JP2012233638A - 冷凍空調装置 - Google Patents

Abstract

【課題】利用側である蒸発器が複数ある場合においても、高効率な運転を実現することができる冷凍空調装置を得る。
【解決手段】制御装置２０は、過熱度演算部２２によって演算された現在の各内部熱交換器４ａ，４ｂの出口側の冷媒過熱度ＳＨａ，ＳＨｂが、目標過熱度演算部２３によって演算された目標過熱度になるように各膨張装置５ａ，５ｂの流量調整を実施する。
【選択図】図１

Description

本発明は、単一の利用側ユニット内に複数の蒸発器を備えた冷凍空調装置に関する。

従来の冷凍空調装置として、例えば、図２で示されるようなものがあり、圧縮機５１、凝縮器５２、内部熱交換器５４、膨張装置５５及び蒸発器５６が冷媒配管によって環状に接続されている。このうち、内部熱交換器５４は、凝縮器５２から膨張装置５５へ向かって流れる液冷媒と、蒸発器５６から圧縮機５１へ向かって流れるガス冷媒との間で熱交換を実施する。また、内部熱交換器入口温度センサー６１が凝縮器５２と内部熱交換器５４との間、圧縮機吸入温度センサー６３が圧縮機５１の吸入側（入口側）、膨張装置入口温度センサー６５が内部熱交換器５４と膨張装置５５との間、そして、蒸発器温度センサー６６が蒸発器５６の中間部の冷媒流路にそれぞれ設けられ、それぞれ設置場所の冷媒温度を検出する。この蒸発器温度センサー６６は、蒸発器５６内で気液二相状態になっている冷媒温度を検出することによって、低圧の冷媒飽和温度を検出することができる。

この冷凍空調装置の室外機等には、冷凍空調装置全体の制御をする制御装置７０が設置されている。この制御装置７０は、前記の各温度センサーが接続され、その検出情報、及び、使用者から指示される運転内容に基づいて、圧縮機５１の運転、凝縮器５２及び蒸発器５６のファンの送風量、並びに、膨張装置５５の開度等を制御する。また、制御装置７０は、熱交換量演算部７１、過熱度演算部７２及び目標過熱度演算部７３を備えている。このうち、熱交換量演算部７１は、内部熱交換器入口温度センサー６１及び膨張装置入口温度センサー６５によって検出された冷媒温度に基づいて、内部熱交換器５４における熱交換量Ｑを演算する。過熱度演算部７２は、圧縮機吸入温度センサー６３及び蒸発器温度センサー６６によって検出された冷媒温度に基づいて、圧縮機５１の吸入側の冷媒過熱度ＳＨを演算する。目標過熱度演算部７３は、蒸発器温度センサー６６によって検出される冷媒温度に基づいて、蒸発器５６における飽和ガスの定圧比熱Ｃｐを演算し、この定圧比熱Ｃｐ、及び、熱交換量演算部７１によって演算された熱交換量Ｑに基づいて、蒸発器５６の出口の冷媒状態が飽和ガス状態となる場合の圧縮機５１の吸入冷媒の過熱度を演算する。

このような冷凍空調装置は、図３で示されるＰｈ線図（モリエル線図）に従って動作する。圧縮機５１から吐出された高温高圧のガス冷媒（状態Ａ）は凝縮器５２に流入し、ここで放熱しながら凝縮液化し、高圧低温の冷媒となる（状態Ｂ）。凝縮器５２から流出した冷媒は、内部熱交換器５４において圧縮機５１に吸入される冷媒と熱交換し冷却（過冷却）される（状態Ｃ）。内部熱交換器５４を流出した冷媒は、膨張装置５５において減圧され気液二相冷媒となり（状態Ｄ）、蒸発器５６に流入し、そこで吸熱し、蒸発ガス化（状態Ｅ）しながら空気又は水等の負荷側媒体に冷熱を供給する。そして、蒸発器５６から流出した低圧ガス冷媒は、内部熱交換器５４において高圧冷媒と熱交換し加熱され（状態Ｆ）、圧縮機５１に吸入され高圧まで圧縮され、再び、吐出される（状態Ａ）。

膨張装置５５は、圧縮機吸入温度センサー６３によって検出される圧縮機５１の吸入温度と、蒸発器温度センサー６６によって検出される低圧冷媒の飽和温度との差温に基づいて演算される圧縮機５１の吸入側の冷媒過熱度ＳＨが、予め設定された目標値（例えば、１０℃）になるように、制御装置７０によって制御される。冷媒過熱度ＳＨが目標値より大きい場合には、膨張装置５５の開度は大きく、冷媒過熱度ＳＨが目標値より小さい場合には、膨張装置５５の開度は小さく制御される。

この圧縮機５１の冷媒過熱度ＳＨは内部熱交換器５４における高温冷媒との熱交換によって生じるものであるため、その熱交換量Ｑに応じて膨張装置５５の制御目標である冷媒過熱度の目標値を変化させる必要がある。すなわち、膨張装置５５の制御目標である、圧縮機５１の吸入側の冷媒過熱度の目標値が、内部熱交換器５４における熱交換量Ｑによって生じる圧縮機５１の吸入側の冷媒過熱度ＳＨよりも大きく設定された場合、蒸発器５６の出口の冷媒状態は、乾き度１よりも大きい過熱ガス状態となり、性能の低下、又は、蒸発器５６内の冷媒の一部が加熱ガス状態となることに起因する露飛び等の問題が生じる。一方、圧縮機５１の吸入側の冷媒過熱度の目標値が、小さく設定された場合、蒸発器５６の出口の冷媒状態は、乾き度１以下の気液二相状態となり、性能低下等の問題が生じる。

前記のような蒸発器５６の出口冷媒の乾き度と蒸発器能力との関係を図４に示す。蒸発器５６の出口冷媒が乾き度１の飽和ガス状態となる場合が蒸発器能力は最大となる。このため、このような冷凍空調装置の冷凍サイクルの高効率化の観点から、内部熱交換器５４における熱交換量Ｑに応じて、蒸発器５６の出口冷媒が乾き度１となるように圧縮機５１の吸入側の冷媒過熱度の目標値を設定することが望ましい。

ここで、膨張装置５５の制御目標となる圧縮機５１の吸入側の冷媒過熱度の目標値を以下のように設定する。前述したように、圧縮機５１の吸入側の冷媒過熱度は、内部熱交換器５４での高圧状態の冷媒との熱交換によって生じるため、負荷の変動等で運転状態が変化すると圧力状態も変わり、その熱交換量Ｑも変化することになる。内部熱交換器５４での熱交換量Ｑは以下の式によって演算される。

Ｑ＝Ｇｒ×Δｈ＝Ｇｒ×ＳＨｍ×Ｃｐ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥（１）
（Ｑ：熱交換量［ｋＪ］、Δｈ：エンタルピー差［ｋＪ／ｋｇ］、Ｇｒ：冷媒循環量［ｋｇ／ｈ]、ＳＨｍ：冷媒過熱度［℃］、Ｃｐ：定圧比熱［ｋＪ／ｋｇ・℃］）

高圧冷媒とのエンタルピー差Δｈについては、内部熱交換器入口温度センサー６１によって検出される内部熱交換器５４の入口温度、及び膨張装置入口温度センサー６５によって検出される膨張装置５５の入口温度より、各温度における飽和液エンタルピーをそれぞれ算出し、その差を求めればよい。また、定圧比熱Ｃｐについては、蒸発器温度センサー６６によって検出される蒸発器５６の飽和ガス状態の検出温度に基づいて算出される。以上の状態量が算出されれば、蒸発器５６の出口冷媒が、乾き度が１の飽和ガス状態となる圧縮機５１の吸入側の冷媒過熱度を求めることができるため、この値を膨張装置５５の制御目標値とすればよいことになる。

すなわち、制御装置７０は、次のような演算処理及び制御を実施する。

（ａ）熱交換量演算部７１は、内部熱交換器入口温度センサー６１及び膨張装置入口温度センサー６５の出力によって検出されるそれぞれの冷媒温度に基づいて、それぞれの飽和液エンタルピーを算出し、その飽和エンタルピーの差（エンタルピー差Δｈ）を求める。そして、熱交換量演算部７１は、そのエンタルピー差Δｈ及び冷媒循環量Ｇｒに基づいて、内部熱交換器５４における熱交換量Ｑを演算する。
（ｂ）過熱度演算部７２は、圧縮機吸入温度センサー６３及び蒸発器温度センサー６６によって検出された冷媒温度に基づいて、内部熱交換器５４により加熱された後の圧縮機５１の吸入側の冷媒過熱度ＳＨを演算する。
（ｃ）目標過熱度演算部７３は、蒸発器温度センサー６６によって検出される冷媒温度に基づいて、蒸発器５６における飽和ガス状態の定圧比熱Ｃｐを算出し、この定圧比熱Ｃｐ、及び、熱交換量演算部７１によって演算された熱交換量Ｑに基づいて、蒸発器５６の出口の冷媒状態が飽和ガス状態となる場合の圧縮機５１の吸入側の冷媒過熱度を演算し、それを目標過熱度として設定する。
（ｄ）制御装置７０は、過熱度演算部７２によって演算された現在の圧縮機５１の吸入側の冷媒過熱度が、目標過熱度演算部７３によって演算された目標過熱度になるように膨張装置５５の流量調整を実施する。

以上のように、図２で示される冷凍空調装置は、圧縮機５１の吸入側の冷媒過熱度が、目標過熱度となるように膨張装置５５の流量調整を実施し、運転状態の変化又は圧縮機５１の周波数の変化等によって内部熱交換量が変化した場合であっても、熱交換量Ｑに応じて圧縮機５１の吸入冷媒の目標過熱度を変化させることにより、蒸発器５６の出口冷媒の乾き度を所定値（例えば「１」）に維持し、高効率な運転を実現し、かつ、蒸発器５６が乾くことに起因する露飛び等を抑制し、信頼性を高くするというものである。

また、このような冷凍空調装置において、蒸発器５６を例えばフィンチューブ型熱交換器で構成し、その容量（列数）を大きくしたものを図５に示す。蒸発器５６の大容量化は、フィン５７の幅を空気流れ方向に延長させ、分配管５８によって伝熱管５９をフィン５７の延長部にも分配することにより実施される（例えば、特許文献１参照）。

特開２００９−１６２３８８号公報(段落[0008]〜[0020]、図１〜３)

しかしながら、蒸発器の容量（列数）を大きくするために、蒸発器５６のフィン５７の幅を空気流れ方向に延長させて設け、分配管５８によって伝熱管５９をフィン５７の延長部にも分配するようにしたものにあっては、フィン５７に吸い込まれた空気は上流側で冷却されながら下流へ至るため、下流側の熱負荷は上流側に比べて小さい。つまり、蒸発器５６の下流側の熱交換部は、有効利用されておらず、必要以上に容量・外形が大きくなる傾向にある。

本発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、利用側である蒸発器が空気流れ方向に複数併設されている場合においても、高効率な運転を実現でき、かつ、小形化が図れるようにすることを目的とする。

本発明に係る冷凍空調装置は、圧縮機、凝縮器、複数の膨張装置、及び、空気流れ方向にこれら膨張装置と同数併設されてそれぞれこれら膨張装置に接続された蒸発器が冷媒配管によって接続された冷凍サイクルと、前記蒸発器と同数備えられ、前記凝縮器から前記各膨張装置へ向かって流れる冷媒と、前記各蒸発器から前記圧縮機へ向かって流れる冷媒との間でそれぞれ熱交換を実施する内部熱交換器と、前記圧縮機の回転数等を制御する制御装置と、前記各内部熱交換器のそれぞれの熱交換量を算出する熱交換量演算部と、前記各蒸発器から前記圧縮機までの冷媒流路における冷媒過熱度を算出する過熱度演算部と、前記各蒸発器を流れる冷媒の定圧比熱、及び、前記熱交換量演算部によって算出された前記各内部熱交換器の熱交換量に基づいて目標過熱度を算出する目標過熱度演算部と、を備え、前記凝縮器から流出した冷媒は、分岐して前記各内部熱交換器を流通した後、該内部熱交換器に対応する前記膨張装置に流入し、前記各蒸発器から流出した冷媒は、対応する前記内部熱交換器を流通した後、合流して前記圧縮機に吸入されるように前記冷媒配管によって接続構成され、前記制御装置は、前記過熱度演算部によって算出される前記冷媒過熱度が、前記目標過熱度演算部によって算出される前記目標過熱度になるように、複数の前記膨張装置の流量を調整するものである。

本発明によれば、利用側ユニットが複数、すなわち、蒸発器が空気流れ方向に複数併設されている場合においても、冷媒過熱度が、目標過熱度となるように、複数の膨張装置の流量調整を実施し、運転状態の変化又は圧縮機の周波数の変化等によって各内部熱交換器の熱交換量が変化した場合であっても、その熱交換量に応じて目標過熱度を変化させることにより、高効率な運転を実現し、かつ、小形化を図ることができる。

本発明の実施形態に係る冷凍空調装置の全体構成図である。 従来の冷凍空調装置の全体構成図である。 冷凍空調装置のＰｈ線図（モリエル線図）である。 蒸発器の出口冷媒の乾き度と蒸発器能力との関係を示す図である。 従来の冷凍空調装置の大容量化した蒸発器の構成図である。

（冷凍空調装置の全体構成）
図１は本発明の実施形態に係る冷凍空調装置の全体構成図である。なお、ここでは、蒸発器がフィンチューブ型熱交換器で構成されているものとする。
図１で示されるように、本実施形態に係る冷凍空調装置は、圧縮機１、凝縮器２、二重管式の内部熱交換器４ａ及び内部熱交換器４ｂ、膨張装置５ａ及び膨張装置５ｂ、並びに、空気流れ方向に併設された蒸発器６ａ及び蒸発器６ｂが、冷媒配管によって環状に接続されている。具体的には、圧縮機１、凝縮器２、内部熱交換器４ａ、膨張装置５ａ、蒸発器６ａ、内部熱交換器４ａ、そして、圧縮機１の順で冷媒配管によって接続されて冷凍サイクルを構成する閉回路Ａ、及び、圧縮機１、凝縮器２、内部熱交換器４ｂ、膨張装置５ｂ、蒸発器６ｂ、内部熱交換器４ｂ、そして、圧縮機１の順で冷媒配管によって接続されて冷凍サイクルを構成する閉回路Ｂが構成されている。すなわち、凝縮器２から延びる冷媒配管は分岐して、内部熱交換器４ａ及び内部熱交換器４ｂそれぞれに接続される。また、内部熱交換器４ａ及び内部熱交換器４ｂから延びる冷媒配管は合流して、圧縮機１に接続される。

内部熱交換器４ａは、凝縮器２から膨張装置５ａへ向かって流れる液冷媒と、蒸発器６ａから圧縮機１へ向かって流れるガス冷媒との間で熱交換を実施する。また、内部熱交換器４ｂは、凝縮器２から膨張装置５ｂへ向かって流れる液冷媒と、蒸発器６ｂから圧縮機１へ向かって流れるガス冷媒との間で熱交換を実施する。

熱源側ユニット１００は、圧縮機１、凝縮器２、及び、冷凍空調装置全体の制御を実施する制御装置２０を備えている。利用側ユニット１０１は、内部熱交換器４ａ，４ｂ、膨張装置５ａ，５ｂ、及び空気流れ方向に併設された蒸発器６ａ，６ｂを備えている。蒸発器６ａ，６ｂは、分配管８ａ，８ｂにより伝熱管９ａ，９ｂが分配されてフィンを貫通しており、それぞれ空気流れ方向に複数列、高さ方向に複数段設けられている。また、蒸発器６ａ，６ｂのうち、空気流れ方向の下流側に位置する熱負荷の小さい蒸発器６ｂは、空気流れ方向の上流側に位置する蒸発器６ａよりもフィンを貫通する伝熱管９ｂのパス数（例えば列数）が少なく設定されていて、その分、上流側に位置する蒸発器６ａよりもフィンの空気流れ方向の幅寸法が小さくなっている。しかし、空気流れ方向の下流側に位置する蒸発器６ｂの１パス当たりの冷媒循環量は、上流側に位置する蒸発器６ａと同程度となるように設定されていて、各蒸発器６ａ，６ｂに接続される内部熱交換器４ａ，４ｂの出口の冷媒過熱度が等しくなるように構成されている。熱源側ユニット１００及び利用側ユニット１０１は、凝縮器２と、内部熱交換器４ａ及び内部熱交換器４ｂとを接続する冷媒配管の一部である液延長配管３、並びに、内部熱交換器４ａ及び内部熱交換器４ｂと、圧縮機１とを接続する冷媒配管の一部であるガス延長配管７によって接続されている。

また、内部熱交換器入口温度センサー１１が、凝縮器２と、内部熱交換器４ａ及び内部熱交換器４ｂとの間の冷媒流路に設けられている。また、圧縮機吸入温度センサー１３が、圧縮機１の吸入側の冷媒流路に設けられている。また、内部熱交換器出口温度センサー１４ａが内部熱交換器４ａの圧縮機１へ向かう冷媒配管の出口側、そして、内部熱交換器出口温度センサー１４ｂが内部熱交換器４ｂの圧縮機１へ向かう冷媒配管の出口側の冷媒流路にそれぞれ設けられている。また、膨張装置入口温度センサー１５ａが内部熱交換器４ａと膨張装置５ａとの間、そして、膨張装置入口温度センサー１５ｂが内部熱交換器４ｂと膨張装置５ｂとの間の冷媒流路にそれぞれ設けられている。そして、蒸発器温度センサー１６ａが蒸発器６ａの中間部、そして、蒸発器温度センサー１６ｂが蒸発器６ｂの中間部の冷媒流路にそれぞれ設けられている。前記の各温度センサーは、それぞれの設置場所の冷媒温度を検出する。また、前記の各温度センサーのうち、蒸発器温度センサー１６ａ及び蒸発器温度センサー１６ｂは、それぞれ蒸発器６ａ及び蒸発器６ｂ内で気液二相状態になっている冷媒温度を検出することによって、低圧の冷媒飽和温度を検出することができる。

熱源側ユニット１００に備えられた制御装置２０は、前記の各温度センサーが接続され、その検出情報、及び、使用者から指示される運転内容に基づいて、圧縮機１の運転、凝縮器２並びに蒸発器６ａ及び蒸発器６ｂのファン（図示せず）の送風量、そして、膨張装置５ａ及び膨張装置５ｂの開度等を制御する。また、制御装置２０は、熱交換量演算部２１、過熱度演算部２２及び目標過熱度演算部２３を備えている。この熱交換量演算部２１、過熱度演算部２２及び目標過熱度演算部２３は、制御装置２０内部においてハードウェア又はソフトウェアによって構成されるものとすればよい。このうち、熱交換量演算部２１は、内部熱交換器入口温度センサー１１及び膨張装置入口温度センサー１５ａによって検出された冷媒温度に基づいて、内部熱交換器４ａにおける熱交換量Ｑａを演算し、内部熱交換器入口温度センサー１１及び膨張装置入口温度センサー１５ｂによって検出された冷媒温度に基づいて、内部熱交換器４ｂにおける熱交換量Ｑｂを演算する。過熱度演算部２２は、内部熱交換器出口温度センサー１４ａ及び蒸発器温度センサー１６ａによって検出された冷媒温度に基づいて、内部熱交換器４ａの出口側の冷媒過熱度ＳＨａを演算し、内部熱交換器出口温度センサー１４ｂ及び蒸発器温度センサー１６ｂによって検出された冷媒温度に基づいて、内部熱交換器４ｂの出口側の冷媒過熱度ＳＨｂを演算する。目標過熱度演算部２３は、蒸発器温度センサー１６ａによって検出される冷媒温度に基づいて、蒸発器６ａにおける飽和ガスの定圧比熱Ｃｐａを演算し、この定圧比熱Ｃｐａ、及び、熱交換量演算部２１によって演算された熱交換量Ｑａに基づいて、蒸発器６ａの出口の冷媒状態が飽和ガス状態となる場合の冷媒過熱度を演算し、蒸発器温度センサー１６ｂによって検出される冷媒温度に基づいて、蒸発器６ｂにおける飽和ガスの定圧比熱Ｃｐｂを演算し、この定圧比熱Ｃｐｂ、及び、熱交換量演算部２１によって演算された熱交換量Ｑｂに基づいて、蒸発器６ｂの出口の冷媒状態が飽和ガス状態となる場合の冷媒過熱度を演算する。

なお、熱交換量演算部２１、過熱度演算部２２及び目標過熱度演算部２３は、制御装置２０に備えられる構成としているが、これに限定されるものではなく、制御装置２０とは別体のものとして構成されるものとしてもよい。

（冷凍空調装置の動作）
本実施形態に係る冷凍空調装置は、閉回路Ａ及び閉回路Ｂの各閉回路において、図３で示されるＰｈ線図（モリエル線図）と同様に動作する。

膨張装置５ａ及び膨張装置５ｂは、それぞれ内部熱交換器出口温度センサー１４ａ及び内部熱交換器出口温度センサー１４ｂによって検出される内部熱交換器４ａ及び内部熱交換器４ｂの出口温度と、それぞれ蒸発器温度センサー１６ａ及び蒸発器温度センサー１６ｂによって検出される低圧冷媒の飽和温度との差温に基づいて演算される冷媒過熱度ＳＨａ及び冷媒過熱度ＳＨｂが、予め設定された目標値（例えば、１０℃）になるように、制御装置２０によって流量制御される。冷媒過熱度ＳＨａが目標値より大きい場合には、膨張装置５ａの開度は大きく、冷媒過熱度ＳＨａが目標値より小さい場合には、膨張装置５ａの開度は小さく制御される。また、冷媒過熱度ＳＨｂが目標値より大きい場合には、膨張装置５ｂの開度は大きく、冷媒過熱度ＳＨｂが目標値より小さい場合には、膨張装置５ｂの開度は小さく制御される。

これらの冷媒過熱度ＳＨａ及び冷媒過熱度ＳＨｂはそれぞれ内部熱交換器４ａ及び内部熱交換器４ｂにおける高温冷媒との熱交換によって生じるものであるため、それらの熱交換量Ｑａ及び熱交換量Ｑｂに応じて、それぞれ膨張装置５ａ及び膨張装置５ｂの制御目標である内部熱交換器４ａ及び内部熱交換器４ｂの出口側の冷媒過熱度の目標値を変化させる必要がある。すなわち、膨張装置５ａの制御目標である、内部熱交換器４ａの出口側の冷媒過熱度の目標値が、内部熱交換器４ａにおける熱交換量Ｑａによって生じる冷媒過熱度ＳＨａよりも大きく設定された場合、蒸発器６ａの出口の冷媒状態は、乾き度１よりも大きい過熱ガス状態となり、性能の低下、又は、蒸発器６ａ内の冷媒の一部が過熱ガス状態となることに起因する露飛び等の問題が生じる。一方、内部熱交換器４ａの出口側の冷媒過熱度の目標値が、小さく設定された場合、蒸発器６ａの出口の冷媒状態は、乾き度１以下の気液二相状態となり、性能低下等の問題が生じる。これは、膨張装置５ｂ、内部熱交換器４ｂ及び蒸発器６ｂについても同様である。

前記のような蒸発器６ａ及び蒸発器６ｂの出口冷媒の乾き度と蒸発器能力との関係は、前述の図４で示したものと同様である。

ここで、膨張装置５ａの制御目標となる内部熱交換器４ａの出口側の冷媒過熱度の目標値を以下のように設定する。前述したように、内部熱交換器４ａの出口側の冷媒過熱度は、内部熱交換器４ａでの高圧状態の冷媒との熱交換によって生じるため、負荷の変動等で運転状態が変化すると圧力状態も変わり、その熱交換量Ｑａも変化することになる。内部熱交換器４ａでの熱交換量Ｑａは、前述の式（１）と同様に演算される。高圧冷媒とのエンタルピー差Δｈについては、内部熱交換器入口温度センサー１１によって検出される内部熱交換器４ａの入口温度、及び、膨張装置入口温度センサー１５ａによって検出される膨張装置５ａの入口温度より、各温度における飽和液エンタルピーをそれぞれ算出し、その差を求めればよい。また、定圧比熱Ｃｐａについては、蒸発器温度センサー１６ａによって検出される蒸発器６ａの飽和ガス状態の検出温度に基づいて算出される。以上の状態量が算出されれば、蒸発器６ａの出口冷媒が、乾き度が１の飽和ガス状態となる内部熱交換器４ａの出口側の冷媒過熱度を求めることができるため、この値を膨張装置５ａの制御目標値とすればよいことになる。なお、膨張装置５ｂの制御目標となる内部熱交換器４ｂの出口側の冷媒過熱度の目標値についても、前記と同様の方法によって設定する。

すなわち、制御装置２０は、次のような演算処理及び制御を実施する。

（ａ）熱交換量演算部２１は、内部熱交換器入口温度センサー１１及び膨張装置入口温度センサー１５ａによって検出されるそれぞれの冷媒温度に基づいて、それぞれの飽和液エンタルピーを算出し、その飽和エンタルピーの差（エンタルピー差Δｈ）を求める。そして、熱交換量演算部２１は、そのエンタルピー差Δｈ及び冷媒循環量Ｇｒに基づいて、内部熱交換器４ａにおける熱交換量Ｑａを演算する。
（ｂ）過熱度演算部２２は、内部熱交換器出口温度センサー１４ａ及び蒸発器温度センサー１６ａによって検出された冷媒温度に基づいて、内部熱交換器４ａにより加熱された後の内部熱交換器４ａの出口側の冷媒過熱度ＳＨａを演算する。
（ｃ）目標過熱度演算部２３は、蒸発器温度センサー１６ａによって検出される冷媒温度に基づいて、蒸発器６ａにおける飽和ガス状態の定圧比熱Ｃｐａを算出し、この定圧比熱Ｃｐａ、及び、熱交換量演算部２１によって演算された熱交換量Ｑａに基づいて、蒸発器６ａの出口の冷媒状態が飽和ガス状態となる場合の内部熱交換器４ａの出口側の冷媒過熱度を演算し、それを目標過熱度として設定する。
（ｄ）制御装置２０は、過熱度演算部２２によって演算された現在の内部熱交換器４ａの出口側の冷媒過熱度ＳＨａが、目標過熱度演算部２３によって演算された目標過熱度になるように膨張装置５ａの流量調整を実施する。

また、制御装置２０は、膨張装置５ｂの流量調整についても、（ａ）〜（ｄ）の手順によって実施する。

（実施形態の効果）
以上のような構成及び動作のように、利用側ユニット内に、蒸発器が空気流れ方向に複数併設された場合においても、それぞれの内部熱交換器の出口側の冷媒過熱度が、目標過熱度となるように、対応する膨張装置の流量調整を実施し、運転状態の変化又は圧縮機の周波数の変化等によって内部熱交換量が変化した場合であっても、その熱交換量に応じて内部熱交換器の出口側の目標過熱度を変化させることにより、それぞれの蒸発器の出口冷媒の乾き度を所定値（例えば「１」）に維持し、高効率な運転を実現し、かつ、蒸発器が乾くことに起因する露飛び等を抑制して信頼性を高くすることができる。また、上流側に比べて熱負荷の小さい下流側の熱交換部の小形化が図れる。

なお、前述のように、制御装置２０は、内部熱交換器４ａ及び内部熱交換器４ｂの出口側の目標過熱度を変化させ、その目標過熱度となるように、膨張装置５ａ及び膨張装置５ｂをそれぞれ流量制御することによって、蒸発器６ａ及び蒸発器６ｂの出口冷媒の乾き度を所定値に維持するものとしたが、これに限定されるものではない。すなわち、過熱度演算部２２は、圧縮機吸入温度センサー１３、並びに、蒸発器温度センサー１６ａ及び蒸発器温度センサー１６ｂによって検出された冷媒温度に基づいて、内部熱交換器４ａ及び内部熱交換器４ｂそれぞれによって加熱された後の圧縮機１の吸入側の冷媒過熱度ＳＨを演算する。また、目標過熱度演算部２３は、蒸発器温度センサー１６ａ及び蒸発器温度センサー１６ｂによって検出される冷媒温度に基づいて、蒸発器６ａ及び蒸発器６ｂにおける飽和ガス状態の定圧比熱Ｃｐａ及び定圧比熱Ｃｐｂを算出し、この定圧比熱Ｃｐａ及び定圧比熱Ｃｐｂ、並びに、熱交換量演算部２１によって演算された熱交換量Ｑａ及び熱交換量Ｑｂに基づいて、目標加熱度となる圧縮機１の吸入側の冷媒過熱度を演算する。そして、制御装置２０は、過熱度演算部２２によって演算された現在の圧縮機１の吸入側の冷媒過熱度が、目標過熱度演算部２３によって演算された目標過熱度になるように膨張装置５ａ及び膨張装置５ｂの流量調整を同時に実施するものとしてもよい。これによって、制御装置２０は、膨張機構のコントロールが減少するため制御負荷を低減することができる。

また、図１で示される冷凍空調装置において、利用側ユニット１０１は、２つの蒸発器６ａ，６ｂを空気流れ方向に併設し、これに対応させて、同数の内部熱交換器４ａ，４ｂと、同数の膨張装置５ａ，５ｂを設けた構成としているが、これに限定されるものではなく、３つ以上の蒸発器を空気流れ方向に併設し、これに対応させて、同数の内部熱交換器と、同数の膨張装置を設ける構成としてもよい。

また、図１で示される冷凍空調装置において、利用側ユニット１０１の、２つの蒸発器６ａ，６ｂのうち、空気流れ方向の下流側に位置する蒸発器６ｂは、熱負荷が小さいため上流側に位置する蒸発器６ａよりもフィンを貫通する伝熱管９ｂのパス数を少なくした構成としているが、これに限定されるものではない。すなわち、空気流れ方向に併設されるた蒸発器６ａ，６ｂをいずれも同一仕様に構成してもよい。

下記表１に空気流れ方向の下流側に位置する熱交換器（蒸発器）６ｂの列数（パス数）を少なくしたもの（Ａ）と熱交換器（蒸発器）６ａ，６ｂをいずれも同一仕様としたもの（Ｂ）の列数と冷媒循環量を比較して示すものである。

表１のように（Ａ）の場合、上流側の蒸発器６ａの列数と冷媒循環量はいずれも大きくし、下流側の蒸発器６ｂでは、列数は小さく、冷媒循環量は大きくする。これにより、各蒸発器６ａ，６ｂに接続される内部熱交換器４ａ，４ｂの出口の冷媒過熱度が等しくなり、各膨張装置５ａ，５ｂの開度が同程度の開度となって、制御負荷が小さくなる。また、（Ｂ）の場合、上流側の蒸発器６ａの列数と冷媒循環量はいずれも大きくし、下流側の蒸発器６ｂでは、上流側と同一スペックであり、熱負荷に対し列数は大きくなるので、対応する膨張装置５ｂによって冷媒分配量を調整し、冷媒循環量を小さくする。この（Ｂ）の場合は、蒸発器６ａ，６ｂをいずれも同一仕様にしているので、製造や増設が容易となる。

また、前記（Ａ），（Ｂ）以外に、空気流れ方向の上流側に位置する蒸発器６ａのフィンピッチを、空気流れ方向の下流側に位置する蒸発器６ｂのフィンピッチより大きくしてもよい。この場合、上流側の蒸発器６ａのフィンの密度を小さくすることができ、凝縮水の排水性を高めることができて、フロストの成長を防ぐことができる。

１ 圧縮機、２ 凝縮器、３ 液延長配管、４ａ，４ｂ 内部熱交換器、５ａ，５ｂ 膨張装置、６ａ，６ｂ 蒸発器、７ ガス延長配管、８ａ，８ｂ 分配管、９ａ，９ｂ 伝熱管、１１ 内部熱交換器入口温度センサー、１３ 圧縮機吸入温度センサー、１４ａ，１４ｂ 内部熱交換器出口温度センサー、１５ａ，１５ｂ 膨張装置入口温度センサー、１６ａ，１６ｂ 蒸発器温度センサー、２０ 制御装置、２１ 熱交換量演算部、２２ 過熱度演算部、２３ 目標過熱度演算部、５１ 圧縮機、５２ 凝縮器、５４ 内部熱交換器、５５ 膨張装置、５６ 蒸発器、５７ フィン、５８ 分配管、５９ 伝熱管、６１ 内部熱交換器入口温度センサー、６３ 圧縮機吸入温度センサー、６５ 膨張装置入口温度センサー、６６ 蒸発器温度センサー、７０ 制御装置、７１ 熱交換量演算部、７２ 過熱度演算部、７３ 目標過熱度演算部、１００ 熱源側ユニット、１０１ 利用側ユニット。

Claims (6)

1. 圧縮機、凝縮器、複数の膨張装置、及び、空気流れ方向に該膨張装置と同数併設されてそれぞれ該膨張装置に接続された蒸発器が冷媒配管によって接続された冷凍サイクルと、
   前記蒸発器と同数備えられ、前記凝縮器から前記各膨張装置へ向かって流れる冷媒と、 前記各蒸発器から前記圧縮機へ向かって流れる冷媒との間でそれぞれ熱交換を実施する内部熱交換器と、
   前記圧縮機の回転数等を制御する制御装置と、
   前記各内部熱交換器のそれぞれの熱交換量を算出する熱交換量演算部と、
   前記各蒸発器から前記圧縮機までの冷媒流路における冷媒過熱度を算出する過熱度演算部と、
   前記各蒸発器を流れる冷媒の定圧比熱、及び、前記熱交換量演算部によって算出された前記各内部熱交換器の熱交換量に基づいて目標過熱度を算出する目標過熱度演算部と、
   を備え、
   前記凝縮器から流出した冷媒は、分岐して前記各内部熱交換器を流通した後、該内部熱交換器に対応する前記膨張装置に流入し、前記各蒸発器から流出した冷媒は、対応する前記内部熱交換器を流通した後、合流して前記圧縮機に吸入されるように前記冷媒配管によって接続構成され、
   前記制御装置は、前記過熱度演算部によって算出される前記冷媒過熱度が、前記目標過熱度演算部によって算出される前記目標過熱度になるように、複数の前記膨張装置の流量を調整する
   ことを特徴とする冷凍空調装置。
2. 空気流れ方向に複数併設された前記蒸発器はフィンチューブ型熱交換器で構成され、空気流れ方向の下流側に位置する蒸発器は、空気流れ方向の上流側に位置する蒸発器よりもフィンを貫通する伝熱管のパス数が少ない
   ことを特徴とする請求項１記載の冷凍空調装置。
3. 空気流れ方向に複数併設された前記蒸発器はいずれも同一仕様に構成されている
   ことを特徴とする請求項１記載の冷凍空調装置。
4. 空気流れ方向に複数併設された前記蒸発器はフィンチューブ型熱交換器で構成され、空気流れ方向の上流側に位置する蒸発器のフィンピッチは、空気流れ方向の下流側に位置する蒸発器のフィンピッチよりも大きい
   ことを特徴とする請求項１記載の冷凍空調装置。
5. 前記凝縮器から前記各内部熱交換器へ分岐する前の冷媒流路に設けられ、前記各内部熱交換器に流入する冷媒の温度を検出する内部熱交換器入口温度検出手段と、
   前記各内部熱交換器の前記圧縮機へ向かう冷媒流路の出口部に設けられ、前記各内部熱交換器から流出する冷媒の温度を検出する内部熱交換器出口温度検出手段と、
   前記各膨張装置に流入する冷媒の温度を検出する膨張装置入口温度検出手段と、
   前記各蒸発器の中間部の冷媒流路に設けられ、前記各蒸発器の冷媒飽和温度を検出する蒸発器温度検出手段と、
   を備え、
   前記熱交換量演算部は、前記内部熱交換器入口温度検出手段によって検出された温度情報、及び、前記各内部熱交換器に対応する前記膨張装置入口温度検出手段によって検出された温度情報に基づいて、該内部熱交換器の熱交換量を算出し、
   前記過熱度演算部は、前記各蒸発器温度検出手段によって検出された温度情報、及び、該蒸発器温度検出手段を備えた前記蒸発器に接続された前記内部熱交換器に対応する前記内部熱交換器出口温度検出手段によって検出された温度情報に基づいて、該内部熱交換器の出口側の前記冷媒過熱度を算出し、
   前記目標過熱度演算部は、前記各蒸発器温度検出手段によって検出された温度情報に基づいて、該蒸発器温度検出手段が設けられた前記蒸発器の飽和ガスの定圧比熱を算出し、該定圧比熱、及び、前記熱交換量演算部によって算出された該蒸発器に対応する前記内部熱交換器の熱交換量に基づいて、該蒸発器の出口の冷媒が飽和ガス状態となるような前記目標過熱度を算出し、
   前記制御装置は、前記過熱度演算部によって算出された前記各内部熱交換器の出口側の前記冷媒過熱度が、前記目標過熱度演算部によって算出された該内部熱交換器に対応する前記目標過熱度になるように、該内部熱交換器に接続された前記膨張装置の流量を調整する
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の冷凍空調装置。
6. 前記凝縮器から前記各内部熱交換器へ分岐する前の冷媒流路に設けられ、前記各内部熱交換器に流入する冷媒の温度を検出する内部熱交換器入口温度検出手段と、
   前記圧縮機の吸入側の冷媒流路に設けられ、前記圧縮機に流入する冷媒の温度を検出する圧縮機吸入温度検出手段と、
   前記各膨張装置に流入する冷媒の温度を検出する膨張装置入口温度検出手段と、
   前記各蒸発器の中間部の冷媒流路に設けられ、前記各蒸発器の冷媒飽和温度を検出する蒸発器温度検出手段と、
   を備え、
   前記熱交換量演算部は、前記内部熱交換器入口温度検出手段によって検出された温度情報、及び、前記各内部熱交換器に対応する前記膨張装置入口温度検出手段によって検出された温度情報に基づいて、該内部熱交換器の熱交換量を算出し、
   前記過熱度演算部は、前記各蒸発器温度検出手段によって検出された温度情報、及び、前記圧縮機吸入温度検出手段によって検出された温度情報に基づいて、前記圧縮機の吸入側の前記冷媒過熱度を算出し、
   前記目標過熱度演算部は、前記各蒸発器温度検出手段によって検出された温度情報に基づいて、該蒸発器温度検出手段が設けられた前記蒸発器の飽和ガスの定圧比熱を算出し、該定圧比熱、及び、前記熱交換量演算部によって算出された該蒸発器に対応する前記内部熱交換器の熱交換量に基づいて、前記圧縮機の吸入側の前記目標過熱度を算出し、
   前記制御装置は、前記過熱度演算部によって算出された前記圧縮機の吸入側の前記冷媒過熱度が、前記目標過熱度演算部によって算出された前記圧縮機の吸入側の前記目標過熱度になるように、前記各膨張装置の流量を同時に調整する
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の冷凍空調装置。

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