WO2012168971A1 - 冷凍空気調和装置 - Google Patents

Abstract

　室外熱交換器が着霜を伴うような空気条件で暖房運転しているような場合に、暖房運転を継続しながら室外熱交換器の除霜運転を行うことができる冷凍空気調和装置を得る。　圧縮機１、四方弁２、室内熱交換器３、減圧装置４、室外熱交換器５を配管接続して冷暖房運転可能に構成する複数の冷凍サイクル回路と、各冷凍サイクル回路の室外熱交換器５と熱交換させる空気を送り込むための室外ファン７と、各冷凍サイクル回路の室内熱交換器３に対応して設けられ、各室内熱交換器３を通過して空調対象空間に送り込む空気の流れをそれぞれ形成する複数の室内ファン６と、少なくとも１つの冷凍サイクル回路が室外熱交換器５の除霜を行う除霜運転を開始すると、各室内ファン６の送風によって混合した空気の温度が所定温度となるように、除霜運転を行う冷凍サイクル回路に対応する室内ファン６の回転数を制御する制御装置８とを備える。

Description

冷凍空気調和装置

　本発明は、蒸気圧縮式冷凍サイクルを利用した冷凍サイクル回路を複数有する冷凍空気調和装置に関するものである。例えば着霜を伴うような空気条件での暖房運転時においても暖房運転を継続しながら、同時に除霜運転を行うことができる冷凍空気調和装置に関するものである。

　従来、複数の冷凍サイクル回路を有し、空調対象空間となる室内側で暖房運転を継続しながら同時に除霜運転を行うことができる、車両用の空気調和装置が提案されている（例えば特許文献１参照）。例えば、この車両用空気調和装置では、暖房運転を継続しつつ、ある冷凍サイクル回路の除霜運転を可能とするために、室外熱交換器を凝縮器として冷房運転による除霜を行う冷凍サイクル回路と、暖房運転を継続する冷凍サイクル回路とを車両内に設ける。そして、車幅方向の略中央に配置された室内ファンに対して、一方側に蒸発器として作用する室内熱交換器を、他方側に凝縮器として作用する室内熱交換器を配置する。そして冷凍サイクル回路では除霜運転を行い、もう一方の冷凍サイクル装置では暖房運転を同時に行う。

特開２００６－１１６９８１号公報

　上記のような従来技術は、暖房運転を行う一方の冷凍サイクル回路は室内熱交換器が凝縮器として作用し、除霜運転を行う他方の冷凍サイクル回路では室内熱交換器が蒸発器として作用していた。そして、それぞれの室内熱交換器を通過した空気は、共有される室内ファンに吸込まれ、室内ファンのケーシングで混合されて空気調和された空気（以下、空調空気という）として吹出されるものであった。

　このため、通常の暖房運転よりも吹出し空気の温度が低下することで、例えば乗客に不快感を与える可能性があった。また、暖房を継続するために室外ファンを運転しながら除霜を行うため、例えば外気温度が低い場合に、除霜運転を行っている冷凍サイクル回路の室外熱交換器における凝縮温度が上がらず、有効な除霜を行うことができない可能性があった。

　そこで、本発明の目的は、例えば、室外熱交換器が着霜を伴うような空気条件で暖房運転を行っているような場合に、暖房運転を継続しながら室外熱交換器の除霜運転を行うことができる冷凍空気調和装置を得ることにある。

　本発明に係る冷凍空気調和装置は、圧縮機、四方弁、室内熱交換器、減圧装置、室外熱交換器を配管接続して冷暖房運転可能に構成する複数の冷凍サイクル回路と、各冷凍サイクル回路の室外熱交換器と熱交換させる空気を送り込むための室外ファンと、各冷凍サイクル回路の室内熱交換器に対応して設けられ、各室内熱交換器を通過して空調対象空間に送り込む空気の流れをそれぞれ形成する複数の室内ファンと、少なくとも１つの冷凍サイクル回路が室外熱交換器の除霜を行う除霜運転を開始すると、各室内ファンの送風によって混合した空気の温度が第１の所定温度となるように、除霜運転を行う冷凍サイクル回路に対応する室内ファンの回転数を制御する制御装置とを備えるものである。

　本発明の冷凍空気調和装置によれば、各室内ファンにより吹き出される空気を混合した空気の温度に基づいて、制御装置が、除霜運転を行っている冷凍サイクル回路に対応する室内ファンの回転数を制御するようにしたので、除霜運転を行いつつ、室内に送られる空気の温度を意図する温度に維持することができる。

本発明の実施の形態１を示す冷凍空気調和装置の構成を示す図である。 本発明の実施の形態１の室外側の装置を説明するための模式図である。 運転モードと室内ファン６、室外ファン７との関係を表す図である。 本発明の実施の形態２を示す冷凍空気調和装置の構成を示す図である。 本発明の実施の形態３の室外側の装置を説明するための模式図である。 本発明の実施の形態４を示す冷凍空気調和装置の構成を示す図である。 本発明の実施の形態５の室外側の装置を説明するための模式図である。

　以下、本発明に係る冷凍空気調和装置の実施の形態について図面を参照して説明する。
ここで、温度、圧力等の高低については、特に絶対的な値との関係で高低等が定まっているものではなく、装置等における状態、動作等において相対的に定まる関係に基づいて表記しているものとする。また、添字で区別等している複数の同種の機器等について、特に区別したり、特定したりする必要がない場合には、添字を省略して記載する場合もある。

実施の形態１．
　図１は本発明の実施の形態１に係る冷凍空気調和装置の構成を示す図である。実施の形態１の冷凍空気調和装置は複数の冷凍サイクル回路を有している。図１において、圧縮機１ａ、四方弁２ａ、室内熱交換器３ａ、減圧装置４ａ、室外熱交換器５ａをそれぞれ冷媒が循環可能なように接続して第一の冷凍サイクル回路（冷媒回路）を構成する。また、送風により室内熱交換器３ａから空調対象空間である室内への空気の流れを形成し、空気と冷媒との熱交換を促進して室内の空気調和を行うための室内ファン６ａを有している。さらに、圧縮機１ｂ、四方弁２ｂ、室内熱交換器３ｂ、減圧装置４ｂ、室外熱交換器５ｂをそれぞれ冷媒が循環可能なように接続して第二の冷凍サイクル回路を構成する。そして、送風により室内熱交換器３ｂから室内への空気の流れを形成し、空気と冷媒との熱交換を促進して室内の空気調和を行うための室内ファン６ｂを有している。

　各冷凍サイクル回路において、圧縮機１は、吸入した冷媒を圧縮して吐出する。ここで、圧縮機１は、インバータ装置等を備え、運転周波数を任意に変化させることにより、圧縮機１の容量（単位時間あたりの冷媒を送り出す量）をそれぞれ細かく変化させることができるものとする。四方弁２は、例えば制御装置８からの指示に基づいて、冷房運転（除霜運転を含む）時と暖房運転時とによって冷媒の流れを切り換える。室内熱交換器３は、冷媒と空気（室内の空気）との熱交換を行う。例えば、暖房運転時においては凝縮器として機能し、冷媒を凝縮して液化させる。また、冷房運転時においては蒸発器として機能し、冷媒を蒸発させ、気化させる。

　減圧装置４は、冷媒を減圧、膨張させるための装置である。例えばキャピラリチューブ等で構成することができる。また、例えば開度を変化させることができる流量調整弁、膨張弁等の絞り装置で構成することもできる。室外熱交換器５は、冷媒と空気（室外の空気。外気）との熱交換を行う。例えば、暖房運転時においては蒸発器として機能し、冷媒を蒸発させ、気化させる。また、冷房運転時においては凝縮器として機能し、冷媒を凝縮して液化させる。

　図２は実施の形態１の室外側装置を説明するための模式図である。室外ファン７は、室外熱交換器５ａと室外熱交換器５ｂとに共通して設けられたファンであり、送風により外気と冷媒との熱交換を促進する。

　ここで、第一の冷凍サイクル回路と第二の冷凍サイクル回路とは、それぞれ独立して冷房運転、暖房運転を行うことが可能である。そして、空調負荷に応じて第一の冷凍サイクル回路及び第二の冷凍サイクル回路の運転を行う。また、室外ファン７の駆動により外気が流れる一方の側に、第一の冷凍サイクル回路の室外熱交換器５ａと、第二の冷凍サイクル回路の室外熱交換器５ｂとが配置される。

　制御装置８は、例えば冷房運転、暖房運転等の運転モード（四方弁２ａ、２ｂ）の切替、室内ファン６ａ、６ｂ、室外ファン７、圧縮機１ａ、１ｂの駆動等、冷凍空気調和装置を構成する各機器の制御をする。

　温度センサ９（温度センサ９ａ、９ｂ）及び湿度センサ１０（湿度センサ１０ａ、１０ｂ）は、例えば室内熱交換器３の空気流入側付近または室内に設置され、それぞれ室内の温度、湿度を検知する。温度センサ９、湿度センサ１０が検知した温度、湿度は、制御装置８が冷房運転または暖房運転時における被空調空気に必要な空調能力を推定等の処理を行うために用いる。

　さらに、温度センサ１１（温度センサ１１ａ、１１ｂ）は例えば室外ファン７の空気流入側などに設置され、外気（室外）の温度を検知する。また、温度センサ１２（温度センサ１２ａ、１２ｂ）は、対応する室外熱交換器５の空気流出側に設置される。そして、圧力センサ１３（圧力センサ１３ａ、１３ｂ）は、本実施の形態では、例えば室外熱交換器５における冷媒の飽和温度を検出するために設置される。これらのセンサ（検知手段）は、制御装置８が低外気温度での暖房運転における除霜運転を行うか否かをを判定する処理を行うために用いる。

　例えば、熱交換器に着霜すれば、熱交換器を構成するフィンの目詰まりにより、熱交換器を通過する風量が低下し、霜層による伝熱抵抗が増加して、蒸発温度が低下する。このため、室外熱交換器５に流入する空気の温度と蒸発温度との差が大きくなる。蒸発温度が低下すれば、空気調和に係る性能が低下するため、定期的に室外熱交換器５の除霜を行う必要がある。

　ここで、除霜運転を行うかどうかの判定について、本実施の形態では、暖房運転を行っている際の室外熱交換器５における冷媒の飽和温度に基づいて制御装置８が行うものとする。具体的には、室外熱交換器５における冷媒の蒸発温度が０℃以下であって、室外熱交換器５に流入する空気の温度と蒸発温度との差が所定温度差以上（例えば１５℃）である場合に、除霜を行うものと判定して除霜運転を開始する。

　また、例えば、暖房運転時間に基づいて予め着霜量を想定することができるような場合には、例えば室外熱交換器５の蒸発温度が０℃以下である暖房運転時間をタイマーなど（図示せず）で計時する。そして、所定時間が経過すると除霜運転を開始するものと判定するようにしてもよい。一方、除霜運転が終了したことを判定する場合には、空気の流れにおいて室外熱交換器５の下流側（流出側）にある温度センサ１２の検知に係る温度が、所定温度（例えば１０℃）となったものと判断すると、除霜が終了したものと判定するようにするとよい。さらに、除霜運転を行う冷凍サイクル回路における室外熱交換器５の凝縮能力を想定することができる場合には、例えばタイマー等により除霜運転時間を計時し、除霜運転の終了を判定するようにしてもよい。

　また、暖房負荷が小さいときには、能力を過剰供給しないようにするために冷凍サイクル回路に暖房運転を停止させる場合がある。このとき、停止させた後に冷凍サイクル回路に除霜運転を行わせて、次の暖房運転に備えるようにしておけば、例えば他の冷凍サイクル回路が暖房運転している中で除霜運転を行うことがなく、装置全体として室内に吹出す空気の温度を低下させず快適性を向上させることができる。

　次に、冷凍空気調和装置の運転について、各冷凍サイクル回路における冷媒の流れを中心に説明する。例えば冷房運転を行う場合、圧縮機１ａ、１ｂは冷媒を圧縮して吐出する。圧縮機１ａ、１ｂで圧縮、加熱された冷媒は室外熱交換器５ａ、５ｂで室外空気と熱交換することによって冷却・凝縮される。このとき、室外ファン７により室外空気と冷媒との熱交換を促進させる。その後、冷媒は減圧装置４ａ、４ｂで減圧され、室内熱交換器３ａ、３ｂで室内空気と熱交換し加熱・蒸発されて圧縮機１ａ、１ｂへ流入するサイクルを繰り返す。このとき、室内熱交換器３ａ、３ｂと熱交換することによって冷却された空気が室内ファン６ａ、６ｂによって室内へ吹出される。

　また、暖房運転を行う場合、圧縮機１ａ、１ｂは冷媒を圧縮して吐出する。圧縮機１ａ、１ｂで圧縮・加熱された冷媒は室内熱交換器３ａ、３ｂで室内空気と熱交換することによって冷却・凝縮する。この結果、室内熱交換器と熱交換することによって加熱された空気は、室内ファン６ａ、６ｂによって室内へ吹出される。室内熱交換器３ａ、３ｂによって冷却・凝縮された冷媒は、減圧装置４ａ、４ｂで減圧され、室外熱交換器５ａ、５ｂで室外空気と熱交換することによって加熱・蒸発して圧縮機１ａ、１ｂへ流入するサイクルを繰り返す。

　上述したように、暖房運転を行っている間、温度センサ１１の検知に係る温度と圧力センサ１３ａ、１３ｂの検知に係る圧力とに基づいて、制御装置８は除霜運転を開始するかどうかの判定を行う。除霜運転を行うものと判定すると、例えば、四方弁２ａ、２ｂを逆転して除霜運転を開始させる。

　除霜運転を行う場合、室外熱交換器５ａ、５ｂを凝縮器として用い、冷媒からの放熱を利用して除霜を行う。このとき、低温度の外気が室外熱交換器５ａ、５ｂを流れると、除霜のための熱量を損失することになり、非効率的である。また、冷媒の凝縮温度が低下し、例えば０℃以下になると除霜ができなくなる。そこで、少なくとも１つの冷凍サイクル回路が除霜運転を行っている間は室外ファン７を停止させて効率的に除霜を行うようにして、除霜時間を短縮するようにする。また、除霜運転では室内熱交換器３ｂが蒸発器と機能してしまうと、室内に冷風が吹出すことになる。このため、制御装置８は冷風が吹出さないように除霜運転を行っている冷凍サイクル回路に対応する室内ファン６を停止させる。したがって、室内に冷風を吹き出して空気の温度を低下させてしまうことはなく、快適性を維持することができる。

　そして、温度センサ１２ａ、１２ｂの検知に係る温度に基づいて除霜運転を終了させるかどうかを判定する。除霜運転を終了するものと判定すると、四方弁２ａ、２ｂを再度逆転して暖房運転へと復帰させる。

　除霜運転については、ここでは、上記のように室外熱交換器５を凝縮器として機能させて冷媒からの放熱を利用する。ここで、室外熱交換器５を凝縮器としているが、必ずしも冷媒を凝縮して液化させる必要がなく、冷媒が有する熱量を霜に伝達できればよい。他にも、室外熱交換器５に流入する空気の温度が０℃以上であれば圧縮機１を停止させ、外気の熱により霜を融解させるオフサイクル除霜、ヒータ、廃熱など外部の熱を利用するヒータ除霜、暖房時の温熱を貯蔵して利用する蓄熱除霜などを行うようにしてもよい。

　図３は運転モードと室内ファン６、室外ファン７との関係を表す図である。ここで、冷凍空気調和装置が複数の冷凍サイクル回路を有する場合には、図３に示すように、除霜運転を行う冷凍サイクル回路と暖房運転を行う冷凍サイクル回路が存在するようにし、それぞれ異なるタイミングで除霜運転が行われることが望ましい。そこで、制御装置８は、暖房運転を開始して最初の除霜運転の開始判定については、各冷凍サイクル回路において異なる条件に基づいて行うようにする。

　例えば、通常の暖房運転時において、室外熱交換器５の流入側の空気温度と蒸発温度との差が１０℃生じるのに対して、本実施の形態では、除霜運転を開始するかどうかの判定は、室外熱交換器５に流入する空気の温度と蒸発温度との差が１５℃以上となった場合とする。このとき、暖房運転開始後、最初の除霜運転の開始判定を行う場合のみ、例えば、第一の冷凍サイクル回路の室外熱交換器５ａに流入する空気の温度と蒸発温度との差を１２℃以上となったかどうかを基準とする。一方、第二の冷凍サイクル回路の室外熱交換器５ｂに流入する空気の温度と蒸発温度との差は１５℃以上とする。このため、第一の冷凍サイクル回路が先に除霜運転を開始することになる。二回目以降の除霜運転の開始判定については、全ての冷凍サイクル回路で温度差１５℃以上とする。

　このようにして、各冷凍サイクル回路における除霜開始のタイミングがずれる。本実施の形態では二つの冷凍サイクル回路により交互に除霜運転を行うことになるが、三つ以上の冷凍サイクル回路で異なるタイミングにより除霜運転を行う場合においても同様である。また、除霜運転の開始判定のずれに対する除霜開始のタイミングのずれの特性を把握していれば、各冷凍サイクル回路が除霜運転を行う間隔を自由に設定可能となる。このとき、暖房運転中の着霜による性能低下を含めた暖房能力の時間平均に基づいて、各冷凍サイクル回路ができる限り等間隔に除霜運転を開始するようにし、暖房能力をできる限り安定して供給することで大きく室温低下することがないようにすることが望ましい。

　ここで、本実施の形態では、制御装置８が、除霜運転の開始を判定する条件として、室外熱交換器５に流入する空気温度と蒸発温度との差が１５℃以上としたが、これは、想定される最も低い外気温度で使用した場合に必要暖房能力を得られる蒸発温度の下限値から設定したものである。設定温度を変更すれば、蒸発温度の低下幅が変化し、同時に着霜量の変化から除霜時間が変化する。このため、他の設定方法として、設定値に対する暖房能力の時間平均を比較し、平均暖房能力が最大となる設定温度を選択するようにしてもよい。また、外気温度によって必要暖房能力と時間当たりの着霜量が変化するため、設定値は外気温度により変化させることが望ましい。

　一方で、除霜運転開始の間隔は外気の状態によって変化するため、各冷凍サイクル回路を常に等間隔に除霜運転させることは難しい場合がある。そこで、冷凍サイクル回路の一つが除霜運転を行っている間及び除霜運転から暖房運転に復帰した後の所定時間は各冷凍サイクル回路のいずれも除霜運転が行えないようにするとよい。このように制御すれば、例えば除霜運転を行う冷凍サイクル回路は最大１台だけとなり、他の冷凍サイクル回路においては暖房運転を継続させることが可能となる。

　以上のように、実施の形態１の冷凍空気調和システムによれば、複数の冷凍サイクル回路のうち、少なくとも１つの冷凍サイクル回路で除霜運転を行い、他の冷凍サイクル装置は暖房運転を継続して行うようにし、これを例えば順に行っていくことで、室外熱交換器５の除霜を行いながら、装置全体として室内の空気調和を行うことができる。このとき、室外ファン７を停止することで、除霜運転時間を短縮することができ、全体として効率よく空気調和を行うことができる。また、除霜運転を行っている冷凍サイクル回路に対応する室内ファン６を停止することで、室内に冷風が吹出すことを防止することができる。そして、各冷凍サイクル回路において、除霜運転を行いながら効率的な暖房を行うことが可能であるため、低外気温度においても快適な室温を維持することができ、高い快適性を発揮する冷凍空気調和装置を得ることができる。

実施の形態２．
　図４は本発明の実施の形態２に係る冷凍空気調和装置の構成を示す図である。図４において、図１と同じ符号を付している機器等については、実施の形態１で説明したことと同様の動作等を行う。ここで、本実施の形態の冷凍空気調和装置は、空気調和に係る空気を室内に送る場合に、各室内ファン６ａ、６ｂにより吹出した空気を一度混合させてから室内に送るように風路等が形成された場所に設置されているものとする。温度センサ１４は、混合に係る空気の温度を検知するための温度検知手段である。温度センサ１４が検知した温度は、制御装置８が室内ファン６ａ、６ｂの回転数等を制御するために用いる。

　本実施の形態の冷凍空気調和装置は、上述したように、各室内ファン６が吹出した空気を一度混合させてから室内に送るような風路等が形成された場所に設置されている。例えば、実施の形態１の冷凍空気調和装置のように、暖房運転において、複数の冷凍サイクル回路が除霜運転を行う場合には、除霜運転を行っている冷凍サイクル回路側から冷風が吹出さないようにすることが望ましい。そこで、本実施の形態の冷凍空気調和装置では吹出し空気の温度を制御するようにしたものである。

　次に除霜運転を行う場合の具体的な吹出し空気の温度の制御について説明する。制御装置８は、温度センサ１４が検知した温度に基づいて、混合された空気による吹出し温度（例えば室内温度）が例えば所定温度となるように、除霜運転を行う室内ファン６の回転数を制御する。例えば、温度センサ１４が検知した温度が所定の吹出し温度（第１、第２、第５及び第６の所定温度）より低ければ回転数を低下させ、所定の吹出し温度より高ければ回転数を増加させるようにする。このように制御することで、室内に送り出す空気の温度に関して、所定の吹出し温度を維持するようにし、さらに除霜運転側の室内ファン６を駆動させることにより、除霜のための凝縮能力を増大させることで、除霜時間を短縮して、例えば快適性が向上させるようにする。

　ここでは、制御目標の所定の吹出し温度を室内温度としたが、暖房能力が確保可能ならば、人間の体温である３６℃以上の吹出し温度とすることが望ましい。また、室内ファン６の回転数制御以外にも、例えば制御装置８が除霜運転側の圧縮機１の容量制御を行って、吹出し温度を制御することもできる。この場合、除霜運転を行っている場合も室内ファン６を駆動させることになるが、風量は低下（例えば約１／２にする等）させるようにする。圧縮機１には信頼性を維持するため運転範囲が決められており、容量下限値が存在するため、室内ファン６の風量を低下させる必要がある。また、アンロード制御のようなきめ細かな容量制御が不可能な場合でも、室内ファン６の風量を低下させることが必要である。

　圧縮機１の容量による具体的な制御について説明する。制御装置８は温度センサ１４が検知した温度に基づいて、除霜運転を行う冷凍サイクル回路側の圧縮機１の容量を制御する。例えば、温度センサ１４が検知した温度が所定の吹出し温度より低ければ圧縮機１の容量を低下させ、吹出し温度より高ければ圧縮機１の容量を増加させるようにする。このように制御することで、室内に送り出す空気の温度に関して、所定の吹出し温度を維持するようにし、さらに除霜運転側の室内ファン６を駆動させることにより、除霜のための凝縮能力を増大させることで、除霜時間を短縮して、例えば快適性が向上させるようにする。

　ここで、本実施の形態では、除霜運転となる冷房運転と暖房運転を同時に行うことになるため、吹出し温度を維持させながら除湿を行うことも可能である。冷房運転を行う冷凍サイクル回路の室内熱交換器３において空気を冷却することで除湿を行い、暖房運転を行う冷凍サイクル回路の室内熱交換器３により再び空気を暖めて室内に吹出すようにすることができる。このため、比較的外気温度が低い夏場などに容易に再熱除湿が可能となり、快適性が向上する。

　以上のように、実施の形態２の冷凍空気調和装置によれば、温度センサ１４が検知した各室内ファン６により吹き出される空気を混合した空気の温度に基づいて、制御装置８が、除霜運転を行っている冷凍サイクル回路に対応する室内ファン６の回転数を制御するようにしたので、除霜運転を行いつつ、室内に送られる空気の温度を所定の温度に維持することができる。また、室内ファン６の回転数制御に代わり又は回転数制御とともに、制御装置８が除霜運転を行っている冷凍サイクル回路の圧縮機１の容量を制御するようにしても同様に、室内に送られる空気の温度を所定の温度に維持することができる。このため、室内の空気調和を維持し、快適さを損なわず、各冷凍サイクル回路において除霜運転を行うことができる。また、混合する空気を室内に送ることができるため、除霜運転に係る冷凍サイクル回路の室内熱交換器３を蒸発器として機能させることで、除湿した空気を室内に送ることもできる。

実施の形態３．
　図５は本発明の実施の形態３に係る室外側の装置を説明するための模式図である。図５において、図１等と同じ符号を付している機器等については、実施の形態１等で説明したことと同様の動作等を行う。風速センサ１５ａ、１５ｂは、それぞれ室外熱交換器５ａ、５ｂに流入する空気の風速を検知する風速検知手段である。風速センサ１５ａ、１５ｂが検知した風速は、制御装置８が室外ファン７の回転数等を制御するために用いる。

　例えば除霜運転の場合、圧縮機１から吐出した冷媒を凝縮器となる室外熱交換器５に通過させ、冷媒からの放熱を利用して除霜を行う。このとき、室外熱交換器５が例えば低温度の外気と熱交換すると、除霜のための熱量を損失し、凝縮温度も低下することになるため非効率的となる。場合によっては室外熱交換器５の除霜ができない可能性がある。

　そこで、本実施の形態では、外気空気の風速となる室外熱交換器５に流入する空気の風速を風速センサ１５ａ、１５ｂにより検知する。そして、制御装置８は、除霜運転を行っている冷凍サイクル回路に係る室外熱交換器５に流入出する空気の風速がゼロとなるように室外ファン７の回転数を制御する。

　ここで、例えば本実施の形態の冷凍空気調和装置が鉄道などの車両に搭載するような場合には、外気の風速は車両の走行速度に依存する。このため、制御装置８は、風速センサ１５ａ、１５ｂの代わりに速度センサ（図示せず）等により検知した車両の速度に基づいて室外ファン７の回転数を制御し、除霜運転している冷凍サイクル回路の室外熱交換器５に空気が流入しないようにしてもよい。

　ここで、制御装置８は、風速センサ１５の検知に係る風速に基づいて、室外ファン７の回転数を制御したが、例えば、室外熱交換器５ａ、５ｂの冷媒圧力を測定する圧力センサ１３から演算される飽和温度を利用してもよい。飽和温度に基づいて、室外ファン７の回転数を制御し、凝縮温度を調節するようにしても上記効果同様、快適性の向上をはかることができる。

　例えば制御装置８は、圧力センサ１３の検知した圧力に基づいて除霜運転における室外熱交換器５の凝縮温度を演算し、凝縮温度が所定温度（第３、第４、第７の所定温度。例えば１０℃）以上となるように室外ファン７の回転数を制御する。凝縮温度が低いと判断すると回転数を低下させ、凝縮温度が高いと判断すると回転数を増加させる。このように制御することにより、所定の凝縮温度を維持することができ、さらに室外ファン７の運転により暖房運転側の暖房能力を増大し、除霜運転中の能力低下が最小限に抑制され、快適性が向上する。

　ここでは、本実施の形態の制御目標値である凝縮温度として、霜融解が可能な０℃以上との理由から１０℃として固定しているいるが、例えば、目標値を変更すれば、除霜時間及び暖房能力も変化する。このため、他にも、目標値の変更に対する暖房能力の時間平均を比較するようにして、最大となる目標値を設定するようにしてもよい。また、外気温度によって必要な暖房能力と時間当たりの着霜量が変化するため、目標値は外気温度により変化させることが望ましい。

　そして、ここでは、除霜運転を行う室外熱交換器５における凝縮温度を室外ファン７の回転数を制御することにより調節するようにした。これ以外にも、例えば制御装置８が除霜運転側の圧縮機１の容量を制御することによって、凝縮温度を調節しても同じ効果を得ることができる。例えば、この場合には、除霜運転時であっても、室外ファン７は通常の場合と同様の駆動を継続させるようにする。

　圧縮機１の容量制御については、制御装置８は圧縮機１ａ、１ｂの容量を変更可能とし、除霜運転を行う圧縮機１ａ、または１ｂの容量を制御し、凝縮温度が低いと判断すると容量を増加させ、凝縮温度が高いと判断すると容量を低下させる。この制御により、所定の凝縮温度が維持でき、さらに、室外ファン７を通常と同様に駆動することができるので、暖房運転側の暖房能力を維持することができる。このため、除霜時間が短縮され、快適性が向上する。

　以上のように、実施の形態３の冷凍空気調和装置によれば、風速センサ１５が検知した風速に基づいて、室外ファン７の回転数を制御し、例えば除霜運転を行っている冷凍サイクル回路に係る室外熱交換器５に空気が流入出しないようにしたので、冷媒が放熱した熱量を外気に奪われることなく、凝縮温度を所定温度以上として凝縮温度低下も回避できるため、効率的な除霜が可能となる。そして、除霜時間短縮により室内温度低下を防止するため快適性を向上させることができる。また、例えば除霜運転を行っている冷凍サイクル回路に係る圧縮機１の容量を制御して室外熱交換器５の凝縮温度を所定温度以上とするようにしても同様の効果を得ることができる。

実施の形態４．
　図６は本発明の実施の形態４に係る冷凍空気調和装置の構成を示す図である。図６において、図１等と同じ符号を付している機器等については、実施の形態１等で説明したことと同様の動作等を行う。

　バイパス配管１７（１７ａ、１７ｂ）は、例えば一端が暖房時における冷媒の流出側となる室内熱交換器３と減圧装置４の間の配管と接続され、他端が圧縮機１の圧縮室に接続された配管である。例えば暖房運転時に室内熱交換器３から流出した冷媒を分岐し、開口部（図示せず）を介して圧縮機１の圧縮室にインジェクション（冷媒導入）をするための配管である。流量調節手段１８（１８ａ、１８ｂ）は、バイパス配管１７を通過する冷媒の流量を調節する手段である。内部熱交換器１９（１９ａ、１９ｂ）は、流量調節手段１８を通過した冷媒と減圧装置４に流れる冷媒との熱交換により過冷却を行うための冷媒間熱交換器である。電磁弁２０（２０ａ、２０ｂ）は、バイパス配管１７に冷媒を通過させるか否かを開閉により制御する。

　暖房運転時にインジェクションを実施すれば、圧縮機１の冷媒流量を増大することが可能となり、圧縮機入力の増加、すなわち暖房能力の向上が可能となる。また、外気の温度が低い場合、蒸発温度が低くなり高圧縮比となるが、吐出温度を抑制することができるため、信頼性に優れている。さらに、圧縮機の容量が可変の場合、吐出温度を抑えつつ、容量を増大できるため、暖房能力を飛躍的に増大させることができる。

　本実施の形態においては、制御装置８は、除霜運転している冷凍サイクル回路があると、室外ファン７を停止させるようにする。そして、このとき、暖房運転側の冷凍サイクル回路は、インジェクションを行うようにする。このため、室外ファン７を停止させて蒸発温度が低くなっても、暖房能力を維持することが可能となる。また、吐出温度の上昇を抑制することができるため、外気温度が低くても、本実施の形態の除霜運転が可能となり、高い信頼性を確保することができる。

　除霜運転、または冷房運転時はインジェクションを実施しないため、バイパス配管１７ａ、１７ｂに電磁弁２０ａ、２０ｂを設置し、除霜運転、または冷房運転時は電磁弁２０ａ、２０ｂを閉じる構成とする。

　以上のように、実施の形態４の冷凍空気調和装置によれば、暖房運転時に圧縮機１に冷媒をインジェクションさせることができるようにしたので、低外気温度の条件において、他の冷凍サイクル回路における除霜運転のために室外ファン７を停止しても、暖房能力を維持して運転を行うことができる。また、インジェクションにより圧縮機１から吐出する冷媒の温度上昇を抑制することができるので、高い信頼性を確保することができる。

実施の形態５．
　図７は本発明の実施の形態５に係る室外側の装置を説明するための模式図である。図７において、図１等と同じ符号を付している機器等については、実施の形態１等で説明したことと同様の動作等を行う。実施の形態５に係る冷凍空気調和装置は、実施の形態１の構成に加え、ダンパー２１（２１ａ、２１ｂ）を有している。ダンパー２１ａ、２１ｂは、それぞれ室外熱交換器５ａ、５ｂの空気の流入側に設けられ、開閉により室外熱交換器５ａ、５ｂへの空気の流れを制御する。本実施の形態では、除湿運転を行う冷凍サイクル回路の室外熱交換器５に空気が流入しないようにするために開閉を制御する。

　例えば、車両等の移動物体に冷凍空気調和装置を搭載する場合、外気の流れが生じる可能性がある。そこで、除霜運転を行う冷凍サイクル回路側のダンパー２１を閉じるようにすることで、車両の移動、室外ファン７の駆動有無等に関わらず、外気が除霜運転に係る室外熱交換器５を通過して室内に流れる空気の流れを遮断することができる。このため、例えば暖房運転側の冷凍サイクル回路に合わせた室外ファン７の駆動を行うことができ、暖房能力を向上させることができる。

　以上のように、実施の形態５の冷凍空気調和装置では、ダンパー２１を設け、開閉を制御することで、例えば外気による除霜の熱量損失を防止でき、凝縮温度低下も回避できるため、効率的な除霜が可能となる。このため、除霜時間を短縮することができ、室内温度低下を防止することができるので快適性を向上させることができる。

　上述の実施の形態の冷凍空気調和装置は、特に限定するものではないが、例えば電車の車両等に搭載し、車両等の空気調和を行うために用いることができる。また、各実施の形態においては２つの冷凍サイクル回路を有する場合について説明したが、２つに限定するものではなく、３以上の冷凍サイクル回路を構成するようにしてもよい。さらに、実施の形態１～４において制御装置８が行っている制御を種々組み合わせて冷凍空気調和装置の空気調和制御を行うことができる。

　１，１ａ，１ｂ　圧縮機、２，２ａ，２ｂ　四方弁、３，３ａ，３ｂ　室外熱交換器、４，４ａ，４ｂ　減圧装置、５，５ａ，５ｂ　室内熱交換器、６，６ａ，６ｂ　室内ファン、７　室外ファン、８　制御装置、９，９ａ，９ｂ　温度センサ、１０，１０ａ，１０ｂ　湿度センサ、１１，１１ａ，１１ｂ　温度センサ、１２　温度センサ、１３，１３ａ，１３ｂ　圧力センサ、１４，１４ａ，１４ｂ　温度センサ、１５，１５ａ，１５ｂ　風速センサ、１７，１７ａ，１７ｂ　バイパス配管、１８，１８ａ，１８ｂ　流量調節手段、１９，１９ａ，１９ｂ　内部熱交換器、２０，２０ａ，２０ｂ　電磁弁、２１，２１ａ，２１ｂ　ダンパー。

Claims (16)

1. 　圧縮機、四方弁、室内熱交換器、減圧装置及び室外熱交換器を配管接続してそれぞれ冷暖房運転可能に構成する複数の冷凍サイクル回路と、
   　各冷凍サイクル回路の前記室外熱交換器と熱交換させる空気を送り込むための室外ファンと、
   　前記各冷凍サイクル回路の前記室内熱交換器に対応して設けられ、各室内熱交換器を通過して空調対象空間に送り込む空気の流れをそれぞれ形成する複数の室内ファンと、
   　少なくとも１つの前記冷凍サイクル回路が前記室外熱交換器の除霜を行う除霜運転を開始すると、前記各室内ファンの送風によって混合した空気の温度が第１の所定温度となるように、除霜運転を行う冷凍サイクル回路に対応する室内ファンの回転数を制御する制御装置と
   を備えることを特徴とする冷凍空気調和装置。
2. 　圧縮機、四方弁、室内熱交換器、減圧装置及び室外熱交換器を配管接続してそれぞれ冷暖房運転可能に構成する複数の冷凍サイクル回路と、
   　各冷凍サイクル回路の前記室外熱交換器と熱交換させる空気を送り込むための室外ファンと、
   　前記各冷凍サイクル回路の前記室内熱交換器に対応して設けられ、各室内熱交換器を通過して空調対象空間に送り込む空気の流れをそれぞれ形成する複数の室内ファンと、
   　少なくとも１つの前記冷凍サイクル回路が前記室外熱交換器の除霜を行う除霜運転を開始すると、前記各室内ファンの送風によって混合した空気の温度が第２の所定温度となるように、除霜運転を行う冷凍サイクル回路の圧縮機の容量を制御する制御装置と
   を備えることを特徴とする冷凍空気調和装置。
3. 　圧縮機、四方弁、室内熱交換器、減圧装置及び室外熱交換器を配管接続してそれぞれ冷暖房運転可能に構成する複数の冷凍サイクル回路と、
   　各冷凍サイクル回路の前記室外熱交換器と熱交換させる空気を送り込むための室外ファンと、
   　前記各冷凍サイクル回路の前記室内熱交換器に対応して設けられ、各室内熱交換器を通過して空調対象空間に送り込む空気の流れをそれぞれ形成する複数の室内ファンと、
   　前記複数の冷凍サイクル回路による暖房運転中に、少なくとも１つの前記冷凍サイクル回路が前記室外熱交換器を凝縮器として除霜を行う除霜運転を開始すると、前記除霜運転を行う冷凍サイクル回路の室外熱交換器における冷媒の凝縮温度が第３の所定温度以上となるように前記室外ファンの回転数を制御する制御装置と
   を備えることを特徴とする冷凍空気調和装置。
4. 　圧縮機、四方弁、室内熱交換器、減圧装置及び室外熱交換器を配管接続してそれぞれ冷暖房運転可能に構成する複数の冷凍サイクル回路と、
   　各冷凍サイクル回路の前記室外熱交換器と熱交換させる空気を送り込むための室外ファンと、
   　前記各冷凍サイクル回路の前記室内熱交換器に対応して設けられ、各室内熱交換器を通過して空調対象空間に送り込む空気の流れをそれぞれ形成する複数の室内ファンと、
   　前記複数の冷凍サイクル回路による暖房運転中に、少なくとも１つの前記冷凍サイクル回路が前記室外熱交換器を凝縮器として除霜を行う除霜運転を開始すると、前記除霜運転を行う冷凍サイクル回路の室外熱交換器における冷媒の凝縮温度が第４の所定温度以上となるように、前記除霜運転を行う冷凍サイクル回路の圧縮機の容量を制御する制御装置と
   を備えることを特徴とする冷凍空気調和装置。
5. 　前記制御装置は、前記各室内ファンの送風によって混合した空気の温度が第５の所定温度となるように、除霜運転を行う冷凍サイクル回路に対応する室内ファンの回転数を制御することを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の冷凍空気調和装置。
6. 　前記制御装置は、前記各室内ファンの送風によって混合した空気の温度が第６の所定温度となるように、前記除霜運転を行う冷凍サイクル回路の圧縮機の容量を制御することを特徴とする請求項３に記載の冷凍空気調和装置。
7. 　前記制御装置は、除霜運転を行う冷凍サイクル回路に対応する室内ファンを停止させることを特徴とする請求項２、請求項３、請求項４または請求項６のいずれかに記載の冷凍空気調和装置。
8. 　前記制御装置は、前記少なくとも１つの冷凍サイクル回路が前記除霜運転を開始すると、前記室外ファンを停止させることを特徴とする請求項１、請求項２、請求項４又は請求項５のいずれかに記載の冷凍空気調和装置。
9. 　外気空気の風速を検知する風速検知手段をさらに備え、
   　前記制御装置は、前記少なくとも１つの冷凍サイクル回路が前記除霜運転を開始すると、前記風速検知手段の検知に係る風速に基づいて、前記室外ファンの回転数を制御することを特徴とする請求項１、請求項２、請求項４、請求項５、請求項６又は請求項７のいずれかに記載の冷凍空気調和装置。
10. 　前記制御装置は、前記少なくとも１つの冷凍サイクル回路が前記室外熱交換器を凝縮器として除霜を行う除霜運転を開始すると、前記除霜運転を行う冷凍サイクル回路の室外熱交換器における冷媒の凝縮温度が第７の所定温度以上となるように前記室外ファンの回転数を制御することを特徴とする請求項１、請求項２、請求項４、請求項５、請求項６又は請求項７のいずれかに記載の冷凍空気調和装置。
11. 　前記制御装置は、前記各室内ファンの送風によって混合した空気の温度に基づいて、前記除霜運転を行う冷凍サイクル回路の圧縮機の容量を制御することを特徴とする請求項１、請求項３、請求項５、請求項７、請求項８、請求項９又は請求項１０のいずれかに記載の冷凍空気調和装置。
12. 　少なくとも１つの前記冷凍サイクル回路において、
    　前記室内熱交換器と前記減圧装置の間を流れる冷媒の一部を前記圧縮機が有する圧縮室内に流入させるためのバイパス配管と、
    　該バイパス配管を流れる冷媒量を調節するための流量調節手段と、
    　前記室内熱交換器と前記減圧装置との間を流れる冷媒と、前記バイパス配管を流れる冷媒との熱交換を行う内部熱交換器とをさらに有し、
    　前記制御装置は、前記バイパス配管を有する冷凍サイクル回路が暖房運転を行う場合に、前記流量調節手段を制御することを特徴とする請求項１から請求項１１のいずれかに記載の冷凍空気調和装置。
13. 　開閉によって、前記各室外熱交換器への空気の流入を制御するダンパーをさらに備え、
    　前記制御装置は、前記除霜運転を行う前記室外熱交換器に対応する前記ダンパーを閉じる制御を行うことを特徴とする請求項１から請求項１２のいずれかに記載の冷凍空気調和装置。
14. 　前記制御装置は、連続して除霜運転を行わないように、前記除霜運転を行う前記冷凍サイクル回路を変更することを特徴とする請求項１から請求項１３のいずれかに記載の冷凍空気調和装置。
15. 　前記制御装置は、前記除霜運転を行っていた冷凍サイクル回路が除霜運転を終了して暖房運転を開始してから所定時間、次の冷凍サイクル回路の除霜運転を開始させないことを特徴とする請求項１から請求項１４のいずれかに記載の冷凍空気調和装置。
16. 　前記制御装置は、前記暖房運転を停止させた前記冷凍サイクル回路に対して、前記除霜運転を行わせることを特徴とする請求項１から請求項１５のいずれかに記載の冷凍空気調和装置。

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