特開 2023-156370 空調装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023156370

(43)【公開日】2023-10-24

(54)【発明の名称】空調装置

(51)【国際特許分類】

   F25B 1/00 20060101AFI20231017BHJP

   F24F 11/41 20180101ALI20231017BHJP

   F25B 49/02 20060101ALI20231017BHJP

   F25B 13/00 20060101ALI20231017BHJP

【ＦＩ】

F25B1/00 399Y

F24F11/41 240

F24F11/41 250

F25B49/02 570B

F25B13/00 M

【審査請求】有

【請求項の数】12

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023123171

(22)【出願日】2023-07-28

(62)【分割の表示】P 2021532659の分割

【原出願日】2019-07-18

(71)【出願人】

【識別番号】000006013

【氏名又は名称】三菱電機株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】000236056

【氏名又は名称】三菱電機ビルソリューションズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】松下 端之

(72)【発明者】

【氏名】落合 康敬

(72)【発明者】

【氏名】市川 尚弘

(72)【発明者】

【氏名】谷口 勝也

(57)【要約】      （修正有）

【課題】水の凍結による空調装置の故障を防止する。
【解決手段】空調装置は、第１サイクルユニット（１）と、第２サイクルユニット（２）と、制御装置（３）とを備える。第１サイクルユニット（１）においては、第１冷媒が圧縮機（１１）、第１熱交換器（１３）、減圧装置（１５）、および第２熱交換器（１６）の第１循環方向に循環する。第２サイクルユニット（２）においては、水を含む第２冷媒がポンプ（２１）、第２熱交換器（１６）、および負荷装置（２２）の順に循環する。第１サイクルユニット（１）は、圧縮機（１１）の吐出口と第２熱交換器（１６）との間に接続された切替弁（１２）を含む。第２冷媒の凍結を示す第１条件が成立する場合、制御装置（３）は、切替弁（１２）を制御して、圧縮機（１１）の吐出口からの第１冷媒を第１熱交換器（１３）および減圧装置（１５）を介さずに第２熱交換器（１６）に供給する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１冷媒が圧縮機、第１熱交換器、減圧装置、および第２熱交換器の第１循環方向に循環する第１サイクルユニットと、
水を含む第２冷媒がポンプ、前記第２熱交換器、および負荷装置の順に循環する第２サイクルユニットと、
前記第１サイクルユニットおよび前記第２サイクルユニットを制御する制御装置とを備え、
前記第１サイクルユニットは、前記圧縮機の吐出口と前記第２熱交換器との間に接続された切替弁を含み、
前記第２冷媒の凍結を示す第１条件が成立する場合、前記制御装置は、前記切替弁を制御して、前記吐出口からの前記第１冷媒を前記第１熱交換器および前記減圧装置を介さずに前記第２熱交換器に供給し、
前記切替弁は、前記吐出口と、前記減圧装置および前記第２熱交換器の間の流路との間に接続され、
前記第１条件が成立する場合、前記制御装置は、前記切替弁を開放する、空調装置。

【請求項2】

前記第１条件は、前記第１熱交換器から流出する前記第２冷媒の温度が第１基準温度よりも低いという条件を含む、請求項１に記載の空調装置。

【請求項3】

前記第１条件は、前記ポンプから吐出される単位時間あたりの前記第２冷媒の量が基準量より小さいという条件を含む、請求項１に記載の空調装置。

【請求項4】

前記第１条件は、前記第２熱交換器に流入する前記第２冷媒の圧力から前記第２熱交換器に流出する前記第２冷媒の圧力を引いた圧力差が、基準値よりも大きいという条件を含む、請求項１に記載の空調装置。

【請求項5】

前記第１条件は、前記ポンプを流れる電流の値が基準電流値より大きいという条件を含む、請求項１に記載の空調装置。

【請求項6】

前記第１条件が成立している場合の前記圧縮機の駆動周波数は、前記第１条件が成立していない場合の前記圧縮機の駆動周波数よりも小さい、請求項１～５のいずれか１項に記載の空調装置。

【請求項7】

前記第１条件の成立後に前記第２熱交換器から流出する前記第２冷媒の温度が第２基準温度より大きいという第２条件が成立する場合、前記制御装置は、前記切替弁を制御して、前記吐出口からの前記第１冷媒を前記第１熱交換器および前記減圧装置を介さずに前記第２熱交換器に供給することを停止するとともに、前記駆動周波数を増加させる、請求項６に記載の空調装置。

【請求項8】

前記第１条件の成立後に前記第２条件が成立する場合、前記制御装置は、前記第２条件が成立してから一定時間待機する、請求項７に記載の空調装置。

【請求項9】

前記第１条件の成立後に前記第２熱交換器から流出する前記第２冷媒の温度が第２基準温度より大きいという第２条件が成立する場合、前記制御装置は、前記圧縮機を停止するとともに、前記第１熱交換器の異常をユーザに報知する、請求項１～６のいずれか１項に記載の空調装置。

【請求項10】

前記第１条件の成立後に前記第２条件が成立する回数が基準回数より大きい場合、前記制御装置は、前記圧縮機を停止するとともに、前記第１熱交換器の異常をユーザに報知する、請求項９に記載の空調装置。

【請求項11】

前記第１条件の成立後に前記第２熱交換器から流出する前記第２冷媒の温度が第２基準温度より大きいという第２条件が成立する場合、前記制御装置は、前記第２条件が成立してから一定時間待機した後、前記圧縮機を停止する、請求項１～６のいずれか１項に記載の空調装置。

【請求項12】

前記第２熱交換器は、プレート式熱交換器である、請求項１～１１のいずれか１項に記載の空調装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、空調装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、冷媒と水との間で熱交換が行われる熱交換器を備える空調装置が知られている。たとえば、特許第５４９２５２３号公報（特許文献１）には、冷媒と水とが熱交換するプレート式熱交換器内の水の凍結を防止するため、プレート式熱交換器の側面に設置された温度センサの値が予め定められた値以下となる場合に圧縮機の運転を停止する空気調和機が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第５４９２５２３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

圧縮機を停止した場合、冷媒と水との間で熱交換が行われる熱交換器において、冷媒の分布が偏る場合がある。熱交換器内に局所的に分布する冷媒によって、当該冷媒付近の水の冷却が促進される。その結果、凝固によって水の体積が膨張することにより、熱交換器が破損する可能性がある。

【0005】

たとえば、プレート式熱交換器においては、圧縮機を停止すると、当該プレート式熱交換器内の冷媒が各プレートの冷媒の入り口近傍に溜まる場合がある。特許文献１に開示されている空気調和装置においては、圧縮機停止時の冷媒の局所的な分布による水の凍結について考慮されていない。

【0006】

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、水の凍結による空調装置の故障を防止することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明に係る空調装置は、第１サイクルユニットと、第２サイクルユニットと、制御装置とを備える。第１サイクルユニットにおいては、第１冷媒が圧縮機、第１熱交換器、減圧装置、および第２熱交換器の第１循環方向に循環する。第２サイクルユニットにおいては、水を含む第２冷媒がポンプ、第２熱交換器、および負荷装置の順に循環する。制御装置は、第１サイクルユニットおよび第２サイクルユニットを制御する。第１サイクルユニットは、圧縮機の吐出口と第２熱交換器との間に接続された切替弁を含む。第２冷媒の凍結を示す第１条件が成立する場合、制御装置は、切替弁を制御して、圧縮機の吐出口からの第１冷媒を第１熱交換器および減圧装置を介さずに第２熱交換器に供給する。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、第２冷媒の凍結を示す第１条件が成立する場合に圧縮機の吐出口からの第１冷媒が第１熱交換器および減圧装置を介さずに第２熱交換器に供給されることにより、水の凍結による空調装置の故障を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】実施の形態１に係る空調装置の構成、ならびに冷房運転における冷媒の流れおよび水の流れを併せて示す図である。

【図2】実施の形態１に係る空調装置の構成、ならびに暖房運転における冷媒の流れおよび水の流れを併せて示す図である。

【図3】図１の水温センサからの水温のタイムチャートである。

【図4】図１の流量計からの水流量のタイムチャートである。

【図5】図１の差圧計からの水差圧のタイムチャートである。

【図6】図１のポンプの電流値のタイムチャートである。

【図7】水温のタイムチャート、四方弁の接続状態のタイムチャート、圧縮機の駆動周波数のタイムチャート、およびポンプの駆動周波数のタイムチャートを併せて示す図である。

【図8】図１および図２の制御装置によって行われる凍結判定処理の流れを示すフローチャートである。

【図9】実施の形態１の変形例１において行われる凍結判定処理の流れを示すフローチャートである。

【図10】実施の形態１の変形例２において行われる凍結判定処理の流れを示すフローチャートである。

【図11】実施の形態１の変形例３において行われる凍結判定処理の流れを示すフローチャートである。

【図12】実施の形態１の変形例４において行われる凍結判定処理の流れを示すフローチャートである。

【図13】実施の形態２に係る空調装置の構成、ならびに通常の冷房運転における冷媒の流れおよび水の流れを併せて示す機能ブロック図である。

【図14】実施の形態２に係る空調装置の構成、ならびに凍結条件が成立した場合の冷媒の流れおよび水の流れを併せて示す機能ブロック図である。

【図15】図１３および図１４の制御装置によって行われる凍結判定処理の流れを示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0010】

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。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は原則として繰り返さない。

【0011】

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る空調装置１００の構成、ならびに冷房運転における冷媒（第１冷媒）の流れおよび水（第２冷媒）の流れを併せて示す図である。図２は、実施の形態１に係る空調装置１００の構成、ならびに暖房運転における冷媒の流れおよび水の流れを併せて示す図である。図１および図２に示されように、空調装置１００は、冷媒が循環する冷媒回路１（第１サイクルユニット）と、水が循環する水回路２（第２サイクルユニット）と、制御装置３とを備える。制御装置３は、冷媒回路１および水回路２を制御する。

【0012】

冷媒回路１は、圧縮機１１と、四方弁１２（切替弁）と、室外熱交換器１３（第１熱交換器）と、室外ファン１４と、減圧装置１５と、熱交換器１６（第２熱交換器）と、アキュムレータ１７とを備える。冷媒回路１に含まれる各構成は冷媒配管によって接続されて熱源機を構成する。冷媒回路１は、室外に配置されている。熱交換器１６は、ポートＰ１～Ｐ４を有する。

【0013】

圧縮機１１は、冷媒を断熱圧縮して冷媒の圧力を高めて吐出し、冷媒回路１において冷媒を循環させる。制御装置３は、空調装置１００の運転状況に応じて駆動周波数（圧縮機周波数）を変化させることにより、圧縮機１１が単位時間当たりに吐出する冷媒量（運転容量）を変化させる。圧縮機１１の内部のモータは、不図示のインバータによって制御される。

【0014】

アキュムレータ１７は、液体の冷媒（液冷媒）と気体の冷媒（ガス冷媒）とを分離する。アキュムレータ１７に余剰な液冷媒が貯留されることにより、圧縮機１１に液冷媒が吸入されることが防止される。

【0015】

四方弁１２は、冷媒の循環方向を暖房運転と冷房運転とで切り替える。図１を参照しながら、冷房運転において四方弁１２は、圧縮機１１の吐出口を室外熱交換器１３に連通させるとともに、アキュムレータ１７を熱交換器１６のポートＰ２に連通させる。図２を参照しながら、暖房運転において四方弁１２は、圧縮機１１の吐出口を熱交換器１６のポートＰ２に連通させるとともに、アキュムレータ１７を室外熱交換器１３に連通させる。

【0016】

室外熱交換器１３は、フィンおよび伝熱管から構成されるフィンチューブ式熱交換器である。室外熱交換器１３においては、冷媒と室外の空気との間で熱交換が行われる。冷房運転において室外熱交換器１３は、凝縮器として機能する。暖房運転において室外熱交換器１３は、蒸発器として機能する。

【0017】

室外ファン１４は、モータと、当該モータによって駆動されるプロペラファンを含む。室外熱交換器１３における熱交換を促進するために、室外ファン１４は、室外の空気を室外熱交換器１３に送風するとともに、室外熱交換器１３において冷媒と熱交換した空気を冷媒回路１から室外へ排出する。

【0018】

減圧装置１５は、凝縮器として機能する熱交換器からの冷媒を断熱膨張させる。減圧装置１５としては、電子膨張弁またはキャピラリを挙げることができる。減圧装置１５が電子膨張弁の場合、減圧装置１５の開度を調整することにより、単位時間あたりに減圧装置１５を通過する冷媒流量を効率よく制御することができる。減圧装置１５がキャピラリの場合、当該冷媒流量は固定される。

【0019】

熱交換器１６においては、冷媒回路１を循環する冷媒と、水回路２を循環する水との間で熱交換が行われる。熱交換器１６は、重ねられた複数のプレートを含むプレート式熱交換器である。複数のプレートの各々は、波型である。熱交換器１６は、ろう付けによって密閉された構造を有する。重ねられた複数のプレートのうち、隣接する２つのプレートの間の隙間には、各プレートの入口ノズルから冷媒または水が導かれる。重ねられた複数のプレートにおいては、冷媒が導かれる隙間と水が導かれる隙間が交互に形成される。冷房運転において熱交換器１６は、蒸発器として機能する。暖房運転において熱交換器１６は、凝縮器として機能する。なお、熱交換器１６は、プレート式熱交換器に限定されず、たとえばシェルアンドチューブ式熱交換器であってもよい。

【0020】

水回路２は、ポンプ２１と、負荷装置２２と、水温センサ２３と、流量計２４と、差圧計２５とを含む、水回路２に含まれる各構成は、水配管で接続されている。水は、ポンプ２１、熱交換器１６のポートＰ３、熱交換器１６のポートＰ４、負荷装置２２の順に循環する。なお、水回路２を循環する物質は、水を含む冷媒であればよく、たとえばブラインであってもよい。

【0021】

水温センサ２３は、熱交換器１６のポートＰ４から流出する水の温度（水温）Ｔｗｏｕｔを計測して制御装置３に出力する。水温Ｔｗｏｕｔは、熱交換器１６において冷媒と熱交換した水の温度である。流量計２４は、ポンプ２１から単位時間あたりに吐出される水流量Ｑｗを計測し、制御装置３に出力する。差圧計２５は熱交換器１６のポートＰ３の水圧からポートＰ４の水圧を引いた水圧差ΔＰｗ（圧力差）を計測し、制御装置３に出力する。

【0022】

ポンプ２１は、水回路２において水を循環させる。ポンプ２１が単位時間当たりに吐出する水量は、制御装置３からの駆動周波数（ポンプ周波数）によって制御される。当該水量の制御方法としては、流量計２４の計測値または差圧計２５の計測値が目標値に近づくようにポンプインバータ（不図示）が制御されてもよい。空調装置１００の性能、あるいは空調装置１００の設置状況等に応じて、ポンプ２１の制御方法を適宜設定することができる。

【0023】

負荷装置２２においては、室内の空気と水とが熱交換を行う。負荷装置２２としては、たとえば、エアハンドリングユニット、あるいはファンコイルユニットを挙げることができる。負荷装置２２の数は、複数であってもよい。

【0024】

制御装置３は、圧縮機１１の駆動周波数およびポンプ２１の駆動周波数を制御することにより、室内空間の温度が目標温度（たとえばユーザによって設定された温度）となるように圧縮機１１が単位時間あたりに吐出する冷媒量およびポンプ２１が単位時間当たりに吐出する水量を制御する。制御装置３は、四方弁１２を制御して、冷媒の循環方向を冷房運転と暖房運転とで切り替える。制御装置３は、ポンプ２１に流れる電流値Ｉｗを計測する。

【0025】

制御装置３は、処理回路３１と、メモリ３２と、入出力部３３とを含む。処理回路３１は、専用のハードウェアであってもよいし、メモリ３２に格納されるプログラムを実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）であってもよい。処理回路３１が専用のハードウェアである場合、処理回路３１は、たとえば、単一回路、複合回路、プログラム化されたプロセッサ、並列プログラム化されたプロセッサ、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ(Field Programmable Gate Array)、あるいはこれらを組み合わせたものが該当する。処理回路３１がＣＰＵの場合、制御装置３の機能は、ソフトウェア、ファームウェア、またはソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェアあるいはファームウェアはプログラムとして記述され、メモリ３２に格納される。処理回路３１は、メモリ３２に記憶されたプログラムを読み出して実行する。なお、ＣＰＵは、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサ、あるいはＤＳＰ（Digital Signal Processor）とも呼ばれる。

【0026】

処理回路３１は、空調装置１００の異常コードを入出力部３３に表示する。入出力部３３は、たとえば制御基板上に形成されたディスプレイを含む。ユーザは、当該ディスプレイの表示を確認することにより、空調装置１００の異常を知ることができる。

【0027】

メモリ３２には、流量計２４からの水流量Ｑｗ、差圧計２５からの水圧差ΔＰｗ、および水温センサ２３からの水温Ｔｗｏｕｔが保存される。なお、メモリ３２には、不揮発性または揮発性の半導体メモリ（たとえばＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable Read Only Memory）、あるいはＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory））、および磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、あるいはＤＶＤ（Digital Versatile Disc）が含まれる。

【0028】

図１を参照しながら、冷房運転において冷媒は、圧縮機１１、四方弁１２、室外熱交換器１３、減圧装置１５、熱交換器１６のポートＰ１、熱交換器１６のポートＰ２、四方弁１２、およびアキュムレータ１７の循環方向（第１循環方向）に冷媒回路１を循環する。圧縮機１１から吐出された高温かつ高圧のガス冷媒は、室外熱交換器１３において凝縮されて液冷媒に変化し、凝縮熱を室外に放出する。室外熱交換器１３から流出した液冷媒は、減圧装置１５において断熱膨張し、液冷媒とガス冷媒とが混在する低圧の二相冷媒に変化する。減圧装置１５からの二相冷媒は、熱交換器１６において水回路２を循環する水から気化熱を吸収してガス冷媒に変化する。熱交換器１６からの冷媒は、アキュムレータ１７を通過するときに液冷媒とガス冷媒とに分離される。アキュムレータ１７からのガス冷媒が圧縮機１１に吸入される。

【0029】

蒸発器として機能する熱交換器１６においては、冷媒の温度が水の温度よりも低い。水の熱が気化熱として冷媒に吸収されるため、水の温度が低下する。水の温度が水の凝固点（０℃）以下になると、水が凍結した氷が発生し始める。その結果、水の体積が膨張し、熱交換器１６のプレートの破裂が発生し得る。プレートが破裂すると、冷媒回路１内に水が流入して空調装置１００が正常に動作しなくなる。プレートの破裂の修理には、長時間を要する。

【0030】

そこで、空調装置１００においては、水の凍結を示す凍結条件（第１条件）が成立する場合、制御装置３は、四方弁１２を制御して、室外熱交換器１３および減圧装置１５を介さずに圧縮機１１の吐出口からの高温の冷媒を熱交換器１６に供給する。すなわち、制御装置３は、図１に示される冷房運転における冷媒の循環方向において水の凍結条件が成立した場合、四方弁１２を制御して冷媒の循環方向を図２に示される暖房運転の冷媒の循環方向に切り替える。圧縮機１１から吐出される高温の冷媒を室外熱交換器１３および減圧装置１５を介さずに直接的に熱交換器１６に導くことにより、熱交換器１６内の水の温度を上昇させて水の凍結を抑制することができる。その結果、空調装置１００の故障を防止することができる。

【0031】

再び図２を参照しながら、暖房運転において冷媒は、圧縮機１１、四方弁１２、熱交換器１６のポートＰ２、熱交換器１６のポートＰ１、減圧装置１５、室外熱交換器１３、四方弁１２、およびアキュムレータ１７の循環方向（第２循環方向）に冷媒回路１を循環する。圧縮機１１から吐出された高温かつ高圧のガス冷媒は、熱交換器１６において凝縮されて液冷媒に変化し、凝縮熱を水に放出する。熱交換器１６から流出した液冷媒は、減圧装置１５において断熱膨張し、低圧の二相冷媒に変化する。減圧装置１５からの二相冷媒は、室外熱交換器１３において室外の空気から気化熱を吸収してガス冷媒に変化する。室外熱交換器１３からの冷媒は、アキュムレータ１７において液冷媒とガス冷媒とに分離される。アキュムレータ１７からのガス冷媒が圧縮機１１に吸入される。

【0032】

以下では、図３～図６を用いて、具体的な凍結条件について説明する。
図３は、図１の水温センサ２３からの水温Ｔｗｏｕｔのタイムチャートである。熱交換器１６における水の凍結により、熱交換器１６から流出する水の温度は低下する。そのため、図３に示されるように、水温Ｔｗｏｕｔが基準温度Ｔ０（第１基準温度）より低い場合に水が凍結したと判定し、水温Ｔｗｏｕｔが基準温度Ｔ０以上である場合、水は凍結しておらず正常であると判定することができる。すなわち、凍結条件は、水温Ｔｗｏｕｔが基準温度Ｔ０より低いという条件とすることができる。当該凍結条件によれば、時刻ｔｍ１において水は正常と判定され、時刻ｔｍ２において水は凍結していると判定される。

【0033】

図４は、図１の流量計２４からの水流量Ｑｗのタイムチャートである。熱交換器１６における水の凍結により、熱交換１６内において水が通過可能な流路が閉塞するため、熱交換器１６から単位時間あたりに流出する水の量が減少する。そこで、図４に示されるように、水流量Ｑｗが基準量Ｑｗ０より小さい場合に水が凍結したと判定し、水流量Ｑｗが基準量Ｑｗ０以上である場合、水は凍結しておらず正常であると判定することができる。すなわち、凍結条件は、水流量Ｑｗが基準量Ｑｗ０より小さいという条件とすることができる。当該凍結条件によれば、時刻ｔｍ３において水は正常と判定され、時刻ｔｍ４において水は凍結していると判定される。

【0034】

図５は、図１の差圧計２５からの水差圧ΔＰｗのタイムチャートである。熱交換器１６における水の凍結により、熱交換器１６内において水が通過可能な流路が閉塞し、熱交換器１６に流入する単位時間あたりの水流量が減少する。そのため、ポンプ２１から熱交換器１６の流路を流れる水の圧力が増加する。また、熱交換器１６から流出する単位時間あたりの水流量が減少するため、熱交換器１６と負荷装置２２との間を流れる水の圧力が減少する。その結果、熱交換器１６に流入する水の圧力から熱交換器１６から流出する水の圧力を引いた水圧差ΔＰｗは増加する。そこで、図５に示されるように、水圧差ΔＰｗが基準値ΔＰｗ０より大きい場合に水が凍結したと判定し、水圧差ΔＰｗが基準値ΔＰｗ０以下である場合、水は凍結しておらず正常であると判定することができる。すなわち、凍結条件は、水圧差ΔＰｗが基準値ΔＰｗ０より大きいという条件とすることができる。当該凍結条件によれば、時刻ｔｍ５において水は正常と判定され、時刻ｔｍ６において水は凍結していると判定される。

【0035】

図６は、図１のポンプ２１の電流値Ｉｗのタイムチャートである。熱交換器１６における水の凍結により、熱交換器１６から流出する単位時間あたりの水流量が減少するため、負荷装置２２を単位時間あたりに通過する水流量が減少する。負荷装置２２を通過する水流量を増加させるため、ポンプ２１から吐出される水流量が増加するようにポンプ２１が制御される。ポンプ２１への負荷が大きくなり、電流値Ｉｗが増加する。そこで、図６に示されるように、電流値Ｉｗが基準電流値Ｉｗ０より大きい場合に水が凍結したと判定し、電流値Ｉｗが基準電流値Ｉｗ０以下である場合、水は凍結しておらず正常であると判定することができる。すなわち、凍結条件は、電流値Ｉｗが基準電流値Ｉｗ０より大きいという条件とすることができる。当該凍結条件によれば、時刻ｔｍ７において水は正常と判定され、時刻ｔｍ８において水は凍結していると判定される。

【0036】

なお、水の凍結条件は、図３～図６に示される条件以外の条件でもよいし、複数の条件を含んでいてもよい。

【0037】

図７は、水温Ｔｗｏｕｔのタイムチャート、四方弁１２の接続状態のタイムチャート、圧縮機１１の駆動周波数のタイムチャート、およびポンプ２１の駆動周波数のタイムチャートを併せて示す図である。図７においては、凍結条件として、水温Ｔｗｏｕｔが基準温度Ｔ０より低いという条件が用いられる。制御装置３は、サンプリングタイムｓｔ１およびｓｔ２において水温Ｔｗｏｕｔに対する凍結条件判定処理を行う。なお、四方弁１２のＯＮ状態とは、図２に示されるように圧縮機１１の吐出口が熱交換器１６のポートＰ２に連通している接続状態である。四方弁１２のＯＦＦ状態とは、図１に示されるように圧縮機１１の吐出口が室外熱交換器１３に連通している接続状態である。

【0038】

図７に示されるように、サンプリングタイムｓｔ１１において水温Ｔｗｏｕｔは基準温度Ｔ０より低い。そのため、制御装置３は、水が凍結していると判定し、サンプリングタイムｓｔ１において四方弁１２をＯＦＦ状態からＯＮ状態に切り替える。圧縮機１１から吐出された高温かつ高圧のガス冷媒が熱交換器１６に導かれるため、熱交換器１６の温度が上昇し、凍結した水が融解する。

【0039】

サンプリングタイムｓｔ１までは、ユーザの設定により、空調装置１００は冷房運転を行っている。サンプリングタイムｓｔ１において四方弁１２が切り替えられることにより、空調装置１００は、自動的に暖房運転を開始する。当該暖房運転は、負荷装置を暖めることではなく、熱交換器１６において凍結した水を融解することを目的としている。そこで、制御装置３は、凍結条件が成立した場合、冷房運転を求めるユーザの快適性をできるだけ低下させないため、圧縮機１１の駆動周波数を通常運転の場合（凍結条件が成立していない場合）の駆動周波数よりも低下させる。凍結条件が成立した場合の圧縮機１１の駆動周波数は、最低周波数に設定されてもよい。図７においては、制御装置３は、サンプリングタイムｓｔ１において、圧縮機１１の駆動周波数を、ｆ２からｆ１に低下させる。

【0040】

凍結条件が成立した場合にポンプ２１を停止すると、熱交換器１６内を水が流れなくなり、水の凍結が拡大する可能性がある。そこで、制御装置３は、凍結条件が成立してもポンプ２１の駆動周波数を変更しない。図７においては、制御装置３は、サンプリングタイムｓｔ１以降もポンプ２１の駆動周波数をｆ３に維持している。

【0041】

水温Ｔｗｏｕｔが基準温度Ｔ１（第２基準温度）より高いという凍結解消条件（第２条件）が成立する場合、制御装置３は、熱交換器１６における水の凍結が解消されたとして、四方弁１２を切り替えて、冷房運転を再開する。図７においては、サンプリングタイムｓｔ２において水温Ｔｗｏｕｔが基準温度Ｔ１（＞Ｔ０）より高い。制御装置３は、サンプリングタイムｓｔ２において四方弁１２の接続状態をＯＮ状態からＯＦＦ状態に切り替えるとともに、圧縮機１１の駆動周波数をｆ１からｆ２に戻して、冷房運転を再開する。

【0042】

図８は、図１および図２の制御装置３によって行われる凍結判定処理の流れを示すフローチャートである。図８に示される処理は、空調装置１００を統合的に制御する不図示のメインルーチンによってサンプリングタイム毎に実行される。以下ではステップを単にＳと記載する。

【0043】

図８に示されるように、制御装置３は、Ｓ１０１において凍結条件が成立したか否かを判定する。凍結条件が成立していない場合（Ｓ１０１においてＮＯ）、制御装置３は、処理をメインルーチンに返す。凍結条件が成立している場合（Ｓ１０１においてＹＥＳ）、制御装置３は、Ｓ１０２において四方弁１２を切り替えて、処理をＳ１０３に進める。制御装置３は、Ｓ１０３において圧縮機１１の駆動周波数を低下させて、処理をＳ１０４に進める。制御装置３は、Ｓ１０４において一定時間待機した後、処理をＳ１０５に進める。制御装置３は、Ｓ１０５において水温Ｔｗｏｕｔが基準温度Ｔ１より大きいか否かを判定する。水温Ｔｗｏｕｔが基準温度Ｔ１以下である場合（Ｓ１０５においてＮＯ）、制御装置３は、処理をＳ１０４に戻す。水温Ｔｗｏｕｔが基準温度Ｔ１より大きい場合（Ｓ１０５においてＹＥＳ）、制御装置３は、Ｓ１０６において四方弁１２を切り替えて、処理をＳ１０７に進める。制御装置３は、Ｓ１０７において圧縮機１１の駆動周波数を増加させて処理をメインルーチンに返す。

【0044】

以下では、図９～図１２を用いて、凍結解消条件が成立した場合（図８のＳ１０５においてＹＥＳ）に行われる処理の変形例１～４についてそれぞれ説明する。

【0045】

図９は、実施の形態１の変形例１において行われる凍結判定処理の流れを示すフローチャートである。図９に示されるフローチャートは、図８のフローチャートのＳ１０６およびＳ１０７がＳ１１６およびＳ１１７にそれぞれ置き換えられたフローチャートである。図９に示されるように、Ｓ１０５においてＹＥＳの場合、制御装置３は、Ｓ１１６において圧縮機１１を停止した後、Ｓ１１７において異常コードをユーザに報知して、処理をメインルーチンに返す。

【0046】

図１０は、実施の形態１の変形例２において行われる凍結判定処理の流れを示すフローチャートである。図１０に示されるフローチャートは、図８のフローチャートのＳ１０５とＳ１０６との間にＳ１１０が追加されたフローチャートである。図１０に示されるように、Ｓ１０５においてＹＥＳの場合、制御装置３は、Ｓ１１０において一定時間待機した後、Ｓ１０６およびＳ１０７の順に処理を行って処理をメインルーチンに返す。制御装置３がＳ１１０において一定時間待機している間、圧縮機１１から吐出された高温の冷媒の熱交換器１６への供給が継続している。Ｓ１１０において一定時間待機した後、図１１に示される変形例３のフローチャートのように、Ｓ１１１において圧縮機１１を停止してもよい。

【0047】

図１２は、実施の形態１の変形例４において行われる凍結判定処理の流れを示すフローチャートである。図１２に示されるフローチャートは、図８のフローチャートにＳ１１４～Ｓ１１７が追加されたフローチャートである。図１２のＳ１１６およびＳ１１７は、図９のＳ１１６およびＳ１１７と同様である。図１２に示されるように、Ｓ１０５においてＹＥＳの場合、制御装置３は、Ｓ１１４において、Ｓ１０１の凍結条件の成立後にＳ１０５の条件が成立した回数である凍結回数を１だけ増加させて処理をＳ１１５に進める。なお、凍結回数は、ユーザによって冷房運転が開始される度に０に設定される。

【0048】

制御装置３は、Ｓ１１５において凍結回数が基準回数Ｎ１より大きいか否かを判定する。凍結回数が基準回数Ｎ１以下である場合（Ｓ１１５においてＮＯ）、制御装置３は、図８と同様にＳ１０６およびＳ１０７を実行した後、処理をメインルーチンに戻す。凍結回数が基準回数Ｎ１より大きい場合（Ｓ１１５においてＹＥＳ）、制御装置３は、図９と同様にＳ１１６およびＳ１１７を実行した後、処理をメインルーチンに戻す。

【0049】

以上、実施の形態１に係る空調装置によれば、水の凍結による空調装置の故障を防止することができる。

【0050】

実施の形態２．
実施の形態１においては、冷房運転および暖房運転が切り替え可能な空調装置について説明した。実施の形態２においては、冷房運転用の空調装置について説明する。

【0051】

図１３は、実施の形態２に係る空調装置２００の構成、ならびに通常の冷房運転における冷媒の流れおよび水の流れを併せて示す機能ブロック図である。図１４は、実施の形態２に係る空調装置２００の構成、ならびに凍結条件が成立した場合の冷媒の流れおよび水の流れを併せて示す機能ブロック図である。空調装置２００の構成は、図１の冷媒回路１および制御装置３が、冷媒回路１Ａおよび制御装置３Ａにそれぞれ置き換えられた構成である。冷媒回路１Ａの構成は、図１の冷媒回路１の構成から四方弁１２が除かれるとともに、操作弁１８（切替弁）が追加された構成である。これら以外は同様であるため、説明を繰り返さない。

【0052】

図１３に示されるように、操作弁１８は、圧縮機１１の吐出口と、減圧装置１５および熱交換器１６の間の流路との間に接続されている。通常の冷房運転において、制御装置３Ａは、操作弁１８を閉止する。凍結条件が成立した場合、図１４に示されるように、制御装置３は、操作弁１８を開放する。その結果、圧縮機１１から吐出された高温かつ高圧のガス冷媒が熱交換器１６に供給される。

【0053】

図１５は、図１３および図１４の制御装置３Ａによって行われる凍結判定処理の流れを示すフローチャートである。図１５に示される処理は、空調装置２００を統合的に制御する不図示のメインルーチンによってサンプリングタイム毎に実行される。図１５に示されるフローチャートは、図８に示されるフローチャートのＳ１０２およびＳ１０６がＳ２０２およびＳ２０６にそれぞれ置き換えられたフローチャートである。

【0054】

図１５に示されるように、制御装置３Ａは、Ｓ１０１において凍結条件が成立している場合（Ｓ１０１においてＹＥＳ）、Ｓ２０２において操作弁１８を開放し、処理をＳ１０３に進める。制御装置３Ａは、実施の形態１と同様にＳ１０３からＳ１０５を実行する。Ｓ１０５において水温Ｔｗｏｕｔが基準温度Ｔ１より大きい場合（Ｓ１０５においてＹＥＳ）、制御装置３Ａは、Ｓ２０６において操作弁１８を開放して、Ｓ１０７を実行した後、処理をメインルーチンに返す。

【0055】

なお、実施の形態２においても、Ｓ１０５においてＹＥＳである場合に図９～図１２に示される処理が行われてもよい。

【0056】

以上、実施の形態２に係る空調装置によれば、水の凍結による空調装置の故障を防止することができる。

【0057】

今回開示された各実施の形態は、矛盾しない範囲で適宜組み合わせて実施することも予定されている。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説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許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。

【符号の説明】

【0058】

１，１Ａ 冷媒回路、２ 水回路、３，３Ａ 制御装置、１１ 圧縮機、１２ 四方弁、１３ 室外熱交換器、１４ 室外ファン、１５ 減圧装置、１６ 熱交換器、１７ アキュムレータ、１８ 操作弁、２１ ポンプ、２２ 負荷装置、２３ 水温センサ、２４ 流量計、２５ 差圧計、３１ 処理回路、３２ メモリ、３３ 入出力部、１００，２００ 空調装置、Ｐ１～Ｐ４ ポート。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】