(57)【要約】【課題】暖房運転と同時に除霜運転を実施する運転モード及び除霜運転を単独で実施する運転モードを有し、暖房負荷によって適切な運転モードを選択することを可能とするヒートポンプ装置並びにそれを搭載したヒートポンプ給湯機及び空気調和機を得る。【解決手段】圧縮機１の吐出側から、第１四方弁２、第１熱交換器３、第２四方弁４、蓄熱用熱交換器５、膨張手段６、第２熱交換器７を冷媒配管によって順次接続し、制御手段１６には、蓄熱材温度検出手段２１、第１温度検出手段２２及び第２温度検出手段２３から送信される温度情報に基づいて、除霜サイクルについてどの運転モードを選択及び実施させるかを判定する除霜サイクル判定手段１５を備えた。【選択図】図１
2010145020.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機、第１四方弁、第１開閉弁、第１熱交換器、膨張手段及び第２熱交換器が順次冷媒配管によって接続された冷媒回路と、
前記第１熱交換器と前記膨張手段の間に直列に設けられた第２四方弁及び蓄熱用熱交換器と、
前記第１四方弁と前記第１開閉弁との間の冷媒配管から前記第１熱交換器と前記第２四方弁との間の冷媒配管までを接続するバイパス管と、
該バイパス管に設けられた前記第２開閉弁と、
を備え、
前記蓄熱用熱交換器は、蓄熱材が充填された蓄熱槽内に収納された
ことを特徴とするヒートポンプ装置。
【請求項２】
暖房運転時において、前記第１熱交換器から流出した高温の冷媒が前記蓄熱用熱交換器を通ることによって、前記蓄熱材に蓄熱される
ことを特徴とする請求項１記載のヒートポンプ装置。
【請求項３】
除霜運転においては、前記蓄熱材に蓄熱された熱が熱源として利用され、前記蓄熱用熱交換器は蒸発器として機能し、前記第２熱交換器は凝縮器として機能して前記第２熱交換器の除霜が実施される
ことを特徴とする請求項２記載のヒートポンプ装置。
【請求項４】
暖房運転を実施しながら、前記第２熱交換器に対する除霜運転を実施する暖房除霜運転モードと、
前記第２熱交換器に対する除霜運転のみ実施する除霜単独運転モードと、
を有し、
前記暖房除霜運転モードにおいては、前記圧縮機から吐出された冷媒が、前記第１四方弁、前記第１開閉弁、前記第１熱交換器、前記第２四方弁、前記第２熱交換器、前記膨張手段、前記蓄熱用熱交換器、前記第２四方弁及び前記第１四方弁を順次流通して前記圧縮機に戻る冷媒流路とし、
前記除霜単独運転モードにおいては、前記圧縮機から吐出された冷媒が、前記第１四方弁、前記第２熱交換器、前記膨張手段、前記蓄熱用熱交換器、前記第２四方弁、前記バイパス管、前記第２開閉弁及び前記第１四方弁を順次流通して前記圧縮機に戻る冷媒流路とする
ことを特徴とする請求項３記載のヒートポンプ装置。
【請求項５】
暖房負荷を推算する暖房負荷推算手段と、
前記蓄熱用熱交換器の蓄熱量を算出する蓄熱量算出手段と、
を備え、
前記暖房負荷推算手段によって推算された前記暖房負荷及び前記蓄熱量検出手段によって検出された前記蓄熱量に基づいて、前記暖房除霜運転モードを実施するか、前記除霜単独運転モードを実施するかを切り替える
ことを特徴とする請求項４記載のヒートポンプ装置。
【請求項６】
前記第１熱交換器によって加熱される流体の温度を検出する第１温度検出手段と、
前記室外熱交換器に吸い込まれる空気の温度を検出する第２温度検出手段と、
を備え、
前記暖房負荷推算手段は、前記第１温度検出手段によって検出された温度、前記第２温度検出手段によって検出された温度及び前記第１熱交換器によって加熱される流体の設定温度に基づいて前記暖房負荷を推算する
ことを特徴とする請求項５記載のヒートポンプ装置。
【請求項７】
前記蓄熱用熱交換器における前記蓄熱材の温度を検出する蓄熱材温度検出手段を備え、
前記蓄熱量算出手段は、前記蓄熱材温度検出手段によって検出された温度から前記蓄熱用熱交換器の蓄熱量を算出する
ことを特徴とする請求項５又は請求項６記載のヒートポンプ装置。
【請求項８】
請求項１〜請求項７のいずれかに記載のヒートポンプ装置を搭載し、
前記第１熱交換器は、冷媒−水熱交換器である
ことを特徴とするヒートポンプ給湯機。
【請求項９】
請求項１〜請求項７のいずれかに記載のヒートポンプ装置を搭載した
ことを特徴とする空気調和機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒートポンプ装置並びにそれを搭載したヒートポンプ給湯機及び空気調和機に関し、特に、暖房負荷や除霜必要熱量を算出し、適切な除霜サイクルを選択することが可能なヒートポンプ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の空気調和機として、圧縮機、四方弁、室内熱交換器、減圧装置、室外熱交換器を環状に冷媒配管で連結し、室内熱交換器と減圧装置を結ぶ冷媒配管の途中に第一の熱交換器を設け、室外熱交換器と圧縮機の吸入側を結ぶ冷媒配管の途中に、この冷媒配管と並列に第二の熱交換器を設け、第一の熱交換器と第二の熱交換器を蓄熱材を封入した蓄熱槽内に収納して冷媒回路を構成し、暖房運転時には、第一の熱交換器で蓄熱を行い、除霜運転時には四方弁は暖房サイクルを保持して暖房を継続し、第一の熱交換器で蓄熱槽から吸熱し、さらに第二の熱交換器においても吸熱を行い、暖房運転を継続しながら除霜運転を可能にしている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、蓄熱タンク及びその内部に収納する熱交換器は四方弁と室内熱交換器との中間に設けられ、また室外熱交換器と減圧装置との中間部と、室内熱交換器と蓄熱タンクとの中間部とを結ぶバイパス回路が設けられており、暖房運転時に圧縮機から吐出された高温冷媒は、四方弁、蓄熱タンク、室内熱交換器、減圧装置、室外熱交換器、四方弁、圧縮機の順に流れて蓄熱タンクに蓄熱しながら室内を暖房し、除霜運転時には四方弁を切り換え、冷媒は圧縮機、四方弁、室外熱交換器、蓄熱タンク、四方弁、圧縮機へ流れて蓄熱タンクに蓄えられた熱を除霜の熱源としてのみ利用し室温低下を抑制するものもある（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開昭６３−１４８０６３号公報
【特許文献２】特開平１−１２７８７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１においては、蓄熱量と圧縮機入力のみによって暖房運転と除霜運転とを実施する場合に暖房負荷が大きい場合には蓄熱量が不足して、暖房能力が十分に発揮できないばかりか除霜時間も長くなるため、逆に室温が低下するという問題があった。また、蓄熱量の不足分は圧縮機入力に頼らざるを得ないため、圧縮機入力の増大とともに消費電力が増え運転効率が低下するという問題があった。
【０００６】
また、特許文献２においては、蓄熱を除霜のための熱源としてのみ使用する場合、暖房負荷が大きい場合は除霜時間が短くなり、室温低下を抑制し効率のよい除霜運転が可能となるが、暖房負荷が小さい場合は、特許文献１のように暖房運転と除霜運転とを同時に実施するよりも、室温低下が多くなり再暖房する必要が生じるため効率が低下し、また快適性も低下するという課題があった。
【０００７】
本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、暖房運転と同時に除霜運転を実施する運転モード及び除霜運転を単独で実施する運転モードを有し、暖房負荷によって適切な運転モードを選択することを可能とするヒートポンプ装置並びにそれを搭載したヒートポンプ給湯機及び空気調和機を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係るヒートポンプ装置は、圧縮機、第１四方弁、第１開閉弁、第１熱交換器、膨張手段及び第２熱交換器が順次冷媒配管によって接続された冷媒回路と、前記第１熱交換器と前記膨張手段の間に直列に設けられた第２四方弁及び蓄熱用熱交換器と、前記第１四方弁と前記第１開閉弁との間の冷媒配管から前記凝縮器と前記第２四方弁との間の冷媒配管までを接続するバイパス管と、該バイパス管に設けられた前記第２開閉弁と、を備え、前記蓄熱用熱交換器は、蓄熱材が充填された蓄熱槽内に収納されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のヒートポンプ装置によれば、暖房負荷が大きい場合は、蓄熱を熱源とすることによって除霜運転時間を短縮して室温低下を抑制する除霜サイクル、また、暖房負荷が小さい場合は、蓄熱を熱源とすることによって暖房運転及び除霜運転を同時に実施し、室温低下を無くす除霜サイクルというように、暖房負荷等によって好適な除霜サイクルに切り替えることが可能となり、消費電力量を抑え省エネ性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
実施の形態１．
（ヒートポンプ装置の全体構成）
図１は、本発明の実施の形態１に係るヒートポンプ装置の冷媒回路構成図である。
図１で示されるように、圧縮機１の吐出側から、第１四方弁２、第１熱交換器３、第２四方弁４、蓄熱用熱交換器５、膨張手段６、第２熱交換器７が冷媒配管によって順次接続されている。また、第２熱交換器７から第２四方弁４に、そして、その第２四方弁４から第１四方弁２に冷媒配管によって接続されている。また、圧縮機１の吸込側は、第１四方弁２に接続されている。第１四方弁２と第１熱交換器３の間の冷媒配管上には、第１開閉弁１２が設置されており、その第１開閉弁１２と第１四方弁２との間の冷媒配管と、第１熱交換器３と第２四方弁４との間の冷媒配管とがバイパス管１３によって接続されている。このバイパス管１３上には、第２開閉弁１４が設置されている。
【００１１】
蓄熱用熱交換器５は、蓄熱材８が充填された蓄熱槽９に収納されている。また、第１熱交換器３には第１熱交換器用ファン１０が、そして、第２熱交換器７には第２熱交換器用ファン１１が備えられている。また、蓄熱槽９には、蓄熱材８の温度を検出する蓄熱材温度検出手段２１が設置されている。そして、第１熱交換器３には、そこに吸い込まれる空気の温度を検出する第１温度検出手段２２が設置されている。さらに、第２熱交換器７には、そこに吸い込まれる空気の温度を検出する第２温度検出手段２３が設置されている。上記の蓄熱材温度検出手段２１、第１温度検出手段２２及び第２温度検出手段２３は、制御手段１６に電気的に接続されており、それぞれ温度情報を制御手段１６に送信する。また、制御手段１６には、上記の蓄熱材温度検出手段２１、第１温度検出手段２２及び第２温度検出手段２３から送信される温度情報に基づいて、除霜サイクルについてどの運転モードを選択及び実施させるかを判定する除霜サイクル判定手段１５を備えており、その判定情報は、制御手段１６に送信される。そして、制御手段１６には、第１四方弁２、第２四方弁４、第１開閉弁１２及び第２開閉弁１４は電気的に接続されており、制御手段１６は、除霜サイクル判定手段１５の判定情報等に基づいてこれらを制御する。
【００１２】
（ヒートポンプ装置の暖房運転動作）
図２は、同ヒートポンプ装置の暖房運転時の動作を示す図である。以下、図２を参照しながら、本実施の形態に係るヒートポンプ装置の暖房運転動作について説明する。
暖房運転時には、制御手段１６は、第１四方弁２については圧縮機１から吐出された冷媒が第１熱交換器３に流れる方向、第２四方弁４については第１熱交換器３から流出した冷媒が蓄熱用熱交換器５に流れる方向に切り替え、第１開閉弁１２を開状態、そして、第２開閉弁１４を閉状態にする。このように構成された冷媒回路において、圧縮機１から吐出された冷媒は、図２の実線矢印で示される方向に流れ、第１四方弁２、第１熱交換器３、第２四方弁４、蓄熱用熱交換器５、膨張手段６及び第２熱交換器７を順次流れ、第２熱交換器７から流出した冷媒は、第２四方弁４及び第１四方弁２を経由して圧縮機１に戻る。このとき、第１熱交換器３においては、第１熱交換器用ファン１０が回転駆動することによって空気が送り込まれ、その空気と第１熱交換器３の内部を流通する冷媒との熱交換が実施され、冷媒は凝縮して液化し、液冷媒となって第１熱交換器３から流出する。また、蓄熱用熱交換器５においては、第１熱交換器３から流出した高温の液冷媒が流通することによって、蓄熱槽９における蓄熱材８にその熱が吸収され蓄熱される。例えば、本実施の形態に係るヒートポンプ装置において、室内空気は２０℃〜４０℃程度に加熱される場合、冷媒は放熱によって４０℃前後の液冷媒となって第１熱交換器３から流出し蓄熱用熱交換器５に送られる。このとき、蓄熱槽９内に相変化温度が０℃〜３０℃の蓄熱材８が充填されていれば、蓄熱材８が加熱されて固体から液体となって蓄熱される。また、膨張手段６において膨張及び減圧された冷媒は、第２熱交換器７において、第２熱交換器用ファン１１が回転駆動することによって送り込まれた空気と熱交換が実施され、蒸発して気化し、ガス冷媒となって流出する。
【００１３】
（ヒートポンプ装置の除霜サイクル動作）
図３は、同ヒートポンプ装置の着霜時のＣＯＰの時間変化を示す図である。
暖房運転時においては、第２熱交換器７を流通する冷媒の温度が０℃以下で、かつ、吸込空気が露点温度以下である場合は、空気中に含まれる水分が第２熱交換器７へ付着し霜へと成長する着霜現象が発生する。この着霜現象が進むと、通風抵抗の増加及び熱抵抗の増加によって、第２熱交換器７における熱交換量が減少し、図３で示されるようにＣＯＰや暖房能力が低下するため、除霜運転が必要となってくる。
【００１４】
図４は、通常の除霜運転時の動作を示す図である。
図４で示されるように、一般的なヒートポンプ装置における通常の除霜運転は、四方弁１７を冷房運転側に切り替え、圧縮機１によって圧縮された高温高圧のガス冷媒を、第２熱交換器７に送ることで実施される。すなわち、第２熱交換器７におけるガス冷媒の熱によって、第２熱交換器７に発生した霜が融解する。しかしながら、このとき、第１熱交換器３における暖房能力は０以下となるため、室温が低下してしまう。この室温低下は、除霜運転時間が長い程大きくなる。室温低下が大きくなると、快適性が損なわれるばかりか、除霜終了後の暖房運転における負荷が大きくなって消費電力も増加し、省エネ性も低下してしまう。このため、室温低下を無くすか、除霜運転時間を短くして室温低下を抑制することが重要となる。
【００１５】
そこで、本実施の形態に係るヒートポンプ装置は、暖房運転時に蓄熱材８に蓄熱した熱を、除霜運転時の熱源として使用し、さらに、暖房運転と同時に除霜運転を実施する動作モード（以下、暖房除霜運転モードという）、又は、除霜運転を単独で実施する運転モード（以下、除霜単独運転モードという）を適宜切り替えて実施する。以下、各運転モードの説明をする。
【００１６】
図５は、実施の形態１に係るヒートポンプ装置における除霜単独運転モードの動作を示す図である。以下、図５を参照しながら、除霜単独運転モードの動作を説明する。
除霜単独運転モードにおいて、制御手段１６は、第１四方弁２については圧縮機１から吐出された冷媒が第２四方弁４に流れる方向、第２四方弁４については蓄熱用熱交換器５を流出した冷媒が第１熱交換器３に流れる方向に切り替え、第１開閉弁１２を閉状態、そして、第２開閉弁１４を開状態にする。圧縮機１によって圧縮され吐出された高温高圧のガス冷媒は、第１四方弁２及び第２四方弁４を経由して、第２熱交換器７に送られる。このガス冷媒は、第２熱交換器７において熱交換が実施され、凝縮して液化し、液冷媒となって膨張手段６に送られる。このときの冷媒からの放熱によって第２熱交換器７に発生した霜が融解する。そして、膨張手段６によって膨張及び減圧された冷媒は、蓄熱用熱交換器５における蓄熱材８から吸熱し気化する。そして、第１熱交換器３を経由せず、バイパス管１３における第２開閉弁１４及び第１四方弁２を経由して圧縮機１に戻る。以上の動作が、除霜が完了するまで実施される。
【００１７】
図６は、同ヒートポンプ装置における暖房除霜運転モードの動作を示す図である。以下、図６を参照しながら、暖房除霜運転モードの動作を説明する。
暖房除霜運転モードにおいて、制御手段１６は、第１四方弁２については圧縮機１から吐出された冷媒が第１熱交換器３に流れる方向、第２四方弁４については第１熱交換器３から流出した冷媒が第２熱交換器７に流れる方向に切り替え、第１開閉弁１２を開状態、そして、第２開閉弁１４を閉状態にする。圧縮機１によって圧縮され吐出された高温高圧のガス冷媒は、第１四方弁２を経由して、第１熱交換器３に送られる。このガス冷媒は、第１熱交換器３において熱交換がなされ室内空気に対し暖房動作を実施し、その後、第１熱交換器３を流出した高温冷媒は、第２四方弁４を経由して第２熱交換器７に送られる。第２熱交換器７に流入した高温冷媒は、熱交換が実施され、このときの冷媒からの放熱によって第２熱交換器７に発生した霜が融解する。そして、第２熱交換器７を流出した冷媒は、膨張手段６において膨張及び減圧され、さらに、蓄熱用熱交換器５における蓄熱材８から吸熱し気化する。そして、第２四方弁４及び第１四方弁２を経由して圧縮機１に戻る。以上の動作が、除霜が完了するまで実施される。
【００１８】
図７は、同ヒートポンプ装置において暖房負荷が大きい場合の室温の時間変化を表す図である。
図７で示されるように、除霜開始時刻ｔ１における暖房負荷が大きい場合、暖房除霜運転モードが実施されると、暖房能力及び除霜能力ともに不足し、点線で示すように室温が低下するとともに、途中で蓄熱材８における蓄熱が無くなって除霜が完了するまで（暖房除霜運転モード除霜終了時刻ｔ３）長くなり、さらに、設定温度Ｔｓに到達する時間が長くなってしまう。一方、除霜単独運転モードが実施される場合、一時的に室温は下降するが、第２熱交換器７における除霜が集中的に実施されるので、暖房除霜運転モードよりも早く除霜が完了し（除霜単独運転モード除霜終了時刻ｔ２）、設定温度Ｔｓに到達する時間も短くなる。つまり、暖房負荷が大きい場合は、除霜単独運転モードを実施した方が、除霜時間が短縮して適性が向上し、また、消費電力量が少なくなり省エネ性が向上する。
【００１９】
図８は、同ヒートポンプ装置において暖房負荷が小さい場合の室温の時間変化を表す図である。
図８で示されるように、図７における暖房負荷が大きい場合と異なり、暖房除霜運転モードを実施しても、暖房能力及び除霜能力が十分に確保されているため、室温を下げることなく設定温度Ｔｓに早く到達することが可能となる。一方、除霜単独運転モードが実施される場合、暖房能力が０となるので、除霜開始時刻ｔ１から除霜が完了するまで（除霜単独運転モード除霜終了時刻ｔ２）室温が下降し、設定温度Ｔｓに到達する時間も長くなる。つまり、暖房負荷が小さい場合は、暖房除霜運転モードを実施した方が、室温低下が無くなり、室温低下分を再暖房する必要がないため、快適性及び省エネ性が向上する。
【００２０】
以上のように、室内の暖房負荷の大小によって、除霜単独運転モード及び暖房除霜運転モードを適切に切り替えて実施する必要がある。以下、除霜単独運転モード及び暖房除霜運転モードのどちらを実施するのかを判定する制御フローについて説明する。
【００２１】
図９は、同ヒートポンプ装置における除霜サイクルの制御フローを示す図である。
除霜サイクルが開始されると、制御手段１６における除霜サイクル判定手段１５によって、除霜単独運転モード及び暖房除霜運転モードのどちらを実施するかの判定を行う（ステップＳ１）。以下、ステップＳ１におけるこの判定動作について説明する。
【００２２】
まず、蓄熱槽９に設けられた蓄熱材温度検出手段２１は、蓄熱材８の温度を検出し、その温度情報を制御手段１６に送信する。制御手段１６は、その温度情報に基づいて蓄熱材８における蓄熱量Ｑｓ（Ｊ）を算出する。
【００２３】
また、第１温度検出手段２２は、第１熱交換器３に吸い込まれる空気の温度、すなわち、室内吸込空気温度Ｔｒ（℃）を検出し、第２温度検出手段２３は、第２熱交換器７に吸い込まれる空気の温度、すなわち、室外吸込空気温度Ｔｏ（℃）を検出し、それぞれ制御手段１６に送信する。制御手段１６は、設定温度Ｔｓ（℃）、室内吸込空気温度Ｔｒ（℃）及び室外吸込空気温度Ｔｏ（℃）に基づいて暖房負荷Ｑｈ（Ｊ）を、例えば下記の式（１）によって推算する。なお、式（１）に限らず、その他の数式によって推量するものとしてもよい。
【００２４】
Ｑｈ＝Ｃ１＊（Ｔｓ−Ｔｒ）＋Ｃ２＊（Ｔｒ−Ｔｏ）      （１）
【００２５】
ここで、Ｃ１は室内空間の体積によって決まる定数であり、Ｃ２は室内から室外への伝熱面積によって決まる定数である。例えば、室内空間の体積をＶａ（ｍ3）、空気の密度をρａ（ｋｇ／ｍ3）、そして、空気の比熱をｃａ（Ｊ／（ｋｇ・Ｋ））とすると、Ｃ１は下記式（２）のように決定される。
【００２６】
Ｃ１＝Ｖａ＊ρａ＊ｃａ                                （２）
【００２７】
なお、Ｃ１はその他の数式に基づいて決定しても良いし、また、経験的にある一定の値に決めてもよい。
【００２８】
また、室内と室外を隔てる壁面の面積をＡａ（ｍ2）、そして、室内空気から室外空気への熱通過率をＫａ（Ｗ／（ｍ2・ｋ））とすると、Ｃ２は下記式（３）のように決定される。
【００２９】
Ｃ２＝Ａａ＊Ｋａ                                      （３）
【００３０】
なお、Ｃ２はその他の数式に基づいて決定しても良いし、また、経験的にある一定の値に決めてもよい。
【００３１】
また、第２熱交換器７が着霜によって完全に目詰まりしたときの着霜量をＦ（ｋｇ）、そして、水の融解潜熱ｑｗ（約３３３ｋＪ／ｋｇ）とすると、除霜に必要な熱量、すなわち除霜必要熱量Ｑｄ（Ｊ）は下記式（４）によって算出される。
【００３２】
Ｑｄ＝Ｆ＊ｑｗ（≒Ｆ＊３３３）                        （４）
【００３３】
除霜サイクル判定手段１５は、ステップＳ１において最終的に、以上の蓄熱量Ｑｓ（Ｊ）、暖房負荷Ｑｈ（Ｊ）及び除霜必要熱量Ｑｄ（Ｊ）によって表される下記の判定式（５）によって、除霜単独運転モードを実施させるか、暖房除霜運転モードを実施させるかを判定する。
【００３４】
Ｑｓ＜Ｑｈ＋Ｑｄ                                      （５）
【００３５】
除霜サイクル判定手段１５は、判定式（５）を満たす場合、暖房能力及び除霜能力が不足していて除霜単独運転モードを実施させるのが適していると判定し、制御手段１６は、除霜単独運転モードを実施させる（ステップＳ２）。
【００３６】
一方、判定式（５）を満たさない場合、暖房能力及び除霜能力は十分であり暖房除霜運転モードを実施させるのが適していると判定し、制御手段１６は、暖房除霜運転モードを実施させる（ステップＳ３）。
【００３７】
ステップＳ２及びステップＳ３において、制御手段１６は、除霜サイクル判定手段１５の判定結果にも基づいて、第１四方弁２、第２四方弁４、第１開閉弁１２及び第２開閉弁１４の切り替えを実施する。
【００３８】
（実施の形態１の効果）
以上の構成及び動作によって、蓄熱量、暖房負荷及び除霜必要熱量に基づいて、除霜サイクルにおける好適な運転モードを選択することが可能となり、除霜時間を短縮し、又は、室温低下を防止し、消費電力量を小さくして省エネ性を向上させることができる。
また、第１熱交換器３と膨張手段６との間に、蓄熱材８を設けたことによって、第１熱交換器３における暖房動作が終了した冷媒によって蓄熱するようにしているので、暖房運転時の能力低下を抑制することが可能となる。
【００３９】
なお、本実施の形態における冷媒回路内を循環する冷媒は、どんなものでもよく、二酸化炭素、炭化水素若しくはヘリウムのような自然冷媒、ＨＦＣ４１０Ａ若しくはＨＦＣ４０７Ｃ等の代替冷媒のような塩素を含まない冷媒、又は既存の製品に使用されているＲ２２若しくはＲ１３４ａ等のフロン系冷媒のいずれでもよい。
また、圧縮機１は、レシプロ、ロータリー、スクロール又はスクリュー等の各種タイプのいずれのものを用いてもよく、回転数可変のものでも、回転数固定のものでも構わない。
【００４０】
実施の形態２．
（ヒートポンプ給湯機の全体構成）
図１０は、本発明の実施の形態２に係るヒートポンプ給湯機の回路構成図である。本実施の形態に係るヒートポンプ給湯機は、以下で説明する相違点を除き、実施の形態１に係るヒートポンプ装置を搭載したものである。以下、本実施の形態に係るヒートポンプ給湯機において、前述の実施の形態１のものと相違する構成及び動作を中心に説明する。
本実施の形態に係るヒートポンプ給湯機には、第１熱交換器３の代わりに冷媒−水熱交換器１８が設置されており、また、第１熱交換器３に設置されていた第１温度検出手段２２の代わりに、後述する貯湯タンク１９に設置されたタンク内水温度検出手段２４が備えられており、制御手段１６に電気的に接続されている。実施の形態１に係るヒートポンプ装置の構成要素のうち、前述の第１温度検出手段２２の代わりに備えられたタンク内水温度検出手段２４を除いた構成要素によってヒートポンプユニット５１が構成されている。冷媒−水熱交換器１８には、冷媒が流通する冷媒流路及び水が流通する水流路が備えられている。この冷媒−水熱交換器１８における水流路の出口部から、水配管によって貯湯タンク１９及びポンプ２０を経由して冷媒−水熱交換器１８における水流路の入口部に接続されている。この貯湯タンク１９、ポンプ２０及び前述したタンク内水温度検出手段２４によって貯湯ユニット５２が構成されている。
【００４１】
（ヒートポンプ給湯機の動作）
冷媒−水熱交換器１８において、その冷媒流路には、圧縮機１から吐出された高温高圧のガス冷媒が流通し、このガス冷媒は水流路を流通する水に対して放熱する。ガス冷媒から放熱を受けて温められた水は、冷媒−水熱交換器１８の水流路の出口部から流出して水配管を経由し、貯湯タンク１９の内部に貯湯される。この貯湯タンク１９に備えられたタンク内水温度検出手段２４は、貯湯タンク１９内の水の温度を検出し、その温度情報を制御手段１６に送信する。そして、貯湯タンク１９に貯湯された水は、ポンプ２０の駆動によって、ポンプ２０に送られ、さらに、冷媒−水熱交換器１８へ送られる。以上の動作を繰り返し、貯湯ユニット５２における水配管を流通する水が温められる。ヒートポンプユニット５１における上記以外の動作は、実施の形態１に係るヒートポンプ装置の動作と同様である。
【００４２】
（ヒートポンプ給湯機の除霜サイクル動作）
本実施の形態に係るヒートポンプ給湯機においても、実施の形態１に係るヒートポンプ装置と同様に、除霜サイクルにおいて除霜単独運転モード、及び、暖房除霜運転モードの２つの動作モードを有し、実施の形態１における図９と同様の制御フローに基づいて、２つの動作モードのうちどちらを実施するかの判定（図９におけるステップＳ１に対応）が実施される。以下、その判定動作について説明する。
【００４３】
まず、蓄熱槽９に設けられた蓄熱材温度検出手段２１は、蓄熱材８の温度を検出し、その温度情報を制御手段１６に送信する。制御手段１６は、その温度情報に基づいて蓄熱材８における蓄熱量Ｑｓ（Ｊ）を算出する。
【００４４】
また、タンク内水温度検出手段２４は、貯湯タンク１９内の水の温度、すなわち、タンク内水温度Ｔｗ（℃）を検出し、第２温度検出手段２３は、第２熱交換器７に吸い込まれる空気の温度、すなわち、室外吸込空気温度Ｔｏ（℃）を検出し、それぞれ制御手段１６に送信する。制御手段１６は、設定温度Ｔｓ（℃）、タンク内水温度Ｔｗ（℃）及び室外吸込空気温度Ｔｏ（℃）に基づいて暖房負荷Ｑｈ’（Ｊ）を、例えば下記の式（６）によって推算する。なお、式（６）に限らず、その他の数式によって推量するものとしてもよい。
【００４５】
Ｑｈ’＝Ｃ１’＊（Ｔｓ−Ｔｗ）＋Ｃ２’＊（Ｔｗ−Ｔｏ）（６）
【００４６】
ここで、Ｃ１’は貯湯タンク１９の体積によって決まる定数であり、Ｃ２’は貯湯タンク１９内部から外への伝熱面積によって決まる定数である。例えば、貯湯タンク１９の体積をＶｗ（ｍ3）、水の密度をρｗ（ｋｇ／ｍ3）、そして、水の比熱をｃｗ（Ｊ／（ｋｇ・Ｋ））とすると、Ｃ１’は下記式（７）のように決定される。
【００４７】
Ｃ１’＝Ｖｗ＊ρｗ＊ｃｗ                              （７）
【００４８】
なお、Ｃ１はその他の数式に基づいて決定しても良いし、また、経験的にある一定の値に決めてもよい。
【００４９】
また、貯湯タンク１９内外を隔てる壁面の面積をＡｗ（ｍ2）、そして、貯湯タンク１９内の水から外の空気への熱通過率をＫｗ（Ｗ／（ｍ2・ｋ））とすると、Ｃ２’は下記式（８）のように決定される。
【００５０】
Ｃ２’＝Ａｗ＊Ｋｗ                                    （８）
【００５１】
なお、Ｃ２’はその他の数式に基づいて決定しても良いし、また、経験的にある一定の値に決めてもよい。
【００５２】
また、第２熱交換器７が着想によって完全に目詰まりしたときの着霜量をＦ（ｋｇ）、そして、水の融解潜熱ｑｗ（約３３３ｋＪ／ｋｇ）とすると、除霜に必要な熱量、すなわち除霜必要熱量Ｑｄ（Ｊ）は下記式（９）によって算出される。
【００５３】
Ｑｄ＝Ｆ＊ｑｗ（≒Ｆ＊３３３）                        （９）
【００５４】
除霜サイクル判定手段１５は、最終的に、以上の蓄熱量Ｑｓ（Ｊ）、暖房負荷Ｑｈ’（Ｊ）及び除霜必要熱量Ｑｄ（Ｊ）によって表される下記の判定式（１０）によって、除霜単独運転モードを実施させるか、暖房除霜運転モードを実施させるかを判定する。
【００５５】
Ｑｓ＜Ｑｈ’＋Ｑｄ                                  （１０）  
【００５６】
除霜サイクル判定手段１５は、判定式（１０）を満たす場合、暖房能力及び除霜能力が不足していて除霜単独運転モードを実施させるのが適していると判定し、制御手段１６は、除霜単独運転モードを実施する（図９におけるステップＳ２に対応）。
【００５７】
一方、判定式（１０）を満たさない場合、暖房能力及び除霜能力は十分であり暖房除霜運転モードを実施させるのが適していると判定し、制御手段１６は、暖房除霜運転モードを実施する（図９におけるステップＳ３に対応）。
【００５８】
制御手段１６は、上記の除霜サイクル判定手段１５の判定結果にも基づいて、第１四方弁２、第２四方弁４、第１開閉弁１２及び第２開閉弁１４の切り替えを実施する。
【００５９】
（実施の形態２の効果）
以上の構成及び動作によって、蓄熱量、暖房負荷及び除霜必要熱量に基づいて、除霜サイクルにおける好適な運転モードを選択することが可能となり、除霜時間を短縮し、又は、タンク内水温度の低下を防止し、消費電力量が小さく省エネ性が向上したヒートポンプ給湯機を得ることができる。
また、冷媒−水熱交換器１８と膨張手段６との間に、蓄熱材８を設けたことによって、冷媒−水熱交換器１８における加熱動作が終了した冷媒によって蓄熱するようにしているので、暖房運転時の能力低下を抑制することが可能となる。
【００６０】
実施の形態３．
（空気調和機の全体構成）
図１１は、本発明の実施の形態３に係る空気調和機の回路構成図である。本実施の形態に係る空気調和機は、実施の形態１に係るヒートポンプ装置を搭載したものである。以下、本実施の形態に係る空気調和機において、前述の実施の形態１のものと相違する構成を中心に説明する。
本実施の形態に係る空気調和機において、室内機６２は、第１熱交換器３、第１熱交換器用ファン１０及び第１熱交換器３に設置された第１温度検出手段２２によって構成されている。また、室外機６１は、実施の形態１に係るヒートポンプ装置の構成要素の内、上記の構成要素を除いたものによって構成されている。本実施の形態に係る空気調和機の基本動作、除霜サイクル動作等は実施の形態１に係るヒートポンプ装置と同様である。
【００６１】
（実施の形態３の効果）
以上の構成によって、蓄熱量、暖房負荷及び除霜必要熱量に基づいて、除霜サイクルにおける好適な運転モードを選択することが可能となり、除霜時間を短縮し、又は、タンク内水温度の低下を防止し、消費電力量が小さく省エネ性が向上した空気調和機を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の実施の形態１に係るヒートポンプ装置の冷媒回路構成図である。
【図２】同ヒートポンプ装置の暖房運転時の動作を示す図である。
【図３】同ヒートポンプ装置の着霜時のＣＯＰの時間変化を示す図である。
【図４】通常の除霜運転時の動作を示す図である。
【図５】実施の形態１に係るヒートポンプ装置における除霜単独運転モードの動作を示す図である。
【図６】同ヒートポンプ装置における暖房除霜運転モードの動作を示す図である。
【図７】同ヒートポンプ装置において暖房負荷が大きい場合の室温の時間変化を表す図である。
【図８】同ヒートポンプ装置において暖房負荷が小さい場合の室温の時間変化を表す図である。
【図９】同ヒートポンプ装置における除霜サイクルの制御フローを示す図である。
【図１０】本発明の実施の形態２に係るヒートポンプ給湯機の回路構成図である。
【図１１】本発明の実施の形態３に係る空気調和機の回路構成図である。
【符号の説明】
【００６３】
１  圧縮機、２  第１四方弁、３  第１熱交換器、４  第２四方弁、５  蓄熱用熱交換器、６  膨張手段、７  第２熱交換器、８  蓄熱材、９  蓄熱槽、１０  第１熱交換器用ファン、１１  第２熱交換器用ファン、１２  第１開閉弁、１３  バイパス管、１４  第２開閉弁、１５  除霜サイクル判定手段、１６  制御手段、１７  四方弁、１８  冷媒−水熱交換器、１９  貯湯タンク、２０  ポンプ、２１  蓄熱材温度検出手段、２２  第１温度検出手段、２３  第２温度検出手段、２４  タンク内水温度検出手段、５１  ヒートポンプユニット、５２  貯湯ユニット、６１  室外機、６２  室内機。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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