特許 7599560 冷凍サイクル装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-12-05

(45)【発行日】2024-12-13

(54)【発明の名称】冷凍サイクル装置

(51)【国際特許分類】

   F25B 39/02 20060101AFI20241206BHJP

   F24F 11/41 20180101ALI20241206BHJP

   F24F 11/42 20180101ALI20241206BHJP

   F25B 1/00 20060101ALI20241206BHJP

   F25B 47/00 20060101ALI20241206BHJP

   F25B 49/02 20060101ALI20241206BHJP

   F24F 110/12 20180101ALN20241206BHJP

   F24F 140/20 20180101ALN20241206BHJP

【ＦＩ】

F25B39/02 H ZAB

F24F11/41 230

F24F11/42

F25B1/00 331D

F25B1/00 396B

F25B47/00 A

F25B49/02 510B

F24F110:12

F24F140:20

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2023523862

(86)(22)【出願日】2021-05-27

(86)【国際出願番号】 JP2021020183

(87)【国際公開番号】W WO2022249394

(87)【国際公開日】2022-12-01

【審査請求日】2023-11-08

(73)【特許権者】

【識別番号】000006013

【氏名又は名称】三菱電機株式会社

(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】行徳 駿哉

(72)【発明者】

【氏名】門脇 仁隆

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 正紘

【審査官】笹木 俊男

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１５－２０６５６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－１３８９２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－２５７７４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０９－２５７３３４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ２５Ｂ １／００

Ｆ２５Ｂ ３９／０２

Ｆ２５Ｂ ４７／００ ～ ４７／０２

Ｆ２５Ｂ ４９／０２

Ｆ２４Ｆ １１／４１ ～ １１／４３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

冷凍サイクル装置であって、
圧縮機、凝縮器、第１膨張弁、および蒸発器が冷媒配管で接続された冷媒回路と、
前記冷媒配管を流れる非共沸冷媒とを備え、
前記非共沸冷媒が前記蒸発器を通過した場合に、前記蒸発器の入口と出口に温度差が発生し、
前記蒸発器は、
間隔を空けて積層されるフィン群と、
前記フィン群を前記フィン群の積層方向に貫通し内部に前記非共沸冷媒が流れる伝熱管とを備え、
前記フィン群は、
多湿環境において霜が付着しうる第１フィン部分と、
霜が付着せず通気が確保される第２フィン部分とを備え、
前記第１フィン部分は、前記蒸発器において予め定められた着霜領域に配置され、
前記第２フィン部分は、前記蒸発器において予め定められた非着霜領域に配置され、
前記冷凍サイクル装置は、
前記蒸発器において、前記着霜領域と前記非着霜領域の境界に配置された温度センサと、
前記冷媒回路を制御する制御装置とをさらに備え、
前記制御装置は、前記蒸発器と熱交換する空気の温度が０℃以上である場合に、前記伝熱管の前記第１フィン部分を貫通する部分を流れる前記非共沸冷媒の温度が０℃以下となり、前記第２フィン部分の伝熱管を流れる前記非共沸冷媒の温度が０℃以上かつ前記空気の温度以下となるように、前記冷媒回路を制御する、冷凍サイクル装置。

【請求項2】

前記制御装置は、前記境界の温度が０℃となるように、前記温度センサの出力に基づいて前記第１膨張弁の開度を制御するように構成される、請求項１に記載の冷凍サイクル装置。

【請求項3】

前記冷媒回路は、
前記凝縮器と前記第１膨張弁とを接続する前記冷媒配管から分岐点において分岐し、前記圧縮機に冷媒を戻すバイパス流路と、
前記バイパス流路に配置される第２膨張弁と、
前記凝縮器から前記分岐点に向けて流れる冷媒と、前記第２膨張弁を通過した冷媒との間で熱交換を行なう内部熱交換器とをさらに備える、請求項１に記載の冷凍サイクル装置。

【請求項4】

前記制御装置は、前記境界の温度が０℃となるように、前記温度センサの出力に基づいて前記第２膨張弁の開度を制御するように構成される、請求項３に記載の冷凍サイクル装置。

【請求項5】

前記冷媒回路は、
前記圧縮機の吐出口と前記凝縮器との間の前記冷媒配管から分岐し、前記第１膨張弁と前記蒸発器との間の前記冷媒配管に合流するバイパス流路と、
前記バイパス流路に配置される流量調整弁とをさらに備える、請求項１に記載の冷凍サイクル装置。

【請求項6】

前記制御装置は、前記境界の温度が０℃となるように、前記温度センサの出力に基づいて前記流量調整弁の開度を制御するように構成される、請求項５に記載の冷凍サイクル装置。

【請求項7】

前記冷媒回路は、
前記第１膨張弁と前記蒸発器とを接続する前記冷媒配管を流れる冷媒を加熱するヒータをさらに備える、請求項１に記載の冷凍サイクル装置。

【請求項8】

前記制御装置は、前記境界の温度が０℃となるように、前記温度センサの出力に基づいて前記ヒータの加熱量を制御するように構成される、請求項７に記載の冷凍サイクル装置。

【請求項9】

前記圧縮機の吐出口と前記凝縮器とを接続する前記冷媒配管の一部分は、
第１流路と、
前記第１流路に並列に設けられる第２流路とを備え、
前記冷媒回路は、
前記第１膨張弁から前記蒸発器に向けて流れる冷媒と、前記第２流路を流れる冷媒との間で熱交換を行なう内部熱交換器と、
前記圧縮機から吐出された冷媒を前記第１流路に流すか前記第２流路に流すかを切替える流路切替装置とをさらに備える、請求項１に記載の冷凍サイクル装置。

【請求項10】

前記制御装置は、前記境界の温度が０℃となるように、前記温度センサの出力に基づいて前記流路切替装置を制御するように構成される、請求項９に記載の冷凍サイクル装置。

【請求項11】

前記圧縮機の吐出口と吸入口を入れ替えて前記冷媒回路に接続可能な四方弁をさらに備え、
前記四方弁は、前記冷媒回路に流れる冷媒の流通方向を、前記圧縮機、前記凝縮器、前記第１膨張弁、前記蒸発器の順に流す第１方向と、前記圧縮機、前記蒸発器、前記第１膨張弁、前記凝縮器の順に流す第２方向とに切替えることが可能である、請求項１～１０のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、冷凍サイクル装置に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、ＧＷＰ（地球温暖化係数）が低い冷媒を使用することが求められている。しかし、ＧＷＰの低減と性能の維持を両立させることは難しく、冷媒の一長一短を補うために、２種類以上の冷媒を混合した混合冷媒の使用が検討されている。沸点が異なる冷媒が混合された非共沸混合冷媒の場合、ｐ－ｈ線図上で二相領域に等温線に傾きが生じることが知られている。

【0003】

特開２０１８－２１７２１号公報（特許文献１）は、非共沸混合冷媒を用いる冷凍サイクル装置において、蒸発器全体における温度分布の偏りを低減した冷凍サイクル装置を開示する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１８－２１７２１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

たとえば、外気温度が２℃前後で行なわれる低温多湿の暖房運転時には、着霜による暖房能力低下が懸念される。そのため、一般に、空調システムを導入する際には、低温多湿条件における無着霜状態で発揮されうる最大能力を、十分に余裕があるようにシステム設計しておく。そして、着霜時には、圧縮機の運転周波数を増加させ冷媒循環量を増加させることによって着霜による暖房能力低下を回避する。

【0006】

しかし、圧縮機周波数が最大となり着霜による能力低下が起きると除霜運転を行なう。その間、負荷側に低温の冷媒が流入し温度が低下し、負荷側の快適性を損ねるという課題がある。また、１回の暖房運転時間とその後の除霜時間の合計の周期すなわち除霜周期が短くなることにより、積算加熱能力が低下し、平均成績係数（Coefficient Of Performance：ＣＯＰ）が低下する課題がある。低温多湿時の暖房運転では、冷媒の蒸発温度が外気よりも低く、着霜することは避けられないため、着霜を抑制しながら除霜周期を延長する技術が求められる。

【0007】

本開示の目的は、着霜を抑制しながら除霜周期を延長することができる冷凍サイクル装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本開示は、冷凍サイクル装置に関する。冷凍サイクル装置は、圧縮機、凝縮器、第１膨張弁、および蒸発器が冷媒配管で接続された冷媒回路と、冷媒配管を流れる非共沸冷媒とを備える。非共沸冷媒が蒸発器を通過した場合に、蒸発器の入口と出口に温度差が発生する。蒸発器は、間隔を空けて積層されるフィン群と、フィン群をフィン群の積層方向に貫通し内部に非共沸冷媒が流れる伝熱管とを備える。フィン群は、多湿環境において霜が付着しうる第１フィン部分と、霜が付着せず通気が確保される第２フィン部分とを備える。

【発明の効果】

【0009】

本開示の冷凍サイクル装置によれば、低温多湿の暖房運転において、着霜を抑制することができ、除霜周期を延長できるため、負荷側の快適性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の構成を示す図である。

【図2】共沸冷媒を用いた検討例における冷凍サイクル装置のｐ－ｈ線図である。

【図3】共沸冷媒を用いた検討例における室外熱交換器の着霜領域を示す図である。

【図4】非共沸冷媒を用いる本実施の形態の冷凍サイクル装置のｐ－ｈ線図である。

【図5】非共沸冷媒を用いる本実施の形態の室外熱交換器の構成と着霜領域を示す図である。

【図6】図５に示した室外熱交換器を正面から見た図である。

【図7】検討例と本実施の形態の冷凍サイクル装置との除霜周期の違いについて説明するための図である。

【図8】実施の形態２に係る冷凍サイクル装置の構成を示す図である。

【図9】温度センサ１１１の配置を説明するための図である。

【図10】温度センサ１１１の取り付け位置の決定について説明するための図である。

【図11】実施の形態２において制御装置が実行する処理を説明するためのフローチャートである。

【図12】実施の形態２における冷凍サイクルの変化を説明するためのｐ－ｈ線図である。

【図13】実施の形態３に係る冷凍サイクル装置の構成を示す図である。

【図14】実施の形態３において制御装置が実行する処理を説明するためのフローチャートである。

【図15】実施の形態３における冷凍サイクルの変化を説明するためのｐ－ｈ線図である。

【図16】実施の形態４に係る冷凍サイクル装置の構成を示す図である。

【図17】実施の形態４において制御装置が実行する処理を説明するためのフローチャートである。

【図18】実施の形態４における冷凍サイクルの変化を説明するためのｐ－ｈ線図である。

【図19】実施の形態５に係る冷凍サイクル装置の構成を示す図である。

【図20】実施の形態５において制御装置が実行する処理を説明するためのフローチャートである。

【図21】実施の形態５における冷凍サイクルの変化を説明するためのｐ－ｈ線図である。

【図22】実施の形態６に係る冷凍サイクル装置の構成を示す図である。

【図23】実施の形態６において制御装置が実行する処理を説明するためのフローチャートである。

【図24】実施の形態６における冷凍サイクルの変化を説明するためのｐ－ｈ線図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

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、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。なお、以下の図は各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。

【0012】

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の構成を示す図である。冷凍サイクル装置１００は、圧縮機１０と、室内熱交換器２０と、膨張弁ＬＥＶ１と、室外熱交換器４０と、配管５１～５６と、四方弁５０とを含む冷媒回路８０を備える。四方弁５０は、ポートＰ１～Ｐ４を有する。

【0013】

配管５１は、圧縮機１０の吐出口と四方弁５０のポートＰ１との間に接続される。配管５２は、四方弁５０のポートＰ３と室内熱交換器２０のポートＰ１との間に接続される。配管５３は、室内熱交換器２０と膨張弁ＬＥＶ１との間に接続される。配管５４は、ＬＥＶ１と室外熱交換器４０との間に接続される。

【0014】

配管５５は、室外熱交換器４０のポートのＰ２と四方弁５０のポートＰ４との間に接続される。配管５６は、圧縮機１０の吸入口と四方弁５０のポートＰ２との間に接続される。

【0015】

圧縮機１０は、図示しない制御装置から受ける制御信号によって運転周波数を変更するように構成される。具体的には、圧縮機１０は、インバータ制御された回転速度が可変の駆動モータを内蔵しており、運転周波数が変更されると駆動モータの回転速度が変化する。圧縮機１０の運転周波数を変更することにより圧縮機１０の出力が調整される。圧縮機１０には種々のタイプ、たとえば、ロータリータイプ、往復タイプ、スクロールタイプ、スクリュータイプ等のものを採用することができる。

【0016】

四方弁５０は、図示しない制御装置から受ける制御信号によって冷房運転状態および暖房運転状態のいずれかになるように制御される。暖房運転状態は、実線に示すようにポートＰ１とポートＰ３とが連通し、ポートＰ２とポートＰ４とが連通する状態である。冷房運転状態は、破線に示すように、ポートＰ１とポートＰ４とが連通し、ポートＰ２とポートＰ３とが連通する状態である。

【0017】

暖房運転状態で圧縮機１０を運転することによって、圧縮機１０、室内熱交換器２０、ＬＥＶ１、室外熱交換器４０、圧縮機１０の順に冷媒が冷媒回路中を循環する。また、冷房運転状態で圧縮機１０を運転することによって、圧縮機１０、室外熱交換器４０、ＬＥＶ１、室内熱交換器２０、圧縮機１０の順に冷媒が冷媒回路中を循環する。

【0018】

図２は、共沸冷媒を用いた検討例における冷凍サイクル装置のｐ－ｈ線図である。図３は、共沸冷媒を用いた検討例における室外熱交換器の着霜領域を示す図である。

【0019】

図２に示すように、共沸冷媒を用いた場合、二相域での温度上昇がないので、低温多湿の暖房運転において室外熱交換器４０の吸込空気が触れる前面に均一に着霜する。このような場合は、着霜により風路が狭まり、室外熱交換器４０からの吹出空気の風量は減少する。したがって、風路が閉塞する前に除霜を頻繁に行なう必要があり、除霜周期は短い。

【0020】

図４は、非共沸冷媒を用いる本実施の形態の冷凍サイクル装置のｐ－ｈ線図である。図５は、非共沸冷媒を用いる本実施の形態の室外熱交換器の構成と着霜領域を示す図である。図６は、図５に示した室外熱交換器を正面から見た図である。

【0021】

図４のｐ－ｈ線図に示すように、非共沸冷媒を使用すると、二相領域において、等温線に傾きがあるため、暖房運転において室外熱交換器４０の冷媒流入部の温度が－５℃であっても冷媒出口部の温度は０．５℃にすることができる。これは、室外熱交換器４０の一部分の温度を０℃以上にできることを意味する。本実施の形態では、外気温が２℃前後の低温多湿の暖房運転において、図４に示すような温度分布となるように、冷凍サイクル装置を運転する。

【0022】

図５に示すように、配管５４から室外熱交換器４０に冷媒が流入し、室外熱交換器４０から配管５５に冷媒が流出する。空気を吸い込む側を前面とすると、室外熱交換器４０は、前面に第１列のフィン群Ｌ１が配置され、背面に第２列のフィン群Ｌ２が配置されている。フィン群Ｌ１，Ｌ２のいずれにも６本を単位とする冷媒通路となる配管が平行に配置され側面において配管が接続されている。この６本の配管をフィン群Ｌ１では上から順に伝熱管Ｒ１～Ｒ６とし、フィン群Ｌ２では、下から順に伝熱管Ｒ７～Ｒ１２と呼ぶこととする。

【0023】

図５、図６に示されているように、第１列のフィン群Ｌ１の最上部の伝熱管Ｒ１の右側から冷媒が流入し、伝熱管Ｒ１を右から左に冷媒が流れ、接続配管Ｃ１２を経由して、伝熱管Ｒ２を左から右に冷媒が流れ、冷媒が一往復する。

【0024】

伝熱管Ｒ２から流出した冷媒は、接続配管Ｃ２３を経由して、伝熱管Ｒ３を右から左に流れる。そして、接続配管Ｃ３４を経由して、伝熱管Ｒ４を左から右に冷媒が流れ、冷媒がさらに一往復する。

【0025】

伝熱管Ｒ４から流出した冷媒は、接続配管Ｃ４５を経由して、伝熱管Ｒ５を右から左に流れる。そして、接続配管Ｃ５６を経由して、伝熱管Ｒ６を左から右に冷媒が流れ、冷媒がさらに一往復する。

【0026】

図５に示される伝熱管Ｒ７～Ｒ１２についても同様に冷媒が図６の左右方向に３往復している。しかし、伝熱管Ｒ７～Ｒ１２は、下の段から上に向けて順に冷媒が流れる点が、伝熱管Ｒ１～Ｒ６と異なる。

【0027】

すなわち、伝熱管Ｒ６から流出した冷媒は、接続配管Ｃ６７を経由して、伝熱管Ｒ７を図６の右から左に流れる。そして、接続配管を経由して、伝熱管Ｒ８を左から右に冷媒が流れ、冷媒がさらに一往復する。

【0028】

伝熱管Ｒ８から流出した冷媒は、接続配管Ｃ８９を経由して、伝熱管Ｒ９を図６の右から左に流れる。そして、接続配管を経由して、伝熱管Ｒ１０を左から右に流れ、冷媒がさらに一往復する。

【0029】

伝熱管Ｒ１０から流出した冷媒は、接続配管Ｃ１０１１を経由して、伝熱管Ｒ１１を図６の右から左に流れる。そして、接続配管を経由して、伝熱管Ｒ１２を左から右に冷媒が流れ、冷媒がさらに一往復し、配管５５に送られる。

【0030】

以上のような構成の室外熱交換器４０に非共沸冷媒を適用すると、外気温が２℃前後の低温多湿の暖房運転において、霜が付着しうる着霜領域Ａ１と霜が付かない非着霜領域Ａ２に分けることができる。このため、着霜領域Ａ１では、吹出空気の風量は低下しても、非着霜領域Ａ２では、吹出空気の風量を確保することができる。このように、室外熱交換器４０に偏着霜させることによって、除霜周期を延長できる。

【0031】

図７は、検討例と本実施の形態の冷凍サイクル装置との除霜周期の違いについて説明するための図である。図２，図３に示した比較例の冷凍サイクル装置の能力Ｊ０、圧縮機周波数Ｆ０、着霜量Ｇ０と、図４～図６に示した本実施の形態の冷凍サイクル装置の能力Ｊ１、圧縮機周波数Ｆ１、着霜量Ｇ１とが図７に示されている。

【0032】

比較例のように、全面に着霜する場合は、時刻ｔ０～ｔ１において着霜量Ｇ０＞Ｇ１である。またこれに伴い、必要な能力を確保するために、圧縮機周波数Ｆ０は時刻ｔ１で最大周波数（上限周波数）に達する。このため、時刻ｔ１～ｔ３において着霜量Ｇ０の増加に従って、能力Ｊ０は早期に低下してしまい、時刻ｔ３では除霜が必要となり除霜が開始される。

【0033】

これに対して、本実施の形態では、着霜量Ｇ１が着霜量Ｇ０より少なく、圧縮機周波数Ｆ１が上限に達するのは、時刻ｔ１よりも後の時刻ｔ２となる。このため、除霜開始が必要になる値まで能力Ｊ１が低下するのも、時刻ｔ３より後のｔ４となる。その後の除霜時間は比較例の場合も本実施の形態の場合もほぼ一定であるので、暖房運転時間が長い本実施の形態の方が比較例よりも除霜周期が長くなる。したがって、本実施の形態の冷凍サイクル装置は、除霜周期の延長による負荷側の快適性が向上するとともに、平均ＣＯＰが向上する。

【0034】

実施の形態２．
図８は、実施の形態２に係る冷凍サイクル装置の構成を示す図である。図８に示す冷凍サイクル装置１１０は、図１の冷凍サイクル装置１００の構成に加えて、制御装置９０と、温度センサ１１１とをさらに備える。他の構成については、図１で説明しているので、ここでは説明は繰り返さない。

【0035】

制御装置９０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）９１と、メモリ９２（ＲＯＭ（Read Only Memory）およびＲＡＭ（Random Access Memory））と、入出力バッファ（図示せず）等を含んで構成される。ＣＰＵ９１は、ＲＯＭに格納されているプログラムをＲＡＭ等に展開して実行する。ＲＯＭに格納されるプログラムは、制御装置９０の処理手順が記されたプログラムである。制御装置９０は、これらのプログラムに従って、冷凍サイクル装置１１０における各機器の制御を実行する。この制御については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア（電子回路）で処理することも可能である。特に、制御装置９０は、温度センサ１１１の出力に応じて、ＬＥＶ１を制御するように構成される。

【0036】

図９は、温度センサ１１１の配置を説明するための図である。図９には、図５に示した室外熱交換器４０に温度センサ１１１が配置された様子が示されている。室外熱交換器４０については、図４～図６で説明しているので、ここでは説明は繰り返さない。

【0037】

温度センサ１１１は、室外熱交換器４０の着霜領域Ａ１にしたい部分と非着霜領域Ａ２にしたい部分の境界に配置される。そして温度センサ１１１の検出温度が０℃となるように冷凍サイクル装置を制御すれば、低温多湿時の暖房運転では、着霜領域Ａ１に霜が付き、非着霜領域Ａ２には霜が付かないので、非着霜領域Ａ２における通風が確保でき、適切に除霜周期を延ばすことができる。着霜領域Ａ１と非着霜領域Ａ２の境界は、低温低湿時に低負荷暖房を実行するのに適切なように、予め実験的に定めることができる。

【0038】

図１０は、温度センサ１１１の取り付け位置の決定について説明するための図である。図１０の実線に示すように、予め低温多湿の運転条件で、最大周波数における着霜面積と能力の関係を求めておく。温度センサ１１１の取り付け位置は、着霜領域Ａ１の面積が低温多湿の運転時における必要能力が発揮される着霜面積Ｓ（Ａ１）となるよう取り付け位置を決定する。

【0039】

図１１は、実施の形態２において制御装置が実行する処理を説明するためのフローチャートである。制御装置９０は、室外熱交換器４０に取り付けた温度センサ１１１が検出する温度Ｔｓｅｎが着霜温度Ｔｆｒｏより低いか否かを判断する（ステップＳ１）。着霜温度Ｔｆｒｏは、たとえば０℃とすることができる。

【0040】

Ｔｓｅｎ＜Ｔｆｒｏが成立しない間は（Ｓ１でＮＯ）、制御装置９０はステップＳ１の処理を繰り返す。Ｔｓｅｎ＜Ｔｆｒｏが成立した場合（Ｓ１でＹＥＳ）、制御装置９０は、Ｔｓｅｎ≧ＴｆｒｏとなるようにＬＥＶ１の開度を増加させる（Ｓ２）。

【0041】

図１２は、実施の形態２における冷凍サイクルの変化を説明するためのｐ－ｈ線図である。ステップＳ２において、ＬＥＶ１の開度を増加すると、負荷側熱交換器出口の過冷却度が減少し、冷凍サイクルはｐ－ｈ線図上において実線ＣＹ１で示す状態から破線ＣＹ２で示す状態に変化する。

【0042】

このときに圧縮機周波数Ｆが最大値Ｆｍａｘに至る前までは（Ｓ３でＮＯ）、暖房能力Ｑが目標暖房能力Ｑｔａｒとなるように、制御装置９０は圧縮機周波数Ｆを調整し（Ｓ５）、再びステップＳ１からの処理を実行する。

【0043】

一方、圧縮機周波数Ｆが最大値Ｆｍａｘに至った場合は（Ｓ３でＹＥＳ）、目標能力に未達となるので、制御装置９０は除霜判定を実施する。除霜の要否は、暖房の連続運転時間、暖房時に許容される能力低下割合（低圧部冷媒圧力低下）などに基づいて判定することができる。

【0044】

除霜が不要な場合は（Ｓ４でＮＯ）、制御装置９０は、再びステップＳ１からの処理を実行する。除霜が必要な場合は（Ｓ４でＹＥＳ）、制御装置９０は、除霜運転を開始する。

【0045】

以上説明したように、実施の形態２の冷凍サイクル装置は、低温多湿の暖房運転において、室外熱交換器４０の冷媒入口のエンタルピーを増加させ、非共沸冷媒の温度勾配を利用して温度を上昇させる。これにより、室外熱交換器４０の一部の領域のみに着霜させ、除霜周期を延長する。特に、室外熱交換器４０の着霜領域と非着霜領域との境界部分に温度センサ１１１を配置したので、正確に着霜領域を制御できる。

【0046】

実施の形態３．
図１３は、実施の形態３に係る冷凍サイクル装置の構成を示す図である。図１３に示す冷凍サイクル装置１２０では、図８の冷凍サイクル装置１１０の構成に加えて、冷媒回路８０が、内部熱交換器１２１と、膨張弁ＬＥＶ２とをさらに備える。配管５３を流れる冷媒の一部がバイパス流路６１に分岐され、膨張弁ＬＥＶ２によって減圧され、圧縮機１０に戻される。なお、図１３では、冷媒は圧縮機１０の中間圧ポートに戻されるが、圧縮機１０の吸入口に戻されるようにバイパス流路が構成されても良い。内部熱交換器１２１は、室内熱交換器２０から流出した冷媒と、バイパス流路６１において、膨張弁ＬＥＶ２によって減圧された後の冷媒との間で熱交換を行なうように構成される。他の構成については、図８で説明しているので、ここでは説明は繰り返さない。

【0047】

図１４は、実施の形態３において制御装置が実行する処理を説明するためのフローチャートである。図１４のフローチャートの処理は、図１１に示したフローチャートの処理において、ステップＳ２に代えてステップＳ１２を含む。他の部分の処理については、図１１で説明しているので、ここではステップＳ１２について説明する。

【0048】

図１１の処理では、温度センサ１１１で検出されたＴｓｅｎ≧ＴｆｒｏとなるようにＬＥＶ１の開度を増加させた（Ｓ２）が、図１４の処理では、Ｔｓｅｎ＜Ｔｆｒｏとなったときに（Ｓ１でＹＥＳ）、Ｔｓｅｎ≧ＴｆｒｏとなるようにＬＥＶ２の開度を減少させる（Ｓ１２）。

【0049】

図１５は、実施の形態３における冷凍サイクルの変化を説明するためのｐ－ｈ線図である。ステップＳ１２において、ＬＥＶ２の開度を減少させると、内部熱交換器１２１の出口の過冷却度が減少し、冷凍サイクルはｐ－ｈ線図上において実線ＣＹ１１で示す状態から破線ＣＹ１２で示す状態に変化する。

【0050】

このようにして、実施の形態３では、ＬＥＶ２の開度を変更することによって、温度センサ１１１が配置されている部分を０℃付近に保ち、着霜領域Ａ１と非着霜領域Ａ２の境界を意図通りに保つようにしている。

【0051】

そして、運転中に圧縮機周波数Ｆが最大値Ｆｍａｘとなり、目標能力に到達しない状態となると、除霜判定（Ｓ４）を経て除霜運転を開始する。

【0052】

実施の形態３のような構成および制御とすることによっても、室外熱交換器４０の一部の領域のみに着霜させ、除霜周期を延長することができる。

【0053】

実施の形態４．
図１６は、実施の形態４に係る冷凍サイクル装置の構成を示す図である。図１６に示す冷凍サイクル装置１３０では、図８の冷凍サイクル装置１１０の構成に加えて、冷媒回路８０が、バイパス流路６２と、膨張弁ＬＥＶ３とをさらに備える。配管５１を流れる吐出ガス冷媒の一部がバイパス流路６２に分岐点ＢＰ２において分岐され、膨張弁ＬＥＶ３によって流量が調整され、配管５４の冷媒に合流点ＭＰ２において合流する。他の構成については、図８で説明しているので、ここでは説明は繰り返さない。

【0054】

図１７は、実施の形態４において制御装置が実行する処理を説明するためのフローチャートである。図１７のフローチャートの処理は、図１１に示したフローチャートの処理において、ステップＳ２に代えてステップＳ２２を含む。他の部分の処理については、図１１で説明しているので、ここではステップＳ２２について説明する。

【0055】

図１１の処理では、温度センサ１１１で検出されたＴｓｅｎ≧ＴｆｒｏとなるようにＬＥＶ１の開度を増加させた（Ｓ２）が、図１７の処理では、Ｔｓｅｎ＜Ｔｆｒｏとなったときに（Ｓ１でＹＥＳ）、Ｔｓｅｎ≧ＴｆｒｏとなるようにＬＥＶ３の開度を増加させる（Ｓ２２）。

【0056】

図１８は、実施の形態４における冷凍サイクルの変化を説明するためのｐ－ｈ線図である。ステップＳ２２において、ＬＥＶ３の開度を増加させると、室外熱交換器４０に流入する二相冷媒に合流するバイパス流路６２の冷媒が増加し、室外熱交換器４０の入口部分の温度を上昇させる。冷凍サイクルは図１８に示すｐ－ｈ線図上において矢印ＣＹ２１，ＣＹ２２で示すように吐出ガスの一部が冷媒に合流することによって、室外熱交換器４０の入口部分の冷媒の比エンタルピーも増加する。

【0057】

このようにして、実施の形態４では、ＬＥＶ３の開度を変更することによって、温度センサ１１１が配置されている部分を０℃付近に保ち、着霜領域Ａ１と非着霜領域Ａ２の境界を意図通りに保つようにしている。

【0058】

そして、運転中に圧縮機周波数Ｆが最大値Ｆｍａｘとなり、目標能力に到達しない状態となると、除霜判定（Ｓ４）を経て除霜運転を開始する。

【0059】

実施の形態４のような構成および制御とすることによっても、室外熱交換器４０の一部の領域のみに着霜させ、除霜周期を延長することができる。

【0060】

実施の形態５．
図１９は、実施の形態５に係る冷凍サイクル装置の構成を示す図である。図１９に示す冷凍サイクル装置１４０では、図８の冷凍サイクル装置１１０の構成に加えて、冷媒回路８０がヒータ１４１をさらに備える。ヒータ１４１は、配管５４を流れる冷媒を加熱することが可能である。他の構成については、図８で説明しているので、ここでは説明は繰り返さない。

【0061】

図２０は、実施の形態５において制御装置が実行する処理を説明するためのフローチャートである。図２０のフローチャートの処理は、図１１に示したフローチャートの処理において、ステップＳ２に代えてステップＳ３２を含む。他の部分の処理については、図１１で説明しているので、ここではステップＳ３２について説明する。

【0062】

図１１の処理では、温度センサ１１１で検出されたＴｓｅｎ≧ＴｆｒｏとなるようにＬＥＶ１の開度を増加させた（Ｓ２）が、図２０の処理では、Ｔｓｅｎ＜Ｔｆｒｏとなったときに（Ｓ１でＹＥＳ）、Ｔｓｅｎ≧Ｔｆｒｏとなるようにヒータ１４１の加熱量を増加させる（Ｓ３２）。

【0063】

図２１は、実施の形態５における冷凍サイクルの変化を説明するためのｐ－ｈ線図である。ステップＳ３２において、ヒータ１４１の加熱量を増加させると、室外熱交換器４０に流入する冷媒の温度が上昇し、室外熱交換器４０の入口部分の温度が上昇する。冷凍サイクルは図２１に示すｐ－ｈ線図上においてＣＹ３１からＣＹ３２に示すように変化し、図中の矢印に示すように室外熱交換器４０の入口部分の冷媒の比エンタルピーも増加する。

【0064】

このようにして、実施の形態５では、ヒータ１４１の加熱量を変更することによって、温度センサ１１１が配置されている部分を０℃付近に保ち、着霜領域Ａ１と非着霜領域Ａ２の境界を意図通りに保つようにしている。

【0065】

そして、運転中に圧縮機周波数Ｆが最大値Ｆｍａｘとなり、目標能力に到達しない状態となると、除霜判定（Ｓ４）を経て除霜運転を開始する。

【0066】

実施の形態５のような構成および制御とすることによっても、室外熱交換器４０の一部の領域のみに着霜させ、除霜周期を延長することができる。

【0067】

実施の形態６．
図２２は、実施の形態６に係る冷凍サイクル装置の構成を示す図である。図２２に示す冷凍サイクル装置１５０では、図８の冷凍サイクル装置１１０の構成に加えて、冷媒回路８０が三方弁１５２と内部熱交換器１５１とをさらに備える。三方弁１５２は、配管５１の途中に設けられ、制御装置９０からの制御信号に応じて、圧縮機１０から吐出された冷媒を、四方弁のポートＰ１に直接送るか、内部熱交換器１５１を経由させて送るかを切替える流路切替装置である。内部熱交換器１５１は、配管５４を流れる冷媒と、三方弁１５２を経由して圧縮機１０から送られる冷媒との間の熱交換を行なうように構成される。他の構成については、図８で説明しているので、ここでは説明は繰り返さない。

【0068】

図２３は、実施の形態６において制御装置が実行する処理を説明するためのフローチャートである。図２３のフローチャートの処理は、図１１に示したフローチャートの処理において、ステップＳ２に代えてステップＳ４２を含む。他の部分の処理については、図１１で説明しているので、ここではステップＳ４２について説明する。

【0069】

図１１の処理では、温度センサ１１１で検出されたＴｓｅｎ≧ＴｆｒｏとなるようにＬＥＶ１の開度を増加させた（Ｓ２）が、図２０の処理では、Ｔｓｅｎ＜Ｔｆｒｏとなったときに（Ｓ１でＹＥＳ）、圧縮機１０から吐出された冷媒が内部熱交換器１５１に流通するように、三方弁１５２を切替える（Ｓ４２）。これにより、冷媒回路８０の状態がＴｓｅｎ≧Ｔｆｒｏとなる状態になるか、またはそのような状態に近づく。

【0070】

図２４は、実施の形態６における冷凍サイクルの変化を説明するためのｐ－ｈ線図である。ステップＳ４２において、吐出冷媒を内部熱交換器１５１に導入するように三方弁１５２を切替えると、冷凍サイクルは図２４に示すｐ－ｈ線図上においてＣＹ４１からＣＹ４２に示すように変化する。すなわち、ＣＹ４２に示されるように、圧縮機１０から吐出された冷媒は、室内熱交換器２０に流入するまでに矢印ＣＹ４２Ａに示されるように熱を放出する。ＬＥＶ１を通過した冷媒は、矢印ＣＹ４２Ｂに示されるようにこの熱を受け取るので、室外熱交換器４０に流入する冷媒の温度が上昇する。

【0071】

このようにして、実施の形態６では、内部熱交換器１５１を経由するように吐出冷媒の送り先を変更することによって、温度センサ１１１が配置されている部分を０℃付近に保ち、着霜領域Ａ１と非着霜領域Ａ２の境界を意図通りに保つようにしている。

【0072】

そして、運転中に圧縮機周波数Ｆが最大値Ｆｍａｘとなり、目標能力に到達しない状態となると、除霜判定（Ｓ４）を経て除霜運転を開始する。

【0073】

実施の形態６のような構成および制御とすることによっても、室外熱交換器４０の一部の領域のみに着霜させ、除霜周期を延長することができる。

【0074】

（まとめ）
以上の実施の形態について、再び図面を参照して総括する。

【0075】

本開示は、冷凍サイクル装置１００に関する。図１に示す冷凍サイクル装置１００は、圧縮機１０、室内熱交換器２０（凝縮器）、第１膨張弁ＬＥＶ１、および室外熱交換器４０（蒸発器）が冷媒配管５１～５６で接続された冷媒回路８０と、冷媒配管５１～５６を流れる非共沸冷媒とを備える。非共沸冷媒が室外熱交換器４０（蒸発器）を通過した場合に、室外熱交換器４０（蒸発器）の入口と出口に温度差が生じる。図５、図６に示すように、室外熱交換器４０（蒸発器）は、間隔を空けて積層されるフィン群Ｌ１，Ｌ２と、フィン群Ｌ１，Ｌ２をフィン群Ｌ１，Ｌ２の積層方向に貫通し内部に非共沸冷媒が流れる伝熱管Ｒ１～Ｒ１２とを備える。フィン群Ｌ１，Ｌ２は、多湿環境において霜が付着しうる第１フィン部分（着霜領域Ａ１）と、霜が付着せず通気が確保される第２フィン部分（非着霜領域Ａ２）とを備える。

【0076】

好ましくは、冷凍サイクル装置１００は、冷媒回路８０を制御する制御装置９０をさらに備える。図４，図５で説明したように、制御装置９０は、伝熱管の第１フィン部分を貫通する部分（伝熱管Ｒ１～Ｒ３）を流れる非共沸冷媒の温度は０度以下となり、第２フィン部分の伝熱管（伝熱管Ｒ４～Ｒ１２）を流れる非共沸冷媒の温度は０度以上となるように、冷媒回路８０を制御する。

【0077】

好ましくは、図８、図９に示すように、第１フィン部分は、室外熱交換器４０（蒸発器）において予め定められた着霜領域Ａ１に配置される。第２フィン部分は、室外熱交換器４０（蒸発器）において予め定められた非着霜領域Ａ２に配置される。冷凍サイクル装置１１０は、室外熱交換器４０（蒸発器）において、着霜領域Ａ１と非着霜領域Ａ２の境界に配置された温度センサ１１１をさらに備える。制御装置９０は、着霜領域Ａ１と非着霜領域Ａ２の境界の温度が０℃となるように、温度センサ１１１の出力に基づいて第１膨張弁ＬＥＶ１の開度を制御するように構成される。

【0078】

好ましくは、図１３に示す冷凍サイクル装置１２０において、冷媒回路８０は、室内熱交換器２０（凝縮器）と第１膨張弁ＬＥＶ１とを接続する冷媒配管５３から分岐点ＢＰ１において分岐し、圧縮機１０に冷媒を戻すバイパス流路６１と、バイパス流路６１に配置される第２膨張弁ＬＥＶ２と、室内熱交換器２０（凝縮器）から分岐点ＢＰ１に向けて流れる冷媒と、第２膨張弁ＬＥＶ２を通過した冷媒との間で熱交換を行なう内部熱交換器１２１とをさらに備える。

【0079】

好ましくは、図８、図９に示すように、第１フィン部分は、室外熱交換器４０（蒸発器）において予め定められた着霜領域Ａ１に配置される。第２フィン部分は、室外熱交換器４０（蒸発器）において予め定められた非着霜領域Ａ２に配置される。図１３に示す冷凍サイクル装置１２０は、室外熱交換器４０（蒸発器）において、着霜領域Ａ１と非着霜領域Ａ２の境界に配置された温度センサ１１１をさらに備える。制御装置９０は、着霜領域Ａ１と非着霜領域Ａ２の境界の温度が０℃となるように、図１４に示すように、温度センサ１１１の出力に基づいて第２膨張弁ＬＥＶ２の開度を制御するように構成される。

【0080】

好ましくは、図１６に示す冷凍サイクル装置１３０において、冷媒回路８０は、圧縮機１０の吐出口と室内熱交換器２０（凝縮器）との間の冷媒配管から分岐し、第１膨張弁ＬＥＶ１と室外熱交換器４０（蒸発器）とを接続する冷媒配管に合流するバイパス流路６２と、バイパス流路６２に配置される流量調整弁として働く膨張弁ＬＥＶ３とをさらに備える。

【0081】

より好ましくは、図８、図９に示すように、第１フィン部分は、室外熱交換器４０（蒸発器）において予め定められた着霜領域Ａ１に配置される。第２フィン部分は、室外熱交換器４０（蒸発器）において予め定められた非着霜領域Ａ２に配置される。図１６に示す冷凍サイクル装置１３０は、室外熱交換器４０（蒸発器）において、着霜領域Ａ１と非着霜領域Ａ２の境界に配置された温度センサ１１１をさらに備える。制御装置９０は、着霜領域Ａ１と非着霜領域Ａ２の境界の温度が０℃となるように、図１７に示すように、温度センサ１１１の出力に基づいてＬＥＶ３の開度を制御するように構成される。

【0082】

好ましくは、図１９に示す冷凍サイクル装置１４０において、冷媒回路８０は、第１膨張弁ＬＥＶ１と室外熱交換器４０（蒸発器）とを接続する冷媒配管５４を流れる冷媒を加熱するヒータ１４１をさらに備える。

【0083】

より好ましくは、図８、図９に示すように、第１フィン部分は、室外熱交換器４０（蒸発器）において予め定められた着霜領域Ａ１に配置される。第２フィン部分は、室外熱交換器４０（蒸発器）において予め定められた非着霜領域Ａ２に配置される。図１９に示す冷凍サイクル装置１４０は、室外熱交換器４０（蒸発器）において、着霜領域Ａ１と非着霜領域Ａ２の境界に配置された温度センサ１１１をさらに備える。制御装置９０は、着霜領域Ａ１と非着霜領域Ａ２の境界の温度が０℃となるように、図２０に示すように、温度センサ１１１の出力に基づいてヒータ１４１の加熱量を制御するように構成される。

【0084】

好ましくは、図２２に示す冷凍サイクル装置１５０において、圧縮機１０の吐出口と室内熱交換器２０（凝縮器）とを接続する冷媒配管の一部分である冷媒配管５１は、第１流路５１Ａと、第１流路５１Ａに並列に設けられる第２流路５１Ｂとを備える。冷媒回路８０は、第１膨張弁ＬＥＶ１から室外熱交換器４０（蒸発器）に向けて流れる冷媒と、第２流路５１Ｂを流れる冷媒との間で熱交換を行なう内部熱交換器１５１と、圧縮機１０から吐出された冷媒を第１流路５１Ａに流すか第２流路５１Ｂに流すかを切替える三方弁１５２とをさらに備える。

【0085】

より好ましくは、図８、図９に示すように、第１フィン部分は、室外熱交換器４０（蒸発器）において予め定められた着霜領域Ａ１に配置される。第２フィン部分は、室外熱交換器４０（蒸発器）において予め定められた非着霜領域Ａ２に配置される。図２２に示す冷凍サイクル装置１５０は、室外熱交換器４０（蒸発器）において、着霜領域Ａ１と非着霜領域Ａ２の境界に配置された温度センサ１１１をさらに備える。制御装置９０は、着霜領域Ａ１と非着霜領域Ａ２の境界の温度が０℃となるように、図２３に示すように温度センサ１１１の出力に基づいて三方弁１５２を制御するように構成される。

【0086】

好ましくは、冷凍サイクル装置１００は、圧縮機１０の吐出口と吸入口を入れ替えて冷媒回路８０に接続可能な四方弁５０をさらに備える。四方弁５０は、冷媒回路８０に流れる冷媒の流通方向を、圧縮機１０、室内熱交換器２０（凝縮器）、第１膨張弁ＬＥＶ１、室外熱交換器４０（蒸発器）の順に流す第１方向と、圧縮機１０、室外熱交換器４０（蒸発器）、第１膨張弁ＬＥＶ１、室内熱交換器２０（凝縮器）の順に流す第２方向とに切替えることが可能である。

【0087】

以上のように構成することによって、偏着霜により除霜周期を延長できるため、負荷側の快適性向上につながる。また、積算した加熱能力が上昇することにより、平均ＣＯＰが向上する。

【0088】

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。本開示の範囲は、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。

【符号の説明】

【0089】

１０ 圧縮機、２０，４０，１２１，１５１ 熱交換器、５０ 四方弁、５１～５６ 配管、５１Ａ 第１流路、５１Ｂ 第２流路、６１，６２ バイパス流路、８０ 冷媒回路、９０ 制御装置、９１ ＣＰＵ、９２ メモリ、１００，１１０，１２０，１３０，１４０，１５０ 冷凍サイクル装置、１１１ 温度センサ、１４１ ヒータ、１５２ 三方弁、Ａ１ 着霜領域、Ａ２ 非着霜領域、ＢＰ１，ＢＰ２ 分岐点、Ｃ１２，Ｃ２３，Ｃ３４，Ｃ４５，Ｃ５６，Ｃ６７，Ｃ８９，Ｃ１０１１ 接続配管、Ｌ１，Ｌ２ フィン群、ＬＥＶ１，ＬＥＶ２，ＬＥＶ３ 膨張弁、Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４ ポート、Ｒ１～Ｒ１２ 伝熱管。

【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】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】