JP2012007800A - ヒートポンプ式給湯・空調装置 - Google Patents

Abstract

【課題】除霜時、蒸発圧力の低下による冷媒／水熱交換器の凍結、破損を防止するとともに、除霜運転時間を短縮することができるヒートポンプ給湯・空調装置を提供することを目的とする。
【解決手段】圧縮機１１、四方切替え弁１５、熱源側空気熱交換器１２、絞り機構１６，１７および冷媒／水熱交換器１３からなる冷媒回路１４を備え、冷媒／水熱交換器１３で冷媒により水を加熱して温水を製造するとともに、熱源側空気熱交換器１２に着霜時、四方切替え弁１５により冷媒回路１４を冷房サイクルに切替えてデフロスト運転を行うヒートポンプ式給湯・空調装置１において、絞り機構１６，１７に対し、デフロスト運転時に開閉制御される電磁弁４１を有するバイパス回路４０が並列に接続されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷媒／水熱交換器で冷媒により水を加熱して温水を製造する空気熱源ヒートポンプ式給湯・空調装置に関するものである。

圧縮機、熱源側空気熱交換器、絞り機構および冷媒／水熱交換器からなる冷媒回路を備え、冷媒／水熱交換器で冷媒により水を加熱して温水を製造する空気熱源ヒートポンプ式給湯・空調装置では、低外気温下での温水製造時、蒸発器として機能する熱源側空気熱交換器に霜が生成することが知られている。この霜は熱源側空気熱交換器での外気と冷媒との熱交換を阻害し、温水製造能力を低下する。このため、空気熱交換器への着霜が検知されると、着霜した空気熱交換器を凝縮器として機能させることにより、冷媒を放熱させて霜を融解する除霜運転（デフロスト運転）を行うようにしている。

この除霜技術としては、様々な提案がなされており、特許文献１には、空気熱交換器に温度分布を検出する手段を設け、その温度分布に基づき、複数の除霜方式、すなわち切替え弁で冷媒回路を暖房サイクルから冷房サイクルに切替えて空気熱交換器の霜を融解するリバースサイクル方式または圧縮機から吐出された高温高圧のホットガスをバイパス回路により直接空気熱交換器に導入し、霜を融解するホットガスバイパス方式のいずれかの除霜方式を選択して効率よく除霜できるようにした技術が示されている。

また、特許文献２には、ヒートポンプ給湯装置において、リバースサイクル方式により除霜する際、冷媒／水熱交換器の水入口温度および水出口温度、あるいは冷媒／水熱交換器の温度が一定時間所定温度以下になった場合、冷媒／水熱交換器に流れる冷媒の一部または全部をバイパス回路に流すことによって、冷媒／水熱交換器での水の凍結を防止するようにした技術が示されている。

特開平８−２２６７１５号公報 特開２００９−４１８６０号公報

しかしながら、特許文献１のものは、空気熱交換器の温度分布を検出し、それに基づいて複数の除霜方式の中からその１つを選択して除霜するものであり、効率的に除霜できる半面、除霜方式が複数必要となるため、構成が複雑化し、高価なるという問題がある。しかも、このような構成をヒートポンプ給湯装置に採用したとしても、デフロスト時に冷媒／水熱交換器での水の凍結を防止できる保証はなく、ヒートポンプ給湯装置特有の課題を解決し得るものではない。

一方、特許文献２のものは、リバースサイクル除霜方式を採用したヒートポンプ給湯装置にあって、デフロスト時、冷媒／水熱交換器を流れる水から吸熱して空気熱交換器の霜を効率よく融解し、しかも冷媒／水熱交換器での水の凍結を防止し得るものである。しかし、冷媒／水熱交換器での水の凍結を防止するため、冷媒をバイパス回路に流すと、冷媒／水熱交換器を流れる水からの吸熱ができなくなって除霜能力が低下することから、除霜運転時間が長くなってしまうという課題があった。

つまり、上記のヒートポンプ給湯装置においては、除霜時、給湯回路の水から吸熱するため、水温が低下しすぎると、冷媒／水熱交換器で水が凍結し、熱交換器破損のリスクが発生する。このため、除霜時、冷媒／水熱交換器に循環される水温と共に冷媒の蒸発温度が低下しすぎないようにする必要があるが、除霜開始直後は、空気熱交換器が冷え込んでいて冷媒が溜まり込み易く、冷媒／水熱交換器側に十分冷媒が流れないことから蒸発温度が低下してしまう場合がある。特許文献２のものでは、かかる問題に対応できず、冷媒が冷媒／水熱交換器をバイパスされる結果、除霜運転時間が長くなってしまう。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、除霜時、蒸発圧力の低下による冷媒／水熱交換器の凍結、破損を防止するとともに、除霜運転時間を短縮することができるヒートポンプ給湯・空調装置を提供することを目的とする。

上記した課題を解決するために、本発明のヒートポンプ式給湯・空調装置は、以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかるヒートポンプ式給湯・空調装置は、圧縮機、四方切替え弁、熱源側空気熱交換器、絞り機構および冷媒／水熱交換器からなる冷媒回路を備え、前記冷媒／水熱交換器で冷媒により水を加熱して温水を製造するとともに、前記熱源側空気熱交換器に着霜時、前記四方切替え弁により前記冷媒回路を冷房サイクルに切替えてデフロスト運転を行うヒートポンプ式給湯・空調装置において、前記絞り機構に対し、デフロスト運転時に開閉制御される電磁弁を有するバイパス回路が並列に接続されていることを特徴とする。

本発明によれば、四方切替え弁により冷媒回路を冷房サイクル（デフロストサイクル）に切替えてデフロスト運転を行うヒートポンプ式給湯・空調装置において、冷媒回路の絞り機構に対し、デフロスト運転時に開閉制御される電磁弁を有するバイパス回路が並列に接続されているため、デフロスト運転開始直後から、熱源側空気熱交換器で放熱して凝縮された冷媒を、バイパス回路を介して冷媒／水熱交換器側に流し、冷媒／水熱交換器に対して十分に冷媒を供給することができる。従って、デフロスト運転開始直後、絞り機構等による圧損で冷媒／水熱交換器に冷媒が流れにくく、蒸発温度が低下して水温が低下されることに起因する冷媒／水熱交換器の凍結、破損を防止することができる。また、冷媒／水熱交換器において水から最大限吸熱し、その熱を除霜に用いることができるため、デフロスト時間を短くすることができる。

さらに、本発明のヒートポンプ式給湯・空調装置は、上記のヒートポンプ式給湯・空調装置において、前記バイパス回路は、前記絞り機構を構成する互いに直列に接続されている冷房用電子膨張弁および暖房用電子膨張弁の双方に対して並列に接続されていることを特徴とする。

本発明によれば、バイパス回路が、絞り機構を構成する互いに直列に接続されている冷房用電子膨張弁および暖房用電子膨張弁の双方に対して並列に接続されているため、デフロスト時、熱源側空気熱交換器と冷媒／水熱交換器との間の回路圧損を大幅に低減し、熱源側空気熱交換器で凝縮された冷媒を、バイパス回路を経て冷媒／水熱交換器に十分に供給することができる。従って、デフロスト運転開始直後における冷媒／水熱交換器での蒸発温度の低下しすぎを抑止し、冷媒／水熱交換器での水の凍結を確実に防止することができる。

さらに、本発明のヒートポンプ式給湯・空調装置は、上記のヒートポンプ式給湯・空調装置において、前記バイパス回路は、前記絞り機構を構成する互いに直列に接続されている冷房用電子膨張弁および暖房用電子膨張弁の中の前記暖房用電子膨張弁に対してのみ並列に接続されていることを特徴とする。

本発明によれば、バイパス回路が、絞り機構を構成する互いに直列に接続されている冷房用電子膨張弁および暖房用電子膨張弁の中の暖房用電子膨張弁に対してのみ並列に接続されているため、絞り機構として冷房用電子膨張弁および暖房用電子膨張弁の２つの膨張弁が設けられているシステムにおいては、バイパス回路を暖房用電子膨張弁に対してのみ並列に接続することによっても、熱源側空気熱交換器と冷媒／水熱交換器との間の回路圧損を低減し、熱源側空気熱交換器で凝縮された冷媒を冷媒／水熱交換器に十分供給することができる。従って、これによっても、冷媒／水熱交換器での蒸発温度の低下しすぎを抑止し、冷媒／水熱交換器での水の凍結を防止することができる。

さらに、本発明のヒートポンプ式給湯・空調装置は、上述のいずれかのヒートポンプ式給湯・空調装置において、前記バイパス回路には、暖房サイクルでの冷媒流れを阻止する逆止弁が設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、バイパス回路に、暖房サイクルでの冷媒流れを阻止する逆止弁が設けられているため、温水製造を行う暖房サイクル時にバイパス回路側に冷媒が流れる心配がなく、デフロスト運転条件成立時、四方切替え弁により冷媒回路が冷房サイクル（デフロストサイクル）に切替えられる前にバイパス回路の電磁弁を開いてもよく、従って、デフロスト運転開始時、直ちにバイパス回路に冷媒を流し、冷媒／水熱交換器側にスムーズに冷媒を供給して蒸発温度の低下を抑止することができる。

さらに、本発明のヒートポンプ式給湯・空調装置は、上述のいずれかのヒートポンプ式給湯・空調装置において、前記バイパス回路中の前記電磁弁は、デフロスト運転条件成立時に開とされ、デフロスト運転中に前記圧縮機の運転周波数が設定周波数以上でかつ低圧圧力が設定圧力以上または吸入過熱度が設定値以下となったとき、閉とされることを特徴とする。

本発明によれば、バイパス回路の電磁弁は、デフロスト運転条件成立時に開とされ、デフロスト運転中に圧縮機の運転周波数が設定周波数以上でかつ低圧圧力が設定圧力以上または吸入過熱度が設定値以下となったとき、閉とされるため、デフロスト運転開始直後の冷媒／水熱交換器側に冷媒が流れにくく蒸発温度が低下し易い状況下では、バイパス回路を経て確実に冷媒を供給して蒸発温度の低下を抑止し、圧縮機の運転周波数が設定周波数以上でかつ低圧圧力が設定圧力以上または吸入過熱度が設定値以下となって冷媒／水熱交換器での凍結のリスクがなくなった状況下では、絞り機構が設けられている通常の冷媒回路を経て冷媒を供給することにより、冷媒／水熱交換器で水から十分に吸熱して冷媒を気化させ、その熱を除霜に供することができる。従って、蒸発温度の低下による冷媒／水熱交換器の凍結、破損を防止することができるとともに、水から最大限吸熱して除霜を行うことができ、デフロスト時間を短くすることができる。また、デフロスト運転中における圧縮機に対する液バックをも防止することができる。

さらに、本発明のヒートポンプ式給湯・空調装置は、上述のいずれかのヒートポンプ式給湯・空調装置において、前記デフロスト運転条件成立時、前記電磁弁を開とするとともに、前記四方切替え弁により前記冷媒回路を冷房サイクルに切替えて前記デフロスト運転を開始する際、前記圧縮機の運転周波数が一旦最小設定周波数に低減されることを特徴とする。

本発明によれば、デフロスト運転条件成立時、電磁弁を開とするとともに、四方切替え弁により冷媒回路を冷房サイクルに切替えてデフロスト運転を開始する際、圧縮機の運転周波数が一旦最小設定周波数に低減されるため、デフロスト運転開始直後には、バイパス回路を介して冷媒／水熱交換器に冷媒を十分供給することができるとともに、圧縮機の運転周波数を最小設定周波数に低減して能力を下げることにより、蒸発温度の低下しすぎを抑止することができる。従って、蒸発温度の低下による冷媒／水熱交換器の凍結、破損をより確実に防止することができる。

さらに、本発明のヒートポンプ式給湯・空調装置は、上記のヒートポンプ式給湯・空調装置において、前記デフロスト運転開始後、前記圧縮機の運転周波数を最小設定周波数に維持し、低圧圧力が設定圧力以上になると、前記圧縮機の運転周波数が最小設定周波数から徐々に上昇されることを特徴とする。

本発明によれば、デフロスト運転開始後、圧縮機の運転周波数を最小設定周波数に維持し、低圧圧力が設定圧力以上になると、圧縮機の運転周波数が最小設定周波数から徐々に上昇されるため、デフロスト運転開始後において、低圧圧力、すなわち蒸発圧力が設定圧力よりも低く、蒸発温度が比較的低い間は圧縮機の運転周波数を最小設定周波数に維持して低圧の更なる低下を抑止し、低圧圧力が設定圧力以上となって蒸発温度の低下による凍結のリスクがなくなった段階で圧縮機の運転周波数を上昇することにより、その能力を増大することができる。従って、蒸発温度の低下に起因する冷媒／水熱交換器の凍結、破損を防止しつつ、除霜能力を増大し、デフロスト時間を短縮することができる。

さらに、本発明のヒートポンプ式給湯・空調装置は、上述のいずれかのヒートポンプ式給湯・空調装置において、前記デフロスト運転中に前記圧縮機の運転周波数が設定周波数以上でかつ低圧圧力が設定圧力以上または吸入過熱度が設定値以下となって前記電磁弁が閉とされた後、前記圧縮機の運転周波数を当該周波数に維持し、低圧圧力が設定圧力以上になったとき、前記圧縮機の運転周波数を上昇させ、デフロスト運転終了条件の成立によりデフロスト運転が終了されることを特徴とする。

本発明によれば、デフロスト運転中に圧縮機の運転周波数が設定周波数以上でかつ低圧圧力が設定圧力以上または吸入過熱度が設定値以下となって電磁弁が閉とされた後、圧縮機の運転周波数を当該周波数に維持し、低圧圧力が設定圧力以上になったとき、圧縮機の運転周波数を上昇させ、デフロスト運転終了条件の成立によりデフロスト運転が終了されるため、バイパス回路中の電磁弁が閉とされ、冷媒／水熱交換器側への冷媒のバイパス供給が停止されても、低圧圧力が設定圧力以上のときは、デフロスト運転終了条件が成立する迄の間、圧縮機の運転周波数を更に上昇させて除霜能力を増大させることができ、従って、デフロスト時間の更なる短縮化を図ることができる。

本発明によると、デフロスト運転開始直後から、熱源側空気熱交換器で放熱して凝縮された冷媒を、バイパス回路を介して冷媒／水熱交換器側に流し、冷媒／水熱交換器に対して十分に冷媒を供給することができるため、デフロスト運転開始直後、絞り機構等による圧損で冷媒／水熱交換器に冷媒が流れにくく、蒸発温度が低下して水温が低下されることに起因する冷媒／水熱交換器の凍結、破損を防止することができる。また、冷媒／水熱交換器において水から最大限吸熱し、その熱を除霜に用いることができるため、デフロスト時間を短くすることができる。

本発明の第１実施形態に係るヒートポンプ式給湯・空調装置の冷媒系統図である。 図１に示すヒートポンプ式給湯・空調装置のデフロスト運転時の制御フローチャート図である。 図１に示すヒートポンプ式給湯・空調装置のデフロスト運転時のタイミングチャート図である。

以下に、本発明にかかる実施形態について、図面を参照して説明する。
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について、図１ないし図３を用いて説明する。
図１には、本発明の第１実施形態に係るヒートポンプ式給湯・空調装置の冷媒系統図が示されている。ヒートポンプ式給湯・空調装置１は、冷媒の循環方向を切替えることにより冷房サイクルと暖房サイクルのいずれかが選択可能とされている空気熱源ヒートポンプ１０と、該空気熱源ヒートポンプ１０により水を加熱して得られる温水を給湯や暖房に使用する水系統３０とを備えている。

空気熱源ヒートポンプ１０は、圧縮機１１より吐出される冷媒が、熱源側空気熱交換器１２および冷媒／水熱交換器１３を備えた閉サイクルの冷媒回路１４を循環して気液の状態変化を繰り返すものである。図示の冷媒回路１４は、圧縮機１１の吐出側に四方切替え弁１５を備えており、この四方切替え弁１５により冷媒の循環方向を可逆させ、熱源側空気熱交換器１２を経て冷媒／水熱交換器１３へと時計回りに冷媒を循環させる冷房サイクル（デフロストサイクル）と、冷媒／水熱交換器１３を経て熱源側空気熱交換器１２へと反時計回りに冷媒を循環させる暖房サイクルとのいずれか一方が選択可能とされている。

なお、冷媒回路１４には、熱源側空気熱交換器１２、冷媒／水熱交換器１３および四方切替え弁１５の他、公知の如く、絞り機構としての冷房用電子膨張弁１６および暖房用電子膨張弁１７、並びにレシーバ１８が設けられている。この冷房用電子膨張弁１６および暖房用電子膨張弁１７は、レシーバ１８を挟んで直列に配置されている。また、熱源側空気熱交換器１２には、外気を流通させる外気ファン１２ａが付設されている。この外気ファン１２ａは、熱源側空気熱交換器１２に流通する外気量（送風量）を適宜調整可能なファンとされている。

水系統３０は、ポンプ３１を介して循環される水が冷媒回路１４に設けられている冷媒／水熱交換器１３で冷媒から吸熱して温水とされ、その温水を負荷側のラジエータ（利用側熱交換器）３６との間で循環させることにより、暖房用の熱源等として利用する温水循環流路３２を備えている。この温水循環流路３２には、流量割合を調整可能な三方切替え弁（制御弁）３３、第１電磁弁３４および第２電磁弁３５を介して温水循環流路３２から温水を導入し、その温水を蓄熱温水として蓄えることができる蓄熱タンク３７が接続されている。

蓄熱タンク３７は、冷媒／水熱交換器１３で加熱された温水を、ラジエータ３６に循環する温水循環流路３２中に設けられている三方切替え弁３３を介して該蓄熱タンク３７の底部付近に還流可能な第１還流路（水系統）３２ａと、蓄熱タンク３７の上部から蓄熱温水を取水し、三方切替え弁３３と第１電磁弁３４との間において温水循環流路３２側に還流可能な第２還流路（水系統）３２ｂと、第２電磁弁３５を介して蓄熱タンク３７の底部付近から温水をポンプ３１の上流側において温水循環流路３２側に吸上げる吸水路（水系統）３２ｃと、を介して温水循環流路３２と接続されている。

また、蓄熱タンク３７には、貯湯されている蓄熱温水の熱を利用して加熱された給湯用の温水を供給するサニタリ水供給回路３８と、必要に応じて通電される電気ヒータ（加熱手段）３９とが設けられている。サニタリ水供給回路３８は、給湯ポンプ（図示省略）により供給される水が、蓄熱タンク３７に設けられている熱交換器３８ａを流れる間に加熱されて温水とされ、該温水を給湯等の用途に使用する給湯温水供給系統である。電気ヒータ３９は、蓄熱タンク３７内に貯湯されている蓄熱温水の蓄熱量が所定値以下と低い場合に使用される補助加熱手段である。すなわち、電気ヒータ３９は、蓄熱タンク３９内の蓄熱温水が所定水温以下の場合に通電され、蓄熱温水を加熱して所望の温度まで昇温させるための装置である。

このように構成されている水系統３０は、上述の三方切替え弁３３、第１電磁弁３４および第２電磁弁３５を適宜開度制御または開閉制御して選択切替えすることにより、ラジエータ３６に温水を供給する暖房運転または温水タンク３７に温水を供給する蓄熱運転のいずれか一方を選択して実施し、あるいは、ラジエータ３６および温水タンク３７の両方に温水を分割供給して温水による暖房運転及び蓄熱運転の両方を同時に実施可能な構成とされている。

一方、冷媒回路１４において、暖房サイクルが選択されると、低温低圧のガス冷媒が圧縮機１１で圧縮され、高温高圧のガス冷媒として冷媒回路１４に吐出される。このガス冷媒は、図中に実線矢印で示されるように、四方切替え弁１５により冷媒／水熱交換器１３に導かれて反時計回りに循環される。この場合、冷媒／水熱交換器１３は、ポンプ３１により循環される水系統３０の水と高温高圧ガス冷媒とを熱交換させる熱交換器であり、冷媒の凝縮により放熱される凝縮熱が水を加熱する凝縮器として機能する。この結果、冷媒回路１４を流れる高温高圧のガス冷媒は、凝縮して高温高圧の液冷媒となり、水系統３０を流れる水は冷媒から吸熱して温水となる。

冷媒／水熱交換器１３で凝縮された冷媒は、全開の冷房用電子膨張弁１６を通ってレシーバ１８に流入する。このレシーバ１８では、冷媒の気液分離が行われるとともに、循環する冷媒量の調整が行われる。レシーバ１８の下流側には、高温高圧の液冷媒を減圧する暖房用電子膨張弁１７が配置されている。該暖房用電子膨張弁１７を冷媒が通過することにより、高温高圧の液冷媒は減圧されて低温低圧の気液二相冷媒となり、熱源側空気熱交換器１２に導かれる。蒸発器として機能する熱源側空気熱交換器１２に導入された気液二相冷媒は、外気と熱交換することにより外気から吸熱して気化する。

このように、熱源側空気熱交換器１２を通過することにより、外気から吸熱して気化した低温低圧のガス冷媒は、再び四方切替え弁１５を経て圧縮機１１に吸引される。こうして圧縮機１１に吸引された低温低圧のガス冷媒は、圧縮機１１により圧縮されて高温高圧のガス冷媒となり、以下同様の経路を循環して気液の状態変化を繰り返す。この際、低温となる熱源側空気熱交換器１２の外周面に、空気中の水分等が氷結して着霜現象が生じることが知られている。

上記の霜は、熱源側空気熱交換器１２での冷媒と外気との熱交換を阻害し、熱交換効率を低下させるため、霜の堆積の有無を検知することにより、適当な運転時間毎にデフロスト運転を実施して霜を除去する必要がある。このデフロスト運転は、上述の冷媒回路１４において、四方切替え弁１５を切替えて冷媒の循環方向を逆転させ、図中の破線矢印方向に冷媒を循環させる冷房サイクル（デフロストサイクル）に切替え、圧縮機１１から吐出された高温高圧のガス冷媒を熱源側空気熱交換器１２に導入し、その放熱（凝縮熱）で熱源側空気熱交換器１２に付着している霜を融解することによって行われる。

このリバースサイクル方式によるデフロスト運転時、冷媒／水熱交換器１３は、蒸発器として機能し、温水循環流路３２を流れる水から吸熱して冷媒を気化させ、その熱を用いて熱源側空気熱交換器１２に着霜した霜を融解することとなる。この際、水温が低下しすぎると、冷媒／水熱交換器１３内で水が凍結し、熱交換器破損のリスクが発生する。このため、デフロスト時、冷媒／水熱交換器１３に循環される水温と共に冷媒の蒸発温度が低下しすぎないようにする必要がある。

そこで、本実施形態では、冷媒回路１４中の冷房用電子膨張弁１６、暖房用電子膨張弁１７およびレシーバ１８に対して並列にバイパス回路４０を接続するとともに、該バイパス回路４０中にデフロスト時に開閉制御される電磁弁４１および逆止弁４２を設けた構成を採用している。これにより、デフロスト時、熱源側空気熱交換器１２と冷媒／水熱交換器１３との間の回路圧損を低減し、熱源側空気熱交換器１２で霜を融解するため放熱して凝縮して冷媒を、バイパス回路４０により暖房用電子膨張弁１７、レシーバ１８、冷房用電子膨張弁１６等をバイパスして冷媒／水熱交換器１３に供給できるようにしている。

さらに、バイパス回路４０中の電磁弁４１は、除霜制御部４３を介して以下の通り開閉制御されるようになっている。図２および図３には、除霜制御部４３により電磁弁４１を開閉制御するフロー図とそのタイミングチャート図が示されている。
除霜制御部４３は、暖房サイクルによる温水製造時、外気温センサ４４および熱源側空気熱交換器１２に設けられている熱交温度センサ４５からの温度情報に基づいて、熱源側空気熱交換器１２に対するデフロスト運転条件が成立するか否かを監視しており、デフロスト運転条件が成立（ステップＳ１）すると、ステップＳ２に移行し、バイパス回路４０中の電磁弁４１を開くようにしている。

同時に、圧縮機１１の運転周波数Ｈｚを最小設定周波数（例えば、２０ｒｐｓ相当）に低減した後、ステップＳ３に移行し、四方切替え弁１５により冷媒回路１４を暖房サイクルから冷房サイクル（デフロストサイクル）に切替える。これによって、デフロスト運転が開始され、圧縮機１１から吐出された高温高圧の冷媒ガスは、四方切替え弁１５を経て熱源側空気熱交換器１２に導入され、ここで放熱して熱源側空気熱交換器１２に着霜されている霜を融解し凝縮される。この凝縮冷媒の一部は、全開とされている暖房用電子膨張弁１７、冷房用電子膨張弁１６およびレシーバ１８を経由して流れるが、大部分はバイパス回路４０を経由して冷媒／水熱交換器１３に流れる。

このため、低圧圧力センサ４６で検出される低圧圧力ＬＰは、図３に示されるように、四方切替え弁１５の切替えにより一旦上昇した後、急激に低下されるが、その後、バイパス回路４０を経て冷媒／水熱交換器１３に冷媒が十分供給されることから、本来、冷媒の供給不足によって破線の如く低圧圧力ＬＰが低下されるところを、実線で示される如く低圧圧力ＬＰの低下、すなわち蒸発圧力の低下を抑制することができる。これにより、冷媒／水熱交換器１３内で水が過度に冷却され、凍結に至る事態を阻止することができる。

四方切替え弁１５の切替え後、圧縮機１１の運転周波数Ｈｚを最小設定周波数に維持して運転を継続（ステップＳ４）していると、間もなく低圧圧力ＬＰが上昇し始める。ステップＳ５において、低圧が設定圧力Ａ（例えば、０．０５２ＭＰａ）以上になったことが確認されると、蒸発圧力の低下による冷媒／水熱交換器１３の凍結のリスクがなくなったと判断し、ステップＳ６に移行する。ステップＳ６では、圧縮機１１の運転周波数Ｈｚが徐々に上昇される。圧縮機１１の運転周波数上昇により圧縮機１１の回転数が上昇されると、冷媒循環量が増加されることから、熱源側空気熱交換器１２に対する除霜能力が向上されることになる。

続くステップＳ７では、圧縮機１１の運転周波数Ｈｚが設定周波数Ｂ（例えば、３０ｒｐｓ相当）以上で、低圧圧力ＬＰが設定圧力Ｃ（例えば、０．５５ＭＰａ）以上または吸入過熱度ＳＨ（熱交出口温度センサ４７の検出温度と低圧圧力センサ４６の検出値に対応する圧力飽和温度との温度差から算出）が設定過熱度Ｄ（例えば、５℃）以下か否かが判定され、ＹＥＳの場合、ステップＳ８に移行し、バイパス回路４０の電磁弁４１が閉成されるようになっている。以後、熱源側空気熱交換器１２で凝縮された冷媒は、全て暖房用電子膨張弁１７、レシーバ１８および冷房用電子膨張弁１６を経て冷媒／水熱交換器１３に流れるようになる。

電磁弁４１の閉成時、圧縮機１１の運転周波数Ｈｚは、上記設定周波数Ｂに維持（ステップＳ９）され、ステップＳ１０において、低圧圧力ＬＰが設定圧力Ａ（例えば、０．５２ＭＰａ）以上と判定されると、圧縮機１１の運転周波数Ｈｚは更に上昇される（ステップＳ１１）。これにより、除霜能力が更に向上されつつ、デフロスト運転が継続されることになる。熱源側空気熱交換器１２の霜が融解されると、熱源側空気熱交換器１２の温度が上昇し始める。この温度を検出している熱交温度センサ４５からの情報に基づいて、ステップＳ１２では、デフロスト終了条件が成立しているか否かが判定され、ここで、終了条件成立が検知されると、デフロスト運転が終了され、その後、温水製造運転に復帰されることになる。

斯くして、本実施形態によれば、デフロスト運転開始直後から、熱源側空気熱交換器１２で放熱して凝縮された冷媒を、絞り機構の暖房用電子膨張弁１７および冷房用電子膨張弁１６、並びにレシーバ１８をバイパスするバイパス回路４０を介して冷媒／水熱交換器１３側に流し、冷媒／水熱交換器１３に対して十分に冷媒を供給することができる。このため、デフロスト運転開始直後、絞り機構等による圧損で冷媒／水熱交換器１３に冷媒が流れにくくなり、蒸発温度が低下して水温が過度に低下されることによる冷媒／水熱交換器１３の凍結、破損を防止することができる。また、冷媒／水熱交換器１３において水から最大限吸熱し、その熱を除霜に用いることができるため、熱源側空気熱交換器１２の除霜に要する時間を可及的に短くすることができる。

また、バイパス回路４０は、絞り機構の冷房用電子膨張弁１６および暖房用電子膨張弁１７の双方をバイパスするように並列に接続されているため、デフロスト時、熱源側空気熱交換器１２と冷媒／水熱交換器１３との間の回路圧損を大幅に低減し、熱源側空気熱交換器１２で凝縮された冷媒を、バイパス回路４０を経て冷媒／水熱交換器１３に十分に供給することができる。従って、デフロスト運転開始直後における冷媒／水熱交換器１３での冷媒不足による蒸発温度の低下しすぎを抑止し、冷媒／水熱交換器１３での水の凍結を確実に防止することができる。

また、バイパス回路４０には、回路を開閉する電磁弁４１の他、暖房サイクルでの冷媒流れを阻止する逆止弁４２が設けられているため、温水製造を行う暖房サイクル時にバイパス回路４０側に冷媒が流れる心配がなく、デフロスト運転条件成立時、四方切替え弁１５により冷媒回路１４が冷房サイクル（デフロストサイクル）に切替えられる前にバイパス回路４０の電磁弁４１を開いてもよく、従って、デフロスト運転開始時、直ちにバイパス回路４０に冷媒を流し、冷媒／水熱交換器１３側にスムーズに冷媒を供給して蒸発温度の低下を抑止することができる。

さらに、バイパス回路４０の電磁弁４１は、デフロスト運転条件成立時に開とされ、デフロスト運転中に圧縮機１１の運転周波数Ｈｚが設定周波数Ｂ以上でかつ低圧圧力ＬＰが設定圧力Ｃ以上または吸入過熱度ＳＨが設定値Ｄ以下となったとき、閉とされるようになっている。このため、デフロスト運転開始直後の冷媒／水熱交換器１３に対して冷媒が流れにくく蒸発温度が低下し易い状況下では、バイパス回路４０を経て確実に冷媒を供給して蒸発温度の低下を抑止し、圧縮機１１の運転周波数Ｈｚが設定周波数Ｂ以上でかつ低圧圧力ＬＰが設定圧力Ｃ以上または吸入過熱度ＳＨが設定値Ｄ以下となって冷媒／水熱交換器１３での凍結のリスクがなくなった状況下では、絞り機構の冷房用電子膨張弁１６および暖房用電子膨張弁１７が設けられている通常の冷媒回路１４を経て冷媒を供給することにより、冷媒／水熱交換器１３で水から十分吸熱して冷媒を気化させ、その熱を除霜に供することができる。

従って、蒸発温度の低下に起因する冷媒／水熱交換器１３の凍結、破損を防止することができるとともに、水から最大限吸熱して除霜を行い、熱源側空気熱交換器１２の除霜に要する時間を可及的に短くすることができる。また、デフロスト運転中における圧縮機１１に対する液バックを防止し、圧縮機１１に対する不具合発生のリスクを低減してその信頼性を向上することができる。

また、デフロスト運転条件成立時、電磁弁４１を開とするとともに、四方切替え弁１５により冷媒回路１４を冷房サイクルに切替えてデフロスト運転を開始する際、圧縮機１１の運転周波数Ｈｚが最小設定周波数（例えば、２０ｒｐｓ相当）に低減されるようになっているため、デフロスト運転開始直後には、バイパス回路４０により冷媒／水熱交換器１３に冷媒を十分に供給することができるとともに、圧縮機１１の運転周波数Ｈｚを最小設定周波数に低減して能力を下げることにより、蒸発温度の低下しすぎを抑止することができる。従って、蒸発温度の低下に起因する冷媒／水熱交換器１３の凍結、破損をより確実に防止することができる。

また、デフロスト運転開始後、圧縮機１１の運転周波数Ｈｚを上記の最小設定周波数に維持し、低圧圧力ＬＰが設定圧力Ａ以上になると、圧縮機１１の運転周波数Ｈｚを最小設定周波数から徐々に上昇させるようにしている。このため、デフロスト運転開始後において、低圧圧力ＬＰ、すなわち蒸発圧力が設定圧力よりも低く、蒸発温度が低い間は圧縮機１１の運転周波数Ｈｚを最小設定周波数に維持して低圧の低下を抑止し、低圧圧力ＬＰが設定圧力Ａ以上となって蒸発温度の低下による凍結のリスクがなくなった段階で、圧縮機１１の運転周波数Ｈｚを上昇させて能力を増大することができる。従って、蒸発温度の低下しすぎによる冷媒／水熱交換器１３の凍結、破損を防止しつつ除霜能力を増大し、デフロスト時間を短縮することができる。

さらに、本実施形態においては、デフロスト運転中に圧縮機１１の運転周波数Ｈｚが設定周波数Ｂ以上でかつ低圧圧力ＬＰが設定圧力Ｃ以上または吸入過熱度ＳＨが設定値Ｄ以下となって電磁弁４１が閉とされた後、圧縮機１１の運転周波数Ｈｚを当該周波数Ｂに維持し、低圧圧力ＬＰが設定圧力Ａ以上のとき、圧縮機１１の運転周波数Ｈｚを更に上昇させて運転を継続し、デフロスト運転終了条件が成立したとき、運転を終了するようにしている。このため、バイパス回路４０中の電磁弁４１が閉とされ、冷媒／水熱交換器１３側への冷媒のバイパス供給が停止されても、低圧圧力ＬＰが設定圧力Ａ以上のときは、デフロスト運転終了条件が成立する迄の間、圧縮機１１の運転周波数Ｈｚを更に上昇させて除霜能力を増大させることができ、従って、デフロスト時間の更なる短縮化を図ることができる。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について、図１を参照して説明する。
本実施形態は、上記した第１実施形態に対して、バイパス回路４０の接続位置が異なっている。その他の点については、第１実施形態と同様であるので説明は省略する。
本実施形態では、電磁弁４１および逆止弁４２を備えたバイパス回路４０を、図１に破線で示されるように、冷媒回路１４中の熱源側空気熱交換器１２および暖房用電子膨張弁１７の間と、レシーバ１８および冷房用電子膨張弁１６の間との間に接続し、暖房用電子膨張弁１７およびレシーバ１８に対してのみ並列に接続した構成としている。

このように、絞り機構として直列に接続された冷房用電子膨張弁１６および暖房用電子膨張弁１８の２つの電子膨張弁が設けられている冷媒回路１４においては、バイパス回路４０を暖房用電子膨張弁１８に対してのみ並列に接続することによっても、熱源側空気熱交換器１２と冷媒／水熱交換器１３との間の回路圧損を低減し、熱源側空気熱交換器１２で凝縮された冷媒を冷媒／水熱交換器１３に十分供給することができる。従って、これによっても、冷媒／水熱交換器１３での蒸発温度の低下しすぎを抑止し、冷媒／水熱交換器１３での水の凍結を防止することができる。

なお、本発明は、上記実施形態にかかる発明に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、適宜変形が可能である。例えば、上記実施形態では、バイパス回路４０の電磁弁４１が、設定条件を満たすことにより閉成された後、圧縮機１１の運転周波数Ｈｚを保持し、低圧圧力ＬＰが設定圧力Ａ以上の場合、そのまま圧縮機１１の運転周波数Ｈｚを上昇させてデフロスト終了条件を満たす迄、デフロスト運転を継続するようにしているが、低圧圧力ＬＰや吸入過熱度ＳＨが設定条件を満たさなくなった場合、電磁弁４１を再び開いて、リターン制御するようにしてもよいことはもちろんである。

また、上記実施形態では、絞り機構として冷房用電子膨張弁１６および暖房用電子膨張弁１８の２つの電子膨張弁が設けられている冷媒回路１４に適用した例について説明したが、冷暖房共用の電子膨張弁を１個備えた冷媒回路に対しても同様に適用できることは云うまでもない。

１ ヒートポンプ式給湯・空調装置
１０ 空気熱源ヒートポンプ
１１ 圧縮機
１２ 熱源側空気熱交換器
１３ 冷媒／水熱交換器
１４ 冷媒回路
１５ 四方切替え弁
１６ 冷房用電子膨張弁（絞り機構）
１７ 暖房用電子膨張弁（絞り機構）
４０ バイパス回路
４１ 電磁弁
４２ 逆止弁
４３ 除霜制御部
４４ 外気温センサ
４５ 熱交温度センサ
４６ 低圧圧力センサ
４７ 熱交出口温度センサ

Claims (8)

1. 圧縮機、四方切替え弁、熱源側空気熱交換器、絞り機構および冷媒／水熱交換器からなる冷媒回路を備え、前記冷媒／水熱交換器で冷媒により水を加熱して温水を製造するとともに、前記熱源側空気熱交換器に着霜時、前記四方切替え弁により前記冷媒回路を冷房サイクルに切替えてデフロスト運転を行うヒートポンプ式給湯・空調装置において、
   前記絞り機構に対し、デフロスト運転時に開閉制御される電磁弁を有するバイパス回路が並列に接続されていることを特徴とするヒートポンプ式給湯・空調装置。
2. 前記バイパス回路は、前記絞り機構を構成する互いに直列に接続されている冷房用電子膨張弁および暖房用電子膨張弁の双方に対して並列に接続されていることを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ式給湯・空調装置。
3. 前記バイパス回路は、前記絞り機構を構成する互いに直列に接続されている冷房用電子膨張弁および暖房用電子膨張弁の中の前記暖房用電子膨張弁に対してのみ並列に接続されていることを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ式給湯・空調装置。
4. 前記バイパス回路には、暖房サイクルでの冷媒流れを阻止する逆止弁が設けられていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のヒートポンプ式給湯・空調装置。
5. 前記バイパス回路中の前記電磁弁は、デフロスト運転条件成立時に開とされ、デフロスト運転中に前記圧縮機の運転周波数が設定周波数以上でかつ低圧圧力が設定圧力以上または吸入過熱度が設定値以下となったとき、閉とされることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のヒートポンプ式給湯・空調装置。
6. 前記デフロスト運転条件成立時、前記電磁弁を開とするとともに、前記四方切替え弁により前記冷媒回路を冷房サイクルに切替えて前記デフロスト運転を開始する際、前記圧縮機の運転周波数が一旦最小設定周波数に低減されることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載のヒートポンプ式給湯・空調装置。
7. 前記デフロスト運転開始後、前記圧縮機の運転周波数を最小設定周波数に維持し、低圧圧力が設定圧力以上になると、前記圧縮機の運転周波数が最小設定周波数から徐々に上昇されることを特徴とする請求項６に記載のヒートポンプ式給湯・空調装置。
8. 前記デフロスト運転中に前記圧縮機の運転周波数が設定周波数以上でかつ低圧圧力が設定圧力以上または吸入過熱度が設定値以下となって前記電磁弁が閉とされた後、前記圧縮機の運転周波数を当該周波数に維持し、低圧圧力が設定圧力以上になったとき、前記圧縮機の運転周波数を上昇させ、デフロスト運転終了条件の成立によりデフロスト運転が終了されることを特徴とする請求項５ないし７のいずれかに記載のヒートポンプ式給湯・空調装置。
   

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