JP4978777B2

JP4978777B2 - 冷凍サイクル装置

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Publication number: JP4978777B2
Application number: JP2007066892A
Authority: JP
Inventors: 道彦山本; 慎弥松原
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd; Aisin Corp
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2007-03-15
Filing date: 2007-03-15
Publication date: 2012-07-18
Anticipated expiration: 2027-03-15
Also published as: JP2008224190A; CN101266083B; CN101266083A; KR100944312B1; KR20080084735A

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、図１６に示すように、冷媒を圧縮させる圧縮工程を行う圧縮機１Ｙと、圧縮機１Ｙを経た冷媒を凝縮させる凝縮工程を行う熱交換器２Ｙと、凝縮工程を経た冷媒を膨張させる膨張弁３Ｙと、膨張弁３Ｙを経た冷媒を蒸発させる蒸発工程を行う空気熱交換器４１Ｙ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１〜４が挙げられる。

このものによれば、圧縮機１Ｙを経た高温高圧の冷媒は凝縮用熱交換器２Ｙにおいて凝縮工程を行い、凝縮熱を放出させ、暖房を行う。凝縮工程を経た冷媒は膨張弁３Ｙで膨張されて低圧化する。膨張弁３Ｙ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４１Ｙ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１Ｙ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４１Ｙ付近の空気が空気熱交換器４１Ｙ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４１Ｙ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４１Ｙの表面における着霜が成長すると、空気熱交換器４１Ｙ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。

上記したように空気熱交換器４１Ｙの表面に着霜が発生すると、空気熱交換器４１Ｙの熱交換効率が低下し、暖房運転能力が低下する。この場合、空気熱交換器４１Ｙにおける蒸発温度が次第に低下する。従って空気熱交換器４１Ｙにおける蒸発温度Ｔ２と空気温度Ｔ１との温度差ΔＴ（ΔＴ＝Ｔ１−Ｔ２）が増加する。特許文献１は、空気熱交換器４１Ｙの表面において着霜が発生していることをΔＴに基づいて検知する技術を開示している。
実開昭６１−５８４３３号公報特開２００２−８９９９２号公報特開平８−２９１９５０号公報特開平５−３１９０７７号公報

上記した冷凍サイクル装置においては、図１７に示すように、外部の熱源（加熱水）からの熱と熱交換する熱源熱交換器４２Ｙを空気熱交換器４１Ｙに対して付設したものが提供されている。この装置によれば、蒸発工程を行う熱交換器は、図１７に示すように、空気と熱交換する空気熱交換器４１Ｙと、エンジンを冷却した加熱水の熱と熱交換する熱源熱交換器４２Ｙとを備えている。この場合には、冷媒の蒸発工程は、空気熱交換器４１Ｙと熱源熱交換器４２Ｙ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４２Ｙからの熱の伝達により、空気熱交換器４１Ｙの冷媒の温度が上昇してしまうおそれがある。この場合、空気熱交換器４１Ｙにおいて着霜が発生しているにもかかわらず、空気熱交換器４１Ｙにおける蒸発温度Ｔ２と空気温度Ｔ１との温度差ΔＴ（ΔＴ＝Ｔ１−Ｔ２）が減少して小さくなる傾向があるため、ΔＴに基づいて着霜が良好に検知されないおそれがある。

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、熱源の熱と熱交換する熱源熱交換器とを備えているときであっても、空気熱交換器における着霜を良好に検知することができる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、膨張弁を制御する制御部とを具備する冷凍サイクル装置において、
（ｉ）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ており、
（ｉｉ）制御部は、（ａ）膨張弁を経た冷媒を空気熱交換器および熱源熱交換器に流すことにより空気熱交換器および熱源熱交換器において熱交換を行う通常運転モードと、（ｂ）膨張弁を経た冷媒を空気熱交換器に流して空気熱交換器において熱交換を行うと共に、熱源熱交換器から冷媒への単位時間当たりの伝熱量を通常運転モードの場合よりも減少させる操作を行う着霜判定モードとを実施し、
（iii）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、
制御部は、着霜判定モードにおいて、前記熱源熱交換器に繋がる第２膨張弁の開度を０にするか、第２膨張弁の開度を前記通常運転モードの場合よりも減少させ、熱源熱交換器に向けて流れる単位時間当たりの冷媒流量を０または通常運転モードの場合よりも減少させることを特徴とする。

本様相によれば、通常運転モードにおいては、制御部は、膨張弁を経た冷媒を空気熱交換器および熱源熱交換器の双方に流すことにより、空気熱交換器および熱源熱交換器において熱交換を行う。これにより冷媒の蒸発工程が実施される。

制御部は着霜判定モードを定期的または不定期的に実行する。着霜判定モードにおいては、制御部は、膨張弁を経た冷媒を空気熱交換器に流して空気熱交換器において熱交換を行うと共に、熱源熱交換器から冷媒への単位時間当たりの伝熱量を通常運転モードの場合よりも減少させる。この場合、熱源熱交換器の熱が空気熱交換器に伝達されることが抑制される。

ここで、空気熱交換器の表面に着霜が発生した場合には、空気熱交換器における熱交換効率が低下し、空気熱交換器における蒸発能力が低下する。故に、空気熱交換器における冷媒の蒸発工程が損なわれ、空気熱交換器における冷媒の圧力が次第に低下する。この場合、空気熱交換器における蒸発温度が次第に低下し、空気熱交換器における蒸発温度Ｔ２が次第に低下する。従って空気温度Ｔ１と空気熱交換器における蒸発温度Ｔ２との温度差ΔＴ（ΔＴ＝Ｔ１−Ｔ２）が増加する。このように温度差ΔＴが増加するため、空気熱交換器において着霜が発生していることがΔＴに基づいて効果的に検知される。

本様相によれば、着霜判定モードを実施するにあたり、熱源熱交換器から冷媒への単位時間当たりの伝熱量を通常運転モードの場合よりも減少させる操作を行う。このため着霜判定モードにおいて、熱源熱交換器から空気熱交換器側への伝熱量が抑制される。この結果、空気熱交換器における蒸発温度Ｔ２が低下する。従って、空気温度Ｔ１と空気熱交換器における蒸発温度Ｔ２との温度差ΔＴ（ΔＴ＝Ｔ１−Ｔ２）を増加させることができる。このように温度差ΔＴが増加するため、空気熱交換器において着霜が発生していることがΔＴに基づいて良好に検知される。

この場合、制御部は、着霜判定モードにおいて、（ｉ）熱源熱交換器から冷媒への単位時間当たりの伝熱量を通常運転モードの場合よりも減少させる伝熱量減少手段と、（ｉｉ）空気熱交換器における蒸発温度と空気温度との温度差を測定する温度差手段と、温度差に基づいて着霜状態の判定を行う着霜判定手段とを備えている形態が例示される。着霜判定手段により、空気熱交換器における着霜状態の判定を上記した温度差ΔＴに基づいて良好に行うことができる。

本様相に係る冷凍サイクル装置によれば、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、制御部は、着霜判定モードにおいて、第２膨張弁の開度を０にするか、第２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とを特徴とする。これにより、熱源熱交換器に流れる単位時間当たりの冷媒流量は通常運転モードの場合よりも停止または減少される。この結果、着霜判定モードにおいて、熱源熱交換器から冷媒への単位時間当たりの伝熱量を、通常運転モードの場合よりも減少させることができる。従って、上記した温度差ΔＴが確保される。このため温度差ΔＴに基づいて着霜が良好に検知される。

（２）様相２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、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、膨張弁を制御する制御部とを具備する冷凍サイクル装置において、
（ｉ）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ており、
（ｉｉ）制御部は、
（ａ）膨張弁を経た冷媒を空気熱交換器および熱源熱交換器に流すことにより空気熱交換器および熱源熱交換器において熱交換を行う通常運転モードと、
（ｂ）膨張弁を経た冷媒を空気熱交換器に流して空気熱交換器において熱交換を行うと共に、前記熱源熱交換器から冷媒への単位時間当たりの伝熱量を前記通常運転モードの場合よりも減少させる操作を行う着霜判定モードとを実施し、
（iii）膨張弁は、凝縮用熱交換器に繋がるポートと空気熱交換器に繋がるポートと熱源熱交換器に繋がるポートとを備える三方弁で形成された共通膨張弁であり、
制御部は、着霜判定モードにおいて、共通膨張弁のうち熱源熱交換器に繋がるポートの開度を０にするか前記通常運転モードの場合よりも減少させることにより、熱源熱交換器に向けて流れる単位時間当たりの冷媒流量を０または通常運転モードの場合よりも減少させることを特徴とする。

本様相によれば、制御部は、着霜判定モードにおいて、共通膨張弁のうち熱源熱交換器に繋がるポートの開度を０にするか前記通常運転モードの場合よりも減少させることにより、熱源熱交換器に向けて流れる単位時間当たりの冷媒流量を通常運転モードの場合よりも減少させることを特徴とする。

（３）様相３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、膨張弁を制御する制御部とを具備する冷凍サイクル装置において、
（ｉ）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ており、
（ｉｉ）制御部は、
（ａ）膨張弁を経た冷媒を空気熱交換器および熱源熱交換器に流すことにより空気熱交換器および熱源熱交換器において熱交換を行う通常運転モードと、
（ｂ）膨張弁を経た冷媒を空気熱交換器に流して空気熱交換器において熱交換を行うと共に、熱源熱交換器から冷媒への単位時間当たりの伝熱量を通常運転モードの場合よりも減少させる操作を行う着霜判定モードとを実施し、
（iii）膨張弁は、凝縮用熱交換器と空気熱交換器，熱源熱交換器との間に設けられており、
制御部は、着霜判定モードにおいて、熱源熱交換器に繋がる膨張弁の開度を調整することにより、熱源熱交換器に向けて流れる単位時間当たりの冷媒流量を０または通常運転モードの場合よりも減少させることを特徴とする。

制御部は、着霜判定モードにおいて、熱源熱交換器に繋がる膨張弁の開度を調整することにより、熱源熱交換器に向けて流れる単位時間当たりの冷媒流量を０または通常運転モードの場合よりも減少させる。

本発明によれば、着霜判定モードを実施するにあたり、熱源熱交換器から冷媒への単位時間当たりの伝熱量を通常運転モードの場合よりも減少させる。このため着霜判定モードを実施するにあたり、着霜判定の目安となる上記した温度差ΔＴを大きくすることができる。従って、着霜判定の精度を向上させることができる。故に、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、熱源の熱と熱交換する熱源熱交換器とを備えているときであっても、熱源熱交換器から空気熱交換器に伝達される熱量が制限される。よって着霜判定モードにおける着霜を良好に判定することができる。

・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、加熱機能および／または冷却機能をもつ。加熱機能としては暖房機能が挙げられる。冷却機能としては冷房機能が挙げられる。

・通常運転モードを実施しているときに、必要に応じて運転モードを着霜判定モードに切り替えても良い。着霜判定モードへの切り替えは、通常運転モードの開始から設定時間経過して行っても良く、設定時間毎に繰り返して行っても良く、後述する除霜モード終了時から設定時間経過後に行っても良い。

・着霜判定モードにおいて、熱源熱交換器に流れる単位時間当たりの冷媒流量を通常運転モードの場合よりも停止または減少させることがある。この場合には、冷凍サイクル装置における冷媒循環量が低下する。故に、蒸発用熱交換器を流れる冷媒の単位時間当たりの流量が低下し、蒸発工程を行う蒸発用熱交換器における蒸発量が低下するおそれがある。この場合、凝縮工程を行う凝縮用熱交換器からの凝縮熱の単位時間当たりの放出量が低下し、冷凍サイクル装置の能力が低下するおそれがある。

そこでこのような場合には、制御部が第１制御形態、第２制御形態を実施することが例示される。第１制御形態によれば、着霜判定モードにおいて、空気熱交換器に繋がる第１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。これにより空気熱交換器を流れる単位時間当たりの冷媒流量が、通常運転モードの場合よりも増加する。ひいては、蒸発工程を行う蒸発用熱交換器を流れる冷媒の単位時間当たりの流量が確保される。よって蒸発工程を行う蒸発用熱交換器における蒸発量が確保される。この場合、凝縮工程を行う凝縮用熱交換器からの凝縮熱の放出量が低下することが抑制される。よって、冷凍サイクル装置の能力低下が抑制される。

・上記したように着霜判定モードにおいて、冷凍サイクル装置における冷媒循環量が低下することがある。そこで第２制御形態によれば、制御部は、着霜判定モードにおいて、圧縮機の単位時間当たりの回転数（駆動量）を通常運転モードの場合よりも増加させる。この場合、冷凍サイクル装置における冷媒循環量が確保されるため、冷凍サイクル装置の能力低下が抑制される。

・前記した温度差が小さいほど、空気熱交換器における着霜度が小さいことになる。前記した温度差が大きいほど、空気熱交換器における着霜度が大きいことになる。そこで制御部は、着霜判定モードにおいて、前記温度差を時間的にずらして検知し、前記温度差が時間的に増加していることを検知すると、着霜が成長していると判定する着霜成長判定手段をもつ形態が例示される。着霜が成長していると判定されるときには、制御部は、除霜処理における除霜時間および／または除霜能力を増加させる除霜能力を高めることが好ましい。

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。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、凍結点以上となる形態も含む。図１に示すように、冷凍サイクル装置は、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ＣＰＵ６１とをもつ。

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における蒸発温度Ｔ２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、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が設けられている。第１膨張弁３１および第２膨張弁３２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が、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（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う。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（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う。

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。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。このように空気熱交換器４１の表面に着霜が発生すると、空気熱交換器４１の熱交換効率が減少するため、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Ｔ２（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と空気熱交換器４１における蒸発温度Ｔ２との間の温度差ΔＴが増加する。このため、空気熱交換器４１において着霜が発生していることがΔＴに基づいて制御部６により検知される。

しかしながら本実施例によれば、図１に示すように、熱源（温水状態の加熱水）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うと共に、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（温水状態の加熱水の熱）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への単位時間当たりの伝熱量は、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。このため、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。

このように空気熱交換器４１の表面に着霜が発生すると、第２膨張弁３２の閉弁方向への動作により、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。このように通常運転モードの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い、温度差ΔＴを求めれば、ΔＴの大きさに基づいて空気熱交換器４１の表面における着霜の有無は検知される。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。空気熱交換器４１の着霜が検知されると、空気熱交換器４１の表面における霜を低減または解消させる除霜（デフロスト）処理を適宜行うことが好ましい。

なお、圧縮機１の回転数が低下し、冷凍サイクル装置における冷媒循環量が相対的に少ないときには、ΔＴが小さくなる傾向がある。このため空気熱交換器４１の表面に着霜していたとしても、着霜が検知されにくくなる傾向がある。そこで本実施例によれば、冷凍サイクル装置における単位時間当たりの冷媒循環量と、着霜の有無を判定するΔＴの大きさとの関係を、制御部６に搭載されているメモリ６０の所定のエリアに格納しておくことができる。そして、着霜判定モードにおいては、冷凍サイクル装置における単位時間当たりの冷媒循環量を求め、求めた冷媒循環量の大きさに応じて、着霜の有無を判定するΔＴに関する所定値の大きさを、制御部６は設定することができる。

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を流れる温水状態の加熱水（熱源）の熱の影響を、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を流れる温水状態の加熱水（熱源）の熱の影響を、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（ΔＴｂ＝Ｔ１−Ｔ２）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、ΔＴ（ΔＴ＝Ｔ１−Ｔ２）は小さいものとして制御部６に検知される。これにより着霜が検知される。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、ΔＴ（ΔＴ＝Ｔ１−Ｔ２）は大きいものとして制御部６に検知される。

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、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ΔＴ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ΔＴ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ΔＴ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ΔＴで判定する代わりに、着霜判定モード開始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、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、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ΔＴ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着霜の有無を判定しても良い。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。

図４は実施例３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。図４に示すように、圧縮機１の吐出ポート１ｏと空気熱交換器４１の入口側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にはバイパス弁７２が設けられている。バイパス弁７２は、開度が連続的または段階的に可変とされる可変弁でも良いし、あるいは、開度が１００％または０％に切り替えるオンオフ弁でも良い。通常運転モードの暖房運転を実施するときには、バイパス弁７２を閉鎖している。故に圧縮機１で圧縮された高温高圧の冷媒はバイパス通路７１を介して空気熱交換器４１には供給されない。これに対して、着霜判定モードにおいて着霜有りと判定された後には、制御部６は除霜モードを設定時間実施する。除霜モードを実施するときには、制御部６はバイパス弁７２の開度を開放させる。開度は１００％でも良いし、僅かの開度でも良い。故に、圧縮機１で圧縮された高温高圧の気体状の冷媒はバイパス通路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側に向けて供給される。この結果、圧縮機１で圧縮されバイパス通路７を通過した高温高圧の気体状の冷媒は、凝縮用熱交換器２において凝縮工程を終えた冷媒と合流点９ｅで合流する。この結果、凝縮工程を終えた冷媒は昇温された状態で、空気熱交換器４１の入口４１ｉに供給される。これにより空気熱交換器４１の表面に着霜している霜が低減または除去される。除霜が終了すれば、バイパス弁７２を閉鎖させる。

図５は実施例４の制御形態Ａを示す。図５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６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、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とともに、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℃）よりも大きければ、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、制御部６は除霜モードを実行する（ステップＳ１０）。除霜モードが終了すれば、ステップＳ４に戻る。ΔＴ（ΔＴ＝Ｔ１−Ｔ２）がしきい値温度α１（例えば７℃）以下であれば、空気熱交換器４１の表面に着霜されていないと推定し、制御部６は除霜モードを実行せず、ステップＳ４に戻る。ステップＳ８は着霜判定手段として機能する。

図６は実施例４の制御形態Ｂを示す。図６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６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、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。着霜判定モードを実行する回数をカウントしており、着霜判定モードの連続実行回数がしきい値回数η１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、ステップＳＢ４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）。除霜モードが終了すれば、制御部６はステップＳＢ４に戻る。ここで、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数はリセットされる（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は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。

図７は実施例４の制御形態Ｃを示す。図７は制御部６のＣＰＵ６１が実行する制御形態Ｃのフローチャートを示す。図７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ＳＣ２）。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Ｓ４Ｂ）。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ＳＣ６）。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。更に加熱水回路４３の供給弁４４ｖを閉鎖する（ステップＳＣ７）。場合によっては、供給弁４４ｖの開度を通常運転モードの暖房運転の場合よりも小さくさせる。これによりエンジン等の熱発生源４５の加熱水（熱源）の熱が空気熱交換器４１に伝達されることが更に抑制される。

更に、上記した着霜判定モードでは、空気温度Ｔ１と熱交温度センサ５２の温度Ｔ２を読み込む。Ｔ１−Ｔ２であるΔＴがしきい値温度α１（例えば７℃）以下であれば（ステップＳＣ８のＮＯ）、除霜モードを実行せずに、通常運転モードの暖房運転を継続させるため、供給弁４４ｖの開度が通常運転モードの暖房運転の開度に戻るように、供給弁４４ｖを開放させ（ステップＳＣ１２）、ステップＳＣ４に戻る。これに対して、ΔＴがしきい値温度α１（例えば７℃）よりも大きければ（ステップＳＣ８のＹＥＳ）、空気熱交換器４１の表面に着霜されていると推定し、制御部６は除霜モードを実行する（ステップＳＣ１０）。なお、制御形態Ｃによれば、ステップＳＣ７において供給弁４４ｖを閉鎖しステップＳＣ１２において供給弁４４ｖを開放しているが、これに限らず、供給弁４４ｖの開度を維持したまま、ステップＳＣ７において加熱水通路４３のポンプ４４ｐの通水量を０または低減させても良い。ステップＳＣ１２においてポンプ４４ｐの通水量を通常運転モードの暖房運転の通水量に戻す。

図８は実施例５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の貯湯槽で生成される温水が流れる加熱水流路４６ａをもつ。加熱水流路４６ａを流れる温水の熱は、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には温水供給弁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、温水供給弁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に温水を供給し、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、温水供給弁４７ｖを閉鎖させると共にポンプ４７ｐをオフとする。あるいは、温水供給弁４７ｖの開度およびポンプ４７ｐの単位時間当たりの回転数を、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。

図９は実施例６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。

実施例７について図１を準用して説明する。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。上記した空気熱交換器４１の表面に着霜しているか否かを判定する着霜判定モードを実施するにあたり、図１に示す第１膨張弁３１を開放させつつ、第２膨張弁３２の開度を閉じるか低下させる。この場合、熱源熱交換器４２に流れる単位時間当たりの冷媒流量は、通常運転モード（通常暖房運転）の場合よりも停止または減少する。この場合、冷凍サイクル装置における冷媒循環量が低下するおそれがある。結果として、蒸発用熱交換器４を流れる冷媒の単位時間当たりの流量が低下し、蒸発工程を行う蒸発用熱交換器４における蒸発量が大きく低下するおそれがある。この場合、着霜判定モードを実施するとき、冷凍サイクル装置による暖房能力が低下するおそれがある。

そこで、本実施例によれば、制御部６が第１制御形態を実施する。第１制御形態によれば、着霜判定モードにおいて、圧縮機１の回転数を基本的には維持しつつ、第２膨張弁３２の開度を閉鎖するか低減させると共に、空気熱交換器４１に繋がる第１膨張弁３１の開度を通常運転モードの暖房運転の場合よりも増加させる。これにより着霜判定モードにおいて空気熱交換器４１を流れる単位時間当たりの冷媒流量が、通常運転モードの暖房運転の場合よりも増加する。ここで、空気熱交換器４１を流れる単位時間当たりの冷媒流量としては、通常運転モードの暖房運転の場合よりも、例えば、３〜６０％程度、５〜３０％程度増加させることができる。この結果、蒸発工程を行う蒸発用熱交換器４の空気熱交換器４１を流れる冷媒の単位時間当たりの流量が確保される。よって蒸発工程を行う蒸発用熱交換器４における蒸発量が確保される。この場合、凝縮工程を行う凝縮用熱交換器２からの凝縮熱の放出量が低下することが抑制される。よって、着霜判定モードを実施しつつも、冷凍サイクル装置の暖房能力低下が抑制される。

実施例８について図１を準用して説明する。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。上記した空気熱交換器４１の表面に着霜しているか否かを判定する着霜判定モードを実施するにあたり、第２膨張弁３２の開度を閉じるか低下させる。この場合、熱源熱交換器４２に流れる単位時間当たりの冷媒流量は、通常運転モード（通常暖房運転）の場合よりも停止または減少する。この場合、冷凍サイクル装置における冷媒循環量が低下するおそれがある。結果として、凝縮用熱交換器２を流れる冷媒の単位時間当たりの流量が低下するおそれがある。この場合、凝縮工程を行う凝縮用熱交換器２からの凝縮熱の単位時間当たりの熱放出量が低下し、冷凍サイクル装置による暖房能力が低下するおそれがある。

上記したように着霜判定モードにおいて、冷凍サイクル装置における冷媒循環量が低下することがある。そこで本実施例によれば、制御部６は第２制御形態を実施する。第２制御形態によれば、制御部６は、着霜判定モードにおいて、圧縮機１の余力がある場合には、圧縮機１の単位時間当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増加させる。圧縮機１の単位時間当たりの回転数としては、通常運転モードの暖房運転の場合よりも、例えば、３〜６０％程度、５〜３０％程度増加させることができる。この場合、冷凍サイクル装置における冷媒循環量が確保され、冷凍サイクル装置の暖房能力の低下が抑制される。圧縮機１がエンジンで駆動される場合には、エンジンへの単位時間当たりの燃料供給量および吸気量を増加させる。

図１０は実施例９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。上記した第１膨張弁および第２膨張弁の機能を兼ねる三方弁としての共通膨張弁４９が設けられている。共通膨張弁４９において、ポート４９ｆは凝縮用熱交換器２に繋がり、ポート４９ｓは空気熱交換器４１に繋がり、ポート４９ｔは熱源熱交換器４２に繋がる。着霜判定モードにおいて、共通膨張弁４９の開度を調整することにより、熱源熱交換器４２に繋がる開度を通常運転モード（通常暖房運転）の場合よりも減少させ、且つ、空気熱交換器４１に繋がる開度を通常運転モード（通常暖房運転）の場合よりも増加させる。これにより熱源熱交換器４２を流れる単位時間当たりの冷媒流量が減少し、且つ、空気熱交換器４１を流れる単位時間当たりの冷媒流量が増加する。この結果、蒸発工程を行う空気熱交換器４１を流れる冷媒の単位時間当たりの流量が確保される。この場合、凝縮工程を行う凝縮用熱交換器２からの凝縮熱の放出量が低下することが抑制される。よって、着霜判定モードを実施しつつも、冷凍サイクル装置の暖房能力低下が抑制される。

図１１は実施例１０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。着霜判定モードのときには、第２膨張弁３２の開度を小さくしたり０とすれば、熱源熱交換器４２に流れる冷媒の単位時間当たりの流量を、通常運転モードの場合よりも減少させることができる。同様に、空気熱交換器４１に流れる冷媒の単位時間当たりの流量を通常運転モードの場合よりも増加させることができる。従って着霜判定モードにおいては、熱源熱交換器４２において熱源（加熱水通路４３を流れる温水状態の加熱水）から冷媒への単位時間当たりの伝熱量を、通常運転モードの場合よりも減少させることができる。この結果、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。この結果、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により検知される。上記したように通常運転モードの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い、温度差ΔＴを求めれば、温度差ΔＴに基づいて空気熱交換器４１の表面における着霜の有無は、良好に検知される。着霜が検知されると、空気熱交換器４１の表面における霜を低減または解消させる除霜処理を適宜行うことが好ましい。

図１２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。図２に示す本試験例に係るデータよれば、空気熱交換器４１の表面に着霜されていない場合には、ΔＴは小さい。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、ΔＴは大きい。このため前記した温度差ΔＴは小さいほど、空気熱交換器４１の着霜度が小さいことになる。温度差ΔＴが大きいほど、着霜度が大きいことになる。そこで、本実施例によれば、制御部６は、時間間隔を隔ててΔＴを求め、ΔＴが時間的に増加していることを検知すると、着霜が成長していると判定し、除霜モードを実施する時間を長くする。また着霜が成長していなければ、除霜モードを実施する時間を短縮させる。

図１２は制御部６のＣＰＵ６１が実施するフローチャートの一例を示す。先ず、今回の着霜判定モードにおけるΔＴを求める（ステップＳＦ２）。このΔＴを制御部６のメモリ６０の所定のエリアに格納する（ステップＳＦ４）。先回の着霜判定モードにおけるΔＴをメモリ６０から読み込む（ステップＳＦ６）。先回の着霜判定モードにおけるΔＴと、今回の着霜判定モードにおけるΔＴとを比較し、ΔＴの変化率を求める（ステップＳＦ８）。ΔＴの変化率がしきい値ωよりも高いか否か判定する。つまり、ΔＴが増加しているか否か判定する（ステップＳＦ１０）。ΔＴの変化率がしきい値ω以上であれば、空気熱交換器４１の表面において着霜が成長している旨の指令を出力する（ステップＳＦ１２）。除霜モードを実施する時間を通常時間よりも増加させる指令を出力し（ステップＳＦ１４）、メインルーチンにリターンする。

これに対してΔＴの変化率がしきい値ω未満であれば、空気熱交換器４１の表面において着霜があまり成長していない旨の指令を出力し（ステップＳＦ２２）する。そして除霜モードを実施する時間を通常時間（着霜が成長している場合よりも、除霜モード実施時間を短縮させる）とする指令を出力し（ステップＳＦ２４）、メインルーチンにリターンする。なお、除霜モードを実施する時間を増加させる操作に代えて、除霜能力を増加させる指令を出力しても良い。除霜能力を増加させるには、例えば図４に示す場合には、バイパス弁７２の開度を増加させ、高温高圧の気体状の冷媒をバイパス弁７２を介して空気熱交換器４１に供給すればよい。

図１３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。蒸発用熱交換器４を構成する熱源熱交換器４２および空気熱交換器４１は直列に配置されている。熱源熱交換器４２は空気熱交換器４１よりも上流側（凝縮用熱交換器２側）に配置されている。熱源熱交換器４２を迂回するバイパス路として機能する熱源熱交換器４２に並列で並列流路４２ｘが設けられており、並列流路４２ｘに第１膨張弁３１が設けられている。場合によっては第１膨張弁３１を廃止し、キャピラリにしても良い。着霜判定モードでは、第２膨張弁３２を閉じるか、絞って良い。

図１４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。蒸発用熱交換器４を構成する熱源熱交換器４２および空気熱交換器４１は直列に配置されている。熱源熱交換器４２は空気熱交換器４１よりも圧縮機１側に配置されている。熱源熱交換器４２に並列な並列流路４２ｙが設けられている。並列流路４２ｙは熱源熱交換器４２および第２膨張弁３２を迂回するバイパス通路である。第１膨張弁３１は空気熱交換器４１と凝縮用熱交換器２との間に配置されている。第２膨張弁３２は熱源熱交換器４２の上流（空気熱交換器４１側）に配置されている。着霜判定モードにおいては、供給弁４４ｖを閉鎖させたり、ポンプ４４ｐの回転数を低下させたりできる。なお、上流および下流は暖房運転時を前提とする。着霜判定モードでは、第２膨張弁３２を閉じるか、絞って良い。場合によっては第１膨張弁３１を廃止し、キャピラリにしても良い。

図１５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１５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１５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暖房運転時に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、気体燃料で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。

除霜モード時には、圧縮機１から吐出された冷媒は、オイルセパレータ１０５，四方弁１１１に送られる。冷媒は四方弁１１１の第１ポート１１１ｆから空気熱交換器４１に送られる。空気熱交換器４１に送られた高温の冷媒により空気熱交換器４１に着霜した霜を溶かす（冷媒が凝縮）。空気熱交換器４１から排出された冷媒は、主に逆止弁１０３を通って一部が膨張弁１１６を介して室内熱交換器２Ｘに送られ、一部が第２膨張弁３２を介して冷媒流路９ｐにより熱源熱交換器４２に送られる。室内熱交換器２Ｘのファン２ｆは室内に冷風を流さないために停止する。このとき膨張弁１１６を最大開度にする場合と、閉じる場合とがある。前者の場合には膨張弁として使用することなく冷媒がそのまま室内熱交換器２Ｘを通過する。後者の場合には、冷媒は室内熱交換器２Ｘに送られない。いずれの場合でも室内熱交換器２Ｘにおける熱授受はない。熱源熱交換器４２から排出された冷媒は冷媒流路９ｗを介してアクチュエータ１０１に送られる。室内熱交換器２Ｘに冷媒が送られた場合、冷媒は冷媒流路９ｉ，９ｈ、四方弁１１１、冷媒流路９ｗを介してアクチュエータ１０１に送られる。

（暖房運転時）
先ず、室内を暖房するときについて説明する。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１５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１５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。

（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。

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。

（その他）
本発明は上記し且つ図面に示した各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。

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。

実施例１に係り、冷凍サイクル装置の概念を示す構成図である。実施例２に係り、試験データを示すグラフである。実施例２に係り、試験データを示すグラフである。実施例３に係り、冷凍サイクル装置の概念を示す構成図である。実施例４に係り、制御部が実行する制御形態Ａに係るフローチャートである。実施例４に係り、制御部が実行する制御形態Ｂに係るフローチャートである。実施例４に係り、制御部が実行する制御形態Ｃに係るフローチャートである。実施例５に係り、冷凍サイクル装置の概念を示す構成図である。実施例６に係り、冷凍サイクル装置の概念を示す構成図である。実施例９に係り、冷凍サイクル装置の概念を示す構成図である。実施例１０に係り、冷凍サイクル装置の概念を示す構成図である。実施例１１に係り、制御部が実行するフローチャートである。実施例１２に係り、冷凍サイクル装置の概念を示す構成図である。実施例１３に係り、冷凍サイクル装置の概念を示す構成図である。実施例１４に係り、空気調和装置の概念を示す構成図である。従来例に係り、冷凍サイクル装置の概念を示す構成図である。他の従来例に係り、冷凍サイクル装置の概念を示す構成図である。

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は制御部を示す。

Claims

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、前記膨張弁を制御する制御部とを具備する冷凍サイクル装置において、
（ｉ）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ており、
（ｉｉ）前記制御部は、
（ａ）前記膨張弁を経た冷媒を前記空気熱交換器および前記熱源熱交換器に流すことにより前記空気熱交換器および前記熱源熱交換器において熱交換を行う通常運転モードと、
（ｂ）前記膨張弁を経た冷媒を前記空気熱交換器に流して前記空気熱交換器において熱交換を行うと共に、前記熱源熱交換器から冷媒への単位時間当たりの伝熱量を前記通常運転モードの場合よりも減少させる操作を行う着霜判定モードとを実施し、
（iii）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、
前記制御部は、前記着霜判定モードにおいて、前記熱源熱交換器に繋がる前記第２膨張弁の開度を０にするか、前記第２膨張弁の開度を前記通常運転モードの場合よりも減少させ、前記熱源熱交換器に向けて流れる単位時間当たりの冷媒流量を０または前記通常運転モードの場合よりも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において、前記制御部は、前記着霜判定モードにおいて、前記第１膨張弁の開度を前記通常運転モードの場合よりも増加させ、前記空気熱交換器に向けて流れる単位時間当たりの冷媒流量を前記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。
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、前記膨張弁を制御する制御部とを具備する冷凍サイクル装置において、
（ｉ）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ており、
（ｉｉ）前記制御部は、
（ａ）前記膨張弁を経た冷媒を前記空気熱交換器および前記熱源熱交換器に流すことにより前記空気熱交換器および前記熱源熱交換器において熱交換を行う通常運転モードと、
（ｂ）前記膨張弁を経た冷媒を前記空気熱交換器に流して前記空気熱交換器において熱交換を行うと共に、前記熱源熱交換器から冷媒への単位時間当たりの伝熱量を前記通常運転モードの場合よりも減少させる操作を行う着霜判定モードとを実施し、
（iii）前記膨張弁は、前記凝縮用熱交換器に繋がるポートと前記空気熱交換器に繋がるポートと前記熱源熱交換器に繋がるポートとを備える三方弁で形成された共通膨張弁であり、
前記制御部は、前記着霜判定モードにおいて、前記共通膨張弁のうち前記熱源熱交換器に繋がるポートの開度を０にするか前記通常運転モードの場合よりも減少させることにより、前記熱源熱交換器に向けて流れる単位時間当たりの冷媒流量を０または前記通常運転モードの場合よりも減少させることを特徴とする冷凍サイクル装置。
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、前記膨張弁を制御する制御部とを具備する冷凍サイクル装置において、
（ｉ）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ており、
（ｉｉ）前記制御部は、
（ａ）前記膨張弁を経た冷媒を前記空気熱交換器および前記熱源熱交換器に流すことにより前記空気熱交換器および前記熱源熱交換器において熱交換を行う通常運転モードと、
（ｂ）前記膨張弁を経た冷媒を前記空気熱交換器に流して前記空気熱交換器において熱交換を行うと共に、前記熱源熱交換器から冷媒への単位時間当たりの伝熱量を前記通常運転モードの場合よりも減少させる操作を行う着霜判定モードとを実施し、
（iii）前記膨張弁は、前記凝縮用熱交換器と前記空気熱交換器，前記熱源熱交換器との間に設けられており、
前記制御部は、前記着霜判定モードにおいて、前記熱源熱交換器に繋がる前記膨張弁の開度を調整することにより、前記熱源熱交換器に向けて流れる単位時間当たりの冷媒流量を０または前記通常運転モードの場合よりも減少させることを特徴とする冷凍サイクル装置。
請求項１〜４のうちの一項において、前記制御部は、前記着霜判定モードにおいて、前記熱源熱交換器に向けて流れる単位時間当たりの冷媒流量を０または前記通常運転モードの場合よりも減少させ、且つ、前記空気熱交換器に向けて流れる単位時間当たりの冷媒流量を前記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１〜５のうちの一項において、前記制御部は、前記着霜判定モードにおいて、前記圧縮機の単位時間当たりの回転数を前記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１〜６のうちの一項において、前記制御部は、前記着霜判定モードにおいて、前記空気温度と前記空気熱交換器の蒸発温度との温度差が時間的に増加しているとき、着霜が成長していると判定する着霜成長判定手段をもち、着霜が成長していると判定されるとき、前記制御部は、除霜時間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１〜７のうちの一項において、前記圧縮機の吐出ポートと前記空気熱交換器の入口とを繋ぐバイパス通路が前記凝縮器用熱交換器を迂回させるように設けられており、前記バイパス通路にはバイパス弁が設けられており、
前記制御部は、前記着霜判定モードにおいて着霜有りと判定するときには、前記バイパス弁の開度を開放させて、前記圧縮機で圧縮された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の入口側に供給させることにより前記空気熱交換器に着霜している霜を低減または除去させることを特徴とする冷凍サイクル装置。