JP2017155961A - ヒートポンプ装置および空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成で暖房除霜モードを実現することができ、暖房除霜モードにおける熱効率の低減を抑制できるヒートポンプ装置を提供すること。【解決手段】ヒートポンプ装置は、熱源側熱交換器と、利用側熱交換器と、圧縮機と、第１の減圧装置と、冷媒が保有する温熱の一部を吸収する熱部材とを備える。ヒートポンプ装置は、第１の運転モードにおいて、第１の減圧装置による減圧動作が有効化され、熱源側熱交換器から吐出されて減圧装置により減圧された冷媒を蓄熱材に接触させた後、蓄熱材に接触した後の冷媒が圧縮機により圧縮されて利用側熱交換器へ供給されるように第１の流路が形成され、利用側熱交換器から吐出された冷媒の圧力を実質的に維持しつつ、当該冷媒を熱源側熱交換器へ供給されるように第２の流路が形成される。【選択図】図３

Description

この開示は、ヒートポンプ装置に関し、より特定的には、蓄熱材を有するヒートポンプ装置に関する。

ヒートポンプサイクルを用いる空気調和機において、外気温が低いときに加熱運転を行うと、室外熱交換器に霜が降り、冷媒の温度制御が不安定になる可能性がある。そのため、室外熱交換器に付着した霜は取り除く必要がある。室外熱交換器における除霜を促進するために、蓄熱材をヒートポンプ装置に配置し、除霜時に蓄熱材に蓄えた熱を利用する構成が知られている。

蓄熱材を有する空気調和機に関し、特開２０００−２９１９８５号公報（特許文献１）は、蓄熱材を設けると共に、蓄熱材に蓄熱する加熱部を主冷媒回路と独立して設け、逆サイクルデフロスト時に冷媒を蓄熱材の蓄熱によって蒸発させる空気調和機を開示している。

また、特開平２−２５１０５２号公報（特許文献２）は、圧縮機本体ハウジングの外周と略同心の円周に沿って熱交換器を配置するとともに、圧縮機本体ハウジングと熱交換器とを外部ケーシングで密閉し、圧縮機本体ハウジングと外部ケーシングとの間に生ずる空間に蓄熱材を注入する構成を開示している。

また、国際公開第２０１５／１２８９８０号（特許文献３）は、圧縮機と凝縮器との間から分岐し、蓄熱装置を通って減圧装置と蒸発器との間に接続される蓄熱回路を有することによって、蓄熱装置を蓄熱するための外部熱源を必要としない冷凍サイクル装置を開示している。

特開２０００−２９１９８５号公報 特開平２−２５１０５２号公報 国際公開第２０１５／１２８９８０号

しかしながら、特許文献１に開示される技術は、蓄熱材に蓄熱するための熱源を独立して用意する必要があるため、追加の設備および電力を必要とするという問題があった。

特許文献２に開示される技術は、圧縮機の排熱を利用して蓄熱材に蓄熱する構成であるため、蓄熱材に蓄える熱量の制御、言い換えれば、蓄熱材を利用した冷媒の温度制御が難しいという問題がある。また、同技術は、暖房および除霜を同時に行う運転モード（以下、「暖房除霜モード」とも称する。）において実質的に冷媒の減圧を行わない。そのため、冷媒は、暖房除霜モードにおいて外気からの吸熱を行うことができない。よって、同技術は、暖房除霜モードにおける熱効率が悪いという問題がある。

特許文献３に開示される技術は、圧縮機によって圧縮された冷媒を利用熱交換器および室外熱交換器に供給するため、構成が複雑になるという問題がある。また、同技術は、暖房除霜モードにおいて利用熱交換器に供給される熱量が減ってしまうという問題がある。

本開示は、上記のような問題を解決するためになされたものであって、ある局面における目的は、簡易な構成で暖房除霜モードを実現することができるヒートポンプ装置を提供することである。他の局面における目的は、暖房除霜モードにおける熱効率の低減を抑制することができるヒートポンプ装置を提供することである。

他の局面における目的は、簡易な構成で暖房除霜モードを実現することができる空気調和機を提供することである。他の局面における目的は、暖房除霜モードにおける熱効率の低減を抑制することができる空気調和機を提供することである。

ある局面に従うヒートポンプ装置は、冷媒と熱源との間で熱交換を行う熱源側熱交換器と、冷媒と利用流体との間で熱交換を行う利用側熱交換器と、熱源側熱交換器の第１のポートと利用側熱交換器の第１のポートとを結ぶ第１の流路および熱源側熱交換器の第２のポートと利用側熱交換器の第２のポートとを結ぶ第２の流路を含む、冷媒が流れる主回路と、第１の流路上に配置される圧縮機と、第１の流路上の熱源側熱交換器と圧縮機との間に配置される第１の減圧装置と、主回路を流れる冷媒が保有する温熱の一部を吸収する熱部材とを備える。ヒートポンプ装置は、第１の運転モードにおいて、第１の減圧装置による減圧動作が有効化され、熱源側熱交換器の第１のポートから吐出されて減圧装置により減圧された冷媒を蓄熱材に接触させた後、蓄熱材に接触した後の冷媒が圧縮機により圧縮されて利用側熱交換器の第１のポートへ供給されるように第１の流路が形成され、利用側熱交換器の第２のポートから吐出された冷媒の圧力を実質的に維持しつつ、当該冷媒を熱源側熱交換器の第２のポートへ供給されるように第２の流路が形成される。

好ましくは、第２の流路上の主回路から分岐する分岐回路と、利用側熱交換器の第２のポートから吐出される冷媒の流れを主回路と分岐回路との間で切り替え可能に構成される第１の切替部をさらに備える。熱部材は分岐回路上に配置される。第２の運転モードにおいて、第１の切替部は、利用側熱交換器の第２のポートから吐出される冷媒の流れを分岐回路に切り替えるように構成される。

さらに好ましくは、第１の切替部は、利用側熱交換器の第２のポートから吐出される冷媒の流れが分岐する分岐先の主回路および分岐回路の少なくとも一方に設けられ、冷媒の流れを遮断可能に構成される遮断装置を含む。

好ましくは、第２の流路上に配置される第２の減圧装置をさらに備える。
好ましくは、第１の運転モードにおいて、冷媒の第１の減圧装置による減圧動作が有効化されるとともに、第２の減圧装置による減圧動作が無効化される。第２の運転モードにおいて、冷媒の第１の減圧装置による減圧動作が無効化されるとともに、第２の減圧装置による減圧動作が有効化される。

さらに好ましくは、利用側熱交換器の第２のポートから吐出される冷媒を、第１の運転モードにおいて第１の減圧装置を介して熱源側交換器に流れるように、第２の運転モードにおいて第２の減圧装置を介して熱源側熱交換器に流れるように切り替え可能に構成される第２の切替部をさらに備える。第１の運転モードにおいて、冷媒の第１の減圧装置による減圧動作が無効化されるとともに、第２の減圧装置による減圧動作が有効化される。第２の運転モードにおいて、冷媒の第１の減圧装置による減圧動作が有効化されるとともに、第２の減圧装置による減圧動作が無効化される。

好ましくは、利用側熱交換器の第２のポートから吐出される冷媒を、第１の運転モードにおいて熱源側熱交換器を介して蓄熱材へと流れるように、第２の運転モードにおいて熱部材または熱部材と並列に配置される回路を介して熱源側熱交換器へと流れるように切り替え可能に構成される第２の切替部をさらに備える。

さらに好ましくは、第２の切替部は、第１の四方弁を含む。
好ましくは、第１の流路上に設けられ、圧縮機から吐出された冷媒の流れが利用側熱交換器の第１のポートから利用側熱交換器の第２のポートへと流れるか、利用側熱交換器の第２のポートから利用側熱交換器の第１のポートへと流れるかを切り替え可能に構成される第２の四方弁をさらに備える。

好ましくは、熱部材は、冷媒が保有する温熱の一部を吸収し蓄える蓄熱材を含む。
他の局面に従うと、空気調和機は、ヒートポンプ装置を備える。ヒートポンプ装置は、冷媒と熱源との間で熱交換を行う熱源側熱交換器と、冷媒と利用流体との間で熱交換を行う利用側熱交換器と、熱源側熱交換器の第１のポートと利用側熱交換器の第１のポートとを結ぶ第１の流路および熱源側熱交換器の第２のポートと利用側熱交換器の第２のポートとを結ぶ第２の流路を含む、冷媒が流れる主回路と、第１の流路上に配置される圧縮機と、第１の流路上の熱源側熱交換器と圧縮機との間に配置される第１の減圧装置と、主回路を流れる冷媒が保有する温熱の一部を吸収する熱部材とを備える。ヒートポンプ装置は、第１の運転モードにおいて、第１の減圧装置による減圧動作が有効化され、熱源側熱交換器の第１のポートから吐出されて減圧装置により減圧された冷媒を蓄熱材に接触させた後、蓄熱材に接触した後の冷媒が圧縮機により圧縮されて利用側熱交換器の第１のポートへ供給されるように第１の流路が形成され、利用側熱交換器の第２のポートから吐出された冷媒の圧力を実質的に維持しつつ、当該冷媒を熱源側熱交換器の第２のポートへ供給されるように第２の流路が形成される。

ある局面に従うヒートポンプ装置によれば、簡易な構成で、暖房除霜モードを実現することができる。この発明の上記および他の目的、特徴、局面および利点は、添付の図面と関連して理解されるこの発明に関する次の詳細な説明から明らかとなるであろう。

実施形態１に従うヒートポンプ装置の構成例を説明する図である。 実施形態１に従うヒートポンプ装置の暖房蓄熱モードにおける冷媒の流れについて説明する図である。 実施形態１に従うヒートポンプ装置の暖房除霜モードにおける冷媒の流れについて説明する図である。 実施形態１に従うヒートポンプ装置の各運転モードにおける制御を比較する図である。 実施形態１に従うヒートポンプ装置の運転モードの切替制御の一例について説明するフローチャートである。 実施形態１に従うヒートポンプ装置の蓄熱モードにおける冷媒の流れについて説明する図である。 実施形態１に従うヒートポンプ装置の冷房モードにおける冷媒の流れについて説明する図である。 実施形態２に従うヒートポンプ装置の構成を説明する図である。 実施形態３に従うヒートポンプ装置の構成例を説明する図である。 実施形態４に従うヒートポンプ装置の構成例を説明する図である。 実施形態４に従うヒートポンプ装置の暖房蓄熱モードにおける冷媒の流れについて説明する図である。 実施形態４に従うヒートポンプ装置の各運転モードにおける制御を比較する図である。 実施形態４に従うヒートポンプ装置の蓄熱モードにおける冷媒の流れについて説明する図である。 実施形態４に従うヒートポンプ装置の冷房モードにおける冷媒の流れについて説明する図である。 実施形態５に従うヒートポンプ装置の構成例を説明する図である。 実施形態５に従うヒートポンプ装置の暖房除霜モードにおける冷媒の流れについて説明する図である。 実施形態６に従うヒートポンプ装置の構成例を説明する図である。 実施形態６に従うヒートポンプ装置の暖房除霜モードにおける冷媒の流れについて説明する図である。

以下、この発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付し、その説明は繰り返さない。

［Ａ．実施形態１］
（ａ１．ヒートポンプ装置１０）
図１は、実施形態１に従うヒートポンプ装置１０の構成例を説明する図である。図１に示されるように、実施形態１に従うヒートポンプ装置１０は、室外機１００と室内機２００とを有する。

室外機１００は、制御部５０と、圧縮機１１０と、第１四方弁１２０と、第１電磁弁１３０と、第１膨張弁１４０と、室外熱交換器１５０と、第２膨張弁１６０と、第２電磁弁１７０と、蓄熱槽１８０と、送風機１９０とを有する。蓄熱槽１８０は蓄熱材１８２を含む。蓄熱材１８２は、顕熱蓄熱材および潜熱蓄熱材のいずれであってもよいが、潜熱蓄熱材であることが好ましい。室内機２００は、利用熱交換器２１０と、送風機２２０とを有する。

室外熱交換器１５０は、冷媒と外気（熱源）との間で熱交換を行う。利用熱交換器は、冷媒と利用流体との間で熱交換を行う。ヒートポンプ装置１０は、室外熱交換器１５０の第１ポート１５１と利用熱交換器２１０の第１ポート２１１とを結ぶ第１流路３１０と、室外熱交換器１５０の第２ポート１５２と利用熱交換器２１０の第２ポート２１２とを結ぶ第１流路３２０とから構成される主回路を有する。

第１流路３１０上には、圧縮機１１０が配置される。第１四方弁１２０は、第１流路３１０上の圧縮機１１０と利用熱交換器２１０との間に配置される。第２膨張弁１６０は、第１流路３１０上の圧縮機１１０と室外熱交換器１５０との間に配置される。第２電磁弁１７０は、第１流路３１０上の圧縮機１１０と第２膨張弁１６０との間に配置される。第１流路３１０上には、第２電磁弁１７０をバイパスする分岐回路３４０が形成される。

第２流路３２０上には、第１膨張弁１４０が配置される。第１電磁弁１３０は、第２流路３２０上の利用熱交換器２１０と第１膨張弁１４０との間に配置される。第２流路３２０上には、第１電磁弁１３０をバイパスする分岐回路３３０が形成される。蓄熱槽１８０は、分岐回路３３０および３４０に渡って配置される。分岐回路３３０および３４０は、互いに独立して構成されているため、蓄熱槽１８０の内部で冷媒が混ざり合うことはない。

第１四方弁１２０は、圧縮機１１０から吐出される冷媒の流れる方向を切り替え可能に構成される。より具体的には、第１四方弁１２０は、圧縮機１１０から吐出された冷媒の流れが利用熱交換器２１０の第１ポート２１１から第２ポート２１２へ流れるか、第２ポート２１２から第１ポート２１１へ流れるかを切り替え可能に構成される。

第１電磁弁１３０，第２電磁弁１７０は弁を閉じることにより流路上を流れる冷媒の流れを遮断可能に構成される。第１膨張弁１４０，第２膨張弁１６０は、流路上を流れる冷媒の流量を制限可能に構成される。より具体的には、第１膨張弁１４０，第２膨張弁１６０は弁の開度を調整可能に構成される。換言すれば、第１膨張弁１４０および第２膨張弁１６０は、減圧装置として機能する。なお、第１膨張弁１４０および第２膨張弁１６０ともに、弁を全開にされることで、通過する冷媒の減圧を無効化する。

制御部５０は、第１四方弁１２０と、第１電磁弁１３０，第２電磁弁１７０と、第１膨張弁１４０，第２膨張弁１６０と、送風機１９０，２２０とそれぞれ電気的に接続される。これにより、制御部５０は、第１四方弁１２０の流路切替制御、第１電磁弁１３０，第２電磁弁１７０の開閉制御、第１膨張弁１４０，第２膨張弁１６０の開度制御、送風機１９０，２２０の送風制御を行なう。以下に、このヒートポンプ装置１０の各動作モードにおける冷媒の流れおよび制御を説明する。

（ａ２．暖房モード）
まず、ヒートポンプ装置１０の運転モードが暖房モードのときの、冷媒の流れおよび制御部５０の制御について、図１を用いて説明する。

図１を参照して、制御部５０は、圧縮機１１０から吐出された冷媒が利用熱交換器２１０の第１ポート２１１に導かれるように、第１四方弁１２０の切替制御を行なう。圧縮機から吐出された冷媒は、利用熱交換器２１０により凝縮される。このとき、送風機２２０の作用により、利用熱交換器２１０によって温められた利用流体が室内機２００から送風される。

制御部５０は、暖房モードにおいて、第１電磁弁１３０および第２電磁弁１７０を開き、第１膨張弁１４０の開度を絞り、第２膨張弁１６０を全開にする。これにより、利用熱交換器２１０の第２ポート２１２から吐出される冷媒は、第１電磁弁１３０を通過し、その後、第１膨張弁１４０により減圧される。このとき、制御部５０は、利用熱交換器２１０、室外熱交換器１５０内の冷媒の温度および圧力が所定値となるように第１膨張弁１４０の開度を調節する。

また、分岐回路３３０がバイパスする主回路上の配管経路に比して、蓄熱槽１８０内の熱交換部の配管経路を含む分岐回路３３０の配管経路の方が長い。そのため、分岐回路３３０がバイパスする主回路上の圧力損失よりも分岐回路３３０の圧力損失の方が大きくなる。したがって、利用熱交換器２１０の第２ポート２１２から吐出される冷媒は、分岐回路３３０に流れにくくなっている。

第１膨張弁１４０を通過した冷媒は、送風機１９０の作用により、室外熱交換器１５０によって外気から温熱を受け取るとともに蒸発する。室外熱交換器１５０の第１ポート１５１から吐出される冷媒は、第２膨張弁１６０、第２電磁弁１７０、および第１四方弁１２０を介して再び圧縮機１１０に入力される。これにより、主回路上で冷媒の圧縮、凝縮、減圧、蒸発の一連の冷凍サイクルが行われる。ヒートポンプ装置１０は、暖房モードにおいて、蓄熱材１８２への蓄熱を実質的に行わずに暖房のみを行う。

（ａ３．暖房蓄熱モード）
次に、ヒートポンプ装置１０の運転モードが暖房蓄熱モードのときの、冷媒の流れおよび制御部５０の制御について説明する。図２は、実施形態１に従うヒートポンプ装置１０の暖房蓄熱モードにおける冷媒の流れについて説明する図である。

図２を参照して、暖房蓄熱モードにおいて、圧縮機１１０から吐出された冷媒は、利用熱交換器２１０の第１ポート２１１に供給される。このとき、送風機２２０の作用により、利用熱交換器２１０によって温められた利用流体が室内機２００から送風される。

制御部５０は、暖房蓄熱モードにおいて、第１電磁弁１３０を閉じ、第２電磁弁１７０を開き、第１膨張弁１４０の開度を絞り、第２膨張弁１６０を全開にする。これにより、利用熱交換器２１０の第２ポート２１２から吐出される高温高圧の冷媒は、分岐回路３３０に流れ、蓄熱槽１８０の蓄熱材１８２に接する。蓄熱材１８２は、この高温高圧の冷媒が保有する温熱の一部を吸収するとともに、当該熱を蓄える。制御部５０は、蓄熱材１８２の温度が所定温度に到達すると、運転モードを暖房モードを切り替えるとともに、第１電磁弁１３０を開く。なお、他の局面において、制御部５０は、蓄熱材１８２の温度が所定温度に到達した後も、第１電磁弁１３０を閉じ、冷媒と蓄熱材１８２との間で熱交換を行うように制御してもよい。

蓄熱槽１８０で熱交換を行った冷媒は、第１膨張弁１４０により減圧される。この後の冷媒の流れは暖房モードと同じであるので、その部分についての説明は繰り返さない。これにより、ヒートポンプ装置１０は、暖房蓄熱モードにおいて、室内機２００から温風を送風する暖房と、蓄熱材１８２への蓄熱を同時に行うことができる。

また、ヒートポンプ装置１０は、暖房蓄熱モードにおいて、利用熱交換器２１０から吐出される高温高圧の冷媒との熱交換によって蓄熱材１８２に蓄熱することができる。そのため、ヒートポンプ装置１０は、外部熱源を必要とすることなく蓄熱材に蓄熱することができる。

また、ヒートポンプ装置１０は、冷媒との熱交換により蓄熱材１８２に蓄熱する構成を採用する。そのため、制御部５０は、圧縮機１１０の回転数、第２膨張弁１６０の開度などを制御することによって、蓄熱材１８２に蓄熱する熱量を制御することができる。

（ａ４．暖房除霜モード）
上記の暖房モード、および暖房蓄熱モードにおいて、室外熱交換器１５０には、減圧され低温低圧の冷媒が供給される。そのため、外気温が低い（たとえば、氷点下）場合に、室外熱交換器１５０に霜が降りる可能性がある。室外熱交換器１５０に霜が降りると、冷媒の温度制御が不安定になる。そのため、室外熱交換器１５０に付着した霜は取り除く必要がある。そこで、次に、利用熱交換器２１０を利用した暖房を行いつつ、室外熱交換器１５０に降りた霜を取り除くための暖房除霜モードについて説明を行う。図３は、実施形態１に従うヒートポンプ装置１０の暖房除霜モードにおける冷媒の流れについて説明する図である。

図３を参照して、暖房除霜モードにおいて、圧縮機１１０から吐出された冷媒は、利用熱交換器２１０の第１ポート２１１に供給される。このとき、送風機２２０の作用により、利用熱交換器２１０によって温められた利用流体が室内機２００から送風される。このとき、圧縮機１１０から吐出される冷媒は、管路上での僅かな損失はあるものの、その温度を実質的に維持しつつ、利用熱交換器２１０に供給される。そのため、ヒートポンプ装置１０は、暖房除霜モードにおいて、室内機２００から送風される温風の熱量を維持することができる。

制御部５０は、暖房除霜モードにおいて、第１電磁弁１３０を開き、第２電磁弁１７０を閉じ、第１膨張弁１４０を全開にし、第２膨張弁１６０の開度を絞る。また、制御部５０は、同モードにおいて、送風機１９０の駆動を停止する。これにより、利用熱交換器２１０の第２ポート２１２から吐出される高温高圧の冷媒は、管路上での僅かな損失はあるものの、その圧力を実質的に維持しつつ、室外熱交換器１５０の第２ポートへと供給される。これにより、高温高圧の冷媒と室外熱交換器１５０との間で熱交換が行われるとともに、室外熱交換器１５０に付着した霜が融解される。このとき、室外熱交換器１５０の第２ポートへと供給される冷媒は、液相または液相の割合が高い気液混合相である。すなわち、室外熱交換器１５０における冷媒の密度が高い。そのため、ヒートポンプ装置１０は、室外熱交換器１５０における除霜を効率的に行うことができる。

室外熱交換器１５０の第１ポート１５１から吐出される冷媒は、第２膨張弁を通過することにより減圧される。このとき、制御部５０は、利用熱交換器２１０および蓄熱槽１８０における冷媒の温度および圧力が所定値となるように第２膨張弁１６０の開度を調節する。

第２膨張弁１６０により減圧された冷媒は、分岐回路３４０に流れるとともに、蓄熱材１８２と接触する。これにより、冷媒は蓄熱材１８２から温熱を受け取り、蒸発する。蓄熱槽１８０で蒸発した冷媒は、第１四方弁１２０を介して再び圧縮機１１０に入力される。すなわち、暖房除霜モードにおいて、室外熱交換器１５０の第１ポート１５１から吐出される冷媒の流路は、第２膨張弁１６０により減圧された後に、蓄熱材１８２と接触し、その後に圧縮機１１０により圧縮され、利用熱交換器２１０の第１ポート２１１に供給されるように形成される。

上記によれば、ヒートポンプ装置１０は、暖房除霜モードにおいて、室内機２００から温風を送風する暖房と、室外熱交換器１５０における除霜を同時に行うことができる。一般的なヒートポンプ装置は、第１流路３１０と第２流路３２０とが構成する主回路上で、冷媒の圧縮、凝縮、減圧、蒸発を繰り返す冷凍サイクルを実現する。実施形態１に従うヒートポンプ装置１０は、一般的なヒートポンプ装置に、分岐回路３３０，３４０と、蓄熱槽１８０と、第１電磁弁１３０，第２電磁弁１７０と、第１膨張弁１４０とを追加するだけで、言い換えれば、既存のヒートポンプ装置に僅かな変更を加えるだけの簡易な構成で暖房除霜モードを実現することができる。

また、ヒートポンプ装置１０は、暖房除霜モードにおいて、室外熱交換器１５０から吐出された冷媒は第２膨張弁１６０により減圧される。そのため、第２膨張弁１６０を通過した冷媒は、蓄熱槽１８０を含む圧縮機１１０までの経路において、管路や外気などから温熱を受け取ることができる。したがって、実施形態１に従うヒートポンプ装置１０は、暖房除霜モードにおいても、熱効率の低減を抑制することができる。

なお、上記の例において、暖房除霜モードにおいて第２膨張弁１６０を通過した冷媒を、蓄熱材１８２と接触させることで蒸発させる構成を採用しているがこれに限られない。他の局面において、蓄熱槽１８０の代わりに、冷媒と外気との熱交換を行う熱交換器が設けられてもよい。当該熱交換器は、暖房除霜モードにおいて第２膨張弁１６０を通過した冷媒を蒸発させる蒸発器として機能する。

（ａ５．小括）
図４は、実施形態１に従うヒートポンプ装置１０の各運転モードにおける制御を比較する図である。制御部５０は、暖房モード、暖房蓄熱モード、暖房除霜モードのそれぞれにおいて、第１電磁弁１３０，第２電磁弁１７０の開閉制御と、第１膨張弁１４０，第２膨張弁１６０の開度制御とを、図４に示されるように行う。

制御部５０は、第１電磁弁１３０，第２電磁弁１７０の開閉制御によって、冷媒が流れる流路を制御する。また、制御部５０は、第１膨張弁１４０，第２膨張弁１６０の開度制御によって、冷媒の相状態を制御する。

（ａ６．運転モードの切り替え）
次に、上記に説明した運転モードの切り替えについて説明する。図５は、実施形態１に従うヒートポンプ装置１０の運転モードの切替制御の一例について説明するフローチャートである。図５に示される処理は、制御部５０が図示しない記憶装置に格納される制御プログラムを実行することにより実現される。他の局面において、処理の一部または全部が、回路素子その他のハードウェアによって実行されてもよい。

図５を参照して、制御部５０は、ステップＳ１２において、運転モードが暖房モードか否かを判断する。なお、ヒートポンプ装置１０のユーザーは、暖房蓄熱モードおよび暖房除霜モードを選択することができないものとする。制御部５０は、運転モードが暖房モードであると判断する場合（ステップＳ１２においてＹＥＳ）、処理をステップＳ１４に進め、図示しない第１の温度センサによって室外熱交換器１５０の温度Ｔ１を測定する。運転モードが暖房モードでないと判断する場合（ステップＳ１２においてＮＯ）、制御部５０は、処理を終了する。

ステップＳ１６において、制御部５０は、温度Ｔ１がしきい値温度Ｔｔｈ１（たとえば、０℃）未満であるか否かを判断する。制御部５０は、温度Ｔ１がしきい値温度Ｔｔｈ１未満であると判断する場合（ステップＳ１６においてＹＥＳ）、処理をステップＳ１８に進め、運転モードを暖房モードから暖房蓄熱モードに切り替える。一方、温度Ｔ１がしきい値温度Ｔｔｈ１以上であると判断する場合、制御部５０は、処理をステップＳ１４に戻す。

ステップＳ２０において、制御部５０は、図示しない第２の温度センサによって測定される蓄熱材１８２の温度Ｔ２がしきい値温度Ｔｔｈ２（たとえば、４０℃）未満であるか否かを判断する。制御部５０は、温度Ｔ２がしきい値温度Ｔｔｈ２より高いと判断する場合（ステップＳ２０においてＹＥＳ）、処理をステップＳ２２に進め、運転モードを暖房蓄熱モードから暖房モードに切り替える。一方、温度Ｔ２がしきい値温度Ｔｔｈ２以下であると判断する場合（ステップＳ２０においてＮＯ）、制御部５０は、処理をステップＳ２０に戻す。

ステップＳ２４において、制御部５０は、温度Ｔ１がしきい値温度Ｔｔｈ１未満の状態の暖房運転時間ｔがしきい値時間ｔ０（たとえば、３０分）を超えたか否かを判断する。ここで、「暖房運転時間」とは、ヒートポンプ装置１０の暖房モードを起動した時点、または、暖房除霜モードから暖房モードに復帰した時点から、暖房モード／暖房蓄熱モードを継続している時間と定義する。制御部５０は、暖房運転時間ｔがしきい値時間ｔ０を超えたと判断すると、処理をステップＳ２６に進め、運転モードを暖房モードから暖房除霜モードへと切り替える。一方、暖房運転時間ｔがしきい値時間ｔ０以下であると判断すると、制御部５０は、処理をステップＳ２４に戻す。

ステップＳ２８において、制御部５０は、室外熱交換器１５０の温度Ｔ１がしきい値温度Ｔｔｈ３（たとえば、５℃）を超えたか否かを判断する。制御部５０は、温度Ｔ１がしきい値温度Ｔｔｈ３を超えたと判断する場合（ステップＳ２８においてＹＥＳ）、処理をステップＳ３０に進め、運転モードを暖房除霜モードから暖房モードに切り替えるとともに、処理をステップＳ１４に戻す。一方、温度Ｔ１がしきい値温度Ｔｔｈ３以下であると判断する場合（ステップＳ２８においてＮＯ）、制御部５０は、処理をステップＳ２８に戻す。

上記によれば、実施形態１に従うヒートポンプ装置１０は、暖房蓄熱モードおよび暖房除霜モードを必要最小限の時間だけ実行することができる。そのため、実施形態１に従うヒートポンプ装置１０は、暖房蓄熱モードおよび暖房除霜モードにおける熱効率の低減を抑制することができる。

（ａ７．蓄熱モード）
上記の例において、ヒートポンプ装置１０は、蓄熱材１８２に蓄熱を行うにあたって、利用熱交換器２１０を利用した暖房も同時に行う構成（暖房蓄熱モード）であったが、これに限られない。他の局面において、ヒートポンプ装置１０は、蓄熱材１８２への蓄熱動作のみを行う構成であってもよい。

図６は、実施形態１に従うヒートポンプ装置１０の蓄熱モードにおける冷媒の流れについて説明する図である。図６を参照して、蓄熱モードにおいて、制御部５０は、第１電磁弁１３０、第２電磁弁１７０を閉じ、第１膨張弁１４０、第２膨張弁１６０を全開にする。また、制御部５０は、同モードにおいて、送風機１９０，２２０の駆動を停止する。

これにより、圧縮機１１０から吐出される冷媒は、第１四方弁１２０を介して利用熱交換器２１０に到達する。しかし、送風機２２０が停止されているため、冷媒は、実質的に利用流体との熱交換を行うことなく利用熱交換器２１０を通過する。利用熱交換器２１０を通過した冷媒は、分岐回路３３０を通り蓄熱材１８２と接触する。これにより、蓄熱材１８２は冷媒から温熱を受け取るとともに、この熱を蓄える。蓄熱槽１８０を通過した冷媒は、室外熱交換器１５０を通過し、分岐回路３４０を通り再び蓄熱材１８２と接触し、その後圧縮機１１０へと入力される。

上記によれば、ヒートポンプ装置１０は、蓄熱モードにおいて、より高温の冷媒を蓄熱材１８２に供給することができるため、暖房蓄熱モードに比してより効率的に蓄熱材１８２への蓄熱を行うことができる。

なお、上記の例において、制御部５０は、圧縮機１１０から吐出された冷媒が利用熱交換器２１０の第１ポート２１１に導かれるように第１四方弁１２０を切替制御しているが、これに限られない。他の局面において、制御部５０は、圧縮機１１０から吐出された冷媒が、第１流路３１０と分岐回路３４０との分岐点に導かれるように第１四方弁１２０を切替制御してもよい。

また、他の局面において、制御部５０は、第１電磁弁１３０および第２電磁弁１７０のうちいずれか一方を開き、他方を閉じるように制御してもよい。当該構成においても、高温の冷媒は蓄熱材１８２と接するため、蓄熱材１８２への蓄熱を行うことができる。

（ａ８．冷房モード）
実施形態１に従うヒートポンプ装置１０は、第１四方弁１２０の切替制御を利用して、室内機２００から冷風を送り出す冷房モードを実現することができる。図７は、実施形態１に従うヒートポンプ装置１０の冷房モードにおける冷媒の流れについて説明する図である。

制御部５０は、冷房モードにおいて、圧縮機１１０から吐出された冷媒が、第１流路３１０と分岐回路３４０との分岐点に導かれるように第１四方弁１２０を切替制御する。制御部５０は、第１四方弁１２０の切替制御を行なうことによって、圧縮機１１０から吐出される冷媒が利用熱交換器２１０の第１ポート２１１から第２ポート２１２へと流れるか、第２ポート２１２から第１ポート２１１へと流れるかを制御することができる。

また、制御部５０は、同モードにおいて、第１電磁弁１３０、第２電磁弁１７０を開き、第１膨張弁１４０の開度を絞り、第２膨張弁１６０を全開にする。これにより、圧縮機１１０から吐出される冷媒は第１四方弁１２０、第２電磁弁１７０、第２膨張弁１６０を介して室外熱交換器１５０に供給されるとともに、送風機１９０の作用により外気と熱交換を行い凝縮される。室外熱交換器１５０の第２ポート１５２から吐出される冷媒は、第１膨張弁１４０により減圧され、第１電磁弁１３０を介して利用熱交換器２１０に供給される。このとき、送風機２２０の作用により、利用熱交換器２１０によって冷やされた利用流体が室内機２００から送風される。

［Ｂ．実施形態２］
他の局面において、図８に示されるように、実施形態２に従うヒートポンプ装置１１は、第１電磁弁１３０，第２電磁弁１７０を用いる代わりに、第１三方弁１３０Ａと第２三方弁１７０Ａとを用いることによって冷媒が流れる流路を制御してもよい。図８は、実施形態２に従うヒートポンプ装置１１の構成を説明する図である。第１三方弁１３０Ａは、利用熱交換器２１０により近い、第２流路３２０と分岐回路３３０との分岐点に配置される。第２三方弁１７０Ａは、室外熱交換器１５０により近い、第１流路３１０と分岐回路３４０との分岐点に配置される。当該構成によれば、ヒートポンプ装置１１は、ヒートポンプ装置１０に比して、より冷媒の流れを正確に制御することができる。

［Ｃ．実施形態３］
実施形態１に従うヒートポンプ装置１０は、第１四方弁１２０によって主回路における冷媒の流れる方向を制御することによって、暖房運転（暖房モード／暖房蓄熱モード／暖房除霜モード）および冷房モードを切り替え可能に構成される。他の局面において、暖房運転のみを行うヒートポンプ装置であってもよい。図９は、実施形態３に従うヒートポンプ装置１２の構成例を説明する図である。ヒートポンプ装置１２は、ヒートポンプ装置１０に比して第１四方弁１２０を有していない。そのため、圧縮機１１０から吐出される冷媒は利用熱交換器２１０の第１ポート２１１から第２ポート２１２にしか流れない。このような構成であっても、上記の暖房モード、暖房蓄熱モード、暖房除霜モードにおける制御を実行することができる。

［Ｄ．実施形態４］
実施形態１に従うヒートポンプ装置１０は、分岐回路３３０，３４０および第１電磁弁１３０，第２電磁弁１７０を用いることによって、冷媒が流れる流路を制御する構成であった。実施形態４に従うヒートポンプ装置１０Ａは、これらの構成を四方弁にまとめることで、より簡易な構成を実現する。以下、実施形態４に従うヒートポンプ装置１０Ａの構成および制御について説明を行う。

（ｄ１．ヒートポンプ装置１０Ａ）
図１０は、実施形態４に従うヒートポンプ装置１０Ａの構成例を説明する図である。なお、図１と同一符号を付している部分については同じであるため、その部分についての説明は繰り返さない。

ヒートポンプ装置１０Ａは、室外機１００Ａと室内機２００Ａとを有する。室外機１００Ａは、実施形態１に従う室外機１００に比して、分岐回路３３０，３４０および第１電磁弁１３０，第２電磁弁１７０が省略されている代わりに、第２四方弁１２５を有する。

ヒートポンプ装置１０Ａは、室外熱交換器１５０の第１ポート１５１と第２四方弁１２５とを結ぶ第１流路３１０Ａと、利用熱交換器２１０の第１ポート２１１と第２四方弁とを結ぶ第１流路３１０Ｂと、利用熱交換器２１０の第２ポート２１２と第２四方弁１２５とを結ぶ第２流路３２０Ａと、室外熱交換器１５０の第２ポート１５２と第２四方弁１２５とを結ぶ第２流路３２０Ｂとを有する。第１膨張弁１４０および蓄熱槽１８０は、第１流路３１０Ａ上に配置される。第２膨張弁１６０は第２流路３２０Ｂ上に配置される。

（ｄ２．暖房蓄熱モード）
ヒートポンプ装置１０Ａの運転モードが暖房蓄熱モードのときの、冷媒の流れおよび制御部５０の制御について、図１０を用いて説明する。図１０を参照して、制御部５０は、暖房蓄熱モードにおいて、圧縮機１１０から吐出された冷媒が利用熱交換器２１０の第１ポート２１１に導かれるように、第１四方弁１２０の切替制御を行なう。利用熱交換器２１０に供給される冷媒は、利用流体との熱交換を行い、凝縮する。このとき、送風機２２０の作用により、利用熱交換器２１０によって温められた利用流体が室内機２００Ａから送風される。

暖房蓄熱モードにおいて、制御部５０は、利用熱交換器２１０の第２ポート２１２から吐出される冷媒が、蓄熱槽１８０に導かれるように、すなわち、第１流路３１０Ａに流れるように第２四方弁１２５の切替制御を行なう。これにより、蓄熱槽１８０内部の蓄熱材１８２に、高温高圧の冷媒が供給される。その結果、蓄熱材１８２は冷媒が保有する温熱の一部を吸収するとともに、当該熱を蓄える。

蓄熱槽１８０で熱交換を行った冷媒は、第１膨張弁１４０により減圧される。このとき、制御部５０は、利用熱交換器２１０、室外熱交換器１５０内の冷媒の温度および圧力が所定値となるように第１膨張弁１４０の開度を調節する。第１膨張弁１４０を通過した冷媒は、送風機１９０の作用により、室外熱交換器１５０によって外気から温熱を受け取るとともに蒸発する。室外熱交換器１５０の第２ポート１５２から吐出される冷媒は、第２膨張弁１６０、および第２四方弁１２５を介して再び圧縮機１１０に入力される。

これにより、ヒートポンプ装置１０Ａは、暖房蓄熱モードにおいて、室内機２００Ａから温風を送風する暖房と、蓄熱材１８２への蓄熱を同時に行うことができる。また、実施形態４に従うヒートポンプ装置１０Ａは、実施形態１に従うヒートポンプ装置１０と同様の理由で、暖房蓄熱モードにおいて、室内機２００Ａから送風される熱量を維持することができる。また、ヒートポンプ装置１０Ａは、外部熱源を必要とすることなく蓄熱材１８２に蓄熱することができる。また、ヒートポンプ装置１０Ａは、蓄熱材１８２に蓄熱する熱量を制御することができる。

（ｄ３．暖房除霜モード）
次に、ヒートポンプ装置１０Ａの運転モードが暖房除霜モードのときの、冷媒の流れおよび制御部５０の制御について説明する。図１１は、実施形態４に従うヒートポンプ装置１０Ａの暖房除霜モードにおける冷媒の流れについて説明する図である。

図１１を参照して、暖房除霜モードにおいて、圧縮機１１０から吐出された冷媒は、第１四方弁１２０を介して利用熱交換器２１０の第１ポート２１１に供給される。このとき、送風機２２０の作用により、利用熱交換器２１０によって温められた利用流体が室内機２００から送風される。

暖房除霜モードにおいて、制御部５０は、利用熱交換器２１０の第２ポート２１２から吐出される冷媒が、第２膨張弁１６０に導かれるように、すなわち第２流路３２０Ｂに流れるように第２四方弁１２５の切替制御を行なう。また、制御部５０は、同モードにおいて、第１膨張弁１４０の開度を絞り、第２膨張弁１６０を全開にし、送風機１９０の駆動を停止する。これにより、利用熱交換器２１０の第２ポート２１２から吐出される高温高圧の冷媒は、管路上での僅かな損失はあるものの、その圧力を実質的に維持しつつ、室外熱交換器１５０の第２ポート１５２へと供給される。その結果、高温高圧の冷媒と室外熱交換器１５０との間で熱交換が行われるとともに、室外熱交換器１５０に付着した霜が融解される。このとき、室外熱交換器１５０へと供給される冷媒は、液相または液相の割合が高い気液混合相である。したがって、ヒートポンプ装置１０Ａは、室外熱交換器１５０における除霜を効率的に行うことができる。

室外熱交換器１５０の第１ポート１５１から吐出される冷媒は、第１膨張弁１４０を通過することにより減圧される。このとき、制御部５０は、利用熱交換器２１０および蓄熱槽１８０における冷媒の温度および圧力が所定値となるように第１膨張弁１４０の開度を調節する。

第１膨張弁１４０により減圧された冷媒は、蓄熱材１８２と接触する。これにより、冷媒は蓄熱材１８２から温熱を受け取り、蒸発する。蓄熱槽１８０で蒸発した冷媒は、第２四方弁１２５を介して再び圧縮機１１０に入力される。すなわち、暖房除霜モードにおいて、室外熱交換器１５０の第１ポート１５１から吐出される冷媒の流路は、第１膨張弁１４０により減圧された後に、蓄熱材１８２と接触し、その後に圧縮機１１０により圧縮され、利用熱交換器２１０の第１ポート２１１に供給されるように形成される。

上記によれば、実施形態４に従うヒートポンプ装置１０Ａは、暖房除霜モードにおいて、室内機２００から温風を送風する暖房と、室外熱交換器１５０における除霜を同時に行うことができる。また、実施形態４に従うヒートポンプ装置１０Ａは、実施形態１に従うヒートポンプ装置１０と同様の理由で、暖房除霜モードにおいて、熱効率の低減を抑制することができる。

（ｄ４．小括）
図１２は、実施形態４に従うヒートポンプ装置１０Ａの各運転モードにおける制御を比較する図である。制御部５０は、暖房蓄熱モード、暖房除霜モードのそれぞれにおいて、第１膨張弁１４０，第２膨張弁１６０の開度制御と、第２四方弁１２５の切替制御を、図１２に示されるように行う。

実施形態４に従うヒートポンプ装置１０Ａは、実施形態１に従うヒートポンプ装置１０に比して、分岐回路３３０，３４０と第１電磁弁１３０，第２電磁弁１７０との代わりに第２四方弁１２５を用いる。そのため、実施形態４に従うヒートポンプ装置１０Ａは、より簡易な構成で暖房蓄熱モードおよび暖房除霜モードを実現することができる。

（ｄ５．蓄熱モード）
他の局面において、実施形態４に従うヒートポンプ装置１０Ａは、蓄熱材１８２への蓄熱動作のみを行う蓄熱モードを有する。図１３は、実施形態４に従うヒートポンプ装置１０Ａの蓄熱モードにおける冷媒の流れについて説明する図である。図１３を参照して、蓄熱モードにおいて、制御部５０は、第１膨張弁１４０、第２膨張弁１６０を全開にする。また、制御部５０は、同モードにおいて、送風機１９０，２２０の駆動を停止する。

これにより、圧縮機１１０から吐出される冷媒は、室外熱交換器１５０および利用熱交換器２１０において実質的に熱交換を行うことなく、高温かつ気相状態のまま蓄熱材１８２に供給される。その結果、蓄熱材１８２は冷媒から温熱の一部を吸収するとともに、当該熱を蓄えることができる。

なお、図１３に示される例において、第１四方弁１２０は、圧縮機１１０から吐出される冷媒を第１流路３１０Ｂに導くように、第２四方弁１２５は、第１流路３１０Ａに導くように切替制御されているが、これに限られない。蓄熱モードにおいて、第１四方弁１２０および第２四方弁１２５の切替制御に関わらず、蓄熱材１８２には、高温かつ気相状態の冷媒が供給される。

さらに他の局面において、制御部５０は、蓄熱モードにおいて、圧縮機１１０から吐出される冷媒を第１流路３１０Ｂに導くように第１四方弁１２０を切替制御し、第２四方弁に到達した冷媒を第１流路３１０Ａに導くように第２四方弁１２５を切替制御し、第１膨張弁１４０の開度を絞り、第２膨張弁１６０を全開にしてもよい。これによると、高温かつ気相状態の冷媒が蓄熱槽１８０を通過することとなる。また、蓄熱槽１８０を通過した冷媒は、室外熱交換器１５０および利用熱交換器２１０において外気から熱を受け取る。したがって、当該構成は蓄熱モードの熱効率を向上させることができる。

（ｄ６．冷房モード）
図１４は、実施形態４に従うヒートポンプ装置１０Ａの冷房モードにおける冷媒の流れについて説明する図である。制御部５０は、冷房モードにおいて、圧縮機１１０から吐出された冷媒が第２四方弁１２５に導かれるように第１四方弁１２０を切替制御する。

また、制御部５０は、同モードにおいて、第１四方弁１２０から流れてくる冷媒を、蓄熱槽１８０に導かれるように、すなわち第１流路３１０Ａに流れるように第２四方弁１２５の切替制御を行なう。さらに、制御部５０は、同モードにおいて、第１膨張弁１４０を全開にし、第２膨張弁１６０の開度を絞る。これにより、圧縮機１１０から吐出される冷媒は、第２四方弁１２５、蓄熱槽１８０、第１膨張弁１４０を介して室外熱交換器１５０に供給されるとともに、凝縮される。室外熱交換器１５０の第２ポート１５２から吐出される冷媒は、第２膨張弁１６０により減圧され、第２四方弁１２５を介して利用熱交換器２１０に供給される。このとき、送風機２２０の作用により、利用熱交換器２１０によって冷やされた利用流体が室内機２００から送風される。

［Ｅ．実施形態５］
以下、ヒートポンプ装置１０Ａの変形例（実施形態５）について説明する。図１５は、実施形態５に従うヒートポンプ装置１０Ｂの構成例を説明する図である。なお、ヒートポンプ装置１０Ｂの基本構成はヒートポンプ装置１０Ａと略同じであるため、相違する点についてのみ説明する。ヒートポンプ装置１０Ｂは、室外機１００Ｂと室内機２００Ｂとを有する。室外機１００Ｂは、第１流路３１０Ａに配置される蓄熱槽１８０をバイパスする分岐回路３５０を有する。また、室外機１００Ｂは、分岐回路３５０によってバイパスされる流路上であって、蓄熱槽１８０と第１膨張弁１４０との間に配置される第１電磁弁１３２と、分岐回路３５０に配置される第２電磁弁１３４とを有する。室外機１００Ｂは、これらの部材を有する代わりに、第２膨張弁１６０を有さない。

（ｅ１．暖房蓄熱モード）
次に、実施形態５に従うヒートポンプ装置１０Ｂの運転モードが暖房蓄熱モードのときの、冷媒の流れおよび制御部５０の制御について、図１５を用いて説明する。なお、図１０と同一符号を付している部分については、ヒートポンプ装置１０Ａの暖房蓄熱モードと同じであるため、その部分についての説明は繰り返さない。図１５を参照して、制御部５０は、暖房蓄熱モードにおいて、第１電磁弁１３２を開き、第２電磁弁１３４を閉じ、第１膨張弁１４０の開度を絞る。これにより、第２四方弁１２５を介して第１流路３１０Ａに流れる冷媒は、分岐回路３５０に流れることなく蓄熱槽１８０に供給される。その結果、蓄熱材１８２は、冷媒が保有する温熱の一部を吸収するとともに、当該熱を蓄える。

蓄熱槽１８０で熱交換を行った冷媒は、第１膨張弁１４０により減圧される。第１膨張弁１４０を通過した冷媒は、送風機１９０の作用により室外熱交換器１５０によって外気から温熱を受け取るとともに蒸発する。室外熱交換器１５０の第２ポート１５２から吐出される冷媒は、第２四方弁１２５を介して再び圧縮機１１０に入力される。これにより、ヒートポンプ装置１０Ｂは、暖房蓄熱モードにおいて、室内機２００Ｂから温風を送風する暖房と、蓄熱材１８２への蓄熱を同時に行うことができる。

なお、上記において、第１電磁弁１３２を閉じ、第２電磁弁１３４を開くことによって、ヒートポンプ装置１０Ｂは、蓄熱材１８２への蓄熱を行うことなく、室内機２００Ｂから温風を送風する暖房のみを行う暖房モードを実現することができる。

（ｅ２．暖房除霜モード）
次に、ヒートポンプ装置１０Ｂの運転モードが暖房除霜モードのときの、冷媒の流れおよび制御部５０の制御について説明する。図１６は、実施形態５に従うヒートポンプ装置１０Ｂの暖房除霜モードにおける冷媒の流れについて説明する図である。なお、図１１と同一符号を付している部分については、ヒートポンプ装置１０Ａの暖房除霜モードと同じであるため、その部分についての説明は繰り返さない。

制御部５０は、暖房除霜モードにおいて、第１電磁弁１３２を開き、第２電磁弁１３４を閉じ、第１膨張弁１４０の開度を絞る。これにより、利用熱交換器２１０の第２ポート２１２から吐出される高温高圧の冷媒は、管路上での僅かな損失はあるものの、その圧力を実質的に維持しつつ、室外熱交換器１５０の第２ポート１５２へと供給される。その結果、高温高圧の冷媒と室外熱交換器１５０との間で熱交換が行われるとともに、室外熱交換器１５０に付着した霜が融解される。このとき、室外熱交換器１５０へと供給される冷媒は、液相または液相の割合が高い気液混合相である。したがって、ヒートポンプ装置１０Ｂは、室外熱交換器１５０における除霜を効率的に行うことができる。

室外熱交換器１５０の第１ポート１５１から吐出される冷媒は、第１膨張弁１４０を通過することにより減圧される。このとき、制御部５０は、利用熱交換器２１０および蓄熱槽１８０における冷媒の温度および圧力が所定値となるように第１膨張弁１４０の開度を調節する。

第１膨張弁１４０により減圧された冷媒は、分岐回路３５０に流れることなく、蓄熱槽１８０を通過する。これにより、冷媒は蓄熱材１８２から温熱を受け取り、蒸発する。蓄熱槽１８０で蒸発した冷媒は、第２四方弁１２５を介して再び圧縮機１１０に入力される。すなわち、暖房除霜モードにおいて、室外熱交換器１５０の第１ポート１５１から吐出される冷媒の流路は、第１膨張弁１４０により減圧された後に、蓄熱材１８２と接触し、その後に圧縮機１１０により圧縮され、利用熱交換器２１０の第１ポート２１１に供給されるように形成される。

上記によれば、実施形態５に従うヒートポンプ装置１０Ｂは、暖房除霜モードにおいて、室内機２００から温風を送風する暖房と、室外熱交換器１５０における除霜を同時に行うことができる。また、実施形態５に従うヒートポンプ装置１０Ｂは、実施形態１に従うヒートポンプ装置１０と同様の理由で、暖房除霜モードにおいて、熱効率の低減を抑制することができる。さらに、実施形態５に従うヒートポンプ装置１０Ｂは、ヒートポンプ装置１０Ａに比して、暖房モードを実現することができる。そのため、実施形態５に従うヒートポンプ装置１０Ｂは、蓄熱材１８２への過剰な蓄熱を避けることができるため、ヒートポンプ装置１０Ａに比して、より熱効率を向上させることができる。

（ｅ３．蓄熱モードおよび冷房モード）
なお、特に図示はしないが、ヒートポンプ装置１０Ｂは、蓄熱材１８２への蓄熱動作のみを行う蓄熱モード、および室内機２００Ｂから冷やされた利用流体を送風する冷房モードを実現することができる。

まず、蓄熱モードについて説明する。制御部５０は、蓄熱モードにおいて、第１電磁弁１３２を開き、第２電磁弁を閉じ、第１膨張弁１４０を全開にし、送風機１９０，２２０の駆動を停止する。第１四方弁１２０および第２四方弁１２５は、いずれの流路に切り替えられてもよい。この条件において、圧縮機１１０から吐出される冷媒は、室外熱交換器１５０および利用熱交換器２１０において実質的に熱交換を行うことなく、高温かつ気相状態のまま蓄熱材１８２に供給される。その結果、蓄熱材１８２は冷媒から温熱の一部を吸収するとともに、当該熱を蓄えることができる。

次に、冷房モードについて説明する。実施形態５に従うヒートポンプ装置１０Ｂの冷房モードにおける制御は、図１４に示されるヒートポンプ装置１０Ａの冷房モードにおける制御と略同じであるため、相違する点についてのみ説明する。制御部５０は、冷房モードにおいて、第１四方弁１２０から流れてくる冷媒を、第２流路３２０Ｂに流れるように第２四方弁１２５の切替制御を行なう。また、制御部５０は、同モードにおいて、第１電磁弁１３２を閉じ、第２電磁弁１３４を開き、第１膨張弁１４０の開度を絞る。これにより、圧縮機１１０から吐出される冷媒は、第２四方弁１２５を介して室外熱交換器１５０に供給されるとともに、凝縮される。室外熱交換器１５０の第１ポート１５１から吐出される冷媒は、第１膨張弁１４０により減圧され、分岐回路３５０、第２四方弁１２５を介して利用熱交換器２１０に供給される。このとき、送風機２２０の作用により、利用熱交換器２１０によって冷やされた利用流体が室内機２００から送風される。上記によれば、実施形態５に従うヒートポンプ装置１０Ｂは、蓄熱モードおよび冷房モードを実現することができる。

［Ｆ．実施形態６］
図１７は、実施形態６に従うヒートポンプ装置１０Ｃの構成例を説明する図である。なお、ヒートポンプ装置１０Ｃの基本構成はヒートポンプ装置１０Ｂと略同じであるため、相違する点についてのみ説明する。ヒートポンプ装置１０Ｃは、ヒートポンプ装置１０Ｂに比して、分岐回路３５０上に第１電磁弁１３２，第２電磁弁１３４の代わりに第１膨張弁１４２，第２膨張弁１４４を配置する構成である。また、ヒートポンプ装置１０Ｃは、ヒートポンプ装置１０Ｂにおいて第１流路３１０Ａ上に配置されていた第１膨張弁１４０を有しない。

（ｂ７−１．暖房蓄熱モード）
次に、実施形態６に従うヒートポンプ装置１０Ｃの運転モードが暖房蓄熱モードのときの、冷媒の流れおよび制御部５０の制御について、図１７を用いて説明する。なお、図１５と同一符号を付している部分については、ヒートポンプ装置１０Ｂの暖房蓄熱モードと同じであるため、その部分についての説明は繰り返さない。

図１７を参照して、制御部５０は、暖房蓄熱モードにおいて、第１膨張弁１４２，第２膨張弁１４４の開度を絞る。これにより、ヒートポンプ装置１０Ｃは、第２四方弁１２５を介して第１流路３１０Ａに流れる冷媒のうち、蓄熱槽１８０に流れる冷媒の流量を制御することができる。より具体的には、蓄熱槽１８０に流れる冷媒の流量を増やす場合、制御部５０は、第１膨張弁１４２の開度をより開くように、または／および第２膨張弁１４４の開度をより絞るように制御する。ヒートポンプ装置１０Ｃは、蓄熱材１８２に蓄熱される熱量を上記のヒートポンプ装置に比して、より細やかに制御することができる。

蓄熱槽１８０および分岐回路３５０を通過した冷媒は、送風機１９０の作用により室外熱交換器１５０によって外気から温熱を受け取るとともに蒸発する。これにより、ヒートポンプ装置１０Ｃは、暖房蓄熱モードにおいて、室内機２００Ｃから温風を送風する暖房と、蓄熱材１８２への蓄熱を同時に行うことができる。

なお、上記の例において、第１膨張弁１４２および第２膨張弁１４４の開度を絞る構成であったが、他の局面において、第１膨張弁１４２の開度を絞り、第２膨張弁１４４を完全に閉じる構成であってもよい。当該構成において、蓄熱材１８２は、単位時間当たりに蓄熱できる熱量を増やすことができる。

また、上記の例において、第１膨張弁１４２を完全に閉じ、第２膨張弁１４４の開度を絞ることによって、ヒートポンプ装置１０Ｃは、蓄熱材１８２への蓄熱を行うことなく、室内機２００Ｃから温風を送風する暖房のみを行う暖房モードを実現することができる。

（ｂ７−２．暖房除霜モード）
次に、ヒートポンプ装置１０Ｃの運転モードが暖房除霜モードのときの、冷媒の流れおよび制御部５０の制御について説明する。図１８は、実施形態６に従うヒートポンプ装置１０Ｃの暖房除霜モードにおける冷媒の流れについて説明する図である。なお、図１６と同一符号を付している部分については、ヒートポンプ装置１０Ｂの暖房除霜モードと同じであるため、その部分についての説明は繰り返さない。

制御部５０は、暖房除霜モードにおいて、第１膨張弁１４２の開度を絞り、第２膨張弁１４４を完全に閉じる。これにより、利用熱交換器２１０の第２ポート２１２から吐出される高温高圧の冷媒は、管路上での僅かな損失はあるものの、その圧力を実質的に維持しつつ、室外熱交換器１５０の第２ポート１５２へと供給される。その結果、高温高圧の冷媒と室外熱交換器１５０との間で熱交換が行われるとともに、室外熱交換器１５０に付着した霜が融解される。このとき、室外熱交換器１５０へと供給される冷媒は、液相または液相の割合が高い気液混合相である。したがって、ヒートポンプ装置１０Ｃは、室外熱交換器１５０における除霜を効率的に行うことができる。

室外熱交換器１５０の第１ポート１５１から吐出される冷媒は、分岐回路３５０に流れることなく、第１膨張弁１４２を通過することにより減圧される。このとき、制御部５０は、利用熱交換器２１０および蓄熱槽１８０における冷媒の温度および圧力が所定値となるように第１膨張弁１４２の開度を調節する。

第１膨張弁１４２により減圧された冷媒は、蓄熱槽１８０を通過する。これにより、冷媒は蓄熱材１８２から温熱を受け取り、蒸発する。蓄熱槽１８０で蒸発した冷媒は、第２四方弁１２５を介して再び圧縮機１１０に入力される。すなわち、暖房除霜モードにおいて、室外熱交換器１５０の第１ポート１５１から吐出される冷媒の流路は、第１膨張弁１４２により減圧された後に、蓄熱材１８２と接触し、その後に圧縮機１１０により圧縮され、利用熱交換器２１０の第１ポート２１１に供給されるように形成される。

上記によれば、実施形態６に従うヒートポンプ装置１０Ｃは、暖房除霜モードにおいて、室内機２００から温風を送風する暖房と、室外熱交換器１５０における除霜を同時に行うことができる。また、実施形態６に従うヒートポンプ装置１０Ｃは、実施形態１に従うヒートポンプ装置１０と同様の理由で、暖房除霜モードにおいて、熱効率の低減を抑制することができる。さらに、実施形態６に従うヒートポンプ装置１０Ｃは、暖房モードを実現することができる。そのため、実施形態６に従うヒートポンプ装置１０Ｃは、蓄熱材１８２への過剰な蓄熱を避けることができるため、ヒートポンプ装置１０Ａに比して、より熱効率を向上させることができる。

（ｂ７−３．蓄熱モードおよび冷房モード）
なお、特に図示はしないが、ヒートポンプ装置１０Ｃは、蓄熱材１８２への蓄熱動作のみを行う蓄熱モード、および室内機２００Ｃから冷やされた利用流体を送風する冷房モードを実現することができる。

まず、蓄熱モードについて説明する。制御部５０は、蓄熱モードにおいて、第１膨張弁１４２を全開にし、第２膨張弁１４４を完全に閉じ、送風機１９０，２２０の駆動を停止する。第１四方弁１２０および第２四方弁１２５は、いずれの流路に切り替えられてもよい。この条件において、圧縮機１１０から吐出される冷媒は、室外熱交換器１５０および利用熱交換器２１０において実質的に熱交換を行うことなく、高温かつ気相状態のまま蓄熱材１８２に供給される。その結果、蓄熱材１８２は冷媒から温熱の一部を吸収するとともに、当該熱を蓄えることができる。

なお、他の局面において、制御部５０は、蓄熱モードにおいて、圧縮機１１０から吐出される冷媒を第１流路３１０Ｂに導くように第１四方弁１２０を切替制御し、第２四方弁に到達した冷媒を第１流路３１０Ａに導くように第２四方弁１２５を切替制御し、第１膨張弁１４０の開度を絞り、第２膨張弁１６０を完全に閉じてもよい。これによると、高温かつ気相状態の冷媒が蓄熱槽１８０を通過することとなる。また、蓄熱槽１８０を通過した冷媒は、室外熱交換器１５０および利用熱交換器２１０において外気から熱を受け取る。したがって、当該構成は蓄熱モードの熱効率を向上させることができる。

次に、冷房モードについて説明する。実施形態６に従うヒートポンプ装置１０Ｃの冷房モードにおける制御は、ヒートポンプ装置１０Ｂの冷房モードにおける制御と略同じであるため、相違する点についてのみ説明する。制御部５０は、冷房モードにおいて、第１膨張弁１４２を完全に閉じ、第２膨張弁１４４の開度を絞る。これにより、室外熱交換器１５０の第１ポート１５１から吐出される冷媒は分岐回路３５０に流れ、第２膨張弁１４４により減圧される。第２膨張弁１４４を通過した冷媒は、第２四方弁１２５を介して利用熱交換器２１０に供給される。このとき、送風機２２０の作用により、利用熱交換器２１０によって冷やされた利用流体が室内機２００から送風される。上記によれば、実施形態６に従うヒートポンプ装置１０Ｃは、蓄熱モードおよび冷房モードを実現することができる。

実施形態４、５、６で説明したヒートポンプ装置１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃはいずれも、実施形態１に従うヒートポンプ装置１０と同様、図５に示されるフローチャートに従って各運転モードを切り替え可能に構成される。なお、ヒートポンプ装置１０Ａについては、暖房モードを有さないため、暖房モードの代わりに暖房蓄熱モードが用いられる。

また、他の局面において、ヒートポンプ装置１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃはいずれも、第１四方弁１２０を取り除くことによって、暖房運転のみ行う構成でもあってよい。

また、上記説明を行ったヒートポンプ装置１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃは、空気調和機の他にも、冷凍庫、冷蔵庫、衣類乾燥機、給湯器など、一方の熱交換器で外気から熱をうけとり、他方の熱交換器で熱を放出する冷凍サイクルを利用する機器であれば適用することができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ ヒートポンプ装置、５０ 制御部、１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ 室外機、１１０ 圧縮機、１２０ 第１四方弁、１２５ 第２四方弁、１３０，１３２ 第１電磁弁、１３４，１７０ 第２電磁弁、１４０，１４２ 第１膨張弁、１４４，１６０ 第２膨張弁、１５０ 室外熱交換器、１８０ 蓄熱槽、１８２ 蓄熱材、１９０，２２０ 送風機、２００，２００Ａ，２００Ｂ，２００Ｃ 室内機、２１０ 利用熱交換器、３１０，３１０Ａ，３１０Ｂ 第１流路、３２０，３２０Ａ，３２０Ｂ 第２流路、３３０，３４０，３５０ 分岐回路。

Claims (5)

1. ヒートポンプ装置であって、
   冷媒と熱源との間で熱交換を行う熱源側熱交換器と、
   前記冷媒と利用流体との間で熱交換を行う利用側熱交換器と、
   前記熱源側熱交換器の第１のポートと前記利用側熱交換器の第１のポートとを結ぶ第１の流路および前記熱源側熱交換器の第２のポートと前記利用側熱交換器の第２のポートとを結ぶ第２の流路を含む、前記冷媒が流れる主回路と、
   前記第１の流路上に配置される圧縮機と、
   前記第１の流路上の前記熱源側熱交換器と前記圧縮機との間に配置される第１の減圧装置と、
   前記主回路を流れる前記冷媒が保有する温熱の一部を吸収する熱部材（蓄熱材）とを備え、
   第１の運転モード（暖房除霜）において、
   前記第１の減圧装置による減圧動作が有効化され、
   前記熱源側熱交換器の前記第１のポートから吐出されて前記第１の減圧装置により減圧された冷媒を前記蓄熱材に接触させた後、前記蓄熱材に接触した後の冷媒が前記圧縮機により圧縮されて前記利用側熱交換器の前記第１のポートへ供給されるように前記第１の流路が形成され、
   前記利用側熱交換器の前記第２のポートから吐出された冷媒の圧力を実質的に維持しつつ、当該冷媒を前記熱源側熱交換器の前記第２のポートへ供給されるように前記第２の流路が形成される、ヒートポンプ装置。
2. 前記第２の流路上の主回路から分岐する分岐回路と、
   前記利用側熱交換器の前記第２のポートから吐出される前記冷媒の流れを前記主回路と前記分岐回路との間で切り替え可能に構成される第１の切替部をさらに備え、
   前記熱部材は前記分岐回路上に配置され、
   第２の運転モード（蓄熱／暖房蓄熱）において、前記第１の切替部は、前記利用側熱交換器の前記第２のポートから吐出される前記冷媒の流れを前記分岐回路に切り替えるように構成される、請求項１に記載のヒートポンプ装置。
3. 前記第２の流路上に配置される第２の減圧装置をさらに備える、請求項１に記載のヒートポンプ装置。
4. 前記利用側熱交換器の前記第２のポートから吐出される前記冷媒を、前記第１の運転モード（暖房除霜）において前記第１の減圧装置を介して前記熱源側熱交換器に流れるように、第２の運転モード（蓄熱／暖房蓄熱）において前記第２の減圧装置を介して前記熱源側熱交換器に流れるように切り替え可能に構成される第２の切替部をさらに備え、
   前記第１の運転モード（暖房除霜）において、前記冷媒の前記第１の減圧装置による減圧動作が無効化されるとともに、前記第２の減圧装置による減圧動作が有効化され、
   前記第２の運転モード（蓄熱／暖房蓄熱）において、前記冷媒の前記第１の減圧装置による減圧動作が有効化されるとともに、前記第２の減圧装置による減圧動作が無効化される、請求項３に記載のヒートポンプ装置。
5. ヒートポンプ装置を備える空気調和機であって、
   前記ヒートポンプ装置は、
   冷媒と熱源との間で熱交換を行う熱源側熱交換器と、
   前記冷媒と利用流体との間で熱交換を行う利用側熱交換器と、
   前記熱源側熱交換器の第１のポートと前記利用側熱交換器の第１のポートとを結ぶ第１の流路および前記熱源側熱交換器の第２のポートと前記利用側熱交換器の第２のポートとを結ぶ第２の流路を含む、前記冷媒が流れる主回路と、
   前記第１の流路上に配置される圧縮機と、
   前記第１の流路上の前記熱源側熱交換器と前記圧縮機との間に配置される第１の減圧装置と、
   前記主回路を流れる前記冷媒が保有する温熱の一部を吸収する熱部材とを有し、
   第１の運転モードにおいて、
   前記第１の減圧装置による減圧動作が有効化され、
   前記熱源側熱交換器の前記第１のポートから吐出されて前記第１の減圧装置により減圧された冷媒を前記熱部材に接触させた後、前記熱部材に接触した後の冷媒が前記圧縮機により圧縮されて前記利用側熱交換器の前記第１のポートへ供給されるように前記第１の流路が形成され、
   前記利用側熱交換器の前記第２のポートから吐出された冷媒の圧力を実質的に維持しつつ、当該冷媒を前記熱源側熱交換器の前記第２のポートへ供給されるように前記第２の流路が形成される、空気調和機。

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