(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
低段側圧縮機で高温・高圧にされた低段側冷媒が、第１の熱交換器とカスケード熱交換器とを経て、低段側膨張手段で圧力を下げられた後、第２の熱交換器を経て前記低段側圧縮機に戻る低段側ヒートポンプサイクルと、高段側圧縮機で高温・高圧にされた高段側冷媒が、第３の熱交換器を経て、高段側膨張手段で圧力を下げられた後、前記カスケード熱交換器を経て前記高段側圧縮機に戻る高段側ヒートポンプサイクルとを前記カスケード熱交換器を介して結合することにより、空気から採熱して被加熱媒体を加熱する二元ヒートポンプシステムであって、
前記第２の熱交換器がデフロストすべき状態にあることを検出するデフロストセンサと、
前記デフロストセンサの出力信号に基づき、前記第２の熱交換器のデフロストを行うデフロスト運転モードまたは通常運転モードの何れかの運転モードを選択する制御手段とを有するとともに、
さらに前記制御手段は、
前記通常運転モードでは、前記低段側ヒートポンプサイクルの冷媒である低段側冷媒の熱を前記カスケード熱交換器で汲み上げて前記高段側ヒートポンプサイクルの冷媒である高段側冷媒に供給するとともに、前記被加熱媒体を前記第１の熱交換器と前記第３の熱交換器とにそれぞれ供給して、それぞれ前記低段側冷媒の熱と前記高段側冷媒の熱とを前記被加熱媒体に供給するように制御する一方、
前記デフロスト運転モードでは、前記被加熱媒体を前記第１の熱交換器のみへ供給し、前記第３の熱交換器への供給を止めて前記第３の熱交換器における前記被加熱媒体との熱交換を中止するとともに前記高段側膨張手段を全開させ、前記カスケード熱交換器を介して前記高段側冷媒の熱を前記低段側冷媒に供給するとともに、前記第１の熱交換器を介して前記低段側冷媒の熱を前記被加熱媒体に供給するように制御することを特徴とする二元ヒートポンプシステム。
【請求項２】
低段側圧縮機で高温・高圧にされた低段側冷媒が、第１の熱交換器とカスケード熱交換器とを経て、低段側膨張手段で圧力を下げられた後、第２の熱交換器を経て前記低段側圧縮機に戻る低段側ヒートポンプサイクルと、高段側圧縮機で高温・高圧にされた高段側冷媒が、第３の熱交換器を経て、高段側膨張手段で圧力を下げられた後、前記カスケード熱交換器を経て前記高段側圧縮機に戻る高段側ヒートポンプサイクルとを前記カスケード熱交換器を介して結合することにより、空気から採熱して被加熱媒体を加熱する二元ヒートポンプシステムにおけるデフロスト方法であって、
前記第２の熱交換器のデフロスト時には、前記被加熱媒体を前記第１の熱交換器のみへ供給し、前記第３の熱交換器への供給を止めて前記第３の熱交換器における前記被加熱媒体との熱交換を中止するとともに前記高段側膨張手段を全開させ、前記カスケード熱交換器を介して前記高段側冷媒の熱を前記低段側冷媒に供給することにより、前記熱で前記第２の熱交換器のデフロストを行うと同時に、
前記第１の熱交換器を介して前記低段側冷媒の熱を前記被加熱媒体に供給して前記被加熱媒体の加熱を行うことを特徴とする二元ヒートポンプシステムにおけるデフロスト方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は二元ヒートポンプシステムおよび二元ヒートポンプシステムにおけるデフロスト方法に関し、特に二元ヒートポンプシステムのデフロスト運転に適用して有用なものである。
【背景技術】
【０００２】
空気を熱源とし、温水、熱水、蒸気、温風または熱風などの被加熱媒体を加熱し、それらを暖房、給湯またはプロセス加熱等に利用する装置としてヒートポンプシステムが知られている。ここで、採熱源（空気）と放熱源（温水等）との温度差が大きい場合に適用するため、二つのヒートポンプサイクルがカスケード熱交換器で結合された二元ヒートポンプシステムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
二元ヒートポンプシステムでは、低段側冷媒を循環させる低段側ヒートポンプサイクルと、高段側冷媒を循環させる高段側ヒートポンプサイクルとを有しており、これら低段側ヒートポンプサイクルと高段側ヒートポンプサイクルとがカスケード熱交換器を介して結合されている。
【０００４】
図４は、従来技術に係る二元ヒートポンプシステムを示す図である。同図に示すように、低段側ヒートポンプサイクルＩは、低段側圧縮機１で高温・高圧にされた低段側冷媒が、低段側温水加熱用熱交換器２とカスケード熱交換器３を経て、低段側膨張手段４で圧力を下げられた後、空気採熱用熱交換器５を経て低段側圧縮機１に戻るように構成されている。一方、高段側ヒートポンプサイクルIIは、高段側圧縮機６で高温・高圧にされた高段側冷媒が、高段側温水加熱用熱交換器７を経て、高段側膨張手段８およびカスケード熱交換器３を経て高段側圧縮機６に戻るように構成されている。ここで、本例の場合、被加熱媒体を温水としたので、低段側温水加熱用熱交換器２および高段側温水加熱用熱交換器７は、温水加熱用となるが、熱水、蒸気、温風または熱風などを被加熱媒体とすることもでき、それぞれの場合に、熱水加熱用、蒸気加熱用、温風加熱用または熱風加熱用の熱交換器としても勿論機能させることができる。また、低段側膨張手段４および高段側膨張手段８は、膨張弁、膨張機、キャピラリなど、冷媒の圧力を低下させる機能を有するものであれば特に制限はない。
【０００５】
一方、本例の被加熱媒体である温水は、ポンプ１３の駆動により温水入口を介して取り込まれ、三方弁や２個一組の二方弁などで形成した温水流量配分調整装置９を介して高段側温水加熱用熱交換器７に供給される分と、低段側温水加熱用熱交換器２に供給される分とに分流された後、温水合流装置１０（温水タンクなど）で合流され、温水出口から、例えば暖房装置（温水パネルヒーターやファンコンベクタなど）に供給される。これを温水並列加熱方式と呼称する。
【０００６】
かかる温水並列加熱方式の二元ヒート−ポンプシステムにおける通常運転モードでは、図４（ａ）に示すように、低段側ヒートポンプサイクルＩの低段側温水加熱用熱交換器２を介して供給される熱量Ｑ２と、高段側ヒートポンプサイクルIIの高段側温水加熱用熱交換器７を介して供給される熱量Ｑ４との和の熱量（Ｑ２＋Ｑ４）が被加熱媒体である温水に供給される。この結果、温水を一段のヒートポンプサイクルのみで加熱する場合と較べて、効率良く加熱することができる。なお、ここで、温水を加熱するための熱量（Ｑ２＋Ｑ４）は、空気採熱用熱交換器５を介して空気から汲み上げた熱量Ｑ１と低段側圧縮機１に供給した電気エネルギーＥ１に基づく熱量および高段側圧縮機６に供給した電気エネルギーＥ２に基づく熱量の和（Ｑ１＋Ｅ１＋Ｅ２）として与えられる。
【０００７】
かかる通常運転を外気温が低いときに継続すると、空気採熱用熱交換器５の空気側の表面に霜が付着し、空気の流路を狭める（最終的には塞いでしまう）ことになる。そこで、霜がある程度成長した時点でこれを融かすため、デフロスト運転を行う必要がある。
【０００８】
図４に示す二元ヒートポンプシステムにおいて、同図（ｂ）に示す空気採熱用熱交換器５のデフロスト運転時には、高段側ヒートポンプサイクルIIの運転およびポンプ１３による温水の供給を停止させた状態で、低段側膨張手段４を全開にし、低段側圧縮機１で圧縮して高温・高圧になった低段側冷媒を低段側ヒートポンプサイクルＩにおいて循環させる。この結果、低段側冷媒が得た電気エネルギーＥ１′に基づく熱量が空気採熱用熱交換器５に供給され、この熱により空気採熱用熱交換器５に付着した霜が融解されて除去される。
【０００９】
ところが、かかるデフロスト運転時には、高段側ヒートポンプサイクルIIの運転およびポンプ１３による温水の供給が停止されるので、その間温水の加熱も中断される。この結果、例えば温水を室内の暖房に使用する場合の暖房感の低下を招来するという問題を発生する。
【００１０】
なお、図４（ｂ）中の点線は、高段側ヒートポンプサイクルIIで高段側冷媒が循環されていない状態、および温水が循環されていない状態を表している。
【００１１】
また、図４は温水並列加熱方式の二元ヒート−ポンプシステムであるが、温水の循環方式が異なる温水直列加熱方式の二元ヒート−ポンプシステムも提案されている。これを図５および図６に示す。図５（ａ）に示す温水直列加熱方式の二元ヒートポンプシステムにおける通常運転時には、ポンプ１３の駆動により温水入口から流入する温水が低段側温水加熱用熱交換器２で熱交換された後、高段側温水加熱用熱交換器７でさらに熱交換され、温水出口から所定の暖房装置に供給される。一方、図６（ａ）に示す温水直列加熱方式の二元ヒートポンプシステムにおける通常運転時には、逆にポンプ１３の駆動により温水入口から流入する温水が高段側温水加熱用熱交換器７で熱交換された後、低段側温水加熱用熱交換器２でさらに熱交換され、温水出口から所定の暖房装置に供給される。
【００１２】
図５および図６に示す直列加熱方式の二元ヒートポンプサイクルで温水に吸収される熱量は、何れも並列加熱方式の二元ヒートポンプシステムで吸収される熱量（Ｑ２＋Ｑ４）と同じである。また、図５および図６中、図４と同一部分には同一番号を付し、重複する説明は省略しているが、空気採熱用熱交換器５の図５（ｂ）および図６（ｂ）に示すデフロスト運転時の問題点は、図４の場合と全く同様に存在している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００４−１３２６４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は、上記従来技術に鑑み、デフロスト運転時であっても被加熱媒体の加熱を継続し得る二元ヒートポンプシステムおよび二元ヒートポンプシステムにおけるデフロスト方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成する本発明の第１の態様は、低段側圧縮機で高温・高圧にされた低段側冷媒が、第１の熱交換器とカスケード熱交換器とを経て、低段側膨張手段で圧力を下げられた後、第２の熱交換器を経て前記低段側圧縮機に戻る低段側ヒートポンプサイクルと、高段側圧縮機で高温・高圧にされた高段側冷媒が、第３の熱交換器を経て、高段側膨張手段で圧力を下げられた後、前記カスケード熱交換器を経て前記高段側圧縮機に戻る高段側ヒートポンプサイクルとを前記カスケード熱交換器を介して結合することにより、空気から採熱して被加熱媒体を加熱する二元ヒートポンプシステムであって、前記第２の熱交換器がデフロストすべき状態にあることを検出するデフロストセンサと、前記デフロストセンサの出力信号に基づき、前記第２の熱交換器のデフロストを行うデフロスト運転モードまたは通常運転モードの何れかの運転モードを選択する制御手段とを有するとともに、さらに前記制御手段は、前記通常運転モードでは、前記低段側ヒートポンプサイクルの冷媒である低段側冷媒の熱を前記カスケード熱交換器で汲み上げて前記高段側ヒートポンプサイクルの冷媒である高段側冷媒に供給するとともに、前記被加熱媒体を前記第１の熱交換器と前記第３の熱交換器とにそれぞれ供給して、それぞれ前記低段側冷媒の熱と前記高段側冷媒の熱とを前記被加熱媒体に供給するように制御する一方、前記デフロスト運転モードでは、前記被加熱媒体を前記第１の熱交換器のみへ供給し、前記第３の熱交換器への供給を止めて前記第３の熱交換器における前記被加熱媒体との熱交換を中止するとともに前記高段側膨張手段を全開させ、前記カスケード熱交換器を介して前記高段側冷媒の熱を前記低段側冷媒に供給するとともに、前記第１の熱交換器を介して前記低段側冷媒の熱を前記被加熱媒体に供給するように制御することを特徴とする二元ヒートポンプシステムにある。
【００１６】
本態様によれば、通常運転時には、低段側ヒートポンプサイクルの第１の熱交換器を介して供給される熱量と、高段側ヒートポンプサイクルの第３の熱交換器を介して供給される熱量との和の加熱量が被加熱媒体に供給されるので、一段のヒートポンプサイクルのみで加熱する場合に較べて被加熱媒体を効率良く加熱することができる。
【００１７】
一方、デフロストセンサにより第２の熱交換器のデフロスト運転モード開始の判断基準となる値が検出された場合には、第３の熱交換器における被加熱媒体との熱交換が中止され、高段側膨張手段が全開となり、カスケード熱交換器を介して高段側冷媒の熱が低段側冷媒に供給される。この結果、前記熱により第２の熱交換器における所定のデフロストが行われる。
【００１８】
また、デフロストセンサにより第２の熱交換器のデフロスト運転モード開始の判断基準となる値が検出された場合には、同時に第１の熱交換器を介して低段側冷媒の熱を被加熱媒体に供給することができるので、被加熱媒体の加熱を継続することができる。
【００１９】
本発明の第２の態様は、低段側圧縮機で高温・高圧にされた低段側冷媒が、第１の熱交換器とカスケード熱交換器とを経て、低段側膨張手段で圧力を下げられた後、第２の熱交換器を経て前記低段側圧縮機に戻る低段側ヒートポンプサイクルと、高段側圧縮機で高温・高圧にされた高段側冷媒が、第３の熱交換器を経て、高段側膨張手段で圧力を下げられた後、前記カスケード熱交換器を経て前記高段側圧縮機に戻る高段側ヒートポンプサイクルとを前記カスケード熱交換器を介して結合することにより、空気から採熱して被加熱媒体を加熱する二元ヒートポンプシステムにおけるデフロスト方法であって、前記第２の熱交換器のデフロスト時には、前記被加熱媒体を前記第１の熱交換器のみへ供給し、前記第３の熱交換器への供給を止めて前記第３の熱交換器における前記被加熱媒体との熱交換を中止するとともに前記高段側膨張手段を全開させ、前記カスケード熱交換器を介して前記高段側冷媒の熱を前記低段側冷媒に供給することにより、前記熱で前記第２の熱交換器のデフロストを行うと同時に、前記第１の熱交換器を介して前記低段側冷媒の熱を前記被加熱媒体に供給して前記被加熱媒体の加熱を行うことを特徴とする二元ヒートポンプシステムにおけるデフロスト方法にある。
【００２０】
本態様によれば、第２の熱交換器のデフロスト運転時においては第３の熱交換器における被加熱媒体との熱交換が中止されると同時に、高段側膨張手段が全開となり、カスケード熱交換器を介して高段側冷媒の熱が低段側冷媒に供給される。この結果、前記熱により第２の熱交換器における所定のデフロストが行われる。
【００２１】
同時に第１の熱交換器を介して低段側冷媒の熱を被加熱媒体に供給することができるので、第２の熱交換器のデフロスト運転時であっても被加熱媒体の加熱は継続される。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、第２の熱交換器のデフロスト運転時であっても第１の熱交換器を介して低段側冷媒の熱を被加熱媒体に供給することができるので、被加熱媒体の加熱を継続することができる。この結果、例えば被加熱媒体を室内の暖房に利用する場合などには暖房感の低下を防止することができる。
【００２３】
さらに、デフロスト運転時であっても、高段側圧縮機の運転が継続されているので、高段側ヒートポンプサイクルにおける高段側圧縮機の停止・起動の回数を低減でき、高段側圧縮機の長寿命化にも寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る二元ヒートポンプシステム（温水並列加熱方式）を示す図で、（ａ）が通常運転モード、（ｂ）がデフロスト運転モードにおける系統図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係る二元ヒートポンプシステム（第１の温水直列加熱方式）を示す図で、（ａ）が通常運転モード、（ｂ）がデフロスト運転モードにおける系統図である。
【図３】本発明の第３の実施の形態に係る二元ヒートポンプシステム（第２の温水直列加熱方式）を示す図で、（ａ）が通常運転モード、（ｂ）がデフロスト運転モードにおける系統図である。
【図４】従来技術に係る二元ヒートポンプシステム（温水並列加熱方式）を示す図で、（ａ）が通常運転モード、（ｂ）がデフロスト運転モードにおける系統図である。
【図５】従来技術に係る二元ヒートポンプシステム（第１の温水直列加熱方式）を示す図で、（ａ）が通常運転モード、（ｂ）がデフロスト運転モードにおける系統図である。
【図６】従来技術に係る二元ヒートポンプシステム（第２の温水直列加熱方式）を示す図で、（ａ）が通常運転モード、（ｂ）がデフロスト運転モードにおける系統図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。
【００２６】
＜第１の実施の形態＞
図１は本発明の第１の実施の形態に係る二元ヒートポンプシステム（温水並列加熱方式）を示す図で、（ａ）が通常運転モード、（ｂ）がデフロスト運転モードにおける系統図である。両図に示すように、本形態に係る二元ヒートポンプシステムの機器構成は図４に示す二元ヒートポンプシステムと同様である。すなわち、低段側ヒートポンプサイクルＩは、低段側圧縮機１で高温・高圧にされた低段側冷媒が、第１の熱交換器である低段側温水加熱用熱交換器２とカスケード熱交換器３を経て、低段側膨張手段４で圧力を下げられた後、第２の熱交換器である空気採熱用熱交換器５を経て低段側圧縮機１に戻るように構成されている。一方、高段側ヒートポンプサイクルIIは、高段側圧縮機６で高温・高圧にされた高段側冷媒が、第３の熱交換器である高段側温水加熱用熱交換器７を経て、高段側膨張手段８およびカスケード熱交換器３を経て高段側圧縮機６に戻るように構成されている。ここで、本形態の場合、被加熱媒体を温水としたので、低段側温水加熱用熱交換器２および高段側温水加熱用熱交換器７は、温水加熱用となるが、熱水、蒸気、温風または熱風などを被加熱媒体とすることもでき、それぞれの場合に、熱水加熱用、蒸気加熱用、温風加熱用または熱風加熱用の熱交換器としても勿論機能させることができる。また、低段側膨張手段４および高段側膨張手段８は、膨張弁、膨張機、キャピラリなど、冷媒の圧力を低下させる機能を有するものであれば特に制限はない。
【００２７】
一方、本形態の被加熱媒体である温水は、ポンプ１３の駆動により温水入口を介して取り込まれ、三方弁や２個一組の二方弁などで形成した温水流量配分調整装置９を介して高段側温水加熱用熱交換器７に供給される分と、低段側温水加熱用熱交換器２に供給される分とに分流された後、温水合流装置１０（温水タンクなど）で合流され、温水出口から、例えば暖房装置（温水パネルヒーターやファンコンベクタなど）に供給される。
【００２８】
かかる温水並列加熱方式の二元ヒートポンプシステムの運転制御は制御装置１１を介して各機器を制御（この場合の制御線を図中に細い実線で示す。以下同じ。）することにより行われる。すなわち、当該制御装置１１は、デフロストセンサ１２の出力信号に基づき、空気採熱用熱交換器のデフロストを行うデフロスト運転モード、または通常運転モードのいずれかを選択して低段側ヒートポンプサイクルＩおよび高段側ヒートポンプサイクルIIの所定の制御を行う。ここで、デフロストセンサ１２は、例えば空気採熱用熱交換器５の空気側の伝熱管表面に取り付けた温度センサ等で好適に形成することができる。制御装置１１では、本形態におけるデフロストセンサである温度センサ１２が検出する温度が所定の閾値以上の温度領域を通常運転モードであると判断して通常運転時の所定の制御を行うとともに、閾値未満の温度領域ではデフロスト運転時の所定の制御を行う。すなわち、通常運転モードでは、従来と同様に、低段側ヒートポンプサイクルＩの冷媒である低段側冷媒の熱をカスケード熱交換器３で汲み上げて高段側ヒートポンプサイクルIIの冷媒である高段側冷媒に供給するとともに、低段側温水加熱用熱交換器２と高段側温水加熱用熱交換器７とを介して、それぞれ低段側冷媒の熱と高段側冷媒の熱とを被加熱媒体に供給するように制御する。
【００２９】
一方、デフロスト運転モードでは、高段側温水加熱用熱交換器７における被加熱媒体との熱交換を中止させるとともに高段側膨張手段８を全開させ、カスケード熱交換器３を介して高段側冷媒の熱を低段側冷媒に供給させるとともに、低段側温水加熱用熱交換器２を介して低段側冷媒の熱を被加熱媒体に供給させる。
【００３０】
したがって、かかる本形態によれば、当該二元ヒート−ポンプシステムにおける通常運転モードでは、図１（ａ）に示すように、低段側ヒートポンプサイクルＩの低段側温水加熱用熱交換器２を介して供給される熱量Ｑ２と、高段側ヒートポンプサイクルIIの高段側温水加熱用熱交換器７を介して供給される熱量Ｑ４との和の熱量（Ｑ２＋Ｑ４）が被加熱媒体である温水に供給される。この結果、温水を一段のヒートポンプサイクルのみで加熱する場合と較べて、効率良く加熱することができる。なお、ここで、温水を加熱するための熱量（Ｑ２＋Ｑ４）は、空気採熱用熱交換器５を介して空気から汲み上げた熱量Ｑ１と低段側圧縮機１に供給した電気エネルギーＥ１に基づく熱量および高段側圧縮機６に供給した電気エネルギーＥ２に基づく和の熱量（Ｑ１＋Ｅ１＋Ｅ２）として与えられる。
【００３１】
かかる通常運転を外気温が低いときに継続すると、空気採熱用熱交換器５の空気側の伝熱管表面に霜が付着し、空気の流路を狭めることになる。そこで、霜がある程度成長した時点でこれを融かすため、デフロスト運転を行う必要がある。本形態では、デフロスト運転が必要になったことはデフロストセンサ１２の出力信号に基づき制御装置１１が判断する。
【００３２】
図１に示す二元ヒートポンプシステムにおいて、同図（ｂ）に示す空気採熱用熱交換器５のデフロスト運転時には、高段側圧縮機６に供給した電気エネルギーＥ２′に基づく熱量をカスケード熱交換器３を介して高段側冷媒から低段側冷媒に供給することで、空気採熱用熱交換器５のデフロストのための熱として利用することができる。同時に低段側圧縮機１に供給した電気エネルギーＥ１′に基づく熱量を、低段側温水加熱用熱交換器２を介して被加熱媒体に供給することで、デフロスト運転時であっても被加熱媒体の加熱を継続し得る。この場合、被加熱媒体を加熱するための熱量は、電気エネルギーＥ１′に基づく熱量となるので、通常運転時の熱量（Ｑ２＋Ｑ４＝Ｑ１＋Ｅ１＋Ｅ２）よりも低下するが、デフロスト運転時であっても被加熱媒体の加熱が継続されるので、例えば被加熱媒体を室内の暖房に使用する場合には暖房感の低下を防止することができる。
【００３３】
なお、この場合、温水入口から供給された温水が低段側温水加熱用熱交換器２と熱交換した後に温水出口を介して外部の暖房装置等に供給されるように温水流量配分調整装置９が切換えられる。ここで、図１（ｂ）中の点線は、高段側ヒートポンプサイクルIIで温水が循環されていない状態を表している。
【００３４】
さらに、デフロスト運転時であっても、高段側圧縮機６を運転し続ける（停止しない）ことによって、高段側ヒートポンプサイクルIIにおける高段側圧縮機６の停止・起動の回数を低減でき、高段側圧縮機６の長寿命化にも寄与させることができる。
【００３５】
＜第２の実施の形態＞
図２は本発明の第２の実施の形態に係る二元ヒートポンプシステム（第１の温水直列加熱方式）を示す図で、（ａ）が通常運転モード、（ｂ）がデフロスト運転モードにおける系統図である。本形態は、図１に示す第１の実施の形態に対し温水の循環の方式が異なるだけで、制御装置を含め他の構成は全く同一であるので、同一部分には同一番号を付し、重複する説明は省略する。なお、本形態は、図５に示す従来技術に対応するものである。
【００３６】
したがって、図２（ａ）に示す温水直列加熱方式の二元ヒートポンプシステムにおける通常運転時には、ポンプ１３の駆動により温水入口に供給される温水が低段側温水加熱用熱交換器２で熱交換された後、高段側温水加熱用熱交換器７でさらに熱交換され、温水出口を介して所定の暖房装置等に供給される。
【００３７】
一方、図２（ｂ）に示すデフロスト運転モード時には、図１に示す第１の実施の形態と同様に、高段側圧縮機６に供給した電気エネルギーＥ２′に基づく熱量をカスケード熱交換器３を介して高段側冷媒から低段側冷媒に供給する。この結果、電気エネルギーＥ２′に基づく熱量を空気採熱用熱交換器５のデフロストのための熱として利用することができる。同時に低段側圧縮機１に供給した電気エネルギーＥ１′に基づく熱量を、低段側温水加熱用熱交換器２を介して被加熱媒体に供給する。この結果、デフロスト運転時であっても被加熱媒体の加熱を継続し得る。
【００３８】
なお、この場合、温水入口から供給された温水が低段側温水加熱用熱交換器２と熱交換した後に温水出口を介して外部の暖房装置等に供給されるように温水流量配分調整装置９が切換えられる。ここで、図２中の点線は、高段側ヒートポンプサイクルIIで温水が循環されていない状態を表している。
【００３９】
さらに、本形態でも第１の形態と同様に、デフロスト運転時であっても、高段側圧縮機６を運転し続ける（停止しない）ことによって、高段側ヒートポンプサイクルIIにおける高段側圧縮機６の停止・起動の回数を低減でき、高段側圧縮機６の長寿命化にも寄与させることができる。
【００４０】
なお、上述の如き各機器の制御は、デフロストセンサ１２が検出する空気採熱用熱交換器５の空気側の伝熱管表面温度等に基づき制御装置１１で実行される。
【００４１】
＜第３の実施の形態＞
図３は本発明の第３の実施の形態に係る二元ヒートポンプシステム（第２の温水直列加熱方式）を示す図で、（ａ）が通常運転モード、（ｂ）がデフロスト運転モードにおける系統図である。本形態は、図２に示す第２の実施の形態に対し温水の循環の方向が異なる、すなわち温水入口と温水出口とが逆になっているだけで、その他の構成は全く同一であるので、同一部分には同一番号を付し、重複する説明は省略する。なお、本形態は、図６示す従来技術に対応するものである。
【００４２】
本形態でも通常運転時およびデフロスト運転時の態様および作用・効果は図２に示す温水直列加熱方式の二元ヒート−ポンプシステムと同様である。なお、本形態においても各機器の所定の制御は、デフロストセンサ１２が検出する空気採熱用熱交換器５の空気側の伝熱管表面温度等に基づき制御装置１１で実行される。
【００４３】
＜その他の実施の形態＞
上述の如く第１〜第３の実施の形態において、高段側膨張手段８に並行に、途中に開閉弁を配設したバイパス管路を配設するとともに、デフロスト運転モードにおいては前記開閉弁が全開になるように制御するように構成しても良い。
【００４４】
この場合には、デフロスト運転時において高段側温水加熱用熱交換器７を通過した高温・高圧の高段側冷媒の圧力が大きく低下することなく、バイパス管路および開閉弁を介してカスケード熱交換器３に供給されるので、高段側冷媒の熱がカスケード熱交換器３を介して高効率に低段側冷媒に伝達される。
【００４５】
また、上記第１〜第３の実施の形態では制御装置を用いて自動的にデフロスト運転が行われるようにしたが、これは必ずしも自動的に行う場合に限定されない。本発明の技術思想には、高段側温水加熱用熱交換器７における被加熱媒体との熱交換を中止するとともに高段側膨張手段８を全開し、カスケード熱交換器３を介して高段側冷媒の熱を低段側冷媒に供給することにより、前記熱で空気採熱用熱交換器５のデフロストを行うと同時に、低段側温水加熱用熱交換器２を介して低段側冷媒の熱を被加熱媒体に供給して被加熱媒体の加熱を継続するような態様でデフロスト運転が行われる場合のすべてを含む。
【００４６】
また、上記第１〜第３の実施の形態におけるポンプ１３の配設位置は、勿論、温水入口側または温水出口側の何れでも良い。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明は、空気を熱源とし、温水、熱水、蒸気、温風または熱風などの被加熱媒体を加熱し、それらを暖房、給湯またはプロセス加熱等に利用する産業分野で有効に利用することができる。
【符号の説明】
【００４８】
I                         低段側ヒートポンプサイクル
II                        高段側ヒートポンプサイクル
１                        低段側圧縮機
２                        低段側温水加熱用熱交換器
３                        カスケード熱交換器
４                        低段側膨張手段
５                        空気採熱用熱交換器
６                        高段側圧縮機
７                        高段側温水加熱用熱交換器
８                        高段側膨張手段
９                        温水流量配分調整装置
１０                        温水合流装置
１１                        制御装置
１２                        デフロストセンサ
１３                        ポンプ
【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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