JP7150177B2 - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

Description

本発明は、冷凍サイクル装置に関する。

従来、ヒートポンプなどの熱源機により冷水または温水を生成し、送水ポンプおよび配管で室内機へ搬送して室内の冷暖房を行なう間接式の空気調和装置が知られている。

このような間接式の空気調和装置は、利用側の熱媒体として水またはブラインを使用するので、近年、使用冷媒量を削減するために注目されている。

特開２０１３－１０８７３２号公報には、２台以上のヒートポンプが同時期に除霜運転することを極力回避し、水配管内の水温の低下を防止することが可能なヒートポンプシステムの除霜運転方法が開示されている。

特開２０１３－１０８７３２号公報

特開２０１３－１０８７３２号公報に示された除霜運転方法のように、２台以上のヒートポンプが同時期に除霜運転することを回避する場合には、水の熱を利用する水負荷装置の負荷変動の可能性を考慮しないと水温が低下する可能性がある。たとえば、２台以上のヒートポンプの除霜期間が重なって水温が低下したり、後から除霜するヒートポンプの除霜開始を遅らせることによるヒートポンプの能力低下によって水温が低下したりする可能性がある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、水又はブラインなどの熱媒体の温度を制御する複数台の冷凍サイクルユニットの除霜期間の重なりを回避しつつ、熱媒体の温度低下を抑制することができる冷凍サイクル装置を提供することを目的とする。

本開示は、冷凍サイクル装置に関する。冷凍サイクル装置は、各々が冷媒を使用する互いに独立した冷媒回路を有し、共通する熱媒体の循環路に配置され、熱媒体の温度を制御する第１冷凍サイクルユニットおよび第２冷凍サイクルユニットと、第１冷凍サイクルユニットおよび第２冷凍サイクルユニットの暖房運転時の暖房容量と除霜運転時の除霜容量とを制御する制御装置とを備える。制御装置は、第１除霜開始条件が成立した場合に、第１冷凍サイクルユニットの除霜運転における除霜容量を決定するとともに除霜運転を開始する。

第１冷凍サイクルユニットの除霜容量は、第１判定条件を満たす範囲内、かつ第２判定条件を満たす範囲内で決定される。第１判定条件は、第１除霜開始条件が成立した時点における熱媒体の熱を利用する負荷装置の負荷容量と第１冷凍サイクルユニットの除霜容量との合計が、第２冷凍サイクルユニットの暖房容量を超えないという条件である。第２判定条件は、直前に第２冷凍サイクルユニットの除霜運転が終了した時点から第１除霜開始条件が成立した時点までのユニット間除霜インターバルと第１冷凍サイクルユニットの除霜期間との合計が、第２冷凍サイクルユニットが上限暖房容量で運転した場合の第２冷凍サイクルユニットの最短除霜インターバルを超えないという条件である。

本開示の冷凍サイクル装置によれば、除霜開始時に除霜容量が適切に決定されるので、熱媒体の温度を制御する複数台の冷凍サイクルユニットの除霜期間の重なりを回避しつつ熱媒体の温度低下を抑制することができる。

本実施の形態に係る空気調和装置の構成を示す図である。 除霜期間に重なりが生じた場合の水温の変化について説明するための波形図である。 暖房時における暖房容量と負荷装置における負荷容量を示す図である。 除霜容量および暖房容量を調整しない場合の除霜時における暖房容量と負荷装置における負荷容量を示す図である。 除霜容量および暖房容量を調整した場合の除霜時における暖房容量と負荷装置における負荷容量を示す図である。 除霜容量および暖房容量を調整した場合の水温の変化について説明するための波形図である。 空気調和装置の制御を行なう制御装置と制御装置を遠隔制御するリモコンの構成を示す図である。 第１冷凍サイクルユニット２０１の除霜時の制御について説明するためのフローチャートである。 図８のステップＳ３の処理の詳細について説明するためのフローチャートである。 第２冷凍サイクルユニット２０２の除霜時の制御について説明するためのフローチャートである。 図１０のステップＳ１０３の処理の詳細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その説明は繰返さない。

図１は、本実施の形態に係る空気調和装置の構成を示す図である。図１を参照して、空気調和装置１は、熱源機２と、負荷装置３と、配管４，５とポンプ６とを備える。熱源機２は、第１冷凍サイクルユニット２０１と第２冷凍サイクルユニット２０２とを備える冷凍サイクル装置である。

第１冷凍サイクルユニット２０１と第２冷凍サイクルユニット２０２の各々においては、冷媒の循環経路が形成されている。また、配管４，５およびポンプ６によって熱源機２と負荷装置３との間において熱媒体が循環する。以下の説明において、熱媒体として水を例示する。なお、熱媒体はブラインなどであっても良い。また、説明の簡単のため、熱媒体の温度を水温と記載することもある。

第１冷凍サイクルユニット２０１および第２冷凍サイクルユニット２０２は、水の循環経路に直列に接続され、ともに水に対する熱源または冷熱源として作動するように構成される。

第１冷凍サイクルユニット２０１は、圧縮機１１と、四方弁１２と、第１熱交換器１３と、ファン１４と電子膨張弁１５と、第２熱交換器１６とを含む。

第２冷凍サイクルユニット２０２は、圧縮機２１と、四方弁２２と、第１熱交換器２３と、ファン２４と電子膨張弁２５と、第２熱交換器２６とを含む。

圧縮機１１，２１は、冷媒を圧縮する。第１熱交換器１３，２３は、冷媒とファン１４，２４で送風される外気との間で熱交換を行なう。第２熱交換器１６，２６は、冷媒と水との間で熱交換を行なう。第２熱交換器１６，２６として、たとえば、プレート熱交換器を用いることができる。

図１には、四方弁１２，２２が暖房を行なうように設定されている場合が示される。この場合、第１冷凍サイクルユニット２０１および第２冷凍サイクルユニット２０２は、熱源として作用する。四方弁１２，２２を切替えて冷媒の循環方向を逆向きにすれば、冷房または除霜を行なう場合となり、第１冷凍サイクルユニット２０１および第２冷凍サイクルユニット２０２は冷熱源として作用する。

熱源機２と負荷装置３とは、水を流通させる配管４，５によって接続されている。負荷装置３は、室内機３０と、室内機４０と、室内機５０とを含む。室内機３０，４０，５０は、互いに並列的に配管４と配管５との間に接続されている。

室内機３０は、熱交換器３１と、室内空気を熱交換器３１に送るためのファン３２と、水の流量を調整する流量調整弁３３とを含む。熱交換器３１は、水と室内空気との熱交換を行なう。

室内機４０は、熱交換器４１と、室内空気を熱交換器４１に送るためのファン４２と、水の流量を調整する流量調整弁４３とを含む。熱交換器４１は、水と室内空気との熱交換を行なう。

室内機５０は、熱交換器５１と、室内空気を熱交換器５１に送るためのファン５２と、水の流量を調整する流量調整弁５３とを含む。熱交換器５１は、水と室内空気との熱交換を行なう。

なお、ポンプ６と、直列接続された第２熱交換器１６，２６と、互いに並列接続された熱交換器３１、熱交換器４１、熱交換器５１と、によって水を利用した水回路が形成されている。また、本実施の形態においては２台の冷凍サイクルユニットと３台の室内機を有する空気調和装置を例に挙げている。ただし、冷凍サイクルユニットの数は３台以上であっても良く、室内機の台数は何台であってもよい。

第１冷凍サイクルユニット２０１および第２冷凍サイクルユニット２０２に分散配置された制御部１７，２７は、連携して制御装置１００として動作する。制御装置１００は、図示しないリモコン等からの設定と、圧力センサおよび温度センサの出力とに応じて圧縮機１１，２１、四方弁１２，２２、ファン１４，２４、電子膨張弁１５，２５を制御する。

また、負荷装置３は、室内機３０，４０，５０にそれぞれ対応する制御部３４，４４，５４を備える。制御部３４，４４，５４は、流量調整弁３３，４３，５３およびファン３２，４２，５２をそれぞれ制御する。

なお、制御部１７，２７，３４，４４，５４のいずれか１つが制御装置として制御を行なっても良い。その場合制御装置は、他の制御部が検出したデータに基づいて圧縮機１１，２１、四方弁１２，２２、ファン１４，２４、電子膨張弁１５，２５，ポンプ６、流量調整弁３３，４３，５３およびファン３２，４２，５２を制御する。

図２は、除霜期間に重なりが生じた場合の水温の変化について説明するための波形図である。図１、図２を参照して、時刻ｔ０～ｔ１では、第１冷凍サイクルユニット２０１は、圧縮機１１の運転周波数ｆ０で暖房運転を行なっており、第２冷凍サイクルユニット２０２は、圧縮機２１の運転周波数ｆ１（ｆ１＞ｆ０）で除霜運転を行なっている。

除霜期間はなるべく短い方が良いため、除霜時の圧縮機の運転周波数ｆ１は、運転時に許容される上限周波数に設定される。

時刻ｔ１において、第２冷凍サイクルユニット２０２の除霜運転が終了し、時刻ｔ１～ｔ２では、第１冷凍サイクルユニット２０１および第２冷凍サイクルユニット２０２は、ともに暖房運転を行なう。

時刻ｔ２において、第１冷凍サイクルユニット２０１の除霜運転開始条件が成立する。時刻ｔ２～ｔ３では、第１冷凍サイクルユニット２０１は、圧縮機１１の運転周波数ｆ１で除霜運転を行なっており、第２冷凍サイクルユニット２０２は、圧縮機２１の運転周波数ｆ０（ｆ１＞ｆ０）で暖房運転を行なっている。

時刻ｔ３において、第１冷凍サイクルユニット２０１の除霜運転が終了し、時刻ｔ３～ｔ４では、第１冷凍サイクルユニット２０１および第２冷凍サイクルユニット２０２は、ともに暖房運転を行なう。

しかし、第１冷凍サイクルユニット２０１および第２冷凍サイクルユニット２０２において各々独立して除霜運転開始の判断を行なうと、除霜期間が重なってしまう場合がある。図２に示す例では、時刻ｔ４～ｔ６において第２冷凍サイクルユニット２０２が除霜運転を行ない、時刻ｔ５～ｔ７において第１冷凍サイクルユニット２０１が除霜運転を行なっている。したがって、時刻ｔ５～ｔ６においては、第１冷凍サイクルユニット２０１および第２冷凍サイクルユニット２０２の除霜期間が重なってしまう。

このような運転が行なわれた場合には、第１冷凍サイクルユニット２０１および第２冷凍サイクルユニット２０２を通過し、熱源機２の出口から配管４に送出される水温は、図２下段に示すように変化する。すなわち、時刻ｔ０～ｔ１，ｔ２～ｔ３、ｔ４～ｔ５、ｔ６～ｔ７のように１台の冷凍サイクルユニットが除霜運転を行なう期間では、温度Ｔ２からＴ１に水温が低下し、２台の冷凍サイクルユニットの除霜運転期間が重なる時刻ｔ５～ｔ６では、さらに水温がＴ０に低下してしまう。

このような水温の低下を抑制するために、本実施の形態では、２台の第１冷凍サイクルユニット２０１および第２冷凍サイクルユニット２０２から負荷装置３に水を介して供給される熱量が変化しないように、制御装置１００が第１冷凍サイクルユニット２０１、２０２の暖房容量、除霜容量を調整する。さらに、そのように除霜容量の調整を行なった場合に、制御装置１００は、予め除霜期間が重なるか否かを予測し、除霜期間が重なることが避けられない場合には、除霜期間が重ならないことを優先させるように除霜容量を決定する。

以下、図３～図５を用いて暖房容量および除霜容量の調整について説明する。ここで、説明の簡単のため、第１冷凍サイクルユニット２０１および第２冷凍サイクルユニット２０２の能力が等しい場合を例にして、圧縮機の上限周波数での冷凍サイクルユニットの１台あたりの暖房容量を１００％として、説明する。

図３は、暖房時における暖房容量と負荷装置における負荷容量を示す図である。図３では、第１冷凍サイクルユニット２０１および第２冷凍サイクルユニット２０２はともに暖房運転をしており、各暖房容量は４０％である。したがって、合計８０％分の暖房容量に相当する熱が水の循環路に投入される。一方、負荷装置３は、この８０％に相当する熱を用いて暖房を行なっている。したがって、第１冷凍サイクルユニット２０１および第２冷凍サイクルユニット２０２から水の循環路に投入される熱と水の循環路から負荷装置３に放出される熱は、収支がゼロとなるので、熱源機２の出口における水温は一定である。

図４は、除霜容量および暖房容量を調整しない場合の除霜時における暖房容量と負荷装置における負荷容量を示す図である。

通常は、なるべく除霜を早期に終了させるため、第１冷凍サイクルユニット２０１の除霜容量は圧縮機の上限周波数に相当する１００％に設定される。このときに、第２冷凍サイクルユニット２０２の暖房容量が図３に示した状態のまま４０％に維持されていると、水の循環路の熱収支は、ΔＱ＝４０％－１００％－８０％となり－１２０％に相当する熱が水の循環路から持ち出される。したがって、水温は低下する。このとき仮に第２冷凍サイクルユニット２０２の暖房容量を１００％に増加させたとしても、－８０％に相当する熱が水の循環路から持ち出される。

このような温度低下を防ぐため、本実施の形態では、除霜容量および暖房容量が調整される。図５は、除霜容量および暖房容量を調整した場合の除霜時における暖房容量と負荷装置における負荷容量を示す図である。

負荷装置に放出される熱は、図３から８０％に相当する量である。この熱と同じ熱が第１冷凍サイクルユニット２０１および第２冷凍サイクルユニット２０２によって水の循環路に投入されていれば、水温は一定に維持される。

まず、制御装置１００は、除霜しない側の第２冷凍サイクルユニット２０２の暖房容量を圧縮機の上限周波数に相当する１００％に引き上げる。このとき、負荷装置側で８０％に相当する熱が使用されるので、水温を変化させないためには、第１冷凍サイクルユニット２０１の除霜容量を２０％に下げれば良い。これにより、水の循環路の熱収支は、ΔＱ＝１００％－２０％－８０％となりゼロとなる。したがって、水温は変化しない。本実施の形態では、除霜期間に重なりが生じない限りは、このような調整が実施される。

図６は、除霜容量および暖房容量を調整した場合の水温の変化について説明するための波形図である。時刻ｔ１０～ｔ１３までは、除霜容量を１００％とした場合の第２冷凍サイクルユニット２０２の除霜例を示す。また、ｔ１３以降は、除霜容量が調整された場合の第１冷凍サイクルユニット２０１の除霜例を示す。

まず時刻ｔ１０～ｔ１１では、第２冷凍サイクルユニット２０２が除霜運転を行なっており、第１冷凍サイクルユニット２０１は暖房運転を行なっている。第２冷凍サイクルユニット２０２の除霜容量が１００％に設定され、水温の低下をなるべく少なくするように第１冷凍サイクルユニット２０１の暖房容量も１００％に設定される。このとき、第１冷凍サイクルユニット２０１および第２冷凍サイクルユニット２０２の圧縮機周波数はＦｍａｘに設定される。この期間では、負荷装置３に対して水の循環路から放熱されているので、熱収支はマイナスとなり、熱源機２の出口の水温はＴ１０に低下している。時刻ｔ１１～ｔ１２では、第１冷凍サイクルユニット２０１および第２冷凍サイクルユニット２０２は、ともに暖房運転を行なっている。このとき、第１冷凍サイクルユニット２０１および第２冷凍サイクルユニット２０２の暖房容量の合計が負荷装置３の負荷容量に等しくなるように、圧縮機周波数がＦｈ_ave1，Ｆｈ _ave2 に定められる。この間は、水温は、Ｔ１１で安定している。

時刻ｔ１２～ｔ１３においても、時刻ｔ１０～ｔ１１と同様に第２冷凍サイクルユニット２０２の除霜が実行され、水温がＴ１０に低下している。

以上において、第２冷凍サイクルユニット２０２の制御部２７は、時刻ｔ１１の除霜終了から時刻ｔ１２の除霜開始までの期間である除霜インターバルＴｉｎｔｈ₂を記憶する。

時刻ｔ１４では、第１冷凍サイクルユニット２０１において除霜運転開始条件が成立する。本実施の形態では、負荷容量、暖房容量、除霜容量がバランスするように、第１冷凍サイクルユニット２０１の除霜開始タイミングで各容量の推定及び調整が行なわれる。

図３で説明したように、除霜開始タイミングにおいて、第１冷凍サイクルユニット２０１および第２冷凍サイクルユニット２０２の暖房容量の合計値を計算することで、除霜中の負荷装置側の負荷容量を推定することができる。

制御部１７は制御部２７と連携し、図５で説明した調整後の除霜容量を算出すると共に、この調整後の除霜容量で除霜を行なった場合の除霜期間Ｔｉｎｔｄ_１と、２つの冷凍サイクルユニット間の除霜終了と除霜開始の時間差（以下、ユニット間除霜インターバルという）Ｔｉｎｔ_２１との合計が最短除霜インターバルＴｉｎｔｈ_min2より短いか否かを判断する。

着霜量が同じであるとすれば除霜容量を減少させると除霜期間が延びるはずである。除霜容量に除霜期間が反比例すると仮定すると、変更後の除霜期間は、もとの除霜容量に対して変更した除霜容量の比率の逆数を掛けた値となる。たとえば、図４と図５に示した例では、除霜容量が１００％から２０％に減少しており、このとき除霜期間は、５倍に伸びる。

また、除霜インターバルは、除霜する冷凍サイクルユニットのインターバル（除霜終了から除霜開始までの時間差）である。暖房容量が増加すると、着霜量が増加するため除霜インターバルは短縮されると仮定する。よって、最短の除霜インターバルＴｉｎｔｈ_min2は、直前の暖房容量と上限の暖房容量との比率を直前の除霜インターバルＴｉｎｔｈ₂に掛けた値となる。たとえば、暖房容量を５０％から１００％に増加させると、除霜インターバルは、２分の１に短縮される。

除霜時の圧縮機周波数の低減を考慮した除霜期間Ｔｉｎｔｄ₁が、最短除霜インターバルＴｉｎｔｈ_min2とユニット間除霜インターバルＴｉｎｔ₂₁の合計値以下に収まっていればよい。そうすれば、負荷装置３の負荷容量が増加するなどして、これに伴い暖房容量が増加する場合にも、第１冷凍サイクルユニット２０１および第２冷凍サイクルユニット２０２の除霜開始タイミングが同時となることはない。

図６では、Ｔｉｎｔｈ_min2＞Ｔｉｎｔｄ₁＋Ｔｉｎｔ₂₁であったため、時刻ｔ１４～ｔ１５では、除霜容量を低減させた結果、第１冷凍サイクルユニット２０１の圧縮機周波数はｄｅｆＨｚ_１に低下している。代わりに、第１冷凍サイクルユニット２０１の除霜期間（ｔ１４～ｔ１５）は、直前の第２冷凍サイクルユニット２０２の除霜期間（ｔ１２～ｔ１３）よりも伸びている。

時刻ｔ１５では、第１冷凍サイクルユニット２０１の除霜が完了し、時刻ｔ１５～ｔ１６では、時刻ｔ１１～ｔ１２と同じ暖房容量で第１冷凍サイクルユニット２０１および第２冷凍サイクルユニット２０２が暖房運転している。

時刻ｔ１６では、第２冷凍サイクルユニット２０２において除霜運転開始条件が成立する。このときは、負荷容量、暖房容量、除霜容量がバランスするように、第２冷凍サイクルユニット２０２の除霜開始タイミングで各容量の推定及び調整が時刻ｔ１４と同様に行なわれる。そして、時刻ｔ１６～ｔ１７において第２冷凍サイクルユニット２０２の除霜運転が実行される。

以上図６の時刻ｔ１３以降に示すように、本実施の形態の冷凍サイクル装置では、２台の冷凍サイクルユニットの同時除霜を回避しつつ、除霜の容量を低減するため、除霜時の水温の低下を抑制することができる。

図７は、空気調和装置の制御を行なう制御装置と制御装置を遠隔制御するリモコンの構成を示す図である。図７を参照して、リモコン３００は、入力装置３０１と、プロセッサ３０２と、送信装置３０３とを含む。入力装置３０１は、ユーザが室内機のＯＮ／ＯＦＦを切り替える押しボタン、設定温度を入力するボタン等を含む。送信装置３０３は、制御装置１００と通信を行なうためのものである。プロセッサ３０２は、入力装置３０１から与えられた入力信号に従って、送信装置３０３を制御する。

制御装置１００は、リモコンからの信号を受信する受信装置１０１と、プロセッサ１０２と、メモリ１０３とを含む。

メモリ１０３は、たとえば、ＲＯＭ（Read Only Memory）と、ＲＡＭ（Random Access Memory）と、フラッシュメモリとを含んで構成される。なお、フラッシュメモリには、オペレーティングシステム、アプリケーションプログラム、各種のデータが記憶される。

プロセッサ１０２は、空気調和装置１の全体の動作を制御する。なお、図１に示した制御装置１００は、プロセッサ１０２がメモリ１０３に記憶されたオペレーティングシステムおよびアプリケーションプログラムを実行することにより実現される。なお、アプリケーションプログラムの実行の際には、メモリ１０３に記憶されている各種のデータが参照される。受信装置１０１は、リモコン３００との通信を行なうためのものである。複数の室内機がある場合には、受信装置１０１は複数の室内機の各々に設けられる。

なお、図１に示すように制御装置が複数の制御部に分割されている場合には、複数の制御部の各々にプロセッサが含まれる。このような場合には、複数のプロセッサが連携して空気調和装置１の全体制御を行なう。

図８は、第１冷凍サイクルユニット２０１の除霜時の制御について説明するためのフローチャートである。図９は、図８のステップＳ３の処理の詳細について説明するためのフローチャートである。

図８、図９のフローチャートの処理は、制御部１７と制御部２７とが連携した制御装置１００において実行される。なお、以下の説明の数式等において、添え字の１，２は、それぞれ第１冷凍サイクルユニット２０１および第２冷凍サイクルユニット２０２を示し、aveは平均、maxは最大、minは最小を示す。

ステップＳ１において、制御装置１００は、第１冷凍サイクルユニット２０１の圧縮機１１の暖房時の平均周波数の実績値を算出する。具体的には、以下の式（１）～（３）に示す順序で平均周波数Ｆｈ_ave1が算出される。
Ｔｈ₁＝Σdth₁ …（１）
Ｆｈ₁＝Σdfh₁ …（２）
Ｆｈ_ave1＝Ｆｈ₁／Ｔｈ₁ …（３）
式（１）では、暖房時間が積算され、積算時間Ｔｈ₁が算出される。式（２）では、単位時間あたりの圧縮機１１の運転周波数が積算され、周波数の積算値Ｆｈ₁が算出される。式（３）では、積算値Ｆｈ₁を積算時間Ｔｈ₁で割ることによって、暖房運転時における圧縮機１１の平均周波数Ｆｈ_ave1が算出される。

ステップＳ２では、制御装置１００は、第１冷凍サイクルユニット２０１の除霜開始条件が成立するか否かを判断する。たとえば、除霜開始条件は、蒸発器として働いている第１熱交換器１３の出口または圧縮機１１の入口における冷媒温度、すなわち蒸発温度がしきい値を下回った場合に成立する。

ステップＳ２において、除霜開始条件が成立しない場合には、ステップＳ１における平均周波数Ｆｈ_ave1の算出が継続される。一方、ステップＳ２において、除霜開始条件が成立した場合には、ステップＳ３において第２冷凍サイクルユニット２０１の圧縮機１１の除霜期間における運転周波数が決定される。

ステップＳ２において、除霜開始条件が成立したときは、図６における時刻ｔ１４に相当する。次のステップＳ３の処理の詳細が図９に示される。

まずステップＳ３１において、制御装置１００は、式（４）によって、第２冷凍サイクルユニット２０２の最短除霜インターバルＴｉｎｔｈ_min2を算出する。
Ｔｉｎｔｈ_min2＝Ｔｉｎｔｈ₂×Ｆｈ_ave2／Ｆｈ_max2 …（４）
そして、ステップＳ３２において、制御装置１００は、式（５）によって、ユニット間除霜インターバルＴｉｎｔ₂₁を算出する。ここで、time2_d-hは、第２冷凍サイクルユニット２０２が除霜から暖房に移行した時刻を示し、図６の時刻ｔ１３に該当する。また、time1_h-dは、第１冷凍サイクルユニット２０１が暖房から除霜に移行した時刻を示し、図６の時刻ｔ１４に該当する。ユニット間除霜インターバルＴｉｎｔ₂₁は、言い換えると、除霜運転の合間において、２台の冷凍サイクルユニットがともに暖房を行なっている期間である。
Ｔｉｎｔ₂₁＝（time1_h-d－time2_d-h） …（５）
さらにステップＳ３３において、制御装置１００は、式（６）によって、水温を変化させないようにするための第１冷凍サイクルユニット２０１の除霜運転容量ｄｅｆＱ₁を計算する。式（６）の第１項は、図５において除霜時に暖房運転を維持する第２冷凍サイクルユニット２０２の最大暖房容量１００％である。式（６）の第２項は、第１冷凍サイクルユニット２０１および第２冷凍サイクルユニット２０２がともに暖房運転を行なっていた直前の期間において負荷装置３に送られていた負荷容量である。この負荷容量は、図３では、４０％＋４０％に相当する。
ｄｅｆＱ₁＝100－［（Ｆｈ_ave2／Ｆｈ_max2+Ｆｈ_ave1／Ｆｈ_max1）×100］ …（６）
続いてステップＳ３４において、制御装置１００は、式（７）によって、除霜運転容量変更時の第１冷凍サイクルユニット２０１の除霜運転期間を予測する。なお、ｔｄ₁は、直前の第１冷凍サイクルユニット２０１の除霜運転期間を示す。
Ｔｉｎｔｄ_１＝ｔｄ₁×（ｄｅｆＱ₁／100）／（Ｆｄ_ave1／Ｆｄ_max1） …（７）
さらにステップＳ３５において、制御装置１００は、式（８）によって、ユニット間除霜インターバルと除霜運転時間との合計時間Ｔｔ₁を算出する。
Ｔｔ₁＝Ｔｉｎｔ₂₁+Ｔｉｎｔｄ₁ …（８）
そして、ステップＳ３６において、制御装置１００は、ステップＳ３３で計算した除霜運転容量ｄｅｆＱ₁が正であるか否かを判断する。ｄｅｆＱ₁＞０である場合（Ｓ３６でＹＥＳ）、ステップＳ３７において、制御装置１００は、第２冷凍サイクルユニット２０２の最短除霜インターバルＴｉｎｔｈ_min2が合計時間Ｔｔ₁よりも長いか否かを判断する。

Ｔｉｎｔｈ_min2＞Ｔｔ₁である場合（Ｓ３７でＹＥＳ）、制御装置１００は、式（９）によって、除霜時の圧縮機１１の運転周波数ｄｅｆＨｚ₁を算出し、除霜運転に適用する。
ｄｅｆＨｚ₁＝(ｄｅｆＱ₁／100)×Ｆｄ_max1 …（９）
この運転周波数ｄｅｆＨｚ₁は、図６の時刻ｔ１４～ｔ１５における圧縮機１１の運転周波数に該当する。

一方、ステップＳ３６またはＳ３７において、条件が成立しなかった場合は（Ｓ３６でＮＯまたはＳ３７でＮＯ）、ステップＳ３９において、制御装置１００は、除霜時の圧縮機１１の運転周波数を最大値Ｆ_maxに設定する。この場合は、図６の時刻ｔ１０～ｔ１１、ｔ１２～ｔ１３において第２冷凍サイクルユニット２０２について実行されたと同様な除霜運転が実行される。

再び図８に戻って、ステップＳ３において圧縮機１１の除霜時の運転周波数が決定されると、ステップＳ４において、制御装置１００は、第１冷凍サイクルユニット２０１の除霜開始時刻time1_h-dを記憶し、除霜運転を開始する。除霜運転中は、除霜終了条件が成立しない場合（Ｓ６でＮＯ）、ステップＳ５において、圧縮機１１の除霜時平均周波数の実績値の算出が以下の式（１０）、式（１１）、式（１２）の順に行なわれる。
Ｔｄ₁＝Σdtd₁ …（１０）
Ｆｄ₁＝Σdfd₁ …（１１）
Ｆｄ_ave1＝Ｆｄ₁／Ｔｄ₁ …（１２）
ステップＳ６において除霜終了条件が成立した場合、制御装置１００は、ステップＳ７において除霜終了時刻time1_d-hを記憶するとともに、除霜運転を終了し、暖房運転再開させる。さらに、ステップＳ８において除霜インターバルＴｉｎｔｈ₁を、式（１３）によって計算する。
Ｔｉｎｔｈ₁＝（time1_h-d－time1_d-h） …（１３）
計算した除霜インターバルＴｉｎｔｈ₁は、ステップＳ９において、以前記憶されていた除霜インターバルから更新され、次回の除霜開始条件成立時における除霜運転の圧縮機の運転周波数の算出および適用の判断に用いられる。

以上説明した図８、図９では、第１冷凍サイクルユニット２０１の除霜開始条件が成立した場合に、どのように除霜容量が仮決定され、仮決定された除霜容量で除霜運転を行なった場合に、除霜期間の重なりが生じるか否かを予測し、除霜期間の重なりが生じない場合に仮決定した除霜容量を適用することを説明した。

同様な処理は、第２冷凍サイクルユニット２０２の除霜開始条件が成立した場合にも実行される。

図１０は、第２冷凍サイクルユニット２０２の除霜時の制御について説明するためのフローチャートである。図１１は、図１０のステップＳ１０３の処理の詳細について説明するためのフローチャートである。

図１０、図１１のフローチャートの処理は、制御部１７と制御部２７とが連携した制御装置１００において実行される。

ステップＳ１０１において、制御装置１００は、第２冷凍サイクルユニット２０２の圧縮機２１の暖房時の平均周波数の実績値を算出する。具体的には、以下の式（２１）～（２３）に示す順序で平均周波数Ｆｈ_ave2が算出される。
Ｔｈ₂＝Σdth₂ …（２１）
Ｆｈ₂＝Σdfh₂ …（２２）
Ｆｈ_ave2＝Ｆｈ₂／Ｔｈ₂ …（２３）
式（２１）では、暖房時間が積算され、積算時間Ｔｈ₂が算出される。式（２２）では、単位時間あたりの圧縮機２１の運転周波数が積算され、周波数の積算値Ｆｈ₂が算出される。式（２３）では、積算値Ｆｈ₂を積算時間Ｔｈ₂で割ることによって、暖房運転時における圧縮機２１の平均周波数Ｆｈ_ave2が算出される。

ステップＳ１０２では、制御装置１００は、第２冷凍サイクルユニット２０２の除霜開始条件が成立するか否かを判断する。たとえば、除霜開始条件は、蒸発器として働いている第１熱交換器２３の出口または圧縮機２１の入口における冷媒温度、すなわち蒸発温度がしきい値を下回った場合に成立する。

ステップＳ１０２において、除霜開始条件が成立しない場合には、ステップＳ１０１における平均周波数Ｆｈ_ave2の算出が継続される。一方、ステップＳ１０２において、除霜開始条件が成立した場合には、ステップＳ１０３において第２冷凍サイクルユニット２０２の圧縮機２１の除霜期間における運転周波数が決定される。

ステップＳ１０２において、除霜開始条件が成立したときは、図６における時刻ｔ１６に相当する。次のステップＳ１０３の処理の詳細が図１１に示される。

まずステップＳ１３１において、制御装置１００は、式（２４）によって、第１冷凍サイクルユニット２０１の最短除霜インターバルＴｉｎｔｈ_min1を算出する。
Ｔｉｎｔｈ_min1＝Ｔｉｎｔｈ₁×Ｆｈ_ave1／Ｆｈ_max1 …（２４）
そして、ステップＳ１３２において、制御装置１００は、式（２５）によって、ユニット間除霜インターバルＴｉｎｔ₁₂を算出する。ここで、time1_d-hは、第１冷凍サイクルユニット２０１が除霜から暖房に移行した時刻を示し、図６の時刻ｔ１５に該当する。また、time2_h-dは、第２冷凍サイクルユニット２０２が暖房から除霜に移行した時刻を示し、図６の時刻ｔ１６に該当する。ユニット間除霜インターバルＴｉｎｔ₁₂は、言い換えると、除霜運転の合間において、２台の冷凍サイクルユニットがともに暖房を行なっている期間である。
Ｔｉｎｔ₁₂＝（time2_h-d－time1_d-h） …（２５）
さらにステップＳ１３３において、制御装置１００は、式（２６）によって、水温を変化させないようにするための第２冷凍サイクルユニット２０２の除霜運転容量ｄｅｆＱ₂を計算する。式（２６）の第１項は、図５の逆で第１冷凍サイクルユニット２０１が暖房運転を行ない、第２冷凍サイクルユニット２０２が除霜運転を行なう場合において、除霜時に暖房運転を維持する第１冷凍サイクルユニット２０１の最大暖房容量１００％である。式（２６）の第２項は、第１冷凍サイクルユニット２０１および第２冷凍サイクルユニット２０２がともに暖房運転を行なっていた直前の期間において負荷装置３に送られていた負荷容量である。この負荷容量は、図３では、４０％＋４０％に相当する。
ｄｅｆＱ₂＝100－［（Ｆｈ_ave1／Ｆｈ_max1+Ｆｈ_ave2／Ｆｈ_max2）×100］ …（２６）
続いてステップＳ１３４において、制御装置１００は、式（２７）によって、除霜運転容量変更時の第２冷凍サイクルユニット２０２の除霜運転時間を予測する。
Ｔｉｎｔｄ₂＝ｔｄ₂×（ｄｅｆＱ₂／100）／（Ｆｄ_ave2／Ｆｄ_max2） …（２７）
さらにステップＳ１３５において、制御装置１００は、式（２８）によって、ユニット間除霜インターバルと除霜運転時間との合計時間Ｔｔ₂を算出する。
Ｔｔ₂＝Ｔｉｎｔ₁₂+Ｔｉｎｔｄ₂ …（２８）
そして、ステップＳ１３６において、制御装置１００は、ステップＳ１３３で計算した除霜運転容量ｄｅｆＱ₂が正であるか否かを判断する。ｄｅｆＱ₂＞０である場合（Ｓ１３６でＹＥＳ）、ステップＳ１３７において、制御装置１００は、第１冷凍サイクルユニット２０１の最短除霜インターバルＴｉｎｔｈ_min1が合計時間Ｔｔ₂よりも長いか否かを判断する。

Ｔｉｎｔｈ_min1＞Ｔｔ₂である場合（Ｓ３７でＹＥＳ）、制御装置１００は、式（２９）によって、除霜時の圧縮機２１の運転周波数ｄｅｆＨｚ₂を算出し、除霜運転に適用する。
ｄｅｆＨｚ₂＝(ｄｅｆＱ₂／100)×Ｆｄ_max2 …（２９）
この運転周波数ｄｅｆＨｚ₂は、図６の時刻ｔ１６～ｔ１７における圧縮機２１の運転周波数に該当する。

一方、ステップＳ１３６またはＳ１３７において、条件が成立しなかった場合は（Ｓ１３６でＮＯまたはＳ１３７でＮＯ）、ステップＳ１３９において、制御装置１００は、除霜時の圧縮機２１の運転周波数を最大値Ｆ_maxに設定する。この場合は、図６の時刻ｔ１０～ｔ１１、ｔ１２～ｔ１３において第１冷凍サイクルユニット２０１に対して実行されたと同様な除霜運転が第２冷凍サイクルユニット２０２に対して実行される。

再び図１０に戻って、ステップＳ１０３において圧縮機２１の除霜時の運転周波数が決定されると、ステップＳ１０４において、制御装置１００は、第２冷凍サイクルユニット２０２の除霜開始時刻time2_h-dを記憶し、除霜運転を開始する。除霜運転中は、除霜終了条件が成立しない場合（Ｓ１０６でＮＯ）、ステップＳ１０５において、圧縮機２１の除霜時平均周波数の実績値の算出が以下の式（３０）、式（３１）、式（３２）の順に行なわれる。
Ｔｄ₂＝Σdtd₂ …（３０）
Ｆｄ₂＝Σdfd₂ …（３１）
Ｆｄ_ave2＝Ｆｄ₂／Ｔｄ₂ …（３２）
ステップＳ１０６において除霜終了条件が成立した場合、制御装置１００は、ステップＳ１０７において除霜終了時刻time2_d-hを記憶するとともに、除霜運転を終了し、暖房運転再開させる。さらに、ステップＳ１０８において除霜インターバルＴｉｎｔｈ₂を、式（３３）によって計算する。
Ｔｉｎｔｈ₂＝（time2_h-d－time2_d-h） …（３３）
計算した除霜インターバルＴｉｎｔｈ₂は、ステップＳ１０９において、以前記憶されていた除霜インターバルから更新され、次回の除霜開始条件成立時における除霜運転の圧縮機の運転周波数の算出および適用の判断に用いられる。

以上説明した図１０、図１１では、第２冷凍サイクルユニット２０２の除霜開始条件が成立した場合に、どのように除霜容量が仮決定されるかを示した。さらに、仮決定された除霜容量で除霜運転を行なった場合に、除霜期間の重なりが生じるか否かを予測し、除霜期間の重なりが生じない場合に仮決定した除霜容量を適用することを説明した。

最後に、本実施の形態について、再び図面を参照しつつ総括する。図１に示す熱源機２は、第１冷凍サイクルユニット２０１および第２冷凍サイクルユニット２０２と、制御装置１００とを備える。

第１冷凍サイクルユニット２０１および第２冷凍サイクルユニット２０２は、各々が冷媒を使用する互いに独立した冷媒回路を有し、共通する水の循環路に配置され、水温を制御する。制御装置１００は、第１冷凍サイクルユニット２０１および第２冷凍サイクルユニット２０２の暖房運転時の暖房容量と除霜運転時の除霜容量とを制御する。制御装置１００は、第１除霜開始条件が成立した場合に、第１冷凍サイクルユニット２０１の除霜運転における除霜容量を決定するとともに除霜運転を開始する。第１除霜開始条件は、たとえば図８のステップＳ２で判定されたように、第１冷凍サイクルユニット２０１の蒸発温度がしきい値を下回った場合に成立する。

第１冷凍サイクルユニット２０１の除霜容量は、第１判定条件を満たす範囲内、かつ第２判定条件を満たす範囲内で決定される。

第１判定条件は、第１除霜開始条件が成立したときにおける水などの熱媒体の熱を利用する負荷装置３の負荷容量と第１冷凍サイクルユニット２０１の除霜容量との合計が第２冷凍サイクルユニット２０２の暖房容量を超えないという条件である。この第１判定条件を満たすように、式（６）に従って、水温を変化させないようにするための第１冷凍サイクルユニット２０１の除霜運転容量ｄｅｆＱ₁が計算される。

第２判定条件は、直前に第２冷凍サイクルユニット２０２の除霜運転が終了した時点から第１除霜開始条件が成立した時点までのユニット間除霜インターバルＴｉｎｔ_２１と第１冷凍サイクルユニット２０１の除霜期間Ｔｉｎｔｄ₁との合計時間Ｔｔ₁が、第２冷凍サイクルユニット２０２が暖房容量の上限値で運転した場合の第２冷凍サイクルユニット２０２の最短除霜インターバルＴｉｎｔｈ_min2を超えないという条件である。たとえば、式（７）、（８）によって計算された合計時間Ｔｔ₁と式（４）で計算された最短除霜インターバルＴｉｎｔｈ_min2を図９のステップＳ３７で制御装置１００が比較することによって第２判定条件が判断される。

好ましくは、第１冷凍サイクルユニット２０１は、運転周波数が可変の圧縮機１１たとえばインバータ圧縮機を備える。制御装置１００は、第１判定条件および第２判定条件がともに成立する場合に、決定した第１冷凍サイクルユニット２０１の除霜容量に対応するように除霜運転における圧縮機１１の運転周波数を式（９）で算出し、変更する。

好ましくは、制御装置１００は、第１除霜開始条件が成立した時点において、第１冷凍サイクルユニット２０１と第２冷凍サイクルユニット２０２がともに暖房運転を行なっていた場合には、第１冷凍サイクルユニット２０１の暖房容量と第２冷凍サイクルユニット２０２の暖房容量との合計値を算出し、合計値と第２冷凍サイクルユニット２０２の最大暖房容量との差を、第１判定条件を満たす除霜運転容量ｄｅｆＱ₁として算出する。たとえば、制御装置１００は、式（６）によって除霜運転容量ｄｅｆＱ₁を算出する。

好ましくは、制御装置１００は、直前の第１冷凍サイクルユニット２０１の除霜期間ｔｄ₁における除霜容量である100×（Ｆｄ_ave1／Ｆｄ_max1）と第１判定条件を満たすように算出した除霜運転容量ｄｅｆＱ₁との比率を、直前の第１冷凍サイクルユニット２０１の除霜期間ｔｄ₁に対して掛け算した値を新たな除霜期間Ｔｉｎｔｄ_１として適用し、ステップＳ３７において第２判定条件を満たすか否かを判断する。

好ましくは、制御装置１００は、直前の第２冷凍サイクルユニット２０２の除霜インターバルＴｉｎｔｈ₂の実績値に、直前の除霜インターバルにおける第２冷凍サイクルユニット２０２の暖房容量の実績値に対応する平均周波数Ｆｈ_ave2を掛けて、第２冷凍サイクルユニット２０２の暖房容量の上限値に対応する運転周波数Ｆｈ_max2で割り算した値を最短除霜インターバルＴｉｎｔｈ_min2とする。

好ましくは、制御装置１００は、第１除霜開始条件が成立した場合に、第１冷凍サイクルユニット２０１の除霜容量を第１判定条件を満たすように決定し、決定された第１冷凍サイクルユニット２０１の除霜容量で除霜運転を行なう場合の除霜期間Ｔｉｎｔｄ_１を式（７）で算出する。制御装置１００は、算出した除霜期間Ｔｉｎｔｄ_１が第２判定条件を満たさない場合には、第１冷凍サイクルユニット２０１の除霜期間が最短となるように第１冷凍サイクルユニット２０１の除霜容量を決定する。

なお、図１に示した構成では、熱源機２と負荷装置３とポンプ６に分かれている構成であるが、熱源機２のうち、第２熱交換器１６，２６を分離させ、ポンプ６と合わせて中継機としてもよい。また、制御装置１００は、熱源機２、負荷装置３のいずれにその主要部が配置されても良い。また、熱媒体が水である例を説明したが、熱媒体は熱を運ぶ媒体であれば他の物であっても良い。たとえば、水に変えてブラインなどを使用しても良い。

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 空気調和装置、２ 熱源機、３ 負荷装置、４，５ 配管、６ ポンプ、１１，２１ 圧縮機、１２，２２ 四方弁、１３，２３ 第１熱交換器、１４，２４，３２，４２，５２ ファン、１５，２５ 電子膨張弁、１６，２６ 第２熱交換器、１７，２７，３４，４４，５４ 制御部、３０，４０，５０ 室内機、３１，４１，５１ 熱交換器、３３，４３，５３ 流量調整弁、１００ 制御装置、１０１ 受信装置、１０２，３０２ プロセッサ、１０３ メモリ、２０１ 第１冷凍サイクルユニット、２０２ 第２冷凍サイクルユニット、３００ リモコン、３０１ 入力装置、３０３ 送信装置。

Claims (6)

1. 各々が冷媒を使用する互いに独立した冷媒回路を有し、共通する熱媒体の循環路に配置され、前記熱媒体の温度を制御する第１冷凍サイクルユニットおよび第２冷凍サイクルユニットと、
   前記第１冷凍サイクルユニットおよび前記第２冷凍サイクルユニットの暖房運転時の暖房容量と除霜運転時の除霜容量とを制御する制御装置とを備え、
   前記制御装置は、第１除霜開始条件が成立した場合に、前記第１冷凍サイクルユニットの除霜運転における除霜容量を決定するとともに除霜運転を開始し、
   前記第１冷凍サイクルユニットの除霜容量は、第１判定条件を満たす範囲内、かつ第２判定条件を満たす範囲内で決定され、
   前記第１判定条件は、前記第１除霜開始条件が成立したときにおける前記熱媒体の熱を利用する負荷装置の負荷容量と前記第１冷凍サイクルユニットの除霜容量との合計が、前記第２冷凍サイクルユニットの暖房容量を超えないという条件であり、
   前記第２判定条件は、前記第２冷凍サイクルユニットの除霜運転が終了した時点から前記第１除霜開始条件が成立した時点までのユニット間除霜インターバルと前記第１冷凍サイクルユニットの除霜期間との合計が、前記第２冷凍サイクルユニットが暖房容量の上限値で運転した場合の前記第２冷凍サイクルユニットの最短除霜インターバルを超えないという条件である、冷凍サイクル装置。
2. 前記制御装置は、前記第１除霜開始条件が成立した場合に、
   前記第１冷凍サイクルユニットの除霜容量を前記第１判定条件を満たすように決定し、
   決定された前記第１冷凍サイクルユニットの除霜容量で除霜運転を行なう場合の除霜期間を算出し、
   算出した除霜期間が前記第２判定条件を満たさない場合には、前記第１冷凍サイクルユニットの除霜期間が最短となるように前記第１冷凍サイクルユニットの除霜容量を決定する、請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
3. 前記第１冷凍サイクルユニットは、運転周波数が可変の圧縮機を備え、
   前記制御装置は、前記第１判定条件および前記第２判定条件がともに成立する場合に、決定した第１冷凍サイクルユニットの除霜容量に対応するように除霜運転における前記圧縮機の運転周波数を変更する、請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
4. 前記制御装置は、前記第１除霜開始条件が成立した時点において、前記第１冷凍サイクルユニットと前記第２冷凍サイクルユニットがともに暖房運転を行なっていた場合には、前記第１冷凍サイクルユニットの暖房容量と前記第２冷凍サイクルユニットの暖房容量との合計値を算出し、前記合計値と前記第２冷凍サイクルユニットの最大暖房容量との差を、前記第１判定条件を満たす除霜容量として算出する、請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
5. 前記制御装置は、直前の前記第１冷凍サイクルユニットの除霜期間における除霜容量と前記第１判定条件を満たすように算出した除霜容量との比率を、直前の前記第１冷凍サイクルユニットの除霜期間に対して掛け算した値を新たな除霜期間として適用し、前記第２判定条件を満たすか否かを判断する、請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
6. 前記制御装置は、直前の前記第２冷凍サイクルユニットの除霜インターバルの実績値に対して直前の除霜インターバルにおける前記第２冷凍サイクルユニットの暖房容量の実績値を掛けて前記第２冷凍サイクルユニットの暖房容量の上限値で割った値を前記最短除霜インターバルとする、請求項１に記載の冷凍サイクル装置。

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