JPWO2019171463A1 - 空気調和装置 - Google Patents

Abstract

空気調和装置は、圧縮機、切替弁、第１の熱交換器、膨張弁、第２の熱交換器が第１の配管で接続され冷媒が流れる冷媒回路と、ポンプ、第１の熱交換器、第３の熱交換器が第２の配管で接続され熱媒体が流れる熱媒体回路とを備える。圧縮機およびポンプを制御するように構成される制御装置とを備える。制御装置は、除霜運転に入る前において、圧縮機の周波数を暖房運転時の圧縮機の周波数に比べて増加させるとともに、ポンプの回転速度を暖房運転時のポンプの回転速度よりも低下させるように構成される。

Description

本発明は、空気調和装置に関する。

従来から、除霜運転中に暖房能力が低下しないようにするため、除霜運転前に蓄熱槽に熱を蓄積し、除霜運転中に蓄熱槽に蓄積された熱を使用する装置が知られている。

たとえば、特開平８−２８９３２号公報（特許文献１）の装置は、冬季の夜間運転において、蓄熱式空気調和機の、圧縮機、第１四方弁、室外側熱交換器、第２膨張弁、蓄熱槽内の１次側熱交換部とを連通した１次側冷凍サイクルにおいて、第２膨張弁の制御により、蓄熱槽内の１次側熱交換部を介して蓄熱材である水を温水にする蓄熱運転を行う。

特許文献１の装置は、低外気温時の暖房運転において、１次側冷凍サイクルにおいて蓄熱槽内の１次側熱交換部を蒸発器、室外側熱交換器を凝縮器として冷凍サイクルを構成するとともに、２次側冷凍サイクルでは、バイパス弁を開、蓄熱槽用流量弁を全閉として、蓄熱槽の２次側熱交換器と冷媒対冷媒熱交換器の２次側熱交換器を直列として暖房運転を継続する。

特開平８−２８９３２号公報

特許文献１の空気調和装置は、蓄熱槽を備える必要がある。しかしながら、蓄熱槽を設置できないような環境では、除霜運転前に熱を蓄積することができない。

それゆえに、本発明の目的は、蓄熱槽を設けることなく、除霜運転中に暖房能力が低下しないようにすることができる空気調和装置を提供することである。

本発明の空気調和装置は、圧縮機、切替弁、第１の熱交換器、膨張弁、第２の熱交換器が第１の配管で接続され冷媒が流れる冷媒回路と、ポンプ、第１の熱交換器、第３の熱交換器が第２の配管で接続され熱媒体が流れる熱媒体回路と、圧縮機およびポンプを制御するように構成される制御装置とを備える。制御装置は、除霜運転に入る前において、圧縮機の周波数を暖房運転時の圧縮機の周波数に比べて増加させるとともに、ポンプの回転速度を暖房運転時のポンプの回転速度よりも低下させるように構成される。

本発明によれば、除霜運転に入る前において、圧縮機の周波数が暖房運転時の圧縮機の周波数に比べて増加するとともに、ポンプの回転速度が暖房運転時のポンプの回転速度よりも低下する。これによって、蓄熱槽を設けることなく、除霜運転中に暖房能力が低下しないようにすることができる。

実施の形態１の空気調和装置１０００の構成を表わす図である。 空気調和装置１０００における冷媒および熱媒体の流れを表わす図である。 実施の形態１の空気調和装置１０００の動作手順を表わすフローチャートである。 実施の形態１における圧縮機１およびポンプ１２の制御のタイミングチャートである。 実施の形態２におけるポンプ１２の回転速度の減少手順を表わすフローチャートである。 実施の形態３の空気調和装置２０００の構成を表わす図である。 プレヒート運転時のカスケード熱交換器３の２次側の出口の熱媒体の温度ＴＡ、および室内側熱交換器１１の入口の熱媒体の温度ＴＢの時間変化の概略を表わす図である。 カスケード熱交換器３の出口と、室内側熱交換器１１との間に存在する熱媒体の量ＭＷを特定する手順を表わすフローチャートである。 目標温度ＴＭの決定手順を表わす図である。 実施の形態１における温度ＴＢの変化、およびポンプ１２の制御のタイミングチャートである。 実施の形態４の空気調和装置３０００の構成を表わす図である。 実施の形態４の空気調和装置１０００の動作手順を表わすフローチャートである。 実施の形態４における温度ＴＡ、ＴＢの変化、ポンプ１２の制御のタイミングチャートである。

以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１は、実施の形態１の空気調和装置１０００の構成を表わす図である。

空気調和装置１０００は、室外ユニットと、室内ユニットとを備える。
室外ユニットは、圧縮機１と、切替弁２と、カスケード熱交換器３と、膨張弁４と、室外側熱交換器５と、が第１接続配管２１で接続され、圧縮機１及び室外側熱交換器５と並列接続された第２接続配管２２がバイパスされた冷媒回路１００と、室外側熱交換器５に風を送る送風機６とを備える。

室内ユニットは、並列接続された室内側熱交換器１１ａ，１１ｂと、ポンプ１２と、カスケード熱交換器３が第３接続配管２３で接続された熱媒体回路２００と、室内側熱交換器１１ａ，１１ｂそれぞれに風を送る送風機１３ａ，１３ｂと、制御装置３１と、第１温度センサ３２とを備える。以下では、室内側熱交換器１１ａ，１１ｂを総称して、室内側熱交換器１１と呼び、送風機１３ａ，１３ｂを総称して、送風機１３と呼ぶ場合がある。なお、制御装置３１は室内ユニットの外に備えられていても良い。

１次側の冷媒回路１００は、第１接続配管２１で接続された圧縮機１と、切替弁２と、カスケード熱交換器３と、膨張弁４と、室外側熱交換器５とを有する。冷媒回路１００は、さらにバイパス配管である第２接続配管２２を有する。第２接続配管２２は、第１接続配管２１における膨張弁４と室外側熱交換器５との間の分岐箇所と切替弁２とを接続する。冷媒回路１００には、冷媒が流れる。

空気調和装置１０００は、暖房運転と、除霜運転と、暖房運転の後かつ除霜運転の前のプレヒート運転とを切り替えて実行する。プレヒート運転とは除霜運転の前に行われる運転であり、除霜運転で使用する熱を蓄熱する動作である。

２次側の熱媒体回路２００は、第３接続配管２３で接続されたポンプ１２と、カスケード熱交換器３と、室内側熱交換器１１とを有する。熱媒体回路２００には、熱媒体が流れる。熱媒体は、たとえば、不凍液、水、または不凍液と水との混合液である。

以下の説明において、カスケード熱交換器３、室外側熱交換器５、室内側熱交換器１１を、それぞれ第１の熱交換器、第２の熱交換器、第３の熱交換器と呼ぶ場合もある。

圧縮機１は、低圧冷媒を吸入して圧縮し、高圧冷媒として吐出する。圧縮機１は、たとえばインバータ圧縮機である。

切替弁２は、冷媒の流路を切り替える。切替弁２は、暖房運転時およびプレヒート運転時には、圧縮機１の吐出側をカスケード熱交換器３の入口側に接続することによって、圧縮機１から吐出された冷媒をカスケード熱交換器３に流す第１流路を形成する。切替弁２は、除霜運転時には、圧縮機１の吐出側をバイパス配管である第２接続配管２２を経由して、室外側熱交換器５の入口に接続することによって、圧縮機１から吐出された冷媒を室外側熱交換器５に流す第２流路を形成する。切替弁２は、制御装置３１からの指示信号に従って、流路を切り替える。

カスケード熱交換器３は、圧縮機１で圧縮された冷媒と、ポンプ１２から吐出された熱媒体とを熱交換させる。カスケード熱交換器３は、例えばプレート式熱交換器である。

膨張弁４は、カスケード熱交換器３から吐出された冷媒を減圧して膨張させる。
室外側熱交換器５は、暖房運転時およびプレヒート運転時には膨張弁４で減圧された冷媒、除霜運転時には、圧縮機１から吐出されて直接送られてくる冷媒を室外の空気と熱交換させる。送風機６からの空気によって室外側熱交換器５における熱交換が促進される。送風機６は、ファンと、ファンを回転させるモータとを含む。

ポンプ１２は、室内側熱交換器１１から吐出された熱媒体をカスケード熱交換器３に供給する。

室内側熱交換器１１は、熱媒体を室内の空気と熱交換させる。送風機１３からの空気によって室内側熱交換器１１における熱交換が促進される。送風機１３は、ファンと、ファンを回転させるモータとを含む。

図２は、空気調和装置１０００における冷媒および熱媒体の流れを表わす図である。
冷媒回路において、冷媒が流れる流路は、暖房運転時およびプレヒート運転時と、除霜運転時とで異なる。

暖房運転時およびプレヒート運転時には、圧縮機１で圧縮された冷媒は、切替弁２を通ってから、カスケード熱交換器３、膨張弁４、室外側熱交換器５を通り、圧縮機１へ戻る。除霜運転時には、圧縮機１で圧縮された冷媒は、切替弁２を通ってから、第２接続配管２２を経由して、室外側熱交換器５を通り、圧縮機１へ戻る。

熱媒体回路において、ポンプ１２から吐出された熱媒体は、カスケード熱交換器３へ送られて、その後、室内側熱交換器１１を通って、ポンプ１２に戻る。

第１温度センサ３２は、室内側熱交換器１１の入口付近に配置される。第１温度センサ３２は、室内側熱交換器１１の入口の熱媒体の温度ＴＢを検出する。

制御装置３１は、第１温度センサ３２から出力される温度ＴＢを取得する。制御装置３１は、圧縮機１およびポンプ１２を制御する。

制御装置３１は、暖房運転時の圧縮機１の周波数およびポンプ１２の回転速度に比べて、プレヒート運転時の圧縮機１の周波数を増加させ、熱媒体の温度を上昇させるとともに、ポンプ１２の回転速度を低下させることによって、暖房能力が過剰になる事を防ぐように構成される。制御装置３１は、プレヒート運転時に、圧縮機１の周波数を暖房運転時の圧縮機１の周波数に比べて増加させた後、室内側熱交換器１１の入口の熱媒体の温度ＴＢの増加に応じて、ポンプ１２の回転速度を低下させるように構成されてもよい。

制御装置３１は、プレヒート運転時に、室内側熱交換器１１の入口の熱媒体の温度ＴＢが目標温度（閾値温度）に達すると、冷媒回路１００を除霜運転に切り替えるように構成される。

制御装置３１は、除霜運転時に、室内側熱交換器１１の入口の熱媒体の温度が減少したときに、冷媒回路１００を暖房運転に切り替えるよう構成される。

図３は、実施の形態１の空気調和装置１０００の動作手順を表わすフローチャートである。

ステップＳ１０１において、暖房運転の指示が入力されると、処理がステップＳ１０２に進む。

ステップＳ１０２において、制御装置３１は、空気調和装置１０００を暖房運転モードに設定する。

ステップＳ１０３において、制御装置３１は、切替弁２の流路を第１接続配管２１側に設定する。制御装置３１は、圧縮機１の周波数をｆ１に設定する。制御装置３１は、ポンプ１２の回転速度をＲ１に設定する。周波数ｆ１および回転速度Ｒ１は、暖房運転時の運転効率が最適となるように設計された値が用いられる。

ステップＳ１０４において、暖房運転の開始後、一定時間が経過すると、処理がステップＳ１０５に進む。

ステップＳ１０５において、制御装置３１は、空気調和装置１０００をプレヒート運転モードに設定する。

ステップＳ１０６において、制御装置３１は、圧縮機１の周波数をｆ２に増加させる。ただし、ｆ１＜ｆ２である。

ステップＳ１０７において、第１温度センサ３２によって検出される室内側熱交換器１１の入口の熱媒体の温度ＴＢが増加した場合に、処理がステップＳ１０８に進む。

ステップＳ１０８において、制御装置３１は、ポンプ１２の回転速度を一定量だけ減少させる。

ステップＳ１０９において、第１温度センサ３２によって検出される室内側熱交換器１１の入口の熱媒体の温度ＴＢが予め定められた目標温度ＴＭ以上となった場合に、処理がステップＳ１１０に進む。室内側熱交換器１１の入口の熱媒体の温度ＴＢが予め定められた目標温度ＴＭ未満の場合に、処理がステップＳ１０７に戻る。除霜運転時に１次側の冷媒回路１００が除霜のために熱量を消費するため、２次側の熱媒体回路２００に供給されなくなる熱量またはそれ以上の熱量に相当する温度を目標温度ＴＭとすることができる。

ステップＳ１１０において、制御装置３１は、空気調和装置１０００を除霜運転モードに設定する。

ステップＳ１１１において、制御装置３１は、切替弁２の流路を第２接続配管２２側に設定する。制御装置３１は、圧縮機１の周波数およびポンプ１２の回転速度を変化させずに、維持させる。

ステップＳ１１２において、第１温度センサ３２によって検出される室内側熱交換器１１の入口の熱媒体の温度ＴＢが減少した場合に、処理がステップＳ１１３に進む。

ステップＳ１１３において、制御装置３１は、空気調和装置１０００を暖房運転モードに切り替える。その後、処理がステップＳ１０３に戻る。

図４は、実施の形態１における圧縮機１およびポンプ１２の制御のタイミングチャートである。

暖房運転時には、圧縮機１の周波数がｆ１、ポンプ１２の回転速度がＲ１とする。暖房運転時において、カスケード熱交換器３の２次側の出口の熱媒体の温度ＴＡがＴＡ１、室内側熱交換器１１の入口の熱媒体の温度ＴＢがＴＢ１とする。

プレヒート運転が開始されると、圧縮機１の周波数がｆ２に増加する。これによって、カスケード熱交換器３の２次側の出口の熱媒体の温度ＴＡがＴＡ２に増加する。ある時間の経過後に、温度ＴＡの増加が室内側熱交換器１１の入口まで伝わり、温度ＴＢがＴＢ２に増加する。

温度ＴＢが増加すると、制御装置３１は、ポンプ１２の回転速度をＲ２に低下させる。ポンプ１２の回転速度Ｒ２が低下することによって、カスケード熱交換器３の２次側の出口の熱媒体の温度ＴＡがＴＡ３に上昇する。ある時間の経過後に、温度ＴＡの上昇が室内側熱交換器１１の入口まで伝わり、温度ＴＢがＴＢ３に上昇する。

温度ＴＢが上昇すると、制御装置３１は、ポンプ１２の回転速度をＲ３に低下させる。ポンプ１２の回転速度Ｒ３が低下することによって、カスケード熱交換器３の２次側の出口の熱媒体の温度ＴＡがＴＡ４に上昇する。ある時間の経過後に、温度ＴＡの上昇が室内側熱交換器１１の入口まで伝わり、温度ＴＢがＴＢ４に上昇する。

温度ＴＢが上昇すると、制御装置３１は、ポンプ１２の回転速度をＲ４に低下させる。また、温度ＴＢ４が目標温度ＴＭに一致するので、除霜運転に移行する。

除霜運転では、カスケード熱交換器３の１次側に高温の冷媒が流れないので、カスケード熱交換器３の２次側の出口の熱媒体の温度ＴＡがＴＡ１まで低下する。ある時間の経過後に、温度ＴＡの低下が室内側熱交換器１１の入口まで伝わり、温度ＴＢがＴＢ１に低下する。

温度ＴＢが低下すると、暖房運転に移行する。制御装置３１は、ポンプ１２の回転速度をＲ１に増加させる。制御装置３１は、圧縮機１の周波数をｆ１に低下させる。

本実施の形態によれば、除霜運転前に、２次側の熱媒体回路に流れる熱媒体の温度を上げることによって、除霜運転中に１次側の冷媒回路から熱量が供給されなくなっても、室内の暖房能力を低下しないようにすることができるとともに、２次側の熱媒体回路に流れる熱媒体の温度を上げている最中、ポンプの回転速度を低下させることによって、暖房能力の過剰運転による室内の快適性の悪化を抑制することができる。

実施の形態２．
実施の形態２は、プレヒート運転モードおよび除霜運転モードにおいて、ポンプの回転速度の好ましい制御に関する。

室内側熱交換器１１の熱交換量は、以下の式で表される。
Ｑ１=Ｇｗ×Ｃｐ×（ＴＢ−ＴＣ）…(1)
ここで、Ｑ１は室内側熱交換器１１の暖房能力、Ｇｗはポンプ１２の熱媒体流量、Ｃｐは熱媒体の定圧比熱、ＴＢは室内側熱交換器１１の入口の熱媒体の温度、ＴＣは室内側熱交換器１１の出口の熱媒体の温度を表わす。

制御装置３１は、室内側熱交換器１１の入口の熱媒体の温度ＴＢが上昇したとき、暖房能力Ｑ１が、温度ＴＢの上昇前と同一となるように、ポンプ１２の熱媒体流量Ｇｗを低下させる。

制御装置は、室内側熱交換器１１の入口の熱媒体の温度ＴＢの増加が検出されたときに、室内側熱交換器１１の入口の熱媒体の前回の温度をＴＢｏ、現在の温度をＴＢｃ、ポンプ１２の現在の流量をＧｗｏ、室内側熱交換器１１の出口の熱媒体の前回の温度をＴＣｏ、現在の温度をＴＣｃとしたときに、ポンプの流量を以下の式（２）のＧｗｃに減少させる。

Ｇｗｃ＝Ｇｗｏ×｛（ＴＢｏ−ＴＣｏ）／（ＴＢｃ−ＴＣｃ）｝…（2)
カスケード熱交換器３の熱交換量は、以下の式で表される。

Ｑ２＝Ｇｗ×Ｃｐ×(ＴＣ−ＴＡ)…(3)
ここで、Ｑ２はカスケード熱交換器３の暖房能力、ＴＡはカスケード熱交換器３の２次側の出口の熱媒体の温度を表わす。

式（３）で示されるように、温度ＴＢの上昇によって、ポンプ１２の熱媒体流量Ｇｗが低下すると、温度ＴＡが上昇する。

図５は、実施の形態２におけるポンプ１２の回転速度の減少手順を表わすフローチャートである。実施の形態２では、実施の形態１の図３のステップＳ１０８に代えて、以下の処理が行われる。

ステップＳ６０１において、制御装置３１は、室内側熱交換器１１の出口の熱媒体の前回の温度ＴＣｏと、現在の温度ＴＣｃを取得する。温度ＴＣｏ、ＴＣｃは、図示しない温度センサによって検出する。

ステップＳ６０２において、制御装置３１は、室内側熱交換器１１の入口の熱媒体の前回の温度ＴＢｏと、現在の温度ＴＢｃと、ポンプ１２の更新前の回転速度Ｒｏに対応する熱媒体流量Ｇｗｏを取得する。

ステップＳ６０３において、制御装置３１は、前述の式（２）に従って、ポンプ１２の更新後の熱媒体流量Ｇｗｃを算出する。

本実施の形態によれば、プレヒート運転時および除霜運転時において、室内側熱交換器の入口の熱媒体の温度が上昇したとき、ポンプの熱媒体流量を低下させることによって、暖房能力を変化しないようにすることができる。その結果、プレヒート運転時および除霜運転時に、室内の温度を一定に保つことができる。

実施の形態３．
実施の形態３は、好ましい目標温度ＴＭの設定に関する。

図６は、実施の形態３の空気調和装置２０００の構成を表わす図である。
実施の形態３の空気調和装置２０００が、実施の形態１の空気調和装置１０００と相違する点は、空気調和装置２０００が、第２温度センサ３３および第３温度センサ３４を備える点と、制御装置３１に代えて、制御装置１３１を備える点である。

第２温度センサ３３は、カスケード熱交換器３の出口付近に配置される。第２温度センサ３３は、カスケード熱交換器３の２次側の出口の熱媒体の温度ＴＡを検出する。

第３温度センサ３４は、室内側熱交換器１１の出口付近に配置される。第３温度センサ３４は、室内側熱交換器１１の出口の熱媒体の温度ＴＣを検出する。

制御装置１３１は、カスケード熱交換器３の２次側の出口と、室内側熱交換器１１の入口との間に存在する熱媒体の量と、プレヒート運転時に熱媒体に蓄積する熱量とに基づいて、目標温度ＴＭを設定するように構成される。プレヒート運転時に熱媒体に蓄積する熱量は、室外側熱交換器５に着霜する予想最大量の霜を溶かすのに要する熱量以上の熱量とすることができる。

図７は、プレヒート運転時のカスケード熱交換器３の２次側の出口の熱媒体の温度ＴＡ、および室内側熱交換器１１の入口の熱媒体の温度ＴＢの時間変化の概略を表わす図である。

プレヒート運転時において、温度ＴＡおよび温度ＴＢは、時間とともに増加する。
温度ＴＡが、温度Ｔ０に達した時刻をｔ１とし、温度ＴＢが、温度Ｔ０に達した時刻をｔ２とする。ｔ２とｔ１の差Δｔは、カスケード熱交換器３の２次側の出口と、室内側熱交換器１１との間に存在する熱媒体の量ＭＷを反映する。すなわち、Δｔと、ポンプ１２の熱媒体流量とを乗算することによって、カスケード熱交換器３の２次側の出口と、室内側熱交換器１１との間に存在する熱媒体の量ＭＷを求めることができる。カスケード熱交換器３の２次側の出口と、室内側熱交換器１１との間に存在する熱媒体の量ＭＷを求めるのは、室内側熱交換器１１の出口とカスケード熱交換器３の２次側の入口の間の熱媒体の温度は一定に保たれ、カスケード熱交換器３の２次側の出口と室内側熱交換器１１との間の部分の熱媒体の温度が変化するからである。

制御装置１３１は、試運転時において、圧縮機１の周波数を暖房運転時よりも増加させるとともに、ポンプ１２の流量を一定に維持させるように構成される。制御装置１３１は、カスケード熱交換器３の２次側の出口の熱媒体の温度ＴＡが予め定められた温度に達した時刻と、室内側熱交換器１１の入口の熱媒体の温度が予め定められた温度に達した時刻との差と、ポンプ１２の流量とを乗ずることによって、カスケード熱交換器３の２次側の出口と、室内側熱交換器１１の入口との間に存在する熱媒体の量を算出するように構成される。

図８は、カスケード熱交換器３の出口と、室内側熱交換器１１との間に存在する熱媒体の量ＭＷを特定する手順を表わすフローチャートである。

ステップＳ２０１において、制御装置１３１は、空気調和装置１０００を試運転モードに設定する。

ステップＳ２０２において、制御装置１３１は、切替弁２の流路を第１接続配管２１側に設定する。制御装置１３１は、圧縮機１の周波数をｆ２に設定する。制御装置１３１は、ポンプ１２の回転速度をＲ１に設定する。

ステップＳ２０３において、第２温度センサ３３によって検出されるカスケード熱交換器３の２次側の出口の熱媒体の温度ＴＡが予め定められた温度Ｔ０に達した場合には、処理がステップＳ２０４に進む。

ステップＳ２０４において、制御装置１３１は、温度ＴＡが温度Ｔ０に達した時刻ｔ１を記録する。

ステップＳ２０５において、第１温度センサ３２によって検出される室内側熱交換器１１の入口の熱媒体の温度ＴＢが予め定められた温度Ｔ０に達した場合には、処理がステップＳ２０６に進む。

ステップＳ２０６において、制御装置１３１は、温度ＴＢが温度Ｔ０に達した時刻ｔ２を記録する。

ステップＳ２０７において、制御装置１３１は、式（４）に従って、熱媒体の量ＭＷを算出する。ただし、Ｇｗは、ポンプ１２の回転速度Ｒ１に対応する熱媒体流量である。

ＭＷ＝Ｇｗ×（ｔ２−ｔ１）…（4）
制御装置１３１は、カスケード熱交換器３の２次側の出口と、室内側熱交換器１１の入口との間に存在する熱媒体の量をＭＷ、プレヒート運転時に熱媒体に蓄積する熱量をＱｙ、室内側熱交換器１１の入口の熱媒体のプレヒート開始時の温度ＴＢ、熱媒体の定圧比熱をＣｐとしたときに、以下の式で目標温度ＴＭを算出するように構成される。

ＴＭ＝｛Ｑｙ／（ＭＷ×Ｃｐ）｝＋ＴＢ…(5)
図９は、目標温度ＴＭの決定手順を表わす図である。

ステップＳ３０１において、制御装置１３１は、第１温度センサ３２によって検出される室内側熱交換器１１の入口の熱媒体のプレヒート開始時の温度ＴＢを取得する。

ステップＳ３０２において、制御装置１３１は、室外側熱交換器５に着霜する予想最大量の霜を溶かすのに必要な熱量Ｑｘを求める。最大着霜量および熱量Ｑｘは、設計時の概算によって求めることができる。

ステップＳ３０３において、制御装置１３１は、除霜に必要な熱量Ｑｘ以上の熱量をプレヒート運転時に熱媒体に蓄積する熱量Ｑｙとして設定する。

ステップＳ３０３において、制御装置１３１は、式（５）に基づいて、蓄熱量Ｑｙと、熱媒体の量ＭＷと、室内側熱交換器１１の入口の熱媒体のプレヒート開始時の温度ＴＢと、熱媒体の定圧比熱Ｃｐとに基づいて、前述の式（５）に従って、目標温度ＴＭを算出する。

実施の形態３では、このようにして算出された目標温度ＴＭが、図３のステップＳ１０９において利用される。

本実施の形態によれば、プレヒート運転時に温度ＴＢを目標温度ＴＭまで上昇させることによって、除霜に必要な熱量以上の熱量を熱媒体に蓄積することができる。

実施の形態４．
実施の形態４は、熱媒体の温度変化に対して、遅れずにポンプを制御する方法に関する。

図１０は、実施の形態１における温度ＴＢの変化、およびポンプ１２の制御のタイミングチャートである。

図１０に示すように、室内側熱交換器１１の入口の熱媒体の温度ＴＢが実際に変化する時刻よりも遅い時刻において、温度ＴＢの変化が検出される。温度ＴＢの変化の検出に応じて、ポンプ１２の回転速度が制御されるので、本来制御すべきタイミングよりも遅いタイミングでポンプ１２の制御が行われることになる。

図１１は、実施の形態４の空気調和装置３０００の構成を表わす図である。
実施の形態４の空気調和装置３０００が、実施の形態１の空気調和装置１０００と相違する点は、空気調和装置３０００が、第２温度センサ３３を備える点と、制御装置３１に代えて、制御装置１３２を備える点である。

制御装置１３２は、カスケード熱交換器３の２次側の出口の熱媒体の温度ＴＡの増加を検出した時刻から（Δｔ−ｔｄ）時間経過後に、室内側熱交換器１１の入口の熱媒体の温度ＴＢが増加したと判定して、ポンプ１２の回転速度を制御する。ただし、Δｔは、カスケード熱交換器３の２次側の出口と、室内側熱交換器１１の入口との間に存在する熱媒体の量をポンプの現在の流量で除算した値であり、ｔｄは、カスケード熱交換器３の２次側の出口の熱媒体の温度を検出する第２温度センサに固有の値である。

図１２は、実施の形態４の空気調和装置１０００の動作手順を表わすフローチャートである。

図１２のフローチャートが、図３の実施の形態１のフローチャートと相違する点は、ステップＳ１０５とステップＳ１０６との間に、ステップＳ９００を備える点と、ステップＳ１０７、Ｓ１０８に代えて、ステップＳ９０１、Ｓ９０２、Ｓ９０３を備える点である。

ステップＳ９００において、制御装置１３２は、カスケード熱交換器３の２次側の出口と、室内側熱交換器１１の入口との間に存在する熱媒体の量ＭＷを特定する。具体的な手順は、図８のフローチャートの手順と同様である。

ステップＳ９０１において、第２温度センサ３３によって検出されるカスケード熱交換器３の２次側の出口の熱媒体の温度ＴＡが増加したときには、処理がステップＳ９０２に進む。

ステップＳ９０２において、制御装置１３２は、熱媒体の量ＭＷを用いて、式（６）に従って、カスケード熱交換器３の２次側の出口の熱媒体が、室内側熱交換器１１の入口に到達するまでの時間Δｔを算出する。ここで、Ｇｗは、ポンプ１２の現在の熱媒体流量である。

Δｔ＝Ｍｗ／Ｇｗ…（6）
ステップＳ９０３において、温度ＴＡの増加を検出した時刻から（Δｔ−ｔｄ）時間が経過したときには、処理がステップＳ１０８に進む。ここで、ｔｄは、第２温度センサ３３によって定まる固定値である。

図１３は、実施の形態４における温度ＴＡ、ＴＢの変化、ポンプ１２の制御のタイミングチャートである。

時刻ｔ１において、温度ＴＡが実際に増加する。時刻ｔ１′において、第２温度センサ３３によって、温度ＴＡの増加が検出される。時刻ｔ１′は、時刻ｔ１よりもｔｄだけ遅い時刻である。ｔｄは、第２温度センサ３３の感度を表わすもので、第２温度センサ３３の固有の値である。

時刻ｔ１からΔｔ経過後に時刻ｔ２において、温度ＴＢが増加する。したがって、温度ＴＢが増加する時刻ｔ２は、以下の式で表される。

ｔ２＝ｔ１＋Δｔ＝（ｔ１′−ｔｄ）＋Δｔ＝ｔ１＋（Δｔ−ｔｄ）…（7）
よって、第２温度センサ３３によって温度ＴＡの増加が検出された時刻から（Δｔ−ｔｄ）経過後に、ポンプ１２の回転速度を制御することによって、制御タイミングの遅れを回避できる。

以上のように、本実施の形態によれば、カスケード熱交換器の２次側の出口の熱媒体の温度ＴＡの増加を検出することによって、室内側熱交換器の入口の熱媒体の温度ＴＢが増加する時刻を特定して、その時刻にポンプを制御する。これによって、ポンプの制御遅れをなくすことができる。

変形例．
本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、たとえば、以下のような変形例も含む。

（１）ポンプ１２の制御
上記の実施の形態では、第１温度センサ３２によって、室内側熱交換器１１の入口の熱媒体の温度ＴＢの増加を検出することによって、ポンプ１２の回転速度を低下させたが、これに限定するものではない。たとえば、室内側熱交換器１１の吹出温度の変化に応じて、ポンプ１２の回転速度を低下させるものとしてもよい。あるいは、プレヒート運転の開始から一定時間経過ごとに、ポンプ１２の回転速度を減少させるものとしてもよい。

（２）除霜運転の開始
上記の実施の形態では、暖房運転の開始から一定時間の経過後に、プレヒート運転に切り替わるものとしたが、これに限定するものではない。たとえば、着霜量が予め定められた量以上になったときに、プレヒート運転に切り替わるものとしてもよい。

（３）除霜運転の終了
上記の実施の形態では、室内側熱交換器１１の入口の熱媒体の温度ＴＢの減少を検出したときに、除霜運転を終了したが、これに限定するものではない。たとえば、着霜が消失したとき、あるいは着霜量が予め定められた量以下となったとき、あるいは除霜運転の開始から一定時間経過したときに、除霜運転を終了するものとしてもよい。

（４）除霜運転中の圧縮機の周波数
上記の実施の形態では、除霜運転時の圧縮機の周波数とプレヒート運転時の圧縮機の周波数は、同じとしたが、これに限定されるものではない。除霜運転時の圧縮機の周波数は、プレヒート運転時の圧縮機の周波数よりも大きい、あるいは小さいものとしてもよい。あるいは、除霜運転時の圧縮機の周波数は、着霜量に応じて設定されるものとしてもよい。

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 圧縮機、２ 切替弁、３ カスケード熱交換器、４ 膨張弁、５ 室外側熱交換器、６，１３ａ，１３ｂ 送風機、１１ａ，１１ｂ 室内側熱交換器、１２ ポンプ、２１ 第１接続配管、２２ 第２接続配管、２３ 第３接続配管、３１，１３１，１３２ 制御装置、３２ 第１温度センサ、３３ 第２温度センサ、３４ 第４温度センサ、１００ 冷媒回路、２００ 熱媒体回路、１０００，２０００，３０００ 空気調和装置。

温度ＴＢが増加すると、制御装置３１は、ポンプ１２の回転速度をＲ２に低下させる。ポンプ１２の回転速度がＲ２に低下することによって、カスケード熱交換器３の２次側の出口の熱媒体の温度ＴＡがＴＡ３に上昇する。ある時間の経過後に、温度ＴＡの上昇が室内側熱交換器１１の入口まで伝わり、温度ＴＢがＴＢ３に上昇する。

温度ＴＢが上昇すると、制御装置３１は、ポンプ１２の回転速度をＲ３に低下させる。ポンプ１２の回転速度がＲ３に低下することによって、カスケード熱交換器３の２次側の出口の熱媒体の温度ＴＡがＴＡ４に上昇する。ある時間の経過後に、温度ＴＡの上昇が室内側熱交換器１１の入口まで伝わり、温度ＴＢがＴＢ４に上昇する。

制御装置３１は、室内側熱交換器１１の入口の熱媒体の温度ＴＢの増加が検出されたときに、室内側熱交換器１１の入口の熱媒体の前回の温度をＴＢｏ、現在の温度をＴＢｃ、ポンプ１２の現在の流量をＧｗｏ、室内側熱交換器１１の出口の熱媒体の前回の温度をＴＣｏ、現在の温度をＴＣｃとしたときに、ポンプの流量を以下の式（２）のＧｗｃに減少させる。

ＭＷ＝Ｇｗ×（ｔ２−ｔ１）…（4）
制御装置１３１は、カスケード熱交換器３の２次側の出口と、室内側熱交換器１１の入口との間に存在する熱媒体の量をＭＷ、プレヒート運転時に熱媒体に蓄積する熱量をＱｙ、室内側熱交換器１１の入口の熱媒体のプレヒート開始時の温度をＴＢ、熱媒体の定圧比熱をＣｐとしたときに、以下の式で目標温度ＴＭを算出するように構成される。

ステップＳ３０４において、制御装置１３１は、蓄熱量Ｑｙと、熱媒体の量ＭＷと、室内側熱交換器１１の入口の熱媒体のプレヒート開始時の温度ＴＢと、熱媒体の定圧比熱Ｃｐとに基づいて、前述の式（５）に従って、目標温度ＴＭを算出する。

Claims (10)

1. 圧縮機、切替弁、第１の熱交換器、膨張弁、第２の熱交換器が第１の配管で接続され冷媒が流れる冷媒回路と、
   ポンプ、前記第１の熱交換器、第３の熱交換器が第２の配管で接続され熱媒体が流れる熱媒体回路と、
   前記圧縮機および前記ポンプを制御するように構成される制御装置とを備え、
   前記制御装置は、除霜運転に入る前において、前記圧縮機の周波数を暖房運転時の前記圧縮機の周波数に比べて増加させるとともに、前記ポンプの回転速度を暖房運転時の前記ポンプの回転速度よりも低下させるように構成される、空気調和装置。
2. 前記制御装置は、前記除霜運転に入る前に行われる運転において、前記圧縮機の周波数を暖房運転時の前記圧縮機の周波数に比べて増加させた後、前記第３の熱交換器の入口の前記熱媒体の温度の増加に応じて、前記ポンプの回転速度を低下させるように構成される、請求項１記載の空気調和装置。
3. 前記制御装置は、前記除霜運転に入る前に行われる運転において、前記第３の熱交換器の入口の前記熱媒体の温度が増加したときに、前記第３の熱交換器の入口の前記熱媒体の前回の温度をＴＢｏ、現在の温度をＴＢｃ、前記ポンプの現在の流量をＧｗｏ、前記第３の熱交換器の出口の前記熱媒体の前回の温度をＴＣｏ、現在の温度をＴＣｃとしたときに、前記ポンプの流量を以下の式のＧｗｃに減少させるように構成される、
   Ｇｗｃ＝Ｇｗｏ×｛（ＴＢｏ−ＴＣｏ）／（ＴＢｃ−ＴＣｃ）｝…（A1)
   請求項２記載の空気調和装置。
4. 前記制御装置は、前記除霜運転に入る前に行われる運転において、前記第３の熱交換器の入口の前記熱媒体の温度が閾値温度に達すると、前記空気調和装置が前記除霜運転に切り替えるように構成される、請求項１記載の空気調和装置。
5. 前記制御装置は、前記第１の熱交換器の２次側の出口と、前記第３の熱交換器の入口との間に存在する前記熱媒体の量と、前記除霜運転に入る前に行わる運転において前記熱媒体に蓄積する熱量とに基づいて、前記閾値温度を設定するように構成される、請求項４記載の空気調和装置。
6. 前記制御装置は、試運転時において、前記圧縮機の周波数を暖房運転時よりも増加させるとともに、前記ポンプの流量を一定に維持させ、
   前記第１の熱交換器の２次側の出口の前記熱媒体の温度が予め定められた温度に達した時刻と、前記第３の熱交換器の入口の前記熱媒体の温度が前記予め定められた温度に達した時刻との差と、前記ポンプの流量とを乗ずることによって、前記第１の熱交換器の２次側の出口と、前記第３の熱交換器の入口との間に存在する前記熱媒体の量を算出するように構成される、請求項５記載の空気調和装置。
7. 前記除霜運転に入る前に行われる運転において前記熱媒体に蓄積する熱量は、前記第２の熱交換器に着霜する予想最大量の霜を溶かすのに要する熱量以上である、請求項６記載の空気調和装置。
8. 前記制御装置は、前記第１の熱交換器の２次側の出口と、前記第３の熱交換器の入口との間に存在する前記熱媒体の量をＭＷ、前記除霜運転に入る前に行われる運転において前記熱媒体に蓄積する熱量をＱｙ、前記第３の熱交換器の入口の前記熱媒体の前記除霜運転に入る前に行われる運転の開始時の温度をＴＢ、前記熱媒体の定圧比熱をＣｐとしたときに、以下の式で前記閾値温度ＴＭを算出するように構成される、
   ＴＭ＝｛Ｑｙ／（ＭＷ×Ｃｐ）｝＋ＴＢ…(A2)
   請求項７記載の空気調和装置。
9. 前記制御装置は、前記除霜運転時に、前記第３の熱交換器の入口の前記熱媒体の温度が減少したときに、前記空気調和装置を前記暖房運転に切り替えるように構成される、請求項１記載の空気調和装置。
10. 前記制御装置は、前記第１の熱交換器の２次側の出口の前記熱媒体の温度の増加を検出した時刻から（Δｔ−ｔｄ）時間経過後に、前記第３の熱交換器の入口の前記熱媒体の温度が増加したと判定するように構成され、
    Δｔは、前記第１の熱交換器の２次側の出口と、前記第３の熱交換器の入口との間に存在する前記熱媒体の量を前記ポンプの現在の流量で除算した値であり、ｔｄは、前記第１の熱交換器の２次側の出口の前記熱媒体の温度を検出する温度センサに固有の値である、請求項２記載の空気調和装置。

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