JP5737353B2 - 空気調和装置 - Google Patents

Description

本発明は、空気調和装置に関する。

従来より、暖房運転時に室外熱交換器に生じた着霜を除去する除霜運転を行う空気調和装置がある。この除霜運転としては、例えば、特許文献１（特開昭６１−２６２５６０号公報）に開示されているように、暖房を継続しながら除霜を行うことが可能な正サイクル除霜運転が知られている。

特許文献１に開示されている空気調和装置は、圧縮機と、四路切替弁と、室内熱交換器と、電動膨張弁と、室外熱交換器とを接続する冷媒回路に、圧縮機の吐出側と室外熱交換器の暖房運転時の出口側とをバイパスするバイパス回路が接続されている。そして、正サイクル除霜運転時には、このバイパス回路に吐出ガスの一部を流すことで、室外熱交換器を流れて圧縮機に吸入される冷媒の乾き度を上昇させ、圧縮機への液バックを軽減している。

ところで、特許文献１に開示されているバイパス回路（以下、吐出−吸入バイパス回路という）は、圧縮機の吐出側と四路切替弁との間と、室外熱交換器と四路切替弁との間と、をバイパスする構成であるため、吐出−吸入バイパス回路の長さが長くなっている。このように吐出−吸入バイパス回路の長さが長いと、保有冷媒量が増加するとともに、冷媒制御の応答性が遅くなるため冷媒制御性が低下してしまうという問題がある。

そこで、本発明の課題は、保有冷媒量の増加を抑制し、かつ冷媒制御性の低下を抑制することができる空気調和装置を提供することにある。

本発明の第１観点に係る空気調和装置は、主冷媒回路と、吐出−吸入バイパス回路と、を備える。主冷媒回路は、圧縮機と、四路切替弁と、室内熱交換器と、主弁と、室外熱交換器と、を有する。主冷媒回路は、圧縮機、四路切替弁、室内熱交換器、主弁、室外熱交換器、四路切替弁の順に冷媒を循環させつつ、室外熱交換器を除霜する正サイクル除霜運転を行うことが可能である。吐出−吸入バイパス回路は、過熱弁を有する。吐出−吸入バイパス回路は、正サイクル除霜運転時に、過熱弁を開けることで、圧縮機の吐出側から圧縮機の吸入側に冷媒をバイパスすることが可能になるように主冷媒回路に接続されている。そして、この空気調和装置では、正サイクル除霜運転時に吐出−吸入バイパス回路を通じてバイパスされた冷媒と、主冷媒回路を流れてきた冷媒との合流部は、四路切替弁と圧縮機の吸入部との間であって、正サイクル除霜運転時の冷媒の流れ方向において四路切替弁を出た直後に配置されている。

本発明の第１観点に係る空気調和装置では、正サイクル除霜運転時に吐出−吸入バイパス回路を通じてバイパスされた冷媒と主冷媒回路を流れてきた冷媒との合流部が、四路切替弁と圧縮機の吸入部との間に配置されている。このため、合流部が室外熱交換器と四路切替弁との間に配置されている場合と比較して、吐出−吸入バイパス回路の長さを短くすることができる。

これにより、保有冷媒量の増加を抑制し、かつ冷媒制御性の低下を抑制することができる。

また、この空気調和装置では、合流部が正サイクル除霜運転時の冷媒の流れ方向において四路切替弁を出た直後に配置されているため、合流部から圧縮機の吸入部までの距離を確保することができ、この結果、主冷媒回路を流れてきた冷媒と吐出−吸入バイパス回路を通じてバイパスされた冷媒との混合を促進することができる。さらに、合流部から圧縮機の吸入部までの距離を確保することができるため、圧縮機の振動によって吐出−吸入バイパス回路に生じる応力影響を低減することができる。

本発明の第２観点に係る空気調和装置は、第１観点の空気調和装置において、主冷媒回路は、四路切替弁と圧縮機の吸入部とを接続する配管として、Ｕ字状のトラップ管を含む。このため、前記配管としてトラップ管が含まれない場合と比較して四路切替弁から圧縮機の吸入部までの距離を確保することができるため、合流部がトラップ管よりも上流側に配置されていれば、主冷媒回路を流れてきた冷媒と吐出−吸入バイパス回路を通じてバイパスされた冷媒との混合を促進することができる。

本発明の第３観点に係る空気調和装置は、第１観点又は第２観点のいずれかの空気調和装置において、主冷媒回路は、逆サイクル除霜運転を行うことが可能である。逆サイクル除霜運転は、四路切替弁の状態を正サイクル除霜運転の状態から切り替えることで、圧縮機、四路切替弁、室外熱交換器、主弁、室内熱交換器、四路切替弁の順に冷媒を循環させつつ、室外熱交換器を除霜する運転である。逆サイクル除霜運転時には、過熱弁を閉じて吐出−吸入バイパス回路を通じた冷媒の流通が遮断される。この空気調和装置では、正サイクル除霜運転だけでなく、逆サイクル除霜運転を行うことができる。

本発明の第４観点に係る空気調和装置は、主冷媒回路と、吐出−吸入バイパス回路と、を備える。主冷媒回路は、圧縮機と、四路切替弁と、室内熱交換器と、主弁と、室外熱交換器と、を有する。主冷媒回路は、圧縮機、四路切替弁、室内熱交換器、主弁、室外熱交換器、四路切替弁の順に冷媒を循環させつつ、室外熱交換器を除霜する正サイクル除霜運転を行うことが可能である。吐出−吸入バイパス回路は、過熱弁を有する。吐出−吸入バイパス回路は、正サイクル除霜運転時に、過熱弁を開けることで、圧縮機の吐出側から圧縮機の吸入側に冷媒をバイパスすることが可能になるように主冷媒回路に接続されている。そして、この空気調和装置では、正サイクル除霜運転時に吐出−吸入バイパス回路を通じてバイパスされた冷媒と、主冷媒回路を流れてきた冷媒との合流部は、四路切替弁と圧縮機の吸入部との間に配置されている。主冷媒回路は、逆サイクル除霜運転を行うことが可能である。逆サイクル除霜運転は、四路切替弁の状態を正サイクル除霜運転の状態から切り替えることで、圧縮機、四路切替弁、室外熱交換器、主弁、室内熱交換器、四路切替弁の順に冷媒を循環させつつ、室外熱交換器を除霜する運転である。逆サイクル除霜運転時には、過熱弁を閉じて吐出−吸入バイパス回路を通じた冷媒の流通が遮断される。逆サイクル除霜運転が行われる場合には、四路切替弁を切り替える前に、圧力調整制御を行う。圧力調整制御では、圧縮機の吐出側と圧縮機の吸入側との冷媒圧力の差が過剰についている状態を回避するために、過熱弁が開けられる。

本発明の第４観点に係る空気調和装置では、正サイクル除霜運転時に吐出−吸入バイパス回路を通じてバイパスされた冷媒と主冷媒回路を流れてきた冷媒との合流部が、四路切替弁と圧縮機の吸入部との間に配置されている。このため、合流部が室外熱交換器と四路切替弁との間に配置されている場合と比較して、吐出−吸入バイパス回路の長さを短くすることができる。

これにより、保有冷媒量の増加を抑制し、かつ冷媒制御性の低下を抑制することができる。

また、この空気調和装置では、正サイクル除霜運転だけでなく、逆サイクル除霜運転を行うことができる。さらに、この空気調和装置では、逆サイクル除霜運転時には四路切替弁を切り替える前に圧力調整制御が行われるため、四路切替弁を切り替える際の騒音の発生を低減することができる。

本発明の第１観点に係る空気調和装置では、保有冷媒量の増加を抑制し、かつ冷媒制御性の低下を抑制することができる。

本発明の第２観点に係る空気調和装置では、主冷媒回路を流れてきた冷媒と吐出−吸入バイパス回路を通じてバイパスされた冷媒との混合を促進することができる。

本発明の第３観点に係る空気調和装置では、正サイクル除霜運転だけでなく、逆サイクル除霜運転を行うことができる。

本発明の第４観点に係る空気調和装置では、保有冷媒量の増加を抑制し、かつ冷媒制御性の低下を抑制することができる。

本発明の実施形態に係る空気調和装置の概略冷媒回路図。 吸入管の一部を説明するための図。 空気調和装置の備える制御ユニットの制御ブロック図。 正サイクル除霜運転が行われる際の、圧縮機、四路切替弁及び過熱弁の動作の一例を示すタイムチャート。 逆サイクル除霜運転が行われる際の、圧縮機、四路切替弁及び過熱弁の動作の一例を示すタイムチャート。

以下、本発明に係る空気調和装置の一実施形態について、図面を用いて説明する。なお、本発明に係る空気調和装置の具体的な構成は、下記の実施形態に限られるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

（１）全体構成
図１は、本発明の一実施形態に係る空気調和装置１００の概略冷媒回路図である。空気調和装置１００は、蒸気圧縮式の冷凍サイクルを行うことによって、冷房運転と暖房運転とを切り替えて運転可能な空気調和装置である。

空気調和装置１００は、図１に示すように、主に、室内ユニット２０と、室外ユニット３０と、を備える。

室内ユニット２０と、室外ユニット３０とは、連絡配管としての冷媒配管によって接続されて冷媒回路８０を構成する。冷媒回路８０は、主冷媒回路８１と、吐出−吸入バイパス回路５０と、を有する。主冷媒回路８１は、後述する圧縮機３１と、室外熱交換器３３と、主弁３５と、室内熱交換器２１とが冷媒配管によって接続されて構成されている。そして、空気調和装置１００は、主冷媒回路８１内に冷媒を循環させて暖房運転及び冷房運転を行う。例えば、暖房運転を行う場合には、空気調和装置１００は、圧縮機３１、室内熱交換器２１、主弁３５、室外熱交換器３３の順に冷媒を循環させる。また、冷房運転を行う場合には、空気調和装置１００は、圧縮機３１、室外熱交換器３３、主弁３５、室内熱交換器２１の順に冷媒を循環させる。

また、吐出−吸入バイパス回路５０は、後述する圧縮機３１の吸入管３７と吐出管３８とをバイパスするように主冷媒回路８１に接続されている。そして、空気調和装置１００は、主冷媒回路８１内及び吐出−吸入バイパス回路５０内に冷媒を循環させて、空気調和の対象である室内を暖房しながら室外熱交換器３３に付着した霜を除去する正サイクル除霜運転を行う。吐出−吸入バイパス回路５０は、通常、冷房運転時や暖房運転時には使用されず、除霜運転が行われる際に使用される。

なお、この空気調和装置１００には、冷媒として、例えばＲ３２やＲ４１０Ａ等のＨＦＣ(ハイドロフルオロカーボン)冷媒が封入されている。ただし、冷媒の種類は、ＨＦＣ冷媒に限定されるものではない。

（２）詳細構成
（２−１）室内ユニット
室内ユニット２０は、室内に設置される。室内ユニット２０は、室内熱交換器２１、室内ファン２２、及び各種温度センサを有する。

室内熱交換器２１は、伝熱管と多数の伝熱フィンとにより構成されたクロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器である。室内熱交換器２１は、冷房運転時には冷媒を蒸発させる蒸発器として機能し、暖房運転時には高圧の冷媒を凝縮させる凝縮器として機能する。

室内ファン２２は、室内ユニット２０内に室内の空気を吸入し、室内熱交換器２１において吸入した空気と冷媒とを熱交換させ、室内に冷媒との熱交換後の空気を供給する。すなわち、室内ファン２２は、室内熱交換器２１を流れる冷媒の加熱源又は冷却源としての室内空気を室内熱交換器２１に供給するファンである。なお、室内ファン２２としては、例えば遠心ファンや多翼ファン等が使用される。

各種温度センサには、室内熱交温度センサ６１、及び室内温度センサ６２（図３参照）が含まれる。室内熱交温度センサ６１は、室内熱交換器２１を流れる冷媒の温度を検出するサーミスタである。室内熱交温度センサ６１は、室内熱交換器２１に取り付けられている。室内温度センサ６２は、室内温度を検出するためのサーミスタである。

（２−２）室外ユニット
室外ユニット３０は、室外に設置されている。また、室外ユニット３０は、主に、圧縮機３１、四路切替弁３２、室外熱交換器３３、室外ファン３４、主弁３５、吐出−吸入バイパス回路５０、及び各種温度センサを有している。

（２−２−１）圧縮機
圧縮機３１は、冷凍サイクルにおける低圧の冷媒を高圧になるまで圧縮する機器である。圧縮機３１は、吸入管３７から低圧の冷媒を吸入し、冷媒の圧縮を行って高圧の冷媒を吐出する。圧縮機３１は、ロータリ式やスクロール式等の容積式の圧縮要素（図示せず）をインバータにより制御される圧縮機モータ３１ｍによって回転駆動する密閉式構造となっている。圧縮機３１には、吸入側に吸入管３７が接続されており、吐出側に吐出管３８が接続されている。

吸入管３７は、圧縮機３１の吸入部３１ｂと四路切替弁３２とを接続する冷媒配管である。また、吸入管３７には、圧縮機３１に付属する小容積のアキュムレータ３６が設けられている。アキュムレータ３６は、流入してくる冷媒を、気相と液相とに分ける気液分離器である。また、吸入管３７は、図２に示すように、Ｕ字状のトラップ部３７ａａを含むトラップ管３７ａを含む。トラップ管３７ａは、四路切替弁３２とアキュムレータ３６とを接続する冷媒配管である。すなわち、本実施形態のトラップ管３７ａは、四路切替弁３２と圧縮機３１の吸入部３１ｂとを接続する配管の一部であるといえる。また、本実施形態のトラップ管３７ａには、トラップ部３７ａａが２つ設けられている。

吐出管３８は、圧縮機３１の吐出部３１ａと四路切替弁３２とを接続する冷媒配管である。また、吸入管３７と吐出管３８とは、吐出−吸入バイパス回路５０を構成するバイパス管５１により接続されている。

（２−２−２）四路切替弁
四路切替弁３２は、主冷媒回路８１における冷媒の流れる方向を切り替えるための切替弁である。四路切替弁３２は、圧縮機３１の吐出側と室内熱交換器２１と接続し、かつ、室外熱交換器３３と圧縮機３１の吸入側とを接続する第１状態（図１の実線参照）と、圧縮機３１の吐出側と室外熱交換器３３とを接続し、かつ、室内熱交換器２１と圧縮機３１の吸入側とを接続する第２状態（図１の破線参照）とに切り替わることで、主冷媒回路８１における冷媒の循環方向が可逆に構成されている。

そして、暖房運転時には、四路切替弁３２が第１状態となっており、圧縮機３１から吐出した冷媒は室内熱交換器２１で凝縮されて液冷媒となり、主弁３５で減圧された後、室外熱交換器３３で蒸発器し、アキュムレータ３６を介して圧縮機３１へと吸入される。一方、冷房運転時には、四路切替弁３２が第２状態となっており、圧縮機３１から吐出した冷媒は室外熱交換器３３で凝縮されて液冷媒となり、主弁３５で減圧された後、室内熱交換器２１で蒸発し、アキュムレータ３６を介して圧縮機３１へと吸入される。

（２−２−３）室外熱交換器
室外熱交換器３３は、伝熱管と多数の伝熱フィンとにより構成されたクロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器である。室外熱交換器３３は、冷房運転時には外気を冷却源とする冷媒の凝縮器として機能し、暖房運転時には外気を加熱源とする冷媒の蒸発器として機能する熱交換器である。

（２−２−４）主弁
主弁３５は開度可変の電動弁であって、本実施形態における主弁３５は電動膨張弁である。主弁３５は、制御ユニット４０により開度が調整制御され、主冷媒回路８１を流れる冷媒の圧力や流量の調節を行う。主弁３５は、冷房運転時には、凝縮器として機能する室外熱交換器３３から、蒸発器として機能する室内熱交換器２１へと流れる冷媒を膨張させる。また、暖房運転時には、主弁３５は、凝縮器として機能する室内熱交換器２１から、蒸発器として機能する室外熱交換器３３へと流れる冷媒を膨張させる。

（２−２−５）吐出−吸入バイパス回路
吐出−吸入バイパス回路５０は、上述したように、正サイクル霜運転時に用いられる回路であり、主冷媒回路８１に接続されている。なお、正サイクル除霜運転では、主冷媒回路８１内を暖房運転時と同じ方向に冷媒が流れる。

吐出−吸入バイパス回路５０は、バイパス管５１と、過熱弁５２とを有する。バイパス管５１は、圧縮機３１の吸入管３７と吐出管３８とを接続する。具体的には、バイパス管５１の一端は、主冷媒回路８１の吐出管３８に接続されており、例えば吐出管３８において圧縮機３１の吐出部３１ａ近傍に接続されている。また、バイパス管５１の他端は、主冷媒回路８１の吸入管３７において四路切替弁３２とアキュムレータ３６との間に接続されている。なお、本実施形態では、バイパス管５１の他端は、吸入管３７において、正サイクル除霜運転時の冷媒の流れ方向で四路切替弁３２を出た直後に接続されている。具体的には、バイパス管５１の他端は、トラップ管３７ａのトラップ部３７ａａよりも四路切替弁３２側に接続されている。

過熱弁５２は、例えば開度可変の電動弁である。過熱弁５２は、制御ユニット４０により開度が調整制御され、バイパス管５１を流れる冷媒の流量調節を行う。なお、過熱弁５２は、冷房運転時や暖房運転時には閉じられており、バイパス管５１には冷媒は流れない。過熱弁５２は、正サイクル除霜運転時にのみ開かれ、圧縮機３１の吐出側から圧縮機３１の吸入側に冷媒をバイパスする。

（２−２−６）室外ファン
室外ファン３４は、室外ユニット３０内に室外の空気を吸入し、室外熱交換器３３において吸入した空気と冷媒と熱交換させ、熱交換後の空気を外部に排出する。すなわち、室外ファン３４は、室外熱交換器３３を流れる冷媒の冷却源又は加熱源としての室外空気を室外熱交換器３３に供給するファンである。室外ファン３４としては、例えばプロペラファンが使用される。室外ファン３４は、回転数制御が可能なファンモータ３４ｍによって駆動される。

（２−２−７）各種温度センサ
室外ユニット３０は、各種温度センサを有している。各種温度センサには、室外熱交温度センサ６３、吐出温度センサ６４、及び室外温度センサ６５が含まれる。室外熱交温度センサ６３は、室外熱交換器３３を流れる冷媒の温度を検出するサーミスタである。室外熱交温度センサ６３は、室外熱交換器３３に取り付けられている。吐出温度センサ６４は、圧縮機３１から吐出される冷媒の温度を検出するサーミスタである。吐出温度センサ６４は、圧縮機３１の外部、より具体的には、圧縮機３１の吐出部３１ａ近傍の吐出管３８に設けられる。室外温度センサ６５は、外気温度を検出するサーミスタである。

（２−３）制御ユニット
図３は、空気調和装置１００の備える制御ユニット４０の制御ブロック図である。制御ユニット４０は、図３に示すように、空気調和装置１００の有する各種機器と接続されており、冷房運転、暖房運転、正サイクル除霜運転等を含む各種運転を行うために各種機器の動作制御を行う。

また、制御ユニット４０は、図３に示すように、室内熱交温度センサ６１、室内温度センサ６２、室外熱交温度センサ６３、吐出温度センサ６４、及び室外温度センサ６５等と接続されており、各センサによる検出結果に基づいて圧縮機モータ３１ｍ、四路切替弁３２、室外ファン３４のファンモータ３４ｍ、主弁３５、過熱弁５２、及び室内ファン２２等を制御する。

また、制御ユニット４０は、暖房運転中に室外熱交換器３３において着霜が発生したと判断し場合には暖房運転から正サイクル除霜運転に空気調和装置１００の運転を切り替え、室外熱交換器３３における着霜の除去が完了したと判断した場合には正サイクル除霜運転から暖房運転に空気調和装置１００の運転を切り替える。例えば、制御ユニット４０は、室外熱交温度センサ６３によって検出される室外熱交換器３３を流れる冷媒の温度に基づいて、空気調和装置１００の運転を、暖房運転から正サイクル除霜運転に切り替えるか否か、及び正サイクル除霜運転から暖房運転に切り替えるか否かを判定する。具体的には、制御ユニット４０は、暖房運転中に室外熱交温度センサ６３によって検出される室外熱交換器３３を流れる冷媒の温度が除霜運転開始温度以下となった場合に、室外熱交換器３３において着霜が発生していると判断し、空気調和装置１００の運転を暖房運転から正サイクル除霜運転に切り替える。また、制御ユニット４０は、正サイクル除霜運転中に室外熱交温度センサ６３によって検出される室外熱交換器３３を流れる冷媒の温度が除霜運転終了温度以上となった場合に、室外熱交換器３３における着霜の除去が完了したと判断し、空気調和装置１００の運転を正サイクル除霜運転から暖房運転に切り替える。

（３）空気調和装置の動作
次に、空気調和装置１００の動作について、図１を用いて説明する。空気調和装置１００の動作は、制御ユニット４０により実行される。この空気調和装置１００は、冷房運転、暖房運転、及び正サイクル除霜運転の動作を行うことが可能である。

（３−１）暖房運転
暖房運転時には、四路切替弁３２が第１状態（図１の実線で示される状態）に切り替えられる。また、暖房運転時には、制御ユニット４０は、室内の温度が目標温度（設定温度）になるよう、圧縮機３１、室内ファン２２、及び室外ファン３４の動作を制御するとともに、吐出温度センサ６４によって検出される圧縮機３１の吐出側の冷媒温度に基づいて主弁３５の開度を調整する。なお、暖房運転時には、過熱弁５２は全閉されている。

主冷媒回路８１において、冷凍サイクルにおける低圧のガス冷媒は、圧縮機３１に吸入され、冷凍サイクルにおける高圧になるまで圧縮された後に吐出される。圧縮機３１から吐出された高圧のガス冷媒は、吐出管３８、四路切替弁３２を通じて、室内熱交換器２１に送られる。室内熱交換器２１に送られた高圧のガス冷媒は、室内熱交換器２１において、室内ファン２２によって冷却源として供給される室内空気と熱交換を行って放熱して、高圧の液冷媒になる。これにより室内空気は加熱され、室内に供給されることで室内の暖房が行われる。室内熱交換器２１で放熱した高圧の液冷媒は、主弁３５に送られる。主弁３５に送られた高圧の液冷媒は、冷凍サイクルにおける低圧まで減圧される。主弁３５で減圧された冷媒は、室外熱交換器３３に送られる。室外熱交換器３３に送られた低圧の液冷媒は、室外ファン３４により加熱源として供給される外気と室外熱交換器３３において熱交換を行い、蒸発して、低圧のガス冷媒になる。室外熱交換器３３で蒸発した低圧の冷媒は、四路切替弁３２を通じて、トラップ管３７ａを流れ、アキュムレータ３６を介して、再び、圧縮機３１に吸入される。

（３−２）冷房運転
冷房運転時には、四路切替弁３２が第２状態（図１の破線で示される状態）に切り替えられる。また、冷房運転時には、制御ユニット４０は、室内（空調対象空間）の温度が目標温度（設定温度）になるよう、圧縮機３１、室内ファン２２、及び室外ファン３４の動作を制御するとともに、吐出温度センサ６４によって検出される圧縮機３１の吐出側の冷媒温度に基づいて主弁３５の開度を調整する。なお、冷房運転時には、過熱弁５２は全閉されている。

主冷媒回路８１において、冷凍サイクルにおける低圧のガス冷媒は、圧縮機３１に吸入され、冷凍サイクルにおける高圧になるまで圧縮された後に吐出される。圧縮機３１から吐出された高圧のガス冷媒は、吐出管３８、四路切替弁３２を通じて、室外熱交換器３３に送られる。室外熱交換器３３に送られた高圧のガス冷媒は、室外ファン３４により冷却源として供給される外気と、室外熱交換器３３において熱交換を行い、放熱して、高圧の液冷媒になる。室外熱交換器３３において放熱した高圧の液冷媒は、主弁３５に送られる。主弁３５に送られた高圧の液冷媒は、主弁３５によって冷凍サイクルにおける低圧まで減圧される。主弁３５で減圧された低圧の液冷媒は、室内熱交換器２１に送られる。室内熱交換器２１に送られた低圧の冷媒は、室内ファン２２により加熱源として供給される室内空気と、室内熱交換器２１において熱交換を行い、蒸発する。これにより、室内空気は冷却され、その後に、室内に供給されることで室内の冷房が行われる。室内熱交換器２１において蒸発した低圧のガス冷媒は、四路切替弁３２を通じて、トラップ管３７ａを流れ、アキュムレータ３６を介して、再び、圧縮機３１に吸入される。

（３−３）正サイクル除霜運転
図４は、正サイクル除霜運転が行われる際の圧縮機３１、四路切替弁３２及び過熱弁５２の動作の一例を示すタイムチャートである。

正サイクル除霜運転は、上述のように、暖房運転時に、室外熱交換器３３において着霜が生じていると判断された際に行われる運転である。正サイクル除霜運転時には、四路切替弁３２を第１状態（図１の実線で示される状態）にしたまま空気調和装置１００を運転する。正サイクル除霜運転では、主冷媒回路８１内を暖房運転時と同様に冷媒が流れるため、暖房を継続しながら、除霜を行うことが可能である。

また、正サイクル除霜運転では、圧縮機モータ３１ｍは、所定の回転数、好ましくは最大回転数で運転される。このように、圧縮機３１の圧縮機モータ３１ｍができるだけ大きな回転数で運転されることで、圧縮機３１への投入動力を大きく保ち、除霜のための熱量を確保することが容易になる。また、正サイクル除霜運転中には、室内ファン２２は、暖房運転を継続するため運転が継続される。一方で、正サイクル除霜運転中には、室外ファン３４の駆動は停止される。

さらに、本実施形態では、正サイクル除霜運転において、主弁３５は、室内熱交温度センサ６１によって検出される室内熱交換器２１を流れる冷媒の温度が目標温度値となるように制御される。また、正サイクル除霜運転中は、圧縮機３１から吐出された高温高圧のガス冷媒が吸入管３７に供給されるように、過熱弁５２が開かれる。そして、本実施形態では、過熱弁５２は、吐出温度センサ６４によって検出される吐出冷媒の過熱度が目標吐出過熱度（例えば、１０ｄｅｇ）となるように制御される。

冷媒回路８０において、冷凍サイクルにおける低圧のガス冷媒は、圧縮機３１に吸入され、冷凍サイクルにおける高圧になるまで圧縮された後に吐出される。圧縮機３１から吐出された高圧のガス冷媒は、その一部が吐出管３８を流れて四路切替弁３２に至り、残りが吐出管３８の途中からバイパス管５１へと流れる。

四路切替弁３２に至った高圧のガス冷媒は、室内熱交換器２１に送られる。室内熱交換器２１に送られた高圧のガス冷媒は、室内熱交換器２１において、室内ファン２２によって冷却源として供給される室内空気と熱交換を行って放熱して、高圧の液冷媒になる。これにより室内空気は加熱され、室内に供給されることで室内の暖房が行われる。室内熱交換器２１で放熱した高圧の液冷媒は、主弁３５に送られる。主弁３５に送られた高圧の液冷媒は、主弁３５の開度に応じた低圧まで減圧されて、室外熱交換器３３に送られる。室外熱交換器３３に送られた液冷媒は、室外熱交換器３３を流れることで室外熱交換器３３に付着している霜を溶かし、その後、四路切替弁３２へと送られる。四路切替弁３２まで到達した冷媒は、吸入管３７とバイパス管５１との接続部分である合流部９０に至る。また、吐出管３８からバイパス管５１へと流れた高圧のガス冷媒は、過熱弁５２を経て合流部９０に至る。これにより、圧縮機３１から吐出された高圧のガス冷媒と、室外熱交換器３３から四路切替弁３２を通じて流れてきた低圧の冷媒とが、合流部９０において合流する。そして、合流部９０において合流した高圧のガス冷媒と低圧の冷媒とは、混合されながらトラップ管３７ａ、アキュムレータ３６を流れて、再び、圧縮機３１に吸入される。このように、正サイクル除霜運転では、過熱弁５２が開かれていることで、室外熱交換器３３で除霜を行うことで冷やされた冷媒と、過熱弁５２を通じて供給される高温の冷媒とが合流部９０において合流して混合されることで、圧縮機３１の液バックを防止し、圧縮機３１を継続して運転することが可能となる。

（４）特徴
（４−１）
本実施形態では、正サイクル除霜運転時に、主冷媒回路８１を循環してきた冷媒と吐出−吸入バイパス回路５０を通じてバイパスされた冷媒との合流部９０が、四路切替弁３２と圧縮機３１の吸入部３１ｂとの間に配置されている。このため、合流部９０が室外熱交換器３３と四路切替弁３２との間に配置されている場合と比較して、吐出−吸入バイパス回路５０を構成するバイパス管５１の配管長さを短くすることができる。

これにより、冷媒制御の応答性が速くなるので冷媒制御性の低下を抑制することができ、かつ保有冷媒量の増加を抑制することができている。

（４−２）
本実施形態では、バイパス管５１の他端は、吸入管３７において、正サイクル除霜運転時の冷媒の流れ方向で四路切替弁３２を出た直後に接続されている。すなわち、合流部９０は、正サイクル除霜運転時の冷媒の流れ方向において、四路切替弁３２を出た直後に配置されている。このため、合流部９０から圧縮機３１の吸入部３１ｂまでの距離を確保することができる。これにより、主冷媒回路８１を流れてきた冷媒と、吐出−吸入バイパス回路５０を通じてバイパスされた冷媒との混合を促進することができている。さらに、合流部９０から圧縮機３１の吸入部３１ｂまでの距離が確保されることで、圧縮機３１の振動によって吐出−吸入バイパス回路５０を構成するバイパス管５１に生じる応力影響を低減することができる。これにより、バイパス管５１に亀裂が生じるおそれを低減することができ、吐出−吸入バイパス回路５０の破損を抑制することができている。

（４−３）
本実施形態では、吸入管３７がトラップ管３７ａを含んでおり、四路切替弁３２とアキュムレータ３６とがトラップ管３７ａによって接続されている。このため、主冷媒回路８１は、四路切替弁３２と圧縮機３１の吸入部３１ｂとを接続する配管として、トラップ管３７ａを含んでいるといえる。

四路切替弁３２とアキュムレータ３６とがトラップ管３７ａによって接続されているため、四路切替弁３２とアキュムレータ３６とが湾曲していない冷媒配管によって接続される場合と比較して、四路切替弁３２から圧縮機３１の吸入部３１ｂまでの距離を確保することができる。また、本実施形態では、正サイクル除霜運転時の冷媒の流れ方向において、合流部９０がトラップ管３７ａのトラップ部３７ａａよりも上流側に配置されている。このように合流部９０がトラップ管３７ａのトラップ部３７ａａよりも上流側に配置されていることで、主冷媒回路８１を循環してきた冷媒と吐出−吸入バイパス回路５０を通じてバイパスされた冷媒との混合を促進することができている。

（５）変形例
（５−１）変形例Ａ
上記実施形態の除霜運転は、主冷媒回路８１内を、暖房運転時と同じ方向に冷媒が循環する、すなわち圧縮機３１、室内熱交換器２１、主弁３５、室外熱交換器３３の順に冷媒が循環する、正サイクル除霜運転である。

この正サイクル除霜運転に加えて、空気調和装置１００が、除霜運転として、主冷媒回路８１内を冷房運転時と同じ方向に冷媒が循環する、すなわち圧縮機３１、室外熱交換器３３、主弁３５、室内熱交換器２１の順に冷媒が循環する逆サイクル除霜運転を行ってもよい。逆サイクル除霜運転では、圧縮機３１から吐出された高温のガス冷媒が室外熱交換器３３を流れるため、室外熱交換器３３の除霜にかかる時間を短くすることができる。

また、本変形例では、逆サイクル除霜運転時には、吐出−吸入バイパス回路５０は使用されず、逆サイクル除霜運転の前後に行われる均圧運転において吐出−吸入バイパス回路５０が使用される。すなわち、逆サイクル除霜運転時には吐出−吸入バイパス回路５０の過熱弁５２が閉じられており、均圧運転時にのみ吐出−吸入バイパス回路５０の過熱弁５２が開かれる。以下に、逆サイクル除霜運転及び均圧運転について説明する。

空気調和装置１００の均圧運転及び逆サイクル除霜運転の動作は、制御ユニット４０により実行される。なお、除霜運転として正サイクル除霜運転を行うか逆サイクル除霜運転を行うかの選択は、ユーザ設定により決定されてもよく、外気温度等の条件に基づいて制御ユニット４０によって決定されてもよい。

除霜運転として逆サイクル除霜運転が選択されている場合、制御ユニット４０は、暖房運転中に室外熱交換器３３において着霜が発生したと判断し場合には、暖房運転から均圧運転を経て逆サイクル除霜運転に空気調和装置１００の運転を切り替え、室外熱交換器３３における着霜の除去が完了したと判断した場合には逆サイクル除霜運転から均圧運転を経て暖房運転に空気調和装置１００の運転を切り替える。

均圧運転は、空気調和装置１００の運転が、暖房運転から逆サイクル除霜運転に切り替わる前、及び逆サイクル除霜運転から暖房運転に切り替わる前に行われる運転であって、圧縮機３１の吐出側と圧縮機３１の吸入側との冷媒圧力の差が過剰についている状態を回避するために行われる運転である。すなわち、均圧運転は、逆サイクル除霜運転が行われる際に、四路切替弁３２の状態が切り替わる前に行われる運転である。均圧運転は、制御ユニット４０が圧力調整制御を実行することにより行われる運転である。圧力調整制御では、圧縮機モータ３１ｍの回転は停止され、圧縮機の駆動は停止される。また、圧力調整制御では、室内ファン２２及び室外ファン３４の駆動も停止される。さらに、圧力調整制御では、過熱弁５２は所定開度となるように開かれる。このとき、主弁３５の開度及び四路切替弁３２の状態は、均圧運転が行われる前の運転（暖房運転又は逆サイクル除霜運転）の状態が維持される。均圧運転では、過熱弁５２が開かれることにより、圧縮機３１の吐出側と圧縮機３１の吸入側との冷媒圧力の差が緩和されることになる。

逆サイクル除霜運転は、上述のように、暖房運転時に、室外熱交換器３３において着霜が生じていると判断された際に行われる運転である。逆サイクル除霜運転時には、冷房運転時と同様に、四路切替弁３２が第２状態（図１の破線で示される状態）に切り替えられる。

また、逆サイクル除霜運転では、圧縮機モータ３１ｍは、所定の回転数で運転される。また、逆サイクル除霜運転中には、室内ファン２２及び室外ファン３４の駆動は停止される。さらに、逆サイクル除霜運転時には、主弁３５は所定開度となるように制御され、過熱弁５２は閉じられる。逆サイクル除霜運転時には過熱弁５２が閉じられているため、吐出−吸入バイパス回路５０を通じた冷媒の流通が遮断されることになる。

逆サイクル除霜運転では、主冷媒回路８１において、冷凍サイクルにおける低圧のガス冷媒は、圧縮機３１に吸入され、冷凍サイクルにおける高圧になるまで圧縮された後に吐出される。圧縮機３１から吐出された高圧のガス冷媒は、吐出管３８、四路切替弁３２を通じて、室外熱交換器３３に送られる。室外熱交換器３３に送られた高圧のガス冷媒は、室外熱交換器３３を流れることで室外熱交換器３３に付着している霜を溶かし、その後、主弁３５に送られる。主弁３５に送られた高圧の冷媒は、主弁３５によって減圧され、室内熱交換器２１及び四路切替弁３２を通じて、トラップ管３７ａを流れ、アキュムレータ３６を介して、再び、圧縮機３１に吸入される。

図５は、逆サイクル除霜運転が行われる際の圧縮機３１、四路切替弁３２及び過熱弁５２の動作の一例を示すタイムチャートである。

次に、暖房運転から逆サイクル除霜運転に切り替わり、その後逆サイクル除霜運転から暖房運転に復帰する場合の一例を説明する。なお、以下より、説明の便宜上、暖房運転から逆サイクル除霜運転に切り替わる前に行われる均圧運転を第１均圧運転といい、逆サイクル除霜運転から暖房運転に切り替わる前に行われる均圧運転を第２均圧運転という。

制御ユニット４０は、暖房運転中に室外熱交換器３３において着霜が発生したと判断した場合、暖房運転から第１均圧運転に空気調和装置１００の運転を切り替える。具体的には、制御ユニット４０は、圧縮機３１、室内ファン２２及び室外ファン３４の駆動を停止し、過熱弁５２が開いて所定開度となるように制御する。なお、第１均圧運転では、圧縮機３１の駆動停止と同時に過熱弁５２が開かれてもよく、圧縮機３１の駆動が停止された後に、過熱弁５２が開かれてもよい。

第１均圧運転が開始してから所定時間が経過すると、制御ユニット４０は、第１均圧運転から逆サイクル除霜運転に空気調和装置１００の運転を切り替える。具体的には、制御ユニット４０は、四路切替弁３２の状態を第１状態から第２状態に切り替え、圧縮機３１の駆動を開始し、過熱弁５２を全閉する。なお、第１均圧運転から逆サイクル除霜運転に運転が切り替わる際、過熱弁５２を閉じると同時に、四路切替弁３２の状態が第１状態から第２状態に切り替えられてもよく、過熱弁５２が閉じられた後に、四路切替弁３２の状態が第１状態から第２状態に切り替えられてもよい。これにより、空気調和装置１００において、逆サイクル除霜運転が行われる。

そして、制御ユニット４０は、逆サイクル除霜運転中に室外熱交換器３３における着霜の除去が完了したと判断すると、空気調和装置１００の運転を逆サイクル除霜運転から第２均圧運転に切り替える。具体的には、制御ユニット４０は、圧縮機３１の駆動を停止し、過熱弁５２が開いて所定開度となるように制御する。なお、第２均圧運転では、圧縮機３１の駆動停止と同時に過熱弁５２が開かれてもよく、圧縮機３１の駆動が停止された後に、過熱弁５２が開かれてもよい。

第２均圧運転が開始してから所定時間が経過すると、制御ユニット４０は、第２均圧運転から暖房運転に空気調和装置１００の運転を切り替える。具体的には、制御ユニット４０は、四路切替弁３２の状態を第２状態から第１状態に切り替え、圧縮機３１、室内ファン２２及び室外ファン３４の駆動を開始し、過熱弁５２を全閉する。なお、第２均圧運転から暖房運転に運転が切り替わる際、過熱弁５２を閉じると同時に、四路切替弁３２の状態が第２状態から第１状態に切り替えられてもよく、過熱弁５２が閉じられた後に、四路切替弁３２の状態が第２状態から第１状態に切り替えられてもよい。これにより、空気調和装置１００において、暖房運転が再開される。

本変形例では、主冷媒回路８１は、正サイクル除霜運転に加えて、逆サイクル除霜運転を行うことができる。逆サイクル除霜運転時の四路切替弁３２の状態は冷房運転時と同じ第２状態である。一方、正サイクル除霜運転時の四路切替弁３２の状態は暖房運転時と同じ第１状態である。すなわち、逆サイクル除霜運転は、四路切替弁３２の状態を正サイクル除霜運転の状態から切り替えた状態で行われる運転といえる。

ここで、正サイクル除霜運転及び逆サイクル除霜運転は、暖房運転が行われている間に行われる運転である。そして、正サイクル除霜運転では、四路切替弁３２の状態が暖房運転時の状態と同様であるため、空気調和装置１００の運転が、暖房運転から正サイクル除霜運転に切り替わる際、及び正サイクル除霜運転から暖房運転に切り替わる際に、四路切替弁３２の状態を切り替える必要は生じない。一方で、逆サイクル除霜運転では、四路切替弁３２の状態が冷房運転時の状態と同様であるため、空気調和装置１００の運転が、暖房運転から逆サイクル除霜運転に切り替わる際、及び逆サイクル除霜運転から暖房運転に切り替わる際に、四路切替弁３２の状態を切り替える必要が生じる。

ところで、圧縮機３１の吐出側と圧縮機３１の吸入側との冷媒圧力の差が過剰についている状態、例えば、圧縮機３１が駆動している状態で四路切替弁３２の状態を切り替えると、四路切替弁３２を切り替える際に騒音が発生する。このため、逆サイクル除霜運転を行う場合には、圧縮機３１の吐出側と圧縮機３１の吸入側との冷媒圧力の差を緩和した状態で、四路切替弁３２の状態を切り替えることが望ましい。圧縮機３１の吐出側と圧縮機３１の吸入側との冷媒圧力の差を緩和する手段として、例えば、圧縮機３１の駆動を一旦停止し、所定時間（以下、均圧時間という）が経過してから四路切替弁３２の状態を切り替えるという手段が考えられる。しかしながら、この手段では、圧縮機３１の駆動を停止してから均圧時間が経過するまでの間、暖房運転も除霜運転も行われていないことになり、暖房能力の低下を招くとともに、ユーザに不快感を与えるおそれがある。

そこで、本変形例では、逆サイクル除霜運転が行われる際には、逆サイクル除霜運転の前後、すなわち四路切替弁３２の状態を切り替える際には、均圧運転を行う。均圧運転では、過熱弁５２が開かることで、圧縮機３１の吐出側と圧縮機３１の吸入側との冷媒圧力差の緩和を促進することができる。このように、本変形例では、均圧運転が行われることで、圧縮機３１の吐出側と圧縮機３１の吸入側との冷媒圧力の差が過剰についている状態を回避することができるため、四路切替弁３２が切り替えられる際に生じる騒音の発生を抑制することができるとともに、均圧時間を短縮することができる。

このように、本変形例では、正サイクル除霜運転が行われる際には、吐出−吸入バイパス回路５０を圧縮機３１への液バックを防止するための回路として使用し、逆サイクル除霜運転が行われる際には、吐出−吸入バイパス回路５０を圧縮機３１の吐出側と圧縮機３１の吸入側との冷媒圧力差の緩和を促進するための回路として使用することができる。

（５−２）変形例Ｂ
上記実施形態及び上記変形例Ａでは、主弁３５及び過熱弁５２として電動弁が採用されているが、主弁３５及び過熱弁５２として電磁弁が採用されていてもよい。

本発明は、保有冷媒量の増加を抑制し、かつ冷媒制御性の低下を抑制することができるものであり、除霜運転を行う空気調和装置への適用が有効である。

２１ 室内熱交換器
３１ 圧縮機
３１ｂ 吸入部
３２ 四路切替弁
３３ 室外熱交換器
３５ 主弁
３７ 吸入管（配管）
３７ａ トラップ管
５０ 吐出−吸入バイパス回路
５２ 過熱弁
８１ 主冷媒回路
９０ 合流部
１００ 空気調和装置

特開昭６１−２６２５６０号公報

Claims (4)

1. 圧縮機（３１）と四路切替弁（３２）と室内熱交換器（２１）と主弁（３５）と室外熱交換器（３３）とを有しており、前記圧縮機、前記四路切替弁、前記室内熱交換器、前記主弁、前記室外熱交換器、前記四路切替弁の順に冷媒を循環させつつ前記室外熱交換器を除霜する正サイクル除霜運転を行うことが可能な主冷媒回路（８１）と、
   過熱弁（５２）を有しており、前記正サイクル除霜運転時に前記過熱弁を開けることで前記圧縮機の吐出側から前記圧縮機の吸入側に冷媒をバイパスすることが可能になるように前記主冷媒回路に接続されている吐出−吸入バイパス回路（５０）と、
   を備えており、
   前記正サイクル除霜運転時に前記吐出−吸入バイパス回路を通じてバイパスされた冷媒と前記主冷媒回路を流れてきた冷媒との合流部（９０）は、前記四路切替弁と前記圧縮機の吸入部（３１ｂ）との間であって、前記正サイクル除霜運転時の冷媒の流れ方向において前記四路切替弁を出た直後に配置されている、
   空気調和装置（１００）。
2. 前記主冷媒回路は、前記四路切替弁と前記圧縮機の前記吸入部とを接続する配管（３７）として、Ｕ字状のトラップ管（３７ａ）を含む、
   請求項１に記載の空気調和装置。
3. 前記主冷媒回路は、前記四路切替弁の状態を前記正サイクル除霜運転時の状態から切り替えることで、前記圧縮機、前記四路切替弁、前記室外熱交換器、前記主弁、前記室内熱交換器、前記四路切替弁の順に冷媒を循環させつつ前記室外熱交換器を除霜する逆サイクル除霜運転を行うことが可能であり、
   前記逆サイクル除霜運転時には、前記過熱弁を閉じて前記吐出−吸入バイパス回路を通じた冷媒の流通が遮断される、
   請求項１又は２に記載の空気調和装置。
4. 圧縮機（３１）と四路切替弁（３２）と室内熱交換器（２１）と主弁（３５）と室外熱交換器（３３）とを有しており、前記圧縮機、前記四路切替弁、前記室内熱交換器、前記主弁、前記室外熱交換器、前記四路切替弁の順に冷媒を循環させつつ前記室外熱交換器を除霜する正サイクル除霜運転を行うことが可能な主冷媒回路（８１）と、
   過熱弁（５２）を有しており、前記正サイクル除霜運転時に前記過熱弁を開けることで前記圧縮機の吐出側から前記圧縮機の吸入側に冷媒をバイパスすることが可能になるように前記主冷媒回路に接続されている吐出−吸入バイパス回路（５０）と、
   を備えており、
   前記正サイクル除霜運転時に前記吐出−吸入バイパス回路を通じてバイパスされた冷媒と前記主冷媒回路を流れてきた冷媒との合流部（９０）は、前記四路切替弁と前記圧縮機の吸入部（３１ｂ）との間に配置されており、
   前記主冷媒回路は、前記四路切替弁の状態を前記正サイクル除霜運転時の状態から切り替えることで、前記圧縮機、前記四路切替弁、前記室外熱交換器、前記主弁、前記室内熱交換器、前記四路切替弁の順に冷媒を循環させつつ前記室外熱交換器を除霜する逆サイクル除霜運転を行うことが可能であり、
   前記逆サイクル除霜運転時には、前記過熱弁を閉じて前記吐出−吸入バイパス回路を通じた冷媒の流通が遮断され、
   前記逆サイクル除霜運転が行われる場合には、前記四路切替弁を切り替える前に、前記圧縮機の吐出側と前記圧縮機の吸入側との冷媒圧力の差が過剰についている状態を回避するために、前記過熱弁を開ける圧力調整制御を行う、
   空気調和装置（１００）。

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