(57)【要約】【課題】正サイクル除霜運転時に、液バックの発生や吸入温度の過度な上昇を抑制しつつ、圧縮機から冷媒回路に供給される熱量を確保することが容易な信頼性の高い空気調和装置を提供する。【解決手段】空気調和装置１００は、圧縮機３１、室内熱交換器２１、膨張弁３５、室外熱交換器３３の順に冷媒を循環させる暖房運転が可能な冷媒回路８０と、過熱弁５２を有し、過熱弁を開くと圧縮機の吐出側から吸入側に冷媒がバイパスするように冷媒回路に接続された吐出−吸入バイパス回路５０と、制御ユニット４０と、を備える。空気調和装置は、冷媒回路において暖房運転と同様に冷媒を循環させつつ、吐出−吸入バイパス回路において圧縮機の吐出側から吸入側に冷媒をバイパスさせて正サイクル除霜運転を行う。制御ユニットは、正サイクル除霜運転時に、過熱弁を通過する冷媒の流量と膨張弁を通過する冷媒の流量との比が所定流量比になるよう、過熱弁の開度を制御する。【選択図】図１
2015068608.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機（３１）と室内熱交換器（２１）と主弁（３５）と室外熱交換器（３３）とを有しており、前記圧縮機、前記室内熱交換器、前記主弁、前記室外熱交換器の順に冷媒を循環させる暖房運転を行うことが可能な主冷媒回路（８０）と、
過熱弁（５２）を有しており、前記過熱弁を開くことで前記圧縮機の吐出側から前記圧縮機の吸入側に冷媒をバイパスすることが可能になるように前記主冷媒回路に接続されている吐出−吸入バイパス回路（５０）と、
前記過熱弁および前記主弁の少なくとも一方の開度を制御する制御部（４０）と、
を備え、
前記主冷媒回路において前記圧縮機、前記室内熱交換器、前記主弁、前記室外熱交換器の順に冷媒を循環させつつ、前記吐出−吸入バイパス回路において前記圧縮機の吐出側から前記圧縮機の吸入側に冷媒をバイパスさせて、前記室外熱交換器を除霜する正サイクル除霜運転時に、
前記制御部は、前記過熱弁を通過する冷媒の流量と前記主弁を通過する冷媒の流量との比が所定流量比になるように、前記過熱弁および前記主弁の少なくとも一方の開度を制御する、
空気調和装置（１００）。
【請求項２】
前記所定流量比は、８：２〜６：４の間の値である、
請求項１に記載の空気調和装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気調和装置、特に、暖房を継続しながら除霜を行うことが可能な正サイクル除霜方式を用いて除霜を行う空気調和装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
低外気温度時に、室外空気を熱源とするヒートポンプ式空気調和装置を用いて暖房を行うと、室外熱交換器に霜が付着する場合がある。室外熱交換器に霜が付着すると、空気調和装置の運転能力が低下するため、室外熱交換器に付着した霜を取り除くため除霜運転が行われる。
【０００３】
除霜には、様々な方式があるが、暖房を継続しながら除霜を行うことが可能な除霜方式として、例えば特許文献１（特開昭６１−２６２５６０号公報）のような、正サイクル除霜方式が知られている。
【０００４】
特許文献１（特開昭６１−２６２５６０号公報）の空気調和装置では、室内熱交換器と室外熱交換器との間に配置される電動膨張弁を全開又は全開に近い状態にすることで室外熱交換器に流入する冷媒の温度を０℃以上とし、室外熱交換器に付着した霜を融解させる。また、特許文献１（特開昭６１−２６２５６０号公報）の空気調和装置では、圧縮機の吐出ガスの一部を圧縮機の吸入側にバイパスさせるためのバイパス回路および開閉弁が設けられ、正サイクル除霜運転時に、圧縮機の吐出ガスの一部を圧縮機の吸入側にバイパスさせることで、圧縮機に吸入される冷媒の乾き度を上昇させ、圧縮機への液バックを軽減している。なお、液バックとは、圧縮機に液体成分の多い気液二相状態の冷媒が吸入され、液冷媒が圧縮機の圧縮機構により圧縮される状態をいう。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１（特開昭６１−２６２５６０号公報）の空気調和装置では、除霜運転時に膨張弁を全開気味にしているため、冷凍サイクルの高圧が十分に上昇しにくく、圧縮機の動力が減少し、圧縮機から冷媒回路に供給される熱量が減少しやすい。そのため、室外熱交換器から圧縮機に向かって液分の多い冷媒が流れやすく、圧縮機の吸入側にバイパスされる吐出ガスの量が不足すると、液バックが発生し、冷凍サイクルの高圧がより低下し、圧縮機の動力がより減少し、圧縮機から冷媒回路に供給される熱量がより減少するという悪循環が発生しやすい。
【０００６】
一方、特許文献１（特開昭６１−２６２５６０号公報）の空気調和装置において、液バックを防止するため、圧縮機の吸入側にバイパスされる吐出ガスの量を増やした場合には、運転状況によっては、正サイクル除霜運転時の圧縮機の吸入温度が上昇しすぎ、圧縮機の損傷等の問題を引き起こす可能性がある。
【０００７】
本発明の課題は、正サイクル除霜方式で除霜を行う空気調和装置であって、正サイクル除霜運転時に、液バックの発生や圧縮機の吸入温度の過度な上昇を抑制しつつ、圧縮機から冷媒回路に供給される熱量を確保することが容易な信頼性の高い空気調和装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１観点に係る空気調和装置は、主冷媒回路と、吐出−吸入バイパス回路と、制御部と、を備える。主冷媒回路は、圧縮機と室内熱交換器と主弁と室外熱交換器とを有しており、圧縮機、室内熱交換器、主弁、室外熱交換器の順に冷媒を循環させる暖房運転を行うことが可能である。吐出−吸入バイパス回路は、過熱弁を有しており、過熱弁を開くことで圧縮機の吐出側から圧縮機の吸入側に冷媒をバイパスすることが可能になるように主冷媒回路に接続されている。制御部は、過熱弁および主弁の少なくとも一方の開度を制御する。空気調和装置は、主冷媒回路において圧縮機、室内熱交換器、主弁、室外熱交換器の順に冷媒を循環させつつ、吐出−吸入バイパス回路において圧縮機の吐出側から圧縮機の吸入側に冷媒をバイパスさせて、室外熱交換器を除霜する正サイクル除霜運転を行う。正サイクル除霜運転時に、制御部は、過熱弁を通過する冷媒の流量と主弁を通過する冷媒の流量との比が、所定流量比になるように、過熱弁および主弁の少なくとも一方の開度を制御する。
【０００９】
ここでは、過熱弁を通過する冷媒の流量と主弁を通過する冷媒の流量との比が所定流量比になるように、過熱弁および主弁の少なくとも一方の開度が制御されるため、液バックの発生や、圧縮機の吸入温度の過度な上昇を抑制することができ、圧縮機から冷媒回路に供給される熱量を確保することが容易である。
【００１０】
本発明の第２観点に係る空気調和装置は、第１観点に係る空気調和装置であって、所定流量比は、８：２〜６：４の間の値である。
【００１１】
このような範囲の流量比を維持することで、液バックの発生や、圧縮機の吸入温度の過度な上昇を抑制することができ、圧縮機から冷媒回路に供給される熱量を確保することが容易である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の第１観点にかかる空気調和装置では、過熱弁を通過する冷媒の流量と主弁を通過する冷媒の流量との比が所定流量比になるように、過熱弁および主弁の少なくとも一方の開度が制御されるため、液バックの発生や、圧縮機の吸入温度の過度な上昇を抑制することができ、圧縮機から冷媒回路に供給される熱量を確保することが容易である。
【００１３】
本発明の第２観点にかかる空気調和装置では、液バックの発生や、圧縮機の吸入温度の過度な上昇を抑制することができ、圧縮機から冷媒回路に供給される熱量を確保することが容易である。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態にかかる空気調和装置の概略構成図である。
【図２】図１の空気調和装置のブロック図である。
【図３】図１の空気調和装置の正サイクル除霜運転中の弁の開度制御について説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明に係る空気調和装置の一実施形態について、図面を用いて説明する。なお、本発明にかかる空気調和装置の具体的な構成は、下記の実施形態に限られるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【００１６】
（１）全体構成
図１は、本発明の一実施形態にかかる空気調和装置１００の概略構成図である。空気調和装置１００は、蒸気圧縮式の冷凍サイクルを行うことによって、冷房運転と暖房運転とを切り替えて運転可能な空気調和装置である。
【００１７】
空気調和装置１００は、図１に示すように、主に、室内ユニット２０と、室外ユニット３０と、空気調和装置１００の各部の動作を制御する制御ユニット４０と、を有する。
【００１８】
室内ユニット２０と、室外ユニット３０とは、液冷媒連絡管７１およびガス冷媒連絡管７２によって接続され、冷媒回路８０を構成する。冷媒回路８０は、主冷媒回路の一例である。冷媒回路８０は、後述する室内熱交換器２１と、圧縮機３１と、室外熱交換器３３と、膨張弁３５とを主な構成として有する。空気調和装置１００は、冷媒回路８０に、圧縮機３１、室内熱交換器２１、膨張弁３５、室外熱交換器３３の順に冷媒を循環させることで、暖房運転を行うことが可能である。また、空気調和装置１００は、冷媒回路８０に、圧縮機３１、室外熱交換器３３、膨張弁３５、室内熱交換器２１の順に冷媒を循環させることで、冷房運転を行うことが可能である。
【００１９】
室外ユニット３０には、冷媒回路８０に接続される吐出−吸入バイパス回路５０が含まれる。吐出−吸入バイパス回路５０は、バイパス管５１と、過熱弁５２とを主に有する。バイパス管５１は、後述する、圧縮機３１の吸入管３７と圧縮機３１の吐出管３８とを接続する。吐出−吸入バイパス回路５０は、通常時（冷房運転時や暖房運転時）には使用されず、正サイクル除霜運転時（室外熱交換器３３に付着した霜を除去するための運転時）に使用される。言い換えれば、冷房運転時や暖房運転時には、吐出−吸入バイパス回路５０の過熱弁５２は閉じられており、バイパス管５１には冷媒は流れない。一方、正サイクル除霜運転時には、過熱弁５２が開かれ、圧縮機３１の吐出側から圧縮機３１の吸入側に冷媒をバイパスする。
【００２０】
制御ユニット４０は、主に、室内ユニット２０に含まれる室内側制御部４０ａと、室外ユニット３０に含まれる室外側制御部４０ｂとから構成される。制御ユニット４０は、室内ユニット２０および室外ユニット３０の各機器の制御を行う。
【００２１】
本空気調和装置１００では、冷媒として、例えばＲ３２やＲ４１０Ａ等のＨＦＣ(ハイドロフルオロカーボン)冷媒が封入されている。ただし、冷媒の種類は、ＨＦＣ冷媒に限定されるものではない。
【００２２】
（２）詳細構成
以下に、室内ユニット２０、室外ユニット３０、冷媒連絡管７１，７２、および制御ユニット４０について詳細に説明する。
【００２３】
（２−１）室内ユニット
室内ユニット２０は、冷媒回路８０の一部を構成している。室内ユニット２０は、空気調和の対象である室内に設置される。室内ユニット２０は、室内熱交換器２１と、室内ファン２２と、室内熱交温度センサ６１と、室内温度センサ６２と、を有する。
【００２４】
室内熱交換器２１は、伝熱管と多数の伝熱フィンとにより構成されたクロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器である。室内熱交換器２１の液側は液冷媒連絡管７１に接続されており、室内熱交換器２１のガス側はガス冷媒連絡管７２に接続されている。室内熱交換器２１は、冷房運転時には、後述する膨張弁３５で膨張した冷媒を蒸発させる蒸発器として機能し、室内空気を冷却する。室内熱交換器２１は、暖房運転時には、後述する圧縮機３１から吐出された高圧の冷媒を凝縮させる凝縮器として機能し、室内空気を加熱する。
【００２５】
室内ファン２２は、室内ユニット２０内に室内の空気を吸入し、室内熱交換器２１において吸入した空気と冷媒とを熱交換させ、室内に冷媒との熱交換後の空気を供給する。言い換えれば、室内ファン２２は、室内熱交換器２１を流れる冷媒の加熱源又は冷却源としての室内空気を、室内熱交換器２１に供給するファンである。室内ファン２２には、例えば、遠心ファンや多翼ファンが使用される。室内ファン２２は、回転数制御が可能なファン用モータ（図示せず）によって駆動される。
【００２６】
室内熱交温度センサ６１は、室内熱交換器２１の温度を検出するサーミスタである。室内熱交温度センサ６１は、室内熱交換器２１の伝熱管の中間部分に設けられている。室内熱交温度センサ６１は、室内熱交換器２１を流れる二相状態（気液混合状態）の冷媒の温度を検出する。
【００２７】
室内温度センサ６２は、室内ユニット２０内に吸入される室内空気の温度を検出するサーミスタである。
【００２８】
室内側制御部４０ａは、室内ユニット２０を構成する各部の動作を制御する。室内側制御部４０ａは、室内ユニット２０の制御を行うために設けられたマイクロコンピュータや、マイクロコンピュータが実行するためのプログラムや各種情報を記憶するメモリ等を有している。室内側制御部４０ａは、室内ユニット２０を操作するためのリモコン（図示せず）との間で制御信号等のやりとりを行ったり、室外ユニット３０（より具体的には後述する室外側制御部４０ｂ）との間で伝送線４０ｃを介して制御信号等のやりとりを行ったりすることができるようになっている。なお、室内側制御部４０ａは、後述する室外側制御部４０ｂと共に、空気調和装置１００の制御ユニット４０を構成する。
【００２９】
（２−２）室外ユニット
室外ユニット３０は、冷媒回路８０の一部を構成している。室外ユニット３０は、室外に設置されている。室外ユニット３０は、主に、圧縮機３１，四路切換弁３２、室外熱交換器３３、室外ファン３４、膨張弁３５、吐出−吸入バイパス回路５０、室外熱交温度センサ６３、吐出温度センサ６４、外気温度センサ６５、および室外側制御部４０ｂを有する。
【００３０】
（２−２−１）圧縮機
圧縮機３１は、冷凍サイクルにおける低圧の冷媒を高圧になるまで圧縮する機器である。圧縮機３１は、吸入側から低圧の冷媒を吸入し、冷媒の圧縮を行って高圧の冷媒を吐出する。圧縮機３１は、ロータリ式やスクロール式等の容積式の圧縮要素（図示せず）をインバータ制御される圧縮機用モータ３１ａによって回転駆動する密閉式構造となっている。圧縮機３１には、吸入側に吸入管３７が接続されており、吐出側に吐出管３８が接続されている。
【００３１】
吸入管３７は、圧縮機３１の吸入側と四路切換弁３２の第１ポート３２ａとを接続する冷媒管である。吸入管３７には、圧縮機３１に付属する小容積のアキュムレータ３６が設けられている。
【００３２】
吐出管３８は、圧縮機３１の吐出側と四路切換弁３２の第２ポート３２ｂとを接続する冷媒管である。吐出管３８には、吐出温度センサ６４が設けられている。吸入管３７と吐出管３８とは、後述する吐出−吸入バイパス回路５０を構成するバイパス管５１により接続されている。
【００３３】
（２−２−２）四路切換弁
四路切換弁３２は、冷媒回路８０における冷媒の流れの方向を切り換えるための切換弁である。言い換えれば、四路切換弁３２は、圧縮機３１から吐出された冷凍サイクルにおける高圧の冷媒の流れ方向を切り換えるための切換弁である。
【００３４】
四路切換弁３２は、暖房運転時に、圧縮機３１から吐出された冷媒が室内熱交換器２１へと流れるよう冷媒の流れ方向を切り換える。つまり、四路切換弁３２は、暖房運転時に、第２ポート３２ｂと第４ポート３２ｄとを連通させ、第１ポート３２ａと第３ポート３２ｃとを連通させる。これにより、吐出管３８はガス冷媒連絡管７２側の第２ガス冷媒管７４と接続され、吸入管３７は室外熱交換器３３のガス側の第１ガス冷媒管７３と接続される（図１の四路切換弁３２の破線を参照）。このように配管が接続されることで、暖房運転時には、室内熱交換器２１は圧縮機３１において圧縮された冷媒の凝縮器として機能し、室外熱交換器３３は室内熱交換器２１において放熱した冷媒の蒸発器として機能する。なお、上記の第１ガス冷媒管７３は、四路切換弁３２の第３ポート３２ｃと室外熱交換器３３のガス側とを接続する冷媒管である。第２ガス冷媒管７４は、四路切換弁３２の第４ポート３２ｄとガス冷媒連絡管７２とを接続する冷媒管である。
【００３５】
四路切換弁３２は、冷房運転時に、圧縮機３１から吐出された冷媒が室外熱交換器３３へと流れるよう冷媒の流れ方向に切り換える。つまり、四路切換弁３２は、冷房運転時に、第２ポート３２ｂと第３ポート３２ｃとを連通させ、第１ポート３２ａと第４ポート３２ｄとを連通させる。これにより、吐出管３８は室外熱交換器３３のガス側の第１ガス冷媒管７３と接続され、吸入管３７はガス冷媒連絡管７２側の第２ガス冷媒管７４と接続される（図１の四路切換弁３２の実線を参照）。このように配管が接続されることで、冷房運転時には、室外熱交換器３３は圧縮機３１において圧縮された冷媒の凝縮器として機能し、室内熱交換器２１は室外熱交換器３３において放熱した冷媒の蒸発器として機能する。
【００３６】
なお、空気調和装置１００において後述する正サイクル除霜運転が行われる場合には、四路切換弁３２は、暖房運転時と同様に、圧縮機３１から吐出された冷媒が室内熱交換器２１へと流れるよう冷媒の流れ方向を切り換える。そのため、正サイクル除霜運転時には、室内の暖房を継続することが可能である。
【００３７】
（２−２−３）室外熱交換器
室外熱交換器３３は、伝熱管と多数の伝熱フィンとにより構成されたクロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器である。室外熱交換器３３の液側は液冷媒管７５に接続されており、室外熱交換器３３のガス側は第１ガス冷媒管７３に接続されている。液冷媒管７５は、室外熱交換器３３の液側と液冷媒連絡管７１とを接続する冷媒管である。室外熱交換器３３は、冷房運転時には室外空気を冷却源とする冷媒の凝縮器として機能し、暖房運転時には室外空気を加熱源とする冷媒の蒸発器として機能する熱交換器である。
【００３８】
（２−２−４）室外ファン
室外ファン３４は、室外ユニット３０内に室外の空気を吸入し、室外熱交換器３３において吸入した空気と冷媒と熱交換させ、熱交換後の空気を外部に排出する。すなわち、室外ファン３４は、室外熱交換器３３を流れる冷媒の冷却源又は加熱源としての室外空気を室外熱交換器３３に供給するファンである。室外ファン３４には、例えば、プロペラファンが使用される。室外ファン３４は、回転数制御が可能なファン用モータ（図示せず）によって駆動される。
【００３９】
（２−２−５）膨張弁
膨張弁３５は、主弁の一例である。膨張弁３５は、開度可変の電動膨張弁である。後述する制御ユニット４０は、冷媒回路８０を流れる冷媒の圧力や流量の調整するため、膨張弁３５の開度を制御する。膨張弁３５は、冷房運転時には、凝縮器として機能する室外熱交換器３３から、蒸発器として機能する室内熱交換器２１へと流れる冷媒を膨張させる。また、膨張弁３５は、暖房運転時には、凝縮器として機能する室内熱交換器２１から、蒸発器として機能する室外熱交換器３３へと流れる冷媒を膨張させる。
【００４０】
（２−２−６）吐出−吸入バイパス回路
吐出−吸入バイパス回路５０は、正サイクル除霜運転時（冷媒回路８０に暖房運転時と同じ方向に冷媒を流し、室外熱交換器３３に付着した霜を除去するための運転時）に用いられる回路であり、冷媒回路８０に接続されている。
【００４１】
吐出−吸入バイパス回路５０は、バイパス管５１と、過熱弁５２とを主に有する。
【００４２】
バイパス管５１は、圧縮機３１の吸入管３７と吐出管３８とを接続する。より具体的には、バイパス管５１は、吸入管３７のアキュムレータ３６よりも上流側（四路切換弁３２側）と、吐出管３８とを接続する。
【００４３】
過熱弁５２は、開度可変の電動弁である。後述する制御ユニット４０は、正サイクル除霜運転時に、膨張弁３５を流れる冷媒の流量と過熱弁５２を流れる冷媒の流量との比を適切に調整するため、過熱弁５２の開度を制御する。制御ユニット４０による、過熱弁５２の開度制御については後述する。
【００４４】
なお、過熱弁５２は、冷房運転時や暖房運転時には通常閉じられているため、冷房運転時や暖房運転時にはバイパス管５１を冷媒は流れない。
【００４５】
（２−２−７）室外熱交温度センサ
室外熱交温度センサ６３は、室外熱交換器３３の温度を検出するサーミスタである。室外熱交温度センサ６３は、室外熱交換器３３の伝熱管の中間部分に設けられている。室外熱交温度センサ６３は、室外熱交換器３３を流れる二相状態（気液混合状態）の冷媒の温度を検出する。
【００４６】
（２−２−８）吐出温度センサ
吐出温度センサ６４は、圧縮機３１から吐出される冷媒の温度を検出するサーミスタである。吐出温度センサ６４は、圧縮機３１の外部、より具体的には、圧縮機３１の吐出口付近の吐出管３８に設けられる。
【００４７】
（２−２−９）外気温度センサ
外気温度センサ６５は、室外ユニット３０の設置される室外の温度を検出するサーミスタである。
【００４８】
（２−２−１０）室外側制御部
室外側制御部４０ｂは、室外ユニット３０を構成する各部の動作を制御する。室外側制御部４０ｂは、室外ユニット３０の制御を行うために設けられたマイクロコンピュータや、マイクロコンピュータが実行するためのプログラムや各種情報を記憶するメモリ等を有している。室外側制御部４０ｂは、室内ユニット２０（より具体的には室内側制御部４０ａ）との間で伝送線４０ｃを介して制御信号等のやりとりを行うことができるようになっている。なお、室外側制御部４０ｂは、室内側制御部４０ａと共に、空気調和装置１００の制御ユニット４０を構成する。
【００４９】
（２−３）冷媒連絡管
液冷媒連絡管およびガス冷媒連絡管７１，７２は、空気調和装置１００を設置する際に、現地にて施工される冷媒管である。図１のように、室内ユニット２０と、室外ユニット３０とが、液冷媒連絡管およびガス冷媒連絡管７１，７２で接続されることで、空気調和装置１００の冷媒回路８０が構成される。
【００５０】
（２−４）制御ユニット
空気調和装置１００では、伝送線４０ｃによって接続された室内側制御部４０ａおよび室外側制御部４０ｂを主な構成として有する制御ユニット４０が、室内ユニット２０および室外ユニット３０の各機器の制御を行うことができるようになっている。制御ユニット４０は、冷房運転、暖房運転、正サイクル除霜運転を含む空気調和装置１００全体の運転制御を行う。
【００５１】
制御ユニット４０は、図２に示すように、各種センサ（室内熱交温度センサ６１、室内温度センサ６２、室外熱交温度センサ６３、吐出温度センサ６４、および外気温度センサ６５）と、各種センサからの信号を受けることができるように接続される。また、制御ユニット４０は、各種センサからの信号等に基づいて、室内ユニット２０および室外ユニット３０の各構成を制御することができるよう、圧縮機用モータ３１ａ、四路切換弁３２、室外ファン３４、膨張弁３５、室内ファン２２、過熱弁５２等と接続されている（図２参照）。
【００５２】
（３）空気調和装置の基本動作
次に、空気調和装置１００の基本動作（暖房運転時および冷房運転時の動作）について説明する。制御ユニット４０により空気調和装置１００の各構成の動きが制御されることで基本動作が実行される。
【００５３】
（３−１）暖房運転
暖房運転時には、四路切換弁３２が暖房サイクル状態（図１に破線で示された状態）に切り換えられる。冷凍サイクルにおける低圧のガス冷媒は、圧縮機３１に吸入され、冷凍サイクルにおける高圧になるまで圧縮された後に吐出される。圧縮機３１から吐出された高圧のガス冷媒は、四路切換弁３２、ガス冷媒連絡管７２を通じて、室内熱交換器２１に送られる。室内熱交換器２１に送られた高圧のガス冷媒は、室内熱交換器２１において、室内ファン２２により冷却源として供給される室内空気と熱交換を行い、放熱して、高圧の液冷媒になる。一方、冷媒との熱交換により室内空気は加熱され、加熱された空気が室内に供給されることで室内の暖房が行われる。室内熱交換器２１で放熱した高圧の液冷媒は、液冷媒連絡管７１を通じて、膨張弁３５に送られる。膨張弁３５に送られた高圧の液冷媒は、膨張弁３５によって、冷凍サイクルにおける低圧まで減圧される。膨張弁３５で減圧された冷媒は、室外熱交換器３３に送られる。室外熱交換器３３に送られた低圧の液冷媒は、室外熱交換器３３において、室外ファン３４により加熱源として供給される室外空気と熱交換を行い、蒸発して、低圧のガス冷媒になる。室外熱交換器３３で蒸発した低圧のガス冷媒は、四路切換弁３２を通じて、吸入管３７に送られて、再び、圧縮機３１に吸入される。
【００５４】
（３−２）冷房運転
冷房運転時には、四路切換弁３２が冷房サイクル状態（図１に実線で示された状態）に切り換えられる。冷凍サイクルにおける低圧のガス冷媒は、圧縮機３１に吸入され、冷凍サイクルにおける高圧になるまで圧縮された後に吐出される。圧縮機３１から吐出された高圧のガス冷媒は、四路切換弁３２を通じて、室外熱交換器３３に送られる。室外熱交換器３３に送られた高圧のガス冷媒は、室外熱交換器３３において、室外ファン３４により冷却源として供給される室外空気と熱交換を行い、放熱して、高圧の液冷媒になる。室外熱交換器３３において放熱した高圧の液冷媒は、膨張弁３５に送られる。膨張弁３５に送られた高圧の液冷媒は、膨張弁３５によって、冷凍サイクルにおける低圧まで減圧される。膨張弁３５で減圧された低圧の液冷媒は、液冷媒連絡管７１を通じて、室内熱交換器２１に送られる。室内熱交換器２１に送られた低圧の冷媒は、室内熱交換器２１において、室内ファン２２により加熱源として供給される室内空気と熱交換を行い、蒸発する。一方、冷媒との熱交換により室内空気は冷却され、冷却された空気が室内に供給されることで室内の冷房が行われる。室内熱交換器２１において蒸発した低圧のガス冷媒は、ガス冷媒連絡管７２および四路切換弁３２を通じて、吸入管３７に送られて、再び、圧縮機３１に吸入される。
【００５５】
（４）空気調和装置の正サイクル除霜運転時の動作
次に、正サイクル除霜運転時の空気調和装置１００の動作について説明する。正サイクル除霜運転は、室外熱交換器３３の除霜のための運転であって、暖房運転時に、室外熱交換器３３において着霜が検知された際に行われる。
【００５６】
正サイクル除霜運転では、暖房運転時と同様に、四路切換弁３２を暖房サイクル状態（図１の破線で示される状態）にして空気調和装置１００が運転される。言い換えれば、空気調和装置１００の運転が暖房運転から正サイクル除霜運転に切り換わっても、四路切換弁３２は切り換えられずに、空気調和装置１００が運転される。そのため、正サイクル除霜運転では、冷媒回路８０において、圧縮機３１、室内熱交換器２１、膨張弁３５、室外熱交換器３３の順に冷媒が循環する。正サイクル除霜運転時には、冷媒回路８０を、暖房運転時と同様の向きに冷媒が流れることから、暖房を継続しながら、除霜を行うことが可能である。
【００５７】
正サイクル除霜運転中、圧縮機３１のモータ３１ａは、所定の回転数、好ましくは暖房運転時の最大運転回転数で運転される。できるだけ大きな回転数で圧縮機３１のモータ３１ａを運転することで、圧縮機３１に対する投入動力を大きく保ち、除霜のための熱量を確保することが容易である。正サイクル除霜運転中には、暖房を継続するため、室内ファン２２は所定の回転数（例えば、最小回転数）で運転される。一方、正サイクル除霜運転中には、室外ファン３４は停止される。
【００５８】
正サイクル除霜運転時に、膨張弁３５および過熱弁５２は以下のように制御される。
【００５９】
正サイクル除霜運転中には、室内熱交換器２１で室内空気と熱交換を行って放熱し、室内空気を加熱した冷媒は、室外熱交換器３３に送られ、室外熱交換器３３に付着した霜と熱交換を行って更に放熱し、液成分の多い気液二相状態で圧縮機３１に戻る。つまり、正サイクル除霜運転中には、室外熱交換器３３から圧縮機３１に液冷媒が流れやすくなる。そこで、正サイクル除霜運転中には、過熱弁５２が開かれ、圧縮機３１から吐出された高温、高圧のガス冷媒の一部が、バイパス管５１を介して吸入管３７に供給される。言い換えれば、正サイクル除霜運転時には、冷媒の一部が、圧縮機３１の吐出側から吸入側にバイパスされる（残りの冷媒は、暖房運転時と同様に、圧縮機３１の吐出側から室内熱交換器２１に流れ、膨張弁３５および室外熱交換器３３を経て圧縮機３１の吸入側に戻る）。室外熱交換器３３から圧縮機３１に戻る液成分の多い気液二相状態の冷媒と、吐出管３８から吸入管３７に供給されるガス冷媒とが、吸入管３７で混合されることで、ガス状態または液成分の少ない気液二相状態の冷媒が、圧縮機３１に吸入される。つまり、吐出−吸入バイパス回路５０を用いて、圧縮機３１の吐出側から吸入側に冷媒をバイパスさせることで、液バックが軽減され、圧縮機３１を継続して運転することが可能となる。
【００６０】
ただし、過熱弁５２を流れる（吐出管３８から吸入管３７に供給される）冷媒の流量を増やしすぎると、室外熱交換器３３において除霜を行うために用いられる熱量が減少し、除霜に必要な時間が長くなる。また、過熱弁５２を流れる冷媒の流量を増やしすぎた結果、圧縮機３１の吸入温度が上がりすぎ、圧縮機３１に損傷を与える可能性がある。
【００６１】
そこで、ここでは、膨張弁３５および過熱弁５２を流れる冷媒の流量比を、ある所定比に調整することで、液バックの発生や、圧縮機３１の吸入温度の過度な上昇を抑制しながら、圧縮機３１を安定して運転し、冷媒回路８０に供給される熱量を確保する。
【００６２】
具体的な、制御ユニット４０による膨張弁３５および過熱弁５２の制御を、図３のフローチャートを用いて説明する。
【００６３】
ステップＳ１０１では、制御ユニット４０により、膨張弁３５の開度が所定の開度に調整される。膨張弁３５の所定の開度は、冷媒サイクルにおける高圧が下がり過ぎることが無いように予め決定され、制御ユニット４０に記憶されている。
【００６４】
ステップＳ１０２では、制御ユニット４０により、過熱弁５２が開かれ、その開度が初期開度に制御される。過熱弁５２の初期開度は、予め決定され、制御ユニット４０に記憶されている。
【００６５】
なお、ここでは、ステップＳ１０１とステップＳ１０２とは並列して実行されているが、これに限定されるものではなく、いずれか一方のステップが実行された後に、他方のステップが実行されてもよい。
【００６６】
ステップＳ１０３〜ステップＳ１０５では、膨張弁３５を流れる冷媒の流量、および、過熱弁５２を流れる冷媒の流量が算出される。
【００６７】
まず、ステップＳ１０３では、制御ユニット４０は、室内熱交温度センサ６１および室外熱交温度センサ６３の検出した温度と、制御ユニット４０に予め記憶された使用冷媒の圧力−エンタルピ線図に関する情報とを用いて、吐出圧力および吸入圧力を算出する。具体的には、制御ユニット４０は、予め記憶された使用冷媒の圧力−エンタルピ線図に関する情報を用いて、室内熱交温度センサ６１より検出された冷媒温度に相当する圧力を吐出圧力として算出する。また、制御ユニット４０は、予め記憶された使用冷媒の圧力−エンタルピ線図に関する情報を用いて、室外熱交温度センサ６３により検出された冷媒温度に相当する圧力を吸入圧力として算出する。
【００６８】
次に、ステップＳ１０４では、制御ユニット４０は、制御ユニット４０に予め記憶された膨張弁３５および過熱弁５２の流量特性を用いて、現在の弁開度における膨張弁３５および過熱弁５２のＣｖ値を算出する。なお、膨張弁３５および過熱弁５２の流量特性は、膨張弁３５および過熱弁５２に固有のものであり、制御ユニット４０には、弁開度［％］と流量（Ｃｖ値）［％］の関係に関する情報が記憶されている。
【００６９】
ステップＳ１０５では、制御ユニット４０は、ステップＳ１０３およびステップＳ１０４で得られた吐出圧力、吸入圧力、およびＣｖ値を用いて、現在、膨張弁３５および過熱弁５２を流れる冷媒の体積流量［ｍ３／ｈｒ］を算出する。
【００７０】
次に、ステップＳ１０６では、制御ユニット４０は、現在の、過熱弁５２を流れる冷媒の流量と膨張弁３５を流れる冷媒の流量との比と、制御ユニット４０に予め記憶された所定の流量比とを比較し、現在の流量比と所定の流量比が一致するか否かを判定する。
【００７１】
なお、所定の冷媒の流量比は、液バックの発生や、圧縮機３１の吸入温度の過度な上昇が無いように予め決定されている。例えば、過熱弁５２を流れる冷媒の流量と膨張弁３５を流れる冷媒の流量との所定の流量比は７：３である。ただし、過熱弁５２を流れる冷媒の流量と膨張弁３５を流れる冷媒の流量との適切な流量比は、冷媒の種類等に応じて異なる。一般的には、過熱弁５２を流れる冷媒の流量を、膨張弁３５を流れる冷媒の流量よりも大きくすることで、より具体的には、過熱弁５２を流れる冷媒の流量と膨張弁３５を流れる冷媒の流量との流量比が、８：２〜６：４の範囲内に含まれるような所定の流量比を選択することで、液バックの発生や、圧縮機３１の吸入温度の過度な上昇を防止することが可能である。
【００７２】
ステップＳ１０６で、現在の流量比が所定の流量比と一致すると判定されると、ステップＳ１３０に進む。なお、この場合には、過熱弁５２を流れる冷媒の流量と膨張弁３５を流れる冷媒の流量との比が適切であるため、過熱弁５２の開度制御は行われない。
【００７３】
ステップＳ１０６で、現在の流量比が所定の流量比と一致しないと判定されると、ステップＳ１０７に進む。
【００７４】
ステップＳ１０７では、現在の流量比を所定の流量比に近づけるために、過熱弁５２の開度を大きくするか否かが制御ユニット４０により判定される。例えば、現在の流量比が５：５であり、これを所定の流量比７：３に近づける場合には、膨張弁３５を流れる冷媒の流量を減らし、過熱弁５２を流れる冷媒の流量を増やすため、過熱弁５２の開度を大きくすると判定される。この場合、ステップＳ１１０に進む。
【００７５】
一方、例えば、現在の流量比が９：１であり、これを所定の流量比７：３に近づける場合には、膨張弁３５を流れる冷媒の流量を増やし、過熱弁５２を流れる冷媒の流量を減らすため、過熱弁５２の開度を小さくする（大きくしない）と判定される。この場合、ステップＳ１２０に進む。
【００７６】
ステップＳ１１０では、制御ユニット４０は、過熱弁５２の開度を、現在の開度よりも上げる（大きくする）よう制御する。ステップＳ１２０では、制御ユニット４０は、予め決定された所定の開度（％）だけ（例えば、５％だけ）、過熱弁５２の開度を大きくする。また、これに代えて、制御ユニット４０は、過熱弁５２を流れる冷媒の流量と膨張弁３５を流れる冷媒の流量との比が所定の流量比になるように、現在の膨張弁３５のＣｖ値に対して過熱弁５２の取るべきＣｖ値を算出し、そのＣｖ値を実現できる開度を制御ユニット４０に予め記憶された過熱弁５２の流量特性を用いて導き出し、その結果を用いて過熱弁５２の開度を制御してもよい。ステップＳ１１０終了後、ステップＳ１３０へ進む。
【００７７】
ステップＳ１２０では、制御ユニット４０は、過熱弁５２の開度を、現在の開度よりも下げる（小さくする）よう制御する。ステップＳ１２０では、制御ユニット４０は、予め決定された所定の開度（％）だけ（例えば、５％だけ）、過熱弁５２の開度を小さくする。また、これに代えて、制御ユニット４０は、過熱弁５２を流れる冷媒の流量と膨張弁３５を流れる冷媒の流量との比が所定の流量比になるように、現在の膨張弁３５のＣｖ値に対して過熱弁５２の取るべきＣｖ値を算出し、そのＣｖ値を実現できる開度を制御ユニット４０に予め記憶された過熱弁５２の流量特性を用いて導き出し、その結果を用いて過熱弁５２の開度を制御してもよい。ステップＳ１２０終了後、ステップＳ１３０へ進む。
【００７８】
ステップＳ１３０では、制御ユニット４０は、正サイクル除霜運転を終了するか否かを判定する。つまり、ステップＳ１３０では、室外熱交換器３３の除霜が完了したか否かが制御ユニット４０により判定される。除霜が完了したか否かは、例えば、室外熱交温度センサ６３により検出される室外熱交換器３３を流れる冷媒の温度が所定温度より高くなったか否かにより判定される。
【００７９】
ステップＳ１３０で、制御ユニット４０が正サイクル除霜運転を終了すると判定すると、空気調和装置１００は、正サイクル除霜運転を終了し、暖房運転に復帰する。制御ユニット４０は、過熱弁５２を閉じ、空調対象空間の温度が目標温度（設定温度）になるよう、圧縮機３１、室内ファン２２、室外ファン３４および膨張弁３５の動作を制御する。一方、ステップＳ１３０で、正サイクル除霜運転を終了しないと判断されると、ステップＳ１０３に戻る。
【００８０】
（５）特徴
（５−１）
本実施形態に係る空気調和装置１００は、主冷媒回路としての冷媒回路８０と、吐出−吸入バイパス回路５０と、制御部としての制御ユニット４０と、を備える。冷媒回路８０は、圧縮機３１と、室内熱交換器２１と、主弁としての膨張弁３５と、室外熱交換器３３とを有しており、圧縮機３１、室内熱交換器２１、膨張弁３５、室外熱交換器３３の順に冷媒を循環させる暖房運転を行うことが可能である。吐出−吸入バイパス回路５０は、過熱弁５２を有しており、過熱弁５２を開くことで圧縮機３１の吐出側から圧縮機３１の吸入側に冷媒をバイパスすることが可能になるように冷媒回路８０に接続されている。制御ユニット４０は、膨張弁３５および過熱弁５２の開度を制御する。空気調和装置１００は、冷媒回路８０において圧縮機３１、室内熱交換器２１、膨張弁３５、室外熱交換器３３の順に冷媒を循環させつつ、吐出−吸入バイパス回路５０において圧縮機３１の吐出側から圧縮機３１の吸入側に冷媒をバイパスさせて、室外熱交換器３３を除霜する正サイクル除霜運転を行う。正サイクル除霜運転時に、制御ユニット４０は、過熱弁５２を通過する冷媒の流量と膨張弁３５を通過する冷媒の流量との比が、所定流量比になるように、過熱弁５２の開度を制御する。
【００８１】
ここでは、過熱弁５２を通過する冷媒の流量と膨張弁３５を通過する冷媒の流量との比が所定流量比になるように、過熱弁５２の開度が制御されるため、液バックの発生や、圧縮機の吸入温度の過度な上昇を抑制することができ、圧縮機３１から冷媒回路８０に供給される熱量を確保することが容易である。
【００８２】
（５−２）
本実施形態に係る空気調和装置１００では、所定流量比は、８：２〜６：４の間の値である。
【００８３】
ここでは、このような流量比を維持することで、液バックの発生や、圧縮機３１の吸入温度の過度な上昇を抑制することができ、圧縮機３１から冷媒回路８０に供給される熱量を確保することが容易である。
【００８４】
（６）変形例
以下に本実施形態の変形例を示す。なお、互いに矛盾のない範囲で、複数の変形例を適宜組み合わせてもよい。
【００８５】
（６−１）変形例Ａ
上記実施形態に係る空気調和装置１００では、制御ユニット４０は、正サイクル除霜運転時に、過熱弁５２を通過する冷媒の流量と膨張弁３５を通過する冷媒の流量との比が所定流量比になるように、過熱弁５２の開度を制御するが、これに限定されるものではない。例えば、正サイクル除霜運転時に、過熱弁５２の開度は所定値に固定され、制御ユニット４０は、過熱弁５２を通過する冷媒の流量と膨張弁３５を通過する冷媒の流量との比が所定流量比になるように、膨張弁３５の開度を制御してもよい。この場合には、過熱弁５２は、開度調整のできない電磁弁であってもよい。また、例えば、制御ユニット４０は、正サイクル除霜運転時に、過熱弁５２を通過する冷媒の流量と膨張弁３５を通過する冷媒の流量との比が所定流量比になるように、膨張弁３５および過熱弁５２の両方の開度が制御してもよい。
【００８６】
（６−２）変形例Ｂ
上記実施形態に係る空気調和装置１００では、室内熱交温度センサ６１および室外熱交温度センサ６３により検出された温度を用いて吐出圧力および吸入圧力が算出され、算出された吐出圧力および吸入圧力を用いて、過熱弁５２および膨張弁３５を通過する冷媒の流量が算出されるが、これに限定されるものではない。
【００８７】
例えば、室内熱交換器２１および室外熱交換器３３に圧力センサが設けられ、検出された室内熱交換器２１および室外熱交換器３３の圧力の値を用いて、過熱弁５２および膨張弁３５を通過する冷媒の流量が算出されてもよい。
【００８８】
また、例えば、圧縮機３１の吸入口周りおよび吐出口周りに圧力センサが設けられ、検出された圧力を用いて過熱弁５２の流量が算出され、さらに、膨張弁３５と室内熱交換器２１とを接続する配管および膨張弁３５と室外熱交換器３３とを接続する配管に圧力センサがそれぞれ設けられ、検出された圧力を用いて膨張弁３５を通過する冷媒の流量が算出されてもよい。
【００８９】
（６−３）変形例Ｃ
上記実施形態に係る空気調和装置１００では、制御ユニット４０は、過熱弁５２を流れる冷媒の流量と膨張弁３５を流れる冷媒の流量との比が、所定の流量比になるよう過熱弁５２の開度を制御するが、これに限定されるものではない。例えば、制御ユニット４０は、過熱弁５２を流れる冷媒の流量と膨張弁３５を流れる冷媒の流量との比が、所定の目標範囲に含まれるよう過熱弁５２の開度を制御するものであってもよい。例えば、制御ユニット４０は、現在の流量比が、７．５：２．５〜６．５：３．５の範囲に含まれるように過熱弁５２の開度を制御してもよい。
【００９０】
（６−４）変形例Ｄ
上記実施形態に係る空気調和装置１００では、暖房運転および冷房運転の両方が可能であるが、これに限定されるものではなく、空気調和装置は、暖房運転のみが可能なものであってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００９１】
本発明は、正サイクル除霜運転時に、液バックの発生や吸入温度の過度な上昇を抑制しつつ、圧縮機から冷媒回路に供給される熱量を確保することが容易な信頼性の高い空気調和装置として利用可能である。
【符号の説明】
【００９２】
２１  室内熱交換器
３１  圧縮機
３３  室外熱交換器
３５  膨張弁（主弁）
４０  制御ユニット（制御部）
５０  吐出−吸入バイパス回路
５２  過熱弁
８０  冷媒回路（主冷媒回路）
１００  空気調和装置
【先行技術文献】
【特許文献】
【００９３】
【特許文献１】特開昭６１−２６２５６０号公報
【図１】
2015068608.tif 000003
【図２】
2015068608.tif 000004
【図３】
2015068608.tif 000005