JP6428373B2 - ヒートポンプ式暖房給湯装置 - Google Patents

Description

本発明は、冷媒と水との間で熱交換を行うヒートポンプ式暖房給湯装置に関する。

従来、冷媒と水との熱交換を行うことで生成した温水を利用して暖房や給湯を行うヒートポンプ式暖房給湯装置が知られている。このヒートポンプ式暖房給湯装置は、圧縮機と、四方弁と、冷媒と水との熱交換を行う水冷媒熱交換器と、膨張弁と、熱源側熱交換器を順次冷媒配管で接続してなる冷媒回路と、上記水冷媒熱交換器と循環ポンプと暖房端末（床暖房パネルや浴室暖房装置等）や給湯端末（貯湯タンクや給湯蛇口等）を給湯配管で接続してなる給湯回路を備え、水冷媒熱交換器で冷媒によって加熱された温水を循環ポンプの駆動により暖房端末や給湯端末に循環させて暖房運転や給湯運転を行っている（例えば、特許文献１参照）。

ヒートポンプ式暖房給湯装置が暖房運転あるいは給湯運転を行うときは、使用者が設定する暖房運転や給湯運転の目標温度（設定温度）となるように、圧縮機が制御される。具体的には、水冷媒熱交換器で冷媒と熱交換し水冷媒熱交換器から給湯回路に流出する水の温度（往き温度）と、上述した設定温度に対応して定められる目標往き温度との温度差に応じて、圧縮機の回転数が決定される。そして、この回転数で圧縮機を駆動し往き温度を目標往き温度に到達させることで、室温や給湯温度が設定温度となるように制御する。

上記のようなヒートポンプ式暖房給湯装置で、外気温度が低い（０℃以下）条件下で暖房運転や給湯運転を行う場合に、熱源側熱交換器に霜が付着して運転効率が低下する場合がある。この場合、ヒートポンプ式暖房給湯装置は、四方弁を操作して冷媒回路を暖房サイクルから冷房サイクルに切り換えて、冷媒回路における冷媒の循環方向を暖房運転時や給湯運転時における循環方向とは逆にすることで、圧縮機から吐出された高温のガス冷媒を熱源側熱交換器に供給して熱源側熱交換器の除霜を行う、所謂逆サイクル除霜運転が行われる。

ヒートポンプ式暖房給湯装置が暖房運転あるいは給湯運転を行っているときに、熱源側熱交換器に霜が付着していると考えられる除霜運転開始条件（例えば、熱源側熱交換器の温度が０℃以下でありかつ熱源側熱交換器の温度が外気温度より１０℃以上低い状態が１０分以上継続）が成立していれば、ヒートポンプ式暖房給湯装置は暖房運転あるいは給湯運転を中断して逆サイクル除霜運転を実行する。そして、逆サイクル除霜運転中に熱源側熱交換器の霜が全て融解したと考えられる除霜運転終了条件（例えば、熱源側熱交換器の温度が１０℃以上となる）が成立すれば、逆サイクル除霜運転を終了して暖房運転あるいは給湯運転を再開する。

特開２０１４−１５３０４０号公報

ところで、ヒートポンプ式暖房給湯装置で暖房運転中あるいは給湯運転中に逆サイクル除霜運転を実行するときには、冷媒回路における高圧と低圧の圧力差をなくして四方弁切替時に発生する切替音を抑制するために、逆サイクル除霜運転の前後に均圧処理が行われる。具体的には、暖房運転中あるいは給湯運転中に除霜運転開始条件が成立すれば、ヒートポンプ式暖房給湯装置は圧縮機を停止し、所定の均圧時間（高圧と低圧の圧力差がなくなるのに必要な時間。例えば、１分）経過後に四方弁を切り替えて圧縮機を再起動して逆サイクル除霜運転を開始する。そして、逆サイクル除霜運転中に除霜運転終了条件が成立すれば、ヒートポンプ式暖房給湯装置は圧縮機を停止し、上述した均圧時間経過後に四方弁を切り替えて圧縮機を再起動して暖房運転あるいは給湯運転を再開する。

上述した均圧処理を実行している間は、圧縮機が停止しているので冷媒回路を冷媒が巡回せず水冷媒熱交換器で冷媒と水との熱交換がなされない。このため、往き温度と給湯回路から水冷媒熱交換器に流入する水の温度である戻り温度が同じ温度となる。また、逆サイクル除霜運転中の往き温度は、熱源側熱交換器の霜が融解するまでは水冷媒熱交換器で冷媒と熱交換を行って低下し続け、その後除霜運転終了条件が成立するまで、つまり、熱源側熱交換器の温度が所定温度（１０℃）以上となるまでは上昇し続ける。これに対し、逆サイクル除霜運転中の戻り温度も往き温度と同様に低下→上昇と変化するが、水冷媒熱交換器から流出した温水が給湯回路を循環して再び水冷媒熱交換器に流入するまでの時間だけ往き温度の変化より遅れて変化する。

このため、逆サイクル除霜運転中に低下から上昇に転じる往き温度と比べて、戻り温度は逆サイクル除霜運転終了から均圧処理を経て暖房運転あるいは給湯運転の再開までの間、低下し続けている可能性がある。そして、逆サイクル除霜運転終了後の均圧処理中は、低下し続けている戻り温度と往き温度とが同じ温度となるため、均圧処理が終了して暖房運転あるいは給湯運転を再開するときの往き温度が、逆サイクル除霜運転移行前の暖房運転あるいは給湯運転時の往き温度と比べて、大きく低下している恐れがある。

以上のように、往き温度が大きく低下している状態で暖房運転あるいは給湯運転を再開するとき、往き温度と目標往き温度との温度差が大きくなっている恐れがあり、この温度差に応じて決定される圧縮機の再起動時の回転数は高くなる。そして、高い回転数で圧縮機を起動して暖房運転あるいは給湯運転を再開すると、往き温度が過昇して目標往き温度を超える恐れがあり、過剰な暖房運転あるいは給湯運転となる恐れがあった。

本発明は以上述べた問題点を解決し、逆サイクル除霜運転後の暖房運転あるいは給湯運転の再開時に、往き温度の過昇を抑制するヒートポンプ式暖房給湯装置を提供することを目的とする。

本発明は上述した課題を解決するものであって、本発明のヒートポンプ式暖房給湯装置は、圧縮機と流路切替手段と冷媒と水との熱交換を行う水冷媒熱交換器と熱源側熱交換器を順次接続してなる冷媒回路と、暖房端末および／または給湯端末と水冷媒熱交換器との間で循環ポンプの運転により温水を循環させる給湯回路と、圧縮機を制御する制御手段とを有する。制御手段は、冷媒回路を暖房サイクルとし圧縮機を所定の暖房運転時回転数で駆動して暖房端末による暖房運転および／または給湯端末による給湯運転を行っているとき、熱源側熱交換器に霜が付着したことを示す除霜運転開始条件が成立すれば、流路切替手段を制御して冷媒回路を冷房サイクルに切り替え圧縮機を所定の除霜運転時回転数で駆動して熱源側熱交換器を除霜する逆サイクル除霜運転を行う。そして、制御手段は、逆サイクル除霜運転を行っているとき、熱源側熱交換器に付着している霜が融解したことを示す除霜運転終了条件が成立すれば、流路切替手段を制御して冷媒回路を暖房サイクルに戻し、かつ、圧縮機を最低回転数で起動して暖房端末による暖房運転および／または給湯端末による給湯運転を再開し、回転数上昇許可条件が成立すれば、圧縮機の回転数を最低回転数より上昇させる。

本発明のヒートポンプ式暖房給湯装置は、圧縮機を最低回転数で起動して逆サイクル除霜運転後の暖房運転および／または給湯運転を再開し、回転数上昇許可条件が成立すれば、圧縮機の回転数を最低回転数より上昇させる。これにより、往き温度の過昇を抑制することができる。

本発明の実施形態における、ヒートポンプ式暖房給湯装置の構成図である。 本発明の実施形態における、往き温度、戻り温度および圧縮機回転数の時間変化を示すタイムチャートである。 本発明の実施形態における、制御手段で行う処理を説明するフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態を、添付図面に基づいて詳細に説明する。実施形態としては、本発明における暖房端末である室内ユニットと給湯端末である貯湯タンクとを有し、水冷媒熱交換器で冷媒と熱交換を行った温水を室内ユニットに循環させて暖房運転を行い、また、水冷媒熱交換器で冷媒と熱交換を行った温水で貯湯タンク内部に貯留された水を加熱する給湯運転（以降、沸き上げ運転と記載）を行うヒートポンプ式暖房給湯装置を例に挙げて説明する。尚、本発明は以下の実施形態に限定されることはなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々変形することが可能である。

図１は、本発明によるヒートポンプ式暖房給湯装置の構成を示している。このヒートポンプ式暖房給湯装置１００は、能力可変型の圧縮機１、流路切替手段である四方弁２、冷媒と水との熱交換を行う水冷媒熱交換器３、膨張弁４、熱源側熱交換器５、アキュムレータ６を順に冷媒配管１１で接続した冷媒回路１０を有しており、四方弁２を切り換えることによって冷媒の循環方向を切り換えることができるようになっている。

この冷媒回路１０において、圧縮機１の冷媒吐出口付近の冷媒配管１１には、圧縮機１から吐出された冷媒の温度を検出するための吐出温度センサ５１が備えられている。また、水冷媒熱交換器３と膨張弁４との間の冷媒配管１１には、水冷媒熱交換器３が凝縮器として機能しているときに水冷媒熱交換器３から流出する冷媒の温度を、あるいは、水冷媒熱交換器３が蒸発器として機能しているときに水冷媒熱交換器３に流入する冷媒の温度を、各々検出する冷媒温度センサ５３が備えられている。また、膨張弁４と熱源側熱交換器５との間の冷媒配管１１には、熱源側熱交換器５が蒸発器として機能しているときに熱源側熱交換器５に流入する冷媒の温度を、あるいは、熱源側熱交換器５が凝縮器として機能しているときに熱源側熱交換器５から流出する冷媒の温度を、各々検出する熱交温度センサ５４が備えられている。さらには、圧縮機１の吐出側（四方弁２と水冷媒熱交換器３との間）の冷媒配管１１には、圧力センサ５０が備えられている。また、熱源側熱交換器５近傍には、外気温度センサ５２が設けられている。

熱源側熱交換器５の近傍には、ヒートポンプ式暖房給湯装置１００の図示しない筺体内部に外気を取り込んで熱源側熱交換器５に外気を流通させるファン７が配置されている。ファン７は、図示しない回転数を可変できるモータの出力軸（回転軸）に取り付けられている。また、膨張弁４は、ステッピングモータを用いて弁の開度をパルス制御可能としたものである。

水冷媒熱交換器３には、冷媒配管１１と給湯配管１２ａとが接続されている。図１に示すように、給湯配管１２ａの一端は三方弁３１に接続されており、この三方弁３１には室内ユニット側配管１２ｃの一端と貯湯タンク側配管１２ｂの一端とが各々接続されている。また、給湯配管１２ａの他端には、室内ユニット側配管１２ｃの他端と貯湯タンク側配管１２ｂの他端とが接続されている。尚、図１において、給湯配管１２ａと貯湯タンク側配管１２ｂと室内ユニット側配管１２ｃとの接続部を接続点１３としている。室内ユニット側配管１２ｃには、床暖房装置やラジエター等の室内ユニット４０が設けられており、また、貯湯タンク側配管１２ｂには、貯湯タンク７０が設けられている。

貯湯タンク７０内部の下方には、スパイラル形状に形成された熱交換部７１が備えられている。熱交換部７１の両端は貯湯タンク側配管１２ｂに接続されており、貯湯タンク側配管１２ｂを流れる温水が熱交換部７１に流れるようになっている。貯湯タンク７０の上部には、貯湯タンク７０内部に貯留されている温水を浴槽や洗面台蛇口等に供給するための給湯口７３が備えられている。また、貯湯タンク７０の下部には、貯湯タンク７０内部に水を供給するための入水口７２が備えられており、入水口７２には図示しない水道管が直結されている。

接続点１３と水冷媒熱交換器３との間には、能力可変型の循環ポンプ３０が設けられている。循環ポンプ３０を駆動することにより、水冷媒熱交換器３で冷媒と熱交換された水が、図１に示す矢印９０の方向に循環する。尚、水冷媒熱交換器３から流出した水は、三方弁３１の切り換えに応じて、矢印９１に示すように室内ユニット側配管１２ｃに流れて室内ユニット４０に流入する、あるいは、矢印９２に示すように貯湯タンク側配管１２ｂに流れて貯湯タンク７０に流入する。そして、室内ユニット４０や貯湯タンク７０から流出した水は、接続点１３を介して水冷媒熱交換器３に流入する。

以上説明したように、水冷媒熱交換器３と循環ポンプ３０と室内ユニット４０と貯湯タンク７０とが給湯配管１２ａと貯湯タンク側配管１２ｂと室内ユニット側配管１２ｃとで接続されて、ヒートポンプ式暖房給湯装置１００の給湯回路１２を構成している。

給湯配管１２ａにおける水冷媒熱交換器３の水の入口側には、水冷媒熱交換器３に流入する水の温度である戻り温度を検出する戻り温度検出手段である戻り温度センサ５６が備えられている。また、給湯配管１２における水冷媒熱交換器３の水の出口側には、水冷媒熱交換器３から流出する水の温度である往き温度を検出する往き温度検出手段である往き温度センサ５７が備えられている。また、貯湯タンク７０内部の上下方向の略中央部には、貯湯タンク７０内部に滞留する温水の温度を検出する貯湯タンク温度センサ５８が備えられている。

以上説明した構成の他に、ヒートポンプ式暖房給湯装置１００は制御手段６０を有している。制御手段６０は、各温度センサで検出した温度や圧力センサ５０で検出した冷媒圧力を取り込み、あるいは、図示しないリモコン等による使用者からの運転要求を取り込み、これらに応じて圧縮機１やファン７や循環ポンプ３０の駆動制御、四方弁２の切り換え制御、膨張弁４の開度制御や三方弁３１の切り換え制御等といった、ヒートポンプ式暖房給湯装置１００の運転に関わる様々な制御を行う。尚、図示は省略するが、制御手段６０は、時間を計測するタイマー部や、各種センサで検出した値やヒートポンプ式暖房給湯装置１００の制御プログラム等を記憶する記憶部を有している。

次に、本実施形態のヒートポンプ式暖房給湯装置１００における、冷媒回路１０における冷媒の流れや各部の動作および給湯回路１２における温水の流れや各部の動作について、図１を用いて説明する。本実施形態のヒートポンプ式暖房給湯装置１００は、冷媒回路１０を暖房サイクルとして室内ユニット４０が設置された部屋の暖房を行う暖房運転と、冷媒回路１０を暖房サイクルとして貯湯タンク７０に貯留されている水を沸き上げる沸き上げ運転と、これら暖房運転や沸き上げ運転を行っているときに冷媒回路１０を冷房サイクルとして熱源側熱交換器５の除霜を行う逆サイクル除霜運転を行うことができる。

以下の説明では、まず、暖房運転時のヒートポンプ式暖房給湯装置１００の動作について説明し、次に、沸き上げ運転時のヒートポンプ式暖房給湯装置１００の動作について説明し、最後に、逆サイクル除霜運転時のヒートポンプ式暖房給湯装置１００の動作について説明する。

＜暖房運転＞
使用者が室内ユニット４０のリモコン等を操作して暖房運転開始を指示すると、制御手段６０は、循環ポンプ３０を所定の回転数で起動するとともに、室内ユニット側配管１２ｃに温水が流れるように三方弁３１を切り換える。これにより、図１の矢印９１に示すように、水冷媒熱交換器３と室内ユニット４０との間で温水が循環する。

また、制御手段６０は、冷媒回路１０が暖房サイクルとなるように四方弁２を切り換える。具体的には、制御手段６０は、圧縮機１の吐出側と水冷媒熱交換器３とが接続されるよう、また、圧縮機１の吸入側と熱源側熱交換器５とが接続されるよう、四方弁２を切り換える。これにより、水冷媒熱交換器３が凝縮器として機能し、また、熱源側熱交換器５が蒸発器として機能する。

次に、制御手段６０は、圧縮機１およびファン７を起動してヒートポンプ式暖房給湯装置１００の暖房運転を開始する。制御手段６０は、往き温度センサ５７で検出された往き温度、つまり、水冷媒熱交換器３で加熱された水の温度が、使用者が設定した暖房運転の設定温度に対応する水温（以降、目標往き温度と記載）となるように圧縮機１を制御する。具体的には、制御手段６０は、往き温度センサ５７で検出された往き温度と目標往き温度との温度差を求め、記憶部に予め記憶されている温度差と圧縮機１の回転数とを関係付けたテーブルを参照して圧縮機１の回転数を決定し、この回転数で圧縮機１を駆動する。

図１の矢印８０に示すように、圧縮機１から吐出された冷媒は四方弁２を通過し、水冷媒熱交換器３で水と熱交換して凝縮し、さらに膨張弁４で減圧されて熱源側熱交換器５で外気と熱交換して蒸発し、圧縮機１に吸入されて再び圧縮機１で圧縮される過程を繰り返す。

一方、水冷媒熱交換器３で冷媒と熱交換を行って加熱された温水は、循環ポンプ３０の駆動によって給湯配管１２ａに流出し、三方弁３１を介して室内ユニット側配管１２ｃを流れて室内ユニット４０に流入する。室内ユニット４０が設置されている部屋は、室内ユニット４０を流れる温水の放熱によって暖房される。室内ユニット４０から流出した温水は、接続点１３、循環ポンプ３０を介して水冷媒熱交換器３に流入し、再び冷媒と熱交換を行って加熱される。

＜沸き上げ運転＞
次に、沸き上げ運転を行う場合について説明する。暖房運転では、制御手段６０は、往き温度センサ５７で検出された往き温度が、使用者が設定した暖房運転の設定温度に対応する目標往き温度となるように圧縮機１の駆動制御を行うが、沸き上げ運転では、往き温度センサ５７で検出された往き温度が、後述する貯湯タンク７０に貯留されている水温の目標値である沸き上げ温度に対応する目標往き温度となるように圧縮機１を制御する。尚、沸き上げ運転時の冷媒回路１０の動作については、上述した暖房運転時と同じであるため、以下で詳細な説明は省略する。

貯湯タンク７０に貯留されている温水は、給湯口７３から流出することによって減少する。入水口７２には前述したように水道管が直結されているので、水道水の水圧によって貯湯タンク７０には、減少した分だけ入水口７２から水が供給される。これにより、貯湯タンク７０に貯留されている温水の温度は低下する。

制御手段６０は、貯湯タンク７０に貯留されている温水の温度として、貯湯タンク温度センサ５８で検出した貯湯タンク温度を常時監視しており、取り込んだ貯湯タンク温度が、沸き上げ温度から予め定められた所定温度（例えば、５℃）低い温度である沸き上げ開始温度以下となれば、貯湯タンク７０に貯留されている温水の温度を沸き上げ温度とするために沸き上げ運転を開始する。

制御手段６０は、循環ポンプ３０を所定回転数で起動するとともに、貯湯タンク側配管１２ｂに水が流れるように三方弁３１を切り換える。これにより、図１の矢印９２に示すように、水冷媒熱交換器３と貯湯タンク７０との間で温水が循環する。水冷媒熱交換器３で冷媒と熱交換を行って加熱された温水は、循環ポンプ３０の運転によって水冷媒熱交換器３から給湯配管１２ａに流出し、三方弁３１を介して貯湯タンク側配管１２ｂを流れて貯湯タンク７０内部に配置されている熱交換部７１に流入する。貯湯タンク７０に貯留されている水は、熱交換部７１を流れる温水によって加熱される。熱交換部７１から流出した温水は、接続点１３、循環ポンプ３０を介して水冷媒熱交換器３に流入し、再び冷媒と熱交換を行って加熱される。

＜逆サイクル除霜運転＞
本実施形態のヒートポンプ式暖房給湯装置１００が、冷媒回路１０を暖房サイクルとして上述した暖房運転や沸き上げ運転を行っているとき、除霜運転開始条件が成立していれば、冷媒回路１０を冷房サイクルとして熱源側熱交換器５を除霜する逆サイクル除霜運転を実行する。ここで、除霜運転開始条件とは、例えば、熱源側熱交換器５の温度が０℃以下でありかつ熱源側熱交換器５の温度が外気温度センサ５２で検出した外気温度より１０℃以上低い状態が１０分以上継続した場合や、前回逆サイクル除霜運転を終了してから３時間以上が経過している場合等のように、暖房運転や沸き上げ運転の運転効率が低下する程度の霜が熱源側熱交換器５に付着している恐れがある条件である。

以下、逆サイクル除霜運転時のヒートポンプ式暖房給湯装置１００の動作について説明するが、逆サイクル除霜運転時の給湯回路１２の動作については、前述した暖房運転や沸き上げ運転を行っている場合と同じであるため、詳細な説明は省略する。また、冷媒回路１０の動作を説明する際には、適宜図２も用いて説明する。

図２は、暖房運転中あるいは沸き上げ運転中に逆サイクル除霜運転を行う場合の、往き温度センサ５７で検出する往き温度、戻り温度センサ５６で検出する戻り温度、圧縮機１の回転数の各々の時間変化を示すタイムチャートである。図２において、（Ａ）は従来の制御を行う場合のタイムチャートを示し、（Ｂ）は本発明に関わる制御を行う場合のタイムチャートである。

図２において、Ｔｏは往き温度、Ｔｉは戻り温度、Ｔｏｇは目標往き温度、Ｔｉｇは往き温度Ｔｏが目標往き温度Ｔｏｇで安定しているときの戻り温度、Ｃｒは圧縮機１の回転数、Ｃｒｗは往き温度Ｔｏが目標往き温度Ｔｏｇで安定しているときの圧縮機１の回転数（以降、暖房時回転数と記載）、Ｃｒｄは逆サイクル除霜運転時の圧縮機１の回転数（除霜運転時回転数）、ｔｕは冷媒回路１０の均圧に必要な均圧時間をそれぞれ示している。また、ｔ１は暖房運転中あるいは沸き上げ運転に除霜運転開始条件が成立して暖房運転あるいは沸き上げ運転が中断される時刻、ｔ２はｔ１から均圧時間ｔｕが経過して逆サイクル除霜運転を開始する時刻、ｔ３は逆サイクル除霜運転中に後述する除霜運転終了条件が成立して逆サイクル除霜運転を停止する時刻、ｔ４はｔ３から均圧時間ｔｕが経過して暖房運転あるいは沸き上げ運転を再開する時刻をそれぞれ示している。さらには、「暖房」は暖房運転中あるいは沸き上げ運転中であることを示し、「除霜」は逆サイクル除霜運転中であることを示し、「均圧」は冷媒回路１０の均圧処理中であることをそれぞれ示している。尚、均圧処理とは、冷媒回路１０の高圧側（圧縮機１の冷媒吐出側）の冷媒圧力と低圧側（圧縮機１の冷媒吸入側）の冷媒圧力とが略等しくなるようにするために、高圧側の冷媒圧力と低圧側の冷媒圧力が略等しくなるのに必要な時間である均圧時間の間圧縮機１を停止し続ける処理である。

また、図２（Ａ）において、Ｔｏｂは逆サイクル除霜運転終了後の均圧処理が完了した時刻ｔ４における往き温度、ΔＴｂ１は目標往き温度Ｔｏｇと往き温度Ｔｏｂとの温度差、ΔＴｂ２は暖房運転あるいは沸き上げ運転再開後に目標往き温度Ｔｏｇより高くなる往き温度Ｔｏと目標往き温度Ｔｏｇとの温度差の最大値、Ｃｒｂは温度差ΔＴｂ１に対応した暖房運転あるいは沸き上げ運転再開後の圧縮機１の起動回転数をそれぞれ示している。ここで、各往き温度Ｔｏの大小関係は、Ｔｏｂ＜Ｔｉｇ＜Ｔｏｇとなる。また、圧縮機１の各回転数Ｃｒの大小関係は、Ｃｒｗ＜Ｃｒｄ＜Ｃｒｂとなる。

また、図２（Ｂ）において、Ｔｉｎは暖房運転あるいは沸き上げ運転再開後に検出した戻り温度Ｔｉにおける最新の戻り温度、Ｔｉｎ−１は最新の戻り温度Ｔｉｎの１つ前に検出した戻り温度、Ｃｒｍは圧縮機１に固有の最低回転数である回転数下限値をそれぞれ示している。尚、制御手段６０は、戻り温度センサ５６で検出した戻り温度Ｔｉを所定時間毎（例えば、５秒毎）に取り込み、取り込んだ戻り温度Ｔｉを時系列で記憶している。また、ｔｐは暖房運転あるいは沸き上げを再開する時刻ｔ４から時刻ｔ５までの間の圧縮機１の回転数Ｃｒを最低回転数Ｃｒｍに維持する時間であり、後述する回転数上昇許可条件が成立するまでの時間である。ここで、各往き温度Ｔｏの大小関係は、Ｔｉｇ＜Ｔｏｇとなり、また、圧縮機１の各回転数Ｃｒの大小関係は、Ｃｒｍ＜Ｃｒｗ＜Ｃｒｄとなる。

制御手段６０は、ヒートポンプ式暖房給湯装置１００が暖房運転あるいは沸き上げ運転を行っているときに時刻ｔ１で除霜運転開始条件が成立すると、圧縮機１やファン７を停止して暖房運転あるいは沸き上げ運転を中断し、時刻ｔ１から均圧時間ｔｕが経過して時刻ｔ２となれば、冷媒回路１０が冷房サイクルとなるように四方弁２を切り換える。具体的には、制御手段６０は、圧縮機１の吐出側と熱源側熱交換器５とが接続されるよう、また、圧縮機１の吸入側と水冷媒熱交換器３とが接続されるよう、四方弁２を切り換える。これにより、熱源側熱交換器５が凝縮器として機能し、また、水冷媒熱交換器３が蒸発器として機能する。

次に、制御手段６０は、圧縮機１を起動して逆サイクル除霜運転を開始する。制御手段６０は、圧縮機１を除霜運転時回転数Ｃｒｄで起動し、逆サイクル除霜運転中は除霜運転時回転数Ｃｒｄを維持する。また、制御手段６０は、逆サイクル除霜運転中はファン７を駆動しない。

冷媒回路１０を冷房サイクルとして圧縮機１を除霜運転時回転数Ｃｒｄで起動すると、図１の破線矢印８１に示すように、圧縮機１から吐出された冷媒は四方弁２を通過し、熱源側熱交換器５に流入して熱源側熱交換器５に付着した霜を融解する。熱源側熱交換器５から流出した冷媒は膨張弁４で減圧されて水冷媒熱交換器３で給湯回路１２を循環している温水と熱交換して蒸発し、圧縮機１に吸入されて再び圧縮機１で圧縮される過程を繰り返す。

制御手段６０は、逆サイクル除霜運転を行っているときに時刻ｔ３で除霜運転終了条件が成立すると圧縮機１を停止し、均圧時間ｔｕが経過して時刻ｔ４となれば、冷媒回路１０が暖房サイクルとなるように四方弁２を切り換えて圧縮機１とファン７とを再起動して暖房運転あるいは沸き上げ運転を再開する。ここで、除霜運転終了条件とは、例えば、熱源側熱交換器５の温度が１０℃以上となった場合や、時刻ｔ２で逆サイクル除霜運転を開始してから１０分以上が経過した場合等のように、熱源側熱交換器５に付着していた霜が全て融解したと考えられる条件である。

以上説明したように、暖房運転中あるいは沸き上げ運転中に逆サイクル除霜運転を行い逆サイクル除霜運転終了後に暖房運転あるいは沸き上げ運転を再開するとき、ヒートポンプ式暖房給湯装置１００で従来の圧縮機１の制御を行うと、以下に説明する問題が発生する恐れがあった。

図２（Ａ）に示すように、暖房運転中あるいは沸き上げ運転中に往き温度Ｔｏが目標往き温度Ｔｏｇで安定しているとき、戻り温度Ｔｉも目標往き温度Ｔｏｇより所定温度（例えば、５℃）低い温度Ｔｉｇで安定している。時刻ｔ１で暖房運転あるいは沸き上げ運転を中断して逆サイクル除霜運転を行うとき、逆サイクル除霜運転に移行する前の均圧処理で、往き温度Ｔｏが低下して戻り温度Ｔｉ（＝Ｔｉｇ）と同じ温度となる。これは、均圧処理時に圧縮機１が停止し水冷媒熱交換器３で水と冷媒との熱交換が行われなくなることによる。

均圧処理を時刻ｔ２まで続けた後逆サイクル除霜運転に移行すると、熱源側熱交換器５で霜を融かして冷却された冷媒が水冷媒熱交換器３に流入して温水と熱交換を行うため、往き温度Ｔｏが更に低下する。往き温度Ｔｏの低下は、熱源側熱交換器５で霜が融解するまで続き、霜が融解した後は、熱源側熱交換器５における凝縮能力の低下に伴って水冷媒熱交換器３に流入する冷媒の温度も上昇するので、霜が融解してから除霜運転終了条件が成立して逆サイクル除霜運転を終了するまで（時刻ｔ３まで）の間は、往き温度Ｔｏは上昇する。

一方、逆サイクル除霜運転に移行した後の戻り温度Ｔｉは、往き温度Ｔｏと同じ時刻で低下し出すのではなく、水冷媒熱交換器３から流出した温水が給湯回路１２を循環して再び水冷媒熱交換器３に流入するまでの時間だけ往き温度Ｔｏの低下から遅れて低下し出す。そして、図２（Ａ）に示すように、戻り温度Ｔｉの低下は、逆サイクル除霜運転終了後の均圧処理の間も低下をし続ける。これは、給湯回路１２の室内ユニット４０や貯湯タンク７０の熱容量が大きいことに起因するものであり、温度が低下して水冷媒熱交換器３から流出した温水が室内ユニット４０や貯湯タンク７０を冷やすのに時間がかかるためである。

以上のことから、図２（Ａ）に示すように、暖房運転再開前の均圧処理において、逆サイクル除霜運転に移行する前の均圧処理のときと同様の理由で往き温度Ｔｏと戻り温度Ｔｉとが同じ温度となり、かつ、戻り温度Ｔｉの低下に伴って往き温度Ｔｏも低下することから、時刻ｔ４で暖房運転あるいは沸き上げ運転を再開するときの往き温度Ｔｏは、逆サイクル除霜運転実行前の暖房運転時の戻り温度Ｔｉｇよりも低い温度Ｔｏｂとなっている恐れがある。

この状態で制御手段６０が、目標往き温度Ｔｏｇと暖房運転再開時の往き温度Ｔｏｂとの温度差であるΔＴｂ１に応じて、暖房運転再開時あるいは沸き上げ運転再開時の圧縮機１の起動回転数Ｃｒｂを決定すると、温度差ΔＴｂ１が大きいことに起因して起動回転数Ｃｒｂも高くなる（例えば、９０ｒｐｓ）。そして、高い起動回転数Ｃｒｂで圧縮機１を起動して暖房運転あるいは沸き上げ運転を再開すれば、図２（Ａ）にΔＴｂ２で示すように、往き温度Ｔｏが過昇して目標往き温度Ｔｏｇより高くなる、所謂往き温度Ｔｏのオーバーシュートが発生し、過剰な暖房運転あるいは沸き上げ運転となってヒートポンプ式暖房給湯装置１００の省エネ性が低下する恐れがあった。

そこで本発明では、逆サイクル除霜運転終了後の暖房運転再開時あるいは沸き上げ運転再開時に、この時点での往き温度Ｔｏと目標往き温度Ｔｏｇとの温度差に基づいて圧縮機１の再起動時の回転数を決めるのではなく、圧縮機１を最低回転数Ｃｒｍ（例えば、２０ｒｐｓ）で起動して暖房運転あるいは沸き上げ運転を再開する。そして、暖房運転あるいは沸き上げ運転の再開から回転数上昇許可条件が成立するまでの時間ｔｐの間は、最低回転数Ｃｒｍでの圧縮機１の駆動を維持する。そして、回転数上昇許可条件が成立すれば、圧縮機１の回転数Ｃｒを最低回転数Ｃｒｍから暖房時回転数Ｃｒｗに上昇させる。

ここで、回転数上昇許可条件とは、予め試験等を行って求められたものであり、逆サイクル除霜運転終了後に回転数上昇許可条件が成立したときに、暖房運転あるいは沸き上げ運転再開時の圧縮機１の起動時の回転数Ｃｒを、検出した往き温度Ｔｏと目標往き温度Ｔｏｇとの温度差に基づいた回転数まで上昇させる、あるいは、後述する本実施形態での動作のように、暖房運転あるいは沸き上げ運転再開時の圧縮機１の起動時の回転数Ｃｒを、逆サイクル除霜運転開始前の暖房運転あるいは沸き上げ運転時の圧縮機１の回転数Ｃｒｗまで上昇させても、往き温度Ｔｏが過昇してオーバーシュートが発生しないことが判明している条件である。具体的には、所定時間毎に検出した最新の戻り温度Ｔｉｎと、最新の戻り温度Ｔｉｎの１つ前に検出した戻り温度Ｔｉｎ−１との温度差が０℃超つまり戻り温度Ｔｉが上昇に転じたこと、および、上昇に転じた後の戻り温度Ｔｉの上昇率が０．２℃／秒より小さくなることが、回転数上昇許可条件が成立したことになる。

前述したように、戻り温度Ｔｉの変化（上昇／下降）は往き温度Ｔｏの変化より遅れて始まる。従って、暖房運転あるいは沸き上げ運転再開後に、戻り温度Ｔｉが下降しているときは往き温度Ｔｏも下降あるいは上昇していてもまだ低い温度であることが想定される。一方、戻り温度Ｔｉが上昇に転じれば、往き温度Ｔｏもある程度上昇していると考えられるため、まずは、戻り温度Ｔｉが上昇に転じたか否かを、回転数上昇許可条件を構成する一つの要素とする。

しかし、戻り温度Ｔｉが上昇に転じても、その戻り温度Ｔｉが急峻に上昇している場合は、往き温度Ｔｏも急峻に上昇している可能性があるため、暖房運転あるいは沸き上げ運転再開時の圧縮機１の起動時の回転数Ｃｒを温度差ΔＴｂ１に対応した回転数Ｃｒｂに上昇させると、往き温度Ｔｏがオーバーシュートする恐れがある。そこで、戻り温度Ｔｉが上昇に転じた後、その上昇率が緩やかであるか否か（本実施形態では、上述した０．２℃／秒より小さいか否か）を、回転数上昇許可条件を構成するもう一つの要素とする。

本実施形態では、この二つの要素から構成された回転数上昇許可条件に基づいて、暖房運転あるいは沸き上げ運転再開後、次のように圧縮機１の回転数が制御される。暖房運転あるいは沸き上げ運転再開後に、例えば、制御手段６０にて５秒毎に取り込んだ最新の戻り温度Ｔｉｎと、最新の戻り温度Ｔｉｎの１つ前に制御手段６０にて取り込んだ戻り温度Ｔｉｎ−１との温度差が０℃以下と判定した場合、圧縮機１の回転数Ｃｒを最低回転数Ｃｒｍに維持する。制御手段６０にて取り込んだ最新の戻り温度Ｔｉｎと、最新の戻り温度Ｔｉｎの１つ前に制御手段６０にて取り込んだ戻り温度Ｔｉｎ−１との温度差が０℃より大きいと判定した場合、例えば、その判定後の最新の戻り温度Ｔｉｎと、最新の戻り温度Ｔｉｎの１つ前に制御手段６０にて取り込んだ戻り温度Ｔｉｎ−１との１秒当たりの温度差が、０．２℃／秒以上と判定した場合には、圧縮機１の回転数Ｃｒを最低回転数Ｃｒｍに維持し、０．２℃／秒より小さいと判定した場合には、圧縮機１の回転数Ｃｒを最低回転数Ｃｒｍから暖房時回転数Ｃｒｗに上昇させる。

以上のように圧縮機１の回転数を制御することによって、暖房運転再開後あるいは沸き上げ運転再開後の往き温度Ｔｏの上昇を緩やかにできる。具体的には、図２（Ｂ）に示す本実施形態のように、時刻ｔ４で暖房運転あるいは沸き上げ運転を再開してから回転数上昇許可条件が成立する時刻ｔ５までの間、圧縮機１を最低回転数Ｃｒｍに維持し、回転数上昇許可条件が成立すれば、戻り温度ＴｉがＴｉｇであるときに、往き温度Ｔｏを目標往き温度Ｔｏｇに安定して維持できることがわかっている暖房時回転数Ｃｒｗまで圧縮機１の回転数を上昇させる。これにより、往き温度Ｔｏが過昇してオーバーシュートすることを抑制できる。

尚、暖房運転あるいは沸き上げ運転の再開後の圧縮機１の回転数制御については、予め試験等を行うことによって求めたもので最低回転数Ｃｒｍでの駆動を維持すれば往き温度Ｔｏのオーバーシュートが発生しないことが判明している時間だけ、圧縮機１を最低回転数Ｃｒｍで駆動し、その後に回転数Ｃｒを上昇させることも考えられる。しかし、この方法では、例えば回転数上昇許可条件が成立したときのように、圧縮機１の回転数Ｃｒを上昇させてもオーバーシュートが発生しない状態となっている場合でも、圧縮機１は最低回転数Ｃｒｍでの駆動を維持する時間が経過するまでは最低回転数Ｃｒｍで駆動し続けるため、暖房運転能力あるいは沸き上げ運転能力の立ち上がりが遅くなる場合がある。

これに対し、本実施形態では、暖房運転あるいは沸き上げ運転の再開時に最低回転数Ｃｒｍで圧縮機１を起動した後、回転数上昇許可条件が成立した時点で圧縮機１の回転数Ｃｒを上昇させるので、往き温度Ｔｏのオーバーシュートを防ぎつつ、暖房運転能力あるいは沸き上げ運転能力の立ち上がりが遅くなることを抑制できる。

次に、図３に示すフローチャートを用いて、逆サイクル除霜運転時に制御手段６０が行う制御について説明する。図３に示すフローチャートは、ヒートポンプ式暖房給湯装置１００で暖房運転や沸き上げ運転を行っているときに逆サイクル除霜運転を行いその後暖房運転や沸き上げ運転を再開する際の、主に圧縮機１の制御に関する処理の流れを示すものであり、ＳＴはステップを表し、これに続く数字はステップ番号を表している。尚、図３では、ファン７の回転数制御や膨張弁４の開度制御等といった、本発明に関わる制御以外のヒートポンプ式暖房給湯装置１００の制御に関しては、図示と説明を省略している。

制御手段６０は、暖房運転や沸き上げ運転を行っているとき、除霜運転開始条件が成立しているか否かを判断する（ＳＴ１）。例えば、制御手段６０は、暖房運転や沸き上げ運転を行っているとき、熱交温度センサ５４で検出する冷媒温度、つまり、熱源側熱交換器５の温度を所定時間毎（例えば、３０秒毎）に取り込み、取り込んだ温度を用いて除霜運転開始条件が成立しているか否かを判断している。

除霜運転開始条件が成立していなければ（ＳＴ１−Ｎｏ）、制御手段６０は、暖房運転や沸き上げ運転を継続し（ＳＴ１３）、ＳＴ１に処理を戻す。除霜運転開始条件が成立していれば（ＳＴ１−Ｙｅｓ）、制御手段６０は、圧縮機１とファン７を停止するとともに、タイマー計測を開始する（ＳＴ２）。

次に、制御手段６０は、ＳＴ２でタイマー計測を開始してから均圧時間ｔｕが経過したか否かを判断する（ＳＴ３）。均圧時間ｔｕが経過していなければ（ＳＴ３−Ｎｏ）、制御手段６０は、ＳＴ３に処理を戻す。均圧時間ｔｕが経過していれば（ＳＴ３−Ｙｅｓ）、制御手段６０は、四方弁２を切り替えて冷媒回路１０を暖房サイクルから冷房サイクルに切り替えるとともに、タイマーをリセットする（ＳＴ４）。

次に、制御手段６０は、逆サイクル除霜運転時の回転数Ｃｒｄで圧縮機１を起動する（ＳＴ５）。逆サイクル除霜運転時の回転数Ｃｒｄは、できる限り除霜運転時間を短くするため高い方が好ましく、例えば、７０ｒｐｓとされる。尚、前述したように、制御手段６０は、逆サイクル除霜運転中はこの回転数Ｃｒｄを維持するよう圧縮機１を制御する。

次に、制御手段６０は、除霜運転終了条件が成立しているか否かを判断する（ＳＴ６）。例えば、制御手段６０は、逆サイクル除霜運転を行っているとき、熱交温度センサ５４で検出する冷媒温度、つまり、熱源側熱交換器５の温度を所定時間毎（例えば、３０秒毎）に取り込み、取り込んだ温度を用いて除霜運転終了条件が成立しているか否かを判断している。

除霜運転終了条件が成立していなければ（ＳＴ６−Ｎｏ）、制御手段６０は、ＳＴ６に処理を戻して逆サイクル除霜運転を継続する。除霜運転終了条件が成立していれば（ＳＴ６−Ｙｅｓ）、制御手段６０は、圧縮機１を停止するとともに、タイマー計測を開始する（ＳＴ７）。

次に、制御手段６０は、ＳＴ７でタイマー計測を開始してから均圧時間ｔｕが経過したか否かを判断する（ＳＴ８）。均圧時間ｔｕが経過していなければ（ＳＴ８−Ｎｏ）、制御手段６０は、ＳＴ８に処理を戻す。均圧時間ｔｕが経過していれば（ＳＴ８−Ｙｅｓ）、制御手段６０は、四方弁２を切り替えて冷媒回路１０を冷房サイクルから暖房サイクルに戻すとともに、タイマーをリセットする（ＳＴ９）。

次に、制御手段６０は、最低回転数Ｃｒｍで圧縮機１を起動するとともにファン７を起動する（ＳＴ１０）。前述したように、最低回転数Ｃｒｍは圧縮機１に固有の回転数下限値であり、例えば、２０ｒｐｓである。

次に、制御手段６０は、回転数上昇許可条件が成立したか否かを判断する（ＳＴ１１）。回転数上昇許可条件が成立していなければ（ＳＴ１１−Ｎｏ）、制御手段６０は、ＳＴ１０に処理を戻し、圧縮機１の回転数を最低回転数Ｃｒｍに継続して圧縮機１を駆動する。回転数上昇許可条件が成立していれば（ＳＴ１１−Ｙｅｓ）、制御手段６０は、圧縮機１の回転数を暖房時回転数Ｃｒｗまで上昇させ（ＳＴ１２）、ＳＴ１に処理を戻す。

以上説明した通り、本発明のヒートポンプ式暖房給湯装置は、逆サイクル除霜運転後の暖房運転および／または給湯運転を再開して圧縮機を最低回転数で駆動しているとき、回転数上昇許可条件が成立していれば、圧縮機の回転数を最低回転数より暖房時回転数まで上昇させる。これにより、往き温度の過昇を抑制することができる。

尚、以上説明した実施形態では、圧縮機１の最低回転数が圧縮機１に固有の回転数下限値である場合を例に挙げて説明したが、これに限るものではなく、上記回転数下限値より高く暖房運転時回転数Ｃｒｗより低い回転数であって、予め試験等によって往き温度Ｔｏが急激に上昇しないことが確認できている回転数であってもよい。

また、以上説明した実施形態では、逆サイクル除霜運転後の暖房運転および／または給湯運転を再開後、回転数上昇許可条件が成立していれば、圧縮機１の回転数Ｃｒを暖房時回転数Ｃｒｗまで上昇させる場合を説明したが、これに限るものではなく、回転数上昇許可条件が成立した時に往き温度Ｔｏを検出し、圧縮機１の回転数Ｃｒを往き温度Ｔｏと目標往き温度Ｔｏｇとの温度差に応じた回転数まで上昇させてもよい。

１ 圧縮機
２ 四方弁
３ 水冷媒熱交換器
７ 室外ファン
１０ 冷媒回路
１２ 給湯回路
４０ 室内ユニット
５５ 外気温度センサ
５６ 戻り温度センサ
５７ 往き温度センサ
６０ 制御手段
７０ 貯湯タンク
１００ ヒートポンプ式暖房給湯装置
Ｃｒ 圧縮機回転数
Ｃｒｗ 暖房運転時回転数
Ｃｒｄ 除霜運転時回転数
Ｃｒｍ 最低回転数
Ｔｏ 往き温度
Ｔｏｇ 目標往き温度
Ｔｉ 戻り温度
Ｔｉｇ 目標往き温度時の戻り温度
Ｔｉｎ 暖房運転再開後に制御手段６０にて取り込んだ最新の戻り温度
Ｔｉｎ−１ 最新の戻り温度Ｔｉｎの１つ前に制御手段６０にて取り込んだ戻り温度
ｔｕ 均圧時間

Claims (3)

1. 圧縮機と、流路切替手段と、冷媒と水との熱交換を行う水冷媒熱交換器と、熱源側熱交換器を順次接続してなる冷媒回路と、
   暖房端末および／または給湯端末と前記水冷媒熱交換器との間で循環ポンプの運転により温水を循環させる給湯回路と、
   前記圧縮機を制御する制御手段と、
   前記水冷媒熱交換器に流入する水の温度である戻り温度を検出する戻り温度検出手段と、
   を有するヒートポンプ式暖房給湯装置であって、
   前記制御手段は、
   前記冷媒回路を暖房サイクルとし前記圧縮機を暖房運転時回転数で駆動して前記暖房端末による暖房運転および／または前記給湯端末による給湯運転を行っているとき、前記熱源側熱交換器に霜が付着したことを示す除霜運転開始条件が成立すれば、前記流路切替手段を制御して前記冷媒回路を冷房サイクルに切り替え、前記圧縮機を除霜運転時回転数で駆動して前記熱源側熱交換器を除霜する逆サイクル除霜運転を行い、
   前記逆サイクル除霜運転を行っているとき、前記熱源側熱交換器に付着している霜が融解したことを示す除霜運転終了条件が成立すれば、前記流路切替手段を制御して前記冷媒回路を暖房サイクルに戻し、かつ、前記圧縮機を最低回転数で起動して前記暖房運転および／または前記給湯運転を再開し、回転数上昇許可条件が成立すれば、前記圧縮機の回転数を最低回転数より上昇させ、
   前記暖房運転および／または前記給湯運転を再開した後に前記戻り温度検出手段で検出した戻り温度が上昇に転じ、かつ、同戻り温度の上昇率が所定値より小さくなれば、前記回転数上昇許可条件が成立したと判断する、
   ことを特徴とするヒートポンプ式暖房給湯装置。
2. 前記水冷媒熱交換器から流出する温水温度である往き温度を検出する往き温度検出手段を有し、
   前記制御手段は、
   前記圧縮機の回転数を、前記暖房運転および／または前記給湯運転の目標温度に対応する目標往き温度と、前記回転数上昇許可条件が成立した時に取り込んだ往き温度との温度差に応じた回転数とする、
   ことを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ式暖房給湯装置。
3. 前記制御手段は、
   前記圧縮機の回転数を、前記逆サイクル除霜運転を実行する前の前記暖房運転および／または前記給湯運転を行っていたときの回転数まで上昇させること、
   を特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ式暖房給湯装置。

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