(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機、ガスクーラ、減圧装置及び蒸発器を有する冷凍サイクルを備え、上記ガスクーラで水を加熱して給湯する構成を備えたヒートポンプ給湯機において、
上記圧縮機に、一段目で中間圧に圧縮された冷媒をシェルケース内を通して二段目に導き、この二段目でこの中間圧冷媒を高圧に圧縮して吐出する二段圧縮型圧縮機を使用し、
上記圧縮機の一段目の中間圧冷媒をガスクーラ及び減圧装置をバイパスして上記蒸発器に導く第１の開閉弁を有した除霜回路を備え、
除霜運転開始時には、上記減圧装置を全開にするよりも早く上記第１の開閉弁を開き、除霜運転終了時には、上記減圧装置を除霜運転前の弁開度に戻すよりも遅く上記第１の開閉弁を閉じる制御手段を備えたことを特徴とするヒートポンプ給湯機。
【請求項２】
上記圧縮機の二段目の高圧冷媒を上記ガスクーラ及び上記減圧装置をバイパスして上記蒸発器に導く第２の開閉弁を有した高圧除霜回路を備え、除霜運転開始時には、上記減圧装置を全開、及び上記第２の開閉弁を全開にするよりも早く上記第１の開閉弁を開き、除霜運転終了時には、上記減圧装置を除霜運転前の弁開度に戻す、及び上記第２の開閉弁を全閉にするよりも遅く上記第１の開閉弁を閉じる制御手段を備えたことを特徴とする請求項１記載のヒートポンプ給湯機。
【請求項３】
上記冷凍サイクルにＣＯ2冷媒を使用したことを特徴とする請求項１又は２記載のヒートポンプ給湯機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、二段圧縮型圧縮機を用いたヒートポンプ給湯機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、圧縮機、ガスクーラ、減圧装置及び蒸発器を有する冷凍サイクルを備え、上記ガスクーラで水を加熱して給湯する構成を備えたヒートポンプ給湯機が知られている。
【０００３】
この種のものでは、従来、冷凍サイクルに塩素を含むフロン（ＨＣＦＣ２２等）を冷媒として使用していたが、これはオゾン層保護の観点から使用が規制されつつあり、その代替冷媒としての塩素を含まないフロン（ＨＣＦ）にあっても地球温暖化係数が高いことから、地球温暖化防止京都会議（ＣＯＰ３）において規制対象物質に指定された。
【０００４】
そこで、フロンのような合成物ではなく、自然界に存在する物質を冷凍サイクルに冷媒として使用する動きが高まり、特に、冷凍サイクルにＣＯ2冷媒を使用する検討が進められた。
【０００５】
このＣＯ2冷媒を使用した場合、冷凍サイクルの高圧側が超臨界となる遷臨界サイクル（Transcritical Cycle）になるため、ヒートポンプ式給湯装置における給湯のように、水の昇温幅が大きい加熱プロセスでは高い成績係数（ＣＯＰ）を期待することができる。
【０００６】
しかし、その反面、冷媒を高圧に圧縮しなければならず、近年、圧縮機に内部中間圧二段圧縮型圧縮機が採用されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
この種のものでは、冷凍サイクルを構成する機器類がヒートポンプユニットとして屋外に設置される場合が多く、例えば冬期等において、蒸発器の除霜運転が必要になる場合が多い。
【０００８】
この場合、圧縮機からの吐出冷媒をガスクーラ及び減圧装置をバイパスして蒸発器に供給し、この蒸発器を冷媒熱により加熱して除霜するホットガス除霜運転を行うのが一般的であるが、内部中間圧二段圧縮型圧縮機を使用した場合の除霜回路は未だ提案されていない。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、上述した従来の技術が有する課題を解消し、内部中間圧二段圧縮型圧縮機を使用した場合の効率のよい除霜運転を可能にしたヒートポンプ給湯機を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、圧縮機、ガスクーラ、減圧装置及び蒸発器を有する冷凍サイクルを備え、上記ガスクーラで水を加熱して給湯する構成を備えたヒートポンプ給湯機において、上記圧縮機に、一段目で中間圧に圧縮された冷媒をシェルケース内を通して二段目に導き、この二段目でこの中間圧冷媒を高圧に圧縮して吐出する二段圧縮型圧縮機を使用し、上記圧縮機の一段目の中間圧冷媒を上記ガスクーラ及び上記減圧装置をバイパスして上記蒸発器に導く第１の開閉弁を有した除霜回路を備え、除霜運転開始時には、上記減圧装置を全開にするよりも早く上記第１の開閉弁を開き、除霜運転終了時には、上記減圧装置を除霜運転前の弁開度に戻すよりも遅く上記第１の開閉弁を閉じる制御手段を備えたことを特徴とする。
【００１１】
請求項２記載の発明は、請求項１記載のものにおいて、上記圧縮機の二段目の高圧冷媒を上記ガスクーラ及び上記減圧装置をバイパスして上記蒸発器に導く第２の開閉弁を有した高圧除霜回路を備え、除霜運転開始時には、上記減圧装置を全開、及び上記第２の開閉弁を全開にするよりも早く上記第１の開閉弁を開き、除霜運転終了時には、上記減圧装置を除霜運転前の弁開度に戻す、及び上記第２の開閉弁を全閉にするよりも遅く上記第１の開閉弁を閉じる制御手段を備えたことを特徴とする。
【００１２】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載のものにおいて、上記冷凍サイクルにＣＯ2冷媒を使用したことを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を、図面に基づいて説明する。
【００１４】
図１は、二段圧縮型ロータリー式圧縮機を使用したヒートポンプ給湯機を示している。１は圧縮機を示し、この圧縮機１には、実線で示す冷媒配管を介して、ガスクーラ（高圧側熱交換器）３、減圧装置（膨張弁）５、蒸発器（低圧側熱交換器）７が順に接続されて、冷凍サイクルが構成されている。
【００１５】
この冷凍サイクルにはＣＯ2冷媒が使用される。ＣＯ2冷媒はオゾン破壊係数が０で、地球温暖化係数が１であるため、環境への負荷が小さく、毒性、可燃性がなく安全で安価である。このＣＯ2冷媒を使用した場合、冷凍サイクルの高圧側が超臨界となる遷臨界サイクル（Transcritical Cycle）になるため、ヒートポンプ式給湯装置における給湯のように、水の昇温幅が大きい加熱プロセスでは高い成績係数（ＣＯＰ）を期待することができる。
【００１６】
しかし、その反面、冷媒を高圧に圧縮しなければならず、圧縮機１には内部中間圧二段圧縮型圧縮機が採用されている。
【００１７】
この内部中間圧二段圧縮型圧縮機１は、シェルケース１１の内部に電動機部１２と、この電動機部１２により駆動される圧縮部１３とを有して構成されている。この圧縮部１３は二段圧縮の構成を有し、一段目の圧縮部１５と、二段目の圧縮部１７とからなる。
【００１８】
一段目の圧縮部１５の吸込みポート１５Ａから吸い込まれた冷媒は、この圧縮部１５で中間圧Ｐ１に圧縮された後、一旦、吐出ポート１５Ｂからシェルケース１１内に吐出され、このシェルケース１１内を経た後、管路２１を通って二段目の圧縮部１７の吸込みポート１７Ａに導かれ、この二段目の圧縮部１７で高圧Ｐ２に圧縮されて吐出ポート１７Ｂから吐出される。
【００１９】
上記ガスクーラ３は、ＣＯ2冷媒が流れる冷媒コイル９と、水が流れる水コイル１０とからなり、この水コイル１０は水配管を介して図示を省略した貯湯タンクに接続されている。水配管には図示を省略した循環ポンプが接続され、この循環ポンプが駆動されて貯湯タンクの水がガスクーラ３を循環し、ここで加熱されて貯湯タンクに貯湯される。
【００２０】
このヒートポンプ給湯機はヒートポンプユニットとして屋外に設置されるため、蒸発器７に付着した霜の除去が必要になる。
【００２１】
そこで、本実施形態では、圧縮機１の一段目１５の中間圧Ｐ１冷媒を、ガスクーラ３及び膨張弁５をバイパスして蒸発器７に導くための、除霜用電磁弁（第１の開閉弁）１３１、バイパス管１３２を含むホットガス除霜回路１３３が設けられる。１３４は制御回路である。
【００２２】
この制御回路１３４は、図２に示すように、除霜運転開始時に、上記膨張弁５を全開にするよりも早く、上記除霜用電磁弁１３１を開き、除霜運転終了時に、上記膨張弁５を除霜運転前の弁開度に戻すよりも遅く、上記除霜用電磁弁１３１を閉じ、除霜運転中は、これら除霜用電磁弁１３１及び膨張弁５を、共に、全開にする制御を実行する。
【００２３】
この除霜運転が行われると、圧縮機１の高圧冷媒が蒸発器７に送られ、この蒸発器７が加熱されて付着した霜が除去される。
【００２４】
本実施形態では、内部中間圧二段圧縮型圧縮機１を使用した場合の効率のよい除霜運転が可能になる。また、除霜運転しながら高圧Ｐ２冷媒が、ガスクーラ３に導かれるため、除霜運転時におけるガスクーラ３の温度低下が少なくなり、通常運転再開時の定常運転に移行するまでの時間を短縮することができる。ただし、この除霜運転が行われた場合、圧縮機１の高圧Ｐ２冷媒が蒸発器７に直接供給されるため、吐出圧Ｐ２よりもシェルケース１１の内圧が高くなって、冷媒がシェルケース１１内に寝込むおそれがある。これが寝込むと、冷媒循環量が不足し十分な除霜が行われない。
【００２５】
本実施形態では、除霜運転開始時に、膨張弁５を全開にするよりも早く、除霜用電磁弁１３１が開かれるため、蒸発器７には、まず中間圧Ｐ１冷媒が導かれ、ついで高圧Ｐ２冷媒が導かれる。これによれば、始めに、中間圧Ｐ１冷媒が低圧側に開放されるため、この中間圧Ｐ１にほぼ等しいシェルケース１１の内圧が吐出圧Ｐ２よりも高くなることがない。
【００２６】
また、除霜運転終了時に、膨張弁５を除霜運転前の弁開度に戻すよりも遅く、除霜用電磁弁１３１を閉じるため、除霜運転終了まで、継続して中間圧Ｐ１冷媒が蒸発器７に導かれる。これによれば、最後まで、中間圧Ｐ１冷媒が低圧側に開放されるため、この中間圧Ｐ１にほぼ等しいシェルケース１１の内圧が吐出圧Ｐ２よりも高くなることがない。
【００２７】
従って、除霜運転時に、シェルケース１１の内圧は常に吐出圧Ｐ２よりも低く維持されるため、冷媒がシェルケース１１内に寝込むことがなく、冷媒循環量が不足することもなく、十分な除霜が行われる。
【００２８】
図３は、別の実施形態を示す。
【００２９】
この実施形態では、図１の除霜回路１３３に加えて、圧縮機１の二段目１７の高圧Ｐ２冷媒を、ガスクーラ３及び膨張弁５をバイパスして蒸発器７に導くための、除霜用中間電磁弁（第２の開閉弁）２３１、バイパス管２３２を含むホットガス除霜回路２３３が設けられる。
【００３０】
この除霜運転では、そのスタート時に、上記実施形態と同様に、まず、通常時閉の除霜用電磁弁１３１が全開にされると共に、それから所定時間遅れて、除霜用電磁弁２３１及び膨張弁５がほぼ全開にされる。
【００３１】
また、除霜終了時には、まず、除霜用電磁弁２３１がほぼ全閉にされると共に、膨張弁５が除霜運転前の弁開度に戻され、それから所定時間遅れて、除霜用電磁弁１３１が全閉にされる。
【００３２】
これによっても、除霜運転時に、シェルケース１１の内圧は常に吐出圧Ｐ２よりも低く維持されるため、冷媒がシェルケース１１内に寝込むことがなく、冷媒循環量が不足することもなく、十分な除霜が行われる。
【００３３】
以上、一実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明はこれに限定されるものでないことは明らかである。
【００３４】
上記構成では、圧縮機１の一段目の吐出冷媒すべてを、シェルケース１１を通じて二段目に供給しているが、これに限定されず、シェルケース１１にはその一部を供給し、残りを一段目の吐出ポートから直接二段目の吸込みポートに供給する構成を採用してもよい。
【００３５】
【発明の効果】
本発明によれば、内部中間圧二段圧縮型圧縮機を使用した場合の効率のよい除霜運転が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるヒートポンプ給湯機の一実施形態を示す回路図である。
【図２】除霜運転時の開閉弁の開閉タイミングを示す図である。
【図３】別の実施形態を示す回路図である。
【符号の説明】
１  圧縮機
３  ガスクーラ
５  減圧装置
７  蒸発器
９  冷媒コイル
１３  圧縮部
１５  一段目の圧縮部
１５Ａ  吸込みポート
１７  二段目の圧縮部
１７Ａ  吸込みポート
１３１，２３１  除霜用電磁弁
１３２，２３２  バイパス管
１３３，２３３  ホットガス除霜回路
１３４  制御回路
Ｐ１  中間圧
Ｐ２  高圧
【図１】
0003711070.tif 000002
【図２】
0003711070.tif 000003
【図３】
0003711070.tif 000004