WO2017037891A1 - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

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WO2017037891A1
WO2017037891A1 PCT/JP2015/074949 JP2015074949W WO2017037891A1 WO 2017037891 A1 WO2017037891 A1 WO 2017037891A1 JP 2015074949 W JP2015074949 W JP 2015074949W WO 2017037891 A1 WO2017037891 A1 WO 2017037891A1
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WO
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expansion valve
refrigerant
heat exchanger
refrigeration cycle
compressor
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PCT/JP2015/074949
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English (en)
French (fr)
Inventor
謙作 畑中
航祐 田中
Original Assignee
三菱電機株式会社
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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B47/00—Arrangements for preventing or removing deposits or corrosion, not provided for in another subclass
    • F25B47/02—Defrosting cycles

Definitions

  • the present invention relates to a refrigeration cycle apparatus that performs a defrosting operation.
  • the conventional heat pump type heat circuit draws heat from the outside air in the evaporator, a highly efficient heating operation can be performed with respect to the input to the compressor.
  • the outside air condition is low temperature and high humidity, it is necessary to perform a defrosting operation for melting the frost in order to form frost on the evaporator.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and provides a refrigeration cycle apparatus capable of shortening the time of defrosting operation without adding a defrosting device to the refrigeration cycle apparatus.
  • the purpose is to provide.
  • a refrigeration cycle apparatus includes a compressor, a flow path switching valve, a use side heat exchanger, a first expansion valve, a second expansion valve, and a heat source side heat exchanger.
  • a control device that controls at least the heating operation and the defrosting operation by switching the flow path switching valve, and the control device includes the compressor, the use side heat during the heating operation.
  • a defrosting start circuit that circulates refrigerant by opening the opening of the first expansion valve and the second expansion valve from the heating operation, the compressor, the heat source side heat exchanger, the second expansion valve, and the first A defrosting circuit in which the refrigerant circulates in the order of the expansion valve, the use side heat exchanger, and the compressor , It is intended to form.
  • FIG. 3 is a refrigerant circuit diagram illustrating a refrigerant flow in heating operation of the refrigeration cycle apparatus 100 according to Embodiment 1.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram showing control contents of each actuator in each operation mode of the refrigeration cycle apparatus 100 according to Embodiment 1.
  • 3 is a Mollier diagram showing a change in state of refrigerant in heating operation of the refrigeration cycle apparatus 100 according to Embodiment 1.
  • FIG. 1 It is the refrigerant circuit figure which showed the refrigerant
  • FIG. It is explanatory drawing which showed the control content of each actuator in each operation mode of the refrigerating-cycle apparatus 200 which concerns on Embodiment 2.
  • FIG. It is a Mollier diagram which showed the state change of the refrigerant
  • FIG. 6 is a refrigerant circuit diagram illustrating a refrigerant flow in a cooling operation and a defrosting operation (defrosting mode) of a refrigeration cycle apparatus 400 according to Embodiment 4.
  • FIG. 10 is a refrigerant circuit diagram illustrating a refrigerant flow in a cooling operation and a defrosting operation (frost removal mode) of a refrigeration cycle apparatus 500 according to Embodiment 5.
  • FIG. 10 is a refrigerant circuit diagram illustrating a refrigerant flow in a cooling operation and a defrosting operation (defrosting mode) of a refrigeration cycle apparatus 600 according to Embodiment 6.
  • Embodiment 1 FIG. First, the configuration of the refrigeration cycle apparatus 100 according to Embodiment 1 will be described with reference to FIGS. ⁇ Configuration of refrigeration cycle apparatus 100> 1 is a refrigerant circuit diagram illustrating a refrigerant flow in a cooling operation and a defrosting operation (defrosting mode) of the refrigeration cycle apparatus 100 according to Embodiment 1.
  • FIG. FIG. 2 is a refrigerant circuit diagram illustrating a refrigerant flow in the heating operation of the refrigeration cycle apparatus 100 according to the first embodiment.
  • the refrigeration cycle apparatus 100 includes a compressor 1 that compresses a gas refrigerant, a four-way valve 2 that is disposed on the discharge side of the compressor 1 and switches a refrigerant flow path, and a heat source side heat exchanger that exchanges heat between the outside air and the refrigerant 3, a plurality of use side heat exchangers 4 connected in parallel to the compressor 1, a first expansion valve 5 provided corresponding to the use side heat exchanger 4, and a heat source side heat exchanger 2, a second expansion valve 6 provided corresponding to 3, and an accumulator 7 that separates the gas-liquid refrigerant.
  • the compressor 1, the four-way valve 2, the heat source side heat exchanger 3, the use side heat exchanger 4, the first expansion valve 5, the second expansion valve 6, and the accumulator 7 are connected by a refrigerant pipe.
  • the refrigerant pipe includes a gas pipe 10 to which the compressor 1 is connected on one side connecting the heat source side heat exchanger 3 and the use side heat exchanger 4, a heat source side heat exchanger 3, and a use side heat exchanger 4. And the liquid pipe 20 on which the first expansion valve 5 and the second expansion valve 6 are installed on the other side connecting the two.
  • the heat source side heat exchanger 3 and the use side heat exchanger 4 are provided with a heat source side fan 3a and a use side fan 4a, respectively.
  • a first pressure gauge Pd for measuring the pressure of the high-pressure side gas refrigerant is installed in the gas pipe 10 on the discharge side of the compressor 1.
  • a second pressure gauge Ps for measuring the pressure of the low-pressure side gas refrigerant is installed in the gas pipe 10 on the suction side of the compressor 1.
  • a first thermometer T1 that detects the temperature of the refrigerant is disposed in the gas pipe 10 between the compressor 1 and the heat source side heat exchanger 3.
  • a second thermometer T ⁇ b> 2 that detects the temperature of the refrigerant is disposed in the liquid pipe 20 between the first expansion valve 5 and the second expansion valve 6.
  • the first thermometer T1 may be installed between the heat source side heat exchanger 3 and the second expansion valve 6.
  • the actuators such as the compressor 1, the four-way valve 2, the heat source side fan 3a, the use side fan 4a, the first expansion valve 5, and the second expansion valve 6 of the refrigeration cycle apparatus 100 are sensors such as pressure gauges and thermometers.
  • the operation amount is calculated and controlled by the control device 50 based on the detected value.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram showing the control contents of each actuator in each operation mode of the refrigeration cycle apparatus 100 according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a Mollier diagram showing a change in state of the refrigerant in the heating operation of the refrigeration cycle apparatus 100 according to Embodiment 1.
  • the control device 50 of the refrigeration cycle apparatus 100 switches the four-way valve 2 to the cooling operation mode as shown in FIG. 1 during the cooling operation. Then, the high-pressure gas refrigerant discharged from the compressor 1 flows into the heat source side heat exchanger 3 through the four-way valve 2. The high-pressure liquid refrigerant radiated and condensed by the heat source side heat exchanger 3 passes through the fully opened second expansion valve 6 and is decompressed by the first expansion valve 5 to become a low-pressure gas-liquid two-phase refrigerant. This gas-liquid two-phase refrigerant flows into the use side heat exchanger 4 and evaporates by exchanging heat with room air.
  • the evaporated low-pressure gas refrigerant is sucked into the compressor 1 through the four-way valve 2.
  • the operation of each actuator during the cooling operation is shown in FIG.
  • the control device 50 controls the opening of the first expansion valve 5 based on the degree of superheat SH of the outlet refrigerant of the use side heat exchanger 4 and fully opens the second expansion valve 6. Further, the control device 50 controls the rotation speed of the compressor 1 using the cooling load on the use side as a control parameter. And the control apparatus 50 carries out rotation speed control of the utilization side fan 4a by making the evaporation temperature of a refrigerant
  • position sensors other than said each sensor in the refrigerating-cycle apparatus 100 suitably.
  • the control device 50 of the refrigeration cycle apparatus 100 switches the four-way valve 2 to the heating operation mode as shown in FIG. 2 during the heating operation. Then, the high-pressure gas refrigerant discharged from the compressor 1 passes through the gas pipe 10 via the four-way valve 2 and flows into the use side heat exchanger 4. The high-pressure liquid refrigerant radiated and condensed by the use side heat exchanger 4 is decompressed by the first expansion valve 5 and the second expansion valve 6 to become a low-pressure gas-liquid two-phase refrigerant. This gas-liquid two-phase refrigerant flows into the heat source side heat exchanger 3 and evaporates by exchanging heat with the outside air. The evaporated low-pressure gas refrigerant is sucked into the compressor 1 through the four-way valve 2 (corresponding to the heating path of the present invention).
  • the control device 50 controls the opening degree of the first expansion valve 5 so that the outlet supercooling degree SC of the use side heat exchanger 4 becomes a predetermined value. Further, the control device 50 detects the second expansion valve 6 by the second thermometer T2 so that the liquid refrigerant between the first expansion valve 5 and the second expansion valve 6 becomes an intermediate temperature between the evaporation temperature and the condensation temperature. The opening is controlled by the value. By controlling the two expansion valves in this way, the refrigerant pressure between the first expansion valve 5 and the second expansion valve 6 is maintained at an intermediate pressure that is an intermediate pressure between the evaporation pressure and the condensation pressure, and stored in the accumulator 7.
  • the liquid refrigerant to be moved is moved into the liquid pipe 20 to store the medium-pressure liquid refrigerant.
  • the second thermometer T2 is a pressure gauge, and the second expansion valve 6 is opened so that the liquid refrigerant between the first expansion valve 5 and the second expansion valve 6 becomes an intermediate pressure between the evaporation pressure and the condensation pressure. You may control.
  • the control device 50 controls the rotation speed of the compressor 1 using the heating load on the use side as a control parameter. Further, the control device 50 controls the rotation speed of the usage-side fan 4a using the condensation temperature of the refrigerant as a control parameter. Further, the control device 50 controls the rotation speed of the heat source side fan 3a using the evaporation temperature of the refrigerant as a control parameter.
  • the control device 50 controls the rotation speed of the heat source side fan 3a using the evaporation temperature of the refrigerant as a control parameter.
  • position sensors other than said each sensor in the refrigerating-cycle apparatus 100 suitably.
  • the state change of the refrigerant during the heating operation will be described with reference to FIG.
  • the high-pressure gas refrigerant discharged from the compressor 1 flows into the use side heat exchanger 4.
  • the high-pressure liquid refrigerant radiated and condensed by the use side heat exchanger 4 is depressurized by the first expansion valve 5 to become a medium-pressure liquid refrigerant.
  • This medium-pressure liquid refrigerant is stored in the liquid pipe 20.
  • the medium-pressure liquid refrigerant is further reduced in pressure by the second expansion valve 6 to become a low-pressure gas-liquid two-phase refrigerant.
  • This gas-liquid two-phase refrigerant flows into the heat source side heat exchanger 3 and evaporates by exchanging heat with the outside air.
  • the evaporated low-pressure gas refrigerant is sucked into the compressor 1 through the four-way valve 2.
  • the control device 50 of the refrigeration cycle apparatus 100 has two modes (circuits) of a defrosting operation start mode (corresponding to the defrosting start circuit of the present invention) and a defrosting mode (corresponding to the defrosting circuit of the present invention). Switch between and execute. For example, when the detected value of the first thermometer T1 becomes lower than a predetermined value during the heating operation, the control device 50 determines that the heat source side heat exchanger 3 functioning as an evaporator is frosted. Then, the control apparatus 50 performs start mode as the 1st step of a defrost operation. In the start mode, as shown in FIG.
  • the four-way valve 2 is maintained in the heating operation mode, and the compressor 1 is operated at the same rotational speed as that in the heating operation. Then, the heat source side fan 3a and the use side fan 4a are stopped. Further, the opening control of the first expansion valve 5 and the second expansion valve 6 is performed so that the opening is opened more than in the heating operation (for example, a fully opened opening).
  • the opening of the first expansion valve 5 and the second expansion valve 6 is opened from the time of the heating operation, so that the liquid piping between the first expansion valve 5 and the second expansion valve 6 during the heating operation.
  • the medium-pressure liquid refrigerant stored in 20 is supplied to the heat source side heat exchanger 3.
  • the start mode for example, 30 seconds from the start is measured by the time measuring means, and the start mode is ended after elapse.
  • the control device 50 After completion of the start mode, the control device 50 performs the defrosting mode as the second step of the defrosting operation.
  • the refrigerant flow in the defrosting mode is the same as that in the cooling operation as shown in FIG.
  • the four-way valve 2 is first switched from the heating operation mode to the cooling operation mode.
  • the compressor 1 is drive
  • the first expansion valve 5 is throttled to the set defrosting opening, and the second expansion valve 6 is kept fully open.
  • the heat source side fan 3a and the use side fan 4a maintain a stopped state.
  • the defrosting mode by controlling the refrigerant flow to be the same as that in the cooling operation, the reverse defrost operation in which the heat source side heat exchanger 3 functions as a condenser and the use side heat exchanger 4 functions as an evaporator.
  • the first expansion valve 5 is throttled to the set defrosting opening, and the use side heat exchanger 4 is used as an evaporator to absorb heat and improve the defrosting efficiency. It is good also as a defrost operation which makes fully open and supplies the heat amount only of a compressor input to the heat source side heat exchanger 3.
  • FIG. The defrosting mode is terminated when, for example, the detection value of the first thermometer T1 or the first pressure gauge Pd has increased to a predetermined value.
  • medium pressure liquid refrigerant that is an intermediate pressure between the evaporation pressure and the condensation pressure is stored in advance in the liquid pipe 20 during the heating operation, and is started at the beginning of the defrosting operation.
  • the two expansion valves are fully opened, and the medium pressure liquid refrigerant is introduced into the heat source side heat exchanger 3 to heat the heat source side heat exchanger 3.
  • the frost melts before entering the defrosting mode the operation time in the defrosting mode (reverse defrost operation) can be shortened.
  • the heat source side heat exchanger 3 can be heated without providing a special heat source for heating, it is possible to suppress manufacturing costs and prevent wasteful defrosting energy from being consumed.
  • FIG. 5 is a refrigerant circuit diagram illustrating a refrigerant flow in the cooling operation and the defrosting operation (defrosting mode) of the refrigeration cycle apparatus 200 according to Embodiment 2.
  • the internal heat exchanger 8 is disposed in the liquid pipe 20 between the first expansion valve 5 and the second expansion valve 6.
  • the internal heat exchanger 8 is connected to a bypass pipe 30 that branches from the liquid pipe 20 and is connected to the suction side of the compressor 1.
  • the bypass pipe 30 is provided with a third expansion valve 9 for reducing the pressure of the high-pressure liquid refrigerant flowing into the internal heat exchanger 8.
  • the internal heat exchanger 8 allows a part of the liquid refrigerant that has passed through the internal heat exchanger 8 to flow into the bypass pipe 30 side when the refrigeration cycle apparatus is performing a cooling operation, for example.
  • the internal heat exchanger 8 exchanges heat between the refrigerants, and increases the degree of supercooling of the liquid refrigerant supplied to the use-side heat exchanger 4.
  • the internal heat exchanger 8 allows a part of the liquid refrigerant flowing into the internal heat exchanger 8 to flow into the bypass pipe 30 side when the refrigeration cycle apparatus is performing a heating operation, for example, so that the third expansion valve 9
  • the internal heat exchanger 8 exchanges heat between the refrigerants by increasing the pressure of the liquid refrigerant supplied to the heat source side heat exchanger 3 by increasing the degree of supercooling of the liquid refrigerant supplied to the heat source side heat exchanger 3.
  • FIG. 6 is an explanatory diagram showing the control contents of each actuator in each operation mode of the refrigeration cycle apparatus 200 according to the second embodiment.
  • FIG. 7 is a Mollier diagram showing changes in refrigerant state during heating operation of the refrigeration cycle apparatus 200 according to Embodiment 2.
  • the control device 50 of the refrigeration cycle apparatus 200 switches the four-way valve 2 to the cooling operation mode as shown in FIG. 5 during the cooling operation. Then, the high-pressure gas refrigerant discharged from the compressor 1 flows into the heat source side heat exchanger 3 through the four-way valve 2. The high-pressure liquid refrigerant radiated and condensed by the heat source side heat exchanger 3 passes through the fully opened second expansion valve 6 and flows into the internal heat exchanger 8. A part of the liquid refrigerant that has passed through the internal heat exchanger 8 branches to the bypass pipe 30 side, is depressurized by the third expansion valve 9, and flows into the internal heat exchanger 8 again, whereby the internal heat exchanger 8 Exchanges heat between refrigerants.
  • the decompressed refrigerant evaporates in the internal heat exchanger 8 and increases the degree of supercooling of the liquid refrigerant supplied to the use side heat exchanger 4.
  • the evaporated gas refrigerant flows into the accumulator 7 via the bypass pipe 30.
  • the liquid refrigerant that has passed through the internal heat exchanger 8 is reduced in pressure by the first expansion valve 5 via the liquid pipe 20 and becomes a low-pressure gas-liquid two-phase refrigerant.
  • This gas-liquid two-phase refrigerant flows into the use side heat exchanger 4 and evaporates by exchanging heat with room air.
  • the evaporated low-pressure gas refrigerant is sucked into the compressor 1 through the four-way valve 2.
  • FIG. 6 shows the operation of each actuator during the cooling operation.
  • the control device 50 controls the opening of the first expansion valve 5 based on the degree of superheat SH of the outlet refrigerant of the use side heat exchanger 4 and fully opens the second expansion valve 6. Further, the control device 50 controls the opening of the third expansion valve 9 based on the degree of superheat SH of the outlet refrigerant of the internal heat exchanger 8. Then, the rotation speed of the compressor 1 is controlled with the use side cooling load as a control parameter. Further, the control device 50 controls the rotation speed of the use-side fan 4a with the refrigerant evaporation temperature as a control parameter. Further, the control device 50 controls the rotation speed of the heat source side fan 3a using the condensation temperature of the refrigerant as a control parameter. In addition, in order to detect the refrigerant
  • the control device 50 of the refrigeration cycle apparatus 200 switches the four-way valve 2 to the heating operation mode during the heating operation. Then, the high-pressure gas refrigerant discharged from the compressor 1 passes through the gas pipe 10 via the four-way valve 2 and flows into the use side heat exchanger 4. The high-pressure liquid refrigerant radiated and condensed by the use side heat exchanger 4 is decompressed by the first expansion valve 5 and the second expansion valve 6 to become a low-pressure gas-liquid two-phase refrigerant. This gas-liquid two-phase refrigerant flows into the heat source side heat exchanger 3 and evaporates by exchanging heat with the outside air. The evaporated low-pressure gas refrigerant is sucked into the compressor 1 through the four-way valve 2.
  • a part of the liquid refrigerant flowing into the internal heat exchanger 8 branches to the bypass pipe 30 side, is decompressed by the third expansion valve 9, and flows into the internal heat exchanger 8 again, whereby the internal heat exchanger 8. Heat exchange between refrigerants.
  • the decompressed refrigerant evaporates in the internal heat exchanger 8 and increases the degree of supercooling of the liquid refrigerant supplied to the heat source side heat exchanger 3.
  • the evaporated gas refrigerant flows into the accumulator 7 via the bypass pipe 30 (corresponding to the heating path of the present invention).
  • the control device 50 controls the opening degree of the first expansion valve 5 so that the outlet supercooling degree SC of the use side heat exchanger 4 becomes a predetermined value. Further, the opening degree of the second expansion valve 6 is controlled so that the liquid refrigerant between the first expansion valve 5 and the second expansion valve 6 becomes an intermediate temperature between the evaporation temperature and the condensation temperature based on the detection value of the second thermometer T2. To do. Further, the opening degree of the third expansion valve 9 is controlled so that the degree of superheat SH of the outlet refrigerant of the internal heat exchanger 8 becomes a predetermined value.
  • the refrigerant pressure in the liquid pipe 20 between the first expansion valve 5, the second expansion valve 6, and the third expansion valve 9 becomes an intermediate pressure between the evaporation pressure and the condensation pressure.
  • the liquid refrigerant stored in the accumulator 7 is moved into the liquid pipe 20 to store the medium-pressure liquid refrigerant.
  • the second thermometer T2 is used as a pressure gauge, and the second expansion is performed so that the liquid refrigerant between the first expansion valve 5, the second expansion valve 6, and the third expansion valve 9 becomes an intermediate pressure between the evaporation pressure and the condensation pressure.
  • the opening degree of the valve 6 may be controlled.
  • control device 50 controls the rotation speed of the compressor 1 using the heating load on the use side as a control parameter. Further, the control device 50 controls the rotation speed of the usage-side fan 4a using the condensation temperature of the refrigerant as a control parameter. Further, the control device 50 controls the rotation speed of the heat source side fan 3a using the evaporation temperature of the refrigerant as a control parameter.
  • position sensors other than said each sensor in the refrigerating-cycle apparatus 200 suitably.
  • the state change of the refrigerant during the heating operation will be described with reference to FIG.
  • the high-pressure gas refrigerant discharged from the compressor 1 flows into the use side heat exchanger 4.
  • the high-pressure liquid refrigerant radiated and condensed by the use side heat exchanger 4 is depressurized by the first expansion valve 5 to become a medium-pressure liquid refrigerant.
  • This medium-pressure liquid refrigerant is cooled by the gas-liquid two-phase refrigerant decompressed by the third expansion valve 9 in the internal heat exchanger 8 and stored in the liquid pipe 20 as a supercooled liquid refrigerant.
  • the medium-pressure supercooled liquid refrigerant is further decompressed by the second expansion valve 6 to become a low-pressure gas-liquid two-phase refrigerant.
  • This gas-liquid two-phase refrigerant flows into the heat source side heat exchanger 3 and evaporates by exchanging heat with the outside air.
  • the evaporated low-pressure gas refrigerant is sucked into the compressor 1 through the four-way valve 2.
  • the evaporated gas refrigerant that has passed through the third expansion valve 9 and the internal heat exchanger 8 becomes a low-pressure gas refrigerant with superheat SH, and is sucked into the compressor 1.
  • the control device 50 of the refrigeration cycle apparatus 200 switches between two modes, a defrosting operation start mode (corresponding to the defrosting start circuit of the present invention) and a defrosting mode (corresponding to the defrosting circuit of the present invention). Execute. For example, when the detected value of the first thermometer T1 becomes lower than a predetermined value during the heating operation, the control device 50 determines that the heat source side heat exchanger 3 functioning as an evaporator is frosted. Then, the control apparatus 50 performs start mode as the 1st step of a defrost operation. In the start mode, as shown in FIG. 6, first, the four-way valve 2 is maintained in the heating operation mode, and the compressor 1 is operated at the same rotational speed as that in the heating operation.
  • the heat source side fan 3a and the use side fan 4a are stopped. Further, opening control is performed such that the opening of the first expansion valve 5 and the second expansion valve 6 is larger than that during heating operation (for example, a fully opened opening) and the third expansion valve 9 is fully closed.
  • the first expansion valve 5 and the second expansion valve 6 are opened from the heating operation, and the third expansion valve 9 is fully closed.
  • the medium pressure liquid refrigerant stored in the liquid pipe 20 between the second expansion valve 6 and the third expansion valve 9 is supplied to the heat source side heat exchanger 3.
  • the start mode for example, 30 seconds from the start is measured by the time measuring means, and the start mode is ended after elapse.
  • the control device 50 After completion of the start mode, the control device 50 performs the defrosting mode as the second step of the defrosting operation.
  • the refrigerant flow in the defrosting mode is the same as that in the cooling operation as shown in FIG.
  • the four-way valve 2 is first switched from the heating operation mode to the cooling operation mode.
  • the compressor 1 is drive
  • the first expansion valve 5 restricts to the set defrosting opening, and maintains the second expansion valve 6 fully open and the third expansion valve 9 fully closed.
  • the heat source side fan 3a and the use side fan 4a maintain a stopped state.
  • the defrosting mode by controlling the refrigerant flow to be the same as that in the cooling operation, the reverse defrost operation in which the heat source side heat exchanger 3 functions as a condenser and the use side heat exchanger 4 functions as an evaporator.
  • the first expansion valve 5 is throttled to the set defrosting opening, and the use side heat exchanger 4 is used as an evaporator to absorb heat and improve the defrosting efficiency. It is good also as a defrost operation which makes fully open and supplies the heat amount only of a compressor input to the heat source side heat exchanger 3.
  • FIG. The defrosting mode is terminated when, for example, the detection value of the first thermometer T1 or the first pressure gauge Pd has increased to a predetermined value.
  • the refrigeration cycle apparatus 200 including the internal heat exchanger 8 also has a medium pressure that is an intermediate pressure between the evaporation pressure and the condensation pressure in the liquid pipe 20 during heating operation.
  • the liquid refrigerant is stored in advance, and the three expansion valves (the first expansion valve 5, the second expansion valve 6, and the third expansion valve 9) are adjusted in the start mode that is performed at the initial stage of the defrosting operation, and the heat source side heat exchanger 3 is adjusted.
  • An intermediate-pressure liquid refrigerant is introduced into the heat source side heat exchanger 3 to heat it.
  • the operation time in the defrosting mode (reverse defrost operation) can be shortened.
  • the heat source side heat exchanger 3 can be heated without providing a special heat source for heating, it is possible to suppress manufacturing costs and prevent wasteful defrosting energy from being consumed.
  • FIG. 8 is a refrigerant circuit diagram illustrating a refrigerant flow in the cooling operation and the defrosting operation (frost removal mode) of the refrigeration cycle apparatus 300 according to Embodiment 3.
  • the refrigeration cycle apparatus 300 according to the third embodiment is not provided with the accumulator 7 that stores excess liquid refrigerant during the heating operation, similarly to the refrigeration cycle apparatus 100 according to the first embodiment, the first expansion valve 5 and the first Since the surplus refrigerant at the time of heating operation is stored as a medium-pressure liquid refrigerant in the liquid pipe 20 between the two expansion valves 6, even if the accumulator 7 is not structurally the same as the refrigeration cycle apparatus 100 according to the first embodiment. Can be operated.
  • the medium pressure liquid refrigerant that is an intermediate pressure between the evaporation pressure and the condensation pressure is stored in advance in the liquid pipe 20 during the heating operation, and is started at the beginning of the defrosting operation.
  • the first expansion valve 5 and the second expansion valve 6 are fully opened, and the medium pressure liquid refrigerant is introduced into the heat source side heat exchanger 3 to heat the heat source side heat exchanger 3.
  • the heating operation is possible, and since the frost is melted before entering the defrosting mode, the operation time in the defrosting mode (reverse defrost operation) can be shortened.
  • the heat source side heat exchanger 3 can be heated without providing a special heat source for heating, it is possible to suppress manufacturing costs and prevent wasteful defrosting energy from being consumed.
  • FIG. 9 is a refrigerant circuit diagram illustrating a refrigerant flow in the cooling operation and the defrosting operation (frost removal mode) of the refrigeration cycle apparatus 400 according to Embodiment 4.
  • the refrigeration cycle apparatus 400 according to the fourth embodiment is different from the refrigeration cycle apparatus 100 according to the first embodiment in that the accumulator 7 is not provided and the intermediate pressure receiver tank 11 is provided. Will be explained.
  • the operation of each actuator during the cooling operation, the heating operation, and the defrosting operation according to the fourth embodiment is the same as the control content described in FIG. 3 according to the first embodiment.
  • the refrigeration cycle apparatus 400 according to Embodiment 4 includes an intermediate pressure receiver tank 11 between the first expansion valve 5 and the second expansion valve 6 instead of the accumulator 7 that stores excess liquid refrigerant during heating operation.
  • the surplus refrigerant during the heating operation is stored as a medium-pressure liquid refrigerant. Therefore, the same operation as that of the refrigeration cycle apparatus 100 according to Embodiment 1 is possible.
  • medium pressure liquid refrigerant that is an intermediate pressure between the evaporation pressure and the condensation pressure is stored in advance in the intermediate pressure receiver tank 11 and the liquid pipe 20 during heating operation, and defrosting is performed.
  • the first expansion valve 5 and the second expansion valve 6 are fully opened, and medium-pressure liquid refrigerant is introduced into the heat source side heat exchanger 3 to heat the heat source side heat exchanger 3.
  • the frost melts before entering the defrosting mode the operation time in the defrosting mode (reverse defrost operation) can be shortened.
  • the heat source side heat exchanger 3 can be heated without providing a special heat source for heating, it is possible to suppress manufacturing costs and prevent wasteful defrosting energy from being consumed.
  • FIG. 10 is a refrigerant circuit diagram illustrating a refrigerant flow in the cooling operation and the defrosting operation (frost removal mode) of the refrigeration cycle apparatus 500 according to Embodiment 5.
  • the refrigeration cycle apparatus 500 according to Embodiment 5 is different from the refrigeration cycle apparatus 200 according to Embodiment 2 only in that the bypass pipe 30 that passes through the internal heat exchanger 8 is connected to the intermediate pressure portion of the compressor 1. Is different.
  • the operation of each actuator during the cooling operation, the heating operation, and the defrosting operation according to the fifth embodiment is the same as the control content described in FIG. 6 according to the second embodiment.
  • the refrigeration cycle apparatus 500 according to the fifth embodiment is provided in the liquid pipe 20 between the first expansion valve 5, the second expansion valve 6, and the third expansion valve 9.
  • the surplus refrigerant during the heating operation is stored as a medium-pressure liquid refrigerant, the same operation as that of the refrigeration cycle apparatus 200 according to Embodiment 2 is possible. Further, heat is exchanged between the refrigerants in the internal heat exchanger 8, and the evaporated gas refrigerant is injected into the intermediate pressure of the compressor 1 to suppress the discharge refrigerant temperature of the compressor 1.
  • the medium pressure that is an intermediate pressure between the evaporation pressure and the condensation pressure in the liquid pipe 20 during the heating operation is stored in advance, and the three expansion valves (the first expansion valve 5, the second expansion valve 6, and the third expansion valve 9) are adjusted in the start mode that is performed at the initial stage of the defrosting operation, and the heat source side heat exchanger 3 is adjusted. An intermediate-pressure liquid refrigerant is introduced into the heat source side heat exchanger 3 to heat it.
  • the operation time in the defrosting mode (reverse defrost operation) can be shortened.
  • the heat source side heat exchanger 3 can be heated without providing a special heat source for heating, it is possible to suppress manufacturing costs and prevent wasteful defrosting energy from being consumed.
  • FIG. 11 is a refrigerant circuit diagram illustrating a refrigerant flow in a cooling operation and a defrosting operation (defrosting mode) of the refrigeration cycle apparatus 600 according to Embodiment 6.
  • the refrigeration cycle apparatus 600 according to Embodiment 6 is different from the refrigeration cycle apparatus 100 according to Embodiment 1 in that a plurality of heat source side heat exchangers 3 are provided, this configuration will be described. Note that the operation of each actuator during the cooling operation, the heating operation, and the defrosting operation according to the sixth embodiment is the same as the control content described in FIG. 3 according to the first embodiment.
  • the refrigeration cycle apparatus 600 according to Embodiment 6 stores medium-pressure liquid refrigerant in the liquid piping 20 between the plurality of first expansion valves 5 and the plurality of second expansion valves 6 during heating operation. Therefore, the same operation as that of the refrigeration cycle apparatus 100 according to Embodiment 1 is possible.
  • medium-pressure liquid refrigerant that is an intermediate pressure between the evaporation pressure and the condensation pressure is stored in advance in the liquid pipe 20 during heating operation, and is started at the beginning of the defrosting operation.
  • the plurality of first expansion valves 5 and the plurality of second expansion valves 6 are fully opened, and medium-pressure liquid refrigerant is introduced into the heat source side heat exchanger 3 to heat the heat source side heat exchanger 3.
  • the frost melts before entering the defrosting mode the operation time in the defrosting mode (reverse defrost operation) can be shortened.
  • the heat source side heat exchanger 3 can be heated without providing a special heat source for heating, it is possible to suppress manufacturing costs and prevent wasteful defrosting energy from being consumed.

Abstract

圧縮機と、流路切替弁と、利用側熱交換器と、第１膨張弁と、第２膨張弁と、熱源側熱交換器と、を備えた冷凍サイクル装置であって、少なくとも暖房運転と、除霜運転とを前記流路切替弁を切り替えて制御する制御装置を有し、前記制御装置は、前記暖房運転の時に、前記圧縮機、前記利用側熱交換器、前記第１膨張弁、前記第２膨張弁、前記熱源側熱交換器、前記圧縮機の順に冷媒が循環する暖房経路を形成し、前記除霜運転の時に、前記暖房経路において、前記第１膨張弁と前記第２膨張弁の開度を前記暖房運転より開いて冷媒を循環させる除霜開始回路と、前記圧縮機、前記熱源側熱交換器、前記第２膨張弁、前記第１膨張弁、前記利用側熱交換器、前記圧縮機の順に冷媒が循環させる霜取回路と、を形成するものである。

Description

冷凍サイクル装置
　本発明は、除霜運転を行う冷凍サイクル装置に関するものである。
　従来のヒートポンプ式の熱回路は、蒸発器において外気から熱をくみ上げるため、圧縮機への入力に対して高効率な暖房運転を行うことができる。
　しかし、外気条件が低温かつ高湿の時には、蒸発器に着霜するため霜を融解させる除霜運転を行う必要がある。
　除霜運転を行う手法としては、例えば、冷凍サイクル装置を暖房運転から冷房運転に逆転させるリバースデフロスト運転があるが、除霜運転中、長時間に渡って室内の暖房が停止するため、快適性が損なわれていた。
　そこで、除霜運転を短縮化するために、冷媒加熱器を熱回路中に設け、熱源側熱交換器に供給されるガス冷媒を加熱する構成が知られている（例えば、特許文献１を参照）。
特開平５－６０４１１号公報
　特許文献１に記載の冷凍サイクル装置における除霜運転では、冷媒加熱器の設置によるコスト増や、冷媒加熱器で電力を消費してしまう課題があった。また、冷媒加熱器での局所的な加熱を冷媒に対して行うため、冷媒や冷凍機油の分解を誘発する課題もあった。
　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、冷凍サイクル装置に除霜用の機器を追加することなく、除霜運転の時間を短縮することが可能な冷凍サイクル装置を提供することを目的とする。
　本発明に係る冷凍サイクル装置は、圧縮機と、流路切替弁と、利用側熱交換器と、第１膨張弁と、第２膨張弁と、熱源側熱交換器と、を備えた冷凍サイクル装置であって、少なくとも暖房運転と、除霜運転とを前記流路切替弁を切り替えて制御する制御装置を有し、前記制御装置は、前記暖房運転の時に、前記圧縮機、前記利用側熱交換器、前記第１膨張弁、前記第２膨張弁、前記熱源側熱交換器、前記圧縮機の順に冷媒が循環する暖房経路を形成し、前記除霜運転の時に、前記暖房経路において、前記第１膨張弁と前記第２膨張弁の開度を前記暖房運転より開いて冷媒を循環させる除霜開始回路と、前記圧縮機、前記熱源側熱交換器、前記第２膨張弁、前記第１膨張弁、前記利用側熱交換器、前記圧縮機の順に冷媒が循環させる霜取回路と、を形成するものである。
　本発明によれば、冷凍サイクル装置に除霜用の機器を追加することなく、除霜運転の時間を短縮することが可能な冷凍サイクル装置を提供することが可能となる。
実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１００の冷房運転及び除霜運転（霜取モード）における冷媒流れを示した冷媒回路図である。 実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１００の暖房運転における冷媒流れを示した冷媒回路図である。 実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１００の各運転モードにおける各アクチュエータの制御内容を示した説明図である。 実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１００の暖房運転の冷媒の状態変化を示したモリエル線図である。 実施の形態２に係る冷凍サイクル装置２００の冷房運転及び除霜運転（霜取モード）における冷媒流れを示した冷媒回路図である。 実施の形態２に係る冷凍サイクル装置２００の各運転モードにおける各アクチュエータの制御内容を示した説明図である。 実施の形態２に係る冷凍サイクル装置２００の暖房運転の冷媒の状態変化を示したモリエル線図である。 実施の形態３に係る冷凍サイクル装置３００の冷房運転及び除霜運転（霜取モード）における冷媒流れを示した冷媒回路図である。 実施の形態４に係る冷凍サイクル装置４００の冷房運転及び除霜運転（霜取モード）における冷媒流れを示した冷媒回路図である。 実施の形態５に係る冷凍サイクル装置５００の冷房運転及び除霜運転（霜取モード）における冷媒流れを示した冷媒回路図である。 実施の形態６に係る冷凍サイクル装置６００の冷房運転及び除霜運転（霜取モード）における冷媒流れを示した冷媒回路図である。
　以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。
　なお、各図において、同一の符号を付したものは、同一の又はこれに相当するものであり、これは明細書の全文において共通している。
　更に、明細書全文に表れている構成要素の形態は、あくまで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１．
　はじめに、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１００の構成を図１、２を参照して説明する。
＜冷凍サイクル装置１００の構成＞
　図１は、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１００の冷房運転及び除霜運転（霜取モード）における冷媒流れを示した冷媒回路図である。
　図２は、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１００の暖房運転における冷媒流れを示した冷媒回路図である。
　冷凍サイクル装置１００は、ガス冷媒を圧縮する圧縮機１と、圧縮機１の吐出側に配置され、冷媒の流路を切り替える四方弁２と、外気と冷媒とを熱交換する熱源側熱交換器３と、圧縮機１に対して互いに並列に接続された複数の利用側熱交換器４と、利用側熱交換器４に対応して設けられた第１膨張弁５と、熱源側熱交換器３に対応して設けられた第２膨張弁６と、冷媒の気液を分離するアキュームレータ７と、を備えている。圧縮機１、四方弁２、熱源側熱交換器３、利用側熱交換器４、第１膨張弁５、第２膨張弁６、アキュームレータ７は、冷媒配管により接続されている。
　冷媒配管は、熱源側熱交換器３と利用側熱交換器４とを接続する一方側で圧縮機１が接続されるガス配管１０と、熱源側熱交換器３と利用側熱交換器４とを接続する他方側で第１膨張弁５及び第２膨張弁６が設置される液配管２０とにより構成されている。なお、熱源側熱交換器３及び利用側熱交換器４には、それぞれ熱源側ファン３ａ及び利用側ファン４ａが設けられている。
　圧縮機１の吐出側のガス配管１０には、高圧側のガス冷媒の圧力を測定する第１圧力計Ｐｄが設置されている。また、圧縮機１の吸入側のガス配管１０には、低圧側のガス冷媒の圧力を測定する第２圧力計Ｐｓが設置されている。
　圧縮機１と熱源側熱交換器３との間のガス配管１０には、冷媒の温度を検出する第１温度計Ｔ１が配置されている。また、第１膨張弁５と第２膨張弁６との間の液配管２０には、冷媒の温度を検出する第２温度計Ｔ２が配置されている。なお、第１温度計Ｔ１は、熱源側熱交換器３と第２膨張弁６との間に設置されていてもよい。
　冷凍サイクル装置１００の圧縮機１、四方弁２、熱源側ファン３ａ、利用側ファン４ａ、第１膨張弁５、第２膨張弁６等の各アクチュエータは、各圧力計や各温度計等のセンサー類の検出値により制御装置５０で作動量が演算され、制御される。
　次に、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１００が暖房運転から除霜運転に切り替わり、除霜運転が終了するまでの各アクチュエータの動作、及び、冷媒の状態を図１～図４を用いて説明する。
＜冷房運転、暖房運転、除霜運転の各動作＞
　図３は、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１００の各運転モードにおける各アクチュエータの制御内容を示した説明図である。
　図４は、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１００の暖房運転の冷媒の状態変化を示したモリエル線図である。
（冷房運転）
　冷凍サイクル装置１００の制御装置５０は、冷房運転時において図１に示すように、四方弁２を冷房運転モードに切り替える。すると、圧縮機１から吐出した高圧のガス冷媒は、四方弁２を介して熱源側熱交換器３に流入する。熱源側熱交換器３で放熱し凝縮した高圧の液冷媒は、全開の第２膨張弁６を通過し、第１膨張弁５で減圧されて低圧の気液二相冷媒となる。この気液二相冷媒は、利用側熱交換器４に流入し、室内空気と熱交換して蒸発する。蒸発した低圧のガス冷媒は四方弁２を介して圧縮機１に吸入される。
　この冷房運転時の各アクチュエータの動作を図３に示す。制御装置５０は、第１膨張弁５を利用側熱交換器４の出口冷媒の過熱度ＳＨにより開度制御するとともに、第２膨張弁６を全開とする。また、制御装置５０は、圧縮機１を、利用側の冷房負荷を制御パラメータとして回転数制御する。そして、制御装置５０は、利用側ファン４ａを、冷媒の蒸発温度を制御パラメータとして回転数制御する。さらに、制御装置５０は、熱源側ファン３ａを、冷媒の凝縮温度を制御パラメータとして回転数制御する。
　なお、これらの制御パラメータに必要な冷媒温度又は冷媒圧力を検出するために上記各センサー以外のセンサーを適宜冷凍サイクル装置１００に配置することが可能である。
（暖房運転）
　冷凍サイクル装置１００の制御装置５０は、暖房運転時において図２に示すように、四方弁２を暖房運転モードに切り替える。すると、圧縮機１から吐出した高圧のガス冷媒が、四方弁２を介してガス配管１０を通り、利用側熱交換器４に流入する。利用側熱交換器４で放熱し凝縮した高圧の液冷媒は、第１膨張弁５及び第２膨張弁６で減圧されて低圧の気液二相冷媒となる。この気液二相冷媒は、熱源側熱交換器３に流入し、外気と熱交換して蒸発する。蒸発した低圧のガス冷媒は四方弁２を介して圧縮機１に吸入される（本発明の暖房経路に相当する）。
　この暖房運転時の各アクチュエータの動作を図３に示す。制御装置５０は、第１膨張弁５を利用側熱交換器４の出口過冷却度ＳＣが所定値となるように開度制御する。また、制御装置５０は、第１膨張弁５と第２膨張弁６との間の液冷媒が蒸発温度と凝縮温度の中間温度となるように第２膨張弁６を第２温度計Ｔ２の検出値により開度制御する。このように２つの膨張弁を制御することで第１膨張弁５と第２膨張弁６との間の冷媒圧力を蒸発圧力と凝縮圧力との中間圧力となる中圧に保ち、アキュームレータ７に貯留される液冷媒を液配管２０内に移動させ、中圧の液冷媒を貯留する。なお、第２温度計Ｔ２を圧力計とし、第１膨張弁５と第２膨張弁６との間の液冷媒が蒸発圧力と凝縮圧力の中間圧力となるように第２膨張弁６を開度制御してもよい。
　制御装置５０は、圧縮機１を、利用側の暖房負荷を制御パラメータとして回転数制御する。また、制御装置５０は、利用側ファン４ａを、冷媒の凝縮温度を制御パラメータとして回転数制御する。さらに、制御装置５０は、熱源側ファン３ａを、冷媒の蒸発温度を制御パラメータとして回転数制御する。
　なお、これらの制御パラメータに必要な冷媒温度又は冷媒圧力を検出するために上記各センサー以外のセンサーを適宜冷凍サイクル装置１００に配置することが可能である。
　この暖房運転時の冷媒の状態変化を図４を用いて説明する。
　圧縮機１から吐出した高圧のガス冷媒が、利用側熱交換器４に流入する。利用側熱交換器４で放熱し凝縮した高圧の液冷媒は、第１膨張弁５で減圧され中圧の液冷媒となる。この中圧の液冷媒は、液配管２０内に貯留される。中圧の液冷媒は、第２膨張弁６でさらに減圧されて低圧の気液二相冷媒となる。この気液二相冷媒は、熱源側熱交換器３に流入し、外気と熱交換して蒸発する。蒸発した低圧のガス冷媒は四方弁２を介して圧縮機１に吸入される。
（除霜運転）
　冷凍サイクル装置１００の制御装置５０は、除霜運転を開始モード（本発明の除霜開始回路に相当する）と霜取モード（本発明の霜取回路に相当する）の２つのモード（回路）を切り替えて実行する。
　制御装置５０は、暖房運転中に例えば第１温度計Ｔ１の検出値が所定値より低くなると、蒸発器として機能する熱源側熱交換器３に着霜したと判断する。
　すると、制御装置５０は、除霜運転の第１ステップとして開始モードを行う。開始モードは、図３に記載のように、まず四方弁２を暖房運転モードに維持するとともに、圧縮機１を暖房運転時と同一の回転数で運転する。そして、熱源側ファン３ａと利用側ファン４ａとを停止する。さらに、第１膨張弁５と第２膨張弁６とを暖房運転時よりも開度を開く（例えば全開開度）開度制御を行う。
　このように開始モードでは、第１膨張弁５と第２膨張弁６の開度を暖房運転時より開くことで、暖房運転時に第１膨張弁５と第２膨張弁６との間の液配管２０に貯留されていた中圧の液冷媒が熱源側熱交換器３に供給される。
　開始モードは、例えば、開始から３０秒間を計時手段で測定し、経過後に終了する。
　開始モードの終了後、制御装置５０は、除霜運転の第２ステップとして霜取モードを行う。霜取モードの冷媒の流れは、図１に示すように冷房運転と同様となる。霜取モードは、図３に記載のように、まず四方弁２を暖房運転モードから冷房運転モードに切り替える。そして、圧縮機１を設定された除霜周波数による回転数で運転する。さらに、第１膨張弁５は、設定された除霜開度に絞るとともに、第２膨張弁６は全開を維持する。なお、熱源側ファン３ａと利用側ファン４ａは停止状態を維持する。
　このように霜取モードでは、冷房運転と同様の冷媒の流れに制御することで、熱源側熱交換器３を凝縮器として機能させ、利用側熱交換器４を蒸発器として機能させるリバースデフロスト運転を行う。
　なお、上記では第１膨張弁５を設定された除霜開度に絞り、利用側熱交換器４を蒸発器として吸熱し除霜効率を向上させる除霜運転としたが、第１膨張弁５を全開とし、圧縮機入力のみの熱量を熱源側熱交換器３に供給する除霜運転としてもよい。
　霜取モードは、例えば、第１温度計Ｔ１や第１圧力計Ｐｄの検出値が既定値まで上昇した段階で終了する。
＜効果＞
　実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１００によれば、暖房運転時に液配管２０内に蒸発圧力と凝縮圧力の中間圧力となる中圧の液冷媒を予め貯留し、除霜運転の初期に行う開始モード時に２つの膨張弁を全開にして熱源側熱交換器３に中圧の液冷媒を流入させ熱源側熱交換器３を加熱する。すると、霜取モードに入る前に霜が融解するため、霜取モード（リバースデフロスト運転）の運転時間を短縮することができる。また、特別な加熱用熱源を設けることなく、熱源側熱交換器３を加熱することができるため、製造コストを抑え、無駄な除霜用エネルギーを消費することを防止することができる。
　実施の形態２．
　次に、実施の形態２に係る冷凍サイクル装置２００の構成を図５を参照して説明する。
＜冷凍サイクル装置２００の構成＞
　図５は、実施の形態２に係る冷凍サイクル装置２００の冷房運転及び除霜運転（霜取モード）における冷媒流れを示した冷媒回路図である。
　実施の形態２に係る冷凍サイクル装置２００は、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１００に対して内部熱交換器８を備えている点のみ異なっているため、この構成を説明する。
　内部熱交換器８は、第１膨張弁５と第２膨張弁６との間の液配管２０に配置されている。
　また、内部熱交換器８には、液配管２０から分岐し、圧縮機１の吸入側に接続されるバイパス管３０が接続されている。バイパス管３０には、内部熱交換器８に流入する高圧の液冷媒を減圧する第３膨張弁９が配置されている。内部熱交換器８は、冷凍サイクル装置が例えば冷房運転を行っているときに、内部熱交換器８を通過した液冷媒の一部をバイパス管３０側に流入させ、第３膨張弁９にて減圧させて内部熱交換器８に流入させることで内部熱交換器８にて冷媒同士の熱交換を行い、利用側熱交換器４に供給する液冷媒の過冷却度を増加させる。また、内部熱交換器８は、冷凍サイクル装置が例えば暖房運転を行っているときに、内部熱交換器８に流入する液冷媒の一部をバイパス管３０側に流入させ、第３膨張弁９にて減圧させて内部熱交換器８に流入させることで内部熱交換器８にて冷媒同士の熱交換を行い、熱源側熱交換器３に供給する液冷媒の過冷却度を増加させる。
　次に、実施の形態２に係る冷凍サイクル装置２００が暖房運転から除霜運転に切り替わり、除霜運転が終了するまでの各アクチュエータの動作、及び、冷媒の状態を図５～図７を用いて説明する。
＜冷房運転、暖房運転、除霜運転の各動作＞
　図６は、実施の形態２に係る冷凍サイクル装置２００の各運転モードにおける各アクチュエータの制御内容を示した説明図である。
　図７は、実施の形態２に係る冷凍サイクル装置２００の暖房運転時の冷媒の状態変化を示したモリエル線図である。
（冷房運転）
　冷凍サイクル装置２００の制御装置５０は、冷房運転時において図５に示すように、四方弁２を冷房運転モードに切り替える。すると、圧縮機１から吐出した高圧のガス冷媒は、四方弁２を介して熱源側熱交換器３に流入する。熱源側熱交換器３で放熱し凝縮した高圧の液冷媒は、全開の第２膨張弁６を通過し、内部熱交換器８に流入する。内部熱交換器８を通過した液冷媒の一部はバイパス管３０側に分岐し、第３膨張弁９にて減圧させて内部熱交換器８に再び流入することで内部熱交換器８にて冷媒同士の熱交換を行う。減圧された冷媒は内部熱交換器８内で蒸発し、利用側熱交換器４に供給される液冷媒の過冷却度を増加させる。蒸発したガス冷媒は、バイパス管３０を経由してアキュームレータ７に流入する。
　一方、内部熱交換器８を通過した液冷媒は液配管２０を経由し、第１膨張弁５で減圧されて低圧の気液二相冷媒となる。この気液二相冷媒は、利用側熱交換器４に流入し、室内空気と熱交換して蒸発する。蒸発した低圧のガス冷媒は四方弁２を介して圧縮機１に吸入される。
　この冷房運転時の各アクチュエータの動作を図６に示す。制御装置５０は、第１膨張弁５を利用側熱交換器４の出口冷媒の過熱度ＳＨにより開度制御するとともに、第２膨張弁６を全開とする。また、制御装置５０は、第３膨張弁９を内部熱交換器８の出口冷媒の過熱度ＳＨにて開度制御する。そして、圧縮機１を、利用側の冷房負荷を制御パラメータとして回転数制御する。また、制御装置５０は、利用側ファン４ａを、冷媒の蒸発温度を制御パラメータとして回転数制御する。さらに、制御装置５０は、熱源側ファン３ａを、冷媒の凝縮温度を制御パラメータとして回転数制御する。
　なお、これらの制御パラメータに必要な冷媒温度又は冷媒圧力を検出するために上記各センサー以外のセンサーを適宜冷凍サイクル装置１００に配置することが可能である。
（暖房運転）
　冷凍サイクル装置２００の制御装置５０は、暖房運転時に四方弁２を暖房運転モードに切り替える。すると、圧縮機１から吐出した高圧のガス冷媒が、四方弁２を介してガス配管１０を通り、利用側熱交換器４に流入する。利用側熱交換器４で放熱し凝縮した高圧の液冷媒は、第１膨張弁５及び第２膨張弁６で減圧されて低圧の気液二相冷媒となる。この気液二相冷媒は、熱源側熱交換器３に流入し、外気と熱交換して蒸発する。蒸発した低圧のガス冷媒は四方弁２を介して圧縮機１に吸入される。また、内部熱交換器８を流入する液冷媒の一部はバイパス管３０側に分岐し、第３膨張弁９にて減圧させて内部熱交換器８に再び流入することで内部熱交換器８にて冷媒同士の熱交換を行う。減圧された冷媒は内部熱交換器８内で蒸発し、熱源側熱交換器３に供給される液冷媒の過冷却度を増加させる。蒸発したガス冷媒は、バイパス管３０を経由してアキュームレータ７に流入する（本発明の暖房経路に相当する）。
　この暖房運転時の各アクチュエータの動作を図６に示す。制御装置５０は、第１膨張弁５を利用側熱交換器４の出口過冷却度ＳＣを所定値とするように開度制御する。また、第２膨張弁６を第２温度計Ｔ２の検出値により第１膨張弁５と第２膨張弁６との間の液冷媒が蒸発温度と凝縮温度の中間温度となるように開度制御する。さらに、第３膨張弁９を内部熱交換器８の出口冷媒の過熱度ＳＨが所定値となるように開度制御する。
　このように３つの膨張弁を制御することで第１膨張弁５、第２膨張弁６、第３膨張弁９の間の液配管２０の冷媒圧力を蒸発圧力と凝縮圧力の中間圧力となる中圧に保ち、アキュームレータ７に貯留される液冷媒を液配管２０内に移動させ、中圧の液冷媒を貯留する。なお、第２温度計Ｔ２を圧力計とし、第１膨張弁５、第２膨張弁６、第３膨張弁９の間の液冷媒が蒸発圧力と凝縮圧力の中間圧力となるように第２膨張弁６を開度制御してもよい。
　さらに、制御装置５０は、圧縮機１を、利用側の暖房負荷を制御パラメータとして回転数制御する。また、制御装置５０は、利用側ファン４ａを、冷媒の凝縮温度を制御パラメータとして回転数制御する。さらに、制御装置５０は、熱源側ファン３ａを、冷媒の蒸発温度を制御パラメータとして回転数制御する。
　なお、これらの制御パラメータに必要な冷媒温度又は冷媒圧力を検出するために上記各センサー以外のセンサーを適宜冷凍サイクル装置２００に配置することが可能である。
　この暖房運転時の冷媒の状態変化を図７を用いて説明する。
　圧縮機１から吐出した高圧のガス冷媒が、利用側熱交換器４に流入する。利用側熱交換器４で放熱し凝縮した高圧の液冷媒は、第１膨張弁５で減圧され中圧の液冷媒となる。この中圧の液冷媒は、内部熱交換器８で第３膨張弁９で減圧された気液二相冷媒により冷却され、過冷却液冷媒として液配管２０内に貯留される。中圧の過冷却液冷媒は、第２膨張弁６でさらに減圧されて低圧の気液二相冷媒となる。この気液二相冷媒は、熱源側熱交換器３に流入し、外気と熱交換して蒸発する。蒸発した低圧のガス冷媒は四方弁２を介して圧縮機１に吸入される。一方、第３膨張弁９と内部熱交換器８とを通過し、蒸発したガス冷媒は、過熱度ＳＨの付いた低圧のガス冷媒となり圧縮機１に吸入される。
（除霜運転）
　冷凍サイクル装置２００の制御装置５０は、除霜運転を開始モード（本発明の除霜開始回路に相当する）と霜取モード（本発明の霜取回路に相当する）の２つのモードを切り替えて実行する。
　制御装置５０は、暖房運転中に例えば第１温度計Ｔ１の検出値が所定値より低くなると、蒸発器として機能する熱源側熱交換器３に着霜したと判断する。
　すると、制御装置５０は、除霜運転の第１ステップとして開始モードを行う。開始モードは、図６に記載のように、まず四方弁２を暖房運転モードに維持するとともに、圧縮機１を暖房運転時と同一の回転数で運転する。そして、熱源側ファン３ａと利用側ファン４ａとを停止する。さらに、第１膨張弁５と第２膨張弁６とを暖房運転時よりも開度を開き（例えば全開開度）、第３膨張弁９を全閉とする開度制御を行う。
　このように開始モードでは、第１膨張弁５と第２膨張弁６の開度を暖房運転時より開き、第３膨張弁９を全閉とすることで、暖房運転時に第１膨張弁５、第２膨張弁６、第３膨張弁９の間の液配管２０に貯留されていた中圧の液冷媒が熱源側熱交換器３に供給される。
　開始モードは、例えば、開始から３０秒間を計時手段で測定し、経過後に終了する。
　開始モードの終了後、制御装置５０は、除霜運転の第２ステップとして霜取モードを行う。霜取モードの冷媒の流れは、図１に示すように冷房運転と同様となる。霜取モードは、図３に記載のように、まず四方弁２を暖房運転モードから冷房運転モードに切り替える。そして、圧縮機１を設定された除霜周波数による回転数で運転する。さらに、第１膨張弁５は、設定された除霜開度に絞るとともに、第２膨張弁６を全開、第３膨張弁９を全閉に維持する。なお、熱源側ファン３ａと利用側ファン４ａは、停止状態を維持する。
　このように霜取モードでは、冷房運転と同様の冷媒の流れに制御することで、熱源側熱交換器３を凝縮器として機能させ、利用側熱交換器４を蒸発器として機能させるリバースデフロスト運転を行う。
　なお、上記では第１膨張弁５を設定された除霜開度に絞り、利用側熱交換器４を蒸発器として吸熱し除霜効率を向上させる除霜運転としたが、第１膨張弁５を全開とし、圧縮機入力のみの熱量を熱源側熱交換器３に供給する除霜運転としてもよい。
　霜取モードは、例えば、第１温度計Ｔ１や第１圧力計Ｐｄの検出値が既定値まで上昇した段階で終了する。
＜効果＞
　実施の形態２に係る冷凍サイクル装置２００によれば、内部熱交換器８を備えた冷凍サイクル装置２００においても、暖房運転時に液配管２０内に蒸発圧力と凝縮圧力の中間圧力となる中圧の液冷媒を予め貯留し、除霜運転の初期に行う開始モード時に３つの膨張弁（第１膨張弁５、第２膨張弁６、第３膨張弁９）を調整して熱源側熱交換器３に中圧の液冷媒を流入させ熱源側熱交換器３を加熱する。すると、霜取モードに入る前に霜が融解するため、霜取モード（リバースデフロスト運転）の運転時間を短縮することができる。また、特別な加熱用熱源を設けることなく、熱源側熱交換器３を加熱することができるため、製造コストを抑え、無駄な除霜用エネルギーを消費することを防止することができる。
　実施の形態３．
　次に、実施の形態３に係る冷凍サイクル装置３００の構成を図８を参照して説明する。
＜冷凍サイクル装置３００の構成＞
　図８は、実施の形態３に係る冷凍サイクル装置３００の冷房運転及び除霜運転（霜取モード）における冷媒流れを示した冷媒回路図である。
　実施の形態３に係る冷凍サイクル装置３００は、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１００に対してアキュームレータ７を有しない点のみ異なっているため、この構成を説明する。なお、実施の形態３に係る、冷房運転、暖房運転、除霜運転のときの各アクチュエータの動作は、実施の形態１に係る図３に記載の制御内容と同一である。
　実施の形態３に係る冷凍サイクル装置３００は暖房運転時に余剰な液冷媒を貯留するアキュームレータ７を設けていないが、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１００と同様に、第１膨張弁５と第２膨張弁６との間の液配管２０に暖房運転時の余剰冷媒を中圧の液冷媒として貯留するため、アキュームレータ７が構成上なくても、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１００と同一の運転が可能となっている。
＜効果＞
　実施の形態３に係る冷凍サイクル装置３００によれば、暖房運転時に液配管２０内に蒸発圧力と凝縮圧力の中間圧力となる中圧の液冷媒を予め貯留し、除霜運転の初期に行う開始モード時に第１膨張弁５と第２膨張弁６とを全開にして熱源側熱交換器３に中圧の液冷媒を流入させ熱源側熱交換器３を加熱する。すると、アキュームレータ７が構成上無くても、暖房運転が可能となり、また、霜取モードに入る前に霜が融解するため、霜取モード（リバースデフロスト運転）の運転時間を短縮することができる。また、特別な加熱用熱源を設けることなく、熱源側熱交換器３を加熱することができるため、製造コストを抑え、無駄な除霜用エネルギーを消費することを防止することができる。
　実施の形態４．
　次に、実施の形態４に係る冷凍サイクル装置４００の構成を図９を参照して説明する。
＜冷凍サイクル装置４００の構成＞
　図９は、実施の形態４に係る冷凍サイクル装置４００の冷房運転及び除霜運転（霜取モード）における冷媒流れを示した冷媒回路図である。
　実施の形態４に係る冷凍サイクル装置４００は、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１００に対してアキュームレータ７を有しない点と、中圧レシーバータンク１１を備えた点が異なっているため、この構成を説明する。なお、実施の形態４に係る、冷房運転、暖房運転、除霜運転のときの各アクチュエータの動作は、実施の形態１に係る図３に記載の制御内容と同一である。
　実施の形態４に係る冷凍サイクル装置４００は、暖房運転時に余剰な液冷媒を貯留するアキュームレータ７の代わりに、第１膨張弁５と第２膨張弁６との間に中圧レシーバータンク１１を備え、暖房運転時の余剰冷媒を中圧の液冷媒として貯留する。よって、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１００と同一の運転が可能となっている。
＜効果＞
　実施の形態４に係る冷凍サイクル装置４００によれば、暖房運転時に中圧レシーバータンク１１及び液配管２０内に蒸発圧力と凝縮圧力の中間圧力となる中圧の液冷媒を予め貯留し、除霜運転の初期に行う開始モード時に第１膨張弁５と第２膨張弁６とを全開にして熱源側熱交換器３に中圧の液冷媒を流入させ熱源側熱交換器３を加熱する。すると、霜取モードに入る前に霜が融解するため、霜取モード（リバースデフロスト運転）の運転時間を短縮することができる。また、特別な加熱用熱源を設けることなく、熱源側熱交換器３を加熱することができるため、製造コストを抑え、無駄な除霜用エネルギーを消費することを防止することができる。
　実施の形態５．
　次に、実施の形態５に係る冷凍サイクル装置５００の構成を図１０を参照して説明する。
＜冷凍サイクル装置５００の構成＞
　図１０は、実施の形態５に係る冷凍サイクル装置５００の冷房運転及び除霜運転（霜取モード）における冷媒流れを示した冷媒回路図である。
　実施の形態５に係る冷凍サイクル装置５００は、実施の形態２に係る冷凍サイクル装置２００に対して、内部熱交換器８を通過するバイパス管３０を圧縮機１の中間圧力部分に接続した点のみが異なっている。
　なお、実施の形態５に係る、冷房運転、暖房運転、除霜運転のときの各アクチュエータの動作は、実施の形態２に係る図６に記載の制御内容と同一である。
　実施の形態５に係る冷凍サイクル装置５００は、実施の形態２に係る冷凍サイクル装置２００と同様に、第１膨張弁５、第２膨張弁６、第３膨張弁９の間の液配管２０に暖房運転時の余剰冷媒を中圧の液冷媒として貯留するため、実施の形態２に係る冷凍サイクル装置２００と同一の運転が可能となっている。また、内部熱交換器８にて冷媒同士を熱交換し、蒸発したガス冷媒を圧縮機１の中間圧力にインジェクションし、圧縮機１の吐出冷媒温度を抑制している。
＜効果＞
　実施の形態５に係る冷凍サイクル装置５００によれば、内部熱交換器８を備えた冷凍サイクル装置２００においても、暖房運転時に液配管２０内に蒸発圧力と凝縮圧力の中間圧力となる中圧の液冷媒を予め貯留し、除霜運転の初期に行う開始モード時に３つの膨張弁（第１膨張弁５、第２膨張弁６、第３膨張弁９）を調整して熱源側熱交換器３に中圧の液冷媒を流入させ熱源側熱交換器３を加熱する。すると、霜取モードに入る前に霜が融解するため、霜取モード（リバースデフロスト運転）の運転時間を短縮することができる。また、特別な加熱用熱源を設けることなく、熱源側熱交換器３を加熱することができるため、製造コストを抑え、無駄な除霜用エネルギーを消費することを防止することができる。
　実施の形態６．
　次に、実施の形態６に係る冷凍サイクル装置６００の構成を図１１を参照して説明する。
＜冷凍サイクル装置６００の構成＞
　図１１は、実施の形態６に係る冷凍サイクル装置６００の冷房運転及び除霜運転（霜取モード）における冷媒流れを示した冷媒回路図である。
　実施の形態６に係る冷凍サイクル装置６００は、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１００に対して複数の熱源側熱交換器３を備えた点が異なっているため、この構成を説明する。なお、実施の形態６に係る、冷房運転、暖房運転、除霜運転のときの各アクチュエータの動作は、実施の形態１に係る図３に記載の制御内容と同一である。
　実施の形態６に係る冷凍サイクル装置６００は、暖房運転時に複数の第１膨張弁５と複数の第２膨張弁６との間の液配管２０に中圧の液冷媒を貯留する。よって、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１００と同一の運転が可能となっている。
＜効果＞
　実施の形態６に係る冷凍サイクル装置６００によれば、暖房運転時に液配管２０内に蒸発圧力と凝縮圧力の中間圧力となる中圧の液冷媒を予め貯留し、除霜運転の初期に行う開始モード時に複数の第１膨張弁５と複数の第２膨張弁６とを全開にして熱源側熱交換器３に中圧の液冷媒を流入させ熱源側熱交換器３を加熱する。すると、霜取モードに入る前に霜が融解するため、霜取モード（リバースデフロスト運転）の運転時間を短縮することができる。また、特別な加熱用熱源を設けることなく、熱源側熱交換器３を加熱することができるため、製造コストを抑え、無駄な除霜用エネルギーを消費することを防止することができる。
　なお、実施の形態１～６に係る各冷凍サイクル装置１００、２００、３００、４００、５００、６００の構成は、それぞれ部分的に組み合わせて採用することが可能である。
　１　圧縮機、２　四方弁（本発明の流路切替弁に相当する）、３　熱源側熱交換器、３ａ　熱源側ファン、４　利用側熱交換器、４ａ　利用側ファン、５　第１膨張弁、６　第２膨張弁、７　アキュームレータ、８　内部熱交換器、９　第３膨張弁、１０　ガス配管、１１　中圧レシーバータンク、２０　液配管、３０　バイパス管、５０　制御装置、１００，２００，３００，４００，５００，６００　冷凍サイクル装置、Ｐｄ　第１圧力計、Ｐｓ　第２圧力計、Ｔ１　第１温度計、Ｔ２　第２温度計。

Claims (9)

  1. 　圧縮機と、流路切替弁と、利用側熱交換器と、第１膨張弁と、第２膨張弁と、熱源側熱交換器と、を備えた冷凍サイクル装置であって、
    　少なくとも暖房運転と、除霜運転とを前記流路切替弁を切り替えて制御する制御装置を有し、
    　前記制御装置は、
    　前記暖房運転の時に、
    　前記圧縮機、前記利用側熱交換器、前記第１膨張弁、前記第２膨張弁、前記熱源側熱交換器、前記圧縮機の順に冷媒が循環する暖房経路を形成し、
    　前記除霜運転の時に、
    　前記暖房経路において、前記第１膨張弁と前記第２膨張弁の開度を前記暖房運転より開いて冷媒を循環させる除霜開始回路と、
    　前記圧縮機、前記熱源側熱交換器、前記第２膨張弁、前記第１膨張弁、前記利用側熱交換器、前記圧縮機の順に冷媒が循環させる霜取回路と、
    　を形成する冷凍サイクル装置。
  2. 　前記制御装置は、
    　前記暖房運転の時に、前記第１膨張弁と前記第２膨張弁との間の冷媒の圧力が、前記圧縮機の吐出側の冷媒の圧力と前記圧縮機の吸入側の冷媒の圧力との間の中間圧力となるように前記第１膨張弁と前記第２膨張弁の開度を制御する請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
  3. 　前記制御装置は、
    　前記除霜開始回路を形成した時に前記第１膨張弁と前記第２膨張弁とを全開開度とする請求項１または２に記載の冷凍サイクル装置。
  4. 　前記制御装置は、
    　前記霜取回路を形成した時に前記第１膨張弁と前記第２膨張弁とを全開開度とする請求項１～３のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
  5. 　前記第１膨張弁と前記第２膨張弁との間には、前記第１膨張弁と前記第２膨張弁との間の冷媒の一部を分岐して前記圧縮機の吸入側に合流させるバイパス管が接続され、
    　前記バイパス管には、冷媒同士を熱交換する内部熱交換器及び第３膨張弁が配置され、
    　前記制御装置は、
    　前記暖房運転の時に、前記第１膨張弁と前記第２膨張弁との間の冷媒の圧力が、前記圧縮機の吐出側の冷媒の圧力と前記圧縮機の吸入側の冷媒の圧力との間の中間圧力となるように前記第１膨張弁、前記第２膨張弁、前記第３膨張弁の開度を制御する請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
  6. 　前記制御装置は、
    　前記霜取回路を形成した時に前記第１膨張弁と前記第２膨張弁とを全開開度とし、前記第３膨張弁を全閉開度とする請求項５に記載の冷凍サイクル装置。
  7. 　前記制御装置は、
    　前記除霜開始回路を形成した後、前記霜取回路を形成する請求項１～６のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
  8. 　前記第１膨張弁と前記第２膨張弁との間にレシーバータンクを有する請求項１～７のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
  9. 　前記利用側熱交換器と、前記第１膨張弁とは、前記圧縮機に対して並列に複数配置された請求項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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