４からステップＳ３へ移行した場合の除霜運転では、水ポンプ１５を停止することで除霜能力が向上するので、例えば１０分間程度、長くても１５分間程度の除霜運転で霜を除去できる。入水管１３、出湯管２４等の配管には断熱材が巻かれている。このため、当該除霜運転が実施される１０〜１５分間程度の時間であれば、水ポンプ１５が停止していても、入水管１３、出湯管２４等の配管が完全に凍結するおそれはない。なお、ステップＳ１４からステップＳ３へ移行した場合には、圧縮機周波数を初期値に戻して除霜運転を実施しても良い。これにより、除霜能力をより適切に制御でき、消費電力をさらに抑制できる。

ステップＳ１２で、今回の除霜運転で制限時間内に霜を除去できたと判断された場合には、今回の除霜運転の除霜能力は着霜条件に対して足りていると判断できる。今回の除霜運転で制限時間内に霜を除去できた場合には、ステップＳ１２からステップＳ１３へ移行する。ステップＳ１３では、今回の除霜運転の実施時間が、前回の除霜運転の実施時間に比べて、一定時間以上短いかどうかを判断する。当該一定時間をＦ時間と称する。例えば、Ｆ時間＝６０秒間である。なお、Ｆ時間≠Ｃ時間としても良い。

今回の除霜運転の実施時間が、前回の除霜運転の実施時間に比べて、Ｆ時間以上短い場合には、今回の除霜運転の除霜能力は着霜条件に対して過剰であると判断できる。今回の除霜運転の実施時間が、前回の除霜運転の実施時間に比べて、Ｆ時間以上短い場合には、ステップＳ１３からステップＳ１８へ移行する。ステップＳ１８では、今回の除霜運転の圧縮機周波数から、所定の補正値を減算した値を、次回の除霜運転の圧縮機周波数として決定する。当該補正値をＧヘルツと称する。例えば、Ｇヘルツ＝４ヘルツである。なお、Ｇヘルツ≠Ｄヘルツとしても良い。このようにして、次回の除霜運転の圧縮機周波数を、今回の除霜運転の圧縮機周波数に比べて、低い値に設定することで、次回の除霜運転で除霜能力が過剰になることを抑制できる。その結果、適切な除霜能力に制御でき、除霜運転の消費電力を抑制できる。ステップＳ１８の処理の終了後は、ステップＳ１に戻る。

ステップＳ１３で、今回の除霜運転の実施時間が、前回の除霜運転の実施時間に比べて、Ｆ時間以上短くない場合には、今回の除霜運転の除霜能力は、着霜条件に対して過剰ではなく、適切であると判断できる。この場合には、ステップＳ１３からステップＳ１７へ移行する。ステップＳ１７では、今回の除霜運転の圧縮機周波数に等しい値を、次回の除霜運転の圧縮機周波数として決定する。

本実施の形態では、除霜運転が必要であるかどうかを、霜取温度サーミスタ２３の検知温度に基づいて判定している。本発明において、除霜運転が必要であるかどうかを判定する方法はこれに限定されない。例えば、ヒートポンプユニット２の加熱能力が閾値より低くなった場合に、除霜運転が必要であると判定しても良い。あるいは、冷媒回路の低圧側の圧力が閾値より低くなった場合に、除霜運転が必要であると判定しても良い。

本実施の形態では、空気熱交換器８に付着した霜を除去できたかどうかを、霜取温度サーミスタ２３の検知温度に基づいて判定している。本発明において、空気熱交換器８に付着した霜を除去できたかどうかを判定する方法はこれに限定されない。例えば、冷媒回路の高圧側の圧力が閾値以上になった場合に、霜を除去できたと判定しても良い。

１ 貯湯式給湯機、 ２ ヒートポンプユニット、 ３ タンクユニット、 ４ 圧縮機、 ５ 液熱交換器、 ６ 膨張弁、 ７ 低圧側冷媒配管、 ８ 空気熱交換器、 ９ 高圧側冷媒配管、 １０ 貯湯タンク、 １１ 給水管、 １２ 減圧弁、 １３ 入水管、 １４ 入水温度サーミスタ、 １５ 水ポンプ、 １６ 上部管、 １７ 出湯温度サーミスタ、 １８ 流路切替弁、 １９ 給湯管、 ２０ 風呂側混合弁、 ２１ 給湯側混合弁、 ２２ 電磁弁、 ２３ 霜取温度サーミスタ、 ２４ 出湯管、 ２５ バイパス管、 ２６ 受水口、 ２７ 第一出湯口、 ２８ 第二出湯口、 ２９ 外気温度センサ、 ３０ 送風機、 ５０ ヒートポンプユニット制御部、 ５１ タンクユニット制御部、 ６０ リモコン装置

Claims (7)

1. 冷媒を圧縮する圧縮機と、
   前記圧縮機で圧縮された冷媒と、液状熱媒体との間で熱を交換する液熱交換器と、
   冷媒を減圧させる減圧装置と、
   前記減圧装置で減圧された冷媒と、空気との間で熱を交換する空気熱交換器と、
   前記液熱交換器に配管を介して接続され、前記液熱交換器に液状熱媒体を流れさせるポンプと、
   前記空気熱交換器に付着した霜を融かす除霜運転を制御する制御手段と、
   を備え、
   前記制御手段は、前記除霜運転を行ったときに、制限時間内に霜を除去できなかった場合には、今回の前記除霜運転の前記圧縮機の運転周波数に比べて、次回の前記除霜運転のときの前記圧縮機の運転周波数を高くするヒートポンプ装置。
2. 前記制御手段は、前記ポンプにより液状熱媒体を流れさせることで前記配管の凍結を防止する凍結防止運転を伴って前記除霜運転を行ったときに、前記制限時間内に霜を除去できず、かつ、今回の前記除霜運転の前記圧縮機の運転周波数が上限周波数だった場合には、次回の前記除霜運転において前記ポンプを停止する請求項１に記載のヒートポンプ装置。
3. 前記制御手段は、前記除霜運転を行うときに、前記ポンプにより液状熱媒体を流れさせることで前記配管の凍結を防止する凍結防止運転が必要かどうかを外気温度に基づいて判定する請求項１または請求項２に記載のヒートポンプ装置。
4. 使用者に情報を報知する報知手段を備え、
   前記制御手段は、前記ポンプを停止して前記除霜運転を行ったときに、前記制限時間内に霜を除去できず、かつ、今回の前記除霜運転の前記圧縮機の運転周波数が上限周波数だった場合には、前記報知手段に異常を報知させる請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のヒートポンプ装置。
5. 前記制御手段は、今回の前記除霜運転の実施時間が、前回の前記除霜運転の実施時間に比べて、一定時間以上短い場合には、今回の前記除霜運転の前記圧縮機の運転周波数に比べて、次回の前記除霜運転のときの前記圧縮機の運転周波数を低くする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のヒートポンプ装置。
6. 前記圧縮機と、前記液熱交換器と、前記減圧装置と、前記空気熱交換器と、を内蔵するヒートポンプユニットと、
   前記ポンプと、前記液熱交換器で加熱された前記液状熱媒体を貯留するタンクと、を内蔵するタンクユニットと、
   を備えた、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のヒートポンプ装置を有する貯湯式給湯機。
7. 前記液熱交換器で加熱された前記液状熱媒体を前記タンクに貯留する沸き上げ運転を行う際の前記ポンプの動作速度よりも、前記配管の凍結を防止する凍結防止運転を行う際の前記ポンプの動作速度を小さくした、請求項６に記載の貯湯式給湯機。

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