(57)【要約】【課題】快適性に優れたヒートポンプ温水生成装置を提供すること。【解決手段】圧縮機４、冷媒と熱媒体とが熱交換する放熱器５、減圧手段６、蒸発器７が冷媒配管で環状に接続された冷媒回路８と、熱媒体が流れる熱媒体経路１９ａと、を備え、熱媒体経路１９ａには、放熱器５を有する主経路１９ｂと、熱媒体と熱交換する蓄熱手段９を有する副経路１９ｃとが、並列に設けられているので、圧縮機４の停止中であっても、蓄熱手段９に蓄えられた熱量によって、熱媒体を加熱することができ、快適性に優れたヒートポンプ温水生成装置を提供することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機、冷媒と熱媒体とが熱交換する放熱器、減圧手段、蒸発器が冷媒配管で環状に接続された冷媒回路と、
前記熱媒体が流れる熱媒体経路と、を備え、
前記熱媒体経路には、前記放熱器を有する主経路と、前記熱媒体と熱交換する蓄熱手段を有する副経路とが、並列に設けられていることを特徴とするヒートポンプ温水生成装置。
【請求項２】
前記圧縮機の吐出側の冷媒回路から分岐して、前記蓄熱手段を介して前記冷媒回路に接続される蓄熱経路を備えたことを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ温水生成装置。
【請求項３】
複数の運転を実行する制御手段を備え、
前記複数の運転には、
前記放熱器によって前記熱媒体を加熱する第１の運転と、
前記蓄熱手段によって前記熱媒体を加熱する第２の運転と、
を含むことを特徴とする請求項１または２に記載のヒートポンプ温水生成装置。
【請求項４】
前記複数の運転には、前記放熱器及び前記蓄熱手段の両方で前記熱媒体を加熱する第３の運転を含むことを特徴とする請求項３に記載のヒートポンプ温水生成装置。
【請求項５】
前記複数の運転には、前記圧縮機で圧縮された冷媒により前記蓄熱手段への蓄熱を行う第４の運転を含むことを特徴とする請求項３または４に記載のヒートポンプ温水生成装置。
【請求項６】
前記蓄熱手段には、前記潜熱蓄熱材を設けたことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のヒートポンプ温水生成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒートポンプにより温水を生成することが可能な温水生成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ヒートポンプに蓄熱手段を設け、蓄熱手段に蓄熱された熱量を用いるヒートポンプ装置が考案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
このヒートポンプ装置は、圧縮機１、四方弁３、室内熱交換器４、膨張機構５、室外熱交換器６、圧縮機１を順に冷媒配管で環状に接続して冷媒回路Ｓを構成している。また、このヒートポンプ装置は、一端を圧縮機１の吐出部側に接続し、他端を膨張機構５と室外熱交換器の間に接続して、途中に第１の開閉弁１０を備えた第１のバイパス路８と、が室内熱交換器４と膨張機構５との間の冷媒回路Ｓから分岐して、第２の開閉弁１３及び蓄熱手段２を介して圧縮機１の吸入側に接続された第２のバイパス路９を備えている。
【０００４】
このヒートポンプ装置は、暖房運転時に、室外熱交換器６の除霜が必要である場合には、第１の開閉弁１０と第２の開閉弁１３とを開状態にして、第１のバイパス路８及び第２のバイパス路９に冷媒を流通させる。これにより、暖房運転を継続しながら除霜を行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３５２３７７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前記従来の構成では、蓄熱手段は、専ら、暖房運転中の除霜のために用いられている。したがって、蓄熱手段に蓄熱された熱量を用いて暖房を行うこと、例えば、圧縮機の停止中には暖房運転を行うことができず、使用者の快適性が損なわれるという課題を有していた。
【０００７】
本発明は前記従来の課題を解決するためのもので、例えば、圧縮機が停止していても、熱媒体を生成して暖房等に使用することが可能な、快適性に優れたヒートポンプ温水生成装置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】
【０００８】
前記従来の課題を解決するために、本発明のヒートポンプ温水生成装置は、圧縮機、冷媒と熱媒体とが熱交換する放熱器、減圧手段、蒸発器が冷媒配管で環状に接続された冷媒回路と、前記熱媒体が流れる熱媒体経路と、を備え、前記熱媒体経路には、前記放熱器を有する主経路と、前記熱媒体と熱交換する蓄熱手段を有する副経路とが、並列に設けられていることを特徴とするヒートポンプ温水生成装置ものである。
【０００９】
これにより、例えば、圧縮機の停止中であっても、蓄熱手段に蓄えられた熱量によって、熱媒体を加熱することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、快適性に優れたヒートポンプ温水生成装置を提供することがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態１にヒートポンプ温水生成装置の概略構成図
【図２】同ヒートポンプ温水生成装置の暖房運転の動作を示す図
【図３】同ヒートポンプ温水生成装置の蓄熱運転の動作を示す図
【図４】同ヒートポンプ温水生成装置の蓄熱暖房運転の動作を示す図
【図５】同ヒートポンプ温水生成装置において圧縮機の間欠運転による暖房動作を行った場合の使用電力量と室温との変化を示す図
【図６】同ヒートポンプ温水生成装置において蓄熱暖房運転を行った場合の使用電力量と室温との変化を示す図
【図７】同ヒートポンプ温水生成装置の併用運転の動作を示す図
【図８】同ヒートポンプ温水生成装置の除霜運転時の動作を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
第１の発明は、圧縮機、冷媒と熱媒体とが熱交換する放熱器、減圧手段、蒸発器が冷媒配管で環状に接続された冷媒回路と、前記熱媒体が流れる熱媒体経路と、を備え、前記熱媒体経路には、前記放熱器を有する主経路と、前記熱媒体と熱交換する蓄熱手段を有する副経路とが、並列に設けられていることを特徴とするヒートポンプ温水生成装置ものである。
【００１３】
これにより、放熱器によって熱媒体を加熱して、高温の熱媒体を生成する方法と、蓄熱手段によって熱媒体を加熱して熱媒体を生成する方法とを実行することができる。したがって、圧縮機が停止していても、高温の熱媒体を生成して、暖房や給湯に用いることができるので、使用者の快適性を高く維持することができる。
【００１４】
なお、主経路と副経路との分岐部には、主経路と副経路とに流れる熱媒体の流量を変更する流量制御手段が設けられているこが好ましい。
【００１５】
第２の発明は、前記圧縮機の吐出側の冷媒回路から分岐して、前記蓄熱手段を介して前記冷媒回路に接続される蓄熱経路を備えたことを特徴とするものである。
【００１６】
これにより、圧縮機で圧縮され、高温高圧となった冷媒を用いて蓄熱手段への蓄熱を行うことができる。したがって、蓄熱に要する消費電力を抑制することができるので、省エネルギー性能に優れたヒートポンプ温水生成装置とすることができる。
【００１７】
なお、冷媒回路または蓄熱経路の少なくともどちらか一方に、蓄熱手段に流れる冷媒の流量を調整する流量調整手段（電磁弁）が設けられていることが好ましい。流量調整弁は、蓄熱経路に冷媒が流れるか否かを切り替える切替弁であってもよい。
【００１８】
第３の発明は、複数の運転を実行する制御手段を備え、前記複数の運転には、前記放熱器によって前記熱媒体を加熱する第１の運転と、前記蓄熱手段によって前記熱媒体を加熱する第２の運転と、を含むことを特徴とするものである。
【００１９】
これにより、放熱器によって熱媒体を加熱する第１の運転（暖房運転）と、前記蓄熱手段によって前記熱媒体を加熱する第２の運転とを実行することができるので、例えば、圧縮機を駆動させずに、すなわち、冷媒回路を冷媒が循環しない状態で高温の熱媒体を生成して、暖房を行うことが可能となる。
【００２０】
第４の発明は、前記複数の運転には、前記放熱器及び前記蓄熱手段の両方で前記熱媒体
を加熱する第３の運転を含むことを特徴とするものである。
【００２１】
これにより、放熱器と蓄熱手段の両方で熱媒体を加熱できるので、ヒートポンプの能力を抑えて運転を行うことができきる。したがって、ヒートポンプの効率を向上させることができるので、省エネルギー性に優れたヒートポンプ温水生成装置を提供することができる。
【００２２】
第５の発明は、前記複数の運転には、前記圧縮機で圧縮された冷媒により前記蓄熱手段への蓄熱を行う第４の運転を含むことを特徴とするものである。
【００２３】
これにより、ヒートポンプを運転させて、蓄熱手段への蓄熱を高い効率で行うことができる。
【００２４】
第６の発明は、前記蓄熱手段には、前記潜熱蓄熱材を設けたことを特徴とするものである。
【００２５】
一般的に、蓄熱手段としては、顕熱蓄熱、潜熱蓄熱、化学蓄熱の３つの方法がある。この中で、顕熱蓄熱とは物質の比熱を利用したものであり、蓄熱される部材の比熱が大きいことが重要である。そのため、蓄熱手段としては大きなものとなってしまい、また、熱交換の効率もあまり高くない。化学蓄熱は化学反応の際の吸熱・発熱を利用したものであり、化学反応を生じさせる必要があるため、その制御が難しい。これに対し、潜熱蓄熱は、物質の相変化、転移に伴う転移熱（潜熱）を利用したものである。潜熱蓄熱は、顕熱蓄熱に比べて蓄熱密度を高くすることができる。また、相が転移する温度（一定温度）での熱交換を行うことが可能であるため、その制御が簡便である。また、潜熱蓄熱は、物質の相転移を繰り返すことにより熱交換を行うものであるため、化学蓄熱に比べて、蓄熱材や蓄熱手段の耐久性の面でも優れている。
【００２６】
よって、蓄熱手段に潜熱蓄熱材を採用することで、冷凍回路による蓄熱手段への蓄熱を高効率で行うことができると共に、蓄熱手段から熱媒体への放熱が高い効率で行うことができる。
前記制御装置が前記冷媒回路の蒸発器の除霜を行う指示を行った際には、前記熱媒体回路の流路流量切替部にて、熱媒体の全部あるいは大部分を蓄熱手段から往き接続口へ流通する回路に流通させ、前記冷媒回路の減圧手段を全開あるいはほとんど全開として、前記冷媒流路切替弁により、蓄熱手段を流通しないで前記凝縮器を流通する回路に冷媒を流通させることを特徴とするものである。
【００２７】
これにより、除霜の際に流路流量切替部で、熱媒体冷媒熱交換器を流通する冷媒量を減らす、あるいは０にして、圧縮機から吐出される高温高圧の冷媒を、熱媒体冷媒熱交換器で熱交換しないで、高温のまま蒸発器に竜移させることで、除霜を行いつつ、熱媒体は蓄熱手段を流通して、往き接続口から外部放熱器に高温の熱媒体が送られることで、暖房もおこなうことができる。
【００２８】
そのため、除霜を行いつつ、暖房運転が可能であり、外部放熱器を配置された居室の温度が下がらないで除霜運転が可能であり、快適性に優れたヒートポンプ装置とすることが出来る。
【００２９】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施が限定されるものではない。
【００３０】
（実施の形態１）
図１は、本実施の形態における蓄熱手段を備えたヒートポンプ温水生成装置１の概略構成図を示すものである。ヒートポンプ温水生成装置１は、冷媒回路８、熱媒体経路１９ａを有している。なお、図１に示すように、ヒートポンプ温水生成装置１の熱媒体経路１９ａは、外部放熱器２と接続されることで熱媒体回路１９を形成する。これにより、温水暖房システムが構成される。
【００３１】
また、図２は、ヒートポンプ温水生成装置１の冷媒回路８を流れる冷媒によって高温の熱媒体を生成し、生成された高温の熱媒体を外部放熱器２に供給して暖房を行う暖房運転の動作を示す図である。図３は、ヒートポンプ温水生成装置１の冷媒回路８を流れる冷媒によって、蓄熱手段９への蓄熱を行う蓄熱運転の動作を示す図である。図４は、蓄熱手段９に蓄熱された熱量によって高温の熱媒体を生成し、生成された高温の熱媒体を外部放熱器２に供給して暖房を行う蓄熱暖房運転の動作を示す図である。図７は、ヒートポンプ温水生成装置１の冷媒回路８を流れる冷媒及び蓄熱手段９に蓄えられた熱量の両方によって高温の熱媒体を生成し、生成された高温の熱媒体を外部放熱器２に供給して暖房を行う併用運転の動作を示す図である。図８は、ヒートポンプ温水生成装置１の除霜運転の動作を示す図である。
【００３２】
まず、この蓄熱手段９を備えたヒートポンプ温水生成装置１の各部品の配置、構成に関して、図１で説明する。
【００３３】
１は循環される熱媒体としての、水あるいは不凍液などを加熱するための蓄熱手段９を備えたヒートポンプ温水生成装置である。２は蓄熱手段９を備えたヒートポンプ温水生成装置１と、熱媒配管３によって接続された外部放熱器である。外部放熱器２は、床暖房などのパネル状のもの、パネルヒーター、送風ファンを備えたファンコンベクターなどを用いることができるが特に限定されない。すなわち、外部放熱器２は、ヒートポンプ温水生成装置１で生成された高温の熱媒体を利用するための、熱利用端末であればよい。なお、ヒートポンプ温水生成装置１には、外部放熱器２以外にも、例えば、熱媒体を貯留するタンクが接続されていてもよい。また、この熱媒配管３には、往きの往き熱媒配管３ａと戻りの戻り熱媒配管３ｂがある。
【００３４】
蓄熱手段９を備えたヒートポンプ温水生成装置１で加熱された熱媒体は、熱媒配管３（往き熱媒配管３ａ）を通り、外部放熱器２へと送られ、外部放熱器２の設置された居室の空調（暖房あるいは冷房）を行う。すなわち、ヒートポンプ温水生成装置１は、温水（熱媒体）循環式暖房システムの熱源となるものである。なお、ヒートポンプ温水生成装置１は、設置スペース等の関係から、室外に配置されることが好ましい。
【００３５】
本実施の形態では、図１で示すように、ヒートポンプ温水生成装置１を、温水循環式暖房システムの熱源として用いた場合について説明する。
【００３６】
ヒートポンプ温水生成装置１には、冷媒回路８、熱媒体回路１９の一部を形成し、途中に放熱器５と蓄熱手段９が設けられた熱媒体経路１９ａが設けられている。
【００３７】
冷媒回路８は、冷媒を圧縮して循環させる圧縮機４、放熱器５、減圧手段６、蒸発器７を順に冷媒配管で環状に接続して構成される。放熱器５は、複数のステンレス製プレートを積層し、その積層されたプレートの間を熱媒体と圧縮機４で循環される冷媒とが流れるプレート式熱交換器を用いることが好ましい。すなわち、放熱器５は、水あるいは不凍液などの熱媒体と冷媒とを熱交換させて、熱媒体を加熱する熱媒体−冷媒熱交換器として機能する。減圧手段６は、キャピラリチューブや電磁膨張弁を用いることができる。蒸発器７は、空気（外気）と冷媒とが熱交換する空気−冷媒熱交換器である。圧縮機４、放熱器５、減圧手段６、蒸発器７を順に冷媒配管で環状に接続して閉回路を構成し、冷媒回路８
としている。
【００３８】
冷媒は、エアコンにも利用されている、Ｒ４１０Ａ、Ｒ４０７Ｃ等の、オゾン破壊係数が０のＨＦＣ冷媒や、オゾン破壊係数０に加え、温暖化係数も低い二酸化炭素冷媒を用いることができる。
【００３９】
９は蓄熱手段であり、この蓄熱手段９には潜熱蓄熱材が容器９ａに充填してある。この蓄熱手段９は潜熱蓄熱材により構成されている。１０は圧縮機４の吐出管４ａと放熱器５の間の冷媒回路８から分岐して、放熱器５の手前で再度、冷媒回路８接続された蓄熱経路である。蓄熱経路１０は、蓄熱手段９を流通する。また、蓄熱経路１０には蓄熱手段９の下流側に、電磁弁１１が設けられている。蓄熱経路１０の配管径は、圧縮機４と放熱器５とを接続する冷媒回路８の配管径よりも大きくしてある。また、蓄熱経路１０の蓄熱手段９を流通して蓄熱熱交換器１２を構成する部分には、放熱性を高めるために、複数の放熱フィン１２ａが設けられている。
【００４０】
電磁弁１１を開いていると、圧縮機４から吐出管４ａに流入した高温の冷媒は、蓄熱手段９を流通して、放熱器５に流入する。電磁弁１１が閉じられていると、圧縮機４から吐出管４ａを通過した高温の冷媒は、直接、放熱器５に流入する。
【００４１】
１３は蒸発器７に空気を搬送する送風ファンであり、蒸発器７の熱交換能力の促進を行っている。１４は圧縮機４の吐出管４ａと放熱器５の間に設けられた、圧力検知器であり、冷媒が異常な高圧となった場合に、圧縮機４の運転を停止する安全装置として用いられている。１５は冷媒回路８の中で、圧縮機４の吐出管４ａ、つまり圧縮機４の出口部分に設けられた圧縮機出口温センサである。１６は、放熱器５の冷媒出口側５ａと、減圧手段６の間の冷媒回路８に設けられた、放熱器冷媒出口温センサ、１７は蒸発器７と圧縮機４の間の冷媒回路８に設けられた蒸発器出口温センサである。１８は、蒸発器７の近傍に設けられた外気温センサである。
【００４２】
圧縮機出口温センサ１５、放熱器冷媒出口温センサ１６、蒸発器出口温センサ１７、外気温センサ１８などで検知された温度や、後述するセンサの温度などで、圧縮機４の吐出温度が最適となるように、圧縮機４の周波数が制御される。
【００４３】
一方、放熱器５に水あるいは不凍液などの熱媒流体を循環し、冷媒回路８を循環する冷媒と熱交換を行うのが熱媒体回路１９である。２０は、熱媒体回路１９内の水あるいは不凍液などの熱媒流体を強制的に循環する搬送ポンプであり、放熱器５の上流側に配されている。２１は、搬送ポンプ２０の上流に配されたシスターンタンクである。このシスターンタンクは、開放式タンクの場合もあるし、密閉式タンクの場合もあり、温度の上昇により膨張した熱媒体回路１９の熱媒体の膨張分を吸収するためのものである。２２はヒートポンプ温水生成装置１から外部放熱器２へと熱媒体を流通させるために、外部放熱器２と接続する往き接続口である。２３は外部放熱器２にて放熱し低温となった熱媒体を、再び熱媒体経路１９ａに戻すための戻り接続口である。図１では、往き接続口２２、戻り接続口２３は複数個設けられているが、１個の場合もある。
【００４４】
２４は、放熱器５で加熱された熱媒体を外部放熱器２に送るために熱媒体回路１９の往き接続口２２の上流に設けられた熱動弁である。熱動弁２４は、外部放熱器２を暖房するか否かに応じて、開放、閉止が行われる。これにより、外部放熱器２への、熱媒体の流通の有無の切り替え、また、熱媒体の流量の変更などの制御が行われる。
【００４５】
熱媒体回路１９の搬送ポンプ２０と、放熱器５の間には、流量制御部２５が設けられている。流量制御部２５は、熱媒体経路１９ａを流れる熱媒体を、主経路１９ｂと副経路１
９ｃとのいずれに流すかを切り替えることができる。また、流量制御部２５は、主経路１９ｂと副経路１９ｃとを流れる熱媒体の流量を変更することができる。流量制御部２５は、搬送ポンプ２０が設けられた熱媒体経路１９ａ側をコモン流路として、二方（主経路１９ｂ、副経路１９ｃ）に流路を切替えることができる三方弁である。さらに、二方の流量も可変できるものであり、一般的には混合弁と呼ばれているものである。搬送ポンプ２０が設けられた熱媒体経路１９ａから、流量制御部２５へと流入する部分がコモン流路である。また、流量制御部２５の出口側が接続される二方のうち一方は放熱器５が設けられた主経路１９ｂへと接続され、他方は蓄熱手段９が設けられた副経路１９ｃに接続される。そのため、搬送ポンプ２０で送られた熱媒体は、流量制御部２５で、放熱器５へ搬送される量と、蓄熱手段９へ搬送される量とを任意の比率で調整できることとなる。
【００４６】
流量制御部２５で分岐された、熱媒体回路１９は、放熱器５又は蓄熱手段９を流出して、合流部１９ｄで合流する。その後、熱動弁２４に送られて、往き接続口２２より、外部放熱器２へと送られることとなる。
【００４７】
副経路１９ｃのうち、蓄熱手段９内に設けられた部分の少なくとも一部は、吸熱熱交換器１９ｅを構成する。吸熱熱交換器１９ｅは、副経路１９ｃを流れる熱媒体と蓄熱手段９との間で熱交換を行うものである。蓄熱手段９は、内部に蓄えられた熱量を、副経路１９ｃを流れる熱媒体に放熱して、熱媒体を加熱することができる。また、吸熱熱交換器１９ｅには、熱交換量を増大させるための伝熱促進部として複数の放熱フィンが設けられていることが好ましい。
【００４８】
２６は、搬送ポンプ２０下流の熱媒体経路１９ａに設けられ、放熱器５、あるいは、蓄熱手段９に流通する熱媒体の温度を測定する入口温センサである。入口温センサ２６は、搬送ポンプ２０の下流側であって、流量制御部２５の上流側に設けられていることが好ましい。２７は、放熱器５の出口側の熱媒体の温度を測定する放熱器出口温センサ、２８は、蓄熱手段９の出口側の熱媒体温度を測定する蓄熱手段出口温センサである。２９は熱媒体回路１９の合流部１９ｄよりも下流側を流れる熱媒体の温度を測定するための合流部温度センサである。
【００４９】
３０は、ヒートポンプ温水生成装置１の圧縮機４や搬送ポンプ２０などの各種機能部品を、各温度センサからの信号に基づいて制御する制御装置、３１は、使用者がヒートポンプ温水生成装置１の運転を指示し、また、外部放熱器２によって空調が行われる居室の温度設定を行うためのリモコンである。なお、リモコンは、居室の温度を直接的に設定するように構成されていてもよく、また、外部放熱器２に搬送される熱媒体の温度を設定するように構成されていてもよい。すなわち、リモコン３１は、外部放熱器２によって空調が行われる居室の温度を、直接的又は間接的に変更させる機能を有していればよい。
【００５０】
なお、ヒートポンプ温水生成装置１には、冷媒回路８、熱媒体経路１９ａの一部、放熱器５、蓄熱手段９、流量制御部２５が少なくとも設けられていればよい。すなわち、熱媒体経路１９ａを流れる熱媒体を、放熱器５および／または蓄熱手段９によって加熱することができるように構成されていればよい。
【００５１】
以下、図２から図８を用いて、上記蓄熱手段を備えたヒートポンプ装置の動作を説明する。まず、図２でヒートポンプの運転により、熱媒体を加熱して、高温の熱媒体を生成する運転（第１の運転）時の動作に関して説明する。本実施の形態では、放熱器５によって生成された高温の熱媒体を、外部放熱器２へと流通させることで、暖房運転を行うことができる。なお、熱媒体回路１９にタンクが接続されている場合には、第１の運転により、貯湯運転を行うことができる。
【００５２】
ヒートポンプの運転により、高温の熱媒体を生成する第１の運転の際には、電磁弁１１は閉止しておき、さらに流量制御部２５は、搬送ポンプ２０から放熱器５へと流通する熱媒体が、１００％あるいはほとんど（９０−１００％が望ましい）流通するように設定しておく。圧縮機４を運転すると、高圧まで圧縮されて吐出された冷媒は、吐出管４ａを通る。この際に、電磁弁１１が閉じられていることで、圧縮機４から吐出された冷媒は、放熱器５へと流入し、搬送ポンプ２０から、放熱器５に送られてきた水あるいは不凍液などの熱媒体と熱交換して放熱する。これにより、加熱された水あるいは不凍液などの熱媒体は低温の熱媒体から高温の熱媒体となる。
【００５３】
熱媒体と熱交換して、放熱器５から流出する冷媒は、減圧手段６にて減圧膨張され、蒸発器７に送られ、送風ファン１３にて送られた空気と熱交換して、蒸発器７を通過する間に、蒸発してガス化する。このガス化した冷媒は、再度、圧縮機４に吸入され、再度圧縮される過程を繰り返し、放熱器５を通過する低温の水あるいは不凍液などの熱媒体は徐々に加熱され、高温の水あるいは不凍液などの熱媒体となる。
【００５４】
熱媒体回路１９内の熱媒体は、搬送ポンプ２０を駆動することで、熱媒体回路１９を循環する。流量制御部２５により、熱媒体回路１９を循環する９０％以上の熱媒体は、放熱器５に送られ、熱交換して放熱する。これにより、加熱された水あるいは不凍液などの熱媒体は低温の熱媒体から高温の熱媒体となる。放熱器５において、冷媒回路８を流れる冷媒によって加熱された水あるいは不凍液などの熱媒体は、副経路１９ｃを通り、複数個所（図では４箇所、１箇所だけで分岐されないケースもある）に分岐され熱動弁２４に送られる。
【００５５】
熱動弁２４は、リモコン３１で設定された外部放熱器２へと流れる箇所が開放され、それ以外の箇所は閉止される。熱媒体は、開放された熱動弁２４、往き接続口２２を介して、ヒートポンプ温水生成装置１の外部に取り付けられた熱媒配管３（３ａ）を通り、外部放熱器２へと導かれる。外部放熱器２では熱媒体の放熱が行われ、外部放熱器２が設置された居室などを暖房する。
【００５６】
外部放熱器２で放熱し、低温となった水あるいは不凍液などの熱媒体は、熱媒配管３（３ｂ）を通り、戻り接続口２３へと流れる。戻り接続口２３を通過して、シスターンタンク２１の下面よりシスターンタンク２１へ送られ、シスターンタンク２１の下面より、搬送ポンプ２０へと強制的に吸引され、搬送ポンプ２０にて強制的に放熱器５に送られる。放熱器５に送られた熱媒体は、放熱器５で再度加熱され、再び外部放熱器２へと導かれる動作を繰り返す、つまり、熱媒体回路１９を循環することで、外部放熱器２で放熱した水あるいは不凍液などの熱媒体で、居室の暖房が行われることとなる。
【００５７】
次に、蓄熱運転（第４の運転）について図３で説明する。蓄熱運転とは、蓄熱手段９の容器９ａ内に充填された潜熱蓄熱材に熱を蓄えるための運転であり、冷媒回路８に冷媒を循環させることにより行う。蓄熱運転では、電磁弁１１を開いておき、熱媒体回路１９の搬送ポンプ２０は停止あるいは、ほとんど流量が流れない状態にしておく。圧縮機４を運転すると、高圧まで圧縮されて吐出された冷媒は、吐出管４ａを通り、吐出管４ａより配管径の大きな蓄熱経路１０へと、多くの冷媒が流通し、蓄熱経路１０を経由せずに放熱器５へと流通する冷媒量よりも多くなる。
【００５８】
高温高圧の多くの冷媒は、蓄熱経路１０を流通し、蓄熱手段９へ送られ、蓄熱手段９を加熱する。このとき、蓄熱経路１０に設けられた蓄熱熱交換器１２に複数の放熱フィン１２ａが設けられているために、熱交換効率が向上する。したがって、冷媒回路８を流れる冷媒と蓄熱手段９内の潜熱蓄熱材との熱交換が効率的に行われる。蓄熱手段９で放熱した冷媒は、蓄熱経路１０から冷媒回路８に流入し、その後、放熱器５へと流入する。
【００５９】
この際、搬送ポンプ２０を停止あるいは、ほとんど流量が流れない状態にしておくことで、放熱器５では、冷媒回路８の冷媒と、熱媒体回路１９の熱媒体の熱交換は、放熱器５での放熱分を除いてほとんど行われないこととなる。その後、放熱器５から流出した冷媒は、減圧手段６にて減圧膨張され、蒸発器７に送られ、送風ファン１３にて送られた空気と熱交換して、蒸発器７を通過する間に、蒸発してガス化する。このガス化した冷媒は、再度、圧縮機４に吸入され、圧縮される過程を繰り返し、蓄熱手段９の潜熱蓄熱材は徐々に加熱され、高温となり、相変化により液体の状態で保温されることとなる。
【００６０】
ところで、この蓄熱運転の際には、上述した暖房運転を実行することができないこととなる。よって、外部放熱器２による放熱が行われないか、非常に少ない放熱しかできない。そこで、この蓄熱運転は、低料金の深夜電力を用い、使用者が寝ている深夜に行うことで、使用者の使用電気代を減らし、暖房感に問題ないようにすることができる。また、冷媒の種類によっては、蓄熱運転によっても蓄熱手段９の温度を５０度程度までしか昇温できない場合もある。その際には、蓄熱手段９の容器９ａに、加熱ヒータ３２を設けることも可能である。蓄熱手段９を高温にすることは蓄熱量を増すことになるからである。その際にも、前述したように、深夜に深夜電力を用いて蓄熱運転を行うことで、使用電気料金を少なくすることが出来る。
【００６１】
次に、蓄熱暖房運転（第２の運転）に関して、図４を用いて説明する。蓄熱暖房運転の場合は、冷媒回路８を駆動しないで、暖房を行う方法であり、前述した蓄熱運転で加熱された蓄熱手段９を用いて暖房を行う。そのため、圧縮機４は停止しておき、搬送ポンプ２０を駆動する。流量制御部２５は、搬送ポンプ２０から蓄熱手段９へと流通する熱媒体が、１００％あるいはほとんど（９０−１００％が望ましい）流通するように設定しておく。熱媒体回路１９において、搬送ポンプ２０を駆動することで、熱媒体回路１９を循環する。流量制御部２５により、熱媒体回路１９を循環する９０％以上の熱媒体は、蓄熱手段９に送られ、潜熱蓄熱材より吸熱して、低温の熱媒体から、やや高い温度の熱媒体となる。このとき、蓄熱手段９内に設けられた吸熱熱交換器１９ｅには、潜熱蓄熱材と熱媒体との熱交換量を増大させる伝熱促進部としてのフィンが設けられている。したがって、熱媒体は、蓄熱手段９から効率よく吸熱することができる。
【００６２】
蓄熱手段９にて加熱された水あるいは不凍液などの熱媒体は、合流部１９ｄを通り、複数個所（図では４箇所、１箇所だけで分岐されないケースもある）に分岐され熱動弁２４に送られる。熱動弁２４は、リモコン３１で設定された外部放熱器２へと流れる箇所が開放され、それ以外の箇所は閉止されている。熱媒体は、開放された熱動弁２４、往き接続口２２を介して、ヒートポンプ温水生成装置１の外部に取り付けられた熱媒配管３（３ａ）を通り、外部放熱器２へと導かれる。外部放熱器２では放熱が行われ、外部放熱器２が設置された居室などを暖房する。
【００６３】
外部放熱器２で放熱し、低温となった水あるいは不凍液などの熱媒体は、熱媒配管３（３ｂ）を通り、戻り接続口２３へと流れてくる。戻り接続口２３を通過して、シスターンタンク２１の下面よりシスターンタンク２１へ送られる。その後、シスターンタンク２１の下面より、搬送ポンプ２０へと強制的に吸引され、搬送ポンプ２０にて強制的に、流量制御部２５へと送られる。流量制御部２５に送られた熱媒体の大部分もしくは全ては蓄熱手段９が設けられた副経路１９ｃに送られ、蓄熱手段９で加熱されて、再び外部放熱器２へと導かれる動作を繰り返す、つまり、熱媒体が、熱媒体回路１９を循環することで、外部放熱器２で放熱した水あるいは不凍液などの熱媒で、居室の暖房が行われることとなる。
【００６４】
ここで、前述した暖房運転と比べると、蓄熱手段９を介して熱媒体の加熱を行っている
ことから、蓄熱暖房運転によって生成される熱媒体の温度は暖房運転よりも低い。そこで、蓄熱暖房運転を下記のような条件で使用することが考えられる。
【００６５】
近年、電力使用量を削減する目的で、地域において電力使用量がピークになる時間帯には、電力使用量を強制的に削減する手段を取ろうという動きがある。これはいわゆるデマンド制御と呼ばれるもので、使用者が時々刻々使用する電力量を監視しておき、使用電力量（デマンドと呼ばれる）が、契約電力値を超えないように、負荷設備を制御しようというものである、また、事前にピークとなる時間帯を予測して、電力使用量を削減する取り組み（ピークカット）も行われている。
【００６６】
ヒートポンプ温水生成装置において、電力使用量の大部分を占めるのは圧縮機４の駆動に要する電力量である。
【００６７】
図５、図６には、電力使用量がピークとなる時間帯（ピーク時間帯）に電力使用量を削減する運転を行った場合の使用電力量と、使用者の居室の室温状況を示している。図５は、冷媒回路８の圧縮機４のＯＮ−ＯＦＦを繰り返す間欠運転により、電力量を抑えるものである。この間欠運転を実行すると、使用電力量の削減が可能な一方、室温は約２度低下しており、使用者には不快感を与えてしまう場合がある。なお、使用電力量は、通常の暖房運転時の１／２程度に減少している。
【００６８】
これに対し、図６には、蓄熱暖房運転を、ピークカットのために行った場合を示している。蓄熱暖房運転は、圧縮機４を動作させず、搬送ポンプ２０を駆動させるだけで実行可能である。したがって、使用電量区量は間欠運転と比較してさらに低く、また、使用電力量も安定し、平均の使用電力量は、通常の暖房運転に比較して１／５以下程度に抑えられている。
【００６９】
蓄熱暖房運転における室温は、蓄熱暖房運転の際は、前述したように、蓄熱手段９から熱媒体に吸熱して温度の上昇した熱媒体で暖房することとなるので、暖房能力が低くなり、暖房運転と比較して若干の温度低下がある。図４に示すように、蓄熱暖房運転により、室温は０．５度程度低下しているが、使用者に大きな不快感を与えるほどではない。むしろ、電力使用量、ピーク電力使用量が大幅に下がっており、その効果に対して、若干の室温の低下は許容できるものである。例えば、電力量をある時間帯（例えば、夕方６時から８時などの時間帯）にピークカットを行うことで、１日における単位時間当たりの使用電力量を平滑化して、使用電力量、また、電気料金を低減することができる。また、ある時間帯における電気料金が、そのときの総使用電力量にしたがって変動する場合に、室温の低下を抑えつつ、使用電力量を抑制できることで、使用者にとっては、電気料金の低減、電力供給事業者にとっては、ピークの電力量、平均の電力量を下げることができる。
【００７０】
次に、ヒートポンプと蓄熱手段９との両方で熱媒体を加熱する併用運転（第３の運転）について関して、図７を用いて説明する。この際には、電磁弁１１は閉止しておく。流量制御部２５は後述する温度センサによって調整を行うこととなる。圧縮機４を運転すると、高圧まで圧縮されて吐出された冷媒は、吐出管４ａを通る。この際に、電磁弁１１が閉じられていることで、冷媒は放熱器５へと流入し、搬送ポンプ２０から、放熱器５に送られてきた熱媒体と熱交換する。これにより、熱媒体は低温の熱媒体から高温の熱媒体となる。
【００７１】
熱媒体と熱交換して、放熱器５から流出する冷媒は、減圧手段６にて減圧膨張され、蒸発器７に送られ、送風ファン１３にて送られた空気と熱交換して、蒸発器７を通過する間に、蒸発してガス化する。このガス化した冷媒は、再度、圧縮機４に吸入され、圧縮される過程を繰り返し、放熱器５を通過する熱媒体は徐々に加熱され、高温の水あるいは不凍
液などの熱媒体となる。この際に、熱媒体回路１９においては、流量制御部２５の弁開度は任意の位置とし、放熱器５へも、蓄熱手段９へもある量の熱媒体が流通するようにする。
【００７２】
一般的に圧縮機４を回転数で駆動して、吐出温度を上げた場合には、ＣＯＰが低下する傾向にある。そこで、併用運転では、圧縮機４を最もＣＯＰに優れた回転数で駆動することが好ましい。ただし、その場合は、吐出温度も低くなり、放熱器５により生成される熱媒体の温度も低いものとなる。そこで、制御装置３０は、流量制御部２５の弁開度を、入口温センサ２６、放熱器熱媒体出口温センサ２７、蓄熱手段出口温センサ２８、合流部温度センサ２９にて測定された各部温度に基づき制御して、合流部温度センサ２９で検出される熱媒体の温度が使用者の所望する温度となるようにする。その結果、蓄熱手段９を通過する熱媒体回路１９にて、蓄熱手段９より吸熱して、熱媒体を昇温させる。
【００７３】
放熱器５を流通した熱媒体と、蓄熱手段９を流通した熱媒体は、合流部１９ｄにて合流して、複数個所（図では４箇所、１箇所だけで分岐されないケースもある）に分岐され熱動弁２４に送られる。
【００７４】
熱動弁２４は、リモコン３１で設定された外部放熱器２へと流れる箇所が開放され、それ以外の箇所は閉止されている。熱媒体は、開放された熱動弁２４、往き接続口２２を介して、ヒートポンプ温水生成装置１の外部に取り付けられた熱媒配管３（３ａ）を通り、外部放熱器２へと導かれる。外部放熱器２では放熱が行われ、外部放熱器２が設置された居室などを暖房する。
【００７５】
外部放熱器２で放熱し、低温となった熱媒体は、熱媒配管３（３ｂ）を通り、戻り接続口２３へと流れてくる。戻り接続口２３を通過して、シスターンタンク２１の下面よりシスターンタンク２１へ送られ、シスターンタンク２１の下面より、搬送ポンプ２０へと強制的に吸引され、搬送ポンプ２０にて強制的に放熱器５及び、蓄熱手段９に送られる。熱媒体は、放熱器５及び、蓄熱手段９で加熱されて、再び外部放熱器２へと導かれる動作を繰り返す。つまり、熱媒体が熱媒体回路１９を循環することで、外部放熱器２で放熱した水あるいは不凍液などの熱媒で、居室の暖房が行われることとなる。
【００７６】
この際には、圧縮機は前述したうように、吐出温度は低くても、ＣＯＰの高い高効率の運転を行っており、そこに蓄熱手段９でアシストすることで、使用電力量を削減しつつ、使用者に所望の快適性を実現できる運転とすることが出来る。
【００７７】
なお、蓄熱手段９の蓄熱量が減じてくると、併用運転を行っても、熱媒体を十分に昇温させることができない。したがって、事前に蓄熱手段９への蓄熱を行っておくことが必要である。
【００７８】
次に、除霜運転（第５の運転）に関して図８を用いて説明する。外気温の低い時に、蒸発器７に着霜すると、蒸発器７を流通する空気量が減じ、その能力が落ち、熱媒体の所定温度までの昇温が出来なくなる。そこで、除霜を行うことが必要である。従来は、搬送ポンプ２０を停止して、減圧手段６を全開にし、圧縮機４からの高温高圧の冷媒を、蒸発器７に流通させて、除霜を行う。このとき、搬送ポンプ２０が駆動していると、放熱器５で熱交換が行われ、除霜に必要な熱量が減少してしまうため、制御装置３０は搬送ポンプ２０を停止させる。よって、熱媒体は熱媒体回路１９を循環しないので、外部放熱器２に高温の熱媒体は流通せず、居室の温度は低下してしまい、使用者の快適性が低下してしまう。  それに対して、前述した蓄熱暖房運転と除霜運転を併用することで、快適性を維持しつつ、除霜を行うことが可能となる。
【００７９】
まず、熱媒体回路１９に関しては、蓄熱暖房運転と同じく、搬送ポンプ２０を駆動する。これにより、熱媒体が熱媒体回路１９を循環する。流量制御部２５は、搬送ポンプ２０から流量制御部２５に流入する熱媒体のうち、１００％あるいはほとんど（９０−１００％が望ましい）が、蓄熱手段９が設けられた副経路１９ｃに流通するように設定しておく。
【００８０】
蓄熱手段９に送られた熱媒体は、潜熱蓄熱材熱より吸熱して、低温の熱媒体から、やや高い温度の熱媒体となる。ここで、蓄熱手段９内に設けられた吸熱熱交換器１９ｅには、伝熱促進部としてのフィンが設けられているために、吸熱効率が向上する。
【００８１】
蓄熱手段９にて加熱された熱媒体は、合流部１９ｄを通り、複数個所（図では４箇所、１箇所だけで分岐されないケースもある）に分岐され熱動弁２４に送られる。熱動弁２４は、リモコン３１で設定された外部放熱器２へと流れる箇所が開放され、それ以外の箇所は閉止される。熱媒体は、開放された熱動弁２４、往き接続口２２を介して、ヒートポンプ温水生成装置１の外部に取り付けられた熱媒配管３（３ａ）を通り、外部放熱器２へと導かれる。外部放熱器２では放熱が行われ、外部放熱器２が設置された居室などを暖房する。
【００８２】
外部放熱器２で放熱し、低温となった熱媒体は、熱媒配管３（３ｂ）を通り、戻り接続口２３へと流れてくる。戻り接続口２３を通過して、シスターンタンク２１の下面よりシスターンタンク２１へ送られ、シスターンタンク２１の下面より、搬送ポンプ２０へと強制的に吸引され、搬送ポンプ２０にて強制的に流量制御部２５を通過する。流量制御部２５にて、熱媒体の大部分は蓄熱手段９に送られ、低温となった水あるいは不凍液などの熱媒体は、放熱器５で加熱されて、再び外部放熱器２へと導かれる動作を繰り返す。つまり、熱媒体が熱媒体回路１９を循環することで、外部放熱器２で放熱した水あるいは不凍液などの熱媒で、居室の暖房が行われることとなる。
【００８３】
この際に冷媒回路８に関しては、電磁弁１１は閉止しておき、圧縮機４から高温高圧の冷媒が、放熱器５に搬送されるようにする。熱媒体回路１９から、放熱器５へは熱媒体が流通していないため、放熱器５における冷媒の温度低下を抑制することができる。さらに、減圧手段６を全開とし、圧縮機４からの高温高圧の冷媒を、蒸発器７に流通させて、蓄熱暖房運転を行いながら、除霜を行うことができる。このとき、外部放熱器２のある居室の温度は、図６で示したように、若干は低下するが、快適性を大きく阻害するほどではない。
【００８４】
これにより、除霜運転の際には、除霜を行いつつ、熱媒体を熱媒体回路１９に流通させて、暖房運転を行うことが可能となるのである。ただし、この際においても、蓄熱手段９の蓄熱量が減少すると、除霜を十分に行うことはできなくなるので、事前に蓄熱手段９に蓄熱しておくことが必要である。
【００８５】
また、蓄熱手段９は潜熱蓄熱材で構成されている。一般的に、蓄熱手段としは、顕熱蓄熱、潜熱蓄熱、化学蓄熱と大きく分けると３つの方法がある。この中で、顕熱蓄熱とは物質の比熱を利用したものであり、比熱が大きいことが重要であり、そのため蓄熱手段としては大きなものとなってしまい、また熱交換効率も他の２つの蓄熱方法と比較して良くない。化学蓄熱は化学反応の際の吸熱・発熱を利用したものであり、化学反応を生じさせなくてはならず、装置が複雑化するとともに装置の耐久性に対する要求が多くなることで蓄熱装置のコストが増大する。これに対し、潜熱蓄熱は物質の相変化、転移に伴う転移熱（潜熱）を利用したものであり、顕熱蓄熱に比べて、蓄熱密度が高く、相転移温度の一定温度で熱供給が可能である。また、化学蓄熱に比べて、基本的には安定・安全・安価な物質の相転移を繰り返すだけなので容易であり、耐久性の面でも優れている。
【００８６】
以上のように、本発明の蓄熱手段を備えたヒートポンプ温水生成装置１においては、第１の運転においては、熱媒体回路１９の搬送ポンプ２０を駆動して、冷媒回路８においては圧縮機４下流にあり、高温の冷媒が流通する放熱器５にて、高温の冷媒と熱媒体を熱交換して、熱媒体を昇温させて、往き接続口２２より外部放熱器２へと搬送して暖房を行うことができる。また、蓄熱暖房運転においては、搬送ポンプ２０を駆動して、蓄熱手段９にて熱媒体を昇温させて、往き接続口２２より外部放熱器２へと搬送して暖房を行うことができる。また、流量制御部２５（混合弁）によって、蓄熱手段９を通る熱媒体と、放熱器５を流通する熱媒体との流量を調整し、双方を混合することで、所望の温度の温水を生成する併用運転を行うことができる。したがって、使用者の快適性を向上させつつ、高い省エネ性を満足できる。
【００８７】
また、蓄熱暖房運転により、圧縮機４を駆動させないで冷媒回路８を冷媒が循環しない状態で暖房転が可能であり、省エネルギー性と低騒音化を図ることができる。
【００８８】
加えて、空気冷媒熱交換器７に着霜した際にも、除霜の必要があるが、この際に流量制御部２５で、放熱器５を流通する熱媒体の量を減らす、あるいは０にして、圧縮機４から吐出される高温高圧の冷媒を、放熱器５で熱交換させることなく、高温のまま蒸発器７に流入させることができる。これにより、除霜を行いつつ、高温の熱媒体を外部放熱器２に送って暖房を行うことができ、快適性を向上させることができる。
【００８９】
さらに、蓄熱手段９への蓄熱を行う際は、圧縮機４から高温・高圧の冷媒が蓄熱手段９へ最初に流通し蓄熱運転を行うことができることで、蓄熱手段９への蓄熱が高効率で行うことができる。よって蓄熱に要する電気入力を低くすることができ、省エネルギー性を向上させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００９０】
以上のように、本発明にかかるヒートポンプ温水生成装置は、快適性と省エネルギー性に優れているので、温水循環式の暖房システムやヒートポンプ給湯機等に用いることができる。
【符号の説明】
【００９１】
１  ヒートポンプ温水生成装置
２  外部放熱器
３  熱媒配管
３ａ  往き熱媒配管
３ｂ  戻り熱媒配管
４  圧縮機
４ａ  吐出管
５  放熱器
６  減圧手段（膨張弁）
７  蒸発器（空気冷媒熱交換器）
８  冷媒回路
９  蓄熱手段
９ａ  容器
１０  蓄熱経路
１１  電磁弁
１２  蓄熱熱交換器
１２ａ  放熱フィン
１３  送風ファン
１４  圧力検知器
１５  圧縮機出口温センサ
１６  放熱器冷媒出口温センサ
１７  蒸発器出口温センサ
１８  外気温センサ
１９  熱媒体回路
１９ａ  熱媒体経路
１９ｂ  主経路
１９ｃ  副経路
１９ｄ  合流部
１９ｅ  吸熱熱交換器
２０  搬送ポンプ
２１  シスターンタンク
２２  往き接続口
２３  戻り接続口
２４  熱動弁
２５  流量制御部
２６  入口温センサ
２７  放熱器熱媒体出口温センサ
２８  蓄熱手段出口温センサ
２９  合流部温度センサ
３０  制御装置
３１  リモコン
【図１】
2015166655.tif 000003
【図２】
2015166655.tif 000004
【図３】
2015166655.tif 000005
【図４】
2015166655.tif 000006
【図５】
2015166655.tif 000007
【図６】
2015166655.tif 000008
【図７】
2015166655.tif 000009
【図８】
2015166655.tif 000010