JP2008025904A - ヒートポンプ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】圧縮機（21）と室内熱交換器（25）と膨張機構（23）と室外熱交換器（26）とが冷媒配管により接続されるとともに二酸化炭素が冷媒として充填された冷媒回路（20）を備え、室内熱交換器（25）を凝縮器とする暖房運転を行うヒートポンプ装置において、デフロスト運転中も室内の暖房を継続させて室内の快適性が低下するのを防止する。
【解決手段】膨張機構（23）を挟んで室外熱交換器（26）の逆側に蓄熱機構（30）を設け、室外熱交換器（26）と蓄熱機構（30）の間での冷媒の流れ方向を反転させることにより、蓄熱動作とデフロスト動作とを切り換える方向切換機構（22）を設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷凍サイクルによって得られた温熱を利用して暖房を行うヒートポンプ装置に関し、特にデフロスト運転技術に関するものである。

従来より、圧縮機と室外熱交換器と膨張機構と室内熱交換器とを順に接続した冷媒回路を備え、室内の暖房運転を行うヒートポンプ装置が知られている（例えば特許文献１参照）。このヒートポンプ装置では、冷媒が冷媒回路内を循環する際に、室外熱交換器において室外空気から熱を汲み上げ、この熱を室内に放出することで暖房運転を行う。

このヒートポンプ装置では、室外熱交換器における冷媒の蒸発温度が０℃よりも低い状態では、空気中の水分が霜となって室外熱交換器に付着する。室外熱交換器に付着した霜は冷媒と室外空気の熱交換を阻害するため、暖房運転中には室外熱交換器に付着した霜を融かす運転（デフロスト運転）が例えば一定時間毎に行われる。

このデフロスト運転としては、特許文献１に記載された装置では、冷媒回路内で冷媒を逆方向に循環させることによって、圧縮機から吐出された高温高圧のガス冷媒（ホットガス）を室外熱交換器へ供給し、冷媒の温熱によって室外熱交換器に付着した霜を融かすことによって行われている。
特開平０９−０１４８０４号公報

しかし、逆サイクルのデフロスト運転中は室内の暖房を中断せざるを得なくなり、室内の快適性を損なうという問題があった。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、暖房運転を行うヒートポンプ装置において、デフロスト運転中も室内の暖房を継続させて室内の快適性が低下するのを防止することである。

第１の発明は、圧縮機（21）と室内熱交換器（25）と膨張機構（23）と室外熱交換器（26）とが冷媒配管により接続されるとともに二酸化炭素が冷媒として充填された冷媒回路（20）を備え、室内熱交換器（25）を凝縮器とする暖房運転を行うヒートポンプ装置を前提としている。

そして、このヒートポンプ装置は、膨張機構（23）を挟んで室外熱交換器（26）の逆側に設けられた蓄熱機構（30）と、室外熱交換器（26）と蓄熱機構（30）の間での冷媒の流れ方向を反転させることにより、冷媒が圧縮機（21）、室内熱交換器（25）、蓄熱機構（30）、膨張機構（23）、及び室外熱交換器（26）を順に流れて冷媒回路（20）を循環する蓄熱動作（暖房蓄熱サイクル）と、冷媒が圧縮機（21）、室内熱交換器（25）、室外熱交換器（26）、膨張機構（23）、及び蓄熱機構（30）を順に流れて冷媒回路（20）を循環するデフロスト動作（暖房除霜サイクル）とを切り換える方向切換機構（22）を備えていることを特徴としている。

この第１の発明では、蓄熱動作においては、圧縮機（21）から吐出された高温高圧の冷媒が室内熱交換器（25）で放熱して室内空気を加熱し、さらに蓄熱機構（30）で放熱した後、膨張機構（23）で減圧して室外熱交換器（26）に流入し、該室外熱交換器（26）で吸熱して蒸発してから圧縮機（21）に吸入されて圧縮される。このとき、室外熱交換器（26）に着霜すると、デフロスト動作が行われる。このデフロスト動作では、圧縮機（21）から吐出された高温高圧の冷媒が室内熱交換器（25）で放熱して室内空気を加熱し、さらに室外熱交換器（26）で放熱して該室外熱交換器（26）の霜を溶かした後、膨張機構（23）で減圧して蓄熱機構（30）に流入し、該蓄熱機構（30）で吸熱して蒸発してから圧縮機（21）に吸入されて圧縮される。

第２の発明は、第１の発明において、ブラインが循環する融雪回路（40）を備え、該融雪回路（40）が融雪用熱交換器（42）と中間熱交換器（50）を備え、中間熱交換器（50）は、ブラインが流れるブライン側通路（52）と上記冷媒回路（20）の冷媒が流れる冷媒側通路（51）とを備えてブラインと冷媒とが熱交換をするように構成され、上記冷媒回路（20）には、上記蓄熱機構（30）と並列に、上記中間熱交換器（50）の冷媒側通路（51）に接続された融雪用冷媒流路（27）が設けられるとともに、上記冷媒回路（20）における冷媒流れを蓄熱機構（30）と中間熱交換器（50）とで切り換える経路切換機構（28）が設けられていることを特徴としている。

この第２の発明では、上記経路切換機構（28）により冷媒回路（20）における冷媒の流れる経路を蓄熱機構（30）側に切り換えた場合には、第１の発明と同様にして、蓄熱動作とデフロスト動作を行うことができる。また、上記経路切換機構（28）により冷媒回路（20）における冷媒の流れる経路を中間熱交換器（50）側に切り換えた場合には、融雪動作（暖房融雪サイクル）と第２のデフロスト動作（第２暖房除霜サイクル）を相互に切り換えることができる。

融雪動作中の冷媒回路（20）では、室内熱交換器（25）と中間熱交換器（50）において冷媒が放熱し、室外熱交換器（26）において冷媒が室外空気から吸熱する。中間熱交換器（50）では、冷媒の温熱がブラインに付与される。温熱を付与されたブラインは、融雪用熱交換器（42）へ流入し、放熱して雪を溶かす。融雪用熱交換器（42）において放熱したブラインは、中間熱交換器（50）へ送り返されて加熱される。一方、第２デフロスト動作中の冷媒回路（20）では、室内熱交換器（25）と室外熱交換器（26）において冷媒が放熱し、中間熱交換器（50）において冷媒がブラインから吸熱する。温熱を奪われたブラインは、融雪用熱交換器（42）へ流入して加熱される。融雪用熱交換器（42）において加熱されたブラインは、中間熱交換器（50）へ送り返されて冷媒へ放熱する。

第３の発明は、第１または第２の発明において、上記方向切換機構（22）が、第１ポートと第３ポートが連通し且つ第２ポートと第４ポートが連通する第１状態と、第１ポートと第４ポートが連通し且つ第２ポートと第３ポートが連通する第２状態とに切り換わる四方切換弁（22）により構成され、上記第１ポートに室内熱交換器（25）の一端が接続され、上記第２ポートに圧縮機（21）の吸入側が接続され、上記第３ポートに蓄熱機構（30）の一端が接続され、上記第４ポートに室外熱交換器（26）の一端が接続されていることを特徴としている。

この第３の発明では、四方切換弁（22）を第１状態に切り換えると蓄熱動作を行うことができ、四方切換弁（22）を第２状態に切り換えるとデフロスト動作を行うことができる。

第４の発明は、第１から第３の発明の何れか１つにおいて、上記蓄熱機構（30）は、融点が０℃以上１０℃以下の範囲内にある蓄熱媒体（31）と、該蓄熱媒体（31）と冷媒が熱交換をするように該冷媒が流れる冷媒通路（33）とを備えた蓄熱用熱交換器（30）により構成されていることを特徴としている。

第５の発明は、第４の発明において、上記蓄熱用熱交換器（30）の蓄熱媒体（31）が水であることを特徴としている。

この第４，第５の発明では、蓄熱動作において、室内熱交換器（25）で放熱した後の４０℃程度の冷媒が、蓄熱用熱交換器（30）においてさらに放熱することにより例えば５℃程度の温熱蓄熱が行われる。また、デフロスト動作においては、室内熱交換器（25）と室外熱交換器（26）で放熱した後の冷媒が吸熱することにより、蓄熱媒体（31）が例えば０℃以下に冷却されて固化（氷化）することで潜熱蓄熱が行われる。

本発明によれば、蓄熱動作では室内熱交換器（25）による室内の暖房を行いながら蓄熱機構（30）に温熱を蓄熱しておき、デフロスト動作では蓄熱機構（30）の温熱を利用して室内熱交換器（25）による室内の暖房を行いながら室外熱交換器（26）のデフロストが行われる。したがって、暖房運転を行うヒートポンプ装置において、デフロスト運転中も室内の暖房を継続させることができるので、室内の快適性が低下するのを防止できる。

また、この発明では、冷媒回路（20）の冷媒として二酸化炭素を用いており、この場合、冷凍サイクルの高圧圧力は一般に二酸化炭素の臨界圧力よりも高い値に設定される。ここで、二酸化炭素を冷媒とするヒートポンプ装置で室内の暖房をする場合、放熱後の冷媒の温度は、せいぜい４０℃程度にまでしか低下しない。このため、温熱として利用できる熱量が少なく、低いＣＯＰ（成績計数）しか得られないという問題があった。それに対し、この発明における暖房運転（蓄熱動作及びデフロスト動作）では、室内を暖房するために放熱した冷媒をさらに蓄熱または除霜のために利用している。蓄熱や除霜を行うための温熱にそれ程高い温度レベルは必要ないため、放熱した冷媒の温度は、冷媒の温熱を暖房だけに利用する場合に比べて低温となる。したがって、この発明によれば、二酸化炭素を冷媒とするヒートポンプ装置において、冷媒の圧縮に要するエネルギは増大させずに利用できる温熱の量だけを増大させることができ、高いＣＯＰを得ることが可能となる。

上記第２の発明によれば、融雪を行うシステムにおいても、デフロスト運転中に室内の暖房を継続できるので、室内の快適性を維持できる。

上記第３の発明によれば、方向切換機構（22）として四方切換弁（22）を用いることにより、簡単な構成で蓄熱動作とデフロスト動作を切り換えることができ、装置の回路構成が複雑になるのを防止できる。

上記第４，第５の発明によれば、二酸化炭素を冷媒とし、冷媒回路（20）の高圧圧力を超臨界に設定する冷凍サイクルにおいて、蓄熱剤を潜熱蓄熱剤として用いることができる。したがって、効率の良い蓄熱が可能になるとともに、蓄熱用熱交換器（30）の小型化も可能となる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

《発明の実施形態１》
本発明の実施形態１について説明する。本実施形態は、本発明に係るヒートポンプ装置により構成された暖房用の空調システム（10）に関するものである。

図１に示すように、本実施形態の空調システム（10）は、冷媒回路（20）を備えている。また、この空調システム（10）には、室内ファン（15）と室外ファン（16）とが設けられている。

上記冷媒回路（20）は、二酸化炭素（ＣＯ_２）が冷媒として充填された閉回路である。この冷媒回路（20）では、冷媒として充填された二酸化炭素を循環させることによって冷凍サイクルが行われる。また、この冷媒回路（20）で行われる冷凍サイクルでは、その高圧圧力が二酸化炭素の臨界圧力よりも高い値に設定されている。

冷媒回路（20）には、圧縮機（21）と、室内熱交換器（25）と、四方切換弁（22）と、室外熱交換器（26）と、膨張弁（膨張機構）（23）と、蓄熱用熱交換器（蓄熱機構）（30）とが設けられている。この冷媒回路（20）において、圧縮機（21）は、その吸入側が四方切換弁（22）の第２ポートに接続され、その吐出側が室内熱交換器（25）を介して四方切換弁（22）の第１ポートに接続されている。室外熱交換器（26）は、その一端が四方切換弁（22）の第４ポートに接続され、その他端が膨張弁（23）の一端に接続されている。膨張弁（23）の他端は、蓄熱用熱交換器（30）を介して四方切換弁（22）の第３ポートに接続されている。

圧縮機（21）は、いわゆる全密閉型に構成されている。この圧縮機（21）は、吸入した冷媒（二酸化炭素）をその臨界圧力よりも高い圧力にまで圧縮して吐出する。四方切換弁（22）は、第１ポートと第３ポートが連通し且つ第２ポートと第４ポートが連通する第１状態（図１に実線で示す状態）と、第１ポートと第４ポートが連通し且つ第２ポートと第３ポートが連通する第２状態（図１に破線で示す状態）とに切り換わるように構成されている。この四方切換弁（22）は、冷媒回路（20）における冷媒の流れ方向を室外熱交換器（26）と蓄熱用熱交換器（30）の間で反転させることにより、冷媒が圧縮機（21）、室内熱交換器（25）、蓄熱用熱交換器（30）、膨張弁（23）、及び室外熱交換器（26）を順に流れて冷媒回路（20）を循環する蓄熱動作（暖房蓄熱サイクル）と、冷媒が圧縮機（21）、室内熱交換器（25）、室外熱交換器（26）、膨張弁（23）、及び蓄熱用熱交換器（30）を順に流れて冷媒回路（20）を循環するデフロスト動作（暖房除霜サイクル）とを切り換える方向切換機構を構成している。

室内熱交換器（25）は、室内空気を冷媒と熱交換させて加熱するためのものであって、放熱用熱交換器を構成している。室内ファン（15）は、この室内熱交換器（25）へ室内空気を供給する。室外熱交換器（26）は、室外空気を冷媒と熱交換させるためのものである。室外ファン（16）は、この室外熱交換器（26）へ室外空気を供給する。膨張弁（23）は、開度可変の電子膨張弁（23）によって構成されている。

蓄熱用熱交換器（30）は、水などの蓄熱媒体（31）を貯留した蓄熱容器（32）と、この蓄熱容器（32）内を通る冷媒通路（33）とを備え、冷媒通路（33）を流れる冷媒と蓄熱媒体（31）とを熱交換させるように構成されている。この蓄熱用熱交換器（30）は、冷媒通路（33）が冷媒回路（20）に接続されている。つまり、冷媒回路（20）では、膨張弁（23）と四方切換弁（22）の第３ポートとの間に蓄熱用熱交換器（30）の冷媒通路（33）が配置されている。上記蓄熱媒体（31）は、水以外のものであってもよく、融点が０℃以上で１０℃以下の範囲内にあるものを用いることが望ましい。

−運転動作−
上記空調システム（10）では、暖房運転が行われる。また、暖房運転中には、蓄熱動作とデフロスト動作が交互に行われる。この空調システム（10）は、例えば蓄熱動作を１時間行う毎に、デフロスト動作を１０分程度行う。尚、ここに示した時間の長さは単なる例示である。また、以下に示す温度等の値も、全て単なる一例である。

〈蓄熱動作〉
蓄熱動作中の運転動作について、図２を参照しながら説明する。蓄熱動作中には、室内熱交換器（25）による室内の暖房と、蓄熱用熱交換器（30）による蓄熱とが並行して行われる。

蓄熱動作では、四方切換弁（22）が第１状態に設定され、膨張弁（23）の開度が適宜調節される。この状態で、圧縮機（21）から吐出された超臨界状態の冷媒は、室内熱交換器（25）へ送られる。室内熱交換器（25）では、冷媒が室内空気に対して放熱し、冷媒の温度が９０℃程度から４０℃程度にまで低下する。室内熱交換器（25）で加熱された室内空気は、室内へ供給される。

室内熱交換器（25）から流出した冷媒は、四方切換弁（22）を通って蓄熱用熱交換器（30）へ流入する。蓄熱用熱交換器（30）の冷媒通路（33）へ流入した冷媒は、蓄熱媒体（31）である水に対して放熱する。蓄熱用熱交換器（30）では、冷媒の温度が４０℃程度からさらに低下する。このとき、蓄熱媒体（31）は氷が全て融解して最終的には５℃程度の水になる（デフロスト運転終了後は氷と水の混合物で０℃）。

蓄熱用熱交換器（30）から流出した冷媒は、膨張弁（23）を通過する際に減圧され、その後に室外熱交換器（26）へ送られる。室外熱交換器（26）では、冷媒が室外空気から吸熱して蒸発する。室外熱交換器（26）で蒸発した冷媒は、四方切換弁（22）を通って圧縮機（21）に吸入される。圧縮機（21）は、吸入した冷媒を圧縮して吐出する。

冷媒が冷媒回路（20）を以上のように循環し、蓄熱動作が行われる。

〈デフロスト動作〉
デフロスト動作中の運転動作について、図３を参照しながら説明する。デフロスト動作中には、室内熱交換器（25）による室内の暖房と、室外熱交換器（26）の除霜とが並行して行われる。

デフロスト動作では、四方切換弁（22）が第２状態に設定され、膨張弁（23）の開度が適宜調節される。蓄熱動作中と同様に、圧縮機（21）から吐出された超臨界状態の冷媒は、室内熱交換器（25）へ送られて室内空気へ放熱する。室内熱交換器（25）で加熱された室内空気は、室内へ供給される。室内熱交換器（25）から流出した４０℃程度の冷媒は、四方切換弁（22）を通って室外熱交換器（26）へ送られる。室外熱交換器（26）では、蓄熱動作中に付着した霜が冷媒によって加熱されて融解する。

室外熱交換器（26）から流出した冷媒は、膨張弁（23）を通過する際に減圧され、その後に蓄熱用熱交換器（30）へ送られる。蓄熱用熱交換器（30）の冷媒通路（33）へ流入した冷媒は、蓄熱媒体（31）から吸熱して蒸発する。このとき、蓄熱媒体（31）は、０℃もしくはそれ以下に温度が低下し、氷になる。つまり、蓄熱媒体（31）である水は潜熱蓄熱剤として機能する。一方、蓄熱用熱交換器（30）で蒸発した冷媒は、四方切換弁（22）を通って圧縮機（21）に吸入される。圧縮機（21）は、吸入した冷媒を圧縮して吐出する。

このように、デフロスト動作では、蓄熱動作中に蓄熱媒体（31）に蓄えられた温熱が冷媒に付与されて、室内の暖房と室外熱交換器（26）の除霜に利用される。そして、冷媒が冷媒回路（20）を以上のように循環し、デフロスト動作が行われる。

−実施形態１の効果−
本実施形態の空調システム（10）では、デフロスト動作中であっても、蓄熱動作中に蓄熱用熱交換器（30）の蓄熱媒体（31）に蓄えられた温熱を利用することで、室内の暖房が継続して行われる。つまり、室内の暖房を中断せずに室外熱交換器（26）の除霜を行うことが可能となる。したがって、本実施形態によれば、室外熱交換器（26）の除霜に伴う暖房運転の中断を回避することができ、室内の暖房を中断せずに行うことで室内の快適性を向上させることができる。

また、本実施形態の空調システム（10）では、冷媒回路（20）の冷媒として二酸化炭素を用い、さらには冷凍サイクルの高圧圧力を二酸化炭素の臨界圧力以上に設定している。

ここで、二酸化炭素を冷媒とするヒートポンプ装置で室内の暖房をする場合、放熱後の冷媒の温度は、せいぜい４０℃程度にまでしか低下しない。このため、温熱として利用できる熱量が少なく、低いＣＯＰ（成績計数）しか得られないという問題があった。

それに対し、上記空調システム（10）における暖房運転の蓄熱動作では、室内熱交換器（25）で放熱した冷媒をさらに蓄熱のために利用している。蓄熱を行うための温熱にそれ程高い温度レベルは必要ないため、蓄熱用熱交換器（30）で放熱した冷媒の温度は、冷媒の温熱を暖房だけに利用する場合に比べて低温となる。したがって、本実施形態によれば、二酸化炭素を冷媒とするヒートポンプ装置において、圧縮機（21）の消費電力は増大させずに利用できる温熱の量だけを増大させることができ、高いＣＯＰを得ることが可能となる。

さらに、この実施形態では、冷媒回路（20）の冷媒として二酸化炭素を充填したヒートポンプ装置において、融点が０℃以上１０℃以下の範囲内にある蓄熱媒体（31）として水を用い、水を潜熱蓄熱剤として機能させているので、効率のよい蓄熱が可能になるとともに、蓄熱用熱交換器（30）の小型化も可能となる。

《発明の実施形態２》
本発明の実施形態２について説明する。この実施形態２のヒートポンプ装置は、暖房と融雪が可能に構成された空調システム（10）に関するものである。ここでは、本実施形態の空調システム（10）について、上記実施形態１の空調システム（10）と異なる点を説明する。

図４に示すように、本実施形態の空調システム（10）は、冷媒回路（20）と融雪用循環路（融雪回路）（40）とを備えている。

融雪用循環路（40）は、不凍液等から成るブラインが熱媒流体として充填された閉回路である。融雪用循環路（40）には、中間熱交換器（50）と、融雪用ポンプ（41）と、融雪用熱交換器（42）とが設けられている。中間熱交換器（50）は、上記冷媒回路（20）の冷媒が流れる冷媒側通路（一次側通路）（51）と、ブラインが流れるブライン側通路（二次側通路）（52）とを備え、冷媒とブラインとが熱交換をするように構成されている。そして、融雪用循環路（40）は、中間熱交換器（50）のブライン側通路（52）と、融雪用ポンプ（41）と、融雪用熱交換器（42）とが直列に接続されている。

上記冷媒回路（20）には、上記蓄熱用熱交換器（30）と並列に、上記中間熱交換器（50）の冷媒側通路（51）に接続された融雪用冷媒流路（27）が設けられている。また、冷媒回路（20）には、この冷媒回路（20）における冷媒流れを、蓄熱用熱交換器（30）側に設定する第１状態と、中間熱交換器（50）側に設定する第２状態とに切り換え可能な経路切換機構（28）が設けられている。この経路切換機構（28）は、三方切換弁（28）により構成され、第１状態を図４に実線で示し、第２状態を図４に破線で示している。

融雪用熱交換器（42）は、融雪用部材を構成している。この融雪用熱交換器（42）は、平面内を蛇行する樹脂製または金属製の伝熱管によって形成されている。融雪用熱交換器（42）では、ブラインを流すための流体通路（43）が伝熱管によって形成されている。この融雪用熱交換器（42）は、舗装体の内部に埋設されている。融雪用熱交換器（42）の設置場所としては、住宅やマンション等の玄関や駐車場、あるいは歩道や車道などが挙げられる。また、舗装体の材質としては、アスファルト、コンクリート、モルタル等を例示することができる。

その他の構成は実施形態１と同じであるため、ここでは説明を省略する。

−運転動作−
上記空調システム（10）では、三方切換弁（28）を第１状態に設定すると、実施形態１と同様に、暖房運転中に蓄熱動作とデフロスト動作を交互に行うことができる。また、三方切換弁（28）を第２状態に設定すると、暖房運転中に融雪動作（暖房融雪サイクル）と第２のデフロスト動作（第２暖房除霜サイクル）を交互に行うことができる。

三方切換弁（28）を第１状態に設定して行う蓄熱動作とデフロスト動作については、実施形態１の運転動作と同様であるため、説明を省略し、三方切換弁（28）を第２状態に設定して行う融雪動作と第２デフロスト動作について説明する。なお、三方切換弁（28）を第１状態に設定して行う蓄熱動作とデフロスト動作の際、融雪用循環路（40）は停止している。

〈融雪動作〉
融雪動作中の運転動作について、図５を参照しながら説明する。融雪動作中には、室内熱交換器（25）による室内の暖房と、融雪用熱交換器（42）による融雪とが並行して行われる。

融雪動作では、三方切換弁（28）が第２状態に設定され、四方切換弁（22）が第１状態に設定され、膨張弁（23）の開度が適宜調節される。この状態で、圧縮機（21）から吐出された超臨界状態の冷媒は、室内熱交換器（25）へ送られる。室内熱交換器（25）では、冷媒が室内空気に対して放熱し、冷媒の温度が９０℃程度から４０℃程度にまで低下する。室内熱交換器（25）で加熱された室内空気は、室内へ供給される。

室内熱交換器（25）から流出した冷媒は、四方切換弁（22）と三方切換弁（28）を通って中間熱交換器（50）へ流入する。中間熱交換器（50）の冷媒側通路（51）へ流入した冷媒は、ブライン側通路（52）を流れるブラインに対して放熱する。中間熱交換器（50）では、冷媒の温度が４０℃程度から２０℃程度にまで低下する。

中間熱交換器（50）から流出した冷媒は、膨張弁（23）を通過する際に減圧され、その後に室外熱交換器（26）へ送られる。室外熱交換器（26）では、冷媒が室外空気から吸熱して蒸発する。室外熱交換器（26）で蒸発した冷媒は、四方切換弁（22）を通って圧縮機（21）に吸入される。圧縮機（21）は、吸入した冷媒を圧縮して吐出する。

融雪用循環路（40）では、融雪用ポンプ（41）が運転され、中間熱交換器（50）と融雪用熱交換器（42）の間でブラインが循環する。融雪用循環路（40）を流れるブラインは、中間熱交換器（50）のブライン側通路（52）を通過する間に１５℃程度にまで加熱され、その後に融雪用熱交換器（42）へ送られる。融雪用熱交換器（42）では、ブラインが舗装体に対して放熱する。融雪用熱交換器（42）で放熱したブラインは、中間熱交換器（50）へ送り返されて再び加熱される。舗装体は、ブラインによって加熱されることで、その温度が５℃程度に保たれる。したがって、舗装体の上に降った雪が融解する。

なお、暖房運転中には、融雪を停止して室内の暖房だけを行うことも可能である。この場合は、融雪用ポンプ（41）が停止し、融雪用循環路（40）でブラインが循環しない状態となる。

〈第２デフロスト動作〉
第２デフロスト動作中の運転動作について、図６を参照しながら説明する。第２デフロスト動作中には、室内熱交換器（25）による室内の暖房と、室外熱交換器（26）の除霜とが並行して行われる。

第２デフロスト動作では、三方切換弁（28）と四方切換弁（22）が第２状態に設定され、膨張弁（23）の開度が適宜調節される。融雪動作中と同様に、圧縮機（21）から吐出された超臨界状態の冷媒は、室内熱交換器（25）へ送られて室内空気へ放熱する。室内熱交換器（25）で加熱された室内空気は、室内へ供給される。室内熱交換器（25）から流出した４０℃程度の冷媒は、四方切換弁（22）を通って室外熱交換器（26）へ送られる。室外熱交換器（26）では、融雪動作中に付着した霜が冷媒によって加熱されて融解する。

室外熱交換器（26）から流出した冷媒は、膨張弁（23）を通過する際に減圧され、その後に中間熱交換器（50）へ送られる。中間熱交換器（50）の冷媒側通路（51）へ流入した冷媒は、ブライン側通路（52）を流れるブラインから吸熱して蒸発する。中間熱交換器（50）で蒸発した冷媒は、三方切換弁（28）と四方切換弁（22）を通って圧縮機（21）に吸入される。圧縮機（21）は、吸入した冷媒を圧縮して吐出する。

融雪用循環路（40）では、融雪用ポンプ（41）が運転され、中間熱交換器（50）と融雪用熱交換器（42）の間でブラインが循環する。融雪用循環路（40）を流れるブラインは、中間熱交換器（50）のブライン側通路（52）を通過する間に冷媒側通路（51）の冷媒へ放熱し、その後に融雪用熱交換器（42）へ送られる。融雪用熱交換器（42）では、ブラインが舗装体から吸熱する。融雪用熱交換器（42）で加熱されたブラインは、中間熱交換器（50）へ送り返されて再び放熱する。

このように、第２デフロスト動作では、融雪動作中に舗装体に蓄えられた温熱が冷媒に付与されて、室内の暖房と室外熱交換器（26）の除霜に利用される。ここで、舗装体は、極めて熱容量の大きな材料で構成されている。一方、デフロスト動作は、比較的短時間に亘って行われるものである。このため、デフロスト動作を行っても舗装体の温度はさほど低下せず、舗装体の温度は０℃よりも高く保たれる。

−実施形態２の効果−
この実施形態２の空調システム（10）では、実施形態１と同様の効果が得られることに加えて、デフロスト動作中であっても、融雪動作中に舗装体に蓄えられた温熱を利用することで、室内の暖房を継続して行うことができる。つまり、蓄熱用熱交換器（30）と融雪用熱交換器（42）のどちらを使う状態でも、室内の暖房を中断せずに室外熱交換器（26）の除霜を行うことが可能となる。したがって、本実施形態によれば、室外熱交換器（26）の除霜に伴う暖房運転の中断を回避することができ、寒冷地においても室内の暖房を中断せずに行うことで室内の快適性を向上させることができる。

また、本実施形態の空調システム（10）では、中間熱交換器（50）と融雪用熱交換器（42）の間でブラインを循環させ、冷媒と舗装体の間における熱の授受をブラインを介して行っている。このため、融雪用熱交換器（42）にそれ程高い耐圧性を与える必要が無くなり、例えば樹脂製のパイプ等の安価で取扱いの容易な材料で融雪用熱交換器（42）を構成することができる。したがって、本実施形態によれば、融雪用熱交換器（42）の構成を簡素化できると共に、融雪用熱交換器（42）を設置する際の作業工数を削減できる。

《その他の実施形態》
上記実施形態については、以下のような構成としてもよい。

例えば、上記各実施形態では、蓄熱用熱交換器（30）の蓄熱媒体（31）として水を用いているが、蓄熱媒体は水に限らず、他の物質を用いてもよい。

また、冷媒回路（20）における冷媒の流れ方向を切り換えるための四方切換弁（22）や三方切換弁（28）の代わりに、複数の電磁弁（開閉弁）を組み合わせて方向切換機構（22）や経路切換機構（28）を構成してもよい。

なお、以上の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。

以上説明したように、本発明は、冷凍サイクルによって得られた温熱を利用して暖房を行うヒートポンプ装置のデフロスト運転技術について有用である。

本発明の実施形態１に係る空調システムの回路構成図である。 図１の空調システムにおける蓄熱動作の動作を示す図である。 図１の空調システムにおけるデフロスト動作の動作を示す図である。 本発明の実施形態２に係る空調システムの回路構成図である。 図４の空調システムにおける融雪動作の動作を示す図である。 図４の空調システムにおける第２デフロスト動作の動作を示す図である。

符号の説明

10 空調システム（ヒートポンプ装置）
20 冷媒回路
21 圧縮機
22 四方切換弁（方向切換機構）
23 膨張弁（膨張機構）
25 室内熱交換器
26 室外熱交換器
27 融雪用冷媒流路
28 三方切換弁（経路切換機構）
30 蓄熱用熱交換器（蓄熱機構）
31 蓄熱媒体
33 冷媒通路
40 融雪用循環路（融雪回路）
42 融雪用熱交換器
50 中間熱交換器
51 冷媒側通路（一次側通路））
52 ブライン側通路（二次側通路）

Claims (5)

1. 圧縮機（21）と室内熱交換器（25）と膨張機構（23）と室外熱交換器（26）とが冷媒配管により接続されるとともに二酸化炭素が冷媒として充填された冷媒回路（20）を備え、室内熱交換器（25）を凝縮器とする暖房運転を行うヒートポンプ装置であって、
   膨張機構（23）を挟んで室外熱交換器（26）の逆側に設けられた蓄熱機構（30）と、
   室外熱交換器（26）と蓄熱機構（30）の間での冷媒の流れ方向を反転させることにより、冷媒が圧縮機（21）、室内熱交換器（25）、蓄熱機構（30）、膨張機構（23）、及び室外熱交換器（26）を順に流れて冷媒回路（20）を循環する蓄熱動作と、冷媒が圧縮機（21）、室内熱交換器（25）、室外熱交換器（26）、膨張機構（23）、及び蓄熱機構（30）を順に流れて冷媒回路（20）を循環するデフロスト動作とを切り換える方向切換機構（22）を備えていることを特徴とするヒートポンプ装置。
2. 請求項１において、
   ブラインが循環する融雪回路（40）を備え、該融雪回路（40）は、融雪用熱交換器（42）と中間熱交換器（50）を備え、中間熱交換器（50）は、ブラインが流れるブライン側通路（52）と上記冷媒回路（20）の冷媒が流れる冷媒側通路（51）とを備えてブラインと冷媒とが熱交換をするように構成され、
   上記冷媒回路（20）には、上記蓄熱機構（30）と並列に、上記中間熱交換器（50）の冷媒側通路（51）に接続された融雪用冷媒流路（27）が設けられるとともに、上記冷媒回路（20）における冷媒流れの経路を蓄熱機構（30）側と中間熱交換器（50）側とで切り換える経路切換機構（28）が設けられていることを特徴とするヒートポンプ装置。
3. 請求項１または２において、
   上記方向切換機構（22）は、第１ポートと第３ポートが連通し且つ第２ポートと第４ポートが連通する第１状態と、第１ポートと第４ポートが連通し且つ第２ポートと第３ポートが連通する第２状態とに切り換わる四方切換弁（22）により構成され、
   上記第１ポートに室内熱交換器（25）の一端が接続され、
   上記第２ポートに圧縮機（21）の吸入側が接続され、
   上記第３ポートに蓄熱機構（30）の一端が接続され、
   上記第４ポートに室外熱交換器（26）の一端が接続されていることを特徴とするヒートポンプ装置。
4. 請求項１から３の何れか１つにおいて、
   上記蓄熱機構（30）は、融点が０℃以上１０℃以下の範囲内にある蓄熱媒体（31）と、該蓄熱媒体（31）と冷媒が熱交換をするように該冷媒が流れる冷媒通路（33）とを備えた蓄熱用熱交換器（30）により構成されていることを特徴とするヒートポンプ装置。
5. 請求項４において、
   上記蓄熱用熱交換器（30）の蓄熱媒体（31）が水であることを特徴とするヒートポンプ装置。

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