JP6804648B2

JP6804648B2 - 冷凍サイクル装置

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Publication number: JP6804648B2
Application number: JP2019528301A
Authority: JP
Inventors: 正紘伊藤; 野本　宗; 宗野本
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2017-07-07
Filing date: 2017-07-07
Publication date: 2020-12-23
Anticipated expiration: 2037-07-07
Also published as: EP3650770A1; JPWO2019008742A1; EP3650770A4; US11585578B2; US20200318880A1; WO2019008742A1

Description

この発明は、冷凍サイクル装置に関し、特に除霜運転を行なうように構成された冷凍サイクル装置に関する。

冷凍サイクル装置は、除霜運転が必要になる場合があることが知られている。たとえば、空気調和機では、暖房運転時に室外熱交換器に霜が付きフィンの通風路をふさぐため、定期的に着霜状態を判定して、必要があれば除霜運転が行なわれる。

国際公開第２０１５／１６２６９６号（特許文献１）には、ホットガス除霜とリバース除霜の両方が可能な冷媒回路において、着霜量に応じて除霜方式を切り替える形態が示されている。

国際公開第２０１５／１６２６９６号

本願発明者の検討によれば、チラー（水熱交換器を含み、水を液媒体として室内を空調するもの）に適用する場合、除霜時の水温低下量は室内負荷やシステム使用水量に依存するので、着霜量だけでは最適な除霜方式を判断できないことがわかった。除霜方式を最適に判断できない場合、暖房時に室内熱交換器に循環する水の温度が、除霜方式が最適の場合に比べ低下し、ユーザに不快感を与えるおそれがある。

この発明の目的は、チラーの水温をなるべく低下させずに除霜を実行できる冷凍サイクル装置を提供することである。

本開示の冷凍サイクル装置は、水熱交換器と、冷凍サイクル回路と、液媒体循環回路とを備える。水熱交換器は、冷媒と、液媒体とを熱交換する。冷凍サイクル回路は、圧縮機、水熱交換器、膨張弁、室外熱交換器を順次接続し、膨張弁と室外熱交換器との間と圧縮機の吐出側とを接続する。液媒体循環回路は、水熱交換器、ポンプ、室内熱交換器を接続する。

冷凍サイクル回路は、圧縮機と水熱交換器又は圧縮機と室外熱交換器との接続を切り換える四方弁と、膨張弁と室外熱交換器との間と圧縮機の吐出側とを接続する配管と、配管を流れる冷媒の流れを止める弁とを有する。冷凍サイクル装置は、室内負荷に基づいて、弁を開き、圧縮機と水熱交換器を接続し、圧縮機から吐出された冷媒を室外熱交換器に流す第１の除霜運転と、弁を閉じ、圧縮機と室外熱交換器を接続し、圧縮機から吐出された冷媒を室外熱交換器に流す第２の除霜運転と、のいずれかの除霜運転を実行する。

本発明によれば、チラーの水温をなるべく低下させずに除霜を実行できる除霜モードが選択される。

実施の形態１に従う冷凍サイクル装置の全体構成図である。ホットガス除霜とリバース除霜の切換について説明するための図である。実施の形態１において制御装置が実行する制御を説明するためのフローチャートである。冷却量および室内負荷について説明するための図である。チラー設置状況を示す概略図である。水配管における圧力分布を示すグラフである。システム使用水量が使用時に変化する空調システムの例を示す図である。システム使用水量と室内負荷によって、除霜時水温低下量がどのように変化するかを示した図である。実施の形態２において制御装置が実行する制御を説明するためのフローチャートである。

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。以下では、複数の実施の形態について説明するが、各実施の形態で説明された構成を適宜組合わせることは出願当初から予定されている。なお、図中同一又は相当部分には同一符号を付している。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に従う冷凍サイクル装置の全体構成図である。図１を参照して、冷凍サイクル装置は、室外機１と室内機２０１とを含む。室外機１は、圧縮機１０と、水熱交換器２０と、膨張弁３０と、室外熱交換器４０と、配管６２，９０，９２，９４，９６，９７、９８と、四方弁９１と、開閉弁６４と、制御装置１００とを含む。室外機１は、さらに、圧縮機１０、水熱交換器２０、膨張弁３０、室外熱交換器４０、を配管９０，９２，９４，９６，９７、９８で順次接続し、圧縮機１０の吐出側と、膨張弁３０と室外熱交換器４０との間とを配管６２で接続する冷凍サイクル回路を含む。

配管９０は、四方弁９１と水熱交換器２０とを接続する。配管９２は、水熱交換器２０と膨張弁３０とを接続する。配管９４は、膨張弁３０と室外熱交換器４０とを接続する。配管９６は、室外熱交換器４０と四方弁９１とを接続する。圧縮機１０の吐出口は、配管９８によって四方弁に接続され、圧縮機１０の吸込口は、配管９７によって四方弁９１に接続される。

水熱交換器２０と室外熱交換器４０とを結ぶ冷媒経路は、配管９２と配管９４とを含む。膨張弁３０は、配管９２と配管９４との境界部に配置される。

室外熱交換器４０は、冷媒と室外空気との間で熱交換を行なうように構成される。水熱交換器２０は、水と冷媒との間で熱交換を行なうように構成される。

圧縮機１０は、制御装置１００から受ける制御信号によって運転周波数を変更可能に構成される。圧縮機１０の運転周波数を変更することにより圧縮機１０の出力が調整される。

四方弁９１は、暖房運転のときは実線の矢印に示す向きに圧縮機１０から水熱交換器２０の順に冷媒を流すように圧縮機１０の吐出口と配管９０とを接続すると共に、圧縮機１０の吸込口と配管９６とを接続する。四方弁９１は、冷房運転またはリバース除霜運転のときは破線の矢印に示す向きに圧縮機１０から室外熱交換器４０の順に冷媒を流すように圧縮機１０の吐出口と配管９６とを接続すると共に、圧縮機１０の吸込口と配管９０とを接続する。

すなわち、四方弁９１は、第１の方向（暖房）と第２の方向（冷房、リバース除霜）との間で冷媒の流れる方向を切替えることが可能に構成される。第１の方向（暖房）は、圧縮機１０から吐出される冷媒が水熱交換器２０に供給されるとともに、室外熱交換器４０から冷媒が圧縮機１０に戻される流通方向である。また、第２の方向（冷房、リバース除霜）は、圧縮機１０から吐出される冷媒が室外熱交換器４０に供給されるとともに、水熱交換器２０から冷媒が圧縮機１０に戻される流通方向である。

配管６２は、圧縮機１０の吐出側配管である配管９８に設けられる分岐部６０と、配管９４に設けられる合流部６６とを接続する。配管６２は、水熱交換器２０および膨張弁３０を迂回する流路である。開閉弁６４は、配管６２に設けられ、制御装置１００から受ける制御信号によって開度を調整可能に構成され配管６２に流れる冷媒の量を調整する。なお、開閉弁６４は、開閉動作を行なうだけの簡易なものであってもよい。

図１の冷凍サイクル装置は、室内熱交換器２２０と、液ポンプＷＰと、水熱交換器２０、液ポンプＷＰ、室内熱交換器２２０の順に水を循環させる配管である水配管２２１〜２２３と、温度センサ２３１，２３２と、圧力センサ２３４と、流量センサ２３５とを含み、水熱交換器２０、液ポンプＷＰ、室内熱交換器２２０を接続した液媒体循環回路を含む室内機２０１を有する。

水配管２２１は液ポンプＷＰと室内熱交換器２２０を接続し、水配管２２２は室内熱交換器２２０と水熱交換器２０を接続し、水配管２２３は水熱交換器２０と室内熱交換器２２０を接続する。温度センサ２３１は室内熱交換器２２０の出口に配置され、室内熱交換器２２０から流出した水の温度を検出するセンサ、温度センサ２３２は室内熱交換器２２０の入口に配置され室内熱交換器２２０に流入する水の温度を検出するセンサである。

圧力センサ２３４は、室内熱交換器２２０の出口に配置され、室内熱交換器２２０から流出した水の圧力を検出するセンサであり、流量センサ２３５は室内熱交換器２２０の出口に設置され、水の流量を検出するセンサである。室内熱交換器２２０は、水配管２２１〜２２３を循環する水と室内空気との間で熱交換を行なうように構成される。

圧力センサ２３４は、室内熱交換器２２０出口の水の圧力Ｐ２を検出し、その検出値を制御装置１００へ出力する。温度センサ２３１は、室内熱交換器２２０出口の水温Ｔ１を検出し、その検出値を制御装置１００へ出力する。温度センサ２３２は、室内熱交換器２２０入口の水温Ｔ２を検出し、その検出値を制御装置１００へ出力する。流量センサ２３５は、室内熱交換器２２０出口に設置され、水の流量Ｑ１を検出し、その検出値を制御装置１００へ出力する。

制御装置１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、記憶装置、入出力バッファ等を含み（いずれも図示せず）、冷凍サイクル装置における各機器の制御を行なう。なお、この制御については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア（電子回路）で処理することも可能である。

まず、暖房運転の基本的な動作について説明する。暖房運転では、室外機１において、実線矢印および四方弁９１中の実線流路で示すように冷媒が流れる。圧縮機１０は、配管９６から四方弁９１を経由して吸入される冷媒を圧縮して四方弁９１を経由して配管９０へ冷媒を吐出する。

圧縮機１０から吐出された冷媒は高温高圧の過熱蒸気となり、水熱交換器２０で室内機２０１を流れる液媒体である水と熱交換し、凝縮されて液化する。このとき、室内機２０１を流れる水は冷媒からの放熱により温度が上昇する。

その後、水熱交換器２０で液化された冷媒は、膨張弁３０で減圧される。膨張弁３０は、制御装置１００から受ける制御信号によって開度を調整可能に構成される。膨張弁３０の開度を閉方向に変化させると、膨張弁３０出側の冷媒圧力は低下し、冷媒の乾き度は上昇する。一方、膨張弁３０の開度を開方向に変化させると、膨張弁３０出側の冷媒圧力は上昇し、冷媒の乾き度は低下する。

膨張弁３０で減圧された冷媒は、室外熱交換器４０に流入し、室外熱交換器４０において外気と熱交換し、蒸発して過熱蒸気となって配管９７を経由して圧縮機へ流入する。

また、室内機２０１において、水熱交換器２０を通過して温度が上昇した水（温水）は、液ポンプＷＰによって室内熱交換器２２０に送られる。液ポンプＷＰによって送られた温水は、室内熱交換器２２０において室内空気との間で熱交換を行ない、温水から室内空気への放熱により室内を暖房する。

また、暖房運転時に室外熱交換器４０に付着した霜を溶かすために、除霜運転としてホットガス除霜運転とリバース除霜運転が選択されることがある。ホットガス除霜運転とは、四方弁９１の設定を暖房運転時と同様の状態で、圧縮機１０から吐出された高温高圧の過熱蒸気を直接室外熱交換器４０に供給することで、室外熱交換器４０に付着した霜を溶かす運転である。リバース除霜運転については後述する。

このホットガス除霜運転時も四方弁９１の設定は、暖房運転時と同様である。ホットガス除霜運転時は、冷媒の流通方向も基本的には暖房運転時と同様であるが、水熱交換器２０および膨張弁３０を経由する流路の流路抵抗の方が配管６２の流路抵抗よりも大きいので、開閉弁６４が開かれることによって、圧縮機１０から吐出された冷媒のうちほとんどの冷媒は一点鎖線矢印で示すように配管６２に流れ、配管９０には流れない。

次に冷房運転について説明する。冷房運転では、室外機１において、四方弁９１は破線で示すように経路を形成し、冷媒は破線矢印で示す向きに流れる。すなわち、圧縮機１０から吐出された冷媒は、室外熱交換器４０、膨張弁３０、水熱交換器２０の順番で流れ、その結果、水熱交換器２０は、蒸発器として働き、室外熱交換器４０は凝縮器として働くので、水熱交換器２０で水から吸熱が行なわれ室外で外気に放熱が行なわれる。

また、暖房運転時に室外熱交換器４０に付着した霜を溶かすために、除霜運転としてリバース除霜運転が選択されることがある。リバース除霜運転とは、四方弁９１の設定を冷房運転時と同様の状態で、圧縮機１０から吐出された高温高圧の過熱蒸気を室外熱交換器４０に供給することで、室外熱交換器４０に付着した霜を溶かす運転である。このリバース除霜運転時も四方弁９１の設定と、冷媒の流通方向は、冷房運転時と同様であり、開閉弁６４は閉じられている。

制御装置１００は、冷暖房の設定に基づく四方弁９１の切替制御と、圧縮機１０の運転指示に応答した圧縮機１０の運転制御と、圧縮機１０の停止指示に応答した圧縮機１０の停止制御とを行なう。また、制御装置１００は、冷凍サイクル装置が所望の性能を発揮するように、圧縮機１０の運転周波数、膨張弁３０の開度、および図示しない室内機ファンと室外機ファンの回転速度を制御する。

また、制御装置１００は、室内負荷の大小によって、リバース除霜モードとホットガス除霜モードのいずれの除霜モードで除霜運転を行なうかを選択する。リバース除霜モードでは、制御装置１００は、冷房運転と同じ第２方向で冷媒が循環するように四方弁９１を制御し、かつ開閉弁６４を閉じる。一方、ホットガス除霜モードでは、制御装置１００は、暖房運転と同じ第１方向で冷媒が循環するように四方弁９１を制御し、かつ開閉弁６４を開く。

図２は、ホットガス除霜とリバース除霜の切換について説明するための図である。図２に示すように、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置は、室内負荷が大きい場合、着霜量がＭｆ１の点を境に、除霜モードが異なるように制御される。

室内負荷が大きい場合に除霜運転を行なった時の水温低下量は、リバース除霜ではΔＴｗｒ１となり、ホットガス除霜ではΔＴｗｈ１となる。水温低下量はなるべく小さい方がユーザに不快感を与えない。したがって、着霜量＜Ｍｆ１の場合にはΔＴｗｒ１＞ΔＴｗｈ１であるから、制御装置１００はホットガス除霜モードを選択する。また、着霜量＞Ｍｆ１の場合にはΔＴｗｒ１＜ΔＴｗｈ１であるから、制御装置１００はリバース除霜を選択する。

この切替点を示す着霜量Ｍｆ１の位置が変化しないとして、一定時間ごとに除霜運転を実行する際に着霜量に基づいて除霜モードを選択するのが、国際公開第２０１５／１６２６９６号（特許文献１）に開示された技術に相当する。

ホットガス除霜モードでは、水熱交換器２０にほとんど冷媒ガスを通さないため、除霜時に水熱交換器２０の冷媒ガスによる冷却は発生しないというメリットがある。一方、リバース除霜モードの方が除霜効果は高いため、除霜は短時間で終了する。除霜に時間を要すると、室内負荷が高い場合、ホットガス除霜方式の方が水熱交換器２０を循環している水の温度が低下してしまうというデメリットがある。これらのために、図２の縦軸に示す水温低下量が２つの除霜モードでちょうど等しくなる横軸上の位置が着霜量Ｍｆ１である。

しかし、室内負荷が変化すると、切替えポイントである着霜量Ｍｆ１の位置も変化し、室内負荷がある値よりも小さくなると、除霜運転を行なった時の水温低下量は、リバース除霜ではΔＴｗｒ２となり、ホットガス除霜ではΔＴｗｈ２となる。この場合、２つのグラフには交点は無くなり、常にΔＴｗｒ２＞ΔＴｗｈ２であるから、除霜運転はホットガス除霜モードで行なわれる。室内負荷が小さい時に、上述した室内負荷が大きい時と同様の着霜量Ｍｆ１の位置でリバース除霜に切り替えた場合、水温低下量がホットガス除霜のΔＴｗｈ２よりも大きくなるから、ユーザに不快感を与えるおそれがある。

以上を考慮すると、チラー（水熱交換器を含み、水で室内を空調するもの）に適用時、除霜時の水温低下量は、室内負荷に依存するので、着霜量だけでは最適な除霜モードを判断できない。すなわち、発明者による検討結果（計算結果）によると、チラーの場合の水温低下量を小さく抑えるには、室内負荷が大きいときには、着霜量が増加するに応じてホットガス除霜からリバース除霜に切替えるほうが水温低下を抑制することができるが、室内負荷が小さい時には、着霜量が増加してもホットガス除霜の方がリバース除霜よりも水温低下が小さいことがわかった。

したがって、本実施の形態では、除霜運転を開始する場合に、着霜量と室内負荷とから２つの除霜モードで除霜運転を行なうと仮定した場合の水温低下量を算出し、低下量が小さい方の除霜モードを選択して除霜運転を実行する。

図３は、実施の形態１において制御装置が実行する制御を説明するためのフローチャートである。図３を参照して、このフローチャートの処理は、ユーザやタイマー装置からの暖房運転の開始指令によって開始され、まずステップＳ１において暖房運転が行なわれる。続いて、ステップＳ２において室外熱交換器４０の着霜量Ｍｆが検出される。

着霜量Ｍｆは、どのように検出しても良いが、たとえば、着霜量センサによって検出することができる。着霜量センサは、室外熱交換器４０のフィンの間に光を通しておいて、光が弱くなったら（遮られたら）着霜したと判定する。監視箇所を複数個所設けておくことによって、全体面積のうち着霜面積を推定することができる。また、室外熱交換器４０に設けられたファンの回転速度と風量の関係を見ても良い。着霜すると通風抵抗が増加するので、同じ通風量を得るためには、ファンの回転速度が増加する。

続いて、制御装置１００は、ステップＳ３において除霜運転を実行するか否かを判断する。たとえば、着霜量Ｍｆが予め定めた判定値を超えた場合に除霜運転を実行すると判断しても良いし、また、前回の除霜運転が完了してから予め定めた時間が経過した場合に除霜運転を実行すると判断しても良い。ステップＳ３において除霜運転を行なわないと判断された場合（Ｓ３でＮＯ）、ステップＳ１から再び処理が実行される。

一方、ステップＳ３において、除霜運転を行なうと判断された場合（Ｓ３でＹＥＳ）、ステップＳ４において、除霜時冷却量ｑｉｈ，ｑｉｒが決定され、ステップＳ５において、室内負荷ｑｊが算出される。

図４は、冷却量および室内負荷について説明するための図である。図４に示す図は、図１の冷媒および水の循環経路を抽出して示したものである。除霜時冷却量ｑｉ［ｋＷ］は、除霜運転時に、水熱交換器２０において水が冷却される熱量を示したものであり、ｑｉｈは、ホットガス除霜時の冷却量を示し、ｑｉｒは、リバース除霜時の冷却量を示す。
制御装置１００は、室内負荷ｑｊを下式（１）に従って算出する。
ｑｊ＝Ｑ１＊（Ｔ１−Ｔ２）＊Ｃｐｗ …（１）

上式において室内負荷をｑｊ［ｋＷ］とし、液媒体の流量をＱ１［ｋｇ／ｓ］とし、室内熱交換器２２０の出口温度をＴ１［℃］とし、室内熱交換器２２０の入口温度をＴ２［℃］とし、水の比熱をＣｐｗ［ｋＪ／ｋｇ℃］として示す。

続いて、ステップＳ６において、制御装置１００は、除霜必要熱量Ｑｆｄ［ｋＪ／ｋｇ］を下式（２）に従って算出する。
Ｑｆｄ＝Ｍｆ＊Ｃ …（２）

上式においてＭｆは、ステップＳ２で検出した着霜量[kg]を示し、Ｃは、氷の融解潜熱（定数＝３３４［ｋＪ／ｋｇ］）を示す。

続いて、ステップＳ７において、制御装置１００は、除霜時間ｔｈ，ｔｒを下式（３）に従って算出する。なお、ｔｈはホットガス除霜時の除霜時間を示し、ｔｒはリバース除霜時の除霜時間を示す。
ｔ＝Ｑｆｄ／ｑｆ …（３）

式（３）において、Ｑｆｄは式（２）で求めた除霜必要熱量［ｋＪ／ｋｇ］を示し、ｑｆは設計値である除霜加熱量［ｋＷ］を示す。ここで、ホットガス除霜時の加熱量をｑｆｈ、リバース除霜時の加熱量をｑｆｒとすると、ｑｆｈ＜ｑｆｒであり、ｑｆｈ／ｑｆｒは１／３程度である。

続いて、ステップＳ８において、制御装置１００は、除霜時水温低下量ΔＴｗｈ，ΔＴｗｒを下式（４）に従って算出する。なお、ΔＴｗｈはホットガス除霜時の水温低下量を示し、ΔＴｗｒはリバース除霜時の水温低下量を示す。
ΔＴｗ＝ｋ＊（ｑｊ＋ｑｉ）＊ｔ／Ｍ …（４）

式（４）において、ｑｊは、ステップＳ５で算出した室内負荷［ｋＷ］を示し、ｑｉは、ステップＳ４で求めた除霜時冷却量［ｋＷ］を示し、ｔは、ステップＳ７で算出した除霜時間［ｓ］を示す。また、Ｍは液ポンプＷＰで循環している水の総量（システム使用水量）であり、ｋは係数である。なお、システム使用水量Ｍは、実施の形態１では固定値である。

そして、ステップＳ９において、制御装置１００は、ホットガス除霜時水温低下量ΔＴｗｈと、リバース除霜時水温低下量ΔＴｗｒとを比較する。ステップＳ９において、ホットガス除霜時の水温低下量ΔＴｗｈの方が小さい場合（Ｓ９でＹＥＳ）、ステップＳ１０に処理が進められ、制御装置１００はホットガス除霜方式を選択し除霜を開始する。そして、ステップＳ１１においてホットガス除霜時間ｔｈの運転後に、ホットガス除霜が終了される。

一方、ステップＳ９において、ホットガス除霜時の水温低下量ΔＴｗｈの方が大きい場合（Ｓ９でＮＯ）、ステップＳ１２に処理が進められ、制御装置１００はリバース除霜方式を選択して除霜を開始する。そして、ステップＳ１３においてリバース除霜時間ｔｒの運転後に、リバース除霜が終了される。

ステップＳ１１またはＳ１３において、いずれかの方式の除霜運転が終了すると、再びステップＳ１からの処理が実行される。

以上説明したように、ホットガス除霜とリバース除霜において、除霜加熱量ｑｆと除霜時冷却量ｑｉが互いに異なる値となる（ｑｆｈ＜ｑｆｒ、ｑｉｈ＜ｑｉｒ）ため、除霜時の水温低下量が除霜方式によって異なる。実施の形態１では、除霜直前の運転状態から、２方式の除霜を行なったとした時の水温低下量ΔＴを算出し、ΔＴが小さくなる方の除霜方式を選択する。このため、水温低下量を小さく抑えることができる。

実施の形態２．
実施の形態１では、室内負荷に基づいて除霜運転モードを選択することについて説明した。実施の形態２では、室内負荷ｑｊに加えてさらにシステム使用水量Ｍに基づいて除霜運転モードを選択する制御について説明する。

ここで、システム使用水量Ｍとは、本明細書では、チラーから液ポンプを通して建物中の水配管に循環させる水の総量を言うこととする。建物が建設され、空調装置が設置された後は、システム使用水量Ｍは、基本的には固定値であり変わらない。しかしながら、空調装置が設置される建物ごとに、システム使用水量Ｍは異なる値となり得る。したがって、実施の形態１のシステム使用水量Ｍ（固定値）は、運転開始前に制御装置１００に入力しておく必要がある。

ここで、システム使用水量Ｍは、液ポンプＷＰの出入り口の圧力差で推定することができる。図５は、チラー設置状況を示す概略図である。図６は、水配管における圧力分布を示すグラフである。図５、図６に示すように液ポンプ出口の液圧をＰ１［Ｍｐａ］とし、室内機入口の圧力をＰ２とすると、制御装置１００は、システム使用水量Ｍを下式（５）に従って算出する。
Ｍ＝（Ｐ２−Ｐ１）／ｇ＊Ａ …（５）

なお、式（５）において、液媒体の循環路の断面積をＡ［ｍ^２］とし、水密度をρ［ｋｇ／ｍ^３］とし、重力加速度をｇ［ｍ／ｓ^２］した。

したがって、制御装置１００が圧力差を検出してシステム使用水量Ｍを算出するようにすれば、空調装置設置時にシステム使用水量Ｍを設定する手間が省けて工事が容易となる。

また、システム使用水量Ｍが使用時に変化する場合も考えられる。図７は、システム使用水量Ｍが使用時に変化する空調システムの例を示す図である。

図７において、冷媒が循環する部分（圧縮機１０、水熱交換器２０、膨張弁３０、室外熱交換器４０、配管９０，９２，９４，９６，９７、９８、四方弁９１、配管６２、開閉弁６４）については、図１と同様な構成および動作を行なうので、ここでは説明は繰り返さない。

図７に示す冷凍サイクル装置は、図１の構成において、室内熱交換器２２０に代えて並列接続された室内熱交換器２２０Ａ〜２２０Ｃを含む。室内熱交換器２２０Ａ〜２２０Ｃには、それぞれ、温度センサ２３１Ａ〜２３１Ｃ，２３２Ａ〜２３２Ｃと、流量センサ２３５Ａ〜２３５Ｃと，遮断弁２６４Ａ〜２６４Ｃとが設けられる。

室内熱交換器２２０Ａは、水配管２２１Ａによって水配管２２１と接続される。室内熱交換器２２０Ａは、水配管２２２Ａによって水配管２２２と接続される。遮断弁２６４Ａ、温度センサ２３１Ａおよび流量センサ２３５Ａは、水配管２２２Ａに配置される。温度センサ２３２Ａは、水配管２２１Ａに配置される。

室内熱交換器２２０Ｂは、水配管２２１Ｂによって水配管２２１と接続される。室内熱交換器２２０Ｂは、水配管２２２Ｂによって水配管２２２と接続される。遮断弁２６４Ｂ、温度センサ２３１Ｂおよび流量センサ２３５Ｂは、水配管２２２Ｂに配置される。温度センサ２３２Ｂは、水配管２２１Ｂに配置される。

室内熱交換器２２０Ｃは、水配管２２１Ｃによって水配管２２１と接続される。室内熱交換器２２０Ｃは、水配管２２２Ｃによって水配管２２２と接続される。遮断弁２６４Ｃ、温度センサ２３１Ｃおよび流量センサ２３５Ｃは、水配管２２２Ｃに配置される。温度センサ２３２Ｃは、水配管２２１Ｃに配置される。

また、圧力センサ２３３は、水配管２２１Ａ〜２２１Ｃの分岐前の水配管２２１に配置され、圧力センサ２３４は、水配管２２２Ａ〜２２２Ｃの合流後の水配管２２２に配置される。

このような構成において、室内熱交換器２２０Ａ〜２２０Ｃを使用するか否かによって、制御装置１００Ａは、対応する遮断弁２６４Ａ〜２６４Ｃの開閉を行なう。制御装置１００Ａは、室内熱交換器を使用する場合には使用する室内熱交換器に対応する遮断弁を開き、室内熱交換器を使用しない場合には使用しない室内熱交換器に対応する遮断弁を閉じる。

遮断弁２６４Ａを閉じると、水配管２２１Ａ，２２２Ａおよび室内熱交換器２２０Ａ内の水は循環しなくなるので、水配管２２１，２２２を循環する水量、すなわちシステム使用水量はその分減少する。遮断弁２６４Ｂを閉じると、水配管２２１Ｂ，２２２Ｂおよび室内熱交換器２２０Ｂ内の水は循環しなくなるので、システム使用水量はその分減少する。遮断弁２６４Ｃを閉じると、水配管２２１Ｃ，２２２Ｃおよび室内熱交換器２２０Ｃ内の水は循環しなくなるので、システム使用水量はその分減少する。

したがって、遮断弁２６４Ａ〜２６４Ｃがすべて開いている場合、システム使用水量は最大となる。遮断弁２６４Ａが開で遮断弁２６４Ｂ，２６４Ｃが閉じている場合の様にいずれか１つの遮断弁だけが開いていると、システム使用水量は最小となる。

図７に示す冷凍サイクル装置は、図１に示す冷凍サイクル装置に２つの室内熱交換器を並列的に追加したものである。すなわち、室内熱交換器２２０Ａを図１の室内熱交換器２２０に対応させると、図７に示す冷凍サイクル装置は、液媒体と室内空気との間で熱交換を行なうように構成され、室内熱交換器２２０Ａと並列的に液ポンプＷＰから液媒体が循環される室内熱交換器２２０Ｂ，２２０Ｃと、第２室内熱交換器２２０Ｂ，２２０Ｃへの液媒体の流通を停止する遮断弁２６４Ｂ，２６４Ｃとをさらに備える。なお、図７は３台の室内熱交換器が並列接続された構成を示したが、これには限定されず、並列接続される室内熱交換器の数は２でも、３より多くても良い。

制御装置１００Ａは、室内負荷の大小とシステム使用水量に基づいて、リバース除霜モードとホットガス除霜モードのいずれの除霜モードで除霜運転を行なうかを選択する。リバース除霜モードでは、制御装置１００Ａは、冷房運転と同じ方向で冷媒が循環するように四方弁９１を制御し、かつ開閉弁６４を閉じる。一方、ホットガス除霜モードでは、制御装置１００Ａは、暖房運転と同じ方向で冷媒が循環するように四方弁９１を制御し、かつ開閉弁６４を開く。

図８は、システム使用水量と室内負荷によって、除霜時水温低下量がどのように変化するかを示した図である。

図２では、室内負荷が大きいと、除霜運転時の水温低下量が大きくなることが示された。図８では、これに加えて、システム使用水量が多いと、除霜運転をおこなっても水温が低下しにくい傾向にあることが示される。室内負荷によって一定の熱量が使用されると考えた時、暖房に使用される水量が多いほどそれまで水に吸収された熱量の総和が大きいので、水温に与える影響が小さくなる。

具体的には、図８において、システム使用水量が小、室内負荷が大の場合、ホットガス除霜時の水温低下量はΔＴｗｈＡで示され、リバース除霜時の水温低下量はΔＴｗｒＡで示される。ΔＴｗｈＡを示す線と、ΔＴｗｒＡを示す線とは交わる点がある。したがって、水温低下量を小さく抑えるためには、除霜モードを着霜量に基づいて切替える。検出した着霜量が交点に相当する着霜量より少ないと、ホットガス除霜が使用され、多いとリバース除霜が使用される。

また、システム使用水量が大、室内負荷が大の場合、ホットガス除霜時の水温低下量はΔＴｗｈＢで示され、リバース除霜時の水温低下量はΔＴｗｒＢで示される。ΔＴｗｈＢを示す線と、ΔＴｗｒＢを示す線とは交わる点がある。したがって、水温低下量を小さく抑えるためには、除霜モードを着霜量に基づいて切替える。ただし、ΔＴｗｈＢとΔＴｗｒＢの交点は、ΔＴｗｈＡとΔＴｗｒＡの交点よりも着霜量が大の方向に移動している。

一方、システム使用水量が小、室内負荷が小の場合、ホットガス除霜時の水温低下量はΔＴｗｈＣで示され、リバース除霜時の水温低下量はΔＴｗｒＣで示される。ΔＴｗｈＣを示す線と、ΔＴｗｒＣを示す線とは交わらないので、除霜モードの切替えは発生せず、ホットガス除霜モードが選択される。

同様に、システム使用水量が大、室内負荷が小の場合、ホットガス除霜時の水温低下量はΔＴｗｈＤで示され、リバース除霜時の水温低下量はΔＴｗｒＤで示される。ΔＴｗｈＤを示す線と、ΔＴｗｒＤを示す線とは交わらないので、除霜モードの切替えは発生せず、ホットガス除霜モードが選択される。

上記より、室内負荷が大きい場合は、リバース除霜が選択されやすくなり、システム使用水量が大きい場合、ホットガス除霜が選択されやすくなる傾向がある。

図９は、実施の形態２において制御装置が実行する制御を説明するためのフローチャートである。図９のフローチャートは、図３で説明したフローチャートにおいて、ステップＳ５とステップＳ６との間に、使用水量Ｍを算出するステップＳ２０が追加される。他の処理は、図３と同様であるので、ここでは説明は繰り返さない。

ステップＳ２０では、制御装置１００Ａは、システム使用水量Ｍを算出する。図３の処理では、システム使用水量Ｍは、設計値として予め与えられていた固定値であった。一方、図９の処理では、システム使用水量ＭはステップＳ２０において算出され、ステップＳ８において水温低下量を算出するために用いられる。

その結果、制御装置１００Ａは、ステップＳ９において、室内負荷とシステム使用水量とに基づいて除霜モードを選択する。制御装置１００Ａは、システム使用水量を既出の式（５）によって算出する。なお、システム使用水量Ｍの算出は、設計情報および遮断弁の作動状態に基づいて算出しても良いが、式（５）を使用すれば水配管の長さ等の設計情報を入力する必要がないので、より好ましい。液ポンプの出入り口の圧力差でシステム使用水量Ｍを算出すれば、遮断弁の作動状態等を監視する必要もない。

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、上記した実施の形態の説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味及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室外機、１０圧縮機、２０水熱交換器、３０膨張弁、４０室外熱交換器、６０分岐部、６４開閉弁、６６合流部、６２，９０，９２，９４，９６，９７，９８配管、９１四方弁、１００，１００Ａ制御装置、２０１室内機、２３１，２３１Ａ〜２３１Ｃ，２３２，２３２Ａ〜２３２Ｃ温度センサ、２２０，２２０Ａ，２２０Ｂ，２２０Ｃ室内熱交換器、２２１，２２１Ａ〜２２１Ｃ，２２２，２２２Ａ〜２２２Ｃ，２２３水配管、２３３，２３４圧力センサ、２３５，２３５Ａ〜２３５Ｃ流量センサ、２６４Ａ〜２６４Ｃ遮断弁、ＷＰ液ポンプ。

Claims

冷媒と、液媒体とを熱交換する水熱交換器と、
圧縮機、前記水熱交換器、膨張弁、室外熱交換器を順次接続し、前記膨張弁と前記室外熱交換器との間と前記圧縮機の吐出側とを接続する冷凍サイクル回路と、
前記水熱交換器、ポンプ、室内熱交換器を接続した液媒体循環回路と、を備え、
前記冷凍サイクル回路は、前記圧縮機と前記水熱交換器又は前記圧縮機と前記室外熱交換器との接続を切り換える四方弁と、前記膨張弁と前記室外熱交換器との間と前記圧縮機の吐出側とを接続する配管と、前記配管を流れる前記冷媒の流れを止める弁とを有し、
室内負荷に基づいて、前記弁を開き、前記圧縮機と前記水熱交換器を接続し、前記圧縮機から吐出された冷媒を前記室外熱交換器に流す第１の除霜運転と、前記弁を閉じ、前記圧縮機と前記室外熱交換器を接続し、前記圧縮機から吐出された冷媒を前記室外熱交換器に流す第２の除霜運転と、のいずれかの除霜運転を実行する、
冷凍サイクル装置。
前記室内熱交換器の前記液媒体の出口温度、入口温度をそれぞれ検出する第１、第２温度センサと、
前記液媒体の流量を検出する第１流量センサとをさらに備え、
前記第１、第２温度センサの出力と前記第１流量センサの出力とに基づいて前記除霜運転が選択される、請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
前記室内負荷をｑｊ［ｋＷ］とし、前記液媒体の流量をＱ１［ｋｇ／ｓ］とし、前記出口温度をＴ１［℃］とし、前記入口温度をＴ２［℃］とし、水の比熱をＣｐｗ［ｋＪ／ｋｇ℃］とすると、
前記室内負荷は、式ｑｊ＝Ｑ１＊（Ｔ１−Ｔ２）＊Ｃｐｗ、によって算出される、請求項２に記載の冷凍サイクル装置。
前記液媒体と室内空気との間で熱交換を行なうように構成され、前記室内熱交換器と並列的に前記ポンプから前記液媒体が循環される第２室内熱交換器と、
前記第２室内熱交換器の前記液媒体の出口温度、入口温度をそれぞれ検出する第３、第４温度センサと、
前記第２室内熱交換器に流れる前記液媒体の流量を検出する第２流量センサとをさらに備える、請求項２に記載の冷凍サイクル装置。
前記除霜運転は、前記室内負荷とシステム使用水量とに基づいて選択される、請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
前記システム使用水量をＭとし、前記ポンプの出口液圧をＰ１［Ｍｐａ］とし、前記ポンプの入口液圧をＰ２［Ｍｐａ］とし、前記液媒体の循環路の断面積をＡ［ｍ^２］とし、重力加速度をｇ［ｍ／ｓ^２］とすると、前記システム使用水量は、式Ｍ＝（Ｐ２−Ｐ１）／ｇ＊Ａ、によって算出される、請求項５に記載の冷凍サイクル装置。
前記液媒体と室内空気との間で熱交換を行なうように構成され、前記室内熱交換器と並列的に前記ポンプから前記液媒体が循環される第２室内熱交換器と、
前記第２室内熱交換器への液媒体の流通を停止する遮断弁とをさらに備える、請求項５に記載の冷凍サイクル装置。