JP5783215B2 - 空気調和装置 - Google Patents

Description

本発明は、空気調和装置、特に、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方式を用いて除霜を行う空気調和装置に関する。

低外気温度時に、室外空気を熱源とするヒートポンプ式空気調和装置を用いて暖房を行うと、室外熱交換器に霜が付着する場合がある。室外熱交換器に霜が付着すると、空気調和装置の運転能力が低下するため、室外熱交換器に付着した霜を取り除くため除霜運転が行われる。

除霜には、様々な方式があるが、暖房を継続しながら除霜を行うことが可能な除霜方式として、例えば特許文献１（特開昭６１−２６２５６０号公報）のような、正サイクル除霜方式が知られている。

特許文献１（特開昭６１−２６２５６０号公報）の空気調和装置では、室内熱交換器と室外熱交換器との間に配置される電動膨張弁を全開又は全開に近い状態にすることで室外熱交換器に流入する冷媒の温度を０℃以上とし、室外熱交換器に付着した霜を融解させる。また、特許文献１（特開昭６１−２６２５６０号公報）の空気調和装置では、圧縮機の吐出ガスの一部を圧縮機の吸入側にバイパスさせるためのバイパス回路および開閉弁が設けられ、正サイクル除霜運転時に、圧縮機の吐出ガスの一部を圧縮機の吸入側にバイパスさせることで、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。なお、液バックとは、圧縮機に液体成分の多い気液二相状態の冷媒が吸入され、液冷媒が圧縮機の圧縮機構により圧縮される状態をいう。

しかし、特許文献１（特開昭６１−２６２５６０号公報）の空気調和装置では、運転状況によっては、正サイクル除霜運転時に圧縮機の吸入側にバイパスされる吐出ガスの量が過剰となる場合があり、吸入温度が上昇しすぎて圧縮機の損傷等の問題を引き起こす可能性がある。

本発明の課題は、正サイクル除霜運転時に、圧縮機の吐出ガスの一部を圧縮機の吸入側にバイパスさせて圧縮機への液バックを軽減する空気調和装置であって、正サイクル除霜運転時の吸入温度の過度な上昇を抑制することが容易な信頼性の高い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、制御部と、を備える。主冷媒回路は、圧縮機と室内熱交換器と主弁と室外熱交換器とを有しており、圧縮機、室内熱交換器、主弁、室外熱交換器の順に冷媒を循環させる暖房運転を行うことが可能である。吐出−吸入バイパス回路は、過熱弁を有しており、過熱弁を開く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。制御部は、過熱弁および主弁の少なくとも一方の開度を制御する。空気調和装置は、主冷媒回路において圧縮機、室内熱交換器、主弁、室外熱交換器の順に冷媒を循環させつつ、吐出−吸入バイパス回路において圧縮機の吐出側から圧縮機の吸入側に冷媒をバイパスさせて、室外熱交換器を除霜する正サイクル除霜運転を行う。正サイクル除霜運転時に、制御部は、圧縮機の吸入温度に基づいて、圧縮機の吸入側の冷媒の過熱度を把握し、圧縮機の吸入温度が第１所定値以下になるように、かつ、過熱度が第２所定値以下になるように、過熱弁および主弁の少なくとも一方の開度を制御する。

ここでは、吸入温度に基づいて、過熱弁および主弁の少なくとも一方の開度が制御されるため、吸入温度が過度に上昇して圧縮機が損傷することを防止することが容易で、信頼性の高い空気調和装置を実現できる。

また、ここでは、圧縮機の吸入側の冷媒の過熱度が所定値以下になるように、過熱弁および主弁の少なくとも一方の開度が制御されるため、圧縮機の吸入側の冷媒の過熱度が過大となることを防止することができる。

本発明の第２観点に係る空気調和装置は、第１観点に係る空気調和装置であって、吸入温度センサと、室外熱交温度センサと、を更に備える。吸入温度センサは、圧縮機の吸入温度を検出する。室外熱交温度センサは、室外熱交換器の温度を検出する。制御部は、吸入温度センサにより検出される吸入温度と、室外熱交温度センサにより検出される室外熱交換器の温度との差を、過熱度として把握する。

ここでは、吸入温度センサと室外熱交温度センサとを用いて圧縮機の吸入温度と、圧縮機の吸入側の冷媒の過熱度とを正確に把握することができるため、圧縮機の損傷を防止し、信頼性の高い空気調和装置を実現することが容易である。

本発明の第１観点にかかる空気調和装置では、吸入温度に基づいて、過熱弁および主弁の少なくとも一方の開度が制御されるため、吸入温度が過度に上昇して圧縮機が損傷することを防止することが容易で、信頼性の高い空気調和装置を実現できる。また、ここでは、圧縮機の吸入側の冷媒の過熱度が過大となることを防止することができる。

本発明の第２観点にかかる空気調和装置では、圧縮機の吸入温度と、圧縮機の吸入側の冷媒の過熱度とを正確に把握することができるため、圧縮機の損傷を防止し、信頼性の高い空気調和装置を実現することが容易である。

本発明の一実施形態にかかる空気調和装置の概略構成図である。 図１の空気調和装置のブロック図である。 図１の空気調和装置の正サイクル除霜運転中の、圧縮機の吸入温度および圧縮機の吸入側の冷媒の過熱度に基づいた過熱弁の開度制御について説明するためのフローチャートである。

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、本発明にかか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かかる空気調和装置１００の概略構成図である。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、空気調和装置１００の各部の動作を制御する制御ユニット４０と、を有する。

室内ユニット２０と、室外ユニット３０とは、液冷媒連絡管７１およびガス冷媒連絡管７２によって接続され、冷媒回路８０を構成する。冷媒回路８０は、主冷媒回路の一例である。冷媒回路８０は、後述する室内熱交換器２１と、圧縮機３１と、室外熱交換器３３と、膨張弁３５とを主な構成として有する。空気調和装置１００は、冷媒回路８０に、圧縮機３１、室内熱交換器２１、膨張弁３５、室外熱交換器３３の順に冷媒を循環させることで、暖房運転を行うことが可能である。また、空気調和装置１００は、冷媒回路８０に、圧縮機３１、室外熱交換器３３、膨張弁３５、室内熱交換器２１の順に冷媒を循環させることで、冷房運転を行うことが可能である。

室外ユニット３０には、冷媒回路８０に接続される吐出−吸入バイパス回路５０が含まれる。吐出−吸入バイパス回路５０は、バイパス管５１と、過熱弁５２とを主に有する。バイパス管５１は、後述する、圧縮機３１の吸入管３７と圧縮機３１の吐出管３８とを接続する。

制御ユニット４０は、主に、室内ユニット２０に含まれる室内側制御部４０ａと、室外ユニット３０に含まれる室外側制御部４０ｂとから構成される。制御ユニット４０は、室内ユニット２０および室外ユニット３０の各機器の制御を行う。

本空気調和装置１００では、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
以下に、室内ユニット２０、室外ユニット３０、冷媒連絡管７１，７２、および制御ユニット４０について詳細に説明する。

（２−１）室内ユニット
室内ユニット２０は、冷媒回路８０の一部を構成している。室内ユニット２０は、空気調和の対象である室内に設置される。室内ユニット２０は、室内熱交換器２１と、室内ファン２２と、室内熱交温度センサ６１と、室内温度センサ６２と、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の液側は液冷媒連絡管７１に接続されており、室内熱交換器２１のガス側はガス冷媒連絡管７２に接続されている。室内熱交換器２１は、冷房運転時には、後述する膨張弁３５で膨張した冷媒を蒸発させる蒸発器として機能し、室内空気を冷却する。室内熱交換器２１は、暖房運転時には、後述する圧縮機３１から吐出された高圧の冷媒を凝縮させる凝縮器として機能し、室内空気を加熱する。

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。言い換えれば、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。室内ファン２２には、例えば、遠心ファンや多翼ファンが使用される。室内ファン２２は、回転数制御が可能なファン用モータ（図示せず）によって駆動される。

室内熱交温度センサ６１は、室内熱交換器２１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の伝熱管の中間部分に設けられている。室内熱交温度センサ６１は、室内熱交換器２１を流れる二相状態（気液混合状態）の冷媒の温度を検出する。

室内温度センサ６２は、室内ユニット２０内に吸入される室内空気の温度を検出するサーミスタである。

室内側制御部４０ａは、室内ユニット２０を構成する各部の動作を制御する。室内側制御部４０ａは、室内ユニット２０の制御を行うために設けられたマイクロコンピュータや、マイクロコンピュータが実行するためのプログラムや各種情報を記憶するメモリ等を有している。室内側制御部４０ａは、室内ユニット２０を操作するためのリモコン（図示せず）との間で制御信号等のやりとりを行ったり、室外ユニット３０（より具体的には後述する室外側制御部４０ｂ）との間で伝送線４０ｃを介して制御信号等のやりとりを行ったりすることができるようになっている。なお、室内側制御部４０ａは、後述する室外側制御部４０ｂと共に、空気調和装置１００の制御ユニット４０を構成する。

（２−２）室外ユニット
室外ユニット３０は、冷媒回路８０の一部を構成している。室外ユニット３０は、室外に設置されている。室外ユニット３０は、主に、圧縮機３１，四路切換弁３２、室外熱交換器３３、室外ファン３４、膨張弁３５、吐出−吸入バイパス回路５０、室外熱交温度センサ６３、吐出温度センサ６４、吸入温度センサ６６、外気温度センサ６５、および室外側制御部４０ｂを有する。

（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、吸入側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）をインバータ制御される圧縮機用モータ３１ａ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の吸入側と四路切換弁３２の第１ポート３２ａとを接続する冷媒管である。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。

吐出管３８は、圧縮機３１の吐出側と四路切換弁３２の第２ポート３２ｂとを接続する冷媒管である。吐出管３８には、吐出温度センサ６４が設けられている。吸入管３７と吐出管３８とは、後述する吐出−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）四路切換弁
四路切換弁３２は、冷媒回路８０における冷媒の流れの方向を切り換えるための切換弁である。言い換えれば、四路切換弁３２は、圧縮機３１から吐出された冷凍サイクルにおける高圧の冷媒の流れ方向を切り換えるための切換弁である。

四路切換弁３２は、暖房運転時に、圧縮機３１から吐出された冷媒が室内熱交換器２１へと流れるよう冷媒の流れ方向を切り換える。つまり、四路切換弁３２は、暖房運転時に、第２ポート３２ｂと第４ポート３２ｄとを連通させ、第１ポート３２ａと第３ポート３２ｃとを連通させる。これにより、吐出管３８はガス冷媒連絡管７２側の第２ガス冷媒管７４と接続され、吸入管３７は室外熱交換器３３のガス側の第１ガス冷媒管７３と接続される（図１の四路切換弁３２の破線を参照）。このように配管が接続されることで、暖房運転時には、室内熱交換器２１は圧縮機３１において圧縮された冷媒の凝縮器として機能し、室外熱交換器３３は室内熱交換器２１において放熱した冷媒の蒸発器として機能する。なお、上記の第１ガス冷媒管７３は、四路切換弁３２の第３ポート３２ｃと室外熱交換器３３のガス側とを接続する冷媒管である。第２ガス冷媒管７４は、四路切換弁３２の第４ポート３２ｄとガス冷媒連絡管７２とを接続する冷媒管である。

四路切換弁３２は、冷房運転時に、圧縮機３１から吐出された冷媒が室外熱交換器３３へと流れるよう冷媒の流れ方向に切り換える。つまり、四路切換弁３２は、冷房運転時に、第２ポート３２ｂと第３ポート３２ｃとを連通させ、第１ポート３２ａと第４ポート３２ｄとを連通させる。これにより、吐出管３８は室外熱交換器３３のガス側の第１ガス冷媒管７３と接続され、吸入管３７はガス冷媒連絡管７２側の第２ガス冷媒管７４と接続される（図１の四路切換弁３２の実線を参照）。このように配管が接続されることで、冷房運転時には、室外熱交換器３３は圧縮機３１において圧縮された冷媒の凝縮器として機能し、室内熱交換器２１は室外熱交換器３３において放熱した冷媒の蒸発器として機能する。

なお、空気調和装置１００において後述する正サイクル除霜運転が行われる場合には、四路切換弁３２は、暖房運転時と同様に、圧縮機３１から吐出された冷媒が室内熱交換器２１へと流れるよう冷媒の流れ方向を切り換える。そのため、正サイクル除霜運転時には、室内の暖房を継続することが可能である。

（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の液側は液冷媒管７５に接続されており、室外熱交換器３３のガス側は第１ガス冷媒管７３に接続されている。液冷媒管７５は、室外熱交換器３３の液側と液冷媒連絡管７１とを接続する冷媒管である。室外熱交換器３３は、冷房運転時には室外空気を冷却源とする冷媒の凝縮器として機能し、暖房運転時には室外空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）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には、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用モータ（図示せず）によって駆動される。

（２−２−５）膨張弁
膨張弁３５は、主弁の一例である。膨張弁３５は、開度可変の電動膨張弁である。後述する制御ユニット４０は、冷媒回路８０を流れる冷媒の圧力や流量の調整するため、膨張弁３５の開度を制御する。膨張弁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、膨張弁３５は、暖房運転時には、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。

（２−２−６）吐出−吸入バイパス回路
吐出−吸入バイパス回路５０は、正サイクル除霜運転時（冷媒回路８０に暖房運転時と同じ方向に冷媒を流し、室外熱交換器３３に付着した霜を除去するための運転時）に用いられる回路であり、冷媒回路８０に接続されている。

吐出−吸入バイパス回路５０は、バイパス管５１と、過熱弁５２とを主に有する。

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。より具体的には、バイパス管５１は、吸入管３７のアキュムレータ３６よりも上流側（四路切換弁３２側）と、吐出管３８とを接続する。

過熱弁５２は、開度可変の電動弁である。後述する制御ユニット４０は、正サイクル除霜運転時に、後述する吐出温度センサ６４により検出される吐出温度や、吸入温度センサ６６により検出される吸入温度等に基づいて、過熱弁５２の開度を制御する。制御ユニット４０による、過熱弁５２の開度制御については後述する。

（２−２−７）室外熱交温度センサ
室外熱交温度センサ６３は、室外熱交換器３３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の伝熱管の中間部分に設けられている。室外熱交温度センサ６３は、室外熱交換器３３を流れる二相状態（気液混合状態）の冷媒の温度を検出する。

（２−２−８）吐出温度センサ
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の吐出口付近の吐出管３８に設けられる。

（２−２−９）吸入温度センサ
吸入温度センサ６６は、圧縮機３１に吸入される冷媒の温度を検出するサーミスタである。吸入温度センサ６６は、圧縮機３１の外部、より具体的には、圧縮機３１の吸入口付近の吸入管３７に設けられる。

（２−２−１０）外気温度センサ
外気温度センサ６５は、室外ユニット３０の設置される室外の温度を検出するサーミスタである。

（２−２−１１）室外側制御部
室外側制御部４０ｂは、室外ユニット３０を構成する各部の動作を制御する。室外側制御部４０ｂは、室外ユニット３０の制御を行うために設けられたマイクロコンピュータや、マイクロコンピュータが実行するためのプログラムや各種情報を記憶するメモリ等を有している。室外側制御部４０ｂは、室内ユニット２０（より具体的には室内側制御部４０ａ）との間で伝送線４０ｃを介して制御信号等のやりとりを行うことができるようになっている。なお、室外側制御部４０ｂは、室内側制御部４０ａと共に、空気調和装置１００の制御ユニット４０を構成する。

（２−３）冷媒連絡管
液冷媒連絡管およびガス冷媒連絡管７１，７２は、空気調和装置１００を設置する際に、現地にて施工される冷媒管である。図１のように、室内ユニット２０と、室外ユニット３０とが、液冷媒連絡管およびガス冷媒連絡管７１，７２で接続されることで、空気調和装置１００の冷媒回路８０が構成される。

（２−４）制御ユニット
空気調和装置１００では、伝送線４０ｃによって接続された室内側制御部４０ａおよび室外側制御部４０ｂを主な構成として有する制御ユニット４０が、室内ユニット２０および室外ユニット３０の各機器の制御を行うことができるようになっている。制御ユニット４０は、冷房運転、暖房運転、正サイクル除霜運転を含む空気調和装置１００全体の運転制御を行う。

制御ユニット４０は、図２に示すように、各種センサ（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、吸入温度センサ６６、および外気温度センサ６５）と、各種センサからの信号を受けることができるように接続される。また、制御ユニット４０は、各種センサからの信号等に基づいて、室内ユニット２０および室外ユニット３０の各構成を制御することができるよう、圧縮機用モータ３１ａ、四路切換弁３２、室外ファン３４、膨張弁３５、室内ファン２２、過熱弁５２等と接続されている（図２参照）。

（３）空気調和装置の基本動作
次に、空気調和装置１００の基本動作（暖房運転時および冷房運転時の動作）について説明する。制御ユニット４０により空気調和装置１００の各構成の動きが制御されることで基本動作が実行される。

（３−１）暖房運転
暖房運転時には、四路切換弁３２が暖房サイクル状態（図１に破線で示された状態）に切り換えられる。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、四路切換弁３２、ガス冷媒連絡管７２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により冷却源として供給される室内空気と熱交換を行い、放熱して、高圧の液冷媒になる。一方、冷媒との熱交換により室内空気は加熱され、加熱された空気が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、液冷媒連絡管７１を通じて、膨張弁３５に送られる。膨張弁３５に送られた高圧の液冷媒は、膨張弁３５によって、冷凍サイクルにおける低圧まで減圧される。膨張弁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、室外熱交換器３３において、室外ファン３４により加熱源として供給される室外空気と熱交換を行い、蒸発して、低圧のガス冷媒になる。室外熱交換器３３で蒸発した低圧のガス冷媒は、四路切換弁３２を通じて、吸入管３７に送られて、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、四路切換弁３２が冷房サイクル状態（図１に実線で示された状態）に切り換えられる。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、四路切換弁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において、室外ファン３４により冷却源として供給される室外空気と熱交換を行い、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、膨張弁３５に送られる。膨張弁３５に送られた高圧の液冷媒は、膨張弁３５によって、冷凍サイクルにおける低圧まで減圧される。膨張弁３５で減圧された低圧の液冷媒は、液冷媒連絡管７１を通じて、室内熱交換器２１に送られる。室内熱交換器２１に送られた低圧の冷媒は、室内熱交換器２１において、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熱交換を行い、蒸発する。一方、冷媒との熱交換により室内空気は冷却され、冷却された空気が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、ガス冷媒連絡管７２および四路切換弁３２を通じて、吸入管３７に送られて、再び、圧縮機３１に吸入される。

（４）空気調和装置の正サイクル除霜運転時の動作
次に、正サイクル除霜運転時の空気調和装置１００の動作について説明する。正サイクル除霜運転は、室外熱交換器３３の除霜のための運転であって、暖房運転時に、室外熱交換器３３において着霜が検知された際に行われる。

正サイクル除霜運転では、暖房運転時と同様に、四路切換弁３２を暖房サイクル状態（図１の破線で示される状態）にして空気調和装置１００が運転される。言い換えれば、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換わっても、四路切換弁３２は切り換えられずに、空気調和装置１００が運転される。そのため、正サイクル除霜運転では、冷媒回路８０において、圧縮機３１、室内熱交換器２１、膨張弁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時には、冷媒回路８０を、暖房運転時と同様の向きに冷媒が流れることから、暖房を継続しながら、除霜を行うことが可能である。

正サイクル除霜運転中、圧縮機３１のモータ３１ａは、所定の回転数、好ましくは暖房運転時の最大運転回転数で運転される。できるだけ大きな回転数で圧縮機３１のモータ３１ａを運転することで、圧縮機３１に対する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である。正サイクル除霜運転中には、暖房を継続するため、室内ファン２２は所定の回転数（例えば、最小回転数）で運転される。一方、正サイクル除霜運転中には、室外ファン３４は停止される。

正サイクル除霜運転中、室内熱交換器２１で室内空気と熱交換を行って放熱し、室内空気を加熱した冷媒は、室外熱交換器３３に送られ、室外熱交換器３３に付着した霜と熱交換を行って更に放熱し、液成分の多い気液二相状態で圧縮機３１に戻る。つまり、正サイクル除霜運転中には、室外熱交換器３３から圧縮機３１に液冷媒が流れやすくなる。そこで、正サイクル除霜運転中には、過熱弁５２が開かれ、圧縮機３１から吐出された高温、高圧のガス冷媒の一部が、バイパス管５１を介して吸入管３７に供給される。言い換えれば、正サイクル除霜運転時には、冷媒の一部が、圧縮機３１の吐出側から吸入側にバイパスされる（残りの冷媒は、暖房運転時と同様に、圧縮機３１の吐出側から室内熱交換器２１に流れ、膨張弁３５および室外熱交換器３３を経て圧縮機３１の吸入側に戻る）。室外熱交換器３３から圧縮機３１に戻る液成分の多い気液二相状態の冷媒と、吐出管３８から吸入管３７に供給されるガス冷媒とが、吸入管３７で混合されることで、ガス状態または液成分の少ない気液二相状態の冷媒が、圧縮機３１に吸入される。つまり、吐出−吸入バイパス回路５０を用いて、圧縮機３１の吐出側から吸入側に冷媒をバイパスさせることで、液バックが軽減され、圧縮機３１を継続して運転することが可能となる。

正サイクル除霜運転時の制御ユニット４０による膨張弁３５および過熱弁５２の開度制御について説明する。

まず、正サイクル除霜運転時における、膨張弁３５の開度制御について説明する。

正サイクル除霜運転時において、膨張弁３５が従来と同様に全開又は全開近くまで開いた状態におかれると、冷凍サイクルの高圧が十分に上昇しにくく、圧縮機３１への投入動力が減少してしまう。これにより、除霜に使用できる熱量が減少し、圧縮機３１への液バックが増加するため、さらに、冷凍サイクルの高圧が低下し、圧縮機３１への投入動力が減少するという悪循環に陥りやすい。そのため、正サイクル除霜運転を継続できなくなるおそれがある。

そこで、本実施形態では、制御ユニット４０は、冷媒回路８０における冷凍サイクルの高圧が所定の目標値になるように、膨張弁３５の開度を制御する。なお、冷凍サイクルの高圧の目標値は、通常の暖房運転時の上限圧力付近の値である。暖房運転時の上限圧力とは、冷媒回路８０を構成する機器の設計圧力等を考慮して規定されている値である。

制御ユニット４０による膨張弁３５の開度制御について、具体的に説明する。

通常の暖房運転時においては、膨張弁３５、圧縮機３１、室外ファン３４および室内ファン２２は、室内温度センサ６２によって検出される室内空気の温度が目標室内温度になるように制御されている。特に、膨張弁３５の開度は、圧縮機３１の吐出側の冷媒の温度（吐出温度センサ６４の検出する冷媒の温度）に基づいて制御されている。具体的には、制御ユニット４０は、膨張弁３５の開度を、圧縮機３１の吐出側の冷媒の温度が目標吐出温度になるように制御している。より具体的には、制御ユニット４０は、冷媒の吐出温度が目標吐出温度よりも低い場合には膨張弁３５の開度を小さくする制御を行い、冷媒の吐出温度が目標吐出温度よりも高い場合には膨張弁３５の開度を大きくする制御を行う。

一方、室外熱交換器３３において着霜が検知され、正サイクル除霜運転が開始されると、制御ユニット４０は、上記のように、冷媒回路８０における冷凍サイクルの高圧が目標値になるように、膨張弁３５の開度を制御する。室内熱交温度センサ６１によって検出される冷媒の温度が、冷凍サイクルの高圧における冷媒の飽和温度に相当することから、制御ユニット４０は、具体的には、室内熱交温度センサ６１によって検出される冷媒の温度が、冷凍サイクルの高圧の目標値に相当する飽和温度（目標温度）になるように、膨張弁３５の開度を制御する。具体的には、室内熱交温度センサ６１によって検出される冷媒の温度が目標温度より低い場合には、制御ユニット４０は、膨張弁３５の開度を小さくする制御を行う。室内熱交温度センサ６１によって検出される冷媒の温度が目標温度より高い場合には、制御ユニット４０は、膨張弁３５の開度を大きくする制御を行う。

次に、正サイクル除霜運転時における、過熱弁５２の開度制御について説明する。

過熱弁５２は、暖房運転時には、通常、閉じられている。正サイクル除霜運転時には、過熱弁５２が開けられる。正サイクル除霜運転時には、制御ユニット４０は、主に、吐出温度センサ６４により検出される吐出温度を用いて過熱弁５２の開度を制御する。

さらに、制御ユニット４０は、吸入温度や吸入側の過熱度が過度に上昇して圧縮機３１が損傷することを防止するため、吐出温度センサ６４により検出される吐出温度を用いた過熱弁５２の開度制御に加え、吸入温度センサ６６により検出される吸入温度を用いた過熱弁５２の開度制御を行う。以下に、図３のフローチャートを用いて、吸入温度センサ６６により検出される吸入温度を用いた過熱弁５２の開度制御について説明する。

正サイクル除霜運転が開始されると、制御ユニット４０は、上記のように吐出温度センサ６４により検出される吐出温度を用いて、過熱弁５２の開度を制御する。制御ユニット４０は、この制御と並行して、吸入温度や吸入側の過熱度が過度に上昇することを防止し、圧縮機３１を保護するため、以下の制御を行う。

まず、ステップＳ１０１では、制御ユニット４０が、吸入温度センサ６６により検出された冷媒の温度（吸入温度Ｔｓ）を取得する。

次に、ステップＳ１０２では、制御ユニット４０は、ステップＳ１０１で取得した吸入温度Ｔｓが、予め制御ユニット４０に記憶されている設計最大吸入温度Ｔｓｍａｘより大きいか否かを判定する。設計最大吸入温度Ｔｓｍａｘは、圧縮機３１の設計温度等を考慮して規定された値である。ステップＳ１０２で、吸入温度Ｔｓが、設計最大吸入温度Ｔｓｍａｘより大きいと判定された場合には、ステップＳ１０３に進む。一方、吸入温度Ｔｓが、設計最大吸入温度Ｔｓｍａｘ以下と判定された場合には、ステップＳ１０４に進む。

ステップＳ１０３では、制御ユニット４０は、吸入温度Ｔｓが異常高温になっている（設計最大吸入温度Ｔｓｍａｘを超えている）ため、圧縮機３１の吸入温度を低下させる。これを実現するため、制御ユニット４０は、予め決定された所定の開度（％）だけ（例えば、１０％だけ）、過熱弁５２の開度を小さくする。その後ステップＳ１０１に戻る。

ステップＳ１０４では、制御ユニット４０が、室外熱交温度センサ６３により検出された室外熱交換器３３の温度（室外熱交換器３３を流れる気液二相状態の冷媒の温度Ｔｘｏ）を取得する。その後ステップＳ１０５へ進む。

ステップＳ１０５では、制御ユニット４０は、ステップＳ１０２で取得した吸入温度ＴｓとステップＳ１０４で取得した温度Ｔｘｏとを用いて、圧縮機３１の吸入側の冷媒の過熱度ＳＨを把握する。具体的には、制御ユニット４０は、吸入温度センサ６６により検出される吸入温度Ｔｓから、室外熱交温度センサ６３により検出される室外熱交換器３３を流れる気液二相状態の冷媒の温度Ｔｘｏを差し引くことで、圧縮機３１の吸入側の冷媒の過熱度ＳＨを算出し把握する。その後ステップＳ１０６へ進む。

ステップＳ１０６では、ステップＳ１０５で算出された過熱度ＳＨが、予め制御ユニット４０に記憶されている最大許容過熱度ＳＨｍａｘより大きいか否かが判定される。最大許容過熱度ＳＨｍａｘは、圧縮機３１の吸入側が異常過熱にならないよう予め決定されている。ステップＳ１０５で算出された過熱度ＳＨが、最大許容過熱度ＳＨｍａｘより大きい場合には、ステップＳ１０７に進む。一方、ステップＳ１０６で算出された過熱度ＳＨが、最大許容過熱度ＳＨｍａｘ以下であれば（過熱度ＳＨが、最大許容過熱度ＳＨｍａｘより大きくない場合には）、ステップＳ１０８に進む。

ステップＳ１０７では、制御ユニット４０は、圧縮機３１の吸入側の冷媒の過熱度ＳＨを減少させるため、予め決定された所定の開度（％）だけ（例えば、５％だけ）、過熱弁５２の開度を小さくする。その後ステップＳ１０１に戻る。

ステップＳ１０８では、制御ユニット４０は、正サイクル除霜運転を終了するか否かを判定する。つまり、ステップＳ１０８では、室外熱交換器３３の除霜が完了したか否かが制御ユニット４０により判定される。除霜が完了したか否かは、例えば、室外熱交温度センサ６３により検出される室外熱交換器３３を流れる冷媒の温度Ｔｘｏが所定温度より高くなったか否かにより判定される。ステップＳ１０８で、制御ユニット４０が正サイクル除霜運転を終了しないと判定すると、ステップＳ１０１に戻る。

ステップＳ１０８で、制御ユニット４０が正サイクル除霜運転を終了すると判定すると、空気調和装置１００は、正サイクル除霜運転を終了し、暖房運転に復帰する。そして、制御ユニット４０は、正サイクル除霜運転のために行っていた、吐出温度センサ６４により検出される吐出温度や、吸入温度センサ６６により検出される吸入温度を用いた過熱弁５２の開度制御を終了する。

（５）特徴
（５−１）
本実施形態に係る空気調和装置１００は、主冷媒回路としての冷媒回路８０と、吐出−吸入バイパス回路５０と、制御部としての制御ユニット４０と、を備える。冷媒回路８０は、圧縮機３１と、室内熱交換器２１と、主弁としての膨張弁３５と、室外熱交換器３３とを有しており、圧縮機３１、室内熱交換器２１、膨張弁３５、室外熱交換器３３の順に冷媒を循環させる暖房運転を行うことが可能である。吐出−吸入バイパス回路５０は、過熱弁５２を有しており、過熱弁５２を開くことで圧縮機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ことが可能になるように冷媒回路８０に接続されている。制御ユニット４０は、膨張弁３５および過熱弁５２の開度を制御する。空気調和装置１００は、冷媒回路８０において圧縮機３１、室内熱交換器２１、膨張弁３５、室外熱交換器３３の順に冷媒を循環させつつ、吐出−吸入バイパス回路５０において圧縮機３１の吐出側から圧縮機３１の吸入側に冷媒をバイパスさせて、室外熱交換器３３を除霜する正サイクル除霜運転を行う。正サイクル除霜運転時に、制御ユニット４０は、圧縮機３１の吸入温度に基づいて、過熱弁５２の開度を制御する。

ここでは、吸入温度Ｔｓに基づいて、過熱弁５２の開度が制御されるため、吸入温度Ｔｓが過度に上昇して圧縮機３１が損傷することを防止することが容易で、信頼性の高い空気調和装置１００を実現できる。

（５−２）
本実施形態に係る空気調和装置１００では、制御ユニット４０は、正サイクル除霜運転時に、圧縮機３１の吸入温度Ｔｓに基づいて圧縮機３１の吸入側の冷媒の過熱度ＳＨを把握し、過熱度ＳＨが最大許容過熱度ＳＨｍａｘ以下になるように、過熱弁５２の開度を制御する。

ここでは、圧縮機３１の吸入側の冷媒の過熱度ＳＨが所定値以下になるように過熱弁５２の開度が制御されるため、圧縮機３１の吸入側の冷媒の過熱度が過大となることを防止することができる。

（５−３）
本実施形態に係る空気調和装置１００は、吸入温度センサ６６と、室外熱交温度センサ６３と、を備える。吸入温度センサ６６は、圧縮機３１の吸入温度Ｔｓを検出する。室外熱交温度センサ６３は、室外熱交換器３３の温度Ｔｘｏを検出する。制御ユニット４０は、吸入温度センサ６６により検出される吸入温度Ｔｓと、室外熱交温度センサ６３により検出される室外熱交換器３３の温度Ｔｘｏとの差を、過熱度ＳＨとして把握する。

ここでは、吸入温度センサ６６と室外熱交温度センサ６３とを用いて圧縮機３１の吸入温度と、圧縮機３１の吸入側の冷媒の過熱度とを正確に把握することができるため、圧縮機３１の損傷を防止し、信頼性の高い空気調和装置１００を実現することが容易である。

吸入温度センサ６６を設けることで、吸入温度Ｔｓが異常高温になった場合、これを直ちに把握し、圧縮機３１の損傷等を防止することが容易である。

（６）変形例
以下に本実施形態の変形例を示す。なお、互いに矛盾のない範囲で、複数の変形例を適宜組み合わせてもよい。

（６−１）変形例Ａ
上記実施形態に係る空気調和装置１００では、制御ユニット４０は、正サイクル除霜運転時に、圧縮機３１の吸入温度Ｔｓ、および、吸入温度Ｔｓに基づいて把握された圧縮機３１の吸入側の冷媒の過熱度ＳＨを用いて、過熱弁５２の開度を制御するが、これに限定されるものではない。

例えば、正サイクル除霜運転時に、過熱弁５２の開度は所定値に固定され、制御ユニット４０は、圧縮機３１の吸入温度Ｔｓおよび圧縮機３１の吸入側の冷媒の過熱度ＳＨに基づいて、膨張弁３５の開度を制御してもよい。この場合、過熱弁５２は、開度調整可能な電動弁ではなく、電磁弁であってもよい。吸入温度Ｔｓおよび過熱度ＳＨに基づいて膨張弁３５の開度が制御される場合には、例えば圧縮機３１の吸入温度Ｔｓが設計最大吸入温度Ｔｓｍａｘより大きい時に、圧縮機３１の吐出側から吸入側にバイパスする冷媒の流量を減少させるため、制御ユニット４０は、膨張弁３５の開度が大きくなるよう制御する。また、例えば圧縮機３１の吸入側の過熱度ＳＨが許容最大過熱度ＳＨｍａｘより大きい時に、圧縮機３１の吐出側から吸入側にバイパスする冷媒の流量を減少させるため、制御ユニット４０は、膨張弁３５の開度が大きくなるよう制御する。ただし、吸入温度Ｔｓや圧縮機３１の吸入側の冷媒の過熱度ＳＨが適正値を外れた場合に、これに素早く応答するためには、過熱弁５２の開度が制御されることが望ましい。

また、制御ユニット４０は、正サイクル除霜運転時に、圧縮機３１の吸入温度Ｔｓおよび圧縮機３１の吸入側の冷媒の過熱度ＳＨに基づいて、膨張弁３５および過熱弁５２の両方の開度を制御するものであってもよい。

（６−２）変形例Ｂ
上記実施形態に係る空気調和装置１００では、吸入温度センサ６６により検出される吸入温度Ｔｓと、吸入温度Ｔｓおよび室外熱交温度センサ６３により検出される室外熱交換器３３の温度Ｔｘｏ（室外熱交換器３３を流れる冷媒の温度）に基づいて算出された圧縮機３１の吸入側の冷媒の過熱度ＳＨと、を用いて、過熱弁５２の開度の制御が行われるが、これに限定されるものではない。

例えば、制御ユニット４０は、吸入温度Ｔｓのみに基づいて過熱弁５２の開度の制御を行ってもよい。言い換えれば、制御ユニット４０は、図３のフローチャートのステップＳ１０４〜Ｓ１０７を実行しなくてもよい。

また、例えば、制御ユニット４０は、吸入温度Ｔｓに基づいて把握された圧縮機３１の吸入側の冷媒の過熱度ＳＨのみを用いて、過熱弁５２の開度の制御を行ってもよい。言い換えれば、制御ユニット４０は、図３のフローチャートのステップＳ１０２，Ｓ１０３のステップを実行しなくてもよい。

ただし、圧縮機３１の吸入温度が異常高温になること、および、圧縮機３１の吸入側が異常過熱になることを検知してこれを解消するとためには、吸入温度Ｔｓおよび過熱度ＳＨの両方に基づいて過熱弁５２の開度が制御されることが望ましい。

（６−３）変形例Ｃ
上記実施形態に係る空気調和装置１００では、図３のフローチャートのステップＳ１０３およびＳ１０７で、ある固定値だけ過熱弁５２の開度が変更されているが、これに限定されるものではない。例えば、吸入温度Ｔｓと設計最大吸入温度Ｔｓｍａｘとの乖離度に応じて、ステップＳ１０３で変化させる過熱弁５２の開度を変動させてもよい。具体的には、吸入温度Ｔｓが設計最大吸入温度Ｔｓｍａｘよりも大きくなればなるほど、ステップＳ１０３で過熱弁５２の開度の変化量をより大きくしてもよい。また、例えば、過熱度ＳＨが最大許容過熱度ＳＨｍａｘより大きくなればなるほど、ステップＳ１０７で過熱弁５２の開度の変化量をより大きくしてもよい。

（６−４）変形例Ｄ
上記実施形態に係る空気調和装置１００では、図３のフローチャートのステップＳ１０３で過熱弁５２の開度のみが変更されているが、これに限定されるものではない。例えば制御ユニット４０は、吸入温度Ｔｓと設計最大吸入温度Ｔｓｍａｘとの温度差に応じて、以下のように異なる構成を制御してもよい。

制御ユニット４０は、吸入温度Ｔｓが、設計最大吸入温度Ｔｓｍａｘより大きく、設計最大吸入温度Ｔｓｍａｘと第１判定温度との和よりも小さい場合には、過熱弁５２の開度を小さくする。制御ユニット４０は、吸入温度Ｔｓが、設計最大吸入温度Ｔｓｍａｘと第１判定温度との和以上で、設計最大吸入温度Ｔｓｍａｘと第２判定温度（第２判定温度＞第１判定温度）との和より小さい場合には、過熱弁５２の開度を小さくすると共に、圧縮機３１の運転回転数も下げる。制御ユニット４０は、吸入温度Ｔｓが、設計最大吸入温度Ｔｓｍａｘと第２判定温度との和以上の場合には、圧縮機３１を停止する（空気調和装置１００を停止する）。

（６−５）変形例Ｅ
上記実施形態に係る空気調和装置１００では、暖房運転および冷房運転の両方が可能であるが、これに限定されるものではなく、空気調和装置は、暖房運転のみが可能なものであってもよい。

本発明は、正サイクル除霜運転時に、吸入温度の過度な上昇を抑制することが容易な信頼性の高い空気調和装置として有用である。

２１ 室内熱交換器
３１ 圧縮機
３３ 室外熱交換器
３５ 膨張弁（主弁）
４０ 制御ユニット（制御部）
５０ 吐出−吸入バイパス回路
５２ 過熱弁
６３ 室外熱交温度センサ
６６ 吸入温度センサ
８０ 冷媒回路（主冷媒回路）
１００ 空気調和装置

特開昭６１−２６２５６０号公報

Claims (2)

1. 圧縮機（３１）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、前記室内熱交換器、前記主弁、前記室外熱交換器の順に冷媒を循環させる暖房運転を行うことが可能な主冷媒回路（８０）と、
   過熱弁（５２）を有しており、前記過熱弁を開く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、
   前記過熱弁および前記主弁の少なくとも一方の開度を制御する制御部（４０）と、
   を備え、
   前記主冷媒回路において前記圧縮機、前記室内熱交換器、前記主弁、前記室外熱交換器の順に冷媒を循環させつつ、前記吐出−吸入バイパス回路において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させて、前記室外熱交換器を除霜する正サイクル除霜運転時に、
   前記制御部は、前記圧縮機の吸入温度に基づいて、前記圧縮機の吸入側の冷媒の過熱度を把握し、前記圧縮機の吸入温度が第１所定値以下になるように、かつ、前記過熱度が第２所定値以下になるように、前記過熱弁および前記主弁の少なくとも一方の開度を制御する、
   空気調和装置。
2. 前記圧縮機の吸入温度を検出する吸入温度センサ（６６）と、
   前記室外熱交換器の温度を検出する室外熱交温度センサ（６３）と、
   を更に備え、
   前記制御部は、前記吸入温度センサにより検出される前記圧縮機の吸入温度と、前記室外熱交温度センサにより検出される前記室外熱交換器の温度との差を、前記過熱度として把握する、
   請求項１に記載の空気調和装置。

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