特開 2024-139877 冷凍サイクル装置

(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】P2024139877

(43)【公開日】2024-10-10

(54)【発明の名称】冷凍サイクル装置

(51)【国際特許分類】

   F25B 1/00 20060101AFI20241003BHJP

【ＦＩ】

F25B1/00 304H

F25B1/00 101G

F25B1/00 321C

【審査請求】有

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023050809

(22)【出願日】2023-03-28

(11)【特許番号】

(45)【特許公報発行日】2024-06-25

(71)【出願人】

【識別番号】000006611

【氏名又は名称】株式会社富士通ゼネラル

(74)【代理人】

【識別番号】110003339

【氏名又は名称】弁理士法人南青山国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】高橋 好亮

(72)【発明者】

【氏名】竹内 博俊

(72)【発明者】

【氏名】前間 慶成

(72)【発明者】

【氏名】兼井 一樹

(72)【発明者】

【氏名】煎谷 晴輝

(57)【要約】

【課題】蓄熱暖房運転中に暖房要求能力が変化した場合でも、快適性の低下および消費電力の増加を抑制することができる冷凍サイクル装置を提供する。
【解決手段】本発明の一形態に係る冷凍サイクル装置は、前記圧縮機の吐出側を室外熱交換器と主膨張弁との間の冷媒配管に接続するバイパス流路と、前記バイパス流路に配置され前記圧縮機から吐出される冷媒の一部と熱交換可能な蓄熱材を有する補助熱交換器と、前記圧縮機と前記補助熱交換器との間の前記バイパス流路に配置された第１バイパス膨張弁と、前記補助熱交換器と前記冷媒配管との間の前記バイパス流路に配置された第２バイパス膨張弁とを含む蓄熱回路と、蓄熱暖房運転モードにおいて前記圧縮機の吐出側の冷媒の圧力を検出する圧力センサの検出値の変化率に基づいて、前記第１バイパス膨張弁の開度を制御する制御部と、を備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

圧縮機と、室外熱交換器と、室内熱交換器と、前記室外熱交換器と前記室内熱交換器との間に配置された主膨張弁と、を含む冷媒回路と、
前記圧縮機の吐出側を前記室外熱交換器と前記主膨張弁との間の冷媒配管に接続するバイパス流路と、前記バイパス流路に配置され前記圧縮機から吐出される冷媒の一部と熱交換可能な蓄熱材を有する補助熱交換器と、前記圧縮機と前記補助熱交換器との間の前記バイパス流路に配置された第１バイパス膨張弁と、前記補助熱交換器と前記冷媒配管との間の前記バイパス流路に配置された第２バイパス膨張弁と、を含む蓄熱回路と、
前記圧縮機の吐出側の冷媒の圧力を検出する圧力センサと、
前記主膨張弁、前記第１バイパス膨張弁および前記第２バイパス膨張弁の開度をそれぞれ制御する制御部と
を備え、
前記制御部は、前記室内熱交換器および前記補助熱交換器を凝縮器として機能させ、前記室外熱交換器を蒸発器として機能させる蓄熱暖房運転モードにおいて、前記圧力センサの検出値の変化率に基づいて、前記第１バイパス膨張弁の開度を制御する
冷凍サイクル装置。

【請求項2】

請求項１に記載の冷凍サイクル装置であって、
前記制御部は、前記蓄熱暖房運転モードにおいて、
前記圧力センサの検出値の変化率が正の値の場合は、前記第１バイパス膨張弁の開度が小さくなるように前記第１バイパス膨張弁の開度を制御し、
前記圧力センサの検出値の変化率が負の値の場合は、前記第１バイパス膨張弁の開度が大きくなるように前記第１バイパス膨張弁の開度を制御する
冷凍サイクル装置。

【請求項3】

請求項１に記載の冷凍サイクル装置であって、
前記制御部は、前記蓄熱暖房運転モードの開始時に、前記圧力センサの検出値に基づいて前記第１バイパス膨張弁の開度を制御する
冷凍サイクル装置。

【請求項4】

請求項１～３のいずれか１つに記載の冷凍サイクル装置であって、
前記制御部は、蓄熱暖房運転モードにおいて、前記補助熱交換器から流出する冷媒のサブクールが予め設定された目標サブクールとなるように前記第２バイパス膨張弁の開度を制御する
冷凍サイクル装置。

【請求項5】

請求項１～３のいずれか１つに記載の冷凍サイクル装置であって、
前記制御部は、前記圧縮機に吸入される冷媒を飽和蒸気としたときの吐出温度である理論吐出温度を算出し、前記圧縮機から吐出される冷媒の温度が前記理論吐出温度となるように前記主膨張弁の開度を制御する
冷凍サイクル装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、蓄熱回路を備えた冷凍サイクル装置に関する。

【背景技術】

【0002】

蓄熱材に蓄えられた熱を利用して室外熱交換器の除霜を行う冷凍サイクル装置が知られている。この種の冷凍サイクル装置は、圧縮機と、室外熱交換器と、室内熱交換器と、膨張弁とを含む冷媒回路のほか、圧縮機の吐出側を室外熱交換器と膨張弁との間の液冷媒配管に接続するバイパス流路と、バイパス流路に配置された蓄熱槽と、蓄熱槽の上流側および下流側にそれぞれ配置された２つのバイパス膨張弁とを有する蓄熱回路を備える（例えば特許文献１参照）。

【0003】

蓄熱槽は、圧縮機から吐出される冷媒の一部と熱交換可能な蓄熱材を有し、主として暖房運転中に圧縮機から吐出される冷媒の一部が蓄熱槽に導入されることで冷媒の熱を蓄える（以下、蓄熱暖房運転ともいう）。除霜運転時においては室内熱交換器および室外熱交換器を凝縮器として機能させるとともに、蓄熱材に蓄えられた熱を用いて蓄熱槽を蒸発器として機能させる。これにより、暖房運転を停止させることなく室外熱交換器の除霜運転（以下、除霜暖房運転ともいう）を行うことができるため、除霜運転中においても暖房能力の低下が抑えられるとしている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１６－１７７３８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

膨張弁の開度の制御方法としては一般的に、ＦＢ制御（フィードバック制御）と、ＦＦ制御（フィードフォワード制御）とが知られている。ＦＢ制御としては、冷媒回路全体の流量調整のために行う目標吐出温度制御や室内機の能力に応じた流量調整のために行う目標サブクール制御などが挙げられる。一方、ＦＦ制御は、追従性の改善を目的とした制御で、主として圧縮機の回転数に基づいて実行される。例えば、室内機からの暖房要求能力の増加に伴って圧縮機の回転数を上昇させるが、ＦＦ制御では、圧縮機から吐出される冷媒の温度が高くなり過ぎないように、圧縮機の回転数の上昇率に対応するように膨張弁の開度を大きくする制御が実行される。

【0006】

しかしながら特許文献１には、蓄熱暖房運転において各バイパス膨張弁を開放して蓄熱暖房運転を行うことが記載されてはいるが、蓄熱暖房運転中に室内機からの暖房要求能力が変化した場合における各バイパス膨張弁の開度の制御方法については記載がない。したがって特許文献１に記載の蓄熱暖房運転では、バイパス膨張弁の開度の制御が上述のようなＦＦ制御で行われるとした場合、暖房要求能力の増加により圧縮機の回転数を上昇させると、バイパス膨張弁の開度が大きくなるように制御するため、蓄熱槽に過剰に冷媒が供給されてしまい、利用側熱交換器である室内熱交換器に供給される冷媒の量が暖房要求能力の増加により求められる冷媒の量よりも減少することで暖房能力（快適性）が低下するおそれがある。また、このような暖房能力の低下を抑えるためには圧縮機の回転数を過剰に高くする必要があり、それが原因で消費電力が増加するという問題がある。

【0007】

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、蓄熱暖房運転中に暖房要求能力が変化した場合でも、快適性の低下および消費電力の増加を抑制することができる冷凍サイクル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】

本発明の一形態に係る冷凍サイクル装置は、
圧縮機と、室外熱交換器と、室内熱交換器と、前記室外熱交換器と前記室内熱交換器との間に配置された主膨張弁と、を含む冷媒回路と、
前記圧縮機の吐出側を前記室外熱交換器と前記主膨張弁との間の冷媒配管に接続するバイパス流路と、前記バイパス流路に配置され前記圧縮機から吐出される冷媒の一部と熱交換可能な蓄熱材を有する補助熱交換器と、前記圧縮機と前記補助熱交換器との間の前記バイパス流路に配置された第１バイパス膨張弁と、前記補助熱交換器と前記冷媒配管との間の前記バイパス流路に配置された第２バイパス膨張弁と、を含む蓄熱回路と、
前記圧縮機の吐出側の冷媒の圧力を検出する圧力センサと、
前記主膨張弁、前記第１バイパス膨張弁および前記第２バイパス膨張弁の開度をそれぞれ制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記室内熱交換器および前記補助熱交換器を凝縮器として機能させ、前記室外熱交換器を蒸発器として機能させる蓄熱暖房運転モードにおいて、前記圧力センサの検出値の変化率に基づいて、前記第１バイパス膨張弁の開度を制御する。

【0009】

前記制御部は、前記蓄熱暖房運転モードにおいて、前記圧力センサの検出値の変化率が正の値の場合は、前記第１バイパス膨張弁の開度が小さくなるように前記第１バイパス膨張弁の開度を制御し、前記圧力センサの検出値の変化率が負の値の場合は、前記第１バイパス膨張弁の開度が大きくなるように前記第１バイパス膨張弁の開度を制御するようにしてもよい。

【0010】

前記制御部は、前記蓄熱暖房運転モードの開始時に、前記圧力センサの検出値に基づいて前記第１バイパス膨張弁の開度を制御するようにしてもよい。

【0011】

前記制御部は、蓄熱暖房運転モードにおいて、前記補助熱交換器から流出する冷媒のサブクールが予め設定された目標サブクールとなるように前記第２バイパス膨張弁の開度を制御するようにしてもよい。

【0012】

前記制御部は、前記圧縮機に吸入される冷媒を飽和蒸気としたときの吐出温度である理論吐出温度を算出し、前記圧縮機から吐出される冷媒の温度が前記理論吐出温度となるように前記主膨張弁の開度を制御するようにしてもよい。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、蓄熱暖房運転中に暖房要求能力が変化した場合でも、快適性の低下および消費電力の増加を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の一実施形態に係る冷凍サイクル装置の冷媒回路図である。

【図2】上記冷凍サイクル装置における制御装置の構成を示すブロック図である。

【図3】上記制御装置において実行される蓄熱暖房運転モードの処理手順の一例を示すフローチャートである。

【図4】蓄熱暖房運転モードの開始時における上記冷凍サイクル装置の各部の動作または状態を示すタイミングチャートである。

【図5】蓄熱暖房運転モードの実行中における上記冷凍サイクル装置の各部の動作または状態を示すタイミングチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。

【0016】

図１は、本発明の一実施形態に係る冷凍サイクル装置１００の冷媒回路図である。本実施形態の冷凍サイクル装置１００は、室外機２と室内機３とを備えた空気調和機である。以下、冷凍サイクル装置１００の詳細について説明する。

【0017】

［冷凍サイクル装置の構成］
室外機２は、圧縮機２１と、室外熱交換器２２とを備える。室内機３は、室内熱交換器２３を備える。室外機２と室内機３は、ガス管１２と液管１３で接続されている。冷凍サイクル装置１００は、冷媒回路２０と、蓄熱回路５０と、制御装置９０とを有する。

【0018】

（冷媒回路）
冷媒回路２０は、圧縮機２１と、室外熱交換器２２と、室内熱交換器２３と、室外熱交換器２２と室内熱交換器２３との間に配置された主膨張弁２４とを含む。

【0019】

圧縮機２１は、インバータにより回転数が制御される図示しないモータによって駆動されることで運転容量を可変できる能力可変型圧縮機である。圧縮機２１の吐出側は、後述する第１四方弁４１のポートａに吐出配管１１で接続されている。また、圧縮機２１の吸入側は、アキュムレータ２５の流出側に吸入配管１６で接続されている。

【0020】

室外熱交換器２２および室内熱交換器２３としては、例えば、空気と冷媒の間の熱交換ができるパラレルフロー型熱交換器、フィンチューブ型熱交換器、プレートフィン型熱交換器などの種々の型式の熱交換器が採用できる。

【0021】

室外熱交換器２２の一方の冷媒出入口は、後述する第２四方弁４２のポートｅに冷媒配管１４で接続されている。室外熱交換器２２の他方の冷媒出入口は、主膨張弁２４を介して室内熱交換器２３の一方の冷媒出入口に液管１３で接続されている。室外熱交換器２２は、第１四方弁４１および第２四方弁４２の切り替えによって、冷房運転時および除霜暖房運転時は凝縮器として機能し、暖房運転時および蓄熱暖房運転時は蒸発器として機能する。なお室外熱交換器２２の近傍には、室外熱交換器２２を送風する図示しない室外ファンが配置されてもよい。

【0022】

室内熱交換器２３の一方の冷媒出入口は、後述する第１四方弁４１のポートｂにガス管１２で接続されている。室内熱交換器２３の他方の冷媒出入口は、上述のように主膨張弁２４を介して室外熱交換器２２の他方の冷媒出入口に液管１３で接続されている。室内熱交換器２３は、第１四方弁４１および第２四方弁４２の切り替えによって、冷房運転時は蒸発器として機能し、暖房運転時、蓄熱暖房運転時および除霜暖房運転時は凝縮器として機能する。なお室内熱交換器２３の近傍には、室内熱交換器２３を送風する図示しない室内ファンが配置されてもよい。

【0023】

主膨張弁２４は、図示しないステッピングモータに与えるパルス数に基づいて開度が制御される電子膨張弁であり、室外熱交換器２２と室内熱交換器２３との間を接続する液管１３に配置される。主膨張弁２４は、液管１３を流れる冷媒を減圧する減圧弁である。主膨張弁２４の開度は、暖房運転時には室内機３で要求される暖房能力に応じて調整され、冷房運転時には室内機３で要求される冷房能力に応じて調整される。

【0024】

第１四方弁４１および第２四方弁４２は、冷媒回路２０における冷媒の流れる方向を切り替えるための流路切替弁である。第１四方弁４１および第２四方弁４２は、室外熱交換器２２の一方の冷媒出入口の接続を圧縮機２１の冷媒吐出口または冷媒吸入口へと切り替える。

【0025】

第１四方弁４１は、ａ、ｂ、ｃ、ｄの４つのポートを備えている。ポートａは、圧縮機２１の吐出側と吐出配管１１で接続されている。ポートｂは、室内熱交換器２３の一方の冷媒出入口とガス管１２で接続されている。ポートｃは、アキュムレータ２５の流入側と冷媒配管１５で接続されている。ポートｄは、逆止弁４３を介して蓄熱回路５０の第１バイパス配管５４との合流点Ｂと冷媒配管１７で接続されている。逆止弁４３は、ポートｄから合流点Ｂへ向かう冷媒の流れを許容し、その逆の流れを禁止する方向制御弁である。

【0026】

後述するように第１四方弁４１は、暖房運転時、蓄熱暖房運転時および除霜暖房運転時には、図１において実線で示すように、ポートａとポートｂが連通し、ポートｃとポートｄが連通する第１の状態をとる。また、第１四方弁４１は、冷房運転時には、図１において破線で示すように、ポートａとポートｄが連通し、ポートｂとポートｃが連通する第２の状態をとる。

【0027】

第２四方弁４２は、ｅ、ｆ、ｇ、ｈの４つのポートを備えている。ポートｅは、室外熱交換器２２の一方の冷媒出入口と冷媒配管１４で接続されている。ポートｆは、吐出配管の分岐点Ａと第１バイパス配管５４で接続されている。分岐点Ａは、圧縮機２１の吐出側と第１四方弁４１のポートａとの間に設けられている。ポートｇは、補助熱交換器５３の一方の冷媒出入口と第２バイパス配管５５で接続されている。ポートｈは、冷媒配管１５の合流点Ｃに接続されている。合流点Ｃは、第１四方弁４１のポートｃとアキュムレータ２５の吸入側との間に設けられている。

【0028】

後述するように第２四方弁４２は、暖房運転時および蓄熱暖房運転時には、図１において実線で示すように、ポートｅとポートｈが連通し、ポートｆとポートｇが連通する第１の状態をとる。また、第２四方弁４２は、冷房運転時および除霜暖房運転時には、図１において破線で示すように、ポートｅとポートｆが連通し、ポートｇとポートｈが連通する第２の状態をとる。

【0029】

アキュムレータ２５は、流入側が第１四方弁４１のポートｃに冷媒配管１５で接続され、流出側が圧縮機２１の吸入側と吸入配管１６で接続されている。アキュムレータ２５は、流入した冷媒をガス冷媒と液冷媒とに分離し、ガス冷媒のみを圧縮機２１に吸入させる。

【0030】

（蓄熱回路）
蓄熱回路５０は、第１バイパス膨張弁５１と、第２バイパス膨張弁５２と、第１バイパス膨張弁５１と第２バイパス膨張弁５２との間に配置された補助熱交換器５３とを含む。

【0031】

第１バイパス膨張弁５１および第２バイパス膨張弁５２は、図示しないステッピングモータに与えるパルス数に基づいて開度が制御される電子膨張弁である。第１バイパス膨張弁５１は、吐出配管１１の分岐点Ａと冷媒配管１７との合流点Ｂとの間の第１バイパス配管５４に配置される。第２バイパス膨張弁５２は、補助熱交換器５３の他方の冷媒出入口と液管１３の合流点Ｄとの間を接続する第３バイパス配管５６に配置される。

【0032】

なお、第１バイパス配管５４、第２バイパス配管５５および第３バイパス配管５６は、圧縮機２１の吐出側を室外熱交換器２２と主膨張弁２４との間の冷媒配管（液管１３の合流点Ｄ）に接続する本発明のバイパス流路を形成する。

【0033】

補助熱交換器５３は、第２バイパス配管５５に配置される。補助熱交換器５３の一方の冷媒出入口は、第２四方弁４２のポートｇに第２バイパス配管５５で接続され、補助熱交換器５３の他方の冷媒出入口は、第２バイパス膨張弁５２を介して液管１３の合流点Ｄに第３バイパス配管５６で接続されている。

【0034】

補助熱交換器５３は、圧縮機２１から吐出される冷媒の一部と熱交換可能な蓄熱材５７を有する。蓄熱材５７には例えば、銅やアルミニウムなどの熱伝導性に優れた金属製のブロック材が用いられる。これ以外にも、補助熱交換器５３を流れる冷媒との熱交換により熱を蓄えることができる液状あるいはスラリー状の相変化物質が蓄熱材として用いられてもよい。また後述する除霜暖房運転時に、補助熱交換器５３において室外熱交換器２２および室内熱交換器２３から流入する冷媒を蒸発させるのに十分な熱を蓄えることができれば、蓄熱材５７の蓄熱量は特に限定されない。

【0035】

室外機２には各種のセンサが設けられる。本実施形態では図１に示すように、吐出配管１１には、圧縮機２１から吐出される冷媒の圧力である吐出圧力を検出する吐出圧力センサ７１と、圧縮機２１から吐出される冷媒の温度である吐出温度を検出する吐出温度センサ７３が設けられている。吸入配管１６には、圧縮機２１に吸入される冷媒の圧力である吸入圧力を検出する吸入圧力センサ７２と、圧縮機２１に吸入される冷媒の温度である吸入温度を検出する吸入温度センサ７４が設けられている。

【0036】

室外熱交換器２２には、室外熱交換器２２の温度である室外熱交温度を検出する室外熱交温度センサ７５が設けられている。そして、室外機２の図示しない吸込口付近には、室外機２の図示しない筐体の内部に流入する外気の温度、すなわち外気温度を検出する外気温度センサ７６が設けられている。

【0037】

一方、室内機３について、ガス管１２の室内熱交換器２３の一方の冷媒出入口側にはガス側温度センサ７７が設けられ、液管１３の室内熱交換器２３の他方の冷媒出入口側には液側温度センサ７８が設けられている。そして、室内機３の図示しない吸込口付近には、室内機３の内部に流入する室内空気の温度、すなわち室温を検出する室温センサ７９が設けられている。

【0038】

さらに、蓄熱回路５０については、蓄熱材５７の温度を検出する蓄熱回路温度センサ８０が設けられている。

【0039】

（制御装置）
制御装置９０は、例えば、室外機２に備えられた室外機制御装置であり、室外機２の図示しない電装品箱に格納された制御基板に搭載されている。制御装置９０は、本発明の制御部に相当する。

【0040】

図２は、制御装置９０の構成を示すブロック図である。同図に示すように、制御装置９０は、ＣＰＵ９１、記憶部９２、通信部９３、センサ入力部９４および回転数検出部９５を有する。

【0041】

記憶部９２は、フラッシュメモリ等の不揮発性メモリであり、室外機２の制御プログラムや制御パラメータ、各種センサからの検出信号に対応した検出値、圧縮機２１や室外ファン等の制御状態、通信部９３を介して取得した室内ファンの回転数、使用者によって設定入力された運転モード等を含む室内機３の制御状態等を記憶している。

【0042】

通信部９３は、室内機３との通信を行うインターフェイスである。センサ入力部９４は、室外機２の各種センサでの検出結果を取り込んでＣＰＵ９１に出力する。回転数検出部９５は、圧縮機２１のモータの回転数を検出してＣＰＵ９１に出力する。回転数検出部９５は、モータの駆動軸に取り付けられたエンコーダ等でモータの回転数を直接検出するように構成されてもよいし、モータに供給される駆動電流からモータの回転数を検出するように構成されてもよい。以下の説明において、圧縮機２１の回転数とは、モータの回転数をいう。

【0043】

ＣＰＵ９１は、記憶部９２に格納されたプログラムを実行することで、圧縮機２１を含む室外機２の各部の運転を制御する制御部である。プログラムは、例えば種々の記録媒体を介して制御装置９０にインストールされる。あるいは、インターネット等を介してプログラムのインストールが実行されてもよい。

【0044】

ＣＰＵ９１は、上述した室外機２の各センサでの検出結果を、センサ入力部９４を介して取り込む。さらには、ＣＰＵ９１は、室内機３から送信される制御信号を、通信部９３を介して取り込む。室内機３から送信される制御信号には、室内機３ｃから要求される必要運転能力（室内機３の熱負荷）などが含まれる。ＣＰＵ９１は、取り込んだ検出結果や制御信号に基づいて、圧縮機２１や室外ファン、室内ファンの駆動制御、例えば、これらを駆動させる回転数である指示回転数の設定を行う。また、ＣＰＵ９１は、取り込んだ検出結果や制御信号に基づいて、第１四方弁４１および第２四方弁４２の切り替え制御を行う。さらには、ＣＰＵ９１は、取り込んだ検出結果や制御信号に基づいて、圧縮機２１や室外ファンの回転数制御、主膨張弁２４、第１バイパス膨張弁５１および第２バイパス膨張弁５２の開度制御などを行う。

【0045】

［冷凍サイクル装置の基本的な動作］
続いて、冷凍サイクル装置１００の基本的な動作を説明する。本実施形態の冷凍サイクル装置１００（制御装置９０）は、表１に示す４つの運転モードを実行することができる。

【0046】

【表1】

【0047】

（１：冷房運転）
冷房運転モードでは、第１四方弁４１は第２の状態（ａ－ｄ連通、ｂ－ｃ連通）に切り替えられるとともに、第２四方弁４２は第２の状態（ｅ－ｆ連通、ｇ－ｈ連通）に切り替えられる。主膨張弁２４の開度は、圧縮機２１から吐出される冷媒の温度が目標吐出温度となるようにフィードバック制御される。第１バイパス膨張弁５１は全開とされ、第２バイパス膨張弁５２は全閉とされる。冷房運転モードでは、室外熱交換器２２を凝縮器として機能させ、室内熱交換器２３を蒸発器として機能させる。

【0048】

ここで、目標吐出温度とは、圧縮機２１に吸入される冷媒を飽和蒸気としたときの吐出温度である理論吐出温度をいう。理論吐出温度は、吐出圧力と吸入圧力とに基づいて算出される、圧縮機２１に吸入される冷媒を飽和蒸気（乾き度が１）としたときの吐出温度であり、理想的な冷凍サイクルに調整された場合の吐出温度を意味する。理論吐出温度の算出パラメータには、吐出圧力および吸入圧力のほか、圧縮機１１の回転数が含まれてもよい。圧縮機２１から吐出される冷媒の温度がこの理論吐出温度となるように主膨張弁２４の開度を制御することにより、圧縮機２１の回転数の変化に合わせて圧縮機２１に吸入される冷媒の乾き度が１となるように調整できるため、圧縮機の信頼性の低下を防ぐことができる。

【0049】

圧縮機２１から吐出された高圧のガス冷媒は、吐出配管１１の分岐点Ａにおいて第１四方弁４１に流れる冷媒と、第１バイパス膨張弁５１を介して第１バイパス配管５４に流れる冷媒とに分流される。第１四方弁４１に流れた高圧のガス冷媒は、冷媒配管１７、逆止弁４３および合流点Ｂを介して第１バイパス配管５４に合流し、第２四方弁４２を介して冷媒配管１４へ流入する。冷媒配管１４に流入した高圧のガス冷媒は、凝縮器として機能する室外熱交換器２２において外気と熱交換することで凝縮して高圧の液冷媒となり液管１３へ流入する。なお、通常は逆流防止の観点から第１バイパス膨張弁５１を全開とするが、本実施形態のように冷媒配管１７に逆止弁４３を設ける場合には、第１バイパス膨張弁５１を全閉としてもよい。

【0050】

液管１３へ流入した中間圧の液冷媒は、主膨張弁２４で減圧されて低圧の液冷媒となり室内熱交換器２３へ流入する。第２バイパス膨張弁５２は全閉とされているため、液管１３の合流点Ｄから蓄熱回路５０への液冷媒の流入は阻止される。蒸発器として機能する室内熱交換器２３に流入した低圧の液冷媒は、室内の空気と熱交換することで蒸発して低圧のガス冷媒となりガス管１２へ流入する。これにより室内機３が設置された室内の冷房が行われる。ガス管１２へ流入した低圧のガス冷媒は、第１四方弁４１および冷媒配管１５を介してアキュムレータ２５へ流入し、吸入配管１６を介して圧縮機２１に吸入される。

【0051】

（２：暖房運転）
暖房運転モードでは、第１四方弁４１は第１の状態（ａ－ｂ連通、ｃ－ｄ連通）に切り替えられるとともに、第２四方弁４２は第１の状態（ｅ－ｈ連通、ｆ－ｇ連通）に切り替えられる。主膨張弁２４の開度は、圧縮機２１から吐出される冷媒の温度が目標吐出温度となるようにフィードバック制御される。第１バイパス膨張弁５１は全閉とされ、第２バイパス膨張弁５２は蓄熱回路５０における冷媒の滞留を抑えられる程度の小さい開度とされる。暖房運転モードでは、室外熱交換器２２を蒸発器として機能させ、室内熱交換器２３を凝縮器として機能させる。

【0052】

圧縮機２１から吐出された高圧のガス冷媒は、吐出配管１１、第１四方弁４１およびガス管１２を介して室内熱交換器２３に流入する。第１バイパス膨張弁５１は全閉にされているため、吐出配管１１の分岐点Ａから蓄熱回路５０へのガス冷媒の流入は阻止される。凝縮器として機能する室内熱交換器２３へ流入した高圧のガス冷媒は、室内の空気と熱交換することで凝縮して高圧の液冷媒となり液管１３へ流入する。これにより室内機３が設置された室内の暖房が行われる。

【0053】

液管１３へ流入した中間圧の液冷媒は、主膨張弁２４で減圧されて低圧の液冷媒となり室外熱交換器２２へ流入する。蓄熱回路５０内に残留する冷媒は、その圧力が主膨張弁２４の下流側である液管１３の合流点Ｄにおける冷媒の圧力よりも高いため、その圧力差によって上述した所定の開度に調整された第２バイパス膨張弁５２を通って液管１３の合流点Ｄで合流する。蒸発器として機能する室外熱交換器２２へ流入した低圧の液冷媒は、外気と熱交換することで蒸発して低圧のガス冷媒となり冷媒配管１４へ流入する。冷媒配管１４へ流入した低圧のガス冷媒は、第２四方弁４２および冷媒配管１５を介してアキュムレータ２５へ流入し、吸入配管１６を介して圧縮機２１に吸入される。

【0054】

（３：蓄熱暖房運転）
蓄熱暖房運転モードでは、第１四方弁４１は第１の状態（ａ－ｂ連通、ｃ－ｄ連通）に切り替えられるとともに、第２四方弁４２は第１の状態（ｅ－ｈ連通、ｆ－ｇ連通）に切り替えられる。主膨張弁２４の開度は、圧縮機２１から吐出される冷媒の温度が目標吐出温度となるようにフィードバック制御される。第１バイパス膨張弁５１の開度は、補助熱交換器５３を流れる冷媒の温度と蓄熱材５７の温度との温度差が所定の温度差となるように制御され、本実施形態では後述するように、暖房要求能力が変更された場合には第１バイパス膨張弁の入口側の圧力（高圧）の変化に応じて制御される。第２バイパス膨張弁５２の開度は固定値、あるいは補助熱交換器５３から流出する冷媒のサブクール（過冷却度）が目標サブクールとなるようにフィードバック制御される。蓄熱暖房運転モードでは、室外熱交換器２２を蒸発器として機能させ、室内熱交換器２３および補助熱交換器５３を凝縮器として機能させる。

【0055】

圧縮機２１から吐出された高圧のガス冷媒は、吐出配管１１の分岐点Ａにおいて第１四方弁４１に流れる冷媒と、第１バイパス膨張弁５１を介して第１バイパス配管５４に流れる冷媒とに分流される。第１四方弁４１に流れた高圧のガス冷媒は、ガス管１２を介して凝縮器として機能する室内熱交換器２３へ流入し、室内の空気と熱交換することで凝縮して高圧の液冷媒となり液管１３へ流入する。これにより室内機３が設置された室内の暖房が行われる。液管１３へ流入した中間圧の液冷媒は、主膨張弁２４で減圧されて低圧の液冷媒となり室外熱交換器２２へ流入する。

【0056】

一方、第１バイパス配管５４へ流入した高圧のガス冷媒は、第２四方弁４２および第２バイパス配管５５を介して補助熱交換器５３へ流入する。補助熱交換器５３は凝縮器として機能し、補助熱交換器５３へ流入した高圧のガス冷媒は、蓄熱材５７と熱交換することで凝縮して高圧の液冷媒となり第３バイパス配管５６へ流入する。これにより蓄熱材５７に熱が蓄熱される。第３バイパス配管５６へ流入した中間圧の液冷媒は、第２バイパス膨張弁５２によって減圧され低圧の液冷媒となる。第２バイパス膨張弁５２で減圧された低圧の液冷媒は、液管１３の合流点Ｄにおいて主膨張弁２４で減圧された低圧の液冷媒と合流し、室外熱交換器２２へ流入する。

【0057】

室外熱交換器２２は蒸発器として機能し、室外熱交換器２２へ流入した低圧の液冷媒は、外気と熱交換することで蒸発して低圧のガス冷媒となり冷媒配管１４へ流入する。冷媒配管１４へ流入した低圧のガス冷媒は、第２四方弁４２および冷媒配管１５を介してアキュムレータ２５へ流入し、吸入配管１６を介して圧縮機２１に吸入される。

【0058】

蓄熱暖房運転モードは、補助熱交換器５３を後述する除霜暖房運転モードにおいて熱源側熱交換器として機能させるために、室内の暖房機能を維持しつつ、蓄熱材５７に冷媒の熱を蓄えさせる運転モードである。蓄熱暖房運転モードは、典型的には、外気温度等に応じて暖房運転モードから自動的に切り替えられる。例えば、室外熱交換器２２に着霜の恐れがあるほど外気温度が低い場合に、蓄熱暖房運転モードに切り替えられる。一方で、蓄熱暖房運転中に、外気温度が着霜の恐れがないほど上昇した場合には、暖房運転モードに自動的に切り替えられてもよい。

【0059】

また、蓄熱暖房運転中に蓄熱回路温度センサ８０の検出値に基づいて蓄熱材５７が除霜暖房運転を行うのに十分な熱量であるとして予め設定された温度に達したと判定されたとき、蓄熱暖房運転モードから暖房運転モードに自動的に切り替えられてもよい。あるいは、暖房運転中に蓄熱材５７の蓄熱量が減少し、蓄熱材５７の温度が上記温度を所定温度以上下回ったと判定されたとき、暖房運転モードから蓄熱暖房運転モードに自動的に切り替えられてもよい。

【0060】

（４：除霜暖房運転）
除霜暖房運転モードでは、第１四方弁４１は第１の状態（ａ－ｂ連通、ｃ－ｄ連通）に切り替えられるとともに、第２四方弁４２は第２の状態（ｅ－ｆ連通、ｇ－ｈ連通）に切り替えられる。主膨張弁２４の開度は、圧縮機２１から吐出される冷媒の温度が目標吐出温度となるようにフィードバック制御される。第１バイパス膨張弁５１の開度は、室外熱交換器２２の除霜完了に必要な冷媒の流量を確保できる所定の開度に固定され、第２バイパス膨張弁５２は全開とされる。除霜暖房運転モードでは、室外熱交換器２２および室内熱交換器２３を凝縮器として機能させ、補助熱交換器５３を蒸発器として機能させる。

【0061】

圧縮機２１から吐出された高圧のガス冷媒は、吐出配管１１の分岐点Ａにおいて第１四方弁４１に流れる冷媒と、第１バイパス膨張弁５１を介して第１バイパス配管５４に流れる冷媒とに分流される。第１四方弁４１に流れた高圧のガス冷媒は、ガス管１２を介して凝縮器として機能する室内熱交換器２３に流入し、室内の空気と熱交換することで凝縮して高圧の液冷媒となり液管１３へ流入する。これにより室内機３が設置された室内の暖房が行われる。液管１３へ流入した中間圧の液冷媒は、主膨張弁２４で減圧され低圧の液冷媒となる。

【0062】

一方、第１バイパス配管５４へ流入した高圧のガス冷媒は、第２四方弁４２および冷媒配管１４を介して凝縮器として機能する室外熱交換器２２へ流入する。室外熱交換器５３へ流入した高圧のガス冷媒は、室外熱交換器２２に付着した霜と熱交換することで凝縮して高圧の液冷媒となり液管１３へ流入する。これにより、室外熱交換器２２に付着した霜が冷媒の熱で融解し除去される。液管１３へ流入した中間圧の液冷媒は、主膨張弁２４で減圧された低圧の液冷媒ととともに液管１３の合流点Ｄから第３バイパス配管５６および第２バイパス膨張弁５２を介して補助熱交換器５３へ流入する。

【0063】

補助熱交換器５３は蒸発器として機能し、補助熱交換器５３へ流入した低圧の気液二相冷媒は、蓄熱材５７に蓄熱された熱と熱交換することで蒸発して低圧のガス冷媒となり第２バイパス配管５５へ流入する。第２バイパス配管５５へ流入した低圧のガス冷媒は、第２四方弁４２および冷媒配管１５を介してアキュムレータ２５へ流入し、吸入配管１６を介して圧縮機２１に吸入される。

【0064】

除霜暖房運転モードでは、暖房運転を停止させることなく室外機の除霜運転を行うことができるため、除霜運転の期間中に室内の暖房機能の低下を抑制することができる。

【0065】

［蓄熱暖房運転モードにおける課題］
蓄熱暖房運転モードを備えた冷凍サイクル装置においては、上述した蓄熱暖房運転モードを実行するに際して、蓄熱回路５０を流れる冷媒の流量を調整する第１バイパス膨張弁５１の制御方法として以下のような課題がある。

【0066】

一般に、膨張弁の制御方法として、ＦＢ制御（フィードバック制御）と、ＦＦ制御（フィードフォワード制御）とが知られている。ＦＢ制御は現在値と目標値とを比較し、現在値を目標値に一致させるようにする制御で、例えば、冷媒回路全体の流量調整のために行う目標吐出温度制御や室内機の能力に応じた流量調整のために行う目標サブクール制御などが挙げられる。一方、ＦＦ制御は、追従性の改善を目的とした制御で、主として圧縮機の回転数に基づいて実行される。例えば、室内機からの暖房要求能力の増加に伴って圧縮機の回転数を上昇させる場合、ＦＦ制御では、圧縮機から吐出される冷媒の温度が高くなり過ぎないように、圧縮機の回転数の上昇率に対応するように膨張弁の開度を大きくする制御が実行される。

【0067】

ここで、第１バイパス膨張弁５１の開度の制御が上述のようなＦＦ制御で行われるとした場合、暖房要求能力の増加により圧縮機２１の回転数を上昇させると、第１バイパス膨張弁５１の開度が大きくなるように制御するため、蓄熱槽である補助熱交換器５３に過剰に冷媒が供給されてしまい、利用側熱交換器である室内熱交換器２３に供給される冷媒の量が暖房要求能力の増加により求められる冷媒の量よりも減少することで暖房能力（快適性）が低下するおそれがある。また、このような暖房能力の低下を抑えるためには圧縮機２１の回転数を過剰に高くする必要があり、それが原因で消費電力が増加するという問題がある。

【0068】

［本実施形態の詳細］
そこで本実施形態では、蓄熱暖房運転中に暖房要求能力が変化した場合でも快適性の低下および消費電力の増加を抑制するために、第１バイパス膨張弁５１が以下のようにして制御される。以下、蓄熱暖房運転モードにおいて制御装置９０により実行される処理の詳細について説明する。ここでは、暖房運転モードから蓄熱暖房運転モードに切り替えられる場合を例に挙げて説明する。

【0069】

図３は制御装置９０において実行される蓄熱暖房運転モードの処理手順の一例を示すフローチャートである。図４は、蓄熱暖房運転モードの開始時における冷凍サイクル装置１００の各部の動作または状態を示すタイミングチャートの一例であり、（Ａ）は圧縮機２１の回転数、（Ｂ）は室内熱交換器２３における冷媒の凝縮圧力（冷媒回路２０における高圧）、そして（Ｃ）は第１バイパス膨張弁５１の開度（パルス数）をそれぞれ示している。図５は、蓄熱暖房運転モードの実行中における冷凍サイクル装置１００の各部の動作または状態を示すタイミングチャートの一例であり、（Ａ）は圧縮機２１の回転数、（Ｂ）は室内熱交換器２３における冷媒の凝縮圧力（冷媒回路２０における高圧）、（Ｃ）は第１バイパス膨張弁５１の開度（パルス数）、（Ｄ）は補助熱交換器５３における冷媒の圧力（蓄熱回路５０における高圧）、（Ｅ）は室内機３を流れる冷媒の流量、そして（Ｆ）は蓄熱回路５０を流れる冷媒の流量をそれぞれ示している。

【0070】

蓄熱暖房運転モードを実行するとき、制御装置９０は、圧縮機２１の吐出側である冷媒の圧力に基づいて、第１バイパス膨張弁５１の開度を調整する。ここで、圧縮機２１の吐出側である冷媒の圧力とは、冷媒回路２０における高圧側の圧力または蓄熱回路５０における補助熱交換器５３内の冷媒の圧力を意味し、本実施形態では第１バイパス膨張弁５１の入口側の圧力である吐出圧力である。その圧力値は吐出圧力センサ７１で検出される。以下、圧縮機２１の吐出側である冷媒の圧力を単に「冷媒の高圧」ともいう。

【0071】

図４に示すように時刻Ｔ１において蓄熱暖房運転モードを開始するとき、制御装置９０は、現在の冷媒の高圧を検出し（ＳＴ１０１）、検出された冷媒の高圧の値に基づいて第１バイパス膨張弁５１の開度を設定する開度制御量を算出する（ＳＴ１０２）。

【0072】

通常の第１バイパス膨張弁５１の開度制御においては、補助熱交換器５３を流れる冷媒の温度と蓄熱材５７の温度との温度差が所定の温度差となるように開度が調整される。しかし、第１バイパス膨張弁５１を開くと圧縮機２１から室内熱交換器２３へ流入する冷媒の量が減少するため、蓄熱暖房運転の開始時に室内機３の暖房能力を一時的に大きく低下させるおそれがある。

【0073】

そこで本実施形態では、蓄熱暖房運転の開始時における室内の快適性（暖房能力）の低下を抑えるために、第１バイパス膨張弁５１を開く前に現在の冷媒の高圧を検出し、その検出値に基づいて第１バイパス膨張弁の開度制御量を補正するようにしている（ＳＴ１０２）。具体的には、例えば冷媒の高圧が予め設定された閾値以上のときは、開度制御量を補正せずに圧縮機２１の回転数に応じて予め設定された開度となるように第１バイパス膨張弁５１の開度制御量を算出し、上記閾値を下回るときは、補正前（つまり補正無し）の開度よりも補正後の開度の方が小さくなるように第１バイパス膨張弁５１の開度制御量を算出する。開度制御量の補正量は固定値であってもよいし、高圧の検出値に応じて可変に設定されてもよい。

【0074】

続いて制御装置９０は、算出された開度制御量で第１バイパス膨張弁５１の開度を調整する（ＳＴ１０３）。これにより第１バイパス膨張弁５１が開き（図４の時刻Ｔ２）、算出された開度制御量で定まる目標開度に向かって段階的に開度が大きくなる。また、第１バイパス膨張弁５１の開度が大きくなるにしたがって、室内熱交換器２３における冷媒の圧力（凝縮圧力）も低下するが、室内の快適性を維持するのに必要な暖房能力が得られる圧力を確保できる。

【0075】

続いて制御装置９０は、室内機３から要求される必要運転能力（以下、暖房要求能力ともいう）の変更の有無を所定時間間隔で判定する（ＳＴ１０４）。室内機３からの暖房要求能力の変更指示が確認されたとき（ＳＴ１０４においてＹｅｓ）、制御装置９０は、変更された暖房要求能力に対応する回転数となるように圧縮機２１の回転数を変更するが、本実施形態では圧縮機２１の回転数の変更前後での冷媒の高圧の変化率を算出する。冷媒の高圧の変化率は、吐出圧力センサ７１の検出値の変化率に基づいて算出される。

【0076】

なお、暖房要求能力の変更指示がないとき（ＳＴ１０４においてＮｏ）は、第１バイパス膨張弁５１の入口側の冷媒温度（吐出温度センサ７３の検出値）と蓄熱材５７の温度（蓄熱回路温度センサ８０の検出値）との差が一定となるように、第１バイパス膨張弁５１の開度が制御される。

【0077】

図５に示すように、時刻Ｔ３において暖房要求能力の変更指示を受けたとき、制御装置９０は、圧縮機２１の回転数の変更前である現在（時刻Ｔ３）の冷媒の高圧を検出し、記憶部９２へ記憶する（ＳＴ１０５）。

【0078】

続いて制御装置９０は時刻Ｔ４において、変更された暖房要求能力に対応する目標回転数となるように圧縮機２１の回転数を変更する（ＳＴ１０６）。ここでは、暖房要求能力が増加する場合を例に挙げて説明するが、この場合は暖房要求能力の増加量（あるいは増加率）に対応する回転数となるように圧縮機２１の回転数を上昇させる。なお暖房要求能力が減少する場合にはその減少量（あるいは減少率）に対応する回転数となるように圧縮機２１の回転数を低下させる。

【0079】

圧縮機２１の回転数の上昇に伴い、圧縮機２１の吐出圧力が上昇するため、室内熱交換器２３を流れる冷媒の流量と圧力、および蓄熱回路５０を流れる冷媒の流量と圧力がいずれも上昇する（図５（Ｂ），（Ｄ）～（Ｆ）参照）。圧縮機２１の回転数が目標回転数に達したとき、制御装置９０は、圧縮機２１の回転数の変更後である現在（時刻Ｔ５）の冷媒の高圧を検出し、記憶部９２へ記憶する（ＳＴ１０７）。

【0080】

続いて制御装置９０は、ＳＴ１０５およびＳＴ１０７でそれぞれ検出した冷媒の高圧の変化率に基づいて、第１バイパス膨張弁５１の開度制御量を算出する（ＳＴ１０８）。ここでは、ＳＴ１０５で検出した圧縮機２１の回転数の変更前における高圧の検出値をＰ１とし、ＳＴ１０７で検出した圧縮機２１の回転数の変更後における高圧の検出値をＰ２としたとき、（Ｐ２－Ｐ１）／Ｐ１の式で算出される値を上記高圧の変化率と定義する。

【0081】

ここで、検出値Ｐ１の検出タイミングとしては、例えば、ＳＴ１０４において暖房要求能力の変更指示があると判定したときとされる。また、検出値Ｐ２の検出タイミングとしては、例えば、圧縮機２１の回転数変更の制御を開始してから、圧縮機２１の回転数が目標回転数に到達するのに必要な予め設定された所定期間の経過後とされる。なおこれに限定されず、所定周期（例えば１分）ごとに吐出圧力センサ７１の検出値を取得するようにしてもよく、この場合は圧縮機２１の回転数変更の制御開始直後に取得した検出値がＰ１とされ、圧縮機２１の回転数が目標回転数に到達直後に取得した検出値がＰ２とされる。

【0082】

制御装置９０は、高圧の検出値の変化率が正の値の場合は、第１バイパス膨張弁５１の開度が小さくなるように第１バイパス膨張弁５１の開度量を算出する。図５に示す例では圧縮機２１の回転数上昇により高圧が高くなる例を示しているため、高圧の検出値の変化率が正となり、したがって第１バイパス膨張弁４１の開度が小さくなるように第１バイパス膨張弁５１の開度が制御される（ＳＴ１０９、時刻Ｔ６）。

【0083】

これにより、蓄熱回路５０へ流入する冷媒の量および圧力が低下する（図５（Ｄ），（Ｇ）参照）。その結果、室内熱交換器２３へ流れる冷媒の流量および圧力が上昇するため（図５（Ｂ），（Ｅ）参照）、暖房能力の不足による室内の快適性の低下が抑えられる。

【0084】

なお、暖房要求能力が減少するときは、圧縮機２１の回転数が減少するため高圧の検出値の変化率が負となり、この場合は、第１バイパス膨張弁５１の開度が大きくなるように第１バイパス膨張弁５１の開度が制御される。これにより、蓄熱回路５０へ流入する冷媒の量および圧力が上昇するとともに、室内熱交換器２３へ流れる冷媒の流量および圧力が低下する。

【0085】

以後、ＳＴ１０４～ＳＴ１０９の処理を所定周期で繰り返し実行することにより、蓄熱暖房運転中における室内の快適性の低下を抑制しつつ、蓄熱回路５０に必要な量の冷媒を供給し続けることができる。

【0086】

以上のように本実施形態によれば、蓄熱暖房運転モードにおいて吐出圧力センサ７１により検出される冷媒の高圧の検出値の変化率に基づいて第１バイパス膨張弁５１の開度を制御するようにしているため、蓄熱暖房運転中に暖房要求能力が変化した場合でも、快適性の低下を抑制することができる。また、蓄熱暖房運転中に暖房要求能力が増大した場合でも、室内熱交換器２３へ快適性の低下を抑制できる十分な量の冷媒を供給することができるため、圧縮機２１の回転数を過剰に高くする必要がなくなり、これにより消費電力の増加を抑えることができる。

【0087】

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく種々変更を加え得ることは勿論である。

【0088】

例えば以上の実施形態では、室外機２に対して１台の室内機３が接続された冷凍サイクル装置を例に挙げて説明したが、これに限られず、室外機２に対して複数の室内機３が接続された冷凍サイクル装置にも本発明は適用可能である。

【0089】

また以上の実施形態では、冷媒の高圧の検出に吐出圧力センサ７１を用いたが、これに代えて、室内熱熱交換器２３を流れる冷媒の圧力（凝縮圧力）を検出可能なセンサが用いられてもよいし、補助熱交換器５３を流れる冷媒の圧力を検出可能なセンサが用いられてもよい。

【符号の説明】

【0090】

２…室外機
３…室内機
２０…冷媒回路
２１…圧縮機
２２…室外熱交換器
２３…室内熱交換器
２４…主膨張弁
４１…第１四方弁
４２…第２四方弁
５０…蓄熱回路
５１…第１バイパス膨張弁
５２…第２バイパス膨張弁
５３…補助熱交換器
５４…第１バイパス配管（バイパス流路）
５５…第２バイパス配管（バイパス流路）
５６…第３バイパス配管（バイパス流路）
５７…蓄熱材
７１…吐出圧力センサ（圧力センサ）
９０…制御装置（制御部）
１００…冷凍サイクル装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】