JP6095353B2 - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

Description

本発明は、ホットデフロストを行う冷凍サイクル装置に関するものである。

冷凍サイクル装置において、蒸発器に発生した霜を取り除くために圧縮機から吐出する高温高圧のガス冷媒を蒸発器に流入して霜を取り除くホットガスデフロストが知られている。また、ホットガスデフロストとして、圧縮機と蒸発器との間にホットガスバイパス配管が設置され、デフロスト時に圧縮機から吐出する高温高圧のガス冷媒がホットガスバイパス配管を介して蒸発器に直接流入させる方式がある（直接ホットガス方式、例えば特許文献１参照）。特許文献１には、ホットガスバイパス配管に２つの二方弁が設けられており、室外機側熱交換器の流出側に設置されたサーミスタの抵抗が所定値以上（冷媒温度が所定の温度以下）になった場合、一方の二方弁が開放され、その後の所定時間経過後に他方の二方弁が開放されることが開示されている。

特開昭６２−９４７６６号公報

上述したように、特許文献１において、他方の二方弁が開くタイミングが経過時間であり、さらに弁が２つとも開いた後は、圧縮機への液戻りが生じても弁が閉じるような制御にはなっていない。そのため、２つの二方弁が開放した状態において圧縮機への液戻りが発生した際に、この液戻りを回避することが出来ないという問題がある。このため、デフロスト運転時にホットガスバイパス配管に流通する冷媒の量が圧縮機に液戻りが生じない範囲に抑えられ、デフロスト運転に時間が掛かってしまうという問題がある。

本発明は、ホットガスデフロスト時の圧縮機への継続的な液戻りを確実に防止するとともに、ホットデフロスト時間の短縮を図ることができる冷凍サイクル装置を提供することを目的とする。

本発明の冷凍サイクル装置は、圧縮機、凝縮器、膨張弁及び蒸発器が配管で接続された冷媒回路を備えた冷凍サイクル装置であって、圧縮機の吐出側と蒸発器との間に設けられたホットガスバイパス配管と、ホットガスバイパス配管上に設置された、ホットガスバイパス配管に流れる冷媒の流量を調整する流量調整器と、圧縮機から吐出される冷媒の吐出過熱度及び吐出圧力を検出する冷媒状態検出手段と、通常冷却運転時に流量調整器を閉止させ、デフロスト運転時に冷媒状態検出手段により検出された吐出過熱度及び吐出圧力に応じてホットガスバイパス配管上に流れる冷媒の流量を流量調整器により増減させるデフロスト制御手段とを備え、デフロスト制御手段は、デフロスト運転開始時において、第１冷媒流量の冷媒がホットガスバイパス配管に流れるように流量調整器を制御するとともに、吐出過熱度が設定過熱度よりも大きい場合、かつ吐出圧力が設定圧力よりも大きい場合に、第１冷媒流量から第２冷媒流量へ増加させた冷媒がホットガスバイパス配管に流れるように、流量調整器を制御するものである。

本発明の冷凍サイクル装置によれば、デフロスト制御時において圧縮機の吐出冷媒温度及び吐出圧力に応じて流量調整器によりホットガスバイパス配管を流れる冷媒流量の増減を行い、デフロスト制御時における圧縮機の液戻りを確実に防止しデフロスト時間の短縮を図ることが可能になる。

本発明の冷凍サイクル装置の実施形態１を示す冷媒回路図である。 図１の冷凍サイクル装置の動作例を示すフローチャートである。 デフロスト時間と蒸発器の温度との関係を示すグラフである。 従来の冷凍サイクル装置の一例を示す冷媒回路図である。 本発明の冷凍サイクル装置の実施形態２を示す冷媒回路図である。 図５の冷凍サイクル装置の動作例を示すフローチャートである。 本発明の冷凍サイクル装置の実施形態３を示す冷媒回路図である。 図７の冷凍サイクル装置の動作例を示すフローチャートである。 本発明の冷凍サイクル装置の実施形態４を示す冷媒回路図である。 図９の冷凍サイクル装置の動作例を示すフローチャートである。 本発明の冷凍サイクル装置の実施形態５を示す冷媒回路図である。 図１１の冷凍サイクル装置の動作例を示すフローチャートである。 本発明の冷凍サイクル装置の別の実施形態を示す冷媒回路図である。

実施形態１．
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の冷凍サイクル装置の実施形態１を示す冷媒回路図である。図１に基づいて、冷凍サイクル装置１００の回路構成について説明する。この冷凍サイクル装置１００は、冷媒を循環させる冷凍サイクル（ヒートポンプサイクル）を利用して冷房運転を行なうものである。冷凍サイクル装置１００において、圧縮機１、凝縮器４ａ、４ｂ、膨張弁６及び蒸発器７が配管で接続された冷媒回路が構成されている。

圧縮機１は、冷媒を吸入しその冷媒を圧縮して高温・高圧の状態にするものであり、例えばインバータにより回転数が制御され容量制御される構成を有している。油分離器２は、圧縮機１から吐出される冷媒のうち冷凍機油が混在している冷媒ガスから冷凍機油成分を分離する機能を有している。なお、油分離器２において分離された冷凍機油は、図示しない圧縮機１に接続された毛細管から圧縮機１に戻されるようになっている。

凝縮器４ａ、４ｂは、例えば凝縮器ファン５ａ、５ｂ等から供給される空気と冷媒との間で熱交換を行ない、冷媒を蒸発ガス化または凝縮液化するものであって、油分離器２の吐出側に逆止弁３を介して接続されている。なお、２つの凝縮器４ａ、４ｂが設けられている場合について例示しているが、１つ以上の凝縮器を有するものであればよい。蒸発器７は、空気と冷媒との間で熱交換を行ない、冷媒を蒸発ガス化するものである。この蒸発器７には送風ファン７ａから風が供給され、熱交換が促進するような構成を有している。

アキュムレータ８は、蒸発器７から流出した冷媒を貯留するものであって、圧縮機１の吐出側に接続されている。そして、アキュムレータ８に貯留された冷媒が圧縮機１に吸引され圧縮される。また、アキュムレータ８の底部側には油戻り配管９が接続されており、油戻り配管９上には油戻り開閉弁１０が配置されている。そして、油戻り配管９から少量の液冷媒が圧縮機１へ戻されていく。

さらに、冷凍サイクル装置１００は、ホットガスバイパス配管１１、流量調整器１２、冷媒状態検出手段２０、デフロスト制御手段３０を備えている。ホットガスバイパス配管１１は、圧縮機１と蒸発器７との間に接続されており、ホットガスデフロスト時に圧縮機１から吐出された高温高圧のガス冷媒を凝縮器４ａ、４ｂを介さずに直接蒸発器７へ流入させるものである。

流量調整器１２は、ホットガスバイパス配管１１に流れる冷媒の流量を調整するものであって、たとえば第１開閉弁１２ａ及び第２開閉弁１２ｂを有している。そして、第１開閉弁１２ａ及び第２開閉弁１２ｂの開閉の組み合わせにより、ホットガスバイパス配管１１に流れる冷媒の流量を調整するようになっている。具体的には、第１開閉弁１２ａは、第２開閉弁１２ｂよりも容量の大きいものであって、第１開閉弁１２ａが開放され第２開閉弁１２ｂが閉止した際には、第１の冷媒流量がホットガスバイパス配管１１に流れる。一方、第１開閉弁１２ａ及び第２開閉弁１２ｂの双方が開放した際には、第１の冷媒流量よりも多い第２の冷媒流量がホットガスバイパス配管１１に流れるようになっている。

流量調整器１２の動作はデフロスト制御手段３０により制御されており、通常冷却運転時にはホットガスバイパス配管１１に冷媒が流れないように第１開閉弁１２ａ及び第２開閉弁１２ｂの双方が閉止される。一方、デフロスト運転時には、ホットガスバイパス配管１１に冷媒が流通するように、第１開閉弁１２ａが開放し第２開閉弁１２ｂが閉止する、もしくは第１開閉弁１２ａ及び第２開閉弁１２ｂの双方が開放する。

なお、図１において、流量調整器１２が２つの開閉弁１２ａ、１２ｂからなる場合について例示するが、ホットガスバイパス配管１１を流れる冷媒流量を調整できるものであればその構成を問わない。例えば流量調整器１２が３つ以上の複数の開閉弁からなり、多段的に冷媒流量を調整できるものであってもよいし、開度が連続的に調整可能な１つ以上の電動弁からなるものであってもよい。

冷媒状態検出手段２０は、圧縮機１から吐出される冷媒の吐出過熱度ＳＨ及び吐出圧力Ｐｏｕｔを検出するものであって、吐出温度センサ２０ａ、吐出圧力センサ２０ｂ、高圧温度センサ２０ｃを備えている。吐出温度センサ２０ａは、圧縮機１から吐出した冷媒の吐出冷媒温度を検出するものであり、吐出圧力センサ２０ｂは、圧縮機１から吐出した冷媒の吐出圧力Ｐｏｕｔを検出するものである。高圧温度センサ２０ｃは油分離器２から吐出した冷媒温度を検出するものである。また、デフロスト制御手段３０は冷媒状態検出手段の一部として機能し、吐出温度センサ２０ａにより検出された吐出冷媒温度と、高圧温度センサ２０ｃにより検出された高圧側温度との差分を吐出過熱度ＳＨとして検出する。

デフロスト制御手段３０は、ホットデフロスト制御時に各種センサ２０ａ〜２０ｃにより検出された吐出過熱度ＳＨ及び吐出圧力Ｐｏｕｔに応じて流量調整器１２を調整し、ホットガスバイパス配管１１に流れる冷媒流量を調整するものである。具体的には、デフロスト制御手段３０は、デフロスト制御の開始と同時に、流量調整器１２の第１開閉弁１２ａのみを開放することにより、第１の冷媒流量の冷媒をホットガスバイパス配管１１に流通させる。

デフロスト制御手段３０には予め設定過熱度ＳＨｒｅｆ（例えば５度）及び設定圧力Ｐｒｅｆが設定されており、デフロスト制御手段３０は、吐出過熱度ＳＨ及び吐出圧力Ｐｏｕｔと設定過熱度ＳＨｒｅｆ及び設定圧力Ｐｒｅｆを比較する。吐出過熱度ＳＨが設定過熱度ＳＨｒｅｆよりも大きく、かつ吐出圧力Ｐｏｕｔが設定圧力Ｐｒｅｆよりも大きい期間が所定時間（たとえば１０秒）経過した際に、デフロスト制御手段３０は第２開閉弁１２ｂを開放するように制御する。さらに、第２開閉弁１２ｂが開放した状態において、吐出過熱度ＳＨが設定過熱度ＳＨｒｅｆ以下である期間、もしくは吐出圧力Ｐｏｕｔが設定圧力Ｐｒｅｆ以下である期間が所定時間（たとえば１０秒）経過した際に、デフロスト制御手段３０は第２開閉弁１２ｂを閉止するように制御する。

アキュムレータ８の液冷媒量が多くなりオーバーフロー状態に近づくにつれて、圧縮機１に吸入される冷媒が湿り状態となり、圧縮機１から吐出される冷媒の温度も低下する。そこで、デフロスト制御手段３０は、デフロスト制御時において、吐出過熱度ＳＨに基づいて圧縮機１への液戻りが発生する状態であるか否かを判断し、吐出過熱度ＳＨが設定過熱度ＳＨｒｅｆより大きくなるまでは、第２開閉弁１２ｂを閉止させておく。すると、冷媒循環量を増加させることなく、アキュムレータ８へ流入する冷媒流量の増加を防止することができる。

また、ホットガスデフロスト時において、冷媒循環量は多い方が好ましい。しかし、吐出圧力Ｐｏｕｔが設定圧力Ｐｒｅｆよりも小さいとき、第２開閉弁１２ｂを開放してホットガスバイパス配管１１の冷媒流量を大きくしてしまうとさらに冷媒吐出圧力が下がってしまい、却ってデフロストに掛かる時間が長くなってしまう。そこで、デフロスト制御手段３０は、吐出圧力Ｐｏｕｔが設定圧力Ｐｒｅｆよりも大きくなるまではホットガスバイパス配管１１における冷媒流量を増加させないように、第２開閉弁１２ｂを閉止させておく。

一方、デフロスト制御手段３０は、吐出過熱度ＳＨが設定過熱度ＳＨｒｅｆよりも大きく、かつ吐出圧力Ｐｏｕｔが設定圧力Ｐｒｅｆよりも大きい期間が所定時間（たとえば１０秒）経過した場合には、上述したような不具合は生じないと判断し、第２開閉弁１２ｂを開放して冷媒循環量を増加させる。これにより、デフロスト時間の短縮を図ることができる。

さらに、第１開閉弁１２ａ及び第２開閉弁１２ｂが双方ともに開放した状態において、デフロスト制御手段３０は、吐出過熱度ＳＨが設定過熱度ＳＨｒｅｆ以下である期間、もしくは吐出圧力Ｐｏｕｔが設定圧力Ｐｒｅｆ以下である期間が所定期間（たとえば１０秒）経過したか否かを判断する。そして、上記条件を満たす場合、デフロスト制御手段３０は再び第２開閉弁１２ｂを閉止し、第１開閉弁１２ａのみを開放した状態でデフロスト運転を行う。これにより、冷媒循環量を増加させた結果、圧縮機１への液戻りが発生するような状況になった場合であっても、第２開閉弁１２ｂを閉止するという保護機能が働き、圧縮機１への液戻りを確実に防止することができる。

ここで、図１を参照してホットガスデフロスト時における冷媒の流れについて説明する。まず、圧縮機１から出た冷媒が油分離器２において冷媒と油を分離され、油分離器２から流出したガス冷媒は、逆止弁３を介して凝縮器４ａ、４ｂ側に流れる冷媒と、ホットガスバイパス配管１１側に流れる冷媒とに分岐する。なお、通常冷却運転時には流量調整器１２は閉止しており、冷媒がホットガスバイパス配管１１を流れないようになっている。その後、流量調整器１２を流れた冷媒は蒸発器７内部を通過し、その際に蒸発器７内部に付着した霜を溶かす。蒸発器７内で霜を溶かした冷媒は、一部凝縮しているため、アキュムレータ８で気液分離される。アキュムレータ８を出たガス冷媒は圧縮機１へ吸い込まれ、液冷媒は油戻し開閉弁１０により少しずつ圧縮機１へ戻される。

次に、図２は図１のデフロスト制御手段３０におけるホットガスデフロスト制御の一例を示すフローチャートであり、図１及び図２を参照して冷凍サイクル装置１００のホットガスデフロスト制御について説明する。まず、デフロスト運転（除霜運転）が必要であると判断された際、もしくは定期的にデフロスト運転を行う際、通常冷却運転が終了する（ステップＳＴ１）。そして、ポンプダウン運転により冷媒回路内に残留している冷媒を封じこめ冷媒回収が所定時間行われ（ステップＳＴ２）、冷媒回収が完了した後にポンプダウン運転が停止する（ステップＳＴ３）。その後、デフロスト運転が開始される（ステップＳＴ１０）。

デフロスト運転が開始された際、デフロスト制御手段３０の制御により流量調整器１２の第１開閉弁１２ａが開き（ステップＳＴ１１）、ホットガスバイパス配管１１に第１冷媒流量の冷媒が流れる。ここで、冷媒状態検出手段２０において圧縮機１の吐出過熱度ＳＨ及び吐出圧力Ｐｏｕｔが検出される（ステップＳＴ１２）。そして、デフロスト制御手段３０において、吐出過熱度ＳＨが設定過熱度ＳＨｒｅｆより大きく、かつ吐出圧力Ｐｏｕｔが設定圧力Ｐｒｅｆよりも大きい期間が所定期間（例えば１０秒）継続したか否かが判断される（ステップＳＴ１３）。上記条件を満たすようになるまで、流量調整器１２の第１開閉弁１２ａ側を開放し第２開閉弁１２ｂを閉止した状態でのデフロスト運転が行われる。一方、上記条件を満たす場合（ステップＳＴ１３）、デフロスト制御手段３０により第２開閉弁１２ｂが開放される（ステップＳＴ１４）。すると、ホットガスバイパス配管１１に流れる冷媒の流量が第１開閉弁１２ａのみが開いていた場合に比べて多くなる。このため、デフロスト時間の短縮化を図ることができる。

この状態で、圧縮機１の吐出過熱度ＳＨ及び吐出圧力Ｐｏｕｔが検出される（ステップＳＴ１５）。そして、デフロスト制御手段３０において、吐出過熱度ＳＨが設定過熱度ＳＨｒｅｆ以下である期間、もしくは吐出圧力Ｐｏｕｔが設定圧力Ｐｒｅｆ以下である期間が所定期間（例えば３秒）継続したか否かが判断される（ステップＳＴ１６）。上記条件を満たすまで、流量調整器１２の第１開閉弁１２ａ及び第２開閉弁１２ｂの双方を開放した状態でのデフロスト運転が行われる（ステップＳＴ１５、ＳＴ１６）。

一方、上記条件を満たした場合（ステップＳＴ１６）、圧縮機１への液戻りの可能性が生じる状態であると判断し、デフロスト制御手段３０により第２開閉弁１２ｂが閉止される（ステップＳＴ１７）。その後、上述した第１開閉弁１２ａが開放され第２開閉弁１２ｂが閉止された状態でのデフロスト運転が行われる（ステップＳＴ１２、ＳＴ１３）。

このように、吐出過熱度ＳＨ及び吐出圧力Ｐｏｕｔに応じてホットガスバイパス配管１１に流れる冷媒流量を調整することにより、デフロスト運転の期間の短縮化を図りながら圧縮機１への液戻りを確実に防止することができる。すなわち、蒸発器７内に流れる冷媒量が多くて冷媒温度が高いほど、熱量も多くなるため蒸発器７内部に付着した霜を溶かす時間も短くなる。しかしながら、蒸発器７へ流れる冷媒が多すぎると、蒸発器７内でガスから液に凝縮した液冷媒が大量にアキュムレータ８に入り、アキュムレータ８で気液分離できる許容量を超えてしまい、圧縮機１へ大量の液冷媒が戻って圧縮機１の故障の原因となる。流量調整器１２が開放されホットガスバイパス配管１１に冷媒が流れた場合、冷媒回路に流れる冷媒循環量は増加するため、蒸発器７へ流れる冷媒流量も多くなってしまう。

図４に示す従来の冷凍サイクル装置の場合、他方の二方弁１２ｂは一方の二方弁１２ａが開放から所定時間経過後に自動的に開放し冷媒流量を増加させるものである。このため、デフロスト運転時において圧縮機１への液戻りが生じても、液戻りを検出し防止することができない。このため、図４の従来の冷凍サイクル装置において圧縮機１への液戻りを確実に防止するためには、ホットガスバイパス配管１１に流れる冷媒流量の上限を液戻りが生じない範囲に予め設定しておく必要がある。したがって、図３の点線で示すように、ホットデフロスト時間が長くなる傾向があり、効率的なホットガスデフロストを行うことができないという問題がある。

ここで、圧縮機１への液戻りが多い場合、吐出過熱度ＳＨが設定過熱度ＳＨｒｅｆ以下になる。そこで、吐出過熱度ＳＨが設定過熱度ＳＨｒｅｆよりも大きい期間が所定期間（たとえば１０秒）経過した場合、冷媒循環量を増加させたとしても圧縮機１への液戻りが発生しない状態であるとして、第２開閉弁１２ｂが開放される。すると、冷媒回路における冷媒循環量が増加するため、蒸発器７へ流れる冷媒量が増加して除霜を短時間で行うことができる。さらに、吐出圧力Ｐｏｕｔを設定圧力Ｐｒｅｆよりも大きく保ち、除霜熱量を増大させることで、除霜を短時間で行うことができる。

一方、吐出過熱度ＳＨが設定過熱度ＳＨｒｅｆ以下である期間、もしくは吐出圧力Ｐｏｕｔが設定圧力Ｐｒｅｆ以下である期間が所定期間経過した場合、デフロスト制御手段３０において圧縮機１への液戻りが発生する可能性があると判断される。そして、再び第２開閉弁１２ｂが閉止され、ホットガスバイパス配管１１に流れる冷媒流量が制限されることにより、冷媒回路内の冷媒循環量が減少する。すると、圧縮機１への液戻りが確実に発生しない状態でのデフロスト運転を行うことになる。すると、図３の実線に示すように、圧縮機１から吐出される冷媒の吐出温度（蒸発器７に流入する冷媒温度）がデフロスト時間経過とともに高く設定することができ、デフロスト時間の短縮を図ることができる。

以上のように、ホットガスバイパス配管１１に流れる冷媒流量を圧縮機１の吐出過熱度ＳＨに応じて切り替えることによって、蒸発器７から圧縮機１への液戻りに対して信頼性が増し、従来よりも冷媒循環量を増加させることができる。また、第２開閉弁１２ｂが開放され冷媒循環量が増加することにより、仮に圧縮機１への液戻りが発生した場合でも、再び第２開閉弁１２ｂが閉止するという保護機能が働き、圧縮機１への液戻りを止めることが可能になっている。

実施形態２．
図５は本発明の冷凍サイクル装置の実施形態２を示す冷媒回路図、図６は図５の冷凍サイクル装置の動作例を示すフローチャートであり、図５及び図６を参照して冷凍サイクル装置２００について説明する。なお、図５の冷凍サイクル装置２００において、図１の冷凍サイクル装置１００と同一の構成を有する部位には同一の符号を付してその説明を省略する。図５の冷凍サイクル装置２００が図１の冷凍サイクル装置１００と異なる点は、デフロスト運転時に、ホットガスバイパス配管１１を流れる冷媒流量を制御するとともに、圧縮機１の運転周波数ｆを制御する点である。

図５のデフロスト制御手段２３０は、デフロスト運転時に運転周波数ｆを増減させる機能を有している。デフロスト制御手段２３０は、デフロスト運転開始時において、第１開閉弁１２ａのみを開放するとともに、予め設定された初期運転周波数ｆ＝ｆ０にて圧縮機１を動作させる。そして、デフロスト制御手段２３０は、ホットガスバイパス配管１１における冷媒流量を一定にした状態で、吐出過熱度ＳＨ及び吐出圧力Ｐｏｕｔに基づいて運転周波数ｆを増減させる。

具体的には、デフロスト制御手段２３０は、吐出過熱度ＳＨが設定過熱度ＳＨｒｅｆよりも大きく、かつ吐出圧力Ｐｏｕｔが設定圧力Ｐｒｅｆよりも大きい期間が所定期間（たとえば３秒）経過した場合、運転周波数ｆを所定量だけ増速させる。すると、冷媒循環量増加による除霜能力が増加し圧縮機１の吐出温度Ｔｏｕｔが上昇するため、さらにデフロスト時間を短縮することが可能となる。一方、デフロスト制御手段２３０は、吐出過熱度ＳＨが設定過熱度ＳＨｒｅｆ以下である期間、もしくは吐出圧力Ｐｏｕｔが設定圧力Ｐｒｅｆ以下である期間が所定期間（たとえば３秒）経過した場合、運転周波数ｆを所定量だけ減速させる。このように、圧縮機１へ液戻りが発生した場合には、保護動作として圧縮機周波数ｆを下げる。また、高圧が下がった場合は、高圧を上げデフロスト時間を短縮するために運転周波数ｆを下げる。

そして、運転周波数ｆが予め設定された最大運転周波数ｆｍａｘになったとき、第２開閉弁１２ｂを開放してホットガスバイパス配管１１の冷媒流量を増加させる。さらに、デフロスト制御手段２３０は、第１開閉弁１２ａ及び第２開閉弁１２ｂの双方を開放した状態において、吐出過熱度ＳＨ及び吐出圧力Ｐｏｕｔに基づいて運転周波数ｆを増減させる。この場合であっても上述したように、デフロスト制御手段２３０は、吐出過熱度ＳＨが設定過熱度ＳＨｒｅｆよりも大きく、かつ吐出圧力Ｐｏｕｔが設定圧力Ｐｒｅｆよりも大きい期間が所定期間（たとえば３秒）経過した場合、運転周波数ｆを所定量だけ増速させる。一方、デフロスト制御手段２３０は、吐出過熱度ＳＨが設定過熱度ＳＨｒｅｆ以下である期間、もしくは吐出圧力Ｐｏｕｔが設定圧力Ｐｒｅｆ以下である期間が所定期間（たとえば３秒）経過した場合、運転周波数ｆを所定量だけ減速させる。そして、デフロスト制御手段２３０は、予め設定された最小運転周波数ｆｍｉｎになったとき、再び第２開閉弁１２ｂを閉止する。

次に、図５と図６を参照して冷凍サイクル装置２００の動作例について説明する。なお、図６において、図２のホットサイクル開始までの工程（ステップＳＴ１〜ＳＴ４）は同一の工程であるため、その説明を省略する。ホットデフロスト制御が開始された際、流量調整器１２の第１開閉弁１２ａが開き（ステップＳＴ２１）、ホットガスバイパス配管１１に冷媒が流れる。このとき、冷媒状態検出手段２０において圧縮機１の吐出過熱度ＳＨ及び吐出圧力Ｐｏｕｔが検出される（ステップＳＴ２２）。

そして、デフロスト制御手段２３０において、吐出過熱度ＳＨが設定過熱度ＳＨｒｅｆ以下である期間、もしくは吐出圧力Ｐｏｕｔが設定圧力Ｐｒｅｆ以下である期間が所定期間（例えば３秒以上）経過した場合（ステップＳＴ２３）、デフロスト制御手段２３０により圧縮機１の運転周波数ｆが所定周波数分だけ減速するように制御される（ステップＳＴ２４）。すると、圧縮機１からの吐出圧力Ｐｏｕｔが低下する。なお、圧縮機１の運転周波数ｆが最小運転周波数ｆｍｉｎである場合には減速は行わず、圧縮機１は最小運転周波数ｆｍｉｎでの運転を継続する。

一方、吐出過熱度ＳＨが設定過熱度ＳＨｒｅｆより大きく、かつ吐出圧力Ｐｏｕｔが設定圧力Ｐｒｅｆより大きい期間が所定期間（例えば１０秒）経過した場合（ステップＳＴ２５）、運転周波数ｆの増速が可能であるか否かが判断される（ステップＳＴ２６）。運転周波数ｆが最大運転周波数ｆｍａｘに達していない場合、運転周波数ｆを所定量だけ増加させる（ステップＳＴ２７）。そして、第１開閉弁１２ａ側が開放され第２開閉弁１２ｂが閉止した状態で運転周波数ｆによる冷媒循環量を増減させる制御が、最大運転周波数ｆｍａｘに達するまで行われる（ステップＳＴ２２〜ＳＴ２７）。一方、運転周波数ｆが既に最大運転周波数ｆｍａｘに達した場合、第２開閉弁１２ｂが開放される（ステップＳＴ２８）。

この状態で、圧縮機１の吐出過熱度ＳＨ及び吐出圧力Ｐｏｕｔが検出される（ステップＳＴ２９）。そして、吐出過熱度ＳＨが設定過熱度ＳＨｒｅｆより大きく、かつ吐出圧力Ｐｏｕｔが設定圧力Ｐｒｅｆよりも大きい期間が所定期間（例えば３秒）継続したか否かが判断される（ステップＳＴ３０）。上記条件を満たす場合、圧縮機１の運転周波数ｆが所定量だけ増速される（ステップＳＴ３１）。なお、既に最大運転周波数ｆｍａｘに達している場合には、最大運転周波数ｆｍａｘでの運転を継続する。

一方、吐出過熱度ＳＨが設定過熱度ＳＨｒｅｆ以下である期間、もしくは吐出圧力Ｐｏｕｔが設定圧力Ｐｒｅｆ以下である期間が所定期間（例えば１０秒以上）経過した場合（ステップＳＴ３２）、冷媒循環量が過多になり液戻りが発生しやすい状況にあると判断する。そして、圧縮機１の運転周波数ｆが最小運転周波数ｆｍｉｎであるか否かが判断され（ステップＳＴ３３）、運転周波数ｆが最小運転周波数ｆｍｉｎでない場合にはデフロスト制御手段２３０は運転周波数ｆを所定量だけ減速させる（ステップＳＴ３４）。一方、運転周波数ｆが最小運転周波数ｆｍｉｎに達している場合、第２開閉弁１２ｂが閉止される（ステップＳＴ３５）。

つまり、第１開閉弁１２ａ及び第２開閉弁１２ｂの双方が開放した状態で、圧縮機１の運転周波数ｆの増減による冷媒循環量の制御が行われ（ステップＳＴ２９〜ＳＴ３５）、圧縮機１への液戻りの可能性が生じた際には、第２開閉弁１２ｂを閉止し、再び第１開閉弁１２ａのみが開放した状態でホットデフロスト制御が行われる（ステップＳＴ２１〜ＳＴ３５）。

このように、デフロスト運転時において、流量調整器１２によるホットガスバイパス配管１１に流れる冷媒流量の制御と、圧縮機１から吐出される冷媒吐出量の制御との双方を行うことにより、圧縮機１への液戻り状態が発生しない範囲内において最大限の能力でホットガスデフロストを行うことができるため、デフロスト時間をさらに短縮しながら、圧縮機１への液戻りを確実に防止することができる。

実施形態３．
図７は本発明の冷凍サイクル装置の実施形態３を示す冷媒回路図、図８は図７の冷凍サイクル装置３００の動作例を示すフローチャートであり、図７及び図８を参照して冷凍サイクル装置３００について説明する。なお、図７の冷凍サイクル装置３００において、図１の冷凍サイクル装置１００と同一の構成を有する部位には同一の符号を付してその説明を省略する。同様に、図８のフローチャートにおいて、図２と同一の工程の部位には同一の符号を付してその説明を省略する。図７の冷凍サイクル装置３００が図１の冷凍サイクル装置１００と異なる点は、デフロスト運転時に、油戻し調整器３０９によりアキュムレータ８からの油戻し量を制御する点である。

図７の油戻し調整器３０９は、アキュムレータ８から圧縮機１へ戻す冷凍機油の量を調整するものであって、複数の油戻し開閉弁３０９ａ、３０９ｂを有している。各油戻し開閉弁３０９ａ、３０９ｂは容量の異なる開閉弁からなっており、それぞれデフロスト制御手段３３０により独立して開放・閉止が制御されている。そして、通常の冷却運転時には容量の大きな油戻し開閉弁３０９ａが使用される。一方、ホットガスデフロスト時には、デフロスト制御手段３３０は、容量の大きい油戻し開閉弁３０９ａを閉止するとともに、容量の小さい油戻し開閉弁３０９ｂを開放する（図８のステップＳＴ４１参照）。

このように、デフロスト運転時において、ホットガスバイパス配管１１における冷媒流量を制御するとともに、通常冷却運転時に比べてアキュムレータ８から圧縮機１への油戻り量を少なくするようになっている。これにより、液戻りの減少によるホットガスの循環量を増加させることができ、デフロスト時間を短縮可能となる。

実施形態４．
図９は本発明の冷凍サイクル装置の実施形態４を示す冷媒回路図、図１０は図９の冷凍サイクル装置の動作例を示すフローチャートであり、図９及び図１０を参照して冷凍サイクル装置４００について説明する。なお、図９の冷凍サイクル装置４００において、図１の冷凍サイクル装置１００と同一の構成を有する部位には同一の符号を付してその説明を省略する。図９の冷凍サイクル装置４００が図１の冷凍サイクル装置１００と異なる点は、デフロスト運転時に、複数の凝縮器４ａ、４ｂのうち一部の凝縮器４ｂへの冷媒の流通を停止させる点である。

図９の冷凍サイクル装置４００において、凝縮器４ｂの流入側に凝縮器開閉弁４０１が配置されており、凝縮器開閉弁４０１の開閉により流通もしくは遮断を選択できるようになっている。なお、図９において、一部の凝縮器４ｂ側にのみ開閉弁４０１が設けられている場合について例示しているが、すべての凝縮器４ａ、４ｂに開閉弁４０１を設け、デフロスト制御手段４３０が閉止する凝縮器開閉弁４０１を選択するようにしてもよい。

そして、通常冷却運転時には凝縮器開閉弁４０１を開放して複数の凝縮器４ａ、４ｂによる冷却運転が行われるとともに、ホットデフロスト制御時においては、デフロスト制御手段４３０は凝縮器開閉弁４０１を閉止して凝縮器４ｂへの冷媒の流通を遮断する（図１０のステップＳＴ５１参照）。このように、デフロスト運転時には、ホットガスバイパス配管１１へ冷媒を流通させるとともに、一部の凝縮器４ｂへの冷媒の流通を遮断し、凝縮温度を通常冷却運転時よりも高くすることにより、デフロスト時間を短縮することが可能になる。

実施形態５．
図１１は本発明の冷凍サイクル装置の実施形態５を示す冷媒回路図、図１２は図１１の冷凍サイクル装置の動作例を示すフローチャートであり、図１１及び図１２を参照して冷凍サイクル装置５００について説明する。なお、図１１の冷凍サイクル装置５００において、図１の冷凍サイクル装置１００と同一の構成を有する部位には同一の符号を付してその説明を省略する。図１１の冷凍サイクル装置５００が図１の冷凍サイクル装置１００と異なる点は、デフロスト運転時に、凝縮器４ａ、４ｂへの送風を停止させる点である。

図１１において、デフロスト制御手段５３０はホットガスデフロスト開始時に凝縮器ファン５ａ、５ｂによる凝縮器４ａ、４ｂへの送風を停止させるようになっている（図１２のステップＳＴ６１参照）。なお、通常冷却運転時には、凝縮器ファンは凝縮温度が低くなるように制御を行っている。このように、デフロスト運転時には、凝縮器ファン５ａ、５ｂを停止させて凝縮温度を通常冷却運転時よりも高くすることにより、デフロスト時間の短縮することが可能になる。

本発明の実施形態は、上記各実施形態に限定されない。例えば、上記各実施形態１〜５において、冷房運転を行う冷媒回路について例示しているが、冷房運転及び暖房運転が選択可能な冷凍サイクル装置に適用することができる。この場合、上述した一方の熱交換器（蒸発器７）側だけにホットガスバイパス配管１１を設けるだけでなく、双方の熱交換器４ａ、４ｂ、７にバイパス配管を設けておき、運転の切り替えに応じて上述したデフロスト制御に使用するホットガスバイパス配管を選択するようにしてもよい。

さらに、上記各実施形態１〜５において、冷凍サイクル装置に１つの蒸発器が設けられている場合について例示しているが、並列に接続された複数の蒸発器７が設けられた場合にも適用することができる。また、上記実施形態２〜５を適宜組み合わせて使用することも可能である。

また、上記各実施形態１〜５において、図１３に示すように、第１開閉弁１２ａの後段に流量調節弁６０１が設けられていてもよい。この流量調節弁６０１は、たとえばニードル弁からなっており、上述したホットデフロスト運転時に第１開閉弁１２ａに流れる冷媒の流量を調節するものである。流量調節弁６０１は、圧縮機１への冷媒液戻りが発生しないように開度の調節が行われるものであって、たとえば設置場所等に応じて手動によりデフロスト制御時に所定の流量の冷媒が流れるように所定の開度に設定される。これにより、設置場所による配管長さ等の違いが生じた場合であっても、現地状況に合わせた最適な開度（冷媒流量）に調整可能することができ、除霜時間の短縮化を図ることができる。なお、図１３において、流量調整弁６０１が第１開閉弁１２ａの後段のみに設けられた場合について例示しているが、第２開閉弁１２ｂの後段にも流量調整弁６０１を設けてもよい。

１ 圧縮機、２ 油分離器、３ 逆止弁、４ａ、４ｂ 凝縮器、５ａ、５ｂ 凝縮器ファン、７ 蒸発器、７ａ 送風ファン、８ アキュムレータ、９ 油戻り配管、１０ 油戻り開閉弁、１１ ホットガスバイパス配管、１２ 流量調整器、１２ａ 第１開閉弁、１２ｂ 第２開閉弁、２０ 冷媒状態検出手段、２０ａ 吐出温度センサ、２０ｂ 吐出圧力センサ、２０ｃ 高圧温度センサ、３０、２３０、３３０、４３０、５３０ デフロスト制御手段、１００、２００、３００、４００、５００ 冷凍サイクル装置、３０９ 油戻り調整器、３０９ａ 第１油戻り開閉弁、３０９ｂ 第２油戻り開閉弁、４０１ 凝縮器開閉弁、６０１ 流量調節弁、ｆ 運転周波数、ｆｍａｘ 最大運転周波数、ｆｍｉｎ 最小運転周波数、ｆ０ 初期運転周波数、Ｐｏｕｔ 吐出圧力、Ｐｒｅｆ 設定圧力、ＳＨ 吐出過熱度、ＳＨｒｅｆ 設定過熱度、Ｔｏｕｔ 吐出冷媒温度。

Claims (11)

1. 圧縮機、凝縮器、膨張弁及び蒸発器が配管で接続された冷媒回路を備えた冷凍サイクル装置であって、
   前記圧縮機の吐出側と前記蒸発器との間に設けられたホットガスバイパス配管と、
   前記ホットガスバイパス配管上に設置された、前記ホットガスバイパス配管に流れる冷媒の流量を調整する流量調整器と、
   前記圧縮機から吐出される前記冷媒の吐出過熱度及び吐出圧力を検出する冷媒状態検出手段と、
   通常冷却運転時に前記流量調整器を閉止させ、デフロスト運転時に前記冷媒状態検出手段により検出された前記吐出過熱度及び前記吐出圧力に応じて前記ホットガスバイパス配管上に流れる前記冷媒の流量を前記流量調整器により増減させるデフロスト制御手段とを備え、
   前記デフロスト制御手段は、デフロスト運転開始時において、第１冷媒流量の前記冷媒が前記ホットガスバイパス配管に流れるように前記流量調整器を制御するとともに、前記吐出過熱度が設定過熱度よりも大きい場合、かつ前記吐出圧力が設定圧力よりも大きい場合に、前記第１冷媒流量から第２冷媒流量へ増加させた前記冷媒が前記ホットガスバイパス配管に流れるように、前記流量調整器を制御するものである
   ことを特徴とする冷凍サイクル装置。
2. 前記デフロスト制御手段は、前記第２冷媒流量の前記冷媒が前記ホットガスバイパス配管に流れる際に、前記吐出過熱度が前記設定過熱度以下であって、もしくは前記吐出圧力が前記設定圧力以下になった場合に、前記第２冷媒流量から前記第１冷媒流量へ減少させるように前記流量調整器を制御するものであることを特徴とする請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
3. 圧縮機、凝縮器、膨張弁及び蒸発器が配管で接続された冷媒回路を備えた冷凍サイクル装置であって、
   前記圧縮機の吐出側と前記蒸発器との間に設けられたホットガスバイパス配管と、
   前記ホットガスバイパス配管上に設置された、前記ホットガスバイパス配管に流れる冷媒の流量を調整する流量調整器と、
   前記圧縮機から吐出される前記冷媒の吐出過熱度及び吐出圧力を検出する冷媒状態検出手段と、
   通常冷却運転時に前記流量調整器を閉止させ、デフロスト運転時に前記冷媒状態検出手段により検出された前記吐出過熱度及び前記吐出圧力に応じて前記ホットガスバイパス配管上に流れる前記冷媒の流量を前記流量調整器により増減させるデフロスト制御手段とを備え、
   前記デフロスト制御手段は、デフロスト運転開始時において、第１冷媒流量の前記冷媒が前記ホットガスバイパス配管に流れるように前記流量調整器を制御するとともに、前記吐出過熱度が設定過熱度よりも大きい場合、もしくは前記吐出圧力が設定圧力よりも大きい場合に、前記第１冷媒流量から第２冷媒流量へ増加させた前記冷媒が前記ホットガスバイパス配管に流れるように、前記流量調整器を制御するものであり、
   前記デフロスト制御手段は、前記第２冷媒流量の前記冷媒が前記ホットガスバイパス配管に流れる際に、前記吐出過熱度が前記設定過熱度以下であって、かつ前記吐出圧力が前記設定圧力以下になった場合に、前記第２冷媒流量から前記第１冷媒流量へ減少させるように前記流量調整器を制御するものである
   ことを特徴とする冷凍サイクル装置。
4. 圧縮機、凝縮器、膨張弁及び蒸発器が配管で接続された冷媒回路を備えた冷凍サイクル装置であって、
   前記圧縮機の吐出側と前記蒸発器との間に設けられたホットガスバイパス配管と、
   前記ホットガスバイパス配管上に設置された、前記ホットガスバイパス配管に流れる冷媒の流量を調整する流量調整器と、
   前記圧縮機から吐出される前記冷媒の吐出過熱度及び吐出圧力を検出する冷媒状態検出手段と、
   通常冷却運転時に前記流量調整器を閉止させ、デフロスト運転時に前記冷媒状態検出手段により検出された前記吐出過熱度及び前記吐出圧力に応じて前記ホットガスバイパス配管上に流れる前記冷媒の流量を前記流量調整器により増減させるデフロスト制御手段とを備え、
   前記デフロスト制御手段は、前記圧縮機の運転周波数を制御する機能を有し、
   デフロスト制御開始時に、初期運転周波数で前記圧縮機を作動させるとともに第１冷媒流量の前記冷媒が前記ホットガスバイパス配管に流れるように前記流量調整器を制御するものであり、
   前記吐出過熱度が設定過熱度よりも大きく、かつ前記吐出圧力が設定圧力よりも大きくなった場合に前記運転周波数を所定量増加させ、前記吐出過熱度が設定過熱度以下になった場合、もしくは前記吐出圧力が前記設定圧力以下になった場合に前記運転周波数を所定量減速させるものであり、
   前記運転周波数が予め設定された最大運転周波数に達したとき、前記第１冷媒流量よりも大きい第２冷媒流量の前記冷媒が前記ホットガスバイパス配管に流れるように、前記流量調整器を制御する
   ことを特徴とする冷凍サイクル装置。
5. 前記デフロスト制御手段は、
   前記第２冷媒流量の冷媒が前記ホットガスバイパス配管に流れるように制御されている際、前記吐出過熱度が設定過熱度よりも大きく、かつ前記吐出圧力が設定圧力よりも大きくなった場合に前記運転周波数を所定量増加させ、前記吐出過熱度が設定過熱度以下である、もしくは前記吐出圧力が前記設定圧力以下になった場合に前記運転周波数を所定量減速させるものであり、
   前記運転周波数が予め設定された最小運転周波数に達したとき、前記第２冷媒流量から前記第１冷媒流量へ減少させるように前記流量調整器を制御することを特徴とする請求項４に記載の冷凍サイクル装置。
6. 圧縮機、凝縮器、膨張弁及び蒸発器が配管で接続された冷媒回路を備えた冷凍サイクル装置であって、
   前記圧縮機の吐出側と前記蒸発器との間に設けられたホットガスバイパス配管と、
   前記ホットガスバイパス配管上に設置された、前記ホットガスバイパス配管に流れる冷媒の流量を調整する流量調整器と、
   前記圧縮機から吐出される前記冷媒の吐出過熱度及び吐出圧力を検出する冷媒状態検出手段と、
   通常冷却運転時に前記流量調整器を閉止させ、デフロスト運転時に前記冷媒状態検出手段により検出された前記吐出過熱度及び前記吐出圧力に応じて前記ホットガスバイパス配管上に流れる前記冷媒の流量を前記流量調整器により増減させるデフロスト制御手段とを備え、
   前記圧縮機の吐出側に設けられたアキュムレータと、
   前記アキュムレータに貯留した油を前記圧縮機へ油戻しを行う油戻し配管と、
   前記油戻し配管上に設けられた、前記油戻し配管内の前記油の流量を制御する油戻し調整器と
   をさらに備え、
   前記デフロスト制御手段は、デフロスト制御時に前記圧縮機への油の戻り量が通常冷却運転時よりも少なくなるように前記油戻し調整器を制御するものである
   ことを特徴とする冷凍サイクル装置。
7. 圧縮機、凝縮器、膨張弁及び蒸発器が配管で接続された冷媒回路を備えた冷凍サイクル装置であって、
   前記圧縮機の吐出側と前記蒸発器との間に設けられたホットガスバイパス配管と、
   前記ホットガスバイパス配管上に設置された、前記ホットガスバイパス配管に流れる冷媒の流量を調整する流量調整器と、
   前記圧縮機から吐出される前記冷媒の吐出過熱度及び吐出圧力を検出する冷媒状態検出手段と、
   通常冷却運転時に前記流量調整器を閉止させ、デフロスト運転時に前記冷媒状態検出手段により検出された前記吐出過熱度及び前記吐出圧力に応じて前記ホットガスバイパス配管上に流れる前記冷媒の流量を前記流量調整器により増減させるデフロスト制御手段とを備え、
   前記凝縮器は複数設けられており、
   前記デフロスト制御手段は、デフロスト制御時に前記複数の凝縮器のうちいずれか１つ以上の前記凝縮器への前記冷媒の流通を停止させるものである
   ことを特徴とする冷凍サイクル装置。
8. 圧縮機、凝縮器、膨張弁及び蒸発器が配管で接続された冷媒回路を備えた冷凍サイクル装置であって、
   前記圧縮機の吐出側と前記蒸発器との間に設けられたホットガスバイパス配管と、
   前記ホットガスバイパス配管上に設置された、前記ホットガスバイパス配管に流れる冷媒の流量を調整する流量調整器と、
   前記圧縮機から吐出される前記冷媒の吐出過熱度及び吐出圧力を検出する冷媒状態検出手段と、
   通常冷却運転時に前記流量調整器を閉止させ、デフロスト運転時に前記冷媒状態検出手段により検出された前記吐出過熱度及び前記吐出圧力に応じて前記ホットガスバイパス配管上に流れる前記冷媒の流量を前記流量調整器により増減させるデフロスト制御手段とを備え、
   前記流量調整器は、互いに並列に接続された複数の開閉弁からなるものであり、
   前記デフロスト制御手段は、開放する前記開閉弁の数により前記ホットガスバイパス配管に流れる前記冷媒の流量を制御するものである
   ことを特徴とする冷凍サイクル装置。
9. 圧縮機、凝縮器、膨張弁及び蒸発器が配管で接続された冷媒回路を備えた冷凍サイクル装置であって、
   前記圧縮機の吐出側と前記蒸発器との間に設けられたホットガスバイパス配管と、
   前記ホットガスバイパス配管上に設置された、前記ホットガスバイパス配管に流れる冷媒の流量を調整する流量調整器と、
   前記圧縮機から吐出される前記冷媒の吐出過熱度及び吐出圧力を検出する冷媒状態検出手段と、
   通常冷却運転時に前記流量調整器を閉止させ、デフロスト運転時に前記冷媒状態検出手段により検出された前記吐出過熱度及び前記吐出圧力に応じて前記ホットガスバイパス配管上に流れる前記冷媒の流量を前記流量調整器により増減させるデフロスト制御手段とを備え、
   前記流量調整器の後段にデフロスト制御時に前記ホットガスバイパス配管を流れる前記冷媒の流量を調節する流量調節弁をさらに備えた
   ことを特徴とする冷凍サイクル装置。
10. 前記凝縮器に送風する凝縮器ファンをさらに備えたものであり、
    前記デフロスト制御手段は、デフロスト制御開始時に前記凝縮器ファンの動作を停止させることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
11. 前記流量調整器は、連続的に開度の調整可能な電動弁からなるものであることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。

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