JPWO2018008108A1 - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

本発明に係る冷凍サイクル装置（１）は、冷媒を、第１熱交換器（１０１）、圧縮機（１０２）、第２熱交換器（１０３）、および膨張弁（１０４）の順番に循環させる。冷凍サイクル装置（１）は、除霜運転の開始条件が成立した場合に除霜運転を行なう。冷凍サイクル装置（１）は、第１送風装置（１１１）と、制御装置（３１）とを備える。第１送風装置（１１１）は、第１熱交換器（１０１）に送風する。制御装置（３１）は、第１送風装置（１１１）の送風量を制御する。制御装置（３１）は、除霜運転の開始条件が成立した場合、第１送風装置（１１１）の単位時間当たりの送風量を増加させる。

Description

本発明は、除霜運転を行なう冷凍サイクル装置に関する。

従来から、蒸発器に着霜した霜を融解させて取り除く除霜運転（デフロスト）を行なう冷凍サイクル装置が知られている。たとえば特開平５−３４０４９号公報（特許文献１）には、除霜運転を行なうコンテナ用冷凍装置が開示されている。当該コンテナ用冷凍装置によれば、加熱デフロストとオフサイクルデフロストとを所定の条件に基づいて切り替えることにより、除霜運転に要する消費電力を低減することができる。

特開平５−３４０４９号公報

蒸発器内には液冷媒とガス冷媒とが混在している。除霜運転開始時に蒸発器内の液冷媒量が多いと、霜を融解させるための熱量のうち、液冷媒の気化に用いられる熱量が多くなり、霜の融解に用いられる熱量が少なくなる。その結果、除霜運転に要する時間が長くなってしまう。除霜運転に要する時間は、通常運転の中断時間であるため、除霜運転に要する時間は短い方が望ましい。しかし、特開平５−３４０４９号公報（特許文献１）には、除霜運転に要する時間を短縮化するための構成は開示されていない。

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、除霜運転に要する時間を短縮することである。

本発明に係る冷凍サイクル装置は、冷媒を、第１熱交換器、圧縮機、第２熱交換器、および膨張弁の順番の第１循環方向に循環させ、除霜運転の開始条件が成立した場合に除霜運転を行なうように構成されている。冷凍サイクル装置は、第１送風装置と、制御装置とを備える。第１送風装置は、第１熱交換器に送風するように構成されている。制御装置は、第１送風装置の送風量を制御するように構成されている。制御装置は、開始条件が成立した場合、第１送風装置の単位時間当たりの送風量を増加させるように構成されている。

本発明に係る冷凍サイクル装置においては、除霜運転の開始条件が成立した後の第１送風装置の単位時間当たりの送風量を開始条件が成立する前の送風量よりも大きくすることにより、除霜運転の開始条件が成立した後の蒸発器における熱交換効率を高めて液冷媒の気化を促進する。蒸発器内の液冷媒の量が少なくなった状態で除霜運転が行なわれるため、除霜のための熱量のうち霜の融解に用いられる熱量が多くなる。その結果、除霜運転に要する時間、すなわち通常運転の中断時間を短縮することができ、ユーザの快適性を向上させることができる。

実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の一例である冷凍機の構成を示す機能ブロック図である。 一般的な冷凍サイクル装置において行なわれる除霜運転の処理の流れの一例を説明するためのフローチャートである。 実施の形態１において行なわれる除霜運転の処理の流れの概要を説明するためのフローチャートである。 実施の形態１において行なわれる除霜運転の処理の流れを説明するためのフローチャートである。 実施の形態１における冷媒の圧力とエンタルピーとの関係を示すＰ−ｈ線図である。 実施の形態１の変形例１において行なわれる除霜運転の処理の流れを説明するためのフローチャートである。 実施の形態１の変形例２において行なわれる除霜運転の処理の流れを説明するためのフローチャートである。 実施の形態１の変形例２における冷媒の圧力とエンタルピーとの関係を示すＰ−ｈ線図である。 実施の形態１の変形例３において行なわれる除霜運転の処理の流れを説明するためのフローチャートである。 実施の形態２に係る冷凍サイクル装置の一例である冷凍機の構成を示す機能ブロック図である。 実施の形態２において行なわれる除霜運転の処理の流れを説明するためのフローチャートである。 実施の形態２における冷媒の圧力とエンタルピーとの関係を示すＰ−ｈ線図である。 実施の形態２の変形例に係る冷凍サイクル装置の一例である冷凍機の構成を示す機能ブロック図である。 実施の形態３に係る冷凍サイクル装置の一例である冷凍機の構成を示す機能ブロック図である。 実施の形態３において行なわれる除霜運転の処理の流れを説明するためのフローチャートである。 実施の形態３における冷媒の圧力とエンタルピーとの関係を示すＰ−ｈ線図である。 実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の一例である空気調和装置の構成を示す機能ブロック図である。 実施の形態４において行なわれる除霜運転の処理の流れを説明するためのフローチャートである。 実施の形態５に係る冷凍サイクル装置の一例である空気調和装置の構成を示す機能ブロック図である。 実施の形態５において行なわれる除霜運転の処理の流れ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。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の一例である冷凍機１の構成を示す機能ブロック図である。図１に示されるように、冷凍機１は、室外機１１と室内機２１とを備える。

室外機１１は、圧縮機１０２と、凝縮器１０３と、室外ファン１１２と、制御装置３１とを含む。室内機２１は、蒸発器１０１と、膨張弁１０４と、室内ファン１１１と、室内ヒータ１２１と、温度センサ４１，４２とを含む。制御装置３１は、室内機２１に含まれていてもよいし、あるいは室外機１１および室内機２１の外部に配置されていてもよい。

冷凍機１においては、冷媒が、蒸発器１０１、圧縮機１０２、凝縮器１０３、および膨張弁１０４の順に循環する。

圧縮機１０２は、蒸発器１０１から受けた低圧のガス冷媒を圧縮し、高圧のガス冷媒を凝縮器１０３に出力する。凝縮器１０３は、圧縮機１０２からの高温高圧のガス冷媒を受けて凝縮し、液冷媒を膨張弁１０４に流出させる。凝縮器１０３からは、ガス冷媒が凝縮されて液冷媒となるときの熱（凝縮熱）が放出される。室外ファン１１２は、凝縮器１０３に送風する。

膨張弁１０４は、凝縮器１０３からの液冷媒を断熱膨張させて減圧し、湿り蒸気として蒸発器１０１へ流出させる。膨張弁１０４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。蒸発器１０１は、膨張弁１０４から湿り蒸気を受けて、湿り蒸気に含まれる液冷媒を蒸発させ、ガス冷媒を圧縮機１０２に流出させる。蒸発器１０１においては、液冷媒が室内の空気から熱（気化熱）を奪って蒸発する。室内ファン１１１は、蒸発器１０１に送風する。室内ヒータ１２１は、除霜運転時に動作して蒸発器１０１を加熱する。蒸発器１０１の配管には、温度センサ４１が設置され、検出した配管温度を制御装置３１に出力する。蒸発器１０１の空気の吸入口付近には、温度センサ４２が設置され、検出した気温を制御装置３１に出力する。

制御装置３１は、圧縮機１０２の駆動周波数を制御して圧縮機１０２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３１は、蒸発器１０１の配管温度を温度センサ４１から取得する。制御装置３１は、蒸発器１０１に吸入される空気の温度を温度センサ４２から取得する。制御装置３１は、室内ファン１１１および室外ファン１１２の回転速度を調節し、それぞれの単位時間の送風量を制御する。制御装置３１は、たとえばＣＰＵ（Central Processing Unit）のようなプロセッサを含む制御部（不図示）を有する。制御装置は、たとえばフラッシュメモリのような不揮発性のメモリを含む記憶部（不図示）を有する。記憶部は、たとえば制御部に読み出されて実行されるＯＳ（Operating System）、各種アプリケーションのプログラム（たとえば除霜運転の制御を行なうためのプログラム）、およびそのプログラムによって使用される各種データを保存することができる。

実施の形態１においては、通常運転を行なっている場合に、室温の低い室内機２１に配置されている蒸発器１０１において霜が生じるときがある。実施の形態１における除霜は、圧縮機１０２を停止して、室内ヒータ１２１により蒸発器１０１を加熱することにより行なう。

図２は、一般的な冷凍サイクル装置において行なわれる除霜運転の処理の流れの一例を説明するためのフローチャートである。図２に示される処理は不図示のメインルーチンによって一定時間間隔で行なわれる。以下ではステップを単にＳと記載する。

図２に示されるように、制御装置は、Ｓ１１において、除霜開始条件が成立したか否かを判定する。除霜開始条件は、蒸発器の熱交換効率が基準値よりも低下したことを示す条件であればどのような条件でもよい。除霜開始条件としては、たとえば蒸発器１０１の吸入口付近の気温と蒸発温度との差が所定の値よいも大きいという条件を挙げることができる。除霜開始条件が成立していない場合（Ｓ１１においてＮＯ）、制御装置は、処理をメインルーチンに返す。除霜開始条件が成立している場合（Ｓ１１においてＹＥＳ）、制御装置は、処理をＳ２１に進める。

制御装置は、Ｓ２１において除霜準備運転を行ない、処理をＳ３１に進める。制御装置は、Ｓ３１において蒸発器を一定時間加熱して、処理をＳ４１へ進める。蒸発器を加熱する方法としては、たとえばヒータによって加熱する方法、外気によって加熱する方法、あるいは冷媒を逆流させ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て熱を発生させる方法を挙げることができる。

制御装置は、Ｓ４１において、除霜終了条件が成立したか否かを判定する。霜終了条件としては、たとえば蒸発器の配管温度が所定の温度より大きいという条件を挙げることができる。除霜終了条件が成立していない場合（Ｓ４１においてＮＯ）、制御装置は、処理をＳ３１へ戻す。除霜終了条件が成立している場合（Ｓ４１においてＹＥＳ）、制御装置は、処理をＳ５１へ進める。制御装置は、Ｓ５１において除霜終了処理を行ない、処理をメインルーチンに返す。

蒸発器内には液冷媒とガス冷媒とが混在している。除霜運転開始時に蒸発器内の液冷媒量が多いと、霜を融解させるために発生させた熱量のうち、液冷媒の気化に用いられる熱量が多くなり、霜の融解に用いられる熱量が少なくなる。その結果、除霜運転に要する時間が長くなってしまう。除霜運転に要する時間は、通常運転の中断時間であるため、除霜運転に要する時間は短い方が望ましい。

そこで、実施の形態１においては、蒸発器内の液冷媒の量を減らして除霜時間を短縮するための運転（除霜短縮化運転）を行なう。図３は、実施の形態１において行なわれる除霜運転の処理の流れの概要を説明するためのフローチャートである。図３に示されるように、実施の形態１においては、除霜開始条件が成立した後、除霜準備運転を行なう前に、除霜短縮化運転（Ｓ１１０）を行なう。除霜短縮化運転を蒸発器の加熱（Ｓ３１）に先立って行なうことにより、蒸発器内の液冷媒を減少させて、蒸発器の加熱時間を短縮することができる。その結果、除霜運転に要する時間、すなわち通常運転の中断時間を短縮することができ、ユーザの快適性を向上させることができる。

実施の形態１においては、除霜短縮化運転において、室内ファン１１１の回転速度を増加させて、室内ファン１１１の単位時間当たりの送風量を、除霜開始条件が成立する前の送風量よりも増加させる。蒸発器１０１における熱交換効率が増加して、液冷媒の気化が促進される。その結果、蒸発器１０１内の液冷媒の量が減少する。

図４は、実施の形態１において行なわれる除霜運転の処理の流れを説明するためのフローチャートである。図４に示されるように、制御装置３１は、Ｓ１１において、除霜開始条件として、蒸発器１０１の空気の吸入口の気温と蒸発温度との差が基準値ΔＴｅ１より大きいか否かを判定する。蒸発器１０１の空気の吸入口の気温と蒸発温度との差が基準値ΔＴｅ１以下である場合（Ｓ１１においてＮＯ）、蒸発器１０１周辺の空気と液冷媒との熱交換により、室温を目標温度まで低下させることができるとして、処理をメインルーチンに戻す。蒸発器１０１の空気の吸入口の気温と蒸発温度との差が基準値ΔＴｅ１より大きい場合（Ｓ１１においてＹＥＳ）、着霜により蒸発器１０１の熱交換効率が低下して、通常運転を続行可能しても室温を目標温度まで低下させることができないとして、処理をＳ１１２に進める。

制御装置３１は、Ｓ１１２において、室内ファン１１１の回転速度を増加させることにより室内ファン１１１の単位時間当たりの送風量を増加させて、処理をＳ１１４に進める。制御装置３１は、Ｓ１１４において一定時間待機して、処理をＳ２１１へ進める。一定時間待機している間に、蒸発器１０１内の液冷媒の量が減少する。Ｓ１１４においてどの程度の時間待機するかは、実機実験あるいはシミュレーションにより適宜決定することができる。

制御装置３１は、Ｓ２１１において圧縮機１０２を停止させて処理をＳ２１２に進める。制御装置３１は、室内ヒータ１２１に暖められた空気が室内機２１から送出されないように、Ｓ２１２において室内ファン１１１を停止させて、処理をＳ３１に進める。

制御装置３１は、蒸発器１０１に着霜した霜を融解させるため、室内ヒータ１２１を動作させて蒸発器１０１を加熱し、処理をＳ４１に進める。

制御装置３１は、Ｓ４１において、除霜終了条件として、蒸発器１０１の配管温度が基準温度Ｔｄｅｆ１より大きいか否かを判定する。蒸発器１０１の配管温度が基準温度Ｔｄｅｆ１以下である場合（Ｓ４１においてＮＯ）、蒸発器１０１に対する加熱が不十分であるとして、制御装置３１は、処理をＳ３１に戻す。蒸発器１０１の配管温度が基準温度Ｔｄｅｆ１より大きい場合（Ｓ４１においてＹＥＳ）、蒸発器１０１が十分に加熱されて除霜が完了したとして、制御装置３１は、処理をＳ５１に進める。制御装置３１は、Ｓ５１において室内ヒータ１２１を停止させて処理をメインルーチンに返す。

図５は、実施の形態１における冷媒の圧力とエンタルピーとの関係を示すＰ−ｈ線図である。図５において、曲線ＬＣ１は、冷媒の飽和液線である。曲線ＧＣ１は、冷媒の飽和蒸気線である。点ＣＰ１は、冷媒の臨界点である。臨界点は、液冷媒とガス冷媒との間で相変化が生じ得る範囲の限界を示す点であり、飽和液線と飽和蒸気線との交点である。臨界点における圧力より冷媒の圧力が高くなると液冷媒とガス冷媒との間で相変化が生じなくなる。飽和液線よりエンタルピーが低い領域においては、冷媒は液体である。飽和液線と飽和蒸気線とで挟まれた領域においては、冷媒は気液二相状態（湿り蒸気）である。飽和蒸気線よりもエンタルピーが高い領域においては冷媒は気体である。

図５において、サイクルＣ１は、通常運転における冷媒の循環を表す。点Ｒ１から点Ｒ２への状態変化の過程は、圧縮機１０２による冷媒の圧縮過程を表す。点Ｒ２から点Ｒ３への状態変化の過程は、凝縮器１０３による凝縮過程を表す。点Ｒ３から点Ｒ４への状態変化の過程は、膨張弁１０４による断熱膨張の過程を表す。点Ｒ４から点Ｒ１への状態変化の過程は、蒸発器１０１による蒸発過程を表す。

図５において、サイクルＣ１０は、除霜短縮化運転における冷媒の循環を表す。図５に示されるように、サイクルＣ１０において蒸発器１０１における蒸発過程の到達点Ｒ１１は、サイクルＣ１における蒸発過程の到達点Ｒ１よりもエンタルピーが高い。すなわち、サイクルＣ１０の方が、サイクルＣ１よりも過熱度が大きい。これは、除霜短縮化運転において室内ファン１１１の回転速度を増加させることによって、蒸発器１０１における熱交換効率が向上して液冷媒の気化が促進された結果、蒸発器１０１内の液冷媒量が減少して、蒸発過程において蒸発器１０１内のガス冷媒に吸収される熱量が増加したためである。

以上、実施の形態１によれば、除霜運転の開始条件が成立した後の室内ファンの単位時間当たりの送風量を開始条件が成立する前の送風量よりも大きくすることにより、蒸発器内の液冷媒の量を少なくすることができる。その結果、除霜運転に要する時間を短縮することができ、ユーザの快適性を向上させることができる。

［実施の形態１の変形例の説明］
実施の形態１においては、蒸発器内の液冷媒の量を減らすために、室内ファンの回転速度を増加させる場合について説明した。蒸発器内の液冷媒の量を減らすための処理は、室内ファンの回転速度を増加させることに限られない。室内ファンの回転速度を増加させることと他の処理を組み合わせることにより、さらに除霜時間を短縮化することができる。以下では、除霜短縮化運転において、室内ファンの回転速度を増加させることに加えて、他の処理が行なわれる３つの変形例について説明する。

実施の形態１の変形例１．
実施の形態１の変形例１においては、除霜短縮化運転において、室内ファンの回転速度を増加させることに加えて、膨張弁の開度を減少させる。膨張弁の開度を減少させることにより、蒸発器に流入する湿り蒸気量が減少する。その結果、蒸発器内の液冷媒の量を減少させることができる。

実施の形態１と変形例１との違いは、除霜運転の処理の流れである。すなわち、図４が図６に置き換わる。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６は、実施の形態１の変形例１において行なわれる除霜運転の処理の流れを説明するためのフローチャートである。図６に示されるフローチャートにおいては、図４のＳ１１０が、Ｓ１１０Ａに置き換えられている。

図６に示されるように、制御装置は、Ｓ１１において除霜開始条件が成立した場合、Ｓ１１１において膨張弁１０４の開度を除霜開始条件が成立する前の開度よりも減少させる。その後、制御装置は、Ｓ１１２において実施の形態１と同様に室内ファン１１１の回転速度を増加させて、Ｓ１１４において一定時間待機して処理をＳ２１に進める。制御装置は、Ｓ２１において圧縮機１０２を停止させる（Ｓ２１１）とともに室内ファン１１１を停止させて（Ｓ２１２）、処理をＳ３１に進める。

制御装置は、除霜終了条件が成立する（Ｓ４１においてＹＥＳ）まで室内ヒータ１２１によって蒸発器１０１を加熱する。その後、制御装置は、Ｓ５１において室内ヒータ１２１を停止して処理をメインルーチンに戻す。

以上、実施の形態１の変形例１によれば、除霜短縮化運転において室内ファンの回転速度を増加させることに加えて、膨張弁１０４の開度を減少させることにより、実施の形態１よりも蒸発器内の液冷媒量を減らすことができる。その結果、実施の形態１よりも除霜運転に要する時間を短縮することができ、ユーザの快適性をさらに向上させることができる。

実施の形態１の変形例２．
実施の形態１の変形例２においては、除霜短縮化運転において、室内ファンの回転速度を増加させることに加えて室外ファンの回転速度を増加させる。室外ファンの回転速度を増加させることにより、凝縮器の熱交換効率が高まる。ガス冷媒の凝縮が促進されるため、凝縮器内のガス冷媒量が減少して、凝縮圧力が低下する。そのため、膨張弁を通過する前後の冷媒の圧力差（膨張弁の差圧）が減少する。膨張弁の差圧が減少すると膨張弁を通過する冷媒量が減少して、蒸発器に流入する冷媒量が減少する。その結果、蒸発器内の液冷媒の量を減少させることができる。

実施の形態１と変形例２との違いは、除霜運転の処理の流れとｐ−Ｈ線図である。すなわち、図４および図５が、それぞれ図７および図８に置き換わる。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７は、実施の形態１の変形例２において行なわれる除霜運転の処理の流れを説明するためのフローチャートである。図７に示されるフローチャートにおいては、図４のＳ１１０およびＳ２１が、Ｓ１１０ＢおよびＳ２１Ｂに置き換えられている。

図７に示されるように、制御装置は、Ｓ１１において除霜開始条件が成立した場合、Ｓ１１２において実施の形態１と同様に室内ファン１１１の回転速度を増加させるとともに、Ｓ１１３において室外ファン１１２の回転速度を増加させた後、Ｓ１１４において一定時間待機して処理をＳ２１Ｂに進める。制御装置は、Ｓ２１Ｂにおいて圧縮機１０２を停止させる（Ｓ２１１）とともに室内ファン１１１および室外ファン１１２を停止させて（Ｓ２１２およびＳ２１３）、処理をＳ３１に進める。

制御装置は、除霜終了条件が成立する（Ｓ４１においてＹＥＳ）まで室内ヒータ１２１によって蒸発器１０１を加熱する（Ｓ３１）。その後、制御装置は、Ｓ５１において室内ヒータ１２１を停止して処理をメインルーチンに戻す。

図８は、実施の形態１の変形例２における冷媒の圧力とエンタルピーとの関係を示すＰ−ｈ線図である。図８において、サイクルＣ１２は、除霜短縮化運転における冷媒の循環を表す。図８に示されるように、実施の形態１と同様に、蒸発器１０１における蒸発過程の到達点Ｒ１１Ｂは、室内ファン１１１の回転速度を増加させたことにより、サイクルＣ１における蒸発過程の到達点Ｒ１よりもエンタルピーが高い。実施の形態１の変形例２においては、室外ファン１１２の回転速度を増加させたことの効果として、点Ｒ１２Ｂから点Ｒ１３への状態変化として表される凝縮過程の圧力（凝縮圧力）がサイクルＣ１よりも低くなっている。凝縮圧力が低下すると膨張弁１０４の差圧が減少し、膨張弁１０４を通過する冷媒量が減少する。その結果、蒸発器１０１に流入する冷媒量が減少するため、蒸発器１０１内の液冷媒の量を減少させることができる。

以上、実施の形態１の変形例２によれば、除霜短縮化運転において、室内ファンの回転速度を増加させることに加えて、室外ファンの回転速度を増加させることにより、実施の形態１よりも蒸発器内の液冷媒量を減らすことができる。その結果、実施の形態１よりも除霜運転に要する時間を短縮することができ、ユーザの快適性をさらに向上させることができる。

実施の形態１の変形例３．
実施の形態１の変形例３においては、図９のＳ１１０Ｃに示されるように、除霜短縮化運転において、室内ファンの回転速度を増加させることに加えて、膨張弁の開度を減少させるとともに、室外ファンの回転速度を増加させる。実施の形態１の変形例３によれば、除霜短縮化運転において実施の形態１の変形例１および２よりも蒸発器内の液冷媒量を減らすことができる。その結果、実施の形態１の変形例１および２よりも除霜運転に要する時間を短縮することができ、ユーザの快適性をさらに向上させることができる。

実施の形態２．
実施の形態２においては、除霜短縮化運転において、圧縮機から出力された高温のガス冷媒（ホットガス）を膨張弁と蒸発器とを接続する流路に合流させる構成について説明する。高温の冷媒によって蒸発器に流入する湿り蒸気のエンタルピーを高めることにより、蒸発器における液冷媒の気化が促進される。その結果、蒸発器内の液冷媒量を減少させることができる。

図１０は、実施の形態２に係る冷凍サイクル装置の一例である冷凍機２の構成を示す機能ブロック図である。図１０に示されるように、冷凍機２の構成は、図１に示される冷凍機１の構成に開閉弁１１３およびバイパス流路１１４が加えられるとともに、制御装置３１が制御装置３２に置き換えられた構成となっている。開閉弁１１３は、制御装置３２によって開閉を制御される。バイパス流路１１４は、圧縮機１０２と凝縮器１０３との間の流路から分岐して、開閉弁１１３を介して、膨張弁１０４と蒸発器１０１との間の流路に合流する。開閉弁１１３は、開閉を瞬時に行なうことができる電磁弁であることが望ましい。

図１１は、実施の形態２において行なわれる除霜運転の処理の流れを説明するためのフローチャートである。図１１に示されるフローチャートにおいては、図４のＳ１１０およびＳ２１が、それぞれＳ１２０およびＳ２２に置き換えられている。図１１に示されるように、制御装置３２は、Ｓ１１において除霜開始条件が成立した場合、Ｓ１２１において実施の形態１と同様に室内ファン１１１の回転速度を増加させるとともに、Ｓ１２２において開閉弁１１３を開いた後、Ｓ１２３において一定時間待機して処理をＳ２２に進める。制御装置３２は、Ｓ２２において圧縮機１０２および室内ファン１１１を停止させるとともに（Ｓ２２１およびＳ２２２）、開閉弁１１３を閉じて（Ｓ２２３）、処理をＳ３１に進める。制御装置３２は、除霜終了条件が成立する（Ｓ４１においてＹＥＳ）まで室内ヒータ１２１によって蒸発器１０１を加熱する。その後、制御装置３２は、Ｓ５１において室内ヒータ１２１を停止して処理をメインルーチンに戻す。

図１２は、実施の形態２における冷媒の圧力とエンタルピーとの関係を示すＰ−ｈ線図である。図１２において、サイクルＣ２０は、除霜短縮化運転における冷媒の循環を表す。図１２に示されるように、実施の形態１と同様に、蒸発器１０１における蒸発過程の到達点Ｒ２１は、室内ファン１１１の回転速度を増加させることにより、サイクルＣ１における蒸発過程の到達点Ｒ１よりもエンタルピーが高い。実施の形態２においては、ホットガスを蒸発器１０１に流入する湿り蒸気に合流させる効果として、サイクルＣ１２の点Ｒ２３から点Ｒ２４への状態変化として表される断熱膨張過程におけるエンタルピーが、サイクルＣ１よりも高くなっている。蒸発器１０１に流入する湿り蒸気のエンタルピーが高まるため、蒸発器１０１における液冷媒の気化が促進される。その結果、蒸発器１０１内の液冷媒量を減少させることができる。

以上、実施の形態２によれば、除霜短縮化運転において、室内ファンの回転速度を増加させることに加えて、ホットガスを蒸発器に流入する湿り蒸気に合流させることにより、実施の形態１よりも蒸発器内の液冷媒量を減らすことができる。その結果、実施の形態１よりも除霜運転に要する時間を短縮することができ、ユーザの快適性をさらに向上させることができる。

実施の形態２の変形例．
実施の形態２においては、バイパス流路が室外機から室内機に渡って設置されている場合について説明した。実施の形態２の変形例においては、バイパス流路の全てが室外機の中に配置される場合について説明する。バイパス流路の全てを室外機の中に配置することにより、バイパス流路の配管の長さを短縮することができる。また、室外機から室内機に渡って配管を設置する工事を省くことができる。その結果、バイパス流路を設置するのに必要なコストを低減することができる。

図１３は、実施の形態２の変形例に係る冷凍サイクル装置の一例である冷凍機２Ａの構成を示す機能ブロック図である。図１３に示される冷凍機２Ａにおいては、膨張弁１０４が室外機１２Ａの内部に配置されている。バイパス流路１１４Ａは、膨張弁１０４と蒸発器１０１との間の流路のうち、室外機１２Ａに含まれる部分に合流している。その結果、バイパス流路１１４Ａの全てが室外機１２Ａの中に配置されている。

以上、実施の形態２の変形例によれば、実施の形態２と同様に実施の形態１よりも除霜時間を短縮してユーザの快適性をさらに向上させることができるともに、バイパス流路を設置するのに必要なコストを低減することができる。

実施の形態３．
実施の形態１においては、除霜短縮化運転において、蒸発器を室内ヒータによって加熱する処理を行なう場合について説明した。実施の形態３においては、除霜短縮化運転において凝縮器を室外ヒータによって加熱する場合について説明する。除霜短縮化運転において凝縮器を加熱することにより、凝縮器から出力される液冷媒のエンタルピーが高まり、膨張弁による断熱膨張過程における液冷媒の気化が促進される。その結果、蒸発器内の液冷媒量を減少させることができる。

図１４は、実施の形態３に係る冷凍サイクル装置の一例である冷凍機３の構成を示す機能ブロック図である。図１４に示される冷凍機３の構成は、図１の冷凍機１の構成に室外ヒータ１２２が加えられるとともに、制御装置３１が制御装置３３に置き換えられた構成である。それ以外の構成は同様であるため、その説明は繰り返さない。室外ヒータ１２２は、制御装置３３によって制御されて凝縮器１０３を加熱する。

図１５は、実施の形態３において行なわれる除霜運転の処理の流れを説明するためのフローチャートである。図１５に示されるフローチャートにおいては、図４のＳ１１０およびＳ２１が、Ｓ１３０およびＳ２３にそれぞれ置き換えられている。図１５に示されるように、制御装置３３は、Ｓ１１において除霜開始条件が成立した場合、Ｓ１３１において実施の形態１と同様に室内ファン１１１の回転速度を増加させるとともに、Ｓ１３２において室外ヒータ１２２を動作させて凝縮器１０３の加熱を開始した後、Ｓ１３３において一定時間待機して処理をＳ２３に進める。制御装置３３は、Ｓ２１において圧縮機１０２および室内ファン１１１を停止させるとともに（Ｓ２３１およびＳ２３２）、室外ヒータ１２２を停止（Ｓ２３３）した後、処理をＳ３１に進める。制御装置３３は、除霜終了条件が成立する（Ｓ４１においてＹＥＳ）まで室内ヒータ１２１によって蒸発器１０１を加熱する。その後、制御装置３３は、Ｓ５１において室内ヒータ１２１を停止して処理をメインルーチンに戻す。

図１６は、実施の形態３における冷媒の圧力とエンタルピーとの関係を示すＰ−ｈ線図である。図１６において、サイクルＣ３０は、除霜短縮化運転における冷媒の循環を表す。図１６に示されるように、実施の形態１と同様に、蒸発器１０１における蒸発過程の到達点Ｒ３１は、室内ファン１１１の回転速度を増加させることにより、サイクルＣ１における蒸発過程の到達点Ｒ１よりもエンタルピーが高い。実施の形態３においては、室外ヒータ１２２によって凝縮器１０３を加熱する効果として、まず、サイクルＣ３０の点Ｒ３２から点Ｒ３３への状態変化として表される凝縮過程において、冷媒の温度が高まることにより凝縮圧力がサイクルＣ１より高くなっている。また、サイクルＣ３０の点Ｒ３３から点Ｒ３４への状態変化として表される断熱膨張過程におけるエンタルピーが、サイクルＣ１よりも高くなっている。そのため、膨張弁１０４による断熱膨張過程における液冷媒の気化が促進される。その結果、蒸発器１０１内の液冷媒量を減少させることができる。

以上、実施の形態３によれば、除霜短縮化運転において、室内ファンの回転速度を増加させることに加えて、凝縮器を加熱することにより、実施の形態１よりも蒸発器内の液冷媒量を減らすことができる。その結果、実施の形態１よりも除霜運転に要する時間を短縮することができ、ユーザの快適性をさらに向上させることができる。

実施の形態４．
実施の形態１においては、冷媒の循環方向が変わらない冷凍サイクル装置について説明した。実施の形態４においては、暖房運転と冷房運転とで冷媒の循環方向が逆になる冷凍サイクル装置について説明する。

図１７は、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の一例である空気調和装置４の構成を示す機能ブロック図である。図１７（ａ）は、暖房運転における冷媒の流れを示している。図１７（ｂ）は、冷房運転および除霜運転における冷媒の流れを示している。

図１７に示されるように、空気調和装置４は、室外機１４と室内機２４とを備える。室外機１４は、熱交換器１４１と、圧縮機１４２と、四方弁１４５と、室外ファン１５１と、室外ヒータ１６１と、制御装置３４と、温度センサ８１，８２とを含む。室内機２４は、熱交換器１４３と、膨張弁１４４と、室内ファン１５２とを含む。制御装置３４は、室内機２４に含まれていてもよいし、あるいは室外機１４および室内機２４の外部に配置されていてもよい。

四方弁１４５は、制御装置３４に制御されて、暖房運転においては、図１７（ａ）に示されるように、冷媒が、熱交換器１４１、圧縮機１４２、熱交換器１４３、膨張弁１４４の順に循環するように流路を形成する。四方弁１４５は、冷房運転および除霜運転においては、図１７（ｂ）に示されるように、冷媒が圧縮機１４２、熱交換器１４１、膨張弁１４４、および熱交換器１４３の順に循環するように流路を形成する。

圧縮機１４２は、低圧のガス冷媒を圧縮し、高圧のガス冷媒を出力する。熱交換器１４１は、冷房運転および除霜運転の場合には凝縮器として機能し、暖房運転の場合には蒸発器として機能する。室外ファン１５１は、熱交換器１４１に送風する。室外ヒータ１６１は、除霜運転時に動作して熱交換器１４１を加熱する。熱交換器１４１の配管には、温度センサ８１が設置され、検出した配管温度を制御装置３４に出力する。熱交換器１４１の空気の吸入口付近には、温度センサ８２が設置され、検出した気温を制御装置３４に出力する。

膨張弁１４４は、液冷媒を断熱膨張させて減圧し、湿り蒸気として流出させる。膨張弁１４４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１４３は、冷房運転および除霜運転の場合には蒸発器として機能し、暖房運転の場合には凝縮器として機能する。室内ファン１５２は、熱交換器１４３に送風する。

制御装置３４は、圧縮機１４２の駆動周波数を制御して圧縮機１４２の単位時間あたりに吐出する冷媒量を制御する。制御装置３４は、熱交換器１４１からの配管温度を温度センサ８１から取得する。制御装置３４は、熱交換器１４１に吸入される空気の温度を温度センサ８２から取得する。制御装置３４は、室外ファン１５１および室内ファン１５２の回転速度を調節し、それぞれの単位時間の送風量を制御する。

実施の形態４においては、暖房運転を行なっている場合に、外気の低い室外機１１に配置され、熱を外気から奪う蒸発器として機能している熱交換器１４１において霜が生じるときがある。実施の形態４において除霜運転は、暖房運転を中断して行なわれる。実施の形態４における除霜は、室外ヒータ１６１により熱交換器１４１を加熱するとともに、圧縮機を停止させずに暖房運転とは冷媒を逆流させて、熱交換器１４１を凝縮器として機能させて放熱させることにより行なう。

図１８は、実施の形態４において行なわれる除霜運転の処理の流れを説明するためのフローチャートである。図１８に示されるように、制御装置３４は、Ｓ１４において、除霜開始条件として、熱交換器１４１の空気の吸入口の気温と蒸発温度との差が、基準値ΔＴｅ４より大きいか否かを判定する。熱交換器１４１の空気の吸入口の気温と蒸発温度との差が基準値ΔＴｅ４以下である場合（Ｓ１４においてＮＯ）、熱交換器１４１周辺の空気と液冷媒との熱交換により、熱交換器１４１周辺の気温が十分に低下しているとして、処理をメインルーチンに戻す。熱交換器１４１の空気の吸入口の気温と蒸発温度との差が基準値ΔＴｅ４より大きい場合（Ｓ１４においてＹＥＳ）、着霜によって熱交換器１４１の熱交換効率が低下したことにより、空気調和装置４の空調能力が低下して暖房運転の継続が困難になったとして、処理をＳ１４１に進める。

制御装置３４は、Ｓ１４１において、室外ファン１５１の回転速度を増加させて、処理をＳ１４２に進める。制御装置３４は、Ｓ１４２において一定時間待機して、処理をＳ２４へ進める。制御装置３４は、Ｓ２４において四方弁１４５を制御して冷媒の循環方向を暖房運転の循環方向から除霜運転の循環方向に切り替えて、処理をＳ３４に進める。制御装置３４は、熱交換器１４１に着霜した霜を融解させるため、Ｓ３４において室外ヒータ１６１を動作させて熱交換器１４１を加熱して、処理をＳ４４に進める。

制御装置３４は、Ｓ４４において、除霜終了条件として、熱交換器１４１の配管温度が基準温度Ｔｄｅｆ４より大きいか否かを判定する。熱交換器１４１の配管温度が基準温度Ｔｄｅｆ４以下である場合（Ｓ４４においてＮＯ）、熱交換器１４１に対する加熱が不十分であるとして、制御装置３４は、処理をＳ３４に戻す。熱交換器１４１の配管温度が基準温度Ｔｄｅｆ４より大きい場合（Ｓ４４においてＹＥＳ）、熱交換器１４１が十分に加熱されて除霜が完了したとして、処理をＳ５４１に進める。制御装置３４は、Ｓ５４１において室外ヒータ１６１を停止させた後、Ｓ５４２において四方弁を制御して冷媒の循環方向を除霜運転の循環方向から暖房運転の循環方向に切り替えて、処理をメインルーチンに返す。

以上、実施の形態４によれば、除霜短縮化運転において、室外ファンの回転速度を増加させることにより、暖房運転と冷房運転とで冷媒の循環方向が逆になる冷凍サイクル装置においても、除霜の対象となる熱交換器内の液冷媒量を減らすことができる。その結果、除霜運転に要する時間を短縮することができ、ユーザの快適性を向上させることができる。

実施の形態５．
実施の形態５においては、圧縮機から出力されたホットガスを、膨張弁と、蒸発器として機能している熱交換器とを接続する流路に合流させる構成について説明する。実施の形態２と同様に、ホットガスによって蒸発器として機能している熱交換器に流入する湿り蒸気のエンタルピーを高くすることにより、当該熱交換器における液冷媒の気化が促進される。その結果、蒸発器として機能している熱交換器内の液冷媒量を減少させることができる。

図１９は、実施の形態５に係る冷凍サイクル装置の一例である空気調和装置５の構成を示す機能ブロック図である。図１９に示されるように、空気調和装置５の構成は、図１７（ａ）に示される空気調和装置４の構成に開閉弁２１３およびバイパス流路２１４が加えられるとともに、制御装置３４が制御装置３５に置き換えられた構成となっている。開閉弁２１３は、制御装置３５によって開閉を制御される。バイパス流路２１４は、圧縮機１４２と熱交換器１４３との間の流路から分岐して、開閉弁２１３を介して、膨張弁１４４と熱交換器１４１との間の流路に合流している。開閉弁２１３は、開閉を瞬時に行なうことができる電磁弁であることが望ましい。

図２０は、実施の形態５において行なわれる除霜運転の処理の流れを説明するためのフローチャートである。図２０に示されるフローチャートにおいては、図１８のＳ１４０およびＳ２４が、Ｓ１５０およびＳ２５にそれぞれ置き換えられている。図２０に示されるように、制御装置３５は、Ｓ１４において除霜開始条件が成立した場合、Ｓ１５１において実施の形態４と同様に室外ファン１５１の回転速度を増加させるとともに、Ｓ１５２において開閉弁２１３を開いた後、Ｓ１５３において一定時間待機して処理をＳ２５１に進める。制御装置３５は、Ｓ２５１において開閉弁２１３を閉じた後、Ｓ２５２において四方弁１４５を制御して冷媒の循環方向を切り替えて処理をＳ３４に進める。制御装置３５は、除霜終了条件が成立する（Ｓ４４においてＹＥＳ）まで室外ヒータ１６１によって熱交換器１４１を加熱する。その後、Ｓ５４１において室外ヒータ１６１を停止した後、Ｓ５４２において四方弁１４５を制御して冷媒の循環方向を切り替えて処理をメインルーチンに戻す。

以上、実施の形態５によれば、除霜短縮化運転において、室外ファンの回転速度を増加させることに加えて、ホットガスを蒸発器として機能する熱交換器に流入する湿り蒸気に合流させることにより、実施の形態４よりも当該熱交換器内の液冷媒量を減らすことができる。その結果、実施の形態４よりも除霜運転に要する時間を短縮することができ、ユーザの快適性をさらに向上させることができる。

実施の形態４および５においては、除霜短縮化運転において室外ヒータによって蒸発器として機能している熱交換器を加熱する処理を行なう場合について説明した。実施の形態４および５においては、除霜運転において冷媒の循環方向を逆にすることにより除霜の対象となる熱交換器を凝縮器として機能させて放熱させる。そのため、消費電力を抑制するために、除霜運転において室外ヒータによる加熱を行なわなくてもよい。

実施の形態１〜５においては、冷凍サイクル装置が、室外機と室内機とを各１台備える場合について説明した。本発明に係る冷凍サイクル装置は、複数台の室外機を備えていてもよく、また、複数台の室内機を備えていてもよい。

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請求の範囲によって示され、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。

１，２，２Ａ，３ 冷凍機、４，５ 空気調和装置、１１，１２Ａ，１４ 室外機、２１，２４ 室内機、３１，３２，３３，３４，３５ 制御装置、４１，４２，８１，８２ 温度センサ、１０１ 蒸発器、１０２，１４２ 圧縮機、１０３ 凝縮器、１０４，１４４ 膨張弁、１１１，１５２ 室内ファン、１１２，１５１ 室外ファン、１１３，２１３ 開閉弁、１１４，１１４Ａ，２１４ バイパス流路、１２１ 室内ヒータ、１２２，１６１ 室外ヒータ、１４１，１４３ 熱交換器、１４５ 四方弁。

Claims (10)

1. 冷媒を、第１熱交換器、圧縮機、第２熱交換器、および膨張弁の順番の第１循環方向に循環させ、除霜運転の開始条件が成立した場合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であって、
   前記第１熱交換器に送風するように構成された第１送風装置と、
   前記第１送風装置の送風量を制御するように構成された制御装置とを備え、
   前記制御装置は、前記開始条件が成立した場合、前記第１送風装置の単位時間当たりの送風量を増加させるように構成されている、冷凍サイクル装置。
2. 前記第１熱交換器を加熱するように構成された第１加熱装置をさらに備え、
   前記制御装置は、前記開始条件が成立してから一定時間経過後に、前記圧縮機および前記第１送風装置を停止させてから前記第１加熱装置を動作させ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、前記開始条件が成立した場合、前記膨張弁の開度を増加させ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. 前記第２熱交換器に送風するように構成された第２送風装置をさらに備え、
   前記制御装置は、前記開始条件が成立した場合、前記第２送風装置の単位時間当たりの送風量を増加させ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。
5. 第１開閉弁と、
   前記圧縮機と前記第２熱交換器との間の第１流路から分岐して、前記第１開閉弁を経由して、前記膨張弁と前記第１熱交換器との間の第２流路に合流する第１バイパス流路をさらに備え、
   前記制御装置は、前記開始条件が成立していない場合、前記第１開閉弁を閉じ、前記開始条件が成立した場合、前記第１開閉弁を開く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。
6. 前記圧縮機と、前記第２熱交換器と、前記膨張弁とを収容する室外機と、
   前記第１熱交換器を収容する室内機とをさらに備え、
   前記第１バイパス流路は、前記室外機に収容されている、請求項５に記載の冷凍サイクル装置。
7. 前記第２熱交換器を加熱するように構成された第２加熱装置をさらに備え、
   前記制御装置は、前記開始条件が成立した場合、前記第２加熱装置を動作させ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。
8. 前記冷媒が循環する方向を、前記第１循環方向または前記第１循環方向とは逆回りの第２循環方向に切り替えるように構成された流路切替装置をさらに備え、
   前記制御装置は、前記開始条件が成立した場合、前記冷媒の循環方向を前記第１循環方向から前記第２循環方向に切り替え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。
9. 第２開閉弁と、
   前記圧縮機と前記第２熱交換器との間の第３流路から分岐して、前記第２開閉弁を経由して、前記膨張弁と前記第１熱交換器との間の第４流路に合流する第２バイパス流路とをさらに備え、
   前記制御装置は、前記開始条件が成立していない場合、前記第２開閉弁を閉じ、前記開始条件が成立した場合、前記第２開閉弁を開くように構成されている、請求項８に記載の冷凍サイクル装置。
10. 前記開始条件は、前記第１熱交換器の熱交換効率が基準値よりも低下したことを示す条件である、請求項１に記載の冷凍サイクル装置。

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