(57)【要約】【課題】デフロスト運転が早く終わるように改善する。【解決手段】圧縮機、熱交換器、膨張弁及び蒸発器の順に冷媒が循環するヒートポンプユニットと、熱交換器で熱交換した熱媒を貯留するタンクと、このタンクの熱媒を負荷へ通して循環させる循環ポンプと、デフロスト開始条件が成立したときに（Ｓ０）、膨張弁を全開にし且つ蒸発器の蒸発動作を止めると共に循環ポンプによる熱媒循環を止めた状態で冷媒をホットガスとして循環させるデフロスト運転を実行する（Ｓ１）デフロスト制御ユニットと、を含んで構成される。デフロスト制御ユニットは、デフロスト運転中に冷媒及び熱媒が所定の温度関係になると（Ｓ２）、熱交換器で冷媒と熱媒が熱交換するように、循環ポンプを制御する（Ｓ４）。熱媒の熱を冷媒へ回収して温度を維持し、デフロスト運転を早く終わらせる。【選択図】図３
2014070855.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機、熱媒−冷媒熱交換器、膨張弁及び蒸発器の順に冷媒が循環するヒートポンプユニットと、
前記熱媒−冷媒熱交換器で熱交換した熱媒を貯留するタンクと、
前記タンクの熱媒を負荷へ通し、前記熱媒−冷媒熱交換器へ循環させる循環ポンプと、
デフロスト開始条件の成立を判断し、デフロスト開始条件が成立したときに、前記膨張弁を全開にし且つ前記蒸発器の蒸発動作を止めると共に前記循環ポンプによる熱媒循環を止めた状態で前記冷媒を循環させるデフロスト運転を実行するデフロスト制御ユニットと、
を含んで構成され、
前記デフロスト制御ユニットは、
前記デフロスト運転中に前記冷媒及び前記熱媒が所定の温度関係になると、前記熱媒−冷媒熱交換器で前記冷媒と前記熱媒が熱交換するように、前記循環ポンプを制御する、
ヒートポンプ装置。
【請求項２】
前記熱媒を、前記負荷を通さずに前記熱媒−冷媒熱交換器へ戻すために、開閉可能な負荷迂回路をさらに含み、
前記デフロスト制御ユニットは、
前記デフロスト運転中に前記冷媒及び前記熱媒が所定の温度関係になると、前記熱媒−冷媒熱交換器で前記冷媒と前記熱媒が熱交換するように、前記循環ポンプを制御すると共に前記負荷迂回路を開通させる、
請求項１に記載のヒートポンプ装置。
【請求項３】
圧縮機、熱媒−冷媒熱交換器、膨張弁及び蒸発器の順に冷媒が循環するヒートポンプユニットと、
前記熱媒−冷媒熱交換器で熱交換した熱媒を貯留するタンクと、
前記タンクの熱媒を負荷へ通し、前記熱媒−冷媒熱交換器へ循環させる循環ポンプと、
前記負荷から戻る前記熱媒を、前記熱媒−冷媒熱交換器を通さずに前記タンクへ送るために、開閉可能な熱交換器迂回路と、
デフロスト開始条件の成立を判断し、デフロスト開始条件が成立したときに、前記膨張弁を全開にし且つ前記蒸発器の蒸発動作を止めると共に前記熱交換器迂回路を開通させた状態で前記冷媒を循環させるデフロスト運転を実行するデフロスト制御ユニットと、
を含んで構成され、
前記デフロスト制御ユニットは、
前記デフロスト運転中に前記冷媒及び前記熱媒が所定の温度関係になると、前記熱媒−冷媒熱交換器で前記冷媒と前記熱媒が熱交換するように、前記熱交換器迂回路を閉鎖する、
ヒートポンプ装置。
【請求項４】
低元側圧縮機、低元側熱媒−冷媒熱交換器、カスケード熱交換器、低元側膨張弁及び低元側蒸発器の順に冷媒が循環する低元側ヒートポンプユニットと、
高元側圧縮機、高元側熱媒−冷媒熱交換器、高元側膨張弁及び前記カスケード熱交換器の順に冷媒が循環する高元側ヒートポンプユニットと、
負荷を通して熱媒を循環させる循環ポンプを有し、前記負荷からの戻り熱媒を前記低元側熱媒−冷媒熱交換器と前記高元側熱媒−冷媒熱交換器とに分流させ、且つ、前記低元側熱媒−冷媒熱交換器及び前記高元側熱媒−冷媒熱交換器を通過した各分流熱媒を合流させて合流タンクに貯留し、該合流タンクの熱媒を前記負荷へ送り出すように構成されると共に、前記低元側熱媒−冷媒熱交換器への熱媒分流量と前記高元側熱媒−冷媒熱交換器への熱媒分流量とを調節する分流調節器を備えた負荷ユニットと、
デフロスト開始条件の成立を判断し、デフロスト開始条件が成立したときに、前記低元側膨張弁を全開にし且つ前記低元側蒸発器の蒸発動作を止めると共に前記循環ポンプによる熱媒循環を止めた状態で前記低元側ヒートポンプユニットの冷媒を循環させるデフロスト運転を実行するデフロスト制御ユニットと、
を含んで構成され、
前記デフロスト制御ユニットは、
前記デフロスト運転中に前記冷媒及び前記熱媒が所定の温度関係になると、前記低元側熱媒−冷媒熱交換器で前記冷媒と前記熱媒が熱交換するように、前記分流調節器及び前記循環ポンプを制御する、
ヒートポンプ装置。
【請求項５】
前記熱媒を、前記負荷を通さずに前記低元側熱媒−冷媒熱交換器へ戻すために、開閉可能な負荷迂回路をさらに含み、
前記デフロスト制御ユニットは、
前記デフロスト運転中に前記冷媒及び前記熱媒が所定の温度関係になると、前記低元側熱媒−冷媒熱交換器で前記冷媒と前記熱媒が熱交換するように、前記分流調節器及び前記循環ポンプを制御すると共に前記負荷迂回路を開通させる、
請求項４に記載のヒートポンプ装置。
【請求項６】
低元側圧縮機、低元側熱媒−冷媒熱交換器、カスケード熱交換器、低元側膨張弁及び低元側蒸発器の順に冷媒が循環する低元側ヒートポンプユニットと、
高元側圧縮機、高元側熱媒−冷媒熱交換器、高元側膨張弁及び前記カスケード熱交換器の順に冷媒が循環する高元側ヒートポンプユニットと、
負荷を通して熱媒を循環させる循環ポンプを有し、前記負荷からの戻り熱媒を前記低元側熱媒−冷媒熱交換器と前記高元側熱媒−冷媒熱交換器とに分流させ、且つ、前記低元側熱媒−冷媒熱交換器及び前記高元側熱媒−冷媒熱交換器を通過した各分流熱媒を合流させて合流タンクに貯留し、該合流タンクの熱媒を前記負荷へ送り出すように構成されると共に、前記低元側熱媒−冷媒熱交換器への熱媒分流量と前記高元側熱媒−冷媒熱交換器への熱媒分流量とを調節する分流調節器を備えた負荷ユニットと、
前記低元側熱媒−冷媒熱交換器へ流れる熱媒を、前記低元側熱媒−冷媒熱交換器を通さずに前記合流タンクへ送るために、開閉可能な熱交換器迂回路と、
デフロスト開始条件の成立を判断し、デフロスト開始条件が成立したときに、前記低元側膨張弁を全開にし且つ前記低元側蒸発器の蒸発動作を止めると共に前記熱交換器迂回路を開通させた状態で前記低元側ヒートポンプユニットの冷媒を循環させるデフロスト運転を実行するデフロスト制御ユニットと、
を含んで構成され、
前記デフロスト制御ユニットは、
前記デフロスト運転中に前記低元側ヒートポンプユニットの冷媒及び前記熱媒が所定の温度関係になると、前記低元側熱媒−冷媒熱交換器で前記冷媒と前記熱媒が熱交換するように、前記熱交換器迂回路を閉鎖する、
ヒートポンプ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
暖房用のヒートポンプ装置に関する技術が以下に開示される。
【背景技術】
【０００２】
近年、冷媒を循環させる冷凍サイクルを、暖房用の温水（熱媒）を生成するヒートポンプユニットとして利用するヒートポンプ装置が普及している。この種のヒートポンプ装置では、外気から冷媒へ採熱する蒸発器で霜が成長し、熱交換能力の低下を招くので、その霜を取り除くデフロスト運転（除霜運転）が所定のタイミングで実行される。このデフロスト運転では、例えば特許文献１に開示されるように、ヒートポンプユニットの冷凍サイクルを逆転させて冷媒を循環させ、冷媒をホットガスとして蒸発器へ送り込むことで除霜が行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１２７８７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
デフロスト運転は、暖房運転中に所定の条件が成立すると実行され、その間は温水循環が止められて暖房が止まるので、極力短く終わらせる方が好ましい。特許文献１のデフロスト運転では、最短で、蒸発器の入り口での冷媒温度が第２の基準温度（５℃）を越えた場合に除霜処理終了と判断される（特許文献１の段落００２９）。しかし、氷点下の外気温度では、蒸発器までホットガスが到達する間に配管からの放熱もあり、霜を溶かすために必要な融解潜熱が多く、ホットガスの温度低下が速い。このため、デフロスト運転終了の条件が成立するのに時間がかかる。この点に着目すると、ヒートポンプ装置において、デフロスト運転を早く終了させるべく改善が望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
当課題を解決するべく、圧縮機、熱媒−冷媒熱交換器、膨張弁及び蒸発器の順に冷媒が循環するヒートポンプユニットと、前記熱媒−冷媒熱交換器で熱交換した熱媒を貯留するタンクと、前記タンクの熱媒を負荷へ通し、前記熱媒−冷媒熱交換器へ循環させる循環ポンプと、を含んで構成されるヒートポンプ装置に関し、次の態様を提案する。
【０００６】
第１の態様では、デフロスト開始条件の成立を判断し、デフロスト開始条件が成立したときに、前記膨張弁を全開にし且つ前記蒸発器の蒸発動作を止めると共に前記循環ポンプによる熱媒循環を止めた状態で前記冷媒を循環させるデフロスト運転を実行するデフロスト制御ユニット、を含み、
前記デフロスト制御ユニットが、前記デフロスト運転中に前記冷媒及び前記熱媒が所定の温度関係になると、前記熱媒−冷媒熱交換器で前記冷媒と前記熱媒が熱交換するように、前記循環ポンプを制御する。
【０００７】
第２の態様では、前記熱媒を、前記負荷を通さずに前記熱媒−冷媒熱交換器へ戻すために、開閉可能な負荷迂回路と、デフロスト開始条件が成立したときに、前記膨張弁を全開にし且つ前記蒸発器の蒸発動作を止めると共に前記循環ポンプによる熱媒循環を止めた状態で前記冷媒を循環させるデフロスト運転を実行するデフロスト制御ユニットと、を含み、
前記デフロスト制御ユニットが、前記デフロスト運転中に前記冷媒及び前記熱媒が所定の温度関係になると、前記熱媒−冷媒熱交換器で前記冷媒と前記熱媒が熱交換するように、前記循環ポンプを制御すると共に前記負荷迂回路を開通させる。
【０００８】
第３の態様では、前記負荷から戻る前記熱媒を、前記熱媒−冷媒熱交換器を通さずに前記タンクへ送るために、開閉可能な熱交換器迂回路と、デフロスト開始条件の成立を判断し、デフロスト開始条件が成立したときに、前記膨張弁を全開にし且つ前記蒸発器の蒸発動作を止めると共に前記熱交換器迂回路を開通させた状態で前記冷媒を循環させるデフロスト運転を実行するデフロスト制御ユニットと、を含み、
前記デフロスト制御ユニットが、前記デフロスト運転中に前記冷媒及び前記熱媒が所定の温度関係になると、前記熱媒−冷媒熱交換器で前記冷媒と前記熱媒が熱交換するように、前記熱交換器迂回路を閉鎖する。
【０００９】
さらに、より具体的な態様として、低元側圧縮機、低元側熱媒−冷媒熱交換器、カスケード熱交換器、低元側膨張弁及び低元側蒸発器の順に冷媒が循環する低元側ヒートポンプユニットと、高元側圧縮機、高元側熱媒−冷媒熱交換器、高元側膨張弁及び前記カスケード熱交換器の順に冷媒が循環する高元側ヒートポンプユニットと、負荷を通して熱媒を循環させる循環ポンプを有し、前記負荷からの戻り熱媒を前記低元側熱媒−冷媒熱交換器と前記高元側熱媒−冷媒熱交換器とに分流させ、且つ、前記低元側熱媒−冷媒熱交換器及び前記高元側熱媒−冷媒熱交換器を通過した各分流熱媒を合流させて合流タンクに貯留し、該合流タンクの熱媒を前記負荷へ送り出すように構成されると共に、前記低元側熱媒−冷媒熱交換器への熱媒分流量と前記高元側熱媒−冷媒熱交換器への熱媒分流量とを調節する分流調節器を備えた負荷ユニットと、を含んで構成される二元型ヒートポンプ装置に関し、次の態様を提案する。
【００１０】
第４の態様では、デフロスト開始条件の成立を判断し、デフロスト開始条件が成立したときに、前記低元側膨張弁を全開にし且つ前記低元側蒸発器の蒸発動作を止めると共に前記循環ポンプによる熱媒循環を止めた状態で前記低元側ヒートポンプユニットの冷媒を循環させるデフロスト運転を実行するデフロスト制御ユニット、を含み、
前記デフロスト制御ユニットが、前記デフロスト運転中に前記冷媒及び前記熱媒が所定の温度関係になると、前記低元側熱媒−冷媒熱交換器で前記冷媒と前記熱媒が熱交換するように、前記分流調節器及び前記循環ポンプを制御する。
【００１１】
第５の態様では、前記熱媒を、前記負荷を通さずに前記低元側熱媒−冷媒熱交換器へ戻すために、開閉可能な負荷迂回路と、デフロスト開始条件の成立を判断し、デフロスト開始条件が成立したときに、前記低元側膨張弁を全開にし且つ前記低元側蒸発器の蒸発動作を止めると共に前記循環ポンプによる熱媒循環を止めた状態で前記低元側ヒートポンプユニットの冷媒を循環させるデフロスト運転を実行するデフロスト制御ユニットと、を含み、
前記デフロスト制御ユニットが、前記デフロスト運転中に前記冷媒及び前記熱媒が所定の温度関係になると、前記低元側熱媒−冷媒熱交換器で前記冷媒と前記熱媒が熱交換するように、前記分流調節器及び前記循環ポンプを制御すると共に前記負荷迂回路を開通させる。
【００１２】
第６の態様では、前記低元側熱媒−冷媒熱交換器へ流れる熱媒を、前記低元側熱媒−冷媒熱交換器を通さずに前記合流タンクへ送るために、開閉可能な熱交換器迂回路と、デフロスト開始条件の成立を判断し、デフロスト開始条件が成立したときに、前記低元側膨張弁を全開にし且つ前記低元側蒸発器の蒸発動作を止めると共に前記熱交換器迂回路を開通させた状態で前記低元側ヒートポンプユニットの冷媒を循環させるデフロスト運転を実行するデフロスト制御ユニットと、を含み、
前記デフロスト制御ユニットが、前記デフロスト運転中に前記低元側ヒートポンプユニットの冷媒及び前記熱媒が所定の温度関係になると、前記低元側熱媒−冷媒熱交換器で前記冷媒と前記熱媒が熱交換するように、前記熱交換器迂回路を閉鎖する。
【発明の効果】
【００１３】
上記提案に係るヒートポンプ装置によれば、デフロスト運転中に、ホットガスとして使用される冷媒へ熱媒の熱を回収することで、当該冷媒の温度低下を抑制することができる。すなわち、例えばデフロスト運転の後半で低下しつつある冷媒の温度を上げるように制御することができるので、デフロスト運転の時間を従来に比べて短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】ヒートポンプ装置の第１実施形態を示すブロック図。
【図２】ヒートポンプ装置の第２実施形態を示すブロック図。
【図３】デフロスト運転制御の第１例を示すフローチャート。
【図４】デフロスト運転制御の第２例を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１は、ヒートポンプ装置の第１実施形態として、ヒートポンプユニット１０、負荷ユニット２０、及び制御ユニット３０を含んで構成された単元型ヒートポンプ装置を示している。
【００１６】
ヒートポンプユニット１０は、圧縮機１１、熱媒−冷媒熱交換器１２、膨張弁１３、及び蒸発器１４を、冷媒循環路でつないで構成される冷凍回路である。冷媒には、例えばＣＯ２が使用され、該冷媒が、圧縮機１１、熱媒−冷媒熱交換器１２、膨張弁１３、及び蒸発器１４の順に循環して冷凍サイクルが実行される。すなわち冷媒は、圧縮機１１で超臨界の状態まで圧縮されて高温高圧となった後、熱媒−冷媒熱交換器１２において、負荷ユニット２０を循環する熱媒と熱交換する。次いで熱交換後の冷媒は、膨張弁１３で膨張後、ファンを備えた蒸発器１４で外気と熱交換し、圧縮機１１へ循環する。
【００１７】
負荷ユニット２０は、一例として、床下に通したパイプに温水を流す床暖房ユニットである。床暖房の他にも、例えば、各部屋に備えられたパネルラジエータが負荷としてあり得る。第１実施形態の負荷ユニット２０は、熱媒として温水（水）を循環させる熱媒循環路２１を備え、この熱媒循環路２１において、暖房負荷より上流側に循環ポンプ２２、下流側に膨張タンク２３が設けられる。循環ポンプ２２が熱媒を暖房負荷へ送り出して循環させ、膨張タンク２３は、熱媒循環路２１内の熱媒量を一定に保つために設けられる。また、負荷ユニット２０は、熱媒−冷媒熱交換器１２で熱交換した熱媒を貯留する所定容量のタンク２４を熱媒循環路２１に備えている。このタンク２４には、熱交換で５０℃〜７０℃ほどになる熱媒が数リットル程度貯留され、ここから循環ポンプ２２により往き熱媒が暖房負荷へ送り出される。
【００１８】
負荷ユニット２０には、後述する各例のデフロスト運転用に、それぞれ点線で示す負荷迂回路２５や熱交換器迂回路２６を設けることが可能である。負荷迂回路２５は、暖房負荷へ送り出される往き熱媒の通る熱媒循環路２１中に挿入される三方弁２５ａを有し、この三方弁２５ａの開閉制御に従って、往き熱媒を暖房負荷へ送り出す通常の経路か、又は、暖房負荷からの戻り熱媒が通る熱媒循環路２１へ往き熱媒を迂回させ、暖房負荷を通さずに熱媒−冷媒熱交換器１２へ戻す短絡経路が選択される。熱交換器迂回路２６は、暖房負荷からの戻り熱媒の通る熱媒循環路２１中に挿入される三方弁２６ａを有し、この三方弁２６ａの開閉制御に従って、戻り熱媒を熱媒−冷媒熱交換器１２へ通す通常の経路か、又は、戻り熱媒を熱媒−冷媒熱交換器１２を通さずにタンク２４へ送る短絡経路が選択される。
【００１９】
制御ユニット３０は、ＥＣＵ（電子制御ユニット）等を備え、ヒートポンプユニット１０における圧縮機１１の回転速度や膨張弁１３の開度、及び、負荷ユニット２０における循環ポンプ２２の回転速度等を制御する。制御にあたっては、外気温度センサＳａ、蒸発器温度センサＳｂ、熱交換前の圧縮冷媒温度センサＳｃ、熱交換後冷媒温度センサＳｄ、往き熱媒温度センサＳｅ、戻り熱媒温度センサＳｆ、熱交換後の熱媒温度センサＳｇによる各測定値が使用される。この制御ユニット３０は、内蔵したプログラムに従ってデフロスト制御ユニットとして機能し、後述するデフロスト運転を制御する。
【００２０】
図２は、ヒートポンプ装置の第２実施形態として、低元側ヒートポンプユニット１００、高元側ヒートポンプユニット１１０、負荷ユニット２００、及び制御ユニット３００を含んで構成された二元型ヒートポンプ装置を示している。
【００２１】
低元側ヒートポンプユニット１００は、低元側圧縮機１０１、低元側熱媒−冷媒熱交換器１０２、カスケード熱交換器１０３、低元側膨張弁１０４、及び低元側蒸発器１０５を、冷媒循環路でつないで構成される冷凍回路である。冷媒には、例えばＣＯ２が使用され、該冷媒が、低元側圧縮機１０１、低元側熱媒−冷媒熱交換器１０２、カスケード熱交換器１０３、低元側膨張弁１０４、及び低元側蒸発器１０５の順に循環して冷凍サイクルが実行される。すなわち冷媒は、低元側圧縮機１０１で超臨界の状態まで圧縮されて高温高圧となった後、低元側熱媒−冷媒熱交換器１０２において、負荷ユニット２００を循環する熱媒の低元側分流と熱交換する。次いで冷媒は、低元側熱媒−冷媒熱交換器１０２からカスケード熱交換器１０３へ流れ、熱媒との熱交換で使い切れず、外気温度よりも高く吸熱源として未だ使用可能な冷媒の熱が、高元側ヒートポンプユニット１１０の吸熱源として利用される。冷媒−冷媒熱交換器であるカスケード熱交換器１０３で熱交換した後の冷媒は、低元側膨張弁１０４で膨張後、ファンを備えた低元側蒸発器１０５で外気と熱交換し、低元側圧縮機１０１へ循環する。
【００２２】
高元側ヒートポンプユニット１１０は、高元側圧縮機１１１、高元側熱媒−冷媒熱交換器１１２、高元側膨張弁１１３、そしてカスケード熱交換器１０３を、冷媒循環路でつないで構成される冷凍回路である。冷媒には、低元側と同じくＣＯ２が使用され、該冷媒が、高元側圧縮機１１１、高元側熱媒−冷媒熱交換器１１２、高元側膨張弁１１３及びカスケード熱交換器１０３の順に循環して冷凍サイクルが実行される。すなわち冷媒は、高元側圧縮機１１１で超臨界の状態まで圧縮されて高温高圧となった後、高元側熱媒−冷媒熱交換器１１２において、負荷ユニット２００を循環する熱媒の高元側分流と熱交換する。次いで冷媒は、高元側膨張弁１１３で膨張後、カスケード熱交換器１０３において低元側ヒートポンプユニット１００の冷媒と熱交換し、高元側圧縮機１１１へ循環する。
【００２３】
負荷ユニット２００は、上記同様、一例として床下に通したパイプに温水を流す床暖房ユニットである。第２実施形態の負荷ユニット２００は、熱媒として温水（水）を循環させる熱媒循環路２０１を備え、この熱媒循環路２０１において、暖房負荷より上流側に循環ポンプ２０２、下流側に膨張タンク２０３が設けられる。循環ポンプ２０２が往き熱媒を暖房負荷へ送り出して循環させ、膨張タンク２０３は、熱媒循環路２０１内の熱媒量を一定に保つために設けられる。
【００２４】
熱媒循環路２０１は、暖房負荷より下流側で、２つの分流路、すなわち低元側流路２０１ａと高元側流路２０１ｂとに分岐しており、暖房負荷で使用されて戻ってくる戻り熱媒を、低元側熱媒−冷媒熱交換器１０２と高元側熱媒−冷媒熱交換器１１２とに分流させる。そして、第２実施形態の負荷ユニット２００では、分流して低元側流路２０１ａと高元側流路２０１ｂとに流れる熱媒分流量を調節する分流調節器として、分岐点に三方弁２０４が設けられている。この三方弁２０４により、目標とする往き熱媒の温度が得られるように、低元側熱媒−冷媒熱交換器１０２への熱媒分流量と高元側熱媒−冷媒熱交換器１１２への熱媒分流量とが調節される。三方弁２０４を用いることで、各流路２０１ａ，２０１ｂへの分流量調節が高精度に細かく行われる。三方弁２０４を使用する他に、高元側流路２０１ｂの途中に、分流して高元側流路２０１ｂへ流れる熱媒分流量を調節する流量制御弁を配設してもよい。あるいは、低元側熱媒−冷媒熱交換器１０２及び高元側熱媒−冷媒熱交換器１１２の下流側（出口側）で分流熱媒の分流量を調節する三方弁や流量制御弁を設ける例も可能である。
【００２５】
第２実施形態の負荷ユニット２００は、低元側及び高元側流路２０１ａ，２０１ｂを通り、低元側熱媒−冷媒熱交換器１０２及び高元側熱媒−冷媒熱交換器１１２を通過した各分流熱媒を合流させて貯留する、所定容量の合流タンク２０５を備える。この合流タンク２０５に貯留される熱媒が、往き熱媒として熱媒循環路２０１を通り循環ポンプ２０２から暖房負荷へ送り出される。
【００２６】
第１及び第２実施形態のタンク２４，２０５は、常時、熱媒で満たされるように構成される。すなわち、タンク２４，２０５は、熱媒を満水状態に貯留するものであり、タンク２４，２０５には、常に、１ＭＰａ程度の内圧がかかっている。また、タンク２４，２０５は、その上部に熱媒の流入口が設けられていると共に、その下部（底部）に熱媒の流出口が設けられている。このように、タンク２４，２０５を、常時、熱媒で満たすようにすることに加えて、熱媒の流出口をタンク２４，２０５の下部（底部）に設けることにより、タンク２４，２０５からは熱媒のみが流出されることとなり、回路内に空気が混入することが効果的に防止される。さらに、タンク２４，２０５には、逃し弁（図示省略）が設けられており、タンク内圧力が許容内圧を超えた場合には、前記逃し弁が開いて圧力を放出できるようになっている。
【００２７】
負荷ユニット２００には、後述する各例のデフロスト運転用に、それぞれ点線で示す負荷迂回路２０６や熱交換器迂回路２０７を設けることが可能である。負荷迂回路２０６は、暖房負荷へ送り出される往き熱媒の通る熱媒循環路２０１中に挿入される三方弁２０６ａを有し、この三方弁２０６ａの開閉制御に従って、往き熱媒を暖房負荷へ送り出す通常の経路か、又は、暖房負荷からの戻り熱媒が通る熱媒循環路２０１へ往き熱媒を迂回させ、暖房負荷を通さずに低元側熱媒−冷媒熱交換器１０２へ戻す短絡経路が選択される。熱交換器迂回路２０７は、戻り熱媒分流後の低元側流路２０１ａ中に挿入される三方弁２０７ａを有し、この三方弁２０７ａの開閉制御に従って、分流路の熱媒を低元側熱媒−冷媒熱交換器１０２へ通す通常の経路か、又は、熱媒を低元側熱媒−冷媒熱交換器１０２を通さずに合流タンク２０５へ送る短絡経路が選択される。
【００２８】
制御ユニット３００は、第１実施形態同様、ＥＣＵ（電子制御ユニット）等を備え、低元側及び高元側ヒートポンプユニット１００，１１０における圧縮機１０１，１１の各回転速度や膨張弁１０４，１１３の各開度、及び、負荷ユニット２００における循環ポンプ２０２の回転速度や三方弁２０４の開度等を制御する。制御にあたっては、外気温度センサＳａ、蒸発器温度センサＳｂ、熱交換前の低元側圧縮冷媒温度センサＳｃ、低元側熱交換後冷媒温度センサＳｄ、往き熱媒温度センサＳｅ、戻り熱媒温度センサＳｆ、熱交換後の低元側分流熱媒温度センサＳｇ、熱交換後の高元側分流熱媒温度センサＳｈ、熱交換前の高元側圧縮冷媒温度センサＳｉ、高元側熱交換後冷媒温度センサＳｊによる各測定値が使用される。この制御ユニット３００も、内蔵したプログラムに従ってデフロスト制御ユニットとして機能し、後述するデフロスト運転を制御する。
【００２９】
第１及び第２実施形態の制御ユニット３０，３００は、通常の暖房運転で、操作パネルを通して設定される設定温度と、外気温度センサＳａにより測定される現在の外気温度とに基づいて、暖房能力（往き熱媒の温度目標値、圧縮機の回転速度）を決定する。そして、制御ユニット３０，３００は、往き熱媒温度センサＳｅにより測定される往き熱媒の測定温度が、決定した温度目標値となるように、ヒートポンプユニット１０，１００，１１０及び負荷ユニット２０，２００を制御する。制御ユニット３０，３００は、往き熱媒の測定温度が温度目標値に一致すると判断できたら、戻り熱媒温度センサＳｆにより測定される戻り熱媒の測定温度が、往き熱媒の温度目標値に対応した戻り熱媒の温度目標値になるか否か、判断する。制御ユニット３０，３００は、戻り熱媒の測定温度が戻り温度目標値になったと判断すれば、現在の暖房能力で制御を続行する。一方、戻り熱媒の測定温度が温度目標値にならない場合、制御ユニット３０，３００は、暖房能力を変更すべく再決定し、該再決定後の暖房能力で同制御を実行する。
【００３０】
この暖房運転中にデフロスト制御ユニットとして機能する制御ユニット３０，３００は、第１例として、図３に示すフローチャートに沿ってデフロスト運転を制御する。
【００３１】
デフロスト制御を実行する制御ユニット３０，３００は、ステップＳ０で、デフロスト開始条件の成立を判断する。例えば、デフロスト開始条件が成立したか否かは、外気温度センサＳａで測定される外気温度から算出される蒸発器温度の所定のしきい値と蒸発器温度センサＳｂで測定される蒸発器温度とを比較することで判断する。すなわち、蒸発器１４，１０５の温度は、霜が付くことによって、現在の外気温度よりも低温へ低下していくので、蒸発器温度が前記所定のしきい値になったときに、デフロスト開始条件が成立したと判断することができる。この他にも、蒸発器１４，１０５の入口／出口冷媒温度から判断することも可能である。
【００３２】
デフロスト開始条件が成立したと判断した制御ユニット３０，３００は、ステップＳ１で、膨張弁１３，１０４を全開にし、且つ例えばファンを停止するなどで蒸発器１４，１０５の蒸発動作を止め、さらに、循環ポンプ２２，２０２を停止するなどで負荷ユニット２０，２００における熱媒循環を止めた状態とする。また、第２実施形態のヒートポンプ装置の場合は、高元側ヒートポンプユニット１１０の圧縮機１１１を停止するなどで高元側の冷媒循環も止めた状態とする。そして、ヒートポンプユニット１０，１００の冷媒を熱交換なしで循環させるデフロスト運転を実行する。これにより、冷媒がホットガスとして蒸発器１４，１０５へ提供され、その熱で除霜が行われる。このように、本実施形態のヒートポンプ装置は、ヒートポンプユニットの冷凍サイクルを逆回転させず、通常の順方向のサイクルで冷媒を循環させてデフロスト運転を実行する。したがって、逆回転用の余分な部品が不要であり、回路の負担が少ない。
【００３３】
デフロスト運転中の制御ユニット３０，３００は、ステップＳ２で、冷媒温度センサＳｄで測定される冷媒温度を、戻り熱媒温度センサＳｆで測定される熱媒温度と比較する。比較の結果、両者が熱媒温度＜冷媒温度の温度関係にある場合、制御ユニット３０，３００は、ステップＳ３へ進んでデフロスト終了条件の成立を判断する。一方、両者が熱媒温度≧冷媒温度の温度関係になると、制御ユニット３０，３００は、ステップＳ４へ進んで、熱媒−冷媒熱交換器１２，１０２で冷媒と熱媒が熱交換するように、熱媒循環制御を実行した後に、ステップＳ３へ進んでデフロスト終了条件の成立を判断する。すなわち、ホットガスとして使用されて温度が低下していく冷媒の温度が、熱媒の温度以下になる場合には、熱媒の熱を冷媒へ回収するように制御し、冷媒の温度低下を抑制する。これにより、デフロスト運転の後半で冷媒の温度を上げるように制御できるので、デフロスト運転の時間を従来に比べて短縮することができる。
【００３４】
ステップＳ４で熱媒循環制御を行う第１実施形態の制御ユニット３０は、循環ポンプ２２を所定の回転速度で制御して、タンク２４の熱媒を負荷ユニット２０内で循環させる。この制御の場合、デフロスト運転終了前に熱媒が暖房負荷を通って循環し始めるので、あたかもデフロスト運転が早く終了したかのような印象を与えられる利点がある。図１中に示すように負荷迂回路２５が設けられている場合の制御ユニット３０は、循環ポンプ２２を制御すると共に負荷迂回路２５を開通させ、暖房負荷を通さずに熱媒を循環させる。この制御の場合、暖房負荷で熱媒の熱が奪われないので、より長く熱媒の温度を保つことができる。このように負荷ユニット２０において熱媒が循環することにより、熱媒−冷媒熱交換器１２で熱媒と冷媒が熱交換し、冷媒の温度を上げることができる。
【００３５】
他方、ステップＳ４で熱媒循環制御を行う第２実施形態の制御ユニット３００は、分流調節器である三方弁２０４を低元側流路２０１ａの１００％流通へ切り換えると共に循環ポンプ２０２を所定の回転速度で制御して、合流タンク２０５の熱媒を負荷ユニット２００内で低元側のみ循環させる。また、図２中に示すように負荷迂回路２０６が設けられている場合の制御ユニット３００は、三方弁２０４及び循環ポンプ２０２を制御すると共に負荷迂回路２０６を開通させ、暖房負荷を通さずに熱媒を低元側で循環させる。これら制御で第１実施形態同様の上記作用を得られる。
【００３６】
ステップＳ３へ進んだ制御ユニット３０，３００は、蒸発器温度センサＳｂで測定される蒸発器温度が終了判断温度（例えば５℃）を上回るか否かでデフロスト終了条件の成立を判断する。制御ユニット３０，３００は、デフロスト終了条件が成立しない間はステップＳ２以降の制御を継続し、デフロスト終了条件が成立すれば、ステップＳ５でデフロスト運転を終了して通常の暖房運転を開始し、ステップＳ０へ戻ってデフロスト開始条件の成立を判断する。デフロスト終了条件は、蒸発器温度の他にも、蒸発器出口冷媒温度など、冷媒温度で判断することも可能である。
【００３７】
図４には、デフロスト制御ユニットとして機能する制御ユニット３０，３００が実行するデフロスト制御の第２例に係るフローチャートを示す。この第２例は、図１及び図２中に示す熱交換器迂回経路２６，２０７が設けられている場合の制御例である。
【００３８】
デフロスト制御を実行する制御ユニット３０，３００は、第１例同様にステップＳ１０で、デフロスト開始条件の成立を判断する。デフロスト開始条件が成立したと判断した制御ユニット３０，３００は、ステップＳ１１で、第１例同様に膨張弁１３，１０４を全開にし且つ蒸発器１４，１０５の蒸発動作を止めた状態とする。また、第２実施形態のヒートポンプ装置の場合は、高元側ヒートポンプユニット１１０の圧縮機１１１を停止するなどで高元側の冷媒循環を止めた状態とする。このときに三方弁２０４は、低元側流路２０１ａへの１００％流通に切り換えるのが好ましい。さらに、第２例の場合、制御ユニット３０，３００は、熱交換器迂回路２６，２０７を開通させ、熱媒−冷媒熱交換器１２，１０２を迂回して熱媒を合流タンク２０５へ循環させる。これにより、第１例同様、ヒートポンプユニット１０，１００の冷媒を熱交換なしでホットガスとして循環させるデフロスト運転が実行される。
【００３９】
第２例の場合、制御ユニット３０，３００は、デフロスト運転中、循環ポンプ２２，２０２を所定の回転速度に制御して負荷ユニット２０，２００における熱媒の循環を維持するように制御することができる。すなわち、デフロスト運転中もある程度の熱媒を循環させ、暖房の途切れを意識させない運転とすることが可能である。
【００４０】
デフロスト運転中の制御ユニット３０，３００は、第１例同様にステップＳ１２で、冷媒温度センサＳｄで測定される冷媒温度を、戻り熱媒温度センサＳｆで測定される熱媒温度と比較する。比較の結果、制御ユニット３０，３００は、熱媒温度＜冷媒温度の温度関係にあればステップＳ１３へ進んでデフロスト終了条件の成立を判断し、熱媒温度≧冷媒温度の温度関係になれば、ステップＳ１４へ進んで、熱媒−冷媒熱交換器１２，１０２で冷媒と熱媒が熱交換するように、熱交換器迂回路２６，２０７を閉鎖する。熱交換器迂回路２６，２０７の閉鎖により、循環ポンプ２２，２０２によって循環する熱媒が熱媒−冷媒熱交換器１２，１０２を通るので、当該熱媒の熱が冷媒へ回収され、第１例同様の作用を得られる。
【００４１】
ステップＳ１２又はステップＳ１４の後にステップＳ１３へ進んだ制御ユニット３０，３００は、第１例同様に、蒸発器温度センサＳｂで測定される蒸発器温度が終了判断温度を上回るか否かでデフロスト終了条件の成立を判断する。制御ユニット３０，３００は、デフロスト終了条件が成立しない間はステップＳ１２以降の制御を継続し、デフロスト終了条件が成立すれば、ステップＳ１５でデフロスト運転を終了して通常の暖房運転を開始し、ステップＳ１０へ戻ってデフロスト開始条件の成立を判断する。
【符号の説明】
【００４２】
１０  ヒートポンプユニット
１１  圧縮機
１２  熱媒−冷媒熱交換器
１３  膨張弁
１４  蒸発器
２０  負荷ユニット
２１  熱媒循環路
２２  循環ポンプ
２３  膨張タンク
２４  タンク
２５  負荷迂回路
２５ａ  三方弁
２６  熱交換器迂回路
２６ａ  三方弁
３０  制御ユニット（デフロスト制御ユニット）
１００  低元側ヒートポンプユニット
１０１  低元側圧縮機
１０２  低元側熱媒−冷媒熱交換器
１０３  カスケード熱交換器
１０４  低元側膨張弁
１０５  低元側蒸発器
１１０  高元側ヒートポンプユニット
１１１  高元側圧縮機
１１２  高元側熱媒−冷媒熱交換器
１１３  高元側膨張弁
２００  負荷ユニット
２０１  熱媒循環路
２０１ａ  低元側流路
２０１ｂ  高元側流路
２０２  循環ポンプ
２０３  膨張タンク
２０４  三方弁（分流調節器）
２０５  合流タンク
２０６  負荷迂回路
２０６ａ  三方弁
２０７  熱交換器迂回路
２０７ａ  三方弁
３００  制御ユニット
Ｓａ〜Ｓｊ  温度センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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