JP5939764B2 - ヒートポンプ装置及びヒートポンプ給湯機 - Google Patents

Description

本発明は、ヒートポンプ装置及びヒートポンプ給湯機に関するものである。

一般的に、給湯用や空調用に用いられるヒートポンプ装置は、圧縮機と、放熱器と、膨張弁と、吸熱器とを冷媒配管で順次接続した冷凍サイクルを備えている。吸熱器の熱源として大気を用いるヒートポンプ装置では、冷凍サイクルの効率を向上させるために、吸熱器（以下、空気熱交換器と記載する）に付着した霜の除霜運転を行うことができるようになっていることが多い。そして、この除霜運転の効率を向上させるようにしたものが種々提案されている。

しかしながら、空気熱交換器に付着した霜が除霜運転時に溶けた際、一部は霜の状態のまま滑り落ちて空気熱交換器の最下部に堆積したり、また、低温の溶けた水が同様に最下部に溜まったりして、その最下部に堆積した霜等が溶解しきれずに残ってしまうことがある。

これを防止するため、従来より、圧縮機と放熱器との間から分岐させたバイパス配管を、空気熱交換器の最下段の冷媒配管よりも下方を通過させ、空気熱交換器の出口側に合流させた冷凍サイクル装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この冷凍サイクル装置では、圧縮機と放熱器との間の高温のガス冷媒を、バイパス配管により空気熱交換器の最下段を通過させることで空気熱交換器の最下部に堆積した霜を溶かすようにしている。

特許文献１の技術において高温のガス冷媒は、バイパス管により空気熱交換器を通過した際に冷却されて液冷媒となり、空気熱交換器から流出した冷媒と空気熱交換器の出口側で合流した後、圧縮機に向かう。圧縮機に向かう液冷媒がそのまま圧縮機に吸入されると、所謂液戻りとなることから、これを防止するため、圧縮機の吸入側にはアキュムレータが設けられている。

特開２００８−１３８９２１号公報（第１２頁、第１図）

従来の冷凍サイクル装置では、空気熱交換器の最下部に高温ガス冷媒を流すバイパス管を設けたことにより、空気熱交換器の最下部に堆積する霜を溶かすことができる一方、バイパス管で凝縮した液冷媒を貯留するアキュムレータなどの冷媒容器が必要となり、コストが上昇するという問題があった。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、吸熱器の最下部に堆積する霜を溶かすことを可能としつつ、冷媒容器を用いずに圧縮機への液戻り量を抑制することができるヒートポンプ装置及びヒートポンプ給湯機を提供することを目的とする。

本発明に係るヒートポンプ装置は、圧縮機と、放熱器と、減圧装置と、吸熱器とが順次冷媒配管で接続され、減圧装置の入口側の高圧冷媒と吸熱器の出口側の低圧冷媒とを熱交換させる高低圧熱交換器を備えた主回路と、放熱器での放熱を低減して通常運転時よりも温度が高い状態で圧縮機から吐出された高温冷媒を高低圧熱交換器の入口に導くための主除霜回路と、主回路の圧縮機と放熱器との間から分岐し、補助側開閉弁と、吸熱器の複数段の冷媒配管のうち主回路とは別の独立した流路を形成している最下段の冷媒配管とを介して吸熱器の入口側に合流する補助除霜回路と、高低圧熱交換器入口の温度を検出する温度検知装置と、制御装置とを備え、制御装置は、吸熱器の除霜運転開始タイミングになると、主除霜回路を開閉する主側開閉弁を開いて吸熱器の除霜運転を開始し、その後、温度検知装置の検知温度が予め設定した所定値以上になると、補助除霜回路の補助側開閉弁を開くものである。

本発明によれば、霜との熱交換により液冷媒となって補助除霜回路から流出した冷媒を、吸熱器内に流入させて吸熱器内に溜めることができる。加えて、主除霜回路によって高低圧熱交換器での熱交換量を増加させることができるため、吸熱器から流出した冷媒を十分に加熱することができる。その結果、余剰冷媒を発生させず、すなわち冷媒容器を用いずに、圧縮機への液戻り量を抑制できる。また、補助除霜回路によって吸熱器の最下部を加温することで、吸熱器の最下部に堆積する霜を溶かすことができる。

本発明の一実施の形態におけるヒートポンプ装置を適用したヒートポンプ給湯機の全体構成を示す概略構成図である。 図１の空気熱交換器５の最下段部に第２バイパス管３２を配置した状態の説明模式図である。 各運転モードにおける各機器の制御タイミングを示すタイミングチャートである。 貯湯運転中における主回路１０の冷媒状態を示すモリエル線図（Ｐ−Ｈ線図）である。 除霜準備運転中における主回路１０、主除霜回路２０及び補助除霜回路３０の冷媒状態を示すモリエル線図（Ｐ−Ｈ線図）である。 圧縮機１の回転数及び膨張弁４の開度の制御の一例を示す説明図である。 除霜準備運転における制御例を示しており、圧縮機１の回転数を段階的に下げ、膨張弁４の開度を一旦小さくした後、段階的に大きくさせた例を示す図である。 除霜本運転中における主回路１０、主除霜回路２０及び補助除霜回路３０の冷媒状態を示すモリエル線図（Ｐ−Ｈ線図）である。 図１のヒートポンプ給湯機１００における各運転の切り替え処理の流れを示すフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態に係るヒートポンプ装置について説明する。実施の形態では、ヒートポンプ装置をヒートポンプ給湯機に適用した一例を示す。また、冷媒には、二酸化炭素（以下、単にＣＯ₂ という）を使用しているものとして説明する。

図１は、本発明の一実施の形態におけるヒートポンプ装置を適用したヒートポンプ給湯機の全体構成を示す概略構成図である。図１及び後述の図において、同一の符号を付したものは、同一の又はこれに相当するものであり、これは明細書の全文において共通している。
このヒートポンプ給湯機１００は、大きく分けてヒートポンプ装置６０と貯湯装置７０とを備えている。ヒートポンプ装置６０は、冷媒を循環させる冷媒回路を備え、冷媒回路を循環する冷媒により、貯湯装置７０の後述の貯湯タンク７１内の水を加熱して湯に沸き上げる加熱手段として機能を有している。

＜ヒートポンプ装置＞
以下、ヒートポンプ装置６０の構成について説明する。
ヒートポンプ装置６０は、圧縮機１と、油分離器１ａと、放熱器としての水熱交換器２と、高低圧熱交換器３と、減圧装置としての膨張弁４と、吸熱器としての空気熱交換器５とが順次冷媒配管１１で接続された冷媒回路の主回路１０を備えている。この主回路１０は、一般にヒートポンプサイクルと称されており、各機器間に冷媒を循環させることで熱の受け渡しをするようになっている。

圧縮機１は、冷媒を圧縮して高温・高圧の冷媒とするものである。水熱交換器２は、圧縮機１から吐出された高温・高圧の冷媒と給湯用の水との熱交換を行い水の温度を上昇させるものである。つまり、水熱交換器２は、水を湯に沸き上げるものである。膨張弁４は、水の沸き上げを行った後の冷媒を減圧し低温・低圧の冷媒にするものである。

高低圧熱交換器３は、膨張弁４の入口側の高圧冷媒と空気熱交換器５の出口の低圧冷媒とを熱交換する。以下では、高低圧熱交換器３において高温高圧冷媒が通過する側の配管を高圧配管３ａ、低温低圧冷媒が通過する側の配管を低圧配管３ｂとして区別する場合がある。

空気熱交換器５は、膨張弁４から供給される冷媒を、空気熱交換器５の近傍に配置された送風機としてのファン５ａから供給された外気と熱交換させて吸熱し、蒸発させるものである。

（主除霜回路２０）
ヒートポンプ装置６０は、主回路１０の油分離器１ａと水熱交換器２との間から分岐部２１で分岐して、水熱交換器２と高低圧熱交換器３との間の合流部２３で主回路１０に合流する第１バイパス管２２を備えている。この第１バイパス管２２には、主側開閉弁２０ａが設けられている。この主側開閉弁２０ａを開制御することで、圧縮機１からの高温冷媒を水熱交換器２を介さずに直接、第１バイパス管２２から高低圧熱交換器３に流入させ、空気熱交換器５の除霜運転を実行するようになっている。つまり、冷媒が第１バイパス管２２に流れ込むことで主除霜回路２０を形成するようになっているのである。

主除霜回路２０は、圧縮機１から吐出された冷媒を通常運転（後述の貯湯運転）時よりも温度が高い状態で高低圧熱交換器３の入口に導き、高低圧熱交換器３での熱交換量を増加させて除霜運転時の液戻りを防止する役割を有している。

主側開閉弁２０ａには、主側開閉弁２０ａへ流入する冷媒流量が、水熱交換器２へ流入する冷媒流量よりも多くなるような構成の主側開閉弁２０ａを選定する。そうすると、水熱交換器２へ流入する冷媒流量が少なくなり、水熱交換器２での放熱量（熱交換量）を低下させることができるため、圧縮機１から吐出した高温・高圧の冷媒を、高温・高圧のまま高低圧熱交換器３へ流入させることができる。

（補助除霜回路３０）
ヒートポンプ装置６０は、主回路１０の油分離器１ａと水熱交換器２との間から分岐部３１で分岐して、空気熱交換器５の最下段部を介し、主回路１０の膨張弁４と空気熱交換器５との間の合流部３３で主回路１０に合流する第２バイパス管３２を備えている。この第２バイパス管３２には、補助側開閉弁３０ａが設けられている。この補助側開閉弁３０ａを開制御し、圧縮機１からの高温冷媒を第２バイパス管３２に流入させて空気熱交換器５の最下段部に通過させることで、除霜運転時に空気熱交換器５の上方部から流れ落ちた霜や低温の水を再加温し、空気熱交換器５の最下段で氷結しないようにしている。つまり、冷媒が第２バイパス管３２に流れ込むことで補助除霜回路３０を形成するようになっているのである。

図２は、図１の空気熱交換器５の最下段部に第２バイパス管３２を配置した状態の説明模式図で、図２（ａ）はヒートポンプ装置の斜視図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ断面図、図２（ｃ）は、空気熱交換器５の斜視図である。図２（ｃ）における矢印は冷媒の流れ方向を示している。
空気熱交換器５は、図２には詳しく図示されていないが、上下方向に複数段並設された冷媒配管を有し、最下段を除く複数段の冷媒配管により主回路１０の一部が構成されている。すなわち、膨張弁４から流入した冷媒が複数段の冷媒配管を順次通過した後、高低圧熱交換機３へ流出する流路を形成している。そして、最下段の冷媒配管は、主回路１０の流路とは別の独立した流路を形成しており、この最下段の冷媒配管により補助除霜回路３０の第２バイパス管３２の一部が構成されている。

（返油バイパス回路４０）
ヒートポンプ装置６０は、主回路１０の油分離器１ａにより分離された油を圧縮機１に戻すために高低圧熱交換器３と圧縮機１の間を接続する返油バイパス回路４０を備えている。ヒートポンプ給湯機１００の運転中、圧縮機１から吐出された冷媒に含まれる油は、常に返油バイパス回路４０によって圧縮機１に戻されるようになっている。図１には詳しく図示していないが、返油バイパス回路４０では、流量がコントロールされて圧縮機１に戻されるようになっている。

（加熱補助回路５０）
ヒートポンプ装置６０は、返油バイパス回路４０に並列に接続した第３バイパス管５２を備えている。上記の返油バイパス回路４０は、圧縮機１から吐出された油の返油量を抑えて圧縮機１に戻す回路であるが、第３バイパス管５２では油を積極的に戻す役割を持たせるため、第３バイパス管５２は、返油バイパス回路４０より小さい流路抵抗で形成されている。

また、第３バイパス管５２には、返油側開閉弁５０ａが設けられている。この返油側開閉弁５０ａを開制御することで、返油バイパス回路４０において油分離器１ａにより分離された油を第３バイパス管５２に流入させ、高低圧熱交換器３から流出して圧縮機１に向かう低温冷媒に合流させて加熱し、圧縮機１に流入させるようになっている。つまり、油が第３バイパス管５２に流れ込むことで加熱補助回路５０を形成するようになっているのである。なお、図１には、第３バイパス管５２を返油バイパス回路４０に並列に接続し、合流部５１を返油バイパス回路４０上に設けた構成を示したが、合流部５１は返油バイパス回路４０上に限らず、高低圧熱交換器３の低圧配管３ｂと圧縮機１との間であればよい。

（センサ）
ヒートポンプ装置６０には、空気熱交換器５の入口冷媒温度（蒸発温度（Ｔｅｉ））を検知するための蒸発温度検知装置７ａと、空気熱交換器５の周囲空気温度を検知するための外気温度検知装置７ｂとが設けられている。更に、ヒートポンプ装置６０には、蒸発温度検知装置７ａ及び外気温度検知装置７ｂからの情報に基づいて後述の図３に示す各運転それぞれにおける各機器の制御や、後述の図９に示す各運転の切り替え制御を行う制御装置６１が設けられている。この制御装置６１は、ヒートポンプ給湯機１００の全体を統括制御できるようなマイクロコンピュータ等で構成するとよい。

蒸発温度検知装置７ａ及び外気温度検知装置７ｂは、蒸発温度（Ｔｅｉ）及び外気温度をそれぞれ検知できるものであればよく、特に種類を限定するものでない。例えば、サーミスタ等の温度センサや温度計等で構成するとよい。ここでは、蒸発温度検知装置７ａ及び外気温度検知装置７ｂしか図示していないが、周囲空気湿度を検知するための湿度検知装置や冷媒の圧力を検知するための圧力検知装置等を設けてもよい。また、水熱交換器２や高低圧熱交換器３の近傍に温度検知装置や、湿度検知装置、圧力検知装置を設けてもよい。

＜貯湯装置＞
以下、貯湯装置７０の構成について説明する。
貯湯装置７０は、ヒートポンプ装置６０で沸き上げられた湯を貯え、その湯を外部（蛇口や浴槽）に供給する機能を有している。貯湯装置７０には、水熱交換器２により加熱された湯を貯える貯湯タンク７１と、水熱交換器２へ送水する水ポンプ７２と、流量を調節する水流量制御弁７３とが順次接続されて設けられている。水ポンプ７２は、貯湯タンク７１あるいは給水装置から水熱交換器２へ水を送水できるものであればよい。なお、水ポンプ７２、水流量制御弁７３もヒートポンプ装置６０の制御装置６１により制御されるようになっている。

＜運転モード＞
次に、ヒートポンプ装置６０の制御装置６１が行う貯湯運転モード及び除霜運転モードについて説明する。貯湯運転モードは、貯湯装置７０を循環する水を所定の温度に加熱するモードである。除霜運転モードは、空気熱交換器５に付着した霜を溶かすモードであり、除霜準備運転と除霜本運転とから構成される。

除霜準備運転は、主除霜回路２０、補助除霜回路３０及び加熱補助回路５０に冷媒を流通させ、空気熱交換器５に流入する冷媒の蒸発温度（Ｔｅｉ）を貯湯運転モード時よりも上昇させて外気温度に近づけることを主目的とした運転で、この後に行う除霜本運転の時間短縮を図る目的で実施される運転である。例えば外気温度が−１０℃のとき、霜の温度は例えば−１５℃程度であり、空気熱交換器５に流入する冷媒の蒸発温度を外気温度に近づけることで、いわば空気熱交換器５の配管温度を外気温度に近づけ、配管に付着した霜自体の温度を外気温度に近づけるのである。

除霜本運転も除霜準備運転と同様に、主除霜回路２０、補助除霜回路３０及び加熱補助回路５０に冷媒を流通させ、空気熱交換器５の冷媒温度を例えば０℃付近に保って空気熱交換器５に付着した霜を除去し、水熱交換器２及び空気熱交換器５での熱交換量を低下させないようにすることを主目的とした運転である。

制御装置６１は、空気熱交換器５の状態に応じて貯湯運転モードと除霜運転モードとを交互に繰り返し実行する。

図３は、各運転モードにおける各機器の制御タイミングを示すタイミングチャートで、（ａ）は貯湯運転、（ｂ）は除霜準備運転、（ｃ）は除霜本運転を示している。図３には、各運転における各機器（圧縮機１、膨張弁４、主側開閉弁２０ａ、補助側開閉弁３０ａ、返油側開閉弁５０ａ、水流量制御弁７３、水ポンプ７２及びファン５ａ）の制御を示している。なお、制御装置６１が、圧縮機１の回転数（ｒｐｓ）、膨張弁４の開度（ｐｕｌｓｅ）、主側開閉弁２０ａの開閉、補助側開閉弁３０ａの開閉、返油側開閉弁５０ａの開閉、水流量制御弁７３の開度制御・水ポンプ７２の回転数制御による水流量（Ｌ／ｍｉｎ）及びファン５ａの回転数（ｒｐｍ）をそれぞれ制御するようになっている。以下、図３と、各運転（貯湯運転、除霜準備運転及び除霜本運転）に応じたＰ−Ｈ線図等とを用いて各運転それぞれについて順次詳細に説明する。

（ａ）貯湯運転
図４（ａ）は、貯湯運転中における主回路１０の冷媒状態を示すモリエル線図（Ｐ−Ｈ線図）である。図４（ｂ）は、図４（ａ）の各冷媒状態（１）〜（６）に対応する箇所を冷媒回路図上に示した図である。この図４は、縦軸が絶対圧力（Ｐ）で、横軸がエンタルピ（Ｈ）を示している。この図４では、Ｌ３０１が冷媒の状態遷移を、Ｌ３０４が外気温度をそれぞれ示している。なお、状態（１）、（５）及び（６）は、外気温度Ｌ３０４よりも低くなっている。

この図４において、冷媒は、飽和液線と飽和蒸気線とで囲まれた部分では気液二相状態であることを、飽和液線の左側では液化した状態であることを、飽和蒸気線の右側ではガス化した状態であることをそれぞれ表している。つまり、冷媒は、状態（１）では気液二相状態からガス状態に遷移する段階であることがわかり、状態（２）〜状態（４）では臨界圧力以上の状態であることがわかり、状態（５）及び状態（６）では気液二相状態であることがわかる。

貯湯運転は、貯湯装置７０を循環する水を所定の温度にまで沸き上げることを主目的としている。そのため、制御装置６１は、図３に示すように、主側開閉弁２０ａ、補助側開閉弁３０ａ、返油側開閉弁５０ａを閉じて主回路１０だけに冷媒が循環するようにしている。そして、圧縮機１を所定の回転数（本実施の形態では最大回転数）で駆動させ、膨張弁４を所定の開度に開き、ファン５ａを所定の回転数で駆動させ、水流量を多くするように水流量制御弁７３の開度制御や水ポンプ７２の回転数制御を行う。

以上の制御により、ヒートポンプ装置６０では、まず、圧縮機１から吐出した臨界圧力以上の高温・高圧の冷媒（状態（２））が水熱交換器２に流入する。この水熱交換器２では、冷媒（状態（２））は、貯湯装置７０を循環する水に一部を放熱しながら温度が低下し、低温・高圧の冷媒（状態（３））になる。つまり、冷媒に貯えられている熱を貯湯装置７０を循環する水に渡すことでこの水が沸き上がるようになっているのである。水熱交換器２から流出した冷媒（状態（３））は、高低圧熱交換器３に流入する。この冷媒（状態（３））は、高低圧熱交換器３で放熱して更に温度が低下した低温・高圧の冷媒（状態（４））となる。

その後、高低圧熱交換器３から流出した冷媒（状態（４））は、膨張弁４に流入する。膨張弁４に流入した冷媒（状態（４））は、膨張弁４によって減圧されて低温・低圧の気液二相冷媒（状態（５））となる。この気液二相冷媒（状態（５））は、空気熱交換器５に流入し、ファン５ａから送られる空気から吸熱して蒸発した低温・低圧の気液二相冷媒（状態（６））となる。空気熱交換器５から流出した気液二相冷媒（状態（６））は、高低圧熱交換器３の低圧配管３ｂに流入し、水熱交換器２から流出して高圧配管３ａ側を通過する低温・高圧の冷媒（状態（３））と熱交換して加熱され、気液二相冷媒からガス冷媒（つまり、状態（１）の冷媒）となる。この冷媒（状態（１））が圧縮機１に吸引されることで主回路１０が形成されるようになっている。

ところが、外気温度が低い、例えば０℃以下の条件における貯湯運転モードでは、空気熱交換器５の表面温度が低下するために空気熱交換器５の表面に霜が付着してしまうことがある。そうすると、空気熱交換器５での熱交換効率が低下すると共に、空気熱交換器５での冷媒温度も低下してしまうことになる。また、貯湯運転モードを継続すると空気熱交換器５に付着した霜が成長してしまい、水熱交換器２で効率良く加熱を行うための十分な熱量を外気から吸熱することができなくなってしまうことになる。

そこで、制御装置６１は、予め設定された除霜開始タイミングになったと判断すると、除霜運転モードを開始する。ここで、除霜運転モードの除霜本運転を開始する際の膨張弁４の開度は、図３からも明らかなように貯湯運転モード時とは異なる開度となっている。このため、貯湯運転から除霜本運転に直接切り替え、急激に膨張弁４の開度を変化させたり、圧縮機１の回転数を変化させたりすると、圧縮機１の入口における冷媒の乾き度が外気温度以下となってしまい圧縮機１へ大量の液冷媒が流入してしまうことにもなる。そこで、本実施の形態では、除霜本運転を行う前に除霜準備運転を実行するようにしているのである。次に、除霜準備運転について説明する。

（ｂ）除霜準備運転
図５は、除霜準備運転中における主回路１０、主除霜回路２０及び補助除霜回路３０の冷媒状態を示すモリエル線図（Ｐ−Ｈ線図）である。この図５は、縦軸が絶対圧力（Ｐ）で、横軸がエンタルピ（Ｈ）を示している。この図５では、Ｌ３０２が冷媒の状態遷移を、Ｌ３０４が外気温度をそれぞれ示している。また、Ｌ３０２上に図示してある状態（１）〜（６）は、図１に示した（１）〜（６）のそれぞれの場所における冷媒の状態を示している。なお、状態（１）、（５）、（５’）、（５’’）及び（６）は、外気温度Ｌ３０４よりも低くなっている。

この図５において、冷媒は、飽和液線と飽和蒸気線とで囲まれた部分では気液二相状態であることを、飽和液線の左側では液化した状態であることを、飽和蒸気線の右側ではガス化した状態であることをそれぞれ表している。つまり、冷媒は、状態（１）ではガス状態であることがわかり、状態（２）〜状態（４）では臨界圧力以上の状態であることがわかり、状態（５’’）では液状態、状態（５）、（５’）及び（６）では気液二相状態であることがわかる。

除霜準備運転は、上述したように、除霜本運転の時間短縮、つまり蒸発温度（Ｔｅｉ）をより早く外気温度以上にすることを主目的としており、制御装置６１により主除霜回路２０の主側開閉弁２０ａを開制御することで開始するようになっている（図３のＰ１参照）。すなわち、主側開閉弁２０ａを開制御することで貯湯運転から除霜準備運転へ切り替わるのである。そして、図３に示すように、除霜準備運転開始と同時に返油側開閉弁５０ａの開制御を行う。また、除霜準備運転開始と同時(主側開閉弁２０ａを開制御したタイミング)又はそれ以降に、補助側開閉弁３０ａの開制御を行う。すなわち、除霜準備運転では、主除霜回路２０、補助除霜回路３０及び加熱補助回路５０の全てに冷媒を流すことになる。

除霜準備運転では、膨張弁４の開度制御にも特徴があるが、その開度制御や、各機器の制御については後述することにし、ここではまず、主除霜回路２０、補助除霜回路３０及び加熱補助回路５０の全てに冷媒を流すことによる冷媒の流れとその冷媒状態の変化について説明する。

主側開閉弁２０ａを開くことによって、圧縮機１から吐出した高温・高圧の冷媒（状態（２））が主回路１０だけでなく主除霜回路２０（つまり、第１バイパス管２２）に流れるようにして除霜準備運転を開始するのである。なお、分岐部２１で主回路１０と主除霜回路２０とに分かれた冷媒は、高低圧熱交換器３の入口側（合流部２３）で合流し、比較的高温・高圧の冷媒（状態（３））となる。

このとき、主除霜回路２０側へ流入する冷媒（状態（２））は、主除霜回路２０を流れても比較的高温を保ったままの冷媒（状態（３’’））となる。一方、主回路１０を流れる冷媒（状態（２））は、主側開閉弁２０ａが開かれたことによって冷媒流量が減少して水熱交換器２に流入することになる。よって、水熱交換器２での熱交換量も低下することになる。つまり、貯湯装置７０を循環する水に渡すことのできる熱量が少なくなっているのである。したがって、水熱交換器２から流出した冷媒（状態（３’））の温度は比較的下がっていないことになる。

主回路１０を流れる冷媒（状態（３’））と主除霜回路２０を流れる冷媒（状態（３’’））とが高低圧熱交換器３の入口側（合流部２３）で合流し、比較的高温・高圧の冷媒（状態（３））となる。この冷媒（状態（３））は、分岐部２１の冷媒（状態（２））の温度よりも低下しているものの、上述したように、比較的高温を保ったままの状態で高低圧熱交換器３へ流入することになる。

すなわち、合流部２３で主回路１０と主除霜回路２０とが合流した後の冷媒（状態（３））は、比較的高温となっているので、高低圧熱交換器３の熱交換量が増加することになるのである。高低圧熱交換器３の高圧配管３ａ側に流入した冷媒（状態（３））は、低圧配管３ｂ側を流れる気液二相冷媒（状態（６））に一部を放熱しながら温度が低下し、低温・高圧の冷媒（状態（４））になる。高低圧熱交換器３の高圧配管３ａ側を流出した冷媒（状態（４））は、膨張弁４に流入する。

膨張弁４に流入した冷媒（状態（４））は、膨張弁４で減圧されて低温・低圧の気液二相冷媒（状態（５’））となる。また一方、補助除霜回路３０の補助側開閉弁３０ａを開制御することにより、圧縮機１より吐出された高温の冷媒は、空気熱交換器５の最下段流路を流れ、空気熱交換器５の下部を加温した後、乾き度の低い状態（状態（５’’））となって主回路１０の空気熱交換器入口側の合流部３３で合流し、状態（５）となる。

この気液二相冷媒（状態（５））は、空気熱交換器５へ流入し、ファン５ａから送られる空気から吸熱して蒸発し、低温・低圧の気液二相冷媒（状態（６））となる。なお、空気熱交換器５での熱交換量は、水熱交換器２での放熱量（熱交換量）が低下したことに伴って低下している。また、空気熱交換器５での熱交換量が低下すれば、蒸発温度検知装置７ａで検知する蒸発温度（Ｔｅｉ）も貯湯運転時の蒸発温度よりも上昇する。

膨張弁４を流出して主回路１０から空気熱交換器５に流入する気液二相冷媒（状態（５’））は、補助除霜回路３０からの乾き度が低下した液冷媒（状態（５’’））と合流部３３で合流した上で空気熱交換器５に流入する。このため、空気熱交換器５から流出する気液二相冷媒（状態（６））は、補助除霜回路３０からの液冷媒（状態（５’’）が合流部３３で合流されない場合に比べて乾き度が低下することになる。

しかし、主除霜回路２０の主側開閉弁２０ａが開かれることにより、上述したように高低圧熱交換器３での熱交換量が増加しているため、空気熱交換器５から流出して高低圧熱交換器３に流入する気液二相冷媒（状態（６））は、高低圧熱交換器３で十分に加熱される。そして、高低圧熱交換器３から流出した冷媒は、加熱補助回路５０の返油側開閉弁５０ａの開制御により、圧縮機１の吐出部分の油分離器１ａの外郭や内部の油に蓄熱された熱を回収して更に加熱されて圧縮機１へ吸引される。

すなわち、状態（６）の気液二相冷媒は、高低圧熱交換器３を通過し、更に加熱補助回路５０からの油と合流することにより、圧縮機１へ吸引される際には十分加熱されてガス冷媒（状態（１））となる。

ここで、従来の特許文献１の技術と比較すると、従来は本実施の形態の第２バイパス管３２の冷媒出口側の端部を空気熱交換器５の出口側に接続した構成に相当する。第２バイパス管３２を通過する冷媒は、上述したように、空気熱交換器５の最下段を通過することによって乾き度の低い状態となる。このような乾き度の低い状態の冷媒を空気熱交換器５の出口側に合流させることから、圧縮機１への液戻りを避けられず、アキュムレータが必要であった。

これに対し、本実施の形態のように第２バイパス管３２の冷媒出口側の端部を高低圧熱交換器３の入口側に接続することで、乾き度の低い状態（状態（５’’））を、主回路１０からの冷媒と合流させた後、空気熱交換器５に流入させて空気熱交換器５に溜めることができ、更に、主除霜回路２０によって高低圧熱交換器３での熱交換量を増加させることによってアキュムレータを不要とできるのである。

次に、除霜準備運転における各機器の具体的な制御例について図３を参照して説明する。

以上の説明では、膨張弁４の開度制御と圧縮機１の回転数制御について特に説明してこなかったが、蒸発温度を外気温度まで早く近づけるには、圧縮機１の回転数を貯湯運転時よりも下げる方法と、膨張弁４の開度を貯湯運転時よりも大きくする方法がある。図３には、両方行う例を示しているが、何れか一方の方法を採用して蒸発温度を上げるようにしてもよい。なお、膨張弁４の開度を大きくするとしたが、本実施の形態では、図３に示すように膨張弁４の開度を大きく前に一旦小さくしている。この理由については後述することにし、まずは、圧縮機１の回転数を貯湯運転時よりも下げ、且つ膨張弁４の開度を大きくする制御を行った際の動作について説明する。

図６は、圧縮機１の回転数及び膨張弁４の開度の制御の一例を示す説明図である。図６に示すように、圧縮機１の回転数及び膨張弁４の開度を除霜運転モード開始と同時に大きく変化、つまり圧縮機１の回転数を急に低下させ、膨張弁４の開度を急に大きくさせると、空気熱交換器５内に流入する冷媒量が急激に増加することになる。つまり、過渡的に圧縮機１の入口における冷媒の乾き度が外気温度Ｌ３０４以下となり、圧縮機１への液戻り量が増加してしまうことになる。

そこで、本実施の形態では除霜準備運転を行い、圧縮機１の回転数を徐々に下げ、膨張弁４の開度を徐々に大きくするようにして、空気熱交換器５内に流入する冷媒量を徐々に増加させ、圧縮機１への液戻り量を小さく抑えつつ、蒸発温度（Ｔｅｉ）を上昇させることができるのである。このとき、ファン５ａを貯湯運転時と同様の回転数で駆動させておくことにより、空気熱交換器５の出口における冷媒の乾き度が急激に低下して圧縮機１へ液戻りが生じるのを抑制できる。そして、一定時間後（冷媒がサイクルを１周する程度の時間で例えば３０秒から約１分程度）に、圧縮機１の回転数を次第に貯湯運転モード時の回転数と同様になるように上昇させる。上昇させるのは、高低圧熱交換器３の高圧配管３ａの温度を高く維持することにより、高低圧熱交換器３の能力を上昇させ、圧縮機１へ液戻りが生じるのを防止するためである。

次に、除霜準備運転開始時に、膨張弁４の開度を一旦下げる理由について説明する。除霜準備運転開始時の空気熱交換器５には、貯湯運転中に低温とされた液冷媒が保持されている。よって、除霜準備運転開始と同時に膨張弁４の開度を大きくすると、空気熱交換器５内の低温の液冷媒が一度に放出されて圧縮機１に液戻りする可能性がある。よって、これを防止するため、除霜準備運転開始と共に一旦、膨張弁４の開度を小さくして空気熱交換器５から圧縮機１へ流出する冷媒を少なくしているのである。

また、除霜準備運転時には、ファン５ａを図３に示したように貯湯運転時と同様の回転数で駆動させておくことにより、空気熱交換器５の出口における冷媒の乾き度が急激に低下して圧縮機１に液戻りするのを抑制できる。また、水流量制御弁７３の開度制御や水ポンプ７２の回転数制御を行って貯湯運転モード時よりも流量を少なくするように制御する。なお、水ポンプ７２を停止してもよい。

なお、圧縮機１の回転数を徐々に下げ、膨張弁４の開度を徐々に大きくするにあたっては、図３に示したように連続的にしてもよいし、次の図７に示すように段階的に変化させるようにしてもよい。

図７は、圧縮機１の回転数を段階的に下げ、膨張弁４の開度を一旦小さくした後、段階的に大きくさせた例を示す図である。図７に示すように、膨張弁４の開度を所定の時間間隔で段階的に大きくさせたり、先の図に示したように連続的に大きくさせたりといったように制御することにより、上述したように、空気熱交換器５内に流入する冷媒量を急激に増加させないようにする。そうすると、圧縮機１の入口における冷媒の乾き度が常に外気温度Ｌ３０４以上となり、圧縮機１への液戻り量を増加させることなく、除霜本運転への切り替えを行うことができる。

そして、この除霜準備運転を継続していると、水熱交換器２の出口における冷媒（状態（３’））の温度及び蒸発温度（ｔｅｉ）は、上昇を続け、圧縮機１での熱量よりも水熱交換器２での熱交換量が小さくなる。そのため、空気熱交換器５で気液二相冷媒（状態（５））の熱が空気側へ放熱され、いわば空気熱交換器５が凝縮器として機能し始める。そして、蒸発温度（ｔｅｉ）が外気温度を超えると、制御装置６１は除霜本運転へ切り替える。次に、除霜本運転について説明する。

（ｃ）除霜本運転
図８は、除霜本運転中における主回路１０、主除霜回路２０及び補助除霜回路３０の冷媒状態を示すモリエル線図（Ｐ−Ｈ線図）である。この図８は、縦軸が絶対圧力（Ｐ）で、横軸がエンタルピ（Ｈ）を示している。この図８では、Ｌ３０３が冷媒の状態遷移を、Ｌ３０４が外気温度をそれぞれ示している。また、Ｌ３０３上に図示してある状態（１）〜（６）は、図１に示した（１）〜（６）のそれぞれの場所における冷媒の状態を示している。なお、何れの状態においても外気温度Ｌ３０４よりも高くなっている。

この図８において、冷媒は、飽和液線と飽和蒸気線とで囲まれた部分では気液二相状態であることを、飽和液線の左側では液化した状態であることを、飽和蒸気線の右側ではガス化した状態であることをそれぞれ表している。つまり、冷媒は、状態（１）ではガス状態であることがわかり、状態（２）〜状態（４）では臨界圧力以上の状態であることがわかり、状態（５’’）では液状態、状態（５）、（５’）、（５’’）及び（６）では気液二相状態であることがわかる。

除霜本運転は、除霜準備運転を経た後に開始されるモードであり、制御装置６１は、主側開閉弁２０ａ、補助側開閉弁３０ａ、返油側開閉弁５０ａを開いた状態にしたままで除霜本運転が開始するようになっている（図３のＰ２参照）。

圧縮機１や膨張弁４等の各機器の制御については後述することにし、ここではまず、除霜本運転時の冷媒の流れとその冷媒状態の変化について説明する。

除霜本運転では、上述した除霜準備運転と同様に、圧縮機１から吐出した高温・高圧の冷媒（状態（２））を主回路１０だけでなく主除霜回路２０、補助除霜回路３０及び加熱補助回路５０に流れるようにして除霜本運転を行っているのである。除霜本運転において状態（１）〜状態（５）までの冷媒の状態変化の流れは除霜準備運転と同様である。

そして、低温・低圧の気液二相冷媒（状態（５））は、ここでは除霜準備運転を経た後であるので、冷媒温度が外気温度Ｌ３０４以上となっている。この気液二相冷媒（状態（５））は、空気熱交換器５へ流入し、ファン５ａから送られる空気から吸熱して蒸発し、低温・低圧の気液二相冷媒（状態（６））となる。なお、空気熱交換器５での熱交換量は、水熱交換器２での放熱量（熱交換量）が低下したことに伴って低下している。空気熱交換器５での熱交換量が低下すれば、蒸発温度検知装置７ａで検知する蒸発温度（Ｔｅｉ）も上昇し、除霜準備運転時の蒸発温度よりも上昇している。そして、蒸発温度が０℃以上になると、空気熱交換器５に付着した霜を溶かすことができる。

ここで、空気熱交換器５では、除霜準備運転時よりも蒸発温度が上昇しており、図５に示した除霜準備運転時の状態（５）から状態（６）への変化と、図８に示した除霜本運転時の状態（５）から状態（６）への変化とを比較して明かなように、除霜本運転では、除霜準備運転時よりもより乾き度の低下した気液二相冷媒が空気熱交換器５から出ることになる。しかし、空気熱交換器５での蒸発温度が上昇することに伴い、圧縮機１の吐出側の圧力が上がるため、高低圧熱交換器３での熱交換量が除霜準備運転時よりも増加している。このため、高低圧熱交換器３から流出した冷媒は高低圧熱交換器３で十分に加熱される。そして高低圧熱交換器３から流出した冷媒は、返油側開閉弁５０ａの開制御により、圧縮機１の吐出部分の油分離器１ａの外郭や内部の油に蓄熱された熱を回収して更に加熱され、圧縮機１へ吸引される際には十分加熱されてガス冷媒（状態（１））となる。

そして、貯湯運転時よりも空気熱交換器５内に存在する冷媒量が増加して余剰冷媒が空気熱交換器５に貯留され、圧縮機１から吐出する冷媒圧力上昇を抑制できるようになっている。また、空気熱交換器５を流出した気液二相冷媒（状態（６））は、高低圧熱交換器３へ流入する高温・高圧の冷媒（状態（３））によって加熱されてガス冷媒（状態（１））となって圧縮機１へ吸引されてサイクルを形成する。

次に、除霜本運転における各機器の制御について説明する。
除霜本運転は、上述したように空気熱交換器５に付着した霜を除去し、水熱交換器２及び空気熱交換器５での熱交換量を低下させないようにすることを主目的としている。そのために、制御装置６１は、圧縮機１の回転数を最大回転数に一定に保ち、膨張弁４の開度を次第に小さくすることによって、除霜本運転時間が短くなり効率良く除霜本運転が実行できる。

また、ファン５ａを停止又は除霜準備運転時の回転数よりも低下させ、これにより蒸発温度（Ｔｅｉ）を更に上昇させることで除霜効率を向上させているのである。また、貯湯装置７０の水流量は、除霜準備運転と同様、水ポンプ７２を停止又は水流量制御弁７３を制御して貯湯運転時よりも流量を少なくするように制御する。以上のように各機器を制御することで、除霜効率を向上させることができる。

なお、膨張弁４の開度を除霜本運転に入ってから次第に小さくしているが、これは以下の理由による。膨張弁４の開度を除霜準備モードと同様の開度のままとしていると、圧縮機１の吐出側圧力が低下、圧縮機１の吸入側圧力が上昇して、圧縮機１の入力が低下し、除霜能力が低下する。よって、それを防止するため、膨張弁４の開度を次第に小さくしている。

また、ここでは除霜本運転開始時において圧縮機１の回転数が貯湯運転モード時と同じ最大回転数に達しているため、圧縮機１の回転数を最大回転数に一定に保つようにしているが、除霜本運転開始時において圧縮機１の回転数が最大回転数に達していない場合には、除霜本運転開始時から圧縮機１の回転数を次第に増加させて最大回転数又は貯湯運転モード時と同様の回転数になるようにしてもよい。

図９は、図１のヒートポンプ給湯機１００における各運転の切り替え処理の流れを示すフローチャートである。以下、各運転モードの切り替えについて説明する。
通常、ヒートポンプ給湯機１００は、貯湯運転モードを行っている（Ｓ１）。貯湯運転モード時に空気熱交換器５に霜が付着すると、蒸発温度（Ｔｅｉ）が低下することになる。つまり、空気熱交換器５への着霜状態をこの蒸発温度（Ｔｅｉ）で判定することができる。ヒートポンプ給湯機１００が貯湯運転モードを開始すると、制御装置６１は、蒸発温度検知装置７ａで検知した蒸発温度（Ｔｅｉ）と予め設定してある所定値（Ｔ１）とを比較する（Ｓ２）。

制御装置６１は、蒸発温度（Ｔｅｉ）が所定値（Ｔ１）以下になるまで貯湯運転モードを継続させる。なお、この所定値（Ｔ１）は、空気熱交換器５に霜が付着し、空気熱交換器５の熱交換量が低下してしまうであろうと想定される温度を予め設定したものである。

制御装置６１は、蒸発温度（Ｔｅｉ）が所定値（Ｔ１）以下になったと判断すると、除霜運転開始タイミングと判断し、貯湯運転モードから除霜運転モードに切り替え、まずは除霜準備運転を開始する（Ｓ３）。そして、除霜準備運転を開始することよって上述したように蒸発温度（Ｔｅｉ）が徐々に上昇するため、その上昇した蒸発温度（Ｔｅｉ）が所定値（Ｔｘ）以内の間は除霜準備運転を継続し（Ｓ４）、所定値（Ｔｘ）を超えると、制御装置６１は、除霜本運転に切り替える（Ｓ５）。この所定値（Ｔｘ）は、上記では外気温度として説明したが、外気温度以上の温度であればよく、氷の融点である０℃としてもよい。

そして、除霜本運転を実行すると、空気熱交換器５に付着した霜が溶けるので、蒸発温度（Ｔｅｉ）が上昇することになる。そこで、制御装置６１は、蒸発温度（Ｔｅｉ）と予め設定してある所定値（Ｔ２）とを比較する（Ｓ６）。制御装置６１は、蒸発温度（Ｔｅｉ）が所定値（Ｔ２）以上になるまで除霜本運転を継続させる。すなわち、制御装置６１は、蒸発温度（Ｔｅｉ）が所定値（Ｔ２）未満の間は空気熱交換器５に付着した霜が溶解してしないと判断し、除霜本運転を継続させるのである。制御装置６１は、蒸発温度（Ｔｅｉ）が所定値（Ｔ２）以上になったと判断すると、霜が溶解して貯湯運転モードに戻るタイミングであると判断し、除霜本運転から再度貯湯運転に切り替える（Ｓ１）。所定値（Ｔ２）は、空気熱交換器５に付着した霜が溶け、空気熱交換器５の熱交換量が低下しないであろうと想定される温度を予め設定したものである。

以上のように、このヒートポンプ給湯機１００は、主側開閉弁２０ａ、補助側開閉弁３０ａ及び返油側開閉弁５０ａを開くことで貯湯運転と除霜本運転とでのサイクル状態を異なるものとすると共に、貯湯運転と除霜本運転とを繋ぐ除霜準備運転を実行することによって、貯湯運転から除霜本運転へサイクル状態を効率良く変化させることを可能にしている。

以上説明したように、本実施の形態のヒートポンプ装置６０によれば、圧縮機１と水熱交換器２との間から分岐して、空気熱交換器５の最下段の冷媒配管よりも下方を通過して空気熱交換器５の入口側に合流する補助除霜回路３０を設けたので、霜との熱交換により液冷媒となって補助除霜回路３０から流出した冷媒を、空気熱交換器５内に流入させて空気熱交換器５内に溜めることができる。加えて、主除霜回路２０によって高低圧熱交換器３での熱交換量を増加させることができるため、余剰冷媒を発生させず、すなわち冷媒容器を用いずに、圧縮機１への液戻り量を抑制できる。また、補助除霜回路３０によって空気熱交換器５の最下部を加温することで、空気熱交換器５が鉛直方向に高さを有する構成のものであっても、空気熱交換器５の最下部に堆積する霜を溶かすことができ、残氷等の除霜不良を防止することができる。

また、除霜準備運転を経た後に除霜本運転を実行することで、液戻りを抑制することができ、効率のよい除霜本運転を実現している。また、除霜準備運転及び除霜本運転において、圧縮機１の回転数、膨張弁４の開度及びファン５ａの回転数を制御することにより更に効率良く除霜でき、除霜時間の短縮を図ることを可能にしている。

なお、上記の説明では、補助側開閉弁３０ａの開閉制御に関し、複雑な制御を行わず除霜準備運転開始と共に開制御とする例を示したが、除霜準備運転開始後、高低圧熱交換器３での熱交換量が増加したことを検出（例えば、高低圧熱交換器３入口の温度を検出し、所定値（Ｔｙ）以上）してから、開制御するようにしてもよい。これは、貯湯運転によって補助除霜回路３０の第２バイパス管３２内に液冷媒が滞留している場合であっても、その滞留している液冷媒が補助側開閉弁３０ａを開制御することによって追い出され、空気熱交換器５及び高低圧熱交換器３で蒸発しないまま、乾き度の小さい状態で圧縮機１に流入するのを防止するためである。よって、この制御とした場合、液戻り抑制に更に効果的である。

なお、本実施の形態で示した所定値（Ｔ１）、所定値（Ｔｘ）、所定値（Ｔｙ）及び所定値（Ｔ２）の値は特に限定するものではない。ヒートポンプ装置６０の用途、設置場所及び性能等の条件に基づいて設定するとよい。また、これらの所定値を変更可能にしておくとよい。

また、本実施の形態では、加熱補助回路５０を設けているが、主除霜回路２０及び補助除霜回路３０だけでも十分に高低圧熱交換器３から吐出される冷媒を加熱してガス化することができ、加熱補助回路５０は省略可能である。しかし、加熱補助回路５０を設けた方が、より好ましい。

また、ＣＯ₂ を冷媒とした場合、ＣＯ₂ は気液の密度差が小さいため、空気熱交換器５側に多くの冷媒を貯留することができる。また、ＣＯ₂ は、圧縮機１から吐出する冷媒温度が高くなるため、高低圧熱交換器３で空気熱交換器５から流出する気液二相冷媒を加熱してガス化しやすいという効果もある。更に、蒸発温度検知装置７ａを、空気熱交換器５を流通する冷媒配管の中間位置に設けてもよい。なお、膨張弁４の出口から圧縮機１の入口までの間の冷媒配管（低圧）の途中に低圧圧力検知装置を設けて、算出した飽和温度を蒸発温度（Ｔｅｉ）としてもよい。

また、ＣＯ₂ を冷媒として使用した場合、第２バイパス管３２前後の圧力差が大きいため、空気熱交換器５における第２バイパス管３２部分の配管サイズを小さく構成することができる。

また、本実施の形態では、圧縮機１から吐出された冷媒を貯湯運転時よりも温度が高い状態で高低圧熱交換器３の入口に導く主除霜回路２０の具体的な構成として、主側開閉弁２０ａを有する第１バイパス配管２２で構成した例を示したが、この構成に限られず、主回路１０自身で主除霜回路２０を兼ねるようにしてもよい。この場合は、水流量制御弁７３の開度と水ポンプ７２の回転数を調整すればよい。具体的には、除霜準備運転開始と共に、水流量を停止あるいは減少させることにより、水熱交換器２での熱交換量が減少し、水熱交換器２の出口冷媒温は上昇する。つまり高低圧熱交換器３の入口冷媒温を上昇させることができる。

この構成によっても、圧縮機１への液戻り量を削減できるというほぼ同様の効果が得られる。ただし、水熱交換器２での水の沸騰を防止するため、水熱交換器２出口の温度が所定値以上（例えば８０℃）の場合は、一度水流量を増加させ、水熱交換器２内の水の温度を低下させた後、水流量を減少させる必要がある。

また、上記実施の形態では、冷媒としてＣＯ₂ 冷媒を使用した場合を例に示したが、これに限定するものではない。例えば、ＣＯ₂ と共沸性の高い炭化水素類、たとえばプロパンやシクロプロパン、イソブタン、ブタン等とＣＯ₂ を混合した混合冷媒を使用してもよい。このような混合冷媒を使用すれば、ＣＯ₂ 単体冷媒の場合と比較して臨界圧力を更に低くすることが可能になる。

また、上記実施の形態では、ヒートポンプ装置６０をヒートポンプ給湯機に適用した場合を例に説明したが、これに限定するものではなく、例えばカーエアコンや空気調和装置、冷凍機、冷蔵庫等の装置に適用されてもよい。

１ 圧縮機、１ａ 油分離器、２ 水熱交換器、３ 高低圧熱交換器、３ａ 高圧配管、３ｂ 低圧配管、４ 膨張弁、５ 空気熱交換器、５ａ ファン、７ａ 蒸発温度検知装置、７ｂ 外気温度検知装置、１０ 主回路、１１ 順次冷媒配管、２０ 主除霜回路、２０ａ 主側開閉弁、２１ 分岐部、２２ 第１バイパス管、２３ 合流部、３０ 補助除霜回路、３０ａ 補助側開閉弁、３１ 分岐部、３２ 第２バイパス管、３３ 合流部、４０ 返油バイパス回路、５０ 加熱補助回路、５０ａ 返油側開閉弁、５１ 合流部、５２ 第３バイパス管、６０ ヒートポンプ装置、６１ 制御装置、７０ 貯湯装置、７１ 貯湯タンク、７２ 水ポンプ、７３ 水流量制御弁、１００ ヒートポンプ給湯機。

Claims (7)

1. 圧縮機と、放熱器と、減圧装置と、吸熱器とが順次冷媒配管で接続され、前記減圧装置の入口側の高圧冷媒と前記吸熱器の出口側の低圧冷媒とを熱交換させる高低圧熱交換器を備えた主回路と、
   前記放熱器での放熱を低減して通常運転時よりも温度が高い状態で前記圧縮機から吐出された高温冷媒を前記高低圧熱交換器の入口に導くための主除霜回路と、
   前記主回路の前記圧縮機と前記放熱器との間から分岐し、補助側開閉弁と、前記吸熱器の複数段の冷媒配管のうち前記主回路とは別の独立した流路を形成している最下段の冷媒配管とを介して前記吸熱器の入口側に合流する補助除霜回路と、
   前記高低圧熱交換器入口の温度を検出する温度検知装置と、
   制御装置とを備え、
   前記制御装置は、前記吸熱器の除霜運転開始タイミングになると、前記主除霜回路を開閉する主側開閉弁を開いて前記吸熱器の除霜運転を開始し、その後、前記温度検知装置の検知温度が予め設定した所定値以上になると、前記補助除霜回路の前記補助側開閉弁を開くことを特徴とするヒートポンプ装置。
2. 前記除霜運転の開始直後に前記減圧装置の開度を一旦、小さく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。
3. 前記圧縮機から吐出した冷媒中の油を分離する油分離器と、
   返油側開閉弁が配設され、前記油分離器で分離された油を前記圧縮機の吸入側に返油し、その油により前記吸熱器から前記圧縮機に向かう冷媒を加熱する加熱補助回路とを備え、
   前記除霜運転中に前記加熱補助回路の前記返油側開閉弁を開くことを特徴とする請求項１又は請求項２記載のヒートポンプ装置。
4. 前記除霜運転は、
   前記吸熱器に流入する冷媒の蒸発温度を上昇させる除霜準備運転と、
   前記除霜準備運転後に行われ、前記吸熱器に付着した霜を溶かす除霜本運転とを有し、 前記除霜本運転では、前記圧縮機の回転数を前記除霜準備運転時よりも増加させることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載のヒートポンプ装置。
5. 前記除霜運転は、
   前記吸熱器に流入する冷媒の蒸発温度を上昇させる除霜準備運転と、
   前記除霜準備運転後に行われ、前記吸熱器に付着した霜を溶かす除霜本運転とを有し、 前記除霜本運転では、前記圧縮機の回転数を最大回転数に維持することを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載のヒートポンプ装置。
6. 冷媒として二酸化炭素を使用したことを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか一項に記載のヒートポンプ装置。
7. 請求項１乃至請求項６の何れか一項に記載のヒートポンプ装置と、
   前記放熱器に水を送り込む水ポンプと前記放熱器で加熱された水を貯える貯湯タンクとを備えた貯湯装置とを備え、
   前記ヒートポンプ装置に設けられた前記制御装置は、前記水ポンプの駆動を制御して貯湯運転、除霜準備運転及び除霜運転を行うことを特徴とするヒートポンプ給湯機。