WO2014083932A1 - 水加熱システム - Google Patents

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WO2014083932A1
WO2014083932A1 PCT/JP2013/076728 JP2013076728W WO2014083932A1 WO 2014083932 A1 WO2014083932 A1 WO 2014083932A1 JP 2013076728 W JP2013076728 W JP 2013076728W WO 2014083932 A1 WO2014083932 A1 WO 2014083932A1
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heat exchanger
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water
refrigerant circuit
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淳哉 南
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ダイキン工業株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a water heating system.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 2001-108256
  • This hot water supply system includes a refrigerant circuit in which refrigerant circulates and a water circuit in which water flows.
  • the refrigerant circuit is a circuit in which a compressor, a water-refrigerant heat exchanger, an expansion valve, and a refrigerant-air heat exchanger are connected.
  • the refrigerant circuit constitutes a heat pump.
  • the water circuit is a circuit in which a water supply pump, a water-refrigerant heat exchanger, and a hot water storage tank are connected.
  • the refrigerant circuit and the water circuit share a water-refrigerant heat exchanger.
  • the refrigerant circulating in the refrigerant circuit is heated by exchanging heat with the outside air in the refrigerant-air heat exchanger.
  • the water flowing through the water circuit is heated by exchanging heat with the refrigerant circulating in the refrigerant circuit in the water-refrigerant heat exchanger.
  • Patent Document 2 Japanese Patent Laid-Open No. 2004-132647
  • a hot water supply system including a dual refrigerant circuit including two refrigerant circuits and a water circuit is known. Yes.
  • This hot water supply system includes a low-stage refrigerant circuit, a hot water supply refrigerant circuit, and a water circuit.
  • the low-stage refrigerant circuit is a refrigerant circuit that constitutes a heat pump and includes a refrigerant-air heat exchanger and a refrigerant-refrigerant heat exchanger.
  • the hot water supply refrigerant circuit constitutes a heat pump and is a refrigerant circuit having a refrigerant-refrigerant heat exchanger and a water-refrigerant heat exchanger.
  • the low stage side refrigerant circuit and the hot water supply refrigerant circuit are cascade-connected via a refrigerant-refrigerant heat exchanger.
  • the refrigerant circulating in the low-stage refrigerant circuit is heated by exchanging heat with the outside air in the refrigerant-air heat exchanger.
  • the refrigerant circulating in the hot water supply refrigerant circuit is heated by exchanging heat with the refrigerant circulating in the low-stage refrigerant circuit in the refrigerant-refrigerant heat exchanger.
  • the water flowing through the water circuit is heated by exchanging heat with the refrigerant circulating in the hot water supply refrigerant circuit in the water-refrigerant heat exchanger.
  • This hot water supply system can achieve higher operating efficiency than the hot water supply system including the single refrigerant circuit disclosed in Patent Document 1.
  • frost may adhere to the refrigerant-air heat exchanger when the temperature of the outside air is low. Therefore, in order to suppress a decrease in operating efficiency of the hot water supply system, a defrost operation for removing frost attached to the refrigerant-air heat exchanger is performed.
  • the refrigerant-air heat exchanger uses heat remaining in the water-refrigerant heat exchanger by reversing the direction of refrigerant circulation in the refrigerant circuit from that during normal operation. To defrost.
  • the objective of this invention is providing the water heating system which can shorten the time required for defrost and can suppress generation
  • the water heating system includes a first refrigerant circuit, a second refrigerant circuit, a water circuit, and a control unit.
  • the first refrigerant circuit has a first heat exchanger and a second heat exchanger, and is a circuit through which the first refrigerant circulates.
  • the first heat exchanger exchanges heat between the heat source and the first refrigerant.
  • the second heat exchanger exchanges heat between the first refrigerant and the second refrigerant.
  • the second refrigerant circuit has a second heat exchanger and a third heat exchanger, and is a circuit through which the second refrigerant circulates.
  • the second refrigerant circuit shares the first refrigerant circuit and the second heat exchanger.
  • the third heat exchanger exchanges heat between the second refrigerant and water.
  • the water circuit has a third heat exchanger and is a circuit through which water passes.
  • the water circuit shares the second refrigerant circuit and the third heat exchanger.
  • the control unit controls the first refrigerant circuit, the second refrigerant circuit, and the water circuit in order to perform the defrost operation of the first heat exchanger.
  • the control unit stops the supply of water to the third heat exchanger in the water circuit and the supply of the second refrigerant to the second heat exchanger in the second refrigerant circuit before starting the defrost operation.
  • the controller reverses the direction in which the first refrigerant circulates in the first refrigerant circuit and supplies the first refrigerant from the second heat exchanger to the first heat exchanger, thereby starting the defrost operation.
  • the water heating system includes a dual refrigerant circuit in which a first refrigerant circuit and a second refrigerant circuit are cascade-connected via a second heat exchanger.
  • This water heating system is used as, for example, hot water supply equipment.
  • the first refrigerant circuit is a low-stage refrigerant circuit
  • the second refrigerant circuit is a high-stage refrigerant circuit.
  • the first refrigerant circulating in the first refrigerant circuit is heated by exchanging heat with a heat source in the first heat exchanger, and is cooled by exchanging heat with the second refrigerant circulating in the second refrigerant circuit in the second heat exchanger.
  • the heat source that exchanges heat in the first heat exchanger is, for example, outside air.
  • the second refrigerant circulating in the second refrigerant circuit is heated by exchanging heat with the first refrigerant circulating in the first refrigerant circuit in the second heat exchanger, and exchanges heat with water flowing in the water circuit in the third heat exchanger. And cooled.
  • the water flowing through the water circuit is heated by exchanging heat with the second refrigerant circulating in the second refrigerant circuit in the third heat exchanger.
  • frost may adhere to the first heat exchanger when the temperature of the outside air that is a heat source is low.
  • this water heating system performs the defrost operation which removes the frost adhering to the 1st heat exchanger. Specifically, by performing reverse cycle operation in which the circulation direction of the first refrigerant in the first refrigerant circuit is reversed from that during normal operation, the first heat is utilized using the heat remaining in the second heat exchanger. Defrost the exchanger.
  • This water heating system stops the flow of water in the water circuit and the circulation of the second refrigerant in the second refrigerant circuit before performing the defrost operation of the first heat exchanger by the reverse cycle operation of the first refrigerant circuit.
  • the heat exchange in the second heat exchanger and the third heat exchanger is suppressed.
  • this water heating system performs a positive cycle operation in which the first refrigerant is circulated in the same direction as in the normal operation in the first refrigerant circuit, and raises the temperature of the second heat exchanger. Thereafter, the water heating system starts reverse cycle operation of the first refrigerant circuit, and defrosts the first heat exchanger using heat remaining in the second heat exchanger.
  • this water heating system before the first heat exchanger is defrosted by the reverse cycle operation of the first refrigerant circuit, the first refrigerant circuit is previously operated in the forward cycle to heat the second heat exchanger. Accumulate. Since the first refrigerant circuit is a refrigerant circuit on the lower stage side of the binary refrigerant circuit, the amount of heat remaining in the second heat exchanger at the start of the reverse cycle operation may not be sufficient for defrosting the first heat exchanger. There is sex. Therefore, before performing the reverse cycle operation of the first refrigerant circuit, the flow of water in the water circuit and the circulation of the second refrigerant in the second refrigerant circuit are stopped, and further the forward cycle operation of the first refrigerant circuit is performed. Thus, this water heating system causes the second heat exchanger to accumulate heat sufficient for defrosting the first heat exchanger. Therefore, this water heating system can shorten the time required for defrosting and can suppress the occurrence of unmelted frost.
  • a water heating system is the water heating system according to the first aspect, wherein the first refrigerant circuit has a first compressor that compresses the first refrigerant, and the second refrigerant circuit is And a second compressor for compressing the second refrigerant.
  • the control unit increases the operating frequency of the first compressor for the first operating time and stops the operation of the second compressor before starting the defrost operation.
  • the operation frequency of the first compressor before performing the defrost operation of the first heat exchanger by the reverse cycle operation of the first refrigerant circuit, the operation frequency of the first compressor is increased from the normal operation time, The first cycle operation of the first refrigerant circuit is performed for the first operation time.
  • the water heating system according to the third aspect of the present invention is the water heating system according to the first aspect or the second aspect, and the controller is configured such that the temperature of the first refrigerant supplied to the second heat exchanger is the first. When the temperature is reached, defrost operation is started.
  • the control unit passes, for example, the second heat exchanger while performing the positive cycle operation of the first refrigerant circuit before the start of the defrost operation of the first heat exchanger. The temperature of the first refrigerant to be monitored is monitored.
  • the control part is that the heat sufficient for the defrost of the 1st heat exchanger was accumulate
  • the water heating system according to a fourth aspect of the present invention is the water heating system according to any one of the first to third aspects, wherein the control unit further circulates the second refrigerant in the second refrigerant circuit.
  • the defrosting operation is started by reversing the direction and supplying the second refrigerant from the third heat exchanger to the second heat exchanger.
  • the defrost operation of the first heat exchanger is performed by performing the reverse cycle operation of both the first refrigerant circuit and the second refrigerant circuit. Due to the reverse cycle operation of the second refrigerant circuit, the heat remaining in the third heat exchanger moves to the second heat exchanger, so that a large amount of heat is accumulated in the second heat exchanger.
  • the water heating system when hot water remains in the water circuit at the start of the defrosting operation of the first heat exchanger, the heat of the hot water in the water circuit is transferred to the first heat exchanger via the second refrigerant circuit. Can be used for defrosting. Therefore, by performing the reverse cycle operation of the second refrigerant circuit, this water heating system can effectively shorten the time required for defrosting.
  • the water heating system which concerns on a 1st viewpoint can shorten the time required for defrost, and can suppress generation
  • the water heating system according to the second aspect to the fourth aspect can effectively shorten the time required for defrosting.
  • FIG. 1 is a circuit configuration diagram during normal operation of the water heating system 10 according to the present embodiment.
  • FIG. 2 is a circuit configuration diagram of the water heating system 10 according to the present embodiment before starting the defrost operation.
  • FIG. 3 is a circuit configuration diagram of the water heating system 10 according to the present embodiment during the defrost operation.
  • the water heating system 10 mainly includes a first refrigerant circuit 20, a second refrigerant circuit 30, a water circuit 40, and a control unit 50.
  • the water heating system 10 includes a binary refrigerant circuit in which a first refrigerant circuit 20 and a second refrigerant circuit 30 are cascade-connected.
  • the first refrigerant circuit 20 is a low-stage refrigerant circuit.
  • the second refrigerant circuit 30 is a high-stage refrigerant circuit.
  • the first refrigerant circuit 20 and the second refrigerant circuit 30 each constitute a heat pump.
  • the 1st refrigerant circuit 20, the 2nd refrigerant circuit 30, the water circuit 40, and the control part 50 are each demonstrated.
  • the first refrigerant circuit 20 mainly includes a first heat exchanger 22, a first compressor 24, a first expansion valve 26, a first four-way switching valve 28, a second The refrigerant circuit is connected to the heat exchanger 32.
  • the first refrigerant circulates.
  • the first refrigerant is R410A.
  • the first refrigerant circuit 20 performs the first normal cycle operation or the first reverse cycle operation according to the circulation direction of the first refrigerant.
  • FIG. 1 the direction of circulation of the first refrigerant during the first positive cycle operation is indicated by an arrow.
  • FIG. 3 the circulation direction of the first refrigerant during the first reverse cycle operation is indicated by an arrow.
  • the first forward cycle operation is performed during normal operation of the water heating system 10, and the first reverse cycle operation is performed during defrost operation of the water heating system 10.
  • the normal operation of the water heating system 10 is an operation for heating water flowing through the water circuit 40.
  • the defrosting operation of the water heating system 10 is an operation for removing frost attached to the first heat exchanger 22.
  • the first heat exchanger 22 is a refrigerant-air heat exchanger. In the first heat exchanger 22, heat exchange is performed between the first refrigerant circulating in the first refrigerant circuit 20 and the heat source.
  • the heat source is, for example, outside air and geothermal heat, but in this embodiment, the heat source is outside air.
  • the first heat exchanger 22 is, for example, a plate fin coil heat exchanger.
  • a fan 22 a is installed in the vicinity of the first heat exchanger 22. The fan 22 a blows outside air to the first heat exchanger 22, and discharges the outside air heat-exchanged with the first refrigerant in the first heat exchanger 22.
  • the first compressor 24 is a compressor that sucks and compresses the low-pressure first refrigerant flowing through the first refrigerant circuit 20 and discharges the high-temperature and high-pressure first refrigerant.
  • the first compressor 24 is, for example, a rotary compressor.
  • the first expansion valve 26 is an electric valve for adjusting the flow rate and pressure of the first refrigerant circulating in the first refrigerant circuit 20.
  • the first four-way switching valve 28 is a switching valve for switching the first forward cycle operation and the first reverse cycle operation to reverse the direction of circulation of the first refrigerant in the first refrigerant circuit 20.
  • the first four-way switching valve 28 has a first port 28a, a second port 28b, a third port 28c, and a fourth port 28d.
  • the first four-way switching valve 28 is in the first communication state or the second communication state. In the first communication state, as shown in FIG. 1, the first port 28a and the second port 28b communicate with each other, and the third port 28c and the fourth port 28d communicate with each other. In the second communication state, as shown in FIG.
  • the first port 28a and the third port 28c communicate with each other, and the second port 28b and the fourth port 28d communicate with each other.
  • the first refrigerant circuit 20 performs the first positive cycle operation
  • the first four-way switching valve 28 is in the first communication state.
  • the first refrigerant circuit 20 performs the first reverse cycle operation
  • the first four-way switching valve 28 is in the second communication state.
  • the second heat exchanger 32 is a refrigerant-refrigerant heat exchanger.
  • heat exchange is performed between the first refrigerant circulating in the first refrigerant circuit 20 and the second refrigerant circulating in the second refrigerant circuit 30.
  • the first refrigerant circuit 20 and the second refrigerant circuit 30 share the second heat exchanger 32.
  • the second heat exchanger 32 includes a first heat exchange part 32a through which the first refrigerant circulating in the first refrigerant circuit 20 passes and a second heat exchange part 32b through which the second refrigerant circulating through the second refrigerant circuit 30 passes. And have.
  • the second heat exchanger 32 is, for example, a plate heat exchanger that is covered with a heat insulating member.
  • the discharge side of the first compressor 24 is connected to the first port 28 a of the first four-way switching valve 28.
  • the second port 28 b of the first four-way switching valve 28 is connected to the first heat exchange part 32 a of the second heat exchanger 32.
  • the first heat exchange part 32 a of the second heat exchanger 32 is connected to the first expansion valve 26.
  • the first expansion valve 26 is connected to the first heat exchanger 22.
  • the first heat exchanger 22 is connected to the third port 28 c of the first four-way switching valve 28.
  • the fourth port 28 d of the first four-way switching valve 28 is connected to the suction side of the first compressor 24.
  • the operation of the first refrigerant circuit 20 that performs the first positive cycle operation will be described.
  • the first positive cycle operation is performed during the normal operation of the water heating system 10.
  • the first refrigerant is sucked into the first compressor 24 as a low-pressure gas refrigerant and compressed.
  • the compressed first refrigerant is discharged from the first compressor 24 as a high-temperature and high-pressure gas refrigerant, passes through the first port 28a and the second port 28b of the first four-way switching valve 28, and passes through the second heat exchanger 32. Sent to.
  • the first refrigerant passes through the first heat exchange part 32a, and the second refrigerant passes through the second heat exchange part 32b.
  • the second heat exchanger 32 heat is transferred between the first refrigerant and the second refrigerant by transferring heat from the high temperature first refrigerant to the low temperature second refrigerant.
  • coolant which is a high-temperature / high pressure gas refrigerant condenses and turns into a high voltage
  • the first refrigerant is depressurized by passing through the first expansion valve 26, and becomes a low-pressure gas-liquid two-phase refrigerant.
  • the first refrigerant in the low-pressure gas-liquid two-phase state is evaporated by heat exchange with the outside air in the first heat exchanger 22 to become a low-pressure gas refrigerant.
  • the 1st refrigerant circuit 20 which performs the 1st regular cycle operation supplies the heat of outside air to the 2nd refrigerant circulating through the 2nd refrigerant circuit 30 via the 1st refrigerant by repeating the above process.
  • the first refrigerant circuit 20 performs a first reverse cycle operation during the defrost operation of the water heating system 10.
  • the operation of the first refrigerant circuit 20 that performs the first reverse cycle operation will be described later.
  • the second refrigerant circuit 30 mainly includes a second heat exchanger 32, a second compressor 34, a second expansion valve 36, a second four-way switching valve 38, and a third
  • the refrigerant circuit is connected to the heat exchanger.
  • the second refrigerant circulates.
  • the second refrigerant is R134a.
  • the second refrigerant circuit 30 performs the second normal cycle operation or the second reverse cycle operation according to the circulation direction of the second refrigerant.
  • the direction of circulation of the second refrigerant during the second positive cycle operation is indicated by an arrow.
  • the circulation direction of the second refrigerant during the second reverse cycle operation is indicated by an arrow.
  • the second forward cycle operation is performed during the normal operation of the water heating system 10
  • the second reverse cycle operation is performed during the defrost operation of the water heating system 10.
  • the second heat exchanger 32 is a refrigerant-refrigerant heat exchanger. As described above, in the second heat exchanger 32, heat exchange is performed between the first refrigerant circulating in the first refrigerant circuit 20 and the second refrigerant circulating in the second refrigerant circuit 30.
  • the second compressor 34 is a compressor that sucks and compresses the low-pressure second refrigerant flowing through the second refrigerant circuit 30 and discharges the high-temperature and high-pressure second refrigerant.
  • the second compressor 34 is, for example, a rotary compressor.
  • the second expansion valve 36 is an electric valve for adjusting the flow rate and pressure of the second refrigerant circulating in the second refrigerant circuit 30.
  • the second four-way switching valve 38 is a switching valve for switching the second forward cycle operation and the second reverse cycle operation to reverse the circulation direction of the second refrigerant in the second refrigerant circuit 30.
  • the second four-way switching valve 38 has a fifth port 38a, a sixth port 38b, a seventh port 38c, and an eighth port 38d.
  • the second four-way switching valve 38 is in the third communication state or the fourth communication state. In the third communication state, as shown in FIG. 1, the fifth port 38a and the sixth port 38b communicate with each other, and the seventh port 38c and the eighth port 38d communicate with each other. In the fourth communication state, as shown in FIG.
  • the fifth port 38a and the seventh port 38c communicate with each other, and the sixth port 38b and the eighth port 38d communicate with each other.
  • the second refrigerant circuit 30 performs the second positive cycle operation
  • the second four-way switching valve 38 is in the third communication state.
  • the second refrigerant circuit 30 performs the second reverse cycle operation
  • the second four-way switching valve 38 is in the fourth communication state.
  • the third heat exchanger 42 is a water-refrigerant heat exchanger. In the third heat exchanger 42, heat exchange is performed between the second refrigerant circulating in the second refrigerant circuit 30 and the water flowing in the water circuit 40. The second refrigerant circuit 30 and the water circuit 40 share the third heat exchanger 42.
  • the third heat exchanger 42 includes a third heat exchange part 42 a through which the second refrigerant circulating in the second refrigerant circuit 30 passes and a fourth heat exchange part 42 b through which water flowing through the water circuit 40 passes.
  • a refrigerant pipe as the third heat exchange part 42a is spirally wound around the outer circumference of the water pipe as the fourth heat exchange part 42b, and a groove is formed inside the water pipe. It is a tornado-type heat exchanger having the configuration described above.
  • the discharge side of the second compressor 34 is connected to the fifth port 38 a of the second four-way switching valve 38.
  • the sixth port 38 b of the second four-way switching valve 38 is connected to the third heat exchange part 42 a of the third heat exchanger 42.
  • the third heat exchange part 42 a of the third heat exchanger 42 is connected to the second expansion valve 36.
  • the second expansion valve 36 is connected to the second heat exchange part 32 b of the second heat exchanger 32.
  • the second heat exchange part 32 b of the second heat exchanger 32 is connected to the seventh port 38 c of the second four-way switching valve 38.
  • the eighth port 38 d of the second four-way switching valve 38 is connected to the suction side of the second compressor 34.
  • the operation of the second refrigerant circuit 30 that performs the second positive cycle operation will be described.
  • the second positive cycle operation is performed during the normal operation of the water heating system 10.
  • the second refrigerant is sucked into the second compressor 34 as a low-pressure gas refrigerant and compressed.
  • the compressed second refrigerant is discharged from the second compressor 34 as a high-temperature and high-pressure gas refrigerant, passes through the fifth port 38a and the sixth port 38b of the second four-way switching valve 38, and passes through the third heat exchanger 42. Sent to.
  • the second refrigerant passes through the third heat exchange part 42a, and the water passes through the fourth heat exchange part 42b.
  • the third heat exchanger 42 heat is transferred between the second refrigerant and water by transferring heat from the high-temperature second refrigerant to the low-temperature water.
  • coolant which is a high-temperature / high pressure gas refrigerant condenses and turns into a high voltage
  • the second refrigerant is depressurized by passing through the second expansion valve 36, and becomes a low-pressure gas-liquid two-phase refrigerant.
  • the second refrigerant in the low-pressure gas-liquid two-phase state is evaporated by heat exchange with the first refrigerant in the second heat exchanger 32 to become a low-pressure gas refrigerant.
  • the second refrigerant passes through the seventh port 38 c and the eighth port 38 d of the third four-way switching valve 38 and is sent to the second compressor 34.
  • the second refrigerant circuit 30 that performs the second positive cycle operation repeats the above steps, so that the heat of the first refrigerant circulating in the first refrigerant circuit 20 flows through the water circuit 40 via the second refrigerant. To supply.
  • the second refrigerant circuit 30 may perform the second reverse cycle operation during the defrost operation of the water heating system 10.
  • the operation of the second refrigerant circuit 30 that performs the second reverse cycle operation will be described later.
  • the water circuit 40 is a circuit in which a third heat exchanger 42, a water supply pump 44, a water supply line 46, and a hot water line 48 are mainly connected. In the water circuit 40, water flows. In FIG. 1, the direction of water flow is indicated by arrows. Water flowing through the water circuit 40 is taken from the water supply line 46, passes through the water supply pump 44, is heated by the third heat exchanger 42, and is sent to the hot water supply line 48.
  • the water supply pump 44 and the water supply line 46 are piping outside the casing of the water heating system 10.
  • the feed water pump 44 is a pump for taking water from the feed water line 46 and sending it to the third heat exchanger 42.
  • the water supply line 46 is connected to a water receiving tank installed outside the water heating system 10.
  • a pressure reducing valve for reducing the pressure of the water supplied from the water supply line 46 may be attached to the pipe connecting the water supply line 46 and the water supply pump 44.
  • the third heat exchanger 42 is a water-refrigerant heat exchanger. As described above, in the third heat exchanger 42, heat exchange is performed between the second refrigerant circulating in the second refrigerant circuit 30 and the water flowing in the water circuit 40.
  • the hot water line 48 is connected to, for example, a hot water storage tank installed outside the water heating system 10. The operation of the water circuit 40 will be described.
  • Water taken from the water supply line 46 by the water supply pump 44 is sent to the third heat exchanger 42.
  • the third heat exchanger 42 heat is transferred between the second refrigerant and water by transferring heat from the high-temperature second refrigerant to the low-temperature water. Thereby, in the 3rd heat exchanger 42, water is heated.
  • the water heated by the third heat exchanger 42 is sent to the hot water line 48 as hot water.
  • the control unit 50 is a computer for controlling each component of the water heating system 10.
  • the control unit 50 is connected to the first compressor 24, the first expansion valve 26, the first four-way switching valve 28, the second compressor 34, the second expansion valve 36, the second four-way switching valve 38, and the water supply pump 44. Yes.
  • the control unit 50 controls, for example, the operating frequencies of the first compressor 24 and the second compressor 34, the opening degrees of the first expansion valve 26 and the second expansion valve 36, and the rotation speed of the water supply pump 44.
  • the control unit 50 is installed in an electrical component unit (not shown) in the water heating system 10.
  • the control unit 50 can control the first four-way switching valve 28 to switch between the first communication state and the second communication state.
  • the controller 50 can switch the third communication state and the fourth communication state by controlling the second four-way switching valve 38. That is, during operation of the water heating system 10, the control unit 50 can control the first four-way switching valve 28 to switch between the first normal cycle operation and the first reverse cycle operation, and the second four-way The switching valve 38 can be controlled to switch between the second normal cycle operation and the second reverse cycle operation.
  • FIG. 1 is a circuit configuration diagram of the water heating system 10 during normal operation.
  • the first refrigerant circuit 20 performs a first positive cycle operation
  • the second refrigerant circuit 30 performs a second positive cycle operation.
  • the first four-way switching valve 28 of the first refrigerant circuit 20 is in the first communication state
  • the second four-way switching valve 38 of the second refrigerant circuit 30 is the third communication valve. In communication.
  • the water taken from the water supply line 46 by the water supply pump 44 is heated in the third heat exchanger 42, and hot water is supplied to the hot water line 48.
  • the first heat exchanger 22 of the first refrigerant circuit 20 performs heat exchange in which heat is transferred from outside air to the first refrigerant that circulates through the first refrigerant circuit 20. That is, the outside air blown by the fan 22 a is deprived of heat in the first heat exchanger 22. Therefore, frost may adhere to the first heat exchanger 22 under conditions where the temperature of the outside air is low, such as in a cold district and in winter.
  • the water heating system 10 needs to periodically perform a defrost operation for removing frost attached to the first heat exchanger 22 in order to suppress a decrease in operation efficiency under a condition where the temperature of the outside air is low. .
  • the defrosting operation of the water heating system 10 is performed by melting frost attached to the first heat exchanger 22 with heat. Next, the operation
  • the defrosting operation of the water heating system 10 includes a defrost preparation process and a reverse cycle defrost process.
  • the defrost preparation process is a process performed before defrosting the first heat exchanger 22.
  • the reverse cycle defrost process is a process of defrosting the first heat exchanger 22 by performing the first reverse cycle operation of the first refrigerant circuit 20.
  • FIG. 2 is a circuit configuration diagram of the water heating system 10 in the defrost preparation process.
  • FIG. 3 is a circuit configuration diagram of the water heating system 10 in the reverse cycle defrost process.
  • the control unit 50 stops the operation of the second compressor 34 of the second refrigerant circuit 30 and simultaneously stops the operation of the water supply pump 44 of the water circuit 40.
  • control unit 50 stops the circulation of the second refrigerant in the second refrigerant circuit 30 and simultaneously stops the flow of water in the water circuit 40. Thereby, heat exchange between the first refrigerant and the second refrigerant in the second heat exchanger 32 and heat exchange between the second refrigerant and water in the third heat exchanger 42 are suppressed.
  • the control unit 50 performs the first positive cycle operation of the first refrigerant circuit 20 for a predetermined time. At this time, the control unit 50 performs control to make the operating frequency of the first compressor 24 of the first refrigerant circuit 20 higher than the operating frequency of the first compressor 24 during normal operation of the water heating system 10. For example, in the defrost preparation process, the control unit 50 performs the first positive cycle operation of the first refrigerant circuit 20 for 5 minutes in a state where the operation frequency of the first compressor 24 is 10% higher than the operation frequency during normal operation. I do. The control unit 50 may perform the first positive cycle operation of the first refrigerant circuit 20 by gradually increasing the operation frequency of the first compressor 24 from the operation frequency during normal operation.
  • the first high-temperature refrigerant discharged from the first compressor 24 is supplied to the second heat exchanger 32 by the first positive cycle operation of the first refrigerant circuit 20.
  • heat exchange in the second heat exchanger 32 is suppressed, and the flow rate of the first refrigerant supplied to the second heat exchanger 32 increases due to the increase in the operating frequency of the first compressor 24.
  • the heat of the high-temperature first refrigerant discharged from the first compressor 24 is accumulated. As a result, the temperature of the second heat exchanger 32 increases.
  • the reverse cycle defrost process is performed.
  • the control unit 50 switches the first four-way switching valve 28 from the first communication state to the second communication state, and starts the first reverse cycle operation of the first refrigerant circuit 20.
  • the circulation direction of the first refrigerant in the first reverse cycle operation is opposite to the circulation direction of the first refrigerant in the first normal cycle operation.
  • the first refrigerant is the first compressor 24, the first four-way switching valve 28 (the first port 28a and the third port 28c), the first heat exchanger 22, the first The expansion valve 26, the second heat exchanger 32, the first four-way switching valve 28 (the second port 28b and the fourth port 28d), and the first compressor 24 are circulated in order.
  • the reverse cycle defrost process the heat of the high-temperature first refrigerant discharged from the first compressor 24 and the heat accumulated in the second heat exchanger 32 in the defrost preparation process are supplied to the first heat exchanger 22. Is done. Thereby, the frost adhering to the 1st heat exchanger 22 melts, and the 1st heat exchanger 22 is defrosted.
  • the water heating system 10 includes a dual refrigerant circuit in which the first refrigerant circuit 20 and the second refrigerant circuit 30 are cascade-connected via the second heat exchanger 32.
  • the first refrigerant circuit 20 is a low-stage refrigerant circuit
  • the second refrigerant circuit 30 is a high-stage refrigerant circuit.
  • the first refrigerant that circulates in the first refrigerant circuit 20 is heated by exchanging heat with outside air that is a heat source in the first heat exchanger 22, and is circulated through the second refrigerant circuit 30 in the second heat exchanger 32. It is cooled by exchanging heat with it.
  • the second refrigerant circulating in the second refrigerant circuit 30 is heated by exchanging heat with the first refrigerant circulating in the first refrigerant circuit 20 in the second heat exchanger 32, and the water circuit 40 in the third heat exchanger 42. It is cooled by exchanging heat with flowing water. The water flowing through the water circuit 40 is heated by exchanging heat with the second refrigerant circulating in the second refrigerant circuit 30 in the third heat exchanger 42.
  • the water heating system 10 is a system that heats water using two heat pumps.
  • the water heating system 10 including a binary refrigerant circuit has a maximum temperature of the first refrigerant that is a refrigerant that exchanges heat with the outside air, as compared with a water heating system including a single refrigerant circuit that includes one refrigerant circuit and one water circuit. Is low. Thereby, after stopping the normal operation of the water heating system 10, immediately after the first reverse cycle operation of the first refrigerant circuit 20 is performed and the defrost of the first heat exchanger 22 is started, the second heat exchange is performed. Due to the first refrigerant passing through the vessel 32, the heat stored in the second heat exchanger 32 may not be sufficient to defrost the first heat exchanger 22.
  • the water heating system 10 is used for defrosting the first heat exchanger 22 by performing a defrost preparation process before starting the reverse cycle defrost process in which the defrost of the first heat exchanger 22 is performed.
  • the generated heat is accumulated in the second heat exchanger 32.
  • the operation of the second compressor 34 and the feed water pump 44 is stopped so that the heat is efficiently accumulated in the second heat exchanger 32, and the second heat exchanger 32 and the third heat exchanger.
  • the first positive cycle operation of the first refrigerant circuit 20 is performed for a predetermined time.
  • the first positive cycle operation of the first refrigerant circuit 20 is performed by setting the operation frequency of the first compressor 24 higher than the operation frequency during normal operation. Therefore, since the flow rate of the first refrigerant sent from the first compressor 24 to the second heat exchanger 32 can be increased, heat is efficiently accumulated in the second heat exchanger 32.
  • the water heating system 10 heat sufficient for defrosting the first heat exchanger 22 in the reverse cycle defrost process is efficiently accumulated in the second heat exchanger 32 in the defrost preparation process.
  • the water heating system 10 starts a reverse cycle defrost process.
  • the water heating system 10 performs the first reverse cycle operation of the first refrigerant circuit 20 to transfer the heat accumulated in the second heat exchanger 32 to the first refrigerant via the first refrigerant. Supply to heat exchanger 22. Thereby, the water heating system 10 heats the first heat exchanger 22 and defrosts the first heat exchanger 22.
  • the water heating system 10 performs the first forward cycle operation of the first refrigerant circuit 20 in advance before starting the defrost of the first heat exchanger 22 by the first reverse cycle operation of the first refrigerant circuit 20.
  • the heat is accumulated in the second heat exchanger 32. Since the first refrigerant circuit 20 is a low-stage refrigerant circuit of the binary refrigerant circuit, the highest temperature of the first refrigerant circulating through the first refrigerant circuit 20 is circulated through the refrigerant circuit of the water heating system including the single refrigerant circuit. Lower than the maximum temperature of the refrigerant.
  • the water heating system 10 stops the flow of water in the water circuit 40 and the circulation of the second refrigerant in the second refrigerant circuit 30 before starting the first reverse cycle operation of the first refrigerant circuit 20.
  • the water heating system 10 can shorten the time required for defrosting the first heat exchanger 22 and can suppress the occurrence of unmelted frost.
  • the water heating system 10 is configured so that the first refrigerant circuit 20 is in a state where the operation frequency of the first compressor 24 is higher than the operation frequency during normal operation before the first reverse cycle operation of the first refrigerant circuit 20 is started. Twenty first positive cycle operations are performed.
  • the operating frequency of the first compressor 24 higher than usual, the flow rate of the first refrigerant discharged from the first compressor 24 can be increased.
  • the flow rate of the high-temperature first refrigerant supplied to the second heat exchanger 32 can be increased before defrosting of the first heat exchanger 22 is started, so that the second heat exchanger 32 is heated. Is effectively accumulated. Therefore, the water heating system 10 can effectively shorten the time required for defrosting.
  • the specific configuration of the embodiment of the present invention can be changed without departing from the gist of the present invention. Hereinafter, modified examples applicable to the embodiment of the present invention will be described.
  • the water heating system 10 first performs the first positive cycle operation of the first refrigerant circuit 20 in a state where the operation frequency of the first compressor 24 is increased from the normal operation in the defrost preparation step. Perform for a predetermined time. Next, the water heating system 10 starts the first reverse cycle operation of the first refrigerant circuit 20 and defrosts the first heat exchanger 22 in the reverse cycle defrost process. However, in the defrost preparation step, the water heating system 10 does not perform the first positive cycle operation of the first refrigerant circuit 20 for a predetermined time, but passes the first heat exchange unit 32a of the second heat exchanger 32.
  • the first positive cycle operation may be performed until the temperature of the refrigerant reaches a predetermined temperature. That is, the water heating system 10 may end the defrost preparation process and start the reverse cycle defrost process when the temperature of the first refrigerant passing through the second heat exchanger 32 reaches a predetermined temperature. .
  • the second heat exchanger 32 is provided with a temperature sensor (not shown) for measuring the temperature of the first refrigerant passing through the first heat exchange unit 32a.
  • the temperature sensor is attached to, for example, the outer peripheral surface of the pipe through which the first refrigerant flows, which is the first heat exchange unit 32a.
  • the temperature sensor is connected to the control unit 50.
  • the controller 50 receives the temperature of the first refrigerant measured by the temperature sensor. For example, when the temperature of the first refrigerant passing through the first heat exchange unit 32a reaches 46 ° C., the control unit 50 ends the defrost preparation process and starts the reverse cycle defrost process.
  • the control unit 50 monitors the temperature of the first refrigerant passing through the second heat exchanger 32, and the temperature of the first refrigerant passing through the second heat exchanger 32 is predetermined. When this temperature is reached, it is determined that the heat necessary for defrosting the first heat exchanger 22 has been accumulated in the second heat exchanger 32, and the defrost preparation process is terminated.
  • the minimum amount of heat necessary for defrosting the first heat exchanger 22 can be calculated, by setting in advance the temperature of the first refrigerant, which is the end condition of the defrost preparation step, based on the calculated amount of heat.
  • the control unit 50 can reduce the time required for the defrost preparation process. Therefore, the water heating system 10 according to the present modification can shorten the time required for the defrost preparation process for accumulating heat in the second heat exchanger 32, and effectively shortens the time required for defrosting. be able to.
  • FIG. 4 is a circuit configuration diagram at the time of defrosting operation of the water heating system 10 according to the present modification.
  • the control unit 50 switches the second four-way switching valve 38 from the third communication state to the fourth communication state at the start of the reverse cycle defrost process, and performs the second reverse cycle operation of the second refrigerant circuit 20. Start.
  • the circulation direction of the second refrigerant in the second reverse cycle operation is opposite to the circulation direction of the second refrigerant in the second forward cycle operation.
  • the second refrigerant is the second compressor 34, the second four-way switching valve 38 (the fifth port 38a and the seventh port 38c), the second heat exchanger 32, the second The expansion valve 36, the third heat exchanger 42, the second four-way switching valve 38 (the sixth port 38b and the eighth port 38d), and the second compressor 34 are sequentially passed through and circulated.
  • the heat stored in the third heat exchanger 42 is transferred to the second heat via the second refrigerant by performing the second reverse cycle operation of the second refrigerant circuit 30 in the reverse cycle defrost process. It is supplied to the exchanger 32. Thereby, heat is accumulated in the second heat exchanger 32. As in the present embodiment, the heat accumulated in the second heat exchanger 32 is transferred to the first heat exchanger 22 via the first refrigerant by the first reverse cycle operation of the first refrigerant circuit 30. Supplied. That is, since the amount of heat supplied to the first heat exchanger 22 is increased by performing the second reverse cycle operation of the second refrigerant circuit 30 in the reverse cycle defrost process, the time required for the defrost is shortened.
  • the water heating system 10 uses the second refrigerant to exchange the heat of the hot water in the water circuit 40 via the second refrigerant when hot water remains in the water circuit 40 at the start of the reverse cycle defrost process.
  • the heat of the hot water in the water circuit 40 can be used for defrosting of the first heat exchanger 22. Therefore, in the reverse cycle defrosting process, the water heating system 10 can effectively reduce the time required for defrosting by performing the second reverse cycle operation of the second refrigerant circuit 30 together with the first reverse cycle operation of the first refrigerant circuit 20. Can be shortened.
  • the operation frequency of the second compressor 34 is set to be higher than the operation frequency during the normal operation of the water heating system 10. Is preferably set to a low value.
  • the water heating system according to the present invention can shorten the time required for defrosting and can suppress the occurrence of frost unmelted.

Abstract

水加熱システム（１０）は、第１冷媒回路（２０）と、第２冷媒回路（３０）と、水回路（４０）と、制御部（５０）とを備える。第１冷媒回路は、第１熱交換器（２２）と第２熱交換器（３２）とを有し、第１冷媒が循環する回路である。第１熱交換器は、熱源と第１冷媒とを熱交換させる。第２熱交換器は、第１冷媒と第２冷媒とを熱交換させる。第２冷媒回路は、第２熱交換器と第３熱交換器（４２）とを有し、第２冷媒が循環する回路である。第３熱交換器は、第２冷媒と水とを熱交換させる。水回路は、第３熱交換器を有し、水が通過する回路である。制御部は、デフロスト運転を開始する前に、水回路における第３熱交換器への水の供給と、第２冷媒回路における第２熱交換器への第２冷媒の供給とを止める。

Description

水加熱システム
　本発明は、水加熱システムに関する。
　従来、特許文献１（特開２００１－１０８２５６号公報）に開示されるように、ヒートポンプを利用して水を加熱し、生成された湯を貯湯タンクに貯める給湯システムが知られている。この給湯システムは、冷媒が循環する冷媒回路と、水が流れる水回路とを備えている。冷媒回路は、圧縮機と、水－冷媒熱交換器と、膨張弁と、冷媒－空気熱交換器とが接続された回路である。冷媒回路は、ヒートポンプを構成する。水回路は、給水ポンプと、水－冷媒熱交換器と、貯湯タンクとが接続された回路である。冷媒回路および水回路は、水－冷媒熱交換器を共有する。冷媒回路を循環する冷媒は、冷媒－空気熱交換器において、外気と熱交換して加熱される。水回路を流れる水は、水－冷媒熱交換器において、冷媒回路を循環する冷媒と熱交換して加熱される。
　また、他の給湯システムとして、特許文献２（特開２００４－１３２６４７号公報）に開示されるように、２つの冷媒回路と水回路とからなる、二元冷媒回路を備える給湯システムが知られている。この給湯システムは、低段側冷媒回路と、給湯用冷媒回路と、水回路とを備えている。低段側冷媒回路は、ヒートポンプを構成し、冷媒－空気熱交換器と、冷媒－冷媒熱交換器とを有する冷媒回路である。給湯用冷媒回路は、ヒートポンプを構成し、冷媒－冷媒熱交換器と、水－冷媒熱交換器とを有する冷媒回路である。低段側冷媒回路および給湯用冷媒回路は、冷媒－冷媒熱交換器を介してカスケード接続されている。低段側冷媒回路を循環する冷媒は、冷媒－空気熱交換器において、外気と熱交換して加熱される。給湯用冷媒回路を循環する冷媒は、冷媒－冷媒熱交換器において、低段側冷媒回路を循環する冷媒と熱交換して加熱される。水回路を流れる水は、水－冷媒熱交換器において、給湯用冷媒回路を循環する冷媒と熱交換して加熱される。この給湯システムは、特許文献１に開示される一元冷媒回路を備える給湯システムよりも高い運転効率を達成することができる。
　ヒートポンプを利用する給湯システムでは、外気の温度が低い時期等に、冷媒－空気熱交換器に霜が付着することがある。そのため、給湯システムの運転効率の低下を抑えるために、冷媒－空気熱交換器に付着した霜を除去するデフロスト運転が行われる。一元冷媒回路を備える給湯システムの場合、冷媒回路における冷媒の循環方向を通常運転時とは逆にすることで、水－冷媒熱交換器に残っている熱を利用して冷媒－空気熱交換器をデフロストする。
　しかし、二元冷媒回路を備える給湯システムでは、低段側冷媒回路の冷媒－冷媒熱交換器に残っている熱量が十分でないために、デフロストに必要な時間が長くなり、また、冷媒－空気熱交換器に霜が融け残るおそれがある。
　本発明の目的は、デフロストに必要な時間を短縮することができ、かつ、霜の融け残りの発生を抑えることができる水加熱システムを提供することである。
　本発明の第１観点に係る水加熱システムは、第１冷媒回路と、第２冷媒回路と、水回路と、制御部とを備える。第１冷媒回路は、第１熱交換器と第２熱交換器とを有し、第１冷媒が循環する回路である。第１熱交換器は、熱源と第１冷媒とを熱交換させる。第２熱交換器は、第１冷媒と第２冷媒とを熱交換させる。第２冷媒回路は、第２熱交換器と第３熱交換器とを有し、第２冷媒が循環する回路である。第２冷媒回路は、第１冷媒回路と第２熱交換器を共有する。第３熱交換器は、第２冷媒と水とを熱交換させる。水回路は、第３熱交換器を有し、水が通過する回路である。水回路は、第２冷媒回路と第３熱交換器を共有する。制御部は、第１熱交換器のデフロスト運転を行うために、第１冷媒回路、第２冷媒回路および水回路を制御する。制御部は、デフロスト運転を開始する前に、水回路における第３熱交換器への水の供給と、第２冷媒回路における第２熱交換器への第２冷媒の供給とを止める。制御部は、第１冷媒回路において第１冷媒が循環する方向を逆にして、第１冷媒を第２熱交換器から第１熱交換器に供給することで、デフロスト運転を開始する。
　第１観点に係る水加熱システムは、第１冷媒回路および第２冷媒回路が第２熱交換器を介してカスケード接続される二元冷媒回路を備える。この水加熱システムは、例えば、給湯設備として利用される。第１冷媒回路は、低段側の冷媒回路であり、第２冷媒回路は、高段側の冷媒回路である。第１冷媒回路を循環する第１冷媒は、第１熱交換器において熱源と熱交換して加熱され、第２熱交換器において第２冷媒回路を循環する第２冷媒と熱交換して冷却される。第１熱交換器において熱交換される熱源は、例えば、外気である。第２冷媒回路を循環する第２冷媒は、第２熱交換器において第１冷媒回路を循環する第１冷媒と熱交換して加熱され、第３熱交換器において水回路を流れる水と熱交換して冷却される。水回路を流れる水は、第３熱交換器において第２冷媒回路を循環する第２冷媒と熱交換して加熱される。この水加熱システムでは、熱源である外気の温度が低い時期等において、第１熱交換器に霜が付着することがある。この場合、この水加熱システムは、第１熱交換器に付着した霜を除去するデフロスト運転を行う。具体的には、第１冷媒回路における第１冷媒の循環方向を通常運転時とは逆にする逆サイクル運転を行うことで、第２熱交換器に残っている熱を利用して第１熱交換器をデフロストする。
　この水加熱システムは、第１冷媒回路の逆サイクル運転によって第１熱交換器のデフロスト運転を行う前に、水回路における水の流れ、および、第２冷媒回路における第２冷媒の循環を止めて、第２熱交換器および第３熱交換器における熱交換を抑制する。次に、この水加熱システムは、第１冷媒回路において、通常運転時と同じ方向に第１冷媒を循環させる正サイクル運転を行い、第２熱交換器の温度を上昇させる。その後、この水加熱システムは、第１冷媒回路の逆サイクル運転を開始して、第２熱交換器に残っている熱を利用して第１熱交換器をデフロストする。すなわち、この水加熱システムでは、第１冷媒回路の逆サイクル運転による第１熱交換器のデフロストを行う前に、予め、第１冷媒回路の正サイクル運転を行って第２熱交換器に熱を蓄積させる。第１冷媒回路は、二元冷媒回路の低段側の冷媒回路であるので、逆サイクル運転の開始時に第２熱交換器に残っている熱量が、第１熱交換器のデフロストに十分でない可能性がある。そのため、第１冷媒回路の逆サイクル運転を行う前に、水回路における水の流れ、および、第２冷媒回路における第２冷媒の循環を止めて、さらに、第１冷媒回路の正サイクル運転を行うことで、この水加熱システムは、第１熱交換器のデフロストに十分な熱を第２熱交換器に蓄積させる。従って、この水加熱システムは、デフロストに必要な時間を短縮することができ、かつ、霜の融け残りの発生を抑えることができる。
　本発明の第２観点に係る水加熱システムは、第１観点に係る水加熱システムであって、第１冷媒回路は、第１冷媒を圧縮する第１圧縮機を有し、第２冷媒回路は、第２冷媒を圧縮する第２圧縮機を有する。制御部は、デフロスト運転を開始する前に、第１圧縮機の運転周波数を第１運転時間だけ増加させ、かつ、第２圧縮機の運転を停止させる。
　第２観点に係る水加熱システムでは、第１冷媒回路の逆サイクル運転による第１熱交換器のデフロスト運転を行う前に、第１圧縮機の運転周波数を通常運転時より増加させた状態で、第１冷媒回路の正サイクル運転を第１運転時間だけ行う。第１圧縮機の運転周波数を増加させることで、第２熱交換器に熱が効果的に蓄積される。従って、この水加熱システムは、デフロストに必要な時間を効果的に短縮することができる。
　本発明の第３観点に係る水加熱システムは、第１観点または第２観点に係る水加熱システムであって、制御部は、第２熱交換器に供給される第１冷媒の温度が第１温度に達したときに、デフロスト運転を開始する。
　第３観点に係る水加熱システムでは、第１熱交換器のデフロスト運転の開始前に第１冷媒回路の正サイクル運転を行っている間に、制御部は、例えば、第２熱交換器を通過する第１冷媒の温度を監視する。そして、第２熱交換器を通過する第１冷媒の温度が第１温度に達したときに、制御部は、第１熱交換器のデフロストに十分な熱が第２熱交換器に蓄積されたと判断して、第１熱交換器のデフロスト運転を開始する。従って、第１温度を予め設定することで、この水加熱システムは、デフロストに必要な時間を効果的に短縮することができる。
　本発明の第４観点に係る水加熱システムは、第１乃至第３観点のいずれか１つに係る水加熱システムであって、制御部は、さらに、第２冷媒回路において第２冷媒が循環する方向を逆にして、第２冷媒を第３熱交換器から第２熱交換器に供給することで、デフロスト運転を開始する。
　第４観点に係る水加熱システムでは、第１冷媒回路および第２冷媒回路の両方の逆サイクル運転を行うことで、第１熱交換器のデフロスト運転を行う。第２冷媒回路の逆サイクル運転によって、第３熱交換器に残っている熱が第２熱交換器に移動するので、第２熱交換器により多くの熱が蓄積される。この水加熱システムは、第１熱交換器のデフロスト運転の開始時において水回路に湯が残っている場合、水回路の湯の熱を、第２冷媒回路を介して、第１熱交換器のデフロストに利用することができる。従って、第２冷媒回路の逆サイクル運転を行うことで、この水加熱システムは、デフロストに必要な時間を効果的に短縮することができる。
　第１観点に係る水加熱システムは、デフロストに必要な時間を短縮することができ、かつ、霜の融け残りの発生を抑えることができる。
　第２観点乃至第４観点に係る水加熱システムは、デフロストに必要な時間を効果的に短縮することができる。
実施形態に係る水加熱システムの通常運転時における回路構成図である。 実施形態に係る水加熱システムのデフロスト運転開始前における回路構成図である。 実施形態に係る水加熱システムのデフロスト運転時における回路構成図である。 変形例Ｂに係る水加熱システムのデフロスト運転時における回路構成図である。
　本発明の実施形態に係る水加熱システムについて、図面を参照しながら説明する。本実施形態に係る水加熱システムは、例えば、給湯設備として利用される。
　（１）水加熱システムの構成
　図１は、本実施形態に係る水加熱システム１０の通常運転時における回路構成図である。図２は、本実施形態に係る水加熱システム１０のデフロスト運転開始前における回路構成図である。図３は、本実施形態に係る水加熱システム１０のデフロスト運転時における回路構成図である。水加熱システム１０は、主として、第１冷媒回路２０と、第２冷媒回路３０と、水回路４０と、制御部５０とから構成される。水加熱システム１０は、第１冷媒回路２０と第２冷媒回路３０とがカスケード接続された二元冷媒回路を備える。第１冷媒回路２０は、低段側の冷媒回路である。第２冷媒回路３０は、高段側の冷媒回路である。第１冷媒回路２０および第２冷媒回路３０は、それぞれ、ヒートポンプを構成する。次に、第１冷媒回路２０、第２冷媒回路３０、水回路４０および制御部５０について、それぞれ説明する。
　　（１－１）第１冷媒回路
　第１冷媒回路２０は、主として、第１熱交換器２２と、第１圧縮機２４と、第１膨張弁２６と、第１四方切替弁２８と、第２熱交換器３２とが接続された冷媒回路である。第１冷媒回路２０では、第１冷媒が循環する。第１冷媒は、Ｒ４１０Ａである。第１冷媒回路２０は、第１冷媒の循環方向に応じて、第１正サイクル運転または第１逆サイクル運転を行う。図１には、第１正サイクル運転時における第１冷媒の循環方向が矢印で示されている。図３には、第１逆サイクル運転時における第１冷媒の循環方向が矢印で示されている。第１正サイクル運転は、水加熱システム１０の通常運転時に行われ、第１逆サイクル運転は、水加熱システム１０のデフロスト運転時に行われる。水加熱システム１０の通常運転は、水回路４０を流れる水を加熱する運転である。水加熱システム１０のデフロスト運転は、第１熱交換器２２に付着した霜を除去する運転である。
　第１熱交換器２２は、冷媒－空気熱交換器である。第１熱交換器２２では、第１冷媒回路２０を循環する第１冷媒と、熱源との間の熱交換が行われる。熱源は、例えば、外気および地熱であるが、本実施形態では、熱源は、外気である。第１熱交換器２２は、例えば、プレートフィンコイル熱交換器である。第１熱交換器２２の近傍には、ファン２２ａが設置されている。ファン２２ａは、第１熱交換器２２に外気を送風して、第１熱交換器２２において第１冷媒と熱交換された外気を排出する。
　第１圧縮機２４は、第１冷媒回路２０を流れる低圧の第１冷媒を吸入して圧縮し、高温高圧の第１冷媒を吐出する圧縮機である。第１圧縮機２４は、例えば、ロータリ圧縮機である。
　第１膨張弁２６は、第１冷媒回路２０を循環する第１冷媒の流量および圧力を調節するための電動弁である。
　第１四方切替弁２８は、第１正サイクル運転と第１逆サイクル運転とを切り替えて、第１冷媒回路２０における第１冷媒の循環方向を逆転させるための切替弁である。第１四方切替弁２８は、第１ポート２８ａと、第２ポート２８ｂと、第３ポート２８ｃと、第４ポート２８ｄとを有する。第１四方切替弁２８は、第１連通状態または第２連通状態にある。第１連通状態では、図１に示されるように、第１ポート２８ａと第２ポート２８ｂとが連通し、かつ、第３ポート２８ｃと第４ポート２８ｄとが連通している。第２連通状態では、図１に示されるように、第１ポート２８ａと第３ポート２８ｃとが連通し、かつ、第２ポート２８ｂと第４ポート２８ｄとが連通している。第１冷媒回路２０が第１正サイクル運転を行うとき、第１四方切替弁２８は、第１連通状態にある。第１冷媒回路２０が第１逆サイクル運転を行うとき、第１四方切替弁２８は、第２連通状態にある。
　第２熱交換器３２は、冷媒－冷媒熱交換器である。第２熱交換器３２では、第１冷媒回路２０を循環する第１冷媒と、第２冷媒回路３０を循環する第２冷媒との間の熱交換が行われる。第１冷媒回路２０および第２冷媒回路３０は、第２熱交換器３２を共有する。第２熱交換器３２は、第１冷媒回路２０を循環する第１冷媒が通過する第１熱交換部３２ａと、第２冷媒回路３０を循環する第２冷媒が通過する第２熱交換部３２ｂとを有する。第２熱交換器３２は、例えば、断熱部材で覆われているプレート式熱交換器である。
　第１圧縮機２４の吐出側は、第１四方切替弁２８の第１ポート２８ａに接続されている。第１四方切替弁２８の第２ポート２８ｂは、第２熱交換器３２の第１熱交換部３２ａに接続されている。第２熱交換器３２の第１熱交換部３２ａは、第１膨張弁２６に接続されている。第１膨張弁２６は、第１熱交換器２２に接続されている。第１熱交換器２２は、第１四方切替弁２８の第３ポート２８ｃに接続されている。第１四方切替弁２８の第４ポート２８ｄは、第１圧縮機２４の吸入側に接続されている。
　第１正サイクル運転を行う第１冷媒回路２０の動作について説明する。第１正サイクル運転は、水加熱システム１０の通常運転時に行われる。第１冷媒は、低圧のガス冷媒として第１圧縮機２４に吸入されて圧縮される。圧縮された第１冷媒は、高温高圧のガス冷媒として第１圧縮機２４から吐出され、第１四方切替弁２８の第１ポート２８ａおよび第２ポート２８ｂを通過して、第２熱交換器３２に送られる。第２熱交換器３２では、第１冷媒が第１熱交換部３２ａを通過し、第２冷媒が第２熱交換部３２ｂを通過する。第２熱交換器３２では、高温の第１冷媒から低温の第２冷媒へ熱が移動することで、第１冷媒と第２冷媒との間で熱交換が行われる。これにより、第２熱交換器３２において、高温高圧のガス冷媒である第１冷媒は、凝縮して高圧の液冷媒となる。そして、第１冷媒は、第１膨張弁２６を通過することで減圧され、低圧の気液二相状態の冷媒となる。低圧の気液二相状態の第１冷媒は、第１熱交換器２２において外気との熱交換により蒸発して、低圧のガス冷媒となる。そして、第１冷媒は、第１四方切替弁２８の第３ポート２８ｃおよび第４ポート２８ｄを通過して、第１圧縮機２４に送られる。第１正サイクル運転を行う第１冷媒回路２０は、以上の工程を繰り返すことで、外気の熱を、第１冷媒を介して、第２冷媒回路３０を循環する第２冷媒に供給する。
　なお、第１冷媒回路２０は、水加熱システム１０のデフロスト運転時において、第１逆サイクル運転を行う。第１逆サイクル運転を行う第１冷媒回路２０の動作については後述する。
　　（１－２）第２冷媒回路
　第２冷媒回路３０は、主として、第２熱交換器３２と、第２圧縮機３４と、第２膨張弁３６と、第２四方切替弁３８と、第３熱交換器４２とが接続された冷媒回路である。第２冷媒回路３０では、第２冷媒が循環する。第２冷媒は、Ｒ１３４ａである。第２冷媒回路３０は、第２冷媒の循環方向に応じて、第２正サイクル運転または第２逆サイクル運転を行う。図１には、第２正サイクル運転時における第２冷媒の循環方向が矢印で示されている。後述する図４には、第２逆サイクル運転時における第２冷媒の循環方向が矢印で示されている。第２正サイクル運転は、水加熱システム１０の通常運転時に行われ、第２逆サイクル運転は、水加熱システム１０のデフロスト運転時に行われる。
　第２熱交換器３２は、冷媒－冷媒熱交換器である。上述したように、第２熱交換器３２では、第１冷媒回路２０を循環する第１冷媒と、第２冷媒回路３０を循環する第２冷媒との間の熱交換が行われる。
　第２圧縮機３４は、第２冷媒回路３０を流れる低圧の第２冷媒を吸入して圧縮し、高温高圧の第２冷媒を吐出する圧縮機である。第２圧縮機３４は、例えば、ロータリ圧縮機である。
　第２膨張弁３６は、第２冷媒回路３０を循環する第２冷媒の流量および圧力を調節するための電動弁である。
　第２四方切替弁３８は、第２正サイクル運転と第２逆サイクル運転とを切り替えて、第２冷媒回路３０における第２冷媒の循環方向を逆転させるための切替弁である。第２四方切替弁３８は、第５ポート３８ａと、第６ポート３８ｂと、第７ポート３８ｃと、第８ポート３８ｄとを有する。第２四方切替弁３８は、第３連通状態または第４連通状態にある。第３連通状態では、図１に示されるように、第５ポート３８ａと第６ポート３８ｂとが連通し、かつ、第７ポート３８ｃと第８ポート３８ｄとが連通している。第４連通状態では、図１に示されるように、第５ポート３８ａと第７ポート３８ｃとが連通し、かつ、第６ポート３８ｂと第８ポート３８ｄとが連通している。第２冷媒回路３０が第２正サイクル運転を行うとき、第２四方切替弁３８は、第３連通状態にある。第２冷媒回路３０が第２逆サイクル運転を行うとき、第２四方切替弁３８は、第４連通状態にある。
　第３熱交換器４２は、水－冷媒熱交換器である。第３熱交換器４２では、第２冷媒回路３０を循環する第２冷媒と、水回路４０を流れる水との間の熱交換が行われる。第２冷媒回路３０および水回路４０は、第３熱交換器４２を共有する。第３熱交換器４２は、第２冷媒回路３０を循環する第２冷媒が通過する第３熱交換部４２ａと、水回路４０を流れる水が通過する第４熱交換部４２ｂとを有する。第３熱交換器４２は、例えば、第４熱交換部４２ｂである水管の外周に、第３熱交換部４２ａである冷媒管が螺旋状に巻きつけられ、かつ、水管の内部に溝が形成されている構成を有するトルネード式の熱交換器である。
　第２圧縮機３４の吐出側は、第２四方切替弁３８の第５ポート３８ａに接続されている。第２四方切替弁３８の第６ポート３８ｂは、第３熱交換器４２の第３熱交換部４２ａに接続されている。第３熱交換器４２の第３熱交換部４２ａは、第２膨張弁３６に接続されている。第２膨張弁３６は、第２熱交換器３２の第２熱交換部３２ｂに接続されている。第２熱交換器３２の第２熱交換部３２ｂは、第２四方切替弁３８の第７ポート３８ｃに接続されている。第２四方切替弁３８の第８ポート３８ｄは、第２圧縮機３４の吸入側に接続されている。
　第２正サイクル運転を行う第２冷媒回路３０の動作について説明する。第２正サイクル運転は、水加熱システム１０の通常運転時に行われる。第２冷媒は、低圧のガス冷媒として第２圧縮機３４に吸入されて圧縮される。圧縮された第２冷媒は、高温高圧のガス冷媒として第２圧縮機３４から吐出され、第２四方切替弁３８の第５ポート３８ａおよび第６ポート３８ｂを通過して、第３熱交換器４２に送られる。第３熱交換器４２では、第２冷媒が第３熱交換部４２ａを通過し、水が第４熱交換部４２ｂを通過する。第３熱交換器４２では、高温の第２冷媒から低温の水へ熱が移動することで、第２冷媒と水との間で熱交換が行われる。これにより、第３熱交換器４２において、高温高圧のガス冷媒である第２冷媒は、凝縮して高圧の液冷媒となる。そして、第２冷媒は、第２膨張弁３６を通過することで減圧され、低圧の気液二相状態の冷媒となる。低圧の気液二相状態の第２冷媒は、第２熱交換器３２において第１冷媒との熱交換により蒸発して、低圧のガス冷媒となる。そして、第２冷媒は、第３四方切替弁３８の第７ポート３８ｃおよび第８ポート３８ｄを通過して、第２圧縮機３４に送られる。第２正サイクル運転を行う第２冷媒回路３０は、以上の工程を繰り返すことで、第１冷媒回路２０を循環する第１冷媒の熱を、第２冷媒を介して、水回路４０を流れる水に供給する。
　なお、第２冷媒回路３０は、水加熱システム１０のデフロスト運転時において、第２逆サイクル運転を行う場合がある。第２逆サイクル運転を行う第２冷媒回路３０の動作については後述する。
　　（１－３）水回路
　水回路４０は、主として、第３熱交換器４２と、給水ポンプ４４と、給水ライン４６と、出湯ライン４８とが接続された回路である。水回路４０では、水が流れる。図１には、水の流れ方向が矢印で示されている。水回路４０を流れる水は、給水ライン４６から取り入れられ、給水ポンプ４４を通過し、第３熱交換器４２で加熱され、出湯ライン４８に送られる。給水ポンプ４４および給水ライン４６は、水加熱システム１０のケーシングの外部の配管である。
　給水ポンプ４４は、給水ライン４６から水を取り入れて、第３熱交換器４２へ送るためのポンプである。給水ライン４６は、例えば、水加熱システム１０の外部に設置される受水槽に接続されている。なお、給水ライン４６と給水ポンプ４４とを接続する配管には、給水ライン４６から供給される水の圧力を低減するための減圧弁が取り付けられてもよい。第３熱交換器４２は、水－冷媒熱交換器である。上述したように、第３熱交換器４２では、第２冷媒回路３０を循環する第２冷媒と、水回路４０を流れる水との間の熱交換が行われる。出湯ライン４８は、例えば、水加熱システム１０の外部に設置される貯湯タンクに接続されている。
　水回路４０の動作について説明する。給水ポンプ４４によって給水ライン４６から取り入れられた水は、第３熱交換器４２に送られる。第３熱交換器４２では、高温の第２冷媒から低温の水へ熱が移動することで、第２冷媒と水との間で熱交換が行われる。これにより、第３熱交換器４２において、水が加熱される。第３熱交換器４２で加熱された水は、湯として、出湯ライン４８に送られる。
　　（１－４）制御部
　制御部５０は、水加熱システム１０の各構成要素を制御するためのコンピュータである。制御部５０は、第１圧縮機２４、第１膨張弁２６、第１四方切替弁２８、第２圧縮機３４、第２膨張弁３６、第２四方切替弁３８および給水ポンプ４４に接続されている。制御部５０は、例えば、第１圧縮機２４および第２圧縮機３４の運転周波数、第１膨張弁２６および第２膨張弁３６の開度、および、給水ポンプ４４の回転数を制御する。制御部５０は、例えば、水加熱システム１０内部の電装品ユニット（図示せず）に設置されている。
　制御部５０は、第１四方切替弁２８を制御して、第１連通状態と第２連通状態とを切り替えることができる。制御部５０は、第２四方切替弁３８を制御して、第３連通状態と第４連通状態とを切り替えることができる。すなわち、水加熱システム１０の運転中において、制御部５０は、第１四方切替弁２８を制御して、第１正サイクル運転と第１逆サイクル運転とを切り替えることができ、かつ、第２四方切替弁３８を制御して、第２正サイクル運転と第２逆サイクル運転とを切り替えることができる。
　（２）水加熱システムの動作
　水加熱システム１０の動作について説明する。水加熱システム１０は、通常運転またはデフロスト運転を行う。図１は、通常運転時における水加熱システム１０の回路構成図である。水加熱システム１０の通常運転時において、第１冷媒回路２０は第１正サイクル運転を行い、第２冷媒回路３０は第２正サイクル運転を行う。この場合、図１に示されるように、第１冷媒回路２０の第１四方切替弁２８は、第１連通状態にあり、かつ、第２冷媒回路３０の第２四方切替弁３８は、第３連通状態にある。また、水回路４０では、給水ポンプ４４によって給水ライン４６から取り入れられた水が、第３熱交換器４２において加熱されて、出湯ライン４８に湯が供給される。
　水加熱システム１０の通常運転時において、第１冷媒回路２０の第１熱交換器２２では、第１冷媒回路２０を循環する第１冷媒へ、外気から熱が移動する熱交換が行われる。すなわち、ファン２２ａによって送風される外気は、第１熱交換器２２において熱が奪われる。そのため、寒冷地および冬季等、外気の温度が低い条件下において、第１熱交換器２２に霜が付着することがある。第１熱交換器２２に霜が付着すると、第１熱交換器２２に霜が付着していない状態と比べて、第１熱交換器２２における熱交換の効率が低下して、水加熱システム１０の運転効率が低下してしまう。そのため、水加熱システム１０は、外気の温度が低い条件下において、運転効率の低下を抑制するために、第１熱交換器２２に付着した霜を除去するデフロスト運転を定期的に行う必要がある。水加熱システム１０のデフロスト運転は、第１熱交換器２２に付着した霜を熱で融かすことによって行われる。次に、水加熱システム１０のデフロスト運転時における動作について説明する。
　水加熱システム１０のデフロスト運転は、デフロスト準備工程と、逆サイクルデフロスト工程とからなる。デフロスト準備工程は、第１熱交換器２２をデフロストする前に行われる工程である。逆サイクルデフロスト工程は、第１冷媒回路２０の第１逆サイクル運転を行って第１熱交換器２２をデフロストする工程である。図２は、デフロスト準備工程における水加熱システム１０の回路構成図である。図３は、逆サイクルデフロスト工程における水加熱システム１０の回路構成図である。
　デフロスト準備工程では、最初に、制御部５０は、第２冷媒回路３０の第２圧縮機３４の運転を停止させ、同時に、水回路４０の給水ポンプ４４の運転を停止させる。すなわち、制御部５０は、第２冷媒回路３０における第２冷媒の循環を止め、同時に、水回路４０における水の流れを止める。これにより、第２熱交換器３２における第１冷媒と第２冷媒との熱交換、および、第３熱交換器４２における第２冷媒と水との熱交換が抑制される。
　デフロスト準備工程では、次に、制御部５０は、所定の時間だけ、第１冷媒回路２０の第１正サイクル運転を行う。このとき、制御部５０は、第１冷媒回路２０の第１圧縮機２４の運転周波数を、水加熱システム１０の通常運転時における第１圧縮機２４の運転周波数よりも高くする制御を行う。例えば、デフロスト準備工程において、制御部５０は、第１圧縮機２４の運転周波数を通常運転時における運転周波数よりも１０％高くした状態で、５分間、第１冷媒回路２０の第１正サイクル運転を行う。また、制御部５０は、第１圧縮機２４の運転周波数を通常運転時における運転周波数から徐々に高くすることで、第１冷媒回路２０の第１正サイクル運転を行ってもよい。第１冷媒回路２０の第１正サイクル運転によって、第１圧縮機２４から吐出される高温の第１冷媒が、第２熱交換器３２に供給される。上述したように、第２熱交換器３２における熱交換が抑制され、かつ、第１圧縮機２４の運転周波数の上昇により第２熱交換器３２に供給される第１冷媒の流量も上昇するので、第２熱交換器３２には、第１圧縮機２４から吐出される高温の第１冷媒の熱が蓄積される。その結果、第２熱交換器３２の温度が上昇する。
　デフロスト準備工程の完了後、逆サイクルデフロスト工程が行われる。逆サイクルデフロスト工程では、制御部５０は、第１四方切替弁２８を第１連通状態から第２連通状態へ切り替えて、第１冷媒回路２０の第１逆サイクル運転を開始する。第１逆サイクル運転における第１冷媒の循環方向は、第１正サイクル運転における第１冷媒の循環方向と反対である。具体的には、第１逆サイクル運転において、第１冷媒は、第１圧縮機２４、第１四方切替弁２８（第１ポート２８ａおよび第３ポート２８ｃ）、第１熱交換器２２、第１膨張弁２６、第２熱交換器３２、第１四方切替弁２８（第２ポート２８ｂおよび第４ポート２８ｄ）、第１圧縮機２４を、順番に通過して循環する。逆サイクルデフロスト工程では、第１圧縮機２４から吐出される高温の第１冷媒の熱、および、デフロスト準備工程において第２熱交換器３２に蓄積された熱が、第１熱交換器２２に供給される。これにより、第１熱交換器２２に付着している霜が融けて、第１熱交換器２２がデフロストされる。
　（３）特徴
　水加熱システム１０は、第１冷媒回路２０および第２冷媒回路３０が第２熱交換器３２を介してカスケード接続される二元冷媒回路を備える。第１冷媒回路２０は、低段側の冷媒回路であり、第２冷媒回路３０は、高段側の冷媒回路である。第１冷媒回路２０を循環する第１冷媒は、第１熱交換器２２において熱源である外気と熱交換して加熱され、第２熱交換器３２において第２冷媒回路３０を循環する第２冷媒と熱交換して冷却される。第２冷媒回路３０を循環する第２冷媒は、第２熱交換器３２において第１冷媒回路２０を循環する第１冷媒と熱交換して加熱され、第３熱交換器４２において水回路４０を流れる水と熱交換して冷却される。水回路４０を流れる水は、第３熱交換器４２において第２冷媒回路３０を循環する第２冷媒と熱交換して加熱される。このように、水加熱システム１０は、２つのヒートポンプを利用して、水を加熱するシステムである。
　二元冷媒回路を備える水加熱システム１０は、１つの冷媒回路と１つの水回路からなる一元冷媒回路を備える水加熱システムと比べて、外気と熱交換される冷媒である第１冷媒の最高温度が低い。これにより、水加熱システム１０の通常運転を停止した後、すぐに、第１冷媒回路２０の第１逆サイクル運転を行って第１熱交換器２２のデフロストを開始する場合において、第２熱交換器３２を通過する第１冷媒によって、第２熱交換器３２に蓄積されている熱が、第１熱交換器２２をデフロストするために十分でないことがある。従って、水加熱システム１０の通常運転を停止した後、すぐに、第１冷媒回路２０の第１逆サイクル運転を開始しても、第１熱交換器２２のデフロストに長い時間がかかり、また、第１熱交換器２２に付着した霜が融け残るおそれがある。
　本実施形態に係る水加熱システム１０は、第１熱交換器２２のデフロストが行われる逆サイクルデフロスト工程を開始する前に、デフロスト準備工程を行うことで、第１熱交換器２２のデフロストに利用される熱を、第２熱交換器３２に蓄積させる。デフロスト準備工程では、第２熱交換器３２に熱が効率的に蓄積されるように、第２圧縮機３４および給水ポンプ４４の運転を停止させて第２熱交換器３２および第３熱交換器４２の熱交換を抑制した状態で、第１冷媒回路２０の第１正サイクル運転を所定の時間行う。これにより、第１圧縮機２４で圧縮された高温の第１冷媒が、熱交換が抑制された第２熱交換器３２に送られるので、第２熱交換器３２が加熱されて第２熱交換器３２に熱が蓄積される。また、デフロスト準備工程では、第１圧縮機２４の運転周波数を通常運転時の運転周波数よりも高くして、第１冷媒回路２０の第１正サイクル運転が行われる。これにより、第１圧縮機２４から第２熱交換器３２に送られる第１冷媒の流量を増加させることができるので、第２熱交換器３２に熱が効率的に蓄積される。
　従って、水加熱システム１０では、逆サイクルデフロスト工程における第１熱交換器２２のデフロストに十分な熱が、デフロスト準備工程において、第２熱交換器３２に効率的に蓄積される。デフロスト準備工程の完了後、水加熱システム１０は、逆サイクルデフロスト工程を開始する。逆サイクルデフロスト工程では、水加熱システム１０は、第１冷媒回路２０の第１逆サイクル運転を行って、第２熱交換器３２に蓄積されている熱を、第１冷媒を介して、第１熱交換器２２に供給する。これにより、水加熱システム１０は、第１熱交換器２２を加熱して、第１熱交換器２２をデフロストする。
　このように、水加熱システム１０は、第１冷媒回路２０の第１逆サイクル運転による第１熱交換器２２のデフロストを開始する前に、予め、第１冷媒回路２０の第１正サイクル運転を行って第２熱交換器３２に熱を蓄積させる。第１冷媒回路２０は二元冷媒回路の低段側の冷媒回路であるので、第１冷媒回路２０を循環する第１冷媒の最高温度は、一元冷媒回路を備える水加熱システムの冷媒回路を循環する冷媒の最高温度よりも低い。そのため、水加熱システム１０の通常運転時には、第２熱交換器３２に蓄積されている熱量が、第１熱交換器２２のデフロストに十分でない可能性がある。そのため、水加熱システム１０は、第１冷媒回路２０の第１逆サイクル運転を開始する前に、水回路４０における水の流れ、および、第２冷媒回路３０における第２冷媒の循環を止め、さらに、第１冷媒回路２０の第１正サイクル運転を所定の時間行うことで、第１熱交換器２２のデフロストに十分な熱を第２熱交換器３２に効率的に蓄積させる。従って、水加熱システム１０は、第１熱交換器２２のデフロストに必要な時間を短縮することができ、かつ、霜の融け残りの発生を抑えることができる。
　また、水加熱システム１０は、第１冷媒回路２０の第１逆サイクル運転を開始する前に、第１圧縮機２４の運転周波数を通常運転時の運転周波数より高くした状態で、第１冷媒回路２０の第１正サイクル運転を行う。第１圧縮機２４の運転周波数を通常より高くすることで、第１圧縮機２４から吐出される第１冷媒の流量を増加させることができる。これにより、第１熱交換器２２のデフロストを開始する前に、第２熱交換器３２に供給される高温の第１冷媒の流量を増加させることができるので、第２熱交換器３２に熱が効果的に蓄積される。従って、水加熱システム１０は、デフロストに必要な時間を効果的に短縮することができる。
　（４）変形例
　本発明の実施形態の具体的構成は、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で変更可能である。以下、本発明の実施形態に適用可能な変形例について説明する。
　　（４－１）変形例Ａ
　本実施形態に係る水加熱システム１０は、最初に、デフロスト準備工程において、第１圧縮機２４の運転周波数を通常運転時より増加させた状態で、第１冷媒回路２０の第１正サイクル運転を所定の時間行う。次に、水加熱システム１０は、逆サイクルデフロスト工程において、第１冷媒回路２０の第１逆サイクル運転を開始して、第１熱交換器２２をデフロストする。しかし、水加熱システム１０は、デフロスト準備工程において、第１冷媒回路２０の第１正サイクル運転を所定の時間行う代わりに、第２熱交換器３２の第１熱交換部３２ａを通過する第１冷媒の温度が所定の温度に達するまで第１正サイクル運転を行ってもよい。すなわち、水加熱システム１０は、第２熱交換器３２を通過する第１冷媒の温度が所定の温度に達したときに、デフロスト準備工程を終了して、逆サイクルデフロスト工程を開始してもよい。
　本変形例では、第２熱交換器３２は、第１熱交換部３２ａを通過する第１冷媒の温度を測定するための温度センサ（図示せず）が取り付けられている。温度センサは、例えば、第１熱交換部３２ａである、第１冷媒が流れる配管の外周面に取り付けられている。温度センサは、制御部５０に接続される。制御部５０は、温度センサが測定した第１冷媒の温度を受け取る。制御部５０は、例えば、第１熱交換部３２ａを通過する第１冷媒の温度が４６℃に達した場合にデフロスト準備工程を終了して、逆サイクルデフロスト工程を開始する。
　本変形例に係る水加熱システム１０では、制御部５０は、第２熱交換器３２を通過する第１冷媒の温度を監視し、第２熱交換器３２を通過する第１冷媒の温度が所定の温度に達したときに、第１熱交換器２２のデフロストに必要な熱が第２熱交換器３２に蓄積されたと判断して、デフロスト準備工程を終了する。第１熱交換器２２のデフロストに必要な最低限の熱量を算出することができる場合、算出された熱量に基づいて、デフロスト準備工程の終了条件である第１冷媒の温度を予め設定することで、制御部５０は、デフロスト準備工程に必要な時間を抑えることができる。従って、本変形例に係る水加熱システム１０は、第２熱交換器３２に熱を蓄積させるためのデフロスト準備工程にかかる時間を短縮することができ、デフロストに必要な時間を効果的に短縮することができる。
　　（４－２）変形例Ｂ
　本実施形態に係る水加熱システム１０では、制御部５０は、逆サイクルデフロスト工程において、第１冷媒回路２０の第１逆サイクル運転を行う。しかし、制御部５０は、逆サイクルデフロスト工程において、第２冷媒回路３０の第２逆サイクル運転をさらに行ってもよい。図４は、本変形例に係る水加熱システム１０のデフロスト運転時における回路構成図である。
　本変形例では、制御部５０は、逆サイクルデフロスト工程の開始時に、第２四方切替弁３８を第３連通状態から第４連通状態へ切り替えて、第２冷媒回路２０の第２逆サイクル運転を開始する。第２逆サイクル運転における第２冷媒の循環方向は、第２正サイクル運転における第２冷媒の循環方向と反対である。具体的には、第２逆サイクル運転において、第２冷媒は、第２圧縮機３４、第２四方切替弁３８（第５ポート３８ａおよび第７ポート３８ｃ）、第２熱交換器３２、第２膨張弁３６、第３熱交換器４２、第２四方切替弁３８（第６ポート３８ｂおよび第８ポート３８ｄ）、第２圧縮機３４を、順番に通過して循環する。
　本変形例では、逆サイクルデフロスト工程において第２冷媒回路３０の第２逆サイクル運転を行うことで、第３熱交換器４２に蓄積されている熱が、第２冷媒を介して、第２熱交換器３２に供給される。これにより、第２熱交換器３２に熱が蓄積される。そして、本実施形態と同様に、第１冷媒回路３０の第１逆サイクル運転によって、第２熱交換器３２に蓄積されている熱が、第１冷媒を介して、第１熱交換器２２に供給される。すなわち、逆サイクルデフロスト工程において第２冷媒回路３０の第２逆サイクル運転を行うことで、第１熱交換器２２に供給される熱量が増加するので、デフロストに必要な時間が短縮される。
　本変形例では、水加熱システム１０は、逆サイクルデフロスト工程の開始時において水回路４０に湯が残っている場合に、水回路４０の湯の熱を、第２冷媒を介して第２熱交換器３２に供給することで、水回路４０の湯の熱を、第１熱交換器２２のデフロストに利用することができる。従って、逆サイクルデフロスト工程において、第１冷媒回路２０の第１逆サイクル運転と共に、第２冷媒回路３０の第２逆サイクル運転を行うことで、水加熱システム１０は、デフロストに必要な時間を効果的に短縮することができる。
　なお、本変形例では、逆サイクルデフロスト工程において第２冷媒回路３０の第２逆サイクル運転を行う場合に、第２圧縮機３４の運転周波数を、水加熱システム１０の通常運転時における運転周波数よりも、低い値に設定することが好ましい。
　本発明に係る水加熱システムは、デフロストに必要な時間を短縮することができ、かつ、霜の融け残りの発生を抑えることができる。
　１０　　　水加熱システム
　２０　　　第１冷媒回路
　２２　　　第１熱交換器
　２４　　　第１圧縮機
　３０　　　第２冷媒回路
　３２　　　第２熱交換器
　３４　　　第２圧縮機
　４０　　　水回路
　４２　　　第３熱交換器
　５０　　　制御部
特開２００１－１０８２５６号公報 特開２００４－１３２６４７号公報

Claims (4)

  1. 　熱源と第１冷媒とを熱交換させる第１熱交換器（２２）と、前記第１冷媒と第２冷媒とを熱交換させる第２熱交換器（３２）とを有し、前記第１冷媒が循環する第１冷媒回路（２０）と、
    　前記第１冷媒回路と共有する前記第２熱交換器と、前記第２冷媒と水とを熱交換させる第３熱交換器（４２）とを有し、前記第２冷媒が循環する第２冷媒回路（３０）と、
    　前記第２冷媒回路と共有する前記第３熱交換器を有し、水が通過する水回路（４０）と、
    　前記第１熱交換器のデフロスト運転を行うために、前記第１冷媒回路、前記第２冷媒回路および前記水回路を制御する制御部（５０）と、
    を備え、
    　前記制御部は、前記デフロスト運転を開始する前に、前記水回路における前記第３熱交換器への水の供給と、前記第２冷媒回路における前記第２熱交換器への前記第２冷媒の供給とを止める、
    　前記制御部は、前記第１冷媒回路において前記第１冷媒が循環する方向を逆にして、前記第１冷媒を前記第２熱交換器から前記第１熱交換器に供給することで、前記デフロスト運転を開始する、
    水加熱システム（１０）。
  2. 　前記第１冷媒回路は、前記第１冷媒を圧縮する第１圧縮機（２４）を有し、
    　前記第２冷媒回路は、前記第２冷媒を圧縮する第２圧縮機（３４）を有し、
    　前記制御部は、前記デフロスト運転を開始する前に、前記第１圧縮機の運転周波数を第１運転時間だけ増加させ、かつ、前記第２圧縮機の運転を停止させる、
    請求項１に記載の水加熱システム。
  3. 　前記制御部は、前記第２熱交換器に供給される前記第１冷媒の温度が第１温度に達したときに、前記デフロスト運転を開始する、
    請求項１または２に記載の水加熱システム。
  4. 　前記制御部は、さらに、前記第２冷媒回路において前記第２冷媒が循環する方向を逆にして、前記第２冷媒を前記第３熱交換器から前記第２熱交換器に供給することで、前記デフロスト運転を開始する、
    請求項１から３のいずれか１項に記載の水加熱システム。
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