(57)【要約】【課題】除霜運転中においても加熱運転を行なうことのできるヒートポンプ装置を提供する。【解決手段】第１の蒸発器５と圧縮機１の冷媒吸入側との間に設けられ、第１の蒸発器５から流出する冷媒と空気とを熱交換可能な第２の蒸発器８と、第２の蒸発器８の冷媒流入側に設けられた第２の膨張手段７と、第２の膨張手段７をバイパスする流路を開閉可能な第２の開閉弁６とを備えたので、ガスクーラ２及び第１の蒸発器５において放熱した冷媒を第２の蒸発器８において吸熱させることができ、第１の蒸発器５を除霜する場合にも、ガスクーラ２において給湯を行なうことができる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機、高温側熱交換器、膨張手段及び低温側熱交換器に順次冷媒を流通可能な冷媒回路と、圧縮機から吐出される冷媒の一部を、高温側熱交換器及び膨張手段に流通させることなく低温側熱交換器に流通させることにより、低温側熱交換器を除霜可能な除霜用回路とを備えたヒートポンプ装置において、
前記低温側熱交換器と圧縮機の冷媒吸入側との間に設けられ、低温側熱交換器から流出する冷媒と空気とを熱交換可能な除霜加熱用熱交換器と、
除霜加熱用熱交換器に流入する冷媒の圧力を所定の圧力に減圧可能な除霜加熱用膨張手段とを備えた
ことを特徴とするヒートポンプ装置。
【請求項２】
前記除霜用回路を開閉可能な除霜用開閉弁と、
低温側熱交換器の温度を検出する温度検出器と、
圧縮機から吐出された冷媒を、除霜用開閉弁を閉鎖することにより高温側熱交換器及び膨張手段を流通させて低温側熱交換器に流入させ、低温側熱交換器から流出する冷媒の圧力を除霜加熱用膨張手段によって所定の圧力に減圧することなく除霜加熱用熱交換器に流入させる加熱運転と、圧縮機から吐出された冷媒の一部を、除霜用開閉弁を開放することにより除霜回路を介して低温側熱交換器に流入させるとともに、その他の冷媒を、高温側熱交換器及び膨張手段を流通させて低温側熱交換器に流入させ、低温側熱交換器から流出する冷媒の圧力を除霜加熱用膨張手段によって所定の圧力に減圧して除霜加熱用熱交換器に流入させる除霜加熱運転とを温度検出器の検出温度に応じて切換える運転切換制御手段とを備えた
ことを特徴とする請求項１記載のヒートポンプ装置。
【請求項３】
前記高温側熱交換器から流出する冷媒を、膨張手段によって減圧することなく低温側熱交換器に流通させる冷媒流通手段を備えた
ことを特徴とする請求項１または２記載のヒートポンプ装置。
【請求項４】
前記圧縮機として、吸入した冷媒を所定の中間圧力に圧縮する低段側圧縮部と、中間圧力に圧縮された冷媒を中間圧力よりも高い所定の圧力に圧縮する高段側圧縮部を有する二段圧縮機を用い、
除霜用回路を、低段側圧縮部において中間圧力に圧縮された冷媒の一部が流通するように構成した
ことを特徴とする請求項１、２または３記載のヒートポンプ装置。
【請求項５】
前記除霜加熱用膨張手段を、除霜加熱用熱交換器に流入する冷媒の圧力を所定の圧力に減圧する膨張弁またはキャピラリチューブと、膨張弁またはキャピラリチューブをバイパス可能なバイパス回路と、バイパス回路を開閉可能なバイパス開閉弁とから構成した
ことを特徴とする請求項１、２、３または４記載のヒートポンプ装置。
【請求項６】
前記除霜加熱用膨張手段として弁開度を任意に設定可能な電子式の膨張弁を用いた
ことを特徴とする請求項１、２、３または４記載のヒートポンプ装置。
【請求項７】
前記冷媒として高圧側が超臨界状態となる二酸化炭素を用いた
ことを特徴とする請求項１、２、３、または４記載のヒートポンプ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、給湯や暖房に用いられるヒートポンプ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種のヒートポンプ装置としては、圧縮機、高温側熱交換器、膨張手段及び低温側熱交換器に順次冷媒を流通可能な冷媒回路と、圧縮機から吐出される冷媒の一部を、高温側熱交換器及び膨張手段に流通させることなく低温側熱交換器に流通させることにより、低温側熱交換器を除霜可能な除霜用回路とを備え、除霜用回路を介して圧縮機から吐出される高温の冷媒の一部を低温側熱交換器に流入させる除霜運転を行うことにより、通常の加熱運転によって低温側熱交換器に付着した霜を高温の冷媒によって融解するようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００４−２９４０５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来のヒートポンプ装置において、除霜用回路を介して圧縮機から吐出された冷媒の一部を低温側熱交換器に流通させる場合には、ヒートポンプサイクルを構成することができないため、除霜運転中には加熱運転を停止しなければならず、例えば深夜電力を利用して湯を沸かす貯湯式の給湯器としてヒートポンプ装置を用いる場合には、除霜運転が繰り返し行なわれると、時間内に湯の沸き上げを完了することができないという問題点があった。
【０００４】
本発明は前記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、除霜運転中においても加熱運転を行なうことのできるヒートポンプ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は前記目的を達成するために、圧縮機、高温側熱交換器、膨張手段及び低温側熱交換器に順次冷媒を流通可能な冷媒回路と、圧縮機から吐出される冷媒の一部を、高温側熱交換器及び膨張手段に流通させることなく低温側熱交換器に流通させることにより、低温側熱交換器を除霜可能な除霜用回路とを備えたヒートポンプ装置において、前記低温側熱交換器と圧縮機の冷媒吸入側との間に設けられ、低温側熱交換器から流出する冷媒と空気とを熱交換可能な除霜加熱用熱交換器と、除霜加熱用熱交換器に流入する冷媒の圧力を所定の圧力に減圧可能な除霜加熱用膨張手段とを備えている。
【０００６】
これにより、圧縮機から吐出される冷媒の一部が除霜用回路を流通して低温側熱交換器に流入し、低温側熱交換器から流出する冷媒が除霜加熱用膨張手段によって減圧されて除霜加熱用熱交換器に流入することから、高温側熱交換器及び低温側熱交換器において放熱した冷媒が除霜加熱用熱交換器において吸熱可能となる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、高温側熱交換器及び低温側熱交換器において放熱した冷媒は除霜加熱用熱交換器において吸熱可能となるので、低温側熱交換器を除霜する場合においても、高温側熱交換器において給湯などの加熱運転を行なうことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図１乃至図３は本発明の一実施形態を示すもので、図１はヒートポンプ装置の回路図、図２は給湯運転を示すヒートポンプ装置の回路図、図３は除霜給湯運転を示すヒートポンプ装置の回路図である。
【０００９】
このヒートポンプ装置は、ヒートポンプ式給湯器のヒートポンプユニットに用いられるものであり、ヒートポンプサイクルを構成する冷媒回路１０と、ヒートポンプユニットの運転を制御する制御部２０とを備えている。
【００１０】
冷媒回路１０は、圧縮機１、高温側熱交換器としてのガスクーラ２、膨張手段としての第１の膨張弁３、冷媒流通手段としての第１の開閉弁４、低温側熱交換器としての第１の蒸発器５、バイパス開閉弁としての第２の開閉弁６、除霜加熱用膨張手段としての第２の膨張弁７、除霜加熱用熱交換器としての第２の蒸発器８、除霜用開閉弁としての第３の開閉弁９を備え、これらは銅またはステンレス等からなる冷媒流通用の配管によって接続されている。即ち、圧縮機１の冷媒吐出側にはガスクーラ２の冷媒流入側が接続され、ガスクーラ２の冷媒流出側には第１の蒸発器４の冷媒流入側が接続されている。また、ガスクーラ２の冷媒流出側と第１の蒸発器４の冷媒流入側との間には、第１の膨張弁３及び第１の開閉弁４が互いに並列に設けられている。第１の蒸発器５の冷媒流出側には第２の蒸発器８の冷媒流入側が接続され、第１の蒸発器５の冷媒流出側と第２の蒸発器８の冷媒流入側との間には第２の開閉弁６及び第２の膨張弁７が互いに並列に設けられている。第２の蒸発器８の冷媒流出側には圧縮機１の冷媒吸入側が接続されている。また、圧縮機１の後述する低段側圧縮部の冷媒吐出側には、ガスクーラ２、第１の膨張弁３及び第１の電磁弁４をバイパスして第１の蒸発器５の冷媒流入側に冷媒を流通させるための除霜用回路９ａが接続され、除霜用回路９ａには第２の開閉弁９が設けられている。更に、ここでは冷媒として、高圧側が超臨界状態となる二酸化炭素が用いられている。
【００１１】
圧縮機１は、低段側圧縮部１ａと高段側圧縮部１ｂを有する二段圧縮機が用いられ、圧縮機１の吸入側から吸入した冷媒を低段側圧縮部１ａにおいて所定の中間圧力に圧縮し、中間圧力に圧縮した冷媒を高段側圧縮部１ｂにおいて中間圧力よりも高い所定の高圧に圧縮可能となっている。また、圧縮機１の低段側圧縮部１ａと高段側圧縮部１ｂとの間の冷媒通路には前述した除霜用回路９ａの冷媒流入側が接続されている。
【００１２】
ガスクーラ２は、冷媒流通路２ａと被加熱媒体流通路２ｂを有し、冷媒と被加熱媒体とを熱交換するようになっている。被加熱媒体流通路２ｂには、給湯配管２ｃによって図示しない貯湯タンクが接続され、貯湯タンク内の水をガスクーラ２に流通させることにより加熱して貯湯タンク内に貯えるようになっている。
【００１３】
第１及び第２の蒸発器５，８は、それぞれフィンチューブ型の熱交換器からなり、冷媒と空気とを熱交換するようになっている。また、第１及び第２の蒸発器５，８には、冷媒と熱交換する空気を流通させるための第１及び第２の蒸発器用送風機５ａ，８ａがそれぞれ設けられている。
【００１４】
第１及び第２の膨張弁３，７には、それぞれ手動膨張弁が用いられ、流通する冷媒を所定の圧力に減圧するようになっている。また、第１及び第２の膨張弁３，７は、手動膨張弁の代りにキャピラリチューブを用いるようにしてもよい。
【００１５】
第１乃至第３の開閉弁４，６，９には、それぞれ電磁弁が用いられ、それぞれの開閉弁４，６，９の開閉によって給湯運転と除霜給湯運転の切換を行なうようになっている。
【００１６】
制御部２０は、マイクロコンピュータによって構成され、そのメモリには給湯運転と除霜給湯運転との切換制御に関するプログラムが記憶されている。また、制御部２０には、第１の開閉弁４、第１の蒸発器用送風機５ａ、第１の蒸発器５の温度を検出する温度検出器５ｂ、第２の開閉弁６、第３の開閉弁９が接続されている。
【００１７】
以上のように構成されたヒートポンプ装置において、通常の給湯運転を行なう場合には、第２の開閉弁６を開放するとともに、第１及び第３の開閉弁４，９を閉鎖し、圧縮機１、第１の蒸発器用送風機５ａ及び第２の蒸発器用送風機８ａを運転する。これにより、図２に示すように、圧縮機１から吐出された冷媒は、ガスクーラ２を流通した後、第１の膨張弁３を介して第１の蒸発器５に流入する。また、第１の蒸発器５を流通した冷媒は、第２の開閉弁６を介して第２の蒸発器８を流通した後、圧縮機１に吸入される。このとき、第２の蒸発器７の流入側には第２の開閉弁６と第２の膨張弁７が並列に設けられているが、開放された第２の開閉弁６と比較して第２の膨張弁７の流通抵抗は著しく高いため、ほぼ全ての冷媒が第２の開閉弁６を介して第２の蒸発器８に流入する。このような冷媒の循環によって、圧縮機１から吐出された冷媒は、ガスクーラ２において放熱し、ガスクーラ２を流通する水を加熱する。また、第１及び第２の蒸発器５，８を流通する冷媒は、第１の蒸発器５において吸熱して蒸発し、第２の蒸発器８において吸熱して過熱度が増大する。
【００１８】
また、給湯運転を継続すると、第１の蒸発器５において冷媒と熱交換を行なう空気の温湿度条件によっては、第１の蒸発器５に着霜するため、除霜給湯運転を行なう必要がある。この場合には、第２の開閉弁６を閉鎖するとともに、第１及び第３の開閉弁４，９を開放し、圧縮機１及び第２の蒸発器用送風機８ａを運転し、第１の蒸発器用送風機５ａを停止する。これにより、図３に示すように、圧縮機１から吐出された冷媒は、ガスクーラ２を流通した後、第１の開閉弁４を介して第１の蒸発器５に流入する。また、圧縮機１の低段側圧縮部１ａから吐出された冷媒の一部は、除霜用回路９ａを流通し、ガスクーラ２、第１の膨張弁３及び第１の開閉弁４を流通することなく第１の蒸発器５に流入する。更に、第１の蒸発器５を流通した冷媒は、第２の膨張弁７を介して第２の蒸発器８を流通した後、圧縮機１に吸入される。このとき、ガスクーラ２の流出側と第１の蒸発器５の流入側との間には第１の膨張弁３と第１の開閉弁４が並列に設けられているが、開放された第１の開閉弁４と比較して第１の膨張弁３の流通抵抗は著しく高いため、ほぼ全ての冷媒が第１の開閉弁４を介して第１の蒸発器５に流入する。このような冷媒の循環によって、圧縮機１から吐出された冷媒は、ガスクーラ２において放熱し、ガスクーラ２を流通する水を加熱する。また、圧縮機１の低段側圧縮部１ａから吐出された冷媒の一部は、第１の蒸発器４において放熱し、第１の蒸発器５に付着した霜を融解する。更に、ガスクーラ２及び第１の蒸発器５において放熱した冷媒は、第２の蒸発器８において吸熱して蒸発する。
【００１９】
ここで、給湯運転と除霜給湯運転の切換に関する制御部２０の動作を図４のフローチャートを用いて説明する。まず、給湯運転を行い（ステップＳ１）、温度検出器５ｂの検出温度Ｔが所定温度Ｔ１以下になると（ステップＳ２）、除霜給湯運転に切換える（ステップＳ３）。次に、温度検出器５ｂの検出温度Ｔが所定温度Ｔ２以上になると（ステップＳ４）、再び給湯運転に切換える（ステップＳ１）。
【００２０】
このように、本実施形態のヒートポンプ装置によれば、第１の蒸発器５と圧縮機１の冷媒吸入側との間に設けられ、第１の蒸発器５から流出する冷媒と空気とを熱交換可能な第２の蒸発器８と、第２の蒸発器８の冷媒流入側に設けられた第２の膨張手段７と、第２の膨張手段７をバイパスする流路を開閉可能な第２の開閉弁６とを備えたので、ガスクーラ２及び第１の蒸発器５において放熱した冷媒を第２の蒸発器８において吸熱させることができ、第１の蒸発器５を除霜する場合にも、ガスクーラ２において給湯を行なうことができる。
【００２１】
また、温度検出器５ｂの検出温度Ｔに応じて給湯運転と除霜給湯運転を切換えるようにしたので、第１の蒸発器５の着霜を検知して除霜給湯運転を行うとともに、霜が融解したことを検知して給湯運転を行うことができ、第１の蒸発器５の熱交換能力の低下を確実に防止することができる。
【００２２】
ガスクーラ２から流出する冷媒を、第１の膨張弁３をバイパス流路を開閉可能な第１の開閉弁４を備えたので、ガスクーラ２から流出する冷媒を減圧することなく第１の蒸発器５に流入させることができ、除霜給湯運転において第１の蒸発器５の温度を高温に保持することにより、確実に霜を融解させることが可能となる。
【００２３】
また、圧縮機１として、吸入した冷媒を所定の中間圧力に圧縮する低段側圧縮部１ａと、中間圧力に圧縮された冷媒を所定の高圧に圧縮する高段側圧縮部１ｂを有する二段圧縮機を用い、低段側圧縮部１ａにおいて中間圧力に圧縮した冷媒の一部を除霜回路９に流通させるようにしたので、圧縮機１の吐出圧力よりも低い中間圧力の冷媒を第１及び第２の蒸発器４，７に流入させることができ、回路内の圧力バランスが崩れることによる冷媒循環量の不足を防止することができる。
【００２４】
また、冷媒として高圧側が超臨界状態となる二酸化炭素を用いたので、オゾン層破壊や地球温暖化等の環境負荷を小さくすることができる。
【００２５】
尚、前記実施形態では、圧縮機１として、吸入した冷媒を所定の中間圧力に圧縮する低段側圧縮部１ａと、中間圧力に圧縮された冷媒を所定の高圧に圧縮する高段側圧縮部１ｂを有する二段圧縮機を用い、低段側圧縮部１ａにおいて中間圧力に圧縮した冷媒の一部を除霜回路９に流通させるようにしたものを示したが、図５に示すように、単段式の圧縮機１１を用い、圧縮機から吐出された冷媒の一部を除霜回路９ａに流通させるようにしても、前記実施形態と同様にガスクーラ２において給湯するととともに、第１の蒸発器５の除霜を行なうことが可能となる。
【００２６】
また、前記実施形態では、弁開度が固定式の第１の膨張弁３及び第２の膨張弁７とそれぞれ並列に第１の開閉弁４及び第２の開閉弁６を設けたものを示したが、図６に示すように、第１の膨張弁１２及び第２の膨張弁１３として弁開度可変の電子膨張弁を用いることにより、第１の開閉弁４及び第２の開閉弁６を必要とすることなく、冷媒回路１０を流通する冷媒の圧力の調整が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】ヒートポンプ装置の概略構成図
【図２】給湯運転を示すヒートポンプ装置の概略構成図
【図３】除霜給湯運転を示すヒートポンプ装置の概略構成図
【図４】給湯運転と除霜給湯運転の切換制御を示すフローチャート
【図５】その他の例を示すヒートポンプ装置の概略構成図
【図６】その他の例を示すヒートポンプ装置の概略構成図
【符号の説明】
【００２８】
１…圧縮機、１ａ…低段側圧縮部、１ｂ…高段側圧縮部、２…ガスクーラ、３…第１の膨張弁、４…第１の開閉弁、５…第１の蒸発器、５ｂ…温度検出器、６…第２の開閉弁、７…第２の膨張弁、８…第２の蒸発器、９…第３の開閉弁、９ａ…除霜用回路、１０…冷媒回路、１１…圧縮機、１２…電子膨張弁、１３…電子膨張弁、２０…制御部。
【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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