JP2015535071A - 空気調和機に関する蒸発器を除霜する方法及び装置 - Google Patents

Abstract

空気調和機（９）に関するヒートポンプ（２）において蒸発器（１）を除霜する方法及び装置であって、空気調和機（９）は、制御可能な熱回収機構（１０）を備える。ヒートポンプ（２）は、冷媒（４）を有する冷媒システム（３）を備え、少なくとも１つの圧縮器（５）と、少なくとも１つの凝縮器（６）と、少なくとも１つの第１の膨張弁（７）と、少なくとも１つの蒸発器（１）とを備える。さらにヒートポンプ（２）は、流れ方向に圧縮器（５）の後及び凝縮器（６）の前に配置される少なくとも１つの４方弁（８）を備え、４方弁（８）は、冷媒システム（３）における冷媒（４）の流れ方向をシフトするように構成されており、それによって、冷媒（４）は、膨張弁（７）を通ることなく、凝縮器（６）ではなく蒸発器（１）に送られる。熱回収機構（１０）は、第１の空気流（１１）からエネルギーを回収し、そのエネルギーを第２の空気流（１２）に輸送するように構成され、蒸発器（１）は、第１の空気流（１１）中に、流れ方向に熱回収機構（１０）の後に配置され、凝縮器（６）は、第２の空気流（１２）中に、流れ方向に熱回収機構（１０）の後に配置される。本発明は、蒸発器（１）に霜が生成すると、蒸発器（１）を通る冷媒（４）の温度を、熱回収機構（１０）を下方調節するのと同時に上昇させ、それによって、蒸発器（１）の同時の加熱を、冷媒（４）の温度を上昇させることにより内部から、また、通過する第１の空気流（１１）により外部から達成し、これによって、熱回収が低下すると温度が上昇することで、蒸発器（１）を除霜することを特徴とする。

Description

本発明は、空気調和機に関するヒートポンプ設備において蒸発器を除霜する方法及び装置に関し、空気調和機は、例えば建物からの排気からのエネルギーのある種の熱回収機構を備える。

空気調和の分野では、給気を加熱する必要がある場合に、加熱された排気からエネルギーを回収し、このエネルギーを給気に輸送するある種の熱回収機構を有する空気調和機を備えることが一般的である。反対に、排気が外気よりも冷たい場合に給気を冷やすことも熱回収機構の一般的な役割である。その種の熱回収にもかかわらず、給気の温度を、外気温にかかわらずいわゆる設定点である所望の値に制御するための、給気のある種の後処理、例えば加熱コイル及び／又は冷却コイルを備えることが一般的である。

現行の技術水準は、空気調和機に関するヒートポンプの解決策も提示しており、これらは、主な機能が加熱であるか、冷却であるか又は熱回収であるかに応じて、例えばヒートポンプ、クーラー等と呼ばれる。実際には、ヒートポンプの配置は空気調和機に接続されるか又は空気調和機内にあり、ヒートポンプは、ある種の伝熱媒体／冷媒を有する冷媒回路、蒸発器、凝縮器、並びに、圧縮器及び膨張弁を備える。ヒートポンプは、いわゆる可逆的な冷媒回路を有して設計することができ、これは、多方弁が、必要であれば、冷媒の流れ方向を、通常の流れ方向に比して反対に変えることができることを意味する。空気調和機に関して、いわゆる直接膨張コイルは、ＤＸコイルが給気に配置され、取り出される空気、すなわち、流れ方向に熱交換器の後の排気、したがって戸外に放出される準備が整った空気には１つのＤＸコイルが配置される。これらのＤＸコイルは、システムにおいて冷媒が圧送される流れ方向に応じて蒸発器又は凝縮器を呈する。ＤＸコイルは通常、アルミニウム製のフィンを有する複数の銅管からなり、この場合、冷媒は銅管を通り、熱が、ＤＸコイルを通る周囲空気との交換を通じて放出されるか又は吸収される。アルミニウム製のフィンは、ＤＸコイルの伝熱面を増大させる。

ヒートポンププロセスの包括的な機能は、空気のような媒体の熱容量を、熱を集めることができる位置から、熱が必要とされ、熱を放出することができる別の位置まで移動させるようなものである。ヒートポンププロセスは、システム内の冷媒を、膨張弁を通すときに高い圧力から大幅に低い圧力に輸送することで作用し、これは、冷媒の温度が急激に低下することも意味する。冷媒は次に蒸発器を通り、蒸発器において冷媒は、外気等、又はこの場合は空気調和機からの排気／取り出される空気のような周囲の媒体からの熱吸収に起因して蒸発する。次に、蒸気は圧縮器を通り、圧縮器において蒸気は、再び高圧を得るように圧縮され、一方で、温度は圧縮中に上昇し、ほとんどの場合に圧縮器の熱が回収されて同様に冷媒に輸送される。次に、冷媒が、加熱された高圧蒸気の形態で凝縮器に送られ、凝縮器では高圧蒸気が凝宿して液体になる。このプロセスの間に、凝縮器は熱を放出し、この熱は、任意の圧縮器の熱とともに、加熱側の加熱に用いられる。その後、冷媒は膨張弁に送られ、ヒートポンプサイクルはしたがって閉じる。冷媒回路が空気調和機において冷却に用いられる場合、プロセスは単に可逆的に稼働し、すなわち、冷媒はシステム内で他の方向に送られ、各ＤＸコイルはいわばシフトし、それによって、その代わりに給気中で蒸発が生じ、給気は次いで冷却され、一方で、排気／取り出される空気中で凝縮が生じる。

これらのシステムが動作するとき、蒸発器を時折除霜する必要性が生じる。これは、蒸発器側のＤＸコイルが急速に冷却されるためであり、この理由として、蒸発器内の非常に冷たい冷媒を伴う蒸発プロセス自体と、蒸発器が、蒸発器／ＤＸコイルを通る冷たく多くの場合に湿った空気に曝されることとの双方が挙げられる。これは、特に加熱の場合に、すなわち、熱が排気／取り出される空気から吸収され、給気を加熱するために給気に輸送される場合に当てはまる。この結果、除霜しない限り蒸発器において多量の着氷が生じる可能性がある。冷却モードにおいて、及び空気調和機に関してヒートポンププロセスを用いることは比較的一般的であり、場合によっては空気調和機が熱交換器を有する場合にも一般的である。上述した着氷の問題に起因して、加熱用途の熱交換器及びヒートポンプの組み合わせに関連する公知の解決策、並びに、効果的かつ有用な除霜技術に関連する公知の解決策はなく、これは、蒸発器の十分に良好な除霜技術を誰も見出していないためである。その技術は単にあまりに多くのエネルギーを消費し、給気温度は、除霜シーケンス（加熱が必要であるにもかかわらず除霜中に給気が冷却される）に起因して変動する。空気調和機が、加熱によって排気からの最大限の熱回収のために調節される熱交換器を備えることによって、熱回収後及び蒸発器の前の温度が冷たくなる。この組み合わせは、蒸発器内の冷たい冷媒とともに、蒸発器への氷生成のリスクを高め、記載したような多量の着氷が生じる可能性がある。たいていのタイプのヒートポンプにおける従来の方法によると、除霜動作は、冷媒回路が可逆的に駆動されること、多方弁等を冷媒回路に配置することによって行われ、この弁は、除霜を必要とする時に冷媒の流れ方向を変え、適切な時間に温かい冷媒が凝縮器ではなく蒸発器に送られて氷を融解させ、それによってＤＸコイルが冷媒によって内部から加熱される。この制御は、タイマーによって制御される除霜シーケンスを構成し、この場合、除霜シーケンスは所定の間隔に従って繰り返されるか、又は、着氷が生じるときを示すフロストガードによるものであり、その後で除霜シーケンスが開始する。これらの場合、除霜はオン／オフ原理、すなわち、除霜が進行中であるか又は進行中ではないかに従って行われ、進行中の除霜は特定の時間に従って、又は、氷が生成されなくなったとシステムが示すまで行われる。

従来の空気／エアヒートポンプ又はクーラーのような他のヒートポンプ用途では、蒸発器の配置は、屋根又は壁等、外気中に分離される。これらの用途の蒸発器には多くの場合に、蒸発器を通して空気を吹き出すか又は吸うファンが備え付けられる。除霜中に、冷媒回路は、周囲空気が冷たい場合に、除霜サイクルを長引かせないように、ファンが停止されるのと同時に逆にされる。換気の分野では、換気要件に起因して、蒸発器の除霜中であっても、空調ファンが連続的に稼働しなければならない場合に状況が幾分異なる。これは、除霜サイクル時間に影響を与え、除霜サイクル時間が長くなり、空気調和機によって換気される建物は、除霜時間中に換気されなければならない。除霜サイクル時間が長くかかるほど、より多くのエネルギーが失われ、それとともに給気温度が下がり、これは、給気を加熱するヒートポンプの解決策の使用がまれになるという問題である。しかし、ヒートポンプによる冷却は、上述したように、蒸発器が例えば＋１５℃よりも決して冷たくならないように設定されるため、通常は同じ問題がないことに起因して比較的一般的であり、これは、給気温度をこれよりも冷たくさせることがめったにないためである。

ヒートポンプの解決策を有する空気調和機が加熱モードで稼働されると、すなわち、１年のうち寒い季節に、記載したように動作中に連続的に除霜する必要性が生じる。換気の分野において給気側では、上述したような別の不都合な点、すなわち給気の温度要求があり、これは、換気の要求が差し迫っていない、加熱用に配置される他のヒートポンプでは問題ではない。除霜技術としての可逆的な動作によって、それぞれのＤＸコイルは、少なくとも最終的に、いわば蒸発器側から凝縮器側に、又はその逆に変化する。熱交換器の後の給気中に配置されるＤＸコイルは通常、加熱の場合は、熱交換器が熱を給気に輸送した後で、給気を設定値に加熱する最後の加熱ユニットである。給気側のＤＸコイルがしたがって加熱の場合に凝縮器を構成するが、可逆的な動作による（取り出される空気中の）蒸発器の除霜では、給気のＤＸコイルは低温側になる。換気を停止することができない間、熱が必要であるにもかかわらず給気が最終的に冷却されることを意味する。給気温度は、給気に付加的な加熱バッテリーを設置する以外の方法では一定に保つことができない。正確には換気の分野におけるこれらの特有の不都合な点のために、除霜の時間を最小限に抑えることが望ましい。

従来技術に関連する問題は、除霜シーケンスにかなりの時間がかかり、一方で、制御された除霜が、冷媒を加熱することによって蒸発器の内部から一方的に生じることである。さらに、熱回収が除霜に並行して動作し、これ自体が蒸発器を通る空気を冷却し、それによって除霜時間を延ばし、給気ファン及び排気ファンの双方が連続的に稼働しなければならない。

本発明によって上記問題を解決するという目的は、内部及び外部の双方から蒸発器を同時に加熱することによって蒸発器を除霜する発明の方法による本発明の第１の態様によって達成される。これは、蒸発器を通る冷媒の温度を上昇させ、それによって空気調和機における熱回収機構を下方調節すると同時に蒸発器を内部から加熱することによって達成される。除霜中の熱回収を低減することによって、熱交換器の後、すなわち蒸発器の前の空気の温度が上昇し、蒸発器を通る空気が蒸発器を外部から加熱する。発明の方法の場合、一方的な除霜による以前の解決策に比して除霜時間が短縮され、より安定した給気温度が除霜と同時に達成され、所望であれば霜着き期においてより早く、また、小さくより短いシーケンスで生じ、より均一な給気温度を提供することができる。

発明の方法の好ましい実施形態によると、冷媒の温度は、除霜中に、ヒートポンプが可逆的に動作することによって上昇し、すなわち、冷媒は、加熱モードの場合の通常の方向に比して冷媒システムにおいて反対方向に圧送される。これは、流れ方向を切り替える４方弁によって行われ、それによって、圧縮器の後の加熱された高圧蒸気が、膨張弁を通ることなく、凝縮器にではなく蒸発器に送られる。そのように、第１の空気流におけるＤＸコイルである蒸発器は、加熱された冷媒によって内部から加熱されるとともに、熱回収機構の下方調節によって外部からも加熱され、第１の空気流を以前よりも温かくし、蒸発器の霜を生じる動作モードよりも温かくなることを可能にする。これによって、以前の解決策に比して除霜時間が大幅に短縮されるであろう。

本方法の別の好ましい実施形態によると、冷媒回路は、いわゆるホットガス弁を備え、ホットガス弁は、流れ方向に圧縮器の後に、膨張弁の後の冷媒管へのバイパスとして配置される。このホットガス弁によって、加熱された高圧蒸気を、膨張弁又は４方弁に通すことなく、圧縮器の後で蒸発器に直接的に送ることが可能となる。ホットガス弁を介して、蒸気の全て又は一部が蒸発器に送られ、適切な場合に、残りの部分が通常通りに４方弁を介して凝縮器に送られる。蒸発器に直接的に送られる加熱されたホットガス蒸気の量は、蒸発器を内部から加熱し、一方で、熱回収機構は下方調節され、蒸発器の管の外部からの加熱を提供する。

発明の方法の直前に記載した実施形態では、エネルギーは最終的には、供給される圧縮器の熱のみからなるであろう。更に好ましい方法によると、上記は、ホットガス弁が制限して開く間に圧縮器の速度が高められることと組み合わせられる。これは、蒸発器の温度を、着氷を止めて氷を融解させるほど十分に上昇させ、一方で、給気は加熱され、給気温度は、いわゆる凝縮器を停止して除霜中に給気を温める従来の可逆的な動作よりも安定する。この方法の場合、凝縮器は、除霜中であっても熱エネルギーを供給し続ける。

除霜中の冷媒の温度の上昇を達成する代替的な方法は、圧縮器の速度を低下させることによって冷却力が下がり、それによって、蒸発器の冷却力が低下することである。このように、蒸発器を通る冷媒の温度が高くなり、これは、前述したように、熱回収機構の下方調節と組み合わせられて、内部及び外部からの二重の除霜が得られる。

上述した方法のいずれかによって除霜を制御する最も適切な方法を判断し、好ましい実施形態に従って蒸発器の２つの側からの除霜を達成するために、熱回収機構と蒸発器との間の温度を測定する。この温度によって誘導されて、例えば４方弁を介して可逆的な冷媒回路を稼働するように除霜が制御され、すなわち、凝縮器にではなく反対方向に蒸発器にホットガスが送られ、代替的に、ホットガスの一部を蒸発器及び凝縮器のそれぞれに送るか、又は、圧縮器の速度を下方調節することによって蒸発器における冷却力を低下させるか、又は、設備がホットガス弁を含む場合に、ホットガスの全て又は一部を蒸発器及び凝縮器にそれぞれ送ることを可能にする。特に、４方弁及びホットガス弁の双方を備える設備と組み合わせた温度制御、換気の分野では以前は得られなかった除霜方法の選択における非常に良好な自由度が提供される。

本方法の更に好ましい実施形態では、ヒートポンプは、第１の膨張弁と凝縮器との間に配置されるリザーバー及び第２の膨張弁も備える。好ましくは、双方の膨張弁は電子式であり、したがって容易に制御可能である。第１の膨張弁は、蒸発器への冷媒の流れを制御し、第２の膨張弁は、制御されたいわゆるスーパーヒートを得るために、第１の弁と相互作用するリザーバーにおける冷媒レベルを制御する。スーパーヒートは、圧縮器の前の圧力を測定し、次に、冷媒の理論上の温度を計算し、圧縮器の前のパイプの表面温度も測定することによって規定される。理論上の温度は、パイプの測定された温度と比較され、これらの温度の差がスーパーヒートとして規定される。スーパーヒートが既定のいわゆる設定点よりも低い場合、第２の膨張弁が冷媒の流れを僅かに抑え、これがスーパーヒートの上昇につながるであろう。そうではなくスーパーヒートが設定点よりも高い場合、第２の膨張弁が僅かに開き、スーパーヒートが低下する。リザーバーは、冷媒の消費／必要性が異なる温度に対して変わるときに冷媒のバッファーとして働く。リザーバー及び第２の膨張弁を備えるヒートポンプの利点は、リザーバーにおける冷媒のバッファーの直接的な調節の利点は別にして、使用される上述した除霜技術に関してスーパーヒートを調節し／バランスをとれることである。これによって、動作モードのための制御された量の冷媒、及び、圧縮器の部分的な負荷における凝縮器内のバランスのとれた逆圧も得られる。全ての場合に、加熱された冷媒を通じた、及び、流れる排気／取り出される空気によって加熱されることによる蒸発器の２つの側からの除霜によって、本発明の概念が達成される。

上述した除霜技術のいずれかによるスーパーヒートのバランスをとるための代替形態は、本方法の好ましい実施形態によると、除霜としてスーパーヒートを使用することによるものである。圧縮器の速度を下方調節することにより、及び、第１の膨張弁が冷媒の流れを抑えることと組み合わせて、スーパーヒートが増す。このプロセスは有利には、除霜サイクルを迅速かつ短くするために、好ましくは蒸発器における着氷の初期の段階において用いられる。増大したスーパーヒートは蒸発器において冷媒を加熱し、それによって、除霜が蒸発器の内部から行われ、低下した熱回収との組み合わせで、熱回収後の空気の僅かに上昇した温度によって、蒸発器の除霜が外部から行われる。換気システムと併せたこのタイプのヒートポンプの解決策は、既知ではなく、従来の技術に対する利点が多く、これは、膨張弁の数と、冷媒のリザーバーと、例えば初期の着氷段階における迅速で短い除霜サイクルとのために、すなわち、上昇したスーパーヒートによって、又は、２つの側からの除霜を提供するために上述した方法の他のものと組み合わせて除霜を制御する能力の双方に応じて、除霜技術がともに以前の解決策よりも自由度が高いためである。

本発明の第２の態様から、冒頭において明記した種類の装置によって目的が達成され、この装置は、冷媒の流れ方向から見て圧縮器の後に配置されるホットガス弁をヒートポンプが備えるという特別な特徴を有する。この装置がホットガス弁を備えることによって、完全に可逆的な動作によって稼働する従来の適用とは異なり、温かい高圧蒸気を膨張弁に通すことなく、代わりにその蒸気を蒸発器に直接的に送って蒸発器を除霜することが可能となる。ホットガス弁を介して、蒸気の全て又は一部が蒸発器に送られ、適切な場合に、残りの部分が通常通りに４方弁を介して凝縮器に送られる。蒸発器に直接的に送られる加熱された高圧蒸気の量によって、蒸発器が内部から加熱され、一方で、熱交換器は下方調節され、蒸発器の管の外部からの加熱を提供し、それによって本発明が利用される。加熱された高圧蒸気の部分を、ホットガス弁を介して蒸発器に送り、残りを４方弁を介して凝縮器に通すという機会の利点を利用することによって、蒸発器の除霜動作にもかかわらず、流入する空気を凝縮器のエネルギーによって加熱することが依然として可能である。可逆的に過ぎない動作はこのオプションを可能としないため、この可能性は以前の適用には存在しない。流入する空気を凝縮器のエネルギーによって加熱する可能性の結果として、凝縮器がいわば以前の解決策におけるように除霜中に「低温側」にならないため、給気温度全体がはるかにより安定する。

この装置の好ましい実施形態によると、ヒートポンプは、第１の膨張弁と凝縮器との間に配置されるリザーバー及び第２の膨張弁も備える。好ましくは、双方の膨張弁は電子式であり、それによって制御可能である。第１の膨張弁は、蒸発器への冷媒の流れを制御するように構成されており、第２の膨張弁は、第１の膨張弁と協働してリザーバーにおける冷媒のレベルを制御し、制御された量の冷媒、及び、圧縮器の部分的な負荷における凝縮器内のバランスのとれた逆圧も達成するように構成されている。リザーバーは、冷媒の消費／必要性が異なる温度に対して変わるときに冷媒のバッファーとして働く。リザーバー及び第２の膨張弁を備えるヒートポンプの利点は、リザーバーにおける冷媒のバッファーの直接的な調節の利点は別にして、使用される除霜技術に関してスーパーヒートを調節し／バランスをとることができることである。本発明に従って使用されるどの除霜技術も、全ての場合に良好な自由度が得られ、加熱された冷媒を通じた、及び、流れる排気／取り出される空気によって加熱されることによる蒸発器の２つの側からの除霜によって、本発明の概念が達成される。

更なる好ましい実施形態によると、この装置は、熱回収機構と蒸発器との間に配置される温度センサーを備える。温度は、この間で測定され、本方法の好ましい実施形態のいずれかに従って除霜する最も適した方法を決め、それによって、要求、及び、実際の稼働モードに適した方法に従って蒸発器の２つの側からの除霜を達成する。この温度によって誘導されて、除霜は例えば４方弁を介した単に可逆的な動作に従って制御され、すなわち、冷媒を、凝縮器ではなく蒸発器に対して反対方向に送り、代替的に、冷媒の一部をホットガス弁によって蒸発器及び凝縮器のそれぞれに送るか、又は、圧縮器の速度を下方調節することによって蒸発器における冷却力を低下させる。特に、４方弁及びホットガス弁の双方を備える設備と組み合わせた温度制御は、換気の分野では以前は可能ではなかった除霜方法の選択における非常に高い自由度を提供する。

装置の好ましい実施形態によると、ヒートポンプは、冷媒の流れ方向に圧縮器の前であるが４方弁の後に配置されるフラッシュタンクを備える。ヒートポンプシステムの最良の性能を達成するために、いかなる冷媒も流体として蒸発器から出ることなく、できるだけ多くの冷媒を蒸発器に投入することが試みられる。さらに、圧縮器は流体に対して非常に敏感であり、これらの理由から、圧縮器の前にフラッシュタンクの形態のタンクを有することが有利である。これは、動作の最適化のための冷媒のバッファー、及び、いかなる液体も圧縮器に達しないようにする安全性の双方を提供する。外部の状況、すなわち急速に変化する条件によって不安定性が生じる可能性があり、それによって液体が蒸発器から出る可能性があることにつながる。これは、例えば冷媒回路が圧縮器を停止させることなく又は換気システムの短期間の停止で調整される場合にも生じる可能性がある。フラッシュタンクによって、蒸発器から出るいかなる液体も、圧縮器に達する前に阻止される。これによって、より高い圧縮器の安全性が達成され、空気調和機において給気を加熱するヒートポンプ設備の目前に迫った特別な条件の間の設備の動作が達成される。

本発明によって、従来技術の解決策に比して多くの利点が達成される。
−より迅速な除霜サイクル及びより安定した供給温度を提供する、蒸発器の２つの側からの除霜。
−除霜の進行中であっても、凝縮器を介して空気調和機における給気を連続的に加熱し、それによって、給気温度がより安定することが可能である。
−４方弁、ホットガス弁、好ましくは電子式である二重の膨張弁、冷媒を制御及び緩衝するリザーバーを含む構造による除霜方法の選択に関するより高い自由度、及び、スーパーヒートも制御する可能性。

熱回収機構を備える空気調和機に関して配置され、給気を加熱するために通常モードで稼働する、本発明によるヒートポンプの主なレイアウトを示す図である。 特にホットガス弁を用い、蒸発器の除霜及び凝縮器を通じた加熱を同時に行う間の、本発明によるヒートポンプの主なレイアウトを示す図である。 蒸発器を除霜する可逆的な動作の間の、本発明によるヒートポンプの主なレイアウトを示す図である。原則として、この図は、冷却の必要性が目前に迫っているときの冷却モードも示す。

本発明の構造的な設計は、本発明の好ましいが限定的ではない実施形態を示す添付の図面を参照して、本発明の例示的な実施形態の以下の詳細な説明において明らかである。

図１は、空気調和機９の一部として配置される、本発明によるヒートポンプ２の好ましい実施形態の主なレイアウトを示している。これらの機能は、全体的なユニットモジュール、又は、空気調和機９に接続される複数のより小さいモジュールとして配置することもできることを理解されたい。加えて、空気調和機９は、フィルター、任意の他のヒーター及びクーラー、センサー等のような、図面に示されていない他の構成要素も含むことにも言及しておく。図面に示されている実施形態によると、第１の空気流１１が、図面において右から左に、完全な空気調和機９の上側半分に、かつ、第１の空気流１１の流れ方向に配置され、第１の空気流１１は、例えば部屋、アパート等からの排気１８を含んでいる。通常、排気１８は、熱回収機構１０に達する前にフィルター（図示せず）を通る。好ましい実施形態によると、熱回収機構１０は、制御可能な回転する熱回収機構１０である。次に、第１の空気流１１は、第１のＤＸコイル２９によって構成される蒸発器１を通り、次に、空気は、第１の空気流１１を押しやる排気ファン２２を通る。次に、空気は、空気調和機９から出ることにより、取り出される空気１９と称され、建物の外の戸外に放出される。空気調和機９の下側部分には、第２の空気流１２があり、図面の左から右に連続して、外気２０が空気調和機９に吸い込まれる。外気２０は通常、熱回収機構１０に達する前にフィルター（図示せず）を通る。次に、第２の空気流１２は、第２のＤＸコイル３０からなる凝縮器６に達し、その後、空気は供給ファン２３を通り、供給ファン２３は、第２の空気流１２を、空気調和機９を通して、更に建物内に押しやる。空気は通常、供給ファン２３の後では給気２１と称される。

ヒートポンプ２はさらに、冷媒４を有する冷媒システム３を備え、加熱の場合の通常の動作では、全てが当然ながら導管に接続される、以下のような順序の以下の構成要素が含まれている。第１に、圧縮器５、それに続き圧縮器５からの冷媒４が流入するように配置されている第１の入口２４を有する４方弁８、さらに、冷媒４を凝縮器６に流出させる第１の出口２５、及び、冷媒４の流れを圧縮器５に再び方向付ける第２の出口２６。したがって、第２の出口２６と圧縮器５との間にフラッシュタンク１７があり、フラッシュタンク１７は、最終的な流体の冷媒４を分離するように構成され、ガス状の冷媒４のみが圧縮器５に達するようにする。圧縮器５は流体に対して非常に敏感であり、システムにおける最良の性能を達成するために、いかなる冷媒４も流体として蒸発器１から出ることなく、最大限の量の冷媒４を蒸発器１に投入することが試みられる。外部の状況、すなわち急速に変化する条件によってシステムにおいて不安定性が生じる可能性があり、それによって液体が蒸発器１から出る可能性があることにつながる。これは、冷媒回路が圧縮器５を停止させることなく調整される場合にも生じる可能性がある。フラッシュタンク１７によって、蒸発器１から出るいかなる液体も、圧縮器５に達する前に阻止される。４方弁８の第１の出口２５の後で、上記の凝縮器６／第２のＤＸコイル３０が続き、更にその後で流れ方向に、第２の膨張弁１５に、冷媒システム３における冷媒４のバッファーとして配置されるリザーバー１４が続く。冷却回路が異なる動作状況下で働く間には、異なる量の冷媒４がシステムにおいて必要とされ、好ましい実施形態によると、そうでなければ通常である凝縮器６ではなくリザーバー１４において異なる必要な冷媒４が緩衝される。さらに流れ方向に、リザーバー１４の後に第１の膨張弁７が続き、それに蒸発器１／第１のＤＸコイル２９が続き、この後、ヒートポンプサイクルが、蒸発器１の出口が４方弁８の第２の入口２７に接続することによって閉じられる。これに加えて、冷媒４のためのいわゆるバイパス２８があり、バイパス２８は、加熱された高圧蒸気を、第１の膨張弁７又は第２の膨張弁１５に通すことなく、圧縮器５に直接的にホットガス弁１３を通して蒸発器１に送るように構成されている。

加熱機能の動作
加熱が主に必要とされる時間の間、熱回収機構１０は、排気１８からの熱エネルギーを回収して給気２１を加熱するように十分に用いられる。図２の例によると、制御可能な回転する熱回収機構１０は、最大限の熱回収のために最大限の速度で稼働する。したがって、熱回収機構１０の後の温度Ｔ１は低くなり、多くの場合に、排気１８は幾らかの水分も含有する。温度Ｔ１は、第１の空気流１１の流れ方向に熱回収機構１０の後に位置する温度センサー１６によって測定される。熱回収機構１０の容量が十分ではない場合、本発明に従ってヒートポンプ２を用いて、付加的な熱を給気２１に加えなければならない。これによって、エネルギーが圧縮器５に供給され、ヒートポンププロセスを駆動するとともに蒸発器１を介して付加的な熱を排気１８から回収し、この熱を、凝縮器６を介して給気２１に輸送する。圧縮器５は通常、給気２１の温度の既定値を調節し、凝縮器６からの加熱力は圧縮器５の速度に従う。凝縮器６、すなわち、給気２１に位置する第２のＤＸコイル３０において、圧縮器の熱及び凝縮器の熱の双方が給気２１に送達される。冷却能力が蒸発器１、すなわち、取り出される空気１９に位置する第１のＤＸコイル２９に送達され、続いて取り出される空気１９が自由に出る。後者は、排気１８からの熱回収と同じであり、したがって取り出される空気１９を冷却する。加熱モードの間、ホットガス弁１３は完全に閉じられ、一方で第２の膨張弁１５は完全に開き、第１の膨張弁７は、蒸発器１にわたる冷媒の流れを制御し、上述したいわゆるスーパーヒートを調節する。スーパーヒートは好ましくは、最適な動作の場合は約４〜８Ｋである。熱回収機構１０と蒸発器１との間の温度Ｔ１が２〜４℃に低下すると、蒸発器１内で氷生成が生じる。いつ氷生成が開始するか、及び、氷がどの程度の量になるかは、気温、空気湿度、及び、蒸発器１内の冷却力に依存する。これによって、除霜が必要となり、除霜は以下のように様々な方法で行うことができる。

軽い除霜
着氷がその初期段階である場合、又は、着氷しないようにするために短い除霜シーケンスで十分であるような条件の場合、代替的な方法として、第２の膨張弁１５を絞りながら圧縮器５の速度を低下させることでスーパーヒートを増大させることによって、蒸発器１の冷却能力を低下させることが可能である。低下した冷却能力、及び、増大したスーパーヒートによって冷媒４が加熱されることにも起因して、通過する第１の空気流１１／排気１８は、着氷条件におけるほど冷却されないため、蒸発器１の２つの側からの除霜が達成され、この方法は、迅速かつ繰り返される除霜サイクルに適している。

図２は、ホットガス弁１３が以下の説明に従って蒸発器１の除霜に使用される本発明の好ましい実施形態を示している。

ホットガスによる除霜
蒸発器１において着氷が見られる場合、ホットガス弁１３が動作中に、すなわち、給気２１の加熱が凝縮器６によって行われるのと同時に開き、温かいホットガスがバイパス２８を通して蒸発器１に直接的に送られて、着氷を内部から溶かす。エネルギーが蒸発器１に供給されない間、エネルギーはその後、システムにおいて消費され、最終的には、システムにおけるエネルギーは、新たなエネルギーが供給されない場合には圧縮器のエネルギーのみからなる。しかし、その代わりに、圧縮器５の速度を高める間にホットガス弁１３を限定して開くことによって、除霜及びエネルギーの消費が制御され、加熱エネルギーが凝縮器６に送達されるのと同時に蒸発器１の温度が上昇する。次に、除霜及び給気２１の加熱の双方のためのエネルギーが十分であるのと同時に氷が融解するレベルまで、蒸発器１の温度を上昇させることが可能である。加えて、蒸発器１の除霜は、回転する熱回収機構１０の速度を下げることによって更に加速され、そのため、ローターと蒸発器１との間の排気１８の温度Ｔ１が上昇し、それによって除霜が外部及び内部の双方から行われる。第１の膨張弁７及び第２の膨張弁１５とともにリザーバー１４によって、システムにおけるスーパーヒート及び冷媒４の量は、最適な動作のために絶えずバランスがとられる。好ましくは、第１の膨張弁７及び第２の膨張弁１５とホットガス弁１３とは電子的に制御される。第１の膨張弁７は、電子的なホットガス弁１３とともに、ホットガスバイパスと蒸発器１にわたる冷媒の流れとの間の関係のバランスをとり、一方で、第２の膨張弁１５は、凝縮器６にわたる冷媒の流れのバランスをとる。

図３は、蒸発器１を除霜する可逆的な動作の間の、本発明によるヒートポンプ２の主なレイアウトを示している。原則として、この図は、冷却の要求が目前に迫っているときの冷却モードも示している。従来のヒートポンプと同様に、蒸発器１の除霜のためにヒートポンプ２を逆に稼働することが完全に可能である。蒸発器１において着氷が見られることによって、４方弁８は、可逆的な動作を切り換え、温かいホットガス／冷媒４を、蒸発器１、すなわち第１の空気流１１に位置する第１のＤＸコイル２９に直接的に送る。したがって、第１のＤＸコイル２９は内部から加熱され、冷却力が蒸発器１／第１のＤＸコイル２９内で低下するため、通過する排気１８／取り出される空気１９が温かくなり、蒸発器１／第１のＤＸコイル２９の２つの側からの除霜が生じる。これは好ましくは、回転する熱回収機構１０の速度を同時に下方調節することと組み合わせることができる。これは、除霜シーケンスのより急速な進行を提供する。この方法によって、第１のＤＸコイル２９、すなわち、第１の空気流１１に位置する加熱モードの蒸発器１が加熱される。一方で、第２のＤＸコイル３０は、可逆的な動作の間に冷却され、それによって給気２１が冷却される。これは、給気温度が建物への供給には冷たくなり過ぎる可能性がある場合に不都合な点を構成し得る。これは当然ながら、空気調和機９が機能する建物の種類に依存するが、通常は、冷たい給気２１と温かい給気２１との間の変動を最小限に抑えるように試みられる。ここで、蒸発器１／第１のＤＸコイル２９の除霜が迅速であることが最も重要となるが、これは、本発明による２つの側からの除霜方法によって解決される。

冷却動作
冷却が主に必要とされる間、排気１８が外気２０よりも冷たい場合には、熱回収機構１０は、排気１８から冷気（cooling）を回収し、給気２１を冷却するように十分に用いられる。図３における例によると、制御可能な回転する熱回収機構１０は、最大限の冷気回収のために最大限の速度で稼働する。４方弁８は、この場合は冷却動作のために冷媒４の流れ方向を可逆的な動作に切り換えている。圧縮器５は、給気２１の既定値を調節し、冷媒回路の冷却力は圧縮器５の速度に依存する。ここで、第２のＤＸコイルから、冷気が給気２１に放出され、一方で、凝縮器の熱及び圧縮器の熱が第１のＤＸコイル２９において放出され、続いて取り出される空気１９が自由に出る。冷却動作において、第１のＤＸコイル２９は凝縮器６を構成し、したがって第２のＤＸコイル３０は蒸発器１を構成する。冷却中に、ホットガス弁１３は完全に遮断されるが、第１の膨張弁７は完全に開き、第２の膨張弁１５は、第２のＤＸコイル３０にわたる冷媒４の流れを制御し、スーパーヒートのための既定値を調節する。最適な冷却の場合、スーパーヒートは好ましくは約４〜８Ｋである。

１＝蒸発器
２＝ヒートポンプ
３＝冷媒システム
４＝冷媒
５＝圧縮機
６＝凝縮器
７＝第１の膨張弁
８＝４方弁
９＝空気調和機
１０＝熱回収機構
１１＝第１の空気流
１２＝第２の空気流
１３＝ホットガス弁
１４＝リザーバー
１５＝第２の膨張弁
１６＝温度センサー
１７＝フラッシュタンク
１８＝排気
１９＝取り出される空気
２０＝外気
２１＝給気
２２＝排気ファン
２３＝供給ファン
２４＝第１の入口
２５＝第１の出口
２６＝第２の出口
２７＝第２の入口
２８＝バイパス
２９＝第１のＤＸコイル
３０＝第２のＤＸコイル

Claims (10)

1. ヒートポンプ（２）において蒸発器（１）を除霜する方法であって、
   前記ヒートポンプ（２）は、冷媒（４）を有する冷媒システム（３）を備え、流れ方向には、少なくとも１つの圧縮器（５）と、少なくとも１つの凝縮器（６）と、少なくとも１つの第１の膨張弁（７）と、少なくとも１つの蒸発器（１）とが配置され、さらに、前記ヒートポンプ（２）は、前記流れ方向に前記圧縮器（５）の後及び前記凝縮器（６）の前に配置される少なくとも１つの４方弁（８）を備え、さらに、該４方弁（８）は、前記冷媒システム（３）における前記冷媒（４）の流れ方向をシフトするように構成されており、これはいわゆる可逆的な動作であり、それによって、前記冷媒（４）は、前記膨張弁（７）を通ることなく、前記凝縮器（６）ではなく前記蒸発器（１）に送られ、さらに、前記ヒートポンプ（２）は空気調和機（９）に接続して配置され、該空気調和機（９）は、第１の空気流（１１）からエネルギーを回収し、そのエネルギーを第２の空気流（１２）に輸送するように構成されている制御可能な熱回収機構（１０）を備え、前記蒸発器（１）は、前記第１の空気流（１１）中に、前記流れ方向に前記熱回収機構（１０）の後に配置され、前記凝縮器（６）は、前記第２の空気流（１２）中に、前記流れ方向に前記熱回収機構（１０）の後に配置され、
   前記蒸発器（１）に霜が生成すると、該蒸発器（１）を通る前記冷媒（４）の温度を、前記熱回収機構（１０）を下方調節するのと同時に上昇させ、熱回収をいわば低下させ、それによって、前記蒸発器（１）の同時の加熱を、前記冷媒（４）の温度を上昇させることにより内部から、また、通過する第１の空気流（１１）により外部から達成し、これによって、前記熱回収が低下すると温度が上昇することで、前記蒸発器（１）を除霜することを特徴とする方法。
2. 前記４方弁（８）が前記冷媒システム（３）における前記冷媒（４）の前記流れ方向をシフトし、それによって、加熱された冷媒（４）を前記凝縮器（６）ではなく前記蒸発器（１）に送ることにより、前記ヒートポンプ（２）が可逆的に稼働することによって、除霜時の前記冷媒（４）の前記温度の上昇を達成することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記ヒートポンプ（２）は、前記流れ方向に圧縮器（５）の後に配置されるホットガス弁（１３）を備え、
   前記ホットガス弁（１３）が動作中に完全に又は部分的に開き、それによって、加熱された冷媒（４）の一部を、該冷媒（４）の残りの部分を前記凝縮器（６）に送ると同時に、前記第１の膨張弁（７）に通すことなく前記蒸発器（１）に直接的に方向付けることによって、除霜時の前記冷媒（４）の前記温度の上昇を達成することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
4. 前記ホットガス弁（１３）が完全に又は部分的に開くと同時に、前記圧縮器（５）の速度を高めることを特徴とする、請求項３に記載の方法。
5. 前記圧縮器（５）の速度を低下させることにより前記蒸発器（１）の冷却力を下げることによって、除霜時の前記冷媒（４）の前記温度の上昇を達成することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
6. 前記熱回収機構（１０）と前記蒸発器（１）との間の温度（Ｔ１）を測定し、前記蒸発器（１）において霜生成が生じると、前記温度（Ｔ１）に基いて除霜方法を選択することを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記ヒートポンプ（２）は、前記第１の膨張弁（７）と前記凝縮器（６）との間に配置されるリザーバー（１４）及び第２の膨張弁（１５）を更に備え、前記第１の膨張弁（７）は、前記蒸発器（１）にわたる前記冷媒（４）の流れを制御し、前記第２の膨張弁（１５）は、前記第１の膨張弁（７）と相互作用する前記リザーバー（１４）における前記冷媒（４）のレベルを制御して、制御された量の冷媒（４）、及び、前記圧縮器（５）の部分的な負荷における前記凝縮器（６）内のバランスのとれた逆圧を得ることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
8. 前記圧縮器（５）の速度を低下させると同時に前記第１の膨張弁（７）を絞ることと、前記蒸発器（１）の前記冷却力を低下させることとによりスーパーヒートを通常の動作設定点よりも上昇させることによって、前記除霜を達成することを特徴とする、請求項７に記載の方法。
9. ヒートポンプ（２）において蒸発器（１）を除霜する装置であって、
   前記ヒートポンプ（２）は、冷媒（４）を有する冷媒システム（３）を備え、流れ方向には、少なくとも１つの圧縮器（５）と、少なくとも１つの凝縮器（６）と、少なくとも１つの第１の膨張弁（７）と、少なくとも１つの蒸発器（１）とが配置され、さらに、前記ヒートポンプ（２）は、前記流れ方向に前記圧縮器（５）の後及び前記凝縮器（６）の前に配置される少なくとも１つの４方弁（８）を備え、さらに、該４方弁（８）は、前記冷媒システム（３）における前記冷媒（４）の流れ方向をシフトするように構成されており、これはいわゆる可逆的な動作であり、それによって、前記冷媒（４）は、前記膨張弁（７）を通ることなく、前記凝縮器（６）ではなく前記蒸発器（１）に送られ、さらに、前記ヒートポンプ（２）は空気調和機（９）に接続して配置され、該空気調和機（９）は、第１の空気流（１１）からエネルギーを回収し、そのエネルギーを第２の空気流（１２）に輸送するように構成されている制御可能な熱回収機構（１０）を備え、前記蒸発器（１）は、前記第１の空気流（１１）中に、前記流れ方向に前記熱回収機構（１０）の後に配置され、前記凝縮器（６）は、前記第２の空気流（１２）中に、前記流れ方向に前記熱回収機構（１０）の後に配置され、前記ヒートポンプ（２）は、前記冷媒（４）の前記流れ方向に前記圧縮器（５）の後に配置されるホットガス弁（１３）を備え、
   該ホットガス弁（１３）は、動作中に完全に又は部分的に開き、それによって、加熱された冷媒（４）の一部を、該冷媒（４）の残りの部分を前記凝縮器（６）に送ると同時に、前記第１の膨張弁（７）に通すことなく前記蒸発器（１）に直接的に方向付けるように構成されていることを特徴とする装置。
10. 前記ヒートポンプ（２）は、前記第１の膨張弁（７）と前記凝縮器（６）との間に配置されるリザーバー（１４）及び第２の膨張弁（１５）を備え、前記第１の膨張弁（７）は、前記蒸発器（１）にわたる前記冷媒（４）の流れを制御するように構成されており、前記第２の膨張弁（１５）は、前記第１の膨張弁（７）と相互作用する前記リザーバー（１４）における前記冷媒（４）のレベルを制御して、制御された量の冷媒（４）、及び、前記圧縮器（５）の部分的な負荷における前記凝縮器（６）内のバランスのとれた逆圧を得るように構成されていることを特徴とする、請求項９に記載の装置。

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