JP2021012015A - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】暖房モードにおいて凝縮器として機能していた熱交換器における、除霜モード開始時の温度低下を抑制する冷凍サイクル装置を提供する。【解決手段】冷凍サイクル装置１は、開閉弁１６と、制御装置１７とを備える。制御装置１７は、開閉弁１６の開閉を制御するとともに、運転モードを切り替える。運転モードは、暖房モード、除霜モード、および均圧モードを含む。均圧モードにおいては、開閉弁１６が開放されている。均圧モードにおいては、開放されている開閉弁１６の流路抵抗が四方弁１５の流路抵抗よりも大きい。制御装置１７は、暖房モード、均圧モード、および除霜モードの順に運転モードを切り替える。【選択図】図４

Description

本発明は、冷媒の循環方向を切り替えて、暖房モードにおいて蒸発器として機能していた熱交換器を凝縮器として機能させることにより、当該熱交換器の除霜を行なう冷凍サイクル装置に関する。

従来から、冷媒の循環方向を切り替えて、暖房モードにおいて蒸発器として機能していた熱交換器を凝縮器として機能させることにより、当該熱交換器の除霜を行なう冷凍サイクル装置が知られている。たとえば、特開２０１１−１７４６６２号公報（特許文献１）には、冷媒をレシーバに回収するポンプダウン運転を行なった後、冷媒回路を四方弁により暖房サイクルから冷房サイクルに切替えてデフロスト運転を開始する空気熱源ヒートポンプ給湯・空調装置が開示されている。

特開２０１１−１７４６６２号公報

除霜モードを開始するため、暖房モードにおける冷媒の循環方向を、四方弁のような流路切替装置によって切り替えると、暖房モードにおいて圧縮機の吐出口に接続されて凝縮器として機能していた第１熱交換器が、圧縮機の吸入口に接続される。一方、暖房モードにおいて圧縮機の吸入口に接続されて蒸発器として機能していた第２熱交換器は、除霜モードにおいて圧縮機の吐出口に接続される。暖房モードにおいては、圧縮機の吐出口（高圧側）に接続されていた第１熱交換器の圧力の方が、圧縮機の吸入口（低圧側）に接続されていた第２熱交換器の圧力よりも高い。除霜モードを開始するため、四方弁によって冷媒の循環方向を切り替えた直後においては、第１熱交換器と第２熱交換器との間で暖房モードにおける差圧が残存している。当該差圧が残存している状態で除霜モードを開始して圧縮機を稼働させると、第１熱交換器から第２熱交換器へ冷媒が大量に移動し得る。

第１熱交換器に残存する冷媒量が少なくなると、第１熱交換器の圧力および温度が低下する。第１熱交換器の温度が低下すると、たとえば冷凍サイクル装置における結露、あるいは第１熱交換器において冷媒と熱交換し、暖房端末に熱を搬送する水等の熱媒体の凝固による配管の破損が生じ得る。その結果、冷凍サイクル装置の安定的な運転が困難になり得る。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、暖房モードにおいて凝縮器として機能していた熱交換器における、除霜モード開始時の温度低下を抑制することである。

本発明に係る冷凍サイクル装置は、運転モードとして暖房モードおよび除霜モードを含む。暖房モードにおいては冷媒が圧縮機、流路切替装置、第１熱交換器、膨張弁、および第２熱交換器の順に循環する。除霜モードにおいては冷媒が圧縮機、流路切替装置、第２熱交換器、膨張弁、および第１熱交換器の順に循環する。冷凍サイクル装置は、流調弁と、制御装置とを備える。流調弁は、圧縮機の吐出口と圧縮機の吸入口との間において圧縮機と並列に接続されている。制御装置は、流調弁の開度を制御する。制御装置は、運転モードを切り替える。運転モードは、均圧モードをさらに含む。均圧モードおいては、流調弁が開かれている。均圧モードにおいては、流調弁の開度に対応する流調弁の流路抵抗が流路切替装置の流路抵抗よりも大きい。制御装置は、暖房モード、均圧モード、および除霜モードの順に運転モードを切り替える。

本発明に係る冷凍サイクル装置においては、運転モードが暖房モードから除霜モードに切り替わる場合、暖房モード、均圧モード、および除霜モードの順に実行される。均圧モードにおいては、流調弁が開放されているため、高圧側の冷媒が流調弁を介して低圧側に移動する。高圧側の冷媒の圧力と低圧側の冷媒の圧力との均圧モードの終了時（除霜モードの開始時）における差圧は、均圧モードの開始時（暖房モードの終了時）における当該差圧よりも小さくなる。また、均圧モードにおける流調弁の開度に対応する流路抵抗は、流路切替装置の流路抵抗よりも大きい。そのため、均圧モードにおいて第１熱交換器から流出する冷媒量を抑制することができる。均圧モードにおいては、第１熱交換器から流出する冷媒量を抑制しながら、高圧側の冷媒の圧力と低圧側の冷媒の圧力との除霜モードの開始時における差圧を暖房モードの終了時における当該差圧よりも小さくすることができる。また、除霜モードの前に均圧モードを実行して、高圧側の冷媒の圧力と低圧側の冷媒の圧力との除霜モードの開始時における差圧を暖房モードの終了時の当該差圧よりも小さくすることにより、除霜モードの開始時に第１熱交換器から流出する冷媒量を抑制することができる。そのため、除霜モード開始時における第１熱交換器の温度低下を抑制することができる。その結果、冷凍サイクル装置を安定的に運転することができる。

実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の機能構成および暖房モードにおける冷媒の流れを併せて示す図である。 図１の冷凍サイクル装置の機能構成および除霜モードにおける冷媒の流れを併せて示す図である。 暖房モードにおいて除霜開始条件が成立した場合に、図１の制御装置によって行なわれる処理の流れを説明するためのフローチャートである。 図１の冷凍サイクル装置の機能構成および均圧モードにおける冷媒の流れを併せて示す図である。 均圧モードにおいて図１の制御装置によって行なわれる処理の流れを示すフローチャートである。 除霜モードにおいて図１の制御装置によって行なわれる処理の流れを示すフローチャートである。 図４における圧縮機の吸入口と四方弁とを接続する流路と、開閉弁からの冷媒が通過する流路との接続部分付近の拡大図である。 実施の形態２に係る冷凍サイクル装置の機能構成および除霜モード開始時における冷媒の流れを併せて示す図である。 除霜モードにおいて図８の制御装置によって行なわれる処理の流れを示すフローチャートである。 暖房モードにおいて除霜開始条件が成立した場合に、実施の形態３に係る冷凍サイクル装置の制御装置によって行なわれる処理の流れを示すフローチャートである。 実施の形態３に係る冷凍サイクル装置の機能構成およびポンプダウンモードにおける冷媒の流れを併せて示す図である。 ポンプダウンモードにおいて図１１の制御装置によって行なわれる処理の流れを示すフローチャートである。 実施の形態３の変形例１に係る冷凍サイクル装置の機能構成およびポンプダウンモードにおける冷媒の流れを併せて示す図である。 実施の形態３の変形例２に係る冷凍サイクル装置において、除霜開始条件が成立した場合に行なわれる処理の一例を示すフローチャートである。 実施の形態３の変形例２に係る冷凍サイクル装置において、除霜開始条件が成立した場合に行なわれる処理の他の一例を示すフローチャートである。 実施の形態４に係る冷凍サイクル装置の機能構成および均圧モードにおける冷媒の流れを併せて示す図である。 実施の形態４の変形例に係る冷凍サイクル装置の機能構成および均圧モードにおける冷媒の流れを併せて示す図である。 実施の形態５に係る冷凍サイクル装置の機能構成および均圧モードにおける冷媒の流れを併せて示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は原則として繰り返さない。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１の機能構成および暖房モードにおける冷媒の流れを併せて示す図である。冷凍サイクル装置１の運転モードは、暖房モード、除霜モードを含む。図１に示されるように、冷凍サイクル装置１は、圧縮機１１と、熱交換器１２と、膨張弁１３と、熱交換器１４と、四方弁１５と、開閉弁１６と、制御装置１７とを備える。暖房モードにおいて冷媒は、圧縮機１１、四方弁１５、熱交換器１２、膨張弁１３、および熱交換器１４の順に循環する。開閉弁１６は、本発明の流調弁に対応する。

圧縮機１１は、低圧の気体の冷媒（ガス冷媒）を断熱圧縮し、高圧のガス冷媒を吐出する。

四方弁１５は、暖房モードにおいては圧縮機１１の吐出口と熱交換器１２とを接続するとともに、熱交換器１４と圧縮機１１の吸入口とを接続する。四方弁１５は、暖房モードにおいては、冷媒が圧縮機１１、四方弁１５、熱交換器１２、膨張弁１３、および熱交換器１４の順に循環するように流路を形成する。

熱交換器１２は、暖房モードにおいては凝縮器として機能する。圧縮機１１からのガス冷媒は、熱交換器１２において凝縮熱を放出して凝縮し、液体の冷媒（液冷媒）となる。熱交換器１２においては、冷媒と、暖房端末１００へ熱を搬送する熱媒体との間で熱交換が行なわれる。熱媒体としては、水あるいはブライン（塩水）を挙げることができる。

膨張弁１３は、液冷媒を断熱膨張させて減圧し、気液二相状態の湿り蒸気として流出させる。膨張弁１３としては、たとえば電子制御式膨張弁（ＬＥＶ：Linear Expansion Valve）を用いることができる。

熱交換器１４は、室外に配置されており、暖房モードにおいては蒸発器として機能する。膨張弁１３からの湿り蒸気は、熱交換器１４において外気からの気化熱を吸収して気化する。

開閉弁１６は、圧縮機１１の吐出口と吸入口との間において圧縮機１１と並列に接続されている。開閉弁１６の流路抵抗は、四方弁１５の流路抵抗よりも大きい。なお、開閉弁の流路抵抗とは、開閉弁が開放されている（開度が全開である）場合の流路抵抗である。すなわち、開閉弁１６が開放されている場合の開閉弁１６のＣｖ値は、四方弁１５のＣｖ値よりも小さい。開閉弁１６は、暖房モードにおいては閉止されている。

制御装置１７は、冷凍サイクル装置１の運転モードを切り替える。制御装置１７は、圧縮機１１の駆動周波数を制御して圧縮機１１が単位時間あたりに吐出する冷媒量を制御する。制御装置１７は、四方弁１５を制御して、冷媒の循環方向を切り替える。制御装置１７は、膨張弁１３の開度を制御する。制御装置１７は、開閉弁１６の開閉を制御する。制御装置１７は、圧力センサＳ１およびＳ２から圧縮機１１の吸入口の冷媒の圧力（吸入圧力）および吐出口の冷媒の圧力（吐出圧力）をそれぞれ取得し、吐出圧力と吸入圧力との差圧を算出する。

暖房モードにおいては、室外に配置され、蒸発器として機能する熱交換器１４に霜が発生する場合がある。熱交換器１４に霜が発生すると蒸発器として機能する熱交換器１４の熱交換効率が低下し、冷凍サイクル装置１の性能が低下してしまう。冷凍サイクル装置１においては、熱交換器１４に霜が発生した場合、暖房モードを中断して、熱交換器１４に生じた霜を除去する除霜モードを行なう。

図２は、図１の冷凍サイクル装置１の機能構成および除霜モードにおける冷媒の流れを併せて示す図である。図２に示されるように、除霜モードにおいて四方弁１５は、圧縮機１１の吐出口と熱交換器１４とを接続するとともに、熱交換器１２と圧縮機１１の吸入口とを接続する。四方弁１５は、除霜モードにおいては、冷媒が圧縮機１１、四方弁１５、熱交換器１４、膨張弁１３、および熱交換器１２の順に循環するように流路を形成する。熱交換器１４は、除霜モードにおいては凝縮器として機能する。熱交換器１４においては冷媒が液化するときに放出する凝縮熱によって、熱交換器１４に生じた霜が溶解されて除去される。

除霜モードにおいては、暖房モードにおいて高圧側に接続されていた熱交換器１２が、低圧側に接続される。一方、暖房モードにおいて低圧側に接続されていた熱交換器１４は、高圧側に接続される。暖房モードにおいては、高圧側に接続されていた熱交換器１２の圧力の方が、低圧側に接続されていた熱交換器１４の圧力よりも高い。除霜モードを開始した直後においては、熱交換器１２と熱交換器１４との間で暖房モードにおける差圧が残存している。当該差圧が残存している状態で除霜モードを開始して圧縮機１１を稼働させると、熱交換器１２から熱交換器１４へ冷媒が大量に移動し得る。

熱交換器１２に残存する冷媒量が少なくなると、熱交換器１２の圧力および温度が低下する。熱交換器１２の温度が低下すると、たとえば冷凍サイクル装置１における結露、あるいは水等の熱媒体の凝固による配管の破損などが生じ得る。その結果、冷凍サイクル装置１の安定的な運転が困難になり得る。

そこで、冷凍サイクル装置１においては、暖房モードにおいて除霜開始条件が成立した場合、暖房モード、均圧モード、および除霜モードの順に運転モードが切り替えられる。均圧モードにおいては、暖房モードにおける接続状態が維持されるとともに開閉弁１６が開放され、高圧側の冷媒の圧力と低圧側の冷媒の圧力との除霜モードの開始時における差圧が暖房モードの終了時における当該差圧よりも小さくされる。開閉弁１６の流路抵抗は、四方弁１５の流路抵抗よりも大きいため、均圧モードにおいて熱交換器１２から流出する冷媒量を抑制することができる。均圧モードにおいては、熱交換器１２から流出する冷媒量を抑制しながら、高圧側の圧力と低圧側の圧力との除霜モードの開始時における差圧を暖房モードの終了時における当該差圧よりも小さくすることができる。また、除霜モードの前に均圧モードを実行して、除霜モードの開始時における高圧側の冷媒の圧力と低圧側の冷媒の圧力との差圧を暖房モードの終了時における当該差圧よりも小さくすることにより、除霜モードの開始時に熱交換器１２から流出する冷媒量を抑制することができる。そのため、除霜モード開始時における熱交換器１２の温度低下を抑制することができる。その結果、冷凍サイクル装置１を安定的に運転することができる。

図３は、図１の制御装置１７が冷凍サイクル装置１の運転モードを切り替える処理の流れを示すフローチャートである。以下ではステップを単にＳと記載する。図３に示される処理は、冷凍サイクル装置１の包括的な制御を行なう不図示のメインルーチンによって実行される。

図３に示されるように、制御装置１７は、Ｓ１０において冷凍サイクル装置１の終了条件が成立したか否かを判定する。冷凍サイクル装置１の終了条件としては、ユーザによる終了操作が行なわれたという条件、あるいはユーザによって設定された終了時刻が到来したという条件を挙げることができる。終了条件が成立している場合（Ｓ１０においてＹＥＳ）、制御装置１７は、処理をメインルーチンに返す。終了条件が成立していない場合（Ｓ１０においてＮＯ）、制御装置１７は、処理をＳ２０に進める。制御装置１７は、Ｓ２０において暖房モードを実行する。暖房モードにおいて除霜開始条件が成立した場合、制御装置１７は、処理をＳ２００に進める。除霜開始条件としては、たとえば熱交換器１４の温度が基準温度より小さいという条件、あるいは熱交換器１４に生じた霜の量（着霜量）が基準量を超えたという条件を挙げることができる。着霜量は、熱交換器１４の温度および熱交換器１４周辺の湿度から算出することができる。

制御装置１７は、Ｓ２００において均圧モードを実行した後、処理をＳ３００に進める。制御装置１７は、Ｓ３００において除霜モードを実行した後、処理をＳ１０に戻す。制御装置１７は、暖房モード（Ｓ２０）、均圧モード（Ｓ２００）、および除霜モード（Ｓ３００）の順に運転モードを切り替える。

図４は、図１の冷凍サイクル装置１の機能構成および均圧モードにおける冷媒の流れを併せて示す図である。図４に示されるように、均圧モードにおいて制御装置１７は、圧縮機１１を停止し、膨張弁１３を閉止し、開閉弁１６を開放する。均圧モードにおいては、四方弁１５によって、暖房モードにおける圧縮機１１の吐出口と熱交換器１２との接続および熱交換器１４と圧縮機１１の吸入口との接続が維持される。膨張弁１３が閉止されているため、冷媒の圧力の高い熱交換器１２から膨張弁１３を介して冷媒の圧力の低い熱交換器１４へ冷媒が移動することが防止される。

開閉弁１６は開放されているため、熱交換器１２から開閉弁１６を経由して熱交換器１４へ冷媒が流れる。開閉弁１６の流路抵抗は四方弁１５の流路抵抗より大きい。そのため、均圧モードを行なうことなく除霜モードを開始した場合に熱交換器１２から流出する冷媒量よりも、均圧モードにおいて熱交換器１２から流出する冷媒量の方が小さい。均圧モードにおいては、熱交換器１２から流出する冷媒量を抑制しながら、高圧側の圧力と低圧側の圧力との除霜モードの開始時における差圧を暖房モード終了時における当該差圧よりも小さくすることができる。その結果、均圧モードの後に行なわれる除霜モードの開始時において、熱交換器１２の温度低下を抑制することができる。

図５は、均圧モードにおいて図１の制御装置１７によって行なわれる処理の流れを示すフローチャートである。図５に示される処理は、図３のＳ２００において行なわれる処理である。

図５に示されるように、制御装置１７は、Ｓ２０１において圧縮機１１を停止して処理をＳ２０２に進める。制御装置１７は、Ｓ２０２において膨張弁１３を閉止して処理をＳ２０３に進める。制御装置１７は、Ｓ２０３において開閉弁１６を開放して処理をＳ２０４に進める。制御装置１７は、Ｓ２０４において、吐出圧力と吸入圧力との差圧が基準差圧より小さいか否かを判定する。吐出圧力と吸入圧力との差圧が基準差圧より小さい場合（Ｓ２０４においてＹＥＳ）、制御装置１７は、高圧側の冷媒の圧力と低圧側の冷媒の圧力との差圧が十分に小さくなったとして、処理をメインルーチンに返す。吐出圧力と吸入圧力との差圧が基準差圧以上である場合（Ｓ２０４においてＮＯ）、制御装置１７は、処理をＳ２０５に進める。制御装置１７は、Ｓ２０５において開閉弁１６を開放してから基準時間が経過したか否かを判定する。開閉弁１６を開放してから基準時間が経過している場合（Ｓ２０５においてＹＥＳ）、制御装置１７は、高圧側の冷媒と低圧側の冷媒との均圧が十分に行なわれたとして、処理をメインルーチンに返す。開閉弁１６を開放してから基準時間が経過していない場合（Ｓ２０５においてＮＯ）、制御装置１７は、Ｓ２０６において一定時間待機した後、処理をＳ２０４に戻す。Ｓ２０４の基準差圧およびＳ２０５の基準時間は、実機実験あるいはシミュレーションによって適宜算出することができる。

図６は、除霜モードにおいて図１の制御装置１７によって行なわれる処理の流れを示すフローチャートである。図６に示される処理は、図３のＳ３００において行なわれる処理である。

図６に示されるように、制御装置１７は、Ｓ３０１において四方弁１５を切り替えて、処理をＳ３０２に進める。制御装置１７は、Ｓ３０２において開閉弁１６を閉止して、処理をＳ３０３に進める。制御装置１７は、Ｓ３０３において膨張弁１３を適切な開度に開放して、処理をＳ３０４に進める。制御装置１７は、Ｓ３０４において圧縮機１１を起動し、処理をＳ３０５に進める。制御装置１７は、Ｓ３０５において除霜終了条件が成立したか否かを判定する。除霜終了条件が成立している場合（Ｓ３０５においてＹＥＳ）、制御装置１７は、処理をメインルーチンに返す。除霜終了条件が成立していない場合（Ｓ３０５においてＮＯ）、制御装置１７は、Ｓ３０６において一定時間待機した後、処理をＳ３０５に戻す。除霜終了条件は、たとえば熱交換器１４の温度が基準温度以上となったという条件、あるいは除霜モードを開始してから基準時間が経過したという条件を含む。

再び図４を参照して、冷凍サイクル装置１においては、熱交換器１２の高さは、四方弁１５の高さよりも低い。また、圧縮機１１の吸入口と四方弁１５とを接続する流路と、開閉弁１６からの冷媒が通過する流路との接続部分Ｊ１０の高さは、四方弁１５の高さよりも低い。そのため、冷媒は、熱交換器１２から四方弁１５へ移動し難くなる。また、冷媒は、接続部分Ｊ１０から四方弁１５へ移動し難くなる。その結果、均圧モードにおいて熱交換器１２から流出する冷媒量をさらに抑制することができる。

図７は、図４における圧縮機１１の吸入口と四方弁１５とを接続する流路ＲＰ１と、開閉弁１６からの冷媒が通過する流路ＲＰ２との接続部分Ｊ１０付近の拡大図である。図７に示されているように、冷凍サイクル装置１においては、流路ＲＰ１とＲＰ２とのなす角度α１は０度より大きく、１８０度より小さい。そのため、流路ＲＰ２を流れる冷媒は、流路ＲＰ１とＲＰ２との接続部分Ｊ１０において流路ＲＰ１の内壁に衝突する。開閉弁１６からの冷媒が流路ＲＰ１に合流し難くなるため、均圧モードにおいて開閉弁１６を通過する単位時間当たりの冷媒量が減少する。その結果、均圧モードにおいて、熱交換器１２から流出する冷媒量をさらに抑制することができる。

また、冷凍サイクル装置１においては、図７に示されるように、流路ＲＰ２は、流路ＲＰ１より細い。すなわち、流路ＲＰ２を移動する冷媒の進行方向と直交する流路ＲＰ２の断面における冷媒の通過部分の面積は、流路ＲＰ１を移動する冷媒の進行方向と直交する流路ＲＰ１の断面における冷媒の通過部分の面積よりも小さい。流路ＲＰ２の太さが流路ＲＰ１の太さと同じである場合に比べて、均圧モードにおいて開閉弁１６を通過する単位時間当たりの冷媒量を減少させることができる。その結果、熱交換器１２から流出する冷媒量をさらに抑制することができる。また、流路ＲＰ２の太さが流路ＲＰ１の太さと同じである場合に比べて、冷凍サイクル装置１の製造コストを抑制することができる。

以上、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置によれば、除霜モードの前に均圧モードを実行することにより、暖房モードにおいて凝縮器として機能していた熱交換器の除霜モード開始時における温度低下を抑制することができる。その結果、冷凍サイクル装置を安定的に運転することができる。

実施の形態２．
実施の形態１においては、均圧モードにおいて開放した開閉弁を、除霜モードにおいて圧縮機を起動する前に閉止する場合について説明した。実施の形態２においては、除霜モードにおいて圧縮機を起動した後に開閉弁を閉止する場合について説明する。

実施の形態２においては、除霜モードの開始時からしばらくの間、開閉弁を開放したまま圧縮機を稼働させる。開放弁が開放されている間、圧縮機から吐出された冷媒の一部が、開閉弁を介して圧縮機の吸入口へ戻される。開閉弁を介して圧縮機の吸入口へ戻された冷媒の分だけ、暖房モードにおいて凝縮器として機能していた熱交換器からの冷媒が圧縮機へ吸入され難くなる。その結果、当該熱交換器から、除霜モードの開始時に流出する冷媒量をさらに抑制することができる。

実施の形態２と実施の形態１との違いは、除霜モードにおける処理の流れである。それ以外の点については実施の形態１と同様である。すなわち、実施の形態１の図２および図６が、実施の形態２の図８および図９にそれぞれ置き換わる。これら以外の構成は同様であるため、説明を繰り返さない。

図８は、実施の形態２に係る冷凍サイクル装置２の機能構成および除霜モード開始時における冷媒の流れを併せて示す図である。図８に示されるように、冷凍サイクル装置２の除霜モードの開始時においては、開閉弁１６は開放されている。開閉弁が開放されている間、圧縮機１１から吐出された冷媒の一部が、開閉弁１６を介して圧縮機１１の吸入口へ戻される。

図９は、除霜モードにおいて図８の制御装置１７によって行なわれる処理の流れを示すフローチャートである。図８に示されるように、制御装置１７は、Ｓ３１１において四方弁１５を切り替えた後、処理をＳ３１２に進める。制御装置１７は、Ｓ３１２において膨張弁１３を適切な開度に開放して、処理をＳ３１３に進める。制御装置１７は、Ｓ３１３において圧縮機１１を起動し、処理をＳ３１４に進める。制御装置１７は、Ｓ３１４において除霜終了条件が成立したか否かを判定する。除霜終了条件が成立している場合（Ｓ３１４においてＹＥＳ）、制御装置１７は、処理をＳ３１５に進める。制御装置１７は、Ｓ３１５において開閉弁１６が開放しているか否かを判定する。開閉弁１６が閉止している場合（Ｓ３１５においてＮＯ）、制御装置１７は、処理をメインルーチンに戻す。開閉弁１６が開放している場合（Ｓ３１５においてＹＥＳ）、制御装置１７は、Ｓ３１６において開閉弁１６を閉止した後、処理をメインルーチンに戻す。

除霜終了条件が成立していない場合（Ｓ３１４においてＮＯ）、制御装置１７は、処理をＳ３１７に進める。制御装置１７は、Ｓ３１７において、吸入圧力が基準圧力を超えているか否かを判定する。吸入圧力が基準圧力を超えている場合（Ｓ３１７においてＹＥＳ）、制御装置１７は、吸入圧力が十分に上昇したとして、Ｓ３１９において開閉弁１６を閉止し、Ｓ３２０において一定時間待機した後、処理をＳ３１４に戻す。吸入圧力が基準圧力以下である場合（Ｓ３１７においてＮＯ）、制御装置１７は、処理をＳ３１８に進める。制御装置１７は、Ｓ３１８において圧縮機１１を起動してから基準時間が経過したか否かを判定する。圧縮機１１を起動してから基準時間が経過している場合（Ｓ３１８においてＹＥＳ）、吸入圧力を上昇させるのに十分な時間が経過したとして、Ｓ３１９において開閉弁１６を閉止し、Ｓ３２０において一定時間待機した後、処理をＳ３１４に戻す。圧縮機１１を起動してから基準時間が経過していない場合（Ｓ３１８においてＮＯ）、制御装置は処理をＳ３１４に戻す。Ｓ３１７の基準圧力およびＳ３１８の基準時間は、実機実験あるいはシミュレーションによって適宜算出することができる。

以上、実施の形態２に係る冷凍サイクル装置によっても、除霜モードの前に均圧モードを実行することにより、暖房モードにおいて凝縮器として機能していた熱交換器の除霜モード開始時における温度低下を抑制することができる。その結果、冷凍サイクル装置を安定的に運転することができる。

実施の形態２においては、除霜モードの開始時からしばらくの間、開閉弁を開放したまま圧縮機を稼働させることにより、暖房モードにおいて凝縮器として機能していた熱交換器の除霜モード開始時における温度低下をさらに抑制することができる。その結果、冷凍サイクル装置をさらに安定的に運転することができる。

実施の形態３．
実施の形態１においては、除霜開始条件が成立した場合に暖房モードの次に均圧モードが行なわれる場合について説明した。実施の形態３においては、除霜開始条件が成立した場合に、暖房モードの次にポンプダウンモードが行なわれ、ポンプダウンモードの次に均圧モードが行なわれる場合について説明する。ポンプダウンモードにおいては、暖房モードにおいて凝縮器として機能していた熱交換器内の冷媒量を増加させる。均圧モードの前にポンプダウンモードを実行することにより、均圧モード開始時における当該熱交換器内の冷媒量が実施の形態１よりも増加する。そのため、当該熱交換器の除霜モード開始時における温度低下をさらに抑制することができる。その結果、冷凍サイクル装置をさらに安定的に運転することができる。

実施の形態３と実施の形態１との違いは、運転モードにポンプダウンモードが追加されることである。すなわち、実施の形態１の図３が実施の形態２の図１０に置き換わる。それ以外の点については同様であるため、説明を繰り返さない。

図１０は、実施の形態３に係る冷凍サイクル装置の制御装置が冷凍サイクル装置の運転モードを切り替える処理の流れを示すフローチャートである。図１０に示されるように、制御装置は、暖房モード（Ｓ２０）において除霜開始条件が成立した場合、Ｓ１００においてポンプダウンモードを実行する。その後、制御装置は、実施の形態１と同様に、Ｓ２００において均圧モードを実行し、Ｓ３００において除霜モードを実行する。制御装置は、除霜開始条件が成立した場合、暖房モード、ポンプダウンモード、均圧モード、および除霜モードの順に運転モードを切り替える。

図１１は、実施の形態３に係る冷凍サイクル装置３の機能構成およびポンプダウンモードにおける冷媒の流れを併せて示す図である。図１１に示されるように、ポンプダウンモードにおいて制御装置１７は、圧縮機１１を稼働させ、膨張弁１３を閉止し、開閉弁１６を閉止する。ポンプダウンモードにおいては、四方弁１５によって、圧縮機１１の吐出口と熱交換器１２との接続および熱交換器１４と圧縮機１１の吸入口との接続が維持される。圧縮機１１が稼働しているとともに膨張弁１３が閉止されているため、圧縮機１１から吐出された冷媒は、熱交換器１２へ貯留される。ポンプダウンモードが行なわれている間、熱交換器１２内の冷媒量が増加する。均圧モードの開始時の熱交換器１２内の冷媒量は、ポンプダウンモードを行なわない実施の形態１よりも増加する。均圧モードの後に行なわれる除霜モードの開始時において、熱交換器１２内に残存している冷媒量は実施の形態１より増加するため、熱交換器１２の温度低下を実施の形態１よりも抑制することができる。

図１２は、ポンプダウンモードにおいて図１１の制御装置１７によって行なわれる処理の流れを示すフローチャートである。図１２に示される処理は、図１０のＳ１００において行なわれる処理である。

図１２に示されるように、制御装置１７は、Ｓ１０１において膨張弁１３を閉止して処理をＳ１０２に進める。制御装置１７は、Ｓ１０２において、吸入圧力が基準圧力よりも小さいか否かを判定する。吸入圧力が基準圧力よりも小さい場合（Ｓ１０２においてＹＥＳ）、制御装置１７は、熱交換器１２に十分に冷媒量が貯留されたことにより、圧縮機１１に吸入される冷媒量が減少したとして、処理をメインルーチンに返す。吸入圧力が基準圧力以上である場合（Ｓ１０２においてＮＯ）、制御装置１７は、処理をＳ１０３に進める。制御装置１７は、Ｓ１０３において膨張弁１３を閉止してから基準時間が経過したか否かを判定する。膨張弁１３を閉止してから基準時間が経過している場合（Ｓ１０３においてＹＥＳ）、制御装置１７は、熱交換器１２内の冷媒量を増加させるのに十分な時間が経過したとして、処理をメインルーチンに返す。膨張弁１３を閉止してから基準時間が経過していない場合（Ｓ１０３においてＮＯ）、制御装置１７は、Ｓ１０４において一定時間待機した後、処理をＳ１０２に戻す。

実施の形態３の変形例１．
ポンプダウンモードにおいて熱交換器１２に流入する冷媒量が、熱交換器１２の容量を超える場合が想定される。そのような場合に備えて、図１３に示される冷凍サイクル装置３Ａのように、熱交換器１２と膨張弁１３との間に冷媒貯留器３０が接続されていることが望ましい。熱交換器１２に流入する冷媒量が熱交換器１２の容量を超える場合、熱交換器１２から流出した冷媒は、冷媒貯留器３０に貯留される。そのため、ポンプダウンモードの終了時において高圧側に存在する冷媒量を実施の形態３よりも増加させることができる。その結果、熱交換器１２の除霜モード開始時における温度低下をさらに抑制することができる。

実施の形態３の変形例２．
暖房モードにおいて蒸発器として機能していた熱交換器に生じた霜の量（着霜量）が大きい程、除霜モードにおける当該熱交換器の熱容量は大きくなる。除霜の対象となる熱交換器の熱容量が大きくなるほど、除霜モードの開始時に当該熱交換器に流入する冷媒量は大きくなる。したがって、着霜量が大きくなるほど、暖房モードにおいて凝縮器として機能していた熱交換器から除霜モードの開始時に流出する冷媒量は増加する。逆に、着霜量が小さい場合、暖房モードにおいて凝縮器として機能していた熱交換器から除霜モードの開始時に流出する冷媒量は減少する。着霜量が小さい場合には、暖房モードの中断時間を短縮するため、ポンプダウンモードが行なわれる時間を短縮することが望ましい。たとえば図１４に示される処理のように、着霜量が基準量よりも小さい場合（Ｓ３０においてＹＥＳ）に、図１２のＳ１０３の基準時間を所定の割合だけ短縮してもよい（Ｓ４０）。図１４に示されるような処理を行なうことにより、ポンプダウンモード（Ｓ２００）が行なわれる時間を短縮することができる。除霜開始条件が成立してから除霜モードが終了するまでの時間を短縮することができるため、暖房モードの中断時間を短縮することができる。

あるいは、着霜量に応じてポンプダウンモードを行なうか否かを決定してもよい。たとえば図１５に示される処理のように、着霜量が基準量よりも小さい場合（Ｓ３０においてＹＥＳ）は、ポンプダウンモードを行なわずに均圧モード（Ｓ２００）を実行してもよい。図１５に示されるような処理を行なうことにより、不必要なポンプダウンモードを回避することができる。その結果、暖房モードの中断時間を短縮することができる。

以上、実施の形態３、変形例１、および変形例２に係る冷凍サイクル装置によっても、除霜モードの前に均圧モードを実行することにより、除霜モード開始時における暖房モードにおいて凝縮器として機能していた熱交換器の温度低下を抑制することができる。その結果、冷凍サイクル装置を安定的に運転することができる。

実施の形態３、変形例１、および変形例２に係る冷凍サイクル装置においては、均圧モードの前にポンプダウンモードを行なうことにより、暖房モードにおいて凝縮器として機能していた熱交換器内の冷媒量を増加させてから均圧モードを実行する。そのため、当該熱交換器の除霜モード開始時における温度低下をさらに抑制することができる。その結果、冷凍サイクル装置をさらに安定的に運転することができる。

実施の形態４．
四方弁のような流路切替装置には、高圧側の冷媒の圧力と低圧側の冷媒の圧力との差圧が基準差圧以上でないと、冷凍サイクル装置の接続状態を切り替えることができないものがある。実施の形態４においては、流路切替装置の動作を保証するため、当該差圧を基準差圧以上に保つ場合について説明する。

実施の形態４と実施の形態１との違いは、実施の形態４においては、高圧側の冷媒の圧力と低圧側の冷媒の圧力との差圧が基準差圧以上である場合に四方弁が動作可能であるということ、および当該差圧を基準差圧以上に保つ定差圧弁が備えられている点である。それ以外の構成については同様であるため、説明を繰り返さない。

図１６は、実施の形態４に係る冷凍サイクル装置４の機能構成および均圧モードにおける冷媒の流れを併せて示す図である。図１６に示されるように、冷凍サイクル装置４においては、図４に示される冷凍サイクル装置１の四方弁１５が、四方弁１５４に置換されている。四方弁１５４は、高圧側の冷媒の圧力と低圧側の冷媒の圧力との差圧が基準差圧以上である場合に動作可能である。また、冷凍サイクル装置４は、図４に示される冷凍サイクル装置１の構成に加えて、定差圧弁４０をさらに備える。定差圧弁４０は、圧縮機１１の吐出口と吸入口との間において開閉弁１６と直列に接続されている。定差圧弁４０は、定差圧弁４０の両端の圧力差を基準差圧以上に保つ機械式の弁である。

冷凍サイクル装置４においては、定差圧弁４０により高圧側の冷媒の圧力と低圧側の冷媒の圧力との差圧が基準差圧以上に維持される。そのため、当該差圧が基準差圧より小さいことにより四方弁１５４が動作しないという事態の発生を防止することができる。

実施の形態４の変形例．
高圧側の冷媒の圧力と低圧側の冷媒の圧力との差圧を基準差圧以上とすることができる構成は、定差圧弁に限られない。たとえば、図１７に示される冷凍サイクル装置４Ａのように、開閉弁１６に代えて開放状態において開度の段階的な調節が可能な弁４１を用い、高圧側の冷媒の圧力と低圧側の冷媒の圧力との差圧を基準差圧以上となるように弁４１の開度を制御装置１７によって調節してもよい。

以上、実施の形態４および変形例に係る冷凍サイクル装置によっても、除霜モードの前に均圧モードを実行することにより、除霜モード開始時における暖房モードにおいて凝縮器として機能していた熱交換器の温度低下を抑制することができる。その結果、冷凍サイクル装置を安定的に運転することができる。

実施の形態４および変形例に係る冷凍サイクル装置によれば、高圧側の冷媒の圧力と低圧側の冷媒の圧力との差圧が基準差圧より小さいことにより流路切替装置が動作することができないという事態の発生を防止することができる。その結果、冷凍サイクル装置をさらに安定的に運転することができる。

実施の形態５．
実施の形態５においては、開閉弁と圧縮機の吸入口との間に気液分離器が接続されている場合について説明する。暖房モードにおいて凝縮器として機能していた熱交換器から均圧モードにおいて流出する冷媒は、均圧モードにおいて気液分離器に貯留される。除霜モード開始時には、暖房モードにおいて凝縮器として機能していた熱交換器からの冷媒に加えて、気液分離器からの冷媒も加わるため、除霜モードの開始時における当該熱交換器から流出する冷媒の量を実施の形態１よりも抑制することができる。

また、開閉弁の流路抵抗を実施の形態１より小さくして暖房モードにおいて凝縮器として機能していた熱交換器から流出する冷媒量を増加させた場合でも、均圧モードにおいて当該熱交換器からの冷媒は気液分離器に貯留される。除霜モード開始時において圧縮機に吸入される冷媒に気液分離器からの冷媒も加わるため、暖房モードにおいて凝縮器として機能していた熱交換器の温度低下を実施の形態１と同程度に抑制することができる。均圧モードに要する時間は、開閉弁の流路抵抗を実施の形態１よりも小さくしたことにより、実施の形態１よりも短縮することができる。その結果、暖房運転の中断時間を短縮することができる。

図１８は、実施の形態５に係る冷凍サイクル装置５の機能構成および均圧モードにおける冷媒の流れを併せて示す図である。図１８に示されるように、冷凍サイクル装置５においては、図４に示される冷凍サイクル装置１の開閉弁１６が開閉弁１６５に置き換えられている。開閉弁１６５が開放している状態の開閉弁１６５の流路抵抗は、四方弁１５の流路抵抗より大きく、開閉弁１６５が開放している状態の開閉弁１６５の流路抵抗よりも小さい。また、冷凍サイクル装置５は、図４に示される冷凍サイクル装置１の構成に加えて、気液分離器５０をさらに備える。気液分離器５０は、開閉弁１６５と圧縮機１１の吸入口との間に接続されている。気液分離器５０は、貯留した液冷媒を吐出する吐出口ＬＳ１を含む。吐出口ＬＳ１は、圧縮機１１の吸入口と四方弁１５とを接続する流路の合流点Ｊ２に接続されている。吐出口ＬＳ１の高さは、合流点Ｊ２の高さよりも低い。

均圧モードにおいて熱交換器１２から流出した冷媒は、開閉弁１６５を通過した後、気液分離器５０に貯留される。気液分離器５０に貯留された液冷媒は、吐出口ＬＳ１から吐出され、合流点Ｊ２において熱交換器１４へ向かう冷媒に合流する。

均圧モードにおいて、熱交換器１２からの冷媒は、開閉弁１６５を通過した後、気液分離器５０に貯留される。除霜モード開始時には、熱交換器１２からの冷媒に加えて、気液分離器５０からの冷媒も加わるため、除霜モードの開始時における熱交換器１２から流出する冷媒の量を抑制することができる。また、開閉弁１６５の流路抵抗が実施の形態１の開閉弁１６５の流路抵抗よりも小さいため、均圧モードに要する時間を実施の形態１よりも短縮することができる。さらに、吐出口ＬＳ１の高さが合流点Ｊ２の高さよりも低いため、気液分離器５０から吐出される冷媒量を抑制することができる。その結果、高圧側から低圧側に移動する冷媒量をさらに抑制することができる。

以上、実施の形態５に係る冷凍サイクル装置によっても、除霜モードの前に均圧モードを実行することにより、暖房モードにおいて凝縮器として機能していた熱交換器の除霜モード開始時における温度低下を抑制することができる。その結果、冷凍サイクル装置を安定的に運転することができる。

実施の形態５に係る冷凍サイクル装置によれば、暖房モードにおいて凝縮器として機能していた熱交換器からの冷媒を、気液分離器に貯留することにより、暖房モードにおいて凝縮器として機能していた熱交換器から、除霜モード開始時において流出する冷媒量を抑制することができる。また、開閉弁の流路抵抗を実施の形態１よりも小さくすることができるため、均圧モードに要する時間を、実施の形態１よりも小さくすることができる。

今回開示された各実施の形態は、矛盾しない範囲で適宜組み合わせて実施することも予定されている。今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１，２，３Ａ，４，４Ａ，５ 冷凍サイクル装置、１１ 圧縮機、１２，１４ 熱交換器、１３ 膨張弁、１５，１５４ 四方弁、１６，１６５ 開閉弁、１７ 制御装置、３０ 冷媒貯留器、４０ 定差圧弁、４１ 弁、５０ 気液分離器、１００ 暖房端末、ＬＳ１ 吐出口、ＲＰ１，ＲＰ２ 流路、Ｓ１，Ｓ２ 圧力センサ。

Claims (8)

1. 運転モードとして暖房モードおよび除霜モードを含み、前記暖房モードにおいては冷媒が圧縮機、流路切替装置、第１熱交換器、膨張弁、および第２熱交換器の順に循環し、前記除霜モードにおいては前記冷媒が前記圧縮機、前記流路切替装置、前記第２熱交換器、前記膨張弁、および前記第１熱交換器の順に循環する冷凍サイクル装置であって、
   前記圧縮機の吐出口と前記圧縮機の吸入口との間において前記圧縮機と並列に接続された流調弁と、
   前記流調弁の開度を制御するとともに、前記運転モードを切り替えるように構成された制御装置とを備え、
   前記運転モードは、前記流調弁が開かれている均圧モードをさらに含み、
   前記均圧モードにおいて前記流調弁の流路抵抗は、前記流調弁を経由する前記吐出口と前記吸入口とを接続する流路に含まれる流路抵抗の中で最も大きく、かつ、前記流路切替装置の流路抵抗よりも大きく、
   前記制御装置は、前記暖房モード、前記均圧モード、および前記除霜モードの順に前記運転モードを切り替えるように構成されている、冷凍サイクル装置。
2. 前記流路切替装置は、前記冷凍サイクル装置の接続状態を第１接続状態と第２接続状態との間で切り替えるように構成され、
   前記制御装置は、
   前記暖房モードにおいては、前記接続状態を前記第１接続状態に設定し、前記圧縮機を稼働させ、前記膨張弁を開放し、前記流調弁を閉止し、
   前記均圧モードにおいては、前記接続状態を前記第１接続状態に維持し、前記圧縮機を停止し、前記膨張弁を閉止し、前記開度を増加させ、
   前記除霜モードにおいては、前記接続状態を前記第２接続状態に設定し、前記圧縮機を稼働させ、前記膨張弁を開放し、前記流調弁を閉止するように構成されている、請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
3. 前記制御装置は、前記除霜モードにおいて、前記圧縮機の起動前に前記流調弁を閉止するように構成されている、請求項２に記載の冷凍サイクル装置。
4. 前記運転モードは、前記第１熱交換器内の前記冷媒の量を増加させるポンプダウンモードをさらに含み、
   前記制御装置は、前記暖房モード、前記ポンプダウンモード、前記均圧モード、および前記除霜モードの順に前記運転モードを切り替え、
   前記ポンプダウンモードにおいては、前記接続状態を前記第１接続状態に維持し、前記圧縮機を稼働させ、前記膨張弁を閉止し、前記流調弁を閉止するように構成されている、請求項２または３に記載の冷凍サイクル装置。
5. 前記第１熱交換器と前記膨張弁との間に接続された冷媒貯留部をさらに備える、請求項４に記載の冷凍サイクル装置。
6. 前記吸入口と前記流路切替装置とを接続する第１流路と、前記流調弁からの前記冷媒が通過し、前記第１流路に接続する第２流路との接続部分において、前記第１流路と前記第２流路とのなす角度は０度より大きく、１８０度より小さい、請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
7. 前記流調弁に接続される第１流路を移動する前記冷媒の進行方向と直交する前記第１流路の断面における前記冷媒の通過部分の面積は、前記吸入口に接続される第２流路を移動する前記冷媒の進行方向と直交する前記第２流路の断面における前記冷媒の通過部分の面積よりも小さい、請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
8. 前記均圧モードにおいて、前記流調弁のＣｖ値は、前記流路切替装置のＣｖ値よりも小さい、請求項１〜７のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
   

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