JP2016084986A

JP2016084986A - ヒートポンプ装置

Info

Publication number: JP2016084986A
Application number: JP2014218224A
Authority: JP
Inventors: 命仁王; Meijin O; 正倫浮舟; Masanori Ukibune
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 2014-10-27
Filing date: 2014-10-27
Publication date: 2016-05-19

Abstract

【課題】熱交換器内の液冷媒を確実に引き抜いてから通常冷凍サイクルとデフロストサイクルとの切換動作を行うことができるヒートポンプ装置を提供する。
【解決手段】冷媒回路30は、切換動作前に、膨張弁52の開度を通常冷凍サイクル時の開度よりも小さくしながらガス抜き動作を行う液回収動作を行うように構成され、液回収動作中において、利用側熱交換器40と熱源側熱交換器53のうち凝縮器となる熱交換器40,53から流出した冷媒が過熱状態であることを検出する検出部71,75,76を備え、冷媒回路30は、液回収動作中に検出部71,75,76が冷媒の過熱状態を検出すると、液回収動作を終了し切換動作を行うように構成される。
【選択図】図４

Description

本発明は、ヒートポンプ装置に関するものである。

従来より、冷媒が循環して冷凍サイクルを行うヒートポンプ装置が知られている。

特許文献１には、この種のヒートポンプ装置として、暖房と冷房とを切り換えて行う空気調和装置が開示されている。この空気調和装置では、冷媒回路に圧縮機、室内熱交換器（利用側熱交換器）、レシーバ、膨張弁、及び室外熱交換器（熱源側熱交換器）が接続されている。レシーバには、内部に溜まったガス冷媒を蒸発器側へ引き抜くためのガス抜き管が接続されている。冷媒回路は、圧縮機の吸入側にアキュムレータが設けられていない、いわゆるアキュムレータレス式に構成されている。

例えば空気調和装置の暖房運転時には、圧縮機で圧縮された冷媒が、室内熱交換器で凝縮し、レシーバを通じて膨張弁で減圧される。減圧後の冷媒は、室外熱交換器で蒸発し、圧縮機で再び圧縮される。この暖房運転時には、室外熱交換器で冷媒が蒸発することに起因して、該室外熱交換器の伝熱管の表面に霜が付くことがある。このため、空気調和装置では、いわゆる逆サイクルのデフロスト運転を行う。

このデフロスト運転の開始時には、暖房中の空気調和装置の四方切換弁の状態が切り換わる。この結果、圧縮機で圧縮された冷媒は、室外熱交換器を流れ伝熱管の除霜に利用される。室外熱交換器を流れた冷媒は、レシーバを通過し、膨張弁で減圧され、室内熱交換器で蒸発し、圧縮機で圧縮される。

このデフロスト運転では、同文献の図７に示すように、ガス抜き管のガス抜き弁が開放状態になる。これにより、レシーバのガス冷媒は、ガス抜き管を通じて蒸発器側へ引き抜かれる。この結果、室外熱交換器で凝縮した液冷媒が、レシーバの内部に貯留されていく。その後、所定時間が経過すると、再び暖房運転が行われる。暖房運転の開始時には、室外熱交換器に溜まった液冷媒がレシーバへ引き抜かれた状態となっている。このため、暖房運転の再開により、凝縮器であった室外熱交換器が蒸発器になっても、蒸発器中には液冷媒がほぼ存在せず、液冷媒が圧縮機に吸入されてしまうことを抑制できる。従って、このヒートポンプ装置では、デフロストサイクル（デフロスト運転）から通常の冷凍サイクル（暖房運転）に移行した際のいわゆる液バック現象を回避している。

特開平５−３３２６４４号公報

ところで、上述したヒートポンプ装置では、ガス抜き弁を所定時間だけ開放することで、レシーバのガス冷媒を引き抜き、ひいては凝縮器側の熱交換器の液冷媒をレシーバに引き抜くようにしている。このため、運転条件等によっては、熱交換器に液冷媒が残存しているにも拘わらず、次のサイクルに移行してしまったり、ガス冷媒の引き抜き時間が過剰に長くなり、次のサイクルへの移行が遅延したりするという問題が生じる。

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、熱交換器内の液冷媒を確実に引き抜いてから通常冷凍サイクルとデフロストサイクルとの切換動作を行うことができるヒートポンプ装置を提供することである。

第１の発明は、圧縮機（32）と、熱源側熱交換器（53）と、膨張機構（50）と、利用側熱交換器（40）とが設けられ、冷媒が循環して冷凍サイクルを行うように構成された冷媒回路（30）を備えたヒートポンプ装置を対象とし、上記冷媒回路（30）には、上記圧縮機（32）で圧縮された冷媒が上記利用側熱交換器（40）で凝縮し、上記熱源側熱交換器（53）で蒸発する通常冷凍サイクルと、上記圧縮機（32）で圧縮された冷媒が上記熱源側熱交換器（53）、上記利用側熱交換器（40）を順に流れるデフロストサイクルとを相互に切り換える切換動作を行う切換機構（55）と、上記熱源側熱交換器（53）の液側端部と利用側熱交換器（40）の液側端部との間に接続され、上記熱源側熱交換器（53）と利用側熱交換器（40）のうち凝縮器として機能する熱交換器（40,53）を通過した冷媒が流入するレシーバ（47）を有する冷媒回収部（45）と、上記レシーバ（47）で分離されたガス冷媒を運転状態の上記圧縮機（32）に吸入させるガス抜き動作を行うガス抜き部（60）とが設けられ、上記膨張機構（50）は、上記レシーバ（47）の流出側に設けられる膨張弁（52）で構成され、上記冷媒回路（30）は、上記切換動作前に、上記膨張弁（52）の開度を上記通常冷凍サイクル時の開度よりも小さくしながら上記ガス抜き動作を行う液回収動作を行うように構成され、上記液回収動作中において、利用側熱交換器（40）と熱源側熱交換器（53）のうち凝縮器であった熱交換器（40,53）から流出した冷媒が過熱状態であることを検出する検出部（71,75,76）を備え、上記冷媒回路（30）は、上記液回収動作中に上記検出部（71,75,76）が冷媒の過熱状態を検出すると、上記液回収動作を終了し上記切換動作を行うように構成されることを特徴とする。

第１の発明の冷媒回路（30）では、切換機構（55）の切換動作に伴い通常冷凍サイクルとデフロストサイクルとが切り換えて実行される。通常冷凍サイクルでは、圧縮機（32）で圧縮された冷媒が利用側熱交換器（40）で凝縮し、所定の加熱対象の加熱に利用される。利用側熱交換器（40）で凝縮した冷媒は、レシーバ（47）を通過し、膨張弁（52）で減圧され、熱源側熱交換器（53）で蒸発する。デフロストサイクルでは、圧縮機（32）で圧縮された冷媒が熱源側熱交換器（53）で凝縮し、該熱源側熱交換器（53）の伝熱管の除霜に利用される。熱源側熱交換器（53）で凝縮した冷媒は、レシーバ（47）を通過し、膨張弁（52）で減圧され、利用側熱交換器（40）で蒸発する。

この冷媒回路（30）では、例えば上述した通常冷凍サイクルとデフロストサイクルの切換動作の前に液回収動作が行われる。具体的に、例えばデフロストサイクルから通常冷凍サイクルへの切換動作が行われるとする。この場合、デフロストサイクルにより、熱源側熱交換器（53）の内部に液冷媒が溜まった状態となる。そこで、デフロストサイクルから通常冷凍サイクルへの切換動作前には、膨張弁（52）の開度が通常冷凍サイクルの開度よりも小さくなり、且つガス抜き部（60）がレシーバ（47）で分離したガス冷媒を圧縮機（32）に吸入させるガス抜き動作を行う。このガス抜き動作により、レシーバ（47）内のガス冷媒の量が減少すると、熱源側熱交換器（53）に溜まった液冷媒がレシーバ（47）内に引き込まれ、熱源側熱交換器（53）内の液冷媒の量が減少していく。

本発明では、このような液回収運転において、熱源側熱交換器（53）から流出した冷媒が過熱状態であることを検出部（71,75,76）が検出する。熱源側熱交換器（53）から流出した冷媒が過熱状態であるということは、該熱源側熱交換器（53）の内部に液冷媒が残存していないことを意味する。そこで、冷媒回路（30）では、検出部（71,75,76）が冷媒の過熱状態を検出すると、液回収動作を終了し切換動作を行う。この結果、デフロストサイクルから通常冷凍サイクルへ移行する。この際、熱源側熱交換器（53）には、液冷媒が残存していないため、通常冷凍サイクルにおいて、液冷媒が圧縮機（32）に吸入されてしまうことを確実に防止できる。

また、例えば通常冷凍サイクルからデフロストサイクルへの切換動作が行われるとする。この場合、通常冷凍サイクルにより、利用側熱交換器（40）の内部に液冷媒が溜まった状態となる。そこで、通常冷凍サイクルからデフロストサイクルへの切換動作前には、膨張弁（52）の開度が通常冷凍サイクルの開度よりも小さくなり、且つガス抜き部（60）がレシーバ（47）で分離したガス冷媒を圧縮機（32）に吸入させるガス抜き動作を行う。このガス抜き動作により、レシーバ（47）内のガス冷媒の量が減少すると、利用側熱交換器（40）に溜まった液冷媒がレシーバ（47）内に引き込まれ、利用側熱交換器（40）内の液冷媒の量が減少していく。

本発明では、このような液回収運転において、利用側熱交換器（40）から流出した冷媒が過熱状態であることを検出部（71,75,76）が検出する。利用側熱交換器（40）から流出した冷媒が過熱状態であるということは、該利用側熱交換器（40）の内部に液冷媒が残存していないことを意味する。そこで、冷媒回路（30）では、検出部（71,75,76）が冷媒の過熱状態を検出すると、液回収動作を終了し切換動作を行う。この結果、通常冷凍サイクルからデフロストサイクルへ移行する。この際、利用側熱交換器（40）には、液冷媒が残存していないため、デフロストサイクルにおいて、液冷媒が圧縮機（32）に吸入されてしまうことを確実に防止できる。

第２の発明は、第１の発明において、上記圧縮機（32）は、上記液回収動作に該圧縮機（32）の回転数を最低回転数とするように構成されることを特徴とする。

第２の発明では、液回収動作が開始されると圧縮機（32）の回転数が最低回転数となる。液回収動作では、膨張弁（52）の開度が小さくなるため、高圧圧力が上がりやすい状態になる。本発明では、液回収動作の開始時に圧縮機（32）の回転数を最低回転数とするので、高圧圧力が急激に上昇してしまうのを防止できる。

また、圧縮機（32）の回転数を最低回転数とすることで、圧縮機（32）に吸入された冷媒が再び凝縮器側の熱交換器（40,53）へ多量に送り込まれることを回避でき、熱交換器（40,53）での冷媒の液溜まりも回避できる。

第３の発明は、第２の発明において、上記通常冷凍サイクル中の上記利用側熱交換器（40）が加熱する熱媒体が流れるとともに、該熱媒体を循環させる循環ポンプ（22）を有する熱媒体回路（20）を備え、上記循環ポンプ（22）は、上記通常冷凍サイクルから上記デフロストサイクルへの切換動作の前の上記液回収動作中に、停止するように構成されることを特徴とする。

第３の発明のヒートポンプ装置は、熱媒体回路（20）を備えている。通常冷凍サイクルでは、凝縮器として機能する利用側熱交換器（40）において、冷媒回路（30）を流れる高圧冷媒と、熱媒体回路（20）を流れる熱媒体とが熱交換する。この結果、熱媒体が加熱される。

通常冷凍サイクルからデフロストサイクルへ切り換わる前の液回収動作では、上述のように圧縮機（32）の回転数が最小回転数となるため、利用側熱交換器（40）内の高圧冷媒の圧力は比較的小さい。つまり、利用側熱交換器（40）内の冷媒の凝縮圧力及び凝縮温度は比較的低い状態となる。このような状態において、仮に循環ポンプ（22）を運転すると、熱媒体と、該熱媒体よりも温度の低い冷媒とが熱交換し、熱媒体回路（20）の熱媒体の熱が冷媒に奪われてしまう。この結果、液回収動作において、熱媒体回路（20）の熱ロスを招くという問題が生じる。

これに対し、本発明では、このような条件下において、熱媒体回路（20）の循環ポンプ（22）が停止状態となるため、比較的低温の冷媒が熱媒体と熱交換することがない。従って、液回収動作における熱媒体回路（20）の熱ロスを確実に回避できる。

第４の発明は、第１乃至第３のいずれか１つの発明において、上記通常冷凍サイクル中の上記利用側熱交換器（40）が加熱する熱媒体が流れるとともに、該熱媒体を循環させる循環ポンプ（22）を有する熱媒体回路（20）を備え、上記循環ポンプ（22）は、上記デフロストサイクル中に停止するように構成されることを特徴とする。

第４の発明では、デフロストサイクル中に熱媒体回路（20）の循環ポンプ（22）が停止状態となる。デフロストサイクル中には、利用側熱交換器（40）が蒸発器となるため、利用側熱交換器（40）内の冷媒の蒸発圧力及び蒸発温度は低い状態となる。このような状態において、仮に循環ポンプ（22）を運転すると、熱媒体と、該熱媒体よりも温度が極めて低い冷媒とが熱交換し、熱媒体回路（20）の熱媒体の熱が冷媒に奪われてしまう。この結果、デフロストサイクル中において、熱媒体回路（20）の熱ロスを招くという問題が生じる。

これに対し、本発明では、このような条件下において、熱媒体回路（20）の循環ポンプ（22）が停止状態となるため、極めて低温の冷媒が熱媒体と熱交換することがない。従って、デフロストサイクル中における熱媒体回路（20）の熱ロスを確実に回避できる。

本発明によれば、液回収動作時において、凝縮器となる熱交換器（40,53）から流出する冷媒が過熱状態であると、切換動作を行うようにしている。このため、凝縮器であった熱交換器（40,53）に液冷媒が残存してしまうことを確実に防止でき、次のサイクルでいわゆる液バック現象が生じることを確実に回避できる。

このように圧縮機（32）に吸入される液冷媒の量を削減できると、圧縮機（32）内での油の希釈を防止でき、ひいては油による摺動部の潤滑不良を防止できる。この結果、圧縮機（32）の信頼性を確保できる。また、圧縮機（32）内でのフォーミングを防止でき、圧縮機（32）内に十分な油を貯めることができる。また、圧縮機（32）から冷媒回路（30）への油上がりを抑制できるので、各熱交換器（40,53）に油が残存することを回避でき、各熱交換器（40,53）の伝熱性能を確保できる。

また、液回収動作が過剰に長くなり、デフロストサイクルや通常サイクルへの切換時間が長期化してしまうことも回避できる。これにより、通常冷凍サイクルからデフロストサイクルへの切換時間を短縮できるため、熱交換器（40,53）の着霜を速やかに解消できる。また、デフロストサイクルから通常冷凍サイクルへの切換時間も短縮できるため、通常冷凍サイクルの実行時間を十分に確保できる。

第２の発明によれば、液回収動作の開始時に圧縮機（32）の回転数を最低回転数とすることで、高圧圧力の急上昇や、凝縮器側の熱交換器（40,53）での液溜まりを確実に防止できる。

第３の発明によれば、通常冷凍サイクルからデフロストサイクルへ切り換わる前の液回収動作において、熱媒体回路（20）の熱媒体の熱が冷媒回路（30）の冷媒へ放出されてしまうことを確実に防止できる。

第４の発明によれば、デフロストサイクルにおいて、熱媒体回路（20）の熱媒体の熱が冷媒回路（30）の冷媒へ放出されてしまうことを確実に防止できる。

図１は、実施形態に係る高温ヒートポンプ装置の配管系統図である。図２は、実施形態に係る高温ヒートポンプ装置の配管系統図であり、加熱運転時の冷媒の流れを付したものである。図３は、実施形態に係る高温ヒートポンプ装置の配管系統図であり、デフロスト運転時の冷媒の流れを付したものである。図４は、実施形態に係る高温ヒートポンプ装置の配管系統図であり、第１液回収動作時の冷媒の流れを付したものである。図５は、実施形態に係る高温ヒートポンプ装置の配管系統図であり、第２液回収動作時の冷媒の流れを付したものである。図６は、実施形態に係る高温ヒートポンプ装置の各構成機器の制御動作を示すタイムチャートである。

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。なお、以下の実施形態は、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。

本発明の実施形態は、熱媒体を加熱する高温ヒートポンプ装置（10）である。図１に示すように、高温ヒートポンプ装置（10）は、熱媒体回路（20）と冷媒回路（30）と各種のセンサ（71,72,73,74,75,76）と制御部（80）とを備えている。高温ヒートポンプ装置（10）では、熱媒体回路（20）と冷媒回路（30）とが加熱熱交換器（40）を介して互いに接続される。

〈熱媒体回路〉
図１に示すように、熱媒体回路（20）は、熱媒体としての水が循環する閉回路である。熱媒体回路（20）には、貯留タンク（21）と、循環ポンプ（22）と、加熱熱交換器（40）の一次側流路（41）が接続されている。

貯留タンク（21）は、中空状の密閉容器で構成される。貯留タンク（21）には、加熱熱交換器（40）で加熱された水（例えば１２０℃の水蒸気）が貯留される。加熱熱交換器（40）には、供給管（24）と戻り管（25）とが接続されている。貯留タンク（21）の水は、供給管（24）を通じて所定の加熱対象へ送られる。加熱対象に送られた水は、戻り管（25）を通じて貯留タンク（21）に返送される。循環ポンプ（22）は、熱媒体回路（20）の水を搬送して循環させる搬送機構を構成している。

〈冷媒回路〉
図１に示すように、冷媒回路（30）は、冷媒（例えばＲ２４５ｆａ）が充填される閉回路である。冷媒回路（30）では、冷媒が循環することで蒸気圧縮式の冷凍サイクルが行われる。冷媒回路（30）は、室外に設置される室外ユニット（31）に収容されている。冷媒回路（30）には、圧縮機（32）と、加熱熱交換器（40）と、冷媒回収部（45）と、膨張機構（50）と、室外熱交換器（53）と、四方切換弁（55）と、ガス抜き部（60）とが設けられる。冷媒回路（30）には、圧縮機（32）の吸入側にアキュムレータが設けられていない。つまり、冷媒回路（30）は、アキュムレータレス式に構成され、これにより室外ユニット（31）の小型化とコストダウンが図られている。

[圧縮機]
圧縮機（32）は、吸入した冷媒を高圧圧力まで圧縮し吐出する。図１に示すように、圧縮機（32）は、中空円筒状のケーシング（33）と、該ケーシング（33）に収容されるモータ（34）及び圧縮機構（35）を有している。ケーシング（33）には、吸入管（36）（吸入部）が接続しており、ケーシング（33）の内部と吸入管（36）とが直に連通している。圧縮機構（35）には、吐出管（37）が接続されており、この吐出管（37）がケーシング（33）を貫通して外部まで延びている。モータ（34）は圧縮機構（35）と駆動軸（38）を介して連結し、圧縮機構（35）を回転駆動する。本実施形態の圧縮機構（35）は、スクロール式の圧縮機構で構成されるが、回転式の圧縮機構であれば、ロータリ式、揺動ピストン式（スイング式）等の他の方式を採用してもよい。

本実施形態の圧縮機（32）では、吸入管（36）から吸入された低圧冷媒が、ケーシング（33）の内部に満たされる。つまり、圧縮機（32）は、いわゆる低圧ドーム式に構成される。これにより、モータ（34）等の周囲温度が耐熱温度を越えてしまうことを防止でき、圧縮機（32）の信頼性を確保できる。圧縮機（32）では、各摺動部を循環する冷凍機油がケーシング（33）の底部の油溜まりに貯留される。この油は、容積ポンプや遠心ポンプ等により汲み上げられ、駆動軸（38）の内部の流路を通じて各摺動部へ供給される。

本実施形態の圧縮機（32）は、インバータ装置を介して電力が供給される。つまり、圧縮機（32）は、運転周波数（回転数）が調整可能な可変容量式の圧縮機で構成される。

[加熱熱交換器]
冷媒回路（30）には、加熱熱交換器（40）の二次側流路（42）が接続される。加熱熱交換器（40）は、一次側流路（41）を流れる水と二次側流路（42）を流れる冷媒とを熱交換させる利用側熱交換器を構成している。加熱熱交換器（40）は、対向流式の熱交換器で構成される。

[冷媒回収部]
冷媒回収部（45）は、ブリッジ回路（46）とレシーバ（47）とを有している。

〔ブリッジ回路〕
ブリッジ回路（46）は、４つの配管（46a,46b,46c,46d）と、各配管（46a.46b,46c,46d）に１つずつ接続される４つの逆止弁（CV1,CV2,CV3,CV4）を有している。ブリッジ回路（46）では、４つの配管（46a,46b,46c,46d）がブリッジ状に接続されている。第１配管（46a）には第１逆止弁（CV1）が、第２配管（46b）には第２逆止弁（CV2）が、第３配管（46c）には第３逆止弁（CV3）が、第４配管（46d）には第４逆止弁（CV4）がそれぞれ接続される。各逆止弁（CV1,CV2,CV3,CV4）は、図１の矢印で示す方向の冷媒の流通を許容し、その逆方向の冷媒の流通を禁止する。第１配管（46a）の流出端と第２配管（46b）の流入端は、加熱熱交換器（40）の二次側流路（42）の液側端部と連通する。第２配管（46b）の流出端と第３配管（46c）の流出端とは、レシーバ（47）の流入管（48）と連通する。第２配管（46b）の流入端と第３配管（46c）の流出端とは、室外熱交換器（53）の液側端部と連通する。第４配管（46d）の流入端と第１配管（46a）の流入端とは、レシーバ（47）の流出管（49）と連通する。

〔レシーバ〕
レシーバ（47）は、縦長の中空円筒状の容器で構成されている。レシーバ（47）の頂部には、流入管（48）が接続され、レシーバ（47）の底部には、流出管（49）が接続されている。レシーバ（47）では、流入管（48）より流入した冷媒（例えば気液二相冷媒）がガス冷媒と液冷媒とに分離する。つまり、レシーバ（47）の内部では、下部に液溜まりが形成され、上部にガス溜まりが形成される。

[膨張機構]
膨張機構（50）は、膨張弁（52）を有している。膨張弁（52）は流出管（49）に接続される。膨張弁（52）は、開度が調整可能な例えば電子膨張弁で構成される。

[室外熱交換器]
室外熱交換器（53）は、例えばフィン・アンド・チューブ式の熱交換器で構成される。室外熱交換器（53）の近傍には、室外ファン（54）が設置される。室外熱交換器（53）では、室外ファン（54）が搬送する空気と冷媒とが熱交換する。室外熱交換器（53）は、熱源側熱交換器を構成している。

[四方切換弁]
四方切換弁（55）は、圧縮機（32）の吐出管（37）と連通する第１ポートと、圧縮機（32）の吸入管（36）と連通する第２ポートとを有している。四方切換弁（55）は、室外熱交換器（53）のガス側端部と連通する第３ポートと、加熱熱交換器（40）の二次側流路（42）のガス側端部と連通する第４ポートとを有している。四方切換弁（55）は、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１状態（図１の実線で示す状態）と、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２状態（図１の破線で示す状態）とに切り換わる。四方切換弁（55）が第１状態になると、通常の冷凍サイクル（加熱運転）が実行される。四方切換弁（55）が第２状態になると、デフロストサイクル（デフロスト運転）が実行される。つまり、四方切換弁（55）は、通常冷凍サイクルとデフロストサイクルとを相互に切り換える切換動作を行う切換機構を構成している。

[ガス抜き部]
ガス抜き部（60）は、ガス抜き管（61）とガス抜き弁（62）（開閉弁）とを有し、レシーバ（47）の冷媒（主としてガス冷媒）を圧縮機（32）の吸入管（36）に吸入させるように構成されている。ガス抜き管（61）の流入端は、レシーバ（47）の上部（ガス溜まりに対応する部分）に接続されている。ガス抜き管（61）の流出端は、吸入管（36）と繋がっている。ガス抜き弁（62）は、例えば電磁開閉弁で構成され、ガス抜き管（61）を開閉可能に構成される。

〈各種のセンサ〉
高温ヒートポンプ装置（10）は、各種のセンサとして、高圧圧力センサ（71）、低圧圧力センサ（72）、第１温度センサ（73）、第２温度センサ（74）、第３温度センサ（75）、及び第４温度センサ（76）を有している。高圧圧力センサ（71）は、圧縮機（32）から吐出された高圧冷媒（吐出管（37）を流れる吐出冷媒）の圧力Ｐｄを検出する。低圧圧力センサ（72）は、圧縮機（32）に吸入される低圧冷媒（吸入管（36）を流れる吸入冷媒）の圧力Ｐｓを検出する。

第１温度センサ（73）は、加熱熱交換器（40）の二次側流路（42）のガス側端部の冷媒の温度を検出する。つまり、第１温度センサ（73）は、詳細は後述するデフロスト運転中に加熱熱交換器（40）から流出した冷媒の温度Ｔ１を検出する。第２温度センサ（74）は、室外熱交換器（53）のガス側端部の冷媒の温度を検出する。つまり、第２温度センサ（74）は、詳細は後述する加熱運転中に室外熱交換器（53）から流出した冷媒の温度Ｔ２を検出する。

第３温度センサ（75）は、加熱熱交換器（40）の二次側流路（42）の液側端部の冷媒の温度を検出する。つまり、第３温度センサ（75）は、詳細は後述する加熱運転中に加熱熱交換器（40）から流出した冷媒の温度Ｔ３を検出する。第４温度センサ（76）は、室外熱交換器（53）の液側端部の冷媒の温度を検出する。

高圧圧力センサ（71）及び第３温度センサ（75）は、第１液回収動作（詳細は後述する）において、凝縮器であった加熱熱交換器（40）から流出した冷媒が過熱状態であることを検出する第１過熱検出部（検出部）を構成している。つまり、第１液回収動作では、第３温度センサ（75）で検出した加熱熱交換器（40）の流出冷媒の温度Ｔ３と、高圧圧力センサ（71）で検出した高圧圧力Ｐｄに相当する飽和温度Ｔｃとの差（Ｔ３−Ｔｃ）により、加熱熱交換器（40）を流出した冷媒が過熱状態であるかを検出することができる。

高圧圧力センサ（71）及び第４温度センサ（76）は、第２液回収動作（詳細は後述する）において、凝縮器であった室外熱交換器（53）から流出した冷媒が過熱状態であることを検出する第２加熱検出部（検出部）を構成している。つまり、第２液回収動作では、第４温度センサ（76）で検出した室外熱交換器（53）の流出冷媒の温度Ｔ４と、高圧圧力センサ（71）で検出した高圧圧力Ｐｄに相当する飽和温度Ｔｃとの差（Ｔ４−Ｔｃ）により、室外熱交換器（53）を流出した冷媒が過熱状態であるかを検出することができる。

〈制御部〉
高温ヒートポンプ装置（10）は、各構成機器を制御する制御部（80）を備えている。制御部（80）は、信号入力部（81）、圧縮機制御部（82）、弁制御部（83）、及び切換制御部（84）を有している。

信号入力部（81）には、上述した各センサ（71,72,73,74,75,76）で検出された信号が入力される。圧縮機制御部（82）は、入力された信号や運転モード等に応じて圧縮機（32）の発停や、圧縮機（32）の運転周波数（回転数）を制御する。弁制御部（83）は、入力された信号や運転モード等に応じて、膨張弁（52）の開度、ガス抜き弁（62）の開閉状態の切換の制御を行う。切換制御部（84）は、入力された信号や運転モードに応じて四方切換弁（55）の状態（第１状態及び第２状態）の切換制御を行う。

具体的に、本実施形態の切換制御部（84）は、液回収動作（詳細は後述する）において、凝縮器となる熱交換器（40,53）から流出した冷媒が過熱状態であることを検出すると、四方切換弁（55）が切換動作を行うように制御する。

−運転動作−
本実施形態に係る高温ヒートポンプ装置（10）は、加熱運転（通常冷凍サイクル）とデフロスト運転（デフロストサイクル）とを切り換えて行う。

〈加熱運転〉
加熱運転について、図２及び図６を参照しながら説明する。加熱運転では、加熱熱交換器（40）で熱媒体回路（20）の水が加熱される。加熱運転では、加熱熱交換器（40）が凝縮器となり、室外熱交換器（53）が蒸発器となる冷凍サイクルが行われる。

図６に示す加熱運転（通常冷凍サイクル）時の加熱熱交換器（40）では、冷媒回路（30）の凝縮温度Ｔｃ（即ち、高圧圧力Ｐｄに相当する飽和温度Ｔｃ）が所定値となるように、圧縮機（32）の回転数が制御される。四方切換弁（55）は第１状態に設定される。膨張弁（52）は、圧縮機（32）に吸入される低圧冷媒の吸入過熱度ＳＨが所定値となるように開度が調節される。この吸入過熱度ＳＨは、第２温度センサ（74）で検出した温度Ｔ２から低圧圧力Ｐｓに相当する飽和温度Ｔｅを減じた値（Ｔ２−Ｔｅ）で算出される。ガス抜き弁（62）は閉状態となる。熱媒体回路（20）の循環ポンプ（22）はＯＮ状態となる。室外ファン（54）は運転状態となる。

図２に示すように、加熱運転では、貯留タンク（21）の水（水蒸気）が、循環ポンプ（22）で搬送され、熱媒体回路（20）を循環する。この水は、加熱熱交換器（40）の一次側流路（41）を流れて加熱された後、貯留タンク（21）へ送られる。貯留タンク（21）の水（例えば１２０℃の水蒸気）は、供給管（24）を通じて所定の加熱対象へと供給される。加熱対象の加熱に利用された水（例えば１１０℃の水蒸気）は、戻り管（25）を通じて貯留タンク（21）へ返送される。

図２に示すように、加熱運転では、圧縮機（32）で圧縮された冷媒が、加熱熱交換器（40）の二次側流路（42）を流れる。加熱熱交換器（40）では、二次側流路（42）を流れる冷媒と、一次側流路（41）を流れる水とが熱交換する。この結果、冷媒が水に放熱して凝縮し、水が加熱される。

加熱熱交換器（40）で凝縮した冷媒は、第２配管（46b）、流入管（48）を順に流れ、レシーバ（47）に流入する。レシーバ（47）では、分離された液冷媒が下部に溜まり、分離されたガス冷媒が上部に溜まる。レシーバ（47）の下部の液冷媒は、流出管（49）を流れ、膨張弁（52）で低圧にまで減圧される。

膨張弁（52）で減圧された冷媒は、第４配管（46d）、室外熱交換器（53）を順に通過する。室外熱交換器（53）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（53）で蒸発した冷媒は、圧縮機（32）に吸入されて再び圧縮される。

〈デフロスト運転〉
次いで、デフロスト運転について、図３及び図６を参照しながら説明する。デフロスト運転は、上述した加熱運転中に室外熱交換器（53）の伝熱管の表面に付着した霜を融かす運転である。

図６に示すように、デフロスト運転では、圧縮機（32）の回転数が所定回転数に制御される。四方切換弁（55）が第２状態になる。膨張弁（52）は、圧縮機（32）に吸入される低圧冷媒の吸入過熱度ＳＨが所定値となるように開度が調節される。この吸入過熱度ＳＨは、第１温度センサ（73）で検出した温度Ｔ１から低圧圧力Ｐｓに相当する飽和温度Ｔｅを減じた値（Ｔ１−Ｔｅ）で算出される。ガス抜き弁（62）は閉状態となる。熱媒体回路（20）の循環ポンプ（22）はＯＦＦ状態となる。

図３に示すように、デフロスト運転では、循環ポンプ（22）が停止状態となるため、熱媒体回路（20）で水が循環することはない。このため、加熱熱交換器（40）では、熱媒体回路（20）の水から冷媒への放熱が抑制され、貯留タンク（21）の水の熱ロスを最小限に抑えることができる。

デフロスト運転では、圧縮機（32）で圧縮された冷媒が、室外熱交換器（53）を流れる。室外熱交換器（53）では、冷媒が伝熱管の表面の霜に放熱する。この結果、伝熱管の表面の霜が内部から徐々に融けていき、冷媒が凝縮する。

室外熱交換器（53）で凝縮した冷媒は、第３配管（46c）、流入管（48）を順に流れ、レシーバ（47）に流入する。レシーバ（47）では、分離された液冷媒が下部に溜まり、分離されたガス冷媒が上部に溜まる。レシーバ（47）の下部の液冷媒は、流出管（49）を流れ、膨張弁（52）で低圧にまで減圧される。

膨張弁（52）で減圧された冷媒は、第１配管（46a）、加熱熱交換器（40）の二次側流路（42）を流れる。加熱熱交換器（40）では、冷媒が一次側流路（41）内の水等かから吸熱して蒸発し、圧縮機（32）に吸入されて再び圧縮される。

〈第１液回収動作〉
ところで、上述した加熱運転では、加熱熱交換器（40）の二次側流路（42）で冷媒が凝縮する。このため、二次側流路（42）の内部には、液冷媒が溜まり込んだ状態となる。このような状態から、即座に上記デフロスト運転へ移行すると、加熱熱交換器（40）に溜まった液冷媒が圧縮機（32）に吸入されてしまう。そこで、本実施形態の高温ヒートポンプ装置（10）では、加熱運転からデフロスト運転に切り換わる直前において、このようないわゆる液バック現象を回避するために、第１液回収動作を行うようにしている。この第１液回収動作について図４及び図６を参照しながら説明する。

第１液回収動作は、加熱運転からデフロスト運転への切換直前に実行される。第１液回収動作では、四方切換弁（55）が第１状態のまま維持され、圧縮機（32）の回転数が最低回転数（最低運転周波数）に抑えられる。膨張弁（52）は、通常の加熱運転よりも小開度に絞られ、ガス抜き弁（62）は開放状態、循環ポンプ（22）はＯＦＦ状態に制御される。

第１液回収動作では、ガス抜き弁（62）が開放され、且つ圧縮機（32）の運転が継続される。このため、レシーバ（47）に溜まったガス冷媒が、ガス抜き管（61）を通じて圧縮機（32）に吸入される。レシーバ（47）のガス冷媒が引き抜かれると、レシーバ（47）内に貯留される冷媒の総体積が小さくなる。従って、加熱熱交換器（40）の二次側流路（42）に溜まった液冷媒が、レシーバ（47）に吸い込まれ、レシーバ（47）の内部に貯留される。この結果、加熱熱交換器（40）の二次側流路（42）内の液冷媒が徐々に減少していく。

このようにして加熱熱交換器（40）の液冷媒が完全に引き抜かれると、加熱熱交換器（40）の二次側流路（42）を流出した冷媒が過熱状態となる。第１液回収動作では、第１過熱検出部（即ち、高圧圧力センサ（71）及び第３温度センサ（75））により、このような冷媒の過熱状態を検出することができる。このようにして加熱熱交換器（40）の出口側の冷媒の過熱度ＳＨが所定の閾値Ａに至ると、第１状態の四方切換弁（55）が第２状態に切り換わる。この閾値Ａは、０以上の所定値に設定される。

このように、本実施形態では、第１液回収動作において、加熱熱交換器（40）の出口冷媒が過熱状態になると、四方切換弁（55）を切り換えるようにしている。これにより、デフロスト運転の開始時に圧縮機（32）に液冷媒が吸入されてしまうことを確実に防止できる。

また、第１液回収動作では、圧縮機（32）の回転数を最低回転数に抑えている。このため、第１液回収動作時に高圧が異常上昇してしまうことを回避できる。また、このように圧縮機（32）の回転数を最小限に抑えることで、多量の冷媒が凝縮器である加熱熱交換器（40）に再び流入してしまうことも防止できる。

また、このように圧縮機（32）の回転数を最小限に抑えると、第１液回収動作の開始時の高圧圧力の圧力が比較的低くなり、加熱熱交換器（40）の内部の冷媒の温度も低くなり易い。従って、このような条件下において、循環ポンプ（22）を運転させると、加熱熱交換器（40）では、水の熱が冷媒に放出され、貯留タンク（21）に貯めた水の熱をロスしてしまう。これに対し、本実施形態では、第１液回収動作において、循環ポンプ（22）を停止状態としているため、このような貯留タンク（21）での熱ロスも確実に回避できる。

〈第２液回収動作〉
上述したデフロスト運転では、除霜が行われる室外熱交換器（53）で冷媒が凝縮する。このため、室外熱交換器（53）の内部には、液冷媒が溜まり込んだ状態となる。このような状態から、即座に上記加熱運転へ移行すると、室外熱交換器（53）に溜まった液冷媒が圧縮機（32）に吸入されてしまう。そこで、本実施形態の高温ヒートポンプ装置（10）では、デフロスト運転から加熱運転に切り換わる直前において、このようないわゆる液バック現象を回避するために、第２液回収動作を行うようにしている。この第２液回収動作について、図５及び図６を参照しながら説明する。

第２液回収動作は、デフロスト運転から加熱運転への切換直前に実行される。第２液回収動作では、四方切換弁（55）が第２状態のまま維持され、圧縮機（32）の回転数が最低回転数（最低運転周波数）に抑えられる。膨張弁（52）は、通常の加熱運転よりも小開度に絞られ、ガス抜き弁（62）は開放状態、循環ポンプ（22）はＯＦＦ状態に制御される。

第２液回収動作では、ガス抜き弁（62）が開放され、且つ圧縮機（32）の運転が継続される。このため、レシーバ（47）に溜まったガス冷媒が、ガス抜き管（61）を通じて圧縮機（32）に吸入される。レシーバ（47）のガス冷媒が引き抜かれると、レシーバ（47）内に貯留される冷媒の総体積が小さくなる。従って、室外熱交換器（53）に溜まった液冷媒が、レシーバ（47）に吸い込まれ、レシーバ（47）の内部に貯留される。この結果、室外熱交換器（53）内の液冷媒が徐々に減少していく。

このようにして室外熱交換器（53）の液冷媒が完全に引き抜かれると、室外熱交換器（53）を流出した冷媒が過熱状態となる。第２液回収動作では、第２過熱検出部（即ち、高圧圧力センサ（71）及び第４温度センサ（76））により、このような冷媒の過熱状態を検出することができる。このようにして室外熱交換器（53）の出口側の冷媒の過熱度ＳＨが所定の閾値Ｂに至ると、第２状態の四方切換弁（55）が第１状態に切り換わる。この閾値Ｂは、０以上の所定値に設定される。

このように、本実施形態では、第２液回収動作において、室外熱交換器（53）の出口冷媒が過熱状態になると、四方切換弁（55）を切り換えるようにしている。これにより、加熱運転の開始時に圧縮機（32）に液冷媒が吸入されてしまうことを確実に防止できる。

また、第２液回収動作では、圧縮機（32）の回転数を最低回転数に抑えている。このため、第２液回収動作時に高圧が異常上昇してしまうことを回避できる。また、このように圧縮機（32）の回転数を最小限に抑えることで、多量の冷媒が凝縮器である室外熱交換器（53）に再び流入してしまうことも防止できる。

−実施形態の効果−
上記実施形態によれば、液回収動作時において、凝縮器となる熱交換器（40,53）から流出する冷媒が過熱状態であると、切換動作を行うようにしている。このため、凝縮器であった熱交換器（40,53）に液冷媒が残存してしまうことを確実に防止でき、次のサイクルでいわゆる液バック現象が生じることを確実に回避できる。

また、各液回収動作の開始時に圧縮機（32）の回転数を最低回転数とすることで、高圧圧力の急上昇や、凝縮器側の熱交換器（40,53）での液溜まりを確実に防止できる。

各液回収動作において、循環ポンプ（22）を停止することで、熱媒体回路（20）の熱媒体の熱が冷媒回路（30）の冷媒へ放出されてしまうことを確実に防止できる。また、デフロスト運転において、循環ポンプ（22）を停止することで、熱媒体回路（20）の熱媒体の熱が冷媒回路（30）の冷媒へ放出されてしまうことを確実に防止できる。

《その他の実施形態》
上記実施形態では、第１液回収動作、デフロスト運転、及び第２液回収動作のいずれにおいても循環ポンプ（22）を停止状態（ＯＦＦ状態）としている。しかし、第１液回収動作、デフロスト運転、及び第２液回収動作の全部、または少なくとも１つ以上において循環ポンプ（22）を運転状態（ＯＮ状態）としてもよい。

上記実施形態のヒートポンプ装置（10）は、熱媒体回路（20）の熱媒体を加熱する高温ヒートポンプ装置である。しかし、ヒートポンプ装置（10）は、例えば加熱熱交換器（40）（利用側熱交換器）によって空気を加熱する暖房運転が可能な空気調和装置であってもよい。

以上説明したように、本発明は、ヒートポンプ装置について有用である。

10 高温ヒートポンプ装置（ヒートポンプ装置）
20 熱媒体回路
22 循環ポンプ
30 冷媒回路
32 圧縮機
40 加熱熱交換器（利用側熱交換器）
45 冷媒回収部
47 レシーバ
50 膨張機構
52 膨張弁
53 室外熱交換器（熱源側熱交換器）
55 四方切換弁（切換機構）
60 ガス抜き部
71 高圧圧力センサ（検出部）
75 第３温度センサ（検出部）
76 第４温度センサ（検出部）

Claims

圧縮機（32）と、熱源側熱交換器（53）と、膨張機構（50）と、利用側熱交換器（40）とが設けられ、冷媒が循環して冷凍サイクルを行うように構成された冷媒回路（30）を備えたヒートポンプ装置であって、
上記冷媒回路（30）には、
上記圧縮機（32）で圧縮された冷媒が上記利用側熱交換器（40）で凝縮し、上記熱源側熱交換器（53）で蒸発する通常冷凍サイクルと、上記圧縮機（32）で圧縮された冷媒が上記熱源側熱交換器（53）、上記利用側熱交換器（40）を順に流れるデフロストサイクルとを相互に切り換える切換動作を行う切換機構（55）と、
上記熱源側熱交換器（53）の液側端部と利用側熱交換器（40）の液側端部との間に接続され、上記熱源側熱交換器（53）と利用側熱交換器（40）のうち凝縮器として機能する熱交換器（40,53）を通過した冷媒が流入するレシーバ（47）を有する冷媒回収部（45）と、
上記レシーバ（47）で分離されたガス冷媒を運転状態の上記圧縮機（32）に吸入させるガス抜き動作を行うガス抜き部（60）とが設けられ、
上記膨張機構（50）は、上記レシーバ（47）の流出側に設けられる膨張弁（52）で構成され、
上記冷媒回路（30）は、上記切換動作前に、上記膨張弁（52）の開度を上記通常冷凍サイクル時の開度よりも小さくしながら上記ガス抜き動作を行う液回収動作を行うように構成され、
上記液回収動作中において、利用側熱交換器（40）と熱源側熱交換器（53）のうち凝縮器となる熱交換器（40,53）から流出した冷媒が過熱状態であることを検出する検出部（71,75,76）を備え、
上記冷媒回路（30）は、上記液回収動作中に上記検出部（71,75,76）が冷媒の過熱状態を検出すると、上記液回収動作を終了し上記切換動作を行うように構成される
ことを特徴とするヒートポンプ装置。
請求項１において、
上記圧縮機（32）は、上記液回収動作に該圧縮機（32）の回転数を最低回転数とするように構成される
ことを特徴とするヒートポンプ装置。
請求項２において、
上記通常冷凍サイクル中の上記利用側熱交換器（40）が加熱する熱媒体が流れるとともに、該熱媒体を循環させる循環ポンプ（22）を有する熱媒体回路（20）を備え、
上記循環ポンプ（22）は、上記通常冷凍サイクルから上記デフロストサイクルへの切換動作の前の上記液回収動作中に、停止するように構成される
ことを特徴とするヒートポンプ装置。
請求項１乃至３のいずれか１つにおいて、
上記通常冷凍サイクル中の上記利用側熱交換器（40）が加熱する熱媒体が流れるとともに、該熱媒体を循環させる循環ポンプ（22）を有する熱媒体回路（20）を備え、
上記循環ポンプ（22）は、上記デフロストサイクル中に停止するように構成される
ことを特徴とするヒートポンプ装置。