(57)【要約】【課題】ヒートポンプ装置の除霜運転時の圧力上昇を抑制し、かつ除霜時間の短縮を図る。【解決手段】圧縮機、放熱器、第一の減圧装置、蒸発器（蒸発器）を冷媒配管によって環状に接続して構成されるヒートポンプ装置において、前記蒸発器出口から前記圧縮機までの低圧側に第二の減圧装置（キャピラリーチューブ）と電気的に冷媒通路を開閉可能な開閉弁（二方弁）を並列に具備し、前記蒸発器の除霜制御手段を備え、この除霜制御手段は、除霜運転を行うときに、前記第一の減圧装置の弁開度を通常運転より大きくし、前記開閉弁を閉とし、第二の減圧装置（キャピラリーチューブ）に冷媒が流れることを特徴とするヒートポンプ装置。【選択図】  図１
2004308955.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機、放熱器、第一の減圧装置、蒸発器を冷媒配管によって環状に接続して構成されるヒートポンプ装置において、前記蒸発器出口から前記圧縮機までの間に第二の減圧装置と開閉可能な開閉弁を並列に具備したことを特徴とするヒートポンプ装置。
【請求項２】
圧縮機、放熱器、第一の減圧装置、蒸発器を冷媒配管によって環状に接続して構成されるヒートポンプ装置において、前記蒸発器出口から前記圧縮機までの間に第二の減圧装置と開閉可能な開閉弁を並列に具備し、前記蒸発器の除霜運転時、前記第一の減圧装置の弁開度を除霜運転時以外の通常運転より大きくし、前記開閉弁を閉じたことを特徴とするヒートポンプ装置の制御方法。
【請求項３】
前記ヒートポンプ装置に使用される冷媒が二酸化炭素であることを特徴とする請求項１記載のヒートポンプ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ヒートポンプ装置の除霜運転時の冷凍サイクル及び制御技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の技術は、図３に示す通り、圧縮機１、放熱器２、減圧装置３、蒸発器４の順に冷媒が流れることを特徴とするヒートポンプ装置と給湯用の液体を蓄える貯湯槽６とこの貯湯槽内の液体が前記放熱器２を通って循環できる順間通路と、この順間通路に前記貯湯槽内の液体を流通させるポンプ７を備え、蒸発器の除霜制御手段として、除霜運転を行うときに前記減圧装置３の弁開度を通常運転時より大きくし、且つ前記ポンプ７の運転を停止させるようになっており、通常運転と除霜運転のいずれにおいても、ヒートポンプ装置において前記圧縮機１、前記放熱器２、前記減圧装置３、前記蒸発器４の順に冷媒が流れることを特徴とする（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−８２８０２号公報（第６−８頁  第１図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
これによれば、圧縮機より吐出された高温冷媒が大きく温度低下することなく蒸発器（熱源用熱交換器）まで到達して、蒸発器の除霜を行うことができる。ここで図４に除霜時の吐出及び吸入圧力の経時変化を示す。これより、従来のシステムでは熱交換器の霜を取り除く蒸発器出口温度を仮に１０℃とした場合、吸入圧力を約４．４ＭＰａ上昇させる必要が有る為、吐出圧力は吸入圧力以上に上昇させる必要が有り、多くの除霜時間を要し、低温性能が悪化するといった課題が発生していた。特に、ヒートポンプ装置の冷媒として臨界圧力以上まで加圧されるＣＯ２を使用した場合、除霜時の吐出圧力は約１０ＭＰａ付近まで上昇し、機器の信頼性を低下させるといった問題を生じる。
【０００５】
そこで、本発明のヒートポンプ装置は、除霜運転時、臨界圧力以下で終了し、信頼性の向上を図るものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１記載の本発明のヒートポンプ装置は、圧縮機、放熱器、第一の減圧装置、蒸発器を冷媒配管によって環状に接続して構成されるヒートポンプ装置において、前記蒸発器出口から前記圧縮機までの間に第二の減圧装置と開閉可能な開閉弁を並列に具備したことを特徴とする。
【０００７】
請求項２記載の本発明のヒートポンプ装置の制御方法は、圧縮機、放熱器、第一の減圧装置、蒸発器を冷媒配管によって環状に接続して構成されるヒートポンプ装置において、前記蒸発器出口から前記圧縮機までの間に第二の減圧装置と開閉可能な開閉弁を並列に具備し、前記蒸発器の除霜運転時、前記第一の減圧装置の弁開度を除霜運転時以外の通常運転より大きくし、前記開閉弁を閉じたことを特徴とする。
【０００８】
請求項３記載の本発明のヒートポンプ装置は、請求項１記載のヒートポンプ装置において、前記ヒートポンプ装置に使用される冷媒が二酸化炭素であることを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の実施の形態であるヒートポンプ装置は、圧縮機、放熱器、第一の減圧装置、蒸発器を冷媒配管によって環状に接続して構成されるヒートポンプ装置において、前記蒸発器出口から前記圧縮機までの間に第二の減圧装置と開閉可能な開閉弁を並列に具備したことを特徴とする。これによれば、効率的に除霜を行うことができる。
【００１０】
本発明の第２の実施の形態であるヒートポンプ装置の制御方法は、蒸発器出口から前記圧縮機までの低圧側に第二の減圧装置と開閉弁を並列に具備し、蒸発器の除霜運転を行うときに、前記第一の減圧装置の弁開度を通常運転より大きくし、前記開閉弁を閉とし、第二の減圧装置に冷媒が流れることを特徴とする。これによれば、除霜運転時、蒸発器は、前記第二の減圧装置により放熱器としての効果が得られる為、短時間で除霜運転を行うことが可能である。
【００１１】
本発明の第３の実施の形態であるヒートポンプ装置は、本発明の第１の実施の形態であるヒートポンプ装置において、使用する冷媒を二酸化炭とすることを特徴とする。この場合、冷凍サイクル内の高圧側が二酸化炭素冷媒の臨界圧力以上に加圧されるが、除霜運転時は、前記第二の減圧装置により蒸発器内の圧力が吐出圧力とほぼ同等になるため、熱交換器の霜を取り除く蒸発器出口温度を仮に１０℃とした場合、吐出圧力を約４．４ＭＰａまで上昇させれば、霜が解けきるため、通常運転時の高圧の約半分以下での除霜運転が可能となり信頼性が向上する。
【００１２】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
【００１３】
図１は、第一の実施例におけるヒートポンプ装置を示したものである。本実施例のヒートポンプ装置は、圧縮機１、放熱器２、第一の減圧装置３、蒸発器（吸熱器）４を冷媒配管５によって環状に接続して構成され、前記吸熱器４はファン９により吸熱し、前記蒸発器４と前記圧縮機１までの低圧側に第二の減圧装置１２（キャピラリーチューブ）と電気的に冷媒通路を開閉可能な開閉弁１１（二方弁）を並列に具備したものである。また、制御装置は、本発明の除霜制御手段として、蒸発器４の出口温度を検出する温度センサ１３の検出値に基づいて、蒸発器４の着霜を取り除くための除霜運転を行っている。この除霜運転は、温度センサ１３の検出値が約―１０℃まで低下したときに開始され、約１０℃まで上昇したときに終了する。
【００１４】
次に、本実施例の作動を説明する。貯湯槽６の液体は放熱器２に流通させて加熱する通常運転時には、放熱器２で加熱された液体の温度が所定温度（例えば９０℃）となるようにポンプ７によって液体配管９及び放熱器２を流れる液体流量を制御する。ヒートポンプ装置の第一の減圧装置３（膨張弁）は、圧縮機１の冷媒吸入過熱度（スーパーヒート）が最適となるように（約１〜５Ｋ）、マイクロコンピュータ１０を通じて弁開度を制御している。この通常運転時には、開閉弁１１は開の状態であり、蒸発器４を通過した冷媒は、流通抵抗の大きい第二の減圧装置１２は通過せず、圧力損失の非常に小さい開閉弁１１を通過し、圧縮機１に吸引される。
【００１５】
上記の通常運転を実行しているときに、室外の蒸発器４の出口温度が約―１０℃まで低下すると、通常運転から除霜運転に切り替えられる。この除霜運転では、ポンプ７を停止し、第一の減圧装置３を通常運転より開度を大きくし、前記開閉弁１１は閉の状態とすることで、蒸発器４を通過した冷媒は、第二の減圧装置（キャピラリーチューブ）により減圧され、蒸発器４は、凝縮器としての作用を行う。図２より、従来システムの吐出圧力に対して低い圧力で除霜を終了させることが可能となり、短時間で除霜運転を終了することができる。短時間で終了できることは、除霜運転時に発生する液冷媒の圧縮を回避することが可能となり、信頼性も大幅に向上する。
【００１６】
本発明に使用する冷媒が二酸化炭素（ＣＯ２）の場合、図３のような従来システムでは図４より除霜運転中に臨界圧力以上となり最後には吐出圧力が１０Ｍｐａ近くとなり、除霜運転から通常運転切替時には圧力が急激に下がり、差圧の急変に対し各要素部品の信頼性確保が容易でないが、本発明では、図２のように、除霜運転中でも大きく圧力が上がらず、臨界圧力以下の除霜運転で終了するため、通常運転に切り換えても差圧が小さく、大幅な信頼性向上が可能となる。
【００１７】
【発明の効果】
上記の実施例から明らかなように、本発明は、従来システムより短時間で除霜運転を終了させる為、給湯能力向上が図られ、更に液冷媒の圧縮を回避し、圧縮機信頼性の向上が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例におけるヒートポンプ装置の冷凍サイクル図
【図２】本発明の実施例における除霜運転動作の説明図
【図３】従来例におけるヒートポンプ装置の冷凍サイクル図
【図４】従来の実施例における除霜運転動作の説明図
【符号の説明】
１    圧縮機
２    放熱器
３    第一の減圧装置（膨張弁）
４    蒸発器（蒸発器）
５    冷媒配管
６    貯湯槽
７    ポンプ（ウォーターポンプ）
８    液体配管
９    蒸発器側ファン
１０  マイクロコンピュータ（制御部）
１１  開閉弁（二方弁）
１２  第二の減圧装置
１３  温度検出手段（センサ）
【図１】
2004308955.tif 000003
【図２】
2004308955.tif 000004
【図３】
2004308955.tif 000005
【図４】
2004308955.tif 000006