JP2015152266A - 空冷ヒートポンプユニット - Google Patents

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Abstract

【課題】熱源側熱交換器に着霜が生じるのを抑制し、暖房運転を長時間継続できる空冷ヒートポンプユニットを提供することを目的とする。
【解決手段】空冷ヒートポンプユニット1は、圧縮機12、負荷側熱交換器14、膨張弁15及び熱源側熱交換器16が設けられ、冷媒を循環させるヒートポンプ回路11と、ヒートポンプ回路11に対して膨張弁15及び熱源側熱交換器16と並列に接続され、除湿熱交換器23が設けられた除湿回路21と、を備え、熱源側熱交換器16及び除湿熱交換器23は、いずれも冷媒と空気との熱交換を行うものであり、かつ、空気の流れに対して直列に配置されており、除湿熱交換器23は、空気の流れにおいて熱源側熱交換器16よりも上流側に配置されているものである。
【選択図】図3

Description

本発明は、空冷ヒートポンプユニットに関するものである。
空冷ヒートポンプユニットの空気コイル(熱源側熱交換器)は、暖房運転時に蒸発器として使用される。暖房運転中には、吸込空気に含まれる水分が凝固し、空気コイルに着霜する。
特許文献1には、除湿コイルと除湿コイルの下流側にそれぞれ縦列配置された1対のフロストコイルとでなるコイル列と、各コイル列の風路内を上流側から下流側に向かって空気を強制的に流す送風機と、を備えた除湿空調装置が記載されている。この除湿空調装置では、コイル列における除湿コイルに該除湿コイルの風路内を通る被処理空気を冷却コイルに着霜しない温度まで冷却して除湿するための冷媒を流すとともに、1対のフロストコイルの片方に該除湿コイルの風路を通った後の被処理空気が該フロストコイルの風路内を通過するときにフロストさせて再除湿するための冷媒を流し、他方のフロストコイルへの冷媒の流れを停止させて除霜運転できるようにし、かつ、各フロストコイルの運転を所定の時間間隔で交互に切り替えるようにしている。
特開2010−7954号公報
一般に、空冷ヒートポンプユニットの空気コイルにおいて着霜が進行すると、風路抵抗の増加により吸込空気の風量が減少してしまうとともに、空気コイルの伝熱が阻害されてしまう。これにより、冷媒の低圧圧力が異常低下し、暖房運転が継続できなくなる。このため、暖房運転中には定期的にデフロスト(除霜運転)を行う必要があり、暖房運転を長時間継続できないという問題点があった。
特許文献1には、上記の除湿空調装置によればコイル列での着霜が極めて少なくなり、除湿風量の低下や全面フロストによる除湿性能の悪化を防止できることが記載されている。しかしながら、特許文献1には、除湿コイル及び1対のフロストコイルが冷媒回路においてどのように設けられているかは記載されていない。
本発明は、上述のような問題点を解決するためになされたものであり、熱源側熱交換器に着霜が生じるのを抑制し、暖房運転を長時間継続できる空冷ヒートポンプユニットを提供することを目的とする。
本発明に係る空冷ヒートポンプユニットは、圧縮機、負荷側熱交換器、膨張装置及び熱源側熱交換器が設けられ、冷媒を循環させるヒートポンプ回路と、前記ヒートポンプ回路に対して前記膨張装置及び前記熱源側熱交換器と並列に接続され、除湿熱交換器が設けられた除湿回路と、を備え、前記熱源側熱交換器及び前記除湿熱交換器は、いずれも冷媒と空気との熱交換を行うものであり、かつ、空気の流れに対して直列に配置されており、前記除湿熱交換器は、空気の流れにおいて前記熱源側熱交換器よりも上流側に配置されていることを特徴とするものである。
本発明によれば、熱源側熱交換器に流入する空気を除湿熱交換器によって除湿することができるため、熱源側熱交換器に着霜が生じるのを抑制することができる。したがって、空冷ヒートポンプユニットの暖房運転を長時間継続することができる。
本発明の実施の形態1の前提となる空冷ヒートポンプユニット101の概略構成を示す冷媒回路図である。 本発明の実施の形態1の前提となる空冷ヒートポンプユニット101の概略構成を示す冷媒回路図である。 本発明の実施の形態1に係る空冷ヒートポンプユニット1の概略構成を示す冷媒回路図である。 本発明の実施の形態1に係る空冷ヒートポンプユニット1において、制御装置30で実行される電子膨張弁22の開度調節処理の流れの一例を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態2に係る空冷ヒートポンプユニット2の概略構成を示す冷媒回路図である。 本発明の実施の形態2に係る空冷ヒートポンプユニット2において、制御装置30で実行される電子膨張弁22の開度調節処理の流れの一例を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態3に係る空冷ヒートポンプユニット3の概略構成を示す冷媒回路図である。 本発明の実施の形態3に係る空冷ヒートポンプユニット3において、制御装置30で実行される電磁弁A24及び電磁弁B25の開閉処理の流れの一例を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態3に係る空冷ヒートポンプユニット3において、制御装置30で実行される電磁弁A24及び電磁弁B25の開閉処理の流れの一例を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態3に係る空冷ヒートポンプユニット3において、制御装置30で実行される電磁弁A24及び電磁弁B25の開閉処理の流れの一例を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態4に係る空冷ヒートポンプユニット4の概略構成を示す冷媒回路図である。 本発明の実施の形態4に係る空冷ヒートポンプユニット4において、制御装置30で実行される電磁弁A24及び電磁弁B25の開閉処理の流れの一例を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態4に係る空冷ヒートポンプユニット4において、制御装置30で実行される電磁弁A24及び電磁弁B25の開閉処理の流れの一例を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態4に係る空冷ヒートポンプユニット4において、制御装置30で実行される電磁弁A24及び電磁弁B25の開閉処理の流れの一例を示すフローチャートである。
実施の形態1.
本発明の実施の形態1に係る空冷ヒートポンプユニットについて説明する。空冷ヒートポンプユニットは、空気調和装置又は給湯装置等の熱源として用いられるものである。まず、本実施の形態の前提となる空冷ヒートポンプユニットの構成について説明する。図1及び図2は、本実施の形態の前提となる空冷ヒートポンプユニット101の構成を示す冷媒回路図である。図1に示す空冷ヒートポンプユニット101は、圧縮機102、四方弁103、負荷側熱交換器104(水側熱交換器)、膨張弁105及び熱源側熱交換器106(空気コイル)を備えたヒートポンプ回路を有している。圧縮機102、四方弁103、負荷側熱交換器104、膨張弁105及び熱源側熱交換器106は、冷媒配管を介して順次接続されている。空冷ヒートポンプユニット101は、四方弁103により冷媒の流路を切り換えることにより、冷房運転及び暖房運転のいずれにも対応可能な構成となっている。
暖房運転時には、圧縮機102から吐出された高圧の冷媒ガスは、四方弁103を通って負荷側熱交換器104に流入する。負荷側熱交換器104に流入した冷媒ガスは、水又はブラインなどの外部流体との熱交換により凝縮して高圧の液冷媒となり、膨張弁105に流入する。膨張弁105に流入した液冷媒は、減圧されて低圧の気液二相冷媒となり、熱源側熱交換器106に流入する。熱源側熱交換器106に流入した気液二相冷媒は、ファンにより送風される吸込空気との熱交換により蒸発し、低圧のガス冷媒となって圧縮機102に吸入される。
暖房運転時には、熱源側熱交換器106が蒸発器として使用されるため、吸込空気に含まれる水分が凝固し、熱源側熱交換器106に着霜する。着霜が進行すると、熱源側熱交換器106の伝熱が阻害されて低圧圧力が異常低下し、暖房運転が継続できなくなる。このため、着霜が進行した場合には、図2に示すように、四方弁103により冷媒の流路を切り換え、熱源側熱交換器106を凝縮器として機能させてデフロストを行うようになっている。
次に、本実施の形態に係る空冷ヒートポンプユニットについて説明する。図3は、本実施の形態に係る空冷ヒートポンプユニット1の概略構成を示す冷媒回路図である。図3に示すように、空冷ヒートポンプユニット1は、圧縮機12、四方弁13、負荷側熱交換器14(水側熱交換器)、膨張弁15及び熱源側熱交換器16(空気コイル)を備えたヒートポンプ回路11を有している。圧縮機12、四方弁13、負荷側熱交換器14、膨張弁15及び熱源側熱交換器16は、冷媒配管を介して順次接続されている。
圧縮機12は、冷媒を吸入し、吸入した冷媒を圧縮して吐出する流体機械である。四方弁13は、暖房運転時の冷媒の流れと冷房運転時の冷媒の流れとを切り替える流路切替装置である。負荷側熱交換器14は、暖房運転時には放熱器(例えば、凝縮器)として機能し、冷房運転時には蒸発器として機能する熱交換器である。本例の負荷側熱交換器14は、暖房運転時には冷媒との熱交換により水又はブラインなどの外部流体を加熱し、冷房運転時には冷媒との熱交換により外部流体を冷却する。膨張弁15は、冷媒を減圧膨張させる膨張装置の一例である。熱源側熱交換器16は、暖房運転時には蒸発器として機能し、冷房運転時には放熱器(例えば、凝縮器)として機能するものである。本例の熱源側熱交換器16は、暖房運転時には、ファンにより送風される吸込空気(例えば、外気)との熱交換により冷媒に吸熱させ、冷房運転時には、ファンにより送風される吸込空気との熱交換により冷媒から放熱させる。
また、空冷ヒートポンプユニット1は、ヒートポンプ回路11に対して膨張弁15及び熱源側熱交換器16と並列に接続された除湿回路21を有している。すなわち、暖房運転時の冷媒の流れにおいて、除湿回路21は、負荷側熱交換器14よりも下流側でかつ膨張弁15よりも上流側でヒートポンプ回路11から分岐し、熱源側熱交換器16よりも下流側でかつ四方弁13よりも上流側(すなわち、圧縮機12よりも上流側)でヒートポンプ回路11に合流している。
除湿回路21には、電子膨張弁22及び除湿熱交換器23(除湿コイル)が設けられている。電子膨張弁22は、暖房運転時の冷媒の流れにおいて除湿熱交換器23よりも上流側に設けられている。電子膨張弁22は、後述する制御装置30の制御により開度を調整可能な膨張弁であり、除湿熱交換器23に供給される冷媒量を調節するようになっている。本例の電子膨張弁22は、暖房運転時には、制御装置30からのパルス信号に応じて所定の開度に調節され、冷房運転時には例えば全閉となる(詳細な動作は後述)。除湿熱交換器23及び熱源側熱交換器16は、ファンにより送風される吸込空気の流れ(図3では、吸込空気の流れ方向を太矢印で示している)に対して直列に配置されている。また、除湿熱交換器23は、吸込空気の流れにおいて、熱源側熱交換器16よりも上流側に配置されている。すなわち、ファンにより送風される吸込空気は、除湿熱交換器23及び熱源側熱交換器16をこの順に通過する。除湿熱交換器23は、暖房運転時には蒸発器として機能する。すなわち、除湿熱交換器23は、熱源側熱交換器16に吸い込まれる空気を、熱源側熱交換器16よりも上流側で冷却して除湿する機能を有している。除湿熱交換器23で空気中の水分が凝縮することにより生じた凝縮水は、ドレン水として排水される。なお、本例では、冷房運転時には電子膨張弁22が全閉となるため、除湿熱交換器23に冷媒が流れないようになっている。
また、空冷ヒートポンプユニット1は、吸込空気の流れにおいて除湿熱交換器23よりも下流側で熱源側熱交換器16よりも上流側の空気(すなわち、熱源側熱交換器16に吸い込まれる空気)の温度を検出する温度センサ31を有している。温度センサ31は、空気の温度を検出し、検出信号を制御装置30に出力するようになっている。
制御装置30は、CPU、ROM、RAM、入出力ポート等を備えたマイコンを有している。制御装置30は、温度センサ31を含む各種センサからの検出信号等に基づき、空冷ヒートポンプユニット1の全体を制御するようになっている。
図4は、制御装置30で実行される電子膨張弁22の開度調節処理の流れの一例を示すフローチャートである。図4に示す処理は、例えば、空冷ヒートポンプユニット1の運転が開始されたことを契機として開始される。図4に示すように、ステップS1では、空冷ヒートポンプユニット1の運転モードが暖房モードか否かを判定する。運転モードが暖房モードである場合にはステップS2の処理に移行し、運転モードが暖房モード以外(例えば、冷房モード)である場合にはステップS9の処理に移行する。
ステップS2では、圧縮機12が運転中であるか否かを判定する。圧縮機12が運転中である場合にはステップS3の処理に移行し、圧縮機12が運転中でない場合にはステップS9の処理に移行する。
ステップS3では、温度センサ31からの出力信号に基づき、除湿熱交換器23よりも下流側で熱源側熱交換器16よりも上流側の空気の温度(空気温度Ta)を検知する。その後、ステップS4の処理に移行する。
ステップS4では、空気温度Taが設定空気温度(本例では、10℃)よりも低いか否かを判定する。ここで、設定空気温度は、除湿熱交換器23に着霜が生じないような温度にあらかじめ設定されている。空気温度Taが設定空気温度よりも低い場合にはステップS5の処理に移行し、それ以外の場合(空気温度Taが設定空気温度以上である場合)にはステップS6の処理に移行する。
ステップS5では、電子膨張弁22を所定パルス分だけ閉じる処理を行う。この処理により、電子膨張弁22の開度が減少し、除湿熱交換器23に供給される冷媒量が減少する。
ステップS6では、空気温度Taが設定空気温度よりも高いか否かを判定する。空気温度Taが設定空気温度よりも高い場合にはステップS7の処理に移行し、それ以外の場合(空気温度Taが設定空気温度と等しい場合)にはステップS8の処理に移行する。
ステップS7では、電子膨張弁22を所定パルス分だけ開く処理を行う。この処理により、電子膨張弁22の開度が増加し、除湿熱交換器23に供給される冷媒量が増加する。
ステップS8では、電子膨張弁22の開度をそのまま保持する。これにより、除湿熱交換器23に供給される冷媒量が維持される。ステップS4〜S8の処理によって、電子膨張弁22の開度は、空気温度Taが設定空気温度に近づくように(すなわち、除湿熱交換器23に着霜が生じないように)調節される。
ステップS9では、電子膨張弁22を全閉にする。すなわち、本例では、空冷ヒートポンプユニット1の運転モードが冷房モードである場合、又は圧縮機12が運転中でない場合には、除湿熱交換器23に冷媒を供給しないようになっている。
ステップS1〜S9の処理は、空冷ヒートポンプユニット1の運転が終了するまで所定の時間間隔で繰り返される。
以上説明したように、本実施の形態に係る空冷ヒートポンプユニット1は、圧縮機12、負荷側熱交換器14、膨張弁15(膨張装置の一例)及び熱源側熱交換器16が設けられ、冷媒を循環させるヒートポンプ回路11と、ヒートポンプ回路11に対して膨張弁15及び熱源側熱交換器16と並列に接続され、除湿熱交換器23が設けられた除湿回路21と、を備え、熱源側熱交換器16及び除湿熱交換器23は、いずれも冷媒と空気との熱交換を行うものであり、かつ、空気の流れに対して直列に配置されており、除湿熱交換器23は、空気の流れにおいて熱源側熱交換器16よりも上流側に配置されているものである。
この構成によれば、熱源側熱交換器16に流入する空気を除湿熱交換器23によって除湿することができるため、熱源側熱交換器16に着霜が生じるのを抑制することができる。したがって、熱源側熱交換器16の着霜による冷媒の低圧圧力の異常低下を防止できる。また、暖房運転中のデフロストの間隔を長くすることができるため、空冷ヒートポンプユニット1の暖房運転を長時間継続することができる。
また、本実施の形態に係る空冷ヒートポンプユニット1は、除湿熱交換器23よりも下流側でかつ熱源側熱交換器16よりも上流側の空気温度Taを検出する温度センサ31と、除湿回路21のうち除湿熱交換器23よりも上流側に設けられた電子膨張弁22と、空気温度Taに基づいて電子膨張弁22を制御する制御装置30と、をさらに備えるものである。
この構成によれば、電子膨張弁22の開度を調節することによって、除湿熱交換器23にも着霜が生じないようにすることができる。したがって、除湿熱交換器23を除霜するための除霜運転を不要とすることができる。
実施の形態2.
本発明の実施の形態2に係る空冷ヒートポンプユニットについて説明する。図5は、本実施の形態に係る空冷ヒートポンプユニット2の概略構成を示す冷媒回路図である。なお、実施の形態1の空冷ヒートポンプユニット1と同一の機能及び作用を有する構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。図5に示すように、空冷ヒートポンプユニット2は、実施の形態1の空冷ヒートポンプユニット1と比較すると、暖房運転時の冷媒流れにおいて除湿熱交換器23の出口側の冷媒ガスの温度を検出する温度センサ32が設けられている点で異なっている。温度センサ32は、冷媒ガスの温度を検出し、検出信号を制御装置30に出力するようになっている。ここで、温度センサ32は、冷媒の温度を直接検出してもよいし、冷媒の温度を間接的に検出するために冷媒配管の温度を検出してもよい。
図6は、制御装置30で実行される電子膨張弁22の開度調節処理の流れの一例を示すフローチャートである。図6に示す処理は、例えば、空冷ヒートポンプユニット2の運転が開始されたことを契機として開始される。なお、図6のステップS11、S12、S15、S17〜S19については、図4のステップS1、S2、S5、S7〜S9とそれぞれ同様であるので説明を省略する。
ステップS13では、温度センサ32からの出力信号に基づき、除湿熱交換器23の出口側の冷媒ガスの温度(冷媒温度Tr)を検知する。その後、ステップS14の処理に移行する。
ステップS14では、冷媒温度Trが設定冷媒温度(本例では、1℃)よりも低いか否かを判定する。ここで、設定冷媒温度は、除湿熱交換器23に着霜が生じないような温度にあらかじめ設定されている。冷媒温度Trが設定冷媒温度よりも低い場合にはステップS15の処理に移行し、それ以外の場合(冷媒温度Trが設定冷媒温度以上である場合)にはステップS16の処理に移行する。
ステップS16では、冷媒温度Trが設定冷媒温度よりも高いか否かを判定する。冷媒温度Trが設定冷媒温度よりも高い場合にはステップS17の処理に移行し、それ以外の場合(冷媒温度Trが設定冷媒温度と等しい場合)にはステップS18の処理に移行する。
ステップS14〜S18の処理によって、電子膨張弁22の開度は、冷媒温度Trが設定冷媒温度に近づくように(すなわち、除湿熱交換器23に着霜が生じないように)調節される。
以上説明したように、本実施の形態に係る空冷ヒートポンプユニット2は、除湿熱交換器23の出口側の冷媒温度Trを検出する温度センサ32と、除湿回路21のうち除湿熱交換器23よりも上流側に設けられた電子膨張弁22と、冷媒温度Trに基づいて電子膨張弁22を制御する制御装置30と、をさらに備えるものである。
この構成によれば、電子膨張弁22の開度を調節することによって、除湿熱交換器23にも着霜が生じないようにすることができる。したがって、除湿熱交換器23を除霜するための除霜運転を不要とすることができる。
実施の形態3.
本発明の実施の形態3に係る空冷ヒートポンプユニットについて説明する。図7は、本実施の形態に係る空冷ヒートポンプユニット3の概略構成を示す冷媒回路図である。なお、実施の形態1の空冷ヒートポンプユニット1と同一の機能及び作用を有する構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。図7に示すように、空冷ヒートポンプユニット3は、実施の形態1の空冷ヒートポンプユニット1と比較すると、暖房運転時の冷媒の流れにおいて、除湿回路21のうち例えば除湿熱交換器23よりも上流側に、互いに並列に接続された複数の電磁弁(電磁弁A24及び電磁弁B25(いずれも開閉弁の一例))が設けられている点で異なっている。本例では、電磁弁A24及び電磁弁B25の数は2つである。本例の電磁弁A24及び電磁弁B25は、制御装置30の制御(通電の有無)により2位置動作で開閉されるものである。除湿熱交換器23に供給される冷媒量は、開状態となる電磁弁A24及び電磁弁B25の数により調節されるようになっている。電磁弁A24及び電磁弁B25は、暖房運転時の冷媒の流れにおいて、除湿回路21のうち除湿熱交換器23よりも下流側に設けられていてもよい。
図8〜図10は、制御装置30で実行される電磁弁A24及び電磁弁B25の開閉処理の流れの一例を示すフローチャートである。図8〜図10に示す処理は、例えば、空冷ヒートポンプユニット3の運転が開始されたことを契機として開始される。なお、本例では、説明を簡略化するため、電磁弁B25が電磁弁A24よりも優先的に開状態となるものとする。このため、本例における電磁弁A24及び電磁弁B25の開閉状態の組合せは、電磁弁A24及び電磁弁B25がいずれも閉状態、電磁弁A24が閉状態で電磁弁B25が開状態、電磁弁A24及び電磁弁B25がいずれも開状態、の3通りである。
図8〜図10に示すように、ステップS21では、空冷ヒートポンプユニット3の運転モードが暖房モードか否かを判定する。運転モードが暖房モードである場合にはステップS22の処理に移行し、運転モードが暖房モード以外(例えば、冷房モード)である場合にはステップS30の処理に移行する。
ステップS22では、圧縮機12が運転中であるか否かを判定する。圧縮機12が運転中である場合にはステップS23の処理に移行し、圧縮機12が運転中でない場合にはステップS30の処理に移行する。
ステップS23では、温度センサ31からの出力信号に基づき、除湿熱交換器23よりも下流側で熱源側熱交換器16よりも上流側の空気の温度(空気温度Ta)を検知する。その後、ステップS24の処理に移行する。
ステップS24では、電磁弁A24及び電磁弁B25の開閉状態を判定する。電磁弁A24及び電磁弁B25がいずれも閉状態(除湿熱交換器23に冷媒が供給されていない状態)であればステップS25の処理に移行し、それ以外であればステップS31の処理に移行する。
ステップS25では、空気温度Taが設定空気温度(本例では、10℃)よりも低いか否かを判定する。ここで、設定空気温度は、除湿熱交換器23に着霜が生じないような温度にあらかじめ設定されている。空気温度Taが設定空気温度よりも低い場合にはステップS26の処理に移行し、それ以外の場合(空気温度Taが設定空気温度以上である場合)にはステップS27の処理に移行する。
ステップS26では、電磁弁A24及び電磁弁B25をいずれも閉状態に維持する処理を行う。これにより、除湿熱交換器23に冷媒が供給されない状態が維持される。
ステップS27では、空気温度Taが設定空気温度よりも高いか否かを判定する。空気温度Taが設定空気温度よりも高い場合にはステップS28の処理に移行し、それ以外の場合(空気温度Taが設定空気温度と等しい場合)にはステップS29の処理に移行する。
ステップS28では、電磁弁A24を閉状態に維持し、電磁弁B25を開状態にする処理を行う。この処理により、除湿熱交換器23に冷媒が供給される。
ステップS29では、電磁弁A24及び電磁弁B25をいずれも閉状態に維持する処理を行う。これにより、除湿熱交換器23に冷媒が供給されない状態が維持される。
ステップS30では、電磁弁A24及び電磁弁B25をいずれも閉状態にする処理を行う。すなわち、本例では、空冷ヒートポンプユニット3の運転モードが冷房モードである場合、又は圧縮機12が運転中でない場合には、除湿熱交換器23に冷媒を供給しないようになっている。
ステップS31では、電磁弁A24及び電磁弁B25の開閉状態を判定する。電磁弁A24が閉状態でかつ電磁弁B25が開状態である場合(除湿熱交換器23に相対的に小流量の冷媒が供給されている場合)にはステップS32の処理に移行し、それ以外の場合にはステップS37の処理に移行する。
ステップS32では、空気温度Taが設定空気温度(本例では、10℃)よりも低いか否かを判定する。空気温度Taが設定空気温度よりも低い場合にはステップS33の処理に移行し、それ以外の場合(空気温度Taが設定空気温度以上である場合)にはステップS34の処理に移行する。
ステップS33では、電磁弁A24及び電磁弁B25をいずれも閉状態にする処理を行う。この処理により、除湿熱交換器23には冷媒が供給されなくなる。
ステップS34では、空気温度Taが設定空気温度よりも高いか否かを判定する。空気温度Taが設定空気温度よりも高い場合にはステップS35の処理に移行し、それ以外の場合(空気温度Taが設定空気温度と等しい場合)にはステップS36の処理に移行する。
ステップS35では、電磁弁A24及び電磁弁B25をいずれも開状態にする処理を行う。この処理により、除湿熱交換器23に供給される冷媒量は増加する。
ステップS36では、電磁弁A24を閉状態に維持し、電磁弁B25を開状態に維持する処理を行う。この処理により、除湿熱交換器23に供給される冷媒量が維持される。
ステップS37の時点では、電磁弁A24及び電磁弁B25がいずれも開状態となっている。すなわち、除湿熱交換器23には、相対的に大流量の冷媒が供給されている。
ステップS37の次のステップS38では、空気温度Taが設定空気温度(本例では、10℃)よりも低いか否かを判定する。空気温度Taが設定空気温度よりも低い場合にはステップS39の処理に移行し、それ以外の場合(空気温度Taが設定空気温度以上である場合)にはステップS40の処理に移行する。
ステップS39では、電磁弁A24を閉状態とし、電磁弁B25を開状態に維持する処理を行う。この処理により、除湿熱交換器23に供給される冷媒量が減少する。
ステップS40では、空気温度Taが設定空気温度よりも高いか否かを判定する。空気温度Taが設定空気温度よりも高い場合にはステップS41の処理に移行し、それ以外の場合(空気温度Taが設定空気温度と等しい場合)にはステップS42の処理に移行する。
ステップS41では、電磁弁A24及び電磁弁B25をいずれも開状態に維持する処理を行う。この処理により、除湿熱交換器23に供給される冷媒量が最大流量に維持される。
ステップS42では、電磁弁A24及び電磁弁B25をいずれも開状態に維持する処理を行う。この処理により、除湿熱交換器23に供給される冷媒量が維持される。
これらの処理によって、電磁弁A24及び電磁弁B25の開閉状態は、空気温度Taが設定空気温度に近づくように(すなわち、除湿熱交換器23に着霜が生じないように)制御される。ステップS21〜S42の処理は、空冷ヒートポンプユニット3の運転が終了するまで所定の時間間隔で繰り返される。
以上説明したように、本実施の形態に係る空冷ヒートポンプユニット3は、除湿熱交換器23よりも下流側でかつ熱源側熱交換器16よりも上流側の空気温度Taを検出する温度センサ31と、除湿回路21のうち除湿熱交換器23よりも上流側又は除湿熱交換器23よりも下流側に設けられ、互いに並列に接続された電磁弁A24及び電磁弁B25(複数の開閉弁の一例)と、空気温度Taに基づいて電磁弁A24及び電磁弁B25を制御する制御装置30と、をさらに備えるものである。
この構成によれば、電磁弁A24及び電磁弁B25の開閉状態を制御することによって、除湿熱交換器23にも着霜が生じないようにすることができる。したがって、除湿熱交換器23を除霜するための除霜運転を不要とすることができる。
実施の形態4.
本発明の実施の形態4に係る空冷ヒートポンプユニットについて説明する。図11は、本実施の形態に係る空冷ヒートポンプユニット4の概略構成を示す冷媒回路図である。なお、実施の形態3の空冷ヒートポンプユニット3と同一の機能及び作用を有する構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。図11に示すように、空冷ヒートポンプユニット4は、実施の形態3の空冷ヒートポンプユニット3と比較すると、暖房運転時の冷媒流れにおいて除湿熱交換器23の出口側の冷媒ガスの温度を検出する温度センサ32が設けられている点で異なっている。温度センサ32は、冷媒ガスの温度を検出し、検出信号を制御装置30に出力するようになっている。ここで、温度センサ32は、冷媒の温度を直接検出してもよいし、冷媒の温度を間接的に検出するために冷媒配管の温度を検出してもよい。
図12〜図14は、制御装置30で実行される電磁弁A24及び電磁弁B25の開閉処理の流れの一例を示すフローチャートである。図12〜図14に示す処理は、例えば、空冷ヒートポンプユニット4の運転が開始されたことを契機として開始される。
図12〜図14に示すように、ステップS51では、空冷ヒートポンプユニット4の運転モードが暖房モードか否かを判定する。運転モードが暖房モードである場合にはステップS52の処理に移行し、運転モードが暖房モード以外(例えば、冷房モード)である場合にはステップS60の処理に移行する。
ステップS52では、圧縮機12が運転中であるか否かを判定する。圧縮機12が運転中である場合にはステップS53の処理に移行し、圧縮機12が運転中でない場合にはステップS60の処理に移行する。
ステップS53では、温度センサ32からの出力信号に基づき、除湿熱交換器23の出口側の冷媒ガスの温度(冷媒温度Tr)を検知する。その後、ステップS54の処理に移行する。
ステップS54では、電磁弁A24及び電磁弁B25の開閉状態を判定する。電磁弁A24及び電磁弁B25がいずれも閉状態(除湿熱交換器23に冷媒が供給されていない状態)であればステップS55の処理に移行し、それ以外であればステップS61の処理に移行する。
ステップS55では、冷媒温度Trが設定冷媒温度(本例では、1℃)よりも低いか否かを判定する。ここで、設定冷媒温度は、除湿熱交換器23に着霜が生じないような温度にあらかじめ設定されている。冷媒温度Trが設定冷媒温度よりも低い場合にはステップS56の処理に移行し、それ以外の場合(冷媒温度Trが設定冷媒温度以上である場合)にはステップS57の処理に移行する。
ステップS56では、電磁弁A24及び電磁弁B25をいずれも閉状態に維持する処理を行う。これにより、除湿熱交換器23に冷媒が供給されない状態が維持される。
ステップS57では、冷媒温度Trが設定冷媒温度よりも高いか否かを判定する。冷媒温度Trが設定冷媒温度よりも高い場合にはステップS58の処理に移行し、それ以外の場合(冷媒温度Trが設定冷媒温度と等しい場合)にはステップS59の処理に移行する。
ステップS58では、電磁弁A24を閉状態に維持し、電磁弁B25を開状態にする処理を行う。この処理により、除湿熱交換器23に冷媒が供給される。
ステップS59では、電磁弁A24及び電磁弁B25をいずれも閉状態に維持する処理を行う。これにより、除湿熱交換器23に冷媒が供給されない状態が維持される。
ステップS60では、電磁弁A24及び電磁弁B25をいずれも閉状態にする処理を行う。すなわち、本例では、空冷ヒートポンプユニット4の運転モードが冷房モードである場合、又は圧縮機12が運転中でない場合には、除湿熱交換器23に冷媒を供給しないようになっている。
ステップS61では、電磁弁A24及び電磁弁B25の開閉状態を判定する。電磁弁A24が閉状態でかつ電磁弁B25が開状態である場合(除湿熱交換器23に相対的に小流量の冷媒が供給されている場合)にはステップS62の処理に移行し、それ以外の場合にはステップS67の処理に移行する。
ステップS62では、冷媒温度Trが設定冷媒温度(本例では、1℃)よりも低いか否かを判定する。冷媒温度Trが設定冷媒温度よりも低い場合にはステップS63の処理に移行し、それ以外の場合(冷媒温度Trが設定冷媒温度以上である場合)にはステップS64の処理に移行する。
ステップS63では、電磁弁A24及び電磁弁B25をいずれも閉状態にする処理を行う。この処理により、除湿熱交換器23には冷媒が供給されなくなる。
ステップS64では、冷媒温度Trが設定冷媒温度よりも高いか否かを判定する。冷媒温度Trが設定冷媒温度よりも高い場合にはステップS65の処理に移行し、それ以外の場合(冷媒温度Trが設定冷媒温度と等しい場合)にはステップS66の処理に移行する。
ステップS65では、電磁弁A24及び電磁弁B25をいずれも開状態にする処理を行う。この処理により、除湿熱交換器23に供給される冷媒量は増加する。
ステップS66では、電磁弁A24を閉状態に維持し、電磁弁B25を開状態に維持する処理を行う。この処理により、除湿熱交換器23に供給される冷媒量が維持される。
ステップS67の時点では、電磁弁A24及び電磁弁B25がいずれも開状態となっている。すなわち、除湿熱交換器23には、相対的に大流量の冷媒が供給されている。
ステップS67の次のステップS68では、冷媒温度Trが設定冷媒温度(本例では、1℃)よりも低いか否かを判定する。冷媒温度Trが設定冷媒温度よりも低い場合にはステップS69の処理に移行し、それ以外の場合(冷媒温度Trが設定冷媒温度以上である場合)にはステップS70の処理に移行する。
ステップS69では、電磁弁A24を閉状態とし、電磁弁B25を開状態に維持する処理を行う。この処理により、除湿熱交換器23に供給される冷媒量が減少する。
ステップS70では、冷媒温度Trが設定冷媒温度よりも高いか否かを判定する。冷媒温度Trが設定冷媒温度よりも高い場合にはステップS71の処理に移行し、それ以外の場合(冷媒温度Trが設定冷媒温度と等しい場合)にはステップS72の処理に移行する。
ステップS71では、電磁弁A24及び電磁弁B25をいずれも開状態に維持する処理を行う。この処理により、除湿熱交換器23に供給される冷媒量が最大流量に維持される。
ステップS72では、電磁弁A24及び電磁弁B25をいずれも開状態に維持する処理を行う。この処理により、除湿熱交換器23に供給される冷媒量が維持される。
これらの処理によって、電磁弁A24及び電磁弁B25の開閉状態は、冷媒温度Trが設定冷媒温度に近づくように(すなわち、除湿熱交換器23に着霜が生じないように)制御される。ステップS51〜S72の処理は、空冷ヒートポンプユニット4の運転が終了するまで所定の時間間隔で繰り返される。
以上説明したように、本実施の形態に係る空冷ヒートポンプユニット4は、除湿熱交換器23の出口側の冷媒温度Trを検出する温度センサ32と、除湿回路21のうち除湿熱交換器23よりも上流側又は除湿熱交換器23よりも下流側に設けられ、互いに並列に接続された電磁弁A24及び電磁弁B25(複数の開閉弁の一例)と、冷媒温度Trに基づいて電磁弁A24及び電磁弁B25を制御する制御装置30と、をさらに備えるものである。
この構成によれば、電磁弁A24及び電磁弁B25の開閉状態を制御することによって、除湿熱交換器23にも着霜が生じないようにすることができる。したがって、除湿熱交換器23を除霜するための除霜運転を不要とすることができる。
その他の実施の形態.
本発明は、上記実施の形態に限らず種々の変形が可能である。
例えば、上記実施の形態では、負荷側熱交換器14で外部流体との熱交換により凝縮する冷媒を例に挙げたが、負荷側熱交換器14で凝縮することなく外部流体に放熱するCO冷媒を用いてもよい。
また、上記の各実施の形態や変形例は、互いに組み合わせて実施することが可能である。
1、2、3、4、101 空冷ヒートポンプユニット、11 ヒートポンプ回路、12、102 圧縮機、13、103 四方弁、14、104 負荷側熱交換器、15、105 膨張弁、16、106 熱源側熱交換器、21 除湿回路、22 電子膨張弁、23 除湿熱交換器、24 電磁弁A、25 電磁弁B、30 制御装置、31、32 温度センサ。

Claims (5)

  1. 圧縮機、負荷側熱交換器、膨張装置及び熱源側熱交換器が設けられ、冷媒を循環させるヒートポンプ回路と、
    前記ヒートポンプ回路に対して前記膨張装置及び前記熱源側熱交換器と並列に接続され、除湿熱交換器が設けられた除湿回路と、を備え、
    前記熱源側熱交換器及び前記除湿熱交換器は、いずれも冷媒と空気との熱交換を行うものであり、かつ、空気の流れに対して直列に配置されており、
    前記除湿熱交換器は、空気の流れにおいて前記熱源側熱交換器よりも上流側に配置されていることを特徴とする空冷ヒートポンプユニット。
  2. 前記除湿熱交換器よりも下流側でかつ前記熱源側熱交換器よりも上流側の空気温度を検出する温度センサと、
    前記除湿回路のうち前記除湿熱交換器よりも上流側に設けられた電子膨張弁と、
    前記空気温度に基づいて前記電子膨張弁を制御する制御装置と、をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の空冷ヒートポンプユニット。
  3. 前記除湿熱交換器の出口側の冷媒温度を検出する温度センサと、
    前記除湿回路のうち前記除湿熱交換器よりも上流側に設けられた電子膨張弁と、
    前記冷媒温度に基づいて前記電子膨張弁を制御する制御装置と、をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の空冷ヒートポンプユニット。
  4. 前記除湿熱交換器よりも下流側でかつ前記熱源側熱交換器よりも上流側の空気温度を検出する温度センサと、
    前記除湿回路のうち前記除湿熱交換器よりも上流側又は前記除湿熱交換器よりも下流側に設けられ、互いに並列に接続された複数の開閉弁と、
    前記空気温度に基づいて前記複数の開閉弁を制御する制御装置と、をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の空冷ヒートポンプユニット。
  5. 前記除湿熱交換器の出口側の冷媒温度を検出する温度センサと、
    前記除湿回路のうち前記除湿熱交換器よりも上流側又は前記除湿熱交換器よりも下流側に設けられ、互いに並列に接続された複数の開閉弁と、
    前記冷媒温度に基づいて前記複数の開閉弁を制御する制御装置と、をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の空冷ヒートポンプユニット。
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