WO2018198275A1 - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

冷凍サイクル装置（１０１）は、冷媒を、圧縮機（１）、室内熱交換器（３）、室外熱交換器（６）、蓄熱体（５）、第１膨張弁（４ａ）および第２膨張弁（４ｂ）の間で循環させる。冷凍サイクル装置（１０１）は、バイパス通路（１１）と、バイパス通路（１１）に設けられた第１開閉弁（４１）とを備える。バイパス通路（１１）は、第１冷媒管（２１）のうちの室内熱交換器（３）と第１膨張弁（４ａ）とを接続する第１部分（３１，３２）から分岐し、圧縮機（１）の吸入口と四方弁（２）とを接続する第４冷媒管（２４）に至る。除霜運転時に第１開閉弁（４１）は開状態とされる。

Description

冷凍サイクル装置

　本発明は、冷凍サイクル装置に関し、特に、室外熱交換器の着霜に対し、蓄熱体の蓄熱量を活用して除霜運転を実施する冷凍サイクル装置に関する。

　空気を熱源とした冷凍サイクル装置は、暖房運転時に、外気温度がある温度（例えば７℃）未満になると、室外熱交換器の温度が０℃未満となり、室外熱交換器に着霜が生じる。着霜が生じると室外熱交換器の風路が閉塞し、暖房能力が低下するので、この霜を融かすための除霜運転を定期的に行なう必要がある。

　従来、この除霜運転は、室内空気、室内熱交換器、室内外接続配管、および圧縮機の蓄熱量を熱源とし、冷凍サイクル装置の四方弁を冷房側に切替えて冷凍サイクル装置を運転することによって行なっていた。

　しかし、この方式では、室内空気を熱源とし、本来暖房運転をすべき室内に冷風を吹き出すので、室内の快適性が損なわれる。また、除霜することで冷媒が冷却され、室内熱交換器、室内外接続配管、および圧縮機を通過する際に、冷媒がそれらの部材から熱を奪う。したがって、除霜運転を終了し暖房運転復帰する際に、それらの部材を再加熱する必要があるので、室内への温風吹き出し温度の上昇が遅延する。

　このため、特開２００９－２８７９０３号公報（特許文献１）に開示された技術では、蓄熱体を冷凍サイクル回路上に設ける。暖房運転中に蓄熱体に蓄熱し、除霜運転時にその蓄熱量を熱源とすることで、除霜能力を増大し、除霜時間を短縮し、かつ圧縮機への液冷媒戻りを防止する。

特開２００９－２８７９０３号公報（段落［０００６］、図１）

　しかし、上記特開２００９－２８７９０３号公報に記載の蓄熱体の配置では、除霜運転中に蓄熱体通過冷媒の圧力を調節することができず、蓄熱体からの放熱量と、圧縮機の吸入圧力を調節することができないという課題がある。

　具体的には、除霜運転中に蓄熱体を通過する冷媒圧力が必要以上に小さいと、蓄熱体を通過する冷媒温度が低くなり、必要以上の熱量が蓄熱体から冷媒に移動し、圧縮機吸入冷媒温度が過剰に昇温する。これに応じて圧縮機が吐出する冷媒温度が保護値（例えば１２０℃）以上に上昇してしまうという課題がある。また、除霜運転中に蓄熱体を通過する冷媒圧力が必要以上に高いと、蓄熱体から冷媒への移動熱量が減少し、液冷媒が蒸発しきれずに圧縮機に吸入され、圧縮機内の潤滑油が冷媒により希釈され粘性が低下し、圧縮機構の潤滑不良が生じるという課題がある。

　この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであって、除霜時間を短縮し、かつ暖房運転復帰後の暖房能力回復を速めることを特徴とした、冷凍サイクル装置を提供することを目的とする。

　本開示は、冷凍サイクル装置に関するものである。冷凍サイクル装置は、冷媒を、圧縮機、室内熱交換器、第１膨張弁、蓄熱体、第２膨張弁、室外熱交換器を順に経て圧縮機に戻る順方向またはその逆方向に循環させる冷媒回路と、冷媒の循環方向を切替える四方弁とを備える。冷媒回路は、第１～第５冷媒管と、バイパス通路と第１開閉弁とを含む。第１冷媒管は、室外熱交換器から第１膨張弁、蓄熱体、および第２膨張弁を経由して室内熱交換器に至る。第２冷媒管は、四方弁と室内熱交換器との間を接続する。第３冷媒管は、四方弁と室外熱交換器との間を接続する。第４冷媒管は、圧縮機の吸入口と四方弁とを接続する。第５冷媒管は、圧縮機の吐出口と四方弁とを接続する。バイパス通路は、第１冷媒管のうちの室内熱交換器と第１膨張弁とを接続する第１部分から分岐し、第４冷媒管に至る。第１開閉弁は、バイパス通路に設けられる。

　本発明によれば、室内熱交換器と室外熱交換器を接続する冷媒回路上に設けた、二つの開度調節可能な膨張弁の間の冷媒回路上に、蓄熱体を配置した。この構成により、除霜準備運転時に冷媒の熱を蓄熱体に蓄熱させ、除霜運転時に蓄熱体から冷媒に放熱させ、除霜熱源とすることができる。このとき二つの膨張弁によって、蓄熱体を流れる冷媒圧力を調節することにより、蓄熱体と冷媒間の熱交換量を調節することができ、冷凍サイクル装置の適正な運転状態を保つことができる。

実施の形態１における冷凍サイクル装置の冷媒回路図である。 蓄熱体５として使用する材料の特性を示す図である。 ４つの運転モードにおける四方弁、膨張弁、および開閉弁の制御状態を示す図である。 暖房運転時の冷媒の流れを示す図である。 冷房運転時の冷媒の流れを示す図である。 除霜運転時の冷媒の流れを示す図である。 運転切替制御の一例を説明するためのフローチャート（前半）である。 運転切替制御の一例を説明するためのフローチャート（後半）である。 実施の形態２における冷凍サイクル装置の冷媒回路図である。 実施の形態３における冷凍サイクル装置の冷媒回路図である。

　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。以下では、複数の実施の形態について説明するが、各実施の形態で説明された構成を適宜組合わせることは出願当初から予定されている。なお、図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

　実施の形態１．
　図１は、実施の形態１における冷凍サイクル装置の冷媒回路図である。

　図１を参照して、冷凍サイクル装置１０１は、冷媒を、圧縮機１、四方弁２、室内熱交換器３、第１膨張弁４ａ、蓄熱体５、第２膨張弁４ｂ、室外熱交換器６、四方弁２を順に経て圧縮機１に戻る順方向またはその逆方向に循環させる冷媒回路１０を備える。冷媒の循環方向は、圧縮機１と室内熱交換器３および、圧縮機１と室外熱交換器６の間に設けられた四方弁２によって変更される。圧縮機１、四方弁２、室外熱交換器６、蓄熱体５、第１膨張弁４ａおよび第２膨張弁４ｂは、室外機５０に配置され、室内熱交換器３は、室内機５１に配置される。

　本実施の形態では、室内熱交換器３と室外熱交換器６を接続する冷媒回路上に設けた、二つの開度調節可能な膨張弁４ａ，４ｂの間の冷媒回路上に、蓄熱体５を配置し、除霜準備運転時に冷媒の熱を蓄熱体５に蓄熱させ、除霜運転時に蓄熱体５から冷媒に放熱させ、除霜熱源とすることができる。膨張弁４ａ，４ｂによって、蓄熱体５を流れる冷媒圧力を調節することにより、蓄熱体５と冷媒間の熱交換量を調節することができ、冷凍サイクル装置の適正な運転状態を保つことができる。

　蓄熱体５は、除霜運転時の熱源として配置されている。蓄熱体５は、冷媒回路１０において、室内熱交換器３と室外熱交換器６とを結ぶ第１冷媒管２１の途中に配置される。第１膨張弁４ａは、第１冷媒管２１において、室内熱交換器３と蓄熱体５との間に配置される。第２膨張弁４ｂは、第１冷媒管２１において、室外熱交換器６と蓄熱体５との間に配置される。

　図２は、蓄熱体５として使用する材料の特性を示す図である。蓄熱体５としては、アルミニウム、またはアルミニウム合金を使用することができる。銅や鉄と比較し、アルミニウムは体積当たりの蓄熱量は７０％程度であるが軽量安価のため、製品導入上有利である。図２には、鉄と銅とアルミニウムの比熱、密度および体積当たりの熱容量比較が示される。

　再び図１を参照して、冷媒回路１０は、第１冷媒管２１～第５冷媒管２５と、バイパス通路１１と第１開閉弁４１とを含む。第１冷媒管２１は、室内熱交換器３から第１膨張弁４ａ、蓄熱体５、および第２膨張弁４ｂを経由して室外熱交換器６に至る。第２冷媒管２２は、四方弁２と室内熱交換器３との間を接続する。第３冷媒管２３は、四方弁２と室外熱交換器６との間を接続する。第４冷媒管２４は、圧縮機１の吸入口と四方弁２とを接続する。第５冷媒管２５は、圧縮機１の吐出口と四方弁２とを接続する。

　第１冷媒管２１は、第１部分、第２部分、第３部分、第４部分を含み、室内熱交換器３から第１膨張弁４ａまでを第１部分（管３１、３２）、第１膨張弁４ａから蓄熱体５までを第２部分（管３３）、蓄熱体５から第２膨張弁４ｂまでを第３部分（管３４）、第２膨張弁４ｂから室外熱交換器６を第４部分（管３５）とする。バイパス通路１１は、第１冷媒管２１のうちの室内熱交換器３と第１膨張弁４ａとの間から分岐し、第４冷媒管２４に接続され、第１冷媒管２１の第１部分のうち、室内熱交換器３からバイパス通路１１までを管３１、バイパス通路１１から第１膨張弁４ａまでを管３２で接続されている。第１開閉弁４１は、バイパス通路１１に設けられる。

　四方弁２、バイパス通路１１、第１開閉弁４１は、室外機５０に配置される。制御装置１００は、特に配置は限定されないが、室外機５０、室内機５１のいずれに配置しても良いし、室外機５０、室内機５１とは別に配置しても良い。

　四方弁２は、内部の連通状態を「第１状態」と「第２状態」に設定することが可能に構成される。「第１状態」は、四方弁２の内部で圧縮機１の吐出口を室内熱交換器３に接続された第２冷媒管２２に連通させ、圧縮機１の吸入口を室外熱交換器６に接続された第３冷媒管２３に連通させる状態である。この第１状態は、主として暖房時に使用されるので、第１状態を「暖房側」とも記載する。「第２状態」は、四方弁２の内部で圧縮機１の吐出口を第３冷媒管２３に連通させ、圧縮機１の吸入口を第２冷媒管２２に連通させる状態である。この第２状態は、主として冷房時に使用されるので、第２状態を「冷房側」とも記載する。

　制御装置１００は、冷凍サイクル装置１０１を４つの運転モードで制御する。図３は、４つの運転モードにおける四方弁、膨張弁、および開閉弁の制御状態を示す図である。

　図３を参照して、４つの運転モードは、暖房運転モード、除霜準備運転モード、除霜運転モード、および冷房運転モードである。本実施の形態では、暖房運転モードから除霜運転モードに移行する際に、除霜準備運転モードを経る点が特徴の一つである。

　四方弁２は、暖房運転において第１状態（暖房側）に設定され、除霜運転において第２状態（冷房側）に設定される。また、四方弁２は、除霜準備運転において第１状態（暖房側）に設定され、冷房運転において第２状態（冷房側）に設定される。

　開閉弁４１は、暖房運転において閉止状態に設定され、除霜運転において全開状態に設定される。また、開閉弁４１は、除霜準備運転および冷房運転において閉止状態に設定される。

　暖房運転において、膨張弁４ａは、絞り制御され、膨張弁４ｂは、好ましくは全開に制御される。除霜準備運転において、膨張弁４ａは、好ましくは全開に制御され、膨張弁４ｂは、絞り制御される。除霜運転において、膨張弁４ａおよび膨張弁４ｂは、いずれも絞り制御される。冷房運転において、膨張弁４ａは、好ましくは全開に制御され、膨張弁４ｂは、絞り制御される。

　以上から分かるように、制御装置１００は、暖房運転から、除霜運転に移行する際に、第１膨張弁４ａの開度を暖房運転時より大きくし（絞り制御状態から全開とし）、第２膨張弁４ｂの開度を暖房運転時よりも小さくする（全開状態から絞り制御状態とする）除霜準備運転を実施し、除霜運転時に第１開閉弁４１を開とするように構成される。以下において、各運転モードについて冷媒の流れをより詳細に説明する。

　（暖房運転）
　図４は、暖房運転時の冷媒の流れを示す図である。冷媒は、圧縮機１、四方弁２、室内熱交換器３、膨張弁４ａ、蓄熱体５、膨張弁４ｂ、室外熱交換器６を順に経て、四方弁２を再度通過し、圧縮機１へと至る。

　開閉弁４１は除霜運転時のみ開状態とされるので、暖房運転時には冷媒はバイパス通路１１には流れない。

　暖房運転時は、制御装置１００は、図４に示すように、圧縮機１の吐出側と室内熱交換器３が連通し、室外熱交換器６と圧縮機１の吸入側が連通するように、四方弁２を切替える。圧縮機１において高温高圧にされた蒸気冷媒は、四方弁２を通過し、室内熱交換器３に流入する。室内熱交換器３はこの時凝縮器として機能する。高温高圧の蒸気冷媒は、室内送風機（図示せず）により室内熱交換器３に導入された室内空気に対して、放熱を行なう。これにより蒸気冷媒は、凝縮し、高圧の液冷媒となる。

　高圧の液冷媒は、膨張弁４ａを通過することによって膨張し、低温低圧の気液二相冷媒となり、蓄熱体５に流入する。暖房運転開始から一定時間経過後は、蓄熱体５は蓄熱体内を流れる冷媒と温度平衡状態となり、蓄熱体５と冷媒間での熱の授受は無くなる。そして、冷媒は、膨張弁４ｂに流入する。暖房運転時、膨張弁４ｂ前後での圧力損失が最小となるように、膨張弁４ｂは基本的には最大開度に設定される。

　膨張弁４ｂを通過した冷媒は、室外熱交換器６に流入する。室外熱交換器６はこの時蒸発器として機能する。低温低圧の気液二相冷媒は、室外送風機（図示せず）により室外熱交換器６に導入された室外空気から吸熱を行なう。これにより気液二相冷媒は蒸発し、低圧の蒸気冷媒となる。その後、低圧の蒸気冷媒は、四方弁２を経由し、圧縮機１に吸入される。以降同様の過程で冷媒は冷凍サイクルを循環する。

　（冷房運転）
　図５は、冷房運転時の冷媒の流れを示す図である。冷房運転時は、制御装置１００は、図５に示すように、圧縮機１の吐出側と室外熱交換器６が連通し、室内熱交換器３と圧縮機１の吸入側が連通するように、四方弁２を切替える。圧縮機１において高温高圧にされた蒸気冷媒は四方弁２を通過し、室外熱交換器６に流入する。室外熱交換器６はこの時凝縮器として機能する。高温高圧の蒸気冷媒は、室外送風機（図示せず）により室外熱交換器６に導入された室外空気に対して放熱を行なう。これにより蒸気冷媒は凝縮し、高圧の液冷媒となる。

　高圧の液冷媒は、膨張弁４ｂを通過することによって膨張し、低温低圧の気液二相冷媒となり、蓄熱体５に流入する。冷房運転開始後一定時間経過後は、蓄熱体５は蓄熱体内を流れる冷媒と温度平衡状態となり、蓄熱体と冷媒間での熱の授受は無くなる。そして、冷媒は膨張弁４ａに流入する。冷房運転時、膨張弁４ａ前後での圧力損失が最小となるように、膨張弁４ａは基本的には最大開度に設定される。

　膨張弁４ａを通過した冷媒は、室内熱交換器３に流入する。室内熱交換器３はこの時蒸発器として機能する。低温低圧の気液二相冷媒は、室内送風機（図示せず）により室内熱交換器３に導入された室内空気から吸熱する。これにより気液二相冷媒は、蒸発し、低圧の蒸気冷媒となる。その後、低圧の蒸気冷媒は、四方弁２を経由し、圧縮機１に吸入される。以降同様の過程で冷媒は冷凍サイクルを循環する。

　（除霜準備運転）
　冷凍サイクル装置の暖房運転時に、外気温度がある温度（例えば７℃）未満になると、室外熱交換器６の温度が０℃未満となり、室外熱交換器６が着霜する。室外熱交換器６が着霜すると、風路が閉塞し暖房能力が低下するため、この霜を融かすための除霜運転を定期的に行なう必要がある。

　しかし、除霜運転時が長時間にわたると、室内の快適性が損なわれる。そこで、本実施の形態では、除霜運転時に、除霜時間を短縮し、かつ暖房運転立上り時間を短縮するために蓄熱体５の蓄熱量を活用する。

　例えば暖房運転中に、室外熱交換器６のフィンに着霜して、伝熱や通風の抵抗となると、圧縮機１の吸入冷媒の圧力Ｐｓ、圧縮機１の吸入冷媒温度、または室外熱交換器６出口冷媒温度が低下する。制御装置１００は、圧縮機１の吸入冷媒の圧力Ｐｓ、圧縮機１の吸入冷媒温度、または室外熱交換器６出口冷媒温度がある値以下となった場合、除霜運転が必要と判断する。

　従来、除霜運転時に、四方弁２を暖房運転側から冷房運転側に切替えて、圧縮機１から吐出された高温高圧の蒸気冷媒を室外熱交換器６に流入させることで、室外熱交換器６の霜を融かす技術が知られている。

　しかし、除霜準備運転を実施せずに、四方弁２を暖房側から冷房側に切替えて除霜運転を実施すると、潤滑不良に起因する圧縮機１の故障が発生する恐れがある。

　除霜運転時には、圧縮機１から吐出された高温高圧冷媒が室外熱交換器６に流入し、室外熱交換器６の着霜を融かして放熱し凝縮した低温液冷媒が、冷媒回路を順に流れ、室内熱交換器３に流れ込む。このときに、室内送風機は室内への冷風吹き出しを防ぐため送風を停止しており、冷媒は蒸発不良のまま、二相状態で圧縮機１に吸入される。すなわち、除霜準備運転を実施しないと、液冷媒の蒸発不良による圧縮機１の液冷媒吸入が生じ、液冷媒との混合によって潤滑油の粘度が低下するため潤滑不良の可能性がある。

　また、圧縮機１が冷媒を二相状態で吸入すると、圧縮機１の吐出冷媒温度が低下するため、除霜運転中に室外熱交換器６に送られる冷媒の温度が低下する。このため、除霜能力が低下するので、除霜運転時間が長くなるという課題もある。

　したがって、本実施の形態では、除霜運転の短縮と、除霜運転中の圧縮機に対する液冷媒吸込みを防止するために、暖房運転から除霜運転に移行する前には、除霜準備運転を実施する。

　除霜準備運転では、図４に示した暖房運転状態とは、冷媒の流れの方向は同じであるが、膨張弁４ａの開度を暖房運転中の開度よりも大きくし、膨張弁４ｂの開度を暖房運転中の開度よりも小さくする点が異なる。

　この操作により、蓄熱体５を通過する冷媒圧力が上昇し、冷媒飽和温度が上昇するため、蓄熱体５に蓄熱をすることができる。暖房運転中に室内熱交換器３から流出する冷媒温度は４０℃程度であり、この場合、蓄熱体５は４０℃まで蓄熱することができる。除霜準備運転中に、膨張弁４ａの前後において圧力損失が生じると冷媒に温度低下が生じるため、蓄熱温度が低下する。このため、除霜準備運転中の膨張弁４ａの開度は、全開が好ましい。

　除霜準備運転の開始は、暖房運転中に、圧縮機１の吸入冷媒の圧力Ｐｓ、圧縮機１の吸入冷媒温度、または室外熱交換器６の出口冷媒温度が、ある値以下となったときでも良いし、暖房運転時間の一定時間（例えば６０分間）経過後でもよい。

　また、蓄熱体５への蓄熱が完了し、蓄熱体５と蓄熱体５内を通過する冷媒とが熱平衡に至った場合は、蓄熱体５と冷媒間の熱の授受が無くなり、暖房能力や性能に影響を及ぼさなくなる。このため、いずれ必要となる除霜運転に備え、除霜準備運転の開始は、暖房運転中、室内温度が目標温度に至ったとき等であっても良い。なお、目標温度とはユーザー(使用者)が設定した冷凍サイクル装置の室内温度設定値である。

　除霜準備運転の終了は、蓄熱体５の温度を測定し、蓄熱体５と室内熱交換器３の温度差がある値以下となり、蓄熱体５に充分蓄熱されたと判断されたときでも良いし、除霜準備運転の一定時間経過後（例えば５分後）でもよい。

　また、蓄熱体５への蓄熱が完了し、蓄熱体５と蓄熱体５内を通過する冷媒が熱平衡に至った場合は、蓄熱体と冷媒間の熱の授受が無くなり、暖房能力や性能に影響を及ぼさなくなる。このため、室外熱交換器６の除霜が必要と判定されるまで除霜準備運転が継続されても良い。つまり、上述したような除霜準備運転を終了させる条件を設定しなくても良く、除霜開始するまで除霜準備運転を継続し続けても良い。

　ユーザーによる運転停止指令や、冷凍サイクル制御上の異常停止の場合等を除き、除霜準備運転の後には、除霜運転を実施する。

　（除霜運転）
　図６は、除霜運転時の冷媒の流れを示す図である。除霜運転時は、四方弁２を、圧縮機１の吐出側と室外熱交換器６とが連通し、室内熱交換器３と圧縮機１の吸入側とが連通するように切替えるとともに、開閉弁４１を開状態とする。圧縮機１にて高温高圧にされた蒸気冷媒は四方弁２を通過し、室外熱交換器６に流入する。室外熱交換器６はこの時凝縮器として機能する。高温高圧の蒸気冷媒は、室外熱交換器６上の霜を融かすことにより放熱および凝縮し、低温の液冷媒となる。

　なお、冷媒の凝縮熱が室外空気の加熱に使用されず、除霜に効率的に使用されるようにするため、一般的に除霜運転中は室外送風機（図示せず）を停止する。

　熱量を除霜に使用された低温液冷媒は、膨張弁４ｂを通過し、蓄熱体５に至る。蓄熱体５は除霜準備運転中に高温に蓄熱されており、蓄熱体５は蒸発器として機能する。低温液冷媒は蓄熱体５と熱交換することによって蒸発し、蒸気冷媒となる。

　蓄熱体５から流出した蒸気冷媒は、膨張弁４ａを通過し、バイパス通路１１と開閉弁４１を通過し、圧縮機１に吸入される。除霜運転中は、以降同様の過程で冷媒は冷凍サイクルを循環する。

　なお、膨張弁４ａから室内熱交換器３、四方弁２を経由し圧縮機１に至る冷媒回路は、バイパス通路１１と比較し、配管が長く圧力損失も大きいため、除霜運転中に弁等で閉止せずとも冷媒は殆ど流れない。

　除霜運転中、膨張弁４ａの開度、および膨張弁４ｂの開度は何れもなるべく大きい方が良い。膨張弁４ａ、４ｂでの圧力損失が小さい方が、圧縮機１冷媒吸入密度が大きくなり、冷媒循環量が多くなるため、除霜時間が短縮するからである。

　一方、圧縮機１が内部の潤滑油供給方式として差圧給油方式を採用している場合等、圧縮機１には運転に最低限必要な差圧が定められている場合がある。この場合は、除霜運転中は、膨張弁４ａではなく、４ｂの開度を小さくする方が良い。冷媒の圧力損失が主に膨張弁４ｂ側に生じるため、蓄熱体５内を通過する冷媒温度が低くなり、蓄熱体５の冷媒に対する放熱速度と放熱量が何れも増大するためである。

　また、圧縮機１の吸入する冷媒温度が高温であるにも関わらず、圧縮機１の吸入圧力が低い場合、圧縮機１が吐出する冷媒温度が予め定められた保護値（例えば１２０℃）以上まで上昇する場合がある。この場合、蓄熱体５の放熱量を一時的に低下させ、圧縮機１吸入冷媒温度を適正温度まで低下させる必要がある。このとき、膨張弁４ａの開度を小さくし、４ｂの開度を増加させることにより、蓄熱体５を通過する冷媒温度を上昇させることができる。このとき蓄熱体５と蓄熱体５内を通過する冷媒との温度差が小さくなるため、冷媒が蓄熱体５から受け取る熱量が減少し、圧縮機１吸入冷媒温度を適正値にまで低下させることができる。

　本実施の形態では、開度調節可能な膨張弁４ａ、４ｂの間の冷媒回路上に蓄熱体５を配置することにより、蓄熱体５内を通過する冷媒圧力と温度を任意に制御できる。したがって、蓄熱体５と冷媒間の授受熱量を制御できるため、迅速な除霜運転や、適正動作範囲内での圧縮機の運転が可能となる。

　除霜運転の終了は、室外熱交換器６の冷媒流出配管温度を計測し、ある温度以上（例えば５℃以上）となったときでも良いし、除霜運転開始から一定時間経過後（例えば５分後）でもよい。

　（除霜運転から暖房運転への移行）
　除霜運転から暖房運転への移行の際は、図４の通り、四方弁２を冷房側から暖房側に切替え、開閉弁４１を閉止する。また膨張弁４ａの開度を小さくし、膨張弁４ｂは好ましくは全開とする。

　このとき、膨張弁４ａに生じる冷媒の圧力損失は、膨張弁４ｂに生じる冷媒の圧力損失よりも大きくなるため、蓄熱体５を通過する冷媒圧力は低くなり、蓄熱体５は蒸発器として機能する。

　よって、除霜熱源として活用後も、蓄熱体５の温度が室外空気温度より高く、蓄熱体５が暖房運転の採熱源として活用できる場合は、暖房運転時に室内機５１の吹き出し空気温度上昇を速めることができる。

　図７は、制御装置１００が行なう運転切替についての制御の一例を説明するためのフローチャート（前半）である。図８は、制御装置１００が行なう運転切替についての制御の一例を説明するためのフローチャート（後半）である。

　制御装置１００は、ユーザーのリモコン等からの暖房運転開始指令に応答して、図７のフローチャートの処理をスタートさせる（Ｓ１）。制御装置１００は、ステップＳ２において、圧縮機１の吐出口と室内熱交換器３とが連通し、かつ室外熱交換器６と圧縮機１の吸入口とが連通するように、四方弁２の接続を設定する。

　続いて、ステップＳ３において、制御装置１００は、膨張弁４ｂを全開とし、膨張弁４ａを初期開度とするように、制御を行なう。圧縮機１によって冷媒が循環すると、室内熱交換器３は凝縮器として働く。

　暖房運転では、一般に、膨張弁は室内熱交換器の過冷却度（サブクール：ＳＣ）に基づいて制御される。本実施の形態では、膨張弁４ａの開度を調整することによって、ステップＳ４～Ｓ７においてサブクール制御が行なわれる。

　ステップＳ４において、制御装置１００は、室内熱交換器３の過冷却度ＳＣが、判定値ＳＣ１（第１の値ＳＣ１）以下であるか否かを判断する。このとき、制御装置１００は、室内熱交換器３の冷媒の過冷却度ＳＣを次のように求める。まず、圧縮機１の吐出冷媒側の圧力センサＨＳ１の圧力値を取得し、この圧力値に対応する冷媒飽和温度Ｔｄｓａｔを算出する。次に、室内熱交換器３の出口部分に配置したサーミスタＴＨｃｏの温度値Ｔｃｏを取得する。制御装置１００は、２つの温度の差（Ｔｄｓａｔ－Ｔｃｏ）を過冷却度ＳＣとする。

　ステップＳ４において、ＳＣ≦ＳＣ１が成立した場合（Ｓ４でＹＥＳ）、ステップＳ５において制御装置１００は膨張弁４ａの開度を減らし、ＳＣ≦ＳＣ１が成立しない場合（Ｓ４でＮＯ）、ステップＳ６において制御装置１００は膨張弁４ａの開度を増やす。

　ステップＳ４またはＳ５の処理に続いて、ステップＳ７の処理が行なわれる。ステップＳ７では、制御装置１００は、圧縮機１の吸入冷媒の圧力Ｐｓが判定圧力Ｐｓ１以下であるか否かを判断する。このとき、圧縮機１の吸入冷媒の圧力Ｐｓは、圧縮機１の吸入口に配置された圧力センサＬＳ１の圧力値から導出される。

　なお、ステップＳ７の判定に代えて、１）圧縮機１の吸入冷媒温度Ｔｓ≦判定温度Ｔｓ１、２）室外熱交換器６の出口冷媒温度Ｔｅｏ≦判定温度Ｔｅｏ１、３）暖房運転時間≧判定時間Ｍ１、の３つの判定条件のいずれかを採用してもよい。この場合、吸入冷媒温度Ｔｓは、圧縮機１の吸入配管に設置したサーミスタＴＨｓの温度値を用いることができる。また、室外熱交換器６の出口冷媒温度Ｔｅｏは、室外熱交換器６の出口配管に設置したサーミスタＴＨｅｏの温度値を用いることができる。

　ステップＳ７において、判定条件が成立しない場合（Ｓ７でＮＯ）、再びステップＳ４以降の処理が行なわれる。一方、ステップＳ７において、判定条件が成立した場合（Ｓ７でＹＥＳ）ステップＳ８に処理が進められ、除霜準備運転が開始される。

　除霜準備運転が開始されると、まずステップＳ９において、制御装置１００は、膨張弁４ａを全開とし、膨張弁４ｂを初期開度（たとえば、暖房運転中の膨張弁４ａの開度）とするように、制御を行なう。

　除霜準備運転でも、暖房運転と同様に、膨張弁は室内熱交換器の過冷却度（サブクール：ＳＣ）に基づいて制御される。除霜準備運転では、膨張弁４ｂの開度を調整することによって、ステップＳ１０～Ｓ１３においてサブクール制御が行なわれる。

　ステップＳ１０において、制御装置１００は、室内熱交換器３の過冷却度ＳＣが、判定値ＳＣ１以下であるか否かを判断する。過冷却度ＳＣの算出方法は、ステップＳ４の場合と同様であるので説明は繰り返さない。

　ステップＳ１０において、ＳＣ≦ＳＣ１が成立した場合（Ｓ１０でＹＥＳ）、ステップＳ１１において制御装置１００は膨張弁４ｂの開度を減らし、ＳＣ≦ＳＣ１が成立しない場合（Ｓ１０でＮＯ）、ステップＳ１２において制御装置１００は膨張弁４ｂの開度を増やす。

　ステップＳ１１またはＳ１２の処理に続いて、ステップＳ１３の処理が行なわれる。ステップＳ１３では、制御装置１００は、蓄熱体５の温度Ｔｂが判定温度Ｔｂ１以上であるか、または、除霜準備運転時間が判定時間Ｍ２以上であるかが成立するか否かが判断される。蓄熱体５の温度Ｔｂは、蓄熱体５に取り付けられたサーミスタＴＨｂの温度値を用いることができる。

　ステップＳ１３において、判定条件が成立しない場合（Ｓ１３でＮＯ）、再びステップＳ１０以降の処理が行なわれる。一方、ステップＳ１３において、判定条件が成立した場合（Ｓ１３でＹＥＳ）ステップＳ１４に処理が進められ、除霜準備運転が終了される。

　次に図８を参照して、ステップＳ１５において、制御装置１００は、圧縮機１の吸入する冷媒の圧力Ｐｓが第２判定圧力値Ｐｓ２以下であるか否かを判断する。

　なお、ステップＳ１５の判定に代えて、１）圧縮機１の吸入冷媒温度Ｔｓ≦第２判定温度Ｔｓ２、２）室外熱交換器６の出口冷媒温度Ｔｅｏ≦第２判定温度Ｔｅｏ２、の２つの判定条件のいずれかを採用してもよい。また、除霜準備運転終了直後に除霜運転を開始しても良い。

　ステップＳ１５の判定条件が成立するまでは、除霜運転は開始されず、蓄熱体５に蓄熱された状態で暖房運転される（Ｓ１５でＮＯ）。ステップＳ１５において判定条件が成立すると、ステップＳ１６に処理が進められ、除霜運転が開始される。

　制御装置１００は、ステップＳ１７において、圧縮機１の吐出口と室外熱交換器６とが連通し、かつ室内熱交換器３と圧縮機１の吸入口とが連通するように、四方弁２の接続を設定する。さらに、ステップＳ１８において、制御装置１００は、バイパス通路１１に設けられた開閉弁４１を開く。

　続いて、ステップＳ１９において、制御装置１００は、膨張弁４ａおよび膨張弁４ｂを全開とするように、制御を行なう。圧縮機１によって冷媒が循環すると、室内熱交換器３は蒸発器として働く。

　除霜運転では、以下のステップＳ２０～Ｓ２５において、制御装置１００は膨張弁４ａおよび膨張弁４ｂの開度を調整することによって、蓄熱体５からの放熱量を調整する。

　まずステップＳ２０において、制御装置１００は、圧力センサＬＳ１の圧力値から圧縮機１の吸入冷媒の圧力Ｐｓを取得し、圧力センサＨＳ１の圧力値から圧縮機１の吐出冷媒の圧力Ｐｄを取得する。そして、冷媒圧縮比Ｐｄ／Ｐｓが算出され、この圧縮比が判定値Ｒ１以下であるか否かが判断される。

　ステップＳ２０において、Ｐｄ／Ｐｓ≦Ｒ１が成立した場合（Ｓ２０でＹＥＳ）、ステップＳ２１において制御装置１００は膨張弁４ｂの開度を減らし、Ｐｄ／Ｐｓ≦Ｒ１が成立しない場合（Ｓ２０でＮＯ）、ステップＳ２２において制御装置１００は膨張弁４ｂの開度を増やす。ステップＳ２１またはＳ２２の処理に続いて、ステップＳ２３の処理が行なわれる。

　ステップＳ２３において、制御装置１００は、温度センサＴＨｄの検出値から圧縮機１の吐出冷媒温度Ｔｄを取得する。そして、圧縮機１の吐出冷媒温度Ｔｄが判定温度Ｔｄ１以上であるか否かを判断する。

　ステップＳ２３において、Ｔｄ≧Ｔｄ１が成立した場合（Ｓ２３でＹＥＳ）、ステップＳ２４において制御装置１００は膨張弁４ａの開度を減らし、かつ膨張弁４ｂの開度を増やす。Ｔｄ≧Ｔｄ１が成立した場合には、蓄熱体５からの放熱が過多であるので、膨張弁４ａの開度を減らすことによって蓄熱体５からの放熱量を減少させる。

　一方、ステップＳ２３において、Ｔｄ≧Ｔｄ１が成立しない場合（Ｓ２３でＮＯ）、ステップＳ２５において制御装置１００は膨張弁４ａの開度を増やし、かつ膨張弁４ｂの開度を減らす。ステップＳ２４またはＳ２５の処理に続いて、ステップＳ２６の処理が行なわれる。

　ステップＳ２６では、制御装置１００は、室外熱交換器６の液管の温度ＴＬをサーミスタＴＨＬから取得する。制御装置１００は、温度ＴＬが判定温度ＴＬ１以上であるか、または除霜運転時間が判定時間Ｍ３以上となったかを判断する。ステップＳ２６において、２つの条件のいずれも成立しない場合（Ｓ２６でＮＯ）、ステップＳ２０に処理が戻される。一方、ステップＳ２０において２つの条件の少なくとも一方が成立した場合（Ｓ２６でＹＥＳ）、制御装置１００は、ステップＳ２７に処理を進め、開閉弁４１を閉じ、ステップＳ２８において除霜運転を終了させる。その後、ステップＳ２９において、暖房運転の開始処理に戻る。

　以上説明したように、本実施の形態では、開度調節可能な膨張弁４ａ、４ｂの間の冷媒回路上に蓄熱体５を配置することにより、蓄熱体５内を通過する冷媒圧力と温度を任意に制御できる。したがって、蓄熱体５と冷媒間の授受熱量を制御できるため、迅速な除霜運転や、適正動作範囲内での圧縮機の運転が可能となる。

　実施の形態２．
　図９は、実施の形態２における冷凍サイクル装置の冷媒回路図である。図９に示すように、冷凍サイクル装置１０１Ａは、冷凍サイクル装置１０１の構成に加えて、第２冷媒管２２に設けられた第２開閉弁４２と、第１冷媒管２１の第１部分（３１，３２）において、バイパス通路１１への分岐点よりも室内熱交換器３寄りに設けられた第３開閉弁４３とを備える。第２開閉弁４２および第３開閉弁４３の両方は、暖房運転中に開かれ、除霜運転中に閉止される。

　冷凍サイクル装置１０１Ａは、第２冷媒管２２に設けられた第１ストップバルブＳＶ１と、第１冷媒管２１の第１部分（３１，３２）に設けられた第２ストップバルブＳＶ２とをさらに備える。ストップバルブは、冷凍サイクル装置の設置時や移設時に、工事作業者がレンチで開閉するバルブである。これに対して、第２開閉弁４２および第３開閉弁４３は、制御装置１００Ａが運転中に開閉することが可能な電磁弁である。第１ストップバルブＳＶ１は第２開閉弁４２よりも室内熱交換器３寄りに設けられ、第２ストップバルブＳＶ２は第３開閉弁４３よりも室内熱交換器３寄りに設けられる。

　すなわち、本実施の形態では四方弁２と室内熱交換器３との間の冷媒回路上に開閉弁４２を設け、室内熱交換器３と膨張弁４ａとの間の冷媒回路上に開閉弁４３を設ける。本実施の形態では、暖房運転時、除霜準備運転時および冷房運転時には、開閉弁４２，４３を開き、除霜運転時には開閉弁４２，４３を閉止する。

　除霜運転中に冷媒が過剰となると、除霜運転中に蓄熱体５を通過する液冷媒量が多くなり、蓄熱体５の保有熱量では液冷媒を蒸発させきれずに圧縮機に液冷媒が吸入されてしまう恐れがある。実施の形態２では、除霜運転中に室内熱交換器３と室内外接続配管内に存在する冷媒を封止することにより、除霜運転時に冷凍サイクル装置が冷媒過剰となることを防止できる。

　また除霜運転中に、室内熱交換器に冷媒を封止することにより、暖房運転移行時に、液冷媒を室外機から室内機へ搬送する動力と熱量が削減でき、暖房室内機吹出し空気温度の上昇を速めることができる。

　実施の形態３．
　図１０は、実施の形態３における冷凍サイクル装置の冷媒回路図である。図１０に示すように、冷凍サイクル装置１０１Ｂは、実施の形態１の冷凍サイクル装置１０１の構成に加えて、蓄熱体５と接触させて配置された、圧縮機１または室外送風機６Ｂの駆動用のインバータモジュール５Ｂをさらに備える。インバータモジュール５Ｂは、たとえば電力を制御するパワーＭＯＳＦＥＴや絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）などのパワーデバイスと、その駆動回路および自己保護回路を内蔵したインテリジェントパワーモジュール（Intelligent　Power　Module：ＩＰＭ）等を含むものである。

　インバータモジュール５Ｂの内部のパワー素子は、流れる電流値に応じて発熱する。熱暴走を防ぐためパワー素子が決められた温度以下（例えば１２０℃以下）となるように冷却が必要とされる。蓄熱体５にインバータモジュール５Ｂを接触させることで、インバータモジュール５Ｂの冷却を行ないつつ、除霜運転時にはインバータ素子発熱の除霜熱源としての活用が可能となる。

　上記の実施の形態１～３では、除霜運転中に圧縮機１の吸入冷媒の飽和温度を、－２０℃から－４５℃の間に制御することが好ましい。蓄熱体５の蓄熱量が尽きた場合、圧縮機１の冷媒圧縮仕事のみが除霜熱源となる。除霜運転中の室外熱交換器６の冷媒飽和温度は、０℃から＋５℃程度であり、この時に、除霜能力が最大となる圧縮機１の吸入冷媒の圧力Ｐｓは、たとえば、Ｒ３２，４１０Ａのような冷媒では冷媒飽和温度換算で－２０℃から－４５℃の間に存在する。圧縮機１の吸入冷媒の圧力Ｐｓが低いと圧縮機１の吸入冷媒密度が小さくなり、冷媒循環量不足で圧縮機１の仕事が減少し、圧縮機１の吸入冷媒の圧力Ｐｓが高いと、圧縮機１前後の冷媒差圧が小さくなり、圧縮機１の仕事が減少するためである。

　また、上記の実施の形態１～３において、蓄熱体５内部、若しくは蓄熱体５に接触させて電気ヒータを設けても良い。蓄熱体５の蓄熱量が不足する場合、もしくはスペースやコストの面から蓄熱体５のサイズを大きくとれない場合に、除霜熱源を補助することができる。

　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、上記した実施の形態の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及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、３　室内熱交換器、４ａ，４ｂ　膨張弁、５　蓄熱体、５Ｂ　インバータモジュール、６　室外熱交換器、６Ｂ　室外送風機、１０　冷媒回路、１１　バイパス通路、２１～２４　冷媒管、４１～４３　開閉弁、５０　室外機、５１　室内機、１００　制御装置、１０１，１０１Ａ，１０１Ｂ　冷凍サイクル装置、ＨＳ１，ＬＳ１　圧力センサ、ＳＶ１　第１ストップバルブ、ＳＶ２　第２ストップバルブ、ＴＨＬ，ＴＨｂ，ＴＨｃｏ，ＴＨｅｏ，ＴＨｓ　サーミスタ、ＴＨｄ　温度センサ。

Claims (10)

1. 　冷媒を、圧縮機、四方弁、室内熱交換器、第１膨張弁、蓄熱体、第２膨張弁、室外熱交換器、前記四方弁を順に経て前記圧縮機に戻る順方向またはその逆方向に循環させる冷媒回路を備え、
   　前記冷媒回路は、
   　前記室内熱交換器から前記第１膨張弁、蓄熱体、および前記第２膨張弁を経由して前記室外熱交換器に至る第１冷媒管と、
   　前記四方弁と前記室内熱交換器との間を接続する第２冷媒管と、
   　前記四方弁と前記室外熱交換器との間を接続する第３冷媒管と、
   　前記圧縮機の吸入口と前記四方弁とを接続する第４冷媒管と、
   　前記第１冷媒管のうちの前記室内熱交換器と前記第１膨張弁とを接続する第１部分から分岐し、前記第４冷媒管に至るバイパス通路と、
   　前記バイパス通路に設けられた第１開閉弁とを含む、冷凍サイクル装置。
2. 　前記四方弁は、暖房運転において前記順方向に冷媒を循環させ、除霜運転において前記逆方向に冷媒を循環させるように構成され、
   　前記暖房運転から、前記除霜運転に移行する際に、前記第１開閉弁を閉じた状態で、前記第１膨張弁の開度を前記暖房運転時より大きくし、かつ前記第２膨張弁の開度を前記暖房運転時よりも小さくする除霜準備運転を実施し、前記除霜運転時に、前記第１開閉弁を開とする、請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
3. 　前記暖房運転中に、前記圧縮機の吸入冷媒の圧力、前記圧縮機の吸入冷媒温度、前記室外熱交換器の出口冷媒温度のいずれか１つが第１の値より小さくなったか、または、前記暖房運転が開始されてから一定時間経過した場合に、前記除霜準備運転を開始する、請求項２に記載の冷凍サイクル装置。
4. 　前記暖房運転中に、室内温度が使用者の設定した設定値に至った場合に、前記除霜準備運転を開始する、請求項２に記載の冷凍サイクル装置。
5. 　前記除霜準備運転中に、前記蓄熱体と前記室内熱交換器の温度差が第１の値よりも小さくなった場合、または前記除霜準備運転開始から一定時間が経過した場合に、前記除霜準備運転を終了する、請求項２に記載の冷凍サイクル装置。
6. 　除霜運転が開始されるまで前記除霜準備運転を継続する、請求項２に記載の冷凍サイクル装置。
7. 　前記四方弁は、内部の連通状態を第１状態と第２状態に切替えることによって前記冷媒の循環方向を切替えることが可能に構成され、
   　前記第１状態は、前記圧縮機の吐出口を前記第２冷媒管に連通させ、前記圧縮機の吸入口を前記第３冷媒管に連通させる状態であり、
   　前記第２状態は、前記圧縮機の吐出口を前記第３冷媒管に連通させ、前記圧縮機の吸入口を前記第２冷媒管に連通させる状態である、請求項２に記載の冷凍サイクル装置。
8. 　前記第２冷媒管に設けられた第２開閉弁と、
   　前記第１冷媒管の前記第１部分において、前記バイパス通路への分岐点よりも前記室内熱交換器寄りに設けられた第３開閉弁とを備え、
   　前記第２開閉弁および前記第３開閉弁の両方は、前記暖房運転中に開かれ、前記除霜運転中に閉止される、請求項２に記載の冷凍サイクル装置。
9. 　前記第２冷媒管に設けられた第１ストップバルブと、
   　前記第１冷媒管の前記第１部分に設けられた第２ストップバルブとをさらに備え、
   　前記第１ストップバルブは前記第２開閉弁よりも前記室内熱交換器寄りに設けられ、
   　前記第２ストップバルブは前記第３開閉弁よりも前記室内熱交換器寄りに設けられる、請求項８に記載の冷凍サイクル装置。
10. 　前記蓄熱体と接触させて配置された、前記圧縮機の駆動用のインバータモジュール、または、室外送風機の駆動用のインバータモジュールをさらに備える、請求項１に記載の冷凍サイクル装置。

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