JP2017083144A - 冷凍装置 - Google Patents

Abstract

【課題】暖房運転の復帰時に発生する騒音の抑制とともに暖房能力を確保することが容易な冷凍装置を提供する。【解決手段】冷凍装置である空気調和機１は、冷媒回路１０に、圧縮機１１と、暖房運転時に蒸発器として機能する室外熱交換器１３と、暖房運転時に凝縮器として機能する室内熱交換器１６と、四路切換弁１２とを備えている。冷媒回路１０は、除霜運転時の冷媒回路１０の高圧値が暖房運転時の冷媒回路１０の高圧値よりも低くなるように構成されている。圧縮機１１は、除霜運転時の圧縮機１１の運転周波数についての減少速度である除霜終了時周波数減少速度が、暖房運転時の圧縮機１１の運転周波数についての減少速度である通常周波数減少速度よりも速くなるように設定されている。【選択図】図２

Description

本発明は、圧縮機を用いて冷媒回路の冷媒を循環させる冷凍装置に関する。

従来から、冷媒回路の冷媒を圧縮機にて循環させて室内熱交換器で室内空気を暖める暖房運転が可能な冷凍装置の中には、冷媒回路中の室外熱交換器に付着した霜を除去するための除霜運転が行われるものがある。例えば、特許文献１（特開２０１４-１２９９５７号公報）には、除霜運転時には、四路切換弁で冷媒回路の冷媒の流れを切り換えて冷房運転と同じ冷凍サイクルを行って室外熱交換器に付着した霜を取る技術が開示されている。特許文献１に記載されている冷凍装置では、除霜運転が終了すると再び暖房運転に復帰して室内の暖房が行なわれる。そして、この冷凍装置では、除霜運転の終了後、暖房運転の復帰時に発生する騒音を低減させるために、暖房運転時に入る前に圧縮機を停止することが行われている。また、暖房運転復帰後の圧縮機の加速レートを小さくすることが行なわれている。

しかしながら、特許文献１に記載の冷凍装置では、暖房運転の復帰時に発生する騒音を抑えることはできるものの、暖房能力の確保という点での改善が難しくなる。

本発明の課題は、暖房運転の復帰時に発生する騒音の抑制とともに暖房能力を確保することが容易な冷凍装置を提供することである。

本発明の第１観点に係る冷凍装置は、蒸気圧縮式冷凍サイクルが行われる冷媒回路を含む冷凍装置であって、冷媒回路中に設けられ、運転周波数を変更可能な圧縮機と、冷媒回路中に設けられ、圧縮機により循環させられる冷媒を暖房運転時に蒸発させて熱交換を行なうための蒸発器と、冷媒回路中に設けられ、圧縮機により循環させられる冷媒を暖房運転時に凝縮させて熱交換を行なうための凝縮器と、冷媒回路中に設けられ、凝縮器を用いた暖房運転と蒸発器の除霜を行う除霜運転とを切り換えるときに冷媒回路の冷媒の流れを切り換えるための切換機構とを備え、冷媒回路は、除霜運転時の冷媒回路の高圧値が暖房運転時の冷媒回路の高圧値よりも低くなるように構成され、圧縮機は、除霜運転時の圧縮機の運転周波数についての減少速度である除霜終了時周波数減少速度が、暖房運転時の圧縮機の運転周波数についての減少速度である通常周波数減少速度よりも速くなるように設定されている。

この冷凍装置では、圧縮機は、除霜終了時周波数減少速度が通常周波数減少速度よりも速くなることから、除霜運転を終了するときに切換機構の均圧が可能な運転周波数に速く到達させることができるので、切換機構を切り換えるまでの時間を短縮することができる。

本発明の第２観点に係る冷凍装置は、第１観点に係る冷凍装置において、除霜終了時周波数減少速度は、通常周波数減少速度の２倍以上の減少速度に設定されている、ものである。

この冷凍装置では、除霜終了時周波数減少速度が通常周波数減少速度の２倍以上の減少速度に設定されていることから、除霜運転時間の時間短縮効果が大きくなる。

本発明の第３観点に係る冷凍装置は、第１観点又は第２観点に係る冷凍装置において、圧縮機は、除霜運転から暖房運転に復帰するときに、止まらずに所定値以上の運転周波数を保つ、ものである。

この冷凍装置では、圧縮機が除霜運転から暖房運転に復帰するときに止まらずに所定値以上の運転周波数を保つことから、暖房運転に復帰したときに圧縮機が所定値以上の運転周波数で駆動されているので、暖房運転復帰時に例えば圧縮機が停止していた従来の場合に比べて、圧縮機を必要な運転周波数に短い時間で上昇させることができる。

本発明の第４観点に係る冷凍装置は、第３観点に係る冷凍装置において、圧縮機は、除霜終了時周波数減少速度で変化した後に、暖房運転に入るまでに所定時間にわたって一定の運転周波数を維持する、ものである。

この冷凍装置では、除霜終了時周波数減少速度で変化した後に、暖房運転に入るまでに所定時間にわたって一定の運転周波数を維持することで、切換機構の均圧を十分に行うことができる。

本発明の第１観点に係る冷凍装置では、暖房運転の復帰時に発生する騒音の抑制とともに暖房能力を確保することが容易になる。

本発明の第２観点に係る冷凍装置では、暖房能力を向上させ易くなる。

本発明の第３観点に係る冷凍装置では、暖房運転に復帰したときの圧縮機の運転周波数を上昇させ易くなり、低温暖房能力を確保し易くなる。

本発明の第４観点に係る冷凍装置では、暖房運転に復帰する際に圧縮機を停止せずとも暖房運転への復帰時に切換機構で発生する騒音を抑制することができる。

実施形態に係る空気調和機の外観を示す斜視図。 実施形態に係る空気調和機の構成の概要を示す回路図。 空気調和機の制御系統の概略構成を示すブロック図。 実施形態に係る空気調和機の冷凍サイクルの概念を説明するためのｐ-ｈ線図。 四路切換弁の斜視図。 除霜運転中の四路切換弁の状態を説明するための模式的な断面図。 暖房運転中の四路切換弁の状態を説明するための模式的な断面図。 （ａ）圧縮機の運転周波数に関するタイミングチャート、（ｂ）除霜要求フラグに関するタイミングチャート、（ｃ）残留運転指令に関するタイミングチャート、（ｄ）室内ファン上限制限に関するタイミングチャート、（ｅ）四路切換弁の切換に関するタイミングチャート、（ｆ）室外ファンのオン・オフに関するタイミングチャート、（ｇ）膨張機構の開度に関するタイミングチャート。

（１）空気調和機の構成の概要
以下、本発明の一実施形態に係る冷凍装置として空気調和機を例に挙げて説明する。この一実施形態に係る空気調和機の構成の概要が図１及び図２に示されている。図１に示されている空気調和機１は、室内の壁面ＷＬなどに取り付けられる室内機３と、屋外に設置される室外機２とを備えている。なお、図１においては、室外機２が壁面ＷＬを挟んで室内機３とは反対側の屋外にあることから、室外機２が破線で示されている。図２には、空気調和機１の回路構成が示されている。この空気調和機１は、冷媒回路１０を備えており、冷媒回路１０の中の冷媒を循環させることにより蒸気圧縮式冷凍サイクルを実行することができる。冷媒が循環する冷媒回路１０を形成するために、連絡配管４によって、室内機３と室外機２が接続されている。また、空気調和機１は、内部の機器を制御するために制御部５０を備えている。空気調和機１には、リモートコントローラ５が付属しており、このリモートコントローラ５は、例えば赤外線を用いて制御部５０と通信する機能を持っている。従って、ユーザは、リモートコントローラ５を用いて空気調和機１に対して種々の設定を行うことができる。

（１−１）冷媒回路１０
冷媒回路１０は、圧縮機１１と、四路切換弁１２と、室外熱交換器１３と、膨張機構１４と、アキュムレータ１５と、室内熱交換器１６とを備えている。吸入口から冷媒を吸入して圧縮した冷媒を、圧縮機１１は、吐出口から四路切換弁１２の第１ポートに対して吐出する。四路切換弁１２は、さらに、室外熱交換器１３に接続された第２ポートと、アキュムレータ１５に接続された第３ポートと、室内熱交換器１６に接続された第４ポートとを有する。

四路切換弁１２は、空気調和機１が暖房運転をするときに、破線で示されているように、第１ポートと第４ポートとの間で冷媒を流通させると同時に第２ポートと第３ポートの間で冷媒を流通させる。また、空気調和機１が冷房運転をするとき及び逆サイクルデフロスト運転をするとき、実線で示されているように、四路切換弁１２は、第１ポートと第２ポートの間で冷媒を流通させると同時に第３ポートと第４ポートの間で冷媒を流通させる。

室外熱交換器１３は、四路切換弁１２の第２ポートとの間でガス冷媒を主に流通させるためのガス側出入口を有するとともに、膨張機構１４との間で液冷媒を主に流通させるための液側出入口を有している。室外熱交換器１３は、室外熱交換器１３の液側出入口とガス側出入口との間に接続された伝熱管（図示せず）を流れる冷媒と室外空気との間で熱交換を行なわせる。

膨張機構１４は、室外熱交換器１３と室内熱交換器１６との間に配置されている。膨張機構１４は、室外熱交換器１３と室内熱交換器１６の間を流れる冷媒を膨張させて減圧する機能を有している。

室内熱交換器１６は、膨張機構１４との間で液冷媒を流通させるための液側出入口を有するとともに、四路切換弁１２の第４ポートとの間でガス冷媒を流通させるためのガス側出入口を有している。室内熱交換器１６は、室内熱交換器１６の液側出入口とガス側出入口との間に接続された伝熱管（図示せず）を流れる冷媒と室内空気との間で熱交換を行なわせる。

四路切換弁１２の第３ポートと圧縮機１１の吸入口との間には、アキュムレータ１５が配置されている。アキュムレータ１５では、四路切換弁１２の第３ポートから圧縮機１１に流れる冷媒がガス冷媒と液冷媒とに分離される。そして、アキュムレータ１５から圧縮機１１の吸入口には主にガス冷媒が供給される。

室外機２は、伝熱管を流れる冷媒と室外空気の熱交換を促進するため、室外熱交換器１３を通過する室外空気の気流を発生させる室外ファン２１を備えている。この室外ファン２１は、回転数を変更できる室外ファンモータ２１ａによって駆動される。また、室内機３は、伝熱管を流れる冷媒と室内空気の熱交換を促進するため、室内熱交換器１６を通過する室内空気の気流を発生させる室内ファン３１を備えている。この室内ファン３１は、回転数を変更できる室内ファンモータ３１ａによって駆動される。

図１に示されているように、室内機３には、風向調整羽根３６が設けられている。図１に示された室内機３は、風向調整羽根３６によって吹出口が閉じられた状態にある。暖房運転時には、風向調整羽根３６が風向調整羽根駆動モータ３７（図３参照）によって駆動され、開いた吹出口から温風が吹出される。室内機３に吸入される室内空気は、室内機３の上方にある吸込口（図示せず）から吸込まれる。

（１−２）冷媒回路１０の制御系統の構成概要
図３に示されているように、制御部５０は、室外機２内に内蔵されている室外制御装置２６と室内機３内に内蔵されている室内制御装置３５とを有している。これら室外制御装置２６と室内制御装置３５とは、相互に信号線で接続され、互いに信号を送受信できるように構成されている。

室外機２の室外制御装置２６は、圧縮機１１、四路切換弁１２、膨張機構１４及び室外ファン２１などを制御する。そのために、室外機２は、室外空気の温度を測定するための室外温度センサ２２と、室外熱交換器１３の特定の場所を流れる冷媒の温度を測定するための室外熱交換器温度センサ２３と、暖房運転時に蒸発器として機能している室外熱交換器１３のガス側出入口から流出する冷媒の温度を検出するための出口管温度センサ２４と、圧縮機１１に吸入されるガス冷媒の温度を検出するための吸入管温度センサ２５とを備えている。そして、室外制御装置２６は、室外温度センサ２２及び室外熱交換器温度センサ２３が測定した温度に関する信号を受信するために、室外温度センサ２２及び室外熱交換器温度センサ２３に接続されている。この室外制御装置２６は、例えばＣＰＵ（図示せず）とメモリ（図示せず）を含んでおり、記憶されているプログラムなどに従って室外機２の制御を行うことができる構成になっている。

室内機３の室内制御装置３５は、室内ファン３１などを制御する。そのために、室内機３は、室内空気の温度を測定するための室内温度センサ３２と、室内熱交換器１６の特定の場所を流れる冷媒の温度を測定するための室内熱交換器温度センサ３３とを備えている。そして、室内制御装置３５は、室内温度センサ３２及び室内熱交換器温度センサ３３が測定した温度に関する信号を受信するために、室内温度センサ３２及び室内熱交換器温度センサ３３に接続されている。この室内制御装置３５は、例えばＣＰＵ（図示せず）とメモリ（図示せず）を含んでおり、記憶されているプログラムなどに従って室外機２の制御を行うことができる構成になっている。

リモートコントローラ５は、図１に示されている液晶表示装置５ａとボタン５ｂとを有している。リモートコントローラ５には、運転スイッチ５１、運転切換スイッチ５２、温度設定スイッチ５３及び風量設定スイッチ５４が設けられており、ボタン５ｂを使ってユーザがこれらのスイッチの操作をすることができる。

運転スイッチ５１は、空気調和機１の運転と停止とを切り換えるためのスイッチであって、運転スイッチ５１が操作される毎に運転と停止とが交互に切り換わる。運転切換スイッチ５２は、例えば、冷房運転と暖房運転を選択するときに用いられる。温度設定スイッチ５３は、ユーザが望む室内温度を入力するために用いられるスイッチである。また、風量設定スイッチ５４は、ユーザが望む風量を入力するために用いられるスイッチである。制御部５０は、温度設定スイッチ５３を用いて入力された設定温度Ｔｓに基づいて、目標室内温度Ｔｔを設定する。例えば、設定温度Ｔｓに一定値α１を加えた（Ｔｓ＋α１）を目標室内温度Ｔｔとする。目標室内温度Ｔｔよりも室内温度Ｔｒが高くなれば、制御部５０は空気調和機１をサーモオフさせる。なお、制御部５０は、設定温度Ｔｓから一定値α２を引いた値（Ｔｓ−α２）より室内温度Ｔｒが低くなれば、制御部５０が空気調和機１をサーモオンさせる。

制御部５０は、上述のような種々のセンサの測定値とリモートコントローラ５から入力される指令に基づき、空気調和機１を構成する種々の機器を制御する。また、制御部５０は、リモートコントローラ５の液晶表示装置５ａを用いて、入力された指令の状況及び制御の状況をユーザに報知する。

（２）暖房運転、冷房運転及び逆サイクルデフロスト運転の概要
（２−１）暖房運転
空気調和機１の暖房運転のときは、四路切換弁１２は、図２に示された破線の状態に切り換わる。すなわち、圧縮機１１から吐出された高温高圧のガス冷媒は、四路切換弁１２を介して室内熱交換器１６に流れ込む。このとき、室内熱交換器１６は、凝縮器として機能する。そのため、室内熱交換器１６の中を流れるに従って、冷媒は、室内空気との熱交換によって室内空気を暖めて自身が冷やされ、凝縮してガス冷媒から液冷媒に変化する。室内熱交換器１６で温度を奪われた低温高圧の冷媒は、膨張機構１４によって減圧されて低温低圧の冷媒に変化する。膨張機構１４を経て室外熱交換器１３に流れ込んだ冷媒は、室外空気との熱交換によって暖められ、蒸発して液冷媒からガス冷媒に変化する。このとき、室外熱交換器１３は、蒸発器として機能している。そして、室外熱交換器１３から四路切換弁１２及びアキュムレータ１５を介して、主に低温のガス冷媒からなる冷媒が圧縮機１１に吸入される。このような圧縮機１１、室内熱交換器１６、膨張機構１４及び室外熱交換器１３の順に冷媒を流して、このような蒸気圧縮式冷凍サイクルを繰り返すのが正サイクルである。図４には、暖房運転時のモリエル線図（ｐ-ｈ線図）の概念が示されている。図４に示されているように、空気調和機１では、冷媒が蒸発、圧縮、凝縮、膨張の４つの状態変化を順に繰り返して循環するように構成されている。図４に示されている冷媒回路１０の高圧値Ｐ１は室外熱交換器１３の凝縮圧力であり、冷媒回路１０の低圧値Ｐ２は室内熱交換器１６の蒸発圧力である。この高圧値Ｐ１（凝縮圧力）は、圧縮機１１の吐出圧力と実質的に同じである。

（２−２）冷房運転
空気調和機１の冷房運転のときは、四路切換弁１２は、図２に示された実線の状態に切り換わる。すなわち、圧縮機１１から吐出された高温高圧のガス冷媒は、四路切換弁１２を介して室外熱交換器１３に流れ込む。このとき、室外熱交換器１３は、凝縮器として機能する。そのため、室外熱交換器１３の中を流れるに従って、冷媒は、室外空気との熱交換によって冷やされ、凝縮してガス冷媒から液冷媒に変化する。室外熱交換器１３で温度を奪われた低温高圧の冷媒は、膨張機構１４によって減圧されて低温低圧の冷媒に変化する。膨張機構１４を経て室内熱交換器１６に流れ込んだ冷媒は、室内空気との熱交換によって室内空気を冷やして自身が暖められ、蒸発して液冷媒からガス冷媒に変化する。このとき、室内熱交換器１６は、蒸発器として機能している。そして、室内熱交換器１６から四路切換弁１２及びアキュムレータ１５を介して、主に低温のガス冷媒からなる冷媒が圧縮機１１に吸入される。

（２−３）逆サイクルデフロスト運転
逆サイクルデフロスト運転は、暖房運転が行なわれたことで室外熱交換器１３に付着した霜を取るために行われる。従って、暖房運転の途中で逆サイクルデフロスト運転に切り換わり、逆サイクルデフロスト運転が終了すると再び暖房運転に復帰する。逆サイクルデフロスト運転では、冷房運転と同じように、四路切換弁１２が、図２に示された実線の状態に切り換わる。そして、逆サイクルデフロスト運転でも、冷房運転と同様の蒸気圧縮式冷凍サイクルが繰り返される。つまり、暖房運転時の正サイクルとは逆に、逆サイクルデフロスト運転で行なわれるのは、圧縮機１１、室外熱交換器１３、膨張機構１４及び室内熱交換器１６の順に冷媒を流して蒸気圧縮式冷凍サイクルを繰り返す逆サイクルである。逆サイクルデフロスト運転では、図４に破線で示されている冷媒回路１０の高圧値Ｐ３は、凝縮器として機能する室外熱交換器１３の凝縮圧力である。図４において逆サイクルデフロスト運転時の冷媒回路１０の高圧値Ｐ３以外の部分は省略されているが、暖房運転と同様に、逆サイクルデフロスト運転時においても冷媒が蒸発、圧縮、凝縮、膨張の４つの状態変化を順に繰り返して循環する。この高圧値Ｐ３（凝縮圧力）は、実質的に圧縮機１１の吐出圧力と同じである。図４に示されているように、暖房運転時の冷媒回路１０の高圧値Ｐ１に比べて逆サイクルデフロスト運転時の冷媒回路１０の高圧値Ｐ３が低くなるように設定されている。

逆サイクルデフロスト運転に入るときには、暖房制御が行なわれているときに、室外機２の室外制御装置２６が除霜を行うことを決定する。室外機２で除霜を行うことを決定すると、図８（ｂ）に示されている除霜要求フラグが「０」から「１」に変化し、室外機２の室外制御装置２６から室内機３の室内制御装置３５に除霜要求信号が送信される。

除霜要求信号を受けた室内機３において除霜運転の準備が完了すると、室内制御装置３５は、除霜許可信号を室外制御装置２６に送信する。室外制御装置２６は、除霜許可信号を受信すると、除霜制御を開始し、除霜中であることを示す信号を室内制御装置３５に送信する。

室外機２で、除霜が終了したと室外制御装置２６が判断すると、図８（ｂ）の除霜要求フラグが「１」から「０」に変化して、室外制御装置２６から室内機３の室内制御装置３５に通常の暖房運転に戻ることを通知する通常通知信号が送信される。通常通知信号を受信した室内機３は、暖房運転のための暖房制御に復帰する。

（３）四路切換弁動作時の衝撃音
（３−１）四路切換弁１２の構成
図５は、四路切換弁１２の斜視図である。また、図６及び図７は、四路切換弁１２の構成を説明するための模式的な断面図である。図５、図６及び図７において、四路切換弁１２は、本体機構１５０とパイロット機構１７０とを備えている。本体機構１５０は、シリンダ１５１と、スライド台１５３と、スライド弁１５２とを有している（図６参照）。

スライド台１５３は、シリンダ１５１内の中央部分に配置された台である。スライド台１５３には、中央に第３ポート１２ｃが配置され、その両側に第２ポート１２ｂ及び第４ポート１２ｄがシリンダの軸方向に沿って設けられている。シリンダ１５１において、スライド台１５３の第３ポート１２ｃに対向する位置に第１ポート１２ａが設けられている。

第１ポート１２ａは、圧縮機１１の吐出口に繋がっているので、暖房運転中に第１ポート１２ａには高い圧力が掛かる。第３ポート１２ｃは、圧縮機１１の吸入口へと繋がっているので、暖房運転中に第３ポート１２ｃには低い圧力しか掛からない。第２ポート１２ｂ及び第４ポート１２ｄは、冷房運転時と暖房運転時とが切り換わることでスライド弁１５２が移動して高低圧が入れ替わる。図６に示されている状態は、逆サイクルデフロスト運転中又は冷房運転中の状態であり、図２の実線で示されている接続状態になっている。図７に示されている状態は、暖房運転中の状態であり、図２の破線で示されている接続状態になっている。

冷房運転又は逆サイクルデフロスト運転（図６に示されている状態）と暖房運転（図７に示されている状態）を切り換えるために、スライド弁１５２は、シリンダ１５１内に配置され、シリンダ１５１の軸方向に摺動自在に構成されている。このスライド弁１５２は、スライド台１５３の上を摺動する。また、スライド弁１５２はその中央部が逆Ｕ字状に加工されている。スライド弁１５２は、この逆Ｕ字状の部分によって、互いに隣接するポートの間で冷媒が流通できるように接続する。スライド弁１５２の両側には仕切部材１５４，１５５があり、仕切部材１５４とシリンダ１５１のとの間に第１室１５６が形成され、仕切部材１５５とシリンダ１５１のとの間に第２室１５７が形成されている。これら第１室１５６及び第２室１５７の圧力差によってスライド弁１５２が駆動される。

本体機構１５０とパイロット機構１７０とは４本の第１パイロット管１８１、第２パイロット管１８２、第３パイロット管１８３及び第４パイロット管１８４で接続されている。第１パイロット管１８１は、第１ポート１２ａと繋がっている。第３パイロット管１８３は第３ポート１２ｃに繋がっている。また、第２パイロット管１８２は第１室１５６に繋がっており、第４パイロット管１８４は第２室１５７に繋がっている。

パイロット機構１７０は、内蔵されているバネと電磁石とを用いて、第１パイロット管１８１から第３パイロット管１８３までの接続を切り換える。それにより、本体機構１８０のシリンダ１５１の第１室１５６を低圧にするとともに第２室１５７を高圧にする図６に示されている状態（以下、左側位置状態と呼ぶ）と、又は第１室１５６を高圧にするとともに第２室１５７を低圧にする図７に示されている状態（以下、右側位置状態）とを切り換える。

（３−２）四路切換弁１２の動作
上記構成の四路切換弁１２において、左側位置状態では、シリンダ１５１内のスライド弁１５２が図６に示されているように左側に位置し、第１ポート１２ａと第２ポート１２ｂとが連通し、第４ポート１２ｄと第３ポート１２ｃとが連通している。左側位置状態では、第１パイロット管１８１と第２パイロット管１８２が接続され、第３パイロット管１８３と第４パイロット管１８４が接続されている。この左側位置状態で、パイロット機構１７０の電磁石が励磁されると第１パイロット管１８１と第４パイロット管１８４が接続されるとともに第２パイロット管１８２と第３パイロット管１８３が接続されて、シリンダ１５１の両端の圧力差はスライド弁１５２が右側に移動するような圧力差となる。スライド弁１５２が右側に移動して右側位置状態になると、第１ポート１２ａと第４ポート１２ｄとが連通し、第３ポート１２ｃと第２ポート１２ｂとが連通する。

右側位置状態でパイロット機構１７０の電磁石の励磁が停止されると、第１パイロット管１８１と第２パイロット管１８２が接続されるとともに第３パイロット管１８３と第４パイロット管１８４が接続されて、シリンダ１５１の両端の圧力差はスライド弁１５２が左側に移動するような圧力差となる。スライド弁１５２が左側に移動すると、第１ポート１２ａと第２ポート１２ｂとが連通し、第４ポート１２ｄと第３ポート１２ｃとが連通する。

（３−３）衝撃音発生メカニズム
例えば暖房運転中は、パイロット機構１７０の電磁石が非励磁であるので、スライド弁１５２は図７に示されている右側位置状態にあり、第１ポート１２ａと第４ポート１２ｄとが連通し、第２ポート１２ｂと第３ポート１２ｃとが連通している。このとき、逆サイクルデフロスト運転への移行指令が入ると、シリンダ１５１の両端の圧力差はスライド弁１５２が左側に移動するような圧力差となり、スライド弁１５２が左側に移動する。その結果、第１ポート１２ａと第２ポート１２ｂとが連通し、第３ポート１２ｃと第４ポート１２ｄとが連通する。もし、第１ポート１２ａと第２ポート１２ｂの圧力差が解消されないままで四路切換弁１２の切り換えが行われてしまうと、直前まで低圧であった第２ポート１２ｂに、いきなり第１ポート１２ａからの高圧が作用するので、そのときの衝撃によって衝撃音が発生することになる。空気調和機１では、後ほど説明するが、逆サイクルデフロスト運転から暖房運転に復帰する際には、この圧力差をできるだけ解消して衝撃音をできる限り小さくすることが行われている。

（４）逆サイクルデフロスト運転時の動作
（４−１）逆サイクルデフロスト運転の開始
逆サイクルデフロスト運転時の空気調和機１の動作について、図８（ａ）〜図８（ｇ）に示されているタイミングチャートを用いて説明する。図８（ｂ）に示されている除霜要求フラグのタイミングチャートを見ると、時刻ｔ１において除霜要求フラグが「０」から「１」に変化しており、このタイミングで制御部５０の室外制御装置２６から室内制御装置３５に除霜要求信号が送信される。また時刻ｔ１には、図８（ｄ）に示されているように、除霜要求信号を受信した室内機３では、室内ファン３１の回転数の上限制限が、通常の暖房運転時の制限から除霜用の制限に切り換えられる。通常の暖房運転では、例えば、風量設定スイッチ５４で入力可能な最大風量に対応して室内ファン３１の回転数の上限制限が設けられている。それに対して、除霜用の制限が室内ファン３１に課されているときには、風量設定スイッチ５４で最大風量に設定されていても、制御部５０は、室内ファン３１の回転数を最大風量時の回転数よりも小さな回転数に制限する。このような除霜用の制限が室内ファン３１の回転数に設けられることにより、除霜運転時に吹出される冷風によってユーザが感じる不快感が抑制される。そして、室外機２では、室外制御装置２６により、時刻ｔ１から圧縮機１１の運転周波数を徐々に下げる制御が開始される。

圧縮機１１の運転周波数を示す図８（ａ）のタイミングチャートを見ると、時刻ｔ２で圧縮機１１が所定の運転周波数Ｆminに達することが分かる。この暖房運転時において、時刻t１から時刻ｔ２に達するときの運転周波数の減少速度（通常周波数減少速度）は、例えば２Ｈｚ／秒である。この空気調和機１では、暖房運転時における運転周波数の増加速度も２Ｈｚ／秒に設定されている。圧縮機１１の運転周波数が所定の運転周波数Ｆminになって所定時間が経過した時刻ｔ３になると、四路切換弁１２の室内熱交換器１６の側（第１ポート１２ａ）と室外熱交換器１３の側（第３ポート１２ｃ）の圧力差を小さくする均圧が完了する。

図８（ｅ）に示されているように、均圧が行われて四路切換弁１２の切り換えが可能になった時刻ｔ３において、四路切換弁１２が暖房側から冷房側に切り換えられる。つまり、四路切換弁１２が図５に示されている四路切換弁１２の接続状態は、図２の破線の接続状態から実線の接続状態に切り換えられる。四路切換弁１２が切り換わると、その後圧縮機１１が回転数を上昇し始める（図８（ａ）の時刻ｔ５）。

（４−２）逆サイクルデフロスト運転中の制御
逆サイクルデフロスト運転中は、圧縮機１１の運転周波数（図８（ａ）参照）及び膨張機構１４の開度（図８（ｂ）参照）が、メモリ２６ａに記憶されているシーケンスに従って室外制御装置２６により制御される。室外制御装置２６は、除霜運転を終了するための除霜完了判定が行なわれる。除霜運転を終了するための除霜完了判定で、除霜運転を完了する判定がでると、図８（ｃ）に示されているように、時刻ｔ６において残留運転指令が「０」から「１」に変化し、残留運転を行なう指令が出される。残留運転指令が出されると、圧縮機１１の運転周波数を徐々に下げていって残留運転周波数Ｆminまで下げ（時刻ｔ７）、この残留運転周波数Ｆminを所定時間（ｔ８−ｔ７）だけ保持する。残留運転指令が出される時刻ｔ６においては、図４に示されているように、冷媒回路１０の高圧値Ｐ３は、暖房運転時の冷媒回路１０の高圧値Ｐ１よりも低くなっている。そのため、圧縮機１１の運転周波数の減少速度（除霜終了時周波数減少速度）は、例えば、１０Ｈｚ/秒に設定されている。例えば、数十Ｈｚで運転されていた圧縮機１１の回転周波数を、数秒で十数Ｈｚ（残留運転周波数Ｆmin）まで低下させる。ここでは、除霜終了時周波数減少速度が通常周波数減少速度の５倍に設定されているが、例えば２倍以上に設定されていても暖房能力の向上は見込める。逆サイクルデフロスト運転（除霜運転）の間は、暖房運転が中断される。従って、暖房運転時間÷（暖房運転時間＋除霜運転時間）の値が大きい程、高い暖房能力、特に高い低温暖房能力を得ることが容易になる。また、圧縮機１１を停止せずに残留運転周波数Ｆminを維持した状態で、逆サイクルデフロスト運転から暖房運転に切り換えることによって、さらに高い低温暖房能力を得ることが容易になる。

時刻ｔ６から時刻ｔ８までの残留運転によって、四路切換弁１２の第１ポート１２ａと第３ポート１２ｃの圧力差を緩和すことができる。それにより、例えば残留運転を行なわない場合に比べて残留運転を行なうことにより四路切換弁１２の衝撃音が極めて顕著に抑制される。そして、四路切換弁１２の均圧が終了したときに、図８（ｅ）に示されているように、四路切換弁１２を実線の接続から破線の接続、すなわち圧縮機１１から吐出された冷媒を室内熱交換器１６に送り、室外熱交換器１３から流出した冷媒を圧縮機１１に吸入する経路に切り換える（時刻ｔ８）。また、残留運転が完了すると、制御部５０の室外制御装置２６は、残留運転指令を「１」から「０」に変化させ、圧縮機１１の運転周波数を上昇させ始める。このとき図８（ｆ）に示されているように、室外ファン２１の駆動を開始する。そして、室内制御装置３５は、時刻ｔ８から室内ファン３１の回転数についても上限の制限を除霜用の制限から通常の制限に変更する。

（５）変形例
（５−１）変形例Ａ
上記実施形態では、切換機構として四路切換弁１２について説明したが、切換機構は四路切換弁１２に限られるものではない。暖房運転と除霜運転の切換に用いられ、これらの運転の切換時の騒音を抑制するために圧縮機１１の吐出口に接続されているポートと圧縮機の吸入口に接続されているポートの均圧を要する切換機構であれば、四路切換弁以外のものであってもよい。

（５−２）変形例Ｂ
上記実施形態では、図８（ａ）の時刻ｔ７から時刻ｔ８までの残留運転周波数が一定である場合について説明したが、均圧を行える範囲であればこの間の残留運転周波数を変化させてもよい。

（６）特徴
（６−１）
以上説明したように、本発明の一実施形態に係る冷凍装置である空気調和機１においては、圧縮機１１は、図８（ａ）に示されている時刻ｔ６から時刻ｔ７における除霜運転中の除霜終了時周波数減少速度が、例えば時刻ｔ１から時刻ｔ２までの通常周波数減少速度よりも速くなる。その結果、時刻ｔ６から時刻ｔ７までの時間を短縮して、除霜運転を終了するときに切換機構である四路切換弁１２の均圧が可能な運転周波数に速く到達させることができるので、四路切換弁１２を切り換えるまでの時間を短縮することができる。例えば、時刻ｔ６から通常周波数減少速度で運転周波数を減少させた場合、図８（ａ）の時刻ｔ９まで掛かり、除霜運転時間が長くなる。同じ残留運転周波数Ｆminに到達するまでの時間が短縮されることで、除霜運転時間を短縮して、暖房運転の復帰時に発生する騒音の抑制とともに暖房能力を確保することが容易になる。

（６−２）
上述の空気調和機１では、除霜終了時周波数減少速度が１０Ｈｚ／秒であって２Ｈｚ／秒の通常周波数減少速度の２倍以上の減少速度に設定されていることから、除霜運転時間の時間短縮効果が大きくなる。勿論、減少速度は、圧縮機１１に悪影響を及ぼさない範囲でできるだけ短い方が好ましく、上述の実施形態のように５倍以上（除霜終了時周波数減少速度／通常周波数減少速度）であることがさらに好ましい。

図８（ａ）においては、除霜終了時周波数減少速度に代えて通常周波数減少速度で時刻ｔ６から圧縮機１１の運転周波数を減少させた場合の動作が破線で示されている。この破線と実線とを比較すると分かるように、従来に比べて時刻ｔ８から時刻ｔ９までの時間が短縮されている。その結果、上記実施形態の暖房能力に関連する｛暖房運転時間÷（暖房運転時間＋除霜運転時間）｝の値が時刻ｔ８から時刻ｔ９の分だけ除霜運転時間が短くなることによって従来よりも大きくなり、暖房能力を向上させ易くなっていることが分かる。

（６−３）
上述の空気調和機１は、図８（ａ）に示されているように、除霜運転から暖房運転に復帰するとき（時刻ｔ６から時刻ｔ８の間）、圧縮機１１が止まらずに残留運転周波数Ｆminを維持する（所定値以上の運転周波数を保つ例）ということは、暖房運転に復帰したときに圧縮機１１が所定値以上の運転周波数で駆動されているということである。その結果、暖房運転復帰時に例えば圧縮機１１が停止していた従来の場合に比べて、圧縮機を必要な運転周波数に短い時間で上昇させることができ、低温暖房能力を確保し易くなる。

（６−４）
除霜終了時周波数減少速度で変化した後に、図８（ａ）の時刻ｔ７から時刻ｔ８までの期間のように暖房運転に入るまでに所定時間にわたって一定の運転周波数を維持することで、切換機構である四路切換弁１２の均圧を十分に行うことができる。その結果、暖房運転への復帰時に圧縮機１１が停止せずに残留運転周波数Ｆminで駆動されていても、四路切換弁１２で発生する騒音を抑制することができる。

１ 空気調和機（冷凍装置の例）
２ 室外機
３ 室内機
１０ 冷媒回路
１１ 圧縮機
１２ 四路切換弁（切換機構の例）
１３ 室外熱交換器（暖房運転時の蒸発器の例）
１４ 膨張機構
１６ 室内熱交換器（暖房運転時の凝縮器の例）
２１ 室外ファン
２２ 室外温度センサ
２３ 室外熱交換器温度センサ
２４ 室外制御装置
３１ 室内ファン
３２ 室内温度センサ
３３ 室内熱交換器温度センサ
３４ 室内制御装置
５０ 制御部

特開２０１４-１２９９５７号公報

Claims (4)

1. 蒸気圧縮式冷凍サイクルが行われる冷媒回路（１０）を含む冷凍装置（１）であって、
   前記冷媒回路中に設けられ、運転周波数を変更可能な圧縮機（１１）と、
   前記冷媒回路中に設けられ、前記圧縮機により循環させられる冷媒を暖房運転時に蒸発させて熱交換を行なうための蒸発器（１３）と、
   前記冷媒回路中に設けられ、前記圧縮機により循環させられる冷媒を暖房運転時に凝縮させて熱交換を行なうための凝縮器（１６）と、
   前記冷媒回路中に設けられ、前記凝縮器を用いた暖房運転と前記蒸発器の除霜を行う除霜運転とを切り換えるときに前記冷媒回路の冷媒の流れを切り換えるための切換機構（１２）と
   を備え、
   前記冷媒回路は、除霜運転時の前記冷媒回路の高圧値が暖房運転時の前記冷媒回路の高圧値よりも低くなるように構成され、
   前記圧縮機は、除霜運転時の前記圧縮機の運転周波数についての減少速度である除霜終了時周波数減少速度が、暖房運転時の前記圧縮機の運転周波数についての減少速度である通常周波数減少速度よりも速くなるように設定されている、冷凍装置。
2. 前記除霜終了時周波数減少速度は、前記通常周波数減少速度の２倍以上の減少速度に設定されている、
   請求項１に記載の冷凍装置。
3. 前記圧縮機は、除霜運転から暖房運転に復帰するときに、止まらずに所定値以上の運転周波数を保つ、
   請求項１又は請求項２に記載の冷凍装置。
4. 前記圧縮機は、前記除霜終了時周波数減少速度で変化した後に、暖房運転に入るまでに所定時間にわたって一定の運転周波数を維持する、
   請求項３に記載の冷凍装置。

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