(57)【要約】【課題】除霜運転時間を短縮するとともに、除霜運転に要する消費電力を低減することを目的としている。【解決手段】制御手段３１は、除霜運転時において、一次側圧縮機１を停止するように制御し、二次側冷媒回路２０１を循環する冷媒が、二次側圧縮機１１、空気熱交換器１５、二次側絞り装置１４、加熱用熱交換器２及び補助加熱用熱交換器１３の順番で循環するように四方弁１２を制御し、循環ポンプ２１を運転するように制御するものである。【選択図】図２
2012088005.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一次側圧縮機、加熱用熱交換器、一次側絞り装置及び中間熱交換器を有し、これらが冷媒配管で接続され第１の冷凍サイクルを構成する一次側冷媒回路と、
二次側圧縮機、四方弁、空気用熱交換器、二次側絞り装置、前記加熱用熱交換器、補助加熱用熱交換器を有し、これらが冷媒配管で接続され第２の冷凍サイクルを構成する二次側冷媒回路と、
放熱器、循環ポンプ、前記加熱用熱交換器、前記補助加熱用熱交換器を有し、これらが冷媒配管で接続された負荷回路と、を備えたヒートポンプ装置において、
前記空気用熱交換器に付着した霜を除去する除霜運転の開始／終了を判断し、判断結果に基づいて、一次側冷媒回路、二次側冷媒回路及び負荷回路の機器を制御する制御手段を有し、
前記制御手段は、
除霜運転時において、
前記一次側圧縮機を停止するように制御し、
前記二次側冷媒回路を循環する冷媒が、前記二次側圧縮機、前記空気用熱交換器、前記絞り装置、前記加熱用熱交換器及び前記補助加熱用熱交換器の順番で循環するように前記四方弁を制御し、
前記循環ポンプを運転するように制御する
ことを特徴とするヒートポンプ装置。
【請求項２】
前記負荷回路には、
前記加熱用熱交換器をバイパスするバイパス流路と、
前記制御手段によって制御され、前記加熱用熱交換器と前記補助加熱用熱交換器を接続するか、又は前記バイパス流路と前記補助加熱用熱交換器を接続するかを切り替える流路切替弁と、をさらに備え、
前記制御手段は、
前記バイパス流路と前記補助加熱用熱交換器を接続するように制御し、前記負荷回路を流れる冷媒が、前記加熱用熱交換器をバイパスして循環するようにしてから前記除霜運転を開始する
ことを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ装置。
【請求項３】
前記制御手段は、
前記一次側絞り弁を全閉とするとともに、前記一次側圧縮機を運転するように制御し、前記一次側冷媒回路を流れる冷媒を、前記一次側圧縮機の吐出側から前記一次側絞り弁までの間に閉じ込めてから、前記除霜運転を開始する
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のヒートポンプ装置。
【請求項４】
外気温を検出する外気温検出手段と、
前記二次側圧縮機の運転時間を計測する二次側圧縮機運転時間計測手段とをさらに備え、
前記制御手段は、
前記外気温検出手段の検出結果が設定温度以下であって、前記二次側圧縮機運転時間計測手段の計測結果が設定時間以上である場合に、前記除霜運転を開始する
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のヒートポンプ装置。
【請求項５】
前記空気用熱交換器を流れる冷媒の温度を検出する温度検出手段をさらに備え、
前記制御手段は、
前記温度検出手段の検出結果が設定温度以下で、該設定温度以下であることを設定時間以上検出した場合に、前記除霜運転を開始する
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のヒートポンプ装置。
【請求項６】
前記除霜運転の継続時間を計測する除霜運転計測手段をさらに備え、
前記制御手段は、前記除霜運転計測手段の計測値が設定値以上になった場合に、前記除霜運転を終了する
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に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、ヒートポンプ装置に関し、特に、除霜運転に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ヒートポンプ装置には、一次側冷媒回路及び二次側冷媒回路の二つの冷凍サイクルで負荷回路を冷暖房するものが知られている（二元冷凍サイクルのヒートポンプ装置）。このようなヒートポンプ装置が、例えば負荷側を暖房運転する場合には、一次側冷媒回路を循環する冷媒の温熱及び二次側冷媒回路を循環する冷媒の温熱で、負荷回路を循環する熱媒体を加温する。このとき、一次側冷媒回路を循環する冷媒及び／又は二次側冷媒回路を循環する冷媒として比体積が大きいものを採用すると、冷媒が凝縮する圧力が小さくなるので、一次側冷媒回路及び二次側冷媒回路を構成する冷媒配管の強度を特別に高める必要をなくすことができるようになっている。
また、このようなヒートポンプ装置は、例えば暖房運転時において、１つの冷媒回路で負荷側を暖房するのではなく、２つの冷媒回路（一次側冷媒回路及び二次側冷媒回路）で負荷側を暖房するので、蒸発圧力と凝縮圧力の差を小さくすることができ、高いエネルギー消費効率（ＣＯＰ）で運転が可能となっている。
【０００３】
このようなヒートポンプ装置の中には、暖房運転時において、二次側冷媒回路の熱交換器（蒸発器）で生成された霜を除去するために、二次側冷媒回路の冷媒循環方向を暖房運転時の逆にして該熱交換器を放熱器として機能させて加温し、また、一次側冷媒回路で生成される温熱を、二次側冷媒回路で気液二相状態になっている冷媒のガス化に利用するデフロスト技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１?２９４８８１号公報（例えば、６頁、７頁及び図１参照）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の除霜運転では、一次側冷媒回路の圧縮機及び二次側冷媒回路の圧縮機を運転するものである。それに伴い、一次側冷媒回路及び二次側冷媒回路をそれぞれ循環する冷媒の状態が安定するまでに要する時間の分だけ除霜運転時間が長くなってしまっていた。
また、特許文献１に記載の除霜運転では、一次側冷媒回路で生成された温熱を利用して、二次側冷媒回路で気液二相状態になっている冷媒をガス化するものである。つまり、二次側冷媒回路で気液二相状態になっている冷媒をガス化するのに、一次側の圧縮機を運転するので、高効率な除霜運転を実現することができなかった。
【０００６】
本発明に係るヒートポンプ装置は、除霜運転時間を短縮するとともに、除霜運転に要する消費電力を低減することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るヒートポンプ装置は、一次側圧縮機、加熱用熱交換器、一次側絞り装置及び中間熱交換器を有し、これらが冷媒配管で接続され第１の冷凍サイクルを構成する一次側冷媒回路と、二次側圧縮機、四方弁、空気熱交換器、二次側絞り装置、加熱用熱交換器、補助加熱用熱交換器を有し、これらが冷媒配管で接続され第２の冷凍サイクルを構成する二次側冷媒回路と、放熱器、循環ポンプ、加熱用熱交換器、補助加熱用熱交換器を有し、これらが冷媒配管で接続された負荷回路と、を備えたヒートポンプ装置において、空気熱交換器に付着した霜を除去する除霜運転の開始／終了を判断し、判断結果に基づいて、一次側冷媒回路、二次側冷媒回路及び負荷回路の機器を制御する制御手段を有し、制御手段は、除霜運転時において、一次側圧縮機を停止するように制御し、二次側冷媒回路を循環する冷媒が、二次側圧縮機、空気熱交換器、絞り装置、加熱用熱交換器及び補助加熱用熱交換器の順番で循環するように四方弁を制御し、循環ポンプを運転するように制御するものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係るヒートポンプ装置は、制御手段が、上記に記載のように一次側圧縮機、四方弁、循環ポンプを制御するので、除霜運転時間を短縮するとともに、除霜運転に要する消費電力を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態１に係るヒートポンプ装置の冷媒回路構成例及び負荷側を暖房運転する場合の各回路を循環する冷媒の流れについて説明するものである。
【図２】図１に示すヒートポンプ装置のデフロスト運転時の冷媒の流れについて説明するものである。
【図３】本発明の実施の形態２に係るヒートポンプ装置の冷媒回路構成例を示すものである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係るヒートポンプ装置４００の冷媒回路構成例及び負荷側を暖房運転する場合の各回路を循環する冷媒の流れについて説明するものである。なお、図１を含め、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。図１の矢印は、負荷側ユニット３００を暖房運転する場合の冷媒の流れ方向を示している。
ヒートポンプ装置４００は、暖房運転時に熱交換器で生じた霜を除去する除霜運転（以下の説明においてデフロスト運転とも称する）を行うものである。
また、このヒートポンプ装置４００は、冷媒の冷熱又は温熱をそのまま利用するのではなく（直膨方式）、一次側冷媒回路１０１を循環する第１熱源側冷媒の温熱及び二次側冷媒回路２０１を循環する第２熱源側冷媒の温熱を、負荷回路３０１を循環する冷媒に伝達して利用するものである（間接方式）。つまり、ヒートポンプ装置４００は、第１熱源側冷媒に貯えられた温熱及び第２熱源側冷媒に貯えた温熱を、第１熱源側冷媒及び第２熱源側冷媒とは異なる熱媒体（被加熱流体）に伝達し、この熱媒体に伝達された温熱で負荷側ユニット３００の放熱器（例えばパネルヒーター、床暖房等）を加温（暖房）するようになっている。
【００１１】
図１に示すように、ヒートポンプ装置４００は、一次側ユニット１００、二次側ユニット２００及び負荷側ユニット３００を有している。一次側ユニット１００は、第１熱源側冷媒が循環する一次側冷媒回路１０１を有し、二次側ユニット２００が、第２熱源側冷媒が循環する二次側冷媒回路２０１及び後述して説明する絞り装置、圧縮機、四方弁を制御する制御手段３１を有し、さらに、負荷側ユニット３００が、熱媒体が循環する負荷回路３０１を有している。なお、図１において、制御手段３１は、二次側ユニット２００に設けられている例を説明したが、特に、限定されるものではない。
【００１２】
［一次側冷媒回路１０１の構成］
以下の一次側冷媒回路１０１の構成の説明では、負荷側ユニット３００を暖房する場合を例にして説明するものとする。
一次側冷媒回路１０１は、一次側圧縮機１、加熱用熱交換器２、一次側絞り装置３及び中間熱交換器４を有し、これらが冷媒配管５で接続され第１の冷凍サイクルを構成したものである。一次側冷媒回路１０１を循環する冷媒として、飽和蒸気の比体積が大きい冷媒（例えばＲ１３４ａ等）が採用されているものとして説明する。
【００１３】
一次側圧縮機１は、冷媒を吸入し、その冷媒を圧縮して高温・高圧の状態にして一次側冷媒回路１０１に搬送するものである。この一次側圧縮機１は、一方が加熱用熱交換器２に接続され、他方が中間熱交換器４に接続されている。一次側圧縮機１は、例えば容量制御可能なインバータ圧縮機等で構成するとよい。また、一次側圧縮機１の回転数は、圧縮機耐久性の観点から上限回転数および下限回転数が設けられている。この一次側圧縮機１は、制御手段３１によって制御される。
加熱用熱交換器２は、負荷回路３０１に対して放熱器として機能し、第１熱源側冷媒と熱媒体とで熱交換を行ない、一次側ユニット１００で生成され第１熱源側冷媒に貯えられた温熱を熱媒体に伝達するものである。加熱用熱交換器２は、一方が一次側圧縮機１の吐出側に接続され、他方が一次側絞り装置３に接続されている。
【００１４】
一次側絞り装置３は、減圧弁や膨張弁としての機能を有し、第１熱源側冷媒を減圧して膨張させるものである。この一次側絞り装置３は、開度が可変に制御可能なもの、例えば電子式膨張弁等で構成するとよい。この一次側絞り装置３は、制御手段３１によって制御される。
中間熱交換器４は、二次側冷媒回路２０１に対して蒸発器として機能し、第１熱源側冷媒と第２熱源側冷媒とで熱交換を行い、一次側ユニット１００で生成され第１熱源側冷媒に貯えられた冷熱を第２熱源側冷媒に伝達し、第１熱源側冷媒を気化（ガス化）させるものである。中間熱交換器４は、一方が一次側絞り装置３に接続され、他方が一次側圧縮機１の吸引側に接続されている。
【００１５】
［二次側冷媒回路２０１の構成］
以下の二次側冷媒回路２０１の構成の説明では、負荷側ユニット３００を暖房する場合を例にして説明するものとする。
二次側冷媒回路２０１は、二次側圧縮機１１、四方弁１２、空気熱交換器１５、二次側絞り装置１４、加熱用熱交換器２、補助加熱用熱交換器１３を有し、これらが冷媒配管１７で接続され冷凍サイクルを構成したものである。二次側冷媒回路２０１を循環する冷媒として、飽和蒸気の比体積が小さい冷媒（例えばＲ４１０ａ等）が採用されているものとして説明する。
【００１６】
二次側圧縮機１１は、冷媒を吸入し、その冷媒を圧縮して高温・高圧の状態にして二次側冷媒回路２０１に搬送するものである。この二次側圧縮機１１は、負荷側ユニット３００を暖房運転する場合において、図１に示すように、一方が四方弁１２を介して補助加熱用熱交換器１３に接続され、他方が四方弁１２を介して空気熱交換器１５に接続されている。二次側圧縮機１１は、例えば容量制御可能なインバータ圧縮機等で構成するとよい。また、二次側圧縮機１１の回転数は、圧縮機耐久性の観点から上限回転数および下限回転数が設けられている。この二次側圧縮機１１は、制御手段３１によって制御される。
四方弁１２は、二次側冷媒回路２０１を循環する第２熱源側冷媒の流れを切り換えるものである。具体的には、二次側圧縮機１１の吐出側と補助加熱用熱交換器１３及び二次側圧縮機１１の吸引側と空気熱交換器１５を接続するか、二次側圧縮機１１の吐出側と空気熱交換器１５及び二次側圧縮機１１の吸引側と補助加熱用熱交換器１３を接続するかを切り換えることができるようになっている。この四方弁１２は、制御手段３１によって制御される。
【００１７】
空気熱交換器１５は、蒸発器として機能し、負荷側ユニット３００を冷房する場合には放熱器として機能し、空気熱交換器１５に付設された送風機１６から供給される空気と第２熱源側冷媒との間で熱交換を行なうものである。この空気熱交換器１５は、負荷側ユニット３００を暖房する場合には（図１に示す四方弁１２の接続状態）、一方が二次側圧縮機１１の吸引側に接続され、他方が二次側絞り装置１４に接続されている。空気熱交換器１５は、例えば冷媒配管１７を流れる冷媒とフィンを通過する空気との間で熱交換ができるようなプレートフィンアンドチューブ型熱交換器で構成するとよい。
二次側絞り装置１４は、減圧弁や膨張弁としての機能を有し、第２熱源側冷媒を減圧して膨張させるものである。この二次側絞り装置１４は、開度が可変に制御可能なもの、たとえば電子式膨張弁等で構成するとよい。この二次側絞り装置１４は、制御手段３１によって制御される。
【００１８】
中間熱交換器４は、一次側冷媒回路１０１に対して放熱器として機能し、第２熱源側冷媒と第１熱源側冷媒とで熱交換を行い、二次側ユニット２００で生成され第２熱源側冷媒に貯えられた温熱を第２熱源側冷媒に伝達し、第１熱源側冷媒を気化（ガス化）させるものである。中間熱交換器４は、一方が補助加熱用熱交換器１３に接続され、他方が二次側絞り装置１４に接続されている。
補助加熱用熱交換器１３は、負荷回路３０１に対して放熱器として機能し、第２熱源側冷媒と熱媒体とで熱交換を行い、二次側ユニット２００で生成され第２熱源側冷媒に貯えられた温熱を熱媒体に伝達して、熱媒体を加温するものである。補助加熱用熱交換器１３は、一方が二次側圧縮機１１の吐出側に接続され、他方が中間熱交換器４に接続されている。
【００１９】
［負荷回路３０１の構成］
以下の負荷回路３０１の構成の説明では、負荷側ユニット３００を暖房する場合を例にして説明するものとする。
負荷回路３０１は、放熱器２２、循環ポンプ２１、加熱用熱交換器２、補助加熱用熱交換器１３を有し、これらが熱媒体配管２９で接続されたものである。
負荷回路３０１を循環する熱媒体（被加熱流体）として、水が採用されているものとして説明するが、不凍液等でもよい。
【００２０】
循環ポンプ２１は、熱媒体配管２９を流れる熱媒体を循環させるものである。循環ポンプ２１は、一方が放熱器２２に接続され、他方が補助加熱用熱交換器１３に接続されている。この循環ポンプ２１は、制御手段３１によって制御される。
放熱器２２は、加熱用熱交換器２及び補助加熱用熱交換器１３で加温された熱媒体の温熱を放熱するものである。この放熱器２２は、例えばパネルヒーター、床暖房パネル等に相当するものである。
加熱用熱交換器２は、一次側冷媒回路１０１に対して蒸発器として機能し、熱媒体と第１熱源側冷媒とで熱交換を行ない、一次側ユニット１００で生成され第１熱源側冷媒に貯えられた温熱を熱媒体に伝達するものである。加熱用熱交換器２は、一方が放熱器２２に接続され、他方が補助加熱用熱交換器１３に接続されている。
補助加熱用熱交換器１３は、二次側冷媒回路２０１に対して蒸発器として機能し、熱媒体と第２熱源側冷媒とで熱交換を行ない、二次側ユニット２００で生成され第２熱源側冷媒に貯えられた温熱を熱媒体に伝達するものである。補助加熱用熱交換器１３は、一方が循環ポンプ２１に接続され、他方が加熱用熱交換器２に接続されている。  
【００２１】
［各種温度センサ４１〜４９について］
一次側ユニット１００には、一次側吐出側温度センサ４１、一次側吸引側温度センサ４２が設けられている。二次側ユニット２００には、二次側吐出側温度センサ４３、二次側吸引側温度センサ４４、外気温センサ４５、デフロスト温度センサ４９が設けられている。また、負荷側ユニット３００には、給水温度センサ４６、加熱用熱交換器出口水温センサ４７、補助加熱用熱交換器出口水温センサ４８が設けられている。
【００２２】
一次側吐出側温度センサ４１は、一次側圧縮機１の吐出側から吐出された第１熱源側冷媒の温度を検出するものであり、温度の検出方法として例えばサーミスタ、赤外線、熱電対等を用いればよく、特に、限定されるものではない。また、一次側吐出側温度センサ４１が設けられる位置は、例えば検出方法に応じて決定すればよく、特に限定されるものではない。
一次側吸引側温度センサ４２は、一次側圧縮機１の吸引側から吸引される第１熱源側冷媒の温度を検出するものであり、温度の検出方法として例えばサーミスタ、赤外線、熱電対等を用いればよく、特に、限定されるものではない。また、一次側吸引側温度センサ４２が設けられる位置は、例えば検出方法に応じて決定すればよく、特に限定されるものではない。
二次側吐出側温度センサ４３は、二次側圧縮機１１の吐出側から吐出された第２熱源側冷媒の温度を検出するものであり、温度の検出方法として例えばサーミスタ、赤外線、熱電対等を用いればよく、特に、限定されるものではない。また、二次側吐出側温度センサ４３が設けられる位置は、例えば検出方法に応じて決定すればよく、特に限定されるものではない。
二次側吸引側温度センサ４４は、二次側圧縮機１１の吸引側から吸引される第２熱源側冷媒の温度を検出するものである。二次側吐出温度センサ４４が設けられる位置は、特に限定されるものではない。また、二次側吸引側温度センサ４４が設けられる位置は、例えば検出方法に応じて決定すればよく、特に限定されるものではない。
【００２３】
外気温センサ４５は、外気温を検出するものであり、温度の検出方法として例えばサーミスタ、赤外線、熱電対等を用いればよく、特に、限定されるものではない。また、外気温センサ４５が設けられる位置は、例えば検出方法に応じて決定すればよく、特に限定されるものではない。
デフロスト温度センサ４９は、空気熱交換器１５が蒸発器として機能した場合の冷媒流れ方向から見て、第２熱源側冷媒が空気熱交換器１５から流出する側の冷媒温度を検出するものであり、温度の検出方法として例えばサーミスタ、赤外線、熱電対等を用いればよく、特に、限定されるものではない。また、デフロスト温度センサ４９が設けられる位置は、例えば検出方法に応じて決定すればよく、特に限定されるものではない。
給水温度センサ４６は、加熱用熱交換器２に流入する前の熱媒体の温度を検出するものであり、温度の検出方法として例えばサーミスタ、赤外線、熱電対等を用いればよく、特に、限定されるものではない。また、給水温度センサ４６が設けられる位置は、例えば検出方法に応じて決定すればよく、特に限定されるものではない。
加熱用熱交換器出口水温センサ４７は、加熱用熱交換器２から流出した熱媒体の温度を検出するものであり、温度の検出方法として例えばサーミスタ、赤外線、熱電対等を用いればよく、特に、限定されるものではない。また、加熱用熱交換器出口水温センサ４７が設けられる位置は、例えば検出方法に応じて決定すればよく、特に限定されるものではない。
補助加熱用熱交換器出口水温センサ４８は、補助加熱用熱交換器１３から流出した熱媒体の温度を検出するものであり、温度の検出方法として例えばサーミスタ、赤外線、熱電対等を用いればよく、特に、限定されるものではない。また、補助加熱用熱交換器出口水温センサ４８が設けられる位置は、例えば検出方法に応じて決定すればよく、特に限定されるものではない。
【００２４】
［制御手段３１について］
ヒートポンプ装置４００は、各種温度センサ４１〜４９の検出結果に基づいて、一次側圧縮機１、一次側絞り装置３、二次側圧縮機１１、二次側絞り装置１４、四方弁１２、送風機１６及び循環ポンプ２１を制御する制御手段３１を有している。
なお、各種温度センサ４１〜４９がそれぞれ検出した結果を制御手段３１に伝達する方法は、有線でも無線でもよく、特に限定されるものではない。
【００２５】
［各回路の加熱能力の説明］
一次側圧縮機１の回転数及び一次側絞り装置３の開度により、第１熱源側冷媒が、どれだけ熱媒体を加熱するかが決定されることから、該回転数及び該開度を「一次側加熱能力」と定義する。なお、一次側絞り装置３の開度は、加熱用熱交換器２から流出する熱媒体の温度（目標出口水温）を所定の値になるように確保するために、一次側圧縮機１から吐出される第１熱源側冷媒の温度（目標吐出温度）が該所定の値＋α℃に設定されている。この値αは、例えば外気温、目標出湯温度に基づいて決定される（外気温、目標出湯温度の関数となっている）とよい。このように、目標出口水温に応じて、目標吐出温度を設定することで、目標出湯温度を確保することができる。なお、目標吐出温度には、一次側圧縮機１の耐久性や冷凍機油の劣化などの観点から、上限温度が設けられている。
【００２６】
また、二次側圧縮機１１の回転数及び二次側絞り装置１４の開度により、第２熱源側冷媒が、どれだけ熱媒体を加熱するかが決定されることから、該回転数及び該開度を「二次側加熱能力」と定義する。なお、二次側絞り装置１４の開度は、補助加熱用熱交換器１３から流出する熱媒体の温度（目標出口水温）、つまり目標出湯温度を所定の値になるように確保するために、二次側圧縮機１１から吐出される第２熱源側冷媒の温度（目標吐出温度）が該所定の値＋β℃に設定されている。この値βは、例えば外気温、目標出湯温度に基づいて決定される（外気温、目標出湯温度の関数）とよい。このように、目標出口水温に応じて、目標吐出温度を設定することで、目標出湯温度を確保することができる。なお、目標吐出温度には、二次側圧縮機１１の耐久性や冷凍機油の劣化などの観点から、上限温度が設けられている。
【００２７】
さらに、循環ポンプ２１の回転数によって、熱媒体がどれだけ放熱器２２を加温するか決定されることから、該回転数を「負荷側加熱能力」と定義する。なお、一次側絞り装置３で一次側圧縮機１の目標吐出温度が、加熱用熱交換器２から流出する熱媒体の目標出口水温＋α℃に、二次側絞り装置１４の開度により、目標出湯温度＋β℃に制御されるため、つまり、一次側冷媒回路１０１と二次側冷媒回路２０１の加熱能力が一定に維持されているため、確実に熱媒体の目標出湯温度を確保することができる。
【００２８】
「一次側加熱能力」、「二次側加熱能力」及び「負荷側加熱能力」は、ユーザーが、放熱器２２をどのくらいの温度に加温するかリモコン（図示省略）によって設定したり、リモコン或いは制御手段３１等に設けられたマイコンに記録された過去のデータから算出して設定されたりすることで設定される。なお、過去のデータとは、一次側圧縮機１の回転数、一次側絞り装置３の開度、該回転数及び該開度のときに一次側吐出温度センサ４１で検出される第１熱源側冷媒の吐出温度、二次側圧縮機１１の回転数、二次側絞り装置１４の開度、該回転数及び該開度のときに二次側吐出温度センサ４３で検出される第２熱源側冷媒の吐出温度、循環ポンプ２１の回転数、給水温度センサ４６、加熱用熱交換器出口水温センサ４７、補助加熱用熱交換器出口水温センサ４８等の検出結果に相当するものである。
なお、目標出湯温度は、あらかじめ範囲が設定されており、放熱器２２が、例えばパネルヒーターや床暖房である場合には、４０℃〜７０℃の範囲に設定されている。
【００２９】
［動作説明］
ユーザーが、「一次側加熱能力」、「二次側加熱能力」、「負荷側加熱能力」を設定すると、該設定に基づいて、制御手段３１が、一次側冷媒回路１０１、二次側冷媒回路２０１及び負荷回路３０１を制御する。具体的にどのように制御するかは以下に説明する通りである。
【００３０】
一次側冷媒回路１０１において、制御手段３１は、負荷回路３０１の放熱器２２の温度（循環ポンプ２１から吐出される熱媒体の温度（目標出湯温度）に相当）が設定されると、該設定温度に基づいて、一次側圧縮機１を所定の回転数で動作するように制御する。また、制御手段３１は、一次側圧縮機１０１から吐出する第１熱源側冷媒の温度が所定値（目標吐出温度）になるように、一次側絞り装置３の開度を制御する。
【００３１】
二次側冷媒回路２０１において、制御手段３１は、負荷回路３０１の放熱器２２の温度が設定されると、該設定温度に基づいて、二次側圧縮機１１を所定の回転数で動作するように制御する。また、制御手段３１は、二次側圧縮機１１から吐出する第２熱源側冷媒の温度が所定値（目標吐出温度）になるように、二次側絞り装置１４の開度を制御する。
【００３２】
また、負荷回路３０１において、制御手段３１は、負荷回路３０１の放熱器２２の温度が設定されると、該設定温度に基づいて、循環ポンプ２１の回転数を、給水温度センサ４６、加熱用熱交換器出口水温センサ４７、補助加熱用熱交換器出口水温センサ４８で検出される温度に基づいて制御する。
以上のように、一次側冷媒回路１０１、二次側冷媒回路２０１及び負荷回路３０１の機器が制御手段３１に制御されることで、放熱器２２を所定の温度に加温（暖房）することができる。
【００３３】
なお、一次側圧縮機１と二次側圧縮機１１の回転数は、予め試験運転やシミュレーションなどを行って外気温度、目標出湯温度、「一次側加熱能力」、「二次側加熱能力」、「負荷側加熱能力」で構成される情報マップを記憶しておき、情報値を参照することで設定しても良いし、制御手段３１で加熱能力や目標出湯温度から算出される回転数としても良い。
【００３４】
ヒートポンプ装置４００は、「一次側加熱能力」、「二次側加熱能力」及び「負荷側加熱能力」を合わせた加熱能力で、熱媒体の目標出湯温度の最大値に対して余裕を持ってカバー（確保）している。換言すれば、ヒートポンプ装置４００は、一次側圧縮機１、二次側圧縮機１１及び循環ポンプ２１の出力は、例えば外気温が低く放熱器２２が加温されにくい等の様々な外部条件に対しても、放熱器２２を設定された温度に加温することができる。
【００３５】
［デフロスト運転の動作説明］
図２は、図１に示すヒートポンプ装置４００のデフロスト運転時の冷媒の流れについて説明するものである。図２の矢印は、デフロスト運転時の冷媒の流れ方向を示している。
本ヒートポンプ装置４００においては、デフロスト運転時には、制御手段３１が、一次側圧縮機１を停止し、二次側冷媒回路２０１を循環する冷媒が、二次側圧縮機１１、空気熱交換器１５、二次側絞り装置１４、中間熱交換器４及び補助加熱用熱交換器１３の順番で循環するように四方弁１２を制御し、循環ポンプ２１を運転させる。
二次側ユニット２００の二次側冷媒回路２０１において、二次側圧縮機１１から吐出された高圧高温のガス状態である二次側冷媒は、四方弁１２を通過して、空気熱交換器１５に流入する。デフロスト運転において四方弁１２は、二次側圧縮機１１の吐出側と空気熱交換器１５、及び補助加熱用熱交換器１３と二次側圧縮機１１の吸引側を接続するように切り替えられている。空気熱交換器１５に流入した第２熱源側冷媒は、空気熱交換器１５の表面（フィンや伝熱管等）に付着した霜を溶かしながら温度が低下する。
【００３６】
二次側冷媒回路において、空気熱交換器１５から流出し、温度が低下した第２熱源側冷媒は、二次側絞り装置１４に流入する。二次側絞り装置１４を通過した第２熱源側冷媒は、減圧されて低圧気液二相状態になる。このとき、二次側絞り装置１４は、デフロスト運転時の開度に調節されているものとする。
この低圧気液二相状態の第２熱源側冷媒は、中間熱交換器４に流入しさらに流出した後に、補助加熱用熱交換器１３に流入する。補助加熱用熱交換器１３に流入した第２熱源側冷媒は、負荷回路３０１を循環する熱媒体と熱交換して、蒸発して、ガス状態となる。補助加熱用熱交換器１３から流出した低圧低温の第２熱源側冷媒は、四方弁１２を介して、一次側圧縮機１に吸入される。二次側圧縮機１１に吸引された第２熱源側冷媒は、高温高圧ガス冷媒になり再び空気熱交換器１５に流入する。
【００３７】
負荷回路３０１において、デフロスト運転直前まで加熱用熱交換器２と補助加熱用熱交換器１３で加熱された熱媒体が、循環ポンプ２１により負荷回路３０１を循環する。この熱媒体は補助加熱用熱交換器１３にて、二次側冷媒回路２０１を循環する第２熱源側冷媒と熱交換して温度が低下する。
デフロスト運転直前まで放熱器２２も熱媒体と同等温度程度に加熱されており、放熱器２２が持つ熱量も負荷回路３０１を循環する熱媒体を介して、第２熱源側冷媒を加熱するために利用される。従って、ヒートポンプ装置４００は、負荷回路３０１を循環する熱媒体の温度低下を抑制しながらデフロスト運転を実施することができる。
【００３８】
制御手段３１が、デフロスト運転を開始する条件は、例えば、外気温センサ４５で計測検知される温度が２℃以下であって、二次側圧縮機１１を運転してから２時間経過した場合とするとよい。その他には、デフロスト温度センサ４９が、−５℃以下を２０秒間継続して検出した場合とするとよい。
【００３９】
制御手段３１が、デフロスト運転を終了する条件は、例えば、デフロスト運転開始から１５分経過した場合や、デフロスト温度センサ４９が、５℃以上を２０秒間継続して検出した場合とするとよい。
【００４０】
［ヒートポンプ装置４００の有する効果］
ヒートポンプ装置４００は、二次側冷媒回路２０１の二次側圧縮機１１の圧縮仕事と、負荷回路３０１を循環する熱媒体の熱量が、空気熱交換器１５の霜を溶かすための熱源となっている。つまり、ヒートポンプ装置４００は、一次側冷媒回路１０１の一次側圧縮機１の運転を停止し（一次側圧縮機１の圧縮仕事を利用せず）、負荷回路３０１の熱媒体の熱量を利用して、空気熱交換器１５の霜を溶かすための熱量を確保している。仮に一次側圧縮機１を運転した場合に消費される電力量より、循環ポンプ２１を運転して消費される電力は、小さいので、その分消費電力を低減してデフロスト運転を実施することができる。
また、ヒートポンプ装置４００は、冷媒が安定するのに時間を要する一次側冷媒回路１０１を熱源として利用せず、相状態が安定している熱媒体（水、不凍液等）を負荷回路３０１の熱源として利用するので、その分除霜運転の時間を短縮することができる。
さらに、ヒートポンプ装置４００のデフロスト運転は、二次側冷媒回路２０１の四方弁１２を切り替えてリバース運転とし、第２熱源側冷媒が二次側圧縮機１１に流入する前に、負荷回路３０１の熱媒体と熱交換して、ガス状態となりやすくなっている。つまり、二次側圧縮機１１が、液圧縮を起こしてしまうことが抑制され、デフロスト運転時に二次側圧縮機１１が故障してしまうことを抑制することができる。
【００４１】
実施の形態２．  
図３は、本発明の実施の形態２に係るヒートポンプ装置４０１の冷媒回路構成例を示すものである。なお、本実施の形態２では、実施の形態１と同一部分には同一符号とし、実施の形態１との相違点を中心に説明するものとする。実施の形態２に係るヒートポンプ装置４０１では、負荷回路３０２に、加熱用熱交換器２をバイパスするバイパス流路５０と流路切替弁２３が設けられている点において、実施の形態１に係るヒートポンプ装置４００と異なっている。
【００４２】
[バイパス流路５０、流路切替弁２３について]
図３に基づいて、バイパス流路５０と流路切替弁２３について説明する。
バイパス流路５０は、図３に示すように、放熱器２２から冷媒が流出する側の冷媒配管と、加熱用熱交換器から冷媒が流出する側の冷媒配管とを接続するものである。
流路切替弁２３は、制御手段３１によって制御され、加熱用熱交換器２と補助加熱用熱交換器１３を接続するか、バイパス流路５０と補助加熱用熱交換器１３を接続するか、を切り替えるものである。
【００４３】
[デフロスト運転の動作説明（実施の形態２）]
制御手段３１は、デフロスト運転開始時に、負荷回路３０２の循環流路を、補助加熱用熱交換器１３、循環ポンプ２１、放熱器２２、流路切替弁２３を連通させ、加熱用熱交換器２をバイパスするように制御する。この制御によって、負荷回路３０２を循環する熱媒体の熱量が第１熱源側冷媒に伝達せずに、第２熱源側冷媒のみに移動するため、熱媒体の温度低下を最小限に留めて、デフロスト運転を実施することができる。これにより、デフロスト運転を終了して再び暖房運転を開始する際に、熱媒体を所定の温度に加温するのに要する一次側圧縮機１、二次側圧縮機１１の消費電力を低減することができるとともに、所定の温度に加温するまでに要する時間を短縮することができる。
【００４４】
また、制御手段３１は、デフロスト運転開始前に、一次側絞り装置３を全閉にし、一次側圧縮機１を運転して、一次側冷媒を一次側冷媒回路１０１の高圧側（一次側圧縮機１の吐出側から一次側絞り装置３の入口まで）に押し込める運転（ポンプダウン運転）を実施するように制御してもよい。この制御により、第１熱源側冷媒と低温の第２熱源側冷媒が加熱用熱交換器２で熱交換することがなくなる。つまり、第１熱源側冷媒が、加熱用熱交換器２に滞留していないので、デフロスト運転終了後に、暖房運転に切り替えた際に、多量の液冷媒が一次側圧縮機１に流入することが抑制されるので、一次側圧縮機１が故障してしまうことを抑制することができる。
【００４５】
その他に、一次側圧縮機１の吸引側にアキュムレータ（図示省略）を設けるとともに、制御手段３１がデフロスト運転開始前に、一次側絞り装置３を全開とするように制御して、多量の液冷媒が一次側圧縮機１に流入することを抑制してもよい。この制御では、一次側圧縮機１を駆動させない分、消費電力量を低減することができる。また、アキュムレータの設置により液相と気相とが分離され、デフロスト運転終了後の暖房運転時に多量の液冷媒が一次側圧縮機１に流入することを防止することができる。
【００４６】
[ヒートポンプ装置４０１の有する効果]
実施の形態１のヒートポンプ装置４００の有する効果に加えて、実施の形態２のヒートポンプ装置４０１は、上記構成を備えているので、デフロスト運転を終了して再び暖房運転を開始する際に、熱媒体を所定の温度に加温するのに要する一次側圧縮機１、二次側圧縮機１１の消費電力を低減することができるとともに、所定の温度に加温するまでに要する時間を短縮することができる。
【符号の説明】
【００４７】
１  一次側圧縮機、２  加熱用熱交換器、３  一次側絞り装置、４  中間熱交換器、５  冷媒配管、１１  二次側圧縮機、１２  四方弁、１３  補助加熱用熱交換器、１４  二次側絞り装置、１５  空気熱交換器、１６  送風機、１７  冷媒配管、２１  循環ポンプ、２２  放熱器、２３  流路切替弁、３１  制御手段、３２  除霜運転制御手段、４１  一次側吐出側温度センサ、４２  一次側吸入側温度センサ、４３  二次側吐出側温度センサ、４４  二次側吸入側温度センサ、４５  外気温センサ、４６  給水温度センサ、４７  加熱用熱交換器出口水温センサ、４８  補助加熱用熱交換器出口水温センサ、４９  デフロスト温度センサ、５０  バイパス流路、１００  一次側ユニット、１０１  一次側冷媒回路、２００  二次側ユニット、２０１  二次側冷媒回路、３００  負荷側ユニット、３０１  負荷回路、３０２  負荷回路、４００  ヒートポンプ装置、４０１  ヒートポンプ装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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