JP2015218945A - ヒートポンプシステム - Google Patents

Abstract

【課題】ヒートポンプシステムにおいて、低負荷の冷房時のデシカントの吸着量及び除去量を確保しつつ、高負荷の冷房時の動力エネルギーの無駄を防止する。
【解決手段】ヒートポンプシステム１は、給気通路７１においてデシカント７５の通過前の空気を冷却する副蒸発器８０と、デシカント７５の通過前の空気を加熱する副凝縮器７８と、主冷媒路９の主膨張弁１６の上流側から分岐して、第２開度調整弁８３、副凝縮器７８、第１開度調整弁８４及び副蒸発器８０の順番に冷媒を導く副冷媒路５０と、副蒸発器８０の入り口側及び入り口側の冷媒温度の両方が給気の第１露点温度よりは高くかつ第１露点温度より高い所定温度よりは低い吸着用温度範囲となるように、第１開度調整弁８４の開度を調整する第１調整部９７と、副凝縮器７８の出口側の冷媒温度が、排気の第２露点温度に対応する目標温度となるように、第２開度調整弁８３の開度を調整する第２調整部９８とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、デシカントを装備するヒートポンプシステムに関する。

デシカントを使って、除湿を行いつつ、冷房運転を行うヒートポンプシステムがある（例：特許文献１）。

特許文献１のヒートポンプシステムは、外気を室内に導入する給気通路と、室内空気を屋外に排気する排気通路と、位置が切替自在であるデシカントとを備える。具体的には、デシカントは、第１部分が給気通路に配設されかつ第２部分が排気通路に配設される第１位置と、第１部分が排気通路に配設されかつ第２部分が給気通路に配設される第２位置とに切替えられる。

特許文献１のヒートポンプシステムは、さらに、圧縮機により冷媒が循環する主冷媒路と、主冷媒路から分岐して主冷媒路の冷媒の一部が導かれる２つの副冷媒路とを備えている。一方の副冷媒路には副蒸発器が配設され、該副蒸発器は、給気通路においてデシカントの上流側で通過空気を冷却して、デシカントにおける水分吸着を促進している。また、他方の副冷媒路には副凝縮器が配設され、該副凝縮器は、排気通路においてデシカントの上流側で通過空気を加熱して、デシカントからの水分除去（再生）を促進している。

特許文献１のヒートポンプシステムでは、また、入口膨張弁と出口膨張弁とが、副冷媒路において副蒸発器の上流側及び下流側にそれぞれ配設される。そして、副蒸発器における冷媒の低圧側圧力等から算出した冷媒の蒸発温度と、給気通路において副蒸発器を通過する前の空気の露点温度とを検出して、蒸発温度が露点温度より高くなるように、入口膨張弁と出口膨張弁との開度が制御される。これにより、副蒸発器における結露が防止される。

特許第５０４０９８１号公報

ヒートポンプシステムは、冷房運転中、冷房負荷が高いときほど、主冷媒路の圧縮機の回転速度を上げて、主冷媒路の冷媒流量を増大させる。

従来のヒートポンプシステムは、副冷媒路の冷媒流量を調整していない。したがって、冷房負荷が高く主冷媒路の冷媒流量が大きいときには、それに応じて、副冷媒路の冷媒流量が過剰気味となり、ヒートポンプシステムの動力エネルギーが無駄になる。また、冷房負荷が低く主冷媒路の冷媒流量が小さいときには、それに応じて、副冷媒路の冷媒流量が不足気味となって、デシカントの水分の吸着量及び除去量が低下する。

本発明の目的は、低負荷の冷房時のデシカントの水分の吸着量及び除去量を確保しつつ、高負荷の冷房時の動力エネルギーの無駄を防止するヒートポンプシステムを提供することである。

本発明のヒートポンプシステムは、冷媒が循環し、該冷媒の循環方向順に、前記冷媒を圧縮して吐出する圧縮機、開度が調整自在となっている主開度調整弁、採熱部としての主凝縮器、及び冷房空間の冷房を行う主蒸発器が配設されている主冷媒路と、前記主蒸発器の冷房負荷が高いほど前記圧縮機の冷媒の吐出流量を増大させる圧縮機制御部と、屋外から取り入れた空気を前記冷房空間に導く給気通路と、前記冷房空間の空気を屋外へ導く排気通路と、第１及び第２部分を有し、前記第１部分が前記給気通路に配設されかつ前記第２部分が前記排気通路に配設される第１位置と、前記第１部分が前記排気通路に配設されかつ前記第２部分が前記給気通路に配設される第２位置とが切替自在になっているデシカントと、前記圧縮機の吐出側と前記主開度調整弁との間の前記主冷媒路の分岐部位から前記排気通路の経由部分及び前記給気通路の経由部分を順番に通って前記主蒸発器と前記圧縮機の吸入側との間の前記主冷媒路の合流部位へ前記冷媒を導く副冷媒路と、前記副冷媒路において前記給気通路の前記経由部分に配設され、前記給気通路において前記デシカントを通過する前の通過空気を冷却する副蒸発器と、前記副冷媒路において前記排気通路の前記経由部分に配設され、前記排気通路において前記デシカントを通過する前の通過空気を加熱する副凝縮器と、前記副冷媒路において前記副凝縮器と前記副蒸発器との間に配設され、配設部位における開度を調整する第１開度調整弁と、前記副冷媒路において前記分岐部位と前記副凝縮器との間に配設され、配設部位における開度を調整する第２開度調整弁と、前記副蒸発器の入り口側冷媒温度としての第１温度を検出する第１温度検出器と、前記副蒸発器の出口側冷媒温度としての第２温度を検出する第２温度検出器と、前記副凝縮器の出口側冷媒温度としての第３温度を検出する第３温度検出器と、前記給気通路において前記副蒸発器を通過する前の空気の温度と湿度とに基づいて該通過する前の空気の露点温度としての第１露点温度を算出する第１露点温度算出部と、前記排気通路において前記副凝縮器を通過する前の空気の温度と湿度とに基づいて該通過する前の空気の露点温度としての第２露点温度を算出する第２露点温度算出部と、前記第１温度検出器が検出した前記第１温度と前記第２温度検出器が検出した前記第２温度との両方が、前記第１露点温度算出部が算出した前記第１露点温度よりは高くかつ前記第１露点温度より高い所定温度よりは低い吸着用温度範囲内となるように、前記第１開度調整弁の開度を調整する第１調整部と、前記第３温度検出器が検出した前記第３温度が、前記第２露点温度算出部が算出した前記第２露点温度に対応する目標温度となるように、前記主開度調整弁及び前記第２開度調整弁の開度を調整する第２調整部とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、副冷媒路において、第３温度が、排気通路において副凝縮器を通過する前の空気の温度及び湿度から算出した第２露点温度に基づいて算出した目標温度となるように、第２開度調整弁の開度が調整される。主冷媒路の冷媒の循環流量は、ヒートポンプシステムの冷房負荷が高い時ほど、増大し、これに伴い、副冷媒路の冷媒流量も増大する傾向となる。一方、第３温度は、副冷媒路の冷媒流量の増大に連れて、上昇する。したがって、第３温度は、副冷媒路の冷媒流量が過剰気味であるときは、目標温度より高くなる傾向があり、副冷媒路の冷媒流量が不足気味であるときは、目標温度より低くなる傾向がある。第３温度が目標温度になるように、主開度調整弁及び第２開度調整弁の開度が調整されることにより、副冷媒路の冷媒流量は、過剰気味又は不足気味が解消される。これにより、低負荷の冷房時のデシカントの吸着量及び除去量を確保しつつ、高負荷の冷房時の動力エネルギーの無駄を防止することかできる。

本発明のヒートポンプシステムにおいて、前記第１調整部は、前記第１開度調整弁の調整範囲内の開度調整によっては、前記第１温度と前記第２温度との両方を前記吸着用温度範囲内にすることができない場合には、前記第１開度調整弁の開度調整を一旦終了し、その後、前記第２調整部による前記主開度調整弁及び前記第２開度調整弁の開度の調整が終了してから、前記第１開度調整弁の開度調整を再開することが好ましい。

この構成よれば、第１調整部は、第１開度調整弁の調整範囲内の開度調整によっては、第１温度と第２温度との両方を吸着用温度範囲内にすることができない場合には、第１開度調整弁の開度調整を一旦終了し、第２調整部による主開度調整弁及び第２開度調整弁の開度の調整が終了してから、第１開度調整弁の開度調整を再開する。第２調整部による主開度調整弁及び第２開度調整弁の開度の調整によって、副冷媒路における冷媒流量が変化するので、第１調整部による第１開度調整弁の再度の調整では、第１開度調整弁の調整範囲内の開度調整によって、第１温度と第２温度との両方を吸着用温度範囲内にすることができる可能性が高まる。したがって、第１開度調整弁の開度調整を一旦終了と、再開とを繰り返すことにより、最終的には、第１温度と第２温度との両方を吸着用温度範囲内にして、デシカントにおける水分吸着の促進と副蒸発器の結露防止とを図ることができる。

本発明のヒートポンプシステムにおいて、前記第２調整部は、前記第３温度が前記目標温度以下であるときは、前記第３温度が前記目標温度より高くなるように、前記主開度調整弁及び前記第２開度調整弁の開度を調整し、その後、前記第３温度が前記目標温度以下になるまで、前記主開度調整弁及び前記第２開度調整弁の開度を段階的に調整することが好ましい。

この構成によれば、第３温度が目標温度以上になる状態を確保してから、第３温度が目標温度以下になるまで、主開度調整弁及び第２開度調整弁の開度を段階的に調整するので、主開度調整弁及び第２開度調整弁の開度の調整時に、第３温度が目標温度以下になる期間が抑制される。これにより、第３温度が目標温度に移行、調整する際の副蒸発器における結露を抑制することができる。

ヒートポンプシステムの全体構成図。 冷房除湿ルーチンのフローチャート。 屋内空気の露点温度と上流側凝縮器の出口側冷媒の目標温度との対応関係を示す図。

以下、図面を参照して、本実施形態について説明する。図１は、ヒートポンプシステム１の全体構成図である。ヒートポンプシステム１は、地中熱を採熱源として使用したものとなっている。ヒートポンプシステム１自体は、冷房運転及び暖房運転の両用になっているが、図１は、各熱交換器の機能（凝縮器又は蒸発器としての機能）及び冷媒の流れの向きについては、ヒートポンプシステム１が冷房運転されている時のもので示している。なお、ヒートポンプシステム１が暖房運転される時は、冷媒の流れの向きが、冷房時とは逆となるとともに（ただし、圧縮機１３における吐出方向は固定）、凝縮器及び蒸発器の機能が冷房時とは逆となる。図１では、各熱交換器において凝縮器として機能しているものは、横縞付きのブロックとして示してある。

ヒートポンプシステム１は、主要要素として、ヒートポンプユニット２、換気装置３及び外気熱ユニット４を有している。ヒートポンプユニット２は、ヒートポンプシステム１の本体に相当し、ヒートポンプシステム１の主機能としての冷房機能を有する。換気装置３は、冷房空間の換気を行う。外気熱ユニット４は、ヒートポンプユニット２の採熱量が不足した時に、補助の採熱装置として使用される。

ヒートポンプユニット２において、主冷媒路９には、冷媒の循環方向順に、圧縮機１３、デスーパーヒータ１４、四方弁１５、主膨張弁１６（「主開度調整弁」に相当）、凝縮器１７（「採熱部」に相当）、膨張弁１８、蒸発器１９（「主蒸発器」に相当）及び電磁開閉弁２０が配設されている。

主冷媒路９において、冷媒は、圧縮機１３により圧縮され、デスーパーヒータ１４においてガス分を凝縮される。デスーパーヒータ１４は、給湯に使用されるものであり、水は、デスーパーヒータ１４において加熱されてから、給湯水として各給湯箇所へ分配される。デスーパーヒータ１４における水の加熱量が不足している時は、補助凝縮器２７が使用される。

補助凝縮器２７を使用するために、主冷媒路９には、分岐部位２４と合流部位２５とが設けられる。分岐部位２４は、凝縮器１７と膨張弁１８との間に設けられ、合流部位２５は、四方弁１５と電磁開閉弁２０との間に設けられる。分岐部位２４と合流部位２５とを接続する冷媒路には、分岐部位２４側から合流部位２５側へ順番に膨張弁２６、補助凝縮器２７及び電磁開閉弁２８が配設される。膨張弁２６は、開度調整弁として開度が調整自在になっている。膨張弁２６及びその他の膨張弁の開度の調整により、それら膨張弁が配設された各冷媒路における配設部位の開度が調整される。

電磁開閉弁２８は、開閉弁として開位置（全開）と閉位置（全閉）とのいずれかに切替えられる。電磁開閉弁２８は、補助凝縮器２７を使用するときは、全開に切替えられ、補助凝縮器２７を使用しないときは全閉に切替えられる。補助凝縮器２７は、給湯水として使用する水を、デスーパーヒータ１４による加熱に先立って、加熱する。

四方弁１５は、主冷媒路９における冷媒の循環方向を切替える。四方弁１５は、ヒートポンプシステム１の冷房運転時では、圧縮機１３から吐出された冷媒が、熱交換器としての凝縮器１７を通ってから、熱交換器の蒸発器１９を通り、圧縮機１３の吸入側に戻る切替位置に切替えられる。暖房運転時では、圧縮機１３から吐出された冷媒が、熱交換器としての蒸発器１９（暖房運転時では凝縮器となる）を通ってから、熱交換器の凝縮器１７（暖房運転時では蒸発器となる）を通り、圧縮機１３の吸入側に戻る切替位置に切替えられる。

主膨張弁１６は、開度が調整自在となっている。凝縮器１７は、地中内の熱交換器（図示せず）において地中熱と熱交換してきた不凍液入りの水から採熱するようになっている。地中熱は、夏期では冷熱源として、冬季では温熱源として利用される。

蒸発器１９は、冷房空間としての家庭や施設内の部屋等の冷房機内に配設され、冷房空間の冷房を行う。膨張弁１８は、開度調整弁であり、蒸発器１９に供給する冷媒の流量を調整する。電磁開閉弁２０は、蒸発器１９の使用時には開位置に切替えられ、蒸発器１９を使用しないときは閉位置に切替えられる。

図１に図示されている蒸発器１９は単一であるが、ヒートポンプシステム１は蒸発器１９を複数備えることもできる。その場合、膨張弁１８及び電磁開閉弁２０は、各蒸発器１９ごとに対応付けて設けられる。

外気熱ユニット４は、補助凝縮器３９を装備する。ヒートポンプユニット２に外気熱ユニット４を接続するために、ヒートポンプユニット２の主冷媒路９には、分岐部位３４と合流部位３５とが設けられる。分岐部位３４は、四方弁１５と主膨張弁１６との間に設けられ、合流部位３５は、膨張弁１８と蒸発器１９との間に設けられる。分岐部位３４と合流部位３５とを接続する冷媒路には、分岐部位３４側から合流部位３５側へ順番に電磁開閉弁３８、補助凝縮器３９及び膨張弁４０が配設される。

電磁開閉弁３８は、補助凝縮器３９を使用するときは、開位置に切替えられ、補助凝縮器３９を使用しないときは閉位置に切替えられる。なお、ヒートポンプシステム１を暖房運転で使用するときは、冷媒は、合流部位３５側から分岐部位３４側へ流れ、補助凝縮器３９は蒸発器となる。補助凝縮器３９の採熱源は、例えば屋外の大気である。

ヒートポンプシステム１には、ヒートポンプユニット２の主冷媒路９の冷媒の一部を換気装置３へ導いて換気装置３において使用するために、副冷媒路５０が設けられる。副冷媒路５０は、両端において主冷媒路９の分岐部位４８及び合流部位４９に接続される。分岐部位４８は、四方弁１５と分岐部位３４との間に設けられ、合流部位４９は、合流部位２５と四方弁１５との間に設けられる。

換気装置３は、室内吐出口５５、屋外吸入口５６、室内吸入口５７及び屋外吐出口５８を備えている。室内吐出口５５及び室内吸入口５７は、蒸発器１９による冷房が行われる冷房空間に開口している。屋外吸入口５６及び屋外吐出口５８は屋外に開口している。室内吐出口５５から室内へは供給空気ＳＡ（屋外空気ＯＡから後述のデシカント７５における吸着水分が取り除かれたもの）が供給される。屋外吐出口５８から屋外へは、排出空気ＥＡ（屋内空気ＲＡとデシカント７５における除去水分とを含むもの）が放出される。

全熱交換器６１は、給気側内部通路６２及び排気側内部通路６３を備える。給気側内部通路６２は、上流端において屋外吸入口５６に接続され、屋外空気ＯＡが屋外吸入口５６から給気側内部通路６２へ導入される。排気側内部通路６３は、上流端において室内吸入口５７に接続され、屋内空気ＲＡ（室内空気）が室内吸入口５７から排気側内部通路６３へ導入される。屋外空気ＯＡ及び屋内空気ＲＡは全熱交換器６１において熱交換する。

温湿度（温度と湿度）センサ６７は、室内吸入口５７（排気側内部通路６３の上流端でもある）の温度及び湿度を検出する。温湿度センサ６８は、屋外吸入口５６（給気側内部通路６２の上流端でもある）の温度及び湿度を検出する。温湿度センサ６９は、給気側内部通路６２の下流端の温度及び湿度を検出する。温湿度センサ７０は、排気側内部通路６３の下流端の温度及び湿度を検出する。

給気通路７１は、給気側内部通路６２の下流端と室内吐出口５５とを接続する。排気通路７２は、排気側内部通路６３の下流端と屋外吐出口５８とを接続する。円形のデシカント７５は、給気通路７１及び排気通路７２をまたがるようにかつ回転位置を切替自在に配設される。駆動装置（図示せず）は、円形のデシカント７５を一方の回転方向へ１８０°ずつ回転することにより、又は回転方向を交互に逆転しつつ各方向に１８０°回転することにより、円形のデシカント７５を第１回転位置（「第１位置」に相当）と第２回転位置（「第２位置」に相当）とに切替える。

第１回転位置では、デシカント７５の第１半円部（「第１部分」に相当）は給気通路７１に位置し、第２半円部（「第２部分」に相当）は排気通路７２に位置する。第２回転位置では、デシカント７５の第１半円部は排気通路７２に位置し、第２半円部は給気通路７１に位置する。

給気通路７１の通過空気がデシカント７５を通過する際、該通過空気に含まれる水分がデシカント７５に吸着される。排気通路７２の通過空気がデシカント７５を通過する際、デシカント７５に吸着されている水分をデシカント７５から除去する。デシカント７５の第１又は第２半円部は、排気通路７２の通過空気により吸着中の水分を除去されると、水分の吸着力を回復する（再生する）。

凝縮器７８，７９は、それぞれ排気通路７２においてデシカント７５に対して上流側及び下流側に配設される。蒸発器８０，８１は、それぞれ給気通路７１においてデシカント７５に対して上流側及び下流側に配設される。

なお、換気装置３は、ヒートポンプシステム１の冷房運転時では、除湿作用を行うものの、ヒートポンプシステム１の暖房運転時では、加湿作用を行うようになっている。ヒートポンプシステム１の暖房運転時では、四方弁１５における切替位置の変更により、副冷媒路５０における冷媒の流れは、図１に図示したものと反対になる。

これにより、ヒートポンプシステム１の暖房運転期間では、蒸発器８０，８１は、凝縮器として作用して、蒸発器８０は、デシカント７５より上流側の加熱空気を加熱して、これにより、デシカント７５に吸着している水分を除去して、室内吐出口５５から冷房空間に供給する空気を加湿する。これに対し、凝縮器７８，７９は、蒸発器として作用し、凝縮器７８は、デシカント７５を通過する前の空気を露点温度近くまで冷却し、該空気中の水分をデシカント７５に吸着させる。

説明をヒートポンプシステム１の冷房運転時に戻す。副冷媒路５０には、分岐部位４８側から合流部位４９側へ順番に、分配用副膨張弁８３（「第２開度調整弁」に相当）、凝縮器７８，７９、副蒸発器用副膨張弁８４（「第１開度調整弁」に相当）、蒸発器８０，８１（蒸発器８１は「副蒸発器」に相当）及び膨張弁８５が配設される。凝縮器７８，７９は、副冷媒路５０が排気通路７２を経由する経由部分に配設され、蒸発器８０，８１は、副冷媒路５０が給気通路７１を経由する経由部分に配設される。分配用副膨張弁８３及び膨張弁８５は、ヒートポンプユニット２内に配備され、その他は換気装置３内に配備される。ヒートポンプシステム１の冷房運転時では、膨張弁８５は全開状態に保持される。ヒートポンプシステム１の暖房運転時では、分配用副膨張弁８３は全開状態に保持される。

副冷媒路５０には、ヒートポンプシステム１の冷房運転時では、冷媒は分岐部位４８から合流部位４９の方へ流れ、ヒートポンプシステム１の暖房運転時では、冷媒は合流部位４９から分岐部位４８の方へ流れる。以下において、上流及び下流とは、ヒートポンプシステム１の冷房運転時の冷媒の流れにおける上流及び下流を意味する。

サーミスタ８７，８８は、凝縮器７８の入口（上流口）及び出口（冷媒の流れ方向に上流側及び下流側の接続口をそれぞれ「入口」及び「出口」と呼ぶ）に配設され、配設箇所の冷媒温度を検出する。副蒸発器用副膨張弁８４は、凝縮器７９と蒸発器８０との間に配設され、開度調整弁として開度を調整される。サーミスタ９０，９１は、蒸発器８０の入口及び出口の近傍に配設され、配設箇所の冷媒温度を検出する。

制御装置９４は、マイクロプロセッサを含み、ヒートポンプシステム１に実装されてヒートポンプシステム１の運転に係る各種ルーチンを実行するようになっている。制御装置９４は、第１露点温度算出部９５、第２露点温度算出部９６、第１調整部９７、第２調整部９８及び圧縮機制御部９９を備える。これら第１露点温度算出部９５、第２露点温度算出部９６、第１調整部９７、第２調整部９８及び圧縮機制御部９９は、制御装置９４がソフトウェアを実行することにより実現される機能に相当する。

圧縮機制御部９９は、蒸発器１９の冷房負荷に応じて圧縮機１３の吐出流量を制御する。具体的には、圧縮機制御部９９は、圧縮機１３の吸入側又は吐出側に配備されたサーミスタ（図示せず）より圧縮機１３の吸入側の冷媒温度（冷房負荷としての蒸発器１９から戻って来た冷媒の温度）又は吐出側の冷媒温度（冷房負荷としての蒸発器１９へ向かう冷媒の温度）を検出する。そして、検出温度が、蒸発器１９の設定温度（冷房機の設定温度）に対応する温度又はユーザが圧縮機１３の吸入側若しくは吐出側の冷媒温度として指示した設定温度となるように、圧縮機１３の回転速度を制御する。この結果、蒸発器１９の冷房負荷が高いときほど、圧縮機１３の回転速度が増大して、圧縮機１３からの冷媒の吐出流量が増大する。

図２は、制御装置９４により実行される冷房除湿ルーチンのフローチャートである。冷房除湿ルーチンは、ヒートポンプユニット２の図示しない操作部における運転スイッチのオンへの切替に伴い、開始して、運転スイッチのオフへの切替に伴い終了する。

なお、フローチャートにおいて、温度Ｔ１（「第１温度」に相当）はサーミスタ９０（「第１温度検出器」に相当）が検出した冷媒温度を示す。温度Ｔ２（「第２温度」に相当）はサーミスタ９１（「第２温度検出器」に相当）が検出した冷媒温度を示す。温度Ｔ３（「第３温度」に相当）はサーミスタ８８（「第３温度検出器」に相当）が検出した冷媒温度を示す。

ＳＴＥＰ１では、第１調整部９７は、サーミスタ９０，９１がそれぞれ検出した温度Ｔ１，Ｔ２が共に「全熱交換器６１の出口の屋外空気ＯＡの露点温度Ｂａ＋１℃」以上であるか否かを判定し、判定が正であれば、処理をＳＴＥＰ１１に進ませ、判定が否であれば、処理をＳＴＥＰ２に進ませる。

ＳＴＥＰ１において、「全熱交換器６１の出口の屋外空気ＯＡの露点温度Ｂａ＋１℃」との対比を、温度Ｔ１，Ｔ２の一方のみとせず、温度Ｔ１，Ｔ２の両方とした理由は、ヒートポンプシステム１の冷房運転期間において、必ずしも、温度Ｔ１≧温度Ｔ２、又は温度Ｔ１≦温度Ｔ２にはならないからである。すなわち、ヒートポンプシステム１の冷房運転期間において、冷房負荷や副冷媒路５０の冷媒流量等によって、温度Ｔ１≧温度Ｔ２となったり、温度Ｔ１≦温度Ｔ２となったりすることがあるからである。

ＳＴＥＰ１及び後述のＳＴＥＰ２の実行の趣旨は、温度Ｔ１，Ｔ２が共に、露点温度Ｂａより高く、かつ「露点温度Ｂａ＋１℃」より低い温度範囲になるように、副蒸発器用副膨張弁８４の開度を調整して、蒸発器８０における結露を回避しつつ、デシカント７５における水分の吸着効率を増大することである。

全熱交換器６１の出口の屋外空気ＯＡの露点温度Ｂａ（「第１露点温度」に相当）は、第１露点温度算出部９５が、温湿度センサ６９が検出した給気側内部通路６２の出口の空気の温度及び湿度から算出する。第１調整部９７は、第１露点温度算出部９５が算出した露点温度Ｂａに基づいてＳＴＥＰ１及び後述のＳＴＥＰ２の判定を行う。

ＳＴＥＰ１１では、第１調整部９７は、（副蒸発器用副膨張弁８４の現在の開度−１０ｓｔｅｐ）＞ＭＩＮであるか否かを判定し、判定が正であれば、処理をＳＴＥＰ１２へ進め、判定が否であれば、処理をＳＴＥＰ１３へ進める。

ＭＩＮは、副蒸発器用副膨張弁８４の開度の調整範囲における最小開度である。なお、副蒸発器用副膨張弁８４の物理的な最小開度は０％（全閉）であるが、ヒートポンプシステム１の運転中の副蒸発器用副膨張弁８４の最小開度としてのＭＩＮは通常、０％より適当に大きい所定開度に設定される。

なお、ＳＴＥＰ１１等において、ｓｔｅｐは、副蒸発器用副膨張弁８４等の膨張弁の開度を調整するステップモータ（図示せず）に送る指示値の単位（回転角度）に相当する。ｓｔｅｐは、ヒートポンプシステム１における全膨張弁の開度制御における指示値の単位として共通に使用される。本実施形態では、ステップモータは、０〜４８０ｓｔｅｐの範囲の指示値を受けて、膨張弁の開度を調整する。０ｓｔｅｐは膨張弁の全閉に対応し、４８０ｓｔｅｐは膨張弁の全開に対応する。

ＳＴＥＰ１２では、第１調整部９７は、副蒸発器用副膨張弁８４の開度を、現在の開度に対して１０ｓｔｅｐ分、減少させ、処理をＳＴＥＰ１へ戻す。ＳＴＥＰ１２の実行により、副冷媒路５０の冷媒流量は低下し、温度Ｔ１，Ｔ２は共に下降する。

ＳＴＥＰ１３では、第１調整部９７は、副蒸発器用副膨張弁８４の開度をＭＩＮにし、処理をＳＴＥＰ２に進める。

ＳＴＥＰ２では、第１調整部９７は、サーミスタ９０，９１がそれぞれ検出した温度Ｔ１，Ｔ２の少なくとも一方が全熱交換器６１の出口の屋外空気ＯＡの露点温度Ｂａ以下であるか否かを判定し、判定が正であれば、処理をＳＴＥＰ２１に進ませ、判定が否であれば、処理をＳＴＥＰ３に進ませる。

ＳＴＥＰ２の判定が否であることは、温度Ｔ１，Ｔ２の両方が全熱交換器６１の出口の屋外空気ＯＡの露点温度Ｂａより高いことを意味する。温度Ｔ１，Ｔ２の両方が全熱交換器６１の出口の屋外空気ＯＡの露点温度Ｂａより高くなっていなければ、蒸発器８０において結露が生じる虞がある。

ＳＴＥＰ２１では、第１調整部９７は、（副蒸発器用副膨張弁８４の現在の開度＋１０ｓｔｅｐ）＜全開（１００％）であるか否かを判定し、判定が正であれば、処理をＳＴＥＰ２２へ進め、判定が否であれば、処理をＳＴＥＰ２３へ進める。

ＳＴＥＰ２２では、第１調整部９７は、副蒸発器用副膨張弁８４の開度を、現在の開度に対して１０ｓｔｅｐ分、増大させ、処理をＳＴＥＰ１へ戻す。ＳＴＥＰ２２の実行により、副冷媒路５０の冷媒流量は増大し、温度Ｔ１，Ｔ２は共に上昇する。

ＳＴＥＰ２３では、第１調整部９７は、副蒸発器用副膨張弁８４の開度を全開にし、処理をＳＴＥＰ３に進める。

次に、ＳＴＥＰ３について説明する。処理がＳＴＥＰ２，２３からＳＴＥＰ３へ進む場合としては、（ａ１）露点温度Ｂａ＜温度Ｔ１＜（露点温度Ｂａ＋１℃）であり、かつ露点温度Ｂａ＜温度Ｔ２＜（露点温度Ｂａ＋１℃）である場合と、（ａ２）温度Ｔ１及び温度Ｔ２の少なくとも一方≧（露点温度Ｂａ＋１℃）であり、かつ副蒸発器用副膨張弁８４の開度＝ＭＩＮである場合と、（ａ３）温度Ｔ１及び温度Ｔ２の少なくとも一方≦露点温度Ｂａであり、かつ副蒸発器用副膨張弁８４が全開である場合との３つがある。

（ａ２）の場合は、副冷媒路５０における冷媒流量が過剰気味である時である。圧縮機１３が、冷房の高負荷に対応するために、高速で回転駆動されて、圧縮機１３からの冷媒の吐出流量が増大すると、副冷媒路５０における冷媒流量が過剰気味になる。

（ａ３）の場合は、副冷媒路５０における冷媒流量が不足気味である時である。圧縮機１３が、冷房の低負荷に対応するために、低速で回転駆動されて、圧縮機１３からの冷媒の吐出流量が減少すると、副冷媒路５０における冷媒流量が不足気味になる。

第１調整部９７は、（ａ１）の場合のように、温度Ｔ１，Ｔ２が共に吸着用温度範囲内としての露点温度Ｂａより高くかつ「露点温度Ｂａ＋１℃」より低い温度範囲内にならなくても、（ａ２）又は（ａ３）の場合には、副蒸発器用副膨張弁８４の開度調整を一旦終了する。そして、後述するように、第２調整部９８が、主膨張弁１６及び分配用副膨張弁８３の開度調整が終了して、ＳＴＥＰ３，４の判定が共に否になってから副蒸発器用副膨張弁８４の開度調整を再開する。

ＳＴＥＰ３では、第２調整部９８は、サーミスタ８８が検出した冷媒の温度Ｔ３が凝縮器７８の出口の目標温度α以下であるか否かを判定し、判定が正であれば、処理をＳＴＥＰ３１に進ませ、判定が否であれば、処理をＳＴＥＰ４に進ませる。

第２調整部９８は、目標温度αを、全熱交換器６１の排気側内部通路６３の出口における屋内空気ＲＡの露点温度Ｂｂに基づいて算出する。露点温度Ｂｂ（「第２露点温度」に相当）は第２露点温度算出部９６により算出される。第２露点温度算出部９６は、温湿度センサ６７が全熱交換器６１の排気側内部通路６３の入口で検出した屋内空気ＲＡの温度及び湿度から露点温度Ｂｂを算出する。

図３は、屋内空気ＲＡの露点温度Ｂｂと温度Ｔ３の目標温度αとの関係の一例を示している。目標温度αは、露点温度Ｂｂが上昇するに連れて、上昇するように設定されている。露点温度Ｂｂは、１４℃未満から１８．５℃以上までの温度範囲を６つの区分に区分けされている。各区分は、１〜１．５℃の温度範囲になっている。これに対して、露点温度Ｂｂの各区分に対応付けられている目標温度αの区分は、温度範囲が約２℃になっている。

目標温度αを固定せず、露点温度Ｂｂに応じて変更した理由は、デシカント７５における通過空気の吸着量を確保するためには、露点温度Ｂｂが低いときほど、目標温度αを下げて、温度Ｔ３を下げた方が、副冷媒路５０における冷媒流量が少なくて済み、圧縮機１３の動力エネルギーを節約できるからである。

ＳＴＥＰ３１では、第２調整部９８は、（分配用副膨張弁８３の現在の開度＋１０ｓｔｅｐ）＜全開であるか否かを判定し、判定が正であれば、処理をＳＴＥＰ３２へ進め、判定が否であれば、処理をＳＴＥＰ３３へ進める。

ＳＴＥＰ３２では、第２調整部９８は、分配用副膨張弁８３の開度を、現在の開度に対して１０ｓｔｅｐ分、増大させる。ＳＴＥＰ３３では、第２調整部９８は、主膨張弁１６の開度を、現在の開度に対して１０ｓｔｅｐ分、減少させる。ＳＴＥＰ３２又はＳＴＥＰ３３の実行により、分岐部位４８から凝縮器１７の方へ流れる冷媒の流量が減少する一方、分岐部位４８から凝縮器７８の方へ流れる冷媒の流量が増大する。これにより、温度Ｔ３は上昇する。

第２調整部９８は、ＳＴＥＰ３２又はＳＴＥＰ３３の実行後、処理をＳＴＥＰ３へ戻す。

ＳＴＥＰ４では、第２調整部９８は、サーミスタ８８が検出した冷媒の温度Ｔ３が凝縮器７８の出口の目標温度α以上であるか否かを判定し、判定が正であれば、処理をＳＴＥＰ４１に進ませ、判定が否であれば、処理をＳＴＥＰ５に進ませる。

ＳＴＥＰ４１では、第２調整部９８は、（主膨張弁１６の現在の開度＋１０ｓｔｅｐ）＜全開であるか否かを判定し、判定が正であれば、処理をＳＴＥＰ４２へ進め、判定が否であれば、処理をＳＴＥＰ４３へ進める。

第２調整部９８は、ＳＴＥＰ４２では、主膨張弁１６の開度を、現在の開度に対して１０ｓｔｅｐ分、増大させる。ＳＴＥＰ４３では、第２調整部９８は、分配用副膨張弁８３の開度を現在の開度に対して１０ｓｔｅｐ分、減少させる。ＳＴＥＰ４２又はＳＴＥＰ４３の実行により、分岐部位４８から凝縮器１７の方へ流れる冷媒の流量が増大する一方、分岐部位４８から換気装置３の方へ流れる冷媒の流量が減少する。これにより、温度Ｔ３は下降する。

第２調整部９８は、ＳＴＥＰ４２又はＳＴＥＰ４３の実行後、処理をＳＴＥＰ４へ戻す。第２調整部９８は、ＳＴＥＰ４の判定が否になるまで、ＳＴＥＰ４２又は４３を再実行する。再実行の都度、主膨張弁１６又は分配用副膨張弁８３の開度は段階的に変化する。

ＳＴＥＰ５では、制御装置９４は、主膨張弁１６、副蒸発器用副膨張弁８４及び分配用副膨張弁８３の現在の開度を維持して、処理をＳＴＥＰ１に戻す。

処理がＳＴＥＰ５からＳＴＥＰ１に戻されることにより、第１調整部９７による副蒸発器用副膨張弁８４の開度調整が再開される。以降、第１調整部９７による副蒸発器用副膨張弁８４の開度調整処理の実行と、第２調整部９８による主膨張弁１６及び分配用副膨張弁８３３の開度調整処理の実行とが交互に繰り返される。こうして、第１調整部９７と第２調整部９８の実行関係は、一方の実行が終了すると、他方の実行が開始され、他方の実行が終了すると、一方の実行が再開するという関係になる。第１調整部９７の実行の終了には、温度Ｔ１，Ｔ２が共にＢａより高くかつ「Ｂａ＋１℃」より低いという条件が満たされず（前述の（ａ２）又は（ａ３）の場合に相当）、第１調整部９７が副蒸発器用副膨張弁８４の開度調整を一旦終了する場合も含まれる。

前述したように、処理がＳＴＥＰ２又は２３からＳＴＥＰ３に移行する場合として、（ａ１）〜（ａ３）の３つの場合がある。（ａ２）の場合は、副冷媒路５０における冷媒流量が過剰気味となっている。その場合は、ＳＴＥＰ４１〜ＳＴＥＰ４３の処理により過剰気味が解消される。したがって、処理が、ＳＴＥＰ５からＳＴＥＰ１へ戻されると、ＳＴＥＰ１の判定が否→ＳＴＥＰ２の判定が正→ＳＴＥＰ２１の判定が正→ＳＴＥＰ２２の実行と順番に進み、副蒸発器用副膨張弁８４の開度はＭＩＮより増大する。この結果、（ａ２）の場合から、（ａ１）露点温度Ｂａ＜温度Ｔ１＜（露点温度Ｂａ＋１℃）であり、かつ露点温度Ｂａ＜温度Ｔ２＜（露点温度Ｂａ＋１℃）であるという場合に移行する。なお、（ａ１）の場合では、蒸発器８０における結露を防止しつつ、デシカント７５における水分の吸着量を増大させることができる。

処理がＳＴＥＰ２又は２３からＳＴＥＰ３に移行する場合のうちの（ａ３）の場合は、副冷媒路５０における冷媒流量が不足気味となっている。その場合は、ＳＴＥＰ３１〜ＳＴＥＰ３３の処理により不足気味が解消される。したがって、処理がＳＴＥＰ５からＳＴＥＰ１へ戻されると、ＳＴＥＰ１の判定が正になり、ＳＴＥＰ１２の実行に伴い、副蒸発器用副膨張弁８４の開度は全開より減少する。この結果、（ａ３）の場合から、（ａ１）露点温度Ｂａ＜温度Ｔ１＜（露点温度Ｂａ＋１℃）であり、かつ露点温度Ｂａ＜温度Ｔ２＜（露点温度Ｂａ＋１℃）であるという場合に移行する。

図２の冷房除湿ルーチンにおいて、ＳＴＥＰ３の判定がＳＴＥＰ４の判定より優先される理由は、ＳＴＥＰ３１〜ＳＴＥＰ３３の実行の緊急性にある。すなわち、もしＳＴＥＰ３の判定が正であれば、それは、副冷媒路５０の冷媒流量が不足気味であることを意味する。その場合、温度Ｔ１，Ｔ２が低過ぎて、蒸発器８０に結露が生じる恐れがあるので、至急に温度Ｔ１，Ｔ２を高めて、結露を回避する必要があるからである。

これに対し、ＳＴＥＰ４１〜ＳＴＥＰ４３の処理は、動力エネルギーの無駄はあるものの、蒸発器８０における結露の虞はない。例えば、結露を屋外に導くドレンホースが省略されているヒートポンプシステム１では、結露防止の方が動力エネルギー節約より緊急性は高くなる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、この実施形態に限定されることなく、種々の変形を含むことができる。

例えば、ヒートポンプシステム１では、凝縮器１７の採熱源として地中熱が利用されているが、地中熱以外の採熱源として例えば屋外の大気を利用することもできる。

ヒートポンプシステム１では、開度調整弁としてステップモータ付きの主膨張弁１６、分配用副膨張弁８３及び副蒸発器用副膨張弁８４が使用されているが、開度調整弁として空気圧式や電磁力式の開度調整弁を採用することもできる。

ヒートポンプシステム１は，換気装置３において、全熱交換器６１を備えているが、全熱交換器６１は省略することも可能である。

ヒートポンプシステム１では、副蒸発器の入り口側冷媒温度としての第１温度を検出する第１温度検出器としてのサーミスタ９０、副蒸発器の出口側冷媒温度としての第２温度を検出する第２温度検出器としてのサーミスタ９１、及び副凝縮器の出口側冷媒温度としての第３温度を検出する第３温度検出器としてのサーミスタ８８は、いずれもサーミスタである。温度検出器としてサーミスタ以外の素子、例えば測温抵抗体を採用することもできる。

ヒートポンプシステム１では、第１露点温度算出部９５及び第２露点温度算出部９６は、屋外空気ＯＡの露点温度Ｂａ及び屋内空気ＲＡの露点温度Ｂｂを、全熱交換器６１の出口側及び入口側にそれぞれ配設された温湿度センサ６９，６７が検出した温度及び湿度により算出している。しかしながら、第１露点温度算出部９５は、温湿度センサ６９の代わりに入口側の温湿度センサ６８が検出した温度及び湿度から露点温度Ｂａを算出し、第２露点温度算出部９６は、温湿度センサ６７の代わりに出口側の温湿度センサ７０が検出した温度及び湿度から露点温度Ｂｂを算出してもよい。

ヒートポンプシステム１では、デシカント７５は、一方向に１８０°ずつ回転させられて、第１及び第２部分としての２つの半円部が、それぞれ給気通路７１及び排気通路７２に位置する第１位置と、それぞれ排気通路７２及び給気通路７１に位置する第２位置とに切替えられるようになっている。デシカント７５を円形にする代わりに、全体を２つの正方形が横に並ぶ矩形にして、各正方形を第１及び第２部分とすることもできる。

図２のフローチャートでは、ＳＴＥＰ３，４の判定条件では、温度Ｔ３＝目標温度αが重複している。ＳＴＥＰ３，４の判定条件における重複を避け、ＳＴＥＰ３，４の判定条件の一方のみに温度Ｔ３＝目標温度αを含ませることもできる。

図２のフローチャートのＳＴＥＰ１，２では、全熱交換器６１の出口の屋外空気ＯＡの露点温度Ｂａより高い所定温度として、「Ｂａ＋１℃」を設定し、Ｂａより高くかつＢａ＋１℃より低い吸着用温度範囲を設定している。使用環境によっては、１℃以外の温度を選択して、吸着用温度範囲の上限を適宜変更してもよい。

図３に示した露点温度Ｂｂと温度Ｔ３の目標温度αとの関係は、一例であり、図３に示した値以外の目標温度αを設定することもできる。なお、主膨張弁１６、副蒸発器用副膨張弁８４及び分配用副膨張弁８３は、相互に区別するために、呼び名を異ならせただけであり、それらの構成自体は、同一であるとともに、他の膨張弁１８，４０，８５等の構成とも同一となっている。

１・・・ヒートポンプシステム、９・・・主冷媒路、１３・・・圧縮機、１６・・・主膨張弁、１７・・・凝縮器（主凝縮器）、１９・・・蒸発器（主蒸発器）、４８・・・分岐部位、４９・・・合流部位、５０・・・副冷媒路、６７，６９・・・温湿度センサ、７１・・・給気通路、７２・・・排気通路、７５・・・デシカント、７８・・・凝縮器（副凝縮器）、８０・・・蒸発器（副蒸発器）、８３・・分配用副膨張弁（第２開度調整弁）、８４・・・副蒸発器用膨張弁（第１開度調整弁）、８８・・・サーミスタ（第３温度検出器）、９０・・・サーミスタ（第１温度検出器）、９１・・・サーミスタ（第２温度検出器）、９５・・・第１露点温度算出部、９６・・・第２露点温度算出部、９７・・・第１調整部、９８・・・第２調整部、９９・・・圧縮機制御部。

Claims (3)

1. 冷媒が循環し、該冷媒の循環方向順に、前記冷媒を圧縮して吐出する圧縮機、開度が調整自在となっている主開度調整弁、採熱部としての主凝縮器、及び冷房空間の冷房を行う主蒸発器が配設されている主冷媒路と、
   前記主蒸発器の冷房負荷が高いほど前記圧縮機の冷媒の吐出流量を増大させる圧縮機制御部と、
   屋外から取り入れた空気を前記冷房空間に導く給気通路と、
   前記冷房空間の空気を屋外へ導く排気通路と、
   第１及び第２部分を有し、前記第１部分が前記給気通路に配設されかつ前記第２部分が前記排気通路に配設される第１位置と、前記第１部分が前記排気通路に配設されかつ前記第２部分が前記給気通路に配設される第２位置とが切替自在になっているデシカントと、
   前記圧縮機の吐出側と前記主開度調整弁との間の前記主冷媒路の分岐部位から前記排気通路の経由部分及び前記給気通路の経由部分を順番に通って前記主蒸発器と前記圧縮機の吸入側との間の前記主冷媒路の合流部位へ前記冷媒を導く副冷媒路と、
   前記副冷媒路において前記給気通路の前記経由部分に配設され、前記給気通路において前記デシカントを通過する前の通過空気を冷却する副蒸発器と、
   前記副冷媒路において前記排気通路の前記経由部分に配設され、前記排気通路において前記デシカントを通過する前の通過空気を加熱する副凝縮器と、
   前記副冷媒路において前記副凝縮器と前記副蒸発器との間に配設され、配設部位における開度を調整する第１開度調整弁と、
   前記副冷媒路において前記分岐部位と前記副凝縮器との間に配設され、配設部位における開度を調整する第２開度調整弁と、
   前記副蒸発器の入り口側冷媒温度としての第１温度を検出する第１温度検出器と、
   前記副蒸発器の出口側冷媒温度としての第２温度を検出する第２温度検出器と、
   前記副凝縮器の出口側冷媒温度としての第３温度を検出する第３温度検出器と、
   前記給気通路において前記副蒸発器を通過する前の空気の温度と湿度とに基づいて該通過する前の空気の露点温度としての第１露点温度を算出する第１露点温度算出部と、
   前記排気通路において前記副凝縮器を通過する前の空気の温度と湿度とに基づいて該通過する前の空気の露点温度としての第２露点温度を算出する第２露点温度算出部と、
   前記第１温度検出器が検出した前記第１温度と前記第２温度検出器が検出した前記第２温度との両方が、前記第１露点温度算出部が算出した前記第１露点温度よりは高くかつ前記第１露点温度より高い所定温度よりは低い吸着用温度範囲内となるように、前記第１開度調整弁の開度を調整する第１調整部と、
   前記第３温度検出器が検出した前記第３温度が、前記第２露点温度算出部が算出した前記第２露点温度に対応する目標温度となるように、前記主開度調整弁及び前記第２開度調整弁の開度を調整する第２調整部とを備えることを特徴とするヒートポンプシステム。
2. 請求項１記載のヒートポンプシステムにおいて、
   前記第１調整部は、前記第１開度調整弁の調整範囲内の開度調整によっては、前記第１温度と前記第２温度との両方を前記吸着用温度範囲内にすることができない場合には、前記第１開度調整弁の開度調整を一旦終了し、その後、前記第２調整部による前記主開度調整弁及び前記第２開度調整弁の開度の調整が終了してから、前記第１開度調整弁の開度調整を再開することを特徴とするヒートポンプシステム。
3. 請求項１又は２記載のヒートポンプシステムにおいて、
   前記第２調整部は、前記第３温度が前記目標温度以下である時は、前記第３温度が前記目標温度より高くなるように、前記主開度調整弁及び前記第２開度調整弁の開度を調整し、その後、前記第３温度が前記目標温度以下になるまで、前記主開度調整弁及び前記第２開度調整弁の開度を段階的に調整することを特徴とするヒートポンプシステム。