JP2019184207A - 空気調和装置 - Google Patents

Abstract

【課題】暖房能力及び除霜能力を両立させる空気調和装置を提供する。【解決手段】空気調和装置の制御装置は、暖房デフロスト運転モード時に、デフロスト対象の並列熱交換器に冷媒が流れるように流量調整装置を開き、蒸発圧力センサによって検出された蒸発器として作用する並列熱交換器の蒸発圧力が、通常暖房運転モード時の蒸発圧力よりも低くなるように減圧装置を絞るものである。【選択図】図１

Description

本発明は、室外熱交換器に付着する霜を除去する空気調和装置に関する。

近年、地球環境保護の観点から、化石燃料を燃やして暖房を行うボイラ式の暖房器具に代わって、寒冷地域にも空気を熱源とするヒートポンプ式の空気調和装置が導入される事例が増えている。ヒートポンプ式の空気調和装置は、圧縮機への電気入力に加えて空気から熱が供給される分だけ効率よく暖房を行うことができる。

しかし、この反面、ヒートポンプ式の空気調和装置は、屋外等における外気温度が低温になるほど、蒸発器として外気と冷媒とを熱交換する室外熱交換器に着霜しやすくなる。このため、室外熱交換器に付着した霜を融かすデフロストを行う必要がある。デフロストを行う方法として、例えば、暖房における冷媒の流れを逆転させ、圧縮機からの冷媒を室外熱交換器に供給する方法がある。ただ、この方法は、デフロスト中、室内の暖房を停止して行う場合があるため、快適性が損なわれるという課題がある。

そこで、デフロスト中でも暖房を行うことができる暖房デフロスト運転を行うことを目的として、例えば室外熱交換器を分割等し、室外熱交換器の一部がデフロストしている間、他の室外熱交換器が蒸発器として作用して外気から吸熱し、暖房を行う方法が提案されている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。

特許文献１及び特許文献２では、室外熱交換器が複数の並列熱交換器に分割されている。特許文献１及び特許文献２は、圧縮機から吐出された冷媒の一部を、デフロスト対象の並列熱交換器に流入させ、他の並列熱交換器は蒸発器として作用する。各並列熱交換器は交互にデフロストされるため、冷凍サイクルを冷房運転と同じにすることなく、連続して暖房を行う。

特許文献１に記載された空気調和装置は、複数の並列熱交換器のうち一部をデフロストする際、バイパス配管に設けられた流量調整装置と、並列熱交換器が設けられた並列配管に設けられた減圧装置とを調整することによって、デフロスト対象の並列熱交換器に流れる冷媒の流量及び圧力を制御し、凝縮潜熱を利用したデフロストを行う。

特許文献２に記載された空気調和装置は、複数の並列熱交換器のうち一部をデフロストする際、バイパス配管に設けられた流量調整装置と、室内熱交換器と並列熱交換器の間の主回路に設けられた減圧装置とのいずれか一方を調整することによって、デフロストに使用される冷媒の流量を調整する。

国際公開第２０１５／１２９０８０号 特開２００８−１５７５５８号公報

特許文献１及び特許文献２において、吐出冷媒の一部が並列熱交換器に流入するため、通常暖房運転と異なり、室内熱交換器と並列熱交換器との冷媒流量分布が変化する。また、蒸発器として作用する並列熱交換器の面積が変化する。よって、通常暖房運転時の状態に基づいて、デフロストに使用される冷媒の流量を制御する流量調整装置と、室内熱交換器と並列熱交換器の間の主回路に設けられた減圧装置との両方を調整しなければ、高圧及び低圧の状態が崩れ、所望の暖房能力及び除霜能力が得られない。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、暖房能力及び除霜能力を両立させる空気調和装置を提供するものである。

本発明に係る空気調和装置は、圧縮機、流路切替装置、室内熱交換器、減圧装置及び互いに並列に接続された複数の並列熱交換器が配管により接続され冷媒が流れる主回路と、圧縮機の吐出側と並列熱交換器とを接続し、圧縮機から吐出された冷媒の一部が分岐して流れるバイパス配管を有するバイパス回路と、バイパス配管に設けられ、バイパス配管に流れる冷媒の流量を調整する流量調整装置と、暖房運転時の冷媒の蒸発圧力を検出する蒸発圧力センサと、流路切替装置、減圧装置及び流量調整装置を制御する制御装置と、を備え、運転モードとして、複数の並列熱交換器が蒸発器として作用する通常暖房運転モードと、複数の並列熱交換器のうち一部の並列熱交換器をデフロスト対象として、他の並列熱交換器が蒸発器として作用する暖房デフロスト運転モードと、を有し、制御装置は、暖房デフロスト運転モード時に、デフロスト対象の並列熱交換器に冷媒が流れるように流量調整装置を開き、蒸発圧力センサによって検出された蒸発器として作用する並列熱交換器の蒸発圧力が、通常暖房運転モード時の蒸発圧力よりも低くなるように減圧装置を絞るものである。

本発明によれば、制御装置が、蒸発器として作用する並列熱交換器の蒸発圧力が、通常暖房運転モード時の蒸発圧力よりも低くなるように主回路に設けられた減圧装置を絞る。このため、通常暖房運転モード時の暖房能力を維持しつつ、デフロスト対象の並列熱交換器を除霜することができる。従って、暖房能力及び除霜能力を両立させることができる。

本発明の実施の形態１に係る空気調和装置１００を示す回路図である。 本発明の実施の形態１に係る制御装置９０の動作を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態１の冷房運転時の冷媒の流れを示す回路図である。 本発明の実施の形態１の冷房運転時のｐ−ｈ線図である。 本発明の実施の形態１の暖房運転時の冷媒の流れを示す回路図である。 本発明の実施の形態１の暖房運転時のｐ−ｈ線図である。 本発明の実施の形態１の暖房デフロスト運転時の冷媒の流れを示す回路図である。 本発明の実施の形態１の暖房デフロスト運転時のｐ−ｈ線図である。 本発明の実施の形態１の暖房デフロスト運転時の吐出温度を示すグラフである。 本発明の実施の形態２に係る空気調和装置１０１を示す回路図である。

実施の形態１．
以下、本発明に係る空気調和装置の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施の形態１に係る空気調和装置１００を示す回路図である。図１に示すように、空気調和装置１００は、室内空間の空気を調整する装置であり、室外機Ａと、室内機Ｂと、制御装置９０とを備えている。室外機Ａには、圧縮機１、流路切替装置２、複数の並列熱交換器４−１，４−２、室外送風機３８、減圧装置３、バイパス回路２０、第１の開閉装置６−１，６−２、室外圧力センサ９２−１，９２−２及び室外温度センサ９３が設けられている。室内機Ｂには、室内熱交換器５、室内送風機４０、室内圧力センサ９１及び室内温度センサ９４が設けられている。ここで、室外機Ａと室内機Ｂとは、第１の延長配管３１及び第２の延長配管３２で接続されている。なお、本実施の形態１では、室外機Ａ及び室内機Ｂが１台である場合について例示しているが、２台以上でもよい。

圧縮機１、流路切替装置２、並列熱交換器４−１，４−２、減圧装置３及び室内熱交換器５が配管により接続されて主回路１５が構成されている。圧縮機１は、低温且つ低圧の状態の冷媒を吸入し、吸入した冷媒を圧縮して高温且つ高圧の状態の冷媒にして吐出するものである。流路切替装置２は、冷媒回路において冷媒が流れる方向を切り替えるものであり、例えば四方弁である。圧縮機１の吐出側と流路切替装置２とは、吐出配管３５で接続されており、圧縮機１の吸入側と流路切替装置２とは、吸入配管３６で接続されている。

並列熱交換器４−１，４−２は、流路切替装置２と減圧装置３との間に並列に接続された並列配管７にそれぞれ設けられており、例えば室外空気と冷媒との間で熱交換する。並列熱交換器４−１，４−２は、冷房運転時には凝縮器として作用し、暖房運転時には蒸発器として作用する。並列熱交換器４−１，４−２は、互いに並列に接続された複数の室外熱交換器である。本実施の形態１では、並列熱交換器４−１，４−２が２台の場合について例示しているが、３台以上であってもよい。

ここで、並列配管７は、流路切替装置２側の第１の接続配管３７−１，３７−２と、減圧装置３側の第２の接続配管４１−１，４１−２とからなる。室外送風機３８は、並列熱交換器４−１，４−２に室外空気を送る。本実施の形態１では、１台の室外送風機３８が、２台の並列熱交換器４−１，４−２のいずれもに室外空気を送る場合について例示しているが、２台の室外送風機３８が、それぞれ２台の並列熱交換器４−１，４−２に室外空気を送るように構成されてもよい。

減圧装置３は、冷媒を減圧して膨張する減圧弁又は膨張弁である。減圧装置３は、例えば開度が調整される電子式膨張弁である。本実施の形態１では、減圧装置３が室外機Ａに設けられている場合について例示しているが、減圧装置３は室内機Ｂに設けられてもよい。室内熱交換器５は、例えば室内空気と冷媒との間で熱交換するものである。室内熱交換器５は、冷房運転時には蒸発器として作用し、暖房運転時には凝縮器として作用する。室内送風機４０は、室内熱交換器５に室内空気を送る。第１の開閉装置６−１，６−２は、第１の接続配管３７−１，３７−２にそれぞれ設けられており、開いているときに並列熱交換器４−１，４−２に冷媒が流れ、閉じているときに並列熱交換器４−１，４−２に冷媒が流れない。第１の開閉装置６−１，６−２は、流路の開閉が可能であればよく、電磁弁、四方弁、三方弁又は二方弁等により構成される。

バイパス回路２０には、バイパス配管３９と、流量調整装置８と、第２の開閉装置９−１，９−２とが設けられている。バイパス配管３９は、圧縮機１の吐出側と第１の接続配管３７−１，３７−２とを、流路切替装置２をバイパスして接続しており、バイパス配管３９には、圧縮機１から吐出された冷媒の一部が分岐して流れる。なお、バイパス配管３９は、流路切替装置２と第１の延長配管３１とを接続する配管と、第１の接続配管３７−１，３７−２とを接続するように構成されてもよい。第２の開閉装置９−１，９−２は、各並列熱交換器４−１，４−２に接続されるバイパス配管３９にそれぞれ設けられている。第２の開閉装置９−１，９−２は、開いているときに並列熱交換器４−１，４−２に冷媒が流れ、閉じているときに並列熱交換器４−１，４−２に冷媒が流れない。第２の開閉装置９−１，９−２は、流路の開閉が可能であればよく、電磁弁、四方弁、三方弁又は二方弁等により構成される。

室外圧力センサ９２−１，９２−２は、各第２の接続配管４１−１，４１−２において並列熱交換器４−１，４−２と減圧装置３との間にそれぞれ設けられており、第２の接続配管４１−１，４１−２に流れる冷媒の圧力を検出する。並列熱交換器４−１，４−２が凝縮器として作用するとき、室外圧力センサ９２−１，９２−２は凝縮圧力センサであり、並列熱交換器４−１，４−２が蒸発器として作用するとき、室外圧力センサ９２−１，９２−２は蒸発圧力センサである。なお、室外圧力センサ９２−１，９２−２は、圧縮機１の吸入側に取り付けられ、吸入圧力を検出してもよい。また、冷媒が気液二相状態となる部分であれば、冷媒の温度を検出する温度センサで代用してもよい。この場合、温度センサによって検出された値が、飽和温度として冷媒の圧力に換算される。冷媒の温度を検出する場合、温度センサと冷媒とが触れることによって検出する直接方式でもよいし、配管又は熱交換器等の外表面の温度を検出する間接方式でもよい。室外温度センサ９３は、並列熱交換器４−１に設けられ、室外空気の温度を検出する。

室内圧力センサ９１は、室内熱交換器５に設けられており、室内熱交換器５に流れる冷媒の圧力を検出する。室内熱交換器５が凝縮器として作用するとき、室内圧力センサ９１は凝縮圧力センサであり、室内熱交換器５が蒸発器として作用するとき、室内圧力センサ９１は蒸発圧力センサである。なお、室内圧力センサ９１は、圧縮機１の吐出側に取り付けられ、吐出圧力を検出してもよい。また、冷媒が気液二相状態となる部分であれば、冷媒の温度を検出する温度センサで代用してもよい。この場合、温度センサによって検出された値が、飽和温度として冷媒の圧力に換算される。室内温度センサ９４は、室内熱交換器５に設けられ、室内空気の温度を検出する。

ここで、冷媒回路を循環させる冷媒としては、例えば、フロン冷媒、ＨＦＯ冷媒等を用いることができる。フロン冷媒としては、例えば、ＨＦＣ系冷媒のＲ３２冷媒、Ｒ１２５、Ｒ１３４ａ等がある。また、ＨＦＣ系冷媒の混合冷媒であるＲ４１０Ａ、Ｒ４０７ｃ、Ｒ４０４Ａ等がある。また、ＨＦＯ冷媒としては、例えば、ＨＦＯ−１２３４ｙｆ、ＨＦＯ−１２３４ｚｅ（Ｅ）、ＨＦＯ−１２３４ｚｅ（Ｚ）等がある。また、その他の冷媒としては、ＣＯ_２冷媒、ＨＣ冷媒、アンモニア冷媒、Ｒ３２とＨＦＯ−１２３４ｙｆとの混合冷媒等のように、上記の冷媒の混合冷媒等、蒸気圧縮式のヒートポンプ回路に用いられる冷媒を用いることができる。ＨＣ冷媒は、例えばプロパン、イソブタン冷媒等である。

空気調和装置１００は、運転モードとして、冷房運転モード、通常暖房運転モード、逆サイクルデフロスト運転モード及び暖房デフロスト運転モードを有している。冷房運転モードは、並列熱交換器４−１，４−２がいずれも凝縮器として作用し、室内機Ｂが室内を冷房する。通常暖房運転モードは、並列熱交換器４−１，４−２がいずれも蒸発器として作用し、室内機Ｂが室内を暖房する。逆サイクルデフロスト運転モードは、主回路１５において冷房運転時と同じ冷媒の流れとなり、通常暖房運転中に、予め設定された通常暖房運転の最大時間閾値を超えた場合又は並列熱交換器４−１，４−２に着霜した場合等に行われる。

暖房デフロスト運転モードは、複数の並列熱交換器４−１，４−２のうち一部がデフロスト対象となり、他の並列熱交換器４−１，４−２が蒸発器として作用することにより、暖房運転を維持する。暖房デフロスト運転モードでは、各並列熱交換器４−１，４−２が交互にデフロストされる。例えば、暖房デフロスト運転モードでは、一方の並列熱交換器４−１，４−２が蒸発器として作用して暖房運転を行いつつ、他方の並列熱交換器４−１，４−２のデフロストが実施される。そして、暖房デフロスト運転モードは、他方の並列熱交換器４−１，４−２のデフロストが終了すると、他方の並列熱交換器４−１，４−２が蒸発器として作用して暖房運転を行い、一方の並列熱交換器４−１，４−２のデフロストが実施される。暖房デフロスト運転モードは、通常暖房運転中に、並列熱交換器４−１，４−２が着霜した場合に行われる。また、圧縮機１の周波数が周波数閾値よりも低くなったときに暖房デフロスト運転モードに切り替えてもよい。

制御装置９０は、室内機Ｂの冷房運転及び暖房運転、設定室温の変更、第１の開閉装置６−１，６−２、第２の開閉装置９−１，９−２、流量調整装置８及び減圧装置３等を制御する。本実施の形態の制御装置９０は、例えばＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等の制御演算処理手段を有するマイクロコンピュータ等で構成されている。また、制御装置９０は、記憶手段（図示せず）を有しており、制御等に係る処理手順をプログラムとしたデータを有している。そして、制御演算処理手段がプログラムのデータに基づく処理を実行して制御を実現する。

制御装置９０は、暖房デフロスト運転モード時に、デフロスト対象の並列熱交換器４−１，４−２に冷媒が流れるように流量調整装置８を開く。そして、制御装置９０は、蒸発圧力センサによって検出された蒸発器として作用する並列熱交換器４−１，４−２に流れる冷媒の蒸発圧力が、通常暖房運転モード時の蒸発圧力よりも低くなるように減圧装置３を絞るものである。ここで、蒸発圧力センサは、蒸発器として作用する並列熱交換器４−１，４−２に流れる冷媒の圧力を検出する室外圧力センサ９２−１，９２−２である。また、制御装置９０は、暖房デフロスト運転モード時に、流量調整装置８の開度が大きいほど、減圧装置３を絞る。

暖房デフロスト運転モードの運転が、予め設定された最大時間以内に並列熱交換器４−１，４−２に流れる冷媒の温度が所定の温度以上の温度となって終了した場合、制御装置９０は、通常暖房運転モード時の運転時間の最大時間を延長する。具体的には、制御装置９０は、逆サイクルデフロスト運転モードに切り替えるまでの通常暖房運転モード時の運転時間の最大時間を延長する。また、制御装置９０は、暖房デフロスト運転モードの運転時間が、予め設定された最大時間を超えた場合、通常暖房運転モードに切り替え、その後、逆サイクルデフロスト運転モードに切り替えてもよい。なお、制御装置９０は、通常暖房運転モード時に、室内空気の温度が設定室温に近づき、圧縮機１の周波数が周波数閾値よりも低いとき、暖房デフロスト運転モードに切り替えるように構成されてもよい。

ここで、暖房デフロスト運転モード時に、制御装置９０が減圧装置３及び流量調整装置８を制御する動作について説明する。なお、並列熱交換器４−２がデフロスト対象である場合について例示する。通常暖房運転モードから暖房デフロスト運転モードに切り替わるとき、室内温度検出部が通常暖房運転の凝縮温度Ｔｃを検出する。そして、室外圧力センサ９２−１，９２−２が換算された蒸発温度Ｔｅを検出し、室外温度センサ９３は、室外空気の外気温度Ｔｏｕｔを検出する。冷媒流量が算出される際、圧縮機１の吸入側での冷媒の密度を推算する必要がある。そこで、例えば圧縮機１の吸入側で冷媒が飽和蒸気であると仮定して、制御装置９０は、蒸発温度Ｔｅから換算した蒸発圧力と、圧縮機１の周波数とから通常暖房運転中の冷媒の流量を算出する。また、通常暖房運転時に蒸発器として作用する並列熱交換器４−１，４−２の能力Ｑｅを、式（１）で示す。なお、Ａ：蒸発器の面積、Ｋ：蒸発器の熱通過率である。

［数１］
Ｑｅ＝ＡＫ（Ｔｏｕｔ−Ｔｅ）・・・（１）

暖房デフロスト運転モード時は、並列熱交換器４−１のみが蒸発器となり、通常暖房運転モードと比較して、蒸発器の面積が半減する。また、暖房デフロスト運転モード時は、暖房能力及び除霜能力を確保するために、制御装置９０が圧縮機１の周波数を上昇させる。このため、暖房デフロスト運転モード時と通常暖房運転モード時との圧縮機１の周波数の比をａとすると、暖房デフロスト運転モード時の蒸発器の能力は式（２）で示される。

［数２］
ａ×Ｑｅ＝（Ａ／２）×Ｋ（Ｔｏｕｔ−Ｔｅ＿ｏｎｄｅｆ）・・・（２）

式（１）及び式（２）より、吐出温度を維持するために必要な暖房デフロスト運転モード時の蒸発温度Ｔｅ＿ｏｎｄｅｆは、式（３）から求められる。制御装置９０は、通常暖房運転モードから暖房デフロスト運転モードに切り替わったとき、圧縮機１の周波数の変化分に基づいて、減圧装置３の開度を調整する。更に、制御装置９０は、複数の並列熱交換器４−１，４−２の熱交換面積に対する蒸発器として作用する並列熱交換器４−１，４−２の熱交換面積の面積比率とに基づいて、減圧装置３の開度を調整する。

［数３］
Ｔｅ＿ｏｎｄｅｆ＝（１−２ａ）Ｔｏｕｔ＋２ａＴｅ・・・（３）

ここで、式（３）から求められた暖房デフロスト運転モード時の蒸発温度Ｔｅ＿ｏｎｄｅｆは、通常暖房運転時モード時の蒸発温度Ｔｅよりも低下するため、飽和圧力換算で求められる蒸発圧力も低下する。蒸発圧力が低下することによって、暖房デフロスト運転モード時の冷媒の密度が低下し、冷媒の流量が低下する。よって、暖房デフロスト運転モード時の蒸発器の能力が低下するため、暖房デフロスト運転モード時の蒸発温度Ｔｅ＿ｏｎｄｅｆを算出し直す必要性が生じる。冷媒の流量の低下比率をｂとすると、補正後の暖房デフロスト運転モード時の蒸発器の能力は、式（４）で示される。

［数４］
ａ×ｂ×Ｑｅ＝（Ａ／２）×Ｋ（Ｔｏｕｔ−Ｔｅ＿ｏｎｄｅｆ_２）・・・（４）

式（１）及び式（４）より、吐出温度を維持するために必要な暖房デフロスト運転モード時の蒸発温度Ｔｅ＿ｏｎｄｅｆ_２は、式（５）から求められる。

［数５］
Ｔｅ＿ｏｎｄｅｆ_２＝（１−２ａｂ）Ｔｏｕｔ＋２ａＴｅ・・・（５）

制御装置９０は、式（５）から求められた蒸発温度Ｔｅ＿ｏｎｄｅｆ_２に基づいて飽和圧力換算で蒸発圧力を換算し、冷媒の流量を算出する。制御装置９０が上記の演算を繰り返すことによって、蒸発温度と冷媒の流量とが収束に向かっていく。そして、制御装置９０は、以上の演算から求められた飽和温度を換算した蒸発圧力及び圧縮機１の周波数に基づいて、暖房デフロスト運転の全冷媒流量Ｇｄｅｆを算出する。室温を維持するため、制御装置９０は、暖房デフロスト運転モード時には、室内機Ｂに通常暖房運転モードと同等の冷媒の流量Ｇｈを流入させる。

そして、制御装置９０は、暖房デフロスト運転の全冷媒流量Ｇｄｅｆに基づいて通常暖房運転モード時の冷媒の流量Ｇｈを減算した流量を、デフロスト対象の並列熱交換器４−１，４−２に流入させる。即ち、制御装置９０は、通常暖房運転モードから暖房デフロスト運転モードに切り替わったとき、圧縮機１の周波数の変化に基づく冷媒の流量の増加分が、デフロスト対象の並列熱交換器４−１，４−２に流れるように流量調整装置８の開度を調整する。

ここで、霜を融かし切るために必要な除霜能力を満たすように、並列熱交換器４−１，４−２に流れる冷媒の流量が決定されてもよい。なお、必要な除霜能力は、外気温度、通常暖房運転モード時の運転積算時間又は暖房デフロスト運転モード時のデフロスト時間に基づいて算出することができる。即ち、制御装置９０は、外気温度、通常暖房運転モード時の運転積算時間又は暖房デフロスト運転モード時のデフロスト時間に基づいて、デフロスト対象の並列熱交換器４−１，４−２に冷媒が流れるように流量調整装置８の開度を調整する。

制御装置９０は、例えば室内圧力センサ９１で検出されて換算された蒸発温度が、予め設定された閾値よりも低下した場合に、着霜を判定し、逆サイクルデフロスト運転モード又は暖房デフロスト運転モードに移行する。また、制御装置９０は、外気温度と蒸発温度との温度差が予め設定された閾値以上となり、所定の時間経過した場合に、着霜を判定し、逆サイクルデフロスト運転モード又は暖房デフロスト運転モードに移行する。

（制御装置９０の動作）
図２は、本発明の実施の形態１に係る制御装置９０の動作を示すフローチャートである。次に、暖房デフロスト運転モードにおける制御装置９０の動作について説明する。ここで、１つの並列熱交換器４−２がデフロスト対象として選択された場合を例として、並列熱交換器４−２のデフロストを行い、並列熱交換器４−１が蒸発器として作用して暖房を継続する場合について説明する。図２に示すように、通常暖房運転モードの場合（ステップＳＴ１）、制御装置９０は、並列熱交換器４−１，４−２に流れる冷媒の蒸発温度が閾値未満かを判定する（ステップＳＴ２）。例えば、蒸発温度が閾値未満の場合、制御装置９０は、並列熱交換器４−１，４−２に着霜していると判断し、暖房デフロスト運転モードに移行する（ステップＳＴ３）。

そして、制御装置９０は、第１の開閉装置６−１を開き、第１の開閉装置６−２を閉じる（ステップＳＴ４）。次に、制御装置９０は、第２の開閉装置９−１を閉じ、第２の開閉装置９−２を開く（ステップＳＴ５）。また、制御装置９０は、流量調整装置８を開き、蒸発器として作用する並列熱交換器４−１の蒸発圧力が、通常暖房運転モード時の蒸発圧力よりも低くなるように減圧装置３を絞る（ステップＳＴ７）。これにより、並列熱交換器４−２が除霜され、並列熱交換器４−１が蒸発器として作用して、暖房が継続される。暖房デフロスト運転モードの最大時間が経過した場合（ステップＳＴ８）、一旦制御は終了し、引き続き、制御装置９０は並列熱交換器４−１の除霜を開始する。なお、最大時間が経過していない場合（ステップＳＴ８のＮＯ）、制御装置９０は、並列熱交換器４−２に流れる冷媒の温度が閾値以上かを判定する（ステップＳＴ９）。並列熱交換器４−２に流れる冷媒の温度が閾値以上の場合、制御装置９０は、一旦制御は終了し、引き続き、並列熱交換器４−１の除霜を開始する。

（冷房運転モード）
図３は、本発明の実施の形態１の冷房運転時の冷媒の流れを示す回路図であり、図４は、本発明の実施の形態１の冷房運転時のｐ−ｈ線図である。次に、冷房運転モード時の冷媒の流れについて説明する。冷房運転において、流路切替装置２によって、圧縮機１の吐出側と並列熱交換器４−１，４−２とが接続され、圧縮機１の吸入側と室内熱交換器５とが接続される。流量調整装置８は、閉止しており、それぞれの第１の開閉装置６−１，６−２は、開いている。図３では、冷媒が流れる部分を実線で示し、冷媒が流れない部分を破線で示す。図３に示すように、冷房運転において、圧縮機１に吸入された冷媒は、圧縮機１によって圧縮されて高温且つ高圧のガス状態で吐出する。圧縮機１における冷媒の圧縮過程は、圧縮機１の断熱効率の分だけ、等エントロピ線で断熱圧縮される場合と比較して加熱されるように圧縮される。このときの冷媒の変化は、図４の点（ａ）から点（ｂ）に延びる線に該当する。

圧縮機１から吐出された高温且つ高圧のガス状態の冷媒は、流路切替装置２を通過した後、第１の接続配管３７−１，３７−２に分岐して流れる。分岐した冷媒は、それぞれの第１の開閉装置６−１，６−２を通過して、凝縮器として作用する各並列熱交換器４−１，４−２に流入する。冷媒は、並列熱交換器４−１，４−２において、室外送風機３８が送る室外空気と熱交換されて凝縮して液化し、中温且つ高圧の液状態の冷媒となる。並列熱交換器４−１，４−２における冷媒の変化は、圧力損失を考慮すると、図４の点（ｂ）から点（ｃ）に延びる線のように若干傾いた水平に近い直線となる。凝縮された中温且つ高圧の液状態の冷媒は、合流した後、減圧装置３に流入し、減圧装置３において膨張及び減圧されて低温且つ低圧の気液二相状態の冷媒となる。減圧装置３における冷媒の変化は、エンタルピーが一定のもとで行われる。このときの冷媒の変化は、図４の点（ｃ）から点（ｄ）に延びる垂直線に該当する。

気液二相状態の冷媒は、第２の延長配管３２を通って、蒸発器として作用する室内熱交換器５に流入し、室内熱交換器５において、室内送風機４０が送る室内空気と熱交換されて蒸発してガス化する。このとき、室内空気が冷やされ、室内において冷房が実施される。室内熱交換器５における冷媒の変化は、圧力損失を考慮すると、図４の点（ｄ）から点（ａ）に延びる線のように若干傾いた水平に近い直線となる。蒸発した低温且つ低圧のガス状態の冷媒は、第１の延長配管３１及び流路切替装置２を通過して、圧縮機１に吸入される。

（通常暖房運転モード）
図５は、本発明の実施の形態１の暖房運転時の冷媒の流れを示す回路図であり、図６は、本発明の実施の形態１の暖房運転時のｐ−ｈ線図である。次に、通常暖房運転モード時の冷媒の流れについて説明する。暖房運転において、流路切替装置２によって、圧縮機１の吐出側と室内熱交換器５とが接続され、圧縮機１の吸入側と並列熱交換器４−１，４−２とが接続される。流量調整装置８は、閉止しており、それぞれの第１の開閉装置６−１，６−２は、開いている。図５では、冷媒が流れる部分を実線で示し、冷媒が流れない部分を破線で示す。図５に示すように、暖房運転において、圧縮機１に吸入された冷媒は、圧縮機１によって圧縮されて高温且つ高圧のガス状態で吐出する。圧縮機１における冷媒の圧縮過程は、圧縮機１の断熱効率の分だけ、等エントロピ線で断熱圧縮される場合と比較して加熱されるように圧縮される。このときの冷媒の変化は、図６の点（ａ）から点（ｂ）に延びる線に該当する。

圧縮機１から吐出された高温且つ高圧のガス状態の冷媒は、流路切替装置２及び第１の延長配管３１を通過して、凝縮器として作用する室内熱交換器５に流入する。冷媒は、室内熱交換器５において、室内空気と熱交換されて凝縮して液化し、中温且つ高圧の液状態の冷媒となる。このとき、室内空気が暖められ、室内において暖房が実施される。室内熱交換器５における冷媒の変化は、圧力損失を考慮すると、図６の点（ｂ）から点（ｃ）に延びる線のように若干傾いた水平に近い直線となる。凝縮された中温且つ高圧の液状態の冷媒は、第２の延長配管３２を通って、減圧装置３に流入し、減圧装置３において膨張及び減圧されて中圧の気液二相状態の冷媒となる。減圧装置３における冷媒の変化は、エンタルピーが一定のもとで行われる。このときの冷媒の変化は、図６の点（ｃ）から点（ｄ）に延びる垂直線に該当する。なお、減圧装置３は、中温且つ高圧の液状態の冷媒の過冷却度（サブクール）が５Ｋ〜２０Ｋ程度となるように制御される。

気液二相状態の冷媒は、分岐して蒸発器として作用する各並列熱交換器４−１，４−２に流入し、並列熱交換器４−１，４−２において、室外空気と熱交換されて蒸発してガス化する。並列熱交換器４−１，４−２における冷媒の変化は、圧力損失を考慮すると、図６の点（ｄ）から点（ａ）に延びる線のように若干傾いた水平に近い直線となる。蒸発した低温且つ低圧のガス状態の冷媒は、第１の接続配管３７−１，３７−２に流入し、第１の開閉装置６−１，６−２を通過した後に合流し、流路切替装置２を通過して、圧縮機１に吸入される。

（逆サイクルデフロスト運転モード）
次に、逆サイクルデフロスト運転モード時の冷媒の流れについて説明する。冷媒の流れは、冷房運転モードと同様であるが、冷媒が減圧装置３で減圧されないこと、及び室内送風機４０が動作しないことが、冷房運転モードと相違する。圧縮機１から吐出された高温且つ高圧のガス状態の冷媒は、流路切替装置２を通過した後、第１の接続配管３７−１，３７−２に分岐して流れる。分岐した冷媒は、それぞれの第１の開閉装置６−１，６−２を通過して、それぞれ第１の接続配管３７−１，３７−２から並列熱交換器４−１，４−２に流入する。高温且つ高圧のガス状態の冷媒は、並列熱交換器４−１，４−２に付着した霜と熱交換されることによって、霜を融かす。

（暖房デフロスト運転モード）
図７は、本発明の実施の形態１の暖房デフロスト運転時の冷媒の流れを示す回路図であり、図８は、本発明の実施の形態１の暖房デフロスト運転時のｐ−ｈ線図である。次に、暖房デフロスト運転モード時の冷媒の流れについて説明する。暖房デフロスト運転において、流路切替装置２によって、圧縮機１の吐出側と室内熱交換器５とが接続され、圧縮機１の吸入側と並列熱交換器４−１，４−２とが接続される。暖房デフロスト運転モードでは、並列熱交換器４−１，４−２のうち一つがデフロスト対象として選択されてデフロストが実施され、他の並列熱交換器４−１，４−２が蒸発器として作用して暖房運転を継続する。第１の開閉装置６−１，６−２及び第２の開閉装置９−１，９−２の開閉状態が、交互に切り替わり、デフロスト対象の並列熱交換器４−１，４−２が交互に切り替わる。冷媒の流れは、デフロスト対象の並列熱交換器４−１，４−２と、蒸発器として作用する並列熱交換器４−１，４−２とが切り替わることに応じて、切り替わる。

本実施の形態１では、１つの並列熱交換器４−２がデフロスト対象として選択された場合を例として、並列熱交換器４−２のデフロストを行い、並列熱交換器４−１が蒸発器として作用して暖房を継続する場合について説明する。デフロスト暖房運転において、流路切替装置２によって、圧縮機１の吐出側と室内熱交換器５とが接続され、圧縮機１の吸入側と並列熱交換器４−１，４−２とが接続される。流量調整装置８は、開いており、第１の開閉装置６−１は開き、第１の開閉装置６−２は閉じている。図７では、冷媒が流れる部分を実線で示し、冷媒が流れない部分を破線で示す。先ず、主回路１５における冷媒の流れについて説明する。図７に示すように、デフロスト暖房運転において、圧縮機１に吸入された冷媒は、圧縮機１によって圧縮されて高温且つ高圧のガス状態で吐出する。圧縮機１における冷媒の圧縮過程は、圧縮機１の断熱効率の分だけ、等エントロピ線で断熱圧縮される場合と比較して加熱されるように圧縮される。このときの冷媒の変化は、図８の点（ａ）から点（ｂ）に延びる線に該当する。

圧縮機１から吐出された高温且つ高圧のガス状態の冷媒の一部は、流路切替装置２及び第１の延長配管３１を通過して、凝縮器として作用する室内熱交換器５に流入する。冷媒は、室内熱交換器５において、室内空気と熱交換されて凝縮して液化し、中温且つ高圧の液状態の冷媒となる。このとき、室内空気が暖められ、室内において暖房が実施される。室内熱交換器５における冷媒の変化は、圧力損失を考慮すると、図８の点（ｂ）から点（ｃ）に延びる線のように若干傾いた水平に近い直線となる。凝縮された中温且つ高圧の液状態の冷媒は、第２の延長配管３２を通って、減圧装置３に流入し、減圧装置３において膨張及び減圧されて中圧の気液二相状態の冷媒となる。減圧装置３における冷媒の変化は、エンタルピーが一定のもとで行われる。このときの冷媒の変化は、図８の点（ｃ）から点（ｄ）に延びる垂直線に該当する。

気液二相状態の冷媒は、デフロスト対象である並列熱交換器４−２に流れず、蒸発器として作用する並列熱交換器４−１に流入し、並列熱交換器４−１において、室外空気と熱交換されて蒸発してガス化する。並列熱交換器４−１における冷媒の変化は、圧力損失を考慮すると、図８の点（ｄ）から点（ａ）に延びる線のように若干傾いた水平に近い直線となる。蒸発した低温且つ低圧のガス状態の冷媒は、第１の接続配管３７−１に流入し、第１の開閉装置６−１を通過した後に、流路切替装置２を通過して、圧縮機１に吸入される。

次に、バイパス回路２０における冷媒の流れについて説明する。圧縮機１から吐出された高温且つ高圧のガス状態の冷媒の一部は、バイパス配管３９に流れ、流量調整装置８に流入し、流量調整装置８において減圧される。流量調整装置８における冷媒の変化は、エンタルピーが一定のもとで行われる。図８の点（ｂ）から点（ｅ）に延びる垂直線に該当する。流量調整装置８において減圧された冷媒は、第２の開閉装置９−２を通って、第１の接続配管３７−２に流入し、デフロスト対象の並列熱交換器４−２に流れる。並列熱交換器４−２に流入した冷媒は、並列熱交換器４−２に付着した霜と熱交換されることによって冷却される。このように、圧縮機１から吐出された高温且つ高圧のガス状態の冷媒が並列熱交換器４−２に流入することによって、並列熱交換器４−２に付着した霜を融かす。このときの冷媒の変化は、図８の点（ｅ）から点（ｆ）に延びる線に該当する。並列熱交換器４−２のデフロストを行い、並列熱交換器４−２から流出した冷媒は、主回路１５に合流する。合流した冷媒は、蒸発器として作用する並列熱交換器４−１に流入し、蒸発する。

本実施の形態１によれば、制御装置９０が、蒸発器として作用する並列熱交換器４−１，４−２の蒸発圧力が、通常暖房運転モード時の蒸発圧力よりも低くなるように主回路１５に設けられた減圧装置３を絞る。このため、通常暖房運転モード時の暖房能力を維持しつつ、デフロスト対象の並列熱交換器４−１，４−２を除霜することができる。従って、暖房能力及び除霜能力を両立させることができる。また、制御装置９０は、通常暖房運転モードから暖房デフロスト運転モードに切り替わったとき、圧縮機１の周波数の変化に基づく冷媒の流量の増加分が、デフロスト対象の並列熱交換器４−１，４−２に流れるように流量調整装置８の開度を調整する。

ここで、制御装置９０は、暖房デフロスト運転モード時に、流量調整装置８の開度が大きいほど、減圧装置３を絞る。このように、本実施の形態１は、通常暖房運転中の運転状態に基づいて、暖房デフロスト運転における減圧装置３の絞り及び流量調整装置８の開度を決定している。このため、運転状態を安定させつつ、暖房と除霜とを同時に行うことができる。ここで、運転状態の安定とは、例えば暖房デフロスト運転中に吐出温度が高温のまま維持されること等である。

図９は、本発明の実施の形態１の暖房デフロスト運転時の吐出温度を示すグラフである。図９では、横軸が時間［ｍｉｎ］を示し、縦軸が吐出温度［℃］を示す。図９において、本実施の形態１の制御を実施した場合を実線で示し、本実施の形態１の制御が未実施の比較例を破線で示す。図９に示すように、比較例の場合、蒸発温度が適切に低下しないため、蒸発能力を確保することができず、暖房デフロスト運転中に吐出温度が低下する。このとき、圧縮機１の吸入側に多量の液状態の冷媒が流入し、圧縮機１が破損するおそれがある。これに対し、本実施の形態１は、通常暖房運転中の運転状態のみに基づいて暖房デフロスト中の減圧装置３の絞りを決定する。このため、例えば圧縮機１又は熱交換器の大きさが異なる空調機にも適用することができる。

実施の形態２．
図１０は、本発明の実施の形態２に係る空気調和装置１０１を示す回路図である。本実施の形態２は、並列減圧装置１０−１，１０−２が設けられている点で、実施の形態１と相違する。本実施の形態２では、実施の形態１と共通する部分は同一の符号を付して説明を省略し、実施の形態１との相違点を中心に説明する。

図１０に示すように、並列減圧装置１０−１，１０−２は、各第２の接続配管４１−１，４１−２にそれぞれ設けられており、冷媒を減圧して膨張する減圧弁又は膨張弁である。並列減圧装置１０−１，１０−２は、例えば開度が調整される電子式膨張弁である。本実施の形態２では、１つの並列熱交換器４−２がデフロスト対象として選択された場合を例として、並列熱交換器４−２のデフロストを行い、並列熱交換器４−１が蒸発器として作用して暖房を継続する場合について説明する。

制御装置９０は、暖房デフロスト運転中、デフロスト対象の並列熱交換器４−２に接続されている並列減圧装置１０−２の開度を、デフロスト対象の並列熱交換器４−２の圧力が、飽和温度換算で０℃〜１０℃程度となるように制御する。

デフロスト対象の並列熱交換器４−１，４−２の冷媒の圧力が飽和温度換算で０℃以下となる場合、霜の融解温度である０℃以下のため、冷媒は凝縮しない。よって、熱量が小さい顕熱のみを利用してデフロストが行われる。この場合、加熱能力を確保するために、並列熱交換器４−１，４−２に流れる冷媒の流量を増加させる必要がある。これにより、暖房運転に用いることができる冷媒の流量が相対的に減少するため、暖房能力が低下して室内の快適性が低下する。一方、デフロスト対象の並列熱交換器４−１，４−２の冷媒の圧力が高い場合、霜の融解温度である０℃と冷媒の飽和温度との温度差が大きい。このため、並列熱交換器４−１，４−２に流れる冷媒は直ちに液化して、並列熱交換器４−１，４−２の内部に存在する液状態の冷媒の量が増える。この場合も、暖房運転に用いることができる冷媒の流量が相対的に減少するため、暖房能力が低下して室内の快適性が低下する。

これに対し、本実施の形態２は、並列熱交換器４−１，４−２の冷媒の圧力を飽和温度換算で０℃〜１０℃程度とすることによって、熱量が大きい潜熱をデフロストに利用しつつ、暖房運転に十分な冷媒を確保することができる。このため、暖房能力を維持し、室内の快適性を向上させることができる。なお、冷媒の量が多い場合、デフロスト対象の並列熱交換器４−１，４−２の冷媒の量が多くなっても、暖房運転に必要な冷媒の量が充分に存在する場合、デフロスト対象の並列熱交換器４−１，４−２の冷媒の飽和温度が１０℃より高くてもよい。また、並列減圧装置１０−１，１０−２が毛細管からなる場合、デフロスト対象の並列熱交換器４−１，４−２が飽和温度換算で０℃〜１０℃程度となる圧力となるように予め設計すればよい。

１ 圧縮機、２ 流路切替装置、３ 減圧装置、４−１，４−２ 並列熱交換器、５ 室内熱交換器、６−１，６−２ 第１の開閉装置、７ 並列配管、８ 流量調整装置、９−１，９−２ 第２の開閉装置、１０−１，１０−２ 並列減圧装置、１５ 主回路、２０ バイパス回路、３１ 第１の延長配管、３２ 第２の延長配管、３５ 吐出配管、３６ 吸入配管、３７−１，３７−２ 第１の接続配管、３８ 室外送風機、３９ バイパス配管、４０ 室内送風機、４１−１，４１−２ 第２の接続配管、９０ 制御装置、９１ 室内圧力センサ、９２−１，９２−２ 室外圧力センサ、９３ 室外温度センサ、９４ 室内温度センサ、１００，１０１ 空気調和装置、Ａ 室外機、Ｂ 室内機。

Claims (10)

1. 圧縮機、流路切替装置、室内熱交換器、減圧装置及び互いに並列に接続された複数の並列熱交換器が配管により接続され冷媒が流れる主回路と、
   前記圧縮機の吐出側と前記並列熱交換器とを接続し、前記圧縮機から吐出された冷媒の一部が分岐して流れるバイパス配管を有するバイパス回路と、
   前記バイパス配管に設けられ、前記バイパス配管に流れる冷媒の流量を調整する流量調整装置と、
   暖房運転時の冷媒の蒸発圧力を検出する蒸発圧力センサと、
   前記流路切替装置、前記減圧装置及び前記流量調整装置を制御する制御装置と、を備え、
   運転モードとして、複数の前記並列熱交換器が蒸発器として作用する通常暖房運転モードと、複数の前記並列熱交換器のうち一部の並列熱交換器をデフロスト対象として、他の並列熱交換器が蒸発器として作用する暖房デフロスト運転モードと、を有し、
   前記制御装置は、
   前記暖房デフロスト運転モード時に、デフロスト対象の前記並列熱交換器に冷媒が流れるように前記流量調整装置を開き、前記蒸発圧力センサによって検出された蒸発器として作用する前記並列熱交換器の蒸発圧力が、前記通常暖房運転モード時の蒸発圧力よりも低くなるように前記減圧装置を絞るものである
   空気調和装置。
2. 前記制御装置は、
   前記暖房デフロスト運転モード時に、前記流量調整装置の開度が大きいほど、前記減圧装置を絞る
   請求項１記載の空気調和装置。
3. 前記制御装置は、
   前記通常暖房運転モードから前記暖房デフロスト運転モードに切り替わったとき、前記圧縮機の周波数の変化に基づく冷媒の流量の増加分が、デフロスト対象の前記並列熱交換器に流れるように前記流量調整装置の開度を調整する
   請求項１又は２記載の空気調和装置。
4. 前記制御装置は、
   外気温度、前記通常暖房運転モード時の運転積算時間又は暖房デフロスト運転モード時のデフロスト時間に基づいて、デフロスト対象の前記並列熱交換器に冷媒が流れるように前記流量調整装置の開度を調整する
   請求項１〜３のいずれか１項に記載の空気調和装置。
5. 前記制御装置は、
   前記通常暖房運転モードから前記暖房デフロスト運転モードに切り替わったとき、前記圧縮機の周波数の変化分と、複数の前記並列熱交換器の熱交換面積に対する蒸発器として作用する前記並列熱交換器の熱交換面積の面積比率とに基づいて、前記減圧装置の開度を調整する
   請求項１〜４のいずれか１項に記載の空気調和装置。
6. 前記制御装置は、
   前記通常暖房運転モード時に、前記圧縮機の周波数が周波数閾値よりも低いとき、前記暖房デフロスト運転モードに切り替える
   請求項１〜５のいずれか１項に記載の空気調和装置。
7. 前記運転モードとして、複数の前記並列熱交換器をデフロスト対象とする逆サイクルデフロスト運転モードを更に有し、
   前記制御装置は、
   前記暖房デフロスト運転モードの運転時間が、予め設定された最大時間を超えた場合、前記通常暖房運転モードに切り替え、その後、前記逆サイクルデフロスト運転モードに切り替える
   請求項１〜６のいずれか１項に記載の空気調和装置。
8. 前記運転モードとして、複数の前記並列熱交換器をデフロスト対象とする逆サイクルデフロスト運転モードを更に有し、
   前記制御装置は、
   前記暖房デフロスト運転モードの運転が、予め設定された最大時間以内に終了した場合、前記逆サイクルデフロスト運転モードに切り替えるまでの前記通常暖房運転モード時の運転時間の最大時間を延長する
   請求項１〜６のいずれか１項に記載の空気調和装置。
9. 前記並列熱交換器が設けられ主回路から分岐する並列配管において、デフロスト対象の前記並列熱交換器と前記減圧装置との間に設けられ、デフロスト対象の前記並列熱交換器に流れる冷媒を減圧する並列減圧装置を更に備える
   請求項１〜８のいずれか１項に記載の空気調和装置。
10. 前記制御装置は、
    デフロスト対象の前記並列熱交換器の圧力が、飽和温度換算で０℃〜１０℃となるように、前記並列減圧装置の開度を調整する
    請求項９記載の空気調和装置。

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