JP2008267732A - 空気調和装置 - Google Patents

Abstract

【課題】凝縮液冷媒の過冷却を促進させるように制御することによって、冷房性能を改善した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３、四方切替弁４、凝縮器５、過冷却熱交換器６、主膨張弁７及び蒸発器８を順次接続して構成される主冷媒回路１と、過冷却生成用圧縮機１０、過冷却生成用凝縮器１１、過冷却生成用膨張弁１２及び過冷却生成用蒸発器１３を順次接続して構成され、主冷媒回路１とは独立の過冷却生成回路２とを有し、主冷媒回路１の過冷却熱交換器６と、過冷却生成回路２の過冷却生成用蒸発器１３とを熱交換させ、過冷却生成用圧縮機１０の起動を制御する制御装置１５を備え、制御装置１５は、主冷媒回路１の起動後の圧力もしくは温度を予め設定された設定値と比較し、その比較結果に基づいて過冷却生成用圧縮機１０の起動を制御することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷房性能を改善した空気調和装置に関し、特に凝縮液冷媒の過冷却を促進させることで冷房性能を改善するようにした空気調和装置に関するものである。

従来から、図４〜図６に示すように、蓄熱材を利用することによって凝縮液冷媒の過冷却を増加させて冷房能力を増大させるシステムが存在する（たとえば、非特許文献１参照）。図４において、空気調和装置は、室外ユニット２００、室内ユニット２１０、及び蓄熱ユニット２２０で構成されている。室外ユニット２００内には、圧縮機２０１、四方切換弁２０２、凝縮器２０３及びアキュムレータ２０４等が設置され、室内ユニット２１０内には主膨張弁２１１、２１２、蒸発器２１３、２１４等が設置され、蓄熱ユニット２２０内には蓄熱材２２１と蓄熱熱交換器２２２を備えた蓄熱器２２３と蓄熱用膨張弁２２４及びこのバイパス用の開閉弁２２５、さらに室外ユニット２００からの冷媒が蓄熱器２２３をバイパスする開閉弁２２６、蓄熱器を出た冷媒を室内ユニット２１０に導く開閉弁２２７および室内ユニット２１０をバイパスする開閉弁２２８が設置され、これらが冷媒配管により接続されて蓄熱・冷房回路が構成されている。

このように構成された空気調和装置の動作について説明する。蓄熱材２２１に冷熱を蓄える蓄熱運転では、図４において各開閉弁２２５、２２６、２２７は閉、開閉弁２２８は開の状態となっており、圧縮機２０１から出た高温高圧の冷媒ガスは、四方切換弁２０２を通って凝縮器２０３に流れ、ここで凝縮液化したあと室外ユニット２００から蓄熱ユニット２２０に流れ込む。蓄熱ユニット２２０に流入した冷媒は、蓄熱用膨張弁２２４で減圧され、低温低圧の冷媒液となって蓄熱器２２３内の蓄熱熱交換器２２２に流れ込み、ここで蓄熱材２２１を冷却し、冷熱を蓄熱することによって蒸発し、開閉弁２２８を通過し、蓄熱ユニット２１０から室外ユニット２００に戻り、四方切換弁２０２、アキュムレータ２０４を流れて圧縮機２０１に吸入される。このとき、たとえば蓄熱材２２１に水を使用するときは、蓄熱運転によって水は氷となり０［℃］の冷熱が蓄熱器２２３に蓄えられることとなる。

図５は、蓄熱材２２１に蓄えられた冷熱を利用して凝縮液冷媒の過冷却増加を図り、冷房性能を向上させる運転時の冷媒の流れを示す図である。また、図６は、このときの冷媒の状態変化を表したモリエル線図である。なお、図６で示す番号（１）〜（５）は、図５の冷媒回路に記されている番号（１）〜（５）に対応した冷媒の状態を示している。これら図５及び図６において、圧縮機２０１から吐出した高温高圧の冷媒ガス（図６の（１）の状態の冷媒。以下単に番号のみ記す。）は、四方切換弁２０２を通って凝縮器２０３に流入し、ここで凝縮液化した後（状態（２））、室外ユニット２００から蓄熱ユニット２２０に流れ込む。

蓄熱ユニット２２０に流入した冷媒は、開閉弁２２５から蓄熱熱交換器２２２を通ることによって蓄熱材２２１により更に冷却されて過冷却の度合いを増加し（状態（２）→状態（３））、その後開閉弁２２７から室内ユニット２１０に流入し、主膨張弁２１１、２１２を通過して低温低圧の冷媒液となり（状態（４））、蒸発器２１３、２１４で蒸発して冷房効果を発揮したあとガス（状態（５））となって室内ユニット２１０を流出し、室外ユニット２００の四方切換弁２０２、アキュムレータ２０４を経由し、圧縮機２０１に戻り、再び圧縮されるサイクルを繰り返す。

このとき冷媒は、蓄熱熱交換器２２２による過冷却の増加が無い場合には蒸発器２１３、２１４の入り口は状態（４）’の状態となり、蒸発器２１３、２１４での冷房効果は、状態（４）’〜状態（５）のエンタルピ変化であるのに対し、過冷却の増加がある場合には蒸発器８１０、８２０の入り口は状態（４）となり、蒸発器２１３、２１４での冷房効果は状態（４）〜状態（５）のエンタルピ変化となって冷房効果が増大する。たとえば、蓄熱材２２１に水を使い、凝縮器２０３に空気熱交換器を用いる場合では、冷媒の凝縮器２０３の出口（状態（２））は、一般に４０〜４５［℃］であるが、蓄熱された０［℃］の氷によって冷却されることにより、蓄熱器２２１出口の冷媒（状態（３））は、５〜１０［℃］となり、冷房効果として３０〜４０％の増大となる。

また、図７に示すように、ショーケースに用いる冷凍装置の凝縮液冷媒の過冷却増加を他の冷凍サイクルを用いることによって行ない、冷凍効果の改善を図るようにした冷却システムが提案されている（たとえば、特許文献１参照）。この冷却システムは、冷凍装置用冷媒回路３００、過冷却生成回路３２０を備え、冷凍装置用冷媒回路３００は圧縮機３０１、凝縮器３０５、過冷却熱交換器３０６、複数の蒸発器３６１、３６２、３６３と、これら各蒸発器３６１、３６２、３６３に冷媒を供給し減圧させる開閉弁３３０、３３１、３３２と主膨張弁３７１、３７２、３７３が冷媒配管によって環状に接続されて構成され、過冷却生成回路３２０は、過冷却生成用圧縮機３２１と、四方切換弁３３４と過冷却生成用凝縮器３１１と過冷却生成用膨張弁３１２と過冷却生成用蒸発器３１３を環状に接続するとともに、過冷却生成用蒸発器３１３と並列に冷房用蒸発器３３５を接続し、これら各蒸発器３１３、３３５への冷媒の流れを切り替える開閉弁３３６、３３７から構成されている。

このように構成された冷却システムの動作について説明する。冷凍装置用冷媒回路３００では、圧縮機３０１によって圧縮され高温高圧となった冷媒は、凝縮器３０５で凝縮液化したあと、過冷却熱交換器３０６で更に冷却されて過冷却度を増大させ（図６における状態（２）から状態（３）への変化に相当）、各開閉弁３３０、３３１、３３２から主膨張弁３７１、３７２、３７３を通って減圧され、低温低圧となって蒸発器３６１、３６２、３６３に流入し、冷凍効果を発揮するが、過冷却熱交換器３０６によって過冷却度が大きくなっているため、これの無い場合に比べて大きな冷凍効果が得られている。この後冷媒は、蒸発してガスとなり圧縮機３０１に戻る運転となる。

一方、過冷却生成回路３２０において過冷却生成運転が行われている時は、開閉弁３３６は閉、開閉弁３３７は開となっている。このとき、過冷却生成用圧縮機３２１によって圧縮され高温高圧となった冷媒は、四方切換弁３３４から過冷却生成用凝縮器３１１に流入し、ここで冷却されて凝縮液化したあと過冷却生成用膨張弁３１２を通って低温低圧になり、開閉弁３３７から過冷却生成用蒸発器３１３に流れて、冷凍装置用冷媒回路３００の過冷却熱交換器３０６を流れる冷媒を冷却して、自らは蒸発しガスとなって四方切換弁３３４から過冷却生成用圧縮機３２１に戻る運転となる。

また、過冷却生成回路３２０を冷房運転用に用いるときは、開閉弁３３６は開、開閉弁３３７は閉となっており、このときは過冷却生成用圧縮機３２１によって圧縮され高温高圧となった冷媒は、四方切換弁３３４から凝縮器３１１に流入し、ここで冷却されて凝縮液化したあと過冷却生成用膨張弁３１２を流れて低温低圧になり、開閉弁３３６から冷房用蒸発器３３５に流入し、冷房運転を実施したあと、ガスとなって四方切換弁３３４から過冷却生成用圧縮機３２１に戻る運転となり、この場合は過冷却生成には寄与しない。

特開平１１−３０３８２号公報 三菱電機氷蓄熱利用パッケージエアコンカタログ Ｓ−１７６−１−Ｃ５４４４−Ｇ 冷静 ０５１２ ＜ＴＯＴ＞

上記の空気調和装置や冷凍装置では、主冷媒回路の冷房性能や冷凍性能を改善させる効果はあるが、外気条件や負荷状態に応じた最適な過冷却生成運転を行わせる制御となっていなく、常に過冷却を生成させる運転であり、たとえば外気温度が低い場合や主冷媒回路の負荷が小さく過冷却の生成の効果が小さいため、過冷却生成運転が不要のときにもこの運転を行ってしまい、かえって無駄な運転を行ってしまう等の課題があった。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、凝縮液冷媒の過冷却を促進させるように制御することによって、冷房性能を改善した空気調和装置を提供することを目的としている。

本発明に係る空気調和装置は、圧縮機、凝縮器、過冷却熱交換器、主膨張弁及び蒸発器を順次接続して構成される主冷媒回路と、過冷却生成用圧縮機、過冷却生成用凝縮器、過冷却生成用膨張弁及び過冷却生成用蒸発器を順次接続して構成され、前記主冷媒回路とは独立の過冷却生成回路とを有し、前記主冷媒回路の前記過冷却熱交換器と、前記過冷却生成回路の前記過冷却生成用蒸発器とを熱交換させる空気調和装置において、前記過冷却生成用圧縮機の起動を制御する制御装置を備え、前記制御装置は、前記主冷媒回路の起動後の圧力もしくは温度を予め設定された設定値と比較し、その比較結果に基づいて前記過冷却生成用圧縮機の起動を制御することを特徴とする。

本発明に係る空気調和装置は、圧縮機、凝縮器、過冷却熱交換器、主膨張弁及び蒸発器を順次接続して構成される主冷媒回路と、過冷却生成用圧縮機、過冷却生成用凝縮器、過冷却生成用膨張弁及び過冷却生成用蒸発器を順次接続して構成され、前記主冷媒回路とは独立の過冷却生成回路とを有し、前記主冷媒回路の前記過冷却熱交換器と、前記過冷却生成回路の前記過冷却生成用蒸発器とを熱交換させる空気調和装置において、前記圧縮機と、前記過冷却生成用圧縮機とをともに容量制御形の圧縮機とし、前記圧縮機の起動を制御する主冷媒回路制御装置を備え、前記過冷却生成用圧縮機の容量制御を、前記圧縮機に対する前記主冷媒回路制御装置からの容量制御信号をもって前記過冷却生成用圧縮機の容量制御信号としたことを特徴とする。

本発明に係る空気調和装置は、制御装置が、主冷媒回路の起動後の圧力もしくは温度を予め設定された設定値と比較し、その比較結果に基づいて過冷却生成用圧縮機の起動を制御するので、主冷媒回路の運転状態を検知し、これをもとに過冷却生成回路の過冷却生成用圧縮機の運転制御を行うことができ、過冷却生成用圧縮機の不要な運転を無くすことができ、効率の良い運転を行なうことができる。

本発明に係る空気調和装置は、過冷却生成用圧縮機の容量制御を、圧縮機に対する主冷媒回路制御装置からの容量制御信号をもって過冷却生成用圧縮機の容量制御信号としたので、主冷媒回路の圧縮機、及び、過冷却生成回路の過冷却生成用圧縮機の容量制御を共通化したことにより、１台の制御装置（主冷媒回路制御装置）を設置すればよく、かつ主冷媒回路の過冷却度合の要求に応じた過冷却生成回路の運転を行なうことができる。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る空気調和装置１００の冷媒回路構成を示す冷媒回路図である。図１に基づいて、空気調和装置１００の冷媒回路構成について説明する。この空気調和装置１００は、ビルやマンション等に設置され、冷媒を循環させる冷凍サイクル（ヒートポンプサイクル）を利用して冷房運転や暖房運転を行なうものである。なお、図１を含め、以下の図面で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。

空気調和装置１００は、一般的に、大きく分けて熱源側ユニット（室外ユニット）と、負荷側ユニット（室内ユニット）とで構成されている。この熱源側ユニット及び負荷側ユニットは、冷媒配管で接続されて連絡するようになっている。また、空気調和装置１００には、それぞれ独立の冷媒回路である主冷媒回路１と、主冷媒回路１とは独立した過冷却生成回路２とが搭載されている。なお、この図１では、空気調和装置１００が冷房運転している時における冷媒回路構成を図示している。

主冷媒回路１は、圧縮機３、四方切換弁４、凝縮器５、過冷却熱交換器６、主膨張弁７、蒸発器８及びアキュムレータ９を冷媒配管で順次接続して構成されている。つまり、空気調和装置１００は、主冷媒回路１に冷媒を循環させることによって、冷房運転又は暖房運転を実行するようになっているのである。また、過冷却生成回路２は、過冷却生成用圧縮機１０、過冷却生成用凝縮器１１、過冷却生成用膨張弁１２及び過冷却生成用蒸発器１３を冷媒配管で順次接続して構成されている。

圧縮機３は、主冷媒回路１を構成する冷媒配管を流れる冷媒を吸入し、その冷媒を圧縮して高温・高圧の状態にするものであり、たとえばインバータにより回転数が制御され容量制御されるタイプのもので構成するとよい。四方切換弁４は、流路切換弁としての役目を果たし、冷房運転時と暖房運転時とで冷媒の流れを切り替えるものである。凝縮器５は、その近傍に設けられている図示省略のファン等から供給される空気と冷媒との間で熱交換を行ない、冷媒を凝縮液化するものである。

過冷却熱交換器６は、主冷媒回路１を流れる冷媒と、過冷却生成回路２を流れる冷媒との間で熱交換を行なうようになっている。主膨張弁７は、絞り装置としての役目を果たし、冷媒を減圧して膨張させるものである。この主膨張弁７は、開度が可変に制御可能なもの、たとえば電子式膨張弁等で構成するとよい。蒸発器８は、その近傍に設けられている図示省略のファン等から供給される空気と冷媒との間で熱交換を行ない、冷媒を蒸発ガス化するものである。アキュムレータ９は、圧縮機３の吸入側に設けられており、過剰な冷媒を貯留するものである。

過冷却生成用圧縮機１０は、過冷却生成回路２を構成する冷媒配管を流れる冷媒を吸入し、その冷媒を圧縮して高温・高圧の状態にするものであり、たとえばインバータにより回転数が制御され容量制御されるタイプのもので構成するとよい。過冷却生成用凝縮器１１は、その近傍に設けられている図示省略のファン等から供給される空気と冷媒との間で熱交換を行ない、冷媒を凝縮液化するものである。過冷却生成用膨張弁１２は、絞り装置としての役目を果たし、冷媒を減圧して膨張させるものである。この過冷却生成用膨張弁１２は、開度が可変に制御可能なもの、たとえば電子式膨張弁等で構成するとよい。過冷却生成用蒸発器１３は、過冷却熱交換器６と同様に、主冷媒回路１を流れる冷媒と、過冷却生成回路２を流れる冷媒との間で熱交換を行なうようになっている。

また、空気調和装置１００には、凝縮器５の冷媒出口における過冷却温度を検知するための温度センサ１４と、この温度センサ１４から送られる温度情報（過冷却温度Ｔ１４）に基づいて、過冷却生成用圧縮機１０のオン／オフを制御するマイクロコンピュータ等で構成される制御装置１５とが設けられている。温度センサ１４は、凝縮器５の出口における冷媒配管（凝縮器５と過冷却熱交換器６とを接続している冷媒配管）に取り付けられている。なお、温度センサ１４は、過冷却温度を検知できるものであればよく、種類を特に限定するものではない。

図２は、主冷媒回路１の冷媒状態の一例及び過冷却生成回路２の冷媒状態の一例を併せて示したモリエル線図（Ｐ−Ｈ線図）である。図２では、縦軸が絶対圧力（ＭＰａ）を、横軸が比エンタルピ（ｋｊ／ｋｇ）をそれぞれ示している。また、図２では、主冷媒回路１の冷媒動作状態を実線で、過冷却生成回路２の冷媒動作状態を一点鎖線でそれぞれ示している。さらに、冷媒は、飽和液線と飽和蒸気線とで囲まれた部分では気液二相状態であることを、飽和液線の左側では液化した状態であることを、飽和蒸気線の右側ではガス化した状態であることをそれぞれ表している。なお、このモリエル線図では、Ｒ４１０Ａ冷媒を使用したときの冷媒状態を例に表している。

図２に示すように、主冷媒回路１の高圧は、２．７２［ＭＰａ］（凝縮温度４５［℃］）、低圧は、０．８０［ＭＰａ］（蒸発温度０［℃］）、過冷却生成回路２の高圧は、主冷媒回路１の高圧と同じ２．７２［ＭＰａ］（凝縮温度４５［℃］）、低圧は、１．４４［ＭＰａ］（蒸発温度２０［℃］）の場合を例に示している。また、図２の中で示している番号（１）〜（８）は、図１における（１）〜（８）の冷媒状態に対応させたものである。

図１及び図２に基づいて、空気調和装置１００の冷房運転時における動作を冷媒状態に対応させて説明する。主冷媒回路１において、圧縮機３で圧縮され、圧力が２．７２［ＭＰａ］（凝縮温度４５［℃］）となった高温高圧の冷媒（状態（１））は、四方切換弁４を経由し、凝縮器５に流入し、たとえば３５［℃］の外気などによって冷却され、凝縮液化し４０［℃］の冷媒（状態（２））となって過冷却熱交換器６に流入する。この冷媒は、過冷却熱交換器６で過冷却生成回路２の過冷却生成用蒸発器１３を流れる蒸発温度２０［℃］の冷媒によって温度が２５［℃］まで冷却されて（状態（３））、過冷却熱交換器６から流出する。

過冷却熱交換器６から流出した冷媒は、主膨張弁７に到達し、そこで圧力が０．８０［ＭＰａ］まで減圧されて低温・低圧の冷媒となる（状態（４））。そして、蒸発器８に流入し、空気から吸熱（つまり、外気を冷却）することによって高温・低圧の冷媒となって（状態（５））、蒸発器８から流出する。蒸発器８から流出した冷媒は、その後、四方切換弁４及びアキュムレータ９を経由し、圧縮機３に再度吸入されることになる。空気調和装置１００の主冷媒回路１における冷媒は、以上の動作を繰り返す。

一方、過冷却生成回路２は、主冷媒回路１の起動後、予め決められた設定時間後に、温度センサ１４が検知した冷媒温度が設定温度以上であるとき起動するようになっている。このとき、冷媒は、過冷却生成用圧縮機１０で主冷媒回路１と同じ２．７２［ＭＰａ］まで圧縮され（状態（６））、過冷却生成用凝縮器１１で３５［℃］の外気などによって冷却され凝縮液化し、主冷媒回路１の場合と同じく液冷媒（状態（２’））となったあと、過冷却生成用膨張弁１２で圧力が１．４４［ＭＰａ］まで減圧され（状態（７））、過冷却生成用蒸発器１３で蒸発することによって主冷媒回路１の過冷却熱交換器６を流れる冷媒を冷却したあと（状態（８））、過冷却生成用圧縮機１０に戻る動作を繰り返す。

以上の動作においては、過冷却生成回路２の冷凍サイクルは、低圧圧力１．４４［ＭＰａ］と高圧圧力２．７２［ＭＰａ］の間での動作であり、圧縮比は、１．８９と小さく、冷媒が状態（８）から状態（６）への圧縮を等エントロピ圧縮とするとき、この冷凍サイクルの成績係数を圧縮動力分のみでみるときは、９．８０の高い状態で主冷媒回路１の過冷却生成を行うことができる。また、主冷媒回路１は、低圧が０．８０［ＭＰａ］、高圧が２．７２［ＭＰａ］で圧縮比３．４の状態で運転されているが、過冷却生成回路２の無い場合の冷凍効果（状態（４’）〜状態（５））に比べて、過冷却生成回路２がある場合の冷凍効果（状態（４）〜状態（５））は増大する。

このため、状態（５）から状態（１）への圧縮を等エントロピ圧縮とするときの成績係数は、圧縮動力分でみるとき過冷却生成回路が無いときの４．１４に比べて、過冷却生成回路２を動作させ冷凍効果を増加するときは、この過冷却生成回路２の成績係数が高いため、この圧縮動力分も含めても４．５４になり、９．７％アップした運転を実行させることができる。

しかし、このような運転が継続する中で外気温度が低くなり高圧圧力（凝縮温度）が低下していくと主冷媒回路１の圧縮比が小さくなって主冷媒回路１のみ運転時の成績係数が向上していくことになる。たとえば、高圧圧力が２．１４ ［ＭＰａ］（凝縮温度３５［℃］）で低圧圧力が前記と同条件では、過冷却生成回路２の無い場合の成績係数は６．４７、これに過冷却生成回路２を蒸発圧力１．０８［ＭＰａ］（蒸発温度１０［℃］）で動作させて主冷媒回路１の冷媒を３０［℃］（状態（２））から１５［℃］（状態（３））まで過冷却させると成績係数は６．７６となり、このことによる改善効果は図２に示したケースでの９．７％から４．４％にまで低下する。

また、前記では過冷却生成回路２の過冷却生成用凝縮器１１の送風動力などが考慮されていないが、これらを考慮すると、外気温度や冷房負荷の低下に伴う高圧圧力低下（凝縮温度低下）の割合によっては、成績係数改善の効果は現れなくなってしまうことがある。このような運転状態を防止するために、主冷媒回路１の凝縮圧力を検知する代わりに凝縮器５出口の冷媒温度（状態（２））をこの部分に取り付けられた温度センサ１４によって検知し、この温度Ｔ１４が設定温度以下になると制御装置１５を介して過冷却生成回路２の過冷却生成用圧縮機１０を停止させ、主冷媒回路１のみによる冷房運転が継続されるようにしている。

また一方、凝縮圧力と連動している凝縮器５の出口における冷媒温度Ｔ１４が上昇し、ある設定値以上になると過冷却生成回路２の過冷却生成用圧縮機１０を起動させ、主冷媒回路１の過冷却を増大させた効率の良い運転が実施できる。なお、ここでは、高圧圧力（凝縮圧力）の代わりに凝縮器５の出口における冷媒温度Ｔ１４を選んだが、直接高圧圧力や凝縮温度を検知し、この値が設定値以下では過冷却生成用圧縮機１０をオフ、設定値以上ではオンとする動作としてもよいことはいうまでもない。

また、冷房負荷が小さくなると、主冷媒回路１の蒸発圧力（蒸発温度）が上昇するが、このような時も圧縮比は小さくなり、主冷媒回路１の運転のみで高い成績係数が確保され、過冷却生成回路２の運転が不要となることがある。したがって、高圧圧力の代わりに低圧圧力（蒸発圧力）や蒸発温度を過冷却生成用圧縮機１０の運転制御に取り入れても良く、これら圧力（温度）が設定値以上では過冷却生成用圧縮機１０の運転をオフ、設定値以下ではオンとする制御としてもよい。

さらには、単に高圧圧力（凝縮温度）や低圧圧力（蒸発温度）の値で過冷却生成用圧縮機１０の運転を制御するのではなく、直接圧縮動力に係わる圧縮比もしくは、これら値の圧力差（凝縮温度と蒸発温度の温度差）を検知、算出して、これらの比もしくは差が設定値以下であれは過冷却生成用圧縮機１０の運転をオフ、設定値以上であればオンとする運転制御としてもよい。

実施の形態２.
図３は、本発明の実施の形態２に係る空気調和装置１００ａの冷媒回路構成を示す概略構成図である。図３に基づいて、実施の形態２に係る空気調和装置１００ａ全体の回路構成及び動作について説明する。この空気調和装置１００ａは、ビルやマンション等に設置され、冷媒を循環させる冷凍サイクル（ヒートポンプサイクル）を利用して、冷房運転や暖房運転を行なうものである。なお、この実施の形態２では上述した実施の形態１との相違点を中心に説明するものとし、実施の形態１と同一部分には、同一符号を付して説明を省略するものとする。

この実施の形態２では、過冷却生成用圧縮機１０が、周波数制御に対応した容量制御形の圧縮機であることを前提としている。また、実施の形態１に係る空気調和装置１００との相違点は、温度センサ１４と制御装置１５が設けられておらず、主冷媒回路制御装置１６が設けられていることである。この主冷媒回路制御装置１６は、圧縮機３及び過冷却生成用圧縮機１０のオン／オフを制御する機能を有し、マイクロコンピュータ等で構成するとよい。

この実施の形態２においては、主冷媒回路１では、冷房負荷側や外気などの温度情報、あるいは冷媒の凝縮温度情報や蒸発温度情報、冷媒の圧力情報を主冷媒回路制御装置１６に取り込み、この主冷媒回路制御装置１６がそれらの情報に基づいて所定の演算を行って、外気や負荷に対応した周波数が設定され、圧縮機３への出力信号となって主冷媒回路１が運転されるようになっている。

主冷媒回路１において冷房負荷が大きく、圧縮機３の周波数が高く設定される運転では、冷媒流量が増大するため、過冷却熱交換器６でも大きい熱交換量が要求されるため、過冷却生成用圧縮機１０も周波数の高い運転が要求される。また、同様に冷房負荷が小さい場合には、主冷媒回路１の圧縮機３の周波数は低く設定され、冷媒流量も少なくなるため、過冷却熱交換器６での熱交換量も小さくてよく、過冷却生成用圧縮機１０も周波数の低い運転でよい。

上記のごとく、過冷却生成用圧縮機１０の運転周波数は、主冷媒回路１の圧縮機３容量制御と連動させることができる。したがって、過冷却生成回路２に独自に過冷却生成用圧縮機１０の運転周波数を設定する制御装置１５を設ける必要がなくなる。すなわち、図３に示すように、過冷却生成用圧縮機１０の運転周波数は、主冷媒回路１に設置される主冷媒回路制御装置１６で圧縮機３の運転主冷媒回路と共用させることができるのである。

さらには、主冷媒回路１の主冷媒回路制御装置１６からの出力信号が期待できない場合には、実施の形態１で述べたように、主冷媒回路１の高圧圧力（凝縮温度）もしくは低圧圧力（蒸発温度）もしくは凝縮器５の出口における冷媒温度（図２で示す状態（２））などに対応した過冷却生成回路２の低圧圧力（蒸発温度）を予め設定しておき、主冷媒回路１の運転時にこれら圧力や温度を検知して、過冷却生成回路２の低圧圧力（蒸発温度）設定値を定め、この圧力を指標とする過冷却生成用圧縮機１０の周波数制御としてもよい。

また、複数台の圧縮機３を設置し、各圧縮機３、四方切換弁４に接続される複数台の凝縮器５を備え、各凝縮器５毎に過冷却熱交換器６を備えた空気調和装置においても、各凝縮器３の出口温度や主冷媒回路１の周波数合計値、高圧圧力（凝縮温度）、低圧圧力（蒸発温度）などを検知することによって、上記で述べた制御と同等の制御を行うことができる。なお、凝縮器５および蒸発器８において冷媒が熱交換する相手媒体は空気に限ることなく水でも良いことはいうまでもない。

さらに、過冷却生成用圧縮機１０を容量制御形の圧縮機としたものにおいては、前記制御装置１５が、主冷媒回路１の運転時における冷媒圧力及び冷媒温度から設定される過冷却生成回路２の蒸発圧力を設定目標圧力とし、この設定目標圧力に基づいて過冷却生成用圧縮機１０の容量制御を行うことができる。これにより、主冷媒回路１の運転データに基づき設定された過冷却生成回路２の蒸発圧力（蒸発温度）を運転目標値として、過冷却生成回路２の過冷却生成用圧縮機１０の運転周波数を制御することにより、過冷却生成回路２の安定した運転を行わせることができる。

なお、実施の形態１では、冷媒４１０Ａの場合を例に説明したが、これに限定するものではない。たとえば、空気調和装置１００及び空気調和装置１００ａに試用できる冷媒としては、非共沸混合冷媒や擬似共沸混合冷媒、単一冷媒、自然冷媒等がある。非共沸混合冷媒には、ＨＦＣ（ハイドロフルオロカーボン）冷媒であるＲ４０７Ｃ（Ｒ３２／Ｒ１２５／Ｒ１３４ａ）等がある。擬似共沸混合冷媒には、上述したＲ４１０Ａの他にＲ４０４Ａ（Ｒ１２５／Ｒ１４３ａ／Ｒ１３４ａ）等がある。また、単一冷媒には、ＨＣＦＣ（ハイドロクロロフルオロカーボン）冷媒であるＲ２２やＨＦＣ冷媒であるＲ１３４ａ等がある。自然冷媒には、二酸化炭素やプロパン、イソブタン、アンモニア等がある。

また、空気調和装置１００及び空気調和装置１００ａは、冷凍装置やルームエアコン、パッケージエアコン、冷蔵庫や、加湿器、調湿装置、ヒートポンプ給湯機等に適用することが可能である。したがって、空気調和装置１００及び空気調和装置１００ａの適用される目的・用途に応じて使用する冷媒や、圧縮機３及び凝縮器５の台数等を決定するとよい。

実施の形態１に係る空気調和装置の冷媒回路構成を示す冷媒回路図である。 主冷媒回路の冷媒状態の一例及び過冷却生成回路の冷媒状態の一例を併せて示すモリエル線図（Ｐ−Ｈ線図）である。 実施の形態２に係る空気調和装置の冷媒回路構成を示す冷媒回路図である。 従来の空気調和装置の冷媒回路構成を示す冷媒回路図である。 従来の空気調和装置の冷媒回路構成を示す冷媒回路図である。 従来の空気調和装置の冷媒状態を示すモリエル線図である。 他の従来の空気調和装置の冷媒回路構成を示す冷媒回路図である。

符号の説明

１ 主冷媒回路、２ 過冷却生成回路、３ 圧縮機、４ 四方切換弁、５ 凝縮器、６ 過冷却熱交換器、７ 主膨張弁、８ 蒸発器、９ アキュムレータ、１０ 過冷却生成用圧縮機、１１ 過冷却生成用凝縮器、１２ 過冷却生成用膨張弁、１３ 過冷却生成用蒸発器、１４ 温度センサ、１５ 制御装置、１６ 主冷媒回路制御装置、１００ 空気調和装置、１００ａ 空気調和装置。

Claims (6)

1. 圧縮機、凝縮器、過冷却熱交換器、主膨張弁及び蒸発器を順次接続して構成される主冷媒回路と、
   過冷却生成用圧縮機、過冷却生成用凝縮器、過冷却生成用膨張弁及び過冷却生成用蒸発器を順次接続して構成され、前記主冷媒回路とは独立の過冷却生成回路とを有し、
   前記主冷媒回路の前記過冷却熱交換器と、前記過冷却生成回路の前記過冷却生成用蒸発器とを熱交換させる空気調和装置において、
   前記過冷却生成用圧縮機の起動を制御する制御装置を備え、
   前記制御装置は、
   前記主冷媒回路の起動後の圧力もしくは温度を予め設定された設定値と比較し、その比較結果に基づいて前記過冷却生成用圧縮機の起動を制御する
   ことを特徴とした空気調和装置。
2. 凝縮圧力、凝縮温度、もしくは凝縮器出口冷媒温度を前記設定値とし、
   前記制御装置は、
   前記主冷媒回路運転時における凝縮圧力、凝縮温度、もしくは凝縮器出口温度が、前記設定値以上となったとき、前記過冷却生成用圧縮機を起動させ、
   その後、前記主冷媒回路運転時における凝縮圧力、凝縮温度、もしくは凝縮器出口温度が前記設定値以下となったとき、前記過冷却生成用圧縮機を停止させる
   ことを特徴とする請求項１に記載の空気調和装置。
3. 蒸発圧力もしくは蒸発温度を前記設定値とし、
   前記制御装置は、
   前記主冷媒回路運転時における蒸発圧力もしくは蒸発温度が、前記設定値以下となったとき、前記過冷却生成用圧縮機を起動させ、
   その後、前記主冷媒回路運転時における蒸発圧力もしくは蒸発温度が前記設定値以上となったとき、前記過冷却生成用圧縮機を停止させる
   ことを特徴とする請求項１に記載の空気調和装置。
4. 前記主冷媒回路の凝縮器圧力と蒸発器圧力の圧力差、もしくは凝縮温度と蒸発温度の温度差を前記設定値とし、
   前記制御装置は、
   前記主冷媒回路運転時における凝縮器圧力と蒸発器圧力の圧力差、もしくは凝縮温度と蒸発温度の温度差が、前記設定値以上となったとき、前記過冷却生成用圧縮機を起動させ、
   その後、前記主冷媒回路運転時における凝縮器圧力と蒸発器圧力の圧力差、もしくは凝縮温度と蒸発温度の温度差が前記設定値以下となったとき、前記過冷却生成用圧縮機を停止させる
   ことを特徴とする請求項１に記載の空気調和装置。
5. 前記過冷却生成用圧縮機を容量制御形の圧縮機とし、
   前記制御装置は、
   前記主冷媒回路運転時における冷媒圧力及び冷媒温度から設定される前記過冷却生成回路の蒸発圧力を設定目標圧力とし、前記設定目標圧力に基づいて前記過冷却生成用圧縮機の容量制御を行う
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の空気調和装置。
6. 圧縮機、凝縮器、過冷却熱交換器、主膨張弁及び蒸発器を順次接続して構成される主冷媒回路と、
   過冷却生成用圧縮機、過冷却生成用凝縮器、過冷却生成用膨張弁及び過冷却生成用蒸発器を順次接続して構成され、前記主冷媒回路とは独立独立の過冷却生成回路とを有し、
   前記主冷媒回路の前記過冷却熱交換器と、前記過冷却生成回路の前記過冷却生成用蒸発器とを熱交換させる空気調和装置において、
   前記圧縮機と、前記過冷却生成用圧縮機とをともに容量制御形の圧縮機とし、
   前記圧縮機の起動を制御する主冷媒回路制御装置を備え、
   前記過冷却生成用圧縮機の容量制御を、前記圧縮機に対する前記主冷媒回路制御装置からの容量制御信号をもって前記過冷却生成用圧縮機の容量制御信号とした
   ことを特徴とする空気調和装置。

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