JPWO2020179015A1 - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

冷凍サイクル装置（１００）は、圧縮機（１）と、第１熱交換器（３ａ）と、第２熱交換器（３ｂ）と、第３熱交換器（５）と、第１膨張弁（４ａ）と、第１切替部（７）とを備える。第１切替部（７）は、第１流路（Ｆ１）および第２流路（Ｆ２）の各々の開放および閉止を切替可能である。第１流路（Ｆ１）が開放している場合、冷媒は、圧縮機（１）、第１熱交換器（３ａ）、第１ポート（Ｐ１）、第２ポート（Ｐ２）、第２熱交換器（３ｂ）、第１膨張弁（４ａ）、および第３熱交換器（５）の第１循環方向に循環する。第２流路（Ｆ２）が開放している場合、冷媒は、圧縮機（１）、第１熱交換器（３ａ）、第１ポート（Ｐ１）、第３ポート（Ｐ３）、第１膨張弁（４ａ）、および第３熱交換器（５）の第２循環方向に循環する。冷媒の循環方向が第１循環方向から第２循環方向に切り替えられた場合、第２熱交換器（３ｂ）に冷媒の一部が残留する。

Description

本発明は、冷媒が循環する冷凍サイクル装置に関する。

従来、冷媒が循環する冷凍サイクル装置が知られている。たとえば、特開２０１５−８７０６５号公報（特許文献１）には、冷媒回路に充填された冷媒の一部が複数のレシーバに溜められ、残りの冷媒が冷媒回路を循環する空気調和機が開示されている。当該空気調和機によれば、複数のレシーバを用いて冷媒を溜めることにより、循環する冷媒量を運転状況に応じた最適な冷媒量にすることができ、効率よく空調運転を行うことができる。

特開２０１５−８７０６５号公報

特許文献１に開示されている空気調和機においては、空気調和機を循環する冷媒量（循環冷媒量）を調整するために複数のレシーバが必要になる。そのため、空気調和機が大型化し得る。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、冷凍サイクル装置の運転を改善しながら、冷凍サイクル装置の大型化を抑制することである。

本発明に係る冷凍サイクル装置においては、冷媒が循環する。冷凍サイクル装置は、圧縮機と、第１熱交換器と、第２熱交換器と、第３熱交換器と、第１膨張弁と、第１切替部とを備える。第１切替部は、第１ポート、第２ポート、および第３ポートを含む。第１切替部は、第１流路および第２流路の各々の開放および閉止を切替可能である。第１流路は、第１ポートと第２ポートとを連通する。第２流路は、第１ポートと第３ポートとを連通する。第１流路が開放している場合、冷媒は、圧縮機、第１熱交換器、第１ポート、第２ポート、第２熱交換器、第１膨張弁、および第３熱交換器の第１循環方向に循環する。第２流路が開放している場合、冷媒は、圧縮機、第１熱交換器、第１ポート、第３ポート、第１膨張弁、および第３熱交換器の第２循環方向に循環する。冷媒の循環方向が第１循環方向から第２循環方向に切り替えられた場合、第２熱交換器に冷媒の一部が残留する。

本発明に係る冷凍サイクル装置によれば、冷媒の循環方向が第１循環方向から第２循環方向に切り替えられた場合に第２熱交換器に冷媒の一部が残留することにより、冷凍サイクル装置の性能を改善しながら、冷凍サイクル装置の大型化を抑制することができる。

実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の一例である空調装置の構成を示す機能ブロック図である。 図１の制御装置の構成を示す機能ブロック図である。 図１の空調装置の高負荷運転および低負荷運転の各々における循環冷媒量と空調装置の性能との関係を模式的に示す図である。 実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の一例である空調装置の構成および低負荷運転における冷媒の流れを併せて示す機能ブロック図である。 低負荷運転において図１の制御装置によって行なわれる切替部に対する処理の流れを説明するためのフローチャートである。 熱交換器からの流路の他の構成例を示す図である。 実施の形態２に係る冷凍サイクル装置の一例である空調装置の構成、ならびに冷房運転の高負荷運転および除霜運転の高負荷運転における冷媒の流れを併せて示す機能ブロック図である。 実施の形態２に係る冷凍サイクル装置の一例である空調装置の構成、ならびに冷房運転の低負荷運転および除霜運転の低負荷運転における冷媒の流れを併せて示す機能ブロック図である。 実施の形態２に係る冷凍サイクル装置の一例である空調装置の構成、ならびに暖房運転の高負荷運転における冷媒の流れを併せて示す機能ブロック図である。 実施の形態２に係る冷凍サイクル装置の一例である空調装置の構成、ならびに暖房運転の低負荷運転における冷媒の流れを併せて示す機能ブロック図である。 低負荷運転において図９の制御装置によって行なわれる切替部に対する処理の流れを説明するためのフローチャートである。 暖房運転において制御装置によって行われる着霜判定処理の流れの一例を示すフローチャートである。 リバース除霜運転の間、図７の制御装置によって行なわれる処理の流れを説明するためのフローチャートである。 一方の熱交換器の除霜終了条件が成立し、かつ他方の熱交換器の除霜終了条件が成立していない場合の冷媒の流れを示す図である。 暖房運転において制御装置によって行われる着霜判定処理の流れの他の例を示すフローチャートである。 実施の形態３に係る冷凍サイクル装置の一例である空調装置の構成を示す機能ブロック図である。 冷房運転の低負荷運転において図１６の制御装置によって行なわれる三方弁に対する処理の流れを説明するためのフローチャートである。 暖房運転の低負荷運転において図１６の制御装置によって行なわれる三方弁に対する処理の流れを説明するためのフローチャートである。 暖房運転において制御装置によって行われる着霜判定処理の流れの一例を示すフローチャートである。 暖房運転において制御装置によって行われる着霜判定処理の流れの他の例を示す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空調装置１００の構成を示す機能ブロック図である。図１においては、冷媒の主な流れが太線で表されている。後に説明する図４、図７〜図１０、図１４においても同様である。

図１に示されるように、空調装置１００は、室外機１１０と、室内機１２０とを備える。空調装置１００は、室内機１２０が配置されている室内空間に対して冷房運転を行う。室外機１１０は、圧縮機１と、熱交換器３ａ（第１熱交換器）と、熱交換器３ｂ（第２熱交換器）と、膨張弁４ａ（第１膨張弁）と、切替部７（第１切替部）と、制御装置５０と、温度センサ１１〜１４と、不図示の室外ファンとを含む。室内機１２０は、熱交換器５（第３熱交換器）と、不図示の室内ファンとを含む。制御装置５０は、室内機１２０に含まれていてもよいし、室外機１１０および室内機１２０とは別個に設けられていてもよい。図１において矢印Ｇ１は、熱交換器３ｂ周辺の重力方向を示している。後に説明する図６〜図１０、図１４、および図１６においても同様である。

切替部７は、ポートＰ１（第１ポート）と、ポートＰ２（第２ポート）と、ポートＰ３（第３ポート）とを含む。切替部７は、流路Ｆ１（第１流路）および流路Ｆ２（第２流路）を選択的に形成する。流路Ｆ１は、ポートＰ１とＰ２とを連通する。流路Ｆ２は、ポートＰ１とＰ３とを連通する。

流路Ｆ１が形成されている場合、冷媒は、圧縮機１、熱交換器３ａ、ポートＰ１、ポートＰ２、熱交換器３ｂ、膨張弁４ａ、および熱交換器５の循環方向（第１循環方向）に循環する。流路Ｆ１が形成されている場合、熱交換器３ａおよび３ｂは一体的に凝縮器として機能し、熱交換器５は蒸発器として機能する。熱交換器３ｂにおいては、ポートＰ４（第４ポート）から冷媒が流入し、ポートＰ５（第５ポート）から冷媒が流出する。

熱交換器３ａ、３ｂ、および５の各々には、ファンが設けられている。当該ファンは、対応する熱交換器に空気を送風して当該熱交換器における冷媒と空気との熱交換効率を高める。ファンとしては、たとえばラインフローファン、プロペラファン、ターボファン、あるいはシロッコファンを用いることができる。また、１つの熱交換器に対して複数のファンを設けてもよいし、複数の熱交換器に対して１つのファンを設けてもよい。

制御装置５０は、熱交換器３ａを通過する冷媒の温度Ｔ１１を熱交換器３ａの中間部に設置された温度センサ１１から取得する。制御装置５０は、熱交換器３ａと切替部７との間を流れる冷媒の温度Ｔ１２を温度センサ１２から取得する。制御装置５０は、熱交換器３ｂと膨張弁４ａとの間を流れる冷媒の温度Ｔ１３を温度センサ１３から取得する。制御装置５０は、温度センサ１４から室内機１２０が設置されている室内空間の温度Ｔ１４を取得する。

制御装置５０は、指令値ｆｃによって圧縮機１の駆動周波数を制御することにより、室内空間の温度Ｔ１４が目標温度（たとえばユーザによって設定された温度）となるように圧縮機１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５０は、温度Ｔ１１〜Ｔ１３を用いて凝縮器として機能する熱交換器から流出する冷媒の過冷却度を算出する。

制御装置５０は、圧縮機１から吐出されて減圧される前の冷媒（高圧側冷媒）と減圧されて圧縮機１に吸入される前の冷媒（低圧側冷媒）との圧力差が所望の範囲の値となるように膨張弁４ａの開度を制御する。

図２は、図１の制御装置５０の構成を示す機能ブロック図である。図２に示されるように、制御装置５０は、処理回路５１と、メモリ５２と、入出力部５３とを含む。処理回路５１は、専用のハードウェアであってもよいし、メモリ５２に格納されるプログラムを実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）であってもよい。処理回路５１が専用のハードウェアである場合、処理回路５１は、たとえば、単一回路、複合回路、プログラム化されたプロセッサ、並列プログラム化されたプロセッサ、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＧＡ(Field Programmable Gate Array)、あるいはこれらを組み合わせたものが該当する。処理回路５１がＣＰＵの場合、制御装置５０の機能は、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。ソフトウェアあるいはファームウェアはプログラムとして記述され、メモリ５２に格納される。処理回路５１は、メモリに記憶されたプログラムを読み出して実行する。メモリ５２には、不揮発性または揮発性の半導体メモリ（たとえばＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable Read Only Memory）、あるいはＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory））、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、あるいはＤＶＤ（Digital Versatile Disc）が含まれる。なお、ＣＰＵは、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサ、あるいはＤＳＰ（Digital Signal Processor）とも呼ばれる。

空調装置１００の運転状態は、圧縮機１の負荷状態に応じて高負荷運転あるいは低負荷運転に分けられる。高負荷運転における圧縮機１の駆動周波数は、低負荷運転における圧縮機１の駆動周波数よりも高い。空調装置１００の運転状態は、圧縮機１への指令値ｆｃから判断される。たとえば、指令値ｆｃが表す圧縮機１の駆動周波数が基準周波数以上の場合の空調装置１００の運転状態が高負荷運転であり、当該駆動周波数が基準周波数未満の場合の空調装置１００の運転状態が低負荷運転である。

指令値ｆｃは、温度Ｔ１１〜Ｔ１４に応じて変更されてもよい。たとえば、段階的に温度範囲を設定し(たとえば０℃以上１℃未満、１℃以上〜２℃未満、および２℃以上〜３℃未満)、温度Ｔ１４と室内空間の目標温度との温度差がどの温度範囲に含まれるによって圧縮機１の駆動周波数が変更されてもよい。

図３は、図１の空調装置１００の高負荷運転および低負荷運転の各々における循環冷媒量と空調装置１００の性能との関係を模式的に示す図である。空調装置１００の性能を示す指標としては、たとえばＣＯＰ（Coefficient of Performance）が用いられる。図３において、曲線Ｃ１は、高負荷運転における循環冷媒量と空調装置１００の性能との関係を示す。曲線Ｃ２は、低負荷運転における循環冷媒量と空調装置１００の性能との関係を示す。冷媒量Ｍ１０は、空調装置１００に封入された冷媒量である。冷媒量Ｍ１０の一部は圧縮機１に貯留されている冷凍機油に溶解するため、循環冷媒量は冷媒量Ｍ１０よりも少ない。

図３に示されるように、高負荷運転においては循環冷媒量がＭ１の場合に空調装置１００の性能は最大となる。空調装置１００においては、冷媒量Ｍ１０から冷凍機油への溶解量等を引いた冷媒量がＭ１となるように冷媒量Ｍ１０が決定される。一方、低負荷運転においては循環冷媒量がＭ２（＜Ｍ１）の場合に空調装置１００の性能が最大となる。循環冷媒量がＭ１のまま低負荷運転が行なわれると、空調装置１００の性能が最大化されない。

そこで、空調装置１００においては、低負荷運転を図１に示される状態から開始し、循環冷媒量が過剰であることを示す条件が成立した場合に、図４に示されるように流路Ｆ２を形成して熱交換器３ｂを冷媒の循環流路から切り離す。循環冷媒量が多いほど凝縮器として機能する熱交換器から流出する冷媒の過冷却度は大きくなるため、循環冷媒量が過剰か否かは当該過冷却度によって判定される。

流路Ｆ２が形成されている場合、冷媒は、圧縮機１、熱交換器３ａ、ポートＰ１、ポートＰ３、膨張弁４ａ、および熱交換器５の循環方向（第２循環方向）に循環する。冷媒の循環方向が図１の循環方向から図４の循環方向に切り替えられた場合、熱交換器３ｂに冷媒の一部が残留する。

低負荷運転において循環冷媒量が過剰であることを示す条件が成立した以降は、熱交換器３ｂに貯留されている冷媒量が循環冷媒量Ｍ１から除かれるため、低負荷運転における空調装置１００の性能が改善される。空調装置１００においては、循環冷媒量Ｍ１から熱交換器３ｂに貯留される冷媒量を引いた冷媒量がＭ２となるように熱交換器３ｂが設計される。空調装置１００においては循環冷媒量を調整するための容器として熱交換器３ｂを用いることができるため、熱交換器とは別個の冷媒容器（たとえばレシーバ）が不要である。空調装置１００によれば、空調装置１００の性能を改善しながら、空調装置１００の大型化を抑制することができる。

図４を参照しながら、熱交換器３ｂから膨張弁４ａに至る流路Ｆ３は、接続部分Ｎ１（特定部分）において、ポートＰ３からの流路Ｆ４（第４流路）に接続されている。熱交換器３ｂからの冷媒の流出を防止するため、接続部分Ｎ１はポートＰ５よりも高い位置に形成されていることが望ましい。接続部分Ｎ１の高さは、ポートＰ５の高さと同じでもよい。

図４において熱交換器３ｂは、冷媒の循環流路から切り離されているが、ポートＰ５は、循環流路に連通しているため、冷媒は熱交換器３ｂに密閉されてない。熱交換器３ｂの温度が上昇しても熱交換器３ｂ内の冷媒の圧力は上昇し難いため、空調装置１００の安全性を確保することができる。

図５は、低負荷運転において図１の制御装置５０によって行なわれる切替部７に対する処理の流れを説明するためのフローチャートである。図５に示される処理は、空調装置１００の統合的な制御を行なう不図示のメインルーチンによって一定時間間隔毎で呼び出される。以下ではステップを単にＳと記載する。

図５に示されるように、制御装置５０は、Ｓ１０１において流路Ｆ１が形成されているか否かを判定する。流路Ｆ１が形成されている場合（Ｓ１０１においてＹＥＳ）、制御装置５０は、Ｓ１０２において熱交換器３ｂから流出する冷媒の過冷却度をＳＣとして処理をＳ１０４に進める。流路Ｆ２が形成されている場合（Ｓ１０１においてＮＯ）、制御装置５０は、Ｓ１０３において熱交換器３ａから流出する冷媒の過冷却度をＳＣとして処理をＳ１０４に進める。

制御装置５０は、Ｓ１０４において過冷却度ＳＣが基準値ＳＣ１よりも大きいか否かを判定する。過冷却度ＳＣが基準値ＳＣ１よりも大きい場合（Ｓ１０４においてＹＥＳ）、制御装置５０は、処理をＳ１０７に進める。過冷却度ＳＣが基準値ＳＣ１以下である場合（Ｓ１０４においてＮＯ）、制御装置５０は、Ｓ１０５において、過冷却度ＳＣが基準値ＳＣ２（＜ＳＣ１）よりも小さいか否かを判定する。過冷却度ＳＣが基準値ＳＣ２以上である場合（Ｓ１０６においてＮＯ）、制御装置５０は、処理をメインルーチンに返す。過冷却度ＳＣが基準値ＳＣ２よりも小さい場合（Ｓ１０５においてＹＥＳ）、制御装置５０は、Ｓ１０６において流路Ｆ１を形成し、処理をＳ１０７に進める。制御装置５０は、Ｓ１０７において流路Ｆ２を形成して処理をメインルーチンに返す。

基準値ＳＣ１およびＳＣ２は、実機実験あるいはシミュレーションによって適宜算出される。たとえば、基準値ＳＣ１およびＳＣ２は、過冷却度ＳＣの設計値の許容範囲（たとえば３℃以上５℃以下）の上限値（たとえば５℃）および下限値（たとえば３℃）にそれぞれ設定される。

空調装置１００においては、流路Ｆ３とＦ４との接続部分Ｎ１が、ポートＰ５よりも高い位置に形成されている場合について説明した。図６に示されるように、流路Ｆ３がポートＰ５よりも高い位置に配置された部分Ｎ２（特定部分）を有していれば、流路Ｆ３とＦ４との接続部分Ｎ１Ａは、ポートＰ５よりも低い位置に形成されていてもよい。部分Ｎ２の高さは、ポートＰ５の高さと同じでもよい。

空調装置１００に封入される冷媒は、たとえば、ＨＦＣ（Hydro Fluoro Carbon）冷媒、ＨＦＯ（Hydro Fluoro Olefin）冷媒、ＨＣ（Hydro Carbon）冷媒、あるいはＲ４５４Ａ等の非共沸混合冷媒を含む。ＨＣ冷媒（たとえばＲ２９０）あるいは非共沸混合冷媒(たとえばＲ４５４Ａ)を用いることによって、ＧＷＰ（Global Warming Point）を低減することができる。

以上、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置によれば、冷凍サイクル装置の性能を改善しながら、冷凍サイクル装置の大型化を抑制することができる。

実施の形態２．
実施の形態１においては、室内機が配置されている室内空間に対して冷房運転を行う冷凍サイクル装置について説明した。実施の形態２においては、室内空間に対して暖房運転および冷房運転を行うとともに、暖房運転中に除霜運転を行う冷凍サイクル装置について説明する。

図７および図８は、実施の形態２に係る冷凍サイクル装置の一例である空調装置２００の構成、ならびに冷房運転および除霜運転における冷媒の流れを併せて示す機能ブロック図である。空調装置２００の構成は、図１の空調装置１００の構成に四方弁２（第２切替部）、膨張弁４ｂ（第２膨張弁）、温度センサ１５，１６が追加されているとともに、制御装置５０が５０Ｂに置き換えられた構成である。これら以外は同様であるため、説明を繰り返さない。なお、図７においては、全開である膨張弁４ｂを点線で表している。後に説明する図９においても同様である。

図７に示されるように、膨張弁４ｂは、熱交換器３ａとポートＰ１との間に接続されている。流路Ｆ１が形成されている場合、制御装置５０Ｂは、熱交換器３ａおよび３ｂが一体的に凝縮器として機能するように膨張弁４ｂを全開とする。図８に示されるように、流路Ｆ２が形成されている場合、制御装置５０Ｂは、膨張弁４ａおよび４ｂを制御して、高圧側冷媒と低圧側冷媒との圧力差が所望の範囲の値となるように膨張弁４ａ，４ｂの開度を制御する。流路Ｆ２が形成されている場合、膨張弁４ａおよび４ｂのいずれか一方の開度を全開としてもよい。制御装置５０Ｂは、四方弁２を制御して、冷媒の循環方向を切り替える。空調装置２００の冷房運転の低負荷運転および除霜運転の低負荷運転においては、図５に示される処理が行われる。

図９および図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空調装置２００の構成、ならびに暖房運転における冷媒の流れを併せて示す機能ブロック図である。図９に示されるように、流路Ｆ１が形成されている場合、冷媒は、図７に示される循環方向とは逆方向（第３循環方向）に循環する。流路Ｆ１が形成されている場合、熱交換器３ａおよび３ｂは、一体的に蒸発器として機能する。流路Ｆ１が形成されている場合、制御装置５０Ｂは、膨張弁４ｂを全開とする。

図１０に示されるように、流路Ｆ２が形成されている場合、冷媒は、図８に循環方向とは逆方向（第４循環方向）に循環する。流路Ｆ２が形成されている場合、熱交換器３ａが蒸発器として機能する。流路Ｆ２が形成されている場合、制御装置５０Ｂは、膨張弁４ａおよび４ｂを制御して、高圧側冷媒と低圧側冷媒との圧力差が所望の範囲の値となるように膨張弁４ａおよび４ｂの開度を制御する。流路Ｆ２が形成されている場合、膨張弁４ａおよび４ｂのいずれか一方の開度を全開としてもよい。暖房運転において制御装置５０Ｂは、温度Ｔ１５およびＴ１６を用いて、熱交換器５から流出する冷媒の過冷却度を算出する。

図１１は、低負荷運転において図９の制御装置５０によって行なわれる切替部７に対する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に示される処理は、空調装置２００の統合的な制御を行なう不図示のメインルーチンによって一定時間間隔毎で呼び出される。後に説明する図１２および図１３に示される処理についても同様である。

図１１に示されるように、制御装置５０Ｂは、Ｓ２０１において過冷却度ＳＣが基準値ＳＣ３よりも大きいか否かを判定する。過冷却度ＳＣが基準値ＳＣ３よりも大きい場合（Ｓ２０１においてＹＥＳ）、制御装置５０Ｂは、処理をＳ２０４に進める。過冷却度ＳＣが基準値ＳＣ３以下である場合（Ｓ２０１においてＮＯ）、制御装置５０Ｂは、Ｓ２０２において、過冷却度ＳＣが基準値ＳＣ４（＜ＳＣ３）よりも小さいか否かを判定する。過冷却度ＳＣが基準値ＳＣ４以上である場合（Ｓ２０３においてＮＯ）、制御装置５０Ｂは、処理をメインルーチンに返す。過冷却度ＳＣが基準値ＳＣ４よりも小さい場合（Ｓ２０２においてＹＥＳ）、制御装置５０Ｂは、Ｓ２０３において流路Ｆ１を形成し、処理をＳ２０４に進める。制御装置５０Ｂは、Ｓ２０４において流路Ｆ２を形成し、処理をメインルーチンに返す。

基準値ＳＣ３およびＳＣ４は、実機実験あるいはシミュレーションによって適宜算出される。たとえば、基準値ＳＣ３およびＳＣ４は、暖房運転における過冷却度ＳＣの設計値の許容範囲（たとえば１℃以上３℃以下）の上限値（たとえば３℃）および下限値（たとえば１℃）にそれぞれ設定される。

図１２は、暖房運転において制御装置５０Ｂによって行われる着霜判定処理の流れの一例を示すフローチャートである。図１２に示されるように、制御装置５０Ｂは、Ｓ２１１において熱交換器３ｂの除霜開始条件が成立しているか否かを判定する。熱交換器３ｂの除霜開始条件としては、たとえば温度Ｔ１３が基準温度Ｄｓ１（たとえば−３℃）より低いという条件を挙げることができる。熱交換器３ｂの除霜開始条件が成立していない場合（Ｓ２１１においてＮＯ）、制御装置５０Ｂは、処理をメインルーチンに返す。

熱交換器３ｂの除霜開始条件が成立している場合（Ｓ２１１においてＹＥＳ）、制御装置５０Ｂは、Ｓ２１２において熱交換器３ａの除霜開始条件が成立しているか否かを判定する。熱交換器３ａの除霜開始条件としては、温度Ｔ１１が基準温度Ｄｓ２（たとえば−３℃）より低いという条件を挙げることができる。熱交換器３ａの除霜開始条件が成立していない場合（Ｓ２１２においてＮＯ）、制御装置５０Ｂは、処理をメインルーチンに返す。熱交換器３ａの除霜開始条件が成立している場合（Ｓ２１２においてＹＥＳ）、制御装置５０Ｂは、処理をＳ２１３に進める。

制御装置５０Ｂは、Ｓ２１３において流路Ｆ１を形成し、処理をＳ２１４に進める。制御装置５０Ｂは、Ｓ２１４において膨張弁４ｂを全開として処理をＳ２１５に進める。制御装置５０Ｂは、Ｓ２１５において冷媒の循環方向を図７に示される循環方向に切り替えて、処理をメインルーチンに返す。

Ｓ２１５が行われた後、リバース除霜運転が開始される。リバース除霜運転においては、熱交換器３ａおよび３ｂの双方が凝縮器として機能する。熱交換器３ａおよび３ｂは、冷媒から放出される凝縮熱によって除霜される。

図１３は、リバース除霜運転の間、図７の制御装置５０Ｂによって行なわれる処理の流れを説明するためのフローチャートである。図１３に示されるように、制御装置５０Ｂは、Ｓ２２１において熱交換器３ａの除霜終了条件が成立するか否かを判定する。熱交換器３ａの除霜終了条件としては、温度Ｔ１１が基準温度Ｄｆ１（たとえば０℃）よりも高いという条件を挙げることができる。熱交換器３ａの除霜終了条件が成立していない場合（Ｓ２２１においてＮＯ）、制御装置５０Ｂは、処理をメインルーチンに返す。熱交換器３ａの除霜終了条件が成立している場合（Ｓ２２１においてＹＥＳ）、制御装置５０Ｂは、Ｓ２２２において、冷媒の循環方向を切り替えて、処理をＳ２２３に進める。

制御装置５０Ｂは、Ｓ２２３において熱交換器３ｂの除霜終了条件が成立しているか否かを判定する。熱交換器３ｂの除霜終了条件としては、温度Ｔ１３が基準温度Ｄｆ２（たとえば０℃）よりも高いという条件を挙げることができる。熱交換器３ｂの除霜終了条件が成立している場合（Ｓ２２３においてＹＥＳ）、制御装置５０Ｂは、Ｓ２２４において膨張弁４ｂを全開として処理をメインルーチンに返す。制御装置５０Ｂは、高圧側冷媒と低圧側冷媒との圧力差が所望の範囲の値となるように膨張弁４ａの開度を制御する。熱交換器３ｂの除霜終了条件が成立していない場合（Ｓ２２３においてＮＯ）、制御装置５０Ｂは、Ｓ２２５において、膨張弁４ａを全開として処理をメインルーチンに返す。

図１４は、熱交換器３ａの除霜終了条件が成立し、かつ熱交換器３ｂの除霜終了条件が成立していない場合（図１３のＳ２２５が行われた場合）の冷媒の流れを示す図である。図１４に示されるように、膨張弁４ａが全開であるため、熱交換器３ｂは凝縮器として機能する。熱交換器３ｂは、冷媒の凝縮熱によって除霜される。冷媒の凝縮熱による加熱は、熱交換器３ｂの除霜終了条件が成立するまで行われる。制御装置５０Ｂは、高圧側冷媒と低圧側冷媒との圧力差が所望の範囲の値となるように膨張弁４ｂの開度を制御する。熱交換器３ａおよび３ｂの双方に対する除霜が終了した場合、暖房運転が再開される。再開される暖房運転は、高負荷運転および低負荷運転のいずれでもよい。

冷媒の凝縮熱による熱交換器３ｂの加熱は、熱交換器３ｂへの着霜を抑制するために行われてもよい。図１５は、暖房運転において制御装置５０Ｂによって行われる着霜判定処理の流れの他の例を示すフローチャートである。図１５に示されるフローチャートは、図１２に示されるフローチャートにＳ２１６が追加されているとともに、Ｓ２１２とＳ２１３との順序が逆にされたフローチャートである。

図１５に示されるように、熱交換器３ｂの除霜開始条件が成立している場合（Ｓ２１１においてＹＥＳ）、制御装置５０Ｂは、Ｓ２１３において流路Ｆ１を形成し、処理をＳ２１２に進める。熱交換器３ａの除霜開始条件が成立していない場合（Ｓ２１２においてＮＯ）、制御装置５０Ｂは、Ｓ２１６において膨張弁４ａを全開として処理をメインルーチンに返す。

Ｓ２１６が行われた後の空調装置２００における冷媒の流れは、図１４に示される冷媒の流れとなる。空調装置２００においては、熱交換器３ｂと３ａとの間に膨張弁４ｂが接続されているため、膨張弁４ａを全開として熱交換器３ｂに液冷媒を流入させることができる。熱交換器３ｂに液冷媒を貯留することができるため、膨張弁４ｂが無く、熱交換器３ｂに膨張弁４ａによる減圧後の気液二相状態の冷媒が貯留される場合よりも、熱交換器３ｂを小型化することができる。

空調装置２００においては、暖房運転を行いながら熱交換器３ｂの除霜を継続することができるため、リバース除霜運転に伴う室内空間の温度の低下を低減する事ができる。また、冷媒として非共沸混合冷媒が封入されている場合、温度勾配の影響により、熱交換器３ｂのポートＰ５付近が着霜し易い。空調装置２００においては、暖房運転を継続しつつ、熱交換器３ｂに比較的温度の高い冷媒を流入させるができるため、熱交換器３ｂのポートＰ５付近の着霜を抑制することができる。さらに、熱交換器３ｂの着霜を抑制することにより、熱交換器３ａへの着霜の広がりを防ぐことができる。

以上、実施の形態２に係る冷凍サイクル装置によれば、冷房運転、暖房運転、および除霜運転のいずれにおいても冷凍サイクル装置の性能を改善しながら、冷凍サイクル装置の大型化を抑制することができる。

実施の形態３．
実施の形態１および２においては、第１切替部が第１流路と第２流路とを選択的に形成可能な場合について説明した。実施の形態３においては、第１切替部が第１流路および第２流路がともに開放されている状態を形成可能な場合について説明する。

図１６は、実施の形態３に係る冷凍サイクル装置の一例である空調装置３００の構成を示す機能ブロック図である。空調装置３００の構成は、図７の切替部７および制御装置５０Ｂが、三方弁７Ｃおよび制御装置５０Ｃにそれぞれ置き換えられた構成である。これら以外は同様であるため、説明を繰り返さない。

図１６に示されるように、三方弁７Ｃは、ポートＰ３１（第１ポート）と、ポートＰ３２（第２ポート）と、ポートＰ３３（第３ポート）と、流路Ｆ３１（第１流路）と、流路Ｆ３２（第２流路）とを含む。流路Ｆ３１は、ポートＰ３１とＰ３２とを連通する。流路Ｆ３２は、ポートＰ３１とＰ３３とを連通する。三方弁７Ｃは、流路Ｆ３１およびＦ３２の開放および閉止を切替可能である。

図１７は、冷房運転の低負荷運転において図１６の制御装置５０Ｃによって行なわれる三方弁７Ｃに対する処理の流れを説明するためのフローチャートである。図１７に示される処理は、空調装置３００の統合的な制御を行なう不図示のメインルーチンによって一定時間間隔毎で呼び出される。図１８に示される処理についても同様である。

図１７に示されるように、制御装置５０Ｃは、Ｓ３０１において流路Ｆ３１が開放されているか否かを判定する。流路Ｆ３１が開放されている場合（Ｓ３０１においてＹＥＳ）、制御装置５０Ｃは、Ｓ３０２において熱交換器３ｂから流出する冷媒の過冷却度をＳＣとして処理をＳ３０４に進める。流路Ｆ３１が閉止されている場合（Ｓ３０１においてＮＯ）、制御装置５０Ｃは、Ｓ３０３において熱交換器３ａから流出する冷媒の過冷却度をＳＣとして処理をＳ３０４に進める。

制御装置５０Ｃは、Ｓ３０４において過冷却度ＳＣが基準値ＳＣ１よりも大きいか否かを判定する。過冷却度ＳＣが基準値ＳＣ１よりも大きい場合（Ｓ３０４においてＹＥＳ）、制御装置５０Ｃは、Ｓ３０５に処理を進める。

過冷却度ＳＣが基準値ＳＣ１以下である場合（Ｓ３０４においてＮＯ）、制御装置５０Ｃは、Ｓ３０５において、過冷却度ＳＣが基準値ＳＣ２よりも小さいか否かを判定する。過冷却度ＳＣが基準値ＳＣ２以上である場合（Ｓ３０５においてＮＯ）、制御装置５０Ｃは、処理をメインルーチンに返す。過冷却度ＳＣが基準値ＳＣ２よりも小さい場合（Ｓ３０５においてＹＥＳ）、制御装置５０Ｃは、Ｓ３０６において流路Ｆ３１を開放し、処理をＳ３０７に進める。

制御装置５０Ｃは、Ｓ３０７において流路Ｆ３２を開放して処理をＳ３０８に進める。制御装置５０Ｃは、Ｓ３０８において流路Ｆ３１を閉止して処理をメインルーチンに返す。

Ｓ３０６およびＳ３０７の順に実行された場合、流路Ｆ３１およびＦ３２の双方が開放されるため、熱交換器３ｂに貯留されている冷媒量の急激な変化を抑制することができる。その結果、過冷却度ＳＣを設計値の許容範囲内に制御し易くなる。また、空調装置２００の性能（たとえば室内機１２０から室内空間へ送風する温度）の変動を抑制することができる。

図１８は、暖房運転の低負荷運転において図１６の制御装置５０Ｃによって行なわれる三方弁７Ｃに対する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に示される処理は、空調装置２００の統合的な制御を行なう不図示のメインルーチンによって一定時間間隔毎で呼び出される。後に説明する図１２および図１３に示される処理についても同様である。

図１８に示されるように、制御装置５０Ｃは、Ｓ３１１において過冷却度ＳＣが基準値ＳＣ３よりも大きいか否かを判定する。過冷却度ＳＣが基準値ＳＣ３よりも大きい場合（Ｓ３１１においてＹＥＳ）、制御装置５０Ｃは、処理をＳ３１４に進める。過冷却度ＳＣが基準値ＳＣ３以下である場合（Ｓ３１１においてＮＯ）、制御装置５０Ｃは、Ｓ３１２において、過冷却度ＳＣが基準値ＳＣ４（＜ＳＣ３）よりも小さいか否かを判定する。過冷却度ＳＣが基準値ＳＣ４以上である場合（Ｓ３１２においてＮＯ）、制御装置５０Ｃは、処理をメインルーチンに返す。過冷却度ＳＣが基準値ＳＣ４よりも小さい場合（Ｓ３１２においてＹＥＳ）、制御装置５０Ｃは、Ｓ３１３において流路Ｆ３１を開放し、処理をＳ３１４に進める。

制御装置５０Ｃは、Ｓ３１４において流路Ｆ３２を開放し、処理をＳ３１５に進める。制御装置５０Ｃは、Ｓ３１５において流路Ｆ３１を閉止して処理をメインルーチンに返す。

図１９は、暖房運転において制御装置５０Ｃによって行われる着霜判定処理の流れの一例を示すフローチャートである。図１９に示されるフローチャートは、図１２に示されるＳ２１３がＳ３２３に置き換えられているとともに、Ｓ３２４がＳ３２３とＳ２１４との間に追加されているフローチャートである。

図１９に示されるように、熱交換器３ｂの除霜開始条件が成立している（Ｓ２１１においてＹＥＳ）とともに熱交換器３ａの除霜開始条件が成立している場合（Ｓ２１２においてＹＥＳ）、制御装置５０Ｃは、Ｓ３２３において流路Ｆ３１を開放するとともに、Ｓ３２４において流路Ｆ３２を閉止して処理をＳ２１４に進める。制御装置５０Ｃは、実施の形態２と同様にＳ２１４およびＳ２１５を行った後、処理をメインルーチンに返す。

図２０は、暖房運転において制御装置５０Ｃによって行われる着霜判定処理の流れの他の例を示すフローチャートである。図２０に示されるフローチャートは、Ｓ２１３が図１９のＳ３２３に置き換えられているとともに、図１９のＳ３２４がＳ３２３とＳ２１２との間に追加されているフローチャートである。なお、リバース除霜運転の間、制御装置５０Ｃは、図１４に示される処理を行う。

図２０に示されるように、熱交換器３ｂの除霜開始条件が成立している場合（Ｓ２１１においてＹＥＳ）、制御装置５０Ｃは、Ｓ３２３において流路Ｆ３１を開放するとともにＳ３２４において流路Ｆ３２を閉止して処理をＳ２１２に進める。制御装置５０Ｃは、実施の形態２と同様にＳ２１２、Ｓ２１４〜Ｓ２１６を行って処理をメインルーチンに返す。

なお、三方弁７Ｃに替えて、流路Ｆ３１およびＦ３２の各々に電子膨張弁が接続されてもよい。また、流路Ｆ３１およびＦ３２の各々を単位時間に流れる冷媒量は調節可能であることが望ましい。

以上、実施の形態３に係る冷凍サイクル装置によれば、冷凍サイクル装置の性能を改善しながら、冷凍サイクル装置の大型化を抑制することができる。

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 圧縮機、２ 四方弁、３ａ，３ｂ，５ 熱交換器、４ａ，４ｂ 膨張弁、７ 切替部、７Ｃ 三方弁、１１〜１６ 温度センサ、５０，５０Ｂ，５０Ｃ 制御装置、５１ 処理回路、５２ メモリ、５３ 入出力部、１００，２００，３００ 空調装置、１１０ 室外機、１２０ 室内機、Ｆ１〜Ｆ４，Ｆ３１，Ｆ３２ 流路、Ｐ１〜Ｐ５，Ｐ３１〜Ｐ３３ ポート。

Claims (10)

1. 冷媒が循環する冷凍サイクル装置であって、
   圧縮機と、
   第１熱交換器と、
   第２熱交換器と、
   第３熱交換器と、
   第１膨張弁と、
   第１ポート、第２ポート、および第３ポートを含む第１切替部とを備え、
   前記第１切替部は、前記第１ポートと前記第２ポートとを連通する第１流路および前記第１ポートと前記第３ポートとを連通する第２流路の各々の開放および閉止を切替可能であり、
   前記第１流路が開放している場合、前記冷媒は、前記圧縮機、前記第１熱交換器、前記第１ポート、前記第２ポート、前記第２熱交換器、前記第１膨張弁、および前記第３熱交換器の第１循環方向に循環し、
   前記第２流路が開放している場合、前記冷媒は、前記圧縮機、前記第１熱交換器、前記第１ポート、前記第３ポート、前記第１膨張弁、および前記第３熱交換器の第２循環方向に循環し、
   前記冷媒の循環方向が前記第１循環方向から前記第２循環方向に切り替えられた場合、前記第２熱交換器に前記冷媒の一部が残留する、冷凍サイクル装置。
2. 前記第１切替部は、前記第１流路および前記第２流路を選択的に形成する、請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
3. 前記第２熱交換器は、
   前記第１循環方向において前記冷媒が流入する第４ポートと、
   前記第１循環方向において前記冷媒が流出する第５ポートとを含み、
   前記第２熱交換器から前記第１膨張弁に至る第３流路は、前記第５ポートよりも高い位置に配置された特定部分を有する、請求項１または２に記載の冷凍サイクル装置。
4. 前記第３ポートから前記第３流路に至る第４流路は、前記特定部分において前記第３流路に接続している、請求項３に記載の冷凍サイクル装置。
5. 前記第１切替部を制御する制御装置をさらに備え、
   前記制御装置は、前記第１膨張弁に流入する前記冷媒の過冷却度が基準値よりも小さい場合、前記第１流路を開放する、請求項２〜４のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
6. 前記制御装置は、前記過冷却度が前記基準値よりも大きい場合、前記第２流路を開放する、請求項５に記載の冷凍サイクル装置。
7. 前記冷媒の循環方向を前記第１循環方向および前記第１循環方向と逆方向の第３循環方向との間で切り替えるとともに、前記冷媒の循環方向を前記第２循環方向および前記第２循環方向とは逆方向の第４循環方向との間で切り替える第２切替部と、
   前記第１熱交換器および前記第２熱交換器の間に接続された第２膨張弁とをさらに備え、
   前記制御装置は、前記冷媒の循環方向が前記第１循環方向または前記第２循環方向である場合に、前記第１熱交換器の除霜終了条件が成立しかつ前記第２熱交換器の除霜終了条件が成立していないとき、前記第１流路を開放して前記冷媒の循環方向を前記第３循環方向に切り替えるとともに、前記第１膨張弁を全開とする、請求項５または６に記載の冷凍サイクル装置。
8. 前記制御装置は、前記冷媒の循環方向が前記第３循環方向または前記第４循環方向である場合に、前記第２熱交換器の除霜開始条件が成立しかつ前記第１熱交換器の除霜開始条件が成立していないとき、前記第１流路を開放するとともに、前記第１膨張弁を全開とする、請求項７に記載の冷凍サイクル装置。
9. 前記冷媒は、ＨＣ（Hydro Carbon）冷媒を含む、請求項１〜８のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
10. 前記冷媒は、非共沸混合冷媒を含む、請求項１〜８のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。

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