JP2018138841A - 空気調和装置 - Google Patents

Abstract

【課題】省エネ性と快適性とを両立させることが可能な空気調和装置を提供する。【解決手段】空気調和装置１の複数の利用ユニット３の要求能力に関する空気の状態を検出する検出センサ２６と、検出センサ２６による検出結果に基づいて各利用ユニット３における要求能力を取得し、最も高い要求能力に応じて、圧縮機１１によって調整される利用側熱交換器１６内の蒸発温度Ｔｅと減圧装置１５によって調整される所定の冷媒状態ＳＨとの目標値Ｔｅｍ，ＳＨｍをそれぞれ設定し、最も要求能力が高い利用ユニット３以外の他の利用ユニット３において冷房温度Ｔｆが目標冷房温度Ｔｆｍよりも所定値Δｔ以上低下したときに、当該利用ユニット３の冷房能力を低下させるように冷媒状態ＳＨの目標値ＳＨｍを変更する制御装置３０を備えている。【選択図】図２

Description

本発明は、複数の利用ユニットを熱源ユニットに並列に接続した空気調和装置に関する。

工場のように広く連続した空間では、複数の作業領域に対して個別に冷房又は暖房を行うことによって、各作業領域の作業者に快適な環境を与えるスポット方式の空気調和装置が利用されている。例えば、特許文献１には、各作業領域に設置される複数の室内機と、各室内機に冷媒を循環させる１台の室外機と、室内機及び室外機の運転を制御する制御盤とを備え、各室内機から作業者に向けて温度調整された空気を吹き出すように構成されている。

特開２００８−１７５５０７号公報

上記のように複数の室内機を１台の室外機に接続した空気調和装置で冷房運転を行う場合、通常、全ての室内機の熱交換器（蒸発器）における蒸発温度が一定の目標値となるように圧縮機を制御するとともに、各室内機の要求能力に応じて蒸発器を流れる冷媒流量を調整し、蒸発器出口における過熱度が目標値となるように膨張弁の制御を行っている。しかしながら、この場合、蒸発温度の目標値が一定であるために、全ての室内機の要求能力が小さいときであっても圧縮機が必要以上に高回転数で運転され、圧縮機の駆動エネルギーが無駄に消費されることがあった。

一方、複数の室内機の要求能力のうち最も高い要求能力に応じて蒸発温度の目標値を適宜変更することによって、圧縮機を適切な回転数で運転し、省エネルギー化を図ることも考えられる。しかしながら、この場合、要求能力が小さい室内機では必要以上に冷却され、快適性が低下することがある。

本発明は、以上のような実情に鑑み、省エネ性と快適性とを両立させることが可能な空気調和装置を提供することを目的とする。

本発明は、圧縮機及び熱源側熱交換器を有する熱源ユニットと、減圧装置及び利用側熱交換器を有する複数の利用ユニットとを備え、前記熱源ユニットに前記複数の利用ユニットが並列に接続されることによって冷媒回路が形成され、前記熱源側熱交換器を凝縮器とし前記利用側熱交換器を蒸発器とすることによって冷房運転を行う空気調和装置において、
前記各利用ユニットの要求能力に関する空気の状態を検出する検出センサと、
前記検出センサによる検出結果に基づいて前記各利用ユニットにおける要求能力を取得し、最も高い要求能力に応じて、前記圧縮機によって調整される前記利用側熱交換器内の蒸発温度と前記減圧装置によって調整される所定の冷媒状態との目標値をそれぞれ設定し、最も要求能力が高い利用ユニット以外の他の利用ユニットにおいて冷房温度が目標冷房温度よりも所定値以上低下したときに、当該利用ユニットの冷房能力を低下させるように前記冷媒状態の目標値を変更する制御装置を備えている。

以上の構成を有する空気調和装置は、複数の利用ユニットの要求能力のうちも最も高い要求能力に応じて利用側熱交換器の蒸発温度の目標値を設定するので、実際の冷房負荷に応じた適切な回転数で圧縮機を運転することができ、無駄なエネルギー消費を抑制することができる。また、上記のように蒸発温度を設定した場合、最も要求能力が高い利用ユニット以外の他の利用ユニットでは冷房が過剰になる可能性があるが、冷房温度が目標冷房温度よりも所定値以上低下したときに所定の冷媒状態の目標値を変更して冷房能力を低下させることによって、当該他の利用ユニットの冷房温度を確実に目標温度に到達させて快適性を確保し、その後、冷房能力を下げることによって過剰な冷房を抑制することができる。

上記構成において、前記冷媒状態は過熱度であり、
前記制御装置は、前記他の利用ユニットにおいて冷房温度が目標冷房温度よりも所定値以上低下したときに、低下前よりも前記過熱度の目標値を高く設定することが好ましい。
この構成によれば、冷房温度が目標冷房温度よりも所定値以上低下したときに、利用側熱交換器において早期に冷媒を蒸発させて冷房能力を好適に低下させることができる。

前記制御装置は、前記他の利用ユニットにおいて冷房温度が目標冷房温度よりも所定値以上低下したときに、低下前よりも前記減圧装置における冷媒流路を絞るように当該減圧装置を制御することが好ましい。
この構成によれば、冷房温度が目標冷房温度よりも所定値以上低下したときに、利用側熱交換器を流れる冷媒流量を低下させて冷房能力を好適に低下させることができる。

前記利用ユニットは、冷却対象に直接的に温度調整された空気を吹き付けるスポット方式とされることが好ましい。
スポット方式の利用ユニットは、当該利用ユニットが設置された空間の温度を調整するというよりも、冷却対象に対して直接的に温度調整された空気を吹き付けることで冷却対象の快適性を得るものであるため、上記のように利用ユニットの冷房温度を確実に目標温度に到達させることが快適性を得るためにより有効となる。

熱源側ユニットは、前記熱源側熱交換器を蒸発器とし前記利用側熱交換器を凝縮器とする暖房運転に切替え可能な切替装置を更に備え、
前記制御装置が、暖房運転を行う際に、前記各利用ユニットにおける要求能力を取得し、最も高い要求能力に応じて、前記圧縮機によって調整される前記利用側熱交換器の凝縮温度と、前記減圧装置によって調整される所定の冷媒状態との目標値をそれぞれ設定し、最も要求能力が高い利用ユニット以外の他の利用ユニットにおいて暖房温度が目標暖房温度より上昇しても前記冷媒状態の目標値を維持することが好ましい。

この構成によれば、暖房運転を行う場合においても、複数の利用ユニットの要求能力のうちも最も高い要求能力に応じて利用側熱交換器の凝縮温度の目標値を設定するので、実際の暖房負荷に応じた適切な回転数で圧縮機を運転することができ、無駄なエネルギー消費を抑制することができる。また、上記のように凝縮温度を設定した場合、最も要求能力が高い利用ユニット以外の他の利用ユニットでは暖房が過剰になる可能性がある。しかし、上記の冷房運転と同様に、暖房温度が目標暖房温度よりも所定値以上上昇したときに所定の冷媒状態の目標値を変更して暖房能力を下げるような制御を行ったとすると、利用側熱交換器に冷媒が溜まって空気調和装置の冷媒回路全体の冷媒循環量が減少し、暖房運転が不安定になる可能性がある。そのため、暖房運転を行う場合は、暖房が過剰になったとしても所定の冷媒状態の目標値を維持することによって暖房能力を低下させないようにすることで、空気調和装置における暖房運転の信頼性を確保することができる。

本発明の他の観点に係る空気調和装置は、圧縮機及び熱源側熱交換器を有する熱源ユニットと、減圧装置及び利用側熱交換器を有する複数の利用ユニットと、前記各利用ユニットの吸込温度または吹出温度を検出する検出センサとを備え、前記熱源ユニットに前記複数の利用ユニットが並列に接続されることによって冷媒回路が形成され、前記熱源側熱交換器を凝縮器とし前記利用側熱交換器を蒸発器とすることによって冷房運転を行う空気調和装置において、
前記検出センサによる検出結果と前記各利用ユニットの設定温度との差分温度が異なる前記利用ユニットが混在しており、
前記差分温度が最も大きい利用ユニット以外の他の利用ユニットにおいて前記吸込温度または前記吹出温度が当該他の利用ユニットの設定温度よりも所定値以上低下したときに、低下前よりも前記吸込温度または前記吹出温度が高くなるように、当該他の利用ユニットにおける前記減圧装置の開度を小さくする制御装置を備えている。

以上の構成を有する空気調和装置は、各利用ユニットにおける吸込温度または吹出温度と設定温度との差分温度が最も大きい利用ユニット以外の他の利用ユニットにおいて、吸込温度または吹出温度が設定温度よりも所定値以上低下したときに、吸込温度または吹出温度が高くなるように、減圧装置の開度を小さくするので、当該他の利用ユニットの吸込温度又は吹出温度を確実に設定温度に到達させて快適性を確保し、その後、吸込温度又は吹出温度を高くすることによって過剰な冷房を抑制することができる。

本発明によれば、省エネ性と快適性とを両立させることができる。

本発明の一実施の形態に係る空気調和装置を示す概略構成図である。 空気調和装置の冷媒回路を示す模式図である。 空気調和装置の制御装置の機能を示す構成図である。 モリエル線図上に冷凍サイクルを表した図である。 目標蒸発温度及び目標過熱度を設定する手順を示すフローチャートである。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
＜空気調和装置の全体構成＞
図１は、本発明の一実施の形態に係る空気調和装置を示す概略構成図である。
本実施形態の空気調和装置１は、例えば、工場４のような広く連続した空間内に設定された複数の作業領域５に対して、それぞれ個別に温度調整された空気を吹き出すように構成されたスポット方式の空気調和装置である。

空気調和装置１は、１つ又は複数の室外機（熱源ユニット）２と、複数の室内機（利用ユニット）３とを備え、これら室外機２と室内機３とは冷媒連絡配管１７によって接続されている。室外機２は、工場４の外に設置され、室内機３は、工場４内の複数の作業領域５のそれぞれに対応して設置されている。各室内機３は、スポット状に空気を吹き出す吹出口３ａを備えており、作業領域５において作業を行っている作業者Ｍに対して吹出口３ａから吹き出された空気を直接的に吹き付け、快適な作業環境を与えるように構成されている。

図２は、空気調和装置１の冷媒回路を示す模式図である。本実施形態の空気調和装置１は、１台の室外機２に対して複数の室内機３が並列に接続されることによって、冷媒が流通される冷媒回路１０が形成されている。また、空気調和装置１は、全体の運転制御を行う制御装置３０を備えている。

（室内機３の構成）
各室内機３には、室内膨張弁（減圧装置）１５、室内熱交換器１６等が設けられ、これらは冷媒配管によって接続されている。また、室内機３には、送風ファン２２等が設けられている。

室内膨張弁１５は、冷媒回路１０を流れる冷媒を減圧して冷媒の流量を調節するための弁である。室内熱交換器１６は、例えば、クロスフィン式のフィンアンドチューブ型熱交換器が採用される。送風ファン２２は、室内熱交換器１６の近傍に配置され、室内熱交換器１６を通過する空気流を生成することによって、室内熱交換器１６を流れる冷媒と空気との間で熱交換を行い、温度調整された空気を吹出口３ａから吹き出すように構成されている。

室内機３には、上記以外に各種のセンサが設けられている。室内熱交換器１６の液側には、液状態又は気液二相状態の冷媒の温度を検出する液側温度センサ２４が設けられている。室内熱交換器１６のガス側には、ガス状態の冷媒の温度を検出するガス側温度センサ２５が設けられている。また、室内機３の吹出口３ａの近傍には、吹出口３ａから吹き出した空気の温度を検出する吹出温度センサ（冷房又は暖房温度センサ）２６が設けられている。

（室外機２の構成）
室外機２には、圧縮機１１、四路切換弁（切替装置）１２、室外熱交換器１３、室外膨張弁１４、アキュムレータ２０、オイルセパレータ２１等が設けられ、これらは冷媒配管によって接続されている。また、室外機２には、送風ファン２３が設けられている。四路切換弁１２と室内熱交換器１６とはガス側冷媒連絡配管１７ａにより接続され、室外膨張弁１４と室内膨張弁１５とは液側冷媒連絡配管１７ｂにより接続されている。

圧縮機１１は、ケーシング内に図示しない圧縮要素及び圧縮要素を駆動するモータが収容された密閉型圧縮機とされている。モータは、図示しないインバータ装置を介して電力が供給され、インバータ装置の出力周波数、すなわちモータ回転数を変化させることによって、圧縮機１１の運転容量を変更できるように構成されている。

四路切換弁１２は、冷媒の流れの方向を切り替えるための弁であり、空調運転の一つとしての冷房運転時には、圧縮機１１の吐出側と室外熱交換器１３のガス側とを接続し、圧縮機１１の吸入側とガス側冷媒連絡配管１７ａとを接続する。また、四路切換弁１２は、暖房運転時には、圧縮機１１の吐出側とガス側冷媒連絡配管１７ａとを接続し、圧縮機１１の吸入側と室外熱交換器１３のガス側とを接続する。

室外熱交換器１３は、例えば、クロスフィン式のフィンアンドチューブ型熱交換器が採用される。室外膨張弁１４は、冷媒回路１０を流れる冷媒を減圧するための弁である。送風ファン２３は、室外熱交換器１３の近傍に配置され、室外熱交換器１３を通過する空気流を生成することによって、室内熱交換器１６を流れる冷媒と空気との間で熱交換を行う。

アキュムレータ２０は、四路切換弁１２と圧縮機１１の吸入側との間に接続された密閉容器であり、冷媒に含まれる気相から液相を分離し、気相のみを圧縮機１１に供給する。オイルセパレータ２１は、圧縮機１１から吐出される冷媒に含まれた冷凍機油を分離して圧縮機１１に戻すために用いられる。

室外機２の内部冷媒回路の端末部には、ガス側閉鎖弁１８と液側閉鎖弁１９とが設けられている。ガス側閉鎖弁１８は四路切換弁１２側に配置されており、液側閉鎖弁１９は室外膨張弁１４側に配置されている。ガス側閉鎖弁１８にはガス側冷媒連絡配管１７ａが接続され、液側閉鎖弁１９には液側冷媒連絡配管１７ｂが接続される。

室外機２には、上記以外に各種のセンサが設けられている。例えば、圧縮機１１の吸入側には、吸入圧力センサ２７が設けられている。また、圧縮機１１の吐出側には、吐出圧力センサ２８が設けられている。

（制御装置３０の構成）
制御装置３０は、各室内機３に設けられた室内制御部や室外機２に設けられた室外制御部等により構成されている（いずれも図示せず）。制御装置３０は、マイクロコンピュータ、メモリ、通信インタフェース等により構成されており、室内機３及び室外機２に設けられた各種センサの信号が入力される。また、制御装置３０は、圧縮機１１、弁１２，１４，１５、送風ファン２２，２３等の動作を制御する。制御装置３０は、室内機３に接続されたリモートコントローラ等を介して、各室内機３における吹出温度（冷房温度又は暖房温度）の目標値（設定温度）の入力を受付可能である。

図３は、空気調和装置１の制御装置３０の機能を示す構成図である。
制御装置３０は、機能的に、要求能力取得部３１と、目標冷媒温度設定部３２と、目標冷媒状態設定部３３と、目標冷媒状態変更部３４と、圧縮機制御部３５と、膨張弁制御部３６とを備えている。

要求能力取得部３１は、各室内機３における要求能力を取得する機能部である。目標冷媒温度設定部３２は、室内熱交換器１６及び室外熱交換器１３における蒸発温度又は凝縮温度の目標値を設定する機能部である。目標冷媒状態設定部３３は、所定の冷媒状態、本実施形態では冷媒の過熱度又は過冷却度の目標値を設定する機能部である。目標冷媒状態変更部３４は、冷媒の過熱度又は過冷却度の目標値を所定の条件に基づいて変更する機能部である。この所定の条件については実際の空気調和装置の運転制御とともに説明する。

圧縮機制御部３５は、圧縮機１１の動作を制御する機能部である。本実施形態の圧縮機制御部３５は、目標冷媒温度設定部３２によって設定された蒸発温度又は凝縮温度の目標値に基づいて圧縮機１１を運転制御するように構成されている。
膨張弁制御部３６は、室内膨張弁１５及び室外膨張弁１４の動作を制御する機能部である。特に、本実施形態では、目標冷媒状態設定部３３及び変更部３４によって設定された冷媒状態（室内熱交換器１６における過熱度又は過冷却度）に基づいて室内膨張弁１５の開度を制御するように構成されている。

（冷房運転）
上記構成の空気調和装置１において、冷房運転を行う場合には、四路切換弁１２が図２において実線で示す状態に保持される。圧縮機１１から吐出された高温高圧のガス状冷媒は、オイルセパレータ２１及び四路切換弁１２を経て、凝縮器としての室外熱交換器１３に流入し、送風ファン２３の作動により室外空気と熱交換して凝縮・液化する。液化した冷媒は、全開状態の室外膨張弁１４を通過し、液側冷媒連絡配管１７ｂを通って各室内機３に流入する。室内機３において、冷媒は、室内膨張弁１５で所定の低圧に減圧され、さらに蒸発器としての室内熱交換器１６で作業領域５（図１参照）内空気と熱交換して蒸発する。そして、冷媒の蒸発によって冷却された空気は、送風ファン２２によって作業領域５内に吹き出され、作業者Ｍに吹き付けられる。また、室内熱交換器１６で蒸発して気化した冷媒は、ガス側冷媒連絡配管１７ａを通って室外機２に戻り、四路切換弁１２及びアキュムレータ２０を経て圧縮機１１に吸い込まれる。

（暖房運転）
他方、暖房運転を行う場合には、四路切換弁１２が図２において破線で示す状態に保持される。圧縮機１１から吐出された高温高圧のガス状冷媒は、オイルセパレータ２１及び四路切換弁１２を経て凝縮器としての各室内機３の室内熱交換器１６に流入し、作業領域５内の空気と熱交換して凝縮・液化する。冷媒の凝縮によって加熱された空気は、送風ファン２２によって作業領域５内に吹き出され、作業者Ｍに吹き付けられる。室内熱交換器１６において液化した冷媒は、全開状態の室内膨張弁１５から液側冷媒連絡配管１７ｂを通って室外機２に戻る。室外機２に戻った冷媒は、室外膨張弁１４で所定の低圧に減圧され、さらに室外熱交換器１３で室外空気と熱交換して蒸発する。そして、室外熱交換器１３で蒸発して気化した冷媒は、四路切換弁１２及びアキュムレータ２０を経て圧縮機１１に吸い込まれる。

＜冷房運転の制御＞
冷房運転を行う場合における空気調和装置１の基本的な制御について説明する。冷房運転を行う場合、本実施形態の空気調和装置１は、各室内機３から吹き出される空気の吹出温度（冷房温度）Ｔｆが、それぞれ目標値（設定温度）Ｔｆｍとなるように制御される。この目標値Ｔｆｍは、各室内機３においてリモートコントローラ等を介して制御装置３０に入力される。

室外機２における圧縮機１１は、蒸発器としての室内熱交換器１６の蒸発温度Ｔｅが予め設定された目標値Ｔｅｍとなるように、制御装置３０の圧縮機制御部３５によって運転回転数が制御される。この蒸発温度Ｔｅは、図４の蒸発圧力Ｐ１において冷媒が蒸発する温度であり、液側温度センサ２４によって検出される冷媒の温度である。液側温度センサ２４によって検出された蒸発温度Ｔｅが目標蒸発温度Ｔｅｍよりも高い場合（Ｔｅ＞Ｔｅｍ）、運転回転数を増大させるように圧縮機１１が制御され、蒸発温度Ｔｅが目標蒸発温度Ｔｅｍよりも低い場合（Ｔｅ＜Ｔｅｍ）、運転回転数を減少させるように圧縮機１１が制御される。目標蒸発温度Ｔｅｍは、全ての室内機３において同一である。

また、室内機３における室内膨張弁１５は、室内熱交換器１６の出口における冷媒過熱度ＳＨ（図４参照）が予め設定された目標値ＳＨｍとなるように、制御装置３０の膨張弁制御部３６によって開度が制御される。例えば、冷媒過熱度ＳＨが目標値ＳＨｍよりも大きい場合（ＳＨ＞ＳＨｍ）、開度を大きくして冷媒流路を拡げ、室内熱交換器１６を流れる冷媒の流量を増大させるように室内膨張弁１５が制御される。逆に、冷媒過熱度ＳＨが目標値ＳＨｍよりも小さい場合（ＳＨ＜ＳＨｍ）、開度を小さくして冷媒流路を絞り、室内熱交換器１６を流れる冷媒流量を減少させるように室内膨張弁１５が制御される。冷媒過熱度ＳＨは、ガス側温度センサ２５によって検出された室内熱交換器１６の出口における冷媒温度と、液側温度センサ２４によって検出された室内熱交換器１６の入口における冷媒温度（蒸発温度Ｔｅ）との差により取得することができる。

以上のような圧縮機１１及び室内膨張弁１５の制御によって、各室内機３の吹出温度Ｔｆが目標値（設定温度）Ｔｆｍとなるように制御される。
なお、室内熱交換器１６の出口における冷媒過熱度ＳＨは、上述の方法だけに限らず、吸入圧力センサ２７により検出される圧縮機１１の吸入圧力を蒸発温度Ｔｅに対応する飽和温度値に換算し、ガス側温度センサ２５による検出値からその飽和温度値を差し引くことによって求めることもできる。

（目標蒸発温度Ｔｅｍ及び目標過熱度ＳＨｍの設定）
図５は、目標蒸発温度Ｔｅｍ及び目標過熱度ＳＨｍを設定する手順を示すフローチャートである。
室内熱交換器１６における冷媒の目標蒸発温度Ｔｅｍは、室内機３における要求能力に応じて制御装置３０の目標冷媒温度設定部３２によって設定される。具体的には、目標蒸発温度Ｔｅｍは、複数の室内機３の要求能力のうち、最も大きな要求能力に基づいて設定される。

図５のステップＳ１において、室内機３の要求能力は、制御装置３０の要求能力取得部３１によって、次式（１）のように、吹出温度センサ２６により検出された実際の吹出温度Ｔｆから各室内機３で予め設定された目標吹出温度Ｔｆｍを差し引いた差分温度ΔＴｆにより求められる。したがって、当該差分温度ΔＴｆが大きい程、要求能力が大きくなる。
ΔＴｆ＝Ｔｆ−Ｔｆｍ ・・・ （１）

そして、図５のステップＳ２において、目標蒸発温度Ｔｅｍは、制御装置３０の目標冷媒温度設定部３２によって、例えば、最も要求能力が大きな室内機３の目標吹出温度Ｔｆｍよりも数℃〜十数℃程度低い温度に設定される。また、各室内機３における要求能力は、運転中、常時取得されており、要求能力の変化に伴って目標蒸発温度Ｔｅｍが変更される。なお、吹出温度Ｔｆと目標吹出温度Ｔｆｍとの差分温度ΔＴｆに基づいて要求能力を決めることは一例であり、例えば吹出温度Ｔｆの代わりに、室内機３の吸込温度や室内機３を流れる冷媒のその時点での蒸発温度もしくは凝縮温度を用いてもよい。

室内機３における室内熱交換器１６の出口の目標過熱度ＳＨｍは、目標蒸発温度Ｔｅｍに適した値が予め定められており、これらの各値ＳＨｍ、Ｔｅｍは、互いに対応付けられた状態で制御装置３０の記憶部に記憶されている。したがって、制御装置３０は、最も大きな要求能力に応じて目標蒸発温度Ｔｅｍを設定した後、図５のステップＳ３において、目標冷媒状態設定部３３によって、当該目標蒸発温度Ｔｅｍに適した目標過熱度ＳＨｍを記憶部から読み出して設定する。そして、各室内機３においては、室内熱交換器１６の出口の過熱度ＳＨが目標過熱度ＳＨｍとなるように、室内膨張弁１５の開度が制御される。

なお、目標過熱度ＳＨｍは、目標蒸発温度Ｔｅｍに応じて設定された値から運転状況の変化に応じて適宜、最適な値に変更することができる。例えば、複数の室内機３における目標吹出温度Ｔｆｍの平均値の変化、複数の室内機３における吹出温度Ｔｆの平均値の変化、或いは、室内熱交換器１６における冷媒圧力（低圧値）又は室外熱交換器１３における冷媒圧力（高圧値）の変化等に応じて目標過熱度ＳＨｍを変更し、運転効率を高めるようにしてもよい。

以上のように、最も大きい要求能力に合わせて目標蒸発温度Ｔｅｍと目標過熱度ＳＨｍとを設定した場合、これらは全ての室内機３に対して適用される値であるため、要求能力が小さい室内機３では必要以上に空気が冷却され、目標吹出温度Ｔｆｍよりも大きく低下した空気を吹き出すことによって作業領域５の作業者Ｍに不快感を与えてしまう可能性がある。そのため、本実施形態の制御装置３０は、図５のステップＳ４において、各室内機３の吹出温度Ｔｆが目標吹出温度Ｔｆｍに対して所定の関係を満たしたときに、その室内機３における目標過熱度ＳＨｍを個別に変更する制御を行うように構成されている。

具体的には、次の式（２）に示すように、室内機３からの吹出温度Ｔｆが、目標吹出温度Ｔｆｍを越えて所定値Δｔ以上低下したときに、目標過熱度ＳＨｍを変更し、冷房能力を低下させる制御を行う。
Ｔｆ≦Ｔｆｍ−Δｔ ・・・ （２）

例えば、吹出温度Ｔｆが目標吹出温度Ｔｆｍよりも（Δｔ＝）２℃以上低下したときに目標過熱度ＳＨｍを大きくする制御を行う。目標過熱度ＳＨｍが大きくなると、室内膨張弁１５は、より開度を小さくして冷媒流量を減少させるように制御され、室内熱交換器１６における冷房能力が低下するため、吹出温度Ｔｆは次第に上昇し、作業者Ｍに適温の空気を吹き付けることができる。

なお、上記式（２）のように、吹出温度Ｔｆが、目標吹出温度Ｔｆｍを越えてさらに所定値Δｔ以上低下してから目標過熱度ＳＨｍを変更しているのは、吹出温度Ｔｆを確実に目標吹出温度Ｔｆｍに到達させて作業者Ｍに吹き付けることによって所望の快適性を与えるようにするためである。また、式（２）を満たしたときに冷房能力を低下させることによって、過剰な冷房を抑制することができる。

＜暖房運転の制御＞
暖房運転を行う場合も、基本な運転制御は冷房運転と略同様である。すなわち、空気調和装置１は、各室内機３から吹き出される空気の吹出温度（暖房温度）Ｔｆが、それぞれ目標値（設定温度）Ｔｆｍとなるように制御される。この目標値Ｔｆｍは、各室内機３においてリモートコントローラ等を介して制御装置３０に入力される。

室外機２における圧縮機１１は、凝縮器としての各室内機３の室内熱交換器１６の凝縮温度Ｔｃが予め設定された目標値Ｔｃｍとなるように制御装置３０の圧縮機制御部３５によって運転回転数が制御される。この凝縮温度Ｔｃは、図４の凝縮圧力Ｐ２において冷媒が凝縮する温度であり、凝縮温度Ｔｃが目標凝縮温度Ｔｃｍよりも低い場合（Ｔｃ＜Ｔｃｍ）、運転回転数を増大させるように圧縮機１１が制御され、凝縮温度Ｔｃが目標凝縮温度Ｔｃｍよりも低い場合（Ｔｃ＞Ｔｃｍ）、運転回転数を減少させるように圧縮機１１が制御される。目標凝縮温度Ｔｃｍは、全ての室内機３において同一である。

また、室内機３における室内膨張弁１５は、室内熱交換器１６の出口における冷媒過冷却度ＳＣ（図４参照）が予め設定された目標値ＳＣｍとなるように、制御装置３０の膨張弁制御部３６によって開度が制御される。例えば、冷媒過冷却度ＳＣが目標値ＳＣｍよりも大きい場合（ＳＣ＞ＳＣｍ）、開度を大きくして室内熱交換器１６を流れる冷媒の流量を増大させるように室内膨張弁１５が制御される。逆に、冷媒過冷却度ＳＣが目標値ＳＣｍよりも小さい場合（ＳＣ＜ＳＣｍ）、開度を小さくして室内熱交換器１６を流れる冷媒流量を減少させるように室内膨張弁１５が制御される。冷媒過冷却度ＳＣは、吐出圧力センサ２８により検出される圧縮機１１の吐出圧力を凝縮温度Ｔｃに対応する飽和温度値に換算し、この冷媒の飽和温度値から液側温度センサ２４により検出される冷媒温度を差し引くことによって求めることができる。

以上のような圧縮機１１及び室内膨張弁１５の制御によって、各室内機３の吹出温度Ｔｆが目標値Ｔｆｍとなるように制御される。

（凝縮温度の設定）
室内熱交換器１６における冷媒の目標凝縮温度Ｔｃｍは、室内機３における要求能力に応じて制御装置３０の目標冷媒温度取得部によって設定される。具体的には、目標凝縮温度Ｔｃｍは、複数の室内機３の要求能力のうち、最も大きな要求能力に基づいて設定される。

室内機３の要求能力は、制御装置３０の要求能力取得部によって、各室内機３の吹出温度センサ２６により検出された実際の吹出温度Ｔｆから、各室内機３で予め設定された目標吹出温度Ｔｆｍを差し引いた差分温度ΔＴｆにより求められる。したがって、当該差分温度ΔＴｆが大きい程、要求能力が大きくなる。

そして、目標凝縮温度Ｔｃｍは、例えば、最も要求能力が大きな室内機３の目標吹出温度Ｔｆｍよりも数℃〜十数℃程度高い温度に設定される。また、各室内機３における要求能力は、運転中、常時取得されており、要求能力の変化に伴って目標凝縮温度Ｔｃｍが変更される。

室内機３における室内熱交換器１６の出口の目標過冷却度ＳＣｍは、目標凝縮温度Ｔｃｍに適した値が予め定められており、これらの各値ＳＣｍ、Ｔｃｍは、互いに対応付けられた状態で制御装置３０の記憶部等に記憶されている。したがって、制御装置３０は、目標冷媒温度設定部３２によって、最も大きな要求能力に応じて目標凝縮温度Ｔｃｍを設定した後、目標冷媒状態設定部３３によって、当該目標凝縮温度に適した目標過冷却度ＳＣｍを記憶部から読み出して設定する。そして、各室内機３においては、室内熱交換器１６の出口の過冷却度ＳＣが目標過冷却度ＳＣｍとなるように、室内膨張弁１５の開度が制御される。

以上のように、最も大きい要求能力に合わせて目標凝縮温度Ｔｃｍと目標過冷却度ＳＣｍとを設定した場合、これらは全ての室内機３に対して適用される値であるため、要求能力が小さい室内機３では必要以上に空気が加熱され、目標吹出温度Ｔｆｍよりも大きく上昇した空気を吹き出すことによって作業領域５の作業者Ｍに不快感を与えてしまう可能性がある。冷房運転の場合は、上述したように、各室内機３において、吹出温度Ｔｆが目標吹出温度Ｔｆｍに対して所定の関係を満たしたときに、その室内機３における目標過熱度ＳＨｍを個別に変更する制御を行うように構成されている。

しかしながら、暖房運転の場合、冷房運転と同様の考えで目標過冷却度ＳＣｍを増大する方向へ変更した場合、特定の室内熱交換器１６内で液冷媒が溜まり、空気調和装置１の冷媒回路全体を流れる冷媒量が不足してしまう可能性がある。したがって、本実施形態では、暖房運転の際に、吹出温度Ｔｆが目標吹出温度Ｔｆｍよりも大きく上昇したとしても、目標過冷却度ＳＣｍを変更せずに、暖房能力を維持するように構成されている。これにより、空気調和装置１の信頼性を高めることができる。

本発明は、上記実施形態及び変形例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内において種々変更することが可能である。
例えば、上記実施形態におけるスポット方式の利用ユニットは、屋外に設定されていてもよい。また、本発明の空気調和装置は、スポット方式の利用ユニットを備えたものに限らず、部屋の内部等の空間全体の温度を調整する利用ユニットを備えたものであってもよい。

１ ：空気調和装置
２ ：室外機（熱源ユニット）
３ ：室内機（利用ユニット）
１０ ：冷媒回路
１１ ：圧縮機
１２ ：四路切換弁（切替装置）
１３ ：室外熱交換器（熱源側熱交換器）
１５ ：室内膨張弁（減圧装置）
１６ ：室内熱交換器（利用側熱交換器）
２６ ：吹出温度センサ（検出センサ）
３０ ：制御装置
ＳＣ ：過冷却度（所定の冷媒状態）
ＳＣｍ ：目標過冷却度
ＳＨ ：過熱度（所定の冷媒状態）
ＳＨｍ ：目標過熱度
Ｔｃ ：凝縮温度
Ｔｃｍ ：目標凝縮温度
Ｔｅ ：蒸発温度
Ｔｅｍ ：目標蒸発温度
Ｔｆ ：吹出温度（冷房温度、暖房温度）
Ｔｆｍ ：目標吹出温度
ΔＴｆ ：差分温度（要求能力）
Δｔ ：所定値

本発明は、圧縮機及び熱源側熱交換器を有する熱源ユニットと、減圧装置及び利用側熱交換器を有する複数の利用ユニットとを備え、前記熱源ユニットに前記複数の利用ユニットが並列に接続されることによって冷媒回路が形成され、前記熱源側熱交換器を凝縮器とし前記利用側熱交換器を蒸発器とすることによって冷房運転を行う空気調和装置において、
前記各利用ユニットの要求能力に関する空気の状態を検出する検出センサと、
前記検出センサによる検出結果に基づいて前記各利用ユニットにおける要求能力を取得し、最も高い要求能力に応じて、前記圧縮機によって調整される前記利用側熱交換器内の蒸発温度と前記減圧装置によって調整される所定の冷媒状態との目標値をそれぞれ設定し、最も要求能力が高い利用ユニット以外の他の利用ユニットにおいて冷房温度が目標冷房温度よりも所定値以上低下したときに、当該利用ユニットの冷房能力を低下させるように前記冷媒状態の目標値を変更する制御装置を備え、
熱源側ユニットは、前記熱源側熱交換器を蒸発器とし前記利用側熱交換器を凝縮器とする暖房運転に切替え可能な切替装置を更に備え、
前記制御装置が、暖房運転を行う際に、前記各利用ユニットにおける要求能力を取得し、最も高い要求能力に応じて、前記圧縮機によって調整される前記利用側熱交換器の凝縮温度と、前記減圧装置によって調整される所定の冷媒状態との目標値をそれぞれ設定し、最も要求能力が高い利用ユニット以外の他の利用ユニットにおいて暖房温度が目標暖房温度より上昇しても前記冷媒状態の目標値を維持する。

本発明は、暖房運転を行う場合においても、複数の利用ユニットの要求能力のうちも最も高い要求能力に応じて利用側熱交換器の凝縮温度の目標値を設定するので、実際の暖房負荷に応じた適切な回転数で圧縮機を運転することができ、無駄なエネルギー消費を抑制することができる。また、上記のように凝縮温度を設定した場合、最も要求能力が高い利用ユニット以外の他の利用ユニットでは暖房が過剰になる可能性がある。しかし、上記の冷房運転と同様に、暖房温度が目標暖房温度よりも所定値以上上昇したときに所定の冷媒状態の目標値を変更して暖房能力を下げるような制御を行ったとすると、利用側熱交換器に冷媒が溜まって空気調和装置の冷媒回路全体の冷媒循環量が減少し、暖房運転が不安定になる可能性がある。そのため、暖房運転を行う場合は、暖房が過剰になったとしても所定の冷媒状態の目標値を維持することによって暖房能力を低下させないようにすることで、空気調和装置における暖房運転の信頼性を確保することができる。

本発明の他の観点に係る空気調和装置は、圧縮機及び熱源側熱交換器を有する熱源ユニットと、減圧装置及び利用側熱交換器を有する複数の利用ユニットと、前記各利用ユニットの吹出温度を検出する検出センサとを備え、前記熱源ユニットに前記複数の利用ユニットが並列に接続されることによって冷媒回路が形成され、前記熱源側熱交換器を凝縮器とし前記利用側熱交換器を蒸発器とすることによって冷房運転を行う空気調和装置において、
前記検出センサによる検出結果と前記各利用ユニットの設定温度との差分温度が異なる前記利用ユニットが混在しており、
前記差分温度が最も大きい利用ユニット以外の他の利用ユニットにおいて前記吹出温度が当該他の利用ユニットの設定温度よりも所定値以上低下したときに、低下前よりも前記吹出温度が高くなるように、当該他の利用ユニットにおける前記減圧装置の開度を小さくする制御装置を備えている。
また、好ましくは、前記利用ユニットが、冷却対象に直接的に温度調整された空気を吹き付けるスポット方式とされている。

以上の構成を有する空気調和装置は、各利用ユニットにおける吹出温度と設定温度との差分温度が最も大きい利用ユニット以外の他の利用ユニットにおいて、吹出温度が設定温度よりも所定値以上低下したときに、吹出温度が高くなるように、減圧装置の開度を小さくするので、当該他の利用ユニットの吹出温度を確実に設定温度に到達させて快適性を確保し、その後、吹出温度を高くすることによって過剰な冷房を抑制することができる。

Claims (6)

1. 圧縮機（１１）及び熱源側熱交換器（１３）を有する熱源ユニット（２）と、減圧装置（１５）及び利用側熱交換器（１６）を有する複数の利用ユニット（３）とを備え、前記熱源ユニット（２）に前記複数の利用ユニット（３）が並列に接続されることによって冷媒回路（１０）が形成され、前記熱源側熱交換器（１３）を凝縮器とし前記利用側熱交換器（１６）を蒸発器とすることによって冷房運転を行う空気調和装置（１）において、
   前記各利用ユニット（３）の要求能力に関する空気の状態を検出する検出センサ（２６）と、
   前記検出センサ（２６）による検出結果に基づいて前記各利用ユニット（３）における要求能力を取得し、最も高い要求能力に応じて、前記圧縮機（１１）によって調整される前記利用側熱交換器（１６）内の蒸発温度（Ｔｅ）と前記減圧装置（１５）によって調整される所定の冷媒状態（ＳＨ）との目標値（Ｔｅｍ，ＳＨｍ）をそれぞれ設定し、最も要求能力が高い利用ユニット（３）以外の他の利用ユニット（３）において冷房温度（Ｔｆ）が目標冷房温度（Ｔｆｍ）よりも所定値（Δｔ）以上低下したときに、当該利用ユニット（３）の冷房能力を低下させるように前記冷媒状態（ＳＨ）の目標値（ＳＨｍ）を変更する制御装置（３０）を備えている、空気調和装置。
2. 前記冷媒状態（ＳＨ）が過熱度であり、
   前記制御装置（３０）は、前記他の利用ユニット（３）において冷房温度（Ｔｆ）が目標冷房温度（Ｔｆｍ）よりも所定値（Δｔ）以上低下したときに、低下前よりも前記過熱度（ＳＨ）の目標値（ＳＨｍ）を高く設定する、請求項１に記載の空気調和装置。
3. 前記制御装置（３０）は、前記他の利用ユニット（３）において冷房温度（Ｔｆ）が目標冷房温度（Ｔｆｍ）よりも所定値（Δｔ）以上低下したときに、低下前よりも前記減圧装置（１５）における冷媒流路を絞るように当該減圧装置（１５）を制御する、請求項１又は２に記載の空気調和装置。
4. 前記利用ユニット（３）が、冷却対象に直接的に温度調整された空気を吹き付けるスポット方式とされている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の空気調和装置。
5. 前記熱源ユニット（２）が、前記熱源側熱交換器（１３）を蒸発器とし前記利用側熱交換器（１６）を凝縮器とする暖房運転に切替え可能な切替装置（１２）を更に備え、
   前記制御装置（３０）が、暖房運転を行う際に、前記各利用ユニット（３）における要求能力を取得し、最も高い要求能力に応じて、前記圧縮機（１１）によって調整される前記利用側熱交換器（１６）の凝縮温度（Ｔｃ）と、前記減圧装置（１５）によって調整される所定の冷媒状態（ＳＣ）との目標値（Ｔｃｍ，ＳＣｍ）をそれぞれ設定し、最も要求能力が高い利用ユニット（３）以外の他の利用ユニット（３）において暖房温度（Ｔｆ）が目標暖房温度（Ｔｆｍ）より上昇しても前記冷媒状態（ＳＣ）の目標値（ＳＣｍ）を維持する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の空気調和装置。
6. 圧縮機（１１）及び熱源側熱交換器（１３）を有する熱源ユニット（２）と、減圧装置（１５）及び利用側熱交換器（１６）を有する複数の利用ユニット（３）と、前記各利用ユニット（３）の吸込温度または吹出温度（Ｔｆ）を検出する検出センサ（２６）とを備え、前記熱源ユニット（２）に前記複数の利用ユニット（３）が並列に接続されることによって冷媒回路（１０）が形成され、前記熱源側熱交換器（１３）を凝縮器とし前記利用側熱交換器（１６）を蒸発器とすることによって冷房運転を行う空気調和装置において、
   前記検出センサ（２６）による検出結果と前記各利用ユニット（３）の設定温度（Ｔｆ）との差分温度（ΔＴｆ）が異なる前記利用ユニット（３）が混在しており、
   前記差分温度（ΔＴｆ）が最も大きい利用ユニット（３）以外の他の利用ユニット（３）において前記吸込温度または前記吹出温度（Ｔｆ）が当該他の利用ユニット（３）の設定温度（Ｔｆｍ）よりも所定値（Δｔ）以上低下したときに、低下前よりも前記吸込温度または前記吹出温度（Ｔｆ）が高くなるように、当該他の利用ユニット（３）における前記減圧装置（１５）の開度を小さくする制御装置（３０）を備えている、空気調和装置。

Images