JP5355540B2 - ヒートポンプ装置 - Google Patents

Description

本発明はヒートポンプ装置に関する。

従来、空気調和機及びヒートポンプ給湯機などのヒートポンプ装置は、圧縮機、凝縮器、膨張手段、蒸発器からなる冷凍サイクルで構成され、その冷凍サイクル内に冷媒が充填されている。圧縮機で圧縮された冷媒は、高温高圧のガス冷媒となり、凝縮器に送り込まれる。凝縮器に送り込まれた冷媒は、空気に熱を放出することで液化する。液化した冷媒は、膨張手段で減圧されて気液二相状態となり、蒸発器にて周囲空気から熱を吸収することでガス化し、圧縮機へ戻る。

空気調和機の暖房時やヒートポンプ給湯器の運転時において、外気温度が低く冷媒の蒸発温度が０℃より低くなる場合は、蒸発器のフィン表面に霜が発生する。霜が発生すると、風量低下及び熱抵抗の増大により、暖房能力や給湯能力が低下するため、定期的に霜を取り除く除霜運転を行う必要がある。

除霜運転は、高温の冷媒を蒸発器に流すリバース除霜やホットガス除霜等があるが、いずれにしても除霜運転中は暖房・給湯運転を停止しなければならない。よって、除霜運転の間、室温低下や湯量低下を招くことから、除霜回数を低減すること望まれる。

そこで、蒸発器の外気吸込口側に電気式ヒーターを設け、蒸発器の温度が低下した際、蒸発器に吸い込まれる外気の温度を上昇させることで着霜を防止し、除霜運転を不要とした技術がある（例えば特許文献１参照）。

また、蒸発器に流れ込む空気の水分をデシカント材によりあらかじめ吸着して除去し、除湿した空気を蒸発器に供給するようにすることで、蒸発器への着霜を抑制している技術もある（例えば特許文献２参照）。この技術では、デシカント材の一部を吸着側の空気が通過し、残りの部分を脱着用の加熱された高温空気が通過し、吸着側と脱着側とで風路を分けることで吸着と脱着を同時に行うようにしている。

特開平６−３３７１８５号公報（第２頁、図１） 特開２００７−２７８６１９号公報（第１１頁、図１）

特許文献１では、除霜運転を不要とできるとしているが、単に空気を暖めているだけであり、蒸発器に流入する空気に含まれる水分量と蒸発器の冷媒温度との関係は変わっておらず、着霜を防止するという効果は少なかった。

また、特許文献２では、蒸発器に吸い込まれる空気の水分をあらかじめデシカント材により除去するため、着霜抑制に効果的である。しかし、吸着と脱着を同時に行うようにしているため、吸着側と脱着側とで風路を分けて構成する必要があり、構造が複雑化する。この点を改善するには、風路を共通化し、吸着を行った後、脱着を行う等、タイミングを異ならせて行うようにすればよい。しかしその場合、脱着時には着霜抑制効果を得られないという問題があった。

本発明はこのような点に鑑みなされたもので、蒸発器への着霜を連続的に抑制することが可能なヒートポンプ装置を提供することを目的とする。

本発明に係るヒートポンプ装置は、圧縮機、凝縮器、膨張機及び蒸発器が順次接続されて冷媒が循環する冷媒回路と、空気から水分を吸脱着可能なデシカント材と、空気を加熱する加熱装置と、蒸発器に空気を送るファンと、デシカント材に水分を吸着させる吸着モードとデシカント材の水分を脱着する脱着モードとを交互に実施する制御装置とを備え、蒸発器、デシカント材及び加熱装置は、吸着モードと脱着モードとで共通の風路内で加熱装置、デシカント材及び蒸発器の順にファンによる空気が流れるように直線状に配置され、制御装置は、吸着モードでは加熱装置をＯＦＦし、蒸発器に吸い込まれる空気中の水分をデシカント材に吸着させ、脱着モードでは加熱装置をＯＮし、加熱した空気をデシカント材に通過させてデシカント材の水分を脱着すると共に蒸発器の蒸発温度を上昇させ、脱着モードにおいて、デシカント材の水分を含んだ脱着後空気と蒸発温度上昇後の蒸発器の表面との絶対湿度差が、脱着前空気と蒸発温度上昇前の蒸発器の表面との絶対湿度差よりも小さくなるように目標蒸発温度を決定し、その目標蒸発温度以上に蒸発器の蒸発温度を上昇させるものである。

本発明によれば、蒸発器の空気上流側に設けたデシカント材によって蒸発器に流入する空気中の水分を予め除去することで着霜を抑制できる。また、デシカント材の脱着時には、蒸発温度を目標蒸発温度以上に上昇させることで着霜量を減らすことができる。

本発明の実施の形態１に係るヒートポンプ装置の概略図である。 本発明の実施の形態１に係るヒートポンプ装置の吸着モードにおける外気温度と吸着後温度それぞれの時間変化を示した図である。 本発明の実施の形態１に係るヒートポンプ装置の吸着モード終了条件の説明図である。 本発明の実施の形態１に係るヒートポンプ装置の脱着モードにおける外気温度と脱着後温度それぞれの時間変化を示した図である。 着霜時における時間と暖房能力との関係を示す図である。 本発明の実施の形態１に係るヒートポンプ装置の除霜運転時の冷媒の流れを示す図である。 本発明の実施の形態１に係るヒートポンプ装置の吸着モード時の吸着前後それぞれの空気変化を空気線図と共に示した図である。 本発明の実施の形態１に係るヒートポンプ装置の脱着モード時の脱着前後それぞれの空気変化を空気線図と共に示した図である。 本発明の実施の形態１に係るヒートポンプ装置の脱着モード時の目標蒸発温度の決定方法の説明図である。 本発明の実施の形態１に係るヒートポンプ装置の脱着モードによる霜密度上昇効果を説明するための空気線図である。 本発明の実施の形態１に係るヒートポンプ装置における制御動作を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態２に係るヒートポンプ装置の概略図である。 本発明の実施の形態２に係るヒートポンプ装置の吸着モードにおける外気露点温度と吸着後露点温度それぞれの時間変化を示した図である。 本発明の実施の形態２に係るヒートポンプ装置の脱着モード時の目標蒸発温度の決定方法の説明図である。 本発明の実施の形態２に係るヒートポンプ装置の脱着モード時の着霜防止条件の説明図である。 本発明の実施の形態２に係るヒートポンプ装置の脱着モードにおける外気温度と脱着後温度それぞれの時間変化を示した図である。 本発明の実施の形態１、２に係るヒートポンプ装置の除霜運転の他の制御例の説明図である。 本発明の実施の形態３に係るヒートポンプ装置の加熱装置の構成例１を示す冷媒回路構成図である。 図１８の加熱装置の動作説明図（１／２）である。 図１８の加熱装置の動作説明図（２／２）である。 本発明の実施の形態３に係るヒートポンプ装置の加熱装置の構成例２を示す冷媒回路構成図である。 図２１の加熱装置の動作説明図（１／２）である。 図２１の加熱装置の動作説明図（２／２）である。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係るヒートポンプ装置の概略図である。図１及び後述の各図において、同一の符号を付したものは、同一の又はこれに相当するものであり、これは明細書の全文において共通している。
ヒートポンプ装置１は、圧縮機２、四方弁３、凝縮器４、膨張機５及び蒸発器６を備え、これらを順次配管で接続した冷媒回路を備えている。ヒートポンプ装置１は更に、凝縮器４に外気を送る凝縮器用ファン７と、蒸発器６に外気を送る蒸発器用ファン８と、デシカント材９と、加熱装置１０と、加熱装置制御部１１と、圧縮機回転検出部１２と、圧縮機回転数調整部１３を備えている。このヒートポンプ装置１は、空気調和機又は給湯機として構成される。

デシカント材９は蒸発器６の空気上流側に設けられ、蒸発器６に吸い込まれる空気から水分を吸着し、加熱装置１０で昇温された空気で水分が脱着される。加熱装置１０は例えばヒーターで構成され、デシカント材９の空気上流側に設けられ、デシカント材９自身又はデシカント材９に流入する空気を加熱する。

また、ヒートポンプ装置１には各種検出部が設けられている。各種検出部として、蒸発器６の蒸発温度を検出する蒸発温度検出部１４と、デシカント材９通過前の外気温度を検出する外気温度検出部１５と、デシカント材９通過後の外気温度、言い換えれば蒸発器６に吸い込まれる空気温度を検出する蒸発器吸込空気温度検出部１６とを備えている。

また、ヒートポンプ装置１内には制御装置１７が設けられている。制御装置１７はマイクロコンピュータで構成され、ＣＰＵ、ＲＡＭ及びＲＯＭ等を備えており、ＲＯＭには制御プログラム及び後述のフローチャートに対応したプログラムが記憶されている。制御装置１７は、各種検出部からの検出値に基づいて加熱装置制御部１１の制御及び圧縮機回転数調整部１３の制御を行う。また、制御装置１７は、四方弁３の切り替えにより、通常運転（冷房、暖房、給湯等）及び除霜運転の各運転モードの運転を行う。

制御装置１７は更に、蒸発器６に吸い込まれる空気からデシカント材９によって水分を吸着する吸着モードと、デシカント材９の水分を脱着する脱着モードの制御を行う。本例では、吸着モードと脱着モードとを交互に切り替えて行うようにしている。制御装置１７は、吸着モードでは加熱装置１０をＯＦＦし、脱着モードでは加熱装置１０をＯＮすると共に、圧縮機２の回転数を調整して蒸発温度を所定の条件を満たす目標蒸発温度以上に上昇させる。吸着モードと脱着モードの詳細については後述する。

また、制御装置１７は、吸着モードの間、各種検出部による検出値に基づいてデシカント材９が飽和状態となったか否かを判定する処理や、脱着モードの間、各種検出部による検出値に基づいてデシカント材９の脱着が終了したか否かを判定する処理を行う。そして、制御装置１７はその判定結果に応じて吸着モードと脱着モードとを交互に切り替える制御を行う。

（飽和判定）
図２は、本発明の実施の形態１に係るヒートポンプ装置の吸着モードにおける外気温度と吸着後温度それぞれの時間変化を示した図である。図２を参照してデシカント材９の飽和判定について説明する。
吸着モード時のデシカント材９の飽和判定は、外気温度検出部１５で検知した外気温度（以下、吸着前温度という）と蒸発器吸込空気温度検出部１６で検知した吸着後温度とに基づき実施する。図２に示すようにデシカント材９が水分を吸着して飽和してくると、吸着前温度と吸着後温度との差が縮まってくる。よって、図３に示すように、吸着モード初期における、吸着前後の空気の温度差を学習してΔＴｉ＿Ａとして記憶しておき、現在の吸着前後の空気の温度差が、吸着モード初期時に比べて所定の割合α（０≦α＜１）まで小さくなったとき（つまり、ΔＴｉ＿Ａ×αまで小さくなったとき）、デシカント材９が飽和したと判定する。

（脱着終了判定）
図４は、本発明の実施の形態１に係るヒートポンプ装置の脱着モードにおける外気温度と脱着後温度それぞれの時間変化を示した図である。
脱着モード時の脱着終了判定も、外気温度検出部１５で検知した外気温度（以下、脱着前温度という）と蒸発器吸込空気温度検出部１６で検知した脱着後温度とに基づき実施する。図４に示すようにデシカント材９の脱着が進み、デシカント材９に水分が無くなってくると、脱着による空気温度低下が少なくなり加熱装置１０による加熱量がそのまま空気の温度上昇として現れてくる。よって、脱着前温度と脱着後温度との差が大きくなってくる。したがって、脱着モード初期の脱着前後の空気の温度差を学習してΔＴｉ_Dと記憶しておき、現在の脱着前後の空気の温度差が、脱着モード初期時に比べて所定の割合β（β＞１）まで大きくなったとき（つまり、ΔＴｉ＿Ｄ×βまで大きくなったとき）、デシカント材９の脱着が終了したと判定する。

次に本実施の形態１のヒートポンプ装置１の運転動作について説明する。図１に示すヒートポンプ装置１において、圧縮機２で圧縮された冷媒は高温高圧のガス冷媒となり、四方弁３を通り凝縮器４に送り込まれる。凝縮器４に送り込まれた冷媒は、凝縮器用ファン７からの空気に熱を放出することにより液化する。液化した冷媒は膨張機５に流れ込む。液状態の冷媒は膨張機５で減圧されて気液二相状態となり、蒸発器６に送り込まれる。蒸発器６に送り込まれた冷媒は、蒸発器用ファン８からの空気と熱交換し、空気の熱を吸収することでガス化し、圧縮機２へ戻される。以上の動作を繰り返す。

図５は、着霜時における時間と暖房能力との関係を示す図である。
蒸発器６の蒸発温度が０℃以下の場合、空気中に存在している水分が蒸発器６に付着し、霜となって堆積する。その堆積量は時間とともに増加する。その結果、蒸発器６の一部であるフィンに付着した霜により熱抵抗が増加すると共に通風抵抗も増加し、図５に示すように時間と共に暖房能力が低下する。そのため、定期的に除霜運転を行う必要がある。

除霜運転は、図６に示すように四方弁３を切り替えて、蒸発器６に高温高圧の冷媒を流すことで行っている。除霜運転中は凝縮器４には低温低圧の冷媒が流れるため、凝縮器用ファン７は停止させる。つまり、除霜運転中は暖房能力０となり、室温が低下してしまうことになる。よって、着霜抑制により、暖房運転時間を長くし除霜回数を減らすことが重要となってくる。そこで、本例では、蒸発器６に流れ込む空気の水分をデシカント材９によりあらかじめ除去し、除湿した空気を蒸発器６に供給するようにすることで、蒸発器６への着霜を抑制又は防止する。また、本例では、デシカント材９を蒸発器６の空気上流側に配置しているが、吸着時と風路の切り替え等を行うことなく脱着を行う構成としている。このため、脱着時には、水分を含んだ脱着後空気が蒸発器６に供給されることになり、何等対策を取らないと着霜量が増える可能性がある。よって、本例では脱着モード時に蒸発器６の蒸発温度を上昇させることで脱着モード時の着霜量を低減し、着霜が生じても霜密度の高い霜となるようにする点に特徴がある。以下、吸着モード及び脱着モードについて順に説明する。

（吸着モード）
図７は、吸着モード時の吸着前後それぞれの空気変化を空気線図と共に示した図である。なお、図７の空気線は飽和線を示している。
図７に示すように、吸着後の空気（水分を吸着した空気）は、吸着熱によって吸着前よりも温度が上昇する。また、吸着後空気はデシカント材９を通過したことによって水分が除去されているため、絶対湿度が低下する。その結果、吸着後空気の露点温度Ｔｄは、吸着前空気の露点温度Ｔｄ０よりも低下する。吸着前後の空気の露点温度の低下幅は、デシカント材９による吸着能力に依存するが、十分な吸着能力を有するデシカント材９を使用することにより、吸着後空気の露点温度Ｔｄを蒸発温度ＥＴ以下となるまで低下させることができる。これにより、無着霜とすることができる。なお、仮に吸着後空気の露点温度Ｔｄが蒸発温度ＥＴよりも高くても、デシカント材９の通過によって吸着前に比べて絶対湿度を下げることができるため、デシカント材９を通過させない場合に比べて着霜を抑制することができる。

（脱着モード）
吸着モードの運転を継続していると、デシカント材９が飽和し水分を吸着できなくなってくる。このため、脱着モードに切替え、デシカント材９内にある水分を追い出す脱着モードの運転を行う。脱着モードでは、具体的には上述したように加熱装置１０をＯＮしてデシカント材９自体またはデシカント材９に流入する空気を加熱すると共に、蒸発器６の蒸発温度を、所定の条件を満たす目標蒸発温度以上に上昇させる。

図８は、脱着モード時の脱着前後それぞれの空気変化を空気線図と共に示した図である。図８の空気線は飽和線を示している。以下、デシカント材９通過前の空気を脱着前空気、デシカント材９通過後の空気を脱着後空気という。なお、以下では、蒸発温度が０℃以下で且つ脱着前空気の露点温度及び脱着後空気の露点温度よりも低く、着霜が生じる環境であることを前提に説明する。
デシカント材９中の水分が供給されて加湿された脱着後空気は、図８に示すように、加熱装置１０による加熱により脱着前に比べて温度が上昇する。また、脱着後空気は、デシカント材９から脱着した水分を含むことにより、絶対湿度も脱着前に比べて上昇する。そこで、本例では、上述したように所定の条件を満たす目標蒸発温度以上に蒸発器６の蒸発温度を上げ、着霜量を低減するようにしている。

以下、所定の条件について図９を参照して説明する。図９では、蒸発温度上昇前（脱着モード直前つまり吸着モード終了時）の蒸発温度をＥＴ０、蒸発温度上昇後の温度をＥＴとしている。
脱着モード時の着霜量を、脱着前空気をデシカント材９を介さずに蒸発器６を通過させたと仮定した場合に比べて低減するには、脱着後空気の絶対湿度と蒸発温度上昇後の蒸発器６表面の絶対湿度との絶対湿度差ＶＨＢが、脱着前空気の絶対湿度と蒸発温度上昇前の蒸発器６表面の絶対湿度との絶対湿度差ＶＨＡよりも小さくなるようにすればよい。これが、所定の条件である。本実施の形態１では、具体的にはこの条件を空気温度差の条件に置き換え、次の（１）式に示すように、脱着前後の空気温度の温度差の分、蒸発温度を現状よりも上昇させた温度を目標蒸発温度ＥＴとして決定する。この目標蒸発温度ＥＴ以上に蒸発温度を上昇させることにより、絶対湿度差ＶＨＢが絶対湿度差ＶＨＡよりも小さくなり、脱着モード時の着霜を抑制することができる。

ＥＴ＝ＥＴ０＋Ｔａ−Ｔａ０ ・・・（１）
ここで、Ｔａ０：脱着前の空気温度、Ｔａ：脱着後の空気温度

なお、上記（１）式による目標蒸発温度は一例であって、上記所定の条件を鑑みた蒸発温度であれば、（１）式による蒸発温度でなくてもよい。また、実施の形態１では各種検出部として蒸発温度検出部１４、外気温度検出部１５及び蒸発器吸込空気温度検出部１６を備えていることから、所定の条件（いわば絶対湿度差の条件）を空気温度差の条件に置き換えて目標蒸発温度を決定するようにしたが、相対湿度検出部を更に備えて絶対湿度を算出するようにし、別の条件に置き換えることなく直接絶対湿度差の条件に基づき目標蒸発温度を決定するようにしてもよい。

以上に説明したように、蒸発温度を上昇させることで着霜量を低減する効果があるが、更に以下の効果がある。

図１０は、脱着モードにおける霜密度上昇効果を説明するための空気線図である。
脱着モードにおいて蒸発温度を上昇させることで、霜密度を上げることが可能となる。霜密度は、蒸発温度をＥＴ、空気の温度をＴａ、空気の露点温度をＴｄとすると、（Ｔｄ−ＥＴ）／（Ｔａ−ＥＴ）が小さいほど霜密度を上げることができる。蒸発温度をＥＴ０からＥＴに上昇させることにより、
（Ｔｄ−ＥＴ）／（Ｔａ−ＥＴ）＜（Ｔｄ−ＥＴ０）／（Ｔａ−ＥＴ０）
とすることができる。このように、霜密度を上げて霜の高さ方向の成長を抑制することで、蒸発器６を通過する風量低下を抑制することができる。また、霜密度が上がると、霜層熱伝導率が高くなる。霜層熱伝導率が高くなると、空気と接触する霜表面温度を蒸発温度に近づけることができるため、空気と蒸発器６との熱交換における熱抵抗増加も抑制することが可能となる。

図１１は、本発明の実施の形態１に係るヒートポンプ装置における制御動作を示すフローチャートである。
先ず、制御装置１７はヒートポンプ装置１の暖房・給湯運転を開始し、吸着モードで運転を実施する（Ｓ１）。このとき、加熱装置１０はＯＦＦとする。そして、制御装置１７は、吸着モードの間、デシカント材９が飽和したかどうかを判定する（Ｓ２）。制御装置１７は飽和していないと判定した場合は吸着モードで運転を継続し、飽和したと判定した場合は脱着モードに移行する（Ｓ３）。すなわち、脱着モードでは、制御装置１７は加熱装置１０をＯＮにすると共に上述のようにして目標蒸発温度を決定し、圧縮機回転数調整部１３により圧縮機２の回転数を低下させて蒸発温度を目標蒸発温度以上に上昇させる制御を行う。本例では、上述したように脱着前後の空気の温度差の分、蒸発器６の蒸発温度を上昇させるようにしている。

脱着モードの運転中、制御装置１７はデシカント材９内の水分の脱着が終了したか否かを判定しており、脱着が終了していないと判定した場合は脱着モードで運転を継続する。制御装置１７は、脱着が終了したと判定した場合、Ｓ１に戻って再び吸着モードに移行し、加熱装置１０をＯＦＦする。以上のようにしてデシカント材９による吸着と脱着を交互に繰り返し実施する。

ところで、図１１のフローチャートには示していないが、脱着モードの運転中、脱着後空気の露点温度Ｔｄが０℃よりも高くなったとき、蒸発温度ＥＴを脱着後空気の露点温度Ｔｄｐよりも低く、且つ０℃より高くなるように圧縮機回転数調整部１３を制御する。これにより、脱着モード中に蒸発器６で発生する結露を凍らせず、結露水をドレン水として排出することができる。具体的な制御としては、脱着後空気の露点温度が０℃以上となるときの脱着後空気の空気温度を予め設定しておき、蒸発器吸込空気温度検出部１６の検出値が、設定空気温度以上となったとき、上記のように圧縮機回転数調整部１３を制御する。この制御により、脱着後空気の露点温度Ｔｄｐが０℃以上となる間は、リバース除霜等、暖房運転停止が必要な除霜運転を不要とすることができる。

以上説明したように、本実施の形態１によれば、吸着モードでは着霜を防止又は抑制でき、脱着モードであっても着霜量を減らすと共に霜密度を向上することができる。そして、霜密度向上により、霜の高さ方向の成長を抑制することが可能となり、蒸発器６を通過する風量低下の抑制及び蒸発器フィン間の閉塞の遅延が可能となる。以上の結果、暖房・給湯の運転時間を延ばすことができ、除霜回数を低減できる。よって、空気調和機及び給湯機における快適性の低下（室温低下や湯量の低下）を防止できると共に除霜時の消費電力を削減でき、省エネとすることができる。

また、霜密度向上により霜層熱伝導率を高くすることができるため、着霜状態における熱抵抗増加を抑制でき、蒸発器６における熱交換性能低下を抑制できる。

また、脱着モードの運転中、脱着後空気の露点温度Ｔｄが０℃以上となる間は、蒸発温度ＥＴを脱着後空気の露点温度Ｔｄｐよりも低く、且つ０℃より大きくなるようにすることにより着霜を防止でき、その間、除霜運転を不要とできる。

なお、蒸発温度を圧縮機回転数調整部１３により圧縮機２の回転数を制御することにより上昇させるようにしたが、膨張機５の開度調整や、蒸発器用ファン８の回転数調整により蒸発温度を上昇させるようにしてもよい。

実施の形態２．
図１２は、本発明の実施の形態２に係るヒートポンプ装置の概略図である。
実施の形態２のヒートポンプ装置１００は、図１に示した実施の形態１に、外気湿度検出部１０１、蒸発器吸込空気湿度検出部１０２を追加したものであり、その他の構成は実施の形態１と同様である。以下、実施の形態２が実施の形態１と異なる部分を中心に説明する。

実施の形態２でも実施の形態１同様に図１１に示すようなフローで吸着モードと脱着モードを交互に実施し、蒸発器６への着霜を抑制する。

実施の形態２は、デシカント材９の飽和判定、脱着モード時の目標蒸発温度の決定及びデシカント材９の脱着終了判定のそれぞれにおいて、外気湿度検出部１０１の検出値及び蒸発器吸込空気湿度検出部１０２の検出値を用いる点が実施の形態１と異なる。以下、順に説明する。

（飽和判定）
図１３は、本発明の実施の形態２に係るヒートポンプ装置の吸着モードにおける外気露点温度と吸着後露点温度それぞれの時間変化を示した図である。図１３を参照してデシカント材９の飽和判定について説明する。
実施の形態２では、外気露点温度（以下、吸着前露点温度という）と吸着後露点温度とを用いてデシカント材９が飽和しているか否かを検出する。なお、吸着前露点温度は、外気湿度検出部１０１の検出値と外気温度検出部１５の検出値とから求められる。また、吸着後露点温度は蒸発器吸込空気湿度検出部１０２の検出値と蒸発器吸込空気温度検出部１６の検出値とから求められる。

図１３に示すように、吸着初期はデシカント材９で外気空気の水分が除湿されるので、吸着前露点温度と吸着後露点温度の差は大きいが、時間が経過しデシカント材９が飽和してくると吸着前露点温度と吸着後露点温度の差が縮まってくる。よって、吸着モード初期の露点温度差を学習してΔＴｄｉ＿Ａと記憶しておき、現在の吸着前後の空気の露点温度差が、吸着モード初期時に比べて所定の割合γ（０≦γ＜１）まで小さくなったとき（つまり、ΔＴｄｉ＿Ａ×γまで小さくなったとき）、デシカント材９が飽和したと判定する。

（目標蒸発温度）
また、脱着モードにおいて蒸発温度を上昇させる際の目標蒸発温度ＥＴは以下のようにして決定する。
脱着モード時の着霜量を、脱着前空気をデシカント材９を介さずに蒸発器６を通過させた仮定したと場合に比べて低減するための条件は上述の通りである。そこで、本実施の形態２では、具体的にはこの条件を露点温度差の条件に置き換え、図１４に示すように脱着前後の空気の露点温度差の分、現状より蒸発温度を上昇させた温度を目標蒸発温度ＥＴとして決定する。すなわち、目標蒸発温度ＥＴを次の（２）式による温度とする。この目標蒸発温度ＥＴ以上に蒸発温度を上昇させることにより、脱着モード時の着霜を抑制することができる。

ＥＴ＝ＥＴ０＋Ｔｄ−Ｔｄ０ ・・・（２）
ここで、Ｔｄ０：脱着前空気の露点温度、Ｔｄ：脱着後空気の露点温度、ＥＴ０：蒸発温度上昇前（脱着モード直前つまり吸着モード終了時）の蒸発温度

なお、（２）式による目標蒸発温度は一例であって、上記所定の条件を鑑みた蒸発温度であれば、（２）式による蒸発温度でなくてもよい。

また、実施の形態１と同様、図１５に示すように、脱着後空気の露点温度Ｔｄが０℃よりも高い場合は、蒸発温度ＥＴがＴdよりも低く、且つ０℃より高くなるように圧縮機回転数調整部１３を制御する。これにより、蒸発器６の結露を凍らせず、ドレン水として流れるようにして着霜を防止することが可能となる。

（脱着終了判定）
図１６は、本発明の実施の形態２に係るヒートポンプ装置の脱着モードにおける外気温度と脱着後温度それぞれの時間変化を示した図である。
脱着モード時の脱着終了判定も、脱着前空気の露点温度と脱着後空気の露点温度とに基づき実施する。図１６に示すようにデシカント材９の脱着が進み、デシカント材９に水分が無くなってくると、脱着前露点温度と脱着後露点温度の差が小さくなってくる。したがって、脱着モード初期の露点温度差を学習してΔＴｄｉ＿Dと記憶しておき、現在の吸着前後の空気の露点温度差が、脱着モード初期時に比べて所定の割合θ（０≦θ＜１）まで小さくなったとき（つまり、ΔＴｄｉ＿Ｄ×θまで小さくなったとき）、デシカント材９の脱着が終了したと判定する。

以上説明したように、本実施の形態２によれば、実施の形態１と同様の作用効果を得ることができる。

また、本実施の形態１、２において、図１７に示すように、蒸発器６の除霜運転時に加熱装置１０を動作させ、デシカント材９の水分を脱着させるようにしても良い。そうすることで、除霜が終了し、暖房復帰したときに、吸着モードから開始できる。

実施の形態３．
上記実施の形態１、２では加熱装置１０を例えばヒーターとしていたが、加熱装置１０はヒーターに限定されるものではない。以下、加熱装置の他の構成例として、圧縮機２からの高温高圧のガス冷媒を加熱源とした構成例を３例、順に説明する。なお、以下に説明する各構成例は、加熱装置の構成が異なるのみで、それ以外の構成は実施の形態１、２と同様である。また、後述の各図では、加熱装置の説明に必要な部分のみ図示し、各種検出部等の図示は省略している。

（構成例１）
図１８は、本発明の実施の形態３に係るヒートポンプ装置の加熱装置の構成例１を示す冷媒回路構成図である。
この構成例１のヒートポンプ装置２００は、圧縮機２から吐出して凝縮器４に向かう高温高圧のガス冷媒の一部を凝縮器４をバイパスして膨張機５に流入させるバイパス回路２０１を有し、バイパス回路２０１によって加熱装置２１０を構成したものである。すなわち、加熱装置２１０は、圧縮機２から吐出して凝縮器４に向かう高温高圧のガス冷媒を熱源としている。バイパス回路２０１は第一の開閉弁２０２を有し、第一の開閉弁２０２の開閉により加熱装置２１０のＯＮ／ＯＦＦを行う。

このように構成されたヒートポンプ装置２００では、吸着モードで加熱装置２１０がＯＦＦの場合は、図１９に示すように第一の開閉弁２０２を閉とし、加熱装置２１０には冷媒は流さない。また、脱着モードで加熱装置２１０がＯＮの場合は、図２０に示すように第一の開閉弁２０２を開とし、圧縮機２から吐出した高温高圧の冷媒を加熱装置１０に流して外気を暖める。

（構成例２）
図２１は、本発明の実施の形態３に係るヒートポンプ装置の加熱装置の構成例２を示す冷媒回路構成図である。
この構成例２のヒートポンプ装置３００は、実施の形態１の冷媒回路の膨張機５と凝縮器４との間に第二の開閉弁３０１を有すると共に、膨張機５と第二の開閉弁３０１との間から分岐し、第二の開閉弁３０１と凝縮器４との間に接続された加熱装置用配管３０２を有する。また、加熱装置用配管３０２は第三の開閉弁３０３を有する。以上により構成された加熱装置３１０は、凝縮器４を出て加熱装置用配管３０２に流入した高温高圧の二相冷媒または液冷媒を熱源としている。加熱装置３１０のＯＮ／ＯＦＦは、第二の開閉弁３０１と第三の開閉弁３０３の開閉により行う。

このように構成されたヒートポンプ装置３００では、吸着モードで加熱装置３１０がＯＦＦの場合は、図２２に示すように第二の開閉弁３０１を開、第三の開閉弁３０３を閉とし、加熱装置用配管３０２には高温高圧の冷媒は流さない。また、脱着モードで加熱装置３１０がＯＮの場合は、図２３に示すように第二の開閉弁３０１を閉、第三の開閉弁３０３を開とし、凝縮器４を出た高温高圧の二相冷媒または液冷媒を加熱装置用配管３０２を通過させることで外気を暖める。

以上説明したように、本実施の形態３によれば上記実施の形態１、２と同様の効果が得られる。また、加熱装置を構成例１及び構成例２のどちらの場合としても、高温高圧の冷媒を加熱装置として利用することにより、加熱装置１０を電気ヒータ式にした場合に比べて、同じ熱を空気に与える時の消費電力量が低くなり、省エネとなる。

また、実施の形態１、２と同様、蒸発器６の除霜運転時に加熱装置２１０、３１０を動作させ、デシカント材９の水分を脱着させるようにしても良い。そうすることで、除霜が終了し、暖房復帰したときに、吸着モードから開始できる。

以上説明したヒートポンプ装置１、１００、２００及び３００は、空気調和機やヒートポンプ給湯機だけでなく、蒸発器６に常に着霜する冷凍機器に適用することも可能である。冷凍機の場合も除霜回数の低減により、庫内温度上昇抑制や消費電力低減が可能となる。

１ ヒートポンプ装置、２ 圧縮機、３ 四方弁、４ 凝縮器、５ 膨張機、６ 蒸発器、７ 凝縮器用ファン、８ 蒸発器用ファン、９ デシカント材、１０ 加熱装置、１１ 加熱装置制御部、１２ 圧縮機回転検出部、１３ 圧縮機回転数調整部、１４ 蒸発温度検出部、１５ 外気温度検出部、１６ 蒸発器吸込空気温度検出部、１７ 制御装置、１００ ヒートポンプ装置、１０１ 外気湿度検出部、１０２ 蒸発器吸込空気湿度検出部、２００ ヒートポンプ装置、２０１ バイパス回路、２０２ 第一の開閉弁、２１０ 加熱装置、３００ ヒートポンプ装置、３０１ 第二の開閉弁、３０２ 加熱装置用配管、３０３ 第三の開閉弁、３１０ 加熱装置。

Claims (13)

1. 圧縮機、凝縮器、膨張機及び蒸発器が順次接続されて冷媒が循環する冷媒回路と、
   空気から水分を吸脱着可能なデシカント材と、
   空気を加熱する加熱装置と、
   前記蒸発器に空気を送るファンと、
   前記デシカント材に水分を吸着させる吸着モードと前記デシカント材の水分を脱着する脱着モードとを交互に実施する制御装置とを備え、
   前記蒸発器、前記デシカント材及び前記加熱装置は、前記吸着モードと前記脱着モードとで共通の風路内で前記加熱装置、前記デシカント材及び前記蒸発器の順に前記ファンによる空気が流れるように直線状に配置され、
   前記制御装置は、
   前記吸着モードでは前記加熱装置をＯＦＦし、前記蒸発器に吸い込まれる空気中の水分を前記デシカント材に吸着させ、前記脱着モードでは前記加熱装置をＯＮし、加熱した空気を前記デシカント材に通過させて前記デシカント材の水分を脱着すると共に前記蒸発器の蒸発温度を上昇させ、前記脱着モードにおいて、前記デシカント材の水分を含んだ脱着後空気と蒸発温度上昇後の前記蒸発器の表面との絶対湿度差が、脱着前空気と蒸発温度上昇前の前記蒸発器の表面との絶対湿度差よりも小さくなるように目標蒸発温度を決定し、その目標蒸発温度以上に前記蒸発器の蒸発温度を上昇させることを特徴とするヒートポンプ装置。
2. 前記目標蒸発温度を、蒸発温度上昇前の蒸発温度に、前記脱着モードにおいて前記デシカント材を通過する空気の通過前後の空気温度差を加算した温度としたことを特徴とする請求項１記載のヒートポンプ装置。
3. 前記目標蒸発温度を、蒸発温度上昇前の蒸発温度に、前記脱着モードにおいて前記デシカント材を通過する空気の通過前後の露点温度差を加算した温度としたことを特徴とする請求項１記載のヒートポンプ装置。
4. 前記制御装置は、前記脱着モード時において脱着後空気の露点温度が０℃より高い場合、前記蒸発器の蒸発温度が０℃よりも高く且つ脱着後空気の露点温度よりも低くすることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載のヒートポンプ装置。
5. 前記制御装置は、前記脱着モードと前記吸着モードの切替えタイミングを、前記デシカント材通過前後の空気温度に基づいて決定することを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載のヒートポンプ装置。
6. 前記制御装置は、前記吸着モードにおいて前記デシカント材を通過する空気の通過前後の空気温度差が、吸着モード初期に比べて所定の割合まで小さくなった場合に、吸着モードから脱着モードに切替えることを特徴とする請求項５記載のヒートポンプ装置。
7. 前記制御装置は、前記脱着モードにおいて前記デシカント材を通過する空気の通過前後の空気温度差が、脱着モード初期に比べて所定の割合まで大きくなった場合に脱着モードから吸着モードに切替えることを特徴とする請求項５又は請求項６記載のヒートポンプ装置。
8. 前記制御装置は、前記脱着モードと前記吸着モードの切替えタイミングを、前記デシカント材通過前後の空気の露点温度に基づいて決定することを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載のヒートポンプ装置。
9. 前記制御装置は、吸着モードにおいて前記デシカント材を通過する空気の通過前後の露点温度差が、吸着モード初期に比べて所定の割合まで小さくなった場合に、吸着モードから脱着モードに切替えることを特徴とする請求項８記載のヒートポンプ装置。
10. 前記制御装置は、脱着モードにおいて前記デシカント材を通過する空気の通過前後の露点温度差が、脱着モード初期における所定の割合まで小さくなった場合に脱着モードから吸着モードに切替えることを特徴とする請求項８又は請求項９記載のヒートポンプ装置。
11. 前記加熱装置は、前記圧縮機から吐出された高温高圧のガス冷媒を熱源としていることを特徴とする請求項１乃至請求項１０の何れか１項に記載のヒートポンプ装置。
12. 前記加熱装置は、前記凝縮器を通過後の高温高圧の二相冷媒又は液冷媒を熱源としていることを特徴とする請求項１乃至請求項１０の何れか１項に記載のヒートポンプ装置。
13. 前記制御装置は、除霜運転中に前記加熱装置を動作させ、前記デシカント材内部の水分を脱着することを特徴とする請求項１乃至請求項１２の何れか１項に記載のヒートポンプ装置。

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