▶ ヨーク （ウーシー） エアー・コンディショニング・アンド・リフリジェレーション・カンパニー，リミテッドの特許一覧 ▶ ジョンソン コントロールズ テクノロジー カンパニーの特許一覧
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-06-28
(45)【発行日】2022-07-06
(54)【発明の名称】熱ポンプユニット及びその制御方法
(51)【国際特許分類】
F25B 13/00 20060101AFI20220629BHJP
F25B 1/00 20060101ALI20220629BHJP
【ＦＩ】
F25B13/00 S
F25B13/00 P
F25B1/00 385Z
【請求項の数】
20
(21)【出願番号】P 2020517850
(86)(22)【出願日】2018-09-28
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2020-12-10
(86)【国際出願番号】 IB2018057535
(87)【国際公開番号】W WO2019064248
(87)【国際公開日】2019-04-04
【審査請求日】2021-08-13
(31)【優先権主張番号】201710938025.X
(32)【優先日】2017-09-30
(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN
(31)【優先権主張番号】201811113760.8
(32)【優先日】2018-09-25
(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN
(73)【特許権者】
【識別番号】516389499
【氏名又は名称】ヨーク （ウーシー） エアー・コンディショニング・アンド・リフリジェレーション・カンパニー，リミテッド
(73)【特許権者】
【識別番号】518010511
【氏名又は名称】ジョンソン コントロールズ テクノロジー カンパニー
【氏名又は名称原語表記】Ｊｏｈｎｓｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏｍｐａｎｙ
(74)【代理人】
【識別番号】100118902
【弁理士】
【氏名又は名称】山本 修
(74)【代理人】
【識別番号】100106208
【弁理士】
【氏名又は名称】宮前 徹
(74)【代理人】
【識別番号】100120112
【氏名又は名称】中西 基晴
(74)【代理人】
【識別番号】100188329
【弁理士】
【氏名又は名称】田村 義行
(72)【発明者】
【氏名】ルブ，ルー
(72)【発明者】
【氏名】チェン，ホーンシェン
(72)【発明者】
【氏名】フー，チエン
【審査官】森山 拓哉
(56)【参考文献】
【文献】米国特許出願公開第２０１７／０１１５０４３（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開平０６－２８１２８２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭５７－０４３１７６（ＪＰ，Ａ）
【文献】実開昭５２－１６３２５３（ＪＰ，Ｕ）
【文献】特開２０１０－１９０５４５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１４－１１９１６１（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２００６／０２８８７２４（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｆ２５Ｂ １３／００
Ｆ２５Ｂ １／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
吸引端（１０６）及び排出端（１０５）を有する圧縮機（１０１）；入口端（１０８）及び出口端（１０９）を有する絞り装置（１０７）；
第１ポート（１１６．１）及び第２ポート（１１６．２）を有する第１熱交換器（１０４）、第１ポート（１２１．１）及び第２ポート（１２１．２）を有する第２熱交換器（１０２）、並びに第１ポート（１２３．１）及び第２ポート（１２３．２）を有する第３熱交換器（１０３）；
中圧タンク第１入口（１１２）が設けられた中圧タンク（１１０）；を備える熱ポンプユニットであって、
前記第１熱交換器（１０４）の前記第１ポート（１１６．１）及び前記第２熱交換器（１０２）の前記第１ポート（１２１．１）は、前記圧縮機（１０１）の前記吸引端（１０６）に制御可能に流体連通し、前記圧縮機（１０１）の前記排出端（１０５）に制御可能に流体連通し、前記第３熱交換器（１０３）の前記第１ポート（１２３．１）は、前記圧縮機（１０１）の前記吸引端（１０６）に流体連通し、
前記第１熱交換器（１０４）の前記第２ポート（１１６．２）及び前記第２熱交換器（１０２）の前記第２ポート（１２１．２）は、前記絞り装置（１０７）の前記入口端（１０８）に制御可能に流体連通し、前記絞り装置（１０７）の前記出口端（１０９）に制御可能に流体連通し、前記中圧タンク第１入口（１１２）に制御可能に流体連通し、前記第３熱交換器（１０３）の前記第２ポート（１２３．２）は、前記絞り装置（１０７）の前記出口端（１０９）に制御可能に流体連通している、熱ポンプユニット。
【請求項2】
第１インタフェース（１２０．１）、第２インタフェース（１２０．２）、第３インタフェース（１２０．３）、及び第４インタフェース（１２０．４）を有する四方弁（１２０）を更に備え、前記第１熱交換器（１０４）の前記第１ポート（１１６．１）は前記四方弁（１２０）の前記第２インタフェース（１２０．２）に接続され、前記第２熱交換器（１０２）の前記第１ポート（１２１．１）は前記四方弁（１２０）の前記第４インタフェース（１２０．４）に接続され、前記圧縮機（１０１）の前記吸引端（１０６）は前記四方弁（１２０）の前記第１インタフェース（１２０．１）に接続され、前記圧縮機（１０１）の前記排出端（１０５）は前記四方弁（１２０）の前記第３インタフェース（１２０．３）に接続されている、請求項１に記載の熱ポンプユニット。
【請求項3】
第１弁（１１５．１）及び第２弁（１１５．２）を含む絞り装置入口側制御弁グループであって、前記第１熱交換器（１０４）の前記第２ポート（１１６．２）及び前記第２熱交換器（１０２）の前記第２ポート（１２１．２）はそれぞれ、前記絞り装置入口側制御弁グループの前記第１弁（１１５．１）及び前記第２弁（１１５．２）を介して、前記絞り装置（１０７）の前記入口端（１０８）に制御可能に流体連通している、絞り装置入口側制御弁グループ；及び、第１弁（１１８．１）、第２弁（１１８．２）、及び第３弁（１１８．３）を含む絞り装置出口側制御弁グループであって、前記第１熱交換器（１０４）の前記第２ポート（１１６．２）及び前記第２熱交換器（１０２）の前記第２ポート（１２１．２）はそれぞれ、前記絞り装置出口側制御弁グループの前記第１弁（１１８．１）及び前記第２弁（１１８．２）を介して、前記絞り装置（１０７）の前記出口端（１０９）に制御可能に流体連通し、前記第３熱交換器（１０３）の前記第２ポート（１２３．２）は、前記絞り装置出口側制御弁グループの前記第３弁（１１８．３）を介して、前記絞り装置（１０７）の前記出口端（１０９）に制御可能に流体連通している、絞り装置出口側制御弁グループ；を更に備える、請求項２に記載の熱ポンプユニット。
【請求項4】
前記中圧タンク（１１０）には中圧タンク第１出口（１２８）が設けられ、前記中圧タンク第１出口（１２８）は、前記絞り装置（１０７）の前記出口端（１０９）に制御可能に流体連通しており、前記熱ポンプユニットは、
第１弁（１１３．１）及び第２弁（１１３．２）を備える中圧タンク第１入口制御弁グループであって、前記第１熱交換器（１０４）の前記第２ポート（１１６．２）及び前記第２熱交換器（１０２）の前記第２ポート（１２１．２）はそれぞれ、前記中圧タンク第１入口制御弁グループの前記第１弁（１１３．１）及び前記第２弁（１１３．２）を介して、前記中圧タンク第１入口（１１２）に制御可能に流体連通している、中圧タンク第１入口制御弁グループ；及び、
中圧タンク第１出口制御弁（１１４）であって、前記中圧タンク第１出口（１２８）は、前記中圧タンク第１出口制御弁（１１４）を介して、前記絞り装置（１０７）の前記出口端（１０９）に制御可能に流体連通している、中圧タンク第１出口制御弁、を更に備える、請求項３に記載の熱ポンプユニット。
【請求項5】
中圧タンク昇圧制御弁（１３５）、及び中圧タンク減圧制御弁（１３６）を更に備える、請求項４に記載の熱ポンプユニットであって、前記中圧タンク（１１０）には、中圧タンク第２入口（１８１）及び中圧タンク第２出口（１８２）が設けられており、
前記中圧タンク第２入口（１８１）は、前記中圧タンク昇圧制御弁（１３５）を介して、前記圧縮機（１０１）の前記排出端（１０５）と前記四方弁（１２０）との間の流体経路に接続され、前記中圧タンク第２出口（１８２）は、前記中圧タンク減圧制御弁（１３６）を介して、前記圧縮機（１０１）の前記吸引端（１０６）に接続されている、熱ポンプユニット。
【請求項6】
前記中圧タンク第１入口制御弁グループは、第１一方向弁（１２５．１）及び第２一方向弁（１２５．２）を更に備え、前記第１一方向弁（１２５．１）は、前記中圧タンク第１入口制御弁グループの前記第１弁（１１３．１）と、前記中圧タンク第１入口（１１２）との間に接続され、前記第２一方向弁（１２５．２）は、前記中圧タンク第１入口制御弁グループの前記第２弁（１１３．２）と、前記中圧タンク第１入口（１１２）との間に接続される、請求項４に記載の熱ポンプユニット。
【請求項7】
前記絞り装置入口側制御弁グループの前記第１弁（１１５．１）及び前記第２弁（１１５．２）は、一方向弁である、請求項５に記載の熱ポンプユニット。
【請求項8】
制御装置（２３０）を更に備え、前記四方弁（１２０）、前記絞り装置出口側制御弁グループ、前記中圧タンク第１入口制御弁グループ、前記中圧タンク第１出口制御弁（１１４）、前記中圧タンク昇圧制御弁（１３５）、及び前記中圧タンク減圧制御弁（１３６）は、前記制御装置（２３０）に接続され、前記制御装置（２３０）によって制御される、請求項７に記載の熱ポンプユニット。
【請求項9】
前記第１熱交換器（１０４）及び前記第３熱交換器（１０３）はそれぞれ、第１給水機と戻り管（１１１．１）、及び第２給水機と戻り管（１１１．２）に接続されている、請求項１に記載の熱ポンプユニット。
【請求項10】
前記圧縮機（１０１）、前記絞り装置（１０７）、並びに前記第１熱交換器（１０４）、前記第２熱交換器（１０２）及び前記第３熱交換器（１０３）を通る冷媒の流路を制御することにより、前記熱ポンプユニットを複数のモードで稼働すること、及び前記複数のモード間を切り替えることが可能なように、前記熱ポンプユニットは構成されており、モード切替時に圧力解放が必要な前記第１熱交換器（１０４）及び前記第２熱交換器（１０２）のいずれかからの高圧冷媒を、前記中圧タンク（１１０）によって受け入れられ得る、請求項１に記載の熱ポンプユニット。
【請求項11】
熱ポンプユニットを制御する方法であって、前記熱ポンプユニットは、圧縮機（１０１）、絞り装置（１０７）、第１熱交換器（１０４）、第２熱交換器（１０２）、第３熱交換器（１０３）、及び中圧タンク（１１０）を備え、前記熱ポンプユニットは、複数のモードで稼働することが可能であり、前記第１熱交換器（１０４）又は前記第２熱交換器（１０２）は、前記複数のモードで凝縮器として機能することが可能であり、前記方法は、前記熱ポンプユニットの稼働モードを切替前稼働モードから切替後稼働モードに切り替えることが望まれる場合に、圧力解放操作を、前記第１熱交換器（１０４）に実施することが望まれるか、又は前記第２熱交換器（１０２）に実施することが望まれるかを判定すること；
前記圧力解放操作を前記第１熱交換器（１０４）に実施することが望まれるという判定に応答して、前記切替前稼働モードを維持し、操作１を実施することであって、前記操作１は、冷媒を前記第１熱交換器（１０４）から前記中圧タンク（１１０）へと放出するように、前記第１熱交換器（１０４）を前記中圧タンク（１１０）の第１入口（１１２）に流体連通させることを含む、こと；又は、
前記圧力解放操作を前記第２熱交換器（１０２）に実施することが望まれるという判定に応答して、前記切替前稼働モードを維持し、操作２を実施することであって、前記操作２は、冷媒を前記第２熱交換器（１０２）から前記中圧タンク（１１０）へと放出するように、前記第２熱交換器（１０２）を前記中圧タンク（１１０）の前記第１入口（１１２）に流体連通させることを含む、こと；を含む方法。
【請求項12】
操作３を実行することであって、前記操作３は、前記操作１が実施されてから第１の所定時間が経過した後、前記第１熱交換器（１０４）を前記中圧タンク（１１０）の前記第１入口（１１２）から切断することを含む、こと；又は、操作４を実行することであって、前記操作４は、前記操作２が実施されてから第２の所定時間が経過した後、前記第２熱交換器（１０２）を前記中圧タンク（１１０）の前記第１入口（１１２）から切断することを含む、こと；を更に含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項13】
前記操作３又は前記操作４が実施された後に、前記切替後稼働モードを開始させること、及び前記切替前稼働モードを終了させること、を更に含む請求項１２に記載の方法。
【請求項14】
前記切替後稼働モードが開始された後、前記切替後稼働モードの冷媒循環ループに冷媒を補充することが望まれるという判定に応答して、操作５を実施することを更に含み、前記操作５は、前記中圧タンク（１１０）の第１出口（１２８）を前記絞り装置（１０７）の出口端（１０９）に流体連通させることを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項15】
前記操作５の間に、前記中圧タンク（１１０）内の圧力が第１の所定圧力値未満であるという判定に応答して、前記中圧タンク（１１０）内の圧力を昇圧させるように、前記中圧タンク（１１０）の第２入口（１８１）を前記圧縮機（１０１）の排出端（１０５）に流体連通させることを更に含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項16】
前記操作１又は前記操作２の間に、前記中圧タンク（１１０）内の圧力が第２の所定圧力値を超えているという判定に応答して、前記中圧タンク（１１０）内の圧力を減圧させるように、前記中圧タンク（１１０）の第２出口（１８２）を前記圧縮機（１０１）の吸引端（１０６）に流体連通させること、を更に含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項17】
前記圧力解放操作を、前記第１熱交換器（１０４）に実施することが望まれるか、又は前記第２熱交換器（１０２）に実施することが望まれるかを判定する工程が、前記切替前稼働モードで凝縮器として機能する前記第１熱交換器（１０４）又は前記第２熱交換器（１０２）が、前記切替後稼働モードにおいて凝縮器として機能しない場合に、前記圧力解放操作を、前記第１熱交換器（１０４）又は前記第２熱交換器（１０２）に実施することが望まれると判定することを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項18】
前記複数のモードは、冷却専用モード、加熱専用モード、冷却プラス加熱モード、及び除霜モードを含み、前記第１熱交換器（１０４）及び前記第３熱交換器（１０３）はそれぞれ、第１給水機と戻り管（１１１．１）、及び第２給水機と戻り管（１１１．２）に接続されている、請求項１７に記載の方法。
【請求項19】
前記熱ポンプユニットが前記冷却専用モードで稼働する場合、前記圧縮機（１０１）、前記絞り装置（１０７）、前記第２熱交換器（１０２）、及び前記第３熱交換器（１０３）は、冷媒循環ループにあり、前記第２熱交換器（１０２）は前記冷却専用モードにおいて凝縮器として機能し；前記熱ポンプユニットが前記加熱専用モードで稼働する場合、前記圧縮機（１０１）、前記絞り装置（１０７）、前記第１熱交換器（１０４）、及び前記第２熱交換器（１０２）は、冷媒循環ループにあり、前記第１熱交換器（１０４）は前記加熱専用モードにおいて凝縮器として機能し；
前記熱ポンプユニットが前記冷却プラス加熱モードで稼働する場合、前記圧縮機（１０１）、前記絞り装置（１０７）、前記第１熱交換器（１０４）、及び前記第３熱交換器（１０３）は、冷媒循環ループにあり、前記第１熱交換器（１０４）は前記冷却プラス加熱モードにおいて凝縮器として機能し；
前記熱ポンプユニットが前記除霜モードで稼働する場合、前記圧縮機（１０１）、前記絞り装置（１０７）、前記第１熱交換器（１０４）、及び前記第２熱交換器（１０２）は、冷媒循環ループにあり、前記第２熱交換器（１０２）は前記除霜モードにおいて凝縮器として機能する、請求項１８に記載の方法。
【請求項20】
圧力解放操作を、前記第１熱交換器（１０４）に実施することが望まれるか、又は前記第２熱交換器（１０２）に実施することが望まれるかを判定することが、前記切替前稼働モードが前記冷却専用モードであり、前記切替後稼働モードが前記加熱専用モード又は前記冷却プラス加熱モードである場合は、前記圧力解放操作を前記第２熱交換器（１０２）に実施することが望まれると判定すること；
前記切替前稼働モードが前記加熱専用モードであり、前記切替後稼働モードが前記冷却専用モード又は前記除霜モードである場合は、前記圧力解放操作を前記第１熱交換器（１０４）に実施することが望まれると判定すること；
前記切替前稼働モードが前記冷却プラス加熱モードであり、前記切替後稼働モードが前記冷却専用モードである場合は、前記圧力解放操作を前記第１熱交換器（１０４）に実施することが望まれると判定すること；又は、
前記切替前稼働モードが前記除霜モードであり、前記切替後稼働モードが前記加熱専用モードである場合は、前記圧力解放操作を前記第２熱交換器（１０２）に実施することが望まれると判定すること；を含む、請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
関連出願の相互参照
この出願は、２０１７年９月３０日に出願された、「Ｈｅａｔ Ｐｕｍｐ Ｕｎｉｔ ａｎｄ Ｔｈｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｍｅｔｈｏｄ Ｔｈｅｒｅｏｆ」と題する中国特許出願公開第２０１７１０９３８０２５Ｘ号明細書、及び２０１８年９月２５日に出願された、「Ｈｅａｔ Ｐｕｍｐ Ｕｎｉｔ ａｎｄ Ｔｈｅ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｈｅ Ｈｅａｔ Ｐｕｍｐ Ｕｎｉｔ」と題する中国特許出願公開第２０１８１１１１３７６０８号明細書の利益及び優先権を主張し、その全体が本明細書に参照として組み込まれる。
この出願は、２０１７年９月３０日に出願された、「Ｈｅａｔ Ｐｕｍｐ Ｕｎｉｔ ａｎｄ Ｔｈｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｍｅｔｈｏｄ Ｔｈｅｒｅｏｆ」と題する中国特許出願公開第２０１７１０９３８０２５Ｘ号明細書、及び２０１８年９月２５日に出願された、「Ｈｅａｔ Ｐｕｍｐ Ｕｎｉｔ ａｎｄ Ｔｈｅ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｈｅ Ｈｅａｔ Ｐｕｍｐ Ｕｎｉｔ」と題する中国特許出願公開第２０１８１１１１３７６０８号明細書の利益及び優先権を主張し、その全体が本明細書に参照として組み込まれる。
【0002】
本出願は、熱ポンプの分野に関し、具体的には、冷熱の両方についての要求がある用途シナリオに適用可能な熱ポンプユニット（又は熱ポンプシステム）、及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【0003】
熱ポンプユニットは、圧縮機、絞り装置、及び少なくとも２つの熱交換器を備え、圧縮機、絞り装置、及び少なくとも２つの熱交換器は冷媒循環システムを形成し、熱は熱交換器を介して作業端（水など）と交換され、それにより、作業端を冷却しながら、熱回収加熱のために凝縮熱が使用され得る。熱ポンプユニットは複数のモードで稼働し、複数のモード間を切り替えることが可能である。
【0004】
熱ポンプユニットの稼働モードが切り替えられると、循環システム内の冷媒の流れる方向を変更する必要があり得る。この場合、圧縮機が最初に停止される場合があり、一定時間後に循環システムの高圧側の熱交換器（すなわち、凝縮器として機能する熱交換器）の圧力が解放され、次いで熱交換器が低圧側に切り替えられる。本開示の発明者らは、既存の熱ポンプユニットでは、時間内に作業モード間の切替えをできないことを見出した。加えて、モード切替時に、循環システム内の圧力が大きく変動し、パイプラインに大きな影響を与える。従って、騒音及び振動の程度が非常に高いので、熱ポンプユニットに関連する安定性と快適性の程度が低下する。とりわけ、熱交換器にとって除霜及び排水が必要な場合は、停止及び圧力解放時間が除霜及び排水時間を上回り、そのため、熱ポンプユニットの作業効率は大きな影響を受ける。
【0005】
更には、圧縮機及び絞り装置の方向を変更するように、多機能熱ポンプユニット内に複数の四方逆転弁又は三方逆転弁を設ける必要があり得る。従って、パイプラインの接続構造は複雑であり、システムのエネルギー効率は低く、冷媒漏れのリスクは非常に高く、複数の機能を切り替えて調節するために複雑な制御方法が必要になる場合がある。
【0006】
上述の問題を解決するために、本出願の少なくとも１つの目的は、複数の機能を有し、複数の機能間の自由な切替えを便利に、円滑に、効率的に実施する熱ポンプユニットを提供することである。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【0007】
本開示の一実現形態は熱ポンプユニットである。熱ポンプユニットは、吸引端及び排出端を有する圧縮機、入口端及び出口端を有する絞り装置、第１ポート及び第２ポートを有する第１熱交換器、第１ポート及び第２ポートを有する第２熱交換器、第１ポート及び第２ポートを有する第３熱交換器、並びに中圧タンク第１入口が設けられている中圧タンクを含む。第１熱交換器の第１ポート及び第２熱交換器の第１ポートは、圧縮機の吸引端に制御可能に流体連通し、圧縮機の排出端に制御可能に流体連通している。第３熱交換器の第１ポートは、圧縮機の吸引端に流体連通している。第１熱交換器の第２ポート及び第２熱交換器の第２ポートは、絞り装置の入口端に制御可能に流体連通し、絞り装置の出口端に制御可能に流体連通し、中圧タンク第１入口に制御可能に流体連通している。第３熱交換器の第２ポートは、絞り装置の出口端に制御可能に流体連通している。
【0008】
熱ポンプユニットは、第１インタフェース、第２インタフェース、第３インタフェース、及び第４インタフェースを有する四方弁を更に含むことができる。第１熱交換器の第１ポートは四方弁の第２インタフェースに接続され、第２熱交換器の第１ポートは四方弁の第４インタフェースに接続され、圧縮機の吸引端は四方弁の第１インタフェースに接続され、圧縮機の排出端は四方弁の第３インタフェースに接続されている。
【0009】
熱ポンプユニットは、第１弁及び第２弁を含む絞り装置入口側制御弁グループを更に含むことができる。第１熱交換器の第２ポート及び第２熱交換器の第２ポートは、絞り装置入口側制御弁グループの第１弁及び第２弁を介して、絞り装置の入口端に制御可能に流体連通することができる。熱ポンプユニットは、第１弁、第２弁及び第３弁を含む絞り装置出口側制御弁グループを更に備えることができる。第１熱交換器の第２ポート及び第２熱交換器の第２ポートは、絞り装置出口側制御弁グループの第１弁及び第２弁を介して、絞り装置の出口端に制御可能に流体連通することができる。第３熱交換器の第２ポートは、絞り装置出口側制御弁グループの第３弁を介して、絞り装置の出口端に制御可能に流体連通することができる。
【0010】
中圧タンクには、中圧第１出口が設けられ得る。中圧第１出口は、絞り装置の出口端に制御可能に流体連通することができる。熱ポンプユニットは、第１弁及び第２弁を含む中圧タンク第１入口制御弁グループを更に備えることができる。第１熱交換器の第２ポート及び第２熱交換器の第２ポートはそれぞれ、中圧タンク第１入口制御弁グループの第１弁及びポリマー第２弁を介して、中圧タンク第１入口に制御可能に流体連通することができる。熱ポンプユニットは、中圧タンク第１出口制御部を更に備えることができる。中圧第１出口は、中圧タンク第１出口制御弁を介して、絞り装置の出口端に制御可能に流体連通することができる。
【0011】
熱ポンプユニットは、中圧タンク昇圧制御弁、及び中圧タンク減圧制御弁を更に含むことができる。中圧タンクには、中圧タンク第２入口及び中圧タンク第２出口が設けられ得る。中圧タンク第２入口は、中圧タンク昇圧制御弁を介して、圧縮機の排出端と四方弁との間の流体経路に接続され得る。中圧タンク第２出口は、中圧タンク減圧制御弁を介して、圧縮機の吸引端に接続され得る。
【0012】
中圧タンク第１入口制御弁グループは、第１一方向弁及び第２一方向弁を更に含み得る。第１一方向弁は、中圧タンク第１入口制御弁グループの第１弁と中圧タンク第１入口との間に接続され得る。第２一方向弁は、中圧タンク第１入口制御弁グループの第２弁と中圧タンク第１入口との間に接続され得る。
【0013】
絞り装置入口側制御弁グループの第１弁及び第２弁は、一方向弁であり得る。第１熱交換器、及び第３熱交換器はそれぞれ、第１給水機と戻り管、及び第２給水機と戻り管に接続され得る。
【0014】
熱ポンプユニットは、制御装置を更に含み得る。四方弁、絞り装置出口側制御弁グループ、中圧タンク第１入口制御弁グループ、中圧タンク第１出口制御弁、中圧タンク昇圧制御弁、及び中圧タンク減圧制御弁は、制御装置に接続され、制御装置によって制御され得る。
【0015】
圧縮機、絞り装置、並びに第１熱交換器、第２熱交換器及び第３熱交換器を通る冷媒の流路を制御することにより、熱ポンプユニットを複数のモードで稼働すること、及び複数のモード間を切り替えることが可能なように、熱ポンプユニットが構成され得る。モード切替時に圧力解放が必要な第１熱交換器及び第２熱交換器のいずれかからの高圧冷媒を、中圧タンクによって受け入れられ得る。
【0016】
本開示の別の実現形態は、熱ポンプユニットを制御する方法である。熱ポンプユニットは、圧縮機、絞り装置、第１熱交換器、第２熱交換器、第３熱交換器、及び中圧タンクを含む。熱ポンプユニットは複数のモードで稼働することが可能であり、第１熱交換器又は第２熱交換器は複数のモードで凝縮器として機能することが可能である。この方法は、熱ポンプユニットの稼働モードを切替前稼働モードから切替後稼働モードに切り替えることが望まれる場合に、圧力解放操作を、第１熱交換器に実施することが望まれるか、又は第２熱交換器に実施することが望まれるかを判定することを含む。方法は、圧力解放操作を第１熱交換器に実施することが望まれるという判定に応答して、切替前稼働モードを維持し、操作１を実施するであって、操作１は、冷媒を第１熱交換器から中圧タンクへと放出するように、第１熱交換器を中圧タンクの第１入口に流体連通させることを含む、こと；又は、圧力解放操作を第２熱交換器に実施することが望まれるという判定に応答して、切替前稼働モードを維持し、操作２を実施することであって、操作１は、冷媒を第２熱交換器から中圧タンクへと放出するように、第２熱交換器を中圧タンクの第１入口に流体連通させること、を更に含む。
【0017】
方法は、操作３を実行することを更に含むことができ、操作３は、操作１が実施されてから第１の所定時間が経過した後、第１熱交換器を中圧タンクの第１入口から切断することを含む。方法は、操作４を実行することを更に含むことができ、操作４は、操作２が実施されてから第２の所定時間が経過した後、第２熱交換器を中圧タンクの第１入口から切断することを含む。
【0018】
この方法は、操作３又は操作４が実施された後に、切替後稼働モードを開始させること、及び切替前稼働モードを終了させることを更に含み得る。
【0019】
方法は、切替後稼働モードが開始された後、切替後稼働モードの冷媒循環ループに冷媒を補充することが望まれるという判定に応答して、操作５を実施することを更に含むことができ、操作５は、中圧タンクの第１出口を絞り装置の出口端に流体連通させることを含む。
【0020】
この方法は、操作５の実施中に、中圧タンク内の圧力が第１の所定圧力値未満であるという判定に応答して、中圧タンク内の圧力を昇圧させるように、中圧タンクの第２入口を圧縮機の排出端に流体連通させることを更に含み得る。
【0021】
この方法は、操作１又は操作２の間に、中圧タンク内の圧力が第２の所定圧力値を超えるという判定に応答して、中圧タンク内の圧力を減圧させるように、中圧タンクの第２出口を圧縮機の吸引端に流体連通させることを更に含み得る。
【0022】
圧力解放操作を、第１熱交換器に実施することが望まれるか、又は第２熱交換器に実施することが望まれるかを判定する工程が、切替前稼働モードで凝縮器として機能する第１熱交換器又は第２熱交換器が、切替後稼働モードにおいて凝縮器として機能しない場合に、圧力解放操作を、第１熱交換器又は第２熱交換器に実施することが望まれると判定することを含み得る。
【0023】
複数のモードは、冷却専用モード、加熱専用モード、冷却プラス加熱モード、及び除霜モードを含み得る。第１熱交換器、及び第３熱交換器はそれぞれ、第１給水機と戻り管、及び第２給水機と戻り管に接続され得る。
【0024】
熱ポンプユニットが冷却専用モードで稼働する場合、圧縮機、絞り装置、第２熱交換器、及び第３熱交換器は、冷媒循環ループにある可能性があり、第２熱交換器は冷却専用モードにおいて凝縮器として機能する。熱ポンプユニットが加熱専用モードで稼働する場合、圧縮機、絞り装置、第１熱交換器、及び第２熱交換器は、冷媒循環ループにある可能性があり、第１熱交換器は加熱専用モードにおいて凝縮器として機能する。熱ポンプユニットが冷却プラス加熱モードで稼働する場合、圧縮機、絞り装置、第１熱交換器、及び第３熱交換器は、冷媒循環ループにある可能性があり、第１熱交換器は冷却プラス加熱モードにおいて凝縮器として機能する。熱ポンプユニットが除霜モードで稼働する場合、圧縮機、絞り装置、第１熱交換器、及び第２熱交換器は、冷媒循環ループにある可能性があり、第２熱交換器は除霜モードにおいて凝縮器として機能する。
【0025】
圧力解放操作を、第１熱交換器に実施することが望まれるか、又は第２熱交換器に実施することが望まれるかを判定する工程が、切替前稼働モードが冷却専用モードであり、一方、切替後稼働モードが加熱専用モード又は冷却プラス加熱モードである場合は、圧力解放操作を第２熱交換器に実施することが望まれると判定すること；切替前稼働モードが加熱専用モードであり、一方、切替後稼働モードが冷却専用モード又は除霜モードである場合は、圧力解放操作を第１熱交換器に実施することが望まれると判定すること；切替前稼働モードが冷却プラス加熱モードであり、一方、切替後稼働モードが冷却専用モードである場合は、圧力解放操作を第１熱交換器に実施することが望まれると判定すること；又は、切替前稼働モードが除霜モードであり、一方、切替後稼働モードが加熱専用モードである場合は、圧力解放操作を第２熱交換器に実施することが望まれると判定すること；を含み得る。
【0026】
中圧タンクを使用して熱交換器から高圧冷媒を受け取ることにより、本開示の熱ポンプユニットは、一切シャットダウンすることなく、複数のモード間を時間内に切り替えることができる。従って、熱交換器が圧力を解放するのを待つ時間が短縮され、切替え効率を改善させることができる。従って、本開示の熱ポンプユニットは、冷却専用、加熱専用、冷却プラス加熱、及び除霜などの複数のモードを実現できるだけでなく、熱ポンプユニットの作業状態を、作業条件の要件に応じて柔軟に調節することができる。従って、熱ポンプユニットの冷却能力及び加熱能力を、作業条件の要件を満たすように調節することができる。加えて、本願の熱ポンプユニットのパイプライン接続は単純な場合があり、気液分離器又は液体貯蔵器を別々に設ける必要がなく、構造は小型であり、冷媒漏れの危険性は低減され、熱ポンプユニットの信頼性は改善される。
【図面の簡単な説明】
【0027】
【発明を実施するための形態】
【0028】
以下では、本明細書の一部を構成する図面を参照して、本出願の様々な具体的な実現形態について説明する。方向を示す用語、例えば「前」、「背後」、「上方」、「下方」、「左」、及び「右」は、本明細書における様々な例示的な構造的な部品及び構成要素を説明するために使用され、これら用語は、説明の便宜のためにのみ使用され、図面で例示された方向に基づいて決定されていることを理解されたい。本願で開示される実施形態は、様々な方向で設定することができるので、方向を示すこれら用語は、制限としてではなく、例示としてのみ使用される。
【0029】
図１は、本開示の実施形態による熱ポンプユニットのブロック図である。図１に示すように、本開示の熱ポンプユニットは、圧縮機１０１、絞り装置１０７、第１熱交換器１０４、第２熱交換器１０２、第３熱交換器１０３、中圧タンク１１０、四方弁１２０、及び以下で紹介されることになる複数の他の弁を備える。図１の構成要素（圧縮機１０１、絞り装置１０７、第１熱交換器１０４、第２熱交換器１０２、第３熱交換器１０３、中圧タンク１１０、四方弁１２０、及び複数の他の弁を含む）間の接続ラインは、接続パイプラインを表す。圧縮機１０１は吸引端１０６及び排出端１０５を有し、吸引端１０６及び排出端１０５はそれぞれ、四方弁１２０に接続されている。圧縮機１０１は、その吸引端１０６から排出端１０５への流体の一方向の流れを可能にする。絞り装置１０７は入口端１０８及び出口端１０９を有し、絞り装置１０７の入口端１０８から出口端１０９への流体の一方向の流れを可能にする。他の実施形態では、四方弁１２０は、他の弁又は弁グループと置き換え可能である。図１に示す四方弁１２０は、第１インタフェース１２０．１、第２インタフェース１２０．２、第３インタフェース１２０．３、及び第４インタフェース１２０．４を含む４つのインタフェースを有する。第１インタフェース１２０．１は圧縮機１０１の吸引端１０６に接続され、第３インタフェース１２０．３は圧縮機１０１の排出端１０５に接続され、第２インタフェース１２０．２は第１熱交換器１０４に接続され、第４インタフェース１２０．４は第２熱交換器１０２に接続されている。
【0030】
四方弁１２０の第３インタフェース１２０．３が第２インタフェース１２０．２に接続され、第１インタフェース１２０．１が第４インタフェース１２０．４に接続されている場合、圧縮機１０１の排出端１０５は第１熱交換器１０４に流体連通しており、圧縮機１０１の吸引端１０６は第２熱交換器１０２に流体連通している。このようにして、第１熱交換器１０４は、熱ポンプユニットの高圧側に配置される凝縮器として機能することが可能であり、一方、第２熱交換器１０２は、熱ポンプユニットの低圧側に配置されることが可能である。
【0031】
四方弁１２０の第３インタフェース１２０．３が第４インタフェース１２０．４に接続され、第１インタフェース１２０．１が第２インタフェース１２０．２に接続されている場合、圧縮機１０１の排出端１０５は第２熱交換器１０２に流体連通しており、圧縮機１０１の吸引端１０６は、第１熱交換器１０４に流体連通している。このようにして、第２熱交換器１０２は、熱ポンプユニットの高圧側に配置される凝縮器として機能することが可能であり、一方、第１熱交換器１０４は、熱ポンプの低圧側に配置されることが可能である。
【0032】
図１に示すように、熱ポンプユニットは第３熱交換器１０３を更に備え、第３熱交換器１０３は、圧縮機１０１の吸引端１０６に流体連通している。従って、第３熱交換器１０３は、熱ポンプユニットの低圧側に配置される場合があり、凝縮器として機能しない場合がある。
【0033】
やはり図１に示すように、第１熱交換器１０４、第２熱交換器１０２、及び第３熱交換器１０３はそれぞれ、少なくとも２つのポートを有し、第１熱交換器１０４の第１ポート１１６．１、及び第２熱交換器１０２の第１ポート１２１．１は、四方弁１２０に接続するように構成され、第３熱交換器１０３の第１ポート１２３．１は、圧縮機１０１の吸引端１０６に接続するように構成されている。熱ポンプユニットは、絞り装置入口側制御弁グループ１１５．１、１１５．２、及び絞り装置出口側制御弁グループ１１８．１、１１８．２、１１８．３を更に備える。
【0034】
第１熱交換器１０４は、第２ポート１１６．２を更に有する。第２ポート１１６．２は、絞り装置入口側制御弁グループの第１弁１１５．１を介して、絞り装置１０７の入口端１０８に流体連通し、第２ポート１１６．２は、絞り装置出口側制御弁グループの第１弁１１８．１を介して、絞り装置１０７の出口端１０９に流体連通しており、それにより、第２ポート１１６．２は、絞り装置１０７の出口端１０９から流出する冷媒を受け入れるための第１熱交換器１０４の入口として機能するだけでなく、絞り装置１０７の入口端１０８に冷媒を供給するための第１熱交換器１０４の出口として機能することもできる。従って、第１熱交換器１０４は、その第１ポート１１６．１から第２ポート１１６．２への、又はその第２ポート１１６．２から第１ポート１１６．１への、流体の制御可能な双方向の流れを可能にする。
【0035】
第１熱交換器１０４と同様に、第２熱交換器１０２も第２ポート１２１．２を有する。第２ポート１２１．２は、絞り装置入口側制御弁グループの第２弁１１５．２を介して絞り装置１０７の入口端１０８に流体連通し、絞り装置出口側制御弁グループの第２弁１１８．２を介して絞り装置１０７の出口端１０９に流体連通している。従って、第２熱交換器１０２は、その第１ポート１２１．１から第２ポート１２１．２への、又はその第２ポート１２１．２から第１ポート１２１．１への、流体の制御可能な双方向の流れを可能にする。
【0036】
第３熱交換器１０３も第２ポート１２３．２を有するが、第３熱交換器１０３の第２ポート１２３．２は、絞り装置出口側制御弁グループの第３弁１１８．３を介して絞り装置１０７の出口端１０９にのみ流体連通している。
【0037】
図１に示す実施形態では、絞り装置１０７は膨張弁であり、高圧冷媒は入口端１０８から膨張弁１０７の中に入って低圧冷媒に変化し、低圧冷媒は次いで、出口端１０９から放出される。従って、第１熱交換器１０４及び第２熱交換器１０２内の冷媒を絞り装置１０７の入口端１０８に制御可能に流すために、絞り装置入口側制御弁グループの第１弁１１５．１及び第２弁１１５．２は、ソレノイド弁又は一方向弁であり得る。例えば、図１に示す実施形態における絞り装置入口側制御弁グループの第１弁１１５．１及び第２弁１１５．２は一方向弁であるので、より多くの費用を節約することができる。第１熱交換器１０４内の冷媒は、一方向弁１１５．１が開放している時、絞り装置１０７の入口端１０８に流れることができ、第２熱交換器１０２内の冷媒は、一方向弁１１５．２が開放している時、絞り装置１０７の入口端１０８に流れることができる。
【0038】
一方向弁は、図２Ａに示すような制御装置２３０によって制御される必要なしに、一方向弁の両端間の圧力差に起因して自動的に開閉される。しかし、本開示によると、絞り装置入口側制御弁グループの第１弁１１５．１及び第２弁１１５．２はまた、図２Ａに示すように制御装置２３０に接続され、制御装置２３０によって制御されるソレノイド弁であり得る。絞り装置出口側制御弁グループの第１弁１１８．１、第２弁１１８．２、及び第３弁１１８．３は、ソレノイド弁とすることができ、それにより、絞り装置１０７の出口端１０９から流出する冷媒は、必要な熱交換器に制御可能に流入することができる。例えば、絞り装置出口側制御弁グループの第１弁１１８．１が開放され、絞り装置出口側制御弁グループの第２弁１１８．２及び第３弁１１８．３が閉じられた場合、絞り装置１０７の出口端１０９から流出する冷媒は、第１熱交換器１０４に流入することができる。
【0039】
上述の第１熱交換器１０４、第２熱交換器１０２、及び第３熱交換器１０３は、異なるタイプの熱交換器、例えば空気と熱交換する空気熱交換器、又は水と熱交換する水側熱交換器であり得る。例示的な実施形態として、第２熱交換器１０２は、作業端に接続されていない空気熱交換器であり、第１熱交換器１０４及び第３熱交換器１０３は、水側熱交換器であり、それぞれ第１給水機と戻り管１１１．１及び第２給水機と戻り管１１１．２に接続され、それにより、熱交換器は、熱交換時にユーザ側で必要な加熱負荷又は冷却負荷を供給できる。別の例として、本出願の熱ポンプユニットは、３個を超える熱交換器を含み得る。
【0040】
やはり図１に示すように、熱ポンプユニットは中圧タンク１１０を更に備える。中圧タンク１１０は、冷媒を貯蔵するための容器である。冷媒は、冷媒液体、又は冷媒ガス、又は冷媒のガスと液体との混合物であり得る。中圧タンク１１０は、中圧タンク第１入口１１２及び中圧タンク第１出口１２８を有し、中圧タンク第１入口１１２は、中圧タンク第１入口制御弁グループ１１３．１、１１３．２を介して、凝縮器として機能することが可能な熱交換器（すなわち、第１熱交換器１０４及び第２熱交換器１０２）に流体連通している。
【0041】
図１に示す実施形態では、中圧タンク第１入口１１２は、中圧タンク第１入口制御弁グループの第１弁１１３．１及び第２弁１１３．２を介して、それぞれ、第１熱交換器１０４の第２ポート１１６．２及び第２熱交換器１０２の第２ポート１２１．２に流体連通している。一例として、中圧タンク第１入口１１２は、中圧タンク第１入口制御弁グループの第１弁１１３．１を介して、絞り装置入口側制御弁グループの第１弁１１５．１と絞り装置１０７の入口端１０８との間の流体経路に接続され、中圧タンク第１入口制御弁グループの第２弁１１３．２を介して、絞り装置入口側制御弁グループの第２弁１１５．２と絞り装置１０７の入口端１０８との間の流体経路に接続されている。従って、第１熱交換器１０４及び第２熱交換器１０２内の高圧冷媒は、絞り装置入口側制御弁グループ１１５．１、１１５．２及び中圧タンク第１入口制御弁グループ１１３．１、１１３．２を制御することにより、中圧タンク１１０の中に流入し得る。別の例として、示された中圧タンク第１入口１１２が複数存在する場合があり、各入口はそれぞれ、対応する第１入口制御弁を介して、凝縮器として機能することが可能な熱交換器に流体連通している。別の実施形態では、中圧タンク第１入口制御弁グループには１つの弁のみが設けられ、その弁を通じて、中圧タンク第１入口１１２が絞り装置１０７の入口端１０８に接続される。
【0042】
図１に示す中圧タンク１１０では、中圧タンク第１出口１２８は、中圧タンク第１出口制御弁１１４を介して、稼働中の熱ポンプユニットの低圧側に流体連通しており、従って、中圧タンク１１０内の冷媒は、冷媒循環ループの中に流入して、冷媒循環ループに冷媒を補充し得る。中圧タンク第１出口１２８は、中圧タンク第１出口制御弁１１４を介して、第１熱交換器１０４の第２ポート１１６．２、第２熱交換器１０２の第２ポート１２１．２、及び第３熱交換器１０３の第２ポート１２３．２に流体連通している。熱ポンプユニットの稼働安定性を改善するために、中圧タンク第１出口制御弁１１４は、中圧タンク第１出口１２８から流出する冷媒を、確実に低圧冷媒に変化させることができる膨張弁とすることができ、その時、低圧冷媒は稼働中の熱ポンプユニットの低圧側に流入する。一例として、中圧タンク第１出口１２８は、中圧タンク第１出口制御弁１１４を介して、絞り装置１０７の出口端１０９に流体連通している。中圧タンク第１入口１１２及び中圧タンク第１出口１２８は、主に冷媒液の送達に使用され、よって、それらは中圧タンク１１０の底部に設けられる。
【0043】
熱ポンプユニットは、中圧タンク昇圧制御弁１３５、及び中圧タンク減圧制御弁１３６を更に備える。中圧タンク１１０には、中圧タンク第２入口１８１及び中圧タンク第２出口１８２が更に設けられている。一例として、中圧タンク第２入口１８１は、中圧タンク昇圧制御弁１３５を介して、圧縮機１０１の排出端１０５と四方弁１２０との間の流体経路に接続され、中圧タンク第２出口１８２は、中圧タンク減圧制御弁１３６を介して、圧縮機１０１の吸引端１０６に接続されている。中圧タンク第１入口１１２及び中圧タンク第１出口１２８は、主に冷媒ガスの送達に使用され、よって、それらは中圧タンク１１０の頂部に設けられる。
【0044】
中圧タンク１１０は、中圧タンク第１入口１１２を介して、凝縮器として機能することが可能な熱交換器から放出された高圧冷媒を受け取り、その結果、熱交換器内の冷媒及び圧力は低下するが、中圧タンク１１０内の冷媒及び圧力は増加する。中圧タンク１１０はまた、中圧タンク第１出口１２８を介して、熱ポンプユニットの冷媒循環ループに冷媒を補充し得る。中圧タンク１１０内の圧力が高すぎる場合は、中圧タンク減圧制御弁１３６を開放することにより、中圧タンク１１０内の冷媒ガスを圧縮機１０１の吸引端１０６に送達することにより減圧され得る。中圧タンク１１０内の圧力が低すぎる場合は、中圧タンク昇圧制御弁１３５を開放することにより、圧縮機１０１の排出端１０５から中圧タンク１１０へと高圧冷媒ガスを送達することにより昇圧され得る。従って、中圧タンク１１０内の圧力を所望の範囲に維持され得る。
【0045】
中圧タンク１１０内の流体の流れる方向を更に保証するために、例として、中圧タンク第１入口制御弁グループの第１弁１１３．１と中圧タンク第１入口１１２との間に第１一方向弁１２５．１を設けることができ、中圧タンク第１入口制御弁グループの第２弁１１３．２と中圧タンク第１入口１１２との間に第２一方向弁１２５．２を設けることができる。第１一方向弁１２５．１は、中圧タンク第１入口制御弁グループの第１弁１１３．１が開いた場合に自動的に開くことになり、第２一方向弁１２５．２は、中圧タンク第１入口制御弁グループの第２弁１１３．２が開いた場合に自動的に開くことになる。一方向弁（図示せず）を、中圧タンク第１出口制御弁１１４の下流の流体経路に設けることもできる。
【0046】
やはり図１に示すように、中圧タンク１１０内の圧力を検出するために、中圧タンク１１０内に圧力センサ１６１が設けられている。圧力センサ１６４、１６２、及び１６３が、それぞれ、第１熱交換器１０４、第２熱交換器１０２、及び第３熱交換器１０３内に設けられて、それらの圧力を検出する。
【0047】
熱ポンプユニットは、（図２に示すように）制御装置２３０を更に備え、図１の全ての圧力センサ及び制御弁は制御装置２３０に接続されている。図２Ａ、２Ｂ及び２Ｃは、図１に示すような熱ポンプユニットの制御装置２３０のブロック図である。図２Ａに示すように、制御装置２３０は、バス２４２、プロセッサ２４４、入力インタフェース２４８、出力インタフェース２５２、並びにプログラム２５６及びデータ２５７が記憶されるメモリ２５４を備える。プロセッサ２４４、入力インタフェース２４８、出力インタフェース２５２、及びメモリ２５４は、バス２４２に通信可能に接続されているので、プロセッサ２４４は、入力インタフェース２４８、出口インタフェース２５２、及びメモリ２５４の操作を制御することができる。具体的には、メモリ２５４は、プログラム２５６、命令及びデータ２５７を記憶するように構成され、プロセッサ２４４は、メモリ２５４からプログラム２５６、命令及びデータ２５７を読み出すことができ、データをメモリ２５４に書き込むことができる。
【0048】
図２Ｂに示すように、出力インタフェース２５２は、接続部２３８（２３８．１、２３８．２、２３８．３．．．．．．２３８．９）を介して、中圧タンク第１入口制御弁グループの第１弁１１３．１及び第２弁１１３．２、中圧タンク第１出口制御弁１１４、中圧タンク昇圧制御弁１３５、中圧タンク減圧制御弁１３６、絞り装置出口側制御弁グループの第１弁１１８．１、第２弁１１８．２及び第３弁１１８．３、並びに四方弁１２０を含む、図１の全ての制御弁に接続されている。
【0049】
図２Ｃに示すように、入力インタフェース２４８は、接続部２４６．２、２４６．３、２４６．４、及び２４６．５を通して、それぞれ圧力センサ１６１、１６２、１６３、及び１６４に接続され、接続部２４６．１を通して熱ポンプユニットへの操作要求及び他の操作パラメータを受信する。プロセッサ２４４は、メモリ２５４を介してプログラム及び命令の読み出しを実施することにより、本開示の熱ポンプユニットの操作を制御することができる。
【0050】
より具体的には、制御装置２３０は、入力インタフェース２４８を介して、熱ポンプユニットからの操作要求（例えば、制御パネルから送信される要求）、図１に示されるような圧力センサから送信される操作パラメータ、及び熱ポンプユニットの他の操作パラメータを受信し、出力インタフェース２５２を介して、制御信号を図１の制御弁に送信することができる。図１の制御弁を制御することにより、熱ポンプユニットは複数のモードで稼働し、複数のモード間を切り替えることが可能である。
【0051】
図３Ａ～図３Ｄは、それぞれ、４つのモードで稼働する、図１の熱ポンプユニットの冷媒循環ループを示し、矢印は冷媒が流れる方向及び流路を示す。図３Ａは冷却専用モード（モード１）の冷媒循環ループを示し、図３Ｂは加熱専用モード（モード２）の冷媒循環ループを示し、図３Ｃは冷却プラス加熱モード（モード３）の冷媒循環ループを示し、一方、図３Ｄは除霜モード（モード４）の冷媒循環ループを示す。
【0052】
表１は、絞り装置出口側制御弁グループの第１弁１１８．１、第２弁１１８．２、及び第３弁１１８．３の状態、並びに熱ポンプユニットの複数のモードに対する四方弁１２０の状態の一覧を示す。表１は、図２Ａに示すように、記憶装置２５４に記憶され得る。
【0053】
【表1】
【0054】
表１では、四方弁１２０が電源投入された場合、四方弁１２０の第３インタフェース１２０．３と第２インタフェース１２０．２とが接続され、一方、第１インタフェース１２０．１と第４インタフェース１２０．４とが接続される。四方弁１２０が電源遮断された場合、四方弁１２０の第３インタフェース１２０．３と第４インタフェース１２０．４とが接続され、第１インタフェース１２０．１と第２インタフェース１２０．２とが接続される。
【0055】
本開示の熱ポンプユニットは、３つの熱交換器のうちの２つを圧縮機１０１及び絞り装置１０７と接続して、冷媒循環ループを形成し、一方で、熱交換器の３番目を、予備使用のために及び他のモードでの開始のために、冷媒循環ループ内の２つの熱交換器のうちの低圧側にある熱交換器と並列に接続したままにすることにより、以下のモードで稼働させることができる。
【0056】
モード１：冷却専用
図３Ａ及び表１に示すように、熱ポンプユニットを冷却専用モードで稼働させることが望まれる場合、四方弁１２０の第３インタフェース１２０．３と第４インタフェース１２０．４とが接続され、一方、第１インタフェース１２０．１と第２インタフェース１２０．２とが接続されるように、四方弁１２０を電源遮断するように制御装置２３０を介して制御し、且つ絞り装置出口側制御弁グループの第３弁１１８．３を開放するように制御装置２３０を介して制御する。絞り装置入口側制御弁グループの第２弁１１５．２は、一方向弁であるので、自動的に開放され得る。他の弁は閉じられている。このように、圧縮機１０１の排出端１０５から放出された高圧冷媒は、最初に第２熱交換器１０２を通過し、次いで、絞り装置入口側制御弁グループの第２弁１１５．２を通って絞り装置１０７の入口端１０８に流入し、低圧冷媒に変換され、次いで、低圧冷媒は、絞り装置出口側制御弁グループの第３弁１１８．３を介して第３熱交換器１０３に流入し、最後に、冷媒は、第３熱交換器１０３から圧縮機１０１の吸引端１０６に流れて、冷媒の循環が完了する。
図３Ａ及び表１に示すように、熱ポンプユニットを冷却専用モードで稼働させることが望まれる場合、四方弁１２０の第３インタフェース１２０．３と第４インタフェース１２０．４とが接続され、一方、第１インタフェース１２０．１と第２インタフェース１２０．２とが接続されるように、四方弁１２０を電源遮断するように制御装置２３０を介して制御し、且つ絞り装置出口側制御弁グループの第３弁１１８．３を開放するように制御装置２３０を介して制御する。絞り装置入口側制御弁グループの第２弁１１５．２は、一方向弁であるので、自動的に開放され得る。他の弁は閉じられている。このように、圧縮機１０１の排出端１０５から放出された高圧冷媒は、最初に第２熱交換器１０２を通過し、次いで、絞り装置入口側制御弁グループの第２弁１１５．２を通って絞り装置１０７の入口端１０８に流入し、低圧冷媒に変換され、次いで、低圧冷媒は、絞り装置出口側制御弁グループの第３弁１１８．３を介して第３熱交換器１０３に流入し、最後に、冷媒は、第３熱交換器１０３から圧縮機１０１の吸引端１０６に流れて、冷媒の循環が完了する。
【0057】
冷却専用モードでは、圧縮機１０１、絞り装置１０７、第２熱交換器１０２及び第３熱交換器１０３は冷媒循環ループにあり、第２熱交換器１０２は凝縮器として機能し、第３熱交換器１０３は蒸発器として機能し、第２給水機及び戻り管１１１．２を介して外部から冷却される。第１熱交換器１０４は予備使用のためであり、第３熱交換器１０３と並列に接続され、第１熱交換器１０４は冷媒循環ループ内にない。
【0058】
モード２：加熱専用
図３Ｂ及び表１に示すように、熱ポンプユニットを加熱専用モードで稼働させることが望まれる場合、四方弁１２０の第３インタフェース１２０．３と第２インタフェース１２０．２とが接続され、第１インタフェース１２０．１と第４インタフェース１２０．４とが接続されるように、四方弁１２０に電源投入するように制御装置２３０を介して制御し、且つ、絞り装置出口側制御弁グループの第２弁１１８．２を開放するように制御装置２３０を介して制御する。絞り装置入口側制御弁グループの第１弁１１５．１は、一方向弁であるので、自動的に開放され得る。他の弁は閉じられている。このように、圧縮機１０１の排出端１０５から放出された高圧冷媒は、最初に第１熱交換器１０４を通過し、次いで、絞り装置入口側制御弁グループの第１弁１１５．１を通って絞り装置１０７の入口端１０８に流入し、低圧冷媒に変換され、次いで、低圧冷媒は、絞り装置出口側制御弁グループの第２弁１１８．２を介して第２熱交換器１０２に流入し、最後に、冷媒は、第２熱交換器１０２から圧縮機１０１の吸引端１０６に流れて、冷媒の循環が完了する。
図３Ｂ及び表１に示すように、熱ポンプユニットを加熱専用モードで稼働させることが望まれる場合、四方弁１２０の第３インタフェース１２０．３と第２インタフェース１２０．２とが接続され、第１インタフェース１２０．１と第４インタフェース１２０．４とが接続されるように、四方弁１２０に電源投入するように制御装置２３０を介して制御し、且つ、絞り装置出口側制御弁グループの第２弁１１８．２を開放するように制御装置２３０を介して制御する。絞り装置入口側制御弁グループの第１弁１１５．１は、一方向弁であるので、自動的に開放され得る。他の弁は閉じられている。このように、圧縮機１０１の排出端１０５から放出された高圧冷媒は、最初に第１熱交換器１０４を通過し、次いで、絞り装置入口側制御弁グループの第１弁１１５．１を通って絞り装置１０７の入口端１０８に流入し、低圧冷媒に変換され、次いで、低圧冷媒は、絞り装置出口側制御弁グループの第２弁１１８．２を介して第２熱交換器１０２に流入し、最後に、冷媒は、第２熱交換器１０２から圧縮機１０１の吸引端１０６に流れて、冷媒の循環が完了する。
【0059】
加熱専用モードでは、圧縮機１０１、絞り装置１０７、第１熱交換器１０４、及び第２熱交換器１０２は冷媒循環ループにあり、第１熱交換器１０４は凝縮器として機能し、第１給水機及び戻り管１１１．１を介して外部から加熱され、第２熱交換器１０２は蒸発器として機能する。第３熱交換器１０３は予備使用のためであり、第２熱交換器１０２と並列に接続され、第３熱交換器１０３は冷媒循環ループ内にない。
【0060】
モード３：冷却プラス加熱
図３Ｃ及び表１に示すように、熱ポンプユニットを冷却プラス加熱モードで稼働させることが望まれる場合、四方弁１２０の第３インタフェース１２０．３と第２インタフェース１２０．２とが接続され、第１インタフェース１２０．１と第４インタフェース１２０．４とが接続されるように、四方弁１２０に電源投入するように制御装置２３０を介して制御し、且つ、絞り装置出口側制御弁グループの第３弁１１８．３を開放するように制御装置２３０を介して制御する。絞り装置入口側制御弁グループの第１弁１１５．１は、一方向弁であるので、自動的に開放され得る。他の弁は閉じられている。このように、圧縮機１０１の排出端１０５から放出された高圧冷媒は、最初に第１熱交換器１０４を通過し、次いで、絞り装置入口側制御弁グループの第１弁１１５．１を通って絞り装置１０７の入口端１０８に流入し、低圧冷媒に変換され、次いで、低圧冷媒は、絞り装置出口側制御弁グループの第３弁１１８．３を介して第３熱交換器１０３に流入し、最後に、冷媒は、第３熱交換器１０３から圧縮機１０１の吸引端１０６に流れて、冷媒の循環が完了する。
図３Ｃ及び表１に示すように、熱ポンプユニットを冷却プラス加熱モードで稼働させることが望まれる場合、四方弁１２０の第３インタフェース１２０．３と第２インタフェース１２０．２とが接続され、第１インタフェース１２０．１と第４インタフェース１２０．４とが接続されるように、四方弁１２０に電源投入するように制御装置２３０を介して制御し、且つ、絞り装置出口側制御弁グループの第３弁１１８．３を開放するように制御装置２３０を介して制御する。絞り装置入口側制御弁グループの第１弁１１５．１は、一方向弁であるので、自動的に開放され得る。他の弁は閉じられている。このように、圧縮機１０１の排出端１０５から放出された高圧冷媒は、最初に第１熱交換器１０４を通過し、次いで、絞り装置入口側制御弁グループの第１弁１１５．１を通って絞り装置１０７の入口端１０８に流入し、低圧冷媒に変換され、次いで、低圧冷媒は、絞り装置出口側制御弁グループの第３弁１１８．３を介して第３熱交換器１０３に流入し、最後に、冷媒は、第３熱交換器１０３から圧縮機１０１の吸引端１０６に流れて、冷媒の循環が完了する。
【0061】
冷却プラス加熱モードでは、圧縮機１０１、絞り装置１０７、第１熱交換器１０４、及び第３熱交換器１０３は冷媒循環ループにあり、第１熱交換器１０４は凝縮器として機能し、第１給水機及び戻り管１１１．１を介して外部から加熱され、第３熱交換器１０３は蒸発器として機能し、第２給水機及び戻り管１１１．２を介して外部から冷却される。第２熱交換器１０２は予備使用のためであり、第３熱交換器１０３と並列に接続され、第２熱交換器１０２は冷媒循環ループ内にない。
【0062】
モード４：除霜
熱ポンプユニットが加熱専用モードで稼働し、周囲温度が低い場合、空気熱交換器である第２熱交換器１０２の表面は霜で覆われることになり、加熱することで表面を除霜することが望まれる。
熱ポンプユニットが加熱専用モードで稼働し、周囲温度が低い場合、空気熱交換器である第２熱交換器１０２の表面は霜で覆われることになり、加熱することで表面を除霜することが望まれる。
【0063】
図３Ｄ及び表１に示すように、熱ポンプユニットを除霜モードで稼働させることが望まれる場合、四方弁１２０の第３インタフェース１２０．３と第４インタフェース１２０．４とが接続され、一方、第１インタフェース１２０．１と第２インタフェース１２０．２とが接続されるように、四方弁１２０を電源遮断するように制御装置２３０を介して制御し、且つ絞り装置出口側制御弁グループの第１弁１１８．１を開放するように制御装置２３０を介して制御する。絞り装置入口側制御弁グループの第２弁１１５．２は、一方向弁であるので、自動的に開放され得る。他の弁は閉じられている。このように、圧縮機１０１の排出端１０５から放出された高圧冷媒は、最初に第２熱交換器１０２を通過し、次いで、絞り装置入口側制御弁グループの第２弁１１５．２を通って絞り装置１０７の入口端１０８に流入し、低圧冷媒に変換され、次いで、低圧冷媒は、絞り装置出口側制御弁グループの第１弁１１８．１を介して第１熱交換器１０４に流入し、最後に、冷媒は、第１熱交換器１０４から圧縮機１０１の吸引端１０６に流れて、冷媒の循環が完了する。
【0064】
除霜モードでは、圧縮機１０１、絞り装置１０７、第１熱交換器１０４、及び第２熱交換器１０２は冷媒循環ループにあり、第２熱交換器１０２は凝縮器として機能し、第２熱交換器１０２を除霜するように外部から加熱され、第１熱交換器１０４は蒸発器として機能する。第３熱交換器１０３は予備使用のためであり、第１熱交換器１０４と並列に接続され、第３熱交換器１０３は冷媒循環ループ内にない。
【0065】
上述のいずれかのモードでの熱ポンプユニットの稼働中に、凝縮器内の冷媒の過冷却の程度が高すぎる場合、凝縮器として機能する熱交換器の中圧タンク第１入口制御弁グループ内の対応する弁１１３．１又は１１３．２が開放され、凝縮器として機能する熱交換器内の余分な冷媒は中圧タンク１１０の中に放出され、過冷却の程度が高すぎない場合、中圧タンク第１入口制御弁グループ内の対応する弁１１３．１又は１１３．２は閉じられ、余分な冷媒の放出は停止する。稼働中の熱ポンプユニットの低圧側の圧力が低すぎる場合は、中圧タンク第１出口制御弁１１４が開放され、中圧タンク１１０内の冷媒は、中圧タンク第１出口制御弁１１４を介して、稼働中のシステムの低圧側に流れて冷媒を補充し、圧力がもはや低すぎることがなくなった場合は、中圧タンク第１出口制御弁１１４は閉じられ、冷媒の補充が停止する。弁１１３．１又は１１３．２、及び弁１１４の開閉は、制御装置２３０によって制御される。
【0066】
熱ポンプユニットの稼働モードが前述の複数のモード間で切り替えられる場合、状況によっては、凝縮器として機能することが可能な第１熱交換器１０４又は第２熱交換器１０２への圧力解放操作が望まれる場合がある。具体的には、切替前稼働モードで凝縮器として機能する熱交換器が、切替後稼働モードで凝縮器として機能しない場合、圧力解放操作を実施することが望まれる。
【0067】
表２は、図１の熱ポンプユニットのモード切替え表である。モード切替中に圧力解放操作が望まれるかどうかを表２にまとめている。各モードにおいて作動する弁も表２にまとめている。表２の内容は、図２Ａに示すように記憶装置２５４に記憶される。プロセッサ２４４は、熱ポンプユニットの現在の稼働モード（すなわち、切替前稼働モード）を切替後稼働モードに切り替える要求を受信した後に、表２を参照することにより、圧力解放操作を、第１熱交換器１０４に実施することが望まれるか、又は第２熱交換器１０２に実施することが望まれるかを判定することができる。
【0068】
【表2】
【0069】
表２において、四方弁１２０は作動時に電源投入され、制御弁１１８．１、１１８．２、１１８．３、１１３．１、及び１１３．２は作動時に開放される。熱交換器への具体的な圧力解放操作は、操作１、操作２、操作３、及び操作４として記載され得る。操作１～操作４の各々について、以下で更に詳細に説明する。
【0070】
操作１は、第１熱交換器１０４から中圧タンク１１０に冷媒を放出させるように、第１熱交換器１０４を中圧タンク第１入口１１２に流体連通させることを含み得る。操作１は、表２の弁１１３．１（すなわち、中圧第１入口制御弁グループの第１弁１１３．１）を開放することに対応する。
【0071】
操作２は、第２熱交換器１０２から中圧タンク１１０に冷媒を放出させるように、第２熱交換器１０２を中圧タンク第１入口１１２に流体連通させることを含み得る。操作２は、表２の弁１１３．２（すなわち、中圧第１入口制御弁グループの第２弁１１３．２）を開放することに対応する。
【0072】
表２に示すように、熱ポンプユニットの稼働モードを冷却専用モード（切替前稼働モード）から加熱専用モード又は冷却プラス加熱モード（切替後稼働モード）に切り替えることが望まれる場合、冷却専用モードで凝縮器として機能する第２熱交換器１０２は、加熱専用モード又は冷却プラス加熱モードでは凝縮器として機能しないので、圧力解放操作を第２熱交換器１０２に実施することが望まれる。第２熱交換器１０２への望まれる圧力解放操作は操作２である。
【0073】
熱ポンプユニットの稼働モードを加熱専用モード（切替前稼働モード）から冷却専用モード又は除霜モード（切替後稼働モード）に切り替えることが望まれる場合、加熱専用モードで凝縮器として機能する第１熱交換器１０４は、冷却専用モード又は除霜モードでは凝縮器として機能しないので、圧力解放操作を第１熱交換器１０４に実施することが望まれる。第１熱交換器１０４への望まれる圧力解放操作は操作１である。
【0074】
熱ポンプユニットの稼働モードを冷却プラス加熱モード（切替前稼働モード）から冷却専用モード（切替後稼働モード）に切り替えることが望まれる場合、冷却プラス加熱モードで凝縮器として機能する第１熱交換器１０４は、冷却専用モードでは凝縮器として機能しないので、圧力解放操作を第１熱交換器１０４に実施することが望まれる。第１熱交換器１０４への望まれる圧力解放操作は操作１である。
【0075】
熱ポンプユニットの稼働モードを除霜モード（切替前稼働モード）から加熱専用モード（切替後稼働モード）に切り替えることが望まれる場合、除霜モードで凝縮器として機能する第２熱交換器１０２は、加熱専用モードでは凝縮器として機能しないので、圧力解放操作を第２熱交換器１０２に実施することが望まれる。第２熱交換器１０２への望まれる圧力解放操作は操作２である。
【0076】
やはり表２に示すように、熱ポンプユニットの稼働モードを加熱専用モードと冷却プラス加熱モードとの間で切り替えることが望まれる場合、第１熱交換器１０４は２つのモードの両方において凝縮器として機能するので、圧力解放操作は望まれない。
【0077】
ここで図４を参照すると、図１の熱ポンプユニットに対して稼働モードを切り替える方法４００を示すプロセスフロー図が示されている。示されるような方法４００のステップは、制御装置２３０の記憶装置２５４に記憶され、制御装置２３０によって実施される。
【0078】
プロセス４００は、ステップ４５０で開始することができる。ステップ４５０は、モード切替え要求、すなわち熱ポンプユニットの稼働モードを切替前稼働モードから切替後稼働モードに切り替えるための要求を受信することを含み得る。制御装置２３０は、入力インタフェース２４８を介してモード切替え要求を受信する。モード切替要求は、例えば、入力インタフェース２４８に接続するユーザインタフェースを介してオペレータによって入力されるか、又は操作パラメータに応じて熱ポンプユニットから自動的に送信される。
【0079】
プロセス４００は、ステップ４５１に続くことができる。ステップは、圧力解放操作を、第１熱交換器１０４に実施することが望まれるか、又は第２熱交換器１０２に実施することが望まれるかを判定することを含み得る。制御装置２３０は、記憶装置２５４に記憶された表２に従って、熱ポンプユニットの稼働モードが切替前稼働モードから、要求された切替後稼働モードに切り替えられる場合に、圧力解放操作を、第１熱交換器１０４に実施することが望まれるか、又は第２熱交換器１０２に実施することが望まれるかを判定する。制御装置２３０は、圧力解放操作を第１熱交換器１０４に実施することが望まれると判定された場合は、ステップ４５２１に移り、圧力解放操作を第２熱交換器１０２に実施することが望まれると判定された場合は、ステップ４５２２に移り、圧力解放操作を第１熱交換器１０４又は第２熱交換器１０２に実施することが望まれないと判定された場合は、ステップ４６０に移る。
【0080】
ステップ４５２１は、前述の操作１を実施し、次いでステップ４５３１に進むことを含み得る。操作１を実施することにより、中圧第１入口制御弁グループの第１弁１１３．１が開放され、それにより第１熱交換器１０４は中圧第１入口１１２に流体連通し、第１熱交換器１０４内の冷媒が中圧タンク１１０の中に放出される。
【0081】
ステップ４５２２は、前述の操作２を実施し、次いでステップ４５３２に進むことを含み得る。操作２を実施することにより、中圧第１入口制御弁グループの第２弁１１３．２が開放され、それにより第２熱交換器１０２は中圧第１入口１１２に流体連通し、第２熱交換器１０２内の冷媒が中圧タンク１１０の中に放出される。
【0082】
ステップ４５３１は、操作１が実施されてから第１の所定時間が経過したかどうかを判定することを含み得る。はいの場合、圧力解放操作が終了しているかも知れないと考えられ、制御装置２３０はステップ４５８１に進む。いいえの場合、制御装置２３０は、第１の所定時間が経過したと判定されるまで、ステップ４５３１を実施し続ける。第１の所定時間は、熱ポンプユニットの冷却能力／加熱能力に従って決定され得る。一例として、第１の所定時間は約３０～６０秒である。
【0083】
ステップ４５３２は、操作２が実施されてから第２の所定時間が経過したかどうかを判定することを含み得る。はいの場合、圧力解放操作が終了しているかも知れないと考えられ、制御装置２３０はステップ４５８２に進む。いいえの場合、制御装置２３０は、第２の所定時間が経過したと判定されるまで、ステップ４５３２を実施し続ける。第２の所定時間もまた、熱ポンプユニットの冷却能力／加熱能力に従って決定され得る。一例として、第２の所定時間は約３０～６０秒である。第２の所定時間は、第１の所定時間と同じである場合も、又は異なる場合もある。
【0084】
ステップ４５８１は、操作３を実施すること、すなわち、第１熱交換器１０４を中圧第１入口１１２から切断し、次いでステップ４６０に移ることを含み得る。操作３は、弁１１３．１（すなわち、中圧第１入口制御弁グループの第１弁１１３．１）を閉じることに対応する。
【0085】
ステップ４５８２は、操作４を実施すること、すなわち、第２熱交換器１０２を中圧第１入口１１２から切断し、次いでステップ４６０に移ることを含み得る。操作４は、弁１１３．２（すなわち、中圧第１入口制御弁グループの第２弁１１３．２）を閉じることに対応する。
【0086】
プロセス４００は、ステップ４６０で終了し得る。ステップ４６０は、切替後稼働モードを開始すること、及び切替前稼働モードを終了してモード切替を終了することを含み得る。ステップ４６０では、切替後稼働モードにおいて作動され得る対応する弁を作動させることにより、切替後稼働モードが開始される。切替後稼働モードの各種に対して作動される弁を表２にまとめている。具体的には、弁１２０（すなわち、四方弁１２０）及び弁１１８．２（すなわち、絞り装置出口側制御弁グループの第２弁１１８．２）は、切替後稼働モードが加熱専用モードである場合に作動され、弁１１８．３（すなわち、絞り装置出口側制御弁グループの第３弁１１８．３）は、切替後稼働モードが冷却専用モードの場合に作動され、弁１２０（すなわち、四方弁１２０）及び弁１１８．３（すなわち、絞り装置出口側制御弁グループの第３弁１１８．３）は、切替後稼働モードが冷却プラス加熱モードである場合に作動され、弁１１８．１（すなわち、絞り装置出口側制御弁グループの第１弁１１８．１）は、切替後稼働モードが除霜モードの場合に作動される。
【0087】
ステップ４６０では、切替前稼働モードで作動される対応する弁を作動停止させることにより、切替前稼働モードが終了する。切替前稼働モードの各種に対して作動される弁を表２にまとめている。具体的には、弁１２０及び弁１１８．２は、切替前稼働モードが加熱専用モードの場合に作動停止され、弁１１８．３は、切替前稼働モードが冷却専用モードの場合に作動停止され、弁１２０及び弁１１８．３は、切替前稼働モードが冷却プラス加熱モードの場合に作動停止され、弁１１８．１は、切替前稼働モードが除霜モードの場合に作動されることになる。
【0088】
本開示による他の実施形態では、切替後稼働モードの開始と切替前稼働モードの終了が同じステップ４６０で実施されたとしても、切替前稼働モードは、切替後稼働モードの開始から一定時間の遅延の後に終了し得ることに留意すべきである。
【0089】
本開示によると、制御装置２３０は、切替後稼働モードが開始された後に、冷媒を切替後稼働モードの冷媒循環ループに補充することが望まれる場合に、操作５、すなわち、中圧タンク第１出口１２８と絞り装置１０７の出口端１０９とを流体連通させることを実施するように更に構成されている。操作５は、中圧タンク第１出口制御弁１１４を開放することに対応する。操作５の実施中の中圧タンク１１０内の圧力が第１の所定圧力値を下回ることを、圧力センサ１６１が検出した場合、制御装置２３０は、中圧タンク昇圧制御弁１３５を開放することにより、中圧第２入口１８１を圧縮機１０１の排出端１０５に流体連通させるように更に構成されている。このようにして、中圧タンク１１０内の冷媒を冷媒循環ループの中に補充され得ることを確実にするために、中圧タンク１１０内の圧力を増加させることができる。一例として、中圧タンク１１０内の圧力が中圧第１出口１２８の圧力を超えて増加した場合、制御装置２３０は、中圧タンク昇圧制御弁１３５を閉じるように構成されている。
【0090】
本開示によると、操作１又は操作２の実施中に中圧タンク１１０内の圧力が第２の所定圧力値を上回ることを、圧力センサ１６１が検出した場合、制御装置２３０は、中圧タンク減圧制御弁１３６を開放することにより、中圧タンク第２出口１８２を圧縮機１０１の吸引端１０６に流体連通させるように更に構成されている。これにより、第１熱交換器１０４又は第２熱交換器１０２内の高圧冷媒を中圧タンク１１０の中に放出され得ることを確実にするために、中圧タンク１１０内の圧力を低下させることができる。一例として、中圧タンク１１０内の圧力が中圧第１入口１１２の圧力を下回って減少した場合、制御装置２３０は、中圧タンク減圧制御弁１３６を閉じるように構成されている。
【0091】
前述の第１の所定圧力値及び第２の所定圧力値は、中圧タンク１１０内の圧力に対する所望の値の範囲に従って決定することができる。
【0092】
更には、本開示によると、モード切替えの有効性を更に確実にするために、制御装置２３０は、熱交換器内の冷媒の圧力を、対応する圧力センサ１６４／１６２を用いて検出することにより、圧力解放操作が行われた熱交換器内の圧力が依然として高いかどうかを判定するように更に構成されている。はいの場合、モード切替えが失敗したと見なされ、その時、制御装置２３０は熱ポンプユニットを停止させる。
【0093】
図５Ａは、図１の熱ポンプユニットの稼働モードを冷却専用モードから冷却プラス加熱モードに切り替える時の冷媒の流路を示す。以下では、熱ポンプユニットの稼働モードを冷却専用モードから冷却プラス加熱モードに切り替えるいくつかの操作を例にとり、圧力解放が必要な熱交換器の圧力を解放する方法について説明する。
【0094】
熱ポンプユニットの稼働モードが、図３Ａに示すような冷却専用モードから図３Ｃに示すような冷却プラス加熱モードに切り替えるような場合、第２熱交換器１０２は、高圧側の凝縮器として機能する熱交換器から、予備の熱交換器へと切り替えられることになり、従って、第２熱交換器１０２への圧力解放が望まれる。
【0095】
図５Ａに示すように、熱ポンプユニットが依然として冷却専用モードで稼働している場合、中圧タンク第１入口制御弁グループの第２弁１１３．２が最初に開放されて、第２熱交換器１０２は中圧タンク第１入口１１２に流体連通し、それにより、第２熱交換器１０２内の高圧冷媒が中圧タンク１１０の中に放出され得る。
【0096】
図５Ａに示すような第２熱交換器１０２への圧力解放操作は、第２の所定時間が経過した後に終了する。圧力解放操作を終了するには、中圧タンク第１入口制御弁グループの第２弁１１３．２を閉じて、第２熱交換器１０２の第２ポート１２１．２を中圧タンク第１入口１１２から切断することになる。その後、稼働モードは、四方弁１２０の第３インタフェース１２０．３と第２インタフェース１２０．２とを接続し、第４インタフェース１２０．４と第１インタフェース１２０．１とを接続するように、四方弁１２０に電源投入するように制御することにより、冷却専用モードから冷却プラス加熱モードに切り替えられることになる。絞り装置出口側制御弁グループの第３弁１１８．３は、冷却専用モードと冷却プラス加熱モードの両方において開放しているので、冷却プラス加熱モードへの切り替えは、第３弁１１８．３への何らかの操作なしに完了され得る。
【0097】
【0098】
熱ポンプユニットの冷媒循環ループは、４つのモードで正常に稼働している場合は、冷媒補充操作が必要になる場合がある。例えば、熱ポンプユニットの稼働モードが、図５Ａに示すような冷却専用モードから図５Ｂに示すような冷却プラス加熱モードに切り替えられた後は、図５Ａに示すような圧力解放操作に起因して、冷却プラス加熱モードの冷媒循環ループに冷媒補充が必要になる場合がある。この目的のために、図５Ｂに示すように、中圧タンク１１０内の冷媒が冷媒循環ループに補充され得るように、中圧第１出口制御弁１１４が開放され、中圧第１出口１２８が絞り装置１０７の出口端１０９に流体連通する。一方で、中圧タンク１１０内の圧力が十分でない場合は、中圧タンク１１０内の冷媒が冷媒循環ループに補充され得ることを確実にするために中圧タンク１１０内の圧力を上昇させるように、中圧タンク昇圧制御弁１３５を開放させ、中圧第２入口１８１を圧縮機１０１の排出端１０５に流体連通させる。
【0099】
一方、モード切替時に操作が必要な熱交換器に対して圧力解放操作を行うことにより、一方では、モード切替時には、高圧側の熱交換器が低圧側の熱交換器に切り替えられた場合に生じる圧力衝撃が防止でき、他方では、モード切替後には、高圧側の熱交換器内の液体冷媒は、吸引端から圧縮機の中に引き込まれて液体衝撃を引き起こすには十分ではない。更に、本開示のモード切替え方法を実施することにより、一方では、圧力解放中の圧力差が非常に小さいので、圧力解放中の振動強度も非常に小さく、他方では、切り替え時間は非常に短く、対応する衝撃力も小さい。従って、この切り替えプロセスは、従来のシャットダウン切り替えプロセスよりも、よりスムーズでより効率的であると考えられ得る。
【0100】
一例として、稼働モードを切り替えることが望まれる場合は、熱ポンプユニットの冷媒循環に関与する冷媒が低減され、冷媒が中圧タンク１１０の中に可能な限り放出され得るように、最初に圧縮機１０１の負荷が低減され得る。加えて、圧縮機の吸引量及び放出量を減らすことにより、モード切替時の衝撃力も非常に小さくなるであろう。
【0101】
加えて、中圧タンク１１０による冷媒の収容及び補充を介して、モード切替時の圧力ジャンプによって引き起こされる熱ポンプユニットへの衝撃が低減でき、構成要素の寿命を延ばすことができ、熱ポンプユニットの稼働時の信頼性及び安定性を改善させることができる。加えて、通常稼働モードで稼働している熱ポンプユニットの冷媒循環ループ内の冷媒を、中圧タンク１１０によって適切に制御することを介して、熱ポンプユニットの信頼性及びエネルギー効率比を改善させることができる。
【0102】
図６は、本出願の別の実施形態による熱ポンプユニットのブロック図である。熱ポンプユニットのエネルギー効率比及び稼働安定性を更に改善するために、図６に示されるような熱ポンプユニットの実施形態が提供される。図６に示す実施形態は、図１の全ての構成要素を含み、図１の熱ポンプユニットに基づいて、油分離器６３０、乾燥フィルタ６３２、及びエコノマイザ６３４が更に設けられている。
【0103】
図６に示すように、油分離器６３０は、圧縮機１０１の排出端１０５と四方弁１２０との間に配置され、圧縮機１０１から放出された油を分離するように構成されている。乾燥フィルタ６３２は、絞り装置１０７の入口端１０８の上流側に位置し、乾燥フィルタ６３２は、高圧冷媒が絞り装置１０７に流入する前に、高圧冷媒を乾燥及び濾過するように構成されている。エコノマイザ６３４は、乾燥フィルタ６３２の下流側に配置されている。乾燥フィルタ６３２の出口は、エコノマイザ６３４の過冷却側の液体入口に接続され、エコノマイザ６３４の過冷却側の液体出口は、絞り装置１０７の入口端１０８に接続され、エコノマイザ６３４のガス出口は、圧縮機１０１のガス補給口に接続されている。従って、システムの過冷却度、ガス送達能力、熱ポンプユニットの性能を更に改善させることができる。
【0104】
本開示は、図面に示される具体的な実現モードを参照して説明されるが、本開示の熱ポンプユニットは、本出願の趣旨、範囲及び背景から逸脱することなく、多くの変形形態を有し得ることを理解されたい。当業者はまた、本出願で開示された実施形態における構造の詳細に対する様々な変更は全て、本出願の趣旨及び範囲、並びに特許請求の範囲に含まれるはずであることを理解するはずである。
【図1】
【図2A】
【図2B】
【図2C】
【図3A】
【図3B】
【図3C】
【図3D】
【図4】
【図5A】
【図5B】
【図6】