WO2010143373A1 - ヒートポンプシステム - Google Patents

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WO2010143373A1
WO2010143373A1 PCT/JP2010/003611 JP2010003611W WO2010143373A1 WO 2010143373 A1 WO2010143373 A1 WO 2010143373A1 JP 2010003611 W JP2010003611 W JP 2010003611W WO 2010143373 A1 WO2010143373 A1 WO 2010143373A1
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WO
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refrigerant
path
heat
circulation
tank
Prior art date
Application number
PCT/JP2010/003611
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English (en)
French (fr)
Inventor
岡市敦雄
塩谷優
和田賢宣
尾形雄司
Original Assignee
パナソニック株式会社
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Application filed by パナソニック株式会社 filed Critical パナソニック株式会社
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D11/00—Central heating systems using heat accumulated in storage masses
    • F24D11/02—Central heating systems using heat accumulated in storage masses using heat pumps
    • F24D11/0214—Central heating systems using heat accumulated in storage masses using heat pumps water heating system
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D19/00—Details
    • F24D19/10—Arrangement or mounting of control or safety devices
    • F24D19/1006—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems
    • F24D19/1009—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems for central heating
    • F24D19/1039—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems for central heating the system uses a heat pump
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D3/00—Hot-water central heating systems
    • F24D3/08—Hot-water central heating systems in combination with systems for domestic hot-water supply
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2339/00—Details of evaporators; Details of condensers
    • F25B2339/04—Details of condensers
    • F25B2339/047—Water-cooled condensers

Definitions

  • the present invention relates to a heat pump system used in, for example, an air conditioner, a heat pump water heater, a heat pump heater, and the like.
  • Patent Document 1 discloses a heat pump system 501 that is a hot water supply apparatus including a heat source unit 503 including a heat pump circuit and a hot water storage unit (tank unit) 502 as shown in FIG.
  • the heat pump system 501 water is used as the heat storage fluid, and when the hot water supplied to the bathtub is cooled, the heat of the hot water in the tank 511 passes through the intermediate heat exchanger 533 and the circulating water circuit 534 which is a heat medium circuit. Through the heating heat dissipating part 538, the hot water in the bathtub is reheated. For this reason, the intermediate heat exchanger 533 generates intermediate temperature water between the low temperature tap water supplied into the tank 511 and the boiled high temperature hot water, and the intermediate temperature water is stored in the tank 511.
  • the radiator outlet temperature of the carbon dioxide heat exchanged with the intermediate warm water by the radiator 521 increases.
  • the heating capacity decreases (refrigerant circulation amount ⁇ (h A ⁇ h B ) ⁇ refrigerant circulation amount ⁇ (h A ⁇ h E ))
  • the COP Coefficient of Performance
  • a heating device that performs floor heating or the like is heated using the circulating water in the circulating water circuit 534. That is, when heating the heating equipment, the circulating water whose temperature has been lowered using the high-temperature water in the tank 511 is heated by the intermediate heat exchanger 533, so that medium-temperature water is similarly generated and COP is lowered. .
  • the evaporator absorbs heat from the outside air and heats the refrigerant, so that the refrigerant passing through the evaporator has a lower temperature than the outside air. Therefore, when the outside air temperature decreases and the refrigerant temperature of the evaporator becomes below freezing point, water vapor freezes on the surface of the evaporator and frosting occurs.
  • a hot gas bypass passage provided with a constant pressure expansion valve 805 that bypasses the condenser 802 and the expansion valve 803 has been provided (see Non-Patent Document 1). ).
  • the heat radiation in the condenser 802 is stopped, and the high-temperature refrigerant compressed by the compressor 801 is guided to the evaporator 804, thereby melting the frost formed on the surface of the evaporator 804. Since the defrosting performed in this way heats the evaporator 804 using the energy of the refrigerant increased by the compression work performed by the compressor 801, the defrosting operation for the defrosting of the evaporator 804 is a heat release. Considering the loss, the evaporator 804 can be heated only with a heating capacity lower than that of the input of the compressor 801.
  • Patent Document 1 it is proposed to perform boiling and defrosting using medium-temperature water accumulated in the tank 511. Specifically, as shown in FIG. 8, at the time of boiling, the medium-temperature water accumulated in the tank 511 is supplied to the auxiliary evaporator 523, and the refrigerant is heated not only by the outside air but also by the medium-temperature water. Accordingly, the intermediate temperature water is cooled, and the low temperature water is returned to the bottom of the tank 511, so that the intermediate temperature water is reduced and the water temperature supplied to the radiator 521 is decreased.
  • the refrigerant circulating through the heat pump circuit is heated by supplying medium temperature water to the auxiliary evaporator 523. That is, the heat of the water in the tank 511 that is efficiently heated by the heat pump circuit is used as a heating source for the refrigerant used for defrosting. Therefore, since the input spent for the defrosting operation can be reduced, the COP of the heat pump system 501 is improved. However, since the refrigerant flows through the entire heat pump circuit, the pressure loss in the piping is large, and a pressure difference is generated between the suction side and the discharge side of the compressor 525.
  • Patent Document 2 discloses that medium-temperature water generated in the heater 912 and stored in the tank 909 is sent to the second evaporator 908 to heat the refrigerant, and the cooled water is supplied to the lower part of the tank 909.
  • a heat pump system 900 is disclosed for return.
  • the medium-temperature water increases during the boiling operation
  • the medium-temperature water and the expanded refrigerant are supplied to the second evaporator 908, and the water cooled by heat exchange with the refrigerant is stored in the tank 909. Return to the bottom. For this reason, low-temperature water is supplied to the radiator 902, and the cycle efficiency of the heat pump circuit 930 is improved.
  • the heating efficiency of the heat pump system 900 in which the input to the compressor 901 is a denominator and the heating amount of water in the tank 909 is a numerator is low.
  • the operation rate of the 1st evaporator 904 falls by utilizing the 2nd evaporator 908, time until it enters into a defrost operation becomes long, and an efficient driving
  • the time until defrosting is extended only warms the water in the tank 909 with the heat of the water stored in the tank 909, and the input to the compressor 901 is increased. And the heating efficiency of the heat pump system 900 using the heating amount of water in the tank 909 as a numerator is significantly reduced.
  • Patent Document 3 discloses a hot water supply apparatus that simultaneously performs heating of the evaporator 1016 with hot water in the tank 1002 and heating of the evaporator 1016 with hot gas during defrosting, as shown in FIGS. 13 and 14A and 14B.
  • a heat pump system 1000 is disclosed. Specifically, in the heat pump system 1000, the evaporator 1016 is provided with a heating unit 1028 that is a flow path constituted by water piping, and at the time of defrosting, the hot water in the tank 1002 is sent to the heating unit 1028.
  • the compressor 1014 is driven and the hot gas bypass valve 1021 is opened.
  • the evaporator 1016 has a low temperature, so that the water falling operation is performed for the purpose of preventing the water in the heating unit 1028 from freezing.
  • the medium temperature water in the tank 1002 is supplied to the water-refrigerant heat exchanger 1004 and the heating unit 1028, so that the boiling operation can be performed while defrosting.
  • the provision of the heating unit 1028 in the evaporator 1016 causes a decrease in the performance of the evaporator 1016 such as an increase in air-side pressure loss of the evaporator 1016 and a decrease in the area of the fin 1035.
  • the net amount of heat that heats the water in the tank 1002 is only the work of the compressor, and the input to the compressor 1014 is Heating efficiency of the heat pump system 1000 using the heating amount of water in the denominator and tank 1002 as a numerator is low.
  • an object of the present invention is to provide a heat pump system capable of a highly efficient defrosting operation while preventing a decrease in heating efficiency.
  • a heat pump system includes a compressor that compresses a refrigerant, a radiator that exchanges heat between the compressed refrigerant and a heat storage fluid, an expansion unit that expands the refrigerant flowing out of the radiator, and the expanded refrigerant
  • a heat pump circuit including an evaporator for evaporating the water, a tank for storing the heat storage fluid, a boiling path for boiling the heat storage fluid, a forward side path for sending the heat storage fluid in the tank to the radiator, and the A heating path including a return side path for returning a heat storage fluid from a radiator to the tank, a portion between the expansion means and the evaporator in the heat pump circuit, and a portion between the evaporator and the compressor are connected.
  • a defrosting path provided with a refrigerant pump, a circulation path for circulating the heat storage fluid in the tank, a refrigerant flowing through the defrosting path, and a heat storage fluid flowing through the circulation path Those comprising a refrigerant heater for heating the refrigerant by performing heat exchange, the.
  • heat can be absorbed by an evaporator without using a refrigerant heater at the time of boiling, so that a reduction in heating efficiency can be prevented.
  • a refrigerant is circulated using the conventional compressor by circulating a refrigerant
  • the refrigerant circulates through the defrosting circuit having a length shorter than that of the heat pump circuit, so that the pressure loss in the pipe is small and the input of the refrigerant pump is further reduced.
  • defrosting is performed using the heat of the heat storage fluid in the tank heated with high efficiency by the heat pump, the input spent for defrosting is significantly reduced compared to the conventional defrosting by hot gas bypass. .
  • defrosting is performed using a refrigerant pipe path provided in a general evaporator, it is not necessary to provide a separate heat storage fluid pipe path in the evaporator, so heat storage can be performed without degrading the performance of the evaporator. Defrosting with fluid can be realized. Therefore, an efficient heat pump system can be provided.
  • the present invention it is possible to reduce the input necessary for defrosting by circulating the refrigerant by the refrigerant pump and using the heat storage fluid heated with high efficiency for defrosting the evaporator.
  • it is not necessary to change the configuration of the evaporator in order to obtain the above effect it is possible to realize a heat pump system in which the performance of the evaporator does not deteriorate.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a heat pump system according to a first embodiment of the present invention. Explanatory drawing of the boiling operation state in the heat pump system of FIG. Explanatory drawing of the defrost operation state in the heat pump system of FIG. Flowchart of defrosting operation in heat pump system of FIG. The schematic block diagram which shows the heat pump system which concerns on 2nd Embodiment of this invention. Explanatory drawing of the operation state in the heat pump system of FIG. Explanatory drawing of the defrost operation state in the heat pump system of FIG.
  • Configuration diagram of conventional heat pump circuit Configuration diagram of another conventional heat pump system Configuration of yet another conventional heat pump system 14A is a schematic diagram of the evaporator of the heat pump system of FIG. 13, and FIG. 14B is a cross-sectional view taken along line XVI-XVI of FIG. 14A.
  • FIG. 1 shows a schematic configuration of a heat pump system 100 according to the first embodiment of the present invention
  • FIGS. 2 and 3 show a boiling operation state and a defrosting operation state of the heat pump system 100, respectively.
  • a heat pump system 100 includes a heat pump circuit 110 that circulates a refrigerant, a tank 151 that stores a heat storage fluid, a heating path 150 for boiling the heat storage fluid by the heat pump circuit 110, and control of the entire system. And a control device 180 for performing the above. Furthermore, the heat pump system 100 according to the present embodiment is configured to use the heat of the heat storage fluid stored in the tank 151, the heat use path 154 having both ends connected to the tank 151, and the heat medium circuit 157 that circulates the heat medium. And an intermediate heat exchanger 155 provided across these 154 and 157.
  • the heat pump circuit 100 includes a compressor 111 that compresses a refrigerant, a radiator 112 that performs heat exchange between the compressed refrigerant and a heat storage fluid, and an expansion valve that serves as an expansion unit that expands the refrigerant flowing out of the radiator 112. 113, an evaporator 114 that evaporates the refrigerant expanded by the air sent from the fan 115, and a refrigerant pipe that sequentially connects these devices 111 to 114.
  • the evaporator 114 is provided with a refrigerant temperature sensor 125 (corresponding to the evaporation temperature sensor of the present invention) 125 that detects the temperature of the refrigerant flowing through the evaporator 114.
  • the tank 151 has a shape extending in the vertical direction (for example, a cylindrical shape).
  • water is used as the heat storage fluid
  • a water supply pipe 152 is connected to the lower part of the tank 151
  • a hot water supply pipe 153 is connected to the upper part of the tank 151.
  • the upper part of the tank 151 means a portion of about 1/3 to 1/5 of the upper side of the tank 151 in the vertical direction
  • the lower part of the tank 151 means the lower third of the tank 151 in the vertical direction.
  • a portion of about 1 to 5 is referred to, and an intermediate portion of a tank 151 described later refers to a portion between them.
  • the boiling path 150 includes a forward side path 160 that sends water (heat storage fluid) in the tank 151 to the radiator 112 and a return side path 161 that returns water from the radiator 112 to the tank 151.
  • One end of the forward side passage 160 is connected to a lower outlet provided in the lower portion of the tank 151, and the other end is connected to the radiator 112.
  • One end of the return side passage 161 is connected to the heat radiator 112, and the other end is connected to an upper return port provided in the upper part of the tank 151.
  • a boiling pump 162 which is a first heat storage fluid pump is provided on the outgoing side passage 160.
  • the boiling pump 162 can be provided in the return side passage 161.
  • the water inside the boiling path 160 (more precisely, the upstream side of the boiling pump 162 of the boiling path 160) is upstream of the boiling pump 162 in the outgoing path 160.
  • a discharge path 163 having a freeze prevention valve 163a for discharging is provided.
  • One end of the heat utilization path 154 is connected to the upper part of the tank 151, and the other end is connected to the middle part of the tank 151. Further, the heat utilization path 154 is provided with a pump 156 for flowing water from one end to the other end.
  • the heat medium circuit path 157 is provided with a pump 159 for circulating the heat medium along the heat medium circuit 157, and a heat utilization heat exchanger 158 for releasing the heat of the heat storage fluid through the heat medium.
  • a pump 159 for circulating the heat medium along the heat medium circuit 157
  • a heat utilization heat exchanger 158 for releasing the heat of the heat storage fluid through the heat medium.
  • water can be used as the heat medium
  • an example of the heat-use heat exchanger 158 is a heating device.
  • the heat medium circuit 157 may be omitted, and the heat-use heat exchanger 158 may be used instead of the intermediate heat exchanger 155.
  • the heat pump system 100 includes a defrosting path 120 that connects a portion between the expansion valve 113 and the evaporator 114 and a portion between the evaporator 114 and the compressor 111 in the heat pump circuit 110, and boiling.
  • the “medium temperature” means a temperature that is higher than the outside air temperature but is insufficient for using the heat storage fluid at that temperature as it is.
  • the temperature is about 30 to 40 ° C.
  • the refrigerant heater 118 heats the refrigerant by exchanging heat between the refrigerant flowing through the defrosting path 120 and the water flowing through the circulation path 164.
  • a counter-flow heat exchanger in which refrigerant and water flow oppositely is used as the refrigerant heater 118.
  • the defrosting path 120 includes an expansion valve side flow path that connects the refrigerant pipe between the expansion valve 113 and the evaporator 114 and the refrigerant heater 118, a primary flow path of the refrigerant heater 118, the evaporator 114, and the compression It is comprised by the refrigerant
  • the defrost circuit is comprised by the part containing the evaporator 114 between the defrost path 120 and the both ends of the defrost path 120 in the heat pump circuit 110.
  • a refrigerant pump 117 is provided in the defrosting path 120.
  • the refrigerant pump 117 is provided so that the refrigerant flows through the defrosting passage 120 in a direction passing through the evaporator 114 from the compressor 111 side to the expansion valve 113 side.
  • the refrigerant pump 117 is arranged on the upstream side of the refrigerant heater 118 (that is, in the expansion valve side flow path).
  • a gas-liquid separator 116 is provided in the defrosting path 120 on the upstream side of the refrigerant pump 117.
  • the refrigerant pump 117 is connected to the liquid outlet of the gas-liquid separator 116 by piping, and the liquid-phase refrigerant separated by the gas-liquid separator 116 is guided to the refrigerant pump 117.
  • the flow from the refrigerant heater 118 side is allowed downstream of the refrigerant heater 118 (that is, to the compressor side flow path), but the flow from the heat pump circuit 110 side is prohibited.
  • a check valve 119 is provided.
  • the circulation path 164 includes an upper flow path 165 that connects a middle outlet provided in an intermediate portion of the tank 151 and the refrigerant heater 118, a secondary flow path of the refrigerant heater 118, the refrigerant heater 118, and the tank 151.
  • the lower flow path 166 is connected to a lower return port provided at the lower part of the lower flow path.
  • the upper flow path 165 is provided with a circulation pump 167 that is a second heat storage fluid pump.
  • the circulation pump 167 may be provided in the lower flow path 166.
  • the discharge path 168 having the antifreezing valve 168a for discharging the water inside the circulation path 164 (more precisely, the downstream portion of the circulation path 164 from the circulation pump 167) to the lower flow path 166. is provided.
  • the circulation path 164 is provided with a freezing temperature sensor 121 that detects the temperature of water in the circulation path 164.
  • the freezing temperature sensor 121 is disposed in the secondary flow path of the refrigerant heater 121, but the freezing temperature sensor 121 may be disposed in the upper flow path 165 or the lower flow path 166. May be.
  • the above-described anti-freezing valves 163a and 168a are not particularly limited, but are preferably opened when the operation of the heat pump system 100 is stopped for a long time. If the heat pump circuit 110 is not operated for a long time in an area where the outside air temperature is below freezing point, water in the tank 151, the heating path 150 and the circulation path 164 may be frozen. This is because drainage can prevent piping damage due to freezing.
  • solenoid valves are used as the freeze prevention valves 163a and 168a, and a temperature sensor for detecting the temperature of water stored in the lower portion of the tank 151 is provided, and the temperature detected by the temperature sensor is determined.
  • the freeze prevention valves 163a and 168a when it becomes below predetermined temperature close
  • the anti-freezing valves 163a and 168a are automatically opened when the temperature of water in contact with the anti-freezing valves 163a and 168a falls below the predetermined temperature by an automatic mechanism that does not require electric power such as bimetal. It may be configured.
  • the control device 180 is connected to the above-described compressor 111, various pumps, the refrigerant temperature sensor 125, and the freezing temperature sensor 121.
  • the control device 180 controls the compressor 111 and various pumps based on information detected by the sensors 125 and 121 and performs a boiling operation and a defrosting operation.
  • the compressor 111 In the boiling operation state, as shown in FIG. 2, the compressor 111 is driven, and the refrigerant circulates through the heat pump circuit 110.
  • the boiling pump 162 On the other hand, the boiling pump 162 is driven, and the water stored in the lower portion of the tank 151 flows through the boiling path 150.
  • the high-pressure and high-temperature refrigerant compressed by the compressor 111 exchanges heat with water supplied from the outgoing side passage 160 by the radiator 112, and is cooled to near the temperature of the supplied water.
  • the refrigerant cooled by the radiator 112 is expanded and decompressed by the expansion valve 113 to be in a low-temperature and low-pressure gas-liquid two-phase state, and thereafter, heat exchange with the air blown by the evaporator fan 115 is performed by the evaporator 114. It absorbs heat and evaporates.
  • the evaporated refrigerant is again sucked into the compressor 111 and compressed to be pressurized.
  • the water in the boiling path 150 is boiled to near the temperature of the high-temperature refrigerant discharged from the compressor 111 by the radiator 112 and returned to the upper portion of the tank 151 again.
  • the high-temperature water in the tank 151 boiled in this way is supplied from the hot water supply pipe 153 to a necessary place, and water is supplied from the water supply pipe 152 to the tank 151 by the amount used for hot water supply.
  • the high-temperature water in the tank 151 is supplied to the heat utilization path 154 by driving the pump 156, and exchanges heat with the heat medium in the heat medium circuit 157 in the intermediate heat exchanger 155, so that the heat medium in the heat medium circuit 157
  • the intermediate temperature water that has radiated heat is returned to the intermediate portion of the tank 151.
  • the heat medium heated by the intermediate heat exchanger 155 by driving the pump 159 is sent to the heat utilization heat exchanger 158, and the heat of the fluid is reheated in the bath water, indoor heating, snow melting
  • the cooled heat medium is again sent to the intermediate heat exchanger 155 by the pump 159.
  • the control device 180 first detects the temperature Te of the refrigerant flowing through the evaporator 114 with the refrigerant temperature sensor 125 (step S1), and continues the boiling operation until the refrigerant temperature Te becomes equal to or lower than the first set temperature T1 (step S1). NO in S2.
  • the first set temperature T1 may be determined in advance according to, for example, the outside air temperature, or may be calculated every time the engine is started as a value obtained by subtracting a predetermined temperature from the refrigerant temperature Te detected at the time of starting.
  • the control device 180 stops the compressor 111, stops the boiling pump 162, and stops circulation through the heating path 150. Then, the heating operation by the heat pump circuit 110 is stopped (step S3). Next, the control device 180 drives the refrigerant pump 117 to send the liquid-phase refrigerant in the gas-liquid separator 116 to the refrigerant heater 118 and simultaneously drives the circulation pump 167 to start circulation through the circulation path 164. Then, the medium-temperature water accumulated in the tank 151 is sent to the refrigerant heater 118 which is a counter flow type heat exchanger (step S4).
  • the liquid-phase refrigerant is heated to near the temperature of the medium-temperature water to evaporate, and the heated steam is sent to the evaporator 114, whereby the evaporator 114 is defrosted.
  • the refrigerant radiated and condensed by the evaporator 114 returns to the gas-liquid separator 116 again.
  • the water cooled by the refrigerant heater 118 is returned to the tank 151 from the lower return port provided at the lower part of the tank 151 through the return side passage 166.
  • the control device 180 continues the defrosting operation until the temperature Te of the refrigerant flowing through the evaporator 114 detected by the refrigerant temperature sensor 125 becomes equal to or higher than the second set temperature T2 (NO in step S5 and step S6).
  • the defrosting operation is shifted to the boiling operation.
  • the control device 180 stops the refrigerant pump 117 and stops the circulation pump 167 to stop the circulation through the circulation path 164 (step S7).
  • the control device 180 drives the compressor 111 again to operate the heat pump circuit 110, and also drives the boiling pump 162 to start circulation through the boiling path 150 (step S8).
  • the second set temperature T2 may be the same temperature as the first set temperature T1, or may be a temperature higher than the first set temperature T1.
  • the refrigerant pump 117 and the check valve 119 that are stopped do not supply the refrigerant heater 118 with the low-pressure and low-temperature refrigerant before and after passing through the evaporator 114. Still, when the temperature of the water in the circulation path 164 detected by the freezing temperature sensor 121 becomes equal to or lower than a predetermined temperature close to the freezing temperature, the anti-freezing operation in which the circulation pump 167 is driven to flow the medium temperature water to the circulation path 164 is performed. Do.
  • the defrosting operation is performed based on the temperature Te of the refrigerant flowing through the evaporator 114 detected by the refrigerant temperature sensor 125.
  • the defrosting temperature sensor of the present invention is not limited to this, and an evaporator temperature sensor that detects the temperature of the evaporator 114 may be used instead of the refrigerant temperature sensor 125.
  • liquid refrigerant is sent out by the refrigerant pump 117 to cause circulation of the refrigerant that performs defrosting. Therefore, compared with the conventional case where the overheated gas refrigerant is compressed and circulated by the compressor, the circulation of the refrigerant Can significantly reduce the power required. Further, the path through which the refrigerant circulates for defrosting is only the defrosting path 120 and the evaporator 114 in the heat pump circuit 110 and the vicinity thereof, compared to the case where the refrigerant circulates through the entire conventional heat pump circuit.
  • the circulation power can be reduced by reducing the pressure loss, and the defrosting ability can be improved by reducing the heat dissipation loss, so that an efficient defrosting operation can be performed.
  • the heating medium used for defrosting of the evaporator 114 is a refrigerant and uses the refrigerant flow path of the evaporator 114 that is used when the heat pump circuit 110 is operated, a dedicated medium temperature water is passed through the conventional evaporator. Compared with the case where a heating unit that is a flow path is provided, an increase in air-side pressure loss of the evaporator 114 and a decrease in fin area do not occur, so that the performance of the evaporator 114 can be maintained.
  • the refrigerant pump 117 in the defrosting path 120 is stopped when the heat pump circuit 110 is operated, so that a part of the heat used for boiling water in the radiator 112 is obtained from the medium temperature water in the tank 151. Don't be. Therefore, a heat pump system that prevents the amount of water heated in the tank 151 by the heat pump circuit 110 from being lower than it appears in the past, the input to the compressor 111 is the denominator, and the amount of water heated in the tank 151 is a numerator. A decrease in heating efficiency of 100 can be prevented.
  • the refrigerant pump 117 of the defrosting path 120 is provided so that the refrigerant flows through the defrosting path 120 in a direction passing through the evaporator 114 from the compressor 111 side to the expansion valve 113 side.
  • the gas refrigerant flows in from the compressor 111 side of the evaporator 114 (gas refrigerant outlet during the boiling operation) and is condensed by dissipating heat to the frost formed on the surface of the evaporator 114 to melt the frost.
  • the liquid refrigerant flows out from the expansion valve 113 side of the evaporator 114 (liquid refrigerant inlet during the boiling operation).
  • the gas refrigerant side and the liquid refrigerant side can be matched in the boiling operation and the defrosting operation, and the evaporator 114 is made to correspond to the state of the refrigerant passing through the evaporator 114 (the ratio of gas to liquid). It can be configured to have a cross-sectional area. As a result, the pressure loss accompanying the circulation of the refrigerant can be further reduced.
  • a gas-liquid separator 116 is provided on the upstream side of the refrigerant pump 117 in the defrosting path 120, and the liquid-phase refrigerant is guided to the refrigerant pump 117, so that the refrigerant pump 117 can perform stable liquid feeding, and the refrigerant pump The power of 117 can be reduced.
  • the refrigerant heater 118 is a counter-flow heat exchanger in which the refrigerant and the medium temperature water face each other, so that the temperature of the medium temperature water can be lowered to the temperature of the liquid refrigerant flowing into the refrigerant heater 118.
  • the liquid refrigerant can be heated to the temperature of the medium-temperature water flowing into the refrigerant heater 118 and evaporated to generate heated steam.
  • the heat of medium temperature water can be utilized efficiently for defrosting, and the temperature of the water returned to the tank 151 can be lowered.
  • the forward side path 160 of the heating path 150 is connected to the lower outlet provided in the lower part of the tank 151, and the return side path 161 is connected to the upper return opening provided in the upper part of the tank 151,
  • the low-temperature water stored in the lower part of 151 can be guided to the radiator 112, and the hot water heated to a high temperature can be returned to the upper part of the tank 151. Can be held in.
  • the upper flow path 165 of the circulation path 164 is connected to the middle outlet provided in the intermediate portion of the tank 151, and the lower flow path 166 is connected to the lower return port provided in the lower portion of the tank 151, so that the tank 151
  • the intermediate temperature water accumulated in the intermediate portion can be guided to the refrigerant heater 118, and the low temperature water radiated by the refrigerant heater 118 can be returned to the lower portion of the tank 151.
  • the heat pump circuit 110 that does not perform the defrosting operation is provided.
  • the low-pressure, low-temperature refrigerant that has flowed out of the evaporator 114 does not flow into the refrigerant heater 118. For this reason, the temperature of the refrigerant heater 118 does not decrease and water can be prevented from freezing.
  • the freezing temperature sensor 121 for detecting the temperature of the water in the circulation path 164 is provided and the antifreezing operation in which the intermediate temperature water flows before freezing is performed, it is possible to prevent damage to the piping due to water freezing. Further, when the heat pump system 100 is stopped for a long time, the water in the boiling path 150, the circulation path 164 and the tank 151 is discharged by the freeze prevention valves 163a and 168a. It is possible to prevent the temperature of water from being lowered and frozen when there is no energization.
  • the temperature of the water can be lowered even after the power is turned off. It can be detected and drained appropriately.
  • FIG. 5 shows a schematic configuration of a heat pump system 200 according to the second embodiment of the present invention
  • FIGS. 6 and 7 show a boiling operation state and a defrosting operation state of the heat pump system 200, respectively.
  • the heat pump system 200 of the present embodiment has a configuration substantially similar to the heat pump system 100 (see FIG. 1) described in the first embodiment.
  • the same functional parts are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
  • the difference between the present embodiment and the first embodiment is the configuration of the tank 151, the boiling path 150 and the circulation path 164, and the heat storage fluid stored in the tank 151.
  • the tank 151 includes an inner tank 351 above the inside of the tank 151, a water supply pipe 152 is connected to the lower part of the inner tank 351, and a hot water supply pipe 153 is connected to the upper part of the inner tank 351. Further, in the tank 151, an antifreeze liquid is stored as a heat storage fluid except for the inner tank 351, and the antifreeze liquid is supplied to the boiling path 150 and the circulation path 164. Then, the water in the inner tank 351 is heated by the high-temperature antifreeze liquid returned from the return side path 161 of the boiling path 150 to the upper portion of the tank 151 and discharged from the hot water supply pipe 153.
  • the upper flow path 165 of the circulation path 164 includes a merging section 360 that merges with the forward side path 160 and a branch section 362 that branches from the forward side path 160.
  • a heat storage fluid pump 361 is provided between the junction 360 and the branch 362. That is, the heat storage fluid pump 361 is shared by the boiling path 150 and the circulation path 164.
  • the first on-off valves 363 and 364 are provided in the upstream side portion of the joining portion 360 and the downstream side portion of the branching portion 362 in the outgoing side passage 160 of the boiling passage 150, respectively.
  • Second on-off valves 365 and 366 are provided in a portion upstream of the junction 360 in the upper flow path 165 of the passage 164 and a portion downstream of the branch 362, respectively.
  • the first on-off valves 363 and 364 and the second on-off valves 365 and 366 are controlled by the control device 180 so that the other is closed when one is opened and the other is closed when the other is opened. .
  • the first on-off valves 363 and 364 and the second on-off valves 365 and 366 allow the circulation through the boiling path 150 and prohibit the circulation through the circulation path 164, and the first on-off valves 365 and 366 through the boiling path 150.
  • the switching means of the present invention is configured to switch between the second state in which the circulation is prohibited and the circulation through the circulation path 164 is permitted. Note that the switching means of the present invention does not need to be configured by four on-off valves, and may be configured by, for example, a pair of three-way valves respectively provided at the junction 360 and the branch 362.
  • the functions of the boiling pump 162 and the circulation pump 167 that are necessary in the configuration of the first embodiment are changed to the opening / closing operations of the first on-off valves 363, 364 and the second on-off valves 365, 366.
  • one heat storage fluid pump 361 can be used, and an efficient heat pump system 200 can be configured at low cost.
  • the heat storage fluid is an antifreeze liquid, there is no risk of freezing of the heat storage fluid in the boiling path 150 and the circulation path 164, so that the antifreeze operation or the use of an antifreeze heater can be performed efficiently.
  • the heat pump system 200 can be operated.
  • the inner tank 351 is disposed in the tank 151, the water stored in the inner tank 351 and the antifreezing liquid stored in the tank 151 can be separated. For this reason, even when the heat storage fluid boiled up by the heat pump circuit 110 is made an antifreeze liquid, the water supplied from the water supply pipe 152 can be heated and supplied from the hot water supply pipe to a necessary place.
  • the upper flow path 165 of the circulation path 164 has the merge section 360 and the branch section 362, but the lower flow path 166 of the circulation path 164 has the merge section 360 and the branch section 362.
  • a heat storage fluid pump may be provided between them.
  • the tank 151 is provided with only one intermediate outlet, but a plurality of intermediate outlets may be provided in the vertical direction. That is, the upstream end of the circulation path 164 is branched into a plurality of branches, and a place for taking out the medium-temperature water is selected according to a place where the medium-temperature water is detected by a plurality of temperature sensors provided in the tank. It may be.
  • the medium temperature water flows through the circulation path 164.
  • the water flowing through the circulation path 164 is water at any temperature as long as it is water in the tank 151. Defrosting can be performed using the water boiled up efficiently. This is because some of the water in the lower part of the tank 151 is given heat from the high temperature water or medium temperature water. That is, the upstream end of the circulation path 164 may be connected to the upper part of the tank 151 or may be connected to the lower part of the tank 151.
  • the positions of the refrigerant pump 117 and the check valve 119 in the defrosting path 120 may be switched. Further, without providing the check valve 119, the inflow portion to the refrigerant heater 118 and the outflow portion from the refrigerant heater 118 in the circulation path 164 are formed so as to lift the refrigerant heater 118 upward in the direction of gravity. May be.
  • the gas refrigerant evaporated by the defrosting operation and the gas refrigerant heated by the medium temperature water by the antifreezing operation are maintained in the refrigerant heater 118 and flowed out of the evaporator 114 during the boiling operation. Low temperature and low pressure liquid refrigerant is prevented from flowing into the refrigerant heater 118. Therefore, even in this configuration, water freezing in the refrigerant heater 118 can be prevented.
  • the present invention is useful for heat pump systems used in heat pump water heaters, heat pump heaters, and the like.

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Abstract

　ヒートポンプシステム（１００）は、ヒートポンプ回路（１１０）と、蓄熱流体を貯めるタンク（１５１）と、蓄熱流体を沸き上げるための沸き上げ路（１５０）と、ヒートポンプ回路（１１０）における膨張手段（１１３）と蒸発器（１１４）の間の部分と蒸発器（１１４）と圧縮機（１１１）の間の部分とを接続し、冷媒ポンプ（１１７）が設けられた除霜路（１２０）と、タンク（１５１）内の蓄熱流体を循環させるための循環路（１６４）と、除霜路（１２０）を流れる冷媒と循環路（１６４）を流れる蓄熱流体との間で熱交換を行なって冷媒を加熱する冷媒加熱器（１１８）と、を備える。

Description

ヒートポンプシステム
　本発明は、例えば、エアコンやヒートポンプ給湯機、ヒートポンプ暖房機などに利用される、ヒートポンプシステムに関する。
　従来から、蓄熱流体をヒートポンプ回路により加熱し、加熱した蓄熱流体をタンクに貯めるヒートポンプシステムが知られている。例えば、特許文献１には、図８に示すような、ヒートポンプ回路を含む熱源ユニット５０３と貯湯ユニット（タンクユニット）５０２を備えた給湯装置であるヒートポンプシステム５０１が開示されている。
　ヒートポンプシステム５０１では、蓄熱流体として水が用いられており、浴槽に供給したお湯が冷めた場合は、タンク５１１内の温水の熱が中間熱交換器５３３および熱媒体回路である循環水回路５３４を介して暖房用放熱部５３８から浴槽のお湯に与えられ、浴槽のお湯が再加熱される。そのため、中間熱交換器５３３ではタンク５１１内に供給される低温の水道水と沸き上げられた高温の温水との中間の温度帯の中温水が生成され、この中温水がタンク５１１内に溜まる。
　例えば、二酸化炭素を冷媒とした場合、この中温水が増加して放熱器５２１へ送られると、放熱器５２１で中温水と熱交換する二酸化炭素の放熱器出口温度が上昇する。そうすると、図９に示すモリエル線図（Ｐ－ｈ線図）の放熱器５２１の出口の状態を表すＢ点がＥ点に推移するため、加熱能力が低下し（冷媒循環量×（ｈA－ｈB）→冷媒循環量×（ｈA－ｈE））、ヒートポンプシステム５０１のＣＯＰ（Coefficient of Performance）が低下する。また、Ｒ４１０Ａのような高沸点冷媒を用いた場合も、図１０に示すように、放熱器５２１の出口の状態を表すＢ点がＥ点に推移するため、ＣＯＰが低下する。
　また、図８に示すヒートポンプシステム５０１では、床暖房などを行う暖房機器が循環水回路５３４の循環水を用いて加熱される。すなわち、暖房機器を加熱する際にも、タンク５１１内の高温水を利用して温度の低下した循環水が中間熱交換器５３３で加熱されるため、同様に中温水が生じてＣＯＰが低下する。
　一方、ヒートポンプ回路では、蒸発器で外気から熱を吸収して冷媒を加熱するため、蒸発器を通過する冷媒は外気よりも低い温度になる。そのため、外気温度が低下して蒸発器の冷媒温度が氷点下になると、蒸発器の表面に水蒸気が凍結して着霜が起こる。この着霜への対策として、従来、図１１に示すように、凝縮器８０２および膨張弁８０３をバイパスする、定圧膨張弁８０５を備えたホットガスバイパス路が設けられていた（非特許文献１参照）。すなわち、凝縮器８０２での放熱を停止し、圧縮機８０１で圧縮した高温の冷媒を蒸発器８０４に導くことで、蒸発器８０４の表面に形成された霜を融解させていた。このようにして行われる除霜は、圧縮機８０１で行った圧縮仕事によって増加した冷媒のエネルギーを用いて蒸発器８０４を加熱するため、蒸発器８０４の除霜のための除霜運転は、放熱損失を考慮すれば、圧縮機８０１の入力よりも低い加熱能力でしか蒸発器８０４を加熱できない非効率なものであった。
　このように、高温側熱源の加熱に寄与しない除霜運転がヒータ同等の低い効率で行われるため、除霜運転によるヒートポンプシステムのＣＯＰ低下が課題であった。
　そこで、特許文献１では、タンク５１１に溜まった中温水を利用して沸き上げおよび除霜を行うことが提案されている。具体的には、図８に示すように、沸き上げ時には、タンク５１１に溜まった中温水を補助蒸発器５２３に流し、外気だけでなく中温水によっても冷媒を加熱する。これにより中温水が冷却され、低温となった水をタンク５１１の底部に戻すことで中温水を低減し、放熱器５２１に供給される水温を低下させる。
　また、蒸発器５２２の除霜時には、中温水を補助蒸発器５２３に供給することでヒートポンプ回路を循環する冷媒を加熱する。すなわち、除霜に用いられる冷媒の加熱源として、ヒートポンプ回路によって効率的に加熱されたタンク５１１の水の熱を利用する。そのため、除霜運転に費やされる入力を軽減できるため、ヒートポンプシステム５０１のＣＯＰが向上する。ただし、ヒートポンプ回路全体を冷媒が流れるため、配管での圧力損失が大きく、圧縮機５２５の吸入側と吐出側との間に圧力差が生じる。このため、冷媒を循環させるには、補助蒸発器５２２で過熱（スーパーヒート）されたガスを圧縮機５２５でその圧力差以上に昇圧する必要があり、圧縮機５２５の仕事量は依然大きい。
　また、特許文献２には、図１２に示すように、加熱器９１２で生じタンク９０９に貯まった中温水を第２蒸発器９０８に送って冷媒を加熱し、冷却された水をタンク９０９の下部に戻すヒートポンプシステム９００が開示されている。このような構成では、沸き上げ運転中に中温水が増加した場合に、第２蒸発器９０８に中温水および膨張後の冷媒を供給し、冷媒との熱交換により冷却された水をタンク９０９の下部に戻す。このため、放熱器９０２へは低温の水が供給されてヒートポンプ回路９３０のサイクル効率が向上する。ただし、放熱器９０２で水の沸き上げに使用される熱の一部は、タンク９０９の中温水から得たものであるので、中温水の冷却動作中のタンク９０９の水の加熱量は見かけよりも低下する。そのため、圧縮機９０１への入力を分母、タンク９０９の水の加熱量を分子にしたヒートポンプシステム９００の加熱効率は低い。また、第２蒸発器９０８を利用することで、第１蒸発器９０４の運転率が低下するため、除霜運転に入るまでの時間が長くなり、効率的な運転が可能になる。しかし、上記と同じ理由で、除霜に至るまでの時間が延びるということは、それだけタンク９０９に貯められた水の熱でタンク９０９の水を暖めているに過ぎず、圧縮機９０１への入力を分母、タンク９０９の水の加熱量を分子としたヒートポンプシステム９００の加熱効率は大幅に低下する。
　また、特許文献３には、図１３ならびに図１４Ａおよび１４Ｂに示すような、除霜時に、タンク１００２の高温水による蒸発器１０１６の加熱とホットガスによる蒸発器１０１６の加熱を同時に行う給湯装置であるヒートポンプシステム１０００が開示されている。具体的には、ヒートポンプシステム１０００では、蒸発器１０１６に水配管で構成された流路である加熱部１０２８が設けられており、除霜時には、加熱部１０２８にタンク１００２の高温水が送られるとともに、圧縮機１０１４が駆動されてホットガスバイパス弁１０２１が開かれる。この構成では、通常運転時は、蒸発器１０１６が低温になるため加熱部１０２８の水の凍結防止を目的とした落水動作が行われる。また、除霜運転時に、タンク１００２の中温水を水冷媒熱交換器１００４と加熱部１０２８に供給することで、除霜を行いつつ沸き上げ運転が可能になる。しかし、蒸発器１０１６に加熱部１０２８を設けることで蒸発器１０１６の空気側圧力損失の増加や、フィン１０３５の面積の減少など蒸発器１０１６の性能低下が生じる。また、タンク１００２内の中温水の熱を利用した沸き上げ運転では、結局のところタンク１００２内の水を加熱した正味の熱量は、圧縮機の仕事分のみであり、圧縮機１０１４への入力を分母、タンク１００２の水の加熱量を分子としたヒートポンプシステム１０００の加熱効率は低い。
特開２００７－１０２０７号公報 特開２００４－１０８５９７号公報 特開２００８－９６０４４号公報
川平睦義著、「密閉型冷凍機」、社団法人日本冷凍協会、１９８１年、ｐ．２７８－２８０（図２２．１８）
　こうした事情に鑑み、本発明は、加熱効率の低下を防止しつつ高効率な除霜運転が可能なヒートポンプシステム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システムは、冷媒を圧縮する圧縮機、圧縮された冷媒と蓄熱流体との間で熱交換を行なう放熱器、前記放熱器から流出した冷媒を膨張させる膨張手段、および膨張した冷媒を蒸発させる蒸発器を含むヒートポンプ回路と、蓄熱流体を貯めるタンクと、蓄熱流体を沸き上げるための沸き上げ路であって、前記タンク内の蓄熱流体を前記放熱器に送る往き側路、および前記放熱器から前記タンクに蓄熱流体を戻す還り側路を含む沸き上げ路と、前記ヒートポンプ回路における前記膨張手段と前記蒸発器の間の部分と前記蒸発器と前記圧縮機の間の部分とを接続し、冷媒ポンプが設けられた除霜路と、前記タンク内の蓄熱流体を循環させるための循環路と、前記除霜路を流れる冷媒と前記循環路を流れる蓄熱流体との間で熱交換を行なって冷媒を加熱する冷媒加熱器と、を備えるものである。
　上記本発明のヒートポンプシステムによれば、沸き上げ時には冷媒加熱器を用いずに蒸発器で吸熱することができるので、加熱効率の低下を防止できる。また、除霜時には冷媒ポンプによって除霜路とヒートポンプ回路の一部（蒸発器を含む部分）で構成される除霜回路に冷媒を循環させることにより、従来の圧縮機を用いて冷媒を循環させるよりも入力の低減が図れる。さらに、ヒートポンプ回路よりも長さの短い除霜回路を冷媒が循環することにより、配管での圧力損失が小さくさらに冷媒ポンプの入力が低減される。また、ヒートポンプによって高効率に加熱されたタンク内の蓄熱流体の熱を利用して除霜を行うため、従来のホットガスバイパスによる除霜と比較して除霜に費やされる入力が大幅に低下する。また、一般的な蒸発器が備える冷媒配管のパスを利用して除霜を行うため、蒸発器に別途蓄熱流体配管のパスを設ける必要がないので、蒸発器の性能を低下させることなく、蓄熱流体による除霜が実現できる。よって、効率的なヒートポンプシステムを提供できる。
　以上のように、本発明によれば、冷媒ポンプにより冷媒を循環させ、さらに高効率に加熱された蓄熱流体を蒸発器の除霜に用いることにより、除霜に必要な入力を低減することが可能になるとともに、上記の効果を得るために蒸発器の構成を特別に変更する必要がないので、蒸発器の性能が低下しないヒートポンプシステムを実現できる。
本発明の第１実施形態のヒートポンプシステムを示す概略構成図 図１のヒートポンプシステムにおける沸き上げ運転状態の説明図 図１のヒートポンプシステムにおける除霜運転状態の説明図 図１のヒートポンプシステムにおける除霜運転のフローチャート 本発明の第２実施形態に係るヒートポンプシステムを示す概略構成図 図５のヒートポンプシステムにおける運転状態の説明図 図５のヒートポンプシステムにおける除霜運転状態の説明図 従来のヒートポンプシステムの構成図 従来のヒートポンプシステムで二酸化炭素を冷媒として用いた場合のモリエル線図 従来のヒートポンプシステムでＲ４１０Ａのような高沸点冷媒を用いた場合のモリエル線図 従来のヒートポンプ回路の構成図 従来の別のヒートポンプシステムの構成図 従来のさらに別のヒートポンプシステムの構成図 図１４Ａは図１３のヒートポンプシステムの蒸発器の概要図、図１４Ｂは図１４ＡのXVI－XVI線断面図
　以下、添付の図面を参照しつつ本発明の実施形態について説明する。
　（第１実施形態）
　図１に、本発明の第１実施形態に係るヒートポンプシステム１００の概略構成を示し、図２および図３に、ヒートポンプシステム１００の沸き上げ運転状態および除霜運転状態をそれぞれ示す。
　《構成》
　図１に示すように、ヒートポンプシステム１００は、冷媒を循環させるヒートポンプ回路１１０と、蓄熱流体を貯めるタンク１５１と、ヒートポンプ回路１１０により蓄熱流体を沸き上げるための沸き上げ路１５０と、システム全体の制御を行う制御装置１８０とを備えている。さらに、本実施形態のヒートポンプシステム１００は、タンク１５１に貯められた蓄熱流体の熱を利用する構成として、両端がタンク１５１に接続された熱利用路１５４と、熱媒体を循環させる熱媒体回路１５７と、これら１５４，１５７に跨って設けられた中間熱交換器１５５とを備えている。
　ヒートポンプ回路１００は、冷媒を圧縮する圧縮機１１１と、圧縮された冷媒と蓄熱流体との間で熱交換を行なう放熱器１１２と、放熱器１１２から流出した冷媒を膨張させる膨張手段としての膨張弁１１３と、ファン１１５から送られる空気によって膨張した冷媒を蒸発させる蒸発器１１４と、これらの機器１１１～１１４を順に接続する冷媒配管とで構成されている。蒸発器１１４には、該蒸発器１１４を流れる冷媒の温度を検知する冷媒温度センサ（本発明の蒸発温度センサに相当）１２５が設けられている。
　タンク１５１は、鉛直方向に延びる形状（例えば円筒状）を有している。本実施形態では、蓄熱流体として水が用いられており、タンク１５１の下部には給水配管１５２が接続され、タンク１５１の上部には給湯配管１５３が接続されている。
　ここで、タンク１５１の上部とは、鉛直方向においてタンク１５１の上側３分の１から５分の１程度の部分をいい、タンク１５１の下部とは、鉛直方向においてタンク１５１の下側３分の１から５分の１程度の部分をいい、後述するタンク１５１の中間部とは、それらの間の部分をいう。
　沸き上げ路１５０は、タンク１５１内の水（蓄熱流体）を放熱器１１２に送る往き側路１６０と、放熱器１１２からタンク１５１に水を戻す戻り側路１６１を含む。往き側路１６０の一端は、タンク１５１の下部に設けられた下取り出し口に接続され、他端は放熱器１１２に接続されている。還り側路１６１の一端は、放熱器１１２に接続され、他端はタンク１５１の上部に設けられた上戻し口に接続されている。
　本実施形態では、往き側路１６０に第１の蓄熱流体ポンプである沸き上げポンプ１６２が設けられている。ただし、沸き上げポンプ１６２は還り側路１６１に設けることも可能である。また、本実施形態では、往き側路１６０における沸き上げポンプ１６２よりも上流側に、沸き上げ路１６０（正確には沸き上げ路１６０の沸き上げポンプ１６２よりも上流側部分）の内部の水を排出するための、凍結防止弁１６３ａを有する排出路１６３が設けられている。
　熱利用路１５４の一端はタンク１５１の上部に接続されており、他端はタンク１５１の中間部に接続されている。また、熱利用路１５４には、一端から他端に水を流すためのポンプ１５６が設けられている。
　熱媒体回路路１５７には、該熱媒体回路１５７に沿って熱媒体を循環させるためのポンプ１５９が設けられているとともに、熱媒体を介して蓄熱流体の熱を放出させる熱利用熱交換器１５８が設けられている。熱媒体としては例えば水を用いることができ、熱利用熱交換器１５８の一例は暖房機器である。なお、熱媒体回路１５７を省略し、中間熱交換器１５５の代わりに熱利用熱交換器１５８を用いてもよい。
　さらに、本実施形態のヒートポンプシステム１００は、ヒートポンプ回路１１０における膨張弁１１３と蒸発器１１４の間の部分と蒸発器１１４と圧縮機１１１の間の部分とを接続する除霜路１２０と、沸き上げられた水の温度低下により中温となったタンク１５１内の水を循環させるための循環路１６４と、除霜路１２０と循環路１６４とに跨って設けられた冷媒加熱器１１８とを備えている。
　ここで、「中温」とは、外気温度よりも高いがその温度の蓄熱流体をそのまま使用するには不十分な温度のことをいい、例えば、冷媒として二酸化炭素を用いる場合は３０～６５℃程度であり、冷媒としてＲ４１０Ａを用いる場合３０～４０℃程度である。
　冷媒加熱器１１８は、除霜路１２０を流れる冷媒と循環路１６４を流れる水との間で熱交換を行って冷媒を加熱するものである。本実施形態では、冷媒加熱器１１８として冷媒と水とが対向して流れる対向流型熱交換器が用いられている。
　除霜路１２０は、膨張弁１１３と蒸発器１１４の間の冷媒配管と冷媒加熱器１１８とを接続する膨張弁側流路と、冷媒加熱器１１８の一次側流路と、蒸発器１１４と圧縮機の間の冷媒配管と冷媒加熱器１１８とを接続する圧縮機側流路とで構成されている。そして、除霜路１２０と、ヒートポンプ回路１１０における除霜路１２０の両端で挟まれる、蒸発器１１４を含む部分とで除霜回路が構成されている。
　除霜路１２０には、冷媒ポンプ１１７が設けられている。本実施形態では、冷媒ポンプ１１７は、冷媒が除霜路１２０を、蒸発器１１４を圧縮機１１１側から膨張弁１１３側に通過する向きに流れるように設けられている。また、本実施形態では、冷媒ポンプ１１７が冷媒加熱器１１８の上流側に（すなわち、膨張弁側流路に）配置されている。
　さらに、除霜路１２０には、冷媒ポンプ１１７の上流側に気液分離器１１６が設けられている。冷媒ポンプ１１７は、配管により気液分離器１１６の液取り出し口に接続されており、気液分離器１１６で分離された液相の冷媒が冷媒ポンプ１１７に導かれるようになっている。また、除霜路１２０には、冷媒加熱器１１８の下流側に（すなわち、圧縮機側流路に）、冷媒加熱器１１８側からの流れは許可するがヒートポンプ回路１１０側からの流れは禁止する逆止弁１１９が設けられている。
　循環路１６４は、タンク１５１の中間部に設けられた中取り出し口と冷媒加熱器１１８とを接続する上流路１６５と、冷媒加熱器１１８の二次側流路と、冷媒加熱器１１８とタンク１５１の下部に設けられた下戻し口とを接続する下流路１６６とで構成されている。本実施形態では、上流路１６５に、第２の蓄熱流体ポンプである循環ポンプ１６７が設けられている。ただし、循環ポンプ１６７は、下流路１６６に設けられていてもよい。また本実施形態では、下流路１６６に、循環路１６４（正確には循環路１６４の循環ポンプ１６７よりも下流側部分）の内部の水を排出するための、凍結防止弁１６８ａを有する排出路１６８が設けられている。
　循環路１６４には、該循環路１６４内の水の温度を検知する凍結温度センサ１２１が設けられている。本実施形態では、凍結温度センサ１２１が冷媒加熱器１２１の二次側流路に配置されているが、凍結温度センサ１２１の配置位置は、上流路１６５であってもよいし下流路１６６であってもよい。
　上述した凍結防止弁１６３ａ，１６８ａは、特に限定されるものではないが、ヒートポンプシステム１００の運転が長期間停止されたときに開かれることが好ましい。外気温度が氷点下になる地域で長期にヒートポンプ回路１１０を動作させない場合、タンク１５１、沸き上げ路１５０および循環路１６４内の水が凍結する危険性があるため、凍結防止弁１６３ａ，１６８ａを開いて排水することで凍結による配管の損傷を防止できるからである。これを実現するには、例えば、凍結防止弁１６３ａ，１６８ａとしてソレノイドバルブを用いるとともに、タンク１５１の下部に貯められた水の温度を検知する温度センサを設け、この温度センサで検知される温度が凍結温度に近い所定温度以下になったときに凍結防止弁１６３ａ，１６８ａを開くようにしてもよい。あるいは、凍結防止弁１６３ａ，１６８ａを、バイメタルなどの電力の不要な自動機構により、該凍結防止弁１６３ａ，１６８ａに接する水の温度が前記所定温度以下になったときに自動的に開かれるように構成してもよい。
　制御装置１８０は、上述した圧縮機１１１、各種のポンプ、ならびに冷媒温度センサ１２５および凍結温度センサ１２１に接続されている。制御装置１８０は、それらのセンサ１２５，１２１で検知される情報等に基づき、圧縮機１１１および各種のポンプを制御して沸き上げ運転および除霜運転を行う。
　《動作》
　次に、本実施形態のヒートポンプシステム１００の沸き上げ運転および除霜運転を説明する。
　沸き上げ運転状態では、図２に示すように、圧縮機１１１が駆動され、ヒートポンプ回路１１０を冷媒が循環する。一方で、沸き上げポンプ１６２が駆動され、タンク１５１の下部に貯められた水が沸き上げ路１５０を流れる。圧縮機１１１で圧縮された高圧高温の冷媒は、放熱器１１２で往き側路１６０から供給される水と熱交換を行い、供給される水の温度近くまで冷却される。放熱器１１２で冷却された冷媒は、膨張弁１１３で膨張されて減圧し、低温低圧の気液二相状態になり、その後、蒸発器１１４で蒸発器ファン１１５によって送風される空気と熱交換して吸熱し蒸発する。蒸発した冷媒は、再び圧縮機１１１に吸引され圧縮して昇圧される。
　一方、沸き上げ路１５０の水は、放熱器１１２で圧縮機１１１から吐出された高温の冷媒の温度近くまで沸き上げられ、再びタンク１５１の上部に戻される。このように沸き上げられたタンク１５１の高温水は、給湯配管１５３から必要な場所へ給湯され、給湯に利用された分だけ給水配管１５２から水がタンク１５１に供給される。また、タンク１５１の高温水は、ポンプ１５６を駆動することにより熱利用路１５４に供給され、中間熱交換器１５５で熱媒体回路１５７の熱媒体と熱交換して、熱媒体回路１５７の熱媒体に対して放熱した中温水がタンク１５１の中間部に戻される。熱媒体回路１５７では、ポンプ１５９を駆動することにより中間熱交換器１５５で加熱された熱媒体が熱利用熱交換器１５８に送られ、流体の熱を風呂水の追い炊きや室内の暖房、融雪などの用途に利用され、冷えた熱媒体が再びポンプ１５９で中間熱交換器１５５に送液される。このような動作を行うことで、タンク１５１の中間部には中温水が溜まる。
　外気温度が低い状態でヒートポンプ回路１１０を動作すると、蒸発器１１４を流れる冷媒の温度が氷点下を下回り、蒸発器１１４の表面に着霜が生じてくる。着霜量が増加すると蒸発器１１４の空気側の熱伝達が阻害されて熱交換量が低下するため、蒸発器１１４を流れる冷媒の温度がさらに低下する。そうすると、制御装置１８０は、図３に示すような除霜運転に移行する。
　次に、図４のフローチャートを参照しながら、除霜運転時の制御装置１８０の制御について説明する。制御装置１８０は、まず冷媒温度センサ１２５で蒸発器１１４を流れる冷媒の温度Ｔｅを検知し（ステップＳ１）、冷媒の温度Ｔｅが第１設定温度Ｔ１以下になるまで沸き上げ運転を継続する（ステップＳ２でＮＯ）。第１設定温度Ｔ１は、例えば外気温度に応じて予め決定しておいてもよいし、起動時に検知される冷媒の温度Ｔｅから所定温度を引いた値として起動する度に算出してもよい。
　冷媒の温度Ｔｅが第１設定温度Ｔ１以下になると（ステップＳ２でＹＥＳ）、制御装置１８０は、圧縮機１１１を停止するとともに、沸き上げポンプ１６２を停止して沸き上げ路１５０を通じた循環を停止し、ヒートポンプ回路１１０による沸き上げ運転を止める（ステップＳ３）。ついで、制御装置１８０は、冷媒ポンプ１１７を駆動させて気液分離器１１６内の液相の冷媒を冷媒加熱器１１８に送り、同時に循環ポンプ１６７を駆動させて循環路１６４を通じた循環を開始し、対向流型熱交換器である冷媒加熱器１１８にタンク１５１内に溜まった中温水を送る（ステップＳ４）。これにより、液相の冷媒が中温水の温度近くまで加熱されて蒸発し、この加熱蒸気が蒸発器１１４に送られることによって蒸発器１１４の除霜が行われる。蒸発器１１４で放熱して凝縮した冷媒は再び気液分離器１１６に戻る。一方、冷媒加熱器１１８で冷却された水は還り側路１６６を通じてタンク１５１の下部に設けられた下戻し口からタンク１５１に戻される。
　制御装置１８０は、冷媒温度センサ１２５で検知される蒸発器１１４を流れる冷媒の温度Ｔｅが第２設定温度Ｔ２以上になるまで除霜運転を継続し（ステップＳ５およびステップＳ６でＮＯ）、冷媒の温度Ｔｅが第２設定温度Ｔ２以上になったときに（ステップＳ６でＹＥＳ）、除霜運転から沸き上げ運転に移行する。具体的に、制御装置１８０は、冷媒ポンプ１１７を停止するとともに、循環ポンプ１６７を停止して循環路１６４を通じた循環を停止する（ステップＳ７）。ついで、制御装置１８０は、再び圧縮機１１１を駆動させてヒートポンプ回路１１０を運転するとともに、沸き上げポンプ１６２を駆動させて沸き上げ路１５０を通じた循環を開始する（ステップＳ８）。なお、第２設定温度Ｔ２は、第１設定温度Ｔ１と同じ温度であってもよいし、第１設定温度Ｔ１よりも高い温度であってもよい。
　ヒートポンプ回路１１０の運転中は、停止した冷媒ポンプ１１７および逆止弁１１９の働きによって、冷媒加熱器１１８には蒸発器１１４を通過する前および後の低圧低温の冷媒が供給されない。それでも凍結温度センサ１２１で検知される循環路１６４内の水の温度が凍結温度に近い所定温度以下になったときは、循環ポンプ１６７を駆動させて循環路１６４に中温水を流す凍結防止運転を行う。
　なお、本実施形態では、冷媒温度センサ１２５で検知される蒸発器１１４を流れる冷媒の温度Ｔｅに基づいて除霜運転が行われるようになっている。しかし、本発明の除霜温度センサはこれに限られるものではなく、冷媒温度センサ１２５の代わりに蒸発器１１４の温度を検知する蒸発器温度センサを用いてもよい。この場合の制御については、図４に示すフローチャートにおいて冷媒温度センサ１２５で検知される冷媒の温度Ｔｅを蒸発器温度センサで検知される蒸発器の温度に変更するだけでよい。すなわち、上述したのと同様に、蒸発器温度センサで検知される蒸発器の温度を第１設定温度Ｔ１および第２設定温度Ｔ２と比較しながら除霜運転を行えばよい。
　《効果》
　本実施形態の構成では、蒸発器１１４の除霜を行うために、タンク１５１に溜まった中温水と冷媒ポンプ１１７から送り出された液冷媒とを冷媒加熱器１１８で熱交換させ、これにより得られた過熱（スーパーヒート）蒸気が蒸発器１１４に送られる。そのため、これまでのように圧縮機の入力よりも低い加熱能力でしか蒸発器を加熱できない非効率な除霜運転と比較して、ヒートポンプ回路１１０によって効率的に沸き上げられたタンク１５１の中温水で加熱された冷媒を利用することで、効率的な除霜運転が実現できる。さらに、除霜運転時には冷媒ポンプ１１７によって液冷媒が送り出されることで除霜を行う冷媒の循環が生じるため、従来の過熱されたガス冷媒を圧縮機で圧縮循環させる場合と比べて、冷媒の循環に必要な動力を大幅に低減できる。さらに、除霜のために冷媒が循環する経路は、除霜路１２０とヒートポンプ回路１１０における蒸発器１１４およびその近傍のみであり、従来のヒートポンプ回路全体を冷媒が循環する場合と比べて、経路の短縮により圧力損失の低減による循環動力の低減や放熱損失の低減による除霜能力の向上が実現できるため効率的な除霜運転が行える。また、蒸発器１１４の除霜に使われる加熱媒体が冷媒であり、ヒートポンプ回路１１０の運転時に利用される蒸発器１１４の冷媒流路を利用するため、従来の蒸発器に中温水を通過させる専用流路である加熱部を設ける場合と比較して、蒸発器１１４の空気側圧力損失の増加や、フィンの面積の減少などが発生しないため、蒸発器１１４の性能を維持できる。また、除霜路１２０の冷媒ポンプ１１７はヒートポンプ回路１１０の動作時に停止することにより、放熱器１１２で水の沸き上げに使用される熱の一部がタンク１５１の中温水から得たものにはならない。そのため、従来のようにヒートポンプ回路１１０によるタンク１５１の水の加熱量が見かけよりも低下することを防止し、圧縮機１１１への入力を分母、タンク１５１の水の加熱量を分子にしたヒートポンプシステム１００の加熱効率の低下を防止できる。
　また、除霜路１２０の冷媒ポンプ１１７は、冷媒が除霜路１２０を、蒸発器１１４を圧縮機１１１側から膨張弁１１３側に通過する向きに流れるように設けられている。これにより、蒸発器１１４の圧縮機１１１側（沸き上げ運転中のガス冷媒出口）からガス冷媒が流入し、蒸発器１１４の表面に形成された霜に放熱して霜を融解させることにより凝縮した液冷媒が蒸発器１１４の膨張弁１１３側（沸き上げ運転中の液冷媒入口）から流出する。このため、沸き上げ運転と除霜運転とでガス冷媒側と液冷媒側とを一致させることができ、蒸発器１１４を該蒸発器１１４を通過する冷媒の状態（ガスと液の割合）に応じた流路断面積となるように構成することができる。その結果、冷媒の循環に伴う圧力損失をさらに低減することができる。
　また、除霜路１２０の冷媒ポンプ１１７の上流側には気液分離器１１６が設けられ、液相の冷媒が冷媒ポンプ１１７に導かれるため、冷媒ポンプ１１７で安定した送液ができ、冷媒ポンプ１１７の動力を低減できる。
　また、冷媒加熱器１１８は、冷媒と中温水とが対向して流れる対向流型熱交換器であるため、中温水の温度を冷媒加熱器１１８に流入する液冷媒の温度まで低下させることができるとともに、液冷媒を冷媒加熱器１１８に流入する中温水の温度まで加熱して蒸発させて加熱蒸気を発生させることができる。これにより、効率的に中温水の熱を除霜に利用でき、タンク１５１に戻す水の温度を低下させることができる。
　また、沸き上げ路１５０の往き側路１６０をタンク１５１の下部に設けられた下取り出し口に接続し、還り側路１６１をタンク１５１の上部に設けられた上戻し口に接続したことで、タンク１５１の下部に貯められた低温の水を放熱器１１２へ導き、高温に加熱された温水をタンク１５１の上部に戻すことができ、温度成層により低温の水と高温の水を効率的にタンク１５１で保持することができる。また、循環路１６４の上流路１６５をタンク１５１の中間部に設けられた中取り出し口に接続し、下流路１６６をタンク１５１の下部に設けられた下戻し口に接続したことで、タンク１５１の中間部に溜まった中温水を冷媒加熱器１１８に導き、冷媒加熱器１１８で放熱した低温水をタンク１５１の下部に戻すことができる。これにより、ヒートポンプ回路１１０の動作時には、優先的に低温の水が往き側路１６０を通じて放熱器１１２で沸き上げられるため、ヒートポンプ回路１１０による沸き上げ効率が向上する。
　また、除霜路１２０には冷媒加熱器１１８から蒸発器１１４と圧縮機１１１の間の冷媒配管に至る部分に逆止弁１１９が設けられているので、除霜運転を行わないヒートポンプ回路１１０の運転時に、蒸発器１１４から流出した低圧低温の冷媒が冷媒加熱器１１８へ流入しない。このため、冷媒加熱器１１８の温度が低下せず、水の凍結を防止できる。
　また、循環路１６４内の水の温度を検知する凍結温度センサ１２１が設けられ、凍結前に中温水を流す凍結防止運転が行われるため、水の凍結による配管の破損などを防止できる。また、ヒートポンプシステム１００の長期停止時には、凍結防止弁１６３ａ，１６８ａにより沸き上げ路１５０、循環路１６４およびタンク１５１内の水が排出されるため、冬季の旅行時などで長期間ヒートポンプシステム１００への通電がない場合などに水の温度が低下して凍結することを防止できる。また、バイメタルなどの電力の不要な水温度に応じた自動機構により電力供給がない場合の凍結防止弁１６３ａ、１６８ａの開放動作を行うことで、電源が切断された後でも、水の温度低下を検知して適切な排水を行うことができる。
　（第２実施形態）
　次に、図５に、本発明の第２実施形態に係るヒートポンプシステム２００の概略構成を示し、図６および図７に、ヒートポンプシステム２００の沸き上げ運転状態および除霜運転状態をそれぞれ示す。図５に示すように、本実施形態のヒートポンプシステム２００は、第１実施形態で説明したヒートポンプシステム１００（図１参照）と概ね同様の構成を有している。以下では、同一機能部品については同一の符号を付し、その説明を省略する。
　本実施形態と第１実施形態との相違点は、タンク１５１、沸き上げ路１５０および循環路１６４の構成と、タンク１５１に貯められた蓄熱流体である。
　《構成》
　タンク１５１は、該タンク１５１の内部の上方に内タンク３５１を備え、この内タンク３５１の下部に給水配管１５２が接続され、内タンク３５１の上部に給湯配管１５３が接続されている。また、タンク１５１内には、内タンク３５１を除いて蓄熱流体として不凍液が貯められており、沸き上げ路１５０および循環路１６４には不凍液が供給される。そして、沸き上げ路１５０の還り側路１６１からタンク１５１の上部に戻される高温の不凍液によって内タンク３５１の内部の水が加熱され給湯配管１５３から出湯される。
　また、本実施形態では、循環路１６４の上流路１６５は、往き側路１６０と合流する合流部３６０と、往き側路１６０から分岐する分岐部３６２とを有している。そして、合流部３６０と分岐部３６２の間に蓄熱流体ポンプ３６１が設けられている。すなわち、蓄熱流体ポンプ３６１は沸き上げ路１５０と循環路１６４とで共有されている。
　さらに、本実施形態では、沸き上げ路１５０の往き側路１６０における合流部３６０よりも上流側部分および分岐部３６２よりも下流側部分にそれぞれ第１開閉弁３６３，３６４が設けられており、循環路１６４の上流路１６５における合流部３６０よりも上流側部分および分岐部３６２よりも下流側部分にそれぞれ第２開閉弁３６５，３６６が設けられている。第１開閉弁３６３，３６４および第２開閉弁３６５，３６６は、制御装置１８０により制御され、一方が開かれるときは他方が閉じられ、他方が開かれるときは一方が閉じられるようになっている。すなわち、第１開閉弁３６３，３６４および第２開閉弁３６５，３６６は、沸き上げ路１５０を通じた循環を許容し、循環路１６４を通じた循環を禁止する第１状態と、沸き上げ路１５０を通じた循環を禁止し、循環路１６４を通じた循環を許容する第２状態とを切り換える、本発明の切り換え手段を構成する。なお、本発明の切り換え手段は、４つの開閉弁で構成されている必要はなく、例えば、合流部３６０および分岐部３６２にそれぞれ設けられた一対の三方弁で構成されていてもよい。
　《効果》
　本実施形態の構成では、第１の実施形態の構成で必要であった沸き上げポンプ１６２と循環ポンプ１６７との機能を、第１開閉弁３６３，３６４および第２開閉弁３６５，３６６の開閉操作により一つの蓄熱流体ポンプ３６１で発揮でき、安価に効率的なヒートポンプシステム２００を構成できる。また、蓄熱流体を不凍液としたことにより、沸き上げ路１５０と循環路１６４内の蓄熱流体が凍結する危険がなくなるため、凍結防止運転を行ったり凍結防止ヒータを使用したりすることなく効率的にヒートポンプシステム２００を動作できる。また、タンク１５１内には内タンク３５１が配設されているので、内タンク３５１の内部に貯めた水とタンク１５１に貯められた不凍液とを分離することができる。このため、ヒートポンプ回路１１０によって沸き上げられる蓄熱流体を不凍液にした場合でも、給水配管１５２から供給される水を加熱して給湯配管から必要な場所に供給することができる。
　なお、本実施形態では、循環路１６４の上流路１６５が合流部３６０および分岐部３６２を有しているが、循環路１６４の下流路１６６が合流部３６０および分岐部３６２を有していて、これらの間に蓄熱流体ポンプが設けられていてもよい。
　（その他の実施形態）
　前記実施形態では、膨張手段として膨張弁１１３を利用したヒートポンプ回路１１０を例に本発明の効果を説明したが、膨張手段として動力回収が可能な膨張機を用いても同様の効果を発揮する。
　また、前記実施形態では、タンク１５１に中間取り出し口が１つでだけ設けられていたが、中間取り出し口は鉛直方向に亘って複数設けられていてもよい。すなわち、循環路１６４の上流端が複数に枝分かれしており、タンクに設けられた複数の温度センサで検知される中温水のある場所に応じて、中温水を取り出す場所が選択されるようになっていてもよい。
　また、前記実施形態では、循環路１６４に中温水が流れるようになっているが、循環路１６４に流れる水は、タンク１５１内の水であればどのような温度の水であっても、高効率に沸き上げられた水を利用して除霜を行うことができる。これは、タンク１５１内の下部の水にも高温水または中温水からいくらかは熱が与えられるためである。すなわち、循環路１６４の上流端は、タンク１５１の上部に接続されていてもよいし、タンク１５１の下部に接続されていてもよい。
　また、除霜路１２０における冷媒ポンプ１１７および逆止弁１１９の位置は、入れ替わっていてもよい。さらに、逆止弁１１９を設けずに、循環路１６４における冷媒加熱器１１８への流入部および冷媒加熱器１１８からの流出部を、冷媒加熱器１１８を重力方向で上方に持ち上げるような形状に形成してもよい。この構成では、冷媒ポンプ停止時には、除霜運転によって蒸発したガス冷媒および凍結防止運転によって中温水で加熱されたガス冷媒が冷媒加熱器１１８内に維持され、沸き上げ運転時に蒸発器１１４から流出した低温低圧の液冷媒が冷媒加熱器１１８に流入することが防止される。従って、この構成でも冷媒加熱器１１８内での水の凍結を防止することができる。
　また、第１実施形態の蓄熱流体ポンプを共有する沸き上げ路１５０および循環路１６４の構成を第２実施形態で採用することも可能であり、第２実施形態の内タンク３５１を備えるタンク１５１の構成を第１実施形態で採用することも可能である。
　以上のように、本発明は、ヒートポンプ給湯機、ヒートポンプ暖房機などに利用されるヒートポンプシステムについて有用である。

Claims (16)

  1. 　冷媒を圧縮する圧縮機、圧縮された冷媒と蓄熱流体との間で熱交換を行なう放熱器、前記放熱器から流出した冷媒を膨張させる膨張手段、および膨張した冷媒を蒸発させる蒸発器を含むヒートポンプ回路と、
    　蓄熱流体を貯めるタンクと、
    　蓄熱流体を沸き上げるための沸き上げ路であって、前記タンク内の蓄熱流体を前記放熱器に送る往き側路、および前記放熱器から前記タンクに蓄熱流体を戻す還り側路を含む沸き上げ路と、
    　前記ヒートポンプ回路における前記膨張手段と前記蒸発器の間の部分と前記蒸発器と前記圧縮機の間の部分とを接続し、冷媒ポンプが設けられた除霜路と、
    　前記タンク内の蓄熱流体を循環させるための循環路と、
    　前記除霜路を流れる冷媒と前記循環路を流れる蓄熱流体との間で熱交換を行なって冷媒を加熱する冷媒加熱器と、
    を備えるヒートポンプシステム。
  2. 　前記蒸発器を流れる冷媒の温度または前記蒸発器の温度を検知する除霜温度センサと、
    　前記除霜温度センサで検知される温度が第１設定温度以下になったときに、前記圧縮機を停止するとともに前記沸き上げ路を通じた循環を停止し、さらに前記冷媒ポンプを駆動させるとともに前記循環路を通じた循環を開始する制御装置と、
    をさらに備える、請求項１に記載のヒートポンプシステム。
  3. 　前記制御装置は、前記除霜温度センサで検知される温度が第２設定温度以上になったときに、前記冷媒ポンプを停止するとともに前記循環路を通じた循環を停止し、さらに前記圧縮機を駆動させるとともに前記沸き上げ路を通じた循環を開始する、請求項２に記載のヒートポンプシステム。
  4. 　前記冷媒ポンプは、冷媒が前記除霜路を、前記蒸発器を前記圧縮機側から前記膨張手段側に通過する向きに流れるように設けられている、請求項１～３のいずれか一項に記載のヒートポンプシステム。
  5. 　前記冷媒ポンプは、前記冷媒加熱器の上流側に配置されており、
    　前記除霜路には、前記冷媒ポンプの上流側に気液分離器が設けられており、この気液分離器で分離された液相の冷媒が前記冷媒ポンプに導かれる、請求項４に記載のヒートポンプシステム。
  6. 　前記冷媒加熱器は、冷媒と蓄熱流体とが対向して流れる対向流型熱交換器である、請求項１～５のいずれか一項に記載のヒートポンプシステム。
  7. 　前記循環路は、前記タンクの中間部と前記冷媒加熱器とを接続する上流路と、前記冷媒加熱器と前記タンクの下部とを接続する下流路とを含む、請求項１～６のいずれか一項に記載のヒートポンプシステム。
  8. 　前記往き側路には沸き上げポンプが設けられており、前記上流路または前記下流路には循環ポンプが設けられている、請求項７に記載のヒートポンプシステム。
  9. 　前記上流路または前記下流路は、前記往き側路に合流する合流部と、前記往き側路から分岐する分岐部とを有し、前記合流部と前記分岐部との間に蓄熱流体ポンプが設けられており、
    　前記沸き上げ路を通じた循環を許容し、前記循環路を通じた循環を禁止する第１状態と、前記沸き上げ路を通じた循環を禁止し、前記循環路を通じた循環を許容する第２状態とを切り換える切り換え手段をさらに備える、請求項７に記載のヒートポンプシステム。
  10. 　前記除霜路には、前記冷媒加熱器の下流側に逆止弁が設けられている、請求項５に記載のヒートポンプシステム。
  11. 　前記循環路における前記冷媒加熱器への流入部および前記冷媒加熱器からの流出部は、前記冷媒加熱器を重力方向で上方に持ち上げるような形状に形成されている、請求項５に記載のヒートポンプ。
  12. 　前記循環路には、該循環路内の蓄熱流体の温度を検知する凍結温度センサが設けられており、前記凍結温度センサで検知される蓄熱流体の温度が所定温度以下になったときに、前記循環ポンプまたは前記蓄熱流体ポンプが駆動させられる、請求項８または９に記載のヒートポンプシステム。
  13. 　前記沸き上げ路および前記循環路には、内部の蓄熱流体を排出するための、凍結防止弁を有する排出路がそれぞれ設けられており、前記凍結防止弁は、ヒートポンプシステムの運転が長期間停止されたときに開かれる、請求項１～１２のいずれか一項に記載のヒートポンプシステム。
  14. 　前記凍結防止弁は、該凍結防止弁に接する蓄熱流体の温度が所定温度以下になったときに自動的に開かれるように構成されている、請求１３に記載のヒートポンプシステム。
  15. 　前記蓄熱流体は不凍液である、請求項１～１４のいずれか一項に記載のヒートポンプシステム。
  16. 　前記タンクは、該タンクの内部の上方に内タンクを備え、前記内タンクの下部には給水配管が接続され、前記内タンクの上部には給湯配管が接続されている、請求項１～１５のいずれか一項に記載のヒートポンプシステム。
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