特開 2022-40448 ヒートポンプサイクル装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022040448

(43)【公開日】2022-03-11

(54)【発明の名称】ヒートポンプサイクル装置

(51)【国際特許分類】

   F25B 47/02 20060101AFI20220304BHJP

   F25B 1/00 20060101ALI20220304BHJP

【ＦＩ】

F25B47/02 550R

F25B47/02 570G

F25B1/00 399Y

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020145178

(22)【出願日】2020-08-31

(71)【出願人】

【識別番号】000006611

【氏名又は名称】株式会社富士通ゼネラル

(74)【代理人】

【識別番号】100104215

【弁理士】

【氏名又は名称】大森 純一

(74)【代理人】

【識別番号】100196575

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 満

(74)【代理人】

【識別番号】100144211

【弁理士】

【氏名又は名称】日比野 幸信

(72)【発明者】

【氏名】船津丸 和也

(57)【要約】

【課題】水冷媒熱交換器における水の凍結を防止する。
【解決手段】ヒートポンプサイクル装置は、圧縮機と、四方弁と、水冷媒熱交換器と、膨張弁と、熱源側熱交換器で構成される冷媒回路と、上記水冷媒熱交換器と、循環ポンプと、利用側ユニットで構成される温水回路と、上記熱源側熱交換器に室外空気を送風するファンと、上記水冷媒熱交換器における水の温度を検出する水温センサと、を有する。上記熱源側熱交換器の除霜を行う際は、上記熱源側熱交換器が凝縮器として機能するように上記四方弁を切り替え、上記熱源側熱交換器の除霜に引き続いて、上記熱源側熱交換機が凝縮器として機能する状態のまま上記ファンを回転させるファン除霜を実行するヒートポンプサイクル装置であって、上記ファン除霜は上記ファン除霜を行うことによって上記水冷媒熱交換器における水が凍結しないファン除霜許可条件が成立している場合に実行される。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

圧縮機と、四方弁と、水冷媒熱交換器と、膨張弁と、熱源側熱交換器で構成される冷媒回路と、
前記水冷媒熱交換器と、循環ポンプと、利用側ユニットで構成される温水回路と、
前記熱源側熱交換器に室外空気を送風するファンと、
前記水冷媒熱交換器における水の温度を検出する水温センサと、を有するヒートポンプサイクル装置であって、
前記熱源側熱交換器の除霜を行う際は、前記熱源側熱交換器が凝縮器として機能するように前記四方弁を切り替え、
前記熱源側熱交換器の除霜に引き続いて、前記熱源側熱交換機が凝縮器として機能する状態のまま前記ファンを回転させるファン除霜を実行するヒートポンプサイクル装置であって、
前記ファン除霜は前記ファン除霜を行うことによって前記水冷媒熱交換器における水が凍結しないファン除霜許可条件が成立している場合に実行されることを特徴とする
ヒートポンプサイクル装置。

【請求項2】

請求項１に記載されたヒートポンプサイクル装置において、
前記温水回路における水の流量を検出する検知手段を有し、
前記ファン除霜許可条件は、前記水温センサによる検出値が第１閾値以上であり、水の流量が第２閾値以上である
ヒートポンプサイクル装置。

【請求項3】

請求項２に記載されたヒートポンプサイクル装置において、
前記ファン除霜許可条件は、前記水温センサの検出値が、前記第１閾値未満であり、前記水の流量が第２閾値以上であり、かつ前記水温センサの検出値が水の流量に応じて決定される第３閾値以上である
ヒートポンプサイクル装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、室外ファンに発生した霜を除霜することが可能なヒートポンプサイクル装置に関する。

【背景技術】

【0002】

暖房運転中に蒸発器として機能する室外熱交換器に霜が発生した場合に、冷媒回路を暖房サイクルから冷房サイクルに切り替え、室外熱交換器の除霜を行うリバース除霜が知られている。ここで、室外環境によっては、室外ファンにも霜が発生する場合がある。室外ファンに霜が発生した場合には、リバース除霜後に冷媒回路を冷房サイクルのまま室外ファンを回転させ、室外ファンに暖気を送風することで、室外ファンの霜を融かすファン除霜という方法がある（例えば、特許文献１参照）。

【0003】

このようなファン除霜を行う機能は、水と冷媒とを熱交換させるＡＴＷ（Air To Water）機器にも設けられている。ＡＴＷ機器では、室内熱交換器が水と、冷媒との熱交換を行う水冷媒熱交換器とされている。また、水冷媒熱交換器では、二重管式熱交換器が利用される場合がある（例えば、特許文献２参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１５－０３４６５５号公報

【特許文献2】国際公開ＷＯ２０１８／０７３８５３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

このようなＡＴＷ機器においては、リバース除霜運転により室外熱交換器の除霜を行った後に室外ファンを回転させてファン除霜を開始すると、室外ファンの回転によって室外熱交換器を外気が通過するため、リバース除霜運転時と比べて室外熱交換器が冷やされるので室外熱交換器を流れる冷媒温度が低下する。また、室内熱交換器においては冷媒と水との間で熱交換が行われている。従って、室外熱交換器の冷媒温度が過度に低下すると、水冷媒熱交換器では水が凍結する場合がある。

【0006】

特に、水冷媒熱交換器が二重管式熱交換器であるとき、水が凍結して体積が膨張すると、二重管式熱交換器が破裂し、水冷媒熱交換器内で水と冷媒とが混ざり合う可能性がある。

【0007】

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、室外ファンの除霜を実行した場合に起きる水冷媒熱交換器における水の凍結を防止するヒートポンプサイクル装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係るヒートポンプサイクル装置は、圧縮機と、四方弁と、水冷媒熱交換器と、膨張弁と、熱源側熱交換器で構成される冷媒回路と、上記水冷媒熱交換器と、循環ポンプと、利用側ユニットで構成される温水回路と、上記熱源側熱交換器に室外空気を送風するファンと、上記水冷媒熱交換器における水の温度を検出する水温センサと、を有するヒートポンプサイクル装置である。
上記熱源側熱交換器の除霜を行う際は、上記熱源側熱交換器が凝縮器として機能するように上記四方弁を切り替え、上記熱源側熱交換器の除霜に引き続いて、上記熱源側熱交換機が凝縮器として機能する状態のまま上記ファンを回転させるファン除霜を実行するヒートポンプサイクル装置であって、上記ファン除霜は上記ファン除霜を行うことによって上記水冷媒熱交換器における水が凍結しないファン除霜許可条件が成立している場合に実行されることを特徴とする。

【0009】

このようなヒートポンプサイクル装置であれば、室外ファンの除霜を実行した場合に起きる水冷媒熱交換器における水の凍結が防止される。

【0010】

上記のヒートポンプサイクル装置においては、上記温水回路における水の流量を検出する検知手段を有し、上記ファン除霜許可条件は、上記水温センサによる検出値が第１閾値以上であり、水の流量が第２閾値以上であってもよい。

【0011】

上記のヒートポンプサイクル装置においては、さらに、上記ファン除霜許可条件は、上記水温センサの検出値が、上記第１閾値未満であり、水の流量が第２閾値以上であり、かつ上記水温センサの検出値が水の流量に応じて決定される第３閾値以上であってもよい。

【発明の効果】

【0012】

以上述べたように、本発明によれば、室外ファンの除霜を実行した場合に起きる水冷媒熱交換器における水の凍結を防止するヒートポンプサイクル装置が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本実施形態のヒートポンプサイクル装置であるヒートポンプ式温水暖房装置を示す概略構成図である。

【図2】水冷媒熱交換器が二重管式熱交換器であるときの二重管の断面を示す概略断面図である。

【図3】本実施形態の除霜運転時の処理を説明するフローチャートである。

【図4】図３のフローチャート中のファン除霜運転実行判断（ＳＴ２０）のサブルーチンを示すフローチャートである。

【図5】ファン除霜許可条件を流量Ｑ及び往き温度Ｔｗｏの二次元グラフで表した図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。各図面には、ＸＹＺ軸座標が導入される場合がある。また、同一の部材または同一の機能を有する部材には同一の符号を付す場合があり、その部材を説明した後には適宜説明を省略する場合がある。また、以下に示す数値は例示であり、この例に限らない。

【0015】

図１（ａ）、（ｂ）は、本実施形態のヒートポンプサイクル装置であるヒートポンプ式温水暖房装置を示す概略構成図である。

【0016】

図１（ａ）に示されるように、ヒートポンプ式温水暖房装置１００は、冷媒回路１０と、温水回路２０と、制御手段６０とを備える。冷媒回路１０においては、圧縮機１と、四方弁２と、冷媒と水との熱交換を行う水冷媒熱交換器３と、膨張弁４と、熱源側熱交換器５と、アキュムレータ６とが順に冷媒配管１１で接続されている。温水回路２０においては、水冷媒熱交換器３と、流量計３１と、利用側ユニットである室内ユニット４０と、循環ポンプ３０とが順に水配管１６で接続されている。さらにヒートポンプ式温水暖房装置１００は、熱源側熱交換器５に室外空気を送風する室外ファン９０と、水冷媒熱交換器３における水の温度を検出する温度センサ５８とを備える。

【0017】

＜冷媒回路の構成＞

【0018】

圧縮機１は、インバータにより回転数が制御される図示しないモータによって駆動される。圧縮機１は、運転容量を可変できる能力可変型圧縮機である。四方弁２は、冷媒回路１０における冷媒循環方向を切り換えるための流路切換弁である。水冷媒熱交換器３は、冷媒配管１１を流れて水冷媒熱交換器３に流入した冷媒と、水配管１６を流れて水冷媒熱交換器３に流入した水とを熱交換させる。水冷媒熱交換器３は、利用側熱交換器である。

【0019】

膨張弁４は、ステッピングモータを用いてパルス制御により弁の開度を制御する。膨張弁４は、熱源側熱交換器５に流入あるいは熱源側熱交換器５から流出する冷媒量を調整する。熱源側熱交換器５は、冷媒配管１１を流れて熱源側熱交換器５に流入した冷媒と、室外ファン９０の回転により取り込まれた外気とを熱交換させる。アキュムレータ６は、四方弁２から流入した冷媒をガス冷媒と液冷媒に分離し、ガス冷媒のみを圧縮機１に吸入させる。

【0020】

冷媒配管１１における圧縮機１の冷媒吐出口付近には、圧縮機１から吐出された冷媒の圧力である吐出圧力を検出する吐出圧力センサ５１と、圧縮機１から吐出された冷媒の温度である吐出温度を検出する吐出温度センサ５２とが設けられている。冷媒配管１１におけるアキュムレータ６の冷媒流入側付近には、圧縮機１に吸入される冷媒の圧力である吸入圧力を検出する吸入圧力センサ５３と、圧縮機１に吸入される冷媒の温度である吸入温度を検出する吸入温度センサ５４とが設けられている。

【0021】

冷媒配管１１における水冷媒熱交換器３と膨張弁４との間の膨張弁４の接続口付近には、冷媒温度センサ５５が設けられている。冷媒温度センサ５５は、暖房運転時に膨張弁４に流入する冷媒の温度を検出する。冷媒温度センサ５５は、除霜運転時には膨張弁４から流出する冷媒の温度を検出する。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側に熱交温度センサ５７が設けられている。熱交温度センサ５７は、暖房運転時に熱源側熱交換器５に流入する冷媒の温度を検出する。熱交温度センサ５７は、除霜運転時には熱源側熱交換器５から流出する冷媒の温度を検出する。熱源側熱交換器５の近傍には、外気温度を検出するための外気温度センサ５６が設けられている。

【0022】

＜温水回路の構成＞
水冷媒熱交換器３には、冷媒配管１１と水配管１６が接続されている。水配管１６には、流量計３１と室内ユニット４０と循環ポンプ３０とが順次接続されている。循環ポンプ３０は、回転数が固定されたモータまたは回転数が変更可能なモータによって駆動される。これにより、温水回路２０では、矢印８０の方向に水が循環する。特に、循環ポンプ３０として、回転数が変更可能なモータを使用した場合は、温水回路２０を流れる水の流量を変更することができる。循環ポンプ３０が回転数の変更可能なモータを使用しない場合は、水配管１６を流れる水の流量は、ヒートポンプ式温水暖房装置１００が設置されたときの予め定められた固定の流量となる。室内ユニット４０は、床暖房装置やラジエタなどといった室内を暖房するための端末である。流量計３１は、温水回路２０における単位時間あたりの水の流量を計測する。

【0023】

温水回路２０は、水の温度を検知する検知手段を有する。例えば、水配管１６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温度センサ５８が設けられている。水配管１６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温度センサ５９が設けられている。

【0024】

＜制御手段＞
制御手段６０は、図１（ｂ）に示すように、演算、情報伝達を行うＣＰＵ６０１と、ヒートポンプ式温水暖房装置１００の運転制御に関わる各種プログラムや、各種プログラムの実行時に利用される各種条件テーブル（例えば、後述する除霜運転開始条件、除霜運転終了条件、及びファン除霜運転開始条件など）を記憶する記憶部６０２と、冷媒回路１０や温水回路２０に設けられた各種センサでの検出値を取り込むセンサ入力部６０３と、室内ユニット４０を操作するための図示しないリモコンから送信される信号を受信する受信部６０４とを有する。

【0025】

制御手段６０は、各種センサで検出した値をセンサ入力部６０３を介して取り込む。制御手段６０は、使用者のリモコン操作によって送信される室内ユニット４０の運転に関わる各種要求を受信部６０４を介して取り込む。制御手段６０は、取り込んだ各種センサで検出した値や運転に関わる各種要求に基づいて、圧縮機１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の開度調整などといった、ヒートポンプ式温水暖房装置１００の各装置の制御を行う。

【0026】

＜水冷媒熱交換器の構成＞
図２は、水冷媒熱交換器が二重管式熱交換器であるときの二重管の断面を示す概略断面図である。

【0027】

水冷媒熱交換器３は二重管熱交換器であり、暖房運転時に加熱流体である冷媒と被加熱流体である水との間の熱交換効率に優れる二重管３０１が利用される。二重管３０１は、内管３０２と外管３０３とを有する。内管３０２は、外管３０３に覆われている。これにより、外管３０３と内管３０２との間には筒状の流路３０６が形成される。また、内管３０２の内部には、流路３０６とは別の流路３０５が形成される。二重管３０１は、必要に応じて図示しないカバー管によって覆われる。内管３０２及び外管３０３は、例えば、銅で形成される。

【0028】

内管３０２は、水配管１６に接続される。外管３０３は、冷媒配管１１に接続される。これにより、内管３０２の流路３０５には、水が流通する。また、外管３０３と内管３０２との間の流路３０６には、冷媒が流通する。水冷媒熱交換器３においては、流路３０５を流通する水と、流路３０６を流通する冷媒との間で内管３０２を介した熱交換がなされる。

【0029】

＜冷媒回路および温水回路の動作＞
ヒートポンプ式温水暖房装置１００が暖房運転あるいは除霜運転を行う際の、冷媒回路１０における冷媒の流れや各部の動作、および、温水回路２０における水の流れや各部の動作について図１（ａ）、（ｂ）に戻り説明する。まず、ヒートポンプ式温水暖房装置１００が暖房運転を行う場合について説明する。次に、ヒートポンプ式温水暖房装置１００が除霜運転を行う場合について説明する。

【0030】

＜暖房運転＞
ヒートポンプ式温水暖房装置１００が暖房運転を行う場合は、四方弁２が操作されて冷媒回路１０が暖房サイクルとされる。この状態で圧縮機１が駆動すると、冷媒が冷媒回路１０を実線矢印７０の方向に流れる。圧縮機１から吐出された冷媒は、冷媒配管１１を流れて四方弁２を経て水冷媒熱交換器３に流入する。圧縮機１の回転数は、温度センサ５８で検出する水温である往き温度が室内ユニット４０で使用者が要求する暖房能力に応じた目標往き温度となるように制御される。

【0031】

水冷媒熱交換器３に流入した冷媒は、温水回路２０を循環して水冷媒熱交換器３に流入した水と熱交換を行って凝縮する。水冷媒熱交換器３から冷媒配管１１に流出した冷媒は、膨張弁４を通過する際に減圧されて熱源側熱交換器５に流入する。膨張弁４の開度は、水冷媒熱交換器３の冷媒出口側（暖房運転時の膨張弁４側）における冷媒過冷却度が、圧縮機１の回転数と吐出圧力センサ５１で検出する吐出圧力とに応じて定められる目標冷媒過冷却度となるように調整される。

【0032】

熱源側熱交換器５に流入した冷媒は、外気と熱交換を行って蒸発する。熱源側熱交換器５から冷媒配管１１に流出した冷媒は、四方弁２、アキュムレータ６を介して圧縮機１に吸入されて再び圧縮される。

【0033】

一方、温水回路２０では、循環ポンプ３０が駆動することで温水回路２０を実線矢印８０の方向に水が流れる。水配管１６を流れて水冷媒熱交換器３に流入した水は冷媒によって加熱されて温水となって、室内ユニット４０に流入する。室内ユニット４０に温水が流れることで、室内ユニット４０が設置された部屋の暖房が行われる。尚、温水回路２０において水が流れる方向は、冷媒回路１０が暖房サイクルであっても冷房サイクルであっても、実線矢印８０の方向である。

【0034】

＜除霜運転＞
ヒートポンプ式温水暖房装置１００が暖房運転を行っているときに、除霜運転開始条件が成立した場合は、蒸発器として機能している熱源側熱交換器５において霜が発生している虞がある。除霜運転開始条件は、予め試験等によって定められている。除霜運転開始条件は、制御手段６０の記憶部に格納されている。

【0035】

除霜運転開始条件としては、例えば、暖房運転時間が３０分経過した後、外気温度センサ５６で検出した外気温度が０℃以下の状態が３０分以上継続した場合や、前回の除霜運転が終了してから所定時間（例：１８０分）が経過した場合等には、熱源側熱交換器５で霜が発生している可能性がある条件とする。

【0036】

ヒートポンプ式温水暖房装置１００が除霜運転を行う際は、四方弁２が操作されて熱源側熱交換器５が凝縮器として機能するように、冷媒回路１０における冷媒の流れ方向が切り換えられる。すなわち、冷媒回路１０は、冷房サイクルとなる。この状態で圧縮機１が駆動すると、冷媒が冷媒回路１０を破線矢印７１の方向に流れる。圧縮機１から吐出された冷媒は、冷媒配管１１を流れて四方弁２を経て熱源側熱交換器５に流入する。尚、除霜運転では、室外ファン９０は、停止している。

【0037】

熱源側熱交換器５に流入した冷媒は、冷媒が有する熱によって熱源側熱交換器５で発生した霜を融かす。熱源側熱交換器５から冷媒配管１１に流出した冷媒は、開度が全開とされている膨張弁４を通過して水冷媒熱交換器３に流入し、温水回路２０を循環して水冷媒熱交換器３に流入した水と熱交換を行って蒸発する。水冷媒熱交換器３から冷媒配管１１に流出した冷媒は、四方弁２、アキュムレータ６を介して圧縮機１に吸入されて再び圧縮される。

【0038】

除霜運転時の温水回路２０における水の流れや各部の動作は、暖房運転時と同じであるため、詳細な説明は省略する。ただし、暖房運転時は水冷媒熱交換器３で水が冷媒によって加熱されるのに対し、除霜運転では水冷媒熱交換器３で水が冷媒によって冷却される。

【0039】

除霜運転中に、熱源側熱交換器５で発生した霜が融解したと考えられる条件である除霜運転終了条件が成立したときは、熱源側熱交換器５で発生した霜が融解したと考えられる。除霜運転終了条件が成立したとき、制御手段６０は、後述するファン除霜運転開始条件によりファン除霜運転が必要か否かを判断する。制御手段６０は、ファン除霜運転が必要と判断した場合は、熱源側熱交換器５の除霜運転に引き続きファン除霜運転を実行する。また、制御手段６０は、ファン除霜運転が必要でないと判断した場合は、圧縮機１を停止して除霜運転を終了し、冷媒回路１０を暖房運転に切り換え、圧縮機１を所定の回転数で起動して暖房運転を再開する。なお、除霜運転終了条件は、予め試験等によって定められている。例えば、熱交温度センサ５７で検出した熱源側熱交換器５から流出する冷媒の温度が１０℃以上となった場合や、除霜運転を実行してから所定時間（例えば、１０分）が経過した場合等には、熱源側熱交換器５で発生した霜が融解したとする。

【0040】

＜ファン除霜運転＞
ファン除霜は、熱源側熱交換器５の除霜運転に引き続いて実行される。ファン除霜は、熱源側熱交換器５が凝縮器として機能する状態のまま室外ファン９０を回転させることにより実行される。ファン除霜運転は、ファン除霜運転を実行するファン除霜運転開始条件が成立したときに、室外ファン９０や図示しないベルマウスなどに付着した霜を融かすための運転モードである。

【0041】

ファン除霜運転開始条件は、予め試験等によって定められている。ファン除霜運転開始条件は、室外ファン９０や図示しないベルマウスなどに霜が発生していると予測できる条件である。ファン除霜運転開始条件は、制御手段６０の記憶部に格納されている。

【0042】

ファン除霜運転開始条件としては、例えば、除霜運転を実行する直前に外気温度センサ５６で検出した外気温度Ｔｏが－１０℃以上５℃以下の場合である。ファン除霜運転を行う時は、室外ファン９０を最小回転数（例えば、２９０ｒｐｍ）で１分間、回転させる。これにより、室外ファン９０の回転により熱源側熱交換器５に流入した空気は、熱源側熱交換器５で冷媒によって加熱される。熱源側熱交換器５から流出した加熱された空気は室外ファン９０へと流れて室外ファン９０に当たり、室外ファン９０で発生した霜が融解する。

【0043】

ファン除霜運転が実行された場合は、室外ファン９０で発生した霜が融解したと考えられる。この後、制御手段６０は、圧縮機１を停止してファン除霜運転を終了し、冷媒回路１０を暖房運転に切り換え、圧縮機１を所定の回転数で起動して暖房運転を再開する。

【0044】

ファン除霜運転が実行されると、室外ファン９０の回転によって熱源側熱交換器５を流れる冷媒は、室外ファン９０が停止している熱源側熱交換器５の除霜運転時と比べて、熱源側熱交換器５に外気が供給される分、冷却される。これにより、水冷媒熱交換器３に流入する冷媒の温度が、熱源側熱交換器５の除霜運転時と比べて低くなるため、水冷媒熱交換器３では熱源側熱交換器５の除霜運転時と比べて水の温度が低下する。

【0045】

ここで、二重管３０１（図２）においては、流路３０５に水が流通し、流路３０６に冷媒が流通している。従って、熱源側熱交換器５の温度が０℃以下に低下し、流路３０６に流れる冷媒の温度の低下によって、流路３０５に流通する水と流路３０６に流通する冷媒との熱交換によって流路３０５内の水が凍結する可能性がある。例えば、内管３０２の内壁から内管３０２の中心に向かって氷が成長するように、流路３０５内の水が凍結する。そして、流路３０５内の水の凍結が進行すると、水の体積膨張によって内管３０２が破裂し、水と冷媒とが混ざり合って、温水回路２０に冷媒が混入すれば、冷媒回路１０の制御に支障をきたし、所望の暖房能力が得られなくなる。

【0046】

本実施形態では、ファン除霜運転の実行前に二重管３０１を流通する水の温度を検出することにより、ファン除霜運転を実行することにより起きる二重管３０１内での水の凍結を防止する。以下、水凍結を防止する制御方法を具体的に説明する。

【0047】

＜ファン除霜に係る制御＞
図３は、本実施形態の除霜運転時の処理を説明するフローチャートである。図４は、図３のフローチャート中のファン除霜運転実行判断（ＳＴ２０）のサブルーチンを示すフローチャートである。

【0048】

図３に示すように、ヒートポンプ式温水暖房装置１００が暖房運転を行っているとき、制御手段６０のＣＰＵ６０１は、外気温度センサ５６で検出した外気温度Ｔｏを定期的に取り込む。ＣＰＵ６０１は、外気温度Ｔｏを取り込んだ時刻と共に記憶部６０２に記憶する（ＳＴ１）。

【0049】

次に、ＣＰＵ６０１は、記憶した外気温度Ｔｏを参照し、除霜運転開始条件が成立したか否かを判断する（ＳＴ２）。除霜運転開始条件は、例えば、前述した外気温度Ｔｏが０℃以下である状態が３０分以上継続したか否かである。

【0050】

ＳＴ２において、除霜運転開始条件が成立していなければ（ＳＴ２－Ｎｏ）、ＣＰＵ６０１は、暖房運転を継続し（ＳＴ１４）、ＳＴ１に処理を戻す。除霜運転開始条件が成立していれば（ＳＴ２－Ｙｅｓ）、外気温度センサ５６よって検出した外気温度を判定外気温度Ｔｏｊとして取り込む（ＳＴ３）。

【0051】

次に、ＣＰＵ６０１は、除霜運転準備処理を実行する（ＳＴ４）。除霜運転準備処理では、ＣＰＵ６０１は、圧縮機１および室外ファン９０を停止し、冷媒回路１０が冷房サイクル（破線矢印７１）になるように四方弁２を切り替える。これにより、冷媒回路１０において、熱源側熱交換器５が凝縮器として機能するとともに水冷媒熱交換器３が蒸発器として機能する。

【0052】

次に、ＣＰＵ６０１は、圧縮機１を所定の回転数（例えば、７０ｒｐｓ）で再起動する（ＳＴ５）。

【0053】

次に、ＣＰＵ６０１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）。除霜運転終了条件は、例えば、前述した熱交温度センサ５７で検出した熱源側熱交換器５から流出する冷媒の温度条件、または、除霜運転を実行してからの時間条件である。前述したように、温度条件は、熱交温度センサ５７で検出した熱源側熱交換器５から流出する冷媒の温度が１０℃以上となった場合であり、時間条件は、除霜運転を実行してから例えば１０分が経過した場合である。ＣＰＵ６０１は、熱交温度センサ５７で検出した冷媒温度を常時取り込んで取り込んだ時刻と共に記憶部６０２に記憶しており、ＣＰＵ６０１は、記憶した冷媒温度を参照し、これが１０℃以上となったか否か、または、除霜運転を実行してから所定時間（例えば、１０分）が経過したか否かを判断する。前述したように、除霜運転終了条件は、予め試験等によって定められており、熱源側熱交換器５で発生した霜が融解したと考えられる条件である。

【0054】

ＳＴ６において、除霜運転終了条件が成立していなければ（ＳＴ６－Ｎｏ）、ＣＰＵ６０１は、ＳＴ６に処理を戻し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）、ＣＰＵ６０１は、次のファン除霜運転実行判断を行う（ＳＴ２０）。ファン除霜運転実行判断（ＳＴ２０）については、図４に示すフローチャートを用いて説明する。

【0055】

本実施形態では、ファン除霜運転実行判断において、ファン除霜運転を行っても水冷媒熱交換器３で水が凍結しないことが予め判明しているファン除霜許可条件（後述するＳＴ２０４～ＳＴ２０８）が成立している場合にファン除霜運転が実行される。ファン除霜許可条件は、予め試験等によって定められており、ファン除霜運転を行っても、水冷媒熱交換器３で水が凍結しないと考えられる条件である。

【0056】

まず、ＣＰＵ６０１は、ファン除霜許可条件を判断する前提として、ファン除霜開始条件が成立しているか否かを判断する（ＳＴ２０１）。ファン除霜運転開始条件は、図３のＳＴ３で取り込んだ判定外気温度Ｔｏｊが－１０℃以上５℃以下であるか否かである。ファン除霜運転開始条件が成立していなければ（ＳＴ２０１－Ｎｏ）、ＣＰＵ６０１は、ファン除霜運転を行わず、ＳＴ１２に処理を進める。

【0057】

ファン除霜運転開始条件が成立していれば（ＳＴ２０１－Ｙｅｓ）、ＣＰＵ６０１は、温度センサ５８によって水冷媒熱交換器３の内管３０２から流出する水冷媒熱交換器３の往き温度Ｔｗｏを取り込む（ＳＴ２０２）。ここで、ＳＴ２０２での往き温度Ｔｗｏは、ファン除霜運転を実行する前の温度である。次に、ＣＰＵ６０１は、流量計３１によって温水回路２０の水配管１６を流れる水の流量Ｑを取り込む（ＳＴ２０３）。なお、ＳＴ２０２とＳＴ２０３とは、適宜、順序を入れ替えてもよい。

【0058】

次に、ＣＰＵ６０１は、ファン除霜許可条件の１つである、流量Ｑが第２閾値以上か否かを判断する（ＳＴ２０４）。本実施形態では、第２閾値は、ヒートポンプ式温水暖房装置１００が設置されたときの予め定められた流量とする。例えば、第２閾値を２０Ｌ／ｍｉｎとする。ＳＴ２０４において、流量Ｑが第２閾値以上でないならば（ＳＴ２０４－Ｎｏ）、つまり、温水回路２０を水が循環していない場合は水冷媒熱交換器３において水が凍結するため、ＣＰＵ６０１は、ファン除霜運転を行わず、ＳＴ１２に処理を進める。

【0059】

ＳＴ２０４において、流量Ｑが第２閾値以上であるならば（ＳＴ２０４－Ｙｅｓ）、ＣＰＵ６０１は、ファン除霜許可条件の１つである、温度センサ５８によって取り込んだ往き温度Ｔｗｏの検出値が第１閾値以上であるか否かの判断を行う（ＳＴ２０５）。例えば、第１閾値を１４℃とする。第１閾値は、ファン除霜運転が実行された場合の水冷媒熱交換器３における水温低下を考慮し、ファン除霜運転が行われたとしても水が凍結に至らない温度とされる。例えば、氷の融点（０℃）よりも高い１４℃に設定される。

【0060】

ＳＴ２０５において、往き温度Ｔｗｏが第１閾値以上であるならば（ＳＴ２０５－Ｙｅｓ）、ＣＰＵ６０１は、ＳＴ９に処理を移行する。すなわち、ファン除霜運転が実行される。

【0061】

ＳＴ２０５において、往き温度Ｔｗｏの検出値が第１閾値以上でないならば、ＣＰＵ６０１は、水の流量Ｑに応じて決定される水温である第３閾値に基づいて、ファン除霜運転を行うか否かの判断をする。

【0062】

流量Ｑが循環ポンプ３０によって増えると、流量Ｑの増加に応じて水冷媒熱交換器３を通過する間に、水から冷媒に移動する単位体積当たりの熱量が小さくなるため、往き温度Ｔｗｏが第１閾値より低い温度であっても流量Ｑが上述した第３閾値以上であれば、水冷媒熱交換器３において水を凍結させることなくファン除霜運転を行うことができる。

【0063】

図５は、ファン除霜許可条件を流量Ｑ及び往き温度Ｔｗｏの二次元グラフで表した図である。図５における斜線領域がファン除霜運転が可能な領域である。

【0064】

具体的には、往き温度Ｔｗｏが第１閾値（本実施例では１４℃）以上で、流量Ｑが第２閾値(本実施例では２０Ｌ／ｍｉｎ)以上である領域は、ファン除霜許可条件が成立する領域となり、ＣＰＵ６０１は、往き温度Ｔｗｏが第１閾値以上、かつ、流量Ｑが第２閾値以上であれば、ファン除霜運転を実行する。

【0065】

また、往き温度Ｔｗｏが第１閾値以上でない場合は、流量Ｑの増加に応じて変化する第３閾値以上であれば、ファン除霜許可条件が成立する領域として、ファン除霜運転を実行する。ここで、第３閾値は、図５に示す流量Ｑ－往き温度Ｔｗｏの曲線（図５に示す曲線Ａ）となる。以下、第３閾値を表す流量Ｑ－往き温度Ｔｗｏの曲線について説明する。

【0066】

冷媒に熱が奪われる水の水温変化量は、水温変化量ΔＴとすれば、冷媒と水との熱交換量の式 ΔＴ＝Δｑ／（ｍ・ｃ）（Δｑ：熱交換量（Ｊ）、ｍ：水の質量（ｇ）、ｃ：比熱（Ｊ／（ｇ・Ｋ））、ΔＴ：水温変化量（℃））となる。上記式より、水温変化量ΔＴは、熱交換量Δｑが変わらない場合は、水の質量流量ｍに反比例し、ｍが大きいほどΔＴは小さくなる。この式において、水の質量流量ｍが流量Ｑに対応する。

【0067】

ここで、流量Ｑの大小に関わらず、冷媒が水から受ける熱交換量Δｑが一定であると仮定すると、水温変化量ΔＴは、質量流量ｍが大きくなるほど反比例して小さくなる。すなわち、流量Ｑが大きくなるのにつれて、水温変化量ΔＴが小さくなる。そして、ある流量Ｑ（本実施形態では、５０Ｌ／ｍｉｎ）以上では、水温変化量ΔＴが無視できるほど小さくなる。

【0068】

従って、第３閾値は、流量Ｑが２０Ｌ／ｍｉｎ以上５０Ｌ／ｍｉｎ未満では、Ｔｗｏ＝０．００４７Ｑ^２－０．４１０１Ｑ＋１９．９３９・・・（１）式の二次曲線に近似し、流量Ｑが５０Ｌ／ｍｉｎ未満では、流量Ｑの増加に伴ってＴｗｏは低下する。一方、流量Ｑが５０Ｌ／ｍｉｎ以上の場合には、水温変化がほぼないことから、第３閾値は、固定値１０℃となる。第３閾値は、予め試験などを行って求められ、記憶部６０２に記憶されている。

【0069】

このように、往き温度Ｔｗｏが第１閾値以上でない場合に、流量Ｑの増加に応じて往き温度Ｔｗｏが第３閾値以上であれば、水温変化量ΔＴの変化が小さいことにより水冷媒熱交換器３において水を凍結させることなくファン除霜運転を行うことができる。

【0070】

再び、図４のフローチャートに戻り、本実施形態のファン除霜運転時の処理を説明する。ＳＴ２０５において、往き温度Ｔｗｏが第１閾値以上でないならば（ＳＴ２０５－Ｎｏ）、ＣＰＵ６０１は、ＳＴ２０６に処理を移行する。

【0071】

ＳＴ２０６において、流量Ｑが５０Ｌ／ｍｉｎ未満ならば（ＳＴ２０６－Ｙｅｓ）、ＣＰＵ６０１は、ＳＴ２０７に処理を移行する。そして、ＣＰＵ６０１は、ＳＴ２０７において、往き温度Ｔｗｏが（１）式で示される第３閾値以上であるか否かを判断する（ＳＴ２０７）。

【0072】

ＳＴ２０７において、往き温度Ｔｗｏが第３閾値以上ならば（ＳＴ２０７－Ｙｅｓ）、ＣＰＵ６０１は、ＳＴ９に処理を移行する。すなわち、ファン除霜運転が実行される。ＳＴ２０７において、往き温度Ｔｗｏが第３閾値未満ならば（ＳＴ２０７－Ｎｏ）、ＣＰＵ６０１は、ファン除霜運転を行わず、ＳＴ１２に処理を進める。

【0073】

一方、ＳＴ２０６において、流量Ｑが５０Ｌ／ｍｉｎ以上ならば（ＳＴ２０６－Ｎｏ）、ＣＰＵ６０１は、ＳＴ２０８に処理を移行する。そして、ＣＰＵ６０１は、ＳＴ２０８において、往き温度Ｔｗｏが１０℃以上であるか否かを判断する（ＳＴ２０８）。

【0074】

ＳＴ２０８において、往き温度Ｔｗｏが１０℃以上ならば（ＳＴ２０８－Ｙｅｓ）、ＣＰＵ６０１は、ＳＴ９に処理を移行する。すなわち、ファン除霜運転が実行される。ＳＴ２０８において、往き温度Ｔｗｏが１０℃未満ならば（ＳＴ２０８－Ｎｏ）、ＣＰＵ６０１は、ファン除霜運転を行わず、ＳＴ１２に処理を進める。

【0075】

以上説明したように、本実施形態では図４に示すフローによって、ファン除霜運転実行判断がなされる。再び、図３のフローチャートに戻り、ＳＴ９以降のファン除霜の処理を説明する。

【0076】

次に、ＣＰＵ６０１は、タイマー計測を開始する（ＳＴ９）とともに、室外ファン９０を起動する（ＳＴ１０）。なお、前述したように、ファン除霜運転時の室外ファン９０の回転数は最小回転数とされる。これにより、室外ファン９０が回転し、室外ファン９０に熱源側熱交換器５で熱交換された暖気が当てられることで、室外ファン９０に付着した霜が融かされる。

【0077】

次に、ＣＰＵ６０１は、ファン除霜運転時間Ｔｆ（本実施形態では１分）が経過したか否かを判断する（ＳＴ１１）。ファン除霜運転時間Ｔｆが経過していなければ（ＳＴ１１－Ｎｏ）、ＣＰＵ６０１は、ＳＴ１１に処理を戻しファン除霜運転を継続する。ファン除霜運転時間Ｔｆが経過していれば（ＳＴ１１－Ｙｅｓ）、ＣＰＵ６０１は、暖房運転の再開処理を実行する（ＳＴ１２）。運転再開処理では、ＣＰＵ６０１は、圧縮機１を停止し、冷房サイクル（破線矢印７１）が暖房サイクル（実線矢印７０）になるように四方弁２を切り換える。これにより、冷媒回路１０が、熱源側熱交換器５が蒸発器として機能するとともに水冷媒熱交換器３が凝縮器として機能する状態となる。

【0078】

そして、ＣＰＵ６０１は、暖房運転を再開し（ＳＴ１３）、ＳＴ１に処理を戻す。暖房運転では、ＣＰＵ６０１は、室内ユニット４０から要求される運転能力に応じて、圧縮機１や室外ファン９０の回転数や膨張弁４の開度を制御する。

【0079】

以上、説明した制御によれば、ファン除霜に伴う流路３０５内の水の凍結が防止され、内管３０２ひいては外管３０３の破裂が確実に防止される。

【0080】

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく種々変更を加え得ることは勿論である。各実施形態は、独立の形態とは限らず、技術的に可能な限り複合することができる。

【符号の説明】

【0081】

１…圧縮機
２…四方弁
３…水冷媒熱交換器
４…膨張弁
５…熱源側熱交換器
６…アキュムレータ
１０…冷媒回路
１１…冷媒配管
１６…水配管
２０…温水回路
３０…循環ポンプ
３１…流量計
４０…室内ユニット
５１…吐出圧力センサ
５２…吐出温度センサ
５３…吸入圧力センサ
５４…吸入温度センサ
５５…冷媒温度センサ
５６…外気温度センサ
５７…熱交温度センサ
５８、５９…温度センサ
６０…制御手段
９０…室外ファン
１００…ヒートポンプ式温水暖房装置
３０１…二重管
３０２…内管
３０３…外管
３０５…流路
３０６…流路
６０１…ＣＰＵ
６０２…記憶部
６０３…センサ入力部
６０４…受信部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】