JP2016080329A - 空気調和装置 - Google Patents

Abstract

【課題】各種機器を変更しなくても、能力範囲を拡大することのできる空気調和装置の提供。
【解決手段】空気調和装置１００は、蒸気圧縮式冷凍サイクルを有する空気調和装置であって、室内ファン４２と制御部１８とを備える。制御部１８は、圧縮機２１の周波数及び／又は室内ファン４２の風量を調整することで実現できる所定の冷房能力範囲内の冷房能力が要求された場合には、室内熱交換器４１の出口における冷媒の乾き度が所定の乾き度になるように膨張弁２４を調整する通常制御を行う。また、制御部１８は、前記所定の冷房能力範囲の冷房能力の下限よりも低い冷房能力が要求された場合には、室内熱交換器４１の出口における冷媒が湿り状態でかつ冷媒の乾き度が通常制御時の冷媒の乾き度よりも小さい目標乾き度になるように膨張弁２４を調整する能力抑制制御へと通常制御から切り換える。
【選択図】図１

Description

本発明は、空気調和装置に関する。

従来より、圧縮機、凝縮器、減圧機構及び蒸発器の順に冷媒を循環させる蒸気圧縮式冷凍サイクルを有する空気調和装置がある。このような空気調和装置には、例えば、特許文献１（特開２０１１−９９５８７号公報）に開示されているように、空気調和装置の運転効率が最大となるように目標吐出温度を決定し、圧縮機から吐出される吐出温度が該目標吐出温度になるように減圧機構を調整する制御を行うものがある。

ここで、特許文献１に開示されているような制御が行われる場合、空気調和装置の能力範囲の下限は、圧縮機の下限周波数や蒸発器に送風するファンの風量等の空気調和装置の有する各種機器の能力によって決まることになる。このため、空気調和装置の能力範囲を拡大する方策の１つとして、空気調和装置の有する各種機器を能力の異なるものに変更することが考えられる。

ところで、空気調和装置の有する各種機器を変更せずに空気調和装置の能力範囲を拡大することができれば、製造コストの抑制につながる。

そこで、本発明の課題は、各種機器を変更しなくても、能力範囲を拡大することのできる空気調和装置を提供することにある。

本発明の第１観点に係る空気調和装置は、圧縮機、凝縮器、減圧機構及び蒸発器の順に冷媒を循環させる蒸気圧縮式冷凍サイクルを有する空気調和装置であって、ファンと、制御部と、を備える。ファンは、蒸発器に向かって送風する。制御部は、圧縮機、減圧機構及びファンを制御する。制御部は、圧縮機の周波数及び／又はファンの風量を調整することで実現できる所定の冷房能力範囲内の冷房能力が要求された場合には、通常制御を行う。通常制御では、蒸発器の出口における冷媒の乾き度が所定の乾き度になるように減圧機構が調整される。また、制御部は、前記所定の冷房能力範囲の冷房能力の下限よりも低い冷房能力が要求された場合には、能力抑制制御へと通常制御から切り換える。能力抑制制御では、蒸発器の出口における冷媒が湿り状態でかつ冷媒の乾き度が通常制御時の冷媒の乾き度よりも小さい目標乾き度になるように減圧機構が調整される。

本発明の第１観点に係る空気調和装置では、蒸発器の出口における冷媒が湿り状態でかつ冷媒の乾き度が通常制御時の冷媒の乾き度よりも小さい目標乾き度になるように減圧機構を調整する能力抑制制御が行われる。能力抑制制御が行われることで、通常制御が行われる場合よりも蒸発器の入口と出口とにおける冷媒のエンタルピー差を小さくすることができる。このため、通常制御により実現される所定の冷房能力範囲の下限よりも低い冷房能力を空気調和装置に発揮させることができる。

これによって、圧縮機やファン等の各種機器を変更しなくても、能力範囲を拡大することができる。

本発明の第２観点に係る空気調和装置は、第１観点の空気調和装置において、能力抑制制御は、圧縮機から吐出される冷媒の温度が、蒸発器の出口における冷媒の乾き度が目標乾き度になる場合に相当する能力抑制時目標吐出温度になるように減圧機構を調整する制御である。この空気調和装置では、圧縮機から吐出される冷媒の温度に基づいて減圧機構を調整しているため、能力抑制制御を精度よく行うことができる。

本発明の第３観点に係る空気調和装置は、第２観点の空気調和装置において、能力抑制時目標吐出温度は、凝縮器における冷媒の凝縮温度に基づき決定される。この空気調和装置では、冷媒の凝縮温度に基づいて能力抑制時目標吐出温度を決定することができる。

本発明の第４観点に係る空気調和装置は、第１観点から第３観点のいずれかの空気調和和装置において、能力抑制制御は、圧縮機から吐出される冷媒の温度から凝縮器における冷媒の凝縮温度を差し引いた値を所定値に近づける制御である。この空気調和装置では、いわゆる吐出過熱度に基づいて能力抑制制御が行われる。

本発明の第５観点に係る空気調和装置は、第１観点から第４観点のいずれかの空気調和装置において、通常制御は、圧縮機から吐出される冷媒の温度が、通常時目標吐出温度になるように減圧機構が調整される制御である。通常時目標吐出温度が空気調和装置の運転効率が高くなるように決定されるものであれば、所定の冷房能力範囲内の冷房能力が要求される場合には、空気調和装置を高効率で運転させることができる。

本発明の第６観点に係る空気調和装置は、第５観点の空気調和装置において、通常時目標吐出温度は、凝縮器における冷媒の凝縮温度及び蒸発器における冷媒の蒸発温度に基づき決定される。この空気調和装置では、凝縮温度及び蒸発温度に基づいて通常時目標吐出温度を決定することができる。

本発明の第７観点に係る空気調和装置は、第１観点から第６観点のいずれかの空気調和装置において、制御部は、圧縮機の周波数が所定周波数以下である、及び／又は、室内温度から設定温度を差し引いた値が所定値以下である、という条件が満たされた場合に、通常制御から能力抑制制御に切り換える。この空気調和装置では、所定の条件が満たされた場合に、所定の冷房能力範囲の冷房能力の下限よりも低い冷房能力が要求されたと判断され、通常制御から能力抑制制御へと切り換えられる。

本発明の第８観点に係る空気調和装置は、第１観点から第７観点のいずれかの空気調和装置において、制御部は、圧縮機の周波数及び／又はファンの風量を調整することで実現できる所定の暖房能力範囲内の暖房能力が要求された場合には、通常制御を行う。また、制御部は、前記所定の暖房能力範囲内の暖房能力の下限よりも低い暖房能力が要求された場合には、通常制御から能力抑制制御へと切り換える。このため、この空気調和装置では、通常制御により実現される所定の暖房能力範囲の下限よりも低い暖房能力を空気調和装置に発揮させることができる。

これによって、冷房時だけでなく暖房時の能力範囲についても拡大することができる。

本発明の第１観点に係る空気調和装置では、各種機器を変更しなくても、能力範囲を拡大することができる。

本発明の第２観点に係る空気調和装置では、能力抑制制御を精度よく行うことができる。

本発明の第３観点に係る空気調和装置では、冷媒の凝縮温度に基づいて能力抑制時目標吐出温度を決定することができる。

本発明の第４観点に係る空気調和装置では、いわゆる吐出過熱度に基づいて能力抑制制御が行われる。

本発明の第５観点に係る空気調和装置では、所定の冷房能力範囲内の冷房能力が要求される場合には、空気調和装置を高効率で運転させることができる。

本発明の第６観点に係る空気調和装置では、凝縮温度及び蒸発温度に基づいて通常時目標吐出温度を決定することができる。

本発明の第７観点に係る空気調和装置では、所定の条件が満たされた場合に、通常制御から能力抑制制御へと切り換えられる。

本発明の第８観点に係る空気調和装置では、冷房時だけでなく暖房時の能力範囲についても拡大することができる。

本発明の一実施形態にかかる空気調和装置の概略構成図。 空気調和装置の備える制御ブロック図。 空気調和装置の冷房能力範囲を説明するための図。 空気調和装置の制御の一例を説明するためのｐ−ｈ線図。

以下、本発明にかかる空気調和装置１００の実施形態及びその変形例について、図面に基づいて説明する。尚、本発明にかかる空気調和装置１００の具体的な構成は、下記の実施形態及びその変形例に限られるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。

（１）空気調和装置１００の構成
図１は、本発明の一実施形態にかかる空気調和装置１００の概略構成図である。この空気調和装置１００は、蒸気圧縮式の冷凍サイクルを行うことによって、建物等の室内の冷房及び暖房を行うことが可能な装置である。空気調和装置１００は、主として、室外ユニット１２と、室内ユニット１４とが接続されることによって構成されている。ここで、室外ユニット１２と室内ユニット１４とは、液冷媒連絡管１５及びガス冷媒連絡管１６を介して接続されている。すなわち、空気調和装置１００の蒸気圧縮式の冷媒回路１０は、室外ユニット１２と、室内ユニット１４とが冷媒連絡管１５、１６を介して接続されることによって構成されている。また、この冷媒回路１０には、冷媒として、ＨＦＣ系冷媒が封入されている。

（２）空気調和装置１００の詳細構成
（２−１）室内ユニット１４
室内ユニット１４は、室内に設置されており、冷媒回路１０の一部を構成している。室内ユニット１４は、主として、室内熱交換器４１を有している。

室内熱交換器４１は、冷房運転時には冷媒の蒸発器として機能して室内空気を冷却し、暖房運転時には冷媒の凝縮器として機能して室内空気を加熱する熱交換器である。室内熱交換器４１の液側は液冷媒連絡管１５に接続されており、室内熱交換器４１のガス側はガス冷媒連絡管１６に接続されている。

室内ユニット１４は、室内ユニット１４内に室内空気を吸入して、室内熱交換器４１において冷媒と熱交換させた後に、供給空気として室内に供給するための室内ファン４２を有している。すなわち、室内ユニット１４は、室内熱交換器４１を流れる冷媒の加熱源又は冷却源としての室内空気を室内熱交換器４１に向かって送るファンとして、室内ファン４２を有している。ここでは、室内ファン４２として、室内ファン用モータ４３によって駆動される遠心ファンや多翼ファン等が使用されている。また、本実施形態の室内ファン用モータ４３は、インバータ等によって回転数を変更することができるようになっている。

室内ユニット１４には、各種のセンサが設けられている。具体的には、室内熱交換器４１には、室内熱交換器４１の中間部分における冷媒の温度（以下、室内熱交換器温度Ｔｒｒｍという）を検出する室内熱交中間温度センサ５８が設けられている。室内ユニット１４には、室内ユニット１４内に吸入される室内空気の温度（以下、室内温度Ｔｒａという）を検出する室内温度センサ５９が設けられている。

室内ユニット１４は、室内ユニット１４を構成する各部の動作を制御する室内側制御部４４を有している。そして、室内側制御部４４は、室内ユニット１４の制御を行うために設けられたマイクロコンピュータやメモリ等を有しており、室内ユニット１４を個別に操作するためのリモコン（図示せず）との間で制御信号等のやりとりを行ったり、室外ユニット１２との間で伝送線８ａを介して制御信号等のやりとりを行ったりすることができるようになっている。

（２−２）室外ユニット１２
室外ユニット１２は、室外に設置されており、冷媒回路１０の一部を構成している。室外ユニット１２は、主として、圧縮機２１と、四路切換弁２２と、室外熱交換器２３と、減圧機構としての膨張弁２４と、液側閉鎖弁２７と、ガス側閉鎖弁２８とを有している。

圧縮機２１は、冷凍サイクルにおける低圧の冷媒を高圧になるまで圧縮する機器である。圧縮機２１は、ロータリ式やスクロール式等の容積式の圧縮要素（図示せず）をインバータにより制御される圧縮機用モータ２１ａによって回転駆動する密閉式構造となっている。圧縮機２１は、吸入側に吸入管３１が接続されており、吐出側に吐出管３２が接続されている。吸入管３１は、圧縮機２１の吸入側と四路切換弁２２の第１ポート２２ａとを接続する冷媒管である。吸入管３１には、圧縮機２１に付属する小容積のアキュムレータ２９が設けられている。アキュムレータ２９は、気液分離機能を有している。吐出管３２は、圧縮機２１の吐出側と四路切換弁２２の第２ポート２２ｂとを接続する冷媒管である。吐出管３２には、圧縮機２１の吐出側から四路切換弁２２の第２ポート２２ｂ側への冷媒の流れのみを許容する逆止弁３２ａが設けられている。なお、本実施形態の圧縮機２１にはアキュムレータ２９が付属しているが、搭載される圧縮機が、アキュムレータの付属していない圧縮機であってもよい。しかしながら、液圧縮の発生するおそれを低減し、圧縮機２１が所定の湿り状態よりも乾き度の小さい冷媒を吸入しないように制御性を一層向上させるためには、圧縮機２１の吸入側にアキュムレータ２９が設けられていることが好ましい。

四路切換弁２２は、冷媒回路１０における冷媒の流れの方向を切り換えるための切換弁である。四路切換弁２２は、冷房運転時には、室外熱交換器２３を圧縮機２１において圧縮された冷媒の凝縮器として機能させ、かつ、室内熱交換器４１を室外熱交換器２３において凝縮した冷媒の蒸発器として機能させる冷房サイクル状態への切り換えを行う。すなわち、四路切換弁２２は、冷房運転時には、第２ポート２２ｂと第３ポート２２ｃとを連通させ、かつ、第１ポート２２ａと第４ポート２２ｄとを連通させる切り換えを行う。これにより、圧縮機２１の吐出側（ここでは、吐出管３２）と室外熱交換器２３のガス側（ここでは、第１ガス冷媒管３３）とが接続される（図１の四路切換弁２２の実線を参照）。しかも、圧縮機２１の吸入側（ここでは、吸入管３１）とガス冷媒連絡管１６側（ここでは、第２ガス冷媒管３４）とが接続される（図１の四路切換弁２２の実線を参照）。また、四路切換弁２２は、暖房運転時には、室内熱交換器４１を圧縮機２１において圧縮された冷媒の凝縮器として機能させ、かつ、室外熱交換器２３を室内熱交換器４１において凝縮した冷媒の蒸発器として機能させる暖房サイクル状態への切り換えを行う。すなわち、四路切換弁２２は、暖房運転時には、第２ポート２２ｂと第４ポート２２ｄとを連通させ、かつ、第１ポート２２ａと第３ポート２２ｃとを連通させる切り換えを行う。これにより、圧縮機２１の吐出側（ここでは、吐出管３２）とガス冷媒連絡管１６側（ここでは、第２ガス冷媒管３４）とが接続される（図１の四路切換弁２２の破線を参照）。しかも、圧縮機２１の吸入側（ここでは、吸入管３１）と室外熱交換器２３のガス側（ここでは、第１ガス冷媒管３３）とが接続される（図１の四路切換弁２２の破線を参照）。第１ガス冷媒管３３は、四路切換弁２２の第３ポート２２ｃと室外熱交換器２３のガス側とを接続する冷媒管である。第２ガス冷媒管３４は、四路切換弁２２の第４ポート２２ｄとガス冷媒連絡管１６側とを接続する冷媒管である。

室外熱交換器２３は、冷房運転時には室外空気を冷却源とする冷媒の凝縮器として機能し、暖房運転時には室外空気を加熱源とする冷媒の蒸発器として機能する熱交換器である。室外熱交換器２３は、液側が液冷媒管３５に接続されており、ガス側が第１ガス冷媒管３３に接続されている。液冷媒管３５は、室外熱交換器２３の液側と液冷媒連絡管１５とを接続する冷媒管である。

膨張弁２４は、冷房運転時には、室外熱交換器２３において凝縮した冷凍サイクルにおける高圧の冷媒を冷凍サイクルにおける低圧まで減圧する機能を有する。また、膨張弁２４は、暖房運転時には、室内熱交換器４１において凝縮した冷凍サイクルにおける高圧の冷媒を冷凍サイクルにおける低圧まで減圧する機能する。膨張弁２４は、液冷媒管３５に設けられている。ここでは、膨張弁２４として、電動膨張弁が使用されている。

液側閉鎖弁２７及びガス側閉鎖弁２８は、外部の機器や配管（具体的には、液冷媒連絡管１５及びガス冷媒連絡管１６）との接続口に設けられた弁である。液側閉鎖弁２７は、液冷媒管３５の端部に設けられている。ガス側閉鎖弁２８は、第２ガス冷媒管３４の端部に設けられている。

室外ユニット１２は、室外ユニット１２内に室外空気を吸入して、室外熱交換器２３において冷媒と熱交換させた後に、外部に排出するための室外ファン３６を有している。すなわち、室外ユニット１２は、室外熱交換器２３を流れる冷媒の冷却源又は加熱源としての室外空気を室外熱交換器２３に向かって送るファンとして、室外ファン３６を有している。ここでは、室外ファン３６として、室外ファン用モータ３７によって駆動されるプロペラファン等が使用されている。また、室外ファン用モータ３７は、インバータ等によって回転数を変更することができるようになっている。

室外ユニット１２には、各種のセンサが設けられている。ここでは、吐出管３２には、圧縮機２１から吐出される冷凍サイクルにおける高圧の冷媒の温度（以下、吐出温度Ｔｄという）を検出する吐出温度センサ５２が設けられている。室外熱交換器２３には、室外熱交換器２３の中間部分における冷媒の温度（以下、室外熱交換器温度Ｔｏｒｍという）を検出する室外熱交中間温度センサ５３が設けられている。室外ユニット１２には、室外ユニット１２内に吸入される室外空気の温度（以下、室外温度Ｔｏａという）を検出する室外温度センサ５５が設けられている。

室外ユニット１２は、室外ユニット１２を構成する各部の動作を制御する室外側制御部３８を有している。そして、室外側制御部３８は、室外ユニット１２の制御を行うために設けられたマイクロコンピュータやメモリ等を有しており、室内ユニット１４（すなわち、室内側制御部４４）との間で伝送線８ａを介して制御信号等のやりとりを行うことができるようになっている。

（２−３）冷媒連絡管１５、１６
冷媒連絡管１５、１６は、空気調和装置１００を建物等の設置場所に設置する際に、現地にて施工される冷媒管であり、設置場所や室外ユニット１２と室内ユニット１４との組み合わせ等の設置条件に応じて種々の長さや管径を有するものが使用される。

以上のように、室外ユニット１２と、室内ユニット１４と、冷媒連絡管１５、１６とが接続されることによって、空気調和装置１００の冷媒回路１０が構成されている。空気調和装置１００は、圧縮機２１、凝縮器としての室外熱交換器２３、減圧機構としての膨張弁２４、蒸発器としての室内熱交換器４１の順に冷媒を循環させて冷房運転を行うようになっている。また、空気調和装置１００は、四路切換弁２２を暖房サイクル状態に切り換えることによって、圧縮機２１、凝縮器としての室内熱交換器４１、減圧機構としての膨張弁２４、蒸発器としての室外熱交換器２３の順に冷媒を循環させて暖房運転を行うようになっている。

（２−４）制御部１８
空気調和装置１００は、室内側制御部４４と室外側制御部３８とから構成される制御部１８によって、室外ユニット１２及び室内ユニット１４の各機器の制御を行うことができるようになっている。すなわち、室内側制御部４４と室外側制御部３８との間を接続する伝送線８ａとによって、上記の冷房運転や暖房運転等を含む空気調和装置１００全体の運転制御を行う制御部１８が構成されている。

制御部１８は、図２に示すように、各種センサ５２，５３，５５，５８，５９等の検出信号を受けることができるように接続されるとともに、これらの検出信号等に基づいて各種機器及び弁２１ａ、２２、２４、３７、４３等を制御することができるように接続されている。

（３）空気調和装置１００の基本動作
次に、空気調和装置１００の基本動作について、図１を用いて説明する。空気調和装置１００は、基本動作として、冷房運転及び暖房運転を行うことが可能である。

（３−１）冷房運転
冷房運転時には、四路切換弁２２が冷房サイクル状態（図１の実線で示される状態）に切り換えられる。

冷媒回路１０において、冷凍サイクルにおける低圧の冷媒は、圧縮機２１に吸入され、冷凍サイクルにおける高圧になるまで圧縮された後に吐出される。

圧縮機２１から吐出された高圧のガス冷媒は、四路切換弁２２を通じて、室外熱交換器２３に送られる。

室外熱交換器２３に送られた高圧のガス冷媒は、室外熱交換器２３において、室外ファン３６によって冷却源として供給される室外空気と熱交換を行って凝縮して、高圧の液冷媒になる。

室外熱交換器２３において凝縮した高圧の液冷媒は、膨張弁２４に送られる。膨張弁２４に送られた高圧の液冷媒は、膨張弁２４によって冷凍サイクルにおける低圧まで減圧される。

膨張弁２４で減圧された冷媒は、液側閉鎖弁２７及び液冷媒連絡管１５を通じて、室内熱交換器４１に送られる。

室内熱交換器４１に送られた低圧の冷媒は、室内熱交換器４１において、室内ファン４２によって加熱源として供給される室内空気と熱交換を行って蒸発する。これにより、室内空気は冷却され、その後に、室内に供給されることで室内の冷房が行われる。

室内熱交換器４１において蒸発した低圧の冷媒は、ガス冷媒連絡管１６、ガス側閉鎖弁２８及び四路切換弁２２を通じて、吸入管３１に送られて、再び、圧縮機２１に吸入される。

（３−２）暖房運転
暖房運転時には、四路切換弁２２が暖房サイクル状態（図１の破線で示される状態）に切り換えられる。

冷媒回路１０において、冷凍サイクルにおける低圧の冷媒は、圧縮機２１に吸入され、冷凍サイクルにおける高圧になるまで圧縮された後に吐出される。

圧縮機２１から吐出された高圧のガス冷媒は、四路切換弁２２、ガス側閉鎖弁２８及びガス冷媒連絡管１６を通じて、室内熱交換器４１に送られる。

室内熱交換器４１に送られた高圧のガス冷媒は、室内熱交換器４１において、室内ファン４２によって冷却源として供給される室内空気と熱交換を行って凝縮して、高圧の液冷媒になる。これにより、室内空気は加熱され、その後に、室内に供給されることで室内の暖房が行われる。

室内熱交換器４１で凝縮した高圧の液冷媒は、液冷媒連絡管１５及び液側閉鎖弁２７を通じて、膨張弁２４に送られる。

膨張弁２４に送られた高圧の液冷媒は、膨張弁２４によって冷凍サイクルにおける低圧まで減圧される。膨張弁２４で減圧された低圧の冷媒は、室外熱交換器２３に送られる。

室外熱交換器２３に送られた低圧の液冷媒は、室外熱交換器２３において、室外ファン３６によって加熱源として供給される室外空気と熱交換を行って蒸発する。

室外熱交換器２３で蒸発した低圧の冷媒は、四路切換弁２２を通じて、吸入管３１に送られて、再び、圧縮機２１に吸入される。

（４）通常制御及び能力抑制制御を含む運転制御
図３は、通常制御及び能力抑制制御によって実現される空気調和装置１００の冷房能力範囲Ｗａを説明するための図である。

本実施形態には、運転制御として、通常制御と能力抑制制御とがある。通常制御及び能力抑制制御のいずれの制御においても、室内熱交換器４１の出口における冷媒の乾き度が所定の乾き度になるように、膨張弁２４の開度が変更される。

ここでは、通常制御により発揮される所定の冷房能力範囲（以下、通常時冷房能力範囲Ｗ１という）の冷房能力の下限よりも低い冷房能力を発揮させるために、上記冷房運転時において、蒸発器として機能する室内熱交換器４１の出口における冷媒が湿り状態でかつ冷媒の乾き度が所定の乾き度になる能力抑制制御が行われる。すなわち、運転制御として通常制御だけでなく能力抑制制御があることで、通常時冷房能力範囲Ｗ１の冷房能力の下限よりも低い冷房能力（図３に示す能力抑制時冷房能力範囲Ｗ２内の冷房能力）を発揮させることができる。

図４は、空気調和装置１００の制御の一例を説明するためのｐ−ｈ線図である。蒸気圧縮冷凍サイクルにおいて、図４の曲線Ｌ１は飽和液線であり、曲線Ｌ２は乾き飽和蒸気線である。図４において、点Ｂ及び点ｂの状態が圧縮機２１の吐出側すなわち吐出管３２の冷媒の状態に対応する。言い換えると、点Ｂ及び点ｂの状態は凝縮器すなわち冷房運転時の室外熱交換器２３の入口の冷媒の状態に対応する。点Ｃ及び点ｃの状態は、凝縮器の出口の冷媒の状態、言い換えると、膨張弁２４の入口の冷媒の状態に対応している。点Ｄ及び点ｄの状態は、膨張弁２４の出口の冷媒の状態に対応している。言い換えると、点Ｄ及び点ｄの状態は、蒸発器すなわち冷房運転時の室内熱交換器４１の入口の冷媒の状態に対応する。点Ａ及び点ａの状態は、蒸発器すなわち冷房運転時の室内熱交換器４１の出口の冷媒の状態に対応する。言い換えると、点Ａ及び点ａの状態は、圧縮機２１の吸入側すなわち吸入管３１の冷媒の状態に対応する。そして、通常制御時には、冷媒回路１０における各ポイントの冷媒の状態は、図４のモリエル線図上の点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄで示す状態に対応する。一方で、能力抑制制御時には、冷媒回路１０における各ポイントの冷媒の状態は、図４のモリエル線図上の点ａ，ｂ，ｃ，ｄで示す状態に対応する。なお、図４のΔｈ１は、通常制御時における蒸発器の入口と出口とにおける冷媒のエンタルピー差を示しており、Δｈ２は、能力抑制制御時における蒸発器の入口と出口とにおける冷媒のエンタルピー差を示している。

（４−１）通常制御
通常制御は、空気調和装置１００を最適な効率で運転させる制御である。すなわち、通常制御は、効率を優先した制御であるといえる。そして、ここでは、空気調和装置１００の運転効率（ＣＯＰやＥＥＲ）がなるべく高くなるように、制御部１８によって各種機器及び弁２１ａ、２２、２４、３７、４３等が制御される。

ここで、通常制御では、試験やシミュレーション等により算出した空気調和装置１００の運転効率が最高になる吐出温度が目標吐出温度として採用されている。通常制御では空気調和装置１００の運転効率がなるべく高くなるように各種機器及び弁２１ａ、２２、２４、３７、４３等が制御されるため、通常制御により発揮される通常時冷房能力範囲Ｗ１の冷房能力の下限は、圧縮機２１の周波数（回転数）が最小となるように調整されたり、室内ファン４２の風量が抑えられたりすることで実現される。すなわち、圧縮機２１の周波数及び／又は室内ファン４２の風量を調整することで、通常時冷房能力範囲Ｗ１内の冷房能力を空気調和装置１００に発揮させることができる。なお、以下より、説明の便宜上、通常制御時に採用される目標吐出温度を、通常時目標吐出温度Ｔｄｔ１という。

ここで、通常時目標吐出温度Ｔｄｔ１は、予め設定されている所定の関数式を用いることで、凝縮器における冷媒の凝縮温度及び蒸発器における冷媒の蒸発温度に基づき算出され、決定される。なお、ここでいう冷媒の凝縮温度は、室外熱交中間温度センサ５３によって検出される室外熱交換器温度Ｔｏｒｍのことであり、冷媒の蒸発温度は、室内熱交中間温度センサ５８によって検出される室内熱交換器温度Ｔｒｒｍのことである。そして、制御部１８は、圧縮機２１から吐出される冷媒の温度が通常時目標吐出温度Ｔｄｔ１になるように膨張弁２４の開度を変更する。具体的には、制御部１８は、吐出温度センサ５２によって検出される吐出温度Ｔｄが通常時目標吐出温度Ｔｄｔ１よりも高い場合には、膨張弁２４の開度を大きくする変更を行う。また、吐出温度センサ５２によって検出される吐出温度Ｔｄが通常時目標吐出温度Ｔｄｔ１よりも低い場合には、膨張弁２４の開度を小さくする変更を行う。

なお、通常時目標吐出温度Ｔｄｔ１は、冷房運転時に蒸発器として機能する室内熱交換器４１の出口における冷媒の乾き度Ｘｓが所定の乾き度Ｘｓ１になるときの吐出温度である。すなわち、通常制御では、間接的に、室内熱交換器４１の出口における冷媒の乾き度Ｘｓが所定の乾き度Ｘｓ１になるように膨張弁２４が調整されているともいえる。また、通常制御時には空気調和装置１００の運転効率が高くなるような吐出温度が通常時目標吐出温度Ｔｄｔ１として決定されるため、通常時冷房能力範囲Ｗ１の下限は、主に、圧縮機２１の下限周波数、室内熱交換器４１及び室外熱交換器２３のポテンシャルや室内ファン４２の風量によって決定されることになる。

（４−２）能力抑制制御
能力抑制制御は、通常時冷房能力範囲Ｗ１の冷房能力の下限よりも低い冷房能力が要求された場合に実行される制御である。ここで、能力抑制制御としては、冷房運転時に蒸発器として機能する室内熱交換器４１の出口における冷媒が湿り状態でかつ冷媒の乾き度Ｘｓが通常制御時の所定の乾き度Ｘｓ１よりも小さい目標乾き度Ｘｓｔになるように膨張弁２４の開度が調整される制御が採用されている。なお、通常制御では、室内熱交換器４１の出口における冷媒の乾き度Ｘｓによらず、空気調和装置１００の運転効率が高くなるように膨張弁２４の開度を調整する制御が採用されている。

ここで、能力抑制制御では、圧縮機２１から吐出される冷媒の温度の過度な上昇及び液圧縮の発生を抑えるという観点から、室内熱交換器４１の出口における冷媒の乾き度Ｘｓを、予め設定された目標乾き度Ｘｓｔに制御することが好ましい。しかし、室内熱交換器４１の出口における冷媒の乾き度Ｘｓを直接検出することはできないため、乾き度Ｘｓに代えて圧縮機２１から吐出される冷媒の温度を使用して、乾き度Ｘｓが目標乾き度Ｘｓｔになる場合に相当する目標吐出温度（以下、能力抑制時目標吐出温度Ｔｄｔ２という）を設定しておき、圧縮機２１から吐出される冷媒の吐出温度Ｔｄが能力抑制時目標吐出温度Ｔｄｔ２になるように膨張弁２４の開度を変更するようにしている。すなわち、吐出温度Ｔｄが能力抑制時目標吐出温度Ｔｄｔ２よりも高い場合には、乾き度Ｘｓが目標乾き度Ｘｓｔよりも大きいと判断して、膨張弁２４の開度を大きくする変更を行う。また、吐出温度Ｔｄが能力抑制時目標吐出温度Ｔｄｔ２よりも低い場合には、乾き度Ｘｓが目標乾き度Ｘｓｔよりも小さいと判断して、膨張弁２４の開度を小さくする変更を行う。

そして、本実施形態の能力抑制時目標吐出温度Ｔｄｔ２は、冷房運転時に凝縮器として機能する室外熱交換器２３における冷媒の凝縮温度に基づいて決定される。ここでいう冷媒の凝縮温度は、室外熱交中間温度センサ５３によって検出される室外熱交換器温度Ｔｏｒｍのことであり、吐出温度センサ５２によって検出される吐出温度Ｔｄから室外熱交中間温度センサ５３によって検出される室外熱交換器温度Ｔｏｒｍを差し引いた値が一定値となるように能力抑制時目標吐出温度Ｔｄｔ２が決定される。なお、ここでの一定値は、試験やシミュレーション等により予め設定された所定の関係式から算出した室内熱交換器４１の出口における冷媒の乾き度Ｘｓが目標乾き度Ｘｓｔになる値が設定されている。また、目標乾き度Ｘｓｔは、圧縮機２１の信頼性が確保される冷媒の乾き度の範囲で設定される。そして、本実施形態では、能力抑制時目標吐出温度Ｔｄｔ２が、凝縮温度に一定値としての所定値（例えば、１０）を加算した温度となるように設定されている。すなわち、能力抑制制御においては、吐出温度Ｔｄから凝縮温度（室外熱交換器温度Ｔｏｒｍ）を差し引いた値が所定値（例えば、１０）となるように、膨張弁２４の開度が変更される。

ところで、通常制御では目標吐出温度（通常時目標吐出温度Ｔｄｔ１）が空気調和装置１００の運転効率が最大となるように設定され、能力抑制制御では目標吐出温度（能力抑制時目標吐出温度Ｔｄｔ２）が凝縮温度に基づき設定されている。このように、通常制御と能力抑制制御とでは、目標吐出温度の算出方法が異なっている。すなわち、通常制御と能力抑制制御とでは、目標吐出温度の算出方法が切り換えられている。

なお、能力抑制制御は、所定の能力抑制制御開始条件を満たす場合に行われる。所定の能力抑制制御開始条件には、圧縮機２１の周波数が下限周波数となってから所定時間（０秒より長い時間）が経過したという条件、及び／又は、室内温度Ｔｒａと設定温度Ｔｒｓとの差が所定値（例えば、１）以下となってから所定時間（０秒より長い時間）が経過したという条件、が含まれる。なお、所定時間や所定値については、圧縮機２１の能力や空気調和装置１００の能力等によって適当な時間が決定されていればよい。また、ここでは、所定の能力抑制制御開始条件には、圧縮機２１の周波数が下限周波数となってから所定時間が経過したという条件、及び、室内温度Ｔｒａと設定温度Ｔｒｓとの差が所定値以下となってから所定時間が経過したという条件、が含まれるものとする。ところで、所定の能力抑制制御開始条件は、これに限定されず、例えば、室外温度センサ５５によって検出される室外温度Ｔｏａが、所定の温度範囲内（例えば、２０〜３５度の範囲内）である、という条件が含まれていてもよい。

運転制御において通常制御が行われている間、制御部１８は、所定の能力抑制制御開始条件を満たすかどうかを判定している。具体的には、圧縮機２１の周波数が下限周波数となってから所定時間が経過したという条件、及び、室内温度Ｔｒａと設定温度Ｔｒｓとの差が所定値以下となってから所定時間が経過したという条件、のいずれの条件も満たされたか否かが判定される。なお、室内温度Ｔｒａと設定温度Ｔｒｓとの差は、室内温度センサ５９によって検出される室内温度Ｔｒａからユーザ等によって設定された設定温度Ｔｒｓを差し引くことによって得られる。

制御部１８は、所定の能力抑制制御開始条件を満たすものと判定すると、通常制御から能力抑制制御へと運転制御を切り換える。通常制御から能力抑制制御へと運転制御が切り換えられることにより、通常制御時のエンタルピー差Δｈ１よりもエンタルピー差が小さくなるため、通常制御時の通常時冷房能力範囲Ｗ１の下限よりも能力が抑制される。この能力抑制制御は、所定の能力抑制制御解除条件を満たすまで行われる。ここで、所定の能力抑制制御解除条件には、例えば、室内温度Ｔｒａと設定温度Ｔｒｓとの差が所定値（例えば、１）より大きくなってから所定時間（０秒より長い時間）が経過したという条件、が含まれる。このような能力抑制制御解除条件は、例えば、ユーザによって設定温度Ｔｒｓが下げられた場合や、設定温度Ｔｒｓに対する能力が不足することにより室内温度Ｔｒａが上昇した場合等に満たされる。制御部１８は、所定の能力抑制制御解除条件を満たすものと判定すると、能力抑制制御から通常制御へと運転制御を切り換える。

（５）特徴
（５−１）
本実施形態では、運転制御として、通常制御の他に、冷房運転時に蒸発器として機能する室内熱交換器４１の出口における冷媒が湿り状態でかつ冷媒の乾き度Ｘｓが通常制御時の所定の乾き度Ｘｓ１よりも小さい目標乾き度Ｘｓｔになるように膨張弁２４の開度が調整される能力抑制制御がある。図４に示すように、能力抑制制御が実行されることで、通常制御が実行されるよりも蒸発器の入口と出口とにおける冷媒のエンタルピー差を小さくすることができる。このため、能力抑制制御を実行することで、通常制御により実現される冷房能力範囲Ｗ１の下限よりも低い冷房能力を空気調和装置１００に発揮させることができる。

これによって、圧縮機２１等の各種機器を変更しなくても、能力抑制制御により能力抑制時冷房能力範囲Ｗ２内まで空気調和装置１００の能力を抑制することができるため、空気調和装置１００の冷房能力範囲を拡大することができている。

なお、本実施形態では、通常制御時には冷媒の乾き度Ｘｓによらず目標吐出温度（通常時目標吐出温度Ｔｄｔ１）が決定されているが、通常制御時に冷媒の乾き度Ｘｓに基づき目標吐出温度（通常時目標吐出温度Ｔｄｔ１）が決定される場合には、通常制御時の目標乾き度は、能力抑制制御時に目標乾き度よりも高い値になる。

（５−２）
本実施形態の能力抑制制御では、圧縮機２１から吐出される冷媒の吐出温度Ｔｄが、室内熱交換器４１の出口における冷媒の乾き度Ｘｓが目標乾き度Ｘｓｔになる場合に相当する能力抑制時目標吐出温度Ｔｄｔ２になるように膨張弁２４の開度を変更するようにしている。このように、圧縮機２１から吐出される冷媒の温度に基づいて膨張弁２４が制御されるため、能力抑制制御を精度よく行うことができている。

（５−３）
本実施形態では、能力抑制時目標吐出温度Ｔｄｔ２は、凝縮器として機能する室外熱交換器２３における冷媒の凝縮温度に基づいて決定される。具体的には、吐出温度センサ５２によって検出される吐出温度Ｔｄから室外熱交中間温度センサ５３によって検出される室外熱交換器温度Ｔｏｒｍを差し引いた値が一定値となるように能力抑制時目標吐出温度Ｔｄｔ２が決定される。すなわち、能力抑制制御は、圧縮機２１から吐出される冷媒の温度から凝縮器における冷媒の凝縮温度を差し引いた値を一定値に近づける制御であるといえる。このように、能力抑制制御では、いわゆる吐出過熱度に基づく制御が行われている。

（５−４）
本実施形態の通常制御では、圧縮機２１から吐出される冷媒の温度が通常時目標吐出温度Ｔｄｔ１になるように膨張弁２４が調整されている。そして、通常時目標吐出温度Ｔｄｔ１は、空気調和装置１００の運転効率が高くなるように設定された吐出温度である。このため、通常制御が行われる場合、すなわち、通常時冷房能力範囲Ｗ１内の冷房能力が要求される場合には、空気調和装置１００を高効率で運転させることができている。

また、本実施形態の通常時目標吐出温度Ｔｄｔ１は、凝縮温度及び蒸発温度に基づき決定されている。このため、圧縮機２１に吸入される冷媒の吸入温度等を検出しなくても、膨張弁２４の開度を調整することができている。

（５−５）
本実施形態では、圧縮機２１の周波数が下限周波数となってから所定時間が経過したという条件、及び室内温度Ｔｒａと設定温度Ｔｒｓとの差が所定値以下となってから所定時間が経過したという条件を含む、所定の能力抑制制御開始条件が満たされた場合、すなわち、圧縮機２１の周波数が所定周波数以下であるという条件、及び室内温度Ｔｒａから設定温度Ｔｒｓを差し引いた値が所定値以下であるという条件が満たされた場合に、運転制御が通常制御から能力抑制制御へと切り換えられる。このように、本実施形態の制御部１８は、所定の運転制御切換条件が満たされた場合に、所定の冷房能力範囲Ｗ１の冷房能力の下限よりも低い冷房能力が要求されたと判断し、通常制御から能力抑制制御へと切り換える。

（６）変形例
（６−１）
上記実施形態では、冷房運転及び暖房運転を行う空気調和装置１００の例を記載しているが、本発明はこのような空気調和装置１００に限定されるものではなく、例えば、冷房運転のみを行う空気調和装置すなわち冷房専用の空気調和装置に適用されてもよい。

また、上記実施形態の空気調和装置１００では、１台の室外ユニット１２に対して１台の室内ユニット１４が接続されているが、これに限定されず、１台の室外ユニット１２に対して複数台の室内ユニット１４の接続された、いわゆるマルチ型の空気調和装置に適用されてもよい。

（６−２）
上記実施形態の冷媒回路１０には、冷媒としてＨＦＣ系冷媒が封入されているが、冷媒の種類はＨＦＣ系冷媒に限らず、ＨＣＦＣ系冷媒等種々の冷媒が使用できる。

（６−３）
上記実施形態の圧縮機２１は、インバータ制御されるいわゆる能力可変型の圧縮機であるが、圧縮機２１の種類はこれに限定されず、いわゆる能力一定型の圧縮機であってもよい。

（６−４）
上記実施形態では、能力抑制制御が冷房運転時にのみ実行されている。これに加えて、暖房運転時においても能力抑制制御が実行されてもよい。例えば、空気調和装置１００の運転効率がなるべく高くなるように各種機器及び弁２１ａ、２２、２４、３７、４３等が制御されることで実現できる所定の暖房能力範囲内の暖房能力が要求された場合には、通常制御を行い、所定の暖房能力範囲の暖房能力の下限よりも低い暖房能力が要求された場合には、通常制御から能力抑制制御へと運転制御が切り換えられてもよい。このように、冷房運転時だけでなく暖房運転時においても能力抑制制御が実行されることで、通常制御により実現される所定の暖房能力範囲の下限よりも低い暖房能力を空気調和装置１００に発揮させることができる。

これによって、冷房能力範囲だけでなく暖房能力範囲についても拡大することができる。

（６−５）
上記実施形態では、能力抑制時目標吐出温度Ｔｄｔ２を、凝縮温度を用いた関係式により決定しているが、能力抑制時目標吐出温度Ｔｄｔ２の決定方法はこれに限定されない。例えば、蒸発温度、室外温度、室内温度を用いた関係式から能力抑制時目標吐出温度が決定されてもよい。また、通常時目標吐出温度Ｔｄｔ１についても、吸入温度等を用いた関係式から決定されてもよい。

本発明は、各種機器を変更しなくても、その能力範囲を拡大することのできるものであり、空気調和装置への適用が有効である。

１８ 制御部
２１ 圧縮機
２３ 室外熱交換器（凝縮器）
２４ 膨張弁（減圧機構）
４１ 室内熱交換器（蒸発器）
４２ 室内ファン（ファン）
１００ 空気調和装置

特開２０１１−９９５８７号公報

Claims (8)

1. 圧縮機（２１）、凝縮器（２３）、減圧機構（２４）及び蒸発器（４１）の順に冷媒を循環させる蒸気圧縮式冷凍サイクルを有する空気調和装置であって、
   前記蒸発器に向かって送風するファン（４２）と、
   前記圧縮機、前記減圧機構及び前記ファンを制御する制御部（１８）と、
   を備え、
   前記制御部は、
   前記圧縮機の周波数及び／又は前記ファンの風量を調整することで実現できる所定の冷房能力範囲（Ｗ１）内の冷房能力が要求された場合には、前記蒸発器の出口における冷媒の乾き度が所定の乾き度になるように前記減圧機構を調整する通常制御を行い、
   前記所定の冷房能力範囲の冷房能力の下限よりも低い冷房能力が要求された場合には、前記蒸発器の出口における冷媒が湿り状態でかつ冷媒の乾き度が前記通常制御時の冷媒の乾き度よりも小さい目標乾き度になるように前記減圧機構を調整する能力抑制制御へと前記通常制御から切り換える、
   空気調和装置（１００）。
2. 前記能力抑制制御は、前記圧縮機から吐出される冷媒の温度が、前記蒸発器の出口における冷媒の乾き度が前記目標乾き度になる場合に相当する能力抑制時目標吐出温度になるように前記減圧機構を調整する制御である、
   請求項１に記載の空気調和装置。
3. 前記能力抑制時目標吐出温度は、前記凝縮器における冷媒の凝縮温度に基づき決定される、
   請求項２に記載の空気調和装置。
4. 前記能力抑制制御は、前記圧縮機から吐出される冷媒の温度から前記凝縮器における冷媒の凝縮温度を差し引いた値を所定値に近づける制御である、
   請求項１から３のいずれか１項に記載の空気調和装置。
5. 前記通常制御は、前記圧縮機から吐出される冷媒の温度が、通常時目標吐出温度になるように前記減圧機構が調整される制御である、
   請求項１から４のいずれか１項に記載の空気調和装置。
6. 前記通常時目標吐出温度は、前記凝縮器における冷媒の凝縮温度及び前記蒸発器における冷媒の蒸発温度に基づき決定される、
   請求項５に記載の空気調和装置。
7. 前記制御部は、前記圧縮機の周波数が所定周波数以下である、及び／又は、室内温度から設定温度を差し引いた値が所定値以下である、という条件が満たされた場合に、前記通常制御から前記能力抑制制御に切り換える、
   請求項１から６のいずれか１項に記載の空気調和装置。
8. 前記制御部は、
   前記圧縮機の周波数及び／又は前記ファンの風量を調整することで実現できる所定の暖房能力範囲内の暖房能力が要求された場合には、前記通常制御を行い、
   前記所定の暖房能力範囲の暖房能力の下限よりも低い暖房能力が要求された場合には、前記通常制御から前記能力抑制制御へと切り換える、
   請求項１から７のいずれか１項に記載の空気調和装置。

Images