JP2008224189A - 冷凍サイクル装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】除霜モードにおいて、凝縮用熱交換器における凝縮作用を行いつつ、空気熱交換器の霜を除霜させるのに有利な冷凍サイクル装置を提供する。
【解決手段】冷凍サイクル装置は、圧縮機1と、凝縮用熱交換器2と、膨張弁3と、蒸発用熱交換器4とをもつ。蒸発用熱交換器4は、空気熱交換器41と熱源熱交換器42とをもつ。圧縮機1の吐出ポート1oと空気熱交換器41とを繋ぐバイパス通路71とバイパス弁72とが設けられている。除霜モードを実施するにあたり、制御部6は、冷媒を熱源熱交換器42に流しつつ、冷媒を空気熱交換器41に供給する流量を無しまたは低減させ、バイパス弁72を開放させて圧縮機1からの高温高圧の冷媒をバイパス通路71およびバイパス弁72を介して空気熱交換器41に供給する。
【選択図】図1
【解決手段】冷凍サイクル装置は、圧縮機1と、凝縮用熱交換器2と、膨張弁3と、蒸発用熱交換器4とをもつ。蒸発用熱交換器4は、空気熱交換器41と熱源熱交換器42とをもつ。圧縮機1の吐出ポート1oと空気熱交換器41とを繋ぐバイパス通路71とバイパス弁72とが設けられている。除霜モードを実施するにあたり、制御部6は、冷媒を熱源熱交換器42に流しつつ、冷媒を空気熱交換器41に供給する流量を無しまたは低減させ、バイパス弁72を開放させて圧縮機1からの高温高圧の冷媒をバイパス通路71およびバイパス弁72を介して空気熱交換器41に供給する。
【選択図】図1
Description
本発明は冷凍サイクル装置に関する。冷凍サイクル装置は、冷媒の圧縮工程、凝縮工程、膨張工程、蒸発工程を行う装置を意味する。
冷凍サイクル装置として、冷媒を圧縮させる圧縮工程を行う圧縮機と、圧縮機を経た冷媒を凝縮させる凝縮工程を行う熱交換器と、凝縮工程を経た冷媒を膨張させる膨張弁と、膨張弁を経た冷媒を蒸発させる蒸発工程を行う空気熱交換器(室外熱交換器)とをもつものが知られている。このような冷凍サイクル装置としては特許文献1〜3が挙げられる。
このものによれば、圧縮機を経た高温高圧の冷媒は凝縮用熱交換器において凝縮工程を行い、凝縮熱を放出させ、暖房等を行う。凝縮工程を経た冷媒は膨張弁で膨張されて低圧化する。膨張弁により低圧化された冷媒は、蒸発器としての空気熱交換器に至り、蒸発工程を行い、冷媒の気体化が進行する。その後、冷媒は圧縮機に戻り、再び圧縮される。ここで、上記した運転が継続していくと、空気熱交換器付近の空気が空気熱交換器により冷却され、条件によっては、空気の湿分が空気熱交換器の表面に霜を生成することがある。上記したように空気熱交換器の表面における霜が成長すると、空気熱交換器の熱交換能力が低下するため、冷凍サイクル装置の運転に影響を与えるため、除霜を行うことが好ましい。
そこで、特許文献1、特許文献2は、圧縮機の吐出ポートと空気熱交換器とを繋ぐバイパス通路をメイン通路の他に設け、バイパス通路にバイパス弁を設けている。そして除霜条件が成立したときには、バイパス弁を開放し、圧縮機の吐出ポートから吐出された高温高圧の気体状の冷媒をバイパス通路を介して空気熱交換器に流すことにより、空気熱交換器の霜を除霜することにしている。
また、特許文献3は、2個の蒸発器を並列に設け、除霜時には、指令に基づいて吐出ガス冷媒を2個の蒸発器の双方に導入し、2個の蒸発器の霜を除霜することにしている。
特開昭59−219668号公報
特開2001−27452号公報
特許3271296号公報
しかしながら上記した各特許文献によれば、除霜は必ずしも効率的ではない。更に特許文献3に係る技術によれば、蒸発工程を行う複数の蒸発器が設けられているが、除霜時には、圧縮機の吐出ポートから吐出された高温高圧の気体状の冷媒を逆流させ、バルブを介して2個の蒸発器にそれぞれ供給する。このため除霜時には、2個の蒸発器による蒸発工程が実行されない。ひいては凝縮用熱交換器における凝縮量が制約され、除霜時に冷凍サイクル装置の能力(暖房能力)が大きく低下するおそれがある。
本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、蒸発工程を行う蒸発用熱交換器が、空気と熱交換する空気熱交換器と、熱源からの熱と熱交換する熱源熱交換器とを備える場合において、着霜状態の空気熱交換器に対して除霜しつつも、熱源熱交換器において蒸発工程を実施し、この結果、凝縮用熱交換器における凝縮作用を行いつつ空気熱交換器の霜を除霜させるのに有利な冷凍サイクル装置を提供することを課題とする。
(1)様相1に係る冷凍サイクル装置は、冷媒を圧縮させる圧縮工程を行う圧縮機と、圧縮機を経た冷媒を凝縮させる凝縮工程を行う凝縮用熱交換器と、凝縮工程を経た冷媒を膨張させる膨張弁と、膨張弁を経た冷媒を蒸発させる蒸発工程を行う蒸発用熱交換器と、除霜モードを実行する制御部とを具備しており、
蒸発工程を行う蒸発用熱交換器は、空気と熱交換する空気熱交換器と、熱源からの熱と熱交換する熱源熱交換器とを備える冷凍サイクル装置において、
凝縮用熱交換器を迂回して圧縮機の吐出ポートと空気熱交換器とを繋ぐバイパス通路と、バイパス通路から空気熱交換器に流れる冷媒の流量を調整するバイパス弁とを具備しており、
除霜モードを実施するにあたり、制御部は、凝縮用熱交換器および膨張弁を経た冷媒を前記熱源熱交換器に流して蒸発工程を実施しつつ、凝縮用熱交換器および膨張弁を経た冷媒を空気熱交換器に供給する流量を無しまたは低減させる操作と、バイパス弁を開放させることにより、圧縮機の吐出ポートから吐出された高温高圧の冷媒をバイパス通路およびバイパス弁を介して空気熱交換器に供給して空気熱交換器を除霜する操作とを実施することを特徴とする。
蒸発工程を行う蒸発用熱交換器は、空気と熱交換する空気熱交換器と、熱源からの熱と熱交換する熱源熱交換器とを備える冷凍サイクル装置において、
凝縮用熱交換器を迂回して圧縮機の吐出ポートと空気熱交換器とを繋ぐバイパス通路と、バイパス通路から空気熱交換器に流れる冷媒の流量を調整するバイパス弁とを具備しており、
除霜モードを実施するにあたり、制御部は、凝縮用熱交換器および膨張弁を経た冷媒を前記熱源熱交換器に流して蒸発工程を実施しつつ、凝縮用熱交換器および膨張弁を経た冷媒を空気熱交換器に供給する流量を無しまたは低減させる操作と、バイパス弁を開放させることにより、圧縮機の吐出ポートから吐出された高温高圧の冷媒をバイパス通路およびバイパス弁を介して空気熱交換器に供給して空気熱交換器を除霜する操作とを実施することを特徴とする。
除霜モードにおいては、凝縮用熱交換器および膨張弁を経た冷媒を空気熱交換器に供給する流量を無しまたは低減させる操作を実施する。従って、空気熱交換器における蒸発は制限される。更に、バイパス弁を開放させることにより、圧縮機の吐出ポートから吐出された高温高圧の冷媒(圧縮機で圧縮された冷媒)をバイパス通路およびバイパス弁を介して空気熱交換器に供給する操作を実施する。これにより高温高圧の冷媒が空気熱交換器に供給されるため、空気熱交換器の霜が低減または除去される。
この場合、凝縮用熱交換器および膨張弁を経た冷媒を熱源熱交換器に流すため、熱源熱交換器において蒸発が良好に行われ、冷凍サイクル装置の運転が良好に維持される。凝縮用熱交換器および膨張弁を経た冷媒を空気熱交換器に供給する流量を無しとする場合には、凝縮用熱交換器および膨張弁を経た冷媒(一般的には気液混合状態)と、圧縮機からの高温高圧の冷媒とが空気熱交換器において実質的に混合しない。このため、高温高圧の冷媒が空気熱交換器に集中して流れ、空気熱交換器の霜を効率よく除去できる。
(2)様相2に係る冷凍サイクル装置によれば、上記した様相において、空気温度を検知する空気温度センサが設けられており、制御部は、(i)空気温度が相対的に高いときには、空気温度が相対的に低いときよりも除霜モードを実施する単位時間あたりの実施頻度を低め、(ii)空気温度が相対的に低いときには、空気温度が相対的に高いときよりも除霜モードを実施する単位時間あたりの実施頻度を高めることを特徴とする。空気温度が低いほど空気熱交換器に着霜し易く、空気温度が高いほど空気熱交換器に着霜しにくいためである。
(3)様相3に係る冷凍サイクル装置によれば、上記した様相において、(i)膨張弁は、凝縮用熱交換器と空気熱交換器との間に設けられた第1膨張弁と、凝縮用熱交換器と熱源熱交換器との間に設けられた第2膨張弁とを備えており、(ii)除霜モードを実施するにあたり、制御部は、第1膨張弁の開度を0にするか、第1膨張弁の開度を通常運転モードの場合よりも減少させると共に、第2膨張弁の開度を通常運転モードの場合よりも増加させることを特徴とする。第1膨張弁の開度を0にするか、第1膨張弁の開度を通常運転モードの場合よりも減少させる。このため、高温高圧の冷媒が空気熱交換器に集中して流れ、空気熱交換器の霜を効率よく除去できる。第2膨張弁の開度を通常運転モードの場合よりも増加させるため、熱源熱交換器に供給される冷媒量が確保され、熱源熱交換器における蒸発工程が良好に実施されるため、冷凍サイクル装置の能力が低下することが抑制されている。
(4)様相4に係る冷凍サイクル装置によれば、上記した様相において、除霜モードを実施するにあたり、制御部は、(i)除霜モードの初期では、除霜モードの終期の場合よりも第2膨張弁の開度を減少させることにより、熱源熱交換器から吐出される冷媒の温度を除霜モードの終期の場合よりも高め、(ii)除霜モードの終期では、除霜モードの初期の場合よりも第2膨張弁の開度を増加させることにより、熱源熱交換器から吐出される冷媒の温度を除霜モードの初期の場合よりも低下させ、(iii)圧縮機の吸込ポートに吸い込まれる冷媒の温度の変動を抑制することを特徴とする。除霜モードの初期では、着霜状態の空気熱交換器の霜を融解させるため、空気熱交換器から吐出される冷媒の温度が相対的に低い。このため第2膨張弁の開度を相対的に減少させ、熱源熱交換器から吐出される冷媒の温度を相対的に高める。この結果、空気熱交換器から吐出された冷媒と熱源熱交換器から吐出された冷媒とが均温化される。
また除霜モードの終期では、空気熱交換器の霜の融解がかなり進行しているため、空気熱交換器から吐出される冷媒の温度が相対的に高い。このため第2膨張弁の開度を相対的に増加させ、熱源熱交換器に供給される冷媒量を増加させる。よって熱源熱交換器から吐出される冷媒の温度を相対的に低下させる。この結果、空気熱交換器から吐出された冷媒と熱源熱交換器から吐出された冷媒が均温化される。この結果、除霜モードの初期と終期において、圧縮機の吸込ポートに吸い込まれる冷媒の温度の変動を抑制することができる。故に圧縮機の部品の耐久性および寿命を向上させることができる。
(5)様相5に係る冷凍サイクル装置によれば、上記した様相において、空気用熱交換器の温度を検知する熱交温度センサが設けられており、除霜モードを実施するにあたり、制御部は、(i)熱交温度センサの検知温度が相対的に低いときには、熱交温度センサの検知温度が相対的に高いときよりも、第2膨張弁の開度を減少させることにより、熱源熱交換器から吐出される冷媒の温度を、熱交温度センサの検知温度が相対的に高いときよりも高め、(ii)熱交温度センサの検知温度が相対的に高いときには、熱交温度センサの検知温度が相対的に低いときよりも、第2膨張弁の開度を増加させることにより、熱源熱交換器から吐出される冷媒の温度を、熱交温度センサの検知温度が相対的に低いときよりも低下させ、(iii)圧縮機の吸込ポートに吸い込まれる冷媒の温度の変動を抑制することを特徴とする。熱交温度センサの検知温度が相対的に低いとき(例えば、除霜モードの初期)では、空気熱交換器の霜を積極的に融解させるため、空気熱交換器から吐出される冷媒の温度が相対的に低い。このため第2膨張弁の開度を相対的に減少させ、熱源熱交換器に供給される冷媒量を減少させ、熱源熱交換器から吐出される冷媒の温度を相対的に高める。この結果、空気熱交換器から吐出された冷媒と熱源熱交換器から吐出された冷媒が均温化される。
また熱交温度センサの検知温度が相対的に高いとき(例えば、除霜モードの終期)では、空気熱交換器の霜の融解がかなり進行しているため、空気熱交換器から吐出される冷媒の温度が相対的に高い。このため第2膨張弁の開度を相対的に増加させ、熱源熱交換器に供給される冷媒量を増加させ、熱源熱交換器から吐出される冷媒の温度を相対的に低める。この結果、空気熱交換器から吐出された冷媒と熱源熱交換器から吐出された冷媒とが均温化される。この結果、除霜モードにおいて、圧縮機の吸込ポートに吸い込まれる冷媒の温度の変動を抑制することができる。このように熱交換温度センサの検知温度の高低に応じて第2膨張弁の開度を調整すれば、熱交換温度センサの検知温度の変動の影響をできるだけ避けつつ、除霜できる。
(6)様相6に係る冷凍サイクル装置によれば、上記した様相において、空気用熱交換器の温度を検知する熱交温度センサが設けられており、除霜モードを実施するにあたり、制御部は、(i)熱交換温度センサの検知温度が相対的に高いときには、熱交換温度センサの検知温度が相対的に低いときよりもバイパス弁の開度を減少させ、(ii)熱交換温度センサの検知温度が相対的に低いときには、熱交換温度センサの検知温度が相対的に高いときよりも、バイパス弁の開度を増加させることを特徴とする。熱交換温度センサの検知温度が相対的に高いときには、空気熱交換器の霜の融解がかなり進行している。このためバイパス弁の開度を減少させ、バイパス通路から空気熱交換器に流れる高温高圧の冷媒の流量を相対的に低減させる。これに対して熱交換温度センサの検知温度が相対的に低いときには、空気熱交換器の霜の融解があまり進行していない。このためバイパス弁の開度を増加させ、バイパス通路から空気熱交換器に流れる高温高圧の冷媒の流量を相対的に増加させる。これにより着霜状態の空気熱交換器の霜を効果的に除去できる。このように熱交換温度センサの検知温度の高低に応じてバイパス弁の開度を調整すれば、熱交換温度センサの検知温度の変動の影響をできるだけ避けつつ、除霜できる。
(7)様相7に係る冷凍サイクル装置によれば、上記した様相において、除霜モードを実施するにあたり、制御部は、(i)冷凍サイクル装置の冷媒循環量が多いときには、冷媒循環量が少ないときよりもバイパス弁の開度を増加させ、(ii)冷媒循環量が少ないときには、冷媒循環量が多いときよりもバイパス弁の開度を減少させることを特徴とする。冷凍サイクル装置の冷媒循環量が多いときには、空気熱交換器に相対的に着霜し易いため、バイパス通路から空気熱交換器に流れる高温高圧の冷媒の流量を相対的に増加させる。これに対して、冷凍サイクル装置の冷媒循環量が少ないときには、空気熱交換器に相対的に着霜し難いため、バイパス通路から空気熱交換器に流れる高温高圧の冷媒の流量を相対的に減少させる。このように当該冷媒循環量に応じてバイパス弁の開度を調整すれば、当該冷媒循環量の変動の影響をできるだけ避けつつ、除霜できる。
(8)様相8に係る冷凍サイクル装置によれば、上記した様相において、除霜モードを実施するにあたり、制御部は、圧縮機の吐出ポート側の冷媒高圧と圧縮機の吸込ポート側の冷媒低圧との間の圧力差を求め、(i)圧力差が高いときには、圧力差が少ないときよりもバイパス弁の開度を減少させ、(ii)圧力差が低いときには、圧力差が高いときよりもバイパス弁の開度を増加させることを特徴とする。当該圧力差が高いときには、圧力差が少ないときよりも、高温高圧の冷媒がバイパス弁から急激に吐出されるため、バイパス弁の開度を相対的に減少させる。これに対して、当該圧力差が低いときには、圧力差が高いときよりも、高温高圧の冷媒がバイパス弁から急激に吐出されにくいため、バイパス弁の開度を相対的に増加させる。このように当該圧力差に応じてバイパス弁の開度を調整すれば、当該圧力差の変動の影響をできるだけ避けつつ、除霜できる。
本発明によれば、除霜モードにおいて、凝縮用熱交換器および膨張弁を経た冷媒を空気熱交換器に供給する流量を無しまたは低減させる操作を、制御部は実施する。更に、バイパス弁を開放させることにより、圧縮機の吐出ポートから吐出された高温高圧の冷媒をバイパス通路およびバイパス弁を介して空気熱交換器に供給する操作を、制御部は実施する。これにより高温高圧の冷媒が空気熱交換器に供給されるため、空気熱交換器の霜が効率よく低減または除去される。
上記した除霜モードを実施しているときには、凝縮用熱交換器および膨張弁を経た冷媒を熱源熱交換器に流し続けるため、熱源熱交換器において蒸発工程が良好に実施され、冷媒蒸発量が確保される。故に、凝縮用熱交換器の凝縮作用(例えば暖房作用)が良好に得られ、冷凍サイクル装置の運転が良好に維持される。
本発明によれば、蒸発工程を行う蒸発用熱交換器が、空気と熱交換する空気熱交換器と、熱源(例えば加熱水、電気ヒータ、太陽エネルギ、コージェネ)からの熱と熱交換する熱源熱交換器とを備える場合において、空気熱交換器に対して除霜しつつも、熱源熱交換器において蒸発工程を実施する。この結果、凝縮用熱交換器における凝縮作用を行いつつ、空気熱交換器の霜を除霜させるのに有利となる。
冷凍サイクル装置は、冷媒の圧縮工程、冷媒の凝縮工程、冷媒の膨張工程、冷媒の蒸発工程の冷凍サイクルを実施する装置であり、加熱機能または冷却機能をもつ。加熱機能としては暖房機能が例示される。冷凍サイクル装置としては、暖房機能をもつ空気調和装置、冷凍装置が例示される。冷凍サイクルの蒸発温度は凍結点以下を意味するものではなく、水の凍結点よりも高温となる形態も含む。冷凍サイクル装置は、通常運転モードを実施しつつ、設定時間(例えば30分間)経過すると、定期的に除霜モードを実施しても良い。また、通常運転モードの開始から設定時間経過すると、除霜モードを実施しても良い。また、着霜判定モードを実施し、着霜有りと判定されるときには、除霜モードを実施しても良い。
蒸発工程を行う蒸発用熱交換器は、空気(外気)と熱交換する室外熱交換器(空気熱交換器)と、熱源からの熱と熱交換する熱源熱交換器とを備える形態が例示される。熱源としては、加熱水、ヒータ、太陽エネルギ、ガスエンジンコージェネ(発電と熱利用)等が例示される。加熱水としては、エンジン冷却水、燃料電池システムにおける温水、貯湯槽の温水が例示される。
以下、本発明の実施例1について図1を参照して説明する。図1は冷凍サイクル装置(冷却サイクル装置)のシステム図を示す。図1に示すように、冷凍サイクル装置は、気体状の冷媒を圧縮させて高温高圧とする圧縮工程を行う圧縮機1と、圧縮機1を経た高温高圧の冷媒を凝縮させる凝縮工程を行う凝縮用熱交換器2と、凝縮工程を経た冷媒を膨張させて低圧化させる膨張弁3と、膨張弁3を経た冷媒を蒸発させる蒸発工程を行う蒸発用熱交換器4と、膨張弁3の開度を制御する制御部6とを備えている。制御部6はメモリ60とタイマ機能を有するCPU61とをもつ。
図1に示すように、凝縮用熱交換器2は室内に配置されており、室内熱交換器として機能する。凝縮用熱交換器2はファン2fをもち、室内の空気(媒体)との熱交換性を高めている。蒸発工程を行う蒸発用熱交換器4は、空気と熱交換する空気熱交換器41と、熱源からの熱と熱交換する熱源熱交換器42とを備えている。空気熱交換器41は室外に配置されているため、第1室外熱交換器として機能する。熱源熱交換器42は室外に配置されているため、第2室外熱交換器として機能する。空気熱交換器41はファン41fをもち、室内の空気(媒体)との熱交換性を高めている。
熱源熱交換器42は、温水状態の加熱水(加熱液)が流れると共に熱発生源45に繋がる加熱水通路43(加熱液通路)をもつ。熱発生源45はガスエンジン等のエンジンでも良いし、電気ヒータでも良いし、燃料電池システム、ガスエンジンコージェネ(発電と熱利用)でも良い。加熱水は、熱発生源45から受熱して温水状態とされているため、熱源熱交換器42において冷媒の蒸発を促進させる熱源として機能する。加熱水通路43には供給弁44v(加熱液供給要素)およびポンプ44p(加熱液搬送源)設けられている。供給弁44vの開度およびポンプ44pの駆動力は、熱源熱交換器42に伝達される伝熱量、熱源熱交換器42における冷媒蒸発量に影響を与える。従って、供給弁44vおよびポンプ44pは、熱源熱交換器42に伝達される伝熱量を調整する熱量調整手段として機能する。
更に図1に示すように、空気熱交換器41が配置されている空気(外気)の温度T1を検知する空気温度センサ51が設けられている。空気熱交換器41の温度T2を検知することにより、空気熱交換器41の蒸発温度を検知する熱交温度センサ52が設けられている。熱交温度センサ52は、空気熱交換器41における冷媒の蒸発を考慮し、空気熱交換器41の出口41o側に設けられている。但しこれに限らず、空気熱交換器41における熱交換通路長さが100として相対表示されるときには、空気熱交換器41の出口41oから入口41iに向けて70以内または50以内の位置に、熱交温度センサ52のセンサ部を配置することもできる。空気温度センサ51および熱交温度センサ52の温度信号は制御部6に入力される。制御部6は第1膨張弁31、第2膨張弁32、圧縮機1、供給弁44v、ポンプ44pを制御する。
図1に示すように、空気熱交換器41および熱源熱交換器42は、互いに並列とされているものの、凝縮用熱交換器2に対しては直列とされている。凝縮用熱交換器2と空気熱交換器41との間には第1膨張弁31(電子膨張弁)が設けられている。凝縮用熱交換器2と熱源熱交換器42との間には第2膨張弁32(電子膨張弁)が設けられている。圧縮機1の吐出ポート1oと空気熱交換器41とを繋ぐバイパス通路71が凝縮用熱交換器2を迂回するように設けられている。バイパス通路71を流れる冷媒は、凝縮用熱交換器2を流れずに凝縮用熱交換器2を迂回して空気熱交換器41の入口41iに至る。図1に示すように、バイパス通路71の上流71uは、凝縮用熱交換器2と圧縮機1の吐出ポート1oとの間に繋がれている。バイパス通路71の下流71dは、第1膨張弁31と熱源熱交換器41の入口41iとの間に繋がれている。バイパス通路71から空気熱交換器41の入口41iに流れる冷媒の流量を調整するバイパス弁72がバイパス通路71に設けられている。第1膨張弁31、第2膨張弁32、バイパス弁72は、開度が連続的にまたは多段階的に可変な可変弁とすることができる。但し、場合によっては、開度が100%および0%に切り替えられるオンオフ弁でも良い。
通常運転モードによれば、圧縮機1が駆動して高温高圧の気体状の冷媒を生成する。圧縮機1で圧縮された気体状の高温高圧の冷媒は、圧縮機1の吐出ポート1oから吐出され、凝縮用熱交換器2において凝縮工程を行い、凝縮熱を放出させる。このように暖房運転が実施される。ファン2fの回転により凝縮熱の放出が確保される。凝縮工程を経た冷媒は、分岐点9aで分岐される。分岐点9aは第1膨張弁31および第2膨張弁32の上流に位置する。分岐された冷媒は、第1膨張弁31で膨張されて低圧化された後(一般的には気液混合状態)に空気熱交換器41に流されて空気熱交換器41において熱交換を行ない、蒸発する。また、分岐された冷媒は、第2膨張弁32で膨張されて低圧化された後(一般的には気液混合状態)に熱源熱交換器42に流され熱源熱交換器42において熱交換を行い、蒸発する。
これにより冷媒の蒸発工程が空気熱交換器41および熱源熱交換器42の双方において実施される。即ち、第1膨張弁31により低圧化された冷媒は、蒸発器としての空気熱交換器41に至り蒸発工程を行い、冷媒の気体化が進行する。第2膨張弁32により低圧化された冷媒は、蒸発器としての熱源熱交換器42に至り蒸発工程を行い、冷媒の気体化が進行する。その後、蒸発が進行した冷媒は圧縮機1の吸込ポート1sに戻り、再び圧縮され、吐出ポート1oから凝縮用熱交換器2に向けて吐出される。このように通常運転モードの暖房運転が行われる。
ここで、上記した通常運転モードの暖房運転が継続していくと、空気熱交換器41付近の空気が空気熱交換器41により冷却される。運転条件によっては、空気の湿分が空気熱交換器41の表面に霜を生成することがある。そこで、着霜が認められたときには、制御部6は除霜モードを実施する。あるいは、設定時間が経過すると、制御部6は除霜モードを実施する。
上記した除霜モードにおいては、制御部6は次のa操作、b操作、c操作を実施する。a操作、b操作、c操作の順に行うことが好ましいが、必ずしもこれに限定されず、同時に行っても良い。
(a操作)第1膨張弁31を閉鎖して第1膨張弁31の開度を0とする。これにより凝縮用熱交換器2および第1膨張弁31を経た冷媒(一般的には気液混合状態)を、入口41iから空気熱交換器41に供給する流量を無しとする。このため除霜モードでは、空気熱交換器41の蒸発工程は実施されない。
(b操作)第2膨張弁32を開放状態に維持する。これにより凝縮用熱交換器2および第2膨張弁32を経て低圧化された冷媒(気液混合状態)を、入口42iから熱源熱交換器42に流す。このため熱源熱交換器42に流れた冷媒は、加熱水通路43の加熱水を熱源として加熱され、熱源熱交換器42において冷媒の蒸発が進行し、蒸発工程が実施される。このため除霜モードでは、空気熱交換器41の蒸発工程は実施されないものの、熱源熱交換器42の蒸発工程は実施される。これにより冷凍サイクル装置における蒸発工程が良好に実施され、凝縮用熱交換器2における凝縮作用が得られ、暖房運転の能力が良好に維持される。なお、第2膨張弁32の開度は、通常運転モードの場合と同一でも良いし、通常運転モードの場合よりも増加させても良い。
(c操作)バイパス通路71のバイパス弁72を開放させる。これにより圧縮機1の吐出ポート1oから吐出された高温高圧の気体状の冷媒(例えば60〜90℃)を、バイパス通路71およびバイパス弁72を介して空気熱交換器41の入口41iに供給する。これにより空気熱交換器41の表面に生成していた霜が融解される。この場合、気体状の冷媒は空気熱交換器41において凝縮熱を放出して液化する。
上記した本実施例によれば、除霜モードを実施するときには、圧縮機1の吐出ポート1oから吐出された高温高圧の気体状の冷媒が、着霜状態の空気熱交換器41の入口41iから空気熱交換器41の内部に流れ、空気熱交換器41の霜を効率よく融解できる。
更に本実施例によれば、除霜モードを実施するときには、第1膨張弁31を閉鎖して第1膨張弁31の開度を0とする。これにより凝縮用熱交換器2および第1膨張弁31を経た冷媒(一般的には気液混合状態)を、入口41iから空気熱交換器41に供給する流量を無しとする。このためバイパス通路71およびバイパス弁72を介して空気熱交換器41に供給する単位時間あたりのバイパス冷媒(以下、単にバイパス冷媒という)の流量を小さくしたとしても、空気熱交換器41を効果的に暖めて除霜できる。このように除霜モード時においてバイパス冷媒の単位時間当たりの流量を小さくできるため、暖房機能を発揮する凝縮用熱交換器2に供給される冷媒流量、凝縮冷媒量が多く確保され、除霜モード時における暖房能力が良好に維持される。更に、除霜モード時においてバイパス冷媒の単位時間当たりの流量を小さくできるため、凝縮用熱交換器2および第1膨張弁31を経た冷媒(一般的には気液混合状態)に合流するバイパス冷媒の流量が少量とされる。このため、合流する際に発生する気流音が抑制される。
上記したように暖房運転能力をあまり低下させずに空気熱交換器41を除霜できるため、除霜モードを定期的に高頻度で行うことが可能となる。更に、空気熱交換器41に僅かの霜が生成された状態(うっすらと着霜した状態)でも、あるいは、着霜が検知されない段階であっても、除霜モードを実施することができ、霜の成長を抑えるのに有利となる。
第1膨張弁31を閉じると、空気熱交換器41側において冷媒が滞留するおそれがある。いわゆる冷媒の寝込みである。この場合、冷凍サイクル装置における冷媒量が不足するおそれがあり、運転能力が低下するおそれがある。この点本実施例によれば、第1膨張弁31を閉じつつも、バイパス通路71のバイパス弁72を開放させることにより、圧縮機1の吐出ポート1oから吐出された高温高圧の冷媒を、バイパス通路71およびバイパス弁72を介して空気熱交換器41の入口41iに流入させることにしている。このため上記した冷媒の寝込み(滞留)は抑制される。
なお、上記したa操作において、除霜モードを実施するときには、第1膨張弁31を全閉して第1膨張弁31の開度を0としているが、これに限らず、第1膨張弁31の開度を微小量(例えば、通常運転モード時の開度を基準として5%以下)とし、凝縮用熱交換器2および第1膨張弁31を経た冷媒を空気熱交換器41に供給する流量を微小量としても良い。
実施例2は図1を準用する。本実施例は実施例1と基本的には同様の構成および作用効果をもつ。以下、異なる部分を中心として説明する。着霜判定モードを実施し、着霜有りと判定されるときには、除霜モードを実施する。以下、着霜判定モードについて説明する。空気熱交換器41の表面に着霜が発生すると、空気熱交換器41の熱交換効率が低下するため、暖房運転能力が低下する。故に、空気熱交換器41における冷媒の蒸発工程が損なわれ、冷媒の蒸発量が抑制され、空気熱交換器41における冷媒の圧力が次第に低下する。この場合、空気熱交換器41における蒸発温度(熱交温度センサ52の検知温度)が次第に低下する。従って空気温度T1と熱交温度センサ52の検知温度T2との間の温度差ΔTが増加する。このため、着霜判定モードにおいては、空気熱交換器41において着霜が発生していことがΔTに基づいて制御部6により検知される。
本実施例によれば、図1に示すように、熱源(加熱水)の熱と冷媒の熱とを熱交換する熱源熱交換器42が設けられている。この場合、冷媒の蒸発工程は、空気と熱交換する空気熱交換器41と、熱源からの熱と熱交換する熱源熱交換器42との双方において行われる。この場合、運転が継続すると、熱源熱交換器42の熱源(温水状態の加熱水)からの熱の伝達により空気熱交換器41の冷媒圧力が増加し、空気熱交換器41の冷媒の温度が上昇してしまうことがある。この場合、空気熱交換器41の表面において着霜が発生していたにもかかわらず、空気温度T1と空気熱交換器41における蒸発温度T2との温度差ΔT(ΔT=T1−T2)が減少する。このため、空気熱交換器41において着霜が発生しているにもかかわらず、当該着霜が良好に検知されないおそれがある。
そこで、本実施例によれば、制御部6は暖房運転を実施しつつも、着霜判定モードを定期的または不定期的に行う。この場合、暖房運転中において、制御部6は、第1膨張弁31を経た冷媒を空気熱交換器41に流して空気熱交換器41において熱交換を行ない蒸発させると共に、第2膨張弁32を閉鎖して熱源熱交換器42に冷媒を流さない。あるいは、第2膨張弁32の開度を通常運転モードの暖房運転の場合よりもかなり小さくして、熱源熱交換器42に流れる冷媒量を減少させる。この場合、熱源熱交換器42の熱源(加熱水)の熱が空気熱交換器41に積極的に伝播されない。このため、熱源熱交換器42から空気熱交換器41への単位時間あたりの伝熱量は、通常運転モードの暖房運転の場合よりもかなり減少させることができる。この場合、蒸発工程における熱源は、基本的には空気熱交換器41に依存することになる。ここで、仮に、空気熱交換器41の表面に着霜が発生した場合には、空気熱交換器41における熱交換効率が低下する。故に、空気熱交換器41における冷媒の蒸発工程が損なわれ、冷媒蒸発量が低下し、空気熱交換器41における冷媒の圧力が次第に低下する。この場合、空気熱交換器41における蒸発温度、つまり熱交温度センサ52で検知される温度T2が次第に低下する。ここで、空気温度T1は基本的に変動しないと推定されるため、空気温度T1と熱交温度センサ52の温度T2(空気熱交換器41における蒸発温度)との温度差ΔTが増加する。
このように着霜判定モードにおいて第2膨張弁32の閉弁方向へ動作させれば、上記した温度差ΔTが増加する。このため、空気熱交換器41の表面において着霜が発生していることが、ΔTに基づいて、制御部6により良好に検知される。ここで、ΔTの大きさが所定値以上であれば、空気熱交換器41の表面において着霜していると判定される。ΔTの大きさが所定値未満であれば、空気熱交換器41の表面において着霜していないと判定される。
図2および図3は実機で行った試験例のデータを示す。図2の横軸は時間(相対表示)を示し、縦軸は温度(相対表示)を示す。空気温度T1の変化は特性線T10として示される。空気熱交換器41の蒸発温度T2は特性線T20として示される。時刻t0〜時刻t1では第1膨張弁31および第2膨張弁32が開放され、凝縮用熱交換器2で凝縮熱を放出する通常運転モードの暖房運転が実施されている。この場合には、熱源熱交換器42を流れる加熱水通路43の温水状態の加熱水の熱の変動の影響を受けるため、時刻t0〜時刻t1においては空気熱交換器41の温度T2が相対的に高温となる。時刻t1〜時刻t2において着霜判定モードAが実施されている。着霜判定モードAでは、時刻t1において第1膨張弁31が開放されるものの、第2膨張弁32が開放状態から閉鎖状態に切り替えられる。着霜判定モードAでは、第2膨張弁32が閉鎖されているため、基本的には熱源熱交換器42に冷媒が流れなくなる。このため、熱源熱交換器42を流れる加熱水(熱源)の熱の変動の影響を、空気熱交換器41の冷媒は受けにくい。故に、時刻t1〜時刻t2間において空気熱交換器41の温度T2が相対的に低温化する。しかしまだ空気熱交換器41の表面に着霜されていないため、図2に示す温度差ΔTa(ΔTa=T1−T2)は小さいといえる。
時刻t2〜時刻t3では着霜判定モードAが終了しており、通常運転モードの暖房運転が実施されている。従って第1膨張弁31および第2膨張弁32が開放され、凝縮用熱交換器2で凝縮熱を放出する暖房運転が実施されている。時刻t2〜時刻t3の間に、空気熱交換器41の表面に着霜させた。
時刻t3では第1膨張弁31が開放されているものの、第2膨張弁32が閉鎖される。即ち、時刻t3〜時刻t4において着霜判定モードBが実施されている。着霜判定モードBでは、前記したように第2膨張弁32が閉鎖され、基本的には熱源熱交換器42に冷媒が流れなくなる。このため、熱源熱交換器42を流れる加熱水(熱源)の熱の変動の影響を、空気熱交換器41は受けにくい。このため、時刻t3〜時刻t4間において特性線T20として示すように、空気熱交換器41の温度T2が相対的に低温化される。この場合、着霜判定モードBにおけるΔTbは、着霜判定モードAにおけるΔTaよりも増加する(ΔTb>ΔTa)。このように本試験例によれば、空気熱交換器41の表面に着霜されていない場合には、温度差ΔT(ΔT=T1−T2)は小さいものとして制御部6に検知される。これに対して空気熱交換器41の表面に着霜されている場合には、ΔTb、即ち、温度差ΔT(ΔT=T1−T2)は大きいものとして制御部6に検知される。このように空気熱交換器41の着霜が成長していると、温度差ΔTが大きくなるため、温度差ΔTが大きくなると、バイパス弁72の開度を制御部6は増加させることが好ましい。ΔTが小さいと、バイパス弁72の開度を制御部6は減少させることが好ましい。
図3の横軸は時間(相対表示)を示し、縦軸は温度(相対表示)および冷媒の圧力(相対表示)を示す。図3において、特性線P1は圧縮機1の吐出ポート1o側の高圧冷媒の圧力を示す。特性線P2は圧縮機1の吸込ポート1s側の低圧冷媒の圧力を示す。特性線T40は凝縮用熱交換器2からの空気の温度(吹出温度)T4を示す。図3から理解できるように、通常運転モードの暖房運転中において着霜判定モードA,Bを実施したとしても、凝縮用熱交換器2からの空気の温度は特性線T40として示されているように、あまり変化がない。つまり通常運転モードの暖房運転中において着霜判定モードA,Bを実施したとしても、暖房運転能力の低下を抑制させることができることを意味する。
本実施例では次の形態を採用しても良い。
(i)上記した温度差の判定は、着霜判定モードを開始してから設定時間経過後に行う。設定時間としては例えば3分、5分、7分が例示される。設定時間としては1〜10分が望ましく、より望ましくは2〜7分、3〜5分が良い。設定時間が短すぎると、温度差が小さすぎて判定精度が落ちるので好ましくない。設定時間が長すぎると、通常運転モードの停止時間が長くなり、暖房運転上好ましくない。
(ii)上記した温度差の測定は、空気熱交換器41の蒸発温度が安定したときに行うこともできる。蒸発温度が安定したときとは、例えば、設定時間(例えば10秒間)ごとに温度変化量を計測し、1分間あたりの温度変化量がプラスマイナス1℃以内となったときをいう。なお、両温度の計測時間間隔は設定時間よりもはるかに短い時間(例えば0.1秒)で行う。
(iii)空気温度と空気熱交換器41の蒸発温度との温度差で判定する代わりに、着霜判定モード開始の空気熱交換器41の蒸発温度と、着霜判定モード開始から設定時間経過後における空気熱交換器41の蒸発温度との温度差で判定しても良い。この場合も上記した(i)(ii)は同様に当てはまる。
(iv)空気温度と空気熱交換器41の蒸発温度との温度差で判定する代わりに、着霜判定モード開始時における空気温度と空気熱交換器41の蒸発温度との温度差ΔToを求める。更に着霜判定モード開始から設定時間経過後における空気温度と空気熱交換器の蒸発温度との温度差ΔTを求める。そして両者の比(ΔT/ΔTo)が設定値よりも大きいか否かで判定しても良い。例えば、当該比が2より大きいと、制御部6は着霜していると判定する。この場合も上記した(i)(ii)は同様に当てはまる。
(v)空気温度と空気熱交換器41の蒸発温度との温度差で判定する代わりに、着霜判定モード開始時における空気熱交換器41の蒸発温度の変化率で判定しても良い。例えば変化率が2℃/分よりも大きいと、着霜していると判定する。この変化率は、着霜判定モード開始してから設定時間経過後までの変化率とすることができる。設定時間としては温度差による判定の時よりも短い時間(例えば1分間)で行うことができる。
実施例3は図1を準用する。本実施例は実施例1と基本的には同様の構成および作用効果をもつ。以下、異なる部分を中心として説明する。図4は制御部6のCPU61が実行する制御形態Aのフローチャートを示す。YはYESに相当する。NはNOに相当する。図4に示すように、先ず、制御部6は電源投入と共に通常運転モードの暖房運転を実施する(ステップS2)。制御部6は、暖房運転の開始から設定時間β1(例えば30分)以上経過したか否か、または、除霜モードの終了から設定時間β1経過したか否か、または、着霜判定モード(着霜無し)の終了から設定時間β1(例えば30分)以上経過したか否か、判定する(ステップS4)。設定時間β1経過していれば(ステップS4のYES)、制御部6は着霜判定モードを実施する(ステップS6)。着霜判定モードでは、制御部6は、第1膨張弁31を開放させつつ、第2膨張弁32を閉鎖するか第2膨張弁32の開度を暖房通常モードにおける開度よりもかなり小さくする、更に、空気温度センサ51で検知された空気温度T1と、熱交温度センサ52により検知された温度T2とを読み込む。T1−T2の温度差ΔTを求める。
次に、ΔTがしきい値温度α1(例えば7℃)よりも大きいか否か判定する(ステップS8)。温度差ΔTがしきい値温度α1(例えば7℃)よりも大きくなければ(ステップS8のNO)、第2膨張弁32を開放させ(ステップS9)、ステップS2に戻る。これに対して温度差ΔTがしきい値温度α1(例えば7℃)よりも大きいとき(ステップS8のYES)、制御部6は、空気熱交換器41の表面に着霜されていると推定し、除霜モードを実行する(ステップS10)。除霜モードにおいては、a操作を実施すべく、第1膨張弁31を閉鎖して第1膨張弁31の開度を0とする。更にb操作を実施すべく、第2膨張弁32を開度を増加させる。更にc操作を実施すべく、バイパス通路71のバイパス弁72を開放させる。これにより圧縮機1の吐出ポート1oから吐出された高温高圧の冷媒(例えば60〜90℃)を空気熱交換器41に供給し、空気熱交換器41の霜を融解させる。温度差ΔT(ΔT=T1−T2)がしきい値温度α2(例えば2℃)以下となれば、温度T2が昇温しており、空気熱交換器41の除霜が完了したと推定し、制御部6は除霜モードを終了し(ステップS12のYES)し、ステップS2に戻る。
図5は制御部6のCPU61が実行する制御形態Bのフローチャートを示す。図5に示すように、先ず、制御部6は電源投入と共に通常運転モードの暖房運転を実施する(ステップSB2)。制御部6は、暖房運転の開始から設定時間β1(例えば30分)以上経過したか否か、または、除霜モードの終了から設定時間β1経過したか否か、または、着霜判定モード(着霜無し)の終了から設定時間β1(例えば30分)以上経過したか否か、判定する(ステップSB4)。設定時間β1経過していれば、制御部6は着霜判定モードを実施する(ステップSB6)。着霜判定モードでは、制御部6は、第1膨張弁31を開放させつつ、第2膨張弁32を閉鎖するか、あるいは、第2膨張弁32の開度を暖房通常モードの暖房運転における開度よりもかなり小さくする。更に温度差ΔTを検知する。
着霜判定モードの連続実行回数がしきい値回数η1(例えば5回)未満であれば(ステップSB8のNO)、空気熱交換器41の表面において着霜していないと推定されるため、制御部6は除霜モードを実行せず、第2膨張弁32を開放し(ステップSB9)、ステップSB2に戻る。しかし着霜判定モードが連続実行回数がしきい値回数η1以上であれば(ステップSB8のYES)、空気熱交換器41の表面において着霜している可能性が高いと推定されるため、制御部6は除霜モードを実行する(ステップSB10)。除霜モードでは、第1膨張弁31を閉鎖する。更に第2膨張弁32を開度を通常モードよりも増加させる。更にバイパス通路71のバイパス弁72を開放させる。空気熱交換器41の出口41o側の温度T2がしきい値温度α3(例えば0℃)を越えていれば、空気熱交換器41の除霜が完了したと判定し、制御部6はステップSB2に戻る。上記した制御形態Bでは、着霜判定モードの連続実行回数はカウントされている。除霜モードが実行されると、着霜判定モードの連続実行回数のカウントはリセットされる。着霜判定モードにより着霜判定されて除霜モードを実行しても、上記カウントはリセットされる。この制御を行う理由は、着霜判定モードで万一着霜が見逃されても(例えば、冷媒不足などの場合に着霜判定ミスが生じるおそれがある)、除霜を確実に行うためである。
実施例4は図1を準用する。本実施例は実施例1と基本的には同様の構成および作用効果をもつ。以下、異なる部分を中心として説明する。上記したように除霜モードにおいて、第1膨張弁31を閉鎖させるため、空気熱交換器41における蒸発量が期待できない。そこで、外部熱源熱交換器42における冷媒蒸発量を確保する必要がある。このため制御部6は熱発生源45の熱発生量を増加させ、加熱水通路43における加熱水の温度を上昇させる。これにより熱源熱交換器42の熱交換効率を増加させ、熱源熱交換器42の冷媒蒸発量を増加させる。
あるいは、熱発生源45の発熱量が基本的には変化しないときには、加熱水通路43における供給弁44vの開度を通常運転モードの場合よりも増加させる操作と、ポンプ44pの単位時間あたりの回転数を通常運転モードの場合よりも増加させる操作とのうち一方または双方を実施しても良い。これにより加熱水通路43の加熱水から熱源熱交換器42に供給される熱量が増加し、熱源熱交換器42の熱交換効率、冷媒凝縮量が増加される。この結果、蒸発工程における冷媒蒸発量の不足が補われる。
更に除霜モードの開始時には、着霜量が多いため、バイパス弁72の開度を増加させて高温高圧の冷媒を空気熱交換器41に多めに供給する。これに対して除霜モードの時間が経過すると、着霜量が減少していくため、バイパス弁72の開度を次第に減少させて高温高圧の冷媒を空気熱交換器41に少なめに供給する。 図6はメモリ60の所定のエリアに格納されている除霜用マップを示す。この除霜用マップには、除霜モードの開始時刻からの経過時間ta(除霜モード中)と、バイパス弁72の開度Bとの関係が格納されている。除霜モードの開始時刻からの経過からの経過時間taが短い(除霜モード中)ときには、霜の解凍があまり進行していないので、バイパス弁72の開度Bを大きくする。除霜モードの経過時間taが長くなると、霜の解凍がかなり進行してくるので、バイパス弁72の開度Bを小さくさせる。この除霜マップの結果が実質的に得られるような演算式により、経過時間taに基づいてバイパス弁72の開度Bを求めても良い。本実施例では、他の条件は基本的にはあまり変化しないように維持されている状態で、経過時間taとバイパス弁72の開度Bとの関係を設定している。
実施例5は図1を準用する。本実施例は実施例1と基本的には同様の構成および作用効果をもつ。以下、異なる部分を中心として説明する。空気の温度を空気温度センサ51で検知する。そして除霜モードにおいて、空気温度が相対的に高いときには、空気温度が相対的に低いときよりも、制御部6は、単位時間において除霜モードを実施する実施頻度を減少させる。これに対して、空気温度センサ51で検知した空気温度が相対的に低いときには、空気温度が相対的に高いときよりも、制御部6は、単位時間において除霜モードを実施する実施頻度を増加させる。その理由としては、空気温度が高いほど空気熱交換器に着霜しにくいものの、空気温度が低いほど空気熱交換器41に着霜し易いためである。図7はメモリ60の所定のエリアに格納されている除霜用マップを示す。この除霜用マップには、空気温度T1と、除霜モード間の間隔設定時間tとの関係が格納されている。空気温度T1が低温となるつれて、間隔設定時間tが短くなり、空気温度T1が高温となるつれて、間隔設定時間tが長くなるように設定されている。この除霜マップの結果が実質的に得られるような演算式により、空気温度T1に基づいて間隔設定時間tを求めても良い。本実施例では、他の条件は基本的にはあまり変化しないように維持されている状態で、空気温度T1と除霜モード間の間隔設定時間tとの関係を設定している。
実施例6は図1を準用する。本実施例は実施例1と基本的には同様の構成および作用効果をもつ。以下、異なる部分を中心として説明する。空気熱交換器41の出口41oから吐出される冷媒の温度は、熱交温度センサ52で検知される。除霜モードの初期では、空気熱交換器41に生成されている霜をかなり融解させるため、除霜モードの終期よりも、空気熱交換器41の出口41oから吐出される冷媒の温度が相対的に低い。このため除霜モードの初期では、除霜モードの終期よりも、第2膨張弁32の開度を相対的に減少させる。これにより熱源熱交換器42を流れる単位時間あたりの冷媒の流量を相対的に減少させ、熱源熱交換器42の出口42oから吐出される冷媒の温度を相対的に高める。この結果、空気熱交換器41の出口41oから吐出された冷媒と、熱源熱交換器42の出口42oから吐出された冷媒とが均温化される。
これに対して除霜モードの終期では、除霜モードの初期よりも、空気熱交換器41の霜の融解がかなり進行しているため、空気熱交換器41の出口41oから吐出される冷媒の温度が相対的に高くなる。このため除霜モードの終期では、除霜モードの初期よりも、第2膨張弁32の開度を相対的に増加させ、熱源熱交換器42を流れる単位時間あたりの冷媒の流量を相対的に増加させ、熱源熱交換器42の出口42oから吐出される冷媒の温度を相対的に低める。この結果、空気熱交換器41の出口41oから吐出された冷媒と、熱源熱交換器42の出口42oから吐出された冷媒とが合流点9cで合流すると、冷媒の温度ができるだけ均温化される。この結果、除霜モードの初期と終期とにおいて、圧縮機1の吸込ポート1sに吸い込まれる冷媒の温度の変動を抑制することができ、良好な冷凍サイクルが得られる。なお圧縮機1の吸込ポート1sに吸い込まれる冷媒の温度が過剰に上昇すると、圧縮機1のシールリング等の耐久性に影響を与えるおそれがあり、また、通常運転モードの能力を低下させるおそれがある。
図8はメモリ60の所定のエリアに格納されている除霜用マップを示す。この除霜用マップには、除霜モードの開始時刻からの経過時間taと第2膨張弁32の開度Mとの関係が格納されている。除霜モードの開始時刻からの経過時間taが長くなるにつれて、第2膨張弁32の開度Mが増加して大きくなるように設定されている経過時間taが短くなるにつれて、第2膨張弁32の開度Mが減少して小さくなるように設定されている。この除霜マップの結果が実質的に得られるような演算式により、経過時間taに基づいて第2膨張弁32の開度Mを求めても良い。本実施例では、他の条件は基本的にはあまり変化しないように維持されている状態で、経過時間taと第2膨張弁32の開度Mとの関係を設定している。
実施例7は図1を準用する。本実施例は実施例1と基本的には同様の構成および作用効果をもつ。以下、異なる部分を中心として説明する。前述したように熱交温度センサ52は空気用熱交換器41の蒸発温度を検知することができる。除霜モードを実施するにあたり、熱交温度センサ52の検知温度T2が相対的に低いとき(例えば、除霜モードの初期)には、空気熱交換器41の霜を融解させるため、空気熱交換器41の出口41oから吐出される冷媒の温度が相対的に低い。このため第2膨張弁32の開度を相対的に減少させ、熱源熱交換器42の出口42oから吐出される冷媒の流量を減少させ、熱源熱交換器42の出口42oから吐出される冷媒の温度を相対的に高める。この結果、空気熱交換器41の出口41oから吐出された冷媒と、熱源熱交換器42の出口42oから吐出された冷媒とが、合流点9cで合流すると、冷媒の温度は均温化される。
これに対して、熱交温度センサ52の検知温度T2が相対的に高いとき(例えば、除霜モードの霜の終期)には、空気熱交換器41の霜の融解がかなり進行しているため、空気熱交換器41の出口41oから吐出される冷媒の温度が相対的に高い。このため第2膨張弁32の開度を相対的に増加させ、熱源熱交換器42から吐出される冷媒の流量を増加させ、熱源熱交換器42から吐出される冷媒の温度を相対的に低める。この結果、空気熱交換器41の出口41oから吐出された冷媒と、熱源熱交換器42の出口42oから吐出された冷媒とが合流点9cで合流するときには、冷媒の温度が均温化される。この結果、除霜モードにおいて、圧縮機1の吸込ポート1sに吸い込まれる冷媒の温度の変動を抑制することができる。このように熱交換温度センサ52の検知温度T2の高低に応じて第2膨張弁32の開度を調整して熱源熱交換器42を流れる冷媒の流量を調整すれば、熱交換温度センサ52の検知温度T2の変動の影響をできるだけ避けつつ、除霜を実施できる。
図9はメモリ60の所定のエリアに格納されている除霜用マップを示す。この除霜用マップには、熱交換温度センサ52の検知温度T2と第2膨張弁32の開度Mとの関係が格納されている。熱交換温度センサ52の検知温度T2が高くなるにつれて、第2膨張弁32の開度Mが増加するように設定されている。この除霜マップの結果が実質的に得られるような演算式により、検知温度T2に基づいて第2膨張弁32の開度Mを求めても良い。本実施例では、他の条件は基本的にはあまり変化しないように維持されている状態で、検知温度T2と第2膨張弁32の開度Mとの関係を設定している。
実施例8は図1を準用する。本実施例は実施例1と基本的には同様の構成および作用効果をもつ。以下、異なる部分を中心として説明する。前述したように熱交温度センサ52は、空気熱交換器41の蒸発温度を検知する。除霜モードを実施しているときには、熱交換温度センサ52の検知温度T2が相対的に高いときには、熱交換温度センサ52の検知温度T2が相対的に低いときよりも、空気熱交換器41の霜の融解がかなり進行しており、このため制御部6はバイパス弁72の開度を相対的に減少させる。これによりバイパス通路71から空気熱交換器41に流れる高温高圧の冷媒の単位時間あたりの流量を相対的に減少させる。
これに対して、熱交換温度センサ52の検知温度T2が相対的に低いときには、熱交換温度センサ52の検知温度T2が相対的に高いときよりも、空気熱交換器41の霜の融解があまり進行していない。このため制御部6はバイパス弁72の開度を相対的に増加させる。これによりバイパス通路71から空気熱交換器41に流れる高温高圧の冷媒の単位時間あたりの流量を相対的に増加させ、空気熱交換器41の霜を効果的に除去できる。このように熱交換温度センサ52の検知温度T2の高低に応じてバイパス弁72の開度を調整すれば、熱交換温度センサ52の検知温度T2の変動の影響をできるだけ避けつつ、除霜を実施できる。
図10(A)はメモリ60の所定のエリアに格納されている除霜用マップを示す。この除霜用マップには、熱交換温度センサ52の検知温度T2とバイパス弁72の開度Bとの関係が格納されている。熱交換温度センサ52の検知温度T2が低くなるにつれて、空気熱交換器41における霜量が多いと推定されるため、バイパス弁72の開度Bが増加して大きくなるように設定されている。この除霜マップの結果が実質的に得られるような演算式に基づいて、検知温度T2からバイパス弁72の開度Bを求めても良い。この場合、他の条件は基本的にはあまり変化しないように維持されている状態で、検知温度T2とバイパス弁72の開度Bとの関係を設定している。
また図2および図3に示す試験結果によれば、着霜判定モードBにおける温度差ΔTbは、着霜判定モードAにおける温度差ΔTaよりも増加している(ΔTb>ΔTa)。このためΔTが大きいほうが霜が成長しており、ΔTが小さいほうが霜が成長していないと判定される。そこで、ΔTが相対的に小さいときには、着霜があまり成長していないため、制御部6はバイパス弁72の開度を相対的に減少させることにしても良い。これに対して、ΔTが相対的に大きいときには、着霜が成長しているため、制御部6はバイパス弁72の開度を相対的に増加させることにしても良い。これによりバイパス通路71から空気熱交換器41に流れる高温高圧の冷媒の単位時間あたりの流量を相対的に増加させ、空気熱交換器41の霜を効果的に除去できる。
図10(B)はメモリ60の所定のエリアに格納されている除霜用マップを示す。この除霜用マップには、ΔT(ΔT=T1−T2)とバイパス弁72の開度Bとの関係が格納されている。ΔT(ΔT=T1−T2)が大きくなるにつれて、バイパス弁72の開度Bが増加して大きくなるように設定されている。この除霜マップの結果が実質的に得られるような演算式に基づいて、ΔTからバイパス弁72の開度Bを求めても良い。この場合、他の条件は基本的にはあまり変化しないように維持されている状態で、ΔTとバイパス弁72の開度Bとの関係を設定している。
実施例9は図1を準用する。本実施例は実施例1と基本的には同様の構成および作用効果をもつ。以下、異なる部分を中心として説明する。冷凍サイクル装置の冷媒循環量が多いときには、冷媒循環量が少ないときよりも、空気熱交換器41に相対的に着霜し易い傾向がある。このため、バイパス通路71から空気熱交換器41に流れる高温高圧の冷媒の単位時間あたりの流量を相対的に増加させる。
これに対して冷凍サイクル装置の冷媒循環量が少ないときには、冷媒循環量が多いときよりも、空気熱交換器41における蒸発量が相対的に少なく、空気熱交換器41に相対的に着霜し難い。このため、バイパス通路71から空気熱交換器41に流れる高温高圧の冷媒の単位時間あたりの流量を相対的に減少させる。このように当該冷媒循環量に応じてバイパス弁72の開度を調整すれば、当該冷媒循環量の変動の影響をできるだけ避けつつ、除霜できる。冷媒循環量は、圧縮機1の単位時間あたりの回転数と冷媒圧力とに基づいて求められる。
図11はメモリ60の所定のエリアに格納されている除霜用マップを示す。この除霜用マップには、冷媒循環量Vとバイパス弁72の開度Bとの関係が格納されている。冷媒循環量Vが増加するにつれて、空気熱交換器41に霜が生成され易いため、バイパス弁72の開度Bが増加するように設定されている。この除霜マップの結果が実質的に得られるような演算式により、冷媒循環量に基づいてバイパス弁72の開度Bを求めても良い。本実施例では、他の条件は基本的にはあまり変化しないように維持されている状態で、冷媒循環量Vとバイパス弁72の開度Bとの関係を設定している。
図12は実施例10を示す。本実施例1は実施例と基本的には同様の構成および作用効果をもつため、図1を準用する。以下、異なる部分を中心として説明する。図1に示すように、圧縮機1の吐出ポート1o側の冷媒高圧を検知する第1圧力センサ11が設けられている。圧縮機1の吸込ポート1s側の冷媒低圧を検知する第2圧力センサ12が設けられている。制御部6は冷媒高圧と冷媒低圧との間の圧力差ΔPを求める。当該圧力差ΔPが高いときには、当該圧力差ΔPが少ないときよりも、高温高圧の気体状の冷媒がバイパス弁72から急激に噴出されるため、バイパス弁72の開度を相対的に減少させる。
これに対して、当該圧力差ΔPが低いときには、圧力差ΔPが高いときよりも、高温高圧の冷媒がバイパス弁72から急激に噴出されにくいため、バイパス弁72の開度を相対的に増加させる。このように当該圧力差ΔPに応じてバイパス弁72の開度を調整すれば、当該圧力差ΔPの変動の影響をできるだけ避けつつ、高温高圧の冷媒を空気熱交換器41に供給できる。
図12はメモリ60の所定のエリアに格納されている除霜用マップを示す。この除霜用マップには、当該圧力差ΔPとバイパス弁72の開度Bとの関係が格納されている。当該圧力差ΔPが増加するにつれて、バイパス弁72の開度Bが減少するように設定されている。この除霜マップの結果が実質的に得られるような演算式により、圧力差ΔPに基づいてバイパス弁72の開度Bを求めても良い。本実施例では、他の条件は基本的にはあまり変化しないように維持されている状態で、圧力差ΔPとバイパス弁72の開度Bとの関係を設定している。
図13は実施例11を示す。本実施例は実施例1と基本的には同様の構成および作用効果をもつ。以下、異なる部分を中心として説明する。熱源熱交換器42は、燃料電池システム46の貯湯槽で貯蔵されている加熱水が流れる加熱水流路46aをもつ。加熱水流路46aを流れる加熱水の熱は、熱源熱交換器42において冷媒の蒸発を促進させる熱源として機能する。加熱水流路46aには加熱水供給弁47vおよびポンプ47pが設けられている。通常運転モードの暖房運転によれば、加熱水供給弁47vを開放させると共にポンプ47pを駆動させ、熱源熱交換器42に加熱水を供給し、熱源熱交換器42における冷媒の気化を促進させる。着霜判定モードによれば、加熱水供給弁47vを閉鎖させると共にポンプ47pをオフとする。あるいは、加熱水供給弁47vの開度およびポンプ47pの単位時間あたりの回転数を、通常運転モードの暖房運転の場合よりも低減させる。これにより着霜判定モードにおいて熱源熱交換器42から空気熱交換器41への伝熱が抑制される。前述したように空気熱交換器41への伝熱が抑制されると、ΔTが増加し、着霜の検知精度が高まる。
除霜モードにおいては、a操作を実施すべく、第1膨張弁31を閉鎖して第1膨張弁31の開度を0とする。更にb操作を実施すべく、第2膨張弁32を開度を通常運転モードよりも増加させる。更にc操作を実施すべく、バイパス通路71のバイパス弁72を開放させる。これにより圧縮機1の吐出ポート1oから吐出された高温高圧の冷媒(例えば60〜90℃)を空気熱交換器41に供給し、空気熱交換器41の霜を融解させる。
図14は実施例12を示す。本実施例は実施例1と基本的には同様の構成および作用効果をもつ。以下、異なる部分を中心として説明する。膨張弁31Bは、空気熱交換器41および熱源熱交換器42に供給する冷媒流量を分配する。通常運転時には、空気熱交換器41および熱源熱交換器42に供給する冷媒流量を均等化させる。着霜判定モードのときには、空気熱交換器41に流す冷媒流量を高め、熱源熱交換器42に流す冷媒流量を低下させる。除霜モード時には、空気熱交換器41に流す冷媒流量を無しまたは微量とし、熱源熱交換器42に流す冷媒流量を増加させ、バイパイ弁72を開放させる。
熱源熱交換器42はヒータ48をもつ。ヒータ48の熱は、熱源熱交換器42において冷媒の蒸発を促進させる熱源として機能する。通常運転モードの暖房運転によれば、ヒータ48を発熱させて、熱源熱交換器42における冷媒の気化を促進させる。着霜判定モードによれば、ヒータ48をオフとするか、あるいは、ヒータ48の発熱量を通常運転モードの暖房運転の場合よりも低減させる。これにより着霜判定モードにおいて熱源熱交換器42から空気熱交換器41への伝熱が抑制される。防霜モードでは、ヒータ48の発熱量を高めて熱源熱交換器42における冷媒蒸発量を増加できるので、暖房能力の低下が抑制される。
図15は実施例13を示す。本実施例は実施例1と基本的には同様の構成および作用効果をもつ。以下、異なる部分を中心として説明する。空気熱交換器41および熱源熱交換器42は直列に配置されている。空気熱交換器41に対して並列通路41xが空気熱交換器41および第1膨張弁31を迂回するようにバイパス路として設けられている。並列通路41xには第3膨張弁36が設けられている。通常運転モードのときには、圧縮機1の吐出ポート1oから吐出された高温高圧の冷媒は、凝縮用熱交換器2で凝縮熱を放出し、第1膨張弁31、空気熱交換器41を通過し、第2膨張弁32、熱源熱交換器42を通過し、圧縮機1の吸込ポート1sに戻る。凝縮用熱交換器2で凝縮熱が放出され、暖房運転が行われる。この場合、バイパス弁72および第3膨張弁36は閉鎖している。
これに対して除霜モード時には、第1膨張弁31を閉鎖し、第3膨張弁36を開放させ、バイパス弁72を開放させる。圧縮機1の吐出ポート1oから吐出された高温高圧の気体状の冷媒は、凝縮用熱交換器2、並列通路41x、第2膨張弁36を経て熱源熱交換器42に至り、熱源熱交換器42において蒸発工程が実施される。また、圧縮機1の吐出ポート1oから吐出された高温高圧の気体状の冷媒は、バイパイ通路71およびバイパス弁72を経て空気熱交換器41に供給され、空気熱交換器41の霜を融解させ、空気熱交換器41の出口41oから第2膨張弁32、熱源熱交換器42に供給される。
図16は実施例14を示す。本実施例は実施例1と基本的には同様の構成および作用効果をもつ。図16は、冷凍サイクル装置の代表例を示す空気調和装置(ガスエンジンヒートポンプ)の配管図を示す。空気調和装置は、室内の空調を行う複数の室内機80と、室内で空調を行う冷媒を調整する室外機81とを備えている。図16に示すように、室内機80は室内に配置されており、空調のために冷媒と室内の空気との熱交換を行う凝縮用熱交換器として機能する室内熱交換器2Xと、冷媒を膨張させる室内膨張弁116とを基本要素として有する。なお、室内機80の数は何台でも良い。
室外機81は室外に配置されている。室外機81は、気体燃料を燃料として駆動されるエンジン100(駆動源)と、気体状の冷媒と液状の冷媒とを分離した状態で冷媒を収容するアキュームレータ101と、エンジン100で駆動され駆動に伴いアキュムレータ101の気体状の冷媒を吸入して圧縮する複数の圧縮機1と、空調のために冷媒の熱交換を行う室外熱交換器として機能する空気熱交換器41と、熱源熱交換器42とを基本要素として有する。圧縮機1は、エンジン100によりタイミングベルト等の動力伝達部材102を介して連動される。故に、エンジン100は圧縮機1の駆動源として機能する。圧縮機1は、アキュムレータ101から気体状の冷媒を圧縮室に吸い込む吸込ポート1sと、圧縮室で圧縮された高圧の気体状の冷媒を吐出させる吐出ポート1oとを有する。
後述するように暖房運転時において室内機80から室外機81に冷媒が帰還する帰還方向(矢印K1方向)において、空気熱交換器41の上流には、電子調整弁としての第1膨張弁31および逆止弁103が並列に配置されている。逆止弁103は、室外機81の空気熱交換器41から室内機80への冷媒の流れを許容するものの、室内機80から室外機81の空気熱交換器41への冷媒の流れを遮断する。第1膨張弁31は電気的制御により開度が連続的または多段階に調整可能である。なお、空気熱交換器41に向けて送風するファン41f、室内熱交換器2Xに向けて送風するファン2fが設けられている。本実施例においても、図16に示すように、圧縮機1の吐出ポート1o側のオイルセパレータ105と空気熱交換器41とを繋ぐバイパス通路71が設けられている。バイパス通路71にはバイパス弁72が設けられている。バイパス弁72が開放すると、オイルセパレータ105から空気熱交換器41に冷媒が流れる。
(暖房運転時)
先ず、室内を暖房するときについて説明する。気体燃料を燃料としてエンジン100が駆動すると、圧縮機1が駆動し、アキュムレータ101の気体状の冷媒がアキュムレータ101の吸入ポート101s、圧縮機1の吸入ポート1sから流路9eを経て吸入され、圧縮機1の圧縮室で圧縮される。圧縮されて高温高圧となった気体状の冷媒は、圧縮機1の吐出ポート1oから吐出され、流路9f、オイルセパレータ105に至る。前述したようにオイルセパレータ105において冷媒からオイルが分離される。そしてオイルが分離された気体状の高温高圧の冷媒は、四方弁111の第3ポート111tを通り、流路9h、バルブ115b、流路9iを経て、凝縮用熱交換器として機能する室内熱交換器2Xに至り、室内熱交換器2Xで室内の空気と熱交換されて凝縮(液化)する。凝縮熱は室内に放出されるため、室内が加熱される。このように暖房運転される。暖房運転時には、室内熱交換器2Xを経て液化が進行した冷媒は、液相状態または気液二相状態となり、室内膨張弁116に至り、室内機80の室内膨張弁116で膨張されて低圧となる。さらに、低圧となった冷媒は、流路9k、バルブ115a、流路9mを経て矢印K1方向(暖房運転時に、室内機80から室外機81に帰還する方向)に流れ、第1膨張弁31に至り、第1膨張弁31で膨張されて低圧化し、空気熱交換器41に至る。冷媒は空気熱交換器41で蒸発して空気と熱交換する。従って空気熱交換器41は室内機80の暖房運転時には蒸発器として機能する。更に冷媒は、流路9n、四方弁111の第1ポート111f、第2ポート111s、流路9wを経て、アキュムレータ101の帰還ポート101rに帰還する。帰還した冷媒は、アキュムレータ101で液状の冷媒と気体状の冷媒とに分離された状態で収容される。
先ず、室内を暖房するときについて説明する。気体燃料を燃料としてエンジン100が駆動すると、圧縮機1が駆動し、アキュムレータ101の気体状の冷媒がアキュムレータ101の吸入ポート101s、圧縮機1の吸入ポート1sから流路9eを経て吸入され、圧縮機1の圧縮室で圧縮される。圧縮されて高温高圧となった気体状の冷媒は、圧縮機1の吐出ポート1oから吐出され、流路9f、オイルセパレータ105に至る。前述したようにオイルセパレータ105において冷媒からオイルが分離される。そしてオイルが分離された気体状の高温高圧の冷媒は、四方弁111の第3ポート111tを通り、流路9h、バルブ115b、流路9iを経て、凝縮用熱交換器として機能する室内熱交換器2Xに至り、室内熱交換器2Xで室内の空気と熱交換されて凝縮(液化)する。凝縮熱は室内に放出されるため、室内が加熱される。このように暖房運転される。暖房運転時には、室内熱交換器2Xを経て液化が進行した冷媒は、液相状態または気液二相状態となり、室内膨張弁116に至り、室内機80の室内膨張弁116で膨張されて低圧となる。さらに、低圧となった冷媒は、流路9k、バルブ115a、流路9mを経て矢印K1方向(暖房運転時に、室内機80から室外機81に帰還する方向)に流れ、第1膨張弁31に至り、第1膨張弁31で膨張されて低圧化し、空気熱交換器41に至る。冷媒は空気熱交換器41で蒸発して空気と熱交換する。従って空気熱交換器41は室内機80の暖房運転時には蒸発器として機能する。更に冷媒は、流路9n、四方弁111の第1ポート111f、第2ポート111s、流路9wを経て、アキュムレータ101の帰還ポート101rに帰還する。帰還した冷媒は、アキュムレータ101で液状の冷媒と気体状の冷媒とに分離された状態で収容される。
図16に示すように、空気熱交換器41に対して熱源熱交換器42が並列に配置されている。ここで、第2膨張弁32が開放されると、冷媒が流路9pを介して熱源熱交換器42に流れる。第2膨張弁32が閉鎖されると、冷媒が流路9pを介して熱源熱交換器42に流れない。図16に示すように、熱源熱交換器42に繋がる加熱水通路43には、搬送源として機能するポンプ44p、エンジン100、第1弁300、第2弁400が設けられている。エンジン100を冷却させた加熱水通路43のエンジン加熱水の温度が低いときには、第1弁300のポート301およびポート302を連通させるものの、ポート303を閉鎖する。この場合、熱源熱交換器42およびラジエータ150には加熱水が流れない。加熱水通路43の加熱水の温度が上昇してくると、第1弁300のポート301およびポート302を連通させるものの、第1弁300のポート301およびポート303を連通させる。しかし第2弁400のポート401およびポート402を連通させるものの、第2弁400のポート401およびポート403を非連通とさせる。これにより暖かい加熱水が熱源熱交換器42の流路42wに流れるが、放熱量が大きなラジエータ150には流れない。熱源熱交換器42の流路42wは、熱源熱交換器42における冷媒を加熱する熱源として機能する。加熱水通路43の加熱水の温度が更に上昇してくると、第2弁400のポート401およびポート402を連通させるとともに、ポート401およびポート403を連通させる。これにより暖かい加熱水が熱源熱交換器42の流路42wに流れると共に、流路43rを介してラジエータ150にも流れ、流路43tを介してポンプ44p側に帰還する。なお、単位時間あたりの熱交換量については、ラジエータ150は熱源熱交換器42よりも大きくされている。従ってラジエータ150の放熱量は熱源熱交換器42よりも大きくされている。なお、加熱水通路43の加熱水の温度が過剰に上昇すると、ラジエータ150側のプレッシャキャップ151が開放し、リザーバ152に貯留される。再び加熱水の温度が冷えると、ラジエータ150側のプレッシャキャップ151が開放し、リザーバ152に貯留されていた加熱水がラジエータ150側に戻る。
上記した除霜モードを実施するにあたり、実施例1と同様に、制御部6は次のa操作、b操作、c操作を実施する。
(a操作)第1膨張弁31を閉鎖して第1膨張弁31の開度を0とする。このため除霜モードでは、空気熱交換器41の蒸発工程は実施されない。
(b操作)第2膨張弁32を開放状態に維持する。これにより凝縮用熱交換器2および第2膨張弁32を経て低圧化された冷媒(気液混合状態)を熱源熱交換器42に流す。このため熱源熱交換器42に流れた冷媒は、加熱水通路43の加熱水を熱源として加熱されるため、熱源熱交換器42において冷媒の蒸発が進行する。このため除霜モードでは、空気熱交換器41の蒸発工程は実施されないものの、熱源熱交換器42の蒸発工程は実施される。これにより凝縮用熱交換器としての室内熱交換器2Xにおける凝縮作用が得られ、冷凍サイクル装置における蒸発工程が良好に実施され、暖房運転の能力が維持される。
(c操作)バイパス通路71のバイパス弁72を開放させる。これにより圧縮機1の吐出ポート1oから吐出された高温高圧の冷媒(例えば60〜90℃)を、バイパス通路71およびバイパス弁72を介して空気熱交換器41に供給する。これにより空気熱交換器41の表面に生成していた霜が融解される。
(a操作)第1膨張弁31を閉鎖して第1膨張弁31の開度を0とする。このため除霜モードでは、空気熱交換器41の蒸発工程は実施されない。
(b操作)第2膨張弁32を開放状態に維持する。これにより凝縮用熱交換器2および第2膨張弁32を経て低圧化された冷媒(気液混合状態)を熱源熱交換器42に流す。このため熱源熱交換器42に流れた冷媒は、加熱水通路43の加熱水を熱源として加熱されるため、熱源熱交換器42において冷媒の蒸発が進行する。このため除霜モードでは、空気熱交換器41の蒸発工程は実施されないものの、熱源熱交換器42の蒸発工程は実施される。これにより凝縮用熱交換器としての室内熱交換器2Xにおける凝縮作用が得られ、冷凍サイクル装置における蒸発工程が良好に実施され、暖房運転の能力が維持される。
(c操作)バイパス通路71のバイパス弁72を開放させる。これにより圧縮機1の吐出ポート1oから吐出された高温高圧の冷媒(例えば60〜90℃)を、バイパス通路71およびバイパス弁72を介して空気熱交換器41に供給する。これにより空気熱交換器41の表面に生成していた霜が融解される。
上記した除霜モードを実施するときには、圧縮機1から吐出された高温高圧の気体状の冷媒が、着霜状態の空気熱交換器41から空気熱交換器41の内部に流れ、空気熱交換器41の霜を効率よく融解できる。なお、暖房運転の通常運転モードでは、第2膨張弁32は設定開度に開いている。
(室内機80の冷房運転時)
次に、室内機80で室内を冷房運転するときについて説明する。燃料気体を燃料としてエンジン100が駆動すると、圧縮機1が駆動し、アキュムレータ101の気体状の冷媒がアキュムレータ101の吸入ポート101s、圧縮機1の吸入ポート1sから吸入され、圧縮機1の圧縮室で圧縮される。圧縮されて高温高圧となった気体状の冷媒は、圧縮機1の吐出ポート1oから吐出され、流路9f、オイルセパレータ105に至る。オイルセパレータ105において冷媒からオイルが分離される。そしてオイルが分離された高温高圧の冷媒は、流路9u、流路切替弁としての四方弁111の第1ポート111f、流路9nを通り、空気熱交換器41に至る。そして高温高圧の冷媒は、空気熱交換器41で空気と熱交換されて冷却され、液化する。液化が進行した冷媒(液相状態または気液二相状態)は、逆止弁103、流路9m、更に、バルブ115a、流路9kを経て室内膨張弁116に至り、室内膨張弁116において膨張されて低温となる。
次に、室内機80で室内を冷房運転するときについて説明する。燃料気体を燃料としてエンジン100が駆動すると、圧縮機1が駆動し、アキュムレータ101の気体状の冷媒がアキュムレータ101の吸入ポート101s、圧縮機1の吸入ポート1sから吸入され、圧縮機1の圧縮室で圧縮される。圧縮されて高温高圧となった気体状の冷媒は、圧縮機1の吐出ポート1oから吐出され、流路9f、オイルセパレータ105に至る。オイルセパレータ105において冷媒からオイルが分離される。そしてオイルが分離された高温高圧の冷媒は、流路9u、流路切替弁としての四方弁111の第1ポート111f、流路9nを通り、空気熱交換器41に至る。そして高温高圧の冷媒は、空気熱交換器41で空気と熱交換されて冷却され、液化する。液化が進行した冷媒(液相状態または気液二相状態)は、逆止弁103、流路9m、更に、バルブ115a、流路9kを経て室内膨張弁116に至り、室内膨張弁116において膨張されて低温となる。
更に、室内熱交換器2Xに至り、室内熱交換器2Xにおいて室内の空気と熱交換されて室内を冷却する。更に冷媒は、流路9i、バルブ115b、流路9h、四方弁111の第3ポート111t、四方弁111の第2ポート111s、流路9wを経て、アキュムレータ101の帰還ポート101rに帰還する。アキュムレータ101に帰還した冷媒は、アキュムレータ101で液状の冷媒と気体状の冷媒とに分離された状態で収容される。なお、冷房運転では、第2膨張弁32は全閉状態である。
(その他)
本発明は上記し且つ図面に示した実施例のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施できる。空気熱交換器41は1個搭載されているが、複数個でも良い。熱源熱交換器42は1個搭載されているが、複数個でも良い。冷凍サイクル装置は空気調和機に限定されるものではなく、冷凍装置に適用しても良い。空気調和機は少なくとも暖房運転するものであればよい。圧縮機1はエンジンで駆動されるもの、モータで駆動されるものでも良い。
本発明は上記し且つ図面に示した実施例のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施できる。空気熱交換器41は1個搭載されているが、複数個でも良い。熱源熱交換器42は1個搭載されているが、複数個でも良い。冷凍サイクル装置は空気調和機に限定されるものではなく、冷凍装置に適用しても良い。空気調和機は少なくとも暖房運転するものであればよい。圧縮機1はエンジンで駆動されるもの、モータで駆動されるものでも良い。
本発明は空気調和装置等の冷凍サイクル装置に利用できる。
1は圧縮機、2は凝縮用熱交換器、3は膨張弁、31は第1膨張弁、32は第2膨張弁、4は蒸発用熱交換器、41は空気熱交換器、42は熱源熱交換器、51は空気温度センサ、52は熱交換温度センサ、6は制御部、71はバイパス通路、72はバイパス弁を示す。
Claims (8)
- 冷媒を圧縮させる圧縮工程を行う圧縮機と、前記圧縮機を経た冷媒を凝縮させる凝縮工程を行う凝縮用熱交換器と、前記凝縮工程を経た冷媒を膨張させる膨張弁と、前記膨張弁を経た冷媒を蒸発させる蒸発工程を行う蒸発用熱交換器と、除霜モードを実行する制御部とを具備しており、
前記蒸発工程を行う蒸発用熱交換器は、空気と熱交換する空気熱交換器と、熱源からの熱と熱交換する熱源熱交換器とを備える冷凍サイクル装置において、
前記凝縮用熱交換器を迂回して前記圧縮機の吐出ポートと前記空気熱交換器とを繋ぐバイパス通路と、前記バイパス通路から前記空気熱交換器に流れる冷媒の流量を調整するバイパス弁とを具備しており、
前記除霜モードを実施するにあたり、前記制御部は、前記凝縮用熱交換器および前記膨張弁を経た冷媒を前記熱源熱交換器に流して蒸発工程を実施しつつ、前記凝縮用熱交換器および前記膨張弁を経た冷媒を前記空気熱交換器に供給する流量を無しまたは低減させる操作と、前記バイパス弁を開放させることにより、前記圧縮機の前記吐出ポートから吐出された高温高圧の冷媒を前記バイパス通路および前記バイパス弁を介して前記空気熱交換器に供給して前記空気熱交換器を除霜する操作とを実施することを特徴とする冷凍サイクル装置。 - 請求項1において、空気温度を検知する空気温度センサが設けられており、
前記制御部は、
(i)空気温度が相対的に高いときには、空気温度が相対的に低いときよりも前記除霜モードを実施する単位時間あたりの実施頻度を低め、
(ii)空気温度が相対的に低いときには、空気温度が相対的に高いときよりも前記除霜モードを実施する単位時間あたりの実施頻度を高めることを特徴とする冷凍サイクル装置。 - 請求項1または2において、(i)前記膨張弁は、前記凝縮用熱交換器と前記空気熱交換器との間に設けられた第1膨張弁と、前記凝縮用熱交換器と前記熱源熱交換器との間に設けられた第2膨張弁とを備えており、
(ii)前記除霜モードを実施するにあたり、前記制御部は、前記第1膨張弁の開度を0にするか、前記第1膨張弁の開度を通常運転モードの場合よりも減少させると共に、前記第2膨張弁の開度を通常運転モードの場合よりも増加させることを特徴とする冷凍サイクル装置。 - 請求項3において、前記除霜モードを実施するにあたり、前記制御部は、
(i)前記除霜モードの初期では、前記除霜モードの終期の場合よりも前記第2膨張弁の開度を減少させることにより、前記熱源熱交換器から吐出される冷媒の温度を前記除霜モードの終期の場合よりも高め、
(ii)前記除霜モードの終期では、前記除霜モードの初期の場合よりも前記第2膨張弁の開度を増加させることにより、前記熱源熱交換器から吐出される冷媒の温度を前記除霜モードの初期の場合よりも低下させ、
(iii)前記圧縮機の吸込ポートに吸い込まれる冷媒の温度の変動を抑制することを特徴とする冷凍サイクル装置。 - 請求項3において、前記空気用熱交換器の温度を検知する熱交温度センサが設けられており、
前記除霜モードを実施するにあたり、前記制御部は、
(i)前記熱交温度センサの検知温度が相対的に低いときには、前記熱交温度センサの検知温度が相対的に高いときよりも、前記第2膨張弁の開度を減少させることにより、前記熱源熱交換器から吐出される冷媒の温度を、前記熱交温度センサの検知温度が相対的に高いときよりも高め、
(ii)前記熱交温度センサの検知温度が相対的に高いときには、前記熱交温度センサの検知温度が相対的に低いときよりも、前記第2膨張弁の開度を増加させることにより、前記熱源熱交換器から吐出される冷媒の温度を、前記熱交温度センサの検知温度が相対的に高いときよりも低下させ、
(iii)前記圧縮機の吸込ポートに吸い込まれる冷媒の温度の変動を抑制することを特徴とする冷凍サイクル装置。 - 請求項1〜3のうちの一項において、前記空気用熱交換器の蒸発温度を検知する熱交温度センサが設けられており、
前記除霜モードを実施するにあたり、前記制御部は、
(i)前記熱交換温度センサの検知温度が相対的に高いときには、前記熱交換温度センサの検知温度が相対的に低いときよりも前記バイパス弁の開度を減少させ、
(ii)前記熱交換温度センサの検知温度が相対的に低いときには、前記熱交換温度センサの検知温度が相対的に高いときよりも、前記バイパス弁の開度を増加させることを特徴とする冷凍サイクル装置。 - 請求項1〜3のうちの一項において、前記除霜モードを実施するにあたり、前記制御部は、
(i)前記冷凍サイクル装置の冷媒循環量が多いときには、冷媒循環量が少ないときよりも前記バイパス弁の開度を増加させ、
(ii)冷媒循環量が少ないときには、冷媒循環量が多いときよりも前記バイパス弁の開度を減少させることを特徴とする冷凍サイクル装置。 - 請求項1〜3のうちの一項において、前記除霜モードを実施するにあたり、前記制御部は、前記圧縮機の吐出ポート側の冷媒高圧と前記圧縮機の吸込ポート側の冷媒低圧との間の圧力差を求め、
(i)圧力差が高いときには、圧力差が低いときよりも前記バイパス弁の開度を減少させ、
(ii)圧力差が低いときには、圧力差が高いときよりも前記バイパス弁の開度を増加させることを特徴とする冷凍サイクル装置。
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