JP7331021B2

JP7331021B2 - 冷凍サイクル装置

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Publication number: JP7331021B2
Application number: JP2020570269A
Authority: JP
Inventors: 寛也石原; 智隆石川; 圭吾岡島
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2019-02-06
Filing date: 2019-02-06
Publication date: 2023-08-22
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Description

本開示は、冷凍サイクル装置に関する。

従来、圧縮機から吐出された高温高圧のガス冷媒を用いて蒸発器に発生した霜を取り除くデフロスト運転を行なう冷凍サイクル装置が知られている。例えば、特許第６４０３９０７号公報（特許文献１）には、圧縮機の吐出側から蒸発器までを直接接続するホットガスバイパス配管と、ホットガスバイパス配管を流れる冷媒の流量を調整する流量調整弁とを備える冷凍サイクル装置が開示されている。特許文献１に開示の冷凍サイクル装置は、圧縮機から吐出される冷媒の吐出過熱度および圧縮機の吸込圧力に応じて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。

特許第６４０３９０７号公報

特許文献１に記載の冷凍サイクル装置では、液戻りによる圧縮機の故障の発生を抑制するために、デフロスト運転時に圧縮機から蒸発器への冷媒の流量が調整される。しかしながら、流量調整弁を通過する際に冷媒が減圧されるため、蒸発器に流入される冷媒の温度が降下する。そのため、デフロスト運転に要する時間が長くなる。

本開示の目的は、圧縮機の故障の発生を抑制するとともに、デフロスト運転に要する時間を短縮できる冷凍サイクル装置を提供することである。

本開示の冷凍サイクル装置は、圧縮機、凝縮器、膨張弁および蒸発器が配管によって接続された冷媒回路を備える。冷凍サイクル装置は、さらに、切替回路と、検出部と、圧力調整器と、コントローラとを備える。切替回路は、圧縮機、凝縮器、膨張弁および蒸発器の順に冷媒を循環させる冷房運転と、圧縮機から吐出される冷媒を蒸発器に流入させるデフロスト運転とを切り替える。検出部は、圧縮機に吸入される冷媒の圧力および過熱度を検出する。圧力調整器は、圧縮機に吸入される冷媒の圧力を調整する。コントローラは、デフロスト運転のときに、検出部によって検出された圧力および過熱度が規定範囲内に収まるように圧力調整器を制御する。

本開示によれば、圧縮機１１から吐出された高温高圧の冷媒を蒸発器に流入させることができ、蒸発器に付着した霜を融かすための熱量を増やすことができ、デフロスト運転に要する時間を短縮できる。さらに、検出部によって検出された圧力および過熱度が規定範囲内に収まるように圧力調整器が制御されるため、圧縮機の故障の発生を抑制できる。

実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の概略構成図である。実施の形態１に係る冷凍サイクル装置におけるデフロスト運転のときの制御の流れを示すフローチャートである。参考形態に係る冷凍サイクル装置の概略構成図である。実施の形態２に係る冷凍サイクル装置の概略構成図である。実施の形態３に係る冷凍サイクル装置の概略構成図である。実施の形態３に係る冷凍サイクル装置におけるデフロスト運転のときの制御の流れを示すフローチャートである。実施の形態４に係る冷凍サイクル装置の概略構成図である。実施の形態４に係る冷凍サイクル装置におけるデフロスト運転のときの制御の流れを示すフローチャートである。実施の形態５に係る冷凍サイクル装置の概略構成および冷房運転のときの冷媒の流れを示す図である。実施の形態５に係る冷凍サイクル装置の概略構成およびデフロスト運転のときの冷媒の流れを示す図である。実施の形態５に係る冷凍サイクル装置におけるデフロスト運転のときの制御の流れを示すフローチャートである。実施の形態６に係る冷凍サイクル装置の概略構成図である。実施の形態７に係る冷凍サイクル装置の概略構成図である。

以下、本開示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。さらに、明細書全文に表わされている構成要素の形態は、あくまでも例示であって、これらの記載に限定されるものではない。

実施の形態１．
（冷凍サイクル装置の構成）
図１は、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の概略構成図である。図１に示す冷凍サイクル装置１は、冷媒を循環させる冷凍サイクルを利用して冷房運転を行なう。図１を参照して、冷凍サイクル装置１は、冷媒回路１０と、切替回路２０と、圧力センサ４１と、温度センサ４２，４３と、圧力調整器４４と、コントローラ５０とを備える。

冷媒回路１０は、圧縮機１１、凝縮器１２、膨張弁１３および蒸発器１４が配管によって接続された回路である。冷媒回路１０には冷媒が循環する。圧縮機１１が駆動されると、冷媒は、圧縮機１１、凝縮器１２、膨張弁１３、蒸発器１４の順に通過し、圧縮機１１に戻る。

圧縮機１１は、冷媒を吸入し、吸入した冷媒を圧縮して高温高圧の状態にする。圧縮機１１は、例えばインバータ圧縮機であり、インバータによって制御された回転数に応じて容量可変に構成される。圧縮機１１には、内部部品の潤滑のための冷凍機油が充填される。

冷媒回路１０は、圧縮機１１の吐出側に油分離器を含んでもよい。油分離器は、圧縮機１１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。油分離器において分離された冷凍機油は、圧縮機１１に接続された毛細管から圧縮機１１に戻される。

凝縮器１２は、例えば凝縮器ファン１６から供給される空気と冷媒との間で熱交換を行なう。凝縮器１２は、圧縮機１１の吐出側に接続され、圧縮機１１から吐出された冷媒を凝縮する。凝縮器１２によって凝縮された冷媒は、膨張弁１３へ送られる。

膨張弁１３は、凝縮器１２によって凝縮された冷媒を膨張させて減圧する。膨張弁１３で減圧された冷媒は、蒸発器１４へ送られる。

蒸発器１４は、空気と冷媒との間で熱交換を行ない、膨張弁１３によって減圧された冷媒を蒸発ガス化する。蒸発器１４には送風ファン１７から風が供給され、熱交換が促進される。蒸発器１４によって蒸発ガス化された冷媒は、圧縮機１１に吸入される。

冷媒回路１０は、さらに、蒸発器１４と圧縮機１１との間に配置されたアキュムレータ１５を含む。アキュムレータ１５は、蒸発器１４を通過した冷媒を貯留するものであって、圧縮機１１の吸入側に接続されている。アキュムレータ１５に貯留された冷媒が圧縮機１１に吸入され圧縮される。アキュムレータ１５の底部側には図示しない油戻し配管が接続されており、油戻し配管から油と少量の液冷媒が圧縮機１１へ戻される。

切替回路２０は、冷房運転とデフロスト運転とを切り替えるための回路である。冷房運転は、圧縮機１１、凝縮器１２、膨張弁１３および蒸発器１４の順に冷媒を循環させる運転である、デフロスト運転は、圧縮機１１から吐出される冷媒を蒸発器１４に流入させる運転である。切替回路２０は、ホットガスバイパス配管２１と、ホットガス電磁弁（以下、「Ｈ／Ｇ電磁弁」という）２２とを含む。

ホットガスバイパス配管２１は、圧縮機１１の吐出側と蒸発器１４とを接続する。具体的には、ホットガスバイパス配管２１は、冷媒回路１０における圧縮機１１と凝縮器１２との間の分岐点６０と、冷媒回路１０における膨張弁１３と蒸発器１４との間の分岐点６１とを接続する。Ｈ／Ｇ電磁弁２２は、ホットガスバイパス配管２１上に配置される。

圧力センサ４１は、圧縮機１１の吸入側に配置され、圧縮機１１に吸入される冷媒の圧力（以下、「吸込圧力Ｐｉｎ」という）を検出する検出部として動作する。温度センサ４２は、冷媒回路１０における圧縮機１１の吸入側に配置され、圧縮機１１に吸入される冷媒の温度を検出する。温度センサ４３は、冷媒回路１０における蒸発器１４の出口側に配置され、蒸発器１４を通過した冷媒の温度を検出する。

圧力調整器４４は、圧縮機１１の吸入側、例えば蒸発器１４とアキュムレータ１５との間に配置され、圧縮機１１に吸入される冷媒の圧力を調整する。圧力調整器４４は、圧力が調整可能な部品で構成される。例えば、圧力調整器４４は、電子式膨張弁、圧力調整弁、温度式膨張弁などによって構成される。以下では、圧力調整器４４が電子式膨張弁で構成された場合を例にとり説明する。

コントローラ５０は、例えばマイコン基板によって構成され、Ｈ／Ｇ電磁弁２２の開閉および圧力調整器４４の圧力調整量を制御する。コントローラ５０は、冷房運転において、Ｈ／Ｇ電磁弁２２を閉状態に制御するとともに、圧力調整器４４の圧力調整量を一定量に制御する。例えば、コントローラ５０は、冷房運転において、圧力調整器４４を構成する電子式膨張弁の開度を最大に制御する。

コントローラ５０は、デフロスト運転において、Ｈ／Ｇ電磁弁２２を開状態に制御するとともに、圧力センサ４１によって検出される吸込圧力Ｐｉｎが第１規定範囲内に収まるように圧力調整器４４の圧力調整量を制御する。第１規定範囲は、故障の発生が抑制可能な圧縮機１１の運転範囲から予め定められる。具体的には、コントローラ５０は、吸込圧力Ｐｉｎが予め定められた上限値Ｐｒｅｆ以下になるように、圧力調整器４４を構成する電子式膨張弁の開度を制御する。上限値Ｐｒｅｆは、第１規定範囲の上限を示す。

さらに、コントローラ５０は、圧力センサ４１によって検出された吸込圧力Ｐｉｎと温度センサ４２によって検出された温度とを用いて、圧縮機１１に吸入される冷媒の過熱度（以下、「吸込過熱度ＳＨ」という）を演算する。すなわち、コントローラ５０、圧力センサ４１および温度センサ４２は、吸込過熱度ＳＨを検出する検出部として動作する。コントローラ５０は、デフロスト運転において、吸込過熱度ＳＨが第２規定範囲内に収まるように圧力調整器４４の圧力調整量を制御する。第２規定範囲は、故障の発生が抑制可能な圧縮機１１の運転範囲から予め定められる。具体的には、コントローラ５０は、吸込過熱度ＳＨが予め定められた目標値ＳＨｒｅｆ以上になるように、圧力調整器４４を構成する電子式膨張弁の開度を制御する。目標値ＳＨｒｅｆは、圧縮機１１の故障の発生が抑制可能な第２規定範囲の下限を示す。

（デフロスト運転の制御）
図２は、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置におけるデフロスト運転のときの制御の流れを示すフローチャートである。図２に示すデフロスト運転の制御は、デフロスト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なう際に実行される。図２に示すデフロスト運転の制御の前に、冷房運転の終了処理、ポンプダウン運転、ユニット停止処理、および蒸発器１４の吸込側ダンパを閉じる処理が実行される。ポンプダウン運転により、膨張弁１３が閉じられ、冷媒回路１０内に残留している冷媒が膨張弁１３の上流側に封じ込められる。ユニット停止処理により、凝縮器ファン１６および送風ファン１７の回転が停止される。蒸発器１４の吸込側ダンパを閉じる処理により、蒸発器１４への空気の流入が遮断される。

まずステップＳ１において、コントローラ５０は、Ｈ／Ｇ電磁弁２２を閉状態から開状態に切り替える。これにより、圧縮機１１から吐出された高温高圧の冷媒は、ホットガスバイパス配管２１を通って蒸発器１４に流入する。その結果、蒸発器１４の内部に付着した霜を短時間で融かすことができる。

ステップＳ２において、コントローラ５０は、圧縮機１１の吸入側の冷媒の吸込圧力Ｐｉｎおよび吸込過熱度ＳＨを取得する。すなわち、コントローラ５０は、圧力センサ４１の検出値を吸込圧力Ｐｉｎとして取得する。さらに、コントローラ５０は、圧力センサ４１の検出値および温度センサ４２の検出値に基づいて吸込過熱度ＳＨを演算する。

ステップＳ３において、コントローラ５０は、吸込圧力Ｐｉｎが上限値Ｐｒｅｆを超える時間が規定時間ｔ１継続したか否かを判断する。コントローラ５０は、上限値Ｐｒｅｆおよび規定時間ｔ１を予め記憶している。規定時間ｔ１は例えば３秒である。

吸込圧力Ｐｉｎが上限値Ｐｒｅｆを超える時間が規定時間ｔ１継続した場合、つまりステップＳ３でＹＥＳの場合、ステップＳ４において、コントローラ５０は、圧力調整器４４を構成する電子式電磁弁の開度を１段階だけ減少させる。これにより、圧縮機１１の吸入側の圧力が低下し、圧縮機１１の故障の発生を抑制できる。

吸込圧力Ｐｉｎが上限値Ｐｒｅｆを超える時間が規定時間ｔ１継続していない場合、つまりステップＳ３でＮＯの場合、ステップＳ５において、コントローラ５０は、吸込過熱度ＳＨが目標値ＳＨｒｅｆ未満である時間が規定時間ｔ２継続したか否かを判断する。コントローラ５０は、目標値ＳＨｒｅｆおよび規定時間ｔ２を予め記憶している。規定時間ｔ２は例えば３秒である。

吸込過熱度ＳＨが目標値ＳＨｒｅｆ未満である時間が規定時間ｔ２継続した場合、つまりステップＳ５でＹＥＳの場合、ステップＳ６において、コントローラ５０は、圧力調整器４４を構成する電子式電磁弁の開度を１段階だけ減少させる。これにより、圧力調整器４４を通過する際の冷媒の圧力を降下させ、液戻りによる圧縮機１１の故障の発生を抑制できる。

吸込過熱度ＳＨが目標値ＳＨｒｅｆ未満である時間が規定時間ｔ２継続していない場合、つまりステップＳ５でＮＯの場合、ステップＳ７において、コントローラ５０は、圧力調整器４４を構成する電子式電磁弁の開度を１段階だけ増加させる。これにより、圧縮機１１の吸入側の圧力が増加し、圧縮機１１の故障の発生を抑制できる。

ステップＳ４，Ｓ６，Ｓ７の後、ステップＳ８において、コントローラ５０は、除霜終了条件を満たしているか否かを判断する。除霜終了条件は、例えば、蒸発器１４の出口側の冷媒の温度（以下、「蒸発器出口温度Ｔｏｕｔ」という）が規定温度Ｔｒｅｆ以上に上昇するという条件である。コントローラ５０は、温度センサ４３の検出値を蒸発器出口温度Ｔｏｕｔとして取得し、蒸発器出口温度Ｔｏｕｔが規定温度Ｔｒｅｆ以上となった場合に除霜終了条件を満たしていると判断する。規定温度Ｔｒｅｆは、例えば２５℃であり、コントローラ５０に予め記憶される。

ステップＳ８でＮＯの場合、デフロスト運転の制御はステップＳ３に戻される。ステップＳ８でＹＥＳの場合、ステップＳ９において、コントローラ５０は、Ｈ／Ｇ電磁弁２２を閉状態に切り替える。これにより、デフロスト運転の制御は終了する。

（利点）
参考形態に係る冷凍サイクル装置の構成とその問題点とを説明したうえで、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１の利点について説明する。

図３は、参考形態に係る冷凍サイクル装置の概略構成図である。参考形態に係る冷凍サイクル装置１００は、特許文献１に記載の冷凍サイクル装置に類似する構成を有する。図３を参照して、冷凍サイクル装置１００は、冷媒回路１０と切替回路１２０とを備える。冷媒回路１０には、圧力調整器４４が配置されない。切替回路１２０は、図１に示す切替回路２０と比較して、ホットガスバイパス配管２１におけるＨ／Ｇ電磁弁２２の後段に配置されたニードル弁１２２を含む点で相違する。すなわち、切替回路１２０は、圧縮機１１から吐出された冷媒をニードル弁１２２によって減圧させてから蒸発器１４に流入させる。

デフロスト運転において、圧縮機１１から吐出された高温高圧の冷媒は、Ｈ／Ｇ電磁弁２２を通ってホットガスバイパス配管２１を流れる。高温高圧の冷媒が蒸発器１４に直接流入すると、圧縮機１１に吸入される冷媒状態が圧縮機１１の運転範囲を超えてしまい、圧縮機１１が故障する可能性が高まる。そのため、図３に示されるように、Ｈ／Ｇ電磁弁２２の後段にニードル弁１２２を設けることにより、冷媒が減圧される。冷媒が減圧されることにより冷媒の温度が低下し、圧縮機１１から吐出された冷媒よりも低圧低温の冷媒が蒸発器１４に流入する。その結果、冷媒の熱量が低下し、デフロスト運転に要する時間が長くなる。

これに対し、図１に示されるように、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１は、圧縮機１１の吸入側に配置され、圧縮機１１に吸入される冷媒の圧力を調整する圧力調整器４４を備える。さらに、冷凍サイクル装置１は、デフロスト運転のときに、吸込圧力Ｐｉｎおよび吸込過熱度ＳＨが第１規定範囲および第２規定範囲内にそれぞれ収まるように圧力調整器４４を制御するコントローラ５０とを備える。

これにより、圧縮機１１から吐出された高温高圧の冷媒が減圧されずに蒸発器１４に流入したとしても、吸込圧力Ｐｉｎおよび吸込過熱度ＳＨが規定範囲内に収まるように、圧縮機１１に吸入される圧力が調整される。そのため、冷凍サイクル装置１は、デフロスト運転のときに圧縮機１１から吐出される冷媒を蒸発器１４に流入させる切替回路２０を備えることができる。すなわち、圧縮機１１から吐出された高温高圧の冷媒は、減圧されることなしに蒸発器１４に流入する。その結果、蒸発器１４に流入する冷媒の熱量が増大し、蒸発器１４内に付着した霜を短時間で融かすことができる。さらに、吸込圧力Ｐｉｎおよび吸込過熱度ＳＨが規定範囲内に収まるように、圧縮機１１に吸入される圧力が調整されるため、圧縮機１１の故障の発生を抑制できる。

このように、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１によれば、圧縮機の故障の発生を抑制するとともに、デフロスト運転に要する時間を短縮できる。

冷媒回路１０には、様々な公知の冷媒が採用され得る。ただし、地球温暖化係数の抑制を図るために、二酸化炭素（ＣＯ_２）冷媒を採用することが好ましい。

蒸発器１４内に付着した霜を効率的に融かすためには、顕熱だけでなく冷媒の凝縮潜熱を利用することが好ましい。凝縮潜熱を利用して蒸発器１４内に付着した霜を融かすためには、蒸発器１４を通過する冷媒は、０℃よりも高い飽和温度を有する必要がある。つまりＣＯ_２冷媒を使用して除霜運転をする場合は、０℃よりも高い飽和温度を有するためには、３．３ＭＰａ以上の圧力を有する必要がある。

冷媒回路の設計圧力をＲ４１０Ａ冷媒を使用した場合と同等である４．１５ＭＰａとした場合、圧縮機１１の吐出側の冷媒の圧力は、通常、余裕度を考慮して設計圧力４．１５ＭＰａよりも低く設定される。そのため、冷凍サイクル装置を図３に示す構成とした場合、圧縮機１１から吐出された冷媒がニードル弁１２２によって減圧されるため、蒸発器１４におけるＣＯ_２冷媒の圧力を３．３ＭＰａ以上にすることが難しい。すなわち、図３に示す構成の冷凍サイクル装置１００にＣＯ_２冷媒を採用した場合、蒸発器１４内の霜を効率的に融かすことができない。

しかしながら、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１では、圧縮機１１から吐出された高温高圧の冷媒を減圧させることなく蒸発器１４に流入させることができる。そのため、ＣＯ_２冷媒を採用したとしても、蒸発器１４に流入する冷媒の飽和温度を０℃よりも高くすることができ、冷媒の凝縮潜熱を利用して蒸発器１４内の霜を効率的に融かすことができる。

実施の形態２．
図４は、実施の形態２に係る冷凍サイクル装置の概略構成図である。図４に示されるように、実施の形態２に係る冷凍サイクル装置１ａは、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１と比較して、熱交換器４５をさらに含む点で相違する。

熱交換器４５は、冷媒回路１０における圧力調整器４４と圧縮機１１の吸入側との間に配置される。具体的には、熱交換器４５は、圧力調整器４４とアキュムレータ１５との間に配置される。熱交換器４５は、外部からの熱により冷媒を加熱する。熱交換器４５は、例えば送風ファン４６から供給される空気と冷媒との間で熱交換を行なう。熱交換器４５は採熱器とも言える。

実施の形態２に係る冷凍サイクル装置１ａにおけるデフロスト運転のときの制御の流れは、図２に示すフローチャートと同様である。そのため、詳細な説明を省略する。

実施の形態２に係る冷凍サイクル装置１ａは、実施の形態１と同様の効果を奏する。すなわち、圧縮機１１の故障の発生を抑制できるとともに、デフロスト運転に要する時間を短縮できる。また、ＣＯ_２冷媒を採用したとしても、冷媒の凝縮潜熱を利用して蒸発器１４内の霜を効率的に融かすことができる。さらに、実施の形態２に係る冷凍サイクル装置１ａによれば、圧縮機１１の吸入側で冷媒が熱交換器４５によって加熱される。そのため、冷媒の過熱度を増大させることができ、圧縮機１１への液戻りを抑制できる。さらに、冷媒の循環量が増えるために、デフロスト運転時間を短縮できる。

実施の形態３．
図５は、実施の形態３に係る冷凍サイクル装置の概略構成図である。図５に示されるように、実施の形態３に係る冷凍サイクル装置１ｂは、実施の形態２に係る冷凍サイクル装置１ａと比較して、切替回路２０およびコントローラ５０の代わりに切替回路２０ｂおよびコントローラ５０ｂをそれぞれ備える点で相違する。切替回路２０ｂは、図４に示す切替回路２０と比較して、バイパス配管２３と、電磁弁２４，２５とをさらに含む点で相違する。

バイパス配管２３は、冷媒回路１０における蒸発器１４と圧力調整器４４との間の分岐点６２と、冷媒回路１０における熱交換器４５と圧縮機１１の吸入側との間の分岐点６３とを接続する。

電磁弁２４は、バイパス配管２３上に配置される。電磁弁２５は、分岐点６２と熱交換器４５との間に配置される。電磁弁２５は、図５に示す例では分岐点６２と圧力調整器４４との間に配置されているが、圧力調整器４４と熱交換器４５との間に配置されてもよい。

コントローラ５０ｂは、上記のコントローラ５０の動作に加えて、電磁弁２４，２５の開閉を制御する動作を行なう。

図６は、実施の形態３に係る冷凍サイクル装置におけるデフロスト運転のときの制御の流れを示すフローチャートである。図６に示すフローチャートは、図２に示すフローチャートと比較して、ステップＳ１，Ｓ９の代わりにステップＳ１ｂ、Ｓ９ｂをそれぞれ含む点でのみ相違する。

ステップＳ１ｂにおいて、コントローラ５０ｂは、Ｈ／Ｇ電磁弁２２および電磁弁２５を開状態に切り替えるとともに、電磁弁２４を閉状態に切り替える。ステップＳ９ｂにおいて、コントローラ５０ｂは、Ｈ／Ｇ電磁弁２２および電磁弁２５を閉状態に切り替えるとともに、電磁弁２４を開状態に切り替える。

実施の形態３に係る冷凍サイクル装置１ｂは、実施の形態２と同様の効果を奏する。さらに冷凍サイクル装置１ｂの電磁弁２４，２５は、蒸発器１４から圧縮機１１への冷媒の流路を、冷房運転のときにバイパス配管２３を通る流路に切り替え、デフロスト運転のときに圧力調整器４４および熱交換器４５を通る流路に切り替える。これにより、冷房運転のときには、冷媒は熱交換器４５を通過しなくなる。その結果、冷房運転における低圧側の圧力損失を抑制でき、冷媒回路１０の性能を向上させることができる。

なお、電磁弁２４，２５に代えて、分岐点６２に三方弁を配置してもよい。三方弁は、蒸発器１４から圧縮機１１への冷媒の流路を、冷房運転のときにバイパス配管２３を通る流路に切り替え、デフロスト運転のときに圧力調整器４４および熱交換器４５を通る流路に切り替えるように制御される。

実施の形態４．
図７は、実施の形態４に係る冷凍サイクル装置の概略構成図である。図７に示されるように、実施の形態４に係る冷凍サイクル装置１ｃは、実施の形態３に係る冷凍サイクル装置１ｂと比較して、切替回路２０ｂおよびコントローラ５０ｂの代わりに切替回路２０ｃおよびコントローラ５０ｃをそれぞれ備える点で相違する。切替回路２０ｃは、図５に示す切替回路２０ｂと比較して、バイパス配管２６と、電磁弁２７，２８とをさらに含む点で相違する。

バイパス配管２６は、圧縮機１１の吐出側と凝縮器１２との間の分岐点６４から熱交換器４５と通過して分岐点６４と凝縮器１２との間の分岐点６５に戻る配管である。

電磁弁２７は、冷媒回路１０において分岐点６４と分岐点６５との間に配置される。電磁弁２８は、バイパス配管２６上に配置される。具体的には、電磁弁２８は、バイパス配管２６における分岐点６４と熱交換器４５との間に配置される。

コントローラ５０ｃは、上記のコントローラ５０ｂの動作に加えて、さらに、電磁弁２７，２８の開閉を制御する。

図８は、実施の形態４に係る冷凍サイクル装置におけるデフロスト運転のときの制御の流れを示すフローチャートである。図８に示すフローチャートは、図６に示すフローチャートと比較して、ステップＳ１ｂ，Ｓ９ｂの代わりにステップＳ１ｃ、Ｓ９ｃをそれぞれ含む点でのみ相違する。

ステップＳ１ｃにおいて、コントローラ５０ｃは、Ｈ／Ｇ電磁弁２２および電磁弁２５、２７を開状態に切り替えるとともに、電磁弁２４，２８を閉状態に切り替える。ステップＳ９ｃにおいて、コントローラ５０ｃは、Ｈ／Ｇ電磁弁２２および電磁弁２５，２７を閉状態に切り替えるとともに、電磁弁２４，２８を開状態に切り替える。

実施の形態４に係る冷凍サイクル装置１ｃは、実施の形態３と同様の効果を奏する。さらに、冷凍サイクル装置１ｃの電磁弁２７，２８は、圧縮機１１の吐出側から凝縮器１２への冷媒の流路を、冷房運転のときにバイパス配管２６を通る流路に切り替え、デフロスト運転のときにバイパス配管２６を通らない流路に切り替える。これにより、冷房運転のときにおいて、熱交換器４５は、凝縮器の一部として動作する。その結果、冷房運転における消費電力を削減することができる。

なお、電磁弁２７，２８に代えて、分岐点６４に三方弁を配置してもよい。三方弁は、圧縮機１１の吐出側から凝縮器１２への冷媒の流路を、冷房運転のときにバイパス配管２６を通る流路に切り替え、デフロスト運転のときにバイパス配管２６を通らない流路に切り替えるように制御される。

バイパス配管２６および電磁弁２７，２８は、実施の形態２の冷凍サイクル装置１ａに適用されてもよい。

実施の形態５．
図９は、実施の形態５に係る冷凍サイクル装置の概略構成および冷房運転のときの冷媒の流れを示す図である。図１０は、実施の形態５に係る冷凍サイクル装置の概略構成およびデフロスト運転のときの冷媒の流れを示す図である。図９に示されるように、実施の形態５に係る冷凍サイクル装置１ｄは、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１と比較して、切替回路２０およびコントローラ５０の代わりに切替回路２０ｄおよびコントローラ５０ｄをそれぞれ備える点で相違する。切替回路２０ｄは、バイパス配管２９と、逆止弁３０，３１，３４と、四方弁３２と、配管３３とを含む。

バイパス配管２９は、冷媒回路１０における圧縮機１１の吐出側と凝縮器１２との間の分岐点６６と、冷媒回路１０における凝縮器１２と膨張弁１３との間の分岐点６７とを接続する。圧力調整器４４は、バイパス配管２９上に配置される。

逆止弁３０は、バイパス配管２９上に配置される。例えば、逆止弁３０は、バイパス配管２９上の圧力調整器４４と分岐点６６との間に配置される。逆止弁３０は、分岐点６７から分岐点６６に向かう方向に冷媒が流れるときに開く。

逆止弁３１は、冷媒回路１０における凝縮器１２と分岐点６７との間に配置され、凝縮器１２から分岐点６７に向かう方向に冷媒が流れるときに開く。

逆止弁３４は、分岐点６６と凝縮器１２との間に配置される。逆止弁３４は、分岐点６６から凝縮器１２ｆに向かう方向に冷媒が流れるときに開く。

四方弁３２の４つのポートは、圧縮機１１の吐出側、分岐点６６、蒸発器１４、および配管３３にそれぞれ接続される。配管３３の一端は四方弁３２に接続され、配管３３の他端は、アキュムレータ１５を介して圧縮機１１の吸入側に接続される。四方弁３２は、通常状態とデフロスト状態とのいずれかに切り替えられる。通常状態とは、圧縮機１１の吐出側を分岐点６６に接続するとともに、蒸発器１４を配管３３およびアキュムレータ１５を介して圧縮機１１の吸入側に接続する状態である。デフロスト状態とは、圧縮機１１の吐出側を蒸発器１４に接続するとともに、分岐点６６を配管３３およびアキュムレータ１５を介して圧縮機１１の吸入側に接続する状態である。

コントローラ５０ｄは、上記のコントローラ５０と比較して、Ｈ／Ｇ電磁弁２２の開閉の制御の代わりに四方弁３２の状態の切り替え制御を行なう点で相違する。具体的には、コントローラ５０ｄは、冷房運転のときに四方弁３２を通常状態に切り替え、デフロスト運転のときに四方弁３２をデフロスト状態に切り替える。

冷房運転において、圧縮機１１から吐出された冷媒は、図９に示されるように、四方弁３２、分岐点６６、凝縮器１２、逆止弁３１、分岐点６７、膨張弁１３、蒸発器１４、四方弁３２およびアキュムレータ１５をこの順に通過し、圧縮機１１に戻る。一方、デフロスト運転において、圧縮機１１から吐出された冷媒は、図１０に示されるように、四方弁３２、蒸発器１４、膨張弁１３、分岐点６７、圧力調整器４４、逆止弁３０、分岐点６６、四方弁３２およびアキュムレータ１５をこの順に通過し、圧縮機１１に戻る。

図１１は、実施の形態５に係る冷凍サイクル装置におけるデフロスト運転のときの制御の流れを示すフローチャートである。図１１に示すフローチャートは、図２に示すフローチャートと比較して、ステップＳ１，Ｓ９の代わりにステップＳ１ｄ、Ｓ９ｄをそれぞれ含む点でのみ相違する。

ステップＳ１ｄにおいて、コントローラ５０ｄは、四方弁３２をデフロスト状態に切り替える。ステップＳ９ｄにおいて、コントローラ５０ｄは、四方弁３２を通常状態に切り替える。

なお、ステップＳ８において、コントローラ５０ｄは、実施の形態１と同様に、例えば温度センサ４３の検出値を蒸発器出口温度Ｔｏｕｔとして取得し、蒸発器出口温度Ｔｏｕｔが規定温度Ｔｒｅｆ以上か否かを判断する。実施の形態５におけるデフロスト運転のときの蒸発器１４内の冷媒の流れ方向は、実施の形態１におけるデフロスト運転のときの蒸発器１４内の冷媒の流れ方向と逆である。そのため、実施の形態５では、温度センサ４３は、蒸発器１４の膨張弁１３側のポート付近に配置され、デフロスト運転のときに蒸発器１４を通過した直後の冷媒の温度を検出する。

実施の形態５に係る冷凍サイクル装置１ｄによっても、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置１と同様の効果を奏することができる。すなわち、圧縮機１１の故障の発生を抑制できるとともに、デフロスト運転に要する時間を短縮できる。また、ＣＯ_２冷媒を採用したとしても、冷媒の凝縮潜熱を利用して蒸発器１４内の霜を効率的に融かすことができる。

実施の形態６．
図１２は、実施の形態６に係る冷凍サイクル装置の概略構成図である。図１２に示されるように、実施の形態６に係る冷凍サイクル装置１ｅは、実施の形態５に係る冷凍サイクル装置１ｄと比較して、熱交換器４５をさらに含む点で相違する。

熱交換器４５は、冷媒回路１０における四方弁３２と分岐点６６との間に配置される。熱交換器４５は、実施の形態２～４と同様に、外部からの熱により冷媒を加熱する。すなわち、熱交換器４５は、送風ファン４６から供給される空気と冷媒との間で熱交換を行なう。

実施の形態６に係る冷凍サイクル装置１ｅにおけるデフロスト運転のときの制御の流れは、図１１に示すフローチャートと同様である。そのため、詳細な説明を省略する。

実施の形態６に係る冷凍サイクル装置１ｅによれば、デフロスト運転において、蒸発器１４を通過した冷媒は、熱交換器４５において加熱される。そのため、圧縮機１１に吸入される冷媒の過熱度を増大させることができ、実施の形態２～４と同様に、圧縮機１１への液戻りを抑制できる。さらに、冷媒の循環量が増えるために、デフロスト運転時間を短縮できる。

さらに、冷房運転のときには、圧縮機１１から吐出された冷媒は、熱交換器４５を通過する。そのため、熱交換器４５は、実施の形態４と同様に、凝縮器の一部として動作する。その結果、冷房運転における消費電力を削減することができる。

このように、実施の形態６に係る冷凍サイクル装置１ｅは、実施の形態４に係る冷凍サイクル装置１ｃと同様の効果を奏する。図７に示す実施の形態４に係る冷凍サイクル装置１ｃでは、切替回路２０ｃは、ホットガスバイパス配管２１およびバイパス配管２３，２６を有する。これに対し、実施の形態６に係る冷凍サイクル装置１ｅでは、切替回路２０ｅは、バイパス配管２９と配管３３とを有する。このように、実施の形態６に係る冷凍サイクル装置は、実施の形態４に係る冷凍サイクル装置１ｃと比較して、配管数を削減することができる。

実施の形態７．
図１３は、実施の形態７に係る冷凍サイクル装置の概略構成図である。図１３に示されるように、実施の形態７に係る冷凍サイクル装置１ｆは、二元冷凍装置である。冷凍サイクル装置１ｆは、実施の形態６に係る冷凍サイクル装置１ｅと比較して、冷媒回路１０の代わりに低温側冷媒回路１０ｆを備え、さらに低温側冷媒回路１０ｆとは別の高温側冷媒回路７０を備える点で相違する。

低温側冷媒回路１０ｆは、図１２に示す冷媒回路１０と比較して、凝縮器１２の代わりに凝縮器１２ｆを備える点で相違する。低温側冷媒回路１０ｆには低温側冷媒が循環する。

高温側冷媒回路７０は、高温側圧縮機７１、高温側凝縮器７２、高温側膨張弁７３および凝縮器１２ｆが配管によって接続された回路である。高温側冷媒回路７０には、高温側冷媒が循環する。高温側圧縮機７１が駆動されると、高温側冷媒は、高温側圧縮機７１、高温側凝縮器７２、高温側膨張弁７３、凝縮器１２ｆの順に通過し、高温側圧縮機７１に戻る。

高温側圧縮機７１は、ガス状の高温側冷媒を圧縮する。高温側圧縮機７１から吐出された高温側冷媒は、高温側凝縮器７２へ送られる。高温側凝縮器７２は、高温側圧縮機７１から吐出されたのガス状の高温側冷媒を凝縮する。高温側凝縮器７２は、例えば凝縮器ファン７４から供給される空気と高温側冷媒との間で熱交換を行ない、高温側冷媒を冷却して凝縮する。高温側凝縮器７２で凝縮された高温側冷媒は、高温側膨張弁７３へ送られる。高温側膨張弁７３は、高温側凝縮器７２からの液状の高温側冷媒を膨張させて減圧する。高温側膨張弁７３で減圧された高温側冷媒は、凝縮器１２ｆへ送られる。

凝縮器１２ｆは、圧縮機１１からの低温側冷媒と、高温側膨張弁７３からの高温側冷媒との間で熱交換を行なうカスケード熱交換器である。凝縮器１２ｆでは、低温側冷媒から高温側冷媒へ熱が移動することにより、低温側冷媒が冷却され、高温側冷媒が加熱される。高温側冷媒は、加熱により蒸発した後、凝縮器１２ｆから高温側圧縮機７１へ送られる。低温側冷媒は、凝縮器１２ｆで凝縮した後、液相状態で膨張弁１３へ送られる。

実施の形態７によれば、低温側冷媒および高温側冷媒を自由に選択可能となる。さらに、低温側冷媒および高温側冷媒の選択を最適化することにより、消費電力を抑制できる。例えば、低温側冷媒としてＣＯ_２冷媒が選択され、高温側冷媒としてＨＦＯ冷媒（ＨＦＯ１２３４ｙｆ、ＨＦＯ１２３４ｚｅ等）が選択される。

なお、図１３には、高温側冷媒回路７０および凝縮器１２ｆを実施の形態６の冷凍サイクル装置１ｅに適用した冷凍サイクル装置１ｆが示される。しかしながら、高温側冷媒回路７０および凝縮器１２ｆは、実施の形態１～５の冷凍サイクル装置１，１ａ～１ｄのいずれかに適用されてもよい。すなわち、冷凍サイクル装置１，１ａ～１ｄのいずれかにおいて、凝縮器１２を凝縮器１２ｆに置き換えるとともに、高温側冷媒回路７０を追加してもよい。

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およ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。

１，１ａ～１ｆ，１００冷凍サイクル装置、１０冷媒回路、１０ｆ低温側冷媒回路、１１圧縮機、１２，１２ｆ凝縮器、１３膨張弁、１４蒸発器、１５アキュムレータ、１６，７４凝縮器ファン、１７，４６送風ファン、２０，２０ｂ～２０ｅ，１２０切替回路、２１ホットガスバイパス配管、２２Ｈ／Ｇ電磁弁，２４，２５，２７，２８電磁弁、２３，２６，２９バイパス配管、３０，３１，３４逆止弁、３２四方弁、３３配管、４１圧力センサ、４２，４３温度センサ、４４圧力調整器、４５熱交換器、５０，５０ｂ～５０ｄコントローラ、６０～６７分岐点、７０高温側冷媒回路、７１高温側圧縮機、７２高温側凝縮器、７３高温側膨張弁、１２２ニードル弁。

Claims

圧縮機、凝縮器、膨張弁および蒸発器が配管によって接続された冷媒回路を備える冷凍サイクル装置であって、
前記圧縮機、前記凝縮器、前記膨張弁および前記蒸発器の順に冷媒を循環させる冷房運転と、前記圧縮機から吐出される前記冷媒を前記蒸発器に流入させるデフロスト運転とを切り替えるための切替回路と、
前記圧縮機に吸入される前記冷媒の圧力および過熱度を検出するための検出部と、
前記圧縮機に吸入される前記冷媒の圧力を調整するための圧力調整器と、
前記デフロスト運転のときに、前記検出部によって検出された圧力および過熱度が規定範囲内に収まるように前記圧力調整器を制御するためのコントローラとを備え、
前記切替回路は、
四方弁と、
前記凝縮器と前記膨張弁との間の第４分岐点と、前記凝縮器と前記四方弁との間の第５分岐点とを接続する第４バイパス配管と、
前記凝縮器と前記第４分岐点との間に配置され、前記凝縮器から前記第４分岐点に向かう方向に前記冷媒が流れるときに開く第１逆止弁と、
前記第４バイパス配管上に配置され、前記第４分岐点から前記第５分岐点に向かう方向に前記冷媒が流れるときに開く第２逆止弁と、
前記第５分岐点と前記凝縮器との間に配置され、前記第５分岐点から前記凝縮器に向かう方向に前記冷媒が流れるときに開く第３逆止弁とを含み、
前記凝縮器と前記第４分岐点との間の配管は、分岐しておらず、
前記圧力調整器は、前記第４バイパス配管上に配置され、
前記四方弁は、前記冷房運転のときに前記圧縮機の吐出側と前記凝縮器とを接続するとともに前記蒸発器と前記圧縮機の吸入側とを接続し、前記デフロスト運転のときに前記圧縮機の吐出側と前記蒸発器とを接続するとともに前記凝縮器と前記圧縮機の吸入側とを接続し、
前記第５分岐点と前記四方弁との間に配置され、外部からの熱により前記冷媒を加熱する熱交換器をさらに備え、
前記熱交換器は、前記冷房運転のときに、前記圧縮機から吐出された前記冷媒を凝縮させる凝縮器の一部として動作し、前記デフロスト運転のときに、前記蒸発器を通過した前記冷媒を加熱する、冷凍サイクル装置。
前記冷媒回路とは別の冷媒回路をさらに備え、
前記凝縮器は、前記冷媒回路を流れる前記冷媒と前記別の冷媒回路を流れる冷媒との間で熱交換を行なう、請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
前記冷媒回路を流れる前記冷媒はＣＯ_２冷媒である、請求項１または２に記載の冷凍サイクル装置。