JP2019066097A - 空気調和装置 - Google Patents

Abstract

【課題】蒸発器を通過した冷媒の過熱度を好適に制御することができる空気調和装置を提供する。【解決手段】圧縮機１２と、室外凝縮器１３と、冷却膨張弁１４と、蒸発器１５と、これらをこの順で接続している冷却回路１１と、再熱経路２１と、室内凝縮器２２と、再熱膨張弁２３と、制御装置３０と、を備え、制御装置３０は、蒸発器１５を通過した冷媒の過熱度を調整するための冷却膨張弁１４と再熱膨張弁２３との操作比率である第１の比率と、室内凝縮器による再熱量を調整するための冷却膨張弁１４と再熱膨張弁２３との操作比率である第２の比率とに基づき、冷却膨張弁１４の開度と再熱膨張弁２３の開度とを同時に制御する。【選択図】図１

Description

本発明は、再熱除湿運転が可能な空気調和装置に関する。

従来、室内の温度低下を抑制しつつ除湿を行う再熱除湿運転が可能な空気調和装置が知られている（例えば、特許文献１及び２参照）。この空気調和装置は、圧縮機と、室外凝縮器と、冷却膨張弁と、蒸発器（冷却器）とがこの順で冷媒配管により接続されている。圧縮機から吐出された冷媒は、室外凝縮器で凝縮され、冷却膨張弁で減圧された後に、蒸発器において室内空気との間で熱交換することによって蒸発し、室内空気を冷却・除湿する。

また、この空気調和装置は、室外凝縮器と冷却膨張弁とをバイパスする再熱経路を備え、この再熱経路に、室内凝縮器（再熱器）と再熱膨張弁とが設けられている。圧縮機から吐出された冷媒は、室外凝縮器だけでなく室内凝縮器へも分岐して流れ、室内凝縮器において蒸発器を通過した室内空気との間で熱交換することによって凝縮された後、再熱膨張弁によって減圧され、冷却膨張弁からの冷媒と合流して蒸発器に流入する。室内凝縮器は、蒸発器において冷却・除湿された室内空気を加熱することによって、室内を所定の温度に維持している。

特開２０１１−１３３１７１号公報 特開平１−２２２１３７号公報

上記のような空気調和装置においては、通常、蒸発器を通過した冷媒に所定の過熱度が付与され、圧縮機が液状冷媒を吸引しないように構成されている。この過熱度は、冷却膨張弁の開度制御により蒸発器を流れる冷媒の流量を調整することによって所定値に調整される。一方、室内の温度は、再熱膨張弁の開度制御により室内凝縮器を流れる冷媒の流量を調整することによって目標温度に調整される。

しかしながら、再熱能力を高めるために再熱膨張弁の開度を大きくすると、室外凝縮器を経て蒸発器に流入する冷媒の流量に対して、室内凝縮器を経て蒸発器に流入する冷媒の流量が相対的に増大するため、冷却膨張弁の開度制御による過熱度の調整が困難になる。

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、蒸発器を通過した冷媒の過熱度を好適に制御することができる空気調和装置を提供することを目的とする。

（１）本発明の空気調和装置は、
圧縮機と、
前記圧縮機で圧縮された冷媒を凝縮する室外凝縮器と、
前記室外凝縮器で凝縮された冷媒を減圧する冷却膨張弁と、
前記冷却膨張弁で減圧された冷媒を室内空気との熱交換により蒸発させ当該室内空気を冷却・除湿する蒸発器と、
前記圧縮機、前記室外凝縮器、前記冷却膨張弁、及び前記蒸発器をこの順で接続している冷却回路と、
前記冷却回路における前記圧縮機と前記室外凝縮器とを接続する経路から分岐し、前記冷却膨張弁と前記蒸発器とを接続する経路に接続されている再熱経路と、
前記再熱経路において、前記圧縮機で圧縮された冷媒を、前記蒸発器で冷却・除湿された室内空気との熱交換により凝縮させ当該室内空気を加熱する室内凝縮器と、
前記再熱経路において、前記室内凝縮器で凝縮された冷媒を減圧する再熱膨張弁と、
前記冷却膨張弁及び前記再熱膨張弁の開度を制御する制御装置と、を備えており、
前記制御装置は、前記蒸発器を通過した冷媒の過熱度を調整するための前記冷却膨張弁と前記再熱膨張弁との操作比率である第１の比率と、前記室内凝縮器による再熱量を調整するための前記冷却膨張弁と前記再熱膨張弁との操作比率である第２の比率とに基づき、前記冷却膨張弁の開度と前記再熱膨張弁の開度とを同時に制御する。

上記構成を有する空気調和装置は、過熱度の調整のために冷却膨張弁だけでなく再熱膨張弁の開度も制御されるため、各膨張弁を通過して蒸発器に流入する全体の冷媒量を考慮して過熱度を適切に制御することができる。

（２）好ましくは、前記制御装置は、前記冷却膨張弁が全閉の状態になったとき、前記再熱量の調整よりも優先して前記過熱度を調整するように前記再熱膨張弁の開度を制御する。
冷却膨張弁が全閉の状態になったとしても、再熱膨張弁によって過熱度の調整が可能となる。

本発明によれば、蒸発器を通過した冷媒の過熱度を好適に制御することができる。

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。 制御装置による制御の一例を説明する図である。 制御装置による制御の一例を異なる記載で説明する図である。 制御装置による制御の他の例を説明する図である。 制御装置による制御のさらに他の例を説明する図である。 空気調和装置の制御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、食肉工場のように水分を多く含む食肉等の冷却対象が室内に頻繁に出入りするような環境で使用され、室内の温度を一定に維持しつつ除湿をも行う再熱除湿運転が可能な空気調和装置１である。

空気調和装置１は、室外機（熱源ユニット）２と、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とは冷媒連絡配管によって接続されている。また、空気調和装置１は、室外機２及び室内機３の動作を制御する制御装置３０を備えている。

室外機２は、例えば屋外に設置され、圧縮機１２と、室外凝縮器１３と、室外ファン１６と、冷媒圧力センサＳｃ２等を備えている。
室内機３は、例えば工場等の屋内に配置され、第１膨張弁１４と、蒸発器（冷却器）１５と、室内凝縮器（再熱器）２２と、第２膨張弁２３と、室内ファン１７と、空気温度センサＳａ１，Ｓａ２，Ｓａ３と、冷媒温度センサＳｂ１，Ｓｂ２，Ｓｂ３，Ｓｂ４，Ｓｂ５と、冷媒圧力センサＳｃ１等を備えている。

圧縮機１２、室外凝縮器１３、第１膨張弁１４、蒸発器１５は、この順で冷媒配管により接続されることで冷却回路１１を形成している。冷却回路１１は、室内空気の温度及び湿度を低下させるために機能する。
また、本実施形態の空気調和装置１は、冷却回路１１における、圧縮機１２と室外凝縮器１３とを接続する経路１１ａから分岐し、第１膨張弁１４と蒸発器１５とを接続する経路１１ｂに接続される再熱経路２１を備えている。この再熱経路２１は、冷却回路１１における室外凝縮器１３と第１膨張弁１４とをバイパスしている。再熱経路２１には、室内凝縮器２２と第２膨張弁２３とが設けられている。したがって、室内凝縮器２２及び第２膨張弁２３は、室外凝縮器１３及び第１膨張弁１４と並列に設けられている。再熱経路２１は、冷却回路１１により冷却された室内空気の温度を上昇させるために機能する。

圧縮機１２は、例えば、インバータ制御等によって運転周波数（運転回転数）を調整可能なモータによって駆動される可変容量形のものが用いられる。圧縮機１２は、蒸発器１５から送られてきた低温・低圧のガス状冷媒を圧縮し、高温・高圧のガス状冷媒とする。なお、圧縮機１２は、固定容量形のものであってもよい。

室外凝縮器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やマイクロチャネル型熱交換器等が用いられる。室外凝縮器１３は、圧縮機１２から吐出されたガス状冷媒を室外空気と熱交換することによって凝縮させ、液状冷媒にする。室外空気は、室外ファン１６の駆動によって室外凝縮器１３に供給される。

第１膨張弁１４は、例えばパルスモータ駆動方式の電子膨張弁であり、開度を自在に調整可能である。第１膨張弁１４の開度は、制御装置３０によって制御される。第１膨張弁１４は、室外凝縮器１３によって凝縮された液状冷媒を減圧し、低温・低圧の気液二相冷媒にする。また、第１膨張弁１４は、開度が制御されることによって蒸発器１５を流れる冷媒の流量を調整し、専ら蒸発器１５を通過した後の冷媒の過熱度を調整する。以下の説明においては、第１膨張弁１４を「冷却膨張弁」ともいう。

蒸発器１５は、室外凝縮器１３と同様に、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やマイクロチャネル型熱交換器等が用いられる。蒸発器１５は、冷却膨張弁１４を通過した低温低圧の気液二相冷媒を室内空気と熱交換することによって蒸発させ、ガス状冷媒にする。また、蒸発器１５は、冷媒との熱交換によって室内空気を冷却・除湿する冷却器として機能する。室内空気は、室内ファン１７の駆動によって蒸発器１５に供給される。

室内凝縮器２２は、室外凝縮器１３と同様に、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やマイクロチャネル型熱交換器等が採用される。室内凝縮器２２には、室内ファン１７の駆動によって蒸発器１５によって冷却・除湿された室内空気が供給される。また、室内凝縮器２２は、圧縮機１２から吐出されたガス状冷媒が、室外凝縮器１３へ流れる経路１１ａから分岐して流入し、このガス状冷媒を室内空気との間で熱交換することによって凝縮させる。これにより、蒸発器１５によって冷却・除湿された室内空気が湿度を低下させたまま加熱され、室内に吹き出される。したがって、室内凝縮器２２は、蒸発器１５によって冷却された室内空気を再び加熱する再熱器として機能する。

第２膨張弁２３は、冷却膨張弁１４と同様に、例えばパルスモータ駆動方式の電子膨張弁であり、開度を自在に調整可能である。第２膨張弁２３の開度は、制御装置３０によって制御される。第２膨張弁２３は、室内凝縮器２２によって凝縮された液状冷媒を減圧し、低温・低圧の気液二相冷媒にする。また、第２膨張弁２３は、開度が制御されることによって室内凝縮器２２を流れる冷媒の流量を調整し、専ら室内空気の加熱量（再熱量）を調整する。以下、第２膨張弁２３を「再熱膨張弁」ともいう。

空気温度センサＳａ１，Ｓａ２，Ｓａ３は、室内機３に吸い込まれる空気の温度を検出する第１空気温度センサＳａ１と、室内機３から吹き出される空気の温度を検出する第２空気温度センサＳａ２と、蒸発器１５を通過し室内凝縮器２２に供給される前の空気の温度を検出する第３空気温度センサＳａ３とを含む。

冷媒温度センサＳｂ１，Ｓｂ２，Ｓｂ３，Ｓｂ４，Ｓｂ５は、蒸発器１５の出口における冷媒の温度を検出する第１冷媒温度センサＳｂ１と、蒸発器１５を流れている冷媒の温度を検出する第２冷媒温度センサＳｂ２と、室内凝縮器２２の出口（再熱膨張弁２３前）における冷媒の温度を検出する第３冷媒温度センサＳｂ３と、室内凝縮器２２の入口における冷媒の温度を検出する第４冷媒温度センサＳｂ４と、室内凝縮器２２を流れている冷媒の温度を検出する第５冷媒温度センサＳｂ５とを含む。

冷媒圧力センサＳｃ１，Ｓｃ２は、室内凝縮器２２の出口（再熱膨張弁２３前）における冷媒の圧力を検出する第１冷媒圧力センサＳｃ１と、圧縮機１２の吐出圧力を検出する第２冷媒圧力センサＳｃ２とを含む。
以上の各センサの検出信号は制御装置３０に入力され、制御装置３０による各種機器の制御に利用される。なお、空気調和装置１は、以上に説明した全てのセンサを備えている必要はなく、少なくとも後述する制御例において用いられるセンサを備えていればよい。

制御装置３０は、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１２、膨張弁１４，２３、ファン１６，１７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、室内機３における吸込温度又は吹出温度の目標値（設定温度）の入力を受付可能である。

再熱除湿運転が可能な一般的な空気調和装置１は、冷却膨張弁１４の開度制御によって蒸発器１５における冷媒循環量を調整し、蒸発器１５を通過した後の冷媒の過熱度を所定値に調整する。これにより、圧縮機１２には液状冷媒が流入せず、圧縮機１２が保護される。

一方、蒸発器１５には、冷却膨張弁１４を通過した冷媒だけでなく、再熱経路２１からの冷媒も流入する。再熱経路２１から流入する冷媒の循環量は、冷却膨張弁１４によって制御することはできないため、再熱経路２１からの冷媒循環量が増加すると冷却膨張弁１４による過熱度の調整が困難になる。

本実施形態の空気調和装置１は、上記のような不都合を解消するために、蒸発器１５を通過した後の冷媒の過熱度を調整するために、単に冷却膨張弁１４の開度制御を行うのではなく、再熱膨張弁２３の開度制御をも同時に行うように制御装置３０が構成されている。また、室内凝縮器２２による室内空気の再熱量を調整するために、単に再熱膨張弁２３の開度制御を行うのではなく、冷却膨張弁１４の開度制御をも同時に行うように制御装置３０が構成されている。

具体的には、制御装置３０は、蒸発器１５を通過した冷媒の過熱度を調整するための冷却膨張弁１４と再熱膨張弁２３との操作比率である第１の比率と、室内凝縮器２２による再熱量を調整するための冷却膨張弁１４と前記再熱膨張弁２３との操作比率である第２の比率とに基づき、冷却膨張弁１４の開度と再熱膨張弁２３の開度とを同時に制御するように構成されている。

以下、この点について詳細に説明する。
図２は、制御装置３０による制御の一例を説明する図である。
本実施形態では、冷却膨張弁１４及び再熱膨張弁２３を操作するにあたり、図２に示すような座標軸を想定している。図２における横軸Ｘは、冷却膨張弁１４の操作軸（冷却系操作軸）であり、縦軸Ｙは、再熱膨張弁２３の操作軸（再熱系操作軸）である。冷却膨張弁１４の操作量（ΔＥＶｃ’，ΔＥＶｃ”）は操作軸Ｘ上に表され、再熱膨張弁２３の操作量（ΔＥＶｒ’，ΔＥＶｒ”）は操作軸Ｙ上に表される。

操作軸Ｘの正方向（右方向）は、冷却膨張弁１４を開く方向の操作を表し、負方向（左方向）は、冷却膨張弁１４を閉じる方向の操作を表している。また、操作軸Ｙの正方向（上方向）は、再熱膨張弁２３を開く方向の操作を表し、負方向（下方向）は、再熱膨張弁２３を閉じる方向の操作を表している。そして、各操作軸Ｘ，Ｙ上では、各膨張弁１４，２３の操作量をそれぞれ操作方向を含めたベクトルとして示す。

従来、冷却膨張弁１４と再熱膨張弁２３とは、それぞれ過熱度と再熱量とを制御するにあたって、互いに関わり合うことなく独立して操作されていた。つまり、図２において、冷却膨張弁１４及び再熱膨張弁２３は、それぞれ操作軸Ｘ上及び操作軸Ｙ上で個別に設定された操作量で操作されていたということができる。

これに対して、本実施形態では、単に操作軸Ｘ，Ｙ上で個別に操作量を設定するのではなく、各操作軸Ｘ，Ｙに対して所定の角度で傾斜した基準軸Ｘ’，Ｙ’を想定し、この基準軸Ｘ’，Ｙ’上で、実際の操作量ΔＥＶｃ’，ΔＥＶｒ’，ΔＥＶｃ”，ΔＥＶｒ”を決定するための「操作基準量」ΔＥＶｎｃ，ΔＥＶｎｒを設定する。基準軸Ｘ’は、冷却膨張弁１４の操作軸Ｘに対して角度θｃだけ傾斜し、基準軸Ｙ’は、冷却膨張弁１４の操作軸Ｘに対して角度θｒだけ傾斜しており、θｃ＜θｒの関係にある。また、本実施形態では、０°＜θｃ＜９０°であり、９０°＜θｒ＜１８０°である。これらの角度θｃ，θｒは、それぞれ前述した第１の比率と第２の比率とを定める角度となる。

操作基準量ΔＥＶｎｃは、蒸発器１５を通過した後の冷媒の過熱度を冷却膨張弁１４の開度制御のみによって所定の目標値に調整する場合の、冷却膨張弁１４の開度の操作量に相当する。操作基準量ΔＥＶｎｒは、室内空気の温度を再熱膨張弁２３の開度制御のみによって所定の目標値に調整する場合の、再熱膨張弁２３の開度の操作量に相当する。従来は、これらの操作基準量ΔＥＶｎｃ，ΔＥＶｎｒをそのまま冷却膨張弁１４及び再熱膨張弁２３の操作量（図２にΔＥＶｃ_ｏｌｄ、ΔＥＶｒ_ｏｌｄで示す）に適用して各膨張弁１４，２３を制御していた。

本実施形態では、冷却膨張弁１４の操作基準量ΔＥＶｎｃを基準軸Ｘ’上にベクトルとして設定する。また、再熱膨張弁２３の操作基準量ΔＥＶｎｒを基準軸Ｙ’上にベクトルとして設定する。そして、各ベクトルをそれぞれ操作軸Ｘ，Ｙ上に分解することによって、操作量ΔＥＶｃ’，ΔＥＶｒ’，ΔＥＶｃ”，ΔＥＶｒ”を決定する。

例えば、図２（ａ）に示すように、冷却膨張弁１４の操作基準量ΔＥＶｎｃのベクトルは、操作軸Ｘ，Ｙ上に、ΔＥＶｃ’とΔＥＶｒ’とに分解することができる。また、図２（ｂ）に示すように、再熱膨張弁２３の操作基準量ΔＥＶｎｒのベクトルは、操作軸Ｘ，Ｙ上に、Ｅｖｃ”とΔＥＶｒ”とに分解することができる。そして、冷却系の各操作量ΔＥＶｃ’及びΔＥＶｃ”を足し合わせたものが、実質的な操作量（実操作量）となり、再熱系の各操作量ΔＥＶｒ’及びΔＥＶｒ”を足し合わせたものが、実質的な操作量（実操作量）となる。これらの実操作量は、図３に示すように、操作基準量ΔＥＶｎｃのベクトルと、操作基準量ΔＥＶｎｒのベクトルとを合成した後に、操作軸Ｘ，Ｙ上に分解したものΔＥＶｃ，ΔＥＶｒと同一である。

したがって、蒸発器１５を通過した後の過熱度を所定の目標値に調整する場合には、必要な過熱度の調整量に応じた冷却膨張弁１４の操作基準量ΔＥＶｎｃを求め、この操作基準量ΔＥＶｎｃから冷却膨張弁１４の操作量ΔＥＶｃ’と再熱膨張弁２３との操作量ΔＥＶｒ’とを求める。そして、過熱度を調整するために冷却膨張弁１４のみを操作するのではなく、冷却膨張弁１４と再熱膨張弁２３との双方を各操作量ΔＥＶｃ’，ΔＥＶｒ’で操作する。各操作量ΔＥＶｃ’，ΔＥＶｒ’をどのような比率で設定するか、すなわち角度θｃをどのように設定するかは、各膨張弁１４，２３のサイズ（流量係数）等を考慮して決定することができる。

同様に、室内空気の温度を所定の目標値に調整する場合には、必要な室内凝縮器２２による再熱量に応じた再熱膨張弁２３の操作基準量ΔＥＶｎｒを求め、この操作基準量ΔＥＶｎｒから再熱膨張弁２３の操作量ΔＥＶｒ”と冷却膨張弁１４の操作量ΔＥＶｎｃ”とを求める。そして、室内凝縮器２２による再熱量を調整するために、再熱膨張弁２３のみを操作するのではなく、再熱膨張弁２３と冷却膨張弁１４との双方を各操作量ΔＥＶｃ”，ΔＥＶｒ”で操作する。各操作量ΔＥＶｃ”，ΔＥＶｒ”をどのような比率で設定するか、すなわち角度θｒをどのように設定するかは、各膨張弁１４，２３のサイズ（流量係数）等を考慮して決定することができる。

蒸発器１５を通過した後の冷媒の過熱度のみに注目すると、図２（ａ）に示す例では、過熱度が所定の目標値よりも大きいため、蒸発器１５の冷媒循環量を増やすように各膨張弁１４，２３の開度を開く方向に制御している。従来は、単に操作基準量ΔＥＶｎｃに相当する操作量（ΔＥＶｃ_ｏｌｄ）で冷却膨張弁１４のみを操作していたが、本実施形態では、操作基準量ΔＥＶｎｃのベクトルを操作軸Ｘと操作軸Ｙとに分解し、冷却膨張弁１４と再熱膨張弁２３とを制御する。冷却膨張弁１４の操作量ΔＥＶｃ’は、従来の操作量ΔＥＶｃ_ｏｌｄよりも小さい値となるが、再熱膨張弁２３の操作量ΔＥＶｒ’も生じているため、全体の冷媒循環量は従来と同じとなる。したがって、過熱度を適切に制御することができる。

また、再熱膨張弁２３が開く方向に操作されることによって、室内凝縮器２２による再熱量が増加し、室内温度が上昇する方向に働くが、冷却膨張弁１４も開く方向に操作されることによって冷却能力が増加しているので、その結果、室内の温度は適切に維持される。

室内凝縮器２２による再熱量のみについて注目すると、図２（ｂ）に示す例では、室内温度が所定の目標値よりも低いため、室内凝縮器２２による室内空気の再熱量を増加させるように再熱膨張弁２３の開度を開く方向に操作し、同時に、冷却膨張弁１４を閉じる方向に制御している。この場合、再熱膨張弁２３を開く方向に操作することによって再熱量が増加し、蒸発器１５を流れる冷媒循環量も増加し、過熱度を小さくする方向に働くが、同時に冷却膨張弁１４が閉じる方向に操作されるので、再熱膨張弁２３を開くことによる蒸発器１５の冷媒循環量の増加が相殺され、結果として過熱度は維持されるようになっている。また、再熱膨張弁２３の操作量ΔＥＶｒ”は、従来の操作量ΔＥＶｒ_ｏｌｄよりも小さくなるため、室内温度を上昇させる作用は小さくなるが、冷却膨張弁１４が閉じる方向に操作されることによって冷却能力が低下し室内温度を低下させる作用が抑えられるので、全体として室内温度を適切に制御することができる。

以上のような制御を行うことによって、過熱度を調整するために冷却膨張弁１４のみを操作し、再熱量を調整するために再熱膨張弁２３のみを操作する場合と比較して、冷却膨張弁１４の制御と再熱膨張弁２３の制御とを相互に干渉させて過熱度と再熱量とのバランスを図ることになるため、過熱度や再熱量の制御が不能になったり不十分となったりすることもない。

図４は、制御装置３０による制御の他の例を説明する図である。
具体的に、図４は、蒸発器１５を通過した後の冷媒の過熱度を小さくし、室内空気の温度を上昇させる（室内凝縮器２２による再熱量を増加させる）場合の制御例を示す。冷却膨張弁１４の操作基準量ΔＥＶｎｃは基準軸Ｘ’上に負方向のベクトルとして設定され、再熱膨張弁２３の操作基準量ΔＥＶｎｒは、基準軸Ｙ’上に正方向のベクトルとして設定されている。そして、両操作基準量ΔＥＶｎｃ，ΔＥＶｎｒのベクトルを合成したものをそれぞれ操作軸Ｘ，Ｙに分解することによって冷却膨張弁１４と再熱膨張弁２３の実操作量ΔＥＶｃ，ΔＥＶｒが求められる。図４の例では、冷却膨張弁１４が閉じる方向に操作され、再熱膨張弁２３は開く方向に操作される。

図５は、制御装置３０による制御のさらに他の例を説明する図である。
具体的に、図５は、蒸発器１５を通過した後の冷媒の過熱度を小さくし、室内空気の温度を低下させる（室内凝縮器２２による再熱量を減少させる）場合の制御例を示す。冷却膨張弁１４の操作基準量ΔＥＶｎｃは基準軸Ｘ’上に負方向のベクトルとして設定され、再熱膨張弁２３の操作基準量ΔＥＶｎｒは、基準軸Ｙ’上に正方向のベクトルとして設定されている。この点は、図４に示す例と同様である。そして、両操作基準量ΔＥＶｎｃ，ΔＥＶｎｒのベクトルを合成したものをそれぞれ操作軸Ｘ，Ｙに分解することによって冷却膨張弁１４と再熱膨張弁２３の実操作量ΔＥＶｃ，ΔＥＶｒが求められる。図５の例では、冷却膨張弁１４は、図４の例と同様に閉じる方向に操作されるが、再熱膨張弁２３は、図４の例とは異なり閉じる方向に操作される。

なお、図４及び図５に示す例においては、冷却膨張弁１４が閉じる方向に操作されるため、冷却膨張弁１４が全閉の状態になる場合も考えられる。この場合、制御装置３０は、蒸発器１５を通過した後の冷媒の過熱度の調整を、再熱量の調整に優先して再熱膨張弁２３の開度制御のみによって行う。これにより、液状冷媒が圧縮機１２に吸入されるのを防止し、圧縮機１２を適切に保護することができる。逆に、再熱膨張弁２３が閉じる方向に操作されて全閉状態になった場合には、制御装置３０は、従来と同様に冷却膨張弁１４の開度制御のみによって冷媒の過熱度の調整を行う。

次に、以上に説明したような冷却膨張弁１４及び再熱膨張弁２３の開度制御を行うための具体的手順について説明する。図６は、空気調和装置１の制御手順を示すフローチャートである。
図６のステップＳ１において、蒸発器１５の出口における冷媒の温度Ｔｃｏが第１冷媒温度センサＳｂ１により検出される。また、ステップＳ２において、蒸発器１５を流れている冷媒の温度Ｔｃｍが第２冷媒温度センサＳｂ２により検出される。この冷媒の温度Ｔｃｍは、蒸発器１５における蒸発温度に相当する。

次いで、ステップＳ３において、制御装置３０は、蒸発器１５を通過した後の冷媒の過熱度ＳＨを算出する。具体的には、次の式（１）により過熱度ＳＨを算出する。
ＳＨ＝Ｔｃｏ−Ｔｃｍ ・・・ （１）

次に、ステップＳ４において、第１空気温度センサＳａ１により室内機３への室内空気の吸込温度Ｔａが検出される。

次いで、ステップＳ５において、制御装置３０は、冷却膨張弁１４の操作基準量ΔＥＶｎｃを算出する。具体的には、まず、制御装置３０は、次の式（２）により、現在の過熱度ＳＨと、目標過熱度ＳＨｍのとの差分ΔＳＨを演算する。
ΔＳＨ＝ＳＨ−ＳＨｍ ・・・ （２）

そして、制御装置３０は、過熱度の差分ΔＳＨを用いて冷却膨張弁１４の操作基準量ΔＥＶｎｃを求める。本実施形態では、次の式（３）に示すように、ＰＩＤ制御等のフィードバック制御により過熱度の差分ΔＳＨから冷却膨張弁の操作基準量ΔＥＶｎｃを算出する。
ΔＥＶｎｃ＝ＰＩＤ（ΔＳＨ） ・・・ （３）

次いで、ステップＳ６において、制御装置３０は、吸込温度Ｔａを所定の目標値に調整するための再熱膨張弁２３の操作基準量ΔＥＶｎｒを算出する。具体的に、まず、制御装置３０は、次の式（４）により、現在の吸込温度Ｔａと、目標吸込温度Ｔａｍとの差分ΔＴａを演算する。
ΔＴａ＝Ｔａ−Ｔａｍ ・・・ （４）

そして、吸込温度の差分ΔＴａを用いて再熱膨張弁２３の操作基準量ΔＥＶｎｒを取得する。本実施形態では、次の式（５）に示すように、ＰＩＤ制御等のフィードバック制御により、吸込温度の差分ΔＴａから再熱膨張弁２３の操作基準量ΔＥＶｎｒを算出する。
ΔＥＶｎｒ＝ＰＩＤ（ΔＴａ） ・・・ （５）

次いで、ステップＳ７において、制御装置３０は、各操作基準量ΔＥＶｎｃ，ΔＥＶｎｒを図３〜図５に示す基準軸Ｘ’，Ｙ’上にベクトルとして設定し、両ベクトルを合成したものを操作軸Ｘ，Ｙに分解することによって、冷却膨張弁１４及び再熱膨張弁２３の実操作量ΔＥＶｃ，ΔＥＶｒを求める。具体的には、次の式（６）及び式（７）を演算する。

ただし、式（６）及び式（７）のθｃ’は、ΔＥＶｎｃ＞０である場合（ΔＥＶｎｃが図２における基準軸Ｘ’上で正方向（冷却膨張弁１４を開く方向）の値である場合）に、θｃ’＝θｃとなり、ΔＥＶｎｃ＜０である場合に、θｃ’＝θｃ＋１８０°となる。
同様に、θｒ’は、ΔＥＶｎｒ＞０である場合（ΔＥＶｎｒが図２における基準軸Ｙ’上で正方向（再熱膨張弁２３を開く方向）の値である場合）に、θｒ’＝θｒとなり、ΔＥＶｎｒ＜０である場合に、θｒ’＝θｒ＋１８０°となる。

そして、ステップＳ８において、制御装置３０は、式（６）及び式（７）により求められた実操作量ΔＥＶｃ，ΔＥＶｒで冷却膨張弁１４及び再熱膨張弁２３を操作し、開度を変更する。

以上のような冷却膨張弁１４及び再熱膨張弁２３の制御を行うことによって、例えば、室内凝縮器２２における冷媒循環量の増加により、蒸発器１５を通過した後の冷媒の過熱度の制御が困難になることもない。

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、本発明の空気調和装置は、食肉工場に限らず、あらゆる環境下で用いることができる。

１ ：空気調和装置
１１ ：冷却回路
１１ａ：経路
１１ｂ：経路
１２ ：圧縮機
１３ ：室外凝縮器
１４ ：膨張弁
１４ ：冷却膨張弁
１５ ：蒸発器
２１ ：再熱経路
２２ ：室内凝縮器
２３ ：再熱膨張弁
３０ ：制御装置

Claims (2)

1. 圧縮機（１２）と、
   前記圧縮機（１２）で圧縮された冷媒を凝縮する室外凝縮器（１３）と、
   前記室外凝縮器（１３）で凝縮された冷媒を減圧する冷却膨張弁（１４）と、
   前記冷却膨張弁（１４）で減圧された冷媒を室内空気との熱交換により蒸発させ当該室内空気を冷却・除湿する蒸発器（１５）と、
   前記圧縮機（１２）、前記室外凝縮器（１３）、前記冷却膨張弁（１４）、及び前記蒸発器（１５）をこの順で接続している冷却回路（１１）と、
   前記冷却回路（１１）における前記圧縮機（１２）と前記室外凝縮器（１３）とを接続する経路（１１ａ）から分岐し、前記冷却膨張弁（１４）と前記蒸発器（１５）とを接続する経路（１１ｂ）に接続されている再熱経路（２１）と、
   前記再熱経路（２１）において、前記圧縮機（１２）で圧縮された冷媒を、前記蒸発器（１５）で冷却・除湿された室内空気との熱交換により凝縮させ当該室内空気を加熱する室内凝縮器（２２）と、
   前記再熱経路（２１）において、前記室内凝縮器（２２）で凝縮された冷媒を減圧する再熱膨張弁（２３）と、
   前記冷却膨張弁（１４）及び前記再熱膨張弁（２３）の開度を制御する制御装置（３０）と、を備えており、
   前記制御装置（３０）は、前記蒸発器（１５）を通過した冷媒の過熱度を調整するための前記冷却膨張弁（１４）と前記再熱膨張弁（２３）との操作比率である第１の比率と、前記室内凝縮器による再熱量を調整するための前記冷却膨張弁（１４）と前記再熱膨張弁（２３）との操作比率である第２の比率とに基づき、前記冷却膨張弁（１４）の開度と前記再熱膨張弁（２３）の開度とを同時に制御する、空気調和装置。
2. 前記制御装置（３０）は、前記冷却膨張弁（１４）が全閉の状態になったとき、前記再熱量の調整よりも優先して前記過熱度を調整するように前記再熱膨張弁（２３）の開度を制御する、請求項１に記載の空気調和装置。
   

Images