JP7074915B2 - ヒートポンプ装置 - Google Patents

Description

本発明は、空気熱交換器の霜を溶かす除霜運転を行うヒートポンプ装置に関するものである。

従来この種のものでは、圧縮機、四方弁、液冷媒熱交換器、膨張弁、空気熱交換器を冷媒配管で接続したヒートポンプ回路を備え、液冷媒熱交換器において、冷媒と循環液とを熱交換させ、熱交換によって加熱された循環液を床暖房パネル等の熱交換端末に供給し、被空調空間を加熱する暖房運転を行うものがあり、暖房運転を行っているときに、外気温度や暖房負荷の大きさ等、条件によっては空気熱交換器が着霜することがあり、空気熱交換器は着霜すると熱交換効率が低下するため、空気熱交換器の除霜をする必要がある。この場合、四方弁を、冷媒の流れ方向が暖房運転時の冷媒の流れ方向と逆になるように切り換えて、圧縮機から吐出された冷媒を空気熱交換器に直接供給して空気熱交換器に発生した霜を溶かす、いわゆる逆サイクル除霜運転を行うものがあった。（例えば、特許文献１参照。）

特開２０１６－１５６６０２号公報

ところで、この従来のものは、逆サイクル除霜運転が開始されると、それまで空気熱交換器内にあった冷媒は膨張弁側を回って液冷媒熱交換器に流れ込むことになるものであるが、空気熱交換器は逆サイクル除霜運転開始前の暖房運転時は蒸発器として機能しており、この時の空気熱交換器での冷媒温度は外気温度よりも低く、空気熱交換器が着霜しているときには空気熱交換器内の冷媒温度はマイナス域となる。

上記のような状態で逆サイクル除霜運転は開始されるものであるが、逆サイクル除霜運転が開始されると、空気熱交換器内に保有されたマイナス域の温度の冷媒が、液冷媒熱交換器に流れ込むことになり、液冷媒熱交換器は急速に冷却され、液冷媒熱交換器内でマイナス域の温度の冷媒と熱交換された循環液が凍結する可能性があり、循環液の凍結により液冷媒熱交換器が破損するおそれがあった。

本発明は上記課題を解決するために、請求項１では、冷媒を圧縮する圧縮機と、流路切換手段と、循環液と前記冷媒とを熱交換させる液冷媒熱交換器と、膨張弁と、外気と前記冷媒とを熱交換させる空気熱交換器とを有し、前記冷媒が循環するヒートポンプ回路と、前記液冷媒熱交換器と、前記液冷媒熱交換器に前記循環液を循環させる循環ポンプとを有し、前記循環液が循環する循環回路と、動作を制御する制御装置とを備え、前記ヒートポンプ回路を作動させると共に前記循環ポンプを駆動させて、前記循環液を加熱する暖房運転を行うヒートポンプ装置において、前記制御装置は、前記暖房運転中に、前記空気熱交換器に発生した霜を溶かす除霜運転を実行する場合、前記冷媒の流れ方向が前記暖房運転時の前記冷媒の流れ方向と同じになるように前記流路切換手段を制御すると共に、前記膨張弁の開度を前記暖房運転時よりも拡大させて、前記冷媒を循環させる正サイクル除霜運転を、前記空気熱交換器内の前記冷媒の温度が前記循環液が凍結しない温度に上昇するまで実行した後、前記冷媒の流れ方向が前記暖房運転時の前記冷媒の流れ方向と逆になるように前記流路切換手段を切り換えて、前記冷媒を循環させる逆サイクル除霜運転を実行するようにし、前記逆サイクル除霜運転の実行中に予め定められている除霜終了条件が成立したら前記逆サイクル除霜運転を終了させて前記暖房運転を再開させるようにした。

また、請求項２では、前記膨張弁から前記空気熱交換器までの冷媒配管に冷媒温度センサを設け、前記制御装置は、前記冷媒温度センサで検出される冷媒温度が前記循環液が凍結しない温度に上昇するまで前記正サイクル除霜運転を実行するようにした。

この発明によれば、制御装置は、暖房運転中に、除霜運転を実行する場合、冷媒の流れ方向が暖房運転時の冷媒の流れ方向と同じになるように流路切換手段を制御すると共に、膨張弁の開度を暖房運転時よりも拡大させて、冷媒を循環させる正サイクル除霜運転を実行した後、冷媒の流れ方向が暖房運転時の冷媒の流れ方向と逆になるように流路切換手段を切り換えて、冷媒を循環させる逆サイクル除霜運転を実行するようにしたことで、正サイクル除霜運転により、ヒートポンプ回路を循環する冷媒のうち、冷媒温度が一番低い空気熱交換器内の冷媒の最低温度値を、循環液が凍結しない温度に上昇させ、それから逆サイクル除霜運転を行うので、逆サイクル除霜運転時に、空気熱交換器から流出して膨張弁側から回ってきた冷媒が液冷媒熱交換器に流入しても、液冷媒熱交換器内の循環液が凍結することはなく、循環液の凍結による液冷媒熱交換器の破損もないものである。

本発明の一実施形態のヒートポンプ装置の概略構成図。 ヒートポンプ装置の暖房運転時および正サイクル除霜運転時の動作を説明する概略構成図。 ヒートポンプ装置の逆サイクル除霜運転時の動作を説明する概略構成図。 ヒートポンプ装置の暖房運転時に除霜運転が実行される場合の動作を示すタイムチャート。 外気温度と所定時間との対応関係を表す図。

次に、この発明の一実施形態のヒートポンプ装置の構成について、図面に基づき詳細に説明する。なお、このヒートポンプ装置は、暖房装置および冷房装置として機能させることができるが、以下の実施形態においては主として暖房装置として使用している場合の構成要素および動作について説明する。

１は加熱された循環液を供給するヒートポンプ式の熱源機としてのヒートポンプユニットで、ヒートポンプユニット１は、その筐体内に、冷媒を圧縮する回転数可変の圧縮機２、流路切換手段としての四方弁３、冷媒と循環液との熱交換を行う液冷媒熱交換器４、減圧手段としての膨張弁５、送風ファン６の作動により送られる空気（外気）との熱交換を行う空気熱交換器７とを有し、それらを冷媒配管８で環状に接続して冷媒が循環するヒートポンプ回路９を形成しているものである。前記液冷媒熱交換器４は、例えば、プレート式熱交換器で構成され、プレート式熱交換器は、複数の伝熱プレートが積層され、冷媒を流通させる冷媒流路と循環液を流通させる液流路とが各伝熱プレートを境にして交互に形成されている。なお、ヒートポンプ回路９を循環する冷媒としては、ＨＦＣ冷媒や二酸化炭素冷媒等の任意の冷媒を用いることができるものである。

１０は外気温度を検出する外気温度センサ、１１は膨張弁５から空気熱交換器７までの冷媒配管８に設けられ、冷媒温度を検出する冷媒温度センサである。

前記冷媒配管８に設けられた四方弁３は、ヒートポンプ回路９における冷媒の流れ方向を切り換える機能を有し、圧縮機２から吐出された冷媒を、液冷媒熱交換器４、膨張弁５、空気熱交換器７の順に流通させ、圧縮機２に戻す流路を形成する状態（暖房運転時および正サイクル除霜運転時の状態）と、圧縮機２から吐出された冷媒を、空気熱交換器７、膨張弁５、液冷媒熱交換器４の順に流通させ、圧縮機２に戻す流路を形成する状態（逆サイクル除霜運転時の状態）とに切換可能なものである。

１２はヒートポンプユニット１で加熱された循環液が供給され、供給された循環液の熱を利用することで被空調空間の空調を行う熱交換端末であり、熱交換端末１２としては暖房専用端末である床暖房パネルやラジエータ、冷暖房兼用端末である輻射パネルやファンコイル等を用いるものである。図１では１つしか設けられていないが、複数であってもよいものであり、数量や仕様が特に限定されるものではない。

１３は液冷媒熱交換器４と熱交換端末１２とを液配管１４で環状に接続し、循環液（例えば、水や不凍液等）が循環する循環回路で、循環回路１３は、循環回路１３に循環液を循環させる回転数可変の循環ポンプ１５と、熱交換端末１２から液冷媒熱交換器４に流入する循環液の温度を検出する戻り温度センサ１６と、循環液を貯留し循環回路１３内の圧力を調整するシスターン１７とを備えているものである。

１８は各種のデータやプログラムを記憶する記憶手段と、演算・制御処理を行う制御手段とを備え、ヒートポンプ装置の動作を制御する制御装置であり、制御装置１８はヒートポンプユニット１内の各種センサの信号やリモコン１９からの信号を受け、圧縮機２、四方弁３、膨張弁５、送風ファン６、循環ポンプ１５の駆動を制御するものである。

前記制御装置１８は、ヒートポンプ回路９を作動させると共に循環ポンプ１５を駆動させて、液冷媒熱交換器４において循環液を加熱し、加熱された循環液を熱交換端末１２に供給し、被空調空間を加熱する暖房運転中に、所定の除霜開始条件が成立したと判断すると空気熱交換器の霜を溶かす除霜運転を実行させるものである。

前記制御装置１８は、前記暖房運転中に所定の除霜開始条件が成立したと判断すると、前記除霜運転として、冷媒の流れ方向を暖房運転時から変更することなく暖房運転時の冷媒の流れ方向と同方向とし、冷媒を循環させて空気熱交換器７に発生した霜を溶かす正サイクル除霜運転を実行させた後に、冷媒の流れ方向が暖房運転時の冷媒の流れ方向と逆になるように四方弁３を切り換えて、圧縮機２から吐出された高温冷媒を直接、空気熱交換器７に循環させて、空気熱交換器７に発生した霜を溶かす逆サイクル除霜運転を実行させるものである。なお、前記除霜運転の詳細な動作については後述する。

また、前記除霜運転の開始は、例えば、外気温度センサ１０で検出した外気温度が予め設定された除霜開始温度に達したか否か、または外気温度センサ１０で検出した外気温度および冷媒温度センサ１１で検出した冷媒温度がそれぞれ予め設定された除霜開始温度に達したか否かを制御装置１８が判断、すなわち所定の除霜開始条件が成立したか否かを制御装置１８が判断して、除霜開始条件が成立したと判断したら前記除霜運転を開始することができる。また、前記除霜運転の完了は、冷媒温度センサ１１で検出する空気熱交換器７を流通してきた冷媒の温度が、予め設定された除霜終了温度に達したか否かを制御装置１８が判断、すなわち所定の除霜終了条件が成立したか否かを制御装置１８が判断して、除霜終了条件が成立したと判断したら除霜動作を終了することができる。

次に、ヒートポンプ装置の暖房運転時の動作について図２を用いて説明する。図２中の矢線は、ヒートポンプ回路９を流れる冷媒の流れ方向、循環回路１３を流れる循環液の流れ方向をそれぞれ示したものである。なお、本実施形態のヒートポンプ装置では冷房運転を行うこともできるが、ここでは暖房運転時の動作のみを説明するものとし、冷房運転の説明は省略する。

リモコン１９から、液冷媒熱交換器４において循環液を加熱し熱交換端末１２に供給する暖房運転の指示がなされると、制御装置１８は、四方弁３を暖房運転時の状態となるように流路を切り換え、圧縮機２、膨張弁５、送風ファン６を駆動させ、ヒートポンプ回路９を作動させると共に、循環ポンプ１５を駆動させて暖房運転を開始させ、冷媒は、圧縮機２、四方弁３、液冷媒熱交換器４、膨張弁５、空気熱交換器７、四方弁３、圧縮機２の順で循環し（図２のヒートポンプ回路９の矢線参照。）、循環液は液冷媒熱交換器４から熱交換端末１２に循環され、熱交換端末１２から再度、液冷媒熱交換器４に戻されるものである（図２の循環回路１３の矢線参照。）。この時、液冷媒熱交換器４は凝縮器として機能し、空気熱交換器７は蒸発器として機能するものである。

制御装置１８は、暖房運転中、循環液の温度を検出する戻り温度センサ１６の検出値が、リモコン１９の設定温度に基づいて設定される目標温度になるように、圧縮機２の回転数を制御するものである。

前記暖房運転中、ヒートポンプ回路９において、液冷媒熱交換器４は凝縮器として機能し、液冷媒熱交換器４にて圧縮機２から吐出された高温高圧の気相状態の冷媒と循環ポンプ１５により循環される循環液とが熱交換され、冷媒の熱によって循環液が加熱される。一方、空気熱交換器７は蒸発器として機能し、空気熱交換器７にて膨張弁５から吐出された低温低圧の気液二相状態の冷媒と送風ファン６を駆動させることで送風される外気とが熱交換され、冷媒は外気から吸熱して気相状態へと変化し、圧縮機２へ戻るものである。

また、前記暖房運転中、循環回路１３では、液冷媒熱交換器４で加熱された循環液は、循環ポンプ１５の駆動により熱交換端末１２に供給され、被空調空間の内気に対して放熱して被空調空間を加温し、熱交換端末１２を流出した循環液は再び液冷媒熱交換器４に戻され加温されるものである。

この暖房運転中に、制御装置１８が所定の除霜開始条件が成立したと判断すると、除霜運転の実行を開始するものであり、除霜運転として、まず、正サイクル除霜運転を所定時間行う。正サイクル除霜運転の形態は、図２に示すように、暖房運転時と同方向に冷媒を循環させる形態（図２のヒートポンプ回路９の矢線参照。）であり、具体的な正サイクル除霜運転の動作としては、制御装置１８は圧縮機２の回転数を予め設定された除霜時回転数に制御すると共に、膨張弁５を除霜運転前の暖房運転時よりも所定の開度まで拡大、ここでは全開まで拡大させ、循環ポンプ１５の回転数を予め設定された除霜時回転数とする。この時、圧縮機２から吐出された高温の冷媒は、液冷媒熱交換器４で循環液と熱交換し、液冷媒熱交換器４を流出した後に膨張弁５を通過して空気熱交換器７に供給され、空気熱交換器７の除霜が行われるものであり、この正サイクル除霜運転時は、膨張弁５の開度を所定の開度である全開まで拡大することで、膨張弁５では冷媒は減圧されることなく通過して、冷媒は暖かいまま空気熱交換器７に供給され、空気熱交換器７に発生した霜を溶かすものである。

前記正サイクル除霜運転が所定時間行われると、次に、除霜運転として、逆サイクル除霜運転を開始する。逆サイクル除霜運転の形態は、図３に示すように、冷媒を、圧縮機２、四方弁３、空気熱交換器７、膨張弁５、液冷媒熱交換器４、四方弁３、圧縮機２の順で循環させ、暖房運転時と逆方向に冷媒を循環させる形態（図３のヒートポンプ回路９の矢線参照。）であり、具体的な逆サイクル除霜運転の動作としては、制御装置１８は、四方弁３を冷媒の流れ方向が暖房運転時の冷媒の流れ方向と逆になるように切り換え、圧縮機２の回転数を正サイクル除霜運転と同様の除霜時回転数に制御すると共に、膨張弁５を全開とし、循環ポンプ１５を最大回転数で駆動させる。この時、圧縮機２から吐出された高温の冷媒は、空気熱交換器７に直接供給され、空気熱交換器７に発生した霜を溶かす。空気熱交換器７にて霜との熱交換で温度低下し空気熱交換器７から流出した低温の冷媒は、膨張弁５で減圧されることなく膨張弁５を通過し、液冷媒熱交換器４で循環液と熱交換し、循環液から吸熱して再び圧縮機２に戻るものである。

次に、特徴的な動作として、暖房運転を行っているときに空気熱交換器７に発生した霜を溶かす除霜運転が実行される場合のヒートポンプ装置１の動作について、図４のタイムチャートを用いて説明する。なお、図４中の時間ｔ０は、暖房運転が安定した後の任意の時間とする。

四方弁３を、冷媒が圧縮機２、液冷媒熱交換器４、膨張弁５、空気熱交換器７、圧縮機２の順に循環する暖房運転時の冷媒流路となるよう制御し、圧縮機２、膨張弁５、送風ファン６を駆動させると共に、循環ポンプ１５を駆動させ、液冷媒熱交換器４にて冷媒と循環液とが熱交換されて循環液が加熱され、加熱された循環液を熱交換端末１２に供給して被空調空間を加熱する暖房運転を行っている最中に、制御装置１８が、外気温度センサ１０で検出した外気温度等から除霜開始条件が成立したと判断した場合（時間ｔ１）、制御装置１８は空気熱交換器７に発生した霜を溶かす除霜運転として所定時間の正サイクル除霜運転を開始させる（時間ｔ１～）。この時、制御装置１８は、四方弁３は冷媒の流路の切り換えを行わず暖房運転時と同状態（冷媒が圧縮機２、液冷媒熱交換器４、膨張弁５、空気熱交換器７、圧縮機２の順に循環する状態）を継続するよう制御し、圧縮機２の回転数を予め設定された除霜時回転数に制御すると共に、膨張弁５を暖房運転時よりも所定の開度まで拡大、ここでは全開まで拡大するよう制御し、循環ポンプ１５の回転数を予め設定された除霜時回転数、ここでは暖房運転時と同回転数に制御する。循環ポンプ１５の除霜時回転数については、上述のように暖房運転時と同回転数としてもよく、暖房運転時とは異なる予め設定された所定の除霜時回転数としてもよい。

前記正サイクル除霜運転時は、圧縮機２から吐出された高温の冷媒は、液冷媒熱交換器４で循環液と熱交換して循環液に放熱し、液冷媒熱交換器４を流出した後に膨張弁５を通過して空気熱交換器７に供給され、空気熱交換器７の除霜が行われるものであり、この正サイクル除霜運転時は、膨張弁５の開度を所定の開度である全開まで拡大することで、膨張弁５では冷媒は減圧されることなく通過して、膨張弁５通過時に冷媒の温度低下がほぼ無い状態で液冷媒熱交換器４を流出した冷媒が空気熱交換器７に供給され、空気熱交換器７に発生した霜を溶かすものであり、正サイクル除霜運転の実行により、膨張弁５の開度を全開にした状態で、所定時間（時間ｔ１～時間ｔ２）の間、ヒートポンプ回路９内に冷媒を循環させることで、、暖房運転時に低圧側で温度の低かった膨張弁５から空気熱交換器７の冷媒の流路には、暖房運転時よりも高い温度の冷媒が流れ、それにより、膨張弁５から空気熱交換器７の冷媒の流路が加熱されて温度が徐々に上昇し、ヒートポンプ回路９を循環する冷媒のうち、冷媒温度が一番低い空気熱交換器７内の冷媒の最低温度値（より正確には、膨張弁５出口から空気熱交換器７出口までの冷媒流路内の冷媒の最低温度値）も例えば、－５℃から－２℃、－２℃から０℃というように徐々に上昇していく。

また、前記正サイクル除霜運転は、所定時間（時間ｔ１～時間ｔ２）行われるものであるが、この所定時間は、図５に示すように、外気温度が－５℃以上０℃未満の場合は所定時間が１分に設定され、外気温度が－１０℃以上－５℃未満の場合は所定時間が３分に設定され、外気温度が－１０℃未満の場合は所定時間が５分に設定されるというように、前記所定時間は外気温度センサ１０の検出する外気温度に応じて変更されるものであり、詳細には、外気温度センサ１０で検出される外気温度が低いほど所定時間の長さが長く設定される。このことについて説明すると、まず、暖房運転時において空気熱交換器７は蒸発器として機能しており、空気熱交換器７では外気と冷媒とで熱交換が行われ、冷媒は外気から吸熱する関係上、冷媒温度は外気温度よりも低い温度であり、外気温度が低くなるほど、それに対応して冷媒温度も低くなる。そして、暖房運転中に正サイクル除霜運転を実行するに当たり、仮に、正サイクル除霜運転を実行する前記所定時間の長さを外気温度に関係なく一律にし、外気温度が例えば－１℃であった場合と－１０℃であった場合とで正サイクル除霜運転後の状態を比較すると、外気温度が－１℃の場合は、外気温度が－１０℃の場合と比べて空気熱交換器７内の冷媒の温度が高いので、一律に設定された所定時間正サイクル除霜運転した結果、ヒートポンプ回路９を循環する冷媒のうち、冷媒温度が一番低い空気熱交換器７内の冷媒の最低温度値も上昇し、正サイクル除霜運転後の逆サイクル除霜運転が開始された際に、空気熱交換器７から流出されて液冷媒熱交換器４内に流入される冷媒の温度を、液冷媒熱交換器４内の循環液を凍結させないような温度まで上昇させることができる。一方、外気温度が－１０℃の場合は、外気温度が－１℃の場合と比べて、もともとの冷媒温度が低いため、一律に設定された所定時間正サイクル除霜運転させたとしても、正サイクル除霜運転後の逆サイクル除霜運転が開始された際に液冷媒熱交換器４内の循環液を凍結させないような温度まで上昇させることができずに、循環液を凍結させてしまうおそれがある。

上述の比較例のうち、低い方の外気温度（上記例では－１０℃）を基準として所定時間の長さを一律に設定することも考えられるが、その場合、外気温度が高いとき（上記例では－１℃）には、過剰に正サイクル除霜運転を行うこととなり、それでは無駄な放熱ロスが発生してしまう。よって、所定時間の長さは外気温度に応じて設定されるのがよく、外気温度が低いほど正サイクル除霜運転を実行する時間を長く設定するのがよいということになる。なお、図５に示した外気温度と所定時間との対応関係は一例であるが、予め実験を行うことで、正サイクル除霜運転終了時に、ヒートポンプ回路９を循環する冷媒のうち、冷媒温度が一番低い空気熱交換器７内の冷媒の最低温度値が、循環液を凍結させないような温度まで上昇させることができる時間を、外気温度に応じて定めたものであり、図５の外気温度と所定時間との対応関係を示したデータテーブルは制御装置１８に予め記憶されている。また、所定時間は、除霜開始条件が成立したと判断したタイミング（時間ｔ１）で、外気温度センサ１０の検出する外気温度に基づき制御装置１８が設定するものである。

そして、前記正サイクル除霜運転の実行開始から所定時間（時間ｔ１～時間ｔ２）が経過したと制御装置１８が判断すると正サイクル除霜運転を終了し、次に、空気熱交換器７に発生した霜を溶かす除霜運転として逆サイクル除霜運転を開始させる（時間ｔ２～）。このとき、制御装置１８は圧縮機２の駆動を停止させ、四方弁３を、冷媒が圧縮機２、空気熱交換器７、膨張弁５、液冷媒熱交換器４、圧縮機２の順に循環する暖房運転時とは逆転した冷媒流路となるように切り換える（時間ｔ２）。また、このときの膨張弁５の開度は全開であり、循環ポンプ１５の回転数は除霜時回転数を維持している。

そして、制御装置１８は、圧縮機２の吐出側（高圧側）と吸込側（低圧側）の差圧をなくして圧縮機２等の機能部品を次の起動時に安全に起動させるために、時間ｔ２～時間ｔ３の一定時間圧縮機２を停止させ、その後、圧縮機２の回転数を予め設定された除霜時回転数に設定して駆動を開始させると共に、循環ポンプ１５を最大回転数で駆動させる（時間ｔ３～時間ｔ４）。このとき、圧縮機２から吐出された高温の冷媒が、直接的に空気熱交換器７に供給され空気熱交換器７に発生した霜を溶かし、空気熱交換器７から流出した冷媒は、膨張弁５で減圧されることなく膨張弁５を通過し、液冷媒熱交換器４で循環液と熱交換して循環液から吸熱し、再び圧縮機２に戻るものである。

この逆サイクル除霜運転時は、空気熱交換器７から流出した冷媒は膨張弁５側を回って液冷媒熱交換器４に循環されるが、逆サイクル除霜運転実行前の正サイクル除霜運転にて、冷媒の最低温度値を液冷媒熱交換器４内の循環液を凍結させないような温度まで上昇させるので、逆サイクル除霜運転時に、空気熱交換器７から流出して膨張弁５側から回ってきた冷媒が液冷媒熱交換器４に流入しても、液冷媒熱交換器４内の循環液が凍結することはなく、循環液の凍結による液冷媒熱交換器４の破損もないものである。

また、逆サイクル除霜運転時は、循環ポンプ１５の回転数を最大回転数とすることで、循環回路１３側の熱を液冷媒熱交換器４を介して循環液側から冷媒側に積極的に与えて空気熱交換器７の除霜に利用し、除霜運転が行われる時間を短縮することができるものである。

そして、前記逆サイクル除霜運転を行っているときに、制御装置１８が、冷媒温度センサ１１で検出する空気熱交換器７を流通してきた冷媒の温度から除霜終了条件が成立したと判断すると、圧縮機２の駆動を停止させ、循環ポンプ１５の回転数を最大回転数から除霜時回転数で駆動するように制御し（時間ｔ４）、圧縮機２の吐出側（高圧側）と吸込側（低圧側）の差圧をなくして圧縮機２等の機能部品を次の起動時に安全に起動させるために、時間ｔ４～時間ｔ５の一定時間圧縮機２を停止させ、逆サイクル除霜運転を終了させて除霜運転を完了させ、その後、制御装置１８は、四方弁３を、冷媒が圧縮機２、液冷媒熱交換器４、膨張弁５、空気熱交換器７、圧縮機２の順に循環する暖房運転時の冷媒流路となるように切り換え、圧縮機２の駆動を開始させると共に、膨張弁５の開度を全開から暖房運転時における開度に戻し、循環ポンプ１５の回転数を除霜時回転数から暖房運転時における回転数に戻して、暖房運転を再開させるものである（時間ｔ５～）。

以上説明したように、本実施形態では、暖房運転中に除霜開始条件が成立した場合に、正サイクル除霜運転を所定時間実行してから逆サイクル除霜運転を行うようにしている。仮に、暖房運転中に除霜開始条件が成立した場合に、いきなり逆サイクル除霜を行ってしまうと、暖房運転時に蒸発器として機能していた空気熱交換器７内に保有された低温の冷媒（マイナス域の温度の冷媒）が、何ら温度上昇することなく低温のまま、空気熱交換器７から膨張弁５側を回って液冷媒熱交換器４に流れ込み、その結果、液冷媒熱交換器４は急速に冷却され、液冷媒熱交換器４内で低温の冷媒と熱交換された循環液が凍結する可能性があり、循環液の凍結によって液冷媒熱交換器４が破損するおそれがあったが、正サイクル除霜運転を所定時間実行してから逆サイクル除霜運転を行うようにしたことで、所定時間の正サイクル除霜運転により、ヒートポンプ回路９を循環する冷媒のうち、冷媒温度が一番低い空気熱交換器７内の冷媒の最低温度値を、循環液が凍結しない温度に上昇させ、それから逆サイクル除霜運転を行うので、逆サイクル除霜運転時に、空気熱交換器７から流出して膨張弁５側から回ってきた冷媒が液冷媒熱交換器４に流入しても、液冷媒熱交換器４内の循環液が凍結することはなく、循環液の凍結による液冷媒熱交換器４の破損もないものである。さらに、正サイクル除霜運転を所定時間実行してヒートポンプ回路９を循環する冷媒の最低温度値を高めてから、逆サイクル除霜運転を行うようにしたことで、逆サイクル除霜運転時に液冷媒熱交換器４にて冷媒と熱交換される循環回路１３側の循環液の温度低下が、逆サイクル除霜運転のみを行った場合よりも軽減され、暖房感の低下を緩和することができるものである。

また、本実施形態では、正サイクル除霜運転を実行する所定時間の長さを、外気温度が低いほど長くするようにしているが、これは、暖房運転時に空気熱交換器７内の冷媒は外気から吸熱する関係上、外気温度センサ１０で検出される外気温度が低いほど空気熱交換器７内の冷媒温度も低いので、暖房運転時にヒートポンプ回路９を循環する冷媒のうち、冷媒温度が一番低い空気熱交換器７内の冷媒の最低温度値を、正サイクル除霜運転を行うことによって、液冷媒熱交換器４内の循環液が凍結しない温度値まで上昇させるのに必要な時間が変わってくることによるものである。よって、正サイクル除霜運転を実行する所定時間の長さを、外気温度が低いほど長くするようにしたことで、外気温度に対応する空気熱交換器７内の冷媒温度に合わせた時間分、正サイクル除霜運転を行うので、暖房運転時にヒートポンプ回路９を循環する冷媒のうち、冷媒温度が一番低い空気熱交換器７内の冷媒の最低温度値を、正サイクル除霜運転により循環液が凍結しない温度まで適切に上昇させることができ、正サイクル除霜運転後の逆サイクル除霜運転が行われたときに、液冷媒熱交換器４に循環液が凍結するような温度の冷媒を流入させることがないものである。

さらに、逆サイクル除霜運時は、循環ポンプ１５の回転数を最大回転数として駆動させることで、循環回路１３側の熱を液冷媒熱交換器４を介して循環液側から冷媒側に積極的に与えて空気熱交換器７の除霜に利用し、除霜運転が行われる時間を短縮することができるものである。

なお、本発明は先に説明した一実施形態に限定されるものでなく、本実施形態では、暖房装置のみならず冷房装置としても使用可能なヒートポンプ装置において、暖房運転時に本発明の除霜運転を適用したが、暖房装置としてのみ使用可能なヒートポンプ装置において、その暖房運転時に本発明の除霜運転を適用してもよいものである。

また、本実施形態では、正サイクル除霜運転を所定時間実行して、暖房運転時にヒートポンプ回路９を循環する冷媒のうち、冷媒温度が一番低い空気熱交換器７内の冷媒の最低温度値を、正サイクル除霜運転により循環液が凍結しない温度まで上昇させてから、その後に逆サイクル除霜運転を行うようにしたが、正サイクル除霜運転時を、冷媒温度センサ１１で検出される冷媒温度が循環液が凍結しない温度に上昇するまで正サイクル除霜運転を実行して、その後に逆サイクル除霜運転を行うようにしてもよく、この場合でも、先に説明した本実施形態と同様に、正サイクル除霜運転により、ヒートポンプ回路９を循環する冷媒のうち、冷媒温度が一番低い空気熱交換器７内の冷媒の最低温度値を、循環液が凍結しない温度に上昇させ、それから逆サイクル除霜運転を行うので、逆サイクル除霜運転時に、空気熱交換器７から流出して膨張弁５側から回ってきた冷媒が液冷媒熱交換器４に流入しても、液冷媒熱交換器４内の循環液が凍結することはなく、循環液の凍結による液冷媒熱交換器４の破損もないという効果を発揮することができるものである。

２ 圧縮機
３ 四方弁
４ 液冷媒熱交換器
５ 膨張弁
７ 空気熱交換器
９ ヒートポンプ回路
１０ 外気温度センサ
１３ 循環回路
１５ 循環ポンプ
１８ 制御装置

Claims (2)

1. 冷媒を圧縮する圧縮機と、流路切換手段と、循環液と前記冷媒とを熱交換させる液冷媒熱交換器と、膨張弁と、外気と前記冷媒とを熱交換させる空気熱交換器とを有し、前記冷媒が循環するヒートポンプ回路と、
   前記液冷媒熱交換器と、前記液冷媒熱交換器に前記循環液を循環させる循環ポンプとを有し、前記循環液が循環する循環回路と、
   動作を制御する制御装置とを備え、
   前記ヒートポンプ回路を作動させると共に前記循環ポンプを駆動させて、前記循環液を加熱する暖房運転を行うヒートポンプ装置において、
   前記制御装置は、前記暖房運転中に、前記空気熱交換器に発生した霜を溶かす除霜運転を実行する場合、前記冷媒の流れ方向が前記暖房運転時の前記冷媒の流れ方向と同じになるように前記流路切換手段を制御すると共に、前記膨張弁の開度を前記暖房運転時よりも拡大させて、前記冷媒を循環させる正サイクル除霜運転を、前記空気熱交換器内の前記冷媒の温度が前記循環液が凍結しない温度に上昇するまで実行した後、前記冷媒の流れ方向が前記暖房運転時の前記冷媒の流れ方向と逆になるように前記流路切換手段を切り換えて、前記冷媒を循環させる逆サイクル除霜運転を実行するようにし、前記逆サイクル除霜運転の実行中に予め定められている除霜終了条件が成立したら前記逆サイクル除霜運転を終了させて前記暖房運転を再開させるようにしたことを特徴とするヒートポンプ装置。
2. 前記膨張弁から前記空気熱交換器までの冷媒配管に冷媒温度センサを設け、
   前記制御装置は、前記冷媒温度センサで検出される冷媒温度が前記循環液が凍結しない温度に上昇するまで前記正サイクル除霜運転を実行するようにしたことを特徴とする請求項１記載のヒートポンプ装置。

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