JP6529579B2 - ヒートポンプシステム - Google Patents

Description

この発明は、水回路の水が凍結するおそれが抑制されたヒートポンプシステムに関するものである。

従来から、冷媒を循環させるヒートポンプ式冷凍サイクルと、この冷凍サイクルの冷媒によって加熱される水を貯湯タンクに供給する水回路と、を具備したヒートポンプ給湯器が知られている（特許文献１参照）。特許文献１に記載されたような従来のヒートポンプ給湯器では、室外空気熱交換器に霜が付着したときに、四方弁を切り換えて、室外空気熱交換器に高温の冷媒を流すことで、室外空気熱交換器に付着した霜を除霜している。

特開２００２−２４３２７６号公報

しかしながら、特許文献１に記載されたような従来のヒートポンプシステムでは、除霜運転中に水回路の水を単純に循環させると、冷媒−水熱交換器で冷却された水が水タンクに供給されてしまう。一方、特許文献１に記載されたような従来のヒートポンプシステムにおいて、除霜運転中に、水回路の水の流れを停止させた場合には、水が凍結してしまうおそれがある。

この発明は、上記のような課題を背景としてなされたものであり、水回路の水が凍結するおそれが抑制されたヒートポンプシステムを得ることを目的としている。

この発明に係るヒートポンプシステムは、冷媒が流れる冷媒流路と熱媒体が流れる熱媒体流路とを有し、前記冷媒と前記熱媒体とを熱交換させる冷媒−熱媒体熱交換器の前記冷媒流路と、熱源側熱交換器と、が接続された冷媒回路と、前記熱媒体流路が接続された熱媒体回路と、を備え、前記冷媒−熱媒体熱交換器で前記熱媒体を加熱する加熱運転モードと、前記熱源側熱交換器を加熱して前記熱源側熱交換器に付着した霜を除霜する除霜運転モードとを含み、前記除霜運転モード時は、前記加熱運転モード時と比較して、前記熱媒体回路に流れる前記熱媒体の流速を遅くし、前記冷媒回路は、該冷媒回路に流れる前記冷媒の向きを切り替える流路切替装置をさらに含み、前記流路切替装置は、前記除霜運転モード時に、前記冷媒−熱媒体熱交換器を凝縮器として機能させ且つ前記熱源側熱交換器を蒸発器として機能させるように、切り替えられており、前記除霜運転モード時に、前記冷媒回路に前記冷媒を流す除霜動作と、前記熱媒体回路に前記熱媒体を流す通水動作と、を交互に実行する、ものである。

この発明によれば、水回路の水が凍結するおそれが抑制されたヒートポンプシステムを得ることができる。

この発明の実施の形態１に係るヒートポンプシステムの一例を模式的に記載した図である。 図１に記載のヒートポンプユニットの一例を模式的に記載した図である。 図２に記載のヒートポンプユニットの除霜運転の動作の一例を説明する図である。 この発明の実施の形態２に係るヒートポンプユニットの一例を模式的に記載した図である。 図４に記載のヒートポンプユニットの除霜運転の動作の一例を説明する図である。 図４の変形例１である。 この発明の実施の形態３に係るヒートポンプユニットの一例を模式的に記載した図である。

以下、図面を参照して、この発明の実施の形態について説明する。なお、各図中、同一または相当する部分には、同一符号を付して、その説明を適宜省略または簡略化する。また、各図に記載の構成について、その形状、大きさおよび配置等は、この発明の範囲内で適宜変更することができる。

［ヒートポンプシステム］
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係るヒートポンプシステムの一例を模式的に記載した図であり、図２は、図１に記載のヒートポンプユニットの一例を模式的に記載した図である。図１に示すように、この実施の形態に係るヒートポンプシステム３００は、ヒートポンプユニット１００と水タンク２００とを有し、ヒートポンプユニット１００と水タンク２００とが給水配管３０２および出湯配管３０４で接続されている。なお、この実施の形態では、ヒートポンプユニット１００が過熱した水を水タンク２００に溜めるヒートポンプ給湯装置についての説明を行うが、ヒートポンプシステム３００は、ヒートポンプ給湯装置に限定されるものではない。例えば、ヒートポンプシステム３００は、ヒートポンプユニット１００が過熱したブライン等の熱媒体を循環させて室内の空調を行う空調装置等にも適用することができる。

［水タンク］
水タンク２００は、例えば室内に設置されており、ヒートポンプユニット１００が加熱した水を貯留するものである。なお、水タンク２００は、上側が高温、下側が低温となるように、温度成層が形成され、異なる温度の水を貯留することができるようになっている。また、例えば、水タンク２００には、水道等の水源から供給される水を水タンク２００内の下部等に流入させる配管、および温度センサ等が配設されているが、図１では省略してある。

［ヒートポンプユニット］
ヒートポンプユニット１００は、例えば室外に設置されており、給水配管３０２から流入した水を加熱して、加熱した水を、出湯配管３０４を介して、水タンク２００に供給するものである。ヒートポンプユニット１００は、図２に示すように、筐体１０１の内部に配設された、冷媒回路１５と熱媒体経路２５と入口温度センサ２６と出口温度センサ２８と制御部５０と記憶部５２とを含んでいる。

入口温度センサ２６は、給水配管３０２から筐体１０１の内部に流入する水の温度、すなわち、冷媒−熱媒体熱交換器４で熱交換される前の水の温度を検出するものであり、例えばサーミスタまたは熱電対等で構成されている。出口温度センサ２８は、筐体１０１から出湯配管３０４に流出する水の温度、すなわち冷媒−熱媒体熱交換器４で熱交換された後の水の温度を検出するものであり、例えばサーミスタまたは熱電対等で構成されている。制御部５０は、ヒートポンプユニット１００の全体の制御を行うものであり、アナログ回路、デジタル回路、ＣＰＵ、またはこれらのうちの２つ以上の組み合わせを含んで構成されている。なお、制御部５０は、ヒートポンプシステム３００の全体の制御を行うものであってもよい。記憶部５２は、例えば不揮発性メモリを含んで構成されており、ヒートポンプユニット１００の制御を行うためのデータおよびプログラム等を記憶している。

冷媒回路１５は、冷媒が循環するものであり、圧縮機１と流路切替装置２と冷媒−熱媒体熱交換器４の冷媒流路と減圧装置６と熱源側熱交換器８とが冷媒配管９で接続されることによって構成されている。なお、冷媒回路１５に流れる冷媒は、例えばＣＯ_２であるが、ＣＯ_２を含んだ混合冷媒または他の種類の冷媒であってもよい。

圧縮機１は、冷媒を圧縮するものである。圧縮機１は、例えば、インバータで制御が行われるインバータ圧縮機であり、運転周波数を任意に変化させて、容量（単位時間あたりに冷媒を送り出す量）を変化させることができる。なお、圧縮機１は、一定の運転周波数で動作する一定速圧縮機であってもよい。流路切替装置２は、冷媒回路１５に流れる冷媒の流れの向きを切り替えるものであり、例えば、四方弁等で構成されている。冷媒−熱媒体熱交換器４は、冷媒が流れる冷媒流路と熱媒体が流れる熱媒体流路とを有し、冷媒と熱媒体とを熱交換させるものである。減圧装置６は、冷媒を減圧させるものであり、例えば、開度を調整できる電子膨張弁であるが、毛細管等であってもよい。熱源側熱交換器８は、例えば、熱源側熱交換器８に流れる冷媒を空気と熱交換させるものである。例えば、熱源側熱交換器８の近傍には、熱源側熱交換器８へ空気を導く送風機（図示を省略）が設置されている。

熱媒体経路２５は、熱媒体が流れる熱媒体回路の一部分を構成するものであり、熱媒体循環装置２２と流量調整装置２４と冷媒−熱媒体熱交換器４の熱媒体流路とが熱媒体配管２９で接続されることによって構成されている。この実施の形態で使用される熱媒体は、水である。熱媒体回路は、熱媒体経路２５と水タンク２００とが、給水配管３０２および出湯配管３０４で接続されることによって形成される。

熱媒体循環装置２２は、熱媒体回路に熱媒体を循環させるものであり、例えばポンプ等で構成されている。熱媒体循環装置２２は、吐出圧力が一定のものであってもよく、吐出圧力を調整できるものであってもよい。熱媒体循環装置２２が設置される場所は、特に限定されるものではないが、熱媒体循環装置２２が筐体１０１の内部または屋内に設置されることによって、熱媒体回路の凍結のおそれが抑制される。流量調整装置２４は、熱媒体回路に流れる熱媒体の流量を調整するものであり、例えば開度を調整できる電動弁等で構成されている。なお、この実施の形態において、熱媒体循環装置２２が熱媒体回路に流れる熱媒体の流量を調整できるものである場合には、流量調整装置２４を省略することもできる。

［加熱運転］
次に、ヒートポンプシステム３００が水を加熱する加熱運転の動作の一例について説明する。まず、加熱運転時の冷媒回路１５の動作について説明する。ヒートポンプシステム３００の加熱運転時には、流路切替装置２が、圧縮機１の吐出側と冷媒−熱媒体熱交換器４とを接続するように切り替えられている。圧縮機１で圧縮された冷媒は、流路切替装置２を介して、冷媒−熱媒体熱交換器４に流入する。冷媒−熱媒体熱交換器４にて、冷媒は水と熱交換して凝縮する。冷媒−熱媒体熱交換器４で凝縮した冷媒は、減圧装置６で減圧され、熱源側熱交換器８で熱交換されて蒸発する。熱源側熱交換器８で蒸発した冷媒は、圧縮機１に吸入され、再び圧縮される。

次に、加熱運転時の熱媒体回路の動作について説明する。熱媒体回路の熱媒体循環装置２２が動作することによって、例えば、水タンク２００内の下部の水が、給水配管３０２を介して、熱媒体経路２５に流入する。熱媒体経路２５に流入した水は、流量調整装置２４を通って、冷媒−熱媒体熱交換器４に流入する。冷媒−熱媒体熱交換器４にて、水は冷媒と熱交換して加熱される。冷媒−熱媒体熱交換器４で加熱された水は、出湯配管３０４を通って、水タンク２００に貯留される。熱媒体循環装置２２および流量調整装置２４にて、熱媒体回路に流れる水の流量を調整することによって、水タンク２００に貯留される水の温度が予め設定された温度に調整される。

［除霜運転］
次に、ヒートポンプユニット１００が熱源側熱交換器８に付着した霜を除霜する除霜運転の動作の一例について説明する。熱源側熱交換器８は、加熱運転時に蒸発器として機能するため、例えば外気温度が低いとき等には、空気中の水分等が熱源側熱交換器８に着霜することがある。熱源側熱交換器８に霜が付着すると、熱源側熱交換器８での熱交換が阻害されるため、ヒートポンプユニット１００の運転効率が低下し、さらには圧縮機１等の故障に繋がるおそれがある。そこで、この実施の形態に係るヒートポンプユニット１００では、熱源側熱交換器８に霜が付着したときに、熱源側熱交換器８に付着した霜を除霜する除霜運転を実行する。

ヒートポンプユニット１００の除霜運転時には、流路切替装置２が、圧縮機１の吐出側と熱源側熱交換器８とを接続するように切り替えられる。圧縮機１で圧縮された冷媒は、流路切替装置２を介して、熱源側熱交換器８に流入し、熱源側熱交換器８を加熱する。熱源側熱交換器８を加熱した冷媒は、減圧装置６で減圧され、冷媒−熱媒体熱交換器４で熱交換される。冷媒−熱媒体熱交換器４で熱交換された冷媒は、圧縮機１に吸入され、再び圧縮される。上記のように、この実施の形態のヒートポンプユニット１００にて除霜運転を行うときには、冷媒−熱媒体熱交換器４が冷媒を蒸発させる蒸発器として機能する場合があり、その場合には、冷媒−熱媒体熱交換器４の熱媒体流路を流れる水が冷却されてしまう。したがって、水回路に単純に水を循環させると、冷媒−熱媒体熱交換器４で冷却された水が水タンク２００に流入するため、水タンク２００内の水の温度が低下してしまう。一方、水回路の水の循環を停止させると、例えば、寒冷地等では、屋外に配設された給水配管３０２および出湯配管３０４の内部の水が凍結するおそれがある。また、水回路の水の循環を停止させた場合には、冷媒−熱媒体熱交換器４で水が冷却されることによって、冷媒−熱媒体熱交換器４の内部で水が凍結するおそれもある。そこで、この実施の形態では、以下のように、除霜運転を実行する。

図３は、図２に記載のヒートポンプユニットの除霜運転の動作の一例を説明する図である。図３に示すように、この実施の形態の例では、除霜運転中に、熱源側熱交換器８に高温の冷媒を流す除霜動作を複数回に分けて実行し、除霜動作を停止しているときに水回路に水を循環させる通水動作を実行することで、除霜動作と通水動作とを交互に実行する。なお、通水動作時は、水を加熱する加熱運転時と比較して、熱媒体回路に流れる水の流速が遅くなっており、冷水が水タンク２００内に大量に流入しないようになっている。

例えば、図２に記載の制御部５０は、入口温度センサ２６および出口温度センサ２８のうちの少なくとも一方から水回路の水の温度を取得し、除霜動作および通水動作の切り替えを行う。この実施の形態において、入口温度センサ２６および出口温度センサ２８のうちの少なくとも一方は、この発明の「温度センサ」に相当するものである。図３において、第１設定温度Ｗ１および第２設定温度Ｗ２は予め設定された値であり、図２に記載の記憶部５２に予め記憶されている。制御部５０は、「温度センサ」が検出した水の温度を取得し、水温度が第１設定温度Ｗ１以下になると、水が凍結するおそれがあると判断し、水温度が第１設定温度Ｗ１以下から第２設定温度Ｗ２以上に上昇したときに、水が凍結するおそれがなくなったと判断する。なお、第１設定温度Ｗ１は例えば３度であり、第２設定温度Ｗ２は例えば５度である。

図３に示すように、時刻ｔ１までは、水の温度が第１設定温度Ｗ１よりも高く、水が凍結するおそれがないため、制御部５０は、除霜動作を実行し、通水動作を停止する。時刻ｔ１にて、制御部５０は、水温度が第１設定温度Ｗ１以下となり水回路の水が凍結するおそれがあるため、除霜動作を停止し、通水動作を実行する。時刻ｔ１から時刻ｔ２まで、除霜動作を停止し、通水動作を実行することによって、水の温度が第２設定温度Ｗ２以上となり、水が凍結するおそれがなくなったため、除霜動作を実行し、通水動作を停止する。例えば、予め設定された除霜運転時間が経過するまで、上記の除霜動作と通水動作とを交互に実行する。

上記のように、この実施の形態では、熱源側熱交換器８に付着した霜を除霜する除霜運転時に、除霜動作と通水動作とを交互に実行しているため、水回路で水が凍結するおそれが抑制されている。

さらに、この実施の形態では、水回路の水の温度を用いて、除霜運転時の通水動作で流れる水の流量を最低限の流量としている。したがって、冷媒−熱媒体熱交換器４で冷却された水が水タンク２００に流入する量が最低限の量になっている。その結果、この実施の形態によれば、除霜運転時の水タンク２００内の水の温度の低下が抑制されている。

また、この実施の形態では、除霜動作を停止しているときに、通水動作を実行しているため、水回路の温度の上昇が促進されている。その結果、この実施の形態によれば、除霜動作の停止時間を短くすることができるため、熱源側熱交換器８に付着した霜を短時間で除霜することができる。

実施の形態２．
図４は、この発明の実施の形態２に係るヒートポンプユニットの一例を模式的に記載した図である。図４に示すように、この実施の形態に係るヒートポンプユニット１００Ａは、圧縮機１と冷媒−熱媒体熱交換器４の冷媒流路と減圧装置６と熱源側熱交換器８とが冷媒配管９で接続された冷媒回路１５Ａを有する。また、この実施の形態のヒートポンプユニット１００Ａは、圧縮機１の冷媒吐出側と熱源側熱交換器８の冷媒流入側とをバイパスする第１バイパス流路６２と、冷媒−熱媒体熱交換器４の冷媒流出側と熱源側熱交換器８の冷媒流入側とをバイパスする第２バイパス流路６４と、を有している。第１バイパス流路６２は、熱源側熱交換器８の下方にて、熱源側熱交換器８の近傍を通るように配設されている。なお、第１バイパス流路６２は、熱源側熱交換器８の冷媒流出側の近傍を通るように配設されていればよい。第１バイパス流路６２には、第１開閉装置１０が配設されている。第２バイパス流路６４には、第２開閉装置１２が配設されている。第１開閉装置１０および第２開閉装置１２は、開閉弁等に限定されるものではなく、例えば、開度を調整できる電動弁等であってもよい。なお、以下では、この実施の形態の理解を容易にするために、上記の実施の形態１の説明と重複する説明については省略する。

［加熱運転］
次に、ヒートポンプユニット１００Ａが水を加熱する加熱運転の動作の一例について説明する。ヒートポンプユニット１００Ａの加熱運転時には、第１開閉装置１０および第２開閉装置１２が閉状態となっている。圧縮機１で圧縮された冷媒は、冷媒−熱媒体熱交換器４に流入し、水と熱交換して凝縮する。冷媒−熱媒体熱交換器４で凝縮した冷媒は、減圧装置６で減圧され、熱源側熱交換器８に流入する。熱源側熱交換器８を流れて熱交換され蒸発した冷媒は、圧縮機１に吸入され、再び圧縮される。

［除霜運転］
次に、ヒートポンプユニット１００Ａが熱源側熱交換器８に付着した霜を除霜する除霜運転の動作の一例について説明する。ヒートポンプユニット１００Ａの除霜運転時には、第１開閉装置１０および第２開閉装置１２が開状態となり、減圧装置６が閉状態となる。圧縮機１で圧縮された冷媒は、第１バイパス流路６２に流れる冷媒と、冷媒−熱媒体熱交換器４に流れる冷媒とに分岐される。第１バイパス流路６２側に分岐された冷媒は、熱源側熱交換器８の下方で熱源側熱交換器８を加熱する。熱源側熱交換器８の下方で熱源側熱交換器８を加熱した冷媒は、第２バイパス流路６４を流れた冷媒と合流し、熱源側熱交換器８に流れる。冷媒−熱媒体熱交換器４側に分岐された冷媒は、冷媒−熱媒体熱交換器４、第２バイパス流路６４の順に流れ、第１バイパス流路６２を流れた冷媒と合流し、熱源側熱交換器８に流れる。

上記のように、この実施の形態では、除霜運転時に、第１バイパス流路６２を流れた冷媒と第２バイパス流路６４を流れた冷媒とが合流して、合流した冷媒が熱源側熱交換器８を流れて熱源側熱交換器８を加熱することで、熱源側熱交換器８に付着した霜の除霜を行っている。したがって、冷媒−熱媒体熱交換器４の冷媒流路を流れる冷媒が、冷媒−熱媒体熱交換器４の熱媒体流路を流れる水と熱交換を行うと、熱源側熱交換器８を流れる冷媒の温度が低下してしまうため、熱源側熱交換器８の除霜を効率良く行うことができない。一方、冷媒−熱媒体熱交換器４での熱交換を抑制するために、水回路の水の流れを停止した場合には、水回路の水が凍結してしまうおそれがある。例えば、寒冷地等においては、屋外に配設された給水配管３０２および出湯配管３０４の内部の水が凍結するおそれがある。さらに、水回路を流れる水の流れを停止すると、冷媒−熱媒体熱交換器４内で水が沸騰して、ヒートポンプユニット１００Ａの効率が低下してしまう。そこで、この実施の形態では、以下のように、除霜運転を実行する。

図５は、図４に記載のヒートポンプユニットの除霜運転の動作の一例を説明する図である。図５のステップＳ０２にて、図４に記載の制御部５０は、記憶部５２に予め記憶されている初期出力値Ａ１および初期調整値Ｂ１を取得し、出力値Ａを初期出力値Ａ１に設定し、調整値Ｂを初期調整値Ｂ１に設定する。例えば、出力値Ａは、熱媒体循環装置２２の運転周波数に関するものであり、調整値Ｂは、流量調整装置２４の開度に関するものである。図５のステップＳ０４にて、制御部５０は、出力値Ａを用いて熱媒体循環装置２２の制御を行い、調整値Ｂを用いて流量調整装置２４の制御を行うことで、水回路に流れる水の流量が調整される。なお、水回路に流れる水の流量の調整は、熱媒体循環装置２２または流量調整装置２４を制御することで行われてもよい。

制御部５０は、ステップＳ０６にて、出口温度センサ２８が検出した水の水温度Ｗを取得し、ステップＳ０８にて、水温度Ｗが予め設定された第３設定温度Ｗ３以上であるか否かを判断する。なお、第３設定温度Ｗ３は、記憶部５２に予め記憶された値であり、熱媒体の沸点より低い温度である。第３設定温度Ｗ３は、例えば９０度であるが、ヒートポンプシステム３００の仕様（例えば熱媒体の種類）等に応じて適宜設定される。ステップＳ０８にて、水温度Ｗが第３設定温度Ｗ３以上である場合には、ステップＳ１０に進み、水回路に流れる水の流量が多くなるように、出力値Ａおよび調整値Ｂを変更して、ステップＳ１４に進む。ステップＳ０８にて、水温度Ｗが第３設定温度Ｗ３よりも低い場合には、ステップＳ１２に進み、水回路に流れる水の流量が少なくなるように、出力値Ａおよび調整値Ｂを変更して、ステップＳ１４に進む。ステップＳ１４にて、除霜運転を継続するか否かを判断し、除霜運転を継続する場合には、ステップＳ０４に戻る。なお、除霜運転を継続するか否かの判断は、例えば、予め設定された除霜運転時間が経過したか否かで判断される。

上記のように、この実施の形態では、除霜運転中に、水回路に水を流しているため、屋外に配設された給水配管３０２および出湯配管３０４の内部の水が凍結するおそれが抑制されている。

さらに、この実施の形態によれば、除霜運転時の水回路の水の流量が最低限となっているため、冷媒が冷媒−熱媒体熱交換器４を通過するときの温度の低下が抑制されている。その結果、この実施の形態によれば、除霜運転を効率良く行うことができる。

さらに、この実施の形態では、除霜運転中に、水が冷媒−熱媒体熱交換器４で加熱され、加熱された水が水回路を流れるため、水回路の水の凍結のおそれが抑制され、且つ水タンク２００内の水の温度の低下が抑制されている。

さらに、この実施の形態では、第１バイパス流路６２が、熱源側熱交換器８の冷媒流出側の近傍を通るように配設されている。この実施の形態の例では、熱源側熱交換器８の下方から冷媒が流出するように構成されており、第１バイパス流路６２は、熱源側熱交換器８の下方の近傍を通るように配設されている。この実施の形態によれば、熱源側熱交換器８を流れる冷媒で加熱され難い熱源側熱交換器８の下方が、第１バイパス流路６２を流れる冷媒で加熱されるため、除霜運転を効率良く行うことができる。

なお、初期出力値Ａ１および初期調整値Ｂ１は、ヒートポンプシステム３００の製品出荷時には、例えば、除霜運転時に水回路を流れる水の流量が最大流量の４０％となるように設定されている。例えば、除霜運転終了時に、除霜運転終了時の出力値Ａおよび調整値Ｂを、初期出力値Ａ１および初期調整値Ｂ１として記憶させることによって、除霜運転時の水回路に流れる水量を短時間で最適化することができるため、除霜能力の低下を防止することができる。

［変形例１］
図６は、図４の変形例１である。変形例１のヒートポンプユニット１００Ｂは、実施の形態２の例のヒートポンプユニット１００Ａと比較して、水回路に流れる水の流量を検出する流量センサ２３を備えている。変形例１では、実施の形態２の例と比較して、水回路に流れる水の流量が、予め設定された除霜運転時の設定流量Ｆ１以下となるように、制御される。設定流量Ｆ１は、例えば、２（ｌ／ｍｉｎ）である。そして、水温度Ｗが予め設定された第３設定温度Ｗ３以上になったときに、第１開閉装置１０および第２開閉装置１２のうちの少なくとも一方の開度を調整して、冷媒−熱媒体熱交換器４に流れる冷媒の量を減少させる。

上記のように、変形例１では、除霜運転時に、冷媒−熱媒体熱交換器４の熱媒体流路に流れる水の流量および冷媒−熱媒体熱交換器４の冷媒流路に流れる冷媒の流量を最低限にすることができる。その結果、変形例１によれば、最低限の水の流量で水回路の凍結を抑制することができる。さらに、変形例１では、冷媒の温度低下が抑制されているため効率良く熱源側熱交換器８の除霜を行うことができる。

実施の形態３．
図７は、この発明の実施の形態３に係るヒートポンプシステムの一例を模式的に記載した図である。図７に示すように、この実施の形態に係るヒートポンプユニット１００Ｃは、圧縮機１と冷媒−熱媒体熱交換器４の冷媒流路と減圧装置６と熱源側熱交換器８とが冷媒配管９で接続された冷媒回路１５Ｂを有する。また、この実施の形態のヒートポンプユニット１００Ｃは、第１バイパス流路６２と第２バイパス流路６４Ａと第３バイパス流路６６とを有する。第１バイパス流路６２は、圧縮機１の冷媒吐出側と熱源側熱交換器８の冷媒流入側とをバイパスするものである。第１バイパス流路６２は、熱源側熱交換器８の冷媒流出側の近傍を通るように配設されている。第１バイパス流路６２には、第１開閉装置１０が配設されている。第２バイパス流路６４Ａは、圧縮機１の冷媒吐出側と熱源側熱交換器８の冷媒流入側とをバイパスするものである。第２バイパス流路６４Ａには、第２開閉装置１２および第３開閉装置１４が配設されている。第３バイパス流路６６は、冷媒−熱媒体熱交換器４の熱媒体流路の熱媒体流入側と熱媒体流出側とをバイパスするものである。第３バイパス流路６６には、第５開閉装置３２が配設されている。第１開閉装置１０、第２開閉装置１２、第３開閉装置１４、第４開閉装置２４Ａおよび第５開閉装置３２は、開閉弁等に限定されるものではなく、例えば、開度を調整できる電動弁等であってもよい。また、ヒートポンプユニット１００Ｃは、第２バイパス流路６４Ａを流れる冷媒と第３バイパス流路６６を流れる水とを熱交換させる凍結防止用熱交換器３０を有する。凍結防止用熱交換器３０は、冷媒−熱媒体熱交換器４と比較して、交換熱量が小さい。以下では、この実施の形態の理解を容易にするために、上記の実施の形態１または実施の形態２の説明と重複する説明については省略する。

［加熱運転］
次に、ヒートポンプユニット１００Ｃが水を加熱する加熱運転の動作の一例について説明する。ヒートポンプユニット１００Ｃの加熱運転時には、第１開閉装置１０、第２開閉装置１２、第３開閉装置１４、第５開閉装置３２が閉状態となっており、第４開閉装置２４Ａが開状態となっており、冷媒回路１５Ｂおよび熱媒体経路２５Ａは、実施の形態２の冷媒回路１５Ａおよび熱媒体経路２５と同様に動作する。

［除霜運転］
次に、ヒートポンプユニット１００Ｃが熱源側熱交換器８に付着した霜を除霜する除霜運転の動作の一例について説明する。ヒートポンプユニット１００Ｃの除霜運転時には、第１開閉装置１０、第２開閉装置１２、第３開閉装置１４および第５開閉装置３２が開状態となり、第４開閉装置２４Ａおよび減圧装置６が閉状態となる。圧縮機１で圧縮された冷媒は、第１バイパス流路６２に流れる冷媒と、第２バイパス流路６４Ａに流れる冷媒とに分岐される。第１バイパス流路６２側に分岐された冷媒は、熱源側熱交換器８の冷媒流出側の近傍で熱源側熱交換器８を加熱する。熱源側熱交換器８の近傍で熱源側熱交換器８を加熱した冷媒は、第２バイパス流路６４Ａを流れた冷媒と合流し、熱源側熱交換器８に流れる。

第２バイパス流路６４Ａ側に分岐された冷媒は、凍結防止用熱交換器３０の冷媒流路を流れて、凍結防止用熱交換器３０の熱媒体流路を流れる水と熱交換する。凍結防止用熱交換器３０で熱交換された冷媒は、第１バイパス流路６２を流れた冷媒と合流し、熱源側熱交換器８に流れる。凍結防止用熱交換器３０へ流れる冷媒の流量は、第２開閉装置１２および第３開閉装置１４のうちの少なくとも一方の開度を調整することで、調整することができる。

水回路では、第４開閉装置２４Ａが閉状態となっており、第５開閉装置３２が開状態となっている。したがって、水は、冷媒−熱媒体熱交換器４には流れず、凍結防止用熱交換器３０に流れる。凍結防止用熱交換器３０にて、水は冷媒と熱交換して加熱され、ヒートポンプユニット１００Ｃから流出する。

上記のように、この実施の形態では、除霜運転時に、冷媒−熱媒体熱交換器４と比較して交換熱量が小さい凍結防止用熱交換器３０にて、冷媒と水とを熱交換させている。その結果、この実施の形態によれば、冷媒の温度低下が抑制されているため効率良く熱源側熱交換器８の除霜を行うことができる。

この発明は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々に改変することができる。すなわち、上記の実施の形態の構成を適宜改良してもよく、また、少なくとも一部を他の構成に代替させてもよい。さらに、その配置について特に限定のない構成要件は、実施の形態で開示した配置に限らず、その機能を達成できる位置に配置することができる。

１ 圧縮機、２ 流路切替装置、４ 冷媒−熱媒体熱交換器、６ 減圧装置、８ 熱源側熱交換器、９ 冷媒配管、１０ 第１開閉装置、１２ 第２開閉装置、１４ 第３開閉装置、１５ 冷媒回路、１５Ａ 冷媒回路、１５Ｂ 冷媒回路、２２ 熱媒体循環装置、２３ 流量センサ、２４ 流量調整装置、２４Ａ 第４開閉装置、２５ 熱媒体経路、２５Ａ 熱媒体経路、２６ 入口温度センサ、２８ 出口温度センサ、２９ 熱媒体配管、３０ 凍結防止用熱交換器、３２ 第５開閉装置、５０ 制御部、５２ 記憶部、６２ 第１バイパス流路、６４ 第２バイパス流路、６４Ａ 第２バイパス流路、６６ 第３バイパス流路、１００ ヒートポンプユニット、１００Ａ ヒートポンプユニット、１００Ｂ ヒートポンプユニット、１００Ｃ ヒートポンプユニット、１０１ 筐体、２００ 水タンク、３００ ヒートポンプシステム、３０２ 給水配管、３０４ 出湯配管。

Claims (10)

1. 冷媒が流れる冷媒流路と熱媒体が流れる熱媒体流路とを有し、前記冷媒と前記熱媒体とを熱交換させる冷媒−熱媒体熱交換器の前記冷媒流路と、熱源側熱交換器と、が接続された冷媒回路と、
   前記熱媒体流路が接続された熱媒体回路と、を備え、
   前記冷媒−熱媒体熱交換器で前記熱媒体を加熱する加熱運転モードと、前記熱源側熱交換器を加熱して前記熱源側熱交換器に付着した霜を除霜する除霜運転モードとを含み、
   前記除霜運転モード時は、前記加熱運転モード時と比較して、前記熱媒体回路に流れる前記熱媒体の流速を遅くし、
   前記冷媒回路は、該冷媒回路に流れる前記冷媒の向きを切り替える流路切替装置をさらに含み、
   前記流路切替装置は、前記除霜運転モード時に、前記冷媒−熱媒体熱交換器を凝縮器として機能させ且つ前記熱源側熱交換器を蒸発器として機能させるように、切り替えられており、
   前記除霜運転モード時に、前記冷媒回路に前記冷媒を流す除霜動作と、前記熱媒体回路に前記熱媒体を流す通水動作と、を交互に実行する、
   ヒートポンプシステム。
2. 前記熱媒体の温度を検出する温度センサをさらに備え、
   前記除霜動作中に、前記温度センサが検出した前記熱媒体の温度が、前記熱媒体が凍結するおそれがある第１設定温度以下となったときに、前記通水動作を実行し、
   前記通水動作中に、前記温度センサが検出した前記熱媒体の温度が、前記第１設定温度以下から第２設定温度以上に上昇して前記熱媒体が凍結するおそれがなくなったときに、前記通水動作を停止して前記除霜動作を実行する、
   請求項１に記載のヒートポンプシステム。
3. 冷媒が流れる冷媒流路と熱媒体が流れる熱媒体流路とを有し、前記冷媒と前記熱媒体とを熱交換させる冷媒−熱媒体熱交換器の前記冷媒流路と、熱源側熱交換器と、が接続された冷媒回路と、
   前記熱媒体流路が接続された熱媒体回路と、を備え、
   前記冷媒−熱媒体熱交換器で前記熱媒体を加熱する加熱運転モードと、前記熱源側熱交換器を加熱して前記熱源側熱交換器に付着した霜を除霜する除霜運転モードとを含み、
   前記除霜運転モード時は、前記加熱運転モード時と比較して、前記熱媒体回路に流れる前記熱媒体の流速を遅くし、
   前記冷媒回路は、前記熱源側熱交換器で熱交換された前記冷媒を圧縮して、圧縮した前記冷媒を前記冷媒−熱媒体熱交換器に吐出する圧縮機と、前記冷媒−熱媒体熱交換器で熱交換された前記冷媒を減圧して、減圧した前記冷媒を前記熱源側熱交換器に流入させる減圧装置と、をさらに含み、
   第１開閉装置が配設され、前記圧縮機の冷媒吐出側と前記熱源側熱交換器の冷媒流入側とをバイパスする第１バイパス流路と、
   第２開閉装置が配設され、前記冷媒−熱媒体熱交換器の冷媒流出側と前記熱源側熱交換器の冷媒流入側とをバイパスする第２バイパス流路と、をさらに備え、
   前記除霜運転モード時に、前記第１開閉装置および前記第２開閉装置を開状態とし、前記減圧装置を閉状態とする、
   ヒートポンプシステム。
4. 前記熱媒体流路で熱交換された前記熱媒体の温度を検出する出口温度センサをさらに備え、
   前記除霜運転モード時に、前記熱媒体回路に流れる前記熱媒体の流速が、前記出口温度センサが検出した前記熱媒体の温度が前記熱媒体の沸点と比較して低い第３設定温度となるように、調整された、
   請求項３に記載のヒートポンプシステム。
5. 冷媒が流れる冷媒流路と熱媒体が流れる熱媒体流路とを有し、前記冷媒と前記熱媒体とを熱交換させる冷媒−熱媒体熱交換器の前記冷媒流路と、熱源側熱交換器と、が接続された冷媒回路と、
   前記熱媒体流路が接続された熱媒体回路と、を備え、
   前記冷媒−熱媒体熱交換器で前記熱媒体を加熱する加熱運転モードと、前記熱源側熱交換器を加熱して前記熱源側熱交換器に付着した霜を除霜する除霜運転モードとを含み、
   前記除霜運転モード時は、前記加熱運転モード時と比較して、前記熱媒体回路に流れる前記熱媒体の流速を遅くし、
   前記冷媒回路は、前記熱源側熱交換器で熱交換された前記冷媒を圧縮して、圧縮した前記冷媒を前記冷媒−熱媒体熱交換器に吐出する圧縮機と、前記冷媒−熱媒体熱交換器で熱交換された前記冷媒を減圧して、減圧した前記冷媒を前記熱源側熱交換器に流入させる減圧装置と、をさらに含み、
   前記熱媒体回路は、該熱媒体回路に前記熱媒体を循環させる熱媒体循環装置と、前記冷媒−熱媒体熱交換器の前記熱媒体流路の前記熱媒体の通過を制御する第４開閉装置と、をさらに含み、
   第１開閉装置が配設され、前記圧縮機の冷媒吐出側と前記熱源側熱交換器の冷媒流入側とをバイパスする第１バイパス流路と、
   第２開閉装置および第３開閉装置が配設され、前記圧縮機の冷媒吐出側と前記熱源側熱交換器の冷媒流入側とをバイパスする第２バイパス流路と、
   第５開閉装置が配設され、前記熱媒体流路の、熱媒体流入側と熱媒体流出側とをバイパスする第３バイパス流路と、
   前記第２バイパス流路を流れる前記冷媒と、前記第３バイパス流路を流れる前記熱媒体と、を熱交換させる凍結防止用熱交換器と、をさらに備え、
   前記除霜運転モード時に、前記第１開閉装置、前記第２開閉装置、前記第３開閉装置および前記第５開閉装置を開状態とし、前記減圧装置および前記第４開閉装置を閉状態とする、
   ヒートポンプシステム。
6. 前記凍結防止用熱交換器は、前記冷媒−熱媒体熱交換器と比較して、交換熱量が小さい、
   請求項５に記載のヒートポンプシステム。
7. 少なくとも、前記冷媒−熱媒体熱交換器、前記第４開閉装置、前記第３バイパス流路および前記凍結防止用熱交換器を収容する筐体をさらに備えた、
   請求項５または請求項６に記載のヒートポンプシステム。
8. 前記凍結防止用熱交換器で熱交換された前記熱媒体の温度を検出する出口温度センサをさらに備え、
   前記除霜運転モード時に、前記熱媒体回路に流れる前記熱媒体の流速が、前記出口温度センサが検出した前記熱媒体の温度が前記熱媒体の沸点と比較して低い第３設定温度となるように、調整された、
   請求項５〜請求項７の何れか一項に記載のヒートポンプシステム。
9. 前記第１バイパス流路が、前記熱源側熱交換器の近傍を通って配設された、
   請求項３〜請求項８の何れか一項に記載のヒートポンプシステム。
10. 前記第１バイパス流路が、前記熱源側熱交換器の下部の近傍を通って配設された、
    請求項９に記載のヒートポンプシステム。

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