(57)【要約】【課題】小型、安価、高信頼性が得られ、冷媒溜りを抑制し、高い省エネ性を備えつつ、除霜時に快適性を保つヒートポンプ装置を提供する。【解決手段】ヒートポンプ装置１は、圧縮機２、第１の熱交換ユニット４、膨張装置６及び第２の熱交換器７が配管で接続され、冷媒が流通する冷媒回路８と、冷媒回路８の動作を制御する制御部２１と、を有し、第１の熱交換ユニット４は、直列に接続された複数の副熱交換部と、複数の副熱交換部の間に設けられた副膨張装置４３と、を有し、制御部２１は、副熱交換部を除霜する際、副膨張装置４３の上流側に流通する冷媒と、副膨張装置４３の下流側に流通する冷媒との圧力差を副膨張装置４３で高める除霜時制御手段２２を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機、第１の熱交換ユニット、膨張装置及び第２の熱交換器が配管で接続され、冷媒が流通する冷媒回路と、
前記冷媒回路の動作を制御する制御部と、を有し、
前記第１の熱交換ユニットは、
直列に接続された複数の副熱交換部と、
複数の前記副熱交換部の間に設けられた副膨張装置と、を有し、
前記制御部は、
前記副熱交換部を除霜する際、前記副膨張装置の上流側に流通する冷媒と、前記副膨張装置の下流側に流通する冷媒との圧力差を前記副膨張装置で高める除霜時制御手段を有する
ことを特徴とするヒートポンプ装置。
【請求項２】
前記冷媒回路は、
前記冷媒回路における冷媒の流通方向を切り替える圧送切替部を更に有する
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】
前記冷媒回路は、
前記第１の熱交換ユニットにおける冷媒の流通方向を切り替える流入切替部を更に有する
ことを特徴とする請求項１又は２記載のヒートポンプ装置。
【請求項４】
前記冷媒回路は、
前記膨張装置をバイパスするバイパス回路と、
前記バイパス回路に設けられ、前記バイパス回路における冷媒の流通量を調節するバイパス弁と、を更に有する
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のヒートポンプ装置。
【請求項５】
前記除霜時制御手段は、
前記副熱交換部を除霜する際、前記バイパス弁を開く
ことを特徴とする請求項４記載のヒートポンプ装置。
【請求項６】
前記冷媒回路は、
前記副膨張装置をバイパスする副バイパス回路と、
前記副バイパス回路に設けられ、前記副バイパス回路における冷媒の流通量を調節する副バイパス弁と、を更に有する
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のヒートポンプ装置。
【請求項７】
前記除霜時制御手段は、
前記副熱交換部を除霜する際、前記副バイパス弁を閉じる
ことを特徴とする請求項６記載のヒートポンプ装置。
【請求項８】
前記副熱交換部には、
冷媒が分岐して流通する複数の流通経路が形成されており、
前記複数の流通経路毎に、前記副バイパス回路及び前記副バイパス弁が設けられている
ことを特徴とする請求項６又は７記載のヒートポンプ装置。
【請求項９】
前記副膨張装置は、
冷媒の流通量を調節する膨張弁で構成されている
ことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載のヒートポンプ装置。
【請求項１０】
前記副膨張装置は、
キャピラリチューブで構成されている
ことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載のヒートポンプ装置。
【請求項１１】
前記冷媒回路は、
冷媒の温度を検出する温度検出部を更に有し、
前記制御部は、
前記温度検出部で検出された冷媒の温度が、予め決められた閾値以上であるか否かを判定する閾値判定手段と、
前記副熱交換部を除霜している間に、冷媒の温度が前記閾値以上であると前記閾値判定手段で判定された場合、前記副熱交換部の除霜が終了したと判定する終了判定手段と、を更に有する
ことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１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、冷媒回路を備えるヒートポンプ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、例えば室外の空気を熱源として、冷凍サイクルによって熱需要部に熱を運ぶヒートポンプ装置がある。このヒートポンプ装置において、温熱を熱需要部に運ぶ際に、室外に設置された熱交換器に発生する霜を除去する手段が、提案されている。
【０００３】
特許文献１には、並列に複数設置された室外熱交換器２２の出口側と、圧縮機２１の吸入側との間に設けられた第１切替弁２５と、それらの室外熱交換器２２の出口側と、圧縮機２１の吐出側との間に設けられた第２切替弁２６とを備える空気調和装置が開示されている。この特許文献１は、除霜が要求された室外熱交換器２２において、第１切替弁２５を開き、第２切替弁２６を閉じることによって、その室外熱交換器２２だけに、圧縮機２１から吐出される高温ガスの冷媒が流通し、除霜する。その際、圧縮機２１から吐出された後、除霜要求がある室外熱交換器２２の出口側から入口側に向けて逆方向に流通し、除霜に使用された冷媒と、圧縮機２１から吐出された後、室内熱交換器４１を流通して暖房に使用された冷媒とが合流する。そして、この合流した冷媒が、除霜要求がない室外熱交換器２２に流通して吸熱する。これにより、この従来技術は、室内熱交換器４１での暖房を継続しつつ、除霜要求がある室外熱交換器２２を除霜しようとするものである。
【０００４】
また、特許文献２には、第１の蒸発器１５ｃと第２の蒸発器１６ｃとで冷却運転が行われるショーケースが開示されている。この従来技術は、冷媒回路に設けられた複数の弁を切り替えて、圧縮機１４ａから吐出された高温の冷媒が、凝縮器１４ｂに流通して放熱した後、膨張弁２３を通過せずに、第１の蒸発器１５ｃに流通して、第１の蒸発器１５ｃを除霜する。そして、第１の蒸発器１５ｃから流出した冷媒が、膨張弁２３に流通して、第２の蒸発器１６ｃで吸熱して、ショーケース内を冷却する。このように、特許文献２は、第２の蒸発器１６ｃでショーケース内を冷却しつつ、第１の蒸発器１５ｃを除霜するという除霜冷却運転を行おうとするものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１５７５５８号公報（図４、第７頁〜第８頁）
【特許文献２】特開２００８−１３３９９８号公報（図６、第５頁）
【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、特許文献１に開示された空気調和装置は、除霜を伴わない通常の暖房運転では、複数の室外熱交換器２２に並列に冷媒を流すが、除霜を伴う暖房運転では、除霜要求がある室外熱交換器２２を流通する冷媒を、除霜要求がない室外熱交換器２２に直列に流通させる。このため、特許文献１は、冷媒の流通経路が複雑であり、この複雑な流通経路の切り替えを行うための多数の切替弁が必要である。従って、装置の小型化が困難であること、コストが高くなること、及び故障率が高く信頼性が低いことが問題となる。また、切替弁が多いと、冷媒溜りが発生する場所が増えてしまい、多量の冷媒が必要となる問題もある。更に、特許文献１は、圧縮機２１から吐出された高温の冷媒で除霜するため、除霜自体は早期に処理されるものの、エネルギ消費が激しい。また、特許文献２においても、特許文献１と同様の問題がある。
【０００７】
本発明は、上記のような課題を背景としてなされたもので、小型、安価、高信頼性が得られ、冷媒溜りを抑制し、高い省エネ性を備えつつ、除霜時に快適性を保つヒートポンプ装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係るヒートポンプ装置は、圧縮機、第１の熱交換ユニット、膨張装置及び第２の熱交換器が配管で接続され、冷媒が流通する冷媒回路と、冷媒回路の動作を制御する制御部と、を有し、第１の熱交換ユニットは、直列に接続された複数の副熱交換部と、複数の副熱交換部の間に設けられた副膨張装置と、を有し、制御部は、副熱交換部を除霜する際、副膨張装置の上流側に流通する冷媒と、副膨張装置の下流側に流通する冷媒との圧力差を副膨張装置で高める除霜時制御手段を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、除霜時制御手段が、副熱交換部を除霜する際、副膨張装置の上流側に流通する冷媒と、副膨張装置の下流側に流通する冷媒との圧力差を副膨張装置で高めるため、少なくとも１つの副熱交換部を除霜しつつ、それ以外の副熱交換部によって、暖房又は冷房が継続される。このため、ヒートポンプ装置の利用者は、除霜時に快適性を損なわない。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施の形態１に係るヒートポンプ装置１を示す模式図である。
【図２】実施の形態２に係るヒートポンプ装置１を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明に係るヒートポンプ装置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、以下に説明する実施の形態によって本発明が限定されるものではない。また、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。
【００１２】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係るヒートポンプ装置１を示す模式図である。この図１に基づいて、ヒートポンプ装置１について説明する。図１に示すように、空気調和装置等を構成するヒートポンプ装置１は、冷媒回路８と制御部２１とを備えている。このうち、冷媒回路８は、圧縮機２、第１の熱交換ユニット４、膨張装置６及び第２の熱交換器７が配管で接続され、冷媒が流通するものである。なお、使用される冷媒は、例えばフロン系、炭化水素系、二酸化炭素等のような使用される温度及び圧力の範囲内で気液２相化する冷媒である。
【００１３】
冷媒回路８は、流通する冷媒の凝縮及び気化を利用して、例えば室外空気１１及び室内空気１２のうち一方から吸熱し、他方に放熱する。そして、冷媒回路８においては、圧縮機２の圧縮に要する動力に対し効率よく、冷媒を介して室外空気１１と室内空気１２との間で熱が移動される。室内空気１２を冷却する場合、膨張装置６で低温低圧化して気液２相の状態となった冷媒が、室内に設置された第２の熱交換器７に流通する。一方、室内空気１２を加熱する場合、圧縮機２で高温高圧化して気相の状態となった冷媒が、第２の熱交換器７に流通する。このように、冷媒回路８における冷媒の流通方向は、室内空気１２の冷房時又は暖房時で、逆転する。
【００１４】
（圧縮機２、圧送切替部３）
圧縮機２は、冷媒を気相の状態で圧送して高温高圧化するものである。この圧縮機２の吐出側には、圧送切替部３が設けられており、この圧送切替部３は、冷媒回路８における冷媒の流通方向を切り替えるものである。この圧送切替部３は、例えば４方弁であり、この４方弁は、４つの接続路Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄが接続されている。圧送切替部３は、このうち、接続路Ａと接続路Ｂ、接続路Ｃと接続路Ｄが接続された第１の状態、接続路Ａと接続路Ｃ、接続路Ｂと接続路Ｄが接続された第２の状態という２つの状態に変更することができる。例えば、接続路Ａが圧縮機２の吐出側に接続され、接続路Ｂが第２の熱交換器７に接続され、接続路Ｃが第１の熱交換ユニット４に接続され、接続路Ｄが圧縮機２の吸入側に接続されている。この圧送切替部３を切り替えることにより、圧縮機２から吐出された冷媒が、第１の熱交換ユニット４に流入するか又は第２の熱交換器７に流入するかが変更される。
【００１５】
（第１の熱交換ユニット４）
第１の熱交換ユニット４は、室外で使用されるものであり、例えばファン（図示せず）で送風された室外空気１１を熱源として、この室外空気１１と冷媒とを熱交換するものである。第１の熱交換ユニット４は、第１の副熱交換部４１と第２の副熱交換部４２とを備えており、これらの第１の副熱交換部４１と第２の副熱交換部４２とは、直列に接続されている。これにより、これらの第１の副熱交換部４１と第２の副熱交換部４２には、冷媒が並列方向に流通するのではなく、常に直列方向に流通する。なお、副熱交換部は２つに限るものではなく、複数設置することもできる。
【００１６】
（副膨張装置４３）
そして、これらの第１の副熱交換部４１と第２の副熱交換部４２との間には、副膨張装置４３が設けられており、この副膨張装置４３は、高圧の液相の冷媒を膨張させて低温低圧化し、気液２相冷媒とするものである。なお、この副膨張装置４３は、例えば、冷媒の流通量及び冷媒の圧力を、その開度で変更する膨張弁である。副膨張装置４３は、第１の副熱交換部４１と第２の副熱交換部４２との間に設けられているため、第１の熱交換ユニット４を流通する冷媒は、常に、副膨張装置４３に流入する。
【００１７】
（副バイパス弁４５）
また、冷媒回路８には、副膨張装置４３をバイパスする副バイパス回路４４が設けられており、副バイパス回路４４には、副バイパス回路４４における冷媒の流通量を調節する副バイパス弁４５が設けられている。この副バイパス弁４５が閉じると、第１の熱交換ユニット４を流通する冷媒は、副バイパス回路４４に流入せず、全て副膨張装置４３に流入する。一方、副バイパス弁４５が開くと、第１の熱交換ユニット４を流通する冷媒は、副バイパス回路４４と副膨張装置４３とに分かれて流入する。なお、その際、副膨張装置４３が絞られていれば、副膨張装置４３に流入する冷媒は減り、残りの多くの冷媒が副バイパス回路４４に流入する。
【００１８】
（流入切替部５）
第１の熱交換ユニット４のうち、第１の副熱交換部４１の一端側には、流入切替部５が設けられており、流入切替部５は、第１の熱交換ユニット４における冷媒の流通方向を切り替えるものである。この流入切替部５は、例えば圧送切替部３と同様に、４方弁であり、この４方弁は、４つの接続路Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄが接続されている。流入切替部５は、このうち、接続路Ａと接続路Ｂ、接続路Ｃと接続路Ｄが接続された第１の状態、接続路Ａと接続路Ｃ、接続路Ｂと接続路Ｄが接続された第２の状態という２つの状態に変更することができる。例えば、接続路Ａが膨張装置６に接続され、接続路Ｂが第１の副熱交換部４１に接続され、接続路Ｃが第２の副熱交換部４２に接続され、接続路Ｄが圧送切替部３に接続されている。
【００１９】
この流入切替部５を切り替えることによって、冷媒が第１の熱交換ユニット４に流入する際、先ず、第１の副熱交換部４１に流入し、その後、第２の副熱交換部４２に流入するか、又は、先ず、第２の副熱交換部４２に流入し、その後、第１の副熱交換部４１に流入するかが変更される。更に、流入切替部５を切り替えることによって、第１の熱交換ユニット４から、流入元とは逆の側に流出する冷媒が、圧縮機２の吸入側に流入するか又は膨張装置６に流入するかが変更される。
【００２０】
（第１の温度検出部４１ａ及び第２の温度検出部４２ａ）
また、冷媒回路８は、冷媒の温度を検出する２つの第１の温度検出部４１ａ及び第２の温度検出部４２ａを備えており、夫々例えば第１の副熱交換部４１と副膨張装置４３との間と、第２の副熱交換部４２と副膨張装置４３との間に設けられている。これらの第１の温度検出部４１ａ及び第２の温度検出部４２ａは、配管の温度を測定することによって、間接的に冷媒の温度を検出している。
【００２１】
（膨張装置６）
膨張装置６は、高圧の液相の冷媒を膨張させて低温低圧化し、気液２相冷媒とするものである。なお、この膨張装置６は、例えば、冷媒の流通量を及び冷媒の圧力を、その開度で変更する膨張弁である。
【００２２】
（バイパス弁６２）
また、冷媒回路８には、膨張装置６をバイパスするバイパス回路６１が設けられており、バイパス回路６１には、バイパス回路６１における冷媒の流通量を調節するバイパス弁６２が設けられている。このバイパス弁６２が閉じると、冷媒回路８を流通する冷媒は、バイパス回路６１に流入せず、全て膨張装置６に流入する。一方、バイパス弁６２が開くと、冷媒回路８を流通する冷媒は、バイパス回路６１と膨張装置６とに分かれて流入する。なお、その際、膨張装置６が絞られていれば、膨張装置６に流入する冷媒は減り、残りの多くの冷媒がバイパス回路６１に流入する。
【００２３】
（第２の熱交換器７）
第２の熱交換器７は、室内で使用されるものであり、例えばファン（図示せず）で送風された室内空気１２を熱源として、この室内空気１２と冷媒とを熱交換する負荷熱交換器である。
【００２４】
（制御部２１）
制御部２１は、冷媒回路８の動作を制御するものである。この制御部２１は、除霜時制御手段２２と、閾値判定手段２３と、終了判定手段２４とを備えている。
【００２５】
（除霜時制御手段２２）
除霜時制御手段２２は、第１の副熱交換部４１又は第２の副熱交換部４２を除霜する際、副膨張装置４３の上流側に流通する冷媒と、副膨張装置４３の下流側に流通する冷媒との圧力差を、副膨張装置４３で高めるものである。また、除霜時制御手段２２は、第１の副熱交換部４１又は第２の副熱交換部４２を除霜する際、バイパス弁６２を開くように構成することもできる。更に、除霜時制御手段２２は、第１の副熱交換部４１又は第２の副熱交換部４２を除霜する際、副バイパス弁４５を閉じるように構成してもよい。また、そのほかに、除霜時制御手段２２は、膨張装置６の動作を制御することもできる。
【００２６】
（閾値判定手段２３、終了判定手段２４）
閾値判定手段２３は、第１の温度検出部４１ａ又は第２の温度検出部４２ａで検出された冷媒の温度が、予め決められた閾値以上であるか否かを判定するものである。この閾値は、例えば０℃に設定することができるが、適宜変更可能である。そして、終了判定手段２４は、第１の副熱交換部４１又は第２の副熱交換部４２を除霜している間に、冷媒の温度が閾値以上であると閾値判定手段２３で判定された場合、第１の副熱交換部４１又は第２の副熱交換部４２の除霜が終了したと判定するものである。
【００２７】
次に、本実施の形態１に係るヒートポンプ装置１の動作について説明する。
【００２８】
（通常暖房運転）
先ず、通常暖房運転、即ち、第１の熱交換ユニット４で吸熱し、第２の熱交換器７で放熱する運転について説明する。このとき、冷媒は、圧縮機２、圧送切替部３、第２の熱交換器７、膨張装置６、流入切替部５、第１の熱交換ユニット４、流入切替部５、圧送切替部３、圧縮機２の順に、流通する。第１の熱交換ユニット４において、第１の副熱交換部４１及び第２の副熱交換部４２のいずれも、室外空気１１から吸熱するだけであるため、流入切替部５から、第１の副熱交換部４１に先に冷媒が流入してもよいし、第２の副熱交換部４２に先に冷媒が流入してもよい。また、膨張装置６で十分に冷媒を膨張させるために、バイパス弁６２は閉じられる。なお、副膨張装置４３を全開、副バイパス弁４５を開、又はそのいずれも実行することによって、第１の熱交換ユニット４における圧損を極力低減する。
【００２９】
このように、圧縮機２から吐出された高温の冷媒は、第２の熱交換器７で室内空気１２と熱交換して放熱され、室内を暖房する。その際、低温となって液化した冷媒は、膨張装置６で膨張し低圧化して気液２相化する。そして、この冷媒が第１の熱交換ユニット４で室外空気１１から吸熱して気化し、圧縮機２に吸入されて再び高温高圧化される。これにより、ヒートポンプ装置１は、継続して室内を暖房することができる。
【００３０】
（通常冷房運転）
次に、通常冷房運転、即ち、第１の熱交換ユニット４で放熱し、第２の熱交換器７で吸熱する運転について説明する。このとき、冷媒は、圧縮機２、圧送切替部３、流入切替部５、第１の熱交換ユニット４、流入切替部５、膨張装置６、第２の熱交換器７、圧送切替部３、圧縮機２の順に、流通する。この通常冷房運転の場合も、第１の熱交換ユニット４において、第１の副熱交換部４１及び第２の副熱交換部４２のいずれも、室外空気１１に放熱するだけであるため、通常暖房運転の場合と同様に、流入切替部５から、第１の副熱交換部４１に先に冷媒が流入してもよいし、第２の副熱交換部４２に先に冷媒が流入してもよい。また、膨張装置６で十分に冷媒を膨張させるために、バイパス弁６２は閉じられる。なお、副膨張装置４３を全開、副バイパス弁４５を開、又はそのいずれも実行することによって、第１の熱交換ユニット４における圧損を極力低減する。
【００３１】
このように、圧縮機２から吐出された高温の冷媒は、第１の熱交換ユニット４で室外空気１１と熱交換して放熱される。その際、低温となって液化した冷媒は、膨張装置６で膨張し低圧化して気液２相化する。そして、この冷媒が第２の熱交換器７で室内空気１２から吸熱して、室内を冷房する。その後、吸熱して気化した冷媒が、圧縮機２に吸入されて再び高温高圧化される。これにより、ヒートポンプ装置１は、継続して室内を冷房することができる。
【００３２】
（除霜運転）
以上説明したように、空気調和装置といったヒートポンプ装置１では、主に通常暖房運転及び通常冷房運転が行われる。しかし、通常暖房運転を続けると、第１の熱交換において、低温状態の冷媒と室外空気１１とで熱交換することによって、室外空気１１に含まれる水分が、第１の熱交換ユニット４の外面に付着して霜となる。これにより熱抵抗が増大し、第１の熱交換ユニット４は、その熱交換効率が低下する。この場合、除霜運転が必要となる。
【００３３】
（高温除霜運転）
除霜運転として、高温除霜運転について説明する。この高温除霜運転では、冷媒の流通方向が、通常冷房運転時と同じである。即ち、圧縮機２から吐出された高温の冷媒が、第１の熱交換ユニット４に流入する。これにより、第１の熱交換ユニット４に付着した霜は、その高温の冷媒によって溶かされ、除霜される。なお、その際、第１の熱交換ユニット４の近傍に設けられたファンは、高温除霜運転時に除霜のために使用される熱が、通常暖房運転時には低温である室外空気１１に逃げることを抑制するため、停止される。
【００３４】
しかしながら、この高温除霜運転においては、低温の冷媒が第２の熱交換器７に流通しており、たとえ第２の熱交換器７の近傍に設けられたファンが停止されていても、除霜するための熱源の一部は、室内空気１２で賄われる。このため、通常暖房運転をしている間に、除霜が必要になり、高温除霜運転が行われた場合、室内空気１２の温度が低下し、室内における快適性が保ち難い。そこで、本実施の形態１に係るヒートポンプ装置１は、高温除霜運転に加え、除霜暖房運転及び半高温除霜運転を実行可能とすることによって、快適性を担保している。
【００３５】
（除霜暖房運転）
先ず、除霜暖房運転、即ち、第１の副熱交換部４１及び第２の副熱交換部４２のいずれか一方を除霜しつつ、他方で吸熱し、第２の熱交換器７で放熱する運転について説明する。一例として、第１の副熱交換部４１を除霜しつつ、第２の副熱交換部４２で吸熱する場合について説明する。このとき、冷媒は、圧縮機２、圧送切替部３、第２の熱交換器７、バイパス回路６１及び膨張装置６、流入切替部５、第１の副熱交換部４１、副膨張装置４３、第２の副熱交換部４２、流入切替部５、圧送切替部３、圧縮機２の順に、流通する。
【００３６】
制御部２１における除霜時制御手段２２は、バイパス弁６２を開き、膨張装置６に流通する冷媒の量を減らすと共に、膨張装置６の開度を全開にして、膨張装置６での冷媒の膨張を抑制する。そして、制御部２１における除霜時制御手段２２は、副バイパス弁４５を閉じ、副膨張装置４３に流通する冷媒の量を増やして、副膨張装置４３での冷媒の膨張を促す。なお、これらは、冷媒回路８における圧損を低減するためでもある。
【００３７】
これにより、圧縮機２から吐出された高温の冷媒は、第２の熱交換器７で室内空気１２と熱交換して放熱され、室内を暖房する。その際、若干低温となった冷媒は、膨張装置６で過度に膨張されないため、少なくとも室内空気１２の温度、即ち、除霜に十分な温度を有しつつ、第１の副熱交換部４１に流通し、これを除霜する。このとき、たとえば制御部２１は、第２の熱交換器７から流出した冷媒の温度（温度検出部９で検知する）が、室内空気１２の温度よりも所定温度差（たとえば４℃）高くなるように、副膨張装置４３の開度を調節する。圧縮機２の周波数や室外空気１１の温度に応じて副膨張装置４３の開度を一意に決めるようにしても良い。そして、副膨張装置４３で膨張し低圧化して気液２相化した冷媒は、第２の副熱交換部４２で室外空気１１から吸熱して気化し、圧縮機２に吸入されて再び高温高圧化される。
【００３８】
このように、ヒートポンプ装置１は、第１の副熱交換部４１を除霜しつつ、第２の副熱交換部４２で吸熱して、第２の熱交換器７で放熱することによって、室内を継続して暖房することができる。なお、この除霜暖房運転においては、第１の副熱交換部４１及び第２の副熱交換部４２の両方で吸熱する通常暖房運転における最大能力には及ばないものの、室内の温度がある程度高ければ、最大能力で暖房する必要性は低いため、快適性を阻害することはない。
【００３９】
（半高温除霜運転）
次に、半高温除霜運転、即ち、第１の副熱交換部４１及び第２の副熱交換部４２のいずれか一方を除霜しつつ、他方で吸熱し、第２の熱交換器７でも吸熱する運転について説明する。一例として、第１の副熱交換部４１を除霜しつつ、第２の副熱交換部４２で吸熱する場合について説明する。このとき、冷媒は、圧縮機２、圧送切替部３、流入切替部５、第１の副熱交換部４１、副膨張装置４３、第２の副熱交換部４２、流入切替部５、バイパス回路６１及び膨張装置６、第２の熱交換器７、圧送切替部３、圧縮機２の順に、流通する。
【００４０】
制御部２１における除霜時制御手段２２は、バイパス弁６２を開き、膨張装置６に流通する冷媒の量を減らすと共に、膨張装置６の開度を全開にして、膨張装置６での冷媒の膨張を抑制する。そして、制御部２１における除霜時制御手段２２は、副バイパス弁４５を閉じ、副膨張装置４３に流通する冷媒の量を増やして、副膨張装置４３での冷媒の膨張を促す。なお、これらは、冷媒回路８全体における圧損を極力低減するためでもある。また副膨張装置４３の開度は圧縮機２の周波数や室外空気１１の温度に応じて一意に決めるようにする。
【００４１】
これにより、圧縮機２から吐出された高温の冷媒は、第１の副熱交換部４１に流入し、第１の副熱交換部４１に付着した霜が、その高温の冷媒によって溶かされ、除霜される。その後、副膨張装置４３で膨張し低圧化して気液２相化した冷媒は、第２の副熱交換部４２で室外空気１１から吸熱して気化する。そして、気化した冷媒は、膨張装置６で過度に膨張されないため、高温のまま（とはいえ、最大でも熱源である室外空気１１と同じ温度程度までであり、通常は室内空気１２を暖房できる温度ではない）、第２の熱交換器７に流入する。その際、高温除霜運転と比べて冷媒が高温のまま、第２の熱交換器７に流入するため、第２の熱交換器７における過度の吸熱が抑制される。そして、第２の熱交換器７から流出した冷媒は、圧縮機２に吸入されて再び高温高圧化される。
【００４２】
このように、半高温除霜運転では、除霜暖房運転とは異なり、除霜しつつ暖房を継続するものではないが、除霜に必要な熱源の大部分が第２の副熱交換部４２で室外空気１１から賄われる。これに対し、高温除霜運転では、第２の副熱交換部４２も除霜するため、除霜に必要な熱源は、第２の熱交換器７における室内空気１２である。従って、半高温除霜運転では、第２の熱交換器７における室内空気１２からの吸熱が、高温除霜運転よりも抑制される。このように、通常暖房運転をしている間に、除霜が必要になっても、半高温除霜運転であれば、室内空気１２の温度が過度に低下することを抑制し、従って、快適性を損なわない。
【００４３】
なお、除霜暖房運転又は半高温除霜運転において、第１の副熱交換部４１を除霜する例について説明したが、流入切替部５を切り替えることによって、第２の副熱交換部４２を除霜することも可能である。更に、除霜暖房運転と半高温除霜運転とを、制御部２１によって適宜変更する構成としてもよい。例えば、室内が充分に暖まっておらず、室内の温度が低い場合、除霜暖房運転を行って、暖房を継続する。また、室内が充分に暖まっており、室内の温度が高い場合、半高温除霜運転を行って、除霜能力を高める。これにより、より効率的な除霜及び暖房の運転が可能である。
【００４４】
また、これらの除霜暖房運転又は半高温除霜運転において、制御部２１は、除霜の終了を判定する。具体的には、閾値判定手段２３が、第１の温度検出部４１ａ又は第２の温度検出部４２ａで検出された冷媒の温度が、予め決められた閾値以上であるか否かを判定し、終了判定手段２４が、第１の副熱交換部４１又は第２の副熱交換部４２を除霜している間に、冷媒の温度が閾値以上であると閾値判定手段２３で判定された場合、副熱交換部の除霜が終了したと判定する。なお、第１の副熱交換部４１を除霜する場合、第１の温度検出部４１ａで検出された冷媒の温度で判定すればよく、第２の副熱交換部４２を除霜する場合、第２の温度検出部４２ａで検出された冷媒の温度で判定すればよい。また、高温除霜運転における除霜の終了判定は、第１の熱交換ユニット４から膨張装置６の間に設けた温度検出部１０を使って、第１の熱交換ユニット４から流出する冷媒の温度が予め決められた閾値以上であるか否かで判定すればよい。また予め決められた閾値とは、例えば、霜が溶ける温度としての０℃より若干高い温度（たとえば３℃）とする。このようにするのは、副熱交換部の除霜が終了していなければ、霜の融解熱のため、霜が溶ける温度より冷媒の温度が高くならない、ことを利用したもので、若干高い温度としているのは、冷媒と霜との間の熱抵抗分の増加や室外空気の気圧によって霜の融解温が変化することなどを考慮しているためである。
【００４５】
以上のように、本実施の形態１に係るヒートポンプ装置１は、室外に設置される第１の熱交換ユニット４が、第１の副熱交換部４１、第２の副熱交換部４２及び副膨張装置４３で構成されている。そして、除霜時制御手段２２は、第１の副熱交換部４１又は第２の副熱交換部４２を除霜する際、第１の熱交換ユニット４を流通する冷媒の圧力差を副膨張装置４３で高める。これにより、ヒートポンプ装置１は、第１の副熱交換部４１及び第２の副熱交換部４２のいずれか一方を除霜するために、放熱し、それと同時に、他方から吸熱する。
【００４６】
そして、第１の副熱交換部４１及び第２の副熱交換部４２のいずれか一方を除霜していても、他方から吸熱することによって、室内に設置された第２の熱交換器７で室内空気１２に温熱を供給することができる（除霜暖房運転）。また、第１の副熱交換部４１及び第２の副熱交換部４２のいずれか一方を除霜していても、他方から吸熱することによって、第２の熱交換器７で吸熱する量を低減することができる（半高温除霜運転）。これにより、除霜暖房運転では、快適性が飛躍的に向上し、半高温除霜運転では、快適性を損なわない。
【００４７】
前述の如く、除霜暖房運転では、熱需要部である室内に温熱が供給されたまま、除霜することができるため、利用者の不快感を抑制し、快適性が向上する。また、除霜暖房運転では、圧縮機２から吐出された冷媒が、第１の熱交換ユニット４よりも先に第２の熱交換器７（負荷熱交換器）に供給されるため、この第２の熱交換器７で放熱された冷媒の残熱を利用して、第１の熱交換ユニット４のうち、第１の副熱交換部４１又は第２の副熱交換部４２を除霜する。このため、エネルギ効率が高い。なお、高温除霜運転及び半高温除霜運転では、圧縮機２から吐出された高温の冷媒が、第２の熱交換器７よりも先に第１の熱交換ユニット４に供給されるため、エネルギ効率はあまり高くないが高速で除霜することが可能である。
【００４８】
また、副膨張装置４３だけを付加することによって、除霜暖房運転及び半高温除霜運転を実現しているため、流通経路が簡素で済み、また、機器数増加に伴う装置の大型化及びコスト上昇を抑えることができる。更に、冷媒の流通経路は、通常暖房運転と除霜暖房運転とで同じであり、また、通常冷房運転と半高温除霜運転とで同じである。このため、余計な弁を省くことができ、冷媒溜りが発生する部位を減らすことができる。従って、除霜工程の前後で冷媒溜りが発生せず、冷媒溜りを解消するための処理も不要で、ヒートポンプ装置１の運用が簡便である。これにより、配管の耐圧性能を下げることが許容され、また、冷媒の量の増加を抑えることができ、従って、コスト上昇を抑えることができる。
【００４９】
また、圧送切替部３が設けられているため、この圧送切替部３で冷媒の流通方向を変更することができる。このため、室内空気１２に温熱を供給する通常暖房運転と、室内空気１２に冷熱を供給する通常冷房運転とのいずれもが可能である。更に、圧縮機２から吐出された冷媒が、第１の熱交換ユニット４よりも先に第２の熱交換器７（負荷熱交換器）に供給されて、この第２の熱交換器７で放熱された冷媒の残熱を利用して、第１の熱交換ユニット４のうち、第１の副熱交換部４１又は第２の副熱交換部４２を除霜する除霜暖房運転と、圧縮機２から吐出された高温の冷媒が、第２の熱交換器７よりも先に第１の熱交換ユニット４に供給されて、第１の熱交換ユニット４のうち、第１の副熱交換部４１又は第２の副熱交換部４２を高温冷媒で直接除霜する高温除霜運転及び半高温除霜運転とを使い分けることができる。
【００５０】
更に、流入切替部５が設けられているため、この流入切替部５で第１の熱交換ユニット４における冷媒の流通方向を変更することができる。また、この流入切替部５で冷媒の流通方向を切り替えつつ、除霜時制御手段２２が、副膨張装置４３の圧力差を高めることによって、第１の副熱交換部４１及び第２の副熱交換部４２のうち、先に冷媒が流通する副熱交換部に放熱して除霜し、且つその後に冷媒が流通する副熱交換部で吸熱することができる。更にまた、この流入切替部５と圧送切替部３とのいずれも採用することによって、除霜暖房運転及び半高温除霜運転とを、第１の副熱交換部４１及び第２の副熱交換部４２で行うことができる。
【００５１】
また、バイパス回路６１とバイパス弁６２とが設けられているため、このバイパス弁６２を閉じて、膨張装置６の前後で冷媒の圧力差を高くする運転、即ち、通常暖房運転、通常冷房運転及び高温除霜運転が可能であると共に、このバイパス弁６２を開いて、膨張装置６の前後で冷媒の圧力差を低くし、副膨張装置４３の前後で冷媒の圧力差を高くする運転、即ち、除霜暖房運転及び半高温除霜運転が可能である。このため、除霜時のエネルギ効率が向上する。
【００５２】
更に、副バイパス回路４４と副バイパス弁４５とが設けられているため、この副バイパス弁４５を閉じて、副膨張装置４３の前後で冷媒の圧力差を高くする運転、即ち、除霜暖房運転及び半高温除霜運転が可能であると共に、この副バイパス弁４５を開いて、副膨張装置４３をバイパスすることによって、副膨張装置４３の前後で冷媒の圧力差を低くし、第１の副熱交換部４１及び第２の副熱交換部４２のいずれもから吸熱又は放熱する運転、即ち、通常暖房運転、通常冷房運転及び高温除霜運転が可能である。これにより、第１の熱交換ユニット４における圧損の増加を抑制し、効率の低下を抑止することができる。
【００５３】
更に、副膨張装置４３は、冷媒の流通量及び冷媒の圧力差を開度で調節する膨張弁が採用されているため、副膨張装置４３の前後における冷媒の圧力差を微調整することができる。このため、除霜時の運転条件の変更及び温度調整等の精度が向上する。
【００５４】
更にまた、第１の温度検出部４１ａ又は第２の温度検出部４２ａが設けられているため、除霜暖房運転及び半高温除霜運転における除霜終了の判定精度が極めて高い。このため、除霜に要する無駄なエネルギ消費を抑えることができる。また、除霜時間を抑えることができ、快適性の向上又は不快感の低減の効果がより高まる。
【００５５】
（変形例）
次に、本実施の形態１の変形例に係るヒートポンプ装置１について説明する。ヒートポンプ装置１は、通常冷房運転、高温除霜運転及び半高温除霜運転が不要である場合、圧送切替部３を省いても、通常暖房運転及び除霜暖房運転は可能である。また、通常暖房運転及び除霜暖房運転が不要である場合、圧送切替部３を省いても、通常冷房運転、高温除霜運転及び半高温除霜運転は可能である。このように、用途によって、運転の種類を選択すれば、圧送切替部３を省くことができる。
【００５６】
また、第１の副熱交換部４１及び第２の副熱交換部４２のいずれか一方のみを除霜すれば済む場合、流入切替部５を省くこともできる。例えば、第１の副熱交換部４１及び第２の副熱交換部４２のいずれか一方に霜が発生し易い場合、そのいずれか一方を高温除霜運転で効率的に除霜し、他方を除霜暖房運転で暖房しつつ除霜するように構成することができる。これにより、流入切替部５を省いても、快適性の低下を抑制することができる。
【００５７】
また、膨張装置６の開度を全開にしても、圧損が許容できる範囲であれば、バイパス回路６１及びバイパス弁６２を省くこともできる。これにより、コスト削減に資する。この膨張装置６と同様に、副膨張装置４３の開度を全開にしても、圧損が許容できる範囲であれば、副バイパス回路４４及び副バイパス弁４５を省くこともできる。
【００５８】
更に、副膨張装置４３は、冷媒の流通量を調整する膨張弁ではなく、キャピラリチューブで構成されていてもよい。このキャピラリチューブは、膨張弁のように開度を変更するものではなく、冷媒の流通量に応じて、通過前後の圧力差が固定されている。これにより、除霜暖房運転の場合等において、圧縮機２の周波数等の運転条件が固定されるため、膨張弁よりも、運転条件の自由度及び調整の自由度が若干下がるものの、より低コスト且つ小型化しつつ、実施の形態１と同等の効果が得られる。
【００５９】
更にまた、上記実施の形態１では、熱需要部において、第２の熱交換器７によって、室内空気１２を加熱又は冷却する構成を説明したが、これに限らず、水等の液体を加熱又は冷却する構成としてもよい。この場合、第２の熱交換器７で加熱又は冷却された液体を利用して、室内に配置されたファンコイル、ラジエータ又は床暖房等で、室内を間接的に加熱又は冷却するようにしてもよい。このように、熱需要部は、室内空気１２を加熱又は冷却する代わりに、給湯や暖房用の湯や冷房用の冷水等を生成するものであってもよい。
【００６０】
実施の形態２．
次に、本実施の形態２に係るヒートポンプ装置１００について説明する。図２は、実施の形態２に係るヒートポンプ装置１００を示す模式図である。本実施の形態２は、第１の副熱交換部４１及び第２の副熱交換部４２に、冷媒が分岐して流通する複数の流通経路が形成されている点で、実施の形態１と相違する。本実施の形態２では、実施の形態１と共通する部分は同一の符号を付して説明を省略し、実施の形態１との相違点を中心に説明する。
【００６１】
本実施の形態２では、図２に示すように、第１の副熱交換部４１に、常に並列に冷媒が分岐して流通する第１の流通経路４ａ及び第２の流通経路４ｂが形成されている。そして、この第１の流通経路４ａ及び第２の流通経路４ｂは、そのまま、第２の副熱交換部４２にも形成されている。第１の流通経路４ａは、第１の副熱交換部４１と第２の副熱交換部４２との間で分岐し、一方は副膨張装置４３の一端部に接続され、他方は第１の副バイパス回路４４ａの一端部に接続されている。そして、第１の流通経路４ａは、副膨張装置４３の他端部と第１の副バイパス回路４４ａの他端部とで、再び合流する。なお、第１の副バイパス回路４４ａには、第１の副バイパス弁４５ａが設けられている。この第１の副バイパス弁４５ａは、第１の副バイパス回路４４ａに冷媒が流通するか否かを制御するものである。
【００６２】
また、第２の流通経路４ｂも、第１の副熱交換部４１と第２の副熱交換部４２との間で分岐し、一方は副膨張装置４３の一端部に接続され、他方は第２の副バイパス回路４４ｂの一端部に接続されている。そして、第２の流通経路４ｂは、副膨張装置４３の他端部と第２の副バイパス回路４４ｂの他端部とで、再び合流する。なお、第２の副バイパス回路４４ｂには、第２の副バイパス弁４５ｂが設けられている。この第２の副バイパス弁４５ｂは、第２の副バイパス回路４４ｂに冷媒が流通するか否かを制御するものである。
【００６３】
以上のとおり、副膨張装置４３は、第１の流通経路４ａと第２の流通経路４ｂとが合流した部分に設置されている。なお、第１の温度検出部４１ａ及び第２の温度検出部４２ａは、第１の流通経路４ａと第２の流通経路４ｂとが合流した部分に設置された副膨張装置４３の両端部に設けられている。
【００６４】
実施の形態２に係るヒートポンプ装置１００は、複数の流通経路が形成されている点で、実施の形態１と相違するが、通常暖房運転、通常冷房運転、除霜暖房運転、半高温除霜運転及び高温除霜運転の動作は、実施の形態１と同様である。なお、実施の形態１の副バイパス弁４５を開閉する同じタイミングで、実施の形態２の第１の副バイパス弁４５ａと第２の副バイパス弁４５ｂとは同時に開閉される。また、実施の形態１の変形例で採用された構成は、実施の形態２でも採用することが可能である。
【００６５】
以上説明したように、実施の形態２では、第１の副熱交換部４１及び第２の副熱交換部４２に、冷媒が分岐して流通する第１の流通経路４ａ及び第２の流通経路４ｂが形成されているため、第１の副熱交換部４１及び第２の副熱交換部４２における圧損がより低減される。このため、実施の形態１で得られる効果に加え、冷媒回路８における冷凍サイクルの高効率化を達成できる。
【００６６】
また、第１の流通経路４ａと第２の流通経路４ｂとに、夫々第１の副バイパス回路４４ａと第２の副バイパス回路４４ｂとが接続されているため、副膨張装置４３をバイパスするバイパス機能が向上し、冷媒の圧力差が低減される。また、第１の流通経路４ａ及び第２の流通経路４ｂにおける冷媒の圧力差又は温度等が、多少不均衡であっても、副膨張装置４３の両端部で、第１の流通経路４ａと第２の流通経路４ｂとが一旦合流するため、この不均衡は自然に是正される。またその際、第１の流通経路４ａと第２の流通経路４ｂとは、それぞれ第１の副バイパス回路４４ａと第２の副バイパス回路４４ｂとへ分岐してから合流しているので、合流することによる圧損の増加はない。
【００６７】
なお、上記実施の形態２では、第１の副バイパス弁４５ａと第２の副バイパス弁４５ｂとは、第１の副バイパス回路４４ａと第２の副バイパス回路４４ｂとのそれぞれに設けられた別体の弁としているが、同じタイミングで同時に開閉されるものであり、弁体を一体で形成したり、あるいは開閉のために必要な駆動動力を供給するモーターを１台で兼用したりしてもよい。このようにした場合、小型化または低コスト化の効果を得ることがより容易となる。
【００６８】
また第１の流通経路４ａに、第１の副バイパス回路４４ａおよび第１の副バイパス弁４５ａを複数備えても良い。また第２の流通経路４ｂに、第２の副バイパス回路４４ｂおよび第２の副バイパス弁４５ｂを複数備えても良い。また、上記実施の形態２では、副膨張装置４３の前後の第１の副熱交換部４１と第２の副熱交換部４２とで、同数の流通経路（第１の流通経路４ａ、第２の流通経路４ｂ）としているが、異なる数の流通経路であっても良い。なお、その場合、副膨張装置４３の前後において少ない数の流通経路を備えた側では、少なくとも１つの流通経路から複数の副バイパス回路を分岐することになる。
【符号の説明】
【００６９】
１  ヒートポンプ装置、２  圧縮機、３  圧送切替部、４  第１の熱交換ユニット、４ａ  第１の流通経路、４ｂ  第２の流通経路、５  流入切替部、６  膨張装置、７  第２の熱交換器、８  冷媒回路、９  温度検出部、１０  温度検出部、１１  室外空気、１２  室内空気、２１  制御部、２２  除霜時制御手段、２３  閾値判定手段、２４  終了判定手段、４１  第１の副熱交換部、４１ａ  第１の温度検出部、４２  第２の副熱交換部、４２ａ  第２の温度検出部、４３  副膨張装置、４４  副バイパス回路、４４ａ  第１の副バイパス回路、４４ｂ  第２の副バイパス回路、４５  副バイパス弁、４５ａ  第１の副バイパス弁、４５ｂ  第２の副バイパス弁、６１  バイパス回路、６２  バイパス弁、１００  ヒートポンプ装置。
【図１】
2017026159.tif 000003
【図２】
2017026159.tif 000004