JP7097989B2 - 空気調和装置 - Google Patents

Description

本発明は、空気調和装置に関する。

従来、除霜運転中に暖房能力が低下しないようにするため、除霜運転前に蓄熱槽に熱を蓄積し、除霜運転中に蓄熱槽に蓄積された熱を使用する装置が知られている。

たとえば、特開平８－２８９３２号公報（特許文献１）に開示された蓄熱式空気調和機は、冬季の夜間運転において、圧縮機、第１四方弁、室外熱交換器、第２膨張弁、蓄熱槽内の１次側熱交換部とが連通した１次側の冷媒回路において、第２膨張弁の制御により、蓄熱槽内の１次側熱交換部を介して蓄熱材である水を温水にする蓄熱運転を行なう。

上記の蓄熱式空気調和機は、低外気温時の暖房運転において、１次側の冷媒回路において蓄熱槽内の１次側熱交換部を蒸発器とし、室外熱交換器を凝縮器として冷凍サイクルを構成するとともに、２次側の熱媒体回路では、バイパス弁を開、蓄熱槽用流量弁を全閉として、蓄熱槽の２次側熱交換器と冷媒対冷媒熱交換器の２次側熱交換器を直列として暖房運転を継続する。

特開平８－２８９３２号公報

特許文献１に開示された蓄熱式空気調和機は、除霜運転時にも暖房を維持するための熱源として蓄熱槽を備える必要がある。しかしながら、蓄熱槽を設置できないような環境では、除霜運転前に熱を蓄積することができない。たとえば、蓄熱槽を設けずに配管および熱交換器内にある温水を熱源と考えることもできるが、温水の量が少ないので、除霜時間の間暖房を維持させることができない。

それゆえに、本発明の目的は、蓄熱槽を設けることなく、除霜運転中においても暖房を維持することができる空気調和装置を提供することである。

本開示に係る空気調和装置は、冷媒回路と、熱媒体回路と、制御装置とを備える。冷媒回路は、圧縮機、第１熱交換器、膨張弁、第２熱交換器が第１の配管で接続され冷媒が流れるように構成されるとともに、圧縮機から吐出された冷媒を第２熱交換器に導入する除霜運転を行なうことが可能に構成される。熱媒体回路は、ポンプ、第１熱交換器、第３熱交換器が第２の配管で接続され熱媒体が流れる。制御装置は、圧縮機およびポンプを制御するように構成される。制御装置は、除霜運転中の第３熱交換器の暖房能力を熱媒体回路中の熱媒体の蓄熱量に基づいて定められる能力に設定した状態で暖房を維持しつつ、除霜運転を行なうように構成される。熱媒体の蓄熱量がしきい値よりも少ない場合には、制御装置は、暖房運転から除霜運転に移行するときに、第３熱交換器の暖房能力を低下させるように構成される。

本発明によれば、熱媒体回路中の熱媒体の蓄熱量に基づいて暖房能力が設定され、設定された暖房能力で除霜運転中の暖房が維持される。したがって、除霜運転中に熱媒体が冷え切ってしまうことによる冷風の吹き出しが防止される。

本実施の形態に係る空気調和装置１０００の構成を示す図である。 空気調和装置１０００における冷媒および熱媒体の流れを表わす図である。 除霜終了前に暖房が維持できなくなった状態を示す概念図である。 熱媒体の量と最大蓄熱量との関係を示す概念図である。 本実施の形態の空気調和装置において、除霜運転時に暖房を維持させた状態を示す概念図である。 暖房運転時初期のカスケード熱交換器３の２次側の出口の熱媒体の温度ＴＡ、および室内熱交換器１１の入口の熱媒体の温度ＴＢの時間変化の概略を表わす図である。 空気調和装置の制御を行なう制御装置と制御装置を遠隔制御するリモコンの構成を示す図である。 カスケード熱交換器３の出口と、室内熱交換器１１との間に存在する熱媒体の量ＭＷを特定する手順を表わすフローチャートである。 本実施の形態において暖房運転時に制御装置が実行する制御を説明するためのフローチャートである。 ステップＳ１０５で実行される除霜処理の詳細を説明するための示すフローチャートである。 図１０のステップＳ１１８のプレヒート運転による蓄熱処理を説明するためのフローチャートである。 図１０のステップＳ１１９の除霜運転時の暖房を説明するためのフローチャートである。 除霜運転中の流量調整弁による水量の調整についてまとめた図である。

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

図１は、本実施の形態に係る空気調和装置１０００の構成を示す図である。図１を参照して、空気調和装置１０００は、室外ユニットと、室内ユニットとを備える。

室外ユニットは、冷媒回路１００と、室外熱交換器５に風を送る送風機６とを備える。
室内ユニットは、並列接続された室内熱交換器１１ａ，１１ｂと、流量調整弁１４ａ，１４ｂと、ポンプ１２と、カスケード熱交換器３が第２の配管２３で接続された熱媒体回路２００と、室内熱交換器１１ａ，１１ｂそれぞれに風を送る送風機１３ａ，１３ｂと、温度センサ３２，３３，３４とを備える。

以下では、室内熱交換器１１ａ，１１ｂを総称して、室内熱交換器１１と呼び、送風機１３ａ，１３ｂを総称して、送風機１３と呼び、流量調整弁１４ａ，１４ｂを総称して流量調整弁１４と呼ぶ場合がある。また、室内ユニットは、室内熱交換器１１ａ，１１ｂをそれぞれ含む２つのユニットに分割配置されていても良い。また、カスケード熱交換器３およびポンプ１２は、室内ユニットと分離された中継器に配置されていても良い。なお、制御装置３１は室外ユニット、室内ユニットのいずれに備えられていても良く、室外ユニットおよび室内ユニット以外の場所に備えられていても良い。

１次側の冷媒回路１００は、第１の配管２１で接続された圧縮機１と、切替弁２と、カスケード熱交換器３と、膨張弁４と、室外熱交換器５とを有する。冷媒回路１００は、さらにバイパス配管２２を有する。バイパス配管２２は、第１の配管２１における膨張弁４と室外熱交換器５との間の分岐箇所と切替弁２とを接続する。冷媒回路１００には、冷媒が流れる。なお、本明細書では、「冷媒」は、冷凍サイクル装置で用いられ、ガス状態で圧縮機によって圧縮され、凝縮器でガス状態から液状態に凝縮され、蒸発器で液状態からガス状態に蒸発する、たとえばフルオロカーボンなどの冷媒を指す。

空気調和装置１０００は、暖房運転と、除霜運転と、暖房運転の後かつ除霜運転の前のプレヒート運転とを切り替えて実行する。プレヒート運転とは除霜運転の前に行なわれる運転である。除霜運転で使用する熱は、プレヒート運転において蓄熱される。

２次側の熱媒体回路２００は、第２の配管２３で接続されたポンプ１２と、カスケード熱交換器３と、室内熱交換器１１とを有する。熱媒体回路２００には、熱媒体が流れる。本明細書では、「熱媒体」は、２次側の熱媒体回路２００を主として液状態で循環する媒体であって、たとえば、不凍液（ブライン）、水、または不凍液と水との混合液である。

圧縮機１は、低圧冷媒を吸入して圧縮し、高圧冷媒として吐出する。圧縮機１は、たとえばインバータ圧縮機である。

切替弁２は、冷媒の流路を切り替える。切替弁２は、暖房運転時およびプレヒート運転時には、圧縮機１の吐出側をカスケード熱交換器３の入口側に接続することによって、圧縮機１から吐出された冷媒をカスケード熱交換器３に流す第１流路を形成する。切替弁２は、除霜運転時には、圧縮機１の吐出側をバイパス配管２２を経由して、室外熱交換器５の入口に接続することによって、圧縮機１から吐出された冷媒を室外熱交換器５に流す第２流路を形成する。切替弁２は、制御装置３１からの指示信号に従って、流路を切り替える。

カスケード熱交換器３は、圧縮機１で圧縮された冷媒と、ポンプ１２から吐出された熱媒体とを熱交換させる。カスケード熱交換器３は、たとえばプレート式熱交換器である。

膨張弁４は、カスケード熱交換器３から吐出された冷媒を減圧して膨張させる。
室外熱交換器５は、暖房運転時およびプレヒート運転時には膨張弁４で減圧された冷媒を、室外の空気と熱交換させる。送風機６からの空気によって室外熱交換器５における熱交換が促進される。送風機６は、ファンと、ファンを回転させるモータとを含む。室外熱交換器５は、除霜運転時には、圧縮機１から吐出されて直接送られてくる高温高圧のガス冷媒を、室外の空気およびフィン等に付着した霜と熱交換させ、霜を融解させる。

ポンプ１２は、室内熱交換器１１から吐出された熱媒体をカスケード熱交換器３に供給する。

室内熱交換器１１は、熱媒体を室内の空気と熱交換させる。送風機１３からの空気によって室内熱交換器１１における熱交換が促進される。送風機１３は、ファンと、ファンを回転させるモータとを含む。

図２は、空気調和装置１０００における冷媒および熱媒体の流れを表わす図である。
冷媒回路において、冷媒が流れる流路は、暖房運転時およびプレヒート運転時と、除霜運転時とで異なる。

暖房運転時およびプレヒート運転時には、圧縮機１で圧縮された冷媒は、切替弁２を通ってから、カスケード熱交換器３、膨張弁４、室外熱交換器５を通り、圧縮機１へ戻る。除霜運転時には、圧縮機１で圧縮された冷媒は、切替弁２を通ってから、バイパス配管２２を経由して、室外熱交換器５を通り、圧縮機１へ戻る。

熱媒体回路において、ポンプ１２から吐出された熱媒体は、カスケード熱交換器３へ送られて、その後、室内熱交換器１１を通って、ポンプ１２に戻る。

温度センサ３２は、室内熱交換器１１の熱媒体入口付近に配置される。温度センサ３２は、室内熱交換器１１の入口の熱媒体の温度ＴＢを検出する。

温度センサ３３は、カスケード熱交換器３の熱媒体出口付近に配置される。温度センサ３３は、カスケード熱交換器３の２次側の出口の熱媒体の温度ＴＡを検出する。

温度センサ３４は、室内熱交換器１１の熱媒体出口付近に配置される。温度センサ３４は、室内熱交換器１１の出口の熱媒体の温度ＴＣを検出する。

制御装置３１は、温度センサ３２から出力される温度ＴＢ、温度センサ３３から出力される温度ＴＡ、温度センサ３４から出力される温度ＴＣを取得する。制御装置３１は、圧縮機１、切替弁２、膨張弁４、送風機６、ポンプ１２、送風機１３、および流量調整弁１４を制御する。

制御装置３１は、暖房運転時の圧縮機１の周波数およびポンプ１２の回転速度に比べて、プレヒート運転時の圧縮機１の周波数を増加させ、熱媒体の温度を上昇させるとともに、ポンプ１２の回転速度を低下させることによって、暖房能力が過剰になることを防ぐように構成される。制御装置３１は、プレヒート運転時に、圧縮機１の周波数を暖房運転時の圧縮機１の周波数に比べて増加させた後、室内熱交換器１１の入口の熱媒体の温度ＴＢの増加に応じて、ポンプ１２の回転速度を低下させるように構成されてもよい。

制御装置３１は、プレヒート運転時に、室内熱交換器１１の入口の熱媒体の温度ＴＢが目標温度（閾値温度）に達すると、冷媒回路１００を除霜運転に切り替えるように構成される。

制御装置３１は、除霜運転時に、除霜運転開始から一定時間Ｔｄｆが経過し除霜が完了したときに、冷媒回路１００を暖房運転に切り替えるよう構成される。

制御装置３１は、カスケード熱交換器３の２次側の出口と、室内熱交換器１１の入口との間に存在する熱媒体の量と、プレヒート運転時に熱媒体に蓄積する熱量とに基づいて、熱媒体の目標温度ＴＭを設定するように構成される。往路であるカスケード熱交換器３の２次側の出口と、室内熱交換器１１の入口との間に存在する熱媒体の量がわかれば、復路の熱媒体の量も同じであると考えることができる。プレヒート運転時に熱媒体に蓄積する熱量は、室外熱交換器５に着霜する予想最大量の霜を溶かすのに要する熱量以上の熱量とすることができる。

図１、図２に示した空気調和装置１０００は、蓄熱タンクをなくすため水回路内の水温を上げて除霜に必要な熱量を確保するプレヒート運転を除霜運転の前に実行することによって、除霜運転中の室温低下を防止する。このとき単純に水温を上げると室内側の暖房能力が過剰になり、除霜前に室温が目標値よりも上昇してしまう場合がある。これを防ぐためにプレヒート運転中および除霜運転中の水搬送ポンプの周波数を低下させ、暖房能力一定に保ちつつ暖房を維持する。

しかしながら、熱媒体の回路は、設置個所によって配管長が異なるので、熱媒体回路内に封入された熱媒体の量も変化する。また、機器に起因する制約(または熱媒体物性に起因する制約)により熱媒体温度にも上限がある。たとえば、機器の耐熱温度が機器に起因する制約の例であり、熱媒体に水を使用した場合には、水の沸点１００℃が制約となる熱媒体物性の例である。水回路が短いと、蓄熱量が不足し、蓄熱不足で除霜運転すると途中で暖房能力が不足して暖房中の室内機の吹き出し温度が急激に低下し、使用者に不快感を与えるという問題が考えられる。

図３は、除霜終了前に暖房が維持できなくなった状態を示す概念図である。図４は、熱媒体の量と最大蓄熱量との関係を示す概念図である。図５は、本実施の形態の空気調和装置において、除霜運転時に暖房を維持させた状態を示す概念図である。なお、図３、図５において、縦軸は室内機の暖房能力を示し、横軸は除霜開始からの経過時間を示す。また、図４において、横軸は２次側の熱媒体回路２００を循環する熱媒体の封入量（水量：Ｋｇ）を示し、縦軸は熱媒体回路２００中の熱媒体に蓄積されている蓄熱量（ＫＪ）を示す。

図３においては、除霜時間Ｔｄが経過する前に熱媒体の蓄熱量Ｑ（ＫＪ）を暖房に使い切ってしまい、除霜運転途中で暖房が維持できなくなったことが示される。図４に示すように熱媒体回路２００の配管長さが短く水量が少ない場合に、除霜中の暖房に必要な熱量Ｑｓよりも最大蓄熱量Ｑｓmaxが下回り、このような蓄熱不足が生じる。そこで、本実施の形態では、図５に示すように、蓄熱量不足の場合、除霜開始時に予め除霜運転中の暖房能力を通常時の暖房運転時の能力と比べて抑制し、抑制した能力で除霜終了まで暖房運転を維持する。これにより、蓄熱不足による室内機吹出温度の急低下が防止され、使用者に不快感を与えないようにすることができる。

このような暖房能力の調整を行なうために、空気調和装置は以下のように構成される。すなわち、空気調和装置１０００は、冷媒回路１００と、熱媒体回路２００と、制御装置３１とを備える。冷媒回路１００は、冷媒が流れる第１の配管２１で、圧縮機１、切替弁２、カスケード熱交換器３、膨張弁４、室外熱交換器５が接続され、圧縮機１から吐出された冷媒を室外熱交換器５に導入する除霜運転を行なうことが可能に構成される。熱媒体回路２００は、熱媒体が流れる第２の配管２３で、ポンプ１２、カスケード熱交換器３、室内熱交換器１１が接続される。カスケード熱交換器３は「第１熱交換器」に相当し、室外熱交換器５は「第２熱交換器」に相当し、室内熱交換器１１は、「第３熱交換器」に相当する。制御装置３１は、圧縮機１およびポンプ１２を制御するように構成される。

制御装置３１は、除霜運転中の室内熱交換器１１の暖房能力を熱媒体回路２００中の熱媒体の蓄熱量に基づいて定められる能力に設定した状態で暖房を維持しつつ、除霜運転を行なうように構成される。熱媒体の蓄熱量がしきい値である最大蓄熱量Ｑｓmaxよりも少ない場合には、制御装置３１は、暖房運転から除霜運転に移行するときに、室内熱交換器１１の暖房能力を低下させるように構成される。

好ましくは、熱媒体回路２００には、室内熱交換器１１に流れる熱媒体の流量を調整する流量調整弁１４が設けられる。制御装置３１は、除霜運転の開始に応じて、室内熱交換器１１の暖房能力が熱媒体回路２００中の熱媒体の蓄熱量に基づいて定められる能力になるように流量調整弁１４の開度を変更する。なお、除霜運転中に熱媒体の温度が低下していくことに応じて流量調整弁１４の開度を調整し、室内熱交換器１１の暖房能力を一定に保つようにしても良い。

熱媒体回路２００中の熱媒体の量は、配管２３の長さによって変化する。熱媒体回路２００の配管長さは施工場所ごとに異なるので、このような制御を行なうためには、制御装置３１は、熱媒体回路２００を循環する熱媒体の量を予め把握しておく必要がある。施工完了時に、作業者またはユーザーが熱媒体の量または配管長を制御装置３１に登録しても良いが、ここでは、制御装置３１が自動的に熱媒体の量を検出する方法について説明する。

図６は、暖房運転時初期のカスケード熱交換器３の２次側の出口の熱媒体の温度ＴＡ、および室内熱交換器１１の入口の熱媒体の温度ＴＢの時間変化の概略を表わす図である。

暖房運転時初期において、温度ＴＡおよび温度ＴＢは、時間とともに増加する。温度ＴＡが、温度Ｔ０に達した時刻をｔ１とし、温度ＴＢが、温度Ｔ０に達した時刻をｔ２とする。ｔ２とｔ１の差Δｔは、カスケード熱交換器３の２次側の出口と、室内熱交換器１１との間に存在する熱媒体の量ＭＷを反映する。すなわち、Δｔと、ポンプ１２の熱媒体流量とを乗算することによって、カスケード熱交換器３の２次側の出口と、室内熱交換器１１との間に存在する熱媒体の量ＭＷを求めることができる。カスケード熱交換器３の２次側の出口と、室内熱交換器１１との間に存在する熱媒体の量ＭＷを求めるのは、水回路は、往路と復路で通常同じ経路を通り、往路の熱媒体の量が分かれば復路の熱媒体の量も同程度であると考えてよいからである。

制御装置３１は、試運転時において、圧縮機１の周波数を暖房運転時よりも増加させるとともに、ポンプ１２の流量を一定に維持させるように構成される。制御装置３１は、カスケード熱交換器３の２次側の出口の熱媒体の温度ＴＡが予め定められた温度Ｔ０に達した時刻ｔ１と、室内熱交換器１１の入口の熱媒体の温度が予め定められた温度Ｔ０に達した時刻ｔ２との差と、ポンプ１２の流量Ｇｗとを乗ずることによって、カスケード熱交換器３の２次側の出口と、室内熱交換器１１の入口との間に存在する熱媒体の量を算出するように構成される。

図７は、空気調和装置の制御を行なう制御装置と制御装置を遠隔制御するリモコンの構成を示す図である。図７を参照して、リモコン４００は、入力装置４０１と、プロセッサ４０２と、送信装置４０３とを含む。入力装置４０１は、ユーザーが室内機のＯＮ／ＯＦＦを切り替える押しボタン、設定温度を入力するボタン等を含む。送信装置４０３は、制御装置３１と通信を行なうためのものである。プロセッサ４０２は、入力装置４０１から与えられた入力信号に従って、送信装置４０３を制御する。

制御装置３１は、受信装置３０１と、プロセッサ３０２と、メモリ３０３とを含む。
メモリ３０３は、たとえば、ＲＯＭ（Read Only Memory）と、ＲＡＭ（Random Access Memory）と、フラッシュメモリとを含んで構成される。なお、フラッシュメモリには、オペレーティングシステム、アプリケーションプログラム、各種のデータ等が記憶される。

プロセッサ３０２は、空気調和装置１０００の全体の動作を制御する。なお、図１に示した制御装置３１は、プロセッサ３０２がメモリ３０３に記憶されたオペレーティングシステムおよびアプリケーションプログラムを実行することにより実現される。なお、アプリケーションプログラムの実行の際には、メモリ３０３に記憶されている各種のデータが参照される。

上記の構成において、メモリ１０３は、熱媒体回路２００中の熱媒体の量に関する情報を記憶する。プロセッサ１０２は、メモリが記憶している情報に基づいて除霜運転中の流量調整弁１４の開度を決定する。

受信装置３０１は、リモコン４００との通信を行なうためのものである。室内機が複数の室内ユニットに分かれている場合には、受信装置３０１は複数の室内ユニットの各々に設けられても良い。

なお、制御装置３１が複数の制御部に分割されていても良い。この場合には、複数の制御部の各々にプロセッサが含まれる。このような場合には、複数のプロセッサが連携して空気調和装置１０００の全体制御を行なう。

以下に、制御装置３１が試運転を実行して、熱媒体の量ＭＷを自動検出する制御について説明する。

図８は、カスケード熱交換器３の出口と、室内熱交換器１１との間に存在する熱媒体の量ＭＷを特定する手順を表わすフローチャートである。図８に示すように、制御装置３１は、熱媒体の温度変化に基づいて熱媒体回路２００中の熱媒体の量を予め算出するように構成される。この熱媒体の量の算出は、除霜運転に先立って行なわれていれば良く、たとえば、空気調和装置の設置工事完了時に試運転した際に行なうことが好ましい。

ステップＳ１において、制御装置３１は、空気調和装置１０００を試運転モードに設定する。続いて、ステップＳ２において、制御装置３１は、圧縮機１の吐出口とカスケード熱交換器３の１次側冷媒入口とが連通するように切替弁２の流路を設定する。制御装置３１は、圧縮機１の周波数をｆ２に設定する。制御装置３１は、ポンプ１２の回転速度をＲ１に設定する。

ステップＳ３において、制御装置３１は、温度センサ３３によって検出されるカスケード熱交換器３の２次側の出口の熱媒体の温度ＴＡが予め定められた温度Ｔ０に達するまで待つ。制御装置３１は、温度センサ３３によって検出されるカスケード熱交換器３の２次側の出口の熱媒体の温度ＴＡが予め定められた温度Ｔ０に達した場合（Ｓ３でＹＥＳ）には、処理をステップＳ４に進める。

ステップＳ４において、制御装置３１は、温度ＴＡが温度Ｔ０に達した時刻ｔ１を記録する。

ステップＳ５において、温度センサ３２によって検出される室内熱交換器１１の入口の熱媒体の温度ＴＢが予め定められた温度Ｔ０に達した場合には、処理がステップＳ６に進む。

ステップＳ６において、制御装置３１は、温度ＴＢが温度Ｔ０に達した時刻ｔ２を記録する。

ステップＳ７において、制御装置３１は、次式（１）に従って、熱媒体の量ＭＷを算出する。ただし、Ｇｗは、ポンプ１２の回転速度Ｒ１に対応する熱媒体流量である。

ＭＷ＝Ｇｗ×（ｔ２－ｔ１）…（１）
図９は、本実施の形態において暖房運転時に制御装置が実行する制御を説明するためのフローチャートである。

ステップＳ１０１において、暖房運転の指示が入力されると、制御装置３１は、処理をステップＳ１０２に進める。

ステップＳ１０２において、制御装置３１は、空気調和装置１０００を暖房運転モードに設定する。

ステップＳ１０３において、制御装置３１は、圧縮機１の吐出口とカスケード熱交換器３の１次側冷媒入口とが連通するように切替弁２の流路を設定する。制御装置３１は、圧縮機１の周波数をｆ１に設定する。制御装置３１は、ポンプ１２の回転速度をＲ１に設定する。周波数ｆ１および回転速度Ｒ１は、暖房運転時の運転効率が最適となるように設計された値が用いられる。

ステップＳ１０４において、暖房運転の開始後、制御装置３１は、一定時間が経過するのを待つ。一定時間が経過すると（Ｓ１０４でＹＥＳ）、制御装置３１はステップＳ１０５に処理を進める。ステップＳ１０５では、除霜処理が実行され、その後再びＳ１０３以降の処理が実行され暖房と除霜が繰返される。

図１０は、ステップＳ１０５で実行される除霜処理の詳細を説明するための示すフローチャートである。

まずステップＳ１１１において、制御装置３１は、現在の暖房設定における通常暖房能力を算出する。通常暖房能力は、室内熱交換器１１における熱交換量であり、次式（２）で示される。

ｑｓ=Ｇｗ×Ｃｐ×（ＴＢ－ＴＣ） … （２）
ここで、ｑｓは室内熱交換器１１の通常暖房能力、Ｇｗはポンプ１２の熱媒体流量、Ｃｐは熱媒体の定圧比熱、ＴＢは室内熱交換器１１の入口の熱媒体の温度、ＴＣは室内熱交換器１１の出口の熱媒体の温度を表わす。この通常暖房能力は、リモコン等の設定温度と室温によって定まる値でもある。

続いて、ステップＳ１１２において、制御装置３１は、除霜時間Ｔｄの間、上記の通常暖房能力を維持するのに必要な熱量Ｑｓを算出する。熱量Ｑｓは、次式（３）で示される。

Ｑｓ＝ｑｓ×Ｔｄ … （３）
ここで、Ｑｓは必要な熱量、ｑｓは通常暖房能力、Ｔｄは除霜時間を表わす。

次に、ステップＳ１１３において、制御装置３１は、蓄熱量不足の判定を行なう。ここでは、Ｑｓ＞Ｑｓmaxであれば蓄熱量不足と判定される。ここで、Ｑｓは、式（３）で求めた必要な熱量であり、Ｑｓmaxは、図４で示した最大蓄熱量である。

最大蓄熱量Ｑｓmaxは、図８のフローチャートで示される試運転時に予め算出された水量Ｍｗを用いて、以下の式（４）で算出される。
Ｑｓmax＝Ｍｗ×Ｃｐ×（ＴＢmax－ＴＢ） … （４）
なお、図４の横軸を合計水量ではなくて往路の水量とし、予め最大蓄熱量Ｑｓmaxがどのようになるかマップを持っていて、マップを参照して最大蓄熱量Ｑｓmaxを求めても良い。

ここで、Ｃｐは、定圧比熱（２次側サイクルの流体物性値）、ＴＢｍａｘは、室内機最大入口温度を示し、ＴＢは、温度センサ３２で測定した室内機入口温度を表わす。

蓄熱量が不足すると判断された場合（Ｓ１１３でＹＥＳ）、目標蓄熱量および除霜中の蓄熱による暖房能力の抑制値を算出する必要がある。したがって、制御装置３１は、ステップＳ１１６において目標蓄熱量Ｑｍを最大蓄熱量Ｑｓmaxに設定する。

続いて、制御装置３１は、ステップＳ１１７において、除霜中の抑制した目標暖房能力ｑｓｍを次式（５）によって算出する。
ｑｓｍ＝Ｑｓmax／Ｔｄ … （５）
蓄熱量が不足しないと判断された場合（Ｓ１１３でＮＯ）、目標蓄熱量および除霜中の蓄熱による暖房能力は、現在の暖房能力を維持するように設定される。したがって、制御装置３１は、ステップＳ１１４において目標蓄熱量Ｑｍを標準値に定める。制御装置３１は、除霜に必要な熱量Ｑｘ以上の熱量をプレヒート運転時に熱媒体に蓄積する目標蓄熱量Ｑｍとして設定する。目標蓄熱量Ｑｍは、具体的には熱媒体の目標温度ＴＭで定まる。したがって、制御装置３１は、目標温度ＴＭを算出する。

制御装置３１は、カスケード熱交換器３の２次側の出口と、室内熱交換器１１の入口との間に存在する熱媒体の量をＭＷ、プレヒート運転時に熱媒体に蓄積する熱量をＱｙ（＝Ｑｍ）、室内熱交換器１１の入口の熱媒体のプレヒート開始時の温度ＴＢ、熱媒体の定圧比熱をＣｐとしたときに、次式（６）で目標温度ＴＭを算出するように構成される。

ＴＭ＝｛Ｑｙ／（ＭＷ×Ｃｐ）｝＋ＴＢ…（６）
そして、制御装置３１は、ステップＳ１１５において目標暖房能力ｑｓｍを標準値に設定する。目標暖房能力ｑｓｍは、室内温度と外気温度の差に比例する関係式などで決まる。

そして、制御装置３１は、ステップＳ１１８においてプレヒート運転によって蓄熱を実行し、ステップＳ１１９において除霜運転を実行するとともに蓄熱によって暖房を継続する。

このように、蓄熱量が不足するときには、予め抑制した暖房能力で除霜運転時の暖房を開始するため、本実施の形態の空調装置によれば、蓄熱不足による室内機吹出温度の急低下が防止され、使用者に不快感を与えない。

図１１は、図１０のステップＳ１１８のプレヒート運転による蓄熱処理を説明するためのフローチャートである。図１１に示すように、制御装置３１は、暖房運転から除霜運転に移行する前に実行するプレヒート運転において、圧縮機１の周波数を暖房運転時から増加させるとともに、ポンプ１２の回転速度を低下させるように構成される。

このフローチャートの処理を実行中は、制御装置３１は、空気調和装置１０００をプレヒート運転モードに設定する。まずステップＳ１２１において、制御装置３１は、圧縮機１の周波数をｆ２に増加させる。ただし、ｆ２は、図９のステップＳ１０３で設定された周波数ｆ１よりも高い周波数である。これにより、カスケード熱交換器３の２次側の水温を上昇させる。カスケード熱交換器の二次側で温度上昇した水が搬送されて室内熱交換器１１の入口に到達すると、温度ＴＢが上昇する。

ステップＳ１２２において、温度センサ３２によって検出される室内熱交換器１１の入口の熱媒体の温度ＴＢが上昇するまで待ち、温度ＴＢが上昇した場合に（Ｓ１２２でＹＥＳ）、制御装置３１は、ステップＳ１２３の処理を行なう。

ステップＳ１２３において、制御装置３１は、ポンプ１２の回転速度を一定量だけ減少させる。

ステップＳ１２４において、温度センサ３２によって検出される室内熱交換器１１の入口の熱媒体の温度ＴＢが予め定められた目標温度ＴＭ以上であるか否かが判断される。室内熱交換器１１の入口の熱媒体の温度ＴＢが予め定められた目標温度ＴＭ未満の場合には（Ｓ１２４でＮＯ）、処理がステップＳ１２２に戻る。温度ＴＢが目標温度ＴＭ以上となった場合には（Ｓ１２４でＹＥＳ）、図１０のフローチャートに戻り、引き続きステップＳ１１９の処理が行なわれる。

ステップＳ１２２～Ｓ１２４の処理によって、室内機暖房能力が水温上昇前と同一になるようポンプ１２の回転速度が調整される。

ポンプ１２の回転速度を低下させると水流量が低下し、カスケード熱交換器３の出口の熱媒体の温度ＴＡが上昇し、熱媒体の移動に伴い追って温度ＴＢも上昇する。以後、温度ＴＢが目標温度ＴＭに到達するまでステップＳ１２２からＳ１２４の処理が繰返される。

以上説明したプレヒート運転によって、暖房能力を一定にしながら熱媒体の温度を目標温度ＴＭとすることができる。

図１２は、図１０のステップＳ１１９の除霜運転時の暖房を説明するためのフローチャートである。このフローチャートの処理を実行中は、制御装置３１は、空気調和装置１０００を除霜運転モードに設定する。

ステップＳ１３１において、制御装置３１は、切替弁２の流路をバイパス配管２２と圧縮機１の吐出側とが連通するように設定する。制御装置３１は、当初はプレヒート運転終了時から圧縮機１の周波数およびポンプ１２の回転速度を変化させずに、維持させる。

ステップＳ１３２において、制御装置３１は、既出の式（２）で現在の暖房能力ｑｓを算出し、暖房能力ｑｓが目標暖房能力ｑｓｍに比べて低いか否かを判断する。

ｑｓ＜ｑｓｍである場合（Ｓ１３２でＹＥＳ）、制御装置３１は、室内機の流量調整弁１４ａ，１４ｂの開度を増加させ、暖房能力を増加させる。一方、ｑｓ≧ｑｓｍである場合（Ｓ１３２でＮＯ）、制御装置３１は、室内機の流量調整弁１４ａ，１４ｂの開度を減少させ、暖房能力を低下させる。

そして、ステップＳ１３５において、制御装置３１は、除霜開始から除霜時間Ｔｄが経過するまでステップＳ１３２に処理を戻し、暖房能力の調整を継続する。

ステップＳ１３５において、除霜開始から除霜時間Ｔｄが経過した場合、制御装置３１は、ステップＳ１３６に処理を進め、圧縮機１の吐出側がカスケード熱交換器３の一次側入り口に連通するように切替弁２の流路を設定し、除霜運転を終了する。

図１３は、除霜運転中の流量調整弁による水量の調整についてまとめた図である。除霜運転中において、現在室内熱交換器が発揮している暖房能力ｑｓが目標暖房能力ｑｓｍよりも低い場合、制御装置３１は、流量調整弁１４ａ，１４ｂの開度を増加させ、循環させる水量を増加させる。

一方、水量が増加した結果、ｑｓ＞ｑｓｍとなると、制御装置３１は、流量調整弁１４ａ，１４ｂの開度を減少させ、循環させる水量を減少させる。

このように流量調整弁を制御することによって、図５に示したような抑制された暖房能力で除霜運転中の暖房が実行される。

なお、本実施の形態では、除霜運転中の暖房能力の調整を流量調整弁で行なうこととしたが、他の方法で暖房能力の調整を行なっても良い。たとえば、ポンプ１２の送水量を変化させても良いし、送風機１３ａ，１３ｂの風量を変化させても良い。

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 圧縮機、２ 切替弁、３ カスケード熱交換器、４ 膨張弁、５ 室外熱交換器、６，１３，１３ａ，１３ｂ 送風機、１１，１１ａ，１１ｂ 室内熱交換器、１２ ポンプ、１４，１４ａ，１４ｂ 流量調整弁、２１ 第１の配管、２２ バイパス配管、２３ 第２の配管、３１ 制御装置、３２，３３，３４ 温度センサ、１００ 冷媒回路、１０２，３０２，４０２ プロセッサ、１０３，３０３ メモリ、２００ 熱媒体回路、３０１ 受信装置、４００ リモコン、４０１ 入力装置、４０３ 送信装置、１０００ 空気調和装置。

Claims (5)

1. 冷媒が流れる第１の配管で、圧縮機、第１熱交換器、膨張弁、第２熱交換器が接続され、前記圧縮機から吐出された前記冷媒を前記第２熱交換器に導入する除霜運転を行なうことが可能に構成された冷媒回路と、
   熱媒体が流れる第２の配管で、ポンプ、前記第１熱交換器、第３熱交換器が接続された熱媒体回路と、
   前記圧縮機および前記ポンプを制御するように構成される制御装置とを備え、
   前記制御装置は、前記除霜運転中の前記第３熱交換器の暖房能力を前記熱媒体回路中の前記熱媒体の蓄熱量に基づいて定められる能力に設定した状態で暖房を維持しつつ、前記除霜運転を行なうように構成され、
   前記熱媒体の蓄熱量がしきい値よりも少ない場合には、前記制御装置は、暖房運転から前記除霜運転に移行するときに、前記第３熱交換器の暖房能力を低下させるように構成される、空気調和装置。
2. 前記熱媒体回路には、前記第３熱交換器に流れる前記熱媒体の流量を調整する流量調整弁が設けられ、
   前記制御装置は、前記除霜運転の開始に応じて、前記第３熱交換器の暖房能力が前記熱媒体回路中の前記熱媒体の蓄熱量に基づいて定められる能力になるように前記流量調整弁の開度を変更する、請求項１に記載の空気調和装置。
3. 前記制御装置は、
   前記熱媒体回路中の前記熱媒体の量に関する情報を記憶するメモリと、
   前記情報に基づいて前記除霜運転中の前記流量調整弁の開度を決定するプロセッサとを含む、請求項２に記載の空気調和装置。
4. 前記制御装置は、前記熱媒体の温度変化に基づいて前記熱媒体回路中の前記熱媒体の量を予め算出するように構成される、請求項１に記載の空気調和装置。
5. 前記制御装置は、前記暖房運転から前記除霜運転に移行する前に実行するプレヒート運転において、前記圧縮機の周波数を前記暖房運転時から増加させるとともに、前記ポンプの回転速度を低下させるように構成される、請求項１～４のいずれか１項に記載の空気調和装置。

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