JPWO2019146071A1 - 空気調和装置 - Google Patents

Abstract

制御装置が室外熱交換器の霜を溶かす除霜運転を行う場合において、制御装置は、切替部の切替状態を第１の状態とする第１の除霜制御を実行し、第１の除霜制御を実行した後に、切替部の切替状態を第２の状態とする第２の除霜制御を実行し、第２の除霜制御を実行した後に、切替部の切替状態を第１の状態とする第３の除霜制御を実行する。

Description

本発明は、冷凍サイクル装置に関し、特に、熱交換器に形成されている霜を溶かす除霜運転を実行する冷凍サイクル装置に関するものである。

従来の冷凍サイクル装置には、暖房運転を行っているときに凝縮器として機能する室内熱交換器と、下側熱交換器及び上側熱交換器を有する室外熱交換器とを備えている冷凍サイクル装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。上側熱交換器は下側熱交換器の上に設けられている。ここで、特許文献１の冷凍サイクル装置が暖房運転を行っているときにおいて、下側熱交換器及び上側熱交換器が蒸発器として機能し、その結果、下側熱交換器及び上側熱交換器には霜が形成される。一般的に、熱交換器に形成された霜は、熱交換器の伝熱管を流れる冷媒と熱交換器を通過する空気との熱交換を阻害する。このため、特許文献１の冷凍サイクル装置は、室外熱交換器に霜が形成された場合に、室外熱交換器の霜を溶かす除霜運転を行う。

特許文献１の冷凍サイクル装置の除霜運転は、室内熱交換器が凝縮器として機能し且つ上側熱交換器の除霜がなされる上除霜と、室内熱交換器が凝縮器として機能し且つ下側熱交換器の除霜がなされる下除霜とを有している。上除霜において下側熱交換器が蒸発器として機能し、下除霜において上側熱交換器が蒸発器として機能している。このように、上除霜及び下除霜において室内熱交換器は凝縮器として機能しているので、特許文献１の冷凍サイクル装置が除霜運転を行っているときでも、室内には室内機から暖気が供給される。

特許第４２７２２２４号公報

特許文献１の冷凍サイクル装置が上除霜を実行しているときにおいて、上側熱交換器で溶けた水は、上側熱交換器から下側熱交換器へ流れ落ちる。このとき、下側熱交換器は蒸発器として機能しているので、上側熱交換器から下側熱交換器へ流れ落ちた水が下側熱交換器で氷結してしまう。このため、下除霜の開始時における下側熱交換器の霜の厚みが、上除霜の開始時における下側熱交換器の霜の厚みよりも、増加してしまう場合がある。下側熱交換器に形成された霜が厚くなると、その分、熱源である下側熱交換器に接触していない霜の量が増加する。このため、下側熱交換器に形成された霜が厚くなると、下除霜時における下側熱交換器の除霜効率が低下する。したがって、特許文献１の冷凍サイクル装置は、下除霜の終了時において、下側熱交換器で溶け残る霜の量が増加してしまう場合がある。下側熱交換器で溶け残っている霜の量が増加すると、その分、下側熱交換器の伝熱管の冷媒と下側熱交換器を通過する空気との熱交換が阻害される。その結果、除霜運転の後に再開される暖房運転の効率が低下してしまう。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、暖房運転の効率の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している。

本発明に係る冷凍サイクル装置は、圧縮機と、暖房運転時において凝縮器として機能する室内熱交換器と、下側熱交換器及び下側熱交換器の上側に設けられている上側熱交換器を有し、暖房運転時において蒸発器として機能する室外熱交換器と、暖房運転時において室内熱交換器よりも冷媒の流れ方向の下流側に設けられ、暖房運転時において室外熱交換器よりも冷媒流れ方向の上流側に設けられている減圧装置と、圧縮機の吐出側と下側熱交換器とを繋ぐ第１の状態と圧縮機の吐出側と上側熱交換器とを繋ぐ第２の状態とを切り替える切替部と、切替部の切替状態を制御する制御装置と、を備え、制御装置が室外熱交換器の霜を溶かす除霜運転を行う場合において、制御装置は、切替部の切替状態を第１の状態とする第１の除霜制御を実行し、第１の除霜制御を実行した後に、切替部の切替状態を第２の状態とする第２の除霜制御を実行し、第２の除霜制御を実行した後に、切替部の切替状態を第１の状態とする第３の除霜制御を実行する。

本発明に係る冷凍サイクル装置によれば、第２の除霜制御の実行の前に第１の除霜制御が実行されるので、第３の除霜制御の開始時における下側熱交換器の霜が厚くなることが抑制され、その結果、暖房運転の効率の低下が抑制される。

実施の形態に係る冷凍サイクル装置１００の概要構成図である。 実施の形態に係る冷凍サイクル装置１００の冷媒回路図である。 室外熱交換器５を模式的に示した図である。 実施の形態に係る冷凍サイクル装置１００の制御機能のブロック図である。 実施の形態に係る冷凍サイクル装置１００の暖房運転の動作説明図である。 実施の形態に係る冷凍サイクル装置１００の冷房運転の動作説明図である。 実施の形態に係る冷凍サイクル装置１００の除霜運転の第１の除霜制御の動作説明図である。 実施の形態に係る冷凍サイクル装置１００の除霜運転の第２の除霜制御の動作説明図である。 実施の形態に係る冷凍サイクル装置１００の除霜運転の第３の除霜制御の動作説明図である。 実施の形態に係る冷凍サイクル装置１００の制御フローチャートである。 暖房運転時において、下側熱交換器５Ａに形成された霜Ｆｒ１及び上側熱交換器５Ｂに形成された霜Ｆｒ２の様子を示す模式図である。 第１の除霜制御を実行しているときにおいて、下側熱交換器５Ａの霜Ｆｒ１ａが溶ける様子を示す模式図である。 第２の除霜制御を実行しているときにおいて、上側熱交換器５Ｂの霜Ｆｒ２ｂが溶ける様子及び下側熱交換器５Ａで水ｄｒｂが再氷結する様子を示す模式図である。 第２の除霜制御を終えたときにおいて、下側熱交換器５Ａに残っている霜Ｆｒ１ｃの様子を示す模式図である。 第３の除霜制御を終えたときの室外熱交換器５を示す模式図である。 実施の形態に係る冷凍サイクル装置１００の変形例１の冷媒回路図である。 実施の形態に係る冷凍サイクル装置１００の変形例２の冷媒回路図である。 実施の形態に係る冷凍サイクル装置１００の変形例３の室外熱交換器５ｔを模式的に示した図である。

実施の形態．
以下、図面を参照しながら実施の形態について説明する。なお、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。明細書全文に表わされている構成要素の形態は、あくまでも例示であって、これらの記載に限定されるものではない。

＜実施の形態の構成＞
図１は、実施の形態に係る冷凍サイクル装置１００の概要構成図である。図２は、実施の形態に係る冷凍サイクル装置１００の冷媒回路図である。図３は、室外熱交換器５を模式的に示した図である。図１に示すように、冷凍サイクル装置１００は、室外熱交換器５を有する室外機２０と、配管Ｐ２及び配管Ｐ３を介して室外機２０に繋がっている室内機３０とを備えている。実施の形態において、冷凍サイクル装置１００は空気調和装置である。冷凍サイクル装置１００は、室外熱交換器５が蒸発器として機能する暖房運転と、室外熱交換器５が凝縮器として機能する冷房運転と、暖房運転時において室外熱交換器５に形成された霜を溶かす除霜運転と、を行うことができる。

室外機２０は、冷媒を圧縮する圧縮機１と、冷媒を減圧する減圧装置３と、暖房運転時において蒸発器として機能する室外熱交換器５と、室外熱交換器５に空気を供給する室外送風機５ａと、圧縮機１の吐出側に設けられている流路切替弁９とを備えている。減圧装置３は、暖房運転時において室内熱交換器２よりも冷媒の流れ方向の下流側に設けられ、暖房運転時において室外熱交換器５よりも冷媒流れ方向の上流側に設けられている。また、図３に示すように、室外熱交換器５は、下側熱交換器５Ａと、下側熱交換器５Ａの上に設けられている上側熱交換器５Ｂとを有している。下側熱交換器５Ａの体積と上側熱交換器５Ｂの体積とは同じである。下側熱交換器５Ａは、板状のフィンＦｎＡと、フィンＦｎＡに設けられ、冷媒が流れる伝熱管ｈｐＡとを有している。また、上側熱交換器５Ｂは、板状のフィンＦｎＢと、フィンＦｎＢに設けられ、冷媒が流れる伝熱管ｈｐＢとを有している。また、室外機２０は、下側熱交換器５Ａに繋がっているキャピラリーチューブ４Ａと、上側熱交換器５Ｂに繋がっているキャピラリーチューブ４Ｂとを備えている。また、室外機２０は、室外熱交換器５に繋がっている切替部８と、開閉する弁７とを備えている。切替部８は、圧縮機１の吐出側と下側熱交換器５Ａとを繋ぐ第１の状態と、圧縮機１の吐出側と上側熱交換器５Ｂとを繋ぐ第２の状態と、室外熱交換器５と流路切替弁９とを繋ぐ第３の状態とを切り替える弁である。更に、室外機２０は、圧縮機１等の各種のアクチュエータを制御する制御装置Ｃｎｔを備えている。室内機３０は、暖房運転時において凝縮器として機能する室内熱交換器２と、室内熱交換器２に空気を供給する室内送風機２ａとを備えている。

冷凍サイクル装置１００は、圧縮機１、室内熱交換器２、減圧装置３及び室外熱交換器５を有する冷媒回路Ｃを備えている。冷媒回路Ｃは、圧縮機１、流路切替弁９、室内熱交換器２、減圧装置３、キャピラリーチューブ４Ａ、キャピラリーチューブ４Ｂ、室外熱交換器５、切替部８を有する主回路Ｃ１と、弁７を有するバイパス回路Ｃ２とを備えている。バイパス回路Ｃ２は、主回路Ｃ１の構成のうち室内熱交換器２及び減圧装置３をバイパスしている。

主回路Ｃ１は、圧縮機１の吐出側と流路切替弁９とを繋ぐ配管Ｐ１と、流路切替弁９と室内熱交換器２とを繋ぐ配管Ｐ２と、室内熱交換器２と減圧装置３とを繋ぐ配管Ｐ３と、暖房運転時の冷媒流れ方向において減圧装置３の下流側に繋がっている配管Ｐ４とを有している。また、主回路Ｃ１は、配管Ｐ４とキャピラリーチューブ４Ａとを繋ぐ配管Ｐ５Ａと、配管Ｐ４とキャピラリーチューブ４Ｂとを繋ぐ配管Ｐ５Ｂと、下側熱交換器５Ａと切替部８とを繋ぐ配管Ｐ６Ａと、上側熱交換器５Ｂと切替部８とを繋ぐ配管Ｐ６Ｂとを有している。更に、主回路Ｃ１は、切替部８と流路切替弁９とを繋ぐ配管Ｐ７と、流路切替弁９と圧縮機１の吸入側とを繋ぐ配管Ｐ８とを有している。バイパス回路Ｃ２は、配管Ｐ１と弁７とを繋ぐバイパス配管Ｐ９Ａと、弁７と切替部８とを繋ぐバイパス配管Ｐ９Ｂとを有している。バイパス配管Ｐ９Ａ及びバイパス配管Ｐ９Ｂが、圧縮機１の吐出側と切替部８とを繋げている。

図４は、実施の形態に係る冷凍サイクル装置１００の制御機能のブロック図である。
制御装置Ｃｎｔは、演算を行う演算部５０Ａと、アクチュエータを制御する制御部５０Ｂと、データを記憶する記憶部５０Ｃとを備えている。演算部５０Ａは、暖房運転等の各種運転を開始してから経過した時間と、予め定められている閾値とを比較する機能を有している。制御部５０Ｂは、圧縮機１、減圧装置３、室内送風機２ａ、室外送風機５ａ、弁７、切替部８、及び流路切替弁９を制御する。記憶部５０Ｃには、暖房運転から除霜運転へ移行するときに用いられる閾値等のデータが格納されている。

制御装置Ｃｎｔに含まれる各機能部は、専用のハードウェア、又は、メモリに格納されるプログラムを実行するＭＰＵ（Micro Processing Unit）で構成される。制御装置Ｃｎｔが専用のハードウェアである場合、制御装置Ｃｎｔは、例えば、単一回路、複合回路、ＡＳＩＣ（application specific integrated circuit）、ＦＰＧＡ（field-programmable gate array）、またはこれらを組み合わせたものが該当する。制御装置Ｃｎｔが実現する各機能部のそれぞれを、個別のハードウェアで実現してもよいし、各機能部を一つのハードウェアで実現してもよい。制御装置ＣｎｔがＭＰＵの場合、制御装置が実行する各機能は、ソフトウェア、ファームウェア、またはソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェアやファームウェアはプログラムとして記述され、記憶部５０Ｃに格納される。ＭＰＵは、メモリに格納されたプログラムを読み出して実行することにより、制御装置Ｃｎｔの各機能を実現する。記憶部５０は、例えば、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ等の、不揮発性または揮発性の半導体メモリである。

＜実施の形態の動作＞
図５は、実施の形態に係る冷凍サイクル装置１００の暖房運転の動作説明図である。図５において、切替部８の切替状態は第３の状態となっている。つまり、切替部８は、下側熱交換器５Ａと流路切替弁９とを繋げるとともに、上側熱交換器５Ｂと流路切替弁９とを繋げている。また、図５において、流路切替弁９は、圧縮機１の吐出側と室内熱交換器２とを繋げるとともに、切替部８と圧縮機１の吸入側とを繋げている。また、図５において、弁７は閉じている。更に、図５において、室内送風機２ａ及び室外送風機５ａは運転している。圧縮機１から吐出された冷媒は、流路切替弁９を通過した後に、室内熱交換器２に流入する。室内熱交換器２に流入した冷媒は液化する。室内熱交換器２から流出した冷媒は減圧装置３で減圧される。減圧装置３で減圧された冷媒は気液二相状態になっている。減圧装置３から流出した冷媒は室外熱交換器５に流入する。室外熱交換器５に流入した冷媒はガス化する。室外熱交換器５から流出した冷媒は、流路切替弁９を通過した後に、圧縮機１に戻る。

図６は、実施の形態に係る冷凍サイクル装置１００の冷房運転の動作説明図である。図６において、切替部８の切替状態は第３の状態となっている。また、図６において、流路切替弁９は、圧縮機１の吐出側と切替部８とを繋げるとともに、室内熱交換器２と圧縮機１の吸入側とを繋げている。また、図６において、弁７は閉じている。更に、図６において、室内送風機２ａ及び室外送風機５ａは運転している。冷房運転時の冷媒の流れは、図５で説明した暖房運転時の冷媒の流れとは逆である。

冷凍サイクル装置１００が暖房運転を継続していると、室外熱交換器５の着霜量が増加する。これにより、室外熱交換器５において、空気と冷媒との熱交換の効率が低下する。そこで、冷凍サイクル装置１００は、暖房運転を開始してから予め定められた時間が経過すると除霜運転を開始する。冷凍サイクル装置１００の除霜運転の除霜方式は、圧縮機１から吐出されたホットガスを室外熱交換器５へ供給するホットガス除霜方式である。冷凍サイクル装置１００の除霜運転は、下側熱交換器５Ａの除霜をする第１の除霜制御と、第１の除霜制御の後に実行され、上側熱交換器５Ｂの除霜をする第２の除霜制御と、第２の除霜制御の後に実行され、下側熱交換器５Ａの除霜をする第３の除霜制御とを有している。

図７は、実施の形態に係る冷凍サイクル装置１００の除霜運転の第１の除霜制御の動作説明図である。図７において、切替部８の切替状態は第１の状態となっている。つまり、切替部８は、圧縮機１の吐出側と下側熱交換器５Ａとを繋げるとともに、上側熱交換器５Ｂと流路切替弁９とを繋げている。ここで、圧縮機１の吐出側と下側熱交換器５Ａとは、配管Ｐ１、バイパス回路Ｃ２、切替部８、配管Ｐ６Ａを介して繋がっている。また、上側熱交換器５Ｂと流路切替弁９とは、配管Ｐ６Ｂ、切替部８及び配管Ｐ７を介して繋がっている。また、図７において、流路切替弁９の状態は、図５で説明した暖房運転における流路切替弁９の状態と同じである。また、図７において、弁７は開いている。更に、図７において、室内送風機２ａ及び室外送風機５ａは運転している。

圧縮機１から吐出された冷媒の一部は、流路切替弁９を通過した後に、室内熱交換器２に流入する。室内熱交換器２に流入した冷媒は液化する。つまり、第１の除霜制御の実行時においても、室内熱交換器２は凝縮器として機能しているので、室内には室内機３０から暖気が供給される。室内熱交換器２から流出した冷媒は減圧装置３で減圧される。減圧装置３で減圧された冷媒は気液二相状態になっている。
一方、圧縮機１から吐出された冷媒の他部、すなわちホットガスは、バイパス回路Ｃ２及び切替部８を介して下側熱交換器５Ａに流入する。下側熱交換器５Ａに流入したホットガスの熱は下側熱交換器５Ａの霜に供給され、その結果、下側熱交換器５Ａの霜が溶ける。下側熱交換器５Ａから流出した冷媒は、減圧装置３で減圧された冷媒と合流する。
合流した冷媒は、上側熱交換器５Ｂに流入する。上側熱交換器５Ｂに流入した冷媒はガス化する。つまり、第１の除霜制御において上側熱交換器５Ｂは蒸発器として機能している。上側熱交換器５Ｂから流出した冷媒は、流路切替弁９を通過した後に、圧縮機１に戻る。

図８は、実施の形態に係る冷凍サイクル装置１００の除霜運転の第２の除霜制御の動作説明図である。図８において、切替部８の切替状態は第２の状態となっている。つまり、切替部８は、圧縮機１の吐出側と上側熱交換器５Ｂとを繋げるとともに、下側熱交換器５Ａと流路切替弁９とを繋げている。ここで、圧縮機１の吐出側と上側熱交換器５Ｂとは、配管Ｐ１、バイパス回路Ｃ２、切替部８、配管Ｐ６Ｂを介して繋がっている。また、下側熱交換器５Ａと流路切替弁９とは、配管Ｐ６Ａ、切替部８及び配管Ｐ７を介して繋がっている。また、図８において、流路切替弁９の状態は、図５で説明した暖房運転における流路切替弁９の状態と同じである。また、図８において、弁７は開いている。更に、図８において、室内送風機２ａ及び室外送風機５ａは運転している。

圧縮機１から吐出された冷媒の一部は、流路切替弁９を通過した後に、室内熱交換器２に流入する。室内熱交換器２に流入した冷媒は液化する。つまり、第１の除霜制御と同様に第２の除霜制御の実行時においても、室内熱交換器２は凝縮器として機能しているので、室内には室内機３０から暖気が供給される。室内熱交換器２から流出した冷媒は減圧装置３で減圧される。減圧装置３で減圧された冷媒は気液二相状態になっている。
一方、圧縮機１から吐出された冷媒の他部、すなわちホットガスは、バイパス回路Ｃ２及び切替部８を介して上側熱交換器５Ｂに流入する。上側熱交換器５Ｂに流入したホットガスの熱は上側熱交換器５Ｂの霜に供給され、その結果、上側熱交換器５Ｂの霜が溶ける。上側熱交換器５Ｂから流出した冷媒は、減圧装置３で減圧された冷媒と合流する。
合流した冷媒は、下側熱交換器５Ａに流入する。下側熱交換器５Ａに流入した冷媒はガス化する。つまり、第２の除霜制御において、下側熱交換器５Ａは、蒸発器として機能している。下側熱交換器５Ａから流出した冷媒は、流路切替弁９を通過した後に、圧縮機１に戻る。

図９は、実施の形態に係る冷凍サイクル装置１００の除霜運転の第３の除霜制御の動作説明図である。図９に示す第３の除霜制御の動作状態は、図７に示す第１の除霜制御の動作状態と同じである。つまり、図９において、切替部８の切替状態は第１の状態となっている。つまり、第３の除霜制御における切替部８の切替状態は、第１の除霜制御における切替部８の切替状態と同じである。また、図９において、流路切替弁９の状態は、図５で説明した暖房運転における流路切替弁９の状態と同じである。また、図９において、弁７は開いている。更に、図９において、室内送風機２ａ及び室外送風機５ａは運転している。第３の除霜制御の冷媒の流れは、第１の除霜制御の冷媒の流れと同様なので説明を割愛する。

図１０は、実施の形態に係る冷凍サイクル装置１００の制御フローチャートである。
制御装置Ｃｎｔは除霜運転に係る制御フローを開始する（ステップＳ０）。制御装置Ｃｎｔは、暖房運転を開始してから経過した時間すなわち暖房運転時間ｈｔを取得する（ステップＳ１）。制御装置Ｃｎｔの演算部５０Ａは、暖房運転時間ｈｔが予め定められている時間Ｔｈより長いか否かを判定する（ステップＳ２）。暖房運転時間ｈｔが予め定められている時間Ｔｈより長い場合には、制御装置Ｃｎｔは除霜運転を開始する（ステップＳ３）。ステップＳ３において、制御装置Ｃｎｔは第１の除霜制御を実行する。つまり、制御装置Ｃｎｔは、切替部８の切替状態を第３の状態から第１の状態へ切り替え、且つ、弁７を開く。また、制御装置Ｃｎｔは、流路切替弁９の状態を維持する。

制御装置Ｃｎｔは、第１の除霜制御を開始してから経過した時間すなわち第１の除霜制御の実行時間ｔ１を取得する（ステップＳ４）。制御装置Ｃｎｔの演算部５０Ａは、実行時間ｔ１が予め定められている時間Ｔ１より長いか否かを判定する（ステップＳ５）。実行時間ｔ１が予め定められている時間Ｔ１より長い場合には、制御装置Ｃｎｔは、第１の除霜制御を終了し、第２の除霜制御を開始する（ステップＳ６）。つまり、制御装置Ｃｎｔは、切替部８の切替状態を第１の状態から第２の状態へ切り替える。また、制御装置Ｃｎｔは、弁７を開のままとし、且つ、流路切替弁９の状態を維持する。

制御装置Ｃｎｔは、第２の除霜制御を開始してから経過した時間すなわち第２の除霜制御の実行時間ｔ２を取得する（ステップＳ７）。制御装置Ｃｎｔの演算部５０Ａは、実行時間ｔ２が予め定められている時間Ｔ２より長いか否かを判定する（ステップＳ８）。ここで、時間Ｔ１は、時間Ｔ２よりも短い。つまり、第１の除霜制御の実行時間は、第２の除霜制御の実行時間よりも短くなっている。実行時間ｔ２が予め定められている時間Ｔ２より長い場合には、制御装置Ｃｎｔは、第２の除霜制御を終了し、第３の除霜制御を開始する（ステップＳ９）。つまり、制御装置Ｃｎｔは、切替部８の切替状態を第２の状態から第１の状態へ切り替える。また、制御装置Ｃｎｔは、弁７を開のままとし、且つ、流路切替弁９の状態を維持する。

制御装置Ｃｎｔは、第３の除霜制御を開始してから経過した時間すなわち第３の除霜制御の実行時間ｔ３を取得する（ステップＳ１０）。制御装置Ｃｎｔの演算部５０Ａは、実行時間ｔ３が予め定められている時間Ｔ３より長いか否かを判定する（ステップＳ１１）。ここで、時間Ｔ１は、時間Ｔ３よりも短い。つまり、第１の除霜制御の実行時間は、第３の除霜制御の実行時間よりも短くなっている。実行時間ｔ３が予め定められている時間Ｔ３より長い場合には、制御装置Ｃｎｔは、第３の除霜制御を終了する（ステップＳ１２）。ステップＳ１２において、制御装置Ｃｎｔは除霜運転を終了し、暖房運転を再開する。つまり、制御装置Ｃｎｔは、切替部８の切替状態を第１の状態から第３の状態へ切り替え、且つ、弁７を閉とする。また、制御装置Ｃｎｔは、流路切替弁９の状態を維持する。制御装置Ｃｎｔは除霜運転に係る制御フローを終了する（ステップＳ１３）。

図１１は、暖房運転時において、下側熱交換器５Ａに形成された霜Ｆｒ１及び上側熱交換器５Ｂに形成された霜Ｆｒ２の様子を示す模式図である。図１１に示すように、暖房運転を継続していると、下側熱交換器５Ａには霜Ｆｒ１が形成され、上側熱交換器５Ｂには霜Ｆｒ２が形成される。なお、説明の便宜上、下側熱交換器５Ａの体積と上側熱交換器５Ｂの体積とは同じであるので、霜Ｆｒ１の量と霜Ｆｒ２の量が同じであるとする。

図１２は、第１の除霜制御を実行しているときにおいて、下側熱交換器５Ａの霜Ｆｒ１ａが溶ける様子を示す模式図である。第１の除霜制御を実行することで、霜Ｆｒ１が溶け、水ｄｒａが下に流れ落ちる。霜Ｆｒ１の量が少なければ霜Ｆｒ１が完全に溶ける可能性があるが、ここでの説明では、霜Ｆｒ１が溶け残るものとする。つまり、第１の除霜制御を実行することで、霜Ｆｒ１の一部が溶ける。

図１３は、第２の除霜制御を実行しているときにおいて、上側熱交換器５Ｂの霜Ｆｒ２ｂが溶ける様子及び下側熱交換器５Ａで水ｄｒｂが再氷結する様子を示す模式図である。第２の除霜制御を実行することで、図１２に示す霜Ｆｒ２が溶け、霜Ｆｒ２ｂになる。図１２に示す霜Ｆｒ２が溶けると、水ｄｒｂが上側熱交換器５Ｂから下側熱交換器５Ａに流れ落ちる。流れ落ちた水ｄｒｂは、蒸発器として機能している下側熱交換器５Ａと下側熱交換器５Ａに溶け残る霜とに冷却される。

図１４は、第２の除霜制御を終えたときにおいて、下側熱交換器５Ａに残っている霜Ｆｒ１ｃの様子を示す模式図である。第２の除霜制御の実行時間は、第１の除霜制御の実行時間よりも長い。このため、第２の除霜制御を実行することで溶かすことができる霜量は、第１の除霜制御を実行することで溶かすことができる霜量よりも多くなる。図１４において、図１３に示す霜Ｆｒ２ｂは完全に溶けている。一方、図１３に示す水ｄｒｂは、下側熱交換器５Ａの表面で氷結する、又は、下側熱交換器５Ａに形成されている霜で氷結する。特に、水ｄｒｂが下側熱交換器５Ａに形成されている霜で氷結すると、下側熱交換器５Ａの霜が厚くなり、熱源である下側熱交換器５Ａに接触していない霜の量が増加する。しかし、第２の除霜制御の前に第１の除霜制御が実行されているので、第３の除霜運転の開始時における下側熱交換器５Ａの霜は、厚くなることが抑制されている。

図１５は、第３の除霜制御を終えたときの室外熱交換器５を示す模式図である。上述のように、第３の除霜運転の開始時における下側熱交換器５Ａの霜は、厚くなることが抑制されている。このため、第３の除霜制御を実行することで、図１４に示す霜Ｆｒ１ｃが溶ける。

＜実施の形態の効果＞
従来の冷凍サイクル装置は、上側熱交換器の除霜を行い、その後、下側熱交換器の除霜を行う。つまり、従来の冷凍サイクル装置の室外熱交換器の除霜は、上側熱交換器の除霜及び下側熱交換器の除霜とを含む２段階の除霜である。従来の冷凍サイクル装置の除霜運転において、上側熱交換器の除霜が行われると、上側熱交換器から流れ落ちた水が下側熱交換器の霜に接触し、上側熱交換器から流れ落ちた水が下側熱交換器の霜で氷結する。その結果、下側熱交換器の除霜の開始時における下側熱交換器の霜の厚みは、上側熱交換器の除霜の開始時における下側熱交換器の霜の厚みよりも、厚くなってしまう。ここで、下側熱交換器に接触している霜は下側熱交換器から直に熱を受け取るので下側熱交換器に接触している霜は溶けやすい。その一方、下側熱交換器に接触していない霜例えば下側熱交換器の霜の外側部は、下側熱交換器に接触している霜等を介して伝わった熱を受け取る。このため、下側熱交換器の霜の外側部は溶けにくい。下側熱交換器の霜の厚みが厚くなる程、下側熱交換器に接触していない霜の量が増加することになるので、下側熱交換器の霜の厚みが厚くなる程、下側熱交換器の除霜効率が低下する可能性が高まる。しかし、冷凍サイクル装置１００の制御装置Ｃｎｔは、第２の除霜制御を実行する前に第１の除霜制御を実行する。このため、第３の除霜制御の開始時における下側熱交換器５Ａの霜の厚みの増加が抑制され、その結果、第３の除霜制御時における下側熱交換器５Ａの除霜効率の低下が抑制される。したがって、第３の除霜制御の終了時において、下側熱交換器５Ａで溶け残る霜の量が抑制される。そして、制御装置Ｃｎｔは第３の除霜制御を実行した後、暖房運転を再開する。第３の除霜制御の終了時において下側熱交換器５Ａで溶け残る霜の量が抑制されているので、再開された暖房運転を実行しているときにおいて下側熱交換器５Ａの伝熱管ｈｐＡの冷媒と下側熱交換器５Ａを通過する空気との熱交換の阻害が抑制される。よって、除霜運転の後に再開される暖房運転を実行しているときにおいて下側熱交換器５Ａの熱交換効率の低下が抑制され、その結果、冷凍サイクル装置１００の暖房運転の効率の低下が抑制される。

一例を挙げて上述の効果の補足をする。第１の除霜制御の実行時間と第３の除霜制御の実行時間とを合わせた時間をＸ時間とし、第２の除霜制御の実行時間をＹ時間とする。また、従来の冷凍サイクル装置の下側熱交換器の除霜時間をＸ時間とし、従来の冷凍サイクル装置の上側熱交換器の除霜時間をＹ時間とする。このように、冷凍サイクル装置１００の除霜時間と従来の冷凍サイクル装置の除霜時間とが同じである場合には、冷凍サイクル装置１００の下側熱交換器５Ａで溶け残る霜の量は、従来の冷凍サイクル装置の下側熱交換器で溶け残る霜の量よりも、抑制されている。上述したように、冷凍サイクル装置１００の制御装置Ｃｎｔが第２の除霜制御を実行する前に第１の除霜制御を実行するので、第３の除霜制御の開始時における下側熱交換器５Ａの霜が厚くなることが抑制され、その結果、第３の除霜制御時における下側熱交換器５Ａの除霜効率の低下が抑制されるためである。

実施の形態において、冷凍サイクル装置１００の第３の除霜制御の実行時間は、予め定められている。しかし、上述のように、第３の除霜制御の開始時における下側熱交換器５Ａの霜が厚くなることが抑制されているので、冷凍サイクル装置１００の管理者は、下側熱交換器５Ａの霜の溶け残りを懸念して、第３の除霜制御の実行時間を必要以上に長く設定しなくてもよい。つまり、冷凍サイクル装置１００は、除霜運転時間を短く設定しやすい構成である。ここで、除霜運転時間を短くすることができると、その分、除霜運転から暖房運転に復帰するタイミングの遅れも抑制される。このため、冷凍サイクル装置１００は、暖房運転の時間及び除霜運転の時間を含む総運転時間に対する暖房運転の時間の割合が、小さくなることが抑制されている。したがって、冷凍サイクル装置１００は、室内温度の低下の抑制効果を有する。

冷凍サイクル装置１００が除霜運転を行っている場合において、室内熱交換器２は凝縮器として機能している。具体的には、制御装置Ｃｎｔが第１の除霜制御、第２の除霜制御及び第３の除霜制御を実行している場合において、室内熱交換器２は凝縮器として機能している。このため、冷凍サイクル装置１００は、室外機２０で室外熱交換器５の除霜を行いながら、室内機３０による室内の暖房を行うことができる。

ここでは、説明の便宜上、第３の除霜制御の実行時間が第１の除霜制御の実行時間よりも短い場合も、第１の除霜制御の実行時間が第３の除霜制御の実行時間よりも短い場合も、第１の除霜制御の実行時間と第３の除霜制御の実行時間とを合わせた総時間が一定であるとする。第３の除霜制御の実行時間が第１の除霜制御の実行時間よりも短い場合においては、第１の除霜制御の実行時間が長い分、第１の除霜制御において下側熱交換器５Ａで溶ける霜の量が増加する。ここで、第２の除霜制御の実行により、下側熱交換器５Ａの着霜量が増加してしまう。このため、第３の除霜制御の実行時間が第１の除霜制御の実行時間よりも短い場合においては、第３の除霜制御の実行時間が短くなる分、第３の除霜制御の終了時において下側熱交換器５Ａの霜が溶け残りやすくなる。そこで、冷凍サイクル装置１００において、第１の除霜制御の実行時間は、第３の除霜制御の実行時間よりも短くなっている。換言すれば、冷凍サイクル装置１００において、第３の除霜制御の実行時間は、第１の除霜制御の実行時間よりも長くなっている。このため、第２の除霜制御の実行により、下側熱交換器５Ａの着霜量が増加したとしても、第３の除霜制御の終了時において下側熱交換器５Ａの霜が溶け残りにくくなる。つまり、第３の除霜制御の実行時間が第１の除霜制御の実行時間よりも長いので、冷凍サイクル装置１００は、第３の除霜制御の終了時において下側熱交換器５Ａの霜が溶け残りにくくなる効果を有している。
ここで、上側熱交換器５Ｂの着霜量が大きくなる程、第２の除霜制御時において、上側熱交換器５Ｂから下側熱交換器５Ａへ流れ落ちる水の量は増加する。このため、上側熱交換器５Ｂの着霜量が大きくなる程、第３の除霜制御の開始時における下側熱交換器５Ａの着霜量は増加しやすい。このため、上側熱交換器５Ｂの着霜量が大きくなると、上述した、第３の除霜制御の終了時において下側熱交換器５Ａの霜が溶け残りにくくなる効果はより顕著となる。

第１の除霜制御の実行時間を長く設定しすぎると、下側熱交換器５Ａの霜が完全に溶けたにもかかわらず、下側熱交換器５Ａの除霜が行われることになる。つまり、第１の除霜制御の実行時間を長く設定しすぎると、第１の除霜制御の実行時間のうち、霜を溶かしていない時間すなわち無駄な時間の割合が増えてしまう。そこで、冷凍サイクル装置１００において、第１の除霜制御の実行時間は、第２の除霜制御の実行期間よりも短くなっている。このように、第１の除霜制御の実行時間が抑えられているので、冷凍サイクル装置１００は、第１の除霜制御の実行時間のうち霜を溶かしていない時間の割合が増えることが抑制される効果を有する。

制御装置Ｃｎｔは、暖房運転を開始してから予め定められた時間が経過した場合には、除霜運転を開始する。つまり、冷凍サイクル装置１００は、除霜運転を開始するか否かの判定に用いる温度センサが不要となっている。このため、冷凍サイクル装置１００の製造コストは抑制されている。

冷凍サイクル装置１００は、切替部８、バイパス配管Ｐ９Ａ、バイパス配管Ｐ９Ｂ及び弁７を有している。そして、制御装置Ｃｎｔは、暖房運転において弁７を閉とする。これにより、暖房運転において、バイパス回路Ｃ２にはホットガスが供給されず、室内熱交換器２にはホットガスが供給される。その結果、室内熱交換器２は凝縮器として機能し、室外熱交換器５は蒸発器として機能する。また、制御装置Ｃｎｔは、除霜運転において切替部８の切替状態を第１の状態又は第２の状態とするとともに弁７を開とする。これにより、除霜運転において、バイパス回路Ｃ２及び室内熱交換器２にはホットガスが供給される。その結果、室内熱交換器２は凝縮器として機能し、下側熱交換器５Ａ及び上側熱交換器５Ｂのうちの一方は除霜され、下側熱交換器５Ａ及び上側熱交換器５Ｂのうちの他方は蒸発器として機能する。

＜実施の形態の変形例１＞
図１６は、実施の形態に係る冷凍サイクル装置１００の変形例１の冷媒回路図である。切替部８は、第１の状態と第２の状態と第３の状態とを切り替えることができる構成であった。変形例１の切替部８ｔは、三方弁８ａと三方弁８ｂとを備えている。切替部８ｔも、切替部８と同様の機能を有している。また、変形例１のバイパス配管Ｐ９Ｂｔは、三方弁８ａ及び三方弁８ｂに繋がっている。また、変形例１の配管Ｐ６Ａｔは、三方弁８ａと下側熱交換器５Ａとを繋いでおり、変形例１の配管Ｐ６Ｂｔは、三方弁８ｂと上側熱交換器５Ｂとを繋いでいる。

三方弁８ａは、圧縮機１の吐出側と下側熱交換器５Ａとを繋ぐ状態Ａと、下側熱交換器５Ａと流路切替弁９とを繋ぐ状態Ｂとを切り替える。また、三方弁８ｂは、圧縮機１の吐出側と上側熱交換器５Ｂとを繋ぐ状態Ｃと、上側熱交換器５Ｂと流路切替弁９とを繋ぐ状態Ｄとを切り替える。暖房運転及び冷房運転において、制御装置Ｃｎｔは、三方弁８ａを状態Ｂとし、三方弁８ｂを状態Ｄとする。また、第１の除霜制御及び第３の除霜制御において、制御装置Ｃｎｔは、三方弁８ａを状態Ａとし、三方弁８ｂを状態Ｄとする。更に、第２の除霜制御において、制御装置Ｃｎｔは、三方弁８ａを状態Ｂとし、三方弁８ｂを状態Ｃとする。この変形例１も、実施の形態に係る冷凍サイクル装置１００と同様の効果を有する。

＜実施の形態の変形例２＞
図１７は、実施の形態に係る冷凍サイクル装置１００の変形例２の冷媒回路図である。実施の形態の冷凍サイクル装置１００は暖房運転と冷房運転とを切り替えることができる構成であった。変形例２は流路切替弁９を有していない。このため、変形例２は、暖房運転を行うことができるが、冷房運転を行うことができない。この変形例２も、実施の形態に係る冷凍サイクル装置１００と同様の効果を有する。

＜実施の形態の変形例３＞
図１８は、実施の形態に係る冷凍サイクル装置１００の変形例３の室外熱交換器５ｔを模式的に示した図である。実施の形態の冷凍サイクル装置１００において、下側熱交換器５Ａの体積と上側熱交換器５Ｂの体積とは同じであった。変形例３において、下側熱交換器５Ａｔの体積は、上側熱交換器５Ｂｔの体積よりも小さくなっている。なお、下側熱交換器５Ａｔの体積と上側熱交換器５Ｂｔの体積とを合わせた体積は、下側熱交換器５Ａの体積と上側熱交換器５Ｂの体積とを合わせた体積と同じである。

下側熱交換器５Ａｔの体積が上側熱交換器５Ｂｔの体積よりも小さいので、除霜運転を開始するときにおける下側熱交換器５Ａｔの着霜量は、除霜運転を開始するときにおける上側熱交換器５Ｂｔの着霜量よりも少なくなっている。ここで、第１の除霜制御及び第３の除霜制御において下側熱交換器５Ａに単位時間あたりに供給される熱量が、第２の除霜制御において下側熱交換器５Ａに単位時間あたりに供給される熱量と同等であるとする。この場合において、第３の除霜制御中において下側熱交換器５Ａｔの単位質量の霜が下側熱交換器５Ａｔから単位時間あたりに受け取る熱量は、第２の除霜制御中において上側熱交換器５Ｂｔの単位質量の霜が上側熱交換器５Ｂｔから単位時間あたりに受け取る熱量よりも大きくなる。つまり、第３の除霜制御の除霜効率が、第２の除霜制御の除霜効率と比較して向上する。下側熱交換器５Ａｔは第２の除霜制御によって着霜量が増加するので、第３の除霜制御の除霜効率の向上の要請は高い。変形例３の第３の除霜制御の除霜効率は上述の通り向上しているので、第３の除霜制御の終了時において、下側熱交換器５Ａで溶け残る霜の量が抑制される。
また、第１の除霜制御中において下側熱交換器５Ａｔの単位質量の霜が下側熱交換器５Ａｔから単位時間あたりに受け取る熱量は、第２の除霜制御中において上側熱交換器５Ｂｔの単位質量の霜が上側熱交換器５Ｂｔから単位時間あたりに受け取る熱量よりも大きくなる。つまり、第１の除霜制御の除霜効率も、第２の除霜制御の除霜効率と比較して向上する。その結果、第３の除霜制御の開始時において、下側熱交換器５Ａの着霜量が抑制される。これにより、第３の除霜制御の終了時において、下側熱交換器５Ａで溶け残る霜の量が更に抑制される。

１ 圧縮機、２ 室内熱交換器、２ａ 室内送風機、３ 減圧装置、４Ａ キャピラリーチューブ、４Ｂ キャピラリーチューブ、５ 室外熱交換器、５Ａ 下側熱交換器、５Ａｔ 下側熱交換器、５Ｂ 上側熱交換器、５Ｂｔ 上側熱交換器、５ａ 室外送風機、５ｔ 室外熱交換器、７ 弁、８ 切替部、８ａ 三方弁、８ｂ 三方弁、８ｔ 切替部、９ 流路切替弁、２０ 室外機、３０ 室内機、５０ 記憶部、５０Ａ 演算部、５０Ｂ 制御部、５０Ｃ 記憶部、１００ 冷凍サイクル装置、Ｃ 冷媒回路、Ｃ１ 主回路、Ｃ２ バイパス回路、Ｃｎｔ 制御装置、ＦｎＡ フィン、ＦｎＢ フィン、Ｐ１ 配管、Ｐ２ 配管、Ｐ３ 配管、Ｐ４ 配管、Ｐ５Ａ 配管、Ｐ５Ｂ 配管、Ｐ６Ａ 配管、Ｐ６Ａｔ 配管、Ｐ６Ｂ 配管、Ｐ６Ｂｔ 配管、Ｐ７ 配管、Ｐ８ 配管、Ｐ９Ａ バイパス配管、Ｐ９Ｂ バイパス配管、Ｐ９Ｂｔ バイパス配管、ｈｐＡ 伝熱管、ｈｐＢ 伝熱管。

本発明は、空気調和装置に関し、特に、熱交換器に形成されている霜を溶かす除霜運転を実行する空気調和装置に関するものである。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、暖房運転の効率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を目的としている。

本発明に係る空気調和装置は、圧縮機と、暖房運転時において凝縮器として機能する室内熱交換器と、下側熱交換器及び下側熱交換器の上側に設けられている上側熱交換器を有し、暖房運転時において蒸発器として機能する室外熱交換器と、室外熱交換器に空気を供給する室外送風機と、暖房運転時において室内熱交換器よりも冷媒の流れ方向の下流側に設けられ、暖房運転時において室外熱交換器よりも冷媒流れ方向の上流側に設けられている減圧装置と、圧縮機の吐出側と下側熱交換器とを繋ぐ第１の状態と圧縮機の吐出側と上側熱交換器とを繋ぐ第２の状態とを切り替える切替部と、切替部の切替状態を制御する制御装置と、を備え、制御装置が室外熱交換器の霜を溶かす除霜運転を行う場合において、制御装置は、室外送風機を運転させ、切替部の切替状態を第１の状態とする第１の除霜制御を実行し、第１の除霜制御を実行した後に、切替部の切替状態を第２の状態とする第２の除霜制御を実行し、第２の除霜制御を実行した後に、切替部の切替状態を第１の状態とする第３の除霜制御を実行する。

本発明に係る空気調和装置によれば、第２の除霜制御の実行の前に第１の除霜制御が実行されるので、第３の除霜制御の開始時における下側熱交換器の霜が厚くなることが抑制され、その結果、暖房運転の効率の低下が抑制される。

Claims (7)

1. 圧縮機と、
   暖房運転時において凝縮器として機能する室内熱交換器と、
   下側熱交換器及び下側熱交換器の上側に設けられている上側熱交換器を有し、前記暖房運転時において蒸発器として機能する室外熱交換器と、
   前記暖房運転時において前記室内熱交換器よりも冷媒の流れ方向の下流側に設けられ、前記暖房運転時において前記室外熱交換器よりも冷媒流れ方向の上流側に設けられている減圧装置と、
   前記圧縮機の吐出側と前記下側熱交換器とを繋ぐ第１の状態と前記圧縮機の吐出側と前記上側熱交換器とを繋ぐ第２の状態とを切り替える切替部と、
   前記切替部の切替状態を制御する制御装置と、
   を備え、
   前記制御装置が前記室外熱交換器の霜を溶かす除霜運転を行う場合において、
   前記制御装置は、
   前記切替部の前記切替状態を前記第１の状態とする第１の除霜制御を実行し、
   前記第１の除霜制御を実行した後に、前記切替部の前記切替状態を前記第２の状態とする第２の除霜制御を実行し、
   前記第２の除霜制御を実行した後に、前記切替部の前記切替状態を前記第１の状態とする第３の除霜制御を実行する
   冷凍サイクル装置。
2. 前記第１の除霜制御及び前記第３の除霜制御において、前記室内熱交換器は凝縮器として機能し且つ前記上側熱交換器は蒸発器として機能しており、
   前記第２の除霜制御において、前記室内熱交換器は凝縮器として機能し且つ前記下側熱交換器が蒸発器として機能している
   請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
3. 前記第１の除霜制御の実行時間は、前記第３の除霜制御の実行時間よりも短い
   請求項１又は２に記載の冷凍サイクル装置。
4. 前記第１の除霜制御の実行時間は、前記第２の除霜制御の実行時間よりも短い
   請求項１〜３のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
5. 前記制御装置は、前記暖房運転を開始してから予め定められた時間が経過した場合には、前記除霜運転を開始する
   請求項１〜４のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
6. 前記圧縮機の吐出側と前記切替部とを繋ぐバイパス配管と、
   前記バイパス配管に設けられている弁とを更に備え、
   前記制御装置は、前記暖房運転において前記弁を閉とし、前記除霜運転において前記弁を開とする
   請求項１〜５のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
7. 前記下側熱交換器の体積は、前記上側熱交換器の体積よりも小さい
   請求項１〜６のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。

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